車両の制御装置
【課題】車両の旋回挙動を規定するヨーレート及び車体スリップ角を所望の値に制御する。
【解決手段】前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置は、前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段とを具備する。
【解決手段】前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置は、前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＬＫＡ（Lane Keeping Assist：車線維持走行のための操舵補助）等の各種自動運転機能を備えた車両に適用可能な、車両の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、車両のヨーレートが目標ヨーレートとなるように各輪の制駆動力を制御するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
尚、舵角を制御するモータ１とステアリングトルクを制御するモータ２とを備え、自動操舵によって生じる操舵反力を上記モータ２のトルクによって打ち消す方法も提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２９２２２１号公報
【特許文献２】特開平６−３３６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された装置によれば、車両のヨーレートを所望の値に制御し得るが、例えば、車両を目標走行路に追従させる或いは車両に目標走行路をトレースさせる等の各種自動操舵機能を実現しようとする場合、制御状態量がヨーレートのみの一自由度の運動制御では、車両の旋回挙動を好適に制御することが難しい。例えば、この場合、車体スリップ角（車両の旋回接線方向に対する角度であり、車体の向きと車体の瞬間的な進行方向とのなす角度である）は成り行きで変化することになるため、ドライバに与える違和感が無視できない程度に大きくなる可能性がある。
【０００６】
即ち、特許文献１に開示された装置には、例えばＬＫＡ等の自動操舵を実現しようとした場合に、ドライバに違和感を与える可能性があるという技術的問題点がある。
【０００７】
係る技術的問題点は、特許文献２に開示される方法にしても同様である。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、車両の旋回挙動を規定するヨーレート及び車体スリップ角を所望の値に制御し得る車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る車両の制御装置は、前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置であって、前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る車両は、制駆動力可変手段を備える。
【００１１】
制駆動力可変手段とは、前輪及び後輪における左右輪に制駆動力差を生じさせることが可能な手段であり、言い換えれば、各輪の制駆動力を各輪相互間で独立して制御することが可能な手段である。制駆動力可変手段は、好適な一形態として、例えば、駆動力分配デファレンシャル機構若しくはインホイールモータシステム等を含む駆動力可変装置、又はＡＢＳ（Antilock Braking System）等を含む各種ＥＣＢ（Electronic Controlled Braking system：電子制御制動装置）等の制動力可変装置、或いはその両方等の実践的態様を採り得る。
【００１２】
制駆動力可変手段が駆動力可変装置である場合、例えば内燃機関等の各種動力源から供給されるトルク（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係を有し得る）が、固定の又は可変な分配比率で前後輪に分配された後、この前後輪各々に分配されたトルクが、更に可変な分配比率に従って左右輪に分配される。その結果、左右輪の駆動力の絶対値が増減制御され、左右駆動力差が生じ得る。或いは、例えば機関トルクとは独立した駆動力が左右輪に付与され、左右輪の駆動力の絶対値が増減制御された結果として左右駆動力差が生じ得る。
【００１３】
また、制駆動力可変手段が制動力可変装置である場合、左右輪に付与される、好適には摩擦制動力としての制動力が可変とされることにより、付与される制動力の小さい側の車輪について、駆動力を相対的に高くすることと同等の効果を得ることが可能となる。即ち、制動力は、言わば負側の駆動力である。
【００１４】
いずれにせよ左右輪で制駆動力差が生じると、車両は、駆動力の相対的に小さい車輪（即ち、制動力の相対的に大きい車輪である）の側（即ち、右側車輪の駆動力（制動力）が小さければ（大きければ）、右側である）へ旋回する。従って、制駆動力可変手段によれば、理論的には車両の進行方向をドライバの操舵入力とは無関係に変化させることが可能となる。
【００１５】
本発明に係る車両の制御装置は、このような車両を制御する装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１６】
本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、設定手段により、車両の目標運動状態に対応する、車両状態量の目標値が設定される。
【００１７】
本発明に係る「目標運動状態」とは、車両の採るべき運動状態であって、且つ制駆動力可変手段の各々により制御される上述の制駆動力差の変化により導かれ得る運動状態を意味する。上述したように、制駆動力可変手段は、車両の旋回挙動を制御し得る手段である。従って、本発明に係る車両の目標運動状態とは、好適な一形態として、目標車線を維持した走行や目標経路にトレースした走行等を意味する。
【００１８】
本発明に係る「車両状態量」とは、このような目標運動状態を実現するにあたって実践上有益なる効果を奏し得る車両の状態量であり、好適な一形態としては、車両の旋回挙動を規定し得る状態量である。本発明では特に、この車両状態量が、ヨーレートと車体スリップ角とを少なくとも含んで規定される。車両状態量が少なくともこれら二種類の状態量を含むことにより、実際にこれら状態量が目標値に維持された又は近付けられた際に、車両運動を目標運動状態に好適に維持する又は近付けることが可能となる。
【００１９】
尚、設定手段は、例えば、目標走行路に沿って車両を走行させるための参照値となり得る物理量としての位置状態偏差（即ち、維持すべき目標走行路と車両との相対的位置関係を規定する偏差であり、好適な一形態として、目標走行路に対する車両の横位置の偏差やヨー角偏差等を含み得る）や、その時点の車速等に基づいて、車両状態量の目標値を設定する。目標値は、予め然るべき記憶手段にパラメータ値と対応付けられる形でマップ化されて格納されていてもよいし、その都度然るべき演算アルゴリズムや演算式等に従って導かれてもよい。
【００２０】
一方、公知の運動方程式によれば、車両状態量の自由度は、独立制御可能な状態制御量の個数と等しい。本発明では、車両状態量は、少なくともヨーレートと車体スリップ角とを含むから最低でも二自由度が必要となる。従って、状態制御量もまた、少なくとも二種類必要となる。
【００２１】
ここで、本発明に係る車両の制御装置においては、先述したように、前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差を夫々独立に制御可能である。従って、これらを状態制御量として扱うことによって、二自由度の車両運動を構築することができる。ここで特に、本発明では、これら車両状態量と状態制御量との相対関係が、予め上記運動方程式に基づいた車両運動モデルとして与えられている。この車両運動モデルは、決定手段による状態制御量の目標値決定プロセスに好適に使用される。即ち、決定手段は、この車両運動モデルに基づいて、上述した車両状態量の目標値に対応するこれら状態制御量の目標値を決定する。尚、「状態制御量の目標値」とは、少なくとも前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差の各々の目標値を含む。
【００２２】
状態制御量の目標値が決定されると、制御手段によって、この前輪左右制駆動力差の目標値及び後輪左右制駆動力差の目標値が得られるように、制駆動力可変手段が制御される。
【００２３】
尚、制駆動力可変手段の制御量は、各輪の制駆動力であるから、前輪左右制駆動力差の目標値及び後輪左右制駆動力差の目標値は、最終的には、前後左右輪の制駆動力の目標値に置換される。この際、一の前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差を与える各輪の制駆動力は、必ずしも一義的でないから、これら目標値に対しても、複数の解が存在し得る。従って、制御手段は、当該目標値を満たし得る各輪の制駆動力の目標値を、その時点の車両の走行条件やドライバ意思等に応じた最適解に設定してもよい。但し、状態制御量が目標値となるように各輪の制駆動力の目標値が定められる限りにおいて、車両状態量の二自由度は問題無く担保されることは言うまでもない。
【００２４】
本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記車両運動モデルは、前記車両の構成に応じて定まる時定数要素を含む。
【００２５】
この態様によれば、車両運動モデルは時定数要素（周波数応答値）を含むため、例えば、車速が大きく変化する或いは車速が非安定な一種の過渡的な挙動変化に対し、状態制御量の目標値を高精度に決定することができる。
【００２６】
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記決定手段は、前記車両が定常走行状態にある場合に、前記時定数要素を考慮することなく前記目標値を決定する。
【００２７】
時定数要素が車両運動モデルに基づいた状態制御量の目標値決定プロセスに与える影響は、車両の挙動変化が大きい程大きくなるが、反対に、車両の挙動変化が定常変化に留まるような定常的走行状態においては、これら時定数要素が状態制御量の目標値に与える影響は無視出来る程に小さくなる場合もある。
【００２８】
この態様によれば、車両が定常走行状態にある場合に、時定数要素が無視される。従って、状態制御量の決定精度に影響を与えることなく演算負荷を軽減することが可能となる。
【００２９】
尚、車両が定常走行状態にあるか否かは、例えば、車両状態量の目標値の変化速度等に基づいてなされ得る。例えば、車体スリップ角やヨーレートの目標値が小さい場合、即ち、横加速度の変化が小さい場合や旋回運動が緩慢である場合等には、定常走行状態である旨の判断を下し得る。
【００３０】
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記車両は、前輪又は後輪の舵角を、該舵角の変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な舵角可変手段を備え、前記車両運動モデルは、前記車両状態量として操舵角を含むと共に前記状態制御量として前記舵角に対応付けられた舵角制御量を含み、前記設定手段は、前記車両状態量の目標値として前記操舵角の目標値を更に設定し、前記決定手段は、前記状態制御量の目標値として前記舵角制御量の目標値を更に決定し、前記制御手段は、前記舵角制御量が前記決定された目標値となるとなるように前記舵角可変手段を制御する。
【００３１】
この態様では、車両が更に舵角可変手段を備える。
【００３２】
舵角可変手段とは、前輪又は後輪の舵角を、これらの変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な手段である。このドライバ操作とは、好適には、ステアリングホイル等の各種操舵入力手段の操作を意味する。従って、舵角可変手段によれば、ドライバがステアリングホイルから手を放していても、或いはステアリングを保舵しているのみであっても、上記舵角を所望の値に変化させることが可能である。
【００３３】
即ち、舵角可変手段とは、上記操舵入力手段から操舵輪（好適には、前輪）へ至る操舵入力の機械的伝達経路を担う通常の操舵機構とは本質的意味合いにおいて異なるものである。但し、物理構成上の観点から見れば、舵角可変手段の少なくとも一部は、この種の操舵機構と共用或いは共有されていてもよい。舵角可変手段は、好適な一形態としては、ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering：ステアリングギア比可変装置）又はＡＲＳ（Active Rear Steering：後輪操舵装置）等の各種実践的態様を採り得る。
【００３４】
舵角可変手段によれば、舵角の制御対象となる車輪（上記操舵入力手段と機械的に連結された操舵輪を含み得る）について、舵角が少なくとも一定の範囲で可変であるから、理論的には車両の進行方向をドライバの操舵入力とは無関係に変化させることが可能となる。
【００３５】
一方、舵角可変手段が、ＶＧＲＳ等、操舵角と舵角との比たる操舵伝達比を可変とし得る構成を採る場合、舵角可変手段は、操舵伝達比を変化させることによって、一の舵角に対する操舵角を変化させることもできる。本発明においては、係る点を考慮して、舵角可変手段の制御対象を、このような舵角、操舵伝達比及び操舵角を含む概念としての舵角制御量と定義する。本発明において、この舵角制御量は、上述の状態制御量の一つとして扱われる。
【００３６】
ここで、舵角可変手段により状態制御量が一つ増えるため、車両状態量の自由度もまた一つ増え三自由度となる。この態様では、この増えた自由度を利用して、車両状態量として操舵角を追加し、設定手段が、車両状態量の目標値として、この操舵角の目標値を新たに設定する構成となっている。尚、操舵角とは、操舵入力手段の操作角であり、好適には、ステアリングホイルの回転角である。
【００３７】
ここで特に、ステアリングホイルはドライバと操舵装置とのインターフェイスであり、ドライバがその挙動を最も認識し易い部分である。従って、上述した二自由度の車両状態量制御の過程において、操舵角が、状態制御量（前後輪の左右制駆動力差）によって作られた舵角変化に従って無秩序に成り行きで変化した場合、ドライバに付与される違和感は無視できないものとなりかねない。
【００３８】
本態様では、車両状態量の目標値として新たに操舵角の目標値が追加され、ヨーレート及び車体スリップ角に加え、この操舵角が目標値となるように、状態制御量の目標値が決定される。その結果、制御手段によるこの目標値に基づいた制駆動力可変手段及び舵角可変手段の制御によって、操舵角を所望の値に維持しつつ又は近付けつつ、車両の運動状態を目標運動状態に維持する又は近付けることが可能となる。
【００３９】
尚、操舵角は、一見しただけでは必ずしも車両状態量とは言い難い面があるが、先に述べた通り、本発明に係る車両状態量とは、「目標運動状態を実現するにあたって実践上有益なる効果を奏し得る車両の状態量」であり、操舵角の成り行き上の（言わば無秩序な）変化が、ドライバ側の違和感を誘発し得る点と、その制御が違和感を軽減させ且つ違和感の軽減がドライバビリティの向上といった有益なる効果を奏し得る点に鑑みれば、操舵角は本発明に係る車両状態量の一つとして適当である。
【００４０】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記設定手段は、前記各々における左右制駆動力差が最小となるように前記操舵角の目標値を設定する。
【００４１】
この態様によれば、前輪及び後輪の各々における左右制駆動力差が絶対的に又は各種制約を反映した現実的な範囲で最小となるため、車輪（タイヤを含む）の負荷を低減し、或いは可及的に均等化し、車両の耐久性を確保することが可能となる。
【００４２】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記操舵角及び操舵角速度の各々が該各々について設定された基準値未満となるように前記操舵角の目標値を設定する。
【００４３】
車両運動が目標運動状態を採るにあたって、操舵角の採り得る範囲及び操舵角速度の採り得る範囲に何らの制約もない場合、ドライバが本来不要な操舵操作を行う可能性が生じ得る。元よりこの目標運動状態へ向けての制御は一種の自動操舵であるから、操舵入力手段の過剰な動作は、ドライバ側にとって必ずしも快適な光景ではない。「「
この態様によれば、操舵角及び操舵角速度が各々の基準値未満の範囲に制限されるため、ドライバへの違和感の付与が好適に防止される。
【００４４】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記車両の旋回時において前記ヨーレートによって規定される旋回方向と同方向となるように前記操舵角の目標値を設定する。
【００４５】
この態様によれば、操舵角の発生方向とヨーレートの発生方向とが同方向となるため、車両の旋回方向へ操舵入力手段が回転し、人間工学的にみて、ドライバに安心感を与え得る。即ち、違和感の発生を好適に抑制することが可能となる。
【００４６】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記車両の走行路の状態に応じて前記操舵角の目標値を設定する。
【００４７】
この態様によれば、走行路の状態、例えば、走行路の曲率又は半径、勾配、路面摩擦、道幅或いは走行路形状等に応じた適切な操舵角を実現することが可能となり、より広範な運転状況において、ドライバの違和感を抑制することができる。
