JP5143103B2 - 車両の運動制御装置 - Google Patents

Description

四輪の駆動力と制動力とを制御可能な車両の運動制御装置に関する。

ハンドル操作に連係した加減速を自動的に行うための指令値は、例えば非特許文献１に示されている（（数１））。

基本的に横加加速度Ｇ_y_dotにゲインＣ_xyを掛け、一次遅れを付与した値を前後加減速制御指令Ｇ_xc（目標前後加減速制御指令（Ｇ_xt）と同意である）にするというシンプルな制御則である。これによりエキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部が模擬できることが非特許文献２で確認されている。この式のＧ_{x_DC}は横運動に連係していない減速度成分である。前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。また、sgn（シグナム）項は、右コーナー、左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると（横加加速度がゼロとなるので）減速を停止し、操舵戻し開始時のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。

このように制御されると、前後加速度と横加速度の合成加速度（Ｇと表記）が、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように方向付けられる（Vectoring）のため、「Ｇ−Vectoring制御」と呼ばれている。

また、限界運転領域での安全性能向上のための横滑り防止装置については非特許文献３において、車両横滑り角βと車両横滑り角速度（β_dot）の位相平面でβとβ_dotの符号が同じ（第Ｉ，III象限）で原点から離れている領域に車両挙動が遷移していくと不安定（発散方向）であるので、横滑り防止装置の起動のための判断に用いると効果的であると報告されている。横滑り情報に基づいて左右の輪に異なるブレーキ油圧を作用させて、左右異なる減速力を発生させ、横滑り角が小さくなる方向にヨーモーメントを発生させることにより、車両を安定化させることが開示されている。

M. Yamakado, M. Abe: Improvement of Vehicle Agility and Stability by G-Vectoring Control, Proc. of AVEC2008-080420. M. Yamakado, M. Abe: Proposal of the longitudinal driver model in coordination with vehicle lateral motion based upon jerk information, Review of Automotive Engineering, Vol.29.No.4.October 2008,P.533〜541. S. Inagaki, I. Kushiro, M. Yamamoto: Analysis on Vehicle Stability in Critical Cornering Using Phase-Plane Method, Proc. of AVEC1994- 9438411

非特許文献１、２には、この制御手法がエキスパートドライバが随意に行うステア動作に応じたブレーキ、アクセル動作から抽出したものであり、通常領域から自動的に介入しても違和感が少ない可能性があるとともに、この制御手法の力学的な合理性，操縦性と安定性の向上がシミュレーション結果として示されている。これはドライバのステア動作に対して車両の挙動が適切に応答するように連係して加減速が制御されるので、結果として車両の横滑り角が大きくなることを防ぐことができるということである。特に操舵に対して旋回半径が大きくなりすぎてしまう、いわゆる「アンダーステア」を低減するのに効果的である。

一方、この制御は、何らかの理由で横滑り角が大きくなってしまったときに、確実にそれを低減することを補償するものではない。たとえば、横滑り角が大きくなったドリフト状態で車両横運動が安定すると、横加速度が一定となり、横加加速度がゼロとなる。結果として（数１）で示される加減速制御指令はゼロとなり、車両ドリフトしたままで安定状態となる。力学的には安定でも、すべてのドライバに違和感のない運転を実現しているという保証はない。

また、非特許文献３に記載されている横滑り防止装置は横滑り情報に基づいて稼動されるが、横滑りが発生していない、あるいは小さい日常領域からの稼動についての指針は示されていない。さらに「Ｇ−Vectoring制御」が得意とする「アンダーステア」防止という観点からは、「横滑り防止装置」は、横滑りがある程度大きく発生してから初めてモーメントが入るということになる。このため制御が後手にまわりがちで、アンダーステアを低減させるために大きなモーメントが必要となってしまう。結果的に、アンダーステア低減効果が少なくなってしまうとともに、必要以上の減速で、違和感を生じさせることが懸念される。

また、横滑り防止装置がヨーモーメントを発生させるときに発生する減速度に対する配慮はされておらず、発生しようとするモーメントが、まず決定され、左右制動力の合力により車両の加減速が決定されてしまう。これでは横運動と連係した加減速とは言いきれない。

本発明の目的は、限界運転領域で横滑りを確実に低減させ、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運転制御装置を提供することである。

上記の目的を達成させるために本発明は、四輪の駆動力と制動力を独立に制御可能な車両の運動制御装置において、車両の横運動に連係した前後加減速制御指令に基づいて、四輪のうちの左右輪に略同一の駆動力及び制動力を発生する第１のモードと、車両の横滑り情報から算出した目標ヨーモーメントに基づいて、四輪のうちの左右輪に異なる駆動力及び制動力を発生する第２のモードと、を有し、目標ヨーモーメントが予め定めた閾値以下のときは第１のモードが選択され、目標ヨーモーメントが閾値よりも大きいときは第２のモードが選択される構成とする。

違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運転制御装置を提供できる。

本発明に係る車両の運動制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の車両モデルを用いた横加速度，横加加速度推定を示す図である。 本発明の加速度センサを用いた横加速度，横加加速度推定を示す図である。 本発明の推定信号と計測信号による相互補完の概念を示す図である。 本発明のＧ−Vectoring制御車両の左コーナー進入から脱出までの様子を示す図である。 図５の走行路を走行中の時系列データを示す図である。 本発明の左右差動制動・駆動力による正のヨーイングモーメント付加を示す図である。 本発明の左右差動制動・駆動力による負のヨーイングモーメント付加を示す図である。 本発明の横滑り防止制御車両の左コーナー進入から脱出までの様子を示す図である。 図９の走行路を走行中の時系列データを示す図である。 本発明に係る車両の運動制御装置の制御ブロックを示す図である。 車両に加わる力と加速度、ヨーイング運動を示す図である。 本発明のＧ−Vectoring制御の荷重移動に起因するヨーモーメントを示す図である。 本発明のＧ−Vectoring制御と横滑り防止制御のフローチャートを示す図である。 本発明のＧ−Vectoringと横滑り防止の融合制御時の時系列データを示す図である。 本発明のＧ−Vectoringと横滑り防止の融合制御時の時系列データを示す図である。 本発明の“ｇ−ｇ”ダイアグラムに現れる制御効果を示す図である。 降雪地帯の山岳地を走っている状況を示す図である。 スロープを降りている状況を示す図である。 本発明の前後加速度フィードバックループを示す図である。 凹凸路走行状況を示す図である。 路面性状変化による操舵応答の変化を示す図である。 本発明の制御セレクター，マルチインフォメーションディスプレイを示す図である。

図１に、本発明の車両の運動制御装置の一実施形態の全体構成を示す。

本実施例において車両０はいわゆるバイワイヤシステムで構成され、ドライバと操舵機構，加速機構，減速機構の間に機械的な結合は無い。

＜駆動＞
車両０はモータ１により左後輪６３、右後輪６４を駆動するとともに、左前輪モータ１２１で左前輪６１を、右前輪モータ１２２で右前輪６２を駆動する四輪駆動車（All Wheel Drive：ＡＷＤ車）である。モータ１に連接して、モータのトルクを左右輪に自由に配分することが可能な駆動力配分機構２が装着されている。ここで、特に電気モータや内燃機関などの動力源の差異については、本発明に密接な関係は無い。本発明を示す、最も好適な例として、また、あとで示す四輪独立ブレーキと組み合わせることにより、四輪の駆動力および制動力を自由に制御できるような構成となっている。以下、詳細に構成を示していく。

左前輪６１，右前輪６２，左後輪６３，右後輪６４には、それぞれブレーキロータ，車輪速検出用ロータと、車両側に車輪速ピックアップが搭載され、各輪の車輪速が検出できる構成となっている。そして、ドライバのアクセルペダル１０の踏み込み量は、アクセルポジションセンサ３１により検出され、ペダルコントローラ４８を経て、車両の運動制御装置である中央コントローラ４０で演算処理される。この演算処理の中には本発明の目的としての「横滑り防止制御」に応じたトルク分配情報も含まれている。そしてパワートレインコントローラ４６は、この量に応じて、モータ１，左前輪モータ１２１，右前輪モータ１２２の出力を制御する。また、モータ１の出力はパワートレインコントローラ４６により制御される駆動力配分機構２を経由し、最適な比率にて左後輪６３，右後輪６４に分配される。

アクセルペダル１０にはまた、アクセル反力モータ５１が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ペダルコントローラ４８により、反力制御される。

なお、車両の運動制御装置である中央コントローラ４０は、四輪の駆動力と制動力を独立に制御可能な車両の運動制御装置である。

＜制動＞
左前輪６１，右前輪６２，左後輪６３，右後輪６４には、それぞれブレーキロータが配備され、車体側にはこのブレーキロータをパッド（図示せず）で挟み込むことにより車輪を減速させるキャリパーが搭載されている。キャリパーは油圧式、あるいはキャリパー毎に電機モータを有する電機式である。

