JP2670626B2 - 車両の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両の姿勢制御装置に関し、更に詳しく
は、車両の主操向装置とは別に補助操向装置を設けて、
車両の姿勢を望む方向へ制御する車両の姿勢制御装置に
関するものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

従来より、車両の姿勢制御装置の一つに、４輪操舵車
がある（「電子制御の後輪実舵角の適応：ヨー角速度操
舵系の一考察」、金井、内門、他、第７回適用制御シン
ポジウム予稿集、1982年２月発行）。この４輪操舵車
は、第２図に示すように、先ず後輪に油圧シリンダー７
と該シリンダー７を制御する油圧制御装置８とからなる
補助操舵機構１を設ける。次に、車速と前輪の主操舵角
を検出器２、３により測定し、この両測定値から車体の
望ましいヨーレートの値を目標ヨーレート演算回路４に
より演算し、指令する。次に、この指令値とジャイロ５
により検出したヨーレートの実際値との差を演算する。
次に、回路６がヨーレートの偏差から補助操舵角を演算
し、補助操舵機構１の制御装置８へ指令する。これによ
り、油圧シリンダー７が作動して後輪の向きを変える。
以上の構成によりこの４輪操舵車では、例えば、横風外
乱が加わって車体がドライバーが意図した方向と異なっ
た方向へ動いた場合、補助操舵機構１が作動して姿勢を
本来あるべき方向へ立て直すことができるとしている。

しかしながらこの４輪操舵車では、走行中の車両に対
して横風が作用すると、この横風は第３図に示すように
前輪付近に加わる（矢印Ａ）。この横風による時計方向
のモーメントを打消すために後輪を時計方向に操向させ
ると（矢印Ｂ）、同図中矢印Ｃの方向にサイドフォース
が生じ、横風で生じるヨーレートが抑制されるとともに
このサイドフォースにより同時に同図中の上下方向の横
力が新たに発生する。このため、車体の回転は抑制され
るものの横方向への平行移動が逆に助長され、ドライバ
ーに不安感を与える。また、補助操舵機構が故障して動
かなくなった場合、後輪がある向きに固定される可能性
が高く大変危険である。さらに、この従来装置では、低
μ路で走行した場合、前輪操舵角が大きくなりすぎると
後輪のスリップ角が限界値を越え、後輪の操舵ができな
くなるという問題点があった。

これら従来技術の問題点を解決する方法として、本出
願人は先に「車両の主操向装置とは別に補助操向装置を
設けて車両の姿勢を望む方向へ制御する車両の姿勢制御
装置」（特願昭62−270034号）を提案した。この姿勢制
御装置は、第４図に示すように、操舵角センサ20により
出力される操舵角信号と車速センサ10aより出力される
車速信号とから最適な目標挙動量を演算する目標挙動量
演算手段50aと、該目標挙動量演算手段50aより出力され
た目標挙動量信号と挙動センサ30より出力された検出挙
動量との偏差を演算する偏差演算手段61と、該偏差演算
手段61より出力された挙動量偏差信号に基づき補正量を
演算する補正量演算手段62と、該補正量演算手段62から
出力された補正量信号に基づき車両姿勢制御量を演算す
るモータ指令値演算手段63とからなる制御量演算手段60
と、該制御量に基づいて従動輪91,92の各々の軸のトル
クを連続的に可変制御するそれぞれのモータ81,82とか
らなる。これにより、車両の姿勢を望む方向へ制御する
ことを実現した。

しかしながらこの姿勢制御装置は、低μ路で走行する
場合、操舵角と車速だけにより目標挙動量が演算される
ため高μ路で走行する場合と同様の挙動量（ヨーレー
ト、横Ｇなど）が指令され、これに従い同じ駆動力・制
動力が配分されると車輪がグリップ限界を越えてタイヤ
が過剰なスリップを起こし、延いてはスピンが発生する
虞れがある。また、この低μ路走行時の問題を路面状況
を考慮してタイヤが過剰なスリップを生じないような駆
動力・制動力配分がされるように目標挙動量を算出する
ことにより防止しても十分ではなく、さらに未熟なドラ
イバーがハンドルを大きく切りすぎると、操舵角に応じ
た大きなモーメントを後輪が出力するためタイヤが非線
型領域（タイヤのスリップ角に比例したコーナーリング
フォースが得られない領域）に入ってしまい、スピンが
発生し大変危険であるという問題があった。

そこで、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点
を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結
果、本発明を成すに至ったものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、外乱発生時や路面状態などの外部環
境がどのような状況であっても、姿勢制御時に好ましく
ない横力を発生させることなく、安全でかつ制御可能範
囲が広い車両の補助操向制御装置を提供することにあ
る。

本発明者らは、上述の従来技術の問題に対し、以下の
ことに着眼した。

上記従来技術の不具合は、路面とタイヤ間の摩擦
（μ）の変化に対する適応性が十分ではないことにあ
る。そこで、本発明者らは、車両状態量等から路面とタ
イヤ間の摩擦を推定し、このμ推定値を用いて路面の状
況に応じた最適な目標挙動量を決定することにより、上
記問題点を解決することに着眼した。

すなわち、操舵角および車速等の車両状態量を検出
し、該車両状態量などから推定された路面とタイヤ間の
摩擦（μ）と前記検出値とに基づき目標挙動量をドライ
バーが望んでいる挙動量として演算して制御の目標値と
して出力し、ジャイロなどの車両挙動量検出手段で計測
した実際のヨーレートなどの車両挙動量と前記目標値と
の偏差に応じた制御力を発生させて、車両の非駆動輪の
左右各輪にそれぞれ設けたモータに駆動力差を発生させ
て車体にモーメントを付加することにより、車両の姿勢
を望む方向へ制御するようになした。