【００４８】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１の車両においてなされるＬＫＡ制御のフローチャートである。
【図３】前後輪の制駆動力差と車両旋回方向との関係を例示する概念図である。
【図４】図１の車両の一旋回状態における前後輪の様子を表す概念図である。
【図５】図１の車両において、舵角発生時にキングピン軸回りに発生するトルクの様子を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、適宜図面を参照して本発明の車両の制御装置に係る実施形態について説明する。
＜発明の実施形態＞
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る車両１０の構成について説明する。ここに、図１は、車両１０の基本的な構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００５１】
図１において、車両１０は、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲの各車輪を備え、このうち操舵輪である左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲの舵角変化によって所望の方向に進行することが可能な構成となっている。
【００５２】
車両１０は、ＥＣＵ１００、エンジン２００、駆動力分配装置３００、ＶＧＲＳアクチュエータ４００、ＥＰＳアクチュエータ５００、ＥＣＢ（Electronic Controlled Braking system：電子制御式制動装置）６００、カーナビゲーション装置７００及びＡＲＳアクチュエータ８００を備える。
【００５３】
ＥＣＵ１００は、夫々不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、車両１０の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するＬＫＡ制御を実行可能に構成されている。
【００５４】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「設定手段」、「決定手段」及び「制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００５５】
エンジン２００は、車両１０の駆動力源として機能するＶ型６気筒ガソリンエンジンである。尚、本発明に係る車両の動力源は、燃料の燃焼を機械的動力に変換して取り出し得る機関を包括する概念として各種実践的態様を有する内燃機関（エンジン２００もその一例である）に限定されず、モータ等の回転電機であってもよい。或いは、車両は、これらが協調制御される所謂ハイブリッド車両であってもよい。エンジン２００の駆動力出力軸たるクランク軸は、駆動力分配装置の一構成要素たるセンターデファレンシャル装置３１０に接続されている。尚、エンジン２００の詳細な構成は、本発明の要旨との相関が薄いため、ここではその詳細を割愛する。
【００５６】
駆動力分配装置３００は、エンジン２００から前述のクランク軸を介して伝達されるエンジントルクＴｅを、前輪及び後輪に所定の比率で分配可能に構成されると共に、更に前輪及び後輪の各々において左右輪の駆動力配分を変化させることが可能に構成された、本発明に係る「制駆動力可変手段」の一例である。駆動力分配装置３００は、センターデファレンシャル装置３１０（以下、適宜「センターデフ３１０」と略称する）、フロントデファレンシャル装置３２０（以下、適宜「フロントデフ３２０」と略称する）及びリアデファレンシャル装置３３０（以下、適宜「リアデフ３３０」と略称する）を備える。
【００５７】
センターデフ３１０は、エンジン２００から供給されるエンジントルクＴｅを、フロントデフ３２０及びリアデフ３３０に分配するＬＳＤ（Limited Slip Differential：差動制限機能付き差動機構）である。センターデフ３１０は、前後輪に作用する負荷が略一定な条件下では、前後輪に対し分配比５０：５０（一例であり限定されない）でエンジントルクＴｅを分配する。また、前後輪のうち一方の回転速度が他方に対し所定以上高くなると、当該一方に対し差動制限トルクが作用し、当該他方へトルクが移譲される差動制限が行われる構成となっている。即ち、センターデフ３１０は、所謂回転速度感応式（ビスカスカップリング式）の差動機構である。
【００５８】
尚、センターデフ３１０は、このような回転速度感応式に限らず、入力トルクに比例して差動制限作用が大きくなるトルク感応式の差動機構であってもよい。また、遊星歯車機構により差動作用をなし、電磁クラッチの断続制御により差動制限トルクを連続的に変化させ、所定の調整範囲内で所望の分配比率を実現可能な分配比率可変型の差動機構であってもよい。いずれにせよ、センターデフ３１０は、前輪及び後輪に対しエンジントルクＴｅを分配可能な限り、公知非公知を問わず各種の実践的態様を採ってよい。
【００５９】
フロントデフ３２０は、センターデフ３１０によりフロントアクスル（前輪車軸）側に分配されたエンジントルクＴｅを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のＬＳＤである。フロントデフ３２０は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、フロントデフ３２０の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。
【００６０】
フロントデフ３２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もＥＣＵ１００により制御される構成となっている。従って、ＥＣＵ１００は、フロントデフ３２０の駆動制御を介して、所望の前輪左右制駆動力差（ここでは、駆動力差である）Ｆｆを生じさせることが可能である。尚、フロントデフ３２０の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある）を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。
【００６１】
リアデフ３３０は、センターデフ３１０によりプロペラシャフト１１を介してリアアクスル（後輪車軸）側に分配されたエンジントルクＴｅを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のＬＳＤである。リアデフ３３０は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、リアデフ３３０の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。
【００６２】
リアデフ３３０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もＥＣＵ１００により制御される構成となっている。従って、ＥＣＵ１００は、リアデフ３３０の駆動制御を介して、所望の後輪左右制駆動力差（ここでは、駆動力差である）Ｆｒを生じさせることが可能である。尚、リアデフ３３０の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある）を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。
【００６３】
ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、ハウジング、ＶＧＲＳモータ、減速機構及びロック機構（いずれも不図示）等を備えた操舵伝達比可変装置であり、本発明に係る「舵角可変手段」の一例である。
【００６４】
ＶＧＲＳアクチュエータ４００において、ＶＧＲＳモータ、減速機構及びロック機構は、ハウジングに収容されている。このハウジングは、操舵入力手段としてのステアリングホイル１２に連結されたアッパーステアリングシャフト１３の下流側の端部と固定されており、アッパーステアリングシャフト１３と略一体に回転可能に構成されている。
【００６５】
ＶＧＲＳモータは、回転子たるロータ、固定子たるステータ及び駆動力の出力軸たる回転軸を有するＤＣブラシレスモータである。ステータは、ハウジング内部に固定されており、ロータは、ハウジング内部で回転可能に保持されている。回転軸は、ロータと同軸回転可能に固定されており、その下流側の端部が減速機構に連結されている。このステータには、不図示の電気駆動回路から駆動電圧が供給される構成となっている。
【００６６】
減速機構は、差動回転可能な複数の回転要素を有する遊星歯車機構である。この複数の回転要素の一回転要素は、ＶＧＲＳモータの回転軸に連結されており、また、他の回転要素の一は、前述のハウジングに連結されている。そして残余の回転要素が、ロアステアリングシャフト１４に連結されている。
【００６７】
このような構成を有する減速機構によれば、ステアリングホイル１２の操作量に応じたアッパーステアリングシャフト１３の回転速度（即ち、ハウジングの回転速度）と、ＶＧＲＳモータの回転速度（即ち、回転軸の回転速度）とにより、残余の一回転要素に連結されたロアステアリングシャフト１４の回転速度が一義的に決定される。この際、回転要素相互間の差動作用により、ＶＧＲＳモータの回転速度を増減制御することによって、ロアステアリングシャフト１４の回転速度を増減制御することが可能となる。即ち、ＶＧＲＳモータ及び減速機構の作用により、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とは相対回転可能である。尚、減速機構における各回転要素の構成上、ＶＧＲＳモータの回転速度は、各回転要素相互間のギア比に応じて定まる所定の減速比に従って減速された状態でロアステアリングシャフト１４に伝達される。
【００６８】
このように、車両１０では、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とが相対回転可能であることによって、アッパーステアリングシャフト１３の回転量たる操舵角δＭＡと、ロアステアリングシャフト１４の回転量に応じて一義的に定まる（後述するラックアンドピニオン機構のギア比も関係する）操舵輪たる前輪の舵角δｆとの比たる操舵伝達比が、予め定められた範囲で連続的に可変となる。
【００６９】
尚、ロック機構は、ＶＧＲＳモータ側のクラッチ要素とハウジング側のクラッチ要素とを備えたクラッチ機構である。両クラッチ要素が相互に係合した状態においては、アッパーステアリングシャフト１３とＶＧＲＳモータの回転軸との回転速度が一致するため、必然的にロアステアリングシャフト１４との回転速度もこれらと一致する。即ち、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とが直結状態となる。但し、ロック機構の詳細については、本発明との相関が薄いためここでは割愛する。
【００７０】
尚、ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作はＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００７１】
車両１０において、ロアステアリングシャフト１４の回転は、ラックアンドピニオン機構に伝達される。ラックアンドピニオン機構は、ロアステアリングシャフト１４の下流側端部に接続された不図示のピニオンギア及び当該ピニオンギアのギア歯と噛合するギア歯が形成されたラックバー１５を含む操舵伝達機構であり、ピニオンギアの回転がラックバー１５の図中左右方向の運動に変換されることにより、ラックバー１５の両端部に連結されたタイロッド及びナックル（符号省略）を介して操舵力が各操舵輪に伝達される構成となっている。即ち、ステアリングホイル１２から各前輪に至る操舵力の伝達機構は、本発明に係る「操舵装置」の一例である。
【００７２】
ＥＰＳアクチュエータ５００は、永久磁石が付設されてなる回転子たる不図示のロータと、当該ロータを取り囲む固定子であるステータとを含むＤＣブラシレスモータとしてのＥＰＳモータを備えた操舵トルク補助装置である。このＥＰＳモータは、不図示の電気駆動装置を介した当該ステータへの通電によりＥＰＳモータ内に形成される回転磁界の作用によってロータが回転することにより、その回転方向にＥＰＳトルクＴｅｐｓを発生可能に構成されている。
【００７３】
一方、ＥＰＳモータの回転軸たるモータ軸には、不図示の減速ギアが固定されており、この減速ギアはまた、ロアステアリングシャフト１４に設けられた減速ギアと噛合している。このため、本実施形態において、ＥＰＳモータから発せられるＥＰＳトルクＴｅｐｓは、ロアステアリングシャフト１４の回転をアシストするトルクとして機能する。このため、ＥＰＳトルクＴｅｐｓが、ステアリングホイル１２を介してアッパーステアリングシャフト１３に与えられるドライバ操舵トルクＭＴと同一方向に付与された場合には、ドライバの操舵負担は、ＥＰＳトルクＴｅｐｓの分だけ軽減される。
【００７４】
尚、ＥＰＳアクチュエータ５００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作はＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００７５】
車両１０には、操舵角センサ１６及び操舵トルクセンサ１７が備わる。
【００７６】
操舵角センサ１６は、アッパーステアリングシャフト１３の回転量を表す操舵角δＭＡを検出可能に構成された角度センサである。操舵角センサ１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された操舵角δＭＡは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００７７】
操舵トルクセンサ１７は、ドライバからステアリングホイル１２を介して与えられるドライバ操舵トルクＭＴを検出可能に構成されたセンサである。より具体的に説明すると、アッパーステアリングシャフト１３は、上流部と下流部とに分割されており、図示せぬトーションバーにより相互に連結された構成を有している。係るトーションバーの上流側及び下流側の両端部には、回転位相差検出用のリングが固定されている。このトーションバーは、車両１０のドライバがステアリングホイル１２を操作した際にアッパーステアリングシャフト１３の上流部を介して伝達される操舵トルク（即ち、ドライバ操舵トルクＭＴ）に応じてその回転方向に捩れる構成となっており、係る捩れを生じさせつつ下流部に操舵トルクを伝達可能に構成されている。従って、操舵トルクの伝達に際して、先に述べた回転位相差検出用のリング相互間には回転位相差が発生する。操舵トルクセンサ１７は、係る回転位相差を検出すると共に、係る回転位相差を操舵トルクに換算してドライバ操舵トルクＭＴに対応する電気信号として出力可能に構成されている。操舵トルクセンサ１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたドライバ操舵トルクＭＴは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００７８】
ＥＣＢ６００は、車両１０の前後左右各輪に個別に制動力を付与可能に構成された、本発明に係る「制駆動力可変手段」の他の一例たる電子制御式制動装置である。ＥＣＢ６００は、ブレーキアクチュエータ６１０並びに左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲに夫々対応する制動装置６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ及び６２０ＲＲを備える。
【００７９】
ブレーキアクチュエータ６１０は、制動装置６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ及び６２０ＲＲに対し、夫々個別に作動油を供給可能に構成された油圧制御用のアクチュエータである。ブレーキアクチュエータ６１０は、マスタシリンダ、電動オイルポンプ、複数の油圧伝達通路及び当該油圧伝達通路の各々に設置された電磁弁等から構成されており、電磁弁の開閉状態を制御することにより、各制動装置に備わるホイルシリンダに供給される作動油の油圧を制動装置各々について個別に制御可能に構成されている。作動油の油圧は、各制動装置に備わるブレーキパッドの押圧力と一対一の関係にあり、作動油の油圧の高低が、各制動装置における制動力の大小に夫々対応する構成となっている。
【００８０】
ブレーキアクチュエータ６１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、各制動装置から各車輪に付与される制動力は、ＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００８１】
車両１０は、車載カメラ１８及び車速センサ１９を備える。
【００８２】
車載カメラ１８は、車両１０のフロントノーズに設置され、車両１０の前方における所定領域を撮像可能に構成された撮像装置である。車載カメラ１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、撮像された前方領域は、画像データとしてＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出される構成となっている。ＥＣＵ１００は、この画像データを解析し、後述するＬＫＡ制御に必要な各種データを取得可能である。
