(57)【要約】【課題】  路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生することができ、障害物回避性能を高めることができる車両用操舵制御装置を提供する。【解決手段】  検出された輪荷重に基づいて、前輪の横力が最大となる前輪すべり角を目標前輪すべり角として算出する目標前輪すべり角算出手段（ステップS200）と、前輪すべり角が目標前輪すべり角に追従するように前輪舵角を調整する前輪舵角調整手段（ステップS201）と、旋回時の車両のヨーレートの発生方向と横移動方向とが一致するように、車両のヨー運動を調整するヨー運動調整手段（ステップS202）と、を備える。【選択図】      図３
2008126985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪を操舵する前輪操舵手段と、
車両にヨーモーメントを発生可能なヨーモーメント発生手段と、
各車輪の輪荷重を検出する輪荷重検出手段と、
検出された輪荷重に基づいて、前輪の横力が最大となる前輪すべり角を目標前輪すべり角として算出する目標前輪すべり角算出手段と、
前輪すべり角が目標前輪すべり角に追従するように前輪舵角を調整する前輪舵角調整手段と、
旋回時の車両のヨーレートの発生方向と横移動方向とが一致するように、前記ヨーモーメント発生手段が発生可能なヨーモーメントを調整して車両のヨー運動を調整するヨー運動調整手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
を備え、
前記ヨー運動調整手段は、横加速度が大きいほど目標ヨーレートを大きな値に設定するとともに、目標ヨーレートにヨーレートが追従するように、前記ヨーモーメント発生手段が発生可能なヨーモーメントを調整することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用操舵制御装置において、
車両の横すべり角を検出する車両横すべり角検出手段を備え、
前記ヨー運動調整手段は、車両進行方向と車体の向きがほぼ一致する車体横すべり角となるように、前記ヨーモーメント発生手段が発生可能なヨーモーメントを調整することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記ヨーモーメント発生手段として、後輪を操舵する後輪操舵手段を備え、
前記ヨー運動調整手段は、後輪の横力が最大となるすべり角よりも後輪すべり角が小さくなるように後輪舵角を調整することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記ヨーモーメント発生手段として、左右輪に駆動力差を発生させる左右駆動力差発生手段を備え、
前記ヨー運動調整手段は、横移動方向へのヨーレートが増す方向に左右駆動力差を発生させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載の車両用操舵制御装置において、
前記ヨーモーメント発生手段として、左右輪に駆動力差を発生させる左右駆動力差発生手段を備え、
前記ヨー運動調整手段は、横移動方向へのヨーレートが増す方向に左右駆動力差を発生させて、後輪すべり角が後輪横力最大となるすべり角に近づくように後輪舵角を調整することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の車両用操舵制御装置において、
検出された輪荷重に基づいて、後輪の横力が最大となる後輪すべり角を目標後輪すべり角として算出する目標後輪すべり角算出手段と、
後輪すべり角が目標後輪すべり角に追従するように後輪舵角を調整する後輪舵角調整手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用操舵制御装置において、
前記目標後輪すべり角算出手段は、後輪の制駆動トルクが大きいほど、目標後輪すべり角を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の車両用操舵制御装置において、
路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を備え、
前記目標後輪すべり角算出手段は、路面摩擦係数が小さいほど、目標後輪すべり角を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記目標前輪すべり角算出手段は、前輪の制駆動トルクが大きいほど、目標前輪すべり角を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を備え、
前記目標前輪すべり角算出手段は、路面摩擦係数が小さいほど、目標前輪すべり角を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用操舵制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