〔第１発明の説明〕 発明の構成 本発明の車両の姿勢制御装置は、第１図に示すよう
に、車両の主操向装置とは別に補助操向装置を設けて車
両の姿勢を制御する姿勢制御装置において、車両の状態
量を検出する車両状態量検出手段10と、ハンドルの操舵
角を検出する操舵角検出手段20と、車両の挙動量を検出
する車両挙動量検出手段30と、前記車両状態量検出手段
10より出力された車両状態量信号と、必要に応じて，前
記操舵角検出手段20より出力された操舵角信号または前
記車両挙動量検出手段30より出力された車両挙動量信号
の少なくとも一方と、から路面とタイヤ間の摩擦（μ）
を推定する路面状況推定手段40と、前記車両状態量検出
手段10より出力された車両状態量信号と前記操舵角検出
手段20より出力された操舵角信号と前記路面状況推定手
段40より出力されたμ推定信号とから車両に働く外乱或
いは車両状態を考慮して最適な目標挙動量を演算する目
標挙動量演算手段50と、該目標挙動量演算手段50より出
力された目標挙動量信号と前記車両挙動量検出手段30よ
り出力された検出挙動量信号との偏差を演算する偏差演
算手段61と，該偏差演算手段61より出力された挙動量偏
差信号に基づき該挙動量偏差に等価的な補正量を演算す
る補正量演算手段62と、該補正量演算手段62より出力さ
れた補正量信号に基づき車両姿勢を補正制御するために
必要な駆動力または制動力の少なくとも一方に見合う制
御量を演算するモータ指令値演算手段63とからなる制御
量演算手段60と、該制御量演算手段60の出力であるモー
タ指令信号に基づきモータに供給される電力を調節する
第一モータ制御装置71および第二モータ制御装置72と，
該第一モータ制御装置71および第二モータ制御装置72に
接続して電力をモータに供給する電力供給源73とからな
る駆動手段70と、該駆動手段70で制御された電力に基づ
き車両に働く外乱或いは車両状態を考慮した目標挙動量
に対する検出挙動量の偏差に応じた制御力を発生すべく
車両の推進用原動機の動力が直接伝達されない従動輪9
1,92の各々の軸のトルクを連続的に可変制御する第一の
モータ81および第二のモータ82とからなることを特徴と
するものである。

発明の作用 上記構成よりなる本発明の作用は、次のようである。

すなわち、本発明は車両の主操向装置とは別に補助操
向装置を設けて車両の姿勢を制御する姿勢制御装置にお
いて、先ず、車両状態量検出手段10において、車速、車
輪速度、モータ電流などの車両状態量を検出し、該車両
状態量に相当する電気信号などに変換する。また、操舵
角検出手段20において、ハンドルにおける操舵角を検出
し、操舵角に相当する電気信号などに変換する。また、
車両挙動量検出手段30において、ヨーレート、横速度な
どの車両の挙動変化量を検出し、該挙動変化量に相当す
る電気信号などに変換する。

次に、路面状況推定手段40において、前記車両状態量
検出手段10より出力された車両状態量信号と、必要に応
じて，前記操舵角検出手段20より出力された操舵角信号
または前記車両挙動量検出手段30より出力された車両挙
動量信号の少なくとも一方から、路面とタイヤ間の摩擦
（μ）を推定し、μ推定値信号を出力する。

次に、目標挙動量演算手段50において、前記車両状態
量検出手段10より出力された車両状態量信号と前記操舵
角検出手段20より出力された操舵角信号と前記路面状況
推定手段40より出力されたμ推定信号とから、車両に働
く外乱或いは車両状態を考慮して最適な目標挙動量を演
算し、制御の目標値として出力する。

次に、制御量演算手段60において、先ず、偏差演算手
段61で、前記目標挙動量演算手段50より出力された目標
挙動量信号と前記車両挙動量検出手段30より出力された
検出挙動量信号との偏差を演算する。次いで、補正量演
算手段62において、該偏差演算手段61より出力された挙
動量偏差信号に基づき該挙動量偏差に等価的な補正量を
演算する。次いで、モータ指令値演算手段63において、
該補正量演算手段62より出力された補正量信号に基づき
車両姿勢を補正制御するために必要な駆動力または制動
力の少なくとも一方に見合う制御量を演算し、制御量演
算御手段60の出力として、モータ指令信号を出力する。

次に、この制御量演算手段60の出力であるモータ指令
信号に基づき駆動手段70において、第一モータ制御装置
71および第二モータ制御装置72により、モータに供給さ
れる電力を調節することにより第一のモータ81および第
二のモータ82において車両の推進用原動機の動力が直接
伝達されない従動輪に車両に働く外乱或いは車両状態を
考慮した目標挙動量に対する検出挙動量の偏差に応じた
制御力を与えるように第一のモータ81および第二のモー
タ82を駆動する。

なお、駆動手段70の電力供給源73は、該第一モータ制
御装置71および第二モータ制御装置72に接続して電力を
モータに供給している。

しかして、目標挙動量演算手段50で演算された挙動量
と車両挙動量検出手段30で検出された挙動量の大きさに
より、以下のように作用する。

ｉ）目標挙動量演算手段50で演算された挙動量と車両挙
動量検出手段30で検出された挙動量が一致した場合、制
御量演算手段60の出力はゼロとなり、従動輪91、92のモ
ータ81、82はトルクを発生しない。

