(57)【要約】【課題】  舵角制御機構とトルク制御機構の作動量を好適に配分する車両運動制御装置を提供する。【解決手段】  運転者のハンドル操作によらず前輪の舵角を制御可能な舵角制御機構と、後輪のトルクを左右独立に制御可能なトルク制御機構を備えた車両運動制御装置において、車両が規範ヨーレートに基づく運動となるように、舵角制御機構とトルク制御機構の作動量を決定するヨーモーメント配分決定手段を備える。このヨーモーメント配分決定手段は、前後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合やヨーモーメントの目標値の周波数成分などに応じて舵角制御機構とトルク制御機構のヨーモーメント配分を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者のハンドル操作によらず前輪の舵角を制御可能な舵角制御機構と、後輪のトルクを左右独立に制御可能なトルク制御機構を備えた車両運動制御装置において、前記舵角制御機構と前記トルク制御機構の作動量を決定するヨーモーメント配分決定手段を備えることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、前記ヨーモーメント配分決定手段は、前輪と後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合によって前記舵角制御機構と前記トルク制御機構のヨーモーメント配分を決定することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両運動制御装置において、前記ヨーモーメント配分決定手段は、常に後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合を前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合に対して大きく取るように前記舵角制御機構と前記トルク制御機構のヨーモーメント配分を決定することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、前記ヨーモーメント配分決定手段は、前記舵角制御機構によって発生するヨーモーメントと前記トルク制御機構によって発生するヨーモーメントのどちらか一方が飽和した場合に、他方のヨーモーメント配分を増加させることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、前記舵角制御機構は、前輪の横滑り角が所望の横滑り角となるように前輪の舵角を制御し、前記トルク制御機構が舵角制御によって過不足となるヨーモーメントを補正するように作動することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項６】
請求項１又は４に記載の車両運動制御装置において、前記舵角制御機構は、前輪の横滑り角が１０度以下となるように前輪の舵角を制御することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項７】
請求項１又は４に記載の車両運動制御装置において、前記舵角制御機構は、前輪の横力が飽和した場合には前輪の横力が最大となる横滑り角近傍になるように前輪の舵角を制御することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、ヨーモーメントの目標値の高周波成分と低周波成分を分ける周波数分別器を備え、ヨーモーメントの目標値の高周波成分を前記トルク制御機構の目標値とし、ヨーモーメントの目標値の低周波成分を前記舵角制御機構の目標値とすることを特徴とする車両運動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪の舵角を制御可能な舵角制御機構と車輪のトルクを制御可能なトルク制御機構を備えた車両運動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両運動制御装置としては、例えば、車両の走行安定性，運動性を向上させるために前輪または後輪を操舵する舵角制御、或いは制駆動力するトルク制御が知られている。特許文献１では、旋回中の制動時において、制動によって車体に生じるヨーモーメントを打ち消すように操舵対象車輪の舵角を設定する方法が開示されている。また特許文献２では、操舵時に車両に生じるヨーレートと横加速度に基づいて車両に付与すべき目標ヨーモーメントを定め、この目標ヨーモーメントを左右輪の駆動力を独立に制御可能な駆動ユニットにより発生させる方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４７０５４号公報
