JP5299256B2 - 車両用左右駆動力調整装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用左右駆動力調整装置の制御装置に関する。

従来から、車両の左右輪の駆動力を調整する車両用左右駆動力調整装置が知られている。車両用左右駆動力調整装置は、例えば、左右輪の間にデファレンシャル・ギアと駆動力調整機構とを有している。駆動力調整機構の１つとして、電動モータと歯車機構とを有する電動アクティブ・ヨー・コントロール（以降、電動ＡＹＣと呼ぶ。）が知られており、制御装置により電動モータを制御することで、左右輪への駆動力の配分を調整している。そして、上記制御装置では、電動モータのモータトルクの差動制限を行うことで、車両姿勢の安定性向上を図っており、例えば、特許文献１の技術が知られている。

特開２００６−０４６４９５号公報

特許文献１（特に、段落００４６〜００５０、図１２等参照）では、モータトルクの差動制限を行う方法として、モータ電流から計算した実トルクＴ_realと差動制限トルクＴ_limとを比較し、実トルクＴ_realの方が大きい場合には、モータ電流を徐々に低減するようにしている。この方法では、前回演算した制御量を基に電動モータを制御し、電動モータを制御した結果生じたモータ電流から実トルクＴ_realを求め、その実トルクＴ_realと差動制限トルクＴ_limとを比較している。つまり、この方法において、差動制限トルクＴ_limは絶対的な制限値として機能しておらず、実トルクＴ_real≧差動制限トルクＴ_limとなった後に（一旦、オーバーシュートした後に）、モータ電流を徐々に低減する制御を始めているため、実トルクＴ_realが差動制限トルクＴ_limを大幅に越える場合がある（後述の図５（ａ）、（ｂ）のグラフ参照）。

そして、差動制限トルクＴ_limより実トルクＴ_realの方が大きい場合には、モータ電流を徐々に低減するようにしているが、その制御の際の電流減少勾配が小さい場合、実モータ電流は目標への収束が遅くなり、引きずりが発生し、フィーリングや燃費の悪化が懸念される。例えば、図５（ａ）に、機械式差動制限装置と電動ＡＹＣ（電動モータの電流減少勾配が小さい場合）との比較を示すが、左右輪の回転数差（実線のグラフ）に対する機械式差動制限装置の差動トルクの変化（点線のグラフ）に対して、電動ＡＹＣの差動トルクの変化（一点鎖線のグラフ）には追従遅れが発生している。

一方、モータ電流の制御の際の電流減少勾配が大きい場合、目標モータ電流に振動が発生し、目標モータ電流の振動によりトルク変動が発生する。この結果、車両に振動が発生し、フィーリングの悪化や異音の発生が懸念される。例えば、図５（ｂ）に、機械式差動制限装置と電動ＡＹＣ（電動モータの電流減少勾配が大きい場合）との比較を示すが、左右輪の回転数差（実線のグラフ）に対する機械式差動制限装置の差動トルクの変化（点線のグラフ）に対して、電動ＡＹＣの差動トルクの変化（一点鎖線のグラフ）には振動が発生している。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、制御の収斂性、応答性を向上させて、車両姿勢の安定性を向上させる車両用左右駆動力調整装置の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置は、
車両の左右輪にトルク差を発生させるモータを有し、前記モータを用いて、車両の姿勢制御を行う車両用左右駆動力調整装置と、
前記モータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記左右輪間の実回転数差を検出すると共に、前記車両の車速及び操舵角に基づいて、目標回転数差を演算し、
前記実回転数差を前記目標回転数差に追従させる目標トルク差を演算し、
運転者の操作状態に基づいて、前記目標トルク差の最大値を制限する最大差動制限トルクを演算し、
前記目標トルク差の絶対値の上限値を前記最大差動制限トルクで制限した制限トルク差を演算し、
前記制限トルク差となるように、前記モータを制御して、差動制限を行うことを特徴とする。

