JP4556643B2

JP4556643B2 - 車両の制駆動力制御装置

Info

Publication number: JP4556643B2
Application number: JP2004348379A
Authority: JP
Inventors: 伸吾香村; 瑞穂杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: JP2006158149A

Description

本発明は、各車輪に対する制駆動力を変更制御する車両の制駆動力制御装置に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に記載されているように、変速機構およびクラッチ機構を用いることにより、操舵ハンドルの切り増し時には車両の旋回を促進するヨーイングモーメントが発生するように左右輪への駆動トルクの配分を変更制御して、操舵ハンドルによる操舵応答性を向上させた車両の駆動力制御装置は知られている。そして、この駆動力制御装置においては、高速走行時に操舵安定性が損なわれないようにするために、前記左右輪への駆動トルクの配分が均等となるようにしている。
特開平７−１０８８４１号公報

高速走行時においては、操舵ハンドルの操作に対して、スリップ角の発生遅れ等によりコーナリングフォースの発生が遅れる傾向にある。したがって、スリップ角を小さくする方向に車輪に作用する復元トルクすなわちセルフアライニングトルクの発生も遅れるため、ステアリング系における減衰係数すなわち操舵輪のキングピン軸回りの回転運動に対する減衰係数の値は減少することになる。これにより、高速走行時では、操舵ハンドルの切り増しが促進され、この操舵ハンドルの切り増しは、車速および操舵角速度が大きくなるに従って一層促進されることになる。しかし、上記従来の装置においては、ステアリング系における減衰係数の変化に対しては何ら考慮されていない。その結果、高速走行時における操舵安定性を向上させるには十分でないという問題があった。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、高速走行時における操舵安定性を向上させ、かつ車両の走行安定性も維持可能な車両の制駆動力制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、左右前輪および左右後輪をそれぞれ独立に回転させる電動モータを有する車両の制駆動力制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、操舵ハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、前記検出された車速および前記検出された操舵角速度を用いて、車速および操舵角速度に応じて変化する左右前輪のキングピン軸回りの回転運動に対する減衰力を打ち消すための左右前輪に関する制駆動力を計算する制駆動力計算手段と、前記減衰力を打ち消すように左右前輪の駆動力に差をつけて左右前輪用の電動モータを駆動制御する前輪駆動制御手段であって、所定車速よりも低車速で走行しているとき、左右前輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加し、かつ前記所定車速よりも高車速で走行しているとき、左右前輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加するようにした前輪駆動制御手段と、前記左右前輪の駆動力の差に応じて発生するヨーイングモーメントを打ち消すように左右後輪の駆動力に差をつけて左右後輪用の電動モータを駆動制御する後輪駆動制御手段であって、前記所定車速よりも低車速で走行しているとき、左右後輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加し、かつ前記所定車速よりも高車速で走行しているとき、左右後輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加するようにした後輪駆動制御手段とを設けたことにある。

上記のように構成した本発明においては、前輪駆動制御手段の作用により、低速走行時には、操舵ハンドルの操舵方向への切り回しが促進され、運転者は操舵ハンドルの操舵時に粘性感を受け難くなるので、操舵フィーリングが向上する。また、高速走行時には、操舵ハンドルの操舵方向への切り回しが抑制され、操舵ハンドルの操舵安定性が向上する。
この場合、左右前輪の駆動力に差をつけると、駆動力の差に応じてヨーイングモーメントが発生するが、後輪駆動制御手段の作用により、このヨーイングモーメントを打ち消すように左右後輪の駆動力に差がつけられるので、車両全体のヨーイングが抑制されて車両の走行安定性も維持される。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、車両の全体を示す概略平面図である。

車両の左右前後輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrは、電動モータ１１ａ〜１１ｄをそれぞれ備えている。電動モータ１１ａ〜１１ｄは、図示しないホイールに組み込まれており、各電動モータ１１ａ〜１１ｄの回転軸がそれぞれハブ１２ａ〜１２ｄに一体的に組み付けられている。電動モータ１１ａ〜１１ｄは、減速機を内蔵しており、それらの回転により左右前後輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrをそれぞれ独立に駆動する。

