JP6730656B2

JP6730656B2 - 車両の回頭制御装置

Info

Publication number: JP6730656B2
Application number: JP2015244368A
Authority: JP
Inventors: 清水　亮; 亮清水
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: JP2017109558A

Description

本発明は、車両の旋回性能を向上させる回頭制御装置に関する。

近年、前後輪を異なる駆動源により駆動可能とし、前後輪を独立して駆動制御可能な車両が開発されている。
例えば、特許文献１には、前輪を電動のフロントモータにより駆動するとともに、後輪を電動のリアモータにより駆動可能とした車両が開示されている。また、特許文献１の車両では、車両減速時や下り坂走行時に後輪の電気モータにより回生発電して、車両に搭載されたバッテリを充電可能としている。

更に、特許文献１では、車両旋回走行時において、後輪の回生量を制御して、走行安定性を向上させる技術が開示されている。特許文献１では、車両の走行状態に基づいてカウンタ状態を判定し、カウンタ状態である場合に後輪の電動モータの回生量を減少させて、リアモータからの駆動力を旋回運動に利用して、カウンタ状態を速やかに脱し、走行安定性を向上させる。

特開２００５−３０４１８２号公報

ところで、自動車等の車両においては、走行安定性を確保するために前輪を操舵する構成が一般的である。しかしながら、ハンドルの最大切れ角が制限されているので、前輪のみを操舵する車両においては、回転半径（最小小回り半径）を大幅に小さくすることはできない。したがって、例えばＵターン時やＹ字路で折り返す場合のように、車両走行中に鋭角に曲がる際に、曲がりきることができず切り返しが必要になってしまう場合がある。

そこで、車両の回頭性を向上させる技術が要求されており、特に特許文献１のように前後輪を独立して駆動制御可能な四輪駆動車において、安価な構成で走行中において回頭性を向上させる技術が要求されている。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、前後輪を独立して駆動制御可能な車両において、旋回走行時に回頭性を向上可能とする車両の回頭制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の車両の回頭制御装置は、車両の前輪を操舵し、前記前輪を駆動する第１の駆動源と、左右の後輪を駆動する第２の駆動源とを備えた車両の回頭制御装置であって、前記車両の走行駆動用の要求出力トルクを演算する出力トルク演算部と、前記前輪の舵角を検出する舵角検出部と、前記舵角に基づいて、前記要求出力トルクに対する前記第１の駆動源の出力トルクと前記第２の駆動源の出力トルクとの分配比を設定する分配比制御部と、を備え、前記分配比制御部は、前記舵角が大きくなるに伴って、前記第２の駆動源の出力トルクを減少させ、前記舵角が所定値より大きい場合に、前記第１の駆動源の出力トルク方向と前記第２の駆動源の出力トルク方向とが互いに逆方向となる前記分配比に設定することを特徴とする。

また、好ましくは、前記回頭制御装置は、前記車両の走行速度を検出する車速検出部を更に備え、前記分配比制御部は、前記走行速度に基づいて前記分配比を変更するとよい。

また、好ましくは、前記回頭制御装置は、前記車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出部を更に備え、前記分配比制御部は、前記アクセル開度に基づいて、前記分配比を変更するとよい。

本発明によれば、舵角に基づいて、要求出力トルクに対する第１の駆動源の出力トルクと第２の駆動源の出力トルクとの分配比が設定されるので、例えば舵角が大きくなった場合に第２の駆動源の分配比を減少させて出力トルクを減少させることができる。これにより、前輪を鋭角に操舵した際に、後輪の駆動力を低下させ、旋回走行時における車両の回頭性を向上させることができる。

更に、舵角が大きくなるに伴って第２の駆動源の出力トルクを減少させ、舵角が所定値より大きい場合に、第１の駆動源の出力トルク方向と第２の駆動源の出力トルク方向とが互いに逆方向となる分配比に設定するので、舵角が所定値より大きい場合に、後輪のみ制動させて回頭性を更に向上させることができる。

本発明の実施形態に係る回頭制御装置を備えた車両の概略構成図である。本実施形態に係る回頭制御装置の構成図である。回頭制御の制御要領を示すフローチャートである。回頭用のリア分配比の演算用テーブルの一例である。車速に基づく回頭分配比反映率の演算用テーブルの一例である。アクセル開度に基づく回頭分配比反映率の演算用テーブルの一例である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る回頭制御装置を搭載した車両の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の回頭制御装置を備えた車両１は、エンジン２の出力によって前輪３ａ、３ｂを駆動して走行可能であるとともに、前輪３ａ、３ｂを駆動する電動のフロントモータ４(第１の駆動源)及び後輪５ａ、５ｂを駆動する電動のリアモータ６(第２の駆動源)を備えた四輪駆動のプラグインハイブリッド車である。

