JP5971027B2 - 駆動力制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両における駆動力制御装置及び車両の制御方法に関する。
従来、例えば四輪駆動車に搭載され、左右輪の駆動力配分を可変に制御できる駆動力制御装置が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特許文献1に記載の駆動力制御装置は、プロペラシャフトに連結されたギヤ入力部材と、このギヤ入力部材に噛合するギヤ出力部材と、ギヤ出力部材と後輪側の左右輪との間にそれぞれ設けられた一対のクラッチ出力調整機構部とを備えている。そして、クラッチ出力調整機構部による伝達トルクを調整することで、後輪側の左右輪への駆動力の分配を制御することが可能である。
特許文献2に記載の駆動力制御装置は、油圧式の左輪側クラッチ及び右輪側クラッチを備え、操舵角及び車速に基づいて演算した目標ヨーレイトに実ヨーレイトを近接させるように、フィードバック制御によって左輪側クラッチ及び右輪側クラッチに供給する油圧を設定する。
特許文献1,2に記載の駆動力制御装置を備えた車両では、旋回時における外側の車輪に対して内側の車輪よりも高い駆動力を伝達することで、旋回性能を向上させることができる。
特開2009−150484号公報 特開平5−262156号公報
しかし、実ヨーレイトは車両の向きが変わることにより変化するので、実ヨーレイトを目標ヨーレイトに近接させる制御では、例えば車両がアンダーステア状態となって目標の旋回半径からはずれても、車両の向きが変わっていれば実ヨーレイトが目標ヨーレイトと一致するので、車両を目標の旋回半径に近づける制御をすることができない。このように、実ヨーレイトを目標ヨーレイトに近接させるようにする制御では、旋回性能を十分向上させることができない場合がある。
そこで、本発明は、車両の旋回時における実ヨーレイトを目標ヨーレイトに近接させるように駆動力を制御する場合に比較して、目標の旋回半径に沿って走行することが可能で、より安定した旋回性能を得ることができる駆動力制御装置及び車両の制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、[1]〜[4]の駆動力制御装置及び車両の制御方法を提供する。
[1]車両の旋回半径を推定する旋回半径推定手段と、前記推定した前記旋回半径の円弧に沿って旋回するのに適した前記車両の前後方向と進行方向とがなす角である目標スリップ角を演算する目標スリップ角演算手段と、前記推定した前記旋回半径、前記演算した前記目標スリップ角、及び車速に基づいて、前輪側及び後輪側のうち少なくとも一側の左右輪の目標回転速度を演算する目標回転速度演算手段と、前記左右輪の実回転速度が前記演算した前記目標回転速度に近づくように、前記左右輪の駆動力を制御する駆動力制御手段とを備えた駆動力制御装置。
[2]前記駆動力制御手段は、前記前輪側及び前記後輪側のうち、駆動源の駆動力が断続可能に伝達される側の左車輪と右車輪の駆動力をそれぞれ独立して制御する、前記[1]に記載の駆動力制御装置。
[3]前記駆動力制御手段は、駆動源の駆動力が伝達される入力回転部材と前記左車輪及び前記右車輪との間のトルク伝達量を調整することで前記左車輪及び前記右車輪の駆動力を制御し、前記左車輪及び前記右車輪から前記入力回転部材にトルクが伝達される制動時には、前記入力回転部材と前記左車輪との間のトルク伝達量と、前記入力回転部材と前記右車輪との間のトルク伝達量との大小関係を反転させる、前記[2]に記載の駆動力制御装置。
[4]車両の旋回半径を推定し、前記推定した前記旋回半径の円弧に沿って旋回するのに適した前記車両の前後方向と進行方向とがなす角である目標スリップ角を演算し、前記推定した前記旋回半径、前記演算した前記目標スリップ角、及び車速に基づいて、前輪側及び後輪側のうち少なくとも一側の左右輪の目標回転速度を演算し、前記左右輪の実回転速度が前記演算した前記目標回転速度に近づくように、前記左右輪の駆動力を制御する車両の制御方法。
本発明によれば、車両の旋回時における実ヨーレイトを目標ヨーレイトに近接させるように駆動力を制御する場合に比較して、目標の旋回半径に沿って走行することが可能で、より安定した旋回性能を得ることができる。
