JP4568302B2 - 加加速度情報を用いた車両の前後加速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の運動制御、特に、車両の加加速度情報を用いて車両の前後加速度を制御する装置に関するものである。

車両のヨーモーメントを制御する車両制御装置に関しては、例えば、特許文献１に開示されている方式がある。ところで、一般に、車両の左右輪間にトルク差を発生させることにより、左右の各車輪と路面との間で発揮されている駆動力または制動力の大きさを左右不均衡にし、これにより、車両にヨーモーメントを発生させて車両の挙動を制御することができる。

車両の左右輪間に発生させるトルク差の目標値を決める制御ロジックに関しては、特許文献１で開示されている方式の一つに、ハンドル角速度に比例した値をトルク差の目標値とする方式がある。特許文献１によると、ハンドル角速度に比例したトルク差を発生させれば、ハンドル角速度に比例したヨーモーメントが発生し、ハンドル操作に対する車両のヨー運動の初期応答性を向上することができる。
特開平１０−１６５９９号公報

しかし、上記特許文献１に開示されている制御ロジックのように、車両の左右輪間に発生させるトルク差の目標値を、ハンドル角速度に比例しただけの値にするということは、車両のダイナミクス（車両の横方向の運動性能）の変化に対応できる保証はない。

車速が高速化することによりヨー応答の安定性が低下したり、車両の横滑り状態によりタイヤが非線形領域に到達したり、加減速により生じる各輪の荷重変化、あるいはタイヤ前後力の増加により横力の低下などが発生した場合には、車両が本来持つ復元ヨーモーメントが変化する。この復元ヨーモーメントと制御入力の合成ヨーモーメントにより結果的に車両を不安定にする領域が発生する。

本発明の目的は、車両のダイナミックスの変化に応じて前後加速度の制御量を変化させることが可能な車両の運動制御装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。
車両の前後加速度を制御する制御手段を備えた車両の運動制御装置において、車両の前後方向の速度（Ｖ）を検出する第１の検出手段と、車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を検出する第２の検出手段と、車両の横加速度（Ｇｙ）を検出する第３の検出手段と、を有し、前記第２の検出手段により検出した車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を前記第１の検出手段により検出した車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に対して、さらに前記第３の検出手段により検出した車両の横加速度（Ｇｙ）で除した値に比例した物理量に基づいて、車両の前後加速度を制御する構成とする。

車両の前後加速度を制御する制御手段を備えた車両の運動制御装置において、
車両の前後方向の速度（Ｖ）を検出する第１の検出手段と、車両の横加速度（Ｇｙ）を検出する第３の検出手段と、を有し、前記第３の検出手段により検出した前記横加速度（Ｇｙ）をもとに車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を求め、前記求めた車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を前記第１の検出手段により検出した車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に対して、さらに前記第３の検出手段により検出した車両の横加速度（Ｇｙ）で除した値に比例した物理量に基づいて、車両の前後加速度を制御する構成とする。さらに、車両の前後加速度を制御する制御手段を備えた車両の運動制御装置において、車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）に、車両の前後方向の速度（Ｖ）及び車両の横加速度（Ｇｙ）から決定され、予め記憶されたゲイン（ＫＧｙＶ）を乗じた値に基づいて、車両の前後加速度を制御する構成とする。

本発明によれば、非定常な車両加減速状態を含む車両の横方向のダイナミクスの変化に応じて、制御ヨーモーメント量を調整することが可能となり、安定した走行を実現することができる。

本発明の実施形態に係る車両の運動制御装置について、図１〜図１０を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る車両の運動制御装置の全体構成を示す図である。本実施形態において、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ものである。次に、本実施形態に関する車両の運動制御装置の構成と動作について、各項目に分けて説明する。

「駆動」
車両０は、モータ１により左後輪６３、右後輪６４を駆動する後輪駆動車（Ｒｅａｒ Ｍｏｔｏｒ Ｒｅａｒ Ｄｒｉｖｅ：ＲＲ車）である（特に、駆動方式は本実施形態に直接的な関係は無い）。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。

