JP2011251628A - Control device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の走行特性を制御する制御装置に関する。特に、本発明は、路面と駆動輪(以下、タイヤと呼ぶ場合もある)との間の摩擦力を調整することによって車両の走行特性を制御するための構成の改良に関する。 The present invention relates to a control device that controls traveling characteristics of a vehicle. In particular, the present invention relates to an improved configuration for controlling the running characteristics of a vehicle by adjusting a frictional force between a road surface and a drive wheel (hereinafter sometimes referred to as a tire).
一般に、内燃機関等の駆動源からの駆動力がタイヤに伝達されて走行する車両にあっては、仮に駆動源からの駆動力が同じであったとしても、タイヤと路面との間の摩擦力(摩擦係数)等によって走行特性が変化する。例えば、特許文献1には、電動モータを走行駆動源とする車両に対し、タイヤに振動(微小振動)を与えることで、タイヤと路面との間の摩擦力を調整して走行特性を制御する技術が示されている。 Generally, in a vehicle that travels with a driving force transmitted from a driving source such as an internal combustion engine transmitted to a tire, even if the driving force from the driving source is the same, the frictional force between the tire and the road surface The running characteristics vary depending on (friction coefficient) and the like. For example, Patent Document 1 controls the running characteristics by adjusting the frictional force between the tire and the road surface by applying vibration (microvibration) to the tire with respect to a vehicle using an electric motor as a running drive source. Technology is shown.
しかし、上述した従来の技術では、タイヤに振動を与えるためのアクチュエータ(例えば、電動モータなど)を各タイヤごとに新たに搭載する必要がある。このため、車両の製造コストが大幅に高騰することが懸念される。また、アクチュエータを搭載するための比較的大きなスペースが車体下部に必要となり、車両の設計自由度が大きく阻害されたり、駆動系のレイアウトに大きな制約を与えたりするという問題がある。 However, in the above-described conventional technology, it is necessary to newly install an actuator (for example, an electric motor) for applying vibration to the tire for each tire. For this reason, there is a concern that the manufacturing cost of the vehicle will rise significantly. In addition, a relatively large space for mounting the actuator is required in the lower part of the vehicle body, and there are problems that the degree of freedom in designing the vehicle is greatly hindered and the layout of the drive system is greatly restricted.
本発明は、そのような問題点に鑑みてなされたものであり、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御することが可能な車両の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a vehicle control device capable of controlling the running characteristics of a vehicle without requiring a new actuator. .
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、駆動源からのトルクが直接伝達される主駆動輪と、駆動源からのトルクがカップリング装置を介して伝達される従駆動輪とを備え、アクチュエータによりカップリング装置の係合状態を変化させることで、主駆動輪と従駆動輪のトルク配分を変更するように構成された車両の制御装置であって、上記アクチュエータへ出力される信号の周波数を、上記カップリング装置によるトルク配分の変更制御を行う場合の信号の周波数よりも低周波側へ変更することによって、上記従駆動輪に対し、その回転方向に沿う振動を与えることを特徴としている。 In the present invention, means for solving the above-described problems are configured as follows. That is, the present invention includes a main drive wheel to which torque from a drive source is directly transmitted and a slave drive wheel to which torque from the drive source is transmitted via a coupling device, and the coupling device is engaged by an actuator. The vehicle control device is configured to change the torque distribution of the main drive wheel and the slave drive wheel by changing the combined state, and the frequency of the signal output to the actuator is determined by the coupling device. By changing to a lower frequency side than the frequency of the signal when the torque distribution change control is performed, the slave drive wheels are given vibration along the rotation direction.
上記構成では、カップリング装置のアクチュエータへ出力される信号の周波数を低周波側へ変更することで、従動駆動(タイヤ)が周期的に駆動状態または被駆動状態とされることによって、タイヤにその回転方向の振動が付与される。これにより、タイヤの前後方向の摩擦力(摩擦係数)を低下させることができ、車両の走行抵抗を低減することができ、その結果、燃料消費率の改善を図ることができる。 In the above configuration, the driven drive (tire) is periodically driven or driven by changing the frequency of the signal output to the actuator of the coupling device to the low frequency side, so that the tire Vibration in the rotational direction is applied. Thereby, the frictional force (friction coefficient) in the front-rear direction of the tire can be reduced, the running resistance of the vehicle can be reduced, and as a result, the fuel consumption rate can be improved.
しかも、車両(四輪駆動車)において既存のカップリング装置のアクチュエータを利用し、このアクチュエータへの信号の周波数変更のみによってタイヤに振動を与えられるので、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御することができる。したがって、車両の製造コストが大幅に高騰することはなく、また、車両の設計の自由度を大きく阻害させたり、駆動系のレイアウトに大きな制約を与えてしまうといったこともなくなる。 In addition, since an actuator of an existing coupling device is used in a vehicle (four-wheel drive vehicle) and the tire is vibrated only by changing the frequency of the signal to this actuator, the vehicle can be operated without requiring a new actuator. Travel characteristics can be controlled. Therefore, the manufacturing cost of the vehicle will not increase significantly, and the degree of freedom in designing the vehicle will not be greatly hindered or the drive system layout will not be greatly restricted.
