JP4148017B2

JP4148017B2 - 車両の駆動制御装置

Info

Publication number: JP4148017B2
Application number: JP2003130527A
Authority: JP
Inventors: 義紀前田; 繁一余合; 英一佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: JP2004336910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車輪を駆動制御する車両の駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば車両の姿勢制御を行う場合には、車輪にかかる輪荷重を推定し、この輪荷重に基づいて車輪を駆動制御することがある。そのような輪荷重を推定する機能を有する装置としては、例えば特許文献１に記載されている車両制御装置がある。この車両制御装置は、車高が基準車高から変位したときに、車高調整手段の作動を制御して車高を基準車高に戻し、その時に要した車高調整手段の作動時間から輪荷重を推定するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２２０１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、車高が基準車高から変位した状態から基準車高に戻るまでの時間に基づいて輪荷重を推定しているので、１回の輪荷重の推定処理にかなりの時間がかかる。このため、上記従来技術を採用して車両の姿勢制御を行う場合には、車両の走行中に、輪荷重に基づいた車輪の駆動制御を迅速に行うことは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、車両の走行中における車両姿勢の制御性を向上させることができる車両の駆動制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両の駆動制御装置は、車両の左輪及び右輪を各々個別に駆動する第１駆動モータ及び第２駆動モータと、車両が走行する路面の路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定手段と、第１駆動モータのモータトルク値と路面摩擦係数とを用いて左輪の荷重を求めると共に、第２駆動モータのモータトルク値と路面摩擦係数とを用いて右輪の荷重を求める輪荷重演算手段と、輪荷重演算手段で求めた左輪及び右輪の荷重に基づいて、車両の姿勢が目標姿勢となるように第１駆動モータ及び第２駆動モータをそれぞれ制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明においては、車両の左輪及び右輪を各々第１駆動モータ及び第２駆動モータで個別に駆動するように構成されているので、上述したように、第１駆動モータ及び第２駆動モータのモータトルク値と路面摩擦係数とを用いて左輪及び右輪の荷重（輪荷重）を求めることが可能となる。ここで、各駆動モータのモータトルク値としては、例えば各駆動モータに対するモータトルク指令値を用いる。また、路面摩擦係数は、例えば車両にかかるＧを検出し、この検出値を用いて所定の演算を行うことで、直ちに知ることができる。従って、各駆動モータのモータトルク値及び路面摩擦係数を用いて輪荷重を求める場合には、車高が基準車高から変位してから基準車高に戻るまでの時間に基づいて輪荷重を求めるという従来技術に比べて、１回の輪荷重算出に要する時間が非常に短くて済む。これにより、車両の走行中に、逐次求められていく輪荷重に基づいて第１駆動モータ及び第２駆動モータを制御することによって、車両姿勢の制御性が向上する。
【０００８】
好ましくは、制御手段は、輪荷重演算手段で求めた左輪及び右輪の荷重を用いて、左輪及び右輪が発生するコーナリングパワーを求める手段と、コーナリングパワーを用いて、車両の姿勢を目標姿勢にするための第１駆動モータ及び第２駆動モータのモータトルク指令値をそれぞれ求める手段と、モータトルク指令値に応じて第１駆動モータ及び第２駆動モータをそれぞれ制御する手段とを有する。車両の旋回時にヨーレート制御を行う場合、左輪及び右輪が発生するコーナリングパワーから、車両が旋回中に発生しているヨー方向モーメントが分かる。このため、旋回している車両の姿勢を目標姿勢にするための第１駆動モータ及び第２駆動モータのモータトルク指令値を簡単に求めることが可能となる。
【０００９】
また、好ましくは、輪荷重演算手段は、第１駆動モータのモータトルク値をＴｌ（Ｎｍ）、第２駆動モータのモータトルク値をＴｒ（Ｎｍ）、路面摩擦推定値をμ、左輪及び右輪の動荷重半径をＲ（ｍ）、第１駆動モータ及び第２駆動モータのモータギア比をｎｍ、左輪の荷重をＷｌ（Ｎ）、右輪の荷重をＷｒ（Ｎ）としたときに、
Ｗｌ＝（ｎｍ・Ｔｌ）／（μ・Ｒ）
Ｗｒ＝（ｎｍ・Ｔｒ）／（μ・Ｒ）
によって左輪及び右輪の荷重をそれぞれ求める。このようにパラメータの少ない簡単な計算式を用いて、左輪及び右輪の荷重を確実に求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両の駆動制御装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る駆動制御装置の一実施形態を備えた車両を示す概略構成図である。同図において、車両１は、４つの車輪２ａ〜２ｄを備えたＦＲ方式車両であり、前部にエンジン３が配置されている。エンジン３で発生した動力は、トランスミッション４、プロペラシャフト５及びデファレンシャル６を介して後輪２ｃ，２ｄに伝達される。
