| 【発明の名称】 |
電気自動車用駆動制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】奥田 謙造
【氏名】水谷 良治
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| 【要約】 |
【課題】ステア特性を速度等の範囲毎にかえられるようにする。
【解決手段】駆動輪10FR、10FL、10RR及び10RLそれぞれにモータ12FR、12FL、12RR及び12RLを設ける。舵角δの絶対値が所定値以上であるとき、各モータ12FR、12FL、12RR及び12RLに対するトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに舵角δや路面摩擦係数に応じた補正を施して差を発生させ、車体重心回りでのモーメントを発生させる。補正を施す際の係数乃至特性を、基準速度設定スイッチ50にて設定されている基準速度V*と車体速の大小関係と、ステア特性制御設定スイッチ52により高低の速度区分毎に設定されているステア特性の制御目標と現在のステア特性との差異とに応じて、変化させる。トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに施す補正を、ヨーレートγ、横加速度Gy或いはすべり角度等の状態フィードバック値に応じた補正としてもよい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 電気自動車の左右各駆動輪を個別に駆動するための複数のモータ各々に対し、その出力に関する指令を与えることにより、車両の走行を制御する駆動制御装置において、車両操縦者からの要求に応じて上記指令を仮確定する指令仮確定手段と、車両が採りうる速度、ヨーレート又は横加速度を区分した範囲毎に、その範囲における目標ステア特性を設定するステア特性制御設定手段と、車両のステア特性が現時点における車両の速度、ヨーレート又は横加速度に関し設定されている目標ステア特性へと変化するよう、仮確定された指令に舵角又は車両の旋回状態に応じた補正を施し各駆動輪間に出力差を発生させるステア特性制御手段と、を備えることを特徴とする駆動制御装置。 【請求項2】 請求項1記載の駆動制御装置において、上記範囲を区分する基準値を可変設定する基準値設定手段を備えることを特徴とする駆動制御装置。 【請求項3】 請求項1又は2記載の駆動制御装置において、スリップしているか否かを駆動輪毎に判定する手段と、舵角を検出しその結果に基づき車両が旋回中であるか否かを判定する手段と、いずれかの駆動輪がスリップしていると判定されたときにはTRC/ABS相当制御手段を、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回中であると判定されたときには上記ステア特性制御手段を、それぞれ動作させ、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回中でないと判定されたときには上記仮確定された指令を補正せずに対応するモータに与える手段と、少なくともスリップしていると判定された駆動輪に係る上記指令を所定規則に従って時間変化させる上記TRC/ABS相当制御手段と、を備えることを特徴とする駆動制御装置。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、駆動輪毎にモータを設けた電気自動車に搭載され、これらのモータを制御する駆動制御装置に関する。 【0002】 【従来の技術】電気自動車はモータにて推進される車両の総称である。モータから駆動輪への動力分配の形態に着目して分類すると、電気自動車は、ある共通のモータの出力を複数の駆動輪に分配するタイプと、各駆動輪毎にモータを設けるタイプとに分けられる。前者の典型は、単一のモータの出力をディファレンシャルギアを介して左右の2乃至4個の駆動輪に分配するワンモータタイプである。後者の典型は、各モータをそのモータに対応する駆動輪に組み込んだ(乃至は一体化した)ホイルインモータタイプである。後者は、前者に対し、ディファレンシャルギア等の分配機構が不要であるため低伝達ロス・低エネルギ消費であること、対応する駆動輪のみを駆動できればよいためモータを小型化できること、伝達ロスが小さくまたモータが小型であるためモータの電力源であるバッテリを小型化できること、モータが駆動輪にビルトインされているため集積性が高く車室空間が広がること等の利点を有している。 【0003】ホイルインモータタイプをはじめとして、各駆動輪毎にモータを設けるタイプの電気自動車(左右駆動輪独立駆動型電気自動車)には、更に、左右各駆動輪への出力(トルク)の配分を随時調整乃至制御することによって車両の走行安全性を高めることができる、という利点もある。例えば特開平5−91607号公報に開示されているホイルインモータタイプの電気自動車では、舵角及び車速双方の検出値に基づきヨーレートのモデル予測値を算出し、算出したモデル予測値に対しヨーレートセンサにて得られた実測値が有している差即ちヨーレートノイズが低減されるよう、各モータへの出力配分を決定している。この公報でいうところのヨーレートノイズとは、舵角及び車速の検出値からは予測できないずれ、例えばタイヤ動半径の左右差、輪荷重の左右差、道路の傾斜・凹凸、風向き等に起因したずれを、さしている。従って、仮に、この公報に記載されている方法を実現できるのであれば、車両の走行安全性の構成要素のうち、車両の直進性を改善できる。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報に記載の方法を実現するには、ヨーレートのモデル予測値を正確かつリアルタイムに求めねばならない。実際には、電気自動車走行用モータの回転数やトルクはダイナミックに変化するため、ヨーレートのモデル予測値を正確かつリアルタイムに求めることは難しく、従って上記公報に記載の方法は実現困難である。更に、上記公報に記載の方法では、実際には車速等に応じて変化するコーナリングパワーを定数として扱っているため、車両の走行安全性の構成要素のうち走行安定性については原理上改善し得ない。 【0005】本願出願人は、車両の走行安定性を改善するための制御手法を、既に幾つか提案している。例えば特願平8−238961号では、車両のステア特性を検出し、検出したステア特性がオーバーステアであれば内側駆動輪に関するトルク指令を増加(或いは外側駆動輪に関するトルク指令を減少)させ、アンダーステアであれば外側駆動輪に関するトルク指令を増加(或いは内側駆動輪に関するトルク指令を減少)させる、という制御方法を提案している。この方法によれば、加減速、旋回、レーンチェンジ等をスムーズに実行できるという性能即ち走行安定性を、在来エンジン車における4WS(四輪操舵)とは異なり複雑な構成の機構、電子制御系及び油圧制御系なしで実現できる。しかし、この方法には、なお改善の余地がある。即ち、この方法ではステア特性がニュートラルステアになるよう左右各駆動輪へのトルク指令が決定されるため、車両の旋回軌跡が定常円旋回の軌跡になる。従って、低速で走行しているときには小さい半径で旋回したい、といった細かな要請には、原理上、応えられない。 【0006】本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、左右駆動輪独立駆動型電気自動車において、実現すべきステア特性を車速等の範囲区分毎に設定できるようにすることにより、例えば低速で走行しているときには小さい半径で旋回したいといった要請に応えられるようにすることを第1の目的とする。本発明は、更に、上述の範囲区分を可変設定できるようにすることにより、更に緻密な要請に応えられるようにすることを第2の目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために、本発明は、電気自動車の左右各駆動輪を個別に駆動するための複数のモータ各々に対し、その出力に関する指令(例えば出力トルクに関する指令)を与えることにより、車両の走行を制御する駆動制御装置において、車両操縦者からの要求(例えばアクセルペダルの踏込量)に応じて上記指令を仮確定する指令仮確定手段と、車両が採りうる速度、ヨーレート又は横加速度を区分した範囲毎に、その範囲における目標ステア特性を設定するステア特性制御設定手段と、車両のステア特性が現時点における車両の速度、ヨーレート又は横加速度に関し設定されている目標ステア特性へと変化するよう、仮確定された指令に舵角又は車両の旋回状態に応じた補正を施し各駆動輪間に出力差を発生させるステア特性制御手段と、を備えることを特徴とする。 【0008】本発明においては、ステア特性制御設定手段により、目標ステア特性が設定される。