JP5304300B2 - 車両制御装置、及び車両制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、運転操作に応じた車両挙動の制御、及び運転操作に対する操作反力の制御を行う車両制御装置、及び車両制御方法に関するものである。

各車輪の制駆動力を個別に調整することで車両挙動を制御するものにおいて、各車輪のグリップ力の限界を推定し、各車輪の目標制駆動力が夫々のグリップ力の限界を超えたときに、極力、当初の目標車両挙動を達成できるように、目標制駆動力の配分を新たに再構成（再設定）するものがあった（特許文献１参照）。

特開２００８−８７５００号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、目標制駆動力の再構成に伴って車両挙動が変化したことが運転者に認識され難いので、運転者に違和感を与える可能性があった。
本発明の課題は、運転操作に応じた目標制御量を再構成する際に、この再構成に伴う車両挙動の変化を運転者に認識させることである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る車両制御装置は、運転者の運転操作に応じて目標車両挙動を算出し、算出した目標車両挙動に応じて、複数の制御対象に対する夫々の目標制御量を算出し、算出した目標制御量の夫々に対して限界範囲を算出し、目標制御量のうち、全てが限界範囲内であれば、これら目標制御量に応じて制御対象を制御し、少なくとも一つが限界範囲外であれば、全てが夫々の限界範囲を超えるこのない配分の新たな目標制御量を算出し、これら新たな目標制御量に応じて制御対象を制御するものであって、新たな目標制御量に応じて制御対象を制御する際に、これら新たな目標制御量によって達成される車両挙動と目標車両挙動との差に応じて、運転操作に対する操作反力を制御する。すなわち、新たな目標制御量によって達成される車両挙動と目標車両挙動との差が大きいほど、操作反力を大きくする。

本発明に係る車両制御装置によれば、新たな目標制御量によって達成される車両挙動と目標車両挙動との差に応じて、運転操作に対する操作反力を制御することで、目標制駆動力の再構成に伴って車両挙動が変化することを運転者に認識させることができる。

車両の概略構成である。 車両制御処理のブロック図である。 モータ失陥の有無に応じた摩擦円である。 理想量算出部２００のブロック図である。 理想駆動力Ｘｄ₀₀の算出に用いるマップである。 理想横力Ｙ₀₀の算出に用いるマップである。 再構成制御処理を示すフローチャートである。 ステップＳ２００を実行するサブルーチンである。 ステップＳ２０６を実行するサブルーチンである。 ステップＳ２０７を実行するサブルーチンである。 アクセル操作に対する反力補正量の算出に用いるマップである。 ブレーキ操作に対する反力補正量の算出に用いるマップである。 ステアリング操作に対する反力補正量の算出に用いるマップである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《構成》
図１は、車両の概略構成である。
車両は、駆動力発生源としての電動モータ３ｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）を備えており、各電動モータ３ｉの回転軸は、減速機４ｉを介して車輪２ｉに連結されている。電動モータ３ｉの出力特性、減速機４ｉの減速比、及び車輪２ｉの半径は、何れも同一である。電動モータ３ｉは、永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。

電動モータ３ｉは、コントローラ３０により、駆動回路５ｉを介して駆動制御され、トルク指令値に応じて力行トルク及び回生トルクを発生する。駆動回路５ｉは、リチウムイオンバッテリ６との間で電力の授受を行い、また電動モータ３ｉの出力トルクを、コントローラ３０へ入力する。車輪速センサ７ｉは、電動モータ３ｉの回転角に応じた車輪速を検出しコントローラ３０へ入力する。

前輪２ＦＬ・２ＦＲは、ステアリングギヤ１４を介してステアリングホイール１１に連結され、ステアリングギヤ１４には、ステアリング系にアシストトルクを付与するアシストモータ１３が設けられている。ステアリング操作量センサ２１は、運転者のステアリング操作量（操舵角）を検出しコントローラ３０へ入力する。トルクセンサ２２は、運転者の操舵トルクを検出しコントローラ３０へ入力する。コントローラ３０は、運転者の操舵トルクに応じてアシストモータ１３を駆動制御し、ステアリング系にアシストトルクを発生させる。

アクセルペダル２３には、反力モータ２５が連結されており、アクセル操作量センサ２７は、反力モータ２５の回転角に応じて運転者のアクセル操作量（アクセル開度）を検出しコントローラ３０へ入力する。ブレーキペダル２４には、反力モータ２６が連結されており、ブレーキ操作量センサ２８は、反力モータ２６の回転角に応じて運転者のブレーキ操作量を検出しコントローラ３０へ入力する。
ヨーレートセンサ８は、車両のヨーレートγを検出しコントローラ３０へ入力する。加速度センサ２９は、車両の前後加速度ａｘ及び横加速度ａｙを検出しコントローラ３０へ入力する。

図２は、車両制御処理のブロック図である。
コントローラ３０は、マイクロコンピュータのほかにＲＡＭ／ＲＯＭなどの周辺部品を備えており、図２の車両制御処理を所定時間毎（例えば１０msec毎）に実行する。
限界グリップ力検出部１００は、各輪の摩擦円半径Ｆｚｉ、及びモータ失陥状況に基づいて、各輪のグリップ力の限界を検出する。
先ず、各輪の摩擦円半径Ｆｚｉは、特開平１１−７８８４３号公報、特開平１０−１１４２６３号公報、特開２００５−８０６２号公報、「The Predｉctｉve Nature of Pneumatｉc Traｉl：Tｉre Slｉp Angle and Peak Force Estｉmatｉon usｉng Steerｉng Torque, AVEC 08」等に記載されているように、各輪の接地荷重や車輪速、及びセルフアライニングトルク等から推定する。
また、各輪のモータ失陥は、駆動回路でモニタリングした電流値などから推定する。

