JP2010179847A - 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おこなう場合に最大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】車速が所定車速以下かつ操舵角が所定角以上で車両Ｖｅが旋回をおこなう場合に、車両重心点Ｐ周りに最大ヨーモーメントＭを発生させるように、車両Ｖｅの駆動トルクが制御されるとともに、最適な操舵角θが操舵輪に与えられるように構成されている。アッカーマンステアリングジオメトリが考慮されて駆動輪が出力する駆動トルクが制御され、また、最適な操舵角θが与えられるので、車両Ｖｅの最小旋回半径を低減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。

低車速かつ操舵輪の操舵角が大きく、車両が最小旋回半径を通るように旋回させる場合に、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮しなければ、左右の操舵輪に付与する駆動トルク差によって最大ヨーモーメントＭを発生させて旋回させることができるが、このような制御はアッカーマンステアリングジオメトリを考慮した場合には、車両の旋回に要求されるヨーモーメントＭに対し、正確なヨーモーメントＭを発生させたことにはならない。

このような車両の旋回半径を最小にするため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、車両が所定の車速以下かつ操舵角が所定値以上の場合に、左右の副駆動輪間に大きな差動トルク差を生じさせることにより、最小旋回半径を低減するように構成された差動装置が記載されている。特許文献２には、ドライブシャフトの配置が、車両平面視で車両前後方向後方が広い、いわゆるハの字形状となるように配置することにより、旋回内輪の切れ角を大きくできるように構成された駆動装置の搭載構造が記載されている。特許文献３には、車両が所定車速以下の場合に、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮して、左右の駆動輪の回転軸線と非駆動輪の回転軸線とが同一点で交差するように操舵させる車両用操舵装置が記載されている。

特開２００６−４４３１９号公報 特開２００７−２２１６３号公報 特開２００５−１３８７０９号公報

特許文献１に記載された装置によれば、車両が低車速かつ大舵角旋回をおこなうために要求されるヨーモーメントＭを発生させる場合に、アッカーマンステアリングジオメトリが考慮されていないので、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２に記載された搭載構造は、アッカーマンステアリングジオメトリを適用した車両においてドライブシャフトの切れ角を最大限利用するための構造であって、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮し、低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合に、駆動力制御などによって車両に正確なヨーモーメントＭを付与する技術が開示されていない。さらに、特許文献３に記載された装置は、低車速時にスムーズな旋回をおこなうためにアッカーマンステアリングジオメトリを考慮した操舵角制御であって、車両が低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合の操舵角制御および駆動力制御などによって車両に正確なヨーモーメントＭを付与する技術が開示されていない。

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、最小旋回半径を低減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、前記操舵され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操舵角が所定操舵角より大きく、かつ前記車両の車速が所定車速以下で旋回する場合に、前記車両に最大ヨーモーメントを発生させるような操舵角を前記駆動輪に与えるとともに、前記車両に最大ヨーモーメントを発生させるように前記駆動輪から出力される駆動トルクが制御され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、操舵される駆動輪の操舵角が所定舵角以上であり、かつ車速が所定車速以下で車両が旋回する場合に、車両に最大ヨーモーメントを発生させるように操舵角が制御され、また、駆動輪の出力する駆動トルクが制御されるので、車両の最小旋回半径を低減させることができる。

最大ヨーモーメントを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。 従来のＤＹＣ制御による車両Ｖｅの旋回を模式的に示す図である。

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３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ホイール（図示せず）の操舵角θ、車速Ｖなどである。

図３（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いる。従来のＤＹＣ制御では、アッカーマンステアリングジオメトリを考慮しないので、左右前輪１Ｌ，１Ｒの各操舵角（切れ角）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前輪１Ｌと右前輪１Ｒとを同じに見なされる。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３（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。したがって、車両Ｖｅが低車速かつ大舵角旋回をおこなう場合に、最小旋回半径を通る旋回ができない虞がある。

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を超える操舵角θで旋回する場合であって、車両Ｖｅの旋回に要求されるヨーモーメントＭに対し、正確なヨーモーメントＭを発生させるとともに、車両Ｖｅの最小旋回半径を低減させるために、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、ＤＹＣ制御がＯＮ状態、すなわち旋回のための制御が実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１）。ＤＹＣ制御が実行中であることにより、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。操舵角θが閾値αを超えている場合には、ステップＳ２で肯定的に判断される。

そのステップＳ２での制御に続けて、もしくはこれと並行して、車速Ｖが予め定めた閾値Ｖ’以下であるか否かが判断される（ステップＳ３）。車速Ｖの閾値Ｖ’は、車両Ｖｅが最小旋回半径を通るように操舵する場合の車速Ｖの最高速度として、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。車速Ｖが閾値Ｖ’以下である場合には、ステップＳ３で肯定的に判断される。

ステップＳ３で肯定的に判断されると、左右前輪１Ｌ，１Ｒの駆動力が算出される（ステップＳ４）。このステップＳ４では、右前輪１Ｒから出力される最大駆動力が算出されまた、左前輪１Ｌから車両前後方向に駆動力変化を生じさせないための駆動力が算出される。換言すれば、車両Ｖｅを加減速させないために、左前輪１Ｌから出力される駆動力が算出される。

