(57)【要約】【課題】車両の旋回性能を向上した駆動力制御装置を提供する。【解決手段】路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段１０１と、前輪の接地荷重を算出する接地荷重演算手段１０２と、前輪の横力を算出する横力演算手段１０３と、摩擦係数推定手段、接地荷重演算手段、横力演算手段の出力に基づいて前輪の許容駆動力を算出する許容駆動力算出手段１０４と、前輪の駆動力が許容駆動力以下となるように駆動力を制御する駆動力制御手段１０６とを備える駆動力制御装置１００を、前輪の舵角増加に応じて許容駆動力を増加補正する許容駆動力補正手段１０５を備える構成とする。【選択図】図６
2011021484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、
前輪の接地荷重を算出する接地荷重演算手段と、
前記前輪の横力を算出する横力演算手段と、
前記摩擦係数推定手段、前記接地荷重演算手段、前記横力演算手段の出力に基づいて前記前輪の許容駆動力を算出する許容駆動力算出手段と、
前記前輪の駆動力が前記許容駆動力以下となるように駆動力を制御する駆動力制御手段と
を備える駆動力制御装置であって、
前記前輪の舵角増加に応じて前記許容駆動力を増加補正する許容駆動力補正手段を備えること
を特徴とする駆動力制御装置。
【請求項２】
前記駆動力制御手段は、前記許容駆動力の増加補正量に対して車両の前輪軸重配分比率の逆数を乗じた値に基づいて車両の全駆動力を増加させること
を特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
【請求項３】
前記駆動力制御手段は、前記許容駆動力の増加補正量に対して車両の前輪駆動力配分比率の逆数を乗じた値に基づいて車両の全駆動力を増加させること
を特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
【請求項４】
前記駆動力制御手段は、補正後の前記許容駆動力が所定値以下である場合に、ドライバが加速要求を入力するアクセルペダルの変位に対する駆動力の変化率を小さくすること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両の駆動力がタイヤの摩擦円限界を逸脱しないよう制御する駆動力制御装置に関し、特に車両の旋回性能を向上したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動力制御（トラクションコントロール）装置は、駆動力がタイヤの摩擦円限界を逸脱して過度なスリップが発生しないようにエンジンの出力等を制限するものである。
このようなタイヤの摩擦円を考慮した車両制御に関する従来技術として、例えば特許文献１には、路面摩擦係数（μ）推定に基づいて設定される摩擦円を超えないように目標前後力と横力とを演算し、目標ヨーモーメントを補正して制駆動力の制御を行う運動制御装置が記載されている。
また、特許文献２には、車両の加速スリップ制御装置において、車両の加速目標と旋回目標が摩擦円を超える場合、旋回目標を維持するように加速目標を設定することが記載されている。
また、特許文献３には、駆動輪の駆動スリップ量が目標スリップ量を達成するように駆動トルク低減制御を行う駆動力制御装置において、コーナリング抵抗による駆動力の減少分を補償するように、駆動力制御における目標スリップ率を補正することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９０８３２号公報
【特許文献２】特開平８−２６１０３０号公報
【特許文献３】特開平５−１４９１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載の技術においては、摩擦円限界を超えないように駆動力を制限することによって、駆動輪のスリップが防止され車両挙動の安定性は確保されるが、トラクション性能の観点からは、駆動力が過度に抑制される傾向がある。
また、車両のコーナリング状態を適切に維持するためには、コーナリング抵抗に打ち勝つ最低限の駆動力が必要である他、転舵輪では駆動力による旋回内側への求心力を有効活用することによってコーナリングフォースを増大させ、コーナリング性能の向上を図ることが可能である。しかし、上記従来技術では、タイヤのスリップ角がゼロであるときの車体横力を基準として制御を行っており、舵角を考慮して許容駆動力を増加することによるコーナリング性能の向上については考慮されていない。
