JP2008074184A

JP2008074184A - 車両運動の安定化制御装置

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Publication number: JP2008074184A
Application number: JP2006253769A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Jo; 新一郎城; Yoshitaka Deguchi; 欣高出口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】強いオーバーステア特性により高い旋回性能を得つつ、安定限界速度以上の車速において、車両の旋回特性および直進性の安定化を図ることができる車両運動の安定化制御装置を提供する。
【解決手段】車速が安定限界速度Vc以上の場合、左右駆動力差に対して、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代usを設定する安定化フィードバック操作代演算部105と、安定化フィードバック操作代usの範囲内で、ヨーレートγをフィードバック制御で安定化するための安定化フィードバック操作量uFBを設定するF/B指令部108と、安定化フィードバック操作量uFBの限界量（ulmax,urmax）に対して、安定化フィードバック操作代usを確保した上で、車両を安定に走行させるための安定化フィードフォワード操作量uFFrl,uFFrrを設定するF/F指令部107と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両運動の安定化制御装置の技術分野に属する。

従来、車両の旋回性能を向上させ、障害物等の緊急回避性能等を向上させる技術としては、４輪操舵機構を用いて緊急回避時に最大限回避能力を発揮するように、４輪の転舵角を決める技術が知られている。また、旋回中のヨーレートなど制御する操作量として、左右輪の駆動力差を用いるものも知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平５−２３８４０３号公報特開平１０−２１０６０４号公報

しかしながら、上記従来技術を含む一般的な車両では、車両の旋回特性を安定にするため、アンダーステア特性から弱オーバーステア特性に設定されているので、例えば後方重心化などよる強いオーバーステア特性の車両に比べヨー運動性能が低い。すなわち、旋回性能や回避性能に改善の余地がある。

一方、例えば後方重心化などよる強オーバーステア特性の車両とすることで、ヨー運動性能を高めることは可能であるが、この場合、上記一般的な車両と比較して安定限界速度が低くなるため、車速が安定限界速度付近となる高車速域において、早い旋回を要求されない定常旋回や直進が要求される場面で車両挙動が不安定となる。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、強いオーバーステア特性により高い旋回性能を得つつ、安定限界速度以上の車速において、車両の旋回特性および直進性の安定化を図ることができる車両運動の安定化制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
車速が安定限界速度以上の場合、車両運動操作量のうち少なくとも１つの操作量に対して、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代を設定するフィードバック操作代設定手段と、
前記安定化フィードバック操作代の範囲内で、前記安定化させる車両運動の制御量をフィードバック制御で安定化するための安定化フィードバック操作量を設定するフィードバック操作量設定手段と、
前記安定化フィードバック操作量の限界量に対して、前記安定化フィードバック操作代を確保した上で、車両を安定に走行させるための安定化フィードフォワード操作量を設定するフィードフォワード操作量設定手段と、
を有することを特徴とする。
ここで、「安定限界速度」とは、この車速以上で車両の横方向運動特性が不安定となる車速をいう。

本発明にあっては、安定限界速度以上の車速において、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代が設定され、この安定化フィードバック操作代に基づいて車両運動の制御量のフィードバック操作量が設定されると共に、安定化フィードバック操作代に対するフィードバック操作量の限界量を補うフィードフォワード操作量が設定される。

すなわち、車両の限界速度以下に安定限界速度を有するような、強いオーバーステア特性とした車両のヨー運動性能の高さを利用し、旋回時の荷重変化に応じて外輪と内輪のタイヤ横力の差が発生し、この横力が舵角によって車体縦方向に作用することで生じる旋回方向と逆向きのヨーモーメントをより小さな力で打ち消すことが可能となり、緊急回避時等で早い旋回を要求される場面では、従来以上に高いヨー運動を発生させる一方、車速が安定限界速度を超える高車速域では、安定化制御により従来同様に所望の定常旋回特性または直進安定性を得ようとするものである。
この結果、強いオーバーステア特性により高い旋回性能を得つつ、安定限界速度以上の車速において、車両の旋回特性および直進性の安定化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
［全体構成］
図１は、実施例１の車両運動の安定化制御装置を適用した電気自動車の構成図であり、実施例１の電気自動車は、左右後輪がそれぞれ別々の電気モータで独立駆動される。

