JP6237105B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、車両制御装置に関する。

従来から、電気自動車について、電気モータをハブと一体化して駆動輪の各々に接続するインホイールモータが提案されている。インホイールモータを適用した電気自動車においては、駆動輪の各々を独立して制御可能である。このため、当該電気自動車の旋回を、左右の両側の駆動輪に対するトルク分配により制御することができる。

このような電気自動車に適用できる安定してかつ高精度な車両の旋回制御については従来から種々提案されている。

例えば、非特許文献１に開示されている技術では、後輪操舵車両において、前輪舵角もステアリング舵角とは別個に制御可能な車両について、ドライバにとって操縦しやすさの指標として、横加速度（横Ｇ）とヨーレートの位相差を用いて車両の旋回制御を行っている。

また、特許文献１に開示されている技術では、前輪タイヤがステアリングとは別個に操舵可能なシステムにおいて、横加速度の応答性を速めながら、ヨーレートの減衰性を高めることにより、車両の旋回制御を行っている。

また、特許文献２には、左右の駆動輪に駆動力差を発生することが可能な車両に対して、ヨー方向およびロール方向のそれぞれに対する目標モーメントを算出し、各目標モーメントを各駆動輪に指示する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、左右の駆動輪に駆動力差を発生することが可能な車両に対して、操舵に対する車両のヨーレートおよび横加速度（横Ｇ）の周波数応答が周波数に対して一定になるようにヨーモメントを計算して駆動力差を発生させることにより、車両の安定性および操縦性を変化させる技術が開示されている。

特許第４３３１９５３号公報 特許第４１７９３４８号公報 国際公開第２０１１/０９６０７２号

服部義和他，「人間の感受性を考慮した４輪アクティブステア制御」，自動車技術会論文集，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．２（２００８），ｐｐ．３９−４４．

しかしながら、これらの従来技術には、以下のような問題がある。非特許文献１の技術では、後輪操舵車両を前提として横加速度とヨーレートの位相差を操縦しやすさの指標として用いているが、一般的な自動車では、後輪は転舵せず、前輪はステアリングとラックアンドピニオンなど機械的に結合している。このため、このような一般的な自動車では、制御による可変の自由度が少なく、横加速度とヨーレートの位相差を操縦しやすさの指標として用いる点を適用することが困難である。また、非特許文献１の自動車では車両の前輪の角度、後輪の角度をステアリング舵角とは別個に転舵させることができるため、車両挙動に対して物理量（ヨーレートや横Ｇ）を可変にできる自由度が高いが、このため、製造コストが高くなってしまう。

また、特許文献１の技術でも、自動車の構成が後輪操舵車両であり、車両挙動に対して物理量（ヨーレートや横Ｇ）を可変にできる自由度が高いが、一般車両に適用することが困難である。また、特許文献１の技術では、横Ｇおよびヨーレートの検出のためのセンサを用いているので、製造コストが増加してしまう。

また、特許文献２の技術では、具体的なヨーモメントの算出方法については言及されていない。

さらに、特許文献３の技術では、周波数に対して一定となるようしているため、横Ｇおよびヨーレートの算出を高精度で行う必要があり、高性能なコントローラが必要となり、この結果、製造コストが増加してしまう。

また、特許文献３の技術では、車両を可変にできる自由度が、ヨーモメントのみの１つと限られているため、複数の目的を同時に達成させることは困難であり、横Ｇとヨーモメントのそれぞれを組み合わせた制御は行っていない。

このように従来技術では、一般的な車両において、安定してかつ高精度に旋回制御を低コストで行うことが困難であった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、一般的な車両において、安定してかつ高精度に旋回制御を低コストで行うことができる車両制御装置を提供することを主な目的とする。

実施形態の車両制御装置は、車両の操舵角と、前記車両の車速に応じて予め定められた前記操舵角に対する第１ゲインと、前記車両の操舵角速度と、前記車両の車速に応じて予め定められた前記操舵角速度に対する第２ゲインとに基づいて、前記車両を旋回させるための旋回モーメントを算出する旋回モーメント算出部と、前記旋回モーメントに基づいて、前記車両を旋回させるために必要な、左右の駆動輪毎に設けられたモータ間のトルク差を算出するトルク差算出部と、前記モータに要求される合計トルクと、前記トルク差とに基づいて前記モータの各々にトルクを分配する分配部と、を備え、前記第１ゲインおよび前記第２ゲインは、前記車両の旋回時に生じる横加速度と旋回時のヨー角速度の位相が０に近づくように設定され、前記第１ゲインは、所定の基準速度未満の前記車速に対しては、前記車両を旋回させる方向の値である正値に設定され、前記基準速度以上の前記車速に対しては、前記車両の旋回をしない方向の値である負値に設定され、前記第２ゲインは、前記車両を旋回させる方向の値である正値に設定され、基準値を超えた所定の車速に対しては、所定値に維持して設定されている。当該構成により、一例として、一般的な車両において、安定してかつ高精度に旋回制御を低コストで行うことができる。また、当該構成により、一例として、ドライバに違和感を与えることなく、横加速度とヨーレートの位相差をなくし、安定してかつ高精度に旋回制御を行うことができる。さらに、当該構成により、一例として、ドライバに違和感を与えることなく、横加速度とヨーレートの位相差をなくし、安定してかつ高精度に旋回制御を行うことができる。

