JP6425937B2 - Vehicle roll control device - Google Patents
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Description
この発明は、車両のロール挙動を制御するロール制御装置に関し、特に、インホイールモータ方式等の車両の車両姿勢制御に適用される技術に関する。 The present invention relates to a roll control device that controls roll behavior of a vehicle, and more particularly to a technique applied to vehicle attitude control of a vehicle such as an in-wheel motor system.
車両が旋回する際には、旋回外側に向けて旋回慣性力が車体に働き、車体がロールする。また、路面にうねりがあるような場合も車体にロールが生じ得る。従来、車両のロール制御装置として、以下の技術が提案されている。 When the vehicle turns, the turning inertia force acts on the vehicle body toward the outside of the turn, and the vehicle roll. Also, rolling may occur on the vehicle body even when the road surface is undulated. Conventionally, the following techniques have been proposed as roll control devices for vehicles.
1.ロール角が大きくなったときに、サスペンションのショックアブソーバの減衰力をハード側に制御し、ロール角の増大を抑制する(特許文献1)。
2.アクティブスタビライザ装置の如きロール剛性可変手段を備えた自動車において、前輪および後輪の横力発生の余裕度合を推定し、この余裕度合に応じて前後輪ロール剛性配分比を制御する。これにより、従来に比して車輌の旋回限界を向上させている(特許文献2)。
1. When the roll angle is increased, the damping force of the shock absorber of the suspension is controlled to the hard side to suppress the increase of the roll angle (Patent Document 1).
2. In an automobile equipped with roll stiffness variable means such as an active stabilizer device, the margin degree of lateral force generation of the front and rear wheels is estimated, and the front and rear roll stiffness distribution ratio is controlled according to the margin degree. Thereby, the turning limit of the vehicle is improved as compared with the conventional case (Patent Document 2).
3.また、近年、電気自動車の一形態として、車輪のホイールにモータを組み込み、車輪をモータで直接駆動する、いわゆるインホイールモータ方式の車両が開発されている。このインホイールモータ方式の各車輪に付与する駆動トルクもしくは制動トルクを個別に制御できる点を利用し、左右それぞれの前輪と後輪との間の駆動トルク(もしくは制動トルク)の大きさに差を設けて、車体に上下方向の力を生じさせることによって、旋回時などに生じる車体のロールを抑制する車両駆動力制御装置が提案されている(例えば、特許文献3)。 3. Also, in recent years, a so-called in-wheel motor type vehicle has been developed as a form of an electric vehicle, in which a motor is incorporated in a wheel of a wheel and the wheel is directly driven by the motor. The difference in magnitude of the drive torque (or braking torque) between the left and right front wheels and the rear wheels is utilized by utilizing the point that the driving torque or braking torque applied to each wheel of the in-wheel motor system can be individually controlled. A vehicle driving force control device has been proposed which is provided to suppress the roll of the vehicle body generated at the time of turning or the like by providing a force in the vertical direction to the vehicle body (for example, Patent Document 3).
旋回走行時には、旋回慣性力によるロールモーメントと、車体の傾きで生じる重力によるロールモーメントが発生し、これらのモーメントにより旋回内輪と外輪間で荷重移動が生じる。荷重移動によって、旋回外輪は輪荷重が増加することにより、単位輪荷重当たりのコーナリングパワーが減少する。 During turning, roll moment due to turning inertia force and roll moment due to gravity caused by inclination of the vehicle body are generated, and these moments cause load movement between the turning inner ring and the outer ring. The load movement causes the cornering power per unit wheel load to decrease as the wheel load on the turning outer ring increases.
一方、旋回内輪は輪荷重が減少することにより、単位輪荷重当たりのコーナリングパワーが増加する。タイヤのコーナリングパワーは一般に荷重に対して飽和曲線的であるため,旋回外輪のコーナリングパワーの増加量は、旋回内輪のコーナリングパワーの減少量より少なく、4輪のコーナリングパワーの和は荷重が移動することによって減少する。 On the other hand, the cornering power per unit wheel load increases due to the decrease in the wheel load of the turning inner wheel. Since the cornering power of the tire is generally a curve that saturates with respect to load, the amount of increase in cornering power of the turning outer ring is smaller than the amount of decrease in cornering power of the turning inner ring, and the load moves for the sum of the cornering powers of the four wheels Decreased by.
