(57)【要約】【課題】操舵と制動または操舵と駆動との協調制御を行なう。【解決手段】車体に加える目標合成力を演算し（１８)、各車輪の限界摩擦円の大きさを推定し（２０）、推定された限界摩擦円の大きさから限界合成力を推定し（２２）、目標合成力と限界合成力との比をμ利用率として設定し（２４）、限界摩擦円の大きさとμ利用率とからタイヤ発生力の大きさを設定する（２６）。各制御対象車輪で発生するタイヤ発生力の方向を、方向を求める制御対象車輪の位置から他の車輪までの発生合力の方向の距離と他の車輪のタイヤ発生力の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて各々設定し（２８）、設定されタイヤ発生力の大きさ、及び設定されたタイヤ発生力の方向に基づいて、各制御対象車輪の操舵と制動または操舵と駆動との協調制御を行なう（３０）。【選択図】        図１４
2004249971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力と各車輪の限界摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件とに基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を演算する工程と、
演算された各車輪のタイヤ発生力に関する物理量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第1の制御量、または前記第1の制御量及び各車輪の操舵角を制御する第２の制御量を演算する工程と、
前記第1の制御量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するか、または前記第1の操作量及び前記第２の操作量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方及び各車輪の操舵角を制御する工程と、
を含む車両制御方法。
【請求項２】
前記拘束条件を、前記目標合成力と直交する方向には力が発生しないことを表す式、及び車両重心回りのモーメントが目的とするモーメントに等しいことを表す式により定めた請求項１記載の車両制御方法。
【請求項３】
前記拘束条件を、車輪数より少ない個数の式、または該式を線形化した式により定めた請求項１または２記載の車両制御方法。
【請求項４】
前記目標合成力を、各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を含む２次評価関数で表し、
前記拘束条件を定める式の１次近似式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力に関する物理量として演算する請求項２または３の車両制御方法。
【請求項５】
前記目標合成力を、各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を含む２次評価関数で表し、
前記拘束条件を定める式の１次近似式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を初期値として演算し、
演算した初期値を用いて、前記拘束条件を定める式を線形化し、
前記拘束条件の線形化式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を近似解として演算し、
演算した近似解を前記初期値として用いて、前記拘束条件を定める式の線形化、及び前記近似解の演算を繰り返すことにより、前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力に関する物理量を演算する請求項２または３記載の車両制御方法。
【請求項６】
前記初期値または近似解を中心にテーラー展開することにより、前記拘束条件を表す式を線形化する請求項５記載の車両制御方法。
【請求項７】
前記タイヤ発生力に関する物理量はタイヤ発生力の方向であって、
前記各車輪のμ利用率、前記演算したタイヤ発生力の方向、及び前記限界摩擦円の大きさを用いて、ブラッシュモデルに基づいてスリップ角を演算し、演算した該スリップ角を用いて、車両運動モデルに基づいて前記第２の制御量を演算する請求項１〜６のいずれか１項記載の車両制御方法。
【請求項８】
前記限界摩擦円の大きさを各輪のμ推定値、または仮想μ値及び各輪荷重に基づいて求める請求項１〜７のいずれか１項記載の車両制御方法。
【請求項９】
前記タイヤ発生力に関する物理量はタイヤ発生力の方向であって、
前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力の方向は、
各車輪のμ利用率を均等に最小化するタイヤ発生力の方向、
前後輪のμ利用率が異なるようにするタイヤ発生力の方向、及び
各車輪のタイヤ発生力の大きさが輪荷重に比例するようにするタイヤ発生力の方向のいずれかである請求項１〜８のいずれか１項記載の車両制御方法。
【請求項１０】
各車輪の路面μが異なるために輪荷重に比例するタイヤ発生力の大きさが得られない場合には、低μ輪については限界摩擦円の大きさをタイヤ発生力の大きさとして用い、高μ輪についてはμ利用率を最小とするタイヤ発生力の大きさを用いる請求項９記載の車両制御方法。
【請求項１１】
左右の車輪で操舵角が同一になるように制御する請求項１〜１０のいずれか１項記載の車両制御方法。
【請求項１２】
前記μ利用率を、各輪の限界摩擦円の大きさから得られる限界合成力の大きさに対する前記目標合成力の大きさで表した請求項１〜１１のいずれか１項記載の車両制御方法。
【請求項１３】
前記各車輪で発生するタイヤ発生力の方向を、各車輪で発生したタイヤ発生力の合力として車体に作用する発生合力の方向を基準とし、方向を求める対象車輪の位置から他の車輪までの前記発生合力の方向の距離と該他の車輪の前記タイヤ発生力の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて定めた請求項７〜１２のいずれか１項記載の車両制御方法。
【請求項１４】
ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力を演算する目標合成力演算手段と、
各車輪の限界摩擦円の大きさを推定する限界摩擦円推定手段と、
前記目標合成力と前記各車輪の限界摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件とに基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を演算するタイヤ発生力演算手段と、
演算された各車輪のタイヤ発生力に関する物理量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第1の制御量、または前記第1の制御量及び各車輪の操舵角を制御する第２の制御量を演算する制御量演算手段と、
前記第1の制御量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するか、または前記第1の操作量及び前記第２の操作量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方及び各車輪の操舵角を制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。
【請求項１５】
前記拘束条件を、前記目標合成力と直交する方向には力が発生しないことを表す式、及び車両重心回りのモーメントが目的とするモーメントに等しいことを表す式により定めた請求項１４記載の車両制御装置。
【請求項１６】
前記拘束条件を、車輪数より少ない個数の式、または該式を線形化した式により定めた請求項１４または１５記載の車両制御装置。
【請求項１７】
前記目標合成力を、各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を含む２次評価関数で表し、
