JP2009214566A - ４輪駆動車の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制限車速以下の車速領域では音振性能を損なうことなく４輪駆動での旋回時における旋回挙動の安定化を図ることができる４輪駆動車の駆動力制御装置を提供する。
【解決手段】 車両の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ８を備え、4WD制御コントローラ５は、車両の前後方向の状態に基づいて演算される基準目標トルク配分値と、実ヨーレイトと車両の状態により演算された目標ヨーレイトとの偏差から得られる要求トルクゲイン値と、に基づいてモータ３を駆動すると共に、トルク配分禁止車速を超える車速領域では、モータ３の駆動を中止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、前後輪の一方を主駆動輪とし、他方を電動機により駆動される副駆動輪とした４輪駆動車の駆動力制御装置の技術分野に属する。

特許文献１には、電動機の目標トルクを決定する際、前後輪の車輪速差に基づく目標トルクについては電動機の瞬間最大出力に対応した値とし、アクセルペダルの踏み込み量に基づく目標トルクについては電動機の連続定格出力に対応した値とする技術が開示されている。これにより、電動機の常時連続運転能力を確保でき、発進特性、加速特性および登坂特性の向上が期待できる。
特開２００１−１７７９０９号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、旋回特性の向上に関しては、ブレーキ制御に頼らざるを得ず、４輪駆動での旋回時、車両挙動を目標値に維持するためのブレーキ制御に伴うポンプやバルブ等の作動頻度が高くなるため、音振性能の向上が望まれていた。一方、電動機は小型化を目的として減速比の大きな減速装置を介して副駆動輪の駆動軸と連結されていることから、高車速域では過回転や駆動軸に対する連れ周りを防止するために電動機を停止して駆動軸から切り離す必要がある。

本発明の目的は、制限車速以下の車速領域では音振性能を損なうことなく４輪駆動での旋回時における旋回挙動の安定化を図ることができる４輪駆動車の駆動力制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の４輪駆動車の駆動力制御装置では、車両の前後方向の状態に基づいて演算される第１の目標値と、実ヨーレイトと車両の状態により演算された目標ヨーレイトとの偏差から得られる偏差補正係数と、に基づいて電動機を駆動すると共に、電動機の機械的特性により決定される制限車速を超える車速領域では、電動機の駆動を中止する。

よって、本発明の４輪駆動車の駆動力制御装置では、制限車速以下の車速領域では音振性能を損なうことなく４輪駆動での旋回時における旋回挙動の安定化を図ることができる。

以下、本発明の４輪駆動車の駆動力制御装置を実現するための最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
（駆動系の構成）
図１は、実施例１の４輪駆動車の駆動力制御装置を適用した車両の駆動系を示す構成図である。実施例１の車両としては、通常時は主駆動輪である前輪のみを駆動し、発進時や坂路等、所定の条件が成立した場合に副駆動輪である後輪を駆動して４輪駆動走行する４輪駆動車を前提としている。

エンジン１には変速機２および発電機１２が接続され、エンジン１から出力される駆動力は変速機２および発電機１２に分配される。変速機２に配分された駆動力は、前輪FL,FRのドライブシャフトFDSを駆動する。一方、発電機１２に配分された駆動力は、電気エネルギに変換され、モータ（電動機）３を駆動する。
モータ３はリア側のクラッチ付きディファレンシャルギア（減速装置）DFを介して後輪RL,RRのドライブシャフトRDSを駆動する。

前輪FL,FRおよび後輪RL,RRの各輪には、車輪と一体に回転するブレーキロータBRにブレーキパッドBPを押し付けて制動する摩擦ブレーキB1,B2,B3,B4（以下、B1〜B4）が設けられている。各摩擦ブレーキB1〜B4内には、ブレーキ液によりブレーキパッドBPを押し付けるホイルシリンダ（不図示）が内蔵されている。

各摩擦ブレーキB1〜B4は、ブレーキアクチュエータ４と接続されている。ブレーキアクチュエータ４内には、図外のマスタシリンダから供給されたブレーキ液圧を各輪に伝播すると共に、車輪のロックを回避するアンチスキッド制御（以下、ABS制御）を実現するために必要な増圧弁・減圧弁と、運転者のブレーキペダル操作状態にかかわらず、好ましい車両挙動を達成するために、各輪に対して制動力を付与可能なポンプやゲート弁等が設けられている。

