WO2023013565A1 - 車両制御装置 - Google Patents

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WO2023013565A1
WO2023013565A1 PCT/JP2022/029414 JP2022029414W WO2023013565A1 WO 2023013565 A1 WO2023013565 A1 WO 2023013565A1 JP 2022029414 W JP2022029414 W JP 2022029414W WO 2023013565 A1 WO2023013565 A1 WO 2023013565A1
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WO
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vehicle
vehicle speed
upper limit
limit value
slip ratio
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PCT/JP2022/029414
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮太 ▲高▼橋
博志 藤本
空由 布施
直樹 ▲高▼橋
俊輔 松尾
悠太郎 岡村
亮佑 古賀
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
国立大学法人 東京大学
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device that controls the slip state of wheels mounted on a vehicle.
  • drive torque control that calculates a target slip ratio of the vehicle and adjusts the drive torque of the vehicle so that the actual slip ratio of the wheels matches the target slip ratio.
  • the value of the target slip ratio is calculated, for example, based on the required driving force of the vehicle. Also, if the value of the target slip ratio is too large, the wheels will tend to slip. Therefore, the value of the target slip ratio is limited to a range equal to or lower than a predetermined upper limit value (see Patent Documents 1 to 3).
  • JP 2009-65793 A Japanese Patent No. 4637136 Japanese Patent No. 4907390
  • the optimal slip ratio value may change depending on the driving conditions of the vehicle and road surface conditions. Therefore, if drive torque control is performed while the upper limit of the target slip ratio is fixed, running performance and stability may deteriorate. For example, if the upper limit of the target slip ratio is too small, the frictional force acting between the wheels and the road surface will be small, and the running performance (driving force, braking force) may be degraded. Also, if the upper limit of the target slip ratio is too large, the lateral force acting on the wheels will be small, and the stability of the vehicle body posture may be degraded.
  • One of the purposes of this case is to provide a vehicle control device that was invented in light of the above problems and that can improve the running performance and stability of the vehicle.
  • a vehicle control device disclosed herein is a vehicle control device that controls a slip state of a wheel mounted on a vehicle, and includes a calculation unit that calculates a target slip ratio, which is a target value of the slip ratio of the wheel, and at least the a limiting unit for setting an upper limit value of the target slip ratio based on the vehicle speed of the vehicle and limiting the target slip ratio calculated by the calculating unit to be equal to or lower than the upper limit value; and the target slip limited by the limiting unit.
  • the running performance and stability of the vehicle can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a vehicle to which a vehicle control device as an embodiment is applied;
  • FIG. FIG. 2 is a skeleton diagram showing the structure of the drive system of the vehicle shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a velocity diagram of the planetary gear mechanism shown in FIG. 2;
  • 2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle control device shown in FIG. 1;
  • FIG. FIG. 2 is a map showing the relationship between the vehicle speed and the upper limit set by the limiter in FIG. 1;
  • a vehicle control device as an embodiment is applied to a vehicle 1 shown in FIG.
  • the vehicle 1 includes left and right wheels 5 (wheels) arranged side by side in the vehicle width direction, a power distribution mechanism 3 (differential mechanism) that imparts a torque difference to the left and right wheels 5, and a pair connected to the power distribution mechanism 3. and a motor 2 of
  • alphabetic characters R and L added to numerical symbols indicate the arrangement positions (on the right or left side of the vehicle 1) of the elements corresponding to the symbols.
  • 5R represents one of the left and right wheels 5 (that is, the right wheel) positioned on the right side of the vehicle 1
  • 5L represents the other (that is, the left wheel) that is positioned on the left side (left).
  • the electric motor 2 has the function of driving at least one of the front wheels or the rear wheels of the vehicle 1, and can have the function of driving all four wheels.
  • One of the pair of electric motors 2 arranged on the right side is also called a right electric motor 2R (right motor), and the other arranged on the left side is also called a left electric motor 2L (left motor).
  • the right electric motor 2R and the left electric motor 2L operate independently of each other and can individually output driving forces of different magnitudes.
  • These electric motors 2 are connected to a power distribution mechanism 3 via a pair of speed reduction mechanisms provided separately from each other.
  • the right electric motor 2R and the left electric motor 2L of this embodiment have the same rated output and are provided in pairs.
  • the vehicle 1 includes a power distribution mechanism 3 that amplifies the torque difference between the pair of electric motors 2 and distributes it to each of the left and right wheels 5 .
  • the power distribution mechanism 3 of this embodiment is a differential mechanism having a yaw control function [AYC (Active Yaw Control) function], and the wheel shaft 4 (left wheel shaft 4L) connected to the left wheel 5L and the right wheel 5R It is interposed between the connected wheel axle 4 (right wheel axle 4R).
  • the yaw control function is a function for stabilizing the attitude of the vehicle 1 by actively controlling the sharing ratio of the driving force (driving torque) of the left and right wheels 5 to adjust the yaw moment.
  • the power distribution mechanism 3 incorporates a planetary gear mechanism, a differential gear mechanism, and the like.
  • a vehicle drive system including a pair of electric motors 2 and a power distribution mechanism 3 is also called a DM-AYC (Dual-Motor AYC) system.
  • the power distribution mechanism 3 includes a pair of speed reduction mechanisms (gear trains enclosed by dashed lines in FIG. 2) that reduce the rotation speed of the electric motor 2, and a speed change mechanism (indicated by a dashed line in FIG. gear train enclosed).
  • the reduction mechanism is a mechanism that increases the torque by reducing the torque (driving force) output from the electric motor 2 .
  • the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism is appropriately set according to the output characteristics and performance of the electric motor 2 . If the torque performance of the electric motor 2 is sufficiently high, the reduction mechanism may be omitted.
  • the transmission mechanism is a mechanism that amplifies the torque difference transmitted to each of the left and right wheels 5 .
  • the transmission mechanism of the power distribution mechanism 3 shown in FIG. 2 includes a pair of planetary gear mechanisms. These planetary gear mechanisms have a structure in which the rotation shafts of planetary gears provided on respective carriers are connected to each other. Each carrier rotatably supports the planetary gears and supports the planetary gears so as to revolve between the sun gear and the ring gear. Driving forces transmitted from the left and right electric motors 2 are input to the ring gear and the sun gear of one planetary gear mechanism. The driving force transmitted to the left and right wheels 5 is taken out from the sun gear and carrier of the other planetary gear mechanism. The ring gear of the other planetary gear mechanism is absent.
  • the structure of the power distribution mechanism 3 shown in FIG. 2 is merely an example for realizing the yaw control function, and other known structures can be applied.
  • Each electric motor 2L, 2R is electrically connected to a battery 7 via an inverter 6 (6L, 6R).
  • the inverter 6 is a converter (DC-AC inverter) that mutually converts the power (DC power) of the DC circuit on the battery 7 side and the power (AC power) of the AC circuit on the electric motor 2 side.
  • the battery 7 is, for example, a lithium-ion secondary battery or a nickel-hydrogen secondary battery, and is a secondary battery capable of supplying a high-voltage DC current of several hundred volts.
  • DC power is converted into AC power by the inverter 6 and supplied to the electric motor 2 .
  • the electric motor 2 When the electric motor 2 generates power, the generated power is converted into DC power by the inverter 6 and charged in the battery 7 .
