JP2015216724A - 制駆動力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 車輪のロック状態およびスリップ状態の判定を適切に行うこと。【解決手段】 モータECUは、車体の実運動状態量(実前後力Fxreal、実ロールモーメントMxreal、実ピッチモーメントMyreal、実ヨーモーメントMzreal)を計算し(S13)、実運動状態量に基づいて4輪の実制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)を計算する(S14)。続いて、ドライバー要求各輪制駆動力(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)と実制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)との偏差である制駆動力偏差(ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4)を計算する(S15)。モータECUは、判定閾値ΔFrefより大きな制駆動力偏差が検出された車輪に対して、ロックあるいはスリップしていると判定する(S16〜S17)。【選択図】 図3
Description
本発明は、インホイールモータによって車輪に駆動力および制動力を発生させる車両の制駆動力制御装置に関する。
従来から、車輪にモータを組み込み、このモータにより車輪を直接駆動するインホイールモータ方式の車両が知られている。インホイールモータ方式の車両においては、各モータを個別に力行制御または回生制御することにより、車輪に制駆動力(制動力および駆動力)を発生させることができる。
車輪の前後方向の制駆動力の一部は、サスペンションによって車体の上下方向の力に変換される。特に、インホイールモータ方式の車両においては、上下方向の力への変換効率が高く、制駆動力を制御することにより、車体に大きな上下方向の力を発生させることができる。例えば、特許文献1に提案されたインホイールモータ方式の車両の制駆動力制御装置は、車体の上下振動を検出し、その上下振動を抑制するように車輪の制駆動力を制御する。
ところで、車輪がロックあるいはスリップしている状況では、制駆動力の制御によって車体の上下方向の力を適切に発生させることができない。このため、アンチロック制御(以下、ABS制御と呼ぶ)あるいはトラクション制御(以下、TRC制御と呼ぶ)が実施される。一般に、ABS制御およびTRC制御は、車輪速センサにより検出される車輪速と、4輪の車輪速に基づいて演算される車体速とから車輪のスリップ率を計算し、このスリップ率が閾値を超えたと判定されたときに実施される。
図4は、路面の摩擦係数μとスリップ率Sとの関係を表すμ−S特性を示す。このμ−S特性は、タイヤの有する特性の一つである。ABS制御あるいはTRC制御を実施する場合、摩擦係数μが最大となるスリップ率Sに基づいて制駆動力を制御すれば、タイヤの性能を最大限引き出すことができる。しかし、摩擦係数μの最大値(μピークと呼ぶ)は、図4の特性からわかるように、常に同じスリップ率で得られるわけではなく、路面状態、タイヤの種類などによって変化する。このため、摩擦係数μが最大となるスリップ率Sを事前に推定することはできない。従って、車体速と車輪速とに基づいてスリップ率を算出しても、そのスリップ率が過剰であってABS制御によりスリップ率を低下すべき状態(ロック状態)であるのか否かについての判定、および、そのスリップ率が過剰であってTRC制御によりスリップ率を低下すべき状態(スリップ状態)であるのか否かについての判定を精度良く行うことができない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、車輪のロック状態およびスリップ状態の判定を適切に行うことを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、
左右前後輪(10)がモータ(30)によって駆動および制動可能で、少なくとも左右前輪あるいは左右後輪が車輪に組み込まれる形式のモータによって駆動および制動される4輪駆動車両の制駆動力制御装置において、
ドライバーの操作量に基づいて各車輪の目標制駆動力(Freq)を設定し、前記各車輪が前記目標制駆動力を発生するように、各モータの制駆動トルクを制御する制駆動トルク制御手段(50)と、
前記制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する実運動状態量検出手段(S13)と、
前記制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の理論上とりうるべき運動状態を表す理論運動状態量と前記実運動状態量とが乖離している程度を表す運動状態乖離指標(ΔF1〜ΔF4)を取得する乖離指標取得手段(S14,S15)と、
前記乖離指標取得手段により取得した運動状態乖離指標に基づいて、各車輪がロック状態またはスリップ状態であるか否かを判定する車輪状態判定手段(S16,S17)とを備えたことにある。
左右前後輪(10)がモータ(30)によって駆動および制動可能で、少なくとも左右前輪あるいは左右後輪が車輪に組み込まれる形式のモータによって駆動および制動される4輪駆動車両の制駆動力制御装置において、
