JP7260052B2 - 車両の駆動力制御方法及び車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の駆動力の制御に関する。

ＪＰ２００９－５６８８４Ａには、タイヤと路面との摩擦力に基づいて摩擦円を推定し、この推定摩擦円に基づいて駆動力を制限する技術が開示されている。

上記文献の技術によれば、路面の摩擦係数が変化すると駆動力も変化する。例えばドライ路面またはウェット路面のように路面の摩擦係数が高い場合には、大きなタイヤ発生力が発生しているときに摩擦係数が変化すると、当該変化に起因する車両挙動の発生が早い。したがって、摩擦係数の変化に対して推定摩擦円の変化が速やかに追従しても、車両の挙動は乱れ難い。

しかし、例えば氷雪路面のように摩擦係数が小さい場合には、圧雪の程度にバラツキがあったり所々に氷状の部分があったりする等、路面状況が変化し易く、摩擦係数の変化量が大きい。つまり、摩擦係数が小さい場合には、推定摩擦円の大きさの変化量が大きくなる。また、摩擦係数の小さい場合には、大きなタイヤ発生力は生じ得ないので、車両挙動の発生は緩やかである。このような場合に、推定摩擦円の変化が摩擦係数の変化に速やか追従すると、駆動力が急変することとなり、車両の挙動が乱れる。

そこで本発明は、摩擦係数が小さい路面においても車両の挙動の乱れを抑制し得るよう駆動力を制御することを目的とする。

本発明のある態様によれば、前後加速度と横加速度に基づいて推定摩擦円を算出し、推定摩擦円の大きさに応じて駆動力を制限し、車両走行中における推定摩擦円の大きさの変化速度を、タイヤ発生力に基づいて制限する、制御部を備えた車両の駆動力制御方法が提供される。この駆動力制御方法において、制御部はタイヤ発生力が大きいほど、制限後の推定摩擦円の大きさの変化速度を大きくする。

図１は、本発明の実施形態に係る制御システムの構成図である。 図２は、旋回中の摩擦円の一例を示す図である。 図３は、駆動力制限について説明するための前輪及び後輪の摩擦円である。 図４は、駆動力制限のための制御ブロック図である。 図５は、制限レイトマップの一例である。 図６は、本発明の実施形態を実行した場合のタイミングチャートである。 図７は、比較例のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

[システム構成]
図１は、本実施形態にかかる制御システムの構成図である。

本制御システムは、後述する各種センサ等と、これらからの情報に基づいて駆動力の制御を含む各種制御を実行する制御部としてのコントローラ１と、駆動源としてのフロントモータ２及びリヤモータ３と、駆動力の制限中であること等を運転者に告知するメータ４と、を備える。

各種センサ等は、車速を検出する車速センサ５、車両にかかる前後加速度及び横加速度を検出する前後加速度検出部及び横加速度検出部としての加速度センサ６、ステアリング舵角を検出する舵角センサ７、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度ともいう）を検出するアクセル開度センサ８、運転者が走行モードを選択するために操作するモードセレクタ９である。

コントローラ１は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

フロントモータ２は２つの前輪に伝達する駆動力を発生し、リヤモータ３は２つの後輪に伝達する駆動力を発生する。フロントモータ２及びリヤモータ３が発生する駆動力は、コントローラ１により制御される。具体的な制御内容については後述する。

なお、本実施形態の駆動源はフロントモータ２とリヤモータ３という２つの電動モータであるが、いずれか一方または両方を内燃エンジンに置き換えてもよい。

[駆動力制御]
まず本実施形態にかかる駆動力制御の概要について説明する。

上述した通り、車両はフロントモータ２とリヤモータ３とを備える。コントローラ１は、運転者のアクセルペダル踏み込み量に応じて車両全体としての目標駆動力を設定し、目標駆動力を実現するためのフロントモータ２の駆動力とリヤモータ３の駆動力の配分を設定する。この配分は、前輪の摩擦円と後輪の摩擦円との大きさに応じて、摩擦円が大きい方の配分が大きくなるよう設定する。例えば、前輪の摩擦円と後輪の摩擦円が同じ大きさなら、駆動力の配分は５０：５０に設定する。前輪の摩擦円が後輪の摩擦円より大きい場合は前輪の配分が後輪の配分より大きくなり、前輪の摩擦円が後輪の摩擦円より小さい場合は後輪の配分が前輪の配分より大きくなる。なお、フロントモータ２またはリヤモータ３のいずれか一方だけで目標駆動力を実現できる場合には、駆動力を配分せずに、いずれか一方のモータだけで目標駆動力を実現してもよい。

