JP2021017096A

JP2021017096A - 車両のスリップ制御装置

Info

Publication number: JP2021017096A
Application number: JP2019132561A
Authority: JP
Inventors: 智寛大黒; Tomohiro Oguro
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2021-02-15
Also published as: US20210016784A1; US11590983B2

Abstract

【課題】駆動輪のスリップが発生したか否かの判定を、早期且つ適切に行うことができる車両のスリップ制御装置を提供する。【解決手段】ＭＣＵ１０は、モータ５の出力軸５ａの角加速度αの絶対値がスリップ判定閾値αｔｈを超えたとき、駆動輪８がスリップ状態にあると判定するスリップ判定を行う制御において、モータ５から出力軸５ａに伝達されるモータ出力トルクＴｏの方向が反転した直後の設定時間Δｔが経過するまでの間、スリップ判定を禁止する。【選択図】図３

Description

本発明は、駆動輪のスリップを判定し、スリップが発生していると判定した場合にはスリップを抑制するための制御を行う車両のスリップ制御装置に関する。

従来、自動車等の車両においては、モータ等の駆動源から駆動輪に対するトルクの出力によってスリップが発生したか否かの判定を行い、スリップが発生したと判定した際に、駆動輪に対して出力するトルクを制限するスリップ制御装置が搭載されている。

この種のスリップ制御装置においては、駆動輪にスリップが発生したか否かの判定（スリップ判定）を、モータ等からなる駆動源の出力軸の角加速度の変化に基づいて行う技術が知られている。その一方で、出力軸の角加速度は、駆動系に付与されるトルクの変動が大きいときに、スリップが未発生であるにもかかわらず一時的に急激な変化を示す場合がある。

このような一時的な角加速度の急変によって駆動輪がスリップ状態にあるとの誤判定を防止するため、この種のスリップ判定では、角加速度が設定閾値以上まで上昇した場合にも、当該角加速度が閾値以上となった状態が一定時間継続するまでの間、スリップ状態を判定しないことが一般的である。

また、例えば、特許文献１には、モータ要求トルクの急激な変化を検出してから一定時間（制限禁止時間）を超えるまでは、モータの出力トルクの制限を禁止し、この制限禁止時間が経過した後において、角加速度が一時的に閾値を超えた場合にスリップが発生していると判定してスリップ発生時制御を行う技術が開示されている。

特開２００４−１１２９７３号公報

しかしながら、上述のように一定時間の間は一律にスリップ判定を行わない技術では、当該一定時間内に車輪のスリップが発生していた場合に、スリップ抑制のためのトルク制御を応答性よく行うことが困難となる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、駆動輪のスリップが発生したか否かの判定を、早期且つ適切に行うことができる車両のスリップ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による車両のスリップ制御装置は、車両の駆動輪に動力を出力する駆動源と、前記駆動源の出力軸と前記駆動輪との間に介在された歯車対と、を有する車両のスリップ制御装置であって、前記出力軸の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段によって検出した前記回転数の角加速度の絶対値が設定閾値を超えたとき、前記駆動輪がスリップ状態にあると判定するスリップ判定手段と、前記駆動源から出力されるトルクの方向が反転してから所定時間が経過するまでの間、前記スリップ判定手段による前記判定を禁止するスリップ判定禁止手段と、を備えたものである。

本発明の車両のスリップ制御装置によれば、駆動輪のスリップが発生したか否かの判定を、早期且つ適切に行うことができる。

電気自動車の駆動制御系を示す概略構成図モータの駆動制御ルーチンを示すフローチャートスリップ時制御サブルーチンを示すフローチャート零以下のトルクを経験後の歯車対の状態を示す模式図定常走行時における歯車対の状態を示す模式図スリップ時における歯車対の状態を示す模式図車速とアクセル開度とドライバ要求トルクとの関係を示すマップ（ａ）はスリップ時におけるモータ回転数及びモータ角加速度を示すタイムチャート、（ｂ）はスリップ制御時における出力トルクを示すタイムチャート、（ｃ）はスリップ判定フラグを示すタイムチャート比較例に係り（ａ）はスリップ時におけるモータ回転数及びモータ角加速度を示すタイムチャート、（ｂ）は角加速度が閾値を超えてからの経過時間を示すタイムチャート、（ｃ）はスリップ判定フラグを示すタイムチャート

