JP5348328B2 - 車両の制駆動力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の各車輪で発生させる駆動力または制動力を個別に制御する車両の制駆動力制御装置に関する。
近年、電気自動車の一形態として、バネ下となる車輪のホイール内部もしくはその近傍に電動機（モータ）を配置し、この電動機により車輪を直接駆動する、所謂、インホイールモータ方式の車両が開発されている。このインホイールモータ方式の車両においては、車輪ごとに設けた電動機を個別に回転制御する、すなわち、各電動機を個別に駆動（力行）制御または回生制御することにより、車両の走行状態に応じて各車輪に付与する駆動力または制動力を個別に制御することができる。
このようなインホイールモータ方式の車両に関し、例えば、下記特許文献１には、路面の段差等を通過するときに発生するピッチ挙動に伴う車両の上下方向の振動を抑制するために、各車輪に異なる制駆動力を付与して、車両の重心回りに生じるピッチモーメントを低減する車両の制駆動力制御装置が示されている。
また、下記特許文献２には、タイヤ外径に対するホイールリム部の最小径部分の径を十分に取って出力の大きなモータを搭載可能にするとともに、振動乗り心地性・大入力による耐衝撃性を確保する上での縦バネ性能を、同一サイズの通常の断面形状を有するタイヤに比較して、大きく低減することができるインホイールモータシステムが示されている。
特開２００７−１１８８９８号公報 特開２００５−７５１８９号公報
ところで、一般に、車両が走行しているときに、路面からの入力によって車輪を構成するタイヤに撓みなどの変形が生じると、車輪に車両前後方向における振動（前後振動）が発生する。そして、この前後振動は車輪に対して発生する車両前後方向における力（前後力）に起因して発生するといわれている。
このような車輪に発生する前後力に関し、インホイールモータ方式の車両においては、車輪の回転慣性モーメントが通常の車両に比して大きいため、発生する前後力が大きくなる傾向にある。その結果、大きな前後振動が発生しやすく、車両の乗り心地が損なわれることが懸念される。
ところが、上記従来の車両の制駆動力制御装置においては、路面の段差等を通過するときに発生するピッチ挙動に伴う車両の上下方向の振動を抑制することは可能であっても、上記前後力すなわち前後振動を抑制する点は全く考慮されていない。また、上記従来のインホイールモータシステムにおいては、タイヤの縦バネ性能を低減することは可能であっても、やはり、上記前後力すなわち前後振動を抑制する点は全く考慮されていない。
したがって、インホイールモータ方式の車両においては、車輪に発生する前後振動を効果的に抑制して、車両の乗り心地を向上させることが必要である。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、各車輪で発生させる駆動力または制動力を個別に制御して、車輪を含むバネ下に発生する車両前後方向の振動を低減する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に、本発明の特徴は、前記制御手段が車両の車輪に独立して電磁的な駆動力または電磁的な制動力を発生する制駆動力発生機構と、前記駆動力発生機構を制御して前記車輪に独立した前記電磁的な駆動力または電磁的な制動力を発生させる制御手段とを備えた車両の制駆動力制御装置において、前記制御手段が、前記車輪を含む車両のバネ下における車両上下方向の上下加速度を検出するバネ下上下加速度検出手段と、前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度に基づいて、車両のバネ下に発生した車両前後方向の前後振動を推定する前後振動推定手段と、前記前後振動推定手段によって推定された前記前後振動を吸振する前後振動抑制力を演算する前後振動抑制力演算手段と、前記前後振動抑制力演算手段によって演算された前記前後振動抑制力に基づいて、前記制駆動力発生機構を作動させる制駆動力発生機構作動手段とを備えたことにある。
この場合、前記前後振動抑制力演算手段は、前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度を用いて前記前後振動抑制力を演算するとよい。また、この場合、前記制御手段が前記車輪の回転方向における速度を検出する車輪回転速度検出手段を備えており、前記前後振動抑制力演算手段は、前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度および前記車輪回転速度検出手段によって検出された前記車輪の回転方向における速度を用いて前記前後振動抑制力を演算するとよい。さらに、これらの場合、前記制御手段が車両の前記バネ下における車両前後方向の前後加速度を検出するバネ下前後加速度検出手段を備えており、前記前後振動抑制力演算手段は、前記バネ下前後加速度検出手段によって検出された前記前後加速度を用いて前記前後振動抑制力を演算するとよい。そして、この場合には、前記前後振動抑制力演算手段は、前記バネ下前後加速度検出手段からフィードバックによって前記検出された前記前後加速度を入力し、この入力した前記前後加速度を用いて前記前後振動抑制力を演算するとよい。
また、これらの場合において、前記前後振動推定手段は、前記前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度を用いて車両の前記バネ下に発生する車両前後方向における前後力を演算し、この演算した前後力に基づいて前記前後振動を推定するとよい。そして、この場合には、前記制駆動力発生機構作動手段は、前記前後振動推定手段によって演算された前記前後力から前記前後振動抑制力演算手段によって演算された前記前後振動抑制力を減じた値を用いて前記制駆動力発生機構を作動させるとよい。
