JP2009138721A - 車両駆動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動制御システムにおいて、車両が走行する際に、振動抑制と燃費向上とを両立させることを可能とすることである。
【解決手段】車両駆動制御システム１０は、エンジン４０と回転電機５０とが搭載される車体１２と、車体１２に対しサスペンション１４，１５を介して支持される車軸３０と、車軸３０の両側に配置され路面８に接触するタイヤ２０，２１と、制御部１００とを含んで構成される。制御部１００は、タイヤに掛るトルクの変動を算出して路面状態を推定する路面状態推定モジュール１０２と、推定された路面状態に基いて制振動制御を優先するか低燃費制御を優先するかの選択を行う制振・低燃費選択モジュール１０４と、推定された路面状態に応じてアクティブサスペンション制御を行うサスペンション制御モジュール１０６とを含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は車両駆動装置に係り、特に駆動源としてエンジンを含む車両の駆動制御を行う車両駆動制御システムに関する。

エンジン等の駆動源によってタイヤを駆動するとき、タイヤは路面から反力を受けるので、駆動源のトルクの変動を生じさせ、エンジン等の駆動源自体のトルク変動に対しノイズとなる。エンジン等の駆動源のトルク変動は、振動抑制、エンジンの失火判断等に用いられるので、路面状態によるトルク変動を正しく評価することが望まれる。

例えば、特許文献１には、モータやエンジン等の駆動源のトルク変動に伴いドライブシャフトのねじれ等に起因して発生する駆動系の振動を抑制する駆動力制御装置として、固定ゲインによるフィードバック制御ではなく、変速比の変化等の制御対象の変化に対応する方法が開示されている。ここでは、モータ回転角速度、ドライブシャフトである駆動軸の回転角速度、実変速比等を用いて、モータからドライブシャフトまでの制御対象モデルについての運動方程式を立てて、ドライブシャフトのトルク、路面反力トルク等を求めることが述べられている。

また、特許文献２には、電気自動車の駆動装置として、電動機回転数センサと駆動輪回転数センサとを用い、車両の等価慣性モーメントとタイヤの慣性モーメントの和、駆動系シャフトとタイヤの粘性係数を合成した値、駆動系シャフトとタイヤのバネ定数を合成した値から、駆動系シャフトとタイヤの剛性を考慮したねじり振動についてのモデルの状態方程式を立てることが開示されている。

特開２００５−３５４７７４号公報 特開２００２−１５２９１６号公報

従来技術によれば、適当な運動方程式を立てることで、タイヤが路面から受けるトルクを求めることができる。これによって、例えば、タイヤが路面から受けるトルクのノイズの影響を少なくしながら振動抑制制御を行うことができる。

振動抑制を行うには、例えば、燃料噴射量、空気量、点火時期、排気ガスの吸気ガスへの帰還比であるＥＧＲ等のエンジン制御パラメータを変更してトルクを増減させることが行われる。一般的に、振動抑制のためにエンジン制御パラメータを変更すると、燃費が悪くなる傾向にある。すなわち、振動抑制と燃費向上とは相反することが多い。このように、タイヤが路面から受けるトルクの見積りは、振動抑制に役立てられているが、燃費改善のためには用いられていない。

本発明の目的は、車両が走行する際に、振動抑制と燃費向上とを両立させることを可能とする車両駆動制御システムを提供することである。

本発明は、車両が走行する路面状態がある程度悪いと、ユーザはそのことによって生じる車両の振動は路面によるものであって、エンジン等の駆動源の振動によるものではないと考えるだろうという事実に基いている。すなわち、路面状態がある程度悪いと判断されるときは、エンジン等の駆動源の振動抑制制御よりも、低燃費制御を優先しても、ユーザは違和感を覚えない。一方で、路面状態が良好であると、車両の振動はエンジン等の駆動源の振動であるとユーザは考えるので低燃費制御よりも駆動源の振動抑制制御を優先することが好ましい。