電動モータ１１ａ〜１１ｄは、ナックルとしての役割も果たしており、ロアアーム１３ａ〜１３ｄを介して車体ＢＤにそれぞれ接続されている。ロアアーム１３ａ〜１３ｄは、各内側端にて車体ＢＤに略車両前後方向の軸線回りにそれぞれ回動可能に組み付けられるとともに、各外側端にて電動モータ１１ａ〜１１ｄを所定のキングピン傾角を有するキングピン中心線の軸線回りにそれぞれ回動可能に組み付けている。

また、左右前輪Ｗfl，Ｗfr側に位置する電動モータ１１ａ，１１ｂは、ナックルアーム１４ａ，１４ｂを介してタイロッド１５ａ，１５ｂの各外側端にそれぞれ連結されている。タイロッド１５ａ，１５ｂは、各内側端にてラックバー１６の両端にそれぞれ連結されている。ラックバー１６は、ステアリングギヤボックス１７内にてステアリングシャフト１８の下端に一体的に接続されたピニオン（図示省略）に噛み合っている。ステアリングシャフト１８は、その上端にて操舵ハンドル１９を一体回転するように接続している。操舵ハンドル１９は、その回転によりステアリングシャフト１８を軸線回りに回転させ、ラックバー１６およびタイロッド１５ａ，１５ｂを軸線方向に変位させて、左右前輪Ｗfl，Ｗfrを左右に操舵する。左右前輪Ｗfl，Ｗfrは操舵輪としての役割を果たし、左右後輪Ｗrl，Ｗrrは非操舵輪としての役割を果たしている。

次に、電動モータ１１ａ〜１１ｄの制駆動力を制御する電気制御装置について説明する。この電気制御装置は、操舵角センサ２１および車速センサ２２を備えている。操舵角センサ２１は、ステアリングシャフト１８の上部に組み付けられていて、操舵ハンドル１９の操舵角θを検出する。なお、操舵角θは、正負の値により操舵ハンドル１９の左方向および右方向の操舵時の操舵角を表す。車速センサ２２は、車速Ｖを検出して出力する。これら操舵角センサ２１および車速センサ２２は、コントローラ２３に接続されている。

コントローラ２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを主要構成部品とするマイクロコンピュータにより構成されている。このコントローラ２３は、図２の操舵安定および走行安定制御プログラムを実行することにより、電動モータ１１ａ〜１１ｄの作動を制御する。このコントローラ２３には、操舵角センサ２１および車速センサ２２に加えて、アクセルセンサ２４ａ、ブレーキセンサ２４ｂおよび駆動回路２５〜２８もそれぞれ接続されている。アクセルセンサ２４ａは、アクセルペダルの踏み込み量を検出して、同踏み込み量を表す検出信号を出力する。ブレーキセンサ２４ｂは、ブレーキペダルの踏み込み量を検出して、同踏み込み量を表す検出信号を出力する。

駆動回路２５〜２８には、バッテリ２９から電力が供給されるようになっていて、電動モータ１１ａ〜１１ｄに流れる電流を検出する電流センサ２５ａ〜２８ａがそれぞれ接続されている。駆動回路２５〜２８は、コントローラ２３の指示により、電流センサ２５ａ〜２８ａとの協働により電動モータ１１ａ〜１１ｄを制御して左右前後輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrを制駆動する。この場合、コントローラ２３は、図２の操舵安定および走行安定制御プログラムの実行と並行して、図示しないプログラムの実行により、アクセルセンサ２４ａまたはブレーキセンサ２４ｂからの踏み込み量を表す検出信号に応じて、駆動回路２５〜２８を介して電動モータ１１ａ〜１１ｄの回転を制御し、左右前後輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrを同じ駆動力または制動力で制駆動するようになっている。なお、電流センサ２５ａ〜２８ａに代えて、左右前後輪Ｗfl，Ｗfr，Ｗrl，Ｗrrに対する制駆動トルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。コントローラ２３は、所定の短時間毎に図２の操舵安定および走行安定制御プログラムを繰り返し実行している。このプログラムの実行はステップＳ１０にて開始され、ステップＳ１１にて、操舵角センサ２１および車速センサ２２から、操舵角θおよび車速Ｖをそれぞれ入力する。次に、コントローラ２３は、ステップＳ１２にて、操舵角θを微分することにより操舵角速度θv(=dθ/dt)を計算する。

