車両制御装置
【課題】従動輪には駆動力が要求されないように制御することによって４輪駆動車以外の車両に対しても各車輪のμ利用率を最小化する制御が行われるようにする。
【解決手段】演算手段１４によって、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最小にする各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量を演算し、判定手段１６によって駆動力制御量が与えられた従動輪を制約輪として判定し、演算手段１８により、制約輪に対する前後力を０とした拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最小化する制御量を演算し、制御手段２０により制約輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御すると共に、制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、または制動力及び駆動力の少なくとも一方、及び操舵角を制御する。
【解決手段】演算手段１４によって、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最小にする各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量を演算し、判定手段１６によって駆動力制御量が与えられた従動輪を制約輪として判定し、演算手段１８により、制約輪に対する前後力を０とした拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最小化する制御量を演算し、制御手段２０により制約輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御すると共に、制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、または制動力及び駆動力の少なくとも一方、及び操舵角を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置にかかり、特に、４輪駆動車以外の車両に対して各輪のμ利用率を最小化することができる車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
４輪の操舵角と制駆動力とを独立に制御する方法として、所定の車体合成力とモーメントとを達成する各輪タイヤ発生力の組み合わせの中で、各輪のμ利用率を均等に最小化する、すなわちタイヤグリップ余裕度を最大化する各輪タイヤ発生力を実現する技術が知られている（特許文献１）。この方法では、４輪独立操舵・制駆動車における限界性能の向上を目的として、各輪のμ利用率が最小になるようにタイヤの前後力と横力との協調を行う操舵・制駆動統合制御アルゴリズムを使用している。このため、旋回時には操舵及び制駆動が常に働く制御が、理想的なアクチュエータ動作として導出される。
【０００３】
この技術では、タイヤ発生力を効率よく利用することが可能となるため、タイヤグリップ余裕度が重要となる限界走行領域における運動性能向上に大きく貢献することができる。
【特許文献１】特開２００４−２４９９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のアルゴリズムを利用すると、加速時に４輪全輪に駆動力を与える制御が要求される可能性があり、このため４輪駆動車以外の車両、例えば、フロントエンジン・リアドライブ車両やフロントエンジン・フロントドライブ車両には適用が困難である。
【０００５】
本発明は、従動輪へは駆動力が要求されないように制約条件を付加して最適演算を行うことにより従動輪には駆動力が要求されない制御が行われるようにし、従動輪には制動力及び操舵角の少なくとも一方のみが独立に与えるようにした車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量を演算する第１の制御量演算手段と、前記第１の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、予め定められた車輪に対して駆動力制御量が与えられたか否かを判定し、該駆動力制御量が与えられた車輪を制約輪として判定する制約輪判定手段と、前記拘束条件において前記制約輪に対する駆動力に相当する前後力を実質的に０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量であって、該制約輪の操舵角を制御するための第１の制御量、及び該制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第２の制御量、または前記第１の制御量、前記第２の制御量、及び該制約輪以外の車輪の操舵角を制御する第３の制御量を含む制御量を演算する第２の制御量演算手段と、前記第２の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、前記制約輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御すると共に、前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、または前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、及び操舵角を制御する制御手段と、を含んで構成したものである。なお、実質的に０とは、タイヤの転がり抵抗などの影響を考慮して０以外の値に設定することを想定したものである。
【０００７】
第１の制御量演算手段で駆動力制御量を含む制御量を演算する場合には、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するための制駆動力制御量、または前記制駆動力制御量及び各輪の操舵角を制御する操舵制御量を含む制御量を演算するようにすることができる。
【０００８】
また、本発明の予め定められた車輪を左右従動輪とし、第２の制御量演算手段によって左右従動輪の舵角が一致するように制御量を演算するようにすることができる。
【０００９】
本発明によれば、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量が演算される。各車輪のμ利用率を最適化する制御量としては、各輪のμ利用率を均等に最小化する制御量、または各輪のタイヤ発生力の大きさが輪荷重に比例するようにする制御量等を用いることができる。
【００１０】