実施例１の車両には、発電機１２の出力電流およびモータ３の駆動力を制御する4WD制御コントローラ（電動機制御手段）５と、ブレーキアクチュエータ４により各摩擦ブレーキB1〜B4のホイルシリンダ圧を制御するVDCコントローラ（車両挙動制御手段）６と、が設けられている。4WD制御コントローラ５とVDCコントローラ６との間は、情報交換のための通信ラインＬで接続されている。

VDCコントローラ６には、運転者の操舵角を検出する舵角センサ７と、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサBS1,BS2,BS3,BS4（以下、BS1〜BS4）と、車両に発生したヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出手段）８と、車両に発生した横加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ９と、車両に発生した前後加速度（前後Ｇ）を検出する前後Ｇセンサ１０と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１と、が接続されている。

ここで、ABS制御とは、車輪速に基づいて車体速（擬似車体速）を推定し、各輪の車輪速が車体速（もしくは車体速から所定値減算した減圧閾値等）に一致するようにホイルシリンダ圧を増減または保持する制御である。
また、VDC制御とは、車体速（以下、車速と記す。）、横Ｇおよび運転者の操舵角に基づいて理想車両挙動である目標ヨーレイトを演算し、ヨーレイトセンサ８により検出された実際のヨーレイト（実ヨーレイト）が目標ヨーレイトと一致するように、モータ３の駆動力を制御すると共に、必要な摩擦ブレーキのホイルシリンダ圧のみ増減する制御である。

さらに、具体的には、目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの偏差を演算し、この偏差が負である場合（目標ヨーレイトよりも実ヨーレイトの方が大きい場合）には、車両のステア特性はオーバステア（OS）傾向であると判断する。この場合、OSを解消するように、すなわち、車両のステア特性がアンダステア（US）方向へ変化するようにモータ３の駆動力を制御し、さらに必要な場合は、ホイルシリンダ圧を制御する。

一方、目標ヨーレイトに対し実ヨーレイトとの偏差を演算し、この偏差が正である場合（目標ヨーレイトよりも実ヨーレイトの方が小さい場合）には、車両のステア特性はUS傾向であると判断する。この場合、VDC制御では、USを解消するように、すなわち、車両のステア特性がOS方向へ変化するようにモータ３の駆動力を制御し、さらに必要な場合は、ホイルシリンダ圧を制御する。

以下の説明では、OS傾向時の目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの偏差をOS用ヨーレイト偏差、US傾向時の目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの偏差をUS用ヨーレイト偏差という。

図２は、VDCコントローラ６の一部と、4WD制御コントローラ５の制御ブロック図である。なお、VDC制御では各種制御が行われるが、実施例１では、要部のみ抜粋して図示している。4WD制御コントローラ５内には4WD制御部５ａが設けられている。また、VDCコントローラ６には、VDC既存信号部６ａとヨーレイトフィードバック4WD（Y-F/B4WD）制御部６ｂとが設けられている。VDC既存信号部６ａは、車両挙動を常に監視し、各種信号を出力する。ヨーレイトフィードバック4WD制御部６ｂは、後述するヨーレイトフィードバック4WD制御を行う。

（VDC制御について）
上述したように、VDC制御では、車速および目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの偏差信号（OS用ヨーレイト偏差信号、US用ヨーレイト偏差信号）が存在する（VDC既存信号）。ヨーレイトフィードバック4WD制御部６ｂは、VDC既存信号部６ａから出力されたこれらの各種信号を用いて、後述する要求トルクゲイン値および制御アクティブフラグを4WD制御コントローラ５へ出力する。

ヨーレイトフィードバック4WD制御部６ｂには、制御介入判断部100と、要求トルクゲイン値の演算／選択部200とが設けられている。制御介入判断部100には、介入閾値作成部101と、OS介入判断部103と、US介入判断部104と、制御アクティブフラグ作成部105とが設けられている。

介入閾値作成部101は、さらに車速に基づいて介入閾値（OS用閾値、US用閾値）を作成する。
OS介入判断部103は、OS用閾値およびOS用ヨーレイト偏差に基づいてOS制御を介入させるか否かを判断し、判断結果をOS判定フラグとして出力する。

US介入判断部104は、US用閾値およびUS用ヨーレイト偏差に基づいてUS制御を介入させるか否かを判断し、判断結果をUS判定フラグとして出力する。
制御アクティブフラグ作成部105は、OS判定フラグおよびUS判定フラグの結果に基づいて制御アクティブフラグをセットする。

