JP6042706B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の制駆動力を制御する車両制御装置に関する。

走行用の動力の全部または一部に電気エネルギーを用いる自動車であるＥＶ（電気自動車）やＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）では、走行用のバッテリとタイヤを駆動するモータが搭載されている。モータは、タイヤに駆動力を与える際にはバッテリの電気エネルギーを運動エネルギーに変換して消費するが、タイヤに制動力を与える際には、運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリを充電することができ、後者の動作はエネルギー回生（以下、回生）と呼ばれる。対して、運動エネルギーを熱エネルギーに変換する摩擦制動では、一旦熱となり、空気中に放熱されたエネルギーの再利用はできないため、ＥＶやＨＥＶでは、極力回生によって制動を行うことが省エネにつながる。

自動車においては、タイヤは制駆動力とともに旋回のための横力も発生させなければならないため、強い制動を行った場合、安定した旋回ができなくなる恐れがある。このような場合でも、摩擦制動の場合では、車両挙動の安定を最優先に、目的の制動力を発生させる制御を行うことができるが、回生によるエネルギーの回収を重視すると、車両挙動が不安定になる場合がある。

特に、回生制動が可能なモータによって駆動される車輪が、前２輪や後２輪のみである駆動系の構成では、車両挙動の安定を保つために回生制動の制限が顕著となる。

本技術分野の関連技術として、特許文献１がある。これには、車輪のスリップ率に対応して回生制動力を制御する方法が示されている。

また、本願の基礎となる技術として、特許文献２がある。これは、回生制動を前提としたものではないが、車両挙動の安定を適切な余裕を持って保つための、制動力に対する車輪スリップ率の比を利用した制御方法が示されている。

特開２００６−３０４５９９号公報 特許０４９２００５４号公報

自動車に用いられるタイヤの特性として、同時に発生できる制駆動力と横力の二乗和が定まっているため、エネルギー回生量を多くするための回生制動力向上と、車両挙動の安定のための横力確保とのバランスをとる必要がある。

特に、前２輪のみ、あるいは後２輪のみにモータのトルクが伝達される駆動系構成の車両では、回生制動力は前後いずれか一方のみに発生し、摩擦制動と併用したとしても、制動力の前後配分がしばしば極端に偏る場合があるため、発生できる横力の前後バランスも必然的に大きく偏る場合がある。つまり、車両挙動の安定を保つには、非常に不利な条件となるので、制動力の制御によって対処しなければならない。

上記の特許文献１に記載の技術は、スリップ率のみを指標として制動力を加減するため、回生最大化制御の精度に改善の余地があった。

また、上記の特許文献２に記載の技術は、制動力を４輪まとめて扱う方法であり、回生制動への適用には、制動力の前後配分が大きく変化する場合についての対応が十分でなく、対策が必要であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、車両挙動の安定を確保しながら回生力を向上させ、省エネルギー化を実現する車両制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願の発明に係る車両制御装置は、車両の前後輪に設けられた摩擦ブレーキ機構と、上記車両の前輪もしくは後輪の少なくとも一方に設けられた回生制動機構と、各車輪の車輪スリップ率を平均した平均車輪スリップ率を算出する平均車輪スリップ率算出部と、各車輪の制駆動力を平均した平均制駆動力を算出する平均制駆動力算出部と、縦軸に上記平均制駆動力、横軸に上記平均車輪スリップ率を与える２次元直交座標系上で、上記平均車輪スリップ率と上記平均制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを車両のスリップスティフネスとして算出する車両スリップスティフネス算出部と、前輪制駆動力と後輪制駆動力との割合を算出する割合算出部と、前輪制駆動力と後輪制駆動力との割合に応じて上記車両スリップスティフネスの制御閾値を補正する車両スリップスティフネス補正部と、上記車両スリップスティフネスが上記制御閾値以上となるように、上記摩擦ブレーキ機構と上記回生制動機構を作動させる制駆動力指令部と、を備えた。

回生制動力を車両挙動の安定が確保できる限界まで強めることができる制御方法によって、駆動系の構成による回生力の制限を緩和し、省エネルギー化を実現できる。

車両のドリフトアウト挙動を示す図。 車両のスピン挙動を示す図。 本発明に係るタイヤの制駆動力と横力との関係を示す図。 本発明に係るタイヤ特性曲線を示す図。 本発明を適用する後輪駆動のＥＶの構成図。 本発明に係るスリップスティフネス制御を説明する図。 路面μによるタイヤ特性曲線の違いを示す図。 制動力指令によるスリップスティフネスの制御方法を示す図。 第１実施例におけるタイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示す図。 第１実施例における他の条件でのタイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示す図。 第１実施例における車両スリップスティフネス閾値の補正方法を示す図。 第１実施例における車両スリップスティフネス閾値の補正方法を適用した際の前後輪の状態を示す図。 後輪スリップスティフネスが取得できる場合の制御フローチャート。 前輪スリップスティフネスが取得できる場合の制御フローチャート。 前後輪の制動力の差が取得できる場合の制御フローチャート。 本発明を適用する第２実施例のＥＶの構成図。 第２実施例におけるタイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示す図。 第２実施例における他の条件でのタイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示す図。 第２実施例における車両スリップスティフネス閾値の補正方法を示す図。 第２実施例における車両スリップスティフネス閾値の補正方法を適用した際の前後輪の状態を示す図。 本発明を適用する前後輪共にモータによって駆動及び回生制動を行う第３実施例のＥＶの構成図。 第３実施例における車両スリップスティフネス閾値の補正方法を示す図。 第４実施例におけるタイヤ特性曲線上の前後輪の状態と制御方法を示す図。

