JP2009208492A - 車両の走行姿勢制御装置及び走行姿勢制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく所望のヨーモーメントが得られる車両の走行姿勢制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】ドライバによるステアリングホイール操舵とは独立して転舵可能な車輪を有する車両の姿勢を制御する装置であって、運転状態に応じて駆動輪の駆動力を設定する手段(S6)と、設定された駆動力が実現可能な範囲内にあるか否かを判定し、実現可能な範囲を超えるときは駆動力を実現可能な駆動力に制限する手段(S8,S12)と、駆動力制限によって生じる車体の横力変化及びモーメント変化を抑制するような各車輪の舵角補正量の組み合わせを算出する手段(S11)と、を有し、各輪の横滑り角変化量がタイヤ横力変化量に影響する度合を表す指標であるタイヤ横力感度に基づいて、舵角補正量の組み合わせを算出する。
【選択図】図６

Description

この発明は、車両の走行姿勢制御装置及び走行姿勢制御方法に関する。

ドライバの操作とは独立して車両の走行姿勢を制御して旋回時などの走行安定性を向上させる車両が研究されている。そのような車両のひとつに、駆動輪ごとに駆動力を制御するものがある。このような車両では、旋回時に車輪の転舵だけでなく、駆動輪ごとに駆動力をも制御することで、所望のヨーモーメントを得ることができ、目標通りのトレースが可能となる。

このような車両において、何らかの理由で目標駆動力が得られない場合、たとえば設定した目標駆動力が実現可能な範囲を超えてしまう場合には、駆動力制御によって実現可能なヨーモーメントが目標ヨーモーメントに不足してしまう。このような場合に、ドライバのステアリングホイール操舵とは独立して車輪の転舵角を補正制御することで、所望のヨーモーメントを得ようとする技術が特許文献１に開示されている。
特開２００５−１９３７５２号公報

本件発明者らは、このような車両の制御手法を日々研究し、上述の従来技術に況してさらに精度よく所望のヨーモーメントが得られる技術の完成に成功した。

このように本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、従来技術に況してさらに精度よく所望のヨーモーメントが得られる車両の走行姿勢制御装置及び走行姿勢制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ドライバによるステアリングホイール操舵とは独立して転舵可能な車輪を有する車両の姿勢を制御する装置であって、運転状態に応じて駆動輪の駆動力を設定する駆動力基本値設定手段(ステップＳ６)と、前記駆動力基本値設定手段で設定された駆動力が実現可能な範囲内にあるか否かを判定し、実現可能な範囲を超えるときは駆動力を実現可能な駆動力に制限する駆動力制限手段(ステップＳ８，Ｓ１２)と、前記駆動力制限手段で駆動力を制限したときに、駆動力制限によって生じる車体の横力変化及びモーメント変化を抑制するような各車輪の舵角補正量の組み合わせを算出する舵角補正量組み合わせ算出手段(ステップＳ１１)と、を有し、前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、各輪の横滑り角変化量がタイヤ横力変化量に影響する度合を表す指標であるタイヤ横力感度に基づいて、舵角補正量の組み合わせを算出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、各輪の横滑り角変化量がタイヤ横力変化量に影響する度合を表す指標であるタイヤ横力感度に基づいて、舵角補正量の組み合わせを算出するようにしたので、駆動輪のうちの一輪が微小時間だけ目標駆動力が得られないような状況下においても、精度よく目標コースをトレース可能になったのである。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

はじめに本発明の理解を容易にするために、本発明の基本的な技術思想について説明する。

旋回時に車輪の転舵角とともに、駆動輪ごとの駆動力をも制御することで、所望のヨーモーメントを得て走行姿勢を制御しようとする車両において、所望通りの駆動力を出せない場合がある。たとえば旋回時に車両の駆動輪のうちの一輪が濡れたマンホールなどを踏んでしまってスリップしてしまい、目標駆動力が微小時間だけ得られないような場合である。このような場合に、ドライバのステアリングホイール操舵とは独立して車輪の転舵角を補正制御することで、所望のヨーモーメントが得られるようになる。