ドライバーの操作量に基づいて各車輪の目標制駆動力(Freq)を設定し、前記各車輪が前記目標制駆動力を発生するように、各モータの制駆動トルクを制御する制駆動トルク制御手段(50)と、
前記制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する実運動状態量検出手段(S13)と、
前記制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の理論上とりうるべき運動状態を表す理論運動状態量と前記実運動状態量とが乖離している程度を表す運動状態乖離指標(ΔF1〜ΔF4)を取得する乖離指標取得手段(S14,S15)と、
前記乖離指標取得手段により取得した運動状態乖離指標に基づいて、各車輪がロック状態またはスリップ状態であるか否かを判定する車輪状態判定手段(S16,S17)とを備えたことにある。
本発明の制駆動力制御装置は、左右前後輪がモータによって駆動および制動可能であって、少なくとも左右前輪あるいは左右後輪が車輪に組み込まれる形式のモータ(インホイールモータ)によって駆動および制動される4輪駆動車両に適用される。例えば、4輪(左右前後輪)の全てがインホイールモータによって駆動および制動(制駆動と呼ぶ)される車両への適用が好ましいが、左右前輪あるいは左右後輪がインホイールモータによって制駆動され、他の車輪が車体側に固定されるモータによって制駆動される車両に適用してもよい。
制駆動トルク制御手段は、ドライバーの操作量に基づいて各車輪の目標制駆動力を設定し、各車輪が目標制駆動力を発生するように、各モータの制駆動トルクを制御する。これにより、車輪に制駆動力が発生する。車輪で発生した制駆動力(駆動力と制動力とを表す力)の一部は、サスペンションによって車体の上下力に変換される。特に、インホイールモータで車輪を制駆動する車両の場合には、上下力への変換効率が高い。従って、車輪の制駆動力により車体の運動状態(姿勢)を制御することができる。
車輪がロックあるいはスリップしていない状態であれば、モータのトルクにより車輪に適切な制駆動力を発生させることができるが、車輪がロックあるいはスリップしてしまうと、車輪に発生させることのできる制駆動力が低下する。これに伴って、制駆動力に比例した車体に働く上下力が低下し、車体の運動状態が変化する。本発明においては、こうした現象を捉えることにより、車輪のロック状態およびスリップ状態を判定できるようにしている。
実運動状態量検出手段は、制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する。例えば、実運動状態量検出手段は、車体の前後力、ロールモーメント、ピッチモーメント、ヨーモーメントなどを実運動状態量として検出するとよい。
乖離指標取得手段は、駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の理論上とりうるべき運動状態を表す理論運動状態量と実運動状態量とが乖離している程度を表す運動状態乖離指標を取得する。実運動状態量と理論運動状態量とは、車輪がロックあるいはスリップしていない状態であれば乖離しないが、車輪がロックあるいはスリップしている状態では乖離する。そこで、車輪状態判定手段は、乖離指標取得手段により取得した運動状態乖離指標に基づいて、各車輪がロック状態またはスリップ状態であるか否かを判定する。
路面の摩擦係数μとスリップ率Sとの関係を表すμ−S特性において、スリップ率Sが摩擦係数μの最大値となるμピークを超えると車輪の制駆動力は低下し、これに伴って、車体の上下力も低下する。このため、各モータへの制御指令に基づいて推定される理論上とりうるべき車体の理論運動状態量と実運動状態量とが乖離する。従って、理論運動状態量と実運動状態量とが乖離している程度を表す運動状態乖離指標を用いることで、車輪のロック状態およびスリップ状態の判定を適切に行うことができる。これによりに、例えば、ABS制御あるいはTRC制御を適切に実施することができる。尚、例えば、乖離指標取得手段は、実運動状態検出手段により検出された実運動状態量に基づいて、各車輪で発生している実際の制駆動力である実制駆動力を推定する実制駆動力推定手段を備え、目標制駆動力と前記実制駆動力との偏差を運動状態乖離指標として取得するとよい。
また、従来装置では、車輪のロック状態およびスリップ状態の判定にあたって、各車輪に設けられた車輪速センサによって検出される車輪速、および、4輪の車輪速から演算される車体速に基づいてスリップ率を演算する。このため、車輪速センサが故障した場合、あるいは、4輪すべてが同時にロックあるいはスリップして車体速を適正に演算できない場合には、車輪のロック状態およびスリップ状態の判定が難しい。これに対して、本発明では、スリップ率を演算しなくても適正に判定することができる。
本発明の一側面は、
前記制駆動トルク制御手段は、
前記車輪状態判定手段によってロック状態またはスリップ状態であると判定された車輪の制駆動用のモータの制駆動トルクの大きさを、前記運動状態乖離指標が大きいほど小さくするように補正することにある。
前記制駆動トルク制御手段は、
前記車輪状態判定手段によってロック状態またはスリップ状態であると判定された車輪の制駆動用のモータの制駆動トルクの大きさを、前記運動状態乖離指標が大きいほど小さくするように補正することにある。