これらによれば、制御手段が、例えば、制駆動力発生機構による電磁的な駆動力によって走行している車両のバネ下におけるバネ下上下加速度を検出し、この検出したバネ下上下加速度に基づいてバネ下に発生した前後振動を推定することができる。このとき、制御手段は、具体的には、バネ下上下加速度を用いてバネ下に発生した前後力を演算し、この演算した前後力に基づいて前後振動を推定することができる。
そして、制御手段は、推定した前後振動を吸振する前後振動抑制力を演算し、この演算した前後振動抑制力に基づいて制駆動力発生機構を作動させることができる。この場合、制御手段は、具体的には、バネ下上下加速度、バネ下上下加速度と車輪の回転方向における速度、および、バネ下前後加速度のうちの少なくとも一つを用いて前後振動抑制力を演算することができる。また、制御手段は、前後力を演算した場合には、この前後力から前後振動抑制力を減じた値を用いて制駆動力発生機構を作動させて、電磁的な駆動力または電磁的な制動力を発生させることができる。
このように、本発明の制駆動力制御装置によれば、車両のバネ下における前後振動を推定し、この前後振動を吸振する前後振動抑制力を演算し、この前後振動抑制力に基づいて制駆動力発生機構を作動させることができる。したがって、本発明の制駆動力制御装置によれば、車輪の回転慣性モーメントが大きくなる、例えば、インホイールモータ方式の車両であっても、車輪を含むバネ下に発生する前後振動を効果的に抑制することができて、車両の乗り心地を向上させることができる。
図１は、各実施形態に共通して車両の制駆動力制御装置を適用可能な車両の構成を概略的に示す概略図である。 図２は、路面からの入力による車両走行時のタイヤの変形を説明するための図である。 図３は、サスペンション機構のサスペンションジオメトリを説明するための図である。 図４は、本発明の第１実施形態および第３実施形態に共通の等価モデルを説明するための図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る概略的な演算ブロック図である。 図６は、前後力を低減することによって前後振動が低減されることを説明するための図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る等価モデルを説明するための図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る概略的な演算ブロック図である。 図９は、本発明の第３実施形態に係る概略的な演算ブロック図である。
ａ．第１実施形態
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、各実施形態に共通の車両の制駆動力制御装置が搭載される車両Ｖｅの構成を概略的に示している。
車両Ｖｅは、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４を備えている。そして、左右前輪１１，１２は、互いにまたはそれぞれ独立してサスペンション機構１５，１６を介して車両Ｖｅの車体Ｂｏに支持されている。また、左右後輪１３，１４は、互いにまたはそれぞれ独立してサスペンション機構１７，１８を介して車両Ｖｅの車体Ｂｏに支持されている。
ここで、サスペンション機構１５〜１８の構造については、本発明に直接関係しないため、その詳細な説明を省略するが、例えば、ショックアブソーバを内蔵したストラット、コイルスプリングおよびサスペンションアームなどから構成されるストラット型サスペンションや、コイルスプリング、ショックアブソーバおよび上下のサスペンションアームなどから構成されるウィッシュボーン型のサスペンションなどの公知のサスペンションを採用することができる。
左右前輪１１，１２のホイール内部には電動機１９，２０が組み込まれ、また、左右後輪１３，１４のホイール内部には電動機２１，２２が組み込まれており、それぞれ左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に動力伝達可能に連結されている。すなわち、電動機１９〜２２は、所謂、インホイールモータ１９〜２２であり、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４とともに車両Ｖｅのバネ下に配置されている。そして、各インホイールモータ１９〜２２の回転をそれぞれ独立して制御することにより、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に発生させる駆動力および制動力をそれぞれ独立して制御することができるようになっている。
これらの各インホイールモータ１９〜２２は、例えば、交流同期モータにより構成されている。そして、各インホイールモータ１９〜２２には、インバータ２３を介して、バッテリやキャパシタなどの蓄電装置２４の直流電力が交流電力に変換され、その交流電力が供給されるようになっている。これにより、各インホイールモータ１９〜２２は、駆動制御（または力行制御）されて、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に対して電磁的な駆動力を付与する。
また、各インホイールモータ１９〜２２は、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の回転エネルギーを利用して回生制御することができる。これにより、各インホイールモータ１９〜２２の回生・発電時には、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の回転（運動）エネルギーが各インホイールモータ１９〜２２によって電気エネルギーに変換され、その際に生じる電力（回生電力）がインバータ２３を介して蓄電装置２４に蓄電される。このとき、各インホイールモータ１９〜２２は、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に対して回生発電に基づく電磁的な制動力を付与する。
