JP5452696B2 - 車両の運動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の運動制御装置に関する。

ハンドル操作に連係した加減速を自動的に行うための指令値として、次の式が知られている（例えば非特許文献１参照）。

基本的に横加加速度ＧｙにゲインＣｘｙを掛け、一次遅れを付与した値を前後加減速指令にするというシンプルな制御則である。これによりエキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部が模擬できること確認されている（例えば非特許文献２参照）。この式のＧｘ＿ＤＣは横運動に連係していない減速度成分である。前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。また、ｓｇｎ（シグナム）項は、右コーナー，左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると（横加加速度がゼロとなるので）減速を停止し、操舵戻し開始時のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。

このように制御されると、前後加速度と横加速度の合成加速度（Ｇと表記）が、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように方向付けられる（Vectoring）のため、「Ｇ−Vectoring制御」と呼ばれている。

また、限界運転領域での安全性能向上のための横滑り防止装置については、車両横滑り角βと車両横滑り角速度（β＿ｄｏｔ）の位相平面でβとβ＿ｄｏｔの符号が同じ（第Ｉ，III象限）で原点から離れている領域に車両挙動が遷移していくと不安定（発散方向）であるので、横滑り防止装置の起動のための判断に用いると効果的であると報告されている（例えば非特許文献３参照）。横滑り情報に基づいて左右の輪に異なるブレーキ油圧を作用させて、左右異なる減速力を発生させ、横滑り角が小さくなる方向にヨーモーメントを発生させることにより、車両を安定化させることが開示されている。

M. Yamakado, M. Abe: Improvement of Vehicle Agility and Stability by G-Vectoring Control, Proc. of AVEC2008-080420 M. Yamakado, M. Abe: Proposal of the longitudinal driver model in coordination with vehicle lateral motion based upon jerk information、Review of Automotive Engineering、Vol.29, No.4, October 2008, P.533〜541 S. Inagaki, I. Kushiro, M. Yamamoto: Analysis on Vehicle Stability in Critical Cornering Using Phase-Plane Method, Proc. of AVEC1994- 9438411

非特許文献１及び非特許文献２には、この制御手法がエキスパートドライバが随意に行うステア動作に応じたブレーキ，アクセル動作から抽出したものであり、通常領域から自動的に介入しても違和感が少ない可能性があるとともに、この制御手法の力学的な合理性、操縦性と安定性の向上がシミュレーション結果として示されている。これはドライバのステア動作に対して車両の挙動が適切に応答するように連係して加減速が制御されるので、結果として車両の横滑り角が大きくなることを防ぐことができるということである。特に操舵に対して旋回半径が大きくなりすぎてしまう、いわゆる「アンダーステア」を低減するのに効果的である。

一方、この制御は、何らかの理由で横滑り角が大きくなってしまったときに、確実にそれを低減することを補償するものではない。たとえば、横滑り角が大きくなったドリフト状態で車両横運動が安定すると、横加速度が一定となり、横加加速度がゼロとなる。結果として数式１で示される加減速制御指令はゼロとなり、車両ドリフトしたままで安定状態となる。力学的には安定でも、すべてのドライバに違和感のない運転を実現しているという保証はない。

また、非特許文献３に記載されている横滑り防止装置は横滑り情報に基づいて稼動されるが、横滑りが発生していない、あるいは小さい日常領域からの稼動についての指針は示されていない。さらに「Ｇ−Vectoring制御」が得意とする「アンダーステア」防止という観点からは、「横滑り防止装置」は、横滑りがある程度大きく発生してから初めてモーメントが入るということになる。このため制御が後手にまわりがちで、アンダーステアを低減させるために大きなモーメントが必要となってしまう。結果的に、アンダーステア低減効果が少なくなってしまうとともに、必要以上の減速で、違和感を生じさせることが懸念される。

また、横滑り防止装置がヨーモーメントを発生させるときに発生する減速度に対する配慮はされておらず、発生しようとするモーメントが、まず決定され、左右制動力の合力により車両の加減速が決定されてしまう。これでは横運動と連係した加減速とは言いきれない。

本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運動制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一つは、前輪及び後輪の駆動力又は／及び制動力を制御可能な車両の運動制御装置において、車両がコーナーを進入し、定常旋回して、コーナーを脱出する場合、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムを定義したときに、時間の経過とともに当該ダイアグラム上で、左コーナー進入時には、横軸と縦軸の原点から第II象限に向けて、時計回りの曲線的な遷移となり、旋回横加速度を示す縦軸上の正の値から、第Ｉ象限に向けて、時計回りの曲線的な遷移となり、右コーナー進入時には、横軸と縦軸の原点から第III象限に向けて、反時計回りの曲線的な遷移となり、旋回横加速度を示す縦軸上の負の値から、第IV象限に向けて、反時計回りの曲線的な遷移となるように決定された加減速制御指令と、車両の横滑り情報から算出されたヨーモーメント制御指令を決定するコントローラと、ヨーモーメント制御指令に基づいて、制動力又は／及び駆動力を決定する制動力駆動力配分部と、を有する車両の運動制御装置である。

本発明によれば、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運動制御装置を提供できる。

車両の全体構成を示す図。 車両モデルを用いた車両横加速度，加加速度推定を示す図。 加速度センサを用いた車両横加速度，加加速度推定を示す図。 推定信号と計測信号による相互補完の概念を示す図。 Ｇ−Vectoring制御車両の左コーナー進入から脱出までの様子を示す図。 図５のような走行を行っている時の時系列データを示す図。 左右差動制動・駆動力による負のヨーイングモーメント付加を示す図。 左右差動制動・駆動力による正のヨーイングモーメント付加を示す図。 横滑り防止制御車両の左コーナー進入から脱出までの様子を示す図。 図９のような走行を行っている時の時系列データを示す図。 Ｇ−Vectoring制御と横滑り防止制御の融合ロジックを示す図。 車両０に加わる力と加速度，ヨーイング運動を示す図。 Ｇ−Vectoring制御の荷重移動に起因するヨーモーメントを示す図。 横滑り防止制御の介入条件を示す図。 Ｇ−Vectoringと横滑り防止の融合制御時の時系列データを示す図。 Ｇ−Vectoringと横滑り防止の融合制御時の時系列データを示す図（小モーメント指令）。 “ｇ−ｇ”ダイアグラムに現れる制御効果を示す図。

