JP2012111286A - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の車両挙動制御装置のうち一の装置が故障した場合に、車両挙動の乱れを抑制しつつ他の装置へ切り替える。
【解決手段】車両挙動制御装置は、車両（１０）の複数の車両挙動制御手段（４００、５００、６００、８００）から２以上を選択して車両の挙動を制御する挙動制御実行手段（１００）と、選択された車両挙動制御手段のうち少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したか否かを判定する判定手段（１００）と、故障したと判定された場合、故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替え可能な予備挙動制御手段を選択する選択手段（１００）と、予備挙動制御手段を用いた場合に、選択された車両挙動制御手段に係る制御量の変化量を演算する演算手段（１００）と、演算された変化量に基づいて、故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替えるべき予備挙動制御手段を決定する決定手段（１００）と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ：電子制御式パワーステアリング装置）、ＶＧＲＳ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ：可変ギア比ステアリング装置）、ＡＲＳ（Ａｃｔｉｖｅ Ｒｅａｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ：後輪操舵装置）等の各種操舵機構を備えた車両において、該車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、前輪又は後輪の転舵角を変更可能な転舵角制御装置と、駆動力又は制動力を左右輪で異なる配分を行う駆動力配分制御装置と、を備える車両において、車体スリップ角に対するフィードバック量及びフィードフォワード量を転舵角制御装置に出力するスリップ角制御部と、車体のヨーレートに対するフィードバック量及びフィードフォワード量を駆動力配分制御装置に出力するヨーモーメント制御量設定部と、を備え、スリップ角制御部及びヨーモーメント制御量設定部の一方が故障した際に、他方が故障した一方の制御を補償する制御を行う装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、例えば、ＥＰＳ及びＶＧＲＳ等を備えた車両において、該車両を目標走行経路に沿って走行させるＬＫＡ（Ｌａｎｅ Ｋｅｅｐｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔ）時に、走行路の曲率半径に基づいて算出された目標舵角については、ＥＰＳ及び制動力を制御することにより達成し、車線の中心線からの逸脱分についてはＶＧＲＳを制御することにより修正する装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００８−１２６９１６号公報 特開２００７−１６０９９８号公報

特許文献１に記載の技術では、例えば、故障した一方の制御を補償するように他方の制御が切り替えられる際に、車両の挙動が乱れる可能性があるという技術的問題点がある。特許文献２では、該技術的問題点については考慮されていないという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両の挙動を制御するための複数の装置のうち一の装置が故障した場合に、他の装置へ切り替える際に車両挙動の乱れの発生を抑制することができる車両挙動制御装置を提案することを課題とする。

本発明の車両挙動制御装置は、上記課題を解決するために、車両挙動を制御する複数の車両挙動制御手段を備える車両に搭載され、前記複数の車両挙動制御手段から２以上の車両挙動制御手段を選択して、前記車両の挙動を制御するように前記選択された車両挙動制御手段を制御する挙動制御実行手段と、前記選択された車両挙動制御手段のうち少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したか否かを判定する判定手段と、前記少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したと判定された場合、前記複数の車両挙動制御手段のうち、前記挙動制御実行手段により選択されなかった車両挙動制御手段から、前記故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替え可能な車両挙動制御手段である予備挙動制御手段を選択する選択手段と、前記選択された予備挙動制御手段を用いた場合に、前記選択された車両挙動制御手段のうち、前記故障されたと判定された車両挙動制御手段を除いた車両挙動制御手段に係る制御量の変化量を演算する演算手段と、前記演算された変化量に基づいて、前記故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替えるべき予備挙動制御手段を決定する決定手段と、を備える。

本発明の車両挙動制御装置によれば、当該車両挙動制御装置は、車両挙動を制御する複数の車両挙動制御手段を備える車両に搭載されている。ここで、車両挙動制御手段には、例えば、車両の操舵輪の舵角を変更可能な手段、駆動力又は制動力を付与可能な手段、前輪又は後輪の左右制駆動力差を変更可能な手段等が含まれる。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる挙動制御実行手段は、複数の車両挙動制御手段から２以上の車両挙動制御手段を選択して、車両の挙動を制御するように選択された車両挙動制御手段を制御する。

例えばメモリ、プロセッサ、コンパレータ等を備えてなる判定手段は、選択された車両挙動制御手段のうち少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したか否かを判定する。尚、車両挙動制御手段が故障しているか否かは、例えば該車両挙動制御手段から所定の信号が出力されているか否かを検出する等して、判定すればよい。

