(57)【要約】車輪センサ１３と、上記車輪速から車輪回転力を算出する車輪回転力算出手段２３と、電気モータ３の発生する駆動力を検出する駆動力検出手段１２と、上記駆動力と車輪回転力とから車体駆動力を演算する車体駆動力演算手段２４と、上記車体駆動力の複数の周波数帯域の変動成分を抽出する車体駆動力変動成分抽出手段２５と、車両の走行状態を制御する制駆動力制御部２２とを備え、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて演算された主駆動力、スリップ率制御駆動力、タイヤ外乱補償駆動力とから車輪に加えられる制駆動力を求めてモータコントローラ１１に送り、駆動輪２を制駆動するとともに、タイヤに微小振動を付加してタイヤ−路面間に発生する微小振動を抑制することにより、タイヤに加わる外乱を補償して、タイヤ−路面間の接地性を向上させ、車両の操縦安定性を向上させるようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪に加えられる駆動力と車輪回転力とを検出して、上記検出された駆動力と車輪回転力とから車体駆動力を算出し、上記算出された車体駆動力の、少なくとも１つの周波数帯域の変動成分を抽出し、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、車輪を制駆動したり、車輪に振動を与えたりして、車両の走行状態を制御するようにしたことを特徴とする車両制御方法。
【請求項２】
上記算出された車体駆動力の複数の周波数帯域における変動成分を抽出し、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、駆動輪に加えられる制駆動力を制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１に記載の車両制御方法。
【請求項３】
駆動輪の出力軸に加えられる駆動力を検出し、上記駆動力と車輪回転力とから算出される車体駆動力の、少なくとも１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域を含む変動成分を抽出することを特徴とする請求の範囲１または請求の範囲２に記載の車両制御方法。
【請求項４】
駆動輪を制駆動するモータの発生する制駆動力を検出し、上記制駆動力と車輪回転力とから算出される車体駆動力の、少なくとも１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域を含む変動成分を抽出することを特徴とする請求の範囲１または請求の範囲２に記載の車両制御方法。
【請求項５】
上記車体駆動力の変動成分のうち、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、車体駆動力の変動を抑制する制御を行うようにしたことを特徴とする請求の範囲３または請求の範囲４に記載の車両制御方法。
【請求項６】
上記車体駆動力の変動成分のうち、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、車体駆動力の変動を抑制する制御を行うようにしたことを特徴とする請求の範囲５に記載の車両制御方法。
【請求項７】
左，右の駆動輪を独立に制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１〜請求の範囲６のいずれかに記載の車両制御方法。
【請求項８】
ステアリング特性の変化に基づいて左，右の駆動輪をそれぞれ制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲７に記載の車両制御方法。
【請求項９】
タイヤに作用する接地荷重に基づいて車両の走行状態を制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１〜請求の範囲８のいずれかに記載の車両制御方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの周波数帯域の車輪の変動を抽出し、上記抽出された車輪の変動に基づいて、上記車輪の変動を抑制するように駆動輪を制駆動することを特徴とする車両制御方法。
【請求項１１】
上記車輪の、少なくとも１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域を含む変動を抽出し、この抽出された車輪の変動を用いて駆動輪を制駆動するモータの制駆動力を制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１０に記載の車両制御方法。
【請求項１２】
駆動輪の車輪速を検出する手段と、上記検出された車輪速から車輪回転力を算出する手段と、上記駆動輪に加えられる駆動力を検出する手段と、上記駆動力と車輪回転力とから車体駆動力を演算する手段と、上記演算された車体駆動力から少なくとも１つの周波数帯域の変動成分を抽出する手段と、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段とを備えたことを特徴とする車両制御装置。
【請求項１３】
駆動輪を制駆動するモータの発生する制駆動力を検知して、上記駆動輪に加えられる制駆動力を検出するようにしたことを特徴とする請求の範囲１２に記載の車両制御装置。
【請求項１４】
上記走行状態制御手段は、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて車輪を制駆動する手段を有することを特徴とする請求の範囲１２または請求の範囲１３に記載の車両制御装置。
【請求項１５】
上記車体駆動力の、０．２Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数帯域の変動成分を抽出して車体速度と車輪速度との速度差を算出する手段を設け、上記算出された速度差に基づいて車輪を制駆動するようにしたことを特徴とする請求の範囲１４に記載の車両制御装置。
【請求項１６】
左，右の駆動輪を独立に制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１２〜請求の範囲１５のいずれかに記載の車両制御装置。
【請求項１７】
左，右の駆動輪の車体駆動力の、１０Ｈｚ以下の周波数帯域の変動成分をそれぞれ抽出する手段を設け、上記抽出された各変動成分に基づいて左，右の駆動輪をそれぞれ制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１６に記載の車両制御装置。
【請求項１８】
操舵系の舵角を検出する手段と、車体のヨーレートを検出する手段と、上記検出された舵角とヨーレートの大きさから、ステアリング特性の変化を検出するとともに車体の不安定性を判定する手段とを設け、車体が不安定と判定された場合には、上記ステアリング特性の変化に応じて、旋回内側の駆動輪、及び、旋回外側の駆動輪のいずれか一方、あるいは両方を制駆動するようにしたことを特徴とする請求の範囲１７に記載の車両制御装置。
【請求項１９】
上記走行状態制御手段は、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいてタイヤに振動を与える手段を有することを特徴とする請求の範囲１２〜請求の範囲１８のいずれかに記載の車両制御装置。
【請求項２０】
上記車体駆動力の１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の変動成分を抽出してタイヤに作用する外乱の大きさを算出する手段を設け、上記算出された外乱の大きさに基づいてタイヤに振動を与えるようにしたことを特徴とする請求の範囲１９に記載の車両制御装置。
【請求項２１】
上記車体駆動力の変動成分のうち、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、車体駆動力の変動を抑制する制御を行うようにしたことを特徴とする請求の範囲２０に記載の車両制御装置。
【請求項２２】
