WO2018079469A1 - 車両の旋回制御装置 - Google Patents

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雄大 鈴木
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Definitions

  • This invention relates to a vehicle turning control device that optimally controls the turning performance of a vehicle by bringing a target yaw rate close to the original response characteristic of the vehicle according to wheel slip before the tire force is saturated.
  • a technology has been proposed in which a road surface friction coefficient is estimated by an acceleration sensor mounted on a vehicle, and yaw angular acceleration model following control (yaw moment control) or ESC (vehicle attitude stabilization control) is controlled according to the road surface friction coefficient.
  • yaw moment control yaw moment control
  • ESC vehicle attitude stabilization control
  • a control device has been proposed in which a road surface friction coefficient is estimated by an external recognition unit mounted on a vehicle, and a target moment calculated from the vehicle speed and steering angle of the vehicle is optimally controlled according to the road surface friction coefficient (Patent Literature). 1).
  • An object of the present invention is to provide a vehicle turning control capable of stabilizing the vehicle posture at an early stage before the tire force is saturated, that is, before the tire exceeds a grip limit, and optimally controlling the turning performance of the vehicle. Is to provide a device.
  • the vehicle turning control device of the present invention is a vehicle turning control device for controlling turning characteristics of a vehicle having a braking / driving source 4 capable of independently controlling braking / driving torque which is braking torque or driving torque of each wheel 2.
  • a yaw moment control device 14 for controlling a yaw moment generated in the vehicle 1;
  • a slip determination device 34 that determines a road surface state from the angular velocity and angular acceleration of the wheel 2 in the vehicle and the vehicle speed of the vehicle 1;
  • the yaw moment control device 14 includes: Control gain calculating means 26 for calculating the control gain; Target yaw rate calculating means 25 for calculating a target yaw rate from the vehicle speed of the vehicle 1, the steering angle, and the control gain calculated by the control gain calculating means 26; Yaw moment calculating means 27 for calculating braking / driving torque of each wheel 2 of the vehicle 1 according to the target yaw rate calculated by the target yaw rate calculating means 25;
  • the control gain calculation means 26 calculates
  • the slip determination device 34 determines the road surface state from the angular velocity, angular acceleration, and vehicle speed of the wheel 2. Based on the determination result of the slip determination device 34, the control gain calculation means 26 calculates a control gain according to a predetermined condition.
  • the target yaw rate calculation means 25 calculates the target yaw rate from the vehicle speed, the steering angle, and the control gain.
  • the yaw moment calculating means 27 calculates the braking / driving torque of each wheel 2 of the vehicle 1 according to the target yaw rate.
  • a torque command value Y is obtained from the braking / driving torque, and each wheel 2 is controlled based on the torque command value Y and the like.
  • the control gain calculation means 26 calculates the control gain based on the determination result of the slip determination device 34 determined from the angular velocity, angular acceleration, and vehicle speed of the wheel 2.
  • the control response delay can be eliminated as compared with a calculation means that always calculates the control gain from the road surface friction coefficient obtained according to the lateral acceleration deviation. Therefore, for example, the braking / driving torque can be controlled without delay so that the tire does not exceed the grip limit on a low ⁇ (friction coefficient) road or the like. Therefore, the vehicle posture can be stabilized at an early stage, and the turning performance of the vehicle 1 can be optimally controlled.
  • the yaw moment control device 14 includes road surface friction coefficient estimating means 24 for estimating a road surface friction coefficient,
  • the control gain calculation means 26 calculates the control gain using the road surface friction coefficient estimated by the road surface friction coefficient estimation means 24 when the determination result of the slip determination device 34 satisfies the first condition defined.
  • the determination result of the slip determination device 34 satisfies a predetermined second condition that is different from the first condition
  • the control gain is determined from the control gain that determines the initial yaw response characteristic to the original yaw response characteristic of the vehicle.
  • the control gain may be returned to
  • the determined first and second conditions are conditions arbitrarily determined by design or the like, and are determined by obtaining appropriate conditions by one or both of testing and simulation, for example.
  • the control gain calculation means 26 calculates the control gain using the road surface friction coefficient when the first condition is satisfied.
  • the control gain calculation means 26 returns the control gain from the control gain that determines the initial yaw response characteristic to the control gain that is the original yaw response characteristic of the vehicle.
  • the second condition for example, when the condition where the slip ratio is large and the wheel angular acceleration is also large is satisfied, the vehicle posture can be stabilized at an early stage by setting the control gain to a control gain that is a yaw response characteristic inherent to the vehicle. it can.
  • the slip determination device 34 obtains the slip rate of the wheel 2 from the angular velocity of the wheel 2 and the vehicle speed of the vehicle 1, and determines the road surface state according to the angular acceleration of the wheel 2 and the slip rate.
  • the first condition is that the absolute value of the slip ratio is greater than or equal to a first threshold value, and the absolute value of the angular acceleration is less than a second threshold value
  • the second condition may be that the absolute value of the slip ratio is greater than or equal to a first threshold and the absolute value of the angular acceleration is greater than or equal to a second threshold.
  • the road surface friction coefficient estimating means 24 includes a slip ratio calculated by the slip determination device 34, a deviation between an actual lateral acceleration detected by a lateral acceleration detecting means 21 provided in the vehicle 1 and a target lateral acceleration, and the The road surface friction coefficient may be estimated according to the deviation between the actual yaw rate detected by the yaw rate detection means 20 provided in the vehicle and the target yaw rate.
  • the road surface friction coefficient can be estimated from the slip ratio, the lateral acceleration deviation, and the yaw rate deviation.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a conceptual configuration of a vehicle turning control device according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows an example of the in-wheel motor drive device of the vehicle. It is a block diagram which shows the example of a part of the turning control apparatus. It is a figure which shows the conditions which restrict
  • FIG. 1 A vehicle turning control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • a vehicle 1 equipped with a turning control device will be described as an example of a four-wheel independent drive type vehicle in which all four wheels are provided with an in-wheel motor drive device 5.
  • both the left and right rear wheels 2 and the left and right front wheels 2 are independently driven by an electric motor 4 serving as a braking / driving source that generates driving torque or braking torque.
  • the in-wheel motor drive device 5 includes an electric motor 4, a speed reducer 6, and a wheel bearing 7, and a part or all of the in-wheel motor drive device 5 is disposed in the wheel 2.
  • the rotation of the electric motor 4 is transmitted to the wheel 2 via the speed reducer 6 and the wheel bearing 7.
  • the in-wheel motor drive device 5 generates drive torque or braking torque by switching the rotation direction (drive direction) of the electric motor 4.
  • a brake rotor 8a constituting the friction brake device 8 is fixed to the flange portion of the hub wheel 7a of the wheel bearing 7, and the brake rotor 8a rotates integrally with the wheel 2.
  • the electric motor 4 includes at least a rotor 4a and a stator 4b, and further includes a housing 4c.
  • the electric motor 4 is an embedded magnet type synchronous motor in which a permanent magnet is built in a core portion of the rotor 4a.
  • the electric motor 4 is a motor in which a radial gap is provided between a stator 4b fixed to the housing 4c and a rotor 4a attached to the rotary output shaft 9.
  • the vehicle turning control device includes a drive control device 10 including an electric control unit (ECU), and a plurality (four in this example) of inverter devices 11 provided for each electric motor 4. And sensors 12.
  • the drive control device 10 includes a main ECU unit 13, a yaw moment control device 14, a vehicle attitude stabilization control device 15, a torque limiting device 32, a slip determination device 34, and an inverter torque command device 16.
  • the drive control apparatus 10 includes various computers such as a microcomputer having a processor, a ROM (Read Only Memory) having a program executed by the processor, a RAM (Random Access Memory), and a coprocessor (Co-Processor). It is composed of electronic circuits.
  • the drive control device 10 and each inverter device 11 are connected by an in-vehicle communication network such as a CAN (control area network).
  • the main ECU unit 13 has a function of performing overall control and cooperative control of the entire vehicle and a braking / driving command generation function as its basic configuration.
  • This braking / driving command generation function is a function of generating a torque command value that is an acceleration / deceleration command value to be given to each electric motor 4 from the accelerator command value and the brake command value.