そして、予め定められた車輪に対して駆動力制御量が与えられた場合には、駆動力制御量が与えられた車輪を制約輪とし、この制約輪に対する駆動力に相当する前後力を０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量を再度演算する。これにより、制約輪に対しては制動力及び操舵角の少なくとも一方が制御されるため、駆動力発生手段を有さない車輪を備えた車両に対してもμ利用率を最適化する制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、駆動力発生手段を有さない車輪に対しては駆動力に相当する前後力を０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量を再度演算しているため、駆動力発生手段を有さない車輪を備えた車両に対してもμ利用率を最適化する制御を行うことができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図1に示す車体前後軸の方向をＸ軸（前方を正）、車体左右方向をＹ軸（左方向を正）、原点を車両重心とするＸＹ座標系で車両運動のモデル化を行う。図１に示すように各輪の摩擦円の大きさＦi（ｉ=１：左前輪、２：右前輪、３：左後輪、４：右後輪）が既知であると仮定し、所定のヨーモーメントＭzoと車体フォース（車体前後力Ｆx0、及び車体横力Ｆy0の合力である車体合力）とを確保しつつ、各輪のμ利用率を均等に最小化することにより最適化するための各輪タイヤ発生力の方向（Ｘ軸と単輪発生力の成す角ｑi）を求める。
【００１４】
なお、各輪のμ利用率は、各輪のタイヤ発生力に対する各輪の摩擦円の大きさの比で定義される物理指標であり、μ利用率が小さいほどタイヤ発生力に余裕があることを示す。すなわち、μ利用率は、タイヤグリップ余裕度を最大化する各輪タイヤ発生力を実現する指標であり、μ利用率とグリップ余裕度との間には、グリップ余裕度＝１−μ利用率の関係がある。
【００１５】
まず、所定のヨーモーメントと車体フォース（車体合力）とを確保するという拘束条件のモデル化を行う。各タイヤの位置（Ｘ，Ｙ）＝（ｌi，ｄi）は、図１から以下のように記述することができる。
【００１６】
【数１】
なお、Ｔf、Ｔrは各々前輪及び後輪の左右輪間のトレッド間隔、Ｌf、Ｌrは各々前輪及び後輪のＹ軸からの水平距離である。
【００１７】
また、各輪のμ利用率をγとすると、各輪の発生力方向ｑi（Ｘ軸に対し、反時計方向を正とする）には、以下の拘束条件が存在する。
【００１８】
【数２】
ここで、（９）式及び（１１）式からγを消去すると、
【００１９】
【数３】
が得られ、同様に、（１０）式及び（１１）式からγを消去して整理すると、
【００２０】
【数４】
が得られる。
【００２１】
次に、前輪が従動輪であるという制約条件が無い場合、すなわち４輪とも駆動輪の場合の最適配分を導出する。ここでは、最大化を目的とした評価関数として次式を定義する。
【００２２】
【数５】
ただし、ｄ0、ｌ0は力とモーメントの次元を合わせるための定数であり、ここでは、
【００２３】
【数６】
と設定する。また、（９）〜（１１）式を（１４）式に代入すると、
【００２４】
【数７】
となる。（１４）式右辺の分子は、定数であるため、結局、（１７）式を最大化するｑiを見出せば、γを最小化することになる。したがって、非線形最適化問題として、次の問題１のように定式化される。
（問題１）
（１２）式及び（１３）式の拘束条件を満足し、（１７）式を最大化するｑiを求める。
【００２５】
ここでは、この非線形最適化問題を、逐次２次計画法のアルゴリズムを利用して解くことにする。まず、ｓｉｎｑi， ｃｏｓｑiを
【００２６】
【数８】
と１次近似することによって、（１２）式及び（１３）式の拘束条件は、次式のように線形化される。
【００２７】
【数９】
また、ｓｉｎｑi， ｃｏｓｑiを２次のテーラー展開によって、
【００２８】
【数１０】
と近似すると（１７）式の評価関数は、
【００２９】
【数１１】
と記述できる。さらに、
【００３０】
【数１２】
という変数変換を行うことによって、評価関数は、
【００３１】
【数１３】
ただし、
【００３２】
【数１４】
となり、pのユークリッドノルム最小化問題に変換される。また、線形近似された拘束条件は、
【００３３】
【数１５】
と記述される。(３１)式を満足するユークリッドノルム最小解は、
【００３４】
【数１６】
と求めることができる。ただし、Ａ+は行列Ａの擬似逆行列である。なお、Ａが横長フルランクの行列の場合、Ａの擬似逆行列は、
【００３５】
【数１７】
で演算できる。結局、
【００３６】
【数１８】
の関係が得られる。ただし、
【００３７】
【数１９】
である。逐次２次計画法のアルゴリズムは、（３７）式で導出されたｑiを用いて再び（２５）〜（２７）式、（３２）〜（３５）式、及び（３７）式の演算を実施する再帰的な手法によって収束演算を行う手法である。また、このアルゴリズムによって導出されたｑiを利用した場合のμ利用率は、（１４）式及び（１７）式から
【００３８】
【数２０】
と演算することができる。
【００３９】
次に前輪一輪が制約される場合、すなわち前輪一輪を従動輪とした場合の最適配分について説明する。上述のアルゴリズムによって演算された結果において、前輪の左右いずれかの一輪の前後力が正となった場合（駆動力が要求されている場合）、すなわち、角ｑiが−π／２＜ｑi＜π／２となった場合には、この車輪の前後力（角ｑiが上記の範囲に存在するため、駆動力に相当する）を０に拘束した状態で配分アルゴリズム演算を行う。前後力を０に拘束した車輪、すなわち制約輪の横力は、本来操作量として自由に変更できるが、ここでは、左右輪の舵角を一致させるように拘束し、
Ｆyj＝γＦjｓｉｎｑk （ｊ＝１，２、ｋ＝２，１） （３９）
とする。ただし、ここでは、第ｊ輪を制約輪、第ｋ輪を非制約輪と仮定している。この横力は、スリップ角が一致している場合、接地荷重に比例した力が発生するという仮定の基での定式化を行っており、第ｋ輪の制動力が横力に及ぼす影響については無視している。
【００４０】
図２は、右前輪が制約輪（従動輪）となる場合、すなわち、ｊ＝２、ｋ＝１の場合の各輪発生力を示している。
【００４１】
上記（３９）式を用いて車体フォース及びモーメントに関する拘束条件を記述すると以下のようになる。
【００４２】
【数２１】
また、μ利用率を消去すると、
【００４３】
【数２２】
となる。さらに、評価関数は、次式のように記述される。
【００４４】
【数２３】
結局、上記（４５）式を最大化するｑk、ｑiを見出せば、μ利用率γを最小化することになる。したがって、非線形最適化問題として次のように定式化される。
（問題２）
（４３）式及び（４４）式の拘束条件を満足し、（４５）式を最大化するｑk、ｑiを求める。
【００４５】
上記と同様に評価関数を２次のテーラー展開で近似すると、
【００４６】
【数２４】
と記述できる。ただし、
【００４７】
【数２５】
【００４８】
【数２６】
である。ここで、
【００４９】
【数２７】
という変数変換を行うと、
【００５０】
【数２８】
ただし、
【００５１】
【数２９】
となり、pのユークリッドノルム最小化問題に変換される。また、線形近似された拘束条件は、
【００５２】
【数３０】
と記述される。(５８)式を満足するユークリッドノルム最小解は、
【００５３】
【数３１】
と求めることができる。結局、
【００５４】
【数３２】
の関係が得られる。ただし、
【００５５】
【数３３】
である。逐次２次計画法のアルゴリズムは、（６５）式で導出されたｑk、ｑiを用いて再び（４７）〜（４９）式、（５１）〜（５３）式、（５９）〜（６４）式、及び（６６）式の演算を実施する再帰的な手法によって収束演算を行う手法である。また、このアルゴリズムによって導出されたｑk、ｑiを利用した場合のμ利用率γは、（４５）式から次のように導出することができる。
【００５６】
