特開 2022-129650 車両運動制御装置、車両運動制御システムおよび車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022129650

(43)【公開日】2022-09-06

(54)【発明の名称】車両運動制御装置、車両運動制御システムおよび車両

(51)【国際特許分類】

   B60W 30/045 20120101AFI20220830BHJP

   B60W 10/00 20060101ALI20220830BHJP

   B60W 10/20 20060101ALI20220830BHJP

   B60W 10/22 20060101ALI20220830BHJP

   B60W 10/04 20060101ALI20220830BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20220830BHJP

   B60G 17/015 20060101ALI20220830BHJP

   B60G 17/0195 20060101ALI20220830BHJP

   B62D 6/00 20060101ALI20220830BHJP

   B60L 15/20 20060101ALN20220830BHJP

   B62D 101/00 20060101ALN20220830BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20220830BHJP

   B62D 111/00 20060101ALN20220830BHJP

【ＦＩ】

B60W30/045

B60W10/00 150

B60W10/20

B60W10/22

B60W10/00 134

B60W10/08

B60G17/015 A ZYW

B60G17/0195

B62D6/00

B60L15/20 S

B62D101:00

B62D113:00

B62D111:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021028409

(22)【出願日】2021-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】平田 淳一

【テーマコード（参考）】

3D232

3D241

3D301

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D232CC14

3D232CC15

3D232DA03

3D232DA23

3D232DA29

3D232DA33

3D232DA92

3D232DA93

3D232DD02

3D232DE02

3D232EA04

3D232EB04

3D232EC22

3D232FF03

3D232GG01

3D241AA40

3D241AC01

3D241AD50

3D241AD51

3D241AE02

3D241BA18

3D241BC04

3D241BC05

3D241CA09

3D241CC03

3D241CC17

3D241CC18

3D241DA13Z

3D241DA39Z

3D241DA52Z

3D241DB02Z

3D241DB05Z

3D241DB09Z

3D241DB12Z

3D241DB15Z

3D241DB18Z

3D301AA04

3D301DA38

3D301EA14

3D301EA35

3D301EA36

3D301EA43

3D301EA49

3D301EA52

3D301EB13

3D301EC01

3D301EC06

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC12

5H125BA07

5H125CA12

5H125CA13

5H125DD15

5H125EE41

5H125EE51

(57)【要約】

【課題】旋回時の車両において、運転者が車両の動きに一体感を得ることができる車両運動制御装置、車両運動制御システムおよび車両を提供する。
【解決手段】車両運動制御装置１７は、旋回中の車両におけるロール運動とヨー運動が連動するように、アクチュエータを制御するためのロールモーメント指令値を、横滑り角速度と車速に基づいて演算するロールモーメント演算器２２と、ロールモーメント指令値によってアクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段２４とを備える。さらにロールモーメント指令値に基づいて、前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する舵角補正値演算器２８と、転舵装置を制御するための舵角指令値を、舵角補正指令値で補正する舵角指令値補正器２９とを備えた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

前輪または後輪を転舵する転舵装置、およびロールモーメントを発生させるアクチュエータを有する車両に搭載される車両運動制御装置であって、
旋回中の前記車両におけるロール運動とヨー運動が連動するように、前記アクチュエータを制御するためのロールモーメント指令値を、少なくとも前記車両の横滑り角速度と車速に基づいて演算するロールモーメント演算器と、
前記ロールモーメント指令値によって前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
前記ロールモーメント指令値に基づいて、前記前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する舵角補正値演算器と、
前記転舵装置を制御するための舵角指令値を、前記舵角補正指令値で補正する舵角指令値補正器と、を備えた車両運動制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の車両運動制御装置において、前記舵角補正値演算器は、前記アクチュエータで前記車両に発生させるロールモーメントによって生じるロール角加速度変化を前記ロールモーメント指令値から推定したロール角加速度変化推定値を出力するロール角加速度変化推定部と、前記ロール角加速度変化推定値に基づいて前記前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する舵角補正指令値演算部と、を有する車両運動制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の車両運動制御装置において、前記ロール角加速度変化推定部は、前記アクチュエータがロールモーメントを発生させてから前記車両の車体にロール角加速度が生じるまでの位相遅れを考慮して、前記ロールモーメント指令値から前記ロール角加速度変化推定値を演算する車両運動制御装置。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載の車両運動制御装置において、前記舵角補正値演算器は、前記車両を上方から見て反時計回り方向の舵角の符号を正、前記車両を後方から見て時計回り方向のロール角加速度の符号を正としたとき、前記ロール角加速度変化推定値と同符号となる前記前輪の舵角補正指令値を出力する車両運動制御装置。

【請求項5】

請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、前記舵角補正値演算器は、前記車両を上方から見て反時計回り方向の舵角の符号を正、前記車両を後方から見て時計回り方向のロール角加速度の符号を正としたとき、前記ロール角加速度変化推定値と異符号となる前記後輪の舵角補正指令値を出力する車両運動制御装置。

【請求項6】

請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、前記舵角補正指令値演算部は、ロールモーメント指令値の大きさが第１の閾値以下のとき、舵角補正指令値の制御ゲインをロールモーメント指令値の大きさに応じて小さくする車両運動制御装置。

【請求項7】

請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、前記舵角補正指令値演算部は、ロールモーメント指令値の大きさが第２の閾値以下のとき、舵角補正指令値を零とする車両運動制御装置。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両運動制御装置と前記転舵装置と前記アクチュエータとを備えた車両運動制御システム。

【請求項9】

請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両運動制御装置を搭載した車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、旋回中の車両におけるロール運動を制御する車両運動制御装置、車両運動制御システムおよび車両に関する。