また、各輪１１〜１４と、これらに対応する各インホイールモータ１９〜２２との間には、それぞれ、ブレーキ機構２５，２６，２７，２８が設けられている。各ブレーキ機構２５〜２８は、例えば、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの公知の制動装置である。そして、これらのブレーキ機構２５〜２８は、例えば、図示を省略するマスタシリンダから圧送される油圧により、各輪１１〜１４に制動力を生じさせるブレーキキャリパのピストンやブレーキシュー（ともに図示省略）などを動作させるブレーキアクチュエータ２９に接続されている。
上記インバータ２３およびブレーキアクチュエータ２９は、各インホイールモータ１９〜２２の回転状態、および、ブレーキ機構２５〜２８の動作状態などを制御する電子制御ユニット３０にそれぞれ接続されている。したがって、各インホイールモータ１９〜２２、インバータ２３および蓄電装置２４は本発明の制駆動力発生機構を構成し、電子制御ユニット３０は、本発明の制御手段を構成する。
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするものであり、各種プログラムを実行して各インホイールモータ１９〜２２の作動を制御するものである。このため、電子制御ユニット２６には、アクセルペダルの踏み込み量（あるいは、角度や圧力など）から運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ３１、ブレーキペダルの踏み込み量（あるいは、角度や圧力など）から運転者のブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ３２、車両Ｖｅの車速Uを検出する車速センサ３３を含む各種センサからの各信号およびインバータ２３からの信号が入力されるようになっている。
このように、電子制御ユニット３０に対して上記各センサ３１〜３３およびインバータ２３が接続されて各信号が入力されることにより、電子制御ユニット３０は車両Ｖｅの走行状態を把握して制御することができる。
具体的には、電子制御ユニット３０は、アクセルセンサ３１およびブレーキセンサ３２から入力される信号に基づいて、運転者のアクセル操作量およびブレーキ操作量に応じた要求駆動力および要求制動力、すなわち、車両Ｖｅを走行または制動させるための総駆動力を演算することができる。また、電子制御ユニット３０は、インバータ２３から入力される信号（例えば、各インホイールモータ１９〜２２の駆動制御時に供給される電力量や電流値を表す信号）に基づいて、各インホイールモータ１９〜２２の出力トルク（モータトルク）をそれぞれ演算することができる。
これにより、電子制御ユニット３０は、インバータ２３を介して各インホイールモータ１９〜２２の回転をそれぞれ制御する信号やブレーキアクチュエータ２９を介して各ブレーキ機構２５〜２８の動作をそれぞれ制御する信号を出力することができる。したがって、電子制御ユニット３０は、アクセルセンサ３１およびブレーキセンサ３２から入力される信号に基づいて車両Ｖｅに要求される総駆動力を求め、その総駆動力を発生させるように各インホイールモータ１９〜２２の駆動・回生状態、および、ブレーキアクチュエータ２９すなわち各ブレーキ機構２５〜２８の動作をそれぞれ制御する信号を出力することにより、車両Ｖｅの走行状態を制御することができる。
ところで、一般に、走行中の車両においては、路面の表面形状に合わせて、回転する車輪およびサスペンション機構に対して路面から車両上下方向への入力があると、バネ下に車両前後方向の振動が発生し、乗り心地を悪化させる場合がある。すなわち、走行中の車両においては、図２に示すように、路面の表面形状に合わせて、回転する車輪を構成するタイヤが撓んで変形する。そして、このように路面からの入力によってタイヤが変形すると、図２に破線により示すように、タイヤの動荷重半径が静荷重半径に対して変動し、また、回転するタイヤの車輪角速度が変化するため、車両の車速が変化する。これにより、車両のバネ下に車両前後方向の振動が発生し、この前後振動が車体に伝達されることによって乗り心地が悪化する。
このように、前後振動が発生する場合には、バネ下である車輪に車両前後方向における力（前後力）が発生する。したがって、車両に発生する前後力が前後振動を発生させて乗り心地を悪化させるともいえる。ここで、車両に発生する前後力について説明しておく。
一般に、車両のバネ下が上下にストロークするときには、タイヤからサスペンション機構に前後力が入力され、また、車両のバネ下が上下にストロークすることによってサスペンション機構を構成するアブソーバが前後力を発生する。ここで、図３に示すような車両上下方向のｚ軸および車両前後方向のｘ軸で定められる座標系におけるサスペンション機構のサスペンションジオメトリを考える。
このようなサスペンション機構においては、そのサスペンションジオメトリから幾何学的に下記式１〜６が成立し、下記式７に従って前後力Fxを計算することができる。なお、下記式１〜７の導出については、図３に示すサスペンションジオメトリに基づいて周知の方法により幾何学的に導出することができるため、その説明を省略するが、特に、下記式１〜３は、後述する等価モデルに基づく制御において用いられる弾性主軸の剛性およびアブソーバ系の減衰性能（具体的には、ショックアブソーバの減衰係数やスプリングのバネ定数によって定まる減衰性能）を計算する式である。そして、下記の各諸元（図３参照）を決定することによって、下記式１〜６に従って計算される値はそれぞれが静的に定数として決定されるものである。
