(57)【要約】【課題】操舵入力に対する車両挙動の違和感を抑制すること。【解決手段】この車両挙動制御装置３０は、ヨーモーメント演算部３２と、制駆動力演算部３３とを備える。ヨーモーメント演算部３２は、操舵輪への操舵を入力とし、車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるようにヨーモーメントを設定する。そして、制駆動力演算部３３は、ヨーモーメント演算部３２が求めたヨーモーメントを発生するための制駆動力を求める。【選択図】        図７
2008260439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の挙動を制御するものであって、
前記車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、前記操舵輪への操舵入力に対する前記車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを求めるヨーモーメント演算部と、
前記ヨーモーメント演算部が求めた前記ヨーモーメントを発生するための制駆動力を求める制駆動力演算部と、
を含むことを特徴とする車両挙動制御装置。
【請求項２】
前記ヨーモーメント演算部は、
操舵輪への操舵を入力とし、前記車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるように前記ヨーモーメントを設定することを特徴とする請求項１に記載の車両挙動制御装置。
【請求項３】
前記操舵周波数を所定の操舵周波数閾値と比較する制御条件判定部を備え、
前記操舵周波数が前記操舵周波数閾値よりも大きくなったと前記制御条件判定部が判定した場合には、前記ヨーモーメント演算部が前記ヨーモーメントを求めるとともに、前記制駆動力演算部が前記ヨーモーメントを発生するための制駆動力を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両挙動制御装置。
【請求項４】
前記ヨーモーメント演算部は、前記車両の質量変化に応じて、前記ヨーモーメントを求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両挙動制御装置。
【請求項５】
車両の挙動を制御するにあたり、
前記車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、前記操舵輪への操舵入力に対する前記車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを求める手順と、
前記ヨーモーメントを発生するための制駆動力を求める手順と、
を含むことを特徴とする車両挙動制御方法。
【請求項６】
前記ヨーモーメントは、前記操舵輪への操舵を入力とし、前記車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるように設定することを特徴とする請求項５に記載の車両挙動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヨーモーメントの付与により、車両の挙動を制御する車両挙動制御装置及び車両挙動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、車輪の駆動力を制御することにより、例えば、旋回中における車両の挙動を制御することにより、単に操舵輪の操舵角を制御する場合よりも高度な車両の挙動制御を行う技術が提案されている。例えば、特許文献１には、車両の実ロール角を操舵角に基づく目標ロール角に追従させるために、左右輪の駆動力差によるヨーモーメントを車両に付与することにより、運転者に与える違和感を低減する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４４２９３号公報、段落番号０００７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された技術は、操舵入力に対して車両へのロールの発生が遅れることに起因する違和感を低減することはできるが、操舵入力に対するロールの発生の遅れが急に減少することがあり、運転者は、操舵入力に対する車両の挙動に違和感を受けるおそれがある。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、操舵入力に対する車両の挙動の違和感を抑制できる車両挙動制御装置及び走行装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両挙動制御装置は、車両の挙動を制御するものであって、前記車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、前記操舵輪への操舵入力に対する前記車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを求めるヨーモーメント演算部と、前記ヨーモーメント演算部が求めた前記ヨーモーメントを発生するための制駆動力を求める制駆動力演算部と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この車両挙動制御装置は、車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、操舵輪への操舵入力に対する車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを付与する。これによって、操舵入力に対するロールの遅れは、操舵周波数に対して単調に変化するので、操舵入力に対する車両挙動の違和感を抑制できる。
【０００８】