【背景技術】

【0002】

旋回中の車両におけるロールを制御することで、車両の乗り心地および運転のし易さを向上させる技術として、例えば、特許文献１、２がある。
特許文献１は、サスペンションのダンパの減衰力を変更することで、横加速度によって生じるロール角、または前後加速度によって生じるピッチ角を制御する技術である。横加速度の微分値または前後加速度の微分値に基づいてダンパの減衰力を変更することで、ロール角制御またはピッチ角制御の応答性を高めている。
特許文献２は、アクティブスタビライザや減衰力を変更可能なダンパを備えた車両においてロール角を制御する技術である。検出した車速と操舵角から車体に発生しているロール角を推定し、目標となるロール角との偏差に基づいてサスペンションの減衰特性、またはばね特性を変更することで、横加速度に応じて発生するロールを抑制し、横加速度の発生とロールの発生との時間差を小さくする、または一定に保つ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－０６９５２７号公報

【特許文献2】特開２００７－１０６２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に、運転者がステアリングを操作してから車両にヨーレートが発生するタイミングと、横加速度が発生するタイミングは、車速によって変化する。例えば低速走行時、運転者のステアリング操作に対して車両に横加速度が発生した後、僅かに遅れてヨーレートが発生する。ロールは、ばね上の慣性モーメントおよびサスペンションの減衰力の影響で横加速度に対して発生が遅れるため、ヨーレートより遅れて発生する。高速走行時は、運転者のステアリング操作に対して車両にヨーレートが発生した後、遅れて横加速度が発生する。ロールは、ばね上の慣性モーメントおよびサスペンションの減衰力の影響で横加速度に対してさらに遅れて発生する。

【0005】

特許文献１、２は、旋回時の車両に生じる横加速度に対してロールの発生量や発生までの時間差を制御しているが、ヨーレートは考慮していないため、ロールの発生タイミングは横加速度に依存している。すなわち、車両の回転運動である、ヨー運動とロール運動は別々のタイミングで発生することになる。運転者はヨーとロールを別々の運動として感じることになるため、車両の動きに一体感を得ることができない。

【0006】

本発明の目的は、旋回時の車両において、運転者が車両の動きに一体感を得ることができる車両運動制御装置、車両運動制御システムおよび車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の車両運動制御装置１７は、前輪または後輪を転舵する転舵装置ＳＥ、およびロールモーメントを発生させるアクチュエータを有する車両１に搭載される車両運動制御装置であって、
旋回中の前記車両１におけるロール運動とヨー運動が連動するように、前記アクチュエータを制御するためのロールモーメント指令値を、少なくとも前記車両の横滑り角速度と車速に基づいて演算するロールモーメント演算器２２と、
前記ロールモーメント指令値によって前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段２４と、
前記ロールモーメント指令値に基づいて、前記前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する舵角補正値演算器２８と、
前記転舵装置ＳＥを制御するための舵角指令値を、前記舵角補正指令値で補正する舵角指令値補正器２９と、を備えた。

【0008】

この構成によると、ロールモーメント演算器２２は、出力するロールモーメント指令値を、車両の横滑り角速度と車速に基づいて演算するため、ロールモーメント指令値を容易に演算し得る。例えば、横滑り角速度と車速とロールモーメント指令値との関係を定めた演算式またはマップ等を設定しておき、設定内容に従ってロールモーメント指令値を演算すればよい。
舵角補正値演算器２８は、演算されたロールモーメント指令値に基づいて、前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する。この舵角補正指令値により補正した舵角指令値で転舵装置ＳＥを制御する。
したがって、車両１にロールモーメントを発生させ、さらに前記ロールモーメントに基づいて演算される前輪または後輪の舵角補正指令値で舵角指令値を補正し転舵装置ＳＥを制御することで、ロールモーメントを発生させた際に生じる車両１の平面運動の変化が抑制されると共に、車両１のロール運動がヨー運動に連動する。このため、旋回時の車両１において、運転者は車両１の動きに一体感を得ることができる。

【0009】

前記舵角補正値演算器２８は、前記アクチュエータで前記車両１に発生させるロールモーメントによって生じるロール角加速度変化に相当する前記ロールモーメント指令値から推定したロール角加速度変化推定値を出力するロール角加速度変化推定部２８ａと、前記ロール角加速度変化推定値に基づいて前記前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する舵角補正指令値演算部２８ｂと、を有してもよい。このようにロール角加速度変化推定値から前輪または後輪の舵角補正指令値を演算することで、精度よく舵角補正指令値を求めることで、車両１の平面運動の変化をより確実に抑制することができる。

【0010】

前記ロール角加速度変化推定部２８ａは、前記アクチュエータがロールモーメントを発生させてから前記車両１の車体１Ａにロール角加速度が生じるまでの位相遅れを考慮して、前記ロールモーメント指令値から前記ロール角加速度変化推定値を演算してもよい。この場合、舵角補正指令値をより高精度に演算し得る。

【0011】

前記舵角補正値演算器２８は、前記車両１を上方から見て反時計回り方向の舵角の符号を正、前記車両１を後方から見て時計回り方向のロール角加速度の符号を正としたとき、前記ロール角加速度変化推定値と同符号となる前記前輪の舵角補正指令値を出力してもよい。この場合、前輪の舵角を補正することとロールモーメントを発生させたことで生じる車両１の平面運動の変化を抑制し、車両１の平面運動の改善を図れる。前輪の舵角のみを補正する場合、後輪の転舵装置を車両１に搭載する必要がなく、コストの増加を抑えることができる。

