JP2005003083A - 車両制御装置および車両制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】左右の車輪のコーナリングパワーに基づいて車両の状態を制御することにより、例えば、コーナリングといった走行状態において、車両の操安性の向上を図る。
【解決手段】検出部１は、各車輪に作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚを含む作用力を検出する。特定部２は、車輪と路面との間の摩擦係数を特定する。推定部６は、作用力と、摩擦係数とに基づいて、各車輪のコーナリングパワーｋａを推定する。処理部７、推定されたコーナリングパワーｋａに基づいて算出される、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値ｋａ＿ａｖｅが、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値ｋａ＿ａｖｅの現在値よりも大きくなるように、制御値を決定する。制御部８〜１０は、決定された制御値に基づき車両の状態を制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運動状態を制御する車両制御装置および車両制御方法に係り、特に、車輪のコーナリングパワーに基づいた車両の状態の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車輪に加えられる駆動・制動トルクを制御する、或いは、車輪のサスペンション特性を制御することにより、車両の運動状態を制御する車両制御手法が知られている。この車両制御手法では、例えば、コーナリングといった走行状況において、車両の運動状態が最適となるように制御を行うことで、操安性の向上を図っている。このような技術の一つに、車輪摩擦力利用率を用いて車両の運動状態を制御する車両制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。この車両制御装置は、それぞれの車輪の車輪摩擦力利用率を求め、この車輪摩擦力利用率が目標車輪摩擦力利用率に近づくように、それぞれの車輪の車輪状態を制御する。この車輪摩擦力利用率は、実摩擦力（車輪と路面との間に実際に発生している前後力と横力との合力）の、最大摩擦力（車輪と路面との間の実際の摩擦係数と、車輪と路面との間に実際に発生している上下力との積）に対する比率として算出される。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１３２１９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者は、このような車両制御がより有効となる走行状況（例えば、コーナリング走行または低摩擦係数路面走行など）において、車両の運動状態を効果的に制御するためには、車輪のコーナリングパワーに注目することが好ましいと考えた。なぜならば、コーナリングパワーは、その値の大小により、車両の挙動変化（コーナリングフォース）の応答性を示し、車両の運動状態と密接に拘わる値だからである。そのため、コーナリングパワーに基づいて、車両の操安性を評価することができる。例えば、２自由度のみを考慮した車両運動モデル（横方向の並進運動と鉛直軸まわりの回転運動を考慮したモデル）を用いた操安性解析や車両運動制御では、一般に、コーナリングパワーを用いて定式化（例えば、スタティックマージン、スタビリティファクタ等）が行われるといった如くである。
【０００５】
上記の特許文献１に開示された手法は、車輪摩擦力利用率を目標摩擦力利用率に近づけることで、車両の運動状態を向上させている。しかしながら、仮に、車輪の車輪摩擦力利用率を目標摩擦利用率に近づけた場合でも、車輪のコーナリングパワーに着目してみると、このときの車輪のコーナリングパワーが各輪で不適当な値となる可能性がある。例えば、車輪のコーナリングパワーが小さくなった場合には、車両のコントロール性が損なわれる虞がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、新規な車両制御手法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の別の目的は、左右の車輪のコーナリングパワーに基づいて車両の状態を制御することにより、例えば、コーナリングといった走行状態において、車両の操安性の向上を図ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、車両の運動状態を制御する車両制御装置において、検出部と、特定部と、推定部と、処理部と、制御部とを有する車両制御装置を提供する。この車両制御装置において、検出部は、車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力を検出する。特定部は、車輪と路面との間の摩擦係数を特定する。推定部は、検出された作用力と、特定された摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する。処理部は、推定されたコーナリングパワーに基づいて算出される、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値が、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値の現在値よりも大きくなるように、第１の制御値を決定する。制御部は、決定された第１の制御値に基づき車両の状態を制御する。
【０００９】
また、第２の発明は、車両の運動状態を制御する車両制御装置において、検出部と、特定部と、推定部と、処理部と、制御部とを有する車両制御装置を提供する。この車両制御装置において、検出部は、車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力を検出する。特定部は、車輪と路面との間の摩擦係数を特定する。推定部は、検出された作用力と、特定された摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する。処理部は、推定されたコーナリングパワーに基づいて、作用力によるコーナリングパワーの変化率を左右の車輪毎に算出するとともに、算出された左右の車輪に関する変化率に基づいて、左車輪に関する変化率と、右車輪に関する変化率とが近づくように、第１の制御値を決定する。制御部は、決定された第１の制御値に基づき車両の状態を制御する。
【００１０】
ここで、第２の発明において、処理部は、変化率として、前後力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する前後力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する前後力を大きくするように、左右の車輪に対する前後力配分比を決定することが好ましい。また、制御部は、車輪に作用する前後力が決定された前後力配分比となるように、左右の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比を制御することが望ましい。この場合、一方の車輪に関する変化率は、他方の車輪に関する変化率よりも小さいことことが好ましい。
【００１１】
また、第２の発明において、処理部は、変化率として、上下力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する上下力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する上下力を大きくするように、左右の車輪に対する上下力配分比を決定することが好ましい。制御部は、車輪に作用する上下力が決定された上下力配分比となるように、左右の車輪に対する垂直荷重配分比を制御することが望ましい。この場合、一方の車輪に関する変化率は、他方の車輪に関する変化率よりも大きいことが好ましい。
【００１２】
また、第１または第２の発明において、処理部は、車両のスタビリティファクタが目標スタビリティファクタに近づくように、第２の制御値をさらに決定し、制御部は、決定された第２の制御値に基づき車両の状態をさらに制御してもよい。この場合、処理部は、第２の制御値として、前後の車輪に対する前後力配分比を決定し、制御部は、車輪に作用する前後力が決定された前後力配分比となるように、前後の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比をさらに制御することが好ましい。あるいは、処理部は、第２の制御値として、前後の車輪に対する上下力配分比を決定し、制御部は、車輪に作用する上下力が決定された上下力配分比となるように、前後の車輪に対する垂直荷重配分比をさらに制御することが望ましい。
【００１３】
また、第３の発明は、車両の運動状態を制御する車両制御方法において、車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力と、車輪と路面との間の摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する第１のステップと、推定されたコーナリングパワーに基づいて算出される、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値が、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値の現在値よりも大きくなるように、第１の制御値を決定する第２のステップと、決定された第１の制御値に基づいて、車両の状態を制御する第３のステップとを有することを特徴とする車両制御方法を提供する。
【００１４】
また、第４の発明は、車両の運動状態を制御する車両制御方法において、車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力と、車輪と路面との間の摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する第１のステップと、推定されたコーナリングパワーに基づいて、作用力によるコーナリングパワーの変化率を左右の車輪毎に算出するとともに、算出された左右の車輪に関する変化率に基づいて、左車輪に関する変化率と、右車輪に関する変化率とが近づくように、第１の制御値を決定する第２のステップと、決定された第１の制御値に基づき車両の状態を制御する第３のステップとを有することを特徴とする車両制御方法を提供する。
【００１５】
ここで、第４の発明において、第２のステップは、変化率として、前後力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する前後力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する前後力を大きくするように、左右の車輪に対する前後力配分比を決定するステップであることが好ましい。また、第３のステップは、車輪に作用する前後力が決定された前後力配分比となるように、左右の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比を制御するステップであることが望ましい。この場合、一方の車輪に関する変化率は、他方の車輪に関する変化率よりも小さいことが好ましい。
【００１６】
また、第４の発明において、第２のステップは、変化率として、上下力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する上下力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する上下力を大きくするように、左右の車輪に対する上下力配分比を決定するステップであることが好ましい。また、第３のステップは、車輪に作用する上下力が決定された上下力配分比となるように、左右の車輪に対する垂直荷重配分比を制御するステップであることが望ましい。この場合、一方の車輪に関する変化率は、他方の車輪に関する変化率よりも大きいことが好ましい。
【００１７】
また、第３または第４の発明において、第２のステップは、車両のスタビリティファクタが目標スタビリティファクタに近づくように、第２の制御値を決定する第４のステップをさらに有し、第３のステップは、決定された第２の制御値に基づき車両の状態を制御する第５のステップをさらに有していてもよい。この場合、第４のステップは、第２の制御値として、前後の車輪に対する前後力配分比を決定するステップであり、第５のステップは、車輪に作用する前後力が決定された前後力配分比となるように、前後の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比をさらに制御するステップであることことが好ましい。あるいは、第４のステップは、第２の制御値として、前後の車輪に対する上下力配分比を決定するステップであり、第５のステップは、車輪に作用する上下力が決定された上下力配分比となるように、前後輪に対する垂直荷重配分比をさらに制御することが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる車両制御装置の全体構成を示したブロック構成図である。この車両制御装置は、左右の車輪のコーナリングパワーｋａを考慮して、左右の車輪に対する前後力配分比、または、左右の車輪に対する上下力配分比を決定する。そして、車輪に作用する前後力が、この決定された前後力配分比となるように、左右の車輪に対する駆動力配分比（或いは制動力配分比）が制御される。または、車輪に作用する上下力が、この決定された上下力配分比となるように、左右輪に対する垂直荷重配分比が制御される。これにより、車両の状態（すなわち、車輪の状態量）が変化するため、左右の車輪のコーナリングパワーｋａが所望とする値に近づく方向に作用し、車両の操安性の向上を図ることができる。まず、本実施形態にかかる車両制御の概念を明確にすべく、コーナリングパワーｋａについて説明し、その後に車両制御装置の具体的なシステム構成およびシステム処理について説明する。
【００１９】
コーナリングパワーｋａは、車輪すべり角βｗの微小変化による横力Ｆｙ（車輪があるすべり角βｗで旋回するときに、接地面に発生する摩擦力のうち車輪中心面に直角な方向に発生する分力）の変化率である。すなわち、コーナリングパワーｋａは、ある車輪すべり角βｗにおける横力Ｆｙの傾き（微分値）として定義することができる。そのため、コーナリングパワーｋａは、車輪すべり角βｗと横力Ｆｙとの関係に基づいて、一義的に導出することができる。このコーナリングパワーｋａは車両の操安性に大きな影響を与えるパラメータであり、この値が大きいと操舵に対する車両の挙動変化の応答性が速くなり、この値が小さいと操舵に対する車両の挙動変化の応答性が緩慢になる。例えば、コーナリング走行時、或いは、低摩擦係数路面での走行時において、挙動変化の応答性は速いことが望ましく、基本的に、コーナリングパワーｋａは大きい方が好ましい。
【００２０】
図２は、車輪に作用する作用力を示した説明図である。同図に示すように、車輪に関する作用力としては、上述した横力Ｆｙの他に、前後力Ｆｘ、コーナリングフォースなどが挙げられる。車輪があるすべり角βｗで旋回するときに、接地面に発生する摩擦力のうち車輪中心面に平行な方向に発生する分力が前後力Ｆｘであり、車輪進行方向に直角な方向に発生する分力がコーナリングフォースである。また、図中には明記しないが、車輪に関する作用力としては、さらに垂直方向の荷重、所謂上下力Ｆｚ（図示せず）が挙げられる。
【００２１】
作用力として挙げられるこれらの力のうち、横力Ｆｙとコーナリングフォースとは比較的に類似した力として扱うことができる。横力Ｆｙとコーナリングフォースとは値として一対一に対応するものではないが、実用上、車両がとり得る車輪すべり角βｗの範囲内において両者の値は近似する。本明細書では、コーナリングフォースと横力Ｆｙとを実質的に同じと見なし、横力Ｆｙをベースとしてコーナーリングパワーｋａについて考える。すなわち、横力Ｆｙとコーナリングパワーｋａとの関係が事前に分かっていれば、コーナリングパワーｋａは、横力Ｆｙに基づいて、一義的に特定されることになる。以下、横力Ｆｙとコーンリングパワーｋａとの関係について考える。
【００２２】
車輪すべり角βｗと、車輪に作用する横力Ｆｙとは、以下に示す数式１を満たす。
【数１】

