JP3660027B2 - 車両におけるヨーモーメント制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左右の車輪の一方に制動力を発生させ、他方に駆動力を発生させることによりヨーモーメントを制御する車両におけるヨーモーメント制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の左右の車輪を変速機及びトルク伝達クラッチで相互に連結し、前記トルク伝達クラッチのトルク伝達容量を制御するトルク分配制御装置が、特開平５−１３１８５５号公報により公知である。
【０００３】
かかるトルク分配制御装置において、旋回内輪から旋回外輪にトルクを伝達すれば、旋回外輪に駆動力を発生させるとともに旋回内輪に制動力を発生させて旋回性能を向上させることができ、また旋回外輪から旋回内輪にトルクを伝達すれば、旋回外輪に制動力を発生させるとともに旋回内輪に駆動力を発生させて高速安定性能を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、旋回中の車両が加速或いは減速を行うと、車両の重心位置に作用する前後方向の慣性力によって前輪及び後輪の接地荷重が変化するため、ヨー軸回りの回転モーメント（ヨーモーメント）が発生して車両の旋回性能や高速安定性能に影響を及ぼす問題がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、旋回中の車両が加減速を行う際に、望ましくないヨーモーメントが発生するのを回避して旋回性能や高速安定性能を確保することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、左右の車輪の一方に制動力を発生させ、他方に駆動力を発生させることによりヨーモーメントを制御する車両において、前記駆動力及び制動力の値を車両の前後加速度及び横加速度の積の関数として設定し、車両が旋回中に加速するときには旋回内輪に制動力を発生させるとともに旋回外輪に駆動力を発生させ、車両が旋回中に減速するときには旋回内輪に駆動力を発生させるとともに旋回外輪に制動力を発生させることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００８】
図１〜図３は本発明の一実施例を示すもので、図１はトルク分配制御装置を備えたフロントエンジン・フロントドライブ車の全体構成図、図２は旋回中の車両に発生するヨーモーメントを説明する図、図３は油圧クラッチの係合に基づいて発生するヨーモーメントを説明する図である。
【０００９】
図１に示すように、車体前部に横置きに搭載したエンジンＥの右端にトランスミッションＭが接続されており、これらエンジンＥ及びトランスミッションＭにより駆動輪である左前輪Ｗ_FL及び右前輪Ｗ_FRが駆動される。
【００１０】
従動輪である左後輪Ｗ_RL及び右後輪_RRの車軸１_L ，１_R 間に、左右の後輪Ｗ_RL，後輪_RRをそれらが相互に異なる回転数で回転するように接続する変速機２が設けられる。変速機２には第１油圧クラッチ３_L 及び第２油圧クラッチ３_R が設けられており、第１油圧クラッチ３_L を係合させると、左後輪Ｗ_RLの回転数が減速されて右後輪_RRの回転数が増速され、第２油圧クラッチ３_R を係合させると、右後輪_RRの回転数が減速されて左後輪Ｗ_RL回転数が増速される。
【００１１】
即ち、変速機２は左右の車軸１_L ，１_R と同軸上に配置された第１軸４と、左右の車軸１_L ，１_R と平行であり且つ相互に同軸上に配置された第２軸５及び第３軸６を備えており、第２軸５と第３軸６との間に前記第１油圧クラッチ３_L が配置されとともに、右車軸１_R と第１軸４との間に前記第２油圧クラッチ３_R が配置される。右車軸１_R に設けた小径の第１ギヤ７が第２軸５に設けた大径の第２ギヤ８に噛合するともに、第３軸６に設けた小径の第３ギヤ９が第１軸４に設けた大径の第４ギヤ１０に噛合する。左車軸１_L に設けた第５ギヤ１１が第３軸６に設けた第６ギヤ１２に噛合する。
【００１２】
第１ギヤ７及び第３ギヤ９の歯数は互いに同一であり、また第２ギヤ８及び第４ギヤ１０の歯数は互いに同一であって前記第１ギヤ７及び第３ギヤ９の歯数よりも多くなるように設定される。また第５ギヤ１１及び第６ギヤ１２の歯数は互いに同一になるように設定される。
【００１３】
従って、第１油圧クラッチ３_L を係合させると、右後輪_RRは右車軸１_R 、第１ギヤ７、第２ギヤ８、第２軸５、第１油圧クラッチ３_L 、第３軸６、第６ギヤ１２、第５ギヤ１１及び左車軸１_L を介して左後輪Ｗ_RLに連結される。このとき、第１ギヤ７及び第２ギヤ８の歯数比に応じて、右後輪_RRの回転数に対して左後輪Ｗ_RLの回転数が減速される。即ち、左右後輪Ｗ_RL，Ｗ_RRが同速度で回転している状態から第１油圧クラッチ３_L を係合させると、右後輪_RRの回転数が増速されて左後輪Ｗ_RLの回転数が減速される。
【００１４】