本発明の実施の形態に係る四輪駆動車の概略の構成例を示す概略構成図である。 駆動力伝達装置の構成例を示す断面図である。 車速及びアクセル開度と目標スリップ角との関係を示すマップの一例である。 左右後輪の目標回転速度の演算の一例を示す説明図である。
[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る四輪駆動車の概略の構成例を示す概略構成図である。図1に示すように、四輪駆動車100は、車体101と、走行用のトルクを発生する駆動源としてのエンジン102と、トランスミッション103と、エンジン102の駆動力が常時伝達される左右一対の主駆動輪としての左右前輪104a,104b(前輪側の左右輪)と、走行状態に応じてエンジン102の駆動力が断続可能に伝達される左右一対の補助駆動輪としての左右後輪105a,105b(後輪側の左右輪)とを備えている。
また、四輪駆動車100は、駆動力伝達系として、フロントディファレンシャル106と、プロペラシャフト107と、駆動力伝達装置1とを備えている。左右前輪104a,104bには、フロントディファレンシャル106及び一対のドライブシャフト106a,106bを介して、トランスミッション103によって変速されたエンジン102の駆動力が常時伝達される。左右前輪104a,104bは、運転者によるステアリングホイール109の操作によって車体101に対して揺動する操舵輪として機能する。
また、左右後輪105a,105bには、プロペラシャフト107、駆動力伝達装置1、及び一対のドライブシャフト108a,108bを介して、トランスミッション103によって変速されたエンジン102の駆動力が伝達される。駆動力伝達装置1は、左後輪105a及び右後輪105bに伝達される駆動力を独立して調節可能である。駆動力伝達装置1の構成については後述する。
またさらに、四輪駆動車100は、駆動力伝達装置1によって左後輪105a及び右後輪105bの駆動力をそれぞれ独立して制御する駆動力制御装置10を備えている。駆動力制御装置10は、旋回半径推定手段11と、目標スリップ角演算手段12と、目標回転速度演算手段13と、駆動力制御手段14とを有している。駆動力制御装置10の詳細については後述する。
駆動力制御装置10には、左右前輪104a,104b及び左右後輪105a,105bの回転速度を検出するための回転速センサ151〜154が接続されている。回転速センサ151〜154は、例えば左右前輪104a,104b及び左右後輪105a,105bと共に回転する複数の磁極を有する磁気リングに対向配置されたホールICからなり、回転速度に応じた周期でパルス信号を出力する。これにより、駆動力制御装置10は、左右前輪104a,104b及び左右後輪105a,105bの回転速度を検出可能である。
また、駆動力制御装置10には、ステアリングホイール109の中立位置からの回転角度(操舵角)を検出する操舵角センサ155が接続されている。これにより、駆動力制御装置10は、ステアリングホイール109の操舵角を検出可能である。
またさらに、駆動力制御装置10には、アクセルペダル110の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ156が接続されている。これにより、駆動力制御装置10は、アクセルペダル110の踏み込み量に応じたアクセル開度を検出可能である。
(駆動力伝達装置1の構成)
図2は、駆動力伝達装置1の構成例を示す断面図である。
駆動力伝達装置1は、内部に第1乃至第3の収容空間20a〜20cを有するケース部材20と、ケース部材20の第1の収容空間20aに収容された入力回転部材3と、第1の収容空間20aを挟む第2及び第3の収容空間20b,20cにそれぞれ収容された一対のトルクカップリング4とを備えている。
なお、第2の収容空間20bに収容されたトルクカップリング4と、第3の収容空間20cに収容されたトルクカップリング4とは、共通の構成を有しているが、以下の説明においてこれらを区別する必要がある場合には、第2の収容空間20bに収容されたトルクカップリング4を第1のトルクカップリング4Aとし、第3の収容空間20cに収容されたトルクカップリング4を第2のトルクカップリング4Bとして説明する。