その結果、横滑りが小さい領域では、荷重が移動しない場合と比較して横滑り角が大きくなる。また、ある横滑り角の大きさにおけるコーナリングフォースは輪荷重の増加と共に増加するが、輪荷重が大きい領域では飽和する。これは横滑り角が大きい領域でも同様の傾向である。よって、横滑りが大きい領域でも荷重移動が生じることにより、発生できる4輪のコーナリングフォースの和が減少する。その結果、車両の旋回限界が低下する。 As a result, in the region where the side slip is small, the side slip angle becomes large as compared with the case where the load does not move. Also, the cornering force at a certain side slip angle increases with the increase of the wheel load but saturates in the region where the wheel load is large. This is the same tendency even in the region where the sideslip angle is large. Therefore, the load movement occurs even in the area where skidding is large, and the sum of the cornering forces of the four wheels that can be generated is reduced. As a result, the turning limit of the vehicle is reduced.
特許文献1は、操舵時における車両のロール角の増大を抑制し、車両のヨー方向の安定性を確保することを目的にショックアブソーバを制御するものであるので、乗り心地が改善し安定性が向上するが、状況によっては左右輪の荷重移動が生じるため、4輪のコーナリングフォースの和が減少する場合がある。この場合、車両の旋回限界が低下する。
Since
特許文献2は、前輪の横力発生の余裕度合と後輪の横力発生の余裕度合との偏差の大きさが低減されるよう前後輪ロール剛性配分比可変手段が制御されるので、前輪の横力発生の余裕度合と後輪の横力発生の余裕度合との偏差の大きさが低減されない場合に比して、車輌全体の横力を高くして車輌の旋回限界を向上させることができるが、やはり荷重移動量によって4輪のコーナリングパワーの和は減少する。この場合、車両の旋回限界が低下する。
また特許文献1,2は、ロール制御を行うための各アクチュエータが必要であり、コストがかかる。
According to
Moreover,
特許文献3の方法は、左右それぞれの前輪と後輪との間の駆動トルク(もしくは制動トルク)の大きさに差を設けて、車体に上下方向の力を生じさせることによって、車体のロールを抑制することができるが、タイヤに作用させる前後力によってスリップ率が増加すると、発生できる横力が減少し、旋回走行時において旋回限界が低下するおそれがある。
According to the method of
この発明の目的は、旋回限界を向上し、またコスト低減を図ることができる車両のロール制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle roll control device capable of improving the turning limit and reducing the cost.
この発明の車両のロール制御装置は、左右の駆動輪1,1、(2,2)を個別に駆動する左右のモータ3,3を備えた車両のロール制御装置であって、
前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段11と、
この横加速度検出手段11により横加速度を検出し、左右の車輪1,1、(2,2)の荷重移動量を求める荷重移動量算出手段12と、
この荷重移動量算出手段12で求めた荷重移動量を計算に用いて、全ての車輪1,1、2,2のコーナリングフォースの和を算出するコーナリングフォース和算出手段13と、
このコーナリングフォース和算出手段13で算出されるコーナリングフォースの和が最大となる値を基準として定められた値以上となるように、前記左右の駆動輪1,1、(2,2)のいずれか一方,または左右の駆動輪1,1のいずれか一方と車両において前記の駆動輪1と対角位置にある駆動輪2の一輪に駆動力を付加すると共に、この駆動力を付加する前記駆動輪1,1、(2,2)と互いに同じ左右方向にある前方または後方の車輪1,2に制動力を与える制駆動力制御手段14とを備えたことを特徴とする。
前記「荷重移動量」について、
車体にロールが生じたときに、前後輪とも左右輪の一方(旋回外輪)は荷重が増し、他方(旋回内輪)は荷重が減少する。ロールによる各車輪の荷重の増加量または減少量を「荷重移動量」と言う。
前記「コーナリングフォース」とは、車輪の横滑りに伴い発生する横力の進行方向に直角な方向の成分である。
前記「定められた値」は、例えば、コーナリングフォースの和が最大となる値を基準として試験やシミュレーション等の結果により定められる。
The roll control device of a vehicle according to the present invention is a roll control device of a vehicle provided with left and
Lateral acceleration detection means 11 for detecting the lateral acceleration of the vehicle;
Load movement amount calculation means 12 for detecting the lateral acceleration by the lateral acceleration detection means 11 and obtaining the load movement amount of the left and
Cornering force sum calculation means 13 for calculating the sum of the cornering forces of all the
The cornering force as the sum of the cornering force is calculated by the
About the "load movement amount",
When a roll occurs on the vehicle body, the load on one of the left and right wheels (turning outer ring) increases in the front and rear wheels, and the load decreases on the other (turning inner ring). The amount of increase or decrease of the load of each wheel due to the roll is referred to as "the amount of movement of load".