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１に示す車両１は、例えば電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）であり、この車両１は、駆動源としてのモータジェネレータ５（以下、単に、モータ５と称する）を有する。

このモータ５の出力軸５ａには、減速機６を介してディファレンシャル装置７が接続されている。さらに、ディファレンシャル装置７の左右駆動軸７ｌ，７ｒには、例えば、駆動輪としての左右の前輪８ｆｌ，８ｆｒ（以下、これらを適宜「駆動輪８」ともいう）が接続されている。なお、モータ５の出力トルクや電力消費効率の特性等によっては、車両１の駆動系から減速機６を適宜省略することが可能であり、また、減速機６に代えて変速機等を介在させることも可能である。

ここで、周知のように、減速機６及びディファレンシャル装置７は、図示しない複数の歯車対を有し、これら各歯車対の噛み合いにより、モータ５と駆動輪８との間における駆動力の伝達を行う。減速機６及びディファレンシャル装置７を構成する各歯車対は、互いに噛み合う歯面間に、バックラッシュを有する。このようなバックラッシュは、歯車対をスムーズに無理なく回転させるために必要な隙間（遊び）である。

また、モータ５は、インバータ１１を介してモータ制御ユニット（ＭＣＵ）１０の出力側に接続されている。このＭＣＵ１０の入力側には、左右の前輪８ｆｌ，８ｆｒ、及び、左右の後輪８ｒｌ，８ｒｒの回転速度を検出する車輪速センサ１５ｆｌ，１５ｆｒ，１５ｒｌ，１５ｒｒ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ１６、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキセンサ１７、シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ１８、及び、モータ５の出力軸５ａの回転数を検出する回転数検出手段としてのモータ回転数センサ１９等の各種センサ類が接続されている。

ＭＣＵ１０は、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃ等を有する周知のマイクロコンピュータを主体に構成されている。ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに記憶されている制御プログラムに従って、インバータ１１をＰＷＭ制御等によって制御する。そして、力行時において、ＭＣＵ１０は、バッテリ１２から所定の電力を、インバータ１１を介してモータ５に給電することにより、当該モータ５を駆動させる。また、コースト走行時において、ＭＣＵ１０は、インバータ１１を介してモータ５に所定の回生量である回生トルク（負のトルク）を発生させ、バッテリ１２に電力回生させる。

このようなモータ５に対する駆動制御において、ＭＣＵ１０は、モータ回転数センサ１９からの出力に基づき駆動輪８のスリップ判定を行う。すなわち、ＭＣＵ１０は、基本的には、モータ回転数センサ１９からの出力に基づいて、モータ５の出力軸５ａの角加速度αを算出し、角加速度αの絶対値が予め設定された閾値αｔｈ以上となったとき、駆動輪８がスリップ状態にあると判定する。

その際、ＭＣＵ１０は、モータ５から出力軸５ａに出力されるトルクの実行値（モータ出力トルクＴｏ）の変化を監視する。そして、モータ出力トルクＴｏの方向が反転した場合には、反転した直後の設定時間が経過するまでの間、上述の角加速度αに基づくスリップ判定を禁止する。

このように、本実施形態において、ＭＣＵ１０は、スリップ判定手段、及び、スリップ判定禁止手段としての各機能を実現する。

次に、上述のＭＣＵ１０によるモータ駆動制御について、図２に示すモータ駆動制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。

このルーチンは、設定時間毎に繰り返し実行されるものであり、ルーチンがスタートすると、ＭＣＵ１０は、先ず、ステップＳ１０１において、インバータ１１からフィードバックされたモータ駆動電流等の信号に基づき、モータ出力トルクＴｏを算出する。

続くステップＳ１０２において、ＭＣＵ１０は、スリップ判定フラグＦslipが「１」にセットされているか否かを調べる。ここで、スリップ判定フラグＦslipは、駆動輪８がスリップ状態にあると判定されているとき「１」にセットされるフラグである。

