(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
規範ヨーモーメントに基づき、左右駆動制動力配分を用いて、車両の実ヨーモーメントをフィードバック制御するための方法であって、
重心点の横運動及びヨー運動が拘束された車両モデルについての車体スリップ角、ヨーモーメント及び前輪舵角の関係と、車体スリップ角、横力及び前輪舵角の関係を設定する過程と、
車体スリップ角、前輪舵角、ヨーレート及び実ヨーモーメントを実測値又は推定値として得る過程と、
所定のスタティックマージンを指定して、前記車体スリップ角及び前輪舵角を前記両関係に適用することにより規範ヨーモーメントを計算する過程と、
前記規範ヨーモーメントに対する実ヨーモーメントの偏差に基づき左右駆動制動力配分を決定する過程とを有し、
前記規範ヨーモーメントが更に、規範ヨーモーメントの過渡特性として、前記車体スリップ角の微分値のフィードバック及び前記前輪舵角の微分値のフィードフォワードから計算される動的ヨーモーメントを含むことを特徴とするヨーモーメントフィードバック制御方法。
【請求項２】
横加速度を実測値又は推定値として得る過程を更に有し、前記車体スリップ角を、前記前輪舵角、ヨーレート及び横加速度を入力とするスリップ角オブザーバにより得ることを特徴とする請求項１に記載のヨーモーメントフィードバック制御方法。
【請求項３】
前記実ヨーモーメントを、前記前輪舵角、ヨーレート及び車体スリップ角に基づき計算することを特徴とする請求項１に記載のヨーモーメントフィードバック制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動制動力配分を用いたヨーモーメントフィードバック制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、目標ヨーレート追従制御や目標スリップ角追従制御などの方法が種々提案されている。目標ヨーレートは、検出容易なヨーレート、舵角、車速などから設定することができるので、システム設計が比較的容易であるという利点がある。しかしながら、車両の状態量としてのヨーレートは、ヨーモーメントが積分された結果であることから、運転者の舵角入力に対して遅れが大きいため、応答性に難があることが知られている。
【０００３】
そこで、規範ヨーモーメントに基づき、左右駆動制動力配分を用いて、車両の実ヨーモーメントをフィードバック制御することが考えられる。しかしながら、このような制御は、特にタイヤ特性のように、実用域でもかなり非線形の強い要素が含まれることに伴い、このような非線形性を考慮した妥当な目標特性を設定することが困難であるという問題がある。例えば、特開昭２０００−２５５９４号には、そのような制御の一例が開示されているが、目標ヨーモーメントを、仮想的(理想的)なタイヤ特性から計算しているため以下の点で問題がある。
（１）仮想的なタイヤ特性の前後バランスを指定する方法が示されていない。
（２）目標の過渡応答を直接指定できない。また、定常特性と過渡特性を独立して指定できない。
（３）制御系の安定性が検討されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術の問題点及び発明者の知見に鑑み、本発明の主な目的は、タイヤ特性のような非線形性の強い要素が関与しても、高い精度をもって規範ヨーモーメントを設定可能なヨーモーメントフィードバック制御方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の第２の目的は、定常特性と過渡特性を独立して指定できるなど、設定自由度の高いヨーモーメントフィードバック制御方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の第３の目的は、制御系の安定性を確保し得るようなヨーモーメントフィードバック制方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、本発明によれば、規範ヨーモーメントに基づき、左右駆動制動力配分を用いて、車両の実ヨーモーメントをフィードバック制御するための方法であって、重心点の