CN106458210A

CN106458210A - 车辆的运动控制方法、装置以及搭载该装置的车辆

Info

Publication number: CN106458210A
Application number: CN201580032042.6A
Authority: CN
Inventors: 山门诚; 印南敏之; 长塚敬郎; 长塚敬一郎
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: JP2016068649A; EP3202630A1; CN106458210B; EP3202630B1; EP3202630A4; WO2016051942A1; JP6416574B2; US10384673B2; US20170305416A1

Abstract

本发明提供一种将驱动力、制动力适当地分配到前轮、后轮来将转向特性设为适宜并提高操纵性与稳定性两者的车辆的运动控制方法、装置以及搭载了该运动控制方法、装置的车辆。具有对车辆的前轮与后轮的制动、驱动分配进行控制的单元，在该车辆的横向加速度的绝对值增加时减小向前轮的分配，在该车辆的横向加速度的绝对值减小时增大向前轮的分配。

Description

车辆的运动控制方法、装置以及搭载该装置的车辆

技术领域

本发明涉及一种控制车辆的驱动力、制动力或驱动力与制动力两者向前后轮的分配比率的车辆的运动控制方法、装置以及搭载该装置的车辆。

背景技术

批量生产的第一代EV(Electric Vehicle：电动车辆)代替内燃机而搭载了电机，每一台车辆搭载一台电机。在今后的价位更高的EV/HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合动力车)中，认为为了实现差异化而搭载多个电机的车辆也会增加。

具有前轮用电机与后轮用电机的前后双电机配置车辆，在其结构上成为四轮驱动方式，起步和加速性能提高。而且，在转弯时也能够在前后轮上再生减速时的运动能量，因此容易增大再生量。特别是根据负荷来分配再生扭矩，由此能够使再生量最大化(能够与制动扭矩的前后分配同样地以稳定的姿势进行减速和再生)。

与此相对，在左右双电机配置中，在转弯时在内轮上再生而得到减速力与电能，并且使用该能量来对外轮进行驱动行驶，由此得到加速力而进行直接横摆力矩控制(DirectYaw-moment Control(DYC))。然而，内轮与外轮相比转弯速度低，相对于外轮侧的反电动势电压，仅能够以低电压来发电。因而，能够通过内轮进行再生发电，但是实质上从电池取出电能而提供给外轮侧，作为车辆整体在转弯时几乎无法进行再生。

另外，前后双电机配置车辆为全轮驱动，但是在左右双电机配置的情况下，为了全轮驱动化还需要一个电机，招致成本和重量增加。这样，左右双电机配置的优点可举出差动齿轮的省略以及能够进行DYC。然而，在DYC中，在很多情况下由于制动力/驱动力而产生的左右连杆力的失衡而发生滚转力矩，损害横摆运动与滚转运动的自然的复合。

根据如上背景，期望通过找出提高前后双电机配置车辆的转弯性能(操纵性和稳定性)的前后分配控制内容，得到与左右双电机配置车辆相同以上的转弯性能。另外，动态地控制该前后分配比率的方法不仅应用于EV/HEV，还能够应用于使用一个发动机来实现四轮驱动的目前的四轮驱动车中具有前后分配功能的车辆。

针对该课题，例如在专利文献1中公开了一种前后轮与左右轮的驱动力分配综合控制装置的技术，其特征在于，具备：前后轮驱动力分配控制系统，其根据预定的车辆状态来控制向前后轮的驱动力分配；左右轮驱动力分配控制系统，其根据预定的车辆状态来控制向左右轮的驱动力分配；转向过度力矩检测单元，其在转弯中检测由于上述左右轮驱动力分配控制系统侧的控制而产生转向过度力矩时或处于预测产生的状态时；以及第一综合控制单元，其在检测出转向过度力矩时，使前后轮驱动力分配控制系统侧进行施加与转向过度力矩检测量相应的前轮分配量的校正控制，并公开了前后轮与左右轮的驱动力分配综合控制装置的技术，其特征在于，具备：转向不足力矩检测单元，其在转弯中，检测由于上述前后轮驱动力分配控制系统侧的控制而产生转向不足力矩时或处于预测产生的状态时；以及第二综合控制单元，其在检测出转向不足力矩时，使左右轮驱动力分配控制系统侧进行施加与转向不足力矩检测量相应的转弯外轮分配量的校正控制。

另外，在专利文献2中公开了车辆的运动控制方法，其特征在于，将被输入的车辆的横向的加加速度(Gy_dot)乘以根据速度(V)和横向加速度(Gy)来决定并预先存储的增益(KGyV)，根据乘法运算得到的值生成用于控制车辆的前后加速度的控制指令，输出所生成的上述控制指令。根据该方法，如非专利文献1所示，前后加速度与横向加速度的合成加速度矢量(G)的轨迹在车辆重心固定的坐标系中以描绘平滑曲线的方式定向(Vectoring)，被称为G-定向控制(GVC：G-Vectoring Control)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-80035号公报

专利文献2：日本特开2008-285066号公报

非专利文献

非专利文献1：Improvement in vehicle agility and stability by G-Vectoring control M.Yamakado，J.Takahashi，S.Saito，A.Yokoyama&M.Abe,VehicleSystem Dynamics,Volume 48,Supplement 1,December 2010,pages 231-254

非专利文献2：M.Abe,Vehicle Handling Dynamics,Butterworth-Heinemman,Oxford,2009.