そこで、本発明に係る車両駆動制御システムは、少なくともエンジンを含む駆動源と、駆動源における回転軸であるインプットシャフトに接続されタイヤを駆動する車軸と、駆動源から車軸に至る構成要素の作動状態量を検出し、予め設定された標準状態量と比較して、車両が走行する路面状態を推定する路面状態推定手段と、推定された路面状態に基いて、エンジンについて振動抑制制御または低燃費制御のいずれかを優先して実行することを選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、インプットシャフトの回転角度であるインプットシャフト回転角度を検出する手段と、車軸の回転速度である車軸回転速度を検出する車軸速度センサと、を備え、路面状態推定手段は、インプットシャフト回転角度と車軸回転速度とに基いて、タイヤと車軸とインプットシャフトとを含む系に関する運動方程式を用いてタイヤに掛るトルクを求める手段を有し、求められたタイヤに掛るトルクと、予め設定された標準的トルクとに基いて、路面状態を推定することが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、インプットシャフトの回転角度であるインプットシャフト回転角度を検出する手段を備え、路面状態推定手段は、インプットシャフト回転角度に基いて、車軸の回転変動量を求める手段を有し、求められた車軸の回転変動量と、予め設定された標準的車軸回転変動量とに基いて、路面状態を推定することが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、駆動源として回転電機を含み、インプットシャフト回転角度検出手段は、回転電機の回転角度に基いてインプットシャフトの回転角度を検出することが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、駆動源として回転電機を含み、回転電機は車軸駆動用電動機と発電用電動機とを含み、さらに、インプットシャフトと車軸駆動用電動機と発電用電動機との間に設けられたプラネタリギヤ機構と、プラネタリギヤ比と車軸用電動機の回転角度と発電用電動機の回転角度とに基いてインプットシャフトの回転角度を求める手段と、を備え、路面状態推定手段は、求められたインプットシャフトの回転角度からインプットシャフトの回転変動量を求める手段を有し、求められたインプットシャフトの回転変動量と、予め設定された標準的インプットシャフト回転変動量とに基いて、路面状態を推定することが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、エンジンのクランクシャフトとインプットシャフトとの間に設けられるダンパ機構と、インプットシャフトの回転角度であるインプットシャフト回転角度を検出する手段と、クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出する手段と、を備え、路面状態推定手段は、インプットシャフト回転角度とクランク角度とに基いて、ダンパ機構の捩れ角度を求める手段を有し、求められたダンパ機構の捩れ角度と、予め設定された標準的ダンパ捩れ角度とに基いて、路面状態を推定することが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、駆動源として回転電機を含み、回転電機は車軸駆動用電動機と発電用電動機とを含み、さらに、インプットシャフトと車軸駆動用電動機と発電用電動機との間に設けられたプラネタリギヤ機構と、プラネタリギヤ比と車軸用電動機の回転角度と発電用電動機の回転角度とに基いてインプットシャフトの回転角度を求める手段と、を備え、路面状態推定手段は、求められたインプットシャフトの回転角度とクランク角度とに基いて、ダンパ機構の捩れ角度を求めることが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、車両の速度または駆動源の駆動力を検索キーとして、駆動源から車軸に至る構成要素の標準状態量を格納する記憶装置を備えることが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、路面状態推定手段は、検出された構成要素の作動状態量について特定の周波数成分を抽出するフィルタ手段を含み、フィルタ手段を経た作動状態量に基いて、路面状態を推定することが好ましい。

また、本発明に係る車両駆動制御システムにおいて、選択手段は、エンジン制御パラメータを変更することで、振動抑制制御または低燃費制御のいずれかを優先して実行することが好ましい。

上記構成により、車両駆動制御システムは、駆動源から車軸に至る構成要素の作動状態量を検出し、予め設定された標準状態量と比較して、車両が走行する路面状態を推定する。そして、推定された路面状態に基いて、エンジンについて振動抑制制御または低燃費制御のいずれかを優先して実行することを選択する。例えば、車両が走行する路面状態がある程度悪いときに低燃費制御を優先させ、路面状態が良好であるときに駆動源の振動抑制制御を優先することができる。このようにして、振動抑制と燃費向上とを両立させることができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、インプットシャフト回転角度と車軸回転速度とに基いて、タイヤと車軸とインプットシャフトとを含む系に関する運動方程式を用いてタイヤに掛るトルクを求め、求められたタイヤに掛るトルクと、予め設定された標準的トルクとに基いて、路面状態を推定する。例えば、求められたトルクが標準的トルクよりも大きいときに、路面状態が標準的なものより悪いと判断することができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、インプットシャフト回転角度に基いて、車軸の回転変動量を求め、求められた車軸の回転変動量と、予め設定された標準的車軸回転変動量とに基いて、路面状態を推定する。例えば、車軸回転変動量が標準的な車軸回転変動量よりも大きいときに、路面状態が標準的なものより悪いと判断することができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、駆動源に回転電機を含むときは、回転電機の回転角度に基いてインプットシャフトの回転角度を検出する。したがって、インプットシャフトの回転角度検出のための特別なセンサ等を必要としない。

また、車両駆動制御システムにおいて、駆動源に回転電機を含み、回転電機は車軸駆動用電動機と発電用電動機とを含むときは、プラネタリギヤ機構のプラネタリギヤ比と、車軸用電動機の回転角度と、発電用電動機の回転角度とに基いてインプットシャフトの回転角度を求め、求められたインプットシャフトの回転角度からインプットシャフトの回転変動量を求め、求められたインプットシャフトの回転変動量と、予め設定された標準的インプットシャフト回転変動量とに基いて、路面状態を推定する。例えば、インプットシャフトの回転変動量が標準的なものよりも大きいときに、路面状態が標準的なものより悪いと判断することができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、インプットシャフト回転角度とクランク角度とに基いて、ダンパ機構の捩れ角度を求め、求められたダンパ機構の捩れ角度と、予め設定された標準的ダンパ捩れ角度とに基いて、路面状態を推定する。例えば、ダンパ機構の捩れ角度が標準的捩れ角度よりも大きいときに、路面状態が標準的なものより悪いと判断することができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、駆動源に回転電機を含み、回転電機は車軸駆動用電動機と発電用電動機とを含むときは、プラネタリギヤ機構のプラネタリギヤ比と、車軸用電動機の回転角度と、発電用電動機の回転角度とに基いてインプットシャフトの回転角度を求め、求められたインプットシャフトの回転角度とクランク角度とに基いて、ダンパ機構の捩れ角度を求める。すなわち、２つの回転電機の回転角度と、クランク角度とから、ダンパ機構のねじれ角度を容易に求めることができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、車両の速度または駆動源の駆動力を検索キーとして、駆動源から車軸に至る構成要素の標準状態量を格納する記憶装置を備える。これによって、駆動源から車軸に至る構成要素の標準状態量を車両走行状態に応じて容易に読み出すことができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、検出された構成要素の作動状態量について特定の周波数成分を抽出するフィルタ手段を含み、フィルタ手段を経た作動状態量に基いて、路面状態を推定する。これによって、車両の振動に影響を及ぼす周波数成分のみを用いることができ、路面状態の推定を効果的に行うことができる。

