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JP7839463B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents
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JP7839463B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

車両の走行制御装置

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JP7839463B2 JP2024571690A JP2024571690A JP7839463B2 JP 7839463 B2 JP7839463 B2 JP 7839463B2 JP 2024571690 A JP2024571690 A JP 2024571690A JP 2024571690 A JP2024571690 A JP 2024571690A JP 7839463 B2 JP7839463 B2 JP 7839463B2
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Description

本発明は車両の走行制御装置に関する。
従来、車輪のスリップ率やヨーレートに基づいて各車輪のトラクションコントロールを行う技術が知られている。例えば、特許文献1には、車体の旋回加速度が操舵角に応じた旋回加速度となるように各車輪のスリップ率が所定の上限値を超えない範囲で電気モータの制駆動力を制御する電気自動車が記載されている。
特開2011-254590号公報
近年、ドライバーの運転操作に対して車両の運動を遅れなく追従させると共に、扱いやすい車両特性を実現可能なトラクションコントロールが求められている。しかしながら、上記特許文献1に記載の電気自動車は、単に各車輪のスリップを抑えながらドライバーからの旋回要求に応じて車両を旋回運動させるものであり、トラクションコントロールの操作追従性や車両の扱いやすさを十分に向上させることができない可能性がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操作追従性およびドライバーによる車両の扱いやすさを向上させたトラクションコントロールを実現可能な車両の走行制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の車両の走行制御装置は、走行用電気モータを備えた車両の走行制御装置であって、車両の要求制駆動力に基づいて、前後左右の各車輪の目標スリップ率の平均値である目標平均スリップ率を演算する目標平均スリップ率演算部と、前記車両に対する要求ヨーレートと前記車両の実ヨーレートとの偏差であるヨーレート偏差に基づいて、前後の前記車輪のスリップ率の相対値である前後相対スリップ率の目標値としての目標前後相対スリップ率を演算する目標前後相対スリップ率演算部と、前記目標平均スリップ率と前記目標前後相対スリップ率とに基づいて、前記各車輪の前記目標スリップ率を演算する目標スリップ率演算部と、前記目標スリップ率に基づいて前記各車輪に付与するトルクを制御するトルク制御部とを備える。
この構成により、車両の要求制駆動力に加えて、要求ヨーレートと実ヨーレートとの偏差であるヨーレート偏差に基づいて演算される目標前後相対スリップ率を各車輪の目標スリップ率に反映させた上で、各車輪に付与するトルクを制御することができる。その結果、ドライバーの要求に応じた制駆動力を得つつ、ヨーモーメントコントロールを操作に対して追従性高く行うことができる。また、ヨーモーメントコントロールの特性をドライバーの操作に応じて徐々に変化させることができ、ドライバーが車両をより扱いやすくなる。したがって、本発明の車両の走行制御装置によれば、操作追従性およびドライバーによる車両の扱いやすさを向上させたトラクションコントロールを実現可能となる。
また、前記目標前後相対スリップ率演算部は、予め定められた前記ヨーレート偏差と前記目標平均スリップ率と前記目標前後相対スリップ率との関係から、前記ヨーレート偏差と前記目標平均スリップ率とに応じた前記目標前後相対スリップ率を演算することが好ましい。この構成により、車両のヨーレート偏差に応じて前記目標前後相対スリップ率を適切に演算することができる。
また、前記目標平均スリップ率演算部は、前記目標平均スリップ率演算部は、前記要求制駆動力と前記車両の実制駆動力との偏差に基づいて演算されるベース値に、アクセル開度に応じて設定される補正係数を乗算して前記目標平均スリップ率を演算することが好ましい。この構成により、要求制駆動力と実制駆動力との偏差に加えて、アクセル開度の大きさを目標平均スリップ率ひいては各車輪の目標スリップ率に反映することできる。その結果、ドライバーのアクセル操作に応じた車両全体の要求制駆動力に適した各車輪の目標スリップ率を得ることができる。また、車輪のμ‐S特性が変化したとしても、ドライバーのアクセル操作で最大の制駆動力となるスリップ率に近づくように、目標平均スリップ率ひいては各車輪の目標スリップ率を設定することができ、ドライバーによる車両の扱いやすさを向上させることが可能となる。
また、前記補正係数は、ドライバーの要求に応じて変更可能な複数のパターンを含むことが好ましい。この構成により、ドライバーの運転操作技術に応じて、アクセル開度により目標平均スリップ率が補正される程度を変更することができ、ドライバーにとって扱いやすい車両特性を得ることが可能となる。
また、操舵角、車速、重心スリップ角および車両諸元に基づいて、前記各車輪の車両進行方向における車輪並進速度を演算する車輪並進速度演算部と、前記車輪並進速度と前記目標スリップ率とに基づいて前記各車輪の目標車輪速を演算する目標車輪速演算部とを備え、前記トルク制御部は、車輪速が前記目標車輪速に近づくように前記トルクをフィードバック制御により制御することが好ましい。この構成により、各車輪の内外輪差を考慮した車輪並進速度を用いて各車輪の目標車輪速を精度良く演算することができ、各車輪に付与されるトルクを精度良く制御することが可能となる。したがって、トラクションコントロールの高精度化を図り、操作追従性を向上させることができる。