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，在横向加速度大且差动限制扭矩大时，或横向加速度大且差动限制扭矩的增大变化大时容易产生转向过度力矩，由此根据转向过度力矩的易产生性，将差动限制扭矩感应增益Kgd赋予高值。然而，在这种方法中，表示由系统的运行本身引起的转向过度的预兆，并且并不明确为什么容易产生转向过度，结果是需要在车辆的各状态下的试运行→调谐，不能说是确立了通用的设计方法。因而，通过该技术，在构成系统的情况下，有可能成为高成本的系统。

并且，在专利文献1中，在低μ路转弯时等，在转弯中由于在前后轮驱动力分配控制系统侧增加向前轮侧的驱动力分配的控制而产生转向不足力矩时或处于预测产生的状态时，通过转向不足力矩检测单元来检测转向不足力矩状态。而且，在检测出转向不足力矩时，在第二综合控制单元中，在左右轮驱动力分配控制系统侧进行施加与转向不足力矩检测量相应的转弯外轮分配量的校正控制。即，在转向不足控制中，需要左右轮的驱动力分配控制装置，在前后双电机配置车辆中，通过进行无法实现的DYC来谋求解决。

另外，在专利文献2的GVC中，证实了与车辆的横向运动关联地控制前后加速度，由此，由加减速引起的负荷移动适当地作用于转向特性，即使不进行DYC也实现操纵性与稳定性的提高，但是并未公开将用于实现加减速指令值的驱动力和制动力如何分配至前轮和后轮为佳。

本发明的目的在于，提供一种执行通过将驱动力、制动力适当地分配至前轮、后轮而将转向特性设为适宜并实现操纵性与稳定性两者的提高的前后制动/驱动分配控制(命名为Distribution plus、D+)的车辆的运动控制方法、装置以及具备这些的车辆。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的车辆的运动控制装置以及搭载了该控制装置的车辆的特征在于，具有对车辆的前轮与后轮的制动/驱动分配进行控制的单元，在该车辆的横向加速度的绝对值增加时减小向前轮的分配，在该车辆的横向加速度的绝对值减小时增大向前轮的分配。

发明效果

能够提供一种使实现提高车辆的操纵性与稳定性两者的前后制动/驱动分配控制(D+)具体化的车辆的运动控制装置以及搭载了该运动控制装置的车辆(传动(transfer)方式四轮驱动、前后双电机配置车辆)。另外，当仅考虑制动侧时，还能够应用于能够变更前后分配的制动装置以及搭载了该制动装置的车辆。

附图说明

图1是表示用于本发明GVC车辆从进入向左弯道至驶离弯道为止的情形的图。

图2是表示进行如图1的行驶的情况下的时序数据的图。

图3是表示由车辆重心点的侧滑而产生的轮胎横向力的施力点的图。

图4是表示车辆的瞬时静稳定裕度的图。

图5是表示轮胎特性的非线性特性的近似的图。

图6是表示轮胎摩擦圆的图。

图7是表示由于D+控制而前后分配比发生变化的情形的图。

图8是表示效果确认用的整车仿真的概要的图。

图9是表示整车仿真的转向角输入、前后加速度、和横向加速度、“g-g”图的图。

图10是表示整车仿真的转向角输入、本发明的前后分配比率、瞬时静稳定裕度的图。

图11是表示本发明的实施例的整体结构的图。

图12是表示本发明的控制器内部处理与前后电机的关系的图。

图13是表示本发明实施时的转弯场景与驱动力分配情形的图。

图14是表示本发明实施时与不实施时的各自的特征的图。

具体实施方式

首先，关于用于解决课题的方法，说明其基本的想法，描述其结构、实施方式。

本发明涉及将驱动力和制动力如何向前后分配的技术。当然，随着产生加减速而产生驱动力和制动力，但是关于是什么样的加减速这部分并不特别进行限定。例如，可以根据驾驶员在转弯过程中随意进行的加速、制动操作将驱动力、制动力向前后分配，也可以基于非专利文献1的G-Vectoring控制，根据来自控制器的加减速控制指令将驱动力、制动力向前后分配。在此，考虑将用于实现根据能够使熟练驾驶员的横向运动关联动作再现的G-Vectoring控制(以下，称为GVC)来决定的加减速的驱动力、制动力向前后分配。

以下，首先概要地说明GVC。接着，根据非专利文献2论述与车辆的轮胎特性有关的基本想法。在此，论述轮胎的侧偏力的1)针对侧滑角的非线性特性、2)负荷依赖性、3)驱动力、制动力依赖性，导出本发明中用于解决问题的方法。而且，最后说明其结构、实施方式。

<与横向运动关联的前后加速度控制(G-Vectoring)>

在非专利文献1中公开了通过与由方向盘操作引起的横向运动关联而自动地进行加减速，在前轮与后轮之间产生负荷移动而实现车辆的操纵性与稳定性的提高的方法。以下式1示出具体的加减速指令值(目标前后加速度G_xc)。

[式1]

基本上是将横向加加速度Gy_dot乘以增益C_xy并赋予一阶滞后的值设为前后加减速指令这种简单的控制律。

此外，G_y为车辆横向加速度，Gy_dot为车辆横向加加速度，C_xy为增益，T为一阶滞后时间常数，s为拉普拉斯算符，G_{x_DC}为不与横向运动关联的加减速度指令，例如对应于后文中说明的预碰撞制动等。

由此，在非专利文献1中确认了能够对有经验的驾驶员的横向与前后运动的关联控制策略的一部分进行模拟并能够实现车辆的操纵性和稳定性的提高。

该式的G_{x_DC}为未与横向运动关联的减速度成分(偏移)。是在存在前方有弯道的情况下的预见的减速或区间速度指令的情况下所需的项。另外，sgn(符号)项为设置成针对向右弯道、向左弯道两者得到上述动作的项。具体地说，能够实现以下动作：在转向开始的拐入时进行减速，当成为稳定转弯时(横向加加速度成为零)停止减速，在转向返回开始时的驶出弯道时进行加速。

当这样进行控制时，前后加速度与横向加速度的合成加速度(标记为G)，在横轴上表示车辆的前后加速度、纵轴上表示车辆的横向加速度的图中，以随着时间经过而进行曲线性迁移的方式定向(Vectoring)，因此被称为“G-Vectoring控制”。

假设具体的行驶来说明应用了式1的控制的情况下的车辆运动。

在图1中假设直行道路A、过渡区间B、稳定转弯区间C、过渡区间D、直行区间E这种向弯道的进入、驶出的一般行驶场景。此时假定驾驶员不进行加减速操作。

另外，图2是将转向角、横向加速度、横向加加速度、通过式1计算出的加减速指令以及四轮的制动、驱动力作为时刻历史波形而示出的图。在后文中详细说明，前外轮与前内轮、后外轮与后内轮以左右(内外)分别成为相同值的方式分配了制动力、驱动力。在此，制动力/驱动力为在各轮的车辆前后方向上产生的力的总称，制动力定义为使车辆减速的方向的力，驱动力定义为使车辆加速的方向的力。首先，车辆从直行道路区间A进入到弯道。在过渡区间B(点1～点3)中，随着驾驶员逐渐增加转向，车辆的横向加速度G_y增加。横向加加速度Gy_dot在点2附近的横向加速度增加期间取正值(在横向加速度增加结束的3的时间点恢复为零)。此时，根据式1，在控制车辆中随着横向加速度G_y的增加而产生减速(G_xc为负)指令。随之，对前外、前内、后外、后内的各轮施加大致相同大小的制动力(负号)。

