WO2015107943A1 - 四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置 - Google Patents

四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置 Download PDF

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茂木克敏
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茂木克敏
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device for when one wheel of a four-wheel independent drive vehicle performs a vehicle motion control when one wheel of a four-wheel independent drive vehicle equipped with an in-wheel motor or the like fails.
  • the following means have been proposed as a vehicle control method when one of the drive sources of the left and right wheel independent drive vehicles fails and normal braking / driving force cannot be generated.
  • Patent Document 1 in a front-wheel drive left and right wheel independent drive vehicle, when one of the drive sources becomes impossible to drive during a turn, the driving force is controlled by the following method to suppress a change in the behavior of the vehicle. Improve running stability. a) When the driving source of the front wheel on the outer turning wheel side becomes incapable of driving, the driving force for the front wheel on the inner turning side on the opposite side is gradually reduced, and after a predetermined time has elapsed, the driving force is reduced to zero. b) When the driving source of the front wheel on the inner turning wheel side becomes unable to drive, the supply of driving force to the front wheel on the outer turning wheel side on the opposite side is immediately stopped.
  • Patent Document 2 when the drive source of one wheel of a four-wheel independent drive vehicle fails, the braking / driving force on the opposite side of the failed wheel is brought close to the braking / driving force of the failed wheel.
  • the degree of closeness of the braking / driving force is changed as follows according to the failure situation. a) In a vehicle with a positive kingpin offset on the front wheels, if one of the front wheels (the steered wheels) fails, the degree of braking / driving force is closer than when one of the rear wheels (the non-steered wheels) fails. Make it high.
  • Non-Patent Document 1 when one motor of an eight-wheel independent drive vehicle fails, the following countermeasures are taken according to the failure mode. a) If free: Make the motor on the opposite side of the failed motor free. b) When locked: Regenerative braking force is generated by the motor on the opposite side of the failed motor.
  • JP-A-8-168112 Japanese Patent No. 4412476
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and even if one wheel fails, the vehicle speed and turning performance can be maintained, and it is as safe as before the failure and the same feeling as when the vehicle has not failed. It is to provide a vehicle control device in the event of a single wheel failure of a four-wheel independent drive vehicle that can continue driving and prevent the drive wheels from slipping beyond the grip limit.
  • the vehicle control device for a single wheel failure of the four-wheel independent drive vehicle of the present invention is a vehicle control device having a drive source 4 that independently drives the four drive wheels 2 and 3 as the left and right front wheels and the rear wheels.
  • the target longitudinal force sum / yaw that is set by obtaining the longitudinal force sum that is the sum of the current target longitudinal forces to be applied to the drive wheels 2 and 3 by the drive sources 4 and the current target yaw moment of the vehicle.
  • a failure detection means 26 for detecting the occurrence of a failure in the drive system including the drive source 4 of each of the drive wheels 2 and 3 and a control system of the drive source 4; When the failure detecting means 26 detects that one wheel has failed, the target longitudinal force sum / yaw moment is minimized so as to minimize the sum of the load factor squares of all the healthy wheels excluding the detected one wheel.
  • Single wheel failure control means 27 for driving the drive source 4 of each healthy wheel so as to match the target longitudinal force sum and yaw moment set in the setting means; Was provided.
  • the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 is the sum of the longitudinal force that is the current target longitudinal force to be applied to the driving wheels 2 and 3 by the respective driving sources 4 of the four wheels, and the current The target yaw moment of the vehicle is always obtained and set, for example, while the drive source is being driven. These set longitudinal force sum and yaw moment are always updated to the current values during traveling.
  • the failure detection means 26 detects that one of the wheels has failed, the means 23 distributes and gives a drive command to each of the four drive wheels 2 and 3 in accordance with the amount of depression of the accelerator or the like in a normal state. Instead, the one-wheel failure control means 27 outputs a drive command such as a torque command. At this time, the one-wheel failure control means 27 is set to the target longitudinal force sum / yaw moment setting means so as to minimize the sum of the load factor squares of all healthy wheels except the one where the failure is detected. A drive command is output to the drive source 4 of each healthy wheel so as to coincide with the target longitudinal force sum and yaw moment.
  • the target value of the front / rear force sum acting on a four-wheel independent drive vehicle is set, and even if one wheel fails and an unintended front / rear force occurs on the failed wheel, the remaining three wheels that are healthy wheels are driven.
  • the source is controlled to give an appropriate longitudinal force to the healthy wheel and follow the set target value of the longitudinal force sum. Therefore, even if one wheel fails, the vehicle speed before the failure can be maintained.
  • a target value is set in advance for the yaw moment acting on the vehicle, and the drive source of the remaining three wheels is controlled so that the target value of the target yaw moment follows the target value after one wheel fails. Therefore, even if one wheel fails, the turning ability before the failure can be maintained.
  • the driving wheels 2 and 3 When driving the remaining three wheels, if the load factor of some of the driving wheels 2 and 3 is too high, the driving wheels 2 and 3 may slide beyond the limit of the road surface grip force. Since the longitudinal force of each wheel is determined so as to minimize the sum, it is possible to avoid the occurrence of slip by maintaining sufficient grip force and maintaining the road surface grip force while driving four wheels with three wheels. . In other words, even if one wheel fails, the vehicle speed and turning performance can be maintained, driving can be continued as safely as before the vehicle has failed, and the same feeling as when the vehicle has not failed. Can be prevented from slipping beyond the grip limit.
