JP5071154B2 - 車両の走行姿勢制御装置及び走行姿勢制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両の走行姿勢制御装置及び走行姿勢制御方法に関する。

ドライバの操作とは独立して車両の走行姿勢を制御して旋回時などの走行安定性を向上させる車両が研究されている。そのような車両のひとつに、駆動輪ごとに駆動力を制御するものがある。このような車両では、旋回時に車輪の転舵だけでなく、駆動輪ごとに駆動力をも制御することで、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ることができ、目標通りのトレースが可能となる。そしてこのような車両において、一部の駆動輪が何らかの理由によって目標通りに駆動できなくても、他の駆動輪の補完によって所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ることができ、目標通りのトレースが可能となる技術がたとえば特許文献１に開示されている。
特開２００７−１３３０号公報

しかしながら、このような従来技術を適用しても、車両の走行状態によっては、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ることができず、目標通りのトレースが実行できない可能性のあることが本件発明者らによって知見された。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、従来技術に況してさらに精度よく所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られる車両の走行姿勢制御装置及び走行姿勢制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ドライバによるステアリングホイール操舵量を検出する操舵量検出手段(ステップＳ１)と、検出したステアリングホイール操舵量に基づいて各駆動輪に駆動力を配分する駆動力配分手段(ステップＳ１０)と、配分された駆動力が実現可能か否かを判定する実現性判定手段(ステップＳ１２)と、駆動力が実現不能なときは、実現可能な範囲で各駆動輪の駆動力を再配分するとともに、転舵輪の転舵角を設定する駆動力転舵角設定手段(ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１３)と、を有し、前記駆動力転舵角設定手段は、各駆動輪の駆動力のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、駆動力変化に対するタイヤ横力感度、又は、各輪の横滑り角のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、横滑り角変化に対するタイヤ横力感度に基づいて、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを算出して設定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、各駆動輪の駆動力のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、駆動力変化に対するタイヤ横力感度、又は、各輪の横滑り角のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、横滑り角変化に対するタイヤ横力感度に基づいて、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを算出して設定することで、車両の旋回時に車両の駆動力のみならず、舵角をも制御するようにしたので、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ることができる。このようにすることで、従来にも況してさらに精度よく所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られ、精度よく目標コースをトレース可能になったのである。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（基本的な技術思想について）
はじめに本発明の理解を容易にするために、本発明の基本的な技術思想について説明する。

旋回時に車輪の転舵角とともに、駆動輪ごとの駆動力をも制御することで、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得て走行姿勢を制御しようとする車両において、所望通りの駆動力を出せない場合がある。たとえば旋回時に車両の駆動輪のうちの一輪が濡れたマンホールなどを踏んでしまってスリップしてしまい、目標駆動力が微小時間だけ得られないような場合や、各輪を駆動するモータへの供給電力が不足して目標駆動力が得られないような場合である。このような場合には、その一輪の駆動力を実現可能な駆動力に抑えるとともに、他の駆動輪の駆動力を補正制御することで、所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られるようになる。

しかしながら、駆動力制御だけでは、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得られない場合がある。これについて図１を参照して説明する。なお図１は、前輪のみを転舵する４輪独立駆動車において、前輪を左方向に転舵して左方向に定常旋回している状態のときに、走行抵抗に釣り合うように輪荷重比に応じて各輪に配分する駆動力を示す図である。定常旋回であるので、車両の前後力、横力、ヨーモーメントは一定である。

図１の横軸に左前輪の駆動力Ｆｘ₁[単位：Ｎ]をとり、縦軸に左前輪の駆動力Ｆｘ₁、右前輪の駆動力Ｆｘ₂[単位：Ｎ]、左後輪の駆動力Ｆｘ₃[単位：Ｎ]、右後輪の駆動力Ｆｘ₄[単位：Ｎ]をとる。したがって左前輪の駆動力Ｆｘ₁は傾き１の直線になる。輪荷重比で定常旋回している場合であって左前輪に駆動力Ｆｘ₁(0)を配分するときには、右前輪には駆動力Ｆｘ₂(0)を配分し、左後輪には駆動力Ｆｘ₃(0)を配分し、右後輪には駆動力Ｆｘ₄(0)を配分する。なお右前輪には駆動力Ｆｘ₂(1)を配分し、左後輪には駆動力Ｆｘ₃(1)を配分し、右後輪には駆動力Ｆｘ₄(1)を配分することも可能である。このように駆動力を配分すれば、前後力、横力、ヨーモーメントが一定に維持される。このような駆動力の関係をプロットしたのが図１である(特許文献１参照)。なお図１に示されているように、或る左前輪に駆動力Ｆｘ₁(0)に対して他の駆動輪の駆動力の組み合わせ(Ｆｘ₂(0),Ｆｘ₃(0),Ｆｘ₄(0))、(Ｆｘ₂(1),Ｆｘ₃(1),Ｆｘ₄(1))がある。このようなときには、前回までの駆動力からの変化量の二乗和が小さい方をとることで、総合的に小さな変化で所望通りに制御できる。このような駆動力変化量の二乗和を求める関数(数式)が駆動力変化量を評価する評価関数である。

