JP2008247066A - 車両の運動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が急激に不安定になってしまう事態を防止あるいは抑制する。
【解決手段】目標横力、目標前後力、目標ヨーモーメントとなるように、前後左右の各タイヤ１ＦＬ〜１ＲＲへの横力ｆｘｉおよび前後力ｆｙｉが個々独立して変更制御される（ｉ＝各タイヤを区別する識別子）。タイヤ力検出センサ２０で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率ηｉが決定される。負荷率ηｉが所定値以上となる飽和タイヤが存在することが検出されたとき、飽和タイヤにおける横力不足分が、飽和タイヤに対して左右反対側にある他のタイヤに加算される。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両の運動制御装置に関するものである。

車両の運動制御、特に姿勢制御を行う技術の１つとして、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御するものが提案されている。特許文献１には、前後左右の４つのタイヤの負荷率が互いに均等となるように制御するものが提案されている。ここで、タイヤ力は、タイヤに作用している横力と前後力とを合成した力であり、タイヤが発生できる最大タイヤ力に対する実際のタイヤ力の割合が、タイヤの負荷率とされる。換言すれば、最大タイヤ力と実際のタイヤ力との差分力はタイヤの余裕力となり、最大タイヤ力に対する上記差分力の割合は、タイヤ余裕率となる。そして、最大タイヤ力は、主としてタイヤの接地荷重と路面μ（μは摩擦係数）とによって決定されることになる。
特開２００５−１４５２５６号公報

ところで、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御する運動制御は、運転者によってハンドル操作されたとき、ブレーキ操作されたとき、さらにはアクセルペダルが踏み込み操作されたときのように、各タイヤのタイヤ力が大きく変更されて車両の姿勢状態が不安定になる過渡期において重要となり、とりわけ障害物の回避操作が行われるときのように、車両の限界付近での制御として重要となる。

車両の限界付近での各タイヤのタイヤ力の変化（つまり負荷率の変化）、例えばハンドル操作量を徐々に増大させたときのタイヤ力の変化は、全タイヤが同時に同じタイヤ力でもって変化することはまれで、通常は、ある一部のタイヤのタイヤ力がほぼ飽和状態となり（負荷率がほぼ１００％）、その後、他のタイヤのタイヤ力が徐々に飽和していくという過程を経ることになる。

一方、車両の限界付近では、車両が急激に不安定にならないように運動制御することが望まれることになる。このような観点から、一部のタイヤがほぼ飽和状態となる飽和タイヤとなったときは、飽和タイヤによる車両のコントロールがそれ以上は期待できないことから、その後において車両が急激に不安定にならないようにする上で極めて重要となる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御する場合に、車両が急激に不安定になってしまう事態を防止あるいは抑制できるようにした車両の運動制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
前記飽和タイヤ検出手段によって飽和タイヤが存在することが検出されたとき、該飽和タイヤにおける横力不足分を算出する不足横力算出手段と、
前記不足横力算出手段で算出された不足横力を、前記飽和タイヤに対して左右反対側にある他のタイヤに加算する横力増大手段と、
を備えているようにしてある。

上記第１の解決手法によれば、飽和タイヤにおいて不足する横力を、飽和タイヤとは左右反対側に位置する他のタイヤの横力を増大させることによって補償するようにしてあるので、飽和タイヤが検出された後に車両が急激に不安定になってしまう事態が防止されることになる。勿論、横力の補償は、左右関係にあるタイヤ同士で行うので、前後関係にあるタイヤ間でもって横力の補償を行う場合に比して、車両姿勢の変化、特にヨーモーメントの変化を生じさせないようにする上でも好ましいものとなる。以上に加えて、飽和タイヤが存在するといる車両限界付近での車両安定制御を、極めて簡単に行うことができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２、請求項３、請求項７、請求項８に記載のとおりである。すなわち、
前記飽和タイヤ検出手段によって、左右で対をなす２つのタイヤがそれぞれ飽和タイヤであることが検出されたとき、該各飽和タイヤにおける前後力を減少させる前後力減少手段と、
前記前後力減少手段によって減少された前後力を、前記飽和タイヤに対して前後方向の位置関係となる他のタイヤの前後力として加算する前後力増大手段と、
をさらに備えているようにしてある（請求項２対応）。この場合、左右位置関係にあるタイヤ間でもって横力の補償ができないときは、飽和タイヤの前後力を減少させることによって飽和タイヤについての横力を確保しつつ、不足する前後力が前後位置関係にある他のタイヤでもって補償されることになる。なお、前後位置関係にあるタイヤ間で前後力を補償することは、横力を補償する場合に比して、車両の姿勢変化、特にヨーモーメント変化を生じさせにくいものとなる。

