JP2017043209A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な路面状態検出装置を設けること無く、トラクションコントロールが誤作動すること無く、精度良く作動し、その駆動力に応じた十分なトラクション性能と旋回性能を発揮する。
【解決手段】幾何学的な線形車両モデルに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第１の許容差回転ΔＶ１として算出し、横加速度Ｇｙに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第２の許容差回転ΔＶ２として算出し、第１の許容差回転ΔＶ１と第２の許容差回転ΔＶ２とを車速Ｖに応じて比較し、小さい方の許容差回転を基準差回転ΔＮ０として設定し、少なくとも各車輪の車速との差回転と基準差回転ΔＮ０とに応じて駆動力制御を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行軌跡に応じて駆動力を適切に制御する車両の駆動力制御装置に関する。

近年、車両においては、車両の走行軌跡に応じて各輪のスリップを抑制し、駆動力を適切に発生する様々な車両の駆動力制御装置が開発され、実用化されている。例えば、特開２０１１−１３６６１８号公報（以下、特許文献１）では、操舵角と車両のステアリングジオメトリとに基づいて車両の旋回中心を決定し、この旋回中心と、運転者により設定される指示車速とに基づいて目標角速度を演算し、この目標角速度と、旋回中心からの各車輪の距離とに基づいて、各車輪の目標車輪速を決定し、車輪間の移動軌跡差に起因する車輪間での車輪速差が確保され得るように各車輪の目標車輪速を個別に決定して実際の車輪速を目標車輪速に近づけるべく各車輪の軸トルクを制御する車両の速度制御装置の技術が開示されている。また、特開平２−２２７３３３号公報（以下、特許文献２）では、前輪のスリップ率またはスリップ量と後輪のスリップ率またはスリップ量との関係が設定された関係となるようにエンジン出力を伝達トルク可変機構を介して前後輪にトルク配分するトルク配分制御装置において、操舵角および前後輪間のホイールベースを基に求められる前後輪間の軌跡差に起因する前後輪間の回転数の違いに相当する分と、横加速度の増大に伴って移動する旋回中心の変化に相当する分を補正して配分する車両の動力伝達装置の技術が開示されている。

特開２０１１−１３６６１８号公報 特開平２−２２７３３３号公報

ところで、上述の特許文献１に開示されるような速度制御装置や上述の特許文献２に開示されるような動力伝達装置において、前後輪の車輪速差からスリップを検出し、トラクションコントロールの機能を実現しようとした場合、転舵時の前後輪軌跡（旋回半径）の違いを考慮する必要がある。前後輪共にスリップしていない状態で各輪が描く軌跡は、極低速であればアッカーマン・ジオメトリとして幾何学的に算出できるほか、車速の増加に伴う車体横加速度に応じたタイヤ横力の非線形性を、引用文献１では車速に応じて補正し、引用文献２では横加速度に応じて補正している。

しかしながら、タイヤ横力の非線形性は、路面状態（例えば、路面摩擦係数（路面μ））による変化も大きく影響し、上述の引用文献１では想定よりも低速で、また、上述の引用文献２では想定よりも小さい横加速度で、路面状態等によりタイヤが横すべりを始めた場合、旋回中心の補正量が不足し、前輪スリップ判定の遅れによってトラクション性能や旋回性能が低下してしまう虞がある。そこで、路面状態を路面μ推定装置や画像情報等により認識して補正することも考えられるが、路面状態は様々で、高μ路、雪路、轍路、雨天路、スプリットμ路等々を精度良く認識することは困難で、精度の高い路面μ推定装置を備えることは、コスト高、重量増を招くという課題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な路面状態検出装置を設けること無く、トラクションコントロールが誤作動すること無く、精度良く作動し、その駆動力に応じた十分なトラクション性能と旋回性能を発揮することができる車両の駆動力制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両の駆動力制御装置の一態様は、幾何学的な線形車両モデルに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第１の許容差回転として算出する第１の許容差回転算出手段と、横加速度に基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第２の許容差回転として算出する第２の許容差回転算出手段と、上記第１の許容差回転と上記第２の許容差回転とを車速に応じて比較し、小さい方の許容差回転を基準差回転として設定する基準差回転設定手段と、少なくとも各車輪の車速との差回転と上記基準差回転とに応じて駆動力制御を実行する制御手段とを備えた。

本発明による車両の駆動力制御装置によれば、複雑な路面状態検出装置を設けること無く、トラクションコントロールが誤作動すること無く、精度良く作動し、その駆動力に応じた十分なトラクション性能と旋回性能を発揮することが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の駆動系全体の概略構成説明図である。 本発明の実施の一形態に係るトラクションコントロールのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る所定の操舵角における車速に応じた旋回外側前輪の車速との差回転と旋回内側前輪の車速との差回転の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る横加速度と車速に基づいて設定される第２の許容差回転の一例の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る基準差回転設定の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る各車輪の車速との差回転を算出する幾何学的な線形車両モデルの説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は車両前部に配置されたエンジンを示し、このエンジン１による駆動力はエンジン１後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含んで図示）２からトランスミッション出力軸２ａを経てトランスファ３に伝達される。