  • the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 obtains a steering angle input from the steering means 10 of the vehicle, and sets the target yaw moment to the steering angle input obtained from the equation of motion of the vehicle 1. It may be set by a transfer function. If various information such as the mass and the dimensions of each part of the vehicle 1 are known, if the steering angle input is known, the target yaw moment is set by a transfer function for the steering angle input obtained from the equation of motion of the vehicle 1. be able to. By using the transfer function obtained from the equation of motion in this way, when various information about the vehicle 1 is known, the target yaw moment can be calculated appropriately from the steering angle input without adding sensors. Can be set.
  • the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 is set with a transmission characteristic of a yaw angular velocity with respect to the steering angle input, and the transmission characteristic is obtained from the steering angle input obtained from the steering means 10 of the vehicle 1.
  • the target yaw moment may be obtained and set using the.
  • the transfer characteristic for example, the transfer characteristic of the yaw angular velocity with respect to the steering angle input, which is previously investigated by actual traveling before delivery of the vehicle 1 to the user, is set. In this case, even if various pieces of information about the vehicle 1 are unknown, the target yaw moment can be appropriately set by calculation from the steering angle input.
  • the one-wheel failure control means 27 estimates one of the longitudinal force, lateral force and vertical force acting on each wheel 2 and 3 by solving the equation of motion of the drive wheels 2 and 3 or the vehicle 1.
  • the load factor of each of the drive wheels 2 and 3 may be obtained using the estimated value.
  • the load factor can be obtained by calculation, and the control for minimizing the load factor square sum can be performed using this load factor.
  • the one-wheel failure control means 27 detects any one of the longitudinal force, lateral force, and vertical force acting on the wheels 2 and 3 with the load sensor 15 attached to the wheel support means 5,
  • the load factor may be obtained using the detected value. If a load sensor attached to a hub or the like is used, it is possible to detect the longitudinal force, lateral force, vertical force, etc. acting on the wheels 2 and 3, and to calculate the driving wheels 2 without performing calculations to solve the equation of motion. , 3 can be obtained, and the load factor can be used to minimize the sum of the squares of the load factors.
  • one of the longitudinal force, lateral force, and vertical force acting on each wheel 2, 3 is estimated by solving the equation of motion, and the load factor of each driving wheel 2, 3 is calculated using the estimated value.
  • the normal force acting on each of the wheels 2 and 3 may be estimated from the vehicle weight, the center of gravity, and the distance between the front and rear axles.
  • the normal force acting on each wheel can be estimated easily and appropriately, and the control that minimizes the load factor square sum is easy. Yes.
  • a vehicle 1 to which this one-wheel failure vehicle control device is applied has four drive wheels 2, 2, 3 and 3 as left and right front wheels and rear wheels respectively driven by a motor 4 as a drive source. It is a four-wheel independent drive vehicle that is driven independently.
  • each motor 4 constitutes an in-wheel motor drive device 7 together with a wheel bearing 5 and a speed reducer 6 that transmits the rotation of the motor 4 to a rotating wheel (not shown) of the wheel bearing 5.
  • the motor 4 is not limited to the one constituting the in-wheel motor drive device 7, but may be one that is installed on the chassis and drives the drive wheels 2 and 3 via a drive shaft (not shown). .
  • the left and right drive wheels 2 and 2 that are front wheels can be steered by a steering mechanism 8 and are steered via the steering mechanism 8 by a handle 9 that is a steering input means.
  • These steering mechanism 8 and handle 9 constitute a steering means 10.
  • the steering means 10 is a steer-by-wire type in which the steering mechanism 8 has a steering motor (not shown), detects the steering angle of the handle 9 by the steering detection sensor 11, and the detected steering angle.
  • the rotation angle of the steering motor is controlled by a steering control means (not shown).
  • the steering control means is provided as a part of a function of the ECU 21 described later or as a dedicated ECU.
  • the steering means 10 is not limited to the steer-by-wire type, but may be a type that mechanically transmits power steering or rotation of the handle 9 to the steering mechanism 8.
  • the control system of the vehicle 1 is mainly configured by an ECU 21 and an inverter device 22 that drives the motors 4 of the drive wheels 2 and 3 respectively.
  • the ECU 21 is an electric control unit that performs cooperative control and overall control of the entire vehicle, and is provided with torque distribution means 23.
  • the torque distribution means 23 receives an acceleration command from the accelerator operation means such as the accelerator pedal 13 and a deceleration command from the brake operation means such as the brake pedal 14, and issues a drive command corresponding to the difference between the acceleration command and the deceleration command. , Distributed to the motor 4 of each drive wheel 2, 3.
  • the acceleration command and the deceleration command are commands for an operation amount such as a pedal depression amount provided for the accelerator pedal 13 and the brake pedal 14, respectively.
  • the torque distribution means 23 is basically divided equally into the four-wheel motors 4 to give drive commands, but has a function of adjusting the left and right drive force values according to the steering angle input from the handle 9. It may be.
  • the drive command is, for example, a torque command.
  • the drive command distributed and output from the torque distribution means 23 is given to the inverter device 22 of each wheel.
  • the inverter device 22 includes an inverter (not shown) that converts DC power of a battery (not shown) into AC power for driving the motor 4 and a motor control circuit unit that controls the inverter.