本発明において、上記信号が、電圧のON/OFFを周期的に繰り返すようなパルス信号とされ、上記パルス信号の周波数が、この周波数と車両の挙動との関係に基づく閾値以下である場合には、上記パルス信号のOFF時電圧を上昇させることが好ましい。 In the present invention, when the signal is a pulse signal that periodically repeats ON / OFF of the voltage, and the frequency of the pulse signal is equal to or less than a threshold value based on the relationship between the frequency and the behavior of the vehicle. It is preferable to increase the OFF voltage of the pulse signal.
上記構成によれば、パルス信号の高電圧時電圧と低電圧時電圧との電圧差が小さくなっているので、アクチュエータへ出力されるパルス信号の周波数を低くすることに起因する、車両の各種のシステムや機能に悪影響を与えることや、乗り心地の悪化などを引き起こすことを抑制できる。 According to the above configuration, since the voltage difference between the high voltage voltage and the low voltage voltage of the pulse signal is small, the various kinds of vehicles caused by lowering the frequency of the pulse signal output to the actuator are reduced. It is possible to suppress the adverse effects on the system and functions and the deterioration of ride comfort.
本発明によれば、従駆動輪(タイヤ)にその回転方向の振動を付与することで、タイヤの前後方向の摩擦力を低下させることができ、車両の走行抵抗を低減することができ、その結果、燃料消費率の改善を図ることができる。しかも、車両(四輪駆動車)において既存のカップリング装置のアクチュエータを利用してタイヤに振動を与えるので、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御することができる。 According to the present invention, by applying vibration in the rotational direction to the driven wheel (tire), the frictional force in the front-rear direction of the tire can be reduced, and the running resistance of the vehicle can be reduced. As a result, the fuel consumption rate can be improved. Moreover, since the tire is vibrated using the actuator of the existing coupling device in the vehicle (four-wheel drive vehicle), the running characteristics of the vehicle can be controlled without requiring a new actuator.
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る車両1のパワートレーンの概略構成を模式的に示す図である。図1では、車両1として、前輪駆動ベースの四輪駆動車を例示している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a power train of a vehicle 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a front wheel drive-based four-wheel drive vehicle is illustrated as the vehicle 1.
図1に示すように、車両1は、駆動源10と、変速機11と、主駆動輪である前輪14,14と、プロペラシャフト16と、カップリング装置30と、従駆動輪である後輪18,18とを備える。さらに、車両1は、この車両1の運転状態、走行状態等を制御するための電子制御装置(ECU)100を備えている。
As shown in FIG. 1, the vehicle 1 includes a
駆動源10は、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、LPGエンジンなどの内燃機関、あるいは電動機(モータ)、あるいはエンジンと力行・回生制御が可能な電動機(モータ・ジェネレータ)とを組み合せたハイブリッドシステムなどを適用可能である。ここでは、駆動源10として、電子スロットルバルブ(図示せず)を備え、出力を電子制御可能なエンジンを用いた例について説明する。このため、以下では、駆動源10を単にエンジン10とも称する。
The
エンジン10の出力側には、変速機11が連結されている。変速機11としては、例えば、選択歯車式変速機、遊星歯車式変速機、ベルト式あるいはトロイダル式の無段変速機などの公知の各種変速機を適用可能である。この実施形態では、変速機11は、変速装置と駆動軸とが一体化されたトランクアクスルとして構成されており、さらに、このトランスアクスルには、フロントデファレンシャルギヤ12が内蔵されている。
A
変速機11は、フロントデファレンシャルギヤ12を介して、左右のフロントドライブシャフト13,13に連結されている。フロントドライブシャフト13,13には、主駆動輪(エンジン10からのトルクが直接伝達される駆動輪)である左右の前輪14,14がそれぞれ連結されている。
The
また、変速機11の出力側には、トランスファギヤ15を介してプロペラシャフト16が連結されている。プロペラシャフト16は、カップリング装置30を介して後輪側出力軸32と連結される。そして、後輪側出力軸32は、リヤデファレンシャルギヤ19を介して左右のリヤドライブシャフト17,17が連結されている。リヤドライブシャフト17,17には、従駆動輪(エンジン10からのトルクがカップリング装置30を介して伝達される駆動輪)である左右の後輪18,18がそれぞれ連結されている。
A
カップリング装置30は、変速機11を介して出力されるエンジン10のトルクを、前輪14,14と後輪18,18との間で、配分して伝達する機能を備えている。カップリング装置30は、アクチュエータ31を備えている。そして、アクチュエータ31によりカップリング装置30の状態を変化させることで、プロペラシャフト16から後輪側出力軸32へ伝達される伝達トルクが制御される。これにより、車両1において、二輪駆動状態と四輪駆動状態とを切り替えたり、四輪駆動状態のときの前後輪のトルク配分を変更したりすることが可能となっている。なお、二輪駆動状態と四輪駆動状態の切り替えは、運転席の近傍に設けられる操作スイッチ108を運転者が操作することによって行うことが可能である。
