JP2006273273A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の制動力の向上を図り、制動距離の短縮を図ることができる制御装置を提供すること。
【解決手段】 制動時には、まず、アクチュエータ装置４を作動して、車輪２のスリップ角の絶対値を増加させる。これにより、車輪２の接地面に横力を発生させ、その横力を車両１の制動力として利用する。次いで、車輪２の回転速度を変化させ、車輪２の接地面における車両進行方向の変形量がより大きくなるように、車輪駆動装置３を作動させる。これにより、車輪２の接地面に発生する摩擦力をより大きくすることができ、車両１の制動力のより一層の向上を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転舵可能に構成される車輪と、その車輪を操舵駆動するアクチュエータ装置と、車輪を回転駆動する車輪駆動装置とを有する車両に対し、アクチュエータ装置と車輪駆動装置とを作動させ、車輪のスリップ角と回転速度とを制御する制御装置に関し、特に、車両の制動力を向上させ、制動距離の短縮を図ることができる制御装置に関するものである。

車輪を制御して、その制動力の増加を図る技術の一従来例としては、例えば、アンチロック制御が存在する（特許文献１）。このアンチロック制御によれば、車両の制動時には、車輪がロックしないように、その車輪のスリップ率を制御することで、過大なブレーキ作動力（例えば、ブレーキ圧）に起因する車両の制動力の低下を防止している。
特開平５−１５５３２５号公報

ところで、車輪のスリップ率と制動力との間には、スリップ率が０から増加すると、制動力が単調に増加する第１領域（例えば、線形領域）を経た後に、制動力が急激に低下する第２領域に移行するという関係が存在する。そして、制動力が第１領域から第２領域に移行する際のスリップ率の実際値は、常に一定ではなく、また、その都度正確に検出することが困難である。

そのため、アンチロック制御においては、制動力が第１領域から第２領域に移行する際のスリップ率の実際値よりも必ず低いであろうと見込まれる見込み値に基づき、その見込み値を車輪のスリップ率が超えることがないように、ブレーキ作動力を制御する。そのため、アンチロック制御においては、路面μをフルに利用した車輪の制動を行うことが現実的に困難である。

このような事情を背景として、本願発明者は、車輪の制動力を増加させるための車輪の制御技術において、車輪に制動力を発生させる新たな手法を開発した。具体的には、車両の制動時に、アクチュエータ装置により車輪のスリップ角の絶対値を増加させて、その車輪の接地面に発生する横力を制動力として利用することで、車輪の制動力の増加を図るというものである（但し、本出願時において未公知）。

本発明は、上記車輪の制御技術に関する新たな手法を更に改良するためになされたものであり、車両の制動力の向上を図り、制動距離の短縮を図ることができる制御装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の制御装置は、転舵可能に構成される車輪と、その車輪を操舵駆動するアクチュエータ装置と、前記車輪を回転駆動する車輪駆動装置とを有する車両に対し、前記アクチュエータ装置と車輪駆動装置とを作動させ、前記車輪のスリップ角と回転速度とを制御するものであり、前記車輪の制動力を増加させるために、前記車輪のスリップ角の絶対値を増加させ、前記車輪の接地面に横力が発生するように、前記アクチュエータ装置を作動させるアクチュエータ作動手段と、そのアクチュエータ作動手段により前記スリップ角の絶対値が増加された前記車輪の回転速度を変化させ、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量がより大きくなるように、前記車輪駆動装置を作動させる車輪駆動装置作動手段とを備えている。

請求項２記載の制御装置は、請求項１記載の制御装置において、前記車両の対地速度を検出する対地速度検出手段と、前記車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記車輪のスリップ角を検出するスリップ角検出手段と、それら対地速度検出手段、回転速度検出手段およびスリップ角検出手段により検出された前記対地速度、回転速度およびスリップ角に基づいて、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量を算出する変形量算出手段と、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形限界値を記憶する記憶手段とを備え、前記車輪駆動装置作動手段による前記車輪駆動装置の作動は、前記記憶手段に記憶された変形限界値を超えない範囲内で、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量がより大きくなるように、前記車輪の回転速度を変化させるものである。

請求項３記載の制御装置は、請求項２記載の制御装置において、前記車輪が走行する路面のうち、その車輪の接地面に対応する部分の摩擦係数を検出する摩擦係数検出手段と、その摩擦係数検出手段により検出された前記摩擦係数に基づいて、前記記憶手段に記憶される前記変形限界値を補正する補正手段とを備え、前記車輪駆動装置作動手段による前記車輪駆動装置の作動は、前記補正手段により補正された後の変形限界値を超えない範囲内で、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量がより大きくなるように、前記車輪の回転速度を変化させるものである。

請求項４記載の制御装置は、請求項１から３のいずれかに記載の制御装置において、前記車輪は、前記車両の左右に配設される左車輪と右車輪とを備え、前記アクチュエータ作動手段は、前記左車輪と右車輪との少なくとも一方の制動力を増加させるために、前記左車輪と右車輪との少なくとも一方のスリップ角の絶対値を増加させる場合、前記左車輪と右車輪との関係がトーインとなるように、前記アクチュエータ装置を作動させるものである。