少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したと判定された場合、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる選択手段は、複数の車両挙動制御手段のうち、挙動制御実行手段により選択されなかった車両挙動制御手段から、故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替え可能な車両挙動制御手段である予備挙動制御手段を選択する。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる演算手段は、故障したと判定された車両挙動制御手段の代わりに、選択された予備挙動制御手段を用いた場合に、選択された車両挙動制御手段のうち、故障されたと判定された車両挙動制御手段を除いた車両挙動制御手段に係る制御量の変化量を演算する。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる決定手段は、演算された変化量に基づいて、故障されたと判定された車両挙動制御手段と切り替えるべき予備挙動制御手段を決定する。具体的には例えば、決定手段は、演算された変化量に基づいて、車両全体の制御量の変化量が比較的小さい予備挙動制御手段を、故障されたと判定された車両挙動制御手段と切り替えるべき予備挙動制御手段として決定する。

挙動制御実行手段は、車両の挙動を制御するために、故障したと判定された車両挙動制御手段に代えて、決定手段により決定された予備挙動制御手段を、当初選択された車両挙動制御手段のうち、故障されたと判定された車両挙動制御手段を除いた車両挙動制御手段と併せて制御する。

本発明では特に、演算手段により演算された変化量に基づいて、決定手段により、故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替えるべき予備挙動制御手段が決定される。このため、少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障した場合に、決定手段が、変化量が比較的小さくなるように予備挙動制御手段を決定すれば、予備挙動制御手段へ切り替える際に車両挙動の乱れの発生を抑制することができる。

尚、少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障していないと判定された場合、挙動制御実行手段は、車両の挙動を制御するために、当初選択された車両挙動制御手段を制御する。

本発明の車両挙動制御装置の一態様では、前記複数の車両挙動制御手段は、車体スリップ角制御手段、ヨーレート制御手段及びセルフアライニングトルク制御手段を含む。

この態様によれば、比較的容易にして車両の挙動を好適に制御することができ、実用上非常に有利である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

本発明の実施形態に係る車両挙動制御装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。 線形２輪モデルの一例を示す図である。 キングピン軸まわりのトルクのつり合いの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両挙動制御装置において、ＥＣＵが実行する車両挙動制御処理を示すフローチャートである。 ＶＧＲＳ切れ角及びＡＲＳ切れ角各々の制御量の一例を示す図である。

以下、本発明に係る車両挙動制御装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。

（車両の構成）
先ず、本実施形態に係る車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る車両挙動制御装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。尚、図１では、本実施形態に直接関係のある部材のみを示し、その他の部材については図示を省略している。

図１において、車両１０は、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲの各車輪を備え、このうち操舵輪である左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲの舵角変化と、左後輪ＦＬ及び右後輪ＦＲの舵角変化によって所望の方向に進行することが可能な構成となっている。

車両１０は、ＥＣＵ１００、エンジン２００、駆動力分配装置３００、ＶＧＲＳアクチュエータ４００、ＥＰＳアクチュエータ５００、ＥＣＢ６００、カーナビゲーション装置７００及びＡＲＳアクチュエータ８００を備える。

ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）１００は、夫々不図示のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備え、車両１０の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットである。

エンジン２００は、車両１０の動力源である。エンジン２００の駆動力出力軸たるクランク軸は、駆動力分配装置の一構成要素たるセンターデファレンシャル装置３１０に接続されている。尚、エンジン２００の詳細な構成は、本実施形態の要旨との相関が薄いため、ここではその詳細を割愛する。

駆動力分配装置３００は、エンジン２００から前述のクランク軸を介して伝達されるエンジントルクを、前輪及び後輪に所定の比率で分配可能に構成されている。駆動力分配装置３００は、センターデファレンシャル装置３１０（以降、適宜“センターデフ３１０”と称する）、フロントデファレンシャル装置３２０（以降、適宜“フロントデフ３２０”と称する）及びリアデファレンシャル装置３３０（以降、適宜“リアデフ３３０”と称する）を備えて構成されている。

センターデフ３１０は、エンジン２００から供給されるエンジントルクを、フロントデフ３２０及びリアデフ３３０に分配するＬＳＤ（Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｓｌｉｐ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ：差動制限機能付き差動機構）である。