目標ステア特性は、車両が採りうる速度、ヨーレート又は横加速度を区分した範囲毎に、設定される(ここでいう設定には手動設定のみならず自動設定も含まれる)。例えば、低速ではアンダーステア、高速ではニュートラルステア等と、設定される。指令仮確定手段により仮確定された指令は、ステア特性制御設定手段によって補正され、対応するモータに与えられる。ステア特性制御手段における補正は、各駆動輪間に出力差を発生させることにより、車両のステア特性を、現時点における車両の速度、ヨーレート又は横加速度に関し設定されている目標ステア特性へと変化させる補正である。従って、本発明においては、低速時に限ってはより小さい半径で旋回したい、といった細かな要請に応えられる。更に、ステア特性制御手段における補正を舵角に応じて行った場合、本願出願人が特願平9−8693号にて提案した目標ヨーレート適合制御の利点、例えば車両の回転等により的確に対処できること等の利点を併せ享受できる。また、ステア特性制御手段における補正を車両の旋回状態(横加速度、すべり角、ヨーレート等又はその組合せ)に応じて行った場合、本願出願人が特願平9−68571号にて提案した状態フィードバック制御の利点、例えば舵角の過大過小・操舵後に受ける外乱・制御系の遅れ等に影響されにくいこと等の利点を併せ享受できる。 【0009】更に、上記範囲を区分する基準値を可変設定する(ここでいう設定には手動設定のみならず自動設定も含まれる)基準値設定手段を設けるのが好ましい。そのようにした場合、目標ステア特性を切り換える範囲区分を可変設定できるため、より緻密な要請にも応えられる。 【0010】更に好ましくは、スリップしているか否かを駆動輪毎に判定する手段と、舵角を検出しその結果に基づき車両が旋回中であるか否かを判定する手段と、いずれかの駆動輪がスリップしていると判定されたときにはTRC/ABS相当制御手段を、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回中であると判定されたときには上記ステア特性制御手段を、それぞれ動作させ、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回中でないと判定されたときには上記仮確定された指令を補正せずに対応するモータに与える手段と、少なくともスリップしていると判定された駆動輪に係る上記指令を所定規則に従って時間変化させる上記TRC/ABS相当制御手段と、を設ける。即ち、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回していないと見なせるときには仮確定された指令が、いずれかの駆動輪がスリップしているときにはTRC/ABS相当制御(特開平8−182119号公報、特願平9−8693号等を参照)に係る指令が、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回中であるときにはステア特性制御手段にて補正された指令が、対応するモータに与えられる。これにより、低μ路に強く、走行安定性等に優れた車両が得られる。 【0011】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、目標ヨーレート適合制御及び状態フィードバック制御の原理及び効果に関しては説明を省略するが、これらについては、特願平9−8693号及び特願平9−68571号の記載を参照されたい。また、四輪駆動型の純粋な電気自動車に係る実施形態を記載するが、本発明は例えば二輪駆動型の車両やいわゆるハイブリッド車等にも適用できる。また、本発明は、ホイルインモータタイプのみならず、左右駆動輪独立駆動型電気自動車全般に適用できる。更に、本発明は、ハードウエア的にもソフトウエア的にも実施できる。 【0012】(1)システム構成図1に、本発明を実施するのに適する電気自動車のシステム構成を示す。この電気自動車はホイルインモータタイプの四輪駆動車両であり、いずれも駆動輪である右前輪10FR、左前輪10FL、右後輪10RR及び左後輪10RL全てにそれぞれ車両走行用のモータ12FR、12FL、12RR又は12RLが組み込まれている。なお、以下の説明で用いる符号中、末尾にFR又はfrが付されているものは右前輪10FRに関連又は対応した部材、数値又は特性を、末尾にFL又はflが付されているものは左前輪10FLに関連又は対応した部材、数値又は特性を、末尾にRR又はrrが付されているものは右後輪10RRに関連又は対応した部材、数値又は特性を、末尾にRL又はrlが付されているものは左後輪10RLに関連又は対応した部材、数値又は特性を、それぞれ表す。同様に、末尾にF又はfが付されているものは前輪10FR及び10FLに関連した数値又は特性を、末尾にR又はrが付されているものは後輪10RR及び10RLに関連した数値又は特性を、それぞれ表す。更に、記載の簡略化のため、車輪の前後左右を示す添え字を省略し「駆動輪10FR、10FL、10RR及び10RL」と記すべきところを単に「駆動輪10」と記すこともある。この省略に関しては、他の部材名称についても同様である。更に、符号10に関しては、文脈に応じ、駆動輪とも車輪とも称する。 【0013】図2に、右後輪10RRを例として、組込方の例を示す。この図では、タイヤ14と一体に回転できるようホイル16の内側にロータ18を固定する一方で、モータ軸20を介しリアアクスル22にステータ24を固定し、ベアリング等を介してステータ24をロータ18と継合している。更に、ロータ18の内壁面にステータ24と微小間隙を以て対向するようロータマグネット(永久磁石)26を固定する一方で、ステータ24にはステータ巻線28を捲回しており、ステータ巻線28に電流を流すためのケーブル30をモータ軸20内を介してステータ巻線28に接続している。このような構造において、ケーブル30を介しステータ巻線28に交流電流を供給することにより、ロータ18は回転し、車両の推進力を生む。なお、本発明の実施に際しては、他種の構造を用いても構わない。 【0014】図1に示されるバッテリ32は、各モータ12への駆動電力供給源であり、その放電出力は電力変換器の一種であるインバータ34FR、34FL、34RR及び34RLを介して当該インバータ34に対応する各モータ12に供給されている。各インバータ34は、モータ制御部36FR、36FL、36RR及び36RLのうち対応するものの制御の下に、バッテリ32の放電出力(直流)を所定の電力形式(この図では三相交流)に変換し、対応するモータ12に供給する。モータ制御部36は、車両制御部38から供給されるトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlのうち対応するものに応じて対応するインバータ34を制御することにより、供給されたトルク指令(Tfr、Tfl、Trr及びTrlのうち対応するもの)に相応するトルクを対応するモータ12から出力させる。モータ制御部36は、この他、対応するインバータ34と車両制御部38との間を絶縁分離する機能等を併有している。また、モータ制御部36によるインバータ34の制御は、図示しない電流センサから得た対応するモータ12の各相電流検出値に基づき、或いはロータ角度位置等から求めた対応するモータ12の各相電流推定値に基づき行う。 【0015】車両制御部38は、各モータ12の出力トルクの制御、車載各コンポーネントの状態監視・制御、車両乗員への車両状態の報知その他の機能を担う制御部材であり、従来から用いられている電子制御ユニット(ECU)の主にソフトウエア的な改変にて実現できる。車両制御部38には車両各部に設けたセンサ類の出力を、モータ出力制御や車両状態監視に利用する。 【0016】例えば、各車輪10のホイル(図2では16)にはそれぞれ車輪速センサ(例えばレゾルバ)40FR、40FL、40RR又は40RLが設けられている。これらの車輪速センサ40は、対応する車輪10の車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlを示す信号(例えば微小角度位置変位毎のパルス信号)を生成する。また、アクセルセンサ42は、アクセルペダル(図示せず)の踏込量即ちアクセル開度VAを示す信号を、ブレーキセンサ44は、ブレーキペダル56の踏込量即ちブレーキ力(踏力)FBを示す信号を、シフトポジションスイッチ46は、シフトレバー(図示せず)の投入レンジ(及びエンジンブレーキレンジ等では当該レンジ内でのシフトレバー位置)即ちシフトポジションを示す信号を、それぞれ発生させる。更に、舵角センサ48は、ステアリングホイル(図示せず)の操作に応じて変化する舵角δを示す信号を、発生させる。車両制御部38における制御手法にもよるが、車体重心回りのヨーレートの検出値γを示す信号を生成するヨーレートセンサ49aや、車体に加わっている横加速度の検出値Gyを示す信号を生成する横加速度センサ49bを設けることもある。