JP7850009B2 - 制駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、前輪及び後輪の制駆動力を個別に制御することが可能な車両に設けられる制駆動力制御装置に関する。

前後輪に独立した駆動用モータを有する四輪駆動の電動車両の駆動力制御に関する技術として、例えば特許文献１には、前輪駆動モータと、後輪駆動モータと、各車輪に独立して制動力を付与する制動装置とを有する車両の挙動制御装置において、車両の挙動を制御するよう設定された目標駆動トルクに基づいて各駆動モータが制御された場合の各車輪のタイヤ力が摩擦円限界値以下であるときには、目標駆動トルクに基づき各モータを制御するとともに、目標駆動トルクに基づいて各モータが制御された場合の各車輪のタイヤ力が摩擦円限界値より大きいときには、目標制動トルクに基づき制動装置を制御することが記載されている。

特開２０２１－１４２８９７号公報

従来良く知られたタイヤの制駆動力（前後力）と横力との関係に関する概念として、摩擦円と呼ばれるものがある。摩擦円は、タイヤで発生する制駆動力と横力（コーナリングフォース）との合力が最大となる点を結んだ円である。
特許文献１に記載された技術においては、このような摩擦円の概念に基づいて、例えば後軸の駆動力配分を増やすことで横力を減らす制御を行っている。
しかし、実際には、駆動力配分を変更して車両にヨーモーメントを付加しても、車体やタイヤのスリップ角の変化には、車両のヨー慣性による遅れがあるため、前後駆動力配分を変更した瞬間に発生可能な制駆動力、横力の合力は、いわゆる摩擦円限界よりも小さいものとなり、制駆動力によって特許文献１に記載された摩擦円限界に至る前から横力には変化が起きる。
特許文献１に記載された技術においては、いかなる状況でも制駆動力、横力の合力が摩擦円限界まで使い切れることを前提に制御を構築しているため、制御によってはタイヤに過度なスリップが発生し、摩擦ブレーキによる制動力付与などの本来必要がない付加的な制御が必要となって、車両のエネルギーロス、摩擦ブレーキの作動に伴う騒音、振動、違和感（不自然な減速感）などが問題となることが懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、タイヤの状態を反映した適切な制駆動力制御を行うことが可能な制駆動力制御装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る制駆動力制御装置は、前輪の前後力を発生する前輪前後力発生部と、後輪の前後力を発生する後輪前後力発生部と、車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤスリップ角を出力するタイヤスリップ角出力部と、車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤ横力を出力するタイヤ横力出力部と、前記タイヤ横力の非線形近似式及びタイヤの数値計算モデルを基にした特性式により決定されるスリップ率の式を用いて、前記前輪及び前記後輪の前記タイヤスリップ角と、前記タイヤスリップ角がゼロである場合のコーナリングパワーと、前記前輪及び前記後輪が接触する路面の摩擦係数と、前記前輪及び前記後輪の接地荷重と、前記タイヤの数値計算モデルにおけるパラメータ値と、前記タイヤ横力と、に基づいて前記前輪及び前記後輪のスリップ率を出力するスリップ率出力部と、前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率を出力するタイヤ横力変化率出力部と、車両に与える付加ヨーモーメントの目標値を設定する目標ヨーモーメント設定部と、前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて、前記付加ヨーモーメントの目標値を得るための前記前輪及び前記後輪の目標スリップ率を設定し、前記前輪及び前記後輪の実際のスリップ率が前記目標スリップ率となるように前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比を制御する制駆動力配分制御部とを備えることを特徴とする。
これによれば、現在のタイヤの横力及びスリップ角に基づいて、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率を求め、このスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて前輪前後力発生部及び後輪前後力発生部の出力分担比を制御することにより、車体等にヨー慣性が存在し、車体及びタイヤのスリップ角が即座に変化しない現実の車両において、現在のタイヤのスリップ角及び横力を反映させた適切な制駆動力配分制御を行うことができる。
これにより、過剰な制駆動力配分制御によってタイヤ発生力の限界値を超過し、摩擦ブレーキによる制動制御の介入などが必要となる事態を防止し、車両のエネルギーロスを低減するとともに、摩擦ブレーキの作動による騒音や違和感を防止することができる。

本発明において、前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部は電動モータであって、前記制駆動力配分制御部は、前記出力分担比の制御において前記前輪及び前記後輪の実際のスリップ率が前記目標スリップ率となるように前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力軸回転速度を制御する構成とすることができる。
これによれば、電動モータの回転速度制御により前輪、後輪のスリップ率を適切に制御し、所望の付加ヨーモーメントを比較的簡単な制御により精度よく発生させることができる。

本発明において、前記制駆動力配分制御部は、少なくとも前記前輪の前後力と前記後輪の前後力とのいずれか一方の絶対値が０となるまでの領域においては、前記前輪の前後力及び前記後輪の前後力の和が所定の要求前後力と一致するよう制御する構成とすることができる。
これによれば、前後輪の制駆動力配分制御によって、車両の総駆動力あるいは総制動力が変化することがなく、車両のドライバビリティ（運転しやすさ）を確保することができる。