また、車両駆動制御システムにおいて、選択手段は、エンジン制御パラメータを変更することで、振動抑制制御または低燃費制御のいずれかを優先して実行するので、振動抑制と燃費向上とを両立させることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、車両の駆動源として、エンジンと回転電機とを含むものとして説明するが、エンジンを少なくとも含むものであればよく、例えば、駆動源としてエンジンのみを含む一般的車両を対象とするものであってもよい。エンジンのみを含む一般的車両を対象とするときは、動力分配機構としてのプラネタリ機構を省略でき、また、インプットシャフトの回転角度の検出手段としては、インプットシャフトに設けられている回転センサを用いるものとできる。

また、以下では、回転電機として、車軸駆動用電動機と発電用電動機の２台を備える車両について説明するが、モータの機能と発電機の機能とを有する１台の回転電機のみを備える車両であってもよい。また、以下では、エンジンと、２台の回転電機との間の動力分配をプラネタリギヤで行うものとしたが、これ以外の動力分配方式を用いるものであってもよい。例えば、クラッチ機構を用いて動力分配を行うものであってもよい。また、以下では、インプットシャフトとクランクシャフトとの間にダンパ機構が設けられるものとしたが、ダンパ機構を省略し、代わりに流体継手を用いてもよく、あるいはインプットシャフトとクランクシャフトとを直結するものとしてもよい。また、以下では、駆動系として、１つの駆動軸、２つのタイヤについて述べるが、勿論４輪駆動方式の車両であってもよい。また、エンジンとして４気筒方式を図示するが、勿論これ以外の気筒数であってもよい。

図１は、車両駆動制御システム１０の構成を示す図である。車両駆動制御システム１０は、エンジン４０と回転電機５０とが搭載される車体１２と、車体１２に対しサスペンション１４，１５を介して支持される車軸３０と、車軸３０の両側に配置され路面８に接触するタイヤ２０，２１と、制御部１００とを含んで構成される。

エンジン４０は、回転電機５０とともに車両の駆動源を構成する内燃機関である。エンジン４０は、エンジン制御パラメータによってその作動を制御することができる。エンジン制御パラメータとしては、燃料噴射量、空気量、点火時期、排気ガスの吸気ガスへの帰還比であるＥＧＲ等があるが、図１では、代表的に、空気量と燃料噴射量の比である空燃比（ＡＦＲ）４２とＥＧＲ４４とが示されている。上記のように、ＡＦＲ４２、ＥＧＲ４４等のエンジン制御パラメータは、エンジンＥＣＵ９０を介して制御部１００によって制御される。エンジン制御パラメータの詳細については後述する。

回転電機５０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。回転電機５０は２台の電動機で構成され、一方は発電用電動機５２で、他方は車軸駆動用電動機５４である。回転電機５０の作動は、Ｍ／ＧＥＣＵ９２を介して制御部１００によって制御される。エンジン４０と発電用電動機５２と車軸駆動用電動機５４の間の動力分配については、プラネタリ機構６０のところで後述する。

車体１２は、車両の骨格を成すもので、例えば、フレームと複数のビーム等で構成され、その上に各種の構成要素が搭載されるものである。図１の例では、エンジン４０、回転電機５０の他に、エンジン４０のエンジン制御パラメータに相当する空燃比制御要素（ＡＦＲ）４２とＥＧＲ４４、プラネタリ機構６０、ダンパ機構７０、歯車機構７２、インプットシャフト３２、クランクシャフト３４等が示されている。

このように、車両は、エンジン４０と回転電機５０を駆動源として、駆動されるタイヤ２０，２１まで、多くの構成要素を経て動力が伝達される。図２は、駆動源からタイヤまでの構成要素についてその構成を示す図である。以下では、図１と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

ここで、上記のように、車両の駆動源としては、エンジン４０と回転電機５０が用いられ、回転電機５０は、発電用電動機５２と車軸駆動用電動機５４とに区別される。そして、駆動輪としては、タイヤ２０，２１が示されている。

エンジン４０は、ここでは４気筒がクランクシャフト３４に接続される。クランクシャフト３４は、ダンパ機構７０を介してインプットシャフト３２と接続される。換言すれば、エンジン４０の動力は、ダンパ機構７０を介してインプットシャフト３２に伝達される。

ダンパ機構７０は、一方側にエンジン４０のクランクシャフト３４が接続され、他方側にインプットシャフト３２が接続され、例えば動力変動の際の衝撃を和らげる機能を有する緩衝装置である。動力変動等に起因するダンパ機構７０の捩れは、クランクシャフト３４の回転角度とインプットシャフト３２の回転角度を比較することで求めることができる。

