JPH04266538A - 車両運動特性補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両がスピン、ドリフ
ト、アンダーステアなど、通常の運動限界を越えた場合
に、熟練運転者と同等な制御を行うことにより、限界内
に引き戻すための車両の運動特性補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧＭ社により出願された米国特許「アダ
プティブ・ビークル」（ＵＳＰ４，８２９，４３４Ｒ７
４，７８９，１９８９年５月９日登録）は、ドライバの
「操作」状態、天候や車間距離などの「環境」状態、お
よび車速や加速度などの「走行」状態をセンサで検出し
、別にこれら三つの基本状態について知識ベースを構築
しておき、これを利用して最適条件を求め、自動車に対
して統合的なフィードバック制御を行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記米国特許に見られ
るような制御は、車両の旋回限界の向上のためのシステ
ムであり、何等かの理由で限界を越えて横滑り、スピン
が始まった状態では、制御効果が期待できない。

【０００４】ここで、車両運動論においては、車両が旋
回限界を越えて横滑り、スピンを生じた場合には、旋回
方向と逆にハンドルを中立位置へ戻す、あるいは中立位
置より更に逆方向にハンドルを切り足す（カウンタース
テア）ことで横滑りを低減することや、アンダーステア
でコーナーを曲がり切れない時にはサイドブレーキを引
いて後輪のみをロックさせ小半径で旋回する（スピンタ
ーン）ことは周知の高等運転技術である。しかしカウン
ターステアを必要量、正確に操作することや、スピンタ
ーンの技術は非常に難しく、特殊訓練を受けた人以外に
はほとんどできないのが実状である。

【０００５】本発明の目的は運転者の意志を阻害するこ
となく、熟練運転者と同等な制御を行うような車両運動
特性補正装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的達成のため、
本発明の車両運動特性補正装置の特徴は、車両において
操舵角を検出する手段と、ブレーキ油圧を検出する手段
と、スロットル開度を検出する手段と、車両運動状態を
検出する手段と、規範となる車両運動特性を記憶してい
る規範車両運動特性状態記憶手段と、前記操舵角検出手
段が検出した操舵角と前記ブレーキ油圧検出手段が検出
したブレーキ油圧と前記スロットル開度検出手段が検出
したスロットル開度と前記車両運動状態検出手段が検出
した車両運動状態とからつぎの車両運動状態を予測する
車両運動状態予測手段と、前記操舵角検出手段が検出し
た操舵角と前記ブレーキ油圧検出手段が検出したブレー
キ油圧と前記スロットル開度検出手段が検出したスロッ
トル開度と前記車両運動状態検出手段が検出した車両運
動状態と前記規範車両運動特性状態記憶手段が記憶して
いる規範車両運動特性とからつぎの規範車両運動状態を
予測する規範車両運動状態予測手段と、操舵角の制御手
段と、ブレーキ油圧の制御手段と、スロットル開度の制
御手段と、ギアポジションの制御手段と、駆動輪の差動
装置の最大差動制限トルクの制限手段と、を有し、前記
車両運動状態予測手段が予測した車両運動状態が、前記
規範車両運動状態予測手段が予測した規範車両運動状態
と著しい偏差が予想される場合には、該規範車両運動状
態と前記車両運動状態検出手段が検出する車両運動状態
との偏差を小さくするように、運転者の操舵、ブレーキ
ング、スロットル操作に加え、前記舵角制御手段と前記
ブレーキ油圧制御手段とスロットル開度制御手段とギア
ポジション制御手段とにより舵角、ブレーキ油圧、スロ
ットル開度、ギアポジション、および駆動輪の差動装置
の最大差動制限トルクの１者あるいは全者を制御する様
に構成したことにある。

【０００７】

【作用】上述の特徴によれば、車両がスピン、ドリフト
、アンダーステアなどの運動限界を越えた場合に、熟練
運転者と同等な制御を行うことにより、限界内に引き戻
すことができ、危険回避につながる。

【０００８】

【実施例】前２輪操舵のフロントエンジン・リヤドライ
ブ・オートマチックミッションの車両に本発明を適用し
た場合の第１実施例を図面に基づき説明する。

【０００９】図１は、本実施例の装置の全体的構成を示
す図である。本装置は、エンジン１と、右前輪２ａと、
左前輪２ｂと、右後輪２ｃと、左後輪２ｄと、各輪の車
輪速センサ３ａ，３ｂ，３ｄと、各輪のブレーキ４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄと、ステアリング機構５と、各輪サス
ペンション機構６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、コントロー
ルデフ７と、ステアリング８と、アクセルペダル９と、
ブレーキペタル１０と、舵角制御部１１と、スロットル
制御部１２と、ブレーキ油圧制御部１３と、ミッション
制御部１４と、６自由度運動センサ１５と、コントロー
ルユニット１６とで構成されている。

【００１０】車輪速センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、
各輪と共に回転する検出歯車と磁気ピックアップとで構
成されている。磁気ピックアップは、車輪回転角度に対
応したパルス列を出力する。このパルス間隔を計測する
ことにより車輪の各回転角度における車輪速が検出でき
る。

【００１１】各輪のブレーキ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは
、各輪に制動力を与えると同時に、作動時のブレーキラ
イン圧のセンサも兼ね備えている。

【００１２】サスペンション機構６ａは、ダンパー等（
図示せず）にストロークセンサ６１ａ（図示せず）を具
備しており、走行時に当該輪サスペンション機構のスト
ローク量を検出できる。他のサスペンション機構６ｂ，
６ｃ，６ｄも同様のストロークセンサを具備している。 これにより、車両のロール角、ピッチ角が検出できる。 また同時に、タイヤと路面とのキャンバ角の変化、トー
変化等のアライメント変化が検出できる。

【００１３】コントロールデフ７は、デファレンシャル
ギア内に差動制限用の油圧差動湿式多板クラッチを組み
込んだものであり、電子制御で左右後輪の最大差動制限
トルクが制御できるデファレンシャルギアであり、公知
のものである。これにより左右後輪の車輪速差、駆動ト
ルクに関わらず、通常の差動制限無しのデファレンシャ
ルギアの状態から左右後輪が直結状態であるロックアッ
プ状態にまで自由に制御できるものである。