  • the operating state of inverter 6 is controlled by vehicle control device 10 .
  • the vehicle control device 10 is one of the electronic control units (ECU, Electronic Control Unit) mounted on the vehicle 1 .
  • the vehicle control device 10 incorporates a processor (central processing unit), a memory (main memory), a storage device (storage), an interface device, and the like, which are not shown, and these are communicably connected to each other via an internal bus.
  • the contents of determinations and controls performed by the vehicle control device 10 are recorded and stored in the memory as firmware and application programs, and when the programs are executed, the contents of the programs are developed in the memory space and executed by the processor. .
  • the vehicle control device 10 is connected with an accelerator opening sensor 21, a brake sensor 22, a steering angle sensor 23, a mode selection switch sensor 24, a resolver 25, and a wheel speed sensor 26, as shown in FIG.
  • the accelerator opening sensor 21 is a sensor that detects the depression amount (accelerator opening) of the accelerator pedal and the depression speed thereof.
  • the brake sensor 22 is a sensor that detects the amount of depression of the brake pedal (brake pedal stroke) and the depression speed thereof.
  • the steering angle sensor 23 is a sensor that detects the steering angle of the left and right wheels 5 (actual steering angle or steering angle). , snow mode, tarmac mode, etc.) and a sensor for detecting the operating state of the switch are integrated.
  • the resolver 25 is a sensor that detects the rotational angular velocity of the electric motor 2 (that is, the motor angular velocities ⁇ Rm and ⁇ Lm ), and is provided for each electric motor 2 individually.
  • the wheel speed sensor 26 is a sensor for detecting the rotational angular velocities (wheel angular velocities ⁇ Rds , ⁇ Lds ) output from the power distribution mechanism 3 to the wheel shafts 4 . is provided in the vicinity of the connection point of The vehicle control device 10 controls the output of the pair of electric motors 2 by controlling the operating state of the inverter 6 based on the information detected by these sensors 21-26.
  • the type of sensor that detects the rotational angular velocity of the electric motor 2 is not limited to the resolver 25, and may be another sensor (for example, a Hall sensor or an encoder).
  • [2. control model] A control model related to this embodiment will be described.
  • braking/driving torque braking torque and driving torque
  • V vehicle speed
  • F x the braking/driving force
  • J w the wheel inertia (moment of inertia)
  • ⁇ ds the wheel angular velocity
  • T ds the shaft torque (braking/driving torque).
  • the effective radius of the tire is r
  • the wheel speed is V w
  • the slip rate is ⁇ (the slip rate obtained by normalizing the relative speed between the vehicle body speed and the wheel speed), the following equation holds.
  • a variable normalized by dividing the longitudinal force by the normal force is called a coefficient of friction ⁇ .
  • the relationship between the coefficient of friction ⁇ and the slip ratio ⁇ is nonlinear.
  • the value of the coefficient of friction ⁇ takes a maximum value ⁇ max at a predetermined slip ratio (optimal slip ratio ⁇ p0 ).
  • the transfer function of the wheel angular velocity with respect to the shaft torque input (the relationship between the input and output expressed as a function of the complex number s) is expressed as follows.
  • J n in the following formula is the nominal inertia. That is, when there is a certain slip rate ⁇ n (nominal slip rate), the equivalent inertia of the wheels 5 viewed from the drive side can be considered to be J n .
  • FIG. 3 is a velocity diagram regarding the input and output of the power distribution mechanism 3. As shown in FIG. b 1 and b 2 in the figure are equivalent second speed ratios determined by the structure of the gear incorporated in the power distribution mechanism 3 . In this embodiment, the following equation holds.
  • T Rin and T Lin are input side torques after gear reduction and coupling, and also include inertia torque on the motor side. Further, T Rm and T Lm are torques after subtracting the inertia torque on the motor side, and can be expressed as follows.
  • T RIm and T LIm are inertia torques of the electric motor 2 .
  • Im is the inertia of the electric motor 2
  • ⁇ Rm and ⁇ Lm are angular velocities on the motor side after the first deceleration.
  • the relationship between the motor angular velocities ⁇ Rm , ⁇ Lm and the drive shaft side angular velocities ⁇ Rds , ⁇ Lds is expressed by the following equations.
  • FIG. 1 At least a calculation unit 11 , a restriction unit 12 and a control unit 13 are provided inside the vehicle control device 10 .
  • the controller 13 includes an FF controller 14 and an FB controller 15 .
  • a model calculator 16 and a driving force observer 17 are provided. These elements are shown by classifying the functions of the vehicle control device 10 for convenience. These elements can be described as independent programs, or can be described as a composite program combining multiple elements. A program corresponding to each element is stored in the memory or storage device of the vehicle control device 10 and executed by the processor.
  • the calculation unit 11 individually calculates a target slip rate y (slip rate command value), which is a target value of the slip rate ⁇ of the wheels 5R and 5L.
  • the value of the target slip ratio y is calculated based on at least the required driving force of the vehicle 1 .
  • the value of the target slip ratio y is calculated based on the required driving force of the vehicle 1 and the estimated driving force.
  • the target slip ratio y is calculated based on the integrated value (error) obtained by subtracting the estimated driving force from the required driving force.
  • the required driving force is calculated based on information detected by the sensors 21-26, for example.
  • the definition of the target slip ratio y is shown below.
  • This target slip ratio y has the same definition as the slip ratio ⁇ during braking (during deceleration) of the vehicle 1 .
  • the relationship between the slip ratio ⁇ and the target slip ratio y during braking is expressed by the following equation. If the slip ratio ⁇ is sufficiently small, both values will be substantially the same.
  • the value of the target slip ratio y calculated by the calculation unit 11 is excessive, the value (absolute value) is clipped to a range equal to or less than the upper limit value y max set by the limit unit 12, which will be described later. be. In this case, the value exceeding the upper limit value y max is discarded as a surplus value. Therefore, in order to reflect the value of this surplus in the next and subsequent calculations, a calculation configuration may be adopted in which the surplus value is multiplied by a predetermined gain, introduced again to the upstream side of the calculation unit 11, and subtracted from the required driving force. good.
  • the limiting unit 12 individually sets the upper limit value ymax of the target slip ratio y based on at least the vehicle speed V of the vehicle 1, and sets the absolute value
  • the target slip ratio y which is limited by the upper limit value y max , also includes a value on the braking side (negative side).
  • the vehicle speed V here may be a value calculated based on the wheel angular velocities ⁇ Lds and ⁇ Rds detected by the wheel speed sensor 26, but preferably based on the motor angular velocities ⁇ Rm and ⁇ Lm detected by the resolver 25. It is assumed to be a value calculated by The upper limit value y max functions as a limiter for the target slip ratio y.
  • FIG. 5 is a map illustrating the relationship between vehicle speed V and upper limit value y max .
  • FIG. 5 shows the limiting characteristics on the driving side (positive side). This map is stored inside the vehicle control device 10 (for example, inside the restriction unit 12 or on a memory accessible by the restriction unit 12).
  • the above map includes a first vehicle speed range V1 to V2 , which is a vehicle speed range in which the upper limit value ymax increases as the vehicle speed V increases, and a second vehicle speed range in which the upper limit value ymax decreases as the vehicle speed V increases.
