JPH06335115A - 車両運動制御装置 - Google Patents

車両運動制御装置

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JPH06335115A
JPH06335115A JP5122278A JP12227893A JPH06335115A JP H06335115 A JPH06335115 A JP H06335115A JP 5122278 A JP5122278 A JP 5122278A JP 12227893 A JP12227893 A JP 12227893A JP H06335115 A JPH06335115 A JP H06335115A
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JP
Japan
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vehicle
steering angle
torque difference
motion
control device
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JP5122278A
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English (en)
Inventor
Taketoshi Kawabe
武俊 川邊
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１の目的は、左右トルク差制御システムを
有する車両運動制御装置において、コスト的に有利とし
ながら、最適な車両の動特性を得る制御ゲインを少ない
試行錯誤で決定すること。第２の目的は、補助舵角制御
システムを加えた車両運動制御装置において、コスト的
にもスペース的に有利としながら、定常特性と過渡特性
が両立する車両運動制御の周波数範囲の拡大を図るこ
と。 【構成】 第１の構成は、制御する車両の操舵角及びト
ルク差に対する車両の平面運動値の応答を表す運動方程
式を基に左右トルク差を演算する左右トルク差演算部ｅ
を設けた。第２の構成は、車両の運動方程式を基に左右
トルク差目標値及び補助舵角目標値を演算すると共に、
左右トルク差を高周波数の過渡特性制御に補助舵角を低
周波数の定常特性制御に割り当てる制御を行なう構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、左右輪に与える制駆動
トルクの差により車両運動を制御する車両運動制御装置
並びに左右トルク差と前後輪のうち少なくとも一方に与
える補助舵角により車両運動を制御する車両運動制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、左右トルク差制御による車両運動
制御装置としては、例えば、特開平２−３０６８８０号
公報に記載のものが知られている。
【０００３】この従来装置では、左右駆動輪の駆動トル
クを左右の多板クラッチアクチュエータ、制動トルクを
左右のブレーキアクチュエータを操作して調整すること
により被制御車両の回頭運動（ヨー運動）を制御してい
る。この時、左右の多板クラッチアクチュエータへの指
令値は、車輪速センサ及び操舵角センサの信号から決定
される目標ヨーレイトとヨーレイトセンサで検出される
被制御車両の実ヨーレイトの差（以下、制御誤差）に応
じて決定される。また、左右のブレーキアクチュエータ
の指令値は制御誤差に応じて決まる信号とブレーキ踏力
センサの信号にゲインを乗じた信号の和信号で与えられ
る。
【０００４】従来、後輪舵角制御による車両運動制御装
置としては、例えば、特開昭６３−９７４７０号公報に
記載のものが知られている。
【０００５】この従来装置では、目標とする車両運動の
規範モデルを与え、この規範モデルに関する演算に基づ
く後輪舵角の制御により、車両のヨーイング運動と横方
向運動とが所望の特性になるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、左右ト
ルク差制御による従来の車両運動制御装置にあっては、
下記に列挙する問題がある。
【０００７】(1) 多板クラッチアクチュエータやブレー
キアクチュエータへの指令値は、目標ヨーレイトと実ヨ
ーレイトとの差により決定されるため、ヨーレイトセン
サが必須となり装置としてコスト高を招き易い。
【０００８】(2) この従来装置では、車両の過渡的な応
答を考慮して制御系を構成していないため、例えば、ブ
