JP2010179846A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が低車速かつ大舵角旋回をする場合に正確なヨーモーメントを発生させる駆動制御装置を提供すること。
【解決手段】車両が低車速かつ操舵角が所定値以上の大舵角旋回をおこなう場合に、その旋回をおこなうために車両に要求されるヨーモーメントＭを操舵される駆動輪が発生するように、操舵角を考慮して前記駆動輪の駆動トルクが制御されるように構成されている。操舵される駆動輪の操舵角を考慮に入れて駆動輪が出力する駆動トルクが制御されるので、車両の旋回に要求されるヨーモーメントＭを、操舵される駆動輪の駆動トルクを制御することによって正確に発生させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、左右の少なくとも二輪もしくは前後の少なくとも二輪の駆動力をそれぞれ独立して制御することのできる車両を対象とし、それらの駆動輪のトルクを制御する制御装置に関するものである。

車両が低車速かつ操舵輪の操舵角が大きい最小旋回半径を通る場合に、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮すると、左右の操舵輪の操舵角δＬ，δＲを近似できなくなり、正確なヨーモーメントＭを付与することができなくなる。このような場合の制御の一例が特許文献１ないし特許文献３に記載されている。特許文献１には、車両の左右輪間に対する目標駆動力配分量に駆動力配分装置の実駆動力配分量を一致させるように制御することにより、車両のヨーモーメントＭを制御するように構成された制御装置が記載されている。特許文献２には、車両の旋回運動を規範ヨーレートに追従させるために要求されるヨーモーメントＭを駆動力配分装置が設定する左右の駆動輪間の駆動力差によって生じさせるように構成された制御装置が記載されている。特許文献３には、左右輪に回転数差により、車両をいわゆるオーバーステア状態にし、そのモーメントによって回頭性を補うように構成された制御装置が記載されている。

特開２００８−２２２１３９号公報 特開２００８−４４５５５号公報 特開平６−１９１３１３号公報

特許文献１および特許文献２に記載された制御装置によれば、車両の旋回に要求されるヨーモーメントＭを発生させる場合に、左右の操舵輪の操舵角δＬ，δＲを近似できない低車速かつ大舵角旋回時が考慮されていないので、低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合に正確なヨーモーメントＭを付与することができない虞がある。また。特許文献３に記載された制御装置によれば、オーバーステア状態によって発生させたヨーモーメントＭによって車両の回頭性を補うように構成されているので、低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合に要求される正確なヨーモーメントＭを付与することができない虞がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車両が低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合に、適切なヨーモーメントＭを付与することのできる制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、操舵されることにより車両を旋回させるヨーモーメントを発生させる左右の少なくとも二つの駆動輪もしくは前後の少なくとも二つの駆動輪の駆動トルクを制御するように構成された車両の駆動力制御装置において、前記車両が旋回するために前記駆動輪が操舵されて、その操舵された前記駆動輪の操舵角が所定値以上である場合に、前記操舵された前記駆動輪が前記車両の旋回に要求される正確なヨーモーメントを発生させるように前記操舵角を考慮に入れて、前記駆動輪の駆動トルクを制御するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、操舵された駆動輪の操舵角が所定値以上であって、車両が大舵角旋回をおこなう場合に、車両の旋回に要求されるヨーモーメントを発生させる駆動力を、操舵された駆動輪の操舵角を考慮にいれて出力するので、車両の旋回に要求される正確なヨーモーメントを発生させることができる。また、正確なヨーモーメントを出力するように駆動輪の駆動トルクが制御されるので、燃費の悪化を防止もしくは抑制することができる。さらに、正確なヨーモーメントを出力するように駆動輪の駆動トルクが制御されるので、旋回動作中の車両の挙動安定性を向上させることができる。

車両の旋回に要求されるヨーモーメントを正確に発生させるための制御フローチャートである。 図１に示す制御をおこなった場合における車両の挙動を模式的に示す図である。 車両の旋回に要求されるヨーモーメントを正確に発生させるための他の制御フローチャートである。 図２に示す制御をおこなった場合における車両の挙動を模式的に示す図である。 従来のＤＹＣ制御による車両の旋回を模式的に示してある。

