(57)【要約】【課題】各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車において、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる電気自動車の車両制御装置及び駆動システムを提供する。【解決手段】車両制御装置１００は、電気自動車１０の実前後力Ｆ＾Ｘと目標車両前後力Ｆ＊Ｘとの誤差ＦｅＸ、実横力Ｆ＾Ｙと目標車両横力Ｆ＊Ｙとの横力誤差ＦｅＹ、実ヨーモーメントＭ＾Ｚと目標ヨーモーメントＭ＊Ｚとの誤差ＭｅＺ、及び、車輪の実前後力Ｆ＾Ｘと実横力Ｆ＾Ｙに対する各車輪の接地荷重ＦＺｉに基づいて定められる各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力ＦＸｉ’（各車輪の駆動力）を演算する駆動力演算部１２９と、演算された各車輪の制御前後力ＦＸｉ’（駆動力）に基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに供給する電流値ｉを制御する電気モータ制御部１３１とを備える。【選択図】図２
2008167640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置であって、
前記車輪のスリップ率、及び前記車輪に生じる前後力と横力との関係を示すタイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実前後力とその総和を演算する実前後力演算部と、
前記タイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実横力及びその総和を演算する実横力演算部と、
前記実前後力演算部及び前記実横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車に生じさせている実ヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、
前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両前後力を演算する目標前後力演算部と、
前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が前記所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両横力を演算する目標横力演算部と、
前記目標前後力演算部及び前記目標横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車の目標ヨーモーメントを演算する目標ヨーモーメント演算部と、
前記実前後力演算部によって演算された前記実前後力の総和と前記目標前後力演算部によって演算された前記目標車両前後力との差、前記実横力演算部によって演算された前記実横力の総和と前記目標横力演算部によって演算された前記目標車両横力との差、前記ヨーモーメント演算部によって演算された実ヨーモーメントと前記目標ヨーモーメント演算部によって演算された目標ヨーモーメントとの差、及び、前記各車輪に生じさせている実前後力と実横力に対する前記各車輪の接地荷重に基づいて定められるタイヤ稼働率を用いて、前記各車輪に対して制御すべき制御前後力を演算する制御前後力演算部と、
前記制御前後力演算部によって演算された前記制御前後力に基づいて、前記電気モータに供給する電流値を制御する電気モータ制御部と
を備える電気自動車の車両制御装置。
【請求項２】
前記タイヤ稼働率は、前記各車輪の実前後力及び実横力の合計と、前記各車輪の接地荷重との比である請求項１に記載の電気自動車の車両制御装置。
【請求項３】
前記各車輪の実前後力をＦｘｉ、前記各車輪の実横力をＦｙｉ、前記各車輪の接地荷重をＦｚｉ、及び前記各車輪が転動する路面の摩擦係数をμｉ  とした場合、前記各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  は、
【数１】
2008167640.tif 000036
である請求項１に記載の電気自動車の車両制御装置。
【請求項４】
電気自動車を駆動する電気自動車の駆動システムであって、
各車輪を別個独立に駆動する電気モータと、
前記電気自動車の挙動を制御する車両制御装置と
を含み、
前記車両制御装置は、
前記車輪のスリップ率、及び前記車輪に生じる前後力と横力との関係を示すタイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実前後力を演算する実前後力演算部と、
前記タイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実横力を演算する実横力演算部と、
前記実前後力演算部及び前記実横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車に生じさせている実ヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、
前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両前後力を演算する目標前後力演算部と、
前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が前記所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両横力を演算する目標横力演算部と、
前記目標前後力演算部及び前記目標横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車の目標ヨーモーメントを演算する目標ヨーモーメント演算部と、
前記実前後力演算部によって演算された前記実前後力と前記目標前後力演算部によって演算された前記目標車両前後力との差、前記ヨーモーメント演算部によって演算された実ヨーモーメントと前記目標ヨーモーメント演算部によって演算された目標ヨーモーメントとの差、及び、前記各車輪に生じさせている実前後力と実横力に対する前記各車輪の接地荷重に基づいて定められるタイヤ稼働率を用いて、前記各車輪に対して制御すべき制御前後力を演算する制御前後力演算部と、