本発明において、前記制駆動力配分制御部は、前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比の変更による前記前輪の前後力又は前記後輪の前後力の符号の反転を禁止する構成とすることができる。
これによれば、例えばタイヤ横力を増加させるために前後輪いずれかの駆動力（あるいは制動力）を低下させた結果、前後力の符号が反転して制動力（あるいは駆動力）を発生することになって、かえってタイヤ横力を低下させてしまうことを防止できる。

本発明において、前記タイヤ横力変化率出力部は、前記車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率が読みだされるマップを有する構成とすることができる。
これによれば、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率を、例えば車上に搭載されたプロセッサ等により実時間で演算する場合に対して、演算負荷を軽減するとともに、制御の応答性を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、タイヤの状態を反映した適切な制駆動力制御を行うことが可能な制駆動力制御装置を提供することができる。

本発明を適用した制駆動力制御装置の第１実施形態を有する車両の駆動系の構成を模式的に示す図である。 ４輪車の等価的な２輪車モデルを示す図である。 車体スリップ角ゲインの車速と車速との相関を示す図である。 車両の旋回時及び加減速時における作用力を示す模式図である。 車両の前後駆動力配分線図の一例を示す図である。 スリップ率に対するタイヤ横力の相関の一例を示す図である。 タイヤにおけるドライビングスティフネスの概念を示す図である。 異なったスリップ角におけるスリップ率とタイヤ駆動力との相関を示す図である。 タイヤのスリップ角とドライビングスティフネスとの相関を示す図である。 実横加速度の絶対値と基準横加速度を飽和させる擬似横加速度との相関を示す図である。 第１実施形態の制駆動力制御装置において車両に付加ヨーモーメントを発生させる駆動力制御を行う際の処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の制駆動力制御装置において駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。 タイヤが発生する制駆動力と横力とをスリップ角ごとにプロットした図である。 本発明を適用した制駆動力制御装置の第２実施形態におけるスリップ率に対するタイヤ横力の変化率のマップの一例を示す図である。 本発明を適用した制駆動力制御装置の第３実施形態の駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用した制駆動力制御装置の第１実施形態について説明する。
第１実施形態の制駆動力制御装置は、例えば、前輪駆動用、後輪駆動用として独立した制駆動用モータ（モータジェネレータ）を有する車両（一例として乗用車等）に設けられる。

図１は、第１実施形態の制駆動力制御装置を有する車両の駆動系の構成を模式的に示す図である。
車両１は、左右一対の前輪ＦＷ、及び、後輪ＲＷを有する４輪の車両である。
車両１は、フロントモータ１０、リアモータ２０、バッテリ３０、フロントインバータ１１０、リアインバータ１２０、駆動制御ユニット１３０等を備えている。

フロントモータ１０は、前輪ＦＷの駆動力を発生する回転電機である。
フロントモータ１０として、例えば、永久磁石同期電動機（ＰＭモータ）を用いることができる。
フロントモータ１０は、バッテリ３０から電力を供給され前輪ＦＷの駆動力を発生するとともに、前輪ＦＷ側から伝達されるトルクにより回生発電を行ってバッテリ３０に充電するモータジェネレータとして機能する。
フロントモータ１０は、本発明の前輪前後力発生部である。

フロントモータ１０の出力は、フロントディファレンシャル１１、フロントドライブシャフト１２を介して前輪ＦＷに伝達される。
フロントディファレンシャル１１は、フロントモータ１０の出力を左右のフロントドライブシャフト１２に伝達するとともに、例えば旋回等による左右の前輪ＦＷの差回転を吸収する差動機構である。
フロントドライブシャフト１２は、フロントディファレンシャル１１から、左右の前輪ＦＷに駆動力を伝達する回転軸である。
フロントドライブシャフト１２には、前輪ＦＷの転舵やフロントサスペンションのストロークに追従するため、等速ジョイントなどのユニバーサルジョイントが設けられている。

リアモータ２０は、後輪ＲＷの駆動力を発生する回転電機である。
リアモータ２０として、例えば、永久磁石同期電動機を用いることができる。
リアモータ２０は、バッテリ３０から電力を供給され後輪ＲＷの駆動力を発生するとともに、後輪ＲＷ側から伝達されるトルクにより回生発電を行ってバッテリ３０に充電するモータジェネレータとして機能する。
リアモータ２０は、本発明の後輪前後力発生部である。

リアモータ２０の出力は、リアディファレンシャル２１、リアドライブシャフト２２を介して後輪ＲＷに伝達される。
リアディファレンシャル２１は、リアモータ２０の出力を左右のリアドライブシャフト２２に伝達するとともに、例えば旋回等による左右の後輪ＲＷの差回転を吸収する差動機構である。
リアドライブシャフト２２は、リアディファレンシャル２１から、左右の後輪ＲＷに駆動力を伝達する回転軸である。
リアドライブシャフト２２には、リアサスペンションのストロークに追従するため、等速ジョイントなどのユニバーサルジョイントが設けられている。