【0012】

前記舵角補正値演算器２８は、前記車両１を上方から見て反時計回り方向の舵角の符号を正、前記車両１を後方から見て時計回り方向のロール角加速度の符号を正としたとき、前記ロール角加速度変化推定値と異符号となる前記後輪の舵角補正指令値を出力してもよい。この場合、後輪の舵角を補正することとロールモーメントを発生させたことで生じる車両１の平面運動の変化を抑制し、車両１の平面運動の改善を図れる。
前輪の舵角指令値を補正する場合、前輪の横力も変化することでステアリング反力が変化し、運転者に違和感を与える可能性がある。後輪の舵角のみを補正した場合は、ステアリング反力の変化を抑えることができる。このため、運転者に違和感を与えることなく平面運動を改善することができる。

【0013】

前記舵角補正指令値演算部２８ｂは、ロールモーメント指令値の大きさが第１の閾値以下のとき、舵角補正指令値の制御ゲインをロールモーメント指令値の大きさに応じて小さくしてもよい。
前記第１の閾値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
ロールモーメント指令値が小さいときは、ロールモーメントによる車両１の平面運動の変化も小さい。このため、ロールモーメント指令値の大きさが第１の閾値以下のときは、舵角補正指令値の制御ゲインを小さくする、換言すれば、舵角補正指令値を小さくすることで、転舵装置ＳＥのエネルギー消費や舵角の変化によって運転者に与える違和感を抑えることができる。

【0014】

前記舵角補正指令値演算部２８ｂは、ロールモーメント指令値の大きさが第２の閾値以下のとき、舵角補正指令値を零としてもよい。
前記第２の閾値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
このため、ロールモーメント指令値の大きさが第２の閾値以下のとき、舵角補正指令値を零にすることで、転舵装置ＳＥのエネルギー消費を格段に抑え、舵角の変化によって運転者に与える違和感を無くすことができる。

【0015】

本発明の車両運動制御システムは、本発明のいずれかの車両運動制御装置と前記転舵装置と前記アクチュエータとを備えている。この場合、本発明の車両運動制御装置につき前述した各効果が得られる。また、旋回時の車両に所望のロールモーメントを発生させ、さらにロールモーメントに基づき補正された舵角を発生させる高精度の転舵装置を提供することが可能となる。

【0016】

本発明の車両１は、本発明のいずれかの車両運動制御装置１７を搭載している。この場合、本発明の車両運動制御装置につき前述した各効果が得られる。また、車両１に既存の転舵装置およびアクチュエータを車両運動制御装置で制御する場合、車両１に新たな転舵装置およびアクチュエータを追加する場合と比べてコスト低減を図れる。したがって、車両運動制御装置の汎用性を高めることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の車両運動制御装置は、前輪または後輪を転舵する転舵装置、およびロールモーメントを発生させるアクチュエータを有する車両に搭載される車両運動制御装置であって、旋回中の前記車両におけるロール運動とヨー運動が連動するように、前記アクチュエータを制御するためのロールモーメント指令値を、少なくとも前記車両の横滑り角速度と車速に基づいて演算するロールモーメント演算器と、前記ロールモーメント指令値によって前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、前記ロールモーメント指令値に基づいて、前記前輪または後輪の舵角補正指令値を演算する舵角補正値演算器と、前記転舵装置を制御するための舵角指令値を、前記舵角補正指令値で補正する舵角指令値補正器と、を備えた。このため、旋回時の車両において、運転者が車両の動きに一体感を得ることができる。

【0018】

本発明の車両運動制御システムは、本発明の上記いずれかの構成の車両運動制御装置と前記転舵装置と前記アクチュエータとを備えたため、旋回時の車両において、運転者が車両の動きに一体感を得ることができる。

【0019】

本発明の車両は、本発明の上記いずれかの構成の車両運動制御装置を搭載したため、旋回時の車両において、運転者が車両の動きに一体感を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る車両運動制御装置を備えた車両の概念構成を示すブロック図である。

【図2】同車両運動制御装置の概念構成を示すブロック図である。

【図3】同車両運動制御装置の非動作時と動作時における各値の変化を示す図である。

【図4】同図３のロールモーメントを発生させたときのロール角加速度変化推定値と前後輪の舵角補正指令値および補正後舵角指令値の変化を示す図である。

【図5A】車両に生じる上下力を車両前方から見て示す作用説明図である。

【図5B】車両に生じる上下力を車両後方から見て示す作用説明図である。

【図5C】車両に生じる上下力を車両側方から見て示す作用説明図である。

【図6】ロールモーメント指令値と制御ゲインとの関係を示す図である。

【図7】同車両運動制御装置で前後輪の舵角指令値を補正した場合の車両挙動の例を示す図である。

【図8】同図７に示す左旋回中の前後輪の舵角指令値および舵角補正指令値の関係を示す図である。

【図9】同車両運動制御装置で前輪の舵角指令値を補正した場合と補正しない場合の車両挙動の例を示す図である。

【図10】同車両運動制御装置で後輪の舵角指令値を補正した場合と補正しない場合の車両挙動の例を示す図である。

【図11】本発明の他の実施形態に係る車両運動制御装置を備えた車両の概念構成を示すブロック図である。

【図12】同車両運動制御装置の概念構成を示すブロック図である。

【図13】同車両に生じる上下力と前後力との関係を概念的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。
＜アクチュエータ等＞
図１に示すように、この実施形態の車両１は、ロールモーメントを発生可能なアクチュエータとして、左右の前後輪である四輪に後述するショックアブソーバー７を備えている。また、前輪および後輪を転舵する転舵装置ＳＥを車両１の前後に備えている。車両１は、車体１Ａに、左右の前輪２ｆとなる車輪２、および左右の後輪２ｒとなる車輪２をそれぞれ支持する前後のサスペンション装置４を備えている。

