JP4604495B2

JP4604495B2 - 車両の制御装置

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Publication number: JP4604495B2
Application number: JP2004011138A
Authority: JP
Inventors: 義紀前田; 繁一余合; 充孝土田; 監介吉末
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: JP2005204489A

Description

本発明は、エンジンの他にモータを利用して４輪駆動し、且つ前後輪で操舵が可能な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輪駆動（４ＷＤ；Four-wheel-drive）車両が知られている。かかる４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、車両の姿勢や旋回などの安定を図るものがある。例えば、特許文献１に記載された車両の制御装置では、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。

また、前輪だけでなく後輪も操舵することが可能な４輪操舵（４ＷＳ；Four-wheel-steering）車両がある。かかる４輪操舵車両の中には、車両の旋回時などに、４輪それぞれの実操舵角などを変えたりして、車両の旋回安定性の向上を図るものがある。例えば、特許文献２に記載された技術では、４輪操舵が可能であり、前後輪の一方をエンジンにて駆動し他方をモータで駆動する４輪駆動車両に関するものが記載されている。

ところで、運転者の操舵に対して、車両は遅れてヨーレートや横方向加速度（以下、単に「横加速度」と呼ぶ）や車体スリップ角など（以下、これらを「車両挙動」と呼ぶ）が発生することがわかっている。このように運転者の操舵に対して遅れて車両挙動が発生するため、運転者は、操舵に対して生ずる車両挙動が一致しないとの違和感を覚える場合がある。また、運転者にこのような違和感が生ずることによって、車両の旋回運動の安定性など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及び２に記載された車両の制御技術においては、モータなどを用いた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、運転者の操舵時において、その操舵に対して適切な車両挙動を得ることができなかった。よって、運転者が車両の操舵時に覚える違和感を解消することはできなかった。

特開平１１−３０１２９３号公報特開平６−２４７１６８号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、４輪操舵が可能であり、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、運転者の操舵に対する車両挙動の遅れを低減し、且つ車両を所望の状態に維持することが可能な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、前後輪の一方をモータにより駆動し、前後輪を各々独立して操舵可能な車両の制御装置は、当該車両に付与すべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、当該車両の前輪及び後輪に設定すべき実操舵角を算出する前後輪実操舵角算出手段と、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モータ制御手段と、前記算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を備え、前記モータ制御手段、及び前記前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に実行し、前記モーメント算出手段、及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両の車体スリップ角とが目標値となるように算出し、前記前後輪実操舵角算出手段は、前輪の実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比を算出する。

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。また、車両の制御装置は、前輪と後輪に対して独立に設定すべき実操舵角を算出し、算出された実操舵角を前輪及び後輪に課すことができる。車両を旋回させるための運転者によるハンドルの操作（即ち、操舵）に対して、車両にはヨーレート、横加速度、車体スリップ角がその操舵に対して遅れて発生する。そのため、上記の車両の制御装置は、操舵時の車両が所望の状態にて旋回運動するように、車両に付与すべきモーメント、及び車両に設定すべき前輪と後輪の実操舵角（以下、単に「前後輪実操舵角」とも呼ぶ）を算出する。こうして算出されたモーメントと前後輪実操舵角を車両に設定することにより、操舵時の車両に、適切な車両挙動を行わせることができるようになる。即ち、車両は、運転者のハンドル操作に協調した車両挙動を行うことができる。よって、運転者のハンドル操作に対して、車両に働くヨーレートと横加速度と車体スリップ角の発生が遅れない。また、運転者はハンドル操作時に違和感を覚えなくなる。
また、上記の車両の制御装置は、算出されたモーメントに基づいて、モータを制御するモータ制御手段と、算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を有し、モータ制御手段、及び前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に行う。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車両挙動の遅れを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行うので、車両を旋回させるためでなくハンドル操作が行われた場合などに、無駄にモーメント及び前後輪実操舵角を車両に課すことはない。
また、前記モーメント算出手段、及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両の車体スリップ角とが目標値となるように算出し、前記前後輪実操舵角算出手段は、前輪の実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比を算出する。操舵時の車両に発生するヨーレート及び車体スリップ角が目標値となるような条件のもと、車両に付与すべきモーメント、及び車両に設定すべき前輪と後輪の実操舵角比（以下、「前後輪実操舵角比」とも呼ぶ）を算出する。こうして算出されたモーメントと前後輪実操舵角比を車両に課すことにより、操舵時の車両は、運転者によるハンドルの操作に協調し、所望のヨーレートと車体スリップ角が発生した状態にて安定した旋回運動を行うことができる。また、運転者のハンドルの操作に対して、車両に働くヨーレートと車体スリップ角の発生が遅れないので、運転者は違和感を覚えない。

この場合、好ましくは、前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、式（１）に基づいてモーメントＭと、前輪の実操舵角δｆに対する後輪に設定すべき実操舵角の比ｋと、を算出し、

Ｙr_taは当該車両の目標ヨーレート、β_taは当該車両の目標車体スリップ角、Ｇrfは操舵による前輪のヨーレートゲイン、Ｇrrは操舵による後輪のヨーレートゲイン、Ｔrfは操舵による前輪のヨーレート時定数、Ｔrrは操舵による後輪のヨーレート時定数、Ｇrmは前記モーメントの付与によるヨーレートゲイン、Ｔrmは前記モーメントの付与によるヨーレート時定数、Ｇbfは操舵による前輪の車体スリップ角ゲイン、Ｇbrは操舵による後輪の車体スリップ角ゲイン、Ｔbfは操舵による前輪の車体スリップ角時定数、Ｔbrは操舵による後輪の車体スリップ角時定数、Ｇbmは前記モーメントの付与による車体スリップ角ゲイン、Ｓはラプラス演算子、ωｎは当該車両の車体固有振動数、ζは当該車両の車体減衰比、とする。また、前輪の実操舵角δｆをハンドルの操作に相当する実操舵角とする。式（１）を用いることにより、即座に車両に付与すべきモーメントと前後輪実操舵角比を算出することができる。

本発明の他の観点では、前後輪の一方をモータにより駆動し、前後輪を各々独立して操舵可能な車両の制御装置は、当該車両に付与すべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、当該車両の前輪及び後輪に設定すべき実操舵角を算出する前後輪実操舵角算出手段と、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モータ制御手段と、前記算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を備え、前記モータ制御手段、及び前記前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に実行し、前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両に働く横加速度とが目標値になるように算出し、前記前後輪実操舵角算出手段は、前輪の実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比を算出する。こうして算出されたモーメントと前後輪実操舵角比を車両に課すことにより、操舵時の車両は、運転者によるハンドルの操作に協調し、所望のヨーレートと横加速度が発生した状態にて安定した旋回運動を行うことができる。また、操舵時の車両に発生する車体スリップ角を目標値にするのでなく、横加速度を目標値にするため、車両の設計上の制約に拘束されることなく実現することができる。

