JP4148133B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、前後輪の一方をエンジンで駆動すると共に他方をモータで駆動する４輪駆動車両における車両の旋回安定制御に関する。

前後輪の一方をエンジンで駆動すると共に他方をモータなどの駆動装置で駆動する４輪（前後輪）駆動車両が知られている。かかる前後輪駆動車両の中には、走行中に車両の拳動が不安定になると、前後輪の駆動力配分比を変えたり、或いは左右輪の駆動力（即ち、「トルク」）配分比を変えたりして、車両挙動の安定を図るものがある。また、モータの出力を一時的に高めてその駆動力を車輪に伝達することにより、運転操作の向上などを図るものが知られている。

例えば、特許文献１に記載された車両の制御装置では、目標ヨーレートと車速を乗算して求めた横方向加速度（以下、単に「横加速度」とも呼ぶ）を用いて、前述のようなモータが接続された左右輪の駆動力分配補正係数を算出するという技術が記載されている。また、特許文献２に記載された技術では、車両の操舵角と、車速と、前後加速度と、横加速度と、ヨーレートなどの車両の走行状態を表すパラメータに基づいて、車両に付与すべき目標のヨーモーメント（以下では、単に「モーメント」と呼ぶ）を算出している。その他に、特許文献３及び４において、車両挙動の安定や運転操作の向上を目的とした、モータなどの駆動装置の制御に関する技術が記載されている。

ところで、車両を旋回させるために運転者が操舵（即ち、ハンドル操作）をした際、車両の挙動は遅れて発生することがわかっている。特に、横加速度は、ハンドル操作に対応するものが遅れて発生するため、ヨーレートの発生と横加速度の発生に遅れが生じてしまう。このように、運転者による操舵において、車両にはヨーレートに遅れて横加速度が発生するので、運転者は自らの操舵に対する車両に働く力などが一致しないとの違和感を覚える場合がある。また、運転者が違和感を覚えることにより、車両の旋回に対して的確なハンドル操作を行うことができなくなり、車両の旋回運動の安定性が損なわれてしまう場合がある。

しかしながら、上記した特許文献１及至４に記載された車両の制御技術においては、モータなどにおいてのモーメントのみの制御しか行っておらず、ステアリング系との協調を行っていないため、車両の操舵時に生ずるヨーレートの発生に対する横加速度の発生の遅れを解消することはできない。

特開平７−１７２８９号公報 特開平１１−３０１２９３号公報 特開平８−４０２３２号公報 特開平１１−１８７５０６号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、前後輪の少なくとも一方の左右輪にモータが搭載された４輪駆動車両において、車両の操舵時に生ずるヨーレートに対する横加速度の発生の遅れを無くし安定した旋回を可能とする車両の制御装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、左右輪を各々独立した左右のモータで駆動する車両の制御装置は、前記車両の操舵時におけるヨーレートに対する横加速度の発生の遅れを利用して、前記モータの駆動により操舵時の車両に与えるべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、前記車両の実操舵角と速度を取得する取得手段と、前記車両の仕様情報を記憶している仕様情報記憶手段と、前記速度と前記仕様情報に基づいて車両の状態量を算出する車両状態量算出手段と、を備え、前記モーメント算出手段は、前記ヨーレートと前記横加速度との関係を示す運動方程式において、前記車両の車体スリップ角の微分値が０になるようにすることで得られる式（１）に基づいて、前記モーメントを算出し、

Ｇｇｙは当該車両の操舵を行ったときの横加速度ゲイン、Ｇβｍは当該車両の前記モーメントを付与したときの車体スリップ角ゲイン、Ｔ１は当該車両の操舵を行ったときの第１の横加速度時定数、Ｔ２は当該車両の操舵を行ったときの第２の横加速度時定数、Ｔｒは当該車両の操舵を行ったときのヨーレート時定数、Ｓはラプラス演算子、δは当該車両の実操舵角、である。