また、前記車輪並進速度演算部および前記目標車輪速演算部は、メインコントロールユニットに含まれ、前記トルク制御部は、前記メインコントロールユニットとは別のサブコントロールユニットに含まれることが好ましい。この構成により、サブコントロールユニットが車輪並進速度の情報を有さなくとも、各車輪に対する制御トルクを演算することができる。
本発明の車両の走行制御装置によれば、操作追従性およびドライバーによる車両の扱いやすさを向上させたトラクションコントロールを実現可能となる。
実施形態の走行制御装置を備えたプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 実施形態の走行制御装置の概略構成を示すブロック図である。 目標平均スリップ率演算部の概略構成を示すブロック図である。 実施形態の走行制御装置でのトルク制御によるアクセル開度、制駆動力、スリップ率の時間変化の様子の一例を示す説明図である。 車輪の制駆動力とスリップ率との関係の一例を示す説明図である。 目標前後相対スリップ率演算部の概略構成を示すブロック図である。 車両のヨーレートと前後相対スリップ率との関係の一例を示す説明図である。 車両が旋回している状態を模式的に示す説明図である。 モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットの概略構成を示す説明図である。
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
(車両)
図1は、実施形態の走行制御装置を備えたプラグインハイブリッド車(以下、車両1と称する)の概略構成図である。車両1は、エンジン2の出力によって前輪3a、3bを駆動して走行可能であるとともに、前輪3a、3bを駆動する電動のフロントモータ(走行用電気モータ)4および後輪3c、3dを駆動する電動のリヤモータ(走行用電気モータ)6を備えた4輪駆動車である。以下の説明では、特に区別の必要がない場合、前輪3a、3bおよび後輪3c、3dを「車輪3」と称する。
(エンジン)
エンジン2は、フロントトランスアクスル7を介して前輪3a、3bの駆動軸8を駆動可能であるとともに、フロントトランスアクスル7を介してモータジェネレータ9を駆動して発電させることが可能となっている。また、エンジン2と前輪3a、3bとは、フロントトランスアクスル7内に配置されたクラッチ16を介して接続されている。なお、車両1には、エンジン2に燃料を供給する燃料を貯留する図示しない燃料タンクが備えられている。
(モータ)
フロントモータ4は、フロントモータコントロールユニット(サブコントロールユニット)10を介して、車両1に搭載された駆動用バッテリ11およびモータジェネレータ9から高電圧の電力を供給されて駆動し、フロントトランスアクスル7を介して前輪3a、3bの駆動軸8を駆動する。リヤモータ6は、リヤモータコントロールユニット(サブコントロールユニット)12を介して駆動用バッテリ11から高電圧の電力を供給されて駆動し、リヤトランスアクスル13を介して後輪3c、3dの駆動軸14を駆動する。モータジェネレータ9によって発電された電力は、フロントモータコントロールユニット10を介して駆動用バッテリ11を充電可能であるとともに、フロントモータ4およびリヤモータ6に電力を供給可能である。
(駆動用バッテリ)
駆動用バッテリ11は、リチウムイオン電池などの二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有している。また、駆動用バッテリ11には、駆動用バッテリ11の充電率SOCを検出する充電率検出部11aを備えている。また、車両1には、駆動用バッテリ11を外部電源によって充電可能な充電器18が備えられている。
(モータコントロールユニット)
フロントモータコントロールユニット10は、車両1に搭載されたメインコントロールユニット20からの制御信号に基づき、フロントモータ4による制駆動力、すなわち、フロントモータ4の駆動トルクまたは回生制動トルクを制御するとともに、モータジェネレータ9の発電量および出力を制御する。リヤモータコントロールユニット12は、メインコントロールユニット20からの制御信号に基づき、リヤモータ6による制駆動力、すなわち、リヤモータ6の駆動トルクまたは回生制動トルクを制御する。
(エンジンコントロールユニット)
エンジンコントロールユニット22は、エンジン2の制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAMなど)、中央演算処理装置(CPU)およびタイマなどを含んで構成される。エンジンコントロールユニット22は、メインコントロールユニット20からの制御信号(要求出力)に基づき、エンジン2における燃料噴射量および燃料噴射時期、吸気量などを制御して、エンジン2の駆動制御を行う。
(メインコントロールユニット)
メインコントロールユニット20は、車両1の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAMなど)、中央演算処理装置(CPU)およびタイマなどを含んで構成される。メインコントロールユニット20の入力側には、フロントモータコントロールユニット10、リヤモータコントロールユニット12、エンジンコントロールユニット22が接続されており、これらの機器からの検出および作動情報が入力される。一方、メインコントロールユニット20の出力側には、フロントモータコントロールユニット10、リヤモータコントロールユニット12、エンジンコントロールユニット22、フロントトランスアクスル7のクラッチ16が接続されている。