この場合、好ましくは、前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、式（２）に基づいてモーメントＭと、前輪の実操舵角δｆに対する後輪に設定すべき実操舵角の比ｋと、を算出し、

Ｙr_taは当該車両の目標ヨーレート、ｇｙ_taは当該車両の目標横加速度、Ｇrfは操舵による前輪のヨーレートゲイン、Ｇrrは操舵による後輪のヨーレートゲイン、Ｔrfは操舵による前輪のヨーレート時定数、Ｔrrは操舵による後輪のヨーレート時定数、Ｇrmは前記モーメントの付与によるヨーレートゲイン、Ｔrmは前記モーメントの付与によるヨーレート時定数、Ｇgyfは操舵による前輪の横加速度ゲイン、Ｇgyrは操舵による後輪の横加速度ゲイン、Ｔ１fは操舵による前輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２fは操舵による前輪の第２の横加速度時定数、Ｔ１rは操舵による後輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２rは操舵による後輪の第２の横加速度時定数、Ｇgymは前記モーメントの付与による横加速度ゲイン、Ｔgymは前記モーメントの付与による横加速度時定数、Ｓはラプラス演算子、ωｎは当該車両の車体固有振動数、ζは当該車両の車体減衰比、とする。また、前輪の実操舵角δｆをハンドルの操作に相当する実操舵角とする。式（２）を用いることにより、即座に車両に付与すべきモーメントと前後輪実操舵角比を算出することができる。

本発明の他の観点では、前後輪の一方をモータにより駆動し、前後輪を各々独立して操舵可能な車両の制御装置は、当該車両に付与すべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、当該車両の前輪及び後輪に設定すべき実操舵角を算出する前後輪実操舵角算出手段と、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モータ制御手段と、前記算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を備え、前記モータ制御手段、及び前記前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に実行し、前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両の車体スリップ角と、前記車両に働く横加速度と、が目標値になるように算出し、前記前後輪実操舵角算出手段は、ハンドルの操作に相当する実操舵角に対する前輪に設定すべき実操舵角の比と、ハンドルの操作に相当する実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比と、を算出する。上記の車両の制御装置は、車両が操舵された際、車両にモーメントを付与すると共に、ハンドル操作に対して、前輪の実操舵角（以下、単に「前輪実操舵角」とも呼ぶ）及び後輪の実操舵角（以下、単に「後輪実操舵角」とも呼ぶ）をそれぞれ独立に設定する。更に、モーメントが付与された操舵時の車両において、車両に発生するヨーレートと横加速度と車体スリップ角が、目標値となるような条件のもと、モーメントと前輪実操舵角と後輪実操舵角を算出する。こうして算出されたものを車両に課すことにより、操舵時の車両は、運転者によるハンドルの操作に協調し、精度良く所望のヨーレートと横加速度と車体スリップ角が発生した状態にて、安定した旋回運動を行うことができる。

この場合、好ましくは、前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、式（３）に基づいてモーメントＭと、ハンドルの操作に相当する実操舵角θに対する前輪に設定すべき実操舵角の比ｋｆと、ハンドルの操作に相当する実操舵角θに対する後輪に設定すべき実操舵角の比ｋｒと、を算出し、

Ｙr_taは当該車両の目標ヨーレート、β_taは当該車両の目標車体スリップ角、ｇｙ_taは当該車両の目標横加速度、Ｇrfは操舵による前輪のヨーレートゲイン、Ｇrrは操舵による後輪のヨーレートゲイン、Ｔrfは操舵による前輪のヨーレート時定数、Ｔrrは操舵による後輪のヨーレート時定数、Ｇrmは前記モーメントの付与によるヨーレートゲイン、Ｔrmは前記モーメントの付与によるヨーレート時定数、Ｇgyfは操舵による前輪の横加速度ゲイン、Ｇgyrは操舵による後輪の横加速度ゲイン、Ｔ１fは操舵による前輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２fは操舵による前輪の第２の横加速度時定数、Ｔ１rは操舵による後輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２rは操舵による後輪の第２の横加速度時定数、Ｇgymは前記モーメントの付与による横加速度ゲイン、Ｔgymは前記モーメントの付与による横加速度時定数、Ｇbfは当該車両の操舵による前輪の車体スリップ角ゲイン、Ｇbrは操舵による後輪の車体スリップ角ゲイン、Ｔbfは操舵による前輪の車体スリップ角時定数、Ｔbrは操舵による後輪の車体スリップ角時定数、Ｇbmは前記モーメントの付与による車体スリップ角ゲイン、Ｓはラプラス演算子、ωｎは当該車両の車体固有振動数、ζは当該車両の車体減衰比、とする。式（３）を用いることにより、即座に車両に付与すべきモーメントと前後輪実操舵角比を算出することができる。

上記において、好適には、前記操舵による前輪のヨーレートゲインＧrfは、式（４）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪のヨーレートゲインＧrrは、式（５）に基づいて算出し、

前記操舵による前輪の横加速度ゲインＧgyfは、式（６）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪の横加速度ゲインＧgyrは、式（７）に基づいて算出し、

前記操舵による前輪の車体スリップ角ゲインＧbfは、式（８）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪の車体スリップ角ゲインＧbrは、式（９）に基づいて算出し、

前記モーメントの付与によるヨーレートゲインＧrmは、式（１０）に基づいて算出し、

前記モーメントの付与による横加速度ゲインＧgymは、式（１１）に基づいて算出し、

前記モーメントの付与による車体スリップ角ゲインＧbmは、式（１２）に基づいて算出し、

前記操舵による前輪のヨーレート時定数Ｔrfは、式（１３）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪のヨーレート時定数Ｔrrは、式（１４）に基づいて算出し、

前記操舵による前輪の第１の横加速度時定数Ｔ１fは、式（１５）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪の第２の横加速度時定数Ｔ２rは、式（１６）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪の第１の横加速度時定数Ｔ１rは、式（１７）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪の第２の横加速度時定数Ｔ２rは、式（１８）に基づいて算出し、

前記操舵による前輪の車体スリップ角時定数Ｔbfは、式（１９）に基づいて算出し、

前記操舵による後輪の車体スリップ角時定数Ｔbrは、式（２０）に基づいて算出し、

前記モーメントの付与によるヨーレート時定数Ｔrmは、式（２１）に基づいて算出し、

前記モーメントの付与による横加速度時定数Ｔgymは、式（２２）に基づいて算出し、

前記車両の車体固有振動数ωｎは、式（２３）に基づいて算出し、

前記車両の車体減衰比ζは、式（２４）に基づいて算出し、

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、とする。これらの値は、車両に設けてある走行状態などを検出するセンサからの検出値と車両の仕様情報から即座に算出することができる。