前記制御前後力演算部によって演算された前記制御前後力に基づいて、前記電気モータに供給する電流値を制御する電気モータ制御部と
を備える電気自動車の駆動システム。
【請求項５】
前記タイヤ稼働率は、前記各車輪の実前後力及び実横力の合計と、前記各車輪の接地荷重との比である請求項４に記載の電気自動車の駆動システム。
【請求項６】
前記各車輪の実前後力をＦｘｉ、前記各車輪の実横力をＦｙｉ、前記各車輪の接地荷重をＦｚｉ、及び前記各車輪が転動する路面の摩擦係数をμｉ  とした場合、前記各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  は、
【数２】
2008167640.tif 000037
である請求項４に記載の電気自動車の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の挙動を制御する車両制御装置及び駆動システムに関し、特に、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置、及び電気自動車の駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の挙動制御に関して、左右の車輪の駆動力または制動力の差を用いて直接ヨーモーメントを発生させる、いわゆる直接ヨーモーメント制御（ＤＹＣ）が知られている（例えば、特許文献１）。一般的なＤＹＣでは、各車輪の駆動力を制御する場合、各車輪の接地荷重（Ｆｚｉ）に応じて、駆動力を発生する内燃機関の出力が制御される。
【特許文献１】特開２００３−１５９９６６号公報（第４−９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の研究、開発が行われている。このような電気自動車に上述した従来のＤＹＣを適用すると、次のような問題がある。すなわち、従来のＤＹＣでは、各車輪の接地荷重（Ｆｚｉ）に応じて、駆動力を発生する内燃機関の出力が制御されるため、各車輪で捉えた場合、必ずしも最適な駆動力に制御することができない。
【０００４】
つまり、各車輪、具体的には、空気入りタイヤの稼動状態は、路面の状態（例えば、スプリット路面）などによってそれぞれ異なるため、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができないといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車において、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる電気自動車の車両制御装置、及び電気自動車の駆動システム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するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）を別個独立した電気モータ（インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲ）によって駆動する電気自動車（電気自動四輪車１０）の車両制御装置（車両制御装置１００）であって、前記車輪のスリップ率（各車輪のスリップ率Ｋｉ  ）、及び前記車輪に生じる前後力（各車輪の前後力Ｆｘｉ）と横力（各車輪の横力Ｆｙｉ）との関係を示すタイヤデータ（タイヤデータＴＤ）に基づいて、前記各車輪に生じさせている実前後力（ＦＸｉ）とその総和（Ｆ＾Ｘ）を演算する実前後力演算部（駆動力演算部１２９）と、前記タイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実横力（ＦＹｉ）及びその総和（Ｆ＾Ｙ）を演算する実横力演算部（駆動力演算部１２９）と、前記実前後力演算部及び前記実横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車に生じさせている実ヨーモーメント（実ヨーモーメントＭ＾Ｚ）を演算するヨーモーメント演算部（ヨーモーメント演算部１２５）と、前記電気自動車の操舵角（操舵角δ）及び車速に基づいて、前記電気自動車が所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両前後力（Ｆ＊Ｘ）を演算する目標前後力演算部（駆動力演算部１２９）と、前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が前記所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両横力（Ｆ＊Ｙ）を演算する目標横力演算部（駆動力演算部１２９）と、前記目標前後力演算部及び前記目標横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車の目標ヨーモーメント（目標ヨーモーメントＭ＊Ｚ）を演算する目標ヨーモーメント演算部（目標ヨーモーメント演算部１２３）と、前記実前後力演算部によって演算された前記実前後力の総和と前記目標前後力演算部によって演算された前記目標車両前後力との差（ＦｅＸ）、前記実横力演算部によって演算された前記実横力の総和と前記目標横力演算部によって演算された前記目標車両横力との差（ＦｅＹ）、前記ヨーモーメント演算部によって演算された実ヨーモーメントと前記目標ヨーモーメント演算部によって演算された目標ヨーモーメントとの差（ＭｅＺ）、及び、前記各車輪に生じさせている実前後力（ＦＸｉ）と実横力（ＦＹｉ）に対する前記各車輪の接地荷重（接地荷重ＦＺｉ）に基づいて定められるタイヤ稼働率（各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  ）を用いて、前記各車輪に対して制御すべき制御前後力（各車輪の制御前後力ＦＸｉ’）を演算する制御前後力演算部（駆動力演算部１２９）と、前記制御前後力演算部によって演算された前記制御前後力に基づいて、前記電気モータに供給する電流値（電流値ｉ）を制御する電気モータ制御部（電気モータ制御部１３１）とを備えることを要旨とする。
【０００７】