そして、ＭＣＵ１０は、ステップＳ１０２において、スリップ判定フラグＦslipが「０」にクリアされている場合にはステップＳ１０３に進み、スリップ判定フラＦslipが「１」にセットされている場合にはステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進むと、ＭＣＵ１０は、モータ回転数センサ１９からの出力に基づいて出力軸５ａの角加速度αを算出する。

続くステップＳ１０４において、ＭＣＵ１０は、ステップＳ１０１において算出されたモータ出力トルクＴｏの変化の履歴に基づき、現在、モータ出力トルクＴｏの方向が反転した直後の設定時間（所定時間）Δｔ内であるか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０４において、現在、モータ出力トルクＴｏの方向が反転した直後の設定時間Δｔ内であると判定した場合、ＭＣＵ１０は、ステップＳ１０６に進む。

すなわち、例えば、図４に示すように、歯車対２０には所定のバックラッシュＢが設けられているため、車両１の停止時、コースト走行時、或いは、後進走行時等のようにモータ５から出力軸５ａに伝達されるモータ出力トルクＴｏが零以下を経験した場合には、駆動ギヤ２１の駆動歯面２１ａと、従動ギヤ２２の従動歯面２２ａとが接触しない状態となる。

このような状態において、モータ５から出力軸５ａに対して正転方向のモータ出力トルクＴｏ（すなわち、零よりも大きなモータ出力トルクＴｏ）が印加されると、駆動ギヤ２１の駆動歯面２１ａが従動ギヤ２２の従動歯面２２ａに接触するまでの間、駆動ギヤ２１は従動ギヤ２２を通じて路面からの反力を受けないため、駆動輪がスリップしていないにもかかわらず、角加速度αが一時的に過大に発生する。

逆に、車両１が前進走行から後進走行へと切り替わった場合には、駆動ギヤ２１の従動歯面２１ｂと、従動ギヤ２２の駆動歯面２２ｂとが接触するまでの間、駆動輪がスリップしていないにもかかわらず、角加速度αの絶対値が一時的に過大に発生する。

そこで、これらの場合には、駆動輪がスリップ状態にあると誤判定されることを防止すべく、後述するステップＳ１０５によるスリップ判定を行うことなく（すなわち、スリップ判定を禁止したまま）、ステップＳ１０６に進む。

ここで、上述の説明において、駆動ギヤ２１、及び、駆動ギヤ２１の駆動歯面２１ａ及び従動歯面２１ｂ、従動ギヤ２２、及び、従動ギヤ２２の従動歯面２２ａ及び駆動歯面２２ａは、力行による前進時における歯車対２０の作用に基づいて定義されるものである。また、設定時間Δｔは、実験やシミュレーション等に基づいて設定されるものであり、トルクを印加した際にバックラッシュＢに対するガタ詰めが行われるまでに要する時間に基づいて設定されている。

一方、ステップＳ１０４において、現在、モータ出力トルクＴｏの方向が反転した直後の設定時間Δｔ内ではないと判定した場合、ＭＣＵ１０は、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０３において算出した出力軸５ａの角加速度αの絶対値が、予め設定されたスリップ判定閾値αｔｈ以上であるか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０５において、角加速度αの絶対値がスリップ判定閾値αｔｈ未満であると判定した場合、ＭＣＵ１０は、現在、駆動輪８はスリップ状態にないと判定してステップＳ１０６に進む。

すなわち、例えば、図５に示すように、駆動ギヤ２１と従動ギヤ２２とが適切に噛み合っており、且つ、駆動輪８がグリップ状態にある場合、当該駆動輪８からの反力（タイヤ反力）によって、角加速度αは過大に発生することが抑制される。そこで、このような場合、ＭＣＵ１０は、駆動輪８がスリップ状態にないと判定する。

一方、ステップＳ１０５において、角加速度αの絶対値がスリップ判定閾値αｔｈ以上であると判定した場合、ＭＣＵ１０は、現在、駆動輪８はスリップ状態にあると判定してステップＳ１０７に進み、スリップ判定フラグＦslipを「１」にセットした後、ステップＳ１０８に進む。