上記車体駆動力の変動成分のうち、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、車体駆動力の変動を抑制する制御を行うようにしたことを特徴とする請求の範囲２１に記載の車両制御装置。
【請求項２３】
タイヤに作用する接地荷重を検出する手段を設け、上記検出された接地荷重に基づいて車両の走行状態を制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲１２〜請求の範囲２２のいずれかに記載の車両制御装置。
【請求項２４】
サスペンションの変位量を検出する手段と、ホイールの上下加速度を検出する手段と、上記検出されたサスペンションの変位量とホイールの上下加速度とから上記接地荷重を算出する手段とを備えたことを特徴とする請求の範囲２３に記載の車両制御装置。
【請求項２５】
駆動輪の車輪速を検出する手段と、上記検出された車輪速の少なくとも１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の変動成分を抽出する手段と、上記抽出された車輪速の変動成分を用いて駆動輪を制駆動するモータの発生する制駆動力を補正する走行状態制御手段とを備えたことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２６】
上記モータを、直接駆動輪を駆動するダイレクトドライブモータとしたことを特徴とする請求の範囲１２〜請求の範囲２５のいずれかに記載の車両制御装置。
【請求項２７】
上記モータを、車輪に取付けられた電気モータによりホイールを駆動するインホイールモータとしたことを特徴とする請求の範囲２６記載の車両制御装置。
【請求項２８】
上記モータを、ギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータとしたことを特徴とする請求の範囲２７記載の車両制御装置。
【請求項２９】
上記モータを、緩衝部材または緩衝装置を介して、車輌バネ下部、及び、車体側のいずれか一方、あるいは、両方に取付けたことを特徴とする請求の範囲２８記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、車両の制御方法に関するもので、特に、車輪に加わる制駆動力を適切に制御するとともに、タイヤに作用する外乱を抑制するための制御方法とその装置に関する。
背景技術
従来、駆動輪に加わる駆動力を制御して車両の走行状態を制御する方法としては、エンジン駆動車であれば、入力されたアクセル信号に基づき、エンジンの目標回転数を演算し、車速センサで検出される実際の車速が上記目標回転数から算出される車速になるように、スロットルバルブ開度などを制御してエンジン回転数を制御して、駆動輪に連結される出力軸に加えられる駆動トルクを制御する方法が一般的である。
また、電気モータにより駆動輪を制駆動する電気自動車においては、第１２図の制御フローに示すように、駆動トルク検出手段５１により、駆動輪５０Ｒを制駆動する電気モータ５０Ｍの出力トルクを検出するとともに、車輪速センサ５２で車輪速を検出し、目標車輪速演算手段５３にて、必要とされる駆動トルクを得るための目標駆動力（モータトルク指令値）と上記検出されたモータの出力トルクとを用いて、上記検出された車輪速が上記目標車輪速になるように、粘着状態における目標車輪速を演算し、モータ駆動・制御手段５４により、上記電気モータ５０Ｍの発生する制駆動力を制御して駆動輪５０Ｒに加えられる制駆動力を制御するようにしている。このとき、上記車輪回転力と車体駆動力との比が、車輪の質量と車体の質量との比となるように制御される。なお、上記モータ５０Ｍの発生する制駆動力は、モータ出力軸のトルクを検出したり、モータ電流を直接検出したりするなどして、モータ駆動・制御手段５４にて、上記電気モータ５０Ｍに流れる電流の大きさを制御する。
また、電気モータ５０Ｍの出力トルクの変動に伴う車両の振動が発生した場合、これを制御する方法として、例えば、モータトルクをモータ回転角度θｍもしくは回転速度ωｍとして検出し、このθｍもしくはωｍと、プラントモデルで推定されたモータ回転角度の推定値θｍｅもしくは回転速度の推定値ωｍｅとの偏差ｅを算出し、この偏差ｅから外乱トルクを推定して実プラントに入力されるモータトルクを制御する方法（例えば、特開２０００−２１７２０９号公報参照）や、モータの平均回転数ωＭと駆動輪の平均回転数ωｂとを検出してその偏差Δωを算出し、この偏差Δωにゲインｋを乗じた補正値τ’を用いてモータへ入力するトルク指令τＭを補正する方法（例えば、特開２００２−１５２９１６号公報参照）などが提案されている。
また、スイッチング回路にて駆動するＳＲモータを用いた車両において、モータから検出したモータ回転数信号から、バンドパスフィルタにより上記共振周波数帯域の信号を取り出してこれをフィードバックして、上記モータまたは車体の共振に起因するモータ振動によるモータ軸の回転ムラを低減する方法も提案されている（例えば、特開２００２−１７１７７８号公報参照）。
また、上記の車両制御においては、ヨーレートセンサや車速センサで検出される車両の姿勢や車速の制御を行う際に、制御対象である車両の挙動の時定数に応じて駆動輪に加わる制駆動力を制御するようにしている。具体的には、ループ内にローパスフィルタを設けて上記車両の挙動に対するノイズ成分となる高周波成分を除去することにより、エンジン駆動車では、約１００ｍｓｅｃ〜１０ｓｅｃの、電気自動車では、約１ｍｓｅｃ〜１０ｓｅｃの制御周期で駆動輪に加わる制駆動力を制御する。
一方、低μ路での走行においては、路面μを推定し、この路面μに基づいて車両の走行状態を制御する方法が行われている。路面μの推定方法としては、例えば、タイヤと路面との間の摩擦特性を含む車輪共振系への入力に対する応答出力の精度向上のため車輪速の振動を抽出し、この車輪速の振動から周期的な振動のみを選択し、この周期的な振動に基づいて車輪共振系の伝達関数を同定することにより路面μを推定する方法が提案されている（例えば、特開平１１−１７８１２０号公報参照）。
また、低μ路での急発進における車輪のスピン抑制のためには、第１２図に示すように、車体速センサ５５を用いて車体速を検出し、スリップ率演算手段５６にて、上記検出された車体速と車輪速センサ５２を用いて検出された車輪速とから車輪スピンによって発生する車輪速−車体速間の速度差によって決定されるスリップ率を演算し、上記スリップ率が予め設定されたスリップ率になるように上記目標車輪速を補正して上記スリップ率の上昇を抑制し、制駆動距離を短縮する制御を行っているが、この制御についても、車両挙動の情報を基に駆動輪に加わる制駆動力の制御を行うため、同じ制御周波数での制御を行っている。
また、車体速と車輪速との速度差からスリップ率を算出する代わりに、駆動輪部の加速度を加速度センサで検出し、この加速度センサの出力と駆動輪の回転増加量との関係から、当該車両がスリップしているかどうかを判定し、スリップと判定した場合にはモータトルクを減少させる制御方法も提案されている（例えば、特開平１１−１７８１２０号公報参照）。
また、路面状態に応じて、タイヤに車体の応答周波数よりも高い周波数をもつ微小振動を与えてタイヤと路面間の摩擦力を変化させることで、タイヤのスリップ率またはスリップ角を一定の状態を維持したままで、タイヤの摩擦力を制御して車両の走行状態を制御する方法も提案されいる（例えば、国際公開第０２／００４６３号パンフレット参照）。
しかしながら、上記エンジン駆動車の一般的車両制御では、周期が１００ｍｓｅｃ以下の、路面状態の変化に起因するタイヤ接地圧の変動やサスペンションを含むバネ下振動の変化等によるタイヤに加わる外乱（微小振動）の影響を補償することができないため、タイヤの接地性を悪化させているといった問題点があった。一方、電気自動車においては、上記エンジン駆動車よりも短い周期の制御が可能であるにもかかわらず、上記検出されたモータトルクや車輪速に含まれる、車体の応答周波数よりも高い周波数領域の変動成分を特化することができないため、上記タイヤに加わる外乱の影響を補償することができなかった。
また、タイヤに直接微小振動を与える方法では、タイヤの摩擦力制御のみを行っているため、車両の姿勢や車速の制御については十分とはいえなかった。