実施例１の電気自動車は、駆動力発生源としての電気モータ３RL,３RRを備えており、各々のモータの回転軸は、減速機４RL,４RRを介して、電気自動車の後輪２RL,２RRに連結されている。２つのモータの出力特性、および、２つの減速機の減速比、および、２つの車輪の半径はいずれも同一に設定されている。

モータ３RL,３RRはいずれも、永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。リチウムイオンバッテリ６との電力授受を制御する駆動回路５RL,５RRが、それらのモータの力行および回生トルクを、統合コントローラ３０から受信するトルク指令値tTRL(左後輪),tTRR(右後輪)とそれぞれ一致するように調整する。そして、駆動回路５RL,５RRは、各々のモータの出力トルクと、モータ回転軸に取り付けられた回転位置センサ（不図示）により検出したモータ回転速度を各々統合コントローラ３０へ送信する。

前輪２FL,２FRは、運転者が操作するステアリングホイール１１の回転運動によりステアリングギヤ１４を介して機械的に主操舵される他に、補助操舵用モータ１２によりステアリングギヤ１４を全体的に車幅方向へ変位させることで補助操舵される。すなわち、前輪２FL,２FRの舵角はステアリングホイール１１による主舵角と補助操舵用モータ１２による補助舵角との和となる。前輪舵角は、制御回路１３が補助操舵用モータ１２の出力を調整することで、統合コントローラ３０が送信する目標前輪舵角と一致するように制御される。前輪２FL,２FRには回転数を検出する回転センサ２５,２６が取り付けられており、各々の回転数を検出して統合コントローラ３０へ送信する。

この他に、統合コントローラ３０には、アクセルペダルセンサ２３によって検出するアクセル開度信号APOと、ステアリングホイール１１の回転軸に取り付けられた操舵角センサ２１によって検出するステアリングホイールの回転角信号STRと、ヨーレートセンサ８によって検出するヨーレート信号γと、前輪軸中央に取り付けられた加速度センサ２７によって検出される前後方向加速度信号axf,ayfと、後輪軸中央に取り付けられた加速度センサ２８によって検出される前後方向加速度信号axr,ayrと、重心位置に取り付けられたすべり角センサ２９から出力される車体すべり角信号βと、が入力される。

なお、実施例１の電気自動車は、強いオーバーステア特性を有し、車両の限界速度以下に安定限界速度Vcを有するように、車両パラメータ（車重m、前輪コーナリングパワーKf、後輪コーナリングパワーKr、ホイールベース長L、重心点から前輪軸までの距離Lf、重心点から前輪軸までの距離Lr、後輪トレッド幅Lt）を設定した車両である。

ここで、「安定限界速度Vc」とは、この車速以上で車両の横方向運動特性が不安定となる車速であり、「自動車の運動と制御」（安部正人著、山海堂）に記載された線形解析を前提としたとき、次式で表される。

ここで、安定限界速度Vcは、車速を上げていったときに、車両運動を記述する状態方程式の固有値の実部が負から正になる車速である。式(1)から、Lf・Kf-Lr・Krが負ならば、Vcは存在せず、車速によらず制御なしの車両の特性は安定となる。一方、Lf・Kf-Lr・Krが正ならば、Vcが存在し、Vc以上の車速では制御なしの車両の特性は不安定となる。ただし、Vcは、式(1)に示される値に固定ではなく、車両の旋回状態に応じて、コーナリングパワーが線形領域を越えた場合や、線形解析で未考慮の特性により変化する。

具体的には、図２に示すように、実際にはタイヤすべり角とタイヤ横力の関係は非線形であり、横力のすべり角による偏微分で示されるコーナリングパワーは、図３に示すようにすべり角に応じて変化する。よって、緩やかな旋回時と急旋回時とでは、横力およびすべり角が異なることによるコーナリングパワーの変化から、安定限界速度Vcも変化する。

また、不安定な車両では、制御なしでは直進することすら難しい。例えば、ステップ状に一定の後輪左右駆動力差入力を与えたときのヨーレート定常値（最終値）は、図４に示すように、安定限界速度Vcに近いほど大きくなり、安定限界速度Vc以上では無限大となって発散する。この特性は、図示はしないが、前輪舵角を入力とした場合でも同様であり、ヨーレートのみではなく横力や車体横すべり角に対しても同様の特性となる。また、式(1)と図４に示すように、重心位置以外の車両パラメータは同じとしたとき、重心位置が後方になるほど（Lfが大きく、Lrが小さくなるほど）安定限界速度Vcは低くなる。