本発明の一側面においては、制駆動トルク制御手段が、車輪状態推定手段によってロック状態またはスリップ状態であると判定された車輪の制駆動用のモータの制駆動トルクの大きさ(絶対値)を、運動状態乖離指標が大きいほど、つまり、理論運動状態量と実運動状態量との差が大きいほど、小さくするように補正する。従って、車輪のロック状態およびスリップ状態を適正に解消させることができる。また、タイヤの性能を良好に引き出すことができる。
上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態の制駆動力制御装置が搭載される車両1の構成を概略的に示している。
車両1は、左前輪10fl、右前輪10fr、左後輪10rl、右後輪10rrを備えている。左前輪10fl、右前輪10fr、左後輪10rl、右後輪10rrの内部には、モータ30fl、30fr、30rl、30rrがそれぞれ組み込まれている。
モータ30fl、30fr、30rl、30rrは、いわゆるインホイールモータであって、それぞれ左前輪10fl、右前輪10fr、左後輪10rl、右後輪10rrとともに車両1のバネ下に配置され、モータトルクを左前輪10fl、右前輪10fr、左後輪10rl、右後輪10rrに伝達可能に連結されている。この車両1においては、各モータ30fl、30fr、30rl、30rrの回転をそれぞれ独立して制御することにより、左前輪10fl、右前輪10fr、左後輪10rl、右後輪10rrに発生させる駆動力および制動力をそれぞれ独立して制御することができるようになっている。
左前輪10fl、右前輪10fr、左後輪10rl、右後輪10rrは、モータ30fl、30fr、30rl、30rrのケーシングを介して、それぞれ独立したサスペンション20fl、20fr、20rl、20rrにより車体Bに懸架されている。サスペンション20fl、20fr、20rl、20rrは、車体Bと車輪10fl、10fr、10rl、10rrとを連結する連結機構であってサスペンションリンク機構と、上下方向の荷重を支え衝撃を吸収するためのサスペンションバネと、バネ上(車体B)の振動を減衰させるショックアブソーバとを備えている。サスペンション20fl、20fr、20rl、20rrは、ウイッシュボーン型サスペンションやストラット型サスペンションなど公知の4輪独立懸架方式のサスペンションを採用することができる。
以下、各車輪10fl、10fr、10rl、10rr、サスペンション20fl、20fr、20rl、20rr、モータ30fl、30fr、30rl、30rrに関して、任意のものを特定する必要がない場合には、それらを、車輪10、サスペンション20、モータ30と呼ぶ。また、前輪10fl、10fr側に設けられる部品を特定する場合には、符号末尾に「f」、後輪10rl、10rr側に設けられる部品を特定する場合には、符号末尾に「r」を付す。
各モータ30は、例えば、ブラシレスモータが使用される。各モータ30は、モータドライバ35に接続される。モータドライバ35は、例えば、インバータであって、各モータ30に対応するように4組設けられ、バッテリ60から供給される直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を各モータ30に独立して供給する。これにより、各モータ30は、駆動制御されてトルクを発生し、各車輪10に対して駆動力を付与する。このように、モータ30に電力供給して駆動トルクを発生させることを力行と呼ぶ。
また、各モータ30は、発電機としても機能し、各車輪10の回転エネルギーにより発電して、発電電力をモータドライバ35を介してバッテリ60に回生することができる。このモータ30の発電により発生する回生制動トルクは、車輪10に対して制動力を付与する。尚、各車輪10には摩擦ブレーキ装置が設けられているが、本発明とは直接関係しないため、図示および説明を省略する。
モータドライバ35は、モータ制御用電子制御ユニット50に接続されている。モータ制御用電子制御ユニット50(以下、モータECU50と呼ぶ)は、CPU、ROM、RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要部として備え、各種プログラムを実行して個々のモータ30の作動を独立して制御するものである。モータECU50は、ドライバーが車両を走行させるために操作した操作状態を検出する操作状態検出装置40と、車両の運動状態を検出する運動状態検出装置45とを接続し、それらの検出装置40,45から出力される検出信号が入力されるように構成されている。