  • a region V 3 to V 4 is set.
  • the first vehicle speed range V 1 to V 2 means the vehicle speed range from the first vehicle speed V 1 to the second vehicle speed V 2
  • the second vehicle speed range V 3 to V 4 means the vehicle speed V from the third vehicle speed. It means the vehicle speed range from V3 to the fourth vehicle speed V4 .
  • the magnitude relationship of the values of the vehicle speed V is 0 ⁇ V1 ⁇ V2 ⁇ V3 ⁇ V4 . area.
  • the value of the upper limit y max set in the first vehicle speed range V 1 to V 2 has the characteristic of increasing at an upward slope with respect to the increase in vehicle speed V, and the upward slope is A 1 is.
  • the value of the upper limit value y max set in the second vehicle speed range V 3 to V 4 has the characteristic of decreasing on the downward slope with respect to the increase of the vehicle speed V, and the downward slope is -A 2 .
  • is set to be larger than the absolute value of the descending slope
  • the upper limit value y max increases with respect to the increase in vehicle speed V, and the target slip ratio y approaches the optimum slip ratio ⁇ p0 . easier. Also, if the absolute value of the downward slope
  • the third vehicle speed range V 0 to V 1 in which the upper limit value y max is set to the first predetermined value y 1 regardless of the vehicle speed V
  • a fourth vehicle speed range V 4 to V 5 is set in which max is set to the second predetermined value y 2 .
  • the third vehicle speed range V 0 to V 1 means a vehicle speed range in which the vehicle speed V is from the predetermined vehicle speed V 0 to the first vehicle speed V 1
  • the fourth vehicle speed range V 4 to V 5 means the vehicle speed V in the fourth vehicle speed V It means the vehicle speed range from 4 to the fifth vehicle speed V5 .
  • the magnitude relationship of the value of the vehicle speed V is 0 ⁇ V 0 ⁇ V 1 and V 4 ⁇ V 5 .
  • the third vehicle speed range V 0 to V 1 is a vehicle speed range lower than the first vehicle speed range V 1 to V 2
  • the fourth vehicle speed range V 4 to V 5 is the second vehicle speed range V 3 to V 4 . It is a vehicle speed range on the higher speed side than .
  • the first predetermined value y1 is set to a value smaller than the second predetermined value y2 .
  • the upper limit value ymax is the first 3 is set to a predetermined value y3.
  • the magnitude relationship of the upper limit value y max is y 1 ⁇ y 2 ⁇ y 3 .
  • the slip immediately after the stopped vehicle 1 starts running is strongly restricted. , and the acceleration is likely to increase.
  • the third predetermined value y3 is set to a relatively large value (a value larger than the first predetermined value y1 and the second predetermined value y2 )
  • the slip ratio at which the frictional force of the wheels 5R and 5L increases It becomes easier to maintain the target slip ratio y within the range of ⁇ , and it becomes easier to increase the driving force.
  • the second predetermined value y2 again to a relatively small value (at least a value smaller than the third predetermined value y3 ), occurrence of vibration due to slip and torque suppression in the middle and high speed range is prevented. be. Note that, compared to when the vehicle 1 starts moving, the acceleration is more likely to increase if the target slip ratio y is not excessively limited in the middle and high speed range. That is, by setting the second predetermined value y2 to a value larger than the first predetermined value y1 , not only the damping performance but also the acceleration performance can be improved.
  • a parameter other than the vehicle speed V may be reflected in the upper limit value y max .
  • the upper limit value y max may be set according to the amount of operation by the driver of the vehicle 1, the vehicle state (lateral acceleration, yaw rate, etc.), and the road surface state.
  • the value of the gain X for correcting the upper limit value y max is higher than when the driving mode of the vehicle 1 is the tarmac mode. set smaller.
  • the value of the gain X is set to a small value so that the road surface is less slippery.
  • the value of the gain X is set large.
  • the gain X is a parameter that is multiplied by the upper limit value y max , and is set within a range of 0 or more, for example.
  • the value multiplied by the gain X is used as the final upper limit value ymax of the target slip ratio y. With such a setting, the more slippery the road surface is, the stronger the slip is suppressed, so the stability of the vehicle body posture is improved.
  • the control unit 13 controls the driving torque of the vehicle 1 for each of the wheels 5R and 5L so that the wheel speed that becomes the target slip ratio y limited by the limiting unit 12 is obtained.
  • the control unit 13 is provided with an FF control unit 14 that performs control based on the required driving force, and an FB control unit 15 that performs control based on the target slip ratio y limited by the limit unit 12 .
  • the required driving force is multiplied by the effective radius r of the wheels 5R, 5L to be controlled to calculate the required wheel torque for the wheels 5R, 5L.
  • Equation 1 If the wheels 5R and 5L stick together, the left side of Equation 1 is sufficiently small, and the shaft torque Tds substantially matches the product rFx of the tire effective radius r and the braking/driving force Fx . Therefore, a drive force approximately equal to the drive force command value can be generated by feedforward, and a slight error is compensated for by the feedback of the drive force control system.
  • the FB control unit 15 calculates the torque feedback control amount for the wheels 5R and 5L.
  • the sum of the required wheel torque calculated by the FF control unit 14 and the feedback control amount calculated by the FB control unit 15 becomes the final output torque T for the wheels 5R and 5L. Based on this output torque T, the operating state of the pair of electric motors 2 is controlled.
  • a calculation method for converting the torque of the wheel shaft 4 into the torque of the electric motor 2 a known method can be applied.
  • the FB control unit 15 multiplies the vehicle speed V in the previous calculation cycle by a value obtained by adding 1 to the target slip rate y. Further, the value is divided by the effective radius r of the wheels 5R, 5L to be controlled, and the angular velocity target value ⁇ * of the wheels 5R, 5L is calculated. After that, the torque feedback control amount is adjusted so that the difference between the actual angular velocity ⁇ of the wheels 5R, 5L and the angular velocity target value ⁇ * in the previous calculation cycle becomes small (ideally, the difference becomes 0). (for example, PI control amount) is calculated. Estimated values of the vehicle speed V and the angular velocity ⁇ calculated by the model calculator 16 may be used instead of the vehicle speed V and the angular speed ⁇ in the previous calculation cycle.
  • the wheel speed control is PI (proportional integral) control
  • its proportional gain K p and integral gain K i are expressed as follows.
  • the model calculation unit 16 calculates estimated values of the vehicle speed, wheel speed, vehicle body acceleration, etc. when the wheels 5R and 5L are driven with the output torque T based on a predetermined vehicle model. These estimated values can be derived, for example, by applying a known arithmetic method for converting the torque of the electric motor 2 into the torque of the wheel shaft 4 .
  • the driving force observer unit 17 calculates an estimated driving force based on at least the output torque T.
  • the inertia torque Jws of each of the left and right wheels 5 is calculated based on the wheel speed calculated by the model calculation unit 16, for example.
  • an estimated shaft torque is calculated by subtracting the inertia torque J ws from the output torque T.
  • the estimated driving force is calculated by dividing this estimated shaft torque by the effective radius r of the wheels 5R and 5L.
  • the above inertia torque J ws can also be calculated from the detected value of the resolver 25 .