そして何らかの不具合が生じて、左前輪に駆動力Ｆｘ₁(2)しか配分できないときには、右前輪には駆動力Ｆｘ₂(2)を配分し、左後輪には駆動力Ｆｘ₃(2)を配分し、右後輪には駆動力Ｆｘ₄(2)を配分する。このようにすれば、左前輪の駆動力が低下しても、前後力、横力、ヨーモーメントを一定に維持することができる。なお上述のように、左前輪に駆動力Ｆｘ₁(2)に対する他の駆動輪の駆動力の組み合わせは他の一組が存在するが、図面の煩雑等を防ぐために図示を省略する。駆動力変化量を評価する評価関数が小さい方の(Ｆｘ₂(2),Ｆｘ₃(2),Ｆｘ₄(2))を図１に図示する。

ところで図１から分かるように、左前輪の駆動力がゼロになってしまったときには、駆動力の解がなく、駆動力制御だけでは対応できない。

しかしながら、このような場合であっても、車輪の舵角を微小角度補正するだけで解が得られるようになる。これについて図２を参照して説明する。なお図２は、左後輪及び右後輪を0.25degだけ補正転舵して図１と同様の駆動力関係をプロットした図である。図２には、左後輪及び右後輪を0.25degだけ補正転舵すれば、左前輪の駆動力がゼロになったときの駆動力の組み合わせが存在することが示されている。このように車輪の舵角を微小角度補正することで、前後力、横力、ヨーモーメントが一定に維持するための駆動力の組み合わせを得ることができ、精度よく目標コースをトレース可能になったのである。

なお上記では、まず駆動力の組み合わせの解が存在しない場合は、車輪の舵角を微小角度補正して、再度駆動力の組み合わせの解の存在を確認する、という考え方で説明した。しかしながら、まず車輪舵角の組み合わせの解の存在を確認し、存在しない場合は、駆動力を微小補正して、再度車輪舵角の組み合わせの解の存在を確認する、という考え方であってもよい。また後述するが、駆動力及び車輪舵角の組み合わせの解を直接求めてもよい。

以下では、このような技術思想をさらに具体的に説明する。

（車両及び車輪に作用する力について）
図３は、車両及び車輪に作用する力について説明する図である。

はじめに図３(Ａ)を参照して車両に作用する力について説明する。

各車輪１〜４を左に転舵する場合を考える。

左前輪１は、車両前後方向に対して舵角δ₁[単位：rad]だけ転舵されている。このとき駆動力はＦｘ₁[単位：N]、タイヤ横力はＦｙ₁[単位：N]である。なお舵角δ_i(i=1〜4)は各車輪の回転方向が車両前後方向と一致している状態を０とし、車両を鉛直上方から見て反時計回りを正とする。駆動力Ｆｘ_iは舵角δ_iが全て０のときに車両を前方に加速させる方向を正とし、タイヤ横力Ｆｙ_i[単位：N]は舵角δ_iが全て０のときに車両を左方向に加速させる方向を正とする。

右前輪２、左後輪３、右後輪４も同様である。なお右前輪については添字２を付し、左後輪については添字３を付し、右後輪については添字４を付す。

車両重心Ｇには、タイヤ力の総和の車両前後方向成分Ｆｘ[単位：N]、タイヤ力の総和の車両横方向成分Ｆｙ[単位：N]、各車輪のタイヤ力によって発生する車両重心周りのヨーモーメントＭ[単位：Nm]が作用する。なおヨーモーメントＭは車両を鉛直上方から見て反時計回りを正とする。

また図３(Ａ)において前後輪のトレッド長Ｌｔ[単位：m]、車両重心軸から前輪車軸までの距離Ｌｆ[単位：m]、車両重心軸から後輪車軸までの距離Ｌｒ[単位：m]であり、ホイールベース長Ｌｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ[単位：m]である。

次に図３(Ｂ)を参照して車輪に作用する力について説明する。

各車輪に発生した駆動力Ｆｘ_i及びタイヤ横力Ｆｙ_iの合力(タイヤ力)の車両前後方向成分をＦｘ_i'、車両横方向成分をＦｙ_i'とする。このとき、図３(Ｂ)のように各車輪を舵角δ_iだけ切った場合におけるＦｘ_i'及びＦｙ_i'は次式(1-1)及び式(1-2)で表される。ただし、Ｆｘ_i'は車両を前方に加速する方向を正とし、Ｆｙ_i'は車両を左方向に加速させる方向を正とする。