ii）車両挙動量検出手段30で検出された挙動量が目標挙
動量演算手段50で演算された挙動量より大きい場合は、
偏差演算手段61の出力に負の信号が発生し、この信号に
より補正量演算手段62が車両の挙動量を抑制するのに必
要なモーメントを演算する。このモーメントは、２個の
モータ81、82のトルク差に比例する。モータ指令値演算
手段63では、先ずこのトルク差を作るために２個のモー
タ81、82が分担すべきトルクを決定する。例えば、通常
は、トルク差の1/2の駆動トルクと制動トルクを指令す
るが、双方とも駆動トルクあるいは制動トルクであって
もよい。次に、この指令トルクを発生させるのに必要な
２つのモータ81、82の電圧あるいは電流を、使用するモ
ータの形式に応じて演算する。この指定値に基づき、通
常のモータ制御で使われる電圧・電流制御回路、チョッ
パ、インバータ等のパワー調整器の作用によって所定の
トルクを発揮し、これによって車両にモーメントを付加
し、挙動量を抑制することによって望む挙動量に近づけ
る。

iii）車両挙動量検出手段30で検出された挙動量が目標
挙動量演算手段50で演算された挙動量より小さい場合
は、偏差演算手段61の出力に正の信号が発生し、この信
号により補正量演算手段62が車両の挙動量を増大するの
に必要なモーメントを演算する。このモーメントは、以
下上述のii）の場合と同様に、２個のモータ81、82のト
ルク差によりこのモーメントを車両に付加し、挙動量を
増大することによって望む挙動量に近づける。

発明の効果 本発明の車両の姿勢制御装置により、外乱発生時や路
面状態などの外部環境がどのような状況であっても、姿
勢制御時に好ましくない横力を発生させることなく、安
全でかつ制御可能範囲が広い車両の補助操向制御装置を
提供することにある。すなわち、横風等の外乱によりド
ライバーが望む挙動量よりも大きな挙動量が車両に発生
した場合、２個のモータによって新たに付加されたモー
メントが挙動量を抑制し、外部環境がどのような状況で
あっても外乱によって乱された車両の姿勢を本来の向き
に復元することができる。

また、逆に、車両の積載重量が大きくなった場合な
ど、ドライバーの操舵に対する車両の姿勢変化の応答性
が悪化するとき、モータにより付加されるモーメントが
挙動量を助長するので、ドライバーは応答性の劣化を体
感することなく、定常時と同じ操舵感覚で運転すること
ができる。

さらに、主操舵装置の操舵により得られるはずの挙動
量を上回るように目標挙動量を設定すれば、モータの補
助モーメントにより、その車両本来の特性を上回る旋回
性能が得られ、緊急のレーンチェンジが要求される場合
に迅速な方向転換により対処できる。

本発明の車両の姿勢制御装置は、さらに以下の効果を
奏することができる。

１）以上の挙動量の補正は、従来のように、補正操舵機
構によって車輪の向きを変えて行うのではなく、左右の
従動輪の駆動差によって車体に発生する駆動量を利用し
ているので、横方向の速度に影響を与えることなく挙動
量だけを増減できる。従って、従来のように制御により
ドライバーに新たな違和感を与える虞れはない。

２）また、挙動量の補正量は路面状況および操舵角を基
にタイヤの非線型性を考慮しているため、タイヤが過剰
なスリップを生じたりタイヤが充分なコーナリングフォ
ースを出さないような領域に入らないように前記補正量
が決定されので、路面μの低下やドライバのハンドルの
切りすぎによる車両のふらつきやスピンを防止し、より
車両の操安性を向上させることができる。

３）さらに、モーメントを付加する手段がモータである
ので、制御系が故障したときの安全性が高い。すなわ
ち、一般に、車両の電子制御装置は、高・低温、振動、
ノイズなどの悪環境下で使用されるのが普通で、誤動作
を皆無にすることは極めて難しい。この装置は故障モー
ドを大別すると、過大な制御量が指令される場合と制御
がされない場合の二つになる。車両にとってより重大で
あるのは前者の場合である。従来の補助操舵機構を用い
る方式では、このモードの故障の場合、誤った方向に車
輪が操向されたままになるので、致命的な事故につなが
る危険性がある。本発明の装置では、過大な制御量が指
令されると破壊するようにモータ制御装置を設定してお
くことにより、過大な制御量が指令されてもモータ制御
装置の破壊により電力が遮断されるので、姿勢を変化さ
せる機能は失われるものの、操縦不能になる危険性はな
い。

４）モータ駆動車両で駆動輪の左右のモータに回転数差
を設けて挙動量を補正する従来の方式では、駆動力を限
界近くまで上げても走行している場合は回転数差を発生
させる余地がない。本発明では、車両を推進する車輪と
は異なる車輪（従動輪）に駆動力差を設けて挙動量を補
正する。従って、推進車輪の駆動力が路面をグリップで
きる限界に達していたとしても、これに無関係に姿勢制
御のためのモーメントを付加できる。特に、凍結路のよ
うに、すべり限界駆動力が低い道路では、従動輪の左右
ともに駆動側のトルクを与えることにり、トータルの推
進力を増加させうるので、所謂４輪駆動車と同様な走行
安定性をも期待できる。４）本発明では、車両の主原動
機の駆動輪とは別の従動輪にモータを設けているので、
踏切、交差点などで主原動機が故障して停止したような
緊急の場合に、モータを作動させて脱出し危険を回避す
ることができる。

〔実施例〕

第１実施例 本発明の第１実施例の車両の姿勢制御装置を、第５図
および第６図を用いて説明する。

本実施例の車両の姿勢制御装置は、主操向装置を有す
る車両の補助操舵装置に適用したもので、左右のモータ
に大きさが等しく向きが逆のトルクを指令するタイプの
例である。

本実施例装置は、第５図に示すように、車両状態量検
出手段11と、操舵角検出手段21と、車両挙動検出手段31
と、路面状況検出手段41と、目標挙動量演算手段51と、
制御量演算手段600と、駆動手段700と、第一のモータ81
1と、第二のモータ821とからなる。

