JPH0764222B2

JPH0764222B2 - 車両の姿勢制御装置

Info

Publication number: JPH0764222B2
Application number: JP27003487A
Authority: JP
Inventors: 紀男岩間; 靖享林; 幸雄稲熊; 陸雄石黒; 泰治大立; 和彦鷹巣
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH01111538A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、車両の姿勢制御装置に関し、更に詳しくは、
車両の主操向装置とは別に補助操向装置を設けて、車両
の姿勢を望む方向へ制御する車両の姿勢制御装置に関す
るものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

従来より、車両の姿勢制御装置の一つに、４輪操舵車が
ある（「電子制御の後輪実舵角の適応セヨー角速度操舵
系の一考察」、金井、内門、他、第７回適用制御シンポ
ジウム予稿集、1982年２月発行）。この４輪操舵車は、
第２図に示すように、先ず、後輪に油圧シリンダー67と
該シリンダー67を制御する油圧制御装置68とからなる補
助操舵機構61を設ける。次に、車速と前輪の主操舵角を
検出器62、63により測定し、この両測定値から車体の望
ましいヨーレートの値を回路４により演算、指令する。
次に、この指令値と、ジャイロ65により検出したヨーレ
ートの実際値との差を演算する。次に、回路66がヨーレ
ートの偏差から補助操舵角を演算し、補助操舵機構61の
制御装置68へ指令する。これにより、油圧シリンダー67
が作動して後輪の向きを変える。以上の構成により、こ
の４輪操舵車では、例えば、横風外乱が加わって、車体
がドライバーが意図した方向と異なった方向へ動いた場
合、補助操舵機構61が作動して、姿勢を本来あるべき方
向へ立て直すことができるとしている。

しかしながら、この４輪操舵車では、走行中の車両に対
し、横風は第３図に示すように前輪付近に加わる（矢印
Ａ）。この横風による時計方向のモーメントを打消すた
めに後輪を時計方向に操向させると（矢印Ｂ）、図中矢
印Ｃの方向にサイドフォースが生じ、横風で生じるヨー
レートが抑制されるとともに、このサイドフォースによ
り同時に図上下向の横力が新たに発生する。このため、
車体の回転は抑制されるものの、横方向への平行移動が
逆に助長され、ドライバーに不安感を与える。また、補
助操舵機構が故障して動かなくなった場合、後輪がある
向きに固定される可能性が高く、危険である。

また、上記従来技術の他の一つとして、「全方向移動台
車」（特開昭60−146757号）がある。この全方向移動台
車は、第４図に示すように、先ず４輪に各々モータM1を
つけ、操向自在とする。次に、左右の駆動輪に各々モー
タM2を設けて車両を走行させる。制御目標値演算回路70
がジョイスティック71の位置を読み取り、走行すべき方
向と走行速度を指令する。回転角演算回路72が走行方向
の指令値に基づいてモータM1の回転角を演算して指令す
る。この指令値により、演算回路73がモータ電流の必要
値を計算して、４つのモータ制御装置74へ指令する。一
方、左右モータの回転数演算回路75が走行速度の指令値
にもとづいてモータM2の回転速度を演算して指令する。
さらに、演算回路76が、ジャイロ77により検出したヨー
レートの値をゼロにするのに必要な左右駆動輪の修正回
転数を演算する。加算器78は、演算回路75、76の出力信
号を加算したものを、最終的な左右モータM2の回転数と
して、モータ電圧指令値演算回路79を介して、２つのモ
ータ制御装置80へ指令する。

この移動台車の制御装置の作動について説明すると、以
下のようである。すなわち、外乱がない場合は、モータ
M2の左右の回転数は等しいのでモータM1で定められた方
向へ所望の速度でまっすぐ（ヨーレートゼロ）移動す
る。ここで、路面の不整などにより車両の向きが所望の
向きからずれるとヨーレートが生じ、これにより２つの
モータM2に回転数差が生じる。従って、ヨーレートはゼ
ロに抑制され、車両は本来定められた方向へ走行するこ
とができる。これにより、この移動台車では、左右の駆
動モータに回転数差を作って姿勢を復元しようとするの
で、従来技術として先に述べた４輪操舵車のような制御
により発生する余分な横力が生じる欠点はない。

しかしながら、この移動台車では、駆動輪で方向修正を
併せて行う機構であるため、駆動力制御系と姿勢制御系
が干渉して制御可能範囲がせまくなるという新たな欠点
が生じる。例えば、最大速度で走行することを要請され
ると、駆動輪の駆動力は当然路面のグリップ限界まで高
められる。この状態で方向修正のために新たに駆動力を
上乗せしようとすると車輪がグリップ限界を越えてしま
い、制御不能になる。従って、車両の走行速度が大きく
なるほど、姿勢制御ができる範囲が狭くなるという問題
があった。

そこで、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点を
解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結
果、本発明を成すに至ったものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、姿勢制御時に好ましくない横力を発生
させることなく、安全でかつ制御可能範囲が広い車両の
補助操向制御装置を提供することにある。