そして図３(Ａ)の状態において、タイヤ力の総和の車両前後方向成分Ｆｘと、タイヤ力の総和の車両横方向成分Ｆｙと、各車輪のタイヤ力によって発生する車両重心周りのヨーモーメントＭとは次式(2-1)〜(2-3)のようになる。

（各輪の駆動力は一定；前後力、横力、モーメントを変化させない舵角制御について）
本発明は、上述のように各輪の舵角及び駆動力を制御して所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ようとする発明であるが、最初に各輪の駆動力は一定のままで舵角を制御する場合について説明する。

各輪に配分された駆動力Ｆｘ_iは一定のままで、各輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されるときの前後力Ｆｘ_a、横力Ｆｙ_a、モーメントＭ_aは、タイヤ横力や転舵調整機構等の遅れやキャンバー角変化等を無視できるとすると、次式(3-1)〜(3-3)のようになる。

なお各輪の横力Ｆｙ_aiは、たとえば図４のようなタイヤ特性マップに、各輪の横滑り角β_ai(＝β_i−δ_i)、駆動力Ｆｘ_i、輪荷重Ｗ_iを適用して求めることができる。

したがって、各輪に配分された駆動力Ｆｘ_iは一定のままで、各車輪を舵角Δδ_iだけ切った(すなわち舵角δ_ai＝δ_i＋Δδ_i)場合における前後力変化量ΔＦｘは、式(2-1)及び式(3-1)から次式(4-1)になる。同様に横力変化量ΔＦｙは、式(2-2)及び式(3-2)から次式(4-2)になる。ヨーモーメント変化量ΔＭは、式(2-3)及び式(3-3)から次式(4-3)になる。

（各輪の舵角は一定；前後力、横力、モーメントを変化させない駆動力制御について）
次に各輪の舵角は一定のままで駆動力を制御する場合について説明する。

各車輪の駆動力Ｆｘ_iが変化すると、タイヤ横力Ｆｙ_iも変化する。すなわち各車輪の駆動力Ｆｘ_iとタイヤ横力Ｆｙ_iとには図５に示す関係がある。

図５は輪荷重Ｗ及び路面摩擦係数μに変化が無いとしたときの駆動力Ｆｘ_iとタイヤ横力Ｆｙ_iの関係を表した図である。横軸が駆動力Ｆｘ_iであり、縦軸がタイヤ横力Ｆｙ_iである。なお、横滑り角β_iの符号は、車輪の前後方向から車輪速度の方向までの角度が鉛直上方から見て反時計回りになっている場合を正とする。

ここで、車輪の現在の状態が、駆動力Ｆｘ_i，タイヤ横力Ｆｙ_iであるときに、駆動力Ｆｘ_iのタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iに対する影響度合を表す指標を、駆動力変化に対するタイヤ横力感度ｋ_i(i=1〜4)と定義する。すなわち、駆動力変化に対するタイヤ横力感度ｋ_iは、次式(5)のように定義される。なお駆動力Ｆｘ_i及びタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iは微小であるとする。また、各輪の横滑り角β_ai(＝β_i−Δδ_i)、各輪に配分される駆動力Ｆｘ_i、路面摩擦係数μ_i、輪荷重Ｗ_iである。

各輪に配分される駆動力の変化量ΔＦｘ_iが十分微小で式(5)が成立すれば、前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭは、式(2-1)〜(2-3)の微小量を考えて以下で表される。

そして式(5)の関係があるので、次式(7-1)が得られる。

そして式(7-1)をΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭについて解くと、ΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭだけ変化させる各輪の駆動力変化量ΔＦｘ_iは、χを任意定数として、たとえば次式(8-1)のように求められる。

この式(8-1)を用いて、所望の前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを実現する各輪の駆動力変化量ΔＦｘ_iを求める。そして各輪に配分する駆動力Ｆｘ_iをＦｘ_ai＝Ｆｘ_i＋ΔＦｘ_i、と補正する。この補正された駆動力Ｆｘ_ai(＝Ｆｘ_i＋ΔＦｘ_i)と舵角δ_ai(＝δ_i＋Δδ_i)とによって実現される前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、モーメントＭは、駆動力Ｆｘ_iと舵角δ_iとによって実現される前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、モーメントＭに等しくなる。

なお式(7-1)は各輪の駆動力変化量ΔＦｘ_iが十分微小であることを前提としているので、駆動力変化量ΔＦｘ_iを直接求めると演算精度が低下するおそれがある。そこで特開２００６−３１５６６１号公報に開示されているような演算精度低下を防止する手法によって駆動力Ｆｘ_iを補正してをＦｘ_aiを求めるとよい。

次にこのようにして求めた駆動力Ｆｘ_ai(＝Ｆｘ_i＋ΔＦｘ_i)と舵角δ_ai(＝δ_i＋Δδ_i)とによって、舵角δ_aiを変化させないで、式(2-1)〜(2-3)と同じ前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、モーメントＭを実現する駆動力配分の組み合わせ(集合)を求める。具体的な方法は特開２００７−１３３０号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。上式(7-1)においてΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭがゼロである場合(すなわち前後力、横力、モーメントの変化がない場合)を考えると、次式(9)が得られる。

