JP2008162303A - 車両の挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の技量に合わせて適切な時期に制御を開始するよう構成された旋回中の車両のヨー方向の挙動を修正するための車両挙動制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明の車両挙動制御装置は、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えていることを検出する手段と、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えたことが検出された時点から待機時間の経過後に挙動制御が必要であるか否かを判定する手段とを含み、挙動制御が必要であると判定されたときに挙動制御の実行を開始することを特徴とする。挙動制御が必要か否かは、現在の時点から所定の予測時間が経過したときの車両がスピン状態になるか否かを予測することにより行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車両の挙動制御に係り、より詳細には、旋回中の車両の車輪のグリップ力が限界領域に達し又は限界領域を超える場合にヨーモーメントを発生して車両のヨー方向の挙動を安定化させるべく運転者による車両の操縦を補助する車両の挙動制御装置に係る。

自動車等の車両の制駆動系又は操舵系の電子制御技術等の進歩に伴い、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）などの、旋回中の車両のヨー方向の挙動の安定性を向上する挙動制御技術が多数提案されている。かかる挙動制御技術に於いては、典型的には、車両の限界旋回中にいずれかの車輪のグリップ力が飽和限界に達し、車両の挙動がオーバーステア又はアンダーステア状態となったときに、自動的に、車輪毎にスリップ率が調節され、或いは、エンジン出力又は車輪の舵角が調節されて、ヨーモーメントが生成され、車両の旋回方向の修正が実行される。即ち、挙動制御技術は、車輪に作用する路面反力の自動的な調節によりヨーモーメントを生成することによって、車両のオーバーステア又はアンダーステア状態を解消すべく、車両挙動又は姿勢を修正するよう運転者の操縦に介入し、かくして、車両のスピン又はドリフトアウトの発生を防止しようするものである。

上記の如き挙動制御は、一般的には、車両の旋回挙動の状態を表す任意の指標値、例えば、旋回中の車両のヨーレート、スリップ角又は所定の状態量（スピン状態量、ドリフト状態量などの車両の現在の状態に基づいて所定の手順で算出される量）を参照して、これらの指標値が安定走行中の車両に於いて想定される値の範囲が外れたとき、或いは、指標値が所定の閾値を超えた（又は下回った）ときに自動的に開始される。従って、前記の想定される値の範囲又は閾値、即ち、制御開始のための基準範囲又は基準値の設定によって、制御介入を開始する車両の挙動の不安定の程度、即ち、オーバーステア又はアンダーステア状態の進行（悪化）の程度が決定され、車両の挙動の不安定の程度がその設定された基準範囲又は基準値に対応する程度になったときに、常に、挙動制御による車両の操縦の介入が実行されることとなる。

しかしながら、実際の車両の走行に於いて、車両の操縦の介入の必要性は、運転者の技量によって異なる。技量の高い運転者の場合、車両の挙動の不安定の程度が相当に大きくならない限り、即ち、オーバーステア又はアンダーステア状態が相当に進行したときでなければ、運転者は、自身の操縦で車両の挙動を安定化させることができ、挙動制御による車両の操縦の介入の必要がない場合がある。かえって、技量の高い運転者にとって、早期に挙動制御による車両の操縦の介入を実行すると、運転者は、自身の操縦が適切に実行できないことにより、違和感を感じてしまう場合がある。そこで、上記の如く運転者の技量によって、車両の操縦の介入の必要性が異なることに鑑み、スピン又はドリフトアウトを防止するための挙動制御に於いて、制御開始のための基準範囲又は基準値を一律に定めるのではなく、運転者の技量が高い場合には、制御開始のための基準閾値と制御量を変更して、オーバーステア又はアンダーステア状態が相当に進行してから初めて制御による操縦の介入が開始されるようにして、技量の高い運転者には操縦の自由度を向上する、といった提案が為されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−９９９２３号公報

上記の如き、運転者の技量の高さに応じて制御開始のための基準閾値（又は基準範囲）と制御量（特許文献１の場合、初期補正量）を変更する制御手法の場合、運転者の技量の高さを見極めるまでは、基準閾値等及び制御量は、安全面から、一般運転者（平均的な技量の運転者）に合わせて低く設定しておく必要があろう。従って、技量の高い運転者にとっては、運転開始の初期に於いては、早過ぎる制御の介入に違和感を覚えるかもしれない。また、運転者の技量の高さを見極められた後にそれまでの基準閾値等及び制御量が変更されるということは、運転中に制御が介入してくるタイミング又は挙動の不安定な程度が変化することとなり、このことによっても運転者は違和感を覚えるかもしれない（運転し始めに、或る状況で制御の介入があったことを記憶した運転者は、次回も似たような状況で制御の介入を期待する。）。

更に、上記の如き、運転者の技量の高さに応じて制御介入開始基準閾値等及び制御量を変更するという手法に於いては、運転者が変わった場合に基準閾値等及び制御量の修正、或いは、基準閾値等及び制御量の初期化（次回の車両の運転時に同じ運転者が運転するとは限らない。）を行う必要がある（初期化をしないと、基準閾値等が技量の高い運転者に合わされた状態で車両一般レベルの運転者がを運転したときに、制御介入が遅れてしまう。）。その場合、イグニッションスイッチのＯＦＦ、車速、シートベルトの解除、ドアの開閉など、運転者が変わったことを間接的に検出するシステムが必要となるが、仮にそのようなシステムが採用されても、運転者が変わったかどうかを確実に判定できるわけではなく、運転者が変わっていないにもかかわらず、基準閾値等及び制御量の初期化が行われてしまうと、運転者は改めて制御の介入に対して違和感を感じてしまうことになるであろう。