  • the motor control circuit unit includes a microcomputer and a motor control program. The inverter device 22 controls the inverter according to a drive command such as a given torque command, and controls the power supplied to the motor 4.
  • the one-wheel failure vehicle control device 24 is provided in the ECU 21 in the vehicle having the above-described configuration, or as a dedicated ECU different from the ECU 21.
  • the one-wheel failure vehicle control device 24 includes a target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25, a failure detection means 26, a one-wheel failure control means 27, and a notification means 28.
  • the target front / rear force sum / yaw moment setting means 25 calculates the front / rear force sum which is the sum of the current front / rear forces applied to the drive wheels 2 and 3 by the motors 4 and the current target yaw moment of the vehicle. For example, it is means for always obtaining and setting during driving of the motor 4.
  • the failure detection means 26 is means for detecting that a failure has occurred in the drive system including the drive source 4 of any of the drive wheels 2 and 3 and the control system of the drive source 4.
  • the one-wheel failure control means 27 is means for distributing a drive command such as the torque command in place of distribution by the torque distribution means 23 when the failure detection means 26 detects that one wheel has failed.
  • the single wheel failure control means 27 does not function when there is a failure of two or more wheels.
  • the notification unit 28 displays the driving wheels 2 and 3 where the failure has occurred and the type of the failure on a driver's seat monitor (not shown) to inform the driver. It is a means to inform.
  • the notifying means 28 displays on the monitor that the vehicle is traveling on the remaining three wheels due to the occurrence of one wheel failure, and notifies the driver.
  • failure detected by the failure detection means 26 include failure of the inverter of the inverter device 22 and its motor control circuit, failure of the motor control program, cable damage, and failure of the in-wheel motor drive device 7. This is damage to the components (gears and bearings), for example, minor damage.
  • the single wheel failure control means 27 will be specifically described. First, the principle of application will be described. Based on the vehicle motion theory, for example, the front-rear force sum X and the yaw moment M acting on the vehicle when the right rear wheel fails are expressed by the following equations.
  • Xi and Yi represent the longitudinal force and lateral force acting on each wheel, respectively, and the suffix i is '1' for the left front wheel, '2' for the right front wheel, '3' for the left rear wheel, And 'fail': represents the right rear wheel (failed wheel) (see FIG. 2). Further, lf and lr represent distances from the vehicle center of gravity G to the front and rear axles, and df and dr represent treads of the front and rear wheels.
  • This evaluation function is the sum of squares of the load factor of the healthy wheel.
  • the vehicle speed (sum of the longitudinal forces) and the turning performance (yaw moment) before the failure can be maintained following the target value. Further, the longitudinal force applied to the healthy wheel in this way is determined so that the sum of the load factor squares of the healthy wheel is minimized.
  • the one-wheel failure control means 27 is a means for controlling according to the principle as described above, and the longitudinal force Xi, the lateral force Yi, and the vertical force Zi acting on each wheel are inputted, and the equation (1), (2) is used so that the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 is set to the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 and the evaluation function of the above equation (3) is minimum.
  • the longitudinal force Xi of the whole healthy wheel is obtained.
  • the obtained longitudinal force Xi of each wheel is applied to the inverter device 22 of each wheel.
  • the longitudinal force Xi, the lateral force Yi, and the vertical force Zi may all be estimated from the equations of motion of the wheels (drive wheels 2 and 3), and the load applied to the wheels
  • the measurement may be performed using the detection value of the load sensor 15.
  • the load sensor 15 is provided on a wheel support means such as a wheel bearing 5 or a hub (not shown). Note that any of the longitudinal force Xi, the lateral force Yi, and the vertical force Zi may be estimated from the equation of motion, and the detected value of the load sensor 15 may be used for the other forces.
  • the longitudinal force Xi, the lateral force Yi, and the vertical force Zi may be estimated from the output of an attitude detection sensor (not shown) that detects the attitude of the vehicle 1.
  • the vertical force Zi may be given by the following equation by simply allocating the vehicle weight W by lf and lr on the assumption that a large load movement from front to back and from side to side does not occur.
  • the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 will be specifically described.
  • the target longitudinal force sum X is set according to the amount of depression (operation amount) of the accelerator pedal 13 and the brake pedal 14.
  • the target yaw moment M is set according to the vehicle speed V and the steering angle ⁇ .
  • the yaw moment M (s) is set by obtaining the transfer function (M (s) / ⁇ (s)) for the steering angle input ⁇ (s) from the equation of motion of the vehicle as follows.
  • the vehicle actually travels the transmission characteristic of the yaw angular velocity with respect to the steering angle is examined, and the examined transmission characteristic is set.
  • the transfer characteristic of the yaw angular velocity r (s) with respect to the steering angle input ⁇ (s) is expressed by the following equation.
  • I is the yaw moment of inertia
  • n is the steering gear ratio
  • ⁇ n is the natural frequency of the vehicle
  • ⁇ is the damping ratio
  • A is the stability factor
  • l is the distance between the front and rear axles
  • m is the vehicle mass
  • Kr is the cornering power of the rear wheels.
  • FIG. 1 shows a block diagram including the control of this embodiment when a failure occurs.
  • the detected value of the rotational speed of each of the four-wheel motors 4 is constantly monitored to determine whether or not a motor failure has occurred and to identify the failed wheel (step S1).
  • This failure detection and identification is performed by the failure detection means 26 of FIG.