更に、車両の姿勢や車速の制御やスリップ率の制御を、同じ制御周波数範囲で行っているため、車両の姿勢や車速の制御に対しては、オーバーフィードバックになるなど、十分な車両制御ができなかった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤに加わる外乱を補償して、タイヤ−路面間の接地性を向上させ、車両の操縦安定性を向上させることのできる車両制御方法とその装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、車輪速または車体駆動力の変動を抽出し、この抽出された車輪速または車体駆動力の変動を抑制する制御を行うことにより、車両の走行状態を安定させることができることを見いだし、本発明に到ったものである。具体的には、車輪速センサにより検出される車輪速や、駆動輪に加えられる駆動力と車輪回転力とから求められる、タイヤ接地面で発生している、車体を前進させるための車体駆動力のいずれかに含まれる車体の姿勢や車速の変化、更には、タイヤ外乱に起因する変動成分を分離して抽出し、これらの各変動成分を直接目標駆動力にフィードバックしたり、各変動成分に応じて駆動輪に加えられる駆動力や制動力を制御したり、更には、タイヤに振動を与えて上記タイヤ外乱によるタイヤ変形を抑制したりするなどして駆動力の変動や上記外乱に起因する振動を抑制することにより、安定した車両制御が可能となる。
すなわち、本発明の請求の範囲１に記載の車両制御方法は、駆動輪に加えられる駆動力と車輪回転力とを検出して、上記検出された駆動力と車輪回転力とから車体駆動力を算出し、上記算出された車体駆動力の、少なくとも１つの周波数帯域の変動成分を抽出し、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、車輪を制駆動したり、車輪に振動を与えたりして、車両の走行状態を制御するようにしたことを特徴とする。
請求の範囲２に記載の車両制御方法は、上記算出された車体駆動力の複数の周波数帯域における変動成分を抽出し、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、駆動輪に加えられる制駆動力を制御するようにしたことを特徴とするもので、これにより、車両の制駆動や姿勢制御、スリップ率の上昇抑制、タイヤ外乱の補償等の制御を同時にかつ的確に行うことが可能となる。
請求の範囲３に記載の車両制御方法は、エンジンにより駆動される車両において、駆動輪の出力軸に加えられる駆動力を検出して、上記駆動力と車輪回転力とから算出される車体駆動力の、少なくとも１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域を含む変動成分を抽出し、上記抽出された変動成分に基づいて車両の走行状態を制御するようにしたもので、これにより、周期が１００ｍｓｅｃ以下の、路面状態の変化に起因するタイヤ接地圧の変動やサスペンションを含むバネ下振動の変化等によるタイヤに加わる外乱（微小振動）の影響を補償することが可能となり、タイヤの接地性を向上させることができる。
また、請求の範囲４に記載の車両制御方法は、モータにより制駆動される車両において、駆動輪を制駆動するモータの発生する制駆動力を検出して、上記制駆動力と車輪回転力とから算出される車体駆動力の、少なくとも１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域を含む変動成分を抽出し、上記抽出された変動成分に基づいて車両の走行状態を制御するようにしたもので、これにより、周期が１００ｍｓｅｃ以下の、路面状態の変化に起因するタイヤ接地圧の変動やサスペンションを含むバネ下振動の変化等によるタイヤに加わる外乱（微小振動）の影響を確実に補償することが可能となり、タイヤの接地性を更に向上させることができる。
請求の範囲５に記載の車両制御方法は、上記車体駆動力の変動成分のうち、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、車体駆動力の変動を抑制する制御を行うようにしたことを特徴とするもので、これにより、上記１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの変動成分のうち、トレッドのパターンブロックやサイプの影響による微細振動よりも低周波側にある、タイヤケースの固有振動などに起因するタイヤダイナミックスの周波数帯域での外乱を抑制して、車体駆動力の変動を低減することが可能となる。
請求の範囲６に記載の車両制御方法は、上記車体駆動力の変動成分のうち、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、車体駆動力の変動を抑制する制御を行うようにしたことを特徴とするもので、これにより、上記１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの変動成分のうち、タイヤの縦バネ、及び、前後バネの共振周波数近傍での外乱を抑制することが可能となる。
請求の範囲７に記載の車両制御方法は、請求の範囲１〜請求の範囲６のいずれかに記載の車両制御方法において、左，右の駆動輪を独立に制御するようにしたことを特徴とするもので、従来のギア等の差動装置（デフ）によるトルク配分とは異なり、他方の駆動輪の駆動トルクによる制限がないので、左，右の駆動輪の駆動トルクを適切に設定することが可能となる。
請求の範囲８に記載の車両制御方法は、上記請求の範囲７に記載の車両制御方法において、ステアリング特性の変化に基づいて左，右の駆動輪をそれぞれ制御するようにしたもので、これにより、ステアリング特性の変化を抑制できるので、車両の姿勢や車速の制御を確実に行うことが可能となる。
請求の範囲９に記載の車両制御方法は、タイヤに作用する接地荷重に基づいて車両の走行状態を制御するようにしたもので、これにより、タイヤに作用する接地荷重の変化に伴うタイヤ−路面間の摩擦力の変化を補償することができ、車両の制御特性を更に向上させることが可能となる。
また、請求の範囲１０に記載の車両制御方法は、少なくとも１つの周波数帯域の車輪速や車輪回転力の変動などの、車輪の変動を抽出し、上記抽出された車輪の変動に基づいて、上記車輪の変動を抑制するように駆動輪を制駆動することを特徴とする。
請求の範囲１１に記載の車両制御方法は、請求の範囲１０に記載の車両制御方法において、上記車輪の、少なくとも１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域を含む変動を抽出し、この抽出された車輪の変動を用いて駆動輪を制駆動するモータの制駆動力を制御するようにしたことを特徴とする。
また、請求の範囲１２に記載の車両制御装置は、駆動輪の車輪速を検出する手段と、上記検出された車輪速から車輪回転力を算出する手段と、上記駆動輪に加えられる駆動力を検出する手段と、上記駆動力と車輪回転力とから車体駆動力を演算する手段と、上記演算された車体駆動力から少なくとも１つの周波数帯域の変動成分を抽出する手段と、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段とを備え、車体駆動力の変動成分に含まれる車体の姿勢や速度の変化、更には、タイヤ外乱に起因する変動成分を分離して抽出し、これらの変動成分に基づいて車両の走行状態を制御することにより、車両制御特性を向上させるようにしたものである。
請求の範囲１３に記載の車両制御装置は、駆動輪を制駆動するモータの発生する制駆動力を検知して、上記駆動輪に加えられる制駆動力を検出するようにしたものである。
請求の範囲１４に記載の車両制御装置は、請求の範囲１２または請求の範囲１３に記載の車両制御装置において、上記走行状態制御手段に、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて車輪を制駆動する手段を設けたものである。