レーキ踏力センサ信号に乗じられるゲインや制御誤差を
入力として多板クラッチアクチュエータやブレーキアク
チュエータへの指令値を出力するマップ（明細書第２図
Ｍ1 ，Ｍ2 ）を具体的にどう与えるかを開示しておら
ず、実現にあたっては試行錯誤的にゲインを変えてみて
チューニングを行なわなければならないため、チューニ
ング（ゲインの設定）に多大な手間と時間を必要とす
る。
【０００９】また、後輪舵角制御による従来の車両運動
制御装置にあっては、例えば、電動モータを用いて後輪
を操舵するようにした場合、周波数の高い車両の過渡的
な応答まで制御するには、図９に示すように、定格ワッ
トの大きな電動モータを用いることが要求され、システ
ムの大型化や消費エネルギの増大を招き車両燃費を低下
させる。
【００１０】つまり、過渡的な応答まで制御するには高
周波数で舵角を動かさなければならない。この舵角を動
かすのにモータを回転させるが、モータの回転子自身を
加速するのに角速度の２乗に比例した電力が必要とな
り、高周波数であればあるほど電流を流す必要が生じて
くる。しかも、必要な高トルクを発生するためには大き
なモータが必要であり、大きなモータであればあるほど
イナーシャが大きいためにさらに大きな電流を流す必要
が生じてくる。
【００１１】本発明は、上記課題に着目してなされたも
ので、第１の目的とするところは、左右トルク差制御シ
ステムを有する車両運動制御装置において、コスト的に
有利としながら、最適な車両の動特性を得る制御ゲイン
を少ない試行錯誤で決定することにある。
【００１２】第２の目的とするところは、左右トルク差
制御システムと補助舵角制御システムを有する車両運動
制御装置において、コスト的にもスペース的に有利とし
ながら、定常特性と過渡特性が両立する車両運動制御の
周波数範囲の拡大を図ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため請求項１記載の車両運動制御装置では、制御する
車両の操舵角及びトルク差に対する車両の平面運動値の
応答を表す運動方程式を基に、操舵角に対する車両運動
値の応答特性が設計者の与える規範モデルの動特性に一
致するためのトルク差を与えて運動制御を行なう手段と
した。
【００１４】すなわち、図１(イ) のクレーム対応図に示
すように、操舵角を検出する操舵角検出手段ａと、車速
を検出する車速検出手段ｂと、制御装置ｃの出力する指
令値に応じて左右輪の発生する制駆動トルクの差（以
下、トルク差と略す）を調整可能なトルク差発生手段ｄ
と、を備えた車両において、前記制御装置ｃは、検出し
た操舵角及び車速を入力とし、制御する車両の操舵角及
びトルク差に対する車両の平面運動値の応答を表す運動
方程式を基に、操舵角に対する車両運動値の応答特性が
設計者の与える規範モデルの動特性に一致するためのト
ルク差を演算する左右トルク差演算部ｅを有する装置で
あることを特徴とする。
【００１５】上記第２の目的を達成するため請求項２記
載の車両運動制御装置では、車両の平面運動値の応答を
表す運動方程式を基に左右トルク差目標値及び補助舵角
目標値を演算すると共に、左右トルク差を高周波数の過
渡特性制御に補助舵角を低周波数の定常特性制御に割り
当てて運動制御を行なう手段とした。
【００１６】すなわち、図１(ロ) のクレーム対応図に示
すように、操舵角を検出する操舵角検出手段ａと、車速
を検出する車速検出手段ｂと、第１の制御装置ｃの出力
する指令値に応じてトルク差を調整可能なトルク差発生
手段ｄと、第２の制御装置ｆの出力する指令値に応じて
前後輪のうち少なくとも一方の舵角を調整可能な舵角制
御手段ｇと、を備えた車両において、前記第１の制御装
置ｃは、検出した操舵角及び車速を入力とし、制御する
車両の操舵角及びトルク差に対する車両の平面運動値の
応答を表す運動方程式を基に、高周波数範囲の成分を主
にもつ左右トルク差目標値を演算する左右トルク差演算
部ｅ’を有する装置とし、前記第２の制御装置ｆは、検
出した操舵角及び車速を入力とし、制御する車両の補助
舵角に対する車両の平面運動値の応答を表す運動方程式
を基に、低周波数範囲の成分を主にもつ補助舵角目標値
を演算する補助舵角演算部ｈを有する装置であることを
特徴とする。
【００１７】
【作用】請求項１記載の発明の作用を説明する。
【００１８】車両走行時、制御装置ｃの左右トルク差演
算部ｅにおいて、操舵角検出手段ａの検出した操舵角及
び車速検出手段ｂの検出した車速を入力とし、制御する
車両の操舵角及びトルク差に対する車両の平面運動値の
応答を表す運動方程式を基に、操舵角に対する車両運動
値の応答特性が設計者の与える規範モデルの動特性に一
