(57)【要約】【課題】タイヤのスリップ率ｓ、及びスリップ角βを用いることなく車両に作用するヨーモーメントＭを算出することが可能な車両制御装置を提供する。【解決手段】各車輪に対し、車体の前後方向の速度、及び車体の左右方向の速度に基づいて、各車輪の左右方向の速度を演算し、各車輪の前後方向の速度に、前記ヨーレートを乗じ、更に、各車輪の荷重を乗じることにより、各車輪の左右力を求め、該左右力に基づいて電気自動車に作用するヨーモーメントＭを算出する。従って、従来と対比して高精度にヨーモーメントＭを求めることができる。【選択図】図１
2009159793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各車輪をそれぞれ独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置において、
車両の速度を検出する車速検出手段と、
車両に作用するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
前記電気自動車に作用するヨーモーメント求めるヨーモーメント演算手段と、
前記ヨーモーメント演算手段にて求められるヨーモーメントに基づいて、前記電気モータの駆動トルクを算出する制駆動力演算手段と、を有し、
前記ヨーモーメント演算手段は、前記各車輪の速度、及び前記ヨーレート検出手段で求められるヨーレートに基づいて、ヨーモーメントを算出することを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
前記ヨーモーメント演算手段は、前記各車輪に対し、車体の前後方向の速度、及び車体の左右方向の速度に基づいて、各車輪の左右方向の速度を演算し、
各車輪の前後方向の速度に、前記ヨーレートを乗じ、更に、各車輪の荷重を乗じることにより、各車輪の左右力を求め、該左右力に基づいて前記電気自動車に作用するヨーモーメントを算出することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記各車輪の左右力は、４輪の各タイヤのうち、左前のタイヤに作用する左右力をＦy-FL、右前のタイヤに作用する左右力をＦy-FR、左後のタイヤに作用する左右力をＦy-RL、右後のタイヤに作用する左右力をＦy-RRとしたとき、下記式にて求められることを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
Ｆy-FL＝（Ｆｚ-FL／ｇ）・ｕｔｆｌ・γ
Ｆy-FR＝（Ｆｚ-FR／ｇ）・ｕｔｆｒ・γ
Ｆy-RL＝（Ｆｚ-RL／ｇ）・ｕｔｒｌ・γ
Ｆy-RR＝（Ｆｚ-RR／ｇ）・ｕｔｒｒ・γ
但し、Ｆｚ-FLは左前の車輪の輪荷重、Ｆｚ-FRは右前の車輪の輪荷重、Ｆｚ-RLは左後の車輪の輪荷重、Ｆｚ-RRは右後の車輪の輪荷重、ｕｔｆｌは左前の車輪の進行方向速度、ｕｔｆｒは右前の車輪の進行方向速度、ｕｔｒｌは左後の車輪の進行方向速度、ｕｔｒｒは右後の車輪の進行方向速度、γはヨーレート、ｇは重力加速度である。
【請求項４】
前記ヨーモーメント演算手段は、車両の重心点からフロントホイールベース軸までの距離をｌｆ、車両の重心点からリアホイールベース軸までの距離をｌｒとしたとき、下記式にてヨーモーメントＭを求めることを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
