JP2011230660A - 車両の操舵時挙動改善装置 - Google Patents

車両の操舵時挙動改善装置 Download PDF

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Abstract

【課題】前輪操舵、前輪電気駆動の車両において、操舵時における初期回頭性の改善を、サスペンション装置の変更ではなく、車輪駆動力の制御により実現する。
【解決手段】車輪駆動用モータの駆動トルクを(a)のように、操舵開始時t1から所定時間TM1sが経過する瞬時t2までの間は、目標モータトルクよりも(a)の実線波形で示す量だけ一時的に増大された値に制御する。(c)のt1〜t2間（初期）において旋回方向外輪の回頭モーメントMoutおよび旋回方向内輪の回頭モーメント（復元モーメント）Minの差による回頭モーメントが大きくなり、これによる見かけ上の横力の増大により、ヨーレートの増加分が(b)に実線で示すごとく瞬時t1〜t2の初期において速やかに立ち上がり、ヨーレートを遅滞なく上昇させ得て、車両の操舵応答（初期回頭性）を大幅に改善することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、動力源からの駆動力により車輪を駆動して走行可能な車両の操舵時における挙動、つまり操舵応答やロール挙動を改善するための装置に関するものである。
昨今の車両は低燃費指向により、転がり抵抗の小さな省燃費タイヤを用いたり、また、燃費対策装置などの追加や、そのために大容量のバッテリが必要であるなどに起因して、車両のサスペンション装置よりも上側におけるバネ上重量が増す傾向にある。
省燃費タイヤの採用は、路面との間における摩擦係数が小さくなることを意味し、バネ上重量の増大は、サスペンションストロークが大きくなることを意味する。
これら路面摩擦係数の低下およびサスペンションストロークの増大はいずれも、操舵輪を舵取りする操舵が行われた時における操舵応答、つまり操舵時における車両前部の転向応答（初期回頭性）を低下させるよう作用する。
特に、動力源として電動モータのみを用いた電気自動車にあっては、大型で重いバッテリを車体床下中央部に設置するため、上記操舵応答の低下は看過できないものとなる。
サスペンションストロークの増大は更に、車体の前後方向軸線周りにおける傾き挙動であるロールを大きくさせてしまう。
上記のように低下する傾向にある操舵応答を改善する対策としては従来、例えば特許文献1に記載のごとく、サスペンション装置の取り付け部に高剛性の弾性ブッシュや高剛性のインシュレータを用いて、サスペンション装置の取り付け剛性を高めることが提案されている。
また、車体ロールが大きくならないようにする対策としては一般的に、サスペンション装置を成すショックアブソーバの振動減衰力を大きくするのが普通である。
特開平０７−１３２７２０号公報
しかし、上記のようにサスペンション装置の取り付け剛性を高めたり、ショックアブソーバの振動減衰力を大きくする対策では、サスペンション装置のバネ定数が大きくなって、振動や騒音に関する新たな問題を生ずる。
本発明は、上記の実情に鑑み、サスペンション装置の取り付け剛性や、ショックアブソーバの振動減衰力を何ら変更することなく、従ってサスペンション装置のバネ定数が大きくなって振動や騒音に関する新たな問題を生ずることなしに、
車両の操舵時における操舵応答やロール挙動を改善し得るようにした車両の操舵時挙動改善装置を提案することを目的とする。
この目的のため、本発明による車両の操舵時挙動改善装置は、
動力源からの駆動力により車輪を駆動して走行可能な車両に対し、
車両の操舵輪を舵取りする操舵が行われたのを検知する操舵検知手段と、
該手段により操舵が行われたのを検知する時、前記車輪への駆動力を一時的に増大させる駆動力増大手段とを設けた構成に特徴づけられるものである。
かかる本発明による車両の操舵時挙動改善装置によれば、操舵時に車輪駆動力を一時的に増大させることで、
操舵輪による回頭モーメントが増大されて、みかけ上の操舵輪の横力が増加されることとなり、これにより、車両のヨーレートが速く立ち上がることから、車両の操舵応答性を向上させることができる。
しかも本発明によれば、従来のようにサスペンション装置の取り付け剛性や、ショックアブソーバの振動減衰力を大きくすることなしに、従ってサスペンション装置のバネ定数が大きくなって振動や騒音に関する新たな問題を生ずることなしに、上記した操舵時挙動改善効果を達成することができる。