メインコントロールユニット20は、車両1のアクセル操作情報度などの各種検出量および各種作動情報に基づいて、車両1の走行駆動に必要とする車両要求出力を演算し、エンジンコントロールユニット22、フロントモータコントロールユニット10、リヤモータコントロールユニット12に制御信号を送信する。メインコントロールユニット20は、走行モード(EVモード、シリーズモード、パラレルモード)の切り換え、エンジン2とフロントモータ4とリヤモータ6の出力、モータジェネレータ9の発電電力および出力、フロントトランスアクスル7におけるクラッチ16の断接などを制御する。
EVモードでは、エンジン2を停止し、駆動用バッテリ11から供給される電力によりフロントモータ4やリヤモータ6を駆動して走行させる。シリーズモードでは、フロントトランスアクスル7のクラッチ16を切断し、エンジン2によりモータジェネレータ9を作動する。そして、モータジェネレータ9により発電された電力および駆動用バッテリ11から供給される電力によりフロントモータ4やリヤモータ6を駆動して走行させる。また、シリーズモードでは、エンジン2の回転速度を効率のよい値に設定し、余剰出力によって発電した電力を駆動用バッテリ11に供給して駆動用バッテリ11を充電する。パラレルモードでは、フロントトランスアクスル7のクラッチ16を接続し、エンジン2からフロントトランスアクスル7を介して機械的に動力を伝達して前輪3a、3bを駆動させる。また、エンジン2によりモータジェネレータ9を作動させて発電した電力および駆動用バッテリ11から供給される電力によってフロントモータ4やリヤモータ6を駆動して走行させる。
メインコントロールユニット20は、例えば、高速領域のように、エンジン2の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、駆動用バッテリ11の充電率SOC(充電量)に基づいてEVモードとシリーズモードとの間で切換える。
(ブレーキ装置)
また、車両1の各車輪3には、制動トルクを付与するブレーキ装置30a、30b、30c、30dが備えられている。前輪のブレーキ装置30a、30bはフロントブレーキコントロールユニット(サブコントロールユニット)31によって制御され、後輪のブレーキ装置30c、30dはリヤブレーキコントロールユニット(サブコントロールユニット)32によって制御され、車輪3ごとに制動トルクを独立して制御可能に構成されている。
(ブレーキコントロールユニット)
フロントブレーキコントロールユニット31およびリヤブレーキコントロールユニット32は、メインコントロールユニット20と相互に通信可能に接続されている。なお、フロントブレーキコントロールユニット31は、フロントモータコントロールユニット10を介してメインコントロールユニット20と相互に通信可能に接続されてもよく、リヤブレーキコントロールユニット32は、リヤモータコントロールユニット12を介してメインコントロールユニット20と相互に通信可能に接続されてもよい。フロントブレーキコントロールユニット31およびリヤブレーキコントロールユニット32は、図示しないブレーキペダルセンサからのブレーキペダルの操作信号などに基づいて、各ブレーキ装置30a、30b、30c、30dを作動制御する。
フロントモータコントロールユニット10、リヤモータコントロールユニット12、フロントブレーキコントロールユニット31、リヤブレーキコントロールユニット32は、いずれも入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAMなど)、中央演算処理装置(CPU)およびタイマなどを含んで構成される。これらのコントロールユニットは、メインコントロールユニット20よりも処理速度の速いものを使用している。
(走行制御装置)
図2は、実施形態の走行制御装置50の概略構成を示すブロック図である。走行制御装置50は、メインコントロールユニット20、モータコントロールユニット(フロントモータコントロールユニット10、リヤモータコントロールユニット12)、ブレーキコントロールユニット(フロントブレーキコントロールユニット31、リヤブレーキコントロールユニット32)を含んで構成される。なお、図2では、モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットを1つずつ記載しているが、本実施形態の車両1では、前輪3a、3b用および後輪3c、3d用として2組備えられている。
まず、メインコントロールユニット20の構成について具体的に説明する。メインコントロールユニット20は、図2に示すように、実制駆動力演算部51と、要求制駆動力演算部52と、要求ヨーレート演算部53と、目標平均スリップ率演算部54と、目標前後相対スリップ率演算部55と、目標スリップ率演算部56と、車輪並進速度演算部57と、目標車輪速演算部58とを備える。
(制駆動力演算部)
実制駆動力演算部51は、現在のフロントモータ4、リヤモータ6のモータトルクTm、ブレーキ装置30a、30b、30c、30dのブレーキトルクTb、各車輪3の実車輪速Vwおよびフロントモータ4、リヤモータ6の実モータ回転数Vmを入力する。上記モータトルクTm、ブレーキトルクTbは、モータコントロールユニットやブレーキコントロールユニットで演算された指令値である。また、実車輪速Vwおよび実モータ回転数Vmは、図示しないセンサにより、それぞれ検出されてメインコントロールユニット20に入力される。実制駆動力演算部51は、入力した各値に基づいて現在の車両1全体の総制駆動力の推定値である実制駆動力Fを演算する。また、要求制駆動力演算部52は、車両1のアクセル開度α、ブレーキストロークBsを入力し、ドライバーにより車両1全体に要求される総制駆動力である要求制駆動力Fdを演算する。
(要求ヨーレート演算部)
要求ヨーレート演算部53は、操舵角(ハンドル角)δの検出値を入力し、ドライバーから車両1に対して要求される旋回方向の速度である要求ヨーレートYdを演算する。なお、操舵角δは、図示しないセンサにより検出されてメインコントロールユニット20に入力される。
(目標平均スリップ率演算部)