以下、本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域での安全性能向上を図るための技術および装置に関するものである。

本実施形態は、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を提供することを目的とする。

そのために、日常領域から働く「Ｇ−Vectoring制御」と限界領域で働く「横滑り防止装置」の融合と非干渉化が必要となる。

車両運動を平面上の運動として考えると、Ａ．前後運動，Ｂ．横運動、そして重心点廻りの回転、すなわちＣ．ヨーイング運動で記述できる。

横運動に連係した加減速を実現する「Ｇ−Vectoring制御」は、Ａ．前後方向の加減速を制御するものであり、直接的にはＣ．ヨーイングモーメントを制御するものではない。すなわちヨーイングモーメントに関しては、「任意」であり自由度を有する。

また、「横滑り防止装置」は直接Ｃ．ヨーモーメントを制御するものであり、Ａ．前後方向の加減速を制御するものではない。すなわち、前後加減速度については「任意」であり自由度を有する。

したがって、これらの制御の融合を実現するためには、「Ｇ−Vectoring制御」が決定する横運動に連係した加減速指令に従ってＡ．前後加速度を制御し、「横滑り防止制御装置」が決定するヨーモーメント制御指令に従ってＣ．ヨーイングモーメントを制御すればよい。

具体的には、以下のような２つのモードをもつように装置を構成する。
１）横滑りが顕著ではない通常領域においては、「Ｇ−Vectoring制御」指令に基づいて、左右輪に略同一の制動・駆動力を発生させる（第１のモード）。
２）横滑りが大きくなって、「横滑り防止制御」が決定するヨーモーメント制御指令により左
右異なる制動・駆動力を発生させる（第２のモード）。

そして、第２のモードの状態となった場合に、例えば四輪の制動・駆動力により発生する前後加速度が、「Ｇ−Vectoring制御」にて決定される前後加速度指令と異なる場合は、その差分加速度を発生させるために車両に加えるべき制動・駆動力を算出し、それを等配分したものを左右輪に足し合わせればよい。これにより指令されたヨーイングモーメントを保ちながら、指令された加減速を実現することができる（２つの制御の融合と非干渉化の実現）。

また、例えば二輪駆動の場合、あるいは、ブレーキ制御のみで、ヨーモーメントを制御する場合、所望の駆動力を発生できない場合もありうる。この場合は、「横滑り防止制御」を優先させ、確実にモーメントを発生させ、安全性の確保を図る構成とする。

これにより、通常運転領域でメリットのあるハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を実現できる。

図１に、本発明の第一実施例の全体構成を示す。

本実施例において車両０はいわゆるバイワイヤシステムで構成され、ドライバと操舵機構，加速機構，減速機構の間に機械的な結合は無い。

＜駆動＞
車両０はモータ１により左後輪６３，右後輪６４を駆動するとともに、左前輪モータ１２１で左前輪６１を、右前輪モータ１２２で右前輪６２を駆動する四輪駆動車（All Wheel Drive：ＡＷＤ車）である。モータ１に連接して、モータのトルクを左右輪に自由に配分することが可能な駆動力配分機構２が装着されている。ここで、特に電気モータや内燃機関などの動力源の差異は問わない。本実施形態を示す、最も好適な例として、また、あとで示す四輪独立ブレーキと組み合わせることにより、四輪の駆動力および制動力を自由に制御できるような構成となっている。以下、詳細に構成を示していく。

左前輪６１，右前輪６２，左後輪６３，右後輪６４には、それぞれブレーキロータ，車輪速検出用ロータと、車両側に車輪速ピックアップが搭載され、各輪の車輪速が検出できる構成となっている。そして、ドライバのアクセルペダル１０の踏み込み量は、アクセルポジションセンサ３１により検出され、ペダルコントローラ４８を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。この演算処理の中には本実施形態の目的としての「横滑り防止制御」に応じたトルク分配情報も含まれている。そしてパワートレインコントローラ４６は、この量に応じて、モータ１，左前輪モータ１２１，右前輪モータ１２２の出力を制御する。また、モータ１の出力はパワートレインコントローラ４６により制御される駆動力配分機構２を経由し、最適な比率にて左後輪６３，右後輪６４に分配される。

アクセルペダル１０にはまた、アクセル反力モータ５１が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ペダルコントローラ４８により、反力制御される。

＜制動＞
左前輪５１，右前輪５２，左後輪５３，右後輪５４には、それぞれブレーキロータが配備され、車体側にはこのブレーキロータをパッド（図示せず）で挟み込むことにより車輪を減速させるキャリパーが搭載されている。キャリパーは油圧式、あるいはキャリパー毎に電機モータを有する電機式である。

それぞれのキャリパーは、基本的には中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ブレーキコントローラ４５１（前輪用），４５２（後輪用）により制御される。

ブレーキペダル１１にはまた、ブレーキ反力モータ５２が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ペダルコントローラ４８により、反力制御される。