本発明の一実施例になる操舵時挙動改善装置を具えた車両の駆動系およびその制御系を示す概略系統図である。 図1における電動モータコントローラが実行する操舵時挙動改善制御プログラムを示すフローチャートである。 図2による操舵時挙動改善制御の動作タイムチャートで、 (a)は、駆動トルク補正量の時系列変化を示すタイムチャート、 (b)は、ヨーレートの差分の時系列変化を示すタイムチャート、 (c)は、各操舵輪が発生する回頭モーメントの時系列変化を、図2の操舵時挙動改善制御が行われない場合と比較して示すタイムチャートである。 操舵輪のタイヤ接地面に係わる諸元を示す説明図である。 車両諸元を示す説明図である。 図2による操舵時挙動改善制御を行った場合における内外輪回頭モーメント差による横力の時系列変化を示すタイムチャートである。 図2による操舵時挙動改善制御の動作タイムチャートで、 (a)は、車速の時系列変化を、図2の操舵時挙動改善制御が行われない場合と比較して示すタイムチャート、 (b)は、車両ピッチ角の時系列変化を、図2の操舵時挙動改善制御が行われない場合と比較して示すタイムチャート、 (c)は、ロール角差分の時系列変化を、図2の操舵時挙動改善制御が行われない場合と比較して示すタイムチャートである。
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明の一実施例になる操舵時挙動改善装置を具えた車両の駆動系およびその制御系を示し、
本実施例において図1における車両は、操舵輪でもある左右前輪1L,1Rを駆動して走行可能な電気自動車とする。
これら左右前輪1L,1Rの駆動に際しては、電動モータ（動力源）2により減速機（ディファレンシャルギヤ装置を含む）3を介し、当該左右操舵輪1L,1Rの駆動を行うものとする。
電動モータ2の駆動力制御に際しては、電動モータコントローラ4が、電源であるバッテリ5の電力をインバータ6により直流−交流変換して、またこの交流電力をインバータ6による制御下で電動モータ2へ供給することで、電動モータ2のトルクを電動モータコントローラ4での演算結果（目標モータトルク）に一致させるよう、当該電動モータ2の制御を行うものとする。
なお、電動モータコントローラ4での演算結果（目標モータトルク）が、電動モータ2に回生制動作用を要求する負極性のものである場合、電動モータコントローラ4はインバータ6を介し電動モータ2に発電負荷を与え、
このとき電動モータ2が回生制動作用により発電した電力を、インバータ6により交流−直流変換してバッテリ5に充電するものとする。
電動モータコントローラ4には、上記の目標モータトルクを演算するための情報として、
電気自動車の対地速度である車速Vを検出する車速センサ7からの信号と、
運転操作に応じたアクセル開度（電動モータ要求負荷）θを検出するアクセル開度センサ8からの信号と、
左右前輪（操舵輪）1L,1Rおよび左右後輪（図示せず）の車輪速Vwを個々に検出する車輪速センサ群9からの信号と、
電動モータ2の電流（図1ではU相、V相、W相よりなる三相交流であるから電流iu,iv,iw）を検出する電流センサ10からの信号とを入力する。
電動モータコントローラ4は、これら入力情報に応じて電動モータ2を制御するPWM信号を生成し、このPWM信号に応じドライブ回路を通じてインバータ6の駆動信号を生成する。
インバータ6は、例えば各相ごとに2個のスイッチング素子（例えばIGBT等のパワー半導体素子）からなり、駆動信号に応じてスイッチング素子をON/OFFすることにより、バッテリ5から供給される直流の電流を交流に変換・逆変換し、電動モータ2に所望の電流を供給する。
電動モータ2は、インバータ6より供給される交流電流により駆動力を発生し、減速機3を通して左右前輪（左右操舵輪）1L,1Rに駆動力を伝達する。
また車両走行中、電動モータ2が左右前輪1L,1Rに連れ回される所謂逆駆動時は、電動モータ2に発電負荷を与えて電動モータ2に回生制動作用を行わせることで、車両の運動エネルギーを回生してバッテリ5に蓄電する。
＜車両の操舵時挙動改善制御＞
電動モータコントローラ4は、図2に示す制御プログラムを実行して、電動モータ2の駆動力制御を介し、車両の操舵時挙動改善制御を以下のごとくに行う。
ステップＳ11においては、車輪速センサ群9で検出した各車輪の車輪速Vwを基に、左右前輪1L,1Rの車輪速差、または左右後輪（図示せず）の車輪速差、或いは左右前輪1L,1Rの平均車輪速と左右後輪（図示せず）の平均車輪速との間における前後車輪速差が、操舵判定値以上であるか否かにより、左右前輪1L,1Rを舵取りする操舵が行われたか否かをチェックする。