エンジン２は、フロントトランスアクスル７を介して前輪３ａ、３ｂの駆動軸８を駆動可能であるとともに、フロントトランスアクスル７を介してモータジェネレータ９を駆動して発電させることが可能となっている。また、エンジン２と前輪３ａ、３ｂとは、フロントトランスアクスル７内に配置されたクラッチ１６を介して接続されている。
フロントモータ４は、フロントコントロールユニット１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１及びモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、フロントトランスアクスル７を介して前輪３ａ、３ｂの駆動軸８を駆動する。

リアモータ６は、リアコントロールユニット１２を介して駆動用バッテリ１１から高電圧の電力を供給されて駆動し、リアトランスアクスル１３を介して後輪５ａ、５ｂの駆動軸１４を駆動する。
モータジェネレータ９によって発電された電力は、フロントコントロールユニット１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリアモータ６に電力を供給可能である。

また、モータジェネレータ９は、フロントコントロールユニット１０によって駆動制御され、駆動用バッテリ１１から電力を供給されて駆動し、エンジン２を始動させるスタータモータとしての機能を有する。
駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有している。

フロントコントロールユニット１０は、車両に搭載されたハイブリッドコントロールユニット２０(出力トルク演算部、分配比制御部)からの制御信号に基づき、フロントモータ４の出力を制御するとともに、モータジェネレータ９の発電量及び出力を制御する機能を有する。
リアコントロールユニット１２は、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきリアモータ６の出力を制御する機能を有する。

エンジンコントロールユニット２２は、エンジン２の制御装置であり、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号（要求出力トルク）に基づき、エンジン２の駆動制御を行う。
また、車両１には、エンジン２に燃料を供給する燃料を貯留する燃料タンク１７と、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する図示しない充電機が備えられている。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコントロールユニット２０の入力側には、フロントコントロールユニット１０、リアコントロールユニット１２、エンジンコントロールユニット２２が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。

一方、ハイブリッドコントロールユニット２０の出力側には、フロントコントロールユニット１０、リアコントロールユニット１２、エンジンコントロールユニット２２、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６が接続されている。
そして、ハイブリッドコントロールユニット２０は、車両１のアクセルセンサ３０（アクセル開度検出部）からのアクセル操作量等の各種検出量や各種作動情報に基づいて、車両１の走行駆動に必要とする要求出力トルクを演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントコントロールユニット１０、リアコントロールユニット１２に制御信号を送信して、走行モード（ＥＶモード、シリーズモード、パラレルモード）の切換え、エンジン２とフロントモータ４とリアモータ６の出力、モータジェネレータ９の発電電力及び出力、フロントトランスアクスル７におけるクラッチ１６の断接を制御する。

更に、本実施形態の車両１は、車両減速時においてフロントモータ４、リアモータ６を強制駆動して発電させる回生が可能であり、このフロントモータ４、リアモータ６による発電によって、前輪及び後輪に制動力を付与させること(回生制動)が可能となっている。ハイブリッドコントロールユニット２０は、フロントコントロールユニット１０及びリアコントロールユニット１２を介し、車両減速時においてフロントモータ４、リアモータ６の強制駆動による発電量を夫々制御して前輪と後輪の回生ブレーキ力（回生制動量）を独立して制御する機能を有している。

なお、本実施形態の車両１は、ハンドルによって前輪３ａ、３ｂを操舵可能となっている。更に、フロントモータ４の駆動方向はシフトレンジ（前進操作または後進操作）に基づいて設定されるが、リアモータ６については、フロントモータ４と同様にシフトレンジに基づいて設定される方向だけではなく、当該方向とは逆方向に制御して、フロントモータ４とリアモータ６の駆動方向が互いに逆方向になるように制御可能である。

また、車両１には、車速Ｖを検出するための車輪回転速度を検出する車輪速センサ３１（車速検出部）、シフトレバーの操作位置を検出するシフトセンサ、セレクトセンサ等のシフト関連センサ３２、車両１の舵角θ（ハンドルの操舵角）を検出する舵角センサ３３（舵角検出部）を備えている。
更に、本実施形態では、車両走行時において車両の回頭性を向上させる回頭制御が可能となっている。