  • the accelerator command value is a command value of an operation amount detected by an accelerator pedal sensor 17 provided on an accelerator pedal (not shown).
  • the brake command value is a command value of an operation amount detected by a brake pedal sensor 33 provided on a brake pedal (not shown).
  • an accelerator command value is input from the accelerator pedal sensor 17 to the main ECU unit 13 in accordance with the operation amount of the accelerator pedal.
  • Accelerator command value from the main ECU unit 13 is sent to the inverter device 11 via the yaw moment control device 14 and the like.
  • Each inverter device 11 has a control unit (not shown) for converting the DC power of a battery (not shown) into AC power for driving the electric motor 4 in charge and controlling the output. The electric motor 4 in charge is controlled according to the torque command value distributed to.
  • Each inverter device 11 includes a power circuit unit (not shown) that is a bridge circuit including a switching element that converts DC power into AC power, and the control unit (not shown) that controls the power circuit unit. Have.
  • the sensors 12 include the accelerator pedal sensor 17, the brake pedal sensor 33, a vehicle speed sensor 18 that is a vehicle speed detection means, a steering angle sensor 19 that is a steering angle detection means, a yaw rate sensor 20 that is a yaw rate detection means, and a lateral acceleration detection means.
  • the lateral acceleration sensor 21 is included.
  • the steering angle sensor 19 is a sensor that detects a steering angle of a steering handle or the like (not shown). The steering angle sensor 19 receives the steering angle, the vehicle speed sensor 18 receives the vehicle speed, the lateral acceleration sensor 21 receives the actual lateral acceleration, and the yaw rate sensor 20 receives the actual yaw rate.
  • Each value is output from the main ECU 13 to the torque limiting device 32, the slip determination device 34, the yaw moment control device 14, and the vehicle attitude stabilization control device 15.
  • the turning control device includes a torque limiting device 32 that limits torque and a slip determination device 34 that determines slipping of a wheel.
  • the yaw moment control device 14 includes a target lateral acceleration calculation means 22, a lateral acceleration deviation calculation means 23, a road surface friction coefficient estimation means 24, a target yaw rate calculation means 25, a control gain calculation means 26, a yaw moment calculation means 27, and a yaw moment control. Means (braking / driving torque calculating means) 28.
  • the vehicle attitude stabilization control device 15 includes a yaw rate deviation calculation means 29, a vehicle attitude state calculation means 30, and a vehicle attitude stabilization control means (braking / driving torque calculation means) 31.
  • the torque limiting device 32 receives the vehicle speed, the angular velocity of the wheel, and the angular acceleration from the main ECU unit 13.
  • the absolute value of the slip ratio calculated from the vehicle speed and the angular velocity of the wheel is equal to or greater than the first threshold value S for the left and right wheels, and the absolute value of the wheel angular acceleration, whichever is larger, is the second.
  • the braking / driving torque is limited when the value is equal to or greater than the threshold value ⁇ ′.
  • the absolute value of the slip ratio exceeds the first threshold value S for the left and right wheels, and the absolute value of the wheel angular acceleration, which is the larger of the left and right wheels, is the second threshold value.
  • the braking / driving torque may be limited when ⁇ ′ is exceeded.
  • the torque limiting device 32 may determine the limitation of the braking / driving torque based on a value correlated with the wheel angular acceleration instead of the absolute value of the wheel angular acceleration which is larger which is left or right.
  • the value correlated with the wheel angular acceleration is, for example, a differential value of the slip ratio, a differential value of the absolute value of the slip ratio, or the like. That is, in the present specification, when simply referred to as “wheel angular acceleration”, it includes not only “wheel angular acceleration” but also “value correlated with wheel angular acceleration”.
  • the vehicle speed, the angular velocity of the wheel, and the angular acceleration are input from the main ECU 13 to the slip determination device 34.
  • the absolute value of the slip ratio calculated from the vehicle speed and the angular velocity of the wheel is equal to or greater than the first threshold value S for the left and right wheels, and the wheel angular acceleration which is the larger of the left and right wheels is the second threshold value ⁇ ′.
  • the road surface friction coefficient estimating means 24 estimates the road surface friction coefficient according to the slip ratio.
  • the slip determination device 34 the absolute value of the slip ratio calculated from the vehicle speed and the angular velocity of the wheel is equal to or greater than the first threshold value S for the left and right wheels, and the wheel angular acceleration of the larger one of the left and right wheels is equal to or greater than the second threshold value ⁇ ′.
  • the control gain calculation means 26 brings the control gain that determines the response characteristic of the target yaw rate closer to the original yaw response characteristic of the vehicle from the initial yaw response characteristic.
  • the slip determination device 34 sets the initial control gain when the absolute value of the slip ratio exceeds the first threshold value S for the left and right wheels and the wheel angular acceleration of the larger one of the left and right exceeds the second threshold value ⁇ ′. You may approach the original yaw response characteristic of the vehicle from the yaw response characteristic.
  • FIG. 4 is a diagram showing conditions for limiting the braking / driving torque with this turning control device.
  • FIG. 4 shows an example in which the slip ratio of the braking wheel is S or more, or the slip ratio of the driving wheel is ⁇ S or less (that is, the absolute value of the slip ratio of the braking wheel and the driving wheel is the first threshold S or more) (condition ( 1)) and the absolute value of the angular acceleration of the braking wheel is equal to or greater than the second threshold value ⁇ ′ (condition (2)).
  • the braking / driving torque is limited based on the absolute value of the differential value of the slip ratio, which is a value correlated with the angular acceleration of the wheel. An example is shown.
  • FIG. 5 shows a state when the gain GE is halved from the original gain.
  • the condition (1), (2) To return to the original (raise) a is released by the torque gain G E, the amount of change per it is time for raising than when lowering Stand up slowly.
  • the road surface friction coefficient estimating means 24 estimates the road surface friction coefficient according to the slip ratio at that time. Further, as shown in FIG. 7, when the conditions (1) and (2) are satisfied by the slip determination device 34 (FIG. 3), the response characteristic of the target yaw rate is changed from the initial yaw response characteristic to the original yaw response characteristic of the vehicle. Therefore, the control gain calculation means 26 (FIG. 3) sets the control gain that determines the response characteristic of the target yaw rate to “1”. In the example of FIG. 7, when the conditions (1) and (2) are canceled and the control gain ⁇ is restored (increased), the amount of change per time is greater when the control gain ⁇ is increased than when the control gain ⁇ is decreased. Stand up slowly.
  • Equation (1) an equation for calculating the slip ratio is shown in Equation (1).
  • ⁇ is the slip ratio
  • u is the vehicle speed
  • R 0 is the tire effective radius
  • ⁇ is the wheel angular velocity.
  • Equation (2) is the torque limiting condition of the torque limiting device 32 (FIG. 3)
  • Equation (3) is the road surface friction coefficient estimation condition of the slip determining device 34 (FIG. 3)
  • Equation (4) is the slip determining device 34 ( This is the limiting gain limiting condition of FIG.
  • ⁇ Slip judgment device (limit of road surface friction coefficient)> Condition (1):
  • the yaw moment control device 14 receives the vehicle speed, steering angle, actual lateral acceleration, accelerator torque command value from the accelerator pedal sensor 17, and brake torque command from the brake pedal sensor 33 from the main ECU unit 13. A value is entered.
  • the target lateral acceleration calculation means 22 in the yaw moment control device 14 calculates the target lateral acceleration from vehicle parameters such as the vehicle speed and the steering angle, the vehicle mass, and the wheel base.
  • the lateral acceleration deviation calculating means 23 calculates the lateral acceleration deviation from the difference between the target lateral acceleration calculated by the target lateral acceleration calculating means 22 and the actual lateral acceleration input from the main ECU unit 13.
  • the road surface friction coefficient estimating means 24 calculates the road surface friction coefficient according to the following equations (5) and (6).
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the lateral acceleration deviation and the road surface friction coefficient in this turning control device. As shown in FIGS. 3 and 8, the road surface friction coefficient estimating unit 24 sets the road surface friction coefficient ⁇ est to “1” if the lateral acceleration deviation output from the lateral acceleration deviation calculating unit 23 is equal to or less than the threshold value Gy c. When Gy c is exceeded, the road surface friction coefficient ⁇ est is calculated from the actual lateral acceleration Gy act .