つぎに、この発明をより具体的に説明する。この発明は、車両における左右二輪の駆動力もしくは前後二輪の駆動力を個別に制御できる駆動力制御装置である。この発明を適用できる車両は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関（以下、エンジンと記す）や、エンジンと電動機とを併用したハイブリッド車両、あるいはモータなどを主たる駆動力源とし、その駆動力源から出力した動力を所定の二輪もしくは四輪に伝達して走行する車両、所定の二輪を前記主たる駆動力源の動力で駆動し、かつその駆動輪以外の二輪を電動機で駆動するいわゆる四輪駆動車、各車輪をモータによって個別に回転させることのできるいわゆるインホイールモータ車両などであって、いずれの車両の駆動装置にも適用することができる。

図５に、従来のダイレクト・ヨーイング・コントロール（以下、ＤＹＣと記す）制御による車両Ｖｅの旋回を模式的に示してある。ここに示す車両Ｖｅは、フロントエンジン・リヤドライブ（ＦＲ）車をベースにしたインホイール式四輪駆動車の例であり、符号１Ｌ，１Ｒは、操舵輪であって、ステアリングホイールを含むステアリング機構（図示せず）によって操舵されるように構成されている。このステアリング機構は、左右の前輪１Ｌ，１Ｒの操舵を補助する操舵アシスト装置（図示せず）を備えており、電気的に制御できるように構成されている。また左右の前輪１Ｌ，１Ｒのそれぞれにはインホイールモータ２が設けられている。

このインホイールモータ２は、サスペンション機構（図示せず）によって支持されたハウジングの内部に電気モータと変速機構とを収容し、その電気モータによって前輪１Ｌ，１Ｒを駆動するように構成された駆動装置である。その電気モータが動力を出力することによる駆動作用だけでなく、電気モータでエネルギ回生を行うことにより制動力を発生させるように構成されている。符号３Ｌ，３Ｒはそれぞれの左右の後輪３Ｌ，３Ｒを示しており、エンジン（図示せず）の出力するトルクが伝達されるように構成されている。

さらに、操舵輪１Ｌ．１Ｒの操舵を補助する操舵アシスト装置やエンジンの出力するトルクおよびインホイールモータ２を制御するための電子制御装置４（ＥＣＵ）が設けられている。この電子制御装置４（ＥＣＵ）は、マイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて演算を行い、その演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。この入力されるデータとは、例えば各インホイールモータ２あるいは操舵輪を操舵するステアリングの操舵角度θ、車速Ｖなどである。

図５（ａ）は従来のＤＹＣ制御による車両Ｖｅの旋回を模式的に示しており、左右前輪１Ｌ，１Ｒの各操舵角δＬ、δＲは、δＬ＝δＲ≒０と近似され、すなわち旋回時の瞬間中心は左右の前輪１Ｌと１Ｒとで同じと見なすことができる。そのため、δＬ＝δＲ≒０と近似された車両Ｖｅは、左前輪１Ｌと右前輪１Ｒとの間で、その前後方向に駆動力差が生じるように電子制御装置４（ＥＣＵ）によって制御され、左前輪１Ｌと右前輪１Ｒとの駆動力差により車両重心点Ｐの周りに発生させたヨーモーメントＭによって旋回するように構成されている。

また図５（ｂ）は、車両Ｖｅが低車速かつ操舵角θが予め定めた閾値αを超える大舵角旋回をおこなうの場合を模式的に示している。図３（ｂ）において、操舵角θが予め定めた閾値αを超える大舵角旋回をおこなうの場合は、旋回内輪１Ｌの操舵角（切れ角）δＬが旋回外輪１Ｒの操舵角（切れ角）δＲよりも大きくなる（δＬ＞δＲ）。このような場合は、δＬ≠０、δＲ≠０に近似することができず、駆動力の分解成分を無視することができなくなる。換言すれば、旋回時における左右の前輪１Ｌ，１Ｒの瞬間中心を同じと見なすことができないので、従来のＤＹＣ制御では車両Ｖｅの旋回に要求され、車両重心点Ｐの周りに発生させられるヨーモーメントＭを正確に制御することができない。すなわち、左前輪１Ｌから出力される駆動トルクＦｆｌの車両幅方向の分解成分ＦｆｌｓｉｎδＬと右前輪１Ｒから出力される駆動トルクＦｆｒの車両幅方向の分解成分ＦｆｒｓｉｎδＲとが互いに打ち消しあうので、正確なヨーモーメントＭが車両重心点Ｐの周りに発生していない虞がある。