ケース部材20は、第1の収容空間20aと第2の収容空間20bとの間、及び第1の収容空間20aと第3の収容空間20cとの間が一対の隔壁21によって区画されている。一対の隔壁21には、第1の収容空間20aと第2及び第3の収容空間20b,20cとを連通させる貫通孔21aが形成されている。
入力回転部材3は、ケース部材20に回転可能に支持された第1部材31と、環状のリングギヤからなる第2部材32とを有し、第1部材31と第2部材32とが複数のボルト33によって結合されている。第1部材31は、中心部に貫通孔31aが形成された円筒状の筒部311と、筒部311の外周面から外方に突出して形成されたフランジ部312とを一体に有している。第2部材32は、フランジ部312の先端部に固定され、ケース部材20の第1の開口200aを挿通するプロペラシャフト107の一端に形成されたギヤ部107aに噛み合っている。第1部材31は、貫通孔21aの内面との間に配置された一対の軸受22によって回転可能に支持されている。
トルクカップリング4は、多板クラッチ41,電磁クラッチ42,カム機構43、インナシャフト44、及びこれらを収容するハウジング40を有している。
ハウジング40は、互いに相対回転不能に結合された第1ハウジング部材401と第2ハウジング部材402とからなる。第1ハウジング部材401は有底円筒状であり、第2ハウジング部材402は、第1ハウジング部材401の開口側端部を塞ぐように配置されている。
多板クラッチ41は、ハウジング40の第1ハウジング部材401と円筒状のインナシャフト44との間に配置され、インナシャフト44の外周面に相対回転不能にスプライン係合するインナクラッチプレート411と、第1ハウジング部材401の内周面に相対回転不能にスプライン係合するアウタクラッチプレート412とからなる。
電磁クラッチ42は、環状のコイル421及びアーマチャカム422を有し、ハウジング40の回転軸線上に配置されている。電磁クラッチ42は、コイル421による電磁力の発生によってアーマチャカム422をコイル421側に移動させ、第2ハウジング部材402にアーマチャカム422を摩擦摺動させるように構成されている。
カム機構43は、カム部材としてのアーマチャカム422を含み、このアーマチャカム422にハウジング40の回転軸線に沿って並列するメインカム431、及びこのメインカム431とアーマチャカム422との間に介在する球状のカムフォロア432を有している。そして、カム機構43は、コイル421への通電によってアーマチャカム422がハウジング40からの回転力を受け、多板クラッチ41のクラッチ力となる押圧力に変換するように構成されている。
コイル421への通電量が多くなるとアーマチャカム422と第2ハウジング部材402との摩擦力が増大し、メインカム431がより強く多板クラッチ41を押圧する。すなわち、トルクカップリング4は、コイル421への通電量に応じて多板クラッチ41の押圧力を可変に制御することができ、ひいてはハウジング40とインナシャフト44との間のトルク伝達量を調節可能である。
第1のトルクカップリング4Aにおけるインナシャフト44には、ケース部材20の第2の開口200bを挿通した左後輪側ドライブシャフト108aの一端が、スプライン嵌合によって相対回転不能に連結されている。また、第2のトルクカップリング4Bにおけるインナシャフト44には、ケース部材20の第3の開口200cを挿通した右後輪側ドライブシャフト108bの一端が、スプライン嵌合によって相対回転不能に連結されている。
第1のトルクカップリング4A及び第2のトルクカップリング4Bのハウジング40と、入力回転部材3の第1部材31における筒部311とは、一対の連結部材50によって相対回転不能に連結されている。連結部材50は、円柱状のボス部51と、円板状のフランジ部52とを一体に有している。ボス部51は、第1部材31の貫通孔31aの内面に相対回転不能にスプライン嵌合し、フランジ部52は、ハウジング40に相対回転不能にスプライン嵌合している。ボス部51は、隔壁21の貫通孔21aを挿通している。
トルクカップリング4のコイル421には、駆動力制御装置10から励磁電流が供給される。駆動力制御装置10は、第1のトルクカップリング4Aのコイル421に供給する電流を増減することにより、入力回転部材3から左後輪105aに伝達される駆動力を制御することが可能である。また、駆動力制御装置10は、第2のトルクカップリング4Bのコイル421に供給する電流を増減することにより、入力回転部材3から右後輪105bに伝達される駆動力を制御することが可能である。