そして本件発明者らは、車輪を転舵すると、タイヤの横滑り角が変化し、横滑り角が変化すればタイヤ横力が変化することに着目した。すなわち、タイヤの駆動力と横力と滑り角との間には、図１のような関係がある。拡大図(図１(Ｂ))にあるように、タイヤを転舵して横滑り角がΔβ_iだけ大きくなり、駆動力Ｆｘ_iが一定のままであるとき、タイヤ横力はΔＦｙ_iだけ大きくなる。

そしてこのような関係は、図２に示すようにタイヤの輪荷重にも影響を受ける。

このように、タイヤを転舵して横滑り角がΔβ_i大きくなることで変化するタイヤ横力の影響をも考慮して舵角を補正すれば一層精度よくヨーモーメントを制御できることを本件発明者らが知見したのである。すなわち、タイヤ横力Ｆｙ_iの変化はヨーモーメントＭに影響する。そこで本件発明者らは、駆動輪がスリップなどして駆動力Ｆｘ_iが制限されるような場合には、タイヤ横力Ｆｙ_iの変化をも考慮して舵角補正量Δδ_iを決定することで、所望のヨーモーメントＭを得るようにしたのである。このようにすることで、駆動輪のうちの一輪が微小時間だけ目標駆動力が得られないような状況下においても、精度よく目標コースをトレース可能になったのである。

次に図３を参照して車両に作用する力について説明する。

各車輪１〜４を左に転舵する場合を考える。

左前輪１は、車両前後方向に対して舵角δ₁[単位：rad]だけ転舵されている。このとき駆動力はＦｘ₁[単位：N]、タイヤ横力はＦｙ₁[単位：N]である。なお舵角δ_i(i=1〜4)は各車輪の回転方向が車両前後方向と一致している状態を０とし、車両を鉛直上方から見て反時計回りを正とする。駆動力Ｆｘ_iは舵角δ_iが全て０のときに車両を前方に加速させる方向を正とし、タイヤ横力Ｆｙ_i[単位：N]は舵角δ_iが全て０のときに車両を左方向に加速させる方向を正とする。

右前輪２、左後輪３、右後輪４も同様である。なお右前輪については添字２を付し、左後輪については添字３を付し、右後輪については添字４を付す。

車両重心Ｇには、タイヤ力の総和の車両前後方向成分Ｆｘ[単位：N]、タイヤ力の総和の車両横方向成分Ｆｙ[単位：N]、各車輪のタイヤ力によって発生する車両重心周りのヨーモーメントＭ[単位：Nm]が作用する。なおヨーモーメントＭは車両を鉛直上方から見て反時計回りを正とする。

また図３において前後輪のトレッド長Ｌｔ[単位：m]、車両重心軸から前輪車軸までの距離Ｌｆ[単位：m]、車両重心軸から後輪車軸までの距離Ｌｒ[単位：m]であり、ホイールベース長Ｌｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ[単位：m]である。

次に図４を参照して、各車輪に発生した駆動力Ｆｘ_i及びタイヤ横力Ｆｙ_iの合力(タイヤ力)の車両前後方向成分Ｆｘ_i'及び車両横方向成分Ｆｙ_i'を考える。なお図４(Ａ)は転舵角δ_iの場合を示し、図４(Ｂ)は転舵角δ_i＋Δδ_iの場合を示す。

図４(Ａ)のように各車輪を舵角δ_iだけ切った場合におけるＦｘ_i'及びＦｙ_i'は次式(1-1)及び式(1-2)で表される。ただし、Ｆｘ_i'は車両を前方に加速する方向を正とし、Ｆｙ_i'は車両を左方向に加速させる方向を正とする。

次に車輪の駆動力Ｆｘ_iは変化せず、車輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されるときのタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iを考える。図４(Ｂ)に示すように、各車輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されると、Ｆｘ_i'，Ｆｙ_i'は次式(2-1)及び式(2-2)で表される。