まず、具体的な機器構成を述べる。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。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、本実施形態に関する、ヨーモーメント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、この制御量に応じて、モータ１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。また、このブレーキコントローラ４５１，４５２には前述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、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用い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（Ｖ）を正確に測定するように構成されている（このような絶対車速の測定に関しては、例えば公知の特開平５−１６７８９号公報等に開示の技術を採用すればよい）。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となっている（ｒ＿ｗ）。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。

ブレーキペダル１１には、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、後述するようなヨーモーメント制御を実現する際に３つのモード（後述するが、操舵によるヨーモーメント付加、左右差動制駆動入力によるヨーモーメント付加、後輪から前輪への荷重移動によるヨーモーメント付加（図７参照））を有しており、そのうちのひとつが「左右差動制駆動入力によるヨーモーメント付加」である。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得る。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の操舵系は四輪操舵装置となっているが、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。操舵系は、内部に舵角センサ（図示せず）を含むフロント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とで構成されている。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。この演算処理の中には本実施形態に関する、ヨーモーメント制御に応じた舵角入力も含まれている。そして、ステアリングコントローラ４４はこの操舵量に応じて、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、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」
次に、本実施形態の運動センサ群について述べる。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（車両の回転角速度）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。

本実施形態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、既に知られた加加速度センサ（例えば、特開２００２−３４０９２５号公報を参照）を用いても良い。

「ヨーモーメント制御」
次に、左右輪駆動力配分によるヨーモーメント制御について、図２と図３を用いて説明する。本実施形態においては、「操舵によるヨーモーメント付加」、「左右差動制駆動入力によるヨーモーメント付加」「後輪から前輪への荷重移動によるヨーモーメント付加」の３種類の方法を用いて車両０に加えるヨーモーメントを制御する。図２は車両の反時計回りの旋回状態から３種類の正のヨーモーメント入力を実施した状況を示す模式図である。図３は車両の反時計回りの旋回状態から３種類の負のヨーモーメント入力を実施した状況を示す模式図である。

図２は、図２の（Ａ）に示す標準状態から正のモーメントを入力する場合の３つの方法を示す図である。まず、標準状態（Ａ）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＿ｄｏｔ：車両０のヨー角加速度（ｒはヨーレイト）、ｌｆ：車両０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。標準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。

標準状態（Ａ）から「操舵によるヨーモーメント付加」を実施したのが（Ｂ）の状態である。（Ａ）の標準状態に比べて前輪操舵角をΔδｆだけ増加し、後輪を逆方向Δδｒだけ増加したため、前輪２輪の横力がＦｙｆからＦｙｓｆに増加し後輪２輪の横力がＦｙｒからＦｙｒｆに減少するため、上記の数式２に従い、下記の数式３に示すように正のモーメント（Ｍｓ）が発生する。

また、本実施形態では後輪も操舵可能な四輪操舵車両を想定しているが、通常の前輪操舵車両でも正のモーメントを発生することができる。

次に、（Ａ）の標準状態から左後輪６３に制動力−Ｆｄｒｌ、右後輪６４に駆動力Ｆｄｒｒ、そして左前輪６１に制動力−Ｆｄｆを加えたのが、（Ｃ）の「左右制駆動入力によるモーメント付加」である。この場合、

となる。ここでｄは左右のトレッド（図示するように左右車輪間距離）を表している。さらに、

となるように制御すると、全輪駆動車でなくても（本例では右前輪６２を駆動しなくても）前後方向に加減速を発生せずにヨーモーメントを発生可能となる。すなわちドライバに違和感を与えずヨーモーメントを加えることができる。

次に、図２の（Ｄ）は制動力を加えることにより後輪から前輪へ積極的に荷重移動を発生させ、車両の復元ヨーモーメントを低減させ、結果的にヨーモーメントを発生させる方法である。

