JP4385296B2 - トラクション制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラクション制御装置に関する。

車両挙動の安定性を向上させるといった観点から、車輪に駆動トルクが過剰に加わることにより、車輪がスリップすることを抑制すべく、加速時や発進時に駆動トルクを制限するトラクション制御が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、例えば、特許文献２には、車輪の摩擦力利用率に基づいて、車両の運動状態を制御する技術が開示されており、この制御技術の一例として、トラクション制御が挙げられている。
特開平１０−１８１５６４号公報 特許第３１３２１９０号公報

ところで、従来の手法では、車輪速度が急上昇した場合、或いは、車輪速度が車両本体の速度から乖離した場合に、車輪がスリップしていると判断される。しかしながら、車輪のスリップは、駆動トルクが過剰に加えられることにより生じるため、車輪速度をベースにトラクション制御を行うよりも、駆動トルクをベースにトラクション制御を行った方が、制御精度といった点からは好ましい。特許文献２には、車輪摩擦利用率を用いてトラクション制御を行う点について言及しているものの、その具体的な内容については、開示されていない。

そこで、本発明の目的は、トラクション制御を精度よく行うことである。

かかる課題を解決するために、本発明は、トラクション制御装置を提供する。このトラクション制御装置は、車両に設けられている車輪を駆動する駆動トルクを制御する制御部と、車輪に作用する前後力を直接的に検出する検出部と、検出された前後力に基づいて、駆動トルクの実値を算出する演算部と、ドライバーから要求される駆動トルクの要求値に基づいて、駆動トルクの指示値を設定する設定部と、設定された指示値と算出された実値とを比較することにより、設定された指示値を更新するとともに、更新された指示値を制御部に対して指示する処理部と、車輪速センサとを有する。検出部は、車輪のそれぞれを検出対象として、前後力を検出し、演算部は、車輪毎に、検出された前後力に基づいて、実値を算出し、設定部は、車輪毎に、指示値を設定しており、処理部は、算出された実値の総和が、設定された指示値の総和より小さい場合、車輪毎に、算出された実値に基づいて、設定された指示値を更新する。車輪速センサは、車輪のそれぞれを検出対象として、車輪速度を検出する。処理部は、車輪のそれぞれを処理対象として、設定された指示値を、検出された車輪速度に基づいて、算出された実値から設定された指示値までの間の可変値に更新する。この更新された指示値は、車輪速度が他の車輪よりも遅い車輪ほど、算出された指示値寄りの傾向となる。

また、本発明において、処理部は、車輪速度が最も速い第１の車輪に設定された指示値を、算出された実値に更新し、第１の車輪と、車輪速度が最も遅い第２の車輪とを除く他の車輪に設定された指示値を、設定された指示値と算出された実値との平均値に更新してもよい。また、処理部は、車輪速度が第１の判定値以上となる車輪に設定された指示値を、算出された実値に更新し、車輪速度が第１の判定値よりも小さく、かつ、第２の判定値よりも大きい車輪に設定された指示値を、設定された指示値と算出された実値との平均値に更新してもよい。

さらに、本発明において、検出部は、車輪に作用する作用力として、横力をさらに検出しており、演算部は、検出された前後力と検出された横力との合力に基づいて、駆動トルクの実値を算出することが好ましい。

本発明によれば、検出部によって直接的に検出された前後力に基づいて、駆動トルクの実値が算出される。これにより、車輪の駆動トルクをモニタリングすることが可能となり、トラクション制御を行うべき状況を精度よく判断することができる。そのため、トラクション制御の精度向上を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかるトラクション制御装置が適用された車両の説明図である。この車両は、４つの車輪１で駆動する四輪駆動タイプの電気自動車であり、駆動源となるモータ２が車輪単位で設けられている。個々のモータ２は、バッテリ３から供給される電力によって動作し、この供給電力をインバータ４を介して制御することにより、モータ２の出力制御が行われる。モータ２において発生した動力は、車軸に相当する自己の出力軸２ａを介して、車輪１に伝達される。車輪１に駆動トルクが加わると、車輪１が回転し、駆動トルクに応じた駆動力が車輪１に与えられる。