したがって、各車輪の駆動力Ｆｘ_iは変化せず、各車輪の舵角がδ_iからδ_i＋Δδ_iに切り増されるときのＦｘ_i'の変化量ΔＦｘ_i'は、式(1-1)及び式(2-1)の辺々の差をとることで求めることができ次式(3-1)となる。また同じくＦｙ_i'の変化量ΔＦｙ_i'は、式(1-2)及び式(2-2)の辺々の差をとることで求めることができ次式(3-2)となる。なお式(3-1)及び式(3-2)ではΔδ_iが微小であり、cosΔδ_i≒１，sinΔδ_i≒Δδ_i，Δδ_i ²≒０と近似した。

そして各車輪の横滑り角β_iとタイヤ横力Ｆｙ_iとには上述の図１に示す関係がある。

図１は輪荷重Ｗ及び路面摩擦係数μに変化が無いとしたときの駆動力Ｆｘ_iとタイヤ横力Ｆｙ_iの関係を表した図である。横軸が駆動力Ｆｘ_iであり、縦軸がタイヤ横力Ｆｙ_iである。なお、横滑り角β_iの符号は、車輪の前後方向から車輪速度の方向までの角度が鉛直上方から見て反時計回りになっている場合を正とする。

ここで、車輪の現在の状態が、駆動力Ｆｘ_i，タイヤ横力Ｆｙ_i，横滑り角β_iであるときに、横滑り角変化量Δβ_iのタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iに対する影響度合を表す指標をタイヤ横力感度g_i(i=1〜4)と定義する。すなわち、タイヤ横力感度g_iは、次式(4)のように定義される。なお横滑り角変化Δβ_i及びタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iは微小であるとする。

したがって、横滑り角変化量Δβ_i及びタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iが微小であるときには、「g_iΔβ_i＝ΔＦｙ_i」である。タイヤ横力や転舵調整機構等の遅れやキャンバー角変化等を無視することができ、「g_iΔβ_i＝ΔＦｙ_i≒g_iΔδ_i」とおけるとすると、舵角変化量Δδ_iのときの車両前後方向成分Ｆｘ_i'の変化量ΔＦｘ_i'及び車両横方向成分Ｆｙ_i'の変化量ΔＦｙ_i'は、式(3-1)(3-2)から次式(5-1)(5-2)を求めることができる。

したがって式(5-1)(5-2)によれば、舵角がΔδ_iだけ変化したときに、タイヤ横滑り角がΔβ_i変化し、タイヤ横力がΔＦｙ_i変化することを影響をも考慮した上で、車両前後方向成分変化量ΔＦｘ_i'及び車両横方向成分変化量ΔＦｙ_i'を求めることができるのである。

ところで図３の状態において、タイヤ力の総和の車両前後方向成分Ｆｘと、タイヤ力の総和の車両横方向成分Ｆｙと、各車輪のタイヤ力によって発生する車両重心周りのヨーモーメントＭとは次式(6-1)〜(6-3)になる。

したがって、各車輪それぞれの舵角変化量Δδ_iであるときの車両前後方向成分Ｆｘ、車両横方向成分Ｆｙ、ヨーモーメントＭの変化量のΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭは、次式(7-1)〜(7-3)になる。

したがって次式(8)が得られる。

Δδ₁を既知と仮定して、Δδ₂，Δδ₃，Δδ₄について解くと次式(9)が得られる。

したがってΥ₁≠０のときには、現在の動作点周りで、車両前後方向成分Ｆｘ、車両横方向成分Ｆｙ、ヨーモーメントＭをそれぞれΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭだけ変化させる各車輪の舵角変化量Δδ_iが、χを任意定数として次式(10)のように求められる。

