JP2011130628A - 車両用左右駆動力調整装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】慣性モーメントにより発生するトルク差の影響を排除して、制御則通りの制御を行う車両用左右駆動力調整装置の制御装置を提供する。
【解決手段】モータ１６の回転数をＮ_m、左右輪の回転数差をΔＮ、モータ１６の慣性モーメントをＩとし、モータ１６の減速比Ｇを［Ｎ_m／ΔＮ］するとき、回転数差ΔＮを微分して求めた回転数差角加速度ｄΔＮに、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇの二乗であるＧ²を積算して、トルク差の補正値［２Ｇ²・Ｉ・ｄΔＮ］を求め、複数の制御則１〜Ｍからトルク差に相当する制御出力を求め、制御出力に補正値を加算して、補正トルク差を求め、求めた補正トルク差となるように、モータ１６を制御して、車両の姿勢制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用左右駆動力調整装置の制御装置に関する。

従来から、車両の左右輪の駆動力を調整する車両用左右駆動力調整装置が知られている。車両用左右駆動力調整装置は、例えば、後述する図１に示すように、左輪１２と右輪１３との間に、原動機１１が連結されたデファレンシャル・ギア１４と駆動力調整機構１５とを有している。駆動力調整機構１５の１つとして、図１に示すように、電動モータ１６と歯車機構１７とを有する電動アクティブ・ヨー・コントロール（以降、電動ＡＹＣと呼ぶ。）が知られており、ＥＣＵ（制御装置）２０により電動モータ１６を制御することで、左輪１２及び右輪１３への駆動力の配分を調整している。

特許第３６８６６２６号公報 特開２００６−０４６４９５号公報 特開２００６−０５７７４５号公報 特開２００３−３３５１４３号公報

電動ＡＹＣにおいて、モータ回転数Ｎ_mは、減速比Ｇ及び左右輪の回転数差ΔＮに比例し、下記式（１）で表すことができる。
Ｎ_m＝Ｇ・ΔＮ … （１）
又、左右輪間のトルク差をΔＴとした場合、右輪及び左輪のそれぞれへのトルク移動量ΔＴ／２は、減速比Ｇ及びモータトルクＴ_mに比例し、下記式（２）で表すことができる。
ΔＴ／２＝Ｇ・Ｔ_m … （２）
又、慣性モーメントＩのモータが、角加速度ｄＮ_m（Ｎ_mの微分値）で回転するためには、下記式（３）で表されるトルクが必要となる。
τ_LOAD＝Ｉ・ｄＮ_m＝Ｉ・Ｇ・ｄΔＮ … （３）
ここで、ｄΔＮは、左右輪の回転数差の角加速度であり、ΔＮの微分値である。
従って、式（３）で表されるトルクτ_LOADは、式（２）より、下記式（４）又は（５）で表されるトルク差ΔＴ_LOADとして、車両に作用する。
ΔＴ_LOAD＝２Ｇ・τ_LOAD
＝２Ｇ・（Ｉ・Ｇ・ｄΔＮ）
＝２Ｇ²・Ｉ・ｄΔＮ … （４）
又は
ΔＴ_LOAD＝２Ｇ・τ_LOAD
＝２Ｇ・（Ｉ・ｄＮ_m）
＝２Ｇ・Ｉ・ｄＮ_m … （５）

電動ＡＹＣの特性として、式（４）で表されるように、慣性モーメントＩ、減速比Ｇの二乗及び左右輪の回転数差の角加速度ｄΔＮに比例したトルク差ΔＴ_LOADが、又は、式（５）で表されるように、慣性モーメントＩ、減速比Ｇ及びモータ回転数の角加速度ｄＮ_mに比例したトルク差ΔＴ_LOADが、車両に作用する。これは、モータ自体が持つ慣性モーメントＩが車両の姿勢制御に影響することを意味する。特にモータトルクを増幅するために、減速比Ｇを大きくする場合には、このトルク差ΔＴ_LOADは車両運動に影響する程大きな値となる。