The
この実施形態では、カップリング装置30として、ECU100からアクチュエータ31へ出力される制御指令に従って、前後輪のトルク配分率を可変制御する電子制御カップリングが用いられている。このカップリング装置(電子制御カップリング)30の概略構成について、図2を参照して簡潔に説明する。
In this embodiment, an electronically controlled coupling that variably controls the torque distribution ratio of the front and rear wheels in accordance with a control command output from the
図2に示すように、カップリング装置30は、有底円筒状のハウジング33を備えている。ハウジング33は、その底部に設けられた連結軸34を介してプロペラシャフト16(図1)に接続されている。プロペラシャフト16の回転が伝達されると、ハウジング33は、回転中心A1を中心として回転する。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング33の内部には、回転中心A1を中心として回転する筒状のインナーシャフト35が配置されている。インナーシャフト35は、後述するクラッチ機構の係合時に回転可能となり、クラッチ機構の解放時に回転不能となる回転部材である。インナーシャフト35の内周には、回転中心A1を中心として回転する後輪側出力軸32の一端部(図2では左端部)がスプライン嵌合されている。このため、インナーシャフト35と後輪側出力軸32とは、一体的に回転する。後輪側出力軸32の他端(図2では右端)には、ドライブピニオンギヤ32aが設けられており、ドライブピニオンギヤ32aが、リヤデファレンシャルギヤ19のリングギヤ19aと噛み合っている(図1参照)。
Inside the
インナーシャフト35の外周側には、回転中心A1を中心として回転可能な環状の回転子36が配置されている。回転子36は、ハウジング33の内周にねじ結合され、かつ、溶接により回転不能に固定されている。このため、ハウジング33と回転子36とは、一体的に回転する。そして、回転子36の外周側には、アクチュエータ31としての電磁ソレノイドが設けられている。アクチュエータ31は、磁性材料により構成された環状の鉄心31aと、鉄心31aに巻き付けられたコイル31bとを備えている。
On the outer peripheral side of the
ハウジング33とインナーシャフト35との間には、クラッチ機構が配置されている。クラッチ機構として、アクチュエータ31により係合・解放されるパイロットクラッチ41と、パイロットクラッチ41の係合・解放動作に連動して係合・解放されるメインクラッチ42とが設けられている。
A clutch mechanism is disposed between the
パイロットクラッチ41は、アーマチュア43とクラッチディスク41aとクラッチプレート41bとを備えている。クラッチディスク41aおよびクラッチプレート41bは、アーマチュア43と回転子36との間に配置されている。アーマチュア43およびクラッチディスク41aは、ハウジング33の内周にスプライン嵌合されている。インナーシャフト35の外周には、環状のカム44が装着されている。カム44は、インナーシャフト35に対し相対回転可能に設けられている。カム44の外周にクラッチプレート41bがスプライン嵌合されている。
The
メインクラッチ42は、複数のクラッチディスク42aと、これら複数のクラッチディスク42aと交互に配置された複数のクラッチプレート42bとを備えている。クラッチディスク42aは、ハウジング33の内周にスプライン嵌合され、クラッチプレート42bは、インナーシャフト35の外周にスプライン嵌合されている。
The main clutch 42 includes a plurality of
メインクラッチ42とパイロットクラッチ41との間には、環状のピストン45が配置されている。ピストン45は、インナーシャフト35の外周にスプライン嵌合されている。カム44およびピストン45の互いに相対向する側には、それぞれのカム面に対応する複数の凹部44a,45aが形成されている。カム44およびピストン45の間には、各凹部44a,45aに嵌め入れられるように複数のボール46(図2では1つのみ示す)が設けられている。
An annular piston 45 is disposed between the main clutch 42 and the
ここで、上記構成のカップリング装置30の動作について説明する。
Here, the operation of the
まず、アクチュエータ(電磁ソレノイド)31が非励磁状態(OFF状態)である場合には、パイロットクラッチ41およびメインクラッチ42がともに解放状態とされる。このため、カップリング装置30が解放状態とされる。この解放状態では、プロペラシャフト16からハウジング33に伝達されたトルクは、インナーシャフト35および後輪側伝達軸32には伝達されない。したがって、車両1が二輪駆動状態となる。
First, when the actuator (electromagnetic solenoid) 31 is in a non-excited state (OFF state), both the
一方、アクチュエータ(電磁ソレノイド)31が励磁状態(ON状態)である場合には、この電磁ソレノイドの周囲に磁束が発生し、アーマチュア43が回転子36側へ引き付けられる。これにより、パイロットクラッチ41のクラッチディスク41aとクラッチプレート41bとが係合される。つまり、パイロットクラッチ41が係合状態とされる。これにより、プロペラシャフト16からハウジング33に伝達されたトルクが、パイロットクラッチ41を介してカム44に伝達される。
On the other hand, when the actuator (electromagnetic solenoid) 31 is in an excited state (ON state), a magnetic flux is generated around the electromagnetic solenoid, and the
カム44にトルクが伝達されると、カム44とピストン45とが相対回転する。すると、ボール46をカム44とピストン45の凹部44a,45aの外部に押し出すような力が作用し、カム44とピストン45とが軸方向方向において相互に離反する向きのスラスト荷重が生じる。この際、カム44は、スラスト軸受47により受け止められており、回転子36側に移動することが防止されている。このため、上記スラスト荷重により、ピストン45がメインクラッチ42側に押し付けられ、クラッチディスク42aとクラッチプレート42bとが係合される。つまり、パイロットクラッチ41の係合力が、カム44とボール46とピストン45とにより増幅され、メインクラッチ42に伝達される。メインクラッチ42が係合されると、プロペラシャフト16からハウジング33に伝達されたトルクが、メインクラッチ42を介してインナーシャフト35および後輪側出力軸32に伝達される。これにより、車両1が四輪駆動状態となる。
When torque is transmitted to the