本発明者らは、上述の従来技術の問題に対し、以下のこ
とに着眼した。すなわち、ドライバーは操舵により車両
を望む姿勢に制御しようとする。従って、操舵角は、ド
ライバーが望む車両のヨーレートなどの挙動量に比例す
ると考えられる。ただし、その比例定数は、車速に依存
する。一般に、操舵角に対するヨーレートなどの挙動量
の応答性は、高速走行時には鋭く、低速時には鈍くな
る。従って、車速が上がるほど比例定数を小さくして同
じ操舵角に対し目標となる挙動量を小さめに設定すべき
である。以上のことより、操舵角と車速度の二つの量を
検出して、目標挙動量をドライバーが望んでいる挙動量
として演算して制御の目標値として出力し、ジャイロな
どの挙動量検出センサで計測した実際のヨーレートなど
の挙動量と前記目標値との偏差に応じた制御力を発生さ
せて、車両の非駆動輪の左右各輪にそれぞれ設けたモー
タに駆動力差を発生させて車体にモーメントを付加する
ことにより、車両の姿勢を望む方向へ制御するようにな
して従来技術の主たる問題点を解決することに着眼し
た。

〔発明の説明〕

本発明の車両の姿勢制御装置は、第１図に示すように、
車両の主操向装置とは別に補助操向装置を設けて車両の
姿勢を制御する姿勢制御装置において、ハンドルの操舵
角を検出する操舵角センサ１と、車両の速度を検出する
車速センサ２と、車両の挙動量を検出する挙動センサ３
と、前記操舵角センサ１より出力された操舵角信号と前
記車速センサ２より出力された車速信号とから車両に働
く外乱或いは車両状態を考慮して最適な目標挙動量を演
算する目標挙動量演算手段10と、該目標挙動量演算手段
10より出力された目標挙動量信号と前記挙動センサ３よ
り出力された検出挙動量信号との偏差を演算する偏差演
算手段21と、該偏差演算手段21より出力された挙動量偏
差信号に基づき該挙動量偏差に等価的な補正量を演算す
る補正量演算手段22と、該補正量演算手段22より出力さ
れた補正量信号に基づき車両姿勢を補正制御するために
必要な駆動力又は制動力、或いは駆動力及び制動力に見
合う制御量を演算するモータ指令値演算手段23と、から
なる制御量演算手段20と、該制御量演算手段20の出力で
あるモータ指令信号に基づき、モータに供給される電力
を調節する第一モータ制御装置31および第二モータ制御
装置32と、該第一モータ制御装置31および第二モータ制
御装置32に接続して電力をモータに供給する電力供給源
33とからなる駆動手段30と、該駆動手段30で制御された
電力に基づき，車両の推進用原動機の動力が直接伝達さ
れない従動輪の左従動輪の軸のトルクを連続的に可変制
御する第一のモータ41と、前記駆動手段30で制御された
電力に基づき、車両の推進用原動機の動力が直接伝達さ
れない従動輪の右従動輪の軸のトルクを連続的に可変制
御する第二のモータ42とからなり、車両に働く外乱或い
は車両状態を考慮した目標挙動量に対する検出挙動量の
偏差に応じた制御力を発生させてなり、車両の姿勢を望
む方向へ制御するようになしたことを特徴とするもので
ある。

上記構成よりなる本発明の作用および効果は、次のよう
である。すなわち、本発明は車両の主操向装置とは別に
補助操向装置を設けて車両の姿勢を制御する姿勢制御装
置において、先ず、操舵角センサ１において、ハンドル
における操舵角を検出し、操舵角に相当する電気信号な
どに変換する。また、車速センサ２において、車速を検
出し、車速に相当する電気信号などに変換する。また、
挙動センサ３において、ヨーレート、横速度などの車両
の挙動変化量を検出し、該挙動変化量に相当する電気信
号などに変換する。

そして、前記操舵角センサ１より出力された操舵角信号
と前記車速センサ２より出力された車速信号を、目標挙
動量演算手段10において、車両に働く外乱或いは車両状
態を考慮して最適な目標挙動量を演算し、制御の目標値
として出力する。

そして、制御量演算手段20において、先ず、偏差演算手
段21で、前記目標挙動量演算手段10より出力された目標
挙動量信号と前記挙動センサ３より出力された検出挙動
量信号との偏差を演算する。次いで、補正量演算手段22
において、該偏差演算手段21より出力された挙動量偏差
信号に基づき該挙動量偏差に等価的な補正量を演算す
る。次いで、モータ指令値演算手段23において、該補正
量演算手段22より出力された補正量信号に基づき車両姿
勢を補正制御するために必要な駆動力及び／又は制動力
に見合う制御量を演算し、制御量演算御手段20の出力と
して、モータ指令信号を出力する。

そして、この制御量演算御手段20の出力であるモータ指
令信号に基づき駆動手段30において、第一モータ制御装
置31および第二モータ制御装置32により、モータに供給
される電力を調節することにより第一のモータ41および
第二のモータ42において車両の推進用原動機の動力が直
接伝達されない従動輪に車両に働く外乱或いは車両状態
を考慮した目標挙動量に対する検出挙動量の偏差に応じ
た制御力を与えるように第一のモータ41および第二のモ
ータ42を駆動する。