致するためのトルク差が演算される。
【００１９】そして、左右トルク差演算部ｅにおいて演
算されたトルク差が得られる指令が制御装置ｃから出力
され、トルク差発生手段ｄにおいて、この指令値に応じ
て左右輪の発生する制駆動トルクの差が調整される。
【００２０】したがって、被制御車両の運動値を計測す
るセンサを用いることなく制御装置を構成することがで
きるし、制御ゲインを求めるにあたっても運動方程式を
用いていることで少ない試行錯誤で容易に制御ゲインを
決定することができる。
【００２１】請求項２記載の発明の作用を説明する。
【００２２】車両走行時、第１の制御装置ｃの左右トル
ク差演算部ｅ’において、操舵角検出手段ａの検出した
操舵角及び車速検出手段ｂの検出した車速を入力とし、
制御する車両の操舵角及びトルク差に対する車両の平面
運動値の応答を表す運動方程式を基に、高周波数範囲の
成分を主にもつ左右トルク差目標値が演算される。
【００２３】そして、左右トルク差演算部ｅ’において
演算されたトルク差が得られる指令が第１の制御装置ｃ
から出力され、トルク差発生手段ｄにおいて、この指令
値に応じて左右輪の発生する制駆動トルクの差が調整さ
れる。
【００２４】また、第２の制御装置ｆの補助舵角演算部
ｈにおいて、操舵角検出手段ａの検出した操舵角及び車
速検出手段ｂの検出した車速を入力とし、制御する車両
の補助舵角に対する車両の平面運動値の応答を表す運動
方程式を基に、低周波数範囲の成分を主にもつ補助舵角
目標値が演算される。
【００２５】そして、補助舵角演算部ｈにおいて演算さ
れた補助舵角目標値が得られる指令が第２の制御装置ｆ
から出力され、舵角制御手段ｇにおいて、この指令値に
応じて前後輪のうち少なくとも一方の舵角が調整され
る。
【００２６】したがって、車両の高周波数領域での過渡
特性を可変にするためには左右輪のトルク差を持って
し、低周波数領域での特性（定常特性の周辺）を可変に
するには補助舵角を持って制御が行なわれるというよう
に、車両運動を周波数領域の違いによって割り当てる制
御が行なわれることになり、例えば、電動モータにより
舵角を制御する場合、定格容量の小さい電動モータを用
いることができるし、２つの性質の異なる制御の組み合
わせとすることで実際上制御できる車両運動の周波数範
囲の拡大が図られる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【００２８】（第１実施例）まず、構成を説明する。
【００２９】図２は請求項１記載の本発明に対応する第
１実施例の車両運動制御装置が適用された四輪独立モー
タ駆動車を示す全体システム図である。
【００３０】図２において、１は操舵角センサ（操舵角
検出手段に相当）、２は車速センサ（車速検出手段に相
当）、３はトルクコントローラ、４は左前輪駆動モー
タ、５は右前輪駆動モータ、６は左後輪駆動モータ、７
は右後輪駆動モータ、８は左前輪駆動モータ電流制御
部、９は右前輪駆動モータ電流制御部、１０は左後輪駆
動モータ電流制御部、１１は右後輪駆動モータ電流制御
部、１２は左前輪、１３は右前輪、１４は左後輪、１５
は右後輪である。
【００３１】前記トルクコントローラ３は、後述するよ
うに操舵角に対する車両運動値の応答特性が設計者の与
える規範モデルの動特性に一致するためのトルク差を演
算する左右トルク差演算処理ソフト（左右トルク差演算
部に相当）にしたがって演算処理が行なわれる。
【００３２】前記各駆動モータ４，５，６，７及び各駆
動モータ電流制御部８，９，１０，１１は、トルクコン
トローラ３の出力する指令値に応じて左右前輪１２，１
３あるいは左右後輪１４，１５の発生する制駆動トルク
の差を調整可能なトルク差発生手段に相当する。
【００３３】次に、作用を説明する。
【００３４】いま、車両の前輪のコーナリングパワーを
ＫF 、後輪のコーナリングパワーをＫR 、前輪軸から車
両重心点までの距離をＬF 、後輪軸から重心点までの距
離をＬR 、車両の質量をＭ 、車両の慣性モーメントを
ＩZ 、ステアリングギヤ比をＮとすると、車両の運動方
程式は、次のように表せる。
【００３５】
【式１】 ここで、ｄφ／ｄｔはヨーレイト、αは車両重心点の加
速度、Ｖy は車両重心点の横滑り速度、Ｔはトルク差、
θは操舵角（前輪舵角）、Ｖは車速である。
【００３６】但し、トルク差Ｔは、 ２Ｔ＝ＤF （ＦFL−ＦFR）＋ＤR （ＦRL−ＦRR） (2) のように表せるとする。ここで、ＦFRは右前輪が発する
制動又は駆動力、ＦFLは左前輪が発する制動又は駆動
力、ＦRRは右後輪が発する制動又は駆動力、ＦRLは左後
輪が発する制動又は駆動力、ＤF は前輪のトレッド長、