以下、本発明に係る車両制御装置の実施形態を図面を用いて説明するが、具体的な実施例の前に、前提となる車両運動に関する現象について述べる。

自動車は、タイヤの特性に起因して、旋回中に制駆動力を発生させると、不安定な車両挙動を示す場合がある。車両の安定を保つため、摩擦制動では、車両の運動状態に適した制動方法がある程度確立されているが、エネルギー回生を行うＥＶでは、回生制動という要素が加わるため、車両の安定確保にとっては理想的でない制動状態となる。

図１と図２は、旋回制動中の車両に発生し得る現象を示したものである。Ｙｆは前輪の横力、Ｙｒは後輪の横力、Ｔｆは前輪の制動力、Ｔｒは後輪の制動力、ｌｆは前輪車軸から車体の重心までの距離、ｌｒは後輪車軸から車体の重心までの距離を表わす。後述するが、Ｙｆ、Ｙｒはそれぞれ、Ｔｆ、Ｔｒの増加に伴い減少する傾向がある。なお本来、Ｙｆ、Ｙｒ、Ｔｆ、Ｔｒは左右輪で異なるが、左右を平均した量として同一記号で表現している。また、ここでは旋回制動状態を例としているが、Ｔｆ、Ｔｒを逆向きとすれば旋回駆動状態における同様の現象を表わせる。

図１は、前輪の横力が不足した場合であり、前輪が遠心力に抗えず旋回外側に流れるドリフトアウト挙動が発生する。これは、Ｙｆ・ｌｆ−Ｙｒ・ｌｒがヨーイングのモーメントであり、Ｔｆに起因して、Ｙｆ・ｌｆ＜Ｙｒ・ｌｒとなるので、旋回とは逆方向のモーメントが車体に作用するためである。

図２は、後輪の横力が不足した場合であり、後輪が遠心力に抗えず旋回外側に流れるスピン挙動が発生する。これは、同様にＴｒに起因して、Ｙｆ・ｌｆ＞Ｙｒ・ｌｒとなり、旋回方向のモーメントが車体に作用するためである。

なお、制動によって、後輪から前輪へ荷重移動することにより、前輪の発生できる横力が増大する逆の現象も起こり得るが、本発明では、制動力が前後に極端に偏った場合に起こり易い上記の場面を対象としている。

旋回中の挙動について説明したが、直線中であっても、発生できる横力が減少する同様の状態となり得、その場合は外乱の影響を受け易くなる。

これらの現象が制動によって引き起こされるのは、自動車用タイヤの特性に起因するので、その点について説明する。

図３は、タイヤの制駆動力と横力との関係を示したものである。内側の破線の円はタイヤの線形領域（後述）を表わし、外側の実線の円はタイヤの摩擦力限界を表わす。タイヤの摩擦特性として、同時に発生できる制駆動力と横力との二乗和には上限があり、上限に達している状態がすなわち摩擦力が限界となっている状態である。この上限とは、タイヤの垂直荷重に摩擦係数を乗じたものである。この関係から、例えば摩擦力限界まで制動力のみで使ってしまうと、発生できる横力は０となり、車両の安定性が保てなくなってしまう。車両の安定性を保つためには、制動力は摩擦力限界まで余裕を残しておく必要があるが、制動力を線形領域に留められれば、横力を発生するための適切な余裕を確保しておくことができる。

図４は、横軸に車輪のスリップ率を、縦軸に制動力をとったグラフであり、この曲線は、一般にタイヤ特性曲線と呼ばれるものである。

スリップ率は以下のように定義される。タイヤの有効半径をＲ、回転数をωとすると、車輪速Ｖｗは、Ｖｗ＝Ｒω、と表わされる。車体速をＶとすると、制動時のスリップ率Ｓｗは、Ｓｗ＝（Ｖ−Ｖｗ）／Ｖ、である。駆動時のスリップ率Ｓｗは制動時と定義が異なり、Ｓｗ＝（Ｖｗ−Ｖ）／Ｖｗ、である。

タイヤ特性曲線は、原点から、スリップ率の増加に対して略比例的に制動力が増加していく線形領域と、スリップ率の増加に対して制動力の増加が鈍り、制動力が最大となるスリップ率を過ぎるとスリップ率の増加に対して制動力が減少に至る非線形領域とに分けることができる。縦軸を駆動力としても、同様のタイヤ特性曲線が描かれる。

大まかに述べて、車両がドリフトアウトやスピンを起こさない等の十分な安定性を保つことができるのは、線形領域でタイヤが使用されている範囲である。

ＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が作動する場合は、非線形領域の中で、制動力が概ね最大となる付近に目標スリップ率を設定して制御する。このときの横力は略０となるため、車両の安定性を保つのに十分な状態とはいえない。

上記を踏まえ、車両の安定性を確保しつつ回生力を向上させる本発明内容について、実施例として、以下、説明する。なお図１〜図４に関して述べたように、制動力と駆動力は車両の前後方向に対して対称に扱うことができる。本発明は回生制動に主眼を置いているため、実施例は制動時について示すが、駆動しながら車両の安定を保つ方法として適用することもできる。
（第１実施例）
図５は、本発明の車両制御装置が適用された後輪駆動のＥＶの構成を説明したものである。

回生制動機構としてのモータ１３は車両の後方に搭載され、その出力は、ディファレンシャルギヤを内蔵したギヤボックス１６から左右のドライブシャフトを介して左右後輪３，４に伝達される。

