(57)【要約】【課題】タイヤに発生するタイヤ横力を直接検出し、当該タイヤ横力情報を用いて、指令値の追従性能を向上させるための自動車の車両姿勢制御装置及び制御方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る車両姿勢制御装置は、自動車の前後輪に装着された２つのタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、そのハブユニットの軸受に作用する荷重から前後輪のタイヤ横力を検出する２つのタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、２つのタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットから検出された前後輪のタイヤ横力、自動車の車両重心から前後輪軸の距離、及び自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメント間の所定の関係式を用いてヨーレートを制御するヨーレート制御手段とを備える。【選択図】図１３
2010076739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御装置であって、
前記自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、該第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記前輪のタイヤ横力を検出する第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、
前記自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、該第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記後輪のタイヤ横力を検出する第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、
前記第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニット及び前記第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより検出された前記前輪のタイヤ横力及び前記後輪のタイヤ横力と、前記自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、前記自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【数１】
2010076739.tif 000055
前記自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御手段と
を備えたことを特徴とする車両姿勢制御装置。
【請求項２】
前記第１のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、前記ヨーレートと、前記前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【数２】
2010076739.tif 000056
前記自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両姿勢制御装置。
【請求項３】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御装置であって、
前記自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、該第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記前輪のタイヤ横力を検出する第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、
前記自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、該第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記後輪のタイヤ横力を検出する第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、
前記前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前記前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【数３】
2010076739.tif 000057
前記自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり角制御手段と
を備えたことを特徴とする車両姿勢制御装置。
【請求項４】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御装置であって、
前記自動車の前輪に装着されているタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、該タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記前輪のタイヤ横力を検出するタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、
前記自動車における所定のパラメータを用いて、前記自動車の後輪のタイヤ横力を推定する後輪タイヤ横力推定手段と、
前記タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより検出された前記前輪のタイヤ横力と、前記後輪タイヤ横力推定手段により推定された前記後輪のタイヤ横力と、前記自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、前記自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【数４】
2010076739.tif 000058
前記自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御手段と
を備えたことを特徴とする車両姿勢制御装置。
【請求項５】
前記後輪タイヤ横力推定手段は、前記自動車における前記所定のパラメータとして前記自動車の横加速度を用いて、以下の式により前記後輪タイヤ横力を推定することを特徴とする請求項４に記載の車両姿勢制御装置。
【数５】
2010076739.tif 000059
【請求項６】
前記前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、前記ヨーレートと、前記前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【数６】
2010076739.tif 000060
前記自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御手段
を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の車両姿勢制御装置。
【請求項７】
前記後輪タイヤ横力推定手段は、前記自動車における前記所定のパラメータとして前記自動車の前記車両横すべり角の推定値を用いて、以下の式により前記後輪タイヤ横力を推定することを特徴とする請求項６に記載の車両姿勢制御装置。
【数７】
2010076739.tif 000061
【請求項８】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御方法であって、
前記自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、該第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記前輪のタイヤ横力を検出する前輪タイヤ横力検出ステップと、
前記自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、該第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記後輪のタイヤ横力を検出する後輪タイヤ横力検出ステップと、
前記前輪タイヤ横力検出ステップ及び前記後輪タイヤ横力検出ステップにおいて検出された前記前輪のタイヤ横力及び前記後輪のタイヤ横力と、前記自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、前記自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【数８】
2010076739.tif 000062
前記自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御ステップと
を有することを特徴とする車両姿勢制御方法。
