(57)【要約】【課題】  複数のデバイスの協調制御に要する処理時間の短縮やデバイスの失陥時における対応の容易化等を実現した車両挙動制御装置を提供する。【解決手段】  車輪運動制御装置４０は、ステップＳ７で、着力点ηが前軸位置（前輪３ｆの位置）Ｌｆより大きいか否かを判定する。この判定がＹｅｓであった場合、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ８で、着力点ηを前軸位置Ｌｆとする（η＝Ｌｆ）とともに、制動モーメントＭｂを算出する（Ｍｂ＝（η−Ｌｆ）・Ｆ）。車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１２で、仮想横力Ｆの操舵制御分を２輪モデルの前後輪３ｆ，３ｒに分配すべく、前輪横力合計値Ｆｆｙと後輪横力合計値Ｆｒｙとを算出する。車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１４で、制動モーメントＭｂを左右輪３ｌ，３ｒに分配すべく、左輪前後力合計値Ｆｌｘと右輪前後力合計値Ｆｒｘとを算出する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の運転操作と車両の走行状況との少なくとも一方に基づき、当該車両の目標挙動を設定する目標挙動設定手段と、
前記車両の運動状態量に基づき、当該車両の実挙動を検出または推定する実挙動取得手段と、
前記目標挙動と前記実挙動との差に基づき、前記車両に加えるべき仮想横力およびその着力点を設定する仮想横力設定手段と、
前記仮想横力設定手段の設定結果に基づき、車輪の運動を制御する車輪運動制御手段と
を備えたことを特徴とする車両挙動制御装置。
【請求項２】
前記車両は、前記車輪を転舵させる車輪転舵手段を備え、
前記車輪運動制御手段が前記車輪転舵手段を駆動制御することを特徴とする、請求項１に記載された車両挙動制御装置。
【請求項３】
前記車両は、前記車輪を制動または駆動する前後力付加手段を備え、
前記車輪運動制御手段が前記前後力付加手段を駆動制御することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された車両挙動制御装置。
【請求項４】
前記車両が前記車輪転舵手段を備えていた場合、
前記車輪運動制御手段は、当該車輪転舵手段を前記前後力付加手段よりも優先させて駆動制御することを特徴とする、請求項３に記載された車両挙動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の車輪運動制御デバイスを協調制御する車両挙動制御装置に係り、詳しくは、複数のデバイスの協調制御に要する処理時間の短縮やデバイスの失陥時における対応の容易化等を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、前輪のみが操舵される旧来の前輪操舵車両に代わり、高速走行時における操縦安定性の向上や駐車時における旋回半径の縮小等を実現すべく、左右の後輪を操舵する後輪操舵デバイスを備えた４輪操舵車両が開発されている。また、走行安定性や旋回性能の更なる向上を実現すべく、車速やヨーレイト等に応じて各車輪を制動あるいは駆動する制駆動デバイスも出現している。この種のデバイスを複数備えた車両では、各デバイス間の制御干渉を抑制するため、各車輪の摩擦円の大きさから算出した制御限界に基づいて各車輪への追加タイヤ発生力を決定する、あるいは、各車輪のグリップ余裕度に基づいて各デバイスの制御配分等を設定する協調制御が一般的に採用されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２６４５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の方法では、各車輪について摩擦円の大きさやグリップ余裕度を個別に演算するにあたり、路面の摩擦係数やセルフアライニングトルクの推定を行わなければならない。したがって、路面状態等が刻々と変化する状況に対処するためには、複雑な算出式を用いた演算を高速で行う必要があり、演算処理装置として高性能かつ高価なものが要求される。また、摩擦円やグリップ余裕度の算出が容易でない場合、各車輪に対するタイヤ発生力配分や各デバイスへの制御配分を行うことが難しくなる問題があった。一方、このような問題を解決すべく、簡易的な解析手段によって摩擦円やグリップ余裕度の解析解を得ることも考えられるが、そのような解析解に基づいて上述したタイヤ発生力配分や制御配分を行うと、解析解の誤差がそのまま制御精度に影響してしまう。そのため、実際の車両に適用した場合の挙動に過不足が生じても、制御則によってそれに対応することができず、結果として制御成績が低下してしまうことになる。また、解析手段を用いる方法には、制御配分対象に変化が生じた場合（例えば、あるデバイスが失陥した場合等）、制御則を再構築する等の非現実的な対処が必要となる（あるいは、変化の分だけ制御成績が悪化する）。
