(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の各ホイールの内部にモータを装着して制御するインホイールシステムを用いた車両制御方法において、
車両走行情報を基に車両の旋回モードを判断するステップと、
前記旋回モードに対する前記車両の現在のアッカーマン率を計算するステップと、
前記現在のアッカーマン率を基に制御命令を生成するステップと、
前記制御命令を用いて前記各ホイールのモータをそれぞれ制御するステップと、
を含み、
前記旋回モードが回転半径最小化モードである場合に、前記現在のアッカーマン率の最小回転半径数値を計算し、これをアッカーマン率が１００％である場合の最小回転半径数値と比較して前記制御命令を生成することを特徴とするインホイールシステムを用いた車両制御方法。
【請求項２】
前記旋回モードが旋回安定性向上モードである場合に、前記車両の現在のヨーレートを前記車両の現在のアッカーマン率による目標のヨーレートと比較して前記制御命令を生成することを特徴とする請求項１に記載のインホイールシステムを用いた車両制御方法。
【請求項３】
前記車両の走行情報は、操向角、操向角速度、車速及びヨーレートのうちの少なくとも１以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のインホイールシステムを用いた車両制御方法。
【請求項４】
前記現在のアッカーマン率は、前記車両のラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元のうちの少なくとも１以上を考慮して計算することを特徴とする請求項１に記載のインホイールシステムを用いた車両制御方法。
【請求項５】
前記目標のヨーレートは、前記車両の現在のアッカーマン率、操向角及び車速を考慮して計算することを特徴とする請求項２に記載のインホイールシステムを用いた車両制御方法。
【請求項６】
前記現在のアッカーマン率の最小回転半径数値は、ラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元のうちの少なくとも１以上を考慮して計算することを特徴とする請求項１に記載のインホイールシステムを用いた車両制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインホイールシステムを用いた車両制御方法に係り、より詳しくは、アッカーマン性向の操向原理を用いて、車両の旋回安定性を確保しながらも、回転半径を最小にさせることのできるインホイールシステムを用いた車両制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、インホイールシステム（Ｉｎ−ｗｈｅｅｌ  ｓｙｓｔｅｍ）は、電気モータが車輪のホイール内に装着されて駆動力を直接各ホイールにおいて制御するシステムであり、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車及び電気自動車など電気モータをホイールの駆動源として用いる自動車に用いられる。
一般に、車両の操向装置は、運転者に車両の進行方向を任意に操作させる装置であり、リンク機構を介してギア機構の作動を前輪に伝達する役割を果たし、左右車輪の関係位置を正しく支持する部分であり、タイロッド及びナックルアームにより構成されている。
【０００３】
上記操向装置は、一般に、アッカーマン性向の操向原理に従う。運転者が入力した操向角によって発生するラックストロークとタイヤ角度との間にはアッカーマンジオメトリー条件が成立し、このような条件下で、下記のようにアッカーマン角及びアッカーマン率を定義することができる。
アッカーマン角は、操向状態で前輪及び後輪の法線が両方とも旋回の中心を通過するときの外輪タイヤ角として定義し、アッカーマン率は、操向状態で発生する実際のタイヤ角と理論的なアッカーマン角との間の比率（％）として定義する。
アッカーマン角及びアッカーマン率は、図１に示す式によって計算することができる。
【０００４】
アッカーマン率が１００％となると最も理想的であるが、その他のリンク部との制限条件によって、実際の操向システムの設計に際して、アッカーマン率は、操向角によって約４０〜８０％程度に設計される。
アッカーマン率が適当に適用されなければ、車両のタイヤ引き現象が現れたり操向感が鈍くなる問題が発生する恐れがある。
従来の技術の場合、図１に示すように、車両が一般旋回走行をするときに車両に遠心力が働き、タイヤにはこれを打ち消すためのコーナリング力が車両のタイヤに働いてタイヤスリップが発生する。
このようなタイヤスリップによって旋回中心点Ｏが上向きに移動Ｏ’することにより、アッカーマンジオメトリー条件を満たすことができないため、タイヤ引き現象や操向感低下が発生するという問題があった。