従って、モータ自体が持つ慣性モーメントＩにより発生するトルク差の影響により、車両の姿勢制御を行っているときには、制御則によって演算された値とは異なるトルク差が発生し、又、制御を行っていないときにも、意図しないトルク差が発生し、所望の姿勢制御を行えないおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、慣性モーメントにより発生するトルク差の影響を排除して、制御則通りの制御を行う車両用左右駆動力調整装置の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置は、
車両の左右輪にトルク差を発生させるモータを有し、前記モータを用いて、車両の姿勢制御を行う車両用左右駆動力調整装置と、
前記モータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記モータの回転数をＮ_m、前記左右輪の回転数差をΔＮ、前記モータの慣性モーメントをＩとし、前記モータの減速比Ｇを［Ｎ_m／ΔＮ］するとき、
前記回転数差ΔＮを微分して求めた回転数差角加速度ｄΔＮに、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇの二乗であるＧ²を積算して、前記トルク差の補正値［２Ｇ²・Ｉ・ｄΔＮ］を求め、
少なくとも１つ以上の既知の制御則により前記トルク差に相当する制御出力を求め、
前記制御出力に前記補正値を加算して、補正トルク差を求め、
前記補正トルク差となるように、前記モータを制御して、車両の姿勢制御を行うことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置は、
車両の左右輪にトルク差を発生させるモータを有し、前記モータを用いて、車両の姿勢制御を行う車両用左右駆動力調整装置と、
前記モータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記モータの回転数をＮ_m、前記左右輪の回転数差をΔＮ、前記モータの慣性モーメントをＩとし、前記モータの減速比Ｇを［Ｎ_m／ΔＮ］するとき、
前記回転数Ｎ_mを微分して求めたモータ角加速度ｄＮ_mに、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇを積算して、前記トルク差の補正値［２Ｇ・Ｉ・ｄＮ_m］を求め、
少なくとも１つ以上の既知の制御則により前記トルク差に相当する制御出力を求め、
前記制御出力に前記補正値を加算して、補正トルク差を求め、
前記補正トルク差となるように、前記モータを制御して、車両の姿勢制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、回転数差角加速度又はモータ角加速度に応じて、トルク差の補正を行うことになり、これにより、モータの慣性モーメントにより発生するトルク差の影響を排除して、制御則によって演算した通りの制御を行うことができる。

又、モータ角加速度を用いて、トルク差の補正を行う場合には、回転数差角加速度を用いて、トルク差の補正を行う場合より、精度良くモータ角加速度を求めることが可能であり、制御精度もより高くなる。

本発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置の実施形態の一例を説明する概略構成図である。 図１に示した制御装置を説明するブロック図である。 図２に示した制御装置の変形例を説明するブロック図である。

以下、図１〜図３を参照して、本発明に係る車両用左右駆動力調整装置の制御装置の実施形態の一例を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例の車両用左右駆動力調整装置の制御装置を説明する概略構成図である。図２は、図１に示した制御装置を説明するブロック図であり、又、図３は、図２に示した制御装置の変形例を説明するブロック図である。

車両用左右駆動力調整装置は、図１に示すように、エンジンやモータ等の原動機１１からの出力を左輪１２及び右輪１３に駆動力として伝達すると共に、左輪１２と右輪１３との回転数差を調整するデファレンシャル・ギア１４と、左輪１２及び右輪１３への駆動力の配分を調整する駆動力調整機構１５とを、左輪１２と右輪１３との間に有している。駆動力調整機構１５は、出力トルクにより左輪１２と右輪１３との間にトルク差を発生させる電動モータ１６と歯車機構１７とを有しており、電動モータ１６は、ＥＣＵ（制御装置）２０により制御される。これは、所謂、電動ＡＹＣと呼ばれるものであり、車両の姿勢制御のために、ヨーモーメントを発生させるアクチュエータとして機能し、ＥＣＵ２０により電動モータ１６を制御することで、左輪１２及び右輪１３への駆動力の配分を調整している。

なお、上記デファレンシャル・ギア１４としては、例えば、ベベルギア式のものを用いているが、デファレンシャル・ギア１４の構成自体は、本発明と直接関係する部分ではないので、その詳細な説明は省略する。

又、上記歯車機構１７は、電動モータ１６と共に、左輪１２と右輪１３とに伝達される駆動力の配分量を調整するものであるが、歯車機構１７の構成自体も、本発明と直接関係する部分ではないので、その詳細な説明は省略する。