【0022】

＜サスペンション装置４＞
前後のサスペンション装置４は、構成部材上下のサスペンションアーム４ａと、ショックアブソーバー７とを有する。各車輪２は車輪用軸受を介してナックル２５に支持されている。ナックル２５は、上下のサスペンションアーム４ａ等を介して車体１Ａに支持されている。上下のサスペンションアーム４ａは車体側端の支持点が揺動自在に支持され、これら上下のサスペンションアーム４ａの揺動に応じて車輪２が上下にストロークする。

【0023】

下側のサスペンションアーム４ａと車体１Ａとの間には、ばねおよびダンパを含むショックアブソーバー７が設けられている。車体１Ａはショックアブソーバー７により弾性的に上下動可能に支持され、且つ、車体１Ａの上下方向のストロークが減衰される。ショックアブソーバー７としては、車両１の走行時に、例えば、油圧、空気圧または電気モータ等の駆動源により減衰力を任意に変更可能なアクティブサスペンションが適用される。
左右の前輪２ｆのサスペンションアーム４ａは、例えば、トーションバー等からなるスタビライザ部材Ｓｂで互いに連結されている。左右の後輪２ｒのサスペンションアーム４ａもスタビライザ部材Ｓｂで互いに連結されている。

【0024】

＜転舵装置ＳＥ＞
各転舵装置ＳＥは、車体１Ａに取り付けられ、運転者のハンドルの操作、または図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によってタイロッドＴｒが進退し、このタイロッドＴｒに連結されたナックル２５が車輪２と共に転舵するようになっている。

【0025】

＜センサ類＞
車両１には、センサ類として、アクセルペダルセンサ１１、ブレーキペダルセンサ１２、車速センサ１３、操舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１５および加速度センサ１６が設けられている。アクセルペダルセンサ１１は運転者のアクセルペダル操作を検出し、ブレーキペダルセンサ１２はブレーキペダル操作を検出する。車速センサ１３は車速を検出し、操舵角センサ１４は操舵角を検出し、ヨーレートセンサ１５はヨーレートを検出する。加速度センサ１６は、車両１の前後および左右方向の加速度を検出する。

【0026】

＜制御系について＞
制御系として、車両１には、車両１の基本動作を制御するメインのＥＣＵ９の他に、ロール運動およびヨー運動を制御する車両運動制御装置１７、ショックアブソーバー７を制御するサスペンション制御装置１８、および転舵装置ＳＥを制御する転舵制御装置ＳＣが設けられている。メインのＥＣＵはＶＣＵ（車両制御ユニット：Vehicle Control Unit）とも称され、コンピュータ等からなる。

【0027】

アクセルペダルセンサ１１、ブレーキペダルセンサ１２の出力は、ＥＣＵ９に入力されてＥＣＵ９によりアクセル指令値およびブレーキ指令値に変換され、車両運動制御装置１７に入力される。車速センサ１３から出力される車速もＥＣＵ９を介して車両運動制御装置１７に入力される。ＥＣＵ９は、操舵角センサ１４で検出した運転者のハンドル操作に基づいて前輪および後輪の舵角指令値を演算し、車両運動制御装置１７に出力する。ヨーレートセンサ１５、加速度センサ１６がそれぞれ出力する実ヨーレート、実横加速度は、車両運動制御装置１７に直接入力される。車両運動制御装置１７と、ショックアブソーバー７と、転舵装置ＳＥとで車両運動制御システム２０が構成される。

【0028】

＜車両運動制御装置＞
図２に、車両運動制御装置１７のブロック図を概念的に示す。車両運動制御装置１７は、横滑り角速度推定器２１、ロールモーメント演算器２２、舵角補正値演算器２８、舵角指令値補正器２９およびアクチュエータ制御手段２４を有する。
横滑り角速度推定器２１は、入力された各値を用いて定められた規則に従い横滑り角速度を推定する。横滑り角速度は、線形モデルまたは非線形タイヤモデルを用いた車両モデルを用いて後述のように推定する。

【0029】

ロールモーメント演算器２２は、旋回中の車両におけるロール運動とヨー運動が連動するように、定められた規則に従い、ショックアブソーバー７（図１）を制御するためのロールモーメント指令値を演算する。
ロールモーメント演算器２２は、具体的には、横滑り角速度推定値、車速、および実ヨーレートを用いて後述する式（５）または式（６）でロールモーメントを演算し、ロールモーメント指令値としてアクチュエータ制御手段２４に出力する。
アクチュエータ制御手段２４は、ロールモーメント指令値に従い、車両に備えたサスペンション装置４（図１）でロールモーメントを発生させる。

【0030】

舵角補正値演算器２８は、ロールモーメント演算器２２で演算されたロールモーメント指令値に基づいて、前輪および後輪の舵角補正指令値を演算する。舵角補正値演算器２８は、ロール角加速度変化推定部２８ａと、舵角補正指令値演算部２８ｂとを有する。ロール角加速度変化推定部２８ａは、サスペンション装置４（図１）で車両に発生させるロールモーメントによって生じるロール角加速度変化を前記ロールモーメント指令値から推定し、推定したロール角加速度変化推定値を出力する。舵角補正指令値演算部２８ｂは、前記ロール角加速度変化推定値に基づいて、前輪および後輪の舵角補正指令値を演算する。

【0031】

舵角指令値補正器２９は、転舵装置ＳＥ（図１）を制御するための舵角指令値を、舵角補正指令値で補正し、前後輪の補正後舵角指令値を転舵制御装置３０に出力する。
転舵制御装置３０は、補正後舵角指令値に従い、前後輪に備えた転舵装置ＳＥ（図１）で各車輪を転舵させる。