従ってステップＳ11は、本発明における操舵検知手段に相当する。
ステップＳ11で車輪速差<設定値と判定する非操舵時は、車両の操舵時挙動改善制御が不要であるから、そのまま図2の制御プログラムから抜け、ステップＳ11で車輪速差≧設定値と判定する操舵時は、車両の操舵時挙動改善制御が必要であるから、制御をステップＳ12以降に進めて以下のごとくに、電動モータ2の駆動力制御を介した車両の操舵時挙動改善制御を遂行する。
ステップＳ12においては、車速Vおよびアクセル開度APOから予定のモータトルクマップを基に求めた電動モータ2の目標モータトルクに対し、図3(a)に実線波形で示した操舵開始瞬時t1の直後における駆動トルク補正量を上乗せして目標モータトルクを補正する、モータトルク増大補正を行う。
従ってステップＳ12は、本発明における駆動力増大手段に相当する。
次のステップＳ13においては、タイマカウンタTM1をインクリメント（歩進）させて、当該モータトルク増大補正開始時（操舵開始時）t1からの経過時間を計測する。
ステップＳ14においては、タイマカウンタTM1が所定時間TM1sを示すようになったか否かを、つまりモータトルク増大補正開始時（操舵開始時）t1から所定時間TM1sが経過して図3(a)の瞬時t2に至ったか否かをチェックする。
ステップＳ14でTM1≧TM1s（モータトルク増大補正開始時t1から所定時間TM1sが経過して図3の瞬時t2に至った）と判定するまでの間は、制御をステップＳ12およびステップＳ13に戻して、ステップＳ12において行う図3(a)の実線波形に沿ったモータトルク増大補正を継続すると共に、ステップＳ13で当該モータトルク増大補正の継続時間を計測する。
ステップＳ14でTM1≧TM1s（モータトルク増大補正が所定時間TM1sだけ行われた）と判定する図3(a)の瞬時t2に、制御をステップＳ15〜ステップＳ17へと順次進める。
ステップＳ15では、上記のタイマカウンタTM1を次回のために0にリセットしておく。
ステップＳ16においては、電動モータ2の目標モータトルクを、図3(a)に実線波形で示したモータトルク増大補正終了瞬時t2の直後における駆動トルク補正量だけ減少させて目標モータトルクを補正する、モータトルク減少補正を行う。
次のステップＳ17においては、タイマカウンタTM2をインクリメント（歩進）させて、当該モータトルク減少補正開始時t2からの経過時間を計測する。
ステップＳ18においては、タイマカウンタTM2が所定時間TM2sを示すようになったか否かを、つまりモータトルク減少補正開始時t2から所定時間TM2sが経過して図3(a)の瞬時t4に至ったか否かをチェックする。
ステップＳ18でTM2≧TM2s（モータトルク減少補正開始時t2から所定時間TM2sが経過して図3の瞬時t4に至った）と判定するまでの間は、制御をステップＳ16およびステップＳ17に戻して、ステップＳ16において行う図3(a)の実線波形に沿ったモータトルク減少補正を継続すると共に、ステップＳ17で当該モータトルク減少補正の継続時間を計測する。
ステップＳ18でTM2≧TM2s（モータトルク減少補正が所定時間TM2sだけ行われた）と判定する図3(a)の瞬時t4に、制御をステップＳ19へと進め、ここで上記のタイマカウンタTM2を次回のために0にリセットする。
以上の図2に示す電動モータ2のモータ駆動力制御によりモータトルクは、図3(a)の操舵開始時t1から所定時間TM1sが経過する瞬時t2までの間、目標モータトルクよりも図3(a)の実線波形で示す量だけ一時的に増大された値に制御され、
図3(a)のモータトルク増大補正終了時t2から所定時間TM2sが経過する瞬時t4までの間、目標モータトルクよりも図3(a)の実線波形で示す量だけ一時的に減少された値に制御される。
＜作用効果＞
上記のモータ駆動力制御によれば、以下のように車両の操舵時挙動を改善することができる。
タイヤ接地面に係わる諸元が図4に示すごときものであり、車両諸元が図5で示すごときものである場合、操舵輪（前輪）1L,1Rが個々に発生する回頭モーメントMは、次式のように右辺第1項の横力σｙによる回頭モーメントから、右辺第2項の前後力σｘによる回頭モーメントを差し引く演算により求めることができる。
Figure 2011230660
 一方、操舵輪（前輪）1L,1Rが共働して発生する回頭モーメントMfrは、上式から求め得る旋回方向外輪側の回頭モーメントMoutおよび旋回方向内輪側の回頭モーメント（復元モーメント）Minから、次式の演算により求めることができる。
Figure 2011230660