また、第２油圧クラッチ３_R を係合させると、右後輪_RRは右車軸１_R 、第２油圧クラッチ３_R 、第１軸４、第４ギヤ１０、第３ギヤ９、第３軸６、第６ギヤ１２、第５ギヤ１１及び左車軸１_L を介して左後輪Ｗ_RLに連結される。このとき、第４ギヤ１０及び第３ギヤ９に歯数比に応じて、右後輪_RRの回転数に対して左後輪Ｗ_RLの回転数が増速される。即ち、左右後輪Ｗ_RL，Ｗ_RRが同速度で回転している状態から第２油圧クラッチ３_R を係合させると、右後輪_RRの回転数が減速されて左後輪Ｗ_RLの回転数が増速される。
【００１５】
第１油圧クラッチ３_L 及び第２油圧クラッチ３_R の係合力は、それらに加えられる油圧をの大きさを調整することにより無段階に制御することが可能であり、従って左右後輪Ｗ_RL，Ｗ_RRの回転数比も、前記第１〜第４ギヤ７，８，９，１０の歯数比によって決まる範囲内で無段階に制御することが可能である。
【００１６】
第１油圧クラッチ３_L 及び第２油圧クラッチ３_R が接続された電子制御ユニットＵには、車体の横加速度を検出する横加速度センサＳ₁ 、ステアリングホイール１３の回転角を検出する舵角センサＳ₂ 、エンジンＥの吸気管内絶対圧を検出する吸気管内絶対圧センサＳ₃ 、エンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数センサＳ₄ 及び車速を演算すべく４輪の回転数をそれぞれ検出する車輪速センサＳ₅ 〜Ｓ₈ からの信号が入力される。
【００１７】
電子制御ユニットＵは、横加速度センサＳ₁ で検出した車体の実横加速度を、舵角センサＳ₂ で検出したステアリングホイール１３の回転角及び車輪速センサＳ₅ 〜Ｓ₈ で検出した車輪速から演算した推定横加速度に基づいて補正し、時間遅れの無い車両の横加速度Ｙｇを演算する。また電子制御ユニットＵは、吸気管内絶対圧センサＳ₃ 及びエンジン回転数センサＳ₄ の出力から演算したエンジントルクにトランスミッションギヤ比を乗算して駆動輪トルクを演算し、この駆動輪トルクに基づいて車両の前後加速度Ｘｇを演算する。そして、電子制御ユニットＵは、前記横加速度Ｙｇ及び前後加速度Ｘｇに基づいて第１油圧クラッチ３_L 及び第２油圧クラッチ３_R の係合力を制御する。
【００１８】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００１９】
図２は重量Ｗの車両が横加速度Ｙｇで左旋回している状態を示すもので、車両の重心位置には遠心力Ｗ×Ｙｇが作用しており、この遠心力Ｗ×Ｙｇは前輪と路面との間に作用するコーナリングフォースＣＦｆ及び後輪と路面との間に作用するコーナリングフォースＣＦｒの和に釣り合っている。
【００２０】
Ｗ×Ｙｇ＝ＣＦｆ＋ＣＦｒ …（１）
車両の重心位置と前輪との距離をａとし、重心位置と後輪との距離をｂとすると、前記コーナリングフォースＣＦｆ，ＣＦｒによるヨー軸回りのモーメントＭ₁ は、
Ｍ₁ ＝ａ×ＣＦｆ−ｂ×ＣＦｒ …（２）
で与えられる。
【００２１】
ところで、車両が直進走行しているときに左右両輪の接地荷重は同一であるが、車両が旋回すると旋回内輪と旋回外輪とで接地荷重が変化する。即ち、旋回時には車体の重心に旋回方向外側に向かう遠心力が作用するため、車体が旋回方向外側に倒れようとする。その結果、旋回内輪に路面から浮き上がる傾向が生じて該旋回内輪の接地荷重が減少するとともに、旋回外輪に路面に押し付けられる傾向が生じて該旋回外輪の接地荷重が増加する。
【００２２】
また、車両が定速走行しているときに前後輪の接地荷重は一定であるが、車両が加速又は減速すると前後輪の接地荷重が変化する。即ち、加速時には車体の重心に車体後方に向かう慣性力が作用するため、車体がテールダイブしようとして後輪の接地荷重が増加し、その結果後輪のコーナリングフォースが増加して旋回方向と逆方向のモーメントＭ₁ が作用し、また減速時には車体の重心に車体前方に向かう慣性力が作用するため、車体がノーズダイブしようとして前輪の接地荷重が増加し、その結果前輪のコーナリングフォースが増加して旋回方向と同方向のモーメントＭ₁ が作用する（図２の実線矢印及び破線矢印参照）。
【００２３】
車両が定速直線走行しているとき、左右の前輪の接地荷重の和をＷｆとすると各前輪の接地荷重はそれぞれＷｆ／２であるが、車両が横加速度Ｙｇで旋回しながら前後加速度Ｘｇで加減速しているとき、旋回内側の前輪の接地荷重Ｗ_FI及び旋回外側の前輪の接地荷重Ｗ_FOは、
Ｗ_FI＝Ｗｆ／２−Ｋｆ×Ｙｇ−Ｋｈ×Ｘｇ …（３）
Ｗ_FO＝Ｗｆ／２＋Ｋｆ×Ｙｇ−Ｋｈ×Ｘｇ …（４）
で与えられ、また左右の後輪の接地荷重の和をＷｒとすると旋回内側の後輪の接地荷重Ｗ_RI及び旋回外側の後輪の接地荷重Ｗ_ROは、
Ｗ_RI＝Ｗｒ／２−Ｋｒ×Ｙｇ＋Ｋｈ×Ｘｇ …（５）
Ｗ_RO＝Ｗｒ／２＋Ｋｒ×Ｙｇ＋Ｋｈ×Ｘｇ …（６）
で与えられる。（３）式〜（６）式において、係数Ｋｆ，Ｋｒ，Ｋｈは次式で与えられる。
【００２４】
Ｋｆ＝（Ｇｆ′×ｈｇ′×Ｗ＋ｈｆ×Ｗｆ）／ｔｆ …（７）
Ｋｒ＝（Ｇｒ′×ｈｇ′×Ｗ＋ｈｒ×Ｗｒ）／ｔｒ …（８）
Ｋｈ＝ｈｇ×Ｗ／（２×Ｌ） …（９）
ここで使用されている記号は以下の通りである。
【００２５】