この発明の制御装置は、上述した低車速かつ予め定めた閾値αを超える舵角θで旋回する場合であって、その旋回に要求されるヨーモーメントＭを正確に発生させるために、以下に述べる制御を実行するように構成されている。

図１はその制御例を説明するためのフローチャートであって、図２は、その制御をおこなった場合の車両Ｖｅの挙動を模式的に示す図である。先ず、従来のＤＹＣ制御がＯＮ状態、すなわち旋回のための従来制御が実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、操舵角θが予め定めた閾値αの絶対値よりを超えているか否かが判断される（ステップＳ２）。この閾値αは、車両Ｖｅが最小旋回半径を通るように操舵する場合の操舵角θの最小値として、実験やシミュレーションなどによって予め求めることができる。

ついで、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、低車速かつ大舵角旋回時に左右の前輪１Ｌ，１Ｒに要求されるヨーモーメントＭが算出され、かつ実行される（ステップＳ３）。これは、車両Ｖｅの旋回に要求される正確なヨーモーメントＭを算出し、かつ燃費に悪影響を及ぼさないための制御であり、より具体的に述べると、車両Ｖｅの旋回に要求されるヨーモーメントＭを算出する式を示せば以下の通りである。なお、ここでは車両Ｖｅが左旋回をおこなう場合を例示しているが、右旋回をおこなう場合も同様の考え方で実施することができる。

Ｍ＝ＦｆｒｃｏｓδＲ×ｌ＋ＦｆｌｃｏｓδＬ×ｌ
−ＦｆｌｓｉｎδＬ×Ｌｆ＋ＦｆｒｓｉｎδＲ×Ｌｆ …（１）式

ここで、（１）式中のＦｆｌ、Ｆｆｒ、Ｆｒｌ、Ｆｒｒは、それぞれ左前輪１Ｌ、右前輪１Ｒ、左後輪３Ｌ、右後輪３Ｒの駆動力を示している。また、δＬ，δＲは、それぞれ左操舵輪１Ｌの切れ角度、右操舵輪１Ｒの切れ角度を示している。さらに、ｌは車両Ｖｅの重心から左右の車輪までのトレッド間距離を示しており、Ｌｆは車両Ｖｅの重心から前輪までの距離、すなわちホイールベースの半分の距離を示している。

この（１）式中のマイナス項は、車両Ｖｅが左旋回をおこなう場合に左前輪１Ｌから回生駆動力を出力することにともなって左前輪１Ｌから生じるマイナスのヨーモーメントＭを示している。そのため、左前輪１Ｌから駆動力を出力させなければ、車両ＶｅにマイナスのヨーモーメントＭが生じないので、左前輪１Ｌの駆動力Ｆｆｌを出力させず、旋回外輪である右前輪１Ｒからこの発明における旋回に要求されるヨーモーメントＭを発生させるように制御する。これを式で示せば以下の通りである。

Ｆｆｌ＝０ …（２）式

（２）式を（１）式に代入して整理すると、
Ｆｆｒ＝Ｍ／（ｃｏｓδＲ×ｌ＋ｓｉｎδＲ×Ｌｆ） …（３）式

（３）式となり、（３）式から右前輪１Ｒの駆動力が算出できる。ステップＳ３では、上述した（２）式および（３）式を満たすヨーモーメントＭが算出され、実行される。

ステップＳ３での制御に続けて、もしくはこれと並行して左右の後輪３Ｌ，３Ｒから出力されるトルクが制御される（ステップＳ４）。上述したステップＳ３では、マイナスのヨーモーメントを発生させずに、車両Ｖｅの旋回に要求される正確なヨーモーメントＭを出力するために、右前輪１ＲでのみＦｆｒｃｏｓδＲ分だけ駆動力が増大しているので、旋回動作中にその駆動力増加分だけ加速していくことが考えられる。そのため、このステップＳ４では、左右の後輪３Ｌ，３ＲからそれぞれＦｆｒｃｏｓδＲ／２ずつトルクが減じられる。これによって車両全体の駆動力に変化が生じないので、車両Ｖｅが旋回中に加速することを防止もしくは抑制することができる。