障害物等の緊急回避時等、車両の大きな旋回能力を発生させる従来技術としては、４輪操舵車両において、緊急状況でステアリング角から前輪舵角へのゲインを大きくするとともに、後輪はステアリングの初期操作で前輪舵角とほぼ同量に後輪舵角を設定することで、緊急時の初期横加速度を大きくするものが知られている。なお、ステアリングの切り戻し動作では、車体すべり角の制御へ戻し、旋回安定性を確保している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、車両目標軌跡を算出し、この車両目標軌跡で走行する従来技術としては、ある車両横ジャーク（加加速度）と横加速度の制限下で目標軌道を算出し、目標軌道を実現するように前後輪操舵角を算出するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１７７６１６号公報
【特許文献２】特開平７−１７９１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術のうち前者にあっては、ステアリングが切り戻されるまでは、ステアリング角に応じた量で、後輪を前輪とほぼ同量に切り続けるため、最終的にはタイヤの向きに車両が進行し、車両が横すべりをしている状態に近くなる。このため、車両の進行方向がタイヤの向きに近づくにつれて、タイヤの横力が減少する。つまり、タイヤの横力を持続的に発生することができないため、車両の旋回能力を十分に発揮できない。よって、特に車両進行方向前方に突如障害物が出現した場合のように、車両の最大限の横移動で回避したい場面などでの緊急回避運動に改善の余地がある。
【０００５】
一方、後者にあっては、実現可能な横加速度の絶対量を精度よく算出するためには、路面摩擦係数の推定が必要であり、目標軌道が路面摩擦係数の推定誤差の影響を受けるため、車両の最大限の横移動回避性能を十分に発揮できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生することができ、障害物回避性能を高めることができる車両用操舵制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明では、
前輪を操舵する前輪操舵手段と、
車両にヨーモーメントを発生可能なヨーモーメント発生手段と、
各車輪の輪荷重を検出する輪荷重検出手段と、
検出された輪荷重に基づいて、前輪の横力が最大となる前輪すべり角を目標前輪すべり角として算出する目標前輪すべり角算出手段と、
前輪すべり角が目標前輪すべり角に追従するように前輪舵角を調整する前輪舵角調整手段と、
旋回時の車両のヨーレートの発生方向と横移動方向とが一致するように、前記ヨーモーメント発生手段が発生可能なヨーモーメントを調整して車両のヨー運動を調整するヨー運動調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の車両用操舵制御装置では、前輪舵角調整手段において、前輪すべり角が前輪の横力が最大となる前輪すべり角に追従するように、前輪舵角が調整されるため、路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生させることができる。
ここで、前輪すべり角が横力最大となるように前輪舵角を調整した場合、旋回方向と逆向きのヨーモーメントが大きくなるとともに、横移動性能が低下するが、本発明では、ヨー運動調整手段において、旋回時の車両のヨーレートと横移動方向とが一致するように、車両のヨー運動が調整されるため、車両が旋回方向を向くようなヨー運動を実現でき、横移動性能の悪化と、旋回運動と車体ヨー運動との不一致による違和感とを共に低減することができる。
この結果、路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生することができ、障害物回避性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の左右後輪をそれぞれ別々の電気モータで独立駆動する電気自動車の構成図である。
【００１１】
実施例１の電気自動車は、駆動力発生源としての電気モータ３RL,３RRを備えており、各々のモータ３RL,３RRの回転軸は、減速機４RL,４RRを介して、電気自動車の後輪２RL,２RRに連結されている。２つのモータ３RL,３RRの出力特性、および、２つの減速機４RL,４RRの減速比、および、２つの車輪の半径はいずれも同じである。
【００１２】
モータ３RL,３RRは、いずれも永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。リチウムイオンバッテリ６との電力授受を制御する駆動回路５RL,５RRが、それらのモータ３RL,３RRの力行および回生トルクを、統合コントローラ３０から受信するトルク指令値tTRL(左後輪), tTRR(右後輪)とそれぞれ一致するように調整する。そして、駆動回路５RL,５RRは、各々のモータ３RL,３RRの出力トルクと、モータ回転軸に取り付けられた回転位置センサ（不図示）により検出したモータ回転速度を各々統合コントローラ３０へ送信する。
【００１３】
前輪２FL,２FRは、運転者が操作するステアリングホイール１１の回転運動によりステアリングギヤ１４を介して機械的に主操舵される他に、補助操舵用モータ１２によりステアリングギヤ１４を全体的に車幅方向へ変位させることで補助操舵される。すなわち、前輪２FL,２FRの舵角はステアリングホイール１１による主舵角と補助操舵用モータ１２による補助舵角との和となる。前輪舵角は、制御回路１３が補助操舵用モータ１２の出力を調整することで、統合コントローラ３０が送信する目標前輪舵角tDFと一致するように制御される。補助操舵用モータ１２とステアリングギヤ１４により、前輪を操舵する前輪操舵手段が構成される。