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（４輪駆動）で且つ４ＷＳ（４輪操舵）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、後輪用の左右のドライブシャフト６Ｌ及び６Ｒと、前輪用の左右のドライブシャフト９Ｌ及び９Ｒ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、前輪操舵装置２０と、後輪操舵装置２１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、操舵角センサ１５１と、車速センサ１５２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、前輪操舵装置２０に接続されている。

前輪操舵装置２０は、上記のステアリングシャフト１７から伝達される操舵力と、車両制御システム２００からの制御信号８０によって駆動される。前輪操舵装置２０はドライブシャフト９に接続されており、前輪操舵装置２０の駆動によって前輪１０の車体に対する角度が変更されるようになっている。

後輪操舵装置２１は、車両制御装置２００からの制御信号８１によって駆動される。後輪制御装置２１は、ドライブシャフト６に接続されており、後輪操舵装置２１の駆動によって後輪７の車体に対する角度が変更されるようになっている。

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１５１と車速センサ１５２を示している。操舵角センサ１５１は、ハンドル１６の入力に対応する実際の操舵角（即ち、「実操舵角」）を検出するセンサである。車速センサ１５２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」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」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を独立に駆動するとともに、前輪１０と後輪７を独立に操舵して、操舵時の車両１００が所望の車両挙動を行うようにさせるシステムである。車両制御システム２００は、操舵時の車両１００が、運転者の操舵に対して適切なヨーレートと横加速度と車体スリップ角が発生するように制御する。具体的には、車両制御システム２００は、車両１００に付与すべきモーメントと、前輪１０と後輪７に設定すべき実操舵角とを算出する。こうして算出されたモーメント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。また、算出された前輪１０に設定すべき実操舵角比に基づいて前輪１０の実操舵角を決定し、この実操舵角に対応する制御信号８０を前輪操舵装置２０へ出力する。同様に、算出された後輪７に設定すべき実操舵角比に基づいて後輪７の実操舵角を決定し、この実操舵角に対応する制御信号８１を前輪操舵装置２０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。

［第１実施形態］
以下では、本発明の第１実施形態に係る車両の制御に関する概念について、図２及び図３を用いて説明する。

まず、図２を参照して、車両１００の操舵時に生ずる車両挙動の遅れについて説明する。なお、図２においては、説明の便宜上、車両１００の操舵開始時の状態から説明を進めていく。

図２（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、車両を旋回させるために操舵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いるため車両１００は矢印４０の方向に進まなければならないので、運転者はハンドル１６を矢印４２で示す方向（即ち、反時計回り）に回す。図示するように、車両１００には、まだ操舵に対する挙動は生じていない。

次に、図２（ｂ）に図２（ａ）から所定時間経過後の車両１００の状態について示す。図２（ｂ）は、車両１００の旋回運動の最中を示す図である。このとき、車両１００には、ヨーレートｒと、横加速度ｇｙと、車体スリップ角βとが発生している。これらの車両１００が発生している挙動は、運転者がハンドル１６を操舵した際に発生するべきであったものに当たる。すなわち、運転者による操舵に対して、車両１００の挙動は遅れて生じていることがわかる。したがって、車両の旋回性能の低下に繋がる場合がある。また、運転者は操舵時に違和感を覚えるため、適切なハンドル１６の操作を行うことができないので、車両１００は安定した旋回を行うことできない場合もある。

そこで、本発明の実施形態では、車両１００が操舵された際、車両１００にモーメントを付与すると共に、前後輪の実操舵角をそれぞれ別個に設定する。図３に、それを具体的に示す。運転者によりハンドル１６が操作されているとき、車両１００にモーメントＭを付与し、前後輪の実操舵角をそれぞれ別個に設定する（前輪の実操舵角をδｆであり、後輪の操舵角をδｒである）。これにより、操舵時の車両１００は、運転者のハンドル１６の操作に協調した適切な挙動を行うことができるようになる。即ち、操舵に対して、ヨーレートｒと横加速度ｇｙと車体スリップ角βの発生が遅れない。よって、車両１００の旋回性能が向上する。また、運転者はハンドル１６の操作時に違和感を覚えなくなり、適切にハンドル１６の操作を行うことができるので、これによっても車両１００は安定した旋回を行うことができる。

（車両制御システムでの処理）
次に、第１実施形態に係る車両制御システム２００ａでの具体的な処理について、図４を用いて説明する。車両制御システム２００ａは、左右の前輪１０を独立に駆動するとともに、前輪１０と後輪７を独立に操舵して、操舵時の車両１００が所望の車両挙動を行うようにさせるシステムである。

図４に、第１実施形態に係る車両制御システム２００ａの構成などを示す。車両制御システム２００ａは、主として、車両仕様情報記憶部２１０と、車両状態量算出部２２０と、モーメント算出部２３０と、前後輪実操舵角比算出部２３２と、コントローラユニット２４０と、を備える。

車両制御システム２００ａには、各種センサ１５０から車両１００の走行状態を示す信号２５０が入力される。車両制御システム２００ａ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と前後輪実操舵角比ｋとを算出する。さらに、車両制御システム２００ａは、モーメントＭに基づいてトルク制御信号７２を導出して、インバータ１４にトルク制御信号７２を出力する。同様に、車両制御システム２００ａは、前後輪実操舵角比ｋに基づいて実操舵角に相当する制御信号８１を導出して、後輪操舵装置２１に制御信号８１に出力する。

各種センサ１５０は、主として、運転者によるハンドル１６の操作時の実操舵角を検出する操舵角センサ１５１と、車両の走行速度を検出する車速センサ１５２と、運転者によりアクセルペダルが踏込まれたときの踏込量を検出するアクセル開度センサ１５３、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１５４、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１５５などが挙げられる。各種センサ１５０の検出した値は、後述する車両状態量算出部２２０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、これらの記憶している値を車両状態量算出部２２０へ出力する。

車両状態量算出部２２０は、各種センサ１５０からの入力される信号２５０と、車両仕様情報記憶部２１０から入力される信号２５２と、に基づいて求められる値（以下、「車両状態量」と呼ぶ）を算出する。具体的には、車両状態量算出部２２０は、目標ヨーレート算出部２２１と、目標スリップ角算出部２２４と、ゲイン算出部２２６と、時定数算出部２２８と、を備えて構成される。目標ヨーレート算出部２２１は、車両１００が追従すべきヨーレートを算出する。目標車体スリップ角算出部２２４は、車両１００がとるべき車体スリップ角を算出する。また、ゲイン算出部２２６と時定数算出部２２８は、モーメントＭと前後輪実操舵角比ｋを算出する際に用いる演算式内の係数を算出する。車両状態量算出部２２０にて算出された車両状態量は、モーメント算出部２３０と前後輪実操舵角比算出部２３２へ出力される。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。