【数３４】
である。
【００５７】
次に前輪二輪が制約される場合の最適配分について説明する。上述のアルゴリズムによって演算された結果において、前輪二輪の前後力が共に正となった場合（共に駆動力が要求されてちる場合）、すなわち、角ｑiが−π／２＜ｑi＜π／２となった場合、これらの車輪の前後力（角ｑiが上記の範囲に存在するため、駆動力に相当する）を０に拘束した状態で配分アルゴリズム演算を行う。前後力を０に拘束した車輪（制約輪）の横力は、本来操作量として自由に変更できるが、ここでは、左右輪の舵角を一致させるという拘束を考慮し、
Ｆyj＝γＦjｓｉｎｑf （ｊ＝１，２） （６９）
とする。この横力は、スリップ角が一致している場合、接地荷重に比例した力が発生するという仮定の基での定式化を行っており、左右各輪の横力と左右各輪の摩擦円の大きさとの比γfを−γ≦γf≦γの範囲で自由に設定するパラメータとしてｓｉｎｑfを利用している。
【００５８】
図３は、前輪の左右輪が共に制約輪（従動輪）となる場合の各輪発生力を示している。
【００５９】
上記（６９）式を用いて車体フォース及びモーメントに関する拘束条件を記述すると以下のようになる。
【００６０】
【数３５】
また、μ利用率を消去すると、
【００６１】
【数３６】
となる。さらに、評価関数は、次式のように記述される。
【００６２】
【数３７】
結局、上記（７５）式を最大化するｑf、ｑiを見出せば、μ利用率γを最小化することになる。したがって、非線形最適化問題として次のように定式化される。
（問題３）
（７３）式及び（７４）式の拘束条件を満足し、（７５）式を最大化するｑf、ｑiを求める。
【００６３】
上記と同様に評価関数を２次のテーラー展開で近似すると、
【００６４】
【数３８】
と記述できる。ただし、
【００６５】
【数３９】
【００６６】
【数４０】
である。ここで、
【００６７】
【数４１】
という変数変換を行うと、
【００６８】
【数４２】
ただし、
【００６９】
【数４３】
となり、pのユークリッドノルム最小化問題に変換される。また、線形近似された拘束条件は、
【００７０】
【数４４】
と記述される。(８８)式を満足するユークリッドノルム最小解は、
【００７１】
【数４５】
と求めることができる。結局、
【００７２】
【数４６】
の関係が得られる。ただし、
【００７３】
【数４７】
である。逐次２次計画法のアルゴリズムは、（９５）式で導出されたｑf、ｑiを用いて再び（７７）〜（７９）式、（８１）〜（８３）式、（８９）〜（８４）式、及び（９６）式の演算を実施する再帰的な手法によって収束演算を行う手法である。また、このアルゴリズムによって導出されたｑf、ｑiを利用した場合のμ利用率は、（７５）式から
【００７４】
【数４８】
と導出することができる。
【００７５】
図４は、上記で説明したアルゴリズムの演算例を示したものである。図４（ａ）は、一輪が従動輪すなわち制約輪となる場合で、車体前後力、車体横力、及びヨーモーメントは、Ｆx0＝１０００Ｎ、Ｆy0＝４０００Ｎ、Ｍz0＝５００Ｎｍであり、（ｂ）は、二輪が従動輪すなわち制約輪となる場合で、Ｆx0＝−５００Ｎ、Ｆy0＝４０００Ｎ、Ｍz0＝−１５００Ｎｍである。前輪の一輪が制約輪となる場合、及び左右前輪共に制約輪となる場合のいずれの場合も、従動輪に拘束条件が無い場合の解に近い値が演算されている。
【００７６】
上記では、前輪が制約輪になる場合、すなわちフロントエンジン・リアドライブのＦＲ車に適用した場合について説明したが、フロントエンジン・フロントドライブのＦＦ車等の他の駆動方式の車両についても従動輪が存在する車両に対して同様に適用することができる。
【００７７】
次に、上記のアルゴリズムを利用して上記のように導出した力を得るための本発明の車両制御装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、ＦＲ車両に本発明を適用したものである。したがって、本実施の形態の従動輪は前輪２輪である。
【００７８】
図５に示すように、本実施の形態には、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えられる車体前後力及び車体横力（車体目標フォース）の大きさ及び方向、及びヨーモーメントを演算する目標車体フォース・モーメント演算手段１０、各車輪の摩擦円の大きさを各々推定する摩擦円推定手段１２、及び車体目標フォースの大きさ及び方向、ヨーモーメント、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメートとして含む上記の（１２）式及び（１３）式の拘束条件に基づいて、各車輪で発生する力が最適になるように、例えば摩擦円に対して使用する力が最小になるように、すなわちμ利用率が均等に最小になるように力を分配する最適発生力分配演算手段１４が設けられている。
【００７９】
最適発生力分配演算手段１４には、従動輪であってかつ駆動力を制御するための制御量が与えられた車輪を制約輪として判定する制約輪判定手段１６が接続されている。
【００８０】
さらに、車体目標フォース・モーメント演算手段１０には、車体目標フォースの大きさ及び方向、ヨーモーメント、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメートとして含む上記の拘束条件において、制約輪判定手段１６で判定された制約輪の駆動力に相当する前後力を０に変更した新たな制約条件に基づいて、再度μ利用率が均等に最小になるように力を分配する制約条件付き最適発生力配分演算手段１８が接続されている。制約輪が一輪の場合の新たな制約条件は、上記上記（４３）式及び（４４）式に示されており、制約輪が二輪の場合の新たな制約条件は、上記（７３）式及び（７４）式に示されている。
【００８１】
最適発生力配分演算手段１８は、制駆動アクチュエータ及び操舵アクチュエータを含む制御手段２０に接続されている。
【００８２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。車体目標フォース・モーメント演算手段１０は、ドライバが望む車体運動を得るために、ドライバの運転操作を表すドライバ操作量、及び車速に基づいて、目標とする車体に加えられる車体前後力、車体横力、及びヨーモーメントを演算する。また、これらの車体前後力、車体横力、及びヨーモーメントは、ドライバ操作量に応じて設定される目標となる車両運動状態（例えば、ヨー角速度、車体スリップ角、及び車体スリップ角速度等）とその実測値または推定値との偏差に応じて、この偏差を０に漸近させるように求めることもできる。ここで、ドライバ操作量とは、ステアリングホイールの操舵角、アクセルぺダルの操作量（アクセルペダルのストローク、踏力、アクセル開度等）、ブレーキぺダルの操作量（ブレーキぺダルのストローク、踏力、マスタシリンダ圧力等）等である。
【００８３】
摩擦円演算手段１２は、各輪のタイヤ発生力限界値である摩擦円の半径を車輪のセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）や車輪速運動に基づいて推定する。
【００８４】
最適発生力配分演算手段１４は、車体前後力、車体横力、ヨーモーメント、及び摩擦円の半径に基づいて、各輪のμ利用率を最小化することを目的としたときの各輪の最適タイヤ発生力の方向ｑiを上記（３７）式に基づいて演算する。