これらの車輪１には、ブレーキ装置５がそれぞれ設けられている。本実施形態において、ブレーキ装置５は、キャリパ、ディスクロータ、ブレーキパッドを主体に構成された周知の油圧式ブレーキ装置である。このブレーキ装置５は、キャリパによってブレーキパッドをディスクロータに押し当てることにより、車輪１にブレーキトルクを加え、車輪１に制動力を与える。このブレーキ装置５による制動力は、キャリパ内に設けられたシリンダに供給される油圧を調整することにより、制御可能である。

図２は、トラクション制御装置１０の全体構成を示すブロック図である。トラクション制御装置１０は、制御ユニット１１を主体に構成されている。制御ユニット１１としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等で構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御ユニット１１は、それぞれの車輪１に実際に加わる駆動トルクの実値Ｔactに基づいて、モータ２の出力制御を行い、これにより、トラクション制御を実行する。この制御ユニット１１には、トラクション制御を行うために各種の検出信号Ｆx，Ｆy，Ｖ，θaが入力されている。

図３は、作用力の説明図である。検出部１２は、車輪１に作用する作用力を検出する。同図では、説明の便宜上、検出部１２に該当するブロックを一つのみ示しているが、この検出部１２は、４つの車輪１にそれぞれ設けられている。検出部１２が検出可能な作用力としては、前後力Ｆx、横力Ｆy、上下力ＦzおよびブレーキトルクＴbreが挙げられるが、本実施形態では、前後力Ｆxと、横力Ｆyとが重要である。前後力Ｆxは、車輪１の接地面に発生する摩擦力のうち車輪中心面に平行な方向に発生する分力であり、横力Ｆyは、車輪中心面に直角な方向に発生する分力である。一方、上下力Ｆzは、鉛直方向に作用する力、いわゆる、垂直荷重である。ブレーキトルクＴbreは、車輪１の回転軸周りのトルク（ねじり力）である。個々の検出部１２は、ひずみゲージと、このひずみゲージから出力される電気信号を処理し、作用力に応じた検出信号を生成する信号処理回路とを主体に構成されている。出力軸（車軸）２ａに生じる応力は作用力に比例するという知得に基づき、ひずみゲージを車軸２ａに埋設することにより、作用力が直接的に検出される。なお、検出部１２の具体的な構成については、例えば、特開平０４−３３１３３６号公報および特開平１０−３１８８６２号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。

車輪速センサ１３（図１には図示せず）は、車輪の回転状態を検出することにより、車輪速度Ｖを検出する。検出部１２と同様、図３では、車輪速センサ１３に該当するブロックを一つのみ示しているが、この車輪速センサ１３は、車輪単位で設けられている。車輪速センサ１３としては、例えば、車輪１の中心に取付けられた歯車の回転を検出する磁気センサ等を用いることができる。アクセル開度センサ１４は、ポテンショメータ等で構成されており、ドライバーによる駆動トルクの要求値に相当するアクセルペダル（図示せず）の踏込量（アクセル開度）θaを検出する。

制御ユニット１１であるマイクロコンピュータを機能的に捉えた場合、この制御ユニット１１は、演算部１１ａと、設定部１１ｂと、処理部１１ｃとを有する。演算部１１ａは、少なくとも前後力Ｆxに基づいて、車輪１を駆動する駆動トルクの実値Ｔactを算出する。設定部１１ｂは、アクセル開度θaに基づいて、駆動トルクの指示値Ｔdirを設定する。処理部１１ｃは、設定された指示値Ｔdirと、算出された実値Ｔactとを比較することにより、設定された指示値Ｔdirを更新する。そして、この更新された指示値Ｔdirは、それぞれの車輪１の駆動トルクを制御するモータ２（正確には、インバータ４）に対して出力される。