前記ステップＳ１２の処理後、コントローラ２３は、ステップＳ１３にて、ＲＯＭ内に設けられている減衰係数テーブルを参照して、車速Ｖに基づいて減衰係数Ｃを計算する。この減衰係数テーブルは、図３に示すように、車速Ｖに応じて変化する減衰係数Ｃを記憶している。この減衰係数Ｃは、左右前輪Ｗfl，Ｗfrの各キングピン軸回りの回転運動に対する減衰特性の変化率を表していて、単位操舵角速度θv当たりの各キングピン軸回りの減衰トルクで表わされる。そして、この減衰係数Ｃは、車速Ｖの増加に従って所定車速Ｖ1（時速３０〜４０km/h）までは非線形増加し、同所定車速Ｖ1からは車速Ｖの増加に従って非線形減少する特性を有するとともに、所定車速Ｖ2（時速６０〜７０km/h）よりも低速域では正の値になり、同所定車速Ｖ2よりも高速域では負の値になる特性を有している。

前記ステップＳ１３の処理後、コントローラ２３は、ステップＳ１４にて、前記計算した操舵角速度θvおよび減衰係数Ｃを用いて、制駆動力ΔＦ(=−C・θv・1/N・1/L)を計算する。ここで、ステップＳ１４の式中、Nはステアリングギヤボックス１７のステアリングギヤ比を表し、Lは左右前輪Ｗfl，Ｗfrのホイール中心でのキングピンオフセットを表している。このステップＳ１４では、減衰係数Ｃに応じた減衰トルク(=C・θv・1/N)から左右前輪Ｗfl，Ｗfrの接地中心に作用する減衰力(=C・θv・1/N・1/L)を計算し、この減衰力を打ち消す方向の力を制駆動力ΔＦ(=−C・θv・1/N・1/L)としたものである。この制駆動力ΔＦは、正により車輪に対して車両前方へ駆動力ΔＦを付加することを表し、負により車輪に対して車両後方へ制動力を付加することを表す。

前記ステップＳ１４の処理後、コントローラ２３は、ステップＳ１５にて、左右前輪Ｗfl，Ｗfrの制駆動力をそれぞれ制御する。最初に、車両が所定車速Ｖ2よりも低速域で走行していて、例えば、左方向に操舵している場合について説明する。この場合には、図３の減衰係数テーブルに示すように、減衰係数Ｃは正の値になる。すなわち、前記低速域では、操舵ハンドル１９の操舵時にスリップ角の発生遅れがないため、コーナリングフォースの発生遅れが生じない。したがって、セルフアライニングトルクの発生遅れも生じないため、左右前輪Ｗfl，Ｗfrの各キングピン軸回りの回転運動に対する減衰係数Ｃは正の値になる。減衰係数Ｃが正の値であるときは、操舵ハンドル１９の左方向への切り増しが抑制された状態にあり、運転者は操舵ハンドル１９の操舵時に粘性感を受ける。

このため、ステップＳ１５においては、走行時の駆動力に制駆動力ΔＦを付加したトータル駆動力に応じて、電動モータ１１ａ，１１ｂをそれぞれ駆動制御する。具体的には、操舵角速度θvおよび減衰係数Ｃがいずれも正の値であるために、図４（Ａ）に示すように、左前輪Ｗflに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加され、右前輪Ｗfrに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加される。これにより、操舵ハンドル１９の左方向への切り増しが促進されるようになり、運転者は操舵ハンドル１９の操舵時に粘性感を受け難くなるので、操舵ハンドル１９の操舵フィーリングが向上する。