Ｍ＝ｌｆ（Ｆy-FL＋Ｆy-FR）−ｌｒ（Ｆy-RL＋Ｆy-RR）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各車輪が電気モータにより駆動する電気自動車を制御する車両制御装置に係り、特に、ヨーモーメントを高精度に求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、４輪を電気モータにより駆動して走行する電気自動車の挙動に対して、左右の車輪の駆動力または制動力の差を用いてダイレクトヨーモーメントを算出する、いわゆるダイレクトヨーモーメント制御（ＤＹＣ）が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このようなヨーモーメント制御では、電気自動車の車両速度と操舵角より演算される目標ハンドリングのヨーモーメントを、目標ヨーモーメントとしてＭｄ設定し、且つ、周知のタイヤモデル（ブラッシュモデル、マジックフォーミュラ等）を用いて、各車輪のタイヤ力（前後力、左右力）を演算し、このタイヤ力に基づいて、車両に作用するヨーモーメントを求める。
【０００４】
具体的には、上記のタイヤモデルを用いて、各車輪の前後に作用する前後力Ｆｘ、及び左右方向に作用する左右力Ｆｙを求め、更に、求めた前後力Ｆｘ、左右力Ｆｙ、及びヨーレートセンサで求められるヨーレートγを所定の演算式に代入して、電気自動車に作用するヨーモーメントＭを算出する。そして、求めたヨーモーメントＭと、上記の目標ヨーモーメントＭｄとの差分がゼロとなるように制御が行われる。
【０００５】
ここで、周知のタイヤモデルでは、ブラッシュモデルを用いる場合を例に挙げると、下記の（１）式、（２）式により、前後力Ｆｘ、左右力Ｆｙが求められる。
【数１】
2009159793.tif 000003
【０００６】
ここで、ｓはスリップ率、βはスリップ角、Ｆｚは輪荷重、μは摩擦係数、Ｋｘはトレッドラバーの縦方向の剛性、Ｋｙはトレッドラバーの横方向の剛性、ξｓは演算に用いるパラメータである。
【０００７】
そして、上記の（１）、（２）式から理解されるように、従来におけるタイヤモデルを用いたタイヤ力の演算方法では、スリップ率ｓ、及びスリップ角βを用いるので、これらの数値を高精度に求める必要がある。しかしながら、実際にはスリップ率ｓ、及びスリップ角βを高精度に求めることができない場合が多く、このような場合には、車両に作用するヨーモーメントＭを高精度に算出することができないという欠点がある。
【特許文献１】特開２００３−１５９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来におけるタイヤモデルを用いてタイヤ力、即ち、前後力Ｆｘ、左右力Ｆｙを求める方法では、演算精度が低下する場合があり、このような場合には、高精度なヨーモーメントＭの演算ができなくなり、ひいては、ダイレクトヨーモーメント制御（ＤＭＣ）の精度が低下するという問題が発生していた。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、タイヤのスリップ率ｓ、及びスリップ角βを用いることなくタイヤ力を演算して、車両に作用するヨーモーメントＭを算出することが可能な車両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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、各車輪をそれぞれ独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置において、車両の速度を検出する車速検出手段と、車両に作用するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、前記電気自動車に作用するヨーモーメント求めるヨーモーメント演算手段と、前記ヨーモーメント演算手段にて求められるヨーモーメントに基づいて、前記電気モータの駆動トルクを算出する制駆動力演算手段と、を有し、前記ヨーモーメント演算手段は、前記各車輪の速度、及び前記ヨーレート検出手段で求められるヨーレートに基づいて、ヨーモーメントを算