  • the target yaw rate calculation means 25 calculates a plurality of target yaw rates using the vehicle speed, the steering angle, and the control gain. Specifically, in the target yaw rate calculation means 25, for example, a plurality of values calculated using a second-order lag transfer function of the target yaw rate r (s) with respect to the actual steering angle ⁇ (s) shown in Expression (7). Is output.
  • Equation (7) is calculated from vehicle parameters such as vehicle speed, vehicle mass and wheelbase, G ⁇ r (0): Yaw angular velocity gain constant, ⁇ n : Natural frequency in yaw direction, ⁇ : Yaw direction It consists of a damping coefficient, T r : yaw angular velocity time constant, s: Laplace operator, ⁇ : control gain of natural frequency ⁇ n , ⁇ : control gain of damping coefficient ⁇ .
  • the control gain ⁇ of the natural frequency ⁇ n or the control gain ⁇ of the damping coefficient ⁇ is larger than “1”, the target yaw rate rises quickly.
  • the control gains ⁇ and ⁇ are “1”, the yaw response inherent in the vehicle It becomes a characteristic.
  • the control gain calculating means 26 uses each of the above-mentioned target yaw rate calculating means 25 according to the road surface friction coefficient calculated by the road surface friction coefficient estimating means 24 and the yaw rate deviation calculated by the yaw rate deviation calculating means 29 described later. Calculate control gains ⁇ and ⁇ . Since the control gain ⁇ of the natural frequency ⁇ n and the control gain ⁇ of the damping coefficient ⁇ have substantially the same characteristics, the control gain that appears after this will be described using the control gain ⁇ of the natural frequency ⁇ n as an example. The description of the control gain ⁇ of the attenuation coefficient ⁇ will be omitted.
  • the control gain ⁇ may be determined by providing two threshold values for the road surface friction coefficient or the yaw rate deviation, as shown in FIG.
  • the road surface friction coefficient first threshold mu a more or yaw rate deviation is in the case of less than the first threshold value r a
  • the control gain alpha as an initial value alpha 0 (yaw response characteristic predetermined)
  • the road surface friction factor is less than the threshold value mu a
  • the road surface friction coefficient threshold mu b is smaller than or the yaw rate deviation is greater than the threshold value r b sets the control gain ⁇ to "1".
  • the control gain calculating means 26 shown in FIG. 3 has the control gain when the control gain is changed from the original yaw response characteristic to the initial value rather than the initial value.
  • the amount of change per hour is set gently.
  • the control gain alpha is comprised of an initial value alpha 0 and the vehicle actual yaw response characteristics than when down to "1" even when returning to the initial value alpha 0 from "1"
  • the amount of change per hour is more gradual.
  • the control gain calculation means 26 (FIG. 3) immediately decreases the control gain ⁇ to reduce the braking / driving torque by the yaw moment control. Thereafter, when the vehicle starts to travel on a road surface having a high road surface friction coefficient, the gripping force of the tire returns, so that the control gain calculation means 26 gradually returns the control gain ⁇ to the initial value ⁇ 0 and controls the yaw moment. Increase braking / driving torque. Thus, the driver does not feel uncomfortable.
  • the yaw moment calculating means 27 calculates braking / driving torque, which is braking torque or driving torque of each wheel 2, in accordance with the target yaw rate calculated by the target yaw rate calculating means 25 and generates it in the vehicle. Calculate the yaw moment.
  • the yaw moment calculation means 27 calculates a plurality of yaw moments, for example, using a third-order delay system transfer function of the yaw moment M z (s) with respect to the actual steering angle ⁇ (s) shown in equation (8). Multiple calculations are output.
  • Equation (8) is calculated from vehicle parameters such as vehicle speed, vehicle mass and wheelbase, as in Equation (7).
  • G ⁇ r (0) Yaw angular velocity gain constant
  • ⁇ n Yaw direction specific Frequency
  • ⁇ Yaw direction damping coefficient
  • T r Yaw angular velocity time constant
  • G M r (0) Yaw moment gain constant
  • T M Yaw moment time constant
  • s Laplace operator
  • ⁇ Natural vibration control gain of a few omega n, lambda: and a control gain of ⁇ damping coefficient.
  • the yaw moment control means (braking / driving torque calculating means) 28 controls the four-wheel (or two-wheel) braking according to the accelerator torque command value input from the main ECU 13 and the yaw moment calculated by the equation (8).
  • the drive torque is determined and the torque command value Y is commanded to the inverter torque command device 16.
  • the torque command value Y becomes the final command torque.
  • the torque command value Y may be expressed as braking / driving torque Y.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which a yaw moment is generated in a direction that improves the turning performance when the vehicle 1 makes a left turn.
  • a thin arrow indicated by a solid line represents a driving torque by a driving source.
  • a thin arrow indicated by a broken line represents a braking torque by the drive source (the same applies to FIG. 13).
  • a thick solid arrow indicates the total value of the braking torque and the driving torque
  • a hollow arrow indicated by a thick solid line indicates the driving torque
  • a hollow arrow indicated by a thick broken line indicates the total value of the braking torque (the same applies to FIG. 13).
  • yaw moment is generated by outputting driving torque for the outer turning wheel and braking torque for the inner turning wheel.
  • the driving torque or the braking torque is applied, so that the vehicle 1 is accelerated or decelerated.
  • the vehicle attitude stabilization control device 15 performs control to stabilize the attitude of the vehicle. As shown in FIG. 3, the actual yaw rate is input from the main ECU unit 13 to the vehicle attitude stabilization control device 15.
  • the vehicle attitude stabilization control device 15 includes a yaw rate deviation calculation means 29, a vehicle attitude state calculation means 30, and a vehicle attitude stabilization control means (braking / driving torque calculation means) 31.
  • the yaw rate deviation calculating means 29 calculates the yaw rate deviation from the difference between the actual yaw rate and the target yaw rate calculated by the target yaw rate calculating means 25.
  • the vehicle attitude state calculation means 30 calculates the vehicle attitude state from the magnitude of the yaw rate deviation calculated by the yaw rate deviation calculation means 29.
  • FIG. 12 is a diagram showing the posture of the vehicle 1 divided into three states.
  • the vehicle attitude state calculation means 30 determines an understeer (US) state when the expression (9) is satisfied.
  • the vehicle attitude state calculation means 30 determines that the vehicle is in the oversteer (OS) state when the expression (10) is satisfied.
  • the understeer state If r ref > r act and
  • the vehicle attitude stabilization control means (braking / driving torque calculation means) 31 of the vehicle attitude stabilization control device 15 includes a road surface friction coefficient calculated by the road surface friction coefficient estimation means 24 and a vehicle attitude state calculation means.
  • the braking / driving torque to be commanded is calculated from the vehicle attitude state calculated at 30 and the target yaw rate calculated by the target yaw rate calculating means 25 and is commanded as a torque command value E.
  • the torque command value E may be expressed as braking / driving torque E.
  • the torque command value Y and the torque command value E are input to the inverter torque command device 16 that calculates the final torque command value.
  • the inverter torque command device 16 commands the inverter device 11 with a final torque command value calculated from the torque command value Y and the torque command value E.
  • the inverter device 11 drives the in-wheel motor drive device 5 by controlling the current so that the output torque of the motor 4 corresponds to the final torque command value.
  • Each means in the yaw moment control device 14 and the vehicle attitude stabilization control device 15 constituting the drive control device 10, and each means (not shown) in the inverter torque command device 16, the slip determination device 34, and the torque limiting device 32 Specifically, LUT (Look Up Table) realized by software or hardware, or a predetermined conversion function stored in the software library (Library) or equivalent hardware, etc. Correspondingly, it is composed of a hardware function or a software function on a processor (not shown) that can perform an operation using a comparison function in the library, an arithmetic operation function, or hardware equivalent thereto, and output the result. ing.
  • the slip determination device 34 determines the road surface state from the angular velocity, angular acceleration, and vehicle speed of the wheels. Based on the determination result of the slip determination device 34, the control gain calculation means 26 calculates a control gain according to a predetermined condition.