本発明の望ましい態様としては、前記車両挙動制御装置において、前記ヨーモーメント演算部は、操舵輪への操舵を入力とし、前記車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるように前記ヨーモーメントを設定することが好ましい。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記車両挙動制御装置において、前記操舵周波数を所定の操舵周波数閾値と比較する制御条件判定部を備え、前記操舵周波数が前記操舵周波数閾値よりも大きくなったと前記制御条件判定部が判定した場合には、前記ヨーモーメント演算部が前記ヨーモーメントを求めるとともに、前記制駆動力演算部が前記ヨーモーメントを発生するための制駆動力を求めることが好ましい。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記車両挙動制御装置において、前記ヨーモーメント演算部は、前記車両の質量変化に応じて、前記ヨーモーメントを求めることが好ましい。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両挙動制御方法は、車両の挙動を制御するにあたり、前記車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、前記操舵輪への操舵入力に対する前記車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを求める手順と、前記ヨーモーメントを発生するための制駆動力を求める手順と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この車両挙動制御方法は、車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、操舵輪への操舵入力に対する車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを付与する。これによって、操舵入力に対するロールの遅れは、操舵周波数に対して単調に変化するので、操舵入力に対する車両挙動の違和感を抑制できる。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記車両挙動制御方法において、前記ヨーモーメントは、前記操舵輪への操舵を入力とし、前記車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるように設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る車両挙動制御装置及び車両挙動制御方法によれば、操舵入力に対する車両の挙動の違和感を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。以下においては、いわゆる電気自動車に本発明を適用した場合を例として説明するが、本発明の適用対象はこれに限られるものではない。
【００１６】
本実施形態は、車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、操舵輪への操舵入力に対する車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを付与する点に特徴がある。例えば、操舵輪への操舵を入力とし、車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるようにヨーモーメントを設定する。ここで、本実施形態における車両挙動制御とは、車両のロール方向における車両の挙動の制御である。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る車両挙動制御を適用可能な車両の一例を示す模式図である。以下の説明において、左右の区別は、車両１の前進する方向（図１の矢印Ｘｓ方向、以下同様）を基準とする。すなわち、「左」とは、車両１の前進する方向に向かって左側をいい、「右」とは、車両１の前進する方向に向かって右側をいう。また、車両１が前進する方向を前とし、車両１が後進する方向、すなわち前進する方向とは反対の方向を後とする。「横」とは、車両１の幅方向中心を通る前後軸に直交する方向であり、前輪の車軸や後輪の車軸と平行な方向である。
【００１８】
本実施形態に係る車両１は、電動機のみを動力発生源とする。車両１は、動力発生手段である左前電動機１０ｆｌと、右前電動機１０ｆｒと、左後電動機１０ｒｌと、右後電動機１０ｒｒとを備える。本実施形態において、左前電動機１０ｆｌは左前輪２ｆｌを駆動し、右前電動機１０ｆｒは右前輪２ｆｒを駆動し、左後電動機１０ｒｌは左後輪２ｒｌを駆動し、右後電動機１０ｒｒは右後輪２ｒｒを駆動する。
【００１９】
上述したように、この車両１において、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒは、それぞれ異なる電動機で駆動される。このように、車両１は、すべての車輪が駆動輪となる。すなわち、車両１の駆動輪は、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒである。左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒは車両１の駆動輪であるとともに、ハンドル８によって操舵されて車両１の進行方向を変更する操舵輪としても機能する。ハンドル８の操舵操作は、ステアリングギヤボックス５を介して操舵輪である左前輪２ｆｌ及び右前輪２ｆｒに伝達され、これらを操舵する。
【００２０】
この車両１は、上述したように、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒが、それぞれ異なる電動機によって直接駆動される。そして、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒは、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒのホイール内に配置される、いわゆるインホイール形式の構成となっている。
【００２１】
なお、電動機と車輪との間に減速機構を設け、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒの回転数を減速して、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒに伝達してもよい。一般に、電動機は小型化するとトルクが低下するが、減速機構を設けることによって電動機のトルクを増加させることができる。その結果、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒを小型化することができる。