【００２３】
この数式１は、車輪の力学特性を示すタイヤモデルに基づき、車輪に作用する横力Ｆｙを車輪すべり角βｗで二次近似した式である。同数式において、係数ｋは、実験的に求めることができる定数であり、車輪と路面との間の摩擦係数μおよび上下力Ｆｚに依存して変化する（数式２）。
【数２】

【００２４】
この係数ｋは車輪の特性を示す値であり、この値が高いと車輪の剛性が高いことを意味し、また、値が小さいと車輪の剛性が低いことを意味する。同数式から分かるように、係数ｋは、車輪すべり角βｗが０における横力Ｆｙの傾き（微分値）である。以下、この値を基準コーナリングパワーｋと称する。
【００２５】
一方、横力Ｆｙの取り得る最大値である横力最大値Ｆｙｍａｘは、上下力Ｆｚ、前後力Ｆｘおよび摩擦係数μから、数式３に基づき算出される。
【数３】

【００２６】
また、コーナリングパワーｋａは、ある車輪すべり角βｗにおける横力Ｆｙの傾き（微分値）であるので、コーナリングパワーｋａは、数式１を車輪すべり角βｗで微分した数式４として表すことができる。
【数４】

【００２７】
数式１〜４から分かるように、車輪に作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚと、摩擦係数μとが既知となれば、車輪すべり角βｗは、一意に特定される。この車輪すべり角βｗが特定されると、車輪のコーナリングパワーｋａは、車輪すべり角βｗと横力Ｆｙとの関係に基づいて、一義的に算出することができる。
【００２８】
つぎに、前後力Ｆｘ（または上下力Ｆｚ）とコーナリングパワーｋａとの関係について説明する。前後力Ｆｘとコーナリングパワーｋａとの関係は、数式１および数式４から車輪すべり角βｗを消去することにより、数式５として表すことができる。
【数５】