それぞれのキャリパーは、基本的には中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ブレーキコントローラ４５１（前輪用），４５２（後輪用）により制御される。

ブレーキペダル１１にはまた、ブレーキ反力モータ５２が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ペダルコントローラ４８により、反力制御される。

＜制動・駆動の統合制御＞
本発明においては、横滑り角情報に基づいて左右輪に異なる制動力や駆動力を発生させることになるが、ヨーモーメントとして寄与するのは左右の制動力あるいは駆動力の差分である。したがってこの差分を実現するために片側は駆動して、反対側を制動するなどの通常とは異なる動作もありうる。このような状況での統合制御指令は中央コントローラ４０が統合的に指令を決定し、ブレーキコントローラ４５１（前輪用），４５２（後輪用），パワートレインコントローラ４６，モータ１，駆動力配分機構２を介して適切に制御される。

＜操舵＞
車両０の操舵系はドライバの舵角とタイヤ切れ角の間に機械的な結合の無い、ステアバイワイヤ構造となっている。内部に舵角センサ（図示せず）を含むパワーステアリング７とステアリング１６とドライバ舵角センサ３３とステアリングコントローラ４４で構成されている。ドライバのステアリング１６の操舵量は、ドライバ舵角センサ３３により検出され、ステアリングコントローラ４４を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。そしてステアリングコントローラ４４はこの量に応じて、パワーステアリング７を制御する。

ステアリング１６にはまた、ステア反力モータ５３が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ステアリングコントローラ４４により、反力制御される。

ドライバのブレーキペダル１１の踏み込み量は、ブレーキペダルポジションセンサ３２により検出され、ペダルコントローラ４８を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。

＜センサ＞
つぎに本発明の運動センサ群について述べる。本実施例における車両の運動を計測するセンサについては、絶対車速計，ヨーレイトセンサ，加速度センサなどを搭載している。これに加え、車速，ヨーレイトについては車輪速センサによる推定，ヨーレイト，横加速度については、車速と操舵角と車両運動モデルを用いた推定などを同時に行っている。

車両０にはミリ波対地車速センサ７０が搭載されており、前後方向の速度Ｖ_xと横方向の速度Ｖ_yは、独立して検出可能である。また、ブレーキコントローラ４５１，４５２には前出したように各輪の車輪速が入力されている。これら４輪の車輪速より前輪（非駆動輪）の車輪速を平均処理することにより絶対車速を推定することができる。本発明においては、特開平５−１６７８９号公報で開示されている方法を用い、この車輪速および車両前後方向の加速度を検出する加速度センサの信号を加えることにより四輪同時に車輪速度が落ち込む場合でも、絶対車速（Ｖ_x）を正確に測定するように構成されている。また前輪（非駆動輪）の左右輪速度の差分をとることにより車体のヨーレイトを推定するような構成も内包しており、センシング信号のロバスト性の向上を図っている。

そしてこれらの信号は中央コントローラ４０内にて、共有情報として、常にモニタリングされている。推定絶対車速は、ミリ波対地車速センサ７０の信号と比較・参照されいずれかの信号に不具合が生じたときにお互いに補完しあうように構成されている。

図１に示すように、横加速度センサ２１と前後加速度センサ２２およびヨーレイトセンサ３８は、重心点近辺に配置されている。また夫々の加速度センサの出力を微分して加加速度情報を得る、微分回路２３，２４が搭載されている。さらにヨーレイトセンサ３８のセンサ出力を微分してヨー角加速度信号を得るための微分回路２５が搭載されている。

本実施例では微分回路の存在を明確化するために各センサに設置しているように図示したが、実際は中央コトローラ４０に直接加速度信号を入力して各種演算処理をしてから微分処理をしてもよい。したがって、先の車輪速センサから推定されたヨーレイトを用い中央コントローラ４０内で微分処理をして車体のヨー角加速度を得ても良い。

また、加加速度を得るために、加速度センサと微分回路を利用しているが、特願２００２−３９４３５で開示されている加加速度センサを用いても良い。

また、本実施例においては、横加速度、横加加速度を推定する方法も採用している。図２を用いて、操舵角δから横加速度推定値Ｇ_yeと横加加速度推定値Ｇ_ye_dotを推定する方法について述べる。

まず車両横運動モデルにおいて、操舵角δ［deg］と車両速度Ｖ［ｍ／ｓ］を入力として、動的特性を省略した定常円旋回時のヨーレイトｒを以下（数２）で算出する。

この式において、スタビリティファクタＡ，ホイールベースｌは車両固有のパラメータであり、実験的に求めた固定値である。また、車両の横加速度Ｇ_yは、車両速度Ｖ，車両の横すべり角変化速度β_dot、そしてヨーレイトｒとして、以下（数３）の式で表記できる。

β_dotはタイヤ力の線形範囲内の運動であり小さいとして省略しうる量である。ここでは、先に述べたように動的特性を省略したヨーレイトｒと車速Ｖを乗じて、横加速度Ｇ_ye-wodを算出する。この横加速度は低周波領域では応答遅れ特性を有する車両の動的特性を考慮していない。これは以下の理由による。車両の横加加速度情報Ｇ_y_dotを得るためには横加速度Ｇ_yを離散時間微分する必要がある。

この際に信号のノイズ成分が増強される。この信号を制御に用いるためにはローパスフィルター（ＬＰＦ）を通す必要があるが、これは位相遅れを発生させてしまう。そこで動的特性を省略した、本来の加速度よりも位相の早い加速度を算出し、離散微分を行った後で時定数Ｔ_lpfeのＬＰＦを通すという方法を採用し、加加速度を得ることにした。これはＬＰＦによる遅れで横加速度の動的特性を表現し、得られた加速度を単に微分したと考えても良い。横加速度Ｇ_yも同じ時定数Ｔ_lpfのＬＰＦに通す。これで加速度に対しても動的特性を与えられたことになり、図は省略するが、線形範囲においては、実際の加速度応答を良く表現できていることを確認している。

以上のように、操舵角を用いて横加速度および横加加速度を算出する方法は、ノイズの影響を抑え、かつ横加速度と横加加速度の応答遅れを小さくするという利点がある。

しかしながら本推定方法は、車両の横滑り情報を諸略したり、タイヤの非線形特性を無視したりしているため、横滑り角が大きくなってきた場合には、実際の車両の横加速度を計測して利用する必要性がある。

図３は、横加速度センサ２１の検出信号Ｇ_ysoを用いて、制御のための横加速度Ｇ_ys、横加加速度情報Ｇ_ys_dotを得る方法を示している。路面の凹凸などのノイズ成分を含んでいるために、センサ信号についてもローパスフィルター（時定数Ｔ_lpfs）を通す必要がある（ダイナミクス補償ではない）。

上述のような、横加速度、加加速度の推定、計測のそれぞれのメリットを両立させるため、本実施例においては、図４に示すように両者の信号を相補的に用いる方法を採用している。推定信号（estimatedとしてｅという添え字で示す）と検出信号（sensedとして、ｓという添え字で示す）は、横滑り情報（横滑り角β，ヨーレイトｒなど）に基づいて可変となるゲインを掛けて足し合わせることになる。

この、横加加速度推定信号Ｇ_ye_dotに対する可変ゲインＫ_je（Ｋ_je＜１）は、横滑り角が少ない領域において大きな値をとり、横滑りが増加してくると小さな値をとるように変更される。

また、横加加速度検出信号Ｇ_ys_dotに対する可変ゲインＫ_js（Ｋ_js＜１）は、横滑り角が少ない領域において小さな値をとり、横滑りが増加してくると大きな値をとるように変更される。

同様に横加速度推定信号Ｇ_yeに対する可変ゲインＫ_ge（Ｋ_ge＜１）は、横滑り角が少ない領域において大きな値をとり、横滑りが増加してくると小さな値をとるように変更される。また、横加速度検出信号Ｇ_ysに対する可変ゲインＫ_gs（Ｋ_gs＜１）は、横滑り角が少ない領域において小さな値をとり、横滑りが増加してくると大きな値をとるように変更される。

このように構成することにより、横滑り角が小さい通常領域から、横滑りが大きくなった限界領域までノイズが少なく、制御に適した加速度、加加速度信号を得ることができるような構成となっている。なお、これらのゲインは、横滑り情報の関数、あるいはマップにより決定する。

ここまでは本発明の第一実施例の装置構成および、横加速度、横加加速度を推定する方法（これらは、中央コントローラ４０内のロジックとして内包されている）について述べた。さて、ここからは「横運動に連係した前後加減速制御指令」と「車両の横滑り情報から算出したヨーモーメント制御指令」について述べる。

＜横運動に連係した前後加減速制御指令：Ｇ−Vectoring＞
横運動に連係した加減速制御の指針は、例えば非特許文献１に示されている。

基本的に横加加速度Ｇ_y_dotにゲインＣ_xyを掛け、一次遅れを付与した値を前後加減速制御指令にするというシンプルな制御則である。これによりエキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部が模擬できることが非特許文献２で確認されている。