なお、駆動手段30の電力供給源33は、該第一モータ制御
装置31および第二モータ制御装置32に接続して電力をモ
ータに供給している。

しかして、目標挙動量演算手段10で演算された挙動量と
挙動センサ３で検出された挙動量の大きさにより、以下
のように作用する。

ｉ）目標挙動量演算手段10で演算された挙動量と挙動セ
ンサ３で検出された挙動量が一致した場合、制御量演算
手段20の出力はゼロとなり、従動輪51、52のモータ41、
42はトルクを発生しない。

ii）挙動センサ３で検出された挙動量が目標挙動量演算
手段10で演算された挙動量より大きい場合は、偏差演算
手段21の出力に負の信号が発生し、この信号により補正
量演算手段22が車両の挙動量を抑制するのに必要なモー
メントを演算する。このモーメントは、２個のモータ4
1、42のトルク差に比例する。モータ指令値演算手段23
では、先ずこのトルク差を作るために２個のモータ41、
42が分担すべきトルクを決定する。例えば、通常は、ト
ルク差の1/2の駆動トルクと制動トルクを指令するが、
双方とも駆動トルクあるいは制動トルクであってもよ
い。次に、この指令トルクを発生させるのに必要な２つ
のモータ41、42の電圧あるいは電流を、使用するモータ
の形式に応じて演算する。この指定値に基づき、通常の
モータ制御で使われる電圧・電流制御回路、チョッパ、
インバータ等のパワー調整器の作用によって所定のトル
クを発揮し、これによって車両にモーメントを付加し、
挙動量を抑制することによって望む挙動量に近づける。

iii）挙動センサ３で検出された挙動量が目標挙動量演
算手段10で演算された挙動量より小さい場合は、偏差演
算手段21の出力に正の信号が発生し、この信号により補
正量演算手段22が車両の挙動量を増大するのに必要なモ
ーメントを演算する。このモーメントは、以下上述のi
i）の場合と同様に、２個のモータ41、42のトルク差に
よりこのモーメントを車両に付加し、挙動量を増大する
ことによって望む挙動量に近づける。

以上により、横風等の外乱により、ドライバーが望む挙
動量よりも大きな挙動量が車両に発生したとき、２個の
モータによって新たに付加されたモーメントが挙動量を
抑制し、外乱によって乱された車両の姿勢を本来の向き
に復元することができる。

また、逆に、車両の積載重量がおおきくなった場合な
ど、ドライバーの操舵に対する車両の姿勢変化の応答性
が悪化するとき、モータにより付加されるモーメントが
挙動量を助長するので、ドライバーは応答性の劣化を体
感することなく、平常時と同じ操舵感覚で運転すること
ができる。

さらに、主操舵装置の操舵により得られるはずの挙動量
を上回るように目標挙動量を設定すれば、モータの補助
モーメントにより、その車両本来の特性を上回る旋回性
能が得られ、緊急のレーンチェンジが要求される場合に
迅速な方向転換により対処できる。

本発明の車両の姿勢制御装置は、さらに以下の効果を奏
することができる。

１）以上の挙動量の補正は、従来のように、補助操舵機
構によって車輪の向きを変えて行うのではなく、左右の
従動輪の駆動差によって車体に発生する挙動量を利用し
ているので、横方向の速度に影響を与えることなく挙動
量だけを増減できる。従って、従来のように制御により
ドライバーに新たな違和感を与える虞れはない。

２）さらに、モーメントを付加する手段がモータである
ので、制御系が故障したときの安全性が高い。すなわ
ち、一般に、車両の電子制御装置は、高・低温、振動、
ノイズなどの悪環境下で使用されるのが普通で、誤動作
を皆無にすることは極めて難しい。この装置は故障モー
ドを大別すると、過大な制御量が指令される場合と制御
がされない場合の二つになる。車両にとってより重大で
あるのは前者の場合である。従来の補助操舵機構を用い
る方式では、このモードの故障の場合、誤った方向に車
輪が操向されたままになるので、致命的な事故につなが
る危険性がある。本発明の装置では、過大な制御量が指
令されると破壊するようにモータ制御装置を設定してお
くことにより、過大な制御量が指令されてもモータ制御
装置の破壊により電力が遮断されるので、姿勢を変化さ
せる機能は失われるものの、操縦不能になる危険性はな
い。

３）モータ駆動車両で駆動輪の左右のモータに回転数差
を設けて挙動量を補正する従来の方式では、駆動力を限
界近くまで上げても走行している場合は回転数差を発生
させる余地がない。本発明では、車両を推進する車輪と
は異なる車輪（従動輪）に駆動力差を設けて挙動量を補
正する。従って、推進車輪の駆動力が路面をグリップで
きる限界に達していたとしても、これに無関係に姿勢制
御のためのモーメントを付加できる。特に、凍結路のよ
うに、すべり限界駆動力が低い道路では、従動輪の左右
ともに駆動側のトルクを与えることにより、トータルの
推進力を増加させうるので、所謂４輪駆動車と同様な走
行安定性をも期待できる。４）本発明では、車両の主原
動機の駆動輪とは別の従動輪にモータを設けているの
で、踏切、交差点などで主原動機が故障して停止したよ
うな緊急の場合に、モータを作動させて脱出し危険を回
避することができる。