前記拘束条件を定める式の１次近似式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力に関する物理量として演算する請求項１５または１６記載の車両制御装置。
【請求項１８】
前記目標合成力を、各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を含む２次評価関数で表し、
前記拘束条件を定める式の１次近似式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を初期値として演算し、
演算した初期値を用いて、前記拘束条件を定める式を線形化し、
前記拘束条件の線形化式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を近似解として演算し、
演算した近似解を前記初期値として用いて、前記拘束条件を定める式の線形化、及び前記近似解の演算を繰り返すことにより、前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力に関する物理量を演算する請求項１５または１６記載の車両制御装置。
【請求項１９】
前記初期値または近似解を中心にテーラー展開することにより、前記拘束条件を表す式を線形化する請求項１８記載の車両制御装置。
【請求項２０】
前記タイヤ発生力に関する物理量はタイヤ発生力の方向であって、
前記各車輪のμ利用率、前記演算したタイヤ発生力の方向、及び前記限界摩擦円の大きさを用いて、ブラッシュモデルに基づいてスリップ角を演算し、演算した該スリップ角を用いて、車両運動モデルに基づいて前記第２の制御量を演算する請求項１４〜１９のいずれか１項記載の車両制御装置。
【請求項２１】
前記限界摩擦円の大きさを各輪のμ推定値、または仮想μ値及び各輪荷重に基づいて求める請求項１４〜２０のいずれか１項記載の車両制御装置。
【請求項２２】
前記タイヤ発生力に関する物理量はタイヤ発生力の方向であって、
前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力の方向は、
各車輪のμ利用率を均等に最小化するタイヤ発生力の方向、
前後輪のμ利用率が異なるようにするタイヤ発生力の方向、及び
各車輪のタイヤ発生力の大きさが輪荷重に比例するようにするタイヤ発生力の方向のいずれかである請求項１４〜２１のいずれか１項記載の車両制御装置。
【請求項２３】
各車輪の路面μが異なるために輪荷重に比例するタイヤ発生力の大きさが得られない場合には、低μ輪については限界摩擦円の大きさをタイヤ発生力の大きさとして用い、高μ輪についてはμ利用率を最小とするタイヤ発生力の大きさを用いる請求項２２記載の車両制御装置。
【請求項２４】
左右の車輪で操舵角が同一になるように制御する請求項１４〜２３のいずれか１項記載の車両制御装置。
【請求項２５】
前記μ利用率を、各輪の限界摩擦円の大きさから得られる限界合成力の大きさに対する前記目標合成力の大きさで表した請求項１４〜２４のいずれか１項記載の車両制御装置。
【請求項２６】
前記各車輪で発生するタイヤ発生力の方向を、各車輪で発生したタイヤ発生力の合力として車体に作用する発生合力の方向を基準とし、方向を求める対象車輪の位置から他の車輪までの前記発生合力の方向の距離と該他の車輪の前記タイヤ発生力の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて定めた請求項２０〜２５のいずれか１項記載の車両制御装置。
【請求項２７】
ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力を演算する演算手段と、
各車輪の限界摩擦円の大きさを推定する限界摩擦円推定手段と、
前記限界摩擦円推定手段で推定された各車輪の限界摩擦円の大きさに基づいて、限界合成力を推定する限界合成力推定手段と、
前記目標合成力と前記限界合成力との比をμ利用率として設定するμ利用率設定手段と、
各車輪の前記限界摩擦円の大きさに前記μ利用率を乗算して各車輪で利用するタイヤ発生力の大きさを設定するタイヤ発生力大きさ設定手段と、
各車輪で発生したタイヤ発生力の合力として車体に作用する発生合力の方向を基準とした各車輪で発生するタイヤ発生力の方向を、方向を求める対象車輪の位置から他の車輪までの前記発生合力の方向の距離と該他の車輪の前記タイヤ発生力の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて各々設定するタイヤ発生力方向設定手段と、
設定されたタイヤ発生力の大きさ及び方向に基づいて、各車輪の操舵角と、制動力及び駆動力の少なくとも一方とを制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。
【請求項２８】
前記制御手段は、
演算された各車輪のタイヤ発生力の方向及び各車輪のタイヤ発生力の大きさに基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第1の制御量、または前記第1の制御量及び各車輪の操舵角を制御する第２の制御量を演算する手段と、
前記第1の制御量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するか、または前記第1の操作量及び前記第２の操作量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方及び各車輪の操舵角を制御する手段と、
を含む請求項２７記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御方法及び車両制御装置に係り、特に、４輪独立に操舵角及び制駆動力を制御することによりタイヤ発生力が制御可能な車両、及び前後輪独立に操舵角及びタイヤ発生力が制御可能な車両等を制御するための車両制御方法及び車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
４輪の全てを制御対象とし、４輪独立に操舵角を制御する従来技術としては、特開２００１−３２２５５７号公報記載の技術が知られている。この従来技術には、旋回中に各車輪の操舵角が車両旋回中心に対して直角になるように操舵すると共に、失陥輪が生じた場合には失陥輪の摩擦力を低減するように操舵とブレーキ制御とを行うことが開示されている。この従来技術では、操舵と制動との強調または操舵と駆動との協調については言及されておらず、例えば操舵角は、制駆動に関わらず一定の値を目標値として出力している。
【特許文献１】特開２００１−３２２５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、実際の車両では、タイヤと路面との間に摩擦限界が存在し、制駆動力を増加させることによって横力が減少する等の影響がある。このため、タイヤと路面と間の摩擦力を最大限有効に利用するためには、操舵と制動または操舵と駆動との協調が不可欠であるが、上記従来技術には、制駆動に応じて操舵を修正させる等の両者の協調に関しては何ら言及されておらず、タイヤ発生力を最適に利用できない、という問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、μ利用率を最適化するタイヤ発生力の方向を用いてタイヤ発生力を最適に利用できるようにした制駆動制御、操舵と制動または操舵と駆動との協調制御を行なう車両制御方法及び車両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】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の車両制御方法は、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力と各車輪の限界摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件とに基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を演算し、演算された各車輪のタイヤ発生力に関する物理量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第1の制御量、または前記第1の制御量及び各車輪の操舵角を制御する第２の制御量を演算し、前記第1の制御量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するか、または前記第1の操作量及び前記第２の操作量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方及び各車輪の操舵角を制御することを特徴とする。
