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JP2007252153A - 自動車の制御装置及び自動車 - Google Patents

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JP2007252153A JP2006075873A JP2006075873A JP2007252153A JP 2007252153 A JP2007252153 A JP 2007252153A JP 2006075873 A JP2006075873 A JP 2006075873A JP 2006075873 A JP2006075873 A JP 2006075873A JP 2007252153 A JP2007252153 A JP 2007252153A
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進也 井村
Norikazu Matsuzaki
則和 松▲崎▼
Kohei Ito
恒平 伊藤
Shin Fujiwara
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Abstract

【課題】後輪に動力を与えるモータを備えた自動車において、車両が旋回する時に、後輪が横滑りしない範囲で十分な駆動力や制動力を得ることができる自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】車両旋回量と前輪トルクから後輪が横滑りしない範囲の後輪制駆動力を計算し、モータトルクを連続的に制御する。具体的には、車両旋回量が大きいほど、モータトルクの絶対値を小さくし、前輪トルクの絶対値が大きいほど、モータトルクの絶対値を大きくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、後輪に動力を与えるモータを備えた自動車の制御装置に関し、特に、車両が旋回する時のモータトルクの制御方法に関する。
車両が旋回する時の後輪制動力の制御方法としては、例えば、特許文献１に開示されている方法がある。この方法では、車両横加速度があらかじめ設定したしきい値を超えた時に、ブレーキ配管のバイパス通路を遮断して、後輪制動力を小さくすることで、後輪が横滑りする危険性を低減している。
特開平７−２１５１８８号公報
しかし、上記特許文献１に開示されている方法のように、ブレーキ配管のバイパス通路を遮断するかどうかというオンオフ制御であると、後輪が横滑りする限界の近傍まで制動力を制御することが難しい。
本発明の目的は、車両が旋回する時に、後輪が横滑りしない範囲で十分な制動力を、さらには駆動力を得ることができるようにすることにある。
上記目的を達成するために、本発明の自動車の制御装置は、後輪に動力を与えるモータを備えた自動車の制御装置において、車両旋回時に、前記モータのトルクが操舵角の変化に対して連続的に変化するように前記モータを制御するものである。
また上記目的を達成するために、本発明の自動車は、前輪がエンジンによって駆動され、後輪がモータによって駆動される自動車において、前輪の駆動トルクを検出する前輪駆動トルク検出手段と、アクセルペダルの踏み込みの有無を検出するアクセルペダルセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、前記モータのトルクを検出するモータトルク検出手段と、前輪トルクが一定の時に操舵角が大きくなるにつれてモータトルクの絶対値が連続的に小さくなるように前記モータを制御する制御装置を備えたものである。
本発明によれば、車両が旋回する時に、モータトルクを連続的に制御することで、後輪が横滑りしない範囲で十分な制動力や駆動力を得ることができる。