【００１４】
後輪２RL,２RRは、操舵用モータ１６によりステアリングラック１５を全体的に車幅方向へ変位させることで操舵される。舵角は、制御回路１７が操舵用モータ１６の出力を調整することで、統合コントローラ３０が送信する目標後輪舵角tDRと一致するように制御される。ステアリングラック１５と操舵用モータ１６により、後輪を操舵する後輪操舵手段（ヨーモーメント発生手段）が構成される。
【００１５】
統合コントローラ３０には、アクセルペダルセンサ２３によって検出するアクセル開度信号APOと、ステアリングホイール１１の回転軸に取り付けられた操舵角センサ２１によって検出するステアリングホイールの回転角信号STRと、ヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）８によって検出するヨーレート信号γと、重心位置に取り付けられた加速度センサ（横加速度検出手段）２８によって検出される前後方向加速度信号axおよび横方向加速度信号ayと、同じく重心位置に取り付けられたすべり角センサ（車両横すべり角検出手段）２９から出力される車体すべり角信号βが入力される。
【００１６】
［最大横移動制御処理］
図２は、実施例１の統合コントローラ３０で演算される最大横移動制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。統合コントローラ３０は、マイクロコンピュータの他にRAM/ROMなどの周辺部品を備えており、本制御処理を一定時間毎、例えば5ms毎に実行する。
【００１７】
ステップS100では、センサ信号や、駆動回路５RL,５RRからの受信信号をRAM変数に格納し、ステップS101へ移行する。
具体的には、アクセル開度信号を変数APS（単位は%。全開時を100%とする）に格納し、ステアリングホイールの回転角信号を変数STR（単位はradで、反時計回りを正とする）に格納し、車体ヨーレート信号を変数γ（図１の左旋回時の向きを正にとる）に格納し、車体横加速度信号をay（左方向を正とする）に格納し、車体前後加速度信号をax（前方を正とする）に格納し、車体横すべり角信号をβ（反時計回りを正とする）に格納し、前輪回転数信号をNFL,NFR（いずれも単位はrad/sで、車両が前進する向きを正とする。）に格納する。また、駆動回路５RL,５RRから受信する信号についても、モータ３RL,３RRの出力トルクをそれぞれ変数TRL,TRR（いずれも単位はNmで、車両を加速させる向きを正とする。）に格納し、それぞれのモータ３RL,３RRの回転速度を変数NRL,NRR（いずれも単位はrad/sで、車両が前進する向きを正とする。）に格納する。
【００１８】
なお、ここでは車体横すべり角βは検出するとしたが、例えば、特開平５−３１０１４２号公報に記載の技術ように、操舵入力と駆動力差入力とヨーレート検出値から、車両運動特性の数式モデルに基づくオブザーバなどを用いて推定してもよい。
【００１９】
ステップS101では、車両の速度V（単位はm/sで、車両が前進する向きを正とする。）を、従動輪の回転数NFL,NFRから下記の式で演算し、ステップS102へ移行する。
V = (NFL + NFR) / 2 ×R
ここで、Rは車輪の半径である。
【００２０】
ステップS102では、４輪の輪荷重Zfl,Zfr,Zrl,Zrrを下記の式から求め、ステップs103へ移行する（輪荷重検出手段）。
Zfl = Zf - ΔZd - 2ΔZc・(Zf - ΔZd) / (Zf + Zr)
Zfr = Zf - ΔZd + 2ΔZc・(Zf - ΔZd) / (Zf + Zr)
Zrl = Zr + ΔZd - 2ΔZc・(Zr + ΔZd) / (Zf + Zr)
Zrr=Zr+ΔZd+2ΔZc・(Zr+ΔZd) / (Zf+Zr)
Zf = mgLr / L
Zr = mgLf / L
ΔZd = m・ax・hcg / 2L
ΔZc=m・ay・hcg / 2Lt
ここで、Ltはトレッド距離の半分、hcgは重心高さである。なお、実施例１では無視したが、サスペンションによる荷重変化の遅れを考慮してもよい。
【００２１】
ステップS103では、最大横移動する前後輪舵角操作量を、図３に示すフローチャートに従って演算し、本制御を終了する。
【００２２】
［操作量演算制御処理］
図３は、図２のフローチャートのステップS104で実行される操作量演算サブルーチンの流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００２３】
ステップS200では、左右の前輪荷重Zfl,Zfrから、図４に示す輪荷重とタイヤ横力が最大となるタイヤすべり角（以下、横力最大タイヤすべり角と称す。）との関係を用いて、目標前輪すべり角を算出し、ステップS201へ移行する（目標前輪すべり角算出手段）。ここで、目標前輪すべり角は、例えば、左右の目標すべり角の平均値とすればよい。なお、図４に示す輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係は、図５に示す輪荷重毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係から、黒点で示す輪荷重毎の横力最大タイヤすべり角をまとめたものである。