【００８５】
制約輪判定手段１６は、最適発生力配分演算手段１４で演算された各輪の最適タイヤ発生力の方向ｑiに基づいて、前輪２輪のタイヤ発生力方向ｑ1、ｑ2の各々が−π／２＜ｑ1＜π／２、−π／２＜ｑ2＜π／２か否かを判断することにより、従動輪に駆動力に相当する前後力が目標値として与えられているか否かを判定する。そして、従動輪に駆動力に相当する前後力が目標値として与えられていた場合には、駆動力に相当する前後力が目標値として与えられた従動輪を制約輪として判定する。
【００８６】
制約条件付き最適発生力配分演算手段１８は、車体目標フォース・モーメント演算手段１０で演算された車体前後力、車体横力、ヨーモーメント、摩擦円推定手段１２で推定された摩擦円半径、及び制約輪判定手段１６で判定された制約輪の判定結果に基いて、制約輪の駆動力に相当する前後力を０とした新たな制約条件の下で、各輪のμ利用率を均等に最小化することを目的としたときの各輪のタイヤ発生力を演算する。この演算は、制約輪が一輪の場合には上記の（６６）式に基づいて演算され、制約輪が二輪の場合には上記（９６）式に基いて演算される。この場合、各従動輪の操舵角は一致するように演算される。
【００８７】
制御手段２０は、操舵アクチュエータ及び制駆動アクチュエータを制御し、制約輪については、各輪の目標タイヤ発生力を実現するために必要な各輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御し、制約輪以外の各車輪については、各輪の目標タイヤ発生力を実現するために必要な各輪の操舵角、または各輪の操舵角と制駆動力とを制御する。
【００８８】
制御手段２０としては、制動力制御手段、駆動力制御手段、前輪操舵制御手段、または後輪制御操舵手段を用いることができる。
【００８９】
この制動力制御手段としては、ドライバ操作とは独立して各車輪の制動力を個別に制御する、いわゆるＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に用いられる制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、各車輪の制動力を信号線を介して任意に制御する制御手段（いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤ）等がある。
【００９０】
駆動制御手段としては、エンジントルクをスロットル開度、点火進角の遅角、または燃料噴射量を制御することによって駆動力を制御する制御手段、変速機の変速位置を制御することによって駆動力を制御する制御手段、トルクトランスファを制御することによって前後方向及び左右方向の少なくとも一方の駆動力を制御する制御手段等を用いることができる。
【００９１】
前輪操舵制御手段としては、ドライバのステアリングホイール操作に重畳して前輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して前輪操舵角を制御する制御手段（いわゆるステア・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。
【００９２】
また、後輪操舵制御手段としては、ドライバのステアリングホイール操作に応じて後輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して後輪操舵角を制御する制御手段等を用いることができる。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＦＲ車において駆動力発生手段を有さない従動輪に対して駆動力に相当する前後力を０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最小化する制御量を演算しているため、ＦＲ車のμ利用率を最適化する制御を行うことができる。
【００９４】
ところで、車体前後力が負（従動輪の制動力）という不等式制約条件を最適問題に付加することは、一般的に演算負荷を増大させてしまうことが知られている（田村、村松：最適化法，１３９，工系数学講座１７，共立出版（２００２））。これに対して本実施の形態では、最適化後の制約輪（駆動力が要求される従動輪）の車体前後力が０となることに着目し、制約条件を考慮しない最適配分時に従動輪に駆動力が要求された場合には車体前後力を０とする等式制約条件を付加することによって、演算負荷を増大させることなく、実現可能な最適配分を導出することができる。
【００９５】
なお、ここでは、操舵系と制駆動系の統合制御への適用について説明したが、制駆動系のみの車両運動制御系にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】４輪車両運動モデルを示す概略図である。
【図２】右前輪が制約輪（従動輪）となる場合の各輪発生力を示す図である。
【図３】前輪の左右輪共に制約輪（従動輪）となる場合の各輪発生力を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態のアルゴリズムの演算結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 車体目標フォース・モーメント演算手段
１２ 摩擦円演算手段
１４ 最適発生力配分演算手段
１６ 制約輪判定手段
１８ 制約条件付き最適発生力配分演算手段
２０ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置にかかり、特に、４輪駆動車以外の車両に対して各輪のμ利用率を最小化することができる車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
４輪の操舵角と制駆動力とを独立に制御する方法として、所定の車体合成力とモーメントとを達成する各輪タイヤ発生力の組み合わせの中で、各輪のμ利用率を均等に最小化する、すなわちタイヤグリップ余裕度を最大化する各輪タイヤ発生力を実現する技術が知られている（特許文献１）。この方法では、４輪独立操舵・制駆動車における限界性能の向上を目的として、各輪のμ利用率が最小になるようにタイヤの前後力と横力との協調を行う操舵・制駆動統合制御アルゴリズムを使用している。このため、旋回時には操舵及び制駆動が常に働く制御が、理想的なアクチュエータ動作として導出される。
【０００３】
この技術では、タイヤ発生力を効率よく利用することが可能となるため、タイヤグリップ余裕度が重要となる限界走行領域における運動性能向上に大きく貢献することができる。
【特許文献１】特開２００４−２４９９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のアルゴリズムを利用すると、加速時に４輪全輪に駆動力を与える制御が要求される可能性があり、このため４輪駆動車以外の車両、例えば、フロントエンジン・リアドライブ車両やフロントエンジン・フロントドライブ車両には適用が困難である。
【０００５】