そして現在の動作点周りで式(5)に基づいてｋ_iを求める。そしてこの式(9)に基づいて、各輪に配分する駆動力を微小だけ補正し、現在の前後力、横力、ヨーモーメントを変化させることのない、各輪に配分する駆動力を求める。そして再び式(5)に基づいてｋ_iを求め、各輪に配分する駆動力を微小だけ補正し、現在の前後力、横力、ヨーモーメントを変化させることのない、各輪に配分する駆動力を求める。このように演算を繰り返すことによって、現在の前後力、横力、ヨーモーメントを変化させることのない、各輪に配分する駆動力の組み合わせ(集合)を求める。このようにして求めた各輪に配分する駆動力の組み合わせ(集合)をプロットすると、図１のようになるのである。

ところでこのようにして求めた各輪に配分する駆動力の組み合わせ(集合)では、所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られない場合がある。そのようなときには、各輪の舵角δ_iを微小に補正することで所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られるようになる可能性がある。たとえば、左後輪及び右後輪の舵角を0.25degだけ補正してから、再度上記手法によって、各輪に配分する駆動力の組み合わせ(集合)を求め、その結果をプロットしたのが図２である。このように駆動力の補正だけでは所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られなくても、さらに各輪の舵角δ_iを微小角度補正して、再度各輪に配分する駆動力の組み合わせ(集合)を求めれば、所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られる可能性がある。そして一旦、舵角を微小角度補正しても、まだ所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られなければ、再度舵角を微小角度補正して、再度上記手法によって、各輪に配分する駆動力の組み合わせ(集合)を求めれば、所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られる可能性がある。このように演算を繰り返せば、所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られるようになる。

以上が本発明の基本的な技術思想である。続いてこのような技術思想を実現する具体的なシステムについて説明する。

（具体的な車両システムについて）
図６は、車両構成の一例を示す図である。

車両１００は、左前輪系１０と、右前輪系２０と、左後輪系３０と、右後輪系４０と、操舵系５０と、を含む。

左前輪系１０は、左前輪１と、インバータ１１と、モータ１２と、駆動力センサ１３と、ステアリングアクチュエータ１４と、舵角センサ１５と、を有する。

インバータ１１は、バッテリ９の出力電力をモータ１２に供給する。またインバータ１１は、モータ１２の回生電力をバッテリ９に出力する。

モータ１２は、インバータ１１を介して供給された電力によって左前輪１を駆動する。また左前輪１の制動力によって電力を回生する。

駆動力センサ１３は、左前輪１の駆動力を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

ステアリングアクチュエータ１４は、左前輪１を転舵する。

舵角センサ１５は、左前輪１の転舵角を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

右前輪系２０、左後輪系３０、右後輪系４０についても、基本構成は左前輪系１０と同様である。なお各系を区別するために、右前輪系については二十番台の符号を付する。左後輪系については三十番台の符号を付する。右後輪系については四十番台の符号を付する。

操舵系５０は、ステアリングホイール５と、操舵角センサ５１と、を有する。本実施形態は、操舵系と転舵輪とが機械的な連結をしていない所謂ステアバイワイヤ方式である。操舵角センサ５１は、ステアリングホイール５の操舵角を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

加速度センサ７１は、車両の前後方向加速度及び左右方向加速度を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

ヨーレートセンサ７２は、車両のヨーレートを検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

アクセルペダルポジションセンサ７３は、アクセルペダルの踏込量を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

ブレーキペダルポジションセンサ７４は、ブレーキペダルの踏込量を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

コントローラ７は、種々信号に基づいて、モータ１２〜４２を制御して車輪１〜４の駆動力を制御するとともに、ステアリングアクチュエータ１４〜４４を制御して車輪１〜４の転舵角を制御する。コントローラ７は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

以下ではコントローラ７の具体的な制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。

図７は、メインルーチンのフローチャートである。

コントローラ７は所定時間(例えば１０ミリ秒)毎に以下の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラ７は、アクセル踏込量ＡＰ、ブレーキ踏込量ＢＰ、ステアリング操舵角θ及び各輪の転舵角δ_iを検出する。

ステップＳ２においてコントローラ７は、車速Ｖを検出する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ３においてコントローラ７は、各車輪の転舵角の基本値δ_i ^#を算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ４においてコントローラ７は、各車輪の横滑りβ_iを算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ５においてコントローラ７は、前後方向目標静的駆動力の目標値Ｆｘ^*を算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ６においてコントローラ７は、各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ７においてコントローラ７は、各車輪の転舵角の補正量Δδ_iを求める。具体的には前回の舵角と今回の舵角との差をとればよい。