【００８３】
車速センサ１９は、車両１０の速度たる車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００８４】
カーナビゲーション装置７００は、車両１０に設置されたＧＰＳアンテナ及びＶＩＣＳアンテナを介して取得される信号に基づいて、車両１０の位置情報、車両１０の周辺の道路情報（道路種別、道路幅、車線数、制限速度及び道路形状等）、信号機情報、車両１０の周囲に設置された各種施設の情報、渋滞情報及び環境情報等を含む各種ナビゲーション情報を提供可能な装置である。カーナビゲーション装置７００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作状態が制御される構成となっている。
【００８５】
ＡＲＳアクチュエータ８００は、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲの舵角である後輪舵角δｒを、ステアリングホイル１２を介してドライバが与える操舵入力とは独立して変化させることが可能な、本発明に係る「舵角可変手段」の他の一例たる後輪操舵用アクチュエータである。
【００８６】
ＡＲＳアクチュエータ８００は、ＡＲＳモータと減速ギア機構とを内蔵しており、このＡＲＳモータの駆動回路は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。従って、ＥＣＵ１００は、この駆動回路の制御により、ＡＲＳモータの出力トルクであるＡＲＳトルクＴａｒｓを制御することが可能である。一方、減速ギアは、このＡＲＳモータのトルクを、減速を伴ってリアステアロッド２０に伝達可能に構成されている。
【００８７】
リアステアロッド２０は、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲと、夫々ジョイント部材２１ＲＬ及び２１ＲＲを介して連結されており、ＡＲＳトルクＴａｒｓによりリアステアロッド２０が図示左右一方向に駆動されると、各後輪が一方向に転舵する構成となっている。尚、後輪操舵装置の実践的態様は、後輪舵角δｒを所定の範囲で可変とし得る限りにおいて、図示ＡＲＳアクチュエータ８００のものに限定されない。
【００８８】
＜実施形態の動作＞
＜ＬＫＡ制御の詳細＞
以下、図２を参照し、本実施形態の動作として、ＥＣＵ１００により実行されるＬＫＡ制御の詳細について説明する。ここに、図２は、ＬＫＡ制御のフローチャートである。尚、ＬＫＡ（Lane Keeping Assist）制御は、車両１０を目標走行路（本実施形態では、即ち車線（レーン）である）に追従させる制御であり、車両１０において実行される走行支援制御の一つである。また、目標走行路への追従は、即ち、本発明に係る「車両の目標運動状態」の一例である。
【００８９】
図２において、ＥＣＵ１００は、車両１０に備わる各種スイッチ類の操作信号、各種フラグ及び上記各種センサに係るセンサ信号等を含む各種信号を読み込む（ステップＳ１０１）と共に、予め車両１０の車室内に設置されたＬＫＡモード発動用の操作ボタンがドライバにより操作される等した結果としてＬＫＡモードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ＬＫＡモードが選択されていない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻す。
【００９０】
ＬＫＡモードが選択されている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、車載カメラ１８から送出される画像データに基づいて、ＬＫＡの目標走行路を規定する白線（白色である必要はない）が検出されているか否かを判別する（ステップＳ１０３）。
【００９１】
白線が検出されていない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、仮想の目標走行路を設定することができないため、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻す。一方、白線が検出されている場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、車両１０を目標走行路に追従させるに際して必要となる各種路面情報を算出する（ステップＳ１０４）。
【００９２】
ステップＳ１０４においては、公知の手法に基づいて、目標走行路の半径Ｒ（即ち、曲率の逆数である）、白線と車両１０との横方向の偏差たる横方向偏差Ｙ及び白線と車両１０とのヨー角偏差φが算出される。
【００９３】
これら各種路面情報が算出されると、ＥＣＵ１００は、車両１０を目標走行路へ追従させるために必要となる、ヨーレートγの目標値たる目標ヨーレートγｔｇを設定し（ステップＳ１０５）、同様に車体スリップ角βの目標値たる目標車体スリップ角βｔｇを設定する（ステップＳ１０６）。尚、車体スリップ角β及びヨーレートγは、夫々本発明に係る「車両状態量」の一例である。また、ステップＳ１０５及びＳ１０６は、本発明に係る「設定手段」の動作の一例である。
【００９４】
目標車体スリップ角βｔｇ及び目標ヨーレートγｔｇは、予めＲＯＭ等の然るべき記憶手段に、上記目標走行路の半径Ｒ、横方向偏差Ｙ及びヨー角偏差φに対応付けられる形でマップ化されて格納されており、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４において算出された各路面情報に応じて適宜該当する値を選択することにより目標車体スリップ角βｔｇ及び目標ヨーレートγｔｇを設定することが可能である。
【００９５】
各車両状態量の目標値が設定されると、車両状態量を目標値に収束させるための車両１０の状態制御量の目標値が決定される（ステップＳ１０７）。ＥＣＵ１００は、予め設定された車両運動モデルに基づいた数値演算処理により、この状態制御量としての前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの目標値を決定する。ステップＳ１０７に係る動作は、本発明に係る「決定手段」の動作の一例である。尚、車両運動モデルに基づいた前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの詳細な設定態様については後述する。
【００９６】
前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの各々の目標値が決定されると、ＥＣＵ１００は、これら状態制御量の目標値を実現する各輪の目標制駆動力を設定する（ステップＳ１０８）。
【００９７】
ここで、図３を参照し、各輪に作用する制駆動力と車両１０の旋回挙動との関係について説明する。ここに、図３は、各輪に作用する制駆動力と車両旋回方向との関係を例示する概念図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９８】
図３において、左前輪ＦＬに作用する左前輪駆動力をＦｄ＿ｆｌ、右前輪ＦＲに作用する右前輪駆動力をＦｄ＿ｆｒ、左後輪ＲＬに作用する左後輪駆動力をＦｄ＿ｒｌ、右後輪ＲＲに作用する右後輪駆動力をＦｄ＿ｒｒとする（各々図示実線参照）。また、左前輪ＦＬに作用する左前輪制動力をＦｂ＿ｆｌ、右前輪ＦＲに作用する右前輪制動力をＦｂ＿ｆｒ、左後輪ＲＬに作用する左後輪制動力をＦｂ＿ｒｌ、右後輪ＲＲに作用する右後輪制動力をＦｂ＿ｒｒとする（各々図示破線参照）。
【００９９】
ここで、図示のように、前後輪共に左右駆動力差が与えられ、Ｆｄ＿ｆｌ＞Ｆｄ＿ｆｒ、Ｆｄ＿ｒｌ＞Ｆｄ＿ｒｒなる関係が成立する場合、車両１０の旋回方向は図示弧線の通り右旋回方向となる。これは、前後輪共に、右旋回方向に作用するヨーモーメントが左旋回方向に作用するヨーモーメントよりも大きくなるためである。
【０１００】
一方、図示のように、前後輪共に左右制動力差が与えられ、Ｆｂ＿ｆｌ＜Ｆｂ＿ｆｒ、Ｆｂ＿ｒｌ＜Ｆｂ＿ｒｒなる関係が成立する場合にも、車両１０の旋回方向は図示弧線の通り右旋回方向となる。これも、駆動力差による旋回作用と同様に、前後輪共に右旋回方向に作用するヨーモーメントが左旋回方向に作用するヨーモーメントよりも大きくなるためである。このように、前後輪少なくとも一方に左右制駆動力差が生じると、車両１０は旋回挙動を示す。この左右制駆動力差と旋回挙動に係る車両状態量（即ち、ヨーレートγ及び車体スリップ角β）との相対関係を定義したものが、後述する車両運動モデルである。
【０１０１】
このように、車両１０では、前後輪の各々について、左右制駆動力差を与えることにより、車両１０を所望の旋回方向に旋回させることができる。一方、図２に戻り、前輪及び後輪について、左右制駆動力差の目標値が決定された場合、この決定された左右制駆動力差を与える各輪の制駆動力の制御量は一義的ではない。然るに、左右制駆動力差が目標値となるように設定される限りにおいて、目標とする車両運動を得ることが可能であるから、各輪の目標制駆動力は、どのように設定されてもよい。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、基本的に、その時点での制駆動力値に対し最も制御量変化が少なくて済むように目標制駆動力を設定する。
【０１０２】
尚、このような設定態様は一例であり、予め左右制駆動力差と目標制駆動力との間に他の設定規則が設けられる場合には、このような設定規則に従って目標制駆動力が決定されてもよい。例えば、このような設定規則とは、「制動力に駆動力を優先させる」、或いは「減速時には制駆動力の合計値が制動力となり加速時には制駆動力の合計値が駆動力となる」等の規則であってもよい。
【０１０３】
目標制駆動力が設定されると、ＥＣＵ１００は、設定された目標制駆動力が出力されるように駆動力分配装置３００又はＥＣＢ６００或いはその両方を適宜制御する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０８及びステップＳ１０９は、本発明に係る「制御手段」の動作の一例である。ステップＳ１０９を経ると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。
【０１０４】
ＬＫＡ制御はこのようにして実行され、各輪の制駆動力が目標左右制駆動力差に対応して制御されることにより、車両状態量たるヨーレートγ及び車体スリップ角βが夫々目標値へ向けて変化し、車両１０は目標運動状態、即ち、目標走行路に追従した走行が可能となるのである。
＜車両運動モデルに基づいた車両状態量制御の詳細＞
ここで、車両運動モデルの詳細について説明する。
【０１０５】
始めに、図４及び図５を参照し、車両運動モデルの基本となる、旋回挙動の概念について説明する。ここに、図４は、車両の一旋回状態における前後輪の様子を表す概念図である。また、図５は、舵角発生時にキングピン軸回りに発生するトルクの様子を表す概念図である。尚、これら各図において、図１と重複する箇所には、また、これら各図相互間で重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０６】
図４において、前後輪の接地点（前後輪共に図示白丸）を結ぶ軸線上に便宜的に車両１０の重心Ｇ（黒丸参照）を表すと、車両重心前車軸間距離ｌｆ及び車両重心後車軸間距離ｌｒは、夫々図示の通りである。また、ｌｆ＋ｌｒは、前後車軸間距離、即ちホイールベースｌとなる。
【０１０７】
また、前後輪の接地点を結ぶ軸線（即ち、車体の向き）と、車速Ｖの発生方向（図示矢線参照）とのなす角が車体スリップ角βである。他方、便宜的に軸線上に表された重心Ｇの旋回方向速度がヨーレートγである。尚、前後輪に舵角変化が生じると、前後輪には夫々前輪コーナリングパワーＫｆ及び後輪コーナリングパワーＫｒが発生する。
【０１０８】
一方、図５において、キングピン軸の接地点ＫＰと操作軸点Ａとの距離がキングピンオフセットｌｋである。一方、この操作軸点と、コーナリングフォースＹｆの着力点Ｂとの距離ｌｔは、操作軸点Ａとタイヤ接地点との距離であるキャスタートレールと、タイヤ接地点とコーナリングフォース着力点Ｂとの距離であるニューマチックトレールとの和を意味する。
【０１０９】
また、ＥＰＳアクチュエータ４００から供給されるＥＰＳトルクＴｅｐｓをキングピン軸回りのトルクに換算した値が、図示キングピン軸トルクτｅｐｓである。このキングピン軸トルクτｅｐｓとキングピン軸オフセットｌｋとによって、タイヤに作用するセルフアライニングトルクＴＳＡＴが規定される。
【０１１０】
本実施形態において、ＥＣＵ１００は、前後輪の左右制駆動力差の目標値を算出する（ステップＳ１０７の動作である）にあたり、車両運動モデルとして、下記（１）式を参照する。
【０１１１】
【数１】
ここで、（１）式における行列係数Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１及びＧ２２は、夫々、下記（２）乃至（５）式の如くに規定される。
【０１１２】
【数２】
【０１１３】
【数３】
【０１１４】
【数４】
【０１１５】
【数５】
尚、上記各式において、既出のもの以外の各参照記号の表す意味は以下の通りである。
【０１１６】
ｍ・・・車両重量
Ｉ・・・ヨー慣性モーメント
ｓ・・・ラプラス演算子
上記（１）式は、車両運動方程式から導出される関係式であるが、前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの二種類の状態制御量によって、車体スリップ角β及びヨーレートγを独立制御した二自由度の運動制御が可能であることを表している。尚、（１）式を得るにあたっての中間式は、説明の煩雑化を防ぐ目的から省略されている。
【０１１７】
ＥＣＵ１００は、図２のステップＳ１０７において、車両状態量（ヨーレートγ及び車体スリップ角β）の目標値（即ち、γｔｇ及びβｔｇ）を上記（１）式に代入し、上記（１）を満たす前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒを、状態制御量の目標値として決定するのである。
【０１１８】
このように、本実施形態によれば、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＡＲＳアクチュエータ８００といった、ドライバ操舵から独立して舵角変化を促す操舵デバイスを使用することなく、前後輪の左右制駆動力差を状態制御量として、車両１０を好適に目標運動状態に維持する又は近付けることができる。
【０１１９】
従って、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＡＲＳアクチュエータ８００といった、本発明に係る舵角可変手段に相当する装置を搭載しない車両においても、好適なレーンキープ走行が可能となるのである。
【０１２０】
尚、上記（１）式において、目標ヨーレートγｔｇをγｔｇ＝０（又は略ゼロ）とすれば、車両１０は、実質的にヨーレートを伴わない横方向移動、即ち平行移動を行い得る。レーンキープ走行が一種の自動操舵である点に鑑みれば、ヨーレートの発生は、ドライバに違和感を与える可能性があるから、このようにヨーレートを抑制した車両挙動を実現することによる実践上の利益は大である。
【０１２１】
特に、この種の平行移動は、直進走行中や緩やかに蛇行する走行路におけるレーンキープ走行等において顕著に効果的である。
【０１２２】
尚、本実施形態において、上記（１）式の車両運動モデルを規定する行列係数には、適宜本発明に係る「時定数要素」の一例として、ラプラス演算子ｓで表される周波数応答項が含まれている。これら周波数応答項は、車両１０の動的特性に応じた最適な状態制御量を決定するために有益である反面、演算負荷を重くするデメリットがある。
【０１２３】
そこで、ＥＣＵ１００は、ｓ＝０と扱って問題無いものとして予め定められた定常走行条件が満たされる場合には、係る周波数応答項をゼロとして扱って、演算負荷を軽減してもよい。例えば、一定速度で且つ車両状態量の大きな変化が無い走行状態においては（例えば、直進走行等）、このような簡略措置を講じても演算負荷の軽減効果に比するデメリットは生じないのである。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る車両運動制御について説明する。尚、第２実施形態に係る車両構成は、第１実施形態に係る車両１０と同等であるとする。
【０１２４】
ＬＫＡ制御においてＬＫＡモードが発動している場合、車両１０では、目標運動状態としてのレーンキープ走行が、ＥＣＵ１００の制御の下、一種の自動操舵として実行されている。この種の自動操舵においては、ドライバは、ステアリングホイル１２を保舵してもよいし、ステアリングホイル１２から手を離して手放し走行を行ってもよいが、いずれにせよ、積極的な操舵意思は有していないと考えるべきである。尚、積極的な操舵意思を有する場合は、所謂オーバーライド判定によって、ＬＫＡ制御は終了するか、或いは当該オーバーライド操作との協調が図られるが、それらは本願とは本質的に関係ない。
【０１２５】
一方、第１実施形態に例示した二自由度の車両運動制御においては、車両１０の旋回状態を規定する車両状態量（ヨーレートγ及び車体スリップ角β）が目標値に追従するよう制御されるから、車両１０の運動状態は目標運動状態を維持し得るものの、ドライバインターフェイスの観点から見ると、対策の余地がある。
【０１２６】
即ち、上記二自由度の運動制御では、ステアリングホイル１２の回転角としての操舵角δＭＡは、前後輪の左右制駆動力差Ｆｆ及びＦｒによってもたらされる前輪の舵角変化によって成り行きで変化することになる。このような操舵角δＭＡの無秩序な変化は、ドライバにとって違和感となる可能性がある。