バッテリ１５は車両の中央付近に搭載され、左右後輪３，４に駆動力を与える場合には、バッテリ１５が供給する直流電力をモータ１３に添って搭載されたインバータ１４によって三相交流に変換し、モータ１３を駆動する。また逆に左右後輪３，４に回生制動力を与える場合には、インバータ１４の回生制御によって、モータ１３に生じる三相交流を直流に変換し、バッテリ１５に蓄電する。ただし、バッテリ１５の状態によっては電力を受け入れられない場合があるので、バッテリ１５側の制限により回生制動が常に行えるとは限らない。モータ１３の制駆動トルクもしくは回転数は、インバータ１４への指令信号によって制御される。なお、インバータ１４を通して、制駆動時の電流を測ることができるので、モータ１３が発生している制駆動トルクの情報を取得することができる。

制動のためには、モータ１３による回生制動の他に摩擦ブレーキ機構としての摩擦制動装置１０２（５〜８）を４輪１０１（１〜４）それぞれに備える。摩擦制動装置１０２は、ブレーキＥＣＵ１７によって制御され、上位の制御装置である回生制御演算装置２２に備わった制動力指令値設定部１８からの前輪１，２と後輪３，４の制動力の指令に原則として従うが、必要に応じてＡＢＳやＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）の作動を優先させて４輪１０１の制動を独立して動作させることができる。

また、４輪１０１それぞれには、車輪速センサ１０３（９〜１２）を備える。回生制御演算装置２２に備わった車両スリップスティフネス算出部１９では、この車輪速センサ１０３の情報を利用して車輪のスリップ率やスリップスティフネス及び後述の車両スリップスティフネス閾値を算出する。

具体的には、車輪のスリップ率は、車体速に対する車輪速のずれの割合であるため、制動時は、最も回転数が高い車輪の車輪速を車体速とみなし、その車体速とみなした値で、車輪速と車体速の差分を除算した値をスリップ率とする。

スリップスティフネスとは、タイヤ特性曲線の原点での傾きを指すが、以下、本発明におけるスリップスティフネスは、タイヤ特性曲線上において、あるスリップ率である制動力となっている点と、原点とを結ぶ直線の傾きを指すこととする。

制動力をＦｗ、スリップ率をＳｗとすると、スリップスティフネスｋｓは、ｋｓ＝Ｆｗ／Ｓｗ、と表わされる。

なお、スリップ率が無次元、制動力が力の次元を持つので、スリップスティフネスは力の次元を持つ。

スリップスティフネスと制動力は、４輪１０１それぞれについて求めることができる。しかし、時系列で取得したスリップ率と制動力の値には、測定ノイズが重畳されるため、前述した特許文献２と同様に、スリップ率についても制動力についても４輪１０１を平均した値を用いて、車両スリップスティフネスとして扱うことで、指標としての信頼性を向上することができる。

回生制御演算装置２２は、その中に備わった制動力指令値設定部１８で各センサ類からの情報を総合して処理し、モータ１３を制御するインバータ１４とブレーキＥＣＵ１７に指令信号を送る。この回生制御演算装置２２は、図５ではハードウェア的に独立したコンピュータとしているが、何らかの他ＥＣＵ内のプログラムとしてその機能が組み込まれていても良い。

図５中の２３は、車両に固定された加速度センサであり、車両の前後方向の加速度を検出する。

図５中の２４は、ブレーキペダルである。ブレーキペダル２４にはストロークセンサ２５が設けられており、ドライバによるブレーキペダル２４の踏み込み量を検出する。検出された踏み込み量の情報は、回生制御演算装置２２に送られ、回生制御演算装置２２はそれをドライバ要求制動力として扱い、制動力制御の基本的な動作としては、ドライバの意思に応じた減速度を発生させる。

具体的には、摩擦制動においては、車輪スリップ率が過大とならない範囲での、ブレーキ圧に対する車両に生じる減速度の関係をあらかじめ求めておき、ブレーキペダル２４の踏み込み量に対する減速度の関係についても設定しておくことで、ブレーキペダル２４の踏み込み量に対する減速度を規定し、ドライバの操作量に対応する減速度が実現される。

また、回生制動においては、同じく車輪スリップ率が過大とならない範囲での、モータ１３の回生制動トルクに対する車両減速度の関係を用いて、ブレーキペダル２４操作に対応した回生制動トルクを発生させて、ドライバの意思に沿った減速制御を行う。

これらは、摩擦制動と回生制動が同時に作用する場合でも、制動力を両者で分担させればよく、摩擦制動と回生制動とを任意の割合として、所望の制動力を発生できる。

ただし、摩擦制動、回生制動のいずれにおいても、車輪スリップ率が過大な状態では、直接的に車両減速度を指定することができなくなるので、そのような状況下では、例えば、ブレーキＥＣＵ１７によってＡＢＳの動作であるスリップ率制御を行う。

発生している制動力を取得するには、回生制動力については、モータ１３の制動トルクがインバータ１４を介して容易に取得できるので、その値が略制動力と対応する。ただし、車輪の、回転方向の慣性モーメントが無視できず、かつスリップ率が過大な条件では、車両に働く制動力との差異が大きくなる。

あるいは、車両全体に作用している制動力を加速度センサ２３によって測ると共に、モータ１３による駆動輪である後輪３，４の回生制動力も同時に取得し、両者の差分を非駆動輪である前輪１，２に発生している摩擦制動力として算出しても良い。