式(10)に、目標とする車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを適用すれば、各車輪の舵角補正量Δδ_iが求められる。そして式(10)では、舵角変化量Δδ_iにともなうタイヤ横滑り角変化量Δβ_i及びタイヤ横力変化量ΔＦｙ_iをも考慮している。したがって式(10)によれば、より正確に舵角変化量Δδ_iを算出できるのである。式(10)に基づいてたとえば車両前後方向成分変化量ΔＦｘをゼロに抑えたければ、「ΔＦｘ＝０」とすればよい。このようにすることで式(10)によって、前後力，横力，ヨーモーメントの変化を抑えられるのである。なお式(10)は、ΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭの３つの成分から、４つの成分Δδ₁〜Δδ₄を算出しようとする式であり、Δδ₁〜Δδ₄の組み合わせ(集合)が複数求まる。そこでそのような組み合わせ(集合)の中からΔδ₁〜Δδ₄の二乗和が最小となるものを最適解として求めれば、舵角の補正量も小さくて済む。

以上が本発明の基本的な技術思想である。続いてこのような技術思想を実現する具体的なシステムについて説明する。

図５は、車両構成の一例を示す図である。

車両１００は、左前輪系１０と、右前輪系２０と、左後輪系３０と、右後輪系４０と、操舵系５０と、を含む。

左前輪系１０は、左前輪１と、インバータ１１と、モータ１２と、駆動力センサ１３と、ステアリングアクチュエータ１４と、舵角センサ１５と、を有する。

インバータ１１は、バッテリ９の出力電力をモータ１２に供給する。またインバータ１１は、モータ１２の回生電力をバッテリ９に出力する。

モータ１２は、インバータ１１を介して供給された電力によって左前輪１を駆動する。また左前輪１の制動力によって電力を回生する。

駆動力センサ１３は、左前輪１の駆動力を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

ステアリングアクチュエータ１４は、左前輪１を転舵する。

舵角センサ１５は、左前輪１の転舵角を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

右前輪系２０、左後輪系３０、右後輪系４０についても、基本構成は左前輪系１０と同様である。なお各系を区別するために、右前輪系については二十番台の符号を付する。左後輪系については三十番台の符号を付する。右後輪系については四十番台の符号を付する。

操舵系５０は、ステアリングホイール５と、操舵角センサ５１と、を有する。本実施形態は、操舵系と転舵輪とが機械的な連結をしていない所謂ステアバイワイヤ方式である。操舵角センサ５１は、ステアリングホイール５の操舵角を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

加速度センサ７１は、車両の前後方向加速度及び左右方向加速度を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

ヨーレートセンサ７２は、車両のヨーレートを検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

アクセルペダルポジションセンサ７３は、アクセルペダルの踏込量を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

ブレーキペダルポジションセンサ７４は、ブレーキペダルの踏込量を検出する。検出信号はコントローラ７に送信される。

コントローラ７は、種々信号に基づいて、モータ１２〜４２を制御して車輪１〜４の駆動力を制御するとともに、ステアリングアクチュエータ１４〜４４を制御して車輪１〜４の転舵角を制御する。コントローラ７は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

以下ではコントローラ７の具体的な制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。

図６は、メインルーチンのフローチャートである。

コントローラ７は所定時間(例えば１０ミリ秒)毎に以下の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラ７は、アクセル踏込量ＡＰ、ブレーキ踏込量ＢＰ、ステアリング操舵角θ及び各輪の転舵角δ_iを検出する。

ステップＳ２においてコントローラ７は、車速Ｖを検出する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ３においてコントローラ７は、各車輪の転舵角の基本値δ_i ^#を算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ４においてコントローラ７は、各車輪の横滑りβ_iを算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ５においてコントローラ７は、前後方向目標静的駆動力の目標値Ｆｘ^*を算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ６においてコントローラ７は、各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ７においてコントローラ７は、各車輪の駆動力の上限値Ｆxi_max及び下限値Ｆxi_minを算出する。なお下限値を考えるのは、制動時(回生時)があるからである。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ８においてコントローラ７は、各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#が上限値Ｆｘ_i__max及び下限値Ｆｘ_i__minの範囲内であるか否かを判定する。範囲内であればステップＳ９へ処理を移行し、範囲外であればステップＳ１０へ処理を移行する。