之后，当车辆进入到稳定转弯区间C(点3～点5)时，驾驶员使转向的增加停止，将转向角保持固定。此时，横向加加速度Gy_dot成为0，因此加减速指令G_xc成为0。因此，各轮的制动力和驱动力也成为零。

接着，在过渡区间D(点5～7)中，通过驾驶员对转向的反向操作，车辆的横向加速度G_y减小。此时，车辆的横向加加速度Gy_dot为负，根据式1，在控制车辆中产生加速指令G_xc。随之，对前外、前内、后外、后内的各轮施加大致相同大小的驱动力(正号)。

另外，在直行区间E中，横向加加速度G_y成为0，横向加加速度Gy_dot也成为零，因此不进行加减速控制。如上所述，在从转向开始的拐入时(点1)起至弯道内侧顶点(点3)进行减速，在稳定圆转弯中(点3～点5)使减速停止，在从转向反向开始时(点5)起至离开弯道时(点7)进行加速。这样，如果对车辆应用G-Vectoring控制，则驾驶员仅进行用于转弯的转向就能够实现与横向运动关联的加减速运动。

另外，当在用横轴表示前后加速度、用纵轴表示横向加速度，在表示车辆所发生的加速度情形的“g-g”图中示出该运动时，成为平滑曲线状(以画圆的方式)地迁移的特征性运动。本发明的加减速指令在该图中以随着时间经过而进行曲线性迁移的方式生成。该曲线状的迁移，关于向左弯道，如图1所示成为顺时针的迁移，关于向右弯道，成为对G_x轴反转的迁移路径，其迁移方向成为逆时针。当这样迁移时，由前后加速度而车辆所产生的俯仰运动与由横向加速度产生的滚转运动适当地进行关联，滚转角速度、俯仰角速度的峰值降低。

该控制，如图1所示，当省略一阶滞后项、对左右运动的符号函数而考虑时，将车辆横向加加速度乘以增益-C_xy而得到的值设为前后加速度指令，因此通过使增益增大，针对相同横向加加速度，能够增大减速度或加速度。

以下，以应用GVC为前提，查看轮胎的侧偏力的力学特性，由此推进在本发明中作为对象的制动力、驱动力的前后分配方针的导出。

<与车辆的转向特性有关的考察>

上述说明的GVC为用于根据横向运动来使前后运动关联的基本控制方针，但是当发生前后运动时在前后轮之间发生负荷移动。另外，为了使前后运动发生，原本需要使制动力和驱动力发生。这些现象为产生前后轮的横向力的增益，并且使负责车辆的转向特性的侧偏刚度变化。结果是通过GVC进行前后运动，但是还对横向运动带来影响。在本章中，以向横向运动的影响、特别是转向特性为焦点来进行研究，进行用于使转向特性设为适宜的前后力(扭矩)分配的导出的准备。

(1)车辆的转向特性

转向不足(U.S.)、转向过度(O.S.)、空档转向(N.S.)这种概念，在论述车辆的运动特性方面是极其重要的概念。如果当前车辆转向角为零并由于某种原因导致在重心点产生侧滑角，则前后轮也产生相同侧滑角β，产生横向力。该横向力成为重心点周围的力矩，众所周知，偏摆运动为以下式。

[式2]

在此，I：车辆的偏摆惯性力矩、r：横摆角速度、l_f：车辆重心点与前车轴之间的距离、l_r：车辆重心点与前车轴之间的距离、K_f：前轮的侧偏刚度、K_r：后轮的侧偏刚度、V：车辆速度、β：侧滑角。

如果β为正，则根据该式，以下那样的偏摆力矩作用于车辆的重心点。

1)在l_fK_f-l_rK_r为正时，负。

2)在l_fK_f-l_rK_r为零时，零。

3)在l_fK_f-l_rK_r为负时，正。

在1)的情况下，由侧滑角而在前后轮产生的横向力的合力的施力点为车辆的重心点的前方，在2)的情况下，与重心点一致，在3)的情况下，为后方。将该前后轮的侧偏力的合力的施力点称为空档转向点(NSP：Neutral-Steer-Point)。

如果车辆的重心点产生了侧滑角β，则作用于前后轮的横向力成为2K_fβ、2K_rβ。如图3所示，当将NSP与车辆重心点之间的距离设为l_n时，NSP周围的基于2K_fβ与2K_rβ的力矩必须平衡，因此通过以下式3得到以下式4。

[式3]

(l_f+l_Nr)·2K_fβ-(l_r-l_Nr)·2K_rβ＝0 (3)

[式4]

也就是说，NSP在1)时比重心点更靠前、在3)时比重心点更靠后，并且在2)时与重心点一致。而且，将l_N除以轴距l来无量纲化而得的值称为静稳定裕度(Static Margin，以下称为S.M.)，作为定量地表现转向特性的指标而公知。

[式5]

能够使用S.M.如以下那样定义车辆的转向特性。

1)S.M.>0→U.S.

2)S.M.＝0→N.S.

3)S.M.<0→O.S.

