JP2020157984A - 車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】車輪のスリップ（空転）を応答性良く抑制することができる車両駆動システムを提供する。【解決手段】車両駆動システム１００は、駆動指令を出力する車両駆動制御装置１（第１制御装置）と、駆動指令に応じたトルクを駆動源としての動力機器（電動機）５から出力させる動力機器制御装置４（第２制御装置）と、を備える。車両駆動制御装置１は、ドライブシャフトにおける慣性モーメントが小さくなるにつれてトルクを低減させる量を大きくするトルク低減率を取得し、トルク低減率と駆動指令から駆動指令を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動システムに関する。

近年、TCS（トラクションコントロールシステム）による低ミュー路などでの発進加速性能を向上する機能の搭載車両は一般的になってきている。

例えば、特許文献１には、複数の加速度推定手段に応じて確実なトラクション制御を行えるような車両の制御装置が開示されている。

また、特許文献２には複数のトルクダウン量を用いて制御することを特徴とする制御装置の記載がある。

さらに特許文献３にはタイヤの限界を推定して制御量を決定する制御装置なども提案されている。

このように、発進加速状態での駆動力制御に対して加速性能の向上は乗員の運転性向上につながる課題として検討されてきた。

特開2008-222008号公報

特開2008-232081号公報

特開2012-26286号公報

しかしながら、前記の文献はスリップの状態や車体速を推定することでトラクション制御を補正するものであり、トラクション制御の課題もさまざまである。

特に、スリップを判定する場合はスリップが発生してからのF/B（Feed Back）制御となるため応答遅れが発生する。車体速度を推定して制御を行う場合は2輪駆動であれば従動輪がスリップしていないことが前提となるし、４輪駆動では車体の加速度を推定するために複雑な計算が必要となる。

本発明の目的は、車輪のスリップ（空転）を応答性良く抑制することができる車両駆動システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、駆動指令を出力する第１制御装置と、前記駆動指令に応じたトルクを駆動源から出力させる第２制御装置と、を備える車両駆動システムであって、前記第１制御装置は、ドライブシャフトにおける慣性モーメントが小さくなるにつれて前記トルクを低減させる量を大きくするトルク低減率を取得し、前記トルク低減率と前記駆動指令から前記駆動指令を補正する。

本発明によれば、車輪のスリップ（空転）を応答性良く抑制することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態である車両駆動システムを搭載した電動車両のシステム構成図である。 トルク低減率を説明するための図である。 トルク低減率を使用した場合のクリープトルクの変化を表した図である。 制御フローチャートである。 本発明の別の実施形態である車両駆動システムを搭載した車両（内燃機関相当搭載車両）のシステム構成図である。

（全体概要）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による車両駆動システムを説明する。

図１は、本発明の一実施形態である車両駆動システム１００を搭載した電動車両のシステム構成図である。

車両駆動制御装置１は動力機器制御装置４と車載通信機能により接続され、動力機器制御装置４は動力機器（電動機）５を電気的に制御可能である。電動機の出力軸は差動装置１６に接続され、右ドライブシャフトと左ドライブシャフトに動力分割されて、右タイヤと左タイヤを駆動して車両を走行させることができる。

車両駆動制御装置１はアクセルペダル２から運転者意図（例えば、アクセル開度を示す信号）を入力する。車両駆動制御装置１は他にもセレクトレバーの位置やブレーキの踏み込み状態などに基づき、車両駆動系のシステム起動停止、目標駆動力算出、摩擦制動制御装置３との協調、動力機器制御装置４への指令値出力などを行う制御装置である。

車両駆動制御装置１には前記のような機能があり、これらの機能により電動車両のシステムを総合的に制御可能である。特に目標駆動力算出機能は車両の加減速度を決定するものでアクセルとブレーキの踏み込み状態で運転者の加減速意図を具現化する。

本発明の実施形態による車両駆動システム１００は、この目標駆動力算出機能に慣性モーメント相当の値を用いて計算されたトルク低減率を使って目標加速度もしくは目標駆動力を算出もしくは補正することで設定された値が動力機器より駆動力として伝達されてタイヤを経由して運転者に快適な前後加速度を提供するものである。

換言すれば、本実施形態による車両駆動システム１００は、駆動指令を出力する車両駆動制御装置１（第１制御装置）と、駆動指令に応じたトルクを駆動源としての動力機器（電動機）５から出力させる動力機器制御装置４（第２制御装置）と、を備える。車両駆動制御装置１は、後述するように、ドライブシャフトにおける慣性モーメントが小さくなるにつれてトルクを低減させる量を大きくするトルク低減率を取得し、トルク低減率と駆動指令から駆動指令を補正する。これにより、車輪のスリップ（空転）を応答性良く抑制することができる。

