(57)【要約】【課題】左右輪の駆動力を独立に制御可能な車両において、操舵に対する追従性の高い駆動力制御を行う。【解決手段】エンジンやモータなどの動力源からの駆動力を、左右輪で独立に制御することができる車両において、左右輪のトルクを独立して制御することにより車両に旋回モーメントを発生させ、走行状態を制御する。制御部は、車両の運動モデルに基づいて、実ヨーレートが目標ヨーレートと一致するようなフィードフォワード制御を行う。これにより、運転者の操舵時などにおける車両の応答遅れを解消し、運転者の操作に対する車両動作の追従性を高めることができる。【選択図】      図３
2005014657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源と、前記動力源からの駆動力を左右輪で独立に制御可能な駆動部とを備える車両の制御装置において、
実ヨーレートが目標ヨーレートと一致するように前記左右輪の駆動力を制御する制御部を備え、前記制御部は制御量を前記車両の運動モデルに基づいて求めるフィードフォワード制御部を有することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード制御部は、前記車両の運動状態に基づいて左右荷重変化量を求め、求めた左右荷重変化量に基づいて動的コーナリングパワーを求め、求めた動的コーナリングパワー及び前記目標ヨーレートの微分値とに基づいて前記制御量を求めることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記左右輪に独立に設けられ、モータを有する左右の駆動ユニットであり、前記制御量は前記左右の駆動ユニットに与えられる目標トルク差であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記フィードフォワード制御部は、前記左右の駆動ユニットの回生及び力行によるエネルギーの収支がゼロとなるように前記制御量を求めることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
【請求項５】
前記駆動部は、単一の駆動力によるトルクの前記左右輪に対する配分を調整するトルク配分調整機構を備え、前記制御量は前記左右輪間に配分されるトルクの移動量及び移動方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
【請求項６】
運転者が操舵する操舵装置を備え、前記制御部は前記操舵装置の操作量に基づいて前記制御量を求めることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項７】
前記駆動部は、前記制御量に基づいて前記左右輪の駆動力を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項８】
前記制御部はさらにフィードバック制御部を備え、前記制御量は前記フィードフォワード制御部が出力する制御量と前記フィードバック制御部が出力する制御量の和であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左右輪の駆動を独立に制御可能な車両において、左右輪の駆動力を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、左右前輪及び左右後輪のいずれか一方をエンジンにより駆動するとともに、他方を油圧式モータ又は電動式モータなどのエンジンとは別個の駆動装置により駆動する４輪駆動装置が知られている。また、そのような駆動装置の駆動力を制御して車両の走行状態を制御することが行われている。
【０００３】
そのような車両の一例として、特許文献１には、前輪又は後輪を左右独立に油圧式モータにより駆動する構成とし、センサにより検出されたヨーレートが所定の目標ヨーレートと一致するように左右のモータを独立に制御するものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２の車両では、モータなどの駆動装置の代わりに左右輪間の推進力調整機構を設けて左右輪の推進力を独立に制御可能としている。車両の制御としては、主として車両の操舵角速度に基づいて基本制御量を決定し、さらに路面μや車速により調整した制御量に基づいて推進力調整機構を制御して、左右輪の駆動力を制御している。
【０００５】
なお、同様に左右輪を独立に制御可能な車両において、走行安定性を確保するために、旋回時に内外輪の接地荷重移動量に基づいて各車輪の駆動力を制御するものが知られている（例えば特許文献３及び４を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１６６３４５号公報
【特許文献２】
特開平１０−１６５９９号公報
【特許文献３】
特開平５−３２８５４２号公報
【特許文献４】
特許第２６６０９９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１の方法は、センサにより検出されたヨーレートのフィードバック制御を行うのみであるので、操舵に対する制御の追従性が低下する恐れがある。
【０００８】
