(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023174056
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】制駆動力制御装置
(51)【国際特許分類】
B60W 30/02 20120101AFI20231130BHJP
B60W 40/101 20120101ALI20231130BHJP
B60W 40/114 20120101ALI20231130BHJP
【FI】
B60W30/02
B60W40/101
B60W40/114
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022086694
(22)【出願日】2022-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社SUBARU
(74)【代理人】
【識別番号】100123696
【弁理士】
【氏名又は名称】稲田 弘明
(74)【代理人】
【識別番号】100100413
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 温
(72)【発明者】
【氏名】松野 浩二
(72)【発明者】
【氏名】米田 毅
【テーマコード(参考)】
3D241
【Fターム(参考)】
3D241BA16
3D241CA03
3D241CA08
3D241DB23Z
3D241DB24Z
3D241DB26Z
3D241DB28Z
(57)【要約】
【課題】タイヤの状態を反映した適切な制駆動力制御を行うことが可能な制駆動力制御装置を提供する。
【解決手段】前輪前後力発生部10と、後輪前後力発生部20と、前後輪のタイヤスリップ角を出力するタイヤスリップ角出力部と、前後輪のタイヤ横力を出力するタイヤ横力出力部と、タイヤスリップ角及びタイヤ横力に基づいて前後輪のスリップ率を出力するスリップ率出力部と、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率を出力するタイヤ横力変化率出力部と、付加ヨーモーメントの目標値を設定する目標ヨーモーメント設定部と、付加ヨーモーメントの目標値、及び、前後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて前輪前後力発生部及び後輪前後力発生部の出力分担比を制御する制駆動力配分制御部130とを備える構成とする。
【選択図】
図11
【特許請求の範囲】
【請求項1】
前輪の前後力を発生する前輪前後力発生部と、
後輪の前後力を発生する後輪前後力発生部と、
車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤスリップ角を出力するタイヤスリップ角出力部と、
車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤ横力を出力するタイヤ横力出力部と、
前記前輪及び前記後輪の前記タイヤスリップ角及び前記タイヤ横力に基づいて前記前輪及び前記後輪のスリップ率を出力するスリップ率出力部と、
前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率を出力するタイヤ横力変化率出力部と、
車両に与える付加ヨーモーメントの目標値を設定する目標ヨーモーメント設定部と、
前記付加ヨーモーメントの目標値、及び、前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比を制御する制駆動力配分制御部と
を備えることを特徴とする制駆動力制御装置。
【請求項2】
前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部は電動モータであって、
前記駆動力配分制御部は、前記出力分担比の制御において前記前輪及び前記後輪の目標スリップ率を設定するとともに、前記前輪及び前記後輪の実際のスリップ率が前記目標スリップ率となるように前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力軸回転速度を制御すること
を特徴とする請求項1に記載の制駆動力制御装置。
【請求項3】
前記制駆動力配分制御部は、少なくとも前記前輪の前後力と前記後輪の前後力とのいずれか一方の絶対値が0となるまでの領域においては、前記前輪の前後力及び前記後輪の前後力の和が所定の要求前後力と一致するよう制御すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の制駆動力制御装置。
【請求項4】
前記制駆動力配分制御部は、前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比の変更による前記前輪の前後力又は前記後輪の前後力の符号の反転を禁止すること
を特徴とする請求項3に記載の制駆動力制御装置。
【請求項5】
前記タイヤ横力変化率出力部は、前記車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率が読みだされるマップを有すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の制駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、前輪及び後輪の制駆動力を個別に制御することが可能な車両に設けられる制駆動力制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