ステップＳ９においてコントローラ７は、駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を駆動力指令値Ｆｘ_i ^***に設定し、転舵角基本値δ_i ^#を転舵角指令値δ_i ^***に設定する。

ステップＳ１０においてコントローラ７は、車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ１１においてコントローラ７は、各車輪の転舵角補正値Δδ_iを算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ１２においてコントローラ７は、駆動力基本値Ｆｘ_i ^#が上限値Ｆｘ_i__maxを超えるときには、上限値Ｆｘ_i__maxを駆動力指令値Ｆｘ_i ^***に設定し、駆動力基本値Ｆｘ_i ^#が下限値Ｆｘ_i__minを超えるときには、下限値Ｆｘ_i__minを駆動力指令値Ｆｘ_i ^***に設定する。また転舵角基本値δ_i ^#に転舵角補正値Δδ_iを加算して転舵角指令値δ_i ^***に設定する。

ステップＳ１３において、コントローラ７は、各車輪の駆動力及び転舵角を指令値に基づき制御する。

図７は、車速検出のサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ２１においてコントローラ７は、各輪の回転速度ω1〜ω4を検出する。

ステップＳ２２においてコントローラ７は、次式(11-1)〜(11-4)に基づいて各輪の速度Ｖ1〜Ｖ4を算出する。

ステップＳ２３においてコントローラ７は、次式(12)に基づいて車速Ｖを算出する。

図８は、各車輪の転舵角の基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ３１においてコントローラ７は、次式(13-1)〜(13-4)に基づいて各車輪の転舵角の基本値δ_i ^#を算出する。

図９は、各車輪の横滑りを算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ４１においてコントローラ７は、ヨーモーメントＭを車両のヨー慣性モーメントＩで除した値を積分してヨーレートγを求める。すなわち次式(14)によってヨーレートγを算出する。

ステップＳ４２においてコントローラ７は、車両の横滑り角の時間微分値β'を次式(15)に基づき算出する。

ステップＳ４３においてコントローラ７は、車両の横滑り角の時間微分値β'を積分して車両の横滑り角βを次式(16)のように算出する。

ステップＳ４４においてコントローラ７は、各車輪の横滑りβ_iを次式(17-1)〜(17-4)に基づき算出する。

図１０は、前後方向目標静的駆動力の目標値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ５１においてコントローラ７は、あらかじめシミュレーション又は実験を通じてＲＯＭに格納された図１１(Ａ)に示すような特性のマップに、アクセル踏込量ＡＰ及び車速Ｖを適用して駆動力Ｆａｘ^*を求める。

ステップＳ５２においてコントローラ７は、あらかじめシミュレーション又は実験を通じてＲＯＭに格納された図１１(Ｂ)に示すような特性のマップに、ブレーキ踏込量ＢＰを適用して制動力Ｆｂｘ^*を求める。

ステップＳ５３においてコントローラ７は、次式(18)に基づいて前後方向目標静的駆動力Ｆｘ^*を演算する。

図１２は、各車輪へ配分する駆動力基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ６１においてコントローラ７は、あらかじめシミュレーション又は実験を通じてＲＯＭに格納された図１３に示すような特性のマップに、車速Ｖ及びステアリング操舵角θを適用して左右駆動力差ΔＦを求める。

ステップＳ６２においてコントローラ７は、次式(19-1)〜(19-4)に基づいて各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#を算出する。

図１４は、各車輪の駆動力の上限値及び下限値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ７１においてコントローラ７は、各輪の路面摩擦係数μ_iを算出する。算出方法を例示すれば、たとえば特開平11-78843号公報に記載されているように、タイヤと路面との間の摩擦係数の勾配である路面摩擦係数勾配を推定することができる技術や、特開平10-114263号公報に記載されているように、路面摩擦係数勾配と等価的に扱うことのできる物理量として、スリップ速度に対する制動トルクの勾配や駆動トルクの勾配に基づいて推定する技術などがある。