また、実施形態の車両制御装置において、前記横加速度が所定の加速度となるまでは、前記第１ゲインと前記第２ゲインとを第２の所定値未満に設定されている。当該構成により、一例として、モータの動作量が飽和しないように安定してかつ高精度に旋回制御を行うことができる。

また、実施形態の車両制御装置において、前記第１ゲインは、小さい値になるに従って前記位相が０に近づくように設定されている。

また、実施形態の車両制御装置において、前記旋回モーメント算出部は、前記操舵角に前記第１ゲインを乗算した第１乗算値と、前記操舵角速度に前記第２ゲインを乗算した第２乗算値とを加算して、前記旋回モーメントを算出する。

また、実施形態の車両制御装置において、記憶部と、前記第１ゲインと前記第２ゲインとを前記車速に応じて算出して、算出された前記第１ゲインと前記第２ゲインとを前記車速に対応付けて前記記憶部に保存するゲイン設定部と、さらに備えた。当該構成により、一例として、旋回制御時における演算負荷を軽減することができ、製造コストを低減することができる。

図１は、本実施形態にかかる車両の駆動力信号伝達系統の構成例を示した図である。 図２は、本実施形態にかかる統合コントローラの機能的構成を例示した図である。 図３は、本実施形態の定常ゲインのゲインマップの例を示す図である。 図４は、本実施形態の過渡ゲインのゲインマップの例を示す図である。 図５は、本実施形態における横Ｇとヨーレートの位相差と、制御ゲインとの関係を示す図である。 図６は、本実施形態の旋回制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図７は、本実施形態においてトルク差の算出例を説明するための図である。 図８は、本実施形態の制御ゲイン算出・設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、本実施形態にかかる位相差の変化量の算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態にかかるモータトルクマップの一例を示す図である。 図１１は、本実施形態における車速と、ヨーレートと横Ｇと時間差との関係を示す図である。

本実施形態では、車両は、電動機などの駆動源を駆動するのに必要な種々の装置（システム、部品等）を搭載することができる。また、車両における車輪の駆動に関わる装置の方式や、数、レイアウト等は、種々に設定することができる。

図１は、本実施形態にかかる車両１００の駆動力信号伝達系統の構成例を示した図である。本実施形態は、図１に例示されているように、車両１００が、右側の前輪１ＦＲ、左側の前輪１ＦＬ、右側の後輪１ＲＲ、及び左側の後輪１ＲＬを備えた４輪車の場合について説明するが、４輪車に制限するものではない。

また、車両１００は、右側の後輪１ＲＲを駆動させるための動力源として、右輪側駆動モータ２Ｒと、左側の後輪１ＲＬを駆動させるための動力源として、左輪側駆動モータ２Ｌと、を備える。つまり、本実施形態にかかる車両１００は、車両１００の後側の駆動輪の左右それぞれを駆動させる駆動モータ（右輪側駆動モータ２Ｒ、左輪側駆動モータ２Ｌ）を設けた、いわゆるインホイールモータを駆動源として用いた自動車とする。

本実施形態にかかる右輪側駆動モータ２Ｒ、左輪側駆動モータ２Ｌは、インホイールモータとして、後輪１ＲＲ、１ＲＬのハブ内部に設けられたものとするが、このような構成に制限するものではなく、ハブと一体化して同軸で接続されていれば良い。

また、本実施形態の車両１００は、車輪速センサ１５Ｌと車輪速センサ１５Ｒとを備えている。左側の車輪速センサ１５Ｌは、左側の後輪１ＲＬの回転数(ｒｐｍ)を検出する。右側の車輪速センサ１５Ｒは、右側の後輪１ＲＲの回転数(ｒｐｍ)を検出する。

本実施形態の車両１００は、駆動モータ２Ｒ、２Ｌを駆動させる構成として、左輪側駆動回路２０Ｌと、右輪側駆動回路２０Ｒと、バッテリ２５と、を備えている。さらに、車両１００は、車両１００に設けられた各構成を制御するために統合コントローラ（ＥＣＵ）５０を備えている。なお、本実施形態は、各構成を制御するために、１つの統合コントローラ（ＥＣＵ）５０で制御する例について説明するが、複数のコントローラで制御しても良い。