バッテリ３０は、車両１の主に走行用に用いられる電力を貯蔵する二次電池である。
バッテリ３０として、例えば、リチウムイオン電池などを用いることができる。

フロントインバータ１１０は、駆動制御ユニット１３０からの指令に応じて、バッテリ３０から供給されるＤＣ電流をＡＣ電流化し、フロントモータ１０に駆動用電力として供給する。
また、フロントインバータ１１０は、フロントモータ１０による回生発電時に、フロントモータ１０から供給されるＡＣ電流をＤＣ電流化してバッテリ３０を充電する回生インバータとしても機能する。

リアインバータ１２０は、駆動制御ユニット１３０からの指令に応じて、バッテリ３０から供給されるＤＣ電流をＡＣ電流化し、リアモータ２０に駆動量電力として供給する。
また、リアインバータ１２０は、リアモータ２０による回生発電時に、リアモータ２０から供給されるＡＣ電流をＤＣ電流化してバッテリ３０を充電する回生インバータとしても機能する。
フロントインバータ１１０、リアインバータ１２０は、駆動制御ユニット１３０から指令される前輪ＦＷ、後輪ＲＷの目標駆動力（目標スリップ率）に応じて、フロントモータ１０、リアモータ２０の出力トルク及び出力軸回転速度を制御する機能を有する。

駆動制御ユニット１３０は、例えばドライバのアクセル操作等に基づいて設定されるドライバ要求トルクに応じて、フロントインバータ１１０、リアインバータ１２０に指令を与え、フロントモータ１０、リアモータ２０の出力を制御する。
また、駆動制御ユニット１３０は、例えばドライバのブレーキ操作等に応じて、回生発電ブレーキと液圧式ブレーキの制動力分担比を設定する。
このとき、駆動制御ユニット１３０は、回生発電ブレーキによる制動要求に応じて、フロントインバータ１１０、リアインバータ１２０に指令を与え、フロントモータ１０、リアモータ２０に回生発電を行わせ、制動力を発生させる。

駆動制御ユニット１３０は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有するマイクロコンピュータとして構成することができる。

駆動制御ユニット１３０には、車速センサ１３１，１３２、舵角センサ１３３、加速度センサ１３４、ヨーレートセンサ１３５等が接続されている。
車速センサ１３１，１３２は、前輪ＦＷ，後輪ＲＷを回転可能に支持するハブ部に設けられる。
車速センサ１３１，１３２は、左右の前輪ＦＷ，後輪ＲＷにそれぞれ設けられている。
車速センサ１３１，１３２は、各車輪の回転速度に応じた車速信号を出力する。
駆動制御ユニット１３０は、車速信号に応じて各車輪の車輪速を演算する。

舵角センサ１３３は、乗員（ドライバ）が操舵操作を行うステアリングホイールの角度位置（ハンドル角θ_Ｈ）を検出するセンサである。
駆動制御ユニット１３０は、舵角センサ１３３が検出するハンドル角θ_Ｈ、及び、図示しないステアリングギヤボックスのギヤ比（定数）ｎに基づいて、前輪ＦＷの舵角を演算可能となっている。
加速度センサ１３４は、車体に作用する前後方向、及び、左右方向（車幅方向）の加速度を検出するセンサである。
ヨーレートセンサ１３５は、車体の鉛直軸回りの自転速度であるヨーレートを検出するセンサである。

駆動制御ユニット１３０は、フロントモータ１０、リアモータ２０の駆動時に、各モータの出力配分（前輪ＦＷと後輪ＲＷとの駆動力前後配分（分担比））を設定する機能を有する。
また、駆動制御ユニット１３０は、フロントモータ１０、リアモータ２０の回生発電時に、各モータの発電量配分（前輪ＦＷと後輪ＲＷとの回生発電ブレーキによる制動力前後配分）を設定する機能を有する。
さらに、駆動制御ユニット１３０は、例えば車両の旋回時等に、車両１に付加すべきヨーモーメントに応じて、駆動力配分、制動力配分を制御する機能を有する。
駆動制御ユニット１３０は、本発明のタイヤスリップ角出力部、タイヤ横力出力部、スリップ率出力部、タイヤ横力変化率出力部、目標ヨーモーメント設定部、制駆動力配分制御部としての機能を有する。
以下、この点に関して詳しく説明する。
なお、以下の説明においては、主に駆動時の状態を例にとって説明するが、回生発電ブレーキによる制動時における制動力の前後配分制御も同様に行うことが可能である。

図２は、４輪車の等価的な２輪車モデルを示す図である。
車体スリップ角βは、以下の式１により推定することができる。

式１で求めた車体スリップ角βから、以下の式２，３により、前輪ＦＷと後輪ＲＷのタイヤのスリップ角α_ｆ，α_ｒへ換算することができる。
ここで、
β：車体スリップ角［ｒａｄ］
ｌ；ホイールベース［ｍ］
ｌ_ｆ：前軸－重心間距離［ｍ］
ｌ_ｒ：後軸－重心間距離［ｍ］
Ａ：スタビリティファクタ
δ（δ_ｆ）：前輪舵角［ｒａｄ］
ｍ：車両質量［ｋｇ］
α_ｆ：前輪ＦＷのスリップ角［ｒａｄ］
α_ｒ：後輪ＲＷのスリップ角［ｒａｄ］
γ：ヨーレート［ｒａｄ／ｓ］
Ｖ：車速［ｍ／ｓ］
なお、ヨーレートγは、ヨーレートセンサ１３５の出力に基づいて検出した値を用いる。