【０００４】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、複数のデバイスの協調制御に要する処理時間の短縮やデバイスの失陥時における対応の容易化等を実現した車両挙動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】
第１の発明に係る車両挙動制御装置は、運転者の運転操作と車両の走行状況との少なくとも一方に基づき、当該車両の目標挙動を設定する目標挙動設定手段と、前記車両の運動状態量に基づき、当該車両の実挙動を検出または推定する実挙動取得手段と、前記目標挙動と前記実挙動との差に基づき、前記車両に加えるべき仮想横力およびその着力点を設定する仮想横力設定手段と、前記仮想横力設定手段の設定結果に基づき、車輪の運動を制御する車輪運動制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、第２の発明は、第１の発明に係る車両挙動制御装置において、前記車両は、前記車輪を転舵させる車輪転舵手段を備え、前記車輪運動制御手段が前記車輪転舵手段を駆動制御することを特徴とする。
【０００７】
また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る車両挙動制御装置において、前記車両は、前記車両は、前記車輪を制動または駆動する前後力付加手段を備え、前記車輪運動制御手段が前記前後力付加手段を駆動制御することを特徴とする。
【０００８】
また、第４の発明は、第３の発明に係る車両挙動制御装置において、前記車両が前記車輪転舵手段を備えていた場合、前記車輪運動制御手段は、当該車輪転舵手段を前記前後力付加手段よりも優先させて駆動制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１〜第３の発明に係る車両挙動制御装置によれば、仮想横力と着力点とに基づき操舵量と制動量とを算出するため、各車輪について摩擦円の大きさやグリップ余裕度を個別に演算する従来装置に較べて演算処理がごく短時間で行え、路面状態等の変化への対応を比較的高速かつ高精度で行えるとともに、車輪運動制御手段として比較的低コストのものが採用可能となる。また、第４の発明に係る車両挙動制御装置によれば、操舵制御のみによって仮想横力を作用させられる場合には各車輪を制動しないため、車速の不要な低下が抑制されるとともに、運転者が減速感を覚えることもなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る車両挙動制御装置を適用した４輪自動車（車両：以下、単に自動車と記す）の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る自動車の装置構成を示す平面図であり、図２は実施形態に係るＶＳＡ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。
【００１１】
＜車両の装置構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係る自動車の概略構成について説明する。説明にあたり、４つの車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば左前輪３ｆｌ、右前輪３ｆｒ、左後輪３ｒｌ、右後輪３ｒｒと記すとともに、総称する場合には、例えば車輪３と記す。
【００１２】
図１に示す自動車１では、車体２の前後左右に４つの車輪３がそれぞれ設置されており、これら各車輪３がサスペンションアームやスプリング、ダンパ等からなるサスペンション４を介して車体２を支持している。各車輪３には、その外周にタイヤ５が装着されるとともに、内周側にブレーキ（ディスクブレーキキャリパ）６が設置されている。また、自動車１には、その前部にエンジン７が搭載されるとともに、左右前輪３ｆｌ，３ｆｒの転舵に供される前輪転舵機構８と、左右後輪３ｒｌ，３ｒｒの転舵にそれぞれ供される左右後輪転舵機構９ｌ，９ｒとが設置されている。
【００１３】