図中、(・)を付して表しているのは、制御則又は制御手順次第では省略可能である、という意味である。これらのセンサの出力は、各々、車両制御部38に入力されるに当たって車両制御部38にて処理可能な形式のデータに変換される。車両制御部38は、変換後のデータを用いて、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの決定、制御切換等を実行する。 【0017】また、本実施形態では、基準速度設定スイッチ50及びステア特性制御設定スイッチ52を設けている。基準速度設定スイッチ50は、例えば図3(a)に示される如き外観を有しており、低速域と高速域との境を示す車体速即ち基準速度V*を設定するためのスイッチである。また、ステア特性制御設定スイッチ52は、例えば図3(b)に示される如き外観を有する低速域ステア特性制御設定スイッチ52aと、図3(c)に示される如き外観を有する高速域ステア特性制御設定スイッチ52bとから、構成されている。低速域ステア特性制御設定スイッチ52aは、基準速度設定スイッチ50の操作にて設定される基準速度V*より低速側における目標ステア特性を設定するためのスイッチであり、高速域ステア特性制御設定スイッチ52bは、基準速度V*より高速側における目標ステア特性を設定するためのスイッチである。低速域ステア特性制御設定スイッチ52a及び高速域ステア特性制御設定スイッチ52bは、いずれも、アンダーステア、ニュートラルステア及びオーバーステアの各ポジションを有しており、設定者は、これらのうちのいずれのステア特性をも選択可能である。なお、これら基準速度設定スイッチ50及びステア特性制御設定スイッチ52の設定は、製造した車両を出荷する際や、或いは車両の使用者が車両を整備する際等に、行う。また、基準速度設定スイッチ50及びステア特性制御設定スイッチ52を、3個以上の速度範囲区分毎に目標ステア特性を設定できるように構成することも可能である(以下の説明では、単純化のため、低速/高速という2個の速度範囲区分を想定する)。 【0018】更に、図1に示される車両では油圧制動と回生制動とを併用している。即ち、ブレーキペダル56が踏まれると、これに応じてマスタシリンダ58にて発生した油圧がプロポーショニングバルブ59によって前輪10FR及び10FL側と後輪10RR及び10RL側とに分配され、更に各車輪10のホイルシリンダ60FR、60FL、60RR及び60RLに伝達される。伝達された油圧はそのホイルシリンダ60に対応するブレーキホイル62FR、62FL、62RR及び62RLに作用し、各車輪10に油圧による制動トルクが付与される。他方で、ブレーキセンサ44を用いて検出されたブレーキ力(例えばマスタシリンダ58の油圧)FBに応じ車両制御部38が回生領域に属するトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを出力する。従って、図1の車両における制動力配分は、図4に示されるようにブレーキ力FB(横軸の“ブレーキペダル踏力”)の増大に伴い前輪(フロント)10FR及び10FLと後輪(リヤ)10RR及び10RLの油圧回生が共に増大する配分となる。このように油圧系統と回生系統がブレーキセンサ44以降は分離しているため、油圧及び回生のいずれか一方がフェイルしたとしても他方にて車両を退避させることができる。また、油圧系統にバルブやポンプ等の油圧遮断/制御機構やその駆動・制御のための電気系統をほとんど設けていないため、例えば、回生にてまかなえる間は油圧を遮断するシステムや、在来エンジン車と同様のTRC/ABS機能を搭載するシステムに比べて、システム構成が簡素になる。なお、油圧系統にバルブやポンプ等の機構やその駆動・制御のための電気系統を設ける必要がない理由の一つは、後述のように各モータ12の出力トルクを個別に制御して走行安定性制御を行うという、本実施形態の特徴的構成にある。 【0019】(2)車両制御部の動作(2.1)全体動作図5に、本実施形態における車両制御部38の動作の概略を示す。車両制御部38は、この図に示すようにまず車両各部からの信号、例えばアクセル開度VA、ブレーキ力FB、シフトポジション、車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrl、舵角δ等を示す信号を入力する(100)。車両制御部38は、入力した信号特に車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlを利用して、車体速Vを演算する(200)。車両制御部38は、アクセル開度VA、ブレーキ力FB、シフトポジション、車体速V等を利用してトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを仮確定する(300)。車両制御部38は、舵角δ等の情報を利用して、また、基準速度設定スイッチ50やステア特性制御設定スイッチ52の設定を参照して、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを確定する(400)。車両制御部38は、確定したトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを記憶すると共に対応するモータ制御部に供給する(500)。車両制御部38は、以上の手順を、所定の頻度で繰返し実行する。 【0020】(2.2)車体速演算車体速Vを演算するルーチン200(図6参照)においては、車両制御部38は、まず、【数1】Nslip0←NslipNslip ←0の処理を行う(202)。変数Nslipは4個の駆動輪10のうちスリップしているとみなせるもの(スリップ輪)の個数を計数するための変数であり、ステップ202を実行することで、それまで変数Nslipに保存されていた数値即ち前回ルーチン200を実行したときのスリップ輪の個数が変数Nslip0に保存され、同時に、後の処理のため変数Nslipがリセットされる。 【0021】車両制御部38は、次に、各駆動輪10について(204、214)スリップしているか否かを判定する(206)。スリップの判定手法としては、ここでは、各駆動輪10の角加速度dω/dt(又は加速度)を求め、求めた角加速度dω/dt(又は加速度)が所定のしきい値を上回った駆動輪10についてはスリップしていると見なす、という手法を用いている。角加速度dω/dtは、ステップ100にて入力した車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlのうち対応するものが前回からどの程度変化したかを検出し、これを速度変化の次元から角加速度の次元へと単位換算することにより得る。なお、他の手法により、スリップに係る判定を行ってもよい。車両制御部38は、スリップしていないと判定したときにはその駆動輪10(非スリップ輪)の車輪速を記憶し(208)、スリップしたと判定したときにはその駆動輪10(スリップ輪)を特定する情報を記憶する(212)と共に変数Nslipを1インクリメントする(210)。 【0022】ステップ214までの処理が終了した時点で、車両制御部38は、スリップ輪の個数Nslipが0、1〜3、4のいずれに該当するかを判別する(216)。スリップ輪の個数Nslipが0であるときには、車両制御部38は、ステップ208にて記憶した情報を利用して、【数2】 V=(Vfr+Vfl+Vrr+Vrl)/4の演算を行う(218)。スリップ輪の個数Nslipが1〜3であるときには、車両制御部38は、ステップ210及び212にて記憶した情報を利用して、【数3】V=sum(Vfr,Vfl,Vrr,Vrl)/(4−Nslip) 但し、sum(・):引数とされている車輪速のうち非スリップ輪の車輪速の総和の演算を行う(220)。そして、スリップ輪の個数Nslipが4であるときには、車両制御部38は、最後にdω/dt>しきい値の条件が成立するに至った駆動輪10が、dω/dt>しきい値となる直前に有していた車輪速を、車体速Vとする(224)。ステップ224にて車体速Vとした値は、Nslip=4の条件が成立している間は、維持される(222、226)。 【0023】車両制御部38は、次に、【数4】N←V・60/(2πR) 但し、R(m):駆動輪の半径Vの単位は(m/sec)、Nの単位は(rpm)の演算を行うことにより、車体速Vを回転数Nに変換する(228)。ここで得られる回転数Nは、駆動輪10やモータ12の実際の回転数ではなく、車体速Vに相当するいわば仮想的な回転数である。 【0024】(2.3)トルク指令仮確定車体速演算ルーチン200にて求められた回転数Nは、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを仮確定するルーチン300(図7)において使用される。