以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施の形態における車両用制御装置100が搭載される車両1の上面視を模式的に示した模式図である。なお、図1の矢印FWDは、車両1の前進方向を示す。
まず、車両1の概略構成について説明する。車両1は、図1に示すように、車体フレームBFと、その車体フレームBFに支持される複数(本実施の形態では4輪)の車輪2と、それら各車輪2の回転駆動を行う車輪駆動装置3と、各車輪2の操舵駆動およびキャンバ角の調整を行うキャンバ角付与装置4とを主に備え、キャンバ角付与装置4を車両用制御装置100によって作動制御して車輪2のキャンバ角を調整することで(図7及び図8参照)、車輪2の特性を使い分けて、車両1の走行性能を確保しつつ消費エネルギーを低減させることができるように構成されている。
次いで、各部の詳細構成について説明する。車輪2は、図1に示すように、車両1の進行方向前方側に位置する左右の前輪2FL,2FRと、進行方向後方側に位置する左右の後輪2RL,2RRとの4輪を備え、車輪駆動装置3によってそれぞれ独立に回転可能に構成されている。
車輪駆動装置3は、各車輪2を回転駆動するための装置であり、図1に示すように、合計4個の電動モータ(FL〜RRモータ3FL〜3RR)が各車輪2に(即ち、インホイールモータとして)配設されている。
例えば、運転者がアクセルペダル52を操作した場合には、車輪駆動装置3が車両用制御装置100によって作動制御され、アクセルペダル52の操作量に応じた回転速度で各車輪2が回転駆動される。
キャンバ角付与装置4は、各車輪2の操舵角およびキャンバ角を調整するための装置であり、図1に示すように、合計4個のアクチュエータ(FL〜RRアクチュエータ4FL〜4RR)が各車輪2に対応して配設されている。
例えば、運転者がステアリング54を操作した場合には、キャンバ角付与装置4の一部(例えば、FLアクチュエータ4FL及びFRアクチュエータ4FR)又は全部が車両用制御装置100によって作動制御され、ステアリング54の操作量に応じた操舵角で各車輪2が操舵駆動される。
また、キャンバ角付与装置4は、車両1の走行状態(例えば、定速走行時または加減速時、或いは、直進時または旋回時)や走行路面の状態(例えば、舗装路または未舗装路)などの状態変化に応じて車両用制御装置100によって作動制御され、各車輪2のキャンバ角を調整する。
ここで、図2を参照して、車輪駆動装置3及びキャンバ角付与装置4の詳細構成について説明する。図2(a)は、車輪2の断面図であり、図2(b)は、車輪2の操舵角およびキャンバ角の調整方法を模式的に説明する模式図である。
なお、図2(a)では、車輪駆動装置3に駆動電力を供給するための配線などの図示が省略されている。また、図2(b)中の仮想軸Xf−Xb、仮想軸Yl−Yr及び仮想軸Zu−Zdは、それぞれ車両1の前後方向、左右方向および高さ方向に対応する。
図2(a)に示すように、車輪2は、ゴム状弾性材から構成されるタイヤ2aと、アルミニウム合金などから構成されるホイール2bとを主に備えて構成され、ホイール2bの内周部には、車輪駆動装置3(FL〜RRモータ3FL〜3RR)がインホイールモータとして配設されている。
タイヤ2aは、車両1の内側(図2(a)右側)に配置される第1トレッド21と、車両1の外側(図2(a)左側)に配置される第2トレッド22とを備え、第1トレッド21が第2トレッド22に比してグリップ力の高い特性(高グリップ性)に構成されると共に、第2トレッド22が第1トレッド21に比して転がり抵抗の小さい特性(低転がり抵抗)に構成されている。なお、車輪2(タイヤ2a)の詳細構成については、図6を参照して後述する。
車輪駆動装置3は、図2(a)に示すように、その前面側(図2(a)左側)に突出された駆動軸3aがホイール2bに連結固定されており、駆動軸3aを介して、車輪2に回転駆動力を伝達可能に構成されている。また、車輪駆動装置3の背面には、キャンバ角付与装置4(FL〜RRアクチュエータ4FL〜4RR)が連結固定されている。
キャンバ角付与装置4は、複数(本実施の形態では3本)の油圧シリンダ4a〜4cを備えており、それら3本の油圧シリンダ4a〜4cのロッド部は、車輪駆動装置3の背面側(図2(a)右側)にジョイント部(本実施の形態ではユニバーサルジョイント)60を介して連結固定されている。なお、図2(b)に示すように、各油圧シリンダ4a〜4cは、周方向略等間隔(即ち、周方向120°間隔)に配置されると共に、1の油圧シリンダ4bは、仮想軸Zu−Zd上に配置されている。
これにより、各油圧シリンダ4a〜4cが各ロッド部をそれぞれ所定方向に所定長さだけ伸長駆動または収縮駆動することで、車輪駆動装置3が仮想軸Xf−Xb,Zu−Xdを揺動中心として揺動駆動され、その結果、車輪2に所定のキャンバ角および操舵角が付与される。
例えば、図2(b)に示すように、車輪2が中立位置(車両1の直進状態)にある状態で、油圧シリンダ4bのロッド部が収縮駆動され、かつ、油圧シリンダ4a,4cのロッド部が伸長駆動されると、車輪駆動装置3が仮想線Xf−Xb回りに回転され(図2(b)矢印A)、車輪2にマイナス方向(ネガティブキャンバ方向)のキャンバ角(車輪2の中心線が仮想線Zu−Zdに対してなす角度)が付与される。一方、これとは逆の方向に油圧シリンダ4b及び油圧シリンダ4a,4cがそれぞれ伸縮駆動されると、車輪2にプラス方向(ポジティブキャンバ方向)のキャンバ角が付与される。
また、車輪2が中立位置(車両1の直進状態)にある状態で、油圧シリンダ4aのロッド部が収縮駆動され、かつ、油圧シリンダ4cのロッド部が伸長駆動されると、車輪駆動装置3が仮想線Zu−Zd回りに回転され(図2(b)矢印B)、車輪2にトーインの操舵角(車輪2の中心線が仮想線Zf−Zbに対してなす角度であり、車両1の進行方向とは無関係に定まる角度)が付与される。一方、これとは逆の方向に油圧シリンダ4a及び油圧シリンダ4cが伸縮駆動されると、車輪2にトーアウトの操舵角が付与される。
なお、ここで例示した各油圧シリンダ4a〜4cの駆動方法は、上述した通り、車輪2が中立位置にある状態から駆動する場合を説明するものであるが、これらの駆動方法を組み合わせて各油圧シリンダ4a〜4cの伸縮駆動を制御することにより、車輪2に任意のキャンバ角および操舵角を付与することができる。
また、本実施の形態では、油圧シリンダを用いて説明したが、油圧シリンダに限らず、モータを用いてシリンダを動かす電動シリンダや圧縮した気体の圧力を用いてシリンダを動かす空気シリンダ、或いは、気体の熱膨張を利用してシリンダを動かすシリンダなどを用いても良く、本実施の形態に限るものではない。
図1に戻って説明する。アクセルペダル52及びブレーキペダル53は、運転者により操作される操作部材であり、各ペダル52,53の踏み込み状態(踏み込み量、踏み込み速度など)に応じて、車両1の車速や制動力が決定され、車輪駆動装置3の作動制御が行われる。
ステアリング54は、運転者により操作される操作部材であり、その操作状態(回転方向、回転角など)に応じて、車両1の旋回方向や旋回半径が決定され、キャンバ角付与装置4の作動制御が行われる。
同様に、路面状況スイッチ55は、運転者により操作される操作部材であり、その操作状態(操作位置など)に応じて、キャンバ角付与装置4の作動制御が行われる。なお、路面状況スイッチ55は、3段式(3ポジション式)のロッカースイッチとして構成され、第1位置は走行路面が乾燥舗装路であることが選択された状態に、第2位置は走行路面が未舗装路であることが選択された状態に、第3位置は走行路面が雨天舗装路であることが選択された状態に、それぞれ対応する。
車両用制御装置100は、上述のように構成された車両1の各部を制御するための制御装置であり、例えば、各ペダル52,53の踏み込み状態を検出し、その検出結果に応じて車輪駆動装置3を作動制御することで、各車輪2の回転駆動を行う。或いは、ステアリング54の操作状態を検出し、その検出結果に応じてキャンバ角付与装置4を作動制御することで、各車輪2の操舵駆動およびキャンバ角の調整を行う。
ここで、図3を参照して、車両用制御装置100の詳細構成について説明する。図3は、車両用制御装置100の電気的構成を示したブロック図である。車両用制御装置100は、図3に示すように、CPU71、ROM72及びRAM73を備え、それらがバスライン74を介して入出力ポート75に接続されている。また、入出力ポート75には、車輪駆動装置3等の複数の装置が接続されている。