【００２９】
ここで、同数式中のＦｙｍａｘを数式３で置換すると、数式５は数式６となる。
【数６】

【００３０】
このコーナリングパワーｋａの傾向を見るため、数式６の分数部分を摩擦係数μと上下力Ｆｚとの積（μ・Ｆｚ）で割り、無次元化する（数式７）。
【数７】

【００３１】
図３は、前後力Ｆｘとコーナリングパワーｋａとの関係を示した図である。同図は数式７をグラフ化したものであり、縦軸はコーナリングパワーｋａを表し、横軸は無次元化した前後力（Ｆｘ／μＦｚ）を表している。なお、説明の便宜上、コーナリングパワーｋａを基準コーナリングパワーｋで割ることにより、縦軸も無次元化されている。同図では、横軸上を０から１へ向かう程、前後力Ｆｘが大きくなることを意味し、縦軸上を０から１へ向かう程、コーナリングパワーｋａが大きくなることを意味する。また、同図には、数式７における分子部分（Ｆｙ／μＦｚ）の値を０．２，０．４，０．６，０．８とした場合の、前後力Ｆｘとコーナリングパワーｋａとの関係がそれぞれ実線で示されている。各実線はこの分子部分（Ｆｙ／μＦｚ）の値に拘わらず基本的に同じ傾向を示すものの、この値（Ｆｙ／μＦｚ）が大きくなるに従い、前後力Ｆｘとコーナリングパワーｋａとの関係は相対的に小さくなっている。同図から分かるように、コーナリングパワーｋａは、前後力Ｆｘが小さくなる程その値が大きくなり、前後力Ｆｘが大きくなる程その値が小さくなる。したがって、車輪のコーナリングパワーｋａを大きくするためには、車輪に作用する前後力Ｆｘを小さくすればよいことになる。前後力Ｆｘの調整は、車輪に加えられる駆動力または制動力を制御することにより行うことができる。
【００３２】
４つの車輪を備えた一般的な車両において、車輪に駆動力（または制動力）が定常的に加えられている状態を想定する。各車輪に作用する前後力Ｆｘの総和は一定であるため、ある車輪に作用する前後力Ｆｘを小さくすると、これに応じて他の車輪に作用する前後力Ｆｘが大きくなる。そのため、各車輪に作用する前後力Ｆｘのすべてを小さくするは困難であり、それ故に、各車輪のコーナリングパワーｋａのすべてを大きくすることもまた困難である。そこで、本実施形態では、左右輪に対する前後力配分比ｒｘを変化させることで、左右輪の各コーナリングパワーｋａの代表値（例えば、平均値）が、現在の値よりも大きくなるような（好ましくは、最大値となるような）制御を行うことにする（左右輪のコーナリングパワーｋａの最大化）。
【００３３】
図４は、正規化された左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅと左右輪の前後力配分比ｒｘとの関係を示す図である。同図には、一例として、左旋回時の内輪（左前輪）と外輪（右前輪）とに関するこれらの関係が示されている。以下、左前輪のコーナリングパワーｋａをコーナリングパワーｋａ＿ｆｌ、右前輪のコーナリングパワーｋａをコーナリングパワーｋａ＿ｆｒと記述し、各車輪のコーナリングパワーｋａを区別する。同図に示す関係は、数式７に基づき算出される各コーナリングパワーｋａ＿ｆｌ，ｋａ＿ｆｒから、左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅ（（ｋａ＿ｆｌ＋ｋａ＿ｆｒ）／２）と、前後力配分比ｒｘとの関係を導き出すことにより、一義的に求めることができる。左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅを縦軸、前後力配分比ｒｘを横軸に設定した場合、両者の関係は、ある前後力配分比ｒｘ（ｒｘ０）において極大値（ｋａ＿ａｖｅｍａｘ）を有する、上に凸のグラフとなる。なお、車両が左旋回をしている場合、極大値となり得る前後力配分比ｒｘ０は、前後力配分比ｒｘが左右輪に対して一対一となる位置よりも外（右）輪偏重寄りに存在する。
【００３４】
同図を参照し、左右輪に対する前後力配分比ｒｘによるコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅの変化率Δｋについて考える。この変化率Δｋは、ある前後力配分比ｒｘにおけるコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅの接線（直線Ｌ１）に関する傾き（微分値）である。具体的には、この直線Ｌ１は、前後力配分比ｒｘが最も内輪偏重（左輪偏重）の場合に最も右上がりの直線（Δｋ：正の値）となり、前後力配分比ｒｘが外輪偏重（右輪偏重）になるに従い、その傾きが水平に近づいていく。前後力配分比ｒｘ０において、直線Ｌ１は、水平な直線（Δｋ：０）となり、前後力配分比ｒｘがさらに外輪偏重（右輪偏重）になるに従い、右下がりの直線となっていく。そして、前後力配分比ｒｘが最も外輪偏重（右輪偏重）の場合に、直線Ｌ１は、最も右下がりの直線（Δｋ：負の値）となる。
【００３５】
ここで、現在の前後力配分比ｒｘを、例えば、左右輪に対して一対一の状態（前後力配分比ｒｘ１）と考える。図４に示すように、車両が左旋回をしている場合、この配分比ｒｘ１は前後力配分比ｒｘ０よりも内（左）輪偏重寄りに位置するため、直線Ｌ１は右上がりの傾向を示し、変化率Δｋは正の所定値となる。この前後力配分比ｒｘにおいて、左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅを大きくするためには、直線Ｌ１の傾きがなだらかになる方向に（Δｋが減少する方向に）、前後力配分比ｒｘを変化させる必要がある。同図に示す例では、前後力配分比ｒｘを現在の前後力配分比ｒｘ１よりも外輪偏重にすれば、直線Ｌ１の傾きがなだらかになり（Δｋが減少し）、コーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅは極大値ｋａ＿ａｖｅｍａｘに向かって大きくなる。したがって、どのような走行状況であっても、変化率Δｋを０に近づける方向に前後力配分比ｒｘを変化させれば、コーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅは、極大値ｋａ＿ａｖｅｍａｘに向かって大きくなることになる（好ましくは、極大値ｋａ＿ａｖｅｍａｘと一致する）。
【００３６】
上記の変化率Δｋは、以下に示す数式８として表すことができる。
【数８】