【０００５】
これに対し、特許文献３に記載された技術では前輪の舵角が考慮されてはいるが、タイヤグリップの限界付近ではスリップ率に対する駆動力の特性が大きく変動して不安定となることから、路面μや摩擦円を考慮せずに適切なスリップ率補正を行うことは困難である。また、駆動力が大きい場合にスリップ率をさらに増加補正すると、タイヤ横力が低下してコーナリング性能が悪化することが懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車両の旋回性能を向上した駆動力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、前輪の接地荷重を算出する接地荷重演算手段と、前記前輪の横力を算出する横力演算手段と、前記摩擦係数推定手段、前記接地荷重演算手段、前記横力演算手段の出力に基づいて前記前輪の許容駆動力を算出する許容駆動力算出手段と、前記前輪の駆動力が前記許容駆動力以下となるように駆動力を制御する駆動力制御手段とを備える駆動力制御装置であって、前記前輪の舵角増加に応じて前記許容駆動力を増加補正する許容駆動力補正手段を備えることを特徴とする駆動力制御装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、前記駆動力制御手段は、前記許容駆動力の増加補正量に対して車両の前輪軸重配分比率の逆数を乗じた値に基づいて車両の全駆動力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置である。
請求項３の発明は、前記駆動力制御手段は、前記許容駆動力の増加補正量に対して車両の前輪駆動力配分比率の逆数を乗じた値に基づいて車両の全駆動力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置である。
請求項４の発明は、前記駆動力制御手段は、補正後の前記許容駆動力が所定値以下である場合に、ドライバが加速要求を入力するアクセルペダルの変位に対する駆動力の変化率を小さくすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の駆動力制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）前輪の舵角増加に応じて許容駆動力を増加補正することによって、舵角付与によりタイヤ横力の作用方向が旋回中心側に対して後傾している場合であっても、駆動力とタイヤ横力との合力の作用方向を旋回中心側へ近づけ、タイヤの摩擦円を旋回中心側の限界付近まで有効に活用し、コーナリングフォースを増大して車両のコーナリング性能を向上することができる。
また、路面摩擦係数の推定を踏まえた駆動力制御とすることによって、既存のスリップ制御のようにスリップ率に対する駆動力の特性が不安定な領域を用いる必要がないので、安定した制御を行うことができる。
（２）前輪の許容駆動力の増加補正量に対して車両の前輪軸重配分比率の逆数を乗じた値に基づいて車両の全駆動力を増加させることによって、前後の軸重配分に応じて駆動力が配分されるＡＷＤ車両において前輪のグリップを有効に活用することができる。
（３）前輪の許容駆動力の増加補正量に対して車両の前輪駆動力配分比率の逆数を乗じた値に基づいて車両の全駆動力を増加させることによって、所定の配分比率で駆動力が配分されるＡＷＤ車両において前輪のグリップを有効に活用することができる。
（４）補正後の許容駆動力が所定値以下である場合に、ドライバが加速要求を入力するアクセルペダルの変位に対する駆動力の変化率を小さくすることによって、デリケートなアクセル操作が要求されるタイヤグリップ限界付近での走行において、アクセルレスポンスを鈍感にしてドライバの扱いやすさを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した駆動力制御装置の実施例１が設けられる車両のパワートレーンの構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した駆動力制御装置の実施例１の構成を示す図である。
