JP2017100477A

JP2017100477A - 車両制御装置

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Publication number: JP2017100477A
Application number: JP2015232891A
Authority: JP
Inventors: 広行鈴木; Hiroyuki Suzuki
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP6714351B2

Abstract

【課題】トルク伝達機構を保護しつつ、燃費の悪化を防止する。【解決手段】車両制御装置１３２は、モータ１０２からのトルクが前輪１２０および後輪１３０の一方にトルク伝達機構を介して入力されるとともに、モータ１０２からのトルクを、前輪１２０および後輪１３０の他方に分配可能な電子制御カップリング１２２を有する車両１００の車両制御装置１３２であって、前輪１２０および後輪１３０の一方に接する路面の摩擦係数が変化したかを判定する路面変化判定部１５２と、路面変化判定部１５２により路面の摩擦係数が変化したと判定された場合に、電子制御カップリング１２２を制御して、前輪１２０および後輪１３０の他方にトルクを偏重分配するトルク分配部と１５６、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、前輪および後輪にトルクの配分が可能な車両制御装置に関する。

従来、摩擦係数の低い路面から摩擦係数の高い路面に車両が移動した場合、駆動輪の回転数が急激に低下することで、エンジンおよびモータ（駆動源）から駆動輪までのトルク伝達機構に過大なイナーシャトルクが作用し、トルク伝達機構が破損してしまうおそれがある。

そこで、摩擦係数の低い路面から摩擦係数の高い路面に車両が移動した場合、動力源から出力される動力（トルク）を制限することで、トルク伝達機構を保護する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−１９３５６６号公報

ところで、上記の技術では、動力源の動力を急に低下させることは困難であるため、動力源から出力される動力（トルク）を制限するためにはある程度の時間がかかってしまい、十分にトルク伝達機構を保護することができないといった問題があった。

一方で、トルク伝達機構の剛性を高めることで、過大なイナーシャトルクが作用した場合でも、トルク伝達機構が破損しないようにすることも可能であるが、トルク伝達機構の重量が増加し、それに伴い燃費効率が悪化してしまうといった問題がある。

そこで、本発明は、トルク伝達機構を保護しつつ、燃費の悪化を防止することが可能な車両制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両制御装置は、駆動源からのトルクが前輪および後輪の一方にトルク伝達機構を介して伝達されるとともに、該駆動源からのトルクを該前輪および該後輪の他方に分配可能なトルク分配機構を有する車両の車両制御装置であって、前記前輪および前記後輪の一方に接する路面の摩擦係数が変化したかを判定する路面変化判定部と、前記路面変化判定部により前記路面の摩擦係数が変化したと判定された場合に、前記トルク分配機構を制御して、前記前輪および前記後輪の他方にトルクを偏重分配するトルク分配部と、を備える。

また、前記路面変化判定部により前記路面の摩擦係数が変化したと判定された場合に、前記駆動源から前記トルク伝達機構に作用するトルクを導出するトルク導出部をさらに備え、前記トルク分配部は、前記トルク導出部により導出されたトルクが、前記トルク伝達機構の許容トルク以上であった場合に、該トルク伝達機構に作用するトルクが該許容トルク未満となるように、前記前輪および前記後輪にトルクを分配するとよい。

また、前記路面変化判定部は、前記路面の摩擦係数が、相対的に摩擦係数が低い路面から、相対的に摩擦係数が高い路面に変化したかを判定するとよい。

本発明によれば、トルク伝達機構を保護しつつ、燃費の悪化を防止することができる。

車両の構成を示す図である。低摩擦路面から高摩擦路面に車両が移動する様子を説明する図である。車両制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、車両１００の構成を示す図である。図１に示すように、車両１００は、モータ１０２を有する所謂電気自動車である。なお、ここでは、駆動源をモータ１０２とする電気自動車を例に挙げて説明するが、駆動源をエンジンとする自動車や、駆動源をエンジンおよびモータとするハイブリッド自動車を適用してもよい。

モータ１０２は、インバータ１０４を介してバッテリ１０６に接続され、バッテリ１０６からの電力を受けて回転軸１０８にトルク（駆動力）を伝達する。また、モータ１０２は、車両１００の減速時、ブレーキ１１０の代わりに、または、ブレーキ１１０とともに車両１００に制動力を作用させ、回生によって発電する発電機として機能する。