車両状態量検出手段11は、車速センサ111と、回転速
度センサ112、113と、電流センサ114、115とからなる。

車速センサ111は車両Ｖの速度を検出するもので、タ
コジェネレータで構成しており、トランスミッション
（図示せず）に組込まれている。回転速度センサ112
は、第１モータ811の回転速度を検出するもので、エン
コーダで構成しており、モータ軸に組込まれている。回
転速度センサ113は、第２モータ812の回転速度を検出す
るもので、エンコーダで構成しており、モータ軸に組込
まれている。電流センサ114は、第１モータ811の電流を
検出するもので、ホール素子で構成しており、第１モー
タ制御装置内のチョッパ回路とモータの間に組込まれて
いる。電流センサ115は、第２モータ812の電流を検出す
るもので、ホール素子で構成しており、第２モータ制御
装置内のチョッパ回路とモータの間に組込まれている。

操舵角検出手段21は、車両ＶのハンドルＨの操舵角を
測定するもので、磁気エンコーダで構成した操舵角セン
サ211からなり、該ハンドルＨと同軸上に取りつけられ
ている。

車両挙動検出手段31は、車両Ｖの挙動量としてのヨー
レートを検出するもので、レートジャイロで構成するヨ
ーレートセンサ311からなり、車室内の床上に組込まれ
ている。

路面状態検出手段41は、スリップ率演算回路411と路
面μ推定値演算回路412とからなり、前記車速センサ111
より出力された車速信号と前記回転速度センサ112、113
より出力されたモータ回転速度信号と、電流センサ11
4、115より出力されたモータ電流信号から路面μ推定値
を演算する。

目標挙動量演算手段51は、目標ヨーレート演算回路51
1からなり、前記路面状態検出手段41より出力された路
面μ推定値と前記操舵角センサ211より出力された操舵
角信号と前記車速センサ111より出力された車速信号と
から目標ヨーレートを演算する。

制御量演算手段61は、偏差演算手段610と、補正量演
算手段620と、モータ指令値演算手段630とからなる。

偏差演算手段610は、前記目標ヨーレート演算手段511
より出力された目標ヨーレート信号と前記ヨーレートセ
ンサ311より出力された検出ヨーレート信号との偏差演
算する減算回路611からなる。

補正演算手段620は、前記減算回路611より出力された
ヨーレート偏差信号に基づき、該ヨーレート偏差をゼロ
にするために必要な付加モーメントを演算するモーメン
ト演算回路621からなる。

モータ指令値演算手段630は、前記モーメント演算回
路621より出力された補正信号（モーメント指令値）の
大きさと符号（正負）から、左右各モータが発揮すべき
駆動トルクないし制動トルクを演算するトルク演算回路
631、633と、このトルクを発生するのに必要な電流を、
モータの形式に応じて演算する電流演算回路632、634と
からなり、車両姿勢を補正制御するために必要な制御量
を演算する。

駆動手段700は、第一モータ制御装置（左）710と、第
二モータ制御装置（右）720と、電力供給源730とからな
る。

第一モータ制御装置710は、電力供給源730と第一のモ
ータ811に接続して、該モータに供給する電力のパワー
を調節する第一チョッパ711と、第一のモータ811に指令
された電圧または電流値に基づいて該第一チョッパ711
を制御する信号を出力する第一の電圧・電流制御回路71
2とからなる。

第二モータ制御装置720は、電力供給源730と第二のモ
ータ821に接続して、該モータに供給する電力のパワー
を調節する第二チョッパ721と、第二のモータ821に指令
された電圧または電流値に基づいて該第二チョッパ721
を制御する信号を出力する第二の電圧・電流制御回路72
2とからなる。

電力供給源730は、第一モータ制御装置811と第二モー
タ制御装置821に接続して、電力をモータに供給するバ
ッテリーからなる。

第一のモータ811は、左の従動輪911に接続し、前記駆
動手段700で制御された電力に基づき該従動輪の各々の
軸のトルクを連続的に可変制御する。

第二のモータ821は、右の従動輪921に接続し、前記駆
動手段700で制御された電力に基づき該従動輪の各々の
軸のトルクを連続的に可変制御する。

上記スリップ率演算回路411、路面μ推定値演算回路4
12、目標ヨーレート演算回路511、減算回路611、モーメ
ント演算回路621、およびトルク演算回路631、633と電
流演算回路632、634から構成されるモータ指令値演算回
路630は、マイクロコンピュータによる演算処理により
行う。

この演算処理で行う機能を、第６図に基づいて詳細に
説明する。

先ず、車速センサ111よりタコジェネレータの出力を
ディジタル値に変換した車速の実際値として車速ｕの値
を、回転速度センサ112より磁気エンコーダのパルスカ
ウント値として左従動輪911の車輪速n_Lの値を、回転速
度センサ113より磁気エンコーダのパルスカウント値と
して左従動輪921の車輪速n_Rの値を、電流センサ114より
電流計の出力をディジタル値に変換した第１モータ811
へ供給される電流I_mLの値を、電流センサ115より電流計
の出力をディジタル値に変換した第２モータ821へ供給
される電流I_mRの値を操舵角センサ211より、磁気エンコ
ーダのパルスのカウント値として操舵角δ_ｆの値を、ヨ
ーレートセンサ311よりレートジャイロの出力をディジ
タル値に変換したヨーレートの実際値としてヨーレート
ωの値を、それぞれ読み込む（P1）。

次に、スリップ率演算回路411では、先ず、次式の計
算を行う。

Δv_L＝n_L・R_L−ｕ ・・・（１） Δv_R＝n_R・R_R−ｕ ・・・（２） ここで、Δv_i（ｉ＝L,R）が零以上ならば（３）式に
よりスリップ率S_i（ｉ＝L,R）を計算し、もしΔv_i（ｉ
＝L,R）が零未満ならば（４）式によりスリップ率S
_i（ｉ＝L,R）を計算する。