要求トルクゲイン値の演算／選択部200には、OS要求トルクゲインマップ201と、US要求トルクゲインマップ202と、固定値出力部203と、選択部204と、強制終了処理部205と、が設けられている。
OS要求トルクゲインマップ201およびUS要求トルクゲインマップ202は、車速とOS,US用ヨーレイト偏差と操舵角状態に基づいて、図４のマップを参照し、OS,US要求トルクゲイン値を出力する。なお、要求トルクゲイン値の詳細については後述する。

固定値出力部203では、あらかじめ設定された固定値（＝１）を要求トルクゲイン値として出力する。
選択部204では、OS判定フラグおよびUS判定フラグの値に基づいてOS時トルクゲイン、US時トルクゲインまたは固定値のいずれかを選択する。
強制終了処理部205は、車速がトルク配分禁止車速を超えた場合、要求トルクゲイン値を徐々に１まで変化させる。ここで、「トルク配分禁止車速」とは、モータ３の駆動を中止すべき制限車速であり、モータ３の機械的特性により決定される。

（4WD制御について）
次に、4WD制御部５ａについて説明する。
4WD制御部５ａには、基準目標トルク配分値演算部301と、補正目標トルク配分値演算部305と、が設けられている。

基準目標トルク配分値演算部301は、前輪と後輪の回転速度差、エンジン出力、アクセル量または路面μの少なくとも１つに基づいて演算された各感応トルク配分値と、モータ出力制限または速度制限に基づいて演算された各制限トルク配分値との少なくとも一方に基づいて、基準目標トルク配分値（第１の目標値）を求める。

補正目標トルク配分値演算部305は、要求トルクゲイン値の演算／選択部200において選択された要求トルクゲイン値（偏差補正係数）を基準目標トルク配分値演算部301により求められた基準目標トルク配分値に乗算し、補正目標トルク配分値を算出する。この補正目標トルク配分値によりモータ３が駆動されることで、所望の車両挙動が達成される。

4WD制御部５ａでは、基準目標トルク配分値演算部301にて、車速がトルク配分禁止車速を超えたときに、制御アクティブフラグがセットされていない場合は、即座に基準目標トルク配分値の出力を禁止すると共にディファレンシャルギアDFのクラッチを解放してモータ３をドライブシャフトRDSから切り離す。一方、制御アクティブフラグがセットされている場合には、基準目標トルク配分値の出力禁止およびクラッチの解放を遅らせる。

（ヨーレイトフィードバック4WD制御処理）
次に、ヨーレイトフィードバック4WD制御処理について図３のフローチャートを用いて説明する。

ステップS1では、介入閾値作成部101において、車速に基づく介入閾値（OS用閾値、US用閾値）を作成し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、OS介入判断部103およびUS介入判断部104において、介入判断を行い、ステップS3へ移行する。ここでは、OS用ヨーレイト偏差信号値がOS用介入閾値を超えたときはOSと判断し、OS判定フラグを１にセットする。また、US用ヨーレイト偏差信号値がUS用介入閾値を超え、かつ、OS判定フラグがゼロのときはUSと判断し、US判定フラグを１にセットする。

ステップS3では、要求トルクゲイン値の演算／選択部200において、OS要求トルクゲインマップ201、US要求トルクゲインマップ202および固定値出力部203のいずれかを選択して要求トルクゲイン値を演算し、ステップS204へ移行する。

図４は、要求トルクゲイン値の設定マップである。図４に示すように、OS要求トルクゲインマップは、OS用ヨーレイト偏差信号が大きくなるにつれて、要求トルクゲイン値が１よりも徐々に小さくなるように設定されている。車両のステア特性をUS方向へ変化させるためには、後輪の駆動力を減少させて後輪のサイドフォースを増加させる必要があるからである。

一方、US要求トルクゲインマップは、US用ヨーレイト偏差信号が大きくなるにつれて、要求トルクゲイン値が１よりも徐々に大きくなるように設定されている。車両のステア特性をOS方向へ変化させるためには、後輪の駆動力を増加させて後輪のサイドフォースを減少させる必要があるからである。

ステップS4では、選択部204において、OS判定フラグおよびUS判定フラグに基づいて要求トルクゲイン値を選択し、ステップS5へ移行する。ここでは、OS判定フラグが１のときはOS時トルクゲインを選択し、US判定フラグが１のときはUS時トルクゲインを選択し、OS判定フラグとUS判定フラグが共にゼロのときは固定値を選択して要求トルクゲイン値とする。