上記の車両の制御装置は、前後輪の少なくとも一方をモータにより駆動する４輪駆動車両において、車両に付与すべきモーメントを算出し、算出されたモーメントに基づいて各モータへの駆動トルクなどを制御する。運転者などによる車両の操舵時、車両のヨーレートの発生に対して横加速度の発生が遅れる。このような操舵時のヨーレートに対する横加速度の発生の遅れを利用して、モータの駆動により操舵時の車両に与えるべきモーメントが算出される。
より具体的には、モーメント算出手段は、ヨーレートと横加速度との関係を示す運動方程式において、車両の車体スリップ角の微分値が０になるようにすることで得られる式（１）に基づいて、モーメントを算出する。つまり、車両の操舵により発生するヨーレートとモーメント付与により発生するヨーレートとを加算した値、及び車両の操舵により発生する横加速度とモーメント付与により発生する横加速度とを加算した値、の関係を示す運動方程式において、車体スリップ角の微分値が０になるようにしてモーメントを算出する。この場合、モーメント算出手段は、車両の実操操舵角と車両状態量に基づいて、車両に付与すべきモーメントを算出する。なお、車両の実操舵角と速度は、車両内に設けられたセンサが検出し、車両の制御装置はセンサからの出力値を取得する。車両の仕様情報は、車両の走行状態に影響を受けない値であり、車両の質量、車両の前輪のコーナリングパワー、車両の後輪のコーナリングパワー、車両のホイールベース、車両の重心点から前輪のドライブシャフトまでの距離、車両の重心点から後輪のドライブシャフトまでの距離、車両のスタビリティファクタなどが挙げられる。また、走行状態に対応する車両状態量は、上記の車両の速度と仕様情報に基づいて算出される。
上記の車両の制御装置によれば、車両に付与すべき適切なモーメント値を即座に算出することができ、車両の操舵時における、ヨーレートに対する横加速度の発生の遅れを精度良く低減することができる。これにより、車両の安定した旋回性能を達成することができる。また、運転者は車両の操舵時に、自らの操舵に対応する車両に働く力などが一致しないとの違和感を覚えない。よって、運転者は車両に対して的確な操舵を行うことが可能であるので、車両が安定した旋回を行うことができる。

上記の車両の制御装置において好適には、前記横加速度ゲインＧｇｙは、式（２）に基づいて算出され、

前記車体スリップ角ゲインＧβｍは、式（３）に基づいて算出され、

前記第１の横加速度時定数Ｔ１は、式（４）に基づいて算出され、

前記第２の横加速度時定数Ｔ２は、式（５）に基づいて算出され、

前記ヨーレート時定数Ｔｒは、式（６）に基づいて算出され、

ｍは当該車両の質量、Ｖは当該車両の速度、Ｉは当該車両のヨー方向の慣性モーメント、Ｋｆは当該車両の前輪のコーナリングパワー、Ｋｆは当該車両の後輪のコーナリングパワー、Ｌは当該車両のホイールベース、Ｌｆは当該車両の重心点から前輪のドライブシャフトまでの距離、Ｌｒは当該車両の重心点から後輪のドライブシャフトまでの距離、ｋｈは当該車両のスタビリティファクタである。
更に好適には、前記算出されたモーメントに基づいて、前記モータを制御する制御手段を有し、前記制御手段は、運転者のハンドルの操作が所定条件を満たして行われた際に、前記モータを制御する。この所定条件としては、運転者のハンドルを回す速度が所定速度以上である場合や、運転者のハンドルを回す角度が所定の角度を超えた場合などが挙げられる。これにより、操舵時の車両に生じるヨーレートに発生に対する横加速度の遅れを適切に低減することができる。また、運転者のハンドルの操作が所定条件を満たした際に車両にモーメントを付与するので、車両を旋回させるためでなく単にハンドル操作が行われた場合などに、無駄にモーメントを付与することはない。

以下、図面を参照して本発明の最良な実施の形態について説明する。

［車両の構成］
まず、本発明の実施形態に係る車両の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両１００の概略構成を示す平面図である。なお、図１に示す車両１００は、４ＷＤ（四輪駆動）仕様のＦＲ車両（エンジン前置き後輪駆動方式）に本発明を適用したものである。

車両１００は、主として、エンジン１と、トルクコンバータ２と、トランスミッション３と、プロペラシャフト４と、ディファレンシャルギヤ５と、後輪用のドライブシャフト６と、前輪用のドライブシャフト９と、左右の後輪７Ｌ及び７Ｒと、左右の前輪１０Ｌ及び１０Ｒと、ハンドル１６と、ステアリングシャフト１８と、操舵角センサ１８と、車速センサ１９と、操舵装置２０と、バッテリー１３と、インバータ１４と、左右の駆動ユニット８Ｌ及び８Ｒと、車両制御システム２００と、を備える。なお、以下の説明では、左右対称に配置された構成要素については、左右の区別が必要な場合は符号に「Ｌ」、「Ｒ」を付し、左右の区別が不要な場合は「Ｌ」、「Ｒ」を省略する。例えば、左右の駆動ユニットを指す場合は「駆動ユニット８」と記述し、左側のモータを指す場合は「駆動ユニット８Ｌ」と記述する。

エンジン１は、燃焼室内の混合気を爆発させて、動力を発生する内燃機関である。燃焼室内での混合気の燃焼によるピストンの往復運動は、コンロッド（図示略）を介してクランクシャフト（図示略）の回転運動に変換される。クランクシャフトは、トルクコンバータ２、トランスミッション３、プロペラシャフト４、ディファレンシャルギヤ５、及びドライブシャフト６を介して後輪７に動力を伝達する。