つまり、第１の発明においては、上記構成を有する車両用左右駆動力調整装置の制御装置（電動ＡＹＣ）において、モータを制御する制御値（制限トルク差）を出力する前の段階で、目標トルク差の絶対値の上限値をトルク差上限値で制限し、制限したものを上記制御値（制限トルク差）としているので、上記制御値（制限トルク差）を越える制御値を出力することはなく、機械式差動制限装置（例えば、電子制御ＬＳＤ（Limited Slip Differential Gear）等）と同様の差動制限を行うことができる。

上記課題を解決する第２の発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置は、
上記第１の発明に記載の車両用左右駆動力調整装置の制御装置において、
前記制御装置は、
前記最大差動制限トルクを、運転者の加速要求の増加に応じて、当該最大差動制限トルクが増加する第１のマップを用いて演算し、
前記最大差動制限トルクを補正する補正係数を、前記操舵角の絶対値の増加に応じて、当該補正係数が１から０へ減少する第２のマップを用いて演算し、
前記最大差動制限トルクと前記補正係数とを積算して、前記目標トルク差を制限するトルク差上限値を演算し、
前記目標トルク差の絶対値の上限値を前記トルク差上限値で制限して、前記制限トルク差を演算することを特徴とする。

本発明によれば、ハイゲインの追従制御を行って、目標回転数差に対する目標トルク差を算出しても、算出した目標トルク差の上限を制限し、制限したトルク差に基づくモータトルクを用いて、モータを制御するので、モータトルクの応答性、目標値への収斂性が向上し、安定性の向上やトラクション性能の向上を図ることができる。その結果、電子制御ＬＳＤで実施するプリロード（イニシャルトルク）制御と同等の効果が期待でき、又、目標回転数差を０とする場合にも、電子制御ＬＳＤと同様の効果が得られるため、直進安定性が向上する。

又、本発明によれば、車速及び操舵角から演算した目標回転数差を用いるので、目標車体姿勢から実車体姿勢がずれた分だけ差動制限のトルク差が作用し、スムーズな旋回と優れた安定性を両立することができる。

本発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置の実施形態の一例を説明する概略構成図である。 図１に示した車両用左右駆動力調整装置の制御装置を説明するブロック図である。 図１に示した車両用左右駆動力調整装置の制御装置で用いるマップであり、（ａ）は駆動トルクに対する最大差動制限トルクを演算するものであり、（ｂ）は操舵角に対する補正係数を演算するものである。 図１に示した車両用左右駆動力調整装置の制御装置におけるフローチャートである。 機械式差動制限装置と電動ＡＹＣとの差動トルクの比較を示すグラフであり、（ａ）は、電動モータの電流減少勾配が小さい場合、（ｂ）は、電動モータの電流減少勾配が大きい場合である。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置の実施形態の一例を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例の車両用左右駆動力調整装置の制御装置を説明する概略構成図である。又、図２は、図１に示した制御装置を説明するブロック図であり、図３は、図１に示した制御装置で用いるマップであり、図４は、図１に示した制御装置におけるフローチャートである。

車両用左右駆動力調整装置は、図１に示すように、エンジンやモータ等の原動機１１からの出力を左輪１２及び右輪１３に駆動力として伝達すると共に、左輪１２と右輪１３との回転数差を調整するデファレンシャル・ギア１４と、左輪１２及び右輪１３への駆動力の配分を調整する駆動力調整機構１５とを、左輪１２と右輪１３との間に有している。駆動力調整機構１５は、出力トルクにより左輪１２と右輪１３との間にトルク差を発生させる電動モータ１６と歯車機構１７とを有しており、電動モータ１６は、ＥＣＵ（制御装置）２０により制御される。これは、所謂、電動ＡＹＣと呼ばれるものであり、車両の姿勢制御のために、ヨーモーメントを発生させるアクチュエータとして機能し、ＥＣＵ２０により電動モータ１６を制御することで、左輪１２及び右輪１３への駆動力の配分を調整している。