【請求項９】
前記前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、前記ヨーレートと、前記前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【数９】
2010076739.tif 000063
前記自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御ステップ
を更に有することを特徴とする請求項８に記載の車両姿勢制御方法。
【請求項１０】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御方法であって、
前記自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、該第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記前輪のタイヤ横力を検出する前輪タイヤ横力検出ステップと、
前記自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、該第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記後輪のタイヤ横力を検出する後輪タイヤ横力検出ステップと、
前記前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前記前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【数１０】
2010076739.tif 000064
前記自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり角制御ステップと
を有することを特徴とする車両姿勢制御方法。
【請求項１１】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御方法であって、
前記自動車の前輪に装着されているタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、該タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前記前輪のタイヤ横力を検出する前輪タイヤ横力検出ステップと、
前記自動車における所定のパラメータを用いて、前記自動車の後輪のタイヤ横力を推定する後輪タイヤ横力推定ステップと、
前記前輪タイヤ横力検出ステップにおいて検出された前記前輪のタイヤ横力と、前記後輪タイヤ横力推定ステップにおいて推定された前記後輪のタイヤ横力と、前記自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、前記自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【数１１】
2010076739.tif 000065
前記自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御ステップと
を有することを特徴とする車両姿勢制御方法。
【請求項１２】
前記後輪タイヤ横力推定ステップにおいて、前記自動車における前記所定のパラメータとして前記自動車の横加速度を用いて、以下の式により前記後輪タイヤ横力を推定することを特徴とする請求項１１に記載の車両姿勢制御方法。
【数１２】
2010076739.tif 000066
【請求項１３】
前記前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、前記ヨーレートと、前記前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【数１３】
2010076739.tif 000067
前記自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御ステップ
を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の車両姿勢制御方法。
【請求項１４】
前記後輪タイヤ横力推定ステップにおいて、前記自動車における前記所定のパラメータとして前記自動車の前記車両横すべり角の推定値を用いて、以下の式により前記後輪タイヤ横力を推定することを特徴とする請求項１３に記載の車両姿勢制御方法。
【数１４】
2010076739.tif 000068
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車両姿勢制御装置及び制御方法に関する。より詳細には、本発明は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた、自動車の車両姿勢制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）の有する最大の特徴は、モータを動力とする点であり、そのメリットは、高い制御性にある。この高い制御性には、モータの高速かつ正確なトルク応答、電流換算での正確なトルク値の把握が可能であること、及び小型であるため分散配置が可能であることが含まれる（非特許文献１参照）。これにより、ＥＶならではの車両制御を実現できることが実証されている（非特許文献２参照）。
【０００３】
モータを用いたステアリング機構の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）も、モータ駆動の利点を活かして、正確かつ高速な制御が可能である。この利点を活かして、ＥＰＳを用いた、高齢者や高速走行時におけるドライバの扱いやすい操舵システムの研究がなされている（非特許文献３及び非特許文献４参照）。
【０００４】
更に、ステアリングシステムを前後輪ともに操舵可能な４ＷＳ化することにより、後輪舵角も制御入力として用いることができる。これにより、従来よりも車両運動の限界性能が向上することが報告されている（非特許文献５参照）。また、４ＷＳ車両では、制御系の設計自由度が拡大するため、２ＷＳ車両よりも安定性の高い車線自動追従制御を実現することができる（非特許文献６参照）。近年では、４輪アクティブステアを搭載した車両も市販化されており、今後は更に利用範囲が拡大していくものと考えられる（非特許文献７参照）。
【０００５】
これまで、本発明者らは、アクティブステアリングと、左右後輪のインホイールモータの駆動力差によるヨーモーメントとを用いた、ＥＶの車両横すべり角及びヨーレートの非干渉制御法の有効性について研究してきた（非特許文献８及び非特許文献９参照）。しかしながら、この非干渉制御法には、プラント変動に対してロバスト性が低いという欠点があった。そこで、本発明者らは、車両横すべり角制御に対してラテラルフォースオブサーバ（ＬＦＯ）を設計し（非特許文献１０参照）、ヨーレート制御に対してヨーモーメントオブザーバ（ＹＭＯ）（非特許文献１１参照）を用いた車両姿勢制御法を提案した。当該車両姿勢制御法のシミュレーションでは、ロバスト性の向上が見込まれることが示されている。
【０００６】
また、車両姿勢制御に関して、車両のスリップを防止するために、グリップロス度を検出し、グリップが失われる前に補正操舵を自動で行い車両挙動を安定させることが提案されている（特許文献１参照）。この文献によれば、グリップロス度は、センサによって検出したタイヤ横力より推定した推定ＳＡＴ（セルフアライニングトルク）と、ステアリング系の運動方程式より検出した検出ＳＡＴとを比較することにより求められる。更に、このグリップロス度より車両状態を判定し、当該グリップロス度が所定値以上になった場合に補正操舵トルクを発生させることが記載されている。
【０００７】
また、車両姿勢制御に関して、ヨーレートや、Ｇセンサ等により計測される車両の状態量に対する、走行中のタイヤのスリップにより発生する単位時間当たりの熱損失である散逸パワーの比を考慮してフィードバック制御を行うことが提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、車両姿勢制御に関して、前輪横力が最大となる前輪すべり角に追従するように操舵を行うことで、危険回避性能を向上させることが提案されている（特許文献３参照）。この文献によれば、前輪横力及び輪荷重を計算によって求め、輪荷重及び横力が最大となるタイヤすべり角を導出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０２４０７３号明細書
【特許文献２】特開２００８−０４９９９６号明細書
【特許文献３】特開２００８−１２６９８５号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Y. Hori： “Future Vehicle Driven by Electricity and Control-Research on Four-Wheel-Motered: UOT Electric March II”, IEEE Trans. IE, Vol. 51, No. 5, 2004