前後輪に独立した駆動用モータを有する四輪駆動の電動車両の駆動力制御に関する技術として、例えば特許文献1には、前輪駆動モータと、後輪駆動モータと、各車輪に独立して制動力を付与する制動装置とを有する車両の挙動制御装置において、車両の挙動を制御するよう設定された目標駆動トルクに基づいて各駆動モータが制御された場合の各車輪のタイヤ力が摩擦円限界値以下であるときには、目標駆動トルクに基づき各モータを制御するとともに、目標駆動トルクに基づいて各モータが制御された場合の各車輪のタイヤ力が摩擦円限界値より大きいときには、目標制動トルクに基づき制動装置を制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来良く知られたタイヤの制駆動力(前後力)と横力との関係に関する概念として、摩擦円と呼ばれるものがある。摩擦円は、タイヤで発生する制駆動力と横力(コーナリングフォース)との合力が最大となる点を結んだ円である。
特許文献1に記載された技術においては、このような摩擦円の概念に基づいて、例えば後軸の駆動力配分を増やすことで横力を減らす制御を行っている。
しかし、実際には、駆動力配分を変更して車両にヨーモーメントを付加しても、車体やタイヤのスリップ角の変化には、車両のヨー慣性による遅れがあるため、前後駆動力配分を変更した瞬間に発生可能な制駆動力、横力の合力は、いわゆる摩擦円限界よりも小さいものとなり、制駆動力によって特許文献1に記載された摩擦円限界に至る前から横力には変化が起きる。
特許文献1に記載された技術においては、いかなる状況でも制駆動力、横力の合力が摩擦円限界まで使い切れることを前提に制御を構築しているため、制御によってはタイヤに過度なスリップが発生し、摩擦ブレーキによる制動力付与などの本来必要がない付加的な制御が必要となって、車両のエネルギーロス、摩擦ブレーキの作動に伴う騒音、振動、違和感(不自然な減速感)などが問題となることが懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、タイヤの状態を反映した適切な制駆動力制御を行うことが可能な制駆動力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る制駆動力制御装置は、前輪の前後力を発生する前輪前後力発生部と、後輪の前後力を発生する後輪前後力発生部と、車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤスリップ角を出力するタイヤスリップ角出力部と、車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤ横力を出力するタイヤ横力出力部と、前記前輪及び前記後輪の前記タイヤスリップ角及び前記タイヤ横力に基づいて前記前輪及び前記後輪のスリップ率を出力するスリップ率出力部と、前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率を出力するタイヤ横力変化率出力部と、車両に与える付加ヨーモーメントの目標値を設定する目標ヨーモーメント設定部と、前記付加ヨーモーメントの目標値、及び、前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比を制御する制駆動力配分制御部とを備えることを特徴とする。
これによれば、現在のタイヤの横力及びスリップ角に基づいて、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率を求め、このスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて前輪前後力発生部及び後輪前後力発生部の出力分担比を制御することにより、車体等にヨー慣性が存在し、車体及びタイヤのスリップ角が即座に変化しない現実の車両において、現在のタイヤのスリップ角及び横力を反映させた適切な制駆動力配分制御を行うことができる。
これにより、過剰な制駆動力配分制御によってタイヤ発生力の限界値を超過し、摩擦ブレーキによる制動制御の介入などが必要となる事態を防止し、車両のエネルギーロスを低減するとともに、摩擦ブレーキの作動による騒音や違和感を防止することができる。
【0006】
本発明において、前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部は電動モータであって、前記駆動力配分制御部は、前記出力分担比の制御において前記前輪及び前記後輪の目標スリップ率を設定するとともに、前記前輪及び前記後輪の実際のスリップ率が前記目標スリップ率となるように前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力軸回転速度を制御する構成とすることができる。
これによれば、電動モータの回転速度制御により前輪、後輪のスリップ率を適切に制御し、所望の付加ヨーモーメントを比較的簡単な制御により精度よく発生させることができる。
【0007】
本発明において、前記制駆動力配分制御部は、少なくとも前記前輪の前後力と前記後輪の前後力とのいずれか一方の絶対値が0となるまでの領域においては、前記前輪の前後力及び前記後輪の前後力の和が所定の要求前後力と一致するよう制御する構成とすることができる。
これによれば、前後輪の制駆動力配分制御によって、車両の総駆動力あるいは総制動力が変化することがなく、車両のドライバビリティ(運転しやすさ)を確保することができる。
【0008】
本発明において、前記制駆動力配分制御部は、前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比の変更による前記前輪の前後力又は前記後輪の前後力の符号の反転を禁止する構成とすることができる。