  • the notification means 28 notifies the driver of the abnormality, and the failure detection means 26 informs the one-wheel-failure control means 27 of the drive torque of the failed wheel or the fact that the failure has occurred.
  • the single wheel failure control means 27 obtains the longitudinal force Xi, lateral force Yi, vertical force Zi of the failed wheel and the longitudinal force Xi, lateral force Yi, vertical force Zi of the healthy wheel from the equation of motion, or each wheel. Obtained from the load sensor 15 or the measured value of the vehicle attitude sensor (step S2). Thus, after obtaining the longitudinal force Xi, lateral force Yi, and vertical force Zi of each wheel, the target longitudinal force sum and the target yaw moment set in the target longitudinal force sum / yaw moment setting means 25 are obtained. Further, the single wheel failure control means 27 calculates the longitudinal force to be applied to all healthy wheels so that the sum of squares of the load factor is minimized, that is, the evaluation function (3) is minimized (step S3). ) The calculated longitudinal force is given to all the healthy wheels as a drive command for each motor 4 in place of the torque distribution means 23.
  • the yaw angular speed and the vehicle speed decrease after failure due to sudden braking of the right rear wheel.
  • the yaw angular velocity and the vehicle speed can be maintained at the values before the failure, and the circular turning can be continued without a sense of incongruity. I can confirm. The above assumes that the right rear wheel has failed, but the same control can be applied regardless of which wheel has failed.
  • the target values of the front-rear force sum and the yaw moment acting on the four-wheel independent drive vehicle are set in this way. Even if one motor fails and unintentional longitudinal force occurs in the failed wheel, the remaining three-wheel (healthy wheel) motors are controlled to give the healthy wheels appropriate longitudinal force to the set target value.
  • the longitudinal force is determined so as to minimize the load factor square sum of the healthy wheels. Therefore, even if one wheel fails, the vehicle speed and turning performance can be maintained, and driving can continue safely as before the failure. Also, you can drive with the same feeling as when you have not fallen. Furthermore, since the load factor of the wheel is taken into account when determining the longitudinal force, it is possible to prevent the wheel from slipping beyond the grip limit.

Abstract

　一輪が失陥しても、車速と旋回性を維持できて、失陥前と同様に安全に、かつ失陥していない時と同様の感覚で運転を続けることができ、また駆動輪がグリップの限界を超えて滑り出すのを防ぐことができる四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置を提供する。各駆動源(4)で駆動輪(2)，(3)に作用させる目標とする前後力和、および車両(1)のヨーモーメントを求めて設定する目標前後力和・ヨーモーメント設定手段(25)を設ける。各駆動輪(2)，(3)の駆動源(4)およびその制御系を含む駆動系に失陥が発生したことを検出する失陥検出手段(26)を設ける。失陥検出手段(26)で一輪が失陥したことが検出されると、残りの全健全輪の負荷率二乗和を最小にするように、かつ設定されている目標とする前後力和およびヨーモーメントに一致するように前記各健全輪の駆動源(4)を駆動する一輪失陥時制御手段(27)を設ける。