【００１２】
このような車両１には、前輪２ａ，２ｂを駆動して車両１のヨーレート制御（姿勢制御）を行うための駆動制御装置７が搭載されている。駆動制御装置７は、左前輪２ａ及び右前輪２ｂを各々独立に駆動する左駆動モータ（第１駆動モータ）８ａ及び右駆動モータ（第２駆動モータ）８ｂを有している。各駆動モータ８ａ，８ｂの駆動力は、ドライブシャフト９ａ，９ｂを介して車輪２ａ，２ｂに伝達される。
【００１３】
また、駆動制御装置７は、車両１の車速を検出する車速センサ１０と、車両１のステアリング（図示せず）の舵角を検出する舵角センサ１１と、車両１のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１２と、車両１の前後Ｇ及び横Ｇを検出するＧセンサ１３とを有している。
【００１４】
さらに、駆動制御装置７は、各センサ１０〜１３の検出信号を入力して所定の演算処理を行うコントローラ１４と、このコントローラ１４の出力信号に従って各駆動モータ８ａ，８ｂを駆動させるモータドライバ１５とを有している。
【００１５】
図２は、コントローラ１４の機能を示す機能ブロック図である。同図において、コントローラ１４は、車両仕様メモリ部１６と、演算パラメータ設定部１７と、路面摩擦推定部１８と、フィードフォワード制御部１９と、フィードバック制御部２０と、加算部２１と、左右モータ駆動指令値演算部２２とを有している。
【００１６】
車両仕様メモリ部１６には、車両１の各種仕様パラメータが記憶されている。仕様パラメータとしては、各駆動モータ８ａ，８ｂのモータギア比ｎｍや前輪２ａ，２ｂの動荷重半径Ｒ（ｍ）等のデータがある。
【００１７】
演算パラメータ設定部１７は、各センサ１０〜１２の検出信号と車両仕様メモリ部１６に記憶されている仕様パラメータとを入力し、フィードフォワード制御部１８の演算処理に使用する各種演算パラメータを設定する。演算パラメータとしては、車両１の目標ヨーレートＹ₀や、車両１のスリップ角β、前輪スリップ角βｆ、後輪スリップ角βｒ等がある。また、演算パラメータ設定部１７は、ヨーレートセンサ１２で検出されたヨーレートＹを出力する。
【００１８】
目標ヨーレートＹ₀は、車速センサ１０で検出された車速ｖ、舵角センサ１１で検出された舵角（ハンドル角）θ、車両仕様メモリ部１６に記憶されているステアリングギア比ｎｓに基づいて求められる。スリップ角β，βｆ，βｒは、車速センサ１０で検出された車速ｖ、舵角センサ１１で検出されたハンドル角θ、ヨーレートセンサ１２で検出されたヨーレートＹ、車両仕様メモリ部１６に記憶されているステアリングギア比ｎｓ、車両１の重心前軸間距離Ｌｆ、車両１の重心後軸間距離Ｌｒに基づいて求められる。
【００１９】
路面摩擦推定部１８は、Ｇセンサ１３で検出された車両１の前後Ｇ及び横Ｇに基づいて、車両１が走行する路面の路面摩擦係数μを推定する。
【００２０】
フィードフォワード制御部１９は、目標ヨーレート微分値演算部２３と、左右輪荷重演算部２４と、コーナリングパワー演算部２５と、左右モータトルク出力差演算部２６とを有している。
【００２１】
目標ヨーレート微分値演算部２３は、演算パラメータ設定部１７で設定された目標ヨーレートＹ₀を微分して、目標ヨーレート微分値Ｙ_0dを求める。
【００２２】
左右輪荷重演算部２４は、左前輪２ａ及び右前輪２ｂにかかる荷重（輪荷重）をそれぞれ求める。この前輪２ａ，２ｂの輪荷重を算出する処理手順を図３に示す。
【００２３】
同図において、まず後述する左右モータ駆動指令値演算部２２で求めた現在の各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値を読み込む（手順１０１）。ここで、左駆動モータ８ａのモータトルク指令値はＴｌ（Ｎｍ）であり、右駆動モータ８ｂのモータトルク指令値はＴｒ（Ｎｍ）である。続いて、演算パラメータ設定部１７で推定された路面摩擦係数μを読み込む（手順１０２）。
【００２４】
続いて、各駆動モータ８ａ，８ｂのモータギア比ｎｍ及び前輪２ａ，２ｂの動荷重半径Ｒを車両仕様メモリ部１６から読み込む。そして、下記式に従って、左前輪２ａの荷重Ｗｌ（Ｎ）及び右前輪２ｂの荷重Ｗｒ（Ｎ）をそれぞれ算出する（手順１０３）。
Ｗｌ＝（ｎｍ・Ｔｌ）／（μ・Ｒ）
Ｗｒ＝（ｎｍ・Ｔｒ）／（μ・Ｒ）
【００２５】
図２に戻り、コーナリングパワー演算部２５は、左右輪荷重演算部２４で求めた輪荷重Ｗｌ，Ｗｒを用いて、車輪２ａ〜２ｄが発生している動的コーナリングパワーを求める。
【００２６】
具体的には、車輪のコーナリングパワーは輪荷重に依存するので、前輪２ａ，２ｂの正規化コーナリングパワーをＫ'ｆ、後輪２ｃ，２ｄの正規化コーナリングパワーをＫ'ｒとすると、前輪２ａ，２ｂの動的コーナリングパワーＫｆｌ，Ｋｆｒ、後輪２ｃ，２ｄ合計の動的コーナリングパワーＫｒは、下記式のようになる。
Ｋｆｌ＝ｅｆ×Ｋ'ｆ×Ｗｌ
Ｋｆｒ＝ｅｆ×Ｋ'ｆ×Ｗｒ
Ｋｒ＝ｅｒ×Ｋ'ｒ×（ｍ−Ｗｌ−Ｗｒ）
ただし、ｅｆ、ｅｒは、旋回時の前後サスペンションジオメトリ変化によるコーナリングパワー増幅率であり、車両固有の値である。ｍは、車両トータルの荷重（車両質量）である。また、正規化コーナリングパワーとは、単位荷重当たりのコーナリングパワーをいう。これらのパラメータは、車両仕様メモリ部１６に記憶されている。
【００２７】
左右モータトルク出力差演算部２６は、コーナリングパワー演算部２５で求めた動的コーナリングパワーＫｆｌ，Ｋｆｒ，Ｋｒを用いて、各駆動モータ８ａ，８ｂの必要モータトルク値Ｔｑｌ，Ｔｑｒを求め、更に必要モータトルク値Ｔｑｌ，Ｔｑｒの差分（左右モータトルク出力差）ΔＴを求める。
【００２８】
具体的には、車両１にかかるモーメントの釣り合いにより、
【式１】