請求項５記載の制御装置は、請求項４記載の制御装置において、前記アクチュエータ作動手段は、前記左車輪のスリップ角の絶対値と前記右車輪のスリップ角の絶対値とが同量となるように、前記アクチュエータ装置を作動させるものである。

請求項１記載の制御装置によれば、転舵可能に構成される車輪と、その車輪を操舵駆動するアクチュエータ装置と、車輪を回転駆動する車輪駆動装置とを有する車両に対し、車輪のスリップ角の絶対値を増加させ、車輪の接地面に横力が発生するように、アクチュエータ装置を作動させるアクチュエータ作動手段を備えているので、車輪に発生した横力を車両の制動力として利用することができるという効果がある。

ここで、車輪が０でないスリップ角を有して路面上を転動する場合、車輪の接地面には、転がり抵抗のみならず、横力が発生する。それら転がり抵抗と横力との合力である全摩擦力のうち、車両進行方向に作用する成分が車輪の制動に寄与する摩擦力であり、この摩擦力は、横力に応じて増加する。

即ち、車輪に作用するコーナリングフォースは、スリップ角が０から増加すると、０から増加して飽和する特性を有するのに対し、横力は、勾配は次第に鈍化するものの単調に増加し続ける特性を有する。従って、車輪のスリップ角の絶対値を増加させれば、このような特性を有する横力を利用して、車輪制動を行うことができる。その結果、本発明のように、車輪に発生した横力を利用することで、車輪のブレーキ装置に依存しなくても、車輪の制動力を増加させることができる。

更に、本発明の制御装置によれば、アクチュエータ作動手段によりスリップ角の絶対値が増加された車輪の回転速度を変化させ、車輪の接地面における車両進行方向の変形量がより大きくなるように、車輪駆動装置を作動させる車輪駆動装置作動手段を備えているので、車輪の接地面に発生する摩擦力をより大きくすることができ、車輪の制動力のより一層の向上を図ることができる。

これにより、車輪のスリップ角の絶対値を増加させる制御だけを行う場合と比較して、車両の対地速度が同じ場合であっても、車輪の接地面における車両進行方向の変形量をより大きくして、車輪の接地面により大きな摩擦力を発生させることができるので、車輪のスリップ角の絶対値を増加させることによる制動効果を更に高めることができるという効果がある。その結果、車両の制動力が相乗的に向上して、制動距離の更なる短縮を図ることができる。

請求項２記載の制御装置によれば、請求項１記載の制御装置の奏する効果に加え、車輪の接地面における車両進行方向の変形量を算出する変形量算出手段と、車輪の接地面における前記車両進行方向の変形限界値を記憶する記憶手段とを備え、車輪駆動装置作動手段による車輪駆動装置の作動は、記憶手段に記憶された変形限界値を超えない範囲内で、車輪の接地面における車両進行方向の変形量がより大きくなるように、車輪の回転速度を変化させるものであるので、車輪の接地面に摩擦力を確実に発生させて、車輪の制動力を高効率に増加させることができるという効果がある。

即ち、変形量算出手段により算出された前記変形量が未だ変形限界値に達していなければ、前記変形量が変形限界値に近づくように、車輪の回転速度を変化させることで、車輪の接地面により大きな摩擦力を効率的に発生させることができ、車輪の制動力の向上を図ることができる。

一方、変形量算出手段により算出された前記変形量が既に変形限界値を超えている場合には、現状の車輪の回転速度が不適切で、車輪の接地面が非効率的な変形状態であるため、車輪の制動力を効率的に発生させることができないばかりか、逆に駆動力を発生させている恐れもある。そこで、車輪の回転速度を変化させ、前記変形量を変形限界値に近づけることで、車輪の制動力を効率的に向上させることができる。

請求項３記載の制御装置によれば、請求項２記載の制御装置の奏する効果に加え、車輪が走行する路面のうち、その車輪の接地面に対応する部分の摩擦係数を検出する摩擦係数検出手段と、その摩擦係数検出手段により検出された摩擦係数に基づいて、記憶手段に記憶される変形限界値を補正する補正手段とを備えるので、その補正手段により補正された後の変形限界値を超えない範囲内で、車輪の接地面における車両進行方向の変形量がより大きくなるように、車輪の回転速度を変化させることで、信頼性の高い制御を行うことができるという効果がある。

即ち、車輪の接地面における変形限界値は、車輪が走行する路面の摩擦係数に比例するため、車両の走行中には、路面状況に応じて刻々と変化する。そのため、変形限界値を一定値と仮定して、車輪の回転速度を制御すると、車輪の制動制御を適正に行うことができなくなる。これに対し、本発明のように、補正手段を備えることで、実際の路面状況に応じた制動制御を適切に行うことができる。