ここで、R_Lは左従動輪911タイヤ半径、R_Rは右従動輪9
21タイヤ半径である。（P2） 次に、路面μ推定値演算回路412では、まず次式の計
算を行う。

ΔS_i（ｋ）＝S_i（ｋ）−S_i（ｋ−１） （ｉ＝L,R） ・・・（５） ここで、S_i（ｋ）（ｉ＝L,R）は、今回のステップP2
において計算されたスリップ率S_i（ｉ＝L,R）であり、S
_i（ｋ−１）（ｉ＝L,R）は前回のステップで計算された
スリップ率S_i（ｉ＝L,R）である。

もし、ΔS_i（ｋ）（ｉ＝L,R）が零以上ならば、次式
により左従動輪911のμ推定値_Ｌおよび右従動輪921の
μ推定値_Ｒを計算する。

ここで、I_Lは左従動輪911および第１モータ811軸の慣
性モーメントの和であり、I_Rは右従動輪921および第２
モータ821軸の慣性モーメントの和であり、W_Lは左従動
輪911にかかる垂直荷重であり、W_Rは右従動輪921にかか
る垂直荷重である。

T_mi（ｉ＝L,R）は、電流I_mLおよびI_mRを用いて次式に
より計算する。

T_mi＝C_i・I_mi（ｉ＝L,R） ・・・（７） ここで、C_iは電流からトルクへの変換係数である。

_ｉ（ｉ＝L,R）は、次式により計算する。

ここで、n_i（ｋ）は今回のステップで読み込んだ値
で、n_i（ｋ−１）は前回のステップで読み込んだ値であ
る。Ｔはサンプリングタイムである。

次に、次式の計算を行う。

Δ_ｉ（ｋ）＝_ｉ（ｋ）−_ｉ（ｋ−１） （ｉ＝L,R） ・・・（９） ここで、_ｉ（ｋ）は今回のステップで（６）式によ
り計算された値であり、_ｉ（ｋ−１）は前回のステッ
プで計算された値である。

もし、Δ_ｉ（ｋ−１）が零以上で、Δ_ｉ（ｋ）が
零未満であれば、次式のようにμ_ｉ（ｉ＝L,R）を定め
る。

μ_ｉ（ｋ）＝_ｉ（ｋ−１）（ｉ＝L,R） ・・・（10） 次に、Δ_ｉ（ｋ）が上記以外の条件、およびΔS
_i（ｈ）が零未満の場合は次式のようにμ_ｉ（ｉ＝L,R）
を定める。

μ_ｉ（ｋ）＝μ_ｉ（ｋ−１）（ｉ＝L,R） ・・・（11） 次に、路面μ推定値を次式により計算する。

μ＝min.｛μ_Ｒ（ｋ），μ_Ｌ（ｋ）｝ ・・・（12） ここで、min.｛ ，｝は、両者のうち、小さい方をと
ることを意味する。（P3） 次に、目標ヨーレートω^＊を、次の式で計算する（P
4）。

ω^＊＝K₁・ｆ_μ（μ）・δ_ｆ ・・・（13） ここで、K₁は、車速ｕに対して、 K₁＝β₁/（α₁u＋１） ・・・（14） のように変化する比例定数である。α_１、β_１は、適当
な定数である。ｆ_μ（μ）は次式で表される関数であ
る。

ここで、ａμは適当な定数である。

次に、減算回路621に相当するプログラムでは、次の
計算を実行する（P5）。

Δω＝ω^＊−ω ・・・（16） 次に、必要モーメントｍは、ヨーレート偏差Δωか
ら、次式に従って求める（P6）。

ｍ（ｋ）＝a₀・Δω（ｋ）＋a₁・Δω（ｋ−１） ＋ｍ（ｋ−１） ・・・（17） ここで、ｋは、制御する時点を表わす。上式は、連続
値制御系のPI（比例・積分）制御の演算式に相当する。
a₀が比例ゲイン、a₁が積分ゲインである。これらのゲイ
ンは、測定値の誤差等の原因により、系が不安定になる
限界内で、大きく選ぶ。

次に、左右モータの指令トルクT_R、T_Lは、次式に従っ
て求める（P7）。

T_R＝−（m/t）・（r/λ）T_L＝−T_R ・・・（18） ｔは、モータがついている車輪間の距離（トレッド
９、ｒは車輪の半径、λはモータから車輪に至る減速比
である。車両の重心に立って、時計回りのモーメントを
正にとれば、T_Rが制動トルク、T_Lが駆動トルクである。

次に、モータ電流指令値i_R ^＊、i_L ^＊は、次式に従って
求める（P8）。

i_R ^＊＝T_R/K_t i_L ^＊＝T_L/K_t ・・・（19） K_tは、モータのトルク定数である。

次に、予め設定された制限式（最大値制限）に基づ
き、P8で得られたi_R ^＊、i_L ^＊の出力値を決定する（P9、
P10、P11）。

上述のプログラムと第５図の各回路との関係を示す
と、以下のようである。

・スリップ率演算回路411→P2 ・路面μ推定値演算回路412→P3 ・目標ヨーレート演算回路11→P3、P4 ・減算回路211→P5 ・モーメント演算回路221→P6 ・トルク演算回路231、233→P7 ・電流演算回路232、234→P8、P9、P10、P11 次に、電圧・電流制御回路712、722は、通常の電流制
御形のパルス幅変調（PWM）回路を用いる。i_R ^＊、i_L ^＊
の値と、センサ114、115で検出したモータ電流i_R、i_Lと
の偏差信号を作り、この信号と三角波の搬送波を比較
し、両者の大小関係に応じて発生させたパルスでチョッ
パ711、721を駆動して、各モータの電流が指令値に追従
するように制御する。