【非特許文献２】H. Fujimoto, K. Fujii, N. Takahashi: “Road Condition Estimation and Motion Control of Electric Vehicle with in-wheel Motors”, JSAE Annual Congress, No. 12-06, pp. 25-28, 2006 (in Japanese)
【非特許文献３】M. Udagawa, J. Ishino, Y. Knou, M. Abe: “Development of planetary gear system with power assist using torque split control of traction motors and it's application to aged drivers”, JSAE Annual Congress, No. 11-07, pp. 23-28, 2007 (in Japanese)
【非特許文献４】M. Kubota, H. Mouri, N. Horiguchi: “An investigation on the effect of transient assistant torque input on steering effort”, JSAE Annual Congress, No. 75-05, pp. 9-14, 2005 (in Japanese)
【非特許文献５】E. Ono, Y. Hattori, S. Monzaki: “Improvement in Safety and Comfort by Active Four Wheel Steering - Improvement in Critical Performance by Optimal Distribution of Four Wheel Tire Forces -”, JSAE Annual Congress, No. 11-07, pp. 1-6, 2007 (in Japanese)
【非特許文献６】P. Raksincharoensak, H. Mouri, M. Nagai: “Investigation of Automatic Lane-Keeping Control of Four-Wheel-Steering Vehicle (Theoretical Discussion on Lateral and Yaw Dynamics)”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. C, vol. 69, No. 681, pp. 1254-1259, 2003 (in Japanese)
【非特許文献７】T. Katayama, Y. Yasuno, T. Oida, M. Sao, M.Imamura, N. Seki, Y. Sato: “Development of 4 Wheel Active Steer”, JSAE Annual Congress, No. 11-07, pp. 7-12, 2007 (in Japanese)
【非特許文献８】Y. Yamauchi, H. Fujimoto: “Fundamental Research on Decoupling Control of Yaw-rate and Body Slip Angle with Active Front and Rear Steering for Electric Vehicle”, VT-07-08, pp. 45-50, 2007 (in Japanese)
【非特許文献９】Y. Yamauchi, H. Fujimoto: “Fundamental Experiment on Yaw-rate and Body Slip Angle Control with Active Steering for Electric Vehicle”, The 16th Transportation and Logistics Conference 2007, No. 07-51, pp. 139-142, 2007 (in Japanese)
【非特許文献１０】Y. Yamauchi, H. Fujimoto: “Proposal of Lateral Force Observer with Active Steering for Electric Vehicle”, IEE of Japan Technical Meeting Record, IIC-08-138, pp. 29-34, 2008 (in Japanese)
【非特許文献１１】T. Saito, H. Fujimoto, T. Noguchi: “Traction and Steering Stabilization Control for Electric Vehicle Based on Slip and Yaw-Moment Observers”, Proc. IEEE of Japan, Technical Meeting Record, IIC-03-52, pp. 41-46, 2003 (in Japanese)
【非特許文献１２】安部正人：「自動車の運動と制御」、２００３年
【非特許文献１３】H. Nagase, T. Inoue, Y. Hori: “Decoupling Control of β and γ for high performance AFS and DYC of 4 Wheel Motered Electric Vehicle”, in Proceedings of the International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC), Hiroshima, Japan, 2002
【非特許文献１４】N. Takahashi, H. Fujimoto: “Consideration on Yaw Rate Control for Electric Vehicle Based on Cornering Stiffness and Body Slip Angle Estimation”, IEE of Japan Technical Meeting Record, IIC-06-04, pp. 17-22, 2006 (in Japanese)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の技術では、車両制御を行うのに、タイヤ横力を直接用いることなく、計算によって求めていた。このような観点から、車両制御における指令値の追従性能という点において、更なる向上の余地が見込まれる。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、タイヤに発生するタイヤ横力を直接検出し、当該タイヤ横力情報を用いて、指令値の追従性能を向上させるための自動車の車両姿勢制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の一態様は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御装置に関する。本車両姿勢制御装置は、自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前輪のタイヤ横力を検出する第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して後輪のタイヤ横力を検出する第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニット及び第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより検出された前輪のタイヤ横力及び後輪のタイヤ横力と、自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【００１４】
【数１】
2010076739.tif 000003
【００１５】
自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、本車両姿勢制御装置は、第１のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【００１７】
【数２】
2010076739.tif 000004
【００１８】
自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御手段を更に備えることができる。
【００１９】
本発明の別の態様は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御装置に関する。本車両姿勢制御装置は、自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前輪のタイヤ横力を検出する第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して後輪のタイヤ横力を検出する第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【００２０】
【数３】
2010076739.tif 000005
