特許 6139352 車両制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6139352

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】車両制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 30/04 20060101AFI20170522BHJP

   G05D 1/08 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   B60W30/04

   G05D1/08 Z

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-189863(P2013-189863)

(22)【出願日】2013年9月12日

(65)【公開番号】特開2015-54640(P2015-54640A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2015年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116920

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 光

(72)【発明者】

【氏名】谷中 壯弘

(72)【発明者】

【氏名】清水 毅

(72)【発明者】

【氏名】山内 智裕

(72)【発明者】

【氏名】白石 孝

(72)【発明者】

【氏名】津坂 祐司

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 徳晃

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１５３３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０５２０７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１３６９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６０５４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｗ ３０／０４

Ｇ０５Ｄ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の車輪によって規定される安定基準領域の幅が前後方向に沿って変化する車両を制御するための車両制御装置であって、
前記車両の目標ゼロモーメントポイントを算出すると共に前記安定基準領域に基づいて安定領域を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まるように前記車両を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記車両の旋回時において前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まらない不安定状態が予測された場合には、前記車両の加減速を制限する加減速制御を実施する、
ことを特徴とする車両制御装置。

【請求項2】

前記車両は、前方から後方に向かって前記安定基準領域の幅が減少する車両であって、
前記制御部は、前記加減速制御として前記車両の加速を制限する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記車両の旋回時において前記不安定状態が予測された場合には、前記車両のロール姿勢角を制御するためのロール姿勢角制御トルクを制限するトルク制御を実施する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記車両の旋回時において前記不安定状態が予測され、且つ、前記ロール姿勢角制御トルクを制限することによって前記目標ゼロモーメントポイントが前記安定領域内に収まると予測された場合には、前記トルク制御における前記ロール姿勢角制御トルクの制限量の重みを前記加減速制御における前記加減速の制限量の重みよりも大きくする、
ことを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記車両の旋回時において前記不安定状態が予測された場合には、前記車両の旋回運動を制限する旋回制御を実施する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両制御装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記車両の旋回時において前記不安定状態が予測された場合には、前記車両の旋回運動を制限する旋回制御を実施し、
前記制御部は、前記加減速制御、前記トルク制御、及び前記旋回制御の順に実施の優先順位を高く設定する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の車両制御装置。

【請求項7】

前記車両のドライバの操作を予測する予測部をさらに備え、
前記算出部は、前記予測部が予測した前記ドライバの操作に基づいて、前記目標ゼロモーメントポイント及び前記安定領域を算出する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の車輪によって規定される安定基準領域の幅が前後方向に沿って変化する車両を制御するための車両制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、移動ロボットが記載されている。この移動ロボットは、前方推進方向の推力を制御する二輪型の移動機構と、移動機構に対して上体を側面方向に能動的に揺動させて重心を側面方向に移動させるための誘導機構と、移動ロボットを制御する制御装置とを備えている。そして、制御装置は、急旋回走行等に起因して移動ロボットの重心に働く遠心力と重力との合成ベクトルを推定し、その合成ベクトルの延長線と車輪の接地面との交点位置を左右の車輪の間の領域に維持するように揺動姿勢角を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１３６９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された移動ロボットは、上述したように揺動姿勢角を制御することによって、左右の車輪にかかる接地反力を均等に近づけ、走行時の側面方向の姿勢安定性の補償を図っている。

【0005】

ところで、現在、複数の車輪によって規定される安定基準領域の幅（例えば、特許文献１の移動ロボットにおいては、左右の車輪によって規定されるトレッド幅）が前後方向に沿って変化する車両（例えば３輪車両等）の利用が検討されている。そのような車両においては、例えば、加速又は減速が行われることに起因して、安定基準領域の幅に応じた安定領域が変化する結果、例えば旋回時等において、目標ゼロモーメントポイントがその安定領域内に収まらない不安定状態が生じるおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、不安定状態が生じることを抑制可能な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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る車両制御装置は、複数の車輪によって規定される安定基準領域の幅が前後方向に沿って変化する車両を制御するための車両制御装置であって、車両の目標ゼロモーメントポイントを算出すると共に安定基準領域に基づいて安定領域を算出する算出部と、算出部が算出した目標ゼロモーメントポイントが安定領域内に収まるように車両を制御する制御部と、を備え、制御部は、車両の旋回時において目標ゼロモーメントポイントが安定領域内に収まらない不安定状態が予測された場合には、車両の加減速を制限する加減速制御を実施することを特徴とする。

【0008】

この車両制御装置は、前後方向に沿って安定基準領域の幅が変化する車両を制御するためのものであり、目標ゼロモーメントポイント（目標ＺＭＰ）が安定領域内に収まるように車両の状態を制御する制御部を備えている。特に、制御部は、車両の旋回時において不安定状態が予測された場合には、車両の加減速を制限する加減速制御を実施する。これにより、車両の旋回時において、車両に生じる横方向加速度を制限可能であると共に安定領域が変化することを抑制することができる。よって、この車両制御装置によれば、安定領域に目標ＺＭＰが収まらずに不安定状態が生じることを抑制可能である。なお、安定基準領域、不安定状態（及び安定状態）、目標ＺＭＰ及び安定領域の詳細については、後述する。