更に、このトランスファ３に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸４、プロペラシャフト５、ドライブピニオン軸部６を介して後輪終減速装置７に入力される一方、リダクションドライブギヤ８、リダクションドリブンギヤ９、ドライブピニオン軸部となっているフロントドライブ軸１０を介して前輪終減速装置１１に入力される。ここで、自動変速装置２、トランスファ３、及び、前輪終減速装置１１は、ケース１２内に一体的に配設されている。

また、後輪終減速装置７に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸１３rlを経て左後輪１４rlに伝達されるとともに、後輪右ドライブ軸１３rrを経て右後輪１４rrに伝達される。一方、前輪終減速装置１１に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸１３flを経て左前輪１４flに伝達されるとともに、前輪右ドライブ軸１３frを経て右前輪１４frに伝達される。

トランスファ３は、リダクションドライブギヤ８側に設けたドライブプレート１５ａとリヤドライブ軸４側に設けたドリブンプレート１５ｂとが交互に配列されて要部が構成されたクラッチ手段としての湿式多板クラッチ（トランスファクラッチ）１５と、このトランスファクラッチ１５に締結力（トランスファクラッチトルク）を可変に付与してトルク伝達容量を可変制御するためのトランスファピストン１６とを有して構成されている。従って、本車両では、トランスファクラッチ１５のトランスファクラッチトルクを制御することで、トルク配分比が前輪と後輪とで、例えば、１００：０から５０：５０の間で変更できるフロントエンジン・フロントドライブ車ベース（ＦＦベース）の４輪駆動車となっている。

トランスファピストン１６の押圧力は、複数のソレノイドバルブ等を擁した油圧回路で構成するトランスファクラッチ駆動部３０ａで与えられる。このトランスファクラッチ駆動部３０ａを駆動させる制御信号（ソレノイドバルブに対するトランスファクラッチトルクに応じた出力信号）は、前後駆動力配分制御部３０から出力される。

前後駆動力配分制御部３０には、車輪速センサ２１fl，２１fr，２１rl，２１rrから各車輪速度Ｖfl，Ｖfr，Ｖrl，Ｖrr（添字「fl」、「fr」、「rl」、「rr」は、それぞれ左前輪、右前輪、左後輪、右後輪に係ることを示す）が入力され、操舵角センサ２２から操舵角δが入力され、ヨーレートセンサ２３からヨーレートγが入力され、横加速度センサ２４から横加速度Ｇｙが入力される。更に、前後駆動力配分制御部３０には、エンジン１に関して燃料噴射制御等の各種制御を実行するエンジン制御部２５からエンジン回転数Ｎｅ、エンジン出力トルクＴｅが入力され、自動変速装置２に関して変速制御等の各種制御を実行するトランスミッション制御部２６からタービン回転数Ｎｔ、ギヤ比ｉ等が入力される。

そして、前後駆動力配分制御部３０は、上述の各入力信号に基づいて、幾何学的な線形車両モデルに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第１の許容差回転として算出し、横加速度Ｇｙに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第２の許容差回転として算出し、第１の許容差回転と第２の許容差回転とを車速Ｖに応じて比較し、小さい方の許容差回転を基準差回転ΔＮ０として設定し、少なくとも各車輪の車速との差回転と基準差回転ΔＮ０とに応じて駆動力制御を実行する。すなわち、前後駆動力配分制御部３０は、第１の許容差回転算出手段、第２の許容差回転算出手段、基準差回転設定手段、制御手段としての機能を有して構成されている。

次に、図２に示すトラクションコントロールのフローチャートに従って、前後駆動力配分制御部３０における駆動力制御を説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要パラメータ、すなわち、各車輪速度Ｖfl，Ｖfr，Ｖrl，Ｖrr、操舵角δ、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン出力トルクＴｅ、タービン回転数Ｎｔ、ギヤ比ｉ等を読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、例えば、図６に示すような幾何学的な線形車両モデルに基づき第１の許容差回転ΔＶ１を算出する。ここで、第１の許容差回転ΔＶ１の算出について具体的に説明する。

尚、図６中において、Ｆは車両の重心点Ｐに働く遠心力、Ｏは旋回円の中心、Ｏｓは旋回円の中心（定常時）、ｄはトレッド、ｌはホイールベース、ｌｆは前軸と重心点間距離、ｌｒは後軸と重心点間距離、Ｙｆは前輪に働くコーナリングフォース、Ｙｒは後輪に働くコーナリングフォース、ρは車両重心点Ｐの旋回半径、βは車体の横すべり角、βｆは前輪の横すべり角、βｒは後輪の横すべり角である。