The above-mentioned "cornering force" is a component of the direction perpendicular to the direction of travel of the lateral force generated as the wheels slip.
The “determined value” is determined by, for example, a result of a test or simulation based on a value at which the sum of cornering forces is maximum.
この構成によると、横加速度検出手段11は、車両の横加速度を検出する。荷重移動量算出手段12は、ある横加速度が生じているときに各車輪1,2に作用する前後力によって生じる左右の車輪1,1、(2,2)の荷重移動量を求める。コーナリングフォース和算出手段13は、求めた荷重移動量を計算に用いて、全ての車輪1,2のコーナリングフォースの和を算出する。
According to this configuration, the lateral acceleration detection means 11 detects the lateral acceleration of the vehicle. The load movement amount calculation means 12 calculates the load movement amounts of the left and
ところで、横滑りが小さい領域では、荷重が移動しない場合と比較して横滑り角が大きくなる。また、ある横滑り角の大きさにおけるコーナリングフォースは輪荷重の増加と共に増加するが、輪荷重が大きい領域では飽和する。これは横滑り角が大きい領域でも同様の傾向である。よって、横滑りが大きい領域でも荷重移動が生じることにより、発生できる4輪のコーナリングフォースの和が減少する。その結果、車両の旋回限界が低下する。よって、各車輪の前後力によってロールを抑制または旋回内側へ発生させ,車体の傾きで生じる重力によるロールモーメントによる荷重移動を抑えることで、コーナリングフォースの和の減少量を小さくすることが有効である。 By the way, in a region where skidding is small, the skid angle becomes large as compared with the case where the load does not move. Also, the cornering force at a certain side slip angle increases with the increase of the wheel load but saturates in the region where the wheel load is large. This is the same tendency even in the region where the sideslip angle is large. Therefore, the load movement occurs even in the area where skidding is large, and the sum of the cornering forces of the four wheels that can be generated is reduced. As a result, the turning limit of the vehicle is reduced. Therefore, it is effective to reduce the reduction amount of the sum of cornering forces by suppressing the roll by the longitudinal force of each wheel or generating the roll inward and suppressing the load movement due to the roll moment due to the gravity caused by the inclination of the vehicle body. .
制駆動力制御手段14は、算出されるコーナリングフォースの和が定められた値以上となるように、左右の駆動輪1,1、(2,2)のいずれか一方,または左右の駆動輪1,1のいずれか一方と車両において前記の駆動輪1と対角位置にある駆動輪2の一輪に駆動力を付加する。アクセル操作手段9からの加速指令に応じた駆動力に対して、制駆動力制御手段14による駆動力が付加される。これと共に制駆動力制御手段14は、前記駆動力を与える駆動輪1,2と互いに同じ左右方向にある前方または後方の車輪1,2に制動力を与える。制駆動力制御手段14は、例えば、車両の横加速度が大きくなればなる程、付加すべき駆動力および制動力を大きくする。また、付加すべき駆動力および制動力は車両特性にも依存し,ロールセンタ軸からの車体重心までの高さが高く,ロール剛性が低い車両ほど付加すべき駆動力および制動力は大きくなる。要求されるコーナリングフォースに対し、本制御を適用した場合、適用しない場合と比較して小さな横滑り角となる。また、全ての車輪1,2のコーナリングフォースの和の荷重移動による減少量を抑えることができるため、旋回限界が向上する。この場合、従来例のようなロール制御を行うための各アクチュエータが不要となるため、前記従来例よりもコスト低減を図れる。
The braking / driving force control means 14 controls the left and
前記制駆動力制御手段14は、車輪1,2の横滑り角、スリップ率、および垂直荷重から、前記車輪1,2の前後力および横力が算出されるタイヤモデルを用いて各車輪1,2の制駆動力を算出しても良い。
前記タイヤモデルとして、例えば、ブラッシュ(Brush)タイヤモデルが適用される。車輪において弾性変形する部分は、剛なリムやトレッドベースに対応する円環に取り付けられたトレッドラバーのみとし、このトレッドラバーが横方向および前後方向に弾性変形するモデルを考える。このトレッドラバーは、環状の連続体ではなく、車輪の円周方向に独立した無数の弾性体とする。このようなタイヤモデルをブラッシュタイヤモデルと呼ぶ。
The braking / driving
For example, a brush tire model is applied as the tire model. The portion of the wheel that is elastically deformed is only a tread rubber attached to a rigid rim or an annular ring corresponding to the tread base, and a model in which the tread rubber is elastically deformed in the lateral direction and the longitudinal direction is considered. The tread rubber is not an annular continuum but an infinite number of elastic bodies independent in the circumferential direction of the wheel. Such a tire model is called a brush tire model.