このような電気自動車の車両制御装置によれば、実前後力の総和と目標車両前後力との差、実横力の総和と目標者両横力との差、実ヨーモーメントと目標ヨーモーメントとの差、及び、各車輪に生じさせている実前後力と実横力に対する各車輪の接地荷重に基づいて定められるタイヤ稼働率を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力が演算される。
【０００８】
タイヤ稼働率は、実前後力と実横力との合力によって求めることができる摩擦円に基づいて定められる。つまり、このような電気自動車の車両制御装置によれば、車輪（空気入りタイヤ）のグリップ力を考慮した現実的な車両制御を実現することができる。従来の車両制御装置では、タイヤ稼働率は何ら考慮されずに制御すべき制御前後力が決定されるため、実際には摩擦円の外になるような前後力が決定され、有効な車両制御が実行できないといった問題があった。
【０００９】
すなわち、このような電気自動車の車両制御装置によれば、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車において、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記タイヤ稼働率は、前記各車輪の実前後力及び実横力の合計と、前記各車輪の接地荷重との比であることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  は、前記各車輪の実前後力をＦｘｉ、前記各車輪の実横力をＦｙｉ、前記各車輪の接地荷重をＦｚｉ、及び前記各車輪が転動する路面の摩擦係数をμｉ  とした場合、
【数３】
2008167640.tif 000003
であることを要旨とする。
【００１２】
本発明の第４の特徴は、電気自動車を駆動する電気自動車の駆動システムであって、各車輪を別個独立に駆動する電気モータと、前記電気自動車の挙動を制御する車両制御装置とを含み、前記車両制御装置は、前記車輪のスリップ率、及び前記車輪に生じる前後力と横力との関係を示すタイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実前後力を演算する実前後力演算部と、前記タイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実横力を演算する実横力演算部と、前記実前後力演算部及び前記実横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車に生じさせている実ヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両前後力を演算する目標前後力演算部と、前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が前記所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両横力を演算する目標横力演算部と、前記目標前後力演算部及び前記目標横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車の目標ヨーモーメントを演算する目標ヨーモーメント演算部と、前記実前後力演算部によって演算された前記実前後力と前記目標前後力演算部によって演算された前記目標車両前後力との差、前記ヨーモーメント演算部によって演算された実ヨーモーメントと前記目標ヨーモーメント演算部によって演算された目標ヨーモーメントとの差、及び、前記各車輪に生じさせている実前後力と実横力に対する前記各車輪の接地荷重に基づいて定められるタイヤ稼働率を用いて、前記各車輪に対して制御すべき制御前後力を演算する制御前後力演算部と、前記制御前後力演算部によって演算された前記制御前後力に基づいて、前記電気モータに供給する電流値を制御する電気モータ制御部とを備えることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第５の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記タイヤ稼働率は、前記各車輪の実前後力及び実横力の合計と、前記各車輪の接地荷重との比であることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第６の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  は、前記各車輪の実前後力をＦｘｉ、前記各車輪の実横力をＦｙｉ、前記各車輪の接地荷重をＦｚｉ、及び前記各車輪が転動する路面の摩擦係数をμｉ  とした場合、
【数４】
2008167640.tif 000004
であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の特徴によれば、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車において、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる電気自動車の車両制御装置、及び電気自動車の駆動システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る電気自動車の駆動システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
【００１７】
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
（電気自動四輪車の全体概略構成）
図１は、本実施形態に係る電気自動四輪車１０の概略斜視図である。電気自動四輪車１０は、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの内側に電気モータ、いわゆるインホイールモータをそれぞれ備える。つまり、電気自動四輪車１０は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）を別個独立したインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって駆動する。
【００１９】