この（数１）のＧ_{x_DC}は横運動に連係していない減速度成分（ドライバ、あるいは外部情報に基づいて自動的に入力する加減速指令）である。前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。なお、前後加減速制御指令Ｇ_xcは、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtと同意である。

また、sgn（シグナム）項は、右コーナー、左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると（横加加速度がゼロとなるので）減速を停止し、操舵戻し開始時のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。横加加速度に応じて加減速するということは、横加速度が増加するときに減速し、横加速度が減少するときに加速すると捉えることができる。

また、（数２），（数３）を参考にすると、操舵角が増加するときに車両は減速し、操舵角が減少するときに車両は加速すると解釈することもできる。

さて、このように制御されると、前後加速度と横加速度の合成加速度（Ｇと表記）が、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように方向付けられる（Vectoring）のため、「Ｇ−Vectoring制御」と呼ばれている。

（数１）の制御を適用した場合の車両運動に関して、具体的な走行を想定して説明する。図５は、直進路Ａ，過渡区間Ｂ，定常旋回区間Ｃ，過渡区間Ｄ，直進区間Ｅという、コーナーへの進入，脱出の一般的な走行シーンを想定している。このとき、ドライバによる加減速操作は行わないものとする。

また、図６は操舵角，横加速度，横加加速度、（数１）にて計算した前後加減速制御指令、そして四輪（６１，６２，６３，６４）の制動，駆動力について時刻暦波形として示した図である。後で詳細に説明するが、前外輪（左旋回においては６２となる）と前内輪（６１），後外輪（６４）と後内輪（６３）は、左右（内外）それぞれ同じ値と成るように制動力・駆動力が配分されている。

ここで制駆動力とは各輪の車両前後方向に発生する力の総称で、制動力は車両を減速する向きの力であり、駆動力は車両を加速する向きの力と定義する。

まず直進路区間Ａから車両がコーナーに進入する。過渡区間Ｂ（点１〜点３）では、ドライバが徐々に操舵を切増すに従い、車両の横加速度Ｇ_yが増加していく。横加加速度Ｇ_y_dotは、点２近辺の横加速度が増加している間、正の値をとることになる（横加速度増加が終了する３の時点ではゼロに戻る）。

このとき、（数１）より、制御車両には横加速度Ｇ_yの増加に伴い、減速（Ｇ_xcは負）指令が発生する。これに伴い、前外，前内，後外，後内の各輪に略同じ大きさの制動力（マイナス符号）が加わることになる。

その後、車両が定常旋回区間Ｃ（点３〜点５）に入ると、ドライバは操舵の切増しを止め、操舵角を一定に保つ。このとき、横加加速度Ｇ_y_dotは０となるため、前後加減速制御指令Ｇ_xcは０となる。よって、各輪の制動力・駆動力もゼロとなる。

つぎに、過渡区間Ｄ（点５〜７）では、ドライバの操舵の切戻し操作によって車両の横加速度Ｇ_yが減少していく。このとき車両の横加加速度Ｇ_y_dotは負であり、（数１）より制御車両には前後加減速制御指令Ｇ_xcが発生する。これに伴い、前外，前内，後外，後内の各輪に略同じ大きさの駆動力（プラス符号）が加わることになる。

また直進区間Ｅでは横加加速度Ｇ_yが０となり横加加速度Ｇ_y_dotもゼロとなるため加減速制御は行われない。以上のように、操舵開始のターンイン時（点１）からクリッピングポイント（点３）にかけて減速し、定常円旋回中（点３〜点５）には減速を止め、操舵切戻し開始時（点５）からコーナー脱出時（点７）には加速する。このように、車両にＧ−Vectoring制御を適用すれば、ドライバは旋回のための操舵をするだけで、横運動に連係した加減速運動を実現することが可能となる。

また、この運動を前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、車両に発生している加速度様態を示す“ｇ−ｇ”ダイアグラムに表すと、滑らかな曲線状に遷移する特徴的な運動になる。これは時間の経過と共にダイアグラム上で曲線的な遷移をするように前後加減速制御指令が決定されることである。この曲線状の遷移は左コーナーについては、図に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについては、Ｇ_x軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は反時計回りとなる。このように遷移すると前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイト、ピッチレイトのピーク値が低減される。

＜ヨーモーメント制御指令＞
つぎに、左右輪駆動・制動力配分によるヨーモーメント制御について図面を用いて簡単に示す。図７は車両０の反時計回りの旋回標準状態（Ａ）から旋回を促進する方向（正）のヨーモーメントを入力した状況を示す模式図である。まず、標準状態での車両０の横方向の運動方程式とヨーイング（回転）運動の方程式を以下（数４）（数５）に示す。

ただしｍ：車両０の質量、Ｇ_y：車両０に加わる横方向の加速度、Ｆ_yf：前２輪の横力、Ｆ_yr：後２輪の横力、Ｍ：ヨーモーメント、Ｉ_z：車両０のヨーイング慣性モーメント、ｒ_dot：車両０のヨー角加速度（ｒはヨーレイト）、ｌ_f：車両０の重心点と前車軸間の距離、ｌ_r：車両０重心点と後車軸間の距離である。定常円旋回状態ではヨーイング運動は釣り合い（ヨーモーメントがゼロ）を示し、角加速度はゼロとなる。

この状態から（Ｂ）は内側の後輪（左後輪６３）のみにブレーキを掛け制動力（Ｆ_xrl）を与えた例、（Ｃ）はこれに加え内側の前輪にもブレーキを掛け制動力（Ｆ_xfl）を与えた例、（Ｄ）は（Ｃ）に加え外側前後輪に駆動力（Ｆ_xfr，Ｆ_xrr）を与えた例である。この場合、車両０には、以下（数６）のヨーイングモーメントが働くことになる。

ここで、前進方向、すなわち駆動方向の力を正とし、制動方向の力を負としており、ｄは左右輪間の距離（トレッド）を表している。さらに、左側前後輪の合成制動・駆動力をＦ_xl、右側前後輪の合成制動・駆動力をＦ_xrとしている。

また、同様に図８は負のモーメント、すなわち左旋回しているときに、負の方向の、すなわち時計回りの（復元側の）ヨーモーメントを発生させる制動・駆動力の配分である。この場合も、ヨーイング運動の方程式は（数６）となる。

車両０においては、中央コトローラ４０の指令により四輪のそれぞれに、自由に制動，駆動力を発生させることができるため、正負両方のヨーモーメントを発生することができる。

本発明は、計測された車両の前後加速度Ｇ_xと横加速度Ｇ_yを、横軸の正の方向に車両の加速度、負の方向に減速度をとり、縦軸の正の方向に車両の左方向の横加速度、負の方向に右方向の加速度をとるダイアグラムに示した場合に、目標ヨーモーメントＭ_tが車両の上方から眺めて時計回りの値であるときには、左輪に右輪よりも大きな減速力を与えるか、右輪に左輪よりも大きな駆動力を与え、目標ヨーモーメントＭ_tが車両の上方から眺めて反時計回りの値であるときには、右輪に左輪よりも大きな減速力を与えるか、左輪に右輪よりも大きな駆動力を与えるとする。

また、計測された車両の前後加速度Ｇ_xと横加速度Ｇ_yを、横軸の正の方向に車両の加速度、負の方向に減速度をとり、縦軸の正の方向に車両の左方向の横加速度、負の方向に右方向の加速度をとるダイアグラムに示した場合に、車両の上方から眺めて反時計回りの運動を開始するときには、時間の経過とともに時計回りの曲線的な遷移を示し、車両の上方から眺めて時計回りの運動を開始するときには、時間の経過とともに反時計回りの曲線的な遷移を示すように横運動に応じて前後方向の加減速が決定されるとする。

さて、つぎに具体的な走行を想定して、このようなヨーモーメント制御の「横滑り防止」への適用について、その稼動条件の概要も含めて説明する。図９は、直進路Ａ，過渡区間Ｂ，定常旋回区間Ｃ，過渡区間Ｄ，直進区間Ｅという、コーナーへの進入，脱出の走行シーンについて、以下のように「アンダーステア」，「オーバーステア」が発生して車両に横滑りが発生し、コースから逸脱する状況において、「横滑り防止制御」を行った結果を示している。

図１０の３つのヨーレイト、横滑り角を用いて、「アンダーステア」，「オーバーステア」の判定について簡単に説明する。図１０は操舵角、「横滑り防止制御」介入条件に用いる、推定値を含むヨーレイト，推定車両横滑り角、そしてこれらから求めたヨーモーメント指令、そして四輪（６１，６２，６３，６４）の制動，駆動力、このときの車両前後加速度，横加速度について時刻暦波形として示した図である。

まず操舵から求めたヨーレイトｒ_δであるが、これは（数２）を用いて、スタビリティファクタＡ，ホイールベースｌ，車両速度Ｖ，操舵角δを用いて算出したものである。ドライバの操舵角を入力としているため、ドライバの意思を最も良く反映したものと捉えることができる。