また、そもそも、「運転者の技量の高さ」という量は曖昧であり、そのような運転者の技量の高さを車両の挙動と関連付けて如何に見極めるかということは、非常に難しい問題である。例えば、特許文献１の場合、車両の走行中のヨーレート偏差等の車体姿勢の指標の経時平均値が所定の閾値を超えるか否かによって、運転者の技量の高いか否かを判定し、運転者の技量の高いときに、制御の介入の基準閾値を増大するといったことが行われている。しかしながら、運転者の技量の高いか否かの判定のための指標の閾値と制御の介入の基準閾値との関係付けは、経験則に基づいて定めるしかなく曖昧である。

かくして、従来の技術に於いて、運転者の技量に合わせて適切に制御の介入を開始できるよう構成された制御手法は確立されていないようである。

本発明によれば、旋回中の車両のヨー方向の挙動を修正するための車両挙動制御装置であって、新規な制御手法により運転者の技量に合わせて適切な時期に制御を開始するよう構成された制御装置が提供される。

一つの態様に於いて、本発明の車両挙動制御装置は、各車輪の制動力を個別に制御して車両のヨー方向の挙動制御を実行する車両挙動制御装置にして、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えていることを検出する手段と、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えたことが検出された時点から待機時間の経過後に挙動制御が必要であるか否かを判定する手段とを含み、挙動制御が必要であると判定されたときに挙動制御の実行を開始することを特徴とする。即ち、上記の構成に於いては、従前の制御装置の如く車両の挙動が或る特定の程度の不安定な状態になったら直ぐに制御を開始するのではなく、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えて、車両の挙動の不安定化が始まってから待機時間の経過の後に、即ち、時間を空けて、挙動制御が必要であるか否かを判定し、必要な場合には、そこで初めて挙動制御が実行されることとなる。

かかる構成によれば、車輪のグリップ力が限界を越えた後の待機時間の経過の間に運転者が自ら車両の挙動を修正する機会が与えられることになる。運転者は、技量が高ければ、車輪のグリップ力が限界を越えて車両の挙動が不安定状態に落ち込み始めると、その車両の挙動の異変を認識し、車両の挙動の修正を試みるはずである。そして、挙動が適切に修正されれば、制御の介入をする必要はなく、従って、従前の如く技量の高い運転者が制御の介入に違和感を感じるといった不具合が解消されることとなる。他方、運転者の技量が一般レベル若しくはそれ以下の場合、車輪のグリップ力が限界を越えて車両の挙動が不安定状態に落ち込み始めたことを認識できないか或いは認識できても適切に挙動を修正できないであろう（修正できたとしたら、技量が高いということである。）。従って、その場合には、よく知られた任意の手法で挙動制御が実行される。かくして、上記の本発明の構成によれば、運転者の技量の高さに応じて制御開始の閾値を変更するとか、或いは、定義が曖昧な「運転者の技量の高さ」を決定するといった処理をすることなく、運転者の技量の高さに応じて適切に挙動制御を実行することが可能となる。

更に、上記の本発明の構成に於いて、挙動制御が必要であるか否かを判定する手段は、一つの態様として、待機時間の経過以降に於いて、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えているとき、現在の時点から予測時間の経過したときの車両がスピン状態又はドリフトアウト状態になるか否かを予測する手段を含み、車両がスピン状態又はドリフトアウト状態になると予測されたときに挙動制御が必要であると判定するようになっていてよい。或いは、挙動制御が必要であるか否かを判定する手段は、現在の時点から所定の時間（予測時間）経過した後の車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量を予測する手段を含み、待機時間の経過以降の時点に於いて予測された挙動状態量が所定の基準範囲から逸脱している場合又は挙動が更に悪化すると予測される場合に挙動制御が必要であると判定されるようになっていてもよい。

本発明の制御装置によれば、車両の挙動が不安定になったとき、上記の如く、制御介入が始まる前に運転者が挙動の修正をするべく待機時間が与えられるので、待機時間の経過後の車両の状態は、その時間に運転者が如何に車両を操縦したか、即ち、その運転者の技量が反映されていることとなる。従って、待機時間の経過後以降に於いて、そのときから予測時間の経過したときの車両が極限的な不安定状態、即ち、スピン状態又はドリフトアウト状態となるか否か、或いは、挙動状態量が挙動制御を必要とする所定の基準範囲から逸脱しているか否かは、そのときの車両の状態、例えば、既に発生しているヨーモーメントなど、若しくは、運転者の操作状況によりこれから車両発生するヨー角加速度等に基づいて予測できる。そして、スピン状態又はドリフトアウト状態になると予測されたとき（そもそも旋回中の挙動制御は、主として、スピン状態又はドリフトアウト状態を回避するためのものである。）、或いは、現在の運転者のそれまでの操縦では挙動制御を必要とする予測されたときに、初めて挙動制御を実行するようにすれば、無駄に挙動制御を実行する必要がなくなることとなる。

上記の本発明の実施の形態に於いて、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えていることは、例えば、車両のヨー方向の挙動を示しいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えていることを検出若しくは推測できる任意の挙動状態量が第一の所定の基準範囲から逸脱したときに判定されるようになっていてよい。挙動状態量は、この分野の当業者により公知の車両の挙動状態を表す指標、例えば、車両のスリップ角、ヨーレート又はそれらの時間変化率、或いはそれらの組み合わせの中から選択されてよいことは理解されるべきである。また、待機時間は、上記の説明から理解される如く、車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えたときから、運転者がそのことを認識し、それに応答して車両に何等かの操作を行うまでの時間であり、設計段階で実験等により決定される。上記の如く、待機時間の経過の間に運転者による挙動を立て直す操縦が適切に行われているか否かを判定し、巧く操縦できているときには、挙動制御を実行しないことになるので、待機時間は、技量の高い運転者が車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えたことを認識して反応するまでの時間よりも長く、一般的な運転者が車輪のグリップ力が限界を越えたことを認識して反応するまでの時間よりも短い時間に設定されてよい。更に、車両のスピン状態又はドリフトアウト状態となるか否かは、車両のスピン状態又はドリフトアウト状態を検出又は推測することのできる任意の挙動状態量の予測時間後の予測値が第二の所定の基準範囲を逸脱するか否かにより判定されてよい。なお、車両のヨー方向の挙動を示しいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えているか否かを判定するための指標と、車両のスピン状態又はドリフトアウト状態となるか否かを判定するための指標は、同一であっても、別のものであってもよい。