Description

四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置 関連出願
　本出願は、２０１４年１月１５日出願の特願２０１４－４８４４の優先権、および２０１４年１２月１８日出願の特願２０１４－２５６２０４の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、インホイールモータなどを搭載した四輪独立駆動車の一輪が失陥した場合の車両運動制御を行う四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置に関する。
　左右輪独立駆動車の駆動源の一つが故障して、正常な制駆動力を発生できなくなった場合の車両制御手法として、以下に挙げる手段が提案されている。
　特許文献１では、前輪駆動の左右輪独立駆動車において、旋回中に駆動源の一方が駆動不能に陥ったとき、以下の方法で駆動力を制御して車両の挙動変化を抑制し、車両の走行安定性を向上させる。
　a ）旋回外輪側の前輪の駆動源が駆動不能に陥ると、反対側にある旋回内輪側の前輪に対する駆動力を徐々に低下させていき、所定時間経過後には駆動力をゼロにする。
　b ）旋回内輪側の前輪の駆動源が駆動不能に陥ると、反対側にある旋回外輪側の前輪に対する駆動力の供給を直ちに停止させる。
　特許文献２では、四輪独立駆動車の一輪の駆動源が失陥した場合、失陥輪の左右反対側の制駆動力を失陥輪の制駆動力に近付ける。制駆動力の近づけ度合いを、故障の状況に応じて以下のように変える。
　a ）前輪のキングピンオフセットが正の車両では、前輪（転舵輪）の一方が失陥した場合は、後輪（非転舵輪）の一方が失陥した場合に比べ、制駆動力の近づけ度合いを高くする。
　b ）前輪のキングピンオフセットが負の車両では、前輪（転舵輪）の一方が失陥した場合は、後輪（非転舵輪）の一方が失陥した場合に比べ、制駆動力の近づけ度合いを低くする。
　c ）失陥した時の左右輪の制駆動力差が大きいほど、制駆動力の近づけ度合いを高くする。
　非特許文献１では、八輪独立駆動車の一輪のモータが失陥した場合に、失陥モードに応じて以下のような対策を講じる。
　a ）フリーになった場合：失陥モータの左右反対側のモータをフリーにする。
　b ）ロックした場合：失陥モータの左右反対側のモータで回生制動力を発生させる。
特開平８－１６８１１２号公報 特許第４４１２４７６号公報
河上清源ら、インホイールモータを用いた全輪駆動車におけるモータ失陥時の操縦安定性に関する評価、日本機械学會論文集C 編、72-719（2006）、2123-2129
　上記従来の各技術のように、失陥輪の左右反対側の制駆動力を失陥輪の制駆動力に一致させる制御方法では、失陥前の車両の旋回性や速度が一輪失陥により急変する可能性があり、車両安定性の面で不十分である。また、ドライバーにも失陥による違和感を与えてしまう。
　この発明は、上記課題を解消するものであり、一輪が失陥しても、車速と旋回性を維持できて、失陥前と同様に安全に、かつ失陥していない時と同様の感覚で運転を続けることができ、また駆動輪がグリップの限界を超えて滑り出すのを防ぐことができる四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置を提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置は、左右の前輪および後輪となる四輪の駆動輪２，３を独立して駆動する駆動源４を有する車両の制御装置であって、
　前記各駆動源４で駆動輪２，３に作用させる現在の目標とする前後力の和である前後力和、および現在の目標とする車両のヨーモーメントを求めて設定する目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５と、
　前記各駆動輪２，３の前記駆動源４およびこの駆動源４の制御系を含む駆動系に失陥が発生したことを検出する失陥検出手段２６と、
　この失陥検出手段２６で一輪が失陥したことが検出されると、この検出された一輪を除く全健全輪の負荷率二乗和を最小にするように、かつ前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段に設定されている目標とする前後力和およびヨーモーメントに一致するように前記各健全輪の前記駆動源４を駆動する一輪失陥時制御手段２７と、
　を設けた。
　この構成によると、目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５は、四輪の各駆動源４で駆動輪２，３に作用させる現在の目標とする前後力の和である前後力和、および現在の目標とする車両のヨーモーメントを例えば駆動源の駆動中に常に求めて設定しておく。これらの設定された前後力和およびヨーモーメントは、走行時に常に現在の値に更新される。いずれかの駆動輪２，３の駆動系に失陥が発生すると、その発生の事実が前記失陥検出手段２６により検出される。この失陥検出手段２６でいずれか一輪が失陥したことが検出されると、正常時にアクセルの踏み込み量等に応じて四輪の各駆動輪２，３に駆動指令を分配して与える手段２３の代わりに、前記一輪失陥時制御手段２７が、トルク指令等の駆動指令を出力する。このとき、一輪失陥時制御手段２７は、失陥が検出された一輪を除く全健全輪の負荷率二乗和を最小にするように、かつ前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段に設定されている目標とする前後力和およびヨーモーメントに一致するように、前記各健全輪の前記駆動源４に駆動指令を出力する。
　このように、四輪独立駆動の車両に働く前後力和の目標値を設定し、一輪が失陥して意図しない前後力が失陥輪に発生した場合でも、健全輪である残り三輪の駆動源を制御して健全輪に適切な前後力を与え、設定した前後力和の目標値に追従させる。そのため、一輪が失陥しても、失陥発生前の車速を維持することができる。また、車両に働くヨーモーメントについても予め目標値を設定し、一輪が失陥後にその目標ヨーモーメントの目標値に追従させるように残り三輪の駆動源を制御する。そのため一輪が失陥しても、失陥発生前の旋回性を維持することができる。残り三輪を駆動するにつき、一部の駆動輪２，３の負荷率が高過ぎるとその駆動輪２，３が路面グリップ力の限界を超えて滑り出す恐れがあるが、全健全輪の負荷率二乗和を最小にするように各輪の前後力を決定するため、グリップ力に余裕を持たせ、三輪で四輪分の駆動を行いながら、路面グリップ力が維持され、スリップが生じることが回避できる。すなわち、一輪が失陥しても、車速と旋回性を維持できて、失陥前と同様に安全に、かつ失陥していない時と同様の感覚で運転を続けることができ、かつ駆動輪がグリップの限界を超えて滑り出すのを防ぐことができる。
