JP4321285B2 - 車輪の接地荷重推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪の接地荷重推定装置に関する。

アクセル操作量及び走行モータの回転状態を変数に持つファジイ推論を用いることにより、走行モータのトルク指令値を車両の走行路面に応じて制御する走行制御装置が下記特許文献１に記載されている。

車両の挙動は、車両搭乗者や搭載物が増え車両重量が重くなるほど路面変化による影響を受け易くなる。そこで、下記特許文献１記載の走行制御装置では、車高センサにより検出された車両の高さと所定の基準高さとの差から車両重量を推測し、推測された車両重量が重いほど走行モータのトルク指令値を補正する重み付けを大きくすることにより、適切なトルク制御を可能としている。
特開平９−３２７１０２号公報（第３−８頁、第１２図）

車両重量が同一の場合であっても、搭乗者の着座位置や搭載物の搭載位置などによって車両の重心が移動するため、各車輪における接地荷重が異なる。車両の挙動制御には各車輪の接地荷重を知ることが重要であるが、上記走行制御装置では、各車輪の接地荷重を推定することについては考慮されていない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数の車輪における相対的な接地荷重を推定することができる車輪の接地荷重推定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車輪の接地荷重推定装置は、車両に設けられた所定の複数の車輪それぞれを独立して駆動する複数の電動駆動手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流の値を検出する電流値検出手段と、走行状態検出手段により検出された車両の走行状態が直進状態である場合の複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流値を相互に比較し、複数の車輪における相対的な接地荷重を算出する接地荷重算出手段とを備えることを特徴とする。

車両が直進状態であるときには車両に作用するモーメントの合計が零になる。すなわち、各駆動輪の中心点を含み車両の前後方向に平行な鉛直面と重心との距離と、各駆動輪の駆動トルク即ち電流値との積の合計が零になると共に、該距離と各駆動輪の接地荷重との積の合計が零になる。これらの関係から、各駆動輪における接地荷重の相対値は、各駆動輪における駆動トルク（電流値）の相対値と比例する。

本発明に係る車輪の接地荷重推定装置によれば、車両が直進状態であると判断されたときの電動駆動手段に供給される電流値が相互比較されるので、各車輪における相対的な接地荷重を推定することができる。

本発明に係る車輪の接地荷重推定装置では、所定の複数の車輪が、車両の進行方向に対して左右に対向して配設されている車輪であることが好ましい。この場合、車両の左右輪における相対的な接地荷重を推定することができる。

また、本発明に係る車輪の接地荷重推定装置では、接地荷重算出手段が、複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流値の差又は比に基づいて、左車輪と右車輪との接地荷重の差又は比を算出することが好ましい。この場合、各車輪における相対的な接地荷重として、左側車輪と右側車輪との接地荷重の差又は比を推定することができる。

本発明に係る車輪の接地荷重推定装置は、車両に設けられた所定の複数の車輪それぞれを独立して駆動する複数の電動駆動手段と、車両が走行している路面の勾配を検出する勾配検出手段と、複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流の値を検出する電流値検出手段と、勾配検出手段により検出された路面の勾配が所定値以下である場合の複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流値を相互に比較し、複数の車輪における相対的な接地荷重を算出する接地荷重算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る車輪の接地荷重推定装置によれば、勾配が所定値以下である平坦路を車両が走行していると判断されたときの電動駆動手段に供給される電流値が相互比較されるので、各車輪における相対的な接地荷重を推定することができる。

本発明によれば、車両が直進状態であると判断されたときに、車輪ごとに設けられた電動駆動手段に供給される電流値が相互に比較される構成としたので、複数の車輪における相対的な接地荷重を推定することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１を用いて、実施形態に係る車輪の接地荷重推定装置１の構成について説明する。図１は、接地荷重推定装置１を搭載した車両Ｖの主要な構成を示す図である。

車両Ｖには、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬが取り付けられている。ここで、車輪１０ＦＲは右前輪、車輪１０ＦＬは左前輪、車輪１０ＲＲは右後輪、車輪１０ＲＬは左後輪を示している。

各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬには、車輪の回転速度を検出する車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬが取り付けられている。各車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０に接続されている。

各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬのホイールの内側には、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬが組み込まれている。即ち、各電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは、インホイールモータであり、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬそれぞれを独立して駆動する。これらの電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは電動駆動手段として機能する。