そして、ECU100によってアクチュエータ31に供給する電流を制御することにより、メインクラッチ42の係合力が変化し、カップリング装置30の係合状態が変化する。これにより、プロペラシャフト16から後輪側出力軸32への伝達トルクが変化する。つまり、アクチュエータ31の電流制御によって前後輪のトルク配分率が制御される。アクチュエータ31の電流を大きくするほど、メインクラッチ42の係合力が増大し、プロペラシャフト16から後輪側出力軸32への伝達トルクが増大する。アクチュエータ31の電流が所定値以上になると、直結状態でプロペラシャフト16から後輪側出力軸32にトルクが伝達されるようになる。
Then, by controlling the current supplied to the
この実施形態では、アクチュエータ31に供給される電流は、PWM(Pulse Width Modulation)制御によって制御される。例えば、図3に示すようなパルス信号(PWM制御出力)P1が、ECU100からアクチュエータ31へ送られる。アクチュエータ31へ出力されるPWM制御出力P1は、所定電圧Von(例えば12V)のON/OFFを周期的に繰り返すようなパルス信号とされ、その周波数F1(=1/T1)は、例えば、0.5〜15kHzとされる。そして、PWM制御出力P1のデューティ比D1(=t1/T1)を制御することによって、アクチュエータ31に供給される電流の大きさが制御される。デューティ比D1が大きいほど、つまり、周期T1に対するパルス幅t1の値が大きいほど、アクチュエータ31の電流が大きくなる。
In this embodiment, the current supplied to the
ECU100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成されている。ROMには、各種制御プログラム、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAMは、CPUでの演算結果や、各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。
The
ECU100には、前輪14,14の回転速度を検出する車輪速センサ101,101、後輪18,18の回転速度を検出する車輪速センサ102,102、車両1のヨーレートを検出するヨーレートセンサ103、ステアリングの操舵角を検出する舵角センサ104、車両1の外気温を検出する外気温センサ105、エンジン10の回転速度を検出するクランクポジションセンサ106、エンジン10の冷却水温度を検出する冷却水温センサ107等を含む各種センサが接続されている。また、ECU100には、上述した二輪駆動状態と四輪駆動状態の切替指示を入力する操作スイッチ108等を含む各種スイッチが接続されている。そして、ECU100は、各種センサおよび各種スイッチからの信号に基づいて、カップリング装置30による前後輪のトルク配分の変更制御、次に述べる車両1の走行特性制御を含む車両1の走行状態の各種制御を実行する。
The
−実施形態の特徴部分−
この実施形態では、カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力されるパルス信号の周波数を、カップリング装置30による前後輪のトルク配分の変更制御を行う場合のパルス信号の周波数よりも低周波側へ変更することによって、従駆動輪である後輪18,18に対し、その回転方向に沿う振動を与え、これにより、後輪18,18と路面との間の摩擦力(摩擦係数)を調整して車両1の走行特性を制御している。なお、振動とは、後述するように、車両1の走行抵抗に影響を与えるような振動を意味する。以下、この車両1の走行特性制御について、図1〜図8を参照して詳しく説明する。
-Characteristic part of embodiment-
In this embodiment, the frequency of the pulse signal output to the
まず、後輪18,18に対して振動を付与するための具体的な手法について説明する。
First, a specific method for applying vibration to the
この実施形態では、後輪18,18に対し、その回転方向に沿う振動を与えるため、ECU100は、カップリング装置30のアクチュエータ31へ、例えば、図4に示すような波形のPWM制御出力P2を出力している。つまり、ECU100は、カップリング装置30による前後輪のトルク配分の変更制御を行うためのPWM制御出力(例えば図3参照)に替えて、図4のようなPWM制御出力P2をカップリング装置30のアクチュエータ31へ送るようにしている。
In this embodiment, the
図4のPWM制御出力P2は、図3のPWM制御出力P1と同様に、所定電圧Von(例えば12V)のON/OFFを周期的に繰り返すようなパルス信号とされる。図4のPWM制御出力P2の周波数F2(=1/T2)は、上述した図3のPWM制御出力P1の周波数F1に比べ、大幅に低くなっており(F2≪F1)、図3のPWM制御出力P1の周波数F1の1/100〜1/1000程度に設定されている。言い換えれば、図4のPWM制御出力P2の周期T2が、図3のPWM制御出力P1の周期T1に比べ、大幅に大きくなっており(T1≪T2)、図3のPWM制御出力P1の周期T1の100〜1000倍程度に設定されている。図4のPWM制御出力P2の周波数F2は、例えば、1Hzに設定されている。図4のPWM制御出力P2のデューティ比D2(=t2/T2)は、図3のPWM制御出力P1のデューティ比D1と同一に設定されている。 The PWM control output P2 in FIG. 4 is a pulse signal that periodically repeats ON / OFF of a predetermined voltage Von (for example, 12V), similarly to the PWM control output P1 in FIG. The frequency F2 (= 1 / T2) of the PWM control output P2 of FIG. 4 is significantly lower than the frequency F1 of the PWM control output P1 of FIG. 3 described above (F2 << F1), and the PWM control of FIG. It is set to about 1/100 to 1/1000 of the frequency F1 of the output P1. In other words, the period T2 of the PWM control output P2 in FIG. 4 is significantly larger than the period T1 of the PWM control output P1 in FIG. 3 (T1 << T2), and the period T1 of the PWM control output P1 in FIG. Is set to about 100 to 1000 times. The frequency F2 of the PWM control output P2 in FIG. 4 is set to 1 Hz, for example. The duty ratio D2 (= t2 / T2) of the PWM control output P2 in FIG. 4 is set to be the same as the duty ratio D1 of the PWM control output P1 in FIG.