CPU71は、バスライン74により接続された各部を制御する演算装置であり、ROM72は、CPU71によって実行される制御プログラム(例えば、図9から図14に図示されるフローチャートのプログラム)や固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリである。また、ROM72には、摩擦係数マップ72a及びキャンバ角マップ72bが設けられている。
ここで、図4及び図5を参照して、摩擦係数マップ72a及びキャンバ角マップ72bの詳細について説明する。図4は、摩擦係数マップ72aの内容を模式的に図示した模式図である。摩擦係数マップ72aは、アクセルペダル52及びブレーキペダル53の踏み込み量と必要前後摩擦係数との関係を予め記憶したマップである。
CPU71は、この摩擦係数マップ72aの内容に基づいて、現在の車両1の走行状態において車輪2に確保すべき摩擦係数(即ち、車輪2が走行路面に対してスリップしないために最低限必要な摩擦係数)である必要前後摩擦係数を取得する。なお、縦軸に示した必要前後摩擦係数は、車輪2がスリップしないために最低限必要な車両1前後方向の摩擦係数、即ち、車両1の進行方向FWD(図1参照)に対する摩擦係数を表している。
この摩擦係数マップ72aによれば、図4に示すように、アクセルペダル52及びブレーキペダル53が踏み込まれていない状態(アクセルペダル52及びブレーキペダル53の踏み込み量=0)では、必要前後摩擦係数が最小値μfminに規定され、アクセルペダル52又はブレーキペダル53の踏み込み量に比例して直線的に増加し、アクセルペダル52又はブレーキペダル53が最大に踏み込まれた状態(アクセルペダル52又はブレーキペダル53の踏み込み量=100%)において、必要前後摩擦係数が最大値μfmaxとなるように規定されている。
図5は、キャンバ角マップ72bの内容を模式的に図示した模式図である。キャンバ角マップ72bは、車輪2の摩擦係数および転がり抵抗とキャンバ角との関係を予め記憶したマップであり、車輪2が発揮できる摩擦係数、即ち、車輪2が走行路面との間で生じさせることが可能な摩擦係数を表している。なお、キャンバ角マップ72bは、車輪2について実測した実測値に基づくものである。
CPU71は、このキャンバ角マップ72bの内容に基づいて、車輪2に付与すべきキャンバ角を決定する。なお、図5において、実線101は摩擦係数に、実線102は転がり抵抗に、それぞれ対応する。また、横軸のキャンバ角は、図5右側がマイナス方向に、図5左側がプラス方向に、それぞれ対応する。
ここで、キャンバ角マップ72bには、上述した路面状況スイッチ55の3つの操作状態に対応して3種類のマップが記憶されているが、図5では、図面を簡素化して理解を容易とするべく、1種類のマップ(乾燥舗装路用マップ)のみを代表例として図示し、他の2種類のマップについては図示を省略している。
即ち、キャンバ角マップ72bには、乾燥舗装路用マップ、未舗装路用マップ及び雨天舗装路用マップの3種類が記憶されており、CPU71は、路面状況スイッチ55の操作状態を検出し、走行路面が乾燥舗装路であることが選択されている場合には乾燥舗装路用マップを、走行路面が未舗装路であることが選択されている場合には未舗装路用マップを、走行路面が雨天舗装路であることが選択されている場合には雨天舗装路用マップを、それぞれ読み出し、その内容に基づいて、車輪2に付与すべきキャンバ角を決定する。つまり、CPU71は、路面状況スイッチ55の操作状態により、走行路面判断手段(図9のS1参照)において、車両1が走行している走行路面の路面状況を判断(判別)する。
なお、本実施の形態では、路面状況スイッチ55の操作状態を検出することで路面状況を判断するが、他の方法によって路面状況を判断しても良い。他の方法としては、例えば、ナビゲーション装置などの車両内に設置された情報端末やインターネットなどのネットワーク、或いは、車両のワイパーや緊急ブレーキ用のABSの作動状態などが例示される。
このキャンバ角マップ72bによれば、図5に示すように、キャンバ角が0度の状態(即ち、第1トレッド21及び第2トレッド22が均等に接地している状態)では、摩擦係数は最小値μbとなる。なお、転がり抵抗についても同様であり、最小値となる。
キャンバ角が0度の状態(即ち、第1トレッド21と第2トレッド22とが均等に接地している状態)からマイナス方向へ向けて変化すると、かかる変化に伴って高グリップ性の第1トレッド21の接地面積が漸次増加する(低転がり抵抗の第2トレッド22の接地面積が漸次減少する)ことで、摩擦係数および転がり抵抗が漸次増加する。
そして、キャンバ角がθa(以下、「第1キャンバ角θa」と称す。)に達すると、第2トレッド22が走行路面から浮き上がり、第1トレッド21のみが接地した状態となることで、摩擦係数が最大値μaとなる。
なお、キャンバ角が第1キャンバ角θaからマイナス方向へ向けて更に変化しても、第2トレッド22が既に走行路面から浮き上がっているので、摩擦係数の変化はほとんど生じることがなく、最大値μaに維持される。
一方、転がり抵抗の変化は、キャンバ角が第1キャンバ角θaに達した後も、キャンバ角の変化に伴って漸次増加する。つまり、キャンバ角がマイナス方向へ向けて変化し、かかる変化に伴ってキャンバスラストが漸次増加することで、転がり抵抗が漸次増加する。
ここで、キャンバ角が第1キャンバ角θaに達した後、転がり抵抗は増加するにも関わらず摩擦係数が一定に維持されるのは、一般に、摩擦係数の変化がキャンバスラストの影響よりも第1トレッド21の高グリップ性による影響を受け易いためである。
一方、図5に示すように、0度よりもプラス方向の領域では、キャンバ角が0度の状態(即ち、第1トレッド21と第2トレッド22とが均等に接地している状態)から、プラス方向へ向けて変化しても、摩擦係数の変化はほとんど生じることがなく、最小値μbに維持される。
即ち、キャンバ角が0度の状態からプラス方向へ向けて変化し、かかる変化に伴って低転がり抵抗の第2トレッド22の接地面積が漸次増加する(高グリップ性の第1トレッド21の接地面積が漸次減少する)にも関わらず、摩擦係数は最小値μbに維持される。
これは、一般に、低転がり抵抗の第2トレッド22が高グリップ性の第1トレッド21よりも高硬度に構成されるために、第2トレッド22の接地が第1トレッド21の接地による高グリップ性への寄与を妨げるためである。
一方、転がり抵抗の変化は、キャンバ角の変化に伴って漸次増加する。即ち、キャンバ角がプラス方向へ向けて変化し、かかる変化に伴ってキャンバスラストが漸次増加することで、転がり抵抗が漸次増加する。
ここで、転がり抵抗は増加するにも関わらず摩擦係数が一定に維持されるのは、上述したのと同様に、一般に、摩擦係数の変化がキャンバスラストの影響よりも第2トレッド22の低転がり抵抗による影響を受け易いためである。
ここで、図5で図示を省略した未舗装路用マップ及び雨天舗装路用マップについては、乾燥舗装路用マップの実線を摩擦係数および転がり抵抗が小さくなる方向へ平行移動したものとなる。また、いずれのマップにおいても、摩擦係数および転がり抵抗が最小値となるキャンバ角は0度となり、摩擦係数が最大値となるキャンバ角は第1キャンバ角θaとなる。
図3に戻って説明する。RAM73は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリである。また、RAM73には、消費エネルギーメモリ73aが設けられている。
消費エネルギーメモリ73aは、後述する電流センサ装置35からCPU71に入力された各電流センサ35FL〜35RRの検出結果(電流値)を記憶するためのメモリであり、複数回(本実施の形態では8回)分の検出結果を記憶可能に構成されている。
CPU71は、消費エネルギーメモリ73aの内容に基づいて、複数回分の検出結果の平均値(平均電流値)を算出することができる。なお、消費エネルギーメモリ73aの内容は、CPU71によって平均値が算出されると、全てのデータ(検出結果)がクリアされるように構成されている。
車輪駆動装置3は、バッテリー(図示せず)から駆動電力が供給されることで各車輪2(図1参照)を回転駆動するための装置であり、各車輪2に回転駆動力を付与する4個のFL〜RRモータ3FL〜3RRと、それら各モータ3FL〜3RRをCPU71からの命令に基づいて駆動制御する制御回路(図示せず)とを主に備えている。