生产车辆几乎全被设计成1)的S.M.>0。例如将车辆1作为S.M.1，将车辆2作为S.M.2，在S.M.1>S.M.2的情况下，车辆1和车辆2均为U.S.，这是没有变化的，但能够认为车辆2与车辆1相比U.S.更弱。

并且，根据式(5)可知，在前轮、后轮的侧偏刚度K_f、K_r受到侧偏力的非线性、向轮胎的垂直负荷或制动力/驱动力的影响而发生变化的情况下，SM发生变化。在下一节以后所考虑的那样考虑瞬时的S.M.(Instantaneous S.M.，以下记为I.S.M.)的情况下，能够考虑：在一台车辆中也根据上述各种条件不同而存在U.S.强的瞬间、U.S.弱的瞬间，或将其反过来通过加减速来控制向轮胎的垂直负荷的方法，或通过与横向运动关联地控制制动力/驱动力的前后分配比来适当地控制I.S.M的方法。

如图4所示在驾驶员开始进行转向的状况(图4中1～3、与图1相同)下，通过使U.S.相对弱，改善操纵性并使所需的转向角减小，或相反地在使转向返回而恢复至直行状态时(5～7)，当U.S.相对变强时稳定性提高。从驾驶员看来，能够感觉到“操控性能好的车”。与此相对，在进入弯道时U.S.变强，在驶出弯道时U.S.相对变弱时，得到“转向不足严重、稳定性也差”这种评价。下一节以后依次示出对I.S.M.带来影响的各种因素、侧滑角、负荷、制动/驱动分配。

(2)轮胎特性的非线性的影响

目前，在作用于轮胎的横向力与其侧滑角成正比这种前提下考虑了S.M.。在此，在轮胎的侧滑角变大，横向力不一定与侧滑角成正比时，考虑该横向力对S.M.带来什么样的影响。

作为轮胎的横向力Y与侧滑角β之间的关系，在此为了简化，设侧滑角0的侧偏刚度为K₀、横向力由于摩擦力μW(W：轮胎垂直负荷)而饱和，当使用侧滑角的二次式对横向力进行近似时得到以下式6。

[式6]

在此，当用β对式(6)进行偏微分并形式上求出侧滑角β的等效侧偏刚度时，

[式7]

例如在考虑前轮1轮的情况下为W_f＝l_r·mg/l/2，因此结果是成为以下式8。

[式8]

然后，当假设质量m的偏摆惯性力矩I的车辆正在以G_y的横向加速度、横摆角速度r进行转弯时，关于作用于前后轮的横向力，如果仅考虑其大小，则为：

[式9]

当将近似式I≒m·l_f·l_r代入该式并将两边除以μl_rmg/l时，

[式10]

在此，当为了能够进行因数分解而从1减去式(10)时，

[式11]

因此，当求得式(10)的平方根并乘以K_f0时，

[式12]

当设为(G_y+l_f)/μg<<1时能够开平方，

[式13]

同样地，关于后轮也成为以下式14。

[式14]

因而，考虑到轮胎特性的非线性的影响的瞬时静稳定裕度I.S.M._NL为

[式15]

在此，考虑针对U.S.的车辆(S.M.₀>0、-(l_fK_f0-l_rK_r0)>0)开始转向的状况。即考虑横向加速度G_y的绝对值小(G_y≒0)、横摆角速度的增加大的转弯初期。

[式16]

表示：瞬时静稳定裕度I.S.M._NL将正的常数C>0、D>0与横摆角加速度(r>0)的积从分母减去，与分子相加，因此当横摆角加速度增大时车辆的U.S.变强。另外，还表示：相反地从转弯返回至直行的情况下，横摆角加速度成为负，分母变大而分子变小，U.S.相对减弱。因而，关于轮胎特性的非线性的影响，在程度上存在差异，当进入弯道时U.S.增强，驶出弯道时U.S.相对减弱时，可以说是“转向不足严重、稳定性也差”这种如上所述的不良特性的罪魁祸首。另外，作为侧滑角速度非常小，

[式17]

另外，当假定在足够短的期间速度变化也微小时，

[式18]

横摆角加速度信息能够考虑为含有横向加加速度信息。

因而，重要的是进行不使横摆角加速度(横向加加速度)变大，具体地说不使转向速度变大的运转。另外，相反地，当横摆角加速度(横向加加速度)成为零、即成为稳定转弯而横向加速度变得稳定时，请注意具备瞬时静稳定裕度I.S.M._NL恢复至原S.M.₀这种特性。

(3)基于加减速的负荷依赖性的影响

在前一节中可知，在针对侧滑角具有非线性特性的轮胎中含有具有当不进行控制时难以操纵的特性的机构。在本节中，考虑通过进行加减速使该特性缓和的机构，为此，首先调查侧偏力的负荷依赖性。

当进行加减速时，轮胎的垂直负荷进行移动。例如在减速中负荷从后轮向前轮移动，在加速中负荷从前轮向后轮移动。另一方面，众所周知，侧偏力具有负荷依赖性。在此，当将侧偏刚度设为K_iw(i＝f、r、f：前、r：后)而它们对轮胎垂直负荷W_i具有1次负荷依赖性(比例系数C₁)时，用以下式表示。

[式19]

K_iw＝C₁W₁ (19)

另一方面，当将车辆的重心高度设为h而车辆以G_x进行加减速时，前轮负荷(一个的量)成为以下式20。

[式20]

后轮负荷(一个的量)成为以下式21。

[式21]

因而，侧偏刚度前后分别成为以下式。

[式22]

[式23]

因而，以加减速G_x运动中的瞬时静稳定裕度I.S.M._Gx为

[式24]

在此，当为了直接地容易观察加减速的影响而简化为l_f＝l_r时，

[式25]

式(25)示出当车辆进行加速(G_x>0)时静稳定裕度增加而U.S.增强，并且相反地进行减速(G_x<0)时静稳定裕度减少而U.S.减弱这种情况。GVC通过在横向加速度增加的转弯初期进行减速使U.S.减弱，并通过在横向加速度下降而返回至直行状态的转弯结束时进行加速来使U.S.增强，提高稳定性。即，具有对由前一节中说明的轮胎非线性特性引起的操纵性和稳定性的劣化进行补偿的作用。

(4)在实现加减速的前后力依赖性的影响之前的节中，论述了由基于加减速的负荷移动引起的转向特性变化。另一方面，为了进行加减速需要通过四轮的轮胎来产生前后力。该力对轮胎的侧偏力带来影响。遵照古典的库仑摩擦定律，如图6所示，轮胎所发生的侧偏力Y与驱动力(或制动力)X在任何情况下均必须满足以下式。

[式26]

即，作用于轮胎与地面之间的水平面内的所有方向的力的合力无法成为对此时的垂直负荷乘以摩擦系数而得到的值以上，合力的矢量停止在半径μW的圆内。将该圆称为摩擦圆。如果设为X的驱动力或制动力作用于轮胎的前后方向上，则以大侧滑角达到的最大的侧偏力Y_max成为以下式(在此，为了简化，仅关注实现加减速的前后力依赖性，而不考虑由加减速引起的负荷移动)。