つぎに、横加速度から求めたヨーレイトｒ_Gyであるが、これは（数３）同様に、横滑り角変化β_dotを省略して（数７）のようにし横加速度を車両速度で除して求めたものである。

この値は、車両の公転速度を示していると考えられ、車両旋回限界を示す量と考えられる。

さらにヨーレイトセンサ３８で検出したヨーレイトｒ_sは、車両の実際の自転速度を示している。

横滑り角βは、定義としては車両の前後方向の速度ｕと車両の横方向の速度ｖを用いて、逆正接arctan（ｖ／ｕ）を求めたものであるが、車両と進行方向のなす角と考えることができる。例えば図７，図８の車両重心を通る矢印は車両進行方向を示しており、これと車両の前後方向とのなす角が横滑り角で、車両固定座標系反時計回りが正とおいている。図７においては横滑り角が負で大きな状態でオーバーステア→スピンを誘発するような状態を示している。また、図８はこれとは逆に横滑り角が正で大きな状態でアンダーステア→経路はみ出しを誘発するような状態を示している。

操舵から求める横滑り角β_δは、車両運動モデルを用いて以下（数８）のように計算できる。

ここで、ｍは車両質量、Ｋ_rは、後輪の単位横滑り角に対する横力のゲインを現すコーナリングスティフネスである。

横滑り角は、ミリ波対地車速センサ７０で、前後方向の速度Ｖ_xと横方向の速度Ｖ_yを独立して検出し、以下（数９）で求めても良いし、（数１０）のような、積分法を用いてもよい。

これらの操舵から求めたヨーレイトｒ_δ、横加速度から求めたヨーレイトｒ_Gy，ヨーレイトセンサ３８で検出したヨーレイトｒ_s、そして、操舵から求めた横滑り角β_δ、検出、あるいは推定値から求めた横滑り角βを用いて、特開平０９−３１５２７７号公報にて開示されているものと同様な方法を用いて（１）「横滑り防止制御」介入条件、（２）ヨーモーメント制御量が決定される。

（１）介入条件
横加速度から求めたヨーレイトと実ヨーレイトを比較して、実ヨーレイトが小さいときは、アンダーステア、大きいときはオーバーステア、さらに横滑り角が負で大きい場合はオーバーステアであると判断される。このときの閾値、不感帯などは、テストドライバなどの感応試験により調整される。

（２）ヨーモーメント制御量
基本的には操舵から求めたヨーレイトと、横滑り角に実際の値が近くなるようにヨーモーメントを加える。さらには横滑り角微分値などにフィーリングに合うように調整されたゲインを掛け合わせ、これらを足し合わせた値を用いて補正を行っている。

さて、本実施例でのアンダーステア，オーバーステア発生状況、それに対する「横滑り防止制御」について図１０を用いて示す。まず、コーナー進入時の過渡区間Ｂの位置２〜３において、アンダーステアが発生しコースを逸脱してしまう可能性が生じている。これは、横加速度から求めたヨーレイトｒ_Gyに対し、実ヨーレイトｒ_sが小さいことから検出することができる。そこで、旋回を促進する方向（正）のヨーモーメント指令が算出される。そして本実施例においては、左（内側）後輪に制動力を発生させ、旋回を促進する方向（正）のモーメントを加えている。この制動力により、図１０の前後加速度（下から２番目）に示すように、後内輪制動力と同様なプロファイルの減速度が働くことになる。

また、定常旋回区間Ｃにおいて、最大横加速度状態で相対的に後輪の等価的なコーナリングスティフネスが低下し、オーバーステアが発生してスピンを誘発しそうな状況となっている。これは、横加速度から求めたヨーレイトｒ_Gyに対し、実ヨーレイトｒ_sが大きいことから検出することができ、さらには横滑り角が閾値であるβ_thよりも、大きくなって大きな横滑り角となっていることから検出することができる。過剰なヨーイング運動を復元するために、本実施例においては右側（外側）前輪と後輪の両方に制動力を発生させ、時計回りのモーメントを加えている。この制動力により、図１０の前後加速度（下から２番目）に示すように、前外輪と後外輪の制動力の和と同様なプロファイルの減速度が働くことになる。

ヨーモーメント指令が存在しているときだけ、前外輪（左旋回においては６２となる）と前内輪（６１），後外輪（６４）と後内輪（６３）は、左右（内外）それぞれ異なる値となるように制動力が配分されている。

さて、このように左右、それぞれ異なる値となるように制動力（駆動力）を制御することにより、車両の横滑り防止のためのヨーモーメント制御を実現することができ、車両の操縦性（回頭性）と安定性を確保することができる。しかしながら、このとき図１０に示すように、横滑りの発生状況に応じて減速度が加わることになる。当然、速度変化なども発生するため、図１０のように滑らかにハンドルを操舵しても横加速度にも変動が発生することになる。

この運動を前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、車両に発生している加速度様態を示す“ｇ−ｇ”ダイアグラムに表すと、図９下に示すように１から５までの間で、反時計回りのループを２箇所生じてしまうことになる。これでは、ピッチング運動とローリング運動が非同期となり、図５のＧ−Vectoring制御時の運動に比べ、ギクシャクした運動となってしまう。いわゆるドライバ入力によって生じる横運動に連係していない加減速運動となってしまう。

これが失速感、違和感の生じる所以である。本発明はこのような課題に対し、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い（Ｇ−Vectoring）、限界運転領域で横滑りを確実に低減させる（横滑り防止制御）制御の融合を図ることにより、違和感が少なく、安全性能向上を可能とするものである。以下、具体的な制御装置の構成、および方法について開示していく。

＜Ｇ−Vectoring制御と「横滑り防止制御」の融合＞
図１１は、中央コントローラ４０の演算制御ロジックと、車両０、センサ群およびセンサからの信号をもとに（中央コントローラ４０内で演算するのであるが）横滑り角を推定するオブザーバーの関係を模式的に示したものである。ロジック全体はおおまかに、車両横運動モデル４０１，Ｇ−Vectoringコントローラ部４０２，ヨーモーメントコントローラ部４０３，制動力・駆動力配分部４０４にて構成されている。

車両横運動モデル４０１は、ドライバ舵角センサ３３から入力された舵角δと、車速Ｖから（数２），（数３）あるいは（数８）を用いて推定横加速度（Ｇ_ye），目標ヨーレイトｒ_t，目標横滑り角β_tを推定する。本実施例では、目標ヨーレイトｒ_tは、先に述べた、操舵から求めたヨーレイトｒ_δと同一とするような設定となっている。

第１の処理部であるＧ−Vectoringコントローラ４０２に入力する横加速度，横加加速度については図４に示すように両者の信号を相補的に用いるロジック４１０を採用している。ロジック４１０は、推定された推定横加速度（Ｇ_ye）と、実測した実横加速度に基づいて横加速度と横加加速度を算出するロジックである。

Ｇ−Vectoringコントローラ４０２は、これらの横加速度，横加加速度を用いて（数１）に従い、目標前後加減速制御指令Ｇ_Xtのうち、現在の車両横運動に連係した成分を決定する。さらには現在の車両横運動に連係していない減速度成分であるＧ_{x_DC}を足し合わせて、目標前後加減速制御指令Ｇ_Xtを算出し、制動力・駆動力配分部４０４に出力する。

ここでＧ_{x_DC}は、前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。区間速度指令は、自車が存在している座標により決定される情報であるため、区間速度指令が掲載されているマップ情報に対し、ＧＰＳなどで得られた座標データを照合することにより決定できる。つぎに前方コーナーに対する予見的な減速であるが、本実施例では検出の詳細は省略するが例えば、単眼，ステレオなどのカメラや、レーザー，ミリ波などの測距レーダー、あるいはＧＰＳ情報など、自車より前方の情報を取り入れ、現時点ではまだ顕在化していない将来の横運動（横加加速度）に応じて加減速を行うという方法で実現できる。前方注視距離・時間での経路と、自車到達予想位置での偏差情報を用いて、操舵角を決定するいわゆる「ドライバモデル」と同様に、将来の操舵角を推定する。そして、この操舵操作により車両に発生するであろう将来の横加加速度に応じて、（数１）同様にＧ−Vectoringを行うことにより（Preview Ｇ−Vectoring）前方コーナーに対する予見的な減速が可能となる。

つぎに、第２の処理部であるヨーモーメントコントローラ４０３については、先に述べたようなロジックにしたがって、目標ヨーレイトｒ_t（ｒ_δ），目標横滑り角β_tと、実ヨーレイト，実（推定）横滑り角との偏差Δｒ，Δβに基づいて、目標ヨーモーメントＭ_tを算出し、制動力・駆動力配分部４０４に出力する。