本発明は、従動輪へは駆動力が要求されないように制約条件を付加して最適演算を行うことにより従動輪には駆動力が要求されない制御が行われるようにし、従動輪には制動力及び操舵角の少なくとも一方のみが独立に与えるようにした車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量を演算する第１の制御量演算手段と、前記第１の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、予め定められた車輪に対して駆動力制御量が与えられたか否かを判定し、該駆動力制御量が与えられた車輪を制約輪として判定する制約輪判定手段と、前記拘束条件において前記制約輪に対する駆動力に相当する前後力を実質的に０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量であって、該制約輪の操舵角を制御するための第１の制御量、及び該制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第２の制御量、または前記第１の制御量、前記第２の制御量、及び該制約輪以外の車輪の操舵角を制御する第３の制御量を含む制御量を演算する第２の制御量演算手段と、前記第２の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、前記制約輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御すると共に、前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、または前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、及び操舵角を制御する制御手段と、を含んで構成したものである。なお、実質的に０とは、タイヤの転がり抵抗などの影響を考慮して０以外の値に設定することを想定したものである。
【０００７】
第１の制御量演算手段で駆動力制御量を含む制御量を演算する場合には、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するための制駆動力制御量、または前記制駆動力制御量及び各輪の操舵角を制御する操舵制御量を含む制御量を演算するようにすることができる。
【０００８】
また、本発明の予め定められた車輪を左右従動輪とし、第２の制御量演算手段によって左右従動輪の舵角が一致するように制御量を演算するようにすることができる。
【０００９】
本発明によれば、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量が演算される。各車輪のμ利用率を最適化する制御量としては、各輪のμ利用率を均等に最小化する制御量、または各輪のタイヤ発生力の大きさが輪荷重に比例するようにする制御量等を用いることができる。
【００１０】
そして、予め定められた車輪に対して駆動力制御量が与えられた場合には、駆動力制御量が与えられた車輪を制約輪とし、この制約輪に対する駆動力に相当する前後力を０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量を再度演算する。これにより、制約輪に対しては制動力及び操舵角の少なくとも一方が制御されるため、駆動力発生手段を有さない車輪を備えた車両に対してもμ利用率を最適化する制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、駆動力発生手段を有さない車輪に対しては駆動力に相当する前後力を０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量を再度演算しているため、駆動力発生手段を有さない車輪を備えた車両に対してもμ利用率を最適化する制御を行うことができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図1に示す車体前後軸の方向をＸ軸（前方を正）、車体左右方向をＹ軸（左方向を正）、原点を車両重心とするＸＹ座標系で車両運動のモデル化を行う。図１に示すように各輪の摩擦円の大きさＦi（ｉ=１：左前輪、２：右前輪、３：左後輪、４：右後輪）が既知であると仮定し、所定のヨーモーメントＭzoと車体フォース（車体前後力Ｆx0、及び車体横力Ｆy0の合力である車体合力）とを確保しつつ、各輪のμ利用率を均等に最小化することにより最適化するための各輪タイヤ発生力の方向（Ｘ軸と単輪発生力の成す角ｑi）を求める。
【００１４】
なお、各輪のμ利用率は、各輪のタイヤ発生力に対する各輪の摩擦円の大きさの比で定義される物理指標であり、μ利用率が小さいほどタイヤ発生力に余裕があることを示す。すなわち、μ利用率は、タイヤグリップ余裕度を最大化する各輪タイヤ発生力を実現する指標であり、μ利用率とグリップ余裕度との間には、グリップ余裕度＝１−μ利用率の関係がある。
【００１５】
まず、所定のヨーモーメントと車体フォース（車体合力）とを確保するという拘束条件のモデル化を行う。各タイヤの位置（Ｘ，Ｙ）＝（ｌi，ｄi）は、図１から以下のように記述することができる。
【００１６】
【数１】
なお、Ｔf、Ｔrは各々前輪及び後輪の左右輪間のトレッド間隔、Ｌf、Ｌrは各々前輪及び後輪のＹ軸からの水平距離である。
【００１７】
また、各輪のμ利用率をγとすると、各輪の発生力方向ｑi（Ｘ軸に対し、反時計方向を正とする）には、以下の拘束条件が存在する。
【００１８】
【数２】
ここで、（９）式及び（１１）式からγを消去すると、
【００１９】
【数３】
が得られ、同様に、（１０）式及び（１１）式からγを消去して整理すると、
【００２０】
【数４】
が得られる。
【００２１】
次に、前輪が従動輪であるという制約条件が無い場合、すなわち４輪とも駆動輪の場合の最適配分を導出する。ここでは、最大化を目的とした評価関数として次式を定義する。
【００２２】
【数５】
ただし、ｄ0、ｌ0は力とモーメントの次元を合わせるための定数であり、ここでは、
【００２３】
【数６】
と設定する。また、（９）〜（１１）式を（１４）式に代入すると、
【００２４】
【数７】
となる。（１４）式右辺の分子は、定数であるため、結局、（１７）式を最大化するｑiを見出せば、γを最小化することになる。したがって、非線形最適化問題として、次の問題１のように定式化される。
（問題１）
（１２）式及び（１３）式の拘束条件を満足し、（１７）式を最大化するｑiを求める。
【００２５】
ここでは、この非線形最適化問題を、逐次２次計画法のアルゴリズムを利用して解くことにする。まず、ｓｉｎｑi， ｃｏｓｑiを
【００２６】
【数８】
と１次近似することによって、（１２）式及び（１３）式の拘束条件は、次式のように線形化される。
【００２７】
【数９】
また、ｓｉｎｑi， ｃｏｓｑiを２次のテーラー展開によって、
【００２８】
【数１０】
と近似すると（１７）式の評価関数は、
【００２９】
【数１１】
と記述できる。さらに、
【００３０】
【数１２】
という変数変換を行うことによって、評価関数は、
【００３１】
【数１３】
ただし、
【００３２】
【数１４】
となり、pのユークリッドノルム最小化問題に変換される。また、線形近似された拘束条件は、
【００３３】
【数１５】
と記述される。(３１)式を満足するユークリッドノルム最小解は、
【００３４】
【数１６】
と求めることができる。ただし、Ａ+は行列Ａの擬似逆行列である。なお、Ａが横長フルランクの行列の場合、Ａの擬似逆行列は、