なお、電動モータは、車輪それぞれを独立して駆動することができるように取り付けられていればインホイールモータでなくてもよい。例えば、電動モータを車体側に取り付け、電動モータと車輪とをドライブシャフト等により結合させた構成としてもよい。

電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは、交流同期モータであり、インバータ１３から出力される交流電力によって駆動される。また、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬの回転を利用して発電（回生発電）することもできる。

インバータ１３は、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて、高電圧バッテリ１４に蓄えられた電力を直流から三相交流に変換して電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬに供給する。また、インバータ１３は、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬにより回生発電された電力を、交流から直流に変換して高電圧バッテリ１４に蓄える。

インバータ１３は、各電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬとインバータ１３とを接続する三相線１６ＦＲ，１６ＦＬ，１６ＲＲ，１６ＲＬに流れる相電流を検出する電流センサ１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬを有している。電流センサ１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬにより検出された相電流値から電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬに供給される実電流値Ｉｆｒ，Ｉｆｌ，Ｉｒｒ，Ｉｒｌが求められる。即ち、電流センサ１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬは電流値検出手段として機能する。求められた実電流値Ｉｆｒ，Ｉｆｌ，Ｉｒｒ，Ｉｒｌは、通信回線１７を介してインバータ１３からＥＣＵ２０に送信される。

ステアリング２１にはロータリーエンコーダ等からなる操舵角センサ２２が設けられている。この操舵角センサ２２は、運転者が入力した操舵角度の方向と大きさに応じた信号を出力する。操舵角センサ２２は走行状態検出手段として機能する。操舵角センサ２２から出力された信号はＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０には、車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬや操舵角センサ２２以外に、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２３、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ２４、車両Ｖの左右方向の加速度を検出する左右加速度センサ２５及び走行路面の勾配を検出する勾配センサ（勾配検出手段）２６等が接続されている。

ＥＣＵ２０は、その内部に、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及び図示しない１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等を有している。

そして、上記マイクロプロセッサ等により、ＥＣＵ２０の内部には、電動モータ１１ＦＲに供給される実電流値Ｉｆｒと電動モータ１１ＦＬ供給される実電流値Ｉｆｌとに基づいて、右前輪１０ＦＲの接地荷重と左前輪１０ＦＬの接地荷重との比（又は差）を求めると共に、電動モータ１１ＲＲ供給される実電流値Ｉｒｒと電動モータ１１ＲＬ供給される実電流値Ｉｒｌとに基づいて、右後輪１０ＲＲの接地荷重と左後輪１０ＲＬの接地荷重との比（又は差）を求める接地荷重算出部２０Ａが構築されている。

次に、図２を参照しながら車輪の接地荷重推定装置１の動作について説明する。図２は、接地荷重推定装置１による接地荷重推定処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は所定時間毎に繰り返して実行される。

ステップＳ１００では、車両Ｖが直進状態であるか否かの判断が行われる。具体的には、操舵角センサ２２により検出された操舵角度が所定値以下であり、且つ、ヨーレートセンサ２４により検出された車両Ｖのヨーレートが所定値以下である場合に、車両Ｖが直進状態であると判断される。なお、ステアリング２１の操舵角度又は車両Ｖのヨーレートのみによって直進状態であるか否かを判断してもよい。

ここで、車両Ｖが直進状態であると判断された場合には、ステップＳ１０２に処理が移行する。一方、車両Ｖが直進状態ではないと判断されたときには、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１０２では、電動モータ１１ＦＲに供給される実電流値Ｉｆｒ及び電動モータ１１ＦＬ供給される実電流値Ｉｆｌが読み込まれる。また、電動モータ１１ＲＲ供給される実電流値Ｉｒｒ及び電動モータ１１ＲＬ供給される実電流値Ｉｒｌが読み込まれる。

続くステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で読み込まれた実電流値Ｉｆｒと実電流値Ｉｆｌとに基づいて、右前輪１０ＦＲの接地荷重と左前輪１０ＦＬの接地荷重との比が求められる。また、実電流値Ｉｒｒと実電流値Ｉｒｌとに基づいて、右後輪１０ＲＲの接地荷重と左後輪１０ＲＬの接地荷重との比が求められる。