なお、上記デファレンシャル・ギア１４としては、例えば、ベベルギア式のものを用いているが、デファレンシャル・ギア１４の構成自体は、本発明と直接関係する部分ではないので、その詳細な説明は省略する。

又、上記歯車機構１７は、電動モータ１６と共に、左輪１２と右輪１３とに伝達される駆動力の配分量を調整するものであるが、歯車機構１７の構成自体も、本発明と直接関係する部分ではないので、その詳細な説明は省略する。

又、制御対象となる左輪１２、右輪１３は、前輪のみでも、後輪のみでも、そして、四輪全部でも構わないが、本実施例では、制御対象を後輪のみとして説明を行う。

次に、図２、図３も参照して、ＥＣＵ２０の機能を説明する。

ＥＣＵ２０は、目標回転数差追従制御部Ｂ１（目標回転数差演算手段Ｂ２、実左右輪回転数差検出手段Ｂ３、目標回転数差追従制御手段Ｂ４）と、トルク差上限値演算手段Ｂ５と、リミッタＢ６と、トルク差・モータトルク変換手段Ｂ７と、モータ制御手段Ｂ８とを有する。

目標回転数差演算手段Ｂ２では、車両状態や運転者の操作状態に応じて、目標回転数差を演算している。具体的には、車速を検出する車速センサ、ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサ（共に図示省略）で検出された車速、操舵角に基づき、下記式に示すように、車速、操舵角を変数とする関数Ｆ１により目標回転数差を求める。
目標回転数差＝Ｆ１（車速、操舵角）
なお、直進状態のとき、目標回転数差は、０となる。

実左右輪回転数差検出手段Ｂ３では、車両の左輪１２と右輪１３との回転数差を検出している。具体的には、各輪の車輪速センサ（図示省略）で検出された実左輪回転数及び実右輪回転数に基づき、下記式に示すように、実右輪回転数と実左輪回転数との差分により実左右輪回転数差を求める。
実左右輪回転数差＝実右輪回転数−実左輪回転数
又、電動モータ１６で検出された実モータ回転数に基づき、下記式に示すように、実左右輪回転数差を求めるようにしてもよい。
実左右輪回転数差＝実モータ回転数×係数

目標回転数差追従制御手段Ｂ４では、実左右輪回転数差を目標回転数差へ追従制御させるための目標トルク差を演算している。具体的には、目標回転数差演算手段Ｂ２で求めた目標回転数差と実左右輪回転数差検出手段Ｂ３で求めた実左右輪回転数差との偏差に基づき、下記式に示すように、ＰＩＤ制御により目標トルク差を求める。
目標トルク差＝ＰＩＤ（目標回転数差−実左右輪回転数差）
なお、目標トルク差は、ＰＩＤ制御に限らず、他の制御方法、例えば、Ｈ∞制御、ファジィ制御等により求めるようにしても良い。但し、本実施例では、どのような制御を用いた場合でも、応答性を高くするため、そのゲインを高く設定している。

従って、目標回転数差追従制御部Ｂ１では、目標回転数差と実左右輪回転数差とに基づき、目標トルク差を求めており、そして、求めた目標トルク差が、後述するトルク差上限値演算手段Ｂ５で求められたトルク差上限値により制限されることになる。

トルク差上限値演算手段Ｂ５では、車両状態や運転者の操作状態に基づいて、目標回転数差追従制御部Ｂ１で算出された目標トルク差に対するトルク差上限値を演算している。具体的には、図３（ａ）、（ｂ）に示すマップを用いて、トルク差上限値が演算される。