本発明に係る自動車の制御装置は、車両が旋回する時にモータトルクを連続的に制御するモータ制御手段を備える。このとき、車両旋回量が大きいほど、モータトルクの絶対値を小さくするモータ制御手段を備えるとよい。また、前輪トルクの絶対値が大きいほど、モータトルクの絶対値を大きくするモータ制御手段を備えるとよい。また、後輪荷重が小さいほど、モータトルクの絶対値を小さくするモータ制御手段を備えるとよい。また、車両横加速度から、車両旋回量を計算する車両旋回量計算手段を備えるとよい。また、操舵角と車両速度から、車両旋回量を計算する車両旋回量計算手段を備えるとよい。また、ヨー角速度と車両速度から、車両旋回量を計算する車両旋回量計算手段を備えるとよい。また、車輪の回転数から、車両旋回量を計算する車両旋回量計算手段を備えるとよい。また、エンジンと、エンジンに取り付けられた発電機と、変速機の状態から、前輪トルクを計算する前輪トルク計算手段を備えるとよい。また、ブレーキの状態から、前輪トルクを計算する前輪トルク計算手段を備えるとよい。また、車両前後加速度と路面傾斜から、後輪荷重を計算する後輪荷重計算手段を備えるとよい。また、車両前後加速度と前輪トルクとモータトルクから、後輪荷重を計算する後輪荷重計算手段を備えるとよい。
本発明に係る自動車は、前輪がエンジンによって駆動され、後輪がモータによって駆動される自動車において、前輪の駆動トルクを検出する前輪駆動トルク検出手段と、アクセルペダルの踏み込みの有無を検出するアクセルペダルセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、前記モータのトルクを検出するモータトルク検出手段と、前輪トルクが一定の時に操舵角が大きくなるにつれてモータトルクの絶対値が連続的に小さくなるように前記モータを制御する制御装置を備える。
以下、実施例を具体的に説明する。
図１に、本発明を適用した自動車の構成例を示す。
エンジン１が発生した動力は、変速機２および発電機３に伝えられる。変速機２に伝えられた動力は、左右に分配されて前輪４ａ，４ｂに伝えられる。発電機３は、エンジン１から伝えられた動力を用いて発電を行い、電力線５を介して、エネルギストレージ６やモータ７に電力を供給する。
エネルギストレージ６は、バッテリやキャパシタなどエネルギを貯蔵する手段と、スイッチとこのスイッチを制御するコントローラとで構成され電力の受け入れと放出を制御する手段によって構成される。貯蔵した電力は、モータ７を駆動するために使用しても良いし、自動車に備えられている他の電気機器（スタータやブロワなど）に使用しても良い。
モータ７は、モータ制御器１１の指令に従って、力行もしくは回生する。モータ７が力行する時は、発電機３やエネルギストレージ６から供給された電力を使う。モータ７が回生する時は、エネルギストレージ６に電力を供給する。
モータ７が力行もしくは回生して発生したトルクは、リアディファレンシャル８を介して左右に分配され、後輪４ｃ，４ｄに伝えられる。
図２に、モータ制御器１１で行う制御の一例を示す。
まず、ブロック２１で、アクセルペダルとブレーキペダルの状態を判定する。アクセルペダルの状態の判定はその踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサの出力に基づいて行い、ブレーキペダルの状態の判定はブレーキペダルが踏まれた場合にＯＮ信号を出力し、踏まれていない場合にＯＦＦ信号を出力するブレーキペダルセンサの出力に基づいて判定すればよい。尚、アクセルペダルセンサは踏み込み量を検出することにより、踏み込みの有無を検出できる。
アクセルペダルが踏まれており、かつ、ブレーキペダルが踏まれていない時は、ブロック２２でモータ７を力行させる。ただし、前輪と後輪の回転数差がほとんどない場合は、前輪だけでも十分走行できると思われるので、モータ７を力行させなくても良い。前輪と後輪の回転数差は各輪に設けられた回転速度センサを用いて検出できる。