【0032】

＜横滑り角速度推定器２１が出力する横滑り角速度推定値について＞
横滑り角速度β「・」を直接計測するためには高価な専用計測器が必要であるが、高価な専用計測器を不要とするため、横滑り角速度推定器２１は車両モデルを用いて操舵角δから横滑り角速度β「・」を推定する方法、または車載のヨーレートセンサ１５で計測した実ヨーレートｒから推定する方法を用いてもよい。

【0033】

車両モデルを用いて操舵角δから横滑り角速度β「・」を推定する方法は、例えば、２輪モデルを用いた場合、操舵角δに対する横滑り角速度β「・」の伝達関数は次のようになる。

【0034】

【数1】

【0035】

操舵角δは、例えば、ステアリング部に設けた操舵角センサ１４（図１）の出力からの演算値の他に、ステアリングラックに設けたセンサの出力である歯車等の回転角またはラック移動量等から演算した操舵角情報を用いることができる。

【0036】

ヨーレートｒから横滑り角速度β「・」を推定する方法としては、以下の２輪モデルを用いて推定し得る。
車両の横方向の並進運動と鉛直軸周りの回転運動のみを記述した２輪モデルの基本式を以下に示す。座標系はｘ軸が車両の前後方向であり前方向が正、ｙ軸が左右方向であり左方向が正、ｚ軸が上下方向であり上方向が正としている。

【0037】

【数2】

【0038】

式（１）に旋回時の車両に生じる車両の横滑り角速度β「・」とヨーレートｒの関係が示されている。また２輪モデルにおける車両の横加速度をａ_ｙとすれば、式（１）から横滑り角速度β「・」とヨーレートｒの関係は式（３）になる。

【0039】

【数3】

【0040】

式（３）を変形すると次式を得る。

【数4】

【0041】

前記式（３）´を用いることで、車載の加速度センサ１６で計測した横加速度をａ_ｙとヨーレートｒから横滑り角速度β「・」を計算し得る。但し、カント路では傾斜に応じて横加速度をａ_ｙが変化するため、推定した横滑り角速度β「・」に誤差が生じる。また前記式は線形タイヤモデルを用いているため、タイヤ横力が飽和する条件では誤差が大きくなる。また前後加速度を伴う場合も同様に誤差が大きくなる。これらの誤差を低減する方法として、非線形タイヤモデルを用いた横滑り角速度β「・」の推定方法を適用する。

【0042】

この推定方法では、下記式に示す非線形タイヤモデルを用いる。

【0043】

【数5】

【0044】

但し、Ｔは前輪（ｆ）または後輪（ｒ）を示す添え字であり、Ｋ_Ｔはタイヤのコーナリングパワー、β_Ｔは前輪または後輪位置での横滑り角、μは路面摩擦係数、Ｗ_Ｔはタイヤの垂直荷重、Ｘ_Ｔはタイヤの前後力である。

【0045】

非線形タイヤモデルの前記式（５０）で計算したタイヤ横力Ｙ_Ｔから、式（５１）で横滑り角速度β「・」を推定する。式（５１）のヨーレートｒは、車載のヨーレートセンサの計測値である実ヨーレートである。

【0046】

【数6】

【0047】

式（５０）の非線形タイヤモデルは、タイヤ横力Ｙ_Ｔの飽和およびタイヤの垂直荷重を考慮しているため、タイヤ横力Ｙ_Ｔの推定値の精度が向上する。したがって、式（５１）を用いれば車載のヨーレートセンサで計測したヨーレートｒから横滑り角速度β「・」を精度よく推定し得る。

【0048】

＜ロールモーメント演算器２２が出力するロールモーメント指令値について＞
横滑り角速度β「・」とヨーレートｒの関係式（３）は、横加速度ａ_ｙが車両の横滑り角速度β「・」で生じる横加速度とヨーレートｒで生じる横加速度から成ることを示している。定常旋回時は車両の横滑り角速度β「・」は零になるが、旋回の過渡状態は車両の横滑り角速度β「・」で生じる横加速度Ｖβ「・」だけ横加速度ａ_ｙが変化することを示している。つまり、ヨーレートｒに対して横加速度ａ_ｙは、車両の横滑り角速度β「・」の分だけ位相が変化することになる。

【0049】

ここで車両の重心に作用した横加速度ａ_ｙによって車両にロール角φが生じるとして、２輪モデルを拡張する。ｈ_ｓは車両重心点とロール軸間の距離、Ｋ_φはロール剛性、Ｃ_φはロール減衰係数、Ｉ_φはロール慣性モーメントとすれば、式（４）のロール角φが生じる。ｓはラプラス演算子である。ばね下質量は車両質量に対して十分に小さいとすることで、車両のばね上質量は車両質量ｍに等しいとしている。

【0050】

【数7】

【0051】

式（４）は、サスペンションの減衰特性および車両のロール慣性モーメントにより横加速度ａ_ｙ（ロールモーメントｍｈ_ｓａ_ｙ）に対してロール角φが遅れて生じることを示している。

【0052】

上記について、具体例として高速走行時に進行中の車線から他の車線へ移る車線変更を１回行うシングルレーンチェンジを行った場合の各値の変化を図３に示す。図３のグラフにおける実線は、本発明の車両運動制御装置を動作させていない（車両に制御によるロールモーメントもヨーモーメントも発生させていない）場合の各値の変化を示したものである。
高速走行では、操舵に対してヨーレートｒが生じるが、横加速度ａ_ｙは横滑り角速度β「・」の影響でヨーレートｒよりも遅れて生じ、さらに遅れてロール角φが生じる。このヨー運動に対するロール運動の遅れは、車速が高くなるほど大きくなる。

【0053】

本実施形態の車両運動制御装置では、車両に備えたショックアブソーバー７（図１）で式（５）に示すロールモーメントＭ_φを発生させることで、横滑り角速度β「・」によって生じるロールモーメントを打ち消し、ヨー運動とロール運動を連動させる。

