JP2010093917A - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の不安定状態が判定された場合に、高い応答性で車両の挙動を安定化させることができる車両挙動制御装置を提供する。
【解決手段】車両の走行状態を検出する走行状態検出手段７と、走行状態に基づいて、車両の不安定状態を判定する不安定状態判定手段６と、車両のエンジン１に接続され、原動機の出力を用いて発電する発電機および原動機の出力を補助する電動機として動作するモータジェネレータ３と、モータジェネレータ３の回転数に基づいて、モータジェネレータ３の動作を制御する制御手段５とを備え、制御手段５は、不安定状態が判定された場合に、制動トルクを発生させるようにモータジェネレータ３の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の走行状態に応じて挙動を制御する車両挙動制御装置に関する。

従来の車両挙動制御装置としては、車両のタイヤに発生する実路面反力トルクと規範路面反力トルクとに基づいて車両の不安定状態を判定し、不安定状態が判定された場合に、車両の駆動力を低減させて車両を減速させるものがある。ここで、車両の駆動力を低減させる手段としては、エンジン出力を低減させるもの、変速機の変速比を切り替えるもの、モータ出力を低減させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０８１００６号公報

しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
従来の車両挙動制御装置では、車両の不安定状態が判定された場合に車両の駆動力を低減させているが、特にエンジンおよび変速機は応答性が悪い。そのため、車両の不安定状態が判定されてから、エンジンまたは変速機を制御して車両の駆動力を低減させ、車両が減速するまでには、長い時間を要するという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の不安定状態が判定された場合に、高い応答性で車両の挙動を安定化させることができる車両挙動制御装置を得ることにある。

この発明に係る車両挙動制御装置は、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、走行状態に基づいて、車両の不安定状態を判定する不安定状態判定手段と、車両の原動機に接続され、原動機の出力を用いて発電する発電機および原動機の出力を補助する電動機として動作するモータジェネレータと、モータジェネレータの回転数に基づいて、モータジェネレータの動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は、不安定状態が判定された場合に、制動トルクを発生させるようにモータジェネレータの動作を制御するものである。

この発明の車両挙動制御装置によれば、制御手段は、不安定状態判定手段により車両の不安定状態が判定された場合に、制動トルクを発生させるように車両の原動機に接続されたモータジェネレータの動作を制御する。これにより、原動機に制動トルクが直接作用して車両が減速される。
そのため、車両の不安定状態が判定された場合に、高い応答性で車両の挙動を安定化させることができる車両挙動制御装置を得ることができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、原動機がエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、原動機はモータ等であってもよい。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両挙動制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。
図１において、エンジン１には、エンジン１の出力を伝達する動力伝達手段としてのベルト２を介して、電動機および発電機として動作するモータジェネレータ３が接続されている。

モータジェネレータ３には、バッテリ４が接続され、エンジン１の駆動によってモータジェネレータ３で発電された電気エネルギーが、交直変換されて充電される。
また、モータジェネレータ３には、駆動信号を出力してモータジェネレータ３の動作を制御する制御手段５が接続されている。

制御手段５には、不安定状態判定手段６が接続され、不安定状態判定手段６には、走行状態検出手段７が接続されている。ここで、不安定状態判定手段６および走行状態検出手段７は、車両に搭載された他のＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の機能であり、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車載用通信を用いて制御手段５と通信する。
また、制御手段５には、ＣＡＮ等の車載用通信によって、例えば上位コントローラから制動トルクの指令値であるトルク指令値が入力される。なお、この実施の形態１では、トルク指令値がＣＡＮによって入力される場合について説明するが、これに限定されず、他の公知の通信手段を用いてもよい。

走行状態検出手段７は、車両の走行状態を検出する。具体的には、走行状態検出手段７はセンサ等であり、車両のタイヤに発生する路面反力トルク、タイヤのグリップ力、またはヨーレートおよび横加速度を検出する。
なお、車両の走行状態の検出方法は、上述した特許文献１等に示されているので、説明を省略する。