が得られる。ただし、Ｉは車両１のヨー方向慣性モーメント、Ｄはフロントトレッドであり、これらのパラメータは、車両１の重心前軸間距離Ｌｆ及び重心後軸間距離Ｌｒと共に車両仕様メモリ部１６に記憶されている。また、Ｆｌｘは左前輪２ａの必要駆動力であり、Ｆｒｘは右前輪２ｂの必要駆動力である。
【００２９】
Ｋｆは、上述した動的コーナリングパワーＫｆｌ，Ｋｆｒより、
Ｋｆ＝Ｋｆｌ＋Ｋｆｒ …（２）
で表わされる。また、前輪スリップ角βｆ及び後輪スルップ角βｒは、上記の演算パラメータ設定部１７において、下記式によって求められる。
【式２】

【式３】

（２）〜（４）式を（１）式に代入し整理すると、
【式４】

となる。また、回生／力行の収支より
Ｆｒｘ＋Ｆｌｘ＝０ …（６）
である。この場合には、回生で得られたエネルギーで力行を行うこととなるので、バッテリー持ち出し量を少なくすることが可能となる。
【００３０】
（５）、（６）式より、前輪２ａ，２ｂの必要駆動力Ｆｒｘ，Ｆｌｘを算出すると、下記のようになる。
【式５】

【式６】

そして、前輪２ａ，２ｂの必要駆動力Ｆｌｘ，Ｆｒｘと前述の動荷重半径Ｒ及びモータギア比ｎｍとを用いると、下記式によって各駆動モータ８ａ，８ｂの必要モータトルク値Ｔｑｌ，Ｔｑｒが得られる。
【式７】