ステップＳ８においてコントローラ７は、車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを算出する。具体的にはたとえば上述の式(4-1)〜(4-3)に基づいて算出する。

ステップＳ９においてコントローラ７は、各車輪の駆動力変化量ΔＦｘ_iを算出する。具体的にはたとえば上述の式(8-1)に基づいて算出する。

ステップＳ１０においてコントローラ７は、算出した駆動力変化量ΔＦｘ_iに基づいて駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を補正する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ１１においてコントローラ７は、各車輪の駆動力の上限値Ｆxi_max及び下限値Ｆxi_minを算出する。なお下限値を考えるのは、制動時(回生時)があるからである。具体的にはたとえば図１のマップの基づいて算出する。

ステップＳ１２においてコントローラ７は、各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#が上限値Ｆｘ_i__max及び下限値Ｆｘ_i__minの範囲内であるか否かを判定する。範囲外であればステップＳ１３へ処理を移行し、範囲内であればステップＳ１４へ処理を移行する。

ステップＳ１３においてコントローラ７は、転舵角基本値δ_i ^#を補正する。具体的にはたとえば0.25degだけ補正する。

ステップＳ１４においてコントローラ７は、駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を駆動力指令値Ｆｘ_i ^***に設定し、転舵角基本値δ_i ^#を転舵角指令値δ_i ^***に設定する。

ステップＳ１５において、コントローラ７は、各車輪の駆動力及び転舵角を指令値に基づき制御する。

図８は、車速検出のサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ２１においてコントローラ７は、各輪の回転速度ω1〜ω4を検出する。

ステップＳ２２においてコントローラ７は、次式(10-1)〜(10-4)に基づいて各輪の速度Ｖ1〜Ｖ4を算出する。

ステップＳ２３においてコントローラ７は、次式(11)に基づいて車速Ｖを算出する。

図９は、各車輪の転舵角の基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ３１においてコントローラ７は、次式(12-1)〜(12-4)に基づいて各車輪の転舵角の基本値δ_i ^#を算出する。

図１０は、各車輪の横滑りを算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ４１においてコントローラ７は、ヨーモーメントＭを車両のヨー慣性モーメントＩで除した値を積分してヨーレートγを求める。すなわち次式(13)によってヨーレートγを算出する。

ステップＳ４２においてコントローラ７は、車両の横滑り角の時間微分値β'を次式(14)に基づき算出する。

ステップＳ４３においてコントローラ７は、車両の横滑り角の時間微分値β'を積分して車両の横滑り角βを次式(15)のように算出する。

ステップＳ４４においてコントローラ７は、各車輪の横滑りβ_iを次式(16-1)〜(16-4)に基づき算出する。

図１１は、前後方向目標静的駆動力の目標値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ５１においてコントローラ７は、あらかじめシミュレーション又は実験を通じてＲＯＭに格納された図１２(Ａ)に示すような特性のマップに、アクセル踏込量ＡＰ及び車速Ｖを適用して駆動力Ｆａｘ^*を求める。

ステップＳ５２においてコントローラ７は、あらかじめシミュレーション又は実験を通じてＲＯＭに格納された図１２(Ｂ)に示すような特性のマップに、ブレーキ踏込量ＢＰを適用して制動力Ｆｂｘ^*を求める。

ステップＳ５３においてコントローラ７は、次式(17)に基づいて前後方向目標静的駆動力Ｆｘ^*を演算する。

図１３は、各車輪へ配分する駆動力基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ６１においてコントローラ７は、あらかじめシミュレーション又は実験を通じてＲＯＭに格納された図１４に示すような特性のマップに、車速Ｖ及びステアリング操舵角θを適用して左右駆動力差ΔＦを求める。

ステップＳ６２においてコントローラ７は、次式(18-1)〜(18-4)に基づいて各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を算出する。

図１５は、各車輪への駆動力配分の基本値を補正するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ１０１においてコントローラ７は、次式(19-1)〜(19-4)に基づいて各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を補正する。

なお、本実施形態における上式(19-1)〜(19-4)のΔＦｘ_iは、式(9)を満たす値である。

本実施形態によれば、車両の旋回時に車両の駆動力のみならず、舵角をも制御することで、前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭがゼロとなる、各輪への駆動力の配分を可能とし、それにより現在の前後力、横力、ヨーモーメントを維持し、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ることを可能にしたのである。このようにすることで、従来にも況してさらに精度よく所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られ、精度よく目標コースをトレース可能になったのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。たとえば以下である。

（１）「ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭ＝Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ」となるように、駆動力変化量を演算してもよい。

この場合は、式(7-1)から次式(20)が導かれる。

そして「Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ＝１：０：０」とすれば横力ＦｙとモーメントＭとを維持する駆動力の配分(組み合わせ)を探索することができる。また「Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ＝０：１：０」とすれば前後力ＦｘとモーメントＭとを維持する駆動力の配分(組み合わせ)を探索することができる。