この車両モデルにより、横すべり角βと旋回半径ρは、例えば、それぞれ以下の（１）、（２）式により算出できる。

β＝（１−（ｍ／（２・ｌ））・（ｌｆ／（ｌｒ・Ｋｒ））・Ｖ^２）
／（１−（ｍ／（２・ｌ^２））・（（ｌｆ・Ｋｆ−ｌｒ・Ｋｒ）
／（Ｋｆ・Ｋｒ））・Ｖ^２）・（ｌｒ／ｌ）・δ
＝（１−（ｍ／（２・ｌ））・（ｌｆ／（ｌｒ・Ｋｒ））・Ｖ^２）
／（１＋Ａ・Ｖ^２）・（ｌｒ／ｌ）・δ …（１）
ρ＝（１＋Ａ・Ｖ^２）・（ｌ／δ） …（２）
ここで、ｍは車両質量、Ｋｆは前輪の等価コーナリングパワー、Ｋｒは後輪の等価コーナリングパワー、Ａはスタビリティファクタである。

尚、本実施の形態では、車速Ｖは後軸の平均車輪速（＝（Ｖro＋Ｖri）／２：添字「ro」は旋回外側車輪、「ri」は旋回内側車輪を示す）とする。

これにより、旋回外側前輪の車輪速Ｖfo、旋回内側前輪の車輪速Ｖfiは、例えば、以下の（３）式、（４）式により算出される。

Ｖfo＝Ｖ・（ρ＋ｌｆ・sin（β）＋（ｄ／２）・cos（β））／ρ …（３）
Ｖfi＝Ｖ・（ρ＋ｌｆ・sin（β）−（ｄ／２）・cos（β））／ρ …（４）
そして、旋回外側前輪の車輪速Ｖfoと車速Ｖとの差回転ΔＶfo、旋回内側前輪の車輪速Ｖfiと車速Ｖとの差回転ΔＶfiは、以下の（５）式、（６）式により算出される（尚、図３にＶfo、ΔＶfoの車速に応じた特性を示す）。

ΔＶfo＝Ｖfo−（（Ｖro＋Ｖri）／２） …（５）
ΔＶfi＝Ｖfi−（（Ｖro＋Ｖri）／２） …（６）
本実施の形態では、車速Ｖを後軸の平均車輪速とし、旋回内側前輪の車輪速Ｖfiと近い値となることが推定されるため（換言すれば、差回転ΔＶfiは０に近くなると推定されるため）、旋回外側前輪の車輪速Ｖfoと車速Ｖとの差回転ΔＶfoを第１の許容差回転ΔＶ１とする。

次に、Ｓ１０３に進み、予め実験・計算等により設定しておいた、図４に示すような、横加速度Ｇｙと車速Ｖに基づいた各車輪の車速との許容される差回転のマップを参照して第２の許容差回転ΔＶ２を設定する。

次いで、Ｓ１０４に進んで、Ｓ１０２で設定した第１の許容差回転ΔＶ１と、Ｓ１０３で設定した第２の許容差回転ΔＶ２とを車速Ｖに応じて比較し、小さい方の許容差回転を基準差回転ΔＮ０として設定する。

すなわち、図５に示すように、車速ＶがＶｐより低い、Ｖ１の領域では、ΔＶ１＜ΔＶ２となるため、第１の許容差回転ΔＶ１が基準差回転ΔＮ０として設定される。逆に、車速ＶがＶｐより高い、Ｖ２の領域では、ΔＶ１＞ΔＶ２となるため、第２の許容差回転ΔＶ２が基準差回転ΔＮ０として設定される。

そして、Ｓ１０５に進み、駆動力制御を実行してプログラムを抜ける。

この駆動力制御は、本実施の形態においては、トランスファクラッチ１５のトランスファクラッチトルクＴｃを制御して行うもので、トランスファクラッチトルクＴｃは、例えば、以下のように設定する。

まず、以下の（７）式により、トルク感応トルクＴｔを算出する。

Ｔｔ＝Ａｉ・Ｔｏ …（７）
ここで、Ａｉは変速段毎に予め設定しておいた後輪の駆動力配分率で、Ｔｏはトランスミッション出力トルクで、例えば、以下の（８）式により算出できる。

Ｔｏ＝Ｔｅ・ｔ・ｉ …（８）
ここで、ｔはトルクコンバータのトルク比であり、予め設定されている、トルクコンバータの回転速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｅ）とトルクコンバータのトルク比ｔとのマップを参照することにより求められる。

