JP2016002970A - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤを空転させることで、路面との間の摩擦係数を高めるとともに、タイヤ空転時の車両の移動又は旋回を確実に抑える。【解決手段】本発明に係る車両の制御装置は、複数の車輪１０２，１０４，１０６，１０８を個別に回転させる複数のモータ１１０，１１２，１１４，１１８と、複数のモータ１１０，１１２，１１４，１１８を制御する制御装置２００であって、複数の車輪１０２，１０４，１０６，１０８の１つを空転させ、空転による車両の移動又は旋回を空転させた車輪以外の車輪で制御する制御装置２００と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、車輪の空転状態を制御する手段を備えた車両制御装置に於いて、予め求められたタイヤの歪変位量の最大値と路面摩擦係数の関係を示すμーマップを用いて路面摩擦係数を推定し、推定した路面摩擦係数に基づいて、ブレーキ装置あるいはエンジン回転数等を制御して車輪の空転状態を制御することが記載されている。

特開２００２−００２４７２号公報

タイヤは温度の低下に伴い弾力を失い、路面との摩擦係数が低下する傾向がある。摩擦係数が低下すると、発進加速性能や登坂性能などが低下する等の影響が生じる。一方、車両の運転を開始してからある程度の時間が経過し、タイヤが温まると、路面との摩擦係数が大きくなり、運転への影響が少なくなる。従って、特に運転開始時に路面との摩擦係数を一定以上に確保することが重要である。

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術は、タイヤの空転状態を制御する過程に生じるタイヤの発熱を考慮したものではない。従って、特許文献１に記載された技術では、路面摩擦係数を増大させて発進加速性能や登坂性能などを向上させることは困難である。

更に、タイヤを空転させて温めることを想定した場合、空転に伴い車両の移動、旋回などの挙動変化が生じる。このため、車両の移動、旋回などの挙動変化を確実に抑止する必要がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、タイヤを空転させることで、路面との間の摩擦係数を高めるとともに、タイヤ空転時の車両の挙動変化を確実に抑えることが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の車輪を個別に回転させる複数のモータと、前記複数のモータを制御する制御部であって、前記複数の車輪のうちの１つを空転させて当該車輪のタイヤを摩擦熱により加熱する制御部と、を備える、車両の制御装置が提供される。

前記制御部は、前記車輪の空転による車両の挙動変化を空転させた車輪以外の車輪を駆動して制御するものであっても良い。

また、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサを備え、前記制御部は、前記ヨーレートセンサの検出値に基づいて空転させた車輪の対角に位置する車輪を制御することで、車両の旋回を制御するものであっても良い。

また、前記制御部は、空転させた車輪の動摩擦力により生じる重心周りモーメントが、空転させた車輪の対角に位置する車輪の駆動力により生じる重心周りモーメントとつり合うように、空転させた車輪の対角に位置する車輪の駆動力を制御するものであっても良い。

また、車両の並進を検出するセンサを備え、前記制御部は、前記センサの検出値に基づいて空転させた車輪の対角に位置しない車輪を制御することで、車両の並進移動を制御するものであっても良い。

また、前記制御部は、空転させた車輪の動摩擦力と空転させた車輪の対角に位置する車輪の駆動力の和が、空転させた車輪の対角に位置しない２つの車輪の駆動力の和とつり合うように、空転させた車輪の対角に位置しない２つの車輪の駆動力を制御するものであっても良い。

また、ステアリングホイールの舵角を検出する舵角センサと、前記複数の車輪のうちの操舵輪の舵角を制御する舵角制御部と、を備え、前記舵角制御部は、前記複数の車輪の１つが空転している際に、前記舵角センサの検出値に基づいて前記ステアリングホイールの舵角が０となるように制御を行うものであっても良い。

また、前記制御部は、前記複数の車輪を一輪ずつ順次に空転させるものであっても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の車輪のうちの１つを空転させて当該車輪のタイヤを摩擦熱により加熱するステップと、前記複数の車輪のうちの１つを空転させたことによる車両の挙動変化を空転させた車輪以外の車輪を駆動して制御するステップと、を備える、車両の制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、タイヤを空転させることで、路面との間の摩擦係数を高めることができ、且つタイヤ空転時の車両の挙動変化を確実に抑えることが可能となる。