【０００５】
また、このような車両の一般旋回走行時に操向角の範囲は低い領域に含まれるため、図２に示すように、アッカーマン率が低下するという問題があった。
一方、車両が、最小回転半径が求められる旋回走行をするときには、回転半径の最小化のためには、外輪タイヤ角（外輪角）が大きいほど有利である。
この場合、車両の回転半径を最小にさせるためには操向角を大きくする必要があり、操向角が大きくなると、図２に示すように、アッカーマン率も大きくなる。
しかしながら、図１に示すアッカーマン率の計算式によれば、アッカーマン率が大きくなる条件は、内輪角が外輪角よりも大きくなる領域となる。要するに、アッカーマン率を大きくするためには、外輪角が小さい必要があり、これは回転半径の最小化に不利になるため、従来の技術の場合に、旋回安定性を維持しながら回転半径を最小化させることが困難という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１３９５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は従来技術における問題を解決するためになされたものであって、その目的は、アッカーマン性向を用いて旋回安定性の向上及び回転半径の最小化を両立させることのできるインホイールシステムを用いた自動車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】
【０００８】
本発明は、車両の各ホイールの内部にモータを装着して制御するインホイールシステムを用いた車両制御方法において、車両走行情報を基に車両の旋回モードを判断するステップと、旋回モードに対する車両の現在のアッカーマン率を計算するステップと、現在のアッカーマン率を基に制御命令を生成するステップと、制御命令を用いて各ホイールのモータをそれぞれ制御するステップと、を含み、
前記旋回モードが回転半径最小化モードである場合に、前記現在のアッカーマン率の最小回転半径数値を計算し、これをアッカーマン率が１００％である場合の最小回転半径数値と比較して前記制御命令を生成することを特徴とする。
【０００９】
前記旋回モードが旋回安定性向上モードである場合に、車両の現在のヨーレートを車両の現在のアッカーマン率による目標のヨーレートと比較して制御命令を生成することが好ましい。
【００１０】
前記旋回モードが回転半径最小化モードである場合に、現在のアッカーマン率の最小回転半径数値を計算し、これをアッカーマン率が１００％である場合の最小回転半径数値と比較して制御命令を生成することが好ましい。
【００１１】
前記車両走行情報は、操向角、操向角速度、車速及びヨーレートのうちの少なくとも１以上を含むことが好ましい。
【００１２】
前記現在のアッカーマン率は、車両のラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元のうちの少なくとも１以上を考慮して計算することが好ましい。
【００１３】
前記目標のヨーレートは、車両の現在のアッカーマン率、操向角及び車速を考慮して計算することが好ましい。
【００１４】
前記現在のアッカーマン率の最小回転半径数値は、ラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元のうちの少なくとも１以上を考慮して計算することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インホイールモータを用いて、内輪及び外輪のトルクを独立して制御することができるので、高いアッカーマン率を維持して旋回安定性を確保することができ、しかも、回転半径を最小にさせることができる。  
また、本発明によれば、各ホイールのモータのトルクを独立して調節することができるので、車両の走行性能が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】アッカーマン角及びアッカーマン率の計算式を示す図である。
【図２】操向角とアッカーマン率との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるインホイールシステムを用いた自動車制御方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態によるインホイールシステムを示す図である。
【図５】アッカーマン率と目標のヨーレートとの間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述する。
図３は、本発明の実施形態によるインホイールシステムを用いた自動車制御方法のフローチャートである。