ここで、図３及び図４を参照して、右後輪１０ＲＲの接地荷重と左後輪１０ＲＬの接地荷重との比の求め方について説明する。図３は車両Ｖの重心Ｇに作用する水平方向のモーメントを説明するための図である。図４は車両Ｖの重心Ｇに作用する鉛直方向のモーメントを説明するための図である。右前輪１０ＦＲの接地荷重と左前輪１０ＦＬの接地荷重との比の求め方は、右後輪１０ＲＲ及び左後輪１０ＲＬの場合と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。

車両Ｖが直進しているときには車両Ｖの重心Ｇに作用する水平方向のモーメントの合計が零になる。すなわち、右後輪１０ＲＲの中心点を含み車両Ｖの前後方向に平行な鉛直面と重心Ｇとの距離Ｌａと右後輪１０ＲＲの駆動トルクＦａとの積Ｆａ・Ｌａが、左後輪１０ＲＬの中心点を含み車両Ｖの前後方向に平行な鉛直面と重心Ｇとの距離Ｌｂと左後輪１０ＲＬの駆動トルクＦｂとの積Ｆｂ・Ｌｂと等しくなるため、次式が成立する（図３参照）。

Ｆａ×Ｌａ＝Ｆｂ×Ｌｂ ・・・（１）
一方、鉛直方向においても、車両Ｖの重心Ｇに作用するモーメントの合計は零になる。したがって、車両Ｖの重心Ｇと接地荷重との関係において次式が成立する（図４参照）。

Ｆｚａ×Ｌａ＝Ｆｚｂ×Ｌｂ ・・・（２）
ここで、Ｆｚａは右後輪１０ＲＲの接地荷重、Ｆｚｂは左後輪１０ＲＬの接地荷重である。

上記式（１）及び式（２）より次式が求められる。

Ｆｚａ／Ｆｚｂ＝Ｆａ／Ｆｂ ・・・（３）
ここで、電動モータ１１ＲＲ，１１ＲＬの駆動トルクＦａ，Ｆｂは電動モータ１１ＲＲ，１１ＲＬに供給される電流値Ｉｒｒ，Ｉｒｌと比例するため、右後輪１０ＲＲの接地荷重Ｆｚａと左後輪１０ＲＬの接地荷重Ｆｚｂとの比Ｆｚａ／Ｆｚｂは、電動モータ１１ＲＲに供給される電流値Ｉｒｒと電動モータ１１ＲＬに供給される電流値Ｉｒｌとの比Ｉｒｒ／Ｉｒｌに等しくなる。したがって、電動モータ１１ＲＲ，１１ＲＬに供給される電流値の比Ｉｒｒ／Ｉｒｌを算出することにより、右後輪１０ＲＲの接地荷重Ｆｚａと左後輪１０ＲＬの接地荷重Ｆｚｂとの比Ｆｚａ／Ｆｚｂを算出することができる。

このように、本実施形態によれば、車両Ｖが直進状態であると判断されたときの電動モータ１１ＲＲ，１１ＲＬに供給される電流値の比Ｉｒｒ／Ｉｒｌが算出されるので、右後輪１０ＲＲの接地荷重Ｆｚａと左後輪１０ＲＬの接地荷重Ｆｚｂとの比Ｆｚａ／Ｆｚｂを算出することができる。また、同様に、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬに供給される電流値の比Ｉｆｒ／Ｉｆｌが算出されるので、右前輪１０ＦＲの接地荷重と左前輪１０ＦＬの接地荷重との比を算出することができる。

なお、本実施形態では電動モータに供給される電流値の比に基づいて左右輪の接地荷重の比を算出したが、電動モータに供給される電流値の差に基づいて左右輪の接地荷重の差を求める構成としてもよい。この場合、ＥＣＵ２０のＲＯＭ等に電流値差と接地荷重差との関係を定めたマップ（以下「接地荷重差マップ」という）を予め記憶させておき、電流値差に基づいて接地荷重差マップを検索することにより、左右輪の接地荷重差を求める。接地荷重差マップは、電流値差が大きくなるほど接地荷重差が大きくなるように設定される。

続くステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出された右前輪１０ＦＲの接地荷重と左前輪１０ＦＬの接地荷重との比及び右後輪１０ＲＲの接地荷重と左後輪１０ＲＬの接地荷重との比に基づいて車両制御に用いられる制御定数等の変更が行われる。