したがって、例えば後方寄りの重心の車両とすることで、この不安定な車速域近くのハイゲインを利用して旋回性能の高い車両を実現することができ、操作量も小さく済ますことができる。ただし、早い旋回を必要としない場面において、不安定な車両で所望の旋回を行うために、以下の統合コントローラ３０で実行する制御により、不安定車速域での車両運動特性を安定化する。

［車両安定化制御処理］
図５は、実施例１の統合コントローラ３０で実行される車両安定化制御処理の流れを示すフローチャートであり、統合コントローラ３０は、マイクロコンピュータのほかにRAM/ROMなどの周辺部品を備えており、図５のフローチャートを一定時間毎、例えば5ms毎に実行する。以下、各ステップについて説明する。

まず、ステップS100では、センサ信号や、駆動回路５RL,５RRからの受信信号をRAM変数に格納し、ステップS101へ移行する。具体的には、アクセル開度信号を変数APS（単位は%。全開時を100%とする）に格納し、ステアリングホイール１１の回転角信号を変数STR（反時計回りを正とする）に格納し、車体ヨーレート信号を変数γ（左旋回時の向きを正にとる）に格納し、車体前部縦加速度信号をaxf（前方を正とする）に格納し、車体前部横加速度信号をayf（左方向を正とする）に格納し、車体後部縦加速度信号をaxr（前方を正とする）に格納し、車体後部横加速度信号をayr（左方向を正とする）に格納し、車体横すべり角信号をβ（反時計回りを正とする）に格納し、各々の前輪２FL,２FRの回転数をNFL,NFR（車両が前進する向きを正とする）に格納する。また、駆動回路５RL,５RRから受信する信号についても、モータ３RL,３RRの出力トルクをそれぞれ変数TRL,TRR（車両を加速させる向きを正とする）に格納し、それぞれのモータ３RL,３RRの回転速度を変数NRL,NRR（車両が前進する向きを正とする）に格納する。

ステップS101では、車両の速度V（単位はm/sで、車両が前進する向きを正とする。）を次式で演算し、ステップS102へ移行する。
V = (NFL + NFR) ×R / GG / 2
ここで、Rは車輪の半径、GGは減速機の減速比である。

ステップS102では、４輪の輪荷重Zfl,Zfr,Zrl,Zrrを次式で求め、ステップS103へ移行する。
Zfl=Zf-ΔZd-2ΔZc・(Zf-ΔZd) / (Zf+Zr)
Zfr=Zf-ΔZd+2ΔZc・(Zf-ΔZd) / (Zf+Zr)
Zrl=Zr+ΔZd-2ΔZc・(Zr+ΔZd) / (Zf+Zr)
Zrr=Zr+ΔZd+2ΔZc・(Zr+ΔZd) / (Zf+Zr)
Zf=mgLr / L
Zr=mgLf / L
ΔZd=m・hcg・
ΔZd = m・ax・hcg / 2L
ΔZc=m・ay・hcg / 2Lt
ax=(axf+axr) / 2
ay= (Lr・ayf+Lf・ayr) / L
ここで、Ltはトレッド距離の半分、hcgは重心高さである。

ステップS103では、車両安定化制御演算を行う。以下、図６に示す車両安定化制御演算のブロック図に基づいて、車両安定化制御演算を説明する。

目標値演算部100では、車速Vとステアリング操作量STRとアクセル開度APSとから、例えば図７に示す目標駆動力マップを用いて目標駆動力tFdを演算すると共に、図８に示す目標横力マップから目標横力tYを算出し、この目標横力から次式を用いて目標ヨーレートtγを演算する。
tγ=tY / (m・V)

スリップ率演算部101では、後輪各々の回転数NRL,NRRと車速Vとから、後輪各々のスリップ率σRL（左）,σRR（右）を、次のように算出する。
i) 左後輪２RLのスリップ率σRLの算出
i-a) V≧R・NRLのとき、σRL=(V - R・NRL) / (R・NRL)
i-b) V<R・NRLのとき、σRL=(V - R・NRL) / V
ii) 右後輪２RRのスリップ率σRRの算出
ii-a) V≧R・NRRのとき、σRR=(V - R・NRR) / (R・NRR)
ii-b) V<R・NRRのとき、σRR=(V - R・NRR) / V