＜制動・駆動の統合制御＞
本実施形態においては、横滑り角情報に基づいて左右輪に異なる制動力や駆動力を発生させることになるが、ヨーモーメントとして寄与するのは左右の制動力あるいは駆動力の差分である。したがってこの差分を実現するために片側は駆動して、反対側を制動するなどの通常とは異なる動作もありうる。このような状況での統合制御指令は中央コントローラ４０が統合的に指令を決定し、ブレーキコントローラ４５１（前輪用），４５２（後輪用），パワートレインコントローラ４６，モータ１，駆動力配分機構２を介して適切に制御される。

＜操舵＞
車両０の操舵系はドライバの舵角とタイヤ切れ角の間に機械的な結合の無い、ステアバイワイヤ構造となっている。内部に舵角センサ（図示せず）を含むパワーステアリング７とステアリング１６とドライバ舵角センサ３３とステアリングコントローラ４４で構成されている。ドライバのステアリング１６の操舵量は、ドライバ舵角センサ３３により検出され、ステアリングコントローラ４４を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。
そしてステアリングコントローラ４４はこの量に応じて、フロントパワーステアリング７、リアパワーステアリング８を制御する。

ステアリング１６にはまた、ステア反力モータ５３が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ステアリングコントローラ４４により、反力制御される。

ドライバのブレーキペダル１１の踏み込み量は、ブレーキペダルポジションセンサ３２により検出され、ペダルコントローラ４８を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。

＜センサ＞
つぎに本実施形態の運動センサ群について述べる。本実施形態における車両の運動を計測するセンサについては、絶対車速計，ヨーレイトセンサ、加速度センサなどを搭載している。これに加え、車速，ヨーレイトについては車輪速センサによる推定，ヨーレイト，横加速度については、車速と操舵角と車両運動モデルを用いた推定などを同時に行っている。

車両０にはミリ波対地車速センサ７０が搭載されており、前後方向の速度Ｖｘと横方向の速度Ｖｙは、独立して検出可能である。また、ブレーキコントローラ４５１，４５２には前出したように各輪の車輪速が入力されている。これら４輪の車輪速より前輪（非駆動輪）の車輪速を平均処理することにより絶対車速を推定することができる。本実施形態においては、特開平５−１６７８９号公報で開示されている方法を用い、この車輪速および車両前後方向の加速度を検出する加速度センサの信号を加えることにより四輪同時に車輪速度が落ち込む場合でも、絶対車速（Ｖｘ）を正確に測定するように構成されている。また前輪（非駆動輪）の左右輪速度の差分をとることにより車体のヨーレイトを推定するような構成も内包しており、センシング信号のロバスト性の向上を図っている。そしてこれらの信号は中央コントローラ４０内にて、共有情報として、常にモニタリングされている。推定絶対車速は、ミリ波対地車速センサ７０の信号と比較・参照されいずれかの信号に不具合が生じたときにお互いに補完しあうように構成されている。

図１に示すように、横加速度センサ２１と前後加速度センサ２２およびヨーレイトセンサ３８は、重心点近辺に配置されている。また夫々の加速度センサの出力を微分して加加速度情報を得る、微分回路２３，２４が搭載されている。さらにヨーレイトセンサ３８のセンサ出力を微分してヨー角加速度信号を得るための微分回路２５が搭載されている。本実施例では微分回路の存在を明確化するために各センサに設置しているように図示したが、実際は中央コトローラ４０に直接加速度信号を入力して各種演算処理をしてから微分処理をしてもよい。したがって、先の車輪速センサから推定されたヨーレイトを用い中央コントローラ４０内で微分処理をして車体のヨー角加速度を得ても良い。

また、加加速度を得るために、加速度センサと微分回路を利用しているが、特願２００２−３９４３５号公報で開示されている加加速度センサを用いても良い。

また、本実施例においては、横加速度，横加加速度を推定する方法も採用している。

図２を用いて、操舵角δから横加速度推定値Ｇｙｅと横加加速度推定値Ｇｙｅを推定する方法について述べる。

まず車両横運動モデルにおいて、操舵角δ［deg］と車両速度Ｖ［ｍ／ｓ］を入力として、動的特性を省略した定常円旋回時のヨーレイトｒを算出する。

この式において、スタビリティファクタＡ，ホイールベースｌは車両固有のパラメータであり、実験的に求めた固定値である。また、横加速度Ｇｙは以下の式で表される。

βは車両の横すべり角変化速度であるが、タイヤ力の線形範囲内の運動であり小さいとして省略する。以上のようにヨーレイトｒと車速Ｖを乗じて、横加速度Ｇｙを算出する。この横加速度は低周波領域では応答遅れ特性を有する車両の動的特性を考慮していない。これは以下の理由による。車両の横加加速度情報Ｇｙを得るためには横加速度Ｇｙを離散時間微分する必要がある。この際に信号のノイズ成分が増強される。この信号を制御に用いるためにはローパスフィルター（ＬＰＦ）を通す必要があるが、これは位相遅れを発生させてしまう。そこで動的特性を省略した、本来の加速度よりも位相の早い加速度を算出し、離散微分を行った後で時定数ＴｌｐｆｅのＬＰＦを通すという方法を採用し、加加速度を得ることにした。これはＬＰＦによる遅れで横加速度の動的特性を表現し、得られた加速度を単に微分したと考えても良い。横加速度Ｇｙも同じ時定数ＴｌｐｆのＬＰＦに通す。これで加速度に対しても動的特性を与えられたことになり、図は省略するが、線形範囲においては、実際の加速度応答を良く表現できていることを確認している。

以上のように、操舵角を用いて横加速度および横加加速度を算出する方法は、ノイズの影響を抑え、かつ横加速度と横加加速度の応答遅れを小さくするという利点がある。しかしながら本推定方法は、車両の横滑り情報を諸略したり、タイヤの非線形特性を無視したりしているため、横滑り角が大きくなってきた場合には、実際の車両の横加速度を計測して利用する必要性がある。図３は、横加速度センサ２１の検出信号を用いた横加速度，横加加速度情報を得る方法を示している。路面の凹凸などのノイズ成分を含んでいるために、センサ信号についてもローパスフィルター（時定数Ｔｌｐｆｓ）を通す必要がある（ダイナミクス補償ではない）。