【0009】

本発明に係る車両制御装置においては、車両は、前方から後方に向かって安定基準領域の幅が減少する車両であって、制御部は、加減速制御として車両の加速を制限してもよい。この場合、車両の旋回時において、車両に生じる横方向加速度が低減されると共に安定領域の減少が抑制されるので、不安定状態が生じることを確実に抑制可能である。

【0010】

本発明に係る車両制御装置においては、制御部は、車両の旋回時において不安定状態が予測された場合には、車両のロール姿勢角を制御するためのロール姿勢角制御トルクを制限するトルク制御を実施してもよい。この場合、ロール姿勢角制御トルクを制限することによって、ロール姿勢角の角加速度が大きくなることが抑制されるので、目標ＺＭＰが安定領域から外れることが抑制される。よって、不安定状態が生じることを確実に抑制可能である。

【0011】

本発明に係る車両制御装置においては、制御部は、車両の旋回時において不安定状態が予測され、且つ、ロール姿勢角制御トルクを制限することによって目標ＺＭＰが安定領域内に収まると予測された場合には、トルク制御におけるロール姿勢角制御トルクの制限量の重みを加減速制御における加減速の制限量の重みよりも大きくしてもよい。この場合、必要以上に車両の加減速を制限することなく、車両を安定状態において旋回させることが可能となる。

【0012】

本発明に係る車両制御装置においては、制御部は、車両の旋回時において不安定状態が予測された場合には、車両の旋回運動を制限する旋回制御を実施してもよい。この場合、例えば車両の旋回半径を拡大するように旋回運動を制限することにより、車両に生じる横方向加速度を低減することができる。したがって、目標ＺＭＰが安定領域から外れることを抑制可能である。

【0013】

本発明に係る車両制御装置においては、制御部は、加減速制御、トルク制御、及び旋回制御の順に実施の優先順位を高く設定することができる。この場合には、優先順位を設定することにより、不安定状態が生じることを容易且つ確実に抑制可能である。

【0014】

本発明に係る車両制御装置においては、車両のドライバの操作を予測する予測部をさらに備え、算出部は、予測部が予測したドライバの操作に基づいて、目標ＺＭＰ及び安定領域を算出することができる。この場合には、目標ＺＭＰ及び安定領域を迅速に算出できるので、制御部による制御をより有効に実施することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、不安定状態が生じることを抑制可能な車両制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係る車両制御装置の実施の態様を示す模式図である。

【図2】図１に示された車両の安定性を説明するための図である。

【図3】図１に示された車両の安定性を説明するための図である。

【図4】図１に示された車両制御装置の動作の主要な工程を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る車両制御装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１は、本実施形態に係る車両制御装置の実施の態様を示す模式図である。特に、図１の（ａ）は、本実施形態に係る車両制御装置の構成を示すブロック図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示された車両制御装置の制御対象となる車両を示す模式的な平面図である。以下の図面には、直交座標系Ｓを示す場合がある。直交座標系Ｓにおけるｘ軸は車両Ｃの進行方向（前後方向）に沿った軸であり、ｙ軸は車両Ｃの車幅方向に沿った軸であり、ｚ軸は車両Ｃの上下方向に沿った軸である。

【0019】

図１に示される車両制御装置１は、例えば車両Ｃに搭載されており、車両Ｃを制御するためのものである。車両Ｃは、例えば、パーソナルモビリティとしての１〜２人乗りの小型ＥＶ等である。車両Ｃは、２つの前輪Ｃａと１つの後輪Ｃｂとを有している（すなわち、複数の車輪Ｃａ，Ｃｂを有している）。

【0020】

車両制御装置１は、車両状態検出部１１、ドライバ操作検出部１２、車両挙動予測部１３、車両姿勢制御部１４、ドライバ操作予測部（予測部）１５、及び、制御部（算出部、制御部）１７を備えている。なお、少なくとも車両挙動予測部１３、ドライバ操作予測部１５、及び、制御部１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含むコンピュータを主体として構成され、それぞれの機能は、そのコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することによって実現される。

【0021】

車両状態検出部１１は、車両Ｃの状態を検出する。車両状態検出部１１は、例えば、車両Ｃのロール角（ロール姿勢角）及び／又はロール角速度をセンシングする手段、車両Ｃのヨー角及び／又はヨーレートをセンシングする手段、車両Ｃに生じている横Ｇ（車両Ｃの横方向重心加速度（ｙ方向重心加速度））をセンシングする手段、並びに、車両Ｃに生じている前後Ｇ（車両Ｃの前後方向重心加速度（ｘ方向重心加速度））をセンシングする手段等を含む。なお、車両Ｃのロール姿勢角は、車両Ｃの前後方向に沿った軸（ｘ軸）周りの車体の傾斜角である。