【００１４】図２は、舵角制御部１１の構成を示す図で
ある。舵角制御部１１は、実際の舵角を検出する実舵角
エンコーダ１１１と、ステアモータ１１３の回転を減速
するギアボックス１１２と、湿式多板クラッチ１１４と
、ステアフィール（ｆｅｅｌ）補正モータ１１５の回転
を減速するギヤボックス１１６と、運転者のステアリン
グ舵角を検出するステア角エンコーダ１１７と、実舵角
制御部１１８と、ステアフィール補正部１１９とで構成
されている。以下、その動作について示す。運転者がス
テアリング８を切ると、ステア舵角エンコーダ１１７に
よりステア舵角が検出され、コントロールユニット１６
に入力する。コントロールユニット１６では、このステ
ア舵角と各種情報を組合せ、実舵角制御部１１８に舵角
指令を出力する。ステアモータ１１３は、電動機よりな
るサーボモータの一種であり、コントロールユニット１
６の舵角指令に実舵角エンコーダ１１１の検出値を追従
させる。ステアリング機構５は、ラックアンドピニオン
構造になっておりステアリングシャフト５′が回転する
とタイヤ角が変化する。実舵角制御部１１８には電流制
御用のパワートランジスタ１１８１の他、実舵電流検出
センサ１１８２が具備されている。一般にモータ（電動
機）において出力トルクは流入する電流に比例する。 今、バッテリからステアモータ１１３に入力する電流を
、実舵電流検出センサ１１８２で検出することにより、
実舵角を舵角指令に追従させるために必要なトルク、即
ち路面からの反力が検出できる。コントロールユニット
１６では、この検出した路面からの反力に応じて、ステ
アフィール補正部１１９、ステアフィール補正モータ１
１５、そしてステアリング８を通じて運転者に対して的
確なステアリングフィールをフィードバックする。また
、舵角制御部１１は、湿式多板クラッチ１１４を具備し
ており、各モータが故障した時に、このクラッチをつな
ぐことによりステアリングシャフト５′が直結され、運
転者はステアリング８により直接舵角が制御できる。ま
たこのときに運転者が楽にステアリングが切れるように
ギヤボックス１１２，１１６のギヤレシオを設定してお
かねばならない。

【００１５】図３はスロットル制御部１２の構成を示す
図、図４は図３中のディファレンシャル機構部の構造を
示す図である。アクセルペタル９につながれたワイヤ１
２０は、ディファレンシャル構造１２２に図４のように
固定されている。今、アクセルペタル９を踏み込んだ際
、サーボモータ１２４が停止している場合には、スロッ
トルバルブ１２１はディファレンシャル構造１２２と共
に回転し、通常のスロットル構造と同等な動きを行う。 そしてスロットル開度は、スロットルポジションセンサ
１２３により検出され、コントロールユニット１６に入
力される。次にサーボモータ１２４が回転する場合につ
いて示す。今、アクセルペタル９が固定され、サーボモ
ータ１２４が反時計廻りに回転すると、スロットルバル
ブ１２１は、図４の傘歯車により構成されるディファレ
ンシャル構造により、時計まわり（サーボモータ１２４
と逆方向）に回転し、サーボモータ１２４が時計廻りに
回転するとスロットバルブ１２１は反時計まわりに回転
する。従ってサーボモータ１２４の回転角を制御するこ
とにより、運転者のアクセル操作と独立してスロットル
開度を制御することができる。コントロールユニット１
６は、スロットルポジシションセンサ１２３により検出
されたスロットル開度と各種情報を組合せ、サーボモー
タ１２４により、的確なスロットル開度の制御を行う。 万一、サーボモータが故障した際にもスロットルバルブ
１２１はアクセルペタル９により操作できるので通常の
運転には支障が無い。

【００１６】図５はブレーキ油圧制御部１３の１輪分の
構成を示す図である。ブレーキ油圧制御部は、ブレーキ
ペタル１０とリンク機構１３１により結合されたサーボ
モータ１３２と、マスタシリンダ１３３と、マスタ油圧
センサ１３４と、ブレーキ油圧制御弁１３５と、各輪油
圧センサ１３６で構成されている。リンク機構１３１は
ブレーキペタル１０とサーボモータ１３２からの入力を
確実にマスタシリンダ１３３に伝えると同時にサーボモ
ータ１３２からの入力をブレーキペタル側に伝えないよ
うに構成されている。コントロールユニット１６は、マ
スタシリンダ１３３に設けられたマスタ油圧センサ１３
４より、運転者が必要としている減速度を推定する。本
実施例では運転者がブレーキペダル１０を踏み込むこと
により生じるマスタシリンダの油圧によりこの減速度を
推定するが、ブレーキペタルにブレーキペタルポジショ
ンセンサを設け、その変位から運転者が必要としている
減速度を推定することもできる。コントロールユニット
１６では、この運転者が必要としている減速度に対して
、さらに各種情報を組合せ、推定した減速度を得るため
に必要な、４輪に対する独立した油圧制御指令を算出し
、各輪の油圧センサにより検出される各輪ブレーキ圧が
この指令に追従するように各輪のブレーキ油圧を制御す
る。また、運転者がブレーキを踏んでいない場合でも、
オーバースピードでコーナーに進入する等してコントロ
ールユニット１６が、ブレーキ力が必要だと判断した場
合には、サーボモータ１３２が、リンク機構１３１を通
じて、マスタシリンダ１３２に力を伝え、運転者がブレ
ーキペダル１０を踏み込んだと同じ状態を作り出せるよ
うになっている。