前記減少される前後力が制動力であって、かつ前記前後力増大手段による前後力の増大によって前記他のタイヤも飽和タイヤになるときは、前記前後力減少手段および前後力増大手段の作動が禁止される、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、全てのタイヤを積極的に飽和タイヤにしてしまう事態を避ける上で好ましいものとなる。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項４に記載のように、
前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
前記飽和タイヤ検出手段によって、左右で対をなす２つのタイヤが飽和タイヤであることが検出されたとき、該各飽和タイヤにおける前後力を減少させる前後力減少手段と、
前記前後力減少手段によって減少された前後力を、前記飽和タイヤに対して前後方向の位置関係となる他のタイヤの前後力として加算する前後力増大手段と、
を備えているようにしてある。上記第２の解決手法によれば、請求項２に対応した効果と同様に効果を得ることができる。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第３の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項５に記載のように
前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
前記飽和タイヤ検出手段によって、前後いずれか一方のタイヤにのみ飽和タイヤが存在することが検出されたとき、目標ヨーモーメントとなるように前後他方のタイヤの横力を補正する横力補正手段と、
を備えているようにしてある。上記第３の解決手法によれば、前後関係にあるタイヤのうち、飽和タイヤとなっていない他のタイヤを有効に利用して、目標ヨーモーメントとして、車両の急激な姿勢変化を防止あるいは抑制することができる。また、飽和タイヤが存在するときの車両限界付近での車両安定制御を、極めて簡単に行うことができる。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第４の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項６に記載のように
前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
前記飽和タイヤ検出手段によって、前後両方のタイヤについて飽和タイヤが存在することが検出されたとき、目標ヨーモーメントとなるように全タイヤの制動力を調整する制動力調整手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、安全方向への制御となる制動力制御によって目標ヨーモーメントとして、車両の急激な姿勢変化を防止あるいは抑制することができる。また、飽和タイヤが存在するときの車両限界付近での車両安定制御を、極めて簡単に行うことができる。

前記各解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項７、請求項８に記載のとおりである。すなわち、
前記タイヤ力配分制御手段によって決定された各タイヤ毎の横力と前後力とに基づいて各タイヤの予測負荷率を決定する予測負荷率決定手段を備え、
前記飽和タイヤ検出手段は、前記予測負荷率に基づいて前記飽和タイヤの検出を行うようにされている、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、タイヤ力配分制御手段によって決定される各タイヤの横力と前後力とから各タイヤについての予測負荷率を決定して、この予測負荷率に基づいて飽和タイヤが存在するか否か等をシュミレーション的に決定することができる。

タイヤ力配分制御手段が、次式（１）に基づく評価関数Ｊが最小となるように、各タイヤに配分する横力ｆｘｉと前後力ｆｙｉを決定する、
ようにしてある（請求項８対応）。この場合、評価関数Ｊの最小化制御という簡単な計算手法によって、タイヤ力の配分制御を行なうことができる。特に、対角線上に位置するタイヤ同士の負荷率が互いに均等となる配分制御とされ、しかも前左右タイヤの負荷率を加算した値が最小となるようにつまり各タイヤの負荷率が最小となるようにな配分制御とされる。
Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜） −−（１）
ただし、
Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
η１＝左前タイヤの負荷率
η２＝右前タイヤの負荷率
η３＝左後タイヤの負荷率
η４＝右後タイヤの負荷率
Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）

本発明によれば、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御する場合に、車両が急激に不安定になってしまう事態を防止あるいは抑制することができる。

図１において、車両のとしての自動車ＶＣは、左前輪１ＦＬと、右前輪１ＦＲと、左後輪１ＲＬと、右後輪１ＲＲとを有し、各車輪を特に区別する必要のないときは、車輪１として総称することとする。また、車輪について使用した符号を、そのタイヤについての符号として用いることもある。各車輪１は、車体に対して、サスペンションアーム等を介して上下方向に揺動可能に保持されている。各車輪１は、個々独立して、その転舵角度、制動力および駆動力が変更可能となっている他、接地荷重も変更可能となっている。このため、各車輪１には、舵角制御装置１０、制動力制御装置１１，駆動力制御装置１２，サスペンション制御装置１３が個々独立して設けられている。