このようなPWM制御出力の周波数変更にともない、所定電圧Vonが印加されている電圧ON状態の時間(図4ではt2)および印加されていない電圧OFF状態の時間(図4ではT2−t2)が、図4のPWM制御出力P2では、図3のPWM制御出力P1に比べ、大幅に長くなる。このため、図3のPWM制御出力P1に替えて、図4のPWM制御出力P2がアクチュエータ31へ出力されると、後輪18,18が次のような挙動を示す。
With such a change in the frequency of the PWM control output, the voltage ON state time during which the predetermined voltage Von is applied (t2 in FIG. 4) and the voltage OFF state time during which the predetermined voltage Von is not applied (T2-t2 in FIG. 4) 4 is significantly longer than the PWM control output P1 in FIG. Therefore, when the PWM control output P2 of FIG. 4 is output to the
まず、電圧ON状態の間は、カップリング装置30が係合状態となり、前輪14,14および後輪18,18がともに駆動する駆動状態となる。このとき、前輪14,14および後輪18,18は、略同一の回転数で駆動される。一方、電圧OFF状態の間は、カップリング装置30が解放状態となり、前輪14,14のみが駆動状態となる。このとき、後輪18,18は、前輪14,14に追従して回転される被駆動状態となる。電圧ON状態と電圧OFF状態とは、図4に示すように、周期的に繰り返されるので、後輪18,18において、駆動状態と被駆動状態とが周期的に発生することになる。これにより、後輪18,18に対し、その回転方向に沿った振動(微小振動)が与えられることになる。この場合、図4のPWM制御出力P2のデューティ比D2は、図3のPWM制御出力P1のデューティ比D1と同一とされているので、前後輪のトルク配分率は変更されないようになっている。
First, during the voltage ON state, the
ここで、上述のように後輪(タイヤ)18,18に対して振動を与えた場合の作用について説明する。 Here, an operation when vibration is applied to the rear wheels (tires) 18 and 18 as described above will be described.
ここでまず、タイヤ18,18のスリップ率と、タイヤ18,18と路面との間の摩擦係数との対応関係について説明する。タイヤ18,18のスリップ率と、タイヤ18,18と路面との間の摩擦係数との対応関係は、路面条件により異なる。また、上述した如くタイヤ18,18に、その回転方向の振動(微小振動)を与えることで、タイヤ18,18と路面との間の摩擦係数を、任意に調整することが可能であることが知られている。具体的には、タイヤ18,18を回転方向に振動させるときに、その振動の振幅、周波数、位相などを制御することにより、タイヤ18,18と路面との間の摩擦係数を、任意に調整することが知られている。この原理は、上記特許文献1に記載されている。例えば、タイヤ18,18に替えてゴムブロックを用いた摩擦モデルは、下記の振動方程式(1)で表すことができる。
Here, first, the correspondence relationship between the slip ratio of the
この振動方程式(1)において、Fnは、ゴムブロックが路面に接触する垂直方向の荷重である。このため、μ・Fnは、一定方向に滑るゴムブロックに作用する摩擦力(μは、路面の摩擦係数)となる。また、mは、ゴムブロックの質量、ω0は、ゴムブロックの共振周波数である。この振動方程式(1)を解くことにより、ゴムブロックに振動を与えないときの摩擦力と、ゴムブロックに振動を与えた場合の摩擦力との比μrelが、次の式(2)で求められる。 In the vibration equation (1), Fn is a load in the vertical direction in which the rubber block contacts the road surface. Therefore, μ · Fn is a frictional force (μ is a friction coefficient of the road surface) acting on the rubber block sliding in a certain direction. M is the mass of the rubber block, and ω0 is the resonance frequency of the rubber block. By solving the vibration equation (1), the ratio μrel between the frictional force when the rubber block is not vibrated and the frictional force when the rubber block is vibrated is obtained by the following equation (2). .
この式(2)において、μeは、ゴムブロックに振動を与えた場合の摩擦係数、μnは、ゴムブロックに振動を与えないときの摩擦係数、Kは、ゴムブロックと路面との間のバネ定数、Cは、ゴムブロックの減衰係数である。 In this equation (2), μe is a friction coefficient when vibration is applied to the rubber block, μn is a friction coefficient when vibration is not applied to the rubber block, and K is a spring constant between the rubber block and the road surface. , C is a damping coefficient of the rubber block.