上記構成からなる本実施例の作用および効果は、以下
のようである。

先ず、車速を測定する車速センサ111の出力であるタ
コジェネレータの出力をディジタル値に変換した車速の
実際値として車速ｕおよび車輪速を推定する車輪の回転
速度センサ112、113の出力であるタコジェネレータの出
力をディジタル値に変換した車輪の回転速度n_L、n_Rおよ
びモータ電流を推定するための電流センサ114、115の出
力である電流計の出力をディジタル値に変換したモータ
電流値L_mL、L_mRは、路面状況推定手段41に入力される。

また、車両Ｖのハンドル角を測定する操舵角センサ21
1の出力である磁気エンコーダのパルスのカウント値と
しての操舵角δ_ｆおよび前記車速ｕは目標挙動量演算手
段51に入力される。

また、車両Ｖの挙動量としてのヨーレートを検出する
ヨーレートセンサ311の出力である、レートジャイロの
出力をディジタル値に変換したヨーレートの実際値とし
てのヨーレートωの値は、偏差演算手段611に入力され
る。

次に、路面状況推定手段41において、まずスリップ演
算回路411において車速ｕと車輪の回転速度n_L、n_Rから
（１）〜（４）式によりスリップ率S_L、S_Rを算出し、路
面μ推定値演算回路412に出力する。

次いで、路面μ推定値演算回路412において、モータ
電流値L_mL、L_mRから（７）式によりモータトルクT_mL、T
_mRを算出するとともに、該モータトルクT_mL、T_mR、前記
スリップ率S_L、S_Rおよび車輪の回転速度n_L、n_Rから、
（５）、（７）〜（12）式により路面μ推定値μを算出
し、目標挙動量演算手段51に入力される。

次に、目標挙動量演算手段51において、操舵角信号δ
_ｆと車速信号ｕと路面μ推定値μとから目標ヨーレート
ω^＊演算し、制御量演算手段600の減算回路611に出力す
る。

次いで、制御量演算手段600において、先ず、偏差演
算手段610の減算回路211により、目標ヨーレート信号ω
^＊と検出ヨーレート信号ωとを偏差演算して得たヨーレ
ート偏差信号Δωを、補正演算手段620に出力する。次
に、補正演算手段620のモーメント演算回路621により、
ヨーレート偏差信号Δωに基づき、該ヨーレート偏差を
ゼロにするために演算した付加モーメントｍ（ｋ）をモ
ータ指令値演算手段630に出力する。更に、モータ指令
値演算手段630において、トルク演算回路631、633によ
り、モーメント指令値ｍ（ｋ）に基づき演算した指令ト
ルクT_R、T_Lを出力し、電流演算回路632、634により、指
令トルクT_R、T_Lから演算したモータ電流指令値i_R ^＊、i_L
^＊をモータ811、821に出力する。

更に、駆動手段700のモータ制御装置731、732におい
て、モータ811、821に出力されたモータ電流指令値
i_R ^＊、i_L ^＊に基づき電圧・電流制御回路712、722により
チョッパ711、721を制御し、モータに供給する電力を調
節する。

次に、モータ811、821により、駆動手段30で制御され
た電力に基づき該従動輪の各々の軸のトルクを連続的に
可変制御することにより車両の姿勢を制御する。

これにより、或る車速ｕ、或る路面μのもとでドライ
バーがδ_ｆだけ操舵したとすると、その時のドライバー
が望んでいるヨーレートに路面状況を考慮してω^＊が制
御の目標値として、（13）、（14）、（15）式で決定さ
れる。車両がちょうどω^＊のヨーレートをもって走行し
ていれば、（16）式のΔωはゼロであり、制御は行われ
ない。もし、外乱その他の原因で車両の実際のヨーレー
トωがω^＊と一致しないと、その過不足量Δωが（16）
式によって制御周期ごとに計算され、（17）式によって
Δωをゼロにするのに必要なモーメントｍが決定され
る。さらに、ｍを作り出すのに必要なモータにトルク
が、（18）式により大きさが等しく向きが反対のトルク
として求められ、（19）式によって電流の必要値が決定
されて、PWM回路を介してチョッパへ指令される。これ
により、左右のモータが所定のトルクを発生して、車両
のヨーレートを望む値へ近づける。

これにより、本実施例装置を搭載した車両は、モータ
のトルクは駆動トルクと制動トルクで大きさが等しいか
ら、車両の横方向の運動、さらには進行方向の運動に影
響を与えることなくヨーレートのみを独立に制御でき
る。

また、路面μの推定値を用いてμが小さい場合はヨー
レート目標値が小さくなるように算出していることか
ら、路面状況にあった駆動力がタイヤに伝達される。つ
まり、目標ヨーレートは、それを実現するためにタイヤ
が過剰にスリップし、操安性が劣化しないような領域内
に常時あるように算出される。従って、路面μが変化す
る場合でも、安定性を損うことなく車両の応答性を向上
させることができる。

さらに、制動トルクを発生しているモータは発電機と
して作動し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに
変換する。このエネルギーは、制動側のチョッパの入力
側（バッテリー側）へ戻るが、制動側チョッパと駆動側
チョッパは入力側でつながっているので、制動側から回
収されたエネルギーをそのまま駆動側チョッパを介して
駆動モータに供給される。従って、大きなモーメントを
発生する場合でも、バッテリーからは両モータの損失分
のエネルギーのみを供給すればよいので、小さな容量の
バッテリーでよいという特有の効果を奏する。

第２実施例 本発明の第２実施例の車両の姿勢制御装置を、第７図
ないし第９図を用いて、第１実施例との相違点を中心に
詳述する。

本実施例の車両の姿勢制御装置は、主操向装置を有す
る車両の補助操舵装置に適用したもので、左右のモータ
に大きさが異なる駆動側のトルクを指令するタイプの例
である。

