(57)【要約】【課題】走行環境に拘わらず、車両の運動状態を安定させることにより、車両の操安性の向上を図る。【解決手段】算出部１０ａは、車両の運動状態を表す状態方程式のシステム行列に基づいて、システム行列を構成する複数の要素ａ11〜ａ22のうちの少なくとも一つの要素を表す多項式に含まる、前輪のすべり角βfと後輪のすべり角βrとを変数とする非線形項を算出する。設定部１０ｂは、算出された非線形項に基づいて、それぞれの車輪に対する駆動力配分比ｒまたは荷重配分比ｒ'の目標値ｒ*を設定する。【選択図】図８
2006069519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両運動制御装置において、
車両の運動状態を表す状態方程式のシステム行列に基づいて、当該システム行列を構成する複数の要素のうちの少なくとも一つの要素を表す多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出する算出部と、
前記算出された非線形項に基づいて、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する設定部と
を有することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項２】
前記車輪のそれぞれに作用する上下力を検出する検出部と、
前記車両の状態に基づいて、前記車輪と路面との間の摩擦係数を推定するとともに、前記車輪のそれぞれに与えられる駆動力の総和を総駆動力として推定する推定部とをさらに有し、
前記算出部は、前記車輪のそれぞれの上下力と、前記摩擦係数と、前記総駆動力とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる前記駆動力配分比に応じた複数の前記非線形項を算出し、
前記設定部は、前記算出された複数の非線形項に基づいて、前記非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる前記駆動力配分比を、前記目標値として設定することを特徴とする請求項１に記載された車両運動制御装置。
【請求項３】
前記設定部は、前記非線形項の絶対値が最小となる前記駆動力配分比を、前記目標値として設定することを特徴とする請求項２に記載された車両運動制御装置。
【請求項４】
前記車輪のそれぞれに作用する上下力と前後力とを検出する検出部と、
前記車両の状態に基づいて、前記車輪と路面との間の摩擦係数を推定する推定部とをさらに有し、
前記算出部は、前記車輪のそれぞれの上下力と、前記車輪のそれぞれの前後力と、前記摩擦係数とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる前記荷重配分比に応じた複数の前記非線形項を算出し、
前記設定部は、前記算出された複数の非線形項に基づいて、前記非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる前記荷重配分比を、前記目標値として設定することを特徴とする請求項１に記載された車両運動制御装置。
【請求項５】
前記設定部は、前記非線形項の絶対値が最小となる前記荷重配分比を、前記目標値として設定することを特徴とする請求項４に記載された車両運動制御装置。
【請求項６】
前記推定部は、前記車両のすべり角に基づいて、前記前輪のすべり角と前記後輪のすべり角とをさらに推定しており、
前記算出部は、前記前輪のすべり角と、前記後輪のすべり角と、前記パラメータ群とに基づいて、前記非線形項を算出することを特徴とする請求項２または４に記載された車両運動制御装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記車輪のそれぞれに作用する横力をさらに検出しており、
前記算出部は、前記車輪のそれぞれの横力と、前記パラメータ群とに基づいて、前記非線形項を算出することを特徴とする請求項２または４に記載された車両運動制御装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記車輪のそれぞれを処理対象として、前記車輪の上下力と前記摩擦係数とに基づいて、前記車輪に与えられる駆動力の最大値を算出し、前記車輪のそれぞれの駆動力の最大値と、前記車輪のそれぞれの横力と、前記パラメータ群とに基づいて、前記非線形項を算出することを特徴とする請求項７に記載された車両運動制御装置。
【請求項９】
前記算出部は、前記車輪のそれぞれを処理対象として、前記車輪の上下力と前記摩擦係数とに基づいて、前記車輪に与えられる駆動力の最大値を算出し、前記車輪のそれぞれの駆動力の最大値と、前記パラメータ群とに基づいて、前記非線形項を算出することを特徴とする請求項２または４に記載された車両運動制御装置。
【請求項１０】
前記算出部は、前記システム行列における対角要素の和となる多項式における前記非線形項を算出することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載された車両運動制御装置。
【請求項１１】
車両運動制御装置において、
車両の運動状態を表す状態量を軸とするベクトル場で表現される状態面において、前記ベクトル場におけるベクトルの傾向を示す特性値としての発散を、前記車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する算出部と、
前記算出された発散に基づいて、前記発散が現在の値よりも小さくなるように、または、前記発散が０以下となるように、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する設定部と
を有することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１２】
車両運動制御装置において、
振動系としての車両の収束性を示す特性値である減衰を、前記車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する算出部と、
前記算出された減衰に基づいて、前記減衰が現在の値よりも大きくなるように車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する設定部と
を有することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１３】
前記車輪のそれぞれに作用する上下力を検出する検出部と、
前記車両の状態に基づいて、前記車輪と路面との間の摩擦係数を推定するとともに、前記車輪のそれぞれに与えられる駆動力の総和を総駆動力として推定する推定部とをさらに有し、
前記算出部は、前記車輪のそれぞれの上下力と、前記摩擦係数と、前記総駆動力とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる複数の前記駆動力配分比毎に、前記状態方程式のシステム行列を構成する対角要素の和となる多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出し、
前記設定部は、前記算出された非線形項のそれぞれに基づいて、前記駆動力配分比の目標値を設定することを特徴とする請求項１１または１２に記載された車両運動制御装置。
【請求項１４】
前記車輪のそれぞれに作用する上下力と前後力とを検出する検出部と、
前記車両の状態に基づいて、前記車輪と路面との間の摩擦係数を推定する推定部とをさらに有し、
前記算出部は、前記車輪のそれぞれの上下力と、前記車輪のそれぞれの前後力と、前記摩擦係数とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる複数の前記荷重配分比毎に、前記状態方程式のシステム行列を構成する対角要素の和となる多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出し、
前記設定部は、前記算出された非線形項のそれぞれに基づいて、前記荷重配分比の目標値を設定することを特徴とする請求項１１または１２に記載された車両運動制御装置。
【請求項１５】
車両運動制御方法において、
車両の運動状態を表す状態方程式のシステム行列に基づいて、当該システム行列を構成する複数の要素のうちの少なくとも一つの要素を表す多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出する第１のステップと、
前記算出された非線形項に基づいて、前記車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する第２のステップと
を有することを特徴とする車両運動制御方法。
【請求項１６】
前記車輪のそれぞれに作用する上下力を検出する第３のステップと、
前記車両の状態に基づいて、前記車輪と路面との間の摩擦係数を推定するとともに、前記車輪のそれぞれに与えられる駆動力の総和を総駆動力として推定する第４のステップとをさらに有し、
前記第１のステップは、前記車輪のそれぞれの上下力と、前記摩擦係数と、前記総駆動力とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる前記駆動力配分比に応じた複数の前記非線形項を算出するステップであり、
