JP6425050B1 - 駆動力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検知した路面状況に応じてスリップ発生を抑制するように駆動輪の駆動力を制御する駆動力制御方法を提供すること。
【解決手段】駆動輪の駆動力を制御する四輪駆動車の駆動力制御方法において、路面状況を検知して路面荒れを判定する路面状況判定ステップと、前記路面状況判定ステップで路面が荒れていると判定したときに、路面の荒れた状態に応じて予め設定された荷重変化率に基づいて駆動輪の接地荷重を補正する荷重補正ステップと、前記荷重補正ステップで補正した接地荷重と路面摩擦係数と前記駆動輪に作用する横力と前記駆動輪の駆動力とに基づいて、前記駆動輪のスリップ発生を予測する予測ステップと、前記予測ステップでスリップ発生が予測されたときに、スリップ発生を抑えるように前記駆動輪の駆動力の制御を行う駆動力制御ステップとを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、四輪駆動車の駆動力制御方法に関し、特に路面状況に応じて駆動輪のスリップを抑える駆動力制御方法に関する。

従来から主駆動輪として前輪を駆動して走行し、走行中に前輪のスリップ発生を検知したときに従駆動輪である後輪に駆動力を分配可能とするように、後輪へ分配する駆動力を制御可能なカップリング手段を有する後輪駆動系を設けた四輪駆動車が実用に供されている。常時四輪駆動する車両と比べて後輪駆動系を軽量に構成することができると共に、通常は前輪駆動で走行して後輪駆動系における駆動力の損失を防ぐので、スリップが発生し易い路面での走行性能向上と燃費向上の両立に有利である。

このような四輪駆動車として、例えば特許文献１のように、車速と前輪の車輪速とに基づいて検出した前輪スリップ量が増大して駆動力ロスが大きくなる場合に、カップリング手段を介して後輪へ駆動力を分配して駆動力ロスを低減可能とした四輪駆動車の制御装置が知られている。

ところで車両は、旋回走行時にはロールにより内輪の接地荷重が減少すると共に、外輪の接地荷重が増加する。一般的な走行パターンを想定した試験路で実際に車両を走行させながら接地荷重を測定したところ、車両旋回時には車輪の接地荷重にその１０〜５０％程度増減する荷重変化が発生していることを知得できた。車輪の接地荷重の減少は路面との摩擦力を減少させるので、車両旋回時には駆動輪内輪の駆動力と作用する横力との合力が摩擦力を超え易くなり、スリップが発生し易くなる。本出願人は、既に、このようなスリップ発生を予測してスリップ発生を抑制する制御技術を提案している（特願２０１６−２２８１８８）。

特許第５７９３８７７号公報

一方、上記接地荷重の測定により、平坦な舗装路面においても路面のうねり等により車輪の接地荷重に最大でその１０％程度増減する変化があり、ひび割れ等による凹凸がある荒れた舗装路面においては、路面のうねりに加えて路面の凹凸により車輪の接地荷重に最大でその１５％程度増減する変化があることが知得された。従って、荒れた路面では平坦な路面より接地荷重が大きく減少するので、スリップ発生の可能性が高まる。特に車両旋回時には、上記のようにロールにより内輪の接地荷重が減少するため、駆動力と横力の合力が摩擦力を一層超え易くなり、スリップが発生し易くなる。

しかし、このような路面荒れに対応して駆動力を制御する技術は知られておらず、路面荒れによるスリップ発生を抑制できない。また、路面荒れによるスリップ発生を抑制するために、駆動力と横力の合力が摩擦力を超える前に十分な余裕を確保して従駆動輪への駆動力の分配を行うようにすると、従駆動輪を駆動する機会が増加して燃費が悪化する虞がある。

本発明の目的は、検知した路面荒れに応じてスリップ発生を抑制するように駆動輪の駆動力を制御する駆動力制御方法を提供することである。

請求項１の駆動力制御方法は、駆動輪の駆動力を制御する四輪駆動車の駆動力制御方法において、路面状況を検知して路面荒れを判定する路面状況判定ステップと、前記路面状況判定ステップで路面が荒れていると判定したときに、路面の荒れた状態に応じて予め設定された荷重変化率に基づいて駆動輪の接地荷重を補正する荷重補正ステップと、前記荷重補正ステップで補正した接地荷重と路面摩擦係数と前記駆動輪に作用する横力と前記駆動輪の駆動力とに基づいて、前記駆動輪のスリップ発生を予測する予測ステップと、前記予測ステップでスリップ発生が予測されたときに、スリップ発生を抑えるように前記駆動輪の駆動力の制御を行う駆動力制御ステップとを有することを特徴としている。