図３に示すように、本発明の実施形態によるインホイールシステムを用いた自動車制御方法は、車輪の各ホイールの内部にモータ（以下、「インホイールモータ」と称する。）を装着して制御するインホイールシステムを用いた車両制御方法において、車両走行情報を基に旋回モードを判断するステップ（Ｓ１０）と、旋回モードに対する車両の現在のアッカーマン率を計算するステップ（Ｓ１３、Ｓ２３）と、現在のアッカーマン率を基に制御命令を生成するステップ（Ｓ１６、Ｓ２６）と、制御命令を用いて各ホイールのモータを制御するステップ（Ｓ１７、Ｓ２７）と、を含む。
【００１８】
インホイールシステムは、電気モータが車輪のホイール内に装着されて駆動力を直接的に各ホイールにおいて制御するシステムであって、図４に示す実施形態によれば、車両の前輪及び後輪の左右のホイールの両方にモータ２００をそれぞれ装着し、モータのトルクをそれぞれ制御する。
一つまたは多数の実施形態において、インホイールシステム１０は、図４に示すように、ホイールを駆動する出力軸と共に回転するホイールハブ１００と、出力軸に連結された入力軸を回転させるようにホイール内に配設されるモータ２００と、入力軸及び出力軸の間に設けられて入力軸の回転数を減らして出力軸に伝達する減速機３００と、を備える。
【００１９】
このような構成によれば、各ホイールに装着されたモータ２００を独立して駆動及び制御することにより、車両の前後左右のホイールのモータトルクを適切に配分することができるので、車両の走行性能が向上する効果がある。
例えば、車両の左右のインホイールモータのトルク差分を調節して横力を発生することにより、駆動による操向可能である。
図３に示すように、車両の走行情報を基に旋回モードを判断する（Ｓ１０）。
一つまたは多数の実施形態において、旋回モードは、旋回安定性向上モード（Ｓ１２）と回転半径最小化モード（Ｓ２２）とに分れられる。
旋回安定性向上モード（Ｓ１２）は、車両が一般旋回走行状態（Ｓ１１）にある場合に適用される。
【００２０】
すなわち、車両が曲線道路などにおいて通常の旋回走行状態にある場合に適用される旋回モードである。
これに対し、回転半径最小化モード（Ｓ２２）は、駐車状況やＵターンのように車両が低速にて運行（Ｓ２１）しながら、狭い空間において回転半径を最小化させて旋回する必要があるときに適用される旋回モードである。
旋回モードを判断するのに必要な車両の走行情報は、車両の操向角、操向角速度、車速及びヨーレート（回転角速度）のうちの少なくとも１以上を含むことが好ましい。
【００２１】
車速と操向角操向角速度などは、センサーを用いて測定することができる。
ヨーレートは、車両の旋回による旋回の度合いを示す値であり、これもまた車両の内部に設けられたヨーレートセンサーなどによって測定することができる。
一般に、旋回安定性向上モード（Ｓ１２）に比べて、回転半径最小化モード（Ｓ２２）の場合に、操向角と、操向加速度及びヨーレートが大きくて車速は小さい。
ステップＳ１０においては、このような車両走行情報を基に車両の旋回モードを判断する。
車両の旋回モードが決定されると、当該旋回モード別に現在のアッカーマン率を計算し（Ｓ１３、Ｓ２３）、現在のアッカーマン率を基に制御命令を生成し（Ｓ１６、Ｓ２６）、これにより車両に装着されたそれぞれのインホイールモータを制御する（Ｓ１７、Ｓ２７）。
【００２２】
まず、旋回モードが旋回安定性向上モード（Ｓ１２）である場合に、車両の現在のアッカーマン率を計算する（Ｓ１３）。
アッカーマン率とは、操向状態で発生する実際のタイヤ角及び理論的なアッカーマン角との間の割合を意味し、アッカーマン角とは、操向状態で前輪及び後輪の法線が両方とも旋回の中心を通過するときの外輪タイヤ角を意味する。
車両の現在のアッカーマン率は、車両のラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元などを考慮して計算することができる。
一般に、車両の操向装置の操向軸の端部は、ピニオンギアと、このピニオンギアに噛合して連動して左右側に水平移動してホイールの方向を操作するラックギアと、からなるが、ここで、ラックギア比とは、このようなラックギアとピニオンギアとの間のギア比を意味する。
【００２３】
また、車両の現在のアッカーマン率は、図１に示すアッカーマン角及びアッカーマン率式によって計算することもできる。
次いで、車両の現在のヨーレート（Ｓ１４）と、現在のアッカーマン率による目標のヨーレート（Ｓ１５）とを比較して制御命令を生成する（Ｓ１６）。
車両の現在のヨーレート（Ｓ１４）は、現在の車両の旋回による旋回の度合いを示す値であり、車両の内部に設けられたヨーレートセンサーなどによって測定することができる。
そして、車両の目標のヨーレート（Ｓ１５）は、車両の現在のアッカーマン率によって定められる。
【００２４】