請求項４記載の制御装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載の制御装置の奏する効果に加え、アクチュエータ作動手段は、左車輪と右車輪との少なくとも一方の制動力を増加させるために、左車輪と右車輪との少なくとも一方のスリップ角の絶対値を増加させる場合、左車輪と右車輪との関係がトーインとなるように、アクチュエータ装置を作動させるので、車両の操縦安定性を確保しつつ、制動力の向上を図ることができるという効果がある。

請求項５記載の制御装置によれば、請求項４記載の制御装置の奏する効果に加え、アクチュエータ作動手段は、左車輪のスリップ角の絶対値と右車輪のスリップ角の絶対値とが同量となるように、アクチュエータ装置を作動させるので、車両の操縦安定性をより一層確保しつつ、制動力の向上を図ることができるという効果があり、特に、直進走行状態からの制動制御時において顕著な効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態における制御装置１００が搭載される車両１を模式的に示した模式図である。なお、図１の矢印ＦＷＤは、車両１の前進方向を示す。また、図１では、全車輪２に所定の舵角が付与された状態が図示されている。

まず、車両１の概略構成について説明する。車両１は、図１に示すように、車体フレームＢＦと、その車体フレームＢＦに支持される複数（本実施の形態では４輪）の車輪２と、それら各車輪２を独立に回転駆動する車輪駆動装置３と、各車輪２を独立に操舵駆動するアクチュエータ装置４とを主に備え、制動時には、車輪２のスリップ角θと回転速度とを後述する制御装置１００によりそれぞれ制御することで、制動力を向上させ、制動距離の短縮を図ることができるように構成されている。

次いで、各部の詳細構成について説明する。車輪２は、図１に示すように、車両１の進行方向前方側に位置する左右の前輪２ＦＬ，２ＦＲと、進行方向後方側に位置する左右の後輪２ＲＬ，２ＲＲとの４輪を備え、これら前後輪２ＦＬ〜２ＲＲは、ステアリング装置２０，３０により転舵可能に構成されている。

ステアリング装置２０，３０は、各車輪２を操舵するための操舵装置であり、図１に示すように、各車輪２を揺動可能に支持するキングピン２１と、各車輪２のナックルアーム（図示せず）に連結されるタイロッド２２と、そのタイロッド２２にアクチュエータ装置４の駆動力を伝達する伝達機構部２３とを主に備えて構成されている。

アクチュエータ装置４は、上述したように、各車輪２を独立に操舵駆動するための操舵駆動装置であり、図１に示すように、４個のアクチュエータ（ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲ）を備えて構成されている。運転者がハンドル５１を操作した場合には、アクチュエータ装置４の一部（例えば、前輪２ＦＬ，２ＦＲのみ）又は全部が駆動され、ハンドル５１の操作量に応じた舵角が付与される。

また、アクチュエータ装置４は、運転者がブレーキペダル５２を操作した場合にも駆動され、ブレーキペダル５２の操作量に応じたスリップ角θを各車輪２に付与することで、車輪２の制動制御が行われる。なお、制動制御の詳細については、後述する。

ここで、本実施の形態では、ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲが電動モータで構成されると共に、伝達機構部２３がねじ機構で構成される。電動モータが回転されると、その回転運動が伝達機構部２３により直線運動に変換され、タイロッド２２に伝達される。その結果、各車輪２がキングピン２１を揺動中心として揺動駆動され、各車輪２に所定の舵角が付与される。

車輪駆動装置３は、各車輪２を独立に回転駆動するための回転駆動装置であり、図１に示すように、４個の電動モータ（ＦＬ〜ＲＲモータ３ＦＬ〜３ＲＲ）を各車輪２ごとに（即ち、インホイールモータとして）配設して構成されている。運転者がアクセルペダル５３を操作した場合には、各車輪駆動装置３から回転駆動力が各車輪２に付与され、各車輪２がアクセルペダル５３の操作量に応じた回転速度で回転される。

また、車輪駆動装置３は、運転者がブレーキペダル５２を操作した場合にも駆動制御され、各車輪２がブレーキペダル５２の操作量に応じた回転速度で回転駆動されることで、各車輪２の制動制御が行われる。なお、制動制御の詳細については、後述する。

制御装置１００は、上述のように構成された車両１の各部を制御するための制御装置であり、例えば、車輪駆動装置３とアクチュエータ装置４とを作動させ、車輪２の回転速度やスリップ角θを制御することで、車輪２の制動制御を行う。ここで、図２を参照して、制御装置１００の詳細構成について説明する。

図２は、制御装置１００の電気的構成を示したブロック図である。制御装置１００は、図２に示すように、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２及びＲＡＭ７３を備え、これらはバスライン７４を介して入出力ポート７５に接続されている。また、入出力ポート７５には、車輪駆動モータ３等の複数の装置が接続されている。