これによれば、例えばタイヤ横力を増加させるために前後輪いずれかの駆動力(あるいは制動力)を低下させた結果、前後力の符号が反転して制動力(あるいは駆動力)を発生することになって、かえってタイヤ横力を低下させてしまうことを防止できる。
【0009】
本発明において、前記タイヤ横力変化率出力部は、前記車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率が読みだされるマップを有する構成とすることができる。
これによれば、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率を、例えば車上に搭載されたプロセッサ等により実時間で演算する場合に対して、演算負荷を軽減するとともに、制御の応答性を向上することができる。
【発明の効果】
【0010】
以上説明したように、本発明によれば、タイヤの状態を反映した適切な制駆動力制御を行うことが可能な制駆動力制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本発明を適用した制駆動力制御装置の第1実施形態を有する車両の駆動系の構成を模式的に示す図である。
【
図2】4輪車の等価的な2輪車モデルを示す図である。
【
図3】車体スリップ角ゲインの車速と車速との相関を示す図である。
【
図4】車両の旋回時及び加減速時における作用力を示す模式図である。
【
図5】車両の前後駆動力配分線図の一例を示す図である。
【
図6】スリップ率に対するタイヤ横力の相関の一例を示す図である。
【
図7】タイヤにおけるドライビングスティフネスの概念を示す図である。
【
図8】異なったスリップ角におけるスリップ率とタイヤ駆動力との相関を示す図である。
【
図9】タイヤのスリップ角とドライビングスティフネスとの相関を示す図である。
【
図10】実横加速度の絶対値と基準横加速度を飽和させる擬似横加速度との相関を示す図である。
【
図11】第1実施形態の制駆動力制御装置において車両に付加ヨーモーメントを発生させる駆動力制御を行う際の処理を示すフローチャートである。
【
図12】第1実施形態の制駆動力制御装置において駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。
【
図13】タイヤが発生する制駆動力と横力とをスリップ角ごとにプロットした図である。
【
図14】本発明を適用した制駆動力制御装置の第2実施形態におけるスリップ率に対するタイヤ横力の変化率のマップの一例を示す図である。
【
図15】本発明を適用した制駆動力制御装置の第3実施形態の駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
<第1実施形態>
以下、本発明を適用した制駆動力制御装置の第1実施形態について説明する。
第1実施形態の制駆動力制御装置は、例えば、前輪駆動用、後輪駆動用として独立した制駆動用モータ(モータジェネレータ)を有する車両(一例として乗用車等)に設けられる。
【0013】
図1は、第1実施形態の制駆動力制御装置を有する車両の駆動系の構成を模式的に示す図である。
車両1は、左右一対の前輪FW、及び、後輪RWを有する4輪の車両である。
車両1は、フロントモータ10、リアモータ20、バッテリ30、フロントインバータ110、リアインバータ120、駆動制御ユニット130等を備えている。
【0014】
フロントモータ10は、前輪FWの駆動力を発生する回転電機である。
フロントモータ10として、例えば、永久磁石同期電動機(PMモータ)を用いることができる。
フロントモータ10は、バッテリ30から電力を供給され前輪FWの駆動力を発生するとともに、前輪FW側から伝達されるトルクにより回生発電を行ってバッテリ30に充電するモータジェネレータとして機能する。
フロントモータ10は、本発明の前輪前後力発生部である。
【0015】
フロントモータ10の出力は、フロントディファレンシャル11、フロントドライブシャフト12を介して前輪FWに伝達される。
フロントディファレンシャル11は、フロントモータ10の出力を左右のフロントドライブシャフト12に伝達するとともに、例えば旋回等による左右の前輪FWの差回転を吸収する差動機構である。
フロントドライブシャフト12は、フロントディファレンシャル11から、左右の前輪FWに駆動力を伝達する回転軸である。
フロントドライブシャフト12には、前輪FWの転舵やフロントサスペンションのストロークに追従するため、等速ジョイントなどのユニバーサルジョイントが設けられている。
【0016】
リアモータ20は、後輪RWの駆動力を発生する回転電機である。
リアモータ20として、例えば、永久磁石同期電動機を用いることができる。
リアモータ20は、バッテリ30から電力を供給され後輪RWの駆動力を発生するとともに、後輪RW側から伝達されるトルクにより回生発電を行ってバッテリ30に充電するモータジェネレータとして機能する。
リアモータ20は、本発明の後輪前後力発生部である。
【0017】
リアモータ20の出力は、リアディファレンシャル21、リアドライブシャフト22を介して後輪RWに伝達される。
リアディファレンシャル21は、リアモータ20の出力を左右のリアドライブシャフト22に伝達するとともに、例えば旋回等による左右の後輪RWの差回転を吸収する差動機構である。
リアドライブシャフト22は、リアディファレンシャル21から、左右の後輪RWに駆動力を伝達する回転軸である。
リアドライブシャフト22には、リアサスペンションのストロークに追従するため、等速ジョイントなどのユニバーサルジョイントが設けられている。
【0018】
バッテリ30は、車両1の主に走行用に用いられる電力を貯蔵する二次電池である。
バッテリ30として、例えば、リチウムイオン電池などを用いることができる。