【００３７】
数式８において、ｋ＿ｆｌは左前輪の基準コーナリングパワーｋであり、ｋ＿ｆｒは右前輪の基準コーナリングパワーｋである。一方、ｋｃ＿ｆｌは、左前輪に関する無次元化した前後力Ｆｘ／μＦｚによる無次元化したコーナリングパワーｋａ＿ｆｌ／ｋ＿ｆｌの変化率（以下、単に「左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌ」という）である。また、ｋｃ＿ｆｒは、右前輪に関する無次元化した前後力Ｆｘ／μＦｚによる無次元化したコーナリングパワーｋａ＿ｆｒ／ｋ＿ｆｒの変化率（以下、単に「右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒ」という）である。数式８から分かるように、変化率Δｋは、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒと右前輪の基準コーナリングパワーｋ＿ｆｒとの積（ｋｃ＿ｆｒ・ｋ＿ｆｒ）と、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと左前輪の基準コーナリングパワーｋ＿ｆｌとの積（ｋｃ＿ｆｌ・ｋ＿ｆｌ）との差に比例する。したがって、この変化率Δｋを０に近づけるためには、これらの積ｋｃ＿ｆｒ・ｋ＿ｆｒ，ｋｃ＿ｆｌ・ｋ＿ｆｌの値が近づけばよいことになる。
【００３８】
図５はコーナリングパワーｋａと前後力Ｆｘとの関係を示した図であり、図３と同様、横軸（前後力Ｆｘ）および縦軸（コーナリングパワーｋａ）は無次元化されている。図４と同様に、前後力配分比ｒｘが左右輪に対して一対一の状況で車両が左旋回をしていると考える。同図には、内輪（左前輪）のコーナリングパワーｋａ＿ｆｌと前後力Ｆｘとの関係が実線で示されており、外輪（右前輪）のコーナリングパワーｋａ＿ｆｒと前後力Ｆｘとの関係が点線で示されている。同図において、上述の左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌは、ある前後力Ｆｘにおける左前輪のコーナリングパワーｋａ＿ｆｌの接線（直線Ｌ２）に関する傾き（微分値）に相当する。また、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒは、ある前後力Ｆｘにおける右前輪のコーナリングパワーｋａ＿ｆｒの接線（直線Ｌ３）に関する傾き（微分値）に相当する。図５において、縦軸は無次元化されているが、正規化されたコーナリングパワーｋａ＿ｆｌ（またはｋａ＿ｆｒ）を縦軸とした場合、各直線Ｌ２，Ｌ３の傾きはそれぞれｋｃ＿ｆｌ・ｋ＿ｆｌ（直線Ｌ２）、ｋｃ＿ｆｒ・ｋ＿ｆｒ（直線Ｌ３）となる。したがって、上記数式８に示す変化率Δｋを０に近づけることは、直線Ｌ２の傾き（左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌ）と直線Ｌ３の傾き（右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒ）とを近づけることと等価である。
【００３９】
そこで、前後力Ｆｘの変化に応じた各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒの傾向について考えてみる。左右前輪のコーナリングパワーｋａ＿ｆｌ，ｋａ＿ｆｒと前後力Ｆｘとの関係は、値の大小はあるものの基本的に同じグラフ傾向を示すため、前後力Ｆｘの変化に応じた各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒの傾向も同じと考えることができる。そのため、ここでは、前後力Ｆｘの変化に応じた左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌの傾向についてのみ考える。左前輪に作用する前後力Ｆｘが最大の場合、直線Ｌ２は傾きが急な右下がりの直線となり、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌは最小値（負の値）をとなる。この状態から左前輪に作用する前後力Ｆｘが小さくなっていくと、直線Ｌ２は傾きなだらかな直線へと変わっていき、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌは大きくなる。そして、左前輪に作用する前後力Ｆｘが０の場合、直線Ｌ２は傾きが最もなだらになり、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌは最大値（負の値）となる。
【００４０】
例えば、図５に示すように、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌが右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒよりも小さい場合（ｋｃ＿ｆｒ＞ｋｃ＿ｆｌ）、すなわち、直線Ｌ２が直線Ｌ３よりも傾きが急な場合について考える。これらの直線Ｌ２，Ｌ３の傾きを近づけるためには、左前輪の前後力Ｆｘを小さくすることで、直線Ｌ２の傾きを現在の傾きよりもなだらかな方向へ変えるとともに、右前輪の前後力Ｆｘを大きくすることで、直線Ｌ３の傾きを現在の傾きよりも急な方向へ変えればよい。換言すれば、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとを比較して、変化率が小さい一方の車輪（図５に示す例では左前輪）に作用する前後力Ｆｘを小さくし、変化率が大きい他方の車輪（図５に示す例では右前輪）に作用する前後力Ｆｘを大きくすればよい。これにより、直線Ｌ２の傾き（左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌ）と直線Ｌ３の傾き（右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒ）とが近づく方向に作用し、上記Δｋが０に近づく方向に作用する。そのため、本実施形態では、このような知得に基づき、現在の前後力配分比ｒｘから所定量分だけ配分比を変化させることにより、Δｋが０に近づくような目標前後力配分比ｒｘ’を決定する。そして、車輪に作用する前後力が目標前後力配分比ｒｘ’となるように、駆動力（制動力）配分比Ｒｘを制御する。例えば、図５に示す例では、現在の前後力配分比ｒｘよりも右輪偏重となるように、目標前後力配分比ｒｘ’を決定するといった如くである。
【００４１】
再び図３を参照すると、無次元化されたグラフからは、上下力Ｆｚとコーナリングパワーｋａとの関係も把握することができる。同図において、横軸上を０から１へ向かう程、上下力Ｆｚが小さくなることを意味する。コーナリングパワーｋａは、上下力Ｆｚが小さくなる程その値が小さくなり、上下力Ｆｚが大きくなる程その値が大きくなる。すなわち、車輪のコーナリングパワーｋａを大きくするためには、車輪に作用する上下力Ｆｚを大きくすればよいことになる。上下力Ｆｚの調整は、車輪にかかる垂直荷重を制御することにより行うことができる。ただし、上述した前後力Ｆｘと同様、各車輪に作用する上下力Ｆｚの総和は一定である。そこで、左右輪に対する上下力配分比ｒｚを調整することにより、コーナリングパワーｋａの最大化を図ることにする。
【００４２】
図３に示す関係は無次元化したものであるため、正規化された左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅと左右輪に対する上下力配分比ｒｚとの関係も、図４と同様の傾向を示す。すなわち、左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅを縦軸、上下力配分比ｒｚを横軸に設定した場合、両者の関係は、ある上下力配分比ｒｚ（ｒｚ０（ｒｘ０に相当））において極大値（ｋａ＿ａｖｅｍａｘ）を有する、上に凸のグラフとなる。したがって、変化率Δｋを０に近づける方向に上下力配分比ｒｚを変化させれば、コーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅは、極大値ｋａ＿ａｖｅｍａｘに向かって大きくなる。この変化率Δｋを０に近づけるためには、数式８に示した各積ｋｃ＿ｆｒ・ｋ＿ｆｒ，ｋｃ＿ｆｌ・ｋ＿ｆｌが値として近づけばよいことになる。
【００４３】
図５は、無次元化されているため、上下力Ｆｚとコーナリングパワーｋａとの関係も理解することができる。例えば、同図に示すように、現在の左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌが右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒよりも小さい場合（ｋｃ＿ｆｒ＞ｋｃ＿ｆｌ）、すなわち、直線Ｌ２が直線Ｌ３よりも傾きが急な場合について考える。これらの直線Ｌ２，Ｌ３の傾きを近づけるためには、左前輪の上下力Ｆｚを大きくすることで、直線Ｌ２の傾きを現在の傾きよりもなだらかな方向へ変えるとともに、右前輪の上下力Ｆｚを小さくするで、直線Ｌ３の傾きを現在の傾きよりも急な方向へ変えればよい。換言すれば、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとを比較して、変化率が小さい一方の車輪（図５に示す例では左車輪）に作用する上下力Ｆｚを大きくし、変化率が大きい他方の車輪（図５に示す例では右車輪）に作用する上下力Ｆｚを小さくすればよい。これにより、直線Ｌ２の傾き（左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌ）と直線Ｌ３の傾き（右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒ）とが近づく方向に作用し、上記Δｋが０に近づく方向に作用する。そこで、本実施形態では、現在の上下力配分比ｒｚから所定量分だけ配分比を変化させることにより、Δｋが０に近づくような目標上下力配分比ｒｚ’を決定する。そして、車輪に作用する上下力が目標上下力配分比ｒｚ’となるように、垂直荷重配分比Ｒｚを制御することとする。例えば、図５に示す例では、現在の上下力配分比ｒｚよりも左輪偏重となるように、目標上下力配分比ｒｚ’を決定するといった如くである。
【００４４】
以上のような車両制御の概念を踏まえた上で、再び図１を参照して、本実施形態にかかる車両制御装置のシステム構成について説明する。車両制御装置としては、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどで構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。車両制御装置は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、上述した制御値（例えば、前後力配分比ｒｘ、上下力配分比ｒｚ）に関する演算を行う。そして、この演算によって算出された制御値に応じた駆動力（制動力）配分比または垂直荷重配分比が演算され、この演算結果に応じた制御信号が各種アクチュエータに対して出力される。車両制御装置には、このような演算を行うために、検出部１から得られる車輪に作用する作用力、特定部２から得られる車輪と路面との間の摩擦係数μが入力されている。また、この車両制御装置には、センサ３，４から得られた車両状態信号（エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θａｃｃ）およびセンサ５から得られた現在のトランスミッションのギヤ位置を示すギヤ位置信号Ｐがさらに入力されている。
【００４５】
検出部１は、車輪に接続する車軸に取付けられた少なくとも一つ以上の応力検出センサ（例えば、抵抗歪ゲージ）と、この応力検出センサからの検出信号を処理する信号処理回路とで構成される。この検出部１は各車輪に設けられており、各車輪に関する作用力が車両制御装置に対して入力される。作用力に起因して車軸に生じる応力はこの作用力に比例するという知得に基づき、検出部１は、応力を通じて作用力を検出する。検出部１によって検出される作用力は、横力Ｆｙ、前後力Ｆｘおよび上下力Ｆｚの３つである。なお、図１において、検出部１は便宜上一つのブロックとして明記されているが、このブロックは各車輪に設けられる検出部１のすべてを総括している。検出部１に関する詳細な構成については、特開平４−３３１３３６号公報に記載されているので、必要ならば参照されたい。
【００４６】
特定部２は、車輪と路面との間の摩擦係数μを特定する。本実施形態において、特定部２は、上述した検出部１からの出力情報を用いることにより、路面摩擦力（すなわち、前後力Ｆｘ）と上下力Ｆｚとの比として摩擦係数μを特定する。ただし、摩擦係数μを特定する場合、特定部２は、検出部１からの出力値に基づいてこれを特定する以外に、周知の手法を用いて推定してもよい。摩擦係数μを推定する手法としては、例えば、現在の車両のヨーレート、舵角、横加速度および車速を、種々の摩擦係数μにおけるこれらの値と比較することにより、推定する手法が挙げられる。このような推定手法の一例は、本出願人によって既に提案されている特開平８−２２７４号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。なお、検出部１が自身の検出結果に基づいて摩擦係数μを算出するのであれば、図１に示す特定部２を省略し、検出部１が特定部２としての機能を果たしてもよい。
【００４７】
マイクロコンピュータを機能的に捉えた場合、この車両制御装置は、推定部６と、処理部７と、制御部８〜１０とで構成される。推定部６は、各車輪について検出された作用力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、特定された摩擦係数μとを読み込む。そして、この読み込まれた値に基づいて、各車輪のコーナリングパワーｋａを算出する。処理部７は、各車輪のコーナリングパワーｋａに基づいて算出される、左右の車輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅが、左右輪の車輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅの現在値よりも大きくなるように、前後力配分比ｒｘ（または上下力配分比ｒｚ）を決定する。具体的には、処理部７は、左右の車輪毎に、前後力Ｆｘ（または上下力Ｆｚ）によるコーナリングパワーｋａの変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒを算出する。そして、算出された左右の車輪に関する変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒに基づき、左車輪に関する変化率ｋｃ＿ｆｌと、右車輪に関する変化率ｋｃ＿ｆｒとが近づくように、前後力配分比ｒｘ（または上下力配分比ｒｚ）が決定される。この決定された前後力配分比ｒｘ（または上下力配分比ｒｚ）は、制御信号として制御部８〜１０のいずれかに対して出力される。