上記の本発明の挙動制御装置に於ける特徴は、要すれば、挙動制御が必要になるかもしれない状況が発生したときに、そのときから所定の時間、制御の介入を遅らせて運転者に車両の操縦をする機会を与え、その後の、運転者の操縦による作用が反映された車両の状態から挙動制御を行うか否かを判定するというものである。従って、挙動制御が必要になるかもしれない状況が発生したか否かは、車輪のグリップ力が限界を越えているか否かのみで決定されなくてもよい。従って、本発明のもう一つの態様に於いては、本発明の挙動制御装置は、各車輪の制動力を個別に制御して車両のヨー方向の挙動制御を実行する車両挙動制御装置にして、車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量が第一の所定の基準範囲から逸脱したことを検出する手段と、車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量が第一の所定の基準範囲から逸脱したことが検出された時点から待機時間の経過後に挙動制御が必要であるか否かを判定する手段とを含み、挙動制御が必要であると判定されたときに挙動制御の実行を開始することを特徴とするものであってよい。上記の第一の所定の基準範囲は、当業者に於いて挙動制御が必要になるかもしれない状況と判断される状態に対応して任意に設定されてよいことは理解されるべきである。

また、もう一つの態様に於ける制御装置の構成に於いて、上記の挙動制御が必要であるか否かを判定する手段は、現在の時点から予測時間経過した後の前記挙動状態量を予測する手段を含み、待機時間の経過以降の時点に於いて予測時間経過後の挙動状態量の予測値が第二の基準範囲から逸脱している場合に挙動制御が必要であると判定されるようになっていてよい。既に述べた如く、待機時間の経過後は、車両の状態にはそれまでの運転者による車両の操縦が反映されているので、挙動制御が必要である否かが、現在の運転者の技量による操縦の効果が反映された車両の状態に基づいて判定され、これにより、無駄に挙動制御を実行する必要がなくなることとなる。

なお、上記の一連の本発明の制御装置のいくつかの態様において参照される車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量は、例えば、車両のスリップ角、車両のヨーレートなど、車輪のグリップ力が飽和し限界を越えたか否かが判定できる任意のものであってよいことは理解されるべきである。また、本発明の装置による制御は、車両がオーバーステア状態になったときのみ実行されるようになっていてもよい（その場合、車両がアンダーステア状態になったときには、従前の任意の挙動制御が実行されてよい。）。

上記の説明から理解される如く、本発明の特徴は、制御開始閾値を変更するといったことを行わずに、運転者の技量の高さに応じて挙動制御の実行の必要性を判断し、車両の挙動を安定化させるべく運転者の操縦を補助する挙動制御実行の開始を決定する点にある。本発明の制御装置に於いては、従前の制御装置に於いて見られた運転者の技量が高い場合に早期に制御の介入があることによって運転者が感じる違和感、制御開始閾値が変更されることにより制御の介入のタイミングが変化することによる違和感、或いは、制御開始閾値の設定の初期化などの煩わしさに関する不具合は発生しない。また、「運転者の技量の高さ」といった曖昧な量の推定を行うようなこともしていない。

従前の挙動制御装置の制御手法の殆どに於いては、実質的に瞬間毎の車両の状態のみを参照して、任意に定められた閾値又は基準範囲を越えたときに挙動制御を実行していたのに対し、本発明の挙動制御装置の挙動制御開始の制御手法は、挙動制御を実行する前に運転者による操縦を一旦車両の挙動に反映させた上で挙動制御の必要性を判断するものであるということは理解されるべきである。そして、本発明の挙動制御装置は、運転者による操縦を車両の挙動に反映させているので、現在の運転者の技量が潜在的に反映された状態で、車両の挙動がその後どうなるかを予測するといった態様が可能となり、現在の運転者の技量に合わせて適切に操縦の補助、即ち、挙動制御を提供できることになるのである。

本発明のその他の目的及び利点は、以下に於いて、部分的に明らかになり、指摘される。

装置の構成
図１は、本発明による車両の挙動制御装置の好ましい実施形態が組み込まれた車両の構成を模式的に示している。なお、以下の実施形態は、主として、本発明が車両の各車輪の制動力が個別に制御可能な車両に於けるＶＳＣ装置に於いて実現される場合について説明されるが、本発明の特徴は、挙動制御を如何に開始するかという点にあり、挙動制御の実行が開始された後、旋回中の車両の挙動の具体的な制御手法は、公知のヨーモーメントを生成して車両挙動の安定化を図る制御手法の中から、当業者にとって任意に選択されてよい。従って、車両の旋回挙動を安定化させ、スピン状態又はドリフトアウト状態を回避する目的で、各車輪の制動力制御とともに、ステアリング制御、トラクションコントロール、ローリング制御等が実行されてもよい。また、以下の説明では、旋回中の車両がオーバーステア状態となったときにスピン状態に陥ることを回避する場合の制御について説明されるが、車両がアンダーステア状態になったときに本発明の制御が行われてもよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。