[式27]

当前，关于驱动力、制动力为零时的侧偏力Y₀相对于侧滑角的关系，当假设为任何的侧滑角的由驱动力(或制动力)引起的侧偏力的下降率相同时，以下式成立。

[式28]

根据该关系来研究如何将用于实现前一节的加减速的驱动力(或制动力)向前后进行分配。

首先，当考虑以前后加速度G_x来进行加减速的车辆前后轮的垂直负荷(W_f、W_r)时，成为以下式。

[式29]

在此，导入驱动力或制动力的负荷比例的分配概念。将分配给前轮的制动力/驱动力与分配给后轮的制动力/驱动力的比率设为α：(1-α)(0<α<1)。

[式30]

如果按照该比率将用于实现前后加速度G_x的前后轮的驱动力或制动力(X_f、X_r)进行分配，则

[式31]

考虑将其代入到式(26)，当前后分别计算X/μW时，成为以下式，

[式32]

结果是前轮与后轮的侧偏力以相同比例下降。

[式33]

当将两者分别以前轮的侧滑角β_f、β_r进行偏微分而求出等效的侧偏刚度时，

[式34]

因此，瞬时静稳定裕度I.S.M._LD为，

[式35]

如式(35)所示，当将驱动力或制动力与前后轮的负荷成正比地进行分配时，可以没有由驱动力或制动力引起的转向特性的变化地进行加减速。通常，由制动引起的制动力的前后分配被设计为大致为负荷比例。因而，在通过制动控制来实现GVC的情况下，仅能够得到在前一节中说明的使用了基于减速的负荷移动的转向特性的改善效果。

在本章中，以瞬时静稳定裕度(I.S.M.)对轮胎的侧偏力的1)非线性、2)负荷依赖性、3)制动力或驱动力的影响进行了评价。由此确认了：1)内部含有由转向开始时的横摆角加速度(加加速度)引起的操纵和稳定性的恶化机构、2)形成有由基于GVC的适当的负荷移动引起的操纵和稳定性的补偿机构、3)以前后负荷比率对制动力或驱动力进行分配时不对转向特性带来影响。在下一章中，以转向特性的进一步的改善效果为目标，对驱动力或制动力的动态分配控制(Distribution plus,D+)进行研究。

<前后轮分配控制(D+)>

在本章中进行将转向特性设为适宜的前后力(扭矩)分配的导出。首先，从前一章的前后负荷比率分配将以下那样的分配偏移d_p加到前轮，并在后轮中减去。

[式36]

当将它们除以负荷时，

[式37]

在此，关于表示由随着加减速产生的前后负荷移动引起的侧偏刚度的变化的式(22)、式(23)，如式(28)所示，当假设任何侧滑角下由驱动力(或制动力)引起的侧偏力的下降率都相同时，以下式成立。

[式38]

[式39]

在此，如果考虑括弧内的值为相同数量级的微少量，则能够展开为以下式。

[式40]

[式41]

当根据它们来求出瞬时静稳定裕度I.S.M._DR时，

[式42]

其中，

[式43]

关于式(42)的最后的变形，为了突出重点，具有(G_x/μg)2<<1、l_fK_f-l_rK_r≒0、K_f≒K_r这种妥当性，但是进行了相当大胆的假设。在本次的式展开中，为了简化，并未包含根据如上所述的侧偏力的非线性，与横摆角加速度(≒加加速度相当)相应地使瞬时的静稳定裕度增加的项，但是作为将其包含于S.M.0而考虑，将式(16)的影响代入到式(42)。并且，当对G_x应用基于GVC的加减速控制时，

[式44]

式(44)的第二项所示的情况是根据横向加加速度来进行减速，从而能够使与横向加加速度相应地增加(成为转向不足趋势)的瞬时静稳定裕度I.S.M.的增加缓和。然而，在第三项中将减速度平方而符号的概念消失。因此，为了使前后分配偏移D_p(H·d_p)具有与第二项相同的符号特性，导入下一控制律(Distribution Plus:D+)。

[式45]

当与图1的事例同样地示出基于D+的分配比的变化情形时，成为图7的情形。在驾驶员开始转向的状况(图7中1～3、与图1相同)下D_p成为负，基于GVC的用于产生减速度的减速力的前后分配比R_FR接近初始设定值R_FR0后轮，通过使U.S.相对减弱能够改善操纵性并减小所需的转向角。另外，相反地，在使转向返回而恢复至直行状态时(图7中5～7、与图1相同)，D_p成为正，用于产生GVC的加速度的驱动力的前后分配比R_FR接近前轮，当U.S.相对增强时稳定性提高。当将其代入到式(44)时，成为以下式，

[式46]

与上述说明的负荷比例前后分配相比，瞬时静稳定裕度的补偿效果更大，能够期望实现操纵性与稳定性的进一步提高。

当考虑采用了D+控制的最终前后分配比R_FR时，将初始值作为R_FR0而用以下式表示。

[式47]

<基于整车仿真的D+控制的评价>

使用11自由度的整车模型来研究根据目前通过分析来研究的内容并用式(45)进行公式化的D+控制。图8是表示整车模型的自由度和概要的图。在11自由度的整车模型中不仅计算出横摆运动，还能够计算出滚转运动、俯仰运动。轮胎模型采用刷子模型。由此，能够按每个运算步骤通过分析来计算轮胎的侧偏力的1)非线性、2)负荷依赖性、3)制动力或驱动力的影响。转向使用了预先决定了转向角输入的“固定转向”模型。对进入向左弯道进行模拟，对(1)无控制、(2)用前后固定分配的制动力、驱动力来实现GVC加减速、(3)用对基于D+控制的前后分配进行控制的制动力、驱动力来实现GVC的三个事例进行了评价。关于(2)，将用于实现GVC指令的制动力、驱动力固定为大致前后负荷比的0.6(前：0.6、后：1-0.6＝0.4)，关于(3)，通过对0.6相加用式(45)得到的前后偏移来决定了分配比。此外，加加速度增益C_dp用1.0进行了计算。图8下段记载的表为各参数一览。