本実施形態にかかる左輪側駆動回路２０Ｌ、及び右輪側駆動回路２０Ｒは、バッテリ２５と接続され、ＩＧ信号を受け取る。そして、左輪側駆動回路２０Ｌは、統合コントローラ５０から指示に従って、左輪側駆動モータ２Ｌを制御する。右輪側駆動回路２０Ｒは、統合コントローラ５０から指示に従って、右輪側駆動モータ２Ｒを制御する。そして、バッテリ２５が、車両１００全体に対して電力を供給する。特に、バッテリ２５は、左輪側駆動モータ２Ｌ及び右輪側駆動モータ２Ｒに対して電力を供給することで、後輪１ＲＬ、１ＲＲの駆動を実現する。

本実施形態の後輪の両側の減速機３ＲＬ、３ＲＲ（これらを総称する場合には減速機３Ｒと称す）は、対応する後輪１ＲＬ、１ＲＲに制動力を付与する。減速機３Ｒの構成は任意の構成とすることができる。

本実施形態にかかる車両１００は、操舵角センサ１１と、アクセルストロークセンサ１２と、ブレーキストロークセンサ１３と、ＥＳＣ１４と、を備える。

操舵角センサ１１は、車両１００に設けられた、ステアリングホイール（ハンドル）１０からの操舵角を検出し、検出した操舵角を示す情報を統合コントローラ５０に出力する。そして、統合コントローラ５０が、操舵角センサ１１により検出された操舵角に応じて、前輪１ＦＲ、１ＦＬに転舵力を付与することで、これらの車輪を転舵させる。

アクセルストロークセンサ１２は、車両１００に設けられたアクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量と称す）を検出し、アクセル操作量を統合コントローラ５０に出力する。なお、アクセル操作量とは、例えば、アクセルペダルの踏み込み量とするが、アクセルペダルの踏み込み量に制限するものではなく、アクセルに関する操作の度合いであればよい。そして、統合コントローラ５０が、アクセルストロークセンサ１２により検出されたアクセル操作量に応じて、駆動モータ２Ｒ、２Ｌを駆動させる制御を行う。

ブレーキストロークセンサ１３は、車両１００に設けられたブレーキペダルの操作量を検出し、ブレーキペダルの操作量を統合コントローラ５０に出力する。

ＥＳＣ（Electronic Stability Controller）１４は、車両１００の速度を制御するためのユニットとする。そして、ＥＳＣ１４は、（図示しない）センサにより計測された車両１００の車速を、統合コントローラ５０に出力する。

そして、統合コントローラ５０は、各種センサ（操舵角センサ１１、アクセルストロークセンサ１２、及びブレーキストロークセンサ１３）から入力された検出結果、駆動モータ２Ｒ、２Ｌから入力された車輪速、及びＥＳＣ１４から入力された車速に基づいて、車両１００の制御を行う。

図２は、本実施形態にかかる統合コントローラ５０の機能的構成を例示した図である。図２に示す統合コントローラ５０内の各構成は、統合コントローラ５０内の（図示しない）ＣＰＵが、（図示しない）ＲＯＭ内に格納されたプログラムを実行することで実現される。

図２に示されるように、統合コントローラ５０は、機能的構成として、微分処理部２０５と、変換処理部２０６と、合計トルク算出部２０１と、トルク差算出部２０２と、トルク分配部２０３と、旋回モーメント算出部２０４と、ゲイン設定部２１１、ゲインマップ記憶部２１０とを備えている。

微分処理部２０５は、操舵角センサ１１から操舵角を入力し、入力した操舵角から微分操舵角速度を算出する。微分処理部２０５は、操舵角と操舵角速度とを旋回モーメント算出部２０４に出力する。

変換処理部２０６は、車輪速センサ１５Ｌ、１５Ｒから車輪速を入力し、車輪速から車速を算出する。変換処理部２０６は、算出した車速を、旋回モーメント算出部２０４に出力する。

合計トルク算出部２０１は、ＥＳＣ１４から車両１００の車速と、アクセルストロークセンサ１２からアクセル操作量とを入力し、車速とアクセル操作量とに基づいて、当該車両１００の左右の駆動輪１ＲＬ、１ＲＲ毎に設けられた駆動モータ２Ｒ、２Ｌを駆動させるための合計トルクを算出する。当該合計トルクの出力を駆動モータ２Ｒ、２Ｌに要求することで、車両１００の加速が行われる。換言すれば、合計トルクは、車両１００に対する加速要求トルクといえる。

本実施形態の合計トルク算出部２０１は、アクセルの操作量毎に、車速と車両１００の出力軸側の合計トルクとの対応関係を示したモータトルクマップ（例えば、図９参照）を記憶している。合計トルク算出部２０１は、当該モータトルクマップを参照することで、アクセルの操作量と、車速と、から出力軸側の合計トルクを算出し、算出した合計トルクを、トルク分配部２０３に出力する。