図１を参照して、左右前輪１２ＦＬ、１２ＦＲと、左右後輪１２ＲＬ、１２ＲＲを有する車両１０には、運転者によるアクセルペダル１４の踏込みに応じて各輪（図示の例では、後輪駆動車であるから、後輪のみ）に制駆動力を発生する動力装置２０と、ステアリング装置３０と、各輪に制動力を発生する制動装置４０とが搭載される。動力装置２０は、図示の例では、エンジン２２からトルクコンバータ２４、自動変速機２６、差動歯車装置２８等を介して出力される回転制駆動力が後輪１２ＲＬ、１２ＲＲへ伝達されるよう構成されている（エンジン２２に代えて電動機が用いられる電気式、或いは、エンジンと電動機との双方を有するハイブリッド式の駆動系装置であってもよい。）。ステアリング装置３０は、運転者によって作動されるステアリングホイール３２の回転に応答してタイロッド３４Ｌ、Ｒを介して前輪１２ＦＬ、１０ＦＲを転舵する。また、前輪の舵角を検出するために舵角センサ３６が設けられる。なお、ステアリング装置３０は、運転者の操舵とは独立に前輪の舵角を変えることができる「アクティブステアリング装置」であってもよい。

制動装置４０は、各車輪の制動力を個別に発生することのできる油圧式制動装置であり、オイルリザーバ、オイルポンプ、種々の弁等（図示せず）、各輪に装備をされたホイールシリンダ４２ＦＬ、４２ＦＲ、４２ＲＬ、４２ＲＲ、及び、運転者によりブレーキペダル４４の踏込みに応答して作動されるマスタシリンダ４６を含む油圧回路４８を有し、各ホイールシリンダ内のブレーキ圧、即ち、各輪に於ける制動力は、マスタシリンダ圧力に応答して油圧回路４８によって調節される。以下に述べる如く、電子制御装置６０の制御下、ＶＳＣ又はその他のヨーモーメント生成を行う制御に従って旋回中の車両に於けるオーバーステア状態又はアンダーステア状態を解消し車両の挙動を安定化させるヨーモーメントを発生させる場合には、各ホイールシリンダ内ブレーキ圧は、個別に制御されるようになっている。また、ブレーキ圧を制御するために、圧力センサ（図示せず）が、それぞれ、マスタシリンダ圧力、ホイールシリンダ４２ＦＬ−４２ＲＲの各圧力を検出するために設けられている。なお、制動装置は、各車輪の制動力を個別に調節できるものであれば、任意の形式（例えば、電磁式など）のものであってよい。

各輪のブレーキ圧、即ち、制動力（或いはエンジン出力の調節による各輪の制駆動力）を制御する電子制御装置６０は、通常の形式の、双方向コモン・バスにより相互に連結されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有するマイクロコンピュータ及び駆動回路を含んでいてよい。制御装置６０へは、本発明の制御を実施するために、各輪のホイールシリンダ４２ＦＬ−４２ＲＲ内の圧力Ｐｂｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）、各輪の備えられた車輪速センサ（図示せず）からの車輪速Ｖｗｉ、前輪舵角δ、前後加速度センサ６４により検出される前後加速度Ｇｘ、横方向加速度センサ６６により検出される横加速度Ｇｙ、ヨーレートセンサ６８により検出されるヨーレートγ、アクセルペダルの踏込み量θａ、ブレーキペダルの踏込み量θｂが入力される。なお、その他、任意に、制御に必要なパラメータが各種センサにより電子制御装置６０へ検出され入力されてよい。また、更に、電子制御装置６０の内部に於いて、公知の任意の方式により（好ましくは各輪毎の）路面摩擦係数μを推定する装置が組み込まれ、路面摩擦係数μが本発明の制御に利用される。

電子制御装置６０は、上記の一連の各種パラメータを使用して、車両の車輪のグリップ力が飽和に達して限界を越えたこと、即ち、グリップ力が「ＯＦＦ」になったことを検出し、しかる後に、下記の態様にて、運転者の操縦を補助する挙動制御を実行する必要があるか否かを判定し、挙動制御が必要であると判定されたときには、挙動制御を実行する。即ち、本発明の挙動制御装置の各手段とその動作は、電子制御装置６０に於いてその構成及び作動により実現される。以下、本発明に挙動制御の作動について説明する。

制御の作動の流れ
図２は、本発明による挙動制御を実現する電子制御装置６０に於ける処理過程の流れをフローチャートにて表したものであり、図３は、制御に於いて想定される車両の挙動状態（例として、車両のスリップ角β）の変化と制御の開始のタイミングとの関係を説明する図である。なお、図２の制御処理は、車両の運転中、常に実行されていてよい。

図２及び図３を参照して、本発明による制御処理の流れの概略は、以下の通りである。まず、車両のいずれかの車輪のグリップ力がＯＦＦになったか否かを判定することから開始される（ステップ１０）。ここで、グリップ力がＯＦＦになったことが検出されると（図３（Ａ）のｔ０）、制御装置の作動は、所定時間ｔ１（待機時間）の間、待機状態となる（ステップ２０）。その待機時間ｔ１に於いて、運転者は、グリップ力がＯＦＦになったことを認識し、適切に車両を操縦していれば、グリップ力が回復するか或いは車両のオーバーステア状態が解消されることが期待される。従って、待機時間ｔ１の経過の後、グリップ力が回復していれば(ステップ３０、図３（Ａ）の矢印ａ)、制御は終了される。一方、グリップ力がＯＦＦのままの場合（図３（Ａ）の矢印ｂ、ｃ)、その時点で挙動制御、即ち、車両のオーバーステア状態を回復させるためのヨーモーメントの生成、の開始の実行をしてもよいが、好ましくは、そのときの車両の状態（例えば、そのとき発生しているヨーモーメント）に基づいて、そのときから所定時間Δｔ（予測時間）が経過したときの車両の挙動の推定又は予測が実行される(ステップ４０)。そして、予測されたΔｔ後の車両の挙動状態が相当に悪化している場合（図３（Ａ）の矢印ｃ)、例えば、スピン状態となっていると予測される場合(ステップ５０)には、挙動制御によるヨーモーメントの生成が開始される(ステップ６０)。他方、予測されたΔｔ後の車両の挙動状態が相当に悪化した状態でなければ（ステップ５０ 図３（Ａ）の矢印ｂ)、ステップ４０に於ける（更に先の）所定時間Δｔ（予測時間）が経過したときの車両の挙動の予測が逐次的に継続され（図３の矢印ｂ’（ｔ）)、グリップ力が回復するか（ステップ３０ 図３（Ｂ））、又は、挙動の予測値が相当に悪化すると（ステップ５０ 図３（Ｃ））、挙動状態の予測演算が終了する。なお、開始された挙動制御は、その実行される挙動制御のアルゴリズムに従って終了し、その後、本発明による処理過程が再開されるようになっていてよい（ステップ７０ 通常、挙動制御の終了時には、グリップ力が回復しているものと想定される。）。