センターデフ３１０は、前後輪に作用する負荷が略一定な条件下では、前後輪に対し分配比５０：５０（一例であり限定されない）でエンジントルクを分配する。また、前後輪のうち一方の回転速度が他方に対し所定以上高くなると、当該一方に対し差動制限トルクが作用し、当該他方へトルクが移譲される差動制限が行われる構成となっている。即ち、センターデフ３１０は、所謂回転速度感応式（ビスカスカップリング式）の差動機構である。

尚、センターデフ３１０は、このような回転速度感応式に限らず、入力トルクに比例して差動制限作用が大きくなるトルク感応式の差動機構であってもよい。また、遊星歯車機構により差動作用をなし、電磁クラッチの断続制御により差動制限トルクを連続的に変化させ、所定の調整範囲内で所望の分配比率を実現可能な分配比率可変型の差動機構であってもよい。いずれにせよ、センターデフ３１０は、前輪及び後輪に対しエンジントルクを分配可能な限り、公知非公知を問わず各種の実践的態様を採ってよい。

フロントデフ３２０は、センターデフ３１０によりフロントアクスル（前輪車軸）側に分配されたエンジントルクを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のＬＳＤである。

フロントデフ３２０は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、フロントデフ３２０の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。

フロントデフ３２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もＥＣＵ１００により制御される構成となっている。従って、ＥＣＵ１００は、フロントデフ３２０の駆動制御を介して、所望の前輪左右駆動力差を生じさせることが可能である。

尚、フロントデフ３２０の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある）を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。

リアデフ３３０は、センターデフ３１０によりプロペラシャフト１１を介してリアアクスル（後輪車軸）側に分配されたエンジントルクを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のＬＳＤである。

リアデフ３３０は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、リアデフ３３０の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。

リアデフ３３０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もＥＣＵ１００により制御される構成となっている。従って、ＥＣＵ１００は、リアデフ３３０の駆動制御を介して、所望の後輪左右駆動力差を生じさせることが可能である。

尚、リアデフ３３０の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある）を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。

ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、ハウジング、ＶＧＲＳモータ、減速機構及びロック機構（いずれも不図示）等を備えた操舵伝達比可変装置である。

ＶＧＲＳアクチュエータ４００において、ＶＧＲＳモータ、減速機構及びロック機構は、ハウジングに収容されている。このハウジングは、操舵入力手段としてのステアリングホイル１２に連結されたアッパーステアリングシャフト１３の下流側の端部と固定されており、アッパーステアリングシャフト１３と略一体に回転可能に構成されている。

ＶＧＲＳモータは、回転子たるロータ、固定子たるステータ及び駆動力の出力軸たる回転軸を有するＤＣブラシレスモータである。ステータは、ハウジング内部に固定されており、ロータは、ハウジング内部で回転可能に保持されている。回転軸は、ロータと同軸回転可能に固定されており、その下流側の端部が減速機構に連結されている。このステータには、不図示の電気駆動回路から駆動電圧が供給される構成となっている。

減速機構は、差動回転可能な複数の回転要素を有する遊星歯車機構である。この複数の回転要素の一回転要素は、ＶＧＲＳモータの回転軸に連結されており、また、他の回転要素の一は、前述のハウジングに連結されている。そして残余の回転要素が、ロアステアリングシャフト１４に連結されている。

このような構成を有する減速機構によれば、ステアリングホイル１２の操作量に応じたアッパーステアリングシャフト１３の回転速度（即ち、ハウジングの回転速度）と、ＶＧＲＳモータの回転速度（即ち、回転軸の回転速度）とにより、残余の一回転要素に連結されたロアステアリングシャフト１４の回転速度が一義的に決定される。

この際、回転要素相互間の差動作用により、ＶＧＲＳモータの回転速度を増減制御することによって、ロアステアリングシャフト１４の回転速度を増減制御することが可能となる。即ち、ＶＧＲＳモータ及び減速機構の作用により、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とは相対回転可能である。

尚、減速機構における各回転要素の構成上、ＶＧＲＳモータの回転速度は、各回転要素相互間のギア比に応じて定まる所定の減速比に従って減速された状態でロアステアリングシャフト１４に伝達される。

このように、車両１０では、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とが相対回転可能であることによって、アッパーステアリングシャフト１３の回転量たる操舵角と、ロアステアリングシャフト１４の回転量に応じて一義的に定まる（後述するラックアンドピニオン機構のギア比も関係する）操舵輪たる前輪の舵角δｆとの比たる操舵伝達比が、予め定められた範囲で連続的に可変となる。