図３は、車体スリップ角ゲインの車速と車速との相関を示す図である。
図３において、横軸は車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を示し、縦軸は車体スリップ角ゲインβ／δ（舵角δあたりの車体スリップ角β）を示している。
図３に示すように、車体スリップ角ゲインβ／δは、車速の増加とともに低下することがわかる。

図４は、車両の旋回時及び加減速時における作用力を示す模式図である。
車両の直進時において、加減速により生じる前後荷重移動を含む接地荷重は、以下の式４、式５により表わすことができる。

Ｆ_ｚｆ＝Ｆ_ｚｆ０－ΔＦ_ｚｘ （式４）
Ｆ_ｚｒ＝Ｆ_ｚｒ０＋ΔＦ_ｚｘ （式５）

Ｆ_ｚｆ：前輪の接地荷重
Ｆ_ｚｒ：後輪の接地荷重
Ｆ_ｚｆ０：静止時の前輪の接地荷重
Ｆ_ｚｒ０：静止時の後輪の接地荷重
ΔＦ_ｚｘ：加速による荷重移動量

車両１の加速による前後荷重移動ΔＦ_ｚｘは、以下の式６により表わすことができる。

旋回時の横加速度による左右荷重移動は、以下の式７、式８により表わすことができる。

Ｆ_ｚｆｉ＝Ｆ_ｚｆ０－ΔＦ_ｚｘ－ΔＦ_ｚｙ・Ｋ_ｚｙ （式７）
Ｆ_ｚｒｉ＝Ｆ_ｚｒ０＋ΔＦ_ｚｘ－ΔＦ_ｚｙ（１－Ｋ_ｚｙ） （式８）

Ｆ_ｚｆｉ：旋回内輪側の前輪の接地荷重
Ｆ_ｚｒｉ：旋回内輪側の後輪の接地荷重
Ｆ_ｚｆ０：静止時の前輪の接地荷重
Ｆ_ｚｒ０：静止時の後輪の接地荷重
ΔＦ_ｚｙ：旋回による左右荷重移動量
Ｋ_ｚｙ：左右荷重移動の前軸分担比

旋回による左右荷重移動量ΔＦ _ｚｙ は、以下の式９により表わすことができる。

図５は、車両の前後駆動力配分線図の一例を示す図である。
図５において、横軸は前輪の駆動力を前輪の接地荷重で除した値を示し、縦軸は後輪の駆動力を後輪の接地荷重で除した値を示している。
接地荷重の前後配分Ｆ_ｚｆ：Ｆ_ｚｒ（旋回内輪を重視する場合にはＦ_ｚｆｉ：Ｆ_ｚｒｉ）を、付加ヨーモーメントがゼロであるときのドライバ要求駆動力のベースとする。
図５において、直進時の前後駆動力配分を実線で示し、旋回時の前後駆動力配分を破線で図示する。

路面外乱（不整路面）や、摩擦係数μの変動（不均一路面）によって、前輪ＦＷと後輪ＲＷが不規則にスリップすることを避けるため、前軸への駆動力配分を大きめに設定し、後輪ＲＷのスリップを防止している。
例えば、図５に一点鎖線で示す例においては、接地荷重変動±７．５％の不整路面を想定している。
また、図５に二点鎖線で示す例においては、路面μ変動±０．０７５の不均一路面を想定している。
また、例えばサーキット路などのスポーツ走行などにおいて、ドライバがオーバーステア傾向となる走行モードを選択している場合には、通常走行時に対して後軸への駆動力配分を大きめに設定することができる。

次に、タイヤのスリップ角αと横力Ｆｙから、スリップ率κを前後軸個別に推定する手法について説明する。
タイヤ横力の非線形近似式と、タイヤの数値計算モデルであるＭａｇｉｃ Ｆｏｒｍｕｌａとを組み合わせた特性式を、式１０、式１１に示す。
Ｒｂｙ１，Ｒｂｙ２，Ｒｃｙ１，Ｒｖｙ５は、Ｍａｇｉｃ Ｆｏｒｍｕｌａのパラメータ値である。
Ｋｙ０は、スリップ角＝０でのコーナリングパワー（ＣＰ）である。

スリップ率κは、以下の式１２により表わすことができる。
タイヤの横力Ｆｙは、以下の式１３、式１４から算出することができる。
前軸Ｆｙ＋後軸Ｆｙ＝車両質量×横加速度 （式１３）
前軸Ｆｙ×Ｌｆ＝後軸Ｆｙ×Ｌｒ・・・ヨーモーメント≒０ （式１４）

スリップ率の１％の変化に対するタイヤ横力の変化率（前後軸個別）は、以下の式１５により表わすことができる。

図６は、スリップ率に対するタイヤ横力の相関の一例を示す図である。
図６において、横軸はスリップ率を示し、縦軸はタイヤ横力を示している。
図６に示すように、タイヤ横力Ｆｙは、スリップ角の増加に応じて増加するとともに、スリップ率の増加に応じて減少することがわかる。