【図３】左右前後輪の摩擦円及び前後力、横力を示す模式図である。
【図４】実施例１の駆動力制御装置におけるアクセル開度−スロットル開度の相関の一例を示すグラフである。
【図５】実施例１の駆動力制御装置におけるトラクションコントロール制御時の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の比較例及び実施例１における旋回時のタイヤ力の発生状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、車両の旋回性能を向上した駆動力制御装置を提供する課題を、前輪の摩擦円限界内となるよう算出された許容駆動力を、前輪の舵角のｓｉｎ成分に応じて増加補正し、コーナリングフォースを増加させることによって解決した。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明を適用した駆動力制御装置の実施例１について説明する。
実施例１の駆動力制御装置は、例えば乗用車等の４輪のＡＷＤ（総輪駆動）自動車に設けられ、過度な駆動力によるタイヤのスリップを防止するようにエンジン出力を抑制するトラクションコントロール制御を行うものである。
図１に示すように、車両のパワートレーンは、エンジン１０、トルクコンバータ２０、変速機構部３０、ＡＷＤトランスファ４０、フロントディファレンシャル５０、リアディファレンシャル６０等を備えて構成されている。
【００１２】
エンジン１０は、車両の走行用動力源であって、例えばガソリンエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、吸気管路に設けられた図示しないスロットルバルブを開閉することによって、吸入空気量を変化させて出力調節を行う。
トルクコンバータ２０は、エンジン１０の出力を変速機構部３０に伝達する流体継ぎ手であって、入力側と出力側とを直結するロックアップクラッチを備えている。
変速機構部３０は、例えば、一対の可変プーリ及びチェーン、ベルト等からなるバリエータを有する無段変速機（ＣＶＴ）や複数列のプラネタリギアセットを有するステップＡＴ等であって、トルクコンバータ２０から入力されるエンジン１０の出力の増減速を行うものである。
【００１３】
ＡＷＤトランスファ４０は、変速機構部３０から入力される駆動力を、フロントディファレンシャル５０及びリアディファレンシャル６０に配分して伝達するものである。
ＡＷＤトランスファ４０は、センターディファレンシャル４１、トランスファクラッチ４２等を備えて構成されている。
センターディファレンシャル４１は、例えば、複合プラネタリギアセットを有して構成され、トルク配分比が例えば約４：６程度となるようにフロントディファレンシャル５０及びリアディファレンシャル６０へトルク配分を行うものである。また、センターディファレンシャル４１は、例えば旋回時の前後輪軌跡差等に起因するフロントディファレンシャル５０及びリアディファレンシャル６０の差回転を吸収する差動機構としても機能する。
トランスファクラッチ４２は、センターディファレンシャル４１の前後輪側出力部間の差動を拘束する差動制限手段である。トランスファクラッチ４２は、例えば、油圧又は電磁力によって駆動される湿式多板クラッチを備え、その締結力（クラッチ圧着力）は図示しないトランスファ制御装置によって制御されている。
【００１４】
フロントディファレンシャル５０は、ＡＷＤトランスファ４０から伝達される前輪側駆動力を、最終減速するとともに右前輪５１及び左前輪５２に伝達するものである。また、フロントディファレンシャル５０は、右前輪５１と左前輪５２との差回転を吸収する差動機構として機能する。
【００１５】
リアディファレンシャル６０は、ＡＷＤトランスファ４０から伝達される後輪側駆動力を、最終減速するとともに右後輪６１及び左後輪６２に伝達するものである。また、リアディファレンシャル６０は、右後輪６１と左後輪６２との差回転を吸収する差動機構として機能する。
【００１６】
また、図２に示すように、車両は、トランスミッション制御ユニット７１、車速センサ７２、舵角センサ７３、ラック推力演算手段７４、前後Ｇセンサ７５、横Ｇセンサ７６、ヨーレートセンサ７７等を備え、これらは例えばＣＡＮ通信システム等の車載ＬＡＮを介して、後述する駆動力制御装置１００と通信可能となっている。