　この発明において、前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５は、車両の操舵手段１０から操舵角入力を得て、前記目標とするヨーモーメントを、車両１の運動方程式より求められる操舵角入力に対する伝達関数によって設定しても良い。車両１についての質量や各部の寸法等の各種情報が既知であれば、操舵角入力が分かれば、目標とするヨーモーメントを、車両１の運動方程式より求められる操舵角入力に対する伝達関数によって設定することができる。このように運動方程式より求められる伝達関数を用いることで、車両１についての各種情報が既知である場合、特にセンサ類を追加することなく、操舵角入力から目標とするヨーモーメントを計算で適切に設定することができる。
　この発明において、前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５は、前記操舵角入力に対するヨー角速度の伝達特性が設定されていて、車両１の操舵手段１０から得た操舵角入力から、前記伝達特性を用いて前記目標とするヨーモーメントを求めて設定する構成であっても良い。前記伝達特性は、例えば、車両１のユーザへの納品よりも前に予め実際の走行により調査した操舵角入力に対するヨー角速度の伝達特性を設定する。この場合、車両１についての種々の情報が不明であっても、操舵角入力から目標とするヨーモーメントを計算で適切に設定することができる。
　この発明において、前記一輪失陥時制御手段２７は、各輪２，３に働く前後力、横力、および垂直力のいずれかを駆動輪２，３または車両１の運動方程式を解いて推定し、その推定値を用いて前記各駆動輪２，３の負荷率を求めるようにしても良い。駆動輪２，３または車両１の運動方程式を用いることで、計算により前記負荷率を求めることができ、この負荷率を用いて前記負荷率二乗和を最小にする制御が行える。
　この発明において、前記一輪失陥時制御手段２７は、各輪２，３に働く前後力、横力、および垂直力のいずれかを車輪支持手段５に取り付けられた荷重センサ１５で検知し、この検知した値を用いて前記負荷率を求めるようにしても良い。ハブ等に取り付けられた荷重センサを用いれば、各輪２，３に働く前後力、横力、垂直力等を検出することができ、運動方程式を解く計算を行うことなく、前記各駆動輪２，３の負荷率を求めることができ、この負荷率を用いて前記負荷率二乗和を最小にする制御が行える。
　前述のように各輪２，３に働く前後力、横力、および垂直力のいずれかを、運動方程式を解いて推定し、その推定値を用いて前記各駆動輪２，３の負荷率を求める場合に、各輪２，３に働く垂直力を、車重と、重心点および前後車軸間の距離とから推定しても良い。このように車重と、重心点および前後車軸間の距離とから推定することで、各輪に働く垂直力を容易にかつ適切に推定でき、前記負荷率二乗和を最小にする制御が簡単に行える。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置の概念構成を示すブロック図である。 同四輪独立駆動車の各部の寸法と作用荷重を平面視で示す説明図である。 同一輪失陥時車両制御装置の制御動作の説明図である。 同一輪失陥時車両制御装置を適用した場合の時間とヨー角速度、車速との関係、および各輪の時間と前後力の関係につきシミュレーション結果を示すグラフである。 同一輪失陥時車両制御装置を適用しない場合の時間とヨー角速度、車速との関係、および各輪の時間と前後力の関係につきシミュレーション結果を示すグラフである。
　この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図1によると、この一輪失陥時車両制御装置を適用する車両１は、左右の前輪および後輪となる四輪の駆動輪２，２，３，３が、それぞれ駆動源であるモータ４によって独立して駆動される四輪独立駆動車である。各モータ４は、図示の例では車輪用軸受５、および前記モータ４の回転を前記車輪用軸受５の回転輪（図示せず）に伝達する減速機６と共に、インホイールモータ駆動装置７を構成する。なお、モータ４は、インホイールモータ駆動装置７を構成するものに限らず、車台上に設置されてドライブシャフト（図示せず）を介して駆動輪２，３を駆動するものであっても良い。
　前輪となる左右の駆動輪２，２は、転舵機構８により転舵可能であり、操舵入力手段であるハンドル９により転舵機構８を介して操舵される。これら転舵機構８およびハンドル９により操舵手段１０が構成される。操舵手段１０は、この例では転舵機構８に転舵用モータ（図示せず）を持つステアバイワイヤ形式とされ、ハンドル９の操舵角を操舵検出センサ１１で検出し、その検出された操舵角によって操舵制御手段（図示せず）により前記転舵用モータの回転角度を制御する。操舵制御手段は、後述のＥＣＵ２１が有する機能の一部として、または専用のＥＣＵとして設けられる。操舵手段１０は、ステアバイワイヤ形式に限らず、パワーステアリングや、ハンドル９の回転を機械的に転舵機構８に伝える形式であっても良い。
　車両１の制御系は、ＥＣＵ２１と、各駆動輪２，３のモータ４をそれぞれ駆動するインバータ装置２２とで主に構成される。ＥＣＵ２１は、車両全体の協調制御，統括制御を行う電気制御ユニットであり、トルク分配手段２３が設けられている。
　トルク分配手段２３は、アクセルペダル１３等のアクセル操作手段からの加速指令、およびブレーキペダル１４等のブレーキ操作手段からの減速指令が入力され、前記加速指令と減速指令の差に応じた駆動指令を、各駆動輪２，３のモータ４に分配する。前記加速指令および減速指令は、アクセルペダル１３およびブレーキペダル１４にそれぞれ設けられたペダル踏み込み量等の操作量の指令である。トルク分配手段２３は、基本的には四輪の各モータ４に等分して駆動指令を与えるが、ハンドル９からの操舵角入力に応じて左右の駆動力の値を調整する機能を持つ構成であっても良い。前記駆動指令は、例えはトルク指令である。
　トルク分配手段２３から分配して出力される駆動指令は、各輪のインバータ装置２２に与えられる。インバータ装置２２は、バッテリ（図示せず）の直流電力をモータ４の駆動用の交流電力に変換するインバータ（図示せず）と、このインバータを制御するモータコントロール回路部とを含む。このモータコントロール回路部にはマイコンおよびモータ制御プログラムが含まれる。インバータ装置２２は、与えられたトルク指令等の駆動指令に応じて、前記インバータを制御し、モータ４に与える電力を制御する。