図７は、タイヤにおけるドライビングスティフネスの概念を示す図である。
図７において、横軸はスリップ率を示し、縦軸はタイヤの制駆動力を示している。
図７に示すように、スリップ率が比較的小さい領域においては、制駆動力はスリップ率に対して線形に変化する。
このような領域におけるスリップ率に対する制駆動力の変化率（線図の傾き）が、駆動の場合にはドライビングスティフネス、制動の場合にはブレーキングスティフネスとなる。
一般に、ドライビングスティフネスとブレーキングスティフネスとはほぼ一致する場合が多い。

図８は、異なったスリップ角におけるスリップ率とタイヤ駆動力との相関を示す図である。
図８において、横軸はスリップ率を示し、縦軸はタイヤ駆動力を示している。
図８において、スリップ角が０，１，２，５，１０，２０ｄｅｇの線図を図示している。
図９は、タイヤのスリップ角とドライビングスティフネスとの相関を示す図である。
図９において、横軸はスリップ角を示し、縦軸はドライビングスティフネスを示す。
図８、図９に示すように、ドライビングスティフネスは、スリップ角の増加に応じて減少する傾向を有する。

タイヤのドライビングスティフネスＫｘは、以下の式１６により表わすことができる。
Ｒｂｘ１，Ｒｂｘ２，Ｒｃｘ１は、Ｍａｇｉｃ Ｆｏｒｍｕｌａのパラメータ値である。
Ｋｘ０は、スリップ角＝０でのドライビングスティフネスである。
また、前輪ＦＷのドライビングスティフネスＫｘｆ，後輪ＲＷのドライビングスティフネスＫｘｒの比（ドライビングスティフネスの前後比）を、以下の式１７により定義する。

Ｒ_Ｋｘ＝Ｋｘｒ／Ｋｘｆ （式１７）

車両１が総駆動力（Ｆｘｆ＋Ｆｘｒ）を維持しつつ、目標ヨーモーメントＭｚを付加することができる前後輪のスリップ率と駆動力は、以下の式１８乃至式２３により表わすことができる。
Ｆ_Ｘ＝Ｋｘ×（κ＋ｄκ）（前後軸個別） （式２３）

但し、上述した駆動力の変更によって、変更後の駆動力がＦｘ＝０（タイヤ横力が最大化する状態）を超えると、タイヤ横力を増大すべき制御により、却ってタイヤ横力が減少してしまうため、変更後の駆動力はＦｘ=０を超えないよう制限する。

次に、車両１の旋回時に、制駆動力制御によって付加すべき目標ヨーモーメント（付加ヨーモーメント）の設定について説明する。
付加ヨーモーメントは、例えば、舵角センサ１３３によって検出されるハンドル角θ_Ｈ、ヨーレートセンサ１３５によって検出されるヨーレートγ、及び、加速度センサ１３４によって検出される横加速度に応じて、以下の式２４、式２５により算出することができる。
Ｍ_ｚθ，Ｍ_Ｖｚθ：付加ヨーモーメント［Ｎ／ｍ］
Ｋ_Ｖｚθ：アシスト量を決めるゲイン（＝１）
Ｋ_Ｖｖｌ：車速横加速度感応ゲイン（低速）
Ｋ_Ｖｖｈ：車速横加速度感応ゲイン（高速）
：車体スリップ角速度感応ゲイン
Ｋ_γ：ヨーレート感応ゲイン
γ：ヨーレート［ｒａｄ／ｓ］
Ｋ_ｙ：横加速度偏差感応ゲイン
：横加速度偏差［ｍ／ｓ^２］
Ｋ_θ：舵角感応ゲイン
θ_Ｈ：ハンドル角［ｒａｄ］

ここで、横加速度偏差を以下の式２６のように設定する。

基準横加速度は、低μ路大転舵時の過剰な回頭モーメントを防止するため、以下の式２７のように設定する。

ハンドル角θ_Ｈに対して線形計算した符号無し基準横加速度
は、以下の式２８のように表わすことができる。
Ｇ_ｙ：横加速度／ハンドル角ゲイン

基準横加速度を飽和させる擬似横加速度は、以下の式２９のように表わすことができる。
：基準横加速度を飽和させる擬似横加速度［ｍ／ｓ ^２ ］
θ_{Ｈ＿Ｍａｘ}：最大ハンドル角［ｒａｄ］（＝５４０ｄｅｇ）

図１０は、実横加速度の絶対値と基準横加速度を飽和させる擬似横加速度との相関を示す図である。

基準横加速度を飽和させる擬似横加速度によって飽和する符号無し基準横加速度は、以下の式３０のように表すことができる。
によって飽和する符号無し基準横加速度［ｍ／ｓ^２］
これを符号付きとすると、以下の式３１、式３２のように表わすことができる。

横加速度／ハンドル角ゲインＧｙは、以下の式３３のように表わすことができる。
Ａ：スタビリティファクタ［ｓ^２／ｍ^２］（一例として０．００２２）
Ｖ：車速［ｍ／ｓ］（＝４輪平均車輪速）
ｌ：ホイールベース［ｍ］（一例として２．５４）
ｎ：ステアリングギヤ比（一例として１３）