ＣＰＵ７１は、バスライン７４により接続された各部を制御する演算装置である。ＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリであり、ＲＡＭ７３は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリである。なお、ＲＯＭ７２内には、図４に図示される変形限界値Ｌｌｉｍと、図５に図示されるフローチャート（制動制御）のプログラムとが格納されている。

車輪駆動装置３は、上述したように、各車輪２（図１参照）を回転駆動するための装置であり、各車輪２に回転駆動力を付与する４個のＦＬ〜ＲＲモータ３ＦＬ〜３ＲＲと、それら各モータ３ＦＬ〜３ＲＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路（図示せず）とを備えている。

また、アクチュエータ装置４は、上述したように、各車輪２を操舵駆動するための装置であり、各車輪２に操舵駆動力を付与する４個のＦＬ〜ＲＲアクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲと、それら各アクチュエータ４ＦＬ〜４ＲＲをＣＰＵ７１からの命令に基づいて駆動制御する駆動回路（図示せず）とを備えている。

舵角センサ装置３１は、各車輪２の舵角を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、各車輪２の舵角をそれぞれ検出する４個のＦＬ〜ＲＲ舵角センサ３１ＦＬ〜３１ＲＲと、それら各舵角センサ３１ＦＬ〜３１ＲＲの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

なお、本実施の形態では、各舵角センサ３１ＦＬ〜３１ＲＲが各伝達機構部２３にそれぞれ設けられ、その伝達機構部２３において回転運動が直線運動に変換される際の回転数を検出する非接触式の回転角度センサとして構成されている。この回転数は、タイロッド２２の変位量に比例するので、ＣＰＵ７１は、舵角センサ装置３１から入力された検出結果（回転数）に基づいて、各車輪２の舵角を得ることができる。

ここで、舵角センサ装置３１により検出される舵角とは、各車輪２の中心線（仮想線ｄ２、図３参照）と車両１（車体フレームＢＦ）の基準線とがなす角度であり、車両１の進行方向（仮想線ｄ１、図３参照）とは無関係に定まる角度である。一方、後述するスリップ角θ（図３参照）は、各車輪２の中心線と車両１の進行方向とがなす角度であり、舵角センサ装置３１と後述する車両速度センサ装置３２との検出結果に基づいて算出される。スリップ角θの算出方法については、後述する。

車両速度センサ装置３２は、路面に対する車両１の対地速度（絶対値及び進行方向）Ｖｃを検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、前後及び左右方向加速度センサ３２ａ，３２ｂと、それら各加速度センサ３２ａ，３２ｂの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

前後方向加速度センサ３２ａは、車両１（車体フレームＢＦ）の前後方向（図１上下方向）の加速度を検出するセンサであり、左右方向加速度センサ３２ｂは、車両１（車体フレームＢＦ）の左右方向（図１左右方向）の加速度を検出するセンサである。なお、本実施の形態では、これら各加速度センサ３２ａ，３２ｂが圧電素子を利用した圧電型センサとして構成されている。

ＣＰＵ７１は、車両速度センサ装置３２から入力された各加速度センサ３２ａ，３２ｂの検出結果（加速度値）を時間積分して、２方向（前後及び左右方向）の速度をそれぞれ算出すると共に、それら２方向成分を合成することで、車両１の対地速度（絶対値及び進行方向）Ｖｃを得ることができる。

また、このように、車両１の進行方向が得られれば、ＣＰＵ７１は、かかる車両１の進行方向と、上述した舵角センサ装置３１により検出された各車輪２の舵角とに基づいて、各車輪２のスリップ角θ、即ち、各車輪２の中心線（仮想線ｄ２）と車両１の進行方向（仮想線ｄ１）とがなす角度を得ることができる（図３参照）。

車輪回転速度センサ装置３３は、各車輪２の回転速度を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、各車輪２の回転速度をそれぞれ検出する４個のＦＬ〜ＲＲ回転速度センサ３３ＦＬ〜３３ＲＲと、それら各回転速度センサ３３ＦＬ〜３３ＲＲの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

なお、本実施の形態では、各回転センサ３３ＦＬ〜３３ＲＲが各車輪２に設けられ、各車輪２の角速度を回転速度として検出する。即ち、各回転センサ３３ＦＬ〜３３ＲＲは、各車輪２に連動して回転する回転体と、その回転体の周方向に多数形成された歯の有無を電磁的に検出するピックアップとを備えた電磁ピックアップ式のセンサとして構成されている。

ＣＰＵ７１は、車輪回転速度センサ装置３３から入力された各車輪２の回転速度と、各車輪２の外径とから、各車輪２の実際の周速度Ｖｒ（図３参照）をそれぞれ得ることができる。

接地荷重センサ装置３４は、各車輪２と路面との間に発生する接地荷重を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ７１に出力するための装置であり、各車輪２の接地荷重をそれぞれ検出するＦＬ〜ＲＲ荷重センサ３４ＦＬ〜３４ＲＲと、それら各荷重センサ３４ＦＬ〜３４ＲＲの検出結果を処理してＣＰＵ７１に出力する処理回路（図示せず）とを備えている。