【０００６】
前記拘束条件は、前記目標合成力と直交する方向には力が発生しないことを表す式、及び車両重心回りのモーメントが目的とするモーメントに等しいことを表す式により定めることができ、また、車輪数より少ない個数の式、または該式を線形化した式により定めることができる。
【０００７】
前記目標合成力を、各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を含む２次評価関数で表し、前記拘束条件を定める式の１次近似式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力に関する物理量として演算することができる。
【０００８】
また、前記目標合成力を、各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を含む２次評価関数で表し、前記拘束条件を定める式の１次近似式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を初期値として演算し、演算した初期値を用いて、前記拘束条件を定める式を線形化し、前記拘束条件の線形化式を満足し、かつ前記２次評価関数を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を近似解として演算し、演算した近似解を前記初期値として用いて、前記拘束条件を定める式の線形化、及び前記近似解の演算を繰り返すことにより、前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力に関する物理量を演算することができる。
【０００９】
前記拘束条件を表す式を線形化するには、前記初期値または近似解を中心にテーラー展開すればよい。
【００１０】
前記タイヤ発生力に関する物理量はタイヤ発生力の方向とし、前記第２の制御量は、前記各車輪のμ利用率、前記演算したタイヤ発生力の方向、及び前記限界摩擦円の大きさを用いて、ブラッシュモデルに基づいてスリップ角を演算し、演算した該スリップ角を用いて、車両運動モデルに基づいてを演算することができる。
【００１１】
前記限界摩擦円の大きさは、各輪のμ推定値、または仮想μ値及び各輪荷重に基づいて求めることができる。
【００１２】
前記タイヤ発生力に関する物理量はタイヤ発生力の方向とし、前記各車輪のμ利用率を最適化するタイヤ発生力の方向は、各車輪のμ利用率を均等に最小化するタイヤ発生力の方向、前後輪のμ利用率が異なるようにするタイヤ発生力の方向、及び各車輪のタイヤ発生力の大きさが輪荷重に比例するようにするタイヤ発生力の方向のいずれかとすることができる。
【００１３】
各車輪の路面μが異なるために輪荷重に比例するタイヤ発生力の大きさが得られない場合には、低μ輪については限界摩擦円の大きさをタイヤ発生力の大きさとして用い、高μ輪についてはμ利用率を最小とするタイヤ発生力の大きさを用いればよい。
【００１４】
左右の車輪で操舵角が同一になるように制御することもでき、前記μ利用率は、各輪の限界摩擦円の大きさから得られる限界合成力の大きさに対する前記目標合成力の大きさで表すことができる。
【００１５】
そして、前記各車輪で発生するタイヤ発生力の方向は、各車輪で発生したタイヤ発生力の合力として車体に作用する発生合力の方向を基準とし、方向を求める対象車輪の位置から他の車輪までの前記発生合力の方向の距離と該他の車輪の前記タイヤ発生力の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて定めることができる。
【００１６】
本発明の車両制御装置は、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力を演算する目標合成力演算手段と、各車輪の限界摩擦円の大きさを推定する限界摩擦円推定手段と、前記目標合成力と前記各車輪の限界摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件とに基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各車輪のタイヤ発生力に関する物理量を演算するタイヤ発生力演算手段と、演算された各車輪のタイヤ発生力に関する物理量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第1の制御量、または前記第1の制御量及び各車輪の操舵角を制御する第２の制御量を演算する制御量演算手段と、前記第1の制御量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するか、または前記第1の操作量及び前記第２の操作量に基づいて、各車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方及び各車輪の操舵角を制御する制御手段と、を含んで構成することができる。
【００１７】
また、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力を演算する演算手段と、各車輪の限界摩擦円の大きさを推定する限界摩擦円推定手段と、前記限界摩擦円推定手段で推定された各車輪の限界摩擦円の大きさに基づいて、限界合成力を推定する限界合成力推定手段と、前記目標合成力と前記限界合成力との比をμ利用率として設定するμ利用率設定手段と、各車輪の前記限界摩擦円の大きさに前記μ利用率を乗算して各車輪で利用するタイヤ発生力の大きさを設定するタイヤ発生力大きさ設定手段と、各車輪で発生したタイヤ発生力の合力として車体に作用する発生合力の方向を基準とした各車輪で発生するタイヤ発生力の方向を、方向を求める対象車輪の位置から他の車輪までの前記発生合力の方向の距離と該他の車輪の前記タイヤ発生力の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて各々設定するタイヤ発生力方向設定手段と、設定されたタイヤ発生力の大きさ及び方向に基づいて、各車輪の操舵角と、制動力及び駆動力の少なくとも一方とを制御する制御手段と、を含んで構成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、制駆動制御、操舵と制動または操舵と駆動との協調制御を効率的に行なうことができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、４輪独立に操舵と制動、及び操舵と駆動が可能な車両における操舵と制動、及び操舵と駆動の各協調制御の原理について説明する。
【００２０】
図１に示す４輪車両運動モデルについて、ドライバが望む車体運動を得るために４輪の各々で発生するタイヤ発生力の合力として車体に加えられる力（発生合力）の方向θ（車両前後方向を基準とした角度）と、各車輪の限界摩擦円の大きさ（半径）Ｆi（ただし、ｉ＝１〜４であり、ｉ＝１は左前輪、ｉ＝２は右前輪、ｉ＝３は左後輪、ｉ＝４は右後輪を各々表している。）とが既知である場合に、目的とするヨーモーメントを確保しつつ、最大の発生合力、すなわち車体に発生する加速度（または減速度）を最大にするための各車輪のタイヤ発生力の方向を求める。この各車輪のタイヤ発生力の方向は、発生合力方向と単輪発生力（各車輪のタイヤ発生力）方向との成す角度ｑiで表す。