上記の処理過程のステップ２０に於ける待機時間ｔ１は、車輪のグリップ力がＯＦＦになったときから、運転者がそのことを認識し、それに応答して車両に何等かの操作を行うまでの時間である。既に触れたように、待機時間の経過の間に運転者による挙動を立て直す操縦が適切に行われているか否かを判定し、巧く操縦できているときには、挙動制御を実行しないようにするために、典型的には、待機時間は、技量の高い運転者が車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えたことを認識して反応するまでの時間よりも長い時間に設定されてよい。しかしながら、一般的な技量の高さの運転者に対しては、必要であれば、挙動制御を早い段階で実行した方が良いので、待機時間は、一般的な技量の高さの運転者が車輪のグリップ力がＯＦＦなったことを認識して反応するまでに通常要する時間よりも短い時間に設定されてよい。待機時間は、実際には、０．２〜０．５秒程度、典型的には、０．３秒程度であるが、運転者の操縦が車両の状態に反映されるまでの時間を考慮して、車種ごとに設計段階で実験等により決定されてよい。

上記の処理過程のステップ１０及びステップ３０に於ける車輪のグリップ力がＯＦＦになったか否かの判定は、車両の挙動状態を表す指標又は挙動状態量として、ヨー方向の挙動を表すものとして使用可能な任意の指標を用いて判定されてよい。挙動状態量として、例えば、車両のスリップ角β（ｔ）、その時間変化率β’（ｔ）又はヨーレートγ（ｔ）又はこれらの組み合わせ、ｋ１・β（ｔ）＋ｋ２・β’（ｔ）若しくはｋ１・β（ｔ）＋ｋ２・γ（ｔ）［ｋ１、ｋ２は、重み付け定数］が選択される場合、全ての車輪のグリップ力がＯＮのとき、即ち、限界を越えていないときの、車速Ｖ及び舵角δを変数として理論的に（例えば、定常旋回モデル）算出される値（目標値）と、前記のセンサで検出される現在の車両の各状態量、実ヨーレートγ、車速Ｖ（車輪速値より算出）、横加速度Ｇｙにより算出される現在の値（実際値）との偏差が算出され、偏差が所定の基準閾値を越えていないか、又は基準範囲内にあるか否かにより判定されてよい。

例えば、ヨーレートの目標値（目標ヨーレート）γｔ（ｔ）は、よく知られているように、左旋回方向を正として（図４Ａ参照）、
γｔ＝（１／（１＋ｋｈ・Ｖ^２））・Ｖ／ｌ・δ …（１）
［ここに於いて、ｋｈは、スタビリティファクタ、ｌは、ホイールベースである。］
で与えられるので、目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差Δγ（＝γｔ−γ）の絶対値が所定閾値を越える場合（−γｏ＜Δγ＜γｏの範囲を越える場合）、即ち、
Δγ＜−γｏ （左旋回中）
Δγ＞γｏ （右旋回中）
のとき、グリップ力ＯＦＦと判定されてよい（γｏは、実験的又は理論的に決定される定数）。また、同様に、車両のスリップ角の時間変化率は、
β’（ｔ）＝（Ｇｙ−Ｖ・γ）／Ｖ …（２）
により与えられるので、式（２）のγの値に目標ヨーレートγｔを代入して得られる目標値β’ｔと、実ヨーレートを代入して得られる実際値β’との偏差Δβ’を算出し、この値が所定の閾値範囲を越えたときにグリップ力がＯＦＦになったと判定してもよい（その他のパラメータを挙動状態量として選択した場合も上記と同様に目標値が算出できることは理解される。）。また、所定の閾値範囲の境界、例えば、γｏは、車両の任意の走行状態を表すパラメータを変数としてマップ（図示せず）によって選択できるようになっていてもよい。

上記の処理過程のステップ４０に於いて、予測時間Δｔ後に車両がスピン状態となっているか否かは、既に触れたように、スピン状態となっていることを表す任意の挙動状態量又は指標を、現在の車両の種々の状態量から予測することにより、判定される。当業者に於いて理解される如く、車両が、図４Ｂの如き軌跡を辿ってスピン状態となったとき、車両のスリップ角又はヨーレートは、図４Ｃに例示されている如く発散する。従って、前記のグリップ力ＯＦＦになったときに選択され得る任意の挙動状態量をいずれかを用いて、例えば、ｋ１・β（ｔ）＋ｋ２・γ（ｔ）［ｋ１、ｋ２は、重み付け定数］を選択し、この値の予測時間Δｔ後の予測値が、所定の閾値範囲を越えたときにスピン状態となる可能性が高いと判定するようになっていてよい。スピン判定のための所定の閾値範囲は、車速及び舵角の関数として予め理論的に若しくは実験的に決定されたマップにより決定されてよい。