【００２２】
左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御されて、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒの駆動力の駆動力が調整される。本実施形態においては、アクセル開度センサ１２によって検出されるアクセル１２Ｐの開度により車両１の総駆動力（制動力も考慮した総駆動力）Ｆ、及び左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒ各輪の駆動力が制御される。
【００２３】
また、本実施形態に係る車両挙動制御において、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒの駆動力は、ＥＣＵ５０及びＥＣＵ５０に組み込まれる車両挙動制御装置３０によって変更される。上述した構成により、本実施形態においては、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒそれぞれの駆動力を独立して制御することができる。本実施形態に係る車両１は、それぞれの車輪の駆動力を制御することにより、ヨーモーメントを発生させることができる。
【００２４】
左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒは、左前レゾルバ１１ｆｌ、右前レゾルバ１１ｆｒ、左後レゾルバ１１ｒｌ、右後レゾルバ１１ｒｒによって回転角度や回転速度が検出される。左前レゾルバ１１ｆｌ、右前レゾルバ１１ｆｒ、左後レゾルバ１１ｒｌ及び右後レゾルバ１１ｒｒの出力は、ＥＣＵ５０に取り込まれて、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒの制御に用いられる。また、レゾルバの他に、ＥＣＵ５０には、アクセル開度センサ１２、操舵角センサ１３、加速度センサ１４が接続されており、電動機の出力制御や本実施形態に係る車両挙動制御を実行する際の情報を取得するために用いられる。
【００２５】
左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒは、インバータ６に接続されている。インバータ６には、例えばニッケル−水素電池や鉛蓄電池等の車載電源７が接続されている。車載電源７の電力は、必要に応じてインバータ６を介して左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒへ供給される。これらの出力は、ＥＣＵ５０からの指令によってインバータ６を制御することで制御される。なお、本実施形態においては、１台のインバータで１台の電動機を制御する。左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒを制御するため、インバータ６は、それぞれの電動機に対応した４台のインバータで構成される。
【００２６】
左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒが車両１の動力発生源として用いられる場合、車載電源７の電力がインバータ６を介して供給される。また、例えば車両１の減速時には、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ、右後電動機１０ｒｒが発電機として機能して回生発電を行い、これによって回収したエネルギーを車載電源７に蓄える。これは、ブレーキ信号やアクセルオフ等の信号に基づいて、ＥＣＵ５０がインバータ６を制御することにより実現される。なお、本実施形態に係る車両挙動制御を実行する際にも、必要に応じて左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ、右後電動機１０ｒｒの回生発電を実行し、制動力を発生させる。
【００２７】
左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒには、それぞれ摩擦制動装置ＢＲが設けられており、これらの車輪に、摩擦力による制動力を与える。本実施形態においては、ＥＣＵ５０及びＥＣＵ５０に組み込まれる車両挙動制御装置３０によって、それぞれの摩擦制動装置ＢＲの制動力を独立に制御するように構成してもよい。このようにすれば、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ等による電力回生の他にも左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒの制動力を独立に制御できるので、車両１の挙動を制御する際の自由度が向上する。
【００２８】
以下の説明において、左前輪２ｆｌ、右前輪２ｆｒ、左後輪２ｒｌ、右後輪２ｒｒを区別しない場合には車輪２といい、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ、右後電動機１０ｒｒを区別しない場合には電動機１０という。また、左前レゾルバ１１ｆｌ、右前レゾルバ１１ｆｒ、左後レゾルバ１１ｒｌ、右後レゾルバ１１ｒｒを区別しない場合にはレゾルバ１１という。なお、車両の前輪、後輪に着目する場合、左前輪２ｆｌ及び右前輪２ｆｒを前輪２ｆといい、左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒを後輪２ｒという。
【００２９】
図２は、ロールの位相遅れと操舵周波数との関係を示す概念図である。図３は、従来技術において、車両の実ロール角を目標ロール角に追従させるためにヨーモーメントを付与した場合におけるロールの位相遅れと操舵周波数との関係を示す概念図である。操舵入力に対するロールの遅れ量は、操舵入力の変化に対するロール角φの変化の位相遅れであり、角度で表される。操舵入力に対するロールの遅れ量は、操舵入力に対する車両１のロールの遅れを表す尺度となる。図２に示すように、車両１のロールは、車両１の操舵輪の操舵周波数ｆｓが増加するにしたがって、操舵入力に対するロールの遅れ量が単調に増加した後、操舵周波数ｆｓ１で減少に転じ、さらに操舵周波数ｆｓ２からは単調に増加する場合がある。
【００３０】