なお、車両駆動制御装置１（第１制御装置）は、例えば、電子制御装置であり、CPU（Central Processing Unit）等のプロセッサ、メモリ等の記憶装置、通信I/F134等の入出力回路から構成される。動力機器制御装置４（第２制御装置）は、例えば、インバータ等から構成される。

（トルク低減率）
図２〜図４は、本発明を効果的に使える一例としての走行シーンの図である。

図２はトルク/加速度に対するトルク低減率を図で示したものである。車両の発進時にブレーキを離した場合、多くの従来車両（例えば、AT（Automatic Transmission）車）はクリープトルクと呼ばれる発進用の駆動トルクを発生させて前進レンジであれば車両を発進させようとする。

ここで、通常の路面であれば駆動トルクは概ね車輪から路面に伝達されて車両は加速を開始する。この時、トルクと加速度の関係は車両の質量とタイヤの慣性モーメントに応じて一定の値となる。この値は駆動損失や走行抵抗を考慮しなければ以下の式により求められる。

Idrv = Tdrv / Δωdrv
ただし、
Idrv：ドライブシャフトにおける慣性モーメント
Tdrv：ドライブシャフトにおける駆動トルク
Δωdrv：ドライブシャフトにおける回転加速度（角加速度）
である。なお、回転加速度は、一例として、車速センサから出力される車速信号の周期から算出される。

Idrvは通常の路面では車両質量とタイヤ慣性モーメントが値成分の主要因であり車両の諸元によって概ね決まってくる。

一方低ミュー路などでスリップが発生するとトルクに対する加速度が多く発生するため、Idrvは値が小さくなる。ここで路面μが０の場合を想定すると車両は加速せずタイヤが空回りするため、この時のIdrvは車両質量が無い状態になる。

このためタイヤ慣性モーメントのみが値成分の主要因となることがわかる。よって、タイヤが外れることがなければIdrvの値は最低でもタイヤ慣性モーメントのみの値であり、最高でも高μ路での車両質量から換算された値＋タイヤ慣性モーメントの値である。その結果、Idrvの値はこれらの最低値と最高値の間になる。このことはIdrvが路面μと対応する関係性を有することを示しているものであり、この値により路面μの変化に応じて駆動力を制御できることとなる。

そこで、図２のようにIdrvを基にトルク低減率を設定すればIdrvの減少に対して駆動トルクの低減率は増加するため、低減率を０〜１の間に設定することで目標駆動トルクに乗算すれば、動力機器（電動機）５への指令が減少してスリップの少ない発進を行うことが可能となる。つまり、図２において、スリップ（空転）して回転加速度が大きくなり、トルク／回転加速度が小さくなるときにトルク低減率を小さくする。

本実施形態では、車両駆動制御装置１（第１制御装置）は、駆動トルクTdrv（トルク）とドライブシャフトの回転加速度Δωdrvの組み合わせに応じてトルク低減率を取得し、トルク低減率と駆動指令から駆動指令を補正する。これにより、駆動トルクTdrv及びドライブシャフトの回転加速度Δωdrvの組み合わせとトルク低減率とが１対１に対応し、トルク低減率を容易に決定することができる。

具体的には、車両駆動システム１００は、駆動トルクTdrv（トルク）及びドライブシャフトの回転加速度Δωdrvの組み合わせと、トルク低減率と、を対応付けて格納するテーブルを備える。テーブルは、例えば、車両駆動制御装置１（第１制御装置）のメモリに備えられるが、車両駆動制御装置１の外部であってもよい。

車両駆動制御装置１（第１制御装置）は、駆動指令に応じた駆動トルクTdrv（トルク）と回転加速度Δωdrvの測定値の組み合わせに対応するトルク低減率をテーブルから読み出すことでトルク低減率を取得する。これにより、テーブルを用いて駆動トルクTdrvと回転加速度Δωdrvの測定値の組み合わせに対応するトルク低減率を容易に決定することができる（マッピング）。

ここで、慣性モーメントIdrvは、駆動トルクTdrv（トルク）を回転加速度Δωdrvで除した値であり、慣性モーメントIdrvに対するトルク低減率の傾きは、クリープ発進し、車速が所定値を超えた後、図２の破線で示すように、慣性モーメントIdrvが小さくなるにつれて大きくなる。これにより、クリープ発進時の車輪のスリップ（空転）を抑制しつつ、スムーズに発進することができる。その結果、車両の乗りごごちが良くなる。

（フィードバック制御）
さらに、このIdrvの値を実値として通常路面を想定した目標値となるようにトルクをダウンするF/B（Feed Back）制御を行えば効果的にスリップの少ない発進制御が可能になる。