このようなタイヤモデルを用いて、駆動時、制動時のそれぞれについて、各車輪1,2に作用する横力、前後力をそれぞれ式で表す。前記前後力の式をスリップ率について解き、これを横力の式に代入した後、全ての車輪1,2のコーナリングフォースの和を算出する。制駆動力制御手段14は、算出したコーナリングフォースの和を、例えば、最大とする前後力を求める。これにより、その横滑り角において、最大のコーナリングフォースとなるようにロールが制御される。
Using such a tire model, the lateral force and the longitudinal force acting on each of the
前記車両は、各車輪1,2に対して摩擦による制動力を与える摩擦式ブレーキ4を備え、前記制駆動力制御手段14は、車輪1,2に制動力を与えるとき、この車輪1,2に対応するモータ3の回生ブレーキおよび前記摩擦式ブレーキ4のいずれか一方または両方により制動力を与えるようにしても良い。この場合に、モータ3の回生ブレーキを用いて制動力を付加する場合には、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して利用することができるため、摩擦式ブレーキ4のみを用いて制動力を付加する場合と比較して、電費の悪化を低減することができる。
The vehicle includes a
前記モータ3は、一部または全体が駆動輪内に配置されて前記モータ3と車輪用軸受16と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置IWMを構成しても良い。
The
この発明の車両のロール制御装置は、左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備えた車両のロール制御装置であって、前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
この横加速度検出手段により横加速度を検出し、左右の車輪の荷重移動量を求める荷重移動量算出手段と、この荷重移動量算出手段で求めた荷重移動量を計算に用いて、全ての車輪のコーナリングフォースの和を算出するコーナリングフォース和算出手段と、このコーナリングフォース和算出手段で算出されるコーナリングフォースの和が最大となる値を基準として定められた値以上となるように、前記左右の駆動輪のいずれか一方、または左右の駆動輪のいずれか一方と車両において前記の駆動輪と対角位置にある駆動輪の一輪に駆動力を付加すると共に、この駆動力を付加する前記駆動輪と互いに同じ左右方向にある前方または後方の車輪に制動力を与える制駆動力制御手段とを備えたため、旋回限界を向上し、またコスト低減を図ることができる。
A roll control device of a vehicle according to the present invention is a roll control device of a vehicle provided with left and right motors driving the left and right drive wheels separately, and includes lateral acceleration detection means for detecting lateral acceleration of the vehicle;
The lateral acceleration is detected by the lateral acceleration detecting means, and load moving amount calculating means for obtaining the load moving amounts of the left and right wheels and the load moving amount obtained by the load moving amount calculating means is used for calculation. a cornering force sum calculating means for calculating the sum of cornering forces, so that the sum of the cornering force is calculated by the cornering force sum calculating means is maximum value serving as the values above were constant because as a reference, the right and left The driving wheel which applies a driving force to one of the driving wheels or one of the left and right driving wheels and one of the driving wheels diagonally opposite to the driving wheel in the vehicle and which applies the driving force this When due to a braking driving force control means for applying a braking force to the front or rear wheels in the same lateral direction from each other, which improves the turning limit and reduce the cost Can.