旋回モーメント算出部２０４は、車両１００の操舵角と、操舵角に対する定常ゲインｋ₀（第１ゲイン）と、操舵角速度と、操舵角速度に対する過渡ゲインｋ₁（第２ゲイン）とに基づいて、車両１００を旋回させるための旋回モーメントを算出する。定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁とは、それぞれ車両１００の車速に応じて予め定められており、ゲインマップに登録されている。このゲインマップは、ゲインマップ記憶部２１０に記憶されている。ここで、ゲインマップ記憶部２１０は、メモリ等の記憶媒体である。なお、定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁とを総称する場合、制御ゲインという。

旋回モーメント算出部２０４は、ゲインマップ記憶部２１０に保存されているゲインマップを参照して、車速に応じた定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁とを取得して、操舵角に定常ゲインｋ₀を乗算した第１乗算値と、操舵角速度に過渡ゲインｋ₁を乗算した第２乗算値とを加算して、旋回モーメントを算出する。すなわち、操舵角をδ、操舵角速度をω、旋回モーメントをＭとすると、旋回モーメント算出部２０４は、次の（１）式で旋回モーメントＭを算出する。

ゲイン設定部２１１は、車速ごとに定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁とを算出して、ゲインマップに設定する。図３は、本実施形態の定常ゲインｋ₀のゲインマップの例を示す図である。図４は、本実施形態の過渡ゲインｋ₁のゲインマップの例を示す図である。

定常ゲインｋ₀は、図３に示すように、所定の基準速度未満の車両１００の車速に対しては正の値に設定され、上記基準速度以上の車速に対しては、負の値に設定されている。そして、定常ゲインｋ₀は、車速に対して滑らかに変化するように設定されている。ここで、正の値は、ステアリングホイール（ハンドル）１０を曲げた方向にさらに曲げる方向、すなわち車両１００を旋回させる方向の値である。負の値とは、ステアリングホイール（ハンドル）１０を曲げた方向と逆方向、車両１００の旋回をさせない方向の値である。

定常ゲインｋ₀は、正の値が大きくなる程、車両１００の回頭性、すなわち車両１００の向きの変わりやすさが高くなり、負の値でかつその絶対値が大きくなる程、回頭性は低くなる一方安定性が高くなる。

ここで、基準速度は以下のように定められる。車両１００が一定の車速Ｖで定常円旋回運動を行っている場合、車両１００の重心点には遠心力が作用する。従って、車両１００の前輪１ＦＬ，１ＦＲおよび後輪１ＲＬ，１ＲＲには、この遠心力に釣り合うコーナリングフォースが必要となり、前輪１ＦＬ，１ＦＲおよび後輪１ＲＬ，１ＲＲにスリップ角βが生じることになる。

スリップ角βは、横すべり角ともいい、車両１００の前後方向と車両１００の重心点の進行方向（すなわち、旋回円の接線方向）とのなす角度である。また、スリップ角は、車両１００の前後方向から反時計回りの角度を正、車両１００の前後方向から時計回りの方向の角度を負とする。

車両１００の車速Ｖが小さい場合には、車両１００の前後方向は、車両１００の旋回円の外側を向き、従ってスリップ角βは正の値となる。そして、車速Ｖが増加するとともにスリップ角βは小さくなり、さらには負の値となって、車両１００の前後方向は、車両１００の旋回円の内側を向くようになる。

本実施形態では、スリップ角βが正から負に切り替わる０度となる時点の車両１００の速度を基準速度Ｖ_xと呼ぶ。

このスリップ角βは、次の（２）式で示される。ここで、（２）式は、後述する横方向に関する運動方程式（９−１）式とヨー方向の運動方程式（９−２）式において、定常円運動であることから、ｄβ／ｄｔ＝０（すなわち、ｓβ＝０）、ｄγ／ｄｔ＝０（すなわち、ｓγ＝０）と置くことにより算出される。

ここで、車両１００の質量（車重）ｍ、車速Ｖ、スリップ角β、操舵角δ、前輪のコーナーリングスティフネスＫ_f、後輪のコーナーリングスティフネスＫ_r、車両１００の重心から前輪軸までの長さｌ_f、車両１００の重心から後輪軸までの長さｌ_r、ヨーレートをγとする。なお、ｌはホイールベースであり、ｌ＝ｌ_f＋ｌ_rである。

そして、基準速度Ｖ_xは、スリップ角β＝０となる車速であることから、（１）式でβ＝０とすることにより算出される。基準速度Ｖ_xとしては、例えば、４０ｋｍ／ｈ等があげられるが、これに限定されるものではない。