【００２１】
なお、限界摩擦円は、タイヤがグリップを失わないで車両の運動性能を制御できる限界を表す円であり、限界摩擦円の大きさは車輪と路面との間に生じるタイヤの摩擦力の最大値を表しており、各輪のμ（摩擦係数）推定値または仮想μ値と各輪の荷重に基づいて求めることができる。タイヤの摩擦力は、進行方向（駆動力または制動力）の力と横方向（右方向または左方向）の摩擦力との合成力であり、何れかの方向の摩擦力が１００％、すなわち限界摩擦円の大きさに一致した場合、他方向の摩擦力はゼロになる。なお、制動力は駆動力と逆方向になる。この摩擦力の範囲をベクトル図で現わすと、図３に示すように略円形で表現できることから限界摩擦円と呼ばれている。
【００２２】
ところで、図１の４輪車両運動モデルについて、図２に示すように発生合力の方向をｘ軸、ｘ軸に垂直な方向をｙ軸とする座標変換を実施すると、各タイヤの位置（ｘ，ｙ）＝（ｂi，ａi）は、以下の式で表すことができる。
【００２３】
【数１】
2004249971.tif 000003
【００２４】
ただし、Ｔfは前輪間の間隔、Ｔrは後輪間の間隔、Ｌfは車両重心から前輪間の中点までの距離、Ｌrは車両重心から後輪間の中点までの距離であり、ａiはｘ軸からの距離、ｂiはｙ軸からの距離を各々表している。
【００２５】
また、現時点の車両重心周りで発生すべきヨーモーメント（目的とするモーメント）をＭzとすると、各車輪のタイヤ発生力の方向を示す角度ｑiには、以下の式で表される拘束条件が存在することになる。
【００２６】
【数２】
2004249971.tif 000004
【００２７】
（９）式は、ｙ方向、すなわち発生合力の方向と直交する方向には合力が発生しないことを拘束条件として表したものであり、（１０）式は車両重心回りのモーメントが目的とするヨーモーメントＭzであることを拘束条件として表したものである。この拘束条件を表す式の個数は、車輪数より少なくなる。
【００２８】
したがって、発生合力を最大化する問題、すなわちμ利用率を最大化する問題は、（９）、（１０）式の拘束条件を満足し、かつ以下の（１１）式で表されるｘ軸方向の力の和（発生合力）Ｊを最大化する角度ｑiを求める問題となる。
【００２９】
【数３】
2004249971.tif 000005
【００３０】
この問題は、後述するように非線形の最適化問題として数値的な収束演算によって求めることが可能であるが、以下で説明するように近似による解の導出が可能である。
【００３１】
まず、拘束条件を表す（９）、（１０）式を１次近似すると次式が得られる。
【００３２】
【数４】
2004249971.tif 000006
【００３３】
また、（１１）式については２次近似によって次式の２次評価関数が得られる。
【００３４】
【数５】
2004249971.tif 000007
【００３５】
さらに、（１４）式の２次評価関数を最大化する角度ｑiを求める問題は、（１４）式において負の符号を有する項の和（Ｋ／２）を最小にする角度ｑiを求める問題、すなわち（１５）式で表される２次評価関数を最小化する角度ｑiを求める問題に置き換えることができる。
【００３６】
すなわち、μ利用率を最大化する問題は、（１４）式で表された各車輪の限界摩擦円の大きさ及び車輪のタイヤ発生力の方向を含む２次評価関数を最大化する角度ｑiを求める問題、または（１５）式で表された各車輪の限界摩擦円の大きさ及び各車輪のタイヤ発生力の方向を含む２次評価関数を最小化する角度ｑiを求める問題、すなわちμ利用率を最適化する角度ｑiを求める問題となる。
【００３７】
【数６】
2004249971.tif 000008
【００３８】
ここで、次の（１６）式を用いて変数変換を行なうと、
【００３９】
【数７】
2004249971.tif 000009
【００４０】
（１５）式は、下記（１７）式に示すようになり、
【００４１】
【数８】
2004249971.tif 000010
【００４２】
結局、
【００４３】
【数９】
2004249971.tif 000011
【００４４】
（１８）式及び（１９）式を満足するユークリッドノルム最小のｐiを求める問題に置き換えられ、次式のように解くことができる。
【００４５】
【数１０】
2004249971.tif 000012
【００４６】
だたし、
【００４７】
【数１１】
2004249971.tif 000013
【００４８】
である。
【００４９】
また、（２０）式のｄｉａｇは括弧内の値を対角要素とする対角行列を表し、＋は擬似逆行列を表している。なお、Ａが横長フルランクの行列の場合、Ａの擬似逆行列は、
【００５０】
【数１２】
2004249971.tif 000014
【００５１】
で演算できる。
【００５２】
上記（２０）式〜（２４）式によって導出された角度ｑiは、後述するようにμ利用率γが１ときの各車輪の発生力方向として、直接、操舵角と制動力または操舵角と駆動力の統合制御に利用することができる。
【００５３】
また、（２１）式〜（２４）式は、角度ｑiを求める車輪の位置から他の車輪までの車体合成力方向の距離（例えば、ｉ＝１の車輪については（ｂ1−ｂ2）、（ｂ1−ｂ3）、（ｂ1−ｂ4））と限界摩擦円の大きさとの積を他の車輪全てについて加算した和を各々表している。したがって、各車輪の発生力の方向の車体合成力方向に対する角度ｑiは、各々の輪の位置から他の輪までの車体合成力方向の距離と限界摩擦円の大きさとの積を他の車輪全てについて加算した和に比例していることを表している。
【００５４】
さらに、各車輪の位置を表すａi，ｂiが、車体合成力方向θの関数であるので、各車輪の力の方向の車体合成力方向に対する角度ｑiは、車体合成力方向と各輸の限界摩擦円の大きさの関数として表すことができる。
【００５５】
上記のようにして導出された角度ｑiは、上記（９）式〜（１１）式の非線形最適化における収束演算の初期値として利用することもできる。一般に、非線形最適化問題では、初期値を最適値の近傍とすることによって収束演算の収束が速くなるという性質があり、（２０）式〜（２４）式の解を初期値として非線形最適化問題に利用することによって演算効率を高めることができる。
【００５６】
ここでの非線形最適化問題は、（２０）式〜（２４）式で導出された近似解を中心に（９），（１０）式をテーラー展開して解を導出し、再びこの解を中心としたテーラー展開と解の導出を繰り返すことによって精度の良い近似解として求めるものである。
【００５７】
まず、（９），（１０）式を上記（２０）式〜（２４）式によって導出された角度ｑiを初期値ｑi0とし、この初期値ｑi0を中心にテーラー展開すると次式が導出される。
【００５８】
【数１３】
2004249971.tif 000015
【００５９】
これらの（２６）式及び（２７）式を満足し、かつ（１５）式を最小化する解は、上記で説明したように擬似逆行列を使用し、以下の（２８）式のように導出することができる。
【００６０】
【数１４】
2004249971.tif 000016
【００６１】
次に、（２８）式の近似解を用い、この近似解を中心に再度テーラー展開し、テーラー展開した式を満足し、かつ（１５）式を最小化する解を上記で説明したように擬似逆行列を使用して導出する。そして、テーラー展開と近似解の導出とを所定回繰返し、精度のよい角度ｑiを導出する。
【００６２】
これにより、この（２８）式を漸化式として繰り返し演算を行うこと、すなわち前ステップで演算されたｑiを次ステップのｑi0として使用し、テーラー展開とｑiの演算とを繰返し行うことで、最適化の精度を向上させることができる。
【００６３】
次に限界前の操舵・制駆動制御の協調について説明する。上記では、限界運動性能（車体力）を向上させるための操舵系と制駆動系の協調について説明した。ここでは、この制御則を限界前の領域に拡張し、各輪のグリップ余裕を最大化する協調法について説明する。
【００６４】
各輪のμ利用率をγとした場合、車体発生力の横方向とヨー方向の拘束条件は、上記（９）、（１０）式と同様に、以下の式で表される。