自動車１の運転席には、その後端にステアリングホイール１１が取り付けられたステアリングシャフト１２が設置されている。ステアリングシャフト１２には、運転者に操舵反力を与える反力アクチュエータ１３と、運転者によるステアリングホイール１１の操作量を検出する操舵角センサ１５とが設置されている。また、自動車１には、各車輪３内にその回転速度（車輪速）を検出する車輪速センサ１６が設置される他、横加速度を検出する横Ｇセンサ１７、前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１８、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１９等が車体２の適所に設置されている。
【００１４】
前輪転舵機構８は、その両端に前輪側ナックル２０ｆｌ，２０ｆｒが連結されたステアリングギヤ２１や、ステアリングギヤ２１を駆動する前輪操舵アクチュエータ２２等から構成されている。また、両後輪転舵機構９ｌ，９ｒは、車体２と後輪側ナックル２０ｒｌ，２０ｒｒとの間に介装された直動式の後輪操舵アクチュエータ２４ｌ，２４ｒや、図示しないポジションセンサ等から構成されている。
【００１５】
自動車１には、ＶＳＡ（Vehicle Stability Assist:車両挙動安定化制御システム）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３１と、前輪操舵アクチュエータ２２や後輪操舵アクチュエータ２４ｌ，２４ｒ等を駆動制御する操舵ＥＣＵ３２と、各ブレーキ６に圧油を供給する油圧ユニット３３と、エンジン７を統括制御するエンジンＥＣＵ３４とが設置されている。
【００１６】
ＶＳＡ−ＥＣＵ３１、操舵ＥＣＵ３２およびエンジンＥＣＵ３４は、それぞれ、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して互いに接続されている。また、油圧ユニット３３は、ＰＷＭ制御される電磁バルブや油圧回路等を４系統備えており、図示しないブレーキペダル（ブレーキマスターシリンダ）からの油圧を各車輪３のブレーキ６にそのまま送給する他、ＶＳＡ−ＥＣＵ３１からの駆動信号に基づいて各ブレーキ６にそれぞれ異なった圧力の圧油を送給する。
【００１７】
＜車輪運動制御装置＞
本実施形態のＶＳＡ−ＥＣＵ３１には車輪運動制御装置が内装されている。
図２に示すように、車輪運動制御装置４０は、車速推定部４１と、加減速係数設定部４２と、目標ヨーレイト設定部４３と、目標横滑り角設定部４４と、実横滑り角推定部４５と、ピッチ係数設定部４６と、ヨーレイト差算出部４７と、横滑り角差算出部４８と、仮想横力設定部４９と、制御量設定部５０とを備えている。車速推定部４１は、各車輪３の車輪速センサ１６から入力した車輪速Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒに基づき、自動車１の車速ｖを推定する。
【００１８】
加減速係数設定部４２は、車速推定部４１から入力した車速ｖの微分値（すなわち、加速度）に基づき、自動車１の加減速係数Ｋａを設定する。目標ヨーレイト設定部４３は、車速推定部４１から入力した車速ｖと、操舵角センサ１５から入力した操舵角δとに基づき、目標ヨーレイトγｔｇｔを設定する。目標横滑り角設定部４４も、車速推定部４１から入力した車速ｖと、操舵角センサ１５から入力した操舵角δとに基づき、目標横滑り角βｔｇｔを設定する。実横滑り角推定部４５は、車速推定部４１から入力した車速ｖと、ヨーレイトセンサ１９から入力したヨーレイト（実ヨーレイト）γと、横Ｇセンサ１７から入力した横加速度Ｇｙとに基づき、実横滑り角βを推定する。ピッチ係数設定部４６は、前後Ｇセンサ１８から入力した前後加速度Ｇｘに基づき、車体２のピッチ係数Ｋｐ（Ｋｐｆｌ，Ｋｐｆｒ）を設定する。
【００１９】
一方、ヨーレイト差算出部４７は、目標ヨーレイト設定部４３から入力した目標ヨーレイトγｔｇｔと、ヨーレイトセンサ１９から入力した実ヨーレイトγとの差（ヨーレイト差Δγ）を算出する。横滑り角差算出部４８は、目標横滑り角設定部４４から入力した目標横滑り角βｔｇｔと、実横滑り角推定部４５から入力した実横滑り角βとの差（横滑り角差Δβ）を算出する。仮想横力設定部４９は、ヨーレイト差Δγと横滑り角差Δβとに基づき、車体２に加えるべき仮想横力Ｆおよびその着力点ηを設定する。そして、制御量設定部５０は、仮想横力設定部４９の設定結果と、加減速係数Ｋａおよびピッチ係数Ｋｐとに基づき、操舵ＥＣＵ３２や油圧ユニット３３の制御量を設定／出力する。
【００２０】
《実施形態の作用》
自動車１が走行を開始すると、車輪運動制御装置４０は、各センサ１５〜１９の検出信号に基づき、図３のフローチャートにその手順を示す車輪運動制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。
【００２１】