尚、ロック機構は、ＶＧＲＳモータ側のクラッチ要素とハウジング側のクラッチ要素とを備えたクラッチ機構である。両クラッチ要素が相互に係合した状態においては、アッパーステアリングシャフト１３とＶＧＲＳモータの回転軸との回転速度が一致するため、必然的にロアステアリングシャフト１４との回転速度もこれらと一致する。即ち、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とが直結状態となる。但し、ロック機構の詳細については、本実施形態との相関が薄いためここでは割愛する。

尚、ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作はＥＣＵ１００により制御される構成となっている。

車両１０において、ロアステアリングシャフト１４の回転は、ラックアンドピニオン機構に伝達される。ラックアンドピニオン機構は、ロアステアリングシャフト１４の下流側端部に接続された不図示のピニオンギア及び当該ピニオンギアのギア歯と噛合するギア歯が形成されたラックバー１５を含む操舵伝達機構であり、ピニオンギアの回転がラックバー１５の図中左右方向の運動に変換されることにより、ラックバー１５の両端部に連結されたタイロッド及びナックル（符号省略）を介して操舵力が各操舵輪に伝達される構成となっている。

ＥＰＳアクチュエータ５００は、永久磁石が付設されてなる回転子たる不図示のロータと、当該ロータを取り囲む固定子であるステータとを含むＤＣブラシレスモータとしてのＥＰＳモータを備えた操舵トルク補助装置である。

このＥＰＳモータは、不図示の電気駆動装置を介した当該ステータへの通電によりＥＰＳモータ内に形成される回転磁界の作用によってロータが回転することにより、その回転方向にＥＰＳトルクＴｅｐｓを発生可能に構成されている。

一方、ＥＰＳモータの回転軸たるモータ軸には、不図示の減速ギアが固定されており、この減速ギアはまた、ロアステアリングシャフト１４に設けられた減速ギアと直接的に又は間接的に噛合している。このため、本実施形態において、ＥＰＳモータから発せられるＥＰＳトルクは、ロアステアリングシャフト１４の回転をアシストするトルクとして機能する。このため、ＥＰＳトルクが、ステアリングホイル１２を介してアッパーステアリングシャフト１３に与えられる運転者操舵トルクと同一方向に付与された場合には、運転者の操舵負担は、ＥＰＳトルクの分だけ軽減される。

尚、ＥＰＳアクチュエータ５００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つその動作がＥＣＵ１００により制御されるモータのトルクによって運転者操舵トルクをアシストする、所謂電子制御式パワーステアリング装置であるが、車両１０に備わるパワーステアリング装置は、油圧駆動装置を介して与えられる油圧駆動力により運転者の操舵負荷を軽減する、所謂油圧パワーステアリング装置であってもよい。

車両１０には、操舵角センサ１６及び操舵トルクセンサ１７が備わる。操舵角センサ１６は、アッパーステアリングシャフト１３の回転量を表す操舵角を検出可能に構成された角度センサである。操舵角センサ１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された操舵角は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

操舵トルクセンサ１７は、運転者からステアリングホイル１２を介して与えられる運転者操舵トルクを検出可能に構成されたセンサである。より具体的に説明すると、アッパーステアリングシャフト１３は、上流部と下流部とに分割されており、図示せぬトーションバーにより相互に連結された構成を有している。係るトーションバーの上流側及び下流側の両端部には、回転位相差検出用のリングが固定されている。

このトーションバーは、車両１０の運転者がステアリングホイル１２を操作した際にアッパーステアリングシャフト１３の上流部を介して伝達される操舵トルク（即ち、運転者操舵トルク）に応じてその回転方向に捩れる構成となっており、係る捩れを生じさせつつ下流部に操舵トルクを伝達可能に構成されている。従って、操舵トルクの伝達に際して、先に述べた回転位相差検出用のリング相互間には回転位相差が発生する。

操舵トルクセンサ１７は、係る回転位相差を検出すると共に、係る回転位相差を操舵トルクに換算して運転者操舵トルクに対応する電気信号として出力可能に構成されている。操舵トルクセンサ１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された運転者操舵トルクは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

尚、操舵トルクの検出方式は、この種のトーションバー方式に限定されず、他の方式が採用されてもよい。

ＥＣＢ６００は、車両１０の前後左右各輪に個別に制動力を付与可能に構成された電子制御式制動装置である。ＥＣＢ６００は、ブレーキアクチュエータ６１０並びに左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲに夫々対応する制動装置６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ及び６２０ＲＲを備える。