インプットシャフト３２は、駆動源の回転軸であって、プラネタリ機構６０に接続される。プラネタリ機構６０は、エンジン４０と発電用電動機５２と車軸駆動用電動機５４との間で動力分配を行う機能を有する遊星歯車機構である。図３に、プラネタリ機構６０に関する部分を抜き出して示した。以下では、図１と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

プラネタリ機構６０は、サンギヤ６２とプラネタリギヤ６４とリングギヤ６８とから構成される。そして、サンギヤ６２は発電用電動機（Ｍ／Ｇ１）５２の出力軸に接続され、プラネタリギヤ６４はキャリア６６を介してインプットシャフト３２に接続され、リングギヤ６８には車軸駆動用電動機５４の出力軸に接続される。

この構成により、プラネタリギヤ比をρとして、エンジンの動力が１：ρの比でＭ／Ｇ１（５２）とＭ／Ｇ２（５４）とに動力分配される。これによって、発電用電動機５２は、エンジン４０からプラネタリ機構６０によって分配された動力によって発電を行い、発電された電力は図示されていない蓄電装置に充電され、さらに車両用機器と車軸駆動用電動機５４に供給される。また、車軸駆動用電動機５４の動力は、エンジン４０との間でプラネタリ機構６０によって動力分配された分を合わせて、リングギヤ６８から歯車機構７２を介して車軸３０に伝達される。

歯車機構７２は、適当な減速歯車比を有する歯車列で構成され、リングギヤ６８の出力を所定の減速比で減速し、車軸３０に設けられる差動歯車に動力を伝達する機能を有する。

車軸３０は、ドライブシャフトとも呼ばれる駆動軸であり、その両端にタイヤ２０，２１が配置される。こうして、駆動源であるエンジン４０と回転電機５０の動力がプラネタリ機構６０によって分配され、歯車機構７２を介して車軸３０を回転駆動し、駆動輪であるタイヤ２０，２１が路面に対し回転して、車両を移動駆動させる。

再び図１に戻り、車体１２と車軸３０との間にはサスペンション１４，１５が設けられる。サスペンション１４，１５は、タイヤ２０，２１が路面８から受ける衝撃を緩和する機能を有する。サスペンション１４，１５としては、機械的なバネ及び緩衝器で構成することもできるが、例えばアクチュエータによって流体圧を制御し、これによって車体１２と車軸３０との間で振動等を緩和するアクティブサスペンションとすることができる。図１では、そのようなアクティブサスペンションとしてサスペンション１４，１５が示されている。アクティブサスペンションであるサスペンション１４，１５の作動は、サスペンションコントローラ９４を介して制御部１００によって制御される。

また、車体１２には、クランクシャフト３４の回転角度を検出するクランク角度センサ８０、Ｍ／Ｇ１の回転角度を検出するＭ／Ｇ１回転角度センサ８２、Ｍ／Ｇ２の回転角度を検出するＭ／Ｇ２回転角度センサ８４、車体１２の上下移動を検出する上下移動検出センサ８８が搭載される。Ｍ／Ｇ１回転角度センサ８２、Ｍ／Ｇ２回転角度センサ８４は、例えばレゾルバ等で構成することができる。これらの各センサの検出データは適当な信号線で、制御部１００に伝送される。

車軸３０には、その両側に配置されるタイヤ２０，２１の近傍に車軸の回転速度を検出する車軸速度センサ８６，８７が設けられる。車軸速度センサ８６，８７の検出データは適当な信号線で、制御部１００に伝送される。

以上で、制御部１００の内容を除いて各要素の説明を行ったので、ここで、エンジン制御パラメータについて説明する。図４は、エンジン４０について１つの気筒周りの構成を示す図である。以下では、図１と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。エンジン４０は、吸気−燃焼−排気のサイクルによって、シリンダ１１０の内部をピストン１１２が直線往復運動して動力を発生する内燃機関である。なお、その直線往復運動は、クランクシャフト３４に伝達されて回転運動に変換される。

エンジン４０のシリンダ１１０には、吸気管１２０と排気管１２２が設けられ、吸気管１２０の入口側には、供給空気量を調整するスロットル１１８及びエアフローメータが設けられ、シリンダ１１０側には燃料を噴射する燃料噴射弁１１６が設けられる。ＡＦＲ４２は、エンジン制御パラメータである空燃比＝供給空気量／燃料噴射量を意味しているが、ここでは具体的に、制御部１００の制御の下で空燃比を制御する機能を有する要素を指している。図４の例では、スロットル１１８を駆動するアクチュエータと、燃料噴射弁１１６のアクチュエータ部分等がその要素に対応する。

排気管１２２から吸気管１２０には、戻り管が設けられ、その途中に排気ガスの戻り量を調整する弁が設けられる。ＥＧＲ４４は、排気ガスの吸気ガスへの帰還比を意味しているが、ここでは具体的に、制御部１００の制御の下で、排気ガスの吸気ガスへの帰還比を制御する要素を指している。図４の場合には、戻り管に設けられた弁がその要素で、その弁の開度がＥＧＲ４４に対応する。

図５は、ＡＦＲを変化させたときのエンジンについて燃費と振動の変化の様子を示す模式図である。ここでは、横軸にＡＦＲをとり、縦軸に燃費と振動をとり、ＡＦＲをリッチからリーンに変化させたときの燃費の良悪の変化、振動の大小の変化が示されている。ここで示されるように、振動を小さく抑制するときは燃費が悪化し、逆に燃費を小さく抑制するとき、すなわち燃費を良くするときには振動が大きくなる。なお、ＡＦＲが燃焼限界を超えて過ぎてリーンとなると、燃費が却って悪化するので、通常はこのような状態になることを避けて制御が行われる。