前記第２のステップは、前記算出された複数の非線形項に基づいて、前記非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる前記駆動力配分比を、前記目標値として設定するステップであることを特徴とする請求項１５に記載された車両運動制御方法。
【請求項１７】
前記車輪のそれぞれに作用する上下力と前後力とを検出する第３のステップと、
前記車両の状態に基づいて、前記車輪と路面との間の摩擦係数を推定する第４のステップとをさらに有し、
前記第１のステップは、前記車輪のそれぞれの上下力と、前記車輪のそれぞれの前後力と、前記摩擦係数とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる前記荷重配分比に応じた複数の前記非線形項を算出するステップであり、
前記第２のステップは、前記算出された複数の非線形項に基づいて、前記非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる前記荷重配分比を、前記目標値として設定するステップであることを特徴とする請求項１５に記載された車両運動制御装置。
【請求項１８】
車両運動制御方法において、
車両の運動状態を表す状態量を軸とするベクトル場で表現される状態面において、前記ベクトル場におけるベクトルの傾向を示す特性値としての発散を、前記車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する第１のステップと、
前記算出された発散に基づいて、前記発散が現在の値よりも小さくなるように、または、前記発散が０以下となるように、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する第２のステップと
を有することを特徴とする車両運動制御方法。
【請求項１９】
車両運動制御方法において、
振動系としての車両の収束性を示す特性値である減衰を、前記車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する第１のステップと、
前記算出された減衰に基づいて、前記減衰が現在の値よりも大きくなるように車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する第２のステップと
を有することを特徴とする車両運動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運動制御装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、それぞれの車輪に対する駆動力配分比（または荷重配分比）を制御することにより、車両の運動状態を制御する技術が知られている。例えば、コーナリングといった走行状況では、車両の運動状態が適切となるように駆動力配分比を制御することで、操安性の向上を図ることができる。このような技術の一つに、車輪摩擦力利用率を用いて車両の運動状態を制御する装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装置では、それぞれの車輪の車輪摩擦力利用率を求め、この車輪摩擦力利用率が目標車輪摩擦力利用率に近づくように、それぞれの車輪の車輪状態が制御される。また、車両の運動状態を表す状態方程式において、この状態方程式のシステム行列を構成する各要素は車両の運動状態に影響を与えるという知得に基づいて、この要素に着目して車両の運動状態を制御する手法もある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３１３２１９０号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、車両の運動状態は、車両に設けられた車輪の運動と密接な関係にあり、車輪の非線形性に起因して操安性が低下するという問題がある。そのため、安定した車両応答を得るためには、車輪の非線形性に着目して車両の運動状態を制御することが好ましい。
【０００４】
本発明の目的は、車両の運動状態を制御する新規な手法を提供することである。
【０００５】
また、本発明の別の目的は、車両の操安性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、車両運動制御装置を提供する。この制御装置は、算出部と、設定部とを有する。算出部は、車両の運動状態を表す状態方程式のシステム行列に基づいて、このシステム行列を構成する複数の要素のうちの少なくとも一つの要素を表す多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出する。設定部は、算出された非線形項に基づいて、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する。
【０００７】
ここで、第１の発明において、車両運動制御装置は、車輪のそれぞれに作用する上下力を検出する検出部と、車両の状態に基づいて、車輪と路面との間の摩擦係数を推定するとともに、車輪のそれぞれに与えられる駆動力の総和を総駆動力として推定する推定部とをさらに有していてもよい。この場合、算出部は、車輪のそれぞれの上下力と、摩擦係数と、総駆動力とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる駆動力配分比に応じた複数の非線形項を算出し、設定部は、算出された複数の非線形項に基づいて、非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる駆動力配分比を、目標値として設定することが好ましい。さらに、設定部は、非線形項の絶対値が最小となる駆動力配分比を、目標値として設定してもよい。
【０００８】
また、第１の発明において、車両運動制御装置は、車輪のそれぞれに作用する上下力と前後力とを検出する検出部と、車両の状態に基づいて、車輪と路面との間の摩擦係数を推定する推定部とをさらに有していてもよい。この場合、算出部は、車輪のそれぞれの上下力と、車輪のそれぞれの前後力と、摩擦係数とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる荷重配分比に応じた複数の非線形項を算出し、設定部は、算出された複数の非線形項に基づいて、非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる荷重配分比を、目標値として設定することが好ましい。さらに、設定部は、非線形項の絶対値が最小となる荷重配分比を、目標値として設定してもよい。
【０００９】
第１の発明において、推定部は、車両のすべり角に基づいて、前輪のすべり角と後輪のすべり角とをさらに推定しており、算出部は、前輪のすべり角と、後輪のすべり角と、パラメータ群とに基づいて、非線形項を算出することが好ましい。また、検出部は、車輪のそれぞれに作用する横力をさらに検出しており、算出部は、車輪のそれぞれの横力と、パラメータ群とに基づいて、非線形項を算出することが望ましい。この場合、算出部は、車輪のそれぞれを処理対象として、車輪の上下力と摩擦係数とに基づいて、車輪に与えられる駆動力の最大値を算出し、車輪のそれぞれの駆動力の最大値と、車輪のそれぞれの横力と、パラメータ群とに基づいて、非線形項を算出してもよい。さらに、算出部は、車輪のそれぞれを処理対象として、車輪の上下力と摩擦係数とに基づいて、車輪に与えられる駆動力の最大値を算出し、車輪のそれぞれの駆動力の最大値と、パラメータ群とに基づいて、非線形項を算出することが好ましい。
【００１０】
また、第１の発明において、算出部は、システム行列における対角要素の和となる多項式における非線形項を算出することが好ましい。
【００１１】
また、第２の発明は、車両運動制御装置を提供する。この制御装置は、算出部と、設定部とを有する。算出部は、車両の運動状態を表す状態量を軸とするベクトル場で表現される状態面において、ベクトル場におけるベクトルの傾向を示す特性値としての発散を、車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する。設定部は、算出された発散に基づいて、発散が現在の値よりも小さくなるように、または、発散が０以下となるように、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する。
【００１２】
また、第３の発明は、車両運動制御装置を提供する。この制御装置は、算出部と、設定部とを有する。算出部は、振動系としての車両の収束性を示す特性値である減衰を、車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する。設定部は、算出された減衰に基づいて、減衰が現在の値よりも大きくなるように車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する。
【００１３】
ここで、第２の発明または第３の発明において、車両運動制御装置は、車輪のそれぞれに作用する上下力を検出する検出部と、車両の状態に基づいて、車輪と路面との間の摩擦係数を推定するとともに、車輪のそれぞれに与えられる駆動力の総和を総駆動力として推定する推定部とをさらに有していてもよい。この場合、算出部は、車輪のそれぞれの上下力と、摩擦係数と、総駆動力とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる複数の駆動力配分比毎に、状態方程式のシステム行列を構成する対角要素の和となる多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出し、設定部は、算出された非線形項のそれぞれに基づいて、駆動力配分比の目標値を設定することが好ましい。