A，Bは弾性主軸の位置を決定する定数を表すものであり、β0は弾性主軸の傾きを表すものであり、Hはバネ下重心位置と弾性主軸との車両上下方向（ｚ軸方向）のずれ量を表すものであり、Kx0，Kz0，Kθ0はそれぞれ弾性主軸の軸線方向、曲げ方向、回転（θ）方向の主軸剛性を表すものである。また、Lはバネ下重心位置とアブソーバとの車両前後方向（ｘ軸方向）のずれ量を表すものであり、α0はアブソーバの傾きを表すものであり、Ks0はアブソーバ系の軸線方向における減衰性能を表すものである。
ただし、前記式７中におけるUは車両の車速を表すものであり、Pはドライビングスティフネス（例えば、タイヤ摩擦係数など）を表すものである。また、前記式７の右辺第１項におけるITはタイヤの慣性モーメントを表すものであり、r0は静荷重半径を表すものであり、KTXタイヤの車両前後方向（ｘ軸方向）におけるバネ定数を表すものであり、sはラプラス演算子を表すものである。また、前記式７の右辺第２項におけるWは車輪における垂直荷重を表すものであり、ω0は車輪角速度（より詳しくは、タイヤの角速度）を表すものであり、rは動荷重半径を表すものであり、ηはタイヤ動荷重半径変動量（rの変動量／r0の変動量）を表すものである。なお、前記式７の右辺第２項におけるz0は車両上下方向（ｚ軸方向）における路面の変位（例えば、1/f入力）を表すものであり、xは車両前後方向（ｘ軸方向）における変位を表すものであり、前記式７の右辺第２項においてそれぞれ１階微分されるものである。
したがって、前記式７に従って計算される前後力Fxを効果的に抑制すれば、車輪に発生する前後振動を抑制することができて、乗り心地を向上させることができる。特に、バネ下である左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４にインホイールモータ１９〜２２を備えた車両Ｖｅにおいては、各輪１１〜１４の回転慣性モーメントが大きくて前後力Fxが大きくなるため、大きな前後振動が発生しやすく、この発生した前後振動によって乗り心地が悪化しやすい傾向にある。このため、前後力Fxを効果的に抑制することにより、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。
ところで、前後力Fxについては、上述したようにサスペンションジオメトリに基づいて前記式７に従って計算することに代えて、図３に示したモデルと等価となる図４に示す等価モデルを用いて計算することもできる。このように、図４に示す等価モデルを用いた場合には、一般に、下記式８，９に示す運動方程式が成立する。
ただし、前記式８中のmはバネ下の質量を表すものであり、KTはタイヤの車両上下方向（ｚ軸方向）のバネ定数を表すものである。また、前記式８，９中のzはバネ下重心位置におけるバネ下の車両上下方向（ｚ軸方向）の変位を表すものである。また、前記式８，９中のKsは前記式３に従って計算されるアブソーバ系の減衰性能を表すものである。さらに、前記式９中のKxは前記式２に従って計算される弾性主軸の剛性を表すものであり、αおよびβは図３に示したモデルにおけるα0およびβ0にそれぞれ対応するものである。
そして、電子制御ユニット３０は、上述した等価モデルを用いて計算される前後力Fxに基づき、この前後力Fxの発生を考慮して各インホイールモータ１９〜２２の出力トルクを制御する。以下、電子制御ユニット３０によるインホイールモータ１９〜２２の出力トルク制御を、図５に示す演算ブロック図を用いて詳細に説明する。
電子制御ユニット３０は、演算ブロック図１００に従ってインホイールモータ１９〜２２の出力トルクを制御するにあたり、まず、路面の車両上下方向（ｚ軸方向）の変位に相当する上下加速度成分Z0（以下、単に路面上下加速度Z0という）を入力する。なお、路面上下加速度Z0は、車両Ｖｅに搭載された各種センサ（例えば、上下加速度センサなど）の検出値に基づいて推定されるとよい。また、入力される路面上下加速度Z0については、必要に応じて、微分積分処理可能であることはいうまでもない。
そして、電子制御ユニット３０は、演算処理１０１にて、下記式１０に従って左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４を構成する図示しないタイヤに作用する車両前後方向の力（並進力）Fx00を計算する。
ただし、前記式１０におけるUは車速センサ３３によって検出された車両Ｖｅの車速を表すものであり、Z0は前記入力した路面上下加速度であり、1/h(s)は、下記式１１により表されるものである。
また、電子制御ユニット３０は、演算処理１０２にて、下記式１２に従ってバネ下の重心位置における左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の車両上下方向（ｚ軸方向）の変位に相当する上下加速度成分Z（以下、単にバネ下上下加速度Zという）を計算して検出する。したがって、演算処理１０２が本発明のバネ下上下加速度検出手段を構成する。なお、検出されるバネ下上下加速度Zについては、必要に応じて、微分積分処理可能であることはいうまでもない。
そして、電子制御ユニット３０は、バネ下上下加速度Zを計算（すなわち、検出）すると、演算処理１０３にて、バネ下重心位置における左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に作用する車両前後方向の力（並進力）Fx0zを下記式１３従って計算する。
ただし、前記式１３におけるUは車速センサ３３によって検出された車両Ｖｅの車速を表すものであり、Zは前記演算処理１０２にて検出したバネ下上下加速度であり、1/h(s)は、前記式１１により表されるものである。
このように、前記演算処理１０１にてタイヤに作用する車両前後方向の力（並進力）Fx00を前記式１０に従って計算し、前記演算処理１０３にてバネ下重心位置における左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に作用する車両前後方向の力（並進力）Fx0zを下記式１３に従って計算すると、電子制御ユニット３０は、これらの力Fx00とFx0zとを合算する。そして、電子制御ユニット３０は、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に発生する前後方向の力Fx0を計算する。
