(57)【要約】【課題】  コスト増や運転の違和感を伴うことなく、ヨーレートの制御精度の向上を図ることができる車両運動制御方法および車両運動制御装置を提供する。【解決手段】  ヨーレートγを検出するヨーレートセンサと、ヨー角加速度推定値dγhatに基づいて、ヨーレートγhatを推定する積分器102jと、ヨーレート操作量と、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差であるヨーレート偏差(γ-γhat)と、このヨーレート偏差の積分値と、に基づいて、ヨー角加速度dγhatを推定するヨー角加速度推定部102と、目標ヨーレートtγとヨーレート検出値γとヨー角加速度推定値dγhatとに基づいて、ヨーレートの目標応答を満たすヨーレート操作量（フィードバック前輪舵角操作量δfFB,フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFB）を演算するF/B指令部103と、を備える。【選択図】      図３
2008074185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーレート操作量に基づいて車両のヨーレート制御を行う車両運動制御方法において、
ヨーレートを検出するステップと、
ヨー角加速度推定値に基づいて、ヨーレートを推定するステップと、
前記ヨーレート操作量と、前記ヨーレート検出値と前記ヨーレート推定値との偏差であるヨーレート偏差と、このヨーレート偏差の積算値と、に基づいて、前記ヨー角加速度を推定するステップと、
目標ヨーレートと前記ヨーレート検出値と前記ヨー角加速度推定値とに基づいて、ヨーレートの目標応答を満たすヨーレート操作量を演算するステップと、
を備えることを特徴とする車両運動制御方法。
【請求項２】
ヨーレート操作量に基づいて車両のヨーレート制御を行う車両運動制御装置において、
ヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ヨー角加速度推定値に基づいて、ヨーレートを推定するヨーレート推定手段と、
前記ヨーレート操作量と、前記ヨーレート検出値と前記ヨーレート推定値との偏差であるヨーレート偏差と、このヨーレート偏差の積分値と、に基づいて、前記ヨー角加速度を推定するヨー角加速度推定手段と、
目標ヨーレートと前記ヨーレート検出値と前記ヨー角加速度推定値とに基づいて、ヨーレートの目標応答を満たすヨーレート操作量を演算するフィードバック操作量演算手段と、
を備え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、
前記ヨー角加速度推定手段は、前記ヨーレート操作量によるヨーモーメント操作量を推定するヨーモーメント操作量推定部と、
推定されたヨーモーメント操作量と、前記ヨーレート偏差と、このヨーレート偏差の積算値との各々に所定の係数を乗じた値を加算し、ヨー角加速度推定値を算出するヨー角加速度算出部と、
を備えることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両運動制御装置において、
車体横すべり角を検出または推定する車体横すべり角検出手段を備え、
前記ヨーレート操作量は、操向輪の舵角であり、
前記ヨーモーメント操作量推定部は、前記車体横すべり角と前記ヨーレート検出値と車速と前記操向輪舵角とに基づいて、前記ヨーモーメント操作量を推定することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両運動制御装置において、
各車輪の輪荷重を推定する輪荷重推定手段を備え、
前記ヨーモーメント操作量推定部は、前記各輪荷重推定値に基づいて前記ヨーモーメント操作量を推定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３ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記ヨー角加速度推定手段は、前記ヨーレート偏差とこのヨーレート偏差の積分値とに乗じる各係数を、ヨーレートの目標応答速度が高いほど大きな値に設定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２ないし請求項６のいずれか１項に載の車両運動制御装置において、
前記ヨーレート操作量は、駆動輪の左右駆動力差であることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記フィードバック操作量演算手段は、
前記ヨーレート偏差の積分値と前記ヨーレート検出値とに応じたヨー角加速度に対するヨー角加速度推定値のずれに基づいて第１制御誤差を演算する第１制御誤差演算部と、
演算された第１制御誤差に比例した第１ヨーレート操作量を演算する第１ヨーレート操作量演算部と、
を備えることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の車両運動制御装置において、
前記第１ヨーレート操作量は、操向輪の舵角であることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１０】
請求項２ないし請求項９のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記フィードバック操作量演算手段は、
前記ヨーレート偏差に応じたヨー角加速度に対するヨー角加速度推定値のずれに基づいて第２制御誤差を演算する第２制御誤差演算部と、
演算された第２制御誤差に比例した第２ヨーレート操作量を演算する第２ヨーレート操作量演算部と、
を備えることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車両運動制御装置において、