上記の前輪の摩擦円とは、２つの前輪の摩擦円のうち小さい方である。後輪の摩擦円についても同様である。例えば、図２に示す通り旋回中であれば、前輪及び後輪ともに内輪に係る荷重が外輪に係る荷重より小さくなるので、内輪の方が外輪よりも摩擦円が小さい。なお、図２中の実線の円は摩擦円であり、破線の円は後述する目標駆動力と目標横力から定まるタイヤ発生力を半径とする円であり、摩擦円の中の黒色の矢印は駆動力、白色の矢印は横力を示している。

旋回する際に、ステアリングの舵角及び車速から定まる目標横力と上述した目標駆動力とから定まる目標タイヤ発生力が車輪の摩擦円を超えてしまうと、車輪が空転や横滑りして車両の挙動が乱れる。そこで、コントローラ１はタイヤ発生力が摩擦円に収まるよう目標駆動力を制限する。

図３は、制限された目標駆動力について説明するための、前輪及び後輪の摩擦円である。ここでは、前輪の摩擦円が後輪の摩擦円より大きいものとする。

アクセル開度に基づく目標駆動力をＦｘ、前輪に配分される駆動力をＦｘｆ、後輪に配分される駆動力をＦｘｒとする。また、ステアリング層舵角及び車速に基づく前輪の横力をＦｙｆ、同じく後輪の横力をＦｙｒとする。

まず、前輪について説明する。前輪の目標駆動力Ｆｘｆと前輪の目標横力Ｆｙｆとの合力である前輪のタイヤ発生力Ｆｆが図示する通り前輪の摩擦円を超えている。この状態では前輪は空転または横滑りすることで車両の挙動が乱れてしまう。そこで、前輪のタイヤ発生力Ｆｆを摩擦円により制限したものを制限後の前輪のタイヤ発生力Ｆｌｉｍｉｔ ｆｒｏｎｔとし、これの駆動力成分を前輪の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘｆとする。これを数式で表すと式（１）の通りである。

後輪についても同様であり、後輪の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘｒは後輪の目標駆動力Ｆｘｒと後輪の目標横力Ｆｙｒと、これらの合力である後輪のタイヤ発生力Ｆｒ、制限後の後輪のタイヤ発生力Ｆｌｉｍｉｔ ｒｅａｒを用いて式（２）のように表される。

そして、制限後の前輪の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘｆと制限後の後輪の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘｒとの合力が制限後の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘとなる。

ところで、走行中に路面状況が変化すると、摩擦円の大きさが変化し、これに伴い制限後の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘも変化する。ドライ状態やウェット状態の舗装路のように摩擦係数が大きい路面（高μ路ともいう）であれば、路面状況が変化して摩擦抵抗の大きさが変化したとしても、その変化の度合いは小さい。また、高μ路では許容される横力が大きくなるため、路面状況の変化の影響が車両挙動に現れるまでの時間が短い。したがって、高μ路では、制限後の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘの変化が路面状況の変化に速やかに追従しても問題はない。

しかし、雪路のように摩擦係数が小さい路面（低μ路ともいう）では、圧雪の度合いが一定ではないし、踏み固められて氷状になっている部分もあるので、摩擦係数が大きくかつ急激に変化する場合がある。また、低μ路ではタイヤ発生力が小さいので、摩擦係数の変化に起因する車両挙動の変化は緩やかに発生する。このような低μ路においては、摩擦係数の変化に速やかに追従するように制限後の目標駆動力ＴａｒｇｅｔＦｘが変化すると、車両の挙動が乱れてしまう。

