JP3571370B2 - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両において車体進路角速度のパラメータを用いて限界域でのコースアウトを防止するように駆動力制御する駆動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、タイヤグリップが充分な線形領域では、旋回加速時の車両の挙動を車両運動モデルにより解析することができ、タイヤの横すべり角も３度位で、ヨーイングに応じ車両が横移動して円滑に旋回する。ところで、タイヤグリップが限界に達した低μ路等の走行条件では、旋回加速時に車両運動モデルがそのまま適応できなくなり、上記ヨーイングと車両の横移動の関係も成立しなくなる。そこでこの限界域において駆動力が過大の場合は、駆動方式により種々の不具合を生じる。例えば前輪駆動車では、前輪が横力の低下により外側に横すべりして、車両の走行軌跡（車体進路）が外側にふくらんでドリフトアウトする。そこで車両の駆動力制御においては、上述のような低μ路での限界挙動に対する安定性、操縦性をいかに確保するかが、今後の課題になっている。
【０００３】
従来、低μ路等のタイヤと路面との間が最大摩擦力に近い領域でタイヤ特性を線形近似できない限界域での車両挙動の制御に関しては、例えば特願平４−１７９２０７号の出願がある。この出願において、旋回走行時にヨーレイトと実ヨーレイトの偏差、横加速度と実横加速度の偏差に応じて前後輪のコーナリングパワを定め、この前後輪のコーナリングパワを用いて運動方程式に基づき車体すべり角を限界域に拡張して求め、この車体すべり角に応じてトルク配分等の駆動力を制御することが示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術のものにあっては、限界域での車体すべり角を推定して駆動力を制御する方式であるから、ハンドルを切っても曲がれずにドリフトアウトするような場合には対応できない等の問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑み、車体進路角速度等のパラメータを用いてあらゆる走行状況で車両のコースアウトを適確に防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、舵角、車速、推定される前後輪のコーナリングパワにより線形領域の車両運動モデルに基づき車体のヨーレイト、横加速度、車体進路の逸脱状態に応じた車体進路角速度をタイヤと路面との間が最大摩擦力に近い領域でタイヤ特性を線形近似できない限界域に拡張して演算する演算手段と、
演算されたヨーレイトとセンサにより検出される実ヨーレイトの偏差、及び演算された横加速度とセンサにより検出される実横加速度の偏差を演算する偏差演算手段と、
これら両偏差により前後輪のコーナリングパワを上記限界域に拡張して推定するタイヤ特性制御手段と、
舵角と車速により車両運動モデルに基づき高μ路での車両の旋回特性に応じた目標進路角速度を設定する目標進路角速度設定手段と、
上記演算手段により算出された車体進路角速度と目標進路角速度に応じて偏差を演算して車両の駆動力を制御する駆動力制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明において、駆動力制御は、燃料噴射量、スロットル開度等を変化してエンジン出力を低下したり、または前後輪のトルク配分を、ドラフトアウトの場合は後輪寄りに、スピンの場合は前輪寄りに制御することができる。従って、車両は２輪駆動車と４輪駆動車のいずれにも適応できる。
【０００８】
【作用】
上記構成による本発明では、車両走行時にセンサにより検出される実ヨーレイトと実横加速度、及び舵角、車速、推定される前後輪のコーナリングパワにより演算されるヨーレイト、横加速度、車体進路角速度のパラメータにより車両の挙動変化に伴う車体進路の状態が監視される。そこで低μ路での旋回加速時にタイヤグリップ限界に達して車両がドリフトアウトするように限界挙動すると、演算されたヨーレイトと実ヨーレイトの偏差、演算された横加速度と実横加速度の偏差によりタイヤ特性制御手段で前後輪のコーナリングパワが、その車両の限界挙動に対応して精度良く推定される。