【０１２７】
そこで、第２実施形態においては、車両１０に備わる舵角可変手段としてのＶＧＲＳアクチュエータ４００を利用して、ＥＣＵ１００が、三自由度の車両運動制御を実行する。追加される自由度、即ち、車両状態量とは、即ち、操舵角δＭＡである。
【０１２８】
具体的には、ＥＣＵ１００は、図２に例示するＬＫＡ制御におけるステップＳ１０５及びステップＳ１０６に相前後して目標操舵角δＭＡｔｇを設定すると共に、ステップＳ１０７において状態制御量の目標値を決定するにあたって、ＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳの目標値を決定する。
【０１２９】
ＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳとは、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４との相対回転角である。ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、前輪舵角δｆを可変に制御し得る操舵デバイスであるが、この前輪舵角δｆの変化は、これらシャフト間の相対回転によって導かれる。従って、一の前輪舵角δｆに対する操舵角δＭＡを可変に制御することができるのである。ＶＧＲＳ相対回転角δＶＧＲＳは、即ち、本発明に係る「舵角制御量」の一例である。
【０１３０】
ここで、ＥＣＵ１００は、既に述べたように、車両運動方程式から導かれる車両運動モデルに基づいてステップＳ１０７に係る処理を実行する。第２実施形態に係る車両運動モデルは、下記（６）式に表される。
【０１３１】
【数６】
ここで、行列係数Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１及びＧ２２については、第１実施形態と同等である。一方、行列係数Ｇ１３、Ｇ２３、Ｇ３１、Ｇ３２及びＧ３３は夫々下記（７）乃至（１１）式によって表される。
【０１３２】
【数７】
【０１３３】
【数８】
【０１３４】
【数９】
【０１３５】
【数１０】
【０１３６】
【数１１】
ここで、Ｎは操舵伝達比であり、前輪舵角δｆ、操舵角δＭＡ及びＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳと、下記（１２）式の関係を有する。
【０１３７】
【数１２】
ここで、（６）式において、行列係数Ｇ１３及びＧ２３は共にゼロである。即ち、ＶＧＲＳアクチュエータ４００のように、ステアリングシャフトの相対回転を可能とする操舵デバイスの場合、第１実施形態に例示した前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの算出プロセスは不変であり、車体スリップ角βとヨーレートγによって規定される旋回挙動中に、ＶＧＲＳアクチュエータ４００による操舵角δＭＡの補正を行えばよい。
【０１３８】
従って、第２実施形態によれば、旋回挙動を伴う自動操舵の実行時において、操舵角δＭＡを所望の値に維持することが簡便にして可能となる。
【０１３９】
一方、ステップＳ１０６におけるドライバに与える違和感を軽減することを目的とした目標操舵角δＭＡｔｇは、各種の設定基準が考えられる。
【０１４０】
例えば、ＥＣＵ１００は、第１実施形態で述べた車両１０の平行移動を実現するにあたって、目標操舵角δＭＡｔｇをゼロ相当値に設定してもよい。ヨーレートγがゼロ相当値に維持された平行移動においては、操舵角は生じない方が、視覚上の違和感が少ないからである。
【０１４１】
或いは、ＥＣＵ１００は、目標操舵角δＭＡｔｇは、目標ヨーレートγｔｇ又は実際のヨーレートγ（これらは、理想的には無論一致する）が示す旋回方向と同方向に設定されてもよい。ヨーレートγが示す旋回方向と操舵角δＭＡの方向が逆である場合、通常の走行であれば、視覚上の違和感が生じ易いからである。但し、スポーツ走行モード等の設定が可能な場合、敢えてヨーレートγが示す旋回方向と操舵角δＭＡの発生方向とを逆にして、所謂カウンタステアに類する状態を擬似的に生じさせてもよい。
【０１４２】
或いは、ＥＣＵ１００は、ＬＫＡモードを含む各種自動操舵中において、常時目標操舵角δＭＡｔｇをゼロ相当値に維持してもよい。これは、敢えて違和感を生じさせることによって、ドライバに自動操舵中であることを認識させ、不注意運転や漫然運転を防止する見地から効果的である。
【０１４３】
或いは、ＥＣＵ１００は、ドライバがステアリングホイル１２に触れているか否かに応じて、目標操舵角δＭＡｔｇを相違させてもよい。より具体的には、ドライバがステアリングホイル１２に触れている場合には、ステアリングホイル１２が回転することによって、体感上の違和感を与える可能性がある。従って、ステアリングホイル１２への接触時にはδＭＡｔｇをゼロ相当値とし、非接触時には、視覚上の違和感が生じない範囲でステアリングホイル１２が回転するようにδＭＡｔｇを設定してもよい。
【０１４４】
或いは、ＥＣＵ１００は、車両１０に備わるカーナビゲーション装置７００等を介して走行路の状態を検出し、例えば、走行路の勾配、形状、路面摩擦又は道幅等を総合的に勘案して、目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。例えば、道幅が狭い走行路においては、道幅が広い走行路と比較して目標操舵角δＭＡｔｇを小さくして、ドライバの心理負担を緩和してもよい。
【０１４５】
或いは、ＥＣＵ１００は、自動操舵中に採り得る操舵角δＭＡの範囲或いは操舵角速度の範囲に一定の制限を与えてもよい。例えば、ステアリングホイル１２が１８０度以上回転した場合、元より操舵操作を行っていないドライバは、ステアリングホイル１２がいずれの方向に回転しているのか把握できない可能性がある。また、操舵角速度が大きいと、ドライバが焦りを感じて、不要な本来不要な操舵操作を行うことにより一種のオーバーライドが生じる可能性がある。その場合、自動操舵が不当に終了する（あくまで、ドライバにとって不当なのであり、制御上は、オーバーライドによる終了なので正常である）可能性がある。これらの懸念を払拭するのに、この種の制限は顕著に効果的である。
【０１４６】
尚、本実施形態に係る車両１０は、後輪操舵装置としてのＡＲＳアクチュエータ８００と、操舵トルク制御デバイスとしてのＥＰＳアクチュエータ５００とを有するが、本実施形態に係る上述した車両運動制御に、ＡＲＳアクチュエータ８００及びＥＰＳアクチュエータ５００が不要であることは言うまでもない。即ち、本実施形態に係る上述した実践上の利益は、各輪の制駆動力を変化させることが可能な制駆動力可変手段としてのＥＣＢ６００及び駆動力分配装置３００の少なくとも一方と、ＶＧＲＳアクチュエータ４００のみによって好適に実現され得る。
＜第３実施形態＞
第２実施形態に例示した操舵角δＭＡの制御を伴う三自由度の車両運動制御は、ＶＧＲＳアクチュエータ４００の代わりにＡＲＳアクチュエータ８００を制御することによっても好適に実現可能である。第３実施形態では、このようなＡＲＳアクチュエータ８００を利用した車両運動制御について説明する。
【０１４７】
尚、第３実施形態に係る車両構成は、第１及び第２実施形態と同等であるとする。
【０１４８】
第３実施形態において、ＥＣＵ１００は、図２に例示するＬＫＡ制御におけるステップＳ１０５及びステップＳ１０６に相前後して目標操舵角δＭＡｔｇを設定すると共に、ステップＳ１０７において状態制御量の目標値を決定するにあたって、後輪舵角δｒの目標値を決定する。後輪舵角δｒは、即ち、本発明に係る「舵角制御量」の他の一例である。
【０１４９】
ここで、ＥＣＵ１００は、既に述べたように、車両運動方程式から導かれる車両運動モデルに基づいてステップＳ１０７に係る処理を実行する。第２実施形態に係る車両運動モデルは、下記（１３）式に表される。
【０１５０】
【数１３】
ここで、（１３）式における行列係数Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３、Ｈ３１、Ｈ３２及びＨ３３は、夫々、下記（１４）乃至（２２）式の如くに規定される。
【０１５１】
【数１４】
【０１５２】
【数１５】
【０１５３】
【数１６】
【０１５４】
【数１７】
【０１５５】
【数１８】
【０１５６】
【数１９】
【０１５７】
【数２０】
【０１５８】
【数２１】
【０１５９】
【数２２】
尚、上記（１３）式は、下記（２３）式及び（２４）式を拘束条件として、横力の釣り合い、重心回りのモーメントの釣り合い及びキングピン軸回りのトルクの静的な釣り合いに関する運動方程式を簡素化して得られたものである。
【０１６０】
【数２３】
【０１６１】
【数２４】
即ち、本実施形態に係る車両運動モデルは、第２実施形態で使用したＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳと、キングピン軸トルクτＥＰＳと、操舵角δＭＡに対し発生する操舵トルクＴｓｔｅｅｒと、セルフアライニングトルクＴｓａｔが、いずれもゼロであることを前提として構築されている。
【０１６２】
このように、第３実施形態に係る車両運動制御によれば、後輪舵角可変装置としてのＡＲＳアクチュエータ８００を使用して後輪舵角δｒを制御することによって、操舵角δＭＡを目標操舵角δＭＡｔｇに維持しつつヨーレートγ及び車体スリップ角βを好適に制御することができる。
【０１６３】
ここで特に、本実施形態に係る車両運動制御は、第２実施形態に係る車両運動制御と、操舵角δＭＡを目標値に維持しつつ旋回状態を好適に制御し得る点については同様であるが、第２実施形態と較べると、操舵角δＭＡが前後輪の左右制駆動力差に影響を及ぼす点において異なっている。
【０１６４】
第２実施形態に係る車両運動モデルでは、前後輪の左右制駆動力差が操舵角δＭＡから独立しており、操舵角制御は、所望の旋回挙動を作り出す前後輪の左右制駆動力差によって成り行きで生じた前輪舵角δｆに対して受動的になされるに過ぎない。
【０１６５】
従って、一方で簡便に操舵角制御を行い得る反面、車両状態量制御に使用するデバイス相互間の協調制御を実現することが困難である。
【０１６６】
その点、後輪舵角δｆを状態制御量として有する本実施形態に係る車両運動モデルによれば、後輪舵角δｆ、前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒが相互に影響しあうから、第２実施形態とは異なる制御もまた可能となり得る。
【０１６７】
例えば、ＥＣＵ１００は、ＬＫＡ制御において目標操舵角δＭＡｔｇを設定するにあたって、駆動力分配装置３００、ＥＣＢ６００及びＡＲＳアクチュエータ８００の全体的なエネルギ消費量（これらが全て電気エネルギにより駆動される場合、エネルギ消費を一元管理することが可能である）が最小となる目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、低燃費化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
【０１６８】
或いは、ＥＣＵ１００は、前輪又は後輪或いはその両方における、左右制駆動力差が最小となるように目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、ＡＲＳアクチュエータ８００の耐久性を確保することができる。
【０１６９】
或いは、ＥＣＵ１００は、後輪舵角δｒが最小となる目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪舵角δｒの最大切れ角が制限されている場合でも、旋回挙動の制御を好適に継続することができる。
【０１７０】
或いは、ＥＣＵ１００は、後輪の舵角制御を優先しつつ後輪の舵角制御限界付近で制駆動力差優先の制御に切り替わるように、適宜目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、ＡＲＳアクチュエータ８００の動作範囲に制限されない挙動制御が可能となる。
【０１７１】
或いは、ＥＣＵ１００は、後輪の左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、旋回挙動の不安定化を抑制することができる。
【０１７２】
或いは、ＥＣＵ１００は、車両減速時において、後輪の左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、減速時の車両挙動の不安定化を抑制することができる。
【０１７３】
或いは、ＥＣＵ１００は、旋回時において、後輪左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、旋回時の車両挙動の不安定化を抑制することができる。
【０１７４】
或いは、ＥＣＵ１００は、前後左右各輪の摩擦円に対する前後力及び横力の二乗和の比が最小となる目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、各輪の負荷を均等化し、外乱に対する余裕を持たせることが可能となる。
【０１７５】
尚、このように、目標操舵角δＭＡｔｇは、目標ヨーレートγｔｇ及び目標車体スリップ各βｔｇを実現し得る前輪左右制駆動力差Ｆｆ、後輪左右制駆動力差Ｆｒ及び後輪舵角δｒの組み合わせの中から、所望の値を選択する形態を採ってもよい。
【０１７６】
尚、本実施形態に係る車両１０は、操舵伝達比操舵装置としてのＶＧＲＳアクチュエータ４００と、操舵トルク制御デバイスとしてのＥＰＳアクチュエータ５００とを有するが、本実施形態に係る上述した車両運動制御に、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＥＰＳアクチュエータ５００が不要であることは言うまでもない。即ち、本実施形態に係る上述した実践上の利益は、各輪の制駆動力を変化させることが可能な制駆動力可変手段としてのＥＣＢ６００及び駆動力分配装置３００の少なくとも一方と、ＡＲＳアクチュエータ８００のみによって好適に実現され得る。
【０１７７】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、例えば、車両を目標走行路に追従させる機能を有する車両に利用可能である。
【符号の説明】
【０１７９】
ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ…車輪、１０…車両、１１…プロペラシャフト、１２…ステアリングホイル、１３…アッパーステアリングシャフト、１４…ロアステアリングシャフト、１５…ラックバー、１６…操舵角センサ、１７…操舵トルクセンサ、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…制駆動力分配装置、３１０…センターデファレンシャル機構、３２０…フロントデファレンシャル機構、３３０…リアデファレンシャル機構、４００…ＶＧＲＳアクチュエータ、５００…ＥＰＳアクチュエータ、６００…ＥＣＢ、６１０…ブレーキアクチュエータ、６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ、６２０ＲＲ…制動装置、８００…ＡＲＳアクチュエータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＬＫＡ（Lane Keeping Assist：車線維持走行のための操舵補助）等の各種自動運転機能を備えた車両に適用可能な、車両の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、車両のヨーレートが目標ヨーレートとなるように各輪の制駆動力を制御するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
尚、舵角を制御するモータ１とステアリングトルクを制御するモータ２とを備え、自動操舵によって生じる操舵反力を上記モータ２のトルクによって打ち消す方法も提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２９２２２１号公報
【特許文献２】特開平６−３３６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された装置によれば、車両のヨーレートを所望の値に制御し得るが、例えば、車両を目標走行路に追従させる或いは車両に目標走行路をトレースさせる等の各種自動操舵機能を実現しようとする場合、制御状態量がヨーレートのみの一自由度の運動制御では、車両の旋回挙動を好適に制御することが難しい。例えば、この場合、車体スリップ角（車両の旋回接線方向に対する角度であり、車体の向きと車体の瞬間的な進行方向とのなす角度である）は成り行きで変化することになるため、ドライバに与える違和感が無視できない程度に大きくなる可能性がある。
【０００６】
即ち、特許文献１に開示された装置には、例えばＬＫＡ等の自動操舵を実現しようとした場合に、ドライバに違和感を与える可能性があるという技術的問題点がある。
【０００７】
係る技術的問題点は、特許文献２に開示される方法にしても同様である。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、車両の旋回挙動を規定するヨーレート及び車体スリップ角を所望の値に制御し得る車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る車両の制御装置は、前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置であって、前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る車両は、制駆動力可変手段を備える。