前記舵角制御装置１０は、例えば、各車輪１を転舵させる力を付与する油圧式や電気式のアクチュエータを利用して構成することができる。前記制動力制御装置１１は、例えば、車輪１に付与するブレーキ力を調整する油圧式あるいは電気式のアクチュエータを利用して構成することができ、特に最近の車両において搭載されていることの多いＡＢＳ制御装置やトラクション制御装置を利用することができる。

前記駆動力制御装置１２は、各車輪共通用のエンジンやモータからの駆動力をトルク配分制御するものとして構成することができ、この他、各車輪１毎に個々独立して駆動モータを有する場合は、この各駆動モータの発生トルクを制御するものとして構成することができる。前記サスペンション制御手段１３は、いわゆるアクティブサスペンション制御装置において用いられている車高調整用のシリンダ装置を制御するものとして構成することができる。

各車輪１には、個々独立して、そのタイヤ力等を検出するタイヤ力センサ２０が設けられている。このタイヤ力センサ２０としては、例えば、各車輪１が保持されるハブに組み込まれた６分力センサを用いることができる。この６分力センサによって、左右、前後、上下の各方向において車輪（つまりタイヤ）に作用している力を検出することが可能となっている。

図１において、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）であり、このコントローラＵは、後述するように、各車輪１のタイヤ力配分を制御するものとなっている。コントローラＵを含む制御系統の全体が、ブロック図的に図２に示される。この図２において、コントローラＵによって、前述した各制御装置１０〜１３が制御される。このため、コントローラＵには、前述のタイヤ力センサ２０からの信号の他、各種センサＳ１〜Ｓ５からの信号が入力される。センサＳ１は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサである。センサＳ２は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサである。センサＳ３は、ハンドル１５（図１参照）の操作量を検出するハンドルセンサである。センサＳ４は、路面μ（摩擦係数）を検出するμセンサである（図１をも参照）。

コントローラＵは、前述したセンサＳ１〜Ｓ５からの信号に基づいて、車体重心位置での目標前後力Ｆｙｏと目標横力Ｆｘｏと目標ヨーモーメントＹＭｏとを決定する。そして、この目標前後力Ｆｙｏと目標横力Ｆｘｏと目標ヨーモーメントＹＭｏとを満足するように、後述のようにして、各車輪１（各タイヤ）のタイヤ力を個々独立して制御する。

ここで、タイヤ力について、図３を参照しつつ説明する。まず、Ｆｍａｘで示す円が摩擦円であり、最大タイヤ力となる。この最大タイヤ力Ｆｍａｘは、主として接地加重と路面μとによって決定される。タイヤに作用している前後力がＦｙで示され、横力がＦｘで示される。前後力Ｆｙと横力Ｆｘの合成力Ｆｘｙが実際のタイヤ力であり、タイヤ力Ｆｘｙは、「（Ｆｘの２乗＋Ｆｙの２乗）の１／２乗」となる。そして、最大タイヤ力Ｆｍａｘに対するタイヤ力Ｆｘｙの割合が、負荷率ηとなる。また、最大タイヤ力Ｆｍａｘからタイヤ力Ｆｘｙを差し引いた差分力△ｆが、さらに発揮できるタイヤ力の余裕力であり、また、最大タイヤ力に対する差分力△ｆの割合が、タイヤ余裕率となる。

運動制御において、重要なことは、各タイヤについて、そのタイヤ力Ｆｘｙがその最大タイヤ力Ｆｍａｘを超えないようにすることである（負荷率を１００％未満にする）。特に、全ての車輪１がほぼ同時に負荷率１００％を超えないようにすることが、車両の急激な姿勢変化を防止あるいは抑制する上で重要となる。

本実施形態では、基本的に、各タイヤへのタイヤ力の配分制御は、４つの車輪１について、対角線上に位置する（平面視において対角線上に位置する）対となる車輪を想定した制御が行われる。すなわち図５，図６に示すように、左前輪１ＦＬと右後輪１ＲＲとが対となる車輪（タイヤ）を構成し、同様に、右前輪１ＦＲと左後輪１ＲＬとが対となる車輪（タイヤ）を構成する。

そして、本実施形態では、対となる左前輪（タイヤ）１ＦＬの負荷率η１と、右後輪１ＲＲ（タイヤ）の負荷率η４とが互いに均等となるように制御される。同様に、対となる右前輪（タイヤ）１ＦＲの負荷率η２と、左後輪１ＲＬ（タイヤ）の負荷率η３とが互いに均等となるように制御される。