ここで、本実施形態では、横Ｇ（横加速度）とヨーレート（ヨー角速度）の位相差をリアグリップ感と定義し、かかる位相差を０に近づけるように旋回制御することにより、ドライバの違和感を少なくすることができる。

図５は、本実施形態における横Ｇとヨーレートの位相差と、制御ゲインとの関係を示す図である。図５において、横軸は定常ゲインｋ₀であり、縦軸は過渡ゲインｋ₁である。また、図５では、横Ｇとヨーレートの位相差を等高線で示している。図５に示すように、定常ゲインｋ₀を小さくすることで位相差を０に近づけることができる。

車速Ｖが小さく、スリップ角βが正で車両１００の前後方向は旋回円の外側を向いている状態の間は、車両１００の旋回時に生じる横Ｇと旋回時のヨーレートの位相は、横Ｇの方が先行している。このため、本実施形態では、車両１００の車速が基準速度Ｖ_x未満の場合には、定常ゲインｋ₀を正の値として回頭性を高くした状態で定常ゲインｋ₀を低くしていき、ヨーレートの位相を進め、横Ｇとヨーレートの位相差を０に近づけている。

一方、車速Ｖが大きくなり、スリップ角βが負となって車両１００の前後方向が旋回円の内側を向いた状態になると、車両１００の旋回時に生じる横Ｇと旋回時のヨーレートの位相は、ヨーレートの方が先行する。このため、本実施形態では、車両１００の車速が基準速度Ｖ_x以上となった場合には、定常ゲインｋ₀を負の値として回頭性を低くして安定性を高めヨーレートの位相を送らせ、横Ｇとヨーレートの位相差を０に近づけている。

ここで、車速が基準速度Ｖ_x以上となり、定常ゲインｋ₀を負の値として回頭性を低くなるため、ドライバはステアリングホイール１０を曲げて車両１００を旋回させているのにもかかわらず、車両１００の向きが変わりにくくなり、ドライバは違和感を感じる。このため、本実施形態では、図４に示すように、車速が基準速度Ｖ_x以上となり定常ゲインｋ₀が低くなった場合でも、過渡ゲインｋ₁を正の値で車速に対して滑らかに変化するように設定され、かつ車速が基準速度Ｖ_xより大きい所定速度以上では正の所定の値に維持するように設定して、ドライバに違和感が生じることを防止している。

また、定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁は、横Ｇが所定の加速度である０．２５Ｇとなるまでは所定値未満に抑制されて設定される。ゲイン設定部２１１は、このように設定された制御ゲインをゲインマップに設定する。

図２に戻り、トルク差算出部２０２は、旋回モーメントに基づいて、操舵角に従って車両１００を旋回させるために必要な、左右の駆動輪１ＲＲ、１ＲＬに設けられた駆動モータ２Ｒ、２Ｌ間のトルク差を算出する。

トルク分配部２０３は、合計トルク算出部２０１から入力される合計トルクと、トルク差算出部２０２から入力されるトルク差とに基づいて駆動モータ２Ｒ、２Ｌにトルクを分配する。

このように本実施形態では、フィードバック制御ではなく、操舵角を入力して制御ゲインを用いたフィードフォワード制御で車両１００の旋回制御を行っているので、ドライバの操作意図を直接反映させることができ、応答を速くすることができる。

次に、以上のように構成された本実施形態の車両１００による旋回制御処理の詳細について説明する。図６は、本実施形態の旋回制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、微分処理部２０５は、操舵角センサ１１から車両１００の操舵角δを取得して、操舵角に対して微分処理を施すことにより、操舵角速度ωを算出する（ステップＳ１１）。

次に、変換処理部２０６は、車輪速センサ１５Ｌ，１５Ｒから車輪速を取得し、車輪速から車両１００の車速Ｖを算出する（ステップＳ１２）。具体的には、変換処理部２０６は、車輪速Ｖ_w（ｒｐｍ）から車速Ｖ（ｋｍ／ｓ）を次の（３）式で算出する。ここで、ｒはタイヤの有効半径（ｍ）である。

次に、旋回モーメント算出部２０４は、ゲインマップ記憶部２１０に保存されているゲインマップ（図３、４参照）から、ステップＳ１２で算出した車速に対応した定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁を読み取る（ステップＳ１３）。そして、旋回モーメント算出部２０４は、車両１００の操舵角と、定常ゲインｋ₀および過渡ゲインｋ₁とから車両１００を旋回させるための旋回モーメントＭを算出する（ステップＳ１４）。旋回モーメント算出部２０４は、旋回モーメントＭを、上述の（１）式で算出する。

次に、トルク差算出部２０２は、ステップＳ１４で算出された旋回モーメントＭから、車両１００を旋回させるために必要な駆動モータ２Ｒ、２Ｌ間のトルク差を算出する（ステップＳ１５）。図７は、本実施形態においてトルク差の算出例を説明するための図である。