【００１１】
制駆動力可変手段とは、前輪及び後輪における左右輪に制駆動力差を生じさせることが可能な手段であり、言い換えれば、各輪の制駆動力を各輪相互間で独立して制御することが可能な手段である。制駆動力可変手段は、好適な一形態として、例えば、駆動力分配デファレンシャル機構若しくはインホイールモータシステム等を含む駆動力可変装置、又はＡＢＳ（Antilock Braking System）等を含む各種ＥＣＢ（Electronic Controlled Braking system：電子制御制動装置）等の制動力可変装置、或いはその両方等の実践的態様を採り得る。
【００１２】
制駆動力可変手段が駆動力可変装置である場合、例えば内燃機関等の各種動力源から供給されるトルク（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係を有し得る）が、固定の又は可変な分配比率で前後輪に分配された後、この前後輪各々に分配されたトルクが、更に可変な分配比率に従って左右輪に分配される。その結果、左右輪の駆動力の絶対値が増減制御され、左右駆動力差が生じ得る。或いは、例えば機関トルクとは独立した駆動力が左右輪に付与され、左右輪の駆動力の絶対値が増減制御された結果として左右駆動力差が生じ得る。
【００１３】
また、制駆動力可変手段が制動力可変装置である場合、左右輪に付与される、好適には摩擦制動力としての制動力が可変とされることにより、付与される制動力の小さい側の車輪について、駆動力を相対的に高くすることと同等の効果を得ることが可能となる。即ち、制動力は、言わば負側の駆動力である。
【００１４】
いずれにせよ左右輪で制駆動力差が生じると、車両は、駆動力の相対的に小さい車輪（即ち、制動力の相対的に大きい車輪である）の側（即ち、右側車輪の駆動力（制動力）が小さければ（大きければ）、右側である）へ旋回する。従って、制駆動力可変手段によれば、理論的には車両の進行方向をドライバの操舵入力とは無関係に変化させることが可能となる。
【００１５】
本発明に係る車両の制御装置は、このような車両を制御する装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１６】
本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、設定手段により、車両の目標運動状態に対応する、車両状態量の目標値が設定される。
【００１７】
本発明に係る「目標運動状態」とは、車両の採るべき運動状態であって、且つ制駆動力可変手段の各々により制御される上述の制駆動力差の変化により導かれ得る運動状態を意味する。上述したように、制駆動力可変手段は、車両の旋回挙動を制御し得る手段である。従って、本発明に係る車両の目標運動状態とは、好適な一形態として、目標車線を維持した走行や目標経路にトレースした走行等を意味する。
【００１８】
本発明に係る「車両状態量」とは、このような目標運動状態を実現するにあたって実践上有益なる効果を奏し得る車両の状態量であり、好適な一形態としては、車両の旋回挙動を規定し得る状態量である。本発明では特に、この車両状態量が、ヨーレートと車体スリップ角とを少なくとも含んで規定される。車両状態量が少なくともこれら二種類の状態量を含むことにより、実際にこれら状態量が目標値に維持された又は近付けられた際に、車両運動を目標運動状態に好適に維持する又は近付けることが可能となる。
【００１９】
尚、設定手段は、例えば、目標走行路に沿って車両を走行させるための参照値となり得る物理量としての位置状態偏差（即ち、維持すべき目標走行路と車両との相対的位置関係を規定する偏差であり、好適な一形態として、目標走行路に対する車両の横位置の偏差やヨー角偏差等を含み得る）や、その時点の車速等に基づいて、車両状態量の目標値を設定する。目標値は、予め然るべき記憶手段にパラメータ値と対応付けられる形でマップ化されて格納されていてもよいし、その都度然るべき演算アルゴリズムや演算式等に従って導かれてもよい。
【００２０】
一方、公知の運動方程式によれば、車両状態量の自由度は、独立制御可能な状態制御量の個数と等しい。本発明では、車両状態量は、少なくともヨーレートと車体スリップ角とを含むから最低でも二自由度が必要となる。従って、状態制御量もまた、少なくとも二種類必要となる。
【００２１】
ここで、本発明に係る車両の制御装置においては、先述したように、前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差を夫々独立に制御可能である。従って、これらを状態制御量として扱うことによって、二自由度の車両運動を構築することができる。ここで特に、本発明では、これら車両状態量と状態制御量との相対関係が、予め上記運動方程式に基づいた車両運動モデルとして与えられている。この車両運動モデルは、決定手段による状態制御量の目標値決定プロセスに好適に使用される。即ち、決定手段は、この車両運動モデルに基づいて、上述した車両状態量の目標値に対応するこれら状態制御量の目標値を決定する。尚、「状態制御量の目標値」とは、少なくとも前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差の各々の目標値を含む。
【００２２】
状態制御量の目標値が決定されると、制御手段によって、この前輪左右制駆動力差の目標値及び後輪左右制駆動力差の目標値が得られるように、制駆動力可変手段が制御される。
【００２３】
尚、制駆動力可変手段の制御量は、各輪の制駆動力であるから、前輪左右制駆動力差の目標値及び後輪左右制駆動力差の目標値は、最終的には、前後左右輪の制駆動力の目標値に置換される。この際、一の前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差を与える各輪の制駆動力は、必ずしも一義的でないから、これら目標値に対しても、複数の解が存在し得る。従って、制御手段は、当該目標値を満たし得る各輪の制駆動力の目標値を、その時点の車両の走行条件やドライバ意思等に応じた最適解に設定してもよい。但し、状態制御量が目標値となるように各輪の制駆動力の目標値が定められる限りにおいて、車両状態量の二自由度は問題無く担保されることは言うまでもない。
【００２４】
本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記車両運動モデルは、前記車両の構成に応じて定まる時定数要素を含む。
【００２５】
この態様によれば、車両運動モデルは時定数要素（周波数応答値）を含むため、例えば、車速が大きく変化する或いは車速が非安定な一種の過渡的な挙動変化に対し、状態制御量の目標値を高精度に決定することができる。
【００２６】
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記決定手段は、前記車両が定常走行状態にある場合に、前記時定数要素を考慮することなく前記目標値を決定する。
【００２７】
時定数要素が車両運動モデルに基づいた状態制御量の目標値決定プロセスに与える影響は、車両の挙動変化が大きい程大きくなるが、反対に、車両の挙動変化が定常変化に留まるような定常的走行状態においては、これら時定数要素が状態制御量の目標値に与える影響は無視出来る程に小さくなる場合もある。
【００２８】
この態様によれば、車両が定常走行状態にある場合に、時定数要素が無視される。従って、状態制御量の決定精度に影響を与えることなく演算負荷を軽減することが可能となる。
【００２９】
尚、車両が定常走行状態にあるか否かは、例えば、車両状態量の目標値の変化速度等に基づいてなされ得る。例えば、車体スリップ角やヨーレートの目標値が小さい場合、即ち、横加速度の変化が小さい場合や旋回運動が緩慢である場合等には、定常走行状態である旨の判断を下し得る。
【００３０】
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記車両は、前輪又は後輪の舵角を、該舵角の変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な舵角可変手段を備え、前記車両運動モデルは、前記車両状態量として操舵角を含むと共に前記状態制御量として前記舵角に対応付けられた舵角制御量を含み、前記設定手段は、前記車両状態量の目標値として前記操舵角の目標値を更に設定し、前記決定手段は、前記状態制御量の目標値として前記舵角制御量の目標値を更に決定し、前記制御手段は、前記舵角制御量が前記決定された目標値となるとなるように前記舵角可変手段を制御する。
【００３１】
この態様では、車両が更に舵角可変手段を備える。
【００３２】
舵角可変手段とは、前輪又は後輪の舵角を、これらの変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な手段である。このドライバ操作とは、好適には、ステアリングホイル等の各種操舵入力手段の操作を意味する。従って、舵角可変手段によれば、ドライバがステアリングホイルから手を放していても、或いはステアリングを保舵しているのみであっても、上記舵角を所望の値に変化させることが可能である。
【００３３】
即ち、舵角可変手段とは、上記操舵入力手段から操舵輪（好適には、前輪）へ至る操舵入力の機械的伝達経路を担う通常の操舵機構とは本質的意味合いにおいて異なるものである。但し、物理構成上の観点から見れば、舵角可変手段の少なくとも一部は、この種の操舵機構と共用或いは共有されていてもよい。舵角可変手段は、好適な一形態としては、ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering：ステアリングギア比可変装置）又はＡＲＳ（Active Rear Steering：後輪操舵装置）等の各種実践的態様を採り得る。
【００３４】
舵角可変手段によれば、舵角の制御対象となる車輪（上記操舵入力手段と機械的に連結された操舵輪を含み得る）について、舵角が少なくとも一定の範囲で可変であるから、理論的には車両の進行方向をドライバの操舵入力とは無関係に変化させることが可能となる。
【００３５】
一方、舵角可変手段が、ＶＧＲＳ等、操舵角と舵角との比たる操舵伝達比を可変とし得る構成を採る場合、舵角可変手段は、操舵伝達比を変化させることによって、一の舵角に対する操舵角を変化させることもできる。本発明においては、係る点を考慮して、舵角可変手段の制御対象を、このような舵角、操舵伝達比及び操舵角を含む概念としての舵角制御量と定義する。本発明において、この舵角制御量は、上述の状態制御量の一つとして扱われる。
【００３６】
ここで、舵角可変手段により状態制御量が一つ増えるため、車両状態量の自由度もまた一つ増え三自由度となる。この態様では、この増えた自由度を利用して、車両状態量として操舵角を追加し、設定手段が、車両状態量の目標値として、この操舵角の目標値を新たに設定する構成となっている。尚、操舵角とは、操舵入力手段の操作角であり、好適には、ステアリングホイルの回転角である。
【００３７】
ここで特に、ステアリングホイルはドライバと操舵装置とのインターフェイスであり、ドライバがその挙動を最も認識し易い部分である。従って、上述した二自由度の車両状態量制御の過程において、操舵角が、状態制御量（前後輪の左右制駆動力差）によって作られた舵角変化に従って無秩序に成り行きで変化した場合、ドライバに付与される違和感は無視できないものとなりかねない。
【００３８】
本態様では、車両状態量の目標値として新たに操舵角の目標値が追加され、ヨーレート及び車体スリップ角に加え、この操舵角が目標値となるように、状態制御量の目標値が決定される。その結果、制御手段によるこの目標値に基づいた制駆動力可変手段及び舵角可変手段の制御によって、操舵角を所望の値に維持しつつ又は近付けつつ、車両の運動状態を目標運動状態に維持する又は近付けることが可能となる。
【００３９】
尚、操舵角は、一見しただけでは必ずしも車両状態量とは言い難い面があるが、先に述べた通り、本発明に係る車両状態量とは、「目標運動状態を実現するにあたって実践上有益なる効果を奏し得る車両の状態量」であり、操舵角の成り行き上の（言わば無秩序な）変化が、ドライバ側の違和感を誘発し得る点と、その制御が違和感を軽減させ且つ違和感の軽減がドライバビリティの向上といった有益なる効果を奏し得る点に鑑みれば、操舵角は本発明に係る車両状態量の一つとして適当である。
【００４０】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記設定手段は、前記各々における左右制駆動力差が最小となるように前記操舵角の目標値を設定する。
【００４１】
この態様によれば、前輪及び後輪の各々における左右制駆動力差が絶対的に又は各種制約を反映した現実的な範囲で最小となるため、車輪（タイヤを含む）の負荷を低減し、或いは可及的に均等化し、車両の耐久性を確保することが可能となる。
【００４２】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記操舵角及び操舵角速度の各々が該各々について設定された基準値未満となるように前記操舵角の目標値を設定する。
【００４３】
車両運動が目標運動状態を採るにあたって、操舵角の採り得る範囲及び操舵角速度の採り得る範囲に何らの制約もない場合、ドライバが本来不要な操舵操作を行う可能性が生じ得る。元よりこの目標運動状態へ向けての制御は一種の自動操舵であるから、操舵入力手段の過剰な動作は、ドライバ側にとって必ずしも快適な光景ではない。「「
この態様によれば、操舵角及び操舵角速度が各々の基準値未満の範囲に制限されるため、ドライバへの違和感の付与が好適に防止される。
【００４４】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記車両の旋回時において前記ヨーレートによって規定される旋回方向と同方向となるように前記操舵角の目標値を設定する。
【００４５】
この態様によれば、操舵角の発生方向とヨーレートの発生方向とが同方向となるため、車両の旋回方向へ操舵入力手段が回転し、人間工学的にみて、ドライバに安心感を与え得る。即ち、違和感の発生を好適に抑制することが可能となる。
【００４６】
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記車両の走行路の状態に応じて前記操舵角の目標値を設定する。
【００４７】
この態様によれば、走行路の状態、例えば、走行路の曲率又は半径、勾配、路面摩擦、道幅或いは走行路形状等に応じた適切な操舵角を実現することが可能となり、より広範な運転状況において、ドライバの違和感を抑制することができる。
【００４８】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１の車両においてなされるＬＫＡ制御のフローチャートである。
【図３】前後輪の制駆動力差と車両旋回方向との関係を例示する概念図である。
【図４】図１の車両の一旋回状態における前後輪の様子を表す概念図である。
【図５】図１の車両において、舵角発生時にキングピン軸回りに発生するトルクの様子を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、適宜図面を参照して本発明の車両の制御装置に係る実施形態について説明する。
＜発明の実施形態＞
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る車両１０の構成について説明する。ここに、図１は、車両１０の基本的な構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００５１】
図１において、車両１０は、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲの各車輪を備え、このうち操舵輪である左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲの舵角変化によって所望の方向に進行することが可能な構成となっている。
【００５２】
車両１０は、ＥＣＵ１００、エンジン２００、駆動力分配装置３００、ＶＧＲＳアクチュエータ４００、ＥＰＳアクチュエータ５００、ＥＣＢ（Electronic Controlled Braking system：電子制御式制動装置）６００、カーナビゲーション装置７００及びＡＲＳアクチュエータ８００を備える。
【００５３】
ＥＣＵ１００は、夫々不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、車両１０の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するＬＫＡ制御を実行可能に構成されている。
【００５４】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「設定手段」、「決定手段」及び「制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００５５】
エンジン２００は、車両１０の駆動力源として機能するＶ型６気筒ガソリンエンジンである。尚、本発明に係る車両の動力源は、燃料の燃焼を機械的動力に変換して取り出し得る機関を包括する概念として各種実践的態様を有する内燃機関（エンジン２００もその一例である）に限定されず、モータ等の回転電機であってもよい。或いは、車両は、これらが協調制御される所謂ハイブリッド車両であってもよい。エンジン２００の駆動力出力軸たるクランク軸は、駆動力分配装置の一構成要素たるセンターデファレンシャル装置３１０に接続されている。尚、エンジン２００の詳細な構成は、本発明の要旨との相関が薄いため、ここではその詳細を割愛する。