【００６５】
【数１５】
2004249971.tif 000017
【００６６】
すなわち
【００６７】
【数１６】
2004249971.tif 000018
【００６８】
と表される。また、車体発生力の大きさを拘束条件として表すと、
【００６９】
【数１７】
2004249971.tif 000019
【００７０】
すなわち、
【００７１】
【数１８】
2004249971.tif 000020
【００７２】
となる。したがって、各輪のグリップ余裕を均一に最大化する協調法は（２９）〜（３１）式を満足し、μ利用率γを最小にする角度ｑiを求める問題となる。また、この問題は、Ｆ≠０のときには（３０），（３１）式を整理することによって、得られる下記（３２）式と、
【００７３】
【数１９】
2004249971.tif 000021
【００７４】
上記（２９）式とを満足し、かつ、
【００７５】
【数２０】
2004249971.tif 000022
【００７６】
上記（３３）式を最大化する角度ｑiを求める問題と考えることもできる。上記で説明したのと同様に近似解の導出を考える場合、（２９），（３２）式は、１次近似によって以下の式のようになる。
【００７７】
【数２１】
2004249971.tif 000023
【００７８】
また（３３）式は、２次近似によって（１４）式の２次評価関数に一致する。このため、上記と同様に（１６）式の変数変換を実施し、
【００７９】
【数２２】
2004249971.tif 000024
【００８０】
を満足するユークリッドノルム最小のｐiを求める問題に置き換えられ、次式のように解くことができる。
【００８１】
【数２３】
2004249971.tif 000025
【００８２】
ただし、
【００８３】
【数２４】
2004249971.tif 000026
【００８４】
である。また、上記で説明したようにｄｉａｇは対角行列を、＋は擬似逆行列を表している。（３８）〜（４２）式によって導出された角度ｑiは、後述するように直接各輪のタイヤ発生力方向として操舵と制動または操舵と駆動の統合制御に利用することもできるし、（２９）〜（３１）式の非線形最適化における収束演算の初期値として利用することもできる。なお、上記で説明したのと同様にテーラー展開に基づく繰り返し演算によって精度の良い近似解を求める漸化式は、次式のように与えられる。
【００８５】
【数２５】
2004249971.tif 000027
【００８６】
なお、μ利用率γは、こうして導出された角度ｑiを用い、下記（４４）式に基づき演算される。すなわち、μ利用率は、各輪の限界摩擦円の大きさから得られる限界合成力（各輪の限界摩擦円の大きさから得られる限界力の目標合成力方向の合力）に対する目標合成力（車体力）Ｆの比で表される。
【００８７】
【数２６】
2004249971.tif 000028
【００８８】
また、各輪の制駆動力は、μ利用率、各輪の限界摩擦円の大きさＦi、及び方向ｑi＋θを用いて、下記の（４５）式のように導出できる。なお、γＦiは、タイヤ発生力の大きさを表す。
【００８９】
【数２７】
2004249971.tif 000029
【００９０】
また、同様に各輪の横力は、下記（４６）式のように導出できる。
【００９１】
【数２８】
2004249971.tif 000030
【００９２】
各輪の舵角は、例えばブラッシュモデルと車両運動モデルとに基づいて演算することができる。ブラッシュモデルは、タイヤ発生力特性を理論式に基づいて記述したモデルであり、タイヤ発生力がブラッシュモデルに従って発生すると仮定すると、各輪の限界摩擦円の大きさＦi，各輪のμ利用率γ，各輪のタイヤ発生力の方向（ｑi＋θ）からスリップ角βiを以下のように求めることができる。
【００９３】
【数２９】
2004249971.tif 000031
【００９４】
ただし、
【００９５】
【数３０】
2004249971.tif 000032
【００９６】
ここで、Ｋs：ドライビングスティッフネス、Ｋβ：コーナリングスティッフネスである。
【００９７】
さらに各輪の舵角δiは、スリップ角から車両運動モデルに基づいて演算される。すなわち、車速ｖ、操舵角、アクセル開度、ブレーキ踏力などから目標となる車両運動状態量として演算されるヨー角速度ｒ0、車体スリップ角β0から以下のように演算することができる。なお、β1〜β4は、（４７）式の各輪のスリップ角である。
【００９８】
【数３１】
2004249971.tif 000033
【００９９】
操舵制御と制駆動制御との協調を行う場合には、上記のようにして求めた（４５）式の制駆動力を第1の操作量とし、（４９）〜（５２）式の操舵角を第２の操作量として、第1の操作量に基づいて制動力及び駆動力を制御すると共に、第２の操作量に基づいて操舵角、すなわちタイヤ発生力の方向を制御する。なお、タイヤ発生力の方向を制御すると共に、制動力及び駆動力のいずれか一方の大きさを制御するようにしてもよい。
【０１００】
この制御に基づく操舵制御と制駆動制御との協調を実施した場合、常に各輪のμ利用率を均等に最小化することが可能となり、路面や横風などの外乱に対し最も余裕のある運動性能を示すことが可能である。
【０１０１】
また、車体に加えるべき合成力を最大化するときには、上記（４５）式において各輪のμ利用率γを１とすれば各輪の制駆動力が求められ、上記（４８）式においてμ利用率γを１とすれば（４９）〜（５２）式より各輪の操舵角が求められる。
【０１０２】
そして、上記のようにして求めた各輪の制駆動力及び各輪の操舵角を操作量として車両の駆動力と操舵角、または制動力と操舵角を協調制御する。
【０１０３】
なお、制駆動力のみを演算し、駆動力、制動力、または制駆動力を制御する、すなわち操舵角を制御することなくタイヤ発生力の大きさのみを制御するようにしてもよい。
【０１０４】
次に、通常の４輪操舵車へ適応して左右同輪操舵角で制御する場合について説明する。左右輪の操舵角が一致している従来の４輪操舵車の場合、左右輪のスリップ角が一致するという以下の拘束条件が更に付加されることになる。
【０１０５】
【数３２】
2004249971.tif 000034
【０１０６】
これらの拘束条件は、
【０１０７】
【数３３】
2004249971.tif 000035
【０１０８】
と整理することが可能であり、さらに１次近似すると
【０１０９】
【数３４】
2004249971.tif 000036
【０１１０】
と表される。ここで、μ利用率１の場合、すなわち車体力最大化時には、上記で説明したように、
【０１１１】
【数３５】
2004249971.tif 000037
【０１１２】
という拘束条件が存在することから、近似解は、
【０１１３】
【数３６】
2004249971.tif 000038
【０１１４】
と導出される。また、μ利用率が１以下の状態で車体力Ｆが与えられた場合には、（６０）式の代わりに（３２）式が用いられるとともに、μ利用率γを、
【０１１５】
【数３７】
2004249971.tif 000039
【０１１６】
とすることによって近似解は、
【０１１７】
【数３８】
2004249971.tif 000040
【０１１８】
と導出される。また、このときの各輪の制駆動力及び操舵角は、（４５）、（４７）〜（５２）式によって演算される。ただし、（４６）〜（４９）式において左右輪の操舵角は同じ値が演算される。なお、（６１）、（６２）式は、１次近似によって導出されたものであり、これを初期値として対応する非線形の方程式を上記で説明したように数値的に求め、この解に基づく制御を行なうこともできる。なお、前述のテーラ展開を利用した繰り返し演算を（６１）式に適用した場合、近似解は以下の式で表される。
【０１１９】
【数３９】
2004249971.tif 000041
【０１２０】
ただし、
【０１２１】
【数４０】
2004249971.tif 000042
【０１２２】
また、（６２）式に適用した場合には、、近似解は以下の式で表される。
【０１２３】