キャンバ角付与装置4は、各車輪2の操舵角およびキャンバ角を調整するための装置であり、各車輪2(車輪駆動装置3)に角度調整のための駆動力を付与する4個のFL〜RRアクチュエータ4FL〜4RRと、それら各アクチュエータ4FL〜4RRをCPU71からの命令に基づいて駆動制御する制御回路(図示せず)とを主に備えている。
なお、FL〜RRアクチュエータ4FL〜4RRは、3本の油圧シリンダ4a〜4cと、それら各油圧シリンダ4a〜4cにオイル(油圧)を供給する油圧ポンプ4d(図1参照)と、その油圧ポンプから各油圧シリンダ4a〜4cに供給されるオイルの供給方向を切り換える電磁弁(図示せず)とを主に備えて構成されている。
CPU71からの指示に基づいて、キャンバ角付与装置4の制御回路が油圧ポンプを駆動制御すると、その油圧ポンプから供給されるオイル(油圧)によって、各油圧シリンダ4a〜4cが伸縮駆動される。また、電磁弁がオン/オフされると、各油圧シリンダ4a〜4cの駆動方向(伸長または収縮)が切り替えられる。
キャンバ角付与装置4の制御回路は、車輪2の操舵角およびキャンバ角を後述するステアリングセンサ装置54a及びキャンバ角センサ装置30によって監視し、CPU71から指示された目標値(伸縮量)に達した場合に、油圧シリンダ4a〜4cの伸縮駆動を停止する。なお、ステアリングセンサ装置54a及びキャンバ角センサ装置30による検出結果は、CPU71に出力され、CPU71は、その検出結果に基づいて各車輪2の操舵角およびキャンバ角を取得することができる。
キャンバ角センサ装置30は、各車輪2のキャンバ角を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、対象物までの距離を測定する4個のFL〜RR距離センサ30FL〜30RRと、それら各距離センサ30FL〜30RRの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、各距離センサ30FL〜30RRがミリ波の伝搬時間やドップラー効果によって生じる周波数差に基づいて対象物までの距離を測定するミリ波レーダとして構成されている。これら各距離センサ30FL〜30RRは、車体フレームBF(図1参照)に配設され、各車輪駆動装置3の背面までの距離を測定する。CPU71は、キャンバ角センサ装置30から入力された各距離センサ30FL〜30RRの検出結果に基づいて、各車輪2のキャンバ角を次のように算出する。
例えば、左の前輪2FLに着目すると、キャンバ角が付与された場合に車輪駆動装置3の回転中心となる線(図2の仮想線Xf−Xb)とFL距離センサ30FLとの車両1高さ方向のずれ量をgとし、FL距離センサ30FLによって検出された距離をdとすると、左の前輪2FLのキャンバ角θFLは、θFL=atan(d/g)となる。
加速度センサ装置31は、車両1(車体フレームBF)の加速度を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、前後および左右方向加速度センサ31a,31bと、それら各加速度センサ31a,31bの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
前後方向加速度センサ31aは、車体フレームBFの車両1前後方向の加速度を検出するセンサであり、左右方向加速度センサ31bは、車体フレームBFの車両1左右方向の加速度を検出するセンサである。なお、本実施の形態では、これら各加速度センサ31a,31bが圧電素子を利用した圧電型センサとして構成されている。
CPU71は、加速度センサ装置31から入力された各加速度センサ31a,31bの検出結果(加速度値)を時間積分して、2方向(前後方向および左右方向)の速度をそれぞれ算出すると共に、それら2方向成分を合成することで、車両1の車速を取得することができる。
接地荷重センサ装置32は、各車輪2の接地面が走行路面から受ける荷重を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、各車輪2が受ける荷重をそれぞれ検出するFL〜RR荷重センサ32FL〜32RRと、それら各荷重センサ32FL〜32RRの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、各荷重センサ32FL〜32RRがピエゾ抵抗型の3軸荷重センサとして構成されている。これら各荷重センサ32FL〜32RRは、各車輪2のサスペンション軸(図示せず)上に配設され、車輪2が走行路面から受ける荷重を車両1前後方向、左右方向および高さ方向の3方向で検出する。
CPU71は、接地荷重センサ装置32から入力された各荷重センサ32FL〜32RRの検出結果に基づいて、各車輪2の接地面における走行路面との摩擦係数を次のように推定する。
例えば、左の前輪2FLに着目すると、FL荷重センサ32FLによって検出される車両1前後方向、左右方向および高さ方向の荷重をそれぞれFx、Fy及びFzとすると、左の前輪2FLの接地面における走行路面との車両1前後方向の摩擦係数μxは、左の前輪2FLがスリップしているスリップ状態ではFx/Fzとなり(μx=Fx/Fz)、左の前輪2FLがスリップしていない非スリップ状態ではFx/Fzよりも大きい値であると推定される(μx>Fx/Fz)。
なお、車両1左右方向の摩擦係数μyについても同様であり、スリップ状態ではμy=Fy/Fzとなり、非スリップ状態ではFy/Fzよりも大きな値と推定される。また、摩擦係数を他の手法により推定することは当然可能である。他の手法としては、例えば、特開2001−315633号公報や特開2003−118554号に開示される公知の技術が例示される。
回転角速度センサ装置33は、車両1(車体フレームBF)の回転角速度を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、車体フレームBFの中心を通る前後方向軸、左右方向軸および高さ方向軸回りの回転方向および回転角速度を検出するジャイロセンサ33aと、そのジャイロセンサ33aの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、ジャイロセンサがサニャック効果の原理を利用して動作する光ファイバジャイロにより構成されている。但し、他の種類のジャイロセンサを用いることは当然可能である。他の種類のジャイロセンサとしては、例えば、機械式のジャイロセンサや圧電式のジャイロセンサ等が例示される。
CPU71は、回転角速度センサ装置33から入力されたジャイロセンサ33aの検出結果(回転角速度値)を時間積分して、3方向(前後方向、左右方向および高さ方向)の回転角を算出することで、車両1のピッチ角、ロール角およびヨー角をそれぞれ取得することができる。
スラスト荷重センサ装置34は、各車輪2に作用する車両1左右方向のスラスト荷重を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、各車輪2に作用する荷重をそれぞれ検出するFL〜RR荷重センサ34FL〜34RRと、それら各荷重センサ34FL〜34RRの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。なお、本実施の形態では、各荷重センサ34FL〜34RRが圧電素子を利用した圧電型センサとして構成されている。
CPU71は、スラスト荷重センサ装置34から入力された各荷重センサ34FL〜34RRの検出結果により、各車輪2に作用する車両1左右方向のスラスト力を取得することができる。
電流センサ装置35は、車輪駆動装置3に通電される電流値を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、各FL〜RRモータ3FL〜3RRに通電される電流値をそれぞれ検出するFL〜RR電流センサ35FL〜35RRと、それら各電流センサ35FL〜35RRの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
CPU71は、電流センサ装置35から入力された各電流センサ35FL〜35RRの検出結果(電流値)を消費エネルギーメモリ73aに記憶すると共に、消費エネルギーメモリ73aの内容に基づいて、複数回(本実施の形態では8回)分の検出結果の平均値(平均電流値)を算出することができる。