【００１７】図６に６自由度運動センサ１５の構成を示
す。６自由度運動センサ１５は、車両の重心を原点とし
、前後方向にｘ軸、左右方向ｙ軸、上下方向にｚ軸を取
った車両固定座標系において図７のように車両に配置さ
れた６個の加速度センサ（線加速度センサ）１５１ａ，
１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅ，１５１ｆと
、乗算機１５２と、変換回路１５３と、２段の積分回路
１５４，１５５と、微分回路１５６とにより構成されて
いる。一般によく知られているように車両運動における
自由度は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の並進運動の
他に、ｘ軸廻りの回転運動（ローリング）、ｙ軸廻りの
回転運動（ピッチング）、ｚ軸廻りの回転運動（ヨーイ
ング）が存在する。そしてこれらの運動は互いに連成し
て成り立っているため、実際に加速度センサで測定され
る情報は、６自由度の成分すべてを含んでいる。従って
ｘ軸方向の加速度をａｘ　、速度をｖｘ　、ｙ軸方向の
加速度をａｙ　、速度をｖｙ　、ｚ軸方向の加速度をａ
ｚ　、速度をｖｚ　、ｘ軸廻りの回転（ローリング）角
加速度をαｘ　、角速度をωｘ　、ｙ軸廻りの回転（ピ
ッチング）角加速度をαｙ　、角速度をωｙ　、ｚ軸廻
りの回転（ヨーイング）角加速度をαｚ　、角速度をω
ｚ　とし、６個の加速度センサ１５１ａ，１５１ｂ，１
５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅ，１５１ｆにより検出され
た検出値をＧａ　，Ｇｂ　，Ｇｃ　，Ｇｄ　，Ｇｅ　，
Ｇｆ　とすると、例えばｘ軸方向の加速度ａｘ　、ｙ軸
廻りの回転（ピッチング）角加速度αｙ　については次
のような関係がある。

【００１８】

【数１】

【００１９】

【数２】

【００２０】本６自由度運動センサ１５では、乗算機１
５２と変換回路１５３と積分回路１５４で、このような
演算を可能としている。積分回路１５４からの出力は速
度、角速度情報となり、積分回路１５５からの出力は位
置情報となり、微分回路１５６からの出力は加々速度情
報となり、コントロールユニット１６に出力される。コ
ントロールユニット１６では、これらの情報を用いて、
車両運動状態を把握すると共に、運転者の操舵角、スロ
ットル開度、ブレーキ油圧等の運転操作情報を加え合わ
せ、対象車両固有の運動方程式を解くことにより、今後
の車両運動を予測すると同時に、制御を追従させる目標
とする車両（規範車両）の固有運動方程式を解くことに
より、規範となる車両運動をも予測する。

【００２１】図８に、車両が高速旋回を行い、急激な挙
動変化を起こし、スピン状態に陥った場合の車両軌跡、
ステアリング舵角を示す。図９に、車両が図８と同じコ
ーナーにおいて高速旋回を行い、挙動変化を起こしたが
、カウンタステアを用いてスピンを回避し、コーナーを
脱出した場合の車両軌跡、ステアリング舵角を示す。 図８、図９とも（ａ），（ｂ）の状態は同じである。車
両が横滑り無しに旋回している状態での２次元での力学
的な釣合を図１０に、また、旋回中に横滑りを起した状
態での２次元での力学的な釣合を図１１に、更に、カウ
ンタステア時における２次元での力学的な釣合を図１２
に示す。

【００２２】車両には、前左右輪、後左右輪に発生する
コーナリングフォースＣｆｌ，Ｃｆｒ，Ｃｒｌ，Ｃｒｒ
と、スロットル開度を増加させた場合に後左右輪に働く
駆動力Ｆａｒｌ　，Ｆａｒｒ　と、ブレーキをかけた場
合に前左右輪、後左右輪に働く制動力Ｆｂｆｌ　，Ｆｂ
ｆｒ　，Ｆｂｒ１　，Ｆｂｒｒ　と、車両の重心に働く
遠心力とが働いており、これによってｙ軸方向の並進運
動とｚ軸廻りの回転運動の釣合がとられている。今、車
両が一定の速度Ｖで旋回しており、車両の重量をｍ、重
心廻りの慣性モーメントをＩ、車両重心から前輪までの
有効長さをｌｆ　、後輪までの有効長さをｌｒ　、前輪
トレッドをｌｆｔ、後輪トレッドをｌｒｔとし、ｔａｎ
β＝ｖｙ　／ｖｘ　で定義される車両重心横滑り角をβ
、舵角をδとすると、この状態における運動は次のよう
に記述できる。

【００２３】ｙ軸方向

【００２４】

【数３】

【００２５】ｚ軸廻り

【００２６】

【数４】

【００２７】コーナリングフォースは車両の進行方向（
速度Ｖの方向）に対する車輪の横滑り角により決定され
、前輪においてステアリング舵角によって運転者により
制御されている。今、前左右輪のコーナリングパワーを
Ｋｆｌ，Ｋｆｒ、後輪のコーナリングパワーをＫｒｌ，
Ｋｒｒとすると、

【００２８】

【数５】

【００２９】

【数６】

【００３０】

【数７】

【００３１】

【数８】

【００３２】で表せる。βｆｌ，βｆｒ，βｒｌ，βｒ
ｒは、それぞれ前左右輪、後左右輪の横滑り角である。 ここで簡単のため前左右輪の横滑り角はそれぞれ等しく
、また後左右輪の横滑り角はそれぞれ等しいと仮定する
。

【００３３】制駆動力（制動力および駆動力の総称、以
下同じ）はブレーキ、アクセルによって運転者により制
御されている。よく知られているように限界走行時にタ
イヤが最大限発生できるコーナリングフォースと制駆動
力の絶対値の和は路面とタイヤとの摩擦係数が変わらな
ければ一定である。今、前左右輪におけるこの一定値を
Ｆｌ　，Ｆｒ　、後輪においてはＲｌ　，Ｒｒ　とする
と限界走行時には、以下のような式が成り立つ。