すなわち、車両駆動制御装置１（第１制御装置）は、車両の諸元（車両に搭載される機械の性能若しくは機能を示す数値、又は機械の寸法、重量等）から設定されるトルク低減率の目標値と、駆動指令に応じた駆動トルクTdrv（トルク）と回転加速度Δωdrvの測定値の組み合わせに対応するトルク低減率の実値を用いてフィードバック制御を行う。これにより、トルク低減率の実値を車両の諸元から設定されるトルク低減率の目標値に追従させることができる。

図３は前記のトルク低減率を使用した場合のクリープトルクの変化を表した図である。従来の車両の多くは、アクセルを離した状態でブレーキを離すとゆっくり発進して一定の速度以上には速度が上がらない状態となる。この特性は図３の実線で示されるように車速と駆動トルクによって表現される機能を車両駆動制御装置１が持っており、動力機器（電動機）５からこの特性に応じた駆動トルクを出力しているためである。

このような特性を持つクリープ機能に対して、低ミュー路などでIdrvが変化すると、前記の図２に示すトルク低減率が発生して図３の点線や破線のようにトルクが低減されて駆動トルクとして出力されることにより、スリップの少ない発進を実現できる。

また、図３は実施例の一例としてクリープ制御について記載したものであり、アクセルONでの発進については駆動力の大小の相違のみであり同様に適用できるものである。

ブレーキペダルを踏まない場合の減速について考えると図１の電動車両では減速時に動力機器（電動機）５の回生制動トルクにより減速を行う。この時、スリップする場合も前記のような制御で対応可能である。これは図３の高車速側の状態であり、図３の右側は前進の高車速でマイナスの駆動トルクの値が低下していることで解る。

逆に図３の左側は後退時で後退加速はマイナス駆動力であり後退時の高速側はプラス駆動力となり、車両は後退時の減速するトルクであるから、このトルクが低下していることからもスリップ低減方向に作用することが解る。

（油圧ブレーキの作動）
ブレーキペダルを踏んだ場合には油圧ブレーキが作動するため、動力機器（電動機）５の回生制動トルクは解除せざるを得ない。よって、この場合は適用できない。

すなわち、車両駆動制御装置１（第１制御装置）は、車両が電気自動車であり且つ油圧ブレーキが作動している場合、駆動指令を補正することを禁止する。これにより、運転者の油圧ブレーキ操作に従って車両を停止させることができる。

図４は本発明を適用する場合のフローチャートである。まず、車両駆動制御装置１のCPUは、Idrvに応じて設定する低減率を演算する（S11）。次に、車両駆動制御装置１のCPUは、低減率の変化制限等（S12）を行った後に、演算された値（すなわち、低減率）を使用するかどうかについて判定条件により適用許可判断を行い（S13）、適用許可の場合（S13:Yes）、目標加減速度もしくは目標制駆動力などの車両動力特性を低減する（S13）。

ここで判定条件として、前記のブレーキONでの減速時、加速度が不明確などを含むパラメータの異常時、安全支援機能などの優先度の高い機能が動作している時、車載機器の異常時などがある。例えば、これらの判定条件のいずれかが真（True）の場合に、適用不可と判断され（S13: No）、これらの判定条件のすべてが偽（False）の場合に、適用許可と判断される（S13: Yes）。

以上説明したように、本実施形態によれば、車輪のスリップ（空転）を応答性良く抑制することができる。

（別の実施形態）
図５は、本発明の一実施形態である車両（例えば、内燃機関自動車）のシステム構成図である。

原動機１０は車両を走行させる駆動源であり、内燃機関であってもその他の動力源であっても駆動力が出せるものであればよい。この原動機１０の原動機出力軸１１は一般にはクラッチやトルコンといった発進装置１２に接続され、変速機１４の変速機入力軸１３に接続されている。

変速機１４に接続されている変速機出力軸１５は差動装置１６に接続され右ドライブシャフト１７と左ドライブシャフト１８に動力分割されて右タイヤ１９と左タイヤ２０を駆動して車両を走行させることができる。

また、原動機制御装置４４と変速機制御装置４５と摩擦制動制御装置３と車両駆動制御装置６とアクセルペダル２は通信線などで接続され、各々の情報を通信情報により共有することができる。

ここで、図１との違いは車両の駆動力を発生する装置として内燃機関などを用いた原動機を車両に搭載しているため、発進装置や変速機などの機構が必要になってくる。

また、内燃機関などは駆動力が変化するまでに燃料噴射、点火、火炎伝搬、膨張などの遅れを伴うために挙動の早いスリップに駆動力で対応しにくいが、本発明を用いれば簡易に駆動トルクを低減することが可能である。

これは、本発明が２輪駆動などでの駆動輪の回転加速度の変化と従動輪の回転加速度の変化からスリップを算出するものではなく、回転加速度の変化が小さい場合でも駆動トルクが考慮されているために、早期のスリップ検出が可能となり応答開始時期を早めに設定できるためである。