操舵入力に対するロールの遅れ量が上記傾向を示す場合、車両１の運転者が、操舵周波数ｆｓを高くしながら車両１を旋回させると、旋回の途中で操舵入力に対するロールの遅れ量が急激に少なくなり、運転者は、操舵入力に対する車両１の挙動に違和感を覚える。図３に示すように、従来技術において、車両１の実ロール角を目標ロール角に追従させるためにヨーモーメントを付与することにより、操舵入力に対するロールの遅れ量をある程度抑制することができる。
【００３１】
しかし、図３に示すように、操舵入力に対するロールの遅れ量は、操舵周波数ｆｓ１までは単調に増加するが、操舵周波数ｆｓ１における変曲点Ｐｖで減少に転じ、その後は操舵周波数の増加とともに減少する。このため、車両１の実ロール角を目標ロール角に追従させるためにヨーモーメントを付与する手法によっても、車両１の運転者が、操舵周波数ｆｓを高くしながら車両１を旋回させると、旋回の途中で操舵入力に対するロールの遅れ量が急激に少なくなることがあり、運転者は、操舵入力に対する車両１の挙動に違和感を覚える。
【００３２】
車両のロールを考慮した運動方程式から、操舵を入力とし、車両のロールを出力とした場合の伝達関数を考えると、ラプラス演算子ｓの２次あるいは４次の伝達関数が導出される。ここで、伝達関数の分子に存在するラプラス演算子ｓは、入力（操舵）に対する出力（車両のロール）の遅れ量を回復させる位相進み項であり、図２や図３の操舵周波数ｆｓ１以降に示すように、操舵入力に対するロールの遅れ量を減少、すなわち回復させる。したがって、操舵を入力とし、ロールを出力とした場合の伝達関数に位相進み項が存在する限り、操舵入力に対する車両１の挙動（特にロール方向の挙動）に運転者が違和感を覚えるという問題が発生する。
【００３３】
そこで、本実施形態では、車両の操舵輪に対して操舵入力があった場合には、操舵を入力とし、車両のロールを出力とする伝達関数に存在するロールの位相進み項を消去するようにヨーモーメントを設定して、車両１に与える。すなわち、操舵角に対する車両のロールの遅れが、操舵周波数の増加にともなって単調に増加するようなヨーモーメントを与える。これによって、操舵角に対するロールの遅れは単調に変化するので、操舵入力に対する車両１の挙動が運転者に与える違和感を抑制することができる。次に、このようなヨーモーメントを求める手法を説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る車両挙動制御を適用する車両の諸元を説明するための斜視図である。図５−１は、本実施形態に係る車両挙動制御を適用する車両の諸元を説明するための側面図である。図５−２は、ロール角を示す模式図である。図１に示す車両１に、入力として操舵が与えられ、その出力として車両１がロールする。操舵入力は操舵角がθであり、ロール角はφである。ここで、ロール角φは、図５−２に示すように、車両１がロールしていない場合を基準とした、車両１のロール軸Ｘ＿ｒｏｌｌを周りにおける車両１の傾斜角である。図１に示す車両１のロールを考慮し、車両１にヨーモーメントＭを付与する場合の運動方程式は、式（１）〜（３）のようになる。
【００３５】
以下において、Ｉｚはヨー慣性モーメント（ｋｇ・ｍ2）、βは滑り角（ｒａｄ）、γはヨーレート（ｒａｄ／ｓｅｃ．）、Ｋｆは前輪２ｆのコーナーリングフォース（Ｎ／ｒａｄ）、Ｋｒは後輪２ｒのコーナーリングフォース（Ｎ／ｒａｄ）、Ｌｆは重心ＣＧから前輪２ｆの車軸Ｙｆまでの距離（ｍ）、Ｌｒは重心ＣＧから後輪２ｒの車軸Ｙｒまでの距離（ｍ）、Ｌは前輪２ｆの車軸Ｙｆと後輪２ｒの車軸Ｙｒとの距離（ｍ）、ｍは車両１の質量（ｋｇ）、Ｖは車両１の速度（ｍ／ｓｅｃ．）、ｎはステアリングギヤ比、Ｍはヨーモーメント、θは操舵角（ｒａｄ）、ｈｓは車両１の重心高（ｍ）、Ｋφは車両１のロール剛性（Ｎ・ｍ／ｒａｄ）、Ｃφは車両１のロール減衰定数（Ｎ・ｍ／ｓｅｃ．・ｒａｄ）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓｅｃ．2）である。なお、β'は滑り角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ．）、γ'はヨー加速度（ｒａｄ／ｓｅｃ．2）、φ'はロール角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ．）、φ''はロール角加速度（ｒａｄ／ｓｅｃ．2）である。
【００３６】
【数１】
2008260439.tif 000003
【００３７】
【数２】
2008260439.tif 000004
【００３８】
【数３】
2008260439.tif 000005
【００３９】
式（１）〜式（３）の運動方程式から、車両１へ操舵角θが入力されてロール角φが出力される場合において、ロール角φは横方向加速度Ｇｙを用いて、式（４）のように表される。ここで、式（４）中の横方向加速度Ｇｙは、式（５）で表される。横方向加速度は、車両１の旋回により発生する遠心加速度であり、車両１の旋回円の中心から径方向外側に向かい、車両１を通る方向の加速度である。
【００４０】
式（５）から分かるように、横方向加速度Ｇｙには、車両１へ入力される操舵角θが含まれるので、式（４）は、車両１の操舵輪への操舵を入力とし、車両１のロールを出力とした場合において、操舵角θ（入力）からロール角φ（出力）への伝達関数を含んで表現される。ここで、式（４）中の横方向加速度Ｇｙは、式（５）のようになる。また、式（４）、式（５）中の固有振動数ωｎは式（６）で、減衰定数ζは式（７）で表される。なお、各式中のｓは、ラプラス演算子である（以下同様）。
【００４１】
【数４】
2008260439.tif 000006
【００４２】
【数５】
2008260439.tif 000007
【００４３】
【数６】
2008260439.tif 000008
【００４４】
【数７】
2008260439.tif 000009
【００４５】
式（４）中の横方向加速度Ｇｙ、すなわち式（５）において、分子のラプラス演算子ｓが、操舵輪への操舵入力に対して、出力である車両１のロールの遅れを減少、すなわち進ませる位相進み項になる。すなわち、分子のラプラス演算子ｓは、操舵周波数の増加とともに、ロール角φの位相を進ませる位相進み項となる。したがって、横方向加速度Ｇｙを表す式（５）右辺における分子のラプラス演算子ｓを消去するようなヨーモーメントＭを式（５）に与えれば、操舵角θからロール角φへの伝達関数、すなわち操舵輪への操舵を入力とし、車両のロールを出力とした場合における伝達関数の分子項は、ラプラス演算子ｓの次数が０になる。