アクセルペダルセンサ装置52aは、アクセルペダル52の踏み込み状態を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、アクセルペダル52の踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを主に備えている。
ブレーキペダルセンサ装置53aは、ブレーキペダル53の踏み込み状態を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、ブレーキペダル53の踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを主に備えている。
ステアリングセンサ装置54aは、ステアリング54の操作状態を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、ステアリング54の回転方向および回転角を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを主に備えている。
なお、本実施の形態では、各角度センサが電気抵抗を利用した接触型のポテンショメータとして構成されている。CPU71は、各センサ装置52a,53a,54aから入力された各角度センサの検出結果により、各ペダル52,53の踏み込み量およびステアリング54の回転角を取得すると共に、その検出結果を時間微分することで、各ペダル52,53の踏み込み速度およびステアリング54の回転速度を算出することができる。また、ステアリングセンサ装置54aから入力された角度センサの検出結果により、車輪2の操舵角を取得することができる。
路面状況スイッチセンサ装置55aは、路面状況スイッチ55の操作状態を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、路面状況スイッチ55の操作位置を検出するポジショニングセンサ(図示せず)と、そのポジショニングセンサの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
CPU71は、路面状況スイッチセンサ装置55aから入力された路面状況スイッチ55の操作状態により、走行路面の状態(乾燥舗装路、未舗装路または雨天舗装路)を判断(判別)することができる。
図3に示す他の入出力装置36としては、例えば、各車輪2の回転速度を検出するための装置などが例示される。
次いで、図6から図8を参照して、車輪2の詳細構成について説明する。図6は、車両1の上面視を模式的に示した模式図である。図7及び図8は、車両1の正面視を模式的に図示した模式図であり、図7では、車輪2にマイナス方向のキャンバ角が付与された状態が図示され、図8では、車輪2にプラス方向のキャンバ角が付与された状態が図示されている。
上述したように、車輪2は、第1トレッド21及び第2トレッド22の2種類のトレッドを備え、図6に示すように、各車輪2において、第1トレッド21が車両1内側に配置され、第2トレッド22が車両1外側に配置されている。なお、本実施の形態では、両トレッド21,22の幅寸法(図6左右方向寸法)が同一に構成されている。
ここで、例えば、図7に示すように、キャンバ角付与装置4が作動制御され、車輪2にマイナス方向のキャンバ角θL,θRが付与されると、車両1内側に配置される第1トレッド21の接地面積が増加すると共に、車両1外側に配置される第2トレッド22の接地面積が減少する。これにより、第1トレッド21の高グリップ性を利用して、車両1の走行性能(例えば、旋回性能、加速性能あるいは制動性能など)を確保することができる。
一方、図8に示すように、キャンバ角付与装置4が作動制御され、車輪2にプラス方向のキャンバ角θL,θRが付与されると、車両1内側に配置される第1トレッド21の接地面積が減少すると共に、車両1外側に配置される第2トレッド22の接地面積が増加する。これにより、第2トレッド22の低転がり抵抗を利用して、車両1の消費エネルギーを低減させることができる。
次いで、図9を参照して、キャンバ制御処理について説明する。図9は、キャンバ制御処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置100の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2ms間隔で)実行される処理である。
CPU71は、キャンバ制御処理に関し、まず、路面状況(走行路面の状態)を判別する(S1)。この処理は、路面状況スイッチセンサ装置55a(図3参照)によって路面状況スイッチ55の操作状態を検出することで行われる。即ち、CPU71は、上述したように、路面状況スイッチ55の操作位置が第1位置であれば路面状況を乾燥舗装路と判断し、第2位置であれば未舗装路と判断すると共に、第3位置であれば雨天舗装路と判別する。
次いで、アクセルペダル52及びブレーキペダル53の操作状態をアクセルペダルセンサ装置52a及びブレーキペダルセンサ装置53aによって検出し(S2)、その検出した操作状態に対応する必要前後摩擦係数を摩擦係数マップ72a(図4参照)から読み出す(S3)。これにより、車輪2が走行路面に対してスリップしないために最低限必要な車両1前後方向の摩擦係数を得ることができる。
次いで、車輪2の操舵角および車両1の車速を取得し(S4)、その取得した操舵角および車速から必要横摩擦係数を算出する(S5)。なお、CPU71は、上述したように、ステアリングセンサ装置54aから入力された角度センサの検出結果および加速度センサ装置31から入力された各加速度センサ31a,31bの検出結果に基づいて、車輪2の操舵角および車両1の車速を取得する。
ここで、必要横摩擦係数とは、車両1の旋回時において車輪2が走行路面に対してスリップしないために最低限必要な車両1左右方向の摩擦係数であり、次のように算出される。即ち、まず、車輪2の操舵角σ、アッカーマン旋回半径R0及び車両1のホイールベースLの関係は、tanσ=L/R0により表すことができる。この関係式は、操舵角σが微小角の場合、σ=L/R0と近似することができる。これをアッカーマン旋回半径R0について変形することで、R0=L/σを得ることができる。
一方、車両1の実旋回半径R及び車両1の車速Vの関係は、車両1について実測したスタビリティファクターKを使用することで、車両1のステア特性より、R/R0=1+K・V2により表すことができる。これを実旋回半径Rについて変形すると共に、先に求めたアッカーマン旋回半径R0を代入することで、R=L(1+K・V2)/σを得ることができる。
ここで、旋回時に車両1に作用する遠心力Fは、車両1の重量をMとすれば、F=M・V2/Rとなり、これに先に求めた実旋回半径Rを代入することで、F=M・V2・σ/(L(1+K・V2))を得ることができる。車輪2が横方向(車両1左右方向)にスリップすることを回避するための摩擦力は、この遠心力Fよりも大きな値であれば良いので、必要横摩擦係数μwは、遠心力Fを重量Mで割ることで、μw=F/M=V2・σ/(L(1+K・V2))により表すことができる。
S3及びS5の処理で必要前後摩擦係数および必要横摩擦係数を取得した後は、それら必要前後摩擦係数および必要横摩擦係数に基づいて(即ち、車両1前後方向および左右方向を向くベクトルの合力として)、必要摩擦係数を算出する(S6)。
次いで、S6の処理で算出した必要摩擦係数と車輪2が発揮可能な摩擦係数の最大値μa及び最小値μbとを比較し、必要摩擦係数が最小値μb以上かつ最大値μa以下であるか否かを判断する(S7)。
なお、車輪2が発揮可能な摩擦係数の最大値μa及び最小値μbは、上述したように、キャンバ角マップ72b(図5参照)から読み出される。また、この場合には、CPU71は、S1の処理で判別した路面状況に応じたマップを3種類のマップの中から選択し、その選択したマップの内容に基づいて、最大値μa及び最小値μbを読み出す。
S7の処理の結果、必要摩擦係数が最小値μb以上かつ最大値μa以下であると判断される場合には(S7:Yes)、必要摩擦係数に対応する(即ち、必要摩擦係数と同等の摩擦係数となる)キャンバ角をキャンバ角マップ72bから読み出し(S8)、その読み出したキャンバ角を車輪2に付与して(S9)、ロール制御処理(S20)に移行する。