本実施例装置は、第７図に示すように、車両状態量検
出手段12と、操舵角検出手段22と、車両挙動検出手段32
と、路面状況検出手段42と、目標挙動量演算手段52と、
制御量演算手段605と、駆動手段705と、第一のモータ81
5と、第二のモータ825とからなる。

車両状態量検出手段12は、車速センサ121からなり、
前記第１実施例と同様に構成する。

操舵角検出手段22および車両挙動量推定手段32は、そ
れぞれ操舵角センサ221、ヨーレートセンサ321からな
り、前記第１実施例と同様に構成する。

路面状態検出手段42は、ヨーレートゲイン演算回路42
1と路面μ推定値演算回路422とからなり、前記車速セン
サ121より出力された車速信号とヨーレートセンサ321よ
り出力されたヨーレト信号と操舵角センサ221より出力
された操舵角信号とから、路面μ推定値を演算する。

目標挙動量演算手段52と制御量演算手段605と、駆動
手段705と、第一モータ制御装置715と、第一のモータ81
5および第二のモータ825は、前記第１実施例と同様に構
成する。

上記ヨーレートゲイン演算回路421、路面μ推定値演
算回路422、目標ヨーレート演算回路521、減算回路61
6、モーメント演算回路626、およびトルク演算回路636,
638と電流演算回路637,639から構成されるモータ指令値
演算回路635は、マイクロコンピュータによる演算処理
により行う。

この演算処理で行う機能を、第８図に基づいて詳細に
説明する。

先ず、車速センサ121よりタコジェネレータの出力を
ディジタル値に変換した車速の実際値として車速ｕの値
を、操舵角センサ221より磁気エンコーダのパルスカウ
ント値として操舵角δ_ｆの値を、ヨーレートセンサ321
よりレートジャイロの出力をディジタル値に変換したヨ
ーレートの実際値としてヨーレートωの値を、それぞれ
読み込む（P21）。

次に、ヨーレートωと操舵角δ_ｆをある周波数域だけ
を通すようなバンドパスフィルターに入力し、その出力
を計算する。この計算は、例えば、次式により計算す
る。（P22） ここで、Ｓはラプラス演算子であり、T₁、T₂は抽出す
る周波数により定められる時定数である。

次に、P22で計算された、_ｆの最大値を以下の式
により計算する。

先ず、次式を計算する。

Δ（ｋ−ｉ）＝（ｋ）−（ｋ−ｉ） （ｉ＝1,2,…,n） ・・・（22） Δ_ｆ（ｋ−ｉ）＝_ｆ（ｋ）−_ｆ（ｋ−ｉ） （ｉ＝1,2,…,n） ・・（23） なお、（ｋ）、_ｆ（ｋ）は今回のステップで計算
された、_ｆの値であり、（ｋ−ｉ）、_ｆ（ｋ−
ｉ）はｉ回前のステップで計算された、_ｆの値であ
る。

ここで、もし次式が満足されるならば、 Δ（ｋ−ｉ）≧０かつΔ（ｋ＋ｉ）≧０ （ｉ＝1,2,…,n） ・・・（24） Δ_ｆ（ｋ−ｉ）≧０かつΔ_ｆ（ｋ＋ｉ）≧０ （ｉ＝1,2,…,n） ・・・（25） 次式により、最大値_max、_{f max}を定める。_max ＝（ｋ） ・・・（26）_{f max}＝_ｆ（ｋ） ・・・（27） 次に、次式によりヨーレイトゲインGwを計算する。
（P23） Gw＝_max/_{f max} ・・・（28） 次に、P23によって計算されたGwと車速ｕとから、第
９図に示したマップにより路面μ推定値を求める。（P2
4） なお、第９図は、ある周波数で操舵したときのヨーレ
イトゲインGwと車速ｕと路面μとの関係を示したマップ
である。ここで、U_i（ｉ＝1,2,…，）は車速であり、μ
の算出時は入力した車速ｕに最も近いU_i（ｉ＝1,2,
…，）を選択する。

次に、目標ヨーレイトω^＊を次式で計算する。（P2
5） ω^＊＝K₁・ｆ（μ，δ_ｆ）・δ_ｆ ・・・（29） ここで、K₁は車速ｕに対して、 K₁＝β₁/（α_１・ｕ＋１） ・・・（30） のように変化する比例定数である。α_１、β_１は適当な
定数である。

ｆ（μ，δ_ｆ）は、次式により計算される。

ｆ（μ，δ_ｆ）＝ｆ_μ（μ）・ｆ_δ（δ_ｆ） ・・・（3
1） このとき、ｆ_μ（μ）は、次式により計算される。

ここで、a₁は零以上の適当な定数であり、ｆ_μ（μ）
が零以下の場合はｆ_μ（μ）＝０とする。また、ｆ
_δ（δ_ｆ）は次式により計算される。

ここで、a₂は零以上の適当な定数であり、ａ_δはそれ
以上の操舵をするとタイヤが非線型領域に入り、コーナ
リングフォースが飽和してしまうような限界値であり、
ｆ_δ（δ_ｆ）が零以下の場合は、ｆ_δ（δ_ｆ）＝０とす
る。従って、δ_ｆがａ_δ以上の場合は、ω^＊を小さく
し、場合によってはドライバの操舵する方向とは逆のモ
ーメントをかけるようにω^＊が決定される。

なお、第８図で示した演算処理で行う機能のうち、上
記以外のP25、P26、P27、P28、P29、P30、P31、P32は、
第１実施例で説明した機能（第６図にも示す）P4、P5、
P6、P7、P8、P9、P10、P11と同様に構成される。