上記の2つの式(1)、(2)から、制御対象となるタイヤ18,18の前後方向、具体的には回転方向に振動を与えることにより、タイヤ18,18と路面との間おける摩擦係数を任意に調整できることが分かる。上記の比μrelは、与える振動の周波数ωに依存し、周波数ωが共振周波数ω0に近づくほど、比μrelの値が小さくなる傾向を示す。また、タイヤ18,18の回転方向に振動を付与することで、タイヤ18,18の前後方向における摩擦係数とスリップ率との関係は、例えば、図5の破線に示すように、スリップ率が増加することにともない摩擦係数が大きくなる傾向になることが知られている。このことは、上記特許文献1にも記載されている。
From the above two formulas (1) and (2), the friction between the
この実施形態では、実際の摩擦係数が、目標摩擦係数となったか否かを推定するため、ECU100には、スリップ率と摩擦係数との関係を示すマップおよびデータが記憶されている。そして、タイヤ18,18のスリップ率を推定するとともに、マップおよびデータから、実際の摩擦係数を推定可能である。なお、各タイヤ18,18のスリップ率は、各タイヤ18,18の回転速度を検出する車輪速センサ102,102の信号に基づいて推定可能であり、その推定方法は、例えば、特開2002−274356号公報、特開平6−258196号公報などに記載されているように周知であるので、具体的な説明を省略する。
In this embodiment, in order to estimate whether or not the actual friction coefficient has become the target friction coefficient, the
このように、タイヤ18,18に回転方向の振動を与えることにより、タイヤ18,18と路面との間における前後方向の摩擦係数を調整することが可能である。ここで、タイヤ18,18に振動を与えた場合と与えない場合とを比較すると、前後方向におけるスリップ率が同じであるとすれば、振動を与えた場合の方が、振動を与えない場合に比べて、タイヤ18,18の前後方向の摩擦係数が小さくなることが知られている(図5参照)。このことは、上記特許文献1に記載されている。
As described above, by applying vibration in the rotational direction to the
以上説明したように、この実施形態では、カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力されるPWM制御出力の周波数を低周波側へ変更することで、後輪(タイヤ)18,18を周期的に駆動状態または被駆動状態とし、これによって、タイヤ18,18に、その回転方向の振動を付与するようにしている。これにより、図5に示すように、タイヤ18,18の前後方向の摩擦力(摩擦係数)を低下させることができ、車両1の走行抵抗を低減することができ、その結果、燃料消費率の改善を図ることができる。なお、厳密に言えば、図3のPWM制御出力P1がアクチュエータ31へ出力される場合にも、後輪18,18に回転方向の振動が発生する可能性がある。しかし、後輪18,18が回転方向に沿って振動したとしても、上述したように、図3のPWM制御出力P1は高周波であることから、その振動は、車両1の走行抵抗にほとんど影響を与えることはない。
As described above, in this embodiment, the rear wheels (tires) 18 and 18 are periodically driven by changing the frequency of the PWM control output output to the
既に述べたように、従来の技術では、タイヤに振動を与えるためのアクチュエータ(例えば、電動モータなど)を各タイヤごとに搭載する必要があった。しかし、この実施形態では、四輪駆動車において既存のカップリング装置30のアクチュエータ31を利用し、このアクチュエータ31へのPWM制御出力の周波数変更のみによってタイヤ18,18に振動を与えられるので、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両1の走行特性を制御することができる。したがって、車両1の製造コストが大幅に高騰することはなく、また、車両1の設計の自由度を大きく阻害させたり、駆動系(ドライブトレーン)のレイアウトに大きな制約を与えてしまうといったこともなくなる。
As described above, in the conventional technique, it is necessary to mount an actuator (for example, an electric motor) for applying vibration to the tire for each tire. However, in this embodiment, since the
ところで、カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力されるPWM制御出力の周波数を低くするほど、後輪18,18に発生する振動が大きくなり、それにともなって、車両1の挙動変化も大きくなる。このため、車両1の各種のシステムや機能に悪影響を与えたり、乗り心地の悪化などを引き起こすことが懸念される。そこで、図6に示すようなPWM制御出力P3をアクチュエータ31へ出力するようにしてもよい。
By the way, as the frequency of the PWM control output output to the
図6のPWM制御出力P3は、図4のPWM制御出力P2と同様に、周波数F2、デューティ比D2、パルス幅t2のパルス信号とされている。しかし、図6のPWM制御出力P3は、図4のPWM制御出力P2とは異なり、高電圧時電圧Von(例えば12V)と低電圧時電圧Va(例えば8V)が周期的に繰り返すようなパルス信号とされている。つまり、図6のPWM制御出力P3の低電圧時電圧Vaが、図4のPWM制御出力P2のOFF時電圧(0V)よりも高くなっている。このように、図6のPWM制御出力P3では、図4のPWM制御出力P2に比べて、高電圧時電圧Vonと低電圧時電圧Vaとの電圧差(振幅)が小さくなっている。これにより、図6のPWM制御出力P3をカップリング装置30のアクチュエータ31へ送ることによって、アクチュエータ31へ出力されるPWM制御出力の周波数を低くすることに起因する、車両1の各種のシステムや機能に悪影響を与えることや、乗り心地の悪化などを引き起こすことを抑制できる。
The PWM control output P3 in FIG. 6 is a pulse signal having a frequency F2, a duty ratio D2, and a pulse width t2, similarly to the PWM control output P2 in FIG. However, unlike the PWM control output P2 in FIG. 4, the PWM control output P3 in FIG. 6 is a pulse signal in which a high voltage voltage Von (for example, 12V) and a low voltage voltage Va (for example, 8V) are periodically repeated. It is said that. That is, the low voltage voltage Va of the PWM control output P3 in FIG. 6 is higher than the OFF voltage (0 V) of the PWM control output P2 in FIG. Thus, in the PWM control output P3 of FIG. 6, the voltage difference (amplitude) between the high voltage voltage Von and the low voltage voltage Va is smaller than the PWM control output P2 of FIG. Accordingly, various systems and functions of the vehicle 1 caused by lowering the frequency of the PWM control output output to the
図6のようなPWM制御出力P3は、例えば、図7に示すような出力回路200によって得ることが可能である。図7に示す出力回路200は、電源VBATT、抵抗R1、R2、トランジスタTR1、TR2、ダイオードD1、D2、電磁ソレノイドSOLを含む回路となっている。電磁ソレノイドSOLは、上述したアクチュエータ31に相当する。電源VBATTは、例えば、車載バッテリ、キャパシタなどとされる。