その他、図５には示さないが、制動力が伝わる部位に力、トルクあるいはモーメントを測るセンサを設けて、制動力を直接的に取得しても良い。

図６は、タイヤ特性曲線を用いて、本発明の基礎となる技術である、スリップスティフネス制御を説明したものである。

スリップスティフネス制御の目的は、タイヤ特性曲線上でのタイヤの使用範囲を線形領域に留めることである。線形領域と非線形領域では、スリップ率の増加に対する制動力の増加の程度が異なるため、両者の区別は、タイヤ特性曲線の接線の傾きの違いによって判断できる。ただし、傾きの取得には、制動力をスリップ率で偏微分する必要があり、計測ノイズの影響を受け易いことから、この傾きを制御に利用することは難しい。

そこで、前述のスリップスティフネスを指標として用いる。本発明で利用するスリップスティフネスは、タイヤ特性曲線上の点と原点を結んだ直線の傾きであるため、非線形の度合いを直接示すものではない。しかし、タイヤ特性曲線の形状は、原点を通る上に凸の曲線であるため、原点付近のスリップスティフネスに対する、使用点でのスリップスティフネスの減少の程度を、非線形度合いの指標とすることができる。例えば、使用点でのスリップスティフネスが原点付近のスリップスティフネスと同等の値であれば線形領域であり、それより小さい値である程、非線形の度合いが強い領域といえる。この判断方法は、路面μによらず適用できる。

図７は、路面μによるタイヤ特性曲線の違いを示したものである。タイヤ特性曲線の形状が大きく異なるわけではないが、高μ路において非線形領域となるスリップ率に対し、低μ路ではスリップ率が小さい領域から非線形となるので、線形領域と非線形領域とのスリップ率による判断は、スリップスティフネスを利用した場合に対して路面μの影響を大きく受けてしまう。

逆にこのことを利用して、スリップ率が小さい領域で非線形となると、低μ路だと推定できるので、本発明においては、この現象を用いてμ推定を行う。このμ推定を行う摩擦係数算出部は、車両スリップスティフネス補正部２１に含まれる。

制動力が変化すると、タイヤ特性曲線上の使用点のスリップ率が変化しそれに応じてスリップスティフネスが変化する。したがって、スリップスティフネスを制御するには、制動力指令値を増減させればよい。図８は、時刻ｔ１からｔ２、ｔ３にかけての、タイヤ特性曲線上の使用点の動きと（図８（ａ））、制動力、スリップ率、スリップスティフネスの時刻歴（図８（ｂ））の例を示したものである。スリップスティフネスの目標がｋｓ３であるとして、初期状態ではスリップスティフネスが過小な値ｋｓ１であるとする。そこで、時刻ｔ１からｔ２にかけて制動力をＴ１からＴ２に減じる。このときスリップ率はｓｗ１からｓｗ２に推移し、結果としてスリップスティフネスはｋｓ１からｋｓ２となる。ここでｋｓ２が過大となったので、時刻ｔ２からｔ３にかけて制動力をＴ２からＴ３に増やす。同様に、このときスリップ率はｓｗ２からｓｗ３に推移し、結果としてスリップスティフネスはｋｓ２からｋｓ３となる。

このように制動力指令によるスリップスティフネス制御が可能なので、スリップスティフネスをある値以上に保つ制御目標閾値を設定し、閾値を下回った場合には制動力を減じることで、車両の安定性を確保できる。

後輪駆動ＥＶでは、省エネルギーのために制動は極力後輪３，４の回生制動で行いたいが、後輪の制動力を増加させた場合の車両の安定を保たなければならないという課題がある。この課題を解決する本実施例の動作である、スリップスティフネスによる回生制動力制御について説明する。

後輪３，４の回生制動だけでは車両の安定を保って減速できない場合や、バッテリ１５が回生制動によって発生する電力を十分に受け入れられない状態では、前輪１，２に備わった摩擦制動装置５，６を、後輪３，４の回生制動と併用する。

センサ情報からスリップスティフネスを算出するには、４輪１０１を平均したスリップ率と、車両に働く制動力から、４輪分を車両としてまとめて扱う車両スリップスティフネスが最も精度が得られるので、回生制動を後輪３，４のみで行う構成であっても車両スリップスティフネスを取得して制御に利用する。

図９は、車両スリップスティフネスｋｓを後輪回生制動力の制御に用い、後輪３，４の回生制動のみで制動を行っている場合の、タイヤ特性曲線上の前後輪の状態と、車両として前後輪をまとめて扱った場合の状態を示したものである。前後輪及び車両スリップスティフネスのうち、実際に制御に利用するのは、車両スリップスティフネス算出部１９によって算出される車両スリップスティフネスｋｓの値のみとしている。

制動力指令値設定部１８から前輪摩擦制動装置５，６への制動指令は出されず、前輪１，２は制動を行っていないので、この状態での前輪スリップスティフネスｋｓｆは、非線形域まで最も余裕のある最大値をとる（図９（ａ））。

一方、制動力指令値設定部１８からの回生制動指令によって後輪３，４は回生制動を行っており、後輪スリップスティフネスｋｓｒは線形領域の許容限界の状態である（図９（ｂ））。これは、車両スリップスティフネスの制御目標閾値ｋｓＴｈを、後輪スリップスティフネスｋｓｒが線形限界となる値に設定することで実現される（図９（ｃ））。閾値ｋｓＴｈを下回った場合には、回生制動力を弱めることによって後輪スリップスティフネスｋｓｒを回復させる。つまり、適切な車両スリップスティフネスの制御目標閾値ｋｓＴｈを与えれば、後輪回生制動力の車両スリップスティフネスｋｓによる制御が可能となる。このｋｓＴｈの値は、前輪の制動を行っていない初期のｋｓｆと、後輪が線形領域の許容限界となったｋｓｒの平均値相当となる。