なお、前述したステップＳ１で否定的に判断された場合は、旋回動作をおこなわないとして、このルーチンを一旦終了する。また、前述したステップＳ２で否定的に判断された場合は、閾値αを超えないので大舵角旋回ではないので、このルーチンを一旦終了する。

したがってこの発明によれば、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮して、低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合における正確なヨーモーメントＭを算出し、かつ出力することができる。またそれにより、駆動輪から出力される駆動力が最適化されるから、すなわち余剰トルクを出力しないので燃費の悪化を抑制することができる。

また、上述した左右前輪１Ｌ，１Ｒがインホイールモータ２であり、左右後輪３Ｌ，３Ｒがエンジンによって駆動される車両Ｖｅの場合に、前後輪間において、その駆動力の制御に対する応答性に差が生じる場合がある。例えば、前述したインホイールモータ２である左右前輪１Ｌ，１Ｒの駆動応答性が左右後輪３Ｌ，３Ｒの駆動応答性よりも早い場合には、左右後輪３Ｌ，３Ｒの駆動力変化量が左右前輪１Ｌ，１Ｒに追いつくまでの間に、車両Ｖｅが加速してしまう虞がある。このような現象は、上述した制御によって車両全体の駆動力を変化させない、換言すれば車両Ｖｅを加速させないために左右後輪３Ｌ，３Ｒで補償する駆動力が大きくなるほど顕著になる傾向がある。したがって、前後車輪間において、その駆動応答性に差が生じる車両Ｖｅの場合には、以下に述べる制御を実行することが望ましい。

図３はその制御を説明するためのフローチャートであって、図４は、その制御をおこなった場合の車両Ｖｅの挙動を模式的に示す図である。先ず、従来のＤＹＣ制御がＯＮ状態、すなわち旋回のための従来制御が実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、操舵角θが予め定めた閾値αの絶対値よりを超えているか否かが判断される（ステップＳ２）。

このステップＳ２で肯定的に判断されると、前述した（１）式ないし（３）式に基づいてヨーモーメントＭが算出され、さらに、右前輪１Ｒにおいて増大させられる駆動力であるＦｆｒｃｏｓδＲが予め定めた閾値Ａを超えるか否かが判断される（ステップＳ５）。これを式で示せば以下の通りである。この閾値Ａは、車両Ｖｅの挙動を乱さない駆動力として、あるいは車両Ｖｅの駆動力が増大して加速する場合に、運転者が加速感を感じる駆動力として、実験やシミュレーションなどによって予め求めることができる。したがって、ＦｆｒｃｏｓδＲが閾値Ａを超える場合は、前後車輪間の駆動応答性の差によって車両Ｖｅが加速する虞があるので、ステップＳ５で肯定的に判断される。これとは反対に、ＦｆｒｃｏｓδＲが閾値Ａを超えない場合は、前後車輪間の駆動応答性に差があっても車両Ｖｅが加速する虞がないとして、否定的に判断される。

Ａ＜ＦｆｒｃｏｓδＲ …（４）式

このステップＳ５で肯定的に判断された場合には、左右前輪１Ｌ，１Ｒのみから車両Ｖｅの旋回に要求されるヨーモーメントＭを発生させるための駆動力が算出され、かつ実行される（ステップＳ６）。より具体的に述べると、車両Ｖｅを旋回させるための左右前輪１Ｌ，１Ｒの駆動力と、車両Ｖｅの旋回に要求されるヨーモーメントＭとの関係は前述した（１）式と下記に記した（５）式との連立方程式によって表される。