また、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０２にてバネ下上下加速度Zを計算により検出すると、演算処理１０４にて回転する左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の位相に起因して作用する車両前後方向の力Fx1を下記式１４従って計算する。
そして、電子制御ユニット３０は、前記計算した各輪１１〜１４に発生する前後方向の力Fx0と前記演算処理１０４にて計算した回転する各輪１１〜１４の位相に起因して作用する車両前後方向の力Fx1とを合算し、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に発生する前後力Fx（前記式９に相当）を計算する。これにより、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０２にて計算により検出したバネ下上下加速度Zを用いて前後力Fxを計算することによって、車両Ｖｅのバネ下に発生した前後振動を推定する。したがって、前記演算処理１０１，１０３，１０４が本発明の前後振動推定手段を構成する。
一方、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０２にてバネ下上下加速度Zを計算により検出すると、図５において太実線により示す演算処理１０５にて、バネ下重心位置に作用する前後力Fxを低減して前後振動を吸振するための前後振動抑制力Fxrを計算する。すなわち、電子制御ユニット３０は、前記演算力１０２にて計算により検出したバネ下上下加速度Zを用いた下記式１５に従って前後振動抑制力Fxrを計算する。したがって、前記演算処理１０５が本発明の前後振動抑制力演算手段を構成する。
ここで、計算される前後振動抑制力Fxrは、前記式１５からも明らかなように、検出されたバネ下上下加速度Zにゲインを乗じて計算されるものであり、前記計算された前後力Fxにおけるバネ下上下加速度Zに関連する力に相当するものである。
このように前後振動抑制力Fxrを計算すると、電子制御ユニット３０は、前記計算した前後力Fxから前後振動抑制力Fxrを減じ、演算処理１０６を実行する。演算処理１０６においては、電子制御ユニット３０は、前記計算した前後力Fxから前後振動抑制力Fxrを減じた力が作用することによる左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の車両前後方向（ｘ軸方向）への前後変位量X（または車両前後方向（ｘ軸方向）の変位に相当する車両前後方向（ｘ軸方向）の加速度成分）を下記式１６に従って計算する。
ただし、前記式１６中におけるKx'は、前記式１に従って計算されるものである。
そして、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０６にて計算した左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の車両前後方向（ｘ軸方向）への前後変位量Xと、弾性主軸の剛性Kxとを乗算する下記式１７に従い、各インホイールモータ１９〜２２の目標出力トルクFdを計算する。
続いて、電子制御ユニット３０は、前記式１７に従って計算した各インホイールモータ１９〜２２の目標出力トルクFdから前記式１４に従って計算した回転する左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の位相に起因して作用する車両前後方向の力Fx1を下記式１８に従って減ずることによって目標出力トルクFdを位相補正し、補正目標出力トルクFdhを計算する。
そして、このように、補正目標出力トルクFdhを計算すると、電子制御ユニット３０は、インバータ２３を介して、計算した補正目標出力トルクFdhに対応する交流電力を各インホイールモータ１９〜２２に供給する。これにより、各インホイールモータ１９〜２２は、それぞれ、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に対して、前記計算された補正目標出力トルクFdhに相当する電磁的な駆動力または電磁的な制動力を付与する。したがって、インバータ２３が本発明の制駆動力発生機構作動手段を構成する。
このように、電子制御ユニット３０が、補正目標出力トルクFdhに基づき、インバータ２３を介して各インホイールモータ１９〜２２を作動させて電磁的な駆動力または電磁的な制動力を制御することにより、前後振動を効果的に抑制することができる。このことを図６を用いて、具体的に説明する。
図６に示すように、インホイールモータ１９〜２２の駆動制御応答可能領域において、上述したように、前後力Fxから前後振動抑制力Fxrを減じない場合には、発生した前後力Fxによってバネ下前後共振が発生し、車両Ｖｅの乗り心地が損なわれる。これに対して、前後力Fxから前後振動抑制力Fxrを減じた場合には、バネ下前後共振の発生する周波数における前後振動が効果的に吸振される。言い換えれば、バネ下前後共振が発生する共振周波数近傍における前後力Fxに対して、前後振動抑制力Fxrに相当するゲインを乗ずることにより、バネ下前後共振が低減されて、運転者が知覚する不快な前後振動を効果的に低減することができる。