図３は、モータ失陥の有無に応じた摩擦円である。
モータ失陥がなければ通常の摩擦円となるが、モータ失陥があると駆動できないので、制動のみ可能な半円となる。
図４は、理想量算出部２００のブロック図である。
理想量算出部２００は、静的理想量生算出２０１と、動的理想量算出部２０２と、理想ヨーモーメント算出２０３と、理想制駆動力算出部２０４と、を備える。
静的理想量算出部２０１では、ステアリング操作量、アクセル操作量、及びブレーキ操作量に応じて、理想前後力Ｘ₀₀、理想横力Ｙ₀₀、及び理想ヨーレートＭ₀₀を算出する。

図５は、理想駆動力Ｘｄ₀₀の算出に用いるマップである。
先ず、図５のマップを参照し、アクセル操作量及び車速に応じて、車両の理想駆動力Ｘｄ₀₀を算出する。このマップは、アクセル操作量が大きいほど、且つ車速が低いほど、理想駆動力Ｘｄ₀₀が大きくなるように設定されている。車速は例えば車輪速Ｎｉの平均値とする。
また、下記（１）式に示すように、ブレーキ操作量Ｃｂに応じて、車両の理想制動力Ｘｂ₀₀を算出する。ｋｂは予め設定した負の定数である。
Ｘｂ₀₀＝ｋｂ×Ｃｂ …………（１）
そして、理想駆動力Ｘｄ₀₀と理想制動力Ｘｂ₀₀との加算によって、車両の理想前後力Ｘ₀₀を算出する。

図６は、理想横力Ｙ₀₀の算出に用いるマップである。
また、図６のマップを参照し、ステアリング操作量Ｃｓ及び車速Ｖに応じて、車両の理想横力Ｙ₀₀を算出する。
また、静的には車両横力Ｙ及び車両ヨーレートγには、下記（２）式の関係が成立する。ｍは車体重量である。
Ｙ＝ｍ×Ｖ×γ
γ＝Ｙ／（ｍＶ） …………（２）

そこで、上記（２）式を用いて、理想横力Ｙ₀₀及び車速Ｖに応じて、車両の理想ヨーレートγ₀₀を算出する。
動的理想量算出部２０２では、理想前後力Ｘ₀₀、及び理想横力Ｙ₀₀に、例えば車速Ｖに応じて決まる所定のフィルタ処理を実行することで、理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀を算出する。また、理想ヨーレートγ₀₀から理想ヨー角加速度γ₀′を算出する。

理想ヨーモーメント算出部２０３では、理想ヨーモーメントＭ₀を算出する。
ヨーモーメントＭとヨー角加速度γ′との関係は下記（３）式で表される。Ｉｚはヨー慣性である。
Ｍ＝Ｉｚ×γ′ …………（３）
そこで、上記（３）式を用いて、理想ヨー角加速度γ₀′から理想ヨーモーメントＭ₀を算出する。

以下、理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、及び理想ヨーモーメントＭ₀の総称を、理想車両挙動とする。
理想制駆動力算出部２０４では、理想車両挙動（理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、理想ヨーモーメントＭ₀）に応じて、各輪の理想制駆動力Ｆｘｉを算出する。例えば、特開２００６−３１５６６１号公報に記載されているような車両モデルの逆モデルを使って算出する。
再構成制御部３００では、各輪の理想制駆動力Ｆｘｉが限界グリップ力より小さいときには、理想制駆動力Ｆｘｉに応じて各電動モータ３ｉを駆動制御することで車両挙動を制御し、何れか一つでも理想制駆動力Ｆｘｉが限界グリップ力値より大きいときには、車両状況に応じて再構成することで、車両挙動を安定化させる。

図７は、再構成制御処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、各輪のタイヤ横すべり角αｉを推定する。ここで、タイヤ横すべり角αｉを推定するのは、各輪のタイヤ横すべり角αｉに応じて前後力の最大値が変化するからである。
車両重心点での横すべり角速度ｄβ／ｄｔと、ヨーレートγと、車速Ｖと、車両重心点での横加速度ａｙとには下記（４）式の関係がある。
ｄβ／ｄｔ＝（ａｙ／Ｖ）−γ …………（４）

したがって、上記（４）式を用いて、ヨーレートγ、横加速度ａｙ、及び車速Ｖに応じて横すべり角速度ｄβ／ｄｔを計算し、この横すべり角速度ｄβ／ｄｔを積分することで車両重心点での横すべり角βを推定する。
そして、下記（５）式に示すように、横すべり角β、及びヨーレートγに応じて、各輪の横すべり角αｉを推定する。Ｌｆは車両重心点から前輪車軸までの距離、Ｌｒは車両重心点から後輪車軸までの距離、ｄ_Tは前後輪トレッドである（前輪トレッドと後輪トレッドを同一とする）。

続くステップＳ１０２では、限界グリップ力、及び横すべり角αに応じて、各輪の制駆動力限界範囲を算出する。
ブラッシュモデルと呼ばれるタイヤモデルを用いると、タイヤ前後力Ｆｘ、タイヤ摩擦円半径μＦｚ、前後方向のタイヤすべり率σ、及びタイヤ横すべり角αの関係は下記（６）式、及び（７）式で表される（「自動車の運動と制御」安部正人、山海堂）。Ｌ、Ｋα、Ｋｓ、θはタイヤの特性で決まる定数である。
制動時（Ｆｘ＜０）