【特許文献２】特開２００５−１８４９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような舵角制御方法は、制御指令に対してヨーモーメントが発生するまでの時間が遅いため、短い時間内に目標ヨーモーメントを発生することが難しいという課題を有している。また、特許文献２のようなトルク制御方法は、制御指令に対してヨーモーメントが発生するまでの時間が舵角制御方法より速いものの、発生できるヨーモーメントが小さいために大きな目標ヨーモーメントを発生することが難しいという課題を有している。これらの舵角制御方法とトルク制御方法の課題を解決する手段として、例えば舵角制御方法とトルク制御方法を組み合わせる方法が考えられるが、従来の方法で個別に制御を行った場合には、作動時間が短い制御機構が関与するタイヤの発生できる力（＝タイヤグリップ力）が先に飽和するために車両が不安定になり易いという課題がある。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、前輪の舵角と後輪のトルクを制御可能な車両において、前後輪の状態に基づいて、前輪と後輪から発生するヨーモーメントの配分量を決定することが可能な車両運動制御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】
請求項１に記載の車両運動制御装置は、運転者のハンドル操作によらず前輪の舵角を制御可能な舵角制御機構と、後輪のトルクを左右独立に制御可能なトルク制御機構を備えた車両運動制御装置において、車両が所望の運動となるように前記舵角制御機構と前記トルク制御機構の作動量を決定するヨーモーメント配分決定手段を備え、前後輪の状態に基づいて前輪と後輪から発生するヨーモーメントの配分を算出し、算出されたヨーモーメントの大きさに基づいて舵角制御機構とトルク制御機構を作動させる。
また請求項２に記載の車両運動制御装置は、ヨーモーメント配分決定手段が前輪と後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合によって舵角制御機構とトルク制御機構のヨーモーメント配分を決定する。
この請求項１もしくは請求項２に記載の車両運動制御装置によれば、前後輪のどちらか一方のタイヤグリップ力が先に飽和してしまうことを防止し、車両挙動が不安定になることを抑制できる。
また請求項３に記載の車両運動制御装置は、ヨーモーメント配分決定手段が常に後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合を前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合に対して大きく取るように舵角制御機構とトルク制御機構のヨーモーメント配分を決定する。
この請求項３に記載の車両運動制御装置によれば、後輪より前輪のタイヤグリップ力が先に飽和するため、車体がスピン状態に陥ることを防止することができる。
また請求項４に記載の車両運動制御装置は、ヨーモーメント配分決定手段が舵角制御機構とトルク制御機構によって発生するヨーモーメントの一方が飽和した場合に、他方のヨーモーメント配分を増加させる。
この請求項４に記載の車両運動制御装置によれば、舵角制御機構とトルク制御機構によって発生するヨーモーメントの一方が飽和した場合であっても、他方が発生するヨーモーメントを増やすことで目標のヨーモーメントを発生させることができ、車両が旋回できる限界を向上させることができる。
また請求項５に記載の車両運動制御装置は、舵角制御機構が前輪の横滑り角が所望の横滑り角となるように前輪の舵角を制御し、トルク制御機構が舵角制御によって過不足となるヨーモーメントを補正するように作動する。
この請求項５に記載の車両運動制御装置によれば、操舵による減速度や前輪のタイヤ磨耗量を低減するために前輪の横滑り角を目標の横滑り角に対して小さくなるように舵角制御した場合に、舵角制御によって不足するヨーモーメントを発生するようにトルク制御機構を作動させることで、車両挙動が不安定になることを抑制できる。
また請求項６に記載の車両運動制御装置は、舵角制御機構が前輪の横滑り角が１０度以下となるように前輪の舵角を制御する。
この請求項６に記載の車両運動制御装置によれば、一般的なタイヤで最大横力が発生する横滑り角が１０度であるため、舵角制御により前輪に発生すべき目標の横力が最大横力である場合に、最大横力が発生する横滑り角を推定した場合と等価な舵角制御を行うことができる。
また請求項７に記載の車両運動制御装置は、舵角制御機構が前輪の横力が飽和した場合には前輪の横力が最大となる横滑り角近傍になるように前輪の舵角を制御する。
この請求項７に記載の車両運動制御装置によれば、横力飽和後の横滑り角の増加を抑制することで、横力飽和前後での前輪から発生するヨーモーメントの大きさの差を少なくでき、車両が旋回できる限界を向上させることができる。