図４は、本実施形態にかかるトラクション制御ルーチンを示すフローチャートである。このフローチャートに示すルーチンは、所定間隔毎に呼び出され、制御ユニット１１によって実行される。まず、トラクション制御方法にかかる制御ルーチンの概略説明を行う。この制御方法では、第１のステップとして、車輪に作用する前後力が直接的に検出され、第２のステップとして、検出された前後力に基づいて、車輪を駆動する駆動トルクの実値が算出される。つぎに、第３のステップとして、ドライバーから要求される駆動トルクの要求値に基づいて、駆動トルクの指示値が設定され、第４のステップとして、設定された指示値と算出された実値とを比較することにより、設定された指示値が更新される。そして、第５のステップとして、更新された指示値に基づいて、駆動トルクが制御される。

このトラクション制御方法において、第４のステップは、算出された実値が設定された指示値よりも小さい場合、設定された指示値を算出された実値に更新するステップであることが好ましい。また、第１のステップは、車両に設けられている車輪のそれぞれを検出対象として、前後力を検出するステップであってもよい。この場合、第２のステップは、車輪毎に、検出された前後力のそれぞれに基づいて、実値を算出するステップであり、第３のステップは、車輪毎に、指示値を設定するステップであり、第４のステップは、算出された実値の総和が、設定された指示値の総和より小さい場合、車輪毎に、算出された実値に基づいて、設定された指示値を更新するステップであることが望ましい。

以下、トラクション制御方法の具体的な制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１において、各種の検出値が読み込まれる。このステップ１において読み込まれる検出値としては、各車輪１における作用力（具体的には、前後力Ｆx、横力Ｆy）と、各車輪１における車輪速度Ｖと、アクセル開度θaとが挙げられる。

ステップ２において、アクセル開度θaが判定値θth（θth≒０％）よりも大きいか否かが判断される。トラクション制御は、車両の駆動時の制御であり、ドライバーよってアクセルペダルが踏み込まれることが前提となる。そこで、このステップ２における判断により、現在ドライバーによってアクセルペダルが踏み込まれているか否かが判断される。このステップ２において否定判定された場合、すなわち、アクセル開度θaが判定値θth以下の場合には、ステップ３以降の処理をスキップし、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ２において肯定判定された場合、すなわち、アクセル開度θaが判定値θthよりも大きい場合には、ステップ３に進む。

ステップ３において、各車輪１における駆動トルクの指示値Ｔdirが設定される。まず、各車輪１の車輪速度Ｖの平均値を算出することにより、車両の速度（以下、単に「車速」という）Ｖbが算出される。つぎに、アクセル開度θaと、車速Ｖbとに基づいて、車輪全体での駆動トルクの指示値Ｔdtotが算出される。両変数θa，ｖと、指示値Ｔdtotとの間の関係は、シミュレーション或いは実験等を通じて作成された、マップ或いは関数式により予め設定されている。例えば、マップを用いる場合には、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに、アクセル開度θa、車速ｖおよび指示値Ｔdtotの関係を予め格納しておく。マップを用いて算出される指示値Ｔdtotは、車両全体に要求される駆動トルク、すなわち、四輪における駆動トルクの総和を示している。そのため、各車輪１における駆動トルクの指示値Ｔdirは、マップベースの指示値Ｔdtotを基準として、各車輪１に対する駆動トルクの配分比に応じて値に設定される。この配分比は、予め固定的に設定され、或いは、車両の運動状態に応じて可変に設定されている。例えば、四輪のそれぞれに駆動トルクを等配分する場合、個々の車輪１の指示値Ｔdirは、マップベースの指示値Ｔdirに「0.25」を積算した値に設定されるといった如くである。

ステップ４において、車輪１のそれぞれを対象として、車輪１に実際に加えられている駆動トルクの実値Ｔactが算出される。具体的には、まず、前後力Ｆxと横力Ｆyとに基づいて、両作用力Ｆx，Ｆyの合力（以下「車輪合力」という）Ｆが算出される。この車輪合力Ｆは、車輪１に実際に加えられている駆動力に相当する。そして、算出された車輪合力Ｆと、車輪半径ｒとの積算することにより、車輪１に実際に加えられている駆動トルクの実値Ｔactが算出される。