ステップS5では、制御アクティブフラグ作成部105において、OS判定フラグおよびUS判定フラグに基づいて制御アクティブフラグを作成し、ステップS6へ移行する。ここでは、OS判定フラグが１またはUS判定フラグが１のときは、制御アクティブフラグを１にセットし、それ以外は制御アクティブフラグをゼロにセットする。

ステップS6では、強制終了処理部205において、車速がトルク配分禁止車速に達している場合、要求トルクゲイン値を徐々に１まで変化させる強制終了処理を実施し、ステップS7へ移行する。

ステップS7では、補正目標トルク配分値演算部305において、選択された基準目標トルク配分値と要求トルクゲイン値に基づいて補正目標トルク配分値を算出し、本制御を終了する。ここでは、制御アクティブフラグが１のときは補正目標トルク配分値として選択された基準目標トルク配分値に選択された要求トルクゲイン値を乗算して出力し、制御アクティブフラグがゼロのときは補正目標トルク配分値として選択された基準目標トルク配分値をそのまま出力する。

次に、実施例１の作用を説明する。
［旋回時の音振性能向上作用］
上述した特許文献１では、４輪駆動での旋回時における旋回特性の向上に関して何ら考慮されておらず、旋回特性がOS傾向またはUS傾向である場合、ブレーキ制御の介入によって車両挙動を安定させる必要がある。このため、ブレーキ制御に伴うポンプやバルブ等の作動頻度が高く、作動音に伴う音振性能の悪化が懸念される。

これに対し、実施例１では、基準目標トルク配分値演算部301において、前輪と後輪の回転速度差、エンジン出力、アクセル量または路面μの少なくとも１つに基づいて演算された各感応トルク配分値と、モータ出力制限または速度制限に基づいて演算された各制限トルク配分値との少なくとも一方に基づいて、基準目標トルク配分値を求める。

そして、補正目標トルク配分値演算部305では、要求トルクゲイン値の演算／選択部200において選択された要求トルクゲイン値を基準目標トルク配分値に乗算し、補正目標トルク配分値を算出する。このとき、要求トルクゲイン値の演算／選択部200では、OS傾向の度合いが高いほど要求トルクゲイン値をより小さな値（＜１）とする一方、US傾向の度合いが高いほど要求トルクゲイン値をより大きな値（＞１）とする。

よって、車両のステア特性がOS傾向である場合には、補正目標トルク配分値が基準目標トルク配分値よりも小さな値となるため、後輪の駆動力が減少することで車両のステア特性をUS方向へと変化させることができる。一方、車両のステア特性がUS傾向である場合には、補正目標トルク配分値が基準目標トルク配分値よりも大きな値となるため、後輪の駆動力が増大することで車両のステア特性をOS方向へと変化させることができる。

すなわち、実施例１では、車両のステア特性がOS傾向またはUS傾向である場合、目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの偏差に基づくヨーレイトフィードバック4WD制御を実施するため、例えば、低μ路でハンドルを切りながらの発進時等、４輪駆動での旋回時において、ブレーキ制御の介入を抑えつつ、旋回特性の向上を図ることができる。このため、ポンプやバルブ等の作動頻度を低減でき、音振性能の向上を図ることができる。

［モータ停止時の挙動変化抑制作用］
モータ３は、小型化を目的として減速比の大きなディファレンシャルギアDFを介して後輪のドライブシャフトRDSと連結されていることから、車速がトルク配分禁止車速を超える高車速域では、過回転やドライブシャフトRDSに対する連れ周りを防止するために、モータ３を停止させ、クラッチを切り離す必要がある。

そこで、実施例１では、4WD制御部５ａにおいて、車速がトルク配分禁止車速を超えた場合、制御アクティブフラグがセットされていない場合には、即座に基準目標トルク配分値の出力を禁止し、クラッチを解放してモータ３とドライブシャフトRDSとを切り離す。これにより、モータ３の保護を図ることができる。

一方、4WD制御部５ａは、制御アクティブフラグがセットされている場合は、基準目標トルク配分値の出力禁止およびクラッチの解放を遅らせる。このとき、強制終了処理部205では、要求トルクゲイン値を徐々に１まで変化させる。

図５は、制御アクティブフラグがセットされている状態で車速がトルク配分禁止車速を超えたとき、補正目標トルク配分値を即座にゼロとした場合のタイムチャートである。この場合、補正目標トルク配分値が急激に変化して後輪に駆動力抜けが生じ、旋回挙動が不安定になる可能性がある。