なお、四輪駆動車100は、トルクカップリング4の多板クラッチ41におけるインナクラッチプレート411とアウタクラッチプレート412とが相対回転することなく完全に摩擦係合した状態の直進時には、左右後輪105a,105bの回転速度が左右前輪104a,104bの回転速度よりも高くなるように各部のギヤ比が設定されている。
(駆動力制御装置10の制御内容)
駆動力制御装置10は、例えばCPU(Central Processing Unit)と記憶素子とを備え、CPUが記憶素子に記憶されたプログラムに基づいて処理を実行することにより、旋回半径推定手段11、目標スリップ角演算手段12、目標回転速度演算手段13、及び駆動力制御手段14として機能する。
(旋回半径推定手段11の処理)
旋回半径推定手段11は、四輪駆動車100の旋回半径を推定する。この旋回半径は、運転者が意図する理想的な旋回半径であり、例えば四輪駆動車100が走行している道路のカーブの曲率に適合した旋回半径である。旋回半径の推定は、例えば操舵角センサ155によって検出したステアリングホイール109の操舵角に基づいて推定することができる。また、例えば車載のカメラによって撮像した画像に基づいて旋回半径を推定してもよく、あるいはカーナビゲーションシステム等から得た地図情報及び現在地情報に基づいて旋回半径を推定してもよい。
(目標スリップ角演算手段12の処理)
目標スリップ角演算手段12は、旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径に基づいて、四輪駆動車100の旋回時における目標スリップ角を演算する。ここで、スリップ角とは、四輪駆動車100の前後方向(車幅方向に直交する方向)に沿った中心軸と、四輪駆動車100の実際の進行方向とのなす角をいう。また、目標スリップ角とは、旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径の円弧に沿って四輪駆動車100が走行するために好適なスリップ角をいう。
この目標スリップ角は、例えば車速及びアクセル開度に基づいて演算によって得ることができる。図3は、車速及びアクセル開度と目標スリップ角との関係を示すマップの一例である。目標スリップ角演算手段12は、このマップを参照し、車速が高いほど、またアクセル開度が高いほど、目標スリップ角を大きく設定する。すなわち、車速やアクセル開度が高く、車輪がスリップしやすい場合には、四輪駆動車100が実際の進行方向よりも内側(旋回中心側)を向いて走行する状態(所謂カウンターをあてた状態)となる。
目標スリップ角演算手段12は、車速及びアクセル開度と目標スリップ角との関係を示すマップを複数記憶し、旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径に応じて、複数のマップのうち何れかのマップを参照し、目標スリップ角を演算する。
また、目標スリップ角演算手段12は、目標スリップ角を路面の摩擦係数に基づく演算により設定してもよい。この場合、路面の摩擦係数が低いほど目標スリップ角を大きくする。あるいは、車速及びアクセル開度に基づいて得られた目標スリップ角を路面の摩擦係数に応じて補正してもよい。この場合には、路面の摩擦係数が低いほど目標スリップ角が大きくなるように補正する。またさらに、四輪駆動車100に作用する遠心力に基づいて目標スリップ角を設定又は補正してもよい。
(目標回転速度演算手段13の処理)
目標回転速度演算手段13は、旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径、目標スリップ角演算手段12によって演算した目標スリップ角、及び車速に基づいて、左右後輪105a,105bの目標回転速度を演算する。ここで、目標回転速度とは、左右前輪104a,104b及び左右後輪105a,105bの回転速度に基づいて求めた四輪駆動車100の実際の車速にて、旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径、及び目標スリップ角演算手段12によって演算した目標スリップ角で走行した場合の車輪の回転速度である。