この荷重移動によるヨーモーメント付加の現象は、「自動車技術会Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．１２、１９９３のＰＰ．５４〜６０、著者芝端など」に掲載の「ヨーモーメント制御による車両運動性能の向上について」で開示しているように、タイヤの横力が荷重に比例する範囲において、定常旋回中の加減速によるヨーモーメントは、横加速度と前後加速度の積に比例する。この現象は、前輪の摩擦円が図２（Ａ）の状態から減速度−Ｇｘにより増加するとともに、後輪の摩擦円が減速度−Ｇｘで減少することにより発生する。ただし、−Ｇｘは、

である。投入されるヨーモーメントが横加速度と前後加速度の積となるところまでの式変形は省略するが、

となり、正のヨーモーメントを投入することが可能となる。

一方、図３は、図２に示す方法と同様な方法で負のヨーモーメントを入力する方法である。図２の正のヨーモーメントの入力と同様な方法なので詳細な説明は省略するが、操舵は舵角を減少、あるいは後輪を前輪と同位相方向に操舵し、制駆動は逆方向の制駆動力を印加し、荷重移動においては加速することにより後輪荷重を増加し、後輪横力を相対的に増加させるとともに、前輪横力を減少させることにより復元方向の（図３の（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）では時計回りの）モーメントを得るようにしている。

以上説明したように、本実施形態の車両は中央コトローラ４０の指令により正負両方のヨーモーメントを発生することができる。次に具体的なヨーモーメント指令のための目標ヨーモーメントの算出方法について詳細に説明する。なお、以上説明したヨーモーメントの発生の仕方についての概略は、種々の文献で紹介されている。

「車両運動力学的な技術背景」
図４に示すように、車両がある曲線にそって旋回している状況を想定する。地上に固定された座標系（Ｘ、Ｙ）のＣ（ｓ）＝（Ｘ（ｓ）、Ｙ（ｓ））で表せる曲線において、ｓは曲線をたどった距離である。軌跡の曲率をκ（＝１／ρ（ρ：旋回半径））とすると、κは、数式８に示すように、軌跡に沿った弧長パラメータ（ｓ）を用いて表すのが一般的である。

すなわち、ある距離（ｄｓ）だけ曲線を進んだときに角度（ｄθ）の変化がある場合、これを曲率κ（ｄθ／ｄｓ）であるという。

よく知られているように、一定車速でハンドルを一定の角速度で操舵したときに車両が描く軌跡はクロソイド曲線と呼ばれ、道路設計によく用いられている。この曲線は、

で表され、進む距離に対して曲率の変化率が一定である曲線である。したがって車両で速度一定（ｕ）でクロソイド曲線上を走る場合、

となり、この車両から見た曲率の時間変化は、

となり一定となる（これは、弧長パラメータから時間パラメータｔへの置換と考えても良い）。一方、曲率κの定義から、κ（ｓ）は数式１2のように表される。

これは、車両が曲率κ（ｓ）の曲線上を横滑りの変化無しでｓ１→ｓ２まで移動すると車両ヨー角がψだけ発生するということを意味している。

横滑りの変化が無い状態とは、図５に示すように曲線（Ｃ（ｓ）を示す太い黒曲線）の接線方向のベクトル（Ｖ）と車両の速度方向（一点鎖線方向）の差が、ゼロ（図５（Ａ））か、あるいは横すべり角といわれる角度（β）が一定（図５（Ｂ））の状態であり、このような状態では車両の公転と自転が協調して合致している理想的な状態であると考えられる。また、この理想状態で発生するヨー角は幾何学的に決まるものであり、車両ダイナミクスとは直接的な関係が無いことに注視を要する。なお、図５に示す状態についての詳細は、例えば、「自動車の運動と制御」、安部正人著、山海堂出版、平成４年７月１０日第１刷発行、第３章、に記述されている。