  • the wheel speeds of the left and right wheels 5 (angular velocities ⁇ Rds , ⁇ Lds on the drive shaft side) are estimated from the motor angular velocities ⁇ Rm , ⁇ Lm detected by the resolver 25 based on Equation 8 above.
  • the inertia torque Jws of each of the left and right wheels 5 corresponds to the second term on the right side of Equation 10 and the second term on the right side of Equation 11, and thus can be calculated from each wheel speed.
  • the estimated driving force is calculated by dividing the estimated shaft torque obtained by subtracting the inertia torque Jws from the output torque T by the effective radius r of the wheels 5R and 5L.
  • the vehicle control device 10 is provided with the calculation section 11 , the restriction section 12 and the control section 13 .
  • the calculation unit 11 calculates a target slip ratio y, which is a target value of the slip ratio ⁇ of the wheels 5R and 5L.
  • the limiting unit 12 sets an upper limit value y max of the target slip ratio y based on at least the vehicle speed V of the vehicle 1, and limits the target slip ratio y calculated by the calculating unit 11 to be equal to or lower than the upper limit value y max .
  • the control unit 13 controls the driving torque of the vehicle 1 so that the wheel speed that becomes the target slip ratio y limited by the limiting unit 12 is obtained.
  • the target slip ratio y can be brought closer to the optimum value according to the vehicle speed V, and the running performance and stability of the vehicle 1 can be improved.
  • the value of the upper limit value y max is fixed, it is possible to properly use the speed range in which the wheels 5L and 5R are allowed to slip and the speed range in which the slip is restricted.
  • Driving performance and stability of the vehicle 1 can be improved.
  • the limiting unit 12 can set the upper limit value y max according to the amount of operation by the driver of the vehicle 1, the vehicle state (lateral acceleration, yaw rate, etc.), and the road surface state. For example, by setting the upper limit value y max according to the driving mode selected by the mode selection switch sensor 24, the driving performance and stability of the vehicle 1 can be further improved. Further, when the road surface is slippery or when the acceleration/deceleration acting on the vehicle 1 is large, by reducing the upper limit value y max , it is possible to strongly suppress the slip and improve the stability of the vehicle body posture.
  • the target slip ratio y can be brought closer to the optimum slip ratio ⁇ p0 , thereby improving the running performance of the vehicle 1. can be improved.
  • the computing unit 11 can compute the target slip ratio y based on the required driving force of the vehicle 1 and the estimated driving force. With such a configuration, it is possible to improve the responsiveness of the feedback, and to accurately control the target slip ratio y. Therefore, the running performance and stability of the vehicle 1 can be improved.
  • the limiting unit 12 can set the upper limit value y max of the target slip ratio y for each of the left and right wheels 5 using the rotational angular velocities of the electric motor 2 (motor angular velocities ⁇ Rm and ⁇ Lm ). .
  • the response of the target slip ratio y is lower than in the case where the upper limit value y max is set using the vehicle speed V based on the detection values (wheel angular velocities ⁇ Lds , ⁇ Rds ) of the wheel speed sensors 26, for example. performance and controllability can be improved. Therefore, the running performance and stability of the vehicle 1 can be improved.
  • the map that defines the relationship between the vehicle speed V and the upper limit value y max includes a first vehicle speed region V 1 to V2 , and a second vehicle speed range V3 to V4 , which is a higher vehicle speed range than the first vehicle speed range V1 to V2 and in which the upper limit value ymax decreases as the vehicle speed V increases.