The PWM control output P3 as shown in FIG. 6 can be obtained by an output circuit 200 as shown in FIG. 7, for example. The output circuit 200 shown in FIG. 7 is a circuit including a power supply VBATT, resistors R1 and R2, transistors TR1 and TR2, diodes D1 and D2, and an electromagnetic solenoid SOL. The electromagnetic solenoid SOL corresponds to the
ECU100から出力回路200へ高電圧出力用の出力指示VHと低電圧出力用の出力指示VLとが交互に出力される。高電圧出力用の出力指示VHが出力されると、電源VBATTの電圧(例えば12V)が電磁ソレノイドSOLにそのまま印加される。一方、低電圧出力用の出力指示VLが出力されると、電源VBATTの電圧から抵抗R1による電圧降下分(例えば4V)を差し引いた電圧(例えば8V)が電磁ソレノイドSOLに印加される。
Output instruction VH for high voltage output and output instruction VL for low voltage output are alternately output from
そして、ECU100から出力回路200へ出力指示VH、VLを出力する期間を適宜に設定することによって、図6のようなPWM制御出力P3を得ることが可能になる。例えば、高電圧出力用の出力指示VHを出力する期間をt2に設定し、低電圧出力用の出力指示VLを出力する期間を(T2−t2)に設定すればよい。
Then, it is possible to obtain a PWM control output P3 as shown in FIG. 6 by appropriately setting periods for outputting the output instructions VH and VL from the
なお、出力回路200によって、図3のようなPWM制御出力P1、図4のようなPWM制御出力P2を得ることも可能である。つまり、ECU100から出力回路200へ高電圧出力用の出力指示VHだけを所定の期間および所定の周期で出力すればよい。例えば、高電圧出力用の出力指示VHを出力する期間をt1に設定し、周期をT1に設定すれば、図3のようなPWM制御出力P1を得ることが可能になる。また、高電圧出力用の出力指示VHを出力する期間をt2に設定し、周期をT2に設定すれば、図4のようなPWM制御出力P2を得ることが可能になる。したがって、出力回路200によって、図3のPWM制御出力P1、図4のPWM制御出力P2、図6のPWM制御出力P3の切り替えを容易に行うことが可能である。
Note that the output circuit 200 can obtain the PWM control output P1 as shown in FIG. 3 and the PWM control output P2 as shown in FIG. That is, it is only necessary to output only the output instruction VH for high voltage output from the
次に、上述のような実施形態の特徴部分を適用した車両1の走行特性制御の手順について、図8のフローチャートを参照して説明する。 Next, the procedure of the driving characteristic control of the vehicle 1 to which the characteristic part of the embodiment as described above is applied will be described with reference to the flowchart of FIG.
このフローチャートは、ECU100が実行する車両1の走行特性制御に関するものであり、車両1が四輪駆動状態のとき所定時間ごとに繰り返し実行される。車両1が四輪駆動状態であるか否かは、例えば、上述した二輪駆動状態と四輪駆動状態の切替指示を入力する操作スイッチ108からの信号に基づいて判定することが可能である。
This flowchart relates to the travel characteristic control of the vehicle 1 executed by the
まず、ECU100は、ステップST1において、カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力するPWM制御出力の出力指示値を演算する。この場合、車両1の走行状態を検知する各種センサ等からの信号に基づいて、四輪駆動状態での走行時のPWM制御出力(例えば、図3に示すようなPWM制御出力P1)の出力指示値(デューティ比など)が演算される。
First, in step ST1, the
次に、ECU100は、ステップST2において、後輪18,18に回転方向に沿った振動を与えることが必要か否かを判定する。言い換えれば、アクチュエータ31へ出力するPWM制御出力の周波数を低周波側へ変更する必要があるか否かを判定する。この判定は、車両1の走行状態を検知する各種センサ等からの信号に基づいて行うことが可能である。ここで、後輪18,18に振動を与えることが必要な場合としては、四輪駆動状態での走行を継続して行うことが必要ではなくなった場合などが挙げられる。例えば、定常走行状態(加減速をほとんど行うことなく走行している状態)での直進走行の場合や、高μ路での直進走行の場合などが挙げられる。
Next, in step ST2, the
そして、ステップST2において否定判定の場合には、ステップST6へ進み、ECU100は、アクチュエータ31へPWM制御出力を出力する。この場合、例えば、図3に示すようなPWM制御出力P1がアクチュエータ31へ出力される。
If the determination in step ST <b> 2 is negative, the process proceeds to step ST <b> 6 and the
一方、ステップST2において肯定判定の場合には、ステップST3へ進み、ECU100は、アクチュエータ31へ出力するPWM制御出力の周波数を低周波側へ変更する。この場合、車両1の走行状態を検知する各種センサ等からの信号に基づいて、アクチュエータ31へのPWM制御出力の周波数が演算される。
On the other hand, if the determination in step ST2 is affirmative, the process proceeds to step ST3, and the
次に、ECU100は、ステップST4において、ステップST3で得られたアクチュエータ31へのPWM制御出力の周波数が、閾値Fth以下であるか否かを判定する。この閾値Fthは、アクチュエータ31へのPWM制御出力の周波数と車両1の挙動との関係に基づいて設定されるもので、ECU100のROMに記憶されている。上述したように、アクチュエータ31へ出力されるPWM制御出力の周波数を低くするほど、車両1の挙動変化が大きくなるため、閾値Fthは、車両1の挙動変化を抑制する観点から設定される。
Next, in step ST4, the
そして、ステップST4において否定判定の場合には、ステップST6へ進み、ECU100は、アクチュエータ31へPWM制御出力を出力する。この場合、例えば、図4に示すようなPWM制御出力P2がアクチュエータ31へ出力される。
If the determination in step ST <b> 4 is negative, the process proceeds to step ST <b> 6 and the
一方、ステップST4において肯定判定の場合には、ステップST5へ進み、ECU100は、アクチュエータ31へ出力するPWM制御出力の低電圧時電圧を0[V]よりも高い電圧に設定する。PWM制御出力の低電圧時電圧は、例えば、上述した図6のPWM制御出力P3の低電圧時電圧Vaとされる。そして、ECU100は、ステップST6において、アクチュエータ31へPWM制御出力を出力する。この場合、例えば、図6に示すようなPWM制御出力P3がアクチュエータ31へ出力される。
On the other hand, if the determination in step ST4 is affirmative, the process proceeds to step ST5, where the