請求の範囲１５に記載の車両制御装置は、上記車体駆動力の、０．２Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数帯域の変動成分を抽出して車体速度と車輪速度との速度差を算出する手段を設け、上記算出された速度差に基づいて車輪を制駆動するようにしたもので、これにより、スリップ率の上昇を抑制して、適切な車輪速制御を行うことが可能となる。
また、請求の範囲１６に記載の車両制御装置は、左，右の駆動輪を独立に制御して、車両の旋回安定性を向上させるようにしたものである。
請求の範囲１７に記載の車両制御装置は、左，右の駆動輪の車体駆動力の１０Ｈｚ以下の周波数帯域の変動成分をそれぞれ抽出する手段を設け、上記抽出された各変動成分に基づいて左，右の駆動輪をそれぞれ制御することにより、ステアリングの変化に伴う不安定化を抑制して、車両の姿勢制御や車速の制御を確実に行うことを可能としたものである。
請求の範囲１８に記載の車両制御装置は、操舵系の舵角を検出する手段と、車体のヨーレートを検出する手段と、上記検出された舵角とヨーレートの大きさから、ステアリング特性の変化を検出するとともに車体の不安定性を判定する手段とを設け、車体が不安定と判定された場合には、上記ステアリング特性の変化に応じて、旋回内側の駆動輪、及び、旋回外側の駆動輪のいずれか一方、あるいは両方を制駆動するようにしたもので、これにより、姿勢制御の安定性を更に向上させることが可能となる。
また、請求の範囲１９に記載の車両制御装置は、請求の範囲１２〜請求の範囲１８のいずれかに記載の車両制御装置において、上記走行状態制御手段に、タイヤに振動を与える手段を設けて、タイヤに加わる微小振動の影響を補償するようにしたものである。
請求の範囲２０に記載の車両制御装置は、上記車体駆動力の１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の変動成分を抽出してタイヤに作用する外乱の大きさを算出する手段を設け、上記算出された外乱の大きさに基づいてタイヤに振動を与えるようにしたものである。
請求の範囲２１に記載の車両制御装置は、上記車体駆動力の変動成分のうち、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、上記変動成分に含まれるタイヤケースの固有振動などに起因するタイヤダイナミックスの周波数帯域での外乱を抑制し、車体駆動力の変動を低減する制御を行うようにしたものである。
請求の範囲２２に記載の車両制御装置は、上記車体駆動力の変動成分のうち、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚにおける変動成分を抽出して、上記変動成分に含まれるタイヤの縦バネ、及び、前後バネの共振周波数近傍での外乱を抑制し、車体駆動力の変動を低減する制御を行うようにしたものである。
また、請求の範囲２３に記載の車両制御装置は、請求の範囲１２〜請求の範囲２２のいずれかに記載の車両制御装置において、タイヤに作用する接地荷重を検出する手段を設け、上記検出された接地荷重に基づいて車両の走行状態を制御するようにしたもので、これにより、タイヤに作用する接地荷重の変化に伴うタイヤ−路面間の摩擦力の変化を補償することができるので、車両の制御特性を更に向上させることが可能となる。
請求の範囲２４に記載の車両制御装置は、請求の範囲２３に記載の車両制御装置において、サスペンションの変位量を検出する手段と、ホイールの上下加速度を検出する手段と、上記検出されたサスペンションの変位量とホイールの上下加速度とから上記接地荷重を算出する手段とを備え、タイヤに作用する接地荷重を検出するようにしたものである。
また、請求の範囲２５に記載の車両制御装置は、駆動輪の車輪速を検出する手段と、上記検出された車輪速の少なくとも１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の変動成分を抽出する手段と、上記抽出された車輪速の変動成分を用いて駆動輪を制駆動するモータの発生する制駆動力を補正する走行状態制御手段とを備えたもので、これにより、タイヤ外乱に起因する車輪速の変動を低減して車両の走行状態を安定させることが可能となる。
また、請求の範囲２６に記載の車両制御装置は、請求の範囲１２〜請求の範囲２５のいずれかに記載の車両制御装置において、上記モータを、直接駆動輪を駆動するダイレクトドライブモータとしたものである。
請求の範囲２７に記載の車両制御装置は、上記モータを、車輪に取付けられた電気モータによりホイールを駆動するインホイールモータとしたものである。
請求の範囲２８に記載の車両制御装置は、上記モータを、ギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータとすることにより、ギヤのバッククラッシュに起因する振動をなくして、高い周波数での制御を確実に行うことができるようにしたものである。
請求の範囲２９に記載の車両制御装置は、上記モータを、緩衝部材または緩衝装置を介して、車輌バネ下部、及び、車体側のいずれか一方、あるいは、両方に取付けて、車両の凹凸路走行時における接地力の変動レベルを低減するようにしたもので、これにより、制御すべき周波数領域が少なくなり、制御周波数の選択の自由度が大きくなるとともに、変動レベルそのものが小さくなっているので、高い周波数領域での制御を容易に行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
第１図は、本発明による車両制御装置１０を搭載した車両の構成を示す模式図であり、第２図は上記車両制御装置１０の制御ブロック図である。本例では、２台の電動モータにより左，右の後輪を独立に制駆動する２輪独立制御の電気自動車について説明する。各図において、１Ｌ，１Ｒは従動輪である左，右の前輪、２Ｌ，２Ｒは駆動輪である左，右の後輪、３Ｌ，３Ｒは上記左，右の後輪（以下、駆動輪という）２Ｌ，２Ｒを制駆動する電気モータで、この電気モータ３Ｌ，３Ｒとしては、駆動輪２Ｌ，２Ｒを直接制駆動するダイレクトドライブモータを用いることが好ましく、特に、アウターロータ型あるいはインナーロータ型のインホイールモータを用いることが好ましい（但し、第１図では、発明の構成を見易くするため、電気モータ３Ｌ，３Ｒを駆動輪２Ｌ，２Ｒの外側に表示した）。
４は図示しないアクセルペダルの開度を検出して車両の必要駆動力信号を出力するアクセル信号検出手段、５はステアリング系の舵角を検出する舵角検出手段、６は車体のヨー角速度を検出するヨーレートセンサ、７Ｌ，７Ｒは左，右のホイール部にそれぞれ取付けられた上下加速度計８Ｌ，８Ｒと、左，右のサスペンション部にそれぞれ取付けられたサスペンション変位計９Ｌ，９Ｒとを備え、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒのタイヤに作用する接地荷重を検出する接地荷重検出手段、１０は駆動輪２Ｌ，２Ｒを制駆動する電気モータ３Ｌ，３Ｒを駆動・制御する左，右のモータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒと、このモータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒから出力される駆動輪２Ｌ，２Ｒの制駆動力をそれぞれ検出する駆動力検出手段１２Ｌ，１２Ｒと、上記駆動輪２Ｌ，２Ｒの回転速度を検出する車輪速センサ１３Ｌ，１３Ｒと、上記駆動力検出手段１２Ｌ，１２Ｒで検出された制駆動力と、車輪速センサ１３Ｌ，１３Ｒで検出された車輪速とから車体駆動力の変動成分を抽出して左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒのそれぞれに加える制駆動力を演算し、これを上記左，右のモータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒに出力するとともに、図示しないＡＢＳ制御装置等の制動手段を制御して、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒを制駆動する制駆動力制御手段１４とを備えた車両制御装置である。