タイヤすべり角演算部102では、後輪各々のスリップ率σRL,σRRと車体すべり角βと車速Vとヨーレートγとから、前輪すべり角βfと、後輪すべり角βrを次のように算出する。
βf=β+Lf・γ/V-STR/CSTR
βr=β-Lr・γ/V
ここで、CSTRはステアリング操作量STRから前輪舵角へのギア比である。

コーナリングパワー推定部103では、４輪の輪荷重Zfl,Zfr,Zrl,Zrrと後輪各々のスリップ率σrl、σrrと前後輪各々のタイヤすべり角βf,βrと車速Vとヨーレートγから、前輪の等価コーナリングパワーKfと後輪の等価コーナリングパワーKrを、図９に示すフローチャートの演算を行い推定する。

［コーナリングパワー演算制御処理］
図９は、実施例１のコーナリングパワー推定部103で実行されるコーナリングパラー演算制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS200では、前輪すべり角βfと左前輪荷重Zflから、図３に示したコーナリングパワー特性マップを用いて、スリップ率をゼロとして左前輪等価コーナリングパワーKflを求め、ステップS201へ移行する。なお、図３に示したコーナリングパワー特性は、図２に示したタイヤすべり角とタイヤ横力の関係をタイヤすべり角で偏微分したものである。

ステップS201では、前輪すべり角βfと右前輪荷重Zfrから、図３に示したコーナリングパワー特性マップを用いて、スリップ率をゼロとして右前輪等価コーナリングパワーKfrを求め、ステップS202へ移行する。

ステップS202では、次式に示すように、左前輪等価コーナリングパワーKflと右前輪等価コーナリングパワーKfrの平均を、前輪等価コーナリングパワーKfとして演算し、ステップS203へ移行する。
Kf=(Kfl+Kfr) / 2

ステップS203では、後輪すべり角βrと左後輪スリップ率σrlから、図３に示したコーナリングパワー特性マップを用いて、左後輪等価コーナリングパワーKrlを求め、ステップS204へ移行する。

ステップS204では、後輪すべり角βrと右後輪スリップ率σrrから、図３に示したコーナリングパワー特性マップを用いて、右後輪等価コーナリングパワーKrrを求め、ステップS205へ移行する。

ステップS205では、次式に示すように、左後輪等価コーナリングパワーKrlと右後輪等価コーナリングパワーKrrの平均を、後輪等価コーナリングパワーKrとして演算する。
Kr=(Krl+Krr) / 2

安定限界速度演算部104では、前後輪の等価コーナリングパワーKf,Krから、上述した式(1)を用いて安定限界速度Vcを算出する。

安定化フィードバック操作代演算部（フィードバック操作代設定手段）105では、車速Vから、図１０に示すマップを用いて安定化フィードバック操作代usを設定する。ここで、所定車速Vaは、安定限界速度演算部104で算出した安定限界速度Vcより所定量低い車速とする。安定化フィードバック操作代usを安定限界速度Vcより低い所定車速Vaから設定するのは、安定限界速度Vcが車両の運動状態で変化するため、安定限界速度Vcの推定誤差により安定限界速度Vcの推定値が実際の安定限界速度Vcより高い場合に対応する安全マージンである。

また、図１１に示すように、所定のヨーレートに相当する後輪駆動力差の絶対値は、安定限界速度Vcに近いほど小さく、安定限界速度Vcではゼロとなる。この特性は、従来の車両では安定限界速度Vcが車両の最大速度より十分に高く設計されているために、車速が高いほど小さい操作量で大きなヨーレートが発生することも示している。

しかしながら、実施例１で対象とするような安定限界速度Vcを車両の最大速度以下に有する車両では、安定限界速度Vc以上で従来車両とは逆に、車速が高いほど同じヨーレートを発生するためにより大きな操作量を有する。そこで、実施例１では、この特性に従い、車速が高いほど、安定化フィードバック操作代usを大きくとるように設定する。