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記ヨーモーメント演算手段は、前記各車輪に対し、車体の前後方向の速度、及び車体の左右方向の速度に基づいて、各車輪の左右方向の速度を演算し、各車輪の前後方向の速度に、前記ヨーレートを乗じ、更に、各車輪の荷重を乗じることにより、各車輪の左右力を求め、該左右力に基づいて前記電気自動車に作用するヨーモーメントを算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記各車輪の左右力は、４輪の各タイヤのうち、左前のタイヤに作用する左右力をＦy-FL、右前のタイヤに作用する左右力をＦy-FR、左後のタイヤに作用する左右力をＦy-RL、右後のタイヤに作用する左右力をＦy-RRとしたとき、下記式にて求められることを特徴とする。
【００１３】
Ｆy-FL＝（Ｆｚ-FL／ｇ）・ｕｔｆｌ・γ
Ｆy-FR＝（Ｆｚ-FR／ｇ）・ｕｔｆｒ・γ
Ｆy-RL＝（Ｆｚ-RL／ｇ）・ｕｔｒｌ・γ
Ｆy-RR＝（Ｆｚ-RR／ｇ）・ｕｔｒｒ・γ
但し、Ｆｚ-FLは左前の車輪の輪荷重、Ｆｚ-FRは右前の車輪の輪荷重、Ｆｚ-RLは左後の車輪の輪荷重、Ｆｚ-RRは右後の車輪の輪荷重、ｕｔｆｌは左前の車輪の進行方向速度、ｕｔｆｒは右前の車輪の進行方向速度、ｕｔｒｌは左後の車輪の進行方向速度、ｕｔｒｒは右後の車輪の進行方向速度、γはヨーレート、ｇは重力加速度である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記ヨーモーメント演算手段は、車両の重心点からフロントホイールベース軸までの距離をｌｆ、車両の重心点からリアホイールベース軸までの距離をｌｒとしたとき、下記式にてヨーモーメントＭを求めることを特徴とする。
【００１５】
Ｍ＝ｌｆ（Ｆy-FL＋Ｆy-FR）−ｌｒ（Ｆy-RL＋Ｆy-RR）
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る車両制御装置では、従来のように、タイヤのスリップ率ｓ、或いはタイヤのスリップ角βを用いることなく、タイヤの左右力Ｆｙを求めることができる。従って、従来と対比して、ヨーモーメントＭの演算精度を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両制御装置１００の構成を示すブロック線図である。同図に示すように、該車両制御装置１００は、制御部１０と、該制御部１０に接続され、車両の操舵角を検出する操舵角センサ２１と、車速を検出する車速センサ（車速検出手段）２２と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）２３と、車両の加速度を検出する加速度センサ２４を備えている。
【００１８】
制御部１０は、フィードフォワードヨーモーメント演算部１１と、目標ヨーモーメント演算部１２と、ヨーモーメント演算部（ヨーモーメント演算手段）１３と、ＰＩＤコントローラ１４と、制駆動力演算部（制駆動力演算手段）１５、及び、加算器３１，３２を備えている。
【００１９】
フィードフォワードヨーモーメント演算部１１は、フィードフォワード補償ヨーモーメントＭFFを演算する。具体的には、フィードフォワードヨーモーメント演算部１１は、操舵角センサ２１より出力される操舵角δ、及び車速センサ２２より出力される車速Ｖに基づいて、フィードフォワード補償ヨーモーメントＭFFを演算する。そして、このフィードフォワード補償ヨーモーメントＭFFを、加算器３２に出力する。
【００２０】
目標ヨーモーメント演算部１２は、目標ヨーモーメントＭｄを演算する。具体的には、目標ヨーモーメント演算部１２は、操舵角センサ２１より出力される操舵角δ、及び車速センサ２２より出力される車速Ｖに基づいて、目標ヨーモーメントＭｄを演算する。そして、この目標ヨーモーメントＭｄを、加算器３１に出力する。