ステップＳ７２においてコントローラ７は、各車輪の輪荷重Ｗ_iを算出する。具体的な算出方法は後述する。

ステップＳ７３においてコントローラ７は、次式(20-1)(20-2)に基づいて各車輪の駆動力の上限値Ｆxi_max及び下限値Ｆxi_minを算出する。

図１５は、各車輪の輪荷重を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ７２１においてコントローラ７は、タイヤ力の前後方向成分Ｆｘ、横方向成分Ｆｙに基づいて加速度の車両前後方向成分αｘ、横方向成分αｙを求める。

ステップＳ７２２においてコントローラ７は、次式(21-1)〜(21-4)に基づいて各車輪の輪荷重Ｗ_iを算出する。

図１６は、車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ１０１においてコントローラ７は、各車輪へ配分する駆動力基本値Ｆｘ_i ^#が上限値Ｆxi_max又は下限値Ｆxi_minを超えてしまって制限される量ΔＦｘ_iを次式(22-1)によって求める。また同様にΔＦｙ_i、ΔＭを次式(22-2)(22-3)によって求める。

ステップＳ１０２においてコントローラ７は、車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを次式(23-1)〜(23-3)によって求める。

図１７は、各車輪の転舵角補正値を算出するサブルーチンのフローチャートである。

ステップＳ１１１においてコントローラ７は、上述した式(10)に基づいて各車輪の転舵角補正値Δδ_iを算出する。

本実施形態によれば、上述のように、駆動輪がスリップなどして駆動力Ｆｘ_iが制限されるような場合には、タイヤ横力Ｆｙ_iの変化をも考慮して舵角補正量Δδ_iを決定することで、タイヤ横力変化による車両挙動変化を抑制しつつ、所望のヨーモーメントＭを得るようにしたのである。このようにすることで、駆動輪のうちの一輪が微小時間だけ目標駆動力が得られないような状況下においても、精度よく目標コースをトレース可能になったのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば以下である。

（１）上記で式(10)に基づいて各車輪の転舵角補正値Δδ_iを算出しているが、式(10)は横滑り角変化Δβ_iが微小であることを前提としている。したがって式(10)を利用するにあたっても、ステップＳ１０で求めた車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭをさらに何等分化して、転舵角補正値Δδ_iを算出し、さらにその影響によって車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭの変化を見込んで転舵角補正値Δδ_iを算出し、・・・ということを繰り返すことで各車輪の転舵角補正値Δδ_iを一層正確に算出することができる。なおそのような計算をリアルタイムで行うことが困難であれば、予め想定される場合を計算しておき、コントローラ内に記憶しておけばよい。

（２）舵角補正量の組み合わせを複数求め、それらの中から最適な舵角補正量の組み合わせを算出するとよい。

たとえば、上式(10)において、「ΔＦｘ＝ΔＦｙ＝ΔＭ＝０」として次式(24)が得られる。

そしてこのΔδ_iの集合(組み合わせ)の中から、Δδ_iの二乗和が最小となる組み合わせを選択すればよい。上記の組み合わせが存在する場合は、全ての車両挙動Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍを維持することが可能となる。

（３）「ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭ＝Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ」となるように、転舵角補正量演算式を用いればよい。

この場合は、次式(25)が導かれる。

そして、車両の横滑り角の微分値の変化量Δβ'は次式(26)のようになる。

したがって、「Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ＝cosβ：sinβ：０」とすれば、車両の横滑り角の微分値の変化量Δβ'がゼロとなり、車両挙動の変化がドライバーの違和感を低減するような比率で変化させることができる。したがって、駆動力制限が加わった場合における車両挙動の変化のさせ方を調整でき、ドライバーの運転性を高めることができる。

なおβは微小であるので、簡易的には、「Ｒｘ：Ｒｙ：Ｒｍ＝１：β：０」としてもよい。

（４）上記実施形態では、４輪の転舵角をそれぞれ独立に制御することを前提として説明したが、たとえば前左右輪の舵角が物理的に連動する車両で、転舵角を独立に調整可能な車輪が、前輪(左右は連動)、後左輪、後右輪の３つしかない車両にも適用可能である。