即ち、トルク指令仮確定ルーチン300では、車両制御部38は、力行時マップ1000(図8(a))及び回生時マップ1002(図8(b))のうちいずれかを、車体速演算ルーチン200にて求めた回転数Nをキーとして参照し、それによって、各駆動輪10に関するトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを仮確定する。力行時マップ1000は、回転数Nとモータの最大トルクTmaxとを対応付けるマップであり、回生時マップ1002は回転数Nとモータの最小トルクTminとを対応付けるマップである。ここでいう最大トルクTmaxは各モータ12が出力できる最大の力行トルクであり、最小トルクTminは各モータ12が出力できる絶対値最大の回生トルクである。いずれもモータ12の性能によって定まる値であるから、回転数Nに対する各モータ12の性能(そのモータ12の回転数に対するそのモータ12の性能ではない)が互いに異なる値である場合にはモータ12各々個別にこれらのマップ1000及び1002を設ける。ここでは、説明の簡略化のため、回転数Nに対する4個のモータ12の性能が互いに等しいものとする。 【0025】車両制御部38は、マップ1000及び1002のいずれを参照するかを決めるため、アクセルセンサ42の出力に基づき、現在アクセルペダルが踏まれているか否か(アクセルがオンしているか否か)を判定する(302)。車両制御部38は、アクセルがオンしているときには力行時マップ1000を(304)、逆にオフしているときには回生時マップ1002を(306)、参照する。これによって得られるのは、力行時マップ1000又は回生時マップ1002上で現在の回転数Nに対応づけられている最大トルクTmax又は最小トルクTminである。車両制御部38は、得られたトルクを案分することにより、各モータ12に対するトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlをある共通のトルク値で以て仮確定する。 【0026】例えば、ステップ304においては、車両制御部38は、力行時マップ1000を参照して求めた最大トルクTmaxに、アクセル開度VAから求めた案分比a(%)を乗ずることにより、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを仮確定する。また、ステップ306においては、回生時マップ1002を参照して求めた最小トルクTminに、ブレーキ力FBから求めた案分比b(%)を乗ずることにより、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを仮確定する。 【0027】なお、図8(a)及び(b)から明らかなように、仮確定の段階では、アクセルオンであれば力行領域(回転数>0かつトルク>0の領域)のみが、オフであれば回生領域(回転数>0かつトルク≦0の領域)のみが使用される点に、留意されたい。後述するTRC相当制御、ABS相当制御及びステア特性制御では、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlは、アクセルオン時であっても回生領域の値を採ることがあり、アクセルオフ時であっても力行領域の値を採ることがある。更に、仮確定の段階では、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlは互いに等しいが、後述するTRC相当制御、ABS相当制御及びステア特性制御が実行されると必ずしもそうではなくなる点に留意されたい。また、最大トルクTmax及び最小トルクTminのみをマップ化しているが、アクセル開度VA又はブレーキ力FBをパラメタとして多数のトルク曲線をマップ化しておくようにしてもよい。そのようなマップ化が行われていれば、アクセル開度VA又はブレーキ力FBと回転数Nの対にてマップを参照することによりトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを求められるから、案分処理を実行する必要がなくなる。反面、回転数対最大(又は最小)トルク特性のみをマップ化する方が、マップ保持のための記憶空間を節約できる。 【0028】(2.4)トルク指令確定トルク指令仮確定ルーチン300において仮確定されたトルク指令は、特定の条件が成立した場合を除き、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを確定するルーチン400(図9)においてそのまま確定され(402)、ステップ500にて各モータ制御部36に供給される。仮確定値のままトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを確定した場合、各モータ12ひいては駆動輪10の出力は、車両操縦者のペダル操作やシフト操作に応じた値となる。逆に、次に述べるような条件が成立した場合、仮確定されたトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに関し補正が施され、補正が施されたトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを以て、各モータ12ひいては駆動輪10に関するトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlが確定される。 【0029】トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに補正が施されるケースの一つは、TRC相当制御(600)又はABS相当制御(700)が実行される場合である。ここでいうTRC相当制御は、在来エンジン車におけるTRC(truction control)に相当する機能を、各モータ12に係るトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの調整・補正により、従って油圧や燃料噴射の操作・制御なしで、実現する制御手法である(特開平8−182119号公報、特願平9−8693号等を参照)。また、ここでいうABS相当制御は、在来エンジン車におけるABS(anti-lock break system)に相当する機能を、各モータ12に係るトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの調整・補正により、従って油圧の操作・制御なしで、実現する制御手法である(特願平9−8693号を参照)。これらの制御は、いずれも、スリップ輪の個数Nslipが0でないことを条件に実行される(404)。TRC相当制御が実行されるのはアクセルがオンしているときであり、ABS相当制御が実行されるのはアクセルがオフしているときである(406)。 【0030】更に、スリップ輪の個数Nslipが0であっても、舵角δが所定のしきい値以上であれば即ち旋回操舵中であれば(408)、車両制御部38は、ステア特性制御を実行する(800)。ステア特性制御は、基準速度設定スイッチ50及びステア特性制御設定スイッチ52の設定内容に応じてトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを補正し、車両のステア特性を速度範囲別(より一般的に表現すれば、車両の状態別)に目標制御する制御手法であり、本発明の特徴の一つである。 【0031】これら、TRC相当制御、ABS相当制御及びステア特性制御は、各モータ12に対して個々別々にトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを与えられるという左右輪独立駆動型電気自動車の特質を利用し、各モータ12毎に互いに異なる出力トルクを得る、という共通点を有している。従って、これらの制御手法は、いずれも、ホイルインモータタイプのみでなく左右輪独立駆動型電気自動車全般に適用できる。次に、これらの手順に関し説明する。 【0032】(2.4.1)TRC相当制御TRC相当制御ルーチン600(図10)においては、車両制御部38は、全てのモータ12について(602、626)次の処理を行う。 【0033】車両制御部38は、まず、車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlをそれぞれ回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlに変換する(604)。車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrl(m/sec)から回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrl(rpm)への変換は、前者に60/(2πR)を乗ずることで行う。