【００２４】
また、図６に同じ輪荷重におけるタイヤ縦力絶対値毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す。各々の線上における黒丸は、最大タイヤ横力となるタイヤすべり角と最大タイヤ横力の点である。図６に示すタイヤでは、同じ輪荷重ならば、横力最大タイヤすべり角は、タイヤ縦力絶対値が大きいほど大きくなる。
【００２５】
ここで、実施例１では、図７に示すタイヤ縦力絶対値毎の輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係に基づき、前後輪のタイヤ横力絶対値が大きいほど、目標すべり角を大きくする。これにより、前後輪のタイヤ横力に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００２６】
また、図８に同じ輪荷重における路面摩擦係数毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す。各々の線上における黒丸は、最大タイヤ横力となるタイヤすべり角と最大タイヤ横力の点である。図８に示すタイヤでは、同じ輪荷重ならば、横力最大タイヤすべり角は、路面摩擦係数が小さいほど大きくなる。
【００２７】
よって、図９に示すように、同じ輪荷重ならば、横力最大タイヤすべり角は、路面摩擦係数が小さいほど大きくなる。このため、実施例１では、前後輪の路面摩擦係数が小さいほど、目標すべり角を大きくする。これにより、前後輪の路面摩擦係数に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００２８】
ここで、路面摩擦係数を求める方法としては、例えば、特開平６−２５８１９６号公報に開示されている方法を用いる。この方法は、左右前輪の振動加速度Ｇを加速度センサにより検出し、その結果に基づいて加速度Ｇのパワースペクトル密度PSDを算出し、そのPSD値のうち、路面摩擦係数が一方向に変化するのに対してPSD値も一方向に変化する関係が成立する周波数範囲内におけるものに基づき、路面摩擦係数を検出するものである（路面摩擦係数推定手段に相当）。
【００２９】
ステップS201では、目標前輪すべり角を実現するような目標前輪舵角tDFを算出し、ステップS202へ移行する（前輪舵角調整手段）。
前輪すべり角αfと前輪舵角DFとの関係は下記の式(1)で表される。
【数１】
2008126985.tif 000003
ここで、Lfは重心位置と前輪車軸との間の長さである。
式(1)を用いて、車体すべり角βと車速Vとヨーレートγと目標前輪すべり角とから、目標前輪舵角tDFは算出される。
【００３０】
ステップS202では、旋回時における車両のヨーレートの向きと横移動方向とが一致するように目標後輪舵角tDRを算出し、リターンへ移行する（ヨー運動調整手段）。
【００３１】
前後輪のすべり角が横力最大となるように左旋回した場合の力の状態を図１０に、車両旋回軌跡（車両は左から右へ進行）を図１１に示す。左旋回時には、重心高と遠心力による荷重移動によって、内輪である左輪よりも外輪である右輪の荷重が大きくなる。よって、図１０に示すように、破線で示されるタイヤ横力は左輪より右輪の方が大きくなる。また、前後輪舵角により、タイヤ横力は実線で示す車体縦方向分力と一点鎖線で示す車体横方向分力に分けられる。左右タイヤ横力差から、車体縦方向分力は左側よりも右側の方が大きくなる。
【００３２】
この車体縦方向分力の左右差により、図１０に示すような旋回方向と逆向きのヨーモーメントが発生して、図１１に示すように車両は横移動方向とヨーレートの向きが逆になる。この逆向きのヨーレートが持続すると、図１１に示すように前後輪の舵角は増加し続け、車体縦方向分力が大きくなることに伴い、旋回方向と逆向きのヨーモーメントが大きくなって、車体が旋回の外側へ大きく張り出す。また、車体横方向への力も小さくなって横移動量も減るので、車両の横移動性能が落ちる。例えば、障害物回避時では、障害物に衝突しやすくなる。
【００３３】
したがって、実施例１では、旋回時の車両のヨーレートと横移動方向を一致させるために、後輪の横すべり角を小さくして、後輪横力を最大値より小さくすることにより、旋回方向と逆向きに発生するヨーモーメントを打ち消す。
【００３４】
例えば、以下に示すように車体すべり角が変化しないようにした場合、進行方向の変化に合わせて自動的に旋回方向へのヨー変化が発生する。車体すべり角βが十分に小さいと仮定した場合、重心点の横加速度ayとヨーレートγと車体すべり角βとの関係は、下記の式(2)で表される。
【数２】
2008126985.tif 000004
【００３５】
この式(2)を用いて、車体すべり角βの時間変化dβ/dtがゼロとすると、目標ヨーレートtγは、車速Vとヨーレートγと車体横加速度ayとから下記の式(3)で表される。
【数３】
2008126985.tif 000005
【００３６】
この目標ヨーレートを実現するように、下記の式(4)に示すPI制御器を用いて目標後輪舵角tDRを決める。
【数４】
2008126985.tif 000006