フィルタ処理を施すことによって制限後の目標駆動力の変化速度を緩やかにすれば、低μ路における車両挙動の乱れは抑制できる。しかし、単純なフィルタ処理では高μ路での応答性が低下してしまう。

そこで本実施形態では、高μ路での応答性と低μ路での車両挙動の安定とを両立するために、いかに説明する制御を実行する。

図４は、コントローラ１が実行する駆動力制御の制御ブロック図である。なお、この制御ブロック図は、コントローラ１の機能を示すものであって、物理的な構成を意味するものではない。

摩擦係数推定部Ｂ１０は、現在の前後加速度、横加速度及び外乱情報に基づいて摩擦係数の推定値である摩擦係数推定値μを推定する。外乱情報とは、例えば車両のロール及びピッチの大きさやワンダリングの程度であり、これらから輪荷重を推定できる。摩擦係数推定値μの算出方法は公知のものを適用すればよい。例えば、現在の前後加速度及び横加速度から定まるタイヤ発生力は摩擦円に収まっているとの前提のもと、現在の前後加速度及び横加速度を所定のオフセット量だけ増大させたタイヤ発生力を指令し、実際にタイヤ発生力が限界に到達するまで上記のオフセット量による増大を繰り返す。タイヤ発生力の指令値の増大に対して、前後加速度や横加速度の増大が所定以下に鈍った場合にタイヤ発生力が限界に到達したと判断し、その際のタイヤ発生力と輪荷重から摩擦係数推定値μを算出する。

タイヤ発生力推定部Ｂ１１は、現在の前後加速度及び横加速度に基づいて現在のタイヤ発生力を推定する。そして、推定したタイヤ発生力と輪荷重とに基づいて車両にかかる加速度Ｇｖを算出し、これを後述する変化速度制限部Ｂ１２に出力する。なお、車両にかかる加速度Ｇｖは、現在の前後加速度及び横加速度を合成することで算出してもかまわない。

また、後述する変化速度制限部Ｂ１２では加速度Ｇｖに基づいて摩擦係数推定値μの変化速度を制限するが、これはタイヤ発生力に基づいて当該制限を行うとみなすことができる。なぜならば、タイヤ発生力は四輪の輪荷重の合計値（つまり車重）と車両の加速度との積であり、輪荷重の合計値は走行中に大きく変化することがないので、タイヤ発生力と車両の加速度とは比例関係にあるからである。

さらに、加速度Ｇｖに基づく摩擦係数推定値μの変化速度の制限は、路面の摩擦係数に基づく当該制限とみなすこともできる。なぜならば、タイヤ発生力は四輪の輪荷重の合計値（つまり車重）と重力加速度と摩擦係数との積と表すこともでき、重力加速度は一定値であり、輪荷重の合計値は走行中に大きく変化することがないので、タイヤ発生力と路面の摩擦係数とは比例関係にあるからである。

変化速度制限部Ｂ１２は、タイヤ発生力推定部Ｂ１１で算出した加速度Ｇｖを用いて摩擦係数推定値μの変化速度を制限し、制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔを後述する駆動力制限部Ｂ１３に出力する。例えば、図５に示すマップを用いて制限レイトを設定し、入力された摩擦係数推定値μの今回値の前回値からの変化量を、制限レイトを用いて制限し、制限後の値を制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔする。図５における横軸の０．３は雪路における加速度Ｇｖの一例であり、同じく０．６はウェット路面及びドライ路面における加速度Ｇｖの一例である。また、図５における制限レイトのＬｏｗ及びＨｉは、本実施形態を適用する車両の仕様に応じて任意に設定し得る値であって、適合により設定する。

図５に示す通り、制限レイトは雪路では相対的に小さく、ウェット路面及びドライ路面では相対的に大きい。すなわち、摩擦係数推定値μの変化速度は、雪路のような低μ路では相対的に小さく、ウェット路面及びドライ路面のような高μ路では相対的に大きくなる。なお、横軸の加速度Ｇｖを路面の摩擦係数推定値μに置き換えてもよい。その場合も、雪路の摩擦係数μは０．３、ウェット路面及びドライ路面の摩擦係数μは０．６とする。