図3は、目標平均スリップ率演算部54の概略構成を示すブロック図である。目標平均スリップ率演算部54は、実制駆動力演算部51で演算された実制駆動力Fと、要求制駆動力演算部52で演算された要求制駆動力Fdとの偏差である制駆動力偏差ΔFを入力する。また、目標平均スリップ率演算部54は、アクセル開度αを入力する。目標平均スリップ率演算部54は、入力した制駆動力偏差ΔFとアクセル開度αとに基づいて、各車輪3の目標平均スリップ率Staを演算する。目標平均スリップ率Staは、車輪3全体の平均スリップ率Sa(図4参照)の目標値である。言い換えると、目標平均スリップ率Staは、車輪3ごとのスリップ率S(図4参照)の目標値である目標スリップ率St(図2の“Stfl”、“Stfr”、“Strl”、“Strr”参照)の平均値である。
具体的には、目標平均スリップ率演算部54は、制駆動力偏差ΔFと目標平均スリップ率Staの第1ベース値(ベース値)b1との関係が予め定められたマップM1を使用し、入力した制駆動力偏差ΔFに応じた第1ベース値b1を設定する。マップM1は、制駆動力偏差ΔFに比例して第1ベース値b1が変化するように定められている。また、目標平均スリップ率演算部54は、アクセル開度αと第1補正係数(補正係数)k1との関係が予め定められたマップM2を使用し、入力したアクセル開度αに応じた第1補正係数k1を設定する。マップM2は、例えば図中の実線に示すように、アクセル開度αが大きいほど第1補正係数k1が大きくなるように定められている。そして、目標平均スリップ率演算部54は、設定した第1ベース値b1に第1補正係数k1を乗算して目標平均スリップ率Staを演算する。目標平均スリップ率演算部54は、演算した目標スリップ率演算部56に出力する。
以上のように設定された目標平均スリップ率Staは、後述する処理で各車輪3の平均スリップ率Saが目標平均スリップ率Staに近づくように用いられる。図4は、実施形態の走行制御装置50でのトルク制御によるアクセル開度、制駆動力、スリップ率の時間変化の様子の一例を示す説明図である。上述したように、目標平均スリップ率Staは、制駆動力偏差ΔFに比例するように、かつ、アクセル開度αが大きくなるほど大きくなるように演算される。その結果、目標平均スリップ率Staを制駆動力偏差ΔFに応じた値となるように、かつ、アクセル開度αすなわち要求制駆動力Fdに適した値となるように設定することができる。つまり、アクセル開度αを目標平均スリップ率Staに反映させることで、目標平均スリップ率Staに対して要求制駆動力Fd分の補償が可能となる。
なお、第1補正係数k1は、車輪(タイヤ)に対する制駆動力(制駆動力摩擦係数)とスリップ率との関係(すなわち、μ‐S特性。例えば図5参照)に基づいて定められればよい。また、μ-S特性が負勾配となる範囲では第1補正係数k1および上記第1ベース値b1に上限値を設けてもよい。それにより、ドライバーがアクセルを踏み込むにつれて、図4中に白抜き矢印で示すように、摩擦余裕がないスリップ輪のスリップ率S(破線参照)と、摩擦余裕があるグリップ輪のスリップ率S(二点鎖線参照)が共に要求制駆動力Fdを補償した目標平均スリップ率Staに収束するように制御することができる。
また、図5は、車輪の制駆動力とスリップ率との関係の一例を示す説明図である。図中に実線または破線で示すように、車輪(タイヤ)に対する制駆動力(制駆動力摩擦係数)とスリップ率との関係(すなわち、μ‐S特性)は、路面状況や摩耗によって変化する。
本実施形態では、上述したように、目標平均スリップ率Staをアクセル開度αの大きさを反映させて演算する。そのため、車輪3のμ‐S特性が変化したとしても、図中の白抜き矢印で示すように、ドライバーのアクセル操作に応じて最大の制駆動力となるスリップ率に近づくように、目標平均スリップ率Staを設定することができる。
ここで、第1補正係数k1は、ドライバーの要求に応じて変更可能な複数のパターンを含むものであってもよい。例えば、図3のマップM2において破線で示すように、実線で示したものに比べて、アクセル開度αの増加量に対する第1補正係数k1の増加量を大きくしたパターンを用意しておく。また、ドライバーが図示しないスイッチといったインターフェースを介して、いずれのパターンの第1補正係数k1を用いるかを選択可能としておく。それにより、ドライバーがアクセルの踏み込み量に応じて車輪3のスリップ率Sをより大きくしたいと望む場合には実線で示した第1補正係数k1を選択し、より小さくしたいと望む場合には破線で示した第1補正係数k1を選択するという対応が可能になる。
すなわち、ドライバーの運転操作技術に応じて、アクセル開度αにより目標平均スリップ率Staが補正される程度を変更することができ、ドライバーにとって扱いやすい車両特性を得ることが可能となる。
(目標前後相対スリップ率演算部)
図6は、目標前後相対スリップ率演算部55の概略構成を示すブロック図である。目標前後相対スリップ率演算部55は、前後相対スリップ率ΔS(図7参照)の目標値である目標前後相対スリップ率ΔStを演算する。
本実施形態における前後相対スリップ率ΔSについて説明する。いま、左側の前輪3aのスリップ率を“Sfl”、右側の前輪3bのスリップ率を“Sfr”、左側の後輪3cのスリップ率を“Srl”、右側の後輪3dのスリップ率を“Srr”とする。この場合、前後相対スリップ率ΔSは、次式(1)で表される。このように、前後相対スリップ率ΔSは、左右の前輪3a、3bのスリップ率と左右の後輪3c、3dのスリップ率との相対値である。本実施形態では、前後相対スリップ率は、後輪3c、3dのスリップ率の合計と前輪3a、3bのスリップ率の合計の偏差を値4で除算したものである。なお、ここでは後輪3c、3dのスリップ率から前輪3a、3bのスリップ率を減算して偏差を算出しているが、前輪3a、3bのスリップ率から後輪3c、3dのスリップ率を減算して偏差を算出してもよい。
ΔS=((Srl+Srr)-(Sfl+Sfr))/4 …(1)