【０００９】
そして演算手段で、推定される前後輪のコーナリングパワを用いた車両運動モデルに基づき、車両の限界挙動での車体進路の逸脱状態に応じて車体進路角速度が演算される。また目標進路角速度設定手段では、舵角と車速により高μ路での車両の旋回特性を基準として目標進路角速度が設定され、制御手段で両進路角速度の偏差に応じて、例えばエンジン出力が低下される。このため旋回加速時のタイヤは駆動力の減少に伴い横力が増して、車両のドリフトアウト等が効果的に防止され、車両は目標進路に沿って円滑に旋回走行するようにコーストレース性が確保される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図２において、前輪駆動車の概略について説明する。車両１は車体前部にエンジン２が搭載され、このエンジン２がクラッチ３を介して変速機４に連結される。変速機４の出力側のドライブ軸５は、ディファレンシャル装置６、車軸７を介して前輪８に動力伝達するように連結され、車体後部に被駆動輪の後輪９が配置される。エンジン２は、駆動力制御する手段として、吸気系のスロットル弁１０の下流にインジェクタ１１が取付けられ、燃料噴射制御装置１２によりインジェクタ１１の燃料噴射量Ｔｐでエンジン出力を制御するようになっている。
【００１１】
制御系として、車体に車速Ｖを検出する車速センサ１５、ハンドルによる舵角δｆを検出する舵角センサ１６、実ヨーレイトγ′を検出するヨーレイトセンサ１７、実横加速度Ｇｙ′を検出する横Ｇセンサ１８が設けられる。これらセンサ信号は制御ユニット２０に入力して処理され、エンジン出力低下の補正信号を燃料噴射制御装置１２に出力するように構成される。
【００１２】
次いで、電子制御系について説明する。先ず制御の基本原理について説明する。車両１の旋回性能（コーストレース性）は、路面μの変化の影響が大きい。路面μの低下でタイヤグリップの限界付近になると、摩擦円の理論によりタイヤの横力が低下する。これを前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒの低下として扱えば、線形領域の車両運動モデルを限界域まで拡張して適応できる。ここで舵角δｆと車速Ｖにより車両運動方程式を用いてヨーレイトγ、横加速度Ｇｙを演算でき、実際のヨーレイトγ′、横加速度Ｇｙ′との偏差ΔＧ、Δγを用いることで、車両の限界挙動（ドラフトアウト、スピン）に応じた前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを高い精度で推定できる（詳しくは、本件出願人による特願平４−１７９２０７号の出願に記載されている）。
【００１３】
また車両１のコーストレース性を示す状態変数として、車体進路角速度νがある。この車体進路角速度νは、図５のように車両１が或る旋回半径Ｒで旋回する際の軌跡に応じた進路角θを微分した値であり、旋回半径の逆数１／Ｒ、車速Ｖ、横加速度Ｇｙ、ヨーレイトγ等の関数で算出される。従って、車体進路角速度νは、低μ路の旋回時に車両が挙動変化しても基準円を逸脱しない限りその値は変化しないが、車両が基準円から外側に逸脱するとその値が減じ、内側に逸脱するとその値が増すように変化して、車体進路の逸脱状態を示す。そこで車体進路角速度νを算出して監視することにより、車両のコーストレース性を向上することができる。
【００１４】
次に、車体進路角速度νの算出方法について説明する。先ず、図３（ａ），（ｂ）において、車両が一定速度で運動する場合の車両重心点Ｐの運動について説明する。ここで地上に固定した座標系をＸ−Ｙとして、車両に固定した座標系をｘ−ｙとする。また垂直軸の回りの角度は全て反時計方向を正とする。そこで車両が一定速度で運動していると仮定し、Ｘ−Ｙ座標に対するＰ点の位置ベクトルＲ、ｘ方向の単位ベクトルａ、ｙ方向の単位ベクトルｂ、Ｐ点の車速Ｖのｘ方向速度成分ｕ、ｙ方向速度成分ｖとすると、Ｐ点の速度ベクトルは以下となる。
【数１】