ＤR は後輪のトレッド長である。
【００３７】(1) 式の関係によりトルク差Ｔに対するＤ
* 、 Ｄ* ＝ｋα＋（１−ｋ）Ｖｄφ／ｄｔ (3) の伝達関数は、次のように表される。ここでｋは、０≦
ｋ≦１なる重み付け係数である。
【００３８】
【式２】 ここで、ＬF ＫF −ＬR ＫR はアンダーステアの車両な
らば負の値をとるため、(4) 式は、０≦ｋ≦１の範囲で
最小位相系（ゼロ点が安定）である。
【００３９】また、操舵角（前輪舵角）θにより発生す
るＤ* は、次のように表すことができる。
【００４０】
【式３】 ここで、Ｉは単位行列、ｓはラプラス演算子である。
【００４１】(4) 式と(5) 式を合わせると次の式を得
る。
【００４２】
【式４】 一方、操舵角θに対するＤ* の所望の応答Ｄ**は、次の
伝達関数（規範モデル）で表されるものとする。
【００４３】 Ｄ**＝Ｒ(s) θ (7) 以上の関係からｋ＝０のときは、Ｄ* が所望の応答Ｄ**
に一致するには、Ｄ* ＝Ｄ**の式をＴについて解いて、
Ｔを次のように発生すればよいことがわかる。
【００４４】
【式５】 ここで、ＢR(s)、ＡR(s)は、それぞれＲ(s) の分子分母
多項式であり、Ｋ(s) が安定でプロパーになる範囲で設
計者が自由に選ぶことができる。
【００４５】一例を示すと、下記のように選ぶことがで
きる。
【００４６】 ＢR(s)＝Ｇ（Ｖ） ＡR(s)＝１＋τｓ (9) 但し、Ｇ（Ｖ）；車速によって変わるゲイン、τ；Ｄ*
の立ち上がりの時定数である。
【００４７】すなわち、トルク差演算部は、操舵角θを
入力とし、(8) 式に基づいてトルク差Ｔを演算する。
【００４８】(8) 式に現われる係数は車速によって変化
するが、これらの係数は(1) 式に現われる車両の特性を
示すパラメータ（ＫF,ＫR,Ｍ, ＩZ,ＬF,ＬR,Ｎ）が既知
であれば予め計算しておき、車速によるマップとしてコ
ントローラ３が記憶することができるし、また、第２の
方法としては、(6) 式に現われるパラメータを実験から
同定し、その結果を用いて予め計算してコントローラ３
に記憶させることもできる。第２の方法をとった場合、
(6) 式とは伝達関数の次数その他が若干異なることもあ
るが、本方法と同様な考え方でＫ(s) を構成することが
できる。
【００４９】いずれの方法をとっても車速Ｖと操舵角θ
から実現すべきトルク差Ｔを計算することができる。
【００５０】次に、ｋ≠０で伝達関数Ｄ* ／θに直達項
がある時はＫ(s) は次の方法で設計することができる。
【００５１】まず、図３に示す一般化プラントФ(s) を
考える。Ｋ(s) の設計は、Ф(s) の出力ｙを入力ｖにフ
ィードバックしてｗに対するｚのノルムを最小化するＫ
(s) の設計問題として定式化することができる。
【００５２】ここで、ｖ＝［Ｔ］、ｗ＝θ、Ф(s) の中
でＲ(s) は規範モデル（ＢR ／ＡR ）、Ｐ(s) は次に示
すＤ* を出力とした車両の運動方程式、
【００５３】
【式６】 Ｗｅ(s) は制御誤差にかかる周波数重みで、次の状態方
程式で表される、 ｄｘe ／ｄｔ＝Ａe ｘe ＋Ｂe ｅ ｚ＝Ｃe ｘe ＋Ｄe ｅ (11) ｅ＝Ｄ**−Ｄ* である。
【００５４】Ｗｅ(s) は、図４に示すように、高い周波
数においてゲインが小さくなるように選ぶ。また、規範
モデルは状態方程式で次のように記述する。
【００５５】 ｄｘr ／ｄｔ＝Ａr ｘr ＋Ｂr θ Ｄ**＝Ｃr ｘr ＋Ｄr θ (12) 規範モデルは具体的には例えば、Ａr ＝−τ、Ｂr ＝Ｇ
（Ｖ）、Ｃr ＝１、Ｄr＝０とすることができる。式(1
0),(11),(12)を使うと、Ф(s) の状態方程式による表現
は、
【００５６】
【式７】 但し、ｘ＝［ｘr ｘp ｘe ］T である。
【００５７】このようなФ(s) に対してｗからｚへのＨ
∞ノルムを最小にするＫ(s) の計算法は、“State-spac
e formulae for all stabilizing controllers that sa
tisfyanＨ∞-norm bound and relations to risk sensi
tivity:Glover and Doyle,Sy-stem & Contorl Letters
11(1988) p167-172”に示されているので、この方法で
計算することができる。また上記の方法に準ずる計算ア
ルゴリズムはmatrixＸなど市販の制御系設計ＣＡＤに実
装されているのでＣＡＤを用いれば容易に計算可能であ
る。また、ここでＨ∞ノルムの最適化を例にとったが、
もちろんＨ2 ノルムの最適化手法を用いても同様な結果