また、実施例１では、現時刻の車両状態から安定限界速度Vcを推定し、安定限界速度Vcの推定値の変化に応じて安定化フィードバック操作代usの広さと所定車速Vaを変更する。ただし、ここでは安定限界速度Vcの変化に合わせてVaも可変としたが、所定車速Vaを安定限界速度Vcの最小値に対して所定量小さい固定値としてもよい。

操作量制限演算部106では、左右後輪駆動力の制限値ulmax（左後輪）とurmax（右後輪）を以下のように演算する。
先ず、後輪すべり角βrと左右後輪の輪荷重Zrl,Zrrから、図１２に示す摩擦円マップを用いて、左右後輪の制駆動最大値ulmax0（左後輪）とurmax0（右後輪）を算出する。

次に、左右後輪の制駆動最大値ulmax0とurmax0と安定化フィードバック操作代usから、次式に示すように左右後輪の駆動力制限値ulmaxとurmaxを演算する。
ulmax = ulmax0 - us
urmax = urmax0 - us

F/F指令部（フィードフォワード操作量設定手段）107では、図１３に示すフローチャートに従い、左右後輪の駆動力制限値（ulmax,urmax）内で目標制駆動力tFdと目標ヨーレートtγを達成するように、前輪舵角δfと左右後輪駆動力uFFrl,uFFrrのフィードフォワード操作量を算出する。

［フィードフォワード操作量算出制御処理］
図１３は、実施例１のF/F指令部107で実行されるフィードフォワード操作量算出制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS300では、目標駆動力tFdと目標ヨーレートtγを達成するような、基本前輪舵角δf0と左右各々の基本後輪駆動力uFFrl0,uFFrr0を算出し、ステップS301へ移行する。
先ず、制駆動力発生のために各々の後輪に等しく与える制駆動力成分ud0は次式で表される。
ud0 = tFd / 2

また、目標ヨーレートtγを達成すると共に、安定限界車速域でも安定に走行できるような安定化フィードフォワード操作量を演算するために、例えば、前輪舵角からヨーレートへの伝達関数Q(s,V)と、目標ヨーレートからヨーレートへの目標応答を示す伝達関数D(s,V)を用いて、前輪の基本舵角δf0を次式に示すように演算する。

ここで、sはラプラス演算子である。δf0が制限なく実現されると、目標ヨーレートtγからヨーレートγへの伝達関数は次式で表される。

よって、目標ヨーレートtγからヨーレートγが、伝達関数D(s,V)で表される応答となる。安定化フィードフォワード操作量は、図１１にも示したように、安定限界速度Vcを境に定常操作量の正負が逆になる特性を有し、この操作により安定限界速度Vc以上での安定な走行が可能になる。

ただし、燃費などを考慮して、ヨーレートを実現する操作量の一部を前輪舵角から後輪駆動力差に分配して、前輪舵角と後輪駆動力差をヨーレート達成のための操作量としてもよい。

後輪左右基本駆動力uFFrl0,uFFrr0は、次式で表される。
uFFrl0 = ud0 - uy0
uFFrr0 = ud0 + uy0
ここで、uy0は目標ヨーレート達成のために後輪左右駆動力差に分配された安定化フィードフォワード操作量である。

ステップS301では、左右後輪の駆動力が制限値内に収まるように、最小限の制駆動力の補正を行い、ステップS302へ移行する。ulmaxとurmaxの小さい方をulow、大きい方をuhiとしたとき、ud0を次式で表されるように制限し、補正後制駆動力udとする。
i) ud0>ulow + (uhi + ulow) / 2のとき、ud= ulow + (uhi + ulow) / 2。
ii) ud0≦ulow + (uhi + ulow) / 2のとき、ud= ud0。
ここで示した制限値ulow + (uhi + ulow) / 2は、後輪左右駆動力を制限値まで出力した場合の駆動力であり、どのように左右駆動力差を設定しても、タイヤの限界からこれ以上の駆動力は出せない。

ステップS302では、左右後輪の駆動力が制限値内に収まるように、後輪左右駆動力差の補正を行い、ステップS303へ移行する。後輪左右基本駆動力を次のように修正する。
uFFrl1 = ud - uy0
uFFrr1 = ud + uy0

この修正された後輪左右基本駆動力uFFrl1,uFFrr1から、次のように後輪左右駆動力差補正値umを演算する。
i) ul0>ulmaxのとき、um=uFFrl1-ulmax。
ii) ur0>urmaxのとき、um=urmax-uFFrr1。