また請求項８に記載の車両運動制御装置は、ヨーモーメントの目標値の高周波成分と低周波成分を分ける周波数分別器を備え、ヨーモーメントの目標値の高周波成分をトルク制御機構の目標値とし、ヨーモーメントの目標値の低周波成分を舵角制御機構の目標値とする。
この請求項８に記載の車両運動制御装置によれば、ヨーモーメントの目標値の周波数成分に応じて適した制御機構を用いることにより、短時間で車両挙動を制御することができる。
【発明の効果】
【０００７】
上記記載の本発明の解決手段によって、前輪の舵角を制御可能な舵角制御機構と、後輪のトルクを左右独立に制御可能なトルク制御機構の作動量を好適に決定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照し説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態の車両運動制御装置を適用した車両の構成である。なお、本実施形態に係る車両運動制御装置は、ＦＲ車両（エンジン前置き後輪駆動方式）に本発明を適用したものである。但し、本発明の適用はこれに限られるものではなく、一般的な４ＷＤ車両（４輪駆動方式）やＦＦ車両（エンジン前置き前輪駆動方式）の後輪をモータで駆動する車両にも適用可能である。
【００１０】
車両運動制御装置は、主として、車両１００と、エンジン１１と、トルクコンバータ
１２と、トランスミッション１３と、プロペラシャフト１４と、トルク制御機構１５と、後輪用の左右のドライブシャフト１６Ｌ及び１６Ｒと、左右の後輪１７Ｌ及び１７Ｒと、ハンドル１８と、ステアリングシャフト１９と、舵角制御機構２０と、左右のタイロッド２１Ｌ及２１Ｒと、左右の前輪２２Ｌ及び２２Ｒと、車両状態量検出手段２３と、ヨーモーメント配分決定手段２４と、を備える。
【００１１】
エンジン１は、燃焼室内の混合気を爆発させて、動力を発生させる内燃機関である。爆発により得られるピストンの運動はコンロッド（図示略）を介してクランクシャフト（図示略）の回転運動に変換される。クランクシャフトは、トルクコンバータ１２，トランスミッション１３，プロペラシャフト１４，トルク制御機構１５，ドライブシャフト１６Ｌ及び１６Ｒを介して後輪１７Ｌ及び１７Ｒに動力を伝達する。トルクコンバータ１２は、エンジン１１とトランスミッション１３との間に設けられる。
【００１２】
トルクコンバータ１２は、油などの作動流体を利用することにより、エンジン１１から出力される回転トルクを断続的にトランスミッション１３へ伝達するクラッチとしての機能と、その回転トルクを増大させてトランスミッション１３へ伝達する機能とを有する。
【００１３】
トランスミッション１３は、トルクコンバータ１２とプロペラシャフト１４との間に設けられ、前進４段（第１速〜第４速），後進１段の各変速段に対応する複数のギアなどを有する。
【００１４】
プロペラシャフト１４は、トランスミッション１３とトルク制御機構１５との間に設けられ、エンジン１１から得られる駆動力を後輪１７Ｌ及び１７Ｒへ伝達する回転軸である。
【００１５】
トルク制御機構１５は、複数のギアやクラッチディスクを組み合わせたものから構成され、左右の車輪に伝達するトルクをクラッチディスクの押し付け力により調整し，車両
１００に発生するヨーモーメントを制御する機構である。具体的には、車両１００を反時計回りに旋回させる場合に、ドライブシャフト１６Ｌ及び１６Ｒが接続されるクラッチディスクの押し付け力をドライブシャフト１６Ｌ側よりドライブシャフト１６Ｒ側を大きくすることで、後輪１７Ｒに伝達されるトルクを後輪１７Ｌより大きくし、車両１００を反時計回りに回転させるヨーモーメントを発生させる。
【００１６】
ドライブシャフト１６Ｌ及び１６Ｒは、トルク制御機構１５と後輪１７Ｌ及び１７Ｒとを連結する回転軸である。ドライブシャフト１６Ｌ及び１６Ｒはエンジン１１からの駆動力によって回転し、後輪１７Ｌ及び１７Ｒへ動力を伝達する。
【００１７】
ハンドル１８は、運転者が車両１００を旋回させるために操作される。運転者の操舵力は、ハンドル１８に接続されているステアリングシャフト１９を介して舵角制御機構２０へ伝達される。ここで、運転者の操舵力をハンドル１８から舵角制御機構２０へ伝達する手段として、運転者の操舵力が油圧又は電気信号により伝達される方式でもよく、本発明では運転者の操舵力をハンドル１８から舵角制御機構２０へ伝達する手段を限定しない。
【００１８】
舵角制御機構２０は、油圧又は電動によって増加した運転者の操舵力をタイロッド21Ｌ及び２１Ｒへ伝達することで、前輪２２Ｌ及び２２Ｒの操舵角を変更する機構である。ここで、運転者の操舵力を舵角制御機構２０からタイロッド２１Ｌ及び２１Ｒへ伝達する手段として、図示しないが複数のギアやシリンダなどを介して左右独立に伝達される方式でもよく、本発明では運転者の操舵力を舵角制御機構２０からタイロッド２１Ｌ及び２１Ｒへ伝達する手段を限定しない。また舵角制御機構２０は、車体に発生しているヨーレートやタイヤのグリップ力の余力などに応じて、運転者の操舵力によらず前輪２２Ｌおよび