【0019】
フロントインバータ110は、駆動制御ユニット130からの指令に応じて、バッテリ30から供給されるDC電流をAC電流化し、フロントモータ10に駆動用電力として供給する。
また、フロントインバータ110は、フロントモータ10による回生発電時に、フロントモータ10から供給されるAC電流をDC電流化してバッテリ30を充電する回生インバータとしても機能する。
【0020】
リアインバータ120は、駆動制御ユニット130からの指令に応じて、バッテリ30から供給されるDC電流をAC電流化し、リアモータ20に駆動量電力として供給する。
また、リアインバータ120は、リアモータ20による回生発電時に、リアモータ20から供給されるAC電流をDC電流化してバッテリ30を充電する回生インバータとしても機能する。
フロントインバータ110、リアインバータ120は、駆動制御ユニット130から指令される前輪FW、後輪RWの目標駆動力(目標スリップ率)に応じて、フロントモータ10、リアモータ20の出力トルク及び出力軸回転速度を制御する機能を有する。
【0021】
駆動制御ユニット130は、例えばドライバのアクセル操作等に基づいて設定されるドライバ要求トルクに応じて、フロントインバータ110、リアインバータ120に指令を与え、フロントモータ10、リアモータ20の出力を制御する。
また、駆動制御ユニット130は、例えばドライバのブレーキ操作等に応じて、回生発電ブレーキと液圧式ブレーキの制動力分担比を設定する。
このとき、駆動制御ユニット130は、回生発電ブレーキによる制動要求に応じて、フロントインバータ110、リアインバータ120に指令を与え、フロントモータ10、リアモータ20に回生発電を行わせ、制動力を発生させる。
【0022】
駆動制御ユニット130は、例えば、CPU等の情報処理部、RAMやROMなどの記憶部、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有するマイクロコンピュータとして構成することができる。
【0023】
駆動制御ユニット130には、車速センサ131,132、舵角センサ133、加速度センサ134、ヨーレートセンサ135等が接続されている。
車速センサ131,132は、前輪FW,後輪RWを回転可能に支持するハブ部に設けられる。
車速センサ131,132は、左右の前輪FW,後輪RWにそれぞれ設けられている。
車速センサ131,132は、各車輪の回転速度に応じた車速信号を出力する。
駆動制御ユニット130は、車速信号に応じて各車輪の車輪速を演算する。
【0024】
舵角センサ133は、乗員(ドライバ)が操舵操作を行うステアリングホイールの角度位置(ハンドル角θH)を検出するセンサである。
駆動制御ユニット130は、舵角センサ133が検出するハンドル角θH、及び、図示しないステアリングギヤボックスのギヤ比(定数)nに基づいて、前輪FWの舵角を演算可能となっている。
加速度センサ134は、車体に作用する前後方向、及び、左右方向(車幅方向)の加速度を検出するセンサである。
ヨーレートセンサ135は、車体の鉛直軸回りの自転速度であるヨーレートを検出するセンサである。
【0025】
駆動制御ユニット130は、フロントモータ10、リアモータ20の駆動時に、各モータの出力配分(前輪FWと後輪RWとの駆動力前後配分(分担比))を設定する機能を有する。
また、駆動制御ユニット130は、フロントモータ10、リアモータ20の回生発電時に、各モータの発電量配分(前輪FWと後輪RWとの回生発電ブレーキによる制動力前後配分)を設定する機能を有する。
さらに、駆動制御ユニット130は、例えば車両の旋回時等に、車両1に付加すべきヨーモーメントに応じて、駆動力配分、制動力配分を制御する機能を有する。
駆動制御ユニット130は、本発明のタイヤスリップ角出力部、タイヤ横力出力部、スリップ率出力部、タイヤ横力変化率出力部、目標ヨーモーメント設定部、制駆動力配分制御部としての機能を有する。
以下、この点に関して詳しく説明する。
なお、以下の説明においては、主に駆動時の状態を例にとって説明するが、回生発電ブレーキによる制動時における制動力の前後配分制御も同様に行うことが可能である。
【0026】
図2は、4輪車の等価的な2輪車モデルを示す図である。
車体スリップ角βは、以下の式1により推定することができる。
【数1】
【0027】
式1で求めた車体スリップ角βから、以下の式2,3により、前輪FWと後輪RWのタイヤのスリップ角α
f,α
rへ換算することができる。
【数2】
ここで、
β:車体スリップ角[rad]
l;ホイールベース[m]
l
f:前軸-重心間距離[m]
l
r:後軸-重心間距離[m]
A:スタビリティファクタ
δ(δ
f):前輪舵角[rad]
m:車両質量[kg]
α
f:前輪FWのスリップ角[rad]
α
r:後輪RWのスリップ角[rad]
γ:ヨーレート[rad/s]
V:車速[m/s]
なお、ヨーレートγは、ヨーレートセンサ135の出力に基づいて検出した値を用いる。
【0028】
図3は、車体スリップ角ゲインの車速と車速との相関を示す図である。
図3において、横軸は車速V[km/h]を示し、縦軸は車体スリップ角ゲインβ/δ(舵角δあたりの車体スリップ角β)を示している。
図3に示すように、車体スリップ角ゲインβ/δは、車速の増加とともに低下することがわかる。
【0029】
図4は、車両の旋回時及び加減速時における作用力を示す模式図である。
車両の直進時において、加減速により生じる前後荷重移動を含む接地荷重は、以下の式4、式5により表わすことができる。
F
zf=F
zf0-ΔF
zx (式4)
F
zr=F
zr0+ΔF
zx (式5)
F
zf:前輪の接地荷重
F
zr:後輪の接地荷重