【００１４】
第２の発明または第３の発明において、車輪のそれぞれに作用する上下力と前後力とを検出する検出部と、車両の状態に基づいて、車輪と路面との間の摩擦係数を推定する推定部とをさらに有していてもよい。この場合、算出部は、車輪のそれぞれの上下力と、車輪のそれぞれの前後力と、摩擦係数とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる複数の荷重配分比毎に、状態方程式のシステム行列を構成する対角要素の和となる多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出し、設定部は、算出された非線形項のそれぞれに基づいて、荷重配分比の目標値を設定することが望ましい。
【００１５】
また、第４の発明は、車両運動制御方法を提供する。この制御方法は、第１のステップとして、車両の運動状態を表す状態方程式のシステム行列に基づいて、システム行列を構成する複数の要素のうちの少なくとも一つの要素を表す多項式に含まれる、前輪のすべり角と後輪のすべり角とを変数とする非線形項を算出する。第２のステップとして、算出された非線形項に基づいて、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する。
【００１６】
ここで、第４の発明において、車両運動制御方法は、車輪のそれぞれに作用する上下力を検出する第３のステップと、車両の状態に基づいて、車輪と路面との間の摩擦係数を推定するとともに、車輪のそれぞれに与えられる駆動力の総和を総駆動力として推定する第４のステップとをさらに有していてもよい。この場合、第１のステップは、車輪のそれぞれの上下力と、摩擦係数と、総駆動力とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる駆動力配分比に応じた複数の非線形項を算出するステップであり、第２のステップは、算出された複数の非線形項に基づいて、非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる駆動力配分比を、目標値として設定するステップであることが好ましい。
【００１７】
また、第４の発明において、車両運送制御方法は、車輪のそれぞれに作用する上下力と前後力とを検出する第３のステップと、車両の状態に基づいて、車輪と路面との間の摩擦係数を推定する第４のステップとをさらに有していてもよい。この場合、第１のステップは、車輪のそれぞれの上下力と、車輪のそれぞれの前後力と、摩擦係数とを含むパラメータ群に基づいて、それぞれが異なる荷重配分比に応じた複数の非線形項を算出するステップであり、第２のステップは、算出された複数の非線形項に基づいて、非線形項の絶対値が現在の値よりも小さくなる荷重配分比を、目標値として設定するステップであることが望ましい。
【００１８】
また、第５の発明は、車両運動制御方法を提供する。この制御方法は、第１のステップとして、車両の運動状態を表す状態量を軸とするベクトル場で表現される状態面において、ベクトル場におけるベクトルの傾向を示す特性値としての発散を、車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する。第２のステップとして、算出された発散に基づいて、発散が現在の値よりも小さくなるように、または、発散が０以下となるように、車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する。
【００１９】
また、第６の発明は、車両運動制御方法を提供する。この制御方法は、第１のステップとして、振動系としての車両の収束性を示す特性値である減衰を、車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて算出する。第２のステップとして、算出された減衰に基づいて、減衰が現在の値よりも大きくなるように車輪のそれぞれに対する駆動力配分比の目標値または荷重配分比の目標値を設定する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、車両の運動状態を表す状態方程式に基づいて、駆動力配分比または荷重配分比を設定しており、車輪の非線形性を考慮した上でこれを設定することができる。そのため、設定された目標値に基づいて、それぞれの車輪に対する駆動力配分比または荷重配分比を制御することで、例えば、車輪の非線形性に起因した車両応答を抑制することが可能となる。これにより、車両の操安性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態にかかる車両運動制御装置に関するシステム構成およびシステム処理の説明に先立ち、まず、制御概念を明確にすべく、状態方程式におけるシステム行列について説明する。なお、制動力は、駆動力の逆方向成分（マイナス成分）と考えることができるので、本実施形態では、駆動力という用語を制動力も含む意味で用いる。
【００２２】
図１は、車両モデルの説明図である。同図に示す車両モデルは、車両の運動状態を前後輪の二輪で表現した二輪モデルである。この車両モデルでは、車両の運動状態が、鉛直軸（Ｚ軸）まわりの回転運動（ヨー運動）と、横方向（Ｙ軸方向）への並進運動とで表現される。前輪が操舵されている場合（後輪はＸ軸方向と平行）、車両の運動状態は、以下に示す状態方程式で表される。
【数１】
2006069519.tif 000003
【００２３】
ここで、βbは車体のすべり角（以下「車体すべり角」という）、γはヨーレート、δfは前輪の操舵角である。また、本明細書では、各状態量に記号「'」を付すことで、その状態量の時間微分値を表す。例えば、βb'は車体すべり角βbの時間微分値である車体すべり角速度を示し、γ'はヨーレートγの時間微分値であるヨー角加速度を示すといった如くである。この数式１に示す状態方程式は、図２に示すブロック図で表すことができる。このブロック図は、「１／ｓ」で示す積分を要素とするブロックを含み、この状態方程式（車両の運動状態）の時系列的な変化を示している。同数式において、ａ11〜ａ22およびｂ1，ｂ2を要素とする各行列は、状態方程式のシステム行列と呼ばれており、システム行列の個々の要素ａ11〜ｂ2は、数式２における各式で表すことができる。
【数２】
2006069519.tif 000004
【００２４】
同数式において、Ｖは車速、Ｍは車両質量、ｌfは前輪軸と重心との間の距離、ｌrは後輪軸と重心との間の距離、ＩzはＺ軸回りの車両の慣性モーメント、ｋaは車輪の非線形性を考慮したコーナリングパワーである。本明細書では、前輪を表す「ｆ」および後輪を表す「ｒ」のアルファベットを用いて、各状態量が示す車輪（前後輪）を明示的に区別する。例えば、ｋf_aは前輪のコーナリングパワーｋaを示し、ｋr_aは後輪のコーナリングパワーｋaを示すといった如くである。なお、四輪車を想定した場合、アルファベット「ｆ」（または「ｒ」）によって示される前輪（または後輪）の状態量は、例えば、左右前輪（または左右後輪）の状態量の平均値と考えることができる。
【００２５】
コーナリングパワーｋaは、車輪のすべり角（以下「車輪すべり角」という）βwの微小変化に対するコーナリングフォース（ある車輪すべり角βwで旋回する時に、車輪の接地面に発生する摩擦力のうち車輪進行方向に直角な方向に発生する分力）の変化率である。すなわち、コーナリングパワーｋaは、ある車輪すべり角βwにおけるコーナリングフォースの傾き（微分値）である。このコーナリングパワーｋaは車両の操安性に大きな影響を与えるパラメータであり、この値が大きい場合には挙動変化の応答性が速くなり、この値が小さい場合には挙動変化の応答性が遅くなる。
【００２６】
図３は、車輪に作用する作用力の説明図である。車輪に作用する作用力としては、上述したコーナリングフォースの他にも、前後力Ｆx、横力Ｆy、上下力Ｆzなどが挙げられる。車輪すべり角βwで旋回するときに、接地面に発生する摩擦力のうち車輪中心面に平行な方向に発生する分力が前後力Ｆxであり、車輪中心面に直角な方向に発生する分力が横力Ｆyである。また、上下力Ｆzは、垂直方向の荷重、いわゆる、垂直荷重である。
【００２７】
作用力として挙げられるこれらの力のうち、コーナリングフォースと横力Ｆyとは、類似した力として扱うことができる。これらの力は、厳密に一致した値ではないものの、車両がとり得る車輪すべり角βwの範囲内において近似する傾向を示す。本明細書では、コーナリングフォースと横力Ｆyとを実質的に同じ値と見なし、横力Ｆyをベースとしてコーナリングパワーｋaを考える。そこで、以下、横力Ｆyとコーナリングパワーｋaとの関係について考える。
【００２８】
横力Ｆyは、車輪の力学特性を示すタイヤモデル、例えば、非線形性の影響を考慮できるフィアラ（fiala）のタイヤモデル（二次式近似モデル）を用いることにより、車輪すべり角βwの二次式として表すことができる。
【数３】
2006069519.tif 000005
【００２９】
この場合、車輪のコーナリングパワーｋaは、以下に示す関係を満たす。換言すれば、コーナリングパワーｋaは、車輪すべり角βwの微小変化に対する横力Ｆyの変化率（微分値）である。
【数４】
2006069519.tif 000006