上述のような、横加速度，加加速度の推定，計測のそれぞれのメリットを両立させるため、本実施例においては、図４に示すように両者の信号を相補的に用いる方法を採用している。推定信号と検出信号は、横滑り角情報に基づいて可変となるゲインを掛けて足し合わせることになる。この、推定信号に対する可変ゲインＫｅ（Ｋｅ＜１）は、横滑り角が少ない領域において大きな値をとり、横滑りが増加してくると小さな値をとるように変更される。また、検出信号に対する可変ゲインＫｓ（Ｋｓ＜１）は、横滑り角が少ない領域において小さな値をとり、横滑りが増加してくると大きな値をとるように変更される。このように構成することにより、横滑り角が小さい通常領域から、横滑りが大きくなった限界領域までノイズが少なく、制御に適した加速度，加加速度信号を得ることができるような構成となっている。なお、これらのゲインは、横滑り情報の関数、あるいはマップにより決定する。

ここまでは本発明の第一実施例の装置構成および、横加速度，横加加速度を推定する方法（これらは、中央コントローラ４０内のロジックとして内包されている）について述べた。さて、ここからは「横運動に連係した加減速制御指令」と「車両の横滑り情報から算出したヨーモーメント制御指令」について述べる。

＜横運動に連係した加減速制御指令：Ｇ−Vectoring＞
横運動に連係した加減速制御の指針は、例えば非特許文献１に示されている。

基本的に横加加速度ＧｙにゲインＣｘｙを掛け、一次遅れを付与した値を前後加減速指令にするというシンプルな制御則である。これによりエキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部が模擬できることが非特許文献２で確認されている。この式のＧｘ＿ＤＣは横運動に連係していない減速度成分である。前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。また、ｓｇｎ（シグナム）項は、右コーナー，左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると（横加加速度がゼロとなるので）減速を停止し、操舵戻し開始時のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。横加加速度に応じて加減速するということは、横加速度が増加するときに減速し、横加速度が減少するときに加速すると捉えることができる。また、数式２，数式３を参考にすると、操舵角が増加するときに減速し、操舵角が減少するときに加速すると解釈することもできる。

さて、このように制御されると、前後加速度と横加速度の合成加速度（Ｇと表記）が、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように方向付けられる（Vectoring）のため、「Ｇ−Vectoring制御」と呼ばれている。

数式１の制御を適用した場合の車両運動に関して、具体的な走行を想定して説明する。図５は、直進路Ａ，過渡区間Ｂ，定常旋回区間Ｃ，過渡区間Ｄ，直進区間Ｅという、コーナーへの進入、脱出の一般的な走行シーンを想定している。このとき、ドライバによる加減速操作は行わないものとする。また、図６は操舵角，横加速度，横加加速度，数式１にて計算した加減速指令、そして四輪（６１，６２，６３，６４）の制動，駆動力について時刻暦波形として示した図である。後で詳細に説明するが、前外輪（左旋回においては６２となる）と前内輪（６１），後外輪（６４）と後内輪（６３）は、左右（内外）それぞれ同じ値と成るように制動力・駆動力が配分されている。

まず直進路区間Ａから車両がコーナーに進入する。過渡区間Ｂ（点１〜点３）では、ドライバが徐々に操舵を切増すに従い、車両の横加速度Ｇｙが増加していく（横加加速度Ｇｙが正）。このとき、数式１より、制御車両は横加速度Ｇｙの増加に伴い、減速（Ｇｘｃは負）する。その後、車両が定常旋回区間Ｃ（点３〜点５）に入ると、ドライバは操舵の切増しを止め、操舵角を一定に保つ。このとき、横加加速度Ｇｙは０となるため、加減速指令Ｇｘｃは０となる。つぎに、過渡区間Ｄ（点５〜７）では、ドライバの操舵の切戻し操作によって車両の横加速度Ｇｙが減少していく。このとき車両の横加加速度Ｇｙは負であり、数式１より加減速指令Ｇｘｃは正となり車両は加速される。また直進区間Ｅでは横加加速度Ｇｙが０となるため加減速制御は行われない。以上のように、操舵開始のターンイン時（点１）からクリッピングポイント（点３）にかけて減速し、定常円旋回中（点３〜点５）には減速を止め、操舵切戻し開始時（点５）からコーナー脱出時（点７）には加速する。このように、車両にＧ−Vectoring制御を適用すれば、ドライバは旋回のための操舵をするだけで、横運動に連係した加減速という車両運動を実現することが可能となる。また、この運動を前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、車両に発生している加速度様態を示す“ｇ−ｇ”ダイアグラムに表すと、滑らかな曲線状に遷移する特徴的な運動になる。この曲線状の遷移は左コーナーについては、図に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについては、Ｇｘ軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は半時計回りとなる。このように遷移すると前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイト、ピッチレイトのピーク値が低減される。

＜ヨーモーメント制御指令＞
つぎに、左右輪駆動・制動力配分によるヨーモーメント制御について図面を用いて簡単に示す。図７は車両０の反時計回りの旋回標準状態（Ａ）から旋回を促進する方向（正）のヨーモーメント制御指令を入力した状況を示す模式図である。まず、標準状態での車両０の横方
向の運動方程式とヨーイング（回転）運動の方程式を示す。