図６はＥＧＲ、すなわち帰還用の弁の開度率を変化させたときのエンジンについて燃費と振動の変化の様子を示す模式図である。ここでは、横軸にＥＧＲ率、つまり帰還用の弁の開度率をとってある。この場合も、振動を小さく抑制するときは燃費が悪化し、逆に燃費を小さく抑制して燃費を良くするときは振動が大きくなる。図５、図６に示されるように、エンジン制御パラメータを変化させるとき、燃費向上と振動抑制とは相反する特性を示す。

再び図１に戻り、制御部１００は、上記のように、各センサと接続され、また、エンジンＥＣＵ９０、Ｍ／ＧＥＣＵ９２、サスペンションコントローラ９４と接続される。また、制御部１００は記憶装置９６と接続される。

記憶装置９６は、プログラム等を記憶する機能を有するほか、ここでは特に、トルク変動閾値に関するマップ９８が記憶される。ここでトルク変動閾値とは、タイヤに掛るトルク変動に対し所定の基準に従って許容される閾値であり、具体的には、タイヤに掛るトルク変動に対し、ユーザがこの程度あるならば、低燃費制御を優先させてエンジンの振動が増加しても目立たないだろうと考える閾値である。すなわち、タイヤに掛るトルク変動をＴｖとし、Ｔｖ＞トルク変動閾値のときは低燃費制御を優先させることができ、Ｔｖ≦トルク変動閾値のときはエンジンの振動抑制制御を優先させるものとするときの閾値である。かかる閾値は、実験的に、あるいは経験的な基準に基いて定めることができる。

図７は、車速に対するトルク変動閾値の様子を模式的に示す図である。ここで示されるように、車速が高速であるほどトルク変動閾値が大きくなる。図８は、車両の駆動源による駆動力に対するトルク変動閾値の様子を模式的に示す図である。ここで示されるように、駆動力が大きい、すなわちアクセル開度が大きいほどトルク変動閾値が大きくなる。記憶装置９６には、図７、図８に示されるようなマップ９８が記憶される。

マップ９８は、車両の速度または駆動源の駆動力を検索キーとして、トルク変動閾値が読み出せるものであるので、同様な機能を有するものであれば、換算表、数式等であってもよい。

制御部１００は、図１に示される各要素の作動等を制御して、車両全体の駆動に関する制御を行う機能を有するが、ここでは特に、エンジンの低燃費制御と制振制御とを両立させながら車両駆動を行う機能を有する。制御部１００は、タイヤに掛るトルクの変動を算出し手路面状態を推定する路面状態推定モジュール１０２と、推定された路面状態に基いて制振動制御を優先するか低燃費制御を優先するかの選択を行う制振・低燃費選択モジュール１０４と、推定された路面状態に応じてアクティブサスペンション制御を行うサスペンション制御モジュール１０６とを含んで構成される。かかる機能はソフトウェアによって実現され、具体的には車両駆動制御プログラムの対応する部分を実行することで実現される。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成の作用、特に制御部１００の各機能について図９のフローチャートを用いて説明する。図９は、エンジンの低燃費制御と制振制御とを両立させながら車両駆動を行う手順を示すフローチャートで、各手順は、車両駆動制御プログラムの対応する部分の各処理手順に相当する。

手順の最初は、回転電機５０の回転角度θｍｇと回転角速度ωｍｇを取得する（Ｓ１０）。具体的には、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転角度を検出するＭ／Ｇ２回転角度センサ８４の検出値を取得し、これをθｍｇとし、その時間微分からωｍｇを取得する。

次に車軸３０の回転角度θｖと回転角速度ωｖを取得する（Ｓ１２）。具体的には、車軸速度センサ８６，８７の検出値のうち、少なくとも一方の値を取得し、これに基いてωｖを取得し、その時間積分からθｖを取得する。あるいは、車軸速度センサ８６，８７の２つの検出値を得て、その平均値に基いてωｖとθｖを取得するものとしてもよい。

このようにして、θｍｇ，ωｍｇ，θｖ，ωｖが取得されると、タイヤ２０，２１の慣性モーメントＩｖ、ドライブシャフトである車軸３０の減衰係数Ｃｄｓ、車軸３０のバネ定数Ｋｄｓを用いて、タイヤ２０，２１に掛る慣性項、減衰項、バネ項を計算する（Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８）。これらからタイヤ２０，２１に掛るトルクＴｖとして、Ｔｖ＝Ｉｖ（ｄω／ｄｔ）＋Ｃｄｓ（ωｖ−ωｍｇ）＋Ｋｄｓ（θｖ−θｍｇ）が計算される（Ｓ２０）。

ここで、Ｔｖの変動は、タイヤ２０，２１に掛るトルクＴｖの変動を表すことになる。すなわち、タイヤに掛るトルクＴｖの変動は、タイヤ２０，２１に掛るトルクＴｖの標準的な状態からの変動を示すことになる。このようにして、タイヤに掛るトルク変動Ｔｖの大きさで、タイヤ２０，２１が路面から受けるトルクの大きさが評価でき、路面状態を推定することができる。ここまでの手順は、制御部１００の路面状態推定モジュール１０２の機能によって実行される。