図2の操舵時モータ駆動力制御を行った場合、上記した旋回方向外輪側の回頭モーメントMoutおよび旋回方向内輪側の回頭モーメント（復元モーメント）Minがそれぞれ、図3(c)に示すごときものとなる。
旋回方向外輪側の回頭モーメントMoutは、図2の操舵時モータ駆動力制御を行わなかった場合における旋回方向外輪側の回頭モーメントMout'に較べ、図3(c)のごとく瞬時t1〜t2間の初期においてモータトルク増大補正により大幅に増大し、瞬時t2〜t3間の中期および瞬時t3〜t4間の後期において、モータトルク減少補正により当該Mout'よりも復元傾向のものとなる。
一方で旋回方向内輪側の回頭モーメント（復元モーメント）Minは図3(c)のごとく、図2の操舵時モータ駆動力制御（モータトルク増減補正）によっても、このモータトルク補正を行わなかった場合における旋回方向内輪側の回頭モーメント（復元モーメント）Min'と大差がない。
このため、図2の操舵時モータ駆動力制御を行った場合、瞬時t1〜t2間の初期において旋回方向外輪側の回頭モーメントMoutおよび旋回方向内輪側の回頭モーメント（復元モーメント）Minの差による回頭モーメントが大きくなり、（Mout−Min）を車両重心・車輪間距離ｌで除して求まる見かけ上の横力が、図6の瞬時t1〜t2間における初期に見られるごとくに増大する。
その結果、車両のヨーレートの差分（増加分）が図3(b)に実線で示すごとく瞬時t1〜t2の初期において速やかに立ち上がり、ヨーレートを遅滞なく上昇させ得て、車両の操舵応答（初期回頭性）を大幅に改善することができる。
一方、瞬時t2〜t3間の中期および瞬時t3〜t4間の後期においては、旋回方向外輪側の回頭モーメントMoutが、図2の操舵時モータ駆動力制御を行わなかった場合における旋回方向外輪側の回頭モーメントMout'よりも復元傾向のものであることから、車両の旋回挙動を速やかに本来の挙動に復帰させることができる。
上記の作用効果に鑑み、図3(a)の操舵開始時t1から所定時間TM1sが経過する瞬時t2までの初期において行うモータトルク増大補正の増大量は、上記の目的に叶う大きさである必要がある。
しかし当該モータトルク増大補正量は、車両の乗員が加速を感じない程度のものとして、乗員に違和感を与えることのないようにするのが良いのは言うまでもない。
また上記の所定時間TM1sは、モータトルク増大補正による操舵応答の改善が有効となるのに必要な最小限の極僅かな時間（例えば0.1秒）とし、モータトルク増大補正がそれ以外の時間に及んで弊害を生ずることのないようにするのがよいこと勿論である。
更に、図3(a)の瞬時t2から所定時間TM2sが経過する瞬時t4まで中期および後期において行うモータトルク減少補正の減少量は、初期において向上させた回頭性が正規の回頭性に復帰するという目的に叶う大きさである必要がある。
しかし当該モータトルク減少補正量は、車両の乗員が減速を感じない程度のものとして、乗員に違和感を与えることのないようにするのが良いのは言うまでもない。
また上記の所定時間TM2sは、モータトルク減少補正による回頭性の復帰が有効となるのに必要な最小限の時間とし、モータトルク減少補正がそれ以外の時間に及んで弊害を生ずることのないようにするのがよいこと勿論である。
図2の操舵時モータ駆動力制御を行う場合、上記に加えて更に、図3,6の場合と同じ条件でのタイムチャートを示す図7から明らかなように、以下のような作用効果も奏し得られる。
つまり、図2の操舵時モータ駆動力制御を行わない場合、車速Vは図7(a)に破線で示すごとく瞬時t1〜t2の初期から直ちに低下し、そのため車両のピッチ角が図7(b)に破線で示すように瞬時t1〜t2の初期から増大する。
かかるピッチ角の増大により、ロール角差分が図7(c)に破線で示すように瞬時t1〜t2の初期からロール角増大方向へ急変し、電気自動車にあっては前記した理由によりサスペンションストロークが大きくなることとも相まって、操舵直後における車両のロール感を悪化させるという問題を生ずる。
これに対し本実施例のように、図2の操舵時モータ駆動力制御を行う場合、図3(a)につき前述した瞬時t1〜t2の初期におけるモータトルク増大補正が車速Vを図7(a)に実線で示すごとく、当該初期から中期前半までの期間において一時的にモータトルク増大分だけ上昇させる。
かかる一時的な車速Vの上昇は、車両のピッチ角を図7(b)に実線で示すごとく、中期前半までの間、操舵開始瞬時t1のピッチ角に維持する。