操作状態検出装置40は、アクセルペダルの踏み込み量(あるいは、角度や圧力など)からドライバーのアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み量(あるいは、角度や圧力など)からドライバーのブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ、ドライバーが操舵ハンドルを操作した操舵操作量を検出する操舵角センサなどから構成される。運動状態検出装置45は、各車輪10の回転速度である車輪速を検出する車輪速センサ、4輪の車輪速に基づいて車体Bの走行速度である車体速を演算して検出する車速センサ、車体Bのヨーレートを検出するヨーレートセンサ、各車輪位置における車体B(バネ上)の上下方向の加速度を検出するバネ上加速度センサ、車体Bの前後方向における前後加速度を検出する前後加速度センサ、車体Bの左右方向における横加速度を検出する横加速度センサ、車体Bのピッチレートを検出するピッチレートセンサ、車体Bのロールレートを検出するロールレートセンサ、各サスペンション20のストローク量を検出するストロークセンサ、各車輪10のバネ下の上下方向における上下加速度を検出するバネ下加速度センサなどを適宜組み合わせて構成される。尚、方向要素が含まれるセンサ値については、その符号によって方向が識別される。また、センサ値の大きさを論じる場合は、その絶対値を用いるものとする。
モータECU50は、モータ制御ルーチンの実行時においては、操作状態検出装置40により検出されたアクセル操作量、ブレーキ操作量に基づいて各車輪10毎のドライバー要求各輪制駆動力Freqを設定する。例えば、モータECU50は、予め設定された制駆動力マップに基づいて、アクセル操作量が大きいほど大きくなるドライバー要求トータル駆動力、あるいは、ブレーキ操作量が大きいほど大きくなるドライバー要求トータル制動力を設定し、ドライバー要求トータル駆動力、あるいは、ドライバー要求トータル制動力を所定の配分比で4輪に配分することにより、各車輪10のドライバー要求各輪制駆動力Freqを設定する。このドライバー要求各輪制駆動力Freqは、本発明における目標制駆動力に相当する。
モータECU50は、ドライバー要求各輪制駆動力Freqに対応する目標トルクTreq(目標駆動トルクTreqまたは目標回生制動トルクTreq)を演算し、各モータ30が目標トルクTreqを発生するように(目標トルクTreqに対応する目標電流がモータ30に流れるように)モータドライバ35を制御する。これにより、各車輪10においては、ドライバー要求各輪制駆動力Freqに相当する制駆動力が発生する。尚、ドライバー要求各輪制駆動力Freqは、4輪におけるドライバー要求各輪制駆動力の総称であって、各輪毎にドライバー要求各輪制駆動力を特定する場合には、以下、その符号として、左前輪に関してはFreq1,右前輪に関してはFreq2,左後輪に関してはFreq3,右後輪に関してはFreq4を用いる。
各車輪10を懸架するサスペンション20は、図2に示すように、車両の側面視において、前輪サスペンション20fにおける瞬間回転中心Cf(車体Bに対する前輪10fの瞬間中心)が、前輪10fよりも後方かつ上方に位置し、後輪サスペンション20rにおける瞬間回転中心Cr(車体Bに対する後輪10rの瞬間中心)が、後輪10rよりも前方かつ上方に位置するように構成されている。また、前輪10fの接地点と瞬間回転中心Cfとを結ぶ線と接地水平面とのなす角度(小さい方の角度)をθf、後輪10rの接地点と瞬間回転中心Crとを結ぶ線と接地水平面とのなす角度(小さい方の角度)をθrとする。本実施形態の車両においては、θfに比べてθrの方が大きいという関係を有する(θf<θr)が、その逆の関係を有していても良い。以下、θfを瞬間回転角θfと呼び、θrを瞬間回転角θrと呼ぶ。
このようなサスペンション20の構成(ジオメトリ)においては、前輪10fに駆動トルクが付与されると、図2(a)に示すように、前輪10fの接地点に車両の進行方向に関して前向きの力FxfDが作用し、この力FxfDによって車体Bを下向きに付勢する上下力FzfDが前輪10fの接地点に発生する。従って、前輪10fを駆動することにより車体Bを沈ませる方向の力が作用する。逆に、図2(b)に示すように、前輪10fに制動トルクが付与されると、前輪10fの接地点に車両の進行方向に関して後ろ向きの力FxfBが作用し、この力FxfBによって車体Bを上向きに付勢する上下力FzfBが前輪10fの接地点に発生する。従って、前輪10fを制動することにより車体Bを浮き上がらせる方向の力が作用する。また、図2(a)に示すように、後輪10rに駆動トルクが付与されると、後輪10rの接地点に車両の進行方向に関して前向きの力FxrDが作用し、この力FxrDによって車体Bを上向きに付勢する上下力FzrDが後輪10rの接地点に発生する。従って、後輪10rを駆動することにより車体Bを浮き上がらせる方向の力が作用する。逆に、図2(b)に示すように、後輪10rに制動トルクが付与されると、後輪10rの接地点に車両の進行方向に関して後ろ向きの力FxrBが作用し、この力FxrBによって車体Bを下向きに付勢する上下力FzrBが後輪10rの接地点に発生する。従って、後輪10rを制動することにより車体Bを沈ませる方向の力が作用する。このようにサスペンション20によって、車輪10の駆動力および制動力が車体Bの上下方向の力に変換される。
車体Bに働く上下力の大きさは、前輪10f側については制駆動力Fxf(FxfDまたはFxfB)にtan(θf)を乗算した値となり、後輪10r側については制駆動力Fxr(FxrDまたはFxrB)にtan(θr)を乗算した値となる。制駆動力を車体Bの上下力に変換する機能は主にサスペンション20のリンク機構によるものであるが、最終的に上下力変換率を決定するのは瞬間回転中心Cf,Crの位置であり、瞬間回転中心Cf,Crはサスペンションバネやショックアブソーバにも関連するため、サスペンション20全体が制駆動力を車体Bの上下力に変換するものとして捉えることができる。