モーメント算出部２３０は、車両状態量算出部２２０から車両状態量を示す信号２５４を取得する。そして、モーメント算出部２３０は、この信号２５４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。このモーメントＭは、モーメント算出部２３０又は車両制御システム２００ａ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。算出されたモーメントＭは、コントローラユニット２４０へ出力される。

前後輪実操舵角比算出部２３２は、車両状態量算出部２２０から車両状態量を示す信号２５６を取得する。そして、前後輪実操舵角比算出部２３２は、車両１００に設定すべき前輪の実操舵角δｆと後輪の実操舵角δｒの比ｋ（即ち、「前後輪実操舵角比」）を算出する。第１実施形態においては、前輪の実操舵角δｆはハンドル１６の操作に対応する実操舵角δと同じものに設定する（即ち、δｆ＝δ）。よって、前後輪実操舵角比ｋは、後輪の実操舵角δｒを決定するものとなる（即ち、δｒ＝ｋδｆ＝ｋδ）。なお、前後輪実操舵角比ｋは、前後輪実操舵角比算出部２３２又は車両制御システム２００ａ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。算出された前後輪実操舵角比ｋは、コントローラユニット２４０へ出力される。

コントローラユニット２４０は、入力されたモーメント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。同様に、コントローラユニット２４０は、入力された前後輪実操舵角比ｋから決定される実操舵角δｒを後輪７が実現できるように、後輪操舵装置２１に制御信号８１を出力する。

以上のようにして算出されたモーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋを、操舵時の車両１００に課すことにより、操舵に対するヨーレートの追従性が向上し、且つ車体スリップ角も所望の値に維持される。これにより、操舵時の車両１００は、運転者のハンドル１６の操作に協調した適切な挙動を行うことができるようになる。よって、車両１００の旋回性能が向上する。また、運転者はハンドル１６の操作時に違和感を覚えなくなる。

なお、車両制御システム２００ａは、運転者からのハンドル１６の操舵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及び前後輪実操舵角比ｋを算出するための処理を開始する。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２３０及び前後輪実操舵角比算出部２３２は、所定時間毎に最新の信号が入力され、その都度モーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋを算出するものとする。さらに、モーメント算出部２３０及び前後輪実操舵角比算出部２３２は、運転者の操舵が定常状態に達した場合（即ち、運転者のハンドル１６を切る速度が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の操舵が定常になった場合には、車両１００に対してモーメントＭを付与すること、及び前後輪に別個の実操舵角を設定することを終了する。

（モーメント及び前後輪実操舵角比の算出方法）
以下では、前述した車両１００に付与するモーメントＭと車両１００に設定する前後輪実操舵角比ｋの算出方法などについて説明する。なお、モーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋの算出は、それぞれ、車両制御システム２００ａ内のモーメント算出部２３０と前後輪実操舵角比算出部２３２が行うものとする。

一般的に、車両１００の操舵に対するヨーレートｒδと車体スリップ角βδの応答（即ち、車両１００の操舵により発生するヨーレートと車体スリップ角）は、それぞれ式（２５）及び式（２６）で表される。

式（２５）及び式（２６）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（２５）及び式（２６）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。また、δｆは前輪１０の実操舵角、δｒは後輪７の実操舵角を示し、δｒ＝ｋδｆ（ｋ；前後輪実操舵角比）を満たしているものとする。なお、式（２５）及び式（２６）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、操舵のみにより車両１００に発生するヨーレートと車体スリップ角を示しているものとする。

式（２５）において、Ｇrfは操舵による前輪１０のヨーレートゲイン、Grrは操舵による後輪７のヨーレートゲイン、Trfは操舵による前輪１０のヨーレート時定数、Trrは操舵による後輪７のヨーレート時定数、ωnは車両固有振動数、ζはヨー減衰比を示しており、それぞれ式（２７）及至式（３２）を満たすものとする。これらの値は、車両１００の走行状態等により求めることができ、ラプラス演算子Ｓの関数として表された式（２５）の係数に当たる。

式（２７）及至（３２）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。なお、これらの記号が示す意味などは、以下でも同様のものとして用いる。

また、式（２６）において、Ｇbfは操舵による前輪１０の車体スリップ角ゲイン、Gbrは操舵による後輪７の車体スリップ角ゲイン、Tbfは操舵による前輪１０の車体スリップ角時定数、Tbrは操舵による後輪７の車体スリップ角時定数を示しており、それぞれ式（３３）及至（３６）を満たすものとする。これらの値は、車両１００の走行状態等により求めることができ、ラプラス演算子Ｓの関数として表された式（２６）の係数に当たる。

なお、式（２６）中の車両固有振動数ωnとヨー減衰比ζは、それぞれ式（３１）と式（３２）を満たすものする。

以上の操舵によるヨーレートゲインＧrf、Ｇrr、及び操舵による車体スリップ角ゲインＧbf、Ｇbは、それぞれ車両制御システム２００ａ内の車両状態量算出部２２０が有するゲイン算出部２２６が算出する。また、操舵によるヨーレート時定数Ｔrf、Ｔrr、及び操舵による車体スリップ角ゲインＴbf、Ｔbrは、それぞれ車両状態量算出部２２０内の時定数算出部２２８が算出する。

ここで、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５を用いて説明する。車両１００は、速度Ｖにて進行し、実操舵角δ（ハンドル１６の操舵に対応する実操舵角）の状態で、矢印４５で示す進行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、本実施形態においては、操舵時の車両１００に対して、点線矢印で示すモーメントＭを付与し、前輪１０の実操舵角をδｆに設定し、後輪７の実操舵角をδｒに設定してある。なお、図５においては、説明を簡単にする為、左右輪の実操舵角は同じであるものとしている。

車両１００に図５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（３７）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（３８）に示す。

式（３８）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（３７）とモーメント運動方程式を表した式（３８）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（３９）と式（４０）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。

式（３９）及び式（４０）は、ラプラス演算子Ｓの関数として表されている。式（３９）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（４０）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（３９）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（４１）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（４２）で表される。これらの値は、車両１００の走行状態等により求めることができ、ラプラス演算子Ｓの関数として表された式（３９）の係数に当たる。

さらに、式（４０）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Ｇbmは式（４３）で表される。車体スリップ角ゲインＧbmは、車両１００の走行状態等により求めることができ、ラプラス演算子Ｓの関数として表された式（４０）の係数に当たる。

前述したように、操舵された際の車両１００には、式（２５）に示したヨーレートｒδと、式（２６）に示した車体スリップ角βδが発生する。また、モーメントＭを付与した際の車両１００には、式（３９）に示したヨーレートｒｍと、式（４０）に示した車体スリップ角βｍ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（４４）のように表すことができる。

式（４４）に示すヨーレートｒ’は、式（２５）に示した車両１００の操舵によるヨーレートｒδと、式（３９）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に発生する車体スリップ角β’は式（４５）のように表すことができる。

式（４５）に示す車体スリップ角β’は、式（２６）に示した車両１００の操舵による車体スリップ角βδと、式（４０）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を加算して表される。