【００３７】
ここで、kPはPI制御器の比例ゲイン、kIはPI制御器の積分ゲインである。この制御により、車両のヨーレートを旋回方向に発生させることができ、横移動性能の悪化と、旋回運動と車体ヨー運動との不一致による違和感とを共に低減することができる。
【００３８】
［最大横移動制御作用］
障害物等の緊急回避時等、車両の大きな旋回能力を発生させる従来技術としては、特開２０００−１７７６１６に記載の車両の緊急時走行支援装置などが知られている。この従来技術では、４輪操舵車両において、緊急状況でステアリング角から前輪舵角へのゲインを大きくするとともに、後輪は、ステアリングの初期操作で、前輪舵角とほぼ同量に後輪舵角を設定し、緊急時の初期横加速度を大きくしている。そして、ステアリングの切り戻し動作で車体すべり角の制御へ戻し、旋回安定性を確保している。
【００３９】
また、車両目標軌跡を算出し、この車両目標軌跡で走行する従来技術としては、特開平７−１７９１４０号公報に記載の車両用自動操縦装置が公知である。この従来技術では、ある車両横ジャークと横加速度の制限下で目標軌道を算出し、目標軌道を実現する前後輪操舵角を算出している。
【００４０】
ところが、上記従来技術は、以下のような問題点を有している。
特開２０００−１７７６１６号に記載の従来技術では、ステアリング角が生じた初期は、後輪と前輪の切れ角に応じた横加速度が発生する。ところが、ステアリングが切り戻されるまでは、ステアリング角に応じた量で、後輪を前輪とほぼ同量に切り続けるため、最終的にはタイヤの向きに車両が進行し、車両が横すべりをしている状態に近くなる。このため、車両の進行方向がタイヤの向きに変わるにつれて、タイヤの横力が減少し、車両の進行方向がタイヤの向きになった以降は、タイヤの横力がゼロとなる。そして、その後にステアリングを切り戻した以降は、車両のヨー運動に応じた横力が発生する。
【００４１】
以上のように、この従来技術では、タイヤの横力を持続的に発生することができないため、車両の旋回能力を十分に発揮できず、車両進行方向前方に突如障害物が出現した場合など、車両の最大限の横移動で避けたい場面での緊急回避運動に改善の余地がある。
【００４２】
一方、特開平７−１７９１４０記載の従来技術では、実現可能な横加速度の最大値を維持しながら横移動するように目標軌道を生成することで、持続的な横力の発生が可能である。しかしながら、実現可能な横加速度の絶対量を精度よく算出するためには路面摩擦係数が必要となり、路面摩擦係数の推定誤差があれば、目標軌道はその誤差の影響を大きく受ける。
【００４３】
例えば、実際の路面摩擦係数が推定値より小さい場合には、本来実現可能な旋回半径よりも大きな旋回半径の目標軌道となるため、現状最大の横移動が実現できず、車両の最大限の横移動で避けたい場面などでの緊急回避運動に改善の余地がある。また、実際の路面摩擦係数が推定値より大きい場合には、本来実現可能な旋回半径よりも小さな旋回半径の目標軌道となるため、横力が飽和して目標軌道の実現が困難になる可能性がある。
【００４４】
これに対し、実施例１では、前輪すべり角が前輪の横力が最大となる前輪すべり角に追従するように、前輪舵角を調整するとともに、後輪の横力が最大となるすべり角よりも後輪すべり角が小さくなるように後輪舵角を調整する。これにより、旋回方向を向くようなヨー運動を行い、その上で実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生できるので、前方障害物などを回避できる可能性が向上する。
【００４５】
ある輪荷重におけるタイヤすべり角と横力の関係を、路面摩擦係数の大きい順に破線と実線と一点鎖線とで図１２に示す。最大横力の絶対値は路面摩擦係数にほぼ比例して決まるので、図１２に示すように、路面摩擦係数の違いとほぼ同じ割合で最大横力が異なり、従来技術のように最大横加速度の絶対値に基づいた目標軌道の制御では、この路面摩擦係数の違いの影響を大きく受ける。
【００４６】
一方、実施例１のように、実線で示される関係で横力最大となるタイヤすべり角α0にタイヤすべり角を制御した場合には、路面摩擦係数の見積もりが外れ、実際には破線もしくは一点鎖線で示されるような関係であったとしても、タイヤすべり角α0における横力は、各々の路面摩擦係数における最大タイヤ横力をほぼ実現できる。つまり、路面摩擦係数にかかわらず、自動的に最大横力相当の横力を発生できるので、横力が飽和して車両の運動が不安定になることなく回避性能を十分に発揮することができる。
【００４７】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００４８】
(1) 前輪を操舵する前輪操舵手段（補助操舵用モータ１２、ステアリングギヤ１４）と、車両にヨーモーメントを発生可能なヨーモーメント発生手段（ステアリングラック１５、操舵用モータ１６）と、各車輪の輪荷重を検出する輪荷重検出手段（ステップS102）と、検出された輪荷重に基づいて、前輪の横力が最大となる前輪すべり角を目標前輪すべり角として算出する目標前輪すべり角算出手段（ステップS200）と、前輪すべり角が目標前輪すべり角に追従するように前輪舵角を調整する前輪舵角調整手段（ステップS201）と、旋回時の車両のヨーレートの発生方向と横移動方向とが一致するように、ヨーモーメント発生手段が発生可能なヨーモーメントを調整して車両のヨー運動を調整するヨー運動調整手段（ステップS202）と、を備える。これにより、路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生することができ、障害物回避性能を高めることができる。