「規範ヨーモーメントの導出」
図４に示すｓ１→ｓ２まで移動するのにｔ１→ｔ２の時間がかかったとして、このような運動状態の車両のヨーレイトｒ＿ｒｅｆは、

となる。さらに、ヨー角加速度（ｒ＿ｒｅｆ＿ｄｏｔ）を求めると、

となる。ここで車両の進行方向の速度を次式のように、

とし、車両の前後方向の加速度をＧｘとすると、

となる。また、車両の横方向の加速度をＧｙとすると図５のように横滑りの変化が無い状態で運動している車両については、

と

の関係がある。この両辺を時間微分して、曲率の時間変化を求めると、

となる。

ここで、Ｇｙ＿ｄｏｔは車両の横加加速度である。数式１４に数式１６、数式１８、数式１９を代入すると、

ここで、第２項の前後加速度と横加速度の積を速度の二乗で割ったものは第一項に比べて小さいため、本実施形態においては考えないことにする。また、より高精度の値を要求する場合は考慮しても良い。

さて、上記の数式２０で表すものは、理想状態で走行する車両が必要とするヨー角加速度である。また、このヨー角加速度の値に車両のヨーイング慣性モーメントＩｚを掛け合わせると、規範ヨーモーメントとなる（一般的な、力ｆ＝質量ｍ×加速度αの関係に対応するもの）。

「制御ロジック」
次に、上述した規範ヨーモーメントを用いて走行中の車両のヨーモーメントを制御する方法について述べる。ここで、規範モーメントというのは、図５で説明したように、車両の公転と自転とを協調して合致させた状態で経路をたどるために必要なモーメントであり、このモーメントが大きいと車両が自転し、小さいと経路から車両が外れることとなる。

実際の車両は、図６に示すように、公転運動と自転運動に乖離が生じる。これは車両がダイナミクスを有し、速度変化、荷重変化、外乱などに応じて特性が変化するからである。本実施形態ではこの乖離（図６に示すずれ）を補正することを考える。具体的には、以下の２つの場合を想定する。一つ目は直線から旋回に入るとき、あるいは旋回から直線脱出の過渡状態では、ヨーレイトに対して横加速度は横すべり角の変化分としての応答遅れを有するため、この部分を補正することを考える（旋回・脱出アシスト）。また、もうひとつは前後輪の横力のバランスがなんらかの理由により崩れ、公転よりも自転が増加する（スピン）状態についての抑制についても考慮する（挙動変化抑制）。

車両０に搭載されたヨーレイトセンサ３８あるいは左右車輪速センサの差分から推定したヨーレイトを微分回路２５の出力角加速度をｒ＿ｒｅａｌ＿ｄｏｔとする。この値に車両０のヨーイング慣性モーメントＩｚを掛けると現在の車両に作用しているヨーモーメントが把握できる。

結局、この作用ヨーモーメント（Ｉｚ・ｒ＿ｒｅａｌ＿ｄｏｔ）と規範ヨーモーメント（Ｉｚ・ｒ＿ｒｅｆ＿ｄｏｔ）との差分が公転と自転の乖離の原因となる差分ヨーモーメントとなる。したがって、

が、補正すべきヨーモーメントとなる。ここで、ｋは比例ゲインである。比例ゲインを要する理由として、規範ヨーモーメントはダイナミクスを含まないため、直接フィードバック（ｋ＝１）を加えると、発散する領域が存在する。したがって、ｋは必ず１以下であるように調整する必要がある。

「制御ロジックの構成」
図７は本実施形態に関する制御ロジックの構成を示す模式図である。車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に基づいて、車両のヨーモーメントを制御する構成となっている。また、車両のヨー角加速度（ｒ＿ｄｏｔ）を検出し、（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）と、（ｒ＿ｄｏｔ）との差が小さくなるように、車両のヨーモーメントを制御する構成となっている。

また、「操舵によるヨーモーメント付加」、「左右差動制駆動入力によるヨーモーメント付加」「後輪から前輪への荷重移動によるヨーモーメント付加」の切り替え、あるいは組み合わせは、ドライバ入力に応じて決定する。例えば、アクセル入力がある場合には減速度を伴う「荷重移動によるヨーモーメント付加」は実施しない、あるいは「左右差動制駆動入力」の合計値をドライバのアクセル入力に応じて制御するなどである。これらの一連の処理は中央コントローラ４０内で行われる。