また、電気自動四輪車１０は、車両制御装置１００を備える。車両制御装置１００は、左右の車輪の駆動力または制動力（以下、駆動力と制動力とを総称して「制駆動力」又は「前後力」と呼ぶことがある。）の差を用いて直接ヨーモーメントを発生させる、いわゆる直接ヨーモーメント制御（ＤＹＣ）によって、電気自動四輪車１０の挙動を制御する。車両制御装置１００には、電気自動四輪車１０の各種状態（例えば、操舵角）を検出するセンサ部１１０が接続される。
【００２０】
本実施形態では、車両制御装置１００と、各車輪の内側に備えられたインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって、電気自動四輪車の駆動システムが構成される。
【００２１】
（電気自動四輪車の駆動システムの機能ブロック構成）
図２は、本実施形態に係る電気自動四輪車の駆動システムの機能ブロック構成図である。上述したように、車両制御装置１００と、各車輪の内側に備えられたインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって、電気自動四輪車の駆動システムが構成される。
【００２２】
車両制御装置１００は、フィードフォワードモーメント演算部１２１、目標ヨーモーメント演算部１２３、ヨーモーメント演算部１２５、ＰＩＤコントローラ１２７、駆動力演算部１２９、及び電気モータ制御部１３１によって構成される。
【００２３】
本実施形態では、目標ヨーモーメント演算部１２３では、目標モデルに二輪モデルを用いている。また、駆動力演算部１２９における駆動力の演算では、いわゆる「最適制御」が取り入れられている。
【００２４】
具体的には、駆動力演算部１２９は、所定の評価関数を最小にするように補正量δＫ  を決定する。また、本実施形態では、車両ヨーモーメント（Ｍ）、車両横力（ＦＹ  ）、車両前後力（ＦＸ  ）、タイヤスリップ率（Ｋ）及びタイヤ稼働率（η）の配分誤差が用いられる。なお、車両制御装置１００による駆動力の制御の詳細については、後述する。
【００２５】
センサ部１１０は、操舵角センサ１１１、車速センサ１１３、ヨーレートセンサ１１５及び加速度センサ１１７によって構成される。
【００２６】
操舵角センサ１１１は、電気自動四輪車１０の前輪、具体的には、車輪２０ＦＬ及び車輪２０ＦＲの操舵角を検出する。この操舵角は、ハンドル角を検知しこれをステアリングギヤ比で割って演算により検出することもできる。車速センサ１１３は、電気自動四輪車１０の車速を検出する。
【００２７】
ヨーレートセンサ１１５は、電気自動四輪車１０（図３参照）におけるヨーレートを検出する。加速度センサ１１７は、電気自動四輪車１０に生じている前後方向（図３のｘ方向）の加速度（加速度ａＸ  ）、及び横方向（図３のｙ方向）の加速度（加速度ａＹ  ）を検出する。
【００２８】
次に、車両制御装置１００を構成する各機能ブロックについて、図２〜図５を参照して説明する。
【００２９】
（１）フィードフォワードモーメント演算部１２１
フィードフォワードモーメント演算部１２１は、フィードフォワード補償ヨーモーメントＭＦＦを演算する。具体的には、フィードフォワードモーメント演算部１２１は、センサ部１１０から出力された操舵角δ及び車速Ｖに基づいて、フィードフォワード補償ヨーモーメントＭＦＦを演算する。
【００３０】
まず、フィードフォワードモーメント演算部１２１における具体的な演算方法の説明に先立って、電気自動四輪車１０のヨーレートγについて説明する。電気自動四輪車１０では、ヨーレートγは、（１式）のように表すことができる。
【数５】
2008167640.tif 000005
【００３１】
また、図３は、電気自動四輪車１０を３方向（ｘ方向、ｙ方向、及び回転方向）に自由度を有する四輪モデルとして模式的に示している（つまり、ローリングは考慮していない）。図３に示すように、（１式）におけるδは実操舵角である。本実施形態では、ハンドル角を検知しこれをステアリングギヤ比で割って演算により検出した実操舵角を用いている。また、ｌ（ｌｆ＋ｌｒ）はホイールベース、ｍは車両質量、ｋｆは前輪のコーナリングパワー、ｋｒは後輪のコーナリングパワーである。
【００３２】
本実施形態では、車両制御装置１００は、ＤＹＣを用い、電気自動四輪車１０のステアリング特性がニュートラルステアとなるように各車輪の制駆動力（前後力）を制御する。（１式）より、ニュートラルステア時のヨーレートγＮＳは、（２式）のように表すことができる。
【数６】
2008167640.tif 000006
【００３３】
ここで、Δγは、電気自動四輪車１０のステアリング特性をニュートラルステアにするために必要なヨーレートの増減量である。次に、電気自動四輪車１０のスタビリティファクターＫ、及び車両制御装置１００（ＤＹＣ）への入力に対するヨーレートγ（０）は、（３式）のように表すことができる。
【数７】
2008167640.tif 000007
【００３４】
また、（２式）及び（３式）より、電気自動四輪車１０のステアリング特性をニュートラルステアにするために必要なフィードフォワード補償ヨーモーメントＭＦＦは、（４式）のように表すことができる。
【数８】
2008167640.tif 000008
ここで、Ｇｆｆ（Ｖ）は、フィードフォワードゲインである。
【００３５】
（２）目標ヨーモーメント演算部１２３
目標ヨーモーメント演算部１２３は、目標ヨーモーメントＭｄ  を演算する。具体的には、目標ヨーモーメント演算部１２３は、センサ部１１０から出力された操舵角δ及び車速Ｖに基づいて、目標ヨーモーメントＭｄ  を演算する。目標ヨーモーメントＭｄ  は、（５式）及び（５’式）のように表すことができる。
【数９】
2008167640.tif 000009
【数１０】
2008167640.tif 000010
【００３６】
ここで、横力Ｙｆは、前輪（車輪２０ＦＬ及び車輪２０ＦＲ）に生じる横力（コーナリングフォース）である。また、横力Ｙｒは、後輪（車輪２０ＲＬ及び車輪２０ＲＲ）に生じる横力（コーナリングフォース）である。また、ヨーレートγＮＳ、ニュートラルステア時のすべり角βＮＳ、及び操舵角δとの関係は、（６式）のように表すことができる。
【数１１】
2008167640.tif 000011
【００３７】