【0054】

【数8】

【0055】

またロールモーメントＭ_φは、式（６）のように、サスペンションの減衰等によって生じるヨー運動に対するロール運動の遅れを補償する項をさらに追加してもよい。

【数9】

【0056】

図２に示すように、車両運動制御装置１７は、横滑り角速度推定器２１で横滑り角速度推定値を推定し、ロールモーメント演算器２２で式（５）または式（６）に従いロールモーメント指令値を演算する。

【0057】

＜舵角補正値演算器２８が出力する舵角補正指令値について＞
ロールモーメントＭ_φによって生じるロール角加速度変化を、舵角補正値演算器２８に備えたロール角加速度変化推定部２８ａで推定し、その推定値であるロール角加速度変化推定値から舵角補正指令値演算部２８ｂで前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒを演算し出力する。

【0058】

舵角補正値演算器２８は、車両１を上方から見て（図８参照）反時計回り方向Ｃｃの舵角の符号を正、車両１を後方から見て（図５Ｂ参照）時計回り方向Ｃｗのロール角加速度の符号を正としたとき、前記ロール角加速度変化推定値と同符号となる前輪の舵角補正指令値Δδ_ｆを出力する。
また舵角補正値演算器２８は、車両１を上方から見て（図８参照）反時計回り方向Ｃｃの舵角の符号を正、車両１を後方から見て（図５Ｂ参照）時計回り方向のロール角加速度の符号を正としたとき、前記ロール角加速度変化推定値と異符号となる後輪の舵角補正指令値Δδ_ｒを出力する。

【0059】

図３のグラフにおける点線は、車両運動制御装置で式（６）に示したロールモーメントＭ_φだけを発生させたとき（前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒは零）の各値の変化を示したものである。図３に示す「ヨーレート」は「ヨー運動」と同義であり、同図３に示す「ロール角」は「ロール運動」と同義である。

【0060】

図３では、車両につきシングルレーンチェンジ走行を模擬し、前輪の舵角指令値に一周期分のサイン波状の信号を与えている。説明を簡単にするため、後輪の舵角指令値は零としている。
車両運動制御装置でロールモーメントＭ_φを発生させた場合、図３のように、ロール運動がヨー運動に連動し、ロール運動とヨー運動の時間差が小さくなる。このとき車両に生じているロール角をφ´とすれば、式（７）に示すように、ロールモーメントＭ_φを発生させていないときのロール角φに対して、ロールモーメントＭ_φによってΔφのロール角変化が生じる。
φ´＝φ＋Δφ (7)

【0061】

また式（８）に示すように、ロール角加速度φ´「・・」もロールモーメントＭ_φによってロール角加速度変化Δφ「・・」が生じる。

【0062】

【数10】

【0063】

このロール角の変化は車両の旋回運動にも影響を及ぼす。式（１）および式（２）に示した車両運動の基礎式は、ロール運動の影響を考慮すれば式（９）および式（１０）となる。Ｉ_ｚｘは慣性乗積である。

【0064】

【数11】

【0065】

また前輪の横力Ｙ_ｆおよび後輪の横力Ｙ_ｒは式（１１）および式（１２）であり、横滑り角βによって定まる値である。Ｋ_ｆは前輪のコーナリングパワー、Ｋ_ｒは後輪のコーナリングパワー、δ_ｆは前輪の舵角指令値である。後輪の舵角指令値は零としている。

【0066】

【数12】

【0067】

式（９）～式（１２）の関係から、ロール角加速度変化Δφ「・・」によってヨーレートｒ、横加速度ａ_ｙ、横滑り角βに図３の点線のような変化が生じる。そこで、図２に示す舵角補正値演算器２８は、ロール角加速度変化Δφ「・・」によって生じる平面運動の変化を抑えるために必要な前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒを計算し出力する。

【0068】

ロールモーメント指令値Ｍ_φによって生じるロール角加速度変化推定値Δφ「・・」は、ロール慣性モーメントＩ_φおよび伝達関数Ｇ（ｓ）を用いて式（１３）で計算する。ｓはラプラス演算子である。

【0069】

【数13】

【0070】

Ｇ（ｓ）は、アクチュエータがロールモーメントを発生させてから車体にロール角加速度が生じるまでの位相遅れを表す伝達関数であり、式（１４）で表される。係数α_１およびα_２は、車体慣性およびサスペンションのばねおよびダンパの特性から定まる値である。

【0071】

【数14】

【0072】

前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒは、ロール角加速度変化Δφ「・・」を用いて式（１６）および式（１７）で計算される。

【数15】

【0073】

舵角指令値補正器２９は、前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒをＥＣＵ９が出力する舵角指令値に加算し、補正後舵角指令値δ_ｆ´，δ_ｒ´として出力する。
δ_ｆ´＝δ_ｆ＋Δδ_ｆ (18)
δ_ｒ´＝δ_ｒ＋Δδ_ｒ (19)

【0074】

前輪および後輪の変換定数Ｂ_ｆ，Ｂ_ｒについて説明する。
補正後舵角指令値δ_ｆ´，δ_ｒ´で前記転舵装置ＳＥ（図１）を制御した場合の前輪の横力Ｙ´_ｆおよび後輪の横力Ｙ´_ｒは式（２０）および式（２１）になる。

【0075】

【数16】

【0076】

式（２２）および式（２３）から、前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒについて連立方程式を解くことで以下の式が得られる。

【数17】

【0077】

図３のロールモーメントＭ_φを発生させたときのロール角加速度変化推定値Δφ「・・」と前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒ、および前後輪の補正後舵角指令値δ_ｆ´，δ_ｒ´のグラフを図４に示す。この場合の前後輪の制御ゲインＡ_ｆおよびＡ_ｒは「１」としている。