具体的には、例えば、S6の処理で算出された必要摩擦係数がμ1の場合、図5に示すキャンバ角マップ72bより、μb≦μ1≦μaの関係が成り立つので(S7:Yes)、この必要摩擦係数μ1に対応するキャンバ角をθ1と読み出し(S8)、その読み出したキャンバ角θ1を車輪2に付与する(S9)。
これにより、車輪2に必要最低限の摩擦係数を発揮させ、そのスリップを抑制することができる。よって、車輪2のスリップを抑制しつつ、車輪2の転がり抵抗をより小さなものとして、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
一方、S7の処理の結果、必要摩擦係数が最小値μb以上かつ最大値μa以下でないと判断される場合には(S7:No)、必要摩擦係数が最小値μbよりも小さいか否かを判断する(S10)。その結果、必要摩擦係数が最小値μbよりも小さいと判断される場合には(S10:Yes)、車輪2に0度のキャンバ角を付与して(S11)、ロール制御処理(S20)に移行する。
具体的には、例えば、S6の処理で算出された必要摩擦係数がμ2の場合、図5に示すキャンバ角マップ72bより、μ2<μbの関係が成り立つので(S10:Yes)、この必要摩擦係数μ2に対応するキャンバ角をθ2と読み出すのではなく、車輪2に付与するキャンバ角を0度と決定し、これを車輪2に付与する(S11)。
つまり、S6の処理で算出された必要摩擦係数が車輪2の発揮できる摩擦係数の最小値μbを下回っている場合には、車輪2に0度よりもプラス方向のキャンバ角を付与しても、それ以上の転がり抵抗の低減(消費エネルギー低減)を見込めないと判断し、その結果として、車輪2に付与するキャンバ角を0度とする。これにより、車輪2の転がり抵抗を不必要に増加させてしてしまうことがなく、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
一方、S10の処理の結果、必要摩擦係数が最小値μbよりも小さくないと判断される場合、即ち、必要摩擦係数が最大値μaよりも大きいと判断される場合には(S10:No)、車輪2に第1キャンバ角θaを付与すると共に(S12)、報知処理(S13)を実行して、このキャンバ制御処理を終了する。
具体的には、例えば、S6の処理で算出された必要摩擦係数がμ3の場合、図5に示すキャンバ角マップ72bより、μa<μ3の関係が成り立つので(S10:No)、この必要摩擦係数μ3に対応するキャンバ角をθ3と読み出すのではなく、車輪2に付与するキャンバ角を第1キャンバ角θaと決定し、その決定したキャンバ角θaを車輪2に付与する(S12)。
つまり、S6の処理で算出された必要摩擦係数が車輪2の発揮できる摩擦係数の最大値μaを上回っている場合には、車輪2に第1キャンバ角θaよりもマイナス方向のキャンバ角を付与しても、それ以上の摩擦係数の増加(走行性能向上)を見込めないと判断し、その結果として、車輪2に付与するキャンバ角を第1キャンバ角θaとする。これにより、車輪2の転がり抵抗を不必要に増加させてしてしまうことがなく、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
ここで、報知処理(S13)では、急加速などによって車輪2がスリップしている(又は、する恐れのある)旨をスピーカ(図示せず)等から出力すると共に、ディスプレイ(図示せず)等に表示して運転者に報知する。なお、車両1が加速状態にある場合には、車両1の車速を減速させる手段(例えば、車輪駆動装置3の回転駆動力を低下させる等)をS13の処理で実行しても良い。
S9及びS11の処理を実行した後は、ロール制御処理(S20)を実行する。ここで、図10を参照して、ロール制御処理(S20)について説明する。図10は、ロール制御処理(S20)を示すフローチャートである。
CPU71は、ロール制御処理(S20)に関し、まず、車両1のロール角を取得し(S21)、車両1がロールしているか否か、即ち、ロール角が0度であるか否かを判断する(S22)。なお、CPU71は、上述したように、回転角速度センサ装置33から入力されたジャイロセンサ33aの検出結果に基づいて、車両1のロール角を取得する。
その結果、ロール角が0度であると判断される場合は(S22:Yes)、S23の処理をスキップして、このロール制御処理(S20)を終了する。一方、S22の処理の結果、ロール角が0度でないと判断される場合には(S22:No)、車両1がロールしているということであるので、車両1のロール方向と反対方向(即ち、車両1左方向にロールしている場合には車両1右方向、車両1右方向へロールしている場合には車両1左方向)へ向けてキャンバ角が変化するように、S21の処理で取得したロール角に対応する角度のキャンバ角を車輪2に付与して(S23)、このロール制御処理(S20)を終了する。
これにより、車両1のロールに伴うキャンバ角の変化を補正することができる。その結果、車輪2の転がり抵抗をより小さなものとして、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。即ち、例えば、トンネル出口での突風や海岸沿いの橋の上で車両1が横風を受けた場合や旋回時に車両1が遠心力を受けた場合、或いは、荷物が車両1の左右に偏って積載された場合などに、キャンバ角マップ72b(図5参照)から読み出したキャンバ角と実際に車輪2が走行路面に対してなすキャンバ角との間に発生した誤差を解消することができ、その結果、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
図9に戻って説明する。ロール制御処理(S20)を実行した後は、次いで、スラスト制御処理(S30)を実行する。ここで、図11を参照して、スラスト制御処理(S30)について説明する。図11は、スラスト制御処理(S30)を示すフローチャートである。なお、消費エネルギーの低減を図るべく、このスラスト制御処理(S30)を実行する代わりに、例えば、消費電力や消費燃料などのエネルギー消費量に基づいてキャンバ角を制御しても良い。
CPU71は、スラスト制御処理(S30)に関し、まず、適正スラスト力を算出する(S31)。ここで、適正スラスト力とは、現在の車両1の走行状態において車輪2に作用する車両1左右方向の理論上のスラスト力であり、車輪2のコーナリング係数をC、スリップ角をβ、操舵角をδ、キャンバ角をθ、有効半径をr、接地長さをl、車両1のホイールベースをL、ヨー角速度をγ、車速をVとすると、適正スラスト力Fsは、Fs=−C(β+L・γ/2・V−δ−l・θ/R)で表される。
S31の処理を実行した後は、実際に車輪2に作用する車両1左右方向の実スラスト力を取得し(S32)、その取得した実スラスト力とS31の処理で算出した適正スラスト力とが等しいか否かを判断する(S33)。なお、CPU71は、上述したように、スラスト荷重センサ装置34から入力された各荷重センサ34FL〜34RRの検出結果に基づいて、車輪2に作用する車両1左右方向の実スラスト力を取得する。
その結果、実スラスト力と適正スラスト力とが等しいと判断される場合には(S33:Yes)、S34〜S36の処理をスキップして、このスラスト制御処理(S30)を終了する。
一方、S33の処理の結果、実スラスト力と適正スラスト力とが異なると判断される場合には(S33:No)、実スラスト力と適正スラスト力との間に誤差が生じているということであるので、実スラスト力が適正スラスト力よりも小さいか否かを判断する(S34)。
その結果、実スラスト力が適正スラスト力よりも小さいと判断される場合には(S34:Yes)、キャンバ角が増加するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与して(S35)、S33の処理に回帰する。
つまり、S33の処理で実スラスト力と適正スラスト力とが等しいと判断されるまで(S33:Yes)、S33からS35の処理を繰り返し実行し、車輪2のキャンバ角を所定のキャンバ角ずつ(本実施の形態では0.1度ずつ)増加させて、実スラスト力と適正スラスト力の誤差をより小さくする。
これにより、車輪2の転がり抵抗をより小さなものとして、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。即ち、ロール制御処理(S20)の場合と同様に、キャンバ角マップ72b(図5参照)から読み出したキャンバ角と実際に車輪2が走行路面に対してなすキャンバ角との間に発生した誤差を解消することができ、その結果、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