F
zf0:静止時の前輪の接地荷重
F
zr0:静止時の後輪の接地荷重
ΔF
zx:加速による荷重移動量
【0030】
車両1の加速による前後荷重移動ΔF
zxは、以下の式6により表わすことができる。
【数3】
【0031】
旋回時の横加速度による左右荷重移動は、以下の式7、式8により表わすことができる。
Fzfi=Fzf0-ΔFzx-ΔFzy・Kzy (式7)
Fzri=Fzr0+ΔFzx-ΔFzy(1-Kzy) (式8)
Fzfi:旋回内輪側の前輪の接地荷重
Fzri:旋回内輪側の後輪の接地荷重
Fzf0:静止時の前輪の接地荷重
Fzr0:静止時の後輪の接地荷重
ΔFzy:旋回による左右荷重移動量
Kzy:左右荷重移動の前軸分担比
【0032】
旋回による左右荷重移動量ΔFzyは、以下の式9により表わすことができる。
【数4】
【0033】
図5は、車両の前後駆動力配分線図の一例を示す図である。
図5において、横軸は前輪の駆動力を前輪の接地荷重で除した値を示し、縦軸は後輪の駆動力を後輪の接地荷重で除した値を示している。
接地荷重の前後配分F
zf:F
zr(旋回内輪を重視する場合にはF
zfi:F
zri)を、付加ヨーモーメントがゼロであるときのドライバ要求駆動力のベースとする。
図5において、直進時の前後駆動力配分を実線で示し、旋回時の前後駆動力配分を破線で図示する。
【0034】
路面外乱(不整路面)や、摩擦係数μの変動(不均一路面)によって、前輪FWと後輪RWが不規則にスリップすることを避けるため、前軸への駆動力配分を大きめに設定し、後輪RWのスリップを防止している。
例えば、
図5に一点鎖線で示す例においては、接地荷重変動±7.5%の不整路面を想定している。
また、
図5に二点鎖線で示す例においては、路面μ変動±0.075の不均一路面を想定している。
また、例えばサーキット路などのスポーツ走行などにおいて、ドライバがオーバーステア傾向となる走行モードを選択している場合には、通常走行時に対して後軸への駆動力配分を大きめに設定することができる。
【0035】
次に、タイヤのスリップ角αと横力Fyから、スリップ率κを前後軸個別に推定する手法について説明する。
タイヤ横力の比線形近似式と、タイヤの数値計算モデルであるMagic Formulaとを組み合わせた特性式を、式10、式11に示す。
【数5】
Rby1,Rby2,Rcy1,Rvy5は、Magic Formulaのパラメータ値である。
Ky0は、スリップ角=0でのコーナリングパワー(CP)である。
【0036】
スリップ率κは、以下の式12により表わすことができる。
【数6】
タイヤの横力Fyは、以下の式13、式14から算出することができる。
前軸Fy+後軸Fy=車両質量×横加速度 (式13)
前軸Fy×Lf=後軸Fy×Lr・・・ヨーモーメント≒0 (式14)
【0037】
スリップ率の1%の変化に対するタイヤ横力の変化率(前後軸個別)は、以下の式15により表わすことができる。
【数7】
【0038】
図6は、スリップ率に対するタイヤ横力の相関の一例を示す図である。
図6において、横軸はスリップ率を示し、縦軸はタイヤ横力を示している。
図6に示すように、タイヤ横力Fyは、スリップ角の増加に応じて増加するとともに、スリップ率の増加に応じて減少することがわかる。
【0039】
図7は、タイヤにおけるドライビングスティフネスの概念を示す図である。
図7において、横軸はスリップ率を示し、縦軸はタイヤの制駆動力を示している。
図7に示すように、スリップ率が比較的小さい領域においては、制駆動力はスリップ率に対して線形に変化する。
このような領域におけるスリップ率に対する制駆動力の変化率(線図の傾き)が、駆動の場合にはドライビングスティフネス、制動の場合にはブレーキングスティフネスとなる。
一般に、ドライビングスティフネスとブレーキングスティフネスとはほぼ一致する場合が多い。
【0040】
図8は、異なったスリップ角におけるスリップ率とタイヤ駆動力との相関を示す図である。
図8において、横軸はスリップ率を示し、縦軸はタイヤ駆動力を示している。
図8において、スリップ角が0,1,2,5,10,20degの線図を図示している。
図9は、タイヤのスリップ角とドライビングスティフネスとの相関を示す図である。
図9において、横軸はスリップ角を示し、縦軸はドライビングスティフネスを示す。
図8、
図9に示すように、ドライビングスティフネスは、スリップ角の増加に応じて減少する傾向を有する。
【0041】
タイヤのドライビングスティフネスKxは、以下の式16により表わすことができる。
【数8】
Rbx1,Rbx2,Rcx1は、Magic Formulaのパラメータ値である。
Kx0は、スリップ角=0でのドライビングスティフネスである。
また、前輪FWのドライビングスティフネスKxf,後輪RWのドライビングスティフネスKxrの比(ドライビングスティフネスの前後比)を、以下の式17により定義する。
R
Kx=Kxr/Kxf (式17)
【0042】
車両1が総駆動力(Fxf+Fxr)を維持しつつ、目標ヨーモーメントMzを付加することができる前後輪のスリップ率と駆動力は、以下の式18乃至式23により表わすことができる。
【数9】
F
X=Kx×(κ+dκ)(前後軸個別) (式23)
【0043】
但し、上述した駆動力の変更によって、変更後の駆動力がFx=0(タイヤ横力が最大化する状態)を超えると、タイヤ横力を増大すべき制御により、却ってタイヤ横力が減少してしまうため、変更後の駆動力はFx=0を超えないよう制限する。
【0044】
次に、車両1の旋回時に、制駆動力制御によって付加すべき目標ヨーモーメント(付加ヨーモーメント)の設定について説明する。
付加ヨーモーメントは、例えば、舵角センサ133によって検出されるハンドル角θ