よって、（５’式）は、（７式）のように変形することができる。
【数１２】
2008167640.tif 000012
【００３８】
ここで、Ｇｄ（Ｖ）は、目標ヨーモーメントゲインである。さらに、本実施形態では、ｋｆ=ｌｒ/ｌｆ・ｋｒを代入している。
【００３９】
（３）ヨーモーメント演算部１２５及びＰＩＤコントローラ１２７
ヨーモーメント演算部１２５は、電気自動四輪車１０の挙動を制御するために用いられる電気自動四輪車１０のヨーモーメントを演算する。具体的には、ヨーモーメント演算部１２５は、センサ部１１０から出力された操舵角δ、車速Ｖ、ヨーレートγ、加速度ａＸ  及び加速度ａＹ  に基づいて、電気自動四輪車１０のヨーモーメントを演算する。
【００４０】
また、ＰＩＤコントローラ１２７は、目標ヨーモーメント演算部１２３によって演算された目標ヨーモーメントＭｄ  及びヨーモーメント演算部１２５によって演算されたヨーモーメントをフィードバックさせるコントローラである。
【００４１】
ＰＩＤコントローラ１２７（フィードバック補償器）は、目標ヨーモーメント演算部１２３において用いられる目標モデルとの誤差がなくなるようにヨーモーメントをフィードバックさせる。具体的には、ＰＩＤコントローラ１２７は、（８式）に基づいて動作する。
【数１３】
2008167640.tif 000013
【００４２】
ここで、ＭＦＢは、フィードバックヨーモーメント、Ｍは、制御対象である電気自動四輪車１０に生じているヨーモーメントである。また、ＫＰ  は比例ゲイン、ＫＩ  は積分ゲイン、ＫＤ  は微分ゲインである。さらに、（９式）が成立する。
【数１４】
2008167640.tif 000014
【００４３】
ＭＥ  は、ヨーモーメント誤差である。本実施形態では、ヨーモーメント誤差ＭＥ  を、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなるために制御すべきヨーモーメントＭＤＹＣ  とする。
【００４４】
また、図３に示すように、電気自動四輪車１０を３方向（ｘ方向、ｙ方向、及び回転方向）に自由度を有する四輪モデルとした場合、（１０式）が成立する。
【数１５】
2008167640.tif 000015
【００４５】
Ｆｘｆｌ  ，Ｆｘｆｒ  ，Ｆｘｒｌ  及びＦｘｒｒ  は、各車輪の前後力（前後力Ｆｘｉ）である。Ｆｙｆｌ  ，Ｆｙｆｒ  ，Ｆｙｒｌ  及びＦｙｒｒ  は、各車輪の横力（横力Ｆｙｉ）である。Ｉは、電気自動四輪車１０のヨー方向の慣性モーメントである。ｄは、電気自動四輪車１０のトレッド幅である。また、ｕ，νは、ｘ，ｙ方向（図３参照）の速度成分である。
【００４６】
次に、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを構成する空気入りタイヤの摩擦円は、（１１式）のように表すことができる。
【数１６】
2008167640.tif 000016
【００４７】
ここで、ｒ（摩擦円半径）またはａ，ｂ（摩擦楕円の幅及び高さ）が分かれば、各車輪の前後力Ｆｘｉ及び横力Ｆｙｉを演算することができる。さらに、垂直方向も考慮すると、接地荷重ＦＺ  は、（１２式）のように表すことができる。
【数１７】
2008167640.tif 000017
【００４８】
（１１式）及び（１２式）から、（１）各車輪のｒまたはａ，ｂ、（２）各車輪の前後力初期値ＦＸＯｉ  ，横力初期値ＦＹＯｉ  、（３）各車輪の傾き係数α（摩擦係数μ対スリップ率λ特性を示す曲線の傾きに応じて定まる係数）が分かれば、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの前後力Ｆｘｉ及び横力Ｆｙｉを演算することができる。
【００４９】
なお、本実施形態は、上述した各車輪の前後力Ｆｘｉ及び横力Ｆｙｉを求めるため、マジックフォーミュラ（ＭＦ）に基づくデータをタイヤデータＴＤとして使用する。
【００５０】
次に、電気自動四輪車１０の走行に伴う垂直荷重（Ｗｘ，Ｗｙ）の変化について考える。図４は、電気自動四輪車１０の加減速に伴う車両前後方向の垂直荷重が変化する様子を説明する説明図である。図５は、電気自動四輪車１０のコーナリングに伴う車幅方向の垂直荷重が変化する様子を説明する説明図である。
【００５１】
電気自動四輪車１０の加減速時における垂直荷重の変化は、（１３式）のように表すことができる。
【数１８】
2008167640.tif 000018
【００５２】
また、電気自動四輪車１０のコーナリング時における垂直荷重の変化は、（１４式）のように表すことができる。
【数１９】
2008167640.tif 000019
【００５３】
ここで、Ｈは、路面から重心点ＣＧまでの高さである。よって、前後方向の加速度ａＸ  及び横方向の加速度ａＹ  を測定すれば、（１４’式）によって、各車輪の垂直荷重、つまり、接地荷重ＦＺ  を求めることができる。
【数２０】
2008167640.tif 000020
【００５４】
ここで、ＦＺ０ｉ  は各車輪の１Ｇ（静的）状態における垂直荷重である。次に、前後力Ｆｘｉについて考えると、電気自動四輪車１０は、電気モータ（インホイールモータ）を用いるため、前後力Ｆｘｉは、一般式で（１５式）のように表すことができる。
【数２１】
2008167640.tif 000021
【００５５】
ここで、ＫＭ  はトルク定数、ｉは電流値である。また、動特性を考慮し、電気モータを一次遅れ系とすると、（１５’式）のように表すことができる。
【数２２】
2008167640.tif 000022
【００５６】
ここで、τは時定数、Ｆｘ０は静トルクである。
【００５７】
なお、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ（具体的には、空気入りタイヤ）が転動する路面の摩擦係数μは、（１７式）に基づいて推定される。また、摩擦係数μの前後方向成分、即ち、前後方向の摩擦係数μｘ  や、摩擦係数μの横方向成分、即ち、横方向の摩擦係数μｙ  は、（１７’式）、（１７’’式）、（１７’’’式）によって推定される。
【数２３】
2008167640.tif 000023
【００５８】