又、制御対象となる左輪１２、右輪１３は、前輪のみでも、後輪のみでも、そして、四輪全部でも構わないが、本実施例では、制御対象を後輪のみとして説明を行う。

次に、図２（図３）も参照して、ＥＣＵ２０の機能及び制御を説明する。なお、ここでは、反時計回り方向を、ヨーレート及びヨーモーメントの正の符号とし、又、グリップ状態で反時計回りに旋回した際の左右輪回転数差及びモータ回転方向を正の符号としている。

ＥＣＵ２０は、トルク差を求めるための複数の制御則１〜Ｍと、制御則１〜Ｍにより求められたトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mの総和を制御出力として演算する演算器Ｃ１と、補正値として、回転数差角加速度と［２Ｇ²・Ｉ］とを積算する演算器Ｃ２と、演算器Ｃ１からの制御出力に演算器Ｃ２からの補正値を加算して、補正トルク差を求める演算器Ｃ３と、演算器Ｃ３で求めた補正トルク差に基づいて、モータ出力トルクに変換するトルク差→モータ出力トルク変換手段Ｂ１と、変換されたモータ出力トルクとなるように電動モータ１６を制御するモータ制御手段Ｂ２とを有する。

ここで、減速比Ｇは、式（１）からわかるように、モータ回転数Ｎ_m及び左右輪の回転数差ΔＮを用いて、Ｇ＝Ｎ_m／ΔＮで表される。又、慣性モーメントＩは、電動モータ１６固有のものである。

制御則１〜Ｍとしては、ヨーレートフィードバック制御、目標回転数差追従制御、駆動トルクフィードフォワード制御等の既知の制御則でよい。例えば、ヨーレートフィードバック制御は、車速及び操舵角より演算する目標ヨーレートと実ヨーレートの差分のＰＤ制御を行うものである。又、目標回転数差追従制御は、車速及び操舵角より演算する目標左右輪回転数差と実左右輪回転数差の差分のＰＤ制御を行うものである。又、駆動トルクフィードフォワード制御は、駆動トルク及び操舵角の増加に応じたフィードフォワード制御を行うものである。なお、制御則１〜Ｍに対応する事象は、各々独立している。

演算器Ｃ１では、複数の制御則１〜Ｍにより求められたトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mを用いて、以下の式により制御出力を求める。

なお、ここでは、最適な制御出力を演算するために、単純に、複数のトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mの総和を演算したが、例えば、複数のトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mの中から最適な１つを選択し、選択したものを制御出力としてもよいし、複数のトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mを用いて、確率論的モデルにより、最適な制御出力を求めるようにしてもよい。

演算器Ｃ２で用いる回転数差角加速度は、各輪に設けられた車輪速センサを用いて、右後輪回転数及び左後輪回転数を検出し、検出した右後輪回転数及び左後輪回転数と、回転数をラジアンに変換する変換係数Ｋ_Rに基づいて、下記式により、回転数差角加速度を求める。
回転数差角加速度＝微分[（右後輪回転数−左後輪回転数）×Ｋ_R] … （７）
そして、下記式により、求めた回転数差角加速度に、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇの二乗であるＧ²を積算して、トルク差の補正値を求める。
補正値＝（回転数差角加速度）・２Ｇ²・Ｉ … （８）
この補正値は、電動モータ１６固有の慣性モーメントＩにより発生するトルク差であり、これを補正値とすることにより、電動モータ１６の慣性モーメントＩによる影響を排除するようにしている。

上述した演算器Ｃ２に代えて、図３に示すように、モータ角加速度と［２Ｇ・Ｉ］とを積算して補正値とする演算器Ｃ４を用いるようにしても良い。この場合、電動モータ１６の回転数と上記変換係数Ｋ_Rに基づいて、下記式により、モータ角加速度を求める。
モータ角加速度＝微分[（モータ回転数）×Ｋ_R] … （９）
そして、下記式により、求めたモータ角加速度に、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇを積算して、トルク差の補正値を求める。
補正値＝（モータ角加速度）・２Ｇ・Ｉ … （１０）
この補正値は、電動モータ１６固有の慣性モーメントＩにより発生するトルク差であり、これを補正値とすることにより、電動モータ１６の慣性モーメントＩによる影響を排除するようにしている。なお、図３に示すＥＣＵ２０は、補正値の演算部分のみが、図２に示したＥＣＵ２０と相違する。