を得ることができる。
【００５８】この計算結果、Ｋ(s) は、 ｄｘk ／ｄｔ＝Ａ’Ｘk ＋Ｂ1'ｙ（ｙ＝ｗ＝θ） ｖ＝Ｃ’ｘk ＋Ｄ1'ｙ (14) 但し、Ａ' ，Ｂ1'，Ｃ’，Ｄ1'，は、上記文献のアルゴ
リズムに基づき、前記行列Ａ，Ｂ1 ，Ｃ，Ｄ11，Ｄ12か
ら得られる行列である。
【００５９】のように状態方程式の形式で表現すること
ができる。ここでｖはｖ＝Ｔであり、実現すべきトルク
差である。
【００６０】ｋ≠０のときもｋ＝０のときと同じ理由で
Ｋ(s) の係数は車速で変化するので予め計算して車速Ｖ
のマップとしてコントローラ３内に記憶しておくことが
できる。また(1) 式の係数は実測値を用いてもよい。
【００６１】各輪に与える制駆動力の変化は、(2) 式を
満足するように与えればよい。
【００６２】一例を示すと、 ＦFL＝Ｔ／ＤF ＋ＦFA，ＦFR＝−Ｔ／ＤF ＋ＦFA，ＦRL＝ＦRA，ＦRR＝ＦRA (15) のように与えることができる。または次のように後輪だ
けで分配してもよい。
【００６３】 ＦFL＝ＦFA，ＦFR＝ＦFA，ＦRL＝Ｔ／ＤR ＋ＦRA，ＦRR＝−Ｔ／ＤR ＋ＦRA (16) または、 ＦFL＝０．５Ｔ／ＤF ＋ＦFA，ＦFR＝−０．５Ｔ／ＤF ＋ＦFA， ＦRL＝０．５Ｔ／ＤR ＋ＦRA，ＦRR＝−０．５Ｔ／ＤR ＋ＦRA (17) のように全ての輪に分配することもできる。ここで、Ｆ
FA，ＦRAはそれぞれ加速または減速にかかわる前輪もし
くは後輪の制駆動力成分である。Ｄ* と加減速の制御の
相互干渉を無くすには上記の例のように、 ＦFL＋ＦFR＋ＦRL＋ＦRR＝２（ＦFA＋ＦRA） ＤF （ＦFL−ＦFR）＋ＤR （ＦRL−ＦRR）＝２Ｔ (18) の関係を満たすように、ＦFL，ＦFR，ＦRL，ＦRRを決め
ればよい。
【００６４】各輪の電流制御部８〜１１は、制駆動力指
令値ＦFL，ＦFR，ＦRL，ＦRRに応じて各輪を駆動するモ
ータの電流を制御する。モータのトルクがモータの電流
に比例する場合は、各輪のモータ電流ＩXXは、 ＩXX＝ＦXX／Ｃm (19) のように与えればよい。ここで、Ｃm は定数、XXはFL，
FR，RL，RRに対応する添字である。
【００６５】次に、効果を説明する。
【００６６】以上説明してきたように、第１実施例の車
両運動制御装置にあっては、被制御車両の運動方程式
(1) を基に制御装置を構成したため、被制御車両の運動
値を計測するセンサを用いることなく制御装置が構成で
き、コストダウンが図れると共に、制御ゲインを求める
にあたっても、式(8) や式 (13) で被制御車両の運動方
程式(1) を用いているため、少ない試行錯誤で制御ゲイ
ンを決定することができる。
【００６７】（第２施例）まず、構成を説明する。
【００６８】図５は請求項２記載の本発明に対応する第
２実施例の車両運動制御装置が適用されたモータ４ＷＳ
付四輪独立モータ駆動車を示す全体システム図である。
【００６９】図５において、１は操舵角センサ（操舵角
検出手段に相当）、２は車速センサ（車速検出手段に相
当）、３はトルクコントローラ、４は左前輪駆動モー
タ、５は右前輪駆動モータ、６は左後輪駆動モータ、７
は右後輪駆動モータ、８は左前輪駆動モータ電流制御
部、９は右前輪駆動モータ電流制御部、１０は左後輪駆
動モータ電流制御部、１１は右後輪駆動モータ電流制御
部、１２は左前輪、１３は右前輪、１４は左後輪、１５
は右後輪、１６は後輪舵角コントローラ、１７はモータ
アクチュエータである。
【００７０】前記トルクコントローラ３は、後述するよ
うに操舵及びトルク差に対する車両の平面運動値の応答
を表す運動方程式を基に、高周波数成分を主にもつ左右
トルク差目標値を演算する左右トルク差演算処理ソフト
（左右トルク差演算部に相当）にしたがって演算処理が
行なわれる。
【００７１】前記各駆動モータ４，５，６，７及び各駆
動モータ電流制御部８，９，１０，１１は、トルクコン
トローラ３の出力する指令値に応じて左右前輪１２，１
３あるいは左右後輪１４，１５の発生する制駆動トルク
の差を調整可能なトルク差発生手段に相当する。
【００７２】前記後輪舵角コントローラ１６は、後述す
るように前輪舵角及び後輪舵角に対する車両の平面運動
値の応答を表す運動方程式を基に、低周波数領域の成分
を主にもつ後輪舵角目標値を演算する後輪舵角演算処理
ソフト（補助舵角演算部に相当）にしたがって演算処理
が行なわれる。
【００７３】前記モータアクチュエータ１７は、モータ
への印加電流に応じて左右後輪１４，１５の舵角を調整
可能な舵角制御手段に相当する。
【００７４】次に、作用を説明する。
【００７５】いま、車両の前輪のコーナリングパワーを