〔実施例〕

第１実施例本発明の第１実施例の車両の姿勢制御装置を、第５図お
よび第６図を用いて説明する。

本実施例の車両の姿勢制御装置は、主操向装置を有する
車両の補助操舵装置に適用したもので、左右のモータに
大きさが等しく向きが逆のトルクを指令するタイプの例
である。

本実施例装置は、第５図に示すように、操舵角センサ１
と、車速センサ２と、挙動センサ３と、目標挙動量演算
手段10と、制御量演算手段20と、駆動手段30と、第一の
モータ41と、第二のモータ42とからなる。

操舵角センサ１は、車両４のハンドル５の操舵角を測定
するもので、磁気エンコーダで構成しており、該ハンド
ル５と同軸上に取りつけられている。

車速センサ２は、車両４の速度を検出するもので、タコ
ジェネレータで構成しており、トランスミッション（図
示せず）に組込まれている。

挙動センサ３は、車両４の挙動量としてのヨーレートを
検出するもので、レートジャイロで構成するヨーレート
センサ７からなり、車室内の床上に組込まれている。

目標挙動量演算手段10は、目標ヨーレート演算回路11か
らなり、前記操舵角センサ１より出力された操舵角信号
と前記車速センサ２より出力された車速信号とから目標
ヨーレートを演算する。

制御量演算手段20は、偏差演算手段21と、補正量演算手
段22と、モータ指令値演算手段23とからなる。

偏差演算手段21は、前記目標ヨーレート演算手段11より
出力された目標ヨーレート信号と前記ヨーレートセンサ
７より出力された検出ヨーレート信号との偏差演算する
減算回路211からなる。

補正演算手段22は、前記減算回路211より出力されたヨ
ーレート偏差信号に基づき、該ヨーレート偏差をゼロに
するために必要な付加モーメントを演算するモーメント
演算回路221からなる。

モータ指令値演算手段23は、前記モーメント演算回路22
1より出力された補正信号（モーメント指令値）の大き
さと符号（正負）から、左右各モータが発揮すべき駆動
トルクないし制動トルクを演算するトルク演算回路23
1、233と、このトルクを発生するのに必要な電流を、モ
ータの形式に応じて演算する電流演算回路232、234とか
らなり、車両姿勢を補正制御するために必要な制御量を
演算する。

駆動手段30は、第一モータ制御装置（左）31と、第二モ
ータ制御装置（右）32と、電力供給源33とからなる。

第一モータ制御装置31は、電力供給源33と第一のモータ
41に接続して、該モータに供給する電力のパワーを調節
する第一チョッパ312と、第一のモータ41に指令された
電圧または電流値に基づいて該第一チョッパ312を制御
する信号を出力する第一の電圧・電流制御回路311とか
らなる。

第二モータ制御装置32は、電力供給源33と第二のモータ
42に接続して、該モータに供給する電力のパワーを調節
する第二チョッパ322と、第二のモータ42に指令された
電圧または電流値に基づいて該第二チョッパ322を制御
する信号を出力する第二の電圧・電流制御回路321とか
らなる。

電力供給源33は、第一モータ制御装置31と第二モータ制
御装置32に接続して、電力をモータに供給するバッテリ
ーからなる。

第一のモータ41は、左の従動輪51に接続し、前記駆動手
段30で制御された電力に基づき該従動輪の各々の軸のト
ルクを連続的に可変制御する。

第二のモータ42は、右の従動輪52に接続し、前記駆動手
段30で制御された電力に基づき該従動輪の各々の軸のト
ルクを連続的に可変制御する。

上記目標ヨーレート演算回路11、減算回路211、モーメ
ント演算回路22、および、トルク演算回路231、233と電
流演算回路232、234から構成されるモータ指令値演算回
路23は、マイクロコンピュータによる演算処理により行
う。

この演算処理で行う機能を、第６図に基づいて詳細に説
明する。

先ず、操舵角センサ１より、磁気エンコーダのパルスの
カウント値として操舵角δ_fの値を、車速センサ２よ
り、タコジェネレータの出力をディジタル値に変換した
車速の実際値として車速ｕの値を、ヨーレートセンサよ
り、レートジャイロの出力をディジタル値に変換したヨ
ーレートの実際値としてヨーレートωの値を、それぞれ
読み込む（P1）。

次に、目標ヨーレートω^*を、次の式で計算する（P
2）。

ω^*＝K₁δ_f ・・・（１）ここで、K₁は、車速ｕに対して、 K₁＝β₁／（α₁ｕ＋１）・・・（２）のように変化する比例定数である。α₁、β₁は、適当な
定数である。