前記第２ヨーレート操作量は、駆動輪の左右駆動力差であることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１２】
請求項２ないし請求項１１のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記フィードバック操作量演算手段は、前記ヨーレート操作量を機械的制限値に基づいて制限することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１３】
請求項２ないし請求項１２のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記ヨーレート操作量からヨーレートへの応答モデルの逆モデルと、前記目標ヨーレートからヨーレートへの規範応答とに基づいて、目標ヨーレートと車速とからフィードフォワード操作量を演算し、このフィードフォワード操作量によりヨーレート操作量を補正するフィードフォワード操作量演算手段を設けたことを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車両運動制御装置において、
前記フィードバック操作量演算手段は、前記目標ヨーレートと前記ヨーレート検出値とに応じたヨー角加速度を、前記目標ヨーレートを入力とした前記規範応答によるヨー角加速度と一致させ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、ヨーレート操作量により車両のヨーレート制御を行う車両運動制御方法および車両運動制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両運動制御装置としては、引用文献１には、２つの横加速度センサの差分からヨー角加速度を推定し、このヨー角加速度に比例して後輪を操舵することで、ヨーレートの制御精度を高める技術が知られている。
【０００３】
ここで、他のヨー角加速度の推定方法として、引用文献２には、ヨーレートセンサによるヨーレート検出値の時間による差分で推定する方法が記載されている。また、引用文献３には、制御操作量を入力し、制御対象の動特性に基づいたフィルタを用いて推定したヨー角加速度を、ヨー角加速度検出値とヨー角加速度推定値との偏差に比例して補正する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平６−６４５５４号公報
【特許文献２】特開２００２−３３１９５１号公報
【特許文献３】特開平２−１５１５６９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、上記従来技術にあっては、以下の問題点を有している。
引用文献１に記載された技術では、ヨー角加速度の推定に２つの横加速度センサを用いるために、配線なども含めてコストやレイアウト的に不利であると共に、２つの横加速度センサ検出値の数値演算でヨー角加速度を推定するために、数値演算誤差により制御性が悪化する可能性がある。
【０００５】
引用文献２に記載された技術では、ヨーレート検出値に含まれるノイズを増幅する可能性があり、ノイズによるヨーレートのチャタリングが起き、運転の違和感が発生する可能性がある。また、ヨーレート検出値を元にした推定であるので、制御操作量に対するヨー角加速度の推定が遅れ、制御精度が悪化する可能性がある。
【０００６】
引用文献３に記載された技術では、制御操作量に対するヨー角加速度の推定遅れは回避できるが、ヨー角加速度検出値とヨー角加速度推定値との偏差に比例したヨー角加速度推定値の補正であるため、ヨー角加速度検出誤差や外乱によってヨー角加速度推定値が真値に収束せず、制御精度が悪化する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、コスト増や運転の違和感を伴うことなく、ヨーレートの制御精度の向上を図ることができる車両運動制御方法および車両運動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】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明では、
ヨーレート操作量に基づいて車両のヨーレート制御を行う車両運動制御装置において、
ヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ヨー角加速度推定値に基づいて、ヨーレートを推定するヨーレート推定手段と、
前記ヨーレート操作量と、前記ヨーレート検出値と前記ヨーレート推定値との偏差であるヨーレート偏差と、このヨーレート偏差の積分値と、に基づいて、前記ヨー角加速度を推定するヨー角加速度推定手段と、
目標ヨーレートと前記ヨーレート検出値と前記ヨー角加速度推定値とに基づいて、ヨーレートの目標応答を満たすヨーレート操作量を演算するフィードバック操作量演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の車両運動制御装置では、ヨーレート制御用のヨーレート検出手段を流用してヨー角加速度の推定を行うことができるため、コスト増を招くことなくヨーレートの制御精度が向上し、運転の違和感が緩和される。
また、ヨー角加速度を、ヨーレート操作量と、ヨーレート検出値とヨーレート推定値との偏差であるヨーレート偏差と、このヨーレート偏差の積分値とから推定するため、操作入力に対するヨー角加速度の推定偏差の比例・積分補償により、推定遅れが生じない。したがって、ヨーレート推定値の推定精度が向上するのに伴い、ヨー角加速度の推定精度も向上するため、ヨーレート制御精度がさらに高まり、運転の違和感がより抑えられる。
この結果、コスト増や運転の違和感を伴うことなく、ヨーレートの制御精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
