JP6585446B2 - 車両の制駆動力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車輪のスリップを抑制し、且つ、車両に発生させるヨーモーメントの大きさを維持することができる車両の制駆動力制御装置に関する。

従来、車両にヨーモーメントを発生させるために左右の駆動輪に駆動力を加えたときに、左右の駆動輪のいずれか一方にスリップが発生した場合の駆動力抑制に関する制駆動力制御装置について提案されている。
例えば、車両のオーバーステア状態を解消すべく旋回内輪に駆動力を配分した際に、旋回内輪がスリップした場合、スリップによってさらに車両のオーバーステア状態が助長されることを防ぐためにスリップした車輪の駆動力を抑制する制駆動力制御装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１１−１６３５１８号公報

特許文献１では、車両にヨーモーメントを発生させるために旋回内輪の駆動力を増加させて旋回内輪がスリップした場合、旋回内輪の駆動力を低減させてスリップを抑制する。この場合、発生するヨーモーメントの大きさは不所望に変化してしまう。

この発明の目的は、車輪のスリップを抑制し、且つ、車両に発生させるヨーモーメントの大きさを維持することができる車両の制駆動力制御装置を提供することである。

この発明の車両の制駆動力制御装置２１は、前後４つの車輪２，２，３，３に駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段４を備えた車両１において、各車輪２，３に与えられた制動力または駆動力を一輪毎に制御することにより、前記車両１にヨーモーメントを発生させる車両１の制駆動力制御装置２１であって、
前記各車輪２，３のスリップの有無を判定するスリップ判定手段２２と、
前記制駆動力発生手段２１により、左右同じ側におけるいずれか一方の側の前後２つの車輪２，３に制動力が与えられ、且つ、他方の側の前後２つの車輪２，３に駆動力が与えられているとき、前記スリップ判定手段２２によりいずれか一つの車輪２（３）がスリップを発生したスリップ輪と判定されたとき、前記スリップ輪の制動力または駆動力を低減させると共に、この低減分となる制動力または駆動力に相当する制駆動力を、前記スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪の制動力または駆動力に加算する制駆動力調整手段２３と、を備えたことを特徴とする。
前記制動力または駆動力に相当する制駆動力とは、前記スリップ輪から低減させた制動力または駆動力の低減分と同程度の制動力または駆動力である。前記「同程度」とは、前記低減分の±３０％以内、好ましくは±１０％以内の範囲である。

この構成によると、スリップ判定手段２２は、各車輪２，３のスリップの有無を判定する。このスリップ判定手段２２によりいずれか一つの車輪２（３）がスリップ輪であると判定されたとき、制駆動力調整手段２３は、スリップ輪の制動力または駆動力を低減させる。これと共に、制駆動力調整手段２３は、低減分となる制動力または駆動力に相当する制駆動力を、スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪の制動力または駆動力に加算する。よって、制駆動力によって発生するヨーモーメントの大きさと、車両１に作用する加速度の大きさの両方を維持することができる。したがって、車輪２（３）のスリップを抑制し、且つ、車両１に発生させるヨーモーメントの大きさを維持することが可能となる。

前記制駆動力調整手段２３は、
前記各車輪２，（３）の制動力または駆動力の許容上限値である許容制駆動力を計算する許容制駆動力計算手段２３ａと、
前記スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪に与える制動力または駆動力の大きさを、前記許容制駆動力計算手段２３ａで計算された前記許容制駆動力の大きさ以下に制限する制駆動力配分手段２３ｂと、を有するものであっても良い。
この場合、制御対象となる非スリップ輪のスリップを防止することができる。

前記制駆動力配分手段２３ｂは、前記低減分となる制動力または駆動力に相当する制駆動力を、前記スリップ輪と左右反対側の一つまたは複数の非スリップ輪の制動力または駆動力に配分し、前記制駆動力とは符号を逆にして加算するものであっても良い。この場合、制駆動力によって発生するヨーモーメントの大きさを維持することができる。したがって、運転者の意図した方向に車両１を旋回させ得る。