この発明の実施形態に係る車両のロール制御装置を図1ないし図6と共に説明する。
図1は、この車両のロール制御装置のシステム構成を平面視で概略示す図である。ロール制御装置は車両の車体に作用するロールを制御する装置である。この実施形態では、ロール制御装置が搭載される車両として、左右の前輪1,1および後輪2,2が、それぞれモータ3によって独立して駆動される4輪独立駆動車が適用される。
A roll control device for a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a schematic plan view of a system configuration of the roll control device of the vehicle. The roll control device is a device that controls a roll acting on a vehicle body of a vehicle. In this embodiment, a four-wheel independent drive vehicle in which the left and right
各モータ3は、後述のインホイールモータ駆動装置IWMを構成する。左右の前輪1,1は、図示外の転舵機構により転舵可能であり、ハンドルにより前記転舵機構を介して操舵される。この車両は、各輪1,2に対して摩擦による制動力を与える摩擦式ブレーキ4を備えている。この摩擦式ブレーキ4として、例えば、油圧式や電動式の機械式ブレーキが採用される。
Each
車両の制御系は、ロール制御器5を含むECU6と、このECU6よりも上位の制御手段である上位ECU7と、インバータ装置8とを有する。ECU6および上位ECU7は、それぞれコンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。上位ECU7は、例えば、車両全体の協調制御、統括制御を行う電気制御ユニットであり、トルク分配手段7aが設けられている。このトルク分配手段7aは、アクセル操作手段9からの加速指令、およびブレーキ操作手段10からの減速指令が入力され、前記加速指令と減速指令の差に応じた制駆動指令を、ECU6および各インバータ装置8を介して各モータ3に分配する。前記制駆動指令は、例えば、トルク指令である。
The control system of the vehicle has an
インバータ装置8は、各モータ3に対して設けられたパワー回路部8aと、このパワー回路部8aを制御するモータコントロール部8bとを有する。各パワー回路部8aは、互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントロール部8bは、例えば、インホイールモータ駆動装置IWMに関する各検出値や制御値等の各情報をECU6に出力する機能を有する。モータコントロール部8bは、ECU6から与えられる制駆動トルク指令値に従い、電流指令に変換して、パワー回路部8aのPWMドライバに電流指令を与える。
この車両は、車両の横加速度を計測する横加速度検出手段として横加速度センサ11を備える。
The
This vehicle is provided with a
図2は、インホイールモータ駆動装置IWMの断面図である。各インホイールモータ駆動装置IWMは、それぞれ、モータ3、減速機15、および車輪用軸受16を有し、これらの一部または全体が車輪内に配置される。モータ3の回転は、減速機15および車輪用軸受16を介して駆動輪1,(2)に伝達される。車輪用軸受16のハブ輪16aのフランジ部には摩擦式ブレーキ4を構成するブレーキロータ17が固定され、同ブレーキロータ17は駆動輪1,(2)と一体に回転する。モータ3は、例えば、ロータ3aのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ3は、ハウジング18に固定したステータ3bと、回転出力軸19に取り付けたロータ3aとの間にラジアルギャップを設けたモータである。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the in-wheel motor drive device IWM. Each in-wheel motor drive IWM has a
図3は、このロール制御装置の制御系のブロック図である。以後、図1も適宜参照しつつ説明する。このロール制御装置は、横加速度センサ11と、荷重移動量算出手段12と、コーナリングフォース和算出手段13と、制駆動力制御手段14とを有する。横加速度センサ11は車両に搭載され、荷重移動量算出手段12、コーナリングフォース和算出手段13、および制駆動力制御手段14は、ロール制御器5に設けられている。制駆動力制御手段14は、アクセル操作手段9からの加速指令に応じた駆動力指令値に対して、トルク指令からなる駆動力を付加する。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of this roll control device. Hereinafter, the description will be made with reference to FIG. 1 as appropriate. This roll control device has a
ここで図4は、ロール制御装置の原理を説明する図であり、前後力によりロールを制御するために車体に働く上下力の概念図である。各車輪1,2を車体に支持する各サスペンション20の車両側面視における各瞬間回転中心P1が、常に車両前後方向における前輪1と後輪2との間に位置するように構成されている。
図4(a)に示すように、車両の進行方向に対して、車両を減速する方向の制動力Xiが前輪1に付与されると、前輪1のサスペンション20の瞬間回転中心P1には、鉛直方向上向きの力Xitanθfが作用する。言い換えると、車体には、前輪1のサスペンション20を介して車体を持ち上げる方向、すなわちロール時の車体の沈み込みを抑える方向の力Xitanθfが作用する。
また、図4(b)に示すように、車両の進行方向に対して、車両を加速する方向の駆動力Xiが前輪1に付与されると、前輪1のサスペンション20の瞬間回転中心P1には、鉛直方向下向きの力Xitanθfが作用する。言い換えると、車体には、前輪1のサスペンション20を介して車体を下げる方向、すなわちロール時の車体の浮き上がりを抑える方向の力Xitanθfが作用する。
Here, FIG. 4 is a view for explaining the principle of the roll control device, and is a conceptual view of the vertical force acting on the vehicle body in order to control the roll by the longitudinal force. Each instantaneous rotational center P1 of the