まず、構成を説明する。
［全体構成］
図１は、実施例１の車両運動制御装置を適用した電気自動車の構成図である。
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（駆動輪）２RL,２RRに連結されている。２つのモータ３RL,３RRの出力特性、２つの減速機4RL,4RRの減速比および２つの車輪の半径は、いずれも同一である。
【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（操向輪）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と一致するように制御される。前輪２FL,２FRには、回転数を検出する回転センサ２５,２６が取り付けられており、各々の回転数を検出して統合コントローラ３０へ送信する。
【００１４】
この他に、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１１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車体横すべり角センサ（車体横すべり角検出手段）２９から出力される車体横すべり角信号βが入力される。
【００１５】
［車両運動制御処理］
図２は、実施例１の統合コントローラ３０で演算される車両運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。なお、統合コントローラ３０は、マイクロコンピュータのほかにRAM/ROMなどの周辺部品を備えており、図２のフローチャートを一定時間毎、例えば5ms毎に実行する。
【００１６】
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%であり、全開時を100%とする）に格納し、ステアリングホイール１１の回転角信号を変数STR（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（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、各々の前輪の回転数をNFL,NFR（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（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（車両が前進する向きを正とする）に格納する。
【００１７】
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。）を次式で演算し、ステップS102へ移行する。
V = (NFL + NFR) ×R / GG / 2
ここで、Rは車輪の半径、GGは減速機の減速比である。
【００１８】
ステップS102では、４輪の輪荷重Zfl,Zfr,Zrl,Zrrを次式から求め、ステップS103へ移行する（輪荷重推定手段）。
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。実施例１では、サスペンションによる荷重変化の遅れを無視して説明するが、荷重変化の遅れを考慮してもよい。
【００１９】
ステップS103では、図３のヨーレートサーボ制御演算ブロック図で示される演算を行い、本制御処理を終了する。以下、実施例１のヨーレートサーボ制御演算について説明する。
【００２０】
[ヨーレートサーボ制御演算］
図３のヨーレートサーボ制御演算ブロックは、目標値演算部100と、フィードフォワード（F/F）指令部（フィードフォワード操作量演算手段）101と、ヨー角加速度推定部102と、フィードバック（F/B）指令部（フィードバック操作量演算手段）103と、車両104と、を備えている。
【００２１】
（目標値演算部）
目標値演算部100では、車速Vとステアリング操作量STRとアクセル開度APSとから、例えば図４に示す目標駆動力マップを用いて目標駆動力tFdを演算すると共に、図５に示す目標横力マップから目標横力tYを算出し、この目標横力から次式を用いて目標ヨーレートtγを演算する。
tγ = tY / (m・V)
【００２２】
（F/F指令部）
F/F指令部101では、目標値演算部100で算出された目標制駆動力tFdと目標ヨーレートtγを共に達成するように、フィードフォワードで与える前輪舵角操作量δfFFと後輪左右駆動力操作量uFFrl,uFFrrをそれぞれ算出する。
【００２３】
まず、制駆動力発生のために、例えば、目標制駆動力tFdを次のように左右後輪に等しく分配し、基本後輪駆動力uFFrl0（左後輪）とuFFrr0（右後輪）とする。
uFFrl0 = uFFrr0 = tFd / 2  …(1)
【００２４】
次に、目標ヨーレートtγを達成するフィードフォワード前輪舵角δfFFとフィードフォワード後輪駆動力差uFFを、例えば、前輪舵角δfからヨーレートへの伝達関数Qf(s,V)と、後輪左右駆動力差からヨーレートへの伝達関数Qu(s,V)と、目標ヨーレートtγからヨーレートへの規範応答を示す伝達関数D(s,V)とを用いて、次式により演算する。
【数１】
2008074185.tif 000003
ここで、sはラプラス演算子、aは０以上１以下の分配係数である。
【００２５】
モデル化誤差や外乱がなく、前輪舵角操作量δfFFが制限なく実現される場合、目標ヨーレートtγからヨーレートへの伝達関数は、次式で表される。
【数２】
2008074185.tif 000004
よって、目標ヨーレートtγからヨーレートが、伝達関数D(s,V)で表される応答となる。ここで、分配係数aは、固定値としてもよいし、燃費や走行条件に応じて随時設定される値としてもよい。
【００２６】