図１１は、第１実施形態の制駆動力制御装置において車両に付加ヨーモーメントを発生させる駆動力制御を行う際の処理を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：各パラメータ取得＞
駆動制御ユニット１３０は、各センサの出力等に基づいて、以降の処理に必要なパラメータを取得する。
その後、ステップＳ０２に進む。

＜ステップＳ０２：付加ヨーモーメント演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式２４、式２５を用いて、制駆動力制御によって付加すべき付加ヨーモーメントを演算する。
その後、ステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：各輪タイヤスリップ角演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式２、式３を用いて、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのタイヤスリップ角を演算する。
その後、ステップＳ０４に進む。

＜ステップＳ０４：各輪接地荷重演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式４乃至式９を用いて、左右前輪ＦＷ、左右後輪ＲＷの接地荷重を演算する。
その後、ステップＳ０５に進む。

＜ステップＳ０５：駆動力基本前後配分設定＞
駆動制御ユニット１３０は、例えば図５に示すような駆動力配分線図、あるいは、このような駆動力配分線図をもとに生成されたマップ等を用いて、駆動力基本前後配分（付加モーメント＝０である場合の駆動力前後配分）を設定する。
その後、ステップＳ０６に進む。

＜ステップＳ０６：各輪タイヤ横力推定＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式１３、式１４を用いて、前輪ＦＷ，後輪ＲＷのタイヤ横力Ｆｙを算出（推定）する。
その後、ステップＳ０７に進む。

<ステップＳ０７：各輪スリップ率演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式１２を用いて、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのタイヤのスリップ率κを演算する。
その後、ステップＳ０８に進む。

＜ステップＳ０８：各輪スリップ率に対するタイヤ横力変化率演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式１５を用いて、スリップ率の単位量（一例として１％）あたりの変化に対するタイヤ横力の変化率を前後輪個別に演算する。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０９：ドライビングスティフネス前後輪比演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式１７を用いて、駆動時においてはドライビングスティフネス、回生制動時においてはブレーキングスティフネスの前後輪比を演算する。
その後、ステップＳ１０に進む。

＜ステップＳ１０：前後輪目標スリップ率演算＞
駆動制御ユニット１３０は、上述した式１８乃至式２３を用いて、ステップＳ０２において演算した付加ヨーモーメントを得られる前輪ＦＷ及び後輪ＲＷのタイヤの目標スリップ率（ドライビングスティフネスＫｘを用いて目標駆動力に換算することが可能である）を演算する。
その後、ステップＳ１１に進む。

＜ステップＳ１１：制駆動力が０を横切るか判断＞
駆動制御ユニット１３０は、ステップＳ１０において演算した前輪ＦＷ、後輪ＲＷのスリップ率を得るための制駆動力変更において、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのいずれかの制駆動力が０を横切る（駆動側から制動側へ、あるいは、制動側から駆動側へ推移する）か否かを判別する。
制駆動力が０を横切る場合にはステップＳ１２に進み、その他の場合はステップＳ１３に進む。

＜ステップＳ１２：目標制駆動力制限＞
駆動制御ユニット１３０は、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのうち、制駆動力が０を横切る側の車輪の制駆動力を０に制限する。
目標制駆動力の制限後、ステップＳ１３に進む。

＜ステップＳ１３：前後モータ駆動制御＞
駆動制御ユニット１３０は、フロントインバータ１１０、リアインバータ１２０に指令を与え、駆動時においては、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのスリップ率が、ステップＳ１０において設定した目標スリップ率となるように、フロントモータ１０、リアモータ２０の出力軸回転速度を制御しつつ、フロントモータ１０、リアモータ２０を駆動させる。
また制動時においては、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのスリップ率が、ステップＳ１０において設定した目標スリップ率となるように、フロントモータ１０、リアモータ２０の出力軸回転速度を制御しつつ、フロントモータ１０、リアモータ２０に回生発電を行わせる。
その後、一連の処理を終了する。

図１２は、駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。
図１２（ａ）は、駆動時の前後輪駆動力を示し、図１２（ｂ）は、回生発電ブレーキによる制動時の前後輪制動力を示している。
図１２において、横軸はヨーモーメントＭｚを示し、右側ほどアンダーステアを軽減する効果が高いことを示している。
図１２に示すように、前輪ＦＷの制駆動力を減少させて発生可能な横力を増加させるとともに、後輪ＲＷの制駆動力を増加させて発生可能な横力を減少させることにより、前後輪の横力差を生じさせて、アンダーステアを軽減する方向のヨーモーメントを発生させることができる。
一方、前輪ＦＷの制駆動力を増加させて発生可能な横力を減少させるとともに、後輪ＲＷの制駆動力を減少させて発生可能な横力を増加させることにより、前後輪の逆の横力差を生じさせて、オーバーステアを抑制する方向のヨーモーメントを発生させることができる。
制動力、駆動力とも、原則としては車両の総駆動力、総制動力が駆動力配分の変更によって変化しないよう、前後輪の一方の制駆動力の増加に応じて、他方の制駆動力を減少する。
但し、上述したように、前後輪いずれかの制駆動力が０となった場合には、制駆動力の符号を反転（駆動から制動、制動から駆動）させることはせずに、タイヤ前後力を０に維持する制御としている。