なお、上記車輪速センサ１３Ｌ，１３Ｒとしては、制御周期を５ｍｓｅｃ以下にするためには、車輪１回転当たり１００パルス以上を発生するセンサ、あるいは回転分解能が１／１００以上のセンサを用いることが好ましく、車輪１回転当たり５００パルス以上、あるいは回転分解能が１／５００以上のものを用いるようにすれば、更に好ましい。
制駆動力制御手段１４は、第２図に示すように、舵角検出手段５からの舵角信号とヨーレートセンサ６からのヨーレート信号とから、ステアリング特性の変化を検出するステアリング特性検出手段１５と、上記検出されたステアリング特性から車両の不安定性を判定する車両不安定性判定手段１６とを有し、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段１７と、アクセル信号検出手段４からの必要駆動力信号と、左，右の駆動力検出手段１２Ｌ，１２Ｒで検出された左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒに加えられる制駆動力と、車輪速センサ１３Ｌ，１３Ｒからの車輪速信号とを用いて車体駆動力を演算するとともに、上記車体駆動力の変動成分を抽出する車体駆動力変動成分抽出部２１、及び、上記抽出された車体駆動力変動成分と、上記走行状態検出手段１７で検出された車両の走行状態と、接地荷重検出手段７Ｌ，７Ｒからの接地荷重力とに基づいて、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒのそれぞれに加えられる制駆動力を演算して左，右のモータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒや、ＡＢＳ制御装置３０に出力する制駆動力制御部２２とを有し、車両の走行状態を制御する走行状態制御手段２０とを備え、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒや前輪１Ｌ，１Ｒを制駆動するとともに、車体が不安定と判定された場合には、上記ステアリング特性の変化に応じて、左，右の駆動輪２Ｌ５２Ｒへの制駆動力を独立に制御するようにしている。
第３図は、上記走行状態制御手段２０の構成を示す機能ブロック図で、車体駆動力変動成分抽出部２１は、駆動輪２の車輪速を検出する車輪速センサ１３で検出された車輪速から車輪回転力を算出する車輪回転力算出手段２３と、電気モータ３の発生する駆動力（制駆動力）を検出する駆動力検出手段１２で検出された駆動力Ｆｍと、上記車輪回転力算出手段２３で算出された車輪回転力Ｆｗとから車体駆動力Ｆｄ＝Ｆｍ−Ｆｗを演算する車体駆動力演算手段２４と、上記演算された車体駆動力Ｆｄの複数の周波数帯域の変動成分を抽出する車体駆動力変動成分抽出手段２５とを備えている。また、制駆動力制御部２２は、上記抽出された車体駆動力の各変動成分に基づいて後述する主駆動力，スリップ率制御駆動力，タイヤ外乱補償駆動力をそれぞれ演算する主駆動力演算手段２６と、スリップ率制御駆動力算出手段２７と、タイヤ外乱補償駆動力演算手段２８と、上記主駆動力，スリップ率制御駆動力，タイヤ外乱補償駆動力、及び、接地荷重検出手段７からの接地荷重とに基づいて、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒを制駆動したり、タイヤに振動を与えるたりする制御を行う車輪制御手段２９とを備えている。
車体駆動力変動成分抽出手段２５は、詳細には、上記車体駆動力Ｆｄの１０Ｈｚ以下の周波数帯域成分ＦｄＬを抽出する低域周波数成分抽出手段２５Ａと、上記Ｆｄの０．２Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数帯域成分ＦｄＭを抽出する中域周波数成分抽出手段２５Ｂと、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域成分ＦｄＨを抽出する高域周波数成分抽出手段２５Ｃとを備え、車体駆動力Ｆｄの複数の周波数帯域の変動成分であるＦｄＬ，ＦｄＭ，ＦｄＨをそれぞれ抽出して、上記ＦｄＬを制駆動力制御部２２の主駆動力演算手段２６に、ＦｄＭをスリップ率制御駆動力算出手段２７に、ＦｄＨをタイヤ外乱補償駆動力演算手段２８に出力する。
主駆動力演算手段２６は、上記ＦｄＬと、アクセル信号検出手段４からの必要駆動力、及び、走行状態検出手段１７からのステアリング特性変化、及び、車両不安定性の判定結果に基づき、駆動輪２（左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒ）を制駆動するための主駆動力を演算する。また、スリップ率制御駆動力算出手段２７は、上記車体駆動力Ｆｄを積算して算出した車体速Ｖと上記検出した車輪速Ｖｗとから車体速Ｖと車輪速Ｖｗとの速度差を求め、この速度差を用いてスリップ率を算出するとともに、上記ＦｄＭと、上記算出されたスリップ率とに基づいて駆動輪２に加えられる制駆動を制御するためのスリップ率制御駆動力を演算する。また、タイヤ外乱補償駆動力演算手段２８は、上記ＦｄＨを用いて、タイヤに作用する外乱を補償するためのタイヤ外乱補償駆動力を演算する。
車輪制御手段２９は、上記演算された主駆動力、スリップ率制御駆動力から、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒの（駆動輪２）のそれぞれに加えられる制駆動を演算してモータコントローラ１１（左，右のモータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒ）に送り、駆動輪２の駆動力を制御したり、上記タイヤ外乱補償駆動力を上記制駆動に重畳してタイヤに振動を加えて上記タイヤ外乱を抑制するとともに、必要に応じて、ＡＢＳ制御装置３０等の制動装置を制御して駆動輪２Ｌ，２Ｒ及び従動輪１Ｌ，１Ｒに制動力を与える制御を行う。
次に、上記構成の車両制御装置１０の動作について説明する。
電気モータ３の発生する駆動力Ｆｍは、第４図に示すように、駆動輪２を回転させるための車輪回転力Ｆｗと、車体を前進させるための車体駆動力Ｆｄとに分けられる。したがって、モータコントローラ１１から得られる電気モータ３の発生する駆動力Ｆｍと、車輪速センサ１３で検出された駆動輪２の車輪速Ｖｗの変化から得られる車輪回転力Ｆｗとから、タイヤ接地面で発生している車体駆動力Ｆｄ＝Ｆｍ−Ｆｗが求められる。この車体駆動力Ｆｄは、第５図に示すように、タイヤ接地面の外乱Ｎ１による変動成分やバネ下振動Ｎ２による変動成分のような、車体変化よりも速い変動成分を含んでいる。
そこで、本例では、車輪回転力算出手段２３により、車輪速センサ１３で検出された駆動輪２の車輪速Ｖｗとから車輪回転力Ｆｗを算出するとともに、車体駆動力演算手段２４により、駆動力検出手段１２で検出された電気モータ３の発生する駆動力Ｆｍと、上記車輪回転力Ｆｗとから車体駆動力Ｆｄ＝Ｆｍ−Ｆｗを演算した後、車体駆動力変動成分抽出手段２５により、上記車体駆動力Ｆｄの複数の周波数帯域の変動成分を抽出する。
具体的には、低域周波数成分抽出手段２５Ａにより、上記車体駆動力Ｆｄの１０Ｈｚ以下の周波数帯域成分ＦｄＬを抽出し、主駆動力演算手段２６により、上記車体駆動力Ｆｄから算出した車体速Ｖと検出された車輪速Ｖｗとの差を補償するように左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒに加えられる制駆動をそれぞれ制御する。この結果、車輪速Ｖｗは卓体速Ｖに近づく。このとき、主駆動力演算手段２６は、上記ＦｄＬと、アクセル信号検出手段４からの必要駆動力（目標駆動力）、及び、走行状態検出手段１７からのステアリング特性変化、及び、車両不安定性の判定結果とに基づき、上記駆動力検出手段１２で検出された駆動力が目標駆動力になるように、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒに加えられる主駆動力の最適値をそれぞれ演算して、左，右のモータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒに出力し、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒを独立に制御する。