フィードフォワード後輪左右駆動力uFFrl,uFFrrは、次式で表される。
uFFrl = uFFrl0 - uFF
uFFrr = uFFrr0 + uFF
【００２７】
（F/B指令部）
F/B指令部103では、目標ヨーレートtγとヨーレートとヨー角加速度推定部102で推定されるヨー角加速度推定値dγhatとから、ヨーレートサーボ制御のためのフィードバック前輪舵角操作量δfFBとフィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBとを、図６,７に示すブロック図に従い演算する。
【００２８】
A) フィードバック前輪舵角操作量δfFBの演算
図６は、実施例１のフィードバック前輪舵角操作量演算ブロック図である。
制御誤差演算部（第１制御誤差演算部）200では、次式で表されるように、制御誤差（第１制御誤差）σfを演算する。
【数３】
2008074185.tif 000005
【００２９】
ここで、ωは前記規範応答D(s,V)で決まる応答パラメータである。規範応答D(s,V)は次式で表される。
【数４】
2008074185.tif 000006
【００３０】
もし、制御誤差σfがゼロならば、式(4)から、目標ヨーレートtγとヨーレートとの関係は次式のようになり、式(5)で表される規範応答と一致する。
【数５】
2008074185.tif 000007
【００３１】
また、式(4)の第１項が目標ヨーレートtγとヨーレートとの偏差の積分であるので、制御誤差σfがゼロならば、理論的に目標ヨーレートtγとヨーレートの定常偏差がゼロとなる。
よって、前輪舵角F/B操作量演算部（第１ヨーレート操作量演算部）201で、次のようにハイゲインのスイッチング操作量としてフィードバック前輪舵角操作量（第１ヨーレート操作量）δfFBを算出し、制御誤差をゼロ近傍に抑え込む。
【数６】
2008074185.tif 000008
【００３２】
ここで、εfはチャタリング防止のための正の定数であり、Kfはスイッチングゲインである。スイッチングゲインKfを外乱やモデル誤差を考慮して十分大きく、例えば前輪舵角δfの最大値としている。
【００３３】
また、この方法はモデルベースではなく、ヨーレートとヨー角加速度dγの検出もしくは推定値を参照し、刹那的に目標ヨーレートtγとヨーレートとヨー角加速度dγとを所望の関係に強制的に押し込むので、制御対象の時変性や非線形性を考慮する必要がないため、ゲインスケジュールのための制御ゲインの適合時間が要らない。
【００３４】
B) フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBの演算
図７は、実施例１のフィードバック後輪左右駆動力差操作量演算ブロック図である。
制御誤差演算部（第２制御誤差演算部）300では、次式で表されるように、制御誤差（第２制御誤差）σuを演算する。
【数７】
2008074185.tif 000009
【００３５】
もし、制御誤差σuがゼロならば、式(7),(8)から、目標ヨーレートtγとヨーレートとの関係は次式のようになり、式(5)で表される規範応答と一致する。
【数８】
2008074185.tif 000010
ただし、制御誤差σfのように目標ヨーレートtγとヨーレートの偏差の積分を含まないので、目標ヨーレートtγとヨーレートの定常偏差がゼロとなる保証はない。
【００３６】
そして、駆動力差F/B操作量演算部（第２ヨーレート操作量演算部）301で、次のようにハイゲインのスイッチング操作量としてフィードバック後輪左右駆動力差操作量（第２ヨーレート操作量）uFBを算出し、制御誤差をゼロ近傍に抑え込む。
【数９】
2008074185.tif 000011
【００３７】
ここで、εuはチャタリング防止のための正の定数であり、Kuはスイッチングゲインである。Kuを外乱やモデル誤差を考慮して十分大きく、例えば後輪駆動力差の最大値としている。
【００３８】
図３に戻り、次のようにフィードフォワード操作量δfFF,uFFrl,uFFrrにフィードバック操作量δfFB,uFBを加えて、前輪舵角操作量δfと後輪左右駆動力差操作量url,urrを算出する。
δf = δfFF + δfFB
url = uFFrl - uFB
urr = uFFrr + uFB
【００３９】
ヨー角加速度推定部（ヨー角加速度推定手段）102では、前輪舵角指令δf*（前輪舵角操作量）と後輪左右駆動力差指令uy*とヨーレートとから、図８に示すブロック図に従い、ヨー角加速度推定値dγhatを演算する。
【００４０】
図８のヨー角加速度推定ブロックは、タイヤ横力ヨーモーメント演算部（ヨーモーメント操作量推定部）102aと、乗算器102bと、加算器102cと、乗算器102dと、差分器102eと、乗算器102fと、乗算器102gと、積分器102hと、加算器（ヨー角加速度算出部）102iと、積分器（ヨーレート推定手段）102jと、を備えている。
【００４１】
タイヤ横力ヨーモーメント演算部102aは、前輪操舵指令δf*を入力し、タイヤ横力によるヨーモーメントMYを出力する。
乗算器102bは、後輪駆動力差指令uy*を入力し、2Ltを乗算した値2Ltuy*出力する。ここで、Ltは、後輪トレッド幅の半分の長さである。
加算器102cは、タイヤ横力によるヨーモーメントMYと2Ltuy*とを入力し、両者を加算した値MY+2Ltuy*を出力する。
乗算器102dは、MY+2Ltuy*を入力し、1/Izを乗算したヨー角加速度のベース値dγhat0を出力する。ここで、Izは、重心まわりのヨー慣性である。
【００４２】
比較器102eは、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとを入力し、両者の差分であるヨーレート偏差γ-γhatを出力する。
乗算器102fは、ヨーレート偏差γ-γhatを入力し、変数h1を乗算した値h1(γ-γhat)をする。