【００３０】
数式３，４において、係数ｋは、実験的に求めることができる定数であり、基準コーナリングパワーと呼ぶ。基準コーナリングパワーｋは、路面と車輪との間の摩擦係数μや上下力Ｆxに依存して変化し、車輪の特性を示す。具体的には、この値ｋが大きい場合には、車輪の剛性が高いことを意味し、この値ｋが小さい場合には、車輪の剛性が低いことを意味する。基準コーナリングパワーｋは、車輪すべり角βwが「0」における横力Ｆyの変化率（微分値）として定義される。
【数５】
2006069519.tif 000007
【００３１】
一方、横力Ｆyの取り得る最大値である横力最大値Ｆymaxは、上下力Ｆz、前後力Ｆx、および摩擦係数μに基づいて、一義的に算出される。
【数６】
2006069519.tif 000008
【００３２】
車輪の非線形性を考慮すると、要素ａ11〜ｂ2は、数式７に書き換えることができる。
【数７】
2006069519.tif 000009
【００３３】
同数式において、ｋfは前輪の基準コーナリングパワーｋにサスペンションの弾性変形を考慮した等価コーナリングパワーであり、ｋrは後輪の基準コーナリングパワーｋにサスペンションの弾性変形を考慮した等価コーナリングパワーである。βfは前輪の車輪すべり角、例えば、左右前輪の車輪すべり角βwの平均値（以下「平均前輪すべり角」という）であり、βrは後輪の車輪すべり角、例えば、左右後輪の車輪すべり角βwの平均値（以下「平均後輪すべり角」という）である。これらのすべり角βf，βrは、以下に示す数式によって表すことができる。
【数８】
2006069519.tif 000010
【００３４】
要素ａ11，ａ22は、車両の安定性（挙動の収束し易さ）に影響を与えるパラメータであり、システム行列の対角要素と呼ばれる。特に、要素ａ11は、横運動を自律的に安定させ、要素ａ22は、ヨー運動を自律的に安定させる。また、要素ａ12，ａ21は、車両の応答性（挙動の振動し易さ）の向上に影響を与えるパラメータであり、システム行列の連成要素と呼ばれる。要素ａ11，ａ22に対して要素ａ12，ａ21が相対的に小さい場合、高速走行時における車両の安定性が向上する。これに対して、要素ａ11，ａ22に対して要素ａ12，ａ21が相対的に大きい場合、操舵に対する車両の応答性が向上する。一方、要素ｂ1，ｂ2は、ドライバーの操舵に対する車両挙動のゲインであり、ステアリングギヤ比などにより調整可能である。
【００３５】
本実施形態では、走行環境が変化しても車両の運動特性が大きく変化しない車両を一つの理想と考え、要素ａ11〜ｂ2のうちの要素ａ11〜ａ22の変化を抑制することを主たる制御の目的とする。要素ａ11〜ａ22を分析的に捉えた場合、個々の要素ａ11〜ａ22は、数式７に示すように、車両質量Ｍ、ホイールベース等の車両諸元、等価コーナリングパワーｋf，ｋrに依存する項と、平均前後輪すべり角βf，βr、上下力Ｆz、摩擦係数μに依存する項との和で表される。換言すれば、個々の要素ａ11〜ａ22は、車輪の線形性により変化する線形項と、車輪の非線形性により変化する非線形項との和で表される。線形項のみが作用して各要素ａ11〜ａ22が変化する場合、車輪の運動は線形的な性質を有するため、操安性の観点において特段問題はない。しかしながら、非線形項が作用して各要素ａ11〜ａ22が変化する場合、車輪の運動は非線形的な性質を有するため、操安性を低下させる可能性がある。非線形項の変化は、前輪と後輪とに対する駆動力配分比に起因するとの知得に基づいて、前後輪の駆動力配分比を調整することにより、非線形項の絶対値を現在の値（現在値の絶対値）よりも小さくし、好ましくは、最小（「０」）にする。このような非線形項の最小化により、要素ａ11〜ａ22における非線形項の影響を低減し、要素ａ11〜ｓ22の変化の抑制を図る。
【００３６】
各車輪に与えられる駆動力の総和である総駆動力をＦa、駆動力配分比をｒとする。前輪の前後力Ｆf_x、例えば、左右前輪の前後力Ｆxの平均値（以下「前輪の平均前後力」という）と、後輪の前後力Ｆr_x、例えば、左右後輪の前後力Ｆzの平均値（以下「後輪の平均前後力」という）とは、以下に示す数式で表すことができる。
【数９】
2006069519.tif 000011
【００３７】
要素ａ11の非線形項の最小化
図４は、要素ａ11の非線形項を最小化する駆動力配分比ｒの傾向を示す説明図である。要素ａ11の非線形項は、平均前輪すべり角βf（絶対値）と、平均後輪すべり角βr（絶対値）との線形和である。以下、説明の簡明化のため、平均後輪すべり角βrを平均前輪すべり角βfのｓ倍で表現する（以下、このｓを「車輪すべり角比」という）。同図には、摩擦係数一定（例えば、μ＝0.9）という条件の下、所定の車輪すべり角比（ｓ＝0.1，1.0，10）における車体加速度Ａcc（総駆動力Ｆa／車両質量Ｍ）と駆動力配分比ｒとの対応関係が例示されている（後述する図６、７についても同様）。同図に示す傾向は、数式６，７，９に示すように、摩擦係数μ、総駆動力Ｆa、前輪の上下力Ｆf_zとしての左右前輪の上下力Ｆzの平均値（以下「前輪の平均上下力」という）、後輪の上下力Ｆr_zとしての左右後輪の上下力Ｆzの平均値（以下「後輪の平均上下力」という）を含むパラメータ群に基づいて、各車輪すべり角比ｓ毎に特定することができる。例えば、それぞれが異なる駆動力配分比ｒに応じた複数の非線形項を算出し、算出された複数の非線形項に基づいて、非線形項の絶対値が最小となる駆動力配分比ｒを特定するといった如くである。車輪すべり角比ｓが「1.0」の場合、駆動力配分比ｒは、おおよそ「0.5」から「0.8」の範囲に存在し、前輪偏重となっている。一方、車輪すべり角比ｓが「1.0」よりも小さい場合には、車輪すべり角比ｓが「1.0」の場合と比べて後輪偏重の傾向となり、車輪すべり角比ｓが「1.0」よりも大きい場合には、車輪すべり角比ｓが「1.0」の場合と比べて前輪偏重の傾向となる。
【００３８】
要素ａ12，ａ21の非線形項の最小化
図５は、要素ａ12，ａ21の非線形項の係数を最小化する駆動力配分比ｒの傾向を示す図である。要素ａ12，ａ21の非線形項は、平均前輪すべり角βf（絶対値）と平均後輪すべり角βr（絶対値）との線形和となっており、互いに同一の多項式で表される。同図に示す傾向は、要素ａ11と同様に、上述したパラメータ群に基づいて、一義的に特定することができる。具体的には、車輪すべり角比ｓが「1.0」の場合、駆動力配分比ｒは、おおよそ「0.7」以上となり、要素ａ11よりも前輪偏重の傾向となる。一方、車輪すべり角比ｓが「1.0」よりも小さい場合には、車輪すべり角比ｓが「1.0」の場合と比べて後輪偏重の傾向となり、車輪すべり角比ｓが「1.0」よりも大きい場合には、解が「0.0」から「1.0」の間には存在しない。
【００３９】
要素ａ22の非線形項の最小化
図６は、要素ａ22の非線形項の係数を最小化する駆動力配分比rの傾向を示す説明図である。要素ａ22の非線形項も、平均前輪すべり角βf（絶対値）と平均後輪すべり角βr（絶対値）との線形和となる。同図に示す傾向は、要素ａ11〜ａ12と同様、摩擦係数μ、総駆動力Ｆa、前後輪の平均上下力Ｆf_z，Ｆr_zに基づいて、一義的に特定することができる。具体的には、要素ａ11の駆動力配分比ｒと比較して、全体的に前輪傾向となっている。
【００４０】
これらの要素ａ11〜ａ22のうち、どの要素に着目して非線形項の最小化を行うかは任意であり、ａ11，ａ22，ａ12（またはａ21）の中から適宜選択することができる。なお、非線形項に含まれている平均前輪すべり角βf、平均後輪すべり角βrは、その値を正確に実測することが困難であるため、これらの値βf，βrを制御に反映させることは難しい。そこで、車輪すべり角βwが小さい範囲では、基準コーナリングパワー（等価コーナリングパワー）ｋと車輪すべり角βwとの積算値は、横力Ｆyに対応するとの知得に基づいて、非線形項に含まれる平均前輪すべり角βf、平均後輪すべり角βrを、それぞれ検出可能な前後輪の横力Ｆf_y，Ｆr_yで置換することとする。換言すれば、各要素ａ11〜ａ22における非線形項は、上述したパラメータ群μ，Ｆa，Ｆf_z，Ｆr_zと、前輪の横力Ｆf_yとしての左右前輪の横力Ｆyの平均値（以下「前輪の平均横力」という）と、後輪の横力Ｆr_yとしての左右後輪の横力Ｆyの平均値（以下「後輪の平均横力」という）とに基づいて設定することができる。
【数１０】
2006069519.tif 000012
【００４１】
なお、同数式には、要素ａ11の非線形項のみを示すが、他の要素ａ12〜ａ22に関する非線形項についても同様の置換は可能である。ただし、基本的な概念は同じであるため、その説明は省略するが、個々の要素ａ11〜ａ22の非線形項を最小化する駆動力配分比ｒは、摩擦係数μ、前後輪の平均上下力Ｆf_z，Ｆr_z、前後輪の平均横力Ｆf_y，Ｆr_y、総駆動力Ｆaに基づいて、算出することができる。
【００４２】
以上の概念説明を踏まえた上で、本実施形態にかかる車両運動制御装置のシステム構成について説明する。図７は、本実施形態にかかる車両運動制御装置１が適用された車両の説明図である。この車両は、前後四輪で駆動する四輪駆動車である。駆動源であるエンジン２のクランクシャフト（図示せず）からの動力は、自動変速機３、後述するセンタディファレンシャル装置４を介して、前輪側および後輪側の駆動軸（車軸）５へとそれぞれ伝達される。駆動軸５に動力が伝達されると、前輪６ｆおよび後輪６ｒのそれぞれに回転トルクが加えられ、前後輪６ｆ，６ｒが回転し、これにより、前後輪６f，６ｒに駆動力が与えられる。なお、本明細書において、前輪６ｆ、後輪６ｒを総称する場合には、単に「車輪６」という用語を用いる。