駆動時（Ｆｘ＞０）

よって、上記（６）式、及び（７）式を用いて、各輪の横すべり角αｉと摩擦円半径μＦｚｉにおいて、すべり率σを変化させてタイヤ前後力の最大値Ｆｘ_MAXｉを算出する。そして、下記に示すように、各輪の制駆動力限界範囲を設定する。
［モータ失陥のないタイヤ］
駆動力最大値：Ｆｘ_MAXｉ
制動力最大値：−Ｆｘ_MAXｉ
［モータ失陥のあるタイヤ］
駆動力最大値：０
制動力最大値：−Ｆｘ_MAXｉ

続くステップＳ１０３では、各輪理想制駆動力Ｆｘ_FL〜Ｆｘ_RRの全てが、夫々の制駆動力限界範囲内にあるか否かを判定する。各輪理想制駆動力Ｆｘ_FL〜Ｆｘ_RRの全てが、夫々の制駆動力限界範囲内にあれば、制駆動力配分の再構成は必要ないと判断してステップＳ１０４に移行する。一方、理想制駆動力Ｆｘ_FL〜Ｆｘ_RRの少なくとも一つが、制駆動力限界範囲から外れていれば、制駆動力配分の再構成が必要であると判断して、後述するステップＳ２００に移行する。

ステップＳ１０４では、下記に示すように、各輪の理想制駆動力Ｆｘｉをそのまま目標制駆動力Ｆ^*ｉとして設定する。
Ｆ^*ｉ ← Ｆｘｉ
続くステップＳ１０５では、下記に示すように、理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、及び理想ヨーモーメントＭ₀の夫々を、そのまま目標前後力Ｘ^*、目標横力Ｙ^*、及び目標ヨーモーメントＭ^*として設定してから所定のメインプログラムに復帰する。

Ｘ^* ← Ｘ₀
Ｙ^* ← Ｙ₀
Ｍ^* ← Ｍ₀
ステップＳ２００では、制駆動力配分の再構成を行ってから所定のメインプログラムに復帰する。

図８は、ステップＳ２００を実行するサブルーチンである。
ステップＳ２０１では、制駆動力限界範囲内で、理想車両挙動（理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、理想ヨーモーメントＭ₀）を実現することのできる制駆動力配分の組合せを求める。例えば、特開２００８−８７５００号公報で開示されているように、下記の要領で求める。

先ず、各輪ごとに、前述した制駆動力限界範囲を１０等分に区分し、各区分を制駆動力をＦｘｉ_(j)（ｊ＝１〜１０）とする。そして、一周期前に演算された目標制駆動力Ｆ^*ｉの総和Ｆａ（＝Ｆ^* _FL＋Ｆ^* _FR＋Ｆ^* _RL＋Ｆ^* _RR）を算出し、この総和Ｆａを中心とする基準範囲Ｆ^*ａ±ｔｈを算出する（［Ｆ^*ａ−ｔｈ］〜［Ｆ^*ａ＋ｔｈ］）。ｔｈは所定値である。そして、制駆動力Ｆｘ_FL(j)〜Ｆｘ_RR(j)の全ての組合せのうち、各輪の制駆動力の総和Ｆａ（＝Ｆｘ_FL(j)＋Ｆｘ_FR(j)＋Ｆｘ_RL(j)＋Ｆｘ_RR(j)）が、基準範囲内となる組合せだけを選出する。ここで選出された全ての組合せをＦｘｉ_(L)とする。

そして、選出された全ての組合せＦｘｉ_(L)ごとに、その制駆動力配分を実施したときの車両前後力Ｘ_(L)、車両横力Ｙ_(L)、車両ヨーモーメントＭ_(L)を算出する。
ここでは、先ず前述したブラッシュモデルにより、各輪において、前後力Ｆｘｉ_(L)、タイヤ摩擦円半径μＦｚ、及びタイヤ横すべり角αに応じて、スリップ率σを算出する。
そして、同じくブラッシュモデルにより、タイヤスリップ率σ、タイヤ横力Ｆｙ、タイヤ横すべり角α、及びタイヤ摩擦円半径μＦｚの関係は、下記（８）式、及び（９）式で表される（「自動車の運動と制御」安部正人、山海堂）。
制動時（σ＞０）

駆動時（σ＜０）

そして、上記（８）式、及び（９）式を用い、スリップ率σ、タイヤ横すべり角α、及びタイヤ摩擦円半径μＦｚに応じて、タイヤ横力Ｆｙｉ_(L)を求める。
そして、下記（１０）式に示すように、各輪タイヤ横力Ｆｙｉ_(L)、及び各輪制駆動力Ｆｘｉ_(L)に応じて、車両挙動（車両前後力Ｘ_(L)、車両横力Ｙ_(L)、及び車両ヨーモーメントＭ_(L)）を算出する。δｆは前輪舵角である。
Ｘ_(L)＝Ｆｘ_FL(L)cosδｆ＋Ｆｘ_FR(L)cosδｆ＋Ｆｘ_RL(L)＋Ｆｘ_RR(L)
−Ｆｙ_FL(L)sinδｆ−Ｆｙ_FR(L)sinδｆ
Ｙ_(L)＝Ｆｙ_FL(L)cosδｆ＋Ｆｙ_FR(L)cosδｆ＋Ｆｘ_RL(L)＋Ｆｘ_RR(L)
＋Ｆｘ_FL(L)sinδｆ＋Ｆｘ_FR(L)sinδｆ
Ｍ_(L)＝Ｌｆ（Ｆｙ_FL(L)cosδｆ＋Ｆｙ_FR(L)cosδｆ
＋Ｆｘ_FL(L)sinδｆ＋Ｆｘ_FR(L)sinδｆ）
−Ｌｒ（Ｆｘ_RL(L)＋Ｆｘ_RR(L)）
…………（１０）