車両制御部38は、その結果得られた回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlのうちベース回転数NBを下回っているものについてはトルク特性上の定トルク領域に属していると判断し、上回っているものについては定パワー領域に属していると判断する(606)。定トルク領域とは、モータ12の最大トルクTmax及び最小トルクTminが一定の領域であり、定パワー領域とは、モータ12の最大力行パワー(=Tmax×回転数)及び最大回生パワー(=Tmin×回転数)が一定の領域である。また、ベース回転数NBは、定トルク領域と定パワー領域の境に当たる回転数である。 【0034】車両制御部38は、判断の結果に応じて係数決定用マップ(力行)1004上の異なるデータを参照することにより、後の処理に使用する定数群を駆動輪10毎に個別に決定する(608、610)。図11に示されるように、係数決定用マップ(力行)1004は、定トルク領域のうち力行側の部分に定数群(1)を、また定パワー領域のうち力行側の部分に定数群(2)を、それぞれ対応づけており、従って、車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlに相当する回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlが定トルク領域に属するのかそれとも定パワー領域に属するのかによって異なる定数群が選択決定されることになる。なお、ここでいう定数群は、しきい値THω1〜THω3を決定するための定数a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3及びd1〜d3と、フィードバックゲインG1及びG2を決定するための定数A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及びD2と、補正項S1及びS2とを、含んでいる。補正項S1及びS2に関しては、定トルク領域と定パワー領域とで同じ値にしてもよい。 【0035】車両制御部38は、決定した定数群を利用して、駆動輪10毎にしきい値THω1〜THω3並びにフィードバックゲインG1及びG2を演算する(612)。演算式は、例えば【数5】THω1←a1×exp(b1×VA+c1×車輪速+d1×VA×車輪速) THω2←a2×exp(b2×VA+c2×車輪速+d2×VA×車輪速) THω3←a3×exp(b3×VA+c3×車輪速+d3×VA×車輪速) G1 ←A1×exp(B1×VA+C1×車輪速+D1×VA×車輪速) G2 ←A2×exp(B2×VA+C2×車輪速+D2×VA×車輪速) とする。なお、車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlに代え回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlを用いてもよい。また、THω1>THω2>0>THω3が常に成り立つよう、係数決定用マップ(力行)1004の内容を設定しておく。 【0036】車両制御部38は、駆動輪10毎に、その角加速度dω/dt(ステップ206にて求めたものを用いるか、再度演算する)がTHω1超、THω1以下THω2超、THω2以下THω3超、及びTHω3以下という4種類の範囲のうちいずれに属しているかを判定する(614)。車両制御部38は、その結果に応じて、ステップ616〜622のうちいずれかを実行する。ステップ616〜622にて実行される処理は、次の式【数6】 ステップ616:ΔT←G1・(dω/dt−S1) ステップ618:ΔT←0ステップ620:ΔT←G2・(dω/dt−S2) ステップ622:ΔT←0により表される演算である。 【0037】車両制御部38は、ステップ616〜622の処理にて駆動輪10毎に決定されたフィードバックトルクΔTを、仮確定値から減ずることにより、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを確定する(624)。このように、角加速度dω/dt及び回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlに応じて駆動輪10毎に決まるフィードバックトルクΔTにより、補正が施されるから、確定されたトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの値が採る得る範囲は、図12において斜線で示される範囲即ち力行領域及び回生領域双方に亘る範囲となる。 【0038】いずれかの駆動輪10がスリップしている(dω/dtがしきい値を上回っている)状態は、通常は、ある程度の期間に亘って継続する。その期間において上述の手順によるトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの補正・確定が行われた場合、各モータ12の出力トルクは所定の規則性を以て時間変動することになり、在来車両におけるTRCと同様にして、いずれ、全ての駆動輪10が路面をグリップしている状態となる。その際、油圧や燃料噴射量の制御は不要である。 【0039】(2.4.2)ABS相当制御次に、ABS相当制御は、TRC相当制御とほぼ同様の手順により実現できる。図13に、ABS相当制御ルーチン700のうちTRC相当制御ルーチン600と相違する部分を示す。図13においては、車両制御部38は、各駆動輪10について(702)その車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlを回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlに変換し(704)、その結果がベース回転数NBを下回っている駆動輪10については定トルク領域に、逆に上回っている駆動輪10については定パワー領域に、属していると判断する(706)。車両制御部38は、この判断の結果に基づき係数決定用マップ(回生)1006を参照することにより、後の処理に使用する定数群を決定する(708、710)。図14に示されるように、係数決定用マップ(回生)1006は、定トルク領域のうち回生側の部分に定数群(3)を、また定パワー領域のうち回生側の部分に定数群(4)を、それぞれ対応づけており、従って、車輪速Vfr、Vfl、Vrr及びVrlに相当する回転数Nfr、Nfl、Nrr及びNrlが定トルク領域に属するのかそれとも定パワー領域に属するのかによって異なる定数群が選択決定されることになる。なお、ここで決定する定数群は前述のステップ608又は610にて決定していた定数群と同様である。但し、その値は、一般に、力行時の値と異なる値とする。 【0040】車両制御部38は、決定した定数群を利用して、各駆動輪10に関し、しきい値THω1〜THω3並びにフィードバックゲインG1及びG2を演算する(712)。演算式は、前述の数5中のアクセル開度VAをブレーキ力FBに置き換えた式でよい。車両制御部38がこれ以後実行する処理は、TRC相当制御ルーチン600におけるステップ614〜626と同様の処理である。従って、ABS相当制御において確定されるトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlも、TRC相当制御において確定されるトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlと同様、図12において斜線で示される範囲の値を採り得る。また、同様に時間変動するから、ABS相当制御を実行することで、在来車両におけるABSと同様にして、全ての駆動輪10が路面をグリップしている状態を回復できる。 【0041】(2.4.3)ステア特性制御ステア特性制御ルーチン800(図15)においては、車両制御部38は、まず基準速度設定スイッチ50にて設定されている基準速度V*と、ステア特性制御設定スイッチ52にて設定されている目標ステア特性とを読み込み(802)、車体速演算ルーチン200にて求めた車体速Vを基準速度V*と比較する(804)。車体速Vが基準速度V*以上であれば、車両制御部38は高速域ステア特性制御設定スイッチ52bにより設定されている目標ステア特性を目標ステア特性として採用し(806)、逆に、車体速Vが基準速度V*未満であれば、低速域ステア特性制御設定スイッチ52aにより設定されている目標ステア特性を目標ステア特性として採用する(808)。目標ステア特性の設定の一例としては、次の表1の上半分に記されているように、低速域ではオーバーステア、高速域ではニュートラルステア、という設定がある。 【0042】 【表1】