本実施形態に係る車両を示す模式図である。 車輪を空転させる際の処理を示すフローチャートである。 図２のステップＳ１８における車輪の空転動作を示すフローチャートである。 空転させる車輪を４つの車輪のいずれかとした場合に、ヨー制御車輪、及び制動車輪として決定される車輪を示す模式図である。 図４のステップＳ４０，Ｓ４４で行われる制御を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る車両の制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る車両１０００を示す模式図である。図１に示すように、車両１０００は、４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６、各車輪を駆動するモータ１１０，１１２，１１４，１１６、パワーステアリング機構（Ｐ／Ｓ）１２０、舵角センサ１３０、ステアリング１３２、インバータ１４０，１４２，１４４，１４６、バッテリー１５０、ヨーレートセンサ１６０、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）１６５、加速度センサ１７０、ブレーキ１８０，１８２，１８４，１８６、各種スイッチ１９０、表示用のディスプレイや警告ブザー等のユーザインターフェース１９５、制御装置（Ｃ／Ｕ）２００を有して構成されている。

本実施形態に係る車両１０００は、４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６のそれぞれにモータ１１０，１１２，１１４，１１６が設けられている。このため、４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６毎に駆動トルクを制御することができる。各車輪１００，１０２，１０４，１０６は、制御装置２００の指令に基づき、各車輪１００，１０２，１０４，１０６に対応するインバータ１４０，１４２，１４４，１４６が制御されることで、駆動トルクが制御される。各インバータ１４０，１４２，１４４，１４６にはバッテリー１５０から電力が供給される。

各車輪１００，１０２，１０４，１０６に対応して設けられたブレーキ１８０，１８２，１８４，１８６は、アンチロックブレーキシステム１６５により制動力が制御される。アンチロックブレーキシステム１６５は、制御装置２００の指令に基づき、各車輪１００，１０２，１０４，１０６毎に制動力を制御することができる。また、各ブレーキ１８０，１８２，１８４，１８６には、アンチロックブレーキシステム１６５のための車輪の回転角センサが設けられている。アンチロックブレーキシステム１６５は、各車輪１００，１０２，１０４，１０６の回転角センサから各車輪の回転角、車輪速（回転角速度）を検出する。検出された各車輪の回転角等の情報は制御装置２００へ送られる。なお、車輪の回転角は、モータ・レゾルバ角度から検出することもできる。

パワーステアリング機構１２０は、トルク制御又は角度制御により前輪の車輪１００，１０２の舵角を制御する。舵角センサ１３０は、運転者がステアリング１３２を操作して入力した舵角を検出する。ヨーレートセンサ１６０は、車両１０００のヨーレートを検出する。加速度センサ１７０は、車両１０００の前後方向、及び左右方向の加速度を検出する。スイッチ１９０は、車内等に設けられる各種スイッチであり、運転者により各種機能の実行を指示するために操作される。また、スイッチ１９０は、各車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転動作の開始を指示するためのスイッチを含む。

前述したように、タイヤは温度の低下に伴い弾力を失い、路面との摩擦係数が低下する傾向がある。その結果、発進加速性能や登坂性能などが悪化する等の影響がある。特に、サマーシーズンタイヤを冬季に使用した場合に、このような影響が顕著になる。

このため、本実施形態の車両１０００は、停止時に４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６を順次に空転させてタイヤに摩擦熱を発生させ、タイヤの弾力を回復させる。車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転は、前輪の車輪１００，１０２の舵角が０であり、路面の傾斜が０の場合に行う。

図２は、車輪１００，１０２，１０４，１０６を空転させる際の処理を示すフローチャートである。図２に示す処理は、ユーザが空転動作の開始を指示するスイッチ１９０をオンにした場合に開始され、主として制御装置２００によって行われる。ユーザは、気温が低く、路面との摩擦係数が低下していると判断される場合は、空転動作の開始を指示するスイッチ１９０をオンにすることで、車輪１００，１０２，１０４，１０６を空転させることができる。

先ず、ステップＳ１０において、制御装置２００は、車両１０００が備える各種センサの値を読み込む。具体的には、舵角センサ１３０、ヨーレートセンサ１６０、加速度センサ１７０、各ブレーキ１８０，１８２，１８４，１８６に設けられた回転角センサの値が読み込まれる。