【数４１】
2004249971.tif 000043
【０１２４】
次に、上記の原理を利用した本実施の形態の第１の具体的構成を図４に基づいて説明する。図に示すように、本実施の形態は、目標合成力の大きさ及び方向を演算する目標合成力演算手段１８、各車輪の限界摩擦円の大きさ（半径）を各々推定する限界摩擦円推定手段２０、目標合成力の大きさ及び方向と各輪の限界摩擦円の大きさとに基づいて、各輪の発生力方向とμ利用率とを演算する各輪発生力方向・μ利用率演算手段２５、各車輪のタイヤ発生力の大きさを設定する各輪発生力設定手段２８、及び協調制駆動装置に接続された制御手段３０で構成される。
【０１２５】
目標合成力演算手段１８は、操舵角、車速、アクセル開度、及びブレーキ踏力等からドライバの望む車体運動を得るために車体に加えられる合成力の大きさ及び方向、及びヨーモーメントを演算する。これらの合成力の大きさ及び方向、及びヨーモーメントは、例えば、ドライバ操作に応じて設定される目標となる車両運動状態量であるヨー角速度と車体スリップ角の実測値（または推定値）との偏差に応じて、この偏差を０に漸近させるために必要な合成力の大きさ及び方向及びヨーモーメントを演算することで求めることができる。
【０１２６】
限界摩擦円推定手段２０は、各車輪毎の限界摩擦円の大きさをＳＡＴや車輪速運動に基づいて推定する。
【０１２７】
各輪発生力方向・μ利用率演算手段２５は、目標合成力の大きさ及び方向と各輪の限界摩擦円の大きさをパラメータとして含む上記の拘束条件とに基づいて、各輪の発生力方向とμ利用率とを演算する。この演算では、各輪のμ利用率が均等に最小化するようにタイヤ発生力の方向を演算する場合と、各輪のタイヤ発生力の大きさがが各輪の荷重配分に比例する配分で最小化するようにタイヤ発生力の方向を演算する場合とがある。
【０１２８】
各車輪の路面μが異なるために輪荷重に比例するタイヤ発生力の大きさが演算できない場合には、低μ輪については限界摩擦円の大きさをタイヤ発生力の大きさとして用い、高μ輪についてはμ利用率を最小とするタイヤ発生力の大きさを用いればよい。
【０１２９】
各輪の発生力方向は、上記で説明したように車輪数より少ない線形化された代数方程式に基づいて求めることができる。また、各輪のμ利用率を均等に最小化させる場合には、上述したように、各車輪で発生したタイヤ発生力の合力として車体に作用する発生合力の方向の距離であって、方向を求める対象車輪の位置から他の車輪までの距離と、この他の車輪の限界摩擦円の大きさとの積を他の車輪の全てについて加算した和に基づいて求めることができる。
【０１３０】
各輪発生力設定手段２８は、μ利用率を最適化するための各輪のタイヤ発生力方向に基づいて、各輪の舵角と制駆動力とを演算する。
【０１３１】
制御手段３０は、各輪発生力設定手段２８で演算された舵角と制駆動力が得られるように操舵及び制駆動アクチュエータによって制御する。
【０１３２】
図５は、上記の第１の具体的構成によって、片側が路面μ＝０．３の雪上路ともう片側が路面μ＝１．０のドライ路面というまたぎ路面で直進制動を行ったときの制動加速度［Ｇ］の比較をシミュレーションによって演算したものである。なお、４輪独立操舵は、（２８）式、前後輪操舵は（６３）式に基づいた制御が行なわれており、４輪独立操舵によって制動力が８％ほど増加することがわかる。
【０１３３】
図６は、（２８）、（６３）式に基づいて演算される各輪の発生力方向の演算繰り返し回数を、図７は、収束後の各輪の発生力ベクトルと操舵角とを示したものである。
【０１３４】
図６より、各輪の発生力方向は、２、３回の演算で収束することがわかる。また、図７より、４輪独立操舵は、比較的余裕のある高μ側の車輪でモーメントを打ち消す横力を発生させていることがわかる。
【０１３５】
ところで、図７における前後輪操舵は、摩擦円の縁（図８のタイヤ特性におけるｋa）を利用する制御則となっているが、より深いスリップ領域（図８のタイヤ特性におけるｋb）まで利用することを考慮すると、操舵角を変化させることなくタイヤ発生力の方向を変化させることができる。
【０１３６】
この場合、４輪独立操舵の解である各輪のタイヤ発生力の方向を左右同舵角の前後輪操舵車両で実現することができ、以下のロジックによって４輪独立操舵と同等の車体発生加速度を得ることができる。
【０１３７】
まず、高μ側のタイヤ発生力方向の演算値（４輪独立操舵の制御則）に基づきスリップ角及び操舵角を求めると共に、高μ側は、４輪独立操舵時と同じ制駆動力を出力する。
【０１３８】
次に、高μ側のスリップ角とスリップ角が一致すると共に４輪独立操舵の制御則から演算されるタイヤ発生力方向を得るためのスリップ率を次のように求める。低μ側を添え字ｉ、高μ側を添え字ｊで表すと、左右輪のスリップ角が一致するという条件は、以下の式で表される。
【０１３９】
【数４２】
2004249971.tif 000044
【０１４０】
ただし、
【０１４１】
【数４３】
2004249971.tif 000045
【０１４２】
上記（６５）式において、ｑi，ｑjは、各々４輪独立操舵を仮定して導出された解（タイヤ発生力の方向）である。これをｋiについて解くと、
【０１４３】
【数４４】
2004249971.tif 000046
【０１４４】
となり、スリップ率（前後方向）は、
【０１４５】
【数４５】
2004249971.tif 000047
【０１４６】
と演算される。
【０１４７】
また、制駆動力は、以下の式で与えられる。
【０１４８】
【数４６】
2004249971.tif 000048
【０１４９】
図９は、旋回外輪が路面μ＝０．８の湿潤路、旋回内輪が路面μ＝１．０の乾燥路の路面においてθ＝１２０ｄｅｇの方向に発生合力が作用するような旋回制動時の限界加速度［Ｇ］（発生合力方向）の比較をシミュレーションによって演算したものである。
【０１５０】
前後輪操舵は、左右同角で操舵される車両において前後輪の舵角と４輪の制動力とを（６３）式に基づいて求めたときの車両の加速度を示し、また、４輪独立操舵は、（２８）式に基づいて各輪の発生力方向を求めたときの車両の加速度を示している。これらの図より、この条件下では４輪独立操舵によって車体の発生加速度が５％ほど増加することがわかる。
【０１５１】
また、図１０は、（２８）、（６３）式に基づいて演算される各輪の発生力方向の演算繰り返し回数を、図１１は、収束後の各輪の発生力ベクトルと操舵角とを示したものである。４輪独立操舵の場合、路面μの小さな旋回外輪の舵角は内輪に比べて小さく出力されていることがわかる。なお、ここでのシミュレーションは、コーナリングパワー（ＣＰ）や横力の荷重依存性やサスジオメトリー変化などは考慮されていない。
【０１５２】
ところで、このシミュレーションにおいても図１０における前後輪操舵は摩擦円の縁（図８のタイヤ特性におけるｋa）を利用する制御則となっているが、より深いスリップ領域（図８のタイヤ特性におけるｋb）まで利用することを考慮すると、操舵角を変化させることなくタイヤの発生力の方向を変化させることができるため、直進またぎ路面同様に左右同舵角制御の前後輪操舵車両においても、４輪独立操舵車両と同等の車体発生加速度を得ることが可能である。このように限界走行状態（μ利用率１）においては、摩擦円の縁以上の深いスリップ領域を利用することによって左右同舵角の前後輪操舵車両においても４輪独立操舵と同等の車体加速度を得ることができる。これは、タイヤ発生力を理論的に記述したブラッシュモデルに基づいて導出された結果であるが、実際のタイヤ特性では、深いスリップ領域で発生力が図１２に示すように落ち込むこともあり、この場合には前後輪操舵車両で４輪独立操舵の解を実現する場合、車体発生加速度がこの分小さくなることになる。
【０１５３】
図１３は、路面μが０．８５の均一路面において旋回制動を行ったときの４輪独立操舵、前後輪操舵車両の解（各輪、車体の発生力ベクトルと操舵角）を示したものである。このように均一μの路面においては、４論独立操舵と前後輪操舵の差は生じず、双方ともにｑi＝０という解が得られる。