使用作为轮胎模型的内部变量而计算的瞬时等效侧偏刚度对瞬时静稳定裕度(I.S.M.)进行了评价。详查是否观察到图4所示那样的改善趋势。

图9、图10为仿真结果。图9上段为转向角。从时刻0.5秒朝向35度开始进行转向，在1.5秒稳定于35度。就这样将转向维持到3.5秒后继续转弯，之后在4.5秒将转向角恢复至零。示出正好与图1、2相同的转向状态。

图9中段分别为横向加速度G_y、前后加速度G_x的时序计算结果，下段为表示前后加速度G_x与横向加速度G_y的利萨如波形的所谓“g-g”图。在从转向开始时的0.5秒至1.5秒期间，由于转向而产生横向加加速度G_{y_dot}。因而，根据式(1)使GVC启动(控制指令不再为零)。从转向停止的1.5秒至3.5秒为止，横向加速度G_y为大致固定(横向加加速度为零)，因此不发生GVC的前后加速度G_x。从3.5秒至4.5秒横向加速度G_y减小、即产生负的横向加加速度，因此GVC成为加速指令。通过上述过程，所产生的横向加速度G_y与前后加速度G_x的合成加速度矢量被定向为下段的“g-g”图所示那样平滑的曲线状。因此，如上所述，在转弯开始时由于减速而前轮负荷增加，在驶出时由于加速而后轮的负荷增加。

图10的上段是再次表示转向角的曲线图，中段是表示基于D+的前后分配的曲线图。与图9的GVC同样地，在产生横向加加速度G_{y_dot}的情况下，根据式(45)来计算前后轮的分配偏移。在该计算例中，初始前轮分配设定成为0.6(后轮：0.4)。在从转向开始时的0.5秒至1.5秒期间，为了产生基于GVC的减速度而需要在前后轮供给减速力。在此期间，产生正的横向加加速度，因此按照式(45)，偏移量成为负，前轮的分配变得小于0.6。这表示前轮的制动力分配向后轮移动，由后轮负担更多的制动力。

另外，从转向停止的1.5秒至3.5秒为止，横向加速度G_y为大致固定(横向加加速度G_{y_dot}为零)，因此偏移量也成为零，恢复至初始前轮分配设定0.6。从3.5秒至4.5秒横向加速度G_y减小、即产生负的横向加加速度，因此按照式(45)偏移量成为正。于是，用于实现GVC的加速指令的驱动力中前轮所负担的比例增加。

图10下段示出将上述瞬时静稳定裕度(I.S.M.)(1)无控制(Without_Control，无控制)、(2)将GVC加减速通过前后固定分配的制动力、驱动力来实现(Without_D+，无D+)、(3)将GVC通过对基于D+控制的前后分配进行控制的制动力、驱动力来实现(With_D+，有D+)这三个事例。

在(1)中，由于轮胎的侧偏力的1)非线性，与转向开始同时I.S.M.增加、即U.S.增强，在转向结束时I.S.M.减少、即向OS方向迁移。当开始转动方向盘时不易拐弯，在返回时摇摇晃晃等，作为结果可看出操纵性、稳定性均劣化。

与此相对，在(2)的仅GVC中，由于侧偏力的2)负荷依赖性，发生由减速引起的负荷移动，进入弯道时的U.S.降低，操纵性提高。另一方面，在驶出时由于基于GVC的加速而负荷向后轮移动，但是存在后轮处的加速力的负担，因此受到3)制动力或驱动力的影响而留有一些向U.S.方向的偏移(稳定性的提高)。

在应用了本发明的(3)中，与仅GVC的(2)相比，能够大幅改善转弯开始时的U.S.的降低以及防止转弯驶出时向O.S.方向的变化的效果。该结果表示，本发明所公开的基于式(45)的D+控制将驱动力、制动力适当地分配至前轮、后轮，由此将转向特性设为适宜，能够提高操纵性与稳定性两者。

<基于D+控制的抽象化的扩展>

在式(45)中为表示基本概念的D+控制，但是如式(16)所示，当横摆角加速度增加时，当根据车辆的U.S.增强这种见解来考虑时，作为信息量还能够应用横向加加速度以外的量。首先，当使用横摆角加速度时，即使

[式48]

也得到相同的效果。其中，r:车辆的横摆角速度、r_dot:车辆的横摆角加速度。并且，横摆角加速度在不需要逆转向等的正常驾驶区域中与转向角速度具有直接关系，因此设δ:转向角、δ_dot:转向角速度，还考虑以下式那样公式化，

[式49]

这些全部方法在本发明的范围内。

然后，以下通过文章来定义如上所述公式化的本发明。

将式(45)变更为，

将横向加加速度G_{y_dot}为零的情况下的前轮的分配比率定义为初始比率，

在横向加加速度G_{y_dot}为正时，将前轮的分配比率设为小于初始比率，

在横向加加速度G_{y_dot}为负时，将前轮的分配比率设为大于初始比率。

换言之，变更为，

将横向加加速度G_{y_dot}为零的情况下的后轮的分配比率定义为初始比率，

在横向加加速度G_{y_dot}为正时，将后轮的分配比率设为大于初始比率，

在横向加加速度G_{y_dot}为负时，将后轮的分配比率设为小于初始比率。

进一步，换言之，变更为，

在横向加速度的绝对值增加时，将前轮的分配比率设为小，将后轮的分配比率设为大，

在横向加速度的绝对值减小时，将前轮的分配比率设为大，将后轮的分配比率设为小。

式(48)与式(47)的情况相同，变更为，在横摆角速度的绝对值增加时，将前轮的分配比率设为小，将后轮的分配比率设为大，在横摆角速度的绝对值减小时，将前轮的分配比率设为大，将后轮的分配比率设为小。

式(49)与式(47)的情况相同，变更为，在转向角的绝对值增加时，将前轮的分配比率设为小，将后轮的分配比率设为大，在转向角的绝对值减小时，将前轮的分配比率设为大，将后轮的分配比率设为小。