一方、S34の処理の結果、実スラスト力が適正スラスト力よりも大きいと判断される場合には(S34:No)、キャンバ角が減少するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与して(S36)、S33の処理に回帰する。
つまり、S33の処理で実スラスト力と適正スラスト力とが等しいと判断されるまで(S33:Yes)、S33、S34及びS36の処理を繰り返し実行し、車輪2のキャンバ角を所定のキャンバ角ずつ(本実施の形態では0.1度ずつ)減少させて、実スラスト力と適正スラスト力の誤差をより小さくする。
これにより、車輪2の転がり抵抗をより小さなものとして、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。即ち、ロール制御処理(S20)の場合と同様に、キャンバ角マップ72bから読み出したキャンバ角と実際に車輪2が走行路面に対してなすキャンバ角との間に発生した誤差を解消することができ、その結果、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
また、このスラスト制御処理(S30)をロール制御処理(S20)に加えて行うことで、車両1の消費エネルギーを確実に低減させることができる。
図9に戻って説明する。S9の処理で車輪2にキャンバ角を付与し、ロール制御処理(S20)及びスラスト制御処理(S30)を実行した後は、第1エネルギー制御処理(S40)を実行して、このキャンバ制御処理を終了する。ここで、図12を参照して、第1エネルギー制御処理(S40)について説明する。図12は、第1エネルギー制御処理(S40)を示すフローチャートである。
CPU71は、第1エネルギー制御処理(S40)に関し、まず、車体フレームBFの車両1前後方向の加速度を加速度センサ装置31によって検出し(S41)、その検出した加速度が所定値以下であるか否かを判断する(S42)。なお、S42の処理は、検出した加速度と、ROM72に設けられた閾値を記憶するメモリ(図示せず)の内容とを比較して行われる。
その結果、加速度が所定値を超えていると判断される場合には(S42:No)、この第1エネルギー制御処理(S40)を終了する。一方、加速度が所定値以下であると判断される場合には(S42:Yes)、車両1が定速走行中であり、風などの影響もほぼ受けていないと推定されるので、次いで、ステアリング54の回転角をステアリングセンサ装置54aによって検出し(S43)、その検出した回転角が所定値以下であるか否かを判断する(S44)。なお、S44の処理は、検出した回転角と、ROM72に設けられた閾値を記憶するメモリ(図示せず)の内容とを比較して行われる。
その結果、回転角が所定値を超えていると判断される場合には(S44:No)、この第1エネルギー制御処理(S40)を終了する。一方、回転角が所定値以下であると判断される場合には(S44:Yes)、車両1が直進中あるいは緩やかなカーブを旋回中であると推定されるので、次いで、車両1のピッチ角を取得し(S45)、その取得したピッチ角が所定値以下であるか否かを判断する(S46)。なお、CPU71は、上述したように、回転角速度センサ装置33から入力されたジャイロセンサ33aの検出結果に基づいて、車両1のピッチ角を取得する。また、S46の処理は、検出したピッチ角と、ROM72に設けられた閾値を記憶するメモリ(図示せず)の内容とを比較して行われる。
その結果、ピッチ角が所定値を超えていると判断される場合には(S46:No)、この第1エネルギー制御処理(S40)を終了する。一方、ピッチ角が所定値以下であると判断される場合には(S46:Yes)、車両1が平坦路を走行中であり、凸凹路や急な登降坂路を走行中でないと推定されるので、次いで、平均電流算出処理(S60)を実行する。
ここで、図13を参照して、平均電流算出処理(S60)について説明する。図13は、平均電流算出処理(S60)を示すフローチャートである。CPU71は、平均電流算出処理(S60)に関し、まず、各FL〜RRモータ3FL〜3RRに通電される電流値を電流センサ装置35によって検出し(S61)、その検出結果(電流値)を消費エネルギーメモリ73aに記憶する(S62)。
次いで、消費エネルギーメモリ73aに所定回数(本実施の形態では8回)分のデータ(検出結果)が記憶されているか否かを判断する(S63)。その結果、所定回数分のデータが記憶されていないと判断される場合には(S63:No)、S61の処理に回帰する。
つまり、S63の処理で所定回数分のデータが記憶されていると判断されるまで(S63:Yes)、S61からS63までの処理を繰り返し実行して、検出結果を所定時間間隔毎に消費エネルギーメモリ73aに記憶する。
一方、S63の処理の結果、所定回数分のデータが記憶されていると判断される場合には(S63:Yes)、消費エネルギーメモリ73aの内容に基づいて、平均電流値を算出して(S64)、この平均電流算出処理(S60)を終了する。
図12に戻って説明する。平均電流算出処理(S60)を実行した後は、キャンバ角が増加するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与し(S47)、再び、平均電流算出処理(S60)を実行して、その平均電流算出処理(S60)によって算出された平均電流値がS47の処理を実行する前の平均電流算出処理(S60)によって算出された平均電流値よりも低下したか否かを判断する(S48)。
その結果、平均電流値が増加したと判断される場合には(S48:No)、キャンバ角が減少するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与して(S49)、この第1消費エネルギー制御処理(S40)を終了する。
一方、S48の処理の結果、平均電流値が低下したと判断される場合には(S48:Yes)、キャンバ角が増加するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与し(S50)、再び、平均電流算出処理(S60)を実行して、その平均電流算出処理(S60)によって算出された平均電流値がS50の処理を実行する前の平均電流算出処理(S60)によって算出された平均電流値よりも低下したか否かを判断する(S51)。
その結果、平均電流値が低下したと判断される場合には(S51:Yes)、S50の処理に回帰する。つまり、S51の処理で平均電流値が増加したと判断されるまで(S51:No)、S50、S60及びS51の処理を繰り返し実行し、車輪2のキャンバ角を所定のキャンバ角ずつ(本実施の形態では0.1度ずつ)増加させて、平均電流値をより減少させる。
一方、S51の処理の結果、平均電流値が増加したと判断される場合には(S51:No)、キャンバ角が減少するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与して(S52)、この第1消費エネルギー制御処理(S40)を終了する。
これにより、各FL〜RRモータ3FL〜3RRの消費電力をより小さなものとして、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。また、キャンバ角を増加させて消費エネルギーの低減を図るので、車輪2の発揮する摩擦係数を低下させてしまうことがなく、車両1の走行性能を確実に確保することができる。
更に、車体フレームBFの車両1前後方向の加速度、ステアリング54の回転角および車両1のピッチ角がいずれも所定値以下であると判断される場合に限りキャンバ角を補正するので(S42:Yes、S44:Yes、S46:Yes)、車両1の走行状態の状態変化に影響を受けることがなく、車両1の消費エネルギーの低減を精度良く達成することができる。
図9に戻って説明する。S11の処理で車輪2にキャンバ角を付与し、ロール制御処理(S20)及びスラスト制御処理(S30)を実行した後は、第2エネルギー制御処理(S70)を実行して、このキャンバ制御処理を終了する。ここで、図14を参照して、第2エネルギー制御処理(S70)について説明する。図14は、第2エネルギー制御処理(S70)を示すフローチャートである。なお、第2エネルギー制御処理(S70)において、第1エネルギー制御処理(S40)と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。