【００５６】
駆動力分配装置３００は、エンジン２００から前述のクランク軸を介して伝達されるエンジントルクＴｅを、前輪及び後輪に所定の比率で分配可能に構成されると共に、更に前輪及び後輪の各々において左右輪の駆動力配分を変化させることが可能に構成された、本発明に係る「制駆動力可変手段」の一例である。駆動力分配装置３００は、センターデファレンシャル装置３１０（以下、適宜「センターデフ３１０」と略称する）、フロントデファレンシャル装置３２０（以下、適宜「フロントデフ３２０」と略称する）及びリアデファレンシャル装置３３０（以下、適宜「リアデフ３３０」と略称する）を備える。
【００５７】
センターデフ３１０は、エンジン２００から供給されるエンジントルクＴｅを、フロントデフ３２０及びリアデフ３３０に分配するＬＳＤ（Limited Slip Differential：差動制限機能付き差動機構）である。センターデフ３１０は、前後輪に作用する負荷が略一定な条件下では、前後輪に対し分配比５０：５０（一例であり限定されない）でエンジントルクＴｅを分配する。また、前後輪のうち一方の回転速度が他方に対し所定以上高くなると、当該一方に対し差動制限トルクが作用し、当該他方へトルクが移譲される差動制限が行われる構成となっている。即ち、センターデフ３１０は、所謂回転速度感応式（ビスカスカップリング式）の差動機構である。
【００５８】
尚、センターデフ３１０は、このような回転速度感応式に限らず、入力トルクに比例して差動制限作用が大きくなるトルク感応式の差動機構であってもよい。また、遊星歯車機構により差動作用をなし、電磁クラッチの断続制御により差動制限トルクを連続的に変化させ、所定の調整範囲内で所望の分配比率を実現可能な分配比率可変型の差動機構であってもよい。いずれにせよ、センターデフ３１０は、前輪及び後輪に対しエンジントルクＴｅを分配可能な限り、公知非公知を問わず各種の実践的態様を採ってよい。
【００５９】
フロントデフ３２０は、センターデフ３１０によりフロントアクスル（前輪車軸）側に分配されたエンジントルクＴｅを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のＬＳＤである。フロントデフ３２０は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、フロントデフ３２０の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。
【００６０】
フロントデフ３２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もＥＣＵ１００により制御される構成となっている。従って、ＥＣＵ１００は、フロントデフ３２０の駆動制御を介して、所望の前輪左右制駆動力差（ここでは、駆動力差である）Ｆｆを生じさせることが可能である。尚、フロントデフ３２０の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある）を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。
【００６１】
リアデフ３３０は、センターデフ３１０によりプロペラシャフト１１を介してリアアクスル（後輪車軸）側に分配されたエンジントルクＴｅを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のＬＳＤである。リアデフ３３０は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、リアデフ３３０の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。
【００６２】
リアデフ３３０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もＥＣＵ１００により制御される構成となっている。従って、ＥＣＵ１００は、リアデフ３３０の駆動制御を介して、所望の後輪左右制駆動力差（ここでは、駆動力差である）Ｆｒを生じさせることが可能である。尚、リアデフ３３０の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力（尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある）を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。
【００６３】
ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、ハウジング、ＶＧＲＳモータ、減速機構及びロック機構（いずれも不図示）等を備えた操舵伝達比可変装置であり、本発明に係る「舵角可変手段」の一例である。
【００６４】
ＶＧＲＳアクチュエータ４００において、ＶＧＲＳモータ、減速機構及びロック機構は、ハウジングに収容されている。このハウジングは、操舵入力手段としてのステアリングホイル１２に連結されたアッパーステアリングシャフト１３の下流側の端部と固定されており、アッパーステアリングシャフト１３と略一体に回転可能に構成されている。
【００６５】
ＶＧＲＳモータは、回転子たるロータ、固定子たるステータ及び駆動力の出力軸たる回転軸を有するＤＣブラシレスモータである。ステータは、ハウジング内部に固定されており、ロータは、ハウジング内部で回転可能に保持されている。回転軸は、ロータと同軸回転可能に固定されており、その下流側の端部が減速機構に連結されている。このステータには、不図示の電気駆動回路から駆動電圧が供給される構成となっている。
【００６６】
減速機構は、差動回転可能な複数の回転要素を有する遊星歯車機構である。この複数の回転要素の一回転要素は、ＶＧＲＳモータの回転軸に連結されており、また、他の回転要素の一は、前述のハウジングに連結されている。そして残余の回転要素が、ロアステアリングシャフト１４に連結されている。
【００６７】
このような構成を有する減速機構によれば、ステアリングホイル１２の操作量に応じたアッパーステアリングシャフト１３の回転速度（即ち、ハウジングの回転速度）と、ＶＧＲＳモータの回転速度（即ち、回転軸の回転速度）とにより、残余の一回転要素に連結されたロアステアリングシャフト１４の回転速度が一義的に決定される。この際、回転要素相互間の差動作用により、ＶＧＲＳモータの回転速度を増減制御することによって、ロアステアリングシャフト１４の回転速度を増減制御することが可能となる。即ち、ＶＧＲＳモータ及び減速機構の作用により、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とは相対回転可能である。尚、減速機構における各回転要素の構成上、ＶＧＲＳモータの回転速度は、各回転要素相互間のギア比に応じて定まる所定の減速比に従って減速された状態でロアステアリングシャフト１４に伝達される。
【００６８】
このように、車両１０では、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とが相対回転可能であることによって、アッパーステアリングシャフト１３の回転量たる操舵角δＭＡと、ロアステアリングシャフト１４の回転量に応じて一義的に定まる（後述するラックアンドピニオン機構のギア比も関係する）操舵輪たる前輪の舵角δｆとの比たる操舵伝達比が、予め定められた範囲で連続的に可変となる。
【００６９】
尚、ロック機構は、ＶＧＲＳモータ側のクラッチ要素とハウジング側のクラッチ要素とを備えたクラッチ機構である。両クラッチ要素が相互に係合した状態においては、アッパーステアリングシャフト１３とＶＧＲＳモータの回転軸との回転速度が一致するため、必然的にロアステアリングシャフト１４との回転速度もこれらと一致する。即ち、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４とが直結状態となる。但し、ロック機構の詳細については、本発明との相関が薄いためここでは割愛する。
【００７０】
尚、ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作はＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００７１】
車両１０において、ロアステアリングシャフト１４の回転は、ラックアンドピニオン機構に伝達される。ラックアンドピニオン機構は、ロアステアリングシャフト１４の下流側端部に接続された不図示のピニオンギア及び当該ピニオンギアのギア歯と噛合するギア歯が形成されたラックバー１５を含む操舵伝達機構であり、ピニオンギアの回転がラックバー１５の図中左右方向の運動に変換されることにより、ラックバー１５の両端部に連結されたタイロッド及びナックル（符号省略）を介して操舵力が各操舵輪に伝達される構成となっている。即ち、ステアリングホイル１２から各前輪に至る操舵力の伝達機構は、本発明に係る「操舵装置」の一例である。
【００７２】
ＥＰＳアクチュエータ５００は、永久磁石が付設されてなる回転子たる不図示のロータと、当該ロータを取り囲む固定子であるステータとを含むＤＣブラシレスモータとしてのＥＰＳモータを備えた操舵トルク補助装置である。このＥＰＳモータは、不図示の電気駆動装置を介した当該ステータへの通電によりＥＰＳモータ内に形成される回転磁界の作用によってロータが回転することにより、その回転方向にＥＰＳトルクＴｅｐｓを発生可能に構成されている。
【００７３】
一方、ＥＰＳモータの回転軸たるモータ軸には、不図示の減速ギアが固定されており、この減速ギアはまた、ロアステアリングシャフト１４に設けられた減速ギアと噛合している。このため、本実施形態において、ＥＰＳモータから発せられるＥＰＳトルクＴｅｐｓは、ロアステアリングシャフト１４の回転をアシストするトルクとして機能する。このため、ＥＰＳトルクＴｅｐｓが、ステアリングホイル１２を介してアッパーステアリングシャフト１３に与えられるドライバ操舵トルクＭＴと同一方向に付与された場合には、ドライバの操舵負担は、ＥＰＳトルクＴｅｐｓの分だけ軽減される。
【００７４】
尚、ＥＰＳアクチュエータ５００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作はＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００７５】
車両１０には、操舵角センサ１６及び操舵トルクセンサ１７が備わる。
【００７６】
操舵角センサ１６は、アッパーステアリングシャフト１３の回転量を表す操舵角δＭＡを検出可能に構成された角度センサである。操舵角センサ１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された操舵角δＭＡは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００７７】
操舵トルクセンサ１７は、ドライバからステアリングホイル１２を介して与えられるドライバ操舵トルクＭＴを検出可能に構成されたセンサである。より具体的に説明すると、アッパーステアリングシャフト１３は、上流部と下流部とに分割されており、図示せぬトーションバーにより相互に連結された構成を有している。係るトーションバーの上流側及び下流側の両端部には、回転位相差検出用のリングが固定されている。このトーションバーは、車両１０のドライバがステアリングホイル１２を操作した際にアッパーステアリングシャフト１３の上流部を介して伝達される操舵トルク（即ち、ドライバ操舵トルクＭＴ）に応じてその回転方向に捩れる構成となっており、係る捩れを生じさせつつ下流部に操舵トルクを伝達可能に構成されている。従って、操舵トルクの伝達に際して、先に述べた回転位相差検出用のリング相互間には回転位相差が発生する。操舵トルクセンサ１７は、係る回転位相差を検出すると共に、係る回転位相差を操舵トルクに換算してドライバ操舵トルクＭＴに対応する電気信号として出力可能に構成されている。操舵トルクセンサ１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたドライバ操舵トルクＭＴは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００７８】
ＥＣＢ６００は、車両１０の前後左右各輪に個別に制動力を付与可能に構成された、本発明に係る「制駆動力可変手段」の他の一例たる電子制御式制動装置である。ＥＣＢ６００は、ブレーキアクチュエータ６１０並びに左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲに夫々対応する制動装置６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ及び６２０ＲＲを備える。
【００７９】
ブレーキアクチュエータ６１０は、制動装置６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ及び６２０ＲＲに対し、夫々個別に作動油を供給可能に構成された油圧制御用のアクチュエータである。ブレーキアクチュエータ６１０は、マスタシリンダ、電動オイルポンプ、複数の油圧伝達通路及び当該油圧伝達通路の各々に設置された電磁弁等から構成されており、電磁弁の開閉状態を制御することにより、各制動装置に備わるホイルシリンダに供給される作動油の油圧を制動装置各々について個別に制御可能に構成されている。作動油の油圧は、各制動装置に備わるブレーキパッドの押圧力と一対一の関係にあり、作動油の油圧の高低が、各制動装置における制動力の大小に夫々対応する構成となっている。
【００８０】
ブレーキアクチュエータ６１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、各制動装置から各車輪に付与される制動力は、ＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００８１】
車両１０は、車載カメラ１８及び車速センサ１９を備える。
【００８２】
車載カメラ１８は、車両１０のフロントノーズに設置され、車両１０の前方における所定領域を撮像可能に構成された撮像装置である。車載カメラ１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、撮像された前方領域は、画像データとしてＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で送出される構成となっている。ＥＣＵ１００は、この画像データを解析し、後述するＬＫＡ制御に必要な各種データを取得可能である。
【００８３】
車速センサ１９は、車両１０の速度たる車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００８４】
カーナビゲーション装置７００は、車両１０に設置されたＧＰＳアンテナ及びＶＩＣＳアンテナを介して取得される信号に基づいて、車両１０の位置情報、車両１０の周辺の道路情報（道路種別、道路幅、車線数、制限速度及び道路形状等）、信号機情報、車両１０の周囲に設置された各種施設の情報、渋滞情報及び環境情報等を含む各種ナビゲーション情報を提供可能な装置である。カーナビゲーション装置７００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作状態が制御される構成となっている。
【００８５】
ＡＲＳアクチュエータ８００は、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲの舵角である後輪舵角δｒを、ステアリングホイル１２を介してドライバが与える操舵入力とは独立して変化させることが可能な、本発明に係る「舵角可変手段」の他の一例たる後輪操舵用アクチュエータである。
【００８６】
ＡＲＳアクチュエータ８００は、ＡＲＳモータと減速ギア機構とを内蔵しており、このＡＲＳモータの駆動回路は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。従って、ＥＣＵ１００は、この駆動回路の制御により、ＡＲＳモータの出力トルクであるＡＲＳトルクＴａｒｓを制御することが可能である。一方、減速ギアは、このＡＲＳモータのトルクを、減速を伴ってリアステアロッド２０に伝達可能に構成されている。
【００８７】
リアステアロッド２０は、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲと、夫々ジョイント部材２１ＲＬ及び２１ＲＲを介して連結されており、ＡＲＳトルクＴａｒｓによりリアステアロッド２０が図示左右一方向に駆動されると、各後輪が一方向に転舵する構成となっている。尚、後輪操舵装置の実践的態様は、後輪舵角δｒを所定の範囲で可変とし得る限りにおいて、図示ＡＲＳアクチュエータ８００のものに限定されない。
【００８８】
＜実施形態の動作＞
＜ＬＫＡ制御の詳細＞
以下、図２を参照し、本実施形態の動作として、ＥＣＵ１００により実行されるＬＫＡ制御の詳細について説明する。ここに、図２は、ＬＫＡ制御のフローチャートである。尚、ＬＫＡ（Lane Keeping Assist）制御は、車両１０を目標走行路（本実施形態では、即ち車線（レーン）である）に追従させる制御であり、車両１０において実行される走行支援制御の一つである。また、目標走行路への追従は、即ち、本発明に係る「車両の目標運動状態」の一例である。
【００８９】
