JP4687487B2 - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の駆動力制御装置に関するものである。
複数のモータを備え、運転条件に応じて前後輪及び左右輪の駆動力配分を制御することができる車両が知られている。
また、各輪の制動力を制御可能な車両において、車速及び操舵角に基づいて車両の旋回特性に応じた目標ヨーレートを演算し、目標ヨーレートを実現するように各輪の制動力を制御する技術が特許文献1に記載されている。
特開平6−24304号公報
通常、車両の旋回要求は運転者によるステアリングの操作量、すなわち操舵角によって与えられる。しかし最近では、例えば車両に搭載されるカメラなどの画像を解析することで車両前方に障害物が存在することを検知して、障害物を回避するように車両に旋回要求を与える装置も知られている。
上記従来の技術では、操舵角に基づいて目標ヨーレートを演算しているので、前述のカメラなどを用いた装置から旋回要求があった場合に前後輪及び左右輪の駆動力配分を制御することは困難である。
本発明は、複数のモータを駆動源とする車両において、旋回要求の種類に応じて所望の車両特性を実現することを目的とする。
本発明の車両の駆動力制御装置は、運転者のステアリング操作量に基づいて第1の目標ヨーレート及び第1の目標車体滑り角を演算して車両の目標旋回量とする目標旋回量演算手段と、車両の進行方向前方の道路状況に基づいて車両の旋回要求があるか否かを判断する旋回要求判断手段と、旋回要求判断手段によって車両の旋回要求があると判断されたとき、道路状況、第1の目標ヨーレート及び第1の目標車体滑り角に基づいて第2の目標ヨーレート及び第2の目標車体滑り角を演算し、目標旋回量を第2の目標ヨーレート及び第2の目標車体滑り角に変更する目標旋回量変更手段と、要求駆動力及び目標旋回量を実現する前後輪及び左右輪の駆動力配分を演算する駆動力配分演算手段と、駆動力配分に基づいて複数のモータのトルクを制御するトルク制御手段とを備え、目標旋回量変更手段は、旋回要求判断手段によって車両の旋回要求があると判断されたとき、車体の各輪のタイヤ負荷率を平均化させるように第2の目標車体滑り角を演算する。
本発明によれば、運転者によるステアリング操作量に加えて車両の進行方向前方の道路状況に基づいて目標旋回量を演算するので、様々な種類の旋回要求に対してヨーレート及び車体滑り角を制御でき、所望の車両特性を実現することができる。
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1は本実施形態における車両の構成図を示す。パワートレインはエンジン1、クラッチ2、第1モータ3、変速機6、減速装置7及び駆動輪8から構成される前輪駆動力伝達経路と、第2モータ4、第3モータ5、減速装置9a、9b及び駆動輪10a、10bから構成される後輪駆動力伝達経路とを備える4輪駆動可能な車両である。
エンジン1及び第1モータ3の駆動力は、変速機6及び減速装置7を介して駆動輪8に伝達される。第2モータ4の駆動力は、減速装置9aを介して駆動輪10aに伝達される。第3モータ5の駆動力は、減速装置9bを介して駆動輪10bに伝達される。
第1モータ3は蓄電装置11に蓄えられている電力により駆動され、またエンジン1の出力トルクによって回転して発電し、発電電力を蓄電装置11に蓄電する。第2モータ4及び第3モータ5は蓄電装置11の蓄電電力及び第1モータ3で発電した電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動される。
エンジンコントローラ12は、統合コントローラ13から出力されるエンジントルク指令値に基づいてスロットル開度を制御することでエンジン1のトルクを制御する。変速機コントローラ14は、統合コントローラ13から出力される変速比指令値に基づいて変速機6の変速比を制御する。蓄電装置コントローラ18は、蓄電装置11の電圧及び電流を電圧センサ及び電流センサで検出してSOCを演算する。第1モータコントローラ15、第2モータコントローラ16及び第3モータコントローラ17は、統合コントローラ13から出力される第1モータトルク指令値、第2モータトルク指令値及び第3モータトルク指令値に基づいて、第1モータ3、第2モータ4及び第3モータ5のトルクをそれぞれベクトル制御する。