ＫF 、後輪のコーナリオングパワーをＫR 、前輪軸から
車両重心点までの距離をＬF 、後輪軸から重心点までの
距離をＬR 、車両の質量をＭ 、車両の慣性モーメント
をＩZ 、ステアリングギヤ比をＮとすると、車両の運動
方程式は、次のように表せる。
【００７６】ここで、ｄφ／ｄｔはヨーレイト、αは車
両重心点の加速度、Ｖy は車両重心点の横滑り速度、Ｔ
はトルク差、θは操舵角（前輪舵角）、δは後輪舵角、
Ｖは車速である。
【００７７】
【式８】 但し、トルク差Ｔは、 ２Ｔ＝ＤF （ＦFL−ＦFR）＋ＤR （ＦRL−ＦRR） (22) のように表せるとする。ここで、ＦFRは右前輪が発する
制動又は駆動力、ＦFLは左前輪が発する制動又は駆動
力、ＦRRは右後輪が発する制動又は駆動力、ＦRLは左後
輪が発する制動又は駆動力、ＤF は前輪のトレッド長、
ＤR は後輪のトレッド長である。
【００７８】(21)式の関係によりトルク差Ｔに対するＤ
* は、 Ｄ* ＝ｋα＋（１−ｋ）Ｖφ’ (23) のように定義する。（０≦ｋ≦１） 一方、操舵角θに対するＤ* の所望の応答Ｄ**は、次の
伝達関数（規範モデル）で表されるものとする。
【００７９】Ｄ**＝Ｒ(s) θ
(24) ここで、Ｒ(s) は、ＢR(s)，ＡR(s)をそれぞれＲ(s) の
分子分母多項式とする伝達関数で表され、設計者が自由
に選ぶことができる。
【００８０】一例を示すと、下記のように選ぶことがで
きる。
【００８１】 ＢR(s)＝Ｇ（Ｖ） ＡR(s)＝１＋τｓ (25) 但し、Ｇ（Ｖ）；車速によって変わるゲイン、τ；Ｄ*
の立ち上がりの時定数である。
【００８２】車速がある車速Ｖであるとき操舵角θを入
力とし第１の周波数成分をもつ後輪舵角δの目標値δω
と、第２の周波数成分をもつトルク差の目標値Ｔωを出
力する補償器Ｋ(s) の設計は、次のように行なう。
【００８３】まず、図６に示す一般化プラントФ(s) を
考える。Ｋ(s) の設計は、Ф(s) の出力ｙを入力ｖにフ
ィードバックしてｗに対するｚのノルムを最小化するＫ
(s) の設計問題として定式化することができる。
【００８４】ここで、ｖ＝［δ Ｔ］T 、ｗ＝θ、Ф
(s) の中で、Ｐ(s) は次に示すＤ* を出力とした車両の
運動方程式、
【００８５】
【式９】 Ｗｅ(s) は制御誤差にかかる周波数重みで、次の状態方
程式で表される、 ｄｘe ／ｄｔ＝Ａe ｘe ＋Ｂe ｅ ｚ＝Ｃe ｘe ＋Ｄe ｅ (27) ｅ＝Ｄ**−Ｄ* である。
【００８６】Ｗｅ(s) は、図７に示すように、高い周波
数においてゲインが小さくなるように選ぶ。Ｗｅ(s) は
ｋ＝０の場合はダイナミクスをもたない単なる係数とす
ることもできる。Ｒ(s) は規範モデル（ＢR ／ＡR ）で
状態方程式で次のように記述する。
【００８７】 ｄｘr ／ｄｔ＝Ａr ｘr ＋Ｂr θ Ｄ**＝Ｃr ｘr ＋Ｄr θ (28) 規範モデルは具体的には例えば、Ａr ＝−τ、Ｂr ＝Ｇ
（Ｖ）、Ｃr ＝１、Ｄr＝０とすることができる。
【００８８】ＷV(s)は、後輪舵角δとトルク差Ｔにかか
る周波数重みで、後輪舵角δにかかる重みは周波数の高
い領域でゲインが大きく（図７のＷδ(s) 特性）、逆に
トルク差Ｔにかかる重みは周波数の小さいところでゲイ
ンが大きくなるように選ぶと（図７のＷT(s)特性）、δ
ωは周波数の大きいところで振幅が小さくなるようにし
ながらＤ* の応答が規範モデルの応答に追従するように
することができる。一例を示すと、
【００８９】
【式１０】 の様に１次フィルタで構成する。
【００９０】ここで、ωδ≧ｆ0 ≧ωT 、ｂδ＜＜１、
ｂT ＜＜１のように選びＷδ，ＷT を適当に調整する
と、δωは概略ｆ0 以下の周波数成分をもち、Ｔωが概
略ｆ0 以上の周波数成分をもつようにできる。
【００９１】(29)式を状態方程式で表すと次のようにな
る。
【００９２】
【式１１】 式(26)，(27)，(28)，(29)を使うと、Ф(s) の状態方程
式による表現は、下記のようになる。
【００９３】
【式１２】 但し、ｘ＝［ｘT r ｘT p ｘT e ｘT v］T ，ｚ＝［ｚ1 T
ｚ2 T］T である。
【００９４】このようなФ(s) に対してｙをｖへフィー
ドバックし、ｗからｚへのＨ∞ノルムを最小にするＫ
(s) の計算法は、“State-space formulae for all sta
bilizingcontrollers that satisfy anＨ∞-norm bound
and relations to risk sensi-tivity:Glover and Doy