【００３４】

【数９】

【００３５】

【数１０】

【００３６】

【数１１】

【００３７】

【数１２】

【００３８】

【数１３】

【００３９】

【数１４】

【００４０】

【数１５】

【００４１】

【数１６】

【００４２】図１０においては、車両の進行方向（速度
Ｖの方向）とｘ軸方向とは一致しており、車両はｙ軸方
向の速度成分ｖｙ　を持っていない。すなわちβ＝０の
状態である。次に図１１は、β＜０の状態を示している
。 このように後輪がコーナーの外側に振り出されているの
は、操舵機構を持っていないために遠心力に見合うコー
ナリングフォースを得るための車輪横滑り角を得るため
である。この状態から、さらにアクセスを踏む、もしく
は後輪のみにブレーキをかけるなどして後輪の制駆動力
の絶対値を上げてやると、後輪は前輪より先に限界状態
を越える。このときのｙ軸方向の並進運動とｚ軸廻りの
回転運動の運動方程式を示すと、ｙ軸方向

【００４３】

【数１７】

【００４４】ｚ軸廻り

【００４５】

【数１８】

【００４６】となる。（数１８）の第３項、第６項はそ
れぞれ前左右輪の制駆動力の差、後左右輪の制駆動力の
差を表している。従って上述のように前左右輪の制動力
をブレーキ油圧制御部１３で独立に制御し、後左右輪の
制駆動力をブレーキ油圧制御部１３とコントロールデフ
７で制御してやることでｚ軸廻りのモーメントを直接制
御することにより、積極的にｚ軸廻りの回転が制御でき
る。

【００４７】また（数１７）からわかるように、左右後
輪制駆動力（Ｆａｒｌ　−Ｆｂｒｌ　），（Ｆａｒｒ　
−Ｆｂｒｒ　）を増加させると（数１７）の第３、第４
項が減少し、横滑り角βが増大する。さらに（数１８）
の第４、第５項が増加し、ｚ軸廻りの回転角加速度ｄω
ｚ　／ｄｔも大きくなり、巻き込みスピン状態に陥る。 ここでこのスピンを回避するためには、（数１７），（
数１８）からわかるように制駆動力を過大にならないよ
うに制御してやると同時に、舵角δを減少させ負の領域
（旋回方向とは逆、即ちカウンターステア）まで制御し
てやり、前輪が発生するコーナリングフォースによるｚ
軸廻りの回転モーメントをゼロあるいは負（逆向き）に
してやるのが有効である（図１２）。

【００４８】図１３に本発明における上記制御の実現法
を、まず操舵機能を持つ前輪について示し、次に後輪に
ついて示すことにする。（数５）、（数６）において、
β＋１ｆ　・ωｚ　／Ｖは、前輪トレッド中央の横滑り
角であり、６自由度運動センサ１５からの情報をコント
ロールユニット１６で処理することにより検出できる。 今、前輪トレッド中央の横滑り方向を縦軸にとり、コー
ナリングフォースを横軸にとり、前輪トレッド中央の横
滑り角ベクトルと前輪の成す角を新たにδ’とし、図１
３のように舵角ベクトルを考えると、δ’が実際のコー
ナリングフォースを生み出す舵角であることがわかる。 この舵角ベクトルのコーナリングフォース軸への正写影
がコーナリングフォースであると考えられる。今、舵角
δ’が増加するとある舵角でコーナリングフォースは最
大値を取り、それ以後は減少してしまうので、舵角ベク
トルは図１３のような軌跡を描くことになる。図１３に
おいて（ａ）の状態は、通常の状態に制御されている場
合であり、舵角δ’が正でコーナリングフォースも正で
ある。（ｂ）と（ｃ）の状態に舵角が制御されている状
態が本発明の特徴的なところであり、（ｂ）においては
、δ’をゼロに制御し、コーナリングフォースをゼロと
している。さらに（ｃ）においてはδ’を負にすること
により、旋回方向と逆のコーナリングフォースを発生さ
せている。これは、熟練運転者のみが可能である運転操
作の一つであるカウンターステアを実現しているのと同
値である。

【００４９】次に後輪について説明する。通常の運転状
態（ｄ），（ｅ）においては駆動力Ｆａ　又は制動力Ｆ
ｂ　の増加に伴いコーナリングフォースが減少し、更に
タイヤ駆動力が過大なホイルスピン状態（ｆ）や，タイ
ヤ制動力が過大なホイルロック状態（ｇ）では、コーナ
リングフォースはゼロとなる。本発明においては、この
コーナリングフォースの減少を積極的に利用し、６自由
度運動センサ１５から検出される車両速度と車輪速セン
サ３により検出される各輪の車輪速を用いてブレーキ油
圧制御部１３、スロットル制御部１２により、制駆動力
を制御し、コーナリングフォースを制御する。またこの
制動力を制御してコーナリングフォースを制御する方法
は、ブレーキを持っている前輪にも適用できるのは言う
までもない。

【００５０】本発明においては、コントロールユニット
１６が、６自由運動センサ１５から得られる車両運動情
報、各輪の車輪速センサ３から得られる各車輪速、舵角
制御部１１から得られる舵角情報、スロットル制御部１
２から得られるスロットル開度情報、ブレーキ油圧制御
部１３から得られるブレーキ油圧情報を用い、以上のよ
うに積極的にカウンターステアを用いたり、後輪にのみ
ブレーキをかけたり、過剰にスロットルを開いて駆動輪
を空転させて各輪のコーナリングフォースを独立して制
御することにより、ｚ軸廻りの回転モーメントを制御し
、車両の運動状態を制御する。もちろん、後輪制駆動力
の制御にコントロールデフ７、ミッション制御手段１４
を用いることは言うまでもない。