【００４９】
(2) ヨーモーメント発生手段として、後輪を操舵する後輪操舵手段（ステアリングラック１５、操舵用モータ１６）を備え、ヨー運動調整手段は、後輪の横力が最大となるすべり角よりも後輪すべり角が小さくなるように後輪舵角を調整する。これにより、前後輪操舵車両において、路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生することができ、障害物回避性能を高めることができる。
【００５０】
(3) 車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ８と、車両の横加速度を検出する加速度センサ２８と、を備え、ヨー運動調整手段は、横加速度が大きいほど目標ヨーレートを大きな値に設定するとともに、目標ヨーレートにヨーレートが追従するように、後輪舵角を調整する。これにより、車両のヨーレートを旋回方向に発生させることができ、横移動性能の悪化と、旋回運動と車体ヨー運動との不一致による違和感とを共に低減することができる。
【００５１】
(4) 目標前輪すべり角算出手段は、前輪の制駆動トルクが大きいほど、目標前輪すべり角を大きくするため、後輪のタイヤ横力に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００５２】
(5) 路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を備え、目標前輪すべり角算出手段は、路面摩擦係数が小さいほど、目標前輪すべり角を大きくするため、前後輪の路面摩擦係数に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【実施例２】
【００５３】
実施例２は、車両進行方向と車体の向きがほぼ一致する車体横すべり角となるように、後輪舵角を調整する例である。
なお、構成については、図３に示したフローチャートのステップS202の演算以外は実施例１と同じである。よって、ステップS202の内容のみ説明し、他の説明は省略する。
【００５４】
ステップS202では、旋回時の車両のヨーレートが、旋回逆方向にならないように目標後輪舵角tDRを算出し、本制御を終了する。
【００５５】
実施例２では、例えば、目標車体すべり角tβをゼロに設定し、下記の式(5)に示すPI制御器を用いて車体すべり角がゼロになるように目標後輪舵角tDRを決める。
【数５】
2008126985.tif 000007
ここで、kPはPI制御器の比例ゲイン、kIはPI制御器の積分ゲインである。目標車体すべり角は、車体が進行方向の近くに向くのであれば、ゼロである必要はない。
【００５６】
実施例２では、目標車体すべり角tβがゼロとなるように目標後輪舵角tDRを設定するため、車両のヨーレートを旋回方向に発生させることができる。よって、横移動性能の悪化を抑え、より確実に旋回運動と車体ヨー運動との不一致による違和感をなくすことができる。
【００５７】
次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果(1),(2),(4),(5)に加え、以下の効果が得られる。
【００５８】
(6) 車両の横すべり角を検出するすべり角センサ２９を備え、ヨー運動調整手段は、車両進行方向と車体の向きが一致する車体横すべり角となるように、後輪舵角を調整するため、移動性能の悪化を抑え、より確実に旋回運動と車体ヨー運動との不一致による違和感をなくすことができる。
【実施例３】
【００５９】
実施例３は、左右駆動力差の調整により旋回運動と車体ヨー運動との不一致を防止する例であり、ヨーモーメント発生手段として、モータ３RL,３RRの左右駆動力差を用いている（左右駆動力差発生手段）。
【００６０】
なお、実施例３は、操作量演算サブルーチンのみ実施例１と異なるため、他の説明は省略する。
【００６１】
［操作量演算制御処理］
図１３は、実施例３の統合で実行される操作量演算サブルーチンの流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００６２】
ステップS300では、旋回時における車両のヨーレートの向きと旋回方向とが一致するような目標左右駆動力差tDDを算出し、ステップS301へ移行する。実施例１では、例えば、目標車体すべり角tβをゼロに設定し、下記の式(6)に示すPI制御器を用いて車体すべり角がゼロになるように目標左右駆動力差tDDを決める。
【数６】
2008126985.tif 000008
【００６３】
ここで、kPはPI制御器の比例ゲイン、kIはPI制御器の積分ゲインである。この目標車体すべり角は、車体が進行方向の近くに向くのであれば、ゼロである必要はない。そして、この目標左右駆動力差tDDと、上位のコントローラから指令される駆動トルク指令値tTDとから、下記の式(7),(8)を用いて、モータのトルク指令値tTRL(左後輪), tTRR(右後輪)を演算する。