２２Ｒの操舵角を任意に変更することができる機構であってもよい。
【００１９】
車両状態量検出手段２３は、図示しないが前輪２２Ｌ及び２２Ｒの操舵角を検出する操舵角センサと、車両１００の車速を検出する車速センサと、車両１００に発生している実ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、車両１００の前後方向に発生している加速度を検出する前後加速度センサと、車両１００の横方向に発生している加速度を検出する横加速度センサとを備え、各センサで検出した信号をヨーモーメント配分決定手段２４へ伝達する。
【００２０】
ヨーモーメント配分決定手段２４は、図示しないが内部に車両状態量検出手段２３から伝達された信号に基づいて車両１００を旋回させるために必要なヨーレートを演算する規範ヨーレート演算手段と、車両１００に発生する実ヨーレートが規範ヨーレートとなる所望の運動を実現するために必要な目標のヨーモーメントを演算する目標ヨーモーメント演算手段とを備え、目標ヨーモーメントを発生させるための舵角制御機構２０とトルク制御機構１５の作動量を、前後輪の荷重配分や加速度などに基づいて好適に決定し、作動指令を舵角制御機構２０とトルク制御機構１５へ伝達する。
【００２１】
以上の構成を持つ車両運動制御装置は、本実施例によれば運転者の操作や車両状態量に基づいて舵角制御機構２０とトルク制御機構１５の作動量を決定し、車両に付与すべき好適なヨーモーメントを発生させることができる。
【実施例２】
【００２２】
図２から図９を用いて本発明の第２の実施例を説明する。
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施形態の車両運動制御装置を適用した車両の構成である。なお、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００２４】
図２に示す車両運動制御装置は、車両状態量検出手段２３が図示しないが前輪と後輪の回転速度を検出する車輪速度センサを備え、車両状態量検出手段２３から伝達された信号に基づいて前輪と後輪のタイヤ摩擦円の大きさと、タイヤ摩擦円を使用している割合を推定するタイヤ摩擦円推定手段２５を備えている。なお、タイヤ摩擦円を推定する具体的な方法については、例えば、特開平１１−９１５３８号公報に開示されているので、必要であれば参照されたい。
【００２５】
ヨーモーメント配分決定手段２４は、タイヤ摩擦円推定手段２５で推定された各車輪のタイヤ摩擦円の大きさと、タイヤ摩擦円を使用している割合の差分から得られるタイヤ摩擦円の余裕度合に基づいて、目標ヨーモーメントを発生させるために好適な舵角制御機構２０とトルク制御機構１５の作動量を決定し、作動指令を舵角制御機構２０とトルク制御機構１５へ伝達する。具体的には、例えば図３に示すように前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合が設定したタイヤ摩擦円の余裕度合を下回った場合に、トルク制御機構１５に対してヨーモーメント配分を増加する作動指令を伝達する方法がある。この方法により前輪のタイヤのグリップ力が飽和して車両挙動が不安定になることを抑制できる。
【００２６】
またヨーモーメント配分決定手段２４は、図４に示すように常に後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合を前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合に対して大きく取るように舵角制御機構２０とトルク制御機構１５のヨーモーメント配分を決定することで、雪道などの路面摩擦係数が低い路面に進入した場合であっても、後輪のタイヤのグリップ力が前輪より先に飽和することがなく、車体がスピン状態に陥ることを防止することができる。またトルク制御機構１５の作動により、前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合が後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合に対して大きくなる場合には、舵角制御機構２０のヨーモーメント配分を増やす、もしくはトルク制御機構１５のヨーモーメント配分を減らすことで後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合を前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合に対して大きくなるように制御する。
【００２７】