【００２１】
ヨーモーメント演算部１３は、電気自動車の挙動を制御するために用いられる電気自動車のヨーモーメントＭを演算する。具体的には、ヨーモーメント演算部１３は、操舵角δ、車速Ｖ、ヨーレートセンサ２３より出力されるヨーレートγ、及び、加速度センサ２４より出力される縦方向の加速度ａｘ、横方向の加速度ａｙに基づいて、電気自動車のヨーモーメントＭを演算する。この演算手法は、本実施形態の特徴部分であり、後述する。そして、このヨーモーメントＭを、加算器３１に出力する。
【００２２】
加算器３１は、目標ヨーモーメント演算部１２より出力される目標ヨーモーメントＭｄと、ヨーモーメント演算部１３より出力されるヨーモーメントＭとの差分（Ｍｄ−Ｍ）を求め、差分データ（Ｍｄ−Ｍ）としてＰＩＤコントローラ１４に出力する。
【００２３】
ＰＩＤコントローラ１４は、加算器３１より出力される差分データ（Ｍｄ−Ｍ）に基づいて、この差分データ（Ｍｄ−Ｍ）をゼロに収束させるためのフィードバックヨーモーメントＭFBを演算し、このフィードバックヨーモーメントＭFBを加算器３２に出力する。
【００２４】
加算器３２は、ＰＩＤコントローラ１４より出力されるフィードバックヨーモーメントＭFBと、フィードフォワードヨーモーメント演算部１１より出力されるフィードフォワード補償ヨーモーメントＭFFとを加算し、この加算結果を、誤差ヨーモーメントＭDYCとして、制駆動力演算部１５に出力する。
【００２５】
そして、制駆動力演算部１５は、加算器３１より出力される誤差ヨーモーメントＭDYCに基づいて、各車輪に設けられるインホイールモータによる制駆動力を演算する。具体的には、制駆動力演算部１５は、所定の評価関数を最適制御することによって、制駆動力を演算する。
【００２６】
次に、本実施形態に係る車両制御装置１００の、ヨーモーメント演算部１３での、ヨーモーメントＭの演算手順について説明する。まず、車両モデルとして使用する各パラメータを、図２の車両モデルに示すように決める。ここで、各符号は、下記の通りである。
【００２７】
ｍ    ：車両重量［Ｎ］
Ｆｚ  ：輪荷重［Ｎ］
ｇ    ：重力加速度［９．８ｍ／ｓ2］
γ    ：ヨーレート［ｒａｄ／ｓｅｃ］
ｖ    ：車速［ｍ／ｓｅｃ］
β    ：スリップ角［ｒａｄ］
θ    ：ステア角［ｒａｄ］
ｄ    ：トレッドベース［ｍ］
ｌｆ  ：重心点Ｐからフロントホイールベース軸までの距離［ｍ］
ｌｒ  ：重心点Ｐからリアホイールベース軸までの距離［ｍ］
以下、車両の横方向（左右方向）に作用する力（左右力Ｆｙ）の演算方法について説明する。
【００２８】
各車輪についての、車体の前後方向の速度、即ち、図２に示す、ｕｂｆｒ（右前輪の車体前方を向く速度）、ｕｂｒｒ（右後輪の車体前方を向く速度）、ｕｂｆｌ（左前輪の車体前方を向く速度）、ｕｂｒｌ（左後輪の車体前方を向く速度）は、下記の（３）、（４）式で求められる。
【００２９】
ｕｂｆｒ，ｕｂｒｒ＝ｖ・cosβ＋γ（ｄ／２）    …（３）
ｕｂｆｌ，ｕｂｒｌ＝ｖ・cosβ−γ（ｄ／２）    …（４）
また、各車輪についての、車体の左右方向の速度、即ち、図２に示す、ｖｂｆｌ（左前輪の車体右方向を向く速度）、ｖｂｆｒ（右前輪の車体右方向を向く速度）、ｖｂｒｌ（左後輪の車体右方向を向く速度）、ｖｂｒｒ（右後輪の車体右方向を向く速度）は、下記の（５）、（６）式で求められる。
【００３０】
ｖｂｆｌ，ｖｂｆｒ＝ｖ・sinβ＋γ・ｌｆ        …（５）
ｖｂｒｌ，ｖｂｒｒ＝ｖ・sinβ−γ・ｌｆ        …（６）
そして、上記（３）〜（６）式より、各車輪のタイヤの進行方向の速度ｕｔｆｌ（左前）、ｕｔｆｒ（右前）、ｕｔｒｌ（左後）、ｕｔｒｒ（右後）は、下記の（７）〜（１０）式が得られる。