【0078】

図４に示したロール角加速度変化推定値および舵角補正指令値の位相は、ロールモーメント指令値に対して遅れている。これは、ロール角加速度変化推定部２８ａ（図２）において、アクチュエータがロールモーメントを発生させてから車体にロール角加速度が生じるまでの位相遅れを考慮しているためである。つまり図２に示すロール角加速度変化推定部２８ａは、前記アクチュエータがロールモーメントを発生させてから車両の車体にロール角加速度が生じるまでの位相遅れを考慮して、前記ロールモーメント指令値から前記ロール角加速度変化推定値を演算する。

【0079】

転舵制御装置３０は、前後輪の補正後舵角指令値δ_ｆ´，δ_ｒ´に従い、車両に備えた前後輪の転舵装置ＳＥ（図１）で前後輪の転舵角を制御する。これにより、図３のグラフの一点鎖線のようにロールモーメントＭ_φを発生させた際の車両の平面運動の変化が抑制されるとともに、ロール運動がヨー運動に連動する。なおＥＣＵ９（図２）から出力される前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒは、例えば、ステアリングギア比可変制御または旋回制御を向上させる制御の出力であってもよい。

【0080】

舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒを求める式（１６）および式（１７）の制御ゲインＡ_ｆ，Ａ_ｒは常に初期値である「１」としてもよいが、舵角補正指令値演算部２８ｂは、ロールモーメント指令値Ｍ_φの大きさが第１の閾値Ｍ_２以下のとき、舵角補正指令値の制御ゲインＡ_ｆ，Ａ_ｒをロールモーメント指令値Ｍ_φの大きさに応じて小さくしてもよい。具体的には、図６のグラフのようにロールモーメント指令値Ｍ_φの大きさ｜Ｍ_φ｜が第１の閾値Ｍ_２以下のとき、ロールモーメント指令値Ｍ_φに応じて、制御ゲインＡ_ｆ，Ａ_ｒを初期値である「１」よりも小さくしてもよい。

【0081】

舵角補正指令値演算部２８ｂ（図２）は、ロールモーメント指令値Ｍ_φの大きさが第２の閾値Ｍ_１以下のとき、制御ゲインＡ_ｆ，Ａ_ｒを零として舵角補正指令値が零となるようにしてもよい。但し、Ｍ_１＜Ｍ_２である。ロールモーメント指令値Ｍ_φが小さいときはロールモーメントによる平面運動の変化も小さいため、運転者は違和感を感じ難い。ロールモーメント指令値Ｍ_φが小さいときは前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒを小さくまたは零にすることで、転舵装置のエネルギー消費や舵角の変化によって運転者に与える違和感を抑えることができる。図６の閾値Ｍ_１およびＭ_２は制御ゲインＡ_ｆ，Ａ_ｒで異なる値を用いてもよい。

【0082】

＜アクチュエータ制御手段２４が出力する上下力指令値について＞
図５Ａ～図５Ｃに示すように、アクチュエータによりサスペンションに発生させる上下力をＦＳ_ｉとする。上下力ＦＳ_ｉは車両のばね上を支持するばねおよびダンパによって作用する。これらばねおよびダンパは、各サスペンション装置４の構成部材である。上下力ＦＳ_ｉにおける添え字ｉは四輪車のサスペンション位置を示しており、添え字ｉ＝１が左前輪、ｉ＝２が右前輪、ｉ＝３が左後輪、ｉ＝４が右後輪である。後述する前後力における添え字ｉについても同様である。

【0083】

説明を簡単にするため、各サスペンション装置４におけるばねとダンパは同一軸上に配置されていると仮定する。図５Ａ～図５Ｃに示すように、前輪２_ｆのサスペンション装置４におけるばねとダンパの支持点の左右間距離をｄｓ_ｆ、後輪２_ｒのサスペンション装置４におけるばねとダンパの支持点の左右間距離をｄｓ_ｒとする。
ロールモーメント指令値Ｍ_φと上下力指令値ＦＳ_ｉの関係は式（２８）になる。

【0084】

【数18】

【0085】

図２に示すように、アクチュエータ制御手段２４から上下力指令値ＦＳ_ｉが入力されたサスペンション制御装置１８は、図示しない駆動源を用いてアクティブサスペンションの上下力を制御することでロールモーメントを発生させる。前記駆動源は、油圧、空気圧、または電気モータ等を用いることができる。

【0086】

図２に示した前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒで、前輪の舵角指令値δ_ｆおよび後輪の舵角指令値δ_ｒを補正した場合の車両挙動の例を、図７のグラフ中に実線として示す。図７のグラフ中の点線は、ロールモーメントＭ_φのみを発生させ、ＥＣＵ９（図２）が出力した前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒに従い車輪を転舵させた場合である。前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒを舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒで補正した補正後舵角指令値δ_ｆ´，δ_ｒ´に従い前後輪を転舵することで、旋回中のヨーレート、横加速度、横滑り角の振幅が大きくなり、図３に示したロールモーメントＭ_φを発生させたことで生じる平面運動の変化が抑制される。

【0087】

＜作用効果＞
本実施形態のようにアクティブサスペンションで車両にロールモーメントＭ_φを発生させ、さらに舵角を補正することにより、平面運動の変化を抑制しつつ車両のロール運動をヨー運動に連動させることができる。このため、運転者は車両の動きに一体感を得ることができる。

【0088】

本車両運動制御装置１７によれば、前後輪の舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒをロールモーメントＭ_φに基づいて演算し、車載されたセンサ情報から取得した車両挙動に基づいて演算していない。フィードフォワード制御として前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒを補正するため、路面または風などの外乱およびセンサのノイズ等の影響を受けることがなく安定した制御ができる。またフィードバック制御に比べ、制御の応答遅れを抑えることができる。