なおこのときの車両横滑り角の微分値の変化量Δβ'は次式(21)のようになる。

したがって「Ｒｘ：Ｒｙ＝cosβ：sinβ」とすれば、車両の横滑り角の微分値の変化量Δβ'がゼロとなり、車両挙動の変化がドライバーの違和感を低減するような比率で変化させることができる。したがって、駆動力制限が加わった場合における車両挙動の変化のさせ方を調整でき、ドライバーの運転性を高めることができる。

なおβは微小であるので、簡易的には「Ｒｘ：Ｒｙ＝１：β」としてもよい。

（２）上記実施形態では、４輪の駆動力をそれぞれ独立に制御することを前提として説明したが、たとえば前左右輪の駆動力が物理的に連動する車両で、駆動力を独立に調整可能な車輪が、前輪(左右は連動)、後左輪、後右輪の３つしかない車両にも適用可能である。

この場合は、上式(8)において「Ｆｘ₁＝Ｆｘ₂＝Ｆｘ_f／２」とし、「ΔＦｘ₁＝ΔＦｘ₂＝ΔＦｘ_f／２」とすれば、次式(22)が得られる。

したがってこの式(22)によればΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭを実現するためのΔＦｘ_f，ΔＦｘ₃，ΔＦｘ₄を求めることができる。

そして、車両挙動の変化によってドライバーが感じる違和感を低減させるには、前後力，横力，ヨーモーメントそれぞれの変化量を一定比に、すなわち、ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭを一定比に保てばよい。このように、ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭを一定比に保てば、維持したい車両挙動が２つであるとみなすことができる。したがって、独立して制御可能な駆動力要素が３つしかない車両でも、維持したい車両挙動の数を上回るようになる。そのため、ドライバーに違和感を感じさせない範囲で、精度よく目標コースをトレースできるのである。

（３）さらに、たとえば前左右輪の駆動力が物理的に連動し、後左右輪の駆動力が物理的に連動する車両で、駆動力を独立に調整可能な車輪が、前輪(左右は連動)、後輪(左右は連動)の２つしかない車両にも適用可能である。そしてこの場合、「ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭ＝Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ」となるように、駆動力変化量を演算するとよい。なおＦｘ_fは前輪の駆動力、Ｆｘ_rは後輪の駆動力である。この場合は、式(7-1)から次式(23)が導かれる。

（４）上記では、一旦駆動力の組み合わせ(集合)を求め、解がなければ舵角を微小角度補正して、再度駆動力の組み合わせ(集合)を求め、・・・・、として、解を得る手法説明したが、逆に一旦舵角の組み合わせ(集合)を求め、解がなければ駆動力を微小補正して、再度舵角の組み合わせ(集合)を求め、・・・・、としてよい。この場合は、上述の式(8-1)に対応する式は以下のようにして求めることができる。

図１６は、各車輪に発生した駆動力Ｆｘ_i及びタイヤ横力Ｆｙ_iの合力(タイヤ力)の車両前後方向成分Ｆｘ_i'及び車両横方向成分Ｆｙ_i'を説明する図であり、図１６(Ａ)は転舵角δ_iの場合を示し、図１６(Ｂ)は転舵角δ_i＋Δδ_iの場合を示す。

車輪の駆動力Ｆｘ_iは変化せず、車輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されるときのタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iを考える。図１６(Ｂ)に示すように、各車輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されると、Ｆｘ_i'，Ｆｙ_i'は次式(24-1)及び式(24-2)で表される。

したがって、各車輪の駆動力Ｆｘ_iは変化せず、各車輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されるときのＦｘ_i'の変化量ΔＦｘ_i'は、式(1-1)及び式(24-1)の辺々の差をとることで求めることができ次式(25-1)となる。また同じくＦｙ_i'の変化量ΔＦｙ_i'は、式(1-2)及び式(24-2)の辺々の差をとることで求めることができ次式(25-2)となる。なお式(25-1)及び式(25-2)ではΔδ_iが微小であり、cosΔδ_i≒１，sinΔδ_i≒Δδ_i，Δδ_i ²≒０と近似した。

そして各車輪の横滑り角β_iとタイヤ横力Ｆｙ_iとには図１７に示す関係がある。図１７は輪荷重Ｗ及び路面摩擦係数μに変化が無いとしたときの駆動力Ｆｘ_iとタイヤ横力Ｆｙ_iの関係を表した図である。横軸が駆動力Ｆｘ_iであり、縦軸がタイヤ横力Ｆｙ_iである。なお、横滑り角β_iの符号は、車輪の前後方向から車輪速度の方向までの角度が鉛直上方から見て反時計回りになっている場合を正とする。拡大図(図１７(Ｂ))にあるように、タイヤを転舵して横滑り角がΔβ_iだけ大きくなり、駆動力Ｆｘ_iが一定のままであるとき、タイヤ横力はΔＦｙ_iだけ大きくなるのである。