トルクコンバータ２は、エンジン１とトランスミッション３との間に設けられる。トルクコンバータ２は、油などの作動流体を利用することにより、エンジン１から出力される回転トルクを断続的にトランスミッション３へ伝達するクラッチとしての機能と、その回転トルクを増大させてトランスミッション３へ伝達する機能とを有する。

トランスミッション３は、トルクコンバータ２とプロペラシャフト４との間に設けられ、前進４段（第１速〜第４速）、後進１段の各変速段に対応する複数のギヤ（プラネタリギヤ）などを有する。トランスミッション３は、ＥＣＵからの指令信号に基づき、図示しない油圧制御装置を作動させることにより、低速段から高速段への変速操作（シフトアップ）、或いは高速段から低速段への変速操作（シフトダウン）を行う。

プロペラシャフト４は、トランスミッション３とディファレンシャルギヤ５との間に設けられ、エンジン１から得られる駆動力を後輪７側へ伝達する推進軸である。

ディファレンシャルギヤ５は、複数の傘歯歯車を組み合わせたものから構成され、車両旋回時に内側の車輪と外側の車輪との回転速度を調整するギヤである。具体的には、車両１００が直線道路を走行するときは、ディファレンシャルギヤ５は、左右の後輪７を同一の速度で回転させる。一方、車両１００が旋回運動をするときは左右の後輪７の回転速度差が生じるため、ディファレンシャルギヤ５はそれらの回転速度を調整して、スムーズな旋回運動を可能とする。

ドライブシャフト６は、左右の後輪７と回転自在に連結される車軸である。ドライブシャフト６は、エンジン１からの駆動力によって回転し、後輪７へ動力を伝達する。

駆動ユニット８は、例えば永久磁石型同期式モータなどの電動式モータと減速機とを備え、左右の前輪を駆動させる位置に夫々設けられる。駆動ユニット８Ｒ及び８Ｌの夫々に、インバータ１４と繋がっている電源ケーブル７１が接続され、電圧信号が供給される。そして、その電圧信号に基づいて駆動ユニット８Ｒ及び８Ｌが駆動する。

ドライブシャフト９は左右独立にそれぞれ左右前輪１０と回転自在に連結される車軸である。ドライブシャフト９は、それぞれ左右の駆動ユニット８の出力軸であり、各駆動ユニット８から独立に駆動力を与えられる。即ち、左右前輪１０の駆動は左右の駆動ユニット８により独立に行われる。

ハンドル１６は、運転者が車両１００を旋回させるために操作される。そして、ハンドル１６は、運転者のその操舵力を伝達する。このハンドル１６の中央部にはステアリングシャフト１７が接続されている。即ち、運転者がハンドル１６を操舵すると、ステアリングシャフト１７も回転するようになっている。さらに、ステアリングシャフト１７は、操舵装置２０に接続されている。

操舵装置２０は、運転者のハンドル１６の操舵力を油圧又は電動によって増加すると共に、ハンドル１６の回転を正確にドライブシャフト９へ伝達するための装置である。操舵装置２０の駆動により、前輪１０の車体に対する角度が変更される。

また、車両１００には、車両１００の走行状態などを検出する様々なセンサが設けられている。図１においては、本実施形態に係る車両１００の制御に主に用いるセンサとして、操舵角センサ１８と車速センサ１９を示している。操舵角センサ１８は、ハンドル１６を回したときの前輪１０の実際の操舵角δ（以下、「実操舵角」と呼ぶ）を検出するセンサである。車速センサ１９は、車両１００の走行スピード（即ち、「車速Ｖ」）を検出するセンサである。

操舵角センサ１８の出力信号７４（即ち、「実操舵角δ」に相当する電気信号）は、車両制御システム２００に供給される。また、車速センサ１９の出力信号７５（即ち、「車速Ｖ」に相当する電気信号）も、車両制御システム２００に供給される。

バッテリー１３は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池などの２次電池であり、電源ケーブル７０を介してインバータ１４との間で電力の授受を行う。

インバータ１４は、主として発電電力量を制御する装置であり、電源ケーブル７０を通じてバッテリー１３と、電源ケーブル７１を通じて左右の駆動ユニット８と夫々接続される。また、インバータ１４は車両制御システム２００からトルク制御信号７２を入力される。インバータ１４は、バッテリー１３から電力の供給を受けると、それを左右の駆動ユニット８が駆動するのに適した３相交流電圧に変換する。そして、インバータ１４は、その変換後の３相交流電圧を左右の駆動ユニット８に供給して左右の駆動ユニット８を各々独立に駆動する。尚、インバータ１４による左右の駆動ユニット８の駆動制御は、車両制御システム２００からのトルク制御信号７２に基づきなされる。また、インバータ１４は、車両減速時などに駆動ユニット８から発生する電力の供給を受けると、その電力をバッテリー１２の充電を行うのに適した直流電圧に変換し、電源ケーブル７０を通じてバッテリー１３の充電を行う。