上記構成によれば、判定された路面荒れを駆動輪の接地荷重に反映させる補正を行い、補正した接地荷重と路面摩擦係数と横力と駆動力に基づいてこの駆動輪のスリップ発生を予測し、スリップ発生が予測される場合にはスリップ発生を抑えるように駆動力の制御を行う。従って、路面荒れに応じた駆動力制御によりスリップ発生の抑制を効果的に行うことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記荷重補正ステップでは、車両旋回時の内輪の接地荷重を補正することを特徴としている。

上記構成によれば、路面荒れによる接地荷重の減少を旋回時の内輪に反映させるので、スリップが発生し易い内輪の路面荒れによるスリップ発生を予測してスリップ発生の抑制を効果的に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記予測ステップでは主駆動輪についてスリップ発生を予測し、前記駆動力制御ステップでは、前記主駆動輪の駆動力を従駆動輪に分配する制御を行うことを特徴としている。

上記構成によれば、主駆動輪のスリップ発生を予測すると、その駆動力の一部を従駆動輪に分配するので、車両の駆動力を維持しながら主駆動輪のスリップ発生の抑制を効果的に行うことができる。

本発明によれば、検知した路面荒れに応じて駆動輪の駆動力を制御することができるので、駆動輪のスリップ発生を抑制することができる。

実施例に係る前輪駆動をベースとする四輪駆動車の駆動系の概略構成図である。 横加速度Ｇと補正係数αの関係示す図である。 路面荒れに応じた荷重変化率γを示す図である。 本発明の駆動力制御方法を示すフローチャートである。 平坦な路面と荒れた路面における車輪の角速度変動の周波数特性を示す図である。 摩擦円を示す図である。

本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

車両１は前輪駆動をベースとする四輪駆動車であり、通常は前輪（主駆動輪）を駆動して走行し、走行中に前輪のスリップ発生が予測されると後輪（従駆動輪）にも駆動力を分配して四輪駆動による走行をする。図１に示すように、この車両１は、左右の前輪２ａ，２ｂと左右の後輪３ａ，３ｂと、前輪車軸４ａ，４ｂと、後輪車軸５ａ，５ｂと、エンジン６と、変速機７と、前輪差動ギヤ装置８と、後輪３ａ，３ｂへ伝達する駆動力を取り出すトランスファ９と、駆動力伝達軸１０と、カップリング１１と、後輪差動ギヤ装置１２と、制御ユニット１３等を備えている。

エンジン６の駆動力は変速機７において変速されてから前輪差動ギヤ装置８へ伝達され、前輪差動ギヤ装置８に連結された前輪車軸４ａ，４ｂから左右の前輪２ａ，２ｂに駆動力が伝達される。四輪駆動時には、前記エンジン６の駆動力の一部はトランスファ９を介して駆動力伝達軸１０に伝達され、カップリング１１において後輪３ａ，３ｂに分配される。カップリング１１の入力軸は駆動力伝達軸１０の後端に連結され、カップリング１１の出力軸は後輪差動ギヤ装置１２のドライブピニオンに連結されている。このカップリング１１は、内部の電磁クラッチ機構を介して後輪差動ギヤ装置１２へ分配する後輪駆動力を制御する。

制御ユニット１３には、左右前輪の車輪速センサ１４ａ，１４ｂと左右後輪の車輪速センサ１５ａ，１５ｂと横加速度センサ１６等の各種センサ類からの検出信号が入力される。また、制御ユニット１３は、エンジン６、変速機７、図示外のステアリング機構、シフトレバー、アクセルペダル、ブレーキペダル等との間で種々の信号を授受し、これらに基づいてエンジン６及び変速機７を制御する。

制御ユニット１３は、トラクション制御部１３ａと路面状況判定部１３ｂを備えている。トラクション制御部１３ａは、車輪速センサ１４ａ等各種センサ類の検出信号や、路面状況判定部１３ｂの判定結果等に基づいて駆動輪の空転を防ぐ制御を行う。路面状況判定部１３ｂは、路面状況の情報を取得して路面荒れを判定する。このとき、路面状況検知手段として例えば車両１の前方の障害物等を検知するために車両１に搭載された図示外のカメラ若しくはレーダ、又はアンチロックブレーキシステムやトラクション制御等のための車輪速センサ１４ａ等から取得した路面状況の情報に基づいて、路面荒れを判定する。さらに、制御ユニット１３には、図２に示す横加速度Ｇに対応する補正係数α、図３に示す路面荒れに応じた荷重変化率γ、図４に示す駆動力制御の制御プログラムが予め格納されている。