従って、車輪10の駆動力あるいは制動力(制駆動力)を制御することにより、車体Bに上下方向の力を付与することができ、車体Bの運動状態の制御(姿勢制御)を行うことができる。また、車輪10のロックおよびスリップ時においては車輪10の制駆動力が低下するため、車体Bに働く上下力も低下する。例えば、図2(a)に破線矢印にて示すように、駆動力FxfD,FxrDが低下してFxfD’,FxrD’になると、上下力FzfD,FzrDも低下してFzfD’,FzrD’になる。また、図2(b)に破線矢印にて示すように、制動力FxfB,FxrBが低下してFxfB’,FxrB’になると、上下力FzfB,FzrBも低下してFzfB’,FzrB’になる。このため、車輪10のロック時およびスリップ時においては、車体Bの運動状態が変化する。従って、車体Bの運動状態の変化に基づいて、車輪10のロック状態およびスリップ状態を判定(ロックおよびスリップの有無を判定)することができる。
ここで、車体Bの運動状態の変化に基づいて、車輪10のロック状態およびスリップ状態を判定する原理について説明する。4輪の制駆動力と車体Bの運動状態量とは次式(1)で表される関係を有する。
ここで、Fx1は左前輪10flの制駆動力、Fx2は右前輪10frの制駆動力、Fx3は左後輪10rlの制駆動力、Fx4は右後輪10rrの制駆動力を表す。また、左辺第2項のa11〜a14、a21〜a24、a31〜a34、a41〜a44は、車両モデルを表す定数である。また、右辺のFxは、車両Bの前後方向の力、Mxは、車両の重心を通る前後方向軸(ロール軸)回りの車体Bのロール運動量を表すロールモーメント、Myは、車両の重心を通る左右方向軸(ピッチ軸)回りの車体Bのピッチ運動量を表すピッチモーメント、Mzは、車両の重心を通る鉛直方向軸(ヨー軸)回りの車体Bのヨー運動量を表すヨーモーメントを表す。
従って、各輪のモータ30がドライバー要求各輪制駆動力Freq(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)に従って制御された場合には、上記式(1)の左辺(Fx1,Fx2,Fx3,Fx4)にドライバー要求各輪制駆動力(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)を代入することで、車体Bが理論上とりうるべき運動状態を表す理論運動状態量(Fx,Mx,My,Mz)を演算することができる。車輪10がロックあるいはスリップした場合には、車輪10で発生できる制駆動力が低下するため車体Bに働く上下力も低下する。このため、4輪のロック状態あるいはスリップ状態に応じて、車体Bの運動状態が変化する。従って、実際の運動状態量と、ドライバー要求各輪制駆動力Freqを使って求められる理論運動状態量とが乖離する。
実際の運動状態量(実運動状態量と呼ぶ)は、運動状態検出装置45により検出したセンサ値から推定することができる。例えば、車体Bの実前後力Fxrealは、前後加速度センサにより検出されるセンサ値に基づいて推定することができる。また、車体Bの実ロールモーメントMxreal、および、実ピッチモーメントMyrealは、各輪毎に設けられたバネ上上下加速度センサ、ストロークセンサ等により検出されるセンサ値に基づいて推定することができる。また、車体の実ヨーモーメントMzrealは、ヨーレートセンサにより検出されるセンサ値に基づいて推定することができる。
車輪10の駆動力は、図5に示すように、スリップ率Sがμピークよりも大きくなると低下する。制動力についても、駆動力と同様にスリップ率Sがμピークよりも大きくなると低下する。従って、理論運動状態量(Fx,Mx,My,Mz)と実運動状態量(Fxreal,Mxreal,Myreal,Mzreal)とを比較することで、車輪10のスリップ率Sがμピークを越えている状態か否かについて判定することができる。これにより、μピークが路面状態やタイヤの種類によって変化しても、実際のμピークに対応した車輪10のロック状態とスリップ状態との判定を行うことができる。例えば、実運動状態量(Fxreal,Mxreal,Myreal,Mzreal)が理論運動状態量(Fx,Mx,My,Mz)に対して乖離していない状態であれば、車輪10がロック状態でもスリップ状態でもないと判定することができる。一方、実運動状態量(Fxreal,Mxreal,Myreal,Mzreal)が理論運動状態量(Fx,Mx,My,Mz)に対して乖離している状態であれば、車輪10がロック状態あるいはスリップ状態であると判定することができる。
尚、スリップ率Sは、車両制動時では、((車体速度−車輪速度)/車体速度)×100(%)で表され、車両加速時では、((駆動輪速度−車体速度)/駆動輪速度)×100(%)で表される。
上記式(1)を利用すれば、次式(2)で示されるように、実運動状態量(Fxreal,Mxreal,Myreal,Mzreal)から各車輪10で発生した制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)を推定することができる。