ここで、Ｆμは路面と空気入りタイヤとの摩擦力である。（１７式）に示すように、前後力Ｆｘ  及び接地荷重ＦＺ  が分かれば、前後方向の摩擦係数μｘ  が推定できる。横方向の摩擦係数μｙ  は、タイヤデータから演算される各車輪の実横力Ｆｙｉを使用して、（１７’’式）から演算できる。よって、摩擦係数μは、（１７’’’式）から推定できる。つまり、加速については、電気モータ（インホイールモータ）のトルクを用いて検出できる。また、減速については、電気自動四輪車１０の制動装置の油圧に基づいて演算した減速トルクを用いて検出できる。なお、本実施形態では、摩擦係数μを固定値とした。
【００５９】
（４）駆動力演算部１２９
駆動力演算部１２９は、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによる制駆動力（前後力）を演算する。具体的には、駆動力演算部１２９は、所定の評価関数を最適制御することによって、制駆動力を演算する。
【００６０】
本実施形態では、駆動力演算部１２９は、上述したように、最適制御のために評価関数Ｌを用いる。評価関数Ｌは、（１８式）のように表すことができる。
【数２４】
2008167640.tif 000024
【００６１】
また、各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  は、（１９式）のように表すことができる。
【数２５】
2008167640.tif 000025
【００６２】
本実施形態では、タイヤ稼働率ηを左右の前後２輪で平均化した。そのため、制御においては、左右それぞれの前後輪のタイヤ稼働率ηｆｌ、ηｆｒ、ηｒｌ、ηｒｒをそれぞれ演算し、前２輪及び後２輪の各タイヤ稼働率の平均値と、各車輪のタイヤ稼働率ηｆｌ、ηｆｒ、ηｒｌ、ηｒｒとから、各車輪のタイヤ稼働率誤差ηｅｆｌ  、ηｅｆｒ  、ηｅｒｌ  、ηｅｒｒ  を、（１９’式）のように定義した。
【数２６】
2008167640.tif 000026
【００６３】
ここで、評価関数Ｌを最小にすることを考える。ここで、評価関数Ｌを表す（１８式）の右辺におけるＥは目標車両前後・横力、ヨーモーメント、及び、タイヤ稼働率と、配分した各車輪のタイヤから生じさせる実前後・横力、ヨーモーメント、及び、タイヤ稼働率との配分誤差であり、従来の制御と比較して、ヨーモーメント以外に実車両前後・横力を目標車両前後・横力に追従させ、さらに、タイヤ稼働率を左右の２輪で平均化するように制御することに特徴がある。この配分誤差Ｅは、（２０式）のように表すことができる。
【数２７】
2008167640.tif 000027
【００６４】
ここで、（２０式）におけるＦ＊Ｘは目標車両前後力、Ｆ＊Ｙは目標車両横力、Ｍ＊Ｚは目標ヨーモーメントである。また、Ｆ＾Ｘは各車輪に配分して生じさせている実前後力ＦＸｉの総和である車両の実前後力、Ｆ＾Ｙは各車輪に生じさせている実横力ＦＹｉの総和である車両の実横力、Ｍ＾Ｚは車両の実ヨーモーメントである。さらに、ＦｅＸは車両の前後力の配分誤差、ＦｅＹは車両の横力の配分誤差、ＭｅＺは車両のヨーモーメントの配分誤差である。なお、（１８式）における補正量δＫ  はスリップ率Ｋの補正量である。この補正量δＫ  は、各車輪のスリップ率補正量δＫｆｌ  、δＫｆｒ  、δＫｒｌ  、δＫｒｒ  の床関数によって、（２１式）のように表すことができる。
【数２８】
2008167640.tif 000028
【００６５】
また、ＷＥ  、ＷδＫは、配分誤差Ｅ及びスリップ率補正量δＫ  に対する重み関数であり、それぞれ（２２式）、（２３式）のように表すことができる。
【数２９】
2008167640.tif 000029
【数３０】
2008167640.tif 000030
【００６６】
さらに、各車輪に配分したタイヤ稼働率ηｉ  （ηｆｌ，ηｆｒ，ηｒｌ，ηｒｒ）、車両の前後力ＦＸ  、横力ＦＹ  及びヨーモーメントＭＺ  は、各車輪に生じさせている実前後力ＦＸｉ（ＦＸｆｌ  ，ＦＸｆｒ  ，ＦＸｒｌ  ，ＦＸｒｒ  ）、実横力ＦＹｉ（ＦＹｆｌ  ，ＦＹｆｒ  ，ＦＹｒｌ  ，ＦＹｒｒ  ）、実ヨーモーメントＭ＾Ｚ、及び、実タイヤ稼働率η＾ｉ（η＾ｆｌ  ，η＾ｆｒ  ，η＾ｒｌ  ，η＾ｒｒ  ）と、（２４式）に示すヤコビアンＪとによって、（２５式）のように表すことができる。
【数３１】
2008167640.tif 000031
【数３２】
2008167640.tif 000032
【００６７】
ここで、Ｍｄｙｃ  は、車両制御によるヨーモーメントである。以上から、評価関数Ｌを最小にするためのスリップ率補正量δＫ  は、（２６式）を満たすことにより与えられる。
【数３３】
2008167640.tif 000033
【００６８】
よって、スリップ率補正量δＫ  は、（２７式）のように表すことができる。
【数３４】
2008167640.tif 000034
【００６９】
ここで、（２７式）中のΔＥ  は、各車輪のタイヤ稼働率の配分誤差ηｅｆｌ  ，ηｅｆｒ  ，ηｅｒｌ  ，ηｅｒｒ  と、車両の前後力の配分誤差ＦｅＸ、車両の横力の配分誤差ＦｅＹ、車両のヨーモーメントの配分誤差ＭｅＺとの床関数によって、（２８式）のように表すことができる。
【数３５】
2008167640.tif 000035
【００７０】
駆動力演算部１２９は、（２７式）及び（２８式）を用いた演算結果に基づいて、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに配分する制駆動力を決定する。具体的には、駆動力演算部１２９は、（２７式）及び（２８式）により算出される、各車輪についての評価関数Ｌを最小にするためのスリップ率Ｋｉ  の補正量δＫ  から、各車輪のタイヤデータＴＤに基づいて、各車輪の制御すべき制御前後力Ｆｘｉ’（駆動力）を算出し、トルク指令値として出力する。なお、Ｆ＊Ｙ及びＦＹｅは、用いなくても構わない。
【００７１】
つまり、駆動力演算部１２９は、各車輪のスリップ率Ｋｉ  、及び各車輪に生じる前後力Ｆｘｉと横力Ｆｙｉとの関係を示すタイヤデータＴＤに基づいて、各車輪に生じさせている実前後力ＦＸｉの総和である車両の実前後力Ｆ＾Ｘと、各車輪に生じさせている実横力ＦＹｉの総和である車両の実横力Ｆ＾Ｙとを演算する。なお、駆動力演算部１２９は、車輪の回転速度と、電気自動四輪車１０の車速Ｖとに基づいて、各車輪のスリップ率Ｋｉ  を演算する。本実施形態において、駆動力演算部１２９は、実前後力演算部を構成する。