  • in the first vehicle speed range V 1 to V 2 is set larger than the absolute value of the falling slope
  • the target slip ratio y in the low speed range can be brought closer to the optimum slip ratio ⁇ p0 at an early stage, and the running performance of the vehicle 1 can be improved.
  • the upper limit value y max is set to the first predetermined value y 1 irrespective of the magnitude of the vehicle speed V in the vehicle speed range lower than the first vehicle speed range V 1 to V 2 .
  • a fourth vehicle speed range V 4 to V 5 to be set is set.
  • the first predetermined value y1 is set smaller than the second predetermined value y2 .
  • the vehicle control device 10 applied to the rear wheels of the vehicle 1 was illustrated, but a similar vehicle control device may be applied to the front wheels, or a similar vehicle control device may be applied to both the front and rear wheels. may apply.
  • a similar vehicle control device may be applied to both the front and rear wheels.
  • vehicle 2 electric motor 3 power distribution mechanism (differential mechanism) 4 Wheel shaft 5 Left and right wheels (wheels) 6 inverter 7 battery 10 vehicle control unit (ECU) 11 calculation unit 12 restriction unit 13 control unit 14 FF control unit 15 FB control unit 16 model calculation unit 17 driving force observer unit 21 accelerator opening sensor 22 brake sensor 23 steering angle sensor 24 mode selection switch sensor 25 resolver 26 wheel speed sensor ⁇ slip ratio ⁇ p0 optimal slip ratio y Target slip ratio y max upper limit

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Abstract

開示の車両制御装置（１０）は、車輪（５）のスリップ率（λ）の目標値である目標スリップ率（y）を演算する演算部（１１）と、少なくとも車両（１）の車速（V）に基づき目標スリップ率（y）の上限値（ymax）を設定するとともに、演算部（１１）で演算された目標スリップ率（y）を上限値（ymax）以下に制限する制限部（１２）と、制限部（１２）で制限された目標スリップ率（y）となる車輪速が得られるように車両（１）の駆動トルクを制御する制御部（１３）とを備える。

Description

車両制御装置
　本発明は、車両に搭載される車輪のスリップ状態を制御する車両制御装置に関する。
　従来、車両の目標スリップ率を演算し、実際の車輪のスリップ率が目標スリップ率に一致するように車両の駆動トルクを調節する駆動トルク制御が知られている。目標スリップ率の値は、例えば車両の要求駆動力に基づいて演算される。また、目標スリップ率の値が大きくなりすぎると、車輪が滑りやすくなってしまう。そのため、目標スリップ率の値は、あらかじめ設定された所定の上限値以下の範囲に制限されるようになっている（特許文献１～３参照）。
特開２００９－６５７９３号公報 特許第４６３７１３６号公報 特許第４９０７３９０号公報
　一方、最適なスリップ率の値は、車両の走行状態や路面状態によって変化しうる。そのため、目標スリップ率の上限値を固定したままの駆動トルク制御を実施すると、走行性能及び安定性が低下することがある。例えば、目標スリップ率の上限値が小さすぎれば、車輪と路面との間に作用する摩擦力が小さくなり、走行性能（駆動力，制動力）が低下しうる。また、目標スリップ率の上限値が大きすぎれば、車輪に作用する横力が小さくなり、車体姿勢の安定性が低下しうる。
　本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、車両の走行性能及び安定性を改善できるようにした車両制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
　本件は、以下に開示する態様又は適用例として実現できる。開示の車両制御装置は、上記の課題の少なくとも一部を解決する。
　ここで開示する車両制御装置は、車両に搭載される車輪のスリップ状態を制御する車両制御装置であって、前記車輪のスリップ率の目標値である目標スリップ率を演算する演算部と、少なくとも前記車両の車速に基づき前記目標スリップ率の上限値を設定するとともに、前記演算部で演算された前記目標スリップ率を前記上限値以下に制限する制限部と、前記制限部で制限された前記目標スリップ率となる車輪速が得られるように前記車両の駆動トルクを制御する制御部とを備える。
　開示の車両制御装置によれば、車両の走行性能及び安定性を改善できる。
実施例としての車両制御装置が適用された車両を説明するための図である。 図１に示す車両の駆動系の構造を示す骨子図である。 図２に示す遊星歯車機構の速度線図である。 図１に示す車両制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の制限部で設定される車速と上限値との関係を示すマップである。
［１．車両］
　実施例としての車両制御装置は、図１に示す車両１に適用される。車両１は、車幅方向に並んで配置される左右輪５（車輪）と、左右輪５にトルク差を付与する動力分配機構３（差動機構）と、動力分配機構３に接続される一対の電動機２とを具備する。図中において数字符号に付加されるアルファベットのＲ，Ｌは、当該符号にかかる要素の配設位置（車両１の右側や左側にあること）を表す。例えば、５Ｒは左右輪５のうち車両１の右側（Right）に位置する一方（すなわち右輪）を表し、５Ｌは左側（Left）に位置する他方（すなわち左輪）を表す。
　電動機２は、車両１の前輪または後輪の少なくともいずれか駆動する機能を持つものであり、四輪すべてを駆動する機能を持ちうる。一対の電動機２のうち右側に配置される一方は右電動機２Ｒ（右モータ）とも呼ばれ、左側に配置される他方は左電動機２Ｌ（左モータ）とも呼ばれる。右電動機２Ｒ及び左電動機２Ｌは、互いに独立して作動し、互いに異なる大きさの駆動力を個別に出力しうる。これらの電動機２は、互いに別設された一対の減速機構を介して動力分配機構３に接続される。本実施例の右電動機２Ｒ及び左電動機２Ｌは、定格出力が同一であり、二個一組の対で設けられる。
　車両１は、一対の電動機２のトルク差を増幅して左右輪５の各々に分配する動力分配機構３を備える。本実施例の動力分配機構３は、ヨーコントロール機能〔AYC (Active Yaw Control)機能〕を持ったディファレンシャル機構であり、左輪５Ｌに連結される車輪軸４（左車輪軸４Ｌ）と右輪５Ｒに連結される車輪軸４（右車輪軸４Ｒ）との間に介装される。ヨーコントロール機能とは、左右輪５の駆動力（駆動トルク）の分担割合を積極的に制御することでヨーモーメントを調節し、車両１の姿勢を安定させる機能である。動力分配機構３の内部には、遊星歯車機構や差動歯車機構などが内蔵される。なお、一対の電動機２と動力分配機構３とを含む車両駆動装置は、DM-AYC（Dual-Motor AYC）装置とも呼ばれる。