制動力・駆動力配分部４０４は、目標前後加減速制御指令Ｇ_Xt又は目標ヨーモーメントＭ_tに基づいて、車両０の四輪の制動・駆動力（Ｆ_xfl，Ｆ_xfr，Ｆ_xrl，Ｆ_xrr）を決定する。以下では、まず基本的な配分則を示し、これに加えて本発明における「Ｇ−Vectoring」制御で特徴的な、間接的なヨーモーメント制御（ＩＹＣ：Indirect Yaw-moment Control）効果について概説し、制動力・駆動力配分における特徴的な留意点について述べる。

まず、図１２を用いて、前後運動，横運動，ヨーイング運動の運動方程式について考える。ここで式の見通しをよくするために、制動・駆動力、タイヤ横力について、以下（数１１）（数１２）（数１３）（数１４）のように二輪分の力を再定義する。

このようにおくと、以下（数１５）（数１６）（数１７）のようになる。

＜前後運動＞

＜横運動＞

＜ヨーイング運動＞

さらに、目標ヨーイングモーメントと各輪制動・駆動力についての記述は、以下（数１８）となる。

ここで、前後運動（数１５）とヨーイングモーメント（数１８）を連立させると、未知数２つ、式２本で、以下（数１９）（数２０）のように解析的に解くことができる。

これで、「Ｇ−Vectoring」制御による前後加減速制御指令と「横滑り防止制御」によるモーメント指令を両立できる、右側前後輪２本分の制動力・駆動力と左側前後輪２本分の制動力・駆動力を配分することができた。つぎにこれらを、前後輪の垂直荷重比に応じて前後輪に配分する。今、車両０のバネ上重心点の地面からの高さをｈとし、車両０が目標前後加減速制御指令Ｇ_xtで加減速しているとすると、前輪と後輪の２輪分の荷重（Ｗ_f，Ｗ_r）は、それぞれ次の（数２１）（数２２）ようになる。

よって、荷重比に応じて配分された四輪の制動・駆動力は以下（数２３）（数２４）（数２５）（数２６）のようになる。

ただし、以下（数２７）（数２８）である。

（数２８）の詳細は特開平０９−３１５２７７号公報にて開示されているものと同様な方法を用いて計算される。

これが、本発明の基本配分則である。（数２３）から（数２６）を見ると、「Ｇ−Vectoring」制御指令値（目標前後加減速制御指令Ｇ_xt）がゼロのときは、「横滑り防止制御」によるヨーモーメント指令を前後輪の静的荷重に応じて配分しており、「Ｇ−Vectoring」制御指令値Ｇ_xtがゼロでないときには、その前後加速度を実現するための制動力・駆動力が、余分なモーメントを発生しないように、左右輪には同一の値として、前後には荷重配分比に分配されていると解釈できる。

本発明の車両の運動制御装置である中央コントローラ４０では、日常領域から働く「Ｇ−Vectoring制御」と限界領域で働く「横滑り防止装置」の融合と非干渉化が必要となる。

車両運動を平面上の運動として考えると、（１）前後運動、（２）横運動、そして重心点廻りの回転、すなわち（３）ヨーイング運動で記述できる。横運動に連係した加減速を実現する「Ｇ−Vectoring制御」は、（１）前後方向の加減速を制御するものであり、直接的には（３）ヨーイングモーメントを制御するものではない。すなわちヨーイングモーメントに関しては、「任意」であり自由度を有する。

また、「横滑り防止装置」は直接（３）ヨーモーメントを制御するものであり、（１）の加減速を制御するものではない。すなわち、前後加減速については「任意」であり自由度を有する。

したがって、これらの制御の融合を実現するためには、「Ｇ−Vectoring制御」が決定する横運動に連係した加減速制御指令に従って（１）前後加速度を制御し、「横滑り防止制御装置」が決定するヨーモーメント指令に従って（３）ヨーイングモーメントを制御すればよい。

具体的には、以下のような２つのモードをもつように装置を構成する。
（１）横滑りが顕著ではない通常領域においては、「Ｇ−Vectoring制御」指令に基づいて、左右輪に略同一の制動・駆動力を発生させる（第１のモード）。
（２）横滑りが大きくなって、「横滑り防止制御」が決定するヨーモーメント指令により左右異なる制動・駆動力を発生させる（第２のモード）。

そして、第２のモードの状態となった場合に、例えば四輪の制動・駆動力により発生する前後加速度が、「Ｇ−Vectoring制御」にて決定される前後加速度指令と異なる場合は、その差分加速度を発生させるために車両に加えるべき制動・駆動力を算出し、それを等配分したものを左右輪に足し合わせればよい。これにより指令されたヨーイングモーメントを保ちながら、指令された加減速を実現することができる（２つの制御の融合と非干渉化の実現）。

つまり、本発明は、車両の横運動に連係した前後加減速制御指令Ｇ_xcに基づいて、その四輪のうちの左右輪に略同一の駆動力及び制動力を発生する第１のモード（Ｇ−Vectoring制御）と、車両の横滑り情報（舵角δ，車速Ｖ，ヨーレイトｒ，横滑り角β）から算出した目標ヨーモーメントＭ_tに基づいて、四輪のうちの左右輪に異なる駆動力及び制動力を発生する第２のモード（横滑り防止制御）と、を有し、目標ヨーモーメントＭ_tが予め定めた閾値Ｍ_th以下のときは第１のモードが選択され、目標ヨーモーメントが閾値よりも大きいときは第２のモードが選択される構成にすることで、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運転制御装置を提供できる。

また、例えば二輪駆動の場合、あるいは、ブレーキ制御のみで、ヨーモーメントを制御する場合、所望の駆動力を発生できない場合もありうる。この場合は、「横滑り防止制御」を優先させ、確実にモーメントを発生させ、安全性の確保を図る構成とする。

さて、本発明における「Ｇ−Vectoring制御」と「横滑り防止制御」の融合において、もうひとつ考慮すべき点がある。それは、タイヤ横力の荷重依存性に起因する、間接的なヨーモーメント制御（ＩＹＣ：Indirect Yaw-moment Control）効果である。この効果について図１３を用いて概説する。今、簡素化のためにｌ_f（重心点から前軸までの距離）とｌ_r（重心点から後軸までの距離）が等しいと仮定する。すなわち前輪と後輪の静止時の前後輪荷重は等しいとする。

タイヤ横力は、図１３に示すようにタイヤ横滑り角に対して、横滑り角が小さいときには比例関係があり、大きいときには飽和特性を持つ。前後輪の荷重が等しいと仮定しているので、同一横滑り角に対しては同一の横力を発生することになる。ここで、車両０が「Ｇ−Vectoring」制御値Ｇ_xtに基づいて減速すると、（数２１）に示すように前輪荷重が増加し、（数２２）に示すように後輪荷重が減少する。結果として、旋回中に減速すると前輪の横力Ｆ_yfが増加し、後輪の横力Ｆ_yrが減少することになる。この現象を（数１７）のヨーイング運動方程式をもとに考えると、旋回を促進するモーメントが働くことになる。また、旋回中に加速すると図１３下段のように復元側のヨーモーメントが働くことになる。

横運動に連係した「Ｇ−Vectoring」制御においては、横加速度が増加していくとき、すなわち旋回を開始するときに減速するので、旋回を促進する方向のヨーモーメントが働くことになる。また、横加速度が減少していくとき、すなわち旋回を終了するときに加速するので、旋回を復元し直進へ向かう方向のヨーモーメントが働くことになる。これらは、それぞれ操縦性向上と安定性向上のポテンシャルを有していることを示している。

さて、このような「Ｇ−Vectoring制御」に「横滑り防止制御」のためのヨーモーメントを加えた場合、制御量が多すぎて不具合を生じる可能性がある。それは例えば、コーナー進入時に「横滑り防止制御」の観点からアンダーステア防止制御のためのヨーモーメントを入力し、これにさらに「Ｇ−Vectoring」制御を加えた場合などに発生する可能性がある。アンダーステア防止のための制御量が大きすぎて、ニュートラルステアを通り越してオーバーステアとなることも懸念される。このような状況を回避する方法を図１４のフローチャート用いて概説する。