次のステップＳ１２では、回転角センサの検出値に基づき車速が０であるか否かを判定し、車速が０の場合はステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、舵角センサ１３０の検出値に基づき、車輪１００，１０２の舵角が０であるか否かを判定し、舵角が０の場合はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、加速度センサ１７０の検出値に基づき、前後左右の路面の傾斜が０であるか否かを判定し、傾斜が０の場合は次のステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、車輪１００，１０２，１０４，１０６を１つずつ順次に空転させる。車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転は、例えば所定の回転数で所定の時間だけ行う。

一方、ステップＳ１２で車速が０でない場合、ステップＳ１４で舵角が０でない場合、又はステップＳ１６で傾斜が０でない場合は、ステップＳ１９へ進み、車輪１００，１０２，１０４，１０６を空転させる動作を回避させる旨を運転者に伝達（警告）する。空転動作を回避させる旨は、ユーザインタフェース１９５によるディスプレイへの表示、警告音の発生等によって行われる。

以上のように、車輪１００，１０２，１０４，１０６を順番に一輪ずつ空転させることによって、摩擦熱によりタイヤを温め、摩擦係数を増大することができる。これにより、加速性能、登坂性能を向上させることが可能である。車輪の空転によりタイヤに摩擦熱を発生させ、弾力を回復させることで、発進加速性能、登坂性能の悪化を防止する。

なお、左右の前輪１００，１０２、または左右の後輪１０４，１０６をまとめて空転させると、空転していないタイヤの静止力不足により車両１０００の移動が生じるが、本実施形態では、一輪ずつ空転させるため、車両１０００の移動を確実に抑止できる。

ここで、路面との摩擦計数μが４輪とも均等であり、左右重量配分が等しいとき、前輪軸重をＷｆ、後輪軸重をＷｒとすると、以下の式が成立する。
０．５μ・Ｗｆ＜０．５μ・Ｗｆ＋μ・Ｗｒ ・・・・（１）
０．５μ・Ｗｒ＜μ・Ｗｆ＋０．５μ・Ｗｒ ・・・・（２）

（１）式において、左辺は空転している１つの前輪が発生させる摩擦力であり、右辺は停止している残りの３輪（前輪１、後輪２）が発生させる摩擦力である。また、（２）式において、左辺は空転している１つの後輪輪が発生させる摩擦力であり、右辺は停止している残りの３輪（前輪２、後輪１）が発生させる摩擦力である。

（１）式、（２）式によれば、左右重量配分が等しければ、いかなる前後重量配分であっても、一輪ごとに車輪を空転させることで、車両１０００の動きを抑制することができる。

一方、左右重量配分が異なっていたり、車輪１００，１０２，１０４，１０６の位置に応じて摩擦係数が異なる場合は、空転時に車両１０００が旋回したり、並進することが想定される。本実施形態では、１つの車輪を空転中に、空転していない車輪を制御することにより、車両１０００の旋回、並進を抑制する制御を行う。

また、操舵輪である前輪（車輪１００，１０２）を片側だけ空転させた場合は、ステアリングホイール１３２にキックバックを生じる。このため、本実施形態では、前輪（車輪１００，１０２）の一輪を空転させた場合は、ステアリングホイール１３２の回転を制御する。

図３は、図２のステップＳ１８における車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転動作を示すフローチャートである。図３に示す処理も、主として制御装置２００によって行われる。先ず、ステップＳ２０では、４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６のうち、空転させる車輪（空転車輪）を決定する。次のステップＳ２２では、空転させる車輪の対角に位置する対角車輪をヨー制御車輪に決定する。次のステップＳ２４では、空転させる車輪の対角に位置しない非対角車輪を制動車輪に決定する。制動車輪にはブレーキがかけられる。

ここで、図４は、空転させる車輪を４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６のいずれかとした場合に、ヨー制御車輪、及び制動車輪として決定される車輪を示す模式図である。図４に示すように、車輪１００を空転させる場合は、車輪１００の対角に位置する車輪１０６がヨー制御車輪となり、車輪１００の対角に位置しない車輪１０２，１０４が制動車輪となる。同様に、車輪１０２を空転させる場合は、車輪１０４がヨー制御車輪となり、車輪１００，１０６が制動車輪となる。また、車輪１０４を空転させる場合は、車輪１０２がヨー制御車輪となり、車輪１００，１０６が制動車輪となる。また、車輪１０６を空転させる場合は、車輪１００がヨー制御車輪となり、車輪１０２，１０４が制動車輪となる。