【００４８】
この制御部８〜１０はトルク配分制御部８、ブレーキ制御部９およびサスペンション制御部１０で構成されており、各制御部８〜１０は制御対象となる車両の状態に応じて適宜使い分けられる。例えば、処理部７が演算を行うことにより、所定の前後力配分比ｒｘを決定した場合、処理部７はこの値に応じた制御信号をトルク配分制御部８またはブレーキ制御部９に対して出力する。これにより、トルク配分制御部８がトルク配分機構１１を制御する、或いは、ブレーキ制御部９がブレーキ機構１２を制御することにより、左右輪に対する駆動力配分比（または制動力配分比）Ｒｘが制御される。また、処理部７が演算を行うことにより、所定の上下力配分比ｒｚを決定した場合、処理部７はこの値に応じた制御信号をサスペンション制御部１０に対して出力する。これにより、サスペンション制御部１０がサスペンション機構１３を制御することにより、左右輪に対する垂直荷重配分比Ｒｚが制御される。
【００４９】
図６は、本実施形態にかかる車両制御の手順を示したフローチャートである。このフローチャートに示した処理は、所定間隔毎に呼び出され、マイクロコンピュータによって実行される。以下、同図を参照し、本実施形態にかかるシステム処理を説明するが、ここでは、前輪における左右輪の前後力配分比ｒｘを制御することにより、前輪に関する左右輪のコーナリングパワーｋａを最大化する手法について説明する。まず、ステップ１において、推定部６は摩擦係数μを読み込む。そして、推定部６は、検出部１からのセンサ信号から、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚを読み込む（ステップ２）。つぎに、読み込まれた情報を用い、上記の数式４に基づいて、各車輪のコーナリングパワーｋａが算出される（ステップ３）。
【００５０】
ステップ４において、算出された各車輪のコーナリングパワーｋａに基づいて、左前輪に関する前後力Ｆｘによるコーナリングパワーｋａ＿ｆｌの変化率（左前輪変化率）ｋｃ＿ｆｌが算出される。具体的には、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌは、算出された左前輪のコーナリングパワーｋａ＿ｆｌに基づいて、この値ｋａ＿ｆｌに対応した接線（例えば、図５に示した直線Ｌ２）に関する傾き（微分値）として算出される。また、右前輪に関する前後力Ｆｘによるコーナリングパワーｋａ＿ｆｒの変化率（右前輪変化率）ｋｃ＿ｆｒが同様の手法により算出される。
【００５１】
ステップ５において、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとの差の絶対値が、所定の判定値ｋｃｔｈよりも大きいか否かが判定される。このような判定処理を設ける理由は、各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒが現段階で近似している場合には、すでに左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅが最大付近となっている可能性が高く、あえて車両の状態を変える必要がないからである。そのため、このような状況での制御を回避すべく、ステップ６、７の処理に先立ち、コーナリングパワーｋａを最大化する必要があるか否かの判定が行われる。
【００５２】
上記の判定値ｋｃｔｈは、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとが実質的に同一と見なせる程度の、各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒの差の絶対値に関する最大値として、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。したがって、この判定により肯定された場合（すなわち、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとの差の絶対値が判定値ｋｃｔｈよりも大きい場合）には、このステップ５に続くステップ６に進む。一方、この判定により否定された場合（左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとの差分の絶対値が判定値ｋｃｔｈ以下である場合）、ステップ６、７をスキップして本ルーチンを抜ける。
【００５３】
ステップ５に続くステップ６において、現在の左右前輪における前後力配分比ｒｘに基づいて、目標上下力配分比ｒｘ’が決定される。具体的には、まず、算出された左右前輪の各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒが比較される。そして、現在の前後力配分比ｒｘよりも、変化率が小さい一方の車輪に作用する前後力Ｆｘを小さく、変化率が大きい他方の車輪に作用する前後力Ｆｘを大きくするような値として、目標前後力配分比ｒｘ’が求められる。例えば、図５に示したように、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌよりも右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒの方が大きい状況では、現在の前後力配分比ｒｘよりもステップ値相当だけ右前輪偏重となるように、目標前後力配分比ｒｘ’が算出される。一方、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌよりも右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒが小さい状況では、現在の前後力配分比ｒｘよりもステップ値相当だけ左前輪偏重となるように、目標前後力配分比ｒｘ’が算出される。
【００５４】
ステップ７において、決定された目標前後力配分比ｒｘ’に基づいて、左右前輪に対する駆動力配分比Ｒｘが算出される。具体的には、まず、エンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度θａｃｃに基づいて、エンジン出力が推定される。つぎに、ギヤ位置Ｐに相当するギヤ比と乗算することにより、入力トルクＴｉが算出される。そして、目標前後力配分比ｒｘ’と、入力トルクＴｉとに基づき、前後輪に対するトルク配分比を考慮した上で、目標前後力配分比ｒｘ’となるような左右前輪に対するトルク配分比α（すなわち、駆動力配分比Ｒｘ）が算出される。そして、トルク配分制御部８は、決定された左右輪に対するトルク配分比αに応じた制御信号をトルク配分機構１１に対して出力し、本ルーチンを抜ける。
【００５５】
トルク配分機構（例えば、フロントデファレンシャル装置）１１は、出力された制御信号に応じて作動し、左右前輪に加えられるトルク配分を制御する。これにより、左右前輪に作用する前後力Ｆｘがステップ値相当だけ調整された目標前後力配分比ｒｘ’となるように、駆動力配分比Ｒｘが制御される。なお、車輪にかかる駆動力配分制御に関する詳細については、特開平８−２２７４号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、左前輪に関する前後力Ｆｘによるコーナリングパワーの変化率（左前輪変化率）ｋｃ＿ｆｌと、右前輪に関する前後力Ｆｘによるコーナリングパワーの変化率（右前輪変化率）ｋｃ＿ｆｒとが算出される。つぎに、算出された各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒを比較することにより、変化率が小さい一方の車輪に作用する前後力Ｆｘを小さく、変化率が大きい他方の車輪に作用する前後力Ｆｘを大きくするように、目標前後力配分比ｒｘ’が決定される。そして、車輪に作用する前後力Ｆｘがこの目標前後力配分比ｒｘ’となるように、駆動力配分比Ｒｘが制御される。これにより、車両の状態が変化し、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとが近づく方向に作用することになり、左右前輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅは、車両の状態を制御する前のそれよりも大きくなる。上述の如く、個々の車輪のコーナリングパワーｋａを個別で大きくすることは困難であるが、このような制御を行うことにより、前輪（または後輪）の全体でコーナリングパワーｋａを平均的に大きくすることができる。よって、挙動変化の応答性を速くすることができるので、例えば、コーナリングといった走行状況における車両の操安性の向上を図ることができる。
【００５７】
上述の実施形態では、前輪の左右輪を制御対象としてコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅの最大化を説明したが、同様の概念に基づいて、後輪の左右輪の左右輪を制御対象としてコーナリングパワーｋａの最大化を図ることもできる。また、前後輪のそれぞれの左右輪を制御対象として、コーナリングパワーｋａの最大化を図ってもよい。
【００５８】
また、制御の安定性を優先させる上で、ステップ値（微小値）相当の制御を行ったが、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとが同じとなるような、目標前後力配分比ｒｘ’を直接的に求めてもよい。この目標前後力配分比ｒｘ’は、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとを等価と見なし、所定の数値演算を行うことにより一義的に求めることができる。ただし、かかる手法は、演算が複雑であり、処理の煩雑化につながるので、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとが同じとなるような目標前後力配分比ｒｘ’を、収束演算などに基づいて求めてもよい。
【００５９】
なお、本明細書では、左右輪のコーナリングパワーｋａの代表値として平均値を用いて説明したが、平均値以外にも、左右輪のコーナリングパワーｋａの総和または積などを用いてもよい。左右輪のコーナリングパワーｋａの総和または積を用いても基本的な概念は同じであり、左右輪のコーナリングパワーｋａの代表値が現在値よりも大きくなるように車両の状態を制御することにより、操安性の向上を図ることができる。
【００６０】
また、目標前後力配分比ｒｘ’となるように、車両の状態を制御をするのであれば、制動力配分比Ｒｘを制御することにより、これを行うこともできる。かかる制御は、ブレーキ制御部９によって行われる。このブレーキ制御部９には、上述したトルク配分制御部８からの情報（すなわち、トルク配分比α）が入力されている。そのため、ブレーキ制御部９は、このトルク配分比αと、目標前後力配分比ｒｘ’とに基づいて、車輪に作用する前後力Ｆｘが目標前後力配分比ｒｘ’となるように、制動力配分比Ｒｘを算出する。そして、決定された制動力配分比Ｒｘに応じた制御信号をブレーキ機構１２に対して出力する。これにより、ブレーキ機構（例えば、ＡＢＳ装置）１２が、ブレーキ制御部９から出力された制御信号に応じて作動し、車輪に加えられる制動力配分が制御さる。具体的には、車輪に作用する前後力Ｆｘがステップ値相当だけ調整された目標前後力配分比ｒｘ’となるように、制動力配分比Ｒｘが制御される。これにより、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとが近づく方向に作用することで、左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅを現在のそれよりも大きくすることができる。
【００６１】
また、上述した説明では、左右輪に対する前後力配分比ｒｘを調整することにより、左右輪のコーナリングパワーの最大化を説明した。しかしながら、上述した概念に基づき、左右輪に対する上下力配分比ｒｚを調整することにより、左右輪のコーナリングパワーの最大化を図ってもよい。なお、システム処理の内容は、基本的に、図６に示す処理と同じであり、ここでの説明は省略する。特に相違する点は、処理部７が、ステップ値相当だけ変位させた目標上下力配分比ｒｚ’を決定することである。具体的には、左右の車輪に関する各変化率ｋｃ＿ｆｌ，ｋｃ＿ｆｒのうち、変化率が小さい一方の車輪に作用する上下力Ｆｚを大きく、変化率が大きい他方の車輪に作用する上下力Ｆｚを小さくするように、目標上下力配分比ｒｚ’が決定される。そして、決定された目標上下力配分比ｒｚ’に応じた制御信号が、サスペンション制御部１０に対して出力される。サスペンション制御部１０は、車輪に作用する上下力Ｆｚが目標上下力配分比ｒｚ’となるように、左右輪に対する垂直荷重配分比Ｒｚを決定し、決定した値に応じた制御信号をサスペンション機構１３に対して出力する。これにより、サスペンション機構１３が、サスペンション制御部１０から出力された制御信号に応じて作動し、車輪に加えられる垂直荷重配分ｚが制御される。具体的には、車輪に作用する上下力Ｆｚがステップ値相当だけ調整された目標上下力配分比ｒｚ’となるように、垂直荷重配分比Ｒｚが制御される。これにより、左前輪変化率ｋｃ＿ｆｌと、右前輪変化率ｋｃ＿ｆｒとが近づく方向に作用することで、左右輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ａｖｅを現在のそれよりも大きくすることができる。なお、車輪に作用する垂直荷重制御手法の詳細については、特開昭６２−２７５８１４号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００６２】
本実施形態では、車輪すべり角βｗと横力Ｆｙとの関係をタイヤモデルを用い、これを二次近似することで定義したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、車輪すべり角βｗと横力Ｆｙとの関係は、様々な条件下（前後力Ｆｘ、上下力Ｆｚおよび摩擦係数μ）で実験的に求められるタイヤ特性を用いたり、別の数値モデル（Ｆｉａｌａモデル等）を用いたりして定義することもできる。図７は、実験的に算出された車輪すべり角βｗと横力Ｆｙとの関係の一例を示す説明図である。このような実験値を用いたとしても、車輪すべり角βｗと横力Ｆｙとの関係に基づき、車輪のコーナリングパワーｋａは、車輪すべり角βｗの増加とともに増す横力Ｆｙの割合（すなわち、微分値）として、一義的に算出される。
【００６３】
また、上述した実施形態では、コーナリングパワーｋａを、数式４として定義したが、数式９として簡略的に算出することができる。
【数９】