この実運動状態量から推定される各車輪10の制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)を実制駆動力と呼ぶ。尚、F1realは左前輪10flの実制駆動力、F2realは右前輪10frの実制駆動力、F3realは左後輪10rlの実制駆動力、F4realは右後輪10rrの実制駆動力を表す。
実制駆動力は、実運動状態量が反映された値となっている。そこで、本実施形態においては、各車輪10ごとにドライバー要求各輪制駆動力(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)と実制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)とを比較し、両者の差に基づいて、実運動状態量(Fxreal,Mxreal,Myreal,Mzreal)が理論運動状態量(Fx,Mx,My,Mz)に対して乖離した原因となっている車輪10、つまり、ロック状態あるいはスリップ状態となっている車輪10を特定する。
例えば、左前輪10flの制駆動力偏差ΔF1(=Freq1−F1real)、右前輪10frの制駆動力偏差ΔF2(=Freq2−F2real)、左後輪10rlの制駆動力偏差ΔF3(=Freq3−F3real)、右後輪10rrの制駆動力偏差ΔF4(=Freq4−F4real)を計算し、各制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4に対して、判定閾値ΔFrefを超えているか否かについて判定すればよい。これにより、制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4が判定閾値ΔFrefを超えている車輪10を、ロック状態あるいはスリップ状態となっている車輪であると判定することができる。
また、制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4は、実運動状態量(Fxreal,Mxreal,Myreal,Mzreal)が理論運動状態量(Fx,Mx,My,Mz)に対して乖離している程度が大きいほど大きくなる。従って、制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4は、本発明の運動状態乖離指標として用いることができる。以下、制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4について、対応する車輪10を区別する必要がない場合には、単に制駆動力偏差ΔFと呼ぶ。
次に、モータECU50の実施する車輪10のスリップおよびロック時における制御処理について説明する。図3は、モータECU50の実施する車輪状態判定ルーチンを表す。車輪状態判定ルーチンは、所定の短い演算周期にて繰り返し実施される。
車輪状態判定ルーチンが起動されると、モータECU50は、ステップS11において、車輪10のロック状態およびスリップ状態の判定許可条件が成立しているか否かについて判断する。本実施形態においては、判定許可条件として、車両が悪路走行中でないこと(第1条件)、操舵ハンドルが中立位置に維持されていること(第2条件)、という2つのアンド条件が設定されている。
モータECU50は、第1条件に関して、例えば、運動状態検出装置45の車輪速センサにより検出される各車輪の車輪速の単位時間当たりの変化量を表す車輪加速度を演算し、4輪の車輪加速度の絶対値の平均値(あるいは、最大値、最小値など使用してもよい)が悪路判定基準値を超えている場合に、車両が悪路走行中であると判定する。悪路判定は、車輪加速度を用いることに限るものでなく、例えば、バネ下加速度センサにより検出されるバネ下の上下加速度の絶対値が悪路判定基準値を超えているか否かについて判定するなど周知の手法を採用することができる。
また、モータECU50は、第2条件に関して、操作状態検出装置40の操舵角センサにより検出される操舵操作量に基づいて、操舵ハンドルが中立位置に所定時間以上維持されているか否かについて判断する。この所定時間は、操舵操作が終了して車両状態が安定するまでに必要な時間に設定される。
モータECU50は、判定許可条件が成立していない場合(S11:No)には、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返す。
一方、判定許可条件が成立している場合には(S11:Yes)、モータECU50は、ステップS12において、ドライバー要求各輪制駆動力Freq(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)を読み込む。モータECU50は、このロック・スリップ制御ルーチンと並行して、ドライバー要求各輪制駆動力Freqに従ってモータ10の制駆動トルクを制御するモータ制御ルーチンを実施しており、このステップS12では、モータ制御ルーチンの実行によって演算されたドライバー要求各輪制駆動力Freqを読み込む。
続いて、モータECU50は、ステップS13において、運動状態検出装置45により検出されるセンサ値に基づいて車体Bの実運動状態量を演算により推定する。本実施形態においては、上述したように、実運動状態量として、車体Bの実前後力Fxreal、実ロールモーメントMxreal、実ピッチモーメントMyreal、実ヨーモーメントMzrealを推定する。