「実際の検出結果による原理の正当性の確認」
次に、実車を用いた補正ヨーモーメントΔＭの検出試験結果を示す。実験車両は約１５００［ｋｇ］、 ヨーイング慣性モーメント２５００「ｋｇｍ^２」のフロントエンジンフロント駆動の乗用車で、横加加速度検出手段とヨー角加速度検出手段を有している。

図８は、ドライバにライントレースタスク（図では左側、（ｄ）→（ａ））と、自由に経路を選ぶＶｏｌｕｎｔａｒｙ Ｄｒｉｖｅ（右側、（ｂ）→（ｄ））を行わせたときの車両の軌跡（計測値）、車両前後、横加速度、そのときの横加加速度を速度で除することにより得た規範ヨー角加速度ｒ＿ｒｅｆ＿ｄｏｔ、実際の車両のヨー角加速度ｒ＿ｒｅａｌ＿ｄｏｔ、それぞれの角加速度の差分を示したものである。テストトラックのほぼ、Ｘ＝−１００［ｍ］より左の部分には路面にトレースすべきラインが描かれている。

したがって、ドライバはＸ＝０［ｍ］のほうから右コーナーへとアプローチすることになる。左コーナーからの脱出を示した瞬間が下の２つのグラフの７５［ｓ（Ｔｉｍｅ）］近辺であり、ここから車両は（ｂ）コーナーに進入し、（ｃ）コーナーから脱出し（ｄ）コーナーに再び突入するというタスクである。

ライントレースタスク（左側）コーナーへの進入直前の速度は概ね６０［ｋｍ／ｈ］と規定してあるが、ドライバは自由にブレーキ、アクセルを用いても良いことにしている。これが図８の２番目に示す加速度グラフである。したがって、本実験は自由な加減速を伴う結果であることに注意を要する。

上記の数式２０から推測できるように、ヨー角加速度と曲率κの時間変化は相関が高い。したがって、曲率が変わるラインをトレースすることになるコーナー出入り口では、規範ヨー角加速度が発生することになる。図８の３番目に示すとおり、規範ヨー角加速度と実ヨー角加速度の差分はごく僅かで、ドライバは、大きな挙動変化を起こさず、的確に車両をコントロールしラインをトレースしていることがわかる。

ここで、図８の最下段の図は補正ヨーモーメントを示したものである。全体的に小さな量ではあるが、規範のヨー角加速度が立ち上がってピークに達するまでは正、立下りでは負となっており、この値を数式２１で示すように適当なゲインｋを掛けてフィードバックし、ヨーモーメントを投入することにより車両運動の即応性と収束性を向上できることが明確である。また、前述したように、本実験はブレーキ、アクセルによる自由な加減速をドライバに許した実験であるため、本実施形態は非定常な車両加減速状態においても有効であることも明らかである。

ドライバによりクローズド制御が行われる場合は、ドライバがブレーキ、ステア、アクセルを連携させて的確に制御を行うため、補正ヨーモーメントが不要となる状況が多い。逆に言うとそのような状況で制御が介入すると違和感を増加させることになる。このため、制御ロジック（補正ヨーモーメントの算定）の正当性をより明確に確認するため、設定速度で左右にサインカーブ状の操舵を行うオープンループ試験を実施し、的確な補正ヨーモーメント信号が算出されるか否かを検証してみた。

図９は、それぞれ、車速２０［ｋｍ／ｈ］、６０［ｋｍ／ｈ］、８０［ｋｍ／ｈ］において、ステアを１［Ｈｚ］のサインカーブ状に４０［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］、５０［ｄｅｇ］だけ操舵した場合に、横加加速度を速度で除することにより得た規範ヨー角加速度と実際の車両のヨーレイトを微分して得られた実際のヨー角加速度を比較した図である。

周知のごとく車両の横方向の運動性能（ダイナミクス）は車速に伴い変化する。実際のヨー角加速度は車速が遅い場合ではゲインが低く、位相が遅れている。車速増加に伴い、ゲインが増加し、これに伴って位相遅れも小さくなったように見える（本当は遅れている）。このような場合には補正ヨーモーメントも車速に応じて変化する必要がある。