　この一輪失陥時車両制御装置２４は、上記の構成を持つ車両において、ＥＣＵ２１に設けられ、または前記ＥＣＵ２１とは別の専用のＥＣＵとして設けられる。この一輪失陥時車両制御装置２４は、目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５、失陥検出手段２６、一輪失陥時制御手段２７、および報知手段２８を有する。
　目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５は、各モータ４で駆動輪２，３に作用させる現在の目標とする前後力の和である前後力和、および現在の目標とする車両のヨーモーメントを例えばモータ４の駆動中に常に求めて設定する手段である。失陥検出手段２６は、いずれかの駆動輪２，３の前記駆動源４およびこの駆動源４の制御系を含む駆動系に失陥が発生したことを検出する手段である。一輪失陥時制御手段２７は、前記失陥検出手段２６で一輪が失陥したことが検出されると、トルク分配手段２３による分配に代わって前記トルク指令等の駆動指令を分配する手段であり、前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５に設定されている目標とする前後力和およびヨーモーメントに一致するように、かつ失陥検出された一輪を除く後述の全ての健全輪における負荷率の二乗和を最小にするように、前記各健全輪の駆動用のモータ４に駆動指令を与える手段である。なお、一輪失陥時制御手段２７は、二輪以上の失陥がある場合は機能しない。報知手段２８は、失陥検出手段２６で失陥を検出したときに、失陥が発生した駆動輪２，３および失陥の種類を運転席のモニター（図示せず）に表示してドライバーに知らせる手段である。報知手段２８は、この他に、一輪の失陥の発生により残り三輪で走行している旨を、前記モニターに表示してドライバーに知らせる。
　失陥検出手段２６が検出する失陥は、具体例を挙げると、インバータ装置２２のインバータやそのモータコントロール回路部の故障、モータ制御プログラムの不具合、ケーブルの破損、並びにインホイールモータ駆動装置７の構成部品（歯車や軸受）の損傷であり、例えば軽微な損傷である。
　前記一輪失陥時制御手段２７について具体的に説明する。まずその適用する原理を説明する。車両運動理論に基づくと、例えば右後輪が失陥した場合に車両に働く前後力和ＸとヨーモーメントＭは次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ＸｉとＹｉとは、それぞれ、各輪に作用する前後力と横力を表し、添え字ｉは‘１’が左前輪、‘２’が右前輪、‘３’が左後輪、そして‘fail’：右後輪（失陥輪）を表している（図２参照）。また、ｌｆ，ｌｒは車両重心点Gから前後車軸までの距離を、ｄｆ，ｄｒは前後輪のトレッドを表している。
　次式で表される失陥後の健全輪の負荷率を小さくするため、次の評価関数Ｊを導入する。この評価関数は健全輪の負荷率の二乗和である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（３）で、Ｚｉは各輪に働く垂直力を表している。前後力和ＸとヨーモーメントＭが与えられ、さらに各輪に働く前後力Ｘｉ、横力Ｙｉ、および垂直力Ｚｉが把握できるとする。このとき、式（１）、（２）に式（３）の評価関数（負荷率二乗和）を最小化するという条件を加えれば、健全輪の前後力Ｘｉ（ｉ＝１～３）が決まる。つまり、失陥前の前後力和ＸとヨーモーメントＭを目標値に設定すれば、右後輪が失陥しても式（１）～（３）より決まる前後力Ｘｉを健全輪に与えることにより、目標値に追従して失陥前の車速（前後力和）と旋回性（ヨーモーメント）を維持できる。また、このようにして健全輪に与えた前後力は、健全輪の負荷率二乗和が最小となるよう決められたものである。
　一輪失陥時制御手段２７は、上述のような原理によって制御する手段であり、前記各輪に作用する前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，および垂直力Ｚｉが入力され、前記の式（１），（２）を用いて、目標として前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５に設定された前後力和ＸおよびヨーモーメントＭとなるように、かつ前記の式（３）の評価関数が最小となる全健全輪の前後力Ｘｉを求める。この求めた各輪の前後力Ｘｉを各輪のインバータ装置２２に与える。
　一輪失陥時制御手段２７において、前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，および垂直力Ｚｉは、いずれも、車輪（駆動輪２，３）の運動方程式より推定してもよいし、車輪にかかる荷重が測定できる荷重センサ１５を設けた場合は、その荷重センサ１５の検出値を用いて測定してもよい。前記荷重センサ１５は、例えば車輪用軸受５またはハブ（図示せず）等の車輪支持手段に設けられる。なお、前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，および垂直力Ｚｉのうち、いずれかの力については運動方程式より推定し、他の力について荷重センサ１５の検出値を用いても良い。前記荷重センサ１５の代わりに、車両１の姿勢を検出する姿勢検出センサ（図示せず）の出力から前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，および垂直力Ｚｉを推定しても良い。垂直力Ｚｉは、簡易的には前後・左右への大きな荷重移動が発生しないものとして、車重Ｗを、ｌｆ，ｌｒで配分し、次式で与えるのもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５について具体的に説明する。目標とする前後力和Ｘは、アクセルペダル１３およびブレーキペダル１４の踏込み量（操作量）に応じて設定する。目標とするヨーモーメントＭは車速Ｖと操舵角δに応じて設定する。
　例えば、ヨーモーメントＭ（ｓ）は、次のように、車両の運動方程式より操舵角入力δ（ｓ）に対する伝達関数（Ｍ（ｓ）／δ（ｓ））を求めて設定する。または、実際に走行して、操舵角に対するヨー角速度の伝達特性を調べ、その調べた伝達特性を設定する。