続いて、モータECU50は、ステップS14において、実運動状態量から推定される各車輪10の実制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)を上記式(2)を使って計算する。
続いて、モータECU50は、ステップS15において、各車輪10ごとにドライバー要求各輪制駆動力(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)と実制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)との偏差である制駆動力偏差ΔF1(=Freq1−F1real),ΔF2(=Freq2−F2real),ΔF3(=Freq3−F3real),ΔF4(=Freq4−F4real)を計算する。
続いて、モータECU50は、ステップS16において、各車輪10における偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4と、予め設定された判定閾値ΔFrefとを比較し、制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4の全てが判定閾値ΔFref以下であるか否かについて判断する。制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4の全てについて判定閾値ΔFref以下である場合(S16:Yes)には、モータECU50は、ロック状態あるいはスリップ状態となっている車輪10は存在しないと判定して本ルーチンを一旦終了する。
一方、制駆動力偏差ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4のうちの一つでも判定閾値ΔFrefを越えている場合(S16:No)には、モータECU50は、ステップS17において、判定閾値ΔFrefより大きな制駆動力偏差ΔFが生じている車輪10をロック状態あるいはスリップ状態となっている車輪(以下、対象車輪と呼ぶ)であると判定する。つまり、4輪の中から対象車輪を特定する。
続いて、モータECU50は、ステップS18において、ドライバー要求各輪制駆動力Freqが駆動力であるか否かについて判断する。ドライバー要求各輪制駆動力Freqが駆動力である場合には(S18:Yes)、対象車輪がスリップ状態となっているためステップS19において、TRC制御を実施する。一方、ドライバー要求各輪制駆動力Freqが制動力である場合には(S18:No)、対象車輪がロック状態となっているためステップS20において、ABS制御を実施する。
ステップS19において実施されるTRC制御は、従来から知られている手法で対象車輪の目標駆動トルクTreqを低減するようにしても良いが、本実施形態においては、対象車輪の制駆動力偏差ΔFに調整ゲインKtrcを乗算した値(Ktrc×ΔF)をモータトルクに換算し、換算されたモータトルクである調整トルクΔTを使って目標駆動トルクTreqを補正する。つまり、モータECU50は、制駆動力偏差ΔFに比例した調整トルクΔTを目標駆動トルクTreqから減算した値(Treq−ΔT)を、新たな目標駆動トルクTreqに設定する。また、対象車輪の目標駆動トルクTreqを低減した分(調整トルクΔT)を、他の車輪(非対象車輪)の目標駆動トルクTreqに配分加算することにより、4輪のトータルの駆動力が変化しないようにする。この場合、例えば、非対象車輪の接地荷重配分比にて調整トルクΔTを配分して、対象車輪の駆動力の低下分を補うようにするとよい。モータECU50は、本ルーチンと並行に実施されているモータ制御ルーチンにおいて、このように補正された目標駆動トルクTreqにしたがってモータ30を駆動制御する。尚、調整ゲインKtrcは、予め設定された値であるが、車輪10毎に独立して設定された値であってもよい。
また、ステップS20において実施されるABS制御についても、従来から知られている手法で対象車輪の目標回生制動トルクTreqを低減するようにしても良いが、本実施形態においては、対象車輪の制駆動力偏差ΔFに調整ゲインKabsを乗算した値(Kabs×ΔF)をモータトルクに換算し、換算されたモータトルクである調整トルクΔTを使って目標回生制動トルクTreqを補正する。つまり、モータECU50は、制駆動力偏差ΔFに比例した調整トルクΔTを目標回生制動トルクTreqから減算した値(Treq−ΔT)を、新たな目標回生制動トルクTreqに設定する。また、対象車輪の目標回生制動トルクTreqを低減した分(調整トルクΔT)を、他の車輪(非対象車輪)の目標回生制動トルクTreqに配分加算することにより、4輪のトータルの制動力が変化しないようにする。この場合、例えば、非対象車輪の接地荷重配分比にて調整トルクΔTを配分して、対象車輪の制動力の低下分を補うようにするとよい。モータECU50は、本ルーチンと並行に実施されているモータ駆動制御ルーチンにおいて、このように補正された目標回生制動トルクTreqにしたがってモータ30を駆動制御する。尚、調整ゲインKabsは、予め設定された値であるが、車輪10毎に独立して設定された値であってもよい。