ここで、車輪の現在の状態が、駆動力Ｆｘ_i，タイヤ横力Ｆｙ_i，横滑り角β_iであるときに、横滑り角β_iiのタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iに対する影響度合を表す指標を、横滑り角変化に対するタイヤ横力感度g_i(i=1〜4)と定義する。すなわち、横滑り角変化に対するタイヤ横力感度g_iは、次式(26)のように定義される。なお横滑り角変化Δβ_i及びタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iは微小であるとする。

したがって、横滑り角変化量Δβ_i及びタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iが微小であるときには、「g_iΔβ_i＝ΔＦｙ_i」である。タイヤ横力や転舵調整機構等の遅れやキャンバー角変化等を無視することができ、「g_iΔβ_i＝ΔＦｙ_i≒g_iΔδ_i」とおけるとすると、舵角変化量Δδ_iのときの車両前後方向成分Ｆｘ_i'の変化量ΔＦｘ_i'及び車両横方向成分Ｆｙ_i'の変化量ΔＦｙ_i'は、式(6-1)(6-2)から次式(27-1)(27-2)を求めることができる。

したがって式(27-1)(27-2)によれば、舵角がΔδ_iだけ変化したときに、タイヤ横滑り角がΔβ_i変化し、タイヤ横力がΔＦｙ_i変化することを影響をも考慮した上で、車両前後方向成分変化量ΔＦｘ_i'及び車両横方向成分変化量ΔＦｙ_i'を求めることができる。

そして、各車輪それぞれの舵角変化量Δδ_iであるときの車両前後方向成分の変化量ΔＦｘ、車両横方向成分の変化量ΔＦｙ、ヨーモーメントの変化量ΔＭは、式(2-1)〜(2-3)の微小量を考えて次式(28-1)〜(28-3)になる。

したがって次式(29)が得られる。

Δδ₁を既知と仮定して、Δδ₂，Δδ₃，Δδ₄について解くと次式(30-1)が得られる。

したがってΥ₁≠０のときには、現在の動作点周りで、車両前後方向成分Ｆｘ、車両横方向成分Ｆｙ、ヨーモーメントＭをそれぞれΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭだけ変化させる各車輪の舵角変化量Δδ_iが、χを任意定数として次式(31)のように求められる。

したがって、式(8-1)に代えて、この式(31)を適用することで、一旦舵角の組み合わせ(集合)を求め、解がなければ駆動力を微小補正して、再度舵角の組み合わせ(集合)を求め、という作業を繰り返して解を求めることができ、前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭがゼロとなる、各輪への駆動力の配分を可能とし、それにより現在の前後力、横力、ヨーモーメントを維持し、所望の前後力、横力、ヨーモーメントを得ることを可能とする。このようにすることで、従来にも況してさらに精度よく所望の前後力、横力、ヨーモーメントが得られ、精度よく目標コースをトレース可能とする。

またこの場合に、次式(32)によって、上式(20)と同様の効果を得ることもできる。

そして「Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ＝１：０：０」とすれば横力ＦｙとモーメントＭとを維持する舵角の組み合わせを探索することができる。また「Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ＝０：１：０」とすれば前後力ＦｘとモーメントＭとを維持する舵角の組み合わせを探索することができる。また「Ｒｘ：Ｒｙ＝cosβ：sinβ」とすれば、車両の横滑り角の微分値の変化量Δβ'がゼロとなり、車両挙動の変化がドライバーの違和感を低減するような比率で変化させることができる。したがって、駆動力制限が加わった場合における車両挙動の変化のさせ方を調整でき、ドライバーの運転性を高めることができる。なおβは微小であるので、簡易的には「Ｒｘ：Ｒｙ＝１：β」としてもよい。

（５）また次式(33)に基づいて駆動力及び舵角の組み合わせ(集合)を求めてもよい。

そしてこの場合は、次式(34)によって上式(20)と同様の効果を得ることができる。

（６）さらにたとえば前左右輪の駆動力が物理的に連動する車両で、駆動力を独立に調整可能な車輪が、前輪(左右は連動)、後左輪、後右輪の３つしかなく、さらに後左輪及び後右輪の舵角が物理的に連動されており、ドライバのステアリング操舵とは独立に制御可能な車両であれば、上式(7-1)に代えて次式(35)によって制御可能である。

（７）駆動力の変化が横力変化に及ぼす影響と、舵角の変化が横力変化に及ぼす影響と、を比較すると、車速が低いときには、駆動力の変化が横力変化に及ぼす影響が大きく、舵角の変化が横力変化に及ぼす影響が小さい。そして車速が上がるにつれて、舵角の変化が横力変化に及ぼす影響が大きくなる。そこで車速が低いときには駆動力による補正度合を大きくしておき、車速が高くなるほど舵角による補正度合を大きくするとよい。