【００４６】
これによって、横方向加速度Ｇｙは式（８）のように表されるとともに、ロール角φを表す式（４）は、式（９）のようになる。ここで、式（９）のθ以外の部分が、操舵角θ（入力）からロール角φ（出力）への伝達関数となる。式（９）から分かるように、この伝達関数は、分子のラプラス演算子ｓの次数が０になるので、操舵入力に対する車両１のロールの遅れ量は、単調に変化（単調に増加）する。すなわち、操舵周波数の増加にしたがって、車両１のロールの遅れ量は、単調に増加する。
【００４７】
式（５）右辺における分子のラプラス演算子ｓを消去するようなヨーモーメントＭは、式（１０）を満たすヨーモーメントＭである。式（１０）をヨーモーメントＭについて解いた値が式（１１）となる。すなわち、車両１へ操舵角θの入力があった場合には、式（１１）で表されるヨーモーメントＭを車両１に付与することにより、車両１において、操舵角θからロール角φへの伝達関数においては分子項のラプラス演算子ｓの次数を０にすることができる。
【００４８】
これによって操舵入力に対するロールの遅れ、すなわち、操舵周波数に対するロール角φの位相の遅れは、操舵周波数の増加とともに単調に増加することになるので、運転者に与える車両挙動（特にロール方向）の違和感を低減できる。なお、式（１１）で表されるヨーモーメントＭは、式（１１）をラプラス逆変換することにより求める。ここで、式（５）〜式（１１）中のＧｒθ、Ｔｒθ、Ｇβθ、Ｔβθ、ＧｒＭ、ＴｒＭ、ＧβＭ、Ｋｈ、Ｌは、それぞれ式（１２）〜式（２０）で表される。
【００４９】
【数８】
2008260439.tif 000010
【００５０】
【数９】
2008260439.tif 000011
【００５１】
【数１０】
2008260439.tif 000012
【００５２】
【数１１】
2008260439.tif 000013
【００５３】
【数１２】
2008260439.tif 000014
【００５４】
【数１３】
2008260439.tif 000015
【００５５】
【数１４】
2008260439.tif 000016
【００５６】
【数１５】
2008260439.tif 000017
【００５７】
【数１６】
2008260439.tif 000018
【００５８】
【数１７】
2008260439.tif 000019
【００５９】
【数１８】
2008260439.tif 000020
【００６０】
【数１９】
2008260439.tif 000021
【００６１】
【数２０】
2008260439.tif 000022
【００６２】
図６は、本実施形態に係る車両挙動制御を適用した場合におけるロールの位相遅れと操舵周波数との関係を示す概念図である。本実施形態に係る車両挙動制御を適用し、操舵入力があった場合に式（１１）から得られるヨーモーメントＭを車両に付与すると、操舵入力に対するロールの遅れ量は、変曲点を持たずに操舵周波数の増加とともに、単調に増加する。このように、本実施形態に係る車両挙動制御を適用した場合における操舵入力に対するロールの遅れ量の変化は、図２、図３に示す操舵入力に対するロールの遅れ量の変化とは異なることが分かる。次に、式（１１）から得られるヨーモーメントＭを発生させるための駆動力を決定する手法を説明する。
【００６３】
図１に示す車両１は、４個の車輪２の駆動力をそれぞれ独立に制御できるため、車両１が備えるすべての車輪２の駆動力をそれぞれ決定する。左前輪２ｆｌの駆動力（左前輪駆動力）をＦｆｌ、右前輪２ｆｒの駆動力（右前輪駆動力）をＦｆｒ、左後輪２ｒｌの駆動力（左後輪駆動力）を２ｒｌ、右後輪２ｒｒの駆動力（右後輪駆動力）をＦｒｒとし、車両１の全駆動力をＦとすると、これらの間には式（２１）の関係が成立する。また、前輪２ｆのトレッド（左前輪２ｆｌと右前輪２ｆｒとの回転軸方向における中心間距離）をＤｆ、後輪２ｒのトレッド（左後輪２ｒｌと右後輪２ｒｒとの回転軸方向における中心間距離）をＤｒとすると、式（２２）の関係が成立する。
【００６４】
【数２１】
2008260439.tif 000023
【００６５】
【数２２】
2008260439.tif 000024
【００６６】
また、前輪（左前輪２ｆｌ及び右前輪２ｆｒ）と後輪（左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒ）との制駆動力配分比をｊ：（１−ｊ）とし（ただし０≦ｊ≦１）、前輪（左前輪２ｆｌ及び右前輪２ｆｒ）と後輪（左後輪２ｒｌ及び右後輪２ｒｒ）とのヨーモーメント配分比をｋ：（１−ｋ）とする（ただし０≦ｆ≦１）。すると、式（２３）、式（２４）の関係が成立する。
【００６７】
【数２３】
2008260439.tif 000025
【００６８】
【数２４】
2008260439.tif 000026
【００６９】
式（２１）〜式（２４）の関係を行列式にまとめると、行列式（２５）のようになる。この行列式（２５）を、Ｆｆｌ、Ｆｆｒ、Ｆｒｌ、Ｆｒｒについて解くと、それぞれ式（２６）、式（２７）、式（２８）、式（２９）のようになる。式（２６）〜式（２９）でそれぞれ表される左前輪駆動力Ｆｆｌ、右前輪駆動力Ｆｆｒ、左後輪駆動力Ｆｒｌ、右後輪駆動力Ｆｒｒが、式（１１）から得られるヨーモーメントＭを発生させるために車両１の各車輪２に必要な駆動力である。ここで、式（２６）〜式（２９）におけるＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、それぞれ式（３０）、式（３１）、式（３２）、式（３３）で求めることができる。
【００７０】
【数２５】
2008260439.tif 000027
【００７１】
【数２６】
2008260439.tif 000028
【００７２】
【数２７】
2008260439.tif 000029
【００７３】
【数２８】
2008260439.tif 000030
【００７４】
【数２９】
2008260439.tif 000031
【００７５】
【数３０】
2008260439.tif 000032