不安定状態判定手段６は、走行状態検出手段７で検出された走行状態に基づいて、車両の不安定状態を判定する。具体的には、センサ等で検出された路面反力トルク、タイヤのグリップ力、およびヨーレートおよび横加速度に基づいて、車両がアンダーステアやオーバーステア等の不安定状態にあるか否かを判定し、判定信号を出力する。
なお、車両の不安定状態の判定方法は、上述した特許文献１等に示されているので、説明を省略する。また、車両の不安定状態の判定方法は、上記のものに限定されず、他の公知の判定方法を用いてもよい。

制御手段５は、通常時には、モータジェネレータ３の回転数等に基づいて駆動信号を生成し、モータジェネレータ３の動作を制御する。
また、制御手段５は、不安定状態判定手段６から車両が不安定状態にあるとする判定信号が入力された場合に、上位コントローラから入力されたトルク指令値に基づいて、モータジェネレータ３により制動トルクを発生させるように駆動信号を生成し、モータジェネレータ３の動作を制御する。なお、上位コントローラは、例えば車両の車速等に基づいてトルク指令値を演算する。

図２は、この発明の実施の形態１に係るモータジェネレータ３を、バッテリ４および制御手段５とともに示す構成図である。
図２において、モータジェネレータ３は、互いに接続された電動機部３０と電力変換部４０とから構成されている。また、バッテリ４および制御手段５は、電力変換部４０に接続されている。

なお、モータジェネレータ３の動作を制御する制御手段５と、電動機部３０および電力変換部４０とが一体的に構成されたものをモータジェネレータとして扱ってもよい。また、電動機部３０と電力変換部４０とが物理的に分離されたものをモータジェネレータとして扱ってもよい。

電動機部３０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機子巻線３１と、電機子巻線３１に対向して配置された界磁巻線３２とから構成されている。すなわち、モータジェネレータ３は、三相界磁巻線方式のモータジェネレータとなる。
なお、電機子巻線３１は三相に限定されず、他の相数であってもよい。

電力変換部４０は、界磁スイッチング素子４１と、フリーホイールダイオード４２と、三相上アームスイッチング素子４３と、三相下アームスイッチング素子４４とを備えている。
界磁スイッチング素子４１およびフリーホイールダイオード４２は、界磁巻線３２に流れる界磁電流をＰＷＭ制御する。

三相上アームスイッチング素子４３は、トランジスタとダイオード（寄生成分を含む）とからなるＵ相上スイッチング素子４３ａ、Ｖ相上スイッチング素子４３ｂおよびＷ相上スイッチング素子４３ｃを含んでいる。三相上アームスイッチング素子４３により、電動機部３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子と、バッテリ４からのプラス電源入力のＰ端子とが互いに接続される。

また、三相下アームスイッチング素子４４は、トランジスタとダイオード（寄生成分を含む）とからなるＵ相下スイッチング素子４４ａ、Ｖ相下スイッチング素子４４ｂおよびＷ相下スイッチング素子４４ｃを含んでいる。三相下アームスイッチング素子４４により、電動機部３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子と、バッテリ４からのアース入力であるＮ端子とが互いに接続される。

電力変換部４０は、モータジェネレータ３が電動機として動作する場合には、各スイッチング素子（界磁スイッチング素子４１、三相上アームスイッチング素子４３、三相下アームスイッチング素子４４）のオン・オフによって、バッテリ４からの直流電力を交流電力に変換し、電動機部３０を駆動している。

一方、電力変換部４０は、モータジェネレータ３が発電機として動作する場合には、電動機部３０で発電された交流電力を整流して直流電力に変換し、バッテリ４に充電する。
ここで、各スイッチング素子（界磁スイッチング素子４１、三相上アームスイッチング素子４３、三相下アームスイッチング素子４４）は、制御手段５からの駆動信号によってオン・オフ制御される。