以上より、車両1の走行状態に応じてカップリング装置30のアクチュエータ31へ出力されるPWM制御出力が変更される。カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力するPWM制御出力を図3に示すようなPWM制御出力P1に変更することで、車両1の四輪駆動状態での走行を適切に行うことができる。また、カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力するPWM制御出力を図4に示すようなPWM制御出力P2に変更することで、車両1の走行抵抗を低減することができ、燃料消費率の改善を図ることができる。さらに、カップリング装置30のアクチュエータ31へ出力するPWM制御出力を図6に示すようなPWM制御出力P3に変更することで、車両1の走行特性を制御しつつ、車両1の各種のシステムや機能に悪影響を与えることや、乗り心地の悪化などを引き起こすことを抑制できる。
As described above, the PWM control output that is output to the
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。
-Other embodiments-
The present invention is not limited only to the above-described embodiments, and all modifications and applications within the scope of the claims and within the scope equivalent to the scope are possible.
上述したカップリング装置としての電子制御カップリングの構成(図2参照)は一例であって、アクチュエータによって前後輪のトルク配分率を制御することが可能であれば、他の構成のカップリング装置を用いてもよい。上記実施形態では、アクチュエータを電磁ソレノイドとした例を挙げたが、アクチュエータは、例えば、電動モータ、電磁クラッチ等であってもよい。 The above-described configuration of the electronically controlled coupling as the coupling device (see FIG. 2) is an example, and if it is possible to control the torque distribution ratio of the front and rear wheels by an actuator, a coupling device of another configuration may be used. It may be used. In the above embodiment, an example in which the actuator is an electromagnetic solenoid has been described. However, the actuator may be, for example, an electric motor, an electromagnetic clutch, or the like.
上記実施形態では、前輪を主駆動輪とし、後輪を従駆動輪とする前輪駆動ベースの四輪駆動車に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、後輪を主駆動輪とし、前輪を従駆動輪とする後輪駆動ベースの四輪駆動車にも適用可能である。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a front wheel drive-based four-wheel drive vehicle in which the front wheels are the main drive wheels and the rear wheels are the sub drive wheels has been described. The present invention can also be applied to a four-wheel drive vehicle based on a rear wheel drive in which the front wheels are driven wheels.
本発明は、アクチュエータによりカップリング装置の状態を変化させることで、前後輪のトルク配分を変更する四輪駆動車に利用できる。 The present invention can be used in a four-wheel drive vehicle that changes the torque distribution of the front and rear wheels by changing the state of the coupling device by an actuator.
1 車両
10 エンジン(駆動源)
18 後輪(タイヤ)
30 カップリング装置
31 アクチュエータ
100 ECU
1
18 Rear wheel (tire)
30
Claims (2)
上記アクチュエータへ出力される信号の周波数を、上記カップリング装置によるトルク配分の変更制御を行う場合の信号の周波数よりも低周波側へ変更することによって、上記従駆動輪に対し、その回転方向に沿う振動を与えることを特徴とする車両の制御装置。 A main drive wheel to which torque from a drive source is directly transmitted and a slave drive wheel to which torque from the drive source is transmitted via a coupling device, and an engagement state of the coupling device is changed by an actuator. A vehicle control device configured to change the torque distribution between the main drive wheel and the sub drive wheel,
By changing the frequency of the signal output to the actuator to a lower frequency side than the frequency of the signal in the case of performing torque distribution change control by the coupling device, the rotational speed of the driven wheel is changed in the rotation direction. A vehicle control device characterized by applying vibration along the vehicle.
上記信号が、電圧のON/OFFを周期的に繰り返すようなパルス信号とされ、
上記パルス信号の周波数が、この周波数と車両の挙動との関係に基づく閾値以下である場合には、上記パルス信号のOFF時電圧を上昇させることを特徴とする車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 1,
The signal is a pulse signal that periodically repeats ON / OFF of the voltage,
The vehicle control device characterized by increasing the OFF-time voltage of the pulse signal when the frequency of the pulse signal is not more than a threshold value based on the relationship between the frequency and the behavior of the vehicle.
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JPWO2015052808A1 (en) * | 2013-10-10 | 2017-03-09 | 日産自動車株式会社 | Control device for four-wheel drive electric vehicle |
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2010
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