横運動及びヨー運動が拘束された車両モデルについての車体スリップ角、ヨーモーメント及び前輪舵角の関係と、車体スリップ角、横力及び前輪舵角の関係を設定する過程と、車体スリップ角、前輪舵角、ヨーレート及び実ヨーモーメントを実測値又は推定値として得る過程と、所定のスタティックマージンを指定して、前記車体スリップ角及び前輪舵角を前記両関係に適用することにより規範ヨーモーメントを計算する過程と、前記規範ヨーモーメントに対する実ヨーモーメントの偏差に基づき左右駆動制動力配分を決定する過程とを有することを特徴とするヨーモーメントフィードバック制御方法を提供することにより達成される。
【０００８】
この構成によれば、線形領域から非線形領域までの定常状態での目標ヨーモーメント特性を、βメソッドによって得られるβ−ヨーモーメント線図、β−サイドフォース線図(これら２つはベース車両に対して一意に計算できる)と目標スタティックマージンを指定することにより車体スリップ角βと前輪舵角δから計算できる。
【０００９】
特に、前記規範ヨーモーメントが更に、規範ヨーモーメントの過渡特性として、前記車体スリップ角の微分値のフィードバック及び前記前輪舵角の微分値のフィードフォワードから計算される動的ヨーモーメントを含むものであれば、定常状態のみならず過渡領域でも、それぞれ独立に適切な目標ヨーモーメント特性が指定できる。
【００１０】
また、この手法によれば、制御系の安定性を確保しつつ、応答性を向上することが可能である。特に、規範ヨーモーメントとして、静的ヨーモーメントのみを考慮した場合には、前輪舵角δ＊のフィードフォワード及び車体スリップ角βのフィードバックから計算可能であり、更に動的ヨーモーメントを考慮した場合でも、前輪舵角δ＊の微分値のフィードフォワード及び車体スリップ角βの微分値のフィードバックから計算可能であることから、制御系の構成がシンプルである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
車両のヨー運動及び横運動は、線形から非線形領域を含め式（１）、（２）の運動方程式で表される。
【００１３】
【数１】
0004021185.tif 000002
但し、ＩＺ：ヨー慣性モーメント、γ；ヨーレイト、Ｌ１，Ｌ２：前（後）輪軸から重心までの距離、Ｙ１、Ｙ２：前後輪タイヤの横力、α１、α２：前後輪タイヤのスリップ角、ＴＳＡ１〜４：各輪のセルフアライニングトルク、Ｍ：質量、ｙ：横方向変位である。
【００１４】
しかし、非線形領域では、線形領域のように式（１）、（２）を解析的に解くことはできない。そこで、（１）、（２）のモーメント及び力の値を算出し、車両の基本的な安定性及び運動特性を、以下に説明するβメソッドにより、解析するものとする。
【００１５】
ここで、重心点の横運動及びヨー運動が拘束され、直進走行する車両モデルについて考える（図１）。ここで前輪舵角δ＊＝０のときの車体スリップ角βに対する前輪及び後輪のサスペンション及びステアリング系とタイヤ自身の特性を含めた横力の特性が、図２に示されている。
【００１６】
これらにより、つりあいのために必要な復元ヨーモーメントＭＳ及び横力ＦＳは、以下の式（３）（４）により表され、更に図３及び４のグラフにより示されるように表される。
【００１７】
【数２】
0004021185.tif 000003
車両の全ての運動状態は、α１及びα２の組み合わせで表現できることを考えると、図１の拘束条件下に於けるδ＊及びβをパラメータとした図３のグラフにより、旋回抵抗を無視すれば、線形、非線形、定常及び過渡状態を含む全ての車両の特性が１つのグラフにより表されることがわかる。
【００１８】
図３のグラフに於いて、曲線の傾きΔＭＳはスタティックマージンに対応する。従って、 図３の曲線が右上がりであれば、車両がアンダステアであることを示している。これが右下がりであれば、車両がオーバステアであることを示しており、限界速度以上になると、車両が不安定になることを示している。従って、図３のグラフで、βが増えるに従って、ΔＭＳが減少し、車両の旋回横加速度の限界に近付くにつれて、安定性が低下することがわかる。
【００１９】