【００４３】
センタディファレンシャル装置４は、複合プラネタリギヤ式の差動制限装置である。このセンタディファレンシャル装置４の２つの出力部材、すなわち、前輪側の出力部材（キャリア４ａ）と、後輪側の出力部材（サンギヤ４ｂ）との間には、油圧多板クラッチ４ｃが設けられている。この油圧多板クラッチ４ｃは、自己の係合状態が、ソレノイドバルブ４ｄによる油圧調整（例えば、増圧、保持および減圧）により、調整可能となっている。油圧多板クラッチ４ｃが解放された状態では、前後輪の駆動軸５が互いに差動するため、駆動力配分比ｒは予め設定された装置４に依存した値となる（例えば、r=0.35）。一方、油圧多板クラッチ４ｃが完全に係合した状態では、前後輪の駆動軸５の差動が制限されるため、前後直結状態の駆動力配分比ｒとなる。すなわち、油圧多板クラッチ４ｃの係合状態により、駆動力配分比ｒが可変に設定されることとなる。
【００４４】
図８は、車両運動制御装置１の全体構成を示したブロック図である。車両運動制御装置１は、制御部１０を主体に構成されており、この制御部１０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。制御部１０は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従い、車両の運動制御に関する演算を行う。この制御部１０としてのマイクロコンピュータを機能的に捉えると、制御部１０は、算出部１０ａと、設定部１０ｂとを有する。本実施形態において、算出部１０ａは、システム行列に基づいて、この行列の要素（本実施形態では、要素ａ11）を表す非線形項を算出する。設定部１０ｂは、算出された非線形項に基づいて、駆動力配分比ｒの目標値ｒ*を算出する。このような演算を行うために、制御部１０には、検出部１１を含む各種センサからの検出信号が入力されているとともに、推定部１２（図７では省略）によって推定された各種の演算値（本実施形態では、摩擦係数μ、総駆動力Ｆa）も入力されている。
【００４５】
検出部１１は、車輪６に作用する作用力を検出するセンサである。図８では、説明の便宜上、検出部１１に該当するブロックを一つのみ示しているが、この検出部１１は、４つの車輪６にそれぞれ設けられている。個々の検出部１１は、作用力として、前後力Ｆx、横力Ｆyおよび上下力Ｆzを個別の力として検出可能である。検出部１１は、ひずみゲージと、このひずみゲージから出力される電気信号を処理し、作用力に応じた検出信号を生成する信号処理回路とを主体に構成されている。検出部１１は、駆動軸（車軸）５に生じる応力は作用力に比例するという知得に基づき、ひずみゲージを車軸５内に埋設することにより、作用力を直接的に検出する。なお、検出部１１の具体的な構成については、例えば、特開平０４−３３１３３６号公報および特開平１０−３１８８６２号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。推定部１２は、後述するように、図示しない各種センサからの検出結果に基づいて、摩擦係数μ、総駆動力Ｆaを推定する。
【００４６】
図９は、本実施形態にかかる車両制御手順を示したフローチャートである。このフローチャートに示した処理は、所定間隔毎に呼び出され、車両運動制御装置１によって実行される。まず、ステップ１において、各種の検出信号が読み込まれる。このステップ１において読み込まれる検出値としては、各車輪６における作用力（横力Ｆy、上下力Ｆz）等が挙げられる。
【００４７】
ステップ２において、摩擦係数μと、総駆動力Ｆaとが推定される。まず、摩擦係数μの推定方法は、例えば、車両の運動理論に基づいて車両の挙動をモデル化した車両運動モデルを用いた手法が周知である。この手法では、実際の車両の運動状態（例えば、すべり角）に基づいて、例えば、高μ路を想定した車両運動モデルの運動状態と、低μ路を想定した車両運動モデルの運動状態とを比較することにより、現在の摩擦係数μを推定する。このような摩擦係数μの推定手法の詳細については、例えば、特開２０００−０７１９６８号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。また、これ以外にも、例えば、特開２００３−２３７５５８号公報に開示されているように、２つの車輪６の速度差と、加速度とに基づいて摩擦係数μを推定してもよい。さらに、例えば、特開２００２−２７８８２号公報に開示されているように、車両の運動状態に、カメラから得られた道路の路面状況を検出した検出結果を考慮した上で摩擦係数μを推定してもよい。このように、本実施形態では、車両の状態に基づいて摩擦係数を推定する手法を広く用いることができる。ここで、車両の状態は、上述したように、すべり角、ヨーレートといった車両の運動状態、車輪速度や、車輪６と接する路面の状態といった種々の状態を含む。
【００４８】
一方、総駆動力Ｆaは、エンジン回転数に応じたエンジン２の出力トルクと、シフトポジション等に応じた自動変速機３の出力トルクとに基づいて算出される。具体的には、まず、自動変速機３におけるトルクコンバータのタービン回転数と、エンジン回転数とに基づいて、トルクコンバータの速度比が算出される。これにともない、トルクコンバータの速度比と、ポンプ容量係数との対応関係を示すマップが参照され、算出された速度比に対応するポンプ容量係数が特定される。一方、トルクコンバータの速度比と、トルクコンバータの入力側のトルクとトルクコンバータの出力側のトルクとの比（以下「トルク比」という）との対応関係を示すマップに基づいて、トルクコンバータの速度比に対応するトルク比が特定される。
【００４９】
つぎに、特定されたポンプ容量係数と、エンジン回転数とに基づいて、ポンプトルクが算出され、このポンプトルクと、トルク比とに基づいて、タービンから出力されるタービントルクが算出される。そして、このタービントルクに、現在のギヤポジションに相当するギヤ比を乗算することにより、自動変速機３の出力トルクが算出される。最後に、自動変速機３の出力トルクに自動変速機３のファイナルギヤ比を乗算することにより、駆動トルクが算出される。これにより、車輪半径と、駆動トルクとに基づいて、総駆動力Ｆaが算出される。
【００５０】
ステップ３において、駆動力配分比ｒの目標値ｒ*が算出される。要素ａ11の非線形項を最小化する駆動力配分比ｒは、上述した数式１０に従い算出することができる。具体的には、駆動力配分比ｒを「0.00」から「1.00」までの間で段階的に変化させ、摩擦係数μ、総駆動力Ｆa、前後輪６ｆ，６ｒの平均上下力Ｆf_z，Ｆr_z、前後輪６ｆ，６ｒの平均横力Ｆf_y，Ｆr_yに基づいて、非線形項の値を順次算出する。そして、算出された非線形項の中で、その値が最も小さい駆動力配分比ｒが目標値ｒ*として設定される。なお、前後輪６ｆ，６ｒの平均横力Ｆf_y，Ｆr_y、前後輪６ｆ，６ｒの平均上下力Ｆf_z，Ｆr_zは、それぞれの車輪６の検出値（横力Ｆyまたは上下力Ｆz）に基づいて、一義的に特定することができる。
【００５１】
ステップ４において、駆動力配分比ｒの現在値ｒcと、目標値ｒ*とが比較され、両者の差が判定値ｒthよりも大きいか否かが判断される。判定値ｒthは、制御のハンチングを抑制するといった観点から、制御の必要がないとみなせる程度の現在値ｒcと目標値ｒ*との差（絶対値）の最大値として、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。このステップ４において肯定判定された場合、すなわち、両者の差が判定値ｒthよりも大きい場合には（｜ｒc−ｒ*｜＞ｒth）、ステップ４に続くステップ５に進む。一方、このステップ４において否定判定された場合、すなわち、両者の差が判定値ｒth以下の場合には（｜ｒc−ｒ*｜＜ｒth）、ステップ５をスキップして本ルーチンを抜ける。
【００５２】
ステップ５では、駆動力配分比ｒと係合状態（締結トルク）との対応関係が記述されたマップ等を参照することにより、設定された目標値ｒ*に応じた制御信号（締結トルクの指示値）Ｓigrがソレノイドバルブ４ｄに対して出力され、本ルーチンを抜ける。これにより、制御信号Ｓigrに応じてソレノイドバルブ４ｄのデューティ比が制御され、油圧多板クラッチ４ｃの係合状態が調整される。これにより、駆動力配分比ｒが、現在値ｒcから目標値ｒ*に変更される。
【００５３】
このように本実施形態によれば、システム行列の要素ａ11の非線形項の値に基づいて、この値（絶対値）が最小となる駆動力配分比ｒが、目標値ｒ*として設定される。そして、この設定された目標値ｒ*に基づいて、前輪６ｆと後輪６ｒとの駆動力配分比ｒを可変に設定するセンタディファレンシャル装置４（具体的には、ソレノイドバルブ４ｄ）が制御される。これにより、要素ａ11の非線形項が最小化され、車輪６に作用する非線形的な要素が抑制されるため、安定した車両の応答性を得ることができる。また、非線形項を最小化することにより、車体すべり角の収束性と相関の高い要素ａ11の変化が抑制されるので、走行環境に拘わらず、安定した車両応答を実現することができる。
【００５４】
また、検出部１１は、車輪６に作用する作用力を直接的に検出している。このため、例えば、限界コーナリングといった走行状況であったとしても、或いは、摩擦係数が低い路面といった走行状況であったとしても、その作用力を精度よく特定することができる。その結果、要素ａ11の非線形項の算出精度の向上を図ることができるので、より有効に車両の運動状態を制御することができる。