そして、下記（１１）式に示すように、評価関数Ｊを指標とし、この評価関数Ｊが所定の閾値以下となる各輪の制駆動力配分の組合せがあるか否かを判定する。Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｍは重みである（例えばＱｘ＝Ｑｙ＝Ｑｍ）。
Ｊ_(L)＝Ｑｘ（Ｘ_(L)−Ｘ₀）²
＋Ｑｙ（Ｙ_(L)−Ｙ₀）²
＋Ｑｍ（Ｍ_(L)−Ｍ₀）² …………（１１）
そして、Ｘ＝Ｘ₀、Ｙ＝Ｙ₀、Ｍ＝Ｍ₀と見なせるほど、評価関数Ｊが閾値より小さくなる制駆動力配分の組合せがあれば、そのなかで評価関数Ｊが最小となる制駆動力配分の組合せを選出する。ここで選出された組合せを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)とする。

続くステップＳ２０２では、制駆動力限界範囲内で、理想車両挙動を実現できるか否か、つまり選出された制駆動力配分の組合せがあるか否かを判定する。選出された制駆動力配分があればステップＳ２０３に移行し、選出された制駆動力配分がなければステップＳ２０５に移行する。
ステップＳ２０３では、下記に示すように、選出された制駆動力Ｆｘｉ_(S)を目標制駆動力Ｆ^*ｉとして設定する。
Ｆ^*ｉ ← Ｆｘｉ_(S)
続くステップＳ２０４では、下記に示すように、前後力Ｘ₀、横力Ｙ₀、及びヨーモーメントＭ₀の夫々を、目標前後力Ｘ^*、目標横力Ｙ^*、及び目標ヨーモーメントＭ^*として設定してから本サブルーチンを終了する。
Ｘ^* ← Ｘ₀
Ｙ^* ← Ｙ₀
Ｍ^* ← Ｍ₀

一方、ステップＳ２０５では、理想前後力Ｘ₀が０より大きいか否か、つまり加速中であるか否かを判定する。加速中であれば（Ｘ₀＞０）ステップＳ２０６に移行し、減速中であれば（Ｘ₀＜０）ステップＧＳ２０７に移行する。
ステップＳ２０６では、加速時の再構成を行ってから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ２０７では、減速時の再構成を行ってから所定のメインプログラムに復帰する。

図９は、ステップＳ２０６を実行するサブルーチンである。
本サブルーチンは、先ず加速方向の理想前後力Ｘ₀を減少補正し（最大で０まで）、それでも理想横力Ｙ₀や理想ヨーモーメントＭ₀を実現できないときに、これら理想横力Ｙ₀及び理想ヨーモーメントＭ₀をも減少補正するものである。
ステップＳ２１１では、理想前後力をＸ₀からＸ_rに減少補正した上で、理想横力Ｙ₀及び理想ヨーモーメントＭ₀を実現することのできる制駆動力配分の組合せを求める。

まず、下記（１２）式に示すように、評価関数Ｊｙを指標とし、この評価関数Ｊｙが所定の閾値以下となり、且つＸ_(L)がＸ₀より小さくなる制駆動力配分の組合せがあるか否かを判定する。
Ｊｙ_(L)＝Ｑｙ（Ｙ_(L)−Ｙ₀）²＋Ｑｍ（Ｍ_(L)−Ｍ₀）² …………（１２）
そして、Ｙ＝Ｙ₀、Ｍ＝Ｍ₀と見なせるほど、評価関数Ｊｙが閾値より小さくなる制駆動力配分の組合せがあれば、その中でＸ_(L)が最大となる制駆動力配分の組合せを選ぶ。ここで選出された組合せを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)とする。

続くステップＳ２１２では、理想前後力Ｘ₀（加速度）を減少補正することで、理想車両挙動を実現できるか否か、つまり選出された制駆動力配分の組合せがあるか否かを判定する。選出された制駆動力配分があればステップＳ２１３に移行し、選出された制駆動力配分がなければステップＳ２１５に移行する。
ステップＳ２１３では、下記に示すように、選出された制駆動力Ｆｘｉ_(S)を目標制駆動力Ｆ^*ｉとして設定する。
Ｆ^*ｉ ← Ｆｘｉ_(S)

続くステップＳ２１４では、下記に示すように、減少補正した理想前後力Ｘ_rを目標前後力Ｘ^*に設定すると共に、理想横力Ｙ₀及び理想ヨーモーメントＭ₀の夫々を目標車両横力Ｙ^*及び目標車両ヨーモーメントＭ^*として設定してから本サブルーチンを終了する。
Ｘ^* ← Ｘ_r
Ｙ^* ← Ｙ₀
Ｍ^* ← Ｍ₀

一方、ステップＳ２１５では、理想前後力をＸ₀をゼロへ、理想横力をＹ₀からＹ_rへ、理想ヨーモーメントをＭ₀からＭ_rへ減少補正した上で、理想車両挙動に最も近い制駆動力配分の組合せを求める。
ここでは、前述した評価関数Ｊｙを指標とし、この評価関数Ｊｙが最小となり、且つＸ_(L)がゼロとなる制駆動力配分の組合せを選出する。ここで選出された組合せを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)とする。
続くステップＳ２１６では、下記に示すように、選出された制駆動力Ｆｘｉ_(S)を目標制駆動力Ｆ^*ｉとして設定する。
Ｆ^*ｉ ← Ｆｘｉ_(S)