なお、本実施の形態では、各荷重センサ３４ＦＬ〜３４ＲＲがピエゾ抵抗型の３軸荷重センサとして構成されている。これら各荷重センサ３４ＦＬ〜３４ＲＲは、各車輪２のサスペンション軸（図示せず）上に配設され、上述した接地荷重を車両１の前後方向、左右方向および垂直方向で検出する。

ＣＰＵ７１は、接地荷重センサ装置３４から入力された各荷重センサ３４ＦＬ〜３４ＲＲの検出結果（接地荷重）より、各車輪２の接地面における路面の摩擦係数μを得ることができる。

例えば、前輪２ＦＬに着目すると、ＦＬ荷重センサ３４ＦＬにより検出された車両１の前後方向、左右方向および垂直方向の荷重がそれぞれＦｘ、Ｆｙ及びＦｚである場合には、前輪２ＦＬの接地面に対応する部分の路面の摩擦係数μは、車両１の進行方向の摩擦係数μｘがＦｘ／Ｆｚにより、車両１の左右方向の摩擦係数μｙがＦｙ／Ｆｚにより、それぞれ算出される。

図２に示す他の入出力装置３５としては、例えば、ハンドル５１、ブレーキペダル５２及びアクセルペダル５３（いずれも図１参照）の操作状態（回転角や踏み込み量、操作速度など）を検出するための操作状態検出センサ装置（図示せず）が例示される。

例えば、ブレーキペダル５２が操作された場合には、その操作状態量が操作状態検出センサ装置により検出され、ＣＰＵ７１に出力される。ＣＰＵ７１は、アクチュエータ装置４を駆動することにより、各車輪２のスリップ角θの絶対値を増加させ、制動制御を開始する（図５参照）。

次いで、図３から図５を参照して、本発明の制動制御について説明する。図３は、制動制御時の車輪２の状態を模式的に示す図であり、図３（ａ）は、車輪２の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大図である。

なお、図３では、車両１が対地速度Ｖｃで走行し、かつ、車輪２のスリップ角θが０でない状態が図示される共に、車輪２の外形及び接地面が実線で、車両１の進行方向が仮想線ｄ１で、車輪２の中心線が仮想線ｄ２で、それぞれ図示されている。また、車輪２の接地面は、図３（ａ）に示すように、中心線方向（仮想線ｄ２方向）に長さＬｅで路面と接している。

この図３に示す状態では、車輪２が自由転動（即ち、車輪２と路面との間にスリップが生じない状態での転動）をしていると仮定すると、その車輪２の自由転動時の周速度Ｖｒｆは、Ｖｒｆ＝Ｖｃ／ｃｏｓθで表される。しかし、車輪２の実際の周速度Ｖｒは、路面の状態やスリップ角θにより発生した制動力、或いは、車輪駆動装置３（図１参照）からの駆動トルクなどの影響により、自由転動時の周速度Ｖｒｆとは異なる。

そのため、車輪２の接地面上の所定位置（例えば、位置Ｐ１）では、図３（ｂ）に示すように、自由転動時の周速度Ｖｒｆと実際の周速度Ｖｒとの速度差（Ｖｒ−Ｖｒｆ）を路面に対する速度として有することとなる。この速度を車両１の進行方向に分解した速度Ｖｄは、Ｖｄ＝（Ｖｒ−Ｖｒｆ）・ｃｏｓθで表される。

また、車両１が対地速度Ｖｃで走行しているので、車輪２の接地面における位置Ｐ１では、図３（ｂ）に示すように、路面に対する速度として、速度Ｖｃも有する。よって、位置Ｐ１が路面に対して有する速度のうち、車両１の進行方向（仮想線ｄ１方向）の速度成分は、Ｖｃ−Ｖｄ＝Ｖｃ−（Ｖｒ−Ｖｒｆ）・ｃｏｓθで表される。

即ち、位置Ｐ１は、車輪２が自由転動をしていると仮定すれば、図３（ｂ）に示すように、中心線（仮想線ｄ２）に沿って移動して位置Ｐ２へ到達するところ、上述の通り、車輪２の接地面が車両１の進行方向（仮想線ｄ１方向）の速度成分を有するため、位置Ｐ３へ到達することとなる。

よって、位置Ｐ１における変形量のうち、車両１の進行方向（仮想線ｄ１方向）の変形量Ｌｃは、Ｌｃ＝（Ｖｃ−（Ｖｒ−Ｖｒｆ）・ｃｏｓθ）・ｔ＝（Ｖｃ−（Ｖｒ−Ｖｒｆ）・ｃｏｓθ）・Ｌｅ／Ｖｒで表される。なお、Ｖｒｆ＝Ｖｃ／ｃｏｓθであるので、車輪２の接地面における車両１の進行方向の変形量Ｌｃは、結局、Ｌｃ＝（２・Ｖｃ−Ｖｒ・ｃｏｓθ）・Ｌｅ／Ｖｒで表される。