車両制御システム２００は、左右の前輪１０を独立に駆動して車両１００の旋回安定の為の制御を行うシステムである。本実施形態では、車両１００の操舵時に、ヨーレートと横加速度の発生の遅れを低減することができるように、車両１００にモーメントＭを付与する。車両制御システム２００は、この付与すべき最適なモーメントＭを算出する。そして、車両制御システム２００は、こうして算出したモーメントＭに基づいて左右の駆動ユニット８Ｌ及び８Ｒにおける夫々の出力トルクを決定し、この出力トルクに対応するトルク制御信号７２をインバータ１４へ出力する。なお、車両制御システム２００は、図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）内などに設けてもよい。

［車両制御システム］
次に、本発明の実施形態に係る車両制御システム２００について詳細に説明する。車両制御システム２００は、車両１００に対して付与すべきモーメントＭを算出し、このモーメントＭを車両１００が実現できるように左右の駆動ユニット８Ｌ及び８Ｒの出力トルクを決定して駆動制御を行うシステムである。

図２に、車両制御システム２００の構成を示す。車両制御システム２００は、主として、車両仕様情報記憶部２１０と、車両状態量算出部２１２と、モーメント算出部２１４と、コントローラユニット２２０と、を備える。

また、車両制御システム２００は、各種センサ１５０から車両１００の走行状態を示す信号が入力される。そして、車両制御システム２００は、各種センサ１５０の入力信号などに基づいてモーメントＭを算出する。さらに、車両制御システム２００は、このモーメントＭに基づいてトルク制御信号７２を算出して、インバータ１４にトルク制御信号７２を出力する。

各種センサ１５０は、本実施形態では、運転者によるハンドル操作時の実操舵角δを検出する操舵角センサ１８と、左右前後輪に夫々設けられ、それらの各回転速度を検出する車速センサ１９と、から構成される。その他にも、各種センサ１５０には、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ、車両１００の前後加速度及び横加速度を夫々検出する加速度センサ、旋回時における車両１００のヨーレートを検出するヨーレートセンサなどが挙げられるが、本実施形態に係るモーメントＭの算出過程においては、これらの検出値を用いないので図示及び説明を省略する。また、操舵角センサ１８が検出した実操舵角δはモーメント算出部２１４に出力され、車速センサ１９が検出した車速Ｖは車両状態量算出部２１２へ出力される。

車両仕様情報記憶部２１０は、主として、車両１００における、ヨー慣性モーメント（以下、単に「慣性モーメント」と呼ぶ）Ｉ、質量ｍ、ホイールベースＬ、重心点から前輪１０のドライブシャフト９までの距離Ｌｆ、重心点から後輪７のドライブシャフト６までの距離Ｌｒ、前輪１０のコーナリングパワーＫｆ（１輪分のコーナリングパワーを表す）、後輪７のコーナリングパワーＫｆ（１輪分のコーナリングパワーを表す）、車両の静的安定性を示すスタビリティファクタｋｈを記憶している。これらの情報は、車両の走行状態に影響を受けない定数である。車両仕様情報記憶部２１０は、これらの情報を車両状態量算出部２１２へ出力する。

ここで、上記したコーナリングパワーＫｆ及びＫｒについて図５を参照して詳しく説明する。図５では、車両１００はＢで示す方向に進行しており、タイヤ２０はこの進行方向Ｂに対して角度βだけ横すべりしている（以下、この角度を「車体スリップ角」と呼ぶ）様子を表している。ここで、コーナリング中の車両１００には、コーナーの外側に押し出そうとする遠心力が働く。実際には、この遠心力に勝る反対方向のコーナリングフォースＦが生じ、安定したコーナリングを可能にしている。コーナリングフォースＦは、タイヤ２０の接地部の横方向の剛性と摩擦力によって生じる力で、車両１００の進行方向Ｂに対して直角に発生する。そして、コーナリングパワーは、上記の車体スリップ角βの増加とともに増すコーナリングフォースＦの割合を表す定数である。