次に、減算回路211に相当するプログラムでは、次の計
算を実行する（P3）。

Δω＝ω^*−ω ・・・（３）次に、必要モーメントｍは、ヨーレート偏差Δωから、
次式に従って求める（P4）。

ｍ（ｋ）＝a₀・Δω（ｋ）＋a₁・Δω（ｋ−１）＋ｍ（ｋ−１）・・・（４）ここで、ｋは、制御する時点を表わす。上式は、連続値
制御系のPI（比例・積分）制御の演算式に相当する。a₀
が比例ゲイン、a₁が積分ゲインである。これらのゲイン
は、測定値の誤差等の原因により、系が不安定になる限
界内で、大きく選ぶ。

次に、左右モータの指令トルクT_R、T_Lは、次式に従って
求める（P5）。

T_R＝−（m/t）・（r/λ） T_L＝−T_R ・・・（５）ｔは、モータがついている車輪間の距離（トレッド）、
ｒは車輪の半径、λはモータから車輪に至る減速比であ
る。車両の重心に立って、時計回りのモーメントを正に
とれば、T_Rが制動トルク、T_Lが駆動トルクである。

次に、モータ電流指令値i_R ^*、i_L ^*は、次式に従って求め
る（P6）。

i_R ^*＝T_R／K_t i_L ^*＝T_L／K_t ・・・（６） K_tは、モータのトルク定数である。

次に、予め設定された制限式（最大値制限）に基づき、
P6で得られたi_R ^*、i_L ^*の出力値を決定する（P7、P8、P
9）。

上述のプログラムと第５図の各回路との関係を示すと、
以下のようである。

・目標ヨーレート演算回路11→P1、P2 ・減算回路211→P3 ・モーメント演算回路221→P4 ・トルク演算回路231、233→P5 ・電流演算回路232、234→P6、P7、P8、P9 次に、電圧・電流制御回路311、321は、通常の電流制御
形のパルス幅変調（PWM）回路を用いる。i_R ^*、i_L ^*の値
と、センサ（図示せず）で検出したモータ電流i_R、i_Lと
の偏差信号を作り、この信号と三角波の搬送波を比較
し、両者の大小関係に応じて発生させたパルスでチョッ
パ312、322を駆動して、各モータの電流が指令値に追従
するように制御する。

上記構成からなる本実施例の作用および効果は、以下の
ようである。

先ず、車両のハンドル角を測定する操舵角センサ１と車
速を測定する車速センサ２の各々の出力である、磁気エ
ンコーダのパルスのカウント値として操舵角δ_fおよび
タコジェネレータの出力をディジタル値に変換した車速
の実際値として車速ｕは、目標挙動量演算手段10に入力
される。また、車両４の挙動量としてのヨーレートを検
出するヨーレートセンサ７の出力である、レートジャイ
ロの出力をディジタル値に変換したヨーレートの実際値
としてのヨーレートωの値は、偏差演算手段21に入力さ
れる。

次に、目標挙動量演算手段10において、操舵角信号δ_f
と車速信号ｕとから目標ヨーレートω^*演算し、制御量
演算手段20の減算回路211に出力する。

次いで、制御量演算手段20において、先ず、偏差演算手
段21の減算回路211により、目標ヨーレート信号ω^*と検
出ヨーレート信号ωとを偏差演算して得たヨーレート偏
差信号Δωを、補正演算手段22に出力する。次に、補正
演算手段22のモーメント演算回路221により、ヨーレー
ト偏差信号Δωに基づき、該ヨーレート偏差をゼロにす
るために演算した付加モーメントｍ（ｋ）をモータ指令
値演算手段23に出力する。更に、モータ指令値演算手段
23において、トルク演算回路231、233により、モーメン
ト指令値ｍ（ｋ）に基づき演算した指令トルクT_R、T_Lを
出力し、電流演算回路232、234により、指令トルクT_R、
T_Lから演算したモータ電流指令値i_R ^*、i_L ^*をモータ41、
42に出力する。

更に、駆動手段30のモータ制御装置31、32において、モ
ータ41、42に出力されたモータ電流指令値i_R ^*、i_L ^*に基
づき電圧・電流制御回路311、321によりチョッパ312、3
22を制御し、モータに供給する電力のパワーを調節す
る。

次に、モータ41、42により、駆動手段30で制御された電
力に基づき該従動輪の各々の軸のトルクを連続的に可変
制御することにより車両の姿勢を制御する。

これにより、ある車速ｕのもとでドライバーがδ_fだけ
操舵したとすると、その時のドライバーが望んでいるヨ
ーレートω^*が制御の目標値として、（１）、（２）式
で決定される。車両がちょうどω^*のヨーレートをもっ
て走行していれば、（３）式のΔωはゼロであり、制御
は行われない。もし、外乱その他の原因で車両の実際の
ヨーレートωがω^*と一致しないと、その過不足量△ω
が（３）式によって制御周期ごとに計算され、（４）式
によってΔωをゼロにするのに必要なモーメントｍが決
定される。さらに、ｍを作り出すのに必要なモータにト
ルクが、（５）式により大きさが等しく向きが反対のト
ルクとして求められ、（６）式によって電流の必要値が
決定されて、PWM回路を介してチョッパへ指令される。
これにより、左右のモータが所定のトルクを発生して、
車両のヨーレートを望む値へ近づける。