  • the target yaw rate calculation means 25 calculates the target yaw rate from the vehicle speed, the steering angle, and the control gain.
  • the yaw moment calculation means 27 calculates the braking / driving torque of each wheel of the vehicle according to the target yaw rate.
  • a torque command value Y is obtained from the braking / driving torque, and each wheel is controlled based on the torque command value Y and the like.
  • the control gain calculation means 26 calculates a control gain based on the determination result of the slip determination device 34 determined from the angular velocity, angular acceleration, and vehicle speed of the wheel.
  • the control response delay can be eliminated as compared with a calculation means that always calculates the control gain from the road surface friction coefficient obtained according to the lateral acceleration deviation. Therefore, for example, the braking / driving torque can be controlled without delay so that the tire does not exceed the grip limit on a low ⁇ road or the like. Therefore, the vehicle posture can be stabilized at an early stage, and the turning performance of the vehicle can be optimally controlled.
  • the control gain calculation means 26 uses the road surface friction coefficient when the first condition that the absolute value of the slip ratio is equal to or greater than the first threshold and the absolute value of the wheel angular acceleration is less than the second threshold is satisfied. Calculate the control gain.
  • the control gain calculation means 26 sets the control gain to the initial yaw when the absolute value of the slip ratio is not less than the first threshold and the second condition that the absolute value of the wheel angular acceleration is not less than the second threshold is satisfied.
  • the control gain that determines the response characteristic is returned to the control gain that is the yaw response characteristic of the vehicle.
  • the vehicle posture can be stabilized at an early stage by setting the control gain to a control gain that is a yaw response characteristic inherent to the vehicle. it can.
  • the road surface friction coefficient estimator 24 includes the slip ratio calculated by the slip determination device 34, the deviation between the actual lateral acceleration detected by the lateral acceleration sensor 21 and the target lateral acceleration, and the yaw rate sensor 20.
  • the road surface friction coefficient may be estimated according to the deviation between the detected actual yaw rate and the target yaw rate.
  • the road surface friction coefficient can be estimated from the slip ratio, the lateral acceleration deviation, and the yaw rate deviation.
  • a vehicle using a friction brake as a braking torque may be applied in addition to a vehicle having an in-wheel motor drive device for all four wheels described above.
  • a four-wheel drive vehicle having an internal combustion engine as a drive source shown in FIG. 13 (a) the front wheel drive vehicle having the same drive source shown in FIG. 13 (b) is shown in FIG. 13 (c).
  • yaw moment control can be performed using a friction brake. According to each vehicle 1 in FIG. 13, the yaw moment is generated by outputting the driving torque by the engine output to the outer turning wheel and the braking torque by the friction brake that is larger than the driving torque by the inner turning wheel.
  • the meaning of each arrow in the figure is as described above.
  • a cycloid reducer, a planetary reducer, a two-axis parallel reducer, and other reducers can be applied, and even a so-called direct motor type that does not employ a reducer.
  • the output of two motors installed on the car body corresponding to the left and right wheels is transmitted to each wheel via a drive shaft, etc., and applied to vehicles that independently control the braking / driving torque of each wheel. Can do.

Abstract