図4は、左右後輪105a,105bの目標回転速度の演算の一例を示す説明図である。この図において、符号Cで示す一点鎖線は四輪駆動車100の中心軸を示し、符号Dで示す二点鎖線は、旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径の円弧状の軌道(四輪駆動車100の理想的な進行方向)を示す。また、左右後輪105a,105bの中心間の距離であるトレッド幅をWとし、右後輪105bが旋回外側(左後輪105aが旋回内側)にあるものとする。
また、図4では、四輪駆動車100の進行方向をベクトルV1で、左後輪105aの転動方向をベクトルVa1で、右後輪105bの転動方向をベクトルVb1で、それぞれ示している。ベクトルVa1の長さは左後輪105aの回転速度を表し、ベクトルVb1の長さは右後輪105bの回転速度を表すものとする。ベクトルV1と中心軸Cとがなす角は、スリップ角βである。旋回半径推定手段11によって推定した旋回半径をR、車速をV、ヨーレイトをγとすると、ヨーレイトγは、γ=V/Rの関係式で求められる。
図4に示すように、ベクトルVa1に平行で、ベクトル長をV・cosβとするベクトルをベクトルVa2とし、同じくベクトルVa1に平行で、ベクトル長をγ・W/2とするベクトルをベクトルVa3とすると、ベクトルVa1のベクトル長Laは、La=V・cosβ−γ・W/2の演算式により求めることができる。また、γ=V/Rの関係式により、ベクトル長LaをLa=V・(cosβ−W/2R)の演算式により求めることも可能である。
また、図4に示すように、ベクトルVb1に平行で、ベクトル長をV・cosβとするベクトルをベクトルVb2とし、同じくベクトルVb1に平行で、ベクトル長をγ・W/2とするベクトルをベクトルVb3とすると、ベクトルVb1のベクトル長Lbは、Lb=V・cosβ+γ・W/2の演算式により求めることができる。また、γ=V/Rの関係式により、ベクトル長LbをLb=V・(cosβ+W/2R)の演算式により求めることも可能である。
目標回転速度演算手段13は、左右後輪105a,105bの径を考慮してベクトル長La,Lbを換算し、左右後輪105a,105bの目標回転速度を求めることができる。
(駆動力制御手段14の処理)
駆動力制御手段14は、左後輪105a及び右後輪105bの実際の回転速度が目標回転速度演算手段13によって演算した目標回転速度に近づくように、左後輪105a及び右後輪105bに伝達される駆動力を制御する。
より具体的には、回転速センサ153によって検出した左後輪105aの実回転速度が左後輪105aの目標回転速度よりも低い場合には、第1のトルクカップリング4Aのコイル421に供給する電流を大きくし、左後輪105aを増速する。また、左後輪105aの実回転速度が左後輪105aの目標回転速度よりも高い場合には、第1のトルクカップリング4Aのコイル421に供給する電流を小さくし、左後輪105aを減速する。右後輪105bについても、左後輪105aと同様に、第2のトルクカップリング4Bのコイル421に供給する電流を増減することにより、右後輪105bの実回転速度が右後輪105bの目標回転速度に近づくように、右後輪105bに伝達される駆動力を制御する。
また、駆動力制御手段14は、左後輪105a及び右後輪105bから入力回転部材3にトルクが伝達される制動時には、第1のトルクカップリング4Aによる入力回転部材3と左後輪105aとの間のトルク伝達量と、入力回転部材3と右後輪105bとの間のトルク伝達量との大小関係を反転させる。これにより、例えばアクセルペダル110の踏み込み量が減少し、エンジンブレーキがかかった状態でも、左後輪105a及び右後輪105bの実回転速度が目標回転速度に近づくように制御することが可能となる。
(実施の形態の効果)
以上説明した本実施の形態によれば、推定した旋回半径の軌道に沿って四輪駆動車100が走行するように左後輪105a及び右後輪105bに伝達される駆動力が制御されるので、四輪駆動車100を目標の旋回半径に沿って走行させることが可能となる。すなわち、安定した旋回性能を得ることが可能となる。