続くステップＳ２１７では、下記に示すように、目標前後力Ｘ^*をゼロに設定すると共に、選出した理想制駆動力Ｆｘｉにより実現することのできる理想横力Ｙ_(S)及び理想ヨーモーメントＭ_(S)の夫々を目標横力Ｙ^*及び目標ヨーモーメントＭ^*として設定してから本サブルーチンを終了する。
Ｘ^* ← ０
Ｙ^* ← Ｙ_(S)
Ｍ^* ← Ｍ_(S)

図１０は、ステップＳ２０７を実行するサブルーチンである。
本サブルーチンは、旋回方向が理想と逆転しない範囲で、理想前後力Ｘ₀（減速）の実現を図るものである。
ステップＳ２２１では、理想横力Ｙ₀と同一方向の横力、及び理想ヨーモーメントＭ₀と同一方向のヨーモーメントを実現することができ、且つ最も理想前後力Ｘ₀に近い前後力を実現することのできる制駆動力配分の組合せを選出する。ここで選出された組合せを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)とする。
続くステップＳ２２２では、下記に示すように、選出された制駆動力Ｆｘｉ_(S)を目標制駆動力Ｆ^*ｉとして設定する。
Ｆ^*ｉ ← Ｆｘｉ_(S)

続くステップＳ２２３では、下記に示すように、選出した理想制駆動力Ｆｘｉにより実現することのできる理想前後力Ｘ_(S)、理想横力Ｙ_(S)及び理想ヨーモーメントＭ_(S)の夫々を、目標前後力Ｘ^*、目標横力Ｙ^*及び目標ヨーモーメントＭ^*として設定してから本サブルーチンを終了する。
Ｘ^* ← Ｘ_(S)
Ｙ^* ← Ｙ_(S)
Ｍ^* ← Ｍ_(S)

本実施形態では、制駆動力配分の組合せに対して全体を網羅するように探索を行っているが、最適化問題などを適用して探索を行ってもよい。
反力制御部４００では、先ず車速Ｖや運転操作量（アクセル操作量、ブレーキ操作量、ステアリング操作量）に応じて、各運転操作（アクセル操作、ブレーキ操作、ステアリング操作）に対する通常反力を算出する。また、反力補正量を算出し、通常反力と反力補正量との加算によって最終的な操作反力を算出し、この最終的な操作反力を各操作子（アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイール）を介して運転者へ伝達する。

図１１は、アクセル操作に対する反力補正量の算出に用いるマップである。
図１２は、ブレーキ操作に対する反力補正量の算出に用いるマップである。
図１３は、ステアリング操作に対する反力補正量の算出に用いるマップである。
先ず、加速指令がある場合（Ｘ₀＞０）、図１１のマップを参照し、理想前後力Ｘ₀と目標前後力Ｘ^*との差分ΔＸ（＝｜Ｘ₀−Ｘ^*｜）に応じて運転者のアクセル操作に対する反力補正量を算出する。このマップは、差分ΔＸが大きい、つまり加速度減少量が大きいほど、通常反力に対する増加方向への反力補正量（正値）が大きくなるように設定されている。Ｒａは反力補正量の立ち上がり量であり、官能評価により自由に設定すればよい。また、差分Ｘに応じて反力補正量を直線的に変化させているが、曲線的、又は段階的に変化させてもよい。

また、減速指令がある場合（Ｘ₀＜０）、図１２のマップを参照し、理想前後力Ｘ₀と目標前後力Ｘ^*との差分ΔＸ（＝｜Ｘ₀−Ｘ^*｜）に応じて運転者のブレーキ操作に対する反力補正量を算出する。このマップは、差分ΔＸが大きい、つまり減速度増加量が大きいほど、通常反力に対する減少方向への反力補正量（負値）が大きくなるように設定されている。Ｒｂは反力補正量の立ち上がり量であり、官能評価により自由に設定すればよい。また、差分Ｘに応じて反力補正量を直線的に変化させているが、曲線的、又は段階的に変化させてもよい。

また、ステアリング操作に対しては、前記（１２）式に従って、理想横力Ｙ０と目標横力Ｙ＊、並びに理想ヨーモーメントＭ０と目標ヨーモーメントＭ＊に応じて、横運動についての理想量からの乖離量を表す評価関数Ｊｙを算出する。そして、図１３のマップを参照し、評価関数Ｊｙに応じて運転者のブレーキ操作に対する反力補正量を算出する。このマップは、評価関数Ｊｙが大きい、つまりヨーレート抑制量が大きいほど、通常反力に対する増加方向への反力補正量（正値）が大きくなるように設定されている。Ｒｓは反力補正量の立ち上がり量であり、官能評価により自由に設定すればよい。また、評価関数Ｊｙに応じて反力補正量を直線的に変化させているが、曲線的、又は段階的に変化させてもよい。

《作用》
先ず、運転者の運転操作に応じて理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、及び理想ヨーモーメントＭ₀を算出し、これら理想車両挙動に応じて各輪の理想制駆動力Ｆｘｉを算出する。また、摩擦円理論、及びモータ失陥の有無に応じて、制駆動力を発生可能な限界範囲を算出する。
そして、各輪の理想制駆動力Ｆｘｉのうち、全てが限界範囲内であれば（ステップＳ１０３の判定が“Yes”）、そのまま理想制駆動力Ｆｘｉに応じて各輪の制駆動力を駆動制御する（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）。一方、各輪の理想制駆動力Ｆｘｉのうち、一つでも限界範囲外となれば（ステップＳ１０３の判定が“No”）、理想制駆動力Ｆｘｉを再構成する、つまり全てが限界範囲内となる新たな理想駆動力Ｆｘｉの組合せを算出する（ステップＳ２００）。