【００２１】
自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり角制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の別の態様は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御装置に関する。本車両姿勢制御装置は、自動車の前輪に装着されているタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであって、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前輪のタイヤ横力を検出するタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットと、自動車における所定のパラメータを用いて、自動車の後輪のタイヤ横力を推定する後輪タイヤ横力推定手段と、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより検出された前輪のタイヤ横力と、後輪タイヤ横力推定手段により推定された後輪のタイヤ横力と、自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【００２３】
【数４】
2010076739.tif 000006
【００２４】
自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
ここで、本車両姿勢制御装置において、後輪タイヤ横力推定手段は、自動車における所定のパラメータとして自動車の横加速度を用いて、以下の式により後輪タイヤ横力を推定することができる。
【００２６】
【数５】
2010076739.tif 000007
【００２７】
また、本車両姿勢制御装置は、前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【００２８】
【数６】
2010076739.tif 000008
【００２９】
自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御手段を更に備えることができる。
【００３０】
また、本車両姿勢制御装置において、後輪タイヤ横力推定手段は、自動車における所定のパラメータとして自動車の車両横すべり角の推定値を用いて、以下の式により後輪タイヤ横力を推定することができる。
【００３１】
【数７】
2010076739.tif 000009
【００３２】
本発明の別の態様は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御方法に関する。本車両姿勢制御方法は、自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前輪のタイヤ横力を検出する前輪タイヤ横力検出ステップと、自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して後輪のタイヤ横力を検出する後輪タイヤ横力検出ステップと、前輪タイヤ横力検出ステップ及び後輪タイヤ横力検出ステップにおいて検出された前輪のタイヤ横力及び後輪のタイヤ横力と、自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【００３３】
【数８】
2010076739.tif 000010
【００３４】
自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御ステップとを有することを特徴とする。
【００３５】
ここで、本車両姿勢制御方法は、前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【００３６】
【数９】
2010076739.tif 000011
【００３７】
自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御ステップを更に有することができる。
【００３８】
本発明の別の態様は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御方法に関する。本車両姿勢制御方法は、自動車の前輪に装着されている第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、第１のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前輪のタイヤ横力を検出する前輪タイヤ横力検出ステップと、自動車の後輪に装着されている第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、第２のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して後輪のタイヤ横力を検出する後輪タイヤ横力検出ステップと、前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【００３９】
【数１０】
2010076739.tif 000012
【００４０】
自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり角制御ステップとを有することを特徴とする。
【００４１】
本発明の別の態様は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いて自動車の車両姿勢を制御する車両姿勢制御方法に関する。本車両姿勢制御方法は、自動車の前輪に装着されているタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットにより、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットの軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定して前輪のタイヤ横力を検出する前輪タイヤ横力検出ステップと、自動車における所定のパラメータを用いて、自動車の後輪のタイヤ横力を推定する後輪タイヤ横力推定ステップと、前輪タイヤ横力検出ステップにおいて検出された前輪のタイヤ横力と、後輪タイヤ横力推定ステップにおいて推定された後輪のタイヤ横力と、自動車の車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離と、自動車の左右の駆動力差を用いたヨーモーメントとに基づいて、以下の式を用いて、
【００４２】
【数１１】
2010076739.tif 000013
【００４３】
自動車の車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートを制御するヨーレート制御ステップとを有することを特徴とする。
【００４４】
ここで、本車両姿勢制御方法では、後輪タイヤ横力推定ステップにおいて、自動車における所定のパラメータとして自動車の横加速度を用いて、以下の式により後輪タイヤ横力を推定することができる。
【００４５】
【数１２】
2010076739.tif 000014
【００４６】
また、本車両姿勢制御方法は、前輪のタイヤ横力と、車両速度と、前輪舵角と、ヨーレートと、前輪のコーナリングスティフネスとに基づいて、以下の式を用いて、
【００４７】
【数１３】
2010076739.tif 000015
【００４８】
自動車の車両横すべり角を推定して制御する車両横すべり制御ステップを更に有することができる。
【００４９】
また、本車両姿勢制御方法では、後輪タイヤ横力推定ステップにおいて、自動車における所定のパラメータとして自動車の車両横すべり角の推定値を用いて、以下の式により後輪タイヤ横力を推定することができる。
【００５０】
【数１４】
2010076739.tif 000016
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、タイヤに発生するタイヤ横力を直接検出し、当該タイヤ横力情報を用いることにより、指令値の追従性能を向上させる自動車の車両姿勢制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】二輪車両モデルを説明する模式図である。
【図２】車両姿勢の制御において非干渉制御を施した制御ブロック図である。
【図３】車両姿勢の制御において組み込むことが可能な外乱オブザーバの制御ブロック図である。
【図４】車両姿勢の制御においてＬＦＯとＹＭＯとを組み合わせた制御ブロック図である。
【図５】ＣＳのノミナル値が真値である場合の、シミュレーション結果のグラフを示しており、（ａ）は、ヨーレートの経時変化、（ｂ）は、車両横すべり角、（ｃ）は、左右の駆動力差を用いたヨーモーメント、及び（ｄ）は、舵角の経時変化を示すグラフである。
【図６】ＣＳがパラメータ誤差を持つ場合の、シミュレーション結果のグラフを示しており、（ａ）は、ヨーレートの経時変化、（ｂ）は、車両横すべり角、（ｃ）は、左右の駆動力差を用いたヨーモーメント、（ｄ）は、舵角の経時変化を示すグラフである。
