JP2012081827A - 車両統合制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右輪差動制限機構作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制し、走破性と安定性とを両立できる車両の車両統合制御装置を提供する。
【解決手段】左前輪１１の車輪速と右前輪１２の車輪速との車輪速差（回転速度差）が所定の閾値を超えると、フロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎを、左前輪１１の車輪速と右前輪１２の車輪速との車輪速差に比例した拘束トルクとして設定、制御する。さらに、前記設定、制御したフロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎと前記車輪速差（回転速度差）の方向に応じて左前輪１１と右前輪１２との駆動力差を推定し、前記駆動力差によって生じる操舵トルク変化に相当するＥＰＳ操舵トルクを、電動パワーステアリング２２による操舵補助力であるアシストトルクＴｅｐｓとして付加し、左右輪差動制限機構作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の姿勢が不安定になる状況下での車両走行、例えば右前輪と左前輪の路面摩擦係数が異なる悪路での左右輪差動制限機構作動時の操舵トルク変化によるハンドル取られ現象の発生を抑制し、車両の走行性能と安定性を向上させた左右輪差動制限機構ならびに操舵力制御機構の車両統合制御装置に関する。

近年、車両のパワーステアリングにおいて、電動モータの力により操舵補助力を付加することで操舵力を制御可能な操舵補助機構である電動パワーステアリングが採用されている。
この電動パワーステアリングは、油圧パワーステアリング等に比べ電動モータの抵抗等によりフリクションが大きく、ステアリングが中立位置に戻りにくいことから、ステアリング操作時に操舵車輪の左右車輪速差を用いて、ステアリングを中立位置に戻す方向に操舵補助力を付加するように電動パワーステアリングを制御する技術が提案されている。
車両の走行性能向上をねらい左右輪差動制限機構を備える車両では、旋回走行中や左右のタイヤで路面摩擦が異なるμスプリット路走行中などに左右輪差動制限機構が作動した場合、ハンドル取られが発生し、運転者に対してステアリング操作時の違和感を与えることが懸念される。
そこで、このような左右輪差動制限機構を使用する車両における操舵力制御機構としては、左右輪差動制限機構作動時の拘束トルク分に応じて操舵補助機構である電動パワーステアリングを制御し、操舵トルク変化によるハンドル取られ現象の発生を抑制し、運転者のステアリング操作時の違和感を解消するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特許第３４０１３３６号公報

しかしながら、実際の操舵トルク変化は、左右輪差動制限機構の拘束トルクではなく左右輪の駆動力差に比例するため、上記従来技術のように左右輪差動制限機構の拘束トルクに比例した制御を行うと、その制御量が過剰となったり、あるいは不足することになる。 また、左右輪差動制限機構ロック状態すなわち左右直結状態においては、操舵トルク変化の方向や量が不明であり、操舵補助装置である電動パワーステアリングによる制御が困難となるなど、運転者のステアリング操作時の違和感を解消するには不十分であるという課題があった。
また、一般的な機械式左右輪差動制限機構による操舵トルク変化の推定は困難であり、同時に操舵トルク変化を電動パワーステアリングで抑制することも困難である。
一方で、左右輪差動制限機構の拘束トルクを自在に制御可能な電子制御式フロント左右輪差動制限機構を想定すれば、左右輪差動制限機構による操舵トルク変化が容易に推定できる左右輪差動制限機構の制御ロジックを適用することで、操舵トルク変化を精度良く推定することができる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、左右輪差動制限機構の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制し、運転者のステアリング操作時の違和感を解消できる左右輪差動制限機構ならびに操舵力制御機構の車両統合制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両の走行状態に応じて左右前輪の拘束トルクを制御する電子制御式の左右輪差動制限機構と、前記車両の操舵補助力を付加する操舵力制御機構と、
前記左右前輪の回転速度差を検出する車輪速差検出手段とを備えた車両の車両統合制御装置であって、前記左右前輪の回転速度差が所定の閾値以下では前記左右輪差動制限機構の前記拘束トルクを零とし、前記左右前輪の回転速度差の方向と前記拘束トルクに応じて前記操舵力制御機構の操舵補助力を付加する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、左右輪差動制限機構の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制し、操舵力制御機構の運転者のステアリング操作時の違和感を解消できる車両統合制御装置を提供できる効果がある。

本発明の実施の形態の左右輪差動制限機構および操舵力制御機構が適用された車両の構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態の左右輪差動制限機構および操舵力制御機構の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の操舵力制御機構における左右輪の回転速度差と、その回転速度差に応じた左右輪差動制限機構の拘束トルクとの関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、この実施の形態の左右輪差動制限機構および操舵力制御機構を備えた車両１の構成を示す概略構成図である。車両１は、左前輪１１、右前輪１２、左後輪１３および右後輪１４を備えている。
左前輪１１と右前輪１２は車両１の操舵車輪であり、タイロッド２１を介して電動パワーステアリング２２に連結している。