【００６４】
ここで、上述したコーナリングパワーｋａと区別するため、同数式に示すｋｐを偽コーナリングパワーと称する。この偽コーナリングパワーｋｐは、基本的に、数式４に示すコーナリングパワーｋａとほぼ同様な傾向を示す。したがって、上述した実施形態で用いたコーナリングパワーｋａに変えて、この偽コーナリングパワーｋｐを用いても、同様の作用と効果とを奏することができる。
【００６５】
また、上述した検出部１は、車輪に作用する作用力を直接検出しているため、非線形性の要素が強いコーナリングパワーｋａを精度よく特定することができる。その結果、例えば、限界コーナリングといった走行状況であったとしても、或いは、低摩擦係数路面といった走行状況であったとしても、コーナリングパワーｋａを精度よく特定することができる。これにより、より有効に、コーナリングパワーの最大化を図ることができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、上述した左右輪のコーナリングパワーｋａの最大化を行うとともに、車両のスタビリティファクタを目標スタビリティファクタに近づけるように、制御値をさらに決定する。ここで、スタビリティファクタとは、車両のステア特性を示す評価値であり、コーナリング時の車両の挙動（すなわち、安定性）の目安となる値である。この値が正の場合、車両はアンダーステア傾向となり、この値が負の場合、車両はオーバーステア傾向となる。このスタビリティファクタの最適値は車両によって異なり、設計段階などにおいて設定される。このスタビリティファクタの最適値を常に追従するように車両が走行することで、車両の運動状態は適切に維持される。以下、左右輪のコーナリングパワーｋａの最大化と、スタビリティファクタとの関係について説明する。
【００６７】
図８は、車両に作用するモーメントを示す説明図である。操舵角一定で走行している車両を考えた場合、前輪に働く力Ｆｆによって生じる車体周りのモーメントＭ１（Ｆｆ×ｌｆ，ｌｆ：車両の重心から前輪までの距離）と、後輪に働く力Ｆｒによって生じる車体周りのモーメントＭ２（Ｆｒ×ｌｒ，ｌｒ：車両の重心から後輪までの距離）は、通常釣り合っている。この関係から、ステア特性を数式によって求める場合に使われる係数がスタビリティファクタである。しかしながら、第１の実施形態に示すように、前輪（或いは後輪）における左右輪の前後力配分比ｒｘを変えると、車両には、この前後力配分比制御に応じたヨーモーメントが発生する。これにより、初期的には釣り合っていたモーメントＭ１，Ｍ２の釣り合いがくずれ、スタビリティファクタが最適値から外れてしまう虞がある。そこで、第２の実施形態では、左右輪に対する前後力配分比制御を加味した上で、現在の車両のスタビリティファクタが目標スタビリティファクタに近づくように車両の状態をさらに制御することにある。ここで、スタビリティファクタの基本形を数式１０に示す。
【数１０】