前輪のみを転舵する４輪独立駆動車において、前輪を左方向に転舵して左方向に定常旋回している状態のときに、走行抵抗に釣り合うように輪荷重比に応じて各輪に配分する駆動力を示す図である。 左後輪及び右後輪を0.25degだけ補正転舵して図１と同様の駆動力関係をプロットした図である。 車両及び車輪に作用する力について説明する図である。 タイヤ特性マップの一例を示す図である。 車輪の駆動力Ｆｘ_iとタイヤ横力Ｆｙ_iとの関係を示す図である。 車両構成の一例を示す図である。 メインルーチンのフローチャートである。 車速検出のサブルーチンのフローチャートである。 各車輪の転舵角の基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 各車輪の横滑りを算出するサブルーチンのフローチャートである。 前後方向目標静的駆動力の目標値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 アクセル踏込量と駆動力との特性及びブレーキ踏込量と制動力との特性の一例を示す図である。 各車輪へ配分する駆動力基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 車速及びステアリング操舵角と左右駆動力差との関係を示す図である。 各車輪へ配分する駆動力基本値を補正するサブルーチンのフローチャートである。 車輪に作用する力について説明する図である。 タイヤの駆動力と横力と滑り角との間の関係を示す図である。

符号の説明

１ 左前輪
２ 右前輪
３ 左後輪
４ 右後輪
ステップＳ１ 操舵量検出手段
ステップＳ１０ 駆動力配分手段
ステップＳ１２ 実現性判定手段
ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１３ 駆動力転舵角設定手段

Claims (11)

1. ドライバによるステアリングホイール操舵量を検出する操舵量検出手段と、
   検出したステアリングホイール操舵量に基づいて各駆動輪に駆動力を配分する駆動力配分手段と、
   配分された駆動力が実現可能か否かを判定する実現性判定手段と、
   駆動力が実現不能なときは、転舵輪の転舵角を補正し実現可能な範囲で各駆動輪の駆動力を再配分する駆動力転舵角設定手段と、
   を有し、
   前記駆動力転舵角設定手段は、各駆動輪の駆動力のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、駆動力変化に対するタイヤ横力感度、又は、各輪の横滑り角のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、横滑り角変化に対するタイヤ横力感度に基づいて、駆動力変化量及び転舵角補正量の組み合わせを算出して設定する、
   ことを特徴とする車両姿勢制御装置。
2. 前記駆動力転舵角設定手段は、車両の前後力変化量、横力変化量、ヨーモーメント変化量を抑えるように、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両姿勢制御装置。
3. 前記駆動力転舵角設定手段は、車両の前後力変化量、横力変化量、ヨーモーメント変化量が所定の比となるように、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両姿勢制御装置。
4. 前記駆動力転舵角設定手段は、車両の前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭが「ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭ＝１：０：０」となるように、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両姿勢制御装置。
5. 前記駆動力転舵角設定手段は、車両の前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭが「ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭ＝０：１：０」となるように、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両姿勢制御装置。
6. 前記駆動力転舵角設定手段は、車両の前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙが「ΔＦｘ：ΔＦｙ＝cosβ：sinβ」(ただしβは車両の横滑り角)となるように、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両姿勢制御装置。
7. 前記駆動力転舵角設定手段は、車両の前後力変化量ΔＦｘ、横力変化量ΔＦｙが「ΔＦｘ：ΔＦｙ＝１：β」(ただしβは車両の横滑り角)となるように、駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせを設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両姿勢制御装置。
8. 前記駆動力転舵角設定手段は、算出した駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせの中から、駆動力変化量を評価する評価関数が最小となるような駆動力変化量及び舵角補正量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の車両姿勢制御装置。
9. 前記駆動力転舵角設定手段は、算出した駆動力変化量及び舵角補正量の組み合わせの中から、舵角補正量を評価する評価関数が最小となるような駆動力変化量及び舵角補正量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の車両姿勢制御装置。
10. 前記駆動力転舵角設定手段は、車速が高くなるほど舵角による補正度合を大きくする、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の車両姿勢制御装置。
11. ドライバによるステアリングホイール操舵量を検出する操舵量検出工程と、
    検出したステアリングホイール操舵量に基づいて各駆動輪に駆動力を配分する駆動力配分工程と、
    配分された駆動力が実現可能か否かを判定する実現性判定工程と、
    駆動力が実現不能なときは、転舵輪の転舵角を補正し実現可能な範囲で各駆動輪の駆動力を再配分する駆動力転舵角設定工程と、
    を有し、
    前記駆動力転舵角設定工程は、各駆動輪の駆動力のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、駆動力変化に対するタイヤ横力感度、又は、各輪の横滑り角のタイヤ横力変化量に対する影響度合を表す指標である、横滑り角変化に対するタイヤ横力感度に基づいて、駆動力変化量及び転舵角補正量の組み合わせを算出して設定する、
    ことを特徴とする車両姿勢制御方法。

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