ただしｍ：車両０の質量，Ｇｙ：車両０に加わる横方向の加速度，Ｆｙｆ：前２輪の横力、Ｆｙｒ：後２輪の横力，Ｍ：ヨーモーメント，Ｉｚ：車両０のヨーイング慣性モーメント，ｒ：車両０のヨー角加速度（ｒはヨーレイト），ｌｆ：車両０の重心点と前車軸間の距離，ｌｒ：車両０重心点と後車軸間の距離である。定常円旋回状態ではヨーイング運動は釣り合い（ヨーモーメントがゼロ）を示し、角加速度はゼロとなる。

この状態から（Ｂ）は内側の後輪（左後輪６３）のみにブレーキを掛け制動力（Ｆｘｆｌ）を与えた例、（Ｃ）はこれに加え内側の前輪にもブレーキを掛け制動力（Ｆｘｒｌ）を与えた例、（Ｄ）は（Ｃ）に加え外側前後輪に駆動力（Ｆｘｆｒ，Ｆｘｒｒ）を与えた例である。

この場合、車両０には、

のヨーイングモーメントが働くことになる。ここで、前進方向、すなわち駆動方向の力を正とし、制動方向の力を負としており、ｄは左右輪間の距離（トレッド）を表している。さらに、左側前後輪の合成制動・駆動力をＦｘｒ、右側前後輪の合成制動・駆動力をＦｘｌとしている。

また、同様に図８は負のモーメント、すなわち左旋回しているときに、負の方向の、すなわち時計回りの（復元側の）ヨーモーメント制御指令を発生させる制動・駆動力の配分である。
この場合も、ヨーイング運動の方程式は数式６となる。

車両０においては、中央コトローラ４０の指令により四輪のそれぞれに、自由に制動、駆動力を発生させることができるため、正負両方のヨーモーメント制御指令を発生することができ
る。

さて、つぎに具体的な走行を想定して、このようなヨーモーメント制御の「横滑り防止」への適用について、その稼動条件の概要も含めて説明する。図９は、直進路Ａ，過渡区間Ｂ，定常旋回区間Ｃ，過渡区間Ｄ，直進区間Ｅという、コーナーへの進入，脱出の走行シーンについて、以下のように「アンダーステア」、「オーバーステア」が発生して車両に横滑りが発生し、コースから逸脱する状況において、「横滑り防止制御」を行った結果を示している。

図１０の３つのヨーレイト，横滑り角を用いて、「アンダーステア」，「オーバーステア」の判定について簡単に説明する。図１０は操舵角、「横滑り防止制御」介入条件に用いる、推定値を含むヨーレイト，推定車両横滑り角、そしてこれらから求めたヨーモーメント制御指令、そして四輪（６１，６２，６３，６４）の制動，駆動力、このときの車両前後加速度，横加速度について時刻暦波形として示した図である。

まず操舵から求めたヨーレイトｒδであるが、これは数式２を用いて、スタビリティファクタＡ，ホイールベースｌ，車両速度Ｖ，操舵角δを用いて算出したものである。ドライバの操舵角を入力としているため、ドライバの意思を最も良く反映したものと捉えることができる。

つぎに、横加速度から求めたヨーレイトｒＧｙであるが、これは数式３と同様に、横滑り角変化βを省略して数式７のようにし横加速度を車両速度で除して求めたものである。

この値は、車両の公転速度を示していると考えられ、車両旋回限界を示す量と考えられる。

さらにヨーレイトセンサ３８で検出したヨーレイトｒｓは、車両の実際の自転速度を示している。

横滑り角βは、定義としては車両の前後方向の速度ｕと車両の横方向の速度ｖを用いて、逆正接arctan（ｖ／ｕ）であるが、車両と進行方向のなす角と考えることができる。例えば図７，図８の車両重心を通る矢印は車両進行方向を示しており、これと車両の前後方向とのなす角が横滑り角で、車両固定座標系反時計回りが正とおいている。図７においては横滑り角が負で大きな状態でオーバーステア→スピンを誘発するような状態を示している。また、図８はこれとは逆に横滑り角が正で大きな状態でアンダーステア→経路はみ出しを誘発するような状態を示している。

操舵から求める横滑り角βδは、車両運動モデルを用いて以下のように計算できる。

ここで、ｍは車両質量、Ｋｒは、後輪の単位横滑り角に対する横力のゲインを現すコーナリングスティフネスである。

横滑り角は、ミリ波対地車速センサ７０で、前後方向の速度Ｖｘと横方向の速度Ｖｙを独立して検出し、

で求めても良いし、

のような、積分法、あるいは車両運動モデルを用いたオブザーバー推定手法との併用により推定精度を向上させてもよい。

これらの操舵から求めたヨーレイトｒδ，横加速度から求めたヨーレイトｒＧｙ，ヨーレイトセンサ３８で検出したヨーレイトｒｓ、そして、操舵から求めた横滑り角βδ，検出、あるいは推定値から求めた横滑り角βを用いて、Ａ．「横滑り防止制御」介入条件，Ｂ．ヨーモーメント制御量が決定される。

Ａ．介入条件
横加速度から求めたヨーレイトと実ヨーレイトを比較して、実ヨーレイトが小さいときは、アンダーステア、大きいときはオーバーステア、さらに横滑り角が負で大きい場合はオーバーステアであると判断される。このときの閾値，不感帯などは、テストドライバなどの感応試験により調整される。

Ｂ．ヨーモーメント制御量
基本的には操舵から求めたヨーレイトと、横滑り角に実際の値が近くなるようにヨーモーメントを加える。さらには横滑り角微分値などにフィーリングに合うように調整されたゲインを掛け合わせ、これらを足し合わせた値を用いて補正を行っている。