上記と異なる条件として、図１０は、車両スリップスティフネスｋｓを後輪回生制動力の制御に用い、後輪３，４の回生制動に加えて前輪１，２で摩擦制動を行っている際の、タイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示したものである。

前輪１，２では摩擦制動を行っているので、前輪スリップスティフネスｋｓｆは、最大値よりは小さな値を持つ（図１０（ａ））。

このとき、車両スリップスティフネスｋｓが図９（ｃ）のｋｓと同じ状態であるとすると、後輪スリップスティフネスｋｓｒは、図９（ｂ）のｋｓｒより大きな状態となる（図１０（ｂ））。これは、図１０（ａ）の前輪スリップスティフネスｋｓｆが図９（ａ）のｋｓｆより減少した分と、図１０（ｂ）後輪スリップスティフネスｋｓｒが図９（ｂ）のｋｓｒより増加した分が相殺される傾向にあるためである。

つまり、車両スリップスティフネスｋｓをある一定値に制御しても、後輪３，４のみでの回生制動だけでなく前輪１，２の摩擦制動を併用する等で、前後輪の制動力割合が変化する場合には、後輪のスリップスティフネスｋｓｒを正確には制御できないことになる。この場合では、後輪３，４を線形域に留めるための余裕が大きくなり過ぎ、回生力を過剰に抑制するという影響が生じる。

この点に関し、制動力割合の変化を考慮した閾値の補正によって対応する方法について説明する。

図１１は、割合算出部である前後輪制動力割合算出部２０で算出した前後輪の制動力割合に対する車両スリップスティフネス閾値の補正方法を示したものである。

静的あるいは動的なタイヤの接地荷重も影響するが、前後輪制動力割合が、前後輪のスリップ率が等しい理想制動力配分となるような状態を前後輪制動力割合の基準割合とする。この状態は、液圧が各輪に伝達され、液圧を変換して力を発生するピストンによって摩擦材の摺動部を押しつけて制動力を発生させる摩擦制動装置において、例えば前後輪に同圧を作用させる制動を行ったときに、ピストンの受圧面積や摩擦摺動部の寸法、材質等によって設定される状態に相当する。同状態では、前後輪のスリップスティフネスが概ね同じ値となり、概ね同時に線形領域の限界に至るので、車両スリップスティフネス算出部１９は基準割合から基準スリップスティフネスを算出し、その値を車両スリップスティフネスの制御閾値として制御すれば良い。

対して、後輪３，４の制動力割合が基準割合よりも大きい状態では、前輪１，２のスリップスティフネスが大きいことによって車両スリップスティフネスを増大させる傾向にあるため、車両スリップスティフネス閾値の設定は、基準スリップスティフネスとしていた理想制動力配分付近での設定よりも大きな値に、車両スリップスティフネス補正部２１で補正する（図１１（ａ））。

車両スリップスティフネスの制御によって、ドライバが要求する減速度が得られない場合は、前輪１，２の摩擦制動力を強めることで、後輪３，４の回生制動力と合わせて減速度を得るようにし、その状態がまた前後輪制動力割合算出部２０を介して、車両スリップスティフネス閾値の設定に反映される（図１１（ｂ））。

なお、基準スリップスティフネスを設定する際の前後輪制動力の基準割合は、前述の静的あるいは動的なタイヤの接地荷重に影響する車両状態に応じて補正しても良い。この基準割合を補正する基準割合算出部は、車両スリップスティフネス補正部２１に含まれる。例えば、減速度算出部として加速度センサ２３の検出値から減速度を算出し、接地荷重変動分を補正する。あるいは、摩擦係数算出部によりスリップスティフネスやスリップ率と制駆動力の関係から路面μを推定して、発生可能な減速度を算出し、想定される接地荷重変動分を補正する。これによって、より高精度な制御が行える。

図１２は、車両スリップスティフネス閾値の補正を適用した場合の、後輪３，４の回生制動に加えて前輪１，２で摩擦制動を行っている際の、タイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示したものである。前後輪の制動力割合によって、上記の方法で閾値を補正することで（図１２（ｃ））、車両スリップスティフネスを指標として用いながらも、後輪３，４で回生制動を行う車両挙動の安定性を維持したままドライバが要求する減速度を得、なおかつ回生力を向上させることができる（図１２（ｂ））。

このように車両は、４輪１０１を平均したスリップ率や、４輪１０１を平均した制動力を算出可能であって、４輪１０１に設けられた摩擦ブレーキ機構となる摩擦制動装置１０２と、前輪１，２もしくは後輪３，４の少なくとも一方に設けられた回生制動機構となるモータ１３と、車両スリップスティフネス算出部１９と、割合算出部となる前後輪制動力割合算出部２０と、車両スリップスティフネス補正部２１と、制駆動力指令値設定部である回生制御演算装置２２と、を備える。

車両スリップスティフネス算出部１９は、縦軸に平均制動力、横軸に平均車輪スリップ率を与える２次元直交座標系上で、平均車輪スリップ率と平均制動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを車両のスリップスティフネスとして算出する。回生制御演算装置２２は、車両スリップスティフネスが車両スリップスティフネス閾値となるように、摩擦制動装置１０２とモータ１３を作動させる。また車両スリップスティフネス補正部２１は、前輪制動力と後輪制動力との割合に応じて車両スリップスティフネス閾値を補正する。