【００１５】
この（１）式を微分することにより、Ｐ点の加速度ベクトルは以下となる。
【数２】

【００１６】
ここでａ，ｂのΔｔ秒間の変化をΔａ，Δｂとし、図３（ｂ）のように車両のヨーレイトγを用いると、Δａ＝γΔｔｂ、Δｂ＝−γΔｔａとなるので、ａ，ｂの速度ベクトルは以下となる。
【数３】

【００１７】
従って、Ｐ点の加速度ベクトルは以下となる。
【数４】

【００１８】
車両は一定速度で運動しているので、車速Ｖは一定である。この場合にＰ点の運動をｕ，ｖに代わり横すべり角βにより表わすと、横すべり角βが小さければ以下が成立する。
【数５】

【００１９】
これらを上記式（４）に代入すると、以下のようになる。
【数６】

【００２０】
そして横すべり角βが小さければ以下となる。
【数７】

【００２１】
即ち、車両重心点Ｐは車両進行方向に対して直角に、車速Ｖ、横すべり角βの変化、ヨーレイトγによる加速度を持つと見なすことができる。これにより横加速度Ｇｙと車体進路角速度νが、次式（８）で演算される。
【数８】

【００２２】
また図３（ｃ）の２輪モデルにおいて、定常円旋回運動方程式について説明する。ここで車両質量ｍ、車速Ｖ、ヨー慣性Ｉ、前後輪のコーナリングフォースＹｆ，Ｙｒを用いると、横すべり角βとヨーレイトγを変数として次式が成立する。
【数９】

【００２３】
ここでコーナリングフォースＹｆ，Ｙｒがタイヤのスリップ角βｆ，βｒに対し線形で扱える領域を考え、１輪当たりの等価コーナリングパワＫｆ，Ｋｒを用いて示すと、Ｙｆ＝２Ｋｆβｆ、Ｙｒ＝２Ｋｒβｒになる。これを上式（９）、（１０）に代入すると以下の式（１１）、（１２）となる。
【数１０】

【００２４】
これにより上述の３つの式（８）、（１１）、（１２）を用いることで、舵角δｆ、車速Ｖ、推定される前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒによりヨーレイトγ、横加速度Ｇｙ、車体進路角速度νを演算される。
【００２５】
そこで上記基本原理に基づき、図１の制御系について説明する。制御ユニット２０は、舵角δｆ、車速Ｖ、推定される前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが入力する演算手段２１を有し、これらパラメータにより適応制御理論による制御方法の適応観測器を構成する。そして線形領域の上述の運動方程式の式（８）、（１１）、（１２）を用いて、車体のヨーレイトγと横加速度Ｇｙ、更に車体進路の逸脱状態に応じた車体進路角速度νを限界域に拡張して算出する。この演算部２１で演算されたヨーレイトγと横加速度Ｇｙ、センサ１７，１８により検出される実ヨーレイトγ′と実横加速度Ｇｙ′は偏差演算手段２２に入力し、演算されたヨーレイトγから実ヨーレイトγ′を減算してヨーレイト偏差Δγを算出し、同様に演算された横加速度Ｇｙから実横加速度Ｇｙ′を減算して横加速度偏差ΔＧを算出する。
【００２６】
これらヨーレイト偏差Δγ、横加速度偏差ΔＧは、適応制御理論の適応機構であるタイヤ特性制御手段２３に入力し、両偏差Δγ，ΔＧにより前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを限界域に拡張して推定する。ここで実横加速度Ｇｙ′が減じてΔＧ＞０の場合は、限界域での車両のドリフトアウトやスピンを判断して前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを共に減じれば良い。ΔＧ＜０の場合は、タックイン等を判断して前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを共に増せば良い。実ヨーレイトγ′が減じてΔγ＞０の場合は、ドリフトアウトを判断して前輪コーナリングパワＫｆは減じ、後輪コーナリングパワＫｒは増せば良い。実ヨーレイトγ′が増してΔγ＜０の場合は、スピンを判断して前輪コーナリングパワＫｆは増し、後輪コーナリングパワＫｒは減じれば良い。両偏差Δγ，ΔＧの正、負に対するコーナリングパワＫｆ，Ｋｒの補正状態をまとめて示すと、以下のようになる。
【表１】