さて、本実施例でのアンダーステア、オーバーステア発生状況、それに対する「横滑り防止制御」について図１０を用いて示す。まず、コーナー進入時の過渡区間Ｂの位置２〜３において、アンダーステアが発生しコースを逸脱してしまう可能性が生じている。これは、横加速度から求めたヨーレイトｒＧｙに対し、実ヨーレイトｒｓが小さいことから検出することができる。そこで、旋回を促進する方向（正）のヨーモーメント制御指令が算出される。そして本実施例においては、左（内側）後輪に制動力を発生させ、旋回を促進する方向（正）のモーメントを加えている。

また、定常旋回区間Ｃにおいて、最大横加速度状態で相対的に後輪の等価的なコーナリングスティフネスが低下し、オーバーステアが発生してスピンを誘発しそうな状況となっている。これは、横加速度から求めたヨーレイトｒＧｙに対し、実ヨーレイトｒｓが大きいことから検出することができ、さらには横滑り角が閾値であるβｔｈよりも、大きくなって大きな横滑り角となっていることから検出することができる。過剰なヨーイング運動を復元するために、本実施例においては右側（外側）輪に制動力を発生させ、時計回りのモーメントを加えている。

ヨーモーメント制御指令が存在しているときだけ、前外輪（左旋回においては６２となる）と前内輪（６１）、後外輪（６４）と後内輪（６３）は、左右（内外）それぞれ異なる値となるように制動力が配分されている。

さて、このように左右、それぞれ異なる値となるように制動力（駆動力）を制御することにより、車両の横滑り防止のためのヨーモーメント制御を実現することができ、車両の操縦性（回頭性）と安定性を確保することができる。しかしながら、このとき図１０に示すように、横滑りの発生状況に応じて減速度が加わることになる。当然、速度変化なども発生するため、図１０のように滑らかにハンドルを操舵しても横加速度にも変動が発生することになる。この運動を前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、車両に発生している加速度様態を示す“ｇ−ｇ”ダイアグラムに表すと、図９下に示すように１から５までの間で、反時計回りのループを２箇所生じてしまうことになる。これでは、ピッチング運動とローリング運動が非同期となり、図５のＧ−Vectoring制御時の運動に比べ、ギクシャクした運動となってしまう。いわゆるドライバ入力によって生じる横運動に連係していない加減速運動となってしまう。これが失速感，違和感の生じる所以である。本実施形態はこのような課題に対し、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い（Ｇ−Vectoring）、限界運転領域で横滑りを確実に低減させる（横滑り防止制御）制御の融合を図ることにより、違和感が少なく、安全性能向上を可能とするものである。以下、具体的な制御装置の構成、および方法について開示していく。

＜Ｇ−Vectoring制御と「横滑り防止制御」の融合＞
図１１は、中央コントローラ４０の演算制御ロジックと、車両０，センサ群およびセンサからの信号をもとに（中央コントローラ４０内で演算するのであるが）横滑り角を推定するオブザーバーの関係を模式的に示したものである。ロジック全体はおおまかに、車両運動モデル４０１，Ｇ−Vectoringコントローラ部４０２，ヨーモーメントコントローラ部４０３，制動力・駆動力配分部４０４にて構成されている。

車両運動モデルは、ドライバ舵角センサ３３から入力された舵角δと、車速Ｖから数式２，数式３あるいは数式８を用いて推定横加速度（Ｇｙｅ），目標ヨーレイトｒｔ，目標横滑り角βｔを推定する。本実施例では、目標ヨーレイトｒｔは、先に述べた、操舵から求めたヨーレイトｒδと同一とするような設定となっている。

Ｇ−Vectoringコントローラ４０２に入力する横加速度，横加加速度については図４に示すように両者の信号を相補的に用いるロジック４１０を採用している。Ｇ−Vectoringコントローラ４０２は、これらの横加速度，横加加速度を用いて数式１に従い、目標前後加速度指令ＧＸｔのうち、現在の車両横運動に連係した成分を決定する。さらには現在の車両横運動に連係していない減速度成分であるＧｘ＿ＤＣを足し合わせて、目標前後加速度指令ＧＸｔを算出し、制動力・駆動力配分部４０４に出力する。

ここでＧｘ＿ＤＣは、前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。区間速度指令は、自車が存在している座標により決定される情報であるため、区間速度指令が掲載されているマップ情報に対し、ＧＰＳなどで得られた座標データを照合することにより決定できる。つぎに前方コーナーに対する予見的な減速であるが、本実施例では検出の詳細は省略するが例えば、単眼，ステレオなどのカメラや、レーザー，ミリ波などの測距レーダー、あるいはＧＰＳ情報など、自車より前方の情報を取り入れ、現時点ではまだ顕在化していない将来の横運動（横加加速度）に応じて加減速を行うという方法で実現できる。前方注視距離・時間での経路と、自車到達予想位置での偏差情報を用いて、操舵角を決定するいわゆる「ドライバモデル」と同様に、将来の操舵角を推定する。そして、この操舵操作により車両に発生するであろう将来の横加加速度に応じて、数式１同様にＧ−Vectoringを行うことにより（Preview G-Vectoring）前方コーナーに対する予見的な減速が可能となる。

つぎに、ヨーモーメントコントローラ４０３については、先に述べたようなロジックにしたがって、目標ヨーレイトｒｔ（ｒδ），目標横滑り角βｔと、実ヨーレイト，実（推定）横滑り角との偏差Δｒ，Δβに基づいて、目標ヨーモーメントＭｔを算出し、制動力・駆動力配分部４０４に出力する。

制動力・駆動力配分部４０４は、目標前後加速度指令ＧＸｔ，目標ヨーモーメントＭｔに基づいて、車両０の四輪の制動・駆動力（Ｆｘｆｌ，Ｆｘｆｒ，Ｆｘｒｌ，Ｆｘｒｒ）を決定する。以下では、まず基本的な配分則を示し、これに加えて本実施形態における「Ｇ−Vectoring」制御で特徴的な、間接的なヨーモーメント制御（ＩＹＣ：Indirect Yaw-moment Control）効果について概説し、制動力・駆動力配分における特徴的な留意点について述べる。