【００１７】
トランスミッション制御ユニット７１は、変速機構部３０及びトルクコンバータ２０のロックアップクラッチ等を制御するものである。
車速センサ７２は、各車輪を支持するハブベアリングハウジングに設けられ、車輪が固定されるハブに対する回転に応じた車速パルス信号を発信するものである。
舵角センサ７３は、図示しないステアリングホイール（ハンドル）の回転を車幅方向の往復運動に変換し、タイロッドを介して左右前輪のハブベアリングハウジングへ伝達するステアリング機構に設けられている。舵角センサ７３は、ステアリングホイールに連結された回転軸であるステアリングシャフトの角度位置を検出するエンコーダを備えている。
ラック推力演算手段７４は、ステアリングギアボックスのラックがタイロッドを押し引きするラック推力を演算するものである。ラック推力の演算は、例えば、電動パワーステアリング装置のアシスト力を操舵系のフリクション等を考慮して補正することによって求められる。このラック推力は、旋回時等における左右前輪５１，５２のセルフアライニングトルク等と釣り合うようになっている。
前後Ｇセンサ７５は、車体に作用する前後方向の加速度を検出するものである。
横Ｇセンサ７６は、車体に作用する車幅方向の加速度を検出するものである。
ヨーレートセンサ７７は、車体の鉛直軸回りの回転角速度を検出するものである。
【００１８】
駆動力制御装置１００は、路面μ推定値演算部１０１、接地荷重演算部１０２、横力演算部１０３、許容駆動力演算部１０４、許容駆動力補正値演算部１０５、エンジン出力制御装置１０６、アクセルセンサ１０７、スロットルアクチュエータ１０８等を備えて構成されている。
【００１９】
路面μ推定値演算部１０１は、タイヤのスリップを検出することによって路面の摩擦係数を推定し、路面μ推定値を演算するものである。路面μ推定値演算部１０１は、旋回時にタイヤのグリップ限界が近付くと、摩擦円限界には到達していなくてもニューマチックトレールが変化してサイドフォースとセルフアライニングトルクとの線形性が損なわれることを利用して、路面μ推定値を演算する。
具体的には、路面μ推定値演算部１０１は、車両の車速、舵角等から逐次演算される基準ラック推力を、ラック推力演算手段７４が演算する実際のラック推力が所定値以上下回った場合の車体横加速度やヨーレート等から路面μ推定値を演算する。
このような路面摩擦係数推定方法については、例えば特開２００８−１６８８７７号公報において本願の出願人が詳細に提示している。
【００２０】
接地荷重演算部１０２は、以下の式１〜式４を用いて、各車輪の接地荷重を演算する。
【数１】
2011021484.tif 000003
Fzfo：前外輪の接地荷重
Fzfi：前内輪の接地荷重
Fzro：後外輪の接地荷重
Fzri：後内輪の接地荷重
Fzf0：一定速直進時の前輪接地荷重
Fzr0：一定速直進時の後輪接地荷重
dFzx：加減速による前後軸間の荷重移動
dFzyf：旋回による左右前輪間の荷重移動
dFzyr：旋回による左右後輪間の荷重移動
【００２１】
加減速による前後軸間の荷重移動dFzxは、以下の式５によって求められる。
【数２】
2011021484.tif 000004
【００２２】
旋回による左右前輪間の荷重移動dFzyfは、以下の式６によって求められる。
【数３】
2011021484.tif 000005
【００２３】
旋回による左右後輪間の荷重移動dFzyrは、以下の式７によって求められる。
【数４】
2011021484.tif 000006
【００２４】
横力演算部１０３は、以下の式８〜式１１を用いて、各車輪のタイヤが発生している横力（図３を参照）を演算する。
【数５】
2011021484.tif 000007
Fyfo：前外輪の横力
Fyfi：前内輪の横力
Fyro：後外輪の横力
Fyri：後内輪の横力
【００２５】
許容駆動力演算部１０４は、以下の式１２、式１３を用いて前後輪の許容駆動力を算出する。
【数６】
2011021484.tif 000008
Fxf_c：前輪の許容駆動力
Fxr_c：後輪の許容駆動力
Fxfi_c：前内輪の許容駆動力
Fxri_c：後内輪の許容駆動力
【００２６】
許容駆動力補正値演算部１０５は、以下の式１４を用いて前輪の許容駆動力補正量を算出する。
【数７】
2011021484.tif 000009
Fxf_s：前輪の許容駆動力補正量