車輪運動制御を開始すると、車輪運動制御装置４０は、車輪速Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒに基づいて、図３のステップＳ１で車速ｖを推定する。次に、車輪運動制御装置４０は、車速ｖと操舵角δとに基づいて、ステップＳ２で目標ヨーレイトγｔｇｔおよび目標横滑り角βｔｇｔを設定する。次に、車輪運動制御装置４０は、車速ｖと操舵角δと実ヨーレイトγと横加速度Ｇｙとに基づいて、ステップＳ３で実横滑り角βを推定する。
【００２２】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ４で目標ヨーレイトγｔｇｔと実ヨーレイトγとの差をヨーレイト差Δγとして算出し、目標横滑り角βｔｇｔと実横滑り角βとの差を横滑り角差Δβとして算出する。しかる後、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ５で、自動車１の質量ｍ、車速ｖ、ヨーレイト差Δγ、横滑り角差Δβに基づき、式（１）を用いて車体２に加えるべき仮想横力Ｆを設定する。
Ｆ＝ｍｖ・（Δγ＋Δβ）                          （１）
【００２３】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ６で、自動車１の慣性モーメントＩとヨーレイト差微分値Δγ’と仮想横力Ｆとに基づき、式（２）を用いて仮想横力Ｆの着力点ηを算出する。なお、着力点ηは、仮想横力Ｆを加えるべき点であり、図４の２輪モデルに示すように、自動車１の重心Ｇに対する前後位置（重心Ｇから前方が正の値）として表される。
η＝Ｉ・Δγ’／Ｆ                                （２）
【００２４】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ７で、着力点ηの値が前軸位置（前輪３ｆの位置）Ｌｆの値より大きいか否かを判定する。そして、この判定がＹｅｓであった場合（すなわち、図４に示すように、着力点ηが前輪３ｆよりも前方に位置する場合）、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ８で、着力点ηを前軸位置Ｌｆとする（η＝Ｌｆ）とともに、式（３）を用いて制動モーメントＭｂを算出する。ここで、制動モーメントＭｂは、操舵制御のみによって仮想横力Ｆを着力点ηに作用させられない場合、その不足分を各車輪３のブレーキ６を作動させて得るモーメントである。
Ｍｂ＝（η−Ｌｆ）・Ｆ                            （３）
【００２５】
一方、ステップＳ７の判定がＮｏであった場合、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ９で着力点ηの値が後軸位置（後輪の位置：負の値）Ｌｒの値より小さいか否かを判定する。そして、この判定がＹｅｓであった場合（すなわち、着力点ηが後輪３ｒよりも後方に位置する場合）、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１０で、着力点ηを後軸位置Ｌｒとする（η＝Ｌｒ）とともに、式（４）を用いて制動モーメントＭｂを算出する。
Ｍｂ＝（Ｌｒ−η）・Ｆ                            （４）
【００２６】
また一方、ステップＳ９の判定もＮｏであった場合（すなわち、着力点ηが前輪３ｆと後輪３ｒとの間に位置する場合）、車輪運動制御装置４０は、操舵制御のみによって仮想横力Ｆを着力点ηに作用させられるため、ステップＳ１１で制動モーメントＭｂを０とする。
【００２７】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１２で、仮想横力Ｆの操舵制御分を２輪モデルの前後輪３ｆ，３ｒに分配すべく、式（５），（６）を用いて前輪横力合計値Ｆｆｙと後輪横力合計値Ｆｒｙとを算出する。
Ｆｆｙ＝（Ｌｒ＋η）／（Ｌｆ＋Ｌｒ）・Ｆ          （５）
Ｆｒｙ＝（Ｌｆ−η）／（Ｌｆ＋Ｌｒ）・Ｆ          （６）
【００２８】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１３で、前輪横力合計値Ｆｆｙと後輪横力合計値Ｆｒｙとを各車輪３に分配すべく、式（７）〜（１０）を用いて横力Ｆｆｌｙ〜Ｆｒｒｙを算出する。なお、Ｋｒｆｌは左前輪３ｆｌへのロール配分係数であり、Ｋｒｒｌは左後輪３ｒｌへのロール配分係数である。
Ｆｆｌｙ＝Ｆｆｙ・Ｋｒｆｌ                        （７）
Ｆｆｒｙ＝Ｆｆｙ・（１−Ｋｒｆｌ）                （８）