図２において、ＥＣＵ１００は、車両１０に備わる各種スイッチ類の操作信号、各種フラグ及び上記各種センサに係るセンサ信号等を含む各種信号を読み込む（ステップＳ１０１）と共に、予め車両１０の車室内に設置されたＬＫＡモード発動用の操作ボタンがドライバにより操作される等した結果としてＬＫＡモードが選択されているか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ＬＫＡモードが選択されていない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻す。
【００９０】
ＬＫＡモードが選択されている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、車載カメラ１８から送出される画像データに基づいて、ＬＫＡの目標走行路を規定する白線（白色である必要はない）が検出されているか否かを判別する（ステップＳ１０３）。
【００９１】
白線が検出されていない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、仮想の目標走行路を設定することができないため、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻す。一方、白線が検出されている場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、車両１０を目標走行路に追従させるに際して必要となる各種路面情報を算出する（ステップＳ１０４）。
【００９２】
ステップＳ１０４においては、公知の手法に基づいて、目標走行路の半径Ｒ（即ち、曲率の逆数である）、白線と車両１０との横方向の偏差たる横方向偏差Ｙ及び白線と車両１０とのヨー角偏差φが算出される。
【００９３】
これら各種路面情報が算出されると、ＥＣＵ１００は、車両１０を目標走行路へ追従させるために必要となる、ヨーレートγの目標値たる目標ヨーレートγｔｇを設定し（ステップＳ１０５）、同様に車体スリップ角βの目標値たる目標車体スリップ角βｔｇを設定する（ステップＳ１０６）。尚、車体スリップ角β及びヨーレートγは、夫々本発明に係る「車両状態量」の一例である。また、ステップＳ１０５及びＳ１０６は、本発明に係る「設定手段」の動作の一例である。
【００９４】
目標車体スリップ角βｔｇ及び目標ヨーレートγｔｇは、予めＲＯＭ等の然るべき記憶手段に、上記目標走行路の半径Ｒ、横方向偏差Ｙ及びヨー角偏差φに対応付けられる形でマップ化されて格納されており、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４において算出された各路面情報に応じて適宜該当する値を選択することにより目標車体スリップ角βｔｇ及び目標ヨーレートγｔｇを設定することが可能である。
【００９５】
各車両状態量の目標値が設定されると、車両状態量を目標値に収束させるための車両１０の状態制御量の目標値が決定される（ステップＳ１０７）。ＥＣＵ１００は、予め設定された車両運動モデルに基づいた数値演算処理により、この状態制御量としての前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの目標値を決定する。ステップＳ１０７に係る動作は、本発明に係る「決定手段」の動作の一例である。尚、車両運動モデルに基づいた前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの詳細な設定態様については後述する。
【００９６】
前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの各々の目標値が決定されると、ＥＣＵ１００は、これら状態制御量の目標値を実現する各輪の目標制駆動力を設定する（ステップＳ１０８）。
【００９７】
ここで、図３を参照し、各輪に作用する制駆動力と車両１０の旋回挙動との関係について説明する。ここに、図３は、各輪に作用する制駆動力と車両旋回方向との関係を例示する概念図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９８】
図３において、左前輪ＦＬに作用する左前輪駆動力をＦｄ＿ｆｌ、右前輪ＦＲに作用する右前輪駆動力をＦｄ＿ｆｒ、左後輪ＲＬに作用する左後輪駆動力をＦｄ＿ｒｌ、右後輪ＲＲに作用する右後輪駆動力をＦｄ＿ｒｒとする（各々図示実線参照）。また、左前輪ＦＬに作用する左前輪制動力をＦｂ＿ｆｌ、右前輪ＦＲに作用する右前輪制動力をＦｂ＿ｆｒ、左後輪ＲＬに作用する左後輪制動力をＦｂ＿ｒｌ、右後輪ＲＲに作用する右後輪制動力をＦｂ＿ｒｒとする（各々図示破線参照）。
【００９９】
ここで、図示のように、前後輪共に左右駆動力差が与えられ、Ｆｄ＿ｆｌ＞Ｆｄ＿ｆｒ、Ｆｄ＿ｒｌ＞Ｆｄ＿ｒｒなる関係が成立する場合、車両１０の旋回方向は図示弧線の通り右旋回方向となる。これは、前後輪共に、右旋回方向に作用するヨーモーメントが左旋回方向に作用するヨーモーメントよりも大きくなるためである。
【０１００】
一方、図示のように、前後輪共に左右制動力差が与えられ、Ｆｂ＿ｆｌ＜Ｆｂ＿ｆｒ、Ｆｂ＿ｒｌ＜Ｆｂ＿ｒｒなる関係が成立する場合にも、車両１０の旋回方向は図示弧線の通り右旋回方向となる。これも、駆動力差による旋回作用と同様に、前後輪共に右旋回方向に作用するヨーモーメントが左旋回方向に作用するヨーモーメントよりも大きくなるためである。このように、前後輪少なくとも一方に左右制駆動力差が生じると、車両１０は旋回挙動を示す。この左右制駆動力差と旋回挙動に係る車両状態量（即ち、ヨーレートγ及び車体スリップ角β）との相対関係を定義したものが、後述する車両運動モデルである。
【０１０１】
このように、車両１０では、前後輪の各々について、左右制駆動力差を与えることにより、車両１０を所望の旋回方向に旋回させることができる。一方、図２に戻り、前輪及び後輪について、左右制駆動力差の目標値が決定された場合、この決定された左右制駆動力差を与える各輪の制駆動力の制御量は一義的ではない。然るに、左右制駆動力差が目標値となるように設定される限りにおいて、目標とする車両運動を得ることが可能であるから、各輪の目標制駆動力は、どのように設定されてもよい。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、基本的に、その時点での制駆動力値に対し最も制御量変化が少なくて済むように目標制駆動力を設定する。
【０１０２】
尚、このような設定態様は一例であり、予め左右制駆動力差と目標制駆動力との間に他の設定規則が設けられる場合には、このような設定規則に従って目標制駆動力が決定されてもよい。例えば、このような設定規則とは、「制動力に駆動力を優先させる」、或いは「減速時には制駆動力の合計値が制動力となり加速時には制駆動力の合計値が駆動力となる」等の規則であってもよい。
【０１０３】
目標制駆動力が設定されると、ＥＣＵ１００は、設定された目標制駆動力が出力されるように駆動力分配装置３００又はＥＣＢ６００或いはその両方を適宜制御する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０８及びステップＳ１０９は、本発明に係る「制御手段」の動作の一例である。ステップＳ１０９を経ると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。
【０１０４】
ＬＫＡ制御はこのようにして実行され、各輪の制駆動力が目標左右制駆動力差に対応して制御されることにより、車両状態量たるヨーレートγ及び車体スリップ角βが夫々目標値へ向けて変化し、車両１０は目標運動状態、即ち、目標走行路に追従した走行が可能となるのである。
＜車両運動モデルに基づいた車両状態量制御の詳細＞
ここで、車両運動モデルの詳細について説明する。
【０１０５】
始めに、図４及び図５を参照し、車両運動モデルの基本となる、旋回挙動の概念について説明する。ここに、図４は、車両の一旋回状態における前後輪の様子を表す概念図である。また、図５は、舵角発生時にキングピン軸回りに発生するトルクの様子を表す概念図である。尚、これら各図において、図１と重複する箇所には、また、これら各図相互間で重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０６】
図４において、前後輪の接地点（前後輪共に図示白丸）を結ぶ軸線上に便宜的に車両１０の重心Ｇ（黒丸参照）を表すと、車両重心前車軸間距離ｌｆ及び車両重心後車軸間距離ｌｒは、夫々図示の通りである。また、ｌｆ＋ｌｒは、前後車軸間距離、即ちホイールベースｌとなる。
【０１０７】
また、前後輪の接地点を結ぶ軸線（即ち、車体の向き）と、車速Ｖの発生方向（図示矢線参照）とのなす角が車体スリップ角βである。他方、便宜的に軸線上に表された重心Ｇの旋回方向速度がヨーレートγである。尚、前後輪に舵角変化が生じると、前後輪には夫々前輪コーナリングパワーＫｆ及び後輪コーナリングパワーＫｒが発生する。
【０１０８】
一方、図５において、キングピン軸の接地点ＫＰと操作軸点Ａとの距離がキングピンオフセットｌｋである。一方、この操作軸点と、コーナリングフォースＹｆの着力点Ｂとの距離ｌｔは、操作軸点Ａとタイヤ接地点との距離であるキャスタートレールと、タイヤ接地点とコーナリングフォース着力点Ｂとの距離であるニューマチックトレールとの和を意味する。
【０１０９】
また、ＥＰＳアクチュエータ４００から供給されるＥＰＳトルクＴｅｐｓをキングピン軸回りのトルクに換算した値が、図示キングピン軸トルクτｅｐｓである。このキングピン軸トルクτｅｐｓとキングピン軸オフセットｌｋとによって、タイヤに作用するセルフアライニングトルクＴＳＡＴが規定される。
【０１１０】
本実施形態において、ＥＣＵ１００は、前後輪の左右制駆動力差の目標値を算出する（ステップＳ１０７の動作である）にあたり、車両運動モデルとして、下記（１）式を参照する。
【０１１１】
【数１】
ここで、（１）式における行列係数Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１及びＧ２２は、夫々、下記（２）乃至（５）式の如くに規定される。
【０１１２】
【数２】
【０１１３】
【数３】
【０１１４】
【数４】
【０１１５】
【数５】
尚、上記各式において、既出のもの以外の各参照記号の表す意味は以下の通りである。
【０１１６】
ｍ・・・車両重量
Ｉ・・・ヨー慣性モーメント
ｓ・・・ラプラス演算子
上記（１）式は、車両運動方程式から導出される関係式であるが、前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの二種類の状態制御量によって、車体スリップ角β及びヨーレートγを独立制御した二自由度の運動制御が可能であることを表している。尚、（１）式を得るにあたっての中間式は、説明の煩雑化を防ぐ目的から省略されている。
【０１１７】
ＥＣＵ１００は、図２のステップＳ１０７において、車両状態量（ヨーレートγ及び車体スリップ角β）の目標値（即ち、γｔｇ及びβｔｇ）を上記（１）式に代入し、上記（１）を満たす前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒを、状態制御量の目標値として決定するのである。
【０１１８】
このように、本実施形態によれば、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＡＲＳアクチュエータ８００といった、ドライバ操舵から独立して舵角変化を促す操舵デバイスを使用することなく、前後輪の左右制駆動力差を状態制御量として、車両１０を好適に目標運動状態に維持する又は近付けることができる。
【０１１９】
従って、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＡＲＳアクチュエータ８００といった、本発明に係る舵角可変手段に相当する装置を搭載しない車両においても、好適なレーンキープ走行が可能となるのである。
【０１２０】
尚、上記（１）式において、目標ヨーレートγｔｇをγｔｇ＝０（又は略ゼロ）とすれば、車両１０は、実質的にヨーレートを伴わない横方向移動、即ち平行移動を行い得る。レーンキープ走行が一種の自動操舵である点に鑑みれば、ヨーレートの発生は、ドライバに違和感を与える可能性があるから、このようにヨーレートを抑制した車両挙動を実現することによる実践上の利益は大である。
【０１２１】
特に、この種の平行移動は、直進走行中や緩やかに蛇行する走行路におけるレーンキープ走行等において顕著に効果的である。
【０１２２】
尚、本実施形態において、上記（１）式の車両運動モデルを規定する行列係数には、適宜本発明に係る「時定数要素」の一例として、ラプラス演算子ｓで表される周波数応答項が含まれている。これら周波数応答項は、車両１０の動的特性に応じた最適な状態制御量を決定するために有益である反面、演算負荷を重くするデメリットがある。
【０１２３】
そこで、ＥＣＵ１００は、ｓ＝０と扱って問題無いものとして予め定められた定常走行条件が満たされる場合には、係る周波数応答項をゼロとして扱って、演算負荷を軽減してもよい。例えば、一定速度で且つ車両状態量の大きな変化が無い走行状態においては（例えば、直進走行等）、このような簡略措置を講じても演算負荷の軽減効果に比するデメリットは生じないのである。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る車両運動制御について説明する。尚、第２実施形態に係る車両構成は、第１実施形態に係る車両１０と同等であるとする。
【０１２４】
ＬＫＡ制御においてＬＫＡモードが発動している場合、車両１０では、目標運動状態としてのレーンキープ走行が、ＥＣＵ１００の制御の下、一種の自動操舵として実行されている。この種の自動操舵においては、ドライバは、ステアリングホイル１２を保舵してもよいし、ステアリングホイル１２から手を離して手放し走行を行ってもよいが、いずれにせよ、積極的な操舵意思は有していないと考えるべきである。尚、積極的な操舵意思を有する場合は、所謂オーバーライド判定によって、ＬＫＡ制御は終了するか、或いは当該オーバーライド操作との協調が図られるが、それらは本願とは本質的に関係ない。
【０１２５】
一方、第１実施形態に例示した二自由度の車両運動制御においては、車両１０の旋回状態を規定する車両状態量（ヨーレートγ及び車体スリップ角β）が目標値に追従するよう制御されるから、車両１０の運動状態は目標運動状態を維持し得るものの、ドライバインターフェイスの観点から見ると、対策の余地がある。
【０１２６】
即ち、上記二自由度の運動制御では、ステアリングホイル１２の回転角としての操舵角δＭＡは、前後輪の左右制駆動力差Ｆｆ及びＦｒによってもたらされる前輪の舵角変化によって成り行きで変化することになる。このような操舵角δＭＡの無秩序な変化は、ドライバにとって違和感となる可能性がある。
【０１２７】
そこで、第２実施形態においては、車両１０に備わる舵角可変手段としてのＶＧＲＳアクチュエータ４００を利用して、ＥＣＵ１００が、三自由度の車両運動制御を実行する。追加される自由度、即ち、車両状態量とは、即ち、操舵角δＭＡである。
【０１２８】
具体的には、ＥＣＵ１００は、図２に例示するＬＫＡ制御におけるステップＳ１０５及びステップＳ１０６に相前後して目標操舵角δＭＡｔｇを設定すると共に、ステップＳ１０７において状態制御量の目標値を決定するにあたって、ＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳの目標値を決定する。
【０１２９】
ＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳとは、アッパーステアリングシャフト１３とロアステアリングシャフト１４との相対回転角である。ＶＧＲＳアクチュエータ４００は、前輪舵角δｆを可変に制御し得る操舵デバイスであるが、この前輪舵角δｆの変化は、これらシャフト間の相対回転によって導かれる。従って、一の前輪舵角δｆに対する操舵角δＭＡを可変に制御することができるのである。ＶＧＲＳ相対回転角δＶＧＲＳは、即ち、本発明に係る「舵角制御量」の一例である。
【０１３０】
ここで、ＥＣＵ１００は、既に述べたように、車両運動方程式から導かれる車両運動モデルに基づいてステップＳ１０７に係る処理を実行する。第２実施形態に係る車両運動モデルは、下記（６）式に表される。
【０１３１】
【数６】
ここで、行列係数Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１及びＧ２２については、第１実施形態と同等である。一方、行列係数Ｇ１３、Ｇ２３、Ｇ３１、Ｇ３２及びＧ３３は夫々下記（７）乃至（１１）式によって表される。
【０１３２】
【数７】
【０１３３】
【数８】
【０１３４】
【数９】
【０１３５】
【数１０】
【０１３６】
【数１１】
ここで、Ｎは操舵伝達比であり、前輪舵角δｆ、操舵角δＭＡ及びＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳと、下記（１２）式の関係を有する。
【０１３７】
【数１２】
ここで、（６）式において、行列係数Ｇ１３及びＧ２３は共にゼロである。即ち、ＶＧＲＳアクチュエータ４００のように、ステアリングシャフトの相対回転を可能とする操舵デバイスの場合、第１実施形態に例示した前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒの算出プロセスは不変であり、車体スリップ角βとヨーレートγによって規定される旋回挙動中に、ＶＧＲＳアクチュエータ４００による操舵角δＭＡの補正を行えばよい。