【００７６】
【数３１】
2008260439.tif 000033
【００７７】
【数３２】
2008260439.tif 000034
【００７８】
【数３３】
2008260439.tif 000035
【００７９】
なお、左前輪駆動力Ｆｆｌ、右前輪駆動力Ｆｆｒ、左後輪駆動力Ｆｒｌ、右後輪駆動力Ｆｒｒの単位は力なので、トルクに変換する場合には、求めた各車輪２の駆動力に、それぞれの車輪２の荷重方向における半径（荷重半径）Ｒを乗ずればよい。これによって、各車輪２を駆動するそれぞれの電動機１０のトルク指令値を求める。
【００８０】
図７は、本実施形態に係る車両挙動制御装置の構成例を示す説明図である。図７に示すように、車両挙動制御装置３０は、ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５１と、記憶部５２と、入出力ポート５４と、入出力インターフェース５５とから構成される。
【００８１】
なお、ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係る車両挙動制御装置３０を用意し、これをＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る車両挙動制御を実現するにあたっては、ＥＣＵ５０が備える車両１に対する制御機能を、前記車両挙動制御装置３０が利用できるように構成してもよい。
【００８２】
車両挙動制御装置３０は、制御条件判定部３１と、ヨーモーメント演算部３２と、制駆動力演算部３３とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る車両挙動制御を実行する部分となる。本実施形態において、車両挙動制御装置３０は、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５１の一部として構成される。また、ＣＰＵ５１は、電動機制御部５３を備えており、図１に示す車両１が備える電動機１０を制御する。
【００８３】
車両挙動制御装置３０の制御条件判定部３１と、ヨーモーメント演算部３２と、制駆動力演算部３３とは、入出力ポート５４を介して接続される。これにより、車両挙動制御装置３０を構成する制御条件判定部３１と、ヨーモーメント演算部３２と、制駆動力演算部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。
【００８４】
また、ＣＰＵ５１と記憶部５２とは、入出力ポート５４を介して接続される。これによって、ＣＰＵ５１が備える車両挙動制御装置３０は、記憶部５２に格納されている車両１の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、ＣＰＵ５１が備える車両挙動制御装置３０は、本実施形態に係る車両挙動制御を、ＥＣＵ５０が予め備えている運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００８５】
入出力ポート５４には、入出力インターフェース５５が接続されている。入出力インターフェース５５には、車両挙動制御に必要な情報を取得するセンサ類として、操舵角センサ１３、加速度センサ１４、レゾルバ１１、すなわち左前レゾルバ１１ｆｌ、右前レゾルバ１１ｆｒ、左後レゾルバ１１ｒｌ、右後レゾルバ１１ｒｒが接続されている。また、入出力インターフェース５５には、車両挙動制御に必要な制御対象として、左前電動機１０ｆｌ、右前電動機１０ｆｒ、左後電動機１０ｒｌ及び右後電動機１０ｒｒを制御するためのインバータ６が接続されている。
【００８６】
記憶部５２には、本実施形態に係る車両挙動制御の処理手順が記述されたコンピュータプログラム、あるいは本実施形態に係る車両挙動制御に用いるデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００８７】
上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５１へ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、本実施形態に係る車両挙動制御を実現できるものであってもよい。また、この車両挙動制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、制御条件判定部３１、ヨーモーメント演算部３２及び制駆動力演算部３３の機能を実現するものであってもよい。次に、本実施形態に係る車両挙動制御方法の手順を説明する。本実施形態に係る車両挙動制御方法は、上述した車両挙動制御装置３０により実現できる。
【００８８】
図８は、本実施形態に係る車両挙動制御方法の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る車両挙動制御方法を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、図７に示す車両挙動制御装置３０の制御条件判定部３１は、操舵があったか否かを判定する。操舵の有無は、操舵角センサ１３によって検出された信号を制御条件判定部３１が取得して判定する。
【００８９】
ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１が操舵はないと判定した場合、ＳＴＡＲＴに戻り、制御条件判定部３１は、車両１の操舵状態の監視を継続する。ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、車両挙動制御装置３０のヨーモーメント演算部３２は、操舵入力に対するロールの遅れ量が、操舵周波数の増加にともなって単調に増加するようなヨーモーメントＭ、すなわち、上述した式（１１）から得られるヨーモーメントＭを求めるため、現時点における操舵角θ及び車両速度Ｖを取得する。操舵角θは、操舵角センサ１３の検出値から求めることができる。また、車両速度Ｖは、車両１が備える各車輪２の平均回転速度から求めることができる。なお、各車輪２の回転速度は、それぞれの車輪を駆動する電動機１０が備えるレゾルバ１１から求める。
【００９０】