Ｆｒｌｙ＝Ｆｒｙ・Ｋｒｒｌ                        （９）
Ｆｒｒｙ＝Ｆｆｙ・（１−Ｋｒｒｌ）                （１０）
【００２９】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１４で、制動モーメントＭｂを左右輪３ｌ，３ｒに分配すべく、式（１１），（１２）を用いて左輪前後力合計値Ｆｌｘと右輪前後力合計値Ｆｒｘとを算出する。ここで、ｄはトレッドであり、本実施形態の場合には前後同一である。また、加減速係数Ｋａは、定速走行時には０．５であり、加減速走行時には増減する。
Ｆｌｘ＝（Ｍｂ／（ｄ／２））・Ｋａ                （１１）
Ｆｒｘ＝（Ｍｂ／（ｄ／２））・（１−Ｋａ）        （１２）
【００３０】
次に、車輪運動制御装置４０は、ステップＳ１５で、左輪前後力合計値Ｆｌｘと右輪前後力合計値Ｆｒｘとを各車輪３に分配すべく、式（１３）〜（１６）を用いて各車輪３の前後力Ｆｆｌｘ〜Ｆｒｒｘを算出する。なお、式（１３）〜（１６）において、Ｋｐｆｌは左前輪３ｆｌに対するピッチ係数であり、Ｋｐｆｒは右前輪３ｆｒに対するピッチ係数である。
Ｆｆｌｘ＝Ｆｌｘ・Ｋｐｆｌ                        （１３）
Ｆｆｒｘ＝Ｆｒｘ・Ｋｐｆｒ                        （１４）
Ｆｒｌｘ＝Ｆｌｘ・（１−Ｋｐｆｌ）                （１５）
Ｆｒｒｘ＝Ｆｒｘ・（１−Ｋｐｆｒ）                （１６）
【００３１】
本実施形態では、仮想横力Ｆと着力点ηとに基づき操舵量と制動量とを算出するため、摩擦円の大きさやグリップ余裕度を各車輪３について個別に演算する従来装置に較べて演算処理がごく短時間で行え、路面状態等の変化への対応を比較的高速かつ高精度で行えるとともに、車輪運動制御装置４０として比較的低コストのものが採用可能となる。また、着力点ηが前輪３ｆと後輪３ｒとの間に位置する場合（すなわち、操舵制御のみによって仮想横力Ｆを作用させられる場合）には、制動モーメントＭｂを設定しない（各車輪３の制動を行わない）ため、車速ｖの低下が抑制されるとともに、運転者が不要な減速感を覚えることもなくなる。
【００３２】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は、前後輪が操舵アクチュエータによってそれぞれ転舵されるとともに、各車輪が油圧ユニットによって個別に制動される自動車に本発明を適用したものであるが、前輪のみが操舵される自動車、各車輪を個別に駆動する駆動制御装置を備えた自動車、通常の制動装置を備えた自動車等にも本発明は適用可能である。また、後輪側の操舵アクチュエータの失陥時に着力点を重心より前方に移動させないようにする失陥対応手段等を備えるようにしてもよく、これにより失陥時に制御則を再構築する等の対処が不要となる。その他、自動車や車輪運動制御装置の具体的構成を始め、制御の具体的手順等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態に係る自動車の装置構成を示す平面図である。
【図２】実施形態に係るＶＳＡ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る車輪運動制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態の作用を示す２輪モデルである。
【符号の説明】
【００３４】
１      自動車（車両）
２      車体
３      車輪
６      ブレーキ（前後力付加手段）
８      前輪転舵機構（車輪転舵手段）
９ｌ    左後輪転舵機構（車輪転舵手段）
９ｒ    右後輪転舵機構（車輪転舵手段）
１９    ヨーレイトセンサ（実挙動取得手段）
３１    ＶＳＡ−ＥＣＵ
３２    操舵ＥＣＵ
３３    油圧ユニット
４０    車輪運動制御装置（車輪運動制御手段）
４１    車速推定部
４２    加減速係数設定部
４３    目標ヨーレイト設定部（目標挙動設定手段）
４４    目標横滑り角設定部（目標挙動設定手段）
４５    実横滑り角推定部（実挙動取得手段）
４６    ピッチ係数設定部
４７    ヨーレイト差算出部
４８    横滑り角差算出部
４９    仮想横力設定部（仮想横力設定手段）
５０    制御量設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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