　図２に示すように、動力分配機構３は、電動機２の回転速度を減速する一対の減速機構（図２中にて破線で囲んだギヤ列）や変速機構（図２中にて一点鎖線で囲んだギヤ列）を含む。減速機構は、電動機２から出力されるトルク（駆動力）を減速することでトルクを増大させる機構である。減速機構の減速比は、電動機２の出力特性や性能に応じて適宜設定される。電動機２のトルク性能が十分に高い場合には、減速機構を省略してもよい。また、変速機構は、左右輪５の各々に伝達されるトルク差を増幅させる機構である。
　図２に示す動力分配機構３の変速機構は、一対の遊星歯車機構を含む。これらの遊星歯車機構は、各々のキャリアに設けられるプラネタリギヤの自転軸同士が連結された構造を持つ。各キャリアは、プラネタリギヤを自転可能に支持するとともに、プラネタリギヤをサンギヤとリングギヤとの間で公転しうるように支持している。また、一方の遊星歯車機構のリングギヤ及びサンギヤには、左右それぞれの電動機２から伝達される駆動力が入力される。左右輪５に伝達される駆動力は、他方の遊星歯車機構のサンギヤ及びキャリアから取り出される。他方の遊星歯車機構のリングギヤは、存在しない。なお、図２に示す動力分配機構３の構造は、ヨーコントロール機能を実現するための一例に過ぎず、他の公知構造を適用することも可能である。
　各々の電動機２Ｌ，２Ｒは、インバータ６（６Ｌ，６Ｒ）を介してバッテリ７に電気的に接続される。インバータ６は、バッテリ７側の直流回路の電力（直流電力）と電動機２側の交流回路の電力（交流電力）とを相互に変換する変換器（DC-ACインバータ）である。また、バッテリ７は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池であり、数百ボルトの高電圧直流電流を供給しうる二次電池である。電動機２の力行時には、直流電力がインバータ６で交流電力に変換されて電動機２に供給される。電動機２の発電時には、発電電力がインバータ６で直流電力に変換されてバッテリ７に充電される。インバータ６の作動状態は、車両制御装置１０によって制御される。
　車両制御装置１０は、車両１に搭載される電子制御装置（ECU，Electronic Control Unit）の一つである。車両制御装置１０には、図示しないプロセッサ（中央処理装置），メモリ（メインメモリ），記憶装置（ストレージ），インタフェース装置などが内蔵され、内部バスを介してこれらが互いに通信可能に接続される。車両制御装置１０で実施される判定や制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されて、プロセッサによって実行される。
　車両制御装置１０には、図１に示すように、アクセル開度センサ２１，ブレーキセンサ２２，舵角センサ２３，モード選択スイッチセンサ２４，レゾルバ２５，車輪速センサ２６が接続される。アクセル開度センサ２１はアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）やその踏み込み速度を検出するセンサである。ブレーキセンサ２２は、ブレーキペダルの踏み込み量（ブレーキペダルストローク）やその踏み込み速度を検出するセンサである。舵角センサ２３は、左右輪５の舵角（実舵角またはステアリングの操舵角）を検出するセンサであり、モード選択スイッチセンサ２４は、乗員によって任意に選択されうる車両１の走行モード（例えば、スノーモード，ターマックモードなど）を設定するためのスイッチとそのスイッチの操作状態を検出するセンサとが一体化されたデバイスである。
　レゾルバ２５は、電動機２の回転角速度（すなわちモータ角速度ωRm，ωLm）を検出するセンサであり、各々の電動機２に個別に設けられる。また、車輪速センサ２６は、動力分配機構３から車輪軸４へと出力される回転角速度（車輪角速度ωRds，ωLds）を検出するセンサであり、動力分配機構３と左右の車輪軸４との接続箇所の近傍に設けられる。車両制御装置１０は、これらのセンサ２１～２６で検出された各情報に基づいてインバータ６の作動状態を制御することで、一対の電動機２の出力を制御する。なお、電動機２の回転角速度を検出するセンサの種類はレゾルバ２５に限られず、他のセンサ（例えばホールセンサやエンコーダ）であってもよい。
［２．制御モデル］
　本実施例に関連する制御モデルについて説明する。車両の車輪５に制駆動トルク（制動トルク及び駆動トルク）を与えて車輪５の回転速度を変化させると、車体速度との相対速度が変化（スリップ）し、接地面が変形して制駆動力（制動力及び駆動力）が生じる。ここで、車体重量をM，車体速度（車速）をV，制駆動力をFx，車輪のイナーシャ（慣性モーメント）をJw，車輪角速度をωds，軸トルク（制駆動トルク）をTds，タイヤの有効半径をr，車輪速度をVw，スリップ率をλ（車体速度と車輪速度の相対速度を規格化したスリップ率）とおけば、以下の等式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、制駆動力を垂直抗力で除して規格化した変数を摩擦係数μと呼ぶ。一般に、摩擦係数μとスリップ率λとの関係は非線形である。摩擦係数μの値は、所定のスリップ率（最適スリップ率λp0）で最大値μmaxをとる。ここで、軸トルク入力に対する車輪角速度の伝達関数（入出力の関係を複素数sの関数として表現したもの）は、以下のように表現される。下式中のJnはノミナルイナーシャである。つまり、あるスリップ率λn（ノミナルスリップ率）であるときに、駆動側から見た車輪５の等価的なイナーシャはJnであると見なせる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図３は、動力分配機構３の入出力に関する速度線図である。図中のb1，b2は、動力分配機構３に内蔵されるギヤの構造によって定まる等価第二速度比である。本実施例では、以下の等式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　TRin，TLinは、ギヤによる減速及びカップリング後の入力側トルクであり、モータ側のイナーシャトルクも含んでいる。また、TRm，TLmはモータ側のイナーシャトルクを差し引いたトルクであり、以下のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　TRIm，TLImは、電動機２のイナーシャトルクである。また、Imは電動機２のイナーシャであり、ωRm，ωLmは第一減速後のモータ側の角速度である。モータ角速度ωRm，ωLmとドライブシャフト側の角速度ωRds，ωLdsとの関係は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ドライブシャフト側に伝達されるトルクTRds，TLdsは、電動機２のイナーシャトルクを差し引いたカップリング後のトルクであることから、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、車輪速を用いたイナーシャトルクの算出には、以下の式を利用可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
［３．車両制御装置］
　図１に示すように、車両制御装置１０の内部には、少なくとも演算部１１と制限部１２と制御部１３とが設けられる。本実施例では、図４に示すように、制御部１３がＦＦ制御部１４とＦＢ制御部１５とを含む。また、上記の要素に加えて、モデル算出部１６と駆動力オブザーバ部１７とが設けられる。これらの要素は、車両制御装置１０の機能を便宜的に分類して示したものである。これらの要素は独立したプログラムとして記述することができ、複数の要素を合体させた複合プログラムとして記述することもできる。各要素に相当するプログラムは、車両制御装置１０のメモリや記憶装置に記憶され、プロセッサで実行される。
　演算部１１は、車輪５Ｒ，５Ｌのスリップ率λの目標値である目標スリップ率y（スリップ率指令値）を個別に演算するものである。目標スリップ率yの値は、少なくとも車両１の要求駆動力に基づいて演算される。本実施例では、車両１の要求駆動力と推定駆動力とに基づいて、目標スリップ率yの値が演算される。例えば、要求駆動力から推定駆動力を減じた値（誤差）を積分した値に基づいて、目標スリップ率yが演算される。要求駆動力は、例えばセンサ２１～２６で検出された各情報に基づいて算出される。ここで、目標スリップ率yの定義を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　この目標スリップ率yは、車両１の制動時（減速時）におけるスリップ率λの定義と同じである。制動時におけるスリップ率λと目標スリップ率yとの関係は、以下の式で表される。スリップ率λが十分に小さければ、両者の値はほぼ同一となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　なお、演算部１１で演算される目標スリップ率yの値が過大である場合には、その値（絶対値）が、後述する制限部１２で設定される上限値ymax以下の範囲にクリップされる。この場合、上限値ymaxを超えた分の値は、余剰分の値として破棄されることになる。そこで、この余剰分の値を次回以降の演算に反映させるべく、所定のゲインを乗じたうえで再び演算部１１の上流側へと導入し、要求駆動力から減算するような演算構成にしてもよい。