目前说明了将驱动力、制动力适当地分配至前轮、后轮，由此将转向特性设为适宜并提高操纵性与稳定性两者的控制方法。以下，说明使用了该控制方法的控制装置和车辆的结构。

图11示出使用了本发明的车辆的运动控制装置的车辆的第一实施例的整体结构。在本实施例中，车辆0为通过前电机21来驱动左前轮11、右前轮12并通过后电机22来驱动左后轮13、右后轮14的双电机前后配置EV/HEV四轮驱动车(另外，在图11中省略记载了电池等电池部件)。

驾驶员的转向装置40的转向量由转向角传感器53检测出，通过ADAS(Advanceddriver assistance system：先进驾驶辅助系统)控制器30进行转向角速度的计算等运算处理。驾驶员的加速踏板41的踩入量由加速传感器54检测出，通过ADAS控制器30进行运算处理。驾驶员的制动踏板42的踩入量由制动传感器55检测出，通过ADAS控制器30进行运算处理。然后，ADAS控制器30根据这些量，对前电机21、后电机22基于未图示的逆变器等实施功率控制、扭矩控制。能够根据从ADAS控制器30输出的速度上升(加速)、速度下降(减速)指令进行驱动行驶驱动和再生制动。例如能够根据在GVC中求出的减速度、目标速度指令等前后运动指令来产生减速作用。

接着，说明本发明的传感器群。

如图11所示，横向加速度传感器51与横摆角速度传感器52被配置于重心点附近。对横向加速度传感器51的输出进行微分而得到横向加加速度信息的逻辑以及对横摆角速度传感器52的输出进行微分而得到横摆角加速度的逻辑如图12所示，被内置于ADAS控制器30。

另外，如日本特开2011-7353号公报所示，可以通过使用了车辆速度、转向角、车辆运动模型的估计横摆角速度、横向加速度来得到横向加加速度或横摆角加速度，也可以例如通过高选(select-high)等处理将它们组合使用。

并且，在车辆0上搭载了立体相机56。立体相机56由在左右方向上两个摄像元件的CCD相机构成。

两个CCD相机例如以隔着车室内的后视镜(未图示)的方式配置，从车辆固定系统的不同坐标分别拍摄车辆前方的对象物，将两个图像信息输出到立体图像处理装置(搭载于立体相机56内)。此外，在此使用了CCD相机，但是也可以使用CMOS相机。

在立体图像处理装置中从立体相机56输入图像信息并且经由ADAS控制器30输入车速V。根据这些信息，立体图像处理装置根据来自立体相机56的图像信息对车辆0前方的立体物数据、白线数据等前方信息进行识别，并估计本车行驶路径。在本实施例中明确地设为通过ADAS控制器30实施GVC和D+控制并控制前电机21、后电机22的结构，但是两控制逻辑的运算量非常少，因此也可以搭载于立体相机56内的立体图像处理装置。由此，为了构成防撞制动系统，能够通过已经搭载于车辆的立体相机等来共享控制器，从而使成本降低。

图12示出本发明的ADAS控制器30与前电机21以及后电机22的信号传递结构。

对ADAS控制器30输入转向角、横摆角速度、横向加速度等车辆横向运动信息、加速、制动等驾驶员信息。横向运动信息分别被进行微分等信号处理，求出转向角速度、横摆角速度、横向加加速度(在图12中，作为物理量以横向加加速度为代表)。对该横向加加速度与式(1)同样地乘以增益C_xy而计算出GVC加减速指令值。对其加上基于来自驾驶员的加速的加速指令、基于制动的减速指令而计算出加减速指令。另一方面，在ADAS控制器30中，如式(45)、式(48)以及式(49)所示，可以根据横向加加速度、横摆角速度、转向角速度来运算分配偏移D_p，从初始分配R_FR0进行加减运算，由此计算前后分配比R_FR，如图12所示，也可以设横轴为转向角速度、横摆角速度、横向加加速度的图而存储。在这种情况下，二维图的斜率成为C_dp。将上述加减速指令分配至前后分配比R_FR，对驱动前两轮的前电机21与驱动后两轮的后电机22的再生和驱动行驶功率进行控制，从而控制为接近加减速指令。

图13是根据转弯场景来图示本发明的实施方式的图。

当沿前进方向而进入到向左弯道时，正的横向加速度上升，加加速度也成为正。因此，按照式(1)而产生基于GVC的减速指令。另外，随着产生正的加加速度，根据式(45)或ADAS控制器30的图，R_FR变小，结果是向后轮的制动力分配增大(图13的(a)、(b)的各轮制动力的箭头)。

接着，当成为弯道内侧顶点或稳定转弯时加加速度成为零，因此加减速度指令也成为零，不产生制动/驱动力(图13(c))。

并且，当从向左弯道驶出时，由于正的横向加速度下降而加加速度成为负。因此，按照式(1)产生基于GVC的加速指令。另外，随着产生负的加加速度，根据式(45)或ADAS控制器30的图，R_FR变大，结果是向前轮的驱动力分配增大(图13(d)、(e))。

如上所述，在本发明中，能够以在转弯开始时后轮的制动力增加，在驶出时前轮的驱动力增加的方式使前后驱动力、制动力变化。

在本实施例中，提及了双电机前后配置车辆，但是，实施例前半部分的基于轮胎特性的分析内容当然并不限定于此，在具有前后扭矩分配装置并搭载一台内燃机或搭载一台电机的车辆中也能够提高操控性能。另外，当不进行加速控制而仅专用于减速控制时，还能够作为摩擦制动的前后分配控制而应用。

如上所述，根据本发明，能够提供一种使实现提高车辆的操纵性与稳定性两者的前后制动/驱动分配控制(D+)具体化的车辆的运动控制装置以及搭载了该装置的车辆(传动方式四轮驱动、双电机前后配置车辆)。另外，当仅考虑制动侧时，还能够应用于能够变更前后分配的制动装置以及搭载了该装置的车辆。另外，在本实施例中主要提及了应用GVC的情况，但是如图12所示，即使仅根据驾驶员的加速、制动信息，即在GVC增益C_xy＝0的状态下根据驾驶员的加减速请求来进行D+控制，在驾驶员如熟练驾驶员那样进行可靠的加减速的前提下，也能够实现提高车辆的操纵性与稳定性两者。