図３（ａ）に示すマップ１（第１のマップ）は、運転者の加速要求となる駆動トルクに基づいて、目標トルク差の最大値を制限する最大差動制限トルクを演算するマップであり、駆動トルク（例えば、エンジン出力トルク×総減速比）の増加に比例して、最大差動制限トルクを増加させている。又、後述の図３（ｂ）のマップ２に示すように、操舵角の絶対値が０のとき、この最大差動制限トルクに対する補正係数は１である。そして、図３（ａ）に示すマップ１は、操舵角の絶対値が０のときのものであり、目標トルク差を制限する最大値となる。なお、駆動トルクは、既知の方法を用いて、求めればよい。

なお、駆動トルクに代えて、運転者の加速要求となるアクセル開度に基づいて、最大差動制限トルクを演算してもよく、その場合のマップも、アクセル開度の増加に比例して、最大差動制限トルクを増加させている。アクセル開度は、アクセル開度センサ（図示省略）を用いて検出する。

図３（ｂ）に示すマップ２（第２のマップ）は、操舵角センサで検出した操舵角に基づいて、マップ１で演算した最大差動制限トルクを補正する補正係数を演算するマップであり、操舵角の絶対値の増加に比例して、補正係数を１から０へ減少させており、操舵角の絶対値が所定の値より大きい場合は、補正係数を０としている。

そして、トルク差上限値演算手段Ｂ５では、下記式に示すように、マップ１で演算した最大差動制限トルクにマップ２で演算した補正係数を積算することで、トルク差上限値を求めている。
トルク差上限値＝（ＭＡＰ１の最大差動制限トルク）×（ＭＡＰ２の補正係数）

リミッタＢ６では、目標回転数差追従制御部Ｂ１から入力された目標トルク差の絶対値を、トルク差上限値演算手段Ｂ５で演算されたトルク差上限値に基づいて制限し、出力している。具体的には、以下の式を用いて、目標トルク差の絶対値の上限をトルク差上限値で制限したリミッタ出力（制限トルク差）を演算している。
リミッタ出力＝ｍａｘ｛（−トルク差上限値）、ｍｉｎ（トルク差上限値、目標トルク差）｝

トルク差・モータトルク変換手段Ｂ７では、リミッタＢ６から出力されたリミッタ出力（制限トルク差）を、以下の式を用いて、モータトルクに変換している。
モータトルク＝リミッタ出力×変換係数
変換係数としては、例えば、［１／（２Ｇ）］を用いる。ここで、Ｇは、モータ回転数Ｎ_m及び左右輪の回転数差ΔＮを用いて、Ｇ＝Ｎ_m／ΔＮで表される。

モータ制御手段Ｂ８では、変換されたモータトルクとなるように、電動モータ１６を制御する。本実施例では、上記モータトルクを用いて、電動モータ１６を制御することにより、車両の姿勢制御の際の差動制限を行うことになる。

ここで、図４に示すフローチャートに沿って、図１〜図３も参照して、ＥＣＵ２０における差動制限の制御手順の概略を説明する。

実左輪回転数及び実右輪回転数、又は、実モータ回転数を検出する（ステップＳ１；図２の実左右輪回転数差検出手段Ｂ３参照）。

ステップＳ１で検出した実左輪回転数及び実右輪回転数、又は、実モータ回転数を用いて、実左右輪回転数差を演算する（ステップＳ２；図２の実左右輪回転数差検出手段Ｂ３参照）。

車両状態（車速）や運転者の操作状態（操舵角）に基づき、目標回転数差を演算する（ステップＳ３；図２の目標回転数差演算手段Ｂ２参照）。

ステップＳ２で演算した実左右輪回転数差と、ステップＳ３で演算した目標回転数差に基づき、それらの偏差を演算する（ステップＳ４；図２の目標回転数差追従制御手段Ｂ４参照）。

ステップＳ４で演算した偏差を用いて、実左右輪回転数差を目標回転数差へ追従制御させるための目標トルク差を演算する（ステップＳ５；図２の目標回転数差追従制御手段Ｂ４参照）。例えば、ＰＩＤ制御により目標トルク差を求めればよい。