　制限部１２は、少なくとも車両１の車速Vに基づいて目標スリップ率yの上限値ymaxを個別に設定するとともに、演算部１１で演算された目標スリップ率yの絶対値|y|を上限値ymax以下に制限するものである。上限値ymaxによって制限される目標スリップ率yには、制動側（負側）の値も含まれる。ここでいう車速Vは、車輪速センサ２６で検出された車輪角速度ωLds，ωRdsに基づいて算出される値でもよいが、好ましくはレゾルバ２５で検出されたモータ角速度ωRm，ωLmに基づいて算出される値とされる。上限値ymaxは、目標スリップ率yのリミッターとして機能する。図５は、車速Vと上限値ymaxとの関係を例示するマップである。図５では、駆動側（正側）の制限特性を示している。このマップは、車両制御装置１０の内部（例えば、制限部１２の内部や制限部１２がアクセス可能なメモリ上など）に保存される。
　上記のマップには、車速Vの上昇に伴い上限値ymaxが上昇する車速域である第一車速域V1～V2と、車速Vの上昇に伴い上限値ymaxが下降する第二車速域V3～V4とが設定される。第一車速域V1～V2は、車速Vが第一車速V1から第二車速V2までの車速域を意味し、第二車速域V3～V4は、車速Vが第三車速V3から第四車速V4までの車速域を意味する。車速Vの値の大小関係は、0＜V1＜V2＜V3＜V4であり、第二車速域V3～V4は第一車速域V1～V2よりも高速側の車速域である。
　図５に示すように、第一車速域V1～V2で設定される上限値ymaxの値は、車速Vの上昇に対して登り勾配で増加する特性を持ち、その上昇勾配はA1である。一方、第二車速域V3～V4で設定される上限値ymaxの値は、車速Vの上昇に対して下り勾配で減少する特性を持ち、その下降勾配は-A2である。ここで、二つの勾配の絶対値を比較すると、上昇勾配の絶対値|A1|は下降勾配の絶対値|-A2|よりも大きな値になるように設定される。
　上昇勾配の絶対値|A1|を比較的大きな値にすることで、車速Vの上昇に対して上限値ymaxの値がより大きくなり、目標スリップ率yが最適スリップ率λp0へと近づきやすくなる。また、下降勾配の絶対値|-A2|を上昇勾配の絶対値|A1|以上に設定してしまうと、車速Vがある程度上昇した後で急激に上限値ymaxの値が減少し、トルクが過度に抑制されてしまう。これに対し、下降勾配の絶対値|-A2|を上昇勾配の絶対値|A1|よりも小さく設定することで、このようなフィーリングの低下が防止される。
　また、上記のマップには、車速Vの大小に依らず上限値ymaxを第一所定値y1に設定する第三車速域V0～V1と、車速Vの大小に依らず上限値ymaxを第二所定値y2に設定する第四車速域V4～V5とが設定される。第三車速域V0～V1は、車速Vが所定車速V0から第一車速V1までの車速域を意味し、第四車速域V4～V5は、車速Vが第四車速V4から第五車速V5までの車速域を意味する。車速Vの値の大小関係は、0≦V0＜V1，V4＜V5である。
　第三車速域V0～V1は、第一車速域V1～V2よりも低速側の車速域であり、第四車速域V4～V5は、第二車速域V3～V4よりも高速側の車速域である。ここで、第一所定値y1は、第二所定値y2よりも小さい値に設定される。また、第一車速域V1～V2と第二車速域V3～V4とに挟まれる第五車速域V2～V3においては、車速Vの大小に依らず上限値ymaxが第三所定値y3に設定される。上限値ymaxの大小関係は、y1＜y2＜y3である。
　第一所定値y1を比較的小さい値（第二所定値y2よりも小さい値）に設定することで、停止している車両１が走行を開始した直後のスリップが強く制限されることになり、加速度が増大しやすくなる。一方、第三所定値y3を比較的大きい値（第一所定値y1及び第二所定値y2よりも大きい値）に設定することで、車輪５Ｒ，５Ｌの摩擦力が大きくなるスリップ率λの範囲内に目標スリップ率yを維持しやすくなり、駆動力が増大しやすくなる。また、第二所定値y2を再び比較的小さい値（少なくとも第三所定値y3よりも小さい値）に設定することで、中高速域でのスリップ及びトルク抑制に伴う振動の発生が防止される。なお、車両１の発進時と比較すると、中高速域では目標スリップ率yを過度に制限しない方が、加速度が増大しやすくなる。つまり、第二所定値y2を第一所定値y1よりも大きな値に設定することで、制振性能だけでなく加速性能も改善される。
　なお、車速V以外のパラメータを上限値ymaxに反映させてもよい。例えば、車両１の運転者による操作量や車両状態（横加速度，ヨーレートなど）や路面状態に応じて、上限値ymaxを設定してもよい。具体例を挙げれば、車両１の走行モードがスノーモードである場合に、車両１の走行モードがターマックモードである場合と比較して、上限値ymaxの値を補正するためのゲインXの値を小さく設定する。あるいは、路面が滑りやすい場合（通常路面と比較して路面摩擦係数の推定値が小さい場合）や車両１に作用する加減速度が大きい場合に、ゲインXの値を小さく設定し、路面が滑りにくい場合や車両１に作用する加減速度が小さい場合に、ゲインXの値を大きく設定する。
　ゲインXは、上限値ymaxに乗算されるパラメータであり、例えば0以上の範囲で設定される。ゲインXが1よりも小さければ小さいほど、上限値ymaxとゲインXとの積が小さくなり、ゲインXが1よりも大きければ大きいほど、上限値ymaxとゲインXとの積が大きくなる。ゲインXが乗算された後の値が、最終的な目標スリップ率yの上限値ymaxとして使用される。このような設定により、路面が滑りやすいほどスリップが強く抑制されるため、車体姿勢の安定性が向上する。
　制御部１３は、制限部１２で制限された目標スリップ率yとなる車輪速が得られるように、車両１の駆動トルクを車輪５Ｒ，５Ｌ毎に制御するものである。制御部１３には、要求駆動力に基づく制御を司るＦＦ制御部１４と、制限部１２で制限された目標スリップ率yに基づく制御を司るＦＢ制御部１５とが設けられる。ＦＦ制御部１４では、制御対象となる車輪５Ｒ，５Ｌの有効半径rが要求駆動力に乗算されて、その車輪５Ｒ，５Ｌについての要求車輪トルクが算出される。車輪５Ｒ，５Ｌが粘着していれば、式１の左辺は十分に小さく、軸トルクTdsがタイヤの有効半径rと制駆動力Fxとの積rFxにほぼ一致する。したがって、フィードフォワードによって駆動力指令値にほぼ等しい駆動力を生成でき、若干の誤差を駆動力制御系のフィードバックが補償することになる。
　また、ＦＢ制御部１５では、その車輪５Ｒ，５Ｌについてのトルクのフィードバック制御量が算出される。ＦＦ制御部１４で算出された要求車輪トルクとＦＢ制御部１５で算出されたフィードバック制御量とを加算したものが、その車輪５Ｒ，５Ｌについての最終的な出力トルクTとなる。この出力トルクTに基づいて、一対の電動機２の作動状態が制御される。なお、車輪軸４のトルクを電動機２のトルクへと変換するための演算手法としては、公知の手法を適用可能である。
　フィードバック制御量の算出に関して、ＦＢ制御部１５では、例えば前回の演算周期における車速Vに対し、目標スリップ率yに１を加えた値が乗算される。また、その値が制御対象となる車輪５Ｒ，５Ｌの有効半径rで除算され、その車輪５Ｒ，５Ｌの角速度目標値ω*が算出される。その後、前回の演算周期におけるその車輪５Ｒ，５Ｌの実際の角速度ωと角速度目標値ω*との差が小さくなるように（理想的には差が０になるように）、トルクのフィードバック制御量（例えば、PI制御量）が算出される。なお、前回の演算周期における車速Vや角速度ωの代わりに、モデル算出部１６で算出される車速Vや角速度ωの推定値を用いてもよい。
　また、極配置法を用いて車輪速制御を設計する場合、極を複素共役とし、実部を-a(a>0)、虚部をbとすれば、車輪速制御はPI（比例積分）制御となり、その比例ゲインKp及び積分ゲインKiは以下のように表現される。ここで、b=0とすれば、実重根なので車輪速制御ループの応答は臨界減衰となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　モデル算出部１６は、所定の車両モデルに基づき、車輪５Ｒ，５Ｌが出力トルクTで駆動されたときの車速，車輪速，車体加速度などの推定値を算出するものである。これらの推定値は、例えば電動機２のトルクを車輪軸４のトルクへと変換するための公知演算手法を適用することで導出可能である。
　駆動力オブザーバ部１７は、少なくとも出力トルクTに基づき、推定駆動力を算出するものである。ここでは、例えばモデル算出部１６で算出された車輪速に基づき、左右輪５の各々のイナーシャトルクJwsが算出される。続いて、出力トルクTからイナーシャトルクJwsを減じた推定軸トルクが算出される。この推定軸トルクを車輪５Ｒ，５Ｌの有効半径rで除算することで、推定駆動力が算出される。