回転軸１０８は、ギア機構１１２を介して前輪側プロペラシャフト１１４に接続されている。前輪側プロペラシャフト１１４は、一端にフロントディファレンシャルギア１１６を介して前輪側ドライブシャフト１１８が接続されており、他端に電子制御カップリング１２２を介して後輪側プロペラシャフト１２４が接続されている。前輪側ドライブシャフト１１８の両端には、前輪１２０が接続されている。

後輪側プロペラシャフト１２４は、電子制御カップリング１２２とは反対側の後端にリアディファレンシャルギア１２６を介して後輪側ドライブシャフト１２８が接続されている。後輪側ドライブシャフト１２８の両端には、後輪１３０が接続されている。

したがって、車両１００では、回転軸１０８、ギア機構１１２、前輪側プロペラシャフト１１４、フロントディファレンシャルギア１１６および前輪側ドライブシャフト１１８を介して、モータ１０２から出力されるトルクが前輪１２０に伝達される。

また、車両１００では、回転軸１０８、ギア機構１１２、前輪側プロペラシャフト１１４、電子制御カップリング１２２、後輪側プロペラシャフト１２４、リアディファレンシャルギア１２６、および、後輪側ドライブシャフト１２８を介して、モータ１０２から出力されるトルクが後輪１３０に伝達される。

電子制御カップリング１２２は、走行状態や運転者からの指示に応じて、前輪１２０に伝達されるトルク（駆動力）と、後輪１３０に伝達されるトルク（駆動力）との比を、１００％：０％〜５０％：５０％の範囲で調整可能となっている。つまり、前輪１２０に可能な限り最大限のトルクを偏重配分した場合には、前輪１２０に伝達されるトルクと、後輪１３０に伝達されるトルクとの比が１００％：０％となり、後輪１３０に可能な限り最大限のトルクを偏重配分した場合には、前輪１２０に伝達されるトルクと、後輪１３０に伝達されるトルクとの比が５０％：５０％となる。このように、車両１００は、前輪１２０のみ、または、前輪１２０および後輪１３０で駆動するＡＷＤ（All Wheel Drive）車である。

また、車両１００には、車両制御装置１３２が設けられており、車両制御装置１３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、車両１００の各部を統括制御する。

車両制御装置１３２は、アクセルペダルセンサ１３４、ブレーキペダルセンサ１３６、車速センサ１３８、角速度センサ１４０および角速度センサ１４２とそれぞれ接続され、各センサで検出された値を示す信号が所定間隔毎に入力される。

アクセルペダルセンサ１３４は、アクセルペダルの踏込み量（アクセル踏込み量）を検出し、アクセル踏込み量を示すアクセル踏込み量信号を車両制御装置１３２に送信する。ブレーキペダルセンサ１３６は、ブレーキペダルの踏込み量（ブレーキ踏込み量）を検出し、ブレーキ踏込み量を示すブレーキ踏込み量信号を車両制御装置１３２に送信する。車速センサ１３８は、車両１００の車速を検出し、車速を示す車速信号を車両制御装置１３２に送信する。角速度センサ１４０は、モータ１０２の角速度を検出し、角速度を示す角速度信号を車両制御装置１３２に送信する。角速度センサ１４２は、前輪１２０の角速度を検出し、角速度を示す角速度信号を車両制御装置１３２に送信する。

また、車両制御装置１３２は、インバータ１０４と接続され、各センサから入力される信号に基づいて、インバータ１０４を介してモータ１０２の駆動または発電を制御する。

さらに、車両制御装置１３２は、電子制御カップリング１２２と接続され、電子制御カップリング１２２を制御することにより、モータ１０２からのトルクを、前輪１２０および後輪１３０に配分する。

車両制御装置１３２は、車両制御処理を行う際、駆動制御部１５０、路面変化判定部１５２、トルク導出部１５４、トルク分配部１５６および終了判定部１５８として機能する。

駆動制御部１５０は、アクセルペダルセンサ１３４から送信されるアクセル踏込み量信号、および、車速センサ１３８から送信される車速信号に基づいて、予め記憶されたマップを参照してモータ１０２の目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。そして、駆動制御部１５０は、導出した目標トルクおよび目標エンジン回転数となるようにモータ１０２を駆動させる。