le,System & Contorl Letters 11(1988) p167-172”に
示されているので、この方法で計算することができる。
また上記の方法に準ずる計算アルゴリズムはmatrixＸな
ど市販の制御系設計ＣＡＤに実装されているのでＣＡＤ
を用いれば容易に計算可能である。また、ここでＨ∞ノ
ルムの最適化を例にとったが、もちろんＨ2 ノルムの最
適化手法を用いても同様な結果を得ることができる。
【００９５】この計算結果、Ｋ(s) は、 ｄｘk ／ｄｔ＝Ａ’Ｘk ＋Ｂ1'ｙ（ｙ＝ｗ＝θ） ｕ＝Ｃ’ｘk ＋Ｄ1'ｙ (32) 但し、Ａ' ，Ｂ1'，Ｃ’，Ｄ1'は、上記文献のアルゴリ
ズムに基づき、前記行列Ａ，Ｂ1 ，Ｃ，Ｄ11，Ｄ12から
得られる行列である。
【００９６】のように状態方程式で得られる。ここで、
ｕはｕ＝［δω Ｔω］T とすればよい。また、(21)
式，(25)式などは、車速Ｖによって変化するので、(32)
式の係数も車速で変化する。よって、車速Ｖと操舵角θ
を検出し、(32)式に沿って、δω，Ｔωを計算すればよ
い。
【００９７】各輪に与える制駆動力の変化は、(22)式を
満足するように与えればよい。
【００９８】一例を示すと、 ＦFL＝Ｔ／ＤF ＋ＦFA，ＦFR＝−Ｔ／ＤF ＋ＦFA，ＦRL＝ＦRA，ＦRR＝ＦRA (33) のように与えることができる。または次のように後輪だ
けで分配してもよい。
【００９９】 ＦFL＝ＦFA，ＦFR＝ＦFA，ＦRL＝Ｔ／ＤR ＋ＦRA，ＦRR＝−Ｔ／ＤR ＋ＦRA (34) または、 ＦFL＝０．５Ｔ／ＤF ＋ＦFA，ＦFR＝−０．５Ｔ／ＤF ＋ＦFA， ＦRL＝０．５Ｔ／ＤR ＋ＦRA，ＦRR＝−０．５Ｔ／ＤR ＋ＦRA (35) のように全ての輪に分配することもできる。ここで、Ｆ
FA，ＦRAはそれぞれ加速または減速にかかわる前輪もし
くは後輪の制駆動力成分である。Ｄ* と加減速の制御の
相互干渉を無くすには上記の例のように、 ＦFL＋ＦFR＋ＦRL＋ＦRR＝２（ＦFA＋ＦRA） ＤF （ＦFL−ＦFR）＋ＤR （ＦRL−ＦRR）＝２Ｔ (36) の関係を満たすように、ＦFL，ＦFR，ＦRL，ＦRRを決め
ればよい。
【０１００】各輪の電流制御部８〜１１は、制駆動力指
令値ＦFL，ＦFR，ＦRL，ＦRRに応じて各輪を駆動するモ
ータの電流を制御する。モータのトルクがモータの電流
に比例する場合は、各輪のモータ電流ＩXXは、 ＩXX＝ＦXX／Ｃm (37) のように与えればよい。ここで、Ｃm は定数、XXはFL，
FR，RL，RRに対応する添字である。
【０１０１】次に、効果を説明する。
【０１０２】以上説明してきたように、第１実施例の車
両運動制御装置にあっては、車両の平面運動値の応答を
表す運動方程式(21)を基に左右トルク差の目標値Ｔω及
び後輪舵角の目標値δωを演算すると共に、左右トルク
差Ｔを高周波数の過渡特性制御に後輪舵角δを低周波数
の定常特性制御に割り当てて運動制御を行なう装置とし
たため、コスト的にもスペース的に有利としながら、定
常特性と過渡特性が両立する車両運動制御の周波数範囲
の拡大を図ることができる。
【０１０３】つまり、第２実施例ではトルク差制御も後
輪舵角制御もいずれも電動モータを用いて行なうように
している。これに対し、目標トルク周波数に対するモー
タの定格ワット数特性を見た場合、図８に示すように、
低周波数であるほど大きなワット数となり、トルク制御
に関しては高周波数域の方が小さな定格によるホイール
モータでよいことが分かる。一方、目標操舵角周波数に
対するモータの定格ワット数特性を見た場合、図９に示
すように、高周波数であるほど大きなワット数となり、
舵角制御に関しては低周波数域の方が小さな定格による
操舵モータでよいことが分かる。このように、エネルギ
の観点から見ると周波数特性としてそれぞれが違った特
長をもつ。この特長に着目し、図７で示すゲイン設定に
より、左右トルク差Ｔを高周波数の過渡特性制御に後輪
舵角δを低周波数の定常特性制御に割り当てることで、
使用するモータの定格を低く抑えることができ、これに
よってコスト的にもスペース的に有利となるし、得意と
する制御領域をそれぞれ分担することにより実際上制御
できる車両運動の周波数範囲も拡大する。
【０１０４】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。
【０１０５】例えば、実施例では、４輪独立モータによ
るトルク差制御システムの例を示したが、クラッチなど
を用いた左右輪への駆動力配分システムや左右輪独立ブ
レーキ液圧制御による制動力配分システムとしてもよ
い。
【０１０６】また、補助舵角制御システムとして後輪舵