このとき、極力、当初の理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、及び理想ヨーモーメントＭ₀を実現できるように、新たな理想制駆動力Ｆｘｉの組合せを探索する。
先ず、限界範囲内で理想車両挙動を実現できる新たな制駆動力配分を探し、幾らか見つかれば（ステップＳ２０２の判定が“Yes”）、評価関数Ｊが最小となる制駆動力配分を選出し、これを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)として再設定し、この理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)に応じて各輪の制駆動力を駆動制御する（ステップＳ２０３、Ｓ２０４）。一方、限界範囲内で理想車両挙動を実現できる制駆動力配分が存在しないときには（ステップＳ２０２の判定が“No”）、理想車両挙動の修正が余儀なくされる。

ここで、車両が加速状態にあれば（ステップＳ２０５の判定が“Yes”）、車両のヨーレート又は横加速度を減少させるよりも、車両前後方向の加速度を減少させることを優先する（ステップＳ２０６）。すなわち、加速方向の理想前後力Ｘ₀を減少補正し（最大で０まで）、それでも理想横力Ｙ₀や理想ヨーモーメントＭ₀を実現できないときに、これら理想横力Ｙ₀及び理想ヨーモーメントＭ₀をも減少補正する。そして、修正した車両挙動を実現できる新たな制駆動力配分を探し、これを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)として再設定し、この理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)に応じて各輪の制駆動力を駆動制御する（ステップＳ２１１〜Ｓ２１７）。

一方、車両が減速状態にあれば（ステップＳ２０５の判定が“No”）、車両前後方向の減速度を減少させるよりも、車両のヨーレート又は横加速度を減少させることを優先する（ステップＳ２０７）。すなわち、旋回方向が理想と逆転しない範囲で、理想横力Ｙ₀及び理想ヨーモーメントＭ₀をも減少補正する。そして、修正した車両挙動を実現できる新たな制駆動力配分を探し、これを新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)として再設定し、この理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)に応じて各輪の制駆動力を駆動制御する（ステップＳ２２１〜Ｓ２２３）。
このように、再構成制御を実行することで、極力、当初の理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、及び理想ヨーモーメントＭ₀を実現することができる。

ところで、再構成制御に伴って車両挙動が変化することになるが、そのことを運転者が認識し難いので、運転者に違和感を与える可能性がある。
そこで、本実施形態では、再構成制御によって新たな理想制駆動力Ｆｘｉ_(S)によって達成される車両挙動と、当初の理想車両挙動（理想前後力Ｘ₀、理想横力Ｙ₀、及び理想ヨーモーメントＭ₀）との差を推定し、推定した差に応じて各種運転操作に対する操作反力を制御する。すなわち、推定した差が大きいほど、通常の操作反力を大きく補正する。このように、運転者へのインフォメーションとして操作反力を補正することで、車両挙動が変化する旨を運転者に認識させることができる。したがて、運転者に運転操作の修正を促すことができ、車両挙動を速やかに安定化させることができる。

先ず、運転者がアクセルペダル２３を踏み増している場合には、理想前後力Ｘ₀と目標前後力Ｘ^*との差分ΔＸ（＝｜Ｘ₀−Ｘ^*｜）が大きい、つまり加速度減少量が大きいほど、増加方向への反力補正量を大きくする。これにより、アクセルペダル２３のペダル反力が増加するので、加速度が減少するという車両挙動の変化を運転者に認識させ、且つアクセルペダル２３の踏み増しを抑制するよう運転者に促すことができる。

また、運転者のブレーキペダル２４の踏込みが不足している場合には、理想前後力Ｘ₀と目標前後力Ｘ^*との差分ΔＸ（＝｜Ｘ₀−Ｘ^*｜）が大きい、つまり減速度増加量が大きいほど、減少方向への反力補正量を大きくする。これにより、ブレーキペダル２４のペダル反力が減少するので、減速度が増加するという車両挙動の変化を運転者に認識させ、且つブレーキペダル２４の踏込みを運転者に促すことができる。

また、運転者のステアリング操作が大きい又は速い場合には、評価関数Ｊｙが大きい、つまりヨーレート抑制量が大きいほど、増加方向への反力補正量を大きくする。これにより、ステアリング操作反力が増加するので、ヨーレートが抑制されるという車両挙動の変化を運転者に認識させ、且つ大きな又は急なステアリング操作を抑制するよう運転者に促すことができる。
このように、車両挙動に変化が現れる前に、車両挙動を安定化させる方向への操作反力が補正されるので、どの程度、車両の運動限界を超えた操作をしているかを運転者に認知させることができ、しかも最適な運転操作を促すことで速やかに車両挙動を安定化させることができる。

《応用例》
本実施形態では、運転操作子として、アクセルペダル２３、ブレーキペダル２４、及びステアリングホイール１１を採用しているが、これに限定されるものではない。要は、運転操作に対する操作反力を制御できる構造であれば、ジョイスティック型のレバーなど、任意の運転操作子でよい。
本実施形態では、前輪２ＦＬ・２ＦＲとステアリングホイール１１とを機械的に連結した構成について説明したが、これに限定されるものではなく、双方を機械的に非連結状態にし、運転者のステアリング操作に応じて前輪舵角を制御するステアリングバイワイヤに適用してもよい。同様に、ブレーキペダル２４とブレーキブースタや制動機構を機械的に非連結状態とし、運転者のブレーキ操作に応じて制動力を制御するブレーキバイワイヤに適用してもよい。