タイヤ力が飽和する前に車両姿勢を早期に安定化させることができ、また車両の旋回性能を最適に制御することができる車両の旋回制御装置を提供する。この車両の旋回制御装置は、各車輪(2)の制駆動トルクを独立に制御可能な制駆動源を有する車両の旋回特性を制御する。車両に発生するヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御装置(14)と、車輪(2)の角速度、角加速度、および車速から路面状態を判定するスリップ判定装置(34)とを備える。ヨーモーメント制御装置(14)は、制御ゲインを計算する制御ゲイン計算手段(26)と、車速、操舵角、および制御ゲインから、目標ヨーレートを計算する目標ヨーレート計算手段(25)と、目標ヨーレートに応じて各車輪(2)の制駆動トルクを計算するヨーモーメント計算手段(27)とを備える。制御ゲイン計算手段(26)は、スリップ判定装置(34)の判定結果に基づき制御ゲインを計算する。

Description

車両の旋回制御装置 関連出願
　本出願は、２０１６年１０月２８日出願の特願２０１６－２１１４２５の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、タイヤ力が飽和する前に車輪のスリップに応じて目標ヨーレートを車両本来の応答特性に近付けることで、車両の旋回性能を最適に制御する車両の旋回制御装置に関する。
　従来、車両に搭載した加速度センサ等によって路面摩擦係数を推定し、ヨー角加速度モデルフォロイング制御（ヨーモーメント制御）またはＥＳＣ（車両姿勢安定化制御）を路面摩擦係数に応じて制御する技術が提案されている。例えば、車両に搭載した外界認識部によって路面摩擦係数を推定し、車両の車速と舵角から計算される目標モーメントを路面摩擦係数に応じて最適に制御する制御装置が提案されている（特許文献１）。
特開２０１６－２０１６８号公報
　特許文献１の路面摩擦係数の推定方法では、例えば、加速度センサ等から路面摩擦係数を推定する場合、旋回してから加速度が発生するまでに時間を要する。このため、路面摩擦係数の推定が遅れてしまいヨーモーメント制御によって車両が不安定になってしまう可能性がある。また、路面摩擦係数が極端に低い場所でヨーモーメント制御によって制駆動力を与えた場合、スリップ率と車輪角加速度が大きくなりタイヤ力が飽和し易くなるため、路面摩擦係数推定手段よりも早く路面の状態を把握する必要がある。
　この発明の目的は、タイヤ力が飽和する前すなわちタイヤがグリップ限界を超える前に車両姿勢を早期に安定化させることができ、また車両の旋回性能を最適に制御することができる車両の旋回制御装置を提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の車両の旋回制御装置は、各車輪２の制動トルクまたは駆動トルクである制駆動トルクを独立に制御可能な制駆動源４を有する車両の旋回特性を制御する車両の旋回制御装置において、
　前記車両１に発生するヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御装置１４と、
　前記車両における車輪２の角速度、角加速度、および前記車両１の車速から路面状態を判定するスリップ判定装置３４と、を備え、
　前記ヨーモーメント制御装置１４は、
　制御ゲインを計算する制御ゲイン計算手段２６と、
　前記車両１の車速、操舵角、および前記制御ゲイン計算手段２６で計算された制御ゲインから、目標ヨーレートを計算する目標ヨーレート計算手段２５と、
　この目標ヨーレート計算手段２５で計算された目標ヨーレートに応じて前記車両１の各車輪２の制駆動トルクを計算するヨーモーメント計算手段２７と、を備え、
　前記制御ゲイン計算手段２６は、前記スリップ判定装置３４の判定結果に基づいて、定められた条件に従って前記制御ゲインを計算する。
　前記定められた条件は、設計等によって任意に定める条件であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な条件を求めて定められる。
　この構成によると、スリップ判定装置３４は、車輪２の角速度、角加速度、および車速から路面状態を判定する。制御ゲイン計算手段２６は、スリップ判定装置３４の判定結果に基づいて、定められた条件に従って制御ゲインを計算する。目標ヨーレート計算手段２５は、車速、操舵角、および前記制御ゲインから、目標ヨーレートを計算する。ヨーモーメント計算手段２７は、目標ヨーレートに応じて車両１の各車輪２の制駆動トルクを計算する。この制駆動トルクからトルク指令値Ｙが求められ、このトルク指令値Ｙ等に基づいて各車輪２が制御される。
　制御ゲイン計算手段２６は、車輪２の角速度、角加速度、および車速から判定されるスリップ判定装置３４の判定結果に基づいて制御ゲインを計算する。この場合、例えば、横加速度偏差に応じて求められる路面摩擦係数等から常に制御ゲインを計算する計算手段等に比べて、制御の応答遅れを解消することができる。したがって、例えば、低μ（摩擦係数）路等でタイヤがグリップ限界を超えないように制駆動トルクを遅滞なく制御することが可能となる。よって、車両姿勢を早期に安定化させることができ、また車両１の旋回性能を最適に制御することができる。
　前記ヨーモーメント制御装置１４は、路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段２４を備え、
　前記制御ゲイン計算手段２６は、前記スリップ判定装置３４の判定結果が定められた第１条件を満たしたとき、前記路面摩擦係数推定手段２４で推定された路面摩擦係数を用いて前記制御ゲインを計算し、前記スリップ判定装置３４の判定結果が前記第１条件とは異なる定められた第２条件を満たしたとき、前記制御ゲインを初期のヨー応答特性を決める制御ゲインから車両本来のヨー応答特性となる制御ゲインに戻してもよい。
　前記定められた第１，第２条件は、それぞれ設計等によって任意に定める条件であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な条件を求めて定められる。
　この構成によると、制御ゲイン計算手段２６は、第１条件を満たしたとき、路面摩擦係数を用いて制御ゲインを計算する。制御ゲイン計算手段２６は、第２条件を満たしたとき、制御ゲインを初期のヨー応答特性を決める制御ゲインから車両本来のヨー応答特性となる制御ゲインに戻す。第２条件として、例えば、スリップ率が大きく車輪角加速度も大きい条件を満たしたとき、制御ゲインを車両本来のヨー応答特性となる制御ゲインにすることで、車両姿勢を早期に安定化することができる。
　前記スリップ判定装置３４は、前記車輪２の角速度および前記車両１の車速から前記車輪２のスリップ率を求め、前記車輪２の角加速度および前記スリップ率に応じて前記路面状態を判定しており、
　前記第１条件は、前記スリップ率の絶対値が第１閾値以上であり、かつ、前記角加速度の絶対値が第２閾値未満であり、
　前記第２条件は、前記スリップ率の絶対値が第１閾値以上であり、かつ、前記角加速度の絶対値が第２閾値以上であってもよい。
　この構成によると、例えば、路面摩擦係数が極端に小さい場合に即座にヨーモーメント制御の制駆動トルクを零にすることで、車両姿勢を早期に安定化させることができる。
　前記路面摩擦係数推定手段２４は、前記スリップ判定装置３４で計算されたスリップ率、前記車両１に設けられた横加速度検出手段２１で検出された実横加速度と目標横加速度との偏差、および前記車両に設けられたヨーレート検出手段２０で検出された実ヨーレートと前記目標ヨーレートとの偏差に応じて路面摩擦係数を推定してもよい。このようにスリップ率、横加速度偏差およびヨーレート偏差から路面摩擦係数を推定することができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る車両の旋回制御装置の概念構成を示すシステム構成図である。 同車両のインホイールモータ駆動装置の一例を示す断面図である。 同旋回制御装置の一部の具体例を示すブロック図である。 同旋回制御装置で制駆動トルクを制限する条件を示す図である。 同旋回制御装置の車両姿勢安定化制御手段の制駆動トルクにかかるゲインの推移を示す図である。 同旋回制御装置のスリップ率と路面摩擦係数との関係を示す図である。 同旋回制御装置のスリップ率および車輪角加速度と制御ゲインとの関係を示す図である。 同旋回制御装置における、横加速度偏差と路面摩擦係数との関係を示す図である。 同旋回制御装置において、ヨーレート偏差および路面摩擦係数と、制御ゲインとの関係を示す図である。 同旋回制御装置における、制御ゲインの推移の一例を示す図である。 同車両が左旋回したときの旋回性能を向上させる向きにヨーモーメントを発生させる例を示す図である。 同車両の姿勢を三つの状態に分けて示す図である。 この発明の他の実施形態に係る車両が左旋回したときの旋回性能を向上させる向きにヨーモーメントを発生させる例を４輪駆動方式で示す図である。 この発明の他の実施形態に係る車両が左旋回したときの旋回性能を向上させる向きにヨーモーメントを発生させる例を前輪駆動方式で示す図である。 この発明の他の実施形態に係る車両が左旋回したときの旋回性能を向上させる向きにヨーモーメントを発生させる例を後輪駆動方式で示す図である。