アクセルペダルが踏まれておらずエンジンブレーキがかかっている時、または、ブレーキペダルが踏まれている時は、ブロック２３でモータ７を回生させる。ただし、エネルギストレージ６に貯蔵されているエネルギが大きく、これ以上貯蔵できない場合は、モータ７の回生は行わず、その分の後輪トルクをブレーキにより発生させても良い。
図３に、モータ７を力行もしくは回生させる時の、モータ７の目標トルクの決定方法の一例を示す。なお、ブロック３１の計算は前輪トルク計算手段９で、ブロック３２の計算は車両旋回量計算手段１０で、ブロック３３と３４の計算はモータ制御器１１で行う。また、以下では、トルクや制駆動力は、車両を駆動させる方向を正、車両を制動させる方向を負で表す。
ブロック３１では、前輪の左右合計のトルクＴｆを計算する。前輪トルクＴｆは、エンジントルクＴｅ，発電機トルクＴｇ，発電機プーリ比Ｒｇ，変速機ギア比Ｒｔ，ブレーキトルクＴｂ（左右の合計）から、以下の式で計算する。
Ｔｆ＝（Ｔｅ＋Ｔｇ×Ｒｇ）×Ｒｔ＋Ｔｂ
エンジントルクＴｅは、アクセル開度とエンジン回転数から、あらかじめ設定したエンジントルクマップを用いて求める。エンジントルクＴｅは、アクセルが踏まれている時は正の値になる場合が多く、アクセルペダルが踏まれていない時は負の値になる場合が多い。アクセルペダルが踏まれていない時は、エンジン回転数が高いほど、エンジンフリクショントルクが大きくなり、エンジントルクＴｅは小さく（Ｔｅの絶対値は大きく）なる傾向がある。
発電機トルクＴｇは、通常、負の値になる。発電機回転数と発電機発電量から、あらかじめ設定した発電機トルクマップを用いて求める。発電機回転数が低いほど、また、発電機発電量が大きいほど、発電機トルクＴｇが小さく（Ｔｇの絶対値は大きく）なる傾向がある。
変速機ギア比Ｒｔは、現在のギア位置の変速比と最終減速比を乗算した値である。
ブレーキトルクＴｂは、通常、負の値になる。ブレーキペダルの踏み込み量から、あらかじめ設定したブレーキトルクマップを用いて求める。ブレーキペダルの踏み込み量が大きいほど、ブレーキトルクＴｂは小さく（Ｔｂの絶対値は大きく）なる傾向がある。
ブロック３２では、車両旋回量ａｙを計算する。車両旋回量ａｙは、車両横加速度の現在値、もしくは、車両横加速度の予測値とする。車両旋回量ａｙを車両横加速度の予測値とした場合は、モータ７に応答遅れがある場合に、その影響を無くす、もしくは、その影響を減らすことができる。
車両横加速度の現在値は、横加速度センサを用いて測定する。もしくは、車両速度Ｖと旋回半径ｒから、Ｖ×Ｖ／ｒで計算する。旋回半径ｒは、車両速度Ｖと操舵角から、もしくは、車両速度Ｖとヨー角速度から、もしくは、車両速度Ｖと内外輪の回転数差から、あらかじめ設定したマップを用いて求める。このために、車両には、横加速度センサ，操舵角センサ，ヨー角速度センサ等を適宜設けるか、他のセンサの出力から計算によって必要な情報を求めても良い。
車両横加速度の予測値は、車両速度Ｖと旋回半径の予測値ｒ′から、Ｖ×Ｖ／ｒ′で計算する。旋回半径の予測値ｒ′は、車両速度Ｖと操舵角から、あらかじめ設定したマップを用いて求める。操舵してから実際に横加速度が発生するまでは時間があるので、車両横加速度の予測値を求めることができる。
ブロック３３では、後輪の左右合計の制駆動力の目標値Ｆｒを計算する。前輪トルク
Ｔｆが正の時（車両を駆動する時）、目標後輪制駆動力Ｆｒは、前輪トルクＴｆ，旋回量ａｙ，タイヤ半径ｒｔと、あらかじめ設定した定数ｋ１，ｋ２から、以下の式で計算する。
Figure 2007252153
また、前輪トルクＴｆが負の時（車両を制動する時）、目標後輪制駆動力Ｆｒは、前輪トルクＴｆ，旋回量ａｙ，タイヤ半径ｒｔと、あらかじめ設定した定数ｋ３，ｋ４から、以下の式で計算する。
Figure 2007252153
ただし、（数１），（数２）ともに、ルートの中の計算結果が負になる場合は、Ｆｒを０にする。