これに対し、実施例１では、制御アクティブフラグがセットされている状態で車速がトルク配分禁止車速を超えたとき、要求トルクゲイン値を徐々に１まで変化させた後、モータ３の駆動を停止してクラッチを切り離すため、図６に示すように、補正目標トルク配分値を緩やかに減少させることができ、挙動が不安定となることを防止できる。

次に、実施例１の効果を説明する。
実施例１では、車両の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ８を備え、4WD制御コントローラ５は、車両の前後方向の状態に基づいて演算される基準目標トルク配分値と、実ヨーレイトと車両の状態により演算された目標ヨーレイトとの偏差から得られる要求トルクゲイン値と、に基づいてモータ３を駆動すると共に、トルク配分禁止車速を超える車速領域では、モータ３の駆動を中止する。これにより、トルク配分禁止車速以下の車速領域では音振性能を損なうことなく４輪駆動での旋回時における旋回挙動の安定化を図ることができる。

実施例１では、4WD制御コントローラ５は、車両の前後方向の状態に基づいて演算された基準目標トルク配分値と、VDCコントローラ６により演算された実ヨーレイトと目標ヨーレイトとの偏差と、に基づいてモータ３を駆動すると共に、トルク配分禁止車速を超える車速領域では、モータ３の駆動を中止する。これにより、また、既存のVDCの情報を利用して装置のコンパクト化を達成しながら、トルク配分禁止車速以下の車速領域では音振性能を損なうことなく４輪駆動での旋回時における旋回挙動の安定化を図ることができる。

実施例１では、4WD制御コントローラ５は、車速がトルク配分禁止車速を超えた場合、モータ３の駆動力を徐々に減少させるため、モータ３を停止する際に挙動が不安定となることを防止できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、各実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例では、前輪を主駆動輪としてエンジン駆動とし、後輪を副駆動輪として電動機駆動する例を示したが、前輪を電動機駆動とし、後輪をエンジン駆動としてもよい。また、本発明は、副駆動輪が電動機駆動であれば、主駆動輪の駆動源は任意に設定できる。

実施例１の４輪駆動車の駆動力制御装置を適用した車両の駆動系を示す構成図である。 VDCコントローラ６の一部と、4WD制御コントローラ５の制御ブロック図である。 ヨーレイトフィードバック4WD制御処理の流れを示すフローチャートである。 要求トルクゲイン値の設定マップである。 制御アクティブフラグがセットされている状態で車速がトルク配分禁止車速を超えたとき、補正目標トルク配分値を即座にゼロとした場合を示すタイムチャートである。 制御アクティブフラグがセットされている状態で車速がトルク配分禁止車速を超えたとき、補正目標トルク配分値を徐々にゼロとした場合を示すタイムチャートである。

符号の説明

FL,FR 前輪（主駆動輪）
RL,RR 後輪（副駆動輪）
１ エンジン
３ モータ（電動機）
５ 4WD制御コントローラ（電動機制御手段）
６ VDCコントローラ（車両挙動制御手段）
８ ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出手段）

Claims (3)

1. 主駆動輪と、
   所定の条件の下で電動機により駆動される副駆動輪と、
   前記電動機を制御する電動機制御手段と、
   を有する４輪駆動車の駆動力制御装置において、
   車両の実ヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段を備え、
   前記電動機制御手段は、車両の前後方向の状態に基づいて演算される第１の目標値と、前記実ヨーレイトと車両の状態により演算された目標ヨーレイトとの偏差から得られる偏差補正係数と、に基づいて前記電動機を駆動すると共に、前記電動機の機械的特性により決定される制限車速を超える車速領域では、前記電動機の駆動を中止することを特徴とする４輪駆動車の駆動力制御装置。
2. エンジンにより駆動される主駆動輪と、
   所定の条件の下で電動機により駆動される副駆動輪と、
   前記電動機を制御する電動機制御手段と、
   左右車輪に対し異なる制動力を発生させて車両挙動を制御する車両挙動制御手段と、
   を有する４輪駆動車の駆動力制御装置において、
   前記電動機制御手段は、車両の前後方向の状態に基づいて演算された第１の目標値と、前記車両挙動制御手段により演算された実ヨーレイトと目標ヨーレイトとの偏差と、に基づいて前記電動機を駆動すると共に、前記電動機の機械的特性により決定される制限車速を超える車速領域では、前記電動機の駆動を中止することを特徴とする４輪駆動車の駆動力制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の４輪駆動車の駆動力制御装置において、
   前記電動機制御手段は、車速が前記制限車速を超えた場合、前記電動機の駆動力を徐々に減少させることを特徴とする４輪駆動車の駆動力制御装置。

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