H、ヨーレートセンサ135によって検出されるヨーレートγ、及び、加速度センサ134によって検出される横加速度に応じて、以下の式24、式25により算出することができる。
【数10】
M
zθ,M
Vzθ:付加ヨーモーメント[N/m]
K
Vzθ:アシスト量を決めるゲイン(=1)
K
Vvl:車速横加速度感応ゲイン(低速)
K
Vvh:車速横加速度感応ゲイン(高速)
【数11】
:車体スリップ角速度感応ゲイン
K
γ:ヨーレート感応ゲイン
γ:ヨーレート[rad/s]
K
y:横加速度偏差感応ゲイン
【数12】
:横加速度偏差[m/s
2]
K
θ:舵角感応ゲイン
θ
H:ハンドル角[rad]
【0045】
ここで、横加速度偏差を以下の式26のように設定する。
【数13】
【0046】
基準横加速度は、低μ路大転舵時の過剰な回答モーメントを防止するため、以下の式27のように設定する。
【数14】
【0047】
ハンドル角θ
Hに対して線形計算した符号無し基準横加速度
【数15】
は、以下の式28のように表わすことができる。
【数16】
G
y:横加速度/ハンドル角ゲイン
【数17】
:ハンドル角に対して線形計算した符号無し基準加速度[m/s
2]
【0048】
基準横加速度を飽和させる擬似横加速度は、以下の式29のように表わすことができる。
【数18】
【数19】
:基準横加速度を飽和させる擬似横加速度[m/s
2]
θ
H_Max:最大ハンドル角[rad](=540deg)
図10は、実横加速度の絶対値と基準横加速度を飽和させる擬似横加速度との相関を示す図である。
【0049】
基準横加速度を飽和させる擬似横加速度によって飽和する符号無し基準横加速度は、以下の式30のように表すことができる。
【数20】
【数21】
によって飽和する符号無し基準横加速度[m/s
2]
これを符号付きとすると、以下の式31、式32のように表わすことができる。
【数22】
【0050】
横加速度/ハンドル角ゲインGyは、以下の式33のように表わすことができる。
【数23】
A:スタビリティファクタ[s
2/m
2](一例として0.0022)
V:車速[m/s](=4輪平均車輪速)
l:ホイールベース[m](一例として2.54)
n:ステアリングギヤ比(一例として13)
【0051】
図11は、第1実施形態の制駆動力制御装置において車両に付加ヨーモーメントを発生させる駆動力制御を行う際の処理を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【0052】
<ステップS01:各パラメータ取得>
駆動制御ユニット130は、各センサの出力等に基づいて、以降の処理に必要なパラメータを取得する。
その後、ステップS02に進む。
【0053】
<ステップS02:付加ヨーモーメント演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式24、式25を用いて、制駆動力制御によって付加すべき付加ヨーモーメントを演算する。
その後、ステップS03に進む。
【0054】
<ステップS03:各輪タイヤスリップ角演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式2、式3を用いて、前輪FW、後輪RWのタイヤスリップ角を演算する。
その後、ステップS04に進む。
【0055】
<ステップS04:各輪接地荷重演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式4乃至式9を用いて、左右前輪FW、左右後輪RWの接地荷重を演算する。
その後、ステップS05に進む。
【0056】
<ステップS05:駆動力基本前後配分設定>
駆動制御ユニット130は、例えば
図5に示すような駆動力配分線図、あるいは、このような駆動力配分線図をもとに生成されたマップ等を用いて、駆動力基本前後配分(付加モーメント=0である場合の駆動力前後配分)を設定する。
その後、ステップS06に進む。
【0057】
<ステップS06:各輪タイヤ横力推定>
駆動制御ユニット130は、上述した式13、式14を用いて、前輪FW,後輪RWのタイヤ横力Fyを算出(推定)する。
その後、ステップS07に進む。
【0058】
<ステップS07:各輪スリップ率演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式12を用いて、前輪FW、後輪RWのタイヤのスリップ率κを演算する。
その後、ステップS08に進む。
【0059】
<ステップS08:各輪スリップ率に対するタイヤ横力変化率演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式15を用いて、スリップ率の単位量(一例として1%)あたりの変化に対するタイヤ横力の変化率を前後輪個別に演算する。
その後、ステップS09に進む。
【0060】
<ステップS09:ドライビングスティフネス前後輪比演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式17を用いて、駆動時においてはドライビングスティフネス、回生制動時においてはブレーキングスティフネスの前後輪比を演算する。
その後、ステップS10に進む。
【0061】
<ステップS10:前後輪目標スリップ率演算>
駆動制御ユニット130は、上述した式18乃至式23を用いて、ステップS02において演算した付加ヨーモーメントを得られる前輪FW及び後輪RWのタイヤの目標スリップ率(ドライビングスティフネスKxを用いて目標駆動力に換算することが可能である)を演算する。
その後、ステップS11に進む。
【0062】
<ステップS11:制駆動力が0を横切るか判断>