本実施形態では、各輪の制駆動力を目標制御量としているが、これに限定されるものではなく、例えば特開２００７−２６９２９５号公報に記載されているように、各輪の制駆動力のみならず、操舵量や操舵トルクを目標制御量として、前後力及び横力を制御してもよい。
本実施形態では、４輪全ての制駆動力を制御しているが、これに限定されるものではなく、例えば前輪２輪の操舵角と駆動力とを制御してもよい。すなわち、操舵角、駆動力、制動力など、複数の異なる種類の制御対象を制御するものであっても本発明を適用できる。

《効果》
以上より、アクセルペダル２３、ブレーキペダル２４、及びステアリングホイール１１が「運転操作子」に対応し、反力制御部４００が「反力制御手段」に対応する。また、静的理想量算出部２０１、動的理想量算出部２０２、及び理想ヨーモーメント算出部２０３が「目標車両挙動算出手段」に対応し、理想制駆動力算出部２０４が「目標制御量算出手段」に対応する。また、ステップＳ１０２の処理が「限界範囲算出手段」に対応し、ステップＳ１０２を除く図７〜図１０の再構成制御処理が「再構成制御手段」に対応し、反力制御部４００が「補正手段」に対応する。

（１）運転者によって運転操作される運転操作子と、運転者の運転操作に応じて前記運転操作子に操作反力を付与する反力制御手段と、運転者の運転操作に応じて目標車両挙動を算出する目標車両挙動算出手段と、該目標車両挙動算出手段が算出した目標車両挙動に応じて、複数の制御対象に対する夫々の目標制御量を算出する目標制御量算出手段と、該目標制御量算出手段が算出した目標制御量の夫々に対して限界範囲を算出する限界範囲算出手段と、前記目標制御量算出手段が算出した目標制御量のうち、全てが前記限界範囲算出手段の算出した限界範囲内であれば、当該目標制御量に応じて前記制御対象を制御し、少なくとも一つが前記限界範囲算出手段の算出した限界範囲外であれば、全てが夫々の当該限界範囲内となる新たな目標制御量を算出し、当該新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御する再構成制御手段と、前記再構成制御手段が新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御する際に、当該新たな目標制御量によって達成される車両挙動と前記目標車両挙動との差に応じて、前記操作反力を補正する補正手段と、を備える。
このように、新たな目標制御量によって達成される車両挙動と目標車両挙動との差に応じて、運転操作に対する操作反力を制御することで、目標制駆動力の再構成に伴って車両挙動が変化することを運転者に認識させることができる。

（２）前記補正手段は、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動と前記目標車両挙動との差が大きいほど、前記操作反力を大きく補正する。
このように、再構成制御を行う前後の車両挙動の差が大きいほど操作反力を大きく補正することで、どの程度、車両の運動限界を超えた操作をしているかを運転者に認知させることができる。また、適切な運転操作を運転者に促すことができるので、速やかに車両挙動を安定化させることもできる。さらに、車両挙動の変化が小さいところでの、運転操作のハンチングを防ぐこともできる。

（３）前記運転操作子は、アクセル操作子を含み、前記反力制御手段は、運転者のアクセル操作に応じて前記アクセル操作子に操作反力を付与し、前記補正手段は、前記目標車両挙動と比べて、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動が、車両前後方向の加速度を減少させる車両挙動であるときに、前記アクセル操作子に対する操作反力を増加補正する。
このように、車両の前後加速度を減少方向に変更するときには、アクセル操作に対する操作反力を増加補正することで、どの程度、アクセル操作が過ぎているかを運転者に認知させることができ、速やかにアクセル操作を是正させることができる。

（４）前記運転操作子は、ブレーキ操作子を含み、前記反力制御手段は、運転者のブレーキ操作に応じて前記ブレーキ操作子に操作反力を付与し、前記補正手段は、前記目標車両挙動と比べて、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動が、車両前後方向の減速度を増加させる車両挙動であるときに、前記ブレーキ操作子に対する操作反力を減少補正する。
このように、車両の減速度を増加方向に変更するときには、ブレーキ操作に対する操作反力を減少補正することで、どの程度、ブレーキ操作が不足しているかを運転者に認知させることができ、速やかにブレーキ操作を是正させることができる。

（５）前記運転操作子は、ステアリング操作子を含み、 前記反力制御手段は、運転者のステアリング操作に応じて前記ステアリング操作子に操作反力を付与し、前記補正手段は、前記目標車両挙動と比べて、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動が、車両のヨーレート又は横加速度を減少させる車両挙動であるときに、前記ステアリング操作子に対する操作反力を増加補正する。
このように、車両のヨーレート又は横加速度を減少方向に変更するときには、ステアリング操作に対する操作反力を増加補正することで、どの程度、ステアリング操作が大きすぎるか又は急すぎるかを運転者に認知させることができ、速やかにステアリング操作を是正させることができる。

（６）前記再構成制御手段は、車両が加速状態にある場合には、車両のヨーレート又は横加速度を減少させるよりも、車両前後方向の加速度を減少させることを優先した車両挙動となるように、前記新たな目標制御量を算出する。
このように、加速要求時には、車両のヨーレート又は横加速度の変更よりも、車両加速度の減少変更を優先することによって、車両挙動を安定させた状態で、理想の横運動に近づくことができる。
（７）前記再構成制御手段は、車両が減速状態にある場合には、車両減速度の変更よりも、車両のヨーレート又は横加速度の減少変更を優先することによって、減速度が抜けるような急低下を抑制することができる。