この関係を横加速度に対して求めるには、図４のＦＳを車両の質量Ｍで除しＹＧとし、ＹＧとＭＳとの関係を調べれば良い（図５）。図３でも同一の関係があるが、図５に於いては、定常旋回状態は、ＭＳ＝０の横軸上にある。従って、対応する車両について復元ヨーモーメント係数を知るには、図５の横軸上のＹＧに於けるΔＭＳを調べれば良い。また、式（５）、（６）から、式（７）が得られ、旋回半径Ｒと、実走中のタイヤの切れ角δ、スリップ角α１，α２の関係から、Ｒ≫Ｌとすれば、式（８）が得られる。
【００２０】
【数３】
0004021185.tif 000004
このように、図１のモデルに於ける車体すべり角を基準とする解析方法により、非線形及び過渡状態を含む全ての運転状態の安定性及び運動特性を把握することができる。上記したβメソッドについては、芝端らによる「ヨーモーメント制御による車両運動性能の向上について」、自動車技術，１９９３年，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１２，ｐｐ５４−６０を参照されたい。
【００２１】
このように、重心点の横運動及びヨー運動が拘束された車両モデルについての車体スリップ角、ヨーモーメント及び前輪舵角の関係と、車体スリップ角、横力及び前輪舵角の関係を設定することができる。そこで、所定のスタティックマージンを指定して、前記車体スリップ角及び前輪舵角を前記両関係に適用することにより規範ヨーモーメントを計算することができる。
【００２２】
図６は、このような着想に基づくヨーモーメントフィードバック制御方法を実施するための制御装置の一実施例を示している。車両には、前後輪のそれぞれについて設けられた横加速度センサ及び重心に配置されたヨーレートセンサ及び前輪舵角センサが備えられている。また、スリップ角オブザーバが制御装置内に設けられ、各時点に於ける横加速度、ヨーレート及び前輪舵角に基づいて、車体スリップ角を推定する。推定車体スリップ角、前輪舵角及びヨーレートから、実ヨーモーメントを計算する。更に、線形領域から非線形領域で線形近似した車両モデルのδ＊からβまでの伝達関数の形(具体的にはダンピング項と零点)を指定することにより、制御系の安定性を確保した上で応答性や収敏性を向上させ、かつ上記定常特性に影響を及ぼすことのない目標ヨーモーメントの過渡特性を指定することができる。これは車体スリップ角βの微分値のフィードバック（ＦＢ）と前輪舵角δ＊の微分値のフィードフォワード（ＦＦ）から計算できる。この車両モデルから得られた規範ヨーモーメントと実ヨーモーメントとの間の偏差に応じた制動又は駆動トルクを車両に加え、所望の運動特性を得ることができる。
【００２３】
このような制御構造を更に詳しく以下に説明する。
１．ヨーモーメント偏差のフィードバック
非線形車両モデルが以下の運動方程式で表されものと想定する。
【００２４】
【数４】
0004021185.tif 000005
を制御入力とするヨーモーメントＦＢ制御系を構成する。但し、β：車体スリップ角、Ｖ：車速、ＭＺ：ヨーモーメント制御入力である。式（１１）を式（１０）に代入するとヨーモーメントの釣り合い式は以下のようになる。
【００２５】
【数５】
0004021185.tif 000006
２．βメソッドによる静的な規範ヨーモーメントの設定
ＭＺ＝０のときのＮＳＰ及びスタティックマージンを、それぞれＬＮ、ＳＭ（＝ＬＮ／Ｌ）とすると、式（１０）の重心点拘束モデルのヨーモーメント釣り合い式は
【数６】
0004021185.tif 000007
ここで、ｕ０はｕの定常項である。一方このヨーモーメント制御車両の新しいＮＳＰ、スタティックマージンをＬＮ＊、ＳＭ＊とする釣り合い式は
【数７】
0004021185.tif 000008
となる。式（１１）、（１２）により指定されたスタティックマージンＳＭとなるヨーモーメント制御入力ｕ０は次式のようになる。（Ｌ：ホイールベース）
【数８】
0004021185.tif 000009
ここで、２Ｌ１Ｙ１（β−δ＊）−２Ｌ２Ｙ２（β）は、図３のグラフから、ＳＭは、図５の曲線の傾きからグラフから、Ｙ１（β−δ＊）＋Ｙ２（β）は、図４のグラフから、それぞれ求められる。従って、ヨーモーメント制御入力ＭＺは、
【数９】
0004021185.tif 000010