ここで、図7は、車両のヨー角加速度(ヨーレートの微分値)と前後相対スリップ率ΔSとの関係の一例を示す説明図である。図7では、前後相対スリップ率ΔSを平均スリップ率Saで無次元化したベース値“ΔS/Sa”を横軸にとっている。図7に示す関係は、車両挙動解析によって得られた解析結果の一例である。図示するように、平均スリップ率Saが変化したとしても、ベース値が絶対値で値1以下の範囲内であれば、ベース値とヨー角加速度とが比例関係を有する。図7に示す関係は、車輪のμ‐S特性が負勾配の領域でも成立する。このように、上記ベース値に対するヨー角加速度は車両挙動解析により得ることが可能であり、上記ベース値を変化させることでヨー角加速度を制御(ヨーモーメントコントロール)することができる。
そこで、目標前後相対スリップ率演算部55は、図7に例示したヨー角加速度と上記ベース値との関係に基づいて、目標前後相対スリップ率ΔStを演算する。具体的には、目標前後相対スリップ率演算部55は、図6に示すように、目標平均スリップ率演算部54で演算された目標平均スリップ率Staを入力する。また、目標前後相対スリップ率演算部55は、要求ヨーレート演算部53で演算された要求ヨーレートYdと実ヨーレートYとの偏差であるヨーレート偏差ΔYを入力する。なお、実ヨーレートYは、車両1の現在の旋回速度であり、図示しないセンサからメインコントロールユニット20に入力される。
そして、目標前後相対スリップ率演算部55は、入力したヨーレート偏差ΔYと、第2ベース値b2との関係が予め定められたマップM3を使用し、入力したヨーレート偏差ΔYに応じた第2ベース値b2を設定する。第2ベース値b2は、目標前後相対スリップ率ΔStを目標平均スリップ率Staで無次元化した値に相当する。マップM3は、図7に例示した関係に基づいて、ヨーレート偏差ΔYと目標前後相対スリップ率ΔStおよび目標平均スリップ率Sta(すなわち第2ベース値b2)の関係が予め定められたものである。第2ベース値b2に対する車両1のヨー角加速度は、図7に例示したように車両挙動解析により得ることが可能であり、マップM3は、ヨーレート偏差ΔYごとに所望のヨー角加速度を得られるように第2ベース値b2が定められるものである。より詳細には、マップM3は、ヨーレート偏差ΔYが大きくなるほど第2ベース値b2が大きくなり、ヨーレート偏差ΔYが小さくなるほど第2ベース値b2が小さくなるように定められる。また、マップM3では、第2ベース値b2の上下限値が絶対値で値1に定められる。目標前後相対スリップ率演算部55は、マップM3から設定した第2ベース値b2に目標平均スリップ率Staを乗算して、目標前後相対スリップ率ΔStを演算する。目標前後相対スリップ率演算部55は、演算した目標スリップ率演算部56に出力する。
以上のように、図7に例示したヨー角加速度と前後相対スリップ率ΔSとの関係に基づいて、ヨーレート偏差ΔYに応じた目標前後相対スリップ率ΔStを演算することで、ヨーレート偏差ΔYの影響を目標前後相対スリップ率ΔStに適切に反映することができる。ひいては、後述する各車輪3の目標スリップ率Stにヨーレート偏差ΔYの影響を適切に反映することができる。その結果、ヨーモーメントコントロールを操作に対して追従性高く行うことができる。また、ヨーモーメントコントロールの特性をドライバーの操作に応じて徐々に変化させることができ、ドライバーが車両1をより扱いやすくなる。なお、目標前後相対スリップ率ΔStは、マップを使用するものに限らず、ヨーレート偏差ΔYと目標前後相対スリップ率ΔStおよび目標平均スリップ率Sta(つまり第2ベース値b2)の関係を予め規定した演算式を用いて演算されてもよい。
(目標スリップ率演算部)
図2の説明に戻る。目標スリップ率演算部56は、目標平均スリップ率演算部54で演算された目標平均スリップ率Staと、目標前後相対スリップ率演算部55で演算された目標前後相対スリップ率ΔStとを入力する。そして、目標スリップ率演算部56は、入力した目標平均スリップ率Staと目標前後相対スリップ率ΔStとを用いて、次式(2)、(3)にしたがって車輪3ごとの目標スリップ率Stを演算する。ここで、式(2)中の“Stfl”は、左側の前輪3aの目標スリップ率であり、“Stfr”は、右側の前輪3bの目標スリップ率である。また、式(3)中の“Strl”は、左側の後輪3cの目標スリップ率であり、“Strr”は、右側の後輪3dの目標スリップ率である。このように、本実施形態では、左右の前輪3a、3bの目標スリップ率Stを同じ値に設定すると共に、左右の後輪3c、3dの目標スリップ率Stを同じ値に設定する。それにより、上記式(1)の関係から、目標平均スリップ率Staに目標前後相対スリップ率ΔStを加算または減算すれば、各車輪3の目標スリップ率St(Stfl、Stfr、Strl、Strr)を演算することができる。目標スリップ率演算部56は、演算した各車輪3の目標スリップ率Stを目標車輪速演算部58に出力する。
Stfl=Stfr=Sta-ΔSt …(2)
Strl=Strr=Sta+ΔSt …(3)
(車輪並進速度演算部)
車輪並進速度演算部57は、車速Vs、操舵角δおよび重心スリップ角βを入力し、入力した車速Vs、操舵角δ、および重心スリップ角βと、後述する式(4)から式(8)に示す車両諸元とに基づいて、車輪並進速度Vを演算する。車輪並進速度Vは、各車輪3の車両の進行方向、すなわち、各車輪3が並進する方向における速度であり、各車輪3の内外輪差を考慮して演算される。なお、車速Vsは、図示しないセンサからメインコントロールユニット20に入力される。また、重心スリップ角βは、車両1の重心O1(図8参照)におけるスリップ角であり、車速Vs、車両1の重心O1における加速度、操舵角δや車両諸元などに基づいて推定することができる。
ここで、図8は、車両1が旋回している状態を模式的に示す説明図である。図示するように、車両1が旋回中心O2を中心として旋回している状態を想定する。なお、図8では、車両1が横滑りをしている状態を例示している。図示するように車両1が旋回しているとき、車両1の重心O1における旋回半径Rは、次式(4)にしたがって演算することができる。“A”は、車両1の重心O1における加速度であり、図示しないセンサで検出された値を用いることができる。また、“L”は、車両前後方向における前輪3a、3bの駆動軸8と後輪3c、3dの駆動軸14との間の距離(ホイールベース)である。