【００５１】図１４を用いて、コントロールユニット１
６内部での車両運動の推定プロセスを説明する。コント
ロールユニット１６は、６自由度運動センサ１５のｚ軸
廻りの回転加速度ωｚ　を検出すると（旋回が始まると
）、６自由度運動センサ１５の積分回路のリセットを行
うと同時に検出を開始する。６自由度運動センサ１５に
より検出されるｘ軸方向の並進速度ｖｘ　、ｙ軸方向の
並進速度ｖｙ　より、車両重心横滑り角β＝ａｒｃｔａ
ｎ（ｖｘ　／ｖｙ　）を算出する。さらにｚ軸廻りの回
転速度ωｚと、運転者によりステアリング８を通じ入力
される舵角（これは舵角センサを兼ねる舵角制御部１１
より検知される）とを受け、各輪の横滑り角を検出する
。一方、ｘ軸廻りの回転角度（ロール角）、ｙ軸廻りの
回転角度（ピッチ角）を６自由度運動センサ１５により
検出し、車両の姿勢変化を検出し、各輪にかかっている
荷重を検出する。さらに各輪サスペンション機構６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄのストロークセンサ６１ａ，６１ｂ，
６１ｃ，６１ｄからの情報により６自由度運動センサ１
５にて検出された車両姿勢変化情報を補正する。これに
より得られた車体姿勢変化と、サスペンションリンク機
構の設計データより、キャンバ角の変化、トー角の変化
等のアライメント変化を検出する。またこれらと同時に
車輪速センサにより各輪の車輪速を検出し、６自由度運
動センサ１５により検出された車両速度と比較すること
により、各輪のスリップ率を検出しておく。以上の各輪
の横滑り角、荷重、アライメント変化、スリップ率とと
もに、スロットル制御部１２により検出される運転者ス
ロットル開度とミッション制御部１４により検出される
ギアポジションとから推定される駆動力、ブレーキ油圧
制御部１３により検出される運転者ブレーキライン圧か
ら推定される制動力の情報、コントロールデフ７から検
出される後輪の最大差動制限トルク、さらには、タイヤ
の非線形性などの各種情報を用い、各輪コーナリングフ
ォースを算定する。そして得られた各輪コーナリングフ
ォース、制動力、駆動力を用いて６自由度の運動方程式
を解き、車両運動を推定する。また、これと同等な方法
で、各輪コーナリングフォース、制動力、駆動力を用い
て、あらかじめコントロールユニット１６内部に記憶さ
れている制御目標となる規範車両の運動特性が記述され
た６自由度の運動方程式を解き、車両運動の制御目標と
する。

【００５２】図１５に車両が限界速度旋回中において、
車両運動をｚ軸廻りの回転速度で代表し、さらに規範車
両としてニュートラルステア（運動状態が、舵角と速度
によってのみ決定される車両）を選択した場合のコント
ロールユニット１６の制御プロセスを示す。図１４のよ
うな手順で推定された規範車両のｚ軸廻りの回転速度ω
ｚ０と自車のｚ軸廻りの回転速度ωｚ　とを比較する。 今、ωｚ　−ωｚ０＞ξ（ξはξ＞０を満たす任意定数
）の場合、コントロールユニット１６は、車両に規範車
両と比べてオーバーステアが発生していると判断し、運
転者にこの情報を提示し、注意をうながしてもよい。コ
ントロールユニット１６は、舵角制御部１１に対して舵
角δをδ−Δδとする補正指令を出す。これでｚ軸廻り
の回転速度ωｚ　が減少すれば、ωｚ　がωｚ０に追従
するように補正を続ける。しかし、舵角をΔδ減少させ
てもｚ軸廻りの回転速度ωｚ　が減少しなければ、舵角
を減少させながらスロットル制御部１２とブレーキ油圧
制御部１３により、舵角δと同様に、スロットル開度θ
、ブレーキライン圧ζを減少させ、またミッション制御
部１４とコントロールデフ７を用いて左右後輪の制動力
、駆動力が適正に減少するように補正制御して、前輪の
荷重を増加させると共に、後輪のコーナリングフォース
を増加させ、相対的にｚ軸廻りの回転モーメントを減少
させる。そしてさらには、旋回方向とは逆になるまで舵
角を切込み（カウンターステア）、ｚ軸廻りに現在の回
転方向とは逆のモーメントが積極的に働くように補正す
る。このようにしてωｚ　がωｚ０に追従するように補
正制御する。しかし、どうしてもωｚ　が減少しない場
合は、危険回避のために舵角をさらにフルロックまでカ
ウンターステア方向に切込み、ブレーキ油圧を前輪＞後
輪の関係に保ちながら、車両重心横滑り角βがπ／２に
近づくように制御し、車両を停止させても良い。

【００５３】次にωｚ０−ωｚ　＜ξ′（ξ′はξ′＞
０を満たす任意定数）の場合、コントロールユニット１
６は、車両に規範車両と比べてアンダーステアが発生し
ていると判断し、運転者にこの情報を提示し、注意をう
ながしてもよい。コントロールユニット１６は、舵角制
御部１１に対して舵角δをδ＋Δδとする補正指令を出
す。これでｚ軸廻りの回転速度ωｚ　が増加すれば、ω
ｚ　がωｚ０に追従するように補正を続ける。しかし、
舵角をΔδ増加させてもｚ軸廻りの回転速度ωｚ　が増
加しなければ、前輪のコーナリングフォースが限界に達
していると見なし、スロットル制御部１２と、ブレーキ
油圧制御部１３と、ミッション制御部１４と、コントロ
ールデフ７を用いて左右後輪の制動力、駆動力が適正に
増加するように補正制御して、前輪の荷重を増加させ前
輪コーナリングフォースを増加させると共に、後輪のコ
ーナリングフォースを減少させ、相対的にｚ軸廻りの回
転モーメントを増加させ、ωｚ　がωｚ０に追従するよ
うに補正する。それでもωｚ　が増加しなければ、完全
にコントロール不能と見なし、スロットル開度を全閉に
し、ギアポジションを下げ、効果的にエンジンブレーキ
をかけながら、後輪が空転するまでブレーキ油圧をかけ
、後輪のコーナリングフォースをゼロにして、ｚ軸廻り
の回転モーメントを一気に増加させる、いわゆるスピン
ターンと同様な制御を行っても良い。ここで、急激にｚ
軸廻りの回転速度が増加してしまった場合は、上述のオ
ーバーステア時の制御を行っても良い。

【００５４】一般に車両のステアリング特性はアンダー
ステアに設計される場合が多い。従って上述のようにオ
ーバーステアが発生することは、路面が凍結路のような
極端な低摩擦係数の路である場合と、運転者が故意に多
大な制駆動力を各車輪（特に後輪）に与えてオーバース
テアを誘発させている場合とが考えられる。このうち前
者の場合は、図１５で示した制御で良い。しかし後者の
場合は車両の重心の横滑り角を積極的に大きくして、カ
ウンターステアをあてながら旋回する、いわゆるドリフ
ト走行を行おうとしていると考えられる。このような場
合コントロールユニット１６は、ｚ軸廻りの回転速度ω
ｚ　を制御すると同時に、車両重心横滑り角βを運転者
の操作に従って制御する、即ち、制御目標とする規範車
両の運動特性を運転者の操作に従って変化させるのが運
転者に違和感を与えず、望ましい。