また、駆動制御部１５０は、ブレーキペダルセンサ１３６からブレーキ踏込み量信号が送信されると、ブレーキ踏込み量信号に基づいて、ブレーキ１１０を制御して車両１００を制動させる。

さらに、駆動制御部１５０は、走行状態や運転者からの指示に応じて、前輪１２０に伝達されるトルク（駆動力）と、後輪１３０に伝達されるトルク（駆動力）との比を設定する。なお、駆動制御部１５０は、初期状態として、例えば、前輪１２０に伝達されるトルクと、後輪１３０に伝達されるトルクとの比を８０％：２０％に設定する。

図２は、低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に車両１００が移動する様子を説明する図である。ところで、図２（ａ）に示すように、摩擦係数が低い路面２００（以下、低摩擦路面と呼ぶ）を車両１００が走行すると、前輪１２０および後輪１３０がスリップしてしまうため、前輪１２０および後輪１３０の回転数が高くなるとともに、モータ１０２の回転数が高くなる。

そして、図２（ｂ）に示すように、前輪１２０が、低摩擦路面２００から、相対的に摩擦係数が高い路面２０２（以下、高摩擦路面と呼ぶ）に移動すると、高摩擦路面２０２に前輪１２０がグリップし、前輪１２０の回転数が急激に低下する一方で、モータ１０２の回転数は急激に低下することができない。したがって、このような場合には、モータ１０２のイナーシャトルク（慣性トルク）および出力トルクが、回転軸１０８、ギア機構１１２、前輪側プロペラシャフト１１４、フロントディファレンシャルギア１１６および前輪側ドライブシャフト１１８を含むフロントアクスル（トルク伝達機構）上に作用してしまうことになる。そして、モータ１０２のイナーシャトルクおよび出力トルクによって、フロントアクスル上で最も破損しやすい例えばフロントディファレンシャルギア１１６が破損してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態においては、上記のように、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動し、フロントアクスルの部品が破損するおそれがある場合に、電子制御カップリング１２２を制御することにより、モータ１０２からのトルクを後輪１３０側に伝達させ、フロントアクスル上へ作用するトルクを減少させて、フロントアクスルが破損しないようにしている。

具体的には、路面変化判定部１５２は、角速度センサ１４２から送信される角速度信号に基づいて、モータ１０２の角運動量を導出する。そして、路面変化判定部１５２は、モータ１０２の角速度が、所定の角速度閾値以上であり、かつ、モータ１０２の角運動量の変化量（例えば、角速度信号の取得間隔での変化量）が所定の変化量閾値以上であるかを判定する。ここでは、モータ１０２が角速度閾値以上で回転しており、かつ、モータ１０２の角運動量の変化量が変化量閾値以上である、つまり、モータ１０２の角運動量が急に変化（減少）したことによって、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したかを判定する。なお、角運動量は、モータ１０２のロータ質量等の諸条件により予め決められる慣性モーメントと角速度との積により導出することができる。

また、路面変化判定部１５２は、電子制御カップリング１２２よる前輪１２０に伝達されるトルクの割合が、前輪１２０にトルクが偏重されているとされる割合閾値（例えば、８０％）以上であるかを判定する。

そして、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したと判定され、かつ、電子制御カップリング１２２よる前輪１２０に伝達されるトルクの割合が８０％以上であると判定した場合には、トルク導出部１５４は、フロントアクスル上に作用するトルクを導出する。

具体的には、トルク導出部１５４は、モータ１０２のイナーシャトルクおよび出力トルクを導出する。イナーシャトルクは、角運動量を時間で微分することにより導出することができ、出力トルクは、モータ１０２の回転数（角速度）と、モータの出力とにより導出することができる。

そして、トルク導出部１５４は、モータ１０２のイナーシャトルクと出力トルクとの和に電子制御カップリング１２２による前輪１２０に伝達されるトルクの割合を乗算することにより、フロントアクスル上に作用するトルクを導出する。