ヨーモーメント演算部３２が操舵角θ及び車両速度Ｖを取得したら、ステップＳ１０３において、ヨーモーメント演算部３２は、これらを式（１１）に与えてヨーモーメントＭを求める。そして、ステップＳ１０４において、車両挙動制御装置３０の制駆動力演算部３３は、ステップＳ１０３で求められたヨーモーメントＭから、車両１が備える各車輪２の駆動力を求める。各車輪２の駆動力は、上述したように式（２６）〜式（２９）で求めることができる。
【００９１】
ステップＳ１０５で、ＥＣＵ５０が備える電動機制御部５３は、ステップＳ１０４で得られた各車輪２の駆動力を発生するために必要な各電動機１０の出力（トルク）を求める。そして、求めた各電動機１０の出力を発生させるための出力指令値をインバータ６に発信して、各電動機１０を駆動する。これによって、ステップＳ１０４で得られた駆動力で、各車輪２を駆動することができる。これによって、車両１には、式（１１）で決定されるヨーモーメントＭが発生するので、操舵入力に対するロールの遅れ量は単調に増加することになり、運転者に与える、操舵に対する車両挙動の違和感を低減できる。
【００９２】
式（１１）、式（１３）、式（１４）等から分かるように、式（１１）から得られるヨーモーメントＭには車両１の質量（以下車両質量という）ｍが含まれる。車両質量ｍは、車両１の乗車人数や積載物によって変化するため、車両質量ｍに変化があった場合には、これを考慮することによって、ヨーモーメントＭの精度が向上する。このため、ヨーモーメントＭを求める前に車両質量ｍを推定し、これを用いてヨーモーメントＭを求める。
【００９３】
車両質量ｍは、（３．６×２×π／Ｖ）×Ｐｃｍｄ／ｇａの推定式で推定することができる。推定式中、Ｖは車両速度、Ｐｃｍｄは車両１が備えるすべての電動機１０に対する出力指令値、ｇａは車両１の前後方向における加速度（前後加速度）である。車両速度Ｖは、各レゾルバ１１が検出した電動機１０の回転速度から推定した各車輪２の回転速度の平均値から求めることができる。Ｐｃｍｄは、アクセル開度センサ１２によって検出されるアクセル１２Ｐの開度に基づいてＥＣＵ５０の電動機制御部５３が演算する。前後加速度は、加速度センサ１４によって検出することができる。車両挙動制御装置３０のヨーモーメント演算部３２は、Ｖ、Ｐｃｍｄ、ｇａを上記推定式に与えて、車両質量ｍを推定する。
【００９４】
ここで、車輪２を駆動するすべての電動機１０のトルクをτ（Ｎ・ｍ）、車輪２の回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、すべての電動機１０に対する出力指令値Ｐｃｍｄ＝τ×Ｎ、車両速度Ｖ＝（３６００／１０００）×２×ｒ×π×Ｎ、τ＝Ｐｃｍｄ／Ｎ＝Ｐｃｍｄ×３．６×２×ｒ×π／Ｖとなる。そして、車両１の総駆動力（制動力も考慮した総駆動力）をＦ（Ｎ）、車輪２の荷重半径をＲ（ｍ）とすると、Ｆ＝τ／ｒ、かつＦ＝ｍ×ｇａなので、ｍ＝Ｆ／ａ＝τ／（ｇａ×Ｒ）となり、上記推定式で車両質量ｍが推定できる。
【００９５】
この手法によって車両質量ｍを推定すると、加速度センサ１４の追加のみで車両質量ｍを推定できる。また、加速度センサ１４が車両１に予め搭載されている場合や車両１がナビゲーションシステムを搭載する場合には、車両１の加速度センサ１４やナビゲーションシステムの加速度センサを用いることで、新たに加速度センサを追加する必要なく、簡易に車両質量ｍを推定することができる。
【００９６】
このようにして推定した車両質量ｍを用いることにより、ヨーモーメントＭの精度が向上するため、運転者に与える、操舵に対する車両挙動の違和感を、より効果的に低減することができる。なお、車両質量ｍの推定手法は上記手法に限られるものではない。例えば、車両１の懸架装置にストロークセンサを設け、ストロークセンサによって検出される車両１の車高から車両質量ｍを推定してもよい。
【００９７】
図９は、本実施形態の変形例に係る車両挙動制御方法の処理手順を示すフローチャートである。この変形例に係る車両挙動制御方法は、上述した車両挙動制御方法とほぼ同様であるが、操舵周波数に基づいて、式（１１）から得られるヨーモーメントＭを付与するか否かを判定する点が異なる。他構成は、上記車両挙動制御方法と同様である。なお、この変形例に係る車両挙動制御方法も、図７に示す車両挙動制御装置３０により実現できる。
【００９８】
本実施形態の変形例に係る車両挙動制御方法を実行するにあたり、ステップＳ２０１において、図７に示す車両挙動制御装置３０の制御条件判定部３１は、操舵があったか否かを判定する。ステップＳ２０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１が操舵はないと判定した場合、ＳＴＡＲＴに戻り、制御条件判定部３１は、車両１の操舵状態の監視を継続する。ステップＳ２０１でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ２０２に進む。
【００９９】
ステップＳ２０２において、制御条件判定部３１は、操舵周波数ｆｓと、操舵周波数閾値ｆｓ＿ｃとを比較する。ここで、操舵周波数ｆｓは、図１に示す車両１の操舵輪である左前輪２ｆｌ及び右前輪２ｆｒを操舵するときの周波数であり、操舵速度が大きくなるほど、操舵周波数ｆｓも大きくなる。操舵周波数ｆｓは、次の手法により求めることができる。
【０１００】
図１に示す車両１が備える操舵輪の実際の操舵角をθとすると、操舵が過渡状態である場合には、実際の操舵角θは式（３４）で、操舵角速度θ'は式（３５）で、操舵角加速度θ''は式（３６）で表すことができる。ここで、Ａは振幅であり、任意の定数である。また、ωは操舵周波数、ｔは時間である。
θ＝Ａ×ｓｉｎ（ｆｓ×ｔ）・・（３４）
θ'＝ｆｓ×Ａ×ｃｏｓ（ｆｓ×ｔ）・・（３５）
θ''＝−ｆｓ2×Ａ×ｓｉｎ（ｆｓ×ｔ）・・（３６）
【０１０１】
式（３４）及び式（３６）から、操舵角加速度θ''の絶対値｜θ''｜を実際の操舵角θの絶対値｜θ｜で除すると、｜θ''｜／｜θ｜＝｜−ｆｓ2×Ａ×ｓｉｎ（ｆｓ×ｔ）｜／｜Ａ×ｓｉｎ（ｆｓ×ｔ）｜＝ｆｓ2となる。したがって、操舵周波数ｆｓは、式（３７）に示すように、実際の操舵角θから求めた操舵角加速度θ''と、実際の操舵角θとの比に基づいて求めることができる。
ω＝√（｜θ''｜／｜θ｜）・・（３７）
【０１０２】