例えば、電子制御式サスペンションの制御では、左右輪の接地荷重比に基づいて、接地荷重の大きい車輪のサスペンションを硬めに設定（アブソーバの減衰力を小さく）し、接地荷重の小さい車輪のサスペンションを軟らかめに設定（アブソーバの減衰力を大きく）する。これにより、車両振動を改善することができる。

また、左右制動力分配制御においては、接地荷重の大きい車輪に対する制動力配分を大きくし、接地荷重の小さい車輪に対する制動力配分を小さくする。このように制動力の分配を変更することにより制動時の車両安定性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、勾配センサ２６により検出された走行路面の勾配が所定値以下である場合、即ち平坦路を走行中である場合に、前輪１０ＦＲ，１０ＦＬに配置された電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬに供給される電流値Ｉｆｒ，Ｉｆｌと後輪１０ＲＲ，１０ＲＬに配置された電動モータ１１ＲＲ，１１ＲＬに供給される電流値Ｉｒｒ，Ｉｒｌとの比（又は差）から前後輪の接地荷重比（又は接地荷重差）を算出することもできる。なお、勾配が所定値以下であることという条件に加えて、加速中及び制動中ではないことを条件として追加してもよい。このようにすれば、左右輪の接地荷重比（又は接地荷重差）と同様にして前後輪の接地荷重比（又は接地荷重差）を算出することができる。なお、前後輪の接地荷重比（又は接地荷重差）の算出方法は、上述した左右輪の接地荷重比（又は接地荷重差）の算出方法と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。

また、算出された前後輪の接地荷重比に基づいて車両制御に用いられる制御定数等を変更することができる。

例えば、ＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ：アンチスキッド制御装置）によるアンチスキッド制御では、前輪に対して後輪の接地荷重が大きい場合に、ブレーキ油圧の減圧開始時期が遅延されると共に増圧開始時期が早められる。これにより、前輪に荷重が移動するため、制動性能が向上する。

また、ＥＢＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂｒａｋｅ ｆｏｒｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：電子制御制動力分配制御）では、前輪に対して後輪の接地荷重が大きい場合に制御開始時期が遅延される。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、前後左右の四輪に電動モータを搭載しているが、左右一対の前輪又は左右一対の後輪のみに電動モータを搭載する構成としてもよい。

実施形態に係る接地荷重推定装置を搭載した車両の主要な構成を示す図である。 実施形態に係る接地荷重推定装置による接地荷重推定処理の処理手順を示すフローチャートである。 車両の重心に作用する水平方向のモーメントを説明するための図である。 車両の重心に作用する鉛直方向のモーメントを説明するための図である。

符号の説明

１…接地荷重推定装置、１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬ…車輪、１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬ…電動モータ、１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬ…車輪速センサ、１３…インバータ、１４…高電圧バッテリ、１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬ…電流センサ、２０…ＥＣＵ、２１…ステアリング、２２…操舵角センサ、２３…アクセル開度センサ、２４…ヨーレートセンサ、２５…左右加速度センサ、２６…勾配センサ、２０Ａ…接地荷重算出部、Ｖ…車両。

Claims (4)

1. 車両に設けられた所定の複数の車輪それぞれを独立して駆動する複数の電動駆動手段と、
   前記車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流の値を検出する電流値検出手段と、
   前記走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態が直進状態である場合の前記複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流値を相互に比較し、前記複数の車輪における相対的な接地荷重を算出する接地荷重算出手段と、を備えることを特徴とする車輪の接地荷重推定装置。
2. 前記所定の複数の車輪は、前記車両の進行方向に対して左右に対向して配設されている車輪であることを特徴とする請求項１に記載の車輪の接地荷重推定装置。
3. 前記接地荷重算出手段は、前記複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流値の差又は比に基づいて、前記左車輪と前記右車輪との接地荷重の差又は比を算出することを特徴とする請求項２に記載の車輪の接地荷重推定装置。
4. 車両に設けられた所定の複数の車輪それぞれを独立して駆動する複数の電動駆動手段と、
   前記車両が走行している路面の勾配を検出する勾配検出手段と、
   前記複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流の値を検出する電流値検出手段と、
   前記勾配検出手段により検出された前記路面の勾配が所定値以下である場合の前記複数の電動駆動手段それぞれに供給される電流値を相互に比較し、前記複数の車輪における相対的な接地荷重を算出する接地荷重算出手段と、を備えることを特徴とする車輪の接地荷重推定装置。
   

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