R=(1+AV2)・L/δ …(4)
また、前輪3aの旋回半径Rfl、前輪3bの旋回半径Rfr、後輪3cの旋回半径Rfl、後輪3dの旋回半径Rrrは、次の式(5)から式(8)にしたがって演算することができる。“Lf”は、車両前後方向における前輪3a、3bの駆動軸8と重心O1との間の距離であり、“Lr”は、車両前後方向における後輪3c、3dの駆動軸14と重心O1との間の距離であり、“d”は、左右方向における車輪3間の距離(トレッド)である。なお、図8では、前輪3aの旋回半径Rflおよび後輪3cの旋回半径Rrlのみを例示して記載している。
そして、各車輪3の車輪並進速度Vは、次式(9)にしたがって演算することができる。“x”および“y”を“f”または“r”と置き換えることで、左側の前輪3aの車輪並進速度Vfl、右側の前輪3bの車輪並進速度Vfr、左側の後輪3cの車輪並進速度Vrl、右側の後輪3dの車輪並進速度Vrrとなる。なお、図8では、前輪3aの車輪並進速度Vflのみを例示している。車輪並進速度演算部57は、以上のように各車輪3の車輪並進速度V(Vfl、Vfr、Vrl、Vrr。図2参照)を演算し、目標車輪速演算部58に出力する。
Vxy=Rxy/R・Vs …(9)
(目標車輪速演算部)
目標車輪速演算部58は、目標スリップ率演算部56で演算された各車輪3の目標スリップ率Stと、車輪並進速度演算部57で演算された各車輪3の車輪並進速度Vとを入力し、各車輪3の目標車輪速Vtを演算する。具体的には、目標車輪速演算部58は、スリップ率と車輪速との関係から、次式(10)にしたがって、各車輪3の目標車輪速Vtを演算する。式(10)中の“x”および“y”を“f”または“r”と置き換えることで、左側の前輪3aの目標車輪速Vtfl、右側の前輪3bの目標車輪速Vtfr、左側の後輪3cの目標車輪速Vtrl、右側の後輪3dの目標車輪速Vtrrとなる。目標車輪速演算部58は、演算した各車輪3の目標車輪速Vt(Vtfl、Vtfr、Vtrl、Vtrr。図2参照)をモータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットに出力する。
Vtxy=(1+Stxy)・Vxy …(10)
以上のように演算された目標車輪速Vtを入力したモータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットは、各車輪3の実車輪速Vwが目標車輪速Vtに近づくように各車輪3に対する制御トルクを演算するフィードバック制御を実行する。それにより、設定された制御トルクが各車輪3に付与されるように、フロントモータ4、リヤモータ6、ブレーキ装置30a、30b、30c、30dなどが制御される。これにより、各車輪3のトラクションコントロールを行うことができる。
このように、本実施形態の走行制御装置50は、メインコントロールユニット20で各車輪3の車輪並進速度Vを演算し、さらに、目標車輪速Vtを演算する。これにより、車輪3の内外輪差を考慮した車輪並進速度Vを用いて精度良く目標車輪速Vtを演算することができる。また、モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットで車輪速のフィードバック制御を実行する。また、メインコントロールユニット20で車輪並進速度Vおよび目標車輪速Vtの双方を演算し、目標車輪速Vtを入力したモータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットが車輪速によるフィードバック制御を実行する。これにより、モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットが車輪並進速度Vの情報を有する必要がない。
次に、モータコントロールユニット10、12およびブレーキコントロールユニット31、32について説明する。図9は、モータコントロールユニット10、12およびブレーキコントロールユニット31、32の概略構成を示す説明図である。例えば路面摩擦係数が低いシチュエーションなどでは、車輪3が空転するスリップや、車輪3が回転しないロックが発生する可能性がある。このようなスリップやロックを抑制するため、モータコントロールユニット10、12およびブレーキコントロールユニット31、32は、PID制御部61と、初期トルク低減制御部62とを含むトルク制御部60を備えている。
(PID制御部)
PID制御部61は、上記目標車輪速Vt(Vtfl、Vtfr、Vtrl、Vtrr)と実車輪速Vwとに基づいて各車輪3が目標車輪速Vtで回転するようにフィードバック制御を実行する。具体的には、PID制御部61は、目標車輪速Vtと実車輪速Vwとの偏差を入力し、比例項算出部61pで上記偏差に対する比例項を算出し、微分項算出部61dで上記偏差に対する微分項を算出し、積分項算出部61iで上記偏差に対する積分項を算出する。なお、積分項算出部61iでは、上記偏差に加えて後述する第2補正トルクΔT2を考慮した値に対する積分項が算出される。PID制御部61は、算出した比例項、積分項および微分項を加算して、第1補正トルクΔT1を演算する。第1補正トルクΔT1は、各車輪3の回転数が目標車輪速Vtに近づくように、ドライバーからの車両1に対する要求トルクTdを補正するための補正量として算出される。
(初期トルク低減制御部)
初期トルク低減制御部62は、車輪3のスリップやロックを抑制するための第2補正トルク(トルク低減量)ΔT2を演算する。具体的には、初期トルク低減制御部62は、ドライバーからの車両1に対する要求加速度を入力し、入力した要求加速度を車両1の等価慣性質量および各車輪3の車輪径で除算して、各車輪3に対する要求加速度Gwdを演算する。また、初期トルク低減制御部62は、各車輪3の実車輪速Vwを入力し、入力した実車輪速Vwを微分して各車輪3の実加速度Gwを演算する。