As shown in FIG. 4 (a), the traveling direction of the vehicle, the braking force X i in a direction to decelerate the vehicle is applied to the
Further, as shown in FIG. 4 (b), with respect to the traveling direction of the vehicle, the driving force X i in a direction to accelerate the vehicle is applied to the
同様に、車両の進行方向に対して、車両を加速する方向の駆動力Xiを後輪2の接地点に作用させることができるトルクが後輪2に付与されると、後輪2のサスペンション20の瞬間回転中心P1には、鉛直方向上向きの力Xitanθrが作用する。言い換えると、車体には、後輪2のサスペンション20を介して車体を持ち上げる方向、すなわちロール時の車体の沈み込みを抑える方向の力Xitanθrが作用する。
また、車両の進行方向に対して、車両を減速する方向の制動力Xiを後輪2の接地点に作用させることができるトルクが後輪2に付与されると、後輪2のサスペンション20の瞬間回転中心P1には、鉛直方向下向きの力Xitanθrが作用する。言い換えると、車体には、後輪2のサスペンション20を介して車体を下げる方向、すなわちロール時の車体の浮き上がりを抑える方向の力Xitanθrが作用する。
したがって、ロール制御装置は、車両の車体にロールが生じた際に、車体が沈み込む側の前後輪1,2にそれぞれ制動力と駆動力(前後力),車体が浮き上がる側の前後輪1,2にそれぞれ駆動力と制動力(前後力)を作用させるように、前輪1のモータ3または摩擦式ブレーキ4と、後輪2のモータ3または摩擦式ブレーキ4をそれぞれ制御する。
Similarly, with respect to the traveling direction of the vehicle, the torque can be applied to a ground point of the
Further, with respect to the traveling direction of the vehicle, the torque can be applied to a ground point of the rear wheel 2 a braking force X i in a direction to decelerate the vehicle is applied to the
Therefore, when the roll is generated on the vehicle body of the vehicle, the roll control device respectively applies the braking force and the driving force (longitudinal force) to the front and
図3に示すように、荷重移動量算出手段12は、横加速度センサ11により車両の横加速度を検出し、左右の車輪の荷重移動量を以下のように求める。前後力Xi(i=1〜4,1=左前輪,2=右前輪,3=左後輪,4=右後輪)によって発生する上下力は、前述のように前輪1後輪2に制動力および駆動力を与えたときに働く。前後力によって次式のロールモーメントを発生させることができる。
As shown in FIG. 3, the load movement amount calculation means 12 detects the lateral acceleration of the vehicle by the
コーナリングフォース和算出手段13は、前記のように求めた荷重移動量を計算に用いて、全ての車輪1,2のコーナリングフォースの和を算出する。単位横滑り角当たりのコーナリングフォースであるコーナリングパワーKy(コーナリング剛性)は、輪荷重依存性を持つ。ここで、コーナリングフォースとは、車輪1,2に横滑りが伴うときに発生する横力の進行方向に直角な方向の成分である。単位輪荷重当たりのコーナリングパワーは、輪荷重がある程度の範囲内では輪荷重に対して線形とみなせるので、次式で表す。
The cornering force sum calculation means 13 calculates the sum of the cornering forces of all the
Ky/FZ=−AFZ+B …(8)
ただし、FZは1輪あたりの輪荷重、A,Bは係数(A>0,B>0)である(例:A=3.46×10−5,B=0.33)
よって、コーナリングパワーKyは
Ky=−AFZ 2+BFZ …(9)
となる。
K y / F Z = -AF Z + B ... (8)
However, FZ is a wheel load per wheel, and A and B are coefficients (A> 0, B> 0) (example: A = 3.46 × 10 −5 , B = 0.33)
Therefore, the cornering power K y is K y = −AF Z 2 + BF Z (9)
It becomes.
ここで、左右輪で荷重移動ΔFZが生じたとすると、左右輪のコーナリングパワーはそれぞれ以下のように表される。
増加輪:−A(FZ+ΔFZ)2+B(FZ+ΔFZ) …(10)
減少輪:−A(FZ−ΔFZ)2+B(FZ−ΔFZ) …(11)
ただし、FZは荷重移動がないときの1輪当たりの輪荷重である。
よって、左右輪のコーナリングパワーの和は、次式のように表される。
−A(FZ+ΔFZ)2+B(FZ+ΔFZ)−A(FZ−ΔFZ)2+B(FZ−ΔFZ)
=2(−AFZ 2+BFZ)−2AΔFZ 2 …(12)
Here, if the load transfer [Delta] F Z occurs in the left and right wheels, the cornering power of the left and right wheels are expressed as follows.
Increasing wheel: −A (F Z + ΔF Z ) 2 + B (F Z + ΔF Z ) (10)
Reducing wheel: -A (F Z -ΔF Z) 2 + B (F Z -ΔF Z) ... (11)
However, FZ is the wheel load per wheel when there is no load movement.
Therefore, the sum of the cornering powers of the left and right wheels is expressed by the following equation.