【0022】

ドライバ操作検出部１２は、車両Ｃのドライバによる車両Ｃの操作（ドライバ操作）を検出する。ドライバ操作検出部１２は、例えば、ドライバのアクセル操作を検出する手段、ドライバのブレーキ操作を検出する手段、及び、ドライバのステアリング操作を検出する手段等を含む。車両挙動予測部１３は、ドライバの操作に基づいて車両Ｃの挙動を予測する。すなわち、車両挙動予測部１３は、ドライバ操作検出部１２の検出結果等に基づいて、ドライバが目標とする（希望する）車両Ｃの挙動（目標車両挙動）を演算する。また、車両挙動予測部１３は、例えば、目標車両挙動の範囲において車両Ｃに生じ得るｘ方向重心加速度、ｙ方向重心加速度、及びロール姿勢角の角加速度等の状態量を取得する。

【0023】

車両姿勢制御部１４は、車両Ｃのロール姿勢角を制御する。車両姿勢制御部１４は、例えば、各種アクチュエータを制御することによって、車両Ｃのロール姿勢角を任意の角度に変化させることが可能な機構を含む。ドライバ操作予測部１５は、ドライバの操作（車両Ｃの駆動及び操舵等）を予測する。ドライバ操作予測部１５は、例えば、ドライバの今後の操作を予測する手段を含む。なお、車両制御装置１は、ドライバ操作予測部１５を備えていいなくてもよい。

【0024】

制御部１７は、例えば、車両Ｃの目標ゼロモーメントポイント（目標ＺＭＰ）及び安定領域を算出すると共に、算出した目標ＺＭＰが安定領域内に収まるように車両Ｃを制御する。ここで、車両Ｃにおける目標ＺＭＰ及び安定領域について説明する。

【0025】

車両Ｃにおける目標ＺＭＰは、ＺＭＰ（床反力作用点）と同様に、下記式（１）によって与えられるものであり、車幅方向（ｙ軸方向）における所定の点（位置）である。目標ＺＭＰが車両Ｃの安定基準領域内に収まっているときに車両Ｃは安定状態であり、目標ＺＭＰが車両Ｃの安定基準領域内に収まっていないときに車両Ｃは不安定状態である。車両Ｃが安定状態であるとは、車両Ｃに転倒や車輪の浮き等を生じさせることなく、目標ＺＭＰを中心として車体をロール方向に制御可能な状態である。車両Ｃが不安定状態であるとは、車両Ｃに転倒や車輪の浮き等を生じさせることなく、目標ＺＭＰを中心として車体をロール方向に制御可能でない状態である。

【数1】

【0026】

上記式（１）において、ｙ_ＣＯＧは、ｙ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの位置（ｙ方向重心位置）であり、ｚ_ＣＯＧは、ｚ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの位置（ｚ方向重心位置）である。また、Ａ_ｙは、ｙ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの加速度（ｙ方向重心加速度）であり、Ａ_ｚは、ｚ軸方向における車両Ｃの重心Ｇｃの加速度（ｚ方向重心加速度）である。さらに、Ｉ_ｘはｘ軸周りの慣性モーメントを示しており、Ａ_φはｘ軸周りの姿勢角（ロール姿勢角）φの角加速度を示している。

【0027】

また、車両Ｃの安定基準領域とは、上述したように車両Ｃの安定性の判定の基準となる領域であり、車両Ｃの複数の車輪Ｃａ，Ｃｂによって規定される領域である。より具体的には、車両Ｃの安定基準領域は、ここでは、図１の（ｂ）に示されるように、車両Ｃの２つの前輪Ｃａと１つの後輪Ｃｂとによって規定される領域Ｔ（例えば、２つの前輪Ｃａ及び１つの後輪Ｃｂを頂点とする３角形状の領域）である。車両Ｃの安定基準領域Ｔの幅Ｗは、車両Ｃの前後方向（ｘ軸方向）における中心線ＣＬに対して非対称である。つまり、車両Ｃは、車両Ｃの前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化する車両である。ここでは、車両Ｃの安定基準領域Ｔの幅Ｗは、車両Ｃの前方から後方に向かって減少している。

【0028】

なお、４輪以上の車両においても、安定性の判定の基準として、４つ以上の複数の車輪によって安定基準領域Ｔを規定し得る（例えば、それぞれの車輪を頂点とする多角形状の領域として安定基準領域Ｔを規定し得る）。また、２輪の車両においても、２つの車輪によって安定基準領域Ｔを規定し得る（例えば、それぞれの車輪を始点及び終点とする直線状の領域として安定基準領域Ｔを規定し得る）。したがって、車両の前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化しない場合もある。その場合には、安定基準領域Ｔの幅Ｗは、車幅方向において互いに対向する一対の車輪同士の間隔であり、所謂トレッド幅である。なお、安定基準領域Ｔは、上述したような複数の車輪によって規定される領域を鉛直方向に直交する平面（水平面）に投影して得られる領域とし得る。したがって、安定基準領域Ｔは、接地面の傾斜等に応じて変形する場合がある。