図３は、この発明の実施の形態１に係る制御手段５を示すブロック構成図である。
図３において、制御手段５は、制御モード切り替え手段５１と、界磁電流指令演算手段５２と、界磁電流検出手段５３と、界磁電流制御手段５４と、ゲートドライバ５５とを含んでいる。
なお、制御手段５は、図３に示したもの以外にも制御手段としての様々な機能を有しているが、図３には、この発明に関係する部分のみを示す。

続いて、制御手段５の各部位の機能について説明する。
制御モード切り替え手段５１は、通常時には、モータジェネレータ３の回転数および制御モード切り替え信号（図示せず）、または上位コントローラとの通信に基づいて、モータジェネレータ３の制御モードを切り替える。ここで、制御モードとしては、駆動制御モード、発電制御モード、短絡制動制御モードおよび待機モードがある。

また、制御モード切り替え手段５１は、不安定状態判定手段６から車両が不安定状態にあるとする判定信号が入力された場合に、現在の制御モードを発電制御モードに切り替える。これは、ダイオード整流発電または同期整流発電を行うことで発電トルクを発生させて、エンジン１に制動トルクを与えるためである。

界磁電流指令演算手段５２は、制御モード切り替え手段５１によって制御モードが発電制御モードに切り替えられた場合に、界磁巻線３２に通電する界磁電流の指令値（界磁電流指令値）を演算する。具体的には、界磁電流指令演算手段５２は、上位コントローラからのトルク指令値と、モータジェネレータ３の回転数と、バッテリ４のＰＮ端子間の電圧とに基づいて、界磁電流指令演算手段５２にあらかじめ記憶されたマップから、通電すべき界磁電流を演算し、界磁電流指令値として出力する。
このマップには、実験等によってあらかじめ得た発生トルクと、モータジェネレータ３の回転数と、バッテリ４のＰＮ端子間の電圧と、界磁電流との関係が示されている。

界磁電流検出手段５３は、界磁巻線３２に流れる界磁電流を検出する。
界磁電流制御手段５４は、界磁電流指令演算手段５２から出力された界磁電流指令値に、界磁電流検出手段５３で検出された界磁電流が追従するようにフィードバック制御を行い、ＰＷＭのオン時間を演算して、ゲートドライバ５５に出力する。

ゲートドライバ５５は、界磁電流制御手段５４から出力されたＰＷＭのオン時間に基づいて駆動信号を生成し、電力変換部４０の各スイッチング素子（界磁スイッチング素子４１、三相上アームスイッチング素子４３、三相下アームスイッチング素子４４）をオン・オフ制御する。これにより、界磁巻線３２に界磁電流を通電し、トルク指令値に応じた所望の制動トルクを得ることができる。

なお、モータジェネレータ３の回転数が低く、三相交流側で発生する誘起電圧が低い場合や、バッテリ４のＰＮ端子間の電圧が高い場合等十分な発電量を確保できないときには、三相下アームスイッチング素子４４をオンさせて電機子巻線３１を短絡すること（短絡制動制御モード）により、制動トルクを発生させることができる。
この場合も、上位コントローラからのトルク指令値と、モータジェネレータ３の回転数と、バッテリ４のＰＮ端子間の電圧とに基づいて界磁電流指令値を設定することにより、所望の制動トルクを得ることができる。

次に、図４のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係る車両挙動制御装置の動作について説明する。
まず、不安定状態判定手段６は、走行状態検出手段７で検出された走行状態に基づいて、車両がアンダーステアやオーバーステア等の不安定状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１において、車両が不安定状態にある（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、制御モード切り替え手段５１は、現在の制御モードを発電制御モードに切り替える（ステップＳ１０２）。
続いて、界磁電流指令演算手段５２は、上位コントローラからのトルク指令値と、モータジェネレータ３の回転数と、バッテリ４のＰＮ端子間の電圧とに基づいて、界磁電流指令値を演算する（ステップＳ１０３）。