タイヤ力配分制御の実際を、図示的に示したのが図５，図６である。すなわち、図５は、安定して車両が運転されている状態であり（例えば直進定常運転状態）、各車輪のタイヤについて、その負荷率η１〜η４がほぼ同じ値で、かつタイヤ力にも十分に余裕がある状態である。図５の状態から、ブレーキ操作、アクセル踏み込み操作あるいはハンドル操作が行われて、車両の限界付近の状態になると、各タイヤへのタイヤ力の配分状態が、例えば図６に示すように変更される。図６の状態では、１組目の対となる右前輪（タイヤ）１ＦＲの負荷率η２と、左後輪１ＲＬ（タイヤ）の負荷率η３とが、互いに均等とされつつ、ほぼ飽和した極めて大きい値に変化されて、余裕タイヤ力を殆ど有しない状態となる。この一方、もう１組の対となる左前輪（タイヤ）１ＦＬの負荷率η１と、右後輪１ＲＲ（タイヤ）の荷率η４とは、互いに均等とされつつ大きい値とされるが、η２，η３に比しては大きくされる度合が小さいものとなり、余裕タイヤ力がまだ十分に残っている状態となる。

図６の状態から明らかなように、車体前部に着目すると左前輪１ＦＬに余裕タイヤ力が十分残っており、車体後部に着目すると右後輪１ＲＲに余裕タイヤ力が十分残っており、車体左側部に着目すると左前輪１ＥＬに余裕タイヤ力が十分残っており、車体右側部に着目すると、右後輪１ＲＲに余裕タイヤ力が十分残っている状態となる。このように、全ての車輪についてそのタイヤ負荷率がほぼ同時に飽和することがないので、車両が急激に不安定になってしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。

ここで、図４は、運転者による回避操舵と、車両応答性（運転者の応答要求の度合）との関係を示すものである。符合Ｈ１で示す回避操舵が小さい範囲では、横応答性およびヨー応答性に比して、前後応答性が強く要求され、回避操舵が増大されて符合Ｈ２で示す範囲になると、横応答性およびヨー応答性と前後応答性とがほぼ同程度要求され、さらに回避操舵が増大して符合Ｈ３で示す範囲になると、横応答性およびヨー応答性が前後応答性よりも強く要求されることになる。そして、車両の運動制御においては、上記Ｈ２の範囲からＨ３の範囲に渡る範囲でもって重要となり、特にＨ３の車両の限界に近づくＨ３の範囲において重要となる。そして、図５，図６について前述した説明から明かなように、車体前部、車体後部、車体左側部、車体右側部のいずれの箇所においても、余裕タイヤ力が十分残った車輪（タイヤ）を存在させることができて、車両が急激に不安定になってしまう事態を防止あるいは抑制することができる（図６の状態から、運転者がさらに回避操作したときに、この回避操作に応じて車両の姿勢状態を変更可能な余裕タイヤ力が残っている）。

上述したタイヤ力の配分制御は、例えば、次式（Ａ）に示す評価関数Ｊを最小化するように、各タイヤのタイヤ力Ｆｘｉ、Ｆｙｉ（ｉ＝１〜４）を決定することにより行われる。

Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜） −−（Ａ）

ただし、
Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
η１＝左前タイヤの負荷率
η２＝右前タイヤの負荷率
η３＝左後タイヤの負荷率
η４＝右後タイヤの負荷率
Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）

上記式（Ａ）において、Ｋ２の項は、η１＝η４となるように、かつη２＝η３となるようにする制御となる。同様に、Ｋ１の項が、左右の前輪用タイヤの負荷率η１とη２との合計値が最小となるようにする制御となる（対角線上に位置する対となるタイヤの負荷率が最小となる制御ともなる）。また、Ｋ１＝０とすることもでき、この場合は、負荷率η１とη２との合計値が最小となる制御が実質的に実行されない制御となる。

上記式（Ａ）によって得られたタイヤ力の配分目標値としての各タイヤ力Ｆｘｉ、Ｆｙｉは、コントローラＵにあらかじめ記憶されているタイヤモデルを参照して、目標転舵角、目標スリップ率に置換されて、各車輪（タイヤ）毎に目標転舵角、目標スリップ率となるように舵角制御装置１０，制動力制御装置１１，駆動力制御装置１２が制御されることになる（制御された結果の一例が図６に示される）。

上述の式（Ａ）に代えて、次式（Ｂ）を用いるようにしてもよい。タイヤ力の配分制御は、この式（Ｂ）に示す評価関数Ｊを最小化するように、各タイヤのタイヤ力Ｆｘｉ、Ｆｙｉを決定することにより行なわれる。

Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜）
＋Ｋ３×（｜η１−η２｜−α） −−（Ｂ）

ただし、
Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
η１＝左前タイヤの負荷率
η２＝右前タイヤの負荷率
η３＝左後タイヤの負荷率
η４＝右後タイヤの負荷率
Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）
Ｋ３＝重み付け係数（０＜Ｋ３）
α＝η１とη２との間に設定すべき所定差分の負荷率

上記式（Ｂ）において、Ｋ１の項とＫ２の項との意味するところは、式（Ａ）の場合と同じである。式（Ｂ）においては、Ｋ３の項が、左右の前輪用タイヤの負荷率η１とη２との差分が、所定の差分負荷率αとなるようにする制御となる。差分負荷率αは、例えば、１０〜２０％程度の値に設定することができる。なお、式（Ｂ）において、Ｋ１を０に設定してもよい。

次に、飽和タイヤ、つまり負荷率が所定値（例えば９５％）以上となるほぼ飽和状態のタイヤが存在するときの制御について、図７を参照しつつ説明する。この図７では、右前タイヤ１ＦＲが飽和タイヤとされ、他の３つのタイヤ１ＦＬ、１ＲＬ、１ＲＲはその負荷率がそれぞれ上記所定値よりも小さくされ、余裕タイヤ力が十分に大きいものとなっている。この図７の場合では、飽和タイヤとなっている右前タイヤについて、不足する分の横力が算出されて、この不足分の横力が、飽和タイヤである右前タイヤ１ＦＲに対して左右で対となる左前タイヤ１ＦＬのタイヤの横力増大として補償される。このような横力の補償は、左右後タイヤ１ＲＬ、１ＲＲにおいて、そのいずれか一方のタイヤのみが飽和タイヤであるときにも同様に行われる（例えば、左後タイヤ１ＲＬが飽和タイヤのときは、その横力不足分が、右後タイヤ１ＲＲのタイヤに対する横力増大として補償される）。なお、不足分の横力は、飽和タイヤと判断されるしきい値となる所定値との差分とされるが、負荷率１００％との差分としてもよい。

図８は、左右前タイヤ１ＦＬ、１ＲＲが共に飽和タイヤとされているときである。このような図８の状態は、図５の状態から生じるときもあり、あるいは図７の状態から生じることもある。いずれにしても、左右で対となる２つのタイヤ間での横力補償ができない状態となっている。この場合は、図９に示すように、飽和タイヤとなっている左右前タイヤ１ＦＬ、１ＲＲのタイヤの前後力を減少させ、この減少された前後力を、飽和タイヤとなっていない後タイヤ１ＲＬと１ＲＲのタイヤに加算することによって補償される。なお、前後力の減少量は、飽和タイヤと判定されるしきい値としての所定値との差分に対応した大きさとされるが、負荷率１００％との差分に対応した大きさとしてもよい。

図１０、図１１は、前述した図７，図９に示す制御を行うためのフローチャートであり、以下この図１０，図１１について説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、図１０のＱ１において、各種センサからの信号が読み込まれた後、Ｑ２において、車両の操作状態としての例えばハンドル舵角、ブレーキ踏み込み量、アクセル開度等から、車体重心位置でも目標横力Ｆｘｏとも目標前後力Ｆｙｏと目標ヨーモーメントＹＭｏとが決定される。この後、Ｑ３において、タイヤ力センサ２０によって検出された各タイヤの接地荷重とμセンサＳ４で検出された路面μとに基づいて、各タイヤの最大タイヤ力ｆmaxi（ｉ＝１〜４）が決定される。

Ｑ４では、前述した式（Ａ）（あるいは（式Ｂ））に基づいて、各タイヤについての目標横力ｆxi（ｉ＝１〜４）と目標前後力ｆyi（ｉ＝１〜４）とが決定される。この後、Ｑ５において、Ｑ４で決定された目標横力ｆxiと目標前後力ｆyiとが、予測負荷率ηｉ（ｉ＝１〜４）として設定される。そして、後述するように、図１１のＱ１１〜Ｑ１９での横力補償あるいは前後力補償が行われた後（補償が行われない場合もある）、図１１のＱ２０に移行される。このＱ２０では、最終的に決定されたｆxiとｆyiをタイヤモデルに照合して、各タイヤについての目標転舵角と目標スリップ率とが決定される。そして、Ｑ２１において、決定された目標転舵角と目標スリップ率となるように、各制御装置１０〜１２が制御される。