車両スリップスティフネス閾値は、前輪１，２と後輪３，４のスリップ率が等しくなるときの車両スリップスティフネスである基準スリップスティフネスを前後輪制動力割合算出部２０で算出された割合に応じて補正したものである。

これらによって、回生制動力を車両挙動の安定が確保できる限界まで強め、省エネルギー化を実現できる。

特に、車両挙動が不安定になり易い後輪３，４のみで回生を行う車両においては、最も大きな効果が得られ、その他、前輪１，２のみで回生を行う車両、あるいは前後輪で回生を行うがその回生力の前後配分に制限のある車両、等でも効果を享受できる。

さらに、本発明を適用しないスリップスティフネス制御に比して、車両挙動の安定性は同等に維持したまま、回生力を向上させることができる。

スリップスティフネスの制御への利用は、車両スリップスティフネスを基本としているが、４輪１０１をまとめて扱わずともノイズ等の影響が十分に抑えられ、制御に利用できる水準で各輪の制動力とスリップ率の情報が取得できる場合には、下記の方法もとることができる。

図１３は、後輪スリップスティフネスが取得できる場合の動作を示すフローチャートである。

後輪スリップスティフネスの情報を取得し（Ｓ６０１）、基準スリップスティフネスより後輪スリップスティフネスが小さいとき（Ｓ６０２）には、後輪３，４の制動力を制限（Ｓ６０３）する。この動作の目的は、タイヤ特性曲線上での後輪３，４の状態を線形領域に維持するためである。

図１４は、前輪スリップスティフネスが取得できる場合の動作を示すフローチャートである。

前輪スリップスティフネスの情報を取得し（Ｓ６１１）、前輪１，２の制動力が所定値以上（Ｓ６１２）で、かつ前輪スリップスティフネスが基準スリップスティフネスより大きいとき（Ｓ６１３）には、後輪３，４の制動力を制限（Ｓ６１４）する。

前輪１，２の制動力が小さくないにもかかわらず、前輪スリップスティフネスが基準スリップスティフネスに対して大きい状態は、相対的に後輪スリップスティフネスが小さくなっていることを意味する。その場合に、後輪３，４の制動力を制限することによって、タイヤ特性曲線上での後輪３，４の状態を線形領域に維持する。

図１５は、信頼に足る前後輪の制動力の差の情報が取得できる場合の動作を示すフローチャートである。

前後輪の制動力の差の情報を取得し（Ｓ６２１）、前後輪の制動力の差が所定値以下（Ｓ６２２）で、かつ前輪スリップスティフネスが基準スリップスティフネスより大きいとき（Ｓ６２３）に、後輪の制動力を制限（Ｓ６２４）する。

前輪１，２の制動力が後輪３，４に対して小さくないにもかかわらず、前輪スリップスティフネスが基準スリップスティフネスに対して大きいということは、相対的に後輪スリップスティフネスが小さくなっていることを意味するので、後輪３，４の制動力を制限することによって、後輪３，４の状態を線形領域に維持する。

以下、本発明の他の実施例について説明するが、前述した第１実施例と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第２実施例）
図１６は、第２実施例として、本発明の車両制御装置が適用された前輪駆動のＥＶの構成を説明したものである。構成が第１実施例と異なる点は、回生制動が前輪１，２で行われる点である。

図１７は、車両スリップスティフネスｋｓを前輪回生制動力の制御に用い、前輪１，２の回生制動のみで制動を行っている際の、タイヤ特性曲線上の前後輪の状態と、車両として前後輪をまとめて扱った場合の状態を示したものである。

制動力指令値設定部１８から後輪３，４への制動指令は出されず、後輪３，４は制動を行っていないので、この状態での後輪スリップスティフネスｋｓｒは、非線形域まで最も余裕のある最大値をとる（図１７（ｂ））。

一方、制動力指令値設定部２１８からの回生制動指令によって前輪２０１，２０２は回生制動を行っており、前輪スリップスティフネスｋｓｆは線形領域の許容限界の状態である（図１７（ａ））。前輪回生制動力の車両スリップスティフネスｋｓによる制御を行う方法は、第１実施例と同様である。

図１８は、車両スリップスティフネスｋｓを前輪回生制動力の制御に用い、前輪１，２の回生制動に加えて後輪３，４で摩擦制動を行っている際の、タイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示したものである。

後輪３，４では摩擦制動を行っているので、後輪スリップスティフネスｋｓｒは、最大値よりは小さな値を持つ（図１８（ｂ））。

このとき、車両スリップスティフネスｋｓが図１７（ｃ）のｋｓと同じ状態であるとすると、前輪スリップスティフネスｋｓｆは、図１７（ａ）のｋｓｆより大きな状態となる（図１８（ａ））。これは、やはり第１実施例と同様に、図１８（ｂ）の後輪スリップスティフネスｋｓｒが図１７（ｂ）のｋｓｒより減少した分と、図１８（ａ）前輪スリップスティフネスｋｓｆが図１７（ａ）のｋｓｆより増加した分が相殺される傾向にあるためである。さらにこの第２実施例では、制動時に、回生制動輪の前輪１，２の接地荷重が増加、後輪３，４は制動時に接地荷重が減少するので、前輪回生制動のみの場合に対する前後輪のスリップスティフネスの変化が助長される方向に働き、影響は第１実施例よりも大きく現れる。そのため、基準スリップスティフネスに対する補正量も大きくなる。