ステップＳ２４の後はステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６では、空転車輪に所定のトルクを生じさせ、空転を開始する。次のステップＳ２８では、加速度センサ１７０、および各ブレーキ１８０，１８２，１８４，１８６に設けられた回転角センサの値が読み込まれる。

ステップＳ３０では、ステップＳ２８で読み込まれたセンサ値、特に加速度センサ１７０の検出値に基づいて、車両１０００が移動しているか否かを判定し、車両１０００が移動していない場合はステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、車両１０００が備える各種センサの値を読み込み、その積分値を求める。具体的には、ステップＳ３２では、舵角センサ１３０、ヨーレートセンサ１６０、加速度センサ１７０、車輪回転角センサの値が読み込まれる。また、ヨーレートセンサ１６０の検出値を積分することでヨー角が求まり、加速度センサ１７０の検出値を積分することで速度が求まる。

一方、ステップＳ３０で車体が移動していることが判定された場合は、処理を終了する（ＥＮＤ）。これにより、空転が停止し、空転に伴う車両１０００の移動が抑止される。また、ステップＳ３０において、回転角センサにより空転が検出できない場合は、路面の摩擦係数が十分に高いと判断し、処理を終了する（ＥＮＤ）。

ステップＳ３２の後はステップＳ３４へ進み、舵角センサ１３０による舵角の検出値が“０”であるか否かを判定する。そして、舵角の検出値が“０”でない場合は、ステップＳ３６へ進み、パワーステアリング機構１２０を制御して操舵トルクを発生させ、舵角が０となるようにＰＩＤ制御を行う。これにより、特に前輪の車輪１００，１０２の１つが空転された場合に、ステアリング１３２のキックバックを抑止することができる。一方、ステップＳ３４で舵角の検出値が０の場合は、ステップＳ３８へ進む。

ステップＳ３８では、ヨーレートセンサ１６０の検出値の積分値に基づき、ヨー角が０であるか否かを判定し、ヨー角が０でない場合はステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、ヨー制御車輪を駆動して、空転動作中の車両１０００の目標のヨー角が０となるようにＰＩＤ制御を行う。一方、ステップＳ３８でヨー角が０の場合は、ステップＳ４２へ進む。

ステップＳ４２では、加速度センサ１７０の検出値の積分値に基づいて、車両１０００の前後方向の並進量が０であるか否かを判定し、並進量が０でない場合はステップＳ４４へ進む。ステップＳ４４では、制動車輪を制御して、空転動作中の車両１０００の並進量（目標車体移動量）が０となるようにＰＩＤ制御を行う。一方、ステップＳ４２で並進量が０の場合はステップＳ４６へ進む。

ステップＳ４６では、予め定められた所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過した場合はステップＳ４８へ進む。一方、所定時間が経過していない場合は、ステップＳ３２へ戻る。ステップＳ４８では、全ての車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転が終了したか否かを判定し、全ての車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転が終了した場合は処理を終了する。一方、全ての車輪１００，１０２，１０４，１０６の空転が終了していない場合は、ステップＳ２０へ戻り、空転が完了していない車輪を空転車輪として決定する。

図５は、図４のステップＳ４０，Ｓ４４で行われる制御を示す模式図である。図５に示す例では、車輪１００を空転車輪とし、車輪１０６をヨー制御車輪とし、車輪１０２，１０４を制動車輪とした場合を示している。図５に示すように、車輪１００の空転によって動摩擦力Ｆｒが発生する。また、ヨー制御車輪（車輪１０６）の駆動によって駆動力Ｆｙが発生する。そして、空転車輪（車輪１００）の動摩擦力Ｆｒにより生じる重心周りモーメントＹｒは、ヨー制御車輪（車輪１０６）の駆動力Ｆｙにより生じる重心周りモーメントＹｙとつり合うようにヨー制御車輪（車輪１０６）の駆動力Ｆｙが制御される。これにより、図４のステップＳ４０において、ヨー角が０となるように制御を行うことができる。

また、空転車輪（車輪１００）の動摩擦力Ｆｒおよびヨー制御車輪（車輪１０６）の駆動力Ｆｙの和は、制動車輪（車輪１０２）の駆動力Ｆｂ１と制動車輪（車輪１０４）の駆動力Ｆｂ２の和とつり合うように制動車輪（車輪１０２，１０４）の駆動力Ｆｂ１，Ｆｂ２が制御される。これにより、図４のステップＳ４４において、並進量が０となるように制御を行うことができる。