【００５５】図１６に一般の車両において重心の横滑り
角を積極的に増大させようとしている場合の運転者の操
作、図１７にそうでない場合のそれの１例を示す。今、
オーバーステアが検出された時点での車両重心横滑り角
をβ０、舵角をδ０、スロットル開度をθ０、ブレーキ
ライン圧をζ０とする。図１６においては、オーバース
テア発生時の舵角δの減少が的確であり、またそれと呼
応するようにスロットル開度θが増加している。即ち、
旋回方向とは逆になるまで舵角を切込み（カウンタース
テア）、ｚ軸廻りに現在の回転方向と逆のモーメントが
積極的に働くようにすると同時に、後輪の駆動力が増大
するように制御することにより後輪のコーナリングフォ
ースを減少させ、相対的にｚ軸廻りの回転モーメントを
増加させるという相反した操作を行うことにより、ｚ軸
廻りの回転モーメントが０となるようにバランス制御し
ているのである。これに対して、図１７においては、不
意のオーバーステア発生でブレーキを踏んでしまい、ｚ
軸廻りの回転モーメントを増加させるかたちになり、車
両重心横滑り角βが増大してしまっている。さらに車両
重心横滑り角βに対する補正としての舵角δの操作タイ
ミングが遅れており、いわゆるダッチロール現象を引き
起こしている。図１６と図１７とを比較すれば明らかな
ように、オーバーステア時の車両重心横滑りβ、舵角δ
、スロットル開度θ、ブレーキライン圧ζを検出するこ
とにより、かなりの精度で運転者の意志を推定できる。

【００５６】図１８に、スロットル開度θを運転者の意
志として評価した場合のオーバーステア発生時のコント
ロールユニット１６の動作を示す。最初にオーバーステ
ア発生時点でのスロットル開度θ０を検出し、これをθ
１とする。そして時間Δｔ経過後、スロットル開度θ２
とｘ軸方向の並進速度ｖｘ　、ｚ軸廻りの回転速度ωｚ
　、車両重心点横滑り角β１を検出する。ここでｄθ／
ｄｔを計算し、もしｄθ／ｄｔ＞０であれば、運転者は
オーバーステアを誘発しようとしていると見なし、運転
者の意志に応じて規範車両運動特性を擬似オーバーステ
ア特性に変更する。具体的には容認されているｚ軸廻り
の回転速度ωｚ　を大きくしたり、車両重心横滑り角β
を、β１にスロットル開度の時間変化ｄθ／ｄｔに適当
な比例定数Ｋを掛け合わせたものを加え合わして、β＝
β１＋Ｋ・ｄθ／ｄｔと設定値を変更したりする。ここ
でコントロールユニット１６はスロットル開度θとｘ軸
方向の並進速度ｖｘ　、ｚ軸廻りの回転速度ωｚ　、車
両重心点横滑り角βを変数とする規範舵角制御曲線ｆ（
θ、ｖｘ　、ωｚ　、β）を決定する（簡単のために、
ここでは右カーブを対象とし、ｖｘ　のみをパラメータ
とした図としてある）。規範舵角制御曲線ｆ（θ、ｖｘ
　、ωｚ　、β）において舵角がフルロックとなるスロ
ットル開度をθｍａｘとする。このスロットル開度が、
カウンターステアを含む舵角制御でスピンを回避できる
最大の値である。この値を越えて運転者がスロットルを
開いてもコントロールユニット１６はθ２＝θｍａｘと
補正してスロットル制御部１２経由でエンジン１に制御
指令を出す。θ２＜θｍａｘのときは、舵角をδ＝ｆ（
θ２、ｖｘ　、ωｚ　、β）と補正する。以下この繰り
返しを行い、運転者の意志に追従するように、規範舵角
制御曲線を更新し、車両運動をこれに追従させるように
制御を続け、ｚ軸廻りの回転速度ωｚ　がゼロになった
時点でコーナーを脱出したと見なし補正制御を終える。

【００５７】図１８においては、運転者がドリフト走行
を行おうとしている例について示したが、その他の場合
においても、運転者の意志に起因する各種操縦量（舵角
、スロットル開度、ブレーキ油圧等）を検出し、運転者
の意志を推測し、これに追従するように、規範運動特性
を更新し、車両運動をこれに追従させるように制御を行
うことに変わりはない。

【００５８】このような制御が実施されている場合、コ
ントロールユニット１６は、舵角、ブレーキ圧、スロッ
トル開度の補正制御値を実時間で運転者に表示すること
により、運転者の操作と実際の車両運動を引き起こすた
めの操作量の差分や、タイミングの違いを示してもよい
。そして、操作量の差分やタイミングの違いが少ないと
判断した際には、運転者により任意に、制御あり、なし
を選べるようにしてもよい。

【００５９】なお、本発明の以上述べた実施例において
、前２輪操舵のフロントエンジン・リヤドライブの車両
について説明を行ったが、６自由度車両運動の検出方法
、各輪のコーナリングフォースを制駆動力を制御するこ
とにより制御すること、及び、積極的に操舵角を通常旋
回時とは逆方向に制御することは、電気自動車等、すべ
ての車両に適応可能であることは、言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば車両がスピン、ドリフト
、アンダーステアなど、運動限界を越えた場合に、熟練
運転者と同等な制御を行うことにより、限界内に引き戻
すことができ、危険回避につながる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体的な制御構成図。