【００７２】
さらに、駆動力演算部１２９は、電気自動四輪車１０の操舵角δ及び車速Ｖに基づいて、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなる電気自動四輪車１０の目標車両前後力Ｆ＊Ｘと目標車両横力Ｆ＊Ｙとを演算する。本実施形態において、駆動力演算部１２９は、目標前後力演算部を構成する。
【００７３】
また、駆動力演算部１２９は、演算した車両の実前後力Ｆ＾Ｘと目標車両前後力Ｆ＊Ｘとの前後力誤差ＦｅＸ、演算した車両の実横力Ｆ＾Ｙと目標車両横力Ｆ＊Ｙとの横力誤差ＦｅＹ、車両の実ヨーモーメントＭ＾Ｚと目標ヨーモーメントＭ＊Ｚとの誤差ＭｅＺ、及び、各車輪に生じている実前後力Ｆ＾Ｘと実横力Ｆ＾Ｙに対する各車輪の接地荷重ＦＺｉに基づいて定められる各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力ＦＸｉ’（各車輪の駆動力）を演算する。本実施形態において、駆動力演算部１２９は、制御前後力演算部を構成する。
【００７４】
電気モータ制御部１３１は、駆動力演算部１２９によって演算された各車輪の制御前後力ＦＸｉ’（駆動力）に基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに供給する電流値ｉを制御する。
【００７５】
（電気自動四輪車の駆動システムの動作概要）
次に、上述した車両制御装置１００の動作概要について説明する。図６は、車両制御装置１００による制駆動力（前後力）の制御動作フローである。
【００７６】
図６に示すように、ステップＳ１０において、車両制御装置１００は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）に生じさせている実前後力ＦＸｉの総和である車両の実前後力Ｆ＾Ｘと、各車輪に生じさせている実横力ＦＹｉの総和である車両の実横力Ｆ＾Ｙとを演算する。具体的には、車両制御装置１００は、各車輪のスリップ率Ｋｉ  と、各車輪に生じる前後力Ｆｘｉと横力Ｆｙｉとの関係を示すタイヤデータＴＤとに基づいて、各車輪に生じさせている実前後力ＦＸｉ及びその総和である車両の実前後力Ｆ＾Ｘと、各車輪に生じさせている実横力ＦＹｉ及びその総和である車両の実横力Ｆ＾Ｙとを演算する。
【００７７】
ステップＳ２０において、車両制御装置１００は、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなる電気自動四輪車１０の目標車両前後力Ｆ＊Ｘと目標車両横力Ｆ＊Ｙとを演算する。具体的には、車両制御装置１００は、上述した（１０式）や（２７式）及び（２８式）を用いて、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなる目標車両前後力Ｆ＊Ｘと目標車両横力Ｆ＊Ｙとを演算する。
【００７８】
ステップＳ３０において、車両制御装置１００は、ステップＳ１０において演算した車両の実前後力Ｆ＾Ｘ及び実横力Ｆ＾Ｙと、ステップＳ２０において演算した目標車両前後力Ｆ＊Ｘ及び目標車両横力Ｆ＊Ｙと、各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  とを用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力Ｆｘｉ’（各車輪の駆動力）を演算する。
【００７９】
具体的には、車両制御装置１００は、車両の実前後力Ｆ＾Ｘ、実横力Ｆ＾Ｙ、実ヨーモーメントＭ＾Ｚと、目標車両前後力Ｆ＊Ｘ、目標車両横力Ｆ＊Ｙ、目標ヨーモーメントＭ＊Ｚとの配分誤差ＦｅＸｉ  、ＦｅＹ、ＭｅＺ、及び、各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  を用い、上述した（２７式）及び（２８式）などを用いて、各車輪についての評価関数Ｌを最小にするためのスリップ率Ｋｉ  の補正量δＫ  を求める。さらに、求めたスリップ率Ｋｉ  の補正量δＫ  と各車輪のタイヤデータＴＤとに基づいて、各車輪の制御すべき制御前後力Ｆｘｉ’（駆動力）を算出する。
【００８０】
ステップＳ４０において、車両制御装置１００は、演算した各車輪の制御すべき制御前後力Ｆｘｉ’（駆動力）に基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに供給する電流値ｉを制御する。
【００８１】
（比較評価）
次に、図７〜図９を参照して、本実施形態に係る車両制御装置１００の比較評価の方法及び結果について説明する。
【００８２】
（１）評価方法
ここでは、本実施形態に係る車両制御装置１００を搭載した電気自動四輪車（以下、実施例）、比較例に係る車両制御装置を搭載した電気自動四輪車（以下、比較例）、及び車両制御装置を搭載しない電気自動四輪車（以下、従来例）について比較評価を実施した。なお、実施例と比較例とでは、車両制御に用いられる評価関数Ｌの基となるパラメータの内容が以下のように異なっている。
【００８３】
・実施例：  ヨーモーメントＭ、前後力Ｆｘｉ、横力Ｆｙｉ、スリップ率Ｋｉ  及びタイヤ稼働率ηｉ  
・比較例：  ヨーモーメントＭ、前後力Ｆｘｉ、横力Ｆｙｉ、スリップ率Ｋｉ  
また、比較評価の各種条件などは、以下のとおりである。
【００８４】
・路面摩擦係数（μ）：  ０．２５（低μ路）
・走行パターン：  スラローム走行（ＩＳＯ１９９９準拠）、車速６０ｋｍ／ｈ
・タイヤデータ：  マジックフォーミュラ（ＭＦ）使用
【００８５】
（２）比較評価の結果
図７は、実施例、比較例及び従来例に係る電気自動四輪車のスラローム走行における操舵角δの状況を示している。図７に示すように、比較例及び従来例では、操舵可能な角度を使い切ってしまっている。つまり、比較例及び従来例に係る電気自動四輪車では、スラローム走行に伴う電気自動四輪車の挙動を制御できず破綻している。
【００８６】
図８は、実施例、比較例及び従来例に係る電気自動四輪車のスラローム走行におけるすべり角βの状況を示している。また、図９は、実施例、比較例及び従来例に係る電気自動四輪車のスラローム走行におけるヨーレートγの状況を示している。