この場合は、上式(8)において、「Δδ₁＝Δδ₂＝Δδ_f」(ただしΔδ_fは前輪舵角δ_fの変化量)とすれば、次式(27)が得られる。

したがってこの式(27)によればΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭを実現するためのΔδ_f，Δδ₃，Δδ₄を求めることができる。

そして、車両挙動の変化によってドライバーが感じる違和感を低減させるには、前後力，横力，ヨーモーメントそれぞれの変化量を一定比に、すなわち、ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭを一定比に保てばよい。このように、ΔＦｘ：ΔＦｙ：ΔＭを一定比に保てば、維持したい車両挙動が２つであるとみなすことができる。したがって、独立して制御可能な転舵角要素が３つしかない車両でも、維持したい車両挙動の数を上回るようになる。そのため、ドライバーに違和感を感じさせない範囲で、精度よく目標コースをトレースできるのである。

また式(27)の場合に、旋回時に重要な車両挙動として特に横力とヨーモーメントを選択的に維持するとよい。すると式(27)のΔＦｘを省略して次式(28)が得られる。

この式(28)によれば、独立して制御可能な転舵角要素が３つしかない車両でも、維持したい車両挙動の数を上回る。このように維持したい車両挙動として、特に横力とヨーモーメントを選択的に維持することで、独立して制御可能な転舵角要素が３つしかない車両でも精度よく目標コースをトレースできるのである。

（５）後左右輪の舵角も物理的に連動する車両、すなわち、転舵角を独立に調整可能な車輪が、前輪(左右は連動)、後輪(左右は連動)の２組しかない車両であっても本発明を適用可能である。

この場合は、上式(28)において、「Δδ₃＝Δδ₄＝Δδ_r」(ただしΔδ_rは前輪舵角δ_rの変化量)とすれば、次式(29)が得られる。

したがってこの式(29)によればΔＦｙ、ΔＭを実現するためのΔδ_f，Δδ_rを求めることができる。

また、横力，ヨーモーメントそれぞれの変化量を一定比に、すなわち、ΔＦｙ：ΔＭを一定比に保つことで、車両挙動の変化によってドライバーが感じる違和感を低減させることができる。このように、ΔＦｙ：ΔＭを一定比に保てば、維持したい車両挙動が１つであるとみなすことができる。したがって、独立して制御可能な転舵角要素が１つしかない車両でも、維持したい車両挙動の数を上回るようになる。そのため、ドライバーに違和感を感じさせない範囲で、精度よく目標コースをトレースできるのである。

（６）上記では、各車輪の駆動力の上限値Ｆxi_max及び下限値Ｆxi_minを、各車輪の路面摩擦係数μ_i及び輪荷重Ｗ_iに基づいて算出したが、たとえば、モータが過熱し破損しないようにする各輪の駆動力の上限及び下限を求め、この上下限値をそれぞれＦxi_max及びにＦxi_minとして設定してもよい。具体的には、各モータの温度から、現在のモータ温度からモータ過熱を抑えることができる最大出力Ｐｔmax[単位：W]との関係を求めたマップ(図１８)をあらかじめ設定し、このＰｔmaxから次式(30-1)(30-2)のように求めるようにすればよい。

タイヤの駆動力と横力と滑り角との間の関係を示す図である。 タイヤの駆動力と横力と滑り角との間の関係を、輪荷重の違いによって示す図である。 車両に作用する力について説明する図である。 車輪に作用する力について説明する図である。 車両構成の一例を示す図である。 メインルーチンのフローチャートである。 車速検出のサブルーチンのフローチャートである。 各車輪の転舵角の基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 各車輪の横滑りを算出するサブルーチンのフローチャートである。 前後方向目標静的駆動力の目標値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 アクセル踏込量と駆動力との特性及びブレーキ踏込量と制動力との特性の一例を示す図である。 各車輪へ配分する駆動力基本値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 車速及びステアリング操舵角と左右駆動力差との関係を示す図である。 各車輪の駆動力の上限値及び下限値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 各車輪の輪荷重を算出するサブルーチンのフローチャートである。 車両前後方向成分変化量ΔＦｘ、車両横方向成分変化量ΔＦｙ、ヨーモーメント変化量ΔＭを算出するサブルーチンのフローチャートである。 各車輪の転舵角補正値を算出するサブルーチンのフローチャートである。 モータの温度と最大出力との関係を示す図である。