【図２】舵角制御部の構成を示す図。

【図３】スロットル制御部の構成を示す図。

【図４】スロットル制御部のディファレンシャル機構の
構造を示す図。

【図５】ブレーキ油圧制御部の構成を示す図。

【図６】６自由度運動センサの構成を示す図。

【図７】加速度センサの配置を示す図。

【図８】スピン状態に陥った車両軌跡を示す図。

【図９】カウンターステアを用いた車両軌跡を示す図。

【図１０】車両重心横滑りが無い場合の車両の２次元の
力学的な釣合を示す図。

【図１１】車両重心横滑りがある場合の車両の２次元の
力学的な釣合を示す図。

【図１２】車両重心横滑りがある場合にカウンターステ
アを用いた場合の車両の２次元の力学的な釣合を示す図
。

【図１３】本発明の実施例におけるコーナリングフォー
スの制御方法を示す図。

【図１４】本発明の実施例における車両運動の予測プロ
セスを示す図。

【図１５】本発明の実施例における制御プロセスを示す
図。

【図１６】一般の車両において重心の横滑り角を積極的
に増大させようとしている場合の運転者の操作を示す図
。

【図１７】一般の車両において重心の横滑り角を積極的
に増大させようとしていない場合の運転者の操作を示す
図であり、オーバーステア時の運転者の操作を示す図。

【図１８】規範車両特性の修正プロセスを示す図。

【符号の説明】

１…エンジン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　２ａ…右前輪２ｂ…左前輪　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　２ｃ…右後輪２ｄ…左後輪　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　３ａ…右前輪車輪速セ
ンサ ３ｂ…左前輪車輪速センサ　　　　　　　　３ｃ…右後
輪車輪速センサ ３ｄ…左後輪車輪速センサ　　　　　　　　４ａ…右前
輪ブレーキ ４ｂ…左前輪ブレーキ　　　　　　　　　　　　４ｃ…
右後輪ブレーキ ４ｄ…左後輪ブレーキ　　　　　　　　　　　　５…ス
テアリング機構 ６ａ…右前輪サスペンション機構　　６ｂ…左前輪サス
ペンション機構 ６ｃ…右後輪サスペンション機構　　６ｄ…左後輪サス
ペンション機構 ７…コントロールデフ　　　　　　　　　　　　８…ス
テアリング９…アクセルペダル　　　　　　　　　　　
　　　１０…ブレーキペタル １１…舵角制御部　　　　　　　　　　　　　　　　１
１１…実舵角エンコーダ １１２…ギヤボックス　　　　　　　　　　　　１１３
…ステアモータ １１４…湿式多板クラッチ　　　　　　　　１１５…ス
テアフィール補正モータ １１６…ギヤボックス　　　　　　　　　　　　１１７
…ステア舵角エンコーダ １１８…実舵角制御部　　　　　　　　　　　　１１８
１…パワートランジスタ １１８２…実舵電流検出センサ　　　　１１９…ステア
フィール補正部 １１９１…パワートランジスタ １１９２…ステアフィール電流検出センサ１２…スロッ
トル制御部　　　　　　　　　　１２０…ワイヤ１２１
…スロットルバルブ　　　　　　　　１２２…ディファ
レンシャル機構 １２３…スロットルポジションセンサ １２４…サーボモータ　　　　　　　　　　　　１３…
ブレーキ油圧制御部 １３１…リンク機構　　　　　　　　　　　　　　１３
２…サーボモータ １３３…マスタシリンダ　　　　　　　　　　１３４…
マスタ油圧センサ １３５…ブレーキ油圧制御弁　　　　　　１３６…各輪
油圧センサ １４…ミッション制御部　　　　　　　　　　１５…６
自由度運動センサ １６…コントロールユニット