【００２７】
そこで両偏差Δγ，ΔＧにより（表１）を参照して前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを定めることで、限界域での車両のドリフトアウトやスピンに応じた前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが精度良く推定される。尚、コーナリングパワＫｆ，Ｋｒの値を増減する場合は、例えば前回の値に補正量を増減して積分動作により時々刻々定める。
【００２８】
また舵角δｆと車速Ｖが入力する目標進路角速度設定手段２４を有し、舵角δｆ、車速Ｖ、高μ路を想定した前後輪の一定のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒにより上述の運動方程式の式（８）、（１１）、（１２）を用いて、高μ路での車両の旋回特性を基準とした目標進路角速度νｏを設定する。
【００２９】
これら車体進路角速度νと目標進路角速度νｏは、駆動力制御する制御手段としてのエンジン出力制御手段２５に入力し、車体進路角速度νと目標進路角速度νｏの偏差により車体進路の逸脱状態を判断して、エンジン出力を低下する。即ち、エンジン出力の補正係数Ｋｅが、図４のように車体進路角速度νと目標進路角速度νｏの偏差率ｅ、ｅ＝（ν−νｏ）／νｏで算出される。このため車体進路が目標進路より外側にふくらむと、ν＜νｏとなって、偏差率ｅの値は負になる。一方、車体進路が目標進路より内側に入ると、ν＞νｏとなって、偏差率ｅの値は正になる。そして偏差率ｅが正負いずれの場合も、所定の不感帯の例えば２０％を越えると、補正係数Ｋｅが１．０から偏差率ｅに応じて減少するように設定される。この補正係数Ｋｅの補正信号はエンジン１の燃料噴射制御装置１２に出力し、燃料噴射量Ｔｐを演算する際に乗算して補正するようになっている。
【００３０】
次に、この実施例の作用について説明する。先ずエンジン２の動力がクラッチ３を介して変速機４に入力し、変速動力がディファレンシャル装置６等を介し前輪８に伝達して車両１が走行する。このとき燃料噴射制御装置１２により運転状態等に応じてインジェクタ１１の燃料噴射量Ｔｐを制御することで、所定のエンジン出力が得られる。
【００３１】
このとき制御ユニット２０は、演算手段２１で舵角δｆ、車速Ｖ、推定される前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒによりヨーレイトγ、横加速度Ｇｙ、車体進路角速度νを演算し、偏差演算手段２２で演算されたヨーレイトγ、横加速度Ｇｙと実際の実ヨーレイトγ′、実横加速度Ｇｙ′の偏差Δγ，ΔＧを演算し、タイヤ特性制御手段２３で両偏差Δγ，ΔＧにより前後輪８，９のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを推定することが、車両運動モデルに基づく適応制御理論の制御方法で行われる。そして車体進路角速度νにより車体進路の逸脱状態が監視される。
【００３２】
そこで乾燥した高μ路の通常走行のようにタイヤグリップが充分な条件では、演算されたヨーレイトγ、横加速度Ｇｙは実ヨーレイトγ′、実横加速度Ｇｙ′と略一致する。このためタイヤ特性制御手段２３で推定される前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒは本来のタイヤ特性となり、車体進路角速度νは目標進路角速度νｏと略一致する。従って、エンジン出力の補正係数Ｋｅは、図４のマップにより１．０となって、エンジン出力は補正されない。
【００３３】
一方、低μ路での旋回加速時において実施例のような前輪駆動車の場合は、駆動側の前輪が、横力が小さくなるため、先に横すべりを生じる状態になる。そして前輪８がタイヤグリップ限界を越えて実際に外側へ横すべりすると、図５のように車体進路ｎが基準円の目標進路ｍより外側にふくらんで車両１がドリフトアウトし始める。すると、実横加速度Ｇｙ′が減じてその偏差ΔＧが正の値になり、実ヨーレイトγ′も減じてその偏差Δγが正の値になる。これら偏差ΔＧ，Δγにより、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが、前輪コーナリングパワＫｆの方を多く減少するように補正され、前後輪８，９の横すべり状態に対応したものになる。そこで演算手段２１で演算される車体進路角速度νは、この低μ路での実際の車両１のドリフトアウト状態に則して急激に小さい値になる。そして車体進路角速度νと目標進路角速度νｏの偏差率ｅが、不感帯の−２０％を越えると、図４のマップによりその偏差率ｅに応じエンジン出力の補正係数Ｋｅが減少して設定される。
【００３４】
従って、燃料噴射制御装置１２でインジェクタ１１の燃料噴射量Ｔｐがこの補正係数Ｋｅにより減量補正され、前輪８の横すべりが大きいほどエンジン出力が強制的に減少制御される。このため前輪８の駆動力が減じ、その分タイヤ横力が増大して前輪８の横すべりが抑制される。そこで車両１はドリフトアウトが防止され、且つ図５のように車体進路ｎが目標進路ｍに沿ってコーストレースを確保するように修正される。
【００３５】