第１実施形態では、運転者により操舵されて旋回運動する車両１００に対して、その旋回運動の安定性を向上させるために、車両１００に発生するヨーレートｒ’が目標ヨーレートＹr_taに追従するようにし、且つ車両１００に発生する車体スリップ角β’が目標車体スリップ角β_taに維持されるようにする。即ち、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’、車体スリップ角β’は、それぞれ式（４６）、式（４７）に示す条件を満たす必要がある。

式（４６）に式（４４）を代入すると式（４８）が得られる。また、式（４７）に式（４５）を代入すると式（４９）が得られる。

式（４８）は、操舵された際にモーメントＭが付与された車両１００に発生するヨーレートｒ’を、目標ヨーレートＹr_taに一致させることを示した式である。また、式（４９）は、操舵された際にモーメントＭが付与された車両１００に発生する車体スリップ角β’を、目標車体スリップ角β_taに一致させることを示した式である。

式（４８）と式（４９）を連立させて、前後輪実操舵角比ｋとモーメントＭについて解くと式（５０）が得られる。

式（５０）より、前後輪実操舵角比ｋは、目標ヨーレートＹr_taと、操舵によるヨーレートゲインＧrf、Ｇrrと、操舵によるヨーレート時定数Ｔrf、Ｔrrと、モーメントＭの付与によるヨーレートゲインＧrm、モーメントＭの付与によるヨーレート時定数Ｔrm、操舵による後輪７の車体スリップ角ゲインＧbrと、操舵による後輪７の車体スリップ角時定数Ｔbrと、モーメントＭの付与による車体スリップ角Ｇbmと、を用いて算出される。

また、式（５０）より、モーメントＭは、目標車体スリップ角β_taと、操舵による前輪１０のヨーレートゲインＧrrと、操舵による前輪１０のヨーレート時定数Ｔrrと、モーメントＭの付与によるヨーレートゲインＧrm、モーメントＭの付与によるヨーレート時定数Ｔrm、操舵による車体スリップ角ゲインＧbf、Ｇbrと、操舵による車体スリップ角時定数Ｔbf、Ｔbrと、モーメントＭの付与による車体スリップ角Ｇbmと、を用いて算出される。

以上説明したように、本発明の第１実施形態では、車両１００が操舵された際、車両１００にモーメントを付与すると共に、前後輪の実操舵角をそれぞれ別個に設定する。更に、モーメントＭが付与された操舵時の車両１００において、車両１００に発生するヨーレートｒ’及び車体スリップ角β’が、目標値となるような条件のもと算出している。これらにより、操舵時の車両１００は、運転者によるハンドル１６の操作に協調し、所望のヨーレート及び車体スリップ角が発生した状態にて安定した旋回運動を行うことができる。また、運転者のハンドル１６の操作に対して、車両に働くヨーレートと車体スリップ角の発生が遅れないので、運転者は違和感を覚えない。

［第２実施形態］
以下では、本発明の第２実施形態に係る車両の制御について説明する。

第２実施形態においても、運転者による操舵時の車両１００に対して、モーメントＭを付与し、前輪１０と後輪７に対して別個に実操舵角を設定する。但し、第２実施形態においては、車両１００に発生するヨーレートと横加速度が目標値になるようにして、上記の車両１００に設定すべきモーメントＭと前後輪実舵角比ｋを算出する。こうするのは、第１実施形態で示したように車体スリップ角を目標値に維持しようとするのは、車両１００の設計上の制約のために、実現が困難である場合があるからでる。

（車両制御システムでの処理）
次に、第２実施形態に係る車両制御システム２００ｂでの具体的な処理について、図６を参照して説明する。

車両制御システム２００ｂは、左右の前輪１０を独立に駆動するとともに、前輪１０と後輪７を独立に操舵して、操舵時の車両１００が所望の車両挙動を行うようにさせるシステムである。

車両制御システム２００ｂは、各種センサ１５０から入力信号２５０を取得し、インバータ１４と後輪操舵装置２１に、車両１００にモーメントを付与するためのトルク制御信号７２と、後輪７の角度を変更するための制御信号８１を出力する。各種センサ１５０と、インバータ１４と、後輪操舵装置２１は、第１実施形態にて示したものと同様のものを用いる。

車両制御システム２００ｂは、基本的な構成・処理などは、第１実施形態に示したものと同様である。即ち、車両仕様情報記憶部２１０と、車両状態量算出部２２０と、モーメント算出部２３０と、前後輪実操舵角比算出部２３２と、コントローラユニット２４０から構成される。但し、車両状態量算出部２２０が、目標車体スリップ角算出部２２４の代わりに目標横加速算出部２２５を含んで構成される点で第１実施形態に示したものと異なる。

目標横加速度算出部２２５は、各種センサ１５０から入力される値と車両仕様情報記憶部２１０から入力される値に基づいて、車両１００が発生すべき横加速度を算出する。よって、モーメント算出部２３０及び前後輪実操舵角算出部２３２は、目標横加速度算出部２２５にて算出された目標横加速度に基づいて、モーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋを算出する。

このように、第２実施形態に係る車体制御システム２００ｂにて算出されたモーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋを操舵時の車両１００に課すことにより、操舵に対するヨーレートの追従性が向上し、且つ横加速度も所望の値に維持される。これにより、操舵時の車両１００は、運転者のハンドル１６の操作に協調した適切な車両挙動を行うことができるようになる。また、モーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋを、横加速度が目標値となるように算出するので、車両１００の素性に関係なく適切な車両挙動を実現することができる。

（モーメント及び前後輪実操舵角比の算出方法）
以下では、第２実施形態に係る、車両１００に付与するモーメントＭと車両１００に設定する前後輪実操舵角比ｋの算出方法などについて説明する。なお、モーメントＭ及び前後輪実操舵角比ｋの算出は、それぞれ、車両制御システム２００内のモーメント算出部２３０と前後輪実操舵角比算出部２３２が行うものとする。

一般的に、車両１００の操舵に対するヨーレートｒδは上記の式（２５）で表され、操舵に対する横加速度ｇｙδの応答は、式（５１）で表される。なお、第２実施形態においても前輪１０の実操舵角δｆと後輪７の実操舵角δｒは、δｒ＝ｋδｆの関係を満たしており、前輪１０の実操舵角δｆはハンドル１６の操作に対応する実操舵角δに一致するものとする。

式（５１）において、Ｇgyfは操舵による前輪１０の横加速度ゲイン、Ggyrは操舵による後輪７の横加速度ゲイン、T１fは操舵による前輪１０の第１の横加速度時定数、T２fは操舵による前輪１０の第２の横加速度時定数、T１rは操舵による後輪７の第１の横加速度時定数、T２rは操舵による後輪７の第２の横加速度時定数を示しており、それぞれ式（５２）及至（５７）を満たすものとする。これらの値は、車両１００の走行状態等により求めることができ、ラプラス演算子Ｓの関数として表された式（５１）の係数に当たる。