駆動力制限部Ｂ１３は、アクセル開度に基づく目標駆動力Ｆｘと、ステアリング舵角及び車速に基づく目標横力Ｆｙと、制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔとに基づいて制限後の駆動力Ｆｘ´を算出する。そして、制限後の駆動力Ｆｘを上述した通り摩擦円の大きさに応じて前輪と後輪とに分配する。

上記のように駆動力を制御することで、制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔの変化に応じた摩擦円の大きさの変化が低μ路では相対的に緩やかに、高μ路では相対的に高μ路では相対的に速やかになる。

図６は、上記の駆動力制御を実行した場合のタイミングチャートである。図７は、比較例としての、本実施形態の変化速度制限を行わない場合のタイミングチャートである。

図６、図７のいずれも、目標駆動力は一定で、タイミング０からタイミングＴ１までは雪路を、タイミングＴ１からタイミングＴ２まではドライ路面を、タイミングＴ２からタイミングＴ３まではウェット路面を、タイミングＴ３以降は再びドライ路面を、走行した場合について示している。

雪路においては、上述した通り圧雪の程度が一律ではなく、場所によっては氷状になっているところもあることから、路面の摩擦係数が頻繁に、かつ急激に増減する。このような状況において、摩擦係数推定値μの変化速度に制限をかけないと、換言すると推定摩擦円の大きさの変化の速度に制限をかけないと、図７に示す通り摩擦係数推定値μの変動量が大きくなる。このように大きく変動する摩擦係数推定値μに応じて駆動力を制限すると、制限後の駆動力の変動量も大きくなるので、前後加速度の変動量も大きくなる。その結果、車輪速度の変動量も大きくなり、車両挙動の乱れを招くこととなる。なお、ここでいう変動量とは、増減を交互に繰り返す際の振れ幅のことである。

これに対し、本実施形態のように低μ路での摩擦係数推定値μの変化速度を相対的に遅くなるよう制限すると、図６に示す通り、制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔの変動量が図７に比べて小さくなる。これに伴い、制限後の駆動力による加速度の変動量も小さくなり、結果的に車輪速度は単調増加するので、車両挙動の乱れを抑制できる。

一方、タイミングＴ１以降のドライ路面またはウェット路面では、本実施形態の摩擦係数推定値μの変化速度の制限が雪路の場合に比べて緩くなるので、制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔの変化速度は比較例と同等になる。このため、タイミングＴ１以降は図６と図７に違いはない。例えば、タイミングＴ２においてドライ路面からウェット路面に変化したときには、図６の制限後摩擦係数推定値μｌｉｍｉｔは速やかに低下し、これに応じて制限後の駆動力による加速度も速やかに低下している。すなわち、本実施形態によれば、高μ路での路面状況の変化に対する応答性を確保し、かつ低μ路での路面状況の変化に起因する車両挙動の乱れを抑制できる。

なお、摩擦係数推定値μの変化速度を制限する場合に、アクセルペダルの踏み込み量が大きいほど変化速度が大きくなるようにしてもよい。例えば、図４の変化速度制限部Ｂ１２がアクセル開度を読み込み、アクセル開度が大きいほど図５の制限レイトを大きく補正する。アクセルペダルの踏み込み量が大きくなるほど、運転者は大きな加速度を要求しており、車両挙動の乱れに対する許容度も上がる。したがって、運転者の加速意図を優先するために、アクセルペダルの踏み込み量が大きいほど変化速度を大きくする。

以上の通り本実施形態に係る車両の駆動力制御方法によれば、前後加速度と横加速度に基づいて推定摩擦円を算出し、推定摩擦円の大きさに応じて駆動力を制限し、車両走行中における推定摩擦円の大きさの変化速度を、タイヤ発生力に基づいて制限する。そして、この駆動力制御方法では、タイヤ発生力が大きいほど、制限後の推定摩擦円の大きさの変化速度を大きくする。これにより、低μ路での車両の挙動の乱れを抑制できる。さらに、高μ路での駆動力制御の応答性を確保できる。