特許文献２の方法は、制御量を操舵角速度に基づいて決定しているが、操舵角を考慮していない。実際の走行時には同じ操舵角速度であっても、操舵域が異なれば必要とされるモーメントが異なり、必要な制御量も異なってくるはずである。例えば、同じ操舵角速度でも、大操舵角領域で追操舵を行った場合に前輪によって発生するモーメントと後輪によって発生するモーメントの差は、小操舵領域で追操舵を行った場合より大きくなるので、必要な制御量は異なるはずである。よって、特許文献２の方法では、目標とされる旋回性能を実現することは難しい。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、左右輪の駆動力を独立に制御可能な車両において、車両の運転状態に基づいて、操舵に対する追従性の高い駆動力制御を行うことが可能な車両の制御装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、動力源と、前記動力源からの駆動力を左右輪で独立に制御可能な駆動部とを備える車両の制御装置は、実ヨーレートが目標ヨーレートと一致するように制御する制御部を備え、前記制御部は、制御量を前記車両の運動モデルに基づいて求めるフィードフォワード制御部を有する。
【００１１】
上記の車両においては、エンジンやモータなどの動力源からの駆動力を、左右輪で独立に制御することができる。左右輪のトルクを独立して制御することにより、車両に適切な旋回モーメントを発生し、車両の走行を制御することができる。制御部は、車両の運動モデルに基づいて、実ヨーレートが目標ヨーレートと一致するようなフィードフォワード制御を行う。これにより、運転者の操舵時などにおける車両の応答遅れを解消し、運転者の操作に対する車両動作の追従性を高めることができる。
【００１２】
上記の車両の制御装置の一態様では、前記フィードフォワード制御部は、前記車両の運動状態に基づいて左右荷重変化量を求め、求めた左右荷重変化量に基づいて動的コーナリングパワーを求め、求めた動的コーナリングパワー及び前記目標ヨーレートの微分値とに基づいて前記制御量を求める。この態様によれば、車両の運動モデルに基づいて適切な制御が可能となる。
【００１３】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記駆動部は、前記左右輪に独立に設けられ、モータを有する左右の駆動ユニットであり、前記制御量は前記左右の駆動ユニットに与えられる目標トルク差である。この態様によれば、得られた制御量に基づいて左右の駆動ユニットのモータトルクを独立に制御することにより、操舵に対する車両の追従性を向上させることができる。
【００１４】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記フィードフォワード制御部は、前記左右の駆動ユニットの回生及び力行によるエネルギーの収支がゼロとなるように前記制御量を求める。これにより、エネルギーの持ち出しを生じることなく制御が可能となる。
【００１５】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記駆動部は、単一の駆動力によるトルクの前記左右輪に対する配分を調整するトルク配分調整機構を備え、前記制御量は前記左右輪間に配分されるトルクの移動量及び移動方向である。この態様によれば、電動モータなどの駆動手段を用いない場合でも、動力源からの駆動力を左右輪に配分することにより、左右独立に駆動力を調整して適切な走行制御が可能となる。
【００１６】
上記の車両の制御装置の他の一態様は、運転者が操舵する操舵装置を備え、前記制御部は前記操舵装置の操作量に基づいて前記制御量を求める。例えば運転者がステアリングなどの操舵装置を操作すると、その操作により変化するハンドル角などの操作量に基づいて、制御量が決定される。よって、運転者による操舵に的確に応答して左右輪の駆動力を制御することができる。
【００１７】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記駆動部は、前記制御量に基づいて前記左右輪の駆動力を制御する。これにより、車両の運動モデルに基づいて求めた制御量により、左右輪をフィードフォワード制御することができる。
【００１８】
上記の車両の制御装置の他の一態様では、前記制御部はさらにフィードバック制御部を備え、前記制御量は前記フィードフォワード制御部が出力する制御量と前記フィードバック制御部が出力する制御量の和である。この態様によれば、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを同時に行うことにより、制御の安定性及び応答の迅速性を両立することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
［第１実施例］
まず、第１実施例に係る車両１００の概略構成について説明する。なお、本実施例に係る車両１００は、４ＷＤ（四輪駆動）仕様の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ＦＲ車両やＦＦ車両（エンジン前置き前輪駆動方式）にも適用可能である。また、本車両は既知の４ＷＤ仕様のＦＲ車両を前提とするため、４ＷＤについての説明は省略する。