前記Ｑ１１〜Ｑ１９での補償のための制御は、次のようにして行われる。まず、Ｑ１１において、左右で対（ペア）となる左右前タイヤ１ＦＬと１ＦＲについて、あるいは左右で対となる左右後タイヤ１ＲＬと１ＲＲについて、Ｑ５で決定された予測負荷率がそれぞれ所定値以上であるか否かが判別される。このＱ１１の判別でＮＯのときは、左右で対となるタイヤ同士の間で、例えば図７で示すように横力補償が可能なときである。このときは、まずＱ１２において、左右で対となるタイヤの一方の予測負荷率が所定値以上であるか否か（飽和タイヤであるか否か）が判別される。このＱ１２の判別でＹＥＳのときは、予測負荷率が所定値以上となる飽和タイヤの横力不足分が、左右で対となる他のタイヤの横力増大分として決定される（補正あるいは補償）。Ｑ１３の後、Ｑ１４において、Ｑ１３での横力補正（補償）後の状態において、左右で対となるタイヤの予測負荷率が共に所定値以上であるか否かが判別される。このＱ１４の判別でＮＯのときは、横力補正を行っても問題のないときであるとして、Ｑ１８において、Ｑ１３での横力補正が確定される。

前記Ｑ１２の判別でＮＯのときは、横力補正等の補正がなんら必要のないときなので（各車輪の予測負荷率がそれぞれ所定値未満となる）、このときは、前述したＱ２０へ移行される。

前記Ｑ１１の判別でＹＥＳのとき、あるいはＱ１４の判別でＹＥＳのときは、それぞれＱ１５において、それぞれ予測負荷率が所定値以上となる左右で対をなす各タイヤについて、目標前後力ｆｙが減少補正される。この後、Ｑ１６において、Ｑ１５で減少された前後力が、前後力が減少されたタイヤに対して前後関係位置となる他のタイヤに対して加算される補正が行われる。この後、Ｑ１７において、前後力補正後の各タイヤの予測負荷率がそれぞれ所定値未満であるか否かが判別される。このＱ１７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１８に移行して、Ｑ１５，Ｑ１６での補正が確定された後、Ｑ２０へ移行される。上記Ｑ１７の判別でＮＯのときは、前後力補正が不可能なときであり、このときは、Ｑ１９において、Ｑ１５，Ｑ１６での補正を禁止した後、Ｑ２０へ移行される。

図１２〜図１４は、本発明の第２の実施形態を示すものである。本実施形態では、前後のタイヤのいずれか一方のみに飽和タイヤが存在する場合と、前後両方のタイヤに飽和タイヤが存在する場合との両方に対応する制御を行うものとなっている。

前後いずれか一方のタイヤにのみ予測負荷率が所定値以上となる飽和タイヤが存在する場合は、前後他方のタイヤが飽和タイヤを含んでいないときとなる。この場合は、飽和タイヤを含んでいない他のタイヤについて横力補正して、この横力補正によって、車体が目標ヨーモーメントＹＭｏとなるように制御される。例えば、図１２は、前左右のタイヤがそれぞれ飽和タイヤとされる一方、後ろ左右のタイヤは飽和タイヤとなっていない状態である。このときは、飽和タイヤとなっていない左右後タイヤに、目標ヨーモーメントなるように横力補正が実行される。

前後両方のタイヤがそれぞれ、予測負荷率が所定値以上となる飽和タイヤが存在する場合は、各タイヤについて前後力のうち制動力についての補正を行うことによって、目標ヨーモーメントＹＭｏとする制御が実行される。例えば、図１３は、前右タイヤが飽和タイヤとされ、後ろ左タイヤ飽和タイヤとされた状態が示され、このときは、各タイヤについて、目標ヨーモーメントＹＭｏとなるように制動力補正が行われる。

上述した第２の実施形態を示すフローチャートが図１４であり、以下このフローチャートについて説明する。なお、本実施形態においても、図１０のＱ１〜Ｑ５のステップを有するものとされて、図１４の制御は、図１０のＱ５の後に実行される。すなわち、図１０のＱ５の後、図１４のＱ４１に移行して、前後どちらのタイヤにも飽和タイヤが存在するか否かが判別される。このＱ４１の判別でＮＯのときは、Ｑ４２において、前側のタイヤに飽和タイヤが存在するか否かが判別される。このＱ４２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４３において、飽和タイヤを含まない他のタイヤとなる後ろタイヤの横力が、目標ヨーモーメントＹＭｏを実現するように補正される。この後、Ｑ４７，Ｑ４８の処理を経るが、Ｑ４７は図１１のＱ２０に対応し、Ｑ４８は図１１のＱ２１へ対応している。