ブレーキアクチュエータ６１０は、制動装置６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ及び６２０ＲＲに対し、夫々個別に作動油を供給可能に構成された油圧制御用のアクチュエータである。ブレーキアクチュエータ６１０は、マスタシリンダ、電動オイルポンプ、複数の油圧伝達通路及び当該油圧伝達通路の各々に設置された電磁弁等から構成されており、電磁弁の開閉状態を制御することにより、各制動装置に備わるホイルシリンダに供給される作動油の油圧を制動装置各々について個別に制御可能に構成されている。作動油の油圧は、各制動装置に備わるブレーキパッドの押圧力と一対一の関係にあり、作動油の油圧の高低が、各制動装置における制動力の大小に夫々対応する構成となっている。

ブレーキアクチュエータ６１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、各制動装置から各車輪に付与される制動力は、ＥＣＵ１００により制御される構成となっている。尚、ＥＣＢ６００は、典型的には、車両１０の安定性のために、左右制動力差に制限を設けている。

車両１０は、車載カメラ１８及び車速センサ１９を備える。車載カメラ１８は、車両１０のフロントノーズに設置され、車両１０の前方における所定領域を撮像可能に構成された撮像装置である。車載カメラ１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、撮像された前方領域は、画像データとしてＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出される構成となっている。

ＥＣＵ１００は、この画像データを解析し、例えば、ＬＫＡ（車線維持走行のための操舵補助）制御に必要な各種データを取得可能である。尚、ＬＫＡには、公知の各種態様を適用可能であるので、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。

車速センサ１９は、車両１０の速度たる車速を検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

カーナビゲーション装置７００は、車両１０に設置されたＧＰＳアンテナ及びＶＩＣＳアンテナを介して取得される信号に基づいて、車両１０の位置情報、車両１０の周辺の道路情報（道路種別、道路幅、車線数、制限速度及び道路形状等）、信号機情報、車両１０の周囲に設置された各種施設の情報、渋滞情報及び環境情報等を含む各種ナビゲーション情報を提供可能な装置である。カーナビゲーション装置７００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作状態が制御される構成となっている。

ＡＲＳアクチュエータ８００は、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲの舵角である後輪舵角を、ステアリングホイル１２を介して運転者が与える操舵入力とは独立して変化させることが可能な後輪操舵用アクチュエータである。

ＡＲＳアクチュエータ８００は、ＡＲＳモータと減速ギア機構とを内蔵しており、このＡＲＳモータの駆動回路は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。従って、ＥＣＵ１００は、この駆動回路の制御により、ＡＲＳモータの出力トルクであるＡＲＳトルクを制御することが可能である。

一方、減速ギアは、このＡＲＳモータのトルクを、減速を伴ってリアステアロッド２０に伝達可能に構成されている。

リアステアロッド２０は、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲと、夫々ジョイント部材２１ＲＬ及び２１ＲＲを介して連結されており、ＡＲＳトルクによりリアステアロッド２０が図示左右一方向に駆動されると、各後輪が一方向に転舵する構成となっている。

尚、ＡＲＳアクチュエータ８００は、回転運動をストローク運動に変換可能な直動機構を備えていてもよい。この種の直動機構が備わる場合、リアステアロッド２０は、この直動機構の左右方向のストローク運動に応じて後輪の舵角を変化させてもよい。

尚、後輪操舵装置の実践的態様は、後輪舵角を所定の範囲で可変とし得る限りにおいて、図示ＡＲＳアクチュエータ８００のものに限定されない。

尚、本実施形態に係る車両１０は、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＡＲＳアクチュエータ８００により、前後輪の舵角を運転者側からの操舵入力から独立して制御することができる構成となっているが、本発明に係る車両は、このような車両構成に限定されない。例えば、本発明に係る車両は、車両１０で言えばＶＧＲＳアクチュエータ４００が存在しない、即ち、後輪舵角のみアクティブ制御可能な車両構成であってもよいし、ＡＲＳアクチュエータ８００が存在しない、即ち、前輪舵角のみアクティブ制御可能な車両構成であってもよい。

本実施形態に係る「ＶＧＲＳ４００」、「ＥＰＳ５００」、「ＥＣＢ６００」及び「ＡＲＳ８００」は、本発明に係る「車体スリップ角制御手段」の一例である。本実施形態に係る「ＶＧＲＳ４００」、「ＥＰＳ５００」、「ＥＣＢ６００」及び「ＡＲＳ８００」は、本発明に係る「ヨーレート制御手段」の一例でもある。本実施形態に係る「ＶＧＲＳ４００」、「ＥＰＳ５００」、「ＥＣＢ６００」及び「ＡＲＳ８００」は、本発明に係る「セルフアライニングトルク制御手段」の一例でもある。