車両制御部38は、次に、現在のステア特性を検出(又は推定)する(900)。ステア特性の検出は、例えば、図16に示されるように、ヨーレート又は横加速度の目標値である目標ヨーレートγ*又は目標横加速度Gy*を算出し(902)、目標ヨーレートγ*に対するヨーレートの検出値γの差Eγ又は目標横加速度Gy*に対する横加速度の検出値Gyの差EGyを算出し(904)、算出した差が十分小さければ(906)ニュートラルステアであると判定し(914)、算出した差がさほど小さくなくかつ舵角δと算出した差との積が正であればオーバーステアであると判定し(910)そうでなければアンダーステアであると判定する(912)、という手順によって、実行する。なお、ここでは、舵角やヨーレートについて、左旋回方向を正としている。 【0043】車両制御部38は、ステア特性を検出(又は推定)した後、図15に示されるように、ステップ806又は808にて採用した目標ステア特性と、検出(又は推定)した実際のステア特性とを比較する(810)。両者が一致していれば、車両制御部38は、仮確定された値を以てトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを確定する(812)。両者が一致していなければ、車両制御部38は、モード決定テーブル1008を参照して、ステア特性の変更モードを決定する(814)。 【0044】モード決定テーブル1008は、図17に示されるように、ニュートラルステア、オーバーステア及びアンダーステアという3種類のステア特性相互間で、想定しうる6通りの遷移の仕方を与えている。例えば、図中の変更モードaはオーバーステアからニュートラルステアへと車両のステア特性を遷移させるモードであり、変更モードcはニュートラルステアからアンダーステアへと車両のステア特性を遷移させるモードである。車両制御部38がステップ814にて実行する処理は、具体的には、検出又は推定した実際のステア特性(例えばオーバーステア)と、採用した目標ステア特性(例えばニュートラルステア)とに基づき、車両のステア特性を目標ステア特性に遷移させるのに必要な変更モード(例えばa)を、決める処理である。なお、これら3種類のステア特性は、次の式【数7】 オーバーステア :δ×(γ−γ*)>0、δ×(Gy−Gy*)>0 ニュートラルステア:δ×(γ−γ*)=0、δ×(Gy−Gy*)=0 アンダーステア :δ×(γ−γ*)<0、δ×(Gy−Gy*)<0に示されるように、実ヨーレートγ又は実横加速度Gyがその基準値(ニュートラルステア時の値)γ*又はGy*に対して有している差が舵角δと同じ符号か否かにより定義付けできる。 【0045】車両制御部38は、以上の処理と前後して、路面の摩擦係数μを各駆動輪10毎に演算決定する(900)。例えば、図18に示されるように、各駆動輪10の角加速度dω/dtをキーとしてμ決定マップ1010を参照し摩擦係数μを決定する処理を(954)、全ての駆動輪10に関し実行する(952、956)。μ決定マップ1010は、角加速度dω/dtを摩擦係数μに対応づけるマップであり、例えば図19に示されるような内容を有している。以下、右前輪10FR、左前輪10FL、右後輪10RR及び左後輪10RLにおける路面の摩擦係数μを、それぞれ、μfr、μfl、μrr及びμrlで表す。 【0046】車両制御部38は、この後、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの補正に使用する定数群を、定数群テーブル1012を参照して決定する(816)。定数群テーブル1012は、次の表2に示されるように、アクセルオン/オフの別、舵角δの符号即ち旋回操舵方向、及びステップ814にて決定した変更モードの組合せと、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを補正するために使用する定数Pfr、pfr、qfr、Pfl、pfl、qfl、Prr、prr、qrr、Prl、prl及びqrlの組合せとを、対応づけるテーブルである。 【0047】 【表2】
車両制御部38は、ステップ816にて決定した定数群により定義される次の式【数8】kfr←1−Pfr×exp(pfr×|δ|+qfr×μfr) kfl←1−Pfl×exp(pfl×|δ|+qfl×μfl) krr←1−Prr×exp(prr×|δ|+qrr×μrr) krl←1−Prl×exp(prl×|δ|+qrl×μrl) を用いて、舵角δ並びに摩擦係数μfr、μfl、μrr及びμrlに基づき補正係数kfr、kfl、krr及びkrlを決定し、更に、次の式【数9】Tfr←Tfr×kfrTfl←Tfl×kflTrr←Trr×krrTrl←Trl×krlにより、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを補正する(818)。数8の右辺は、図20に示される曲面を与える関数であり、この関数に従い決定した補正係数kfr、kfl、krr及びkrlを用いて数9に示される補正処理を実行することにより、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの値が採りうる範囲は、図21にて斜線で示されるように力行及び回生双方の領域に亘る範囲になる。なお、他の形の関数を用いてもかまわない。即ち、数8及び図20に示される補正係数演算手法は、舵角δに応じトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrl相互の値に相違を与えひいては車体重心回りのモーメントMを発生させる手法、言い換えれば目標ヨーレート適合制御を応用した手法であるから、後述の如く状態フィードバック制御を応用して本発明を実現しようとする場合には、例えばヨーレートγ、横加速度Gy、すべり角βその他の車両状態量の検出・フィードバック値を独立変数とする関数にて、補正係数kfr、kfl、krr及びkrlを決定する。 【0048】ステップ818にて補正された後のトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlは、最大トルクTmaxを上回るものや最小トルクTminを下回るものが含まれていない限り、そのまま確定される(832。なお、図31及び表4も参照)。しかし、数9によれば最大トルクTmaxを上回ることとなるものについては(820)最大トルクTmaxを以て上限制限する(822)。この制限によって実現し得なくなった分のトルク、即ち補正直後の値から最大トルクTmaxを減ずることにより得られる値のトルクについては、左右同じ側にある駆動輪に係るトルク指令に上乗せする(824。なお、図32及び表5も参照)。同様に、数9によれば最小トルクTminを下回ることとなるものについては(826)最小トルクTminを以て下限制限する(828。なお、図31及び表4も参照)。この制限によって実現し得なくなった分のトルク、即ち補正直後の値から最小トルクTminを減ずることにより得られる値のトルクについては、左右同じ側にある駆動輪に係るトルク指令に上乗せする(830。なお、図32及び表5も参照)。 【0049】例えば、右前輪10FRに係るトルク指令Tfrが最大トルクTmaxを上回っているのであれば、ステップ822では【数10】δT ←Tfr−TmaxTfr←Tmaxの処理を行う。右前輪10FRと同じく右側にある駆動輪は右後輪10RRであるから、ステップ824では【数11】Trr←Trr+δTの処理を行う。なお、この処理によってトルク指令Trrの値が最大トルクTmaxを上回った場合には、今度はトルク指令Trrに関しステップ822に係る制限処理が行われる。この場合、際限のない繰返しを防ぐため、ステップ824は省略される(図示せず)。 【0050】このようなステア特性制御が実行されると、車両のステア特性は、基準速度V*以上の高速域では高速域ステア特性制御設定スイッチ52bにより設定されている目標ステア特性に制御され、基準速度V*未満の低速域では低速域ステア特性制御設定スイッチ52aにより設定されている目標ステア特性に制御される。例えば、表1の上半分に示されているような設定が施されている場合、同表の下半分に示されているようにステア特性の変更モードが選択決定され、決定された変更モードに従いトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlの補正及び確定が行われる。従って、本実施形態によれば、低速域及び高速域それぞれについて製造者又は使用者が設定した目標ステア特性による旋回が可能になる。特に、表1に示されているように低速域での目標ステア特性をオーバーステアとしておけば、低速域での車両旋回半径を小さくでき、従って、車両の走行安定性を損なわないで小回りの利く車両を実現できる。 【0051】(2.4.4)ステア特性制御の原理そのような効果が得られるのは、以下に述べるように、各駆動輪10に係るトルクTfr、Tfl、Trr及びTrlを適宜補正及び確定することでコーナリングパワーKf及びKrを変化させることができ、これによってステア特性を変化させることができるためである。なお、以下の説明で登場する変数・定数については、車両が旋回する平面内での車体の挙動を示す図22、車輪の回転運動を示す図23及び変数・定数のリストである表3を参照されたい。 【0052】 【表3】