図７（ａ）に示すように、旋回モーメントＭ、左側の駆動輪１ＲＬの力Ｆ_L、右側の駆動輪１ＲＲの力Ｆ_R、及び左側の駆動輪１ＲＬと右側の駆動輪１ＲＲの中心点間距離（以下「トレッド」という。）をｄとすると、以下の（４）式が成り立つ。

また、図７（ｂ）に示すように、タイヤの有効半径ｒ、左側の駆動モータ２ＬのトルクＴ_L、右側の駆動モータ２ＲのトルクＴ_Rとすると、各トルクＴ_L、Ｔ_Rは次の（５）式で示される。

従って、（４）、（５）式から、旋回モーメントＭは、次の（６）式で表される。

ここで、Ｔ_L−Ｔ_Rは、駆動モータ２Ｒ、２Ｌ間のトルク差を意味するため、（６）式からトルク差は（７）式で表される。すなわち、トルク差算出部２０２は、旋回モーメントＭ、タイヤの有効半径ｒ、トレッドｄを用いて（７）式から、車両１００を旋回させるために必要な駆動モータ２Ｒ、２Ｌ間のトルク差を算出する。

次に、合計トルク算出部２０１は、アクセル操作量と車速Ｖとから合計トルクを算出する（ステップＳ１６）。ここで、合計トルクの算出手法は任意であり、公知の手法を用いることができる。そして、トルク分配部２０３は、ステップＳ１６で算出された合計トルクを、ステップＳ１５で算出されたトルク差となるように、駆動モータ２Ｒへのトルク、駆動モータ２Ｌへのトルクに配分する（ステップＳ１７）。

そして、トルク分配部２０３は、配分された駆動モータ２Ｒへのトルクの指令を右輪側駆動回路２０Ｒに送出し、配分された駆動モータ２Ｒへのトルクの指令を、左輪側駆動回路２０Ｌに送出する。これにより、左輪側駆動モータ２Ｌおよび右輪側駆動モータ２Ｒが駆動制御され、指令のトルクで左側後輪１ＲＬ、右側後輪１ＲＲが駆動される。

次に、制御ゲイン（定常ゲインｋ₀と過渡ゲインｋ₁）の算出・設定処理の詳細について説明する。図８は、本実施形態の制御ゲイン算出・設定処理の手順の一例を示すフローチャートである。

ここで、前提として、車両１００の車速が８０ｋｍ／ｈで横Ｇが０．２５Ｇとなるときに、駆動モータ２Ｒ，２Ｌ間の最大トルク差となるようにする。

まず、横Ｇが０．２５Ｇの旋回時において、駆動モータ２Ｒ，２Ｌ間の最大トルク差の有無によるヨーレートγと横Ｇの位相差の変化量を求める（ステップＳ３１）。ここで、ステップＳ３１の位相差の変化量の算出処理について説明する。図９は、本実施形態にかかる位相差の変化量の算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、ゲイン設定部２１１は、モータトルクマップから、車速８０ｋｍ／ｈでの駆動モータ２Ｒ、２Ｌの最大トルクを算出し、さらに駆動モータ２Ｒ、２Ｌ間の最大トルク差を算出する（ステップＳ５１）。ここで、モータトルクマップは、車速に対する駆動モータ２Ｌ．２Ｒでの出力軸トルク（モータトルク）の対応関係を定めたマップである。図１０は、本実施形態にかかるモータトルクマップの一例を示す図である。

ここで、図１０の例から、車速８０ｋｍ／ｈの時の最大のモータトルクが１９５Ｎｍであったとすると、駆動モータ２Ｒ、２Ｌ間の最大トルク差は、３９０Ｎｍとなる。

次に、ゲイン設定部２１１は、ステップＳ５１で求めた最大トルク差から最大トルク差とするための旋回モーメントである最大旋回モーメントＭを算出する（ステップＳ５２）。具体的には、トルク差はＴ_L−Ｔ_Rで示されることから、ゲイン設定部２１１は、ステップＳ５１で算出した最大トルク差を（Ｔ_L−Ｔ_R）として、トレッドｄ、タイヤの有効半径ｒを用いて、上述した（６）式により、最大旋回モーメントＭを算出する。

次に、ゲイン設定部２１１は、横Ｇが０．２５Ｇの旋回に必要な、すなわち最大旋回モーメントに必要なヨーレートγを算出する（ステップＳ５３）。ここで、車両１００の質量（車重）をｍ、重力加速度をｇとすると、次の（８−１）式が成立するので、ゲイン設定部２１１は、（８−２）式により、横Ｇが０．２５Ｇの旋回に必要なヨーレートγを算出する。

次に、ゲイン設定部２１１は、最大旋回モーメントＭを付与した場合における車両１００の操舵角δを算出する（ステップＳ５４）。最大旋回モーメントＭを付与時の操舵角δは、以下のようにして算出される。