以上の操舵による横加速度ゲインＧgyf、Ｇgyrは、車両制御システム２００内の車両状態量算出部２２０が有するゲイン算出部２２６が算出する。また、操舵による横加速度時定数Ｔ１f、T２f、T１r、T２rは、車両状態量算出部２２０内の時定数算出部２２８が算出する。

次に、車両１００に図５に示したような力などが働いており、車両１００の運動方程式が式（３７）及び式（３８）で表されるものとする。横方向の運動方程式を表した式（３７）とモーメント運動方程式を表した式（３８）をそれぞれラプラス変換し、実操舵角δ＝０のもと、横加速度ｇｙについて解くと式（５８）が得られる。

式（５８）において、ｇｙｍはモーメントＭを付与したときの横加速度を示している。また、式（５８）において、モーメントＭを付与したときの横加速度ゲインＧgymは式（５９）で表され、モーメントＭを付与したときの横加速度時定数Ｔgymは式（５９）で表される。これらの値は、車両１００の走行状態等により求めることができ、ラプラス演算子Ｓの関数として表された式（５８）の係数に当たる。

操舵された時の車両１００には、上記した式（２５）に示したヨーレートｒδと、式（５１）に示した横加速度ｇｙδが発生する。また、モーメントＭを付与した際の車両１００には、式（３９）に示したヨーレートｒｍと、式（５８）に示した横加速度ｇｙｍが発生する。よって、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、前述したように式（４４）のように表すことができる。また、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（６１）のように表すことができる。

式（６１）に示す横加速度ｇｙ’は、式（５１）に示した車両１００の操舵による横加速度ｇｙδと、式（５８）に示したモーメントＭを付与したときの横加速度ｇｙｍとを加算したものである。

第２実施形態では、運転者により操舵されて旋回運動する車両１００に対して、車両１００の素性に関係なく旋回運動を安定して行えるように、車両１００に発生するヨーレートｒ’が目標ヨーレートＹr_taに追従するようにし、且つ車両１００に発生する横加速度ｇｙ’が目標横加速度ｇｙ_taに維持されるようにする。即ち、車両１００を操舵した際にモーメントＭを付与した際に発生するヨーレートｒ’は上記した式（４６）を満たし、横加速度ｇｙ’は式（６２）を満たす必要がある。

式（４６）に式（４４）を代入すると式（４８）が得られ、式（６２）に式（６１）を代入すると式（６３）が得られる。

式（４８）は、操舵された際にモーメントＭが付与された車両１００に発生するヨーレートｒ’を、目標ヨーレートＹr_taに一致させることを示した式である。また、式（６３）は、操舵された際にモーメントＭが付与された車両１００に発生する横加速度ｇｙ’を、目標車体スリップ角ｇｙ_taに一致させることを示した式である。

式（４８）と式（６３）を連立させて、前後輪実操舵角比ｋとモーメントＭについて解くと式（６４）が得られる。

式（６４）より、前後輪実操舵角比ｋは、目標ヨーレートＹr_taと、操舵によるヨーレートゲインＧrf、Ｇrrと、操舵によるヨーレート時定数Ｔrf、Ｔrrと、モーメントＭの付与によるヨーレートゲインＧrm、モーメントＭの付与によるヨーレート時定数Ｔrm、操舵による後輪７の横加速度ゲインＧgyrと、操舵による後輪７の横加速度時定数Ｔ１r、Ｔ２ｒと、モーメントＭの付与による横加速度ゲインＧgymと、モーメントＭの付与による横加速度時定数Ｔgymと、を用いて算出される。

また、式（６４）より、モーメントＭは、目標横加速度ｇｙ_taと、操舵による後輪７のヨーレートゲインＧrrと、操舵による後輪７のヨーレート時定数Ｔrrと、モーメントＭの付与によるヨーレートゲインＧrm、モーメントＭの付与によるヨーレート時定数Ｔrm、操舵による横加速度ゲインＧgyr、Ｇgyfと、操舵による横加速度時定数Ｔ１f、Ｔ２f、Ｔ１r、Ｔ２ｒと、モーメントＭの付与による横加速度ゲインＧgymと、モーメントＭの付与による横加速度時定数Ｔgymと、を用いて算出される。

以上説明したように、本発明の第２実施形態では、車両１００が操舵された際、車両１００にモーメントを付与すると共に、前後輪の実操舵角をそれぞれ別個に設定する。更に、モーメントＭが付与された操舵時の車両１００において、車両１００に発生するヨーレートｒ’及び横加速度ｇｙ’が、目標値となるような条件の下に算出している。これらにより、操舵時の車両１００は、運転者によるハンドル１６の操作に協調し、所望のヨーレート及び横加速度が発生した状態にて安定した旋回運動を行うことができる。また、運転者のハンドル１６の操作に対して、車両に働くヨーレートと横加速度の発生が遅れないので、運転者は違和感を覚えない。更に、以上の車両制御システム２００による制御は、操舵時の車両１００に発生する車体スリップ角を目標値にするのでなく、横加速度を目標値にするように行っているので、車両の設計上の制約に拘束されることなく実現することができる。

［第３実施形態］
以下では、本発明の第３実施形態に係る車両の制御について説明する。

第３実施形態においても、運転者による操舵時の車両１００に対して、モーメントＭを付与し、前輪１０と後輪７に対して別個に実操舵角を設定する。但し、第３実施形態においては、車両１００に発生するヨーレートと横加速度と車体スリップ角が目標値になるようにして、上記の車両１００に設定すべきモーメントＭと前後輪実舵角比ｋを算出する。

さらに、第１実施形態及び第２実施形態では、前輪１０の実操舵角δｆはハンドル１６の操作に相当する実操舵角δに設定し、後輪７の実操舵角δｒのみを前後輪実操舵角比ｋを用いて設定したが、第３実施形態では、前輪１０の実操舵角δｆもハンドル１６からの入力に対して可変にする。即ち、ハンドル１６の操作に相当する実操舵角δを用いて、前輪１０の実操舵角δｆも独立に制御する。

（車両制御システムでの処理）
次に、第３実施形態に係る車両制御システム２００ｃでの具体的な処理について、図７を参照して説明する。

車両制御システム２００ｃは、左右の前輪１０を独立に駆動するとともに、前輪１０と後輪７を独立に操舵して、操舵時の車両１００が所望の車両挙動を行うようにさせるシステムである。

車両制御システム２００ｃは、各種センサ１５０から入力信号２５０を取得し、インバータ１４と後輪操舵装置２１に、車両１００にモーメントを付与するためのトルク制御信号７２と、前輪１０の角度を変更するための制御信号８０と、後輪７の角度を変更するための制御信号８１と、を出力する。各種センサ１５０と、インバータ１４と、後輪操舵装置２１は、前述したものと同様のものを用いる。