前記Ｑ４２の判別でＮＯのときは、Ｑ４４において、後側のタイヤに飽和タイヤが存在するか否かが判別される。このＱ４４の判別でＹＥＳのときは、飽和タイヤを含まない他のタイヤとなる前タイヤの横力が、目標ヨーモーメントＹＭｏを実現するように補正される。上記Ｑ４４の判別でＮＯのときは、飽和タイヤが存在しないときなので、このときはそのままＱ４７に移行される。

前記Ｑ４１の判別でＹＥＳのときは、例えば、図１３に示すような状態のときである。このときは、Ｑ４６において、目標ヨーモーメントＹＭｏとなるように、各タイヤの制動力が補正される。

以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜変更可能である。例えば、図１０のＱ４における式（Ａ）あるいは式（Ｂ）を用いたタイヤ力の配分制御において、決定されるタイヤ力として、横力ｆxi、前後力ｆyiの他に、接地荷重ｆzi（ｉ＝１〜４）を加えるようにしてもよい。この場合は、用いるパラメータとしてさらに、Ｆｚｆ、Ｆｚｒ、Ｆｚ１，Ｆｚ２，Ｆｚ３、Ｆｚ４を用いればよい。ただし、Ｆｚ１は左前輪１ＦＬに作用する荷重であり、Ｆｚ２は右前輪１ＲＲに作用する荷重であり、Ｆｚ３は左後輪１ＲＬに作用する荷重であり、Ｆｚ４は右後輪１ＲＲに作用する荷重である。また、Ｆｚｆは、車体前部での荷重であり、Ｆｚ１とＦｚ２とを加算した値となる。さらに、Ｆｚｒは、車体後部の荷重であり、Ｆｚ３とＦｚ４とを加算した値となる。勿論、ＦｚｆとＦｚｒとの加算値が、車体重量となる。このように、接地荷重ｆｚｉを用いた制御は、各タイヤについて、最大タイヤ力ｆｍａｘを積極的に運動制御のために変更するものとなり（各タイヤの負荷率ηｉとして式（Ａ）あるいは式（Ｂ）に反映される）、接地荷重ｆｚｉに関する制御は、具体的にはサスペンション制御装置１３を制御することによるロール/ピッチ制御となる。そして、決定された接地荷重ｆｚｉは、Ｑ２０あるいはＱ４７において、目標ロール/ピッチ角となり、Ｑ２１あるいはＱ４８での制御では、目標ロール/ピッチ角となるようにサスペンション制御装置１３が制御される。

式（Ａ）あるいは式（Ｂ）に用いた負荷率ηの代わりに、負荷率に関連した他の値、例えばタイヤ余裕力を用いてもよく、この場合は、各式（Ａ）あるいは（Ｂ）において、ηの代わりにタイヤ余裕力の逆数を用いて、評価関数Ｊを最小化する横力ｆｘｉと前後力ｆｙｉ（さらにはｆｚｉ）を決定すればよい。また、タイヤ力配分の制御のためのロジック（制御式）は、実施形態に示すものに限らず、タブ特許文献１に記載のもの等、適宜のものを選択し得るものである。なお、フローチャートに示すステップあるいはステップ群は、コントローラＵの有する機能として把握することができ、またその機能を示す総称に「手段」の名称を付して表現することもできる。

本発明が適用された車両の一例を示す簡略斜視図。 本発明の制御系統例をブロック図的に示す図。 最大タイヤ力と横力と前後力とタイヤ負荷率との関係を示す図。 回避操舵と要求される車両応答性との関係を示す特性図。 各タイヤの負荷率がほぼ同一の状態を示す簡略平面図。 図５の状態から、タイヤ力の配分制御によって各タイヤの負荷率が変更された状態の一例を示す図。 前右タイヤのみが飽和タイヤとされた状態を示すもので、図５に対応した図。 前左右の２つのタイヤのみが飽和タイヤとされた状態を示すもので、図５に対応した図。 図８の状態からの前後力補正後の状態を示すもので、図５に対応した図。 図７〜図９に関連した制御例を示すフローチャート。 図７〜図９に関連した制御例を示すフローチャート。 前左右の２つのタイヤがそれぞれ飽和タイヤとされた状態を示すもので、図５に対応した図。 前左右の一方のタイヤと後左右の一方のタイヤとがそれぞれ飽和タイヤとされた状態を示すもので、図５に対応した図。 図１２，図１３に関連した制御例を示すフローチャート。