続いて、トルク分配部１５６は、フロントアクスル上にかかるトルクと、フロントアクスル上における最も破損しやすい部品（ここでは、フロントディファレンシャルギア１１６）の許容トルクとを比較する。

そして、トルク分配部１５６は、フロントアクスル上に作用するトルクが、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルク以上である場合に、フロントアクスル上に作用するトルクが、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルク未満となるように、電子制御カップリング１２２を制御する。つまり、トルク分配部１５６は、後輪１３０側にトルクを偏重分配することにより、前輪１２０に伝達されるトルクを減少させるとともに、後輪１３０に伝達されるトルクを増加させる。

その後、終了判定部１５８は、角速度センサ１４２から送信される角速度信号に基づいて、モータ１０２の角速度が所定値以下となり、かつ、トルク分配してから所定時間経過した場合に終了条件が成立したとして、後輪１３０側への偏重分配を終了させる。

このように、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２へ移動し、モータ１０２のイナーシャトルクおよび出力トルクがフロントアクスル上に作用する場合に、電子制御カップリング１２２により後輪１３０側にトルクを偏重分配する。これにより、フロントアクスル上に作用するトルクを減少させることで、フロントアクスルの各部（例えば、フロントディファレンシャルギア１１６）の破損を防止し、保護することができる。

また、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２へ移動した場合を想定して、フロントディファレンシャルギア１１６の剛性を高めることも可能であるが、このようにすると、フロントディファレンシャルギア１１６の質量が増加し、ひいては、燃費が悪化してしまうことになる。

一方、本実施形態の車両１００では、フロントディファレンシャルギア１１６の質量を増加させることなく、つまり、燃費を悪化させることなく、フロントディファレンシャルギア１１６の破損を防止することができる。

また、電子制御カップリング１２２では１００ｍｓ未満でトルク分配を切り替えることができるため、フロントアクスル上に作用するトルクを、モータ１０２の出力を低下させる場合よりも早く低下させることが可能であり、フロントディファレンシャルギア１１６の保護観点から観ても、より有効である。

続いて、上述した車両制御処理の流れについて、フローチャートを用いて詳述する。

図３は、車両制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、車両制御処理が実行されると、路面変化判定部１５２は、角速度センサ１４２から送信される角速度信号に基づいて、モータ１０２の角運動量を導出し、モータ１０２の角速度が角速度閾値以上であり、かつ、モータ１０２の角運動量の変化量が変化量閾値以上であるかを判定する路面変化判定処理を行う（Ｓ３００）。そして、路面変化判定部１５２は、路面変化判定処理により、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したかを判定する（Ｓ３０２）。

そして、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したと判定した場合には（Ｓ３０２におけるＹＥＳ）、路面変化判定部１５２は、電子制御カップリング１２２よる前輪１２０に伝達されるトルクの割合が、割合閾値以上であるかを判定する（Ｓ３０４）。

その結果、電子制御カップリング１２２による前輪１２０に伝達されるトルクの割合が閾値以上である場合には（Ｓ３０４におけるＹＥＳ）、トルク導出部１５４は、モータ１０２のイナーシャトルクおよび出力トルクを導出する。また、トルク導出部１５４は、モータ１０２のイナーシャトルクと出力トルクとの和に電子制御カップリング１２２による前輪１２０に伝達されるトルクの割合を乗算することで、フロントアクスル上に作用するトルクを導出する（Ｓ３０６）。

続いて、トルク分配部１５６は、フロントアクスル上に作用するトルクと、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルクとを比較し、フロントアクスル上に作用するトルクが、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルク以上であるかを判定する（Ｓ３０８）。

その結果、フロントアクスル上に作用するトルクが、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルク以上である場合には（Ｓ３０８におけるＹＥＳ）、トルク分配部１５６は、フロントアクスル上にかかるトルクが、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルク未満となるように、電子制御カップリング１２２を制御する。つまり、トルク分配部１５６は、後輪１３０側にトルクを偏重分配することにより、前輪１２０に伝達されるトルクを減少させるとともに、後輪１３０に伝達されるトルクを増加させる（Ｓ３１０）。