これに対して、規範ヨー角加速度は操舵、すなわち１［Ｈｚ］のサインカーブ状をとどめ、速度変化による位相遅れなども無い（車両ダイナミクスを用いていないため）。したがって、図１０は規範ヨー角加速度と実際のヨー角加速度の差分から求めた補正ヨーモーメント信号（ΔＭ）を表しているが、規範ヨーモーメントに対し、ダイナミクス変化を内包した補正量となっていることは明らかである。

「まとめ」
以上説明した本実施形態に係る車両運動制御装置の構成並びに機能を取り纏めると次のようになる。すなわち、車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ＝ｒ＿ｒｅｆ＿ｄｏｔ）（規範ヨー角加速度）と、車両のヨー角加速度検出手段で検出した車両のヨー角加速度（ｒ＿ｒｅａｌ＿ｄｏｔ）との差分をとり、この値が小さくなるように、
（１）車両の各輪の横すべり角を制御して前輪と後輪の横力の差を制御する、
（２）車両の各輪の縦すべり率を制御して、左右輪の駆動あるいは制動トルク差を発生させる（なお、各輪の縦力（前後力）を変更するために、縦すべり率を制御すればよいことは当然のことながら従来知られていることである）、
（３）前後加速度による前後輪間の荷重移動により前後輪の横力の差を変化させる、
という三つの方法を用いて（三つの制御方法を個別に適用することに加えて、これらの制御方法を適宜に組み合わせて適用することも当然に可能である）、車両のヨーモーメントを制御することにより、非定常な車両加減速状態を含む車両のダイナミクスの変化に応じて、制御ヨーモーメント量を調整することが可能となり、安定した走行を実現することができる。端的に云えば、本発明の主たる特徴は、車両の横方向の加加速度を前後方向速度で除した値が、図５に示す運動を実現するために必要なヨー角加速度（ヨー角加速度にヨーイング慣性モーメントＩｚを掛けるとヨーモーメント）であるということを利用し、実際のヨー角加速度（ｒ＿ｒｅａｌ）と、上記除した値（ｒ＿ｒｅｆ）との差分をもとに、ヨーモーメントを制御するものである。

次に、本発明の他の実施形態に係る車両の運動制御装置について、以下説明する。図７に示すように、前述した本発明の実施形態における制御装置は、車両の規範ヨー角加速度と実ヨー角速度との差分に基づいた、フィードバック、クローズドループ制御を採用したものである。

これに対して、本発明の他の実施形態では、オープンループ制御、特に、荷重移動によるヨーモーメント制御を採用するものである。先に述べたように、「自動車技術会、Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．１２、１９９３のＰＰ．５４〜６０」に掲載の「ヨーモーメント制御による車両運動性能の向上について」で開示しているように、タイヤの横力が荷重に比例する範囲においては、定常旋回中の加減速によるヨーモーメント（Ｍｚｌｓ）は、数式２２に示すように、横加速度と前後加速度の積に比例する。ここで、ｍは車両質量、ｈは重心点高さ、ｇは重力加速度である。

したがって、車両の横方向の加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ＝ｒ＿ｒｅｆ＿ｄｏｔ）にｚ軸周りの慣性モーメントを掛けた値を必要ヨーモーメントとして、この必要ヨーモーメントとプロファイルが同じ制御モーメントを実現する前後加速度を求めてみる。これは、ステア操作により発生する横加速度、横加加速度に応じて、ブレーキ・アクセルにより前後加速度を決定する、前後方向運動と横方向運動の統合制御と考えても良い。

すなわち、ドライバの操舵に応じて、システムが自動的にブレーキ・アクセルを操作するための制御指針となる値を得る方法である。比例定数をｃとすると、指令前後加速度Ｇｘｃは、下記の数式２３で与えられる。

このＧｘｃ値に基づいて、ブレーキ・アクセルを制御することにより、荷重移動によるモーメントが規範ヨーモーメントと近くなるように発生するため、より自転と公転の一致度合いが増して、操縦性の向上、車両の安定化を図ることができる。