（８）運転者の運転操作に応じて目標車両挙動を算出し、算出した目標車両挙動に応じて、複数の制御対象に対する夫々の目標制御量を算出し、算出した目標制御量の夫々に対して限界範囲を算出し、前記目標制御量のうち、全てが前記限界範囲内であれば、当該目標制御量に応じて前記制御対象を制御し、少なくとも一つが前記限界範囲外であれば、全てが夫々の当該限界範囲内となる新たな目標制御量を算出し、当該新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御するものであって、前記新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御する際に、当該新たな目標制御量によって達成される車両挙動と前記目標車両挙動との差に応じて、運転操作に対する操作反力を制御する。
このように、新たな目標制御量によって達成される車両挙動と目標車両挙動との差に応じて、運転操作に対する操作反力を制御することで、目標制駆動力の再構成に伴って車両挙動が変化することを運転者に認識させることができる。

２ＦＬ〜２ＲＲ 車輪
３ＦＬ〜３ＲＲ 電動モータ
８ ヨーレートセンサ
１１ ステアリングホイール
１３ アシストモータ
２１ ステアリング操作量センサ
２３ アクセルペダル
２４ ブレーキペダル
２５ 反力モータ
２６ 反力モータ
２７ アクセル操作量センサ
２８ ブレーキ操作量センサ
２９ 加速度センサ
３０ コントローラ
２００ 理想量算出部
２０１ 静的理想量算出部
２０２ 動的理想量算出部
２０３ 理想ヨーモーメント
２０４ 理想制駆動力算出部
３００ 再構成制御部
４００ 反力制御部

Claims (7)

1. 運転者によって運転操作される運転操作子と、運転者の運転操作に応じて前記運転操作子に操作反力を付与する反力制御手段と、
   運転者の運転操作に応じて目標車両挙動を算出する目標車両挙動算出手段と、該目標車両挙動算出手段が算出した目標車両挙動に応じて、複数の制御対象に対する夫々の目標制御量を算出する目標制御量算出手段と、該目標制御量算出手段が算出した目標制御量の夫々に対して限界範囲を算出する限界範囲算出手段と、
   前記目標制御量算出手段が算出した目標制御量のうち、全てが前記限界範囲算出手段の算出した限界範囲内であれば、当該目標制御量に応じて前記制御対象を制御し、少なくとも一つが前記限界範囲算出手段の算出した限界範囲外であれば、全てが夫々の当該限界範囲内となる配分の新たな目標制御量を算出し、当該新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御する再構成制御手段と、
   前記再構成制御手段が新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御する際に、当該新たな目標制御量によって達成される車両挙動と前記目標車両挙動との差に応じて前記操作反力を補正する補正手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動と前記目標車両挙動との差が大きいほど、前記操作反力を大きく補正することを特徴とする車両制御装置。
2. 前記運転操作子は、アクセル操作子を含み、
   前記反力制御手段は、運転者のアクセル操作に応じて前記アクセル操作子に操作反力を付与し、
   前記補正手段は、前記目標車両挙動と比べて、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動が、車両前後方向の加速度を減少させる車両挙動であるときに、前記アクセル操作子に対する操作反力を増加補正することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記運転操作子は、ブレーキ操作子を含み、
   前記反力制御手段は、運転者のブレーキ操作に応じて前記ブレーキ操作子に操作反力を付与し、
   前記補正手段は、前記目標車両挙動と比べて、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動が、車両前後方向の減速度を増加させる車両挙動であるときに、前記ブレーキ操作子に対する操作反力を減少補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。
4. 前記運転操作子は、ステアリング操作子を含み、
   前記反力制御手段は、運転者のステアリング操作に応じて前記ステアリング操作子に操作反力を付与し、
   前記補正手段は、前記目標車両挙動と比べて、前記新たな目標制御量によって達成される車両挙動が、車両のヨーレート又は横加速度を減少させる車両挙動であるときに、前記ステアリング操作子に対する操作反力を増加補正することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両制御装置。
5. 前記再構成制御手段は、車両が加速状態にある場合には、車両のヨーレート又は横加速度を減少させるよりも、車両前後方向の加速度を減少させることを優先した車両挙動となるように、前記新たな目標制御量を算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の車両制御装置。
6. 前記再構成制御手段は、車両が減速状態にある場合には、車両前後方向の減速度を減少させるよりも、車両のヨーレート又は横加速度を減少させることを優先した車両挙動となるように、前記新たな目標制御量を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の車両制御装置。
7. 運転者の運転操作に応じて目標車両挙動を算出し、算出した目標車両挙動に応じて、複数の制御対象に対する夫々の目標制御量を算出し、算出した目標制御量の夫々に対して限界範囲を算出し、
   前記目標制御量のうち、全てが前記限界範囲内であれば、当該目標制御量に応じて前記制御対象を制御し、少なくとも一つが前記限界範囲外であれば、全てが夫々の当該限界範囲内となる配分の新たな目標制御量を算出し、当該新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御するものであって、
   前記新たな目標制御量に応じて前記制御対象を制御する際に、当該新たな目標制御量によって達成される車両挙動と前記目標車両挙動との差に応じて、運転操作に対する操作反力を制御し、前記差が大きいほど、前記操作反力を大きくすることを特徴とする車両制御方法。

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