その後、終了判定部１５８は、角速度センサ１４２から送信される角速度信号に基づいて、モータ１０２の角速度が所定値以下となり、かつ、トルクを偏重分配してから所定時間経過したかを判定する終了条件判定処理を行う（Ｓ３１２）。そして、終了判定部１５８は、終了条件判定処理により終了条件が成立したかを判定し（Ｓ３１４）、終了条件が成立していない場合には（Ｓ３１４におけるＮＯ）、ステップＳ３１２に処理を戻す。一方、終了条件が成立した場合には（Ｓ３１４におけるＹＥＳ）、トルク分配部１５６は、トルクの偏重分配を終了させ（Ｓ３１６）、当該車両制御処理を終了する。

また、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したと判定されていない場合（Ｓ３０２におけるＮＯ）、および、電子制御カップリング１２２よる前輪１２０に伝達されるトルクの割合が閾値以上でないと判定された場合（Ｓ３０４におけるＮＯ）、当該車両制御処理を終了する。さらに、フロントアクスル上に作用するトルクが、フロントディファレンシャルギア１１６の許容トルク未満である場合にも（Ｓ３０８におけるＮＯ）、当該車両制御処理を終了する。

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説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、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、そ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。

例えば、上述した実施形態では、トルク分配機構として電子制御カップリング１２２を適用するようにしたが、これに限らず、前輪１２０および後輪１３０にトルクの分配が可能な他のトルク分配機構を適用してもよい。

また、上述した実施形態では、前輪１２０に接する路面の摩擦係数が高くなった場合に、電子制御カップリング１２２を制御して、トルク分配をするようにした。しかしながら、これに限らず、例えば、モータ１０２からのトルクが後輪１３０に伝達されるとともに、前輪１２０に電子制御カップリング１２２を介してモータ１０２からのトルクが伝達される車両の場合には、後輪１３０に接する路面の摩擦係数が高くなった場合に、電子制御カップリング１２２を制御して、トルク分配をするようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、モータ１０２の角速度が、角速度閾値以上であり、かつ、モータ１０２の角運動量の変化量が変化量閾値以上である場合に、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したと判定するようにした。しかしながら、これに限らず、角速度センサ１４２から送信される角速度信号に基づいて、前輪１２０の角速度の変化量が、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したとされる変化量閾値以上であった場合に、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したと判定するようにしてもよい。つまり、前輪１２０が低摩擦路面２００から高摩擦路面２０２に移動したことを判定できるのであれば、どのようにして判定してもよい。

本発明は、前輪および後輪にトルクの配分が可能な車両制御装置に利用できる。

１００車両
１０２モータ（駆動源）
１０８回転軸（トルク伝達機構）
１１２ギア機構（トルク伝達機構）
１１４前輪側プロペラシャフト（トルク伝達機構）
１１６フロントディファレンシャルギア（トルク伝達機構）
１１８前輪側ドライブシャフト（トルク伝達機構）
１２０前輪
１２２電子制御カップリング（トルク分配機構）
１３０後輪
１３２車両制御装置
１５２路面変化判定部
１５４トルク導出部
１５６トルク分配部
１５８終了判定部

Claims

駆動源からのトルクが前輪および後輪の一方にトルク伝達機構を介して伝達されるとともに、該駆動源からのトルクを該前輪および該後輪の他方に分配可能なトルク分配機構を有する車両の車両制御装置であって、
前記前輪および前記後輪の一方に接する路面の摩擦係数が変化したかを判定する路面変化判定部と、
前記路面変化判定部により前記路面の摩擦係数が変化したと判定された場合に、前記トルク分配機構を制御して、前記前輪および前記後輪の他方にトルクを偏重分配するトルク分配部と、
を備えることを特徴とする車両制御装置。
前記路面変化判定部により前記路面の摩擦係数が変化したと判定された場合に、前記駆動源から前記トルク伝達機構に作用するトルクを導出するトルク導出部をさらに備え、
前記トルク分配部は、
前記トルク導出部により導出されたトルクが、前記トルク伝達機構の許容トルク以上であった場合に、該トルク伝達機構に作用するトルクが該許容トルク未満となるように、前記前輪および前記後輪にトルクを分配することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
前記路面変化判定部は、
前記路面の摩擦係数が、相対的に摩擦係数が低い路面から、相対的に摩擦係数が高い路面に変化したかを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。