この後輪左右駆動力差補正値umを用いて、後輪左右駆動力を次のように修正する。
uFFrl = ul - um
= ud - uy0 - um
uFFrr = ur + um
= ud + uy0 + um
この補正により、uFFrlはulmax以下に収まり、uFFrrはurmaxに収まると共に、駆動力の減少を最小限に抑えられる。

ステップS303では、後輪左右駆動力差補正値umによって変化するヨーモーメントを、前輪舵角の補正で打ち消す。例えば、目標ヨーレートtγとヨーレートγとの偏差の積分値を補正量とすれば、自動的に補正量δfmは算出される。補正後の前輪舵角δfは次式で表される。
δf = δf0 + δfm

F/B指令部（フィードバック操作量設定手段）108では、車両運動が不安定なことによる目標ヨーレートtγからのヨーレートγの発散を補償するように、安定化フィードバック操作量uFBを演算する。例えば、次式に示すようなP制御器を用いて演算するとよい。
uFB = kP(tγ-γ)
ここで、kPはP制御の比例ゲインである。

そして、次式に示すように、安定化フィードフォワード操作量uFFrl,uFFrrと安定化フィードバック操作量uFBとから、左右各々の後輪駆動力指令値url,urrを演算する。
url = uFFrl - uFB
urr = uFFrr + uFB

次に、作用を説明する。
［車両安定化作用］
図１４は、実施例１の車両安定化作用を示す計算機シミュレーション結果であり、加速しながら左旋回を行った場合の車両挙動を示している。

図１４に示すように、安定化フィードバック操作代を設定しない従来制御の車両では、車速が安定限界速度Vcを超えた場合、車両挙動は不安定となる。これに対し、実施例１の車両運動の安定化制御装置を適用した車両では、安定限界速度Vcを超えた場合、目標ヨーレートtγからのヨーレートγの発散を補償するように安定化フィードバック操作量uFBを設定すると同時に、制駆動最大値ulmax0,urmax0と安定化フィードバック操作代usとに基づく駆動力制限値（ulmax,urmax）内で目標制駆動力tFdと目標ヨーレートtγを達成するように前輪舵角δfと左右後輪駆動力のフィードフォワード操作量uFFrl,uFFrrを設定し、これらから左右各々の後輪駆動力指令値url,urrを算出する。これにより、実施例１の車両では、車速が安定限界速度Vcを超えた場合であっても、安定に左旋回が可能である。

［安定化フィードバック操作代設定作用］
実施例１では、安定化フィードバック操作代usを安定限界速度Vcより低い所定車速Vaから設定する。安定限界速度Vcは、車両の運動状態で変化するため、例えば、安定限界速度Vcの推定誤差により、安定限界速度Vcの推定値が実際の安定限界速度Vcより高い場合には、車速が安定限界速度Vcとなったとき安定化フィードバック操作代usが設定されず、車両挙動が変動するおそれがある。

そこで、実施例１では、安定限界速度Vcより低い所定車速Vaから安定化フィードバック操作代usを設定し、安定限界速度Vcの推定誤差に対する安全マージンを確保しようとするものである。これにより、安定限界速度Vc付近で安定限界速度Vcの推定誤差による一時的な不安定を元とする車両挙動の変動を抑制でき、運転の違和感を防止できる。

また、実施例１では、安定限界速度Vcの変化に合わせて安定化フィードバック操作代usの広さと所定車速Vaを変化させる。上述したように、安定限界速度Vcは車両の運動状態で変化するため、所定車速Vaが実際の安定限界速度Vcに対し低すぎる場合、安定化フィードバック操作代usの設定により不必要に制駆動力が制限され、運転者に違和感を与える。一方、所定車速Vaが実際の安定限界速度Vcより高い場合、車両挙動の不安定化を招く。

そこで、実施例１では、安定限界速度Vcの変化に応じて安定化フィードバック操作代usの広さと所定車速Vaを決めることで、制駆動力や横力の不必要な制限を抑制でき、確実な安定化の運転と運転者に与える違和感の抑制とが可能となる。加えて、所定車速Vaを安定限界速度Vcの最小値に対して所定量小さい固定値とすることで、車両挙動が不安定となる車速全域で安定化のための操作代を確保できる。