【００２１】
図１に、本発明に係る車両１００の概略構成を示す平面図を示す。車両１００は、主として、エンジン１と、トルクコンバータ２と、トランスミッション３と、プロペラシャフト４と、ディファレンシャルギヤ５と、後輪用の左右のドライブシャフト６Ｌ及び６Ｒと、前輪用の左右のドライブシャフト９Ｌ及び９Ｒと、左右の後輪７Ｌ及び７Ｒと、左右の前輪１０Ｌ及び１０Ｒと、左右の駆動ユニット８Ｌ及び８Ｒと、を備える。なお、以下の説明では、左右対称に配置された構成要素については、左右の区別が必要な場合は符号に「Ｌ」、「Ｒ」を付し、左右の区別が不要な場合は符号を省略する。例えば、左右の駆動ユニットを指す場合は「駆動ユニット８」と記述し、左側の駆動ユニットを指す場合は「駆動ユニット８Ｌ」と記述する。
【００２２】
エンジン１は、燃焼室内の混合気を爆発させて、動力を発生する内燃機関である。燃焼室内での混合気の燃焼によるピストンの往復運動は、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２、トランスミッション３、プロペラシャフト４、ディファレンシャルギヤ５、及びドライブシャフト６を介して後輪７に動力を伝達する。
【００２３】
トルクコンバータ２は、エンジン１とトランスミッション３との間に設けられる。トルクコンバータ２は、油などの作動流体を利用することにより、エンジン１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３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３へ伝達する機能とを有する。
【００２４】
トランスミッション３は、トルクコンバータ２とプロペラシャフト４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ヤ（プラネタリギヤ）などを有する。トランスミッション３は、ＥＣＵからの指令信号に基づき、図示しない油圧制御装置を作動させることにより、低速段から高速段への変速操作（シフトアップ）、或いは高速段から低速段への変速操作（シフトダウン）を行う。
【００２５】
プロペラシャフト４は、トランスミッション３とディファレンシャルギヤ５との間に設けられ、エンジン１から得られる駆動力を後輪７側へ伝達する推進軸である。
【００２６】
ディファレンシャルギヤ５は、複数の傘歯歯車を組み合わせたものから構成され、車両旋廻時に内側の車輪と外側の車輪との回転速度を調整するギヤである。具体的には、車両１００が直線道路を走行するときは、ディファレンシャルギヤ５は、左右の後輪７を同一の速度で回転させる。一方、車両１００が旋回運動をするときは左右の後輪７の回転速度差が生じるため、ディファレンシャルギヤ５はそれらの回転速度を調整して、スムーズな旋回運動を可能とする。
【００２７】
ドライブシャフト６は、左右の後輪７と回転自在に連結される車軸である。ドライブシャフト６は、エンジン１からの駆動力によって回転し、後輪７へ動力を伝達する。
【００２８】
駆動ユニット８は、例えば電気エネルギーを機械エネルギーに変換する永久磁石型同期式モータなどの電動式モータと、減速機とを備え、左右の前輪を駆動させる位置に夫々設けられる。ドライブシャフト９は左右独立にそれぞれ左右前輪１０と回転自在に連結される車軸である。ドライブシャフト９は、それぞれ左右の駆動ユニット８の出力軸であり、各駆動ユニット８から独立に駆動力を与えられる。即ち、左右前輪１０の駆動は左右の駆動ユニット８により独立に行われる。
【００２９】
次に、駆動ユニットの制御装置について説明する。図２に、駆動ユニット８の制御装置の概略構成を示す。図示のように、駆動ユニット８が出力する駆動トルクは、主としてモータＣＰＵ２００及びＥＣＵ１５により制御される。
【００３０】
エンジン１内部及び近傍に設けられた各種のセンサ（車速センサ、後で例を入れる）の出力データＤ５０は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１５に入力される。また、ステアリングセンサ１１の出力信号Ｄ５１及びヨーレートセンサ１２が検出した実ヨーレートＤ２２もＥＣＵ１５に入力される。ＥＣＵ１５は、それらの各センサの出力信号Ｄ５０、Ｄ５１及びＤ２２に基づいて、車両スリップ角Ｄ１、車両スリップ角微分値Ｄ２、車速Ｄ３、目標ヨーレートＤ１８、路面摩擦係数（μ）Ｄ２０及び駆動／制動前後配分値Ｄ２１を算出し、モータＣＰＵ２００へ供給する。モータＣＰＵ２００は、内部に車両の使用に関する車両仕様データを記憶する記憶部を備え、ＥＣＵ１５から供給される上記のデータ及び車両仕様データに基づいて、車両の運動モデルを算出し、それに基づいて左右の駆動ユニット８を駆動するためのトルクを示すトルク制御信号ＴＣＬ及びＴＣＲをそれぞれ左右の駆動ユニット８Ｌ及び８Ｒへ供給する。
【００３１】
次に、モータＣＰＵ２００の内部構成を説明する。図３は、モータＣＰＵ２００の内部構成を示す機能ブロック図である。モータＣＰＵ２００は、大別して、フィードフォワード制御部２０と、フィードバック制御部３０と、車両仕様データ記憶部４０と、加算部５０と、を有する。
【００３２】