次に、界磁電流制御手段５４は、界磁電流指令演算手段５２からの界磁電流指令値に、界磁電流検出手段５３で検出された界磁電流が追従するようにフィードバック制御を行い、ＰＷＭのオン時間を演算する（ステップＳ１０４）。

続いて、ゲートドライバ５５は、界磁電流制御手段５４からのＰＷＭのオン時間に基づいて駆動信号を生成し、電力変換部４０の各スイッチング素子（界磁スイッチング素子４１、三相上アームスイッチング素子４３、三相下アームスイッチング素子４４）をオン・オフ制御し（ステップＳ１０５）、図４の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０１において、車両が不安定状態にない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、現在の制御モードを維持して（ステップＳ１０６）、図４の処理を終了する。
このように、トルク指令値に基づいて界磁電流指令値を演算し、界磁電流をフィードバック制御することにより、所望の制動トルクを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両挙動制御装置によれば、制御手段は、不安定状態判定手段により車両の不安定状態が判定された場合に、制御モードを発電制御モードまたは短絡制動制御モードに切り替え、モータジェネレータで制動トルクを発生させて原動機にこの制動トルクを与える。これにより、原動機に制動トルクが直接作用して車両が減速される。
そのため、車両の不安定状態が判定された場合に、高い応答性で車両の挙動を安定化させることができる。

また、モータジェネレータを発電制御することにより、制動時に発生する電気エネルギーを回収することができる。
また、モータジェネレータを短絡制動制御することにより、発電制御を行うことができない場合であっても、モータジェネレータにより制動トルクを発生させることができる。
また、外部から入力されるトルク指令値に基づいて制動トルクを制御すること、すなわちトルク指令値に基づいて界磁電流指令値を演算し、界磁電流をフィードバック制御することにより、所望の制動トルクを得ることができる。

なお、上記実施の形態１では、発電制御をダイオード整流発電または同期整流発電として説明したが、これに限定されない。三相交流側で発生する誘起電圧をチョッパ制御により昇圧させて発電するインバータ発電を行ってもよく、発電制御によって制動トルクを得られる方法であれば他の方法であってもよい。

また、上記実施の形態１では、上位コントローラからのトルク指令値に基づいて、マップ演算により界磁電流指令値を演算し、界磁電流をフィードバック制御することで所望の制動トルクを得ている。しかしながら、トルクをフィードバック制御してもよく、上位コントローラからのトルク指令値に制動トルクが追従するようにフィードバック制御を実行してもよい。

この発明の実施の形態１に係る車両挙動制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るモータジェネレータを、バッテリおよび制御手段とともに示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る制御手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両挙動制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン（原動機）、３ モータジェネレータ、５ 制御手段、６ 不安定状態判定手段、７ 走行状態検出手段、３１ 電機子巻線。

Claims (5)

1. 車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記走行状態に基づいて、前記車両の不安定状態を判定する不安定状態判定手段と、
   前記車両の原動機に接続され、前記原動機の出力を用いて発電する発電機および前記原動機の出力を補助する電動機として動作するモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータの回転数に基づいて、前記モータジェネレータの動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記不安定状態が判定された場合に、制動トルクを発生させるように前記モータジェネレータの動作を制御することを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 前記不安定状態判定手段は、前記車両がアンダーステア状態またはオーバーステア状態にある場合に、前記不安定状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の車両挙動制御装置。
3. 前記制御手段は、前記モータジェネレータを発電制御することにより、前記制動トルクを発生させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動制御装置。
4. 前記制御手段は、前記モータジェネレータの電機子巻線を短絡することにより、前記制動トルクを発生させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動制御装置。
5. 前記制御手段は、外部から入力されるトルク指令値に基づいて、前記制動トルクを制御することを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両挙動制御装置。

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