ステップ５において、駆動トルクの実値Ｔactと、駆動トルクの要求値Ｔdirとが比較される。このステップ５では、駆動輪である全ての車輪１を処理対象として、比較処理を行う関係上、各車輪における実値Ｔactの総和Ｔatotが、各車輪における要求値Ｔdirの総和Ｔdtotよりも小さいか否かが判断される。このステップ５において肯定判定された場合、すなわち、要求値Ｔdirの総和Ｔdtotが実値Ｔactの総和Ｔatotよりも大きい場合には（Ｔatot＜Ｔdtot）、ステップ６に進む。一方、ステップ５において否定判定された場合、すなわち、要求値Ｔdirの総和Ｔdtotが実値Ｔactの総和Ｔatot以下である場合には（Ｔatot≧Ｔdtot）、ステップ６をスキップして、ステップ７に進む。

ステップ６において、車輪１のそれぞれを処理対象として、指示値Ｔdirの更新処理が行われる。この更新処理では、各車輪１の車輪速度Ｖに基づいて、駆動トルクの指示値Ｔdirが更新される。具体的には、車輪速度Ｖが最も速い車輪１は、その指示値Ｔdirが、駆動トルクの実値Ｔactに変更される（Ｔdir ← Ｔact）。つぎに、車輪速度Ｖが最も遅い車輪１は、その指示値Ｔdirが、先に算出された駆動トルクの指示値Ｔdirに更新される（すなわち、そのままの値が維持される（Ｔdir ← Ｔdir））。一方、上述した車輪１を除く他の車輪１は、その指示値Ｔdirが、駆動トルクの実値Ｔactと指示値Ｔdirとの平均値に変更される（Ｔdir ← （Ｔdir＋Ｔact）/2）。

ステップ７では、設定された指示値Ｔdirに応じた制御信号を、対応するモータ２のインバータ４に対してそれぞれ出力した上で、本ルーチンを抜ける。これにより、個々のモータ２は、更新された指示値Ｔdirに応じた駆動トルクが車輪１に加わるように、自己の出力が調整される。

このように本実施形態によれば、検出部１２によって検出された前後力Ｆxに基づいて、車輪１に加えられている駆動トルクの実値Ｔactが算出される。通常の走行状態で車輪１が駆動する場合、この実値Ｔactは、ドライバーの要求に応じた駆動トルクの指示値Ｔdirに対応する。ところが、摩擦係数が低い路面などでは、発進または加速といった状況において、車輪１にスリップが生じる。すなわち、駆動力の飽和が発生し、この車輪１では、指示値Ｔdirが実値Ｔactよりも大きくなる傾向となる。

そこで、本実施形態では、指示値Ｔdirが設定された場合には、実値Ｔactと指示値Ｔdirとが比較され、この比較結果に基づいて、指示値Ｔdirを更新した上でモータ２の出力制御が行われる。これにより、指示値Ｔdirにより駆動力が過剰に与えられるといったケースでは、その駆動トルク制限することにより、スリップの発生を抑制することができる。そのため、車輪の横力が確保され、車両の安定性の向上を図ることができる。また、本実施形態では、車輪１に作用する力を直接的に検出しているため、駆動トルクを精度よく算出することができる。これにより、トラクション制御が必要なる状況を精度よく判断することができるので、トラクション制御の精度向上を図ることができる。なお、本実施形態において、指示値Ｔdirの更新とは、上述したステップ６に示すケースのように、積極的にその値を変更することばかりでなく、このステップ６をスキップするケース等のように、その値を変更しない（すなわち、同一の値で更新する）ことをも含む。

四輪駆動車では、例えば、前輪出力と後輪出力との差を大きくした場合に、出力の小さい車輪１が、他方の車輪１に引張られて、車輪１に前後力Ｆxが作用し難くなるといった事態が生じる。しかしながら、本実施形態では、検出された車輪速度Ｖに基づいて、指示値Ｔdirが、実値Ｔactから指示値Ｔdirまでの間の可変値に更新される。この場合、更新された指示値Ｔdirは、車輪速度Ｖが他の車輪１よりも遅い車輪１ほど、算出された指示値Ｔdir寄りの傾向となる。すなわち、車輪速度Ｖが他の車輪１よりも遅い車輪１ほど、初期設定された指示値Ｔdirに対する回転トルクの制限が緩和される。これにより、車輪間において出力差が生じるといった事態の発生を低減することができるので、各車輪１に有効に前後力Ｆxが作用し、四輪駆動特性を有効に発揮することが可能となる。