まず、図１２を用いて、前後運動，横運動，ヨーイング運動の運動方程式について考える。ここで式の見通しをよくするために、制動・駆動力，タイヤ横力について、以下のように二輪分の力を再定義する。

このようにおくと、
＜前後運動＞

＜横運動＞

＜ヨーイング運動＞

さらに、目標ヨーイングモーメントと各輪制動・駆動力についての記述は、

となる。ここで、前後運動の数式１５とヨーイングモーメントの数式１８を連立させると、未知数２つ、式２本で、以下のように解析的に解くことができる。

これで、「Ｇ−Vectoring」制御による加減速指令と「横滑り防止制御」によるモーメント指令を両立できる、右側前後輪２本分の制動力・駆動力と左側前後輪２本分の制動力・駆動力を配分することができた。つぎにこれらを、前後輪の垂直荷重比に応じて前後輪に配分する。今、車両０のバネ上重心点の地面からの高さをｈとし、車両０がＧｘｔで加減速しているとすると、前輪と後輪の２輪分の荷重（Ｗｆ，Ｗｒ）は、それぞれ次のようになる。

よって、荷重比に応じて配分された四輪の制動・駆動力は以下のようになる。

ただし、

である。

これが、本実施形態の基本配分則である。数式２３から数式２６を見ると、「Ｇ−Vectoring」制御指令値Ｇｘｔがゼロのときは、「横滑り防止制御」によるヨーモーメント制御指令を前後輪の静的荷重に応じて配分しており、「Ｇ−Vectoring」制御指令値Ｇｘｔがゼ
ロでないときには、その前後加速度を実現するための制動力・駆動力が、余分なモーメントを発生しないように、左右輪には同一の値として、前後には荷重配分比に分配されていると解釈できる。

さて、本実施形態における「Ｇ−Vectoring制御」と「横滑り防止制御」の融合において、もうひとつ考慮すべき点がある。それは、タイヤ横力の荷重依存性に起因する、間接的なヨーモーメント制御（ＩＹＣ：Indirect Yaw-moment Control）効果である。この効果について図１３を用いて概説する。今、簡素化のためにｌｆ（重心点から前軸までの距離）とｌｒ（重心点から後軸までの距離）が等しいと仮定する。すなわち前輪と後輪の静止時の前後輪荷重は等しいとする。

タイヤ横力は、図１３に示すようにタイヤ横滑り角に対して、横滑り角が小さいときには比例関係があり、大きいときには飽和特性を持つ。前後輪の荷重が等しいと仮定しているので、同一横滑り角に対しては同一の横力を発生することになる。ここで、車両０が「Ｇ−Vectoring」制御値Ｇｘｔに基づいて減速すると、数式２１に示すように前輪荷重が増加し、数式２２に示すように後輪荷重が減少する。結果として、旋回中に減速すると前輪の横力Ｆｙｆが増加し、後輪の横力Ｆｙｒが減少することになる。この現象を数式１７のヨーイング運動方程式をもとに考えると、旋回を促進するモーメントが働くことになる。また、旋回中に加速すると図１３下段のように復元側のヨーモーメントが働くことになる。

横運動に連係した「Ｇ−Vectoring」制御においては、横加速度が増加していくとき、すなわち旋回を開始するときに減速するので、旋回を促進する方向のヨーモーメントが働くことになる。また、横加速度が減少していくとき、すなわち旋回を終了するときに加速するので、旋回を復元し直進へ向かう方向のヨーモーメントが働くことになる。これらは、それぞれ操縦性向上と安定性向上のポテンシャルを有していることを示している。

さて、このような「Ｇ−Vectoring制御」に「横滑り防止制御」のためのヨーモーメントを加えた場合、制御量が多すぎて不具合を生じる可能性がある。それは例えば、コーナー進入時に。「横滑り防止制御」の観点からアンダーステア防止制御のためのヨーモーメント制御指令を入力し、これにさらに「Ｇ−Vectoring」制御を加えた場合などに発生する可能性がある。アンダーステア防止のための制御量が大きすぎて、ニュートラルステアを通り越してオーバーステアとなることも懸念される。このような状況を回避するために、本実施例においては、図１４に示すようにＧ−Vectoring制御が稼動しているときには、ヨーモーメント制御量がある閾値を超えない限り、制動力・駆動力の左右配分を行わないようなロジックを内包するように構成している。これにより、ヨーモーメント制御指令が小さいときは、一つ目のモード（Ｇ−Vectoring）で稼動し、ヨーモーメント指令が大きいときは、二つ目のモード（横滑り防止制御）で稼動する。また、四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する二つ目のモード（横滑り防止制御）で実現される車両前後加速度が、（Ｇ−Vectoring）の加減速制御指令との差が近くなるように四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御されていることがわかる（数式２３から数式２６も参照）。しかしながら、制動・駆動配分が自在にならない、たとえば通常の二輪駆動車でかつ、ブレーキ制御のみを行うなどの他の実施例を考えると、必ずしも四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する二つ目のモード（横滑り防止制御）で実現される車両前後加速度が、（Ｇ−Vectoring）の加減速制御指令と一致するものではない。例えば、Ｇ−Vectoring指令がゼロのときに、ブレーキ制御を行うと、どうしても減速度が発生してしまう。しかしながら、Ｇ−Vectoring制御の指令が、横滑り防止制御指令により発生する現速度よりも大きいときには、Ｇ−Vectoring制御の指令との差が近くなるように四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御を行うことができ、本実施形態の課題を解決する場面が存在し、本実施形態の範囲内である。