-A (F Z + ΔF Z) 2 + B (F Z + ΔF Z) -A (F Z -ΔF Z) 2 + B (F Z -ΔF Z)
= 2 (-AF Z 2 + BF Z) -
(12)式の第1項は、荷重移動がないときの荷重FZによるコーナリングパワーであり、荷重移動ΔFZにより2AΔFZ 2だけコーナリングパワーの和が減少する。その結果、横滑りが小さい領域では、荷重が移動しない場合と比較して横滑り角が大きくなる。また、ある横滑り角の大きさにおけるコーナリングフォースは輪荷重の増加と共に増加するが、輪荷重が大きい領域では飽和する。これは横滑り角が大きい領域でも同様の傾向である。 (12) The first term of a cornering power due to the load F Z when there is no load movement, the sum of the cornering power decreases by 2AΔF Z 2 by load shift [Delta] F Z. As a result, in the region where the side slip is small, the side slip angle becomes large as compared with the case where the load does not move. Also, the cornering force at a certain side slip angle increases with the increase of the wheel load but saturates in the region where the wheel load is large. This is the same tendency even in the region where the sideslip angle is large.
横滑りが大きい領域でも荷重移動が生じることにより、発生できる4輪のコーナリングフォースの和が減少する。その結果、車両の旋回限界が低下する。よって、各輪の前後力によって、ロールを発生させ荷重移動を抑えることで、コーナリングフォースの和の減少量を小さくすることが有効である。しかし、車輪の横力はスリップ率(s=(V−rω)/max(V,rω),V:車速,r:車輪半径,ω:車輪速)にも依存しており、スリップ率が増加すると横力が減少する。すなわち、ロール制御のための前後力によって横力が減少する。 Even in the area where skidding is large, load transfer occurs to reduce the sum of the cornering forces of the four wheels that can be generated. As a result, the turning limit of the vehicle is reduced. Therefore, it is effective to reduce the amount of reduction of the sum of cornering forces by generating a roll and suppressing load movement by the longitudinal force of each wheel. However, the lateral force of the wheel also depends on the slip ratio (s = (V−rω) / max (V, rω), V: vehicle speed, r: wheel radius, ω: wheel speed), and the slip ratio increases. Then the lateral force decreases. That is, the lateral force is reduced by the longitudinal force for roll control.
制駆動力制御手段14は、タイヤモデルTmに、(7)式の荷重移動量を計算に用いて、4輪のコーナリングフォースの和が最大となる最適な各輪の前後力Xiを算出し、ロール制御を行う。
タイヤモデルとして、例えば、ブラッシュタイヤモデルが適用される。この場合、横力は次式で表される。
Braking and driving force control means 14, the tire model Tm, (7) using the calculation load movement amount of expression, the sum of the cornering forces of the four wheels is calculated longitudinal force X i optimal each wheel becomes maximum , Roll control.
For example, a brush tire model is applied as a tire model. In this case, the lateral force is expressed by the following equation.
図5は、ブラッシュタイヤモデルの前後力・横力特性を示す図である。車輪において弾性変形する部分は、剛なリムやトレッドベースに対応する円環に取り付けられたトレッドラバーのみとし、このトレッドラバーが横方向および前後方向に弾性変形するモデルを考える。このトレッドラバーは、環状の連続体ではなく、車輪の円周方向に独立した無数の弾性体とする。このようなタイヤモデルをブラッシュタイヤモデルと呼ぶ。ブラッシュタイヤモデルにおいて、それぞれスリップ率sに対して、定められた滑り角毎に前後力Xi,横力Yiが規定される。 FIG. 5 is a graph showing the longitudinal force-lateral force characteristics of the brush tire model. The portion of the wheel that is elastically deformed is only a tread rubber attached to a rigid rim or an annular ring corresponding to the tread base, and a model in which the tread rubber is elastically deformed in the lateral direction and the longitudinal direction is considered. The tread rubber is not an annular continuum but an infinite number of elastic bodies independent in the circumferential direction of the wheel. Such a tire model is called a brush tire model. In the brush tire model, the longitudinal force X i and the lateral force Y i are defined for each of the determined slip angles with respect to the slip ratio s.