　二輪モデルの車両運動方程式より、操舵角入力δ（ｓ）に対するヨー角速度ｒ（ｓ）の伝達特性は次式で表現される。次式において、Ｉはヨー慣性モーメント、ｎはステアリングギヤ比、ωｎは車両の固有振動数、ζは減衰比である。また、Ａはスタビリティファクタ、ｌは前後車軸間距離、ｍは車両質量、Ｋｒは後輪のコーナリングパワーである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記構成による制御動作の例を、図３と共に説明する。同図は、失陥が生じたときの、この実施形態の制御を含むブロック線図を示す。四輪の各モータ４の回転速度の検出値等を常時監視して、モータ失陥が生じたか否か、およびその失陥輪の特定を行う（ステップＳ１）。この失陥検出および特定は、図１の失陥検出手段２６が行う。失陥が発生した場合は、報知手段２８によってドライバーへ異常を通知すると共に、失陥検出手段２６から失陥輪の駆動トルクまたは失陥が生じた事実を一輪失陥時制御手段２７に伝える。
　一輪失陥時制御手段２７は、失陥輪の前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，垂直力Ｚｉ、および健全輪の前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，垂直力Ｚｉを運動方程式より得るか、または各輪の荷重センサ１５または車両の姿勢センサの測定値より得る（ステップS２）。このように各輪の前後力Ｘｉ，横力Ｙｉ，垂直力Ｚｉを得た後、目標前後力和・ヨーモーメント設定手段２５に設定されている目標前後力和および目標ヨーモーメントとなるように、かつ負荷率の二乗和が最小となるように、つまり前記評価関数（３）が最小となるように、一輪失陥時制御手段２７は、全健全輪の与えるべき前後力を計算し（ステップS３）、全健全輪にその計算した前後力を、トルク分配手段２３に代わって、各モータ４の駆動指令として与える。
　この実施形態による制御の効果を、車両運動のシミュレーションにより検証した。シミュレーションでは、時速５０km/hで反時計回りに円旋回している時に右後輪が失陥して、意図せず右後輪３に急制動力が発生する場面を想定した。失陥前の定常円旋回を目標値とするため、Ｘ＝Ｍ＝０とした。図５にこの実施形態の制御を適用しない場合の結果を、図４にこの実施形態の制御を適用した場合の結果を示す。
　図５より、制御しない場合には、右後輪の急制動によりヨー角速度と車速が失陥後に減少してしまう。しかしながら、図４に示すように、この実施形態の制御により、健全輪に適切な前後力を与えると、ヨー角速度と車速を失陥前の値に維持でき、違和感なく円旋回を継続できる様子が確認できる。以上は右後輪の失陥を仮定したが、どの車輪が失陥しても同様の制御が適用できる。
　この構成の一輪失陥時車両制御装置２４によると、このように、四輪独立駆動の車両に働く前後力和とヨーモーメントの目標値を設定する。一輪のモータが失陥して、意図しない前後力が失陥輪に発生した場合でも、残り三輪（健全輪）のモータを制御して健全輪に適切な前後力を与え、設定した目標値に追従させる。その際に、健全輪の負荷率二乗和を最小化するように前後力を決定する。そのため、一輪が失陥しても、車速と旋回性を維持でき、失陥前と同様に安全に運転を続けることができる。また、失陥していない時と同様の感覚で運転できる。さらに、前後力を決定する際に車輪の負荷率を考慮するため、車輪がグリップの限界を超えて滑り出すのを防ぐことができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…車両
２，３…駆動輪
４…モータ（駆動源）
１０…操舵手段
１５…荷重センサ
２５…目標前後力和・ヨーモーメント設定手段
２６…失陥検出手段
２７…一輪失陥時制御手段

Claims (6)

  1. 　左右の前輪および後輪となる四輪の駆動輪を独立して駆動する駆動源を有する車両の制御装置であって、
    　前記各駆動源で駆動輪に作用させる現在の目標とする前後力の和である前後力和、および現在の目標とする車両のヨーモーメントを求めて設定する目標前後力和・ヨーモーメント設定手段と、
    　前記各駆動輪の前記駆動源およびこの駆動源の制御系を含む駆動系に失陥が発生したことを検出する失陥検出手段と、
    　この失陥検出手段で一輪が失陥したことが検出されると、この検出された一輪を除く全健全輪の負荷率二乗和を最小にするように、かつ前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段に設定されている目標とする前後力和およびヨーモーメントに一致するように前記各健全輪の前記駆動源を駆動する一輪失陥時制御手段と、
    　を設けた四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置。
  2. 　請求項１に記載の四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置において、前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段は、車両の操舵手段から操舵角入力を得て、前記目標とするヨーモーメントを、車両の運動方程式より求められる操舵角入力に対する伝達関数によって設定する四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置。
  3. 　請求項１に記載の四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置において、前記目標前後力和・ヨーモーメント設定手段は、前記操舵角入力に対するヨー角速度の伝達特性が設定されていて、車両の操舵手段から得た操舵角入力から、前記伝達特性を用いて前記目標とするヨーモーメントを求めて設定する四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置において、前記一輪失陥時制御手段は、各輪に働く前後力、横力、および垂直力のいずれかを駆動輪または車両の運動方程式を解いて推定し、その推定値を用いて前記負荷率を求める四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置。
  5. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置において、前記一輪失陥時制御手段は、各輪に働く前後力、横力、および垂直力のいずれかを車輪支持手段に取り付けられた荷重センサで検知し、この検知した値を用いて前記負荷率を求める四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置。
  6. 　請求項４に記載の四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置において、各輪に働く垂直力を、車重と、重心点および前後車軸間の距離とから推定する四輪独立駆動車の一輪失陥時車両制御装置。
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