乗算器102gは、ヨーレート偏差γ-γhatを入力し、変数h2を乗算した値h2(γ-γhat)を出力する。
積分器102hは、h2(γ-γhat)を入力し、1/sを乗算した積分値h2(γ-γhat)/sを出力する。
【００４３】
加算器102iは、ヨー角加速度のベース値dγhat0とh1(γ-γhat)とh2(γ-γhat)/sとを入力し、各入力値の和をヨー角加速度推定値dγhatとして出力する。
積分器102jは、ヨー角加速度推定値dγhatを入力し、1/sを乗算した積分値であるヨーレート推定値γhatを出力する。
【００４４】
以下、ヨー角加速度推定ブロックにおけるヨー角加速度推定値dγhat算出方法を説明する。
まず、後輪駆動力差指令uy*は次式で表される。
【数１０】
2008074185.tif 000012
【００４５】
ヨーレートγと４輪各々のタイヤ横力Yfl,Yfr,Yrl,Yrrと後輪駆動力差uyとの線形近似された関係は、次式で表される。
【数１１】
2008074185.tif 000013
ここで、Lfは前輪軸から重心までの長さ、Lrは後輪軸から重心までの長さ、Ltは後輪トレッド幅の半分、Izは重心まわりのヨー慣性である。MYはタイヤ横力によるヨーモーメントを表す。
【００４６】
タイヤ横力は、例えばタイヤ横すべり角と荷重から図９に示すタイヤ特性マップで演算される。タイヤ横すべり角（左前βfl,右前βfr,左後βrl,右後βrr）は次式で表される。
【数１２】
2008074185.tif 000014
【００４７】
ここで、δrは後輪舵角であるが、実施例１では後輪操舵なしとしているので、δrはゼロとする。
【００４８】
また、４輪の輪荷重Zfl,Zfr,Zrl,Zrrは次式で求められる。
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、Lはホイールベース長さ、hcgは重心高さである。ここで、実施例１では無視した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。
【００４９】
ただし、タイヤ横力の演算はこの方法に限定されるものではなく、タイヤ特性マップの代わりにタイヤ横すべり角ゼロ近傍で線形近似したタイヤ横すべり角とタイヤ力の関係を用いるなど、操舵角に応じてタイヤ横力によるヨーモーメントMYをおおよそ推定する方法でも、従来技術に対してヨー角加速度の推定速度が向上する。また、輪荷重も加速度センサを用いずに、前後加速度と横加速度の目標値を代用してもよく、この場合には加速度センサ２８はなくてもよい。
【００５０】
以上に示した前輪舵角指令によるタイヤ横力と後輪駆動力差指令uy*から、式(10),(11)を用いて、ヨーレートの時間微分であるヨー角加速度のベース値dγhat0を算出する。
【００５１】
しかしながら、実際には、Lf,Lr,Lt,Izの測定誤差、線形近似誤差、アクチュエータの駆動遅れ等の理由により、実際のヨー角加速度とヨー角加速度のベース値dγhat0とは一致しない。そこで、次式のように、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差に応じて、ヨー角加速度推定値の補正値dγhatmを算出する。
【数１３】
2008074185.tif 000015
【００５２】
ここで、h1,h2は、補正速度を示す変数である。h1,h2は大きくすると推定誤差の補償が速くなるが、ノイズによる推定値のチャタリングが起きやすくなる。そこで、図１０に示すように、目標ヨーレートtγの変化が大きいほど、かつ、規範応答の応答が速いほど（ωが大きいほど）、h1,h2を大きな値に設定する。
【００５３】
そして、次のようにヨー角加速度dγのベース値dγhat0とヨー角加速度推定値の補正値dγhatmとの和をヨー角加速度推定値dγhatとする。
dγhat = dγhat0 + dγhatm
【００５４】
また、ヨーレート推定値γhatは、ヨー角加速度推定値dγhatの積分として次式で表される。
【数１４】
2008074185.tif 000016
【００５５】
よって、式(12)はヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差の比例・積分補償器の形をしているので、外乱やモデル化誤差などによるヨーモーメントのずれは積分補償され、ヨーレート推定値γhatが精度良く推定される。
【００５６】
ただし、実施例１では無視したが、前輪舵角と後輪左右駆動力差の操作量に対するタイヤ発生力への遅れを考慮してdγhat0を演算してもよい。
また、dγhat0の演算では、前輪舵角と後輪駆動力差のいずれか一方のみでも従来技術に対してヨー角加速度の推定速度が向上する。
【００５７】
次に、作用を説明する。
［ヨーレートの制御精度向上作用］
実施例１の車両運動制御装置では、ヨーレート制御用のヨーレートセンサ８を流用してヨー角加速度推定値dγhatを算出しているため、２つの横加速度センサの差分からヨー角加速度を推定する特開平６−６４５５４号公報に記載の技術に対し、コスト増を招くことなくヨーレートの制御精度の向上を実現でき、運転の違和感が緩和される。
【００５８】
また、実施例１では、ヨー角加速度推定部102において、前輪操舵指令δf*および後輪駆動力差指令uy*に基づくヨー角加速度のベース値dγhat0と、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差であるヨーレート偏差h1(γ-γhat)と、このヨーレート偏差の積分値h2(γ-γhat)/sとの和をヨー角加速度推定値dγhatとし、このヨー角加速度推定値を積分してヨーレート推定値γhatを算出している。
【００５９】