（車両挙動制御装置の構成）
本実施形態に係る車両挙動制御装置は、ＶＧＲＳ４００、ＥＰＳ５００、ＥＣＢ６００及びＡＲＳ８００のうちから、２以上の装置を選択して、車両１０の挙動を制御するように該選択された装置を制御するＥＣＵ１００を備えて構成されている。

車両挙動制御装置では特に、ＥＣＵ１００により、車両１０の挙動を制御するために選択された２以上の装置のうち少なくとも一つの装置が故障したか否かを判定される。そして、該少なくとも一つの装置が故障したと判定された場合、ＥＣＵ１００により、上記車両挙動を制御する複数の装置のうち選択されなかった装置（即ち、故障判定されなかった装置）から、故障したと判定された装置と切り替え可能な装置が選択される。

続いて、ＥＣＵ１００により、選択された切り替え可能な装置を用いた場合に、故障判定された装置のうち故障していないと判定された装置に係る制御量の変化量が演算され、該演算された変化量に基づいて、故障したと判定された装置と切り替えるべき装置が決定される。

尚、本実施形態に係る「ＥＣＵ１００」は、本発明に係る「挙動制御実行手段」、「判定手段」、「選択手段」、「演算手段」及び「決定手段」の一例である。本実施形態では、車両１０の各種電子制御用のＥＣＵ１００の機能の一部を、車両挙動制御装置の一部として用いている。

次に、車両挙動制御装置の一部としてのＥＣＵ１００が、どのように、ＶＧＲＳ４００、ＥＰＳ５００、ＥＣＢ６００及びＡＲＳ８００各々の制御量を決定するのかについて、具体的に説明する。尚、本実施形態では線形２輪モデルを用いて、車両１０の挙動を特定又は推定している。

線形２輪モデルを用いた場合、横力のつり合いは、車両１０の重量を“ｍ”として、下記式（１）により表わすことができる。

（１）
ここで、βは車体スリップ角であり、γは重心Ｇまわりのヨーレートであり、Ｋ_ｆは前輪コーナリングパワーであり、Ｋ_ｒは後輪コーナリングパワーであり、δ_ｆは前輪舵角であり、δ_ｒは後輪舵角であり、Ｖは車速である。また、ｌ_ｆは車両重心軸−前輪軸距離であり、ｌ_ｒは車両重心軸−後輪軸距離であり、ｌは前輪軸−後輪軸距離である（図２（ａ）参照）。

また、重心Ｇまわりのモーメントのつり合いは、ヨー慣性モーメントを“Ｉ”として、下記式（２）により表わすことができる。

（２）
ここで、Ｆ_ｆは前輪左右制駆動力差であり、Ｆ_ｒは後輪左右制駆動力差である。尚、左右制駆動力差は、図２（ｂ）のように車両１０の各車輪に力がかかっている場合、次のように定義される。即ち、前輪左右制駆動力差Ｆ_ｆは、右前輪ＦＲに働く制駆動力Ｆ_ｆＲと左前輪ＦＬに働く制駆動力Ｆ_ｆＬとの差分として定義される（Ｆ_ｆ＝Ｆ_ｆＲ−Ｆ_ｆＬ）。同様に、後輪左右制駆動力差Ｆ_ｒは、右後輪ＲＲに働く制駆動力Ｆ_ｒＲと左後輪ＲＬに働く制駆動力Ｆ_ｒＬとの差分として定義される（Ｆ_ｒ＝Ｆ_ｒＲ−Ｆ_ｒＬ）。

次に、車両１０の前輪のキングピン軸まわりのトルクのつり合いは、下記式（３）により表わすことができる。

（３）
ここで、Ｔ_ｓａｔはセルフアライニングトルクであり、τ_ＥＰＳはＥＰＳ５００のトルクをキングピン軸まわりに換算したトルクであり、ｌ_ｋはキングピンオフセットであり、ｌ_ｔはキャスタートレール及びニューマチックトレールの和である（図３参照）。