【0089】

図８は、図７に示した左旋回中の前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒ、および前後輪２ｆ，２ｒの舵角補正指令値Δδ_ｆ，Δδ_ｒの関係を図示している。前輪２ｆは舵角補正指令値Δδ_ｆにより舵角を大きくし、後輪２ｒは補正後舵角指令値δ_ｒ´として前輪２ｆと逆方向に転舵することで、車両１に生じるヨーレート、横加速度および横滑り角が増加する。

【0090】

図９は、図７に示した条件に対して、前輪の舵角指令値δ_ｆを舵角補正指令値Δδ_ｆで補正し、後輪の舵角補正指令値Δδ_ｒを零とし後輪の舵角指令値δ_ｒを補正しない場合の車両のヨーレート等を実線で示している。同図９の点線は、前輪の舵角指令値δ_ｆを補正していない場合である。

【0091】

前輪の舵角指令値δ_ｆを舵角補正指令値Δδ_ｆで補正した補正後舵角指令値δ_ｆ´で前輪を転舵することで、旋回中のヨーレート、横加速度、横滑り角の振幅が大きくなっている。この場合、前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒを補正した場合（図７）に比べて、振幅の増加量は小さいが、前輪の舵角指令値δ_ｆを補正することと、ロールモーメントＭ_φを発生させたことで生じる平面運動の変化を抑制し、平面運動が改善されている。前輪の舵角指令値δ_ｆのみを補正する場合、後輪の転舵装置を車両に搭載する必要がなく、コストの増加を抑えることができる。

【0092】

図１０は、図７に示した条件に対して、後輪の舵角指令値δ_ｒを舵角補正指令値Δδ_ｒで補正し、前輪の舵角補正指令値Δδ_ｆを零とし前輪の舵角指令値δ_ｆを補正しない場合の車両のヨーレート等を実線で示している。同図１０の点線は、後輪の舵角指令値δ_ｒを補正していない場合である。

【0093】

後輪の舵角指令値δ_ｒを舵角補正指令値Δδ_ｒで補正した補正後舵角指令値δ_ｒ´で後輪を転舵することで、旋回中のヨーレート、横加速度、横滑り角の振幅が大きくなっている。この場合、図９の例と同様に、前後輪の舵角指令値δ_ｆ，δ_ｒを補正した場合（図７）に比べて、振幅の増加量は小さいが、後輪の舵角指令値δ_ｒを補正することと、ロールモーメントＭ_φを発生させたことで生じる平面運動の変化を抑制し、平面運動が改善されている。図９の前輪の舵角指令値δ_ｆを補正する場合、前輪の横力も変化することでステアリング反力が変化し、運転者に違和感を与える可能性がある。図１０のように後輪の舵角指令値δ_ｒのみを補正した場合はステアリング反力を抑えることができるため、運転者に違和感を与えることなく平面運動を改善することができる。

【0094】

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

【0095】

［第２の実施形態：図１１～図１３］
図１１に示すように、この実施形態の車両１は、ロールモーメントを発生可能なアクチュエータとして、四輪にインホイールモータ３を備えている。
図１３に示すように、サスペンションのリンク配置が仮想的なアンチダイブ角θ_ｆまたはアンチスクワット角θ_ｒを有する場合、インホイールモータ３（図１１）が発生する前後力ＦＸ_ｉ（ｉ＝１～４）がサスペンションを介すことで上下力が車体１Ａに作用する。この上下力を利用してロールモーメントを発生することができる。

【0096】

図１１に示すように、制御系として、車両１には、インホイールモータ３を制御するモータ制御装置１９が設けられている。モータ制御装置１９は、各インホイールモータ３をそれぞれ制御する四台のインバータ１９ａを有する。インバータ１９ａは、図示外のバッテリの直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換する図示外のパワー回路部と、このパワー回路部を制御する図示外のドライバ回路部とを有する。図１２に示すように、アクチュエータ制御手段２４は、インホイールモータ３（図１１）の前後力を制御するため、ロールモーメント指令値から前後力指令値ＦＸ_ｉ（ｉ＝１～４）を計算しモータ制御装置１９に出力する。モータ制御装置１９は、車両運動制御装置１７のアクチュエータ制御手段２４が出力した前後力指令値に従ってインホイールモータ３（図１）のモータトルクを制御する。第２の実施形態においても、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0097】

ロールモーメントの発生には、前記インホイールモータの前後力（制動力）に代えて、摩擦ブレーキの制動力を使用することができる。アンチダイブ角θ_ｆおよびアンチスクワット角θ_ｒ（図１３）は小さくなるが、エンジンまたはオンボードタイプの電気モータの制駆動力を使用することができる。また、それらを組み合わせてロールモーメントを発生させてもよい。

【0098】

各実施形態では、運転者によるアクセルペダル、ブレーキペダルの操作に応じたアクセル指令値およびブレーキ指令値を車両運動制御装置に入力しているが、例えば自動運転車両のように車両の状態および各種センサ等の情報から、運転者の操作に依ることなく自動的にアクセル指令値およびブレーキ指令値を計算することも可能である。

【0099】

以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0100】

１…車両、３…インホイールモータ（アクチュエータ）、７…ショックアブソーバー（アクチュエータ）、１７…車両運動制御装置、２０…車両運動制御システム、２２…ロールモーメント演算器、２４…アクチュエータ制御手段、２８…舵角補正値演算器、２８ａ…ロール角加速度変化推定部、２８ｂ…舵角補正指令値演算部、ＳＥ…転舵装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】