モータECU50は、ステップS19のTRC制御あるいはステップS20のABS制御を実施すると本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返す。
以上説明した本実施形態の制駆動力制御装置によれば、実運動状態量と理論運動状態量とが乖離している程度を表す運動状態乖離指標を用いて、各車輪10のロック状態とスリップ状態とを判定するため、路面状態に応じた適切な判定を行うことができる。従って、路面状態等によってμピークが変化しても、そのμピークを越えた適切なタイミングでABS制御あるいはTRC制御を開始することができる。この結果、ABS制御あるいはTRC制御を必要以上に早く開始してしまうことが無く、μピーク近傍で車輪10を制駆動することができ、タイヤの性能を良好に引き出すことができる。
また、運動状態乖離指標として、ドライバー要求各輪制駆動力(Freq1,Freq2,Freq3,Freq4)と、実運動状態量から推定される実制駆動力(F1real,F2real,F3real,F4real)との偏差である制駆動力偏差(ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4)を用いているため、簡単に、対象車輪を特定して各車輪10のロック状態とスリップ状態との判定を行うことができる。
また、各車輪10のロック状態およびスリップ状態の判定にあたって、従来装置のようにスリップ率を用いなくて済むため、車輪速センサが故障した場合、あるいは、4輪すべてが同時にロックあるいはスリップして車体速を適正に演算できない場合であっても、車輪10のロック状態およびスリップ状態の判定を適正に行うことができる。
以上、本実施形態にかかる制駆動力制御装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、図6(a)に示すように、左右前後輪10の全てがインホイールモータ30にて独立して駆動される形式の車両1への適用について説明しているが、図6(b)に示すように、左右後輪10rがインホイールモータ30rにて独立して駆動され、左右前輪10fがハイブリッドシステム7にて共通に駆動される形式の車両2に適用されてもよい。また、図6(c)に示すように、左右前輪10fがインホイールモータ30にて独立して駆動され、左右後輪10rがハイブリッドシステム7にて共通に駆動される形式の車両3に適用されてもよい。このハイブリッドシステム7は、車体B側にモータおよび内燃機関を備え、モータ単体により車輪10を制駆動することが可能なシステムである。車輪10のロック状態およびスリップ状態の判定については、ハイブリッドシステム7が、モータ単体により車輪10を制駆動しているときに実施されるとよい。その理由は、モータが内燃機関に比べて車輪10に付与するトルクを正確に制御することができ、結果として、運動状態量の推定が正確となるからである。
また、本実施形態においては、車輪10のロック状態およびスリップ状態の判定許可条件の1つとして第2条件(操舵ハンドルが中立位置に維持されていること)が設定されているが、これは演算を簡単にするためであって、操舵操作量に応じた理論運動状態量(理論運動状態量に対応する物理量であってもよい)を演算できる構成であれば第2条件を省略することもできる。
1,2,3…車両、10fl,10fr,10rl,10rr…車輪、20fl,20fr,20rl,20rr…サスペンション、30fl,30fr,30rl,30rr…モータ、40…操作状態検出装置、45…運動状態検出装置、50…モータ制御用電子制御ユニット(モータECU)、B…車体、Cf,Cr…瞬間回転中心、Freq1,Freq2,Freq3,Freq4…ドライバー要求各輪制駆動力、F1real,F2real,F3real,F4real…実制駆動力、ΔF1,ΔF2,ΔF3,ΔF4 …制駆動力偏差。
Claims (2)
- 左右前後輪がモータによって駆動および制動可能で、少なくとも左右前輪あるいは左右後輪が車輪に組み込まれる形式のモータによって駆動および制動される4輪駆動車両の制駆動力制御装置において、
ドライバーの操作量に基づいて各車輪の目標制駆動力を設定し、前記各車輪が前記目標制駆動力を発生するように、各モータの制駆動トルクを制御する制駆動トルク制御手段と、
前記制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の実際の運動状態を表す実運動状態量を検出する実運動状態検出手段と、
前記制駆動トルク制御手段が各モータの制駆動トルクを制御しているときの、車体の理論上とりうるべき運動状態を表す理論運動状態量と前記実運動状態量とが乖離している程度を表す運動状態乖離指標を取得する乖離指標取得手段と、
前記乖離指標取得手段により取得した運動状態乖離指標に基づいて、各車輪がロック状態またはスリップ状態であるか否かを判定する車輪状態判定手段と
を備えた制駆動力制御装置。 - 請求項1記載の制駆動力制御装置において、
前記制駆動トルク制御手段は、
前記車輪状態判定手段によってロック状態またはスリップ状態であると判定された車輪の制駆動用のモータの制駆動トルクの大きさを、前記運動状態乖離指標が大きいほど小さくするように補正する制駆動力制御装置。
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