第2エネルギー制御処理(S70)では、S49の処理を実行した後、平均電流算出処理(S60)を実行して、その平均電流算出処理(S60)によって算出された平均電流値がS49の処理を実行する前の平均電流算出処理(S60)によって算出された平均電流値よりも低下したか否かを判断する(S71)。
その結果、平均電流値が低下したと判断される場合には(S71:Yes)、S49の処理に回帰する。つまり、S71の処理で平均電流値が増加したと判断されるまで(S71:No)、S49、S60及びS71の処理を繰り返し実行し、車輪2のキャンバ角を所定のキャンバ角ずつ(本実施の形態では0.1度ずつ)減少させて、平均電流値をより減少させる。
一方、S71の処理の結果、平均電流値が増加したと判断される場合には(S71:No)、キャンバ角が増加するように、所定のキャンバ角(本実施の形態では0.1度)を車輪2に付与して(S72)、この第2消費エネルギー制御処理(S70)を終了する。
これにより、各FL〜RRモータ3FL〜3RRの消費電力をより小さなものとして、車両1の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。また、キャンバ角を増減させて消費エネルギーの低減を図るので、車両1の走行性能を確保しつつ消費エネルギーを低減させることができる。
次いで、図15から図17を参照して、第2実施の形態について説明する。図15は第2実施の形態における車輪202の上面図である。第1実施の形態では、車輪2が2種類のトレッド(第1トレッド21及び第2トレッド22)で構成される場合を説明したが、第2実施の形態では、車輪202が1種類のトレッド(第1トレッド21)のみで構成されている。なお、上記各実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
第2実施の形態における車輪202は、図15に示すように、第1トレッド21のみで構成されている。なお、車輪202は、第1トレッド21のみで構成する場合に限られず、第2トレッド22のみで構成しても良い。
次いで、図16を参照して、第2実施の形態におけるキャンバ角マップについて説明する。図16は、第2実施の形態におけるキャンバ角マップの内容を模式的に図示した模式図である。なお、図16に示すキャンバ角マップは、車輪202について実測した実測値に基づくものである。
CPU71は、このキャンバ角マップの内容に基づいて、車輪202に付与すべきキャンバ角を決定する。なお、図16において、実線201は摩擦係数に、実線202は転がり抵抗に、それぞれ対応する。また、キャンバ角マップには、路面状況スイッチ55の3つの操作状態に対応して3種類のマップが記憶されているが、図16では、図面を簡素化して理解を容易とするべく、1種類のマップ(乾燥舗装路用マップ)のみを代表例として図示し、他の2種類のマップについては図示を省略している。
このキャンバ角マップによれば、図16に示すように、キャンバ角が0度の状態では、摩擦係数は最小値μbとなる。なお、転がり抵抗についても同様であり、最小値となる。
キャンバ角が0度の状態からマイナス方向へ向けて変化すると、かかる変化に伴って車輪202の車両201内側部分が徐々に変形すると共にキャンバスラストが漸次増加することで、摩擦係数および転がり抵抗が漸次増加する。
そして、キャンバ角がキャンバ角付与装置4によって付与可能な最大のキャンバ角θal(以下、「第2キャンバ角θal」と称す。)に達すると、摩擦係数が最大値μaとなる。また、転がり抵抗についても同様であり、第2キャンバ角θalで最大値となる。
同様に、図16に示すように、キャンバ角が0度の状態からプラス方向へ向けて変化すると、かかる変化に伴って車輪202の車両201外側部分が徐々に変形すると共にキャンバスラストが漸次増加することで、摩擦係数および転がり抵抗が漸次増加する。
そして、キャンバ角がキャンバ角付与装置4によって付与可能な最大のキャンバ角θbl(以下、「第3キャンバ角θbl」と称す。)に達すると、摩擦係数が最大値μaとなる。また、転がり抵抗についても同様であり、第3キャンバ角θblで最大値となる。
次いで、図17を参照して、第2実施の形態におけるキャンバ制御処理について説明する。図17は、第2実施の形態におけるキャンバ制御処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置100の電源が投入されている間、CPU71によって繰り返し(例えば、0.2ms間隔で)実行される処理である。
CPU71は、キャンバ制御処理に関し、まず、第1実施の形態と同様に、路面状況を判別し(S201)、アクセルペダル52及びブレーキペダル53の操作状態をアクセルペダルセンサ装置52a及びブレーキペダルセンサ装置53aによって検出して(S202)、その検出した操作状態に対応する必要前後摩擦係数を摩擦係数マップ72a(図4参照)から読み出す(S203)。
次いで、車輪202の操舵角および車両201の車速を取得し(S204)、その取得した操舵角および車速から必要横摩擦係数を算出して(S205)、必要摩擦係数を算出すると共に(S206)、その算出した必要摩擦係数が最小値μb以上かつ最大値μa以下であるか否かを判断する(S207)。
その結果、必要摩擦係数が最小値μb以上かつ最大値μa以下であると判断される場合には(S207:Yes)、必要摩擦係数に対応する(即ち、必要摩擦係数と同等の摩擦係数となる)キャンバ角であって、旋回外輪がマイナス方向となり、かつ、旋回内輪がプラス方向となるキャンバ角をキャンバ角マップ(図16参照)から読み出し(S208)、その読み出したキャンバ角を車輪202に付与して(S209)、ロール制御処理(S20)に移行する。
これにより、第1実施の形態の場合と同様に、車輪202に必要最低限の摩擦係数を発揮させ、そのスリップを抑制することができる。よって、車輪202のスリップを抑制しつつ、車輪202の転がり抵抗をより小さなものとして、車両201の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
また、本実施の形態におけるキャンバ制御処理によれば、左右の車輪202がいずれも旋回内側へ向けて傾斜するようにキャンバ角を付与するので、左右の車輪202にそれぞれ発生するキャンバスラストを旋回力として利用することができ、車両201の旋回性能を確実に確保することができる。
一方、S207の処理の結果、必要摩擦係数が最小値μb以上かつ最大値μa以下でないと判断される場合には(S207:No)、必要摩擦係数が最小値μbよりも小さいか否かを判断する(S210)。その結果、必要摩擦係数が最小値μbよりも小さいと判断される場合には(S210:Yes)、車輪202に0度のキャンバ角を付与して(S211)、ロール制御処理(S20)に移行する。
一方、S210の処理の結果、必要摩擦係数が最小値μbよりも小さくないと判断される場合、即ち、必要摩擦係数が最大値μaよりも大きいと判断される場合には(S210:No)、旋回外輪に第2キャンバ角θalを付与すると共に旋回内輪に第3キャンバ角θblを付与し(S212)、報知処理(S13)を実行して、このキャンバ制御処理を終了する。
S209及びS211の処理を実行した後は、ロール制御処理(S20)及びスラスト制御処理(S30)を実行し、第1エネルギー制御処理(S40)を実行して、このキャンバ制御処理を終了する。
これにより、第1実施の形態の場合と同様に、キャンバ角マップ(図16参照)から読み出したキャンバ角と実際に車輪202が走行路面に対してなすキャンバ角との誤差を解消することができる。また、各FL〜RRモータ3FL〜3RRの消費電力を減少させることができ、その結果、消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
これにより、第1実施の形態の場合と同様に、車両201のロールに伴うキャンバ角の変化を補正することができる。その結果、車輪202の転がり抵抗をより小さなものとして、車両201の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。また、各FL〜RRモータ3FL〜3RRの消費電力をより小さなものとして、車両201の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