尚、前輪舵角δ_ｆは、下記式（４）のように書き換えることができる。

（４）
ここで、Ｎはステアリングギヤ比であり、δ_ＶＧＲＳはＶＧＲＳ相対角である。

上記式（１）〜（４）をラプラス変換して整理すると、下記式（５）のようになる。

（５）
尚、本実施形態では、定常状態のみを扱うものとする（即ち、ラプラス演算子ｓ＝０）。

本実施形態では、上記式（５）の右辺における、ＶＧＲＳ相対角δ_ＶＧＲＳ、後輪舵角δ_ｒ、前輪左右制駆動力差Ｆ_ｆ、後輪左右制駆動力差Ｆ_ｒ及びＥＰＳトルクτ_ＥＰＳを制御することにより、目標とする、車体スリップ角β、ヨーレートγ及びセルフアライニングトルクＴ_ｓａｔを実現している。尚、目標とする車体スリップ角β等は、例えばＬＫＡ制御等により決定される。

上述の如く、式（５）の左辺における変数は３つ（即ち、β、γ、Ｔ_ｓａｔ）であるので、式（５）の右辺における５つの変数（即ち、δ_ＶＧＲＳ、δ_ｒ、Ｆ_ｆ、Ｆ_ｒ、τ_ＥＰＳ）のうち３つを選択し、選択されなかった２つについては“０”とすれば、制御量を一意に決定することができる。

車両挙動制御装置の一部としてのＥＣＵ１００は、決定された制御量に基づいて、ＶＧＲＳ４００、ＥＰＳ５００、ＥＣＢ６００及びＡＲＳ８００のうち２以上の装置を制御することによって、目標とする、車体スリップ角β、ヨーレートγ及びセルフアライニングトルクＴ_ｓａｔを実現する。

尚、図２及び図３は、夫々、線形２輪モデルの一例を示す図、及び、キングピン軸まわりのトルクのつり合いの一例を示す図である。

（車両挙動制御処理）
上述の如く構成された車両挙動制御装置において、ＥＣＵ１００が実行する車両挙動制御処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。

図４において、例えばＬＫＡ制御等により、目標とする、車体スリップ角β、ヨーレートγ及びセルフアライニングトルクＴ_ｓａｔが決定されると、ＥＣＵ１００は、該決定された車体スリップ角β等を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、ＥＣＵ１００は、取得された車体スリップ角β等を実現するために制御する装置を選択すると共に、該選択された装置に係る制御量を式（５）により決定する（ステップＳ１０２）。

ここでは、目標車体スリップ角β＝０［ｒａｄ］、目標ヨーレートγ＝０．１０６［ｒａｄ／ｓ］、目標セルフアライニングトルクＴ_ｓａｔ＝０［Ｎｍ］とする。また、ＥＣＵ１００は、式（５）の右辺における５つの変数のうちδ_ＶＧＲＳ、δ_ｒ及びＦ_ｆを選択（即ち、ＶＧＲＳ４００、ＡＲＳ８００及びＥＣＢ６００のうち前輪ＦＲ及びＦＬに係る機構を選択）したものとする。

次に、ＥＣＵ１００は、選択されたＶＧＲＳ４００、ＡＲＳ８００及びＥＣＢ６００のうち少なくとも一つの装置が故障したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。少なくとも一つの装置が故障したと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００は、故障したと判定された装置と切り替え可能な装置を選択する（ステップＳ１０４）。

ここでは、ＥＣＢ６００のうち前輪ＦＲ及びＦＬに係る機構が故障したものとする（つまり、前輪左右制駆動力差Ｆ_ｆを変更できないものとする）。そして、ＥＣＵ１００は、ＥＣＢ６００のうち前輪ＦＲ及びＦＬに係る機構と切り替え可能な装置として、ＥＰＳ５００及びＥＣＢ６００のうち後輪ＲＲ及びＲＬに係る機構（つまり、後輪左右制駆動力差Ｆ_ｒ）を選択したものとする。

次に、ＥＣＵ１００は、ＥＰＳ５００及びＥＣＢ６００のうち後輪ＲＲ及びＲＬに係る機構を用いて目標とする車体スリップ角β等（即ち、目標車両挙動）を実現する場合に、ＶＧＲＳ４００及びＡＲＳ８００各々の当初の制御量からの変化量を演算する（ステップＳ１０５）。

具体的には例えば、ＶＧＲＳ４００及びＡＲＳ８００各々の当初の制御量が、０．２３［ｒａｄ］及び０．０１２５［ｒａｄ］とすると（図５中の点Ｐ０参照）、ＥＰＳ５００を用いる場合（図５中の点Ｐ１参照）、ＶＧＲＳ４００及びＡＲＳ８００各々の制御量は０．０７５［ｒａｄ］及び０．０１７［ｒａｄ］となり、変化量は、（０．２３−０．０７）^２＋（０．０１２５−０．０１７）^２となる。