統合コントローラ13には、蓄電装置コントローラ18で演算したSOC、車輪速センサ19で検出した車輪速から演算される車速、ステアリング操作量を検出するステアリング角センサ20の出力から演算されるステアリング操作角δ、アクセルペダル操作量センサ21で検出した出力から演算されるアクセルペダル操作量(以下「APS」という)、及び車両に搭載したカメラ22から供給される画像の信号が入力される。
次に、統合コントローラ13で行う制御について図2を参照しながら説明する。図2は、本発明における車両の制御装置の制御を示したフローチャートである。本制御は、車両の旋回量を満足しながら燃料消費量が最小となるように前後輪及び左右輪の駆動力配分を制御する。なお、本制御は微少時間(例えば10ms)ごとに繰り返し行われている。
ステップS100(要求駆動力演算手段)では、車速VSP及びAPSに基づいて運転者の要求駆動力Fsdを演算する。
ステップS200では、車速VSP、要求駆動力Fsd、ステアリング操作角及びカメラ22の画像情報に基づいて目標旋回量を演算する。
ステップS300(駆動力配分演算手段)では、ステップS200で演算した目標旋回量を実現する駆動力配分を演算する。
ステップS400(トルク制御手段)では、駆動力配分を実現するようにエンジン1、第1モータ3、第2モータ4及び第3モータ5のトルク指令値並びに変速機6の変速比指令値を演算する。
次にステップS100の詳細な制御内容について図3に示すフローチャートに従って説明する。
ステップS110ではAPSを読み込み、ステップS120では車速VSPを読み込む。ステップS130では、車速VSP及びAPSに基づいて図4のマップを参照して要求駆動力Fsdを演算する。図4は車速VSP、APS及び駆動力の関係を示すマップであり、要求駆動力Fsdは車速VSP及びAPSが大きいほどより大きく演算される。
次にステップS200の詳細な制御内容について図5に示すフローチャートに従って説明する。
ステップS210では車速VSP、ステップS220では要求駆動力Fsd、ステップS230ではステアリング操作角δをそれぞれ読み込む。
ステップS240(目標旋回量演算手段)では、車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δに基づいて目標旋回量である、目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを演算する。目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβは、予め車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δごとに、ある旋回特性を実現するヨーレートγ_str及び車体滑り角β_strを演算したマップを参照して演算する。ここで、ある旋回特性とは、FF車両の旋回特性やFR車両の旋回特性やニュートラルステア旋回特性などである。
上記マップの一例として、車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δをそれぞれある値に設定し、駆動力の前輪配分率及び左右駆動力差を変化させて各輪に配分した場合における車両のヨーレートγ及び車体滑り角βの変化を図6のマップに示す。
図中の実線はヨーレート一定の等高線であり、後輪に配分する駆動力が大きく左右駆動力差が大きいほど大きくなる傾向がある。また破線は車体滑り角一定の等高線であり、前輪に配分する駆動力が大きく左右駆動力差が小さいほど大きくなる傾向がある。
図中A点におけるヨーレートγ及び車体滑り角βがFF車両の旋回特性であり、車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δの変化に対応したA点のヨーレートγ_str及び車体滑り角β_strをマップに予め演算しておくことで、FF車両の旋回特性を実現する目標ヨーレートtγおよび目標車体滑り角tβが演算される。