図２に戻って、車両状態量算出部２１２について説明する。車両状態量算出部２１２は、主として、車速センサ１９から出力された車速Ｖ、前述した車両仕様情報記憶部２１０から出力された慣性モーメントＩ、質量ｍ、ホイールベースＬ、重心点から前輪１０のドライブシャフト９までの距離Ｌｆ、重心点から後輪７のドライブシャフト６までの距離Ｌｒ、前輪１０のコーナリングパワーＫｆ、後輪７のコーナリングパワーＫｆ、スタビリティファクタｋｈ、を取得する。そして、車両状態量算出部２１２は、これら取得した値に基づいて、車両１００の走行状態などを定量的に示す、横加速度ゲインＧｇｙ、モーメントＭを付与したときの車体スリップ角ゲインＧβｍ、第１の横加速度時定数Ｔ１、第２の横加速度時定数Ｔ２、ヨーレート時定数Ｔｒ、を算出する。これらの車両１００の走行状態などを示す値（以下、「車両状態量」と呼ぶ）は、車両状態量算出部２１２又は車両制御システム２００内の図示しないメモリに記憶された演算式に基づいて算出される。そして、車両状態量算出部２１２にて算出された車両状態量を、モーメント算出部２１４に出力する。なお、上記した車両状態量を算出するための演算式などは後述する。

次に、モーメント算出部２１４での処理について説明する。モーメント算出部２１４では、操舵角センサ１８から供給される実操舵角δ、上記した車両状態量算出部２１２から供給される横加速度ゲインＧｇｙ、モーメントＭを付与したときの車体スリップ角ゲインＧβｍ、第１の横加速度時定数Ｔ１、第２の横加速度時定数Ｔ２、ヨーレート時定数Ｔｒ、に基づいて車両１００に付与すべきモーメントＭを算出する。モーメントＭは、モーメント算出部２１４又は車両制御システム２００内の図示しないメモリに記憶された演算式に基づいて算出される。

こうして算出したモーメントＭを車両１００の操舵時に付与することにより、ヨーレートの発生に対する横加速度の発生の遅れを低減することができる。これにより、車両１００は安定した旋回を行うことができると共に、運転者が車両１００を操舵した際に違和感を覚えないようにすることができる。モーメントＭの算出方法・演算式などについては、詳細は後述する。

なお、車両制御システム２００は、運転者からのハンドル１６の操作が所定条件を満たして行われた際に、前述のモーメントＭを算出するための処理が開始される。この所定条件としては、運転者のハンドル１６を回す速度が所定速度以上である場合や、運転者のハンドル１６を回す角度が所定の角度を超えた場合などが挙げられる。また、モーメント算出部２１４は、所定時間毎に操舵角センサ１８や車両状態量算出部２１２などから最新の信号が供給され、その都度モーメントＭを算出するものとする。さらに、モーメント算出部２１４は、運転者の操舵が定常状態に達した場合（例えば、運転者のハンドル１６を回転させる速度が０となった場合）に、処理を終了するものとする。即ち、車両１００の操舵が定常状態になった場合には、車両に対するモーメントＭの付与を行わない。

以上のように算出されたモーメントＭは、コントローラユニット２２０へ出力される。コントローラユニット２２０は、供給されたモーメントＭを実際に車両１００が発生できるように、左右の駆動ユニット８Ｌ及び８Ｒにおける夫々の出力トルクを決定する。そして、コントローラユニット２１４は、決定した出力トルクに対応するトルク制御信号７２をインバータ１４へ出力する。

［モーメントＭの算出方法］
以下では、本実施形態に係る車両１００に付与するモーメントＭの算出方法などについて説明する。なお、モーメントＭの算出は、上述した車両制御システム２００内において、モーメント算出部２１４が、車両状態量算出部２１２及び車両仕様情報記憶部２１０から供給される情報に基づいて行うものとする。

まず、図３を参照して、車両１００の操舵時にヨーレートｒの発生に対する横加速度ｇｙの発生の遅れについて模式的に説明する。なお、図３においては、説明の便宜上、ヨーレートｒの発生と横加速度ｇｙの発生について、車両１００の操舵開始直後の状態から説明を進めていく。

図３（ａ）は、車両１００が旋回運動を開始したときの状態を示している（即ち、運転者が、ハンドル１６の操作を開始したときの状態である）。車両１００の旋回は、運転者がハンドル１６を回すことによって行われる。この場合、道が左方向へカーブしており車両１００は矢印４０の方向に進まなければならないため、運転者は破線領域Ａで示すようにハンドル１６を反時計回り４２に回す。運転者によるハンドル１６の操作開始後、少し遅れて車両１００にはハンドル１６の操作に対応するヨーレートｒが発生する。このヨーレートｒにより、車両１００の進行方向は直進から矢印４０の方向に変更されていく。

次に、図３（ｂ）に図３（ａ）から所定時間経過後の車両１００の状態について示す。図３（ｂ）に示す車両１００には、ヨーレートｒと横加速度ｇｙが働いている。この横加速度ｇｙは、運転者によるハンドル１６の操作開始後に、ヨーレートｒと共に発生すべきであった加速度に当たる。即ち、車両１００の操舵によって発生する横加速度ｇｙは、ヨーレートｒの発生に対して遅れることがわかる。これは、車両１００の操舵後に発生するヨーレートｒに遅れて進行方向に対し車体スリップ角βが付けられるからである。このように、運転者の操舵において、ヨーレートｒに遅れて横加速度ｇｙが発生するので、運転者は違和感を覚える。