他方、ＥＣＢ６００のうち後輪ＲＲ及びＲＬに係る機構を用いる場合（図５中の点Ｐ２参照）、ＶＧＲＳ４００及びＡＲＳ８００各々の制御量は０．４８［ｒａｄ］及び０．００５［ｒａｄ］となり、変化量は、（０．２３−０．４８）^２＋（０．０１２５−０．００５）^２となる。図５は、ＶＧＲＳ切れ角及びＡＲＳ切れ角各々の制御量の一例を示す図である。

次に、ＥＣＵ１００は、演算された変化量に基づいて、制御すべき装置を切り替えた際に、故障していない装置の制御量の変化量が小さくなるように、故障した装置と切り替えるべき装置を決定する（ステップＳ１０６）。ここでは、ＥＣＵ１００は、ＥＣＢ６００のうち前輪ＦＲ及びＦＬに係る機構に代えて、ＥＰＳ５００を選択する。

続いて、ＥＣＵ１００は、ＶＧＲＳ４００、ＡＲＳ８００及びＥＰＳ５００を夫々制御して目標車両挙動を実現する（ステップＳ１０７）。その後、リターンされ処理を停止して待機状態となる。即ち、所定の周期によって一義的に決定される次の処理開始時期に到達するまで、ステップＳ１０１の処理の実行を停止して待機状態となる。

このように、本実施形態に係る車両挙動制御装置では、故障した装置を他の装置に切り替える際に、当初選択された装置の制御量の変化量が小さくなるように、故障した装置と切り替えるべき装置が決定される。従って、故障した装置を他の装置に切り替える際に、車両挙動制御に用いている故障していない装置の制御量の変化ができる限り小さい装置と切り替えることで、車両挙動の乱れの発生を抑制することができる。

ステップＳ１０３の処理において、故障した装置は無いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２の処理において選択された装置を制御して、目標車両挙動を実現する（ステップＳ１０７）。その後、リターンされ処理を停止して待機状態となる。

本実施形態では、上述の如く、Ｆｆ、ＶＧＲＳ及びＡＲＳによる車両挙動の制御中に、Ｆｆがフェールした際に、ＥＰＳ、ＶＧＲＳ及びＡＲＳにするか、Ｆｒ、ＶＧＲＳ及びＡＲＳにするか、選択したが、本発明は、その他、使用する３つのデバイスと切り替えるデバイス全ての組み合わせに対して適用することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両挙動制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ…車輪、１０…車両、１１…プロペラシャフト、１２…ステアリングホイル、１３…アッパーステアリングシャフト、１４…ロアステアリングシャフト、１５…ラックバー、１６…操舵角センサ、１７…操舵トルクセンサ、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…制駆動力分配装置、３１０…センターデファレンシャル機構、３２０…フロントデファレンシャル機構、３３０…リアデファレンシャル機構、４００…ＶＧＲＳアクチュエータ、５００…ＥＰＳアクチュエータ、６００…ＥＣＢ、６１０…ブレーキアクチュエータ、６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ、６２０ＲＲ…制動装置、８００…ＡＲＳアクチュエータ。

Claims (2)

1. 車両挙動を制御する複数の車両挙動制御手段を備える車両に搭載され、
   前記複数の車両挙動制御手段から２以上の車両挙動制御手段を選択して、前記車両の挙動を制御するように前記選択された車両挙動制御手段を制御する挙動制御実行手段と、
   前記選択された車両挙動制御手段のうち少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したか否かを判定する判定手段と、
   前記少なくとも一つの車両挙動制御手段が故障したと判定された場合、前記複数の車両挙動制御手段のうち、前記挙動制御実行手段により選択されなかった車両挙動制御手段から、前記故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替え可能な車両挙動制御手段である予備挙動制御手段を選択する選択手段と、
   前記選択された予備挙動制御手段を用いた場合に、前記選択された車両挙動制御手段のうち、前記故障されたと判定された車両挙動制御手段を除いた車両挙動制御手段に係る制御量の変化量を演算する演算手段と、
   前記演算された変化量に基づいて、前記故障したと判定された車両挙動制御手段と切り替えるべき予備挙動制御手段を決定する決定手段と、
   を備えることを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 前記複数の車両挙動制御手段は、車体スリップ角制御手段、ヨーレート制御手段及びセルフアライニングトルク制御手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両挙動制御手段。

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