最後に本実施形態の効果について図１５，図１６，図１７を用いて説明する。図１５，図１６，図１７は、図９，図１０にて示した、「横滑り防止制御」のみを適用したシーンについて本実施形態を適用した例である。また、図１６は図１０，図１５に対して、「アンダーステア」「オーバーステア」が発生する地点は同じであるが、より軽微なステア特性の変動であった場合を想定している。

図１５は、操舵角に応じて発生する横運動に応じて決定された加減速指令，ヨーモーメント制御指令，各輪制動・駆動配分、それにより実現される車両ヨーモーメント，車両前後加速度，車両横加速度を示している。このとき、アンダーステア，オーバーステア低減のためのヨーモーメント制御指令は、制御稼動閾値Ｍｔｈよりも絶対値が大きな値となっている（「横滑り防止制御」稼動）。各輪の制動力，駆動力を示す図において、点線は「Ｇ−Vectoring」制御のみの加減速指令信号で、破線が「横滑り防止制御」のヨーモーメント
制御指令に基づく減速量である。本実施形態を適用した制動・駆動力配分により地点１から３に掛けて四輪に制動力が加わり、旋回促進モーメントが発生するととみに地点２以降では、後内輪のみ大きな制動力が加わり、他の輪の制動力が低減され、「Ｇ−Vectoring」制御の指令に前後加速度が追従するとともに、「横滑り防止制御」が要求するヨーモーメントも実現できていることがわかる。また、地点４から５においては、前外輪，後外輪の制動力が低減され、前内輪，後内輪に駆動力が与えられ、車両前後加速度とヨーモーメントが指令どおりに追従していることがわかる。

図１６においては、地点２から３に掛けて、アンダーステア低減のためのヨーモーメント制御指令が発生しているが、加減速指令がある状態で、かつヨーモーメント制御指令が閾値Ｍｔｈより小さいために、左右輪独立制動・駆動制御は省略されている（左右輪で同じ制動力）。これに対し、地点４から５においては、ヨーモーメント指令は閾値Ｍｔｈより小さいが、「Ｇ−Vectoring」による加減速制御指令が無く前後輪での荷重移動が発生しないため、「横滑り防止制御」を稼動している例を示している。

図１５，図１６のように、四輪の制動力・駆動力が制御されると、図１７に示すように「横滑り防止」のためのヨーモーメント制御を行いながら、「Ｇ−Vectoring」制御と同様に“ｇ−ｇ”ダイアグラム上を、滑らかな曲線状に遷移する特徴的な運動を実現することができる。この曲線状の遷移は左コーナーについては、図に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについては、Ｇｘ軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は半時計回りとなる。このように遷移すると前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイト、ピッチレイトのピーク値が低減される。

もちろん前方の車両が急に止まったり、道路に障害物があるという情報を受けたりして、システムあるいはドライバが減速指令を出す状況を考える必要がある。このような状況では、最優先にこれらの指令を反映させる必要がある。これは、図１１のロジック図におけるＧｘ＿ＤＣを加える部分からシステム入力すると良い。

以上のように、本実施形態によると、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を提供することが可能となる。

０ 車両
１ モータ
２ 駆動力配分機構
７ フロントパワーステアリング
８ リアパワーステアリング
１０ アクセルペダル
１１ ブレーキペダル
１６ ステアリング
２１ 横加速度センサ
２２ 前後加速度センサ
２３，２４，２５ 微分回路
３１ アクセルセンサ
３２ ブレーキセンサ
３３ 舵角センサ
３８ ヨーレイトセンサ
４０ 中央コントローラ
４４ ステアリングコントローラ
４６ パワートレインコントローラ
４８ ペダルコントローラ
５１ アクセル反力モータ
５２ ブレーキ反力モータ
５３ ステアリング反力モータ
６１ 左前輪
６２ 右前輪
６３ 左後輪
６４ 右後輪
７０ ミリ波対地車速センサ
１２１ 左前輪モータ
１２２ 右前輪モータ
４５１，４５２ ブレーキコントローラ

Claims (4)

1. 前輪及び後輪の駆動力又は／及び制動力を制御可能な車両の運動制御装置において、車両がコーナーを進入し、定常旋回して、コーナーを脱出する場合、
   横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムを定義したときに、時間の経過とともに当該ダイアグラム上で、
   左コーナー進入時には、横軸と縦軸の原点から第II象限に向けて、時計回りの曲線的な遷移となり、旋回横加速度を示す縦軸上の正の値から、第Ｉ象限に向けて、時計回りの曲線的な遷移となり、
   右コーナー進入時には、横軸と縦軸の原点から第III象限に向けて、反時計回りの曲線的な遷移となり、旋回横加速度を示す縦軸上の負の値から、第IV象限に向けて、反時計回りの曲線的な遷移となるように決定された加減速制御指令と、車両の横滑り情報から算出されたヨーモーメント制御指令を決定するコントローラと、
   前記ヨーモーメント制御指令に基づいて、制動力又は／及び駆動力を決定する制動力駆動力配分部と、 を有する車両の運動制御装置。
2. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記コントローラは、前記車両の横加速度が増加するときに前記車両が減速し、前記車両の横加速度が減少するときに前記車両が加速するように前記加減速制御指令を決定する車両の運動制御装置。
3. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記コントローラは、前記車両の操舵角が増加するときに前記車両が減速し、前記車両の操舵角が減少するときに前記車両が加速するように前記加減速制御指令を決定する車両の運動制御装置。
4. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   前記コントローラは、入力された舵角と車速に基づいて目標ヨーモーメントを算出し、
   前記制動力駆動力配分部は、前記加減速制御指令及び前記目標ヨーモーメントに基づいて、制動力又は／及び駆動力を決定する車両の運動制御装置。