このように、車輪２の接地面における車両１の進行方向の変形量Ｌｃは、車両１の対地速度Ｖｃ及びスリップ角θを固定値と仮定すれば、車輪２の実際の周速度Ｖｒに依存する。そのため、後述するように、車両１の制動時には、車輪２の実際の周速度Ｖｒ（回転速度）を制御することで、同じ対地速度Ｖｃであっても、車輪２の接地面における車両進行方向の変形量Ｌｃをより大きくすることができる。その結果、車輪２の接地面により大きな摩擦力（制動力）を発生させ、車両１の制動力を向上させることができ、その分、制動距離の短縮を図ることができる。

ここで、車輪２のスリップ率ｓは、上述した自由転動時の車輪２の周速度Ｖｒｆと、車輪２の実際の周速度Ｖｒとを用いて、次のように表される。即ち、Ｖｒｆ＞Ｖｒの場合は、ｓ＝（Ｖｒ−Ｖｒｆ）／Ｖｒｆで表される一方、Ｖｒ＞Ｖｒｆの場合は、ｓ＝（Ｖｒ−Ｖｒｆ）／Ｖｒで表される。なお、Ｖｒｆ＝Ｖｃ／ｃｏｓθである。

このように、スリップ率ｓについても、上述した変形量Ｌｃの場合と同様に、車両１の対地速度Ｖｃ、スリップ角θ、及び、車輪２の実際の周速度Ｖｒの関数として表すことができる。

そこで、車両１の対地速度Ｖｃ及びスリップ角θの値を固定し、車輪２のスリップ率ｓと、車輪２の接地面における車両進行方向の変形量Ｌｃとの関係を図示すると、車輪２の実際の周速度Ｖｒをパラメータとする図４のグラフを得ることができる。

なお、図４では、車両１の対地速度Ｖｃを時速６０ｋｍに固定すると共に、スリップ角θを１５°〜８９°の範囲で１５°（又は１４°）間隔に変化させた６パターンが図示されている。また、車輪２の接地面の長さＬｅは、その車輪２のプロファイル等（タイヤサイズや空気圧など）で決まる固定値であり、本実施の形態で使用した車輪２では、Ｌｅ＝０．２ｍである。

図４中の２点鎖線Ｌｌｉｍは、車輪２の接地面における車両１の進行方向の変形限界値（本実施の形態で使用した車輪２では、略０．０５ｍ）である。この変形限界値Ｌｌｉｍの値は、車輪２自体の物性と路面状態とに依存するものであり、車輪２を用いた予備試験により予め測定され、ＲＯＭ７２（図２参照）内に最大値が記憶されている。なお、本実施の形態では、後述するように、変形限界値Ｌｌｉｍの値が、路面の摩擦係数μの値に応じて、補正される。

車輪２の接地面における車両１の進行方向の変形量Ｌｃは、上述した通り、車両１の対地速度Ｖｃ、車輪２のスリップ角θ及び車輪２の実際の周速度Ｖｒの関数とされる。よって、これら各値Ｖｃ，θ，Ｖｒを各センサ装置３１〜３３（図２参照）の検出値に基づいて算出することで、各車輪２の現在の変形量Ｌｃを得ることができる。

従って、現在の変形量Ｌｃが変形限界値Ｌｌｉｍに近づくように、各車輪２の周速度Ｖｒを車輪駆動装置３（図２参照）により制御することで、同じ対地速度Ｖｃであっても、車輪２の接地面により大きな変形量Ｌｃを与え、より大きな摩擦力（制動力）を発生させることができる。

例えば、車両１の制動時において、現在の車輪２の周速度Ｖｒで生じている変形量Ｌｃが変形限界値Ｌｌｉｍを既に越えている場合には（例えば、図４の位置Ｐａ）、車輪２の実際の周速度Ｖｒを減速させる一方、変形量Ｌｃが変形限界値Ｌｌｉｍに達していない場合には（例えば、図４の位置Ｐｂ）、車輪２の実際の周速度Ｖｒを加速させることで、変形量Ｌｃが変形限界値Ｌｌｉｍ（図４の位置Ｐｃ）に近づくように制御する。

これにより、同じ対地速度Ｖｃであっても、変形量Ｌｃをより大きくすることができる。その結果、車輪２の接地面により大きな摩擦力（制動力）が発生して、車両１の制動力を向上させることができ、その分、制動距離の短縮を図ることができる。

次いで、図５を参照して、制御装置１００で実行される処理を説明する。図５は、制動制御処理を示すフローチャートである。この処理は、制御装置１００の電源が投入されている間、ＣＰＵ７１によって繰り返し（例えば、０．２ｍｓ間隔で）実行される処理である。