ここで、トルク変動閾値が取得される（Ｓ２８）。具体的には、車両の車速あるいは駆動力を検索キーとして記憶装置９６のマップ９８を検索し、該当するトルク変動閾値を取得する。そして、取得されたトルク変動閾値とタイヤに掛るトルク変動Ｔｖとが比較される（Ｓ３０）。

比較の結果、Ｔｖ＞トルク変動閾値のときは、低燃費制御を優先させる（Ｓ３２）。Ｔｖ≦トルク変動閾値のときはエンジンの振動抑制制御を優先させる（Ｓ３４）。この選択の基準の設定は、車両が走行する路面状態がある程度悪いと、ユーザはそのことによって生じる車両の振動は路面によるものであって、エンジン等の駆動源の振動によるものではないと考えるだろうという事実に基いている。すなわち、Ｔｖが大きくて、路面状態がある程度悪いと判断されるときは、エンジン等の駆動源の振動抑制制御よりも、低燃費制御を優先しても、ユーザは違和感を覚えない。一方で、Ｔｖが小さくて、路面状態が良好であると、車両の振動はエンジン等の駆動源の振動であるとユーザは考えるので低燃費制御よりも駆動源の振動抑制制御を優先することが好ましい。その区別として、予め実験的、あるいは経験的に設定されたトルク変動閾値を用いる。

Ｓ３２，Ｓ３４の選択が行われると、図５、図６で説明したように、燃費と振動の層反する特性において、低燃費制御優先の場合は、ＡＦＲをリッチ側の大きな値とし、あるいはＥＧＲ率を多い値とする制御を行う。また、制振制御優先の場合には、ＡＦＲをリーン側の小さな値とし、あるいはＥＧＲ率を少ない値とする制御を行う。このようにすることで、低燃費と制振とを両立させながら車両駆動を行うことができる。Ｓ３２，Ｓ３４の実行の後は、再びＳ１０に戻り、上記の手順が繰り返される。Ｓ２８からＳ３４までの手順は、制御部１００の制振・低燃費選択モジュール１０４の機能によって実行される。

図１０は、Ｓ２０で取得されたトルク変動Ｔｖの時間変化と、トルク変動閾値との関係を説明する図である。図１０の横軸は時間で、縦軸はトルク変動Ｔｖである。トルク変動閾値の範囲は破線で示されている。ここで示されるように、時刻ｔ₁以前は、トルク変動Ｔｖが小さく、トルク変動閾値の範囲内である。このようにトルク変動Ｔｖが小さいときは、燃費を犠牲にして、制振制御を優先する。時刻ｔ₁の後は、トルク変動Ｔｖが大きくなり、路面状態が悪くなったことが示されている。ここで、トルク変動Ｔｖがトルク変動閾値の範囲を超えているので、この場合には、低燃費制御を優先する。そのためにさらに振動が増加しても、ユーザはエンジン４０の振動が増加したとは考えないと予想されるからである。

図１１は、トルク変動Ｔｖの算出結果にフィルタ演算処理を施す例を示す図である。フィルタ演算処理としては、ユーザの体感に影響する振動の周波数を通すバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタを用いることが好ましい。一般的には、約１Ｈｚから約５Ｈｚ程度の周波数を通し、これ以外の高周波成分の周波数を通さないフィルタ処理とすることが好ましい。

また、Ｓ２０のトルク変動Ｔｖの結果を用いて、サスペンションコントローラ９４を介し、サスペンション１４，１５のバネ定数あるいは減衰係数を変化させ、路面状態に適合したサスペンション状態とすることができる。かかる制御は、制御部１００のサスペンション制御モジュール１０６の機能によって実行される。

このようにして、回転電機回転角度と車軸回転速度とに基いて、タイヤと車軸と回転電機とに関する運動方程式を用いてタイヤに掛るトルクを求め、予め設定された標準的な状態と比較して路面状態を推定し、これに基いて、低燃費制御と制振制御の優先順位を選択することができる。

上記では、路面状態の推定に、タイヤと車軸と回転電機とに関する運動方程式を用い、タイヤに掛るトルクを求め、これを標準状態と比較することで行った。上記のように、車両においては、駆動源からタイヤに至るまで多くの構成要素があり、タイヤに掛るトルクの変動に相当する変化がこれらの構成要素においても生じる。したがって、車両駆動源から車軸に至る構成要素の作動状態量を検出し、予め設定された標準状態量と比較して、車両が走行する路面状態を推定することができる。以下では、図１の符号を用いて説明する。

ダンパ機構７０は、インプットシャフト３２と、エンジン４０のクランクシャフト３４との間に設けられるので、この間の角度変化、つまりダンパ機構の捩れ角度に基いて、路面状態を推定することができる。

ダンパ機構７０の捩れ角度は、クランクシャフト３４の回転角度と、インプットシャフト３２の回転角度の差から求められる。クランクシャフト３４の回転角度は、クランク角度センサ８０の検出値を取得することで得ることができる。インプットシャフト３２の回転角度は、発電用電動機（Ｍ／Ｇ１）５２の回転角度θｍｇ₁と、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転角度θｍｇ₂と、プラネタリ機構６０のプラネタリギヤ比ρとから算出することができる。すなわち、インプットシャフト３２の回転角度をθｉとして、θｉ＝（ρ／ρ＋１）×θｍｇ₁＋（１／ρ＋１）×θｍｇ₂で計算される。