【０１５４】
このように均一μの路面では、４輪独立操舵と前後輪操舵との差は殆ど生じなく、かつ各車輪の発生力方向ｑiが比較的小さくなることを考慮すると、限界、限界前含め以下のような前後輪操舵の制御則を用いるようにしてもよい。
【０１５５】
まず、限界前の走行状態では、各輪の路面μの最大値を利用し、路面μがこの最大値で均一の場合の制御を実行する。各輪のμが不均一の場合には、実際にμ利用率が均等にはならないものの、各輪のタイヤ発生力は各輪の荷重配分に比例した大きさとなり、各輪の発生力方向ｑiは比較的小さくバランスの良い操舵、制駆動の協調が期待できる。
【０１５６】
また、低μ側の車輪が限界に至った場合、すなわち、下記（６９）式のような場合には、
【０１５７】
【数４７】
2004249971.tif 000049
【０１５８】
４輪独立操舵の制御則が利用される。ただし、γは（６４）式の漸化式の解ｑiから演算された
【０１５９】
【数４８】
2004249971.tif 000050
【０１６０】
であり、Ｆiは、路面μを高μの値に仮定したときのタイヤ発生力の大きさ、ＦiRealは、実際の低μ輪のタイヤ発生力の大きさである。このときには、４輪独立操舵の制御則導出過程におけるγＦiをＦiRealとして導出ができる。例えば、１、３輪（左前後輪）が限界に達した場合、各拘束条件は、
【０１６１】
【数４９】
2004249971.tif 000051
【０１６２】
と記述される。したがって、この問題は、（７１）−（７３）を満足し、γを最小化するｑiを求めることとなる。これは、非線形の最適化手法を利用してもよいが、次のような漸化式を利用する方法も考えられる。
【０１６３】
【数５０】
2004249971.tif 000052
【０１６４】
ただし、
【０１６５】
【数５１】
2004249971.tif 000053
【０１６６】
及び、
【０１６７】
【数５２】
2004249971.tif 000054
【０１６８】
である。
【０１６９】
ここで、γ0、Ｆi0における添え字０は、前ステップの演算値を示している。このようにして導出されたｑiに基づき、高μ側の車輪に関しては、（４５）〜（５２）式に基づいて制駆動力と操舵角が導出できると共に、低μ側の車輪に関しては、高μ側の車輪のスリップが、
【０１７０】
【数５３】
2004249971.tif 000055
【０１７１】
であることを考慮して、（６５）〜（６８）式に基づき制駆動力と操舵角が導出できる。
【０１７２】
以上説明したように、本実施の形態の各輪の発生力の方向を操作量とする車両運動制御則を導出した場合には、各輪のスリップ角、スリップ率を操作量とする従来の方法と比較して、最適演算にタイヤ非線形モデルを含める必要がない、演算する操作量の数が少ないこと等から従来の方法に比較して制御則の演算量は少なくなり、４輪独立操舵という高自由度のシステムへも展開が可能である。
【０１７３】
４輪独立操舵車両では、各輪のμ利用率を均一にすると共に、μ利用率を最小化する制御則を導出する例について説明した。これは、所望のＦ＆Ｍ（フォース・アンド・モーメント）を得る各輪制御の組み合わせの中で各輪の摩擦余裕を最大化することを意味しており、安全性、耐故障性の向上が期待できる。
【０１７４】
また、左右同角の前後輪操舵車両では、各輪のμ利用率を同じ値にする制御則と各輪のタイヤ発生力を荷重配分に比例させる制御則を導出する例について説明した。両者は、均一μ路面走行時には、一致するものであり、また前述の４輪独立操舵制御則の解ともほぼ一致するものである。したがって、これらの制御則は均一μ路面走行時に、所望のＦ＆Ｍを得る各輪制御の組み合わせの中で各輪の摩擦余裕を最大化する制御則となっていることを意味しており、安全性、耐故障性の向上が期待できる。
【０１７５】
さらに、左右同角の前後輪操舵車両でタイヤ発生力を荷重配分に比例させる制御則において低μ側の車輪が摩擦限界に達した場合には、４輪独立操舵車両の制御則に基づいて導出された各輪の発生力の方向を前後輪操舵車両で実現するようにした。
【０１７６】
次に、上記の原理を利用した本実施の形態の第２の具体的構成を図１４に基づいて説明する。
【０１７７】
本実施の形態は、電動パワーステアリング装置を搭載した車両に本発明を適用したものである。図に示すように、本実施の形態は、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトの回転角から操舵角を検出する操舵角センサ、電動パワーステアリング装置に流れる電流からパワーアシストトルクを検出するアシストトルクセンサ、操舵トルクを検出するトルクセンサ、車速を検出する車速センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、ブレーキ踏力を検出するブレーキ踏力センサ、及び車輪速を検出する車輪速センサ等を含み、かつ車両に搭載されたセンサ群１０、マイクロコンピュータで構成された制御装置１２、及び制御装置１２に接続された操舵角及び制駆動を協調して制御する協調制駆動装置１４から構成されている。
【０１７８】
マイクロコンピュータで構成された制御装置１２は、予め記憶されたプログラムに従って複数の機能を有するように制御されるが、この制御装置１２を機能ブロックで表すと、ＳＡＴ（セルフアアライニングトルク）を推定するＳＡＴ推定手段１６、目標合成力の大きさ及び方向を演算する目標合成力演算手段１８、各車輪の限界摩擦円の大きさ（半径）を各々推定する限界摩擦円推定手段２０、限界合成力の大きさを推定する限界合成力推定手段２２、μ利用率設定手段２４、タイヤ発生力の大きさを設定するタイヤ発生力大きさ設定手段２６、各車輪のタイヤ発生力の方向を設定する各輪発生力設定手段２８、及び協調制駆動装置１４に接続された制御手段３０で構成される。
【０１７９】
ＳＡＴ推定手段１６は、トルクセンサで検出された操舵トルク及びアシストトルクセンサで検出されたアシストトルクに基づいて、ＳＡＴを推定する。
【０１８０】
目標合成力演算手段１８は、各センサで検出された操舵角、車速、アクセル開度、及びブレーキ踏力等からドライバの望む車体運動を得るために車体に加えるべき目標合成力の大きさ及び方向、及びヨーモーメントＭzを演算する。
【０１８１】
これらの目標合成力の大きさ及び方向、及びヨーモーメントＭzとしては、例えば、ドライバの操作に応じて設定される目標となる車両運動状態量であるヨー角速度と、車体スリップ角の実測値または推定値との偏差に応じて、この偏差を０に漸近させるために必要な合成力及びヨーモーメントを用いることができる。
【０１８２】
限界摩擦円推定手段２０は、各車輪毎の限界摩擦円の大きさを、ＳＡＴ推定手段１６で推定されたＳＡＴ、及び車輪速センサで検出された車輸速に基づいて推定する。
【０１８３】
限界合成力推定手段２２は、限界摩擦円推定手段２０で推定された各論の限界摩擦円の大きさから限界合成力の大きさを推定する。この推定は、単純に各輪の限界摩擦力の総和を限界合成力としたり、各輪の限界摩擦力の総和に定数を乗じた値を限界合成力とすることもできるし、目標合成力の方向をθとしてθと目標ヨーモーメントから上記の（２０）式〜（２４）式に基づいて角度ｑiを求め、さらに上記（１１）式に基づいて限界合成力Ｊを演算しても良い。
【０１８４】
μ利用率設定手段２４は、目標合成力と限界合成力との大きさの比をμ利用率γとして設定する。ただし、目標合成力が限界合成力を超えた場合には、μ利用率は１に設定する。
【０１８５】
タイヤ発生力大きさ設定手段２６は、限界摩擦円にμ利用率を乗じて各車輪で利用するタイヤ発生力の大きさを設定する。
【０１８６】
各輪発生力方向設定手段２８は、目標合成力の方向θと利用する各輪のタイヤ発生力の大ききγＦiとから（２０）式〜（２４）式のＦiをγＦiに置き換えて得られる次式に基づいて角度ｑiを求め、各輪のタイヤ発生力の大きさγＦi及び方向（ｑi＋θ）を出力する。
【０１８７】
【数５４】
2004249971.tif 000056
【０１８８】
だたし、
【０１８９】