まず、車速Ｖ，ヨーレイトｒ，横加速度Ｇ_y，横加加速度Ｇ_y_dot，横滑り角β，横滑り角速度β_dotを検出あるいは推定し（ステップ（１））、Ｇ−Vectoring制御則に基づいた横運動に連係した目標前後加減速制御指令Ｇ_xtを算出する（ステップ（２））。また、車両の横滑りを低減するように（１）介入条件と（２）制御量、すなわち目標ヨーモーメントＭ_tを算出する（ステップ（３））。ここで、目標ヨーモーメントＭ_tについて若干の説明を加える。車両に横滑りが発生した場合には、前輪と後輪にも横滑りが発生する。良く知られているように、このような状況では、タイヤの横剛性を表すコーナリングスティフネス（単位Ｎ／rad）に略比例したコーナリングフォースが発生する。前輪が発生するコーナリングフォースと車両重心点から前軸までの距離の積で表せる旋回促進側のヨーモーメントと、後輪が発生するコーナリングフォースと車両重心点から後軸までの距離の積で表せる旋回を止める側のヨーモーメントの合成モーメントが、横滑り発生時に車両に自然に発生する復元ヨーモーメントである。従って、復元ヨーモーメント以下の目標ヨーモーメント指令であれば、あえてヨーモーメント制御を加えずとも、自然に横滑りの小さい状態に収束することになる。このような状態で制御を加えると、ドライバのフィーリングとして制御過多の印象となる。このような現象を回避するためには、車両固有の復元ヨーモーメントである閾値以下ではヨーモーメント制御を行わないという方法を取るようにしている。現状の横滑り防止装置では、テストドライバにより繰り返し試走行を行い、フィーリング評価に基づいて、この不感帯を設定している。すなわち、ステップ（３）において求められた目標ヨーモーメント指令Ｍ_tは、不感帯以上の値として、制御が必要な状況における、具体的な制御指令値を示している（単純に横滑り情報から得られる値が、不感帯以下ならＭ_tはゼロとされている）。このヨーモーメント指令は、加減速を行っていない場合の、基本的なヨーモーメント指令である。

さて、つぎにステップ（４）において、前後加減速制御指令が存在するか否かの判断を実施する。まず前後加減速制御指令があるとき、すなわちステップ（５）へ遷移した場合について述べる。ステップ（５）では、目標ヨーモーメントＭ_tの大きさに基づいて、制御則を切り替える。まず、目標ヨーモーメントＭ_tとあらかじめ設定された閾値であるＭ_thとの比較を行い、左右輪の制動，駆動力を別々に配分するようなヨーモーメント制御を行うか（（７）〜（１０））、左右輪を略等しい制動，駆動力を配分するようなＧ−Vectoringのみを行うか（５）を決定する。

前述したようにタイヤ特性と車両諸元から不感帯を決定するための復元ヨーモーメントを概算設定することができるが、タイヤ特性は図１３の説明にて述べたように荷重依存性を有する。このため、操縦性向上と安定性向上のポテンシャルを有するＧ−Vectoring制御による加減速状態を考慮すると、等化的に復元ヨーモーメントが瞬時毎に変化して、必要なヨーモーメント制御量はさらに少なくなる。そこで、本実施例においてはタイヤの荷重依存係数を基にしてＧ−Vectoring制御効果を考慮に入れて〔非特許文献１参照〕、閾値Ｍ_thを設けるようにしている。そして、ステップ（３）で決定された基本的なヨーモーメント指令Ｍ_tの絶対値と比較し、Ｍ_tがＭ_th以下であるときには、Ｇ−Vectoring制御による左右輪等配分での加減速制御を行うような構成となっている（ステップ（６））。

以上のように本実施例においては、図１４に示すようにＧ−Vectoring制御が稼動しているときには、ヨーモーメント制御量がある閾値を超えない限り、制動力・駆動力の左右配分を行わないようなロジックを内包するように構成している。これにより、ヨーモーメント指令が小さいときは、一つ目のモード（Ｇ−Vectoring（ステップ（６））で稼動し、ヨーモーメント指令が大きいときは、二つ目のモード（横滑り防止制御（ステップ（７）〜（１０））で稼動する。

また、四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する二つ目のモード（横滑り防止制御）で実現される車両前後加速度が、（Ｇ−Vectoring）の前後加減速制御指令との差が近くなるように四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御されている（ステップ（９）（数２３）から（数２６）も参照）。

しかしながら、制動・駆動配分が自在にならない、たとえば通常の二輪駆動車でかつ、ブレーキ制御のみを行う（ステップ（８）のＮ）などの他の実施例を考えると、必ずしも四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する二つ目のモード（横滑り防止制御）で実現される車両前後加速度が、（Ｇ−Vectoring）の前後加減速制御指令と一致するものではない。

例えば、Ｇ−Vectoring指令がゼロのときに、ブレーキ制御を行うと、どうしても減速度が発生してしまう（ステップ（１０））。しかしながら、Ｇ−Vectoring制御の指令が、横滑り防止制御指令により発生する減速度よりも大きいときには、Ｇ−Vectoring制御の指令との差が近くなるように四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御を行うことができ、本発明の課題を解決する場面が存在し、本発明の範囲内である。

まとめると、本発明は、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtがゼロか否かを判断し、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtがゼロではない場合、且つ目標ヨーモーメントＭ_tが予め定めた閾値Ｍ_th以下の場合、制動力・駆動力配分部４０４で目標前後加減速制御指令Ｇ_xtに基づいて車両の各輪の制動駆動力（Ｆ_xfl，Ｆ_xfr，Ｆ_xrl，Ｆ_xrr）を左右輪の制動駆動力を略等しく配分するように算出する。また、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtがゼロか否かを判断し、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtがゼロである場合、又は、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtが０ではない場合、且つ目標ヨーモーメントＭ_tが予め定めた閾値Ｍ_thより大きい場合、制動力・駆動力配分部４０４で目標ヨーモーメントＭ_tに基づいて車両の各輪の制動駆動力（Ｆ_xfl，Ｆ_xfr，Ｆ_xrl，Ｆ_xrr）を左右輪の制動駆動力を別々に配分するように算出する構成としている。

最後に本発明の効果について図１５，図１６，図１７を用いて説明する。図１５，図１６，図１７は、図９，図１０にて示した、「横滑り防止制御」のみを適用したシーンについて本発明を適用した例である。また、図１６は図１０，図１５に対して、「アンダーステア」「オーバーステア」が発生する地点は同じであるが、より軽微なステア特性の変動であった場合を想定している。

図１５は、操舵角に応じて発生する横運動に応じて決定された前後加減速制御指令，ヨーモーメント制御指令，各輪制動・駆動配分、それにより実現される車両ヨーモーメント，車両前後加速度，車両横加速度を示している。このとき、地点２−３におけるアンダーステア、地点４−５におけるオーバーステア低減のためのヨーモーメント指令は、図１４のステップ（５）における制御稼動閾値Ｍ_thよりも絶対値が大きな値となっている（「横滑り防止制御」稼動）。各輪の制動力，駆動力を示す図において、点線は「Ｇ−Vectoring」制御のみの前後加減速制御指令で、破線が「横滑り防止制御」のヨーモーメント指令に基づく減速量である。本発明の（数２３）から（数２６）を適用した制動・駆動力配分により、地点１から３に掛けて四輪に制動力が加わり、旋回促進モーメントが発生するとともに地点２以降では、後内輪のみ大きな制動力が加わり、他の輪の制動力が低減され、差し引きの加減速として「Ｇ−Vectoring」制御の指令に前後加速度が追従するとともに、「横滑り防止制御」が要求するヨーモーメントも実現できていることがわかる。また、地点４から５においては、前外輪，後外輪の制動力が低減され、前内輪，後内輪に駆動力が与えられ、車両前後加速度が「Ｇ−Vectoring」制御の指令に、ヨーモーメントが「横滑り防止制御」の指令どおりに追従していることがわかる。

より軽微なステア特性の変動であった場合を想定している図１６においても、地点２から３に掛けて、アンダーステア低減のためのヨーモーメント指令が発生しているが、前後加減速制御指令がある状態で、かつヨーモーメント指令が閾値Ｍ_thより小さいために、左右輪独立制動・駆動制御は省略されている（左右輪で同じ制動力、図１４ステップ（６））。これに対し、地点４から５においては、ヨーモーメント指令は閾値Ｍ_thより小さいが、「Ｇ−Vectoring」による前後加減速制御指令が無く前後輪での荷重移動が発生しないため、「横滑り防止制御」を稼動している例を示している（図１４のステップ（４）から（７）への推移）。本発明の（数２３）から（数２６）を用いて各輪の制動・駆動力を算出しているため、この状態でも車両前後加速度が「Ｇ−Vectoring」制御の指令に、ヨーモーメントが「横滑り防止制御」の指令どおりに追従していることがわかる。

図１５、図１６のように、四輪の制動力・駆動力が制御されると、図１７に示すように「横滑り防止」のためのヨーモーメント制御を行いながら、「Ｇ−Vectoring」制御と同様に“ｇ−ｇ”ダイアグラム上を、滑らかな曲線状に遷移する特徴的な運動を実現することができる。この曲線状の遷移は左コーナーについては、図に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについては、Ｇ_x軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は半時計回りとなる。このように遷移すると前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイト、ピッチレイトのピーク値が低減される。以上のように、通常運転領域でメリットのあるハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を実現できていることがわかる。

もちろん前方の車両が急に止まったり、道路に障害物があるという情報を受けたりして、システムあるいはドライバが減速指令を出す状況を考える必要がある。このような状況では、最優先にこれらの指令を反映させる必要がある。これは、図１１のロジック図におけるＧ_{x_DC}を加える部分からシステム入力すると良い。