電動パワーステアリング２２（操舵力制御機構）は、ステアリングギアボックス３１、ステアリングシャフト３２、ステアリングホイール３３および電動モータ３４を備えている。
ステアリングギアボックス３１には、ステアリングシャフト３２を介してステアリングホイール３３が連結されている。
そして、運転者によるステアリングホイール３３の操作は、ステアリングシャフト３２を介してステアリングギアボックス３１に伝達される。
さらに、ステアリングギアボックス３１を介してタイロッド２１が作動して左前輪１１および右前輪１２の向きを変化させる。
言い換えると、操舵車輪（左前輪１１、右前輪１２）を操舵する操舵系は、ステアリングギアボックス３１、ステアリングシャフト３２、ステアリングホイール３３を含んで構成されている。

また、電動モータ３４はステアリングギアボックス３１に設けられており、電動モータ３４の回転はステアリングギアボックス３１に入力され、ステアリングホイール３３の操作に対する操舵補助力を発生させる。
すなわち、電動モータ３４によって操舵補助力が操舵系に付加される。

また、左前輪１１、右前輪１２、左後輪１３および右後輪１４には、各車輪に制動力を付与するためのブレーキ４１，４２，４３，４４が設けられている。
ブレーキ４１は左前輪１１に制動力を付与し、ブレーキ４２は左前輪１２に制動力を付与し、ブレーキ４３は左後輪１３に制動力を付与し、ブレーキ４４は左後輪１４に制動力を付与する。
各ブレーキ４１，４２，４３，４４は、車両に搭載されているブレーキ油圧ユニット５１から供給される油圧により左前輪１１、右前輪１２、左後輪１３および右後輪１４への制動力が制御される。

左前輪１１、右前輪１２、左後輪１３および右後輪１４には、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサがそれぞれ設けられている。
車輪速センサ６１は左前輪１１の車輪速（回転数）を検出するためのセンサである。車輪速センサ６２は右前輪１２の車輪速（回転数）を検出するためのセンサである。車輪速センサ６３は左後輪１３の車輪速（回転数）を検出するためのセンサである。車輪速センサ６４は右後輪１４の車輪速（回転数）を検出するためのセンサである。

左前輪１１および右前輪１２には、左右輪差動制限機構８１を備えたフロントデフ８２を介して駆動力が伝達される。駆動シャフト８３には左前輪１１が連結されており、また，駆動シャフト８４には右前輪１２が連結されている。左右輪差動制限機構８１を備えたフロントデフ８２を介して駆動シャフト８３と駆動シャフト８４とへ伝達された駆動力により左前輪１１および右前輪１２が駆動され回転する。
左右輪差動制限機構８１は、拘束トルクを自在に制御可能な電子制御式フロント左右輪差動制限機構である。この左右輪差動制限機構８１は、内蔵された図示されていない電磁クラッチの係合状態に応じて左右の駆動シャフト８３，８４の相対回転を拘束するトルクを発生し、これにより左前輪１１と右前輪１２との間に差動制限力を作用させる。
コントローラ９０は、前記電磁クラッチの係合状態を励磁電流を調節することで、左右輪差動制限機構８１による拘束トルクを制御する。

また、車両には、制御手段１２２として左右輪差動制限機構のコントローラ９０、ステアリングＥＣＵ７１、制動系ＥＣＵ７２および制御系ＥＣＵ７３が設けられている。
ステアリングＥＣＵ７１は、本実施の形態の操舵力制御機構を制御するものである。
ステアリングＥＣＵ７１は、操舵力制御機能として、運転者の操舵トルクを軽減するための電動パワーステアリング２２による操舵補助力を電動モータ３４により前記操舵系に付加する一般的な基本機能を有している。
また、制御手段１２２は車輪速差検出手段１２１を備えている。
車輪速差検出手段１２１は、前輪１１と右前輪１２との回転速度差を検出するものである。
制御手段１２２は、左右輪差動制限機構８１の拘束トルクを、前記車輪速差検出手段１２１により検出した左前輪１１と右前輪１２との回転速度差に比例して制御するものである。
また、制御手段１２２は、前記回転速度差に比例して制御された左右輪差動制限機構８１の拘束トルクと、左前輪１１と右前輪１２との前記回転速度差とに応じて、左前輪１１と右前輪１２との駆動力差あるいは操舵トルク変化を推定する。そして、推定した前記駆動力差に比例したアシストトルク、あるいは推定した前記操舵トルク変化に応じたアシストトルクを、電動パワーステアリング２２の操舵補助力として付加するように制御するものである。