前記制駆動力配分手段２３ｂは、前記スリップ輪と左右反対側の非スリップ輪に与える制動力または駆動力の大きさを、前記各車輪２，３の前記許容制駆動力の大きさ以下に制限するものであっても良い。この場合、非スリップ輪のスリップを防止することができる。

前記許容制駆動力計算手段２３ａは、前記各車輪２，３の垂直荷重に１よりも小さい係数を掛けることで、車輪毎の前記許容制駆動力を計算するものであっても良い。前記係数は、時々刻々と変化する路面状況に応じて自動的に設定されるものであっても良いし、運転者等により路面状況に対応した係数を選択するものであっても良い。この場合、路面状況を考慮して、非スリップ輪のスリップを防止することができる。

前記許容制駆動力計算手段２３ａは、前記垂直荷重を前記車両１における前後加速度および横加速度を用いて算出するものであっても良い。この場合、測定が容易な値である前後加速度および横加速度を用いて垂直荷重を算出し、この垂直荷重を用いて車輪毎の前記許容制駆動力を容易に計算することができる。したがって、非スリップ輪のスリップを防止することができる。

この発明の車両の制駆動力制御装置は、前後４つの車輪に駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段を備えた車両において、各車輪に与えられた制動力または駆動力を一輪毎に制御することにより、前記車両にヨーモーメントを発生させる車両の制駆動力制御装置であって、前記各車輪のスリップの有無を判定するスリップ判定手段と、前記制駆動力発生手段により、左右同じ側におけるいずれか一方の側の前後２つの車輪に制動力が与えられ、且つ、他方の側の前後２つの車輪に駆動力が与えられているとき、前記スリップ判定手段によりいずれか一つの車輪がスリップを発生したスリップ輪と判定されたとき、前記スリップ輪の制動力または駆動力を低減させると共に、この低減分となる制動力または駆動力に相当する制駆動力を、前記スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪の制動力または駆動力に加算する制駆動力調整手段とを備えたため、車輪のスリップを抑制し、且つ、車両に発生させるヨーモーメントの大きさを維持することができる。

この発明の実施形態に係る制駆動力制御装置のシステム構成を平面視が概略示す図である。 同制駆動力制御装置を搭載した車両のインホイールモータ駆動装置等を概略示す断面図である。 同制駆動力制御装置のブロック図である。 同車両の制駆動力計算手段の計算結果を示す図である。 同制駆動力制御装置の処理を示すフローチャートである。 同制駆動力制御装置による補正前後の制駆動力の一例を示す図である。 同制駆動力制御装置による補正前後の制駆動力の他の例を示す図である。

この発明の実施形態に係る車両の制駆動力制御装置を図１ないし図７と共に説明する。
この実施形態の制駆動力制御装置は、前後左右の４つの車輪に与えられた制動力または駆動力を一輪毎に制御する装置である。図１に示すように、この実施形態では、制駆動力制御装置が搭載される車両１として、左右の前輪２，２および後輪３，３がそれぞれモータ４によって独立して駆動される四輪独立駆動車が適用される。各モータ４は、それぞれ駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段である。駆動力および制動力を総称して「制駆動力」と言う。なお左右の前輪２，２は操舵輪とされている。

各モータ４は、インホイールモータ駆動装置ＩＷＭを構成する。
図２に示すように、インホイールモータ駆動装置ＩＷＭは、モータ４、減速機６、および車輪用軸受７を有し、これらの一部または全体が車輪２，（３）内に配置される。モータ４の回転は、減速機６および車輪用軸受７を介して車輪２，（３）に伝達される。車輪用軸受７のハブ輪７ａのフランジ部には摩擦ブレーキ装置８を構成するブレーキロータ８ａが固定され、同ブレーキロータ８ａは車輪２，（３）と一体に回転する。モータ４は、例えば、ロータ４ａのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ４は、ハウジング４ｃに固定したステータ４ｂと、回転出力軸９に取り付けたロータ４ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。