以上の説明からも理解できるように、上記第１実施形態によれば、車両Ｖｅのバネ下における前後振動を前後力Fxを計算することによって推定することができる。また、この前後振動を吸振する、言い換えれば、前後力Fxを低減させる前後振動抑制力Fxrを演算することができる。そして、この前後振動抑制力Fxrを用いて最終的に補正目標出力トルクFdhを計算し、インホイールモータ１９〜２２を作動させることができる。したがって、上記第１実施形態における車両の制駆動力制御装置によれば、インホイールモータ１９〜２２を備えて各輪１１〜１４の回転慣性モーメントが大きくなる車両Ｖｅであっても、各輪１１〜１４を含むバネ下に発生する前後振動を効果的に抑制することができて、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、バネ下上下加速度Zを検出し、左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４に発生する前後力Fxにおけるバネ下上下加速度Zに関連する力に相当する前後振動抑制力Fxrを減じて目標出力トルクFdを計算するように実施した。一方で、上述したように、路面の表面形状に合わせて各輪１１〜１４のタイヤが撓みなどによって変形して動荷重半径rが変化すると、各輪１１〜１４の車輪角速度ω0が変化する。この場合、前記式９（前記式７）からも明らかなように、各輪１１〜１４に発生する前後力Fxは各輪１１〜１４のタイヤの慣性モーメントITを含んで計算されるものであるため、各輪１１〜１４の車輪角速度ω0の変化に伴って各輪１１〜１４に発生する前後力Fxが増減し、その結果、前後振動が発生する場合がある。
このため、この第２実施形態においては、各輪１１〜１４の車輪角速度ω0の変化量ωを検出し、この変化量ωによって発生する前後力Fxを低減するように実施する。以下、この第２実施形態を具体的に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この第２実施形態においては、図１にて破線により示すように、各輪１１〜１４の回転方向における速度すなわち車輪角速度を検出する車輪回転速度検出手段としての車輪角速度センサ３４ｉ（ｉ＝ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ）が設けられている。そして、電子制御ユニット３０は、車輪角速度センサ３４ｉ（ｉ＝ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ）から各輪１１〜１４の車輪角速度を表す信号を入力するようになっている。
また、この第２実施形態においては、図７の等価モデルに示すように、動荷重半径rの変化に伴う各輪１１〜１４の車輪角速度ω0の変化量ωを検出し、この変化量ωによる前後力Fxの発生を考慮して各インホイールモータ１９〜２２の出力トルクを制御する。以下、電子制御ユニット３０によるインホイールモータ１９〜２２の出力トルク制御を、図８に示す演算ブロック図を用いて詳細に説明する。
この第２実施形態における演算ブロック図１００においては、上記第１実施形態に比して、図５にて太実線により示した演算処理１０５が、図８にて太実線により示す演算処理１２０，１２１に変更される。したがって、この第２実施形態においても、電子制御ユニット３０は、上記第１実施形態と同様に、演算処理１０１〜１０４および演算処理１０６，１０７を実行する。このため、以下の説明においては、変更される演算処理１２０，１２１を詳細に説明する。
電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０２にて前記式１２に従ってバネ下上下加速度Zを計算すると、演算処理１２０を実行する。演算処理１２０においては、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０４にて計算した回転する左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の位相に起因して作用する車両前後方向の力Fx1を低減するするために、前記式１４と同様に構成された下記式１９に従って抑制力Fxr1を計算する。
また、電子制御ユニット３０は、車輪角速度センサ３４ｉ（ｉ＝ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ）から各輪１１〜１４の車輪角速度ω0、より詳しくは、路面の表面形状に応じてタイヤが変形したときの車輪角速度ω0の変化量ωを入力する。そして、電子制御ユニット３０は、演算処理１２１にて、入力した変化量ωを用いた下記式２０に従い、車輪角速度の変化量ωに起因して作用する車両前後方向の力を低減するための抑制力Fxr2を演算する。
このように、前記演算処理１２０，１２１にて抑制力Fxr1とFxr2とを計算すると、電子制御ユニット３０は、これら抑制力Fxr1とFxr2とを合算することにより、前後振動抑制力Fxr計算する。したがって、前記演算処理１２０，１２１が本発明の前後振動抑制力演算手段を構成する。そして、電子制御ユニット３０は、上記第１実施形態と同様に、前記演算処理１０６，１０７を実行することによって、目標出力トルクFd（より詳しくは、補正目標出力トルクFdh）を計算して決定し、各インホイールモータ１９〜２２を作動させる。
したがって、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、発生した前後振動を効果的に吸振することができて、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。
ｃ．第３実施形態