図１９は、前後輪制動力割合算出部２０で算出した前後輪の制動力割合に対する車両スリップスティフネス閾値の補正方法を示したものである。

後輪３，４の制動力割合が基準割合よりも小さい状態では、後輪３，４のスリップスティフネスが大きいことによって、車両のスリップスティフネスを増大させる傾向になるため、車両スリップスティフネス閾値の設定は、基準スリップスティフネスとしていた理想制動力配分付近での設定よりも大きな値に、車両スリップスティフネス補正部２１で補正する。

図２０は、車両スリップスティフネス閾値の補正を適用した場合の、前輪１，２の回生制動に加えて後輪３，４で摩擦制動を行っている際の、タイヤ特性曲線上の前後輪の状態を示したものである。前後輪の制動力割合によって、上記の方法で閾値を補正することで（図２０（ｃ））、車両スリップスティフネスを指標として用いながらも、前輪１，２で回生制動を行う車両挙動の安定性を維持したままドライバが要求する減速度を得、なおかつ回生力を向上させることができる（図２０（ａ））。

（第３実施例）
図２１は、第３実施例として、本発明の車両制御装置が適用された前後輪共に駆動及び回生制動を行うＥＶの構成を示したものである。この第３実施例にＥＶは、実質的には、前述の第１実施例と第２実施例の構成を統合したものであり、前輪１，２及び後輪３，４が対応するモータ１３，１３によって駆動、及び回生制動するものである。

このような車両へ適用する場合、駆動系の構成によって、前後のモータ特性の差や、回生制動力前後配分の仕組みに応じて、前輪１，２のみ回生制動から後輪３，４のみでの回生制動まで任意の割合での回生制動が想定される。

図２２は、前後輪制動力割合算出部２０で算出した前後輪の制動力割合に対する車両スリップスティフネス閾値の補正方法を示したものである。後輪のみで回生制動を行う車両と、前輪のみで回生制動を行う車両での制動力割合の使用範囲を合わせたグラフとなる。すなわち、図２２は、前述した図１１（ａ）と、図１９を重ね合わせたものとなっている。

このような第３実施例においても、車両スリップスティフネスを指標として用いながらも、前輪１，２及び後輪３，４で回生制動を行う車両挙動の安定性を維持したままドライバが要求する減速度を得、なおかつ回生力を向上させることができる。

（第４実施例）
第４実施例として、前輪スリップスティフネスと、後輪スリップスティフネスが取得でき、個別に制御を行う場合について説明する。

この第４実施例は、例えば、前述した第１実施例と略同一構成となっているが、車両スリップスティフネス算出部１９が、前輪スリップスティフネスと、後輪スリップスティフネスと、を個別に算出することが可能になっており、前後輪各々について、スリップスティフネス制御を行うことが可能となっている。つまり、第４実施例における車両スリップスティフネス算出部１９は、前輪スリップスティフネスを算出する前輪スリップスティフネス算出部と、後輪スリップスティフネスを算出する後輪スリップスティフネス算出部と、を有している。

図２３は、この第４実施例におけるタイヤ特性曲線上の前後輪の状態と制御方法を示したものである。

前輪スリップスティフネス閾値ｋｓｆＴｈと後輪スリップスティフネス閾値ｋｓｒＴｈを各々設定しておき、制動によって前後いずれかの車輪のスリップスティフネスが閾値を下回る場合には、その車輪の制動力を制限しながら、他方の車輪の制動力を増していく。前後輪それぞれのスリップスティフネスを制御することで、減速度の発生のために回生制動力の使用を優先しつつ、車両の安定を保つ必要に応じて回生制動力を制限することができる。

この場合でも、加速度センサ２３によって得られる減速度の大きさに応じて、車両モデルに基づいて前後輪のスリップスティフネスの閾値を補正することができ、より高精度な制御が行える。

このように車両は、前輪１，２及び後輪３，４のスリップ率と、前輪１，２及び後輪３，４の制駆動力を個別に算出可能であって、４輪１０１に設けられた摩擦ブレーキ機構となる摩擦制動装置１０２と、前輪１，２もしくは後輪３，４の少なくとも一方に設けられた回生制動機構となるモータ１３と、車両スリップスティフネス算出部１９と、割合算出部となる前後輪制動力割合算出部２０と、制駆動力指令部となる回生制御演算装置２２と、を備える。

車両スリップスティフネス算出部１９は、前輪スリップスティフネス及び後輪スリップスティフネスを算出する。前輪スリップスティフネスは、縦軸に前輪制駆動力、横軸に前輪スリップ率を与える２次元直交座標系上で、前輪スリップ率と前輪制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きとして算出される。後輪スリップスティフネスは、縦軸に後輪制駆動力、横軸に後輪スリップ率を与える２次元直交座標系上で、後輪スリップ率と後輪制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きとして算出される。

そして、回生制御演算装置２２は、前輪スリップスティフネスが前輪スリップスティフネス閾値以上となるようにすると共に、後輪スリップスティフネスが後輪スリップスティフネス閾値以上となるように、摩擦制動装置１０２とモータ１３を作動させる。

前輪スリップスティフネス閾値は、前輪スリップ率と前輪制駆動力との関係を表すタイヤ特性が、線形と非線形の境目となる線形限界での前輪スリップスティフネスである。後輪スリップスティフネス閾値は、後輪スリップ率と後輪制駆動力との関係を表すタイヤ特性が、線形と非線形の境目となる線形限界での後輪スリップスティフネスである。

これらによって、回生制動力を車両挙動の安定が確保できる限界まで強め、省エネルギー化を実現できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、ブレーキの操作量を検出するストロークセンサ２５に替えて、踏力センサによる検出としても良く、同一の車輪に摩擦制動と回生制動を同時に作用させても良い。また、４輪１０１を独立して駆動する車両にも適用できる。