【００３５】
【数１７】
で演算できる。結局、
【００３６】
【数１８】
の関係が得られる。ただし、
【００３７】
【数１９】
である。逐次２次計画法のアルゴリズムは、（３７）式で導出されたｑiを用いて再び（２５）〜（２７）式、（３２）〜（３５）式、及び（３７）式の演算を実施する再帰的な手法によって収束演算を行う手法である。また、このアルゴリズムによって導出されたｑiを利用した場合のμ利用率は、（１４）式及び（１７）式から
【００３８】
【数２０】
と演算することができる。
【００３９】
次に前輪一輪が制約される場合、すなわち前輪一輪を従動輪とした場合の最適配分について説明する。上述のアルゴリズムによって演算された結果において、前輪の左右いずれかの一輪の前後力が正となった場合（駆動力が要求されている場合）、すなわち、角ｑiが−π／２＜ｑi＜π／２となった場合には、この車輪の前後力（角ｑiが上記の範囲に存在するため、駆動力に相当する）を０に拘束した状態で配分アルゴリズム演算を行う。前後力を０に拘束した車輪、すなわち制約輪の横力は、本来操作量として自由に変更できるが、ここでは、左右輪の舵角を一致させるように拘束し、
Ｆyj＝γＦjｓｉｎｑk （ｊ＝１，２、ｋ＝２，１） （３９）
とする。ただし、ここでは、第ｊ輪を制約輪、第ｋ輪を非制約輪と仮定している。この横力は、スリップ角が一致している場合、接地荷重に比例した力が発生するという仮定の基での定式化を行っており、第ｋ輪の制動力が横力に及ぼす影響については無視している。
【００４０】
図２は、右前輪が制約輪（従動輪）となる場合、すなわち、ｊ＝２、ｋ＝１の場合の各輪発生力を示している。
【００４１】
上記（３９）式を用いて車体フォース及びモーメントに関する拘束条件を記述すると以下のようになる。
【００４２】
【数２１】
また、μ利用率を消去すると、
【００４３】
【数２２】
となる。さらに、評価関数は、次式のように記述される。
【００４４】
【数２３】
結局、上記（４５）式を最大化するｑk、ｑiを見出せば、μ利用率γを最小化することになる。したがって、非線形最適化問題として次のように定式化される。
（問題２）
（４３）式及び（４４）式の拘束条件を満足し、（４５）式を最大化するｑk、ｑiを求める。
【００４５】
上記と同様に評価関数を２次のテーラー展開で近似すると、
【００４６】
【数２４】
と記述できる。ただし、
【００４７】
【数２５】
【００４８】
【数２６】
である。ここで、
【００４９】
【数２７】
という変数変換を行うと、
【００５０】
【数２８】
ただし、
【００５１】
【数２９】
となり、pのユークリッドノルム最小化問題に変換される。また、線形近似された拘束条件は、
【００５２】
【数３０】
と記述される。(５８)式を満足するユークリッドノルム最小解は、
【００５３】
【数３１】
と求めることができる。結局、
【００５４】
【数３２】
の関係が得られる。ただし、
【００５５】
【数３３】
である。逐次２次計画法のアルゴリズムは、（６５）式で導出されたｑk、ｑiを用いて再び（４７）〜（４９）式、（５１）〜（５３）式、（５９）〜（６４）式、及び（６６）式の演算を実施する再帰的な手法によって収束演算を行う手法である。また、このアルゴリズムによって導出されたｑk、ｑiを利用した場合のμ利用率γは、（４５）式から次のように導出することができる。
【００５６】
【数３４】
である。
【００５７】
次に前輪二輪が制約される場合の最適配分について説明する。上述のアルゴリズムによって演算された結果において、前輪二輪の前後力が共に正となった場合（共に駆動力が要求されてちる場合）、すなわち、角ｑiが−π／２＜ｑi＜π／２となった場合、これらの車輪の前後力（角ｑiが上記の範囲に存在するため、駆動力に相当する）を０に拘束した状態で配分アルゴリズム演算を行う。前後力を０に拘束した車輪（制約輪）の横力は、本来操作量として自由に変更できるが、ここでは、左右輪の舵角を一致させるという拘束を考慮し、
Ｆyj＝γＦjｓｉｎｑf （ｊ＝１，２） （６９）
とする。この横力は、スリップ角が一致している場合、接地荷重に比例した力が発生するという仮定の基での定式化を行っており、左右各輪の横力と左右各輪の摩擦円の大きさとの比γfを−γ≦γf≦γの範囲で自由に設定するパラメータとしてｓｉｎｑfを利用している。
【００５８】
図３は、前輪の左右輪が共に制約輪（従動輪）となる場合の各輪発生力を示している。
【００５９】
上記（６９）式を用いて車体フォース及びモーメントに関する拘束条件を記述すると以下のようになる。
【００６０】
【数３５】
また、μ利用率を消去すると、
【００６１】
【数３６】
となる。さらに、評価関数は、次式のように記述される。
【００６２】
【数３７】
結局、上記（７５）式を最大化するｑf、ｑiを見出せば、μ利用率γを最小化することになる。したがって、非線形最適化問題として次のように定式化される。
（問題３）
（７３）式及び（７４）式の拘束条件を満足し、（７５）式を最大化するｑf、ｑiを求める。
【００６３】
上記と同様に評価関数を２次のテーラー展開で近似すると、
【００６４】
【数３８】
と記述できる。ただし、
【００６５】
【数３９】
【００６６】
【数４０】
である。ここで、
【００６７】
【数４１】
という変数変換を行うと、
【００６８】
【数４２】
ただし、
【００６９】
【数４３】
となり、pのユークリッドノルム最小化問題に変換される。また、線形近似された拘束条件は、
【００７０】
【数４４】
と記述される。(８８)式を満足するユークリッドノルム最小解は、
【００７１】
【数４５】
と求めることができる。結局、
【００７２】
【数４６】
の関係が得られる。ただし、
【００７３】
【数４７】
である。逐次２次計画法のアルゴリズムは、（９５）式で導出されたｑf、ｑiを用いて再び（７７）〜（７９）式、（８１）〜（８３）式、（８９）〜（８４）式、及び（９６）式の演算を実施する再帰的な手法によって収束演算を行う手法である。また、このアルゴリズムによって導出されたｑf、ｑiを利用した場合のμ利用率は、（７５）式から
【００７４】
【数４８】
と導出することができる。
【００７５】
図４は、上記で説明したアルゴリズムの演算例を示したものである。図４（ａ）は、一輪が従動輪すなわち制約輪となる場合で、車体前後力、車体横力、及びヨーモーメントは、Ｆx0＝１０００Ｎ、Ｆy0＝４０００Ｎ、Ｍz0＝５００Ｎｍであり、（ｂ）は、二輪が従動輪すなわち制約輪となる場合で、Ｆx0＝−５００Ｎ、Ｆy0＝４０００Ｎ、Ｍz0＝−１５００Ｎｍである。前輪の一輪が制約輪となる場合、及び左右前輪共に制約輪となる場合のいずれの場合も、従動輪に拘束条件が無い場合の解に近い値が演算されている。
【００７６】
上記では、前輪が制約輪になる場合、すなわちフロントエンジン・リアドライブのＦＲ車に適用した場合について説明したが、フロントエンジン・フロントドライブのＦＦ車等の他の駆動方式の車両についても従動輪が存在する車両に対して同様に適用することができる。
【００７７】
次に、上記のアルゴリズムを利用して上記のように導出した力を得るための本発明の車両制御装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、ＦＲ車両に本発明を適用したものである。したがって、本実施の形態の従動輪は前輪２輪である。