これまでは、凹凸のない平面上を車両が移動する状況を想定し、通常運転領域でメリットのあるハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置について開示してきた。具体的には、凹凸のない平面上を車両が移動する状況を想定した、前後加速度指令とヨーモーメント指令の両方に車両運動が追従するように各輪の制動・駆動力を制御する方法について開示してきた。

つぎに、本発明の車両が、図１８に示すように降雪地帯の山岳地を走っている状況を想定して、本システムのより実際的な使用状況を示し、凹凸のない平面上を車両が移動する状況と同様な制御効果が得られるための、実用上の制御課題を解決するために考案した内容を開示していく。

図１８のような状況では、以下のような実用上の制御課題が生じる。
（１）傾斜に基づく重力成分による車両前後加速度の変化
（２）路面凹凸入力による横加速度に起因する加減速制御のギクシャク感
（３）路面性状変化による操舵応答の変化
それぞれについて、課題を明確化し、本発明における解決方法について開示していく。

（１）傾斜に基づく重力成分による車両前後加速度の変化
車両重量をＭとすると、図１９に示すように、傾斜θの角度を有するスロープを降りている際に、車両には、Ｍ_g・sinθの重力成分が前後に加わる。前後加減速制御指令Ｇ_xcに対し、オープンループでブレーキ液圧制御、あるいはモータトルク制御等を行って前輪前後力Ｆ_xff，後輪前後力Ｆ_xrrを制御していると、減速指令値に対し、実際の車両減速度はＧ_x＝Ｇ_xc−Ｍ_g・sinθとなってしまい、目標どおりの制御を行うことができなくなる。これに対し、図２０に示すように実前後加速度_Gxを前後加速度センサ２２で計測し、それにゲインＫ１を掛ける、あるいは微分して前後加加速度を求め、ゲインＫ２を掛けた値と目標前後加減速制御指令Ｇ_xtとを比較してその偏差ΔＧ_xにもとづいて制動力，駆動力Ｆ_xff，Ｆ_xrrを決定すれば良い。Ｋ２ｓの“ｓ”はラプラス演算子であり、応答性改善のために、若干微分値をフィードバックしているものである。
（ここでゲインＫ２は、制御の即応性向上を狙ったものであり、必須の構成ではない。）
さらに前後加速度センサ２２を搭載しないようなシステムを考える場合、車輪速の微分値を用いるなどして、車両の実加速度を計測し、傾斜推定を行っても良い。

このようなフィードバックループを構成することにより、傾斜などの外乱に関わらず、目標前後加速度に実前後加速度を追従させることが可能で、制御劣化を低減することができる。

これにより傾斜のある路面を走行している状態においても、目標加減速制御指令どおりの運動が実現でき、凹凸のない平面上を車両が移動する状況と同様な制御効果が得られる。

（２）路面凹凸入力による横加速度に起因する加減速制御のギクシャク感
図２１に示すように路面がフラットではなく、路肩部分が凍結した雪に覆われていたりした場合、凹凸路に乗り上げたときには路肩側のタイヤは絶えず路面から加振され、ドライバの舵角に細かいキックバックトルクを発生させ、舵角変化Δδが発生する。また、小刻みなロールが発生して重心点に横加速度変化ΔＧ_yが発生し、結果として横加加速度にノイズが発生する。このような状況で図４に示すような方法のみをとっていると、図に示すように、前後加速度に細かな高周波成分が発生することになる。このような状況を避けるために、本発明においては閾値を用いて、閾値以下の前後加速度指令については、制御を行わないようにしてギクシャク感を低減するような構成となっている。また、本実施例では前後加速度制御指令の絶対値に閾値を設けているが、周波数に閾値を用いるような考えとして、車両の横運動の周波数（高々２Ｈｚ）のみを通過させるローパスフィルターを通した車両前後加速度指令に基づいて実際のアクチュエータ制御を行っても良い。これにより路面凹凸があるような場合でも前後方向のギクシャク感を低減することができる。

（３）路面性状変化による操舵応答の変化
図２２に示すように雪面などで、路面摩擦状況が変化すると、図２に示したような操舵角に対する車両モデルを用いた推定値である横加速度，横加加速度と、実際横加速度センサ２１で計測された横加速度、それを時間微分して得られた横加加速度の間に、振幅の違いおよび位相の違いが発生する。低摩擦領域においては、計測値がモデル推定値に対して遅れ気味になる。先の実施例においては、図に示すように、モデル推定値による横加加速度と、計測値による横加加速度にゲインを乗じて足し合わせた線形結合値に基づいて（数１）を用いて横運動に連係した車両前後加速度指令を形成していた。このように構成された車両において圧雪路を走行した場合、操舵を開始した瞬間の手ごたえ感、回頭性が低下するとともに、実際の横加速度がまだ増加している状態で減速度が低下してしまい、ロール運動とピッチ運動の連続性が希薄となってしまう。このような状況では操舵操作に対して応答遅れの少ないモデル推定値による横加加速度と、実際の車両の横運動と連係が取れた計測値である横加加速度のどちらか振幅の大きいほうを選ぶ、いわゆるセレクトハイで得られる信号に基づいて（数１）を用い、前後加速度を選ぶことにより、手ごたえ感と運動の連続感を両立することができる。また、セレクトハイで得られた制御指令をローパスフィルターに通すことにより平滑化することにより、さらに運動の連続感を向上させることができる。

このように、目標前後加減速制御指令Ｇ_xtの、走行路面に応じて算出方法が異なる複数のモードを備え、これらの複数のモードを切り替える切替手段を備える。

以上のような制御形態の切り替えは図２３に示すように、車室内に設置された制御セレクター８１（切替手段）でドライバによって切り替えることができる。AUTOMATICは、自動的にモードを切り替えるものであり、摩擦係数などの路面状況の変化に応じて、線形結合，セレクトハイ、そしてモデル推定値による横加加速度と、計測値による横加加速度のそれぞれのゲインを調整するように構成されている。例えば前後加速度指令に応じて制動力，駆動力制御を行い、実際の前後加速度を検出し、実際の前後加速度が指令値より著しく小さい場合は、摩擦係数が小さい場合であるとして、セレクトハイ制御を自動的に選ぶ、あるいはモデル推定値側の加加速度のゲインを増加させるなどして、手ごたえ感の向上を図るような構成となっている。これらのモード切り替えや、ゲイン切り替えは、推定した摩擦係数に応じたマップ形式としても良い。これにより路面状況に応じて、自動的に、好適な横運動に連係した前後加減速制御指令を得ることができる。さらに、本実施例では、詳細な記載は省略するが、このAUTOMATICモードをさらに細分して、操舵に対してきびきび動くように、モデル推定値加加速度ゲインを大きめにしたNimbleモード、計測値による加加速度ゲインを大きめにして、ゆったりした運動を実現できるComfortモードなどを設定しても良い。また、外部情報を取り入れることにより、緊急回避モードとしてゲイン、モードを切り替えても良い。

さらに、AUTOMATIC以外のモードについても簡単に記載しておく。これらのモードはドライバが任意に選べるモードである。

TARMACは、主に乾燥舗装路での走行に用いるように想定されており、加加速度線形結合モードが用いられる。操舵に対する車両運動の応答性が高いため、モデル推定横加加速度と計測値による横加加速度は、ほぼ同じ値となる。また、モデル推定横加加速度のゲインと、計測値による横加加速度のゲインがほぼ同じとなるように構成されている。

次にGRAVELは、主にウェット路やダート路での走行に用いるように想定されており、図２１に示した制御の閾値が若干大きくなるように設定されている。また、線形結合モードを採用しているが、モデル推定横加加速度のゲインが計測値による横加加速度のゲインより若干大きくとることにより、操舵の利きを向上させたような構成となっている。

さらにＳＮＯＷは、主に雪道での走行に用いるように想定されており、図２１に示した制御の閾値がGRAVELに比べても若干大きくなるように設定されている。また、セレクトハイ制御を採用し。モデル推定横加加速度のゲインが計測値による横加加速度のゲインより大きくなっている。これにより操舵の利きと、応答の遅れた横運動に対しての運動の連続性が確保される。

路面状態の変化に伴う車両応答の変化はドライバの運転操作に大きな影響を与え、またこれにより車両運動自身も大きく変化する。時々刻々変化する車両応答に対して的確な運転操作を行うことが、重要となる。本発明の、制御システムにおいては、制御状態および車両の運動状態を車室内のマルチインフォメーションディスプレイ８２に表示することにより、ドライバの的確な運転動作を支援している。表示モードには横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとる“ｇ−ｇ”ダイアグラムや、加速度の時系列データを示すことにより、現在の車両の運動状態を示し、ドライバの運転操作決定のうえでの参考情報を表示する複数のモードを有している。