車両仕様データ記憶部４０は、例えばＲＯＭなどの半導体メモリにより構成することができ、車両の基本的な仕様に関連する車両仕様データを記憶している。具体的には、車両仕様データは、車両質量Ｄ４、フロントトレッドＤ５、重心点／前軸後軸間距離Ｄ６、前後軸ロール剛性Ｄ７、ホイールベースＤ８、重心高Ｄ９、前後正規化コーナリングパワーＤ１０、前後静的コーナリングパワーＤ１１、前後静的コーナリングパワー増幅率Ｄ１２、前輪動荷重半径Ｄ１３、車両ヨーモーメントＤ１４及びモータギヤ比Ｄ１５などを含む。これらの値はいずれも定数であり、車両仕様データ記憶部４０内に適宜読み出し可能に記憶されている。
【００３３】
フィードフォワード制御部２０は、前述のようにＥＣＵ１５から供給される各種データ及び車両仕様データ記憶部４０から読み出した車両仕様データに基づいて、車両の運動モデルを決定し、左右各駆動ユニット８の目標トルク差Ｔｄを算出する。
【００３４】
一方、フィードバック制御部３０は、ＥＣＵ１５から供給される目標ヨーレートＤ１８及び実ヨーレートＤ２２に基づいて、左右各駆動ユニット８の出力トルクに対するフィードバック制御量Ｄ２４を算出する。具体的には、減算部３２が目標ヨーレートＤ１８と実ヨーレートＤ２２との差を算出し、フィードバック量算出部３１はその差に基づいてフィードバック量Ｄ２４を算出する。
【００３５】
実ヨーレートＤ２２は、図２に示すヨーレートセンサ１２が検出したデータであり、ＥＣＵ１５はヨーレートセンサ１２から受け取った実ヨーレートＤ２２をフィードバック制御部３０へ供給することになる。また、目標ヨーレートＤ１８は、例えば車速、ステアリング角、ホイールベース、スタビリティーファクター、ステアリングギヤ比などに基づいて、所定の演算式に従ってＥＣＵ１５が算出する。ここで、車速はエンジン１に設けられた車速センサにより検出され、センサ出力データＤ５０の一部としてＥＣＵ１５に送られる。また、ステアリング角はステアリングセンサ１１により検出され、検出データＤ５１の一部としてＥＣＵ１５に送られている。また、ホイールベース、スタビリティーファクター、ステアリングギヤ比などは車両毎に異なる定数であり、予めＥＣＵ１５の内部又は外部の記憶部などに記憶されている。
【００３６】
加算部５０は、フィードフォワード制御部２０から出力されるフィードフォワード制御量である目標トルク差Ｔｄと、フィードバック制御部３０から出力されるフィードバック制御量Ｄ２４を加算し、駆動ユニット８に対するトルク制御量ＴＣを算出する。
【００３７】
次に、フィードフォワード制御部２０による制御について詳しく説明する。図３に示すように、フィードフォワード制御部２０は、左右荷重移動量算出部２１と、動的コーナリングパワー算出部２２と、目標ヨーレート微分値算出部２３と、目標左右モータ出力差算出部２４とを有する。
【００３８】
左右荷重移動量算出部２１は、ＥＣＵ１５から供給されるデータ及び車両仕様データに基づいて、内輪と外輪とにかかる車両の荷重の差を示す荷重移動量Ｄ１６（荷重変化量）を算出し、動的コーナリングパワー算出部２２へ供給する。動的コーナリングパワー算出部２２は、ＥＣＵ１５から供給されるデータ、車両仕様データ及び左右荷重移動量Ｄ１６に基づいて、動的コーナリングパワーＤ１７を算出し、目標左右モータ出力差算出部２４へ供給する。静的コーナリングパワーは車輪の単位スリップ角に対するコーナリングフォースを示し、動的コーナリングパワーは車両走行中のコーナリングフォースを示す。車両の走行中には、サスペンションによる吸収などにより、操舵に対してギヤ比分だけ車輪が動かないことがあり、その分を考慮して車両走行中のコーナリングパワーを求めたものが動的コーナリングパワーである。
【００３９】
一方、ＥＣＵ１５は前述のように所定の演算式に従って目標ヨーレートＤ１８を算出しており、それが目標ヨーレート微分値算出部２３へ供給される。目標ヨーレート微分値算出部２３は、ＥＣＵ１５から供給された目標ヨーレートＤ１８を微分演算し、その目標ヨーレート微分値Ｄ１９を目標左右モータ出力値算出部２４へ供給する。目標ヨーレート微分値Ｄ１９は、目標ヨーレートの変化分を示している。目標左右モータ出力差算出部２４は、車両仕様データと、目標ヨーレートＤ１９と、動的コーナリングパワーＤ１７とに基づいて左右の駆動ユニット８に対する目標トルク差Ｔｄを算出し、加算部５０へ出力する。
【００４０】
次に、上記の各部における演算について詳しく説明する。
【００４１】
（左右荷重移動量算出部）
左右荷重移動量算出部２１は、車両の運動状態を示す値として左右荷重移動量Ｄ１６を算出する。左右荷重移動量Ｄ１６の算出において使用される値を図４（ａ）に示す。なお、各値の括弧内は図３におけるデータに対応している。
【００４２】
図４（ａ）に示す各値のうち、車速ｖ及び車両スリップ角の微分値β’はＥＣＵ１５から入力され、いずれも車両の運動状態に応じて変化する変数である。一方、前後ロール剛性Ｋφｆ及びＫφｒ、車両質量ｍ、重心前後間距離Ｌｆ及びＬｒ、ホイールベースＬ、フロントトレッドＤ、重心点よりロール軸までの距離ｈｓは、それぞれ車両仕様データ記憶部４０から読み出される。
【００４３】