【００８７】
図８及び図９に示すように、実施例に係る電気自動四輪車は、すべり角β及びヨーレートγの変化量が最も小さく、挙動が安定している。
【００８８】
（作用・効果）
以上説明した本実施形態に係る車両制御装置１００によれば、各車輪の実前後力ＦＸｉの総和である車両の実前後力Ｆ＾Ｘ、各車輪の実横力ＦＹｉの総和である車両の実横力Ｆ＾Ｙ、実ヨーモーメントＭ＾Ｚと、目標車両前後力Ｆ＊Ｘ、目標車両横力Ｆ＊Ｙ、目標ヨーモーメントＭ＊Ｚとの配分誤差ＦｅＸｉ  、ＦｅＹ、ＭｅＺ、及び、各車輪の実前後力ＦＸｉと実横力ＦＹｉに対する各車輪の接地荷重ＦＺｉに基づいて定められる各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力ＦＸｉ’（各車輪の駆動力）が演算される。
【００８９】
各車輪のタイヤ稼働率ηｉ  は、各車輪の実前後力ＦＸｉ  と各車輪の実横力ＦＹｉ  との合力によって求めることができる摩擦円に基づいて定められる。つまり、このような車両制御装置１００によれば、車輪（空気入りタイヤ）のグリップ力を考慮した現実的な車両制御を実現することができる。従来の車両制御装置では、タイヤ稼働率ηｉ  は何ら考慮されずに制御すべき制御前後力ＦＸｉ’が決定されるため、実際には摩擦円の外になるような制御前後力ＦＸｉ’が決定され、有効な車両制御が実行できないといった問題があった。
【００９０】
すなわち、このような車両制御装置１００によれば、各車輪を別個独立したインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって駆動する電気自動四輪車１０において、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる。
【００９１】
また、車両制御装置１００によれば、車輪（空気入りタイヤ）が有しているグリップ力などの性能を十分に引き出しつつ、空気入りタイヤの摩耗限界までの寿命を延ばすことができる。つまり、車両制御装置１００によれば、摩擦円の外になるような制御前後力ＦＸｉ’が決定されることがないため、車輪（空気入りタイヤ）のスリップ量が抑制されるのである。
【００９２】
（その他の実施形態）
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９３】
例えば、上述した実施形態で用いたタイヤ稼働率ηｉ  は、各車輪の前後力Ｆｘｉ及び横力Ｆｙｉの合計と、各車輪の接地荷重との比としてもよい。
【００９４】
また、上述した実施形態では、マジックフォーミュラによるタイヤデータＴＤが用いられていたが、タイヤデータＴＤは、タイヤモデル（例えば、ブラッシュモデル）に基づいたものでもよい。或いは、タイヤデータＴＤは、実験値に基づいたものでもよい。
【００９５】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、本実施形態では四輪の電気自動車を例に取って説明したが、本発明は例えば六輪等、四輪以外の車輪を有する自動車にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施形態に係る電気自動四輪車の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電気自動四輪車の駆動システムの機能ブロック構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電気自動四輪車を３方向（ｘ方向、ｙ方向、及び回転方向）に自由度を有する四輪モデルとして模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電気自動四輪車の加減速に伴う車両前後方向の垂直荷重が変化する様子を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電気自動四輪車のコーナリングに伴う車幅方向の垂直荷重が変化する様子を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る車両制御装置による制駆動力（前後力）の制御動作フローである。
【図７】本発明の実施形態に係る車両制御装置、比較例及び従来例の比較評価結果（操舵角）を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る車両制御装置、比較例及び従来例の比較評価結果（すべり角）を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る車両制御装置、比較例及び従来例の比較評価結果（ヨーレート）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９７】
１０…電気自動四輪車、２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪、３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲ…インホイールモータ、１００…車両制御装置、１１０…センサ部、１１１…操舵角センサ、１１３…車速センサ、１１５…ヨーレートセンサ、１１７…加速度センサ、１２１…フィードフォワードモーメント演算部、１２３…目標ヨーモーメント演算部、１２５…ヨーモーメント演算部、１２７…ＰＩＤコントローラ、１２９…駆動力演算部、１３１…電気モータ制御部、ＣＧ…重心点、ｄ…トレッド幅、ａＸ  ，ａＹ  …加速度、Ｆｘｉ…電気自動四輪車の前後力、Ｆｙｉ…電気自動四輪車の横力、ＴＤ…タイヤデータ、β…すべり角、γ…ヨーレート、δ…操舵角
【図１】
2008167640.tif 000038
【図２】
2008167640.tif 000039
【図３】
2008167640.tif 000040
【図４】
2008167640.tif 000041
【図５】
2008167640.tif 000042
【図６】
2008167640.tif 000043
【図７】
2008167640.tif 000044
【図８】
2008167640.tif 000045
【図９】
2008167640.tif 000046