なお、本実施形態においてヨーレートγ_str及び車体滑り角β_strの演算マップは、FF車両の旋回特性を演算したマップとするが、別の旋回特性を演算したマップに変更した場合においても、以下の演算処理を用いることができる。
ステップS250では、車両に搭載したカメラ22から供給される画像信号を読み込む。
ステップS260(障害物検知手段)では、画像信号を処理して歩行者や車等の障害物の有無を認識する。ここで、本ステップにおける画像処理演算の詳細について図7に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップS261では、読み込んだ画像信号に歩行者や車等の対象(障害物)を検出しやすくするための前処理が施される。この前処理は、画像信号に対してコントラストの大きな部分を抽出するエッジ抽出処理、及び抽出されたエッジ画像に対して道路上の微細な物体によって生じるエッジ成分を除去するための粒子除去処理などである。
ステップS262では、道路上に存在する障害物の検出が行われる。ステップS261の前処理により粒子除去がなされているので、画像の中で走行車線内に存在する白線以外のエッジ成分が多い領域は、障害物として認識できる。さらに、認識した障害物と車両との相対的な位置も検出される。
ステップS263では、ステップS262において認識された障害物の有無及び自車との相対的な位置情報を出力する。
図5に戻ってステップS270(旋回要求判断手段)では、ステップS260において出力された情報に基づいて車両の周囲に障害物が存在するか否かを判断する。障害物が存在すると判断されるとステップS280へ進み、障害物が存在してないと判断されると処理を終了する。
ステップS280(目標旋回量変更手段)では、目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを再演算する。初めに、障害物と自車との相対的な位置情報、車速VSP及びステアリング操作角δに基づいて障害物を回避可能なヨーレートγ_blockを演算し、これを目標ヨーレートtγとする。次に、ヨーレートγ_blockを実現する前後輪及び左右輪の駆動力配分の中から、配分後の各輪のタイヤ負荷率Liが最も平均化される車体滑り角β_blockを演算し、これを目標車体滑り角tβとする。
ここで、β_blockを演算する方法について図8のマップを用いて説明する。図8は図6と同様に、車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δをそれぞれある値に設定し、駆動力の前輪配分率及び左右駆動力差を変化させて各輪に配分した場合における車両のヨーレートγ及び車体滑り角βの変化を演算した結果の一例である。
上記の演算を車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δを変化させて演算し、各ヨーレートγを実現する前後及び左右駆動力配分の組み合わせデータ、並びに各車体滑り角βを実現する前後及び左右駆動力配分の組み合わせデータを予めマップ演算しておく。さらに、配分後の各輪のタイヤ負荷率Li(i=fr,fl,rr,rl、以下同様)が最も平均化される前後及び左右駆動力配分の組み合わせデータとその組み合わせに対応する各車体滑り角データを、各ヨーレートγに対応して予めマップ演算しておく。ここで、各輪のタイヤ負荷率Liは以下の(1)〜(4)式に従って演算される。
Lfr=(Fxfr2+Fyfr2)1/2/μ*Wfr ・・・式(1)
Lfl=(Fxfl2+Fyfl2)1/2/μ*Wfl ・・・式(2)
Lrr=(Fxrr2+Fyrr2)1/2/μ*Wrr ・・・式(3)
Lrl=(Fxrl2+Fyrl2)1/2/μ*Wrl ・・・式(4)
ここで、Lfrは右前タイヤ負荷率、Lflは左前タイヤ負荷率、Lrrは右後タイヤ負荷率、Lrlは左後タイヤ負荷率、Fxiは各輪の前後力、Fyiは横力、Wiは各輪の接地荷重、μは路面摩擦係数である。
本発明では、以下の(5)式を用い、各タイヤ負荷率Liの最大値と最小値の差が最小になる駆動力配分を、各タイヤ負荷率Liが最も平均化される前後及び左右駆動力配分の組み合わせとして予め演算する。
Min[Max(Lfr,Lfl,Lrr,Lrl)−Min(Lfr,Lfl,Lrr,Lrl)] ・・・・・式(5)