【図７】実験車両のシステム構成図である。
【図８】コントローラに用いたＣＳのノミナル値とプラントの真値との間に誤差がある場合の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、提案法によるヨーレート、（ｂ）は、提案法による車両横すべり角、（ｃ）は、従来法によるヨーレート、（ｄ）は、従来法による車両横すべり角の経時変化を示すグラフである。
【図９】ＣＳがパラメータ誤差を持つ場合の実験結果を示すグラフであり、（ａ）は、提案法によるヨーレート、（ｂ）は、提案法による車両横すべり角、（ｃ）は、従来法によるヨーレート、（ｄ）は、従来法による車両横すべり角の経時変化を示すグラフである。
【図１０】光学式センサを用いた場合の、車両横すべり角の測定結果の経時変化を示すグラフである。
【図１１】タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた場合の、車両横すべり角の推定結果の経時変化を示すグラフである。
【図１２】光学式センサとマルチセンシングハブユニットとを比較するための、車両横すべり角の測定結果の経時変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法による、前後輪の横力情報が得られるとした場合の、制御系のブロック図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法による、前輪の横力情報が得られるとした場合の制御系のブロック図である。
【図１５】ＹＭＯを使用した手法による、制御系のブロック図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法による、制御系のブロック図である。
【図１７】コントローラとプラントモデルのＣＳを同一にした場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）によるヨーレート、（ｂ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）によるヨーレート、（ｃ）は、ＹＭＯを用いた手法によるヨーレートの経時変化を示すグラフである。
【図１８】コントローラとプラントモデルのＣＳを同一にした場合の、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法におけるヨーレートの応答誤差を示すグラフである。
【図１９】コントローラとプラントモデルのＣＳに誤差を持たせた場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）によるヨーレート、（ｂ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）によるヨーレート、（ｃ）は、ＹＭＯを用いた手法によるヨーレートの経時変化を示すグラフである。
【図２０】コントローラとプラントモデルのＣＳに誤差を持たせた場合の、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法におけるヨーレートの応答誤差を示すグラフである。
【図２１】コントローラとプラントモデルのＣＳを同一にした場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）によるヨーレートの経時変化を示すグラフであり、（ｂ）は、本シミュレーションにおける、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法におけるヨーレートの応答誤差を示すグラフである。
【図２２】コントローラとプラントモデルのＣＳに誤差を持たせた場合のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）によるヨーレートの経時変化を示すグラフであり、（ｂ）は、本シミュレーションにおける、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法におけるヨーレートの応答誤差を示すグラフである。
【図２３】ＤＦＯとＹＭＯとを用いたヨーレート制御系のブロック図である。
【図２４】理想条件下でのＤＦＯとＹＭＯを用いたヨーレート制御のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。  
【００５４】
＜タイヤに働く力と車両運動方程式＞  
（コーナリングフォース）  
図１は、二輪車両モデルを説明する模式図を示している。図示するように、この二輪車両モデルの座標系は、車両に固定されている。ここで、タイヤの向いている方向と進んでいる方向とのなす角度を車輪横すべり角と呼ぶ。この車輪横すべり角が生じることにより、横力が発生する。この横力の、車輪横すべり角に対する垂直方向の力をコーナリングフォースと呼ぶ。コーナリングフォースは、車輪横すべり角が小さい場合、車輪横すべり角に比例して大きくなり、車輪横すべり角が大きくなると飽和する、非線形特性を有している。車輪横すべり角が十分に小さいと仮定した場合、コーナリングフォースと車輪横すべり角との関係は、以下の式（１）及び（２）により表される。
【００５５】
【数１５】
2010076739.tif 000017
【００５６】
【数１６】
2010076739.tif 000018
【００５７】
ここで、添え字ｆ及びｒはそれぞれ、前輪及び後輪を表しており、Ｙｆ及びＹｒはそれぞれ、前後輪のコーナリングフォースであり、Ｃｆ及びＣｒはそれぞれ、前後輪におけるコーナリングスティフネス（ＣＳ）と呼ばれる係数であって、路面状況により時間に応じて変化する変数である。また、βは、車両の向きと進行方向とのなす角度である車両横すべり角であり、γは、車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートである。更に、αｆ及びαｒはそれぞれ、前後輪の車輪横すべり角であり、δｆは前輪舵角であり、Ｖは車両速度であり、ｌｆ及びｌｒはそれぞれ、車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離である。
【００５８】
（車両の運動方程式）  
図１に示した座標系において、車体のローリングを無視し、速度が一定であると仮定すると、この二輪車両モデルから、以下の式（３）及び（４）により表される車両の２つの運動方程式が求まる（非特許文献１２参照）。
【００５９】
【数１７】
2010076739.tif 000019
【００６０】
【数１８】
2010076739.tif 000020
【００６１】
ただし、Ｍは車両重量であり、Ｉは車両慣性であり、Ｎｚは左右の駆動力差モーメントである。
【００６２】
（車両運動の伝達関数）  
上記の式（３）及び（４）の２つの車両運動方程式より、前輪舵角から車両横すべり角までの車両運動の伝達関数Ｐ１（ｓ）は、以下の式（５）のようになる（非特許文献１２参照）。
【００６３】
【数１９】
2010076739.tif 000021
【００６４】
また、Ｎｚから車両横すべり角までの伝達関数Ｐ２（ｓ）は、以下の式（６）のようになる（非特許文献１２参照）。
【００６５】
【数２０】
2010076739.tif 000022
【００６６】
ただし、ωｎは、操舵に対する車両の固有振動数であり、ζは減衰比であり、ｌは、ｌｆ＋ｌｒである。また、Ａはスタビリファクタと呼ばれ、車両の定常円旋回における速度変化の大きさを示す係数であって、以下の式（７）のように定義される（非特許文献１２参照）。
【００６７】
【数２１】
2010076739.tif 000023
【００６８】
同様にして、前輪舵角からヨーレートの伝達関数Ｐ３（ｓ）及びＮｚからヨーレートの伝達関数Ｐ４（ｓ）をそれぞれ求めると、以下の式（８）及び（９）のようになる（非特許文献１２参照）。
【００６９】
【数２２】
2010076739.tif 000024
【００７０】
【数２３】
2010076739.tif 000025
【００７１】
これらの式より、Ｎｚから車両横すべり角までの伝達関数Ｐ２（ｓ）以外は、速度とＣＳとに依存する零点が存在していることが確認できる。
【００７２】
＜車両姿勢の制御法＞  
１．非干渉制御（ＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧ  ＣＯＮＴＲＯＬ）法  
本明細書において、ヨーレートをＮｚ、車両横すべり角をアクティブ前輪操舵で制御するものとする。ここで、車両運動の上記伝達関数Ｐ１（ｓ）〜Ｐ４（ｓ）を用いると、車両横すべり角β及びヨーレートγは、以下の式（１０）により表すことができる。
【００７３】
【数２４】
2010076739.tif 000026
【００７４】
上記の式（１０）から、２つの制御入力が、車両横すべり角β及びヨーレートγのそれぞれに干渉してしまうことが分かり、この干渉分が、車両姿勢制御に影響を与えてしまうものと考えられる。
【００７５】
そこで、この干渉分を予め考慮に入れたコントローラを設計し、制御入力の非干渉化を実現するよう２つの制御入力をそれぞれ、以下の式（１１）及び（１２）のようにする。