なお、図５に示す制御は、動摩擦係数μｄ＜静摩摩擦係数μｓであれば、制御可能である。原則として、制御量はヨー角、前後方向への並進量であり、これらの制御目標が“０”となるように制御を行う。このため、ヨーレートセンサ１６０の出力を積分し、また、加速度センサ１７０より得られる前後方向の加速度を積分し、ＰＩＤ制御を行う。

また、動摩擦係数μｄ＜静摩擦係数μｓであり、以下の条件が成立する場合は、対角の一輪でヨー角制御できるが、対角の一輪のみではヨー角制御量が不足する場合は、制動車輪をヨー角制御に追加してもよい。
Ｗｆ／Ｗｒ＜μｓ／μｄ（前軸荷重が後軸荷重より大きい場合）
Ｗｒ／Ｗｆ＜μｓ／μｄ（後軸荷重が前軸荷重より大きい場合）

また、動摩擦係数μｄが、空転時のモータ１１０，１１２，１１４，１１６の消費電流、又は他の車体パラメータなどによって推定できる場合、図５に示す力のつり合いからＦｙ、Ｆｂ１、Ｆｂ２を求め、フィードフォワード分として加えて制御を行ってもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、４つの車輪１００，１０２，１０４，１０６を順次に空転させることで、タイヤに摩擦熱を発生させることができ、タイヤの弾力を回復させることができる。従って、温度の低下によりタイヤと路面との摩擦係数が低下している場合に、発進加速性能、登坂性能を回復させることが可能となる。

また、車輪１００，１０２，１０４，１０６の１つを空転させる際に、車両１０００のヨー角に基づいて空転車輪の対角に位置するヨー制御車輪を制御することで、空転時に車両１０００が旋回することを確実に抑止できる。また、空転時に車両１０００の並進量に基づいて空転車輪の対角に位置しない２つの制動車輪を制御することで、空転時に車両１０００が前後方向に並進してしまうことを確実に抑止することも可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０２，１０４，１０６，１０８ 車輪
１１０，１１２，１１４，１１８ モータ
２００ 制御装置

Claims (9)

1. 複数の車輪を個別に回転させる複数のモータと、
   前記複数のモータを制御する制御部であって、前記複数の車輪のうちの１つを空転させて当該車輪のタイヤを摩擦熱により加熱する制御部と、
   を備えることを特徴とする、車両の制御装置。
2. 前記制御部は、前記車輪の空転による車両の挙動変化を空転させた車輪以外の車輪を駆動して制御することを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサを備え、
   前記制御部は、前記ヨーレートセンサの検出値に基づいて空転させた車輪の対角に位置する車輪を制御することで、車両の旋回を制御することを特徴とする、請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記制御部は、空転させた車輪の動摩擦力により生じる重心周りモーメントが、空転させた車輪の対角に位置する車輪の駆動力により生じる重心周りモーメントとつり合うように、空転させた車輪の対角に位置する車輪の駆動力を制御することを特徴とする、請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 車両の並進を検出するセンサを備え、
   前記制御部は、前記センサの検出値に基づいて空転させた車輪の対角に位置しない車輪を制御することで、車両の並進移動を制御することを特徴とする、請求項４に記載の車両の制御装置。
6. 前記制御部は、空転させた車輪の動摩擦力と空転させた車輪の対角に位置する車輪の駆動力の和が、空転させた車輪の対角に位置しない２つの車輪の駆動力の和とつり合うように、空転させた車輪の対角に位置しない２つの車輪の駆動力を制御することを特徴とする、請求項５に記載の車両の制御装置。
7. ステアリングホイールの舵角を検出する舵角センサと、
   前記複数の車輪のうちの操舵輪の舵角を制御する舵角制御部と、を備え、
   前記舵角制御部は、前記複数の車輪の１つが空転している際に、前記舵角センサの検出値に基づいて前記ステアリングホイールの舵角が０となるように制御を行うことを特徴とする、請求項２に記載の車両の制御装置。
8. 前記制御部は、前記複数の車輪を一輪ずつ順次に空転させることを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御装置。
9. 複数の車輪のうちの１つを空転させて当該車輪のタイヤを摩擦熱により加熱するステップと、
   前記複数の車輪のうちの１つを空転させたことによる車両の挙動変化を空転させた車輪以外の車輪を駆動して制御するステップと、
   を備えることを特徴とする、車両の制御方法。
   

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