上記構成からなる本実施例の作用および効果は、以下
のようである。

先ず、車速を測定する車速センサ121の出力であるタ
コジェネレータの出力をディジタル値に変換した車速の
実際値として車速ｕと、車両Ｖのハンドル角を測定する
操舵角センサ221の出力である磁気エンコーダのパルス
のカウント値としての操舵角δ_ｆ、および車両Ｖの挙動
量としてのヨーレートを検出するヨーレートセンサ321
の出力であるレートジャイロの出力をディジタル値に変
換したヨーレートの実際値としてのヨーレートωの値
が、路面状況推定手段42に入力される。

次に、路面状況推定手段42において、まずヨーレート
ゲイン演算回路421において、操舵角δ_ｆとヨーレート
ωから（20）〜（28）式によりヨーレートゲインG_wを算
出し、路面μ推定値演算回路422に出力する。

次いで、路面μ推定値演算回路422において、車速ｕ
と前記G_wより路面μ推定値μを算出し、目標挙動量演算
手段52に入力される。

次に、目標挙動量演算手段51において、操舵角信号δ
_ｆと車速信号ｕと路面μ推定値μとから（29）〜（33）
式により目標ヨーレートω^＊演算し、制御量演算手段60
5の減算回路616に出力する。

以下、モーメント演算回路626、モータ指令値演算回
路635、駆動手段705、モータ815、825にかかる動作につ
いては、前記第１実施例で示したものと同様である。

以上の構成により、本第２実施例の車両の姿勢装置
は、前記本発明の効果１）、２）、３）に加えて以下の
ような効果を奏する。

まず、目標ヨーレートω^＊を車速ｕと路面μに加えて
操舵角δ_ｆをもとにタイヤが非線型領域に入るかどうか
を考慮して決定することにより、ドライバがハンドルを
切りすぎた場合、タイヤが充分なコーナリングフォース
を出せない上にそのハンドル角に応じたモーメントを後
輪が出すことにより生じるふらつきやスピン等を防止で
きる。

また、第１実施例では、タイヤのスリップが或る程度
以上大きくならないと（路面のμが或る程度低くない
と）、路面μが推定できなかったが、本実施例装置で
は、通常の操舵時におけるヨーレートの変化によりμの
推定を行うため、より広範囲の路面μの推定が可能とな
った。従って、μの小さい変化も推定でき、そのμの値
によって路面状況に対応した目標ヨーレートω^＊を決定
するため、より操縦安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を示す概略構成図、第２図ないし
第４図は従来技術を示し、第２図はその概略構成図、第
３図は第２図に示した従来技術の問題点を説明する説明
図、第４図は他の従来技術の概略構成図、第５図および
第６図は本発明の第１実施例を示し、第５図はその全体
を示すシステム構成図、第６図は第１実施例で用いるコ
ンピュータプログラムのフローチャート、第７図ないし
第９図は本発明の第２実施例を示し、第７図はその全体
を示すシステム構成図、第８図はその路面μ推定値を求
めるのに用いるヨーレイトゲインG_wと車速ｕと路面μの
関係を示す線図、第９図は第２実施例で用いるコンピュ
ータプログラムのフローチャートである。 10……車両状態量検出手段 20……操舵角検出手段 30……車両挙動量検出手段 40……路面状況推定手段 50……目標挙動量演算手段 60……制御量演算手段 61……偏差演算手段 62……補正量演算手段 63……モータ指令値演算手段 70……駆動手段 71……第一モータ制御手段 72……第二モータ制御手段 73……電力供給源 81……第一のモータ 82……第二のモータ 91、92……従動輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 藤井 昇 (56)参考文献 特開 昭63−203430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−195032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−97470（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の主操向装置とは別に補助操向装置を
   設けて車両の姿勢を制御する姿勢制御装置において、 車両の状態量を検出する車両状態量検出手段と、 ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、 車両の挙動量を検出する車両挙動量検出手段と、 前記車両状態量検出手段より出力された車両状態量信号
   と、必要に応じて，前記操舵角検出手段より出力された
   操舵角信号または前記車両挙動量検出手段より出力され
   た車両挙動量信号の少なくとも一方と、から路面とタイ
   ヤ間の摩擦（μ）を推定する路面状況推定手段と、 前記操舵角検出手段より出力された操舵角信号と前記車
   両状態量検出手段より出力された車両状態量信号と前記
   路面状況推定手段より出力されたμ推定信号とから車両
   に働く外乱或いは車両状態を考慮して最適な目標挙動量
   を演算する目標挙動量演算手段と、 該目標挙動量演算手段より出力された目標挙動量信号と
   前記車両挙動量検出手段より出力された検出挙動量信号
   との偏差を演算する偏差演算手段と、 該偏差演算手段より出力された挙動量偏差信号に基づき
   該挙動量偏差に等価的な補正量を演算する補正量演算手
   段と、 該補正量演算手段より出力された補正量信号に基づき車
   両姿勢を補正制御するために必要な駆動力または制動力
   の少なくとも一方に見合う制御量を演算するモータ指令
   値演算手段と、 からなる制御量演算手段と、 該制御量演算手段の出力であるモータ指令信号に基づき
   モータに供給される電力を調節する第一モータ制御装置
   および第二モータ制御装置と、該第一モータ制御装置お
   よび第二モータ制御装置に接続して電力をモータに供給
   する電力供給源とからなる駆動手段と、 該駆動手段で制御された電力に基づき車両に働く外乱或
   いは車両状態を考慮した目標挙動量に対する検出挙動量
   の偏差に応じた制御力を発生すべく車両の推進用原動機
   の動力が直接伝達されない従動輪の各々の軸のトルクを
   連続的に可変制御する第一のモータおよび第二のモータ
   と、からなることを特徴とする車両の姿勢制御装置。