なお、車輪間における出力差を抑制するためには、例えば、予め設定した最低制限トルク以下ではトラクション制御を行わなかったり、前後輪１のトルク配分が一定範囲内となるように指示値Ｔdirの更新に制限を設けてもよい。また、横力Ｆyが前後力Ｆxに対して十分に大きい場合、すなわち、横力Ｆyがある程度確保されている場合には、トルク制限を緩和してもよい。ただし、本発明は、このような四輪全体を考慮した制御に限定されず、個々の車輪１に着目し、指示値Ｔdirと実値Ｔactとの比較において、駆動トルクを制限すれば足りる。具体的には、実値Ｔactが指示値Ｔdirよりも小さい場合には、指示値Ｔdirを実値Ｔactに変更し（更新処理）、この値に基づいてモータ２の出力制御を行えばよい。

なお、本実施形態では、駆動トルクの実値Ｔactを算出する際に、駆動力（車輪合力Ｆ）を前後力Ｆxと横力Ｆyとの合力として算出した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、前後力Ｆxのみを駆動力として扱ってもよい。かかる手法であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、上述した実施形態では、指示値Ｔdirの更新を、各車輪１における車輪速度Ｖの相対的な比較に基づいて、個々の車輪１に関する指示値Ｔdirを更新したが、本発明はこれに限定されない。例えば、値の異なる二つの判定値Ｖth1，Ｖth2を用い（Ｖth1＞Ｖth2）、これらの判定値Ｖth1，Ｖth2との比較により、個々の車輪１の指示値Ｔdirを更新してもよい。具体的には、車輪速度Ｖが判定値Ｖth1以上の車輪１は、その指示値Ｔdirが、駆動トルクの実値Ｔactに更新され（Ｔdir ← Ｔact）、車輪速度Ｖが判定値Ｖth2以下の車輪１は、その指示値Ｔdirが、設定された指示値Ｔdirに更新される（Ｔdir ← Ｔdir）。一方、車輪速度Ｖが判定値Ｖth2よりも大きく、かつ、判定値Ｖth1よりも小さい車輪１は、その指示値Ｔdirが、駆動トルクの実値Ｔactと、指示値Ｔdirとの平均値に変更される（Ｔdir ← （Ｔdir＋Ｔact）/2）。

なお、モータ２の出力制御を行うことにより、車輪１に加わる回転トルクを制御し、これにより、駆動トルクの制限を行ったが、ブレーキトルクＴbreを加えることにより、回転トルクの制限を行ってもよい。具体的には、検出部１２によってブレーキトルクＴbreが検出可能であるとの知得に基づいて、実値ＴactからブレーキトルクＴbreを減じた値が、指示値Ｔdirと一致するように、各車輪のブレーキ装置５を制御するといった如くである。また、本実施形態では、モータ２を車輪単位で設けた電気自動車を用いてトラクション制御を説明した。しかしながら、本発明は、各車輪１に動力を配分する動力配分装置を用い、単一のモータ２によって複数の車輪１を駆動する電気自動車に適用することもできる。この場合、駆動源は、モータ２に限定されず、エンジンを用いることもできる。なお、動力配分装置により、各車輪１に対する動力を配分する場合、車輪単体で駆動トルクを調整することは困難であるため、上述したようにブレーキ装置５により駆動トルクを制限することが好ましい。また、このような自動車では、実値Ｔactと指示値Ｔdirとの比較により、駆動力の飽和を判断した場合には、モータ２またはエンジンの出力を低下させることにより、車輪全体として駆動トルクを制限する手法も有効である。すなわち、本発明は、モータ２、ブレーキ装置５およびエンジンといった種々の部材を、駆動トルクを制御する手段として用いることができる。