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　車両において操舵角を検出する手段と
   、ブレーキ油圧を検出する手段と、スロットル開度を検
   出する手段と、車両運動状態を検出する手段と、規範と
   なる車両運動特性を記憶している規範車両運動特性状態
   記憶手段と、前記操舵角検出手段が検出した操舵角と前
   記ブレーキ油圧検出手段が検出したブレーキ油圧と前記
   スロットル開度検出手段が検出したスロットル開度と前
   記車両運動状態検出手段が検出した車両運動状態とより
   つぎの車両運動状態を予測する車両運動状態予測手段と
   、前記操舵角検出手段が検出した操舵角と前記ブレーキ
   油圧検出手段が検出したブレーキ油圧と前記スロットル
   開度検出手段が検出したスロットル開度と前記車両運動
   状態検出手段が検出した車両運動状態と前記規範車両運
   動特性状態記憶手段が記憶している規範車両運動特性と
   よりつぎの規範車両運動状態を予測する規範車両運動状
   態予測手段と、操舵角の制御手段と、ブレーキ油圧の制
   御手段と、スロットル開度の制御手段と、ギアポジショ
   ンの制御手段と、駆動輪の差動装置の最大差動制限トル
   クの制御手段と、を有し、前記車両運動状態予測手段が
   予測した車両運動状態が、前記規範車両運動状態予測手
   段が予測した規範車両運動状態と著しい偏差が予想され
   る場合には、該規範車両運動状態と前記車両運動状態検
   出手段が検出する車両運動状態との偏差を小さくするよ
   うに、運転者の操舵、ブレーキング、スロットル操作に
   加え、前記舵角制御手段と前記ブレーキ油圧制御手段と
   スロットル開度制御手段とギアポジション制御手段とに
   より舵角、ブレーキ油圧、スロットル開度、ギアポジシ
   ョン、および駆動輪の差動装置の最大差動制限トルクの
   １者あるいは全者を制御する様に構成したことを特徴と
   する車両運動特性補正装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の車両運動特性補正装置
   において、車両運動状態とは、スロットル開度、ギアポ
   ジション、ブレーキ油圧、舵角、各車輪速、車両前後方
   向の加速度、車両前後方向の速度、車両左右方向の加々
   速度、車両左右方向の加速度、車両左右方向の速度、車
   両上下方向の加速度、車両上下方向の速度、車両ロール
   角加速度、車両ロール角速度、車両ロール角、車両ピッ
   チ角加速度、車両ピッチ角速度、車両ピッチ角、車両ヨ
   ー角加速度、車両ヨー角速度、車両ヨー角のうちの１者
   あるいは全者であることを特徴とする車両運動特性補正
   装置。
3. 【請求項３】　　請求項１あるいは２記載の車両運動特
   性補正装置において、規範車両運動特性状態記憶手段が
   記憶している規範車両運動特性とは、任意の初期値に対
   する、各種スロットル開度、各種ブレーキ油圧、各種舵
   角に対する、規範となる車両の請求項２記載の各種車両
   運動状態の応答であることを特徴とする車両運動特性補
   正装置。
4. 【請求項４】　　請求項１から３のいずれかに記載の車
   両運動特性補正装置において、舵角制御手段は、旋回方
   向に対して、逆方向にまで舵角を制御することを特徴と
   する車両運動特性補正装置。
5. 【請求項５】　　請求項１から４のいずれかに記載の車
   両運動特性補正装置において、前記舵角制御手段は、旋
   回方向に対して正のコーナリングフォースを得るために
   、左右操舵輪を結ぶ中点の速度ベクトルを基準として、
   旋回方向に舵角を与え、旋回方向に対して負のコーナリ
   ングフォースを得るために、左右操舵輪を結ぶ中点の速
   度ベクトルを基準として、旋回方向と反対側に舵角を与
   えることを特徴とする車両運動特性補正装置。
6. 【請求項６】　　請求項１から５のいずれかに記載の車
   両運動特性補正装置において、前記ブレーキ油圧制御手
   段は、４輪のブレーキ油圧を独立して制御することを特
   徴とする車両運動特性補正装置。
7. 【請求項７】　　請求項１から６のいずれかに記載の車
   両運動特性補正装置において、前記ブレーキ油圧制御手
   段は、４輪のブレーキ油圧を独立して車輪非ロック状態
   からロック状態まで制御することを特徴とする車両運動
   特性補正装置。
8. 【請求項８】　　請求項１から７のいずれかに記載の車
   両運動特性補正装置において、前記ブレーキ油圧制御手
   段により各輪を独立して車輪非ロック状態からロック状
   態にまで制御することによって各輪のコーナリングフォ
   ースを制御することを特徴とする車両運動特性補正装置
   。
9. 【請求項９】　　請求項１から８のいずれかに記載の車
   両運動特性補正装置において、駆動輪の差動装置の最大
   差動制限トルクの制御手段により駆動輪の差動装置の最
   大差動制限トルクを制御し、ギアポジション制御手段に
   よりギアポジションを制御することにより、各駆動輪に
   かかるエンジンブレーキを独立して制御することにより
   、各駆動輪を独立して車輪非ロック状態からロック状態
   にまで制御することにより各駆動輪のコーナリングフォ
   ースを制御することを特徴とする車両運動特性補正装置
   。
10. 【請求項１０】　　請求項１から９のいずれかに記載の
    車両運動特性補正装置において、前記スロットル制御手
    段によりスロットル開度を制御し、前記駆動輪の差動装
    置の最大差動制限トルクの制御手段により駆動輪の差動
    装置の最大差動制限トルクを制御し、前記ギアポジショ
    ン制御手段によりギアポジションを制御することにより
    駆動輪を非空転状態から空転状態にまで制御することに
    よって各輪のコーナリングフォースを制御することを特
    徴とする車両運動特性補正装置。
11. 【請求項１１】　　請求項１から１０のいずれかに記載
    の車両運動特性補正装置において、前記車両運動状態予
    測手段が予測した車両運動状態が、前記規範車両運動状
    態予測手段が予測した規範車両運動状態と著しい偏差が
    予想される場合には、運転者に該偏差を表示し、注意を
    促すことを特徴とする車両運動特性補正装置。
12. 【請求項１２】　　請求項１から１１のいずれかに記載
    の車両運動特性補正装置において、前記規範車両運動特
    性状態記憶手段が記憶している規範車両運動特性は、操
    舵角の検出手段により検出された操舵角、ブレーキ油圧
    の検出手段により検出されたブレーキ油圧、あるいはス
    ロットル開度の検出手段により検出されたスロットル開
    度がある条件を満たす場合は、その条件に従い任意に変
    化することを特徴とする車両運動特性補正装置。
13. 【請求項１３】　　請求項１から１２のいずれかに記載
    の車両運動特性補正装置において、運転者の運転操作と
    本車両運動特性補正装置の制御操作の差分を運転者に表
    示することを特徴とする車両運動特性補正装置。
14. 【請求項１４】　　請求項１から１３のいずれかに記載
    の車両運動特性補正装置において、運転者により任意に
    制御あり、なしを選べることを特徴とする車両運動特性
    補正装置。
15. 【請求項１５】　　車両において、操舵角を検出する手
    段と、ブレーキ油圧を検出する手段と、スロットル開度
    を検出する手段と、車両運動状態を検出する手段と、規
    範となる車両運動特性を記憶している規範車両運動特性
    状態記憶手段と、前記ブレーキ油圧検出手段が検出した
    ブレーキ油圧と前記スロットル開度検出手段が検出した
    スロットル開度と前記規範車両運動特性状態記憶手段が
    記憶している規範車両運動特性より前記車両運動状態検
    出手段が検出した車両運動状態よりつぎの規範車両運動
    状態を予測する規範車両運動状態予測手段と、操舵角の
    制御手段と、ブレーキ油圧の制御手段と、スロットル開
    度の制御手段と、ギアポジションの制御手段と、駆動輪
    の差動装置の最大差動制限トルクの制御手段と、を有し
    、前記車両運動状態検出手段が検出した車両運動状態が
    、前記規範車両運動状態予測手段が予測した規範車両運
    動状態と著しい偏差がある場合には、該規範車両運動状
    態と前記車両運動状態検出手段が検出する車両運動状態
    との偏差を小さくするように、運転者の操舵、ブレーキ
    ング、スロットル操作に加え、前記舵角制御手段と前記
    ブレーキ油圧制御手段とスロットル開度制御手段とギア
    ポジション制御手段により舵角、ブレーキ油圧、スロッ
    トル開度、ギアポジション、あるいは駆動輪の差動装置
    の最大差動制限トルクの１者あるいは全者を制御するこ
    とを特徴とする車両運動特性補正装置。