【０１３８】
従って、第２実施形態によれば、旋回挙動を伴う自動操舵の実行時において、操舵角δＭＡを所望の値に維持することが簡便にして可能となる。
【０１３９】
一方、ステップＳ１０６におけるドライバに与える違和感を軽減することを目的とした目標操舵角δＭＡｔｇは、各種の設定基準が考えられる。
【０１４０】
例えば、ＥＣＵ１００は、第１実施形態で述べた車両１０の平行移動を実現するにあたって、目標操舵角δＭＡｔｇをゼロ相当値に設定してもよい。ヨーレートγがゼロ相当値に維持された平行移動においては、操舵角は生じない方が、視覚上の違和感が少ないからである。
【０１４１】
或いは、ＥＣＵ１００は、目標操舵角δＭＡｔｇは、目標ヨーレートγｔｇ又は実際のヨーレートγ（これらは、理想的には無論一致する）が示す旋回方向と同方向に設定されてもよい。ヨーレートγが示す旋回方向と操舵角δＭＡの方向が逆である場合、通常の走行であれば、視覚上の違和感が生じ易いからである。但し、スポーツ走行モード等の設定が可能な場合、敢えてヨーレートγが示す旋回方向と操舵角δＭＡの発生方向とを逆にして、所謂カウンタステアに類する状態を擬似的に生じさせてもよい。
【０１４２】
或いは、ＥＣＵ１００は、ＬＫＡモードを含む各種自動操舵中において、常時目標操舵角δＭＡｔｇをゼロ相当値に維持してもよい。これは、敢えて違和感を生じさせることによって、ドライバに自動操舵中であることを認識させ、不注意運転や漫然運転を防止する見地から効果的である。
【０１４３】
或いは、ＥＣＵ１００は、ドライバがステアリングホイル１２に触れているか否かに応じて、目標操舵角δＭＡｔｇを相違させてもよい。より具体的には、ドライバがステアリングホイル１２に触れている場合には、ステアリングホイル１２が回転することによって、体感上の違和感を与える可能性がある。従って、ステアリングホイル１２への接触時にはδＭＡｔｇをゼロ相当値とし、非接触時には、視覚上の違和感が生じない範囲でステアリングホイル１２が回転するようにδＭＡｔｇを設定してもよい。
【０１４４】
或いは、ＥＣＵ１００は、車両１０に備わるカーナビゲーション装置７００等を介して走行路の状態を検出し、例えば、走行路の勾配、形状、路面摩擦又は道幅等を総合的に勘案して、目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。例えば、道幅が狭い走行路においては、道幅が広い走行路と比較して目標操舵角δＭＡｔｇを小さくして、ドライバの心理負担を緩和してもよい。
【０１４５】
或いは、ＥＣＵ１００は、自動操舵中に採り得る操舵角δＭＡの範囲或いは操舵角速度の範囲に一定の制限を与えてもよい。例えば、ステアリングホイル１２が１８０度以上回転した場合、元より操舵操作を行っていないドライバは、ステアリングホイル１２がいずれの方向に回転しているのか把握できない可能性がある。また、操舵角速度が大きいと、ドライバが焦りを感じて、不要な本来不要な操舵操作を行うことにより一種のオーバーライドが生じる可能性がある。その場合、自動操舵が不当に終了する（あくまで、ドライバにとって不当なのであり、制御上は、オーバーライドによる終了なので正常である）可能性がある。これらの懸念を払拭するのに、この種の制限は顕著に効果的である。
【０１４６】
尚、本実施形態に係る車両１０は、後輪操舵装置としてのＡＲＳアクチュエータ８００と、操舵トルク制御デバイスとしてのＥＰＳアクチュエータ５００とを有するが、本実施形態に係る上述した車両運動制御に、ＡＲＳアクチュエータ８００及びＥＰＳアクチュエータ５００が不要であることは言うまでもない。即ち、本実施形態に係る上述した実践上の利益は、各輪の制駆動力を変化させることが可能な制駆動力可変手段としてのＥＣＢ６００及び駆動力分配装置３００の少なくとも一方と、ＶＧＲＳアクチュエータ４００のみによって好適に実現され得る。
＜第３実施形態＞
第２実施形態に例示した操舵角δＭＡの制御を伴う三自由度の車両運動制御は、ＶＧＲＳアクチュエータ４００の代わりにＡＲＳアクチュエータ８００を制御することによっても好適に実現可能である。第３実施形態では、このようなＡＲＳアクチュエータ８００を利用した車両運動制御について説明する。
【０１４７】
尚、第３実施形態に係る車両構成は、第１及び第２実施形態と同等であるとする。
【０１４８】
第３実施形態において、ＥＣＵ１００は、図２に例示するＬＫＡ制御におけるステップＳ１０５及びステップＳ１０６に相前後して目標操舵角δＭＡｔｇを設定すると共に、ステップＳ１０７において状態制御量の目標値を決定するにあたって、後輪舵角δｒの目標値を決定する。後輪舵角δｒは、即ち、本発明に係る「舵角制御量」の他の一例である。
【０１４９】
ここで、ＥＣＵ１００は、既に述べたように、車両運動方程式から導かれる車両運動モデルに基づいてステップＳ１０７に係る処理を実行する。第２実施形態に係る車両運動モデルは、下記（１３）式に表される。
【０１５０】
【数１３】
ここで、（１３）式における行列係数Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３、Ｈ３１、Ｈ３２及びＨ３３は、夫々、下記（１４）乃至（２２）式の如くに規定される。
【０１５１】
【数１４】
【０１５２】
【数１５】
【０１５３】
【数１６】
【０１５４】
【数１７】
【０１５５】
【数１８】
【０１５６】
【数１９】
【０１５７】
【数２０】
【０１５８】
【数２１】
【０１５９】
【数２２】
尚、上記（１３）式は、下記（２３）式及び（２４）式を拘束条件として、横力の釣り合い、重心回りのモーメントの釣り合い及びキングピン軸回りのトルクの静的な釣り合いに関する運動方程式を簡素化して得られたものである。
【０１６０】
【数２３】
【０１６１】
【数２４】
即ち、本実施形態に係る車両運動モデルは、第２実施形態で使用したＶＧＲＳ相対角δＶＧＲＳと、キングピン軸トルクτＥＰＳと、操舵角δＭＡに対し発生する操舵トルクＴｓｔｅｅｒと、セルフアライニングトルクＴｓａｔが、いずれもゼロであることを前提として構築されている。
【０１６２】
このように、第３実施形態に係る車両運動制御によれば、後輪舵角可変装置としてのＡＲＳアクチュエータ８００を使用して後輪舵角δｒを制御することによって、操舵角δＭＡを目標操舵角δＭＡｔｇに維持しつつヨーレートγ及び車体スリップ角βを好適に制御することができる。
【０１６３】
ここで特に、本実施形態に係る車両運動制御は、第２実施形態に係る車両運動制御と、操舵角δＭＡを目標値に維持しつつ旋回状態を好適に制御し得る点については同様であるが、第２実施形態と較べると、操舵角δＭＡが前後輪の左右制駆動力差に影響を及ぼす点において異なっている。
【０１６４】
第２実施形態に係る車両運動モデルでは、前後輪の左右制駆動力差が操舵角δＭＡから独立しており、操舵角制御は、所望の旋回挙動を作り出す前後輪の左右制駆動力差によって成り行きで生じた前輪舵角δｆに対して受動的になされるに過ぎない。
【０１６５】
従って、一方で簡便に操舵角制御を行い得る反面、車両状態量制御に使用するデバイス相互間の協調制御を実現することが困難である。
【０１６６】
その点、後輪舵角δｆを状態制御量として有する本実施形態に係る車両運動モデルによれば、後輪舵角δｆ、前輪左右制駆動力差Ｆｆ及び後輪左右制駆動力差Ｆｒが相互に影響しあうから、第２実施形態とは異なる制御もまた可能となり得る。
【０１６７】
例えば、ＥＣＵ１００は、ＬＫＡ制御において目標操舵角δＭＡｔｇを設定するにあたって、駆動力分配装置３００、ＥＣＢ６００及びＡＲＳアクチュエータ８００の全体的なエネルギ消費量（これらが全て電気エネルギにより駆動される場合、エネルギ消費を一元管理することが可能である）が最小となる目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、低燃費化及び低消費電力化を図ることが可能となる。
【０１６８】
或いは、ＥＣＵ１００は、前輪又は後輪或いはその両方における、左右制駆動力差が最小となるように目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、ＡＲＳアクチュエータ８００の耐久性を確保することができる。
【０１６９】
或いは、ＥＣＵ１００は、後輪舵角δｒが最小となる目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪舵角δｒの最大切れ角が制限されている場合でも、旋回挙動の制御を好適に継続することができる。
【０１７０】
或いは、ＥＣＵ１００は、後輪の舵角制御を優先しつつ後輪の舵角制御限界付近で制駆動力差優先の制御に切り替わるように、適宜目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、ＡＲＳアクチュエータ８００の動作範囲に制限されない挙動制御が可能となる。
【０１７１】
或いは、ＥＣＵ１００は、後輪の左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、旋回挙動の不安定化を抑制することができる。
【０１７２】
或いは、ＥＣＵ１００は、車両減速時において、後輪の左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、減速時の車両挙動の不安定化を抑制することができる。
【０１７３】
或いは、ＥＣＵ１００は、旋回時において、後輪左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、旋回時の車両挙動の不安定化を抑制することができる。
【０１７４】
或いは、ＥＣＵ１００は、前後左右各輪の摩擦円に対する前後力及び横力の二乗和の比が最小となる目標操舵角δＭＡｔｇを設定してもよい。このようにすれば、各輪の負荷を均等化し、外乱に対する余裕を持たせることが可能となる。
【０１７５】
尚、このように、目標操舵角δＭＡｔｇは、目標ヨーレートγｔｇ及び目標車体スリップ各βｔｇを実現し得る前輪左右制駆動力差Ｆｆ、後輪左右制駆動力差Ｆｒ及び後輪舵角δｒの組み合わせの中から、所望の値を選択する形態を採ってもよい。
【０１７６】
尚、本実施形態に係る車両１０は、操舵伝達比操舵装置としてのＶＧＲＳアクチュエータ４００と、操舵トルク制御デバイスとしてのＥＰＳアクチュエータ５００とを有するが、本実施形態に係る上述した車両運動制御に、ＶＧＲＳアクチュエータ４００及びＥＰＳアクチュエータ５００が不要であることは言うまでもない。即ち、本実施形態に係る上述した実践上の利益は、各輪の制駆動力を変化させることが可能な制駆動力可変手段としてのＥＣＢ６００及び駆動力分配装置３００の少なくとも一方と、ＡＲＳアクチュエータ８００のみによって好適に実現され得る。
【０１７７】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、例えば、車両を目標走行路に追従させる機能を有する車両に利用可能である。
【符号の説明】
【０１７９】
ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ…車輪、１０…車両、１１…プロペラシャフト、１２…ステアリングホイル、１３…アッパーステアリングシャフト、１４…ロアステアリングシャフト、１５…ラックバー、１６…操舵角センサ、１７…操舵トルクセンサ、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…制駆動力分配装置、３１０…センターデファレンシャル機構、３２０…フロントデファレンシャル機構、３３０…リアデファレンシャル機構、４００…ＶＧＲＳアクチュエータ、５００…ＥＰＳアクチュエータ、６００…ＥＣＢ、６１０…ブレーキアクチュエータ、６２０ＦＬ、６２０ＦＲ、６２０ＲＬ、６２０ＲＲ…制動装置、８００…ＡＲＳアクチュエータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置であって、
前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、
予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、
前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記車両運動モデルは、前記車両の構成に応じて定まる時定数要素を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記車両が定常走行状態にある場合に、前記時定数要素を考慮することなく前記目標値を決定する
ことを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記車両は、前輪又は後輪の舵角を、該舵角の変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な舵角可変手段を備え、
前記車両運動モデルは、前記車両状態量として操舵角を含むと共に前記状態制御量として前記舵角に対応付けられた舵角制御量を含み、
前記設定手段は、前記車両状態量の目標値として前記操舵角の目標値を更に設定し、
前記決定手段は、前記状態制御量の目標値として前記舵角制御量の目標値を更に決定し、
前記制御手段は、前記舵角制御量が前記決定された目標値となるとなるように前記舵角可変手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記各々における左右制駆動力差が最小となるように前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の車両の制御装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記操舵角及び操舵角速度の各々が該各々について設定された基準値未満となるように前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の車両の制御装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前記車両の旋回時において前記ヨーレートによって規定される旋回方向と同方向となるように前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【請求項８】
前記設定手段は、前記車両の走行路の状態に応じて前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【請求項１】
前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置であって、
前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、
予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、
前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記車両運動モデルは、前記車両の構成に応じて定まる時定数要素を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記車両が定常走行状態にある場合に、前記時定数要素を考慮することなく前記目標値を決定する
ことを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記車両は、前輪又は後輪の舵角を、該舵角の変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な舵角可変手段を備え、
前記車両運動モデルは、前記車両状態量として操舵角を含むと共に前記状態制御量として前記舵角に対応付けられた舵角制御量を含み、
前記設定手段は、前記車両状態量の目標値として前記操舵角の目標値を更に設定し、
前記決定手段は、前記状態制御量の目標値として前記舵角制御量の目標値を更に決定し、
前記制御手段は、前記舵角制御量が前記決定された目標値となるとなるように前記舵角可変手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記各々における左右制駆動力差が最小となるように前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の車両の制御装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記操舵角及び操舵角速度の各々が該各々について設定された基準値未満となるように前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の車両の制御装置。
【請求項７】
前記設定手段は、前記車両の旋回時において前記ヨーレートによって規定される旋回方向と同方向となるように前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【請求項８】
前記設定手段は、前記車両の走行路の状態に応じて前記操舵角の目標値を設定する
ことを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０７３１４（Ｐ２０１１−２０７３１４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６２２５（Ｐ２０１０−７６２２５）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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