　この発明の一実施形態に係る車両の旋回制御装置を図１ないし図１２と共に説明する。図１に示すように、旋回制御装置を搭載した車両１として、四輪全てにインホイールモータ駆動装置５を備えた四輪独立駆動式の車両を例に説明する。この車両１は、左右の後輪となる車輪２および左右の前輪となる車輪２が、いずれも、駆動トルクまたは制動トルクを発生する制駆動源となる電気モータ４で独立して駆動される。
　図２に示すように、インホイールモータ駆動装置５は、電気モータ４、減速機６、および車輪用軸受７を有し、その一部または全体が車輪２内に配置される。電気モータ４の回転は、減速機６および車輪用軸受７を介して車輪２に伝達される。インホイールモータ駆動装置５は、電気モータ４の回転方向（駆動方向）の切換えにより、駆動トルクまたは制動トルクを発生する。車輪用軸受７のハブ輪７ａのフランジ部には摩擦ブレーキ装置８を構成するブレーキロータ８ａが固定され、同ブレーキロータ８ａは車輪２と一体に回転する。電気モータ４は、少なくともロータ４ａとステータ４ｂを有し、さらにハウジング４ｃを備え、例えば、ロータ４ａのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。この電気モータ４は、ハウジング４ｃに固定したステータ４ｂと、回転出力軸９に取り付けたロータ４ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。
　図１において、制御系を説明する。車両の旋回制御装置は、この例では、電気制御ユニット（ＥＣＵ）により構成される駆動制御装置１０と、各電気モータ４に対して設けられた複数（この例では４つ）のインバータ装置１１と、センサ類１２とを備える。駆動制御装置１０は、メインＥＣＵ部１３と、ヨーモーメント制御装置１４と、車両姿勢安定化制御装置１５と、トルク制限装置３２と、スリップ判定装置３４と、インバータトルク指令装置１６とを有する。
　駆動制御装置１０は、プロセッサを有するマイクロコンピュータ等のコンピュータと、前記プロセッサ実行されるプログラムを有するＲＯＭ（Read Only Memory）、並びにＲＡＭ（Random Access Memory）やコプロセッサ（Co-Processor）等の各種の電子回路等で構成される。駆動制御装置１０と各インバータ装置１１とは、ＣＡＮ（コントロール・エリア・ネットワーク）等の車内通信網で接続されている。
　メインＥＣＵ部１３は、その基本的な構成として、車両全般の統括制御および協調制御を行う機能と、制駆動指令生成機能とを有する。この制駆動指令生成機能は、アクセル指令値およびブレーキ指令値から各電気モータ４へ与える加速・減速指令値であるトルク指令値を生成する機能である。前記アクセル指令値は、図示外のアクセルペダルに設けられたアクセルペダルセンサ１７が検出した操作量の指令値である。前記ブレーキ指令値は、図示外のブレーキペダルに設けられたブレーキペダルセンサ３３が検出した操作量の指令値である。運転者が前記アクセルペダルを操作し駆動を指示した場合、前記アクセルペダルの操作量に応じてアクセルペダルセンサ１７からアクセル指令値がメインＥＣＵ部１３に入力される。
　メインＥＣＵ部１３からのアクセル指令値は、ヨーモーメント制御装置１４等を介してインバータ装置１１へ送られる。各インバータ装置１１は、図示外のバッテリの直流電力を担当する電気モータ４の駆動のための交流電力に変換し、その出力を制御する制御部（図示せず）を有し、各車輪２毎に分配されたトルク指令値に従って担当の電気モータ４を制御する。各インバータ装置１１は、直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子を含むブリッジ回路等であるパワー回路部（図示せず）と、そのパワー回路部を制御する前記制御部（図示せず）とを有する。
　センサ類１２は、前記アクセルペダルセンサ１７、ブレーキペダルセンサ３３、車速検出手段である車速センサ１８、操舵角検出手段である舵角センサ１９、ヨーレート検出手段であるヨーレートセンサ２０、および横加速度検出手段である横加速度センサ２１を含む。舵角センサ１９は、図示外のステアリングハンドル等の操舵角を検出するセンサである。メインＥＣＵ部１３には、舵角センサ１９から操舵角、車速センサ１８から車速、横加速度センサ２１から実横加速度、ヨーレートセンサ２０から実ヨーレートがそれぞれ入力される。各値は、メインＥＣＵ部１３からトルク制限装置３２とスリップ判定装置３４とヨーモーメント制御装置１４と車両姿勢安定化制御装置１５に出力される。
　図３に示すように、この旋回制御装置は、トルクを制限するトルク制限装置３２と、車輪のスリップを判定するスリップ判定装置３４とを備えている。ヨーモーメント制御装置１４は、目標横加速度計算手段２２、横加速度偏差計算手段２３、路面摩擦係数推定手段２４、目標ヨーレート計算手段２５、制御ゲイン計算手段２６、ヨーモーメント計算手段２７、およびヨーモーメント制御手段（制駆動トルク計算手段）２８を含む。車両姿勢安定化制御装置１５は、ヨーレート偏差計算手段２９と、車両姿勢状態計算手段３０と、車両姿勢安定化制御手段（制駆動トルク計算手段）３１とを有する。
　トルク制限装置３２は、メインＥＣＵ部１３から車速、車輪の角速度および角加速度が入力される。このトルク制限装置３２は、車速と車輪の角速度から計算されるスリップ率の絶対値が左右輪で第１閾値Ｓ以上であり、かつ、左右どちらか大きい方の車輪角加速度の絶対値が第２閾値ω´以上のときに制駆動トルクを制限する。なおトルク制限装置３２は、スリップ率の絶対値が左右輪で第１閾値Ｓを超え、かつ、車輪角加速度の絶対値のうち、左右どちらか大きい方の車輪角加速度の絶対値が第２閾値ω´を超えたときに制駆動トルクを制限してもよい。
　また、トルク制限装置３２は、左右どちらか大きい方の車輪角加速度の絶対値に代えて、車輪角加速度に相関のある値に基づいて、制駆動トルクの制限を判断してもよい。車輪角加速度に相関のある値とは、例えば、スリップ率の微分値や、スリップ率の絶対値の微分値等である。すなわち、本明細書において、単に「車輪角加速度」と称する場合には、「車輪角加速度」だけでなく、「車輪角加速度に相関のある値」も含む。
　スリップ判定装置３４には、メインＥＣＵ部１３から車速、車輪の角速度および角加速度が入力される。このスリップ判定装置３４において、車速と車輪の角速度から計算されるスリップ率の絶対値が左右輪で第１閾値Ｓ以上であり、かつ、左右どちらか大きい方の車輪角加速度が第２閾値ω´未満と判定されたとき、路面摩擦係数推定手段２４がスリップ率に応じて路面摩擦係数を推定する。
　スリップ判定装置３４において、車速と車輪の角速度から計算されるスリップ率の絶対値が左右輪で第１閾値Ｓ以上であり、かつ、左右どちらか大きい方の車輪角加速度が第２閾値ω´以上と判定されたとき、制御ゲイン計算手段２６は、目標ヨーレートの応答特性を決める制御ゲインを初期のヨー応答特性から車両本来のヨー応答特性に近付ける。なおスリップ判定装置３４は、スリップ率の絶対値が左右輪で第１閾値Ｓを超え、かつ、左右どちらか大きい方の車輪角加速度が第２閾値ω´を超えたときに制御ゲインを初期のヨー応答特性から車両本来のヨー応答特性に近付けてもよい。
　図４は、この旋回制御装置で制駆動トルクを制限する条件を示す図である。図４は、例として、制動輪のスリップ率がＳ以上、または駆動輪のスリップ率が－Ｓ以下（すなわち、制動輪および駆動輪のスリップ率の絶対値が第１閾値Ｓ以上）（条件（１））で、かつ、制動輪の角加速度の絶対値が第２閾値ω´以上のとき（条件（２））を表している。なお、図４に示す例では、発明の理解を容易なものとするために、車輪の角加速度に相関のある値である、スリップ率の微分値の絶対値に基づいて制駆動トルクを制限する例を示している。
　図５に示すように、トルク制限装置３２（図３）では、条件（１）および条件（２）を充足すると、車両姿勢安定化制御手段３１（図３）の制駆動トルクＥにかかるゲイン（トルクゲイン）ＧEを半減させ、かつ、そのときの駆動力を上限値、制動力を下限値として制駆動トルクＥに制限をかける。例として、図５はゲインＧEが元のゲインから半減したときの状態を表している。但し、この車両姿勢安定化制御では、条件（１），（２）が解除されてトルクゲインＧEを元に戻す（上げる）とき、下げるときよりも上げるときの方が時間あたりの変化量が緩やかに立ち上がる。
　図６に示すように、スリップ判定装置３４（図３）で条件（１）のみ充足した場合、路面摩擦係数推定手段２４はそのときのスリップ率に応じて路面摩擦係数を推定する。また、図７に示すように、スリップ判定装置３４（図３）で条件（１）および条件（２）を充足した場合、目標ヨーレートの応答特性を初期のヨー応答特性から車両本来のヨー応答特性に近付けるために、制御ゲイン計算手段２６（図３）は、目標ヨーレートの応答特性を決める制御ゲインを「１」にする。この図７の例では、条件（１），（２）が解除されて制御ゲインαを元に戻す（上げる）とき、制御ゲインαを下げるときよりも上げるときの方が時間あたりの変化量が緩やかに立ち上がる。
　ここで、式（１）にスリップ率を算出する式を示す。式（１）において、λはスリップ率、ｕは車速、Ｒ０はタイヤ有効半径、ωは車輪角速度である。また、式（２）はトルク制限装置３２（図３）のトルク制限条件、式（３）はスリップ判定装置３４（図３）の路面摩擦係数推定条件、式（４）はスリップ判定装置３４（図３）の制限ゲイン制限条件である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　＜トルク制限装置＞