タイヤのコーナリングフォースが該タイヤの接地荷重に比例すると仮定すると、前輪のコーナリングフォースＣＦｆは、（３）式で与えられる旋回内側の前輪の接地荷重Ｗ_FIと、（４）式で与えられる旋回外側の前輪の接地荷重Ｗ_FOと、横加速度Ｙｇとにより、次式で与えられる。
【００２６】

また、後輪のコーナリングフォースＣＦｒは、（５）式で与えられる旋回内側の後輪の接地荷重Ｗ_RIと、（６）式で与えられる旋回外側の後輪の接地荷重Ｗ_ROと、横加速度Ｙｇとにより、次式で与えられる。
【００２７】

（１０）式及び（１１）式を（２）式に代入すると、

ここで、ａ×Ｗｆ−ｂ×Ｗｒ＝０であり、また（９）式からＫｈ＝ｈｇ×Ｗ／（２×Ｌ）であるから、前記（１２）式は、
Ｍ₁ ＝−ｈｇ×Ｗ×Ｘｇ×Ｙｇ …（１３）
となり、ヨー軸回りのモーメントＭ₁ は前後加速度Ｘｇと横加速度Ｙｇとの積に比例することが分かる。従って、（１３）式で与えられるヨー軸回りのモーメントＭ₁ を打ち消すように旋回内輪及び旋回外輪に駆動力及び制動力を分配すれば、旋回中における加速時或いは減速時の旋回安定性及び高速安定性の向上を図ることができる。
【００２８】
一方、図３に示すように、例えば旋回内輪に制動力Ｆを発生させたとき、変速機２のギヤ比をｉとすると旋回外輪には駆動力はＦ／ｉが発生する。これら制動力Ｆ及び駆動力Ｆ／ｉにより車両に発生するヨー軸回りのモーメントＭ₂ は、