以下、演算方法について説明する。まず、車両のロール方向の運動方程式として下記の式１が得られる。なお、車両の前後方向をＸ軸、車幅方向をＹ軸、路面に対する鉛直方向をＺ軸とすると、ロールは車両のＸ軸方向の中心軸廻りの回転を示す。
【００４４】
【数１】
2005014657.tif 000003
【００４５】
ここで、式１の左辺は車両をロールさせるのに必要な力を示し、ロール剛性とロール角との積で与えられる。式１の右辺は車両質量に基づいて得られる力であって、ロール力と釣り合う力を示す。式１をロール角φについて解くと、式２が得られる。
【００４６】
【数２】
2005014657.tif 000004
【００４７】
車両がロールした際には、前後輪の左右間に荷重移動が生じる。前輪側の量を前軸上左右荷重移動量Δｍｆとした場合、Ｘ−Ｚ平面内のモーメントの釣り合いにより式３が得られる。
【００４８】
【数３】
2005014657.tif 000005
【００４９】
式３を前軸上荷重移動量Δｍｆについて解くと式４が得られる。
【００５０】
【数４】
2005014657.tif 000006
【００５１】
式２を式４に代入してロール角φを消去することにより、前軸上荷重移動量Δｍｆが以下のように得られる。
【００５２】
【数５】
2005014657.tif 000007
【００５３】
ここで、前述のように車両スリップ角の微分値β’及び車速ｖは車両の運動状態によって時々刻々と変化する変数であるので、前軸上荷重移動量Δｍｆも車両の運動状態に応じて変化する。また、同様に後軸上荷重移動量Δｍｒも算出される。
【００５４】
（動的コーナリングパワー）
次に、動的コーナリングパワー算出部２２について説明する。動的コーナリングパワー算出部２２は、車両の前後左右の４輪各々についての動的コーナリングパワーを算出する。前述のように、コーナリングパワーとは単位スリップ角当りのコーナリングフォースであり、動的コーナリングパワーは車両の走行時のコーナリングパワーである。
【００５５】
動的コーナリングパワーの算出において使用される値を図４（ｂ）に示す。なお、各値の括弧内は図３におけるデータに対応している。ＥＣＵ１５から動的コーナリングパワー算出部２２へは、路面摩擦係数μ、制動駆動前後配分比α、及び、前後加速度ｇｘが入力される。また、左右荷重移動量算出部２１からは前軸荷重移動量Δｍｆ及び後軸荷重移動量Δｍｒが入力される。さらに、車両使用データ記憶部４０からは、正規化コーナリングパワー、前後静的コーナリングパワー、重心前軸間距離Ｌｆ、重心後軸間距離Ｌｒ、ホイールベースＬ、前輪コーナリングパワー増幅率ｅ１、後輪コーナリングパワー増幅率ｅ２、重心高ｈ、及び前輪動荷重半径が入力される。
【００５６】
次に、動的コーナリングパワーの演算方法について説明する。前輪左右の動的コーナリングパワーをＫ’ｆ１及びＫ’ｆ２とし、後輪左右の動的コーナリングパワーをＫ’ｒ１及びＫ’ｒ２とすると、それらは式６〜式９により得られる。
【００５７】
【数６】
2005014657.tif 000008
【００５８】
前左輪の動的コーナリングパワーＫ’ｆ１を与える式６において、中括弧｛｝内の第１項は正規化コーナリングパワーと前軸荷重移動量Δｍｆとの積であり、前軸の左右方向の荷重移動により生じるコーナリングパワー成分を示す。第２項は、正規化コーナリングパワーと前後荷重移動量の積の１／２であり、前軸の前後方向の荷重移動により生じるコーナリングパワー成分を示す。なお、１／２を乗算しているのは、左右輪に均等に配分されると仮定しているからである。また、第３項は路面摩擦係数による制動駆動力を示す項であり、１／２を乗算しているのは左右輪に均等に配分するためである。よって、式６において、Ｋｆ１と中括弧内の式との乗算によりコーナリングパワーが算出され、それに前輪コーナリングパワー増幅率ｅ１を乗算することにより、左前輪の動的コーナリングパワーＫ’ｆ１が算出される。なお、コーナリングパワー増幅率は、サスペンションによる吸収などを考慮した場合の、静的コーナリングパワーから動的コーナリングパワーへの変換係数に相当する。
【００５９】
ここで、式６〜式９に含まれる値のうち、静的前軸重ｍｆ、静的後軸重ｍｒ、前輪制動駆動力Ｘｆ、後輪制動駆動力Ｘｒ及び前後荷重移動量Δｍはそれぞれ以下の式１０〜式１４により与えられる。
【００６０】
【数７】
2005014657.tif 000009
【００６１】
静的前軸重ｍｆ及び静的後軸重ｍｒは、それぞれ車両の前輪及び後輪に対する荷重バランスを示し、車両質量ｍを前軸及び後軸と重心との軸間距離で比例配分して得ている。前輪制動駆動力Ｘｆ及び後輪制動駆動力Ｘｒはそれぞれ前輪及び後輪の制動駆動力を示し、車両質量ｍと前後加速度ｇｘの積を制動駆動前後配分比αにより配分して得ている。なお、制動駆動前後配分比αは、例えば車両の制動中はエンジン回転数、トルク、ギヤ比などに基づいて演算により求めることができ、制動中以外は所定の制動力配分比のマップなどを参照して求めることができる。また、前後荷重移動量Δｍは、重心高ｈと車両質量ｍと前後加速度ｇｘとの積により得られる。
【００６２】
こうして、式１０〜式１４で与えられる各値を式６〜式９に代入することにより、前後左右４輪についての動的コーナリングパワーが以下のように得られる。
【００６３】
【数８】
2005014657.tif 000010
【００６４】