tTRL = tTD - tDD・R  …(7)
tTRR = tTD + tDD・R  …(8)
【００６４】
ただし、ヨー運動制御は、このようなフィードバック制御に限定するものではなく、実施例１のように目標ヨーレートを演算し、この目標ヨーレートに応じてフィードフォワードで左右駆動力差を適切に設定することで、車体すべり角の検出などを行うことなく、旋回方向とヨー運動の不一致を概ねなくすこともできる。
【００６５】
ステップS301の目標前輪すべり角演算は、実施例１および実施例２のステップS200と同一の処理を行うため、説明は省略する。また、ステップS302の目標前輪舵角演算についても、実施例１および実施例２のステップS201と同一であるため、説明は省略する。
【００６６】
ステップS303では、左右の後輪荷重Zrl,Zrrから、図４に示した輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係を用いて、目標後輪すべり角を算出し、ステップS304へ移行する（目標後輪すべり角算出手段）。例えば、目標後輪すべり角は、左右の目標すべり角の平均値とすればよい。
【００６７】
ここで、実施例３では、前輪と同様、図７に示したタイヤ縦力絶対値毎の輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係に基づき、前後輪のタイヤ縦力絶対値が大きいほど目標すべり角を大きくする。これにより、前後輪のタイヤ縦力に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００６８】
また、実施例３では、前輪と同様、図９に示した路面摩擦係数毎の輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係に基づき、前後輪の路面摩擦係数が小さいほど、目標すべり角を大きくする。これにより、前後輪の路面摩擦係数に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００６９】
ステップS304では、目標後輪すべり角を実現するような目標後輪舵角tDRを算出し、リターンへ移行する（後輪舵角調整手段）。後輪すべり角αrと後輪舵角DRとの関係は、下記の式(9)で表される。
【数７】
2008126985.tif 000009
【００７０】
ここで、Lrは重心位置と後輪車軸との間の長さである。式(9)を用いて、車体すべり角βと車速Vとヨーレートγと目標後輪すべり角とから、目標後輪舵角tDRは算出される。以上により、左右駆動力差がヨーレートを増す方向に作用することで、後輪の横力をより大きくすることができ、車両の横移動性能が向上する。
また、後輪を横力最大になるように調整することで、横力の立ち上がりを早くするとともに、最大横力を確実に出せるようになり横移動性能が向上する。
【００７１】
［最大横移動制御作用］
以下に、実施例３の最大横移動制御の作用を計算機シミュレーションの結果を用いて示す。
図１４は、実施例３の最大横移動制御作用を示す車両の旋回軌跡の計算機シミュレーション結果であり、従来技術として、後輪舵角を前輪舵角と同量に設定する特開２０００−１７７６１６号公報に記載の技術を用いた車両を波線で示す。また、車体横力の経時変化を図１５のタイムチャートに示す。
【００７２】
図１５に示すように、旋回初期では、ヨー運動制御をしていない分、横力は実施例３よりも従来技術の方が大きくなる。ところが、時間の経過につれ、図１４に示すように、従来技術ではタイヤの向きに車両の進行方向が一致してしまう。よって、車両は斜め方向に直進する。これに対し、実施例３では、持続的に最大横力近くの横力を発生できるため、その結果として、従来技術よりも横移動量が大きくなり、回避性能の向上が見られる。
【００７３】
次に、効果を説明する。
実施例３の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果(1),(4),(5)に加え、以下に列挙する効果が得られる。
【００７４】
(7) ヨーモーメント発生手段として、左右輪に駆動力差を発生させる左右駆動力差発生手段（モータ３RL,３Rr）を備え、ヨー運動調整手段は、横移動方向へのヨーレートが増す方向に左右駆動力差を発生させるため、後輪の横力をより大きくすることができ、車両の横移動性能の向上を図ることができる。
【００７５】
(8) ヨーモーメント発生手段として、左右輪に駆動力差を発生させる左右駆動力差発生手段（モータ３RL,３RR）を備え、ヨー運動調整手段は、横移動方向へのヨーレートが増す方向に左右駆動力差を発生させて、後輪すべり角が後輪横力最大となるすべり角に近づくように後輪舵角を調整するため、モータ駆動の電気自動車において、路面摩擦係数にかかわらず、実現可能な最大限の横加速度を持続的に発生することができ、障害物回避性能を高めることができる。
【００７６】
(9) 検出された輪荷重に基づいて、後輪の横力が最大となる後輪すべり角を目標後輪すべり角として算出する目標後輪すべり角算出手段（ステップS303）と、後輪すべり角が目標後輪すべり角に追従するように後輪舵角を調整する後輪舵角調整手段（ステップS304）と、を備える。これにより、横力の立ち上がりを早くするとともに、最大横力を確実に出せるようになり、横移動性能の向上を図ることができる。