次に、車両１走行中に制御ユニット１３により繰り返し実行される路面荒れに応じた駆動力制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）はステップを表す。

最初に、Ｓ１において走行中の車両１の車速Ｖ、横力Ｇｆ、横加速度Ｇ、主駆動輪内輪の駆動力Ｄｆ及び静止時の接地荷重Ｗ、路面μ（路面摩擦係数）等を取得する。内輪／外輪の識別は、ステアリング機構の操舵角に基づいて識別してもよく、車輪速センサ１４ａ，１４ｂ等から取得した車輪の角速度に基づいて識別することも可能である。直進走行中は左右どちらを内輪としても構わないが、例えば左側を内輪とするように予め決めておくこともできる。

次に、Ｓ２において、接地荷重Ｗを車両旋回時の内輪の接地荷重Ｗａに補正する。この補正は、図２の横加速度Ｇと補正係数αの関係に基づいて、Ｗａ＝Ｗ×αの演算式により行われる。静止時の接地荷重Ｗは、車両１の仕様に基づいて予め制御ユニット１３に記憶されている。車両旋回時の内輪の接地荷重Ｗａは、横加速度Ｇの増大に応じて小さくなるため、補正係数αは横加速度Ｇが零のときを１とし、横加速度Ｇが大きくなる程小さくなるように設定されている。このとき、外輪の接地荷重は内輪の接地荷重が減少した分増加する。通常の道路走行時には補正係数αが０．５未満になる場合は多くない。

次にＳ３において、路面状況検知手段が検知した路面状況の情報を取得する。そしてＳ４において、Ｓ３で取得した情報について路面荒れの判定のための評価を行う。例えば車両１が左旋回している場合、主駆動輪内輪の車輪速センサ１４ａが検知した角速度を取得し、この角速度の変動を周波数解析により評価して図５に示すような角速度変動の周波数特性を得る。

次にＳ５において、路面状況判定部１３ｂによりＳ４の評価に基づいてその路面が荒れた状態か否か判定する。例えば図５に示すように、車速により異なるが、所定の周波数領域（３０〜５０Ｈｚの領域）における角速度変動が、荒れた路面では平坦な路面と比較して１．４〜２倍程度大きくなることに基づいて、角速度変動が予め設定された基準値を超えたときに路面が荒れていると判定する。基準値は車速毎に設定されていてもよい。上記Ｓ３〜Ｓ５が路面状況判定ステップに相当する。尚、路面状況判定ステップでは、カメラで撮影した画像に基づいて路面のひび割れや凹凸等を評価して路面荒れの判定を行ってもよく、レーダにより取得した路面の凹凸等を評価して路面荒れの判定を行ってもよい。

Ｓ５で路面が荒れている（Ｙｅｓ）と判定された場合は、Ｓ６において図３の荒れた路面に対応する荷重変化率γを選択してＳ８に進む。また、Ｓ５で路面が荒れていない（Ｎｏ）と判定された場合は、Ｓ７において平坦な路面に対応する荷重変化率γを選択してＳ８に進む。そしてＳ８において、旋回時の内輪の接地荷重Ｗａと選択した荷重変化率γに基づいて補正した接地荷重Ｗｒを演算する。この演算は、Ｗｒ＝Ｗａ×γの演算式に基づいて演算される。外輪の接地荷重の増加の補正を行うこともできるが、少なくとも接地荷重Ｗｒが減少してスリップが発生し易い内輪について演算すればよい。上記Ｓ６〜Ｓ８が荷重補正ステップに相当する。

次にＳ９において、補正した接地荷重Ｗｒと、Ｓ１で取得した路面μと横力Ｇｆと駆動力Ｄｆに基づいて、横力Ｇｆと駆動力Ｄｆの合力Ｒｆと、主駆動輪内輪と路面との間の摩擦力Ｆｍを演算する。具体的には、横力Ｇｆと駆動力Ｄｆの二乗和の平方根を演算して合力Ｒｆを得ると共に、接地荷重Ｗｒと路面μの積を演算して摩擦力Ｆｍを得る。

次にＳ１０において、合力Ｒｆと摩擦力Ｆｍを比較し、Ｓ１１においてスリップ発生が予測されたか否か判定する。この判定は、合力Ｒｆが摩擦力Ｆｍ以上となった場合にスリップ発生が予測された（Ｙｅｓ）と判定し、合力Ｒｆが摩擦力Ｆｍ未満の場合にスリップ発生は予測されない（Ｎｏ）と判定する。上記Ｓ９〜Ｓ１１が予測ステップに相当する。尚、予測ステップでは、図６に示すように、駆動力、横力を夫々縦軸、横軸とする平面上に、原点を中心に摩擦力Ｆｍを半径とする摩擦円を設定し、駆動力Ｄｆと横力Ｇｆで定まる点Ｐがこの摩擦円周上又は摩擦円外となる場合にスリップ発生が予測されたと判定し、点Ｐが摩擦円内となる場合にスリップ発生は予測されないと判定してもよい。