すなわち、例えば、図６に示すように、駆動ギヤ２１と従動ギヤ２２とが適切に噛み合っている場合であっても、駆動輪８がスリップ状態にある場合、当該駆動輪８からの反力（タイヤ反力）が小さいため、角加速度αが過大に発生し得る。そこで、このような場合、ＭＣＵ１０は、駆動輪８がスリップ状態にあると判定する。

ステップＳ１０４或いはステップＳ１０５からステップＳ１０６に進むと、ＭＣＵ１０は、駆動輪８にスリップが発生していない通常時の走行制御であるグリップ時制御を行った後、ルーチンを抜ける。

すなわち、ＭＣＵ１０は、例えば、各車輪速センサ１５ｆｌ，１５ｆｒ，１５ｒｌ，１５ｒｒからの車輪速に基づく車速Ｖとアクセルセンサ１６からのアクセルペダルの踏込量とに基づいて予め設定されたマップ（図７参照）からドライバ要求トルクＴｄを算出する。そして、ＭＣＵ１０は、算出したドライバ要求トルクＴｄに基づいてモータ指示トルクＴｃを算出し、算出したモータ指示トルクＴｃをインバータ１１に出力することにより、周知のモータ駆動制御を行う。或いは、ＭＣＵ１０は、ブレーキペダルが踏み込まれた際には、ブレーキセンサ１７からの信号等に基づいて、インバータ１１を通じた周知の回生制御を行う。

また、ステップＳ１０２或いはステップＳ１０７からステップＳ１０８に進むと、ＭＣＵ１０は、駆動輪８のスリップ状態を解消するためのスリップ時制御を行った後、ルーチンを抜ける。

このスリップ時制御は、例えば、図３に示すスリップ時制御サブルーチンに従って実行される。サブルーチンがスタートすると、ＭＣＵ１０は、ステップＳ２０１において、今回が、スリップ判定フラグＦslipが１にセットされた後の初回であるか否かを調べる。

そして、ＭＣＵ１０は、スリップ判定フラグＦslipが１にセットされた後の初回であると判定した場合にはステップＳ２０２に進み、初回ではないと判定した場合にはステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０１からステップＳ２０２に進むと、ＭＣＵ１０は、現在のモータ出力トルクＴｏをスリップ時制御におけるモータ指示トルクＴｃの基準値として設定し、続くステップＳ２０３において、駆動輪８のスリップ発生の要因となった余剰トルクＴｓを、以下の（１）式により算出する。

Ｔｓ＝Ｉ・α …（１）

ここで、（１）式においてＩは車両１に固有のイナーシャであり、αはスリップ発生時の角加速度である。

ステップＳ２０１或いはステップＳ２０３からステップＳ２０４に進むと、ＭＣＵ１０は、現在のモータ指示トルクＴｃから、余剰トルクＴｓ分を取り除くために予め設定された減算値ΔＴｓを減算した値を減算した後（Ｔｃ←Ｔｃ−ΔＴｓ）、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５において、ＭＣＵ１０は、ステップＳ２０４において減算した減算値ΔＴｓの総和が、余剰トルクＴｓ以上となったか否かを調べる。

そして、ステップＳ２０５において、減算値ΔＴｓの総和が余剰トルクＴｓ未満であると判定した場合、ＭＣＵ１０は、そのままサブルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２０５において、減算値ΔＴｓの総和が余剰トルクＴｓ以上となったと判定した場合、ＭＣＵ１０は、駆動輪のスリップ状態は解消したと判断してステップＳ２０６に進み、スリップ判定フラグＦslipを「０」にクリアした後、サブルーチンを抜ける。

このような実施形態によれば、モータ５の出力軸５ａの角加速度αの絶対値がスリップ判定閾値αｔｈを超えたとき、駆動輪８がスリップ状態にあると判定するスリップ判定を行う制御において、モータ５から出力軸５ａに伝達されるモータ出力トルクＴｏの方向が反転した直後の設定時間Δｔが経過するまでの間に限り、スリップ判定を禁止することにより、駆動輪のスリップが発生したか否かの判定を、早期且つ適切に行うことができる。