【0029】

図２の（ａ）に示されるように、車両Ｃが旋回中であり、車両Ｃのロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが０であるとき（静的な状態であるとき）、目標ＺＭＰは、重力加速度により重心Ｇｃに生じる自重Ｆ１とｙ方向重心加速度Ａ_ｙにより重心Ｇｃに生じる遠心力Ｆ２との合力Ｆ３と、接地面Ｓｃとの交点（力の釣り合いの位置）Ｐ１と一致する。したがって、この場合には、力の釣り合いの位置Ｐ１が安定基準領域Ｔの幅Ｗ（特に後述する安定領域ＳＡ）内に収まっていれば、車両Ｃは安定状態である。

【0030】

一方、図２の（ｂ）に示されるように、車両Ｃが旋回中であり、車両Ｃのロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが０でないときには（動的な状態であるときには）、上記式（１）により与えられる目標ＺＭＰは、力の釣り合いの位置Ｐ１からずれる場合がある。その場合には、力の釣り合いの位置Ｐ１からずれた目標ＺＭＰが、車両Ｃの安定基準領域Ｔの幅Ｗ（特に後述する安定領域ＳＡ）内に収まれっていれば、車両Ｃは安定状態である。なお、動的な状態は、例えば、静的な状態に移行するまでの過渡状態である。

【0031】

ここで、車両Ｃの安定基準領域Ｔは、上述したように、車両Ｃの前後方向に沿って幅Ｗが変化する（より具体的には、幅Ｗが車両Ｃの前方から後方に向かって減少する）ものである。このため、車両Ｃが安定状態であるためには、目標ＺＭＰを、車両Ｃの前後方向の任意の位置における安定基準領域Ｔの幅Ｗに収めるのではなく、車両Ｃの前後方向の特定の位置における安定基準領域Ｔの幅Ｗに収める必要がある。ここでは、その特定の位置における安定基準領域Ｔの幅Ｗを安定領域ＳＡと称する。つまり、安定領域ＳＡは、前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化する車両Ｃを安定状態とするために目標ＺＭＰを収めるべき特定の領域である。

【0032】

一例として、図３に示されるように、例えば車両Ｃが加減速していない状態においては、車両Ｃの安定領域ＳＡは、重力加速度により重心Ｇｃに生じる自重Ｆ１と接地面Ｓｃとの交点Ｐ２における安定基準領域Ｔの幅Ｗである（より具体的には、車両Ｃの前後方向における交点Ｐ２に相当する位置での幅Ｗである）。これに対して、例えば車両Ｃが加速している状態においては、安定領域ＳＡは、重心Ｇｃに生じる慣性力Ｆ４と自重Ｆ１との合力Ｆ５と、接地面Ｓｃとの交点Ｐ３における安定基準領域Ｔの幅Ｗとなる（より具体的には、車両Ｃの前後方向における交点Ｐ３に相当する位置での幅Ｗとなる）。

【0033】

このように、車両Ｃにおいては、車両Ｃの加速に伴って慣性力Ｆ４が生じる結果、安定領域ＳＡが減少する（換言すれば、車両Ｃの減速に伴って安定領域ＳＡが増大する）。なお、前方から後方に向かって安定基準領域Ｔの幅Ｗが増大するような車両の場合には、その減速時において安定領域ＳＡが減少する（換言すれば、加速時において安定領域ＳＡが増大する）。

【0034】

したがって、制御部１７は、目標ＺＭＰを算出する共に、車両Ｃの加減速によって変化し得る車両Ｃの安定領域ＳＡを算出し、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まるように、車両Ｃを制御することによって、車両Ｃが不安定状態となることを抑制する。制御部１７の制御の一例としては、例えば、車両Ｃの旋回時において不安定状態が予測された場合に、車両Ｃの加減速を制限する加減速制御や、車両Ｃのロール姿勢角φを制御するためのロール姿勢角制御トルクを制限するトルク制御や、車両Ｃの旋回運動を制限する旋回制御等が挙げられる。制御部１７の制御の詳細については後述する。

【0035】

引き続いて、車両制御装置１の動作について説明する。図４は、図１に示された車両制御装置の動作の主要な工程を示すフローチャートである。図４に示される車両制御装置の動作は、車両Ｃが旋回を含む挙動を示す場合に関する動作の一例である。図４に示されるように、車両制御装置１においては、車両挙動予測部１３が、ドライバ操作を入力する（ステップＳ１０１）。より具体的には、車両挙動予測部１３は、車両Ｃのドライバによる車両Ｃの操作をドライバ操作検出部１２から入力する。ここでは、例えば、ドライバによる車両Ｃのアクセル操作、ブレーキ操作、及びステアリング操作等が入力される。