上記第１および第２実施形態においては、各輪１１〜１４に発生する前後力Fxから前後振動抑制力Fxrを減じて目標出力トルクFd（より詳しくは、補正目標出力トルクFdh）を計算し、各インホイールモータ１９〜２２を、所謂、フィードフォワード制御によって作動させるように実施した。この場合、前後振動抑制力Fxrをフィードバック入力して目標出力トルクFd（より詳しくは、補正目標出力トルクFdh）を計算し、各インホイールモータ１９〜２２を、所謂、フィードバック制御によって作動させるように実施することも可能である。以下、この第３実施形態を詳細に説明するが、上記第１および第２実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この第３実施形態における演算ブロック図１００は、図９に示すように、上記第１実施形態および上記第２実施形態に比して、図５にて太実線により示した演算処理１０５および図８にて太実線により示す演算処理１２０，１２１が省略され、演算処理１０６にて計算された前後変位量Xをフィードバック入力する演算処理１４０，１４１が設けられて変更される点で異なる。したがって、この第３実施形態においても、電子制御ユニット３０は、上記第１実施形態と同様に、演算処理１０１〜１０４および演算処理１０６，１０７を実行する。このため、以下の説明においては、変更される演算処理１４０，１４１を詳細に説明する。
この第３実施形態においては、電子制御ユニット３０は、上述した第１および第２実施形態と同様に、前記演算処理１０１〜１０４を実行することによって前後力Fxを計算し、前記演算処理１０６にて前記式１６に従って前後変位量Xを計算する。そして、この第３実施形態においては、電子制御ユニット３０は、計算した前後変位量Xを用いて前記演算処理１０７にて前記式１７に従って目標出力トルクFdを計算するとともに、計算した前後変位量Xを演算処理１４０にて２階微分して車両前後方向（ｘ軸方向）におけるバネ下の加速度a（以下、単に、バネ下前後加速度aという）を計算して検出する。したがって、前記演算処理１４０が本発明のバネ下前後加速度検出手段を構成する。
そして、電子制御ユニット３０は、演算処理１４１において、前記演算処理１４０にて計算して検出したバネ下前後加速度aを用いて、前後振動抑制力Fxrを下記式２１に従って計算する。したがって、前記演算処理１４１が本発明の前後振動抑制力演算手段を構成する。
ただし、前記式２１におけるCは、サスペンション機構１５〜１８を構成するショックアブソーバの減衰係数を表すものである。したがって、前記式２１に従って計算される前後振動抑制力Fxrは、前後力Fxに起因したバネ下すなわち左右前輪１１，１２および左右後輪１３，１４の車両前後方向（ｘ軸方向）における前後変位速度に応じて、サスペンション機構１５〜２２のショックアブソーバが前後力Fxを減衰させる減衰力である。
このように、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０６にて計算した前後変位量X、より詳しくは、前記演算処理１４０からをバネ下前後加速度aをフィードバック入力し、前記演算処理１４１にて前後振動抑制力Fxrを計算する。そして、電子制御ユニット３０は、計算した前後力Fxから計算した前後振動抑制力Fxrを減じ、ふたたび、前記演算処理１０６にて前後変位量Xを計算する。すなわち、電子制御ユニット３０は、前記演算処理１０６にて前後振動抑制力Fxrによって減衰（低減）される前後力Fxを用いて前後変位量Xを計算し、この計算した前後変位量Xを用いて前記演算処理１０７にて目標出力トルクFdを計算する。そして、電子制御ユニット３０は、最終的に、前記式１８に従って補正目標出力トルクFdhを計算し、この計算した補正目標出力トルクFdhを用いて、各インホイールモータ１９〜２２による駆動力または制動力を制御する。
したがって、この第３実施形態においても、適切に前後力Fxを低減（減衰）させることができるため、前後振動を効果的に抑制することができ、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。
ここで、上記第３実施形態においては、前記演算処理１４０にてフィードバック入力した前後変位量Xを２階微分してバネ下前後加速度aを計算するように実施した。この場合、例えば、各輪１１〜１４にバネ下前後加速度aを直接的に検出するバネ下前後加速度センサが設けられているときには、このバネ下前後加速度センサによって検出されたバネ下前後加速度aを前記演算処理１４１にて入力するように実施することもできる。
この場合であっても、バネ下前後加速度センサによって検出されるバネ下前後加速度aは、各輪１１〜１４に作用する前後力Fxに起因して発生するものである。このため、電子制御ユニット３０が前記演算処理１４１にて前後振動抑制力Fxrを計算し、この計算した前後振動抑制力Fxrを計算した前後力Fxから減ずることにより、バネ下前後加速度aをフィードバック入力して適切に前後力Fxを低減（減衰）させることができる。したがって、このようにバネ下前後加速度センサを用いる場合であっても、上記第３実施形態と同様に、前後振動を効果的に抑制することができて、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。。
本発明の実施にあたっては、上記第１〜第３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、上記第３実施形態においては、前後変位量Xをフィードバック入力することにより、前後振動抑制力Fxrを計算し、この計算した前後振動抑制力Fxrによって前後力Fxを低減（減衰）するように実施した。この場合、上記第１実施形態または上記第２実施形態におけるフィードフォワード制御に対して、上記第３実施形態におけるフィードバック制御を加えて実施することも可能である。この場合には、より適切にかつきめ細かく目標出力トルクFd（より詳しくは、補正目標出力トルクFdh）を計算し、各インホイールモータ１９〜２２を作動制御することができる。したがって、この場合においても、前後振動を効果的に抑制することができ、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。