さらに、実施例１では、車速Vが高いほど安定化フィードバック操作代usを大きく取るように設定するため、安泰限界速度Vcを車両の最大速度以下に有する車両において、確実な車両挙動の安定化を実現できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両運動の安定化制御装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。

(1) 車速が安定限界速度Vc以上の場合、車両運動操作量のうち少なくとも１つの操作量（左右駆動力差）に対して、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代usを設定する安定化フィードバック操作代演算部105と、安定化フィードバック操作代usの範囲内で、安定化させる車両運動の制御量（ヨーレートγ）をフィードバック制御で安定化するための安定化フィードバック操作量uFBを設定するF/B指令部108と、安定化フィードバック操作量uFBの限界量（ulmax,urmax）に対して、安定化フィードバック操作代usを確保した上で、車両を安定に走行させるための安定化フィードフォワード操作量uFFrl,uFFrrを設定するF/F指令部107と、を有する。これにより、前後輪の転舵角や制駆動力等の操作量の限界に制限されない高い性能を得つつ、安定限界速度以上の車速において、車両の旋回特性および直進性の安定化を図ることができる。

(2) 安定化フィードバック操作代演算部105は、車速が高いほど安定化フィードバック操作代usを広く設定するため、確実な車両挙動の安定化を実現できる。

(3) 安定化フィードバック操作代演算部105は、安定限界速度Vcより低い所定車速Vaから安定化フィードバック操作代usを確保するため、安定限界速度付近でVcの推定誤差による一時的な不安定を元とする車両挙動の変動を抑制でき、運転の違和感を防止できる。

(4) 安定化フィードバック操作代演算部105は、現時刻の車両状態から安定限界速度Vcを推定し、この安定限界速度推定の値の変化に応じて所定車速Vaと安定化フィードバック操作代usの広さを変更する。これにより、安定化フィードバック操作代usを適切に設定でき、制駆動力や横力の不必要な制限を抑制できるので、確実な安定化と運転の違和感の抑制が可能になる。

(5) 安定化フィードバック操作代演算部105は、安定化フィードバック操作代usを、左右駆動力差に確保するため、前後輪を転舵する場合と比較して、安定余裕が増すと共に制御応答性が高まり、より確実に車両を安定化させることができる。

(6) F/F指令部107は、安定化フィードバック操作代usの確保により減少する内輪制駆動力を、外輪制駆動力に分配して駆動力の変化を抑えると共に、この分配による駆動力差で発生するヨーモーメントのずれを、前後輪舵角差で打ち消す。これにより、uFFrlはulmax以下に収まり、uFFrrはurmax以下に収まるため、駆動力の減少を最小限に抑えられる。

(7) 車速が安定限界速度Vc以上の場合、車両運動操作量のうち少なくとも１つの操作量（左右駆動力差）に対して、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代usを設定し、安定化フィードバック操作代usの範囲内で、安定化させる車両運動の制御量（ヨーレートγ）をフィードバック制御で安定化するための安定化フィードバック操作量uFBを設定し、安定化フィードバック操作量uFBの限界量（ulmax,urmax）に対して、安定化フィードバック操作代usを確保した上で、車両を安定に走行させるための安定化フィードフォワード操作量uFFrl,uFFrrを設定する。これにより、前後輪の転舵角や制駆動力等の操作量の限界に制限されない高い性能を得つつ、安定限界速度以上の車速において、車両の旋回特性および直進性の安定化を図ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、安定化フィードバック操作量を後輪左右駆動力差とし、制御量をヨーレートとした例を示したが、安定化フィードバック操作量を前輪舵角でもよく、制御量はヨーモーメントや横力など車両運動の物理量であればよい。

また、後輪操舵機構や前輪左右駆動力差などの、実施例１以外の車両運動操作量を有する車両に適用する場合、安定化フィードバック操作量は、これら後輪操舵角や前輪左右駆動力差としてもよい。

実施例１では、車体横すべり角βを検出する例を示したが、例えば、特開平５―１８５９４２号公報に記載された技術のように、車両の２箇所の横加速度とヨーレートから、車両運動特性の数式モデルに基づくオブザーバなどを用いて推定してもよい。