車両１００を仮想的に２輪モデルにした場合の横方向に関する運動方程式を（９−１）式に、ヨー方向の運動方程式を（９−２）式に示す。

ここで、車重ｍ、車速Ｖ、スリップ角β、操舵角δ、ヨーレートγ、前輪のコーナーリングスティフネスＫ_f、後輪のコーナーリングスティフネスＫ_r、車両１００の重心から前輪軸までの長さｌ_f、車両１００の重心から後輪軸までの長さｌ_r、ヨー慣性モーメントＩ、駆動モータの駆動力差による旋回モーメントＭ、ラプラス変換演算子ｓとする。

（９−１）式、（９−２）式を変形すると、操舵角δ、旋回モーメントＭから、スリップ角β、ヨーレートγへの伝達関数が（１０）式で得られる。

ここで、ｌはホイールベースであり、ｌ＝ｌ_f＋ｌ_rである。

（１０）式から第２列目のγの式を抽出し、これにｓ＝０を代入すると、ヨーレートγが次の（１１）式で示される。

そして、（１１）式を変形することにより、操舵角δは次の（１２）式で表される。このため、ゲイン設定部２１１は、最大旋回モーメントＭを付与した場合における車両１００の操舵角δを（１２）式で算出する。

次に、ゲイン設定部２１１は、車速ごとに制御ゲインを算出する（ステップＳ５５）。旋回モーメントＭは、上述した（１）式で表されるが、これを、ラプラス変換すると次の（１３）式で表される。

ゲイン設定部２１１は、（１３）式でｓ＝０として、ステップＳ５２で算出した最大旋回モーメントＭの値を用い、定常ゲインｋ₀を算出する。

次に、ゲイン設定部２１１は、横Ｇとヨーレートの位相差を算出する（ステップＳ５６）。これにより、ゲイン設定部２１１は、駆動モータ２Ｒ，２Ｌ間の最大トルク差の有無による位相差の変化量を求める。

図８に戻り、ステップＳ３１で最大トルク差の有無による横Ｇとヨーレートの位相差の変化量が算出されたら、ゲイン設定部２１１は、本実施形態の旋回制御を行わない場合において、横Ｇとヨーレートの位相差が発生しない（すなわち、位相差＝０）車速Ｖを求める（ステップＳ３２）。

図１１は、本実施形態における車速と、ヨーレートと横Ｇと時間差との関係を示す図である。図１１では、駆動モータの可動範囲により、上限と下限の間で、車速に対応した目標となるヨーレートと横Ｇの時間差を定める。ここで、図１１では、ヨーレートと横Ｇの位相差に相当する時間差を示している。ステップＳ３２において、制御なし、すなわち図１１におけるゲイン無しの曲線で時間差が０となる車速Ｖを求めると、図１１における車速Ｂが該当する。

次に、ゲイン設定部２１１は、位相差が車速に対して、比例的に増加するように、各車速に対する目標位相差を決定する（ステップＳ３３）。本実施形態では、図１１において、ステップＳ３２で求めた車速Ｂから、時間差が比例して増加するように、（１）の曲線に沿って位相差を定めていく。そして、ゲイン設定部２１１は、例えば、図５に示した、横Ｇとヨーレートの位相差と、制御ゲインとの関係から、車速ごとに目標位相差となる制御ゲインを決定する（ステップＳ３４）。そして、ゲイン設定部２１１は、車速ごとに決定した制御ゲインをゲインマップに設定する。これにより、ゲインマップの設定が行われる。

このように本実施形態では、一般的な車両において、安定してかつ高精度に旋回制御を低コストで行うことができる。

すなわち、本実施形態では、統合コントローラ５０にステアリングホイール（ハンドル）１０の操舵角を入力して旋回制御を行っているので、ドライバの操作意思を直接反映した旋回制御を行うことができる。このため、本実施形態によれば、ドライバに違和感を生じさせにくく、新たなセンサの追加の必要は無いので、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、フィードフォワード制御で旋回制御を行っているので、ドライバの操作意図を直接反映させることができ、応答を速くすることができ、ドライバに違和感が生じさせることを回避することができる。

また、本実施形態では、ゲイン設定部２１１が制御ゲインを予め算出してゲインマップに登録しているので、旋回制御時における演算負荷を軽減することができ、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、制御ゲインを車両１００の車速によって変化させて定めているので、車両１００の車速に応じて変化する操縦特性に対して、車速に対して変化を抑えた操縦性を実現することができる。

また、本実施形態では、制御ゲインは、車両１００の車速に対して滑らかに変化させるように設定されているので、制御ゲインの変化に対するドライバの違和感の発生を防止することができる。