また、中域周波数成分抽出手段２５Ｂでは、上記Ｆｄの０．２Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数帯域成分ＦｄＭを抽出して、スリップ率制御駆動力算出手段２７により車体速度と車輪速度との速度差を算出して、上記速度差に基づいてスリップ率を算出する。そして、上記算出されたスリップ率が予め設定されたスリップ率になるように、上記駆動力を補償するスリップ率制御駆動力を算出し、このスリップ率制御駆動力により、上記主駆動力を補正してスリップ率を制御する。
具体的には、車両が通常路面（μ≒１）から水溜まりなどの低μ路に進入した場合には、低μ路では駆動力が路面に伝わらないため、車輪は空転する。このため、抽出される車輪速Ｖｗは上昇し、上記抽出された車輪速Ｖｗの変動成分の上昇により、車輪速Ｖｗと車体速Ｖ間に速度差が生じスリップ率が上昇する。このとき、目標スリップ率をλとすると、車体速Ｖに対して、車輪速ＶｗをＶ＝（１−λ）Ｖｗとなるように、上記スリップ率制御駆動力を求めるようにする。なお、本例では、上述したように、車体速Ｖを車体駆動力Ｆｄを積算して算出するようにしているので、車速センサなど車体速度の情報なしにスリップ率の制御を行うことができる。
また、本例では、低域周波数成分抽出手段２５Ａを用いて、車体駆動力Ｆｄの１０Ｈｚ以下の周波数帯域成分ＦｄＬを抽出して左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒの主駆動力をそれぞれ制御するようにしているので、スリップ率制御では対応が難しい車両不安定化抑制制御が可能となる。また、スリップ率制御駆動力は、一般に、車体の挙動変化の時定数からかけ離れた速い時定数の変化まで補償しても効果は上がらないので、本例のように、車輪速の制御に適当な０．２Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数帯域成分ＦｄＭを周波数帯域のスリップ率制御駆動力を用いることにより、正確なスリップ率制御を行うことが可能となる。
更に、本例では、高域周波数成分抽出手段２５Ｃにより、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域成分ＦｄＨを抽出し、タイヤ外乱補償駆動力演算手段２８により、上記タイヤ接地面の外乱Ｎ１やバネ下振動Ｎ２による駆動力の変動を補償するタイヤ外乱補償駆動力を算出して、このタイヤ外乱補償駆動力を上記車輪制御手段２９に入力して主駆動力に重畳ことにより、タイヤに加わる接地面あるいはバネ下振動などの影響による外乱を補償するようにしている。なお、別途、タイヤに微小振動を付加することにより、上記外乱を抑制するようにしてもよい。
一般に、制御周期が短くなると、制御周期はタイヤの応答時定数に近づいてくる。本例では、このとき、車輪（駆動輪）をタイヤとホイールとが一体であるとして扱うのではなく、タイヤのダイナミックスに起因する周波数帯域にある駆動力成分を抽出しタイヤに作用する外乱を検出し、タイヤの動的性質を制御するようにしている。上記周波数帯域にある駆動力の変動成分は、タイヤ−路面間に発生しているもので、車体の挙動や運転者の操作速度に比べて非常に速く、これがタイヤ−路面間の接地性を悪化させていたが、上記のように、高域周波数成分抽出手段２５Ｃにより、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域成分ＦｄＨを抽出してタイヤ外乱補償駆動力を算出し補償したり、あるいは、上記タイヤ外乱補償駆動力に基づいてタイヤに微小振動を付加することより、タイヤ−路面間に発生する微小振動を抑制することができるので、タイヤ−路面間の接地性を向上させることができ、操縦安定性の向上を図ることが可能となる。
具体的には、上記車体駆動力の上記１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの変動成分のうち、２００Ｈｚを超える変動成分を抽出してこれを補償することにより、トレッドのパターンブロックやサイプの影響による微細振動の影響を排除する。また、これよりも低周波側にある、上記外乱によるタイヤケースの固有振動などに起因するタイヤダイナミックスの周波数帯域（１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数帯域）での駆動力変動を抑制する。更には、上記車体駆動力の変動成分のうち、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚにおける変動成分を抽出し、上記外乱により増大するタイヤの縦バネ、及び、前後バネの共振周波数近傍での駆動力変動を抑制する。
第６図（ａ），（ｂ）は、従来の制御と本発明の制御における駆動力Ｆｍと、車輪速Ｖｗの周波数分析結果を示す図で、同図から明らかなように、本発明の制御による制御では、駆動力Ｆｍと車輪速Ｖｗのいずれも、タイヤ外乱を含む外乱のピークがなくなっていることが分かる。また、上記のようにタイヤ外乱を抑制することで、第７図に示すように、車体駆動力Ｆｄの上記タイヤ外乱に起因する１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの変動成分が抑制されるので、車体駆動力Ｆｄの伝達特性も改善されていることが確認された。
ところで、タイヤ−路面間の摩擦力は接地面圧（接地荷重）に比例することから、制御性を向上させるためには、上記主駆動力を上記接地荷重に比例するように補償する必要がある。
本例では、上記接地荷重を、接地荷重検出手段７により検出して主駆動力を補償する。具体的には、第１図に示すように、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒのそれぞれのホイール部に上下加速度計８Ｌ，８Ｒを取付けて、バネ下に加わる力を算出するとともに、サスペンションにサスペンション変位計９Ｌ，９Ｒを取付けて、サスペンションの変位量と変位変加速度とからサスペンションに加わる力を算出し、これら２つの力を加算して変位荷重を算出し、この変位荷重に、車両静止時のサスペンション変位量から求めた静止時の荷重を加えることで、上記接地荷重をリアルタイムに検出することができる。
次に、本発明による旋回安定性制御について説明する。
走行状態検出手段１７は、舵角検出手段５からの舵角信号とヨーレートセンサ６からのヨーレート信号とから、ステアリング特性の変化を検出して左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒの制駆動力の大きさを調整するが、本例では、従来の駆動力制御とは異なり、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒを独立制御するようにしている。すなわち、従来の制御は、駆動トルクの総和が一定であることから、一方の駆動輪の駆動トルクは、他方の駆動トルクの制限を受けていたが、本例では、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒをそれぞれ独立に制駆動する。
例えば、車両が旋回半径に対して限界速度近くに進入し、車体の挙動がオーバーステア（Ｏ／Ｓ）に変化している場合、従来は、駆動輪２Ｌ，２Ｒの駆動力の配分を制御して車体の挙動をアンダーステア（Ｕ／Ｓ）方向に制御することにより、スピンを抑制して旋回を維持するようにしていたが、本発明では、ステアリング特性検出手段１５と車体不安定性判定手段１６とを備えた走行状態検出手段１７を設け、舵角信号とヨーレート信号とからステアリング特性の変化を検出して車体不安定性を判定するとともに、ステアリング特性の変化に応じて、左，右の駆動輪２Ｌ，２Ｒの駆動力を制御するようにしている。
例えば、車両が旋回半径に対して限界速度近くに進入した場合には、旋回内側の駆動力を増加させて、外側の駆動力を減少させることにより、アンダーステア（Ｕ／Ｓ）方向に駆動力を発生させるように制御する。タイヤ応力は、駆動力が発生していないとき最大値をとり、更に旋回外側の接地荷重が高くなるので、本例の旋回制御により、車両の旋回速度を大きく損なうことなく車両を旋回させることができる。