本実施形態に係る車両の駆動力制御方法では、アクセルペダルの踏み込み量が大きいほど推定摩擦円の大きさの変化速度を大きくする。これにより、車両の挙動の乱れを抑制しつつ、運転者の加速意図を満足することができる。

本実施形態に係る車両の駆動力制御方法によれば、前後加速度と横加速度に基づいて路面の推定摩擦係数を算出し、推定摩擦係数の大きさに応じて駆動力を制限し、車両走行中における推定摩擦係数の大きさの変化速度を、推定摩擦係数の大きさに基づいて制限する。そして、この駆動力制御方法では、推定摩擦係数が大きいほど、制限後の推定摩擦係数の大きさの変化速度を大きくする。これにより、低μ路での車両の挙動の乱れを抑制できる。さらに、高μ路での駆動力制御の応答性を確保できる。

本実施形態に係る車両の駆動力制御方法では、アクセルペダルの踏み込み量が大きいほど推定摩擦の大きさの変化速度を大きくする。これにより、車両の挙動の乱れを抑制しつつ、運転者の加速意図を満足することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (6)

1. 前後加速度と横加速度に基づいて推定摩擦円を算出し、
   前記推定摩擦円の大きさに応じて駆動力を制限し、
   車両走行中における前記推定摩擦円の大きさの変化速度を、タイヤ発生力に基づいて制限する、制御部を備えた車両の駆動力制御方法において、
   前記制御部は、タイヤ発生力が大きいほど、制限後の前記推定摩擦円の大きさの変化速度を大きくする、車両の駆動力制御方法。
2. 請求項１に記載の車両の駆動力制御方法において、
   前記制御部は、アクセルペダルの踏み込み量が大きいほど前記推定摩擦円の大きさの変化速度を大きくする、車両の駆動力制御方法。
3. 前後加速度と横加速度に基づいて路面の推定摩擦係数を算出し、
   前記推定摩擦係数の大きさに応じて駆動力を制限し、
   車両走行中における前記推定摩擦係数の大きさの変化速度を、前記推定摩擦係数の大きさに基づいて制限する、制御部を備えた車両の駆動力制御方法において、
   前記制御部は、前記推定摩擦係数が大きいほど、制限後の前記推定摩擦係数の大きさの変化速度を大きくする、車両の駆動力制御方法。
4. 請求項３に記載の車両の駆動力制御方法において、
   前記制御部は、アクセルペダルの踏み込み量が大きいほど前記推定摩擦係数の大きさの変化速度を大きくする、車両の駆動力制御方法。
5. 車両の前後加速度を検出する前後加速度検出部と、
   前記車両の横加速度を検出する横加速度検出部と、
   前記前後加速度と前記横加速度とに基づいて推定摩擦円を算出し、前記推定摩擦円の大きさに応じて駆動力を制限し、車両走行中における前記推定摩擦円の大きさの変化速度を、タイヤ発生力に基づいて制限する制御部と、
   を備える車両の駆動力制御装置において、
   前記制御部は、タイヤ発生力が大きいほど、制限後の前記推定摩擦円の大きさの変化速度を大きくする、車両の駆動力制御装置。
6. 車両の前後加速度を検出する前後加速度検出部と、
   前記車両の横加速度を検出する横加速度検出部と、
   前後加速度と横加速度に基づいて路面の推定摩擦係数を算出し、前記推定摩擦係数の大きさに応じて駆動力を制限し、車両走行中における前記推定摩擦係数の大きさの変化速度を、前記推定摩擦係数の大きさに基づいて制限する制御部と、
   を備える車両の駆動力制御装置において、
   前記制御部は、前記推定摩擦係数が大きいほど、制限後の前記推定摩擦係数の大きさの変化速度を大きくする、車両の駆動力制御装置。

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