【００７６】
【数２５】
2010076739.tif 000027
【００７７】
【数２６】
2010076739.tif 000028
【００７８】
これらの式（１１）及び（１２）を、上記の式（１０）に代入すると、車両横すべり角β及びヨーレートγそれぞれは、以下の式（１３）及び（１４）のようになる。
【００７９】
【数２７】
2010076739.tif 000029
【００８０】
【数２８】
2010076739.tif 000030
【００８１】
以上から、
【００８２】
【数２９】
2010076739.tif 000031
【００８３】
【数３０】
2010076739.tif 000032
【００８４】
とすることにより、干渉による影響を消すことが可能となる。図２は、この非干渉化を施した制御系を示している。
【００８５】
２．ヨーモーメントオブザーバ（ＹＭＯ）  
車両に働く制御入力と外乱とを考慮すると、車両重心点における鉛直軸周りのヨーイング方程式は、以下の式（１７）により表すことができる。
【００８６】
【数３１】
2010076739.tif 000033
【００８７】
ただし、Ｎｄは、横風等による外乱ヨーモーメントである。上記の式（１７）において、右辺第一項及び右辺第二項により表されるタイヤに発生するコーナリングフォースによるヨーモーメントと、右辺第三項により表される外乱モーメントとの和をＮｔｄとする。すると、上記の式（１７）は、以下の式（１８）のように定式化することができる。
【００８８】
【数３２】
2010076739.tif 000034
【００８９】
上記の式（１８）についてヨーレート制御を行うためには、コーナリングフォースや外乱ヨーモーメントを知る必要がある。しかしながら、コーナリングフォースは非線形変数であるので、その測定や推定は困難である。そこで、コーナリングフォースや外乱ヨーモーメント等の影響を外乱としてとらえ、外乱オブザーバによって一括補償を行うのがＹＭＯである（非特許文献１１参照）。
【００９０】
ここで、Ｎｚ及びγの信号を検出して、上記の式（１８）において図３に示す外乱オブザーバを構成すれば、外乱モーメントＮｔｄは抑圧され、外乱オブザーバのカットオフ周波数ωｃ以下の帯域では、以下の式（１９）のようにノミナル化される。
【００９１】
【数３３】
2010076739.tif 000035
【００９２】
ここで、Ｎｉｎは、上記の式（１９）にノミナル化されたプラントに対する、駆動力差モーメントによる制御入力である。
【００９３】
２′．ＹＭＯ＋駆動力オブザーバ（ＤＦＯ）
さらに本発明では、ＹＭＯで用いるＮｚに、駆動力オブザーバ（ＤＦＯ）を用いて推定した駆動力より算出した値を用いる方法についても提案する。図２３に、ＤＦＯとＹＭＯとを用いたヨーレート制御系のブロック図を示す。ここでは、ヨーレート指令値は操舵角に応じてヨーレート指令値を生成するフィードフォワードモデルを用いて決定する。また、フィードバックコントローラはノミナルプラント
【００９４】
【数３４】
2010076739.tif 000036
【００９５】
に対して重根となるように極配置法で設計を行う比例制御とする。左右インホイールモータの駆動力差モーメントＮｚと加速度から左右輪のトルク指令値Ｔｒｌ＊、Ｔｒｒ＊を算出し、Ｔｒｌ＊、Ｔｒｒ＊と左右輪の角速度ωｒｌ、ωｒｒとからＤＦＯにおいて左右輪のタイヤ横力推定値
【００９６】
【数３５】
2010076739.tif 000037
【００９７】
を算出する。ＤＦＯの出力からヨーモーメント計算器において駆動力差モーメント推定値
【００９８】
【数３６】
2010076739.tif 000038
【００９９】
を導出し、この駆動力差モーメント推定値に基づきＹＭＯを用いる。ＤＦＯを用いることによりアンチワイドアップ効果が得られ、推定ヨーモーメント
【０１００】
【数３７】
2010076739.tif 000039
【０１０１】
の発散を防ぐことができる。
【０１０２】
３．ラテラルフォースオブザーバ（ＬＦＯ）  
外乱を考慮に入れた車両横方向の運動方程式は、以下の式（２０）により表される。
【０１０３】
【数３８】
2010076739.tif 000040
【０１０４】
ただし、Ｙｄは、横風等による外乱横力である。ここで、
【０１０５】
【数３９】
2010076739.tif 000041
【０１０６】
として、上記の式（２０）について、左辺はβの微分項のみの形に、右辺は前輪舵角項及びＹｔｄの形に変形すると、以下の式（２１）のように定式化することができる。
【０１０７】
【数４０】
2010076739.tif 000042
【０１０８】
上記の式（２１）において、β及びδｆの信号が検出可能であると仮定すると、図３に示す外乱オブザーバを構成すれば、外乱は抑圧され、以下の式（２２）のようにノミナル化することができる。
【０１０９】
【数４１】
2010076739.tif 000043
【０１１０】
ここで、δｉｎは、上記の式（２２）にノミナル化されたプラントに対する、アクティブ操舵による制御入力である。上記の式（２２）を構成するための外乱オブザーバを、ＬＦＯとする。
【０１１１】
＜シミュレーション＞  
図２に示した従来法である非干渉制御法（以下、従来法と呼ぶ）と、図４に示す本明細書で提案したＬＦＯとＹＭＯとを組み合わせた制御法（以下、提案法と呼ぶ）とをシミュレーションにより比較した。また、図２３に示すブロック図で実現されるＤＦＯとＹＭＯとを組み合わせた制御法についてもシミュレーションを行った。
【０１１２】
本シミュレーションでは、コントローラは、従来法及び提案法ともに、極配置法で設計した。
【０１１３】
提案法の車両横すべり角の制御系は、上記の式（２２）のノミナルプラントに対して閉ループ極が−２．０［ｒａｄ／ｓ］、ヨーレートの制御系は、上記の式（１９）に対して−１．０［ｒａｄ／ｓ］に配置した比例制御とした。また、オブザーバのカットオフ周波数は、ＬＦＯ及びＹＭＯともに、−１０［ｒａｄ／ｓ］とした。
【０１１４】
従来法の車両横すべり角は、伝達関数Ｐ１（ｓ）に対して閉ループ極が−６．５［ｒａｄ／ｓ］、ヨーレートは、伝達関数Ｐ４（ｓ）に対して−５．５［ｒａｄ／ｓ］に配置したＰＩＤ制御とした。
【０１１５】
更に、提案法及び従来法の両方について、車速を１２［ｋｍ／ｈ］とし、車両横すべり角の指令値を０．０３５［ｒａｄ］とし、ヨーレートの指令値を０．１５［ｒａｄ／ｓ］とした。
【０１１６】
（ＣＳのノミナル値が真値である場合）  
車両姿勢に影響を与える変数の１つであるＣＳは、路面状態に応じて変化する。提案法及び従来法の両方について、ＣＳのノミナル値が真値である場合のプラントモデルのＣＳを、前輪２２７０とし、後輪６８００として、これらを真値とした。これらのＣＳの真値をコントローラに与えた場合のシミュレーションを行った。
【０１１７】
図５は、ＣＳのノミナル値が真値である場合の、シミュレーション結果のグラフを示している。図５（ａ）は、ヨーレートの経時変化を示し、図５（ｂ）は、車両横すべり角の経時変化を示し、図５（ｃ）は、左右の駆動力差を用いたヨーモーメントの経時変化を示し、図５（ｄ）は、舵角の経時変化を示している。図示するように、オブザーバを用いた提案法では、ヨーレート及び車両横すべり角がともに、指令値に対して一次遅れ系で追従していることが確認できる。
【０１１８】
一方、従来法でも、図示するように、ヨーレートの立ち上がり時間の遅れや車両横すべり角に若干の歪みが見られるが、最終的には指令値に追従していることが確認できる。従って、コントローラのＣＳが真値である場合には、提案法及び従来法ともに、ほぼ同様の効果が得られると言える。
【０１１９】
（ＣＳがパラメータ誤差を持つ場合）  
上述したとおり、ＣＳは路面状態に応じて変化するため、実際にはプラントとコントローラのＣＳが一致することはほとんどないと考えられる。そこで、コントローラとプラントのＣＳに誤差を持たせ、その影響を考察した。通常このような場合、プラントパラメータを変動させるが、このシミュレーションでは、後述する実験条件に合わせるために、コントローラのＣＳに誤差を持たせた。このときのコントローラのＣＳは、前輪を１８９０とし、後輪を４７６０とした。
【０１２０】
図６は、ＣＳがパラメータ誤差を持つ場合の、シミュレーション結果のグラフを示している。図６（ａ）は、ヨーレートの経時変化を示し、図６（ｂ）は、車両横すべり角の経時変化を示し、図６（ｃ）は、左右の駆動力差を用いたヨーモーメントの経時変化を示し、図６（ｄ）は、舵角の経時変化を示している。図示するように、コントローラにＣＳの項を多く含む従来法では、ＣＳが真値であった場合に比べて大きく振動している。これより、従来法では、ＣＳの変動に対して大きく影響を受けることが分かる。
【０１２１】
一方、提案法では、図示するように、ＣＳの値を変化させても大きな変動はなく、ＣＳが真値である場合と同様の結果が得られることが確認できる。
【０１２２】
以上から、ＬＦＯとＹＭＯとを用いることにより、ＣＳの変動に対してロバスト性の向上が可能であると考えられる。
【０１２３】