まず、運動している車両には次の式【数12】m・Gy=m・V・(dβ/dt+γ) で表される横方向の力が作用する。また、車両が旋回しているときには、車両には遠心力【数13】Fc=m・V2/ρ但し、ρ:旋回半径が作用する。従って、車両が旋回しているときには、数12及び数13から導かれる次の関係【数14】dβ/dt+γ=V/ρが成り立つ。 【0053】いわゆるニュートラルステアの状態では、【数15】dβ/dt=0dγ/dt=0であるから、車体速Vが一定であれば数14に現れている旋回半径ρは定数となり(以下、ρ0と表す)、次の式【数16】ρ0=V/γ0但し、γ0:ニュートラルステア時のヨーレートで表される値になる。即ち、このとき車両は一定の半径ρ0で旋回する(定常円旋回)。 【0054】他方、本実施形態では、各駆動輪10に係るモータ12に対し個別にトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを与え、それにより車体重心G回りのモーメントMを発生させている(図24参照)。従って、車体の重心G回りの運動は、左右の車輪に働くコーナリングフォースに差がないとすると、次のようにモーメントMを含む式【数17】 I・dγ/dt=2・(Lf・F’yf+Lr・F’yr)+M 但し、 F’yf=F’yfr+F’yfl =−Kf・{β+(Lf/V)・γ−δ} F’yr=F’yrr+F’yrl =−Kr・{β+(Lr/V)・γ}によって表すことができる。数12及び数17を変形することにより得られる次の式【数18】dβ/dt=K11・β+K12・γ+K13・δ+K14・Mdγ/dt=K21・β+K22・γ+K23・δ+K24・M但し、K11=−2・(Kf+Kr)/(m・V) K12=−1−2・(Lf・Kf−Lr・Kr)/(m・V2) K13=2・Kf/(m・V) K14=0K21=−2・(Lf・Kf−Lr・Kr)/IK22=−2・(Lf2・Kf−Lr2・Kr)/(I・V) K23=2・Lf・Kf/IK24=1/Iは、各駆動輪10に係るモータ12に対し個別にトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを与え、それによりモーメントMを発生させたときの車体の挙動を示す式である。 【0055】モーメントMを発生させずステア特性をニュートラルステアとしたとき、数15及び数18から次の式【数19】 K11・β+K12・γ+K13・δ=0K21・β+K22・γ+K23・δ=0が得られる。この式をヨーレートγについて解くと、【数20】γ=1/(1+A・V2)・(V/L)・δ但し、A:スタビリティファクタ=−m/V2・(Lf・Kf−Lr・Kr)/(Kf・Kr) となる。この式と、既に導出済の数16から、定常円旋回時の旋回半径ρ0は【数21】ρ0=(1+A・V2)・L/δとなることがわかる。特に、数21の右辺にスタビリティファクタAが現れており、またスタビリティファクタAの符号が指標値Lf・Kf−Lr・Krにより左右されることに、留意されたい。即ち、舵角δが一定(=δ0=1/ρ0)であれば、【数22】 Lf・Kf−Lr・Kr<0…アンダーステアLf・Kf−Lr・Kr=0…ニュートラルステアLf・Kf−Lr・Kr>0…オーバーステアとなる(図25参照)。また、ニュートラルステアでないときの旋回半径ρは、車体速Vに依存する(図26参照)。なお、ここでは、サスペンションの特性は無視している。 【0056】このようにステア特性を左右する指標値Lf・Kf−Lr・Krは、ホイルベースLf及びLrとコーナリングパワーKf及びKrによって決まる。ホイルベースLf及びLrは一定であるから、コーナリングパワーKf及びKrを思い通りにかえることができるのであれば、車両のステア特性を制御することが可能になる。本実施形態におけるステア特性制御は、車体速Vが高いか低いかに応じて(より一般には車両の走行状態を示す物理量の大小乃至高低に応じて)、また現在のステア特性と目標ステア特性との異同に応じて、コーナリングパワーKf及びKrを変化させることにより、目標ステア特性となるようステア特性を制御する手法である。 【0057】まず、車体重心G回りのモーメントMは、次の式【数23】M=Td/2・(Fxfr−Fxfl+Fxrr−Fxrl) で示されるように各駆動輪10に働く前後力Fxfr、Fxfl、Fxrr及びFxrlによって定まる。また、この式から明らかなように、右前輪10FRに働く前後力Fxfrと左前輪10FLに働く前後力Fxflとが等しく、右後輪10RRに働く前後力Fxrrと左後輪10RLに働く前後力Fxrlとが等しければ、モーメントMは0となる。更に、【数24】It・dωfr/dt=Tfr−Fxfr・R=Tfr−μ・mt・RIt・dωfl/dt=Tfl−Fxfl・R=Tfl−μ・mt・RIt・dωrr/dt=Trr−Fxrr・R=Trr−μ・mt・RIt・dωrl/dt=Trl−Fxrl・R=Trl−μ・mt・Rであるから、【数25】dωfr/dt=0dωfl/dt=0dωrr/dt=0dωrl/dt=0であれば【数26】M=(Tfr−Tfl+Trr−Trl)・Td/(2・R) である。 【0058】従って、図27に示されているように各駆動輪10に関し互いに等しいトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを与えている場合、各駆動輪10には互いに等しい前後力Fxfr、Fxfl、Fxrr及びFxrlが働くため、モーメントMは0となる。なお、図27(及び図28)中、Fは車両の推進力、βr及びβfはそれぞれ後輪及び前輪のすべり角である。また、本願中の説明では、トルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlが正確に実現されるものと仮定している。 【0059】逆に、図28に示されているように各駆動輪10に関し互いに等しくないトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlを与えている場合、各駆動輪10に働く前後力Fxfr、Fxfl、Fxrr及びFxrlは一般に互いに等しくならないためモーメントMが発生する。また、前後力Fxfr、Fxfl、Fxrr及びFxrlが変化すると横力Fyfr、Fyfl、Fyrr及びFyrlも発生又は変化し、従ってその大きさが次の式【数27】F’y=Fy・cosβ−Fx・sinβ但し、Fx:前後力Fy:横力β:すべり角で与えられるコーナリングフォースF’yfr、F’yfl、F’yrr及びF’yrl(すべりが発生していなければ各車輪の向いている方向(進行方向)と直交する方向を向く)や、この式中に現れているすべり角β(各車輪の進行方向と車両の進行方向の差)も、変化する。 【0060】即ち、すべり角β、前後力Fx、横力Fy及びコーナリングフォースF’yの間には一般に図29に示される如き関係があるところ、例えばある駆動輪10に関しその前後力Fxを増大させると(図30中実線の「前後力」から破線の「前後力(制御)」への変化)、これに応じて横力Fy及びコーナリングフォースF’yの特性が実線から破線へと変化するため、図中白丸で示されている動作点は図中←の如く変化し、その結果すべり角βも減少する。 【0061】図28に示されているように、外側(左折時には右側、右折時には左側)の駆動輪10に関するトルク指令を内側の駆動輪10に関するトルク指令より小さくしているときには、図30に示されるように、コーナリングフォースF’yが減少し、これに伴いコーナリングパワーも減少する。例えば、Trr>Trlとした場合、後輪のコーナリングパワーKrが減少するため、ステア特性を決定する量であるLf・Kf−Lr・Krも減少する。即ち、アンダーステアからニュートラルステア又はオーバーステアへ、或いはニュートラルステアからオーバーステアへの切換が実現される。逆に、内側の駆動輪10に関するトルク指令を外側の駆動輪10に関するトルク指令より小さくしているときには、図30とは逆に、コーナリングフォースF’yが増加し、これに伴いコーナリングパワーも増加する。例えば、Trr<Trlとした場合、コーナリングパワーKrが増大するためLf・Kf−Lr・Krも増加する。