また更にヨーモーメント配分決定手段２４は、雪道などの路面摩擦係数が低い路面に進入し、舵角制御機構２０によって発生するヨーモーメントとトルク制御機構１５によって発生するヨーモーメントのどちらか一方が飽和するような、例えば図５に示すように前輪から発生するヨーモーメントが飽和した場合には、他方のトルク制御機構１５のヨーモーメント配分を増加させる。これにより、舵角制御機構２０とトルク制御機構１５によって発生するヨーモーメントの一方が飽和した場合でも、車両挙動が不安定にならず、車両が旋回できる限界が向上する。
【００２８】
また更にヨーモーメント配分決定手段２４は、操舵による減速度や前輪のタイヤの磨耗量などを低減するために、例えば図６に示すように目標の横滑り角より小さい横滑り角となるように舵角制御機構２０を作動させた場合には、舵角制御により不足するヨーモーメント演算し、トルク制御機構１５のヨーモーメント配分を増加して発生させる。これにより、任意に前輪の横滑り角を設定した場合でも、車両挙動が不安定になることを抑制できる。
【００２９】
また更にヨーモーメント配分決定手段２４は、図７に示すように前輪の横滑り角が１０度以下となるように舵角制御機構２０の作動量を決定することで、前輪のタイヤグリップ力の飽和を防止し、車両挙動が不安定になることを抑制できる。前輪の横力が最大となる時のヨーモーメントが必要な場合は、前輪の横滑り角を一般的なタイヤの最大横力が発生する横滑り角である１０度となるように舵角制御機構を作動させることで、最大横力を推定して制御を行う場合と等価な舵角制御ができる。これにより、最大横力の推定に要する時間が不要となるため、舵角制御機構２０とトルク制御機構１５のヨーモーメント配分の決定に要する時間を短縮し、短時間で車両挙動を制御することができる。
【００３０】
また更にヨーモーメント配分決定手段２４は、前輪の横力が飽和した場合に、図８に示すように前輪の横滑り角を前輪の横力が最大となる横滑り角近傍になるように舵角制御機構２０を作動させる。前輪の横力が最大となる横滑り角近傍とは、前輪の横滑り角３０度で発生する横力以上の横力を発生できる範囲の横滑り角のことである。これにより、前輪の横力飽和後に前輪から発生するヨーモーメントの低下を抑制し、車両が旋回できる限界を向上させることができる。
【００３１】
また更にヨーモーメント配分決定手段２４が、図示しないがヨーモーメントの目標値を高周波成分と低周波成分を分ける周波数分別器を備え、図９に示すようにヨーモーメントの目標値の高周波成分をヨーモーメントが発生するまでの時間が短いトルク制御機構１５を主に作動させ、ヨーモーメントの目標値の低周波成分をヨーモーメントが発生するまでの時間が長い舵角制御機構２０を主に作動させる。このように周波数成分に応じた好適な機構を作動させることで、短時間で車両挙動を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態による車両運動制御装置を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態による車両運動制御装置を示す図。
【図３】本発明を前輪のタイヤ摩擦円の余裕度合が低下した場合に適用した図。
【図４】本発明を常に後輪のタイヤ摩擦円の余裕度合が前輪より大きくなるようにヨーモーメント配分を適用した図。
【図５】本発明を前輪から発生するヨーモーメントが飽和した場合に適用した図。
【図６】本発明を前輪の横滑り角が目標の横滑り角以下になるように設定した場合に適用した図。
【図７】本発明を前輪の横滑り角が１０度以下になるように適用した図。
【図８】本発明を前輪の横滑り角が前輪の横力が最大となる横滑り角近傍となるように適用した図。
【図９】本発明をヨーモーメントの目標値の周波数成分別に適用した図。
【符号の説明】
【００３３】
１１…エンジン
１２…トルクコンバータ
１３…トランスミッション
１４…プロペラシャフト
１５…トルク制御機構
１６Ｌ…左ドライブシャフト
１６Ｒ…右ドライブシャフト
１７Ｌ…左後輪
１７Ｒ…右後輪
１８…ハンドル
１９…ステアリングシャフト
２０…舵角制御機構
２１Ｌ…左タイロッド
２１Ｒ…右タイロッド
２２Ｌ…左前輪
２２Ｒ…右前輪
２３…車両状態量検出手段
２４…ヨーモーメント配分決定手段
２５…タイヤ摩擦円推定手段
１００…車両
【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７】
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【図８】
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【図９】
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