これら動的コーナリングパワーの値は、図３におけるデータＤ１７として、目標左右モータ出力差算出部２４へ入力される。
【００６５】
（目標左右モータ出力差）
次に、目標左右モータ出力差算出部２４について説明する。目標左右モータ出力差とは、左右の駆動ユニット８内の電動モータに要求されるトルク差を示す。目標左右モータ出力差の算出において使用される値を図５（ａ）に示す。なお、各値の括弧内は図３におけるデータに対応している。図３及び５（ａ）に示すように、目標左右モータ出力差算出部２４へは、目標ヨーレート微分値算出部２３から目標ヨーレートの微分値Ｙｒ＿ｓｔ’が入力され、車両仕様データ記憶部４０からはフロントトレッドＤ、重心前後軸間距離Ｌｆ及びＬｒなどが入力され、ＥＣＵ１５からは実ヨーレートＤ２２、車両スリップ角Ｄ１などが入力される。
【００６６】
次に、算出方法について説明する。車両のヨー方向のモーメントの釣り合いにより、式１９が得られる。
【００６７】
【数９】
2005014657.tif 000011
【００６８】
ここで、右辺第１項は、前輪の動的コーナリングパワーＫｆ’に基づいて求めた前輪のコーナリングフォースによるモーメントである。同様に、右辺第２項は後輪の動的コーナリングパワーＫｒ’に基づいて求めた後輪のコーナリングフォースによるモーメントである。また、右辺第３項は、駆動ユニット８により発生するモーメントであり、左右の前輪の必要駆動力Ｆｌｘ及びＦｒｘによるモーメントについて車輪の操舵分を示している。
【００６９】
ここで、前輪の動的コーナリングパワーＫｆ’及び後輪の動的コーナリングパワーＫｒ’は、それぞれ前述の動的コーナリングパワー算出部２２により得た４輪の動的コーナリングパワーの前輪側及び後輪側の和であり、式２０及び式２１により与えられる。
【００７０】
【数１０】
2005014657.tif 000012
【００７１】
また、式１９における前輪スリップ角βｆ及び後輪スリップ各βｒは、それぞれ式２２及び式２３により与えられる。
【００７２】
【数１１】
2005014657.tif 000013
【００７３】
ここで、前輪スリップ角βｆは、車両スリップ角βと実ヨーレートによるスリップ角の前輪側成分の和から、操舵分を減算したものである。なお、操舵分は、運転者のステアリング操作に応じたハンドル角θをステアリングギア比ｎで除算することにより得られる。後輪スリップ角βｒは、車両スリップ角βと、実ヨーレートによるスリップ角の後輪側成分との差である。式２０〜式２３を式１９に代入し、整理すると、式２４が得られる。式２４より、目標ヨーレートはハンドル角θの関数となることがわかる。
【００７４】
【数１２】
2005014657.tif 000014
【００７５】
本実施例の車両では、旋回時に電動式モータを備える駆動ユニット８を利用して、旋回内輪でブレーキ、即ち回生を行い、旋回外輪で駆動、即ち力行を行う。この際、エネルギーの持ち出しを行わないよう、回生エネルギーで力行を行うためには、回生と力行の収支を０とすることが必要となる。そこで、左前輪必要駆動力Ｆｌｘと右前輪必要駆動力Ｆｒｘとの間には、式２５が成立することとなる。
【００７６】
【数１３】
2005014657.tif 000015
【００７７】
式２４と式２５から左前輪必要駆動力Ｆｌｘ及び右前輪必要駆動力Ｆｒｘを求めると、式２６及び式２７が得られる。
【００７８】
【数１４】
2005014657.tif 000016
【００７９】
ここで、モータギヤ比をｎｍｏ、前輪動荷重半径をｒｆとし、左右の前輪必要駆動力Ｆｌｘ及びＦｒｘから必要左モータトルクＴｑ＿ｍｏ＿ｒｑ＿ｌ及び必要右モータトルクＴｑ＿ｍｏ＿ｒｑ＿ｒを算出すると、式２８及び式２９が得られる。よって、目標左右モータ出力算出部２４から出力される左右モータの目標トルク差Ｔｄは式３０で与えられる。
【００８０】
【数１５】
2005014657.tif 000017
【００８１】
こうして得られた左右モータの目標トルク差Ｔｄは、図３に示す加算部５０へ入力され、フィードバック量算出部３１から出力されたフィードバック制御量Ｄ２４と加算されて、トルク制御量ＴＣが算出される。そして、図２に示すように、モータＣＰＵ２００は、トルク制御量ＴＣＬ及びＴＣＲの一方として「＋ＴＣ」を、他方として「−ＴＣ」を左右の駆動ユニット８へ供給し、駆動ユニット８のトルク制御を行う。式２６乃至式３０から理解されるように、左右の駆動ユニット８へ供給されるトルク制御量はハンドル角θを含むので、運転者のステアリング操舵に応じた的確なトルク制御量が算出され、それにより左右の駆動ユニットのトルク制御が行われることになる。
【００８２】
次に、図６を参照して、上述の本実施例による駆動ユニットの制御の流れを説明する。図６は、上述のモータＣＰＵ２００による駆動ユニットの制御フローチャートである。なお、この制御は、車両の走行中に、上述のモータＣＰＵ２００により繰り返し実行される。
【００８３】
図６において、まず、モータＣＰＵ２００はＥＣＵ１５から車両の運動モデルに関するデータ、具体的には車両スリップ角Ｄ１、車両スリップ角の微分値Ｄ２、目標ヨーレートＤ１８などを読み込む（ステップＳ１）。次に、モータＣＰＵ２００内の目標ヨーレート微分値算出部２３は、目標ヨーレートの微分値Ｄ１９を算出する（ステップＳ２）。