実施例１の車両運動の安定化制御装置を適用した電気自動車の構成図である。タイヤ横力特性マップである。等価コーナリングパワー特性マップである。車速と重量配分の変化に応じた一定操作量に対するヨーレート定常値の変化を示す図である。実施例１の統合コントローラ３０で実行される車両安定化制御処理の流れを示すフローチャートである。実施例１の車両安定化制御演算のブロック図である。実施例１の車速に応じた目標駆動力マップである。実施例１の操舵角に応じた目標横力マップである。実施例１のコーナリングパワー推定部103で実行されるコーナリングパラー演算制御処理の流れを示すフローチャートである。実施例１の車速に応じた安定化フィードバック操作代マップである。所定のヨーレート相当の後輪左右駆動力差である。摩擦円特性マップである。実施例１のF/F指令部107で実行されるフィードフォワード操作量算出制御処理の流れを示すフローチャートである。実施例１の車両安定化作用を示す計算機シミュレーション結果である。

符号の説明

２FL,２FR 前輪
２RL,２RR 後輪
３RL,３RR 電気モータ
４RL,４RR 減速機
５RL,５RR 駆動回路
６リチウムイオンバッテリ
８ヨーレートセンサ
１１ステアリングホイール
１２補助操舵用モータ
１３制御回路
１４ステアリングギヤ
２１操舵角センサ
２３アクセルペダルセンサ
２５,２６回転センサ
２７,２８加速度センサ
２９すべり角センサ
３０統合コントローラ
100 目標値演算部
101 スリップ率演算部
102 タイヤすべり角演算部
103 コーナリングパワー推定部
104 安定限界速度演算部
105 安定化フィードバック操作代演算部
106 操作量制限演算部
107 F/F指令部
108 F/B指令部

Claims

車速が安定限界速度以上の場合、車両運動操作量のうち少なくとも１つの操作量に対して、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代を設定するフィードバック操作代設定手段と、
前記安定化フィードバック操作代の範囲内で、前記安定化させる車両運動の制御量をフィードバック制御で安定化するための安定化フィードバック操作量を設定するフィードバック操作量設定手段と、
前記安定化フィードバック操作量の限界量に対して、前記安定化フィードバック操作代を確保した上で、車両を安定に走行させるための安定化フィードフォワード操作量を設定するフィードフォワード操作量設定手段と、
を有することを特徴とする車両運動の安定化制御装置。
請求項１に記載の車両運動の安定化制御装置において、
前記フィードバック操作代設定手段は、車速が高いほど前記安定化フィードバック操作代を広く設定することを特徴とする車両運動の安定化制御装置。
請求項１または請求項２に記載の車両運動の安定化制御装置において、
前記フィードバック操作代設定手段は、前記安定限界速度より低い所定車速から前記安定化フィードバック操作代を設定することを特徴とする車両運動の安定化制御装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両運動の安定化制御装置において、
前記フィードバック操作代設定手段は、現時刻の車両状態から前記安定限界速度を推定し、この安定限界速度推定の値の変化に応じて前記所定車速と前記安定化フィードバック操作代の広さを変更することを特徴とする車両運動の安定化制御装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両運動の安定化制御装置において、
前記フィードバック操作代設定手段は、前記安定化フィードバック操作代を、左右駆動力差に確保することを特徴とする車両運動の安定化制御装置。
請求項５に記載の車両運動の安定化制御装置において、
前記フィードフォワード操作量設定手段は、前記安定化フィードバック操作代の確保により減少する内輪制駆動力を、外輪制駆動力に分配して駆動力の変化を抑えると共に、この分配による駆動力差で発生するヨーモーメントのずれを、前後輪舵角差で打ち消すことを特徴とする車両運動の安定化制御装置。
車速が安定限界速度以上の場合、車両運動操作量のうち少なくとも１つの操作量に対して、運動特性の不安定性を補償するための安定化フィードバック操作代を設定し、
前記安定化フィードバック操作代の範囲内で、前記安定化させる車両運動の制御量をフィードバック制御で安定化するための安定化フィードバック操作量を設定し、
前記安定化フィードバック操作量の限界量に対して、前記安定化フィードバック操作代を確保した上で、車両を安定に走行させるための安定化フィードフォワード操作量を設定することを特徴とする車両運動の安定化制御装置。