【００５５】
なお、上述の実施形態では、非線形項の最小化を目的として、その値が最小となる駆動力配分比ｒを一義的に目標値ｒ*として用いた。しかしながら、制御の安定性といった観点では、非線形項（絶対値）が現在の値よりも小さくなるように、目標値ｒ*を設定すれば足りる。例えば、現在の駆動力配分比ｒをステップ値だけ変化させるといった如くである。この手法であっても、車輪６に作用する非線形的な要素が現在の状態よりも抑制されるため、安定した車両の応答性を得ることができる。このような非線形項の最小化に関する変形例については、後述する実施形態においても同様に適用することができる。
【００５６】
また、上述した実施形態では、平均前輪すべり角βf、平均後輪すべり角βrの実測が困難であるとの観点から、前後輪の平均横力Ｆf_y，Ｆr_yでこれを置換した上で、駆動力配分比ｒを設定した。しかしながら、数式７の非線形項に示すように、平均前後輪すべり角βf，βrと、上述したパラメータ群μ，Ｆa，Ｆf_z，Ｆr_zとに基づいて、非線形項を算出してもよい。この場合、平均前後輪すべり角βf，βrは、車体すべり角速度βb'を検出し、推定部１２がこの積分値を算出することにより、数式８を用いて一義的に算出することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、数式１０に従い、駆動力配分比ｒを「0.00」から「1.00」まで段階的に変化させながら、非線形項の値を算出し、これらの値の中で最も小さい駆動力配分比ｒが目標値ｒ*として決定された。しかしながら、数式１０は、平方根の中が負の値となってしまい、駆動力配分比ｒが算出できない場合がある。そこで、実際の制御では、次式に基づいて駆動力配分比ｒを算出することが好ましい。
【数１１】
2006069519.tif 000013
【００５８】
同数式において、Ｆf_Limは、前輪６ｆに与えられる駆動力の一輪あたりの最大値（以下「前輪最大値」という）であり、摩擦係数μと、前輪６ｆの一輪あたりの上下力Ｆf_zとの積算値である。また、Ｆr_Limは、後輪６ｒに与えられる駆動力の一輪あたりの最大値（以下「後輪最大値」という）であり、摩擦係数μと、後輪６ｒの一輪あたりの上下力Ｆf_zとの積算値である。一方、Ｆf_div，Ｆr_divは、以下に示す関係式で表される。なお、Ｆf_Lim，Ｆr_Limは左右輪別々に求められる量であるため、下式に示す「Σ」により、前２輪の和、または、後２輪の和を表す。
【数１２】
2006069519.tif 000014
【００５９】
同数式は、上述した数式１０をベースに、駆動力配分比ｒを算出する演算手法である。なお、同数式には、要素ａ11の非線形項のみを示すが、他の要素ａ12〜ａ22に関する非線形項についても同様の置換は可能である。ただし、基本的な概念は同じであるため、その説明は省略するが、個々の要素ａ11〜ａ22の非線形項は、前輪最大値Ｆf_Limと、後輪最大値Ｆr_Limと、前後輪の平均横力Ｆf_y，Ｆr_yと、上述したパラメータ群μ，Ｆa，Ｆf_z，Ｆr_zとに基づいて算出される。かかる手法によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、駆動力配分比ｒの解がないという事態の発生を抑制することができるので、制御における信頼性の向上を図ることができる。
【００６０】
（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態において、数式１１は、操舵による前後輪の平均横力Ｆf_y，Ｆr_yを入力として式展開を行っている。しかしながら、横風、路面の凹凸等といった外乱が作用力（特に、平均横力Ｆz）として加わると考えた場合、直進走行時であっても、上述した概念に従って要素ａ11〜ａ22における非線形項の最小化を実現することができる。ただし、直進走行時は、操舵時とは異なり、平均横力Ｆf_y，Ｆr_yを予測することは困難であるため、前後輪の平均横力Ｆf_y，Ｆr_yは等価と仮定する。この場合、要素ａ11の非線形項は、下式で表現することができる。
【数１３】
2006069519.tif 000015
【００６１】
なお、同数式には、要素ａ11の非線形項のみを示すが、他の要素ａ12〜ａ22に関する非線形項についても同様の置換は可能である。ただし、基本的な概念は同じであるため、その説明は省略するが、個々の要素ａ11〜ａ22の非線形項は、前輪最大値Ｆf_Lim、後輪最大値Ｆr_Limと、上述したパラメータ群μ，Ｆa，Ｆf_z，Ｆr_zとに基づいて算出することができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
図１０は、状態面の説明図である。例えば、車輪の非線形性に影響される車両の運動状態のように、制御入力が不連続的に変化する非線形制御系には、状態面と呼ばれる解析手法が有効である。二輪モデルベースの状態方程式によって運動状態が表される車両では、その状態面が、車体すべり角βbとヨーレートγとを軸とするベクトル場Ｓ（β'（βb，γ），γ'（βb，γ））で表現される。このベクトル場Ｓでは、ベクトルが外側に向かう程、状態面（車両挙動）が発散傾向にあると考えられ、ベクトルが内側に向かう程、状態面（車両挙動）が非発散傾向にあると考えられる。状態面が非発散傾向にある場合、外乱が入力したとしても、車両挙動の発散が抑制されるので、安定した車両応答を得ることを意味する。
【００６３】
このようなベクトル場では、発散▽Ｓと呼ばれる特性値によって、ベクトルの傾向を定量的に評価可能である。この発散▽Ｓは、車体すべり角速度βb'を車体すべり角βbについて偏微分した値と、ヨー角加速度γ'をヨーレートγについて偏微分した値との和となる。発散▽Ｓが正の値の場合、ベクトルは外側を向く傾向となり、発散▽Ｓが負の値の場合、ベクトルは内側を向く傾向となる。したがって、ベクトル場Ｓの発散▽Ｓを最小化することにより、ベクトルの傾向が内向きとなるため、車両挙動の発散を抑制することが可能となる。
【００６４】
本実施形態では、このような概念に基づいて、状態面を記述するベクトル場Ｓの発散▽Ｓの最小化を図るように、駆動力配分比ｒを制御する。なお、本実施形態では、「発散▽Ｓの最小化」という用語を、この値▽Ｓが取り得る範囲の中で最も小さな値にするという意味で用いるばかりでなく、少なくとも、現在の値よりも小さくなるという意味でも用いる。上述した数式１，２に示す状態方程式に基づいて、発散▽Ｓを算出した場合、この発散▽Ｓは、以下に示す関係を満たす。
【数１４】
2006069519.tif 000016
【００６５】
同数式に示すように、ベクトル場Ｓの発散▽Ｓは、第１の実施形態と同様、線形項と非線形項との和で表される。また、同数式に示すように、この発散▽Ｓは、システム行列の対角要素ａ11，ａ22の和のマイナス成分と等しくなる。対角要素ａ11，ａ22の和における線形項は常に正となるので、発散▽Ｓの最小化を図るためには、マイナスの符号を有する非線形項を絶対値ベースで最小にすればよい（非線形項の最小化）。非線形項を最小化する駆動力配分比ｒは、数式１４に示す非線形項に数式９を代入した下式に基づいて算出される。
【数１５】
2006069519.tif 000017
【００６６】
具体的には、駆動力配分比ｒを「0.00」から「1.00」までの間で段階的に変化させ、摩擦係数μ、総駆動力Ｆa、前後輪の平均上下力Ｆf_z，Ｆr_z、平均前後輪すべり角βf，βrに基づいて、非線形項の値を順次算出する。そして、算出された非線形項の中で、その値が最も小さい駆動力配分比ｒが目標値ｒ*として設定される。なお、このような逐次計算を行う上で、平均前後輪すべり角βf，βrは、その値を正確に実測することが困難である。そのため、第１の実施形態において説明したように、これらのすべり角βf，βrをそれぞれ検出可能な前後輪の平均横力Ｆf_y，Ｆr_yで置換してもよい。
【００６７】
このように本実施形態によれば、車両運動の状態面といった観点から、この状態面を表すベクトル場Ｓの発散▽Ｓが最小となるように、駆動力配分比ｒの目標値ｒ*が設定される。そのため、車輪の非線形性に起因する車両応答（スピン等）が抑制され、操安性の向上を図ることができる。
【００６８】
本実施形態では、発散▽Ｓにおける非線形項を算出し、算出された非線形項に基づいて、この非線形項が現在の値よりも小さくなるように駆動力配分比ｒを設定した。ただし、この非線形項の最小化は、発散▽Ｓの最小化と同視することができる。そのため、上述した一連の制御手順は、以下に示す手順として言い換えることができる。第１のステップとして、算出部１０ａにおいて、発散▽Ｓが算出される。第２のステップとして、設定部１０ｂにおいて、算出された発散▽Ｓに基づいて、この発散▽Ｓが現在の値よりも小さくなるように駆動力配分比ｒが設定される。なお、発散▽Ｓが「0」以下の場合、状態面は非発散傾向となるので、発散▽Ｓを最小化する駆動力配分比ｒを単に目標値ｒ*として設定する以外にも、発散▽Ｓが「0」以下となる駆動力配分比ｒを目標値ｒ*として設定することも可能である。すなわち、現在の値▽Ｓが負であるという拘束条件を具備した場合には、発散▽Ｓが「0」以下となり得る範囲内において、その値が大きくなるような駆動力配分比ｒを目標値ｒ*としてもよい。
【００６９】