制御系を説明する。
図１に示すように、この車両１に搭載される車両制御装置１０に、後述する制駆動力制御装置が設けられる。車両制御装置１０は、車両コントローラ１１と、前後のモータ４に対して設けられた複数（この例では二つ）のインバータ装置１２と、センサ類とを有する。車両コントローラ１１は、例えば、自動車全般の統括制御や協調制御を行うＥＣＵにより構成される。このＥＣＵは、マイクロコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。

いずれの車輪２，３にもスリップが発生していない正常時には、車両コントローラ１１は、アクセルペダル等のアクセル操作手段１３の操作量の検出信号と、ブレーキペダル等のブレーキ操作手段１４の操作量の検出信号等から、車両全体の制駆動力を計算し、設定規則に従って、各モータ４のインバータ装置１２へ個別の制駆動力（制駆動指令）を分配する。

各インバータ装置１２は、モータコントローラ１２ａと、インバータ１２ｂとを有する。インバータ１２ｂは、各モータ４に対して設けられ、図示外のバッテリの直流電力をモータ４の駆動のための交流電力に変換する手段である。モータコントローラ１２ａは、車両コントローラ１１から入力された制駆動力に従って前記インバータ１２ｂを制御する。これにより各モータ４が独立に制御される。

前記センサ類として、車速を検出する車速センサ１５、操舵角を検出する操舵角センサ１６、アクセル操作手段１３の操作量を検出するアクセルセンサ１３ａ、ブレーキ操作手段１４の操作量を検出するブレーキセンサ１４ａ、この車両１の前後加速度および横加速度を検出する加速度センサ１７、および各モータ４の回転角を検出する図示外のレゾルバが設けられている。

図３に示すように、車両コントローラ１１は、ヨーモーメント制御装置１９と、制駆動力計算手段２０と、制駆動力制御装置２１とを有する。ヨーモーメント制御装置１９は、運転者のハンドル操作と現在の車両挙動から、制動力または駆動力によって車両に発生させるヨーモーメントの大きさを制御する。

例えば、ヨーモーメント制御装置１９は、車速センサ１５で検出される車速と操舵角センサ１６で検出される操舵角とから、目標ヨーレートを算出し、その目標ヨーレートが得られるように制駆動力によって車両に発生させるヨーモーメントを算出する。ヨーモーメント制御装置１９は、算出されたヨーモーメントが発生するように、各車輪の制動力または駆動力を出力することで、車両に発生するヨーモーメントの大きさを制御する。

制駆動力計算手段２０は、各車輪の制動力または駆動力の大きさを計算する。具体的には、制駆動力計算手段２０は、ヨーモーメント制御装置１９で算出される各車輪の制駆動力と、アクセルおよびブレーキセンサ１３ａ，１４ａの検出信号から計算される各車輪の制駆動力とから、各車輪の制動力または駆動力を求める。このときの制駆動力計算手段２０の計算結果のグラフを図４に示す。図３および図４に示すように、制駆動力計算手段２０は、ヨーモーメント制御装置１９で算出される各車輪の制駆動力と、アクセル・ブレーキ操作手段１３，１４の操作量から計算される各車輪の制駆動力の和を、各車輪の制駆動力としている。

図３に示すように、制駆動力制御装置２１は、スリップ判定手段２２と、制駆動力調整手段２３とを有する。スリップ判定手段２２は、車速センサ１５から入力される車速と、モータコントローラ１２ａから入力される車輪速から、各車輪のスリップ率を算出する。前記車輪速は、図示外のモータのレゾルバで検出される回転角から演算により求められる。スリップ判定手段２２は、算出したスリップ率がある閾値（この閾値を「上限スリップ率」という場合がある）を超えると、スリップと判定する。上限スリップ率は試験やシミュレーション等の結果により定められる。