図２は、車両の回頭制御を行なう回頭制御装置４０の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、回頭制御装置４０は、ハイブリッドコントロールユニット２０に備えられたアクセル開度検知部４２、車速演算部４３、シフト判定部４４、舵角検知部４５、回頭制御部４６を含んで構成されている。
ハイブリッドコントロールユニット２０は、アクセルセンサ３０、車輪速センサ３１、シフト関連センサ３２、舵角センサ３３からの出力信号を入力し、メータ及びブザー等により運転者に警報を報知する警報装置５０、フロントコントロールユニット１０を介してフロントモータ４、リアコントロールユニット１２を介してリアモータ６、エンジンコントロールユニット２２を介してエンジン２に制御信号を出力する。

アクセル開度検知部４２は、アクセルセンサ３０の出力信号に基づいてアクセル開度APSを出力する。
車速演算部４３は、車輪速センサ３１の出力信号に基づいて車両１の走行速度である車速Ｖを演算する。なお、車速Ｖについては、車輪速センサ３１以外でも、例えばフロントモータ４またはリアモータ６の回転速度（レゾルバから）や、ナビゲーションシステムからの車速情報等から求めてもよい。

シフト判定部４４は、シフト関連センサ３２からの出力信号に基づいてシフト位置を出力する。
舵角検知部４５は、舵角センサ３３からの出力信号に基づいて車両１の舵角θを出力する。
回頭制御部４６は、アクセル開度検知部４２からのアクセル開度APS、車速演算部４３からの車速Ｖ、シフト判定部４４からのシフト位置、舵角検知部４５からの舵角θを入力して、フロントモータ４、リアモータ６、エンジン２のトルク指示信号を出力し、夫々の出力トルクを制御する。また、回頭制御部４６は、警報装置５０に報知信号を出力して、回頭制御実施中であることを警報及び表示させる。

図３は、回頭制御要領を示すフローチャートである。図４は、回頭用のリア分配比Ｋrの演算用テーブルの一例である。なお、図５は、車速Ｖに基づく回頭分配比反映率Ｋ1の演算用テーブルの一例である。図６は、アクセル開度APSに基づく回頭分配比反映率Ｋ2の演算用テーブルの一例である。
本ルーチンは、ハイブリッドコントロールユニット２０において、車両走行中において繰り返し実行される。

始めに、ステップＳ１０では、舵角センサ３３から検出信号を入力して舵角θを検出し、舵角θによる回頭用のリア分配比Ｋrを演算する。リア分配比Ｋｒは、図４に示すように、舵角θが閾値α未満の場合では、回頭制御を非介入とし、あらかじめ設定されたリアモータ６の通常分配比Ｋaに固定される。舵角θが閾値α以上の場合では、回頭制御介入とし、リア分配比Ｋrを通常分配比Ｋaよりも低い値とする。更に、舵角θが閾値αよりも大きい閾値γ以上では、リア分配比Ｋrは負の値Ｋbに設定される。舵角θが閾値α以上γ未満の場合には、舵角θが増加するに伴ってリア分配比ＫrをＫaからＫbの間で減少させる。なお、舵角θが閾値αとγとの間の閾値β（所定値）である場合に、リア分配比Ｋrが０になる。例えば本ステップでの舵角θの閾値αは５０％相当に、閾値βは７０％相当、閾値γは９０％相当に設定すればよい。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、車輪速センサ３１から検出信号を入力して車速Ｖを演算し、車速Ｖに基づく回頭分配比反映率Ｋ1を演算する。車速Ｖに基づく回頭分配比反映率Ｋ1は、図５に示すように、閾値α＜β＜γ＜ηとした場合に、車速Ｖが閾値α未満または閾値η以上の場合に制御非介入とし、回頭分配比反映率Ｋ1＝０とする。車速Ｖが閾値α以上η未満の場合には制御介入とし、回頭分配比反映率Ｋ1を０より大きい値とする。更に車速Ｖが閾値β以上γ未満の場合には、回頭分配比反映率Ｋ1＝１とする。車速Ｖが閾値α以上β未満の場合には、車速Ｖが増加するに伴って回頭分配比反映率Ｋ1を０から１の間で増加させる。車速Ｖが閾値γ以上η未満の場合には、車速Ｖが増加するに伴って回頭分配比反映率Ｋ1を１から０の間で減少させる。なお、例えば本ステップでの車速Ｖの閾値αは５ｋｍ/ｈに、閾値βは１０ｋｍ/ｈに、閾値γは３０ｋｍに、閾値ηは４０ｋｍ/ｈに設定すればよい。そして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、アクセルセンサ３０から検出信号を入力してアクセル開度APSを検出し、アクセル開度APSに基づく回頭分配比反映率Ｋ2を演算する。アクセル開度APSに基づく回頭分配比反映率Ｋ2は、図６に示すように、アクセル開度APSが閾値β以上の場合に制御非介入とし、回頭分配比反映率Ｋ2＝０とする。アクセル開度APSが閾値β未満の場合には制御介入とし、回頭分配比反映率Ｋ2を０より大きい値とする。更にアクセル開度APSが閾値βより小さいα未満の場合には、回頭分配比反映率Ｋ2＝１とする。アクセル開度APSが閾値α以上β未満の場合には、アクセル開度APSが増加するに伴って回頭分配比反映率Ｋ2を１から０の間で減少させる。なお、例えば本ステップでのアクセル開度APSの閾値αは５０％に、閾値βは６０％に設定すればよい。そして、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、ステップＳ１０で演算したリア分配比Ｋrに、ステップＳ２０で演算した回頭分配比反映率Ｋ1及びステップＳ３０で演算した回頭分配比反映率Ｋ2を反映させて、前後輪のトルク分配に反映させる。回頭分配比反映率Ｋ1及び回頭分配比反映率Ｋ2の反映方法としては、Ｋ1及びＫ2の低い方の値をＫminとすると、下記式（１）のように、ステップＳ１０で演算したリア分配比Ｋrから通常分配比Ｋaを減算した値に、Ｋ1及びＫ2の低い方の値Ｋminを乗算して、通常分配比Ｋaに加算して、最終的なリア分配比Ｋとすればよい。