スピン判定の指標として、例えば、挙動状態量ｋ１・β（ｔ）＋ｋ２・γ（ｔ）（以下、Ｓ（ｔ）と表記する。）を選択した場合、現在時点（計算実行時）ｔから予測時間Δｔ後のＳ（Ｔ）［＝Ｓ（ｔ＋Δｔ）］の予測値は、以下の如く算出することができる。

まず、車両のスリップ角の予測値β（Ｔ）は、現在の値β（ｔ）、β’（ｔ）と、β’の予測値β’（Ｔ）とを用いて、
β（Ｔ）＝β（ｔ）＋（β’（ｔ）＋β’（Ｔ））・Δｔ／２ …（３）
により与えられる。なお、上記の式の第二項は、β’が略線形に変化すると仮定したときの時刻ｔ〜Ｔに於けるβ’の積分値である（図５を参照して、βが左図の如く変化した場合、βの変化分、β（Ｔ）−β（ｔ）は、右図に示す如く、β’のグラフに於いて時刻ｔ〜Ｔまでの斜線で示した部分の面積に相当する。）また、予測値β’（Ｔ）は、式（２）と同様に
β’（Ｔ）＝（Ｇｙ（Ｔ）−Ｖ（Ｔ）・γ（Ｔ））／Ｖ（Ｔ） …（４）
にて与えられる。ここで、Ｇｙ（Ｔ）とＶ（Ｔ）は、それぞれ、
Ｇｙ（Ｔ）＝Ｇｙ（ｔ）＋Ｇｙ’（ｔ）・Δｔ …（５）
及び
Ｖ（Ｔ）＝Ｖ（ｔ）＋Ｇｘ（ｔ）・Δｔ …（６）
により近似的に与えられてよい。なお、Ｇｙ’（ｔ）は、Ｇｙ（ｔ）の時間変化率であり、センサによる検出値を時間微分することにより与えられてよい。かくして、Ｓ（Ｔ）及びβ’（Ｔ）は、ヨーレートの予測値γ（Ｔ）を算出することにより決定することができる。

ヨーレートの予測値γ（Ｔ）は、現在の車両のヨーレートの実際の変化率γ’（ｔ）（ヨー角加速度）と、現在時点ｔに於ける運転者の操作により、これから車体に於いて発生するであろうヨーレートの変化率、即ち、ヨー角加速度γＤ’（ｔ）との双方を考慮して、例えば、
γ（Ｔ）＝γ（ｔ）＋（ｋ_γ・γ’（ｔ）＋ｋ_γＤ・γＤ’（ｔ））Δｔ …（７）
により決定されてよい。ここで、ｋ_γとｋ_γＤは、重み付け定数である。γ’（ｔ）は、ヨーレートセンサによる検出値を時間微分することにより与えられてよい。また、現在時点ｔに於ける運転者の操作量により与えられるヨー角加速度γＤ’は、
γＤ’（ｔ）＝Ｍｄ（ｔ）／Ｉｚ …（８）
により算出される。ここで、Ｉｚは、車両の重心周りのヨー方向の慣性モーメントであり、Ｍｄ（ｔ）は、現時点ｔに於ける運転者の操作により発生するアンチスピンヨーモーメントであり、図４Ａを参照して、車輪に作用する前後力Ｆｘ_ｉと横力Ｆｙ_ｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）から、近似的に、
Ｍｄ（ｔ）＝ｄ／２（Ｆｘ_ＦＲ−Ｆｘ_ＦＬ＋Ｆｘ_ＲＲ−Ｆｘ_ＲＬ）＋ｌｆ（Ｆｙ_ＦＲ＋Ｆｙ_ＦＬ）−ｌｒ（Ｆｙ_ＲＲ＋Ｆｘ_ＲＬ） …（９）
により与えられる。ここで、ｄは、トラッドであり、ｌｆ、ｌｒは、車両の重心から前輪軸及び後輪軸までの距離である。

上記の式（９）に於いて、横力Ｆｙ_ｉは、前輪のスリップ角βｆ（ｔ）と、後輪のスリップ角βｒ（ｔ）がそれぞれ左右で等しく、前輪及び後輪のそれぞれに於いて横力が左右輪の荷重Ｗｉの比にて分配されるとして、以下の如く算出されてよい。即ち、
Ｆｙ_ＦＲ＝Ｆｙｆ（ｔ）・Ｗ_ＦＲ／Ｗ_ＦＲ＋Ｗ_ＦＬ
Ｆｙ_ＦＬ＝Ｆｙｆ（ｔ）・Ｗ_ＦＬ／Ｗ_ＦＲ＋Ｗ_ＦＬ
Ｆｙ_ＲＲ＝Ｆｙｒ（ｔ）・Ｗ_ＲＲ／Ｗ_ＲＲ＋Ｗ_ＲＬ
Ｆｘ_ＲＬ＝Ｆｙｒ（ｔ）・Ｗ_ＲＬ／Ｗ_ＲＲ＋Ｗ_ＲＬ …（１０）
ここで、Ｆｙｆ（ｔ）、Ｆｙｒ（ｔ）は、それぞれ、前輪及び後輪のそれぞれの横力の左右の総和であり、前輪のスリップ角βｆ（ｔ）及び後輪のスリップ角βｒ（ｔ）に基づいて、左右前輪及び左右後輪に作用する荷重Ｗｉ（下記参照）を考慮して、図４Ｄに示されている如き、車輪スリップ角βｗと横力とのマップを用いて決定又は選択される。前輪のスリップ角βｆ（ｔ）と、後輪のスリップ角βｒ（ｔ）は、舵角δ（ｔ）と車両のスリップ角β（ｔ）より、
βｆ（ｔ）＝δ（ｔ）＋β（ｔ）−ｌｆ・γ（ｔ）／Ｖ（ｔ）
βｒ（ｔ）＝β（ｔ）＋ｌｒ・γ（ｔ）／Ｖ（ｔ） …（１１）
により与えられる。