【００８４】
次に、モータＣＰＵ２００内の左右荷重移動量算出部２１は、ＥＣＵ１５から得たデータ及び車両仕様データ記憶部４０から得たデータを使用して、前述の左右加重移動量を算出する（ステップＳ３）。次に、モータＣＰＵ２００内の動的コーナリングパワー算出部２２は、同様にＥＣＵ１５から得たデータ、車両仕様データ記憶部４０から得たデータ及び左右加重移動量算出部２１から得た左右荷重移動量に基づいて、動的コーナリングパワーを算出する（ステップＳ４）。そして、モータＣＰＵ２００内の目標左右モータ出力算出部２４は、動的コーナリングパワー及び必要な車両仕様データに基づいて、左右モータの目標トルク差を算出する（ステップＳ５）。
【００８５】
一方、モータＣＰＵ２００内のフィードバック制御部３０では、フィードバック制御量が算出されているので、モータＣＰＵ２００は、フィードフォワード制御量である左右モータ出力差Ｔｄとフィードバック制御量Ｄ２４とを加算し、各駆動ユニット８のトルク制御量ＴＣＬ及びＴＣＲを算出して、各駆動ユニット８へ供給する（ステップＳ６）。
【００８６】
車両の走行中に以上の制御を繰り返し実行することにより、車両の運動状態に応じたトルク制御量を駆動ユニットに与えることができ、電気モータなどを搭載する駆動ユニットにより走行中、特に旋回時などの走行安定性を確保することができる。
【００８７】
［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。上記の第１実施例では、本発明による制御を左右前輪に独立な駆動ユニットを備える車両に適用した。この駆動ユニットは例えば電動モータなどを備え、左右輪に独立に駆動力を与えるものであった。しかし、本発明による制御の適用は必ずしも駆動ユニットの制御には限定されず、左右輪に対して与えられるトルクを独立に制御できる構成であれば、電動モータなどのように独立に駆動力を発生することは必須ではない。よって、例えば単一動力源からの左右輪へのトルク配分を制御可能なトルク配分調整機構などを備える車両に本発明を適用することも可能である。
【００８８】
図７に、第２実施例に係るトルク配分調整機構を備える車両の概略構成を示す。図７に示す車両５００は、フルタイムの４ＷＤ車両であり、エンジン５１の出力はトランスミッション５３を介してセンタデフ５４Ｃに伝達される。センタデフ５４Ｃからは、図示しないサイドギヤを介して動力がフロントデフ５４Ｆへ伝達されるとともに、別のサイドギヤからプロペラシャフト４などを介して動力がリアデフ５４Ｒへ伝達される。リアデフ５４Ｒは、左右輪用クラッチ６２Ｌ及び６２Ｒを備え、これらのクラッチ６２Ｌ及び６２Ｒを制御することにより、リアデフ５４Ｒへ入力された動力の左右輪５７Ｌ及び５７Ｒへのトルク配分を調整することができる。
【００８９】
ＥＣＵ１５は、モータＣＰＵ２００ａに接続されている。ＥＣＵ１５は前述の実施例と同様に構成することができる。また、モータＣＰＵ２００ａは、油圧ユニット７０に接続されており、油圧ユニット７０には方向弁７１と比例弁７２が設けられる。モータＣＰＵ２００ａは、以下に説明する手法により、車両の運動モデルに基づいて、トルク移動量ｘ及びトルク移動方向ｘＤを算出し、油圧ユニット７０へ供給する。油圧ユニット７０では、モータＣＰＵ２００ａから与えられたトルク移動量ｘに基づいて比例弁７２を制御するとともに、トルク移動方向ｘＤに基づいて方向弁７１を制御し、トルク配分調整機構５４Ｒ内のクラッチ６２Ｌ及び６２Ｒを油圧制御する。これにより、車両の運動モデルに基づいて、エンジン１から左右後輪５７Ｌ及び５７Ｒに伝達されるトルクを左右独立に制御することができる。
【００９０】
次に、第２実施例においてモータＣＰＵ２００ａが実行するトルク移動量及びトルク移動方向の算出方法について説明する。第２実施例でモータＣＰＵ２００ａが実行する演算は、上記の第１実施例においてモータＣＰＵ２００が実行する演算と類似しており、その内部構成は基本的に図３に示すモータＣＰＵ２００と同様である。但し、図３における目標左右モータ出力差算出部２４の代わりに、トルク移動量及びトルク移動方向の算出部が設けられる。
【００９１】
具体的には、まず左右荷重移動量算出部２１が前述と同様の方法により、前輪及び後輪について左右荷重移動量を算出する。また、その左右荷重移動量に基づいて、動的コーナリングパワー算出部２２が動的コーナリングパワーを算出する。さらに、目標ヨーレート微分値算出部２３も同様に目標ヨーレートの微分値を算出する。ここまでの処理は、第１実施例と同様である。
【００９２】
次に、トルク移動量及びトルク移動方向の算出部が以下のようにして、トルク移動量ｘ及びトルク移動方向ｘＤを算出する。なお、トルク移動量及び移動方向の算出部が演算に使用する値を図５（ｂ）に示している。
【００９３】
まず、車両のヨー方向のモーメントの釣り合いにより、式３１が得られる。
【００９４】
【数１６】
2005014657.tif 000018
【００９５】
ここで、右辺第１項は、前輪の動的コーナリングパワーＫｆ’に基づいて求めた前輪のコーナリングフォースによるモーメントであり、右辺第２項は後輪の動的コーナリングパワーＫｒ’に基づいて求めた後輪のコーナリングフォースによるモーメントである。また、右辺第３項は、後輪の駆動力により発生するモーメントであり、左右の後輪の必要駆動力Ｆｌｘ及びＦｒｘによるモーメントについて車輪の操舵分を示している。