以上、本発明の四輪駆動車の制御装置を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。例えば、駆動力伝達装置1の構成は、図2に例示したものに限らず、様々な構成のものを採用することができる。また、上記実施の形態では、四輪駆動車100が単一の駆動源としてエンジン102を備えた場合について説明したが、複数の駆動源を備えていてもよい。より具体的には、左右前輪104a,104b及び左右後輪105a,105bのそれぞれに対応して、駆動源としての電動モータを設けてもよい。また、上記実施の形態では、駆動力制御装置10が左右後輪105a,105bの駆動力を制御する場合について説明したが、これに替えて左右前輪104a,104bの駆動力を制御するようにしてもよい。また、左右前輪104a,104b及び左右後輪105a,105bの駆動力を制御するようにしてもよい。つまり、車両の駆動系の構成に特に制限はなく、例えば二輪駆動車に対しても本発明を適用することが可能である。
1…駆動力伝達装置、3…入力回転部材、4,4A,4B…トルクカップリング、10…駆動力制御装置、11…旋回半径推定手段、12…目標スリップ角演算手段、13…目標回転速度演算手段、14…駆動力制御手段、20…ケース部材、20a…第1の収容空間、20b…第2の収容空間、20c…第3の収容空間、21…隔壁、21a…貫通孔、22…軸受、31…第1部材、31a…貫通孔、32…第2部材、33…ボルト、40…ハウジング、41…多板クラッチ、42…電磁クラッチ、43…カム機構、44…インナシャフト、50…連結部材、51…ボス部、52…フランジ部、100…四輪駆動車、101…車体、102…エンジン、103…トランスミッション、104a…左前輪、104b…右前輪、105a…左後輪、105b…右後輪、106…フロントディファレンシャル、106a,106b…ドライブシャフト、107…プロペラシャフト、107a…ギヤ部、108a,108b…ドライブシャフト、109…ステアリングホイール、110…アクセルペダル、151〜154…回転速センサ、155…操舵角センサ、156…アクセル開度センサ、200a…第1の開口、200b…第2の開口、200c…第3の開口、311…筒部、312…フランジ部、401…第1ハウジング部材、402…第2ハウジング部材、411…インナクラッチプレート、412…アウタクラッチプレート、421…コイル、422…アーマチャカム、431…メインカム、432…カムフォロア

Claims (4)

  1. 車両の旋回半径を推定する旋回半径推定手段と、
    前記推定した前記旋回半径の円弧に沿って旋回するのに適した前記車両の前後方向と進行方向とがなす角である目標スリップ角を演算する目標スリップ角演算手段と、
    前記推定した前記旋回半径、前記演算した前記目標スリップ角、及び車速に基づいて、前輪側及び後輪側のうち少なくとも一側の左右輪の目標回転速度を演算する目標回転速度演算手段と、
    前記左右輪の実回転速度が前記演算した前記目標回転速度に近づくように、前記左右輪の駆動力を制御する駆動力制御手段と
    を備えた駆動力制御装置。
  2. 前記駆動力制御手段は、前記前輪側及び前記後輪側のうち、駆動源の駆動力が断続可能に伝達される側の左車輪と右車輪の駆動力をそれぞれ独立して制御する、
    請求項1に記載の駆動力制御装置。
  3. 前記駆動力制御手段は、駆動源の駆動力が伝達される入力回転部材と前記左車輪及び前記右車輪との間のトルク伝達量を調整することで前記左車輪及び前記右車輪の駆動力を制御し、前記左車輪及び前記右車輪から前記入力回転部材にトルクが伝達される制動時には、前記入力回転部材と前記左車輪との間のトルク伝達量と、前記入力回転部材と前記右車輪との間のトルク伝達量との大小関係を反転させる、
    請求項2に記載の駆動力制御装置。
  4. 車両の旋回半径を推定し、
    前記推定した前記旋回半径の円弧に沿って旋回するのに適した前記車両の前後方向と進行方向とがなす角である目標スリップ角を演算し、
    前記推定した前記旋回半径、前記演算した前記目標スリップ角、及び車速に基づいて、前輪側及び後輪側のうち少なくとも一側の左右輪の目標回転速度を演算し、
    前記左右輪の実回転速度が前記演算した前記目標回転速度に近づくように、前記左右輪の駆動力を制御する
    車両の制御方法。
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