【式８】

続いて、下記式に従って左右モータトルク出力差ΔＴを求める。
ΔＴ＝Ｔｑｌ−Ｔｑｒ
【００３１】
フィードバック制御部２０は、車両１が横風等の外乱を受けた時の走行への影響を補償するために設けられたものである。フィードバック制御部２０は、演算パラメータ設定部１７で設定された車両１の目標ヨーレートＹ₀と実ヨーレートＹとの偏差を求める比較部２７と、この比較部２７の出力値を所定のゲインで増幅する増幅部２８とを有している。加算部２１は、フィードフォワード制御部１９の出力値とフィードバック制御部２０の出力値とを加算する。
【００３２】
左右モータ駆動指令値演算部２２は、加算部２１の出力値を入力して、各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒを求める。具体的には、車両１のアンダーステア時は、各駆動モータ８ａ，８ｂのうち旋回内輪側の駆動モータに対しては、加算部２１の出力値に応じて発電（回生）状態にするようなモータトルク指令値を求め、旋回外輪側の駆動モータに対しては、加算部２１の出力値に応じて力行状態にするようなモータトルク指令値を求めることにより、オーバーステア方向にヨーモーメントを発生させる。一方、車両１のオーバーステア時は、各駆動モータ８ａ，８ｂのうち旋回内輪側の駆動モータに対しては、加算部２１の出力値に応じて力行状態にするようなモータトルク指令値を求め、旋回外輪側の駆動モータに対しては、加算部２１の出力値に応じて発電（回生）状態にするようなモータトルク指令値を求めることにより、アンダーステア方向にヨーモーメントを発生させる。
【００３３】
ここで、Ｇセンサ１３及びコントローラ１４の路面摩擦推定部１８は、車両１が走行する路面の路面摩擦係数μを推定する路面摩擦推定手段を構成する。コントローラ１４の左右輪荷重演算部２４は、第１駆動モータ８ａのモータトルク値Ｔｌと路面摩擦係数μとを用いて左輪２ａの荷重Ｗｌを求めると共に、第２駆動モータ８ｂのモータトルク値Ｔｒと路面摩擦係数μとを用いて右輪２ｂの荷重Ｗｒを求める輪荷重演算手段を構成する。車速センサ１０、舵角センサ１１、ヨーレートセンサ１２、コントローラ１４の演算パラメータ設定部１７、目標ヨーレート微分値演算部２３、コーナリングパワー演算部２５、左右モータトルク出力差演算部２６、フィードバック制御部２０、加算部２１、左右モータ駆動指令値演算部２２及びモータドライバ１５は、輪荷重演算手段２４で求めた左輪２ａ及び右輪２ｂの荷重Ｗｌ，Ｗｒに基づいて、車両１の姿勢が目標姿勢となるように第１駆動モータ８ａ及び第２駆動モータ８ｂをそれぞれ制御する制御手段を構成する。
【００３４】
以上のように構成した駆動制御装置７において、車両１が旋回する時には、演算パラメータ設定部１７において、その時のステアリングギア比ｎｓ、車速ｖ及びハンドル角θから車両１の新たな目標ヨーレートＹ₀が設定されると共に、路面摩擦推定部１８において、その時の車両１の前後Ｇ及び横Ｇから新たな路面摩擦係数μが推定される。
【００３５】
そして、フィードフォワード制御部１９において、その時の各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒ及び路面摩擦係数μを用いて、前輪２ａ，２ｂの輪荷重Ｗｌ，Ｗｒが算出される。続いて、その前輪２ａ，２ｂの輪荷重Ｗｌ，Ｗｒを用いて車輪２ａ〜２ｄの動的コーナリングパワーＫｆ，Ｋｒが算出され、更に動的コーナリングパワーＫｆ，Ｋｒ及び目標ヨーレートＹ₀を用いて左右モータトルク出力差ΔＴが算出される。
【００３６】
このとき、車両１が横風等を受けていない状態では、フィードバック制御部２０の出力値はほぼゼロとなる。このため、左右モータトルク出力差ΔＴが殆どそのまま左右モータ駆動指令値演算部２２に送られ、その左右モータトルク出力差ΔＴに応じた各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒが求められる。そして、このモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒがモータドライバ１５に送られ、モータドライバ１５はモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒに応じた電流信号を各駆動モータ８ａ，８ｂに送出する。これにより、旋回している車両１の姿勢が目標姿勢に制御されるようになる。
【００３７】
一方、車両１が横風等を受けた状態では、目標ヨーレートＹ₀と実ヨーレートＹとの偏差に応じた値がフィードバック制御部２０から出力される。そして、その値が左右モータトルク出力差ΔＴに加算されて左右モータ駆動指令値演算部２２に送られ、加算値に応じた各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒが求められる。そして、上記と同様にして各駆動モータ８ａ，８ｂが駆動される。これにより、旋回中に車両１が横風等を受けた場合でも、車両１の姿勢が目標姿勢に制御される。
【００３８】
以上のように本実施形態にあっては、車両１が走行する路面の路面摩擦係数μを推定し、この路面摩擦係数μと各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒとを用いて前輪２ａ，２ｂの輪荷重Ｗｌ，Ｗｒを求めるようにしたので、１回の輪荷重Ｗｌ，Ｗｒの算出にかかる時間を短縮化することができる。これにより、車両１の旋回中に、各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値Ｔｌ，Ｔｒが次々と求められていくので、車両１のヨーレート（姿勢）の制御性が高くなる。従って、車両１のコーナリング特性が良くなり、車両１が安定して走行するようになる。
【００３９】
また、フィードフォワード制御部１９に加えてフィードバック制御部２０を設けたので、車両１が直進している時や旋回している時に、車両１が横風等を受けた場合であっても、車両１の姿勢を目標姿勢に維持することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、前輪２ａ，２ｂの輪荷重Ｗｌ，Ｗｒを求める際に、パラメータの１つとして各駆動モータ８ａ，８ｂのモータトルク指令値を使用したが、前輪２ａ，２ｂにトルクセンサをそれぞれ設け、各トルクセンサにより検出された実モータトルク値をモータトルク指令値の代わりに使用しても良い。
【００４１】
また、上記実施形態の駆動制御装置は、ＦＲ方式の車両に搭載されたものであるが、本発明は、４つの車輪を各々駆動モータで個別に駆動する方式の車両等にも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、車両が走行する路面の路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定手段と、第１駆動モータのモータトルク値と路面摩擦係数とを用いて左輪の荷重を求めると共に、第２駆動モータのモータトルク値と路面摩擦係数とを用いて右輪の荷重を求める輪荷重演算手段を設けたので、車両の走行中に、左輪及び右輪の荷重を迅速に求めることができる。これにより、車両姿勢の制御性が向上するので、車両の安定走行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る駆動制御装置の一実施形態を備えた車両を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すコントローラの機能を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示す左右輪荷重演算部の演算処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…車両、２ａ〜２ｄ…車輪、７…駆動制御装置、８ａ…左駆動モータ、８ｂ…右駆動モータ、１０…車速センサ、１１…舵角センサ、１２…ヨーレートセンサ、１３…Ｇセンサ、１４…コントローラ、１５…モータドライバ、１６…車両仕様メモリ部、１７…演算パラメータ設定部、１８…路面摩擦推定部、１９…フィードフォワード制御部、２０…フィードバック制御部、２１…加算部、２２…左右モータ駆動指令値演算部、２３…目標ヨーレート微分値演算部、２４…左右輪荷重演算部、２５…コーナリングパワー演算部、２６…左右モータトルク出力差演算部。