また、車両に実装する場合、車両の横加速度（Ｇｙ）で除する場合、旋回初期状態では、横加速度が小さな値となり、指令前後加速度Ｇｘｃが大きな値となる場合がある。また、速度が低下してきた場合にも同様な恐れがある。このような状況を避けるために、数式２４で示すように、主たる情報を車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）から得て，その他の部分を速度、あるいは横加速度、あるいはその両方の関数ｆ（Ｇｙ，Ｖ）、あるいは、付随情報とあわせてマップなどに記憶しておくゲインＫＧｙＶとして、指令前後加速度Ｇｘｃを決定しても、十分工学的に有用である。

以上を具体的に云えば、車両の前後方向の速度（Ｖ）と、車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を検出する手段を有し、検出した車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を検出した車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に基づいて、車両の前後加速度を制御して荷重移動により車両のヨーモーメントを制御するものである。さらに具体的には、車両の横加速度（Ｇｙ）を検出し、この検出をもとにした車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を車両の検出した前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に対して、車両の横加速度（Ｇｙ）で除した値に比例した物理量に基づいて、車両の前後加速度を制御して荷重移動により車両のヨーモーメントを制御するものである。

本発明の実施形態に係る車両の運動制御装置の全体構成を示す図である。 車両の反時計回りの旋回状態から３種類の正のヨーモーメント入力を実施した状況を示す模式図である。 車両の反時計回りの旋回状態から３種類の負のヨーモーメント入力を実施した状況を示す模式図である。 車両が曲線に沿って旋回する状況を表すために、軌跡の曲率と軌跡に沿った弧長パラメータの概念を説明する図である。 車両が横滑りのない旋回状態を示す理想的な状態を表す図である。 実際の車両がダイナミクスを有して旋回する状態と補正ヨーモーメントを必要とする状況を説明する図である。 本発明の実施形態に係る車両の運動制御装置における制御ロジックを説明する図である。 車両における加減速を伴う運動時の実測結果を示す図である。 車速と操舵条件を規定したときの規範ヨー角加速度と実際のヨー角加速度の実測結果を示す図である。 車速と操舵条件を規定したときの目標ヨーモーメントと補正ヨーモーメントの実測比較を示す図である。

符号の説明

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
４５１，４５２ ブレーキコントローラ
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

Claims (3)

1. 車両の前後加速度を制御する制御手段を備えた車両の運動制御装置において、
   車両の前後方向の速度（Ｖ）を検出する第１の検出手段と、車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を検出する第２の検出手段と、車両の横加速度（Ｇｙ）を検出する第３の検出手段と、を有し、
   前記第２の検出手段により検出した車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を前記第１の検出手段により検出した車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に対して、さらに前記第３の検出手段により検出した車両の横加速度（Ｇｙ）で除した値に比例した物理量に基づいて、車両の前後加速度を制御する
   ことを特徴とする車両の運動制御装置。
2. 車両の前後加速度を制御する制御手段を備えた車両の運動制御装置において、
   車両の前後方向の速度（Ｖ）を検出する第１の検出手段と、車両の横加速度（Ｇｙ）を検出する第３の検出手段と、を有し、
   前記第３の検出手段により検出した前記横加速度（Ｇｙ）をもとに車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を求め、
   前記求めた車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）を前記第１の検出手段により検出した車両の前後方向の速度（Ｖ）で除した値（Ｇｙ＿ｄｏｔ／Ｖ）に対して、さらに前記第３の検出手段により検出した車両の横加速度（Ｇｙ）で除した値に比例した物理量に基づいて、車両の前後加速度を制御する
   ことを特徴とする車両の運動制御装置。
3. 車両の前後加速度を制御する制御手段を備えた車両の運動制御装置において、
   車両の横方向の加加速度（Ｇｙ＿ｄｏｔ）に、車両の前後方向の速度（Ｖ）及び車両の横加速度（Ｇｙ）から決定され、予め記憶されたゲイン（ＫＧｙＶ）を乗じた値に基づいて、車両の前後加速度を制御する
   ことを特徴とする車両の運動制御装置。