で与えられる。ここでκ＝１＋（１／ｉ）、Ｔ；クラッチトルク、Ｒ；タイヤ半径である。
【００２９】
従って、モーメントＭ₂ でモーメントＭ₁ を打ち消すために必要なクラッチトルクＴは、Ｍ₁ ＝Ｍ₂ と置くことにより、
Ｔ＝｛２Ｒ／（ｔｒ×κ）｝×ｈｇ×Ｗ×Ｘｇ×Ｙｇ …（１５）
で与えられる。（１５）式から明らかなように、クラッチトルクＴは前後加速度Ｘｇ及び横加速度Ｙｇの積に比例した値となる。尚、以上の説明ではタイヤのコーナリングフォースが該タイヤの接地荷重に比例すると仮定したので、クラッチトルクＴが前後加速度Ｘｇ及び横加速度Ｙｇの積Ｘｇ×Ｙｇに比例した値となるが、厳密にはコーナリングフォースは接地荷重に比例しないため、実際にはクラッチトルクＴを前後加速度Ｘｇ及び横加速度Ｙｇの積Ｘｇ×Ｙｇの関数として取り扱うと良い。
【００３０】
而して、表１に示すように、車両が左旋回中に加速するとき、第１油圧クラッチ３_L を（１５）式で与えられるクラッチトルクＴで係合させると、旋回内輪の回転数が減速されて制動力Ｆが発生するとともに、旋回外輪の回転数が増速されて駆動力Ｆ／ｉが発生することにより、コーナリングフォースに基づく旋回方向と逆方向のモーメントＭ₁ が打ち消されて旋回性能が向上する。同様に、車両が右旋回中に加速するときに第２油圧クラッチ３_R を前記クラッチトルクＴで係合させれば、前述と同様にコーナリングフォースに基づくモーメントＭ₁ が打ち消されて旋回性能が向上する。
【００３１】
また、車両が左旋回中に減速するとき、第２油圧クラッチ３_R を（１５）式で与えられるクラッチトルクＴで係合させると、旋回内輪の回転数が増速されて駆動力Ｆが発生するとともに、旋回外輪の回転数が減速されて制動力Ｆ／ｉが発生することにより、コーナリングフォースに基づく旋回方向と同方向のモーメントＭ₁ が打ち消されて高速安定性能が向上する。同様に、車両が右旋回中に減速するときに第１油圧クラッチ３_L を前記クラッチトルクＴで係合させれば、前述と同様にコーナリングフォースに基づくモーメントＭ₁ が打ち消されて高速安定性能が向上する。
【００３２】
【表１】

【００３３】
尚、車両の直進走行中に加速或いは減速を行っても、車両のヨーモーメントは変化しないため、第１油圧クラッチ３_L 及び第２油圧クラッチ３_R は非係合状態に保たれる。
【００３４】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３５】
例えば、実施例では従動輪である左右後輪Ｗ_RL，Ｗ_RR間のトルク分配について説明したが、本発明は駆動輪間のトルク分配に対しても適用することができるばかりか、従動輪に電気モータ等の補助駆動源を接続し、駆動輪のスリップ時等に前記補助駆動源を作動させて四輪駆動状態とする車両において、前記従動輪間のトルク分配についても適用することができる。更に、第１油圧クラッチ３_L 及び第２油圧クラッチ３_R に代えて、電磁クラッチや流体カップリング等の他のクラッチを用いることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、左右の車輪の一方に発生させる駆動力及び他方に発生させる制動力の値を、車両の前後加速度及び横加速度の積の関数として設定することにより、車両が旋回中に加速するときには旋回内輪を減速して制動力を発生させるとともに、旋回外輪の回転数を増速して駆動力を発生させ、コーナリングフォースに基づいて発生する旋回方向と逆方向のモーメントを打ち消して旋回性能を向上させることができる。また車両が旋回中に減速するときには旋回内輪の回転数を増速して駆動力を発生させるとともに、旋回外輪の回転数を減速して制動力を発生させ、コーナリングフォースに基づいて発生する旋回方向と同方向のモーメントを打ち消して高速安定性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルク分配制御装置を備えたフロントエンジン・フロントドライブ車の全体構成図
【図２】旋回中の車両に発生するヨーモーメントを説明する図
【図３】油圧クラッチの係合に基づいて発生するヨーモーメントを説明する図
【符号の説明】
２ 変速機
３_L 第１油圧クラッチ
３_R 第２油圧クラッチ
Ｗ_RL 左後輪（車輪）
Ｗ_RR 右後輪（車輪）
Ｘｇ 前後加速度
Ｙｇ 横加速度

Claims (1)

1. 左右の車輪（Ｗ_RL，Ｗ_RR）の一方に制動力を発生させ、他方に駆動力を発生させることによりヨーモーメントを制御する車両において、前記駆動力及び制動力の値を車両の前後加速度（Ｘｇ）及び横加速度（Ｙｇ）の積の関数として設定し、車両が旋回中に加速するときには旋回内輪に制動力を発生させるとともに旋回外輪に駆動力を発生させ、車両が旋回中に減速するときには旋回内輪に駆動力を発生させるとともに旋回外輪に制動力を発生させることを特徴とする車両におけるヨーモーメント制御方法。

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