【００７８】
図５に示すように、本実施の形態には、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えられる車体前後力及び車体横力（車体目標フォース）の大きさ及び方向、及びヨーモーメントを演算する目標車体フォース・モーメント演算手段１０、各車輪の摩擦円の大きさを各々推定する摩擦円推定手段１２、及び車体目標フォースの大きさ及び方向、ヨーモーメント、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメートとして含む上記の（１２）式及び（１３）式の拘束条件に基づいて、各車輪で発生する力が最適になるように、例えば摩擦円に対して使用する力が最小になるように、すなわちμ利用率が均等に最小になるように力を分配する最適発生力分配演算手段１４が設けられている。
【００７９】
最適発生力分配演算手段１４には、従動輪であってかつ駆動力を制御するための制御量が与えられた車輪を制約輪として判定する制約輪判定手段１６が接続されている。
【００８０】
さらに、車体目標フォース・モーメント演算手段１０には、車体目標フォースの大きさ及び方向、ヨーモーメント、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメートとして含む上記の拘束条件において、制約輪判定手段１６で判定された制約輪の駆動力に相当する前後力を０に変更した新たな制約条件に基づいて、再度μ利用率が均等に最小になるように力を分配する制約条件付き最適発生力配分演算手段１８が接続されている。制約輪が一輪の場合の新たな制約条件は、上記上記（４３）式及び（４４）式に示されており、制約輪が二輪の場合の新たな制約条件は、上記（７３）式及び（７４）式に示されている。
【００８１】
最適発生力配分演算手段１８は、制駆動アクチュエータ及び操舵アクチュエータを含む制御手段２０に接続されている。
【００８２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。車体目標フォース・モーメント演算手段１０は、ドライバが望む車体運動を得るために、ドライバの運転操作を表すドライバ操作量、及び車速に基づいて、目標とする車体に加えられる車体前後力、車体横力、及びヨーモーメントを演算する。また、これらの車体前後力、車体横力、及びヨーモーメントは、ドライバ操作量に応じて設定される目標となる車両運動状態（例えば、ヨー角速度、車体スリップ角、及び車体スリップ角速度等）とその実測値または推定値との偏差に応じて、この偏差を０に漸近させるように求めることもできる。ここで、ドライバ操作量とは、ステアリングホイールの操舵角、アクセルぺダルの操作量（アクセルペダルのストローク、踏力、アクセル開度等）、ブレーキぺダルの操作量（ブレーキぺダルのストローク、踏力、マスタシリンダ圧力等）等である。
【００８３】
摩擦円演算手段１２は、各輪のタイヤ発生力限界値である摩擦円の半径を車輪のセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）や車輪速運動に基づいて推定する。
【００８４】
最適発生力配分演算手段１４は、車体前後力、車体横力、ヨーモーメント、及び摩擦円の半径に基づいて、各輪のμ利用率を最小化することを目的としたときの各輪の最適タイヤ発生力の方向ｑiを上記（３７）式に基づいて演算する。
【００８５】
制約輪判定手段１６は、最適発生力配分演算手段１４で演算された各輪の最適タイヤ発生力の方向ｑiに基づいて、前輪２輪のタイヤ発生力方向ｑ1、ｑ2の各々が−π／２＜ｑ1＜π／２、−π／２＜ｑ2＜π／２か否かを判断することにより、従動輪に駆動力に相当する前後力が目標値として与えられているか否かを判定する。そして、従動輪に駆動力に相当する前後力が目標値として与えられていた場合には、駆動力に相当する前後力が目標値として与えられた従動輪を制約輪として判定する。
【００８６】
制約条件付き最適発生力配分演算手段１８は、車体目標フォース・モーメント演算手段１０で演算された車体前後力、車体横力、ヨーモーメント、摩擦円推定手段１２で推定された摩擦円半径、及び制約輪判定手段１６で判定された制約輪の判定結果に基いて、制約輪の駆動力に相当する前後力を０とした新たな制約条件の下で、各輪のμ利用率を均等に最小化することを目的としたときの各輪のタイヤ発生力を演算する。この演算は、制約輪が一輪の場合には上記の（６６）式に基づいて演算され、制約輪が二輪の場合には上記（９６）式に基いて演算される。この場合、各従動輪の操舵角は一致するように演算される。
【００８７】
制御手段２０は、操舵アクチュエータ及び制駆動アクチュエータを制御し、制約輪については、各輪の目標タイヤ発生力を実現するために必要な各輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御し、制約輪以外の各車輪については、各輪の目標タイヤ発生力を実現するために必要な各輪の操舵角、または各輪の操舵角と制駆動力とを制御する。
【００８８】
制御手段２０としては、制動力制御手段、駆動力制御手段、前輪操舵制御手段、または後輪制御操舵手段を用いることができる。
【００８９】
この制動力制御手段としては、ドライバ操作とは独立して各車輪の制動力を個別に制御する、いわゆるＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に用いられる制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、各車輪の制動力を信号線を介して任意に制御する制御手段（いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤ）等がある。
【００９０】
駆動制御手段としては、エンジントルクをスロットル開度、点火進角の遅角、または燃料噴射量を制御することによって駆動力を制御する制御手段、変速機の変速位置を制御することによって駆動力を制御する制御手段、トルクトランスファを制御することによって前後方向及び左右方向の少なくとも一方の駆動力を制御する制御手段等を用いることができる。
【００９１】
前輪操舵制御手段としては、ドライバのステアリングホイール操作に重畳して前輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して前輪操舵角を制御する制御手段（いわゆるステア・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。
【００９２】
また、後輪操舵制御手段としては、ドライバのステアリングホイール操作に応じて後輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して後輪操舵角を制御する制御手段等を用いることができる。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＦＲ車において駆動力発生手段を有さない従動輪に対して駆動力に相当する前後力を０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最小化する制御量を演算しているため、ＦＲ車のμ利用率を最適化する制御を行うことができる。