これにより、本実施例装置を搭載した車両は、モータの
トルクは駆動トルクと制動トルクで大きさが等しいか
ら、車両の横方向の運動、さらには進行方向の運動に影
響を与えることなくヨーレートのみを独立に制御でき
る。

また、制動トルクを発生しているモータは発電機として
作動し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換
する。このエネルギーは、制動側のチョッパの入力側
（バッテリー側）へ戻るが、制動側チョッパと駆動側チ
ョッパは入力側でつながっているので、制動側から回収
されたエネルギーをそのまま駆動側チョッパを介して駆
動モータに供給される。従って、大きなモーメントを発
生する場合でも、バッテリーからは両モータの損失分の
エネルギーのみを供給すればよいので、小さな容量のバ
ッテリーでよいという特有の効果を奏する。

第２実施例本発明の第２実施例の車両の姿勢制御装置を、第７図な
いし第９図を用いて、第１実施例との相違点を中心に詳
述する。

本実施例の車両の姿勢制御装置は、主操向装置を有する
車両の補助操舵装置に適用したもので、左右のモータに
大きさが異なる駆動側のトルクを指令するタイプの例で
ある。

本実施例装置は、第７図に示すように、操舵角センサ１
と、車速センサ２と、挙動センサ３と、スロットル角セ
ンサ７と、エンジン回転センサ８と、目標挙動量演算手
段10と、制御量演算手段20と、駆動手段30と、第一のモ
ータ41と、第二のモータ42と、路面摩擦係数判定装置70
とからなる。

操舵角センサ１、車速センサ２、挙動センサ３は、第１
実施例と同様に構成する。

スロットル角センサ７は、エンジンのスロットル角を検
出するもので、ポテンショメータで構成しており、キャ
ブレタに組込まれている。

エンジン回転センサ８は、エンジンの回転数を検出する
もので、磁気エンコーダで構成しており、フライホイー
ルに組込まれている。

目標挙動両演算手段10は、第１実施例と同様に構成す
る。

路面摩擦係数判定手段70は、路面の摩擦係数を判定する
装置であり、レーザ光などの反射に基づき、摩擦係数を
判定する装置や、ドライバが判断して操作する手動のス
イッチ装置により構成する。該路面摩擦係数判定手段70
より出力された路面摩擦係数信号は、制御演算手段20に
設けられた三つの切換スイッチ手段224、239、240に入
力され、該切換スイッチ手段は、該入力信号に基づき、
高摩擦（高μ）か低摩擦（低μ）かに応じて接点Ｈまた
は接点Ｌに切り換える。

補正量演算手段22は、前記減算回路211より出力された
ヨーレート偏差信号に基づき、該ヨーレート偏差をゼロ
にするために必要な付加モーメントを演算する第一のモ
ーメント演算回路222および第二のモーメント演算回路2
23と、共通の接点Ｃを前記減算回路211に、接点Ｈを第
一のモーメント演算回路222に、接点Ｌを第二のモーメ
ント演算回路223に接続した第一切換スイッチ手段224と
からなる。そして、該第一切換スイッチ手段224は、前
記路面摩擦係数判定手段70より出力された路面摩擦係数
信号に基づいて接点ＨまたはＬに切換え、Ｈの場合は前
記ヨーレート偏差信号を第一のモーメント演算回路222
に、Ｌの場合は前記ヨーレート偏差信号を第二のモーメ
ント演算回路223に、それぞれ前記減算回路211より出力
されたヨーレート偏差信号を伝達する。

モータ指令値演算手段23は、左右の従動輪51、52にそれ
ぞれ対応した第一のトルク演算手段235a、235bおよび第
二のトルク演算手段237a、237bと、第一の電流演算回路
236、第二の電流演算回路238と、第二切換スイッチ手段
239と、第三切換スイッチ手段240と、第一の加算器241
と、第二の加算器242と、エンジントルク推定回路243
と、推進用モータトルク演算回路244とからなり、前記
補正量演算手段22より出力された補正信号（モーメント
指令値）の大きさと符号（正負）から左右各モータが発
揮すべき駆動トルクないし制動トルクを演算して、車両
姿勢を補正制御するために必要な制御量を演算する。

第二切換スイッチ手段239は、接点Ｈが第一のトルク演
算手段の235aの出力端子に、接点Ｌが第一の加算器241
の出力端子に、共通接点Ｃが第一の電流演算回路236の
入力端子にそれぞれ接続されている。

第三切換スイッチ手段240は、接点Ｈが第一のトルク演
算手段の235bの出力端子に、接点Ｌが第二の加算器242
の出力端子に、共通接点Ｃが第二の電流演算回路238の
入力端子にそれぞれ接続されている。

前記補正演算手段22より出力された補正信号（モーメン
ト指令値）は、前記第一切換スイッチ手段224が接点Ｈ
に接続している場合は第一のトルク演算回路235a、235b
に、前記第一切換スイッチ手段224が接点Ｌに接続して
いる場合は第二のトルク演算回路237a、237bにそれぞれ
入力されるように構成され、左右の各モータ41、42が発
揮すべき駆動トルクを演算する。