運転者の操作状態（駆動トルク（又はアクセル開度）、操舵角）に基づいて、ステップＳ５で演算された目標トルク差に対するトルク差上限値を演算する（ステップＳ６；図２のトルク差上限値演算手段Ｂ５及び図３（ａ）、（ｂ）のマップ１、２参照）。このとき、駆動トルク又はアクセル開度に基づいて、目標トルク差の最大値を制限する最大差動制限トルクを演算し、操舵角に基づいて、最大差動制限トルクを補正する補正係数を演算し、最大差動制限トルクに補正係数を積算することで、トルク差上限値を求めている。

ステップＳ５で演算された目標トルク差値の絶対値を、ステップＳ６で演算されたトルク差上限値以下に制限するリミッタ処理を行う（ステップＳ７；図２のリミッタＢ６参照）。

リミッタ処理されたトルク差（制限トルク差）を、電動モータ１６で出力するモータトルクに変換する（ステップＳ８；図２のトルク差・モータトルク変換手段Ｂ７参照）。

ステップＳ８で変換したモータトルクを出力するように、電動モータ１６を制御して、車両の姿勢制御の際の差動制限を行う（ステップＳ９；図２のモータ制御手段Ｂ８参照）。

上述した制御により、ハイゲインの追従制御を行って、目標回転数差に対する目標トルク差を算出しても、算出した目標トルク差の上限を制限し、制限したトルク差に基づくモータトルクを用いて、電動モータ１６を制御するので、モータトルクの応答性、目標値への収斂性が向上し、安定性の向上やトラクション性能の向上を図ることができる。その結果、電子制御ＬＳＤで実施するプリロード制御と同等の効果が期待でき、又、目標回転数差を０とする場合にも、電子制御ＬＳＤと同様の効果が得られるため、直進安定性が向上する。つまり、電動ＡＹＣにおいて、電子制御ＬＳＤ等の機械式差動制限装置と同様の差動制限を行うことができ、本実施例の上記制御では、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示した機械式差動制限装置の差動トルク（点線のグラフ参照）のような制御を行うことができる。

又、上述した制御では、車速及び操舵角から演算した目標回転数差を用いるので、目標車体姿勢から実車体姿勢がずれた分だけ差動制限のトルク差が作用し、スムーズな旋回と優れた安定性を両立することができる。

本発明は、電動モータを用いて、車両の左右輪の駆動力を調整する車両用左右駆動力調整装置の制御装置に好適なものである。

１１ 原動機
１２ 左輪
１３ 右輪
１４ デファレンシャル・ギア
１５ 駆動力調整機構
１６ 電動モータ
１７ 歯車機構
２０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 車両の左右輪にトルク差を発生させるモータを有し、前記モータを用いて、車両の姿勢制御を行う車両用左右駆動力調整装置と、
   前記モータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記左右輪間の実回転数差を検出すると共に、前記車両の車速及び操舵角に基づいて、目標回転数差を演算し、
   前記実回転数差を前記目標回転数差に追従させる目標トルク差を演算し、
   運転者の操作状態に基づいて、前記目標トルク差の最大値を制限する最大差動制限トルクを演算し、
   前記目標トルク差の絶対値の上限値を前記最大差動制限トルクで制限した制限トルク差を演算し、
   前記制限トルク差となるように、前記モータを制御して、差動制限を行うことを特徴とする車両用左右駆動力調整装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用左右駆動力調整装置の制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記最大差動制限トルクを、運転者の加速要求の増加に応じて、当該最大差動制限トルクが増加する第１のマップを用いて演算し、
   前記最大差動制限トルクを補正する補正係数を、前記操舵角の絶対値の増加に応じて、当該補正係数が１から０へ減少する第２のマップを用いて演算し、
   前記最大差動制限トルクと前記補正係数とを積算して、前記目標トルク差を制限するトルク差上限値を演算し、
   前記目標トルク差の絶対値の上限値を前記トルク差上限値で制限して、前記制限トルク差を演算することを特徴とする車両用左右駆動力調整装置の制御装置。

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