【００９４】
ところで、車体前後力が負（従動輪の制動力）という不等式制約条件を最適問題に付加することは、一般的に演算負荷を増大させてしまうことが知られている（田村、村松：最適化法，１３９，工系数学講座１７，共立出版（２００２））。これに対して本実施の形態では、最適化後の制約輪（駆動力が要求される従動輪）の車体前後力が０となることに着目し、制約条件を考慮しない最適配分時に従動輪に駆動力が要求された場合には車体前後力を０とする等式制約条件を付加することによって、演算負荷を増大させることなく、実現可能な最適配分を導出することができる。
【００９５】
なお、ここでは、操舵系と制駆動系の統合制御への適用について説明したが、制駆動系のみの車両運動制御系にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】４輪車両運動モデルを示す概略図である。
【図２】右前輪が制約輪（従動輪）となる場合の各輪発生力を示す図である。
【図３】前輪の左右輪共に制約輪（従動輪）となる場合の各輪発生力を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態のアルゴリズムの演算結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 車体目標フォース・モーメント演算手段
１２ 摩擦円演算手段
１４ 最適発生力配分演算手段
１６ 制約輪判定手段
１８ 制約条件付き最適発生力配分演算手段
２０ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量を演算する第１の制御量演算手段と、
前記第１の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、予め定められた車輪に対して駆動力制御量が与えられたか否かを判定し、該駆動力制御量が与えられた車輪を制約輪として判定する制約輪判定手段と、
前記拘束条件において前記制約輪に対する駆動力に相当する前後力を実質的に０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量であって、該制約輪の操舵角を制御するための第１の制御量、及び該制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第２の制御量、または前記第１の制御量、前記第２の制御量、及び該制約輪以外の車輪の操舵角を制御する第３の制御量を含む制御量を演算する第２の制御量演算手段と、
前記第２の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、前記制約輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御すると共に、前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、または前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、及び操舵角を制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。
【請求項２】
前記第１の制御量演算手段は、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するための制駆動力制御量、または前記制駆動力制御量及び各輪の操舵角を制御する操舵制御量を含む制御量を演算する請求項１記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記予め定められた車輪は左右従動輪であり、前記第２の制御量演算手段は該左右従動輪の舵角が一致するように前記制御量を演算する請求項１または請求項２記載の車両制御装置。
【請求項１】
ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の駆動力を制御するための駆動力制御量を含む制御量を演算する第１の制御量演算手段と、
前記第１の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、予め定められた車輪に対して駆動力制御量が与えられたか否かを判定し、該駆動力制御量が与えられた車輪を制約輪として判定する制約輪判定手段と、
前記拘束条件において前記制約輪に対する駆動力に相当する前後力を実質的に０とした新たな拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する制御量であって、該制約輪の操舵角を制御するための第１の制御量、及び該制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御する第２の制御量、または前記第１の制御量、前記第２の制御量、及び該制約輪以外の車輪の操舵角を制御する第３の制御量を含む制御量を演算する第２の制御量演算手段と、
前記第２の制御量演算手段で演算された制御量に基づいて、前記制約輪の制動力及び操舵角の少なくとも一方を制御すると共に、前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、または前記制約輪以外の車輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方、及び操舵角を制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。
【請求項２】
前記第１の制御量演算手段は、ドライバが望む車体運動を得るために車体に加えるべき車体前後力、車体横力、及び各車輪の摩擦円の大きさをパラメータとして含む拘束条件に基づいて、各車輪のμ利用率を最適化する各輪の制動力及び駆動力の少なくとも一方を制御するための制駆動力制御量、または前記制駆動力制御量及び各輪の操舵角を制御する操舵制御量を含む制御量を演算する請求項１記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記予め定められた車輪は左右従動輪であり、前記第２の制御量演算手段は該左右従動輪の舵角が一致するように前記制御量を演算する請求項１または請求項２記載の車両制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２２３２６（Ｐ２００７−２２３２６Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０７４５６（Ｐ２００５−２０７４５６）
【出願日】平成１７年７月１５日（２００５．７．１５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（３０１０６５８９２）株式会社アドヴィックス (1,291)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１５日（２００５．７．１５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（３０１０６５８９２）株式会社アドヴィックス (1,291)
【Ｆターム（参考）】
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