よって、式(12)から、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差の比例・積分補償により、外乱やモデル化誤差等によるヨーモーメントのずれは積分補償され、ヨーレート推定値γhatが精度良く推定される。さらに、ヨー角加速度のベース値dγhat0は、操作入力に対するヨー角加速度の推定遅れを抑制する効果がある。
【００６０】
したがって、ヨーレート推定値γhatの推定精度が向上するのに伴い、ヨー角加速度推定値dγhatの推定精度も向上するため、ヨーレート制御精度がさらに高まり、運転の違和感がより抑えられる。
【００６１】
また、式(12)において、変数h1,h2を、目標ヨーレートtγの変化が大きいほど、かつ、規範応答の応答が速いほど（ωが大きいほど）、大きな値に設定するため、このh1,h2の変化により、ヨーレートの変化が速く、ヨー角加速度が大きくなるときには推定遅れが抑制され、ヨーレートの変化が遅く、ヨー角加速度dγが小さくノイズの影響が出やすいときには、ノイズの影響が抑制される。
【００６２】
実施例１では、前輪舵角F/B操作量演算部201において、フィードバック前輪舵角操作量δfFBを算出する式(6)のスイッチングゲインKfを十分大きく、例えば前輪舵角δfの最大値に設定しているため、制御誤差σfがゼロ近傍に収束し、ヨーレートが規範応答で目標ヨーレートtγへ追従することで、運転者に滑らかな旋回挙動を提供できる。また、操作量指令値に対して実際のヨーレート操作量（前輪舵角δf）が飽和することなく実現可能となるため、ヨー角加速度推定部102において、操作量に基づくヨー角加速度推定値dγhatの推定精度を向上させることができる。
【００６３】
また、駆動力差F/B操作量演算部301において、フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBを算出する式(9)のスイッチングゲインKuを十分大きく、例えば後輪駆動力差の最大値に設定しているため、制御誤差σuがゼロ近傍に収束し、ヨーレートが規範応答で目標ヨーレートtγへ追従することで、運転者に滑らかな旋回挙動を提供できる。また、操作量指令値に対して実際のヨーレート操作量（後輪左右駆動力差）が飽和することなく実現可能となるため、、ヨー角加速度推定部102において、操作量に基づくヨー角加速度推定値dγhatの推定精度を向上させることができる。
【００６４】
実施例１では、F/B指令部103において、式(4)を用いて算出した制御誤差σfをフィードバック前輪舵角操作量δfFBでゼロ近傍に抑え込むと共に、式(6)を用いて算出した制御誤差σuをフィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBで抑え込む。
【００６５】
すなわち、ヨーレートの定常偏差を前輪舵角δfで補償し、後輪左右駆動力差で定常を除くヨーレート偏差を補償するので、前輪舵角δfで低エネルギーに定常的なヨーレートを発生させ、応答の遅い前輪舵角δfによるヨーレート偏差補償の遅れを、応答の速い後輪左右駆動力差で補償することができる。
【００６６】
ただし、F/B指令部103は本構成に限定されるものではなく、ヨー角加速度推定値を利用したヨーレート制御ならば、後述するヨー角加速度の推定精度向上による効果が得られる。
【００６７】
［運転操作に対するレスポンス向上作用］
実施例１では、F/F指令部101において、式(2),(3)を用いて算出したフィードフォワード前輪舵角δfFF,フィードフォワード後輪駆動力差uFFに基づいて、前輪舵角δfおよび後輪駆動力差を補正する。これにより、目標ヨーレートtγとヨーレートのずれを後追いするF/B指令部103のフィードバック制御のみによって、目標ヨーレートtγに対するヨーレートの追従遅れを抑制でき、運転操作に対するレスポンスを向上させることができる。
【００６８】
［シミュレーション結果］
従来技術に対する実施例１の効果を、図１１の計算機シミュレーション結果を用いて説明する。
【００６９】
従来技術（ヨーレートセンサを用いたヨーレート検出値の時間による差分に基づいてヨー角加速度を推定する、特開２００２−３３１９５１号公報に記載の方法）を用いてヨー角加速度を推定した場合を破線で、実施例１の方法を用いてヨー角加速度を推定した場合を実線で、ヨーレートの目標応答（規範応答）を一点鎖線で示す。
【００７０】
図１１において、上段(a)がヨーレートの時刻歴、下段(b)がヨー角加速度の時刻歴である。図１１から、従来技術ではヨー角加速度の推定遅れによる影響で目標ヨーレートに対するヨーレートのずれが大きく、ヨー角加速度も振動している。一方、実施例１では、ヨー角加速度の推定遅れが抑制され、目標ヨーレートに対してヨーレートが精度良く追従しており、ヨー角加速度の振動もなく、滑らかに精度良く規範応答を実現している。
【００７１】
［後方重心車両への適用］
車両の重心を後方寄りの位置とすることで、車両挙動が不安定となる速度である安定限界速度を車両の最高速度よりも低い速度に設定し、この不安定な車速域近くのハイゲインを利用して旋回性能を高めた車両がある。この場合、通常走行時や直進時には制御で車両挙動を安定化させる必要があるが、特開平６−６４５５４号公報に記載された技術では、ヨー角加速度の推定に２つの横加速度センサを用いており、実際のヨーレートが検出されないため、ヨーレートを確実に安定化させることができず、所望の車両挙動が得られない可能性がある。
【００７２】
実施例１では、ヨーレートセンサ８を用いて実際のヨーレートを検出するため、後方重心化等による強オーバーステア特性の車両とすることで、ヨー運動性能を高めた場合であっても、ヨーレートを確実に安定化させることができ、所望の車両挙動が得られる。
【００７３】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両運動制御装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