Ｓ１１でスリップ発生が予測されて判定がＹｅｓの場合、合力Ｒｆが摩擦力Ｆｍを超えないように駆動力Ｄｆを小さくする制御をしてスリップ発生を抑制しリターンする。この駆動力Ｄｆを小さくする制御は、主駆動輪の駆動力の一部を従駆動輪に分配する制御である。この駆動力の分配により、車両１を駆動する駆動力を維持しつつスリップ発生を抑制して車両１を走行させることができる。一方、Ｓ１１でスリップ発生が予測されず判定がＮｏの場合、現在の駆動力Ｄｆを維持してリターンする。上記Ｓ１２〜Ｓ１３が駆動力制御ステップに相当する。

次に、本発明の作用、効果について説明する。
実施例に係る本発明の駆動力制御方法は、路面状況判定ステップにおいて判定された路面荒れを、荷重補正ステップにおいて主駆動輪内輪の接地荷重Ｗａに反映させる補正をして接地荷重Ｗｒを得る。そして、予測ステップにおいて接地荷重Ｗｒと路面μと横力Ｇｆと駆動力Ｄｆに基づいて主駆動輪内輪のスリップ発生を予測し、スリップ発生が予測された場合には、駆動力制御ステップにおいて駆動力制御ステップでスリップ発生を抑えるように駆動力の制御を行う。従って、路面荒れに応じた駆動力制御を行うことができるので、路面荒れによるスリップ発生を効果的に抑制することができる。

また、路面荒れによる接地荷重の減少を旋回時の内輪に反映させるので、旋回時に接地荷重が減少してスリップが発生し易い内輪について、スリップ発生を効果的に抑制することができる。

その上、主駆動輪内輪のスリップ発生を予測すると、主駆動輪の駆動力を従駆動輪に分配するので、車両１の駆動力を維持しつつ主駆動輪のスリップ発生の抑制を効果的に行うことができる。

次に、上記実施例を部分的に変更する例について説明する。
［１］上記実施例では、主駆動輪の駆動力を従駆動輪に分配してスリップ発生を抑制しているが、主駆動輪と共に従駆動輪についてもスリップ発生を予測し、主駆動輪及び従駆動輪のスリップ発生と判定された場合には、駆動力の分配と共に又は駆動力の分配に代えてエンジン６の出力を抑えるように調整してスリップ発生を抑制するようにしてもよい。
［２］荷重補正ステップで、横加速度Ｇによる補正係数αと、路面荒れに応じた荷重変化率γに基づいて静止時の接地荷重Ｗを接地荷重Ｗｒに補正する構成にしてもよい。
［３］後輪３ａ，３ｂが主駆動輪の後輪駆動をベースとした四輪駆動車に上記駆動力制御を適用することもできる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１ 車両（四輪駆動車）
２ａ，２ｂ 前輪（主駆動輪）
３ａ，３ｂ 後輪（従駆動輪）
６ エンジン
１０ 駆動力伝達軸
１３ 制御ユニット
１３ａ トラクション制御部
１３ｂ 路面状況判定部
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ 車輪速センサ
１６ 横加速度センサ

Claims (3)

1. 駆動輪の駆動力を制御する四輪駆動車の駆動力制御方法において、
   路面状況を検知して路面荒れを判定する路面状況判定ステップと、
   前記路面状況判定ステップで路面が荒れていると判定したときに、路面の荒れた状態に応じて予め設定された荷重変化率に基づいて前記駆動輪の接地荷重を補正する荷重補正ステップと、
   前記荷重補正ステップで補正した接地荷重と路面摩擦係数と前記駆動輪に作用する横力と前記駆動輪の駆動力とに基づいて、前記駆動輪のスリップ発生を予測する予測ステップと、
   前記予測ステップでスリップ発生が予測されたときに、スリップ発生を抑えるように前記駆動輪の駆動力の制御を行う駆動力制御ステップとを有することを特徴とする駆動力制御方法。
2. 前記荷重補正ステップでは、車両旋回時の内輪の接地荷重を補正することを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御方法。
3. 前記予測ステップでは主駆動輪についてスリップ発生を予測し、
   前記駆動力制御ステップでは、前記主駆動輪の駆動力を従駆動輪に分配する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動力制御方法。