符号の説明

１ 左前輪
２ 右前輪
３ 左後輪
４ 右後輪
ステップＳ１ 操舵量検出手段
ステップＳ６ 駆動力基本値設定手段
ステップＳ８，Ｓ１２ 駆動力制限手段
ステップＳ１１ 舵角補正量組み合わせ算出手段

Claims (9)

1. ドライバによるステアリングホイール操舵とは独立して転舵可能な車輪を有する車両の姿勢を制御する装置であって、
   運転状態に応じて駆動輪の駆動力を設定する駆動力基本値設定手段と、
   前記駆動力基本値設定手段で設定された駆動力が実現可能な範囲内にあるか否かを判定し、実現可能な範囲を超えるときは駆動力を実現可能な駆動力に制限する駆動力制限手段と、
   前記駆動力制限手段で駆動力を制限したときに、駆動力制限によって生じる車体の横力変化及びモーメント変化を抑制するような各車輪の舵角補正量の組み合わせを算出する舵角補正量組み合わせ算出手段と、
   を有し、
   前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、各輪の横滑り角変化量がタイヤ横力変化量に影響する度合を表す指標であるタイヤ横力感度に基づいて、舵角補正量の組み合わせを算出する、
   ことを特徴とする車両姿勢制御装置。
2. 前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、制限された駆動力におけるタイヤ横力感度に基づいて舵角補正量の組み合わせを算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両姿勢制御装置。
3. 前記転舵可能な車輪が３つ以上である場合であって、
   前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、舵角補正量の組み合わせを複数求め、それらの中から最適な舵角補正量の組み合わせを算出する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両姿勢制御装置。
4. 前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、各舵角補正量の二乗和が最小な組み合わせを最適な組み合わせとして算出する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両姿勢制御装置。
5. 前記転舵可能な車輪が３つ以上である場合であって、
   前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、駆動力制限によって生じる車体の前後力変化をも抑制するように舵角補正量の組み合わせを算出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両姿勢制御装置。
6. 前記前後力変化と前記横力変化と前記モーメント変化との比を、運転状態に応じ設定する車両挙動変化量設定手段を有し、
   前記舵角補正量組み合わせ算出手段は、前記車両挙動変化量設定手段によって設定された比を実現する舵角補正量の組み合わせを算出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両姿勢制御装置。
7. 前記車両挙動変化量設定手段によって設定された比を実現する、舵角補正量の組み合わせが存在しない場合には、運転状態に応じて前記前後力変化と前記横力変化と前記モーメント変化との比を変更する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両姿勢制御装置。
8. 前記車両挙動変化量設定手段は、前記前後力変化と前記横力変化と前記モーメント変化との比をcosβ：sinβ：０に設定する、
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の車両姿勢制御装置。
9. ドライバによるステアリングホイール操舵とは独立して転舵可能な車輪を有する車両の姿勢を制御する方法であって、
   運転状態に応じて駆動輪の駆動力を設定する駆動力基本値設定工程と、
   前記駆動力基本値設定工程で設定された駆動力が実現可能な範囲内にあるか否かを判定し、実現可能な範囲を超えるときは駆動力を実現可能な駆動力に制限する駆動力制限工程と、
   前記駆動力制限工程で駆動力を制限したときに、駆動力制限によって生じる車体の横力変化及びモーメント変化を抑制するような各車輪の舵角補正量の組み合わせを算出する舵角補正量組み合わせ算出工程と、
   を有し、
   前記舵角補正量組み合わせ算出工程は、各輪の横滑り角変化量がタイヤ横力変化量に影響する度合を表す指標であるタイヤ横力感度に基づいて、舵角補正量の組み合わせを算出する、
   ことを特徴とする車両姿勢制御方法。

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