となる。第１項は実ヨーモーメントであり、第２項は、図３及び４のグラフ及びスタティックマージンから決まる規範ヨーモーメントである。
３．動特性の解析
式（９）の両辺を時間ｔで微分して整理すると
【数１０】
0004021185.tif 000011
但し、Ｋ１＝−（∂Ｙ１／∂α１）［β＋（Ｌ１／Ｖ）γ−δ＊］、Ｋ２＝−（∂Ｙ２／∂α２）｛β−（Ｌ２／Ｖ）γ｝である。
【００２６】
動特性の解析、設計を行うため、式（１５）の非線形タイヤ特性を以下のように線形近似する。
【００２７】
【数１】
0004021185.tif 000012
但し、Ｋ１０＝−（∂Ｙ１／∂α１）（β−δ＊）、Ｋ２０＝−（∂Ｙ２／∂α２）（β）とする。なお、式（１８）から静的な規範ヨーモーメントはβのＦＢとδのＦＦで構成されていることが分かる。
【００２８】
ｕの過渡項をｕ１（すなわちｕ＝ｕ０＋ｕ１）として、式（１２）、（１８）を式（１７）に代入すると、参照入力がδ＊、制御入力がｕ１、出力がβの線形化された伝達特性が得られる。
【００２９】
【数１２】
0004021185.tif 000013
上式から分かるように式（１８）の静的な制御では、βとδ＊の定常項を変えることはできるが、βとδ＊の１次微分係数は変えることはできない。これはスタティックマージンを小さくした場合車両の動特性が悪化することになる。そこで規範モーメントの過渡項ｕ１を用いて動特性の改善を図る。
４．動的ＦＢ＋ＦＦによる過渡応答の解析
式（１９）の過渡応答を改善するために、規範ヨーモーメントの過渡項ｕ１を、βの微分及びδの微分の線形結合で表す。
【００３０】
【数１３】
0004021185.tif 000014
式（２０）を式（１９）に代入すると、
【数１４】
0004021185.tif 000015
となる。ここで、δ＊からβまでの伝達関数の減衰係数×固有角周波数（ξ＊ωｎ＊）と零点ｚβ＊を指定すると、
【数１５】
0004021185.tif 000016
より
【数１６】
0004021185.tif 000017
以上より最終的なヨーモーメント制御入力は次のようになる。
【数１７】
0004021185.tif 000018
ここで、
【数１８】
0004021185.tif 000019
【００３１】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、線形領域から非線形領域までの定常状態での目標ヨーモーメント特性を、βメソッドによって得られるβ−ヨーモーメント線図及びβ−サイドフォース線図(これら２つはベース車両に対して一意に計算できる)と目標スタティックマージンを指定することにより車体スリップ角βと前輪舵角δ＊から計算できる。また、線形領域のみならず非線形領域でも、また定常状態のみならず過渡領域でも、それぞれ独立に適切な目標ヨーモーメント特性が指定できる。また、この手法によれば、制御系の安定性を確保しつつ、応答性を向上することが可能である。更に、この目標ヨーモーメントは車体スリップ角βとその微分値のフィードバックと前輪舵角δ＊とその微分値のフィードフォワードから計算可能であるため、制御系の構成がシンプルである。
【図面の簡単な説明】
【図１】βメソッドの基礎となる、重心点の横運動及びヨー運動が拘束された車両モデルを示すダイヤグラム図。
【図２】前記車両モデルに於いてスリップ角と横力との関係を示すグラフ。
【図３】前記車両モデルに於いて様々な前輪舵角について車体スリップ角と復元ヨーモーメントとの関係を示すグラフ。
【図４】前記車両モデルに於いて車体スリップ角と横力との関係を示すグラフ。
【図５】前記車両モデルに於いて様々な前輪舵角について横加速度と復元ヨーモーメントとの関係を示すグラフ。
【図６】本発明に基づくヨーモーメントフィードバック制御方法を実施するための制御装置の一実施例を示すブロック図。
【図１】
0004021185.tif 000020
【図２】
0004021185.tif 000021
【図３】
0004021185.tif 000022
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004021185.tif 000025