【0036】

続いて、車両挙動予測部１３が、入力したドライバ操作に基づいて、車両Ｃのドライバが目標とする車両Ｃの挙動（目標車両挙動）を演算する（ステップＳ１０２）。換言すれば、ここでは、車両挙動予測部１３は車両Ｃの今後の挙動を予測する。このステップＳ１０２において演算（予測）された目標車両挙動について、以下では「第１目標車両挙動」と称する。これにより、車両挙動予測部１３は、第１目標車両挙動の範囲において車両Ｃに今後生じると考えられるｘ方向重心加速度Ａ_ｘ、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ、ｚ方向重心加速度Ａ_ｚ、及びロール姿勢角φの角加速度Ａ_φ等の状態量を取得する（すなわち、上記式（１）における各値を取得する）。

【0037】

なお、車両制御装置１がドライバ操作予測部１５を備えている場合には、車両挙動予測部１３は、例えば、ドライバ操作予測部１５によって予測されたドライバ操作に基づいて、目標車両挙動及び状態量を取得してもよい。すなわち、この場合には、後述するように、制御部１７は、ドライバ操作予測部１５が予測したドライバの操作に基づいて、目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡを算出することができる。車両挙動予測部１３は、取得した車両Ｃの状態量を制御部１７に出力する。

【0038】

続いて、制御部１７が、ステップＳ１０２において取得した車両Ｃの状態量に基づいて、上記式（１）により車両Ｃの目標ＺＭＰを算出すると共に、状態量及び安定基準領域Ｔに基づいて安定領域ＳＡを算出する（ステップＳ１０３）。安定領域ＳＡは、車両Ｃのｘ方向重心加速度Ａ_ｘによって車両Ｃの重心Ｇｃに生じ得る慣性力Ｆ４を考慮することにより、安定基準領域Ｔに基づいて算出することができる。なお、このステップＳ１０３において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第１目標ＺＭＰ」及び「第１安定領域ＳＡ」と称する。

【0039】

続いて、制御部１７が、第１目標車両挙動の範囲において、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここでは、制御部１７は、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが第１目標車両挙動の範囲において安定状態であるか否か（すなわち、第１目標車両挙動の範囲において不安定状態が予測されるか否か）を判定することができる。

【0040】

ステップＳ１０４の判定の結果、第１目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態でない場合、すなわち、第１目標車両挙動の範囲において、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まらず、不安定状態が生じることが予測された場合には、制御部１７が、車両Ｃの加減速を制限する（ステップＳ１０５）。

【0041】

ここで、車両Ｃの安定領域ＳＡは、上述したように、車両Ｃの加速に伴って減少する。また、車両Ｃの目標ＺＭＰは、上記式（１）に示されるように、車両Ｃの重心Ｇｃに生じるｙ方向重心加速度Ａ_ｙが小さくなると、ｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれが小さくなる。したがって、ここでは、車両Ｃの不安定状態を解消するために、すなわち、目標ＺＭＰを安定領域ＳＡ内に収めるために、特に、車両Ｃの加速を制限する。なお、車両Ｃが旋回中であるので、車両Ｃの加速が制限されることにより、車両Ｃに生じるｙ方向重心加速度Ａ_ｙも制限される。このように、車両Ｃの加減速が制限されると、車両Ｃの今後の挙動が、第１目標車両挙動から別の目標車両挙動へと変化すると考えられる。

【0042】

したがって、続くステップでは、車両挙動予測部１３が、ステップＳ１０５においてなされた車両Ｃの加減速の制限を考慮して、改めて目標車両挙動を演算する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６において演算される目標車両挙動について、以下では「第２目標車両挙動」と称する。これにより、車両挙動予測部１３は、第２目標車両挙動の範囲において、車両Ｃに今後生じると考えられる状態量を取得する。

【0043】

続いて、制御部１７が、ステップＳ１０６において取得した車両Ｃの状態量に基づいて、上記式（１）により車両Ｃの目標ＺＭＰを算出すると共に、状態量及び安定基準領域Ｔに基づいて安定領域ＳＡを算出する（ステップＳ１０７）。このステップＳ１０７において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第２目標ＺＭＰ」及び「第２安定領域ＳＡ」と称する。

【0044】

ここで算出される第２目標ＺＭＰは、車両Ｃの加速の制限により（すなわち、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの制限より）、第１目標ＺＭＰに比べて、ｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれが小さくなると考えられる。また、ここで算出される第２安定領域ＳＡは、車両Ｃの加速の制限により、第１安定領域ＳＡよりも広くなると考えられる。したがって、第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡ内に収まらない場合であっても、第２目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まる場合がある。

【0045】

そこで、続くステップにおいては、制御部１７が、第２目標車両挙動の範囲において、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここでは、制御部１７は、第２目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが第２目標車両挙動の範囲において安定状態であるか否か（すなわち、第２目標車両挙動の範囲において不安定状態が予測されるか否か）を判定する。