【００３１】
ｕｔｆｌ＝ｖｂｆｌ・sinθ＋ｕｂｆｌ・cosθ      …（７）
ｕｔｆｒ＝ｖｂｆｒ・sinθ＋ｕｂｆｒ・cosθ      …（８）
ｕｔｒｌ＝ｕｂｒｌ      …（９）
ｕｔｒｒ＝ｕｂｒｒ      …（１０）
なお、後輪はステアされていないので、（９）、（１０）式に示すように、ｕｔｒｌ＝ｕｂｒｌ、ｕｔｒｒ＝ｕｂｒｒとなっている。
【００３２】
上記の（７）〜（１０）式により、４輪の各タイヤに作用する左右力Ｆy-FL、Ｆy-FR、Ｆy-RL、Ｆy-RRは、下記の（１１）〜（１４）式で示すことができる。
【００３３】
Ｆy-FL＝（Ｆｚ-FL／ｇ）・ｕｔｆｌ・γ        …（１１）
Ｆy-FR＝（Ｆｚ-FR／ｇ）・ｕｔｆｒ・γ        …（１２）
Ｆy-RL＝（Ｆｚ-RL／ｇ）・ｕｔｒｌ・γ        …（１３）
Ｆy-RR＝（Ｆｚ-RR／ｇ）・ｕｔｒｒ・γ        …（１４）
但し、Ｆｚ-FLは左前の車輪の輪荷重、Ｆｚ-FRは右前の車輪の輪荷重、Ｆｚ-RLは左後の車輪の輪荷重、Ｆｚ-RRは右後の車輪の輪荷重を示す。
【００３４】
即ち、各車輪の前後方向の速度に、ヨーレートγを乗じ、更に、各車輪の荷重を乗じることにより、各車輪の左右力を求めている。なお、全左右力は、下記の（１５）式で示すことができる。
【００３５】
Ｆｙ＝ｍ・ａｙ＝ｍ・ｖ・γ    …（１５）
そして、図１に示すヨーモーメント演算部１３は、上記の（１１）〜（１４）式により求められる、各車輪毎の左右力Ｆy-FL、Ｆy-FR、Ｆy-RL、Ｆy-RRに基づいて、下記の（１６）式により、ヨーモーメントＭを求める。
【００３６】
Ｍ＝ｌｆ（Ｆy-FL＋Ｆy-FR）−ｌｒ（Ｆy-RL＋Ｆy-RR）    …（１６）
（１６）式により求められたヨーモーメントＭは、目標ヨーモーメントＭｄとの差分が演算され、ＰＩＤコントローラ１４により、フィードバックヨーモーメントＭFBが演算され、制駆動力演算部１５に出力されることとなる。こうして、制駆動力演算部１５では、各輪に設けられるの電動モータを高精度に制御することができる。
【００３７】
このようにして、本実施形態に係る車両制御装置１００では、ヨーモーメント演算部１３において、ヨーモーメントを算出する際に、従来のように周知モデルを用いて、タイヤの左右力Ｆｙを求めるのではなく、各タイヤの前後方向の速度、左右方向の速度を求め、更に、ヨーレートセンサ２３により検出されるヨーレートγを用いて、上記の演算の手法を用いてヨーモーメントＭを求めている。従って、従来のように、タイヤのスリップ率ｓ、或いはタイヤのスリップ角βを用いることなく、タイヤの左右力Ｆｙを求めることができ、従来と対比して、ヨーモーメントＭの演算精度を飛躍的に向上させることができる。その結果、ダイレクトヨーモーメント制御（ＤＹＣ）を高精度に実行することができる。
【００３８】
以上、本発明の車両制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
ダイレクトヨーモーメント制御を高精度に実行する上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図２】車体モデルに用いる各記号を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  制御部
１１  フィードフォワードヨーモーメント演算部
１２  目標ヨーモーメント計算部
１３  ヨーモーメント演算部
１４  ＰＩＤコントローラ
１５  制駆動力演算部
２１  操舵角センサ
２２  車速センサ
２３  ヨーレートセンサ
２４  加速度センサ
３１，３２  加算器
１００  車両制御装置
【図１】
2009159793.tif 000004
【図２】
2009159793.tif 000005