【００９６】
ここで、前輪の動的コーナリングパワーＫｆ’及び後輪の動的コーナリングパワーＫｒ’は、それぞれ前述の動的コーナリングパワー算出部２２により得た４輪の動的コーナリングパワーの前輪側及び後輪側の和であり、式３２及び式３３により与えられる。
【００９７】
【数１７】
2005014657.tif 000019
【００９８】
また、式３１における前輪スリップ角βｆ及び後輪スリップ各βｒは、それぞれ式３４及び式３５により与えられる。
【００９９】
【数１８】
2005014657.tif 000020
【０１００】
式３２〜式３５を式３１に代入し、整理すると式３６が得られる。
【０１０１】
【数１９】
2005014657.tif 000021
【０１０２】
ここまでの演算は基本的に第１実施例の場合と同様である。
【０１０３】
本実施例では、車両はフルタイム４ＷＤであるので、後輪での駆動力を有する。リアデフ５４Ｒへの入力トルクをＴｉｎとすると、必要左右後輪駆動力の和との関係が式３７で与えられる。なお、この式３７は、第１実施例において回生／力行の収支を規定した式２５の代わりとなるものである。
【０１０４】
【数２０】
2005014657.tif 000022
【０１０５】
式３６と式３７をＦｒｘ及びＦｌｘについて解き、必要後輪左右駆動力を算出すると、式３８及び式３９を得る。
【０１０６】
【数２１】
2005014657.tif 000023
【０１０７】
今、リアデフ５４Ｒの出力側の左右トルクをそれぞれＴｌ、Ｔｒとし、左右のトルク移動量をｘとすると、式４０〜４２が得られる。
【０１０８】
【数２２】
2005014657.tif 000024
【０１０９】
そこで、式４０及び式４１をｘについて解くと式４３が得られ、Ｔｌ及びＴｒを消去して整理すると、トルク移動量ｘは式４４として得られる。
【０１１０】
【数２３】
2005014657.tif 000025
【０１１１】
こうして、左右のトルク移動量が得られる。また、トルク移動方向ｘＤについては、ｘ＞０であれば左旋回、ｘ＜０であれば右旋回となる。
【０１１２】
モータＣＰＵ２００ａは、こうして得られたトルク移動量ｘ及びトルク移動方向ｘＤを油圧ユニット７０へ入力する。油圧ユニット７０は、トルク移動量ｘに基づいて比例弁７２を制御し、トルク移動方向ｘＤに基づいて方向弁７１を制御することにより、リアデフ５４のトルク配分調整を行う。
【０１１３】
以上のように、第２実施例によれば、車両の前輪又は後輪に電動モータなどの駆動ユニットが設けられていない場合でも、トルク配分を調整する機構が設けられている車両の場合は、本発明を同様に適用し、車両の運動モデルに基づいて車両の走行を制御することができる。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両の運動モデルに基づいて、左右輪のトルクを独立に制御するので、運転者の操舵に対する車両の応答遅れを少なくし、舵の操作に対する車両の追従性を向上させることができる。即ち、トルクの制御量を予め用意したマップなどを利用して算出する制御方法と比較して、制御の実行に要する時間を短くすることができる。例えば、操舵初期時にはサスペンションのブッシュなどのたわみによりタイヤが横力を発生させるまで無駄な時間が生じ、操舵に対する車両の応答は遅れる傾向にあるが、本発明によりそのような遅れを解消することが可能である。また、雪道など、タイヤが横力を発生させにくい状況下で操舵を行った場合車両はアンダーステア状態となりやすいが、本発明によりアンダーステア状態を解消し、運転者の意図通り車両を旋回させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る車両の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す車両の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】モータＣＰＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】左右荷重移動量及び動的コーナリングパワーの算出に使用される値を示す。
【図５】目標左右モータ出力差及びトルク移動量の算出に使用される値を示す。
【図６】第１実施例による駆動ユニットの制御フローチャートである。
【図７】第２実施例に係る車両の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
３  トランスミッション
７  後輪
８  駆動ユニット
１０  前輪
１５  ＥＣＵ
２０  フィードフォワード制御部
３０  フィードバック制御部
４０  車両仕様データ記憶部
１００、５００  車両
２００  モータＣＰＵ
【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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