図１３は、タイヤが発生する制駆動力と横力とをスリップ角ごとにプロットした図である。
図１３において横軸は制駆動力（タイヤ前後力）を示し、縦軸はタイヤ横力を示している。
図１３に示すように、制駆動力と横力とをプロットした線図（タイヤ力特性線図）は、タイヤのスリップ角に応じて変化している。
一般的に摩擦円として知られる概念は、このようなスリップ角が異なる線図の最外縁部を結んだものである。
しかし、実際には車体のヨー慣性があるため、タイヤのスリップ角が現在のスリップ角から、摩擦円限界のタイヤ発生力を得られるスリップ角に推移するには時間応答遅れが存在する。
このような点を無視して、摩擦円限界を前提とした制御を行った場合、例えばタイヤの制駆動力が過度となって過剰なスリップが発生し、例えば駆動側でスリップが発生した場合には摩擦ブレーキによる制動制御を介入させるなどしてスリップを抑制することが必要となる。
この場合、エネルギのロスや、摩擦ブレーキの作動による騒音の発生等が問題となり得る。

これに対し、第１実施形態においては、前輪ＦＷ、後輪ＲＷのスリップ角α_ｆ，α_ｒを演算したうえで、現在のスリップ角α_ｆ，α_ｒにおけるタイヤの特性に応じて目標制駆動力を設定するため、現在のタイヤのスリップ角α_ｆ，α_ｒにおいて発生するタイヤ力の変化を有効に活用して、所望のヨーモーメントを車両１に付与し、操縦安定性、旋回性能を向上することができる。
例えば、図１３において、後輪ＲＷのスリップ角が５ｄｅｇであって、前輪ＦＷ，後輪ＲＷの駆動力、横力が位置Ｐ０（駆動力２５００Ｎ）にあるときに、前輪ＦＷの駆動力、横力を位置Ｐ１（駆動力０）とし、後輪ＲＷの駆動力、横力を位置Ｐ２（スリップ角５ｄｅｇでのタイヤ力特性線図と接する点・駆動力５０００Ｎ）まで推移させることにより、車両１の総駆動力を変化させることなく、図１３に示す前後輪横力差を発生させ、車両１に摩擦ブレーキによる制動制御などを介入させることなく、所望の付加ヨーモーメントを与えることができる。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）前輪ＦＷ、後輪ＲＷの現在のタイヤの横力Ｆｙ及びスリップ角α_ｆ，α_ｒに基づいてスリップ率κに対するタイヤ横力Ｆｙの変化率を求め、このスリップ率κに対するタイヤ横力の変化率に基づいて、フロントモータ１０及びリアモータ２０の出力（駆動力又は制動力）の分担比を制御することにより、車体等にヨー慣性が存在し、車体及びタイヤのスリップ角が即座に変化しない現実の車両において、現在のタイヤのスリップ角及び横力を反映させた適切な制駆動力配分制御を行うことができる。
これにより、過剰な制駆動力配分制御によってタイヤ発生力の限界値を超過し、摩擦ブレーキにより制動制御の介入などが必要となる事態を防止し、車両１のエネルギーロスを低減するとともに、摩擦ブレーキの作動による騒音や違和感を防止することができる。
（２）出力分担比の制御において前輪ＦＷ及び後輪ＲＷの目標スリップ率を設定するとともに、前輪ＦＷ及び後輪ＲＷの実際のスリップ率が目標スリップ率となるようにフロントモータ１０、リアモータ２０の出力軸回転速度を制御することにより、電動モータの回転速度制御で前輪ＦＷ、後輪ＲＷのスリップ率κを適切に制御し、所望の付加ヨーモーメントを比較的簡単な制御により精度よく発生させることができる。
（３）前輪ＦＷの前後力と後輪ＲＷの前後力とのいずれか一方の絶対値が０となるまでの領域においては、前輪の前後力及び後輪の前後力の和が所定の要求前後力と一致するよう制駆動力配分を制御することにより、前後輪の制駆動力配分制御によって、車両１の総駆動力あるいは総制動力が変化することがなく、車両１のドライバビリティ（運転しやすさ）を確保することができる。
（４）フロントモータ１０、リアモータ２０の出力分担比の変更による前輪ＦＷの前後力又は後輪ＲＷの前後力の符号の反転を禁止することにより、例えばタイヤ横力Ｆｙを増加させるために前後輪いずれかの駆動力（あるいは制動力）Ｆｘを低下させた結果、前後力の符号が反転して制動力（あるいは駆動力）を発生することになって、かえってタイヤ横力Ｆｙを低下させてしまうことを防止できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した制駆動力制御装置の第２実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と同様の箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第２実施形態においては、各輪のスリップ率に対するタイヤ横力変化率を、第１実施形態のようにタイヤモデルを用いた数式演算により逐次演算することに代えて、車両の横加速度毎に予め設定したスリップ角とスリップ率のマップ値を用いている。