制駆動力調整手段２３は、許容制駆動力計算手段２３ａと、制駆動力配分手段２３ｂとを有する。許容制駆動力計算手段２３ａは、各車輪の制動力または駆動力の許容上限値である許容制駆動力を計算する。具体的には、許容制駆動力計算手段２３ａは、加速度センサ１７から入力される車両の前後加速度および横加速度から各車輪の垂直荷重を推定する。さらに許容制駆動力計算手段２３ａは、推定した垂直荷重に「１」よりも小さい係数を掛けることで、各車輪の許容制駆動力を計算する。

制駆動力配分手段２３ｂは、スリップ判定手段２２によりいずれか一つの車輪がスリップを発生したスリップ輪と判定されたとき、以下の処理を実施する。この処理のフローチャートを図５に示す。図１、図３も適宜参照しつつ説明する。
本処理開始後、スリップ判定手段２２によるスリップ判定を行い（ステップＳ１）、いずれの車輪もスリップが発生していないと判定されると（ステップＳ１：ＮＯ）、車両制御装置１０は、各車輪に正常時の制駆動力を発生させる（ステップＳ２）。その後本処理を終了する。

スリップ判定手段２２により、いずれか一つの車輪がスリップを発生したスリップ輪であると判定されると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制駆動力配分手段２３ｂは、スリップ輪の制駆動力を低減させる（ステップＳ３）。次に、制駆動力配分手段２３ｂは、スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪（以下、車輪Ａ）に、スリップ輪にて低減させた低減分となる制駆動力を加算する（ステップＳ４）。

次に、制駆動力配分手段２３ｂは、車輪Ａの制駆動力が許容制駆動力より小さいか否かを判定し（ステップＳ５）、小さいとの判定で（ステップＳ５：ＹＥＳ）、本処理を終了する。否との判定で（ステップＳ５：ＮＯ）、制駆動力配分手段２３ｂは、車輪Ａの制駆動力の大きさを、許容制駆動力の大きさ以下にするために制駆動力を低減させる（ステップＳ６）。その後、制駆動力配分手段２３ｂは、車輪Ａの制駆動力を許容制駆動力以下に制限するために低減させた制駆動力を、スリップ輪と左右反対側の一輪または二輪の車輪に配分し減算する（ステップＳ７）。その後本処理を終了する。

また、例として、車両の右旋回中に右前輪２がスリップしたときの動作を図６ないし図７に示す。図１、図３も適宜参照しつつ説明する。
図６について説明する。
スリップ判定手段２２でスリップを検出した右前輪２のスリップを抑制するため、制駆動力配分手段２３ｂは、右前輪２の制動力を減算する。減算する制動力の大きさは、例えば、フィードバック制御によって現在のスリップ率と上限スリップ率の偏差から決定する。次に、制駆動力配分手段２３ｂは、右後輪（非スリップ輪）３に、右前輪２から減算した制動力と同程度の制動力を加算する。前記同程度とは、±３０％以内、好ましくは±１０％以内の範囲である。右後輪３に制動力を加算しても、右後輪３の許容制駆動力を超えない場合には手順を終了する。この場合、車両１に作用する加速度と車両１に発生するヨーモーメントの大きさの両方を維持することができる。

図７について説明する。図６と同様の制御にて右前輪２のスリップを抑制するため、制駆動力配分手段２３ｂは、右前輪２の制動力を減算し、右前輪２から減算した制動力と同程度の制動力を右後輪３に加算する。右後輪３に制動力を加算した結果、右後輪３の許容制駆動力を超える場合には、制駆動力配分手段２３ｂは、右後輪３の許容制駆動力以下に制限するために右後輪３の制動力を低減させる。制駆動力配分手段２３ｂは、同時に、右後輪３から減算した制動力と同程度の制動力を左前後輪２，３両方に符号を逆にして分配し加算する。このとき、左前後輪２，３の許容制駆動力以下になるように、駆動力を分配する。