【0046】

ステップＳ１０８の判定の結果、第２目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態でない場合、すなわち、第２目標車両挙動の範囲において、第２目標ＺＭＰが依然として第２安定領域ＳＡ内に収まらず、不安定状態が生じることが予測された場合には、制御部１７が、車両Ｃのロール姿勢角φを制御するためのトルク（ロール姿勢角制御トルク）を制限する（ステップＳ１０９）。ここでは、例えば、ロール姿勢角制御トルクを車両Ｃのロール姿勢角φが一定に保たれる程度に制限したり、そもそも車両Ｃにロール姿勢角制御トルクを与えないようにしたりする場合が含まれる。

【0047】

このようにロール姿勢角制御トルクを制限すれば、車両Ｃのロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが制限されるため、目標ＺＭＰのｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれがより小さくなると考えられる。また、このようにロール姿勢角制御トルクが制限されると、車両Ｃの今後の挙動が、第２目標車両挙動から別の目標車両挙動へと変化すると考えられる。

【0048】

したがって、続くステップでは、車両挙動予測部１３が、ステップＳ１０９においてなされたロール姿勢角制御トルクの制限を考慮して、改めて目標車両挙動を演算する（ステップＳ１１０）。このステップＳ１１０において演算される目標車両挙動について、以下では「第３目標車両挙動」と称する。これにより、車両挙動予測部１３は、第３目標車両挙動の範囲において、車両Ｃに今後生じると考えられる状態量を取得する。

【0049】

続いて、制御部１７が、ステップＳ１１０において取得した車両Ｃの状態量に基づいて、上記式（１）により車両Ｃの目標ＺＭＰを算出すると共に、状態量及び安定基準領域Ｔに基づいて安定領域ＳＡを算出する（ステップＳ１１１）。このステップＳ１１１において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第３目標ＺＭＰ」及び「第３安定領域ＳＡ」と称する。

【0050】

ここで算出される第３目標ＺＭＰは、ロール姿勢角制御トルクの制限に伴うロール姿勢角φの角加速度Ａ_φの制限により、第２目標ＺＭＰに比べて、ｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれが小さくなると考えられる。したがって、第２目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡ内に収まらない場合であっても、第３目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡ内に収まる場合がある。

【0051】

そこで、続くステップにおいては、制御部１７が、第３目標車両挙動の範囲において、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ここでは、制御部１７は、第３目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが第３目標車両挙動の範囲において安定状態であるか否か（すなわち、第３目標車両挙動の範囲において不安定状態が予測されるか否か）を判定する。

【0052】

ステップ１１２の判定の結果、第３目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態でない場合、すなわち、第３目標車両挙動の範囲において、第３目標ＺＭＰが依然として第３安定領域ＳＡ内に収まらず、不安定状態が生じることが予測された場合には、制御部１７が、車両Ｃの旋回運動自体を制限する（ステップＳ１１３）。ここでは、車両Ｃのドライバが希望する目標車両挙動（ここでは第３目標車両挙動）に対して、車両Ｃの旋回軌跡を制限したり、車両Ｃの旋回時の速度等を制限したりすることができる。

【0053】

例えば、車両Ｃの旋回半径が大きくなるように旋回運動を制限したり、車両Ｃの旋回時の速度等を制限したりすれば、車両Ｃに生じ得るｙ方向重心加速度Ａ_ｙが小さくなると考えらえる。このように、車両Ｃの旋回運動が制限されると、車両Ｃの今後の挙動が、第３目標車両挙動から別の目標車両挙動へと変化する。

【0054】

したがって、続くステップでは、車両挙動予測部１３が、ステップＳ１１３においてなされた旋回運動の制限を考慮して、改めて目標車両挙動を演算する（ステップＳ１１４）。このステップＳ１１４において演算される目標車両挙動について、以下では「第４目標車両挙動」と称する。これにより、車両挙動予測部１３は、第４目標車両挙動の範囲において、車両Ｃに今後生じると考えられる状態量を取得する。

【0055】

続いて、制御部１７が、ステップＳ１１４において取得した車両Ｃの状態量に基づいて、上記式（１）により車両Ｃの目標ＺＭＰを算出すると共に、状態量及び安定基準領域Ｔに基づいて安定領域ＳＡを算出する（ステップＳ１１５）。このステップＳ１１５において算出された目標ＺＭＰ及び安定領域ＳＡについて、それぞれ、以下では「第４目標ＺＭＰ」及び「第４安定領域ＳＡ」と称する。

【0056】

ここで算出される第４目標ＺＭＰは、旋回運動の制限によって（例えばｙ方向重心加速度Ａ_ｙが制限されることによって）、第３目標ＺＭＰに比べて、ｙ方向重心位置ｙ_ＣＯＧからのずれが小さくなると考えられる。したがって、第３目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡ内に収まらない場合であっても、第４目標ＺＭＰが第４安定領域ＳＡ内に収まる場合がある。

【0057】

そこで、続くステップにおいては、制御部１７が、第４目標車両挙動の範囲において、車両Ｃが安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。ここでは、制御部１７は、第４目標ＺＭＰが第４安定領域ＳＡ内に収まっているか否かを判定することにより、車両Ｃが第４目標車両挙動の範囲において安定状態であるか否か（すなわち、第４目標車両挙動の範囲において不安定状態が予測されるか否か）を判定する。