図１４は、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率のマップの一例を示す図である。
図１４に示すように、マップは、タイヤのスリップ角とスリップ率を入力として、スリップ率に対するタイヤ横力の変化率が出力される（読みだされる）３次元状のマップとして構成されている。
このようなマップは、横加速度の変化に応じて複数設けることができる。
また、マップが設定されていない横加速度に対しては、複数のマップから読み出されるスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に、例えば線形補間などの補間処理を行って求めることができる。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、駆動制御ユニット１３０における演算負荷を軽減するとともに、制御の応答性を向上することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した制駆動力制御装置の第３実施形態について説明する。
第３実施形態においては、制駆動力の設定を、第１実施形態に対して以下の通り変更している。
図１５は、第３実施形態の駆動力制御により付加すべきヨーモーメントと前後輪の制駆動力の一例を示す図である。
第３実施形態においては、前輪ＦＷ、後輪ＲＷの目標制駆動力の設定において、前輪ＦＷ、後輪ＲＷの一方の制駆動力が０を横切る場合に、他方の車輪における付加ヨーモーメントＭｚに対する駆動力変化量ΔＦｘの変化率を増加させている。
以上説明した第３実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、前輪ＦＷ、後輪ＲＷの一方の制駆動力の変更が、制駆動力が０を横切ることによる制約を受ける場合であっても、他方の制駆動力の変化量を大きくすることにより、実際に車体に生じるヨーモーメントの発生量を確保することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）車両、車両の駆動装置、制駆動力制御装置の構成は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜変更することができる。
例えば、実施形態において単一のユニットにより実現している機能を、複数の構成要素によって分担して実現するようにしてもよい。逆に、複数の構成要素により実現している機能を、単一のユニットに集約して実現する構成としてもよい。
（２）実施形態において用いている車両、タイヤのモデルや、数式の具体的態様は一例であって、本発明はこれらに限定されることなく、適宜変更することができる。
（３）実施形態において、左右前輪を単一のフロントモータで制駆動し、左右後輪を単一のリアモータで制駆動しているが、本発明はこれに限らず、例えば各車輪にそれぞれ独立したモータジェネレータ（典型的にはインホイールモータ）を有する車両であっても適用することができる。
（４）実施形態においては、制駆動力制御装置は、車両の駆動力、制動力双方の前後配分を制御しているが、本発明はこれに限らず、駆動力、制動力のいずれか一方のみの前後配分を制御する構成としてもよい。
（５）実施形態において、車両は一例としてバッテリ電気自動車であるが、本発明はこれに限らず、例えば燃料電池自動車や、エンジン－電気シリーズハイブリッド車両などの他種の電動車両にも適用することができる。

１ 車両
ＦＷ 前輪 ＲＷ 後輪
１０ フロントモータ １１ フロントディファレンシャル
１２ フロントドライブシャフト ２０ リアモータ
２１ リアディファレンシャル ２２ リアドライブシャフト
３０ バッテリ
１１０ フロントインバータ １２０ リアインバータ
１３０ 駆動制御ユニット １３１，１３２ 車速センサ
１３３ 舵角センサ １３４ 加速度センサ
１３５ ヨーレートセンサ

Claims (5)

1. 前輪の前後力を発生する前輪前後力発生部と、
   後輪の前後力を発生する後輪前後力発生部と、
   車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤスリップ角を出力するタイヤスリップ角出力部と、
   車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のタイヤ横力を出力するタイヤ横力出力部と、
   前記タイヤ横力の非線形近似式及びタイヤの数値計算モデルを基にした特性式により決定されるスリップ率の式を用いて、前記前輪及び前記後輪の前記タイヤスリップ角と、前記タイヤスリップ角がゼロである場合のコーナリングパワーと、前記前輪及び前記後輪が接触する路面の摩擦係数と、前記前輪及び前記後輪の接地荷重と、前記タイヤの数値計算モデルにおけるパラメータ値と、前記タイヤ横力と、に基づいて前記前輪及び前記後輪のスリップ率を出力するスリップ率出力部と、
   前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率を出力するタイヤ横力変化率出力部と、
   車両に与える付加ヨーモーメントの目標値を設定する目標ヨーモーメント設定部と、
   前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率に基づいて、前記付加ヨーモーメントの目標値を得るための前記前輪及び前記後輪の目標スリップ率を設定し、前記前輪及び前記後輪の実際のスリップ率が前記目標スリップ率となるように前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比を制御する制駆動力配分制御部と
   を備えることを特徴とする制駆動力制御装置。
2. 前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部は電動モータであって、
   前記制駆動力配分制御部は、前記出力分担比の制御において前記前輪及び前記後輪の実際のスリップ率が前記目標スリップ率となるように前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力軸回転速度を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の制駆動力制御装置。
3. 前記制駆動力配分制御部は、少なくとも前記前輪の前後力と前記後輪の前後力とのいずれか一方の絶対値が０となるまでの領域においては、前記前輪の前後力及び前記後輪の前後力の和が所定の要求前後力と一致するよう制御すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制駆動力制御装置。
4. 前記制駆動力配分制御部は、前記前輪前後力発生部及び前記後輪前後力発生部の出力分担比の変更による前記前輪の前後力又は前記後輪の前後力の符号の反転を禁止すること
   を特徴とする請求項３に記載の制駆動力制御装置。
5. 前記タイヤ横力変化率出力部は、前記車両の旋回状態に応じて前記前輪及び前記後輪のスリップ率に対するタイヤ横力の変化率が読みだされるマップを有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制駆動力制御装置。