Ｆ＝ＦｆｒｃｏｓδＲ−ＦｆｌｃｏｓδＬ …（５）式

ここに示す制御例では、車両Ｖｅを加速させる右前輪１Ｒの駆動力ＦｆｒｃｏｓδＲを左前輪１Ｌの駆動（制動）トルクＦｆｌｃｏｓδＬにより相殺してＦ＝０としたいので、（５）式より下記の（６）式が導き出せる。

Ｆｆｌ＝（ｃｏｓδＲ／ｃｏｓδＬ）×Ｆｆｒ …（６）式

（６）式を（１）式に代入し、整理すると、
Ｍ＝Ｆｒ（ＬｆｓｉｎδＲーｔａｎδＬ×ｃｏｓδＲ） …（７）式

（７）式となり、この（７）式から要求モーメント，δＬ，δＲが任意に決まれば左右前輪１Ｌ，１Ｒの駆動力が算出される。算出式は以下に示す。

右前輪１Ｒの駆動力は、
Ｆｆｒ＝Ｍ／（ＬｆｓｉｎδＲーＴａｎδＬ×ｃｏｓδＲ） …（８）式
から算出される。

左前輪１Ｌの駆動力は、（６）式と（８）式とから、
Ｆｆｌ＝
（ｃｏｓδＲ／ｃｏｓδＬ）×Ｍ／（ＬｆｓｉｎδＲーＴａｎδＬ×ｃｏｓδＲ）
…（９）式
から算出される。

ステップＳ６では、上述した（８）式および（９）式に基づいて、左右前輪１Ｌ，１Ｒの駆動力が算出され、算出された駆動力が左右前輪１Ｌ，１Ｒのそれぞれから出力される。

ステップＳ６での制御に続けて、もしくはこれと並行して左右後輪３Ｌ，３Ｒの駆動力が制御される（ステップＳ７）。このステップＳ７では、上述した制御に基づいて、車両Ｖｅの旋回に要求されるヨーモーメントＭは左右前輪１Ｌ，１Ｒから正確に発生させられているので、左右後輪３Ｌ，３Ｒに要求される駆動力が、特に制御されずにそのまま出力される。

なお、前述したステップＳ１で否定的に判断された場合は、旋回動作をおこなわないとして、このルーチンを一旦終了する。また、前述したステップＳ２で否定的に判断された場合は、閾値αを超えないので大舵角旋回ではないので、このルーチンを一旦終了する。さらに、前述したステップＳ５で否定的に判断された場合は、ＦｆｒｃｏｓδＲが閾値Ａを超えないので、車両Ｖｅが加速する虞がないとして、否定的に判断される。すなわち、前後車輪間の駆動応答性の差が問題とならないので、前述の図１に示した制御がおこなわれる。

したがってこの発明によれば、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮して、低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合における正確なヨーモーメントＭを算出し、かつ出力することができる。またそれにより、車両Ｖｅの旋回安定性を向上させることができる。さらにまた、前後車輪に駆動力を付与する動力源の駆動応答性に差がある場合に、左右前輪１Ｌ，１Ｒから車両Ｖｅの旋回に要求される駆動力が出力されるので、旋回動作中の加減速を防止もしくは抑制でき、車両Ｖｅの挙動安定性を向上させることができる。

１Ｌ，１Ｒ…左右前輪、 ２…インホイールモータ、 ３Ｌ，３Ｒ…左右後輪、 ４…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. 操舵されることにより車両を旋回させるヨーモーメントを発生させる左右の少なくとも二つの駆動輪もしくは前後の少なくとも二つの駆動輪の駆動トルクを制御するように構成された車両の駆動力制御装置において、
   前記車両が旋回するために前記駆動輪が操舵されて、かつその操舵された前記駆動輪の操舵角が所定値以上である場合に、前記操舵された前記駆動輪が前記車両の旋回に要求される正確なヨーモーメントを発生させるように前記操舵角を考慮に入れて、前記駆動輪の駆動トルクを制御するように構成されていることを特徴とする車両の駆動力制御装置。

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