【0058】

ステップＳ１１６の判定の結果、第４目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態でない場合、すなわち、第４目標車両挙動の範囲において、第４目標ＺＭＰが依然として第４安定領域ＳＡ内に収まらず、不安定状態が生じることが予測された場合には、制御部１７が、車両Ｃが安定状態において旋回を行うことが困難であるとして、非常停止が行われるように車両Ｃを制御する（ステップＳ１１７）。そして、車両制御装置１の動作が終了する。

【0059】

一方、ステップＳ１０４の判定の結果、第１目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態である場合、車両Ｃが第１目標車両挙動の範囲において安定に旋回可能であるとして、第１目標車両挙動を実現するための各種アクチュエータ（例えば、インホイールモータ（ＩＷＭ）やステアリングアクチュエータ等）の出力を演算する（ステップＳ１１８）。また、ステップＳ１０８の判定の結果、第２目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態である場合、車両Ｃが第２目標車両挙動の範囲において安定に旋回可能であるとして、第２目標車両挙動を実現するための各種アクチュエータの出力を演算する（ステップＳ１１８）。

【0060】

また、ステップＳ１１２の判定の結果、第３目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態である場合、車両Ｃが第３目標車両挙動の範囲において安定に旋回可能であるとして、第３目標車両挙動を実現するための各種アクチュエータの出力を演算する（ステップＳ１１８）。さらに、ステップＳ１１６の判定の結果、第４目標車両挙動の範囲において車両Ｃが安定状態である場合、車両Ｃが第４目標車両挙動の範囲において安定に旋回可能であるとして、第４目標車両挙動を実現するための各種アクチュエータの出力値を演算する（ステップＳ１１８）。

【0061】

そして、それぞれの場合においてステップＳ１１８において演算された各種アクチュエータの出力値を、各種アクチュエータに出力して動作を終了する。

【0062】

以上のように、車両制御装置１においては、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において第１目標ＺＭＰが第１安定領域ＳＡに収まらない不安定状態が予測された場合には、車両Ｃの加減速を制限する加減速制御を実施する。また、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において第２目標ＺＭＰが第２安定領域ＳＡに収まらない不安定状態が予測された場合には、車両Ｃのロール姿勢角制御トルクを制限するトルク制御を実施する。さらに、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において第３目標ＺＭＰが第３安定領域ＳＡに収まらない不安定状態が予測された場合には、車両Ｃの旋回運動を制限する旋回制御を実施する。

【0063】

以上説明したように、本実施形態に係る車両制御装置１は、前後方向に沿って安定基準領域Ｔの幅Ｗが変化する車両Ｃを制御するためのものであり、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まるように車両の状態を制御する制御部１７を備えている。特に、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において不安定状態が予測された場合には、車両Ｃの加減速（ここでは加速）を制限する加減速制御を実施する。これにより、車両Ｃの旋回時において、車両Ｃに生じるｙ方向重心加速度Ａ_ｙが制限されると共に、車両Ｃの加速に起因して安定領域ＳＡが減少することが抑制される。よって、この車両制御装置１によれば、安定領域ＳＡに目標ＺＭＰが収まらずに不安定状態が生じることを抑制可能である。

【0064】

また、本実施形態に係る車両制御装置１においては、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において不安定状態が予測された場合には、車両Ｃのロール姿勢角φを制御するためのロール姿勢角制御トルクを制限するトルク制御をさらに実施する。このため、ロール姿勢角制御トルクを制限することによって、ロール姿勢角φの角加速度Ａ_φが大きくなることが抑制されるので、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡから外れることが確実に抑制される。よって、不安定状態が生じることを確実に抑制可能である。

【0065】

さらに、本実施形態に係る車両制御装置１においては、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において不安定状態が予測された場合には、車両Ｃの旋回運動を制限する旋回制御をさらに実施する。このため、例えば、車両Ｃの旋回軌跡が大きくなるように旋回運動を制限することにより、車両に生じるｙ方向重心加速度Ａ_ｙを制限することができる。したがって、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡから外れることが確実に抑制される。

【0066】

以上の実施形態は、本発明に係る車両制御装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る車両制御装置は、上述した車両制御装置１に限定されない。本発明に係る車両制御装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した車両制御装置１を任意に変形したものとすることができる。

【0067】

例えば、制御部１７は、上述した加減速制御のみを行ってもよい。その場合には、制御部１７は、例えば、ステップＳ１０５において車両Ｃの加減速の制限を行った後に、ステップＳ１０８においてなお不安定状態が予測されたときに、ステップＳ１０５に戻って再び車両Ｃの加減速の制限を行うことができる。

【0068】

また、制御部１７は、上述した加減速制御及びトルク制御のみを行ってもよい（すなわち、旋回制御を行わなくてもよい）。その場合には、制御部１７は、例えば、ステップＳ１０９において車両Ｃのロール姿勢角制御トルクの制限を行った後に、ステップＳ１１２においてなお不安定状態が予測されたときに、ステップＳ１０５又はステップＳ１０９に戻って再び車両Ｃの加減速又はロール姿勢角制御トルクの制限を行うことができる。