ステップＳ１５の処理の実行によって、車両前部には反時計回りのヨーイングモーメントが発生する。このため、ステップＳ１６においては、走行時の駆動力に制駆動力ΔＦを付加したトータル駆動力に応じて、電動モータ１１ｃ，１１ｄをそれぞれ駆動制御する。具体的には、左後輪Ｗrlに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加され、右後輪Ｗrrに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加される。これにより、車両後部に時計回りのヨーイングモーメントが発生し、このヨーイングモーメントが車両前部に発生した反時計回りのヨーイングモーメントと打ち消し合うので、車両全体のヨーイングが抑制されて車両の走行安定性が維持される。

次に、車両が所定車速Ｖ2よりも高速域で走行していて、例えば、左方向に操舵している場合について説明する。この場合には、図３の減衰係数テーブルに示すように、減衰係数Ｃは負の値になる。すなわち、前記高速域では、操舵ハンドル１９の操舵時にスリップ角の発生遅れが生じるため、コーナリングフォースの発生が遅れる。したがって、セルフアライニングトルクの発生も遅れるため、左右前輪Ｗfl，Ｗfrの各キングピン軸回りの回転運動に対する減衰係数Ｃは負の値になる。減衰係数Ｃが負の値であるときは、操舵ハンドル１９の左方向への切り増しが促進された状態にある。

このため、ステップＳ１５においては、走行時の駆動力に制駆動力ΔＦを付加したトータル駆動力に応じて、電動モータ１１ａ，１１ｂをそれぞれ駆動制御する。具体的には、操舵角速度θvが正の値であり、減衰係数Ｃが負の値であるために、図４（Ｂ）に示すように、左前輪Ｗflに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加され、右前輪Ｗfrに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加される。これにより、操舵ハンドル１９の左方向への切り増しが抑制されるようになり、操舵ハンドル１９による操舵安定性が向上する。

ステップＳ１５の処理の実行によって、車両には時計回りのヨーイングモーメントが発生する。このため、ステップＳ１６においては、走行時の駆動力に制駆動力ΔＦを付加したトータル駆動力に応じて、電動モータ１１ｃ，１１ｄをそれぞれ駆動制御する。具体的には、左後輪Ｗrlに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加され、右後輪Ｗrrに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加される。これにより、車両後部に反時計回りのヨーイングモーメントが発生し、このヨーイングモーメントが車両前部に発生した時計回りのヨーイングモーメントと打ち消し合うので、車両全体のヨーイングが抑制されて車両の走行安定性が維持される。

次に、車両が所定車速Ｖ2よりも低速域で走行していて、例えば、右方向に操舵している場合について説明する。この場合には、ステップＳ１５の処理により、図４（Ａ）に示した制駆動力ΔＦとは逆向きの制駆動力ΔＦが左右前輪Ｗfl，Ｗfrにそれぞれ付加される。すなわち、左前輪Ｗflに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加され、右前輪Ｗfrに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加される。これにより、操舵ハンドル１９の右方向への切り増しが促進されるようになり、上記した低速域で左方向に操舵している場合と同様、操舵ハンドル１９の操舵フィーリングが向上する。

また、この場合には、ステップＳ１６の処理により、図４（Ａ）に示した制駆動力ΔＦとは逆向きの制駆動力ΔＦが左右後輪Ｗrl，Ｗrrにそれぞれ付加される。すなわち、左後輪Ｗrlに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加され、右後輪Ｗrrに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加される。これにより、車両後部に反時計回りのヨーイングモーメントが発生し、このヨーイングモーメントが車両前部に発生した時計回りのヨーイングモーメントと打ち消し合うので、上記した低速域で左方向に操舵している場合と同様、車両の走行安定性が維持される。