またここで、各タイヤ負荷率Liが最も平均化される前後および左右駆動力配分の組み合わせの演算について、各輪のタイヤ負荷率Liの最大値が最小になる前後及び左右駆動力配分、各輪のタイヤ負荷率Liの最小値が最大になる前後及び左右駆動力配分、各輪のタイヤ負荷率Liの2乗平均値が最小になる前後及び左右駆動力配分を使用してもよい。
さらに、タイヤ負荷率Liは路面摩擦係数μに依存しているので、路面摩擦係数μに応じて各輪のタイヤ負荷率Liが最も平均化される前後及び左右駆動力配分の組み合わせを演算する。
またここで、タイヤの滑り角特性が路面摩擦係数μに対して相似であれば、路面摩擦係数μの変化に応じてタイヤ負荷率Liは変化するが、各輪のタイヤ負荷率の大小関係は変わらないので、路面摩擦係数μを1として各輪のタイヤ負荷率Liを演算してもよい。
次にステップS300の詳細な制御内容について図9に示すフローチャートに従って説明する。
ステップS310では車速VSP、ステップS320では要求駆動力Fsd、ステップS330ではステアリング操作角δをそれぞれ読み込む。
ステップS340では、ステップS200において演算した目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを読み込む。
ステップS350では、車速VSP、要求駆動力Fsd及びステアリング操作角δの場合において目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを実現する前後及び左右駆動力配分を図8のマップを参照して演算する。すなわち、図8のマップにおいてヨーレートγが目標ヨーレートtγであって、車体滑り角βが目標車体滑り角tβとなる点Bにおける前後及び左右駆動力配分を検索する。
次にステップS400の詳細な制御内容について図10に示すフローチャートに従って説明する。
ステップS410では、ステップS350において演算した駆動力配分データを読み込む。
ステップS420では、S401で読み込んだ駆動力配分データに基づいて第2モータ及び第3モータのモータトルク指令値を演算する。まず、後輪配分駆動力と左右駆動力差に基づいて駆動輪10aに伝達する駆動力F_Rと駆動輪10bに伝達する駆動力F_Lを演算する。この駆動力F_Rに駆動輪10aのタイヤ半径を乗算し、さらに減速装置9aの減速比を除算して第2モータ4へ配分するトルク指令値tTm2を演算する。同様にして、駆動力F_Lに駆動輪のタイヤ半径を乗算し、さらに減速装置9bの減速比を除算して第3モータ5へ配分するトルク指令値tTm3を演算する。
ステップS430では、S410で読み込んだ駆動力配分データの前輪配分駆動力に駆動輪8のタイヤ半径を乗算し、さらに減速装置7の変速比及び変速機6の変速比を除算してエンジン1のトルク指令値tTeを演算する。
以上のように本実施形態では、運転者によるステアリング操作量に加えて車両の進行方向前方の道路状況に基づいて目標旋回量を演算するので、様々な種類の旋回要求に対してヨーレートγ及び車体滑り角βを制御でき、所望の車両特性を実現することができる。
また、カメラ22によって車両の進行方向前方の画像情報を取得し、画像信号を処理して歩行者や車等の障害物の有無及び車両と障害物との相対的な位置を認識するので、車両が障害物を回避できるようにより正確に目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを演算することができる。
さらに、障害物があると判定されたとき、ヨーレートγ_blockを実現する前後輪及び左右輪の駆動力配分の中から、配分後の各輪のタイヤ負荷率Liが最も平均化される車体滑り角β_blockを演算し、これを目標車体滑り角tβとするので、特に旋回要求が大きいときに車両挙動の安定性を確保することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、車両の全体構成は第1実施形態と同一であり、第1実施形態のステップS200に対応する目標旋回量の演算制御の一部が異なる。以下、図11のフローチャートを参照して本実施形態における目標旋回量の演算制御について説明する。なお、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