次に、ＤＦＯとＹＭＯを用いたヨーレート制御に関するシミュレーションについて説明する。車速を２０ｋｍ／ｈとし、０．1ｒａｄのステップ操舵を行うものとした。図２４に、理想条件下でのＤＦＯとＹＭＯを用いたヨーレート制御のシミュレーション結果を示す。この結果から、指令値に対して追従していることが分かる。このとき、フィードバックコントローラの極は−５ｒａｄ／ｓｅｃとし、ＹＭＯのカットオフ周波数は１０ｒａｄ／ｓｅｃとした。
【０１２４】
＜実験＞  
（実験条件）  
実験車両には、本発明者らが製作した電気自動車「ＦＰＥＶ２−Ｋａｎｏｎ」を用いた。本実験車両は、駆動源に最大トルクが±３４０［Ｎ・ｍ］である東洋電機製造株式会社製のアウターロータ型インホイールを後二輪に搭載している。
【０１２５】
ステアリング機構は、ステアバイワイヤシステム（ＳｂＷ）及び４ＷＳ方式を採用した。ＥＰＳ用モータとしてｍａｘｏｎ社製の２５０Ｗモータを２基搭載し、アクティブ４ＷＳが実現可能なシステムとなっている。また、前輪ステアリング機構は、ＳｂＷとＥＰＳとの切り替えができるよう、ステアリングシャフトを取り外し可能な構造となっている。なお、図７は、実験車両のシステム構成図を示している。
【０１２６】
また、本実験では、アスファルト路面よりもグリップ力の低い非舗装路を、車両速度Ｖ＝１２［ｋｍ／ｈ］で走行した。
【０１２７】
（実験結果）  
指令値は、シミュレーションと同様の値を用い、車両横すべり角は、ＣＯＲＲＹＳＹＳ−ＤＡＴＲＯＮ社製の光学式センサＣＯＲＲＥＶＩＴ  Ｓ−４００で測定した。
【０１２８】
図８は、コントローラに用いたＣＳのノミナル値とプラントの真値との間に誤差がある場合の実験結果を示すグラフであり、図９は、ＣＳがパラメータ誤差を持つ場合の事件結果を示すグラフである。図８（ａ）及び図９（ａ）は、提案法によるヨーレートの経時変化を示し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、提案法による車両横すべり角の経時変化を示している。一方、図８（ｃ）及び図９（ｃ）は、従来法によるヨーレートの経時変化を示し、図８（ｄ）及び図９（ｄ）は、従来法による車両横すべり角の経時変化を示している。図８に示すように、ＣＳのノミナル値が真値であれば、提案法及び従来法ともに、指令値に追従することが確認できる。しかしながら、図９に示すように、コントローラのＣＳがパラメータ誤差を持った場合には、提案法では追従性に大きな変化はないが、従来法では振動的になることが確認できる。
【０１２９】
以上から、本実験においても、シミュレーションと同様に、提案法では、ＣＳの変動に対してロバスト性が向上することが確認できた。
【０１３０】
＜タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた車両横すべり角推定法＞  
次に、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた車両横すべり角推定法について説明する。上述したように、これまでの実験等においては、光学式センサを用いて車両横すべり角を測定していた。しかしながら、光学式センサは、高価であることや、水しぶき・雪等により測定異常が発生する可能性があった。そこで、光学式センサに代わる車両横すべり角の測定に、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットによる推定法を用いることにした。
【０１３１】
タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットとは、ハブユニット軸受に作用する荷重によって変化する車輪回転のパルス信号波形を測定してタイヤ横力を検出するものである。このハブユニットは、以下の＜車両横すべり角の推定試験＞において、上述した実験車両の前輪に装着させて、車両横すべり角を推定している。
【０１３２】
ここで、上記の式（１）を変形すると、以下の式（２３）が導出される。
【０１３３】
【数４２】
2010076739.tif 000044
【０１３４】
前輪のタイヤ横力、車両速度、前輪舵角、及びヨーレートは全て測定可能であり、従って、上記の式（２３）の右辺は既知となるので、これにより車両横すべり角の測定が可能となる。また、Ｃｆは、非特許文献１４において提案された推定法を用いて求めることができる。
【０１３５】
＜車両横すべり角の推定試験＞  
車両横すべり角の本推定試験では、ＣＯＲＲＹＳＹＳ−ＤＡＴＲＯＮ社製の光学式センサＣＯＲＲＥＶＩＴ  Ｓ−４００と、日本精工株式会社製のタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットであるマルチセンシングハブユニットとを用いて、車両横すべり角を測定した。測定条件として、舗装路面を時速２３ｋｍ／ｈで走行し、サイン波状に操舵した。
【０１３６】
図１０〜図１２は、本推定試験の結果のグラフを示している。図１０は、光学式センサを用いた場合の、車両横すべり角の経時変化を示し、図１１は、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットによる推定法を用いた場合の、車両横すべり角の経時変化を示している。また、図１２は、光学式センサとタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットとを比較するための、車両横すべり角の経時変化を示している。図１１及び図１２のグラフから、光学式センサを用いた測定よりも、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットによる推定法の方が、ノイズ成分が少ないことが確認できる。
【０１３７】
図１２に示すように、光学式センサを用いた測定では、振幅の頂点で測定値に歪みが生じている。これに対して、図１２に示すようにタイヤ横力センサ内蔵ハブユニットによる推定では、シミュレーションに近い結果が得られたことが確認できる。
【０１３８】
従って、ノイズ成分が少ないこと、及びシミュレーションにより近い値を測定できることから、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた車両横すべり角の推定は、車両姿勢制御の観点において有効なものであると考えられる。
【０１３９】
＜タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた自動車の車両姿勢制御＞  
以下では、本発明の実施形態に係る、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットを用いた自動車の車両姿勢制御について説明する。
【０１４０】
［第１の実施形態］  
（前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法）  
まず、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法について説明する。この手法では、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットは、上述した実験車両の前後輪の両方に装着させている。ここで、線形二輪モデルにおける車両のヨーイング方程式は、以下の式（２４）のように記述することができる。
【０１４１】
【数４３】
2010076739.tif 000045
【０１４２】
ただし、添え字ｆ及びｒはそれぞれ、前輪及び後輪を表しており、Ｉは車両のヨー慣性モーメントであり、γは、車両重心点における鉛直軸周りの回転角速度であるヨーレートである。また、ｌｆ及びｌｒはそれぞれ、車両重心から前輪軸及び後輪軸までの距離であり、Ｙｆ及びＹｒはそれぞれ、前後輪の横力であって、これらＹｆ及びＹｒは、非線形係数である。更に、Ｎｚは、左右の駆動力差を用いたヨーモーメントであって、制御入力である。
【０１４３】
上述したＹＭＯを用いた方法では、上記の式（２４）の右辺第一項及び右辺第二項をまとめて、外乱オブザーバにより一括推定していたが、Ｙｆ及びＹｒが計測できれば、上記の式（２４）の右辺は全て既知となる。従って、この場合、外乱オブザーバのローパスフィルタの影響を受けない直接ヨーレート制御（ＤＹＣ）が実現可能となる。図１３は、本発明の第１の実施形態に係る、前後輪の横力情報が得られるとした場合の、制御系のブロック図を示している。
【０１４４】
［第２の実施形態］  
（前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法）  
次に、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法について説明する。この手法では、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットは、上述した実験車両の前輪に装着させて、車両横すべり角を推定する。ここで、前輪のタイヤ横力情報が得られれば、車両横すべり角は、以下の式（２５）のように推定できる。
【０１４５】
【数４４】
2010076739.tif 000046
【０１４６】
また、後輪のタイヤ横力は、以下の式（２６）のようになる。
【０１４７】
【数４５】
2010076739.tif 000047
【０１４８】