ここで、操舵角θは、図１に示す操舵角センサ１３によって検出することができる。操舵角加速度θ''は、図１に示すＥＣＵ５０に組み込まれる車両挙動制御装置３０が、操舵角センサ１３で検出した操舵角θを取得して演算することにより求めることができる。すなわち、単位時間あたりにおける操舵角θの変化から操舵角速度θ'を求め、単位時間あたりにおける操舵角速度θ'の変化から操舵角加速度θ''を求めることができる。このようにして求めた操舵角速度θ'及び操舵角加速度θ''を式（３７）に与えれば、操舵周波数ｆｓを求めることができる。
【０１０３】
図２に示すように、操舵周波数がｆｓ１のときに、ロールの遅れ量は、操舵周波数が増加する際において最初の変曲点Ｐｖとなる。したがって、操舵周波数がｆｓ１よりも小さい場合、ロールの遅れ量は単調に増加するため、操舵周波数がｆｓ１以下である場合には、上述した式（１１）で示すヨーモーメントＭを車両１に付与しなくても、車両１の運転者は車両挙動（特にロール方向）の違和感を覚えない。
【０１０４】
したがって、本変形例においては、操舵周波数がｆｓ１以下の場合には、式（１１）で示すヨーモーメントＭを車両１に付与しない。これによって、ヨーモーメントＭの演算負荷を軽減できる。また、式（１１）で示すヨーモーメントＭを付与するための制駆動力を発生させる必要はないので、その分、車両１を走行させる際のエネルギー消費を抑制することができる。本変形例では、操舵周波数閾値ｆｓ＿ｃを操舵周波数ｆｓ１とする。操舵周波数ｆｓ１とするは、操舵周波数が増加する際において、ロールの遅れ量の変化が最初の変曲点となる操舵周波数である。この操舵周波数ｆｓ１は、車両１の諸元によって予め決定される値である。
【０１０５】
ステップＳ２０２でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１が、ｆｓ≦ｆｓ＿ｃであると判定した場合、式（１１）で示すヨーモーメントＭは車両１に付与されない。この場合、ＳＴＡＲＴに戻り、制御条件判定部３１は、車両１の操舵状態の監視を継続する。
【０１０６】
ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３１がｆｓ＞ｆｓ＿ｃであると判定した場合、ロールの遅れ量が変曲点Ｐｖを持つことに起因して運転者が覚える、操舵に対する車両挙動の違和感を抑制するため、式（１１）で示すヨーモーメントＭを車両１に付与する。この場合、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０６を実行する。なお、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０６は、図８を用いて説明した、本実施形態に係る車両挙動制御のステップＳ１０２〜ステップＳ１０５と同様なので、説明を省略する。
【０１０７】
以上、本実施形態では、例えば、操舵輪への操舵を入力とし、車両のロールを出力とした場合の伝達関数に存在する位相進み項が消去されるようにヨーモーメントを設定することにより、車両の操舵輪に対する操舵周波数が増加するにしたがい、操舵輪への操舵入力に対する車両のロールの遅れが単調に増加するようなヨーモーメントを付与する。これによって、操舵入力に対するロールの遅れは、操舵周波数に対して単調に変化するので、操舵入力に対する車両挙動の違和感を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上のように、本発明に係る車両挙動制御装置及び車両挙動制御方法は、車両のロール方向における挙動を制御することに有用であり、特に、操舵入力に対する車両挙動の違和感を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本実施形態に係る車両挙動制御を適用可能な車両の一例を示す模式図である。
【図２】ロールの位相遅れと操舵周波数との関係を示す概念図である。
【図３】従来技術において、車両の実ロール角を目標ロール角に追従させるためにヨーモーメントを付与した場合におけるロールの位相遅れと操舵周波数との関係を示す概念図である。
【図４】本実施形態に係る車両挙動制御を適用する車両の諸元を説明するための斜視図である。
【図５−１】本実施形態に係る車両挙動制御を適用する車両の諸元を説明するための側面図である。
【図５−２】ロール角を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る車両挙動制御を適用した場合におけるロールの位相遅れと操舵周波数との関係を示す概念図である。
【図７】本実施形態に係る車両挙動制御装置の構成例を示す説明図である。
【図８】本実施形態に係る車両挙動制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態の変形例に係る車両挙動制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１  車両
２  車輪
２ｆ  前輪
２ｆｌ  左前輪
２ｆｒ  右前輪
２ｒ  後輪
２ｒｌ  左後輪
２ｒｒ  右後輪
５  ステアリングギヤボックス
６  インバータ
７  車載電源
８  ハンドル
１０  電動機
１０ｆｒ  右前電動機
１０ｆｌ  左前電動機
１０ｒｒ  右後電動機
１０ｒｌ  左後電動機
１１  レゾルバ
１１ｆｌ  左前レゾルバ
１１ｒｌ  左後レゾルバ
１１ｆｒ  右前レゾルバ
１１ｒｒ  右後レゾルバ
１２  アクセル開度センサ
１２Ｐ  アクセル
１３  操舵角センサ
１４  加速度センサ
３０  車両挙動制御装置
３１  制御条件判定部
３２  ヨーモーメント演算部
３３  制駆動力演算部
５０  ＥＣＵ
５１  ＣＰＵ
５２  記憶部
５３  電動機制御部
【図１】
2008260439.tif 000036
【図２】
2008260439.tif 000037
【図３】
2008260439.tif 000038
【図４】
2008260439.tif 000039
【図５−１】
2008260439.tif 000040
【図５−２】
2008260439.tif 000041
【図６】
2008260439.tif 000042
【図７】
2008260439.tif 000043
【図８】
2008260439.tif 000044
【図９】
2008260439.tif 000045