【００７４】
(1) ヨーレート操作量（前輪舵角,後輪左右駆動力差）に基づいて車両のヨーレート制御を行う車両運動制御方法において、ヨーレートγを検出するステップ（ヨーレートセンサ８）と、ヨー角加速度推定値dγhatに基づいて、ヨーレートγhatを推定するステップ（積分器102j）と、ヨーレート操作量と、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差であるヨーレート偏差(γ-γhat)と、このヨーレート偏差の積分値と、に基づいて、ヨー角加速度dγhatを推定するステップ（ヨー角加速度推定部102）と、目標ヨーレートtγとヨーレート検出値γとヨー角加速度推定値dγhatとに基づいて、ヨーレートの目標応答を満たすヨーレート操作量（フィードバック前輪舵角操作量δfFB，フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFB）を演算するステップ（F/B指令部103）と、を備える。これにより、コスト増や運転の違和感を伴うことなく、ヨーレートの制御精度の向上を図ることができる。
【００７５】
(2) ヨーレート操作量（前輪舵角,後輪左右駆動力差）に基づいて車両のヨーレート制御を行う車両運動制御装置において、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ８と、ヨー角加速度推定値dγhatに基づいて、ヨーレートγhatを推定する積分器102jと、ヨーレート操作量と、ヨーレート検出値γとヨーレート推定値γhatとの偏差であるヨーレート偏差(γ-γhat)と、このヨーレート偏差の積分値と、に基づいて、ヨー角加速度dγhatを推定するヨー角加速度推定部102と、目標ヨーレートtγとヨーレート検出値γとヨー角加速度推定値dγhatとに基づいて、ヨーレートの目標応答を満たすヨーレート操作量（フィードバック前輪舵角操作量δfFB,フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFB）を演算するF/B指令部103と、を備える。これにより、コスト増や運転の違和感を伴うことなく、ヨーレートの制御精度の向上を図ることができる。
【００７６】
(3) ヨー角加速度推定部102は、ヨーレート操作量（前輪操舵指令δf,後輪駆動力差指令uy*）によるヨーモーメント操作量（MY,2Ltuy*）を推定するタイヤ横力ヨーモーメント演算部102aと、推定されたヨーモーメント操作量（MY,2Ltuy*）と、ヨーレート偏差(γ-γhat)と、このヨーレート偏差の積算値(γ-γhat)/sとの各々に所定の係数(1/Iz,h1,h2)を乗じた値h1(γ-γhat)，h2(γ-γhat)を加算し、ヨー角加速度推定値dγhatを算出する加算器102iと、を備える。すなわち、実際のヨー角加速度dγに対するヨー角加速度のベース値dγhat0の推定偏差を、ヨーレート偏差(γ-γhat)の比例・積分補償に応じた補正値dγhatm（式(12)）により補正するため、操作入力に対するヨー角加速度の推定遅れを抑制することができる。
【００７７】
(4) 車体横すべり角βを検出する車体横すべり角センサ２９を備え、ヨーレート操作量は、前輪舵角であり、タイヤ横力ヨーモーメント演算部102aは、車体横すべり角βとヨーレート検出値γと車速Vと前輪舵角δfとに基づいて、タイヤ横力によるヨーモーメントMYを推定する。これにより、ヨーモーメントMYの推定精度をさらに高めることができる。
【００７８】
(5) 各車輪の輪荷重を推定する輪荷重推定手段（ステップS102）を備え、タイヤ横力ヨーモーメント演算部102aは、各輪荷重推定値Zfl,Zfr,Zrl,Zrrに基づいて、タイヤ横力によるヨーモーメントMYを推定する。これにより、ヨーモーメントMYの推定精度をさらに高めることができる。
【００７９】
(6) ヨー角加速度推定部102は、ヨーレート偏差(γ-γhat)とこのヨーレート偏差の積分値(γ-γhat)/sとに乗じる各係数h1,h2を、ヨーレートの目標応答速度が高いほど大きな値に設定する。これにより、ヨーレート変化が速くヨー角加速度が大きくなる場合のヨー角加速度の推定遅れ抑制と、ヨーレート変化が遅くヨー角加速度が小さくなることでノイズの影響が出やすい場合のノイズの影響抑制と、の両立を図ることができる。
【００８０】
(7) ヨーレート操作量を、後輪２RL,２RRの左右駆動力差uy*としたため、前後輪を転舵する場合と比較して安定余裕が増し、より確実に車両を安定化することができる。
【００８１】
(8) F/B指令部103は、ヨーレート偏差の積分値(γ-γhat)/sとヨーレート検出値γとに応じたヨー角加速度dγに対するヨー角加速度推定値dγhatのずれに基づいて制御誤差σfを演算する制御誤差演算部200と、演算された制御誤差σfに比例したフィードバック前輪舵角操作量δfFBを演算する前輪舵角F/B操作量演算部201と、を備える。これにより、ヨーレートの定常偏差を補償することができ、ヨーレートを規範応答で目標ヨーレートtγへ追従させることができる。
【００８２】
(9) フィードバック前輪舵角操作量δfFBは、前輪舵角δfであるため、ヨーレートの定常偏差を前輪舵角δfにより低エネルギーで補償することができる。
【００８３】
(10) F/B指令部103は、ヨーレート偏差(γ-γhat)に応じたヨー角加速度dγに対するヨー角加速度推定値dγhatのずれに基づいて制御誤差σuを演算する制御誤差演算部300と、演算された制御誤差σuに比例したフィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBを演算する駆動力差F/B操作量演算部301と、を備える。これにより、ヨーレートの過渡的な偏差を補償することができ、ヨーレートを規範応答で目標ヨーレートtγへ追従させることができる。