以上から車両横すべり角の推定値を用いることにより、後輪タイヤ横力
【０１４９】
【数４６】
2010076739.tif 000048
【０１５０】
は、以下の式（２７）のように推定することができる。
【０１５１】
【数４７】
2010076739.tif 000049
【０１５２】
上記の式（２７）により推定した後輪タイヤ横力を、上記の式（２４）におけるＹｒの代わりに用いることにより、本実施形態では、自動車の車両姿勢を制御しようというものである。
【０１５３】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る、前輪の横力情報が得られるとした場合の、制御系のブロック図を示している。
【０１５４】
［第３の実施形態］  
次に、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法について説明する。この手法では、タイヤ横力センサ内蔵ハブユニットは、上述した実験車両の前輪に装着させるが、車両横すべり角の推定は行わない。ここで、車両の横方向の運動方程式は、以下の式（２８）によって表される。
【０１５５】
【数４８】
2010076739.tif 000050
【０１５６】
横加速度ａｙは測定可能であるので、後輪タイヤ横力は、以下の式（２９）のように推定することができる。
【０１５７】
【数４９】
2010076739.tif 000051
【０１５８】
上記の式（２９）により推定した後輪タイヤ横力を、上記の式（２４）におけるＹｒの代わりに用いることにより、本実施形態では、自動車の車両姿勢を制御しようというものである。
【０１５９】
図１６は、本発明の第３の実施形態に係る、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法による、制御系のブロック図を示している。
【０１６０】
なお、本発明に係る諸実施形態との比較のために、図１５に、ＹＭＯを使用した手法による、制御系のブロック図を示している。
【０１６１】
＜シミュレーション＞  
本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、及びＹＭＯを使用した手法のそれぞれについて、シミュレーションモデルを線形モデルとし、ヨーレート制御を行った。
【０１６２】
ここで、ＹＭＯのカットオフ周波数は、１０［ｒａｄ／ｓ］とし、ＤＹＣ制御器は、ノミナル化されたプラント
【０１６３】
【数５０】
2010076739.tif 000052
【０１６４】
に対して−５［ｒａｄ／ｓ］に極配置した比例制御とした。
【０１６５】
前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）、及び前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）では、ノミナル化されたプラント
【０１６６】
【数５１】
2010076739.tif 000053
【０１６７】
に対して、入力から出力までの伝達関数が１となるようなフィードフォワード制御器
【０１６８】
【数５２】
2010076739.tif 000054
【０１６９】
を適用している。
【０１７０】
また、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、及びＹＭＯを使用した手法のそれぞれについて、車両速度は、１２［ｋｍ／ｓ］とした。
【０１７１】
＜シミュレーション結果＞
図１７は、コントローラとプラントモデルのＣＳを同一にした場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１７（ａ）は、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）による、ヨーレートの経時変化を示し、図１７（ｂ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）による、ヨーレートの経時変化を示し、図１７（ｃ）は、ＹＭＯを用いた手法による、ヨーレートの経時変化を示している。図示するように、何れの手法も概ね、ヨーレートの出力値は、ヨーレートの指令値に追従していることが確認できる。一方、図１８に示すように、ヨーレートの応答誤差についてみると、タイヤ横力情報を用いた手法の方が、小さいことが確認できる。
【０１７２】
以上から、ヨーレート制御に関して、タイヤ横力情報を用いた手法の方が、より効果的なものであると考えられる。
【０１７３】
図１９は、コントローラとプラントモデルのＣＳに誤差を持たせた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図１９（ａ）は、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）による、ヨーレートの経時変化を示し、図１９（ｂ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）による、ヨーレートの経時変化を示し、図１９（ｃ）は、ＹＭＯを用いた手法による、ヨーレートの経時変化を示している。また、図２０は、本シミュレーションにおける、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法での応答誤差を示している。図１７及び図１８に示したシミュレーション結果と同様、図１９及び図２０から、タイヤ横力情報を用いた手法の方が、より効果的なものであることが確認できる。前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法（第２の実施形態）においては、上述した非特許文献１４において提案されたＣＳ推定法を用いれば、ＣＳの変動に対する性能劣化を改善できることが、当業者には理解されよう。
【０１７４】
次に、図２１は、コントローラとプラントモデルのＣＳを同一にした場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図２１（ａ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）によるヨーレートの経時変化を示している。また、図２１（ｂ）は、本シミュレーションにおける、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法におけるヨーレートの応答誤差を示している。図２１（ａ）に示されるように、ヨーレートの出力値は、ヨーレートの指令値に追従していることが確認できる。一方、図２１（ｂ）に示されるように、応答誤差についてみると、図１８と同様、タイヤ横力情報を用いた手法の方が、小さいことが確認できる。
【０１７５】
図２２は、コントローラとプラントモデルのＣＳに誤差を持たせた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図２２（ａ）は、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）によるヨーレートの経時変化を示している。また、図２２（ｂ）は、本シミュレーションにおける、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法（第１の実施形態）、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法（第３の実施形態）、及びＹＭＯを用いた手法におけるヨーレートの応答誤差を示している。図１７〜図２１に示したシミュレーション結果と同様、タイヤ横力情報を用いた手法の方が、より効果的なものであることが確認できる。更に、図２１及び図２２から、横加速度を用いる第３の実施形態では、ＣＳが制御系に関係していないため、ＣＳ変動の影響をまったく受けていないことが確認できる。
【０１７６】
以上、電気自動車を対象として、本発明を適用可能な実施形態について説明してきたが、本発明の適用は、電気自動車だけに限定されるものではない。本発明は、各車輪へのトルク分配の機構がある（すなわち、Ｎｚを発生できる）、現在のガソリン車やスポーツカーにも適用可能である。
【０１７７】
以上説明したように、前後輪のタイヤ横力情報を用いた手法による自動車の車両姿勢制御（第１の実施形態）に関して、ＣＳに誤差を持たせた場合でも指令値に追従させることが可能である。
【０１７８】
また、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた、車両横すべり角を推定せずに後輪タイヤ横力を推定する手法による自動車の車両姿勢制御（第３の実施形態）に関しても、測定可能な横加速度を用いることにより、ＣＳに誤差を持たせた場合でも指令値に追従させることが可能である。
【０１７９】
更に、前輪のみのタイヤ横力情報を用いた手法による自動車の車両姿勢制御（第２の実施形態）に関しても、ＣＳ推定法を用いて、ＣＳの変動に対する性能劣化を改善することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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