初期トルク低減制御部62は、実加速度Gwから演算した要求加速度Gwdを減算した偏差ΔGwを演算する。さらに、初期トルク低減制御部62は、偏差ΔGwに所定のトルク変換係数Kmvを乗じて、第3ベース値b3を演算し、後述する第2補正係数k2を乗算した値を第2補正トルクΔT2として演算する。したがって、第2補正トルクΔT2は、後述する第2補正係数k2を考慮しなければ、実加速度が要求加速度に対して大きく偏差ΔGwが大きいほど、絶対値が大きな値に設定される。
トルク制御部60は、第2補正トルクΔT2をPID制御部61で演算された第1補正トルクΔT1、すなわち、PID制御の出力値から減算し、さらに位相進み制御部63でPID制御に対する所定の位相進み補償を施した上で最終補正トルクΔTを演算する。トルク制御部60は、ドライバーからの要求トルクTdに演算した最終補正トルクΔTを加えて車輪3に対する制御トルクを算出する。それにより、最終補正トルクΔTの値を低減させることができる。その結果、車輪3に駆動側のトルクが付与されている状態で、実加速度が要求加速度に対して大きく車輪3のスリップが生じている可能性が高いシチュエーションにおいて、スリップを抑制する傾向に駆動側のトルクが低減され、車輪3のスリップを速やかに抑制することができる。また、車輪3に制動側のトルクが付与されている状態で、実加速度が要求加速度に対して小さく車輪3がロックされている可能性が高いシチュエーションにおいては、車輪3のロックを抑制する傾向に制動側のトルクが低減され、車輪3のロックを速やかに抑制することができる。
また、本実施形態において、初期トルク低減制御部62で演算された第2補正トルクΔT2は、図示するように、PID制御部61の積分項算出部61iにおいても用いられる。PID制御部61では、目標車輪速Vtと実車輪速Vwとの偏差に対して、図示しない変換係数が乗じられた第2補正トルクΔT2が加えられた値が積分項算出部61iに入力され、当該値について積分項を算出する。これにより、PID制御部61では、第2補正トルクΔT2に基づく値を加えた分だけI制御が促進されることになる。すなわち、第2補正トルクΔT2が大きいほどI制御量が大きくなる。その結果、PID制御の定常偏差を抑えて制御精度を高めることができる。
さらに、積分項算出部61iで算出された積分項は、初期トルク低減制御部62へと出力される。初期トルク低減制御部62では、入力した積分項すなわちI制御量に応じて設定される第2補正係数k2が設定される。具体的には、初期トルク低減制御部62は、I制御量と第2補正トルクΔT2の第2補正係数k2との関係が予め定められたマップM4を使用し、入力したI制御量に応じた第2補正係数k2を設定する。マップM4は、I制御量が大きいほど第2補正係数k2が小さくなり、I制御量が所定値以上となると第2補正係数k2が値0となるように予め設定されている。その結果、第3ベース値b3に第2補正係数k2を乗算して算出される第2補正トルクΔT2は、I制御量が大きくなるほど小さくなり、十分にI制御が促進されると値0となる。これにより、PID制御の出力値の整定がなされるにつれて第2補正トルクΔT2による補正の寄与度を小さくし、車輪3のスリップやロックが十分に抑制された後には第2補正トルクΔT2を最終補正トルクΔTに反映させないようにして、最終補正トルクΔTの値を安定化させることができる。
(実施形態の効果)
以上説明したように、実施形態の走行制御装置50は、フロントモータ(走行用電気モータ)4およびリヤモータ(走行用電気モータ)6を備えた車両1の走行制御装置50であって、車両1の要求制駆動力Fdに基づいて、前後左右の各車輪3の目標スリップ率Stの平均値である目標平均スリップ率Staを演算する目標平均スリップ率演算部54と、車両1に対する要求ヨーレートYdと車両1の実ヨーレートYとの偏差であるヨーレート偏差ΔYに基づいて、前後の車輪3のスリップ率の相対値である前後相対スリップ率ΔSの目標値としての目標前後相対スリップ率ΔStを演算する目標前後相対スリップ率演算部55と、目標平均スリップ率Staと目標前後相対スリップ率ΔStとに基づいて、各車輪3の目標スリップ率Stを演算する目標スリップ率演算部56と、目標スリップ率Stに基づいて各車輪3に付与するトルクを制御するトルク制御部60とを備える。
この構成により、ドライバーの要求に応じた制駆動力を得つつ、ヨーモーメントコントロールを操作に対して追従性高く行い、ヨーモーメントコントロールの特性を操作に応じて徐々に変化させることができる。したがって、操作追従性およびドライバーによる車両1の扱いやすさを向上させたトラクションコントロールを実現可能となる。
また、目標前後相対スリップ率演算部55は、予め定められたヨーレート偏差ΔYと目標平均スリップ率Staと目標前後相対スリップ率ΔStとの関係から、ヨーレート偏差ΔYと目標平均スリップ率Staとに応じた目標前後相対スリップ率ΔStを演算する。
この構成により、ドライバーからのヨーレート偏差ΔYに応じて目標前後相対スリップ率ΔStを適切に演算することができる。
また、目標平均スリップ率演算部54は、要求制駆動力Fdと実制駆動力Fとの偏差である制駆動力偏差ΔFに基づいて演算される第1ベース値(ベース値)b1に、アクセル開度αに応じて設定される第1補正係数(補正係数)k1を乗算して目標平均スリップ率Staを演算する。この構成により、要求制駆動力Fdと実制駆動力Fとの偏差である制駆動力偏差ΔFに加えて、ドライバーのアクセル操作に応じた車両1全体の要求制駆動力Fdに適した各車輪3の目標スリップ率Stを得ることができる。また、車輪3のμ‐S特性が変化したとしても、ドライバーのアクセル操作で最大の制駆動力となるスリップ率Sに近づくように、目標平均スリップ率Staを設定することができる。
また、第1補正係数k1は、ドライバーの要求に応じて変更可能な複数のパターンを含むものであってもよい。この構成により、ドライバーの運転操作技術に応じて、アクセル開度αにより目標平均スリップ率Staが補正される程度を変更することができ、ドライバーにとって扱いやすい車両特性を得ることが可能となる。