【００８４】
(11) フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBは、後輪左右駆動両差であるため、応答の遅い前輪舵角δfによるヨーレート偏差補償の遅れを、応答の速い後輪左右駆動力差で補償することができ、制御精度の向上によって運転の違和感を抑制することができる。
【００８５】
(12) F/B指令部103は、フィードバック前輪舵角操作量δfFBを決めるスイッチングゲインKfを前輪舵角δfの最大値とし、フィードバック後輪左右駆動力差操作量uFBを決めるスイッチングゲインKuを後輪駆動力差の最大値とする。すなわち、δfFB,uFBを機械的制限値に基づいて制限することにより、操作量指令値に対して実際の操作量が飽和することなく実現可能となり、ヨー角加速度推定部102において、ヨーレート操作量に基づくヨー角加速度の推定精度を向上させることができる。
【００８６】
(13) 前輪舵角δfからヨーレートへの伝達関数Qf(s,V)および後輪左右駆動力差からヨーレートへの伝達関数Qu(s,V)の逆モデルと、目標ヨーレートtγからヨーレートへの規範応答を示す伝達関数D(s,V)とに基づいて、目標ヨーレートtγと車速Vとからフィードフォワード操作量（フィードフォワード前輪舵角δfFF,フィードフォワード後輪駆動力差uFF）を演算し、このフィードフォワード操作量により前輪舵角δfおよび後輪駆動力差を補正するF/F指令部101を設けた。これにより、目標ヨーレートtγとヨーレートとのずれを後追いするフィードバック制御のみにより、目標ヨーレートtγに対するヨーレートの追従遅れを抑制でき、運転操作に対するレスポンスを向上させることができる。
【００８７】
(14) F/B指令部103は、目標ヨーレートtγとヨーレート検出値γとに応じたヨー角加速度を、目標ヨーレートtγを入力とした規範応答D(s,V)によるヨー角加速度と一致させる。これにより、目標ヨーレートtγへヨーレートが規範応答で精度良く追従し、運転者に滑らかな旋回挙動を提供できる。
【００８８】
（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。
【００８９】
例えば、実施例１では、前輪舵角と後輪左右駆動力差をヨーレート操作量としたが、本発明は、この組合せに限定されるものではなく、前輪舵角や後輪舵角や後輪左右駆動力差や前輪左右駆動力差等、ヨーレートを制御可能な操作量を１つ以上用いても実施可能である。また、ヨー角加速度推定部に入力する操作量は、前輪舵角と後輪左右駆動力差のいずれか一方でも従来技術に対して制御精度が向上する。
【００９０】
また、実施例１では、車体横すべり角センサにより車体横すべり角を検出する例を示したが、特開平５−１８５９４２号公報に記載された技術のように、車両の２個所の横加速度とヨーレートとから、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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施例１の車両運動制御装置を適用した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で演算される車両運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のヨーレートサーボ制御演算のブロック図である。
【図４】実施例１の目標駆動力マップである。
【図５】実施例１の目標横力マップである。
【図６】実施例１のフィードバック前輪舵角操作量演算ブロック図である。
【図７】実施例１のフィードバック後輪左右駆動力差操作量演算ブロック図である。
【図８】実施例１のヨー角加速度推定ブロック図である。
【図９】タイヤ横すべり角絶対値に対するタイヤ横力特性マップである。
【図１０】実施例１の目標ヨーレート変化率に対する推定ゲイン設定マップである。
【図１１】実施例１の効果を示す計算機シミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００９２】
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  補助操舵用モータ
１３  制御回路
１４  ステアリングギヤ
２１  操舵角センサ
２３  アクセルペダルセンサ
２５，２６  回転センサ
２８  加速度センサ
２９  車体横すべり角センサ
３０  統合コントローラ
100  目標値演算部
101  F/F指令部
102  ヨー角加速度推定部
102a  タイヤ横力ヨーモーメント演算部
102b  乗算器
102c  加算器
102d  乗算器
102e  比較器
102f  乗算器
102g  乗算器
102h  積分器
102i  加算器
102j  積分器
103  F/B指令部
104  車両
200  制御誤差演算部
201  前輪舵角F/B操作量演算部
300  制御誤差演算部
301  駆動力差F/B操作量演算部
【図１】
2008074185.tif 000017
【図２】
2008074185.tif 000018
【図３】
2008074185.tif 000019
【図４】
2008074185.tif 000020
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008074185.tif 000024
【図９】
2008074185.tif 000025
【図１０】
2008074185.tif 000026
【図１１】
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