車体不安定性判定手段１６では、第８図の矢印３で示す、車両の特性によって決まる、通常運転時の時の舵角（ｄｅｇ）とヨーレート（ｄｅｇ／ｓｅｃ）との関係を示す破線１と、旋回時の舵角（Ｘ座標）とヨーレート（Ｙ座標）を表わすスピン点（Ｘ，Ｙ）の軌跡の中心点との距離を不安定パラメータとし、この不安定パラメータの大きさから車体不安定性を判定する。
同図においては、スピン点（Ｘ，Ｙ）は、破線１の下に位置しており、かつ、車両は左旋回中であるので、車両はオーバーステア傾向にある。したがって、上記不安定パラメータが上記の場合より更に大きく、車体が不安定と判定された場合には、旋回内側の駆動力は増加させて、現状の駆動力を維持したまま、上記距離（不安定パラメータ）に比例して外側の駆動力を減少させるように制御する。これにより、舵角に対するヒステリシスが減少し、車両の操作性と安定性をともに向上させることが可能となる。
但し、一様に旋回しているだけではなく、急激な車両の方向転換が必要とされる場合などには、状況に応じては、逆転（後退）側に駆動を加えることにより、操縦性を損なわないようにする。なお、駆動力を残している駆動輪については、上記スリップ率制御、タイヤ外乱補償、接地荷重補償を行って、車両の安定性を図るようにすることはいうまでもない。
また、本発明に用いられる電気モータ３Ｌ，３Ｒとしては、上述したように、駆動輪２Ｌ，２Ｒを直接制駆動するアウターロータ型あるいはインナーロータ型のダイレクトドライブインホイールモータを用いることが好ましいが、ギヤのバッククラッシュがあると２慣性系となり、不用な振動が発生するので、ギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータを用いることが好ましい。また、ギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータでは、ギヤのバッククラッシュがないので、高い周波数での制御を確実に行うことができる。
第９図は、ギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータの一構成例を示す図で、このインホイールモータ４０は、ホイール径方向内側設けられた、ステータ４０Ｓ取付けられた環状の非回転側ケース４０ａと、この非回転側ケース４０ａの外側に同心円状に配置された、ロータ４０Ｒが取付けられた環状の回転側ケース４０ｂとを、軸受け４０ｊを介して回転可能に連結したもので、本例では、上記非回転側ケース４０ａを、直動ガイド部材４１ａと、この直動ガイド部材４１ａの稼動方向に伸縮するバネ部材とダンパーとから成るショックアブゾーバ４１ｂとを備えた緩衝機構４１を介して車両の足回り部品であるナックル４２に取付け、上記回転側ケース４０ｂを、フレキシブルカップリング４３を介してホイール４４に取付けて、上記インホールモータ４０をバネ下質量に対してダイナミックダンパーのウエイトとして作用させるようにしてある。
上記フレキシブルカップリング４３は、中空円盤状のモータ側プレート４２ａと、ホイール２に取付けられた中空円盤状のホイール側プレート４２ｂ、上記プレート４２ａ，４２ｂ間を結合する複数個のクロスガイド４５とを備えたもので、クロスガイド４５は、詳細には、第１０図（ａ）に示すように、直交する２軸の直動ガイドを組合わせたもので、モータ側ガイドレール４５Ａとホイール側ガイドレール４５Ｂとは、クロスガイド本体４５Ｃの案内溝４５ａ，４５ｂに沿って互いに直交する方向に稼動することができる。
フレキシブルカップリング４３は、第１０図（ｂ）に示すように、モータ側プレート４２ａとホイール側プレート４２ａとの間に、上記クロスガイド４５を４個等間隔（９０°間隔）に配置するとともに、上記各クロスガイド４５のモータ側ガイドレール４５Ａを、その稼動方向が全て上記ロータ４０Ｒの径方向に対して４５°方向になるように配置している。したがって、各モータ側ガイドレール４５Ａの稼動方向は全て同方向（４５°方向）を向き、各ホイール側ガイドレール４５Ｂの全ての稼動方向は、上記各モータ側ガイドレール４５Ａの稼動方向に対してそれぞれ直交する方向となる。
したがって、インホイールモータ４０の回転側ケース４０ｂからの回転力は、まず、モータ側プレート４２ａを介して、モータ側ガイドレール４５Ａに入力される。このモータ側ガイドレール４５Ａに入力された周方向の力はクロスガイド本体４５Ｃを通して、ホイール側ガイドレール４５Ｂに伝達されホイール４４を駆動する。
このように、電動モータとしてギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータ４０を用いるとともに、上記インホイールモータ４０を、上記のように、緩衝機構４１を介して車両の足回り部品であるナックル４２に取付け、上記回転側ケース４０ｂを、フレキシブルカップリング４３を介してホイール４４に取付けるようにすれば、タイヤ４６から入力される接地面の外乱による振動や、バネ下振動のような、タイヤの接地力変動に起因する振動を抑制することができる。したがって、車輪に入力する振動が更に低減されるので、制御すべき周波数領域が少なくなり、制御周波数の選択の自由度が大きくなるとともに、変動レベルそのものが小さくなっているので、高い周波数領域での制御を容易に行うことができ、更に安定した精度の高い制御を行うことができる。
このように、本最良の形態によれば、駆動輪２の車輪速Ｖｗを検出する車輪速センサ１３と、上記車輪速Ｖｗから車輪回転力Ｆｗを算出する車輪回転力算出手段２３と、駆動輪２を制駆動する電気モータ３の発生する駆動力（制駆動力）Ｆｍを検出する駆動力検出手段１２と、上記駆動力Ｆｍと車輪回転力Ｆｗとから車体駆動力Ｆｄを演算する車体駆動力演算手段２４と、上記車体駆動力Ｆｄの複数の周波数帯域の変動成分を抽出する車体駆動力変動成分抽出手段２５と、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、駆動輪２を駆動するための主駆動力や、車体速度と車輪速度との速度差から算出されるスリップ率に基づいて駆動輪２に加えられる制駆動力を制御するためのスリップ率制御駆動力、及び、タイヤに作用する外乱を補償するためのタイヤ外乱補償駆動力をそれぞれ演算して車両の走行状態を制御する制駆動力制御部２２とを備え、上記演算された主駆動力、スリップ率制御駆動力、タイヤ外乱補償駆動力から駆動輪２に加えられる最適駆動力を演算してモータコントローラ１１に送り、駆動輪２を制駆動するとともに、タイヤに微小振動を付加してタイヤ−路面間に発生する微小振動を抑制するようにしたので、車両の姿勢や車速の制御を確実に行うことができるとともに、タイヤ−路面間の接地性を向上させることができる。したがって、操縦安定性の向上を図ることができ、車両制御特性を向上させることができる。
また、左右の駆動輪を独立に制御するようにしたので、車両の旋回安定性を向上させることができる。
更に、操舵系の舵角を検出する舵角検出手段５と、車体のヨーレートを検出するヨーレートセンサ６と、上記検出された舵角とヨーレートの大きさから、オーバーステアリングかアンダーステアリングかといったステアリングの変化状況を検出するステアリング特性検出手段１５、及び、上記ステアリング特性の変化から車体の不安定性を判定する車体不安定性判定手段１６とを設け、車体が不安定と判定された場合には、上記ステアリングの変化状況に応じて、旋回内側の駆動力、及び、旋回外側の駆動力のいずれか一方、あるいは両方を増減させる制御を行うようにしたので、車両の旋回安定性を著しく向上させることができる。
また、タイヤに作用する接地荷重を検出する接地荷重検出手段７Ｌ，７Ｒを設け、上記検出された接地荷重に基づいて上記駆動力を制御するようにしたので、タイヤに作用する接地荷重の変化に伴うタイヤ−路面間の摩擦力の変化を補償することができ、車両の制御特性を更に向上させることができる。