ＣＰＵ７１は、制動制御処理に関し、まず、制動制御が必要であるか否か、即ち、運転者によりブレーキペダル５２が操作されたか否かを判断する（Ｓ１）。運転者によるブレーキペダル５２の操作が検出されないか、操作されたことが検出されたが所定の操作量（踏み込み量）以下である場合には、制動制御を行う必要がないと判断し（Ｓ１：Ｎｏ）、この制動制御処理を終了する。終了後は、図示しない他の処理へ移行する。

一方、Ｓ１の処理において、運転者によるブレーキペダル５２の操作が検出され、制動制御が必要であると判断された場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、まず、検出されたブレーキペダル５２の操作状態に応じて、スリップ角θの目標値を各車輪２についてそれぞれ決定し（Ｓ２）、Ｓ３の処理へ移行する。なお、本実施の形態では、スリップ角θの目標値（０°〜９０°）は、ブレーキペダル５２の踏み込み量（０％〜１００％）の比例値として決定される。

Ｓ３の処理では、各アクチュエータ装置４を駆動して、各車輪２を操舵駆動することで、それら各車輪２のスリップ角θが目標値に近づくように制御する（Ｓ３）。これにより、各車輪２のスリップ角θの絶対値が増加され、各車輪２の接地面に横力が発生する。その結果、かかる横力が車輪２（車両１）の制動力として作用する。

Ｓ３の処理により各車輪２にスリップ角θを付与した後は、車両速度センサ装置３２による車両１の対地速度Ｖｃの検出と（Ｓ４）、車輪回転速度センサ装置３３による各車輪２の回転速度（即ち、実際の周速度Ｖｒ）の検出と（Ｓ５）、舵角センサ装置３１による各車輪２のスリップ角θの検出と（Ｓ６）、接地荷重センサ装置３４による路面摩擦係数μの検出と（Ｓ７）、をそれぞれ実行し、Ｓ８及びＳ９の処理へ移行する。

Ｓ８の処理では、Ｓ４からＳ６の処理により検出された対地速度Ｖｃ、回転速度（周速度Ｖｒ）及びスリップ角θに基づいて、各車輪２の接地面における現在の変形量Ｌｃを算出する（Ｓ８）。

一方、Ｓ９の処理では、Ｓ７の処理において検出された路面の摩擦係数μに基づいて、各車輪２の接地面における変形限界値Ｌｌｉｍを補正する（Ｓ９）。なお、車輪２の変形限界値Ｌｌｉｍは、上述したように、ＲＯＭ７２内に最大値（即ち、路面の摩擦係数μが最大である場合の値）が記憶されており、この変形限界値Ｌｌｉｍに摩擦係数μを乗じた値が補正値となる。

Ｓ８及びＳ９の処理により各車輪２の現在の変形量Ｌｃ及び変形限界値Ｌｌｉｍの算出及び補正を行った後は、車輪駆動装置３を駆動することで、補正後の変形限界値Ｌｌｉｍを越えない範囲内で、各車輪２の変形量Ｌｃが最大となる、即ち、補正後の変形限界値Ｌｌｉｍに近づくように、各車輪２の周速度Ｖｒ（回転速度）をそれぞれ制御して（Ｓ１０）、この制動制御処理を終了する。

これにより、各車輪２の接地面における車両進行方向の変形量Ｌｃをより大きくして、より大きな摩擦力を発生させることができるので、車両１の制動力を向上させ、制動距離の短縮を図ることができる。

また、車輪駆動装置３の駆動は、変形限界値Ｌｌｉｍを超えない範囲内で、各車輪２の接地面における車両進行方向の変形量Ｌｃがより大きくなるように、各車輪２の周速度Ｖｒを変化させるものであるので、各車輪２の接地面に摩擦力を確実に発生させて、その制動力を高効率に増加させることができる。

更に、変形限界値Ｌｌｉｍは、路面の摩擦係数μに応じて補正され、この補正後の変形限界値Ｌｌｉｍを越えない範囲内で、各車輪２の接地面における車両進行方向の変形量Ｌｃがより大きくなるように、各車輪２の周速度Ｖｒが制御されるので、信頼性の高い制御を行うことができる。

なお、図５に示すフローチャート（制動制御処理）において、請求項１記載のアクチュエータ作動手段としてはＳ３の処理が、車輪駆動装置作動手段としてはＳ１０の処理が、請求項２記載の対地速度検出手段としてはＳ４の処理が、回転速度検出手段としてはＳ５の処理が、スリップ角検出手段としてはＳ６の処理が、変形量算出手段としてはＳ８の処理が、請求項３記載の摩擦係数検出手段としてはＳ７の処理が、補正手段としてはＳ９の処理が、それぞれ該当する。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

また、上記実施の形態では、運転者によるブレーキペダル５２の操作量（踏み込み量）に比例して各車輪２のスリップ角θが決定される場合を説明したが（図５のＳ２及びＳ３参照）、必ずしもこれに限られるものではなく、他の状態量に基づいて各車輪２のスリップ角θを決定することは当然可能である。