かかるピッチ角の維持により、ロール角差分が図7(c)に実線で示すように中期前半までの間は、ロール角減少方向にされており、操舵直後において車両がロールしないようにすることができ、操舵直後における車両のロール感を向上させることができる。
ところで本実施例においては上記したところから明らかなように、サスペンション装置の取り付け剛性や、ショックアブソーバの振動減衰力を大きくすることなく上記の操舵時挙動改善効果が得られるようにしたため、
サスペンション装置のバネ定数が大きくなって振動や騒音に関する新たな問題を生ずることなしに所期の目的を達成することができる。
なお本実施例においては、図2のステップＳ11で操舵時か否かを判定するに際し、車輪間における車輪速差を基に、左右前輪1L,1Rを舵取りする操舵が行われたか否かをチェックするようにしたため、
操舵角を検出して当該判定を行う場合よりも操舵判定を速やかに完遂させることができ、図2でのモータトルク増減補正を高応答に行わせ得て、上記の作用効果を更に確実なものにすることが可能になる。
また本実施例においては、図2のステップＳ12で行う操舵時モータトルク増大補正に際し、図3(a)の瞬時t1〜t2間におけるトルク波形のごとく、モータトルク増大補正量を所定時間保持するため、
操舵時にモータトルクを増大させた値に所定時間維持することとなり、上記の作用効果が得られる時間を長くすることができ、操舵瞬時t1から所定時間内における車両の操舵応答性およびロール感を確実に向上させることができる。
＜その他の実施例＞
上記した図示例では、操舵輪である左右前輪1L,1Rを駆動する車両に本発明の着想を適用する場合につき説明したが、
本発明は、左右前輪1L,1Rに代えて、或いは左右前輪1L,1Rと共に左右後輪をもモータ駆動する車両や、車輪を個別の電動モータにより駆動する車両に対しても適用可能であり、この場合も図2の駆動力増減補正制御により前記したと同様な作用効果を奏し得ること明らかである。
なお車輪を駆動する動力源は、必ずしも電動モータ2のような回転電機である必要はなく、内燃機関のようなエンジンであっても、これに対し図2の駆動力増減補正制御を行うことで同様な作用効果を達成することができる。
しかしエンジンは、回転電機に較べて制御応答が低いため、回転電機に対し図2の駆動力増減補正制御を行う方が、前記の作用効果を一層確実なものにし得る点において有利である。
1L,1R 左右前輪
2 電動モータ（動力源）
3 減速機
4 電動モータコントローラ
5 バッテリ
6 インバータ
7 車速センサ
8 アクセル開度センサ
9 車輪速センサ群
10 電流センサ

Claims (6)

  1. 動力源からの駆動力により車輪を駆動して走行可能な車両において、
    車両の操舵輪を舵取りする操舵が行われたのを検知する操舵検知手段と、
    該手段により操舵が行われたのを検知する時、前記車輪への駆動力を一時的に増大させる駆動力増大手段とを具備してなることを特徴とする車両の操舵時挙動改善装置。
  2. 請求項1に記載された車両の操舵時挙動改善装置において、
    前記操舵検知手段は、車両の複数車輪間における回転速度差から前記操舵が行われたのを検知するものであることを特徴とする車両の操舵時挙動改善装置。
  3. 請求項1または2に記載された車両の操舵時挙動改善装置において、
    前記駆動力増大手段は、前記操舵が検知されるとき、前記車輪への駆動力を前記増大させた駆動力値に所定時間維持するものであることを特徴とする車両の操舵時挙動改善装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載された車両の操舵時挙動改善装置において、
    前記駆動力の増大は、車両の乗員が加速を感じない程度のものであることを特徴とする車両の操舵時挙動改善装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載された車両の操舵時挙動改善装置において、
    前記駆動力増大手段は、前記増大させた駆動力を一旦、増大前における駆動力未満の値に低下させた後に、増大前の駆動力値へ復帰させるものであることを特徴とする車両の操舵時挙動改善装置。
  6. 前記車両が、駆動力の少なくとも一部を電動モータで賄うようにした電動車両である、請求項1〜5のいずれか1項に記載された車両の操舵時挙動改善装置において、
    前記駆動力増大手段は、前記電動モータを介して前記駆動力増大制御を行うものであることを特徴とする車両の操舵時挙動改善装置。
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