なお、本最良の形態では、電気自動車について説明したが、エンジン車の場合にも、駆動力と車輪回転力とを検出して車体駆動力を算出し、この車体駆動力の変動から複数の周波数帯域の変動成分を抽出し、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、上記駆動輪に加えられる駆動力を制御することにより、同様の効果を得ることができる。但し、エンジン車の場合には、制御周期が電気自動車よりも長いので、車体駆動力の１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域を含む周波数帯域成分を抽出して上記駆動力を制御すればよい。
また、上記最良の形態では、タイヤ外乱補償駆動力演算手段２６で得られたタイヤ外乱補償駆動力を主駆動力に重畳してタイヤ外乱を補償するようにしたが、駆動輪２Ｌ，２Ｒ、あるいは、従動輪１Ｌ，１Ｒに車輪の回転方向あるいは幅方向に微小動的振動を付与するためのアクチュエータを設け、このアクチュエータを上記算出されたタイヤ外乱補償駆動力に基づいて駆動してタイヤに微小振動を付加して上記タイヤ外乱による影響を低減するような構成としてもよい。
また、本例では、後輪が駆動輪で前輪が従動輪である２輪駆動車について説明したが、２輪駆動車や４輪駆動車などについても同様の制御が適用可能であることはいうまでもない。
また、本例では、駆動力検出手段１２Ｌ，１２Ｒは、モータコントローラ１１Ｌ，１１Ｒから出力される駆動輪２Ｌ，２Ｒを駆動する電気モータ３の発生するの駆動力を検出したが、上記駆動力は、上記モータ３の出力軸のトルクを検出したり、モータ３の駆動電流を直接検出したりするなどして、これらの値から電気モータ３の発生するの駆動力を求めるようにしてもよい。
また、上記例では、車体駆動力の変動成分から３つの周波数帯域の変動成分を抽出した場合について説明したが、制御に使用する周波数帯域の数、及び、帯域幅等は上記例に限定されるものではなく、車両の性能や目標スペック等により適宜決定されるものである。
また、上記最良の形態では、駆動輪２を制駆動する電気モータ３の発生する駆動力Ｆｍと車輪回転力Ｆｗとから車体駆動力Ｆｄを演算し、上記車体駆動力Ｆｄの複数変動成分に基づいて、駆動輪２を制駆動したり、タイヤに微小振動を付加したりしたが、車体の挙動や運転者の操作速度に比べてその周波数領域が高い、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域にあるタイヤの接地力変動に起因する振動は、主に、車輪速や車輪回転力の変動などの、車輪の変動に反映されるので、このような、車輪自体の変動を検出し、この検出された車輪の変動のみを用いて駆動輪を制駆動する制駆動力を制御して、上記車輪の変動を抑制するようにしても、タイヤ−路面間の接地性を十分に向上させることができる。具体的には、第１１図に示すように、車輪速センサ１３により駆動輪２の車輪速を検出し、上記車輪速の変動成分を抽出し、電気モータ３を制御するモータコントローラ１１へ入力される駆動力Ｆｍの指令値から上記車輪速の変動成分に比例する駆動力を減算することにより、車輪速の変動、すなわち、第５図に示した、タイヤ接地面の外乱Ｎ１による変動成分やバネ下振動Ｎ２による変動成分のような、タイヤの接地力変動に起因する車輪の変動を打ち消すような制御を行う。このとき、制御に用いる車輪速センサ１３の変動成分としては、上記のように、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の変動成分を用いる。あるいは、上記車輪速の変動成分に代えて、車輪速から算出される車輪回転力の変動成分を求め、この車輪回転力の変動成分を打ち消すように上記電気モータ３を制御するようにしてもよい。
【実施例１】
本発明の効果を検証するため、２輪独立制御の電気自動車を実験車両として用いて旋回走行試験を行い、限界旋回速度を測定した。試験路の路面摩擦係数は０．４で、回転半径は３０ｍである。車両の速度を上昇させながら旋回を続け、操舵量が閾値を超えたときの速度を限界速度とする。試験車両は限界域ではオーバーステアの傾向を示す。そのため、左旋回を例にとると、限界域ではスピン抑制のために舵角は右に振れることになるが、この右に振れたときの速度を上記限界速度とした。
以下の表１は、従来の制御（制御なし）と、本発明による制御による限界速度を比較した表で、制御（１）はタイヤ外乱補償を行ったもの、制御（２）はタイヤ外乱補償とスリップ率制御との両方を行ったものである。
【表１】
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表１から明らかなように、本発明の駆動力制御により、限界旋回速度を５％〜１０％向上させることができた。
また、以下の表２は、従来の制御と、本発明による制御（荷重補償なし、及び、荷重補償あり）による上記限界域での操舵フィーリング性を１０段階評価したもので、本発明の荷重なし制御では、既に、従来よりも操舵フィーリング性が向上しているが、荷重補償を行うことにより、操舵フィーリング性が更に向上することが確認された。
【表２】
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また、試験車両を４４ｋｍ／ｈで旋回走行させた場合の、従来の制御と、本発明による駆動力配分制御、及び、各輪独立制御（不安定性判定）によるスピン発生の有無について調べた結果を以下の表３に示す。
【表３】
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表３に示したように、同じ速度で旋回した場合、駆動力配分制御では急激なステアリング操作をしたときにスピンが発生したが、各輪独立制御を加えることで、スピンの発生をなくすことができた。
【実施例２】
また、実験車両にて、車輪速の情報のみをもとに、上記第１３図に示すような、車輪回転力の変動成分を抑制する制御を行い、これをドライアスファルト路面を走行させて、その操縦安定性について従来の制御（制御なし）と比較した結果を以下の表４に示す。
【表４】
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表４より明らかなように、車輪速の情報のみをもとに車両の走行状態を制御した場合でも、制御の有無による官能評価の結果は、従来に対して優れていることが確認された。
産業上の利用可能性
以上説明したように本発明によれば、駆動輪に加えられる駆動力と車輪回転力とを検出して、上記検出された駆動力と車輪回転力とから車体駆動力を算出し、上記算出された車体駆動力の、少なくとも１つの周波数帯域の変動成分を抽出し、上記抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて、車輪を制駆動したり、車輪に振動を与えたりして、車両の走行状態を制御するようにしたので、車輪に加わる制駆動力を適切に制御することができるとともに、タイヤに加わる外乱微小振動の影響を補償することができる。したがって、タイヤの接地性が向上し、車両の操縦安定性を向上させることができる。また、車両の姿勢や車速の制御やスリップ率の制御を、適切な制御周波数範囲で行うことができるので、安定した車両制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の車両制御装置を搭載した車両の構成を示す図である。
第２図は、本発明の最良の形態に係る車両制御装置の構成を示す図である。
第３図は、本最良の形態に係わる駆動力制御手段の構成を示す図である。
第４図は、本発明の車両制御の制御アルゴリズムを示す模式図である。
第５図は、タイヤに作用する外乱を示す模式図である。
第６図は、本発明によるタイヤ外乱の抑制効果を示す図である。
第７図は、車体駆動力の伝達特性を示す図である。
第８図は、本発明による車体不安定性の判定方法を示す図である。
第９図は、ギヤレスのダイレクトドライブインホイールモータの一例を示す図である。
第１０図は、上記インホイールモータに使用されるフレキシブルカップリングの一構成例を示す図である。
第１１図は、本発明の車両制御の他の制御アルゴリズムを示す模式図である。
第１２図は、従来の車両制御方法を示すブロック図である。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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