最后使用图14说明应用了本发明的车辆以及未应用本发明的车辆的特征(其中，记载了双电机前后配置EV/HEV)。

首先，假设在低速行驶条件下在图1、2或图13那样的路线上行驶。对前电机21与后电机22的功率(P_f、P_r)进行计测，计算前电机的功率比(P_f/(P_f+P_r))。在应用了本发明的车辆中，在进入弯道时前电机的功率比与进入弯道前相比降低。另外，在驶出弯道时前电机21的功率比增加。

接着，考虑对在同一弯道上高速行驶的情况下的前电机的功率比与低速行驶的情况下的前电机的功率比进行比较这一情况。为了在同一弯道高速行驶而前进，转向速度、横摆角速度、横向加加速度与低速行驶的情况相比必然加大。于是，按照式(45)、式(48)、式(49)或图等信息，功率比的偏移本身增大，如图14(2)所示，与本发明的低速条件下的行驶时相比，在进入弯道时前电机的功率比进一步变小，在驶出弯道时前电机的功率比进一步变大。这是应用了本发明的车辆的特征。

在并非EV/HEV的情况下，根据相同观点，通过前后制动油压、传动连接力或轮6分力计测，在进入时前轮所产生的减速力变小，在驶出时前轮所产生的驱动力变大，由此能够辨别是否为应用了本发明的车辆。

符号说明

0：车辆；11：左前轮；12：右前轮；13：左后轮；14：右后轮；21：前电机；22：后电机；30：ADAS控制器；40：转向装置；41：加速踏板；42：制动踏板；51：横向加速度传感器；52：横摆角速度传感器；53：转向角传感器；54：加速传感器；55：制动传感器；56：立体相机。

Claims

1.一种车辆控制方法，根据与车辆的横向运动相关联的输入值对车辆的前后方向的驱动力或制动力进行控制，其特征在于，

根据上述输入值使上述驱动力或制动力中由前轮承担的前轮分配比率变化。

2.一种车辆控制方法，其特征在于，

在上述输入值增加时，将上述前轮分配比率控制为小于上述输入值为零的情况下的前轮分配比率，

在上述输入值减少时，将上述前轮分配比率控制为大于上述输入值为零的情况下的前轮分配比率。

3.根据权利要求2所述的车辆控制方法，其特征在于，

上述输入值为车辆的横向加速度的绝对值。

4.根据权利要求3所述的车辆控制方法，其特征在于，

前轮分配比率R_FR由下式生成：

R_{F R} = R_{F R 0} - sgn (G_{y} \cdot {\overset{\cdot}{G}}_{y}) \frac{G_{d p}}{1 + T s} | {\overset{\cdot}{G}}_{y} |

其中，G_y为车辆横向加速度，为车辆横向加加速度，C_dp为横向加加速度增益，T为一阶滞后时间常数，s为拉普拉斯算符，R_FR0为初始分配比率。

5.根据权利要求2所述的车辆控制方法，其特征在于，

上述输入值为车辆的横摆角速度的绝对值。

6.根据权利要求4所述的车辆控制方法，其特征在于，

前轮分配比率R_FR由下式生成：

R_{F R} = R_{F R 0} - sgn (r \cdot \overset{\cdot}{r}) \frac{G_{d p r}}{1 + T_{r} s} | \overset{\cdot}{r} |

其中，r为车辆横摆角速度，为车辆横摆角加速度，C_dpr为横摆角加速度增益，T为一阶滞后时间常数，s为拉普拉斯算符，R_FR0为初始分配比率。

7.根据权利要求2所述的车辆控制方法，其特征在于，

上述输入值为转向角的绝对值。

8.根据权利要求7所述的车辆控制方法，其特征在于，

前轮分配比率R_FR由下式生成：

R_{F R} = R_{F R 0} - sgn (δ \cdot \overset{\cdot}{δ}) \frac{G_{d p δ}}{1 + T_{r} s} | \overset{\cdot}{δ} |

其中，δ为转向角，为转向角速度，C_dpδ为转向角速度增益，T为一阶滞后时间常数，s为拉普拉斯算符，R_FR0为初始分配比率。

9.根据权利要求2所述的车辆控制方法，其特征在于，

使用预先存储了与上述输入值相应的上述前轮分配比率的值的图，控制上述前轮分配比率。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的车辆控制方法，其特征在于，

在上述输入值增加时控制为车辆减速，在上述输入值减少时控制为车辆加速。

11.根据权利要求10所述的车辆控制方法，其特征在于，

根据前后加速度指令值来进行车辆的加减速控制，

上述前后加速度指令值G_xc由下式生成：

G_{x c} = - sgn (G_{y} \cdot {\overset{\cdot}{G}}_{y}) \frac{G_{x y}}{1 + T s} | {\overset{\cdot}{G}}_{y} |

其中，G_y为车辆横向加速度，为车辆横向加加速度，C_xy为横向加加速度增益，T为一阶滞后时间常数，s为拉普拉斯算符。

12.根据权利要求10所述的车辆控制方法，其特征在于，

在将车辆的前后加速度设为x轴、将车辆的横向加速度设为y轴、将车辆的前方向设为x轴的正方向、将车辆的转向方向设为y轴的正方向的车辆固定坐标系中，在对车辆进行了转向输入的情况下或车辆在y方向上开始了正方向的转弯的情况下，车辆的横向加速度在正方向上产生，并且车辆的前后加速度在负方向上产生，由此，显示出前后加速度和横向加速度的坐标的轨迹从原点附近朝向第II象限成为顺时针的平滑曲线。

13.根据权利要求2所述的车辆控制方法，其特征在于，

使制动力的前轮分配比率减小是指减小前轮所产生的制动力和/或制动扭矩，

使制动力的前轮分配比率增大是指增大前轮所产生的制动力和/或制动扭矩，

使驱动力的前轮分配比率减小是指减小前轮所产生的驱动力和/或驱动扭矩，

使驱动力的前轮分配比率增大是指增大前轮所产生的驱动力和/或驱动扭矩。

14.一种车辆控制系统，其特征在于，

具有驱动前轮的前电机、驱动后轮的后电机以及执行权利要求1～13中任一项所述的车辆控制方法的控制装置，通过控制向上述前电机的供给电压，使上述前轮的分配比率变化。

15.根据权利要求13所述的车辆控制系统，其特征在于，

具有立体相机，上述控制装置被内置于立体相机中。