θH：ハンドル角
ｎ：ステアリングギヤ比
【００２７】
エンジン出力制御装置１０６は、以下の式１５を用いて、車両全体としての許容駆動力Ｆｘ＿Ｃを算出する。
【数８】
2011021484.tif 000010
【００２８】
エンジン出力制御装置１０６には、ドライバが加速要求を入力する入力部であるアクセルペダルの位置（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ１０７が接続されている。エンジン出力制御装置１０６は、アクセル開度に応じて、車両の総駆動力が上述した許容駆動力Ｆｘ＿Ｃを上限とするように、エンジン１０に設けられた電動スロットルバルブのスロットルアクチュエータ１０８を駆動してエンジン１０の出力を制御する。
【００２９】
また、エンジン出力制御装置１０６は、許容駆動力Ｆｘ＿Ｃが所定値未満であり、タイヤのグリップに余裕が乏しい場合には、アクセル開度に対するスロットル開度の変化率を低下させ、スロットルレスポンスを鈍感にしている。
図５に示すように、エンジン出力制御装置１０６は、許容駆動力Ｆｘ＿Ｃを逐次モニタし、これが所定値Ｃ未満である場合には、許容駆動力Ｆｘ＿Ｃの値に応じて、スロットル開度の変化率を低下させる。具体的には、許容駆動力Ｆｘ＿Ｃがゼロである場合には、アクセル開度に対するスロットル開度の変化率もゼロとなるように、スロットル開度の変化率を許容駆動力Ｆｘ＿Ｃの値に応じてリニアに変化させる。
そして、ドライバがアクセルペダルを戻す場合には、アクセルペダルを踏み込んだ際のアクセル開度−スロットル開度の履歴（図５における軌跡）を逆方向に辿りながらスロットル開度を低下させる。
【００３０】
次に、上述した実施例１の駆動力制御装置の動作を、図６の各ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ０１：各種センサ値を入力＞
駆動力制御装置１００は、上述した各種演算に必要な各種センサ値をＣＡＮ通信システムより取得する。
その後、ステップＳ０２に進む。
＜ステップＳ０２：路面μ推定値を演算＞
路面μ推定値演算部１０１は、路面μ推定値を演算する。
その後、ステップＳ０３に進む。
＜ステップＳ０３：各輪の接地荷重を演算＞
接地荷重演算部１０２は、各車輪の接地荷重を演算する。
その後、ステップＳ０４に進む。
＜ステップＳ０４：許容駆動力を設定＞
許容駆動力演算部１０４は、路面μ推定値演算部１０１、接地荷重演算部１０２、横力演算部１０３の出力を用いて、前輪の許容駆動力を設定する。
その後、ステップＳ０５に進む。
＜ステップＳ０５：前輪舵角に応じて許容駆動力を補正＞
許容駆動力補正値演算部１０５は、前輪の許容駆動力補正量を演算する。エンジン出力制御装置１０６は、前輪の許容駆動力補正量を用いて、上述した式１５によって車両の許容駆動力を算出する。
その後、ステップＳ０６に進む。
＜ステップＳ０６：許容駆動力に基づくスロットル制御＞
エンジン出力制御装置１０６は、アクセルセンサ１０７から入力される加速要求に応じてスロットルアクチュエータ１０８を駆動し、エンジン１０の出力を制御するとともに、このときの車両の駆動力が、許容駆動力演算部１０４の算出する前輪の許容駆動力及び許容駆動力補正値演算部１０５の算出する前輪の許容駆動力補正量に基づいて設定される車両の許容駆動力を超えないように制限する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。
【００３１】
次に、上述した実施例１の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。比較例の駆動力制御装置は、実施例１における前輪許容駆動力の舵角に応じた増加補正を行わないものである。
図６は、比較例及び実施例１の旋回時横力の発生状態を示す模式図である。
図６（ａ）に示すように、摩擦円制御において舵角を考慮しない比較例においては、タイヤの横力が摩擦円限界に近づいている場合には駆動力がほとんど許容されない。この場合、舵角の影響によりタイヤの横力が後引き方向に作用しており、駆動力も許容されないことによって、タイヤ力の前後力、横力の合力の作用方向は旋回中心方向に対して後向きとなり、タイヤ摩擦円限界を旋回中心方向における限界付近まで有効に使い切ることができない。
【００３２】