１…前輪
２…前輪
３…後輪
４…後輪
５…前輪摩擦制動装置
６…前輪摩擦制動装置
７…後輪摩擦制動装置
８…後輪摩擦制動装置
９…前輪車輪速センサ
１０…前輪車輪速センサ
１１…後輪車輪速センサ
１２…後輪車輪速センサ
１３…モータ
１４…インバータ
１５…バッテリ
１６…ギヤボックス
１７…ブレーキＥＣＵ
１８…制動力指令値設定部
１９…車両スリップスティフネス算出部
２０…前後輪制動力割合算出部
２１…車両スリップスティフネス補正部
２２…回生制御演算装置
２３…加速度センサ
２４…ブレーキペダル
２５…ストロークセンサ

Claims (12)

1. 車両の前後輪に設けられた摩擦ブレーキ機構と、
   上記車両の前輪もしくは後輪の少なくとも一方に設けられた回生制動機構と、
   各車輪の車輪スリップ率を平均した平均車輪スリップ率を算出する平均車輪スリップ率算出部と、
   各車輪の制駆動力を平均した平均制駆動力を算出する平均制駆動力算出部と、
   縦軸に上記平均制駆動力、横軸に上記平均車輪スリップ率を与える２次元直交座標系上で、上記平均車輪スリップ率と上記平均制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを車両のスリップスティフネスとして算出する車両スリップスティフネス算出部と、
   前輪制駆動力と後輪制駆動力との割合を算出する割合算出部と、
   前輪制駆動力と後輪制駆動力との割合に応じて上記車両スリップスティフネスの制御閾値を補正する車両スリップスティフネス補正部と、
   上記車両スリップスティフネスが上記制御閾値以上となるように、上記摩擦ブレーキ機構と上記回生制動機構を作動させる制駆動力指令部と、を備えたことを特徴とする車両制御装置。
2. 車両の前後輪に設けられた摩擦ブレーキ機構と、
   上記車両の前後輪のうち駆動輪に設けられた電動機と、
   各車輪の車輪スリップ率を平均した平均車輪スリップ率を算出する平均車輪スリップ率算出部と、
   各車輪の制駆動力を平均した平均制駆動力を算出する平均制駆動力算出部と、
   縦軸に上記平均制駆動力、横軸に上記平均車輪スリップ率を与える２次元直交座標系上で、上記平均車輪スリップ率と上記平均制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを車両のスリップスティフネスとして算出する車両スリップスティフネス算出部と、
   駆動輪制駆動力と非駆動輪制動力との割合を算出する割合算出部と、
   駆動輪制駆動力と非駆動輪制動力との割合に応じて上記車両スリップスティフネスの制御閾値を補正する車両スリップスティフネス補正部と、
   上記車両スリップスティフネスが上記制御閾値となるように、上記摩擦ブレーキ機構と上記電動機を作動させる制駆動力指令部と、を備えたことを特徴とする車両制御装置。
3. 上記制御閾値は、前後輪のスリップ率が等しくなるときの車両スリップスティフネスである基準スリップスティフネスを上記割合算出部で算出された割合に応じて補正したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 前後輪のスリップ率が等しい動力配分となる状態を上記割合算出部で算出される割合の基準割合とし、
   上記車両スリップスティフネス補正部は、上記割合算出部で算出された割合と上記基準割合との偏差が大きくなるほど、上記制御閾値が大きくなるように補正することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
5. 上記基準割合を車両状態に応じて補正する基準割合補正部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の車両制御装置。
6. 上記車両に作用する減速度を算出する減速度算出部を備え、
   上記基準割合補正部は、減速度に応じて上記基準割合を補正することを特徴とする請求項５に記載の車両制御装置
7. 上記車両の走行している路面の摩擦係数を算出する摩擦係数算出部を備え、
   上記基準割合補正部は、摩擦係数に応じて上記基準割合を補正することを特徴とする請求項５または６に記載の車両制御装置。
8. 縦軸に後輪の制駆動力、横軸に後輪のスリップ率を与える２次元直交座標系上で、後輪スリップ率と後輪制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを後輪のスリップスティフネスとして算出する後輪スリップスティフネス算出部を備え、
   上記後輪スリップスティフネスが、上記基準スリップスティフネスよりも小さい時に上記後輪制駆動力を制限することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
9. 縦軸に前輪の制駆動力、横軸に前輪のスリップ率を与える２次元直交座標系上で、前輪スリップ率と前輪制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを前輪のスリップスティフネスとして算出する前輪スリップスティフネス算出部を備え、
   上記前輪制駆動力が所定値以上で、かつ上記前輪スリップスティフネスが、上記基準スリップスティフネスよりも大きい時に上記後輪の制駆動力を制限することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
10. 縦軸に前輪の制駆動力、横軸に前輪のスリップ率を与える２次元直交座標系上で、前輪スリップ率と前輪制駆動力とによって決まる座標と、原点とを結んだ直線の傾きを前輪のスリップスティフネスとして算出する前輪スリップスティフネス算出部と、
    前後輪間の制駆動力差を算出する制駆動力差算出部と、を備え、
    上記制駆動力差が所定の偏差以下で、かつ上記前輪スリップスティフネスが、上記基準スリップスティフネスよりも大きい時に上記後輪の制駆動力を制限することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
11. 上記回生制動機構は、後輪に対して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
12. 上記電動機は、後輪に対して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。

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