車両１のドリフトアウトが防止されると、実横加速度Ｇｙ′が回復して実ヨーレイトγ′も増加し、両者の偏差ΔＧ，Δγによる前後輪コーナリングパワＫｆ，Ｋｒで演算される車体進路角速度νの値も大きくなる。そして車体進路角速度νと目標進路角速度νｏの偏差率ｅの減少に伴いエンジン出力が元の状態に徐々に復帰される。こうして低μ路の限界域においても車両１は、高μ路の旋回特性を基準とした旋回軌跡から逸脱しないように円滑に旋回走行することが可能となる。
【００３６】
一方、後輪駆動車の場合は、低μ路での旋回加速時に後輪が横すべりして車両がスピンする状態になる。そして車体進路ｎが目標進路ｍより内側に入って車両がスピンし始めると、上述と同様に偏差ΔＧ，Δγによる前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒで車体進路角速度νが演算される。そして車体進路角速度νと目標進路角速度νｏの偏差率ｅが不感帯の＋２０％を越えると、図４のマップによりその偏差率ｅに応じエンジン出力の補正係数Ｋｅが同様に減少して設定され、エンジン出力が減少制御される。そこでこの場合も車両は、高μ路の旋回特性を基準とした旋回軌跡から逸脱しないようにトレースして円滑に旋回走行する。
【００３７】
更に、前後輪トルク配分が可能な４輪駆動車の場合は、車体進路角速度νと目標進路角速度νｏの偏差率ｅに応じた補正係数Ｋｅにより、前後トルク配分を制御する。即ち、ドリフトアウトの場合は補正係数Ｋｅに応じて後輪寄りに配分し、スピンの場合は補正係数Ｋｅに応じて前輪寄りに配分する。これにより前後輪のタイヤ横力が変化して、旋回時のコーストレース性が同様に確保される。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によると、車両の駆動力制御において、舵角、車速、推定される前後輪のコーナリングパワにより線形領域の車両運動モデルに基づき車体のヨーレイト、横加速度、車体進路の逸脱状態に応じた車体進路角速度をタイヤと路面との間が最大摩擦力に近い領域でタイヤ特性を線形近似できない限界域に拡張して演算する演算手段と、演算されたヨーレイトとセンサにより検出される実ヨーレイトの偏差、及び演算された横加速度とセンサにより検出される実横加速度の偏差を演算する偏差演算手段と、これら両偏差により前後輪のコーナリングパワを上記限界域に拡張して推定するタイヤ特性制御手段と、舵角と車速により車両運動モデルに基づき高μ路での車両の旋回特性に応じた目標進路角速度を設定する目標進路角速度設定手段と、上記演算手段により算出された車体進路角速度と目標進路角速度に応じて偏差を演算して車両の駆動力を制御する駆動力制御手段とを備える構成であるから、非線形域での車両の限界挙動による車体進路の逸脱状態を適確に判断して、車両のドリフトアウト等を効果的に防止できる。このため低μ路の旋回加速時に車両は、高μ路の旋回特性を基準とした旋回軌跡に確実にトレースすることができて、旋回性能や安定性等が向上する。適応制御理論を用いて制御することで、路面状況に応じた適応動作が可能になって、制御性、応答性が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の駆動力制御装置のクレーム対応図を兼ねた制御系の実施例のブロック図である。
【図２】本発明が適応される車両の全体の駆動系と制御系の概略を示す構成図である。
【図３】車両の運動方程式に用いる車両の運動と、２輪モデルを示す図である。
【図４】車体進路角速度と目標進路角速度の偏差率に対するエンジン出力の補正係数の関係を示す線図である。
【図５】旋回時の車両のトレース走行状態を示す図である。
【符号の説明】
１５ 車速センサ
１６ 舵角センサ
１７ ヨーレイトセンサ
１８ 横Ｇセンサ
２０ 制御ユニット
２１ 演算手段
２２ 偏差演算手段
２３ タイヤ特性制御手段
２４ 目標進路角速度設定手段
２５ エンジン出力制御手段

Claims (2)

1. 舵角、車速、推定される前後輪のコーナリングパワにより線形領域の車両運動モデルに基づき車体のヨーレイト、横加速度、車体進路の逸脱状態に応じた車体進路角速度をタイヤと路面との間が最大摩擦力に近い領域でタイヤ特性を線形近似できない限界域に拡張して演算する演算手段と、
   演算されたヨーレイトとセンサにより検出される実ヨーレイトの偏差、及び演算された横加速度とセンサにより検出される実横加速度の偏差を演算する偏差演算手段と、
   これら両偏差により前後輪のコーナリングパワを上記限界域に拡張して推定するタイヤ特性制御手段と、
   舵角と車速により車両運動モデルに基づき高μ路での車両の旋回特性に応じた目標進路角速度を設定する目標進路角速度設定手段と、
   上記演算手段により算出された車体進路角速度と目標進路角速度に応じて偏差を演算して車両の駆動力を制御する駆動力制御手段とを備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 駆動力制御手段は、車体進路角速度が目標進路角速度より大きい方と小さい方のいずれにずれる場合も、所定の不感帯を越えると、両進路角速度の偏差に応じてエンジン出力を低下し、または前後輪トルク配分を前輪寄り或は後輪寄りに制御す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。

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