これに対し、図６（ｂ）に示す実施例１によれば、タイヤが横力を摩擦円限界付近までほぼ使い切った状態であっても、前輪の舵角に応じた許容駆動力補正量に基づいて駆動力を許容することによって、タイヤ力の前後力、横力の合力の作用方向を旋回中心方向に近づけることができ、タイヤ摩擦円限界を旋回中心方向に使い切り、図６（ｂ）に示すΔＣＦだけコーナリングフォースを増大させて車両のコーナリング性能を向上することができる。
【００３３】
また、車両の許容駆動力を、前輪の補正後許容駆動力に対して前後軸重配分比の逆数を乗じた値に基づいて設定していることから、前後に駆動力が配分されるＡＷＤ車両であっても前輪の摩擦円限界を有効に使い切ることができる。
さらに、グリップに余裕がなく車両の許容駆動力が所定値Ｃ未満である場合に、アクセル開度に対するスロットル開度の変化率を低下させ、アクセルレスポンスを鈍感にしたことによって、デリケートな操作が要求されるグリップ限界付近でも走行におけるドライバの扱いやすさを向上することができる。
【実施例２】
【００３４】
次に、本発明を適用した駆動力制御装置の実施例２について説明する。以下、上述した実施例１と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
実施例２の駆動力制御装置におけるエンジン出力制御装置１０６は、上述した式１５に代えて、以下の式１６を用いて、車両全体としての許容駆動力Ｆｘ＿Ｃを算出する。
【数９】
2011021484.tif 000011
Ｄ：前輪の駆動力配分比（０〜１）
以上説明した実施例２においても、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００３５】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）駆動力制御装置の構成は、上述した実施例のものに限定されず、適宜変更することができる。例えば、路面摩擦係数、接地荷重、横力等を演算する手法は、実施例の手法に限らず適宜変更することができる。また、ハードウェア的構成も実施例の構成には限定されない。
（２）実施例の駆動力制御装置は、例えばＡＷＤ車両に設けられるものであったが、本発明はこれに限定されず、ＦＷＤ車両や実施例の構成以外のＡＷＤ車両にも適用することができる。
（３）実施例の駆動力制御装置において、駆動力の発生源は例えばガソリンエンジンであるが、本発明はこれに限らず、ディーゼルエンジン等の他種の内燃機関を有する車両や電気自動車、エンジン−電気ハイブリッド車両等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０    エンジン                    ２０    トルクコンバータ
３０    変速機構部                  ４０    ＡＷＤトランスファ
４１    センターディファレンシャル  ４２    トランスファクラッチ
５０    フロントディファレンシャル  ５１    右前輪
５２    左前輪                      ６０    リアディファレンシャル
６１    右後輪                      ６２    左後輪
７１    トランスミッション制御ユニット
７２    車速センサ                  ７３    舵角センサ
７４    ラック推力演算手段          ７５    前後Ｇセンサ
７６    横Ｇセンサ                  ７７    ヨーレートセンサ
１００    駆動力制御装置            １０１    路面μ推定値演算部
１０２    接地荷重演算部            １０３    横力演算部
１０４    許容駆動力演算部          １０５    許容駆動力補正値演算部
１０６    エンジン出力制御装置      １０７    アクセルセンサ
１０８    スロットルアクチュエータ
【図１】
2011021484.tif 000012
【図２】
2011021484.tif 000013
【図３】
2011021484.tif 000014
【図４】
2011021484.tif 000015
【図５】
2011021484.tif 000016
【図６】
2011021484.tif 000017