各輪の荷重Ｗｉは、車両の加減速力による荷重移動ｄｗｘ及び前輪及び後輪に於ける遠心力による荷重移動dwyf、dwyrを考慮して車両総重量Ｗが各輪に分散するものとして、
Ｗ_ＦＬ＝（１／２）・（Ｗ・ｌｆ／ｌ）−（１／２）dwx−dwyf
Ｗ_ＦＲ＝（１／２）・（Ｗ・ｌｆ／ｌ）−（１／２）dwx＋dwyf
Ｗ_ＦＬ＝（１／２）・（Ｗ・ｌｒ／ｌ）＋（１／２）dwx−dwyr
Ｗ_ＦＲ＝（１／２）・（Ｗ・ｌｒ／ｌ）＋（１／２）dwx＋dwyr …（１２）
と算出される。ここに於いて、車両の加減速力による荷重移動ｄｗｘは、
ｄｗｘ＝ｈｅ・Ｗ・Ｇｘ／ｌ・ｇ …（１３）
と算出される。ここで、ｈｅは、重心高であり、ｇは、重力加速度である。なお、Ｗ・Ｇｘは、運転者のアクセルペダル及び／又はブレーキペダルの踏込み量から算出される車両に発生する駆動力と制動力の和（下記参照Ａｃ（ｔ）−Ｂｒ（ｔ）：下記参照）を用いてもよい。また、前輪及び後輪に於ける遠心力による荷重移動dwyf、dwyrは、それぞれ
dwyf＝cos（δ（ｔ）−βｆ（ｔ））・he・Rf・Ｗ・Ｇｙ／ｄ・ｇ
dwyr＝cosβｒ（ｔ）・he・Rr・Ｗ・Ｇｙ／ｄ・ｇ …（１４）
により与えられる。ここで、he、Rf、Rrは、重心高、前輪及び後輪のロール剛性である。

上記の式（９）に於ける車輪に作用する前後力Ｆｘ_ｉは、各輪の駆動力Ａｃ_ｉと、制動力Ｂｒ_ｉとから、それぞれ、
Ｆｘ_ＦＲ＝−Ｂｒ_ＦＲ
Ｆｘ_ＦＬ＝−Ｂｒ_ＦＬ
Ｆｘ_ＲＲ＝Ａｃ_ＲＲ−Ｂｒ_ＲＲ
Ｆｘ_ＲＬ＝Ａｃ_ＲＬ−Ｂｒ_ＲＬ …（１５）
により与えられる。

各輪駆動力Ａｃ_ｉは、後輪駆動車に於いて、エンジンからの駆動輪（後輪）に伝達される総駆動力Ａｃ（ｔ）がデフに於いて左右均等に分配される場合には、
Ａｃ_ＲＲ＝Ａｃ_ＲＬ＝Ａｃ（ｔ）／２ …（１６）
で与えられる。なお、駆動輪の総駆動力Ａｃ（ｔ）は、アクセルペダルの踏込み量θａを変数として、マップ（図示せず）により決定又は選択され得る。また、各輪制動力Ｂｒ_ｉは、通常時（挙動制御又はその他の各輪制動力を個別に調節する制御が実行されていない場合）には、
前輪について、
Ｂｒ_ＦＲ＝Ｂｒ_ＦＬ＝ｋ_Ｂ・Ｂｒ（ｔ） …（１７ａ）
後輪について
Ｂｒ_ＲＲ＝Ｂｒ_ＲＬ＝（１−ｋ_Ｂ）・Ｂｒ（ｔ） …（１７ｂ）
で与えられる。ここで、ｋ_Ｂは、前後ブレーキ配分定数であり、Ｂｒ（ｔ）は、ブレーキペダルの踏込み量θｂに基づいて、マップ（図示せず）により決定又は選択され得る。ただし、Ａｃ（ｔ）とＢｒ（ｔ）は、各輪に於いて、前後力と横力とのベクトル和が最大摩擦円を超えない制御される。即ち、全ての車輪に於いて、
（μｉ・Ｗｉ）^２≧（Ｆｘｉ）^２＋（Ｆｙｉ）^２ …（１８）
が成立するよう制御される。

かくして、上記の式（１０）−（１８）を用いることにより、現時点ｔに於ける運転者の操作により発生するアンチスピンヨーモーメントＭｄ（ｔ）と、これにより、これから車体に於いて発生するであろうヨー角加速度γＤ’（ｔ）が算出されて、式（７）のヨーレートの予測値γ（Ｔ）が得られ、上記の処理過程のステップ５０に於ける予測時間Δｔ秒後のスピン判定のための予測値Ｓ（Ｔ）が算出できることとなる。なお、式（７）の重み付け定数ｋ_γとｋ_γＤは、車両に於ける運転者の操作に対する車両の挙動の応答性により決定されてよい。車両の応答がΔｔに比して遅ければ（早ければ）、ｋ_γが相対的に増大(低減)されることとなろう。また、式（９）のヨーモーメントは、前輪の舵角とスリップ角等を考慮してより厳密に算出されてもよいことは理解されるべきである。