角を制御するシステムを示したが、前輪の補助舵角を制
御するものや前後輪共に舵角制御するシステムとしても
よいし、モータアクチュエータではなく、パワーシリン
ダによる舵角制御システムにも適用することができる。
【０１０７】
【発明の効果】請求項１記載の本発明にあっては、左右
トルク差制御システムを有する車両運動制御装置におい
て、制御する車両の操舵角及びトルク差に対する車両の
平面運動値の応答を表す運動方程式を基に、操舵角に対
する車両運動値の応答特性が設計者の与える規範モデル
の動特性に一致するためのトルク差を与えて運動制御を
行なう手段としたため、コスト的に有利としながら、最
適な車両の動特性を得る制御ゲインを少ない試行錯誤で
決定することができるという効果が得られる。
【０１０８】請求項２記載の本発明にあっては、左右ト
ルク差制御システムと補助舵角制御システムを有する車
両運動制御装置において、車両の平面運動値の応答を表
す運動方程式を基に左右トルク差目標値及び補助舵角目
標値を演算すると共に、左右トルク差を高周波数の過渡
特性制御に補助舵角を低周波数の定常特性制御に割り当
てて運動制御を行なう手段としたため、コスト的にもス
ペース的に有利としながら、定常特性と過渡特性が両立
する車両運動制御の周波数範囲の拡大を図ることができ
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両運動制御装置を示すクレーム対応
図である。
【図２】第１実施例の車両運動制御装置が適用された四
輪独立モータ駆動車を示す全体システム図である。
【図３】第１実施例装置での一般化プラントФ(s) の構
成を示すブロック図である。
【図４】制御誤差にかかる周波数重みであるＷｅ(s) の
ゲイン特性図である。
【図５】第２実施例の車両運動制御装置が適用されたモ
ータ４ＷＳ付四輪独立モータ駆動車を示す全体システム
図である。
【図６】第２実施例装置での一般化プラントФ(s) の構
成を示すブロック図である。
【図７】制御誤差にかかる周波数重みであるＷｅ(s) と
トルク差Ｔにかかる周波数重みＷT(s)と後輪舵角δにか
かる周波数重みＷδ(s) の各ゲイン特性図である。
【図８】目標トルク周波数に対するモータの定格ワット
数特性図である。
【図９】目標操舵角周波数に対するモータの定格ワット
数特性図である。
【符号の説明】
ａ 操舵角検出手段 ｂ 車速検出手段 ｃ 制御装置（第１の制御装置） ｄ トルク差発生手段 ｅ，ｅ’ 左右トルク差演算部 ｆ 第２の制御装置 ｇ 舵角制御手段 ｈ 補助舵角演算部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操舵角を検出する操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 制御装置の出力する指令値に応じて左右輪の発生する制
    駆動トルクの差（以下、トルク差と略す）を調整可能な
    トルク差発生手段と、 を備えた車両において、 前記制御装置は、検出した操舵角及び車速を入力とし、
    制御する車両の操舵角及びトルク差に対する車両の平面
    運動値の応答を表す運動方程式を基に、操舵角に対する
    車両運動値の応答特性が設計者の与える規範モデルの動
    特性に一致するためのトルク差を演算する左右トルク差
    演算部を有する装置であることを特徴とする車両運動制
    御装置。
  2. 【請求項２】 操舵角を検出する操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 第１の制御装置の出力する指令値に応じてトルク差を調
    整可能なトルク差発生手段と、 第２の制御装置の出力する指令値に応じて前後輪のうち
    少なくとも一方の舵角を調整可能な舵角制御手段と、 を備えた車両において、 前記第１の制御装置は、検出した操舵角及び車速を入力
    とし、制御する車両の操舵角及びトルク差に対する車両
    の平面運動値の応答を表す運動方程式を基に、高周波数
    範囲の成分を主にもつ左右トルク差目標値を演算する左
    右トルク差演算部を有する装置とし、 前記第２の制御装置は、検出した操舵角及び車速を入力
    とし、制御する車両の補助舵角に対する車両の平面運動
    値の応答を表す運動方程式を基に、低周波数範囲の成分
    を主にもつ補助舵角目標値を演算する補助舵角演算部を
    有する装置であることを特徴とする車両運動制御装置。
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