そこで、本実施形態においては、車両１００の操舵時に適切なモーメントＭを付与することで、ヨーレートｒに対する横加速度ｇｙの遅れを低減させる。これを模式的に図４に示す。図示のように、運転者の操舵時に、車両１００に破線の矢印で示すモーメントＭを付与する。モーメントＭは、操舵された瞬間の車両１００の走行状態（特に、実操舵角δ）に基づいて最適な値が算出される。こうして算出されたモーメントＭを付与することにより、車両１００には仮想的にハンドル１６の操作に対応する横加速度ｇｙ´（点線で示した白抜き矢印）が即座に発生する。これにより、ヨーレートの発生に対する横加速度の発生の遅れを低減することができる。よって、車両１００は安定した旋回性能を達成することができる。また、運転者は車両１００を操舵した際に違和感を覚えないため的確に操舵を行うことが可能なので、車両１００に安定した旋回を行わせることができる。

以下で、本実施形態に係る車両１００に付与すべき最適なモーメントＭを算出する方法について説明する。

一般的に、車両１００の操舵に対するヨーレートｒと横加速度ｇｙの応答（即ち、車両１００の操舵により発生するヨーレートｒと横加速度ｇｙ）は、それぞれ式（７）及び式（８）で表される。

式（７）及び式（８）は、時間（ｔ）の関数として表された式に対してラプラス変換を行った式である。したがって、式（７）及び式（８）は、Ｓはラプラス演算子であり、ラプラス演算子Ｓの関数として表現されている。なお、式（７）及び式（８）においては、モータなどにより車両１００にモーメントが付与されていない状況での、車両１００の操舵のみにより発生するヨーレートｒと横加速度ｇｙを示しているものとする。

また、式（７）及び式（８）において、Ｇｒは車両１００の操舵を行ったときのヨーレートゲイン、Ｔｒは操舵を行ったときのヨーレート時定数、Ｇｇｙは操舵を行ったときの横加速度ゲイン、Ｔ１は操舵を行ったときの第１の横加速度時定数、Ｔ２は操舵を行ったときの第２の横加速度時定数、ωnは車両１００の車両固有振動数、ζは車両１００のヨー減衰比を示しており、それぞれ式（９）及至（１５）を満たすものとする。

なお、式（９）及至（１５）において、ｍは車両１００の質量、Ｌはホイールベース、Ｌｆは車両１００の重心点から前輪１０のドライブシャフト９までの距離、Ｌｒは車両１００の重心点から後輪７のドライブシャフト６までの距離、Ｋｆは前輪１０のコーナリングパワー（１輪分）、Ｋｆは後輪７のコーナリングパワー（１輪分）、Ｉは車両１００の慣性モーメント、Ｖは車速、ｋｈは車両１００の静的安定性を示すスタビリティファクタを示している。即ち、前述のヨーレートゲインＧｒ、ヨーレート時定数Ｔｒ、横加速度ゲインＧｇｙ、横加速度時定数Ｔ１及びＴ２、車両固有振動数ωn、ヨー減衰比ζは、上記した車両仕様情報記憶部２１０が記憶している車両１００の仕様情報と車速センサ１９が検出した車速Ｖに基づいて算出することができる。

次に、車両１００が旋回運動している際の車両１００に働く力などについて図６を用いて説明する。図示するように、車両１００は速度Ｖで進行し、実操舵角δの状態で（図６においては、説明を簡略化するため、前輪１０（２輪分）の車体に対する角度が実操舵角δに一致するものとして図示している）、矢印４５で示す方向に対して車体スリップ角βを付けて旋回運動をしている。このとき車両１００にはヨーレートｒが発生しており、車体スリップ角βが生じていることから前輪１０にはコーナリングフォースＦｆが働き、後輪７にはコーナリングフォースＦｒが働いている。前述したように、本実施形態では、操舵時の車両１００に対して、横加速度ｇｙがヨーレートｒに対して遅れて発生しないように、点線矢印で示すモーメントＭを付与している。

車両１００に図６に示すような力（車両１００に付与するモーメントＭを含む）が働いているときの、横方向の運動方程式を式（１６）に示し、モーメント運動方程式（重心点Ｇ周りのモーメント運動方程式である）を式（１７）に示す。