Ｋ＝（Ｋr−Ｋa）×Ｋmin＋Ｋa・・・（１）
したがって、回頭分配比反映率Ｋ1または回頭分配比反映率Ｋ2のいずれかが０の場合には、最終的な車両１のリア分配比Ｋは通常分配比Ｋaとなり、回頭分配比反映率Ｋ1及び回頭分配比反映率Ｋ2がいずれも１の場合には、最終的な車両１のリア分配比ＫはステップＳ１０で求めたリア分配比Ｋrとなる。

あるいは、下式（２）に示すように、Ｋ1とＫ2の積を用いてリア分配比Ｋを求めてもよい。
Ｋ＝（Ｋr−Ｋa）×ｋ1×ｋ2＋Ｋa・・・（２）
この場合は、回頭分配比反映率Ｋ1または回頭分配比反映率Ｋ2が０の場合には、最終的な車両１のリア分配比Ｋは通常分配比Ｋaとなり、回頭分配比反映率Ｋ1及び回頭分配比反映率Ｋ2がいずれも１の場合には、最終的な車両１のリア分配比ＫはステップＳ１０で求めたリア分配比Ｋｒとなる。

そして、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、舵角θが閾値α（例えば５０％相当）より大きくなるとリア分配比Ｋが低下するよう制御されるので、後輪５ａ、５ｂの駆動が抑制され、車両１のヨーモーメントが増加し、旋回走行時における車両１の回頭性が向上する。
特に、本実施形態では、舵角θが閾値β(例えば７０％相当)となるとリア分配比Ｋが０となり、更に舵角θが大きくなるとリア分配比Ｋが負の値になってリアモータ６がフロントモータ４と逆方向に駆動制御されるようになる。このように、リア分配比Ｋが０未満となり、リアモータ６の出力トルク方向が逆方向（後進方向）に駆動制御されると、後輪５ａ、５ｂが制動制御されるようになり、車両１の回頭性をより向上させることができる。

本実施形態では、舵角θが閾値α未満では回頭制御非介入とし、リア分配比Ｋを通常分配比Ｋaにするので、Ｕターンの際やＹ字路を鋭角に曲がる際のように車両１の回頭性を大きく必要とする場合にのみ本回頭制御が行なわれ、少ない舵角θでの走行時における必要以上の回頭性の上昇を防止して走行安定性を向上させることができる。
また、車速Ｖやアクセル開度APSに基づいて回頭分配比反映率Ｋ1、Ｋ2が変化し、リア分配比Ｋが変更するので、走行状態に応じて適正なリア分配比Ｋの設定を行なうことができる。