すなわち、例えば、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、モータ５から出力軸５ａに伝達されるトルクの実行値であるモータ出力トルクＴｏが零以下の値から零よりも大きな値に変化（タイミングｔ０）してから設定時間Δｔが経過するまでの間は、モータ５から駆動輪８までの駆動系に介装された歯車対のバックラッシュを要因として出力軸５ａの角加速度αが過大に発生し得ることに着目し、設定時間Δｔが経過するまでの間に限り、スリップ判定を禁止することにより、角加速度αの急激な上昇が、駆動系における機械的な要因によるものであるか、或いは、駆動輪８のスリップによるものであるかを的確に切り分けることができる。

従って、設定時間Δｔ経過以降において、角加速度αが急激に上昇してスリップ判定閾値αｔｈを超えた場合には、駆動輪８がスリップ状態にあることを即座に判定することができ（図８（ａ），（ｃ）のタイミングｔ１参照）、スリップの要因となった余剰トルクＴｓを減少させるためのスリップ時制御へと速やかに移行させることができる（図８（ｂ）参照）。

ここで、比較例を、図９（ａ）〜（ｃ）に示す。この比較例によるスリップ制御は、角加速度αが、スリップ判定閾値αｔｈを超えてからの経過時間ｔｓが設定閾値ｔｓｔｈを超えたか否かにより、角加速度αの上昇が駆動系の機械的な要因によるものであるか、或いは、スリップによるものであるかを切り分けるものである。このような制御では、角加速度αがスリップ判定閾値αｔｈを超えてから（タイミングｔ１）、所定時間経過ｔｓｔｈが経過する（タイミングｔ２）までの間は一律にスリップ状態を判定しないため、図８（ａ），（ｃ）との比較からも明らかなように、本実施形態の制御に比べてスリップ状態を判定するまでの時間が遅延する。

なお、本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。例えば、上述の実施形態においては、駆動源としてモータジェネレータを用いた一例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、駆動源として、エンジン、或いは、エンジン及びモータジェネレータを併用した構成を採用することも可能である。

１ … 車両
５ … モータジェネレータ（駆動源）
５ａ … 出力軸
６ … 減速機
７ … ディファレンシャル装置
７ｌ，７ｒ … 駆動軸
８ … 駆動輪
８ｆｌ，８ｆｒ … 左右の前輪
８ｒｌ，８ｒｒ … 左右の後輪
１０ … モータ制御ユニット（ＭＣＵ：スリップ判定手段、スリップ判定禁止手段）
１０ａ … ＣＰＵ
１０ｂ … ＲＯＭ
１０ｃ … ＲＡＭ
１１ … インバータ
１２ … バッテリ
１５ｆｌ，１５ｆｒ，１５ｒｌ，１５ｒｒ … 車輪速センサ
１６ … アクセルセンサ
１７ … ブレーキセンサ
１８ … シフトポジションセンサ
１９ … モータ回転数センサ
２０ … 歯車対
２１ … 駆動ギヤ
２１ａ … 駆動歯面
２１ｂ … 従動歯面
２２ … 従動ギヤ
２２ａ … 駆動歯面
２２ｂ … 駆動歯面

Claims

車両の駆動輪に動力を出力する駆動源と、前記駆動源の出力軸と前記駆動輪との間に介在された歯車対と、を有する車両のスリップ制御装置であって、
前記出力軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段によって検出した前記回転数の角加速度の絶対値が設定閾値を超えたとき、前記駆動輪がスリップ状態にあると判定するスリップ判定手段と、
前記駆動源から出力されるトルクの方向が反転してから所定時間が経過するまでの間、前記スリップ判定手段による前記判定を禁止するスリップ判定禁止手段と、を備えたことを特徴とする車両のスリップ制御装置。
前記スリップ判定禁止手段は、前記駆動源から出力されるトルクの値が零以下から零よりも大きな値に変化してから前記所定時間が経過するまでの間、前記スリップ判定手段による前記判定を禁止することを特徴とする請求項１に記載の車両のスリップ制御装置。