駆動制御ユニット130は、ステップS10において演算した前輪FW、後輪RWのスリップ率を得るための制駆動力変更において、前輪FW、後輪RWのいずれかの制駆動力が0を横切る(駆動側から制動側へ、あるいは、制動側から駆動側へ推移する)か否かを判別する。
制駆動力が0を横切る場合にはステップS12に進み、その他の場合はステップS13に進む。
【0063】
<ステップS12:目標制駆動力制限>
駆動制御ユニット130は、前輪FW、後輪RWのうち、制駆動力が0を横切る側の車輪の制駆動力を0に制限する。
目標制駆動力の制限後、ステップS13に進む。
【0064】
<ステップS13:前後モータ駆動制御>
駆動制御ユニット130は、フロントインバータ110、リアインバータ120に指令を与え、駆動時においては、前輪FW、後輪RWのスリップ率が、ステップS10において設定した目標スリップ率となるように、フロントモータ10、リアモータ20の出力軸回転速度を制御しつつ、フロントモータ10、リアモータ20を駆動させる。
また制動時においては、前輪FW、後輪RWのスリップ率が、ステップS10において設定した目標スリップ率となるように、フロントモータ10、リアモータ20の出力軸回転速度を制御しつつ、フロントモータ10、リアモータ20に回生発電を行わせる。
その後、一連の処理を終了する。
【0065】
図12は、駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。
図12(a)は、駆動時の前後輪駆動力を示し、
図12(b)は、回生発電ブレーキによる制動時の前後輪制動力を示している。
図12において、横軸はヨーモーメントMzを示し、右側ほどアンダーステアを軽減する効果が高いことを示している。
図12に示すように、前輪FWの制駆動力を減少させて発生可能な横力を増加させるとともに、後輪RWの制駆動力を増加させて発生可能な横力を減少させることにより、前後輪の横力差を生じさせて、アンダーステアを軽減する方向のヨーモーメントを発生させることができる。
一方、前輪FWの制駆動力を増加させて発生可能な横力を減少させるとともに、後輪RWの制駆動力を減少させて発生可能な横力を増加させることにより、前後輪の逆の横力差を生じさせて、オーバーステアを抑制する方向のヨーモーメントを発生させることができる。
制動力、駆動力とも、原則としては車両の総駆動力、総制動力が駆動力配分の変更によって変化しないよう、前後輪の一方の制駆動力の増加に応じて、他方の制駆動力を減少する。
但し、上述したように、前後輪いずれかの制駆動力が0となった場合には、制駆動力の符号を反転(駆動から制動、制動から駆動)させることはせずに、タイヤ前後力を0に維持する制御としている。
【0066】
図13は、タイヤが発生する制駆動力と横力とをスリップ角ごとにプロットした図である。
図13において横軸は制駆動力(タイヤ前後力)を示し、縦軸はタイヤ横力を示している。
図13に示すように、制駆動力と横力とをプロットした線図(タイヤ力特性線図)は、タイヤのスリップ角に応じて変化している。
一般的に摩擦円として知られる概念は、このようなスリップ角が異なる線図の最外縁部を結んだものである。
しかし、実際には車体のヨー慣性があるため、タイヤのスリップ角が現在のスリップ角から、摩擦円限界のタイヤ発生力を得られるスリップ角に推移するには時間応答遅れが存在する。
このような点を無視して、摩擦円限界を前提とした制御を行った場合、例えばタイヤの制駆動力が過度となって過剰なスリップが発生し、例えば駆動側でスリップが発生した場合には摩擦ブレーキによる制動制御を介入させるなどしてスリップを抑制することが必要となる。
この場合、エネルギのロスや、摩擦ブレーキの作動による騒音の発生等が問題となり得る。
【0067】
これに対し、第1実施形態においては、前輪FW、後輪RWのスリップ角α
f,α
rを演算したうえで、現在のスリップ角α
f,α
rにおけるタイヤの特性に応じて目標制駆動力を設定するため、現在のタイヤのスリップ角α
f,α
rにおいて発生するタイヤ力の変化を有効に活用して、所望のヨーモーメントを車両1に付与し、操縦安定性、旋回性能を向上することができる。
例えば、
図13において、後輪RWのスリップ角が5degであって、前輪FW,後輪RWの駆動力、横力が位置P0(駆動力2500N)にあるときに、前輪FWの駆動力、横力を位置P1(駆動力0)とし、後輪RWの駆動力、横力を位置P2(スリップ角5degでのタイヤ力特性線図と接する点・駆動力5000N)まで推移させることにより、車両1の総駆動力を変化させることなく、
図13に示す前後輪横力差を発生させ、車両1に摩擦ブレーキによる制動制御などを介入させることなく、所望の付加ヨーモーメントを与えることができる。
【0068】
以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)前輪FW、後輪RWの現在のタイヤの横力Fy及びスリップ角αf,αrに基づいてスリップ率κに対するタイヤ横力Fyの変化率を求め、このスリップ率κに対するタイヤ横力κの変化率に基づいて、フロントモータ10及びリアモータ20の出力(駆動力又は制動力)の分担比を制御することにより、車体等にヨー慣性が存在し、車体及びタイヤのスリップ角が即座に変化しない現実の車両において、現在のタイヤのスリップ角及び横力を反映させた適切な制駆動力配分制御を行うことができる
これにより、過剰な制駆動力配分制御によってタイヤ発生力の限界値を超過し、摩擦ブレーキにより制動制御の介入などが必要となる事態を防止し、車両1のエネルギーロスを低減するとともに、摩擦ブレーキの作動による騒音や違和感を防止することができる。