また、上記各実施形態においては、前記演算処理１０２にて、バネ下上下加速度Zを計算により検出するように実施した。この場合、例えば、各輪１１〜１４にバネ下上下加速度Zを直接的に検出するバネ下上下加速度センサが設けられているときには、電子制御ユニット３０が前記演算処理１０３，１０４，１０５，１２０にてバネ下上下加速度センサによって検出されたバネ下上下加速度Zを用いて計算するように実施可能であることはいうまでもない。このように、バネ下上下加速度センサによって検出されたバネ下上下加速度Zを用いる場合であっても、上記各実施形態と同様の効果が期待できる。
また、上記各実施形態においては、タイヤ摩擦係数すなわち路面状態に関連するドライビングスティフネスPや、車両Ｖｅの積載状況に関連するタイヤの車両上下方向のバネ定数KTおよびタイヤ動荷重半径変動量ηなどが一定であるとして実施した。しかし、これらP、KTおよびηなどを、車両Ｖｅの走行状態（より詳しくは、路面状態や積載状況、タイヤ空気圧など）に応じて変化する変数として、実施可能であることはいうまでもない。この場合には、より適切にかつきめ細かく目標出力トルクFd（より詳しくは、補正目標出力トルクFdh）を計算し、各インホイールモータ１９〜２２を作動制御することができる。したがって、この場合においても、前後振動を効果的に抑制することができ、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。
さら、上記第３実施形態においては、前記演算処理１４１にてサスペンション機構１５〜１８を構成するショックアブソーバの減衰係数Cが定数であるとして実施した。この場合、例えば、サスペンション機構１５〜１８が減衰力（減衰係数）を変更可能なショックアブソーバを用いて構成されている場合には、電子制御ユニット３０がショックアブソーバの減衰力すなわち減衰係数Cを変更して実施することも可能である。この場合には、前記演算処理１４１にて計算される前後振動抑制力Fxrの大きさを適切に変更することができるため、効果的に前後力Fxを低減（減衰）させることができる。したがって、この場合においても、前後振動を効果的に抑制することができ、車両Ｖｅの乗り心地を向上させることができる。

Claims (6)

  1. 車両の車輪に独立して電磁的な駆動力または電磁的な制動力を発生する制駆動力発生機構と、前記制駆動力発生機構を制御して前記車輪に独立した前記電磁的な駆動力または電磁的な制動力を発生させる制御手段とを備えた車両の制駆動力制御装置において、
    前記制御手段が、
    前記車輪を含む車両のバネ下における車両上下方向の上下加速度を検出するバネ下上下加速度検出手段と、
    前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度に基づいて、車両のバネ下に発生した車両前後方向の前後振動を推定する前後振動推定手段と、
    車両の前記バネ下における車両前後方向の前後加速度を検出するバネ下前後加速度検出手段と、
    前記前後振動推定手段によって推定された前記前後振動を吸振する前後振動抑制力を前記バネ下前後加速度検出手段によって検出された前記前後加速度を用いて演算する前後振動抑制力演算手段と、
    前記前後振動抑制力演算手段によって演算された前記前後振動抑制力に基づいて、前記制駆動力発生機構を作動させる制駆動力発生機構作動手段とを備えたことを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
  2. 請求項１に記載した車両の制駆動力制御装置において、
    前記前後振動抑制力演算手段は、
    前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度を用いて前記前後振動抑制力を演算することを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
  3. 請求項２に記載した車両の制駆動力制御装置において、
    前記制御手段が前記車輪の回転方向における速度を検出する車輪回転速度検出手段を備えており、
    前記前後振動抑制力演算手段は、
    前記車輪回転速度検出手段によって検出された前記車輪の回転方向における速度を用いて前記前後振動抑制力を演算することを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載した車両の制駆動力制御装置において、
    前記前後振動推定手段は、
    前記前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記上下加速度を用いて車両の前記バネ下に発生する車両前後方向における前後力を演算し、この演算した前後力に基づいて前記前後振動を推定することを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
  5. 請求項５に記載した車両の制駆動力制御装置において、
    前記制駆動力発生機構作動手段は、
    前記前後振動推定手段によって演算された前記前後力から前記前後振動抑制力演算手段によって演算された前記前後振動抑制力を減じた値を用いて前記制駆動力発生機構を作動させることを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
  6. 請求項１に記載した車両の制駆動力制御装置において、
    前記前後振動抑制力演算手段は、
    前記バネ下前後加速度検出手段からフィードバックによって前記検出された前記前後加速度を入力し、この入力した前記前後加速度を用いて前記前後振動抑制力を演算することを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
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