上記の処理過程のステップ６０−７０に於いて、挙動制御が実行される場合、挙動制御の手法は、既に述べた如く、この分野の当業者にとって任意の制御手法により実行されてよい。例えば、運転者の操作量を考慮したヨー角加速度ｋ_γ・γ’（ｔ）＋ｋ_γＤ・γＤ’（ｔ）を用いた車両のヨー方向の運動方程式に於いて、現在の状況で発生する（車両が運転者の操作に応答した後に発生する）ヨーレートの変化が相殺されるように、即ち、
Ｉｚ・（ｋ_γ・γ’（ｔ）＋ｋ_γＤ・γＤ’（ｔ））−Ｍｃ＝０ …（１９）
が成立するように、制御によるヨーモーメントＭｃを生成するよう旋回外前輪に制動力を発生させることにより、挙動の悪化が防止されるようになっていてよい。この場合、式（１９）が達成するには、旋回外前輪の制動力Ｂｒ_ＦＯを
ΔＢｒ_ＦＯ＝Ｉｚ・（ｋ_γ・γ’（ｔ）＋ｋ_γＤ・γＤ’（ｔ））／（ｄ／２） …（２０）
だけ増大されるよう、制動装置４０に於ける制動圧の配分が調節されることとなる。

以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明の好ましい実施形態である制御装置が搭載される車両の模式図である。 本発明の好ましい実施形態に於ける挙動制御装置の処理過程の流れをフローチャートである。 本発明の好ましい実施形態に於ける制御に於いて想定される車両の挙動状態量（車両のスリップ角βの時間変化率）の変化と制御の開始のタイミングとの関係を説明する図である。図中、実線の矢印は、実際の変化では、破線の矢印は、予測値の変化である。（Ａ）は、本発明による挙動状態量の予測処理を開始する際の状態を示しており、（Ｂ）及び（Ｃ）は、挙動状態量の予測処理が終了する二つの場合を示している。 図４（Ａ）は、本発明の挙動制御装置の処理過程に於いてヨーモーメントの演算を説明する図である。図４（Ｂ）及び（Ｃ）は、車両がスピン状態となるときの軌跡とそのときの挙動状態量の変化を模式的に表したものである。図４（Ｄ）は、図２のフローチャートのステップ４０に於いて、各輪の横力の算出に用いるためのマップの模式図を示している。 図２のフローチャートのステップ４０に於いて、車両のスリップ角の予測値の演算式（３）について説明するための図である。

符号の説明

１０…車両
１２ＦＬ〜１２ＲＲ…車輪
１４…アクセルペダル
２０…動力装置
３０…ステアリング装置
３６…舵角センサ
４０…制動装置
４２FL〜４２RR…ホイールシリンダ
４４…ブレーキペダル
４８…油圧回路
６０…電子制御装置
６４…前後加速度センサ
６６…横方向加速度センサ
６８…ヨーレートセンサ

Claims (10)

1. 各車輪の制動力を個別に制御して車両のヨー方向の挙動制御を実行する車両挙動制御装置であって、前記車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えていることを検出する手段と、前記車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えたことが検出された時点から所定の待機時間の経過後に前記挙動制御が必要であるか否かを判定する手段とを含み、前記挙動制御が必要であると判定されたときに前記挙動制御の実行を開始することを特徴とする装置。
2. 請求項１の制御装置であって、前記挙動制御が必要であるか否かを判定する手段が、前記待機時間の経過以降に於いて、前記車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えているとき、現在の時点から所定の予測時間が経過したときの前記車両がスピン状態又はドリフトアウト状態になるか否かを予測する手段を含み、前記車両がスピン状態又はドリフトアウト状態になると予測されたときに前記挙動制御が必要であると判定されることを特徴とする装置。
3. 請求項１の制御装置であって、前記車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量が第一の所定の基準範囲から逸脱したときに前記車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えていると判定されることを特徴とする装置。
4. 請求項１の制御装置であって、前記挙動制御が必要であるか否かを判定する手段が現在の時点から予測時間経過した後の前記車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量を予測する手段を含み、前記待機時間の経過以降の時点に於いて前記推定された挙動状態量が第二の所定の基準範囲から逸脱している場合に前記挙動制御が必要であると判定されることを特徴とする装置。
5. 請求項４の制御装置であって、前記推定された挙動状態量が前記第二の所定の基準範囲を逸脱するとき、前記車両がスピン状態又はドリフトアウト状態となると判定されることを特徴とする装置。
6. 請求項１の制御装置であって、前記挙動制御が必要であるか否かを判定する手段が、前記待機時間の経過以降に於いて、前記車両のいずれかの車輪のグリップ力が限界を越えているとき、現在の時点から所定の予測時間が経過したときの前記車両の挙動が更に悪化するか否かを予測する手段を含み、前記車両の挙動が更に悪化すると予測されたときに前記挙動制御が必要であると判定されることを特徴とする装置。
7. 請求項２、４又は６の制御装置であって、前記現在の時点から所定の予測時間が経過したときの車両の挙動が前記車両の運転者の操作量に基づいて算出されるヨー角加速度に基づいて予測されることを特徴とする装置。
8. 各車輪の制動力を個別に制御して車両のヨー方向の挙動制御を実行する車両挙動制御装置であって、前記車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量が第一の所定の基準範囲から逸脱したことを検出する手段と、前記車両のヨー方向の挙動を示す挙動状態量が第一の所定の基準範囲から逸脱したことが検出された時点から待機時間の経過後に前記挙動制御が必要であるか否かを判定する手段とを含み、前記挙動制御が必要であると判定されたときに前記挙動制御の実行を開始することを特徴とする装置。
9. 請求項８の制御装置であって、前記挙動制御が必要であるか否かを判定する手段が現在の時点から予測時間経過した後の前記挙動状態量を予測する手段を含み、前記待機時間の経過以降の時点に於いて前記予測された挙動状態量が第二の基準範囲から逸脱している場合に前記挙動制御が必要であると判定されることを特徴とする装置。
10. 請求項３乃至９の制御装置であって、前記挙動状態量が前記車両のスリップ角及び前記車両のヨーレートのうちから選択される一つであることを特徴とする装置。
    

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