なお、本実施形態において、検出部１２は、作用力として、三方向に作用する分力およびブレーキトルクＴbreを検出する構成であるが、本発明は、これに限定されるのもではなく、必要となる分力方向に作用する作用力（本実施形態では、前後力Ｆxと横力Ｆy）を検出可能であれば足りる。また、検出部１２としては、この三分力方向周りのモーメントをも含む六分力を検出する六分力計であってもよい。かかる構成であっても、必要となる作用力は少なくも検出することができるので、当然ながら問題はない。なお、車輪１に作用する六分力を検出する手法については、例えば、特開２００２−０３９７４４号公報、特開２００２−０２２５７９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。

また、本実施形態では、検出部１２を車軸２ａに埋設するケースを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のバリエーションも考えられる。作用力を検出するという観点でいえば、例えば、車輪１を保持する部材、例えば、ハブやハブキャリア等に検出部１２を設けてもよい。なお、検出部１２をハブに設ける手法については、特開２００３−１０４１３９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。

本実施形態にかかるトラクション制御装置が適用された車両の説明図 トラクション制御装置のブロック構成図 作用力の説明図 本実施形態にかかるトラクション制御ルーチンを示すフローチャート

符号の説明

１ 車輪
２ モータ
２ａ 出力軸
３ バッテリ
４ インバータ
５ ブレーキ装置
１０ トラクション制御装置
１１ 制御ユニット
１１ａ 演算部
１１ｂ 設定部
１１ｃ 処理部
１２ 検出部
１３ 車輪速センサ
１４ アクセル開度センサ

Claims (4)

1. トラクション制御装置において、
   車両に設けられている車輪を駆動する駆動トルクを制御する制御部と、
   前記車輪に作用する前後力を直接的に検出する検出部と、
   前記検出された前後力に基づいて、前記駆動トルクの実値を算出する演算部と、
   ドライバーから要求される前記駆動トルクの要求値に基づいて、前記駆動トルクの指示値を設定する設定部と、
   前記設定された指示値と前記算出された実値とを比較することにより、前記設定された指示値を更新するとともに、当該更新された指示値を前記制御部に対して指示する処理部と、
   前記車輪のそれぞれを検出対象として、車輪速度を検出する車輪速センサとを有し、
   前記検出部は、前記車輪のそれぞれを検出対象として、前記前後力を検出し、
   前記演算部は、前記車輪毎に、前記検出された前後力に基づいて、前記実値を算出し、
   前記設定部は、前記車輪毎に、前記指示値を設定しており、
   前記処理部は、前記算出された実値の総和が、前記設定された指示値の総和より小さい場合、前記車輪毎に、前記算出された実値に基づいて、前記設定された指示値を更新するとともに、前記車輪のそれぞれを処理対象として、前記設定された指示値を、前記検出された車輪速度に基づいて、前記算出された実値から前記設定された指示値までの間の可変値に更新し、当該更新された指示値は、前記車輪速度が他の車輪よりも遅い車輪ほど、前記算出された指示値寄りの傾向となることを特徴とするトラクション制御装置。
2. 前記処理部は、前記車輪速度が最も速い第１の車輪に設定された前記指示値を、前記算出された実値に更新し、前記第１の車輪と、前記車輪速度が最も遅い第２の車輪とを除く他の車輪に設定された前記指示値を、前記設定された指示値と前記算出された実値との平均値に更新することを特徴とする請求項１に記載されたトラクション制御装置。
3. 前記処理部は、前記車輪速度が第１の判定値以上となる前記車輪に設定された前記指示値を、前記算出された実値に更新し、前記車輪速度が前記第１の判定値よりも小さく、かつ、前記第１の判定値よりも値が小さな第２の判定値以上となる前記車輪に設定された前記指示値を、当該設定された指示値と前記算出された実値との平均値に更新することを特徴とする請求項１に記載されたトラクション制御装置。
4. 前記検出部は、前記車輪に作用する作用力として、横力をさらに検出しており、
   前記演算部は、前記検出された前後力と前記検出された横力との合力に基づいて、前記駆動トルクの実値を算出することを特徴とする請求項１に記載されたトラクション制御装置。

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