そして、この第一のトルク演算回路235aから出力された
制御トルク信号は、前記第二切換スイッチ手段239に伝
達され、さらに第一の電流演算回路236に入力される。
また、第一のトルク演算回路235bから出力された制御ト
ルク信号は、前記第三切換スイッチ手段240に伝達さ
れ、さらに第二の電流演算回路238に入力される。

エンジントルク推定回路243は、スロットル角センサ７
より入力されるスロットル角信号およびエンジン回転セ
ンサ８より入力されるエンジン回転数信号により、第８
図に示したエンジン動力性能曲線に基づいてエンジント
ルクT_eを推定し、エンジントルク推定信号を出力する。

推進用モータトルク信号演算回路244は、前記エンジン
トルク推定回路243より出力されたエンジントルク推定
信号に基づき、次の式により推進用モータトルク指令信
号を第一の加算器241および第二の加算器242に出力す
る。

T_p＝K₂・T_eλ_e／λ ・・・（７）ここで、λ_eはエンジンから車輪に至る減速比、λはモ
ータから車輪に至る減速比、定数K₂は０〜1.0の範囲で
任意に決められる。

第二のトルク演算回路237aから出力された制御トルク信
号は、前記第一の加算器241で推進用モータトルク演算
回路244より出力されたモータトルク指令値T_pと加算さ
れ、第二切換スイッチ手段239の端子Ｌに出力される。

また、第二のトルク演算回路237から出力された制御ト
ルク信号は、前記第二の加算器242で推進用モータトル
ク演算回路244より出力されたモータトルク指令値T_pと
加算され、第三切換スイッチ手段240の端子Ｌに出力さ
れる。

第一モータ制御装置31は、電力供給源33と第一のモータ
41に接続して、該モータに供給する電力のパワーを調節
する第一チョッパ312と、第一の電流演算回路236により
指令された電流値に基づいて該第一チョッパ312を制御
する信号を出力する第一の電圧・電流制御回路311とか
らなる。

第二モータ制御装置32は、電力供給源33と第二のモータ
42に接続して、該モータに供給する電力のパワーを調節
する第二チョッパ322と、第二の電流演算回路238により
指令された電流値に基づいて該第二チョッパ322を制御
する信号を出力する第二の電圧・電流制御回路321とか
らなる。

第一のモータ41は、左の従動輪51に接続し、前記駆動手
段30で制御された電力に基づき該従動輪の軸のトルクを
連続的に可変制御する。

第二のモータ42は、右の従動輪52に接続し、前記駆動手
段30で制御された電力に基づき該従動輪の軸のトルクを
連続的に可変制御する。

上記目標ヨーレート演算回路11、減算回路211、第一の
モーメント演算回路222および第二のモーメント演算回
路223、第一のトルク演算回路235a、235bおよび第二の
トルク演算回路237a、237bと、第一の電流演算回路23
6、第二の電流演算回路238、第一の加算器241、第二の
加算器242とから構成されるモータ指令値演算回路23
は、マイクロコンピュータによる演算処理により行う。

この演算処理で行う機能を、第９図に基づいて詳細に説
明する。

ここで、第一のモーメント演算回路222、第一のトルク
演算回路235a、235bおよび第一の電流演算回路236、第
二の電流演算回路238に対応するマイクロコンピュータ
による演算処理は、第１実施例および第６図中の（１）
〜（６）式と同様であるので、説明は省略する。なお、
第１実施例中のP1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9
は、第２実施例および第９図中のP11、P12、P13、P19お
よびP21、P22およびP23、P24、P25、P26にそれぞれ対応
している。

次に、第２のモーメント演算回路223では、（４）式と
類似の（４）′式により、低μ時の必要モーメントｍ′
を演算する。

ｍ′（ｋ）＝a_o′・Δω（ｋ）＋ a₁′・Δω（ｋ−１）＋ｍ′（ｋ−１）・・・（４）′ ここでゲインa₀′，a₁′は（４）式のa₀，a₁よりは小さ
く設定する。

次に、第２トルク演算回路237a,237bでは（５）式と類
似の（５）′式により、低μ時の左右モータのモーメン
ト発生用トルクＴ″_R,T″_Lを演算する。

次に、第一加算回路241,第二の加算回路242は、モーメ
ント発生用のトルクと車両推進用のトルクを加算して次
の式により左右モータの低μ時の指令トルクＴ′_R,T′_L
を求める。

Ｔ′_R＝Ｔ″_R＋T_P Ｔ′_L＝Ｔ″_L＋T_P ・・・（８）次に、エンジントルク推定回路243と切換スイッチ224、
229、240の機能もプログラムで実現する。すなわち、P4
1で路面摩擦係数μを入力し、P15でμの高低を判別し、
高μと判断したときは、第１実施例と同様に、P21、P2
2、P23、以下、P26までを実行する。低μと判断したと
きは、P16でスロットル角とエンジン回転数を読込み、P
17でエンジントルクを推定し、P18で（７）式により推
進用モータトルクを、P19で（４）′式により必要モー
メントを、P20で（５）′式、（８）式により指令トル
クをそれぞれ計算し、以下P23からP26までを実行する。
プログラムのフローチャートは、第９図に併せて示す。