車両制御システム２００ｃは、車両仕様情報記憶部２１０と、車両状態量算出部２２０と、モーメント算出部２３０と、前輪実操舵角比算出部２３３と、後輪実操舵角比算出部２３４と、コントローラユニット２４０から構成される。車両仕様情報記憶部２１０は、上記したものと同様の情報を記憶しているものとする。

車両状態量算出部２２０は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、各種センサ１５０と車両仕様情報記憶部２１０から入力を受ける。第３実施形態に係る車両状態量算出部２２０では、目標ヨーレート算出部２２２と、目標車体スリップ角算出部２２４と、目標加速度算出部２２５を含んで構成される。それぞれ、第１実施形態又は第２実施形態にて説明したものと同様の処理を行う。各種センサ１５０から入力される値と車両仕様情報記憶部２１０から入力される値に基づいて、車両１００が発生すべき目標ヨーレートと、目標車体スリップ角、目標横加速度を算出する。車両状態量算出部２２０は、モーメント算出部２３０と、前輪実操舵角比算出部２３３と、後輪実操舵角比算出部２３４と、に算出された値を出力する。

モーメント算出部２３０は車両１００に付与すべきモーメントＭを算出する。前輪実操舵角比算出部２３３は、ハンドル１６の操作に対応する実操舵角δと前輪１０に設定すべき実操舵角δｆとの比（即ち、「前輪実操舵角比ｋｆ」）を算出する。後輪実操舵角比算出部２３４は、ハンドル１６の操作に対応する実操舵角δと後輪７に設定すべき実操舵角δｒとの比（即ち、「後輪実操舵角比ｋｒ」）を算出する。これら算出されたモーメントＭ、前輪実操舵角比ｋｆ、後輪実操舵角比ｋｒは、コントローラユニット２４０に出力される。

コントローラユニット２４０は、入力されたモーメント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。また、コントローラユニット２４０は、入力された前輪実操舵角比ｋｆから決定される実操舵角δｆを前輪１０が実現できるように、前輪操舵装置２０に制御信号８０を出力する。同様に、コントローラユニット２４０は、入力された後輪実操舵角比ｋｒから決定される実操舵角δｒを後輪７が実現できるように、後輪操舵装置２１に制御信号８１を出力する。

このように、第３実施形態に係る車体制御システム２００ｂにて算出されたモーメントＭと、前輪実操舵角比ｋｆと、後輪実操舵角比ｋｒと、を操舵時の車両１００に課すことにより、操舵に対するヨーレート、横加速度、車体スリップ角が所望の値に常に維持されるようになる。これにより、操舵時の車両１００は、運転者のハンドル１６の操作に協調した適切な車両挙動を、精度良く行わせることができる。

（モーメント、前輪実操舵角比、及び後輪実操舵角比の算出方法）
以下では、第３実施形態に係る、車両１００に付与するモーメントＭと車両１００に設定する前輪実操舵角比ｋｆと前輪実操舵角比ｋｒの算出方法などについて説明する。なお、モーメントＭと、前輪実操舵角比ｋｆと、前輪実操舵角比ｋｒの算出は、それぞれ、車両制御システム２００内のモーメント算出部２３０と、前輪実操舵角比算出部２３３と、後輪実操舵角比算出部２３４と、が行うものとする。

運転者のハンドル１６の操作に対応する実操舵角をθ、前輪実操舵角比をｋｆ、後輪実操舵角比をｋｒとすると、操舵に対して車両１００に発生するヨーレートｒδ、横加速度ｇｙδ、車体スリップ角βδは、それぞれ式（６５）、式（６６）、式（６７）にて表される。

なお、式（６５）、式（６６）、式（６７）内の記号などは、前述したものと同様の意味で用いている。

ここで、車両１００にモーメントＭが付与された車両１００に発生するヨーレートｒｍ、横加速度ｇｙｍ、車体スリップ角βｍは、それぞれ前述した式（３９）、式（５８）、式（４０）を満たすものとする。

以上より、操舵時の車両１００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’、横加速度ｇｙ’、車体スリップ角β’は、それぞれ式（６８）、式（６９）、式（７０）にて表される。

第３実施形態では、操舵時の車両１００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’、横加速度ｇｙ’、車体スリップ角β’が目標値を取るようにするという条件を設ける。即ち、車両１００が、前述した式（４６）、式（６２）、式（４７）が同時に満たされるようにする。

よって、式（４６）に式（６８）を代入すると式（７１）が得られ、式（６２）に式（６９）を代入すると式（７２）が得られ、式（４７）に式（７０）を代入すると式（７３）が得られる。

次に、式（７１）と式（７２）と式（７３）を連立させて、前輪実操舵角比ｋｆと後輪実操舵角比ｋｒとモーメントＭについて解くと、式（７４）が得られる。

式（７４）より、前輪実操舵角比ｋｆと後輪実操舵角比ｋｒとモーメントＭは、操舵によるヨーレートゲインＧrf、Ｇrrと、操舵によるヨーレート時定数Ｔrf、Ｔrrと、モーメントＭの付与によるヨーレートゲインＧrm、モーメントＭの付与によるヨーレート時定数Ｔrm、操舵による横加速度ゲインＧgyf、Ｇgyrと、操舵による横加速度時定数Ｔ１f、Ｔ２f、Ｔ１r、Ｔ２ｒと、モーメントＭの付与による横加速度ゲインＧgymと、モーメントＭの付与による横加速度時定数Ｔgymと、操舵による車体スリップ角ゲインＧbf、Ｇbrと、操舵による車体スリップ角時定数Ｔbf、Ｔbrと、モーメントＭの付与による車体スリップ角Ｇbmと、を用いて算出される。

前輪実操舵角比ｋｆは、上記のものに加えて目標ヨーレートＹr_taも用いて算出される。後輪実操舵角比ｋｒは、上記のものに加えて目標横加速度ｇｙ_taも用いて算出される。モーメントＭは、上記のものに加えて目標車体スリップ角β_taも用いて算出される。

以上説明したように、本発明の第３実施形態では、車両１００が操舵された際、車両１００にモーメントを付与すると共に、ハンドル操作に対して前輪１０及び後輪７の実操舵角をそれぞれ独立に設定する。更に、モーメントＭが付与された操舵時の車両１００において、車両１００が発生するヨーレートｒ’と横加速度ｇｙ’と車体スリップ角β’が、目標値になるような条件の下に算出している。これらにより、操舵時の車両１００は、運転者によるハンドル１６の操作に精度良く協調し、所望のヨーレートと横加速度と車体スリップ角が発生した状態にて、安定した旋回運動を正確に行うことができる。また、運転者のハンドル１６の操作に対して、車両に働くヨーレートと横加速度と車体スリップ角の発生が遅れないので、運転者は違和感を覚えない。