又、トルク差→モータ出力トルク変換手段Ｂ１では、上記式（２）に基づく変換係数＝１／（２Ｇ）と演算器Ｃ３で求めた補正トルク差とを用いて、以下の式により、モータ出力トルクに変換する。
モータ出力トルク＝補正トルク差×（１／（２Ｇ）） … （１１）

ここで、図２及び図３を参照して、ＥＣＵ２０における一連の制御手順を説明する。

複数の制御則１〜Ｍによりトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mを求め、演算器Ｃ１により、上記式（６）を用いて、複数のトルク差ΔＴ₁〜ΔＴ_Mの総和を求める。

演算器Ｃ２により、上記式（８）を用いて、測定及び演算により求めた回転数差角加速度に、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇの二乗であるＧ²を積算して、トルク差の補正値を求める。又は、演算器Ｃ２に代えて、演算器Ｃ４により、上記式（１０）を用いて、測定及び演算により求めたモータ角加速度に、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇを積算して、トルク差の補正値を求める。

そして、演算器Ｃ３により、演算器Ｃ１により求めた制御出力に、演算器Ｃ２又は演算器Ｃ４により求めた補正値を加算して、補正トルク差を求める。

そして、トルク差→モータ出力トルク変換手段Ｂ１により、上記式（１１）を用いて、演算器Ｃ３により求めた補正トルク差を、モータ出力トルクに変換する。

そして、モータ制御手段Ｂ２により、変換されたモータ出力トルクとなるように、電動モータ１６を制御する。

上述した制御により、回転数差角加速度又はモータ角加速度に応じて、トルク差の補正を行うことになり、これにより、電動モータ１６の慣性モーメントＩにより発生するトルク差の影響を排除して、制御則によって演算した通りの制御を行うことができる。特に、モータ角加速度を用いて、トルク差の補正を行う場合には、モータ回転数が左右輪回転数差の減速比Ｇ倍となるため、回転数差角加速度を用いて、トルク差の補正を行う場合より、精度良くモータ角加速度を求めることが可能であり、制御精度もより高くなる。

本発明は、電動モータを用いて、車両の左右輪の駆動力を調整する車両用左右駆動力調整装置の制御装置に好適なものである。

１１ 原動機
１２ 左輪
１３ 右輪
１４ デファレンシャル・ギア
１５ 駆動力調整機構
１６ 電動モータ
１７ 歯車機構
２０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 車両の左右輪にトルク差を発生させるモータを有し、前記モータを用いて、車両の姿勢制御を行う車両用左右駆動力調整装置と、
   前記モータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記モータの回転数をＮ_m、前記左右輪の回転数差をΔＮ、前記モータの慣性モーメントをＩとし、前記モータの減速比Ｇを［Ｎ_m／ΔＮ］するとき、
   前記回転数差ΔＮを微分して求めた回転数差角加速度ｄΔＮに、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇの二乗であるＧ²を積算して、前記トルク差の補正値［２Ｇ²・Ｉ・ｄΔＮ］を求め、
   少なくとも１つ以上の既知の制御則により前記トルク差に相当する制御出力を求め、
   前記制御出力に前記補正値を加算して、補正トルク差を求め、
   前記補正トルク差となるように、前記モータを制御して、車両の姿勢制御を行うことを特徴とする車両用左右駆動力調整装置の制御装置。
2. 車両の左右輪にトルク差を発生させるモータを有し、前記モータを用いて、車両の姿勢制御を行う車両用左右駆動力調整装置と、
   前記モータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記モータの回転数をＮ_m、前記左右輪の回転数差をΔＮ、前記モータの慣性モーメントをＩとし、前記モータの減速比Ｇを［Ｎ_m／ΔＮ］するとき、
   前記回転数Ｎ_mを微分して求めたモータ角加速度ｄＮ_mに、慣性モーメントＩ及び減速比Ｇを積算して、前記トルク差の補正値［２Ｇ・Ｉ・ｄＮ_m］を求め、
   少なくとも１つ以上の既知の制御則により前記トルク差に相当する制御出力を求め、
   前記制御出力に前記補正値を加算して、補正トルク差を求め、
   前記補正トルク差となるように、前記モータを制御して、車両の姿勢制御を行うことを特徴とする車両用左右駆動力調整装置の制御装置。

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