式（１７）に示すように、車両１００には本実施形態に係るモーメントＭが付与されている。

横方向の運動方程式を表した式（１６）とモーメント運動方程式を表した式（１７）をそれぞれラプラス変換し、実操舵角δ＝０のもとヨーレートｒと車体スリップ角βについて解くと、式（１８）と式（１９）が得られる。ここで、実操舵角δ＝０としたのは、車両１００にモーメントＭのみを付与したときのヨーレートｒ及び車体スリップ角βを算出するためである。なお、前述の式（７）に示した操舵によるヨーレートｒと、式（８）に示した操舵による横加速度ｇｙは、式（１７）においてモーメントＭ＝０としてヨーレートｒ及び車体スリップ角βについて解くことによって表されている。

式（１８）及び式（１９）は、ラプラス演算子Ｓの関数として表されている。式（１８）において、ｒｍはモーメントＭを付与したときのヨーレートを示しており、式（１９）において、βｍはモーメントＭを付与したときの車体スリップ角を示している。このようにして、モーメントＭを付与したときのヨーレートｒｍと車体スリップ角βｍを求めることができる。

また、式（１８）において、モーメントＭを付与したときのヨーレートゲインＧｒｍは式（２０）で表され、モーメントＭを付与したときのヨーレート時定数Ｔｒｍは式（２１）で表される。

さらに、式（１９）において、モーメントＭを付与したときの車体スリップ角ゲインＧβｍは式（２２）で表される。

前述したように、車両１００の操舵に対して式（７）に示したヨーレートｒと、式（８）に示した横加速度ｇｙが発生する。また、モーメントＭを付与すると式（１８）に示したヨーレートｒｍと、式（１９）に示した横加速度ｇｙｍが発生する。以上から、車両１００を操舵した際に同時にモーメントＭを付与した場合の、車両１００に発生するヨーレートｒ’は式（２３）のように表すことができる。

式（２３）に示すヨーレートｒ’は、式（７）に示した車両１００の操舵によるヨーレートｒと、式（１８）に示したモーメントＭを付与したときのヨーレートｒｍを加算して表される。

一方、車両１００を操舵したときに同時にモーメントＭを付与した場合の、車両１００に発生する横加速度ｇｙ’は式（２４）のように表すことができる。

式（２４）では上段の式に示すように、車両１００の操舵による横加速度ｇｙとモーメントＭを付与したときの横加速度ｇｙｍを加算して求めている。車両１００の操舵による横加速度ｇｙは式（８）にて表される。ここで、モーメントＭの付与による横加速度ｇｙｍは、横加速度ｇｙｍは一般的に式（２５）を満たしており、この式（２５）をラプラス変換すると式（２６）となり、横加速度ｇｙｍをｒｍとβｍで表すことができるので、式（２４）の中段の式のようになる。

したがって、横加速度ｇｙ’は、車両１００の操舵による横加速度ｇｙと、式（１８）に示したモーメントＭを付与したときのヨーレートｒｍと、式（１９）に示したモーメントＭを付与したときの車体スリップ角βｍとを用いて式（２４）の下段に示す式にて表すことができる。

本実施形態では、車両１００の操舵時に、ヨーレートに対する横加速度の遅れを無くすように、モーメントＭを付与する。したがって、モーメントＭを付与することにより、車両１００の操舵時に実際に発生すべき横加速度が得られるように、最適なモーメントＭを算出する。以下、このようなモーメントＭを算出する具体的な方法について説明する。

一般的に、車両１００にヨーレートｒが発生し、車体スリップ角βが生じているときの横加速度ｇｙは、式（２７）で表される。

式（２７）から、ヨーレートｒに対する横加速度ｇｙの遅れは、式（２８）にて表現することができる。

即ち、ヨーレートｒに対する横加速度ｇｙの遅れは、車体スリップ角βの微分値に当たる。

本実施形態では、ヨーレートｒに対する横加速度ｇｙの遅れを無くすようにするため、式（２８）の左辺が０になるようにする必要がある。よって、式（２９）が成立すればよい。

ここで、式（２９）をラプラス変換すると、式（３０）のようになる。

本実施形態では、車体１００の旋回時においてモーメントＭを付与したときに、式（３０）を満たさなければならない。即ち、車両１００の操舵時にモーメントＭを付与した場合の車両１００に発生する横加速度ｇｙ’とヨーレートｒ’は、式（３１）を満たす必要がある。