ステップS1210〜S1250については第1実施形態と同一である。
ステップS1260(車線逸脱検知手段)では、画像信号を処理して車両の走行する走行レーンを区画するセンターラインや白線の情報を認識する。ここで、本ステップにおける画像処理演算の詳細について図12に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップS1261では、読み込んだ画像信号にセンターラインや白線を検出しやすくするための前処理が施される。この前処理はステップS261と同様に、画像信号に対してコントラストの大きな部分を抽出するエッジ抽出処理、及び抽出されたエッジ画像に対して道路上の微細な物体によって生じるエッジ成分を除去するための粒子除去処理などである。
ステップS1262では、前処理された画像から白線が検出され、検出された白線情報に基づいて白線に対する車両の左右方向の相対位置を認識する。
ステップS1263では、ステップS1262において認識された白線に対する車両の相対的な位置情報を出力する。
図11に戻ってステップS1270では、ステップS1260において演算された情報に基づいて車両が車線を逸脱しているか否かを判断する。車線を逸脱していると判断されるとステップS1280へ進み、逸脱していないと判断されると処理を終了する。
ステップS1280では、目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを再演算する。初めに白線に対する車両の左右方向の逸脱量、車速VSP及びステアリング操作角δに基づいて逸脱量を補正するヨーレートγ_deltaを演算する。ステップS1240で演算したヨーレートγ_strにヨーレートγ_deltaを加算した値γ_laneを目標ヨーレートtγとする。
次に、ヨーレートγ_laneを実現する前後及び左右駆動力配分の中から、前後駆動力配分率がステップS1240で演算したヨーレートγ_str及び車体滑り角β_strを実現する前後駆動力配分率と同一になる駆動力配分の車体滑り角データを図13のマップを参照して読み込み、この車体滑り角β_laneを目標車体滑り角tβとする。
その後、第1実施形態と同様に目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを実現するように前後及び左右駆動力配分を演算し、各モータ3〜5及びエンジン1のトルク並びに変速機6の変速比を制御する。
以上のように本実施形態では、カメラ22によって車両の進行方向前方の画像情報を取得し、画像信号を処理して白線が検出され、検出された白線情報に基づいて白線に対する車両の左右方向の相対位置を認識するので、車両が車線を逸脱しないようにより正確に目標ヨーレートtγ及び目標車体滑り角tβを演算することができる。
また、車両が車線を逸脱していると判定されたとき、ヨーレートγ_laneを実現する前後及び左右駆動力配分の中から、前後駆動力配分率がステップS1240で演算したヨーレートγ_str及び車体滑り角β_strを実現する前後駆動力配分率と同一になる駆動力配分の車体滑り角β_laneを目標車体滑り角tβとするので、車両の旋回特性の変化による運転者の違和感を低減することができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
本実施形態における車両の駆動力制御装置を示す全体構成図である。 本実施形態における車両の駆動力制御装置の制御を示すフローチャートである。 要求駆動力Fsdの演算制御を示すフローチャートである。 車速VSP、アクセル開度及び要求駆動力Fsdの関係を示すマップである。 目標旋回量の演算制御を示すフローチャートである。 駆動力配分及び車両挙動の関係を示すマップである。 画像処理の演算制御を示すフローチャートである。 車体滑り角の演算方法について説明したマップである。 駆動力配分の演算制御を示すフローチャートである。 各指令値の演算制御を示すフローチャートである。 第2実施形態における目標旋回量の演算制御を示すフローチャートである。 第2実施形態における画像処理の演算制御を示すフローチャートである。 車体滑り角の演算方法について説明したマップである。