【００６８】
ここで、ｍは車両の質量、ｌｆは前輪の車軸軸と車両の重心との間の距離、ｌｒは後輪の車軸と車両の重心との間の距離である。また、ｋａ＿ｆａｖｅは、左前輪のコーナリングパワーをｋａ＿ｆｌ、右前輪のコーナリングパワーをｋａ＿ｆｒとした場合の、両コーナリングパワーｋａ＿ｆｌ，ｋａ＿ｆｒの平均値である。同様に、ｋａ＿ｒａｖｅは、左後輪のコーナリングパワーをｋａ＿ｒｌ、右後輪のコーナリングパワーをｋａ＿ｒｒとした場合の、両コーナリングパワーｋａ＿ｒｌ，ｋａ＿ｒｒの平均値である。
【００６９】
センサなどから求められるスタビリティファクタを実スタビリティファクタＡ１とすれば、左右輪の前後力配分比制御によるヨーモーメントを考慮した実スタビリティファクタＡ１は、下式で表すことができる。
【数１１】

【００７０】
ここで、ΔＦｘは左右輪の前後力差（外輪の駆動力が大きい方向を正とする）であり、ｄはトレッド、ｙ”は横加速度である。また、検出部１または特定部２などにより求められる値には、記号の後ろに「１」が添えられている。
【００７１】
また、スタビリティファクタＡの最適値を目標スタビリティファクタＡ２とすると、実スタビリティファクタＡ１が目標スタビリティファクタＡ２に近づくようにするには、以下に示す数式１２が「０」に近づけばよい。
【数１２】

【００７２】
ここで、目標スタビリティファクタＡ２に関する各値ｋａ＿ｆａｖｅ，ｋａ＿ｒａｖｅには、記号の後ろに「２」が添えられている。これらの値ｋａ＿ｆａｖｅ２，ｋａ＿ｒａｖｅ２は、目標スタビリティファクタＡ２に応じて予め設定されている値である。数式１２に示すΔＡが０に近づくためには、数式１３に示す等式が成り立つように、前輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ｆａｖｅ１と、後輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ｒａｖｅ１とを制御すればよい。
【数１３】

【００７３】
左右輪の前後力配分比ｒｘを制御する以前に車両が目標スタビリティファクタＡ２を満たしていたと考えた場合、この前後力配分比制御により、仮想的に車両の重心位置が所定値（ΔＦｘ・ｄ／ｍ・ｙ”）だけ後方に移動したと考えることができる。数式１３を成立させるためには、前輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ｆａｖｅ１を大きくし、後輪のコーナリングパワーの平均値ｋａ＿ｒａｖｅ１を小さくすればよい。このようなコーナリングパワーを実現するためには、現在の前後輪に対する前後力配分比よりもステップ値相当だけ後輪偏重となるように、前後輪の前後力配分比を決定すればよいことになる。そして、前後輪に作用する前後力が、この決定された前後力配分比となるように、前後輪に対する駆動力配分比（或いは制動力配分比）を制御すればよい。あるいは、現在の上下力配分比よりもステップ値相当だけ前輪偏重となるように、前後輪の上下力配分比を決定してもよい。このケースでは、前後輪に作用する上下力が、この決定された前後力配分比となるように、前後輪に対する垂直荷重配分比を制御すればよい。
【００７４】
このように、ステップ値相当だけ、前後輪に対する前後力配分比または上下力配分比を制御することより、実スタビリティファクタＡ１が目標スタビリティに近づく方向に作用する。これにより、左右輪に対する前後力配分比制御に起因したヨーモーメントを相殺することができるので、左右輪に対する上下力配分比制御を行った場合でも、車両のステア特性が維持され、操安性の向上を図ることができる。なお、上述のヨーモーメントの発生は、基本的に、左右輪に関する駆動力配分比制御を行ったときに生じ得るので、左右輪に関する上下力配分比制御を行った場合には、このようなことは考慮する必要はない。
【００７５】
例えば、四輪駆動の車輪であれば、左右輪の前後力配分比制御に加え、前後輪の前後力配分比制御（または上下力配分比制御）を行うことにより、コーナリングパワーｋａの最大化を図りつつ、所定のスタビリティファクタを得ることができる。また、前輪（または後輪）駆動の車両であれば、左右輪の前後力配分制御に加え、前後輪の上下力配分比制御を行うことにより、コーナリングパワーｋａの最大化を図りつつ、所定のスタビリティファクタを得ることができる。
【００７６】
【発明の効果】
このように本発明では、左右の車輪のコーナリングパワーに着目し、これらのコーナリングパワーの代表値が、現在の値よりも大きくなるように車両の状態が制御される。個々の車輪のコーナリングパワーを個別で大きくすることは困難であるが、このような制御を行うことにより、左右の車輪全体でコーナリングパワーを大きくすることができる。これにより、挙動変化の応答性を速くすることができるので、例えば、コーナリングといった走行状況における車両の操安性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる車両制御装置の全体構成を示したブロック構成図
【図２】車輪に作用する作用力を示した説明図
【図３】前後力とコーナリングパワーとの関係を示した図
【図４】正規化された左右輪のコーナリングパワーの平均値と左右輪の前後力配分比との関係を示す図
【図５】前後力とコーナリングパワーとの関係を示した図
【図６】本実施形態にかかる車両制御の手順を示したフローチャート
【図７】車輪すべり角と横力との関係の一例を示す説明図
【図８】車両に作用するモーメントを示す説明図
【符号の説明】
１ 検出部
２ 特定部
３ センサ
４ センサ
５ センサ
６ 推定部
７ 処理部
８ トルク配分制御部
９ ブレーキ制御部
１０ サスペンション制御部
１１ トルク配分機構
１２ ブレーキ機構
１３ サスペンション機構