内燃機関を搭載した車両の場合は、前記の制駆動トルクを内燃機関である原動機１０に適用すればよい。但し、駆動力のマイナス側は内燃機関のフリクション相当のトルクに限定される。本発明の実施形態では、前記図４のように判定条件として、ブレーキONの制動時を除いており、大きな減速要求を想定していないため内燃機関を搭載した車両でも十分な効果を達成できる。

本実施形態では、車両は、例えば、内燃機関自動車であるが、HEV（Hybrid Electric Vehicle）であってもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上記実施形態では、テーブルからトルク低減率を取得しているが、関数（数式）等を用いて駆動トルクTdrv（トルク）と回転加速度Δωdrvの測定値の組み合わせに対応するトルク低減率を算出してもよい。これにより、例えば、テーブルに比較して、使用するメモリの容量を小さくすることができる。

上記実施形態では、機能毎に制御装置を別体に構成したが、任意の機能単位で一体に構成してもよい。

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。

（１）．車両を駆動可能な動力装置と、動力装置の駆動力を制御可能な動力機器制御装置と、動力機器制御装置への駆動指令を出力する車両駆動制御装置と、目標駆動力補正値を出力する制御装置と、を持つ車両において、駆動力情報と車輪回転情報に基づく増減率に応じて、加減速度もしくは制駆動力を算出または補正する自動車の駆動力制御装置。

（２）．（１）において、増減率は駆動力情報と車輪回転情報に基づくテーブルより算出することを特徴とする自動車の駆動力制御装置。

（３）．（１）において、増減率は車両重量などの諸元から設定される目標値と駆動力情報と車輪回転情報に基づく実値を用いてF/B制御することを特徴とする自動車の駆動力制御装置。

（４）．（１）から（３）において、ブレーキON時は増減率を適用しないことを特徴とする自動車の駆動力制御装置。

１ 車両駆動制御装置
２ アクセルペダル
３ 摩擦制動制御装置
４ 動力機器制御装置（駆動用電動機制御装置）
５ 動力機器（電動機）
６ 車両駆動制御装置
１０ 原動機
１１ 原動機出力軸
１２ 発進装置
１３ 変速機入力軸
１４ 変速機
１５ 変速機出力軸
１６ 差動装置
１７ 右ドライブシャフト
１８ 左ドライブシャフト
１９ 右タイヤ
２０ 左タイヤ
４４ 原動機制御装置
４５ 変速機制御装置

Claims (6)

1. 駆動指令を出力する第１制御装置と、前記駆動指令に応じたトルクを駆動源から出力させる第２制御装置と、を備える車両駆動システムであって、
   前記第１制御装置は、
   ドライブシャフトにおける慣性モーメントが小さくなるにつれて前記トルクを低減させる量を大きくするトルク低減率を取得し、前記トルク低減率と前記駆動指令から前記駆動指令を補正する
   ことを特徴とする車両駆動システム。
2. 請求項１に記載の車両駆動システムであって、
   前記第１制御装置は、
   前記トルクと前記ドライブシャフトの回転加速度の組み合わせに応じて前記トルク低減率を取得し、前記トルク低減率と前記駆動指令から前記駆動指令を補正する
   ことを特徴とする車両駆動システム。
3. 請求項２に記載の車両駆動システムであって、
   前記トルク及びドライブシャフトの回転加速度の組み合わせと、前記トルク低減率と、を対応付けて格納するテーブルを備え、
   前記第１制御装置は、
   前記駆動指令に応じた前記トルクと前記回転加速度の測定値の組み合わせに対応する前記トルク低減率を前記テーブルから読み出すことで前記トルク低減率を取得する
   ことを特徴とする車両駆動システム。
4. 請求項２に記載の車両駆動システムであって、
   前記第１制御装置は、
   車両の諸元から設定されるトルク低減率の目標値と、前記駆動指令に応じた前記トルクと前記回転加速度の測定値の組み合わせに対応する前記トルク低減率の実値を用いてフィードバック制御を行う
   ことを特徴とする車両駆動システム。
5. 請求項１に記載の車両駆動システムであって、
   前記第１制御装置は、
   車両が電気自動車であり且つ油圧ブレーキが作動している場合、前記駆動指令を補正することを禁止する
   ことを特徴とする車両駆動システム。
6. 請求項２に記載の車両駆動システムであって、
   前記慣性モーメントは、前記トルクを前記回転加速度で除した値であり、
   前記慣性モーメントに対するトルク低減率の傾きは、
   クリープ発進し、車速が所定値を超えた後、前記慣性モーメントが小さくなるにつれて大きくなる
   ことを特徴とする車両駆動システム。

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