制動系ＥＣＵ７２は、車両１を制動する際のＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）機能をブレーキ油圧ユニット５１を制御することで実現する。
制動系ＥＣＵ７２により実現されるＡＢＳ機能では、車輪速センサ６１，６２，６３，６４により検出された各車輪速にもとづき、車両１の急制動時、低μ路面上での各車輪のロック状態を検出し、このようなロック状態を回避しつつ最適な制動力をブレーキ４１，４２，４３，４４により車輪に付与するようにブレーキ油圧ユニット５１を制御する。
制御系ＥＣＵ７３は効率のよいエンジン制御を行う。

ステアリングＥＣＵ７１、制動系ＥＣＵ７２および制御系ＥＣＵ７３はコンピュータであり、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置、中央処理装置、タイマ、Ｉ／Ｏポートなどの入出力装置および各種インタフェースなどから構成されている。そして、ステアリングＥＣＵ７１および制動系ＥＣＵ７２には、車輪速センサ６１，６２，６３，６４が前記入出力装置を介して接続されている。
また、ステアリングＥＣＵ７１と制動系ＥＣＵ７２と制御系ＥＣＵ７３との間で各種データの送受信を行うための通信機能を備えている。

この実施の形態の車両統合制御装置は、ステアリングＥＣＵ７１のＣＰＵを含む制御手段１２２が、例えばステアリングＥＣＵ７１の記憶装置に格納されている図２のフローチャートに示すソフトウェアプログラムを実行することによって、左右輪差動制限機構８１の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制し、運転者のステアリング操作時の違和感を解消し、走破性と安定性とを向上させた姿勢安定化制御を実現する。
この姿勢安定化制御では、車両１の姿勢が不安定になるような特定の運転状況にある場合であって左右輪差動制限機構８１が作動するとき、左右輪差動制限機構８１の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく推定し、運転者のステアリング操作時の違和感を解消する。

制動系ＥＣＵ７２におけるＡＢＳ機能では、各車輪速センサ６１，６２，６３，６４により検出された各車輪の車輪速から、左前輪１１、右前輪１２、左後輪１３および右後輪１４のスリップ率を算出し、算出したスリップ率が最適な値となるようにブレーキ油圧ユニット５１から各ブレーキ４１，４２，４３，４４へ供給される油圧を制御する。

図３は、左前輪１１と右前輪１２との回転速度差と、前記回転速度差に応じて制御される左右輪差動制限機構８１の拘束トルクＴｎとの関係を示す特性図である。図３の特性図に示す左前輪１１と右前輪１２との回転速度差に対する左右輪差動制限機構８１の拘束トルクＴｎのデータは拘束力テーブルＴＢＬとして例えばステアリングＥＣＵ７１に備えられている。

次に動作について説明する。
図２は、この実施の形態の車両統合制御装置の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに従って動作を説明する。
先ず、車輪速差検出手段１２１により、車輪速センサ６１により検出された左前輪１１の車輪速（回転速度）と車輪速センサ６２により検出された右前輪１２の車輪速（回転速度）との車輪速差を演算する（ステップＳ１）。
続いて、前記演算した車輪速差が左右輪差動制限機構８１の制御を開始する左右車輪速差閾値βを超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。この結果、前記演算した車輪速差が左右車輪速差閾値βを超えていないと判定すると、ステップＳ６へ進み、フロント左右輪差動制限機構の制御において制御対象とする拘束トルクを零に設定する（ステップＳ６）。さらに、電動パワーステアリング２２による操舵補助力であるアシストトルクＴｅｐsを零に設定する（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ２において、前記演算した車輪速差が左右車輪速差閾値βを超えていると判定すると、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、フロント左右輪差動制限機構の制御において制御対象とする、車輪速差検出手段１２１により演算した車輪速差Ｖｄ１に応じた拘束トルクＴｎの演算を行う。この演算では、図３に示す拘束力テーブルから左前輪１１と右前輪１２との回転速度差Ｖｄ１に対応する左右輪差動制限機構８１の拘束トルクＴｎを読み出す。
続いて、前記車輪速差から操舵トルク変化Ｓ１に比例した電動パワーステアリング２２による操舵補助力であるアシストトルクＴｅｐsを演算する（ステップＳ４）。
そして、前記フロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎを、前記車輪速センサ６１により検出された左前輪１１の車輪速と車輪速センサ６２により検出された右前輪１２の車輪速との車輪速差（回転速度差）に比例して制御するとともに、前記電動パワーステアリング２２による操舵補助力であるアシストトルクＴｅｐｓを、前記フロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎと前記車輪速差（回転速度差）の方向に応じて左前輪１１と右前輪１２との駆動力差によって生じる操舵トルク変化を操舵トルクとして付加し、左右輪差動制限機構８１の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制する（ステップＳ５）。