このようにして算出されたインプットシャフト３２の回転角度と、別途取得されたクランクシャフト３４の回転角度との差から、ダンパ機構７０の捩じれ角度が計算される。計算されたダンパ機構７０の捩じれ角度は、タイヤ２０，２１を介して路面状態の影響を受け、図１０のトルク変動と同様な時間変化を示す。したがって、ダンパ機構７０の捩じれ角度に基いて、路面状態を推定することができる。

そして、図１０で説明したと同様に、ダンパ機構７０の標準的なねじり角度に基いてねじり角度閾値を定め、計算されたねじり角度とねじり角度閾値との比較によって、低燃費制御と制振制御との間の優先順位の選択を行うことができる。すなわち、ユーザが、車両の振動がエンジンの振動のためでなく路面状態によるものであると感じるときのねじり角度を実験的、あるいは経験的に定めてこれをねじり角度閾値とする。そして、計算されたねじり角度がねじり角度閾値を超えるときは低燃費制御を優先させる。また、計算されたねじり角度がねじり角度閾値以下のときは制振制御を優先させる。このようにして、ダンパ機構７０のねじり角度を用いて、路面状態を推定し、低燃費制御と制振制御とを両立させることができる。

また、路面状態の影響を受ける車軸の回転変動は、回転電機の出力軸の回転変動を生じさせるので、回転電機の回転変動によって、路面状態を推定することができる。以下では、図１の符号を用いて説明する。ここでは、回転電機５０のうち、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４について、その回転変動をＭ／Ｇ２回転角度センサ８４の検出値に基いて算出する。回転変動は、回転角度の脈動でもよいが、回転数変動でもよい。計算された車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転変動は、タイヤ２０，２１を介して路面状態の影響を受け、図１０のトルク変動と同様な時間変化を示す。したがって、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転変動に基いて、路面状態を推定することができる。

そして、図１０で説明したと同様に、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の標準的な回転変動に基いて回転変動閾値を定め、計算された回転変動と回転変動閾値との比較によって、低燃費制御と制振制御との間の優先順位の選択を行うことができる。すなわち、ユーザが、車両の振動がエンジンの振動のためでなく路面状態によるものであると感じるときの回転変動を実験的、あるいは経験的に定めてこれを回転変動閾値とする。そして、計算された回転変動が回転変動閾値を超えるときは低燃費制御を優先させる。また、計算された回転変動が回転変動閾値以下のときは制振制御を優先させる。このようにして、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転変動を用いて、路面状態を推定し、低燃費制御と制振制御とを両立させることができる。

また、回転電機５０の回転変動に基いて車軸３０の回転変動を計算で求めることができる。この計算で求められた車軸３０の回転変動に基いて、路面状態を推定することができる。もっとも、車軸速度センサ８６，８７の検出値を用いてその平均値から車軸３０の回転変動を求めるものとしてもよい。得られた車軸３０の回転変動は、上記の車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転変動と同様な時間変化を示す。したがって、車軸３０の回転変動に基いて、路面状態を推定することができる。車軸３０の回転変動について閾値を設けて、これを用いて低燃費制御と制振制御との間の優先順位の選択を行うことができることも同様である。

また、インプットシャフト３２の回転変動によって、路面状態を推定することができる。インプットシャフト３２の回転角度θｉは、発電用電動機（Ｍ／Ｇ１）５２の回転角度θｍｇ₁と、車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転角度θｍｇ₂と、プラネタリ機構６０のプラネタリギヤ比ρとから、θｉ＝（ρ／ρ＋１）×θｍｇ₁＋（１／ρ＋１）×θｍｇ₂で計算されるので、これに基いてインプットシャフト３２の回転変動を計算することができる。得られたインプットシャフト３２の回転変動は、上記の車軸駆動用電動機（Ｍ／Ｇ２）５４の回転変動と同様な時間変化を示す。したがって、インプットシャフト３２の回転変動に基いて、路面状態を推定することができる。インプットシャフト３２の回転変動について閾値を設けて、これを用いて低燃費制御と制振制御との間の優先順位の選択を行うことができることも同様である。

本発明に係る実施の形態における車両駆動制御システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、駆動源からタイヤまでの構成要素についてその構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、プラネタリ機構に関する部分を抜き出して示す図である。 本発明に係る実施の形態において、エンジンの気筒周りの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ＡＦＲを変化させたときのエンジンについて燃費と振動の変化の様子を示す模式図である。 本発明に係る実施の形態において、ＥＧＲを変化させたときのエンジンについて燃費と振動の変化の様子を示す模式図である。 本発明に係る実施の形態において、車速に対するトルク変動閾値の様子を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態において、車両の駆動源による駆動力に対するトルク変動閾値の様子を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態において、エンジンの低燃費制御と制振制御とを両立させながら車両駆動を行う手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、トルク変動の時間変化と、トルク変動閾値との関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、トルク変動の算出結果にフィルタ演算処理を施す例を示す図である。