即ち、オーバーステアからニュートラルステア又はアンダーステアへ、或いはニュートラルステアからアンダーステアへの切換が実現される。 【0062】本実施形態においては、コーナリングパワーKf及びKrを変化させるため、各駆動輪10に係るトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに舵角δに応じた補正を施して互いに異なるトルクを発生させ、これにより舵角δに応じたモーメントMを発生させる、という方法を採用している。これは、本願出願人が特願平9−8693号にて提案した目標ヨーレート適合制御の応用である。即ち、各駆動輪10に関するトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに、表4及び表5に示されるような論理に従い増減補正を施し、これによって車体重心G回りでモーメントMを発生させ、ステア特性を目標制御している(図31)。また、本実施形態においては、増減補正によりある駆動輪に係るトルク指令が最大値Tmax又は最小値Tminという限界値を超えそうになったときに、当該ある駆動輪と左右同じ側にある駆動輪に関しトルク指令の増減補正を施し、これによって、出力トルクの限界値によってステア特性の目標制御が支障を受けないようにしている(図32。図15のステップ820〜830を参照)。このような制御によって、本実施形態においては、旋回時におけるエネルギ効率の向上、走行安定性の確保、操縦の容易化(アクセルやブレーキの操作頻度の低減)を実現している。また、その際使用するセンサの個数が少ないため、経済的である。 【0063】 【表4】
【表5】
(3)変形例上述の実施形態には、様々に変形を施すことができる。まず、上述の実施形態では基準速度設定スイッチ50によって低速域/高速域を分ける基準速度V*を与えていたが、図33に示されるように基準速度設定スイッチ50に代えて基準ヨーレート設定スイッチ50Aを設け基準ヨーレートγs*を与えるようにしてもよい。この様にする場合には、ステア特性制御ルーチン800中のステップ802〜808の部分を図34に示されるステップ802A〜808Aの如く変形し、ヨーレートγの基準ヨーレートγs*との比較判定やその結果に基づく目標ステア特性設定を行うようにする。また、ステア特性制御設定スイッチ52は、ヨーレートγが小さい領域/大きい領域それぞれについて目標ステア特性を設定するのに用いる。同様に、図35に示されるように基準速度設定スイッチ50に代えて基準横加速度設定スイッチ50Bを設け基準横加速度Gys*を与えるようにしてもよい。この様にする場合に、ステア特性制御ルーチン800中のステップ802〜808の部分を図36に示されるステップ802B〜808Bの如く変形し、横加速度Gyの基準横加速度Gys*との比較判定やその結果に基づく目標ステア特性設定を行うようにする。また、ステア特性制御設定スイッチ52は、横加速度Gyが小さい領域/大きい領域それぞれについて目標ステア特性を設定するのに用いる。 【0064】更に、図37に示されるように、基準速度設定スイッチ50、基準ヨーレート設定スイッチ50A、基準横加速度設定スイッチ50B及びステア特性制御設定スイッチ52を廃止することもできる。即ち、図38に示されるように、ステア特性制御ルーチン800中のステップ802〜808をステップ801及び802C〜808Cにより置き換える。ステップ801及び802Cでは、車両制御部38内に設けた走行履歴/基準値メモリ1014上の従前の基準値(V*、γs*又はGys*)を対応する検出値(V、γ又はGy)を利用して逐次更新する。ステップ802Cでは、基準値の上下での目標ステア特性を、走行履歴/基準値メモリ1014上に別途書き込まれている走行履歴(車体速V、ヨーレートγ、横加速度Gy等の履歴)から決める。ステップ804C〜ステップ808Cでは、更新した基準値を利用して前述の実施形態又はその変形例と同様の処理を実行する。このように、目標ステア特性とその設定範囲乃至基準値を自動設定するようにすれば、ステア特性の目標を切り換えるための上述の基準値を、車両操縦者の癖等に適応させることができる。 【0065】更に、ステア特性検出ルーチン900を、図39の如く変形すれば、ヨーレートセンサ49aや横加速度センサ49bを廃止することもできる。図39においては、車両制御部38は、舵角センサ48にて得られた舵角δの時間微分dδ/dtを求め(916)、この時間微分dδ/dtが十分小さければ、現在のステア特性が操縦者の望みとほぼ一致していると見なす(918)。逆に、時間微分dδ/dtが十分小さくないときには(918)、舵角δとその時間微分dδ/dtが同一符号であれば(920)操縦者の望み(例えばオーバーステア)に対してアンダーステア気味のステア特性(ニュートラルステア又はアンダーステア)であると判定し(922)、異符号であればオーバーステア気味のステア特性であると判定する(922)。車両制御部38は、以上の処理の結果を利用して前述のステップ810を実行する。 【0066】更に、前述の定数群テーブル1012に代えて、異なるP、p及びqの組合せに係る補正係数kを舵角の絶対値|δ|及び路面摩擦係数μと関連づけるn個の定数群マップ1016−1〜1016−n(n:2以上の自然数)を、設けるようにしてもよい。その場合、ステア特性制御ルーチン800は図40に従い変形し、ステップ816に代え定数群マップ1016−1〜1016−nを選択的に参照するステップ816Aを設ける。 【0067】更に、上述の実施形態は目標ヨーレート適合制御を応用した実施形態であるが、本願出願人が特願平9−68571号にて提案している状態フィードバック制御を応用して本発明を実施することができる。例えば、ヨーレートセンサ49a及び横加速度センサ49bの出力たるヨーレート検出値γ及び横加速度検出値Gyに応じ各駆動輪10に係るトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに補正を施して駆動輪10毎に異なるトルクを発生させ、これによって車体重心G回りのモーメントMを発生させ、コーナリングパワーKf及びKrを変化させる、という制御則も採用できる。或いは、ヨーレート検出値γと、次の式【数28】β=∫(Gy/V−γ)dtに従いヨーレート検出値γ、横加速度検出値Gy及び車体速Vから求めたすべり角度βとに応じ、各駆動輪10に係るトルク指令Tfr、Tfl、Trr及びTrlに補正を施して駆動輪10毎に異なるトルクを発生させ、これによって車体重心G回りのモーメントMを発生させ、コーナリングパワーKf及びKrを変化させる、という制御則も採用できる。 【0068】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、車両操縦者からの要求に応じて仮確定した指令を補正することによって駆動輪間に出力差を発生させ、これにより、車両が採りうる速度、ヨーレート又は横加速度を区分した範囲毎に設定した目標ステア特性へと、車両のステア特性を変化させるようにしたため、実現すべき目標ステア特性の設定によって、様々な車両挙動を実現できる。例えば、低速時にはより小さい半径で旋回したいといった細かな要請に応えられる。更に、舵角又は車両の旋回状態に応じ上述の補正をおこなっているため、目標ヨーレート適合制御又は状態フィードバック制御の利点を併せ享受できる。加えて、基準値設定手段を設けた場合、目標ステア特性を切り換える範囲区分を可変設定できるため、より緻密な要請にも応えられる。更に、TRC/ABS相当制御手段を設け、いずれかの駆動輪がスリップしているときにはTRC/ABS相当制御手段により補正されたトルク指令を、いずれの駆動輪もスリップしておらずかつ車両が旋回中であるときにはステア特性制御手段により補正されたトルク指令を、というように制御を切り換えるようにした場合、低μ路に強く、また直進時、旋回時を問わず走行安定性に優れた車両が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000003207 【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成9年(1997)12月18日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】 【氏名又は名称】吉田 研二 (外2名)
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| 【公開番号】 |
特開平11−187506 |
| 【公開日】 |
平成11年(1999)7月9日 |
| 【出願番号】 |
特願平9−349550 |
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