Claims (18)

1. 車両の運動状態を制御する車両制御装置において、
   車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力を検出する検出部と、
   車輪と路面との間の摩擦係数を特定する特定部と、
   前記検出された作用力と、前記特定された摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する推定部と、
   前記推定されたコーナリングパワーに基づいて算出される、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値が、当該左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値の現在値よりも大きくなるように、第１の制御値を決定する処理部と、
   前記決定された第１の制御値に基づき車両の状態を制御する制御部と
   を有することを特徴とする車両制御装置。
2. 車両の運動状態を制御する車両制御装置において、
   車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力を検出する検出部と、
   車輪と路面との間の摩擦係数を特定する特定部と、
   前記検出された作用力と、前記特定された摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する推定部と、
   前記推定されたコーナリングパワーに基づいて、前記作用力によるコーナリングパワーの変化率を左右の車輪毎に算出するとともに、当該算出された左右の車輪に関する変化率に基づいて、左車輪に関する変化率と、右車輪に関する変化率とが近づくように、第１の制御値を決定する処理部と、
   前記決定された第１の制御値に基づき車両の状態を制御する制御部と
   を有することを特徴とする車両制御装置。
3. 前記処理部は、前記変化率として、前後力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、当該算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、前記第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する前後力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する前後力を大きくするように、左右の車輪に対する前後力配分比を決定し、
   前記制御部は、車輪に作用する前後力が前記決定された前後力配分比となるように、左右の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比を制御することを特徴とする請求項２に記載された車両制御装置。
4. 前記一方の車輪に関する変化率は、前記他方の車輪に関する変化率よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載された車両制御装置。
5. 前記処理部は、前記変化率として、上下力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、当該算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、前記第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する上下力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する上下力を大きくするように、左右の車輪に対する上下力配分比を決定し、
   前記制御部は、車輪に作用する上下力が前記決定された上下力配分比となるように、左右の車輪に対する垂直荷重配分比を制御することを特徴とする請求項２に記載された車両制御装置。
6. 前記一方の車輪に関する変化率は、前記他方の車輪に関する変化率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載された車両制御装置。
7. 前記処理部は、車両のスタビリティファクタが目標スタビリティファクタに近づくように、第２の制御値をさらに決定し、
   前記制御部は、前記決定された第２の制御値に基づき車両の状態をさらに制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された車両制御装置。
8. 前記処理部は、前記第２の制御値として、前後の車輪に対する前後力配分比を決定し、
   前記制御部は、車輪に作用する前後力が前記決定された前後力配分比となるように、前後の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比をさらに制御することを特徴とする請求項７に記載された車両制御装置。
9. 前記処理部は、前記第２の制御値として、前後の車輪に対する上下力配分比を決定し、
   前記制御部は、車輪に作用する上下力が前記決定された上下力配分比となるように、前後の車輪に対する垂直荷重配分比をさらに制御することを特徴とする請求項７に記載された車両制御装置。
10. 車両の運動状態を制御する車両制御方法において、
    車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力と、車輪と路面との間の摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する第１のステップと、
    前記推定されたコーナリングパワーに基づいて算出される、左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値が、当該左右の車輪に関するコーナリングパワーの代表値の現在値よりも大きくなるように、第１の制御値を決定する第２のステップと、
    前記決定された第１の制御値に基づいて、車両の状態を制御する第３のステップと
    を有することを特徴とする車両制御方法。
11. 車両の運動状態を制御する車両制御方法において、
    車輪に作用する前後力、横力および上下力を含む作用力と、車輪と路面との間の摩擦係数とに基づいて、左右の車輪のそれぞれのコーナリングパワーを推定する第１のステップと、
    前記推定されたコーナリングパワーに基づいて、前記作用力によるコーナリングパワーの変化率を左右の車輪毎に算出するとともに、当該算出された左右の車輪に関する変化率に基づいて、左車輪に関する変化率と、右車輪に関する変化率とが近づくように、第１の制御値を決定する第２のステップと、
    前記決定された第１の制御値に基づき車両の状態を制御する第３のステップとを有することを特徴とする車両制御方法。
12. 前記第２のステップは、前記変化率として、前後力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、当該算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、前記第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する前後力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する前後力を大きくするように、左右の車輪に対する前後力配分比を決定するステップであり、
    前記第３のステップは、車輪に作用する前後力が前記決定された前後力配分比となるように、左右の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比を制御するステップであることを特徴とする請求項１１に記載された車両制御方法。
13. 前記一方の車輪に関する変化率は、前記他方の車輪に関する変化率よりも小さいことを特徴とする請求項１２に記載された車両制御方法。
14. 前記第２のステップは、前記変化率として、上下力によるコーナリングパワーの変化率を算出し、当該算出された左右の車輪に関する変化率を比較することにより、前記第１の制御値として、左右の車輪のうち一方の車輪に作用する上下力を小さく、かつ、他方の車輪に作用する上下力を大きくするように、左右の車輪に対する上下力配分比を決定するステップであり、
    前記第３のステップは、車輪に作用する上下力が前記決定された上下力配分比となるように、左右の車輪に対する垂直荷重配分比を制御するステップであることを特徴とする請求項１１に記載された車両制御方法。
15. 前記一方の車輪に関する変化率は、前記他方の車輪に関する変化率よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載された車両制御方法。
16. 前記第２のステップは、車両のスタビリティファクタが目標スタビリティファクタに近づくように、第２の制御値を決定する第４のステップをさらに有し、
    前記第３のステップは、前記決定された第２の制御値に基づき車両の状態を制御する第５のステップをさらに有することを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載された車両制御方法。
17. 前記第４のステップは、前記第２の制御値として、前後の車輪に対する前後力配分比を決定するステップであり、
    前記第５のステップは、車輪に作用する前後力が前記決定された前後力配分比となるように、前後の車輪に対する駆動力配分比または制動力配分比を制御するステップであることを特徴とする請求項１６に記載された車両制御方法。
18. 前記第４のステップは、前記第２の制御値として、前後の車輪に対する上下力配分比を決定するステップであり、
    前記第５のステップは、車輪に作用する上下力が前記決定された上下力配分比となるように、前後の車輪に対する垂直荷重配分比を制御するステップであることを特徴とする請求項１６に記載された車両制御方法。

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