　条件（１）：｜左右輪のスリップ率｜≧第１閾値Ｓ
　条件（２）：｜左右輪のどちらかの車輪角加速度｜≧第２閾値ω´
　条件（１）を充足し、かつ、条件（２）を充足するとき、次式を用いる。
　　　車両姿勢安定化制御の制駆動トルクＥ＝Ｅ×０．５　　　式（２）
　＜スリップ判定装置（路面摩擦係数の制限）＞
　条件（１）：｜左右輪のスリップ率｜≧第１閾値Ｓ
　条件（２）：｜左右輪のどちらかの車輪角加速度｜＜第２閾値ω´
　条件（１）のみ充足するとき、路面摩擦係数を推定。（式（３））
　＜スリップ判定装置（制御ゲインの制限）＞
　条件（１）：｜左右輪のスリップ率｜≧第１閾値Ｓ
　条件（２）：｜左右輪のどちらかの車輪角加速度｜≧第２閾値ω´
　条件（１）を充足し、かつ、条件（２）を充足するとき、次式を用いる。
　　　制御ゲイン＝１　　　式（４）
　＜ヨーモーメント制御装置について＞
　図３に示すように、ヨーモーメント制御装置１４には、メインＥＣＵ部１３から車速、操舵角、実横加速度、アクセルペダルセンサ１７からのアクセルトルク指令値、およびブレーキペダルセンサ３３からのブレーキトルク指令値が入力される。ヨーモーメント制御装置１４における目標横加速度計算手段２２では、車速および舵角と車両の質量およびホイールベース等の車両パラメータから目標横加速度を計算する。横加速度偏差計算手段２３では、目標横加速度計算手段２２で計算された目標横加速度と、メインＥＣＵ部１３から入力された実横加速度の差から横加速度偏差を計算する。
　路面摩擦係数推定手段２４は、以下の式（５），（６）に従って路面摩擦係数を計算する。図８は、この旋回制御装置における、横加速度偏差と路面摩擦係数との関係を示す図である。図３および図８に示すように、路面摩擦係数推定手段２４では、横加速度偏差計算手段２３から出力された横加速度偏差が閾値Ｇｙｃ以下ならば路面摩擦係数μｅｓｔを「１」とし、閾値Ｇｙｃを超えたときは実横加速度Ｇｙａｃｔから路面摩擦係数μｅｓｔを計算する。目標横加速度Ｇｙｒｅｆ、実横加速度Ｇｙａｃｔ、路面摩擦係数μｅｓｔとすると、
　｜Ｇｙｒｅｆ｜－｜Ｇｙａｃｔ｜≦Ｇｙｃならばμｅｓｔ＝１　　　　　　　式（５）
　｜Ｇｙｒｅｆ｜－｜Ｇｙａｃｔ｜＞Ｇｙｃならばμｅｓｔ≧｜Ｇｙａｃｔ｜　　式（６）
として路面摩擦係数を推定する。
　図３に示すように、目標ヨーレート計算手段２５は、車速、操舵角、および制御ゲインを用いて、複数の目標ヨーレートを計算する。具体的に、目標ヨーレート計算手段２５では、例えば、式（７）に示す実舵角δ（ｓ）に対する目標ヨーレートｒ（ｓ）の二次遅れ系の伝達関数を用いて計算したものが複数個出力される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　式（７）は、車速と車両の質量およびホイールベース等の車両パラメータから計算される、Ｇδ ｒ（０）：ヨー角速度ゲイン定数、ωｎ：ヨー方向の固有振動数、ζ：ヨー方向の減衰係数、Ｔｒ：ヨー角速度時定数と、ｓ：ラプラス演算子、α：固有振動数ωｎの制御ゲイン、λ：減衰係数ζの制御ゲイン、から構成されている。固有振動数ωｎの制御ゲインαまたは減衰係数ζの制御ゲインλが「１」より大きい場合、目標ヨーレートの立ち上がりが早くなり、制御ゲインα，λが「１」のときは車両本来のヨー応答特性となる。
　制御ゲイン計算手段２６は、路面摩擦係数推定手段２４で計算された路面摩擦係数と、後述するヨーレート偏差計算手段２９で計算されたヨーレート偏差に応じて、目標ヨーレート計算手段２５で使用する上記の各制御ゲインα，λを計算する。固有振動数ωｎの制御ゲインαと減衰係数ζの制御ゲインλとは略同様の特性を有するため、これ以降に出てくる制御ゲインは、固有振動数ωｎの制御ゲインαを例に説明し、減衰係数ζの制御ゲインλの説明については省略する。
　ここで、路面摩擦係数またはヨーレート偏差に、図９に示すように、それぞれ二つの閾値を設けて、制御ゲインαを定めてもよい。例えば、路面摩擦係数が第１の閾値μａ以上、もしくはヨーレート偏差が第１の閾値ｒａ以下の場合は、制御ゲインαを初期値（予め定められたヨー応答特性）α０とし、路面摩擦係数が閾値μａより小さい、もしくはヨーレート偏差が閾値ｒａより大きい場合は、制御ゲインαを初期値α０から「１」に近付けていく。さらに、路面摩擦係数が閾値μｂより小さい、もしくはヨーレート偏差が閾値ｒｂより大きい場合は、制御ゲインαを「１」に設定する。
　図３に示す制御ゲイン計算手段２６は、制御ゲインを初期値から車両本来のヨー応答特性に変化させるときよりも、車両本来のヨー応答特性から初期値に変化させるときの方が、制御ゲインの時間あたりの変化量が緩やかに設定される。具体的には、図１０に示すように、制御ゲインαが、初期値α０から車両本来のヨー応答特性となる「１」に下がるときよりも、「１」から初期値α０に戻るときの方が時間あたりの変化量が緩やかである。
　路面摩擦係数が低い場所では、タイヤはグリップ力を失いやすいため、制御ゲイン計算手段２６（図３）は、制御ゲインαを即座に小さくしてヨーモーメント制御による制駆動トルクを小さくする。その後車両が路面摩擦係数の高い路面を走行し始めた場合には、タイヤのグリップ力が戻るため、制御ゲイン計算手段２６は、制御ゲインαを緩やかに初期値α０に戻していきヨーモーメント制御による制駆動トルクを大きくする。以上により、運転者に違和感を与えることがない。
　図３に示すように、ヨーモーメント計算手段２７は、目標ヨーレート計算手段２５で計算された目標ヨーレートに応じて各車輪２の制動トルクまたは駆動トルクである制駆動トルクを計算して車両に発生するヨーモーメントを計算する。ヨーモーメント計算手段２７では、複数のヨーモーメントが計算されており、例えば、式（８）に示す実舵角δ（ｓ）に対するヨーモーメントＭｚ（ｓ）の三次遅れ系の伝達関数を用いて計算したものが複数個出力される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　式（８）は、式（７）と同様に、車速と車両の質量およびホイールベース等の車両パラメータから計算される、Ｇδ ｒ（０）：ヨー角速度ゲイン定数、ωｎ：ヨー方向の固有振動数、ζ：ヨー方向の減衰係数、Ｔｒ：ヨー角速度時定数、ＧＭ ｒ（０）：ヨーモーメントゲイン定数、ＴＭ：ヨーモーメント時定数と、ｓ：ラプラス演算子、α：固有振動数ωｎの制御ゲイン、λ：減衰係数ζの制御ゲイン、から構成されている。
　式（８）をみると、制御ゲインαおよびλが「１」であれば、分子が零となり、実舵角δ（ｓ）に対するヨーモーメントＭＺ（ｓ）は零であることがわかる。ヨーモーメント制御手段（制駆動トルク計算手段）２８では、メインＥＣＵ部１３から入力されたアクセルトルク指令値と、式（８）で計算されたヨーモーメントに応じて、四輪（もしくは二輪）の制駆動トルクを決定してトルク指令値Ｙをインバータトルク指令装置１６に指令する。車両姿勢安定化制御が無い場合は前記トルク指令値Ｙが最終指令トルクとなる。なお以下の説明において、トルク指令値Ｙを制駆動トルクＹと表す場合がある。
　図１１は、この車両１が左旋回したときの旋回性能を向上させる向きにヨーモーメントを発生させる例を示す図である。同図において、実線で示す細い矢印は駆動源による駆動トルクを表す。破線で示す細い矢印は駆動源による制動トルクを表す（図１３においても同じ）。太い中塗り矢印は制動トルクと駆動トルクの合計値を表し、太い実線で示す中抜き矢印は駆動トルク、太い破線で示す中抜き矢印は制動トルクの合計値となる（図１３においても同じ）。
　図１１に示す車両では、旋回外輪は駆動トルク、旋回内輪は制動トルクを出力することでヨーモーメントが発生する。車両１の旋回中に運転者がアクセル操作またはブレーキ操作をした場合、駆動トルクまたは制動トルクが負荷されるため、車両１は加速または減速する。
　＜車両姿勢安定化制御装置１５について＞
　車両姿勢安定化制御装置１５は、車両の姿勢を安定化する制御を行う。図３に示すように、この車両姿勢安定化制御装置１５には、メインＥＣＵ部１３から実ヨーレートが入力される。車両姿勢安定化制御装置１５は、ヨーレート偏差計算手段２９と、車両姿勢状態計算手段３０と、車両姿勢安定化制御手段（制駆動トルク計算手段）３１とを有する。ヨーレート偏差計算手段２９では、前記実ヨーレートと、目標ヨーレート計算手段２５で計算された目標ヨーレートとの差からヨーレート偏差を計算する。
　車両姿勢状態計算手段３０では、ヨーレート偏差計算手段２９で計算されたヨーレート偏差の大きさから車両の姿勢状態を計算する。図１２は、この車両１の姿勢を三つの状態に分けて示す図である。目標ヨーレートと実ヨーレートの値が略同等である場合は、前述のヨーモーメント制御装置１４（図３）によるヨーモーメント制御によって、図１２に示すように、片側の前後輪が同じ方向に制動トルクもしくは駆動トルクを指令してヨーモーメントを発生させる。
　それに対し、路面摩擦係数が低い場所等では車両が曲り切れないもしくはスピン状態になりやすくなる。目標ヨーレートをｒｒｅｆ、実ヨーレートをｒａｃｔ、閾値をｒｂとすれば、車両姿勢状態計算手段３０（図３）は式（９）を充足するときアンダーステア（ＵＳ）状態と判断する。車両姿勢状態計算手段３０（図３）は式（１０）を充足するときオーバーステア（ＯＳ）状態と判断する。