左前後輪２，３のどちらかもしくは両方の駆動力が、各々の許容制駆動力以下の場合には、車両１に発生するヨーモーメントの大きさを維持することができる。
また、左前後輪２，３両方の駆動力が各々の許容制駆動力より大きい場合には、左前後輪２，３それぞれの駆動力を、それぞれの許容制駆動力以下に制限するために左前後輪２，３の駆動力を減算する。この場合は、車両１に発生するヨーモーメントの大きさが低下してしまうが、本発明を適用しない場合と比較して、車両１に発生するヨーモーメントの大きさの低下量を抑えることができる。

以上説明した車両の制駆動力制御装置２１を適用することで、車両１にヨーモーメントを発生させるための制動力もしくは駆動力によっていずれかの車輪にスリップが発生しても、スリップを抑制することができ、かつ車両１に発生させるヨーモーメントの大きさを維持することができる。

他の実施形態について説明する。
インホイールモータ駆動装置ＩＷＭにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
前述のインホイールモータタイプに限らず、車両側にモータを備えてこのモータと車輪を図示外のジョイントで結合した所謂オンボードタイプとしても良い。また、制動力を発生させる手段として摩擦ブレーキを用いてもよい。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…車両
２，３…前輪，後輪
４…モータ（制駆動力発生手段）
２２…スリップ判定手段
２３…制駆動力調整手段
２３ａ…許容制駆動力計算手段
２３ｂ…制駆動力配分手段

Claims (6)

1. 前後４つの車輪に駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段を備えた車両において、各車輪に与えられた制動力または駆動力を一輪毎に制御することにより、前記車両にヨーモーメントを発生させる車両の制駆動力制御装置であって、
   前記各車輪のスリップの有無を判定するスリップ判定手段と、
   前記制駆動力発生手段により、左右同じ側におけるいずれか一方の側の前後２つの車輪に制動力が与えられ、且つ、他方の側の前後２つの車輪に駆動力が与えられているとき、前記スリップ判定手段によりいずれか一つの車輪がスリップを発生したスリップ輪と判定されたとき、前記スリップ輪の制動力または駆動力を低減させると共に、この低減分となる制動力または駆動力に相当する制駆動力を、前記スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪の制動力または駆動力に加算する制駆動力調整手段と、を備えたことを特徴とする車両の制駆動力制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制駆動力制御装置において、
   前記制駆動力調整手段は、
   前記各車輪の制動力または駆動力の許容上限値である許容制駆動力を計算する許容制駆動力計算手段と、
   前記スリップ輪と左右同じ側の非スリップ輪に与える制動力または駆動力の大きさを、前記許容制駆動力計算手段で計算された前記許容制駆動力の大きさ以下に制限する制駆動力配分手段と、を有する車両の制駆動力制御装置。
3. 請求項２に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記制駆動力配分手段は、前記低減分となる制動力または駆動力に相当する制駆動力を、前記スリップ輪と左右反対側の一つまたは複数の非スリップ輪の制動力または駆動力に配分し、前記制駆動力とは符号を逆にして加算する車両の制駆動力制御装置。
4. 請求項３に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記制駆動力配分手段は、前記スリップ輪と左右反対側の非スリップ輪に与える制動力または駆動力の大きさを、前記各車輪の前記許容制駆動力の大きさ以下に制限する車両の制駆動力制御装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記許容制駆動力計算手段は、前記各車輪の垂直荷重に１よりも小さい係数を掛けることで、車輪毎の前記許容制駆動力を計算する車両の制駆動力制御装置。
6. 請求項５に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記許容制駆動力計算手段は、前記垂直荷重を前記車両における前後加速度および横加速度を用いて算出する車両の制駆動力制御装置。

Images