よって、横加速度ｇｙ’は式（２４）で表され、ヨーレートｒ’は式（２３）にて表されるので、これらを式（３１）に代入すると式（３２）のようになる。

次に、式（３２）に関してモーメントＭについて解くと、式（３３）のように表すことができる。

式（３３）より、車両１００に付与すべきモーメントＭは、車両１００の実操舵角δ、車両１００の操舵を行ったときの横加速度ゲインＧｇｙ、モーメントを付与したときの車体スリップ角ゲインＧβｍ、操舵を行ったときの第１の横加速度時定数Ｔ１、操舵を行ったときの第２の横加速度時定数Ｔ２、操舵を行ったときのヨーレート時定数Ｔｒを用いて算出される。よって、モーメント算出部２１４は、車両状態量算出部２１２などよりこれらの値を取得し、式（３３）に基づいてモーメントＭを算出することができる。したがって、モーメント算出部２１４は、モーメント算出部２１４内又は図示しないメモリ内に記憶された式（３３）を用いて即座にモーメントＭを算出することができる。なお、車両１００に操舵を行った際の横加速度ゲインＧｇｙは、Ｇｇｙ＝ＶＧｒの関係を満たすものとする。

以上のように、車両の操舵時にモーメントＭを付与することで発生するヨーレートｒ’と横加速度ｇｙ’が、式（３１）に示す条件を満たすように、車両１００に付与するのに最適なモーメントＭを算出する。即ち、式（３１）には、操舵によって発生する横加速度ｇｙとヨーレートｒ、モーメントＭの付与により発生する横加速度ｇｙｍとヨーレートｒｍが代入され、操舵の際に横加速度とヨーレートの発生の遅れが無くなるような条件の下、モーメントＭが算出される。

こうして算出されたモーメントＭを操舵時の車両１００に付与することにより、運転者の操舵に対応した適切な横加速度を発生させることができるため、ヨーレートの発生に対する横加速度の発生の遅れを低減することができる。これにより、車両１００は安定した旋回性能を達成することができる。また、運転者は車両１００の操舵時に違和感を覚えないため的確な操舵を行うことができる。これによっても、車両１００に安定した旋回運動を行わせることが可能となる。

本発明の実施形態に係る車両の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両制御システムの構成を示す図である。 車両の操舵時に発生するヨーレートと横加速度の関係を示した図である。 車両の操舵時に、本実施形態に係るモーメントを付与することを示した図である。 車両のタイヤに働くコーナリングフォースを説明するための図である。 車両の操舵時にモーメントを付与したときに、車両に働く力などを示した図である。

符号の説明

１ エンジン
７ 後輪
８ 駆動ユニット
１０ 前輪
１３ バッテリー
１４ インバータ
１６ ハンドル
１００ 車両
２００ 車両制御システム
２１４ モーメント算出部
２２０ コントローラユニット

Claims (3)

1. 左右輪を各々独立した左右のモータで駆動する車両の制御装置であって、
   前記車両の操舵時におけるヨーレートに対する横加速度の発生の遅れを利用して、前記モータの駆動により操舵時の車両に与えるべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、
   前記車両の実操舵角と速度を取得する取得手段と、
   前記車両の仕様情報を記憶している仕様情報記憶手段と、
   前記速度と前記仕様情報に基づいて車両の状態量を算出する車両状態量算出手段と、を備え、
   前記モーメント算出手段は、前記ヨーレートと前記横加速度との関係を示す運動方程式において、前記車両の車体スリップ角の微分値が０になるようにすることで得られる式（１）に基づいて、前記モーメントを算出し、
   

   

   Ｇｇｙは当該車両の操舵を行ったときの横加速度ゲイン、Ｇβｍは当該車両の前記モーメントを付与したときの車体スリップ角ゲイン、Ｔ１は当該車両の操舵を行ったときの第１の横加速度時定数、Ｔ２は当該車両の操舵を行ったときの第２の横加速度時定数、Ｔｒは当該車両の操舵を行ったときのヨーレート時定数、Ｓはラプラス演算子、δは当該車両の実操舵角、であることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記横加速度ゲインＧｇｙは、式（２）に基づいて算出され、
   

   

   前記車体スリップ角ゲインＧβｍは、式（３）に基づいて算出され、
   

   

   前記第１の横加速度時定数Ｔ１は、式（４）に基づいて算出され、
   

   

   前記第２の横加速度時定数Ｔ２は、式（５）に基づいて算出され、
   

   

   前記ヨーレート時定数Ｔｒは、式（６）に基づいて算出され、
   

   

   ｍは当該車両の質量、Ｖは当該車両の速度、Ｉは当該車両のヨー方向の慣性モーメント、Ｋｆは当該車両の前輪のコーナリングパワー、Ｋｆは当該車両の後輪のコーナリングパワー、Ｌは当該車両のホイールベース、Ｌｆは当該車両の重心点から前輪のドライブシャフトまでの距離、Ｌｒは当該車両の重心点から後輪のドライブシャフトまでの距離、ｋｈは当該車両のスタビリティファクタ、であることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記算出されたモーメントに基づいて、前記モータを制御する制御手段を有し、
   前記制御手段は、運転者のハンドルの操作が所定条件を満たして行われた際に、前記モータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。

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