そして、演算したトルク感応トルクＴｔを、操舵角δや車速Ｖで所定に補正して最終的なトルク感応トルクＴｔを算出する。

また、例えば、以下の（９）式により、差回転感応トルクＴｓを算出する。

Ｔｓ＝Ｋts・MAX（（ΔＮ−ΔＮ０），０） …（９）
ここで、Ｋtsは、トランスミッション出力トルクＴｏによって予め設定した比例係数であり、トランスミッション出力トルクＴｏが大きいほど大きい値に設定され、差回転を減少させるようになっている。また、ΔＮは、前軸の実際の回転速（＝（Ｖfl＋Ｖfr）／２）と後軸の実際の回転速（＝（Ｖrl＋Ｖrr）／２）との差（実差回転）である。更に、MAX（（ΔＮ−ΔＮ０），０）は、「（ΔＮ−ΔＮ０）」と「０」の大きい方を選択するＭＡＸ関数である。

更に、車両モデルに基づいて目標ヨーレートγｔを算出し、該目標ヨーレートγｔと実際のヨーレートγとを比較し、その値が一致するように増減すべきヨーレートフィードバックトルクＴｙを演算する。

そして、以下の（１０）式により、トランスファクラッチトルクＴｃを算出する。

Ｔｃ＝Ｔｔ＋Ｔｓ＋Ｔｙ …（１０）
このように、本発明の実施の形態によれば、幾何学的な線形車両モデルに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第１の許容差回転ΔＶ１として算出し、横加速度Ｇｙに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第２の許容差回転ΔＶ２として算出し、第１の許容差回転ΔＶ１と第２の許容差回転ΔＶ２とを車速Ｖに応じて比較し、小さい方の許容差回転を基準差回転ΔＮ０として設定し、少なくとも各車輪の車速との差回転と基準差回転ΔＮ０とに応じて駆動力制御を実行する。このため、複雑な路面状態検出装置を設けること無く、幾何学的な線形車両モデルに基づいた各車輪の車速との許容される差回転と横加速度Ｇｙと車速Ｖに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を考慮してトラクションコントロールが誤作動すること無く、精度良く作動し、その駆動力に応じた十分なトラクション性能と旋回性能を発揮することが可能となる。

尚、本実施の形態では、車速Ｖは後輪平均車輪速としているが、他の手法により算出される車速（例えば、４輪の平均車輪速等）を車速としても良い。また、本実施の形態では、旋回外側前輪の車速との差回転から第１の許容差回転を算出することを例にしているが、各輪毎の車速との許容される差回転を算出して第１の許容差回転を設定するものであっても良い。更に、本実施の形態では、ＦＦベースの４輪駆動車を例に説明したが、ＦＲベースの４輪駆動車においても適用できる。また、本実施の形態では、前軸と後軸との間の差回転ΔＮと基準差回転ΔＮ０に基づき４輪駆動車のトランスファクラッチ１５の締結力を制御する例を説明したが、他に、基準差回転ΔＮ０に応じてエンジントルクＴｅを制御するものであっても良い。このようなエンジントルクＴｅを制御する駆動装置とすることにより、駆動形式が４輪駆動車以外の２輪駆動車（ＦＦ車、ＦＲ車）においても適用できることは言うまでも無い。

１ エンジン
２ 自動変速装置
３ トランスファ
１４fl、１４fr、１４rl、１４rr 車輪
１５ トランスファクラッチ（クラッチ手段）
２１fl、２１fr、２１rl、２１rr 車輪速センサ
２２ 操舵角センサ
２３ ヨーレートセンサ
２４ 横加速度センサ
２５ エンジン制御部
２６ トランスミッション制御部
３０ 前後駆動力配分制御部（第１の許容差回転算出手段、第２の許容差回転算出手段、基準差回転設定手段、制御手段）
３０ａ トランスファクラッチ駆動部

Claims (3)

1. 幾何学的な線形車両モデルに基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第１の許容差回転として算出する第１の許容差回転算出手段と、
   横加速度に基づいて各車輪の車速との許容される差回転を第２の許容差回転として算出する第２の許容差回転算出手段と、
   上記第１の許容差回転と上記第２の許容差回転とを車速に応じて比較し、小さい方の許容差回転を基準差回転として設定する基準差回転設定手段と、
   少なくとも各車輪の車速との差回転と上記基準差回転とに応じて駆動力制御を実行する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 上記第１の許容差回転算出手段で算出する上記第１の許容差回転は、上記幾何学的な線形車両モデルに基づいた旋回外側前輪の車輪の車速との差回転であることを特徴とする請求項１記載の車両の駆動力制御装置。
3. 上記制御手段は、上記駆動力制御を、前軸と後軸との間を締結するクラッチ手段の締結力を可変制御することにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の駆動力制御装置。

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