また、各実施形態では、二輪モデルをベースとした状態方程式との関連性で、状態面を表現するベクトル場の軸に、車体すべり角βbおよびヨーレートγの状態量を用いている。しかしながら、横力Ｆzおよびヨーモーメント、車体すべり角βbおよび車体すべり角速度βb’といったように、車両の運動状態を表す状態量を用いる限り、その軸として取り得るパラメータは任意に設定することができる。
【００７０】
（第５の実施形態）
二輪モデルベースの状態方程式によって運動状態が表現される車両は、２次遅れ系となる１自由度の振動系と同視して考察することができる。この振動系は、減衰を考慮した自由振動でモデル化することができ、その特性は、角固有振動数ωnと減衰比ζとの２つの状態量によって表現される。１自由度振動系の運動状態を示す状態方程式を参照すると、角固有振動数ωnと減衰比ζとは下式で表される。
【数１６】
2006069519.tif 000018
【００７１】
ここで、ｍは質量、ｃは減衰係数、ｋはばね定数である。角固有振動数ωnは、ばね定数ｋを質量ｍで除算した除算値の平方根であり、減衰比ζは、減衰係数ｃを、質量ｍとばね定数ｋとの積算値の平方根を２倍した値で除算した除算値である。角固有振動数ωnと減衰比ζとを積算した積算値は、この振動系の収束性を示す特性値であり、本実施形態では、この積算値に着目する（以下この値を単に「減衰」と呼ぶ）。このような振動系と、車両の運動（車両系）と同視した場合、これらの値ωn，ζ，ωn・ζは、車両の運動状態を表す状態方程式（数式１）に基づいて、下式で算出される。
【数１７】
2006069519.tif 000019
【００７２】
車両系の角固有振動数ωnは、システム行列の対角要素ａ11，ａ22の積から、その連成要素ａ12，ａ21の積を減算した減算値の平方根であり、車両系の減衰比ζは、対角要素ａ11，ａ22の和を、角固有振動数ωnを２倍した値で除算した除算値である。また、車両系の減衰ωn・ζは、対角要素ａ11，ａ22の和を１／２倍した値、すなわち、対角要素ａ11，ａ22の平均値である。この減衰ωn・ζは、その値が大きい程外乱に対する振動系の収束性がよいことを意味する。換言すれば、減衰ωn・ζが大きい程、車両の安定性の向上を図ることができる。
【００７３】
本実施形態では、このような概念に基づいて、減衰ωn・ζの最大化を図るように、駆動力配分比ｒを制御する。なお、本実施形態では、「減衰ωn・ζの最大化」という用語を、この値ωn・ζが取り得る範囲の中で最も大きな値にするという意味で用いられるばかりでなく、少なくとも、現在の値よりも大きくするという意味でも用いる（すなわち、減衰ωn・ζの低下を抑制する）。対角要素ａ11，ａ22の和における線形項は常に正であるので、減衰ωn・ζの最大化を図るためには、マイナスの符号を有する非線形項を絶対値ベースで最小にすればよい（非線形項の最小化）。この非線形項を最小化する駆動力配分比ｒは、発散▽Ｓの最小化と同様に、上述した数式１５に基づいて決定することができる。
【００７４】
このように本実施形態によれば、車両の運動状態を２次遅れ系となる１自由度振動系と同視し、系の収束性の向上といった観点から、減衰ωn・ζが最大となるように、駆動力配分比ｒが決定される。これにより、車両の安定性の向上を図ることできるので、操安性の向上を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、非線形項を算出し、算出された非線形項に基づいて、この非線形項が現在の値よりも小さくなるように駆動力配分比ｒを設定した。ただし、この非線形項の最小化は、減衰ωn・ζの最大化と同視することができる。そのため、上述した一連の制御手順は、以下に示す手順として言い換えることができる。第１のステップとして、算出部１０ａにおいて、減衰ωn・ζが算出される。第２のステップとして、設定部１０ｂにおいて、算出された減衰ωn・ζに基づいて、この減衰ωn・ζが現在の値よりも小さくなるように駆動力配分比ｒが設定される。
【００７６】
（第６の実施形態）
上述した第１から第３の実施形態では、要素ａ11〜ａ22のうちの少なくとも一つの要素に着目して非線形項の最小化を図っているが、二つ以上の要素ａ11〜ａ22に着目して非線形項の最小化を図ってもよい。例えば、要素ａ11と要素ａ22との２つの要素に着目し、これらの要素ａ11，ａ22（対角要素）の和となる非線形項の最小化を図るといった如くである。要素ａ11，ａ22の和における非線形項の最小化は、上述した数式１５に基づいて、適切に駆動力配分比ｒを決定することにより実現可能である。このように、単一の要素ａ11〜ａ22のみならず、複数の要素ａ11〜ａ22に着目することにより、例えば、第４または第５の実施形態に示す効果を奏することができる。
【００７７】
（第７の実施形態）
上述した第１から第６の実施形態では、前後輪の駆動力配分比ｒを制御する手法について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、左右輪を含め、それぞれの車輪（本実施形態では、四輪）に対する駆動力配分比を制御してもよい。以下、第４の実施形態に係る制御概念に基づいて、それぞれの車輪に対する駆動力配分制御について説明するが、他の実施形態についても基本的な概念は同様であるため、ここでの説明は省略する。以下、説明の便宜上、左前輪を表す「fl」、右前輪を表す「fr」、左後輪を表す「rl」および右後輪を表す「rr」のアルファベットを用いて、各状態量が示す車輪を明示的に区別する。例えば、ｋfl_a，ｋfr_aは左右前輪の各コーナリングパワーｋaであり、ｋrl_a，ｋrr_aは左右後輪の各コーナリングパワーｋaであるといった如くである（他の状態量についても同様）。
【００７８】
前輪のコーナリングパワーｋf_aは、左右前輪のコーナリングパワーｋfl_a，ｋfr_aの平均値、後輪のコーナリングパワーｋr_aは、左右後輪のコーナリングパワーｋrl_a，ｋrr_aの平均値とする。各輪のコーナリングパワーｋfl_a〜ｋrr_aは、一輪あたりのコーナリングパワーｋaの算出式である数式３に基づき算出可能である。個々の車輪を考慮して発散▽Ｓ（数式１４）を算出した場合、この値▽Ｓは、下式となる。
【数１８】
2006069519.tif 000020
【００７９】
同数式において、Ｆfl_ymax〜Ｆrr_ymaxは、左右前後輪のそれぞれの横力最大値Ｆymaxである。ここで、前後輪に対する駆動力配分比（以下「前後配分比」という）をＲfr、前輪の左右輪に対する駆動力配分比（以下「前左右配分比」という）をＲlr_f、後輪の左右輪に対する駆動力配分比（以下「後左右配分比」という）をＲlr_rとする。これらの駆動力配分比Ｒfr〜Ｒlr_rと、各輪の前後力Ｆfl_x〜Ｆrr_xとの間には、総駆動力Ｆaを介して以下に示す関係が成立する。
【数１９】
2006069519.tif 000021
【００８０】
発散▽Ｓの最小化を図るためには、マイナスの符号を有する非線形項を絶対値ベースで最小にすればよい（非線形項の最小化）。数式１８において、各横力最大値Ｆfl_ymax〜Ｆrr_ymaxは、一輪あたりの横力最大値Ｆymaxの算出式である数式６に基づき算出可能である。数式１９に基づいて、数式１８における非線形項を整理すると、非線形項を最小化する各配分比Ｒfr，Ｒlr_f，Ｒlr_rは、下式に基づいて算出される。
【数２０】
2006069519.tif 000022
【００８１】
具体的には、それぞれの配分比Ｒfr，Ｒlr_f，Ｒlr_rを個別に「0.00」から「1.00」までの間で段階的に変化させ、摩擦係数μ、総駆動力Ｆa、それぞれの車輪の上下力Ｆfl_z〜Ｆrr_z、平均前後輪すべり角βf，βrに基づいて、非線形項の値を順次算出する。そして、算出された非線形項の中で、その値が最も小さい配分比Ｒfr，Ｒlr_f，Ｒlr_rの組合わせが、各配分比Ｒfr，Ｒlr_f，Ｒlr_rの目標値Ｒfr*，Ｒlr_f*，Ｒlr_r*として設定される。なお、同数式において、平均前輪すべり角βf、平均後輪すべり角βrは、それぞれの車輪の横力Ｆfl_y〜Frr_yで置換してもよい。この場合、発散▽Ｓの非線形項は、下式となる。
【数２１】
2006069519.tif 000023
【００８２】
このように本実施形態によれば、車両運動の状態面を表すベクトル場の発散▽Ｓが最小となるように、各輪への駆動力配分比Ｒfr*，Ｒlr_f*，Ｒlr_r*が決定される。各輪へ伝達される駆動力が適切に配分されることにより、より安定した車両応答を実現することが可能となり、操安性の向上を図ることができる。なお、前左右配分比Ｒlr_fと，後左右配分比Ｒlr_rとを固定値として「0.50」に設定することにより、単純な前後輪に対する駆動力配分と同視することができる。左右輪への駆動力配分に関する手法については、例えば、特開２０００−１６８３８５号公報に開示されているの必要ならば参照されたい。
【００８３】
（第８の実施形態）
上述した各実施形態では、それぞれの車輪に対する駆動力配分比を調整することにより、非線形項の最小化を行った。しかしながら、非線形項の変化は、それぞれの車輪に対する荷重配分比ｒ'にも起因するため、この荷重配分制御により、非線形項の最小化を行ってもよい。基本的な制御概念としては、上述した駆動力配分制御と同じであり、本実施形態では、その相違点について説明する。
【００８４】