【数５５】
2004249971.tif 000057
【０１９０】
制御手段３０は、各輪の発生力の大きさγＦi及び方向ｑi＋θに基づいて、各車輪の操舵角と制動力、または操舵角と駆動力を求め、操舵装置と制動用アクチュエー夕、または操舵装置と駆動用アクチュエー夕を制御する。各車輪の制駆動力は、各車輪のタイヤ発生力の大きさγＦi及び方向ｑi＋θから
【０１９１】
【数５６】
2004249971.tif 000058
【０１９２】
と導出できる。また、同様に各輪の横力は、
【０１９３】
【数５７】
2004249971.tif 000059
【０１９４】
と導出できる。
【０１９５】
各車輪の操舵角は、例えば、ブラッシュモデルと車両運動モデルとに基づいて演算することができる。ブラッシュモデルは、タイヤ発生力特性を理論式に基づいて記述したモデルである。タイヤ発生力がブラッシュモデルに従って発生すると仮定すると、限界摩擦力Ｆｉ、μ利用率γ、発生力の方向ｑi＋θからスリップ角βiを以下の式で演算することができる。
【０１９６】
【数５８】
2004249971.tif 000060
【０１９７】
ただし、
【０１９８】
【数５９】
2004249971.tif 000061
【０１９９】
ここで、Ｋsはドライビングスティッフネス、Ｋβはコーナリングスティッフネスである。さらに、各輪の舵角は、スリップ角βiから車両運動モデルに基づいて演算される。すなわち、車速ｖ、操舵角、アクセル開度、ブレーキ踏力等から目標となる車両運動状態量として演算されるヨー角速度ｒ0、車体スリップ角β0から下記のように演算することができる。
【０２００】
【数６０】
2004249971.tif 000062
【０２０１】
この制御に基づく操舵制御と制駆動制御の協調制御を実施した場合、常に各車輪のμ利用率を均等にすることが可能になり、路面や横風等の外乱に対し最も余裕のある運動性能を示すことが可能である。
【０２０２】
また、本実施の形態は、前後輪のμ利用率を独立に設定することもできる。μ利用率を独立に設定する場合には、前後輪のμ利用率を各々γf、γrとすると、下記のように表すことができる。
【０２０３】
【数６１】
2004249971.tif 000063
【０２０４】
ただし、
【０２０５】
【数６２】
2004249971.tif 000064
【０２０６】
このように前後輪のμ利用率を独立に設定することによって、すなわち前後輪のμ利用率を異ならせることによって、例えば、後輪のμ利用率を前輪のμ利用率に比較して小さく設定することにより、後輪の摩擦余裕を高めることによってスピン抑制効果の高い安定性を重視した運動制御を実現することができる。
【０２０７】
また、（１０１）式〜（１０４）式は、対象となる車輪の位置から他の車輪までの車体合成力方向距離とμ利用率を勘案した出力すべきタイヤ発生力の大きさとの積の和を表しており、結局各車輪の力の方向の車体合成力方向に対する角度は、各々の車輪の位置から他の車輪までの車体合成力方向距離と出力すべきタイヤ発生力の大きさとの積の和に比例していることを表している。
【０２０８】
さらに、ａi，ｂiが車体合成力方向θの関数であることを考えると、各車輪の力の方向の車体合成力方向に対する角度は、車体合成力方向と各車輪の出力すべきタイヤ発生力の大きさの関数として記述できることを表している。
【０２０９】
次に左右同じ操舵角で制御する通常の４輪操舵車に本発明を適用した実施の形態について説明する。
【０２１０】
左右輪の操舵角が一致している従来の４輪操舵の場合には、左右輪のスリップ角が一致するという下記（１０５）式及び（１０６）式の拘束条件が付加されることになる。これらの拘束条件は、整理すると下記（１０７）式及び（１０８）式の式のように表すことができる。
【０２１１】
【数６３】
2004249971.tif 000065
【０２１２】
さらに、１次近似すると下記のように表される。
【０２１３】
【数６４】
2004249971.tif 000066
【０２１４】
また、これらをｐiで表現すると下記のようになり、
【０２１５】
【数６５】
2004249971.tif 000067
【０２１６】
μ利用率γで走行する場合の下記（１１３）式及び（１１４）式で表される他の拘束条件を同時に考慮することによって、各車輪の発生合力方向と単輪発生力とのなす角ｑiを下記（１１５）式に示すように一意に求めることが可能である。
【０２１７】
【数６６】
2004249971.tif 000068
【０２１８】
また、このときの各車輪の制駆動力及び操舵角は、（８２）式、（８４）式〜（８９）式によって演算される。ただし、（８７）式、（８９）式において左右輪の操舵角は同じ値が演算される。なお、（１１５）式は１次近似によって算出されたものであり、この値を初期値として対応する非線形の方程式を数値的に求め、この解に基づく制御を行なうこともできる。この場合には、さらに正確に制御することができる。
【０２１９】
この制御に基づく操舵制御と制駆動制御との協調を実施した場合、常に各車輪のμ利用率を均等にすることが可能になり、路面や横風等の外乱に対し最も余裕のある運動性能を示すことが可能である。
【０２２０】
また、左右輪の操舵角を一致させる場合においても各車輪のμ利用率を独立に設定することも可能である。この場合の各車輪の発生合力方向と単輪発生力との成す角ｑiは下記の式で表される。
【０２２１】
【数６７】
2004249971.tif 000069
【０２２２】
さらに、本実施の形態は、前輪及び後輪のいずれかのみが左右独立に操舵可能となる車両に対しても適用可能であり、例えば、後輪のみが左右独立に操舵できる車両の場合には、各車輪の発生合力方向と単輪発生力との成す角ｑiは、下記の式で記述することができる。
【０２２３】
【数６８】
2004249971.tif 000070
【０２２４】
なお、本実施の形態のタイヤ発生力の大きさは、摩擦円の大きさで表すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】車両運動モデルを示す概略図である。
【図２】図１の車両運動モデルにおける発生合力に対応した座標系を示す概略図である。
【図３】限界摩擦円を示す線図である。
【図４】本発明の実施の形態の第１の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】第１の具体的構成によって、またぎ路面で直進制動を行ったときの制動加速度を比較して示すシミュレーション結果の図である。
【図６】（１）は前後輪操舵の場合における演算された各輪の発生力方向と演算繰り返し回数とを示す線図、（２）は４輪独立操舵の場合における演算された各輪の発生力方向と演算繰り返し回数とを示す線図ある。
【図７】収束後の各輪の発生力ベクトルと操舵角とを示す線図である。
【図８】タイヤ発生力特性を示す線図である。
【図９】湿潤路、乾燥路のまたぎ路面における旋回制動時の限界加速度を比較して示すシミュレーション結果の図である。
【図１０】（１）は前後輪操舵の場合における演算された各輪の発生力方向と演算繰り返し回数とを示す線図、（２）は４輪独立操舵の場合における演算された各輪の発生力方向と演算繰り返し回数とを示す線図ある。
【図１１】収束後の各輪の発生力ベクトルと操舵角とを示す線図である。
【図１２】タイヤ発生力を理論的に記述したブラッシュモデルに基づいて導出されたタイヤ特性と実際のタイヤ特性とを比較して示す線図である。
【図１３】均一μ路の旋回制動における収束後の各輪の発生力ベクトルと操舵角とを示す線図である。
【図１４】本発明の実施の形態の第２の具体例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２２６】
１０  センサ群
１２  制御装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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