後輪制駆動力が一定ならば車両旋回量が大きくなるほど後輪が横滑りしやすくなるが、この式を用いれば、車両旋回量が大きくなるほど後輪制駆動力の絶対値が小さくなるので、後輪が横滑りする可能性を低減できる。また、この式を用いれば、前輪トルクの絶対値が小さければ後輪制駆動力の絶対値も小さいので、前輪が横滑りしないようにドライバが運転していれば、後輪も横滑りしにくくなる。
また、ｋ１やｋ３は、定数とせずに、後輪荷重から決定しても良い。後輪荷重が小さいほど後輪制駆動力は小さくする必要があるので、後輪荷重が小さいほどｋ１とｋ３が小さくなるように設定したマップを用いて決定しても良い。
後輪荷重は、後輪のサスペンションの収縮量から求める。もしくは、車両重量ｍ，平坦路静止時に後輪にかかる重量ｍｒ，重力加速度ｇ，車両の重心高さｈ，ホイールベースｌ，車両前後加速度ａｘ，路面傾斜θ（θは登坂路で正）から、ｍｒ×ｇ＋ｍ×ｇ×ｈ／ｌ×(ａｘ＋tanθ) で計算する。路面傾斜θは、傾斜センサを使って測定する。もしくは、車両重量ｍ，重力加速度ｇ，車両前後加速度ａｘ，車両総制駆動力Ｆ（前輪制駆動力Ｆｆと後輪制駆動力Ｆｒの和）から、arcsin｛Ｆ／（ｍ×ｇ）−ａｘ／ｇ｝で計算しても良い。
また、ブロック３３では、（数１），（数２）で計算する代わりに、あらかじめ(数１)，（数２）を基に作成したマップを用いて求めても良い。
ブロック３４では、モータ７の目標トルクＴｍを計算する。モータ７の目標トルクＴｍは、目標後輪制駆動力Ｆｒ，タイヤ半径ｒｔ，リアディファレンシャル８のギア比Ｒｒから、以下の式で計算する。
Ｔｍ＝Ｆｒ×ｒｔ×Ｒｔ
以上により、モータ７の目標トルクＴｍを決定する。モータ制御器１１は、この値を基にモータ７を力行もしくは回生させる。
図４は、本発明を適用した自動車で、アクセルペダルを踏まずに走行した時の、前輪トルクの絶対値，操舵角，モータトルクの絶対値の一例である。前輪トルクが一定の時、操舵角が大きくなるにつれて、モータトルクの絶対値が連続的に小さくなっている。この制御により、後輪が横滑りしない範囲で十分な制動力を得ることができる。このような制御は、後輪が横滑りしやすい状況で大きな制動力が要求される低μの下り坂で、特に効果が大きい。
なお、アクセルペダルを踏んで走行する場合も、前輪トルクが一定の時は、操舵角が大きくなるにつれて、モータトルクが連続的に小さくなり、後輪が横滑りしない範囲で十分な駆動力を得ることができる。
以上のように、車両が旋回する時に、モータトルクを連続的に制御することで、後輪が横滑りしない範囲で十分な駆動力や制動力を得ることができる。十分な駆動力が得られるということは、車両の加速性能および登坂性能の点で利点となる。十分な制動力が得られるということは、安全性およびエネルギ回生の点で利点となる。
図５に、本発明を適用した自動車の他の構成例を示す。
図５の構成は、図１の構成に、エネルギ散逸手段１２と、切り替えスイッチ１３が加えたものである。
エネルギ散逸手段１２は、例えば電気抵抗の大きな回路であり、モータ７によって回生されたエネルギを、熱などに変換して散逸させることができる。
切り替えスイッチ１３は、通常は、電力線５とエネルギストレージ６を繋いでいるが、エネルギストレージ６に貯蔵されているエネルギが大きく、これ以上貯蔵できない時に、モータ７で回生する必要がある時は、電力線５とエネルギ散逸手段１２を繋いで、モータ７で回生されたエネルギを散逸させる。
また、エネルギストレージ６を設けず、エネルギ散逸手段１２のみを設けても良い。
図５の構成であっても、図１の構成と同様に、後輪が横滑りしない範囲で十分な駆動力や制動力を得ることができる。
図６に、本発明を適用した自動車の他の構成例を示す。
図６の構成は、図１の構成から、リアディファレンシャル８を無くして、モータを２つにしたものである。
モータ７ａは減速機８ａを介して後輪４ｃのみにトルクを伝え、モータ７ｂは減速機
８ｂを介して後輪４ｄのみにトルクを伝える。なお、減速機８ａ，８ｂは設けなくても良い。
モータ７ａとモータ７ｂは、それぞれモータ制御器１１によって制御される。モータ