【００７７】
(10) 目標後輪すべり角算出手段は、後輪の制駆動トルクが大きいほど、目標後輪すべり角を大きくするため、前後輪のタイヤ縦力に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００７８】
(11) 路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を備え、目標後輪すべり角算出手段は、路面摩擦係数が小さいほど、目標後輪すべり角を大きくするため、前後輪の路面摩擦係数に応じて変化する最大横力をより精度よく発生できる。
【００７９】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１〜３に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００８０】
例えば、本発明は実施例１〜３に示したような電動車に限定されるものではなく、前輪操舵手段と他のヨーモーメント発生手段とを共に有する車両であれば実現できる。また、左右駆動力差も左右独立に制駆動力を発生できるものならよく、例えば、クラッチなどを用いた駆動力配分でもよい。また、パワーソースは例えばエンジンなどでもよく、モータに限られずとも効果が得られる。
【００８１】
また、実施例１〜３に示した最大横移動制御は、例えば障害物の緊急回避時や、運転者の大操舵時など最大の旋回運動を望まれるシーンで実行されればよく、通常走行時には、例えば運転者の操舵角に応じたヨーレートもしくは横力を発生するような車両運動制御を行うとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例１の左右後輪をそれぞれ別々の電気モータで独立駆動する電気自動車の構成図である。
【図２】実施例１の統合コントローラ３０で演算される最大横移動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例１の操作量演算サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図４】輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係を示す図である。
【図５】輪荷重毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す図である。
【図６】タイヤ縦力絶対値毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す図である。
【図７】タイヤ縦力絶対値毎の輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係を示す図である。
【図８】路面摩擦係数毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す図である。
【図９】路面摩擦係数毎の輪荷重と横力最大タイヤすべり角との関係を示す図である。
【図１０】横力最大の左旋回時の力の状態を示す図である。
【図１１】横力最大左旋回時の計算機シミュレーション結果である。
【図１２】輪荷重毎のタイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す図である。
【図１３】実施例３の操作量演算サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１４】実施例３の最大横移動制御作用を示す車両の旋回軌跡の計算機シミュレーション結果である。
【図１５】実施例３の最大横移動制御作用を示す車体横力のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
２FL,２FR  前輪
２RL,２RR  後輪
３RL,３RR  電気モータ
４RL,４RR  減速機
５RL,５RR  駆動回路
６  リチウムイオンバッテリ
８  ヨーレートセンサ
１１  ステアリングホイール
１２  前輪補助操舵用モータ
１３  前輪制御回路
１４  前輪ステアリングギヤ
１５  後輪ステアリングギヤ
１６  後輪補助操舵用モータ
１７  後輪制御回路
２１  操舵角センサ
２３  アクセルペダルセンサ
２８  加速度センサ
２９  すべり角センサ
３０  統合コントローラ
【図１】
2008126985.tif 000010
【図２】
2008126985.tif 000011
【図３】
2008126985.tif 000012
【図４】
2008126985.tif 000013
【図５】
2008126985.tif 000014
【図６】
2008126985.tif 000015
【図７】
2008126985.tif 000016
【図８】
2008126985.tif 000017
【図９】
2008126985.tif 000018
【図１０】
2008126985.tif 000019
【図１１】
2008126985.tif 000020
【図１２】
2008126985.tif 000021
【図１３】
2008126985.tif 000022
【図１４】
2008126985.tif 000023
【図１５】
2008126985.tif 000024