【0069】

また、制御部１７は、上述した加減速制御及び旋回制御のみを行ってもよい（すなわち、トルク制御を行わなくてもよい）。その場合には、制御部１７は、例えばステップＳ１０８において不安定状態が予測されたときに、ステップＳ１１３に移行して車両Ｃの旋回運動を制限することができる。また、その場合には、制御部１７は、例えば、ステップＳ１１３において車両Ｃの旋回運動の制限を行った後に、ステップＳ１１６においてなお不安定状態が予測されたときに、ステップＳ１０５又はステップＳ１１３に戻って再び車両Ｃの加減速又は旋回運動の制限を行うことができる。

【0070】

また、制御部１７が、加減速制御、トルク制御、及び旋回制御を実施する場合には、加減速制御、トルク制御、及び旋回制御の順に実施の優先順位を高く設定してもよい。この場合には、優先順位を設定することにより、不安定状態が生じることを容易且つ確実に抑制可能である。

【0071】

さらに、同様の場合に、制御部１７は、加減速制御における車両Ｃの加減速の制限、トルク制御におけるロール姿勢角制御トルクの制限、及び旋回制御における旋回運動の制限のそれぞれの制限量の割合に重み付けを行うことにより、それぞれの制限量のバランスを考慮してもよい。重み付けを行い制限する例としては、次のような例が挙げられる。

【0072】

すなわち、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まるようにするには、目標ＺＭＰが上記式（１）によって規定されるので、車両Ｃのドライバが要求する車両挙動（目標車両挙動）の範囲において、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ（遠心力Ｆ２）とロール姿勢角φの角加速度Ａ_φとを調整すればよい。角加速度Ａ_φの調整は、ロール姿勢角制御トルクの調整によって行うことができる。したがって、目標ＺＭＰが安定領域ＳＡに収まる範囲において、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ及び角加速度Ａ_φ（ロール姿勢角制御トルク）の制限量に重み付けを行って、バランスをとることができる。

【0073】

重み付けの一例として、制御部１７は、車両Ｃの旋回時において不安定状態が予測され、且つ、ロール姿勢角制御トルクを制限することによって目標ＺＭＰが安定領域ＳＡ内に収まると予測された場合には、トルク制御におけるロール姿勢角制御トルクの制限量の重みを加減速制御における加減速の制限量の重みよりも大きくすることができる。この場合には、車両Ｃの加減速を必要以上に制限することなく、目標ＺＭＰを安定領域ＳＡ内に収めて不安定状態が生じることを抑制可能である。

【0074】

また、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙは、車両Ｃの加減速と旋回軌跡とに影響される。したがって、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙ＝車速Ｖ×ヨーレートγとすると、ｙ方向重心加速度Ａ_ｙの制限量を所定量とするためには、車速Ｖの変化量（すなわち、加減速制御における加減速の制限量）とヨーレートγの制限量（すなわち旋回制御における旋回軌跡の制限量）とに重み付けを行ってバランスをとることができる。このように、制御部１７においては、バランスよく目標ＺＭＰを安定領域ＳＡ内に収めるために、加減速制御、トルク制御、及び旋回制御における種々の制限量に対して重み付けを行うことができる。

【0075】

なお、制御部１７が実施する旋回制御（すなわち、旋回運動の制限）は、車両Ｃの旋回の際の重心Ｇｃの旋回軌跡を変更する制御を含む。より具体的には、旋回制御においては、ドライバの要求する旋回軌跡とは異なり、そのままの旋回軌跡を維持することや、場合によっては直進するように制御することにより、目標ＺＭＰを安定領域ＳＡ内に収まるように旋回軌跡を変更する場合がある。

【0076】

旋回軌跡を変更する例としては、まず、例えばドライバの操作からの予測や自動運転等の走行軌跡が既知の場合等に、その走行軌跡に応じて変化すると考えられる安定領域ＳＡを考慮し、目標ＺＭＰがその安定領域ＳＡ内に収まるように拘束条件を与えて重心Ｇｃの目標軌跡を設定する。

【0077】

続いて、そのように設定した目標軌跡に対するロール姿勢角φの軌跡である目標姿勢角軌跡を演算する。そして、必要に応じて目標軌跡を変更しつつ目標姿勢角軌跡の収束演算を繰り返し行うことにより、ロール姿勢角φの制御のためのロール姿勢角制御トルクを求める。つまり、旋回制御は、不安定状態が予測された場合に、車両Ｃの旋回軌跡を、車両Ｃの加減速及び／又はロール姿勢角φの変化を抑制しつつ旋回可能な目標軌跡に変更する制御を含む。

【符号の説明】

【0078】

１…車両制御装置、１５…ドライバ操作予測部（予測部）、１７…制御部（算出部、制御部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】