次に、車両が所定車速Ｖ2よりも高速域で走行していて、例えば、右方向に操舵している場合について説明する。この場合には、ステップＳ１５の処理により、図４（Ｂ）に示した制駆動力ΔＦとは逆向きの制駆動力ΔＦが左右前輪Ｗfl，Ｗfrにそれぞれ付加される。すなわち、左前輪Ｗflに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加され、右前輪Ｗfrに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加される。これにより、操舵ハンドル１９の右方向への切り増しが抑制されるようになり、上記した高速域で左方向に操舵している場合と同様、操舵ハンドル１９による操舵安定性が向上する。

また、この場合には、ステップＳ１６の処理により、図４（Ｂ）に示した制駆動力ΔＦとは逆向きの制駆動力ΔＦが左右後輪Ｗrl，Ｗrrにそれぞれ付加される。すなわち、左後輪Ｗrlに対する走行時の駆動力に駆動力ΔＦが付加され、右後輪Ｗrrに対する走行時の駆動力に制動力ΔＦが付加される。これにより、車両後部に時計回りのヨーイングモーメントが発生し、このヨーイングモーメントが車両前部に発生した反時計回りのヨーイングモーメントと打ち消し合うので、上記した高速域で左方向に操舵している場合と同様、車両の走行安定性が維持される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、操舵ハンドルの操舵操作に応じて操舵輪の操舵がアシストされないステアリング装置を備えた車両の制駆動力制御装置について説明したが、操舵輪の操舵をアシストする電気アクチュエータおよびその駆動制御装置を有するステアリング制御装置を備えた車両の制駆動力制御装置に本発明を適用してもよい。この場合には、ステアリング制御装置による操舵アシスト力に加え、制駆動力制御装置により、操舵輪のキングピン軸回りの回転運動に対する減衰力を加味した補助アシスト力を加えることができるので、操舵ハンドルによる操舵安定性および操舵フィーリングをより一層向上させることが可能である。

本発明の一実施形態に係る制駆動力制御装置を示したブロック図である。本発明の一実施形態に係り、図１のコントローラにより実行される操舵安定および走行安定制御プログラムのフローチャートである。車速に対する減衰係数の変化特性を示すグラフである。（Ａ）は、低速走行時に左方向へ操舵したときの制駆動力制御を説明するための説明図であり、（Ｂ）は、高速走行時に左方向へ操舵したときの制駆動力制御を説明するための説明図である。

符号の説明

ＢＤ…車体、Ｗfl…左前輪、Ｗfr…右前輪、Ｗrl…左後輪、Ｗrr…右後輪、１１ａ〜１１ｄ…電動モータ、２１…操舵角センサ、２２…車速センサ、２３…コントローラ、２５〜２８…駆動回路、２５ａ〜２８ａ…電流センサ

Claims

左右前輪および左右後輪をそれぞれ独立に回転させる電動モータを有する車両の制駆動力制御装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
前記検出された車速および前記検出された操舵角速度を用いて、車速および操舵角速度に応じて変化する左右前輪のキングピン軸回りの回転運動に対する減衰力を打ち消すための左右前輪に関する制駆動力を計算する制駆動力計算手段と、
前記減衰力を打ち消すように左右前輪の駆動力に差をつけて左右前輪用の電動モータを駆動制御する前輪駆動制御手段であって、所定車速よりも低車速で走行しているとき、左右前輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加し、かつ前記所定車速よりも高車速で走行しているとき、左右前輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の前輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加するようにした前輪駆動制御手段と、
前記左右前輪の駆動力の差に応じて発生するヨーイングモーメントを打ち消すように左右後輪の駆動力に差をつけて左右後輪用の電動モータを駆動制御する後輪駆動制御手段であって、前記所定車速よりも低車速で走行しているとき、左右後輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加し、かつ前記所定車速よりも高車速で走行しているとき、左右後輪のうちで、操舵ハンドルの操舵方向側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい制動力を付加し、操舵ハンドルの操舵方向と反対側の後輪に対する走行時の駆動力に前記計算した制駆動力の大きさに等しい駆動力を付加するようにした後輪駆動制御手段とを設けたことを特徴とする車両の制駆動力制御装置。