以上のように、左右前輪の回転速度差に応じた拘束トルクを設定する。つまり、左右輪差動制限機構８１は左右前輪が回転速度差を持った場合のみ働き、直結状態にならない（左右前輪の回転速度差ゼロの場合は拘束トルクもゼロになる）ように設定する。回転速度差に比例した拘束トルクに設定すれば、左右前輪の駆動力差は自ら設定した拘束トルクの大きさと、左右前輪の回転速度差の方向によって容易に推定でき、そのときの駆動力差が、操舵トルク変化となる。したがって、駆動力差に比例した電動パワーステアリングの操舵トルクを付加すれば、左右輪差動制限機構８１の作動に伴う操舵トルク変化を抑制することが可能となる。

以上、説明したように、この実施の形態によれば、車輪速センサ６１により検出された左前輪１１の車輪速と車輪速センサ６２により検出された右前輪１２の車輪速との車輪速差（回転速度差）が所定の閾値を超えると、フロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎを、左前輪１１の車輪速と右前輪１２の車輪速との車輪速差（回転速度差）に比例した拘束トルクとして設定、制御する。さらに、前記設定、制御したフロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎと前記車輪速差（回転速度差）の方向に応じて左前輪１１と右前輪１２との操舵トルク変化を推定し、前記操舵トルク変化に応じたＥＰＳ操舵トルクを、電動パワーステアリング２２による操舵補助力であるアシストトルクＴｅｐｓとして付加し、左右輪差動制限機構８１の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制する。
この実施の形態によれば、左前輪１１の車輪速と右前輪１２の車輪速との回転速度差に応じた拘束トルクと、前記回転速度差の方向とをもとに、左前輪１１と右前輪１２の駆動力差によって生じる操舵トルク変化を精度よく推定できるため、左右輪差動制限機構８１の作動に伴う操舵トルク変化を精度よく抑制でき、走破性と安定性とを両立できる操舵力制御装置を提供できる効果がある。

また、フロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎをエンジンの駆動トルクに比例した拘束トルクとして設定して制御しても良い。この場合、前輪左右の車輪速差が小さい範囲においてフロント左右輪差動制限機構の拘束トルクを零とすれば、左右直結状態にはならず、左右輪差動制限機構８１によって生じる操舵トルク変化を精度良く推定することができるため、電動パワーステアリングによるアシストトルクにより、操舵トルク変化を抑制できる。したがって、トルク感応型としてのフロント左右輪差動制限機構効果を実現しながら、左右輪差動制限機構８１により生じる操舵トルク変化を抑制することが可能となる。

また、フロント左右輪差動制限機構の制御における拘束トルクＴｎをヨーレイトに比例した拘束トルクとして設定、制御しても良い。この場合、前輪左右の車輪速差が小さい範囲においてフロント左右輪差動制限機構の拘束トルクを零とすれば、左右直結状態にはならず、左右輪差動制限機構８１によって生じる操舵トルク変化を精度良く推定することができるため、電動パワーステアリングによるアシストトルクにより、操舵トルク変化を抑制できる。したがって、ヨーレイトフィードバック型としてのフロント左右輪差動制限機構効果を実現しながら、左右輪差動制限機構８１により生じる操舵トルク変化を抑制することが可能となる。

１……車両、１１……左前輪、１２……右前輪、２２……電動パワーステアリング（操舵力制御機構）３２……ステアリングシャフト、３３……ステアリングホイール、６１，６２，６３，６４……車輪速センサ、７１……ステアリングＥＣＵ、８１……左右輪差動制限機構、１２１……車輪速差検出手段、１２２……制御手段。

Claims (4)

1. 車両の走行状態に応じて左右前輪の拘束トルクを制御する電子制御式の左右輪差動制限機構と、
   前記車両の操舵補助力を付加する操舵力制御機構と、
   前記左右前輪の回転速度差を検出する車輪速差検出手段とを備えた車両の車両統合制御装置であって、
   前記左右前輪の回転速度差が所定の閾値以下では前記左右輪差動制限機構の前記拘束トルクを零とし、前記左右前輪の回転速度差の方向と前記拘束トルクに応じて前記操舵力制御機構の操舵補助力を付加する制御手段を備えたことを特徴とする車両統合制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記左右前輪の回転速度差が所定の閾値を越えると、前記左右輪差動制限機構の前記拘束トルクを、前記左右前輪の回転速度差に比例した値に設定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両統合制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記左右前輪の回転速度差が所定の閾値を越えると、前記左右輪差動制限機構の前記拘束トルクを、エンジンの駆動トルクに比例した値に設定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両統合制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記左右前輪の回転速度差が所定の閾値を越えると、前記左右輪差動制限機構の前記拘束トルクを、車両のヨーレイトに比例した値に設定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両統合制御装置。

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