そしてステップＳ４の制御に続けて、もしくはこれと並行して、車両重心点Ｐ周りに最大ヨーモーメントＭを発生させるための左右前輪の各操舵角（切れ角）δＬ，δＲを与える操舵角θが算出される（ステップＳ５）。

これらステップＳ４およびステップＳ５の制御をより具体的に述べると、図２に示す車両Ｖｅを閾値Ｖ’未満の低車速Ｖかつ閾値αの絶対値以上の操舵角θにより旋回させる場合の車両重心点Ｐ周りに作用するヨーモーメントＭは以下に示す式で導出される。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

（１）式において、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、それぞれ左前輪（操舵輪）１Ｌの切れ角度、右前輪（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を示している。

この（１）式中のマイナス項であるＦｆｌｓｉｎδＬは、車両Ｖｅが左旋回をおこなう場合に、左前輪１Ｌから出力される駆動力の分解成分を示しており、右前輪１Ｒから出力される駆動力の分解成分ＦｆｒｓｉｎδＲによって打ち消される。また、同様に左前輪１Ｌの駆動力の分解成分ＦｆｌｃｏｓδＬは、車両Ｖｅに対し回生駆動力として作用し、右前輪１Ｒから出力される駆動力の分解成分ＦｆｒｃｏｓδＲによって打ち消される。したがって、図２に示す車両Ｖｅを最小旋回半径を通るように旋回させる場合に、その車両Ｖｅの前後方向の駆動力変化を生じさせないためには、下記の式で表わされる条件が加えられる。

ＦｆｒｃｏｓδＲーＦｆｌｃｏｓδＬ＝０ …（２）式

すなわち、左右前輪１Ｌ，１Ｒがインホイールモータによって、また左右後輪３Ｌ，３Ｒがエンジンによって駆動力が付与される車両Ｖｅでは、前後車輪間において駆動力の制御応答性に差が生じる場合があり、例えば、インホイールモータ２である左右前輪１Ｌ，１Ｒの駆動応答性がエンジンによって駆動される左右後輪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。したがって、（２）式の条件を加えることにより、左右前輪１Ｌ，１Ｒから車両Ｖｅの旋回に要求されるヨーモーメントＭを発生させる場合であっても、車両前後方向の駆動力の変化量をなくすことができる。ここで、（２）式を変形すると下記の式のようになる。

Ｆｆｌ＝（ｃｏｓδＲ／ｃｏｓδＬ）×Ｆｆｒ …（３）式
したがって、左前輪１Ｌの出力する駆動力は（３）式を満たす値として算出される。この（３）式を（１）式に代入し、整理すると下記の式が得られる。

Ｍ＝Ｆｆｒ×（ＬｆｓｉｎδＲーｔａｎδＬ×ｃｏｓδＲ） …（４）式

（４）式により、車両重心点Ｐ周りに最大ヨーモーメントＭを作用させるためには、右前輪１Ｒに最大駆動力を出力させ、（４）式における（ＬｆｓｉｎδＲーｔａｎδＬ×ｃｏｓδＲ）が最大となるように左右前輪の各操舵角（切れ角）δＬ，δＲを制御すればよい。ここで、車両重心点Ｐから前輪までの距離を示すＬｆは、車両Ｖｅごとに任意に決まる値であるから、（４）式における（ＬｆｓｉｎδＲーｔａｎδＬ×ｃｏｓδＲ）は左右前輪の各操舵角（切れ角）δＬ，δＲを与える操舵角θによって決まることになる。したがって、（４）式における（ＬｆｓｉｎδＲーｔａｎδＬ×ｃｏｓδＲ）の値が最大値となるような操舵角θをマップなどを用いて算出される。

そしてステップＳ５の制御に続けて、上述のように算出された操舵角θがギア比可変ステアリング（ＶＧＲＳ）などのシステムによって車両Ｖｅに与えられる（ステップＳ６）。

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、操舵角θが閾値αを超えないので、このルーチンを一旦終了する。さらに、ステップＳ３で否定的に判断された場合は、車速Ｖが閾値Ｖ’を超えているので、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、車両重心点Ｐ周りに最大ヨーモーメントＭを作用させることにより、車両Ｖｅの最小旋回半径を低減できるとともに、旋回動作中における車両Ｖｅの加減速を防止もしくは抑制することができる。また、前後車輪間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のみから最大ヨーモーメントＭを発生させることができるので、旋回動作中に車両Ｖｅに駆動力変化が生じず、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）、 Ｐ…車両重心点。

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、
   前記操舵され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操舵角が所定操舵角より大きく、かつ前記車両の車速が所定車速以下で旋回する場合に、前記車両に最大ヨーモーメントを発生させるような操舵角を前記駆動輪に与えるとともに、前記車両に最大ヨーモーメントを発生させるように前記駆動輪から出力される駆動トルクが制御され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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