　ｒｒｅｆ＞ｒａｃｔかつ｜ｒｒｅｆ－ｒａｃｔ｜＞ｒｂならばアンダーステア状態
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式（９）
　ｒｒｅｆ＜ｒａｃｔかつ｜ｒｒｅｆ－ｒａｃｔ｜＞ｒｂならばオーバーステア状態
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式（１０）
　アンダーステア状態の場合は後輪が制御輪、オーバーステア状態の場合は前輪が制御輪として、ヨーモーメントを発生させて車両１の姿勢を安定化させる。
　図３に示すように、車両姿勢安定化制御装置１５の車両姿勢安定化制御手段（制駆動トルク計算手段）３１は、路面摩擦係数推定手段２４で計算された路面摩擦係数、車両姿勢状態計算手段３０で計算された車両姿勢状態、および目標ヨーレート計算手段２５で計算された目標ヨーレートから、指令する制駆動トルクを計算してトルク指令値Ｅとして指令する。なお以下の説明において、トルク指令値Ｅを制駆動トルクＥと表す場合がある。
　トルク指令値Ｙとトルク指令値Ｅは、最終トルク指令値を計算するインバータトルク指令装置１６に入力される。このインバータトルク指令装置１６は、トルク指令値Ｙとトルク指令値Ｅから計算した最終トルク指令値をインバータ装置１１へ指令する。インバータ装置１１は、モータ４の出力トルクが最終トルク指令値に対応するよう電流を制御してインホイールモータ駆動装置５を駆動する。
　駆動制御装置１０を構成するヨーモーメント制御装置１４、車両姿勢安定化制御装置１５内の各手段と、インバータトルク指令装置１６、スリップ判定装置３４、およびトルク制限装置３２内の不図示の各手段とは、具体的には、ソフトウエアやハードウエアで実現されたＬＵＴ（Look Up Table）、またはソフトウエアのライブラリ（Library）に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等、また必要に応じて、ライブラリ中の比較関数や四則演算関数やそれらに等価のハードウエア等を用いて、演算を行って結果を出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ（不図示）上のソフトウエア関数で構成されている。
　＜作用効果について＞
　以上説明した車両の旋回制御装置によると、スリップ判定装置３４は、車輪の角速度、角加速度、および車速から路面状態を判定する。制御ゲイン計算手段２６は、スリップ判定装置３４の判定結果に基づいて、定められた条件に従って制御ゲインを計算する。目標ヨーレート計算手段２５は、車速、操舵角、および前記制御ゲインから、目標ヨーレートを計算する。ヨーモーメント計算手段２７は、目標ヨーレートに応じて車両の各車輪の制駆動トルクを計算する。この制駆動トルクからトルク指令値Ｙが求められ、このトルク指令値Ｙ等に基づいて各車輪が制御される。
　制御ゲイン計算手段２６は、車輪の角速度、角加速度、および車速から判定されるスリップ判定装置３４の判定結果に基づいて制御ゲインを計算する。この場合、例えば、横加速度偏差に応じて求められる路面摩擦係数等から常に制御ゲインを計算する計算手段等に比べて、制御の応答遅れを解消することができる。したがって、例えば、低μ路等でタイヤがグリップ限界を超えないように制駆動トルクを遅滞なく制御することが可能となる。よって、車両姿勢を早期に安定化させることができ、また車両の旋回性能を最適に制御することができる。
　制御ゲイン計算手段２６は、スリップ率の絶対値が第１閾値以上であり、かつ、車輪角加速度の絶対値が第２閾値未満であるという第１条件を満たしたとき、路面摩擦係数を用いて制御ゲインを計算する。制御ゲイン計算手段２６は、前記スリップ率の絶対値が第１閾値以上であり、かつ、車輪角加速度の絶対値が第２閾値以上である第２条件を満たしたとき、制御ゲインを初期のヨー応答特性を決める制御ゲインから車両本来のヨー応答特性となる制御ゲインに戻す。第２条件として、例えば、スリップ率が大きく車輪角加速度も大きい条件を満たしたとき、制御ゲインを車両本来のヨー応答特性となる制御ゲインにすることで、車両姿勢を早期に安定化することができる。
　＜他の実施形態について＞
　図３に示すように、路面摩擦係数推定手段２４は、スリップ判定装置３４で計算されたスリップ率、横加速度センサ２１で検出された実横加速度と目標横加速度との偏差、およびヨーレートセンサ２０で検出された実ヨーレートと目標ヨーレートとの偏差に応じて路面摩擦係数を推定してもよい。このようにスリップ率、横加速度偏差およびヨーレート偏差から路面摩擦係数を推定することができる。
　車両として、前述の四輪全てにインホイールモータ駆動装置を備えた車両以外に、制動トルクに摩擦ブレーキを使用した車両を適用してもよい。図１３（ａ）に示す、内燃機関を駆動源とする四輪駆動車の場合、図１３（ｂ）に示す、同駆動源を持つ前輪駆動車の場合、図１３（ｃ）に示す、同駆動源を持つ後輪駆動車の場合において、それぞれ摩擦ブレーキを用いてヨーモーメント制御を行うことができる。図１３の各車両１によれば、旋回外輪はエンジン出力による駆動トルク、旋回内輪は駆動トルクよりも大きな摩擦ブレーキによる制動トルクを出力することでヨーモーメントが発生する。なお、同図中の各矢印の意味は先に述べたとおりである。
　インホイールモータ駆動装置においては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。車両として、左右輪それぞれに対応させて車体に設置された二つのモータの出力を、ドライブシャフト等を介して各車輪にそれぞれ伝達し、各車輪の制駆動トルクを独立に制御する車両にも適用し得る。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１…車両
２…車輪
４…電気モータ（制駆動源）
１４…ヨーモーメント制御装置
２０…ヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）
２１…横加速度センサ（横加速度検出手段）
２４…路面摩擦係数計算手段
２５…目標ヨーレート計算手段
２６…制御ゲイン計算手段
２７…ヨーモーメント計算手段
３４…スリップ判定装置

Claims (4)

  1. 　各車輪の制動トルクまたは駆動トルクである制駆動トルクを独立に制御可能な制駆動源を有する車両の旋回特性を制御する車両の旋回制御装置であって、
    　前記車両に発生するヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御装置と、
    　前記車両における車輪の角速度、角加速度、および前記車両の車速から路面状態を判定するスリップ判定装置と、を備え、
    　前記ヨーモーメント制御装置は、
    　制御ゲインを計算する制御ゲイン計算手段と、
    　前記車両の車速、操舵角、および前記制御ゲイン計算手段で計算された制御ゲインから、目標ヨーレートを計算する目標ヨーレート計算手段と、
    　この目標ヨーレート計算手段で計算された目標ヨーレートに応じて前記車両の各車輪の制駆動トルクを計算するヨーモーメント計算手段と、を備え、
    　前記制御ゲイン計算手段は、前記スリップ判定装置の判定結果に基づいて、定められた条件に従って前記制御ゲインを計算する車両の旋回制御装置。
  2. 　請求項１に記載の車両の旋回制御装置において、前記ヨーモーメント制御装置は、路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を備え、
    　前記制御ゲイン計算手段は、前記スリップ判定装置の判定結果が定められた第１条件を満たしたとき、前記路面摩擦係数推定手段で推定された路面摩擦係数を用いて前記制御ゲインを計算し、前記スリップ判定装置の判定結果が前記第１条件とは異なる定められた第２条件を満たしたとき、前記制御ゲインを初期のヨー応答特性を決める制御ゲインから車両本来のヨー応答特性となる制御ゲインに戻す車両の旋回制御装置。
  3. 　請求項２に記載の車両の旋回制御装置において、前記スリップ判定装置は、前記車輪の角速度および前記車両の車速から前記車輪のスリップ率を求め、前記車輪の角加速度および前記スリップ率に応じて前記路面状態を判定しており、
    　前記第１条件は、前記スリップ率の絶対値が第１閾値以上であり、かつ、前記角加速度の絶対値が第２閾値未満であり、
    　前記第２条件は、前記スリップ率の絶対値が第１閾値以上であり、かつ、前記角加速度の絶対値が第２閾値以上である車両の旋回制御装置。
  4. 　請求項３に記載の車両の旋回制御装置において、前記路面摩擦係数推定手段は、前記スリップ判定装置で計算されたスリップ率、前記車両に設けられた横加速度検出手段で検出された実横加速度と目標横加速度との偏差、および前記車両に設けられたヨーレート検出手段で検出された実ヨーレートと前記目標ヨーレートとの偏差に応じて路面摩擦係数を推定する車両の旋回制御装置。
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