　上記のイナーシャトルクJwsは、レゾルバ２５の検出値から算出することも可能である。例えば、上記の式８に基づき、レゾルバ２５で検出されたモータ角速度ωRm，ωLmから左右輪５の各々の車輪速（ドライブシャフト側の角速度ωRds，ωLds）が推定される。また、左右輪５の各々のイナーシャトルクJwsは、式１０における右辺の第二項、及び、式１１における右辺の第二項に相当するため、各々の車輪速から算出可能である。その後、出力トルクTからイナーシャトルクJwsを減じた推定軸トルクを車輪５Ｒ，５Ｌの有効半径rで除算することで、推定駆動力が算出される。
［４．作用・効果］
　（１）上記の実施例では、車両制御装置１０に演算部１１と制限部１２と制御部１３とが設けられる。演算部１１は、車輪５Ｒ，５Ｌのスリップ率λの目標値である目標スリップ率yを演算する。制限部１２は、少なくとも車両１の車速Vに基づき目標スリップ率yの上限値ymaxを設定し、演算部１１で演算された目標スリップ率yを上限値ymax以下に制限する。制御部１３は、制限部１２で制限された目標スリップ率yとなる車輪速が得られるように車両１の駆動トルクを制御する。
　このような構成により、目標スリップ率yを車速Vに応じた最適な値に近づけることができ、車両１の走行性能及び安定性を改善できる。特に、上限値ymaxの値が固定的に設定される既存の制御と比較して、車輪５Ｌ，５Ｒのスリップを許容する速度範囲とスリップを制限する速度範囲とを適切に使い分けることができ、車両１の走行性能及び安定性を改善できる。
　（２）上記の実施例では、制限部１２が、車両１の運転者による操作量や車両状態（横加速度，ヨーレートなど）や路面状態に応じて上限値ymaxを設定しうる。例えば、モード選択スイッチセンサ２４で選択されている走行モードに応じて上限値ymaxを設定することで、車両１の走行性能及び安定性をさらに改善できる。また、路面が滑りやすい場合や車両１に作用する加減速度が大きい場合に上限値ymaxを小さくすることで、スリップを強く抑制して車体姿勢の安定性を向上させることができる。一方、路面が滑りにくい場合や車両１に作用する加減速度が小さい場合に上限値ymaxを大きくすることで、目標スリップ率yを最適スリップ率λp0に近づけることができ、車両１の走行性能を向上させることができる。
　（３）上記の実施例では、演算部１１が、車両１の要求駆動力と推定駆動力とに基づき目標スリップ率yを演算しうる。このような構成により、フィードバックの応答性を改善することができ、目標スリップ率yを精度よく制御することができる。したがって、車両１の走行性能及び安定性を改善できる。
　（４）上記の実施例では、制限部１２が、電動機２の回転角速度（モータ角速度ωRm，ωLm）を用いて左右輪５の各々における目標スリップ率yの上限値ymaxを設定しうる。このような構成により、例えば車輪速センサ２６の検出値（車輪角速度ωLds，ωRds）に基づく車速Vを使用して上限値ymaxを設定した場合と比較して、目標スリップ率yの応答性や制御性を改善することができる。したがって、車両１の走行性能及び安定性を改善できる。
　（５）図５に示すように、車速Vと上限値ymaxとの関係を規定するマップには、車速Vの上昇に伴い上限値ymaxが上昇する車速域である第一車速域V1～V2と、第一車速域V1～V2よりも高速側の車速域であって車速Vの上昇に伴い上限値ymaxが下降する第二車速域V3～V4とが設定される。また、第一車速域V1～V2における上昇勾配の絶対値|A1|は、第二車速域V3～V4における下降勾配の絶対値|-A2|よりも大きく設定される。このような構成により、低速域での目標スリップ率yを早期に最適スリップ率λp0へと近づけることができ、車両１の走行性能を向上させることができる。また、中高速域での過度なトルク抑制を回避することができ、フィーリングの低下を防止できる。
　（６）図５に示すマップには、第一車速域V1～V2よりも低速側の車速域であって車速Vの大小に依らず上限値ymaxを第一所定値y1に設定する第三車速域V0～V1と、第二車速域V3～V4よりも高速側の車速域であって車速Vの大小に依らず上限値ymaxを第二所定値y2に設定する第四車速域V4～V5とが設定される。また、第一所定値y1は、第二所定値y2よりも小さく設定される。このような構成により、車両１の発進時（極低速時）におけるスリップを抑制することができ、加速性能を向上させることができる。また、中高速域でのスリップ及びトルク抑制に伴う振動の発生を防止できることから、制振性能及び加速性能をさらに改善できる。
［５．変形例］
　上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
　例えば、上記の実施例では車両１の後輪に適用された車両制御装置１０を例示したが、前輪に同様の車両制御装置を適用してもよいし、前後輪の両方に同様の車両制御装置を適用してもよい。少なくとも、車輪５Ｒ，５Ｌのスリップ状態を制御する車両制御装置１０を備えた車両１において、上記の実施例と同様の制御を実施することで、上記の実施例と同様の効果を実現することができる。
　本件に係る車両制御装置の実現に際し、以下の参考文献に記載された駆動力制御手法を参照することができる。
・藤本博志，高野毅，延本秀寿，岡崎俊実，「高精度スリップ率制御による駆動力制御技術」，マツダ技報，No. 32，p. 228-233（2015）
・藤本博志，天田順也，宮島孝幸，「可変駆動ユニットシステムを有する電気自動車の開発と制御」，2013 年自動車技術会春季学術講演会前刷集，No. 8-13，p. 17-20（2013）
・吉村雅貴，藤本博志，「インホイールモータを搭載した電気自動車の駆動トルク制御法」，電気学会論文誌 D，Vol. 131，No. 5，p. 721728 (2011)
１　車両
２　電動機
３　動力分配機構（差動機構）
４　車輪軸
５　左右輪（車輪）
６　インバータ
７　バッテリ
１０　車両制御装置（ＥＣＵ）
１１　演算部
１２　制限部
１３　制御部
１４　ＦＦ制御部
１５　ＦＢ制御部
１６　モデル算出部
１７　駆動力オブザーバ部
２１　アクセル開度センサ
２２　ブレーキセンサ
２３　舵角センサ
２４　モード選択スイッチセンサ
２５　レゾルバ
２６　車輪速センサ
λ　スリップ率
λp0　最適スリップ率
y　目標スリップ率
ymax　上限値
 

Claims (6)

  1. 　車両に搭載される車輪のスリップ状態を制御する車両制御装置において、
    　前記車輪のスリップ率の目標値である目標スリップ率を演算する演算部と、
    　少なくとも前記車両の車速に基づき前記目標スリップ率の上限値を設定するとともに、前記演算部で演算された前記目標スリップ率を前記上限値以下に制限する制限部と、
    　前記制限部で制限された前記目標スリップ率となる車輪速が得られるように前記車両の駆動トルクを制御する制御部と
    を備えることを特徴とする、車両制御装置。
  2. 　前記制限部が、前記車両の運転者による操作量、車両状態、または路面状態に応じて前記上限値を設定する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の車両制御装置。
  3. 　前記演算部が、前記車両の要求駆動力と推定駆動力とに基づき前記目標スリップ率を演算する
    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. 　左右輪にトルク差を付与する差動機構と前記差動機構に接続される一対の電動機とを具備する前記車両において、前記一対の電動機の作動状態を制御することで前記左右輪のスリップ状態を個別に制御する車両制御装置であって、
    　前記制限部が、前記一対の電動機の回転角速度に基づいて前記左右輪の各々における前記目標スリップ率の上限値を設定する
    ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両制御装置。
  5. 　前記制限部が、前記車速と前記上限値との関係を規定するマップを有し、
    　前記マップが、前記車速の上昇に伴い前記上限値が上昇する車速域である第一車速域と、前記第一車速域よりも高速側の車速域であって前記車速の上昇に伴い前記上限値が下降する第二車速域とを有するとともに、
    　前記第一車速域における前記上限値の前記車速に対する上昇勾配の絶対値が、前記第二車速域における前記上限値の前記車速に対する下降勾配の絶対値よりも大きい
    ことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の車両制御装置。
  6. 　前記マップが、前記第一車速域よりも低速側の車速域であって前記車速の大小に依らず前記上限値を第一所定値に設定する第三車速域と、前記第二車速域よりも高速側の車速域であって前記車速の大小に依らず前記上限値を第二所定値に設定する第四車速域とを有するとともに、
    　前記第一所定値が、前記第二所定値よりも小さい
    ことを特徴とする、請求項５に記載の車両制御装置。
     
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