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。操舵時の車両に生じる車両挙動を示した図である。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などを示した図である。本発明の第１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。本発明の第２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。本発明の第３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。

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
２０前輪操舵装置
２１後輪操舵装置
１００車両
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ車両制御システム

Claims

前後輪の一方をモータにより駆動し、前後輪を各々独立して操舵可能な車両の制御装置であって、
当該車両に付与すべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、
当該車両の前輪及び後輪に設定すべき実操舵角を算出する前後輪実操舵角算出手段と、
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モータ制御手段と、
前記算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を備え、
前記モータ制御手段、及び前記前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に実行し、
前記モーメント算出手段、及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両の車体スリップ角とが目標値となるように算出し、
前記前後輪実操舵角算出手段は、前輪の実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比を算出することを特徴とする車両の制御装置。
前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、式（１）に基づいてモーメントＭと、前輪の実操舵角δｆに対する後輪に設定すべき実操舵角の比ｋと、を算出し、

Ｙr_taは当該車両の目標ヨーレート、β_taは当該車両の目標車体スリップ角、Ｇrfは操舵による前輪のヨーレートゲイン、Ｇrrは操舵による後輪のヨーレートゲイン、Ｔrfは操舵による前輪のヨーレート時定数、Ｔrrは操舵による後輪のヨーレート時定数、Ｇrmは前記モーメントの付与によるヨーレートゲイン、Ｔrmは前記モーメントの付与によるヨーレート時定数、Ｇbfは操舵による前輪の車体スリップ角ゲイン、Ｇbrは操舵による後輪の車体スリップ角ゲイン、Ｔbfは操舵による前輪の車体スリップ角時定数、Ｔbrは操舵による後輪の車体スリップ角時定数、Ｇbmは前記モーメントの付与による車体スリップ角ゲイン、Ｓはラプラス演算子、ωｎは当該車両の車体固有振動数、ζは当該車両の車体減衰比、とすると共に、前記前輪の実操舵角δｆをハンドルの操作に相当する実操舵角とすることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
前後輪の一方をモータにより駆動し、前後輪を各々独立して操舵可能な車両の制御装置であって、
当該車両に付与すべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、
当該車両の前輪及び後輪に設定すべき実操舵角を算出する前後輪実操舵角算出手段と、
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モータ制御手段と、
前記算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を備え、
前記モータ制御手段、及び前記前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に実行し、
前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両に働く横加速度とが目標値になるように算出し、
前記前後輪実操舵角算出手段は、前輪の実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比を算出することを特徴とする車両の制御装置。
前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、式（２）に基づいてモーメントＭと、前輪の実操舵角δｆに対する後輪に設定すべき実操舵角の比ｋと、を算出し、

Ｙr_taは当該車両の目標ヨーレート、ｇｙ_taは当該車両の目標横加速度、Ｇrfは操舵による前輪のヨーレートゲイン、Ｇrrは操舵による後輪のヨーレートゲイン、Ｔrfは操舵による前輪のヨーレート時定数、Ｔrrは操舵による後輪のヨーレート時定数、Ｇrmは前記モーメントの付与によるヨーレートゲイン、Ｔrmは前記モーメントの付与によるヨーレート時定数、Ｇgyfは操舵による前輪の横加速度ゲイン、Ｇgyrは操舵による後輪の横加速度ゲイン、Ｔ１fは操舵による前輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２fは操舵による前輪の第２の横加速度時定数、Ｔ１rは操舵による後輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２rは操舵による後輪の第２の横加速度時定数、Ｇgymは前記モーメントの付与による横加速度ゲイン、Ｔgymは前記モーメントの付与による横加速度時定数、Ｓはラプラス演算子、ωｎは当該車両の車体固有振動数、ζは当該車両の車体減衰比、とすると共に、前記前輪の実操舵角δｆをハンドルの操作に相当する実操舵角とすることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
前後輪の一方をモータにより駆動し、前後輪を各々独立して操舵可能な車両の制御装置であって、
当該車両に付与すべきモーメントを算出するモーメント算出手段と、
当該車両の前輪及び後輪に設定すべき実操舵角を算出する前後輪実操舵角算出手段と、
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モータ制御手段と、
前記算出された前輪の実操舵角及び後輪の実操舵角に基づいて、当該車両の前輪及び後輪の角度を変更する前後輪操舵手段と、を備え、
前記モータ制御手段、及び前記前後輪操舵手段は、運転者のハンドル操作が所定条件を満たして行われた際に実行し、
前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、前記車両に働くヨーレートと、前記車両の車体スリップ角と、前記車両に働く横加速度と、が目標値になるように算出し、
前記前後輪実操舵角算出手段は、
ハンドルの操作に相当する実操舵角に対する前輪に設定すべき実操舵角の比と、
ハンドルの操作に相当する実操舵角に対する後輪に設定すべき実操舵角の比と、を算出することを特徴とする記載の車両の制御装置。
前記モーメント算出手段及び前記前後輪実操舵角算出手段は、式（３）に基づいてモーメントＭと、ハンドルの操作に相当する実操舵角θに対する前輪に設定すべき実操舵角の比ｋｆと、ハンドルの操作に相当する実操舵角θに対する後輪に設定すべき実操舵角の比ｋｒと、を算出し、

Ｙr_taは当該車両の目標ヨーレート、β_taは当該車両の目標車体スリップ角、ｇｙ_taは当該車両の目標横加速度、Ｇrfは操舵による前輪のヨーレートゲイン、Ｇrrは操舵による後輪のヨーレートゲイン、Ｔrfは操舵による前輪のヨーレート時定数、Ｔrrは操舵による後輪のヨーレート時定数、Ｇrmは前記モーメントの付与によるヨーレートゲイン、Ｔrmは前記モーメントの付与によるヨーレート時定数、Ｇgyfは操舵による前輪の横加速度ゲイン、Ｇgyrは操舵による後輪の横加速度ゲイン、Ｔ１fは操舵による前輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２fは操舵による前輪の第２の横加速度時定数、Ｔ１rは操舵による後輪の第１の横加速度時定数、Ｔ２rは操舵による後輪の第２の横加速度時定数、Ｇgymは前記モーメントの付与による横加速度ゲイン、Ｔgymは前記モーメントの付与による横加速度時定数、Ｇbfは当該車両の操舵による前輪の車体スリップ角ゲイン、Ｇbrは操舵による後輪の車体スリップ角ゲイン、Ｔbfは操舵による前輪の車体スリップ角時定数、Ｔbrは操舵による後輪の車体スリップ角時定数、Ｇbmは前記モーメントの付与による車体スリップ角ゲイン、Ｓはラプラス演算子、ωｎは当該車両の車体固有振動数、ζは当該車両の車体減衰比、とすることを特徴とする請求項５に記載の車両の制御装置。