目標のヨーレートは、車両の現在のアッカーマン率と、操向角及び車速情報のうちの少なくとも一つを考慮して計算することができ、図５に示す実施形態のように、アッカーマン率と目標のヨーレートとの間の関係について、車速、操向角など情報を考慮して３次元マップで予め設定することもできる。
目標のヨーレートと現在のヨーレートとを比較して制御命令を生成する（Ｓ１６）。
具体的に、制御命令は、車両の前輪及び後輪の左右のホイールの内部に装着されたモータのトルクをそれぞれ制御する命令である。
一つまたは多数の実施形態において、現在のヨーレートが目標のヨーレートに追従するように制御命令を生成することができる。
【００２５】
生成された制御命令を用いて車両の前輪及び後輪にそれぞれ装着された４つのインホイールモータをそれぞれ別々に制御することにより、現在のヨーレート値が目標のヨーレート値になるように制御する（Ｓ１７）。
すなわち、モータは、現在のヨーレートと目標のヨーレートとの間の差分を打ち消すようにそれぞれ制御される。
一つまたは多数の実施形態において、制御命令を用いて車両の外輪のインホイールモータのトルクは増加させ、内輪のインホイールモータのトルクはそのまま維持したり減少する方向に制御（Ｓ１７）すると、車両の現在のヨーレートと目標のヨーレート値との間の差分が小さくなって旋回安定性が確保されるという効果がある。
【００２６】
一方、旋回モードが回転半径最小化モードである場合（Ｓ２２）にも、図３に示すように、車両の現在のアッカーマン率を計算する（Ｓ２３）。
車両の現在のアッカーマン率は、車両のラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元などを考慮して計算することができる。
次いで、現在のアッカーマン率の最小回転半径数値を計算する（Ｓ２４）。
現在のアッカーマン率の最小回転半径数値は、車両のラックギア比、タイヤ角、操向角及び車両諸元のうちの少なくとも一つを考慮して計算することができる。
車両の最小回転半径数値が計算されると（Ｓ２４）、これをアッカーマン率が１００％であるときの車両の最小回転半径数値（Ｓ２５）と比較して制御命令を生成する（Ｓ２６）。
【００２７】
制御命令は、車両の前輪及び後輪の左右のホイールの内部に装着されたインホイールモータのトルクをそれぞれ制御する命令である。
一つまたは多数の実施形態において、現在の最小回転半径数値が、アッカーマン率が１００％であるときの車両の最小回転半径数値に追従するように制御命令を生成することができる（Ｓ２６）。
生成された制御命令を用いて、車両の前輪及び後輪にそれぞれ装着された４つのインホイールモータをそれぞれ別々に制御することにより、現在最小回転半径数値がアッカーマン率が１００％であるときの最小回転半径数値になるように制御する（Ｓ２７）。
【００２８】
すなわち、車両の現在の最小回転半径数値と、アッカーマン率が１００％であるときの最小回転半径数値との間の差分がないようにインホイールモータをそれぞれ制御する。
一つまたは多数の実施形態において、制御命令を用いて車両の外輪のインホイールモータのトルクは増加させ、内輪のインホイールモータのトルクはそのまま維持したり減少する方向に制御（Ｓ２７）すると、車両の回転半径が最小化されるという効果がある。
【００２９】
一般に、回転半径最小化モード（Ｓ２２）が要求される走行状況は、主として、駐車時やＵターン時のように車両の速度が低い場合となる（Ｓ２１）。
従来の技術によれば、このときには、比較的に高いアッカーマン率が適用されて旋回性能は安定的であるが、回転半径を最小化させる上では不利であった。高いアッカーマン率が適用されることにより、外輪のタイヤ角が内輪のタイヤ角よりも小さくなり、外輪のタイヤ角が小さくなると、回転半径を最小化させることが困難であるためである。
【００３０】
しかしながら、本発明の場合には、回転半径最小化モード（Ｓ２２）において、インホイールモータの内輪及び外輪のトルクを独立して制御することができるので、高いアッカーマン率によって旋回安定性の効果及び回転半径最小化の効果を両立させることができる。
本発明の実施形態によるインホイールシステムを用いた車両制御方法によれば、一般走行時に車両の旋回安定性を確保することができ、駐車時やＵターン時に回転半径を最小化させて旋回することができるという効果がある。
【００３１】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。  
【符号の説明】
【００３２】
１０：インホイールシステム
１００：ハブ
２００：インホイールモータ
３００：減速機
【図１】
0005955128.tif 000002
【図２】
0005955128.tif 000003
【図３】
0005955128.tif 000004
【図４】
0005955128.tif 000005
【図５】
0005955128.tif 000006