符号の説明

８ 路面、１０ 車両駆動制御システム、１２ 車体、１４，１５ サスペンション、２０，２１ タイヤ、３０ 車軸、３２ インプットシャフト、３４ クランクシャフト、４０ エンジン、５０ 回転電機、５２ 発電用電動機、５４ 車軸駆動用電動機、６０ プラネタリ機構、６２ サンギヤ、６４ プラネタリギヤ、６６ キャリア、６８ リングギヤ、７０ ダンパ機構、７２ 歯車機構、８０ クランク角度センサ、８２ Ｍ／Ｇ１回転角度センサ、８４ Ｍ／Ｇ２回転角度センサ、８６，８７ 車軸速度センサ、８８ 上下移動検出センサ、９０ エンジンＥＣＵ、９２ Ｍ／ＧＥＣＵ、９４ サスペンションコントローラ、９６ 記憶装置、９８ マップ、１００ 制御部、１０２ 路面状態推定モジュール、１０４ 制振・低燃費選択モジュール、１０６ サスペンション制御モジュール、１１０ シリンダ、１１２ ピストン、１１６ 燃料噴射弁、１１８ スロットル、１２０ 吸気管、１２２ 排気管。

Claims (10)

1. 少なくともエンジンを含む駆動源と、
   駆動源における回転軸であるインプットシャフトに接続されタイヤを駆動する車軸と、
   駆動源から車軸に至る構成要素の作動状態量を検出し、予め設定された標準状態量と比較して、車両が走行する路面状態を推定する路面状態推定手段と、
   推定された路面状態に基いて、エンジンについて振動抑制制御または低燃費制御のいずれかを優先して実行することを選択する選択手段と、
   を備えることを特徴とする車両駆動制御システム。
2. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   インプットシャフトの回転角度であるインプットシャフト回転角度を検出する手段と、
   車軸の回転速度である車軸回転速度を検出する車軸速度センサと、
   を備え、
   路面状態推定手段は、
   インプットシャフト回転角度と車軸回転速度とに基いて、タイヤと車軸とインプットシャフトとを含む系に関する運動方程式を用いてタイヤに掛るトルクを求める手段を有し、
   求められたタイヤに掛るトルクと、予め設定された標準的トルクとに基いて、路面状態を推定することを特徴とする車両駆動制御システム。
3. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   インプットシャフトの回転角度であるインプットシャフト回転角度を検出する手段を備え、
   路面状態推定手段は、
   インプットシャフト回転角度に基いて、車軸の回転変動量を求める手段を有し、
   求められた車軸の回転変動量と、予め設定された標準的車軸回転変動量とに基いて、路面状態を推定することを特徴とする車両駆動制御システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   駆動源として回転電機を含み、
   インプットシャフト回転角度検出手段は、回転電機の回転角度に基いてインプットシャフトの回転角度を検出することを特徴とする車両駆動制御システム。
5. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   駆動源として回転電機を含み、
   回転電機は車軸駆動用電動機と発電用電動機とを含み、さらに、
   インプットシャフトと車軸駆動用電動機と発電用電動機との間に設けられたプラネタリギヤ機構と、
   プラネタリギヤ比と車軸用電動機の回転角度と発電用電動機の回転角度とに基いてインプットシャフトの回転角度を求める手段と、
   を備え、
   路面状態推定手段は、
   求められたインプットシャフトの回転角度からインプットシャフトの回転変動量を求める手段を有し、
   求められたインプットシャフトの回転変動量と、予め設定された標準的インプットシャフト回転変動量とに基いて、路面状態を推定することを特徴とする車両駆動制御システム。
6. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   エンジンのクランクシャフトとインプットシャフトとの間に設けられるダンパ機構と、
   インプットシャフトの回転角度であるインプットシャフト回転角度を検出する手段と、
   クランクシャフトの回転角度であるクランク角度を検出する手段と、
   を備え、
   路面状態推定手段は、
   インプットシャフト回転角度とクランク角度とに基いて、ダンパ機構の捩れ角度を求める手段を有し、
   求められたダンパ機構の捩れ角度と、予め設定された標準的ダンパ捩れ角度とに基いて、路面状態を推定することを特徴とする車両駆動制御システム。
7. 請求項６に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   駆動源として回転電機を含み、
   回転電機は車軸駆動用電動機と発電用電動機とを含み、さらに、
   インプットシャフトと車軸駆動用電動機と発電用電動機との間に設けられたプラネタリギヤ機構と、
   プラネタリギヤ比と車軸用電動機の回転角度と発電用電動機の回転角度とに基いてインプットシャフトの回転角度を求める手段と、
   を備え、
   路面状態推定手段は、
   求められたインプットシャフトの回転角度とクランク角度とに基いて、ダンパ機構の捩れ角度を求めることを特徴とする車両駆動制御システム。
8. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   車両の速度または駆動源の駆動力を検索キーとして、駆動源から車軸に至る構成要素の標準状態量を格納する記憶装置を備えることを特徴とする車両駆動制御システム。
9. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
   路面状態推定手段は、
   検出された構成要素の作動状態量について特定の周波数成分を抽出するフィルタ手段を含み、フィルタ手段を経た作動状態量に基いて、路面状態を推定することを特徴とする車両駆動制御システム。
10. 請求項１に記載の車両駆動制御システムにおいて、
    選択手段は、エンジン制御パラメータを変更することで、振動抑制制御または低燃費制御のいずれかを優先して実行することを特徴とする車両駆動制御システム。

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