符号の説明
1 エンジン
2 クラッチ
3 第1モータ
4 第2モータ
5 第3モータ
6 変速機
7 減速装置
8 駆動輪
9a 減速装置
9b 減速装置
10a 駆動輪
10b 駆動輪
11 蓄電装置
12 エンジンコントローラ
13 統合コントローラ
14 変速機コントローラ
15 第1モータコントローラ
16 第2モータコントローラ
17 第3モータコントローラ
18 蓄電装置コントローラ
19 車輪速センサ
20 ステアリング角センサ
21 アクセルペダル操作量センサ
22 カメラ

Claims (4)

  1. 複数のモータによって車両の前後輪及び左右輪の駆動力配分を制御可能な車両の駆動力制御装置において、
    運転者の要求駆動力を演算する要求駆動力演算手段と、
    運転者のステアリング操作量に基づいて第1の目標ヨーレート及び第1の目標車体滑り角を演算して前記車両の目標旋回量とする目標旋回量演算手段と、
    前記車両の進行方向前方の道路状況に基づいて前記車両の旋回要求があるか否かを判断する旋回要求判断手段と、
    前記旋回要求判断手段によって前記車両の旋回要求があると判断されたとき、前記道路状況、前記第1の目標ヨーレート及び前記第1の目標車体滑り角に基づいて第2の目標ヨーレート及び第2の目標車体滑り角を演算し、前記目標旋回量を前記第2の目標ヨーレート及び前記第2の目標車体滑り角に変更する目標旋回量変更手段と、
    前記要求駆動力及び前記目標旋回量を実現する前記前後輪及び左右輪の駆動力配分を演算する駆動力配分演算手段と、
    前記駆動力配分に基づいて前記複数のモータのトルクを制御するトルク制御手段と、
    を備え
    前記目標旋回量変更手段は、前記旋回要求判断手段によって前記車両の旋回要求があると判断されたとき、前記車体の各輪のタイヤ負荷率を平均化させるように前記第2の目標車体滑り角を演算する、
    ことを特徴とする車両の駆動力制御装置。
  2. 前記車両の進行方向前方の画像情報を取得し、前記画像情報に基づいて障害物を検知し、障害物との距離を演算する障害物検知手段をさらに備え、
    前記旋回要求判断手段は、前記障害物が検知されたとき前記車両の旋回要求があると判断することを特徴とする請求項1に記載の車両の駆動力制御装置。
  3. 複数のモータによって車両の前後輪及び左右輪の駆動力配分を制御可能な車両の駆動力制御装置において、
    運転者の要求駆動力を演算する要求駆動力演算手段と、
    運転者のステアリング操作量に基づいて第1の目標ヨーレート及び第1の目標車体滑り角を演算して前記車両の目標旋回量とする目標旋回量演算手段と、
    前記車両の進行方向前方の道路状況に基づいて前記車両の旋回要求があるか否かを判断する旋回要求判断手段と、
    前記旋回要求判断手段によって前記車両の旋回要求があると判断されたとき、前記道路状況、前記第1の目標ヨーレート及び前記第1の目標車体滑り角に基づいて第2の目標ヨーレート及び第2の目標車体滑り角を演算し、前記目標旋回量を前記第2の目標ヨーレート及び前記第2の目標車体滑り角に変更する目標旋回量変更手段と、
    前記要求駆動力及び前記目標旋回量を実現する前記前後輪及び左右輪の駆動力配分を演算する駆動力配分演算手段と、
    前記駆動力配分に基づいて前記複数のモータのトルクを制御するトルク制御手段と、
    を備え、
    前記目標旋回量変更手段は、前記旋回要求判断手段によって前記車両の旋回要求があると判断されたとき、前記第2の目標ヨーレートを実現しながら前記第1のヨーレート及び前記第1の目標車体滑り角を実現するように前記第2の車体滑り角を演算する、
    ことを特徴とする車両の駆動力制御装置。
  4. 前記車両の進行方向前方の画像情報を取得し、前記画像情報に基づいて前記車両が道路の車線を逸脱していることを検知する車線逸脱検知手段をさらに備え、
    前記旋回要求判断手段は、前記車両による車線の逸脱が検知されたとき前記車両の旋回要求があると判断することを特徴とする請求項3に記載の車両の駆動力制御装置。
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