さらにはタイヤ制動・駆動力、あるいは、発生させているヨーモーメントを表示して、制御状態を明らかにし、現在の車両が「Ｇ−Vectoring制御状態」であるか、あるいは「ＤＹＣ状態」であるかを表示する。これは、現在発生している車両運動における制御効果を明らかにして、ドライバの車両運転動作をより的確に行わせることを狙いとしたものである。特に「Ｇ−Vectoring制御」においては、エキスパートドライバが行う「横運動に連係した加減速動作」を模倣したものであり、四輪の制動・駆動力を独立に制御するものではない。このため、ドライバが同等な加減速運転操作を行うことができれば、システム側が積極的に制御を行わなくても、同等な運動が実現できる可能性がある。ドライバは自分の運転操作と、それに伴う車両運動を体感し、さらには制御状態をマルチインフォメーションディスプレイ８２で見ることにより、「Ｇ−Vectoring制御」を自ら行えるようになる可能性が増すと考えられる。

以上のように、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させる制御構成および、その実用上の課題解決にまで言及した。本発明によると、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を提供することが可能となる。

さらに、緊急回避における、従来の横滑り防止装置に対する、本発明の性能上の優位点を付け加えておく。

従来の横滑り防止装置は、横滑りが発生してから左右の制動力、あるいは駆動力を制御することになる。緊急回避において、前方の障害物を避けるために、ドライバが急ハンドル操作を行い、アンダーステアが発生した場合には、アンダーステアの発生を待って、アンダーステアを打ち消すモーメントを発生するように左右の制動力を加えることになる。すなわちアンダーステア発生→検出の間はノーブレーキ状態となり、車両は障害物へと近づくことになる。これに対し、本発明においては、ドライバが操舵を開始した瞬間から制動力を発生させるので、明らかに障害物に対する相対速度を低減でき、緊急回避性能が大幅に向上できる。

さらに操舵応答の向上により、回避を行うための最初の操舵角の絶対値が小さくなり、回避後の切り戻し操舵が少なくて済む。このため、操舵応答遅れにより車両応答を自ら振動的にすることなく、安定した回避動作を実現できる（これは急カーブを曲がるときでも同様な効果が得られる）。

０ 車両
１ モータ
２ 駆動力配分機構
７ パワーステアリング
１０ アクセルペダル
１１ ブレーキペダル
１６ ステアリング
２１ 横加速度センサ
２２ 前後加速度センサ
２３，２４，２５ 微分回路
３１ アクセルセンサ
３２ ブレーキセンサ
３３ 舵角センサ
３８ ヨーレイトセンサ
４０ 中央コントローラ
４４ ステアリングコントローラ
４６ パワートレインコントローラ
４８ ペダルコントローラ
５１ アクセル反力モータ
５２ ブレーキ反力モータ
５３ ステアリング反力モータ
６１ 左前輪
６２ 右前輪
６３ 左後輪
６４ 右後輪
７０ ミリ波対地車速センサ
８１ 制御セレクター
８２ マルチインフォメーションディスプレイ
１２１ 左前輪モータ
１２２ 右前輪モータ
４５１，４５２ ブレーキコントローラ

Claims (17)

1. 四輪の駆動力と制動力を独立に制御可能な車両の運動制御装置において、
   前記車両の横運動に連係した目標前後加減速制御指令に基づいて、前記四輪のうちの左右輪に略同一の駆動力及び制動力を発生する第１のモードと、前記車両の横滑り情報から算出した目標ヨーモーメントに基づいて、前記四輪のうちの左右輪に異なる駆動力及び制動力を発生する第２のモードと、を有し、
   前記目標ヨーモーメントが予め定めた閾値以下のときは前記第１のモードが選択され、前記目標ヨーモーメントが前記閾値よりも大きいときは第２のモードが選択される車両の運動制御装置。
2. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   入力された舵角δと、車速Ｖに基づいて推定横加速度，目標ヨーレイト，目標横滑り角を推定する車両横運動モデルと、
   前記推定横加速度と実横加速度に基づいて算出された横加速度と横加加速度に基づいて前記目標前後加減速制御指令を算出する第１の処理部と、
   前記目標ヨーレイトと入力された実ヨーレイトとの偏差と、前記目標横滑り角と入力された実横滑り角との偏差と、に基づいて目標ヨーモーメントを算出する第２の処理部と、
   前記目標前後加減速制御指令又は前記目標ヨーモーメントに基づいて車両の各輪の制動駆動力を算出する制動力駆動力配分部と、を有する車両の運動制御装置。
3. 請求項２記載の車両の運動制御装置において、
   前記目標前後加減速制御指令が０か否かを判断し、前記目標前後加減速制御指令が０ではない場合、且つ前記目標ヨーモーメントが予め定めた閾値以下の場合、前記制動力駆動力配分部で前記目標前後加減速制御指令に基づいて車両の各輪の制動駆動力を左右輪の制動駆動力を略等しく配分するように算出する車両の運動制御装置。
4. 請求項２記載の車両の運動制御装置において、
   前記目標前後加減速制御指令が０か否かを判断し、前記目標前後加減速制御指令が０である場合、又は、前記目標前後加減速制御指令が０ではない場合、且つ前記目標ヨーモーメントが予め定めた閾値より大きい場合、前記制動力駆動力配分部で前記目標ヨーモーメントに基づいて車両の各輪の制動駆動力を左右輪の制動駆動力を別々に配分するように算出する車両の運動制御装置。
5. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記第２のモードで制御中の実前後加速度は、前記目標前後加減速制御指令との差が小さくなるように、前記四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御される車両の運動制御装置。
6. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記目標前後加減速制御指令は、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムを定義したときに、時間の経過と共に前記ダイアグラム上で曲線的な遷移をするように決定される車両の運動制御装置。
7. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記目標前後加減速制御指令は、前記車両の横加速度が増加するときに前記車両が減速し、前記車両の横加速度が減少するときに前記車両が加速するように決定される車両の運動制御装置。
8. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記目標前後加減速制御指令が、前記車両の操舵角が増加するときに車両が減速し、前記車両の操舵角が減少するときに前記車両が加速するように決定される車両の運動制御装置。
9. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記目標前後加減速制御指令Ｇ_xcは、
   

   

   （ただし、Ｇ_y：車両横加速度、Ｇ_y_dot：車両横加加速度、Ｃ_xy：ゲイン、Ｔ：一次遅れ時定数、ｓ：ラプラス演算子、Ｇ_{x_DC}：ドライバ、あるいは外部情報に基づいて自動的に入力する加減速指令）
   で決定される車両の運動制御装置。
10. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
    計測された前記車両の前後加速度と横加速度を、横軸の正の方向に車両の加速度、負の方向に減速度をとり、縦軸の正の方向に車両の左方向の横加速度、負の方向に右方向の加速度をとるダイアグラムに示した場合に、前記目標ヨーモーメントが車両の上方から眺めて時計回りの値であるときには、左輪に右輪よりも大きな減速力を与えるか、右輪に左輪よりも大きな駆動力を与え、前記目標ヨーモーメントが車両の上方から眺めて反時計回りの値であるときには、右輪に左輪よりも大きな減速力を与えるか、左輪に右輪よりも大きな駆動力を与える車両の運動制御装置。
11. 請求項６記載の車両の運動制御装置において、
    計測された前記車両の前後加速度と横加速度を、横軸の正の方向に車両の加速度、負の方向に減速度をとり、縦軸の正の方向に車両の左方向の横加速度、負の方向に右方向の加速度をとるダイアグラムに示した場合に、車両の上方から眺めて反時計回りの運動を開始するときには、時間の経過とともに時計回りの曲線的な遷移を示し、車両の上方から眺めて時計回りの運動を開始するときには、時間の経過とともに反時計回りの曲線的な遷移を示すように横運動に応じて前後方向の加減速が決定される車両の運動制御装置。
12. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
    前記車両の前記横滑り情報とは、舵角と、車速と、ヨーレイトと、横滑り角とを有する車両の運動制御装置。
13. 請求項２記載の車両の運動制御装置において、
    前記制動力駆動力配分部は、前記目標前後加減速制御指令と、計測された実前後加速度に予め定めたゲインを掛ける又は微分した値と、の偏差に基づいて車両の各輪の制動駆動力を算出する車両の運動制御装置。
14. 請求項２記載の車両の運動制御装置において、
    前記目標前後加減速制御指令は、前記車両横運動モデルで推定された推定横加速度を用いて算出された横加加速度と、実測された車両の横加速度を微分して得られる実横加加速度との、どちらか一方の値を用いて決定された車両の運動制御装置。
15. 請求項２記載の車両の運動制御装置において、
    前記目標前後加減速制御指令の算出方法が異なる複数のモードを有し、
    前記複数のモードを切り替える切替手段を有する車両の運動制御装置。
16. 請求項１５記載の車両の運動制御装置において、
    前記複数のモードは、走行路面に応じて異なる目標前後加減速制御指令の算出方法のモードである車両の運動制御装置。
17. 請求項１５記載の車両の運動制御装置において、
    前記切替手段は、車内に搭載され、ドライバの操作によって切り替え可能な制御セレクターである車両の運動制御装置。

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