また、車両1の操舵角δ、車速Vs、重心スリップ角βおよび車両諸元に基づいて、各車輪3の車両進行方向における車輪並進速度V(Vfl、Vfr、Vrl、Vrr)を演算する車輪並進速度演算部57と、車輪並進速度と目標スリップ率Stとに基づいて各車輪3の目標車輪速Vt(Vtfl、Vtfr、Vtrl、Vtrr)を演算する目標車輪速演算部58とを備え、トルク制御部60は、車輪速が目標車輪速Vtに近づくようにトルクをフィードバック制御により制御する。この構成により、各車輪3の内外輪差を考慮した車輪並進速度Vを用いて各車輪3の目標車輪速Vtを精度良く演算することができ、各車輪3に付与されるトルクを精度良く制御することが可能となる。したがって、トラクションコントロールの高精度化を図り、操作追従性を向上させることができる。
また、車輪並進速度演算部57および目標車輪速演算部58は、メインコントロールユニット20に含まれ、トルク制御部60は、メインコントロールユニット20とは別のモータコントロールユニット(フロントモータコントロールユニット10およびリヤモータコントロールユニット12、サブコントロールユニット)に含まれる。この構成により、モータコントロールユニットが車輪並進速度Vの情報を有さなくとも、各車輪3に対する制御トルクを演算することができる。
(変形例)
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、目標車輪速演算部58で演算された目標車輪速Vtで各車輪3に付与されるトルクをフィードバック制御により制御するものとした。ただし、各車輪のスリップ率Sが目標スリップ率Stに近づくように、各車輪3に付与されるトルクをフィードバック制御により制御するものとしてもよい。
また、本実施形態の走行制御装置50は、モータコントロールユニットとして、フロントモータコントロールユニット10およびリヤモータコントロールユニット12を備え、ブレーキコントロールユニットとして、フロントブレーキコントロールユニット31およびリヤブレーキコントロールユニット32を備えているが、いずれもモータやブレーキ装置毎に備えてもよいし、車両に1個ずつ備えていてもよい。
また、上記実施形態の車両1は、エンジン2を搭載し、外部充電および外部給電が可能なプラグインハイブリッド車(PHEV)であるが、ハイブリッド車(HEV)や電動車両(EV)においても本発明を適用可能である。4輪を独立して駆動あるいは制動を電動で制御可能な車両に本発明を適用することが可能である。
1 車両
2 エンジン
3 車輪
4 フロントモータ(走行用電気モータ)
6 リヤモータ(走行用電気モータ)
10 フロントモータコントロールユニット(サブコントロールユニット)
12 リヤモータコントロールユニット(サブコントロールユニット)
20 メインコントロールユニット
31 フロントブレーキコントロールユニット(サブコントロールユニット)
32 リヤブレーキコントロールユニット(サブコントロールユニット)
50 走行制御装置
54 目標平均スリップ率演算部
55 目標前後相対スリップ率演算部
56 目標スリップ率演算部
57 車輪並進速度演算部
58 目標車輪速演算部
60 トルク制御部
b1 第1ベース値(ベース値)
F 実制駆動力
Fd 要求制駆動力
k1 第1補正係数(補正係数)
M1、M2、M3、M4 マップ
S スリップ率
Sa 平均スリップ率
St 目標スリップ率
Sta 目標平均スリップ率
V、Vfl、Vfr、Vrl、Vrr 車輪並進速度
Vs 車速
Vt、Vtfl、Vtfr、Vtrl、Vtrr 目標車輪速
Y 実ヨーレート
Yd 要求ヨーレート
α アクセル開度
β 重心スリップ角
δ 操舵角(ハンドル角)
ΔF 制駆動力偏差
ΔS 前後相対スリップ率
ΔSt 目標前後相対スリップ率
ΔY ヨーレート偏差

Claims (6)

  1. 走行用電気モータを備えた車両の走行制御装置であって、
    車両の要求制駆動力に基づいて、前後左右の各車輪の目標スリップ率の平均値である目標平均スリップ率を演算する目標平均スリップ率演算部と、
    前記車両に対する要求ヨーレートと前記車両の実ヨーレートとの偏差であるヨーレート偏差に基づいて、前後の前記車輪のスリップ率の相対値である前後相対スリップ率の目標値としての目標前後相対スリップ率を演算する目標前後相対スリップ率演算部と、
    前記目標平均スリップ率と前記目標前後相対スリップ率とに基づいて、前記各車輪の前記目標スリップ率を演算する目標スリップ率演算部と、
    前記目標スリップ率に基づいて前記各車輪に付与するトルクを制御するトルク制御部と
    を備えた車両の走行制御装置。
  2. 前記目標前後相対スリップ率演算部は、予め定められた前記ヨーレート偏差と前記目標平均スリップ率と前記目標前後相対スリップ率との関係から、前記ヨーレート偏差と前記目標平均スリップ率とに応じた前記目標前後相対スリップ率を演算する請求項1に記載の車両の走行制御装置。
  3. 前記目標平均スリップ率演算部は、前記要求制駆動力と前記車両の実制駆動力との偏差に基づいて演算されるベース値に、アクセル開度に応じて設定される補正係数を乗算して前記目標平均スリップ率を演算する請求項1に記載の車両の走行制御装置。
  4. 前記補正係数は、ドライバーの要求に応じて変更可能な複数のパターンを含む請求項3に記載の車両の走行制御装置。
  5. 操舵角、車速、重心スリップ角および車両諸元に基づいて、前記各車輪の車両進行方向における車輪並進速度を演算する車輪並進速度演算部と、
    前記車輪並進速度と前記目標スリップ率とに基づいて前記各車輪の目標車輪速を演算する目標車輪速演算部と
    を備え、
    前記トルク制御部は、車輪速が前記目標車輪速に近づくように前記トルクをフィードバック制御により制御する
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の車両の走行制御装置。
  6. 前記車輪並進速度演算部および前記目標車輪速演算部は、メインコントロールユニットに含まれ、前記トルク制御部は、前記メインコントロールユニットとは別のサブコントロールユニットに含まれる請求項5に記載の車両の走行制御装置。
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