各車輪の横力と前後力は、スリップ率siと垂直荷重FZiの関数であるので、次式で表す。
となる。これを(19)式へ代入して
このように制駆動力制御手段14は、ブラッシュタイヤモデルに、荷重移動量を計算に用いて、4輪のコーナリングフォースの和が最大となる最適な各輪1,2の前後力Xiを算出する。したがって、制駆動力制御手段14は、各車輪1,2への制駆動トルク指令値TIWMを各インバータ装置8を介して各モータ3に分配する。これにより、その横滑り角において、最大のコーナリングフォースとなるようにロールが制御される。
Thus braking and driving force control means 14, calculates the brush tire model, using the load shift amount calculation, the optimum longitudinal force X i of each
図6は、この車両および車輪に生じる力の概念図(右旋回走行時)である。要求されるコーナリングフォースに対し、図6(a)に示すように本願のロール制御を適用した場合、図6(b)に示すようにロール制御を適用しない場合と比較して、小さな横滑り角となる。また、全ての車輪1,2のコーナリングフォースの和の荷重移動による減少量を抑えることができるため、旋回限界が向上する。この場合、従来例のようなロール制御を行うための各アクチュエータが不要となるため、前記従来例よりもコスト低減を図れる。
FIG. 6 is a conceptual view of this force generated on the vehicle and wheels (during turning right). When the roll control of the present application is applied as shown in FIG. 6 (a) to the required cornering force, the side slip angle is small compared to the case where the roll control is not applied as shown in FIG. 6 (b). Become. In addition, since the amount of decrease in load movement of the sum of the cornering forces of all the
なお、ヨーモーメント制御等の他の制御と組み合わせる場合、前後力Xiに関する条件式を(27)式へ導入しても良い。また本ロール制御によりロールステアの手段によるステア特性を利用できない場合は、ステア特性を可変にすることができるアクティブステアリングと組み合わせると良い。 Incidentally, when combined with other control yaw moment control etc., it may be introduced conditions concerning the longitudinal force X i into equation (27). Further, when the steering characteristic by means of roll steering can not be utilized by the roll control, it is preferable to combine with active steering which can make the steering characteristic variable.
制駆動力制御手段14がモータ3の回生ブレーキを用いて制動力を付加する場合には、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して利用することができるため、摩擦式ブレーキ4のみを用いて制動力を付加する場合と比較して、電費の悪化を低減することができる。
When the braking / driving force control means 14 applies the braking force by using the regenerative brake of the
車両として、左右の前輪2輪または後輪2輪を独立して駆動する2輪独立駆動車を適用しても良い。
各駆動輪をそれぞれ駆動するモータを車体に設けたオンボード式の車両に、このロール制御装置を適用しても良い。
インホイールモータ駆動装置においては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
As a vehicle, a two-wheel independent drive vehicle may be applied which drives two left and right front wheels or two rear wheels independently.
The roll control device may be applied to an on-board type vehicle provided with a motor for driving each drive wheel on a vehicle body.
As an in-wheel motor drive, cycloid reducers, planetary reducers, 2-axis parallel reducers, and other reducers can be applied, and so-called direct motor types that do not employ reducers Good.
1,2…駆動輪
3…モータ
4…摩擦式ブレーキ
11…横加速度センサ(横加速度検出手段)
12…荷重移動量算出手段
13…コーナリングフォース和算出手段
14…制駆動力制御手段
15…減速機
16…車輪用軸受
IWM…インホイールモータ駆動装置
1, 2 ... Drive
12 Load moving amount calculating means 13 cornering force
Claims (4)
前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
この横加速度検出手段により横加速度を検出し、左右の車輪の荷重移動量を求める荷重移動量算出手段と、
この荷重移動量算出手段で求めた荷重移動量を計算に用いて、全ての車輪のコーナリングフォースの和を算出するコーナリングフォース和算出手段と、
このコーナリングフォース和算出手段で算出されるコーナリングフォースの和が最大となる値を基準として定められた値以上となるように、前記左右の駆動輪のいずれか一方,または前記左右の駆動輪のいずれか一方と車両において前記の駆動輪と対角位置にある駆動輪に駆動力を付加すると共に、この駆動力を付加する前記駆動輪と互いに同じ左右方向にある前方または後方の車輪に制動力を与える制駆動力制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両のロール制御装置。 A roll control device for a vehicle comprising left and right motors for individually driving left and right drive wheels,
Lateral acceleration detection means for detecting the lateral acceleration of the vehicle;
Load movement amount calculation means for detecting the lateral acceleration by the lateral acceleration detection means and obtaining the load movement amounts of the left and right wheels;
Cornering force sum calculation means for calculating the sum of the cornering forces of all the wheels using the load movement amount obtained by the load movement amount calculation means for calculation;
As the sum of the cornering force is calculated by the cornering force sum calculating means is equal to or greater than the constant order had a value as a reference value that is a maximum, either one of the right and left drive wheels, or the right and left driving wheels The driving force is applied to one or the drive wheels diagonal to the drive wheel in the vehicle, and the braking force is applied to the front or rear wheels in the same lateral direction as the drive wheels to which the drive force is applied. Driving force control means for giving
Roll control apparatus for a vehicle, characterized in that it comprises a.
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