例えば、車速Ｖが閾値η以上の高速域では、回頭分配比反映率Ｋ1が０となり、リア分配比Ｋが通常分配比Ｋaとなるので、高速時での急旋回を抑え、車両１の走行安定性を確保することができる。また、車速Ｖが閾値α未満の低速域でも、回頭分配比反映率Ｋ1が０となり、リア分配比Ｋが通常分配比Ｋaとなるので、横滑りの発生しない低速域での後輪５ａ、５ｂでの制動を抑え、不要な制御介入による効率悪化を防止できる。

また、アクセル開度APSが閾値β以上で回頭分配比反映率Ｋ2が０となり、リア分配比Ｋが通常分配比Ｋaとなるので、運転者のアクセル操作による車両１の回頭操作を尊重させるように制御することができる。
また、本実施形態では、舵角θに基づくリア分配比Ｋｒ、車速Ｖに基づく回頭分配比反映率Ｋ1、アクセル開度APSに基づく回頭分配比反映率Ｋ2が、夫々連続的に変化するようにテーブルに設定されている。したがって、舵角θ、車速Ｖ、アクセル開度APSが変化した際に、リア分配比Ｋを滑らかに変化させることができ、後輪５ａ、５ｂの回転速度が急激に変化することが抑えられ、旋回走行時での走行安定性を確保することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定するものではない。例えば上記実施形態では、車速Ｖに基づく回頭分配比反映率Ｋ1と、アクセル開度APSに基づく回頭分配比反映率Ｋ2の両方を反映させてリア分配比Ｋを求めているが、これらの反映率のいずれか一方のみ反映させてもよいし、あるいは舵角θのみでリア分配比Ｋを設定してもよい。
また、上記実施形態では、舵角θに基づくリア分配比Ｋｒ、車速Ｖに基づく回頭分配比反映率Ｋ1と、アクセル開度APSに基づく回頭分配比反映率Ｋ2が、夫々連続的に変化するようにマップに設定されているが、段階的に変化させるようにしてもよい。更に、段階的に変化させる場合には、図４から図６に示すようなテーブルを用いてリア分配比Ｋｒ、回頭分配比反映率Ｋ1、回頭分配比反映率Ｋ2を設定するのではなく、条件分岐によって設定するようにしてもよい。

また、舵角θに基づいてリア分配比Ｋを制御する際に、ブレーキ装置によって後輪５ａ、５ｂのみ制動するようにしてもよい。このように、後輪５ａ、５ｂを制動することで、後輪５ａ、５ｂの回転速度を急速に低下させることができ、更に回頭性を向上させることができる。
また、本実施形態では、エンジンとモータにより走行駆動可能なプラグインハイブリッド車に本発明を適用しているが、前輪を操舵し、前輪と後輪とで互いに逆回転に駆動制御可能な車両に対して広く適用することができる。

１車両
４フロントモータ（第１の駆動源）
６リアモータ（第２の駆動源）
２０ハイブリッドコントロールユニット(出力トルク演算部、分配比制御部)
３０アクセルセンサ（アクセル開度検出部）
３１車輪速センサ（車速検出部）
３３舵角センサ（舵角検出部）
４０回頭制御装置

Claims

車両の前輪を操舵し、前記前輪を駆動する第１の駆動源と、左右の後輪を駆動する第２の駆動源とを備えた車両の回頭制御装置であって、
前記車両の走行駆動用の要求出力トルクを演算する出力トルク演算部と、
前記前輪の舵角を検出する舵角検出部と、
前記舵角に基づいて、前記要求出力トルクに対する前記第１の駆動源の出力トルクと前記第２の駆動源の出力トルクとの分配比を設定する分配比制御部と、を備え、
前記分配比制御部は、前記舵角が大きくなるに伴って、前記第２の駆動源の出力トルクを減少させ、前記舵角が所定値より大きい場合に、前記第１の駆動源の出力トルク方向と前記第２の駆動源の出力トルク方向とが互いに逆方向となる前記分配比に設定することを特徴とする車両の回頭制御装置。
前記回頭制御装置は、前記車両の走行速度を検出する車速検出部を更に備え、
前記分配比制御部は、前記走行速度に基づいて前記分配比を変更することを特徴とする請求項１に記載の車両の回頭制御装置。
前記回頭制御装置は、前記車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出部を更に備え、
前記分配比制御部は、前記アクセル開度に基づいて前記分配比を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の回頭制御装置。