先ず、高μの道路を走行している時は実施例１と同じプ
ログラムをそのまま実行する。

次に、低μの道路を走行している時は、以下のステップ
でプログラムを実行する。

すなわち、スロットル角とエンジン回転数からエンジン
トルクT_eを推定し、T_eに比例するモータトルクT_Pはエン
ジンを補助して車両を推進させるのに必要なモータトル
クであり、左右同じ値である。一方、姿勢を修正するの
に必要なモータトルクＴ″_RとＴ″_Lは、ヨーレイト偏差
Δωがわかれば（４）′（５）′式で求められる。最終
的な所要トルクＴ′_RとＴ′_Lは推進用トルクとモーメン
ト発生用トルクの和として（８）式により決定され、こ
れに基づいて高μの時と同様にモータ制御装置により左
右のモータを制御する。

これにより、本実施例では、高μの道路では第１の実施
例と同じ効果を生じる。

また、低μの道路では、モータは姿勢を修正するのに必
要なトルクと、補助推進力としてのトルクを合わせて発
揮する。姿勢の修正は左右モータのトルク差により実行
するので、第１の実施例と同様に、車両の横方向の運動
に影響を与えることなく、ヨーレイトのみを望む値に制
御できる。低μ路では高μ路より小さいモーメントで車
両の向きを制御できるので、必要モーメント演算時のゲ
インも小さくてよい。モータはさらに左右同方向の補助
推進トルクを発生し後輪を駆動する。これにより車両は
公知の４輪駆動車と同様に駆動力が全輪に分散されるの
で、すべりやすい低μ路においても安定した走行ができ
る。

なお、上述の第１実施例、第２実施例においては、車両
の主駆動源をエンジンとしたが、モータ等のその他の駆
動源を用いることができる。

また、上述の実施例において、姿勢制御のための電力供
給源をバッテリーとしたが、それに限られることなく他
の手段を用いることができ、例えば、出力の調節がエン
ジン発電機を使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を示す概略構成図、第２図ないし
第４図は従来技術を示し、第２図はその概略構成図、第
３図は第２図に示した従来技術の問題点を説明する説明
図、第４図は他の従来技術の概略構成図、第５図および
第６図は本発明の第１実施例を示し、第５図はその全体
を示すシステム図、第６図は第１実施例で用いるコンピ
ュータプログラムのフローチャート、第７図ないし第９
図は本発明の第２実施例を示し、第７図はその全体を示
すシステム図、第８図は第２実施例で用いるエンジン動
力性能を示す線図、第９図は第２実施例で用いるコンピ
ュータプログラムのフローチャートである。１……操舵角センサ、２……車速センサ、３……挙動セ
ンサ、10……目標挙動量演算手段、20……制御量演算手
段、21……偏差演算手段、22……補正量演算手段、23…
…モータ指令値演算手段、30……駆動手段、31……第一
モータ制御手段、32……第二モータ制御手段、33……電
力供給源、41……第一のモータ、42……第二のモータ、
51、52……従動輪。

フロントページの続き (72)発明者大立泰治愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者鷹巣和彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内審査官吉国信雄

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の主操向装置とは別に補助操向装置を
設けて車両の姿勢を制御する姿勢制御装置において、ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、車両の速度を検出する車速センサと、車両の挙動量を検出する挙動センサと、前記操舵角センサより出力された操舵角信号と前記車速
センサより出力された車速信号とから車両に働く外乱或
いは車両状態を考慮して最適な目標挙動量を演算する目
標挙動量演算手段と、該目標挙動量演算手段より出力された目標挙動量信号と
前記挙動センサより出力された検出挙動量信号との偏差
を演算する偏差演算手段と、該偏差演算手段より出力された挙動量偏差信号に基づき
該挙動量偏差に等価的な補正量を演算する補正量演算手
段と、該補正量演算手段より出力された補正量信号に基づき車
両姿勢を補正制御するために必要な駆動力又は制動力，
或いは駆動力及び制動力に見合う制御量を演算するモー
タ指令値演算手段と、からなる制御量演算手段と、該制御量演算手段の出力であるモータ指令信号に基づき
モータに供給される電力を調節する第一モータ制御装置
および第二モータ制御装置と、該第一モータ制御装置お
よび第二モータ制御装置に接続して電力をモータに供給
する電力供給源とからなる駆動手段と、該駆動手段で制御された電力に基づき、車両の推進用原
動機の動力が直接伝達されない従動輪の左従動輪の軸の
トルクを連続的に可変制御する第一のモータと、前記駆動手段で制御された電力に基づき、車両の推進用
原動機の動力が直接伝達されない従動輪の右従動輪の軸
のトルクを連続的に可変制御する第二のモータと、からなり、車両の姿勢を望む方向へ制御するようになし
たことを特徴とする車両の姿勢制御装置。