各車輪の荷重の総和である総荷重をＷ、前後輪に対する荷重配分比をｒ'とする。この場合、前輪の平均上下力Ｆf_zと、後輪の平均上下力Ｆｒ_xとは、以下に示す数式で表すことができる。
【数２２】
2006069519.tif 000024
【００８５】
各要素ａ11〜ａ22における非線形項を最小化する荷重配分比ｒ'は、第１の実施形態における説明の数式９を数式２２に変更することにより、数式６，７，２２に基づいて、一義的に特定することができる。例えば、要素ａ11の非線形項は、下式で表される。
【数２３】
2006069519.tif 000025
【００８６】
ここで、総荷重Ｗは、それぞれの車輪の上下力（検出値）Ｆzの総和として一義的に特定可能である。非線形項を最小化する荷重配分比ｒ'は、平均前後輪すべり角βf，βr、摩擦係数μ、総荷重Ｗ、前後輪の平均前後力Ｆf_x，Ｆr_xとに基づいて一義的に算出可能である。
【００８７】
また、このような荷重配分制御は、第１の実施形態の手法のみに適用可能であるばかりでなく、他の実施形態についても同様に適用可能である。例えば、第４から第６の実施形態において、要素ａ11，ａ22の和となる非線形項を最小化する荷重配分比ｒ'は、数式１４に示す非線形項に数式２２を代入した下式に基づいて算出される。
【数２４】
2006069519.tif 000026
【００８８】
このように、本実施形態によれば、上述した各実施形態と同様の効果を奏するとともに、制御手法に多様性を具備することができる。これにより、本制御を広く種々の車両に適用することができる。なお、それぞれの車輪に対する荷重配分は、例えば、電子制御式のサスペンション装置を用いることにより動的に変化させることができる。
【００８９】
上述した各実施形態では、エンジン２を駆動源とする四輪駆動車について説明したが、駆動源としてモータを用いてもよい。この場合、エンジン２と同様に、ディファレンシャル装置を介して、単一のモータによって四輪を駆動してもよいし、各輪、或いは前後輪に対してそれぞれモータを設けてもよい。かかる手法であっても、システム行列の要素の非線形項に着目して、ディファレンシャル装置の差動を制御する、或いは、モータの出力を直接的に制御することにより、適切な駆動力配分比ｒを達成する。これにより、上述した各実施形態と同様の効果を奏することができる。また、制動時に制御を行うためには、駆動力配分比ｒに応じて、エンジン２の出力制御およびアンチロックブレーキシステム等を用いることも可能である。
【００９０】
さらに、上述した各実施形態において、検出部１１は、三方向に作用する作用力を検出する構成であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、必要となる分力方向に作用する作用力を検出可能であれば足りる。また、三方向の分力成分のみならず、この三方向回りのモーメントをも含む六分力を検出する六分力計であってもよい。かかる構成であっても、必要となる作用力は少なくも検出することができるので、当然ながら問題はない。なお、車輪６に作用する六分力を検出する手法については、例えば、特開２００２−０３９７４４号公報、特開２００２−０２２５７９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００９１】
また、検出部１１を車軸５に埋設するケースを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のバリエーションも考えられる。作用力を検出するという観点でいえば、例えば、車輪６を保持する部材、例えば、ハブやハブキャリア等に検出部１１を設けてもよい。なお、検出部１１をハブに設ける手法については、特開２００３−１０４１３９号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００９２】
上述した各実施形態では、三方向に作用する作用力を直接的に検出するセンサにより、前後力Ｆx、横力Ｆyおよび上下力Ｆzを検出しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、横力Ｆyは、コーナリングフォースを推定することによって特定してもよいし（すなわち、間接的に検出する）、上下力Ｆzは、垂直荷重を推定することによって特定してもよい（すなわち、間接的に検出する）。この推定手法では、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサ、車両重心位置に設けられた横加速度センサおよび前後加速度センサ、ヨーレートセンサが用いられる。
【００９３】
第１に、コーナリングフォースの推定手法について説明する。各種のセンサより得られる検出値において、各車輪の車輪速をＶfl_s，Ｖfr_s，Ｖrl_s，Ｖrr_s、ヨーレートγ、横加速度ｙ''s、前後加速度ｘ''sとする。また、重心高をｈ、トレッド幅をｄ、重力加速度をｇとする。
【００９４】
これらの検出値は、低周波ノイズや高周波ノイズの他、路面カントや車体ロールを要因とする外乱成分除去を目的としてデジタルフィルタ処理が施される。そこで、フィルタ処理された車輪速センサの出力値（車輪速）をＶfl_f，Ｖfr_f，Ｖrl_f，Ｖrr_fとし、これらの値に基づいて推定された車体速（例えば、それぞれの車輪速の平均値）をＶ＾、この車両速Ｖ＾を微分演算して得られる車体加速度をｘ''＾とする。また、フィルタ処理されたヨーレートセンサの出力値（ヨーレート）をγf、このヨーレートγfを微分演算して得られるヨー角加速度γ'＾とする。また、フィルタ処理された横加速度センサの出力値（横加速度）をｙ''＾とする。
【００９５】
左右前輪のコーナリングフォースをＦfl＾，Ｆfr＾、左右後輪のコーナリングフォースをＦrl＾，Ｆrr＾とした場合、各々の値は運動方程式に基づいて、下式を用いて推定することができる。
【数２５】
2006069519.tif 000027
【００９６】
したがって、前輪の平均コーナリングフォースの推定値Ｆf＾と、後輪の平均コーナリングフォースの推定値Ｆr＾は、下式に基づいて、一義的に算出することができる。
【数２６】
2006069519.tif 000028
【００９７】
なお、車体に働くコーナリングフォースをＦcとした場合、このコーナリングフォースＦcと、車輪６に働く横力Ｆyとの間には、以下に示す関係が成立する。
【数２７】
2006069519.tif 000029
【００９８】
第２に、垂直荷重の推定手法について説明する。左右前輪の垂直荷重の推定値をＷfl＾，Ｗfr＾、左右後輪の垂直荷重の推定値をＷrl＾，Ｗrr＾とした場合、これらの推定値は、上下方向の加速度運動、ロール軸およびピッチ軸回りの加速度運動を無視すると、次式に基づいて算出することができる。
【数２８】
2006069519.tif 000030
【００９９】
したがって、前輪の平均コーナリングフォースの推定値Ｆf＾と、後輪の平均コーナリングフォースの推定値Ｆr＾は、下式に基づいて、一義的に算出することができる。
【数２９】
2006069519.tif 000031
【０１００】
ここで、同数式において、ΔＷlongは前後加速度による荷重移動量、および、ΔＷlatは横加速度による荷重移動量であり、個々の値は、次式に基づいて一義的に算出することができる。
【数３０】
2006069519.tif 000032
【０１０１】
なお、前後加速度ａxは、前後加速度センサの出力値ｘ''s、または、車輪速から算出された車体加速度ｘ''＾であり、横加速度ａyは、横加速度センサの出力値ｙ"＾である。また、上述した演算では、バネ上の上下方向の加速度運動と、ロール軸およびピッチ軸回りの回転運動とを無視しているが、これらを考慮してコーナリングフォースおよび垂直荷重を推定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】車両モデルを示す説明図
【図２】車両運動の状態方程式を示すブロック図
【図３】車輪に作用する作用力の説明図
【図４】要素ａ11の非線形項を最小化する駆動力配分比の傾向を示す図
【図５】要素ａ12，ａ21の非線形項の係数を最小化する駆動力配分比の傾向を示す図
【図６】要素ａ22の非線形項の係数を最小化する駆動力配分比の傾向を示す図
【図７】本実施形態にかかる車両運動制御装置の全体構成を示したブロック図
【図８】車両運動制御装置のブロック構成図
【図９】本実施形態にかかる車両制御の手順を示したフローチャート
【図１０】状態面の説明図
【符号の説明】
【０１０３】
１    車両運動制御装置
２    エンジン
３    自動変速機
４    センタディファレンシャル装置
４ａ  キャリア
４ｂ  サンギヤ
４ｃ  油圧多板クラッチ
５    駆動軸
６    車輪
６ｆ  前輪
６ｒ  後輪
７    ソレノイドバルブ
１０    制御部
１０ａ  算出部
１０ｂ  設定部
１１    検出部
１２    推定部
【図１】
2006069519.tif 000033
【図２】
2006069519.tif 000034
【図３】
2006069519.tif 000035
【図４】
2006069519.tif 000036
【図５】
2006069519.tif 000037
【図６】
2006069519.tif 000038
【図７】
2006069519.tif 000039
【図８】
2006069519.tif 000040
【図９】
2006069519.tif 000041
【図１０】
2006069519.tif 000042