７ａの目標トルクＴｍａ，モータ７ｂの目標トルクＴｍｂは、目標後輪制駆動力Ｆｒ，タイヤ半径ｒｔ，減速機７ａ，７ｂの減速比Ｒｒ′，目標トルク修正値ΔＴｍａ，ΔＴｍｂから、以下の式で計算する。
Ｔｍａ＝（Ｆｒ×ｒｔ／２）×Ｒｒ′＋ΔＴｍａ
Ｔｍｂ＝（Ｆｒ×ｒｔ／２）×Ｒｒ′＋ΔＴｍｂ
目標後輪制駆動力Ｆｒは、実施例１と同じ方法で決定する。
右旋回する時に、前輪が横滑りして十分に旋回できていない時は、ΔＴｍａをΔＴｍｂよりも大きくする。左旋回する時に、前輪が横滑りして十分に旋回できていない時は、
ΔＴｍｂをΔＴｍａよりも大きくする。このΔＴｍａ，ΔＴｍｂの値は、車両速度，操舵角，ヨー角速度などから、あらかじめ設定したマップを用いて求める。
図６の構成であっても、図１の構成と同様に、後輪が横滑りしない範囲で十分な駆動力や制動力を得ることができる。
実施例１を適用した自動車の構成の一例である。 モータ制御器で行う制御の一例である。 目標制動トルクの決定方法の一例である。 アクセルペダルが踏まれていない時の、後輪制動力の一例である。 実施例２を適用した自動車の構成の一例である。 実施例３を適用した自動車の構成の一例である。
符号の説明
１…エンジン、２…変速機、３…発電機、４…車輪、５…電力線、６…エネルギストレージ、７…モータ、８…リアディファレンシャル、９…前輪トルク計算手段、１０…車両旋回量計算手段、１１…モータ制御器。

Claims (10)

  1. 後輪に動力を与えるモータを備えた自動車の制御装置において、車両旋回時に、前記モータのトルクが操舵角の変化に対して連続的に変化するように前記モータを制御することを特徴とする自動車の制御装置。
  2. 請求項１に記載の自動車の制御装置において、車両旋回量が大きいほど、前記モータのトルクの絶対値を小さくすることを特徴とする自動車の制御装置。
  3. 請求項１に記載の自動車の制御装置において、前輪トルクの絶対値が大きいほど、前記モータのトルクの絶対値を大きくすることを特徴とする自動車の制御装置。
  4. 請求項１に記載の自動車の制御装置において、後輪荷重が小さいほど、前記モータのトルクの絶対値を小さくすることを特徴とする自動車の制御装置。
  5. 請求項２に記載の自動車の制御装置において、前記車両旋回量は、車両横加速度からの計算，操舵角と車両速度とからの計算，ヨー角速度と車両速度とからの計算又は車輪の回転数からの計算のいずれかにより計算して求めることを特徴とする自動車の制御装置。
  6. 請求項３に記載の自動車の制御装置において、前記前輪トルクは、エンジンと、エンジンに取り付けられた発電機と、変速機の状態から計算することを特徴とする自動車の制御装置。
  7. 請求項３に記載の自動車の制御装置において、前記前輪トルクは、ブレーキの状態から計算することを特徴とする自動車の制御装置。
  8. 請求項４に記載の自動車の制御装置において、前記後輪荷重は、車両前後加速度と路面傾斜から計算することを特徴とする自動車の制御装置。
  9. 請求項４に記載の自動車の制御装置において、前記後輪荷重は、車両前後加速度と前記前輪トルクと前記モータのトルクから計算することを特徴とする自動車の制御装置。
  10. 前輪がエンジンによって駆動され、後輪がモータによって駆動される自動車において、
    前輪の駆動トルクを検出する前輪駆動トルク検出手段と、アクセルペダルの踏み込みの有無を検出するアクセルペダルセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、前記モータのトルクを検出するモータトルク検出手段と、前輪トルクが一定の時に操舵角が大きくなるにつれてモータトルクの絶対値が連続的に小さくなるように前記モータを制御する制御装置を備えたことを特徴とする自動車。
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