符号の説明

ＶＣ：自動車（車両）
Ｕ：コントローラ（タイヤ力配分制御装置）
１０：転舵角制御装置
１１：制動力制御装置
１２：駆動力制御装置
１３：サスペンション制御装置
２０：タイヤ力センサ
Ｓ１：ブレーキセンサ
Ｓ２：アクセルセンサ
Ｓ３：ハンドルセンサ
Ｓ４：路面μセンサ
ｆｍａｘ：最大タイヤ力
ｆｘ：横力
ｆｙ：前後力
η：負荷率
Ｊ：評価関数
Ｆｘｏ：目標横力
Ｆｙｏ：目標前後力
ＹＭｏ：目標ヨーモーメント

Claims (8)

1. 前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
   各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
   前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
   前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
   前記飽和タイヤ検出手段によって飽和タイヤが存在することが検出されたとき、該飽和タイヤにおける横力不足分を算出する不足横力算出手段と、
   前記不足横力算出手段で算出された不足横力を、前記飽和タイヤに対して左右反対側にある他のタイヤに加算する横力増大手段と、
   を備えていることを特徴とする車両の運動制御装置。
2. 請求項１において、
   前記飽和タイヤ検出手段によって、左右で対をなす２つのタイヤがそれぞれ飽和タイヤであることが検出されたとき、該各飽和タイヤにおける前後力を減少させる前後力減少手段と、
   前記前後力減少手段によって減少された前後力を、前記飽和タイヤに対して前後方向の位置関係となる他のタイヤの前後力として加算する前後力増大手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする車両の運動制御装置。
3. 請求項２において、
   前記減少される前後力が制動力であって、かつ前記前後力増大手段による前後力の増大によって前記他のタイヤも飽和タイヤになるときは、前記前後力減少手段および前後力増大手段の作動が禁止される、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
4. 前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
   各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
   前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
   前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
   前記飽和タイヤ検出手段によって、左右で対をなす２つのタイヤが飽和タイヤであることが検出されたとき、該各飽和タイヤにおける前後力を減少させる前後力減少手段と、
   前記前後力減少手段によって減少された前後力を、前記飽和タイヤに対して前後方向の位置関係となる他のタイヤの前後力として加算する前後力増大手段と、
   を備えていることを特徴とする車両の運動制御装置。
5. 前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
   各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
   前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
   前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
   前記飽和タイヤ検出手段によって、前後いずれか一方のタイヤにのみ飽和タイヤが存在することが検出されたとき、目標ヨーモーメントとなるように前後他方のタイヤの横力を補正する横力補正手段と、
   を備えていることを特徴とする車両の運動制御装置。
6. 前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するタイヤ力配分制御手段を備えた車両の運動制御装置であって、
   各タイヤの実際のタイヤ力を検出するタイヤ力検出手段と、
   前記タイヤ力検出手段で検出されたタイヤ力に基づいて、各タイヤの負荷率を決定する負荷率決定手段と、
   前記負荷率が所定値以上となってタイヤ力が飽和状態近くにある飽和タイヤを検出する飽和タイヤ検出手段と、
   前記飽和タイヤ検出手段によって、前後両方のタイヤについて飽和タイヤが存在することが検出されたとき、目標ヨーモーメントとなるように全タイヤの制動力を調整する制動力調整手段と、
   を備えていることを特徴とする車両の運動制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
   前記タイヤ力配分制御手段によって決定された各タイヤ毎の横力と前後力とに基づいて各タイヤの予測負荷率を決定する予測負荷率決定手段を備え、
   前記飽和タイヤ検出手段は、前記予測負荷率に基づいて前記飽和タイヤの検出を行うようにされている、
   ことを特徴とする車両の運動制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、
   タイヤ力配分制御手段が、次式（１）に基づく評価関数Ｊが最小となるように、各タイヤに配分する横力ｆｘｉと前後力ｆｙｉを決定する、
   ことを特徴とする車両の運動制御装置。
   Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
   ＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜） −−（１）
   ただし、
   Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
   Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
   ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
   Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
   Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
   η１＝左前タイヤの負荷率
   η２＝右前タイヤの負荷率
   η３＝左後タイヤの負荷率
   η４＝右後タイヤの負荷率
   Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
   Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）

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