次いで、図18から図20を参照して、第3実施の形態について説明する。図18は、第3実施の形態における車両301の上面視を模式的に示した模式図である。なお、図18の矢印FWDは、車両301の前進方向を示す。
第1実施の形態では、車輪2の回転駆動を回転駆動装置3によって行う場合を説明したが、第3実施の形態では、車輪2をエンジン303によって回転駆動するように構成されている。なお、上記各実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
第3実施の形態における車両301は、図18に示すように、車輪2の一部または全部(本実施の形態では左の前輪2FL及び右の前輪2FR)を回転駆動するエンジン303を備えている。
エンジン303は、例えば、ガソリンや軽油などの燃料を燃焼して発生した熱エネルギーを動力に変換するための機関であり、ドライブシャフト(図示せず)を介して、車輪2(左の前輪2FL及び右の前輪2FR)に動力を付与可能に構成されている。また、エンジン303への燃料の供給は、車両用制御装置300によって行われる。
次いで、図19を参照して、車両用制御装置300の詳細構成について説明する。図19は、車両用制御装置300の電気的構成を示したブロック図である。車両用制御装置300は、図19に示すように、燃料供給装置336及び燃料センサ装置335を備えている。
燃料供給装置336は、燃料(ガソリン、軽油など)をエンジン303に供給すると共に、その供給量を制御するための装置であり、燃料と空気とを混合してエンジン303に供給する供給部(図示せず)と、その供給部からエンジン303に供給される燃料の供給量をCPU71からの命令に基づいて制御する制御部(図示せず)とを主に備えている。
燃料センサ装置335は、エンジン303に供給される燃料の供給量を検出すると共に、その検出結果をCPU71に出力するための装置であり、エンジン303に供給される燃料の供給量を検出する燃料センサ335aと、その燃料センサ335aの検出結果を処理してCPU71に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
CPU71は、燃料センサ装置335から入力された燃料センサ335aの検出結果(燃料供給量)を消費エネルギーメモリ73aに記憶すると共に、消費エネルギーメモリ73aの内容に基づいて、複数回(本実施の形態では8回)分の検出結果の平均値(平均燃料供給量)を算出することができる。
次いで、第3実施の形態におけるキャンバ制御処理ついて説明する。なお、第3実施の形態におけるキャンバ制御処理において、第1実施の形態におけるキャンバ制御処理(図9参照)と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。
第3実施の形態におけるキャンバ制御処理では、第1実施の形態における第1エネルギー制御処理(S40)及び第2エネルギー制御処理(S70)で実行される平均電流算出処理(S60)に代えて、平均燃料算出処理(S360)を実行する。
ここで、図20を参照して、平均燃料算出処理(S360)について説明する。図20は、平均燃料算出処理(S360)を示すフローチャートである。CPU71は、平均燃料算出処理(S360)に関し、まず、エンジン303に供給される燃料の供給量を燃料センサ装置335によって検出し(S361)、その検出結果(燃料供給量)を消費エネルギーメモリ73aに記憶する(S362)。
次いで、消費エネルギーメモリ73aに所定回数(本実施の形態では8回)分のデータ(検出結果)が記憶されているか否かを判断する(S363)。その結果、所定回数分のデータが記憶されていないと判断される場合には(S363:No)、S361の処理に回帰する。
つまり、S363の処理で所定回数分のデータが記憶されていると判断されるまで(S363:Yes)、S361からS363までの処理を繰り返し実行して、検出結果を所定時間間隔毎に消費エネルギーメモリ73aに記憶する。
一方、S363の処理の結果、所定回数分のデータが記憶されていると判断される場合には(S363:Yes)、消費エネルギーメモリ73aの内容に基づいて、平均燃料供給量を算出して(S364)、この平均燃料算出処理(S360)を終了する。
これにより、第1実施の形態の場合と同様に、エンジン303の消費燃料をより小さなものとして、車両301の消費エネルギーのより一層の低減を図ることができる。
ここで、図9及び図17に示すフローチャート(キャンバ制御処理)において、請求項1記載のキャンバ角調整手段としてはS9、S11、S12、S209、S211及びS212の処理が、走行路面判断手段としてはS1及びS201の処理が、必要摩擦係数算出手段としてはS6及びS206の処理が、摩擦係数比較手段としてはS7、S10、S207及びS210の処理が、それぞれ該当する。
また、図10に示すフローチャート(ロール制御処理)において、請求項1記載の走行情報取得手段としてはS21の処理が、キャンバ角調整手段としてはS23の処理が、それぞれ該当する。
また、図11に示すフローチャート(スラスト制御処理)において、請求項1記載の走行情報取得手段としてはS32の処理が、キャンバ角調整手段としてはS35及びS36の処理が、請求項4記載のスラスト力算出手段としてはS31の処理が、それぞれ該当する。
また、図12に示すフローチャート(第1エネルギー制御処理)において、請求項1記載のキャンバ角調整手段としてはS50の処理が該当し、図13に示すフローチャート(平均電流算出処理)において、請求項1記載の走行情報取得手段としてはS61及びS64の処理が該当し、図14に示すフローチャート(第2エネルギー制御処理)において、請求項1記載のキャンバ角調整手段としてはS49及びS50の処理が該当する。
また、図20に示すフローチャート(平均燃料算出処理)において、請求項1記載の走行情報取得手段としてはS361及びS364の処理が該当する。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
例えば、上記各実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。また、上記各実施の形態における構成の一部または全部を他の実施の形態における構成の一部または全部と組み合わせることは当然可能である。
上記各実施の形態では、摩擦係数マップ72aのパラメータ(横軸)がアクセルペダル52又はブレーキペダル53の踏み込み量によって構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の状態量によってパラメータを構成することは当然可能である。ここで、他の状態量としては、例えば、アクセルペダル52又はブレーキペダル53の操作速度が挙げられる。
上記各実施の形態では、摩擦係数マップ72aにおいて、アクセルペダル52の踏み込み量に対する必要前後摩擦係数の変化と、ブレーキペダル53の踏み込み量に対する必要前後摩擦係数の変化とが同じ変化となるように構成する場合を説明したが(図4参照)、かかる構成は一例であり、他の構成とすることは当然可能である。
例えば、アクセルペダル52の踏み込み量が100%における必要前後摩擦係数の最大値と、ブレーキペダル53の踏み込み量が100%における必要前後摩擦係数の最大値とが異なる値であっても良い。また、各ペダル52,53の踏み込み量の変化に対して必要前後摩擦係数が直線的に変化する場合を説明したが、かかる変化を曲線的に変化させることは当然可能である。
上記各実施の形態では、車両用制御装置100が1の摩擦係数マップ72aのみを備える場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、複数の摩擦係数マップを備えることは当然可能である。
例えば、走行路面の状態に対応してそれぞれ異なる内容で構成された複数の摩擦係数マップ(例えば、路面状況スイッチ55の操作状態に対応する乾燥舗装路用マップ、未舗装用マップ及び雨天舗装路用マップの3種類)を準備し、図9のS3の処理において、路面状況スイッチ55の操作状態に対応するマップから必要前後摩擦係数を読み出すように構成しても良い。