(2)出力分担比の制御において前輪FW及び後輪RWの目標スリップ率を設定するとともに、前輪FW及び後輪RWの実際のスリップ率が目標スリップ率となるようにフロントモータ10、リアモータ20の出力軸回転速度を制御することにより、電動モータの回転速度制御で前輪FW、後輪RWのスリップ率κを適切に制御し、所望の付加ヨーモーメントを比較的簡単な制御により精度よく発生させることができる。
(3)前輪FWの前後力と後輪RWの前後力とのいずれか一方の絶対値が0となるまでの領域においては、前輪の前後力及び後輪の前後力の和が所定の要求前後力と一致するよう制駆動力配分を制御することにより、前後輪の制駆動力配分制御によって、車両1の総駆動力あるいは総制動力が変化することがなく、車両1のドライバビリティ(運転しやすさ)を確保することができる。
(4)フロントモータ10、リアモータ20の出力分担比の変更による前輪FWの前後力又は後輪RWの前後力の符号の反転を禁止することにより、例えばタイヤ横力Fyを増加させるために前後輪いずれかの駆動力(あるいは制動力)Fxを低下させた結果、前後力の符号が反転して制動力(あるいは駆動力)を発生することになって、かえってタイヤ横力Fyを低下させてしまうことを防止できる。
【0069】
<第2実施形態>
次に、本発明を適用した制駆動力制御装置の第2実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と同様の箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第2実施形態においては、各輪のスリップ率に対するタイヤ横力変化率を、第1実施形態のようにタイヤモデルを用いた数式演算により逐次演算することに代えて、車両の横加速度毎に予め設定したスリップ角とスリップ率のマップ値を用いている。
【0070】
図14は、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率のマップの一例を示す図である。
図14に示すように、マップは、タイヤのスリップ角とスリップ率を入力として、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率が出力される(読みだされる)3次元状のマップとして構成されている。
このようなマップは、横加速度の変化に応じて複数設けることができる。
また、マップが設定されていない横加速度に対しては、複数のマップから読み出されるスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に、例えば線形補間などの補間処理を行って求めることができる。
以上説明した第2実施形態によれば、上述した第1実施形態の効果と同様の効果に加えて、駆動制御ユニット130における演算負荷を軽減するとともに、制御の応答性を向上することができる。
【0071】
<第3実施形態>
次に、本発明を適用した制駆動力制御装置の第3実施形態について説明する。
第3実施形態においては、制駆動力の設定を、第1実施形態に対して以下の通り変更している。
図15は、第3実施形態の駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。
第3実施形態においては、前輪FW、後輪RWの目標制駆動力の設定において、前輪FW、後輪RWの一方の制駆動力が0を横切る場合に、他方の車輪における付加ヨーモーメントMzに対する駆動力変化量ΔFxの変化率を増加させている。
以上説明した第3実施形態によれば、上述した第1実施形態の効果と同様の効果に加えて、前輪FW、後輪RWの一方の制駆動力の変更が、制駆動力が0を横切ることによる制約を受ける場合であっても、他方の制駆動力の変化量を大きくすることにより、実際に車体に生じるヨーモーメントの発生量を確保することができる。
【0072】
(変形例)
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)車両、車両の駆動装置、制駆動力制御装置の構成は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜変更することができる。
例えば、実施形態において単一のユニットにより実現している機能を、複数の構成要素によって分担して実現するようにしてもよい。逆に、複数の構成要素により実現している機能を、単一のユニットに集約して実現する構成としてもよい。
(2)実施形態において用いている車両、タイヤのモデルや、数式の具体的態様は一例であって、本発明はこれらに限定されることなく、適宜変更することができる。
(3)実施形態において、左右前輪を単一のフロントモータで制駆動し、左右後輪を単一のリアモータで制駆動しているが、本発明はこれに限らず、例えば各車輪にそれぞれ独立したモータジェネレータ(典型的にはインホイールモータ)を有する車両であっても適用することができる。
(4)実施形態においては、制駆動力制御装置は、車両の駆動力、制動力双方の前後配分を制御しているが、本発明はこれに限らず、駆動力、制動力のいずれか一方のみの前後配分を制御する構成としてもよい。
(5)実施形態において、車両は一例としてバッテリ電気自動車であるが、本発明はこれに限らず、例えば燃料電池自動車や、エンジン-電気シリーズハイブリッド車両などの他種の電動車両にも適用することができる。
【符号の説明】
【0073】
1 車両
FW 前輪 RW 後輪
10 フロントモータ 11 フロントディファレンシャル
12 フロントドライブシャフト 20 リアモータ
21 リアディファレンシャル 22 リアドライブシャフト
30 バッテリ
110 フロントインバータ 120 リアインバータ
130 駆動制御ユニット 131,132 車速センサ
133 舵角センサ 134 加速度センサ
135 ヨーレートセンサ