Claims

車両の左輪及び右輪を各々個別に駆動する第１駆動モータ及び第２駆動モータと、
前記車両が走行する路面の路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定手段と、
前記第１駆動モータのモータトルク値と前記路面摩擦係数とを用いて前記左輪の荷重を求めると共に、前記第２駆動モータのモータトルク値と前記路面摩擦係数とを用いて前記右輪の荷重を求める輪荷重演算手段と、
前記輪荷重演算手段で求めた前記左輪及び前記右輪の荷重に基づいて、前記車両の姿勢が目標姿勢となるように前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータをそれぞれ制御する制御手段とを備えることを特徴とする車両の駆動制御装置。
前記制御手段は、前記輪荷重演算手段で求めた前記左輪及び前記右輪の荷重を用いて、前記左輪及び前記右輪が発生するコーナリングパワーを求める手段と、前記コーナリングパワーを用いて、前記車両の姿勢を前記目標姿勢にするための前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータのモータトルク指令値をそれぞれ求める手段と、前記モータトルク指令値に応じて前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータをそれぞれ制御する手段とを有することを特徴とする請求項１記載の車両の駆動制御装置。
前記輪荷重演算手段は、前記第１駆動モータのモータトルク値をＴｌ（Ｎｍ）、前記第２駆動モータのモータトルク値をＴｒ（Ｎｍ）、前記路面摩擦係数をμ、前記左輪及び前記右輪の動荷重半径をＲ（ｍ）、前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータのモータギア比をｎｍ、前記左輪の荷重をＷｌ（Ｎ）、前記右輪の荷重をＷｒ（Ｎ）としたときに、
Ｗｌ＝（ｎｍ・Ｔｌ）／（μ・Ｒ）
Ｗｒ＝（ｎｍ・Ｔｒ）／（μ・Ｒ）
によって前記左輪及び前記右輪の荷重をそれぞれ求めることを特徴とする請求項１または２記載の車両の駆動制御装置。