また、本実施形態では、制御ゲインは、横Ｇとヨーレートの位相差が０に近づくように定められているので、ドライバが視覚で感じるヨーレートと、体感で感じる横Ｇの発生との遅れが少なく立ち上がるため、操縦に対して車両１００が一体となって曲がる感じを実現することができ、ドライバに対して違和感を生じさせにくい。

特に、本実施形態では、車両１００の車速が基準速度Ｖ_x未満の場合には、定常ゲインｋ₀を正の値として回頭性を高くした状態で定常ゲインｋ₀を低くしていき、車両１００の車速が基準速度Ｖ_x以上となった場合には、定常ゲインｋ₀を負の値として回頭性を低くすることにより、横Ｇとヨーレートの位相差を０に近づけている。このため、本実施形態によれば、ドライバに違和感を与えることなく、横加速度とヨーレートの位相差をなくし、安定してかつ高精度に旋回制御を行うことができる。

また、本実施形態では、車速が基準速度Ｖ_x以上となった場合、過渡ゲインｋ₁を正の値で車速に対して滑らかに変化するように設定され、かつ車速が基準速度Ｖ_xより大きい所定速度以上では正の所定の値に維持するように設定しているので、定常ゲインｋ₀を下げたことに起因するドライバの違和感の発生を防止することができる。

ここで、理想的には横Ｇとヨーレートの位相差を０とするように制御ゲインを定めることが理想的ではあるが、左右輪の駆動力差による限界も有限である。このため、本実施形態では、少なくとも横Ｇが０．２Ｇとなるまでは駆動モータの動作量が飽和しないように、制御ゲインの値が抑制して定められている。

なお、本実施形態では、制御ゲインの算出およびゲインマップへの設定を統合コントローラ５０内のゲイン設定部２１１が行っていたが、これに限定されるものではない。例えば、制御ゲインの算出を車両１００とは異なる外部装置で行い、当該外部装置が、算出された車速ごとの制御ゲインを、統合コントローラ５０内のゲインマップ記憶部２１０のゲインマップに設定するように構成してもよい。

また、本実施形態では、旋回モーメント算出部２０４が変換処理部２０６から車輪速から算出された車速を入力して旋回モーメントを算出していたが、ＥＳＣ１４から車速を入力して旋回モーメントを算出するように構成してもよい。

また、本実施形態では、合計トルク算出部２０１がＥＳＣ１４から車速を入力して合計トルクを算出していたが、車輪速から算出された車速を変換処理部２０６から入力して合計トルクを算出するように構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ 車両
２０１ 合計トルク算出部
２０２ トルク差算出部
２０３ トルク分配部
２０４ 旋回モーメント算出部
２０５ 微分処理部
２０６ 変換処理部
２１０ ゲインマップ記憶部
２１１ ゲイン設定部

Claims (5)

1. 車両の操舵角と、前記車両の車速に応じて予め定められた前記操舵角に対する第１ゲインと、前記車両の操舵角速度と、前記車両の車速に応じて予め定められた前記操舵角速度に対する第２ゲインとに基づいて、前記車両を旋回させるための旋回モーメントを算出する旋回モーメント算出部と、
   前記旋回モーメントに基づいて、前記車両を旋回させるために必要な、左右の駆動輪毎に設けられたモータ間のトルク差を算出するトルク差算出部と、
   前記モータに要求される合計トルクと、前記トルク差とに基づいて前記モータの各々にトルクを分配する分配部と、を備え、
   前記第１ゲインおよび前記第２ゲインは、前記車両の旋回時に生じる横加速度と旋回時のヨー角速度の位相が０に近づくように設定され、
   前記第１ゲインは、所定の基準速度未満の前記車速に対しては、前記車両を旋回させる方向の値である正値に設定され、前記基準速度以上の前記車速に対しては、前記車両の旋回をしない方向の値である負値に設定され、
   前記第２ゲインは、前記車両を旋回させる方向の値である正値に設定され、基準値を超えた所定の車速に対しては、所定値に維持して設定されている、
   車両制御装置。
2. 前記横加速度が所定の加速度となるまでは、前記第１ゲインと前記第２ゲインとを第２の所定値未満に設定されている、
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記第１ゲインは、小さい値になるに従って前記位相が０に近づくように設定されている、
   請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 前記旋回モーメント算出部は、前記操舵角に前記第１ゲインを乗算した第１乗算値と、前記操舵角速度に前記第２ゲインを乗算した第２乗算値とを加算して、前記旋回モーメントを算出する、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の車両制御装置。
5. 記憶部と、
   前記第１ゲインと前記第２ゲインとを前記車速に応じて算出して、算出された前記第１ゲインと前記第２ゲインとを前記車速に対応付けて前記記憶部に保存するゲイン設定部と、
   をさらに備えた請求項１〜４のいずれか一つに記載の車両制御装置。

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