ここで、他の状態量としては、例えば、ブレーキペダル５２の操作速度、車両１の減速度、或いは、路面の摩擦係数μなどが例示される。例えば、ブレーキペダル５２の踏み込み量が同一であっても、その操作速度が速い（遅い）場合には、スリップ角θをより大きく（小さく）するように制御しても良い。

また、例えば、ブレーキペダル５２の踏み込み量や操作速度が同一であっても、車両１の減速度が小さい（大きい）場合には、スリップ角θをより大きく（小さく）するように制御しても良い。更に、例えば、ブレーキペダル５２の操作量等が同一であっても、路面の摩擦係数μが小さい（大きい）場合には、スリップ角θをより大きく（小さく）するように制御しても良い。

なお、これらの各状態量は、スリップ角θを決定するための基準値として、単独で用いても良く、又は、組み合わせて用いても良い。これにより、運転者の操作状態が制動力制御に的確に反映され、操作感の向上を図ることができると共に、車両１の制動力が向上され、制動距離の更なる短縮を図ることができる。

また、上記実施の形態では、各車輪２の接地面における変形量Ｌｃを変形限界値Ｌｌｉｍに近づける制御手段として、各車輪２の周速度Ｖｒ（回転速度）を変化させる制御手段を説明したが、この制御手段に代えて、又は、この制御手段と共に、各車輪２のスリップ角θを変化させて、変形量Ｌｃを変形限界値Ｌｌｉｍに近づける制御手段を採用しても良い。

また、上記実施の形態では、アクチュエータ装置４を電動モータで、伝達機構部２３をねじ機構で、それぞれ構成する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、アクチュエータ装置４を油圧・空圧シリンダーで構成しても良い。これにより、伝達機構部２３を省略することができるので、構造を簡素化して、軽量化と部品コストの削減とを図ることができる。

また、上記実施の形態では説明を省略したが、各車輪２にスリップ角θを付与する場合には、各車輪２の一部のみ（例えば、前輪２ＦＬ，２ＦＲのみ、又は、後輪２ＲＬ，２ＲＲのみ）に付与しても良く、或いは、全ての車輪２に付与しても良い。即ち、各車輪２のスリップ角θがそれぞれ同一である必要はない。

この場合、例えば、ハンドル５１の操作角を検出し、所定の操作角以上であれば、旋回方向外方又は内方の車輪２のみにスリップ角θを付与するように制御しても良い。或いは、ハンドル５１の操作角が所定の操作角以下の場合のみ、車輪２の一部又は全部にスリップ角θを付与するように構成しても良い。また、スリップ角θの付与は、トーイン又はトーアウトとなるように付与しても良く、或いは、左右の車輪２の舵角が同方向となるように付与しても良い。

なお、この場合には、スリップ角θを全ての車輪２に付与すること、及び、左右の車輪２がトーインとなるようにスリップ角θを付与することが好ましい。最も好ましくは、前輪２ＦＬ，２ＦＲ及び後輪２ＲＬ，２ＲＲが共にトーインとなるように、全車輪２にスリップ角θを付与することである。これにより、全体としての制動力を増加させ、制動距離の短縮を図ることができると共に、減速時の操縦安定性を確保することができるからである。

また、上記実施の形態では、ブレーキ装置（例えば、摩擦力を利用したドラムブレーキやディスクブレーキ）が車両１に設けられていない場合を説明したが、かかるブレーキ装置を車両１に更に設けることは当然可能である。

本発明の一実施の形態における制御装置が搭載される車両を模式的に示した模式図である。 制御装置の電気的構成を示したブロック図である。 （ａ）は車輪の上面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の部分拡大図である。 車輪のスリップ率と車輪の接地面における車両進行方向の変形量との関係を示した図である。 制動制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 制御装置
１ 車両
２ 車輪
２ＦＬ 前輪（車輪、左車輪）
２ＦＲ 前輪（車輪、右車輪）
２ＲＬ 後輪（車輪、左車輪）
２ＲＲ 後輪（車輪、右車輪）
３ 車輪駆動装置
３ＦＬ〜３ＲＲ ＦＬ〜ＲＲモータ（車輪駆動装置）
４ アクチュエータ装置
４ＦＬ〜４ＲＲ ＦＬ〜ＲＲアクチュエータ（アクチュエータ装置）
３１ 舵角センサ装置（スリップ角検出手段の一部）
３１ＦＬ〜３１ＲＲ ＦＬ〜ＲＲ舵角センサ（スリップ角検出手段の一部）
３２ 車両速度センサ装置（対地速度検出手段、スリップ角検出手段の一部）
３２ａ 前後方向加速度センサ（対地速度検出手段の一部、スリップ角検出手段の一部）
３２ｂ 左右方向加速度センサ（対地速度検出手段の一部、スリップ角検出手段の一部）
３３ 車輪回転速度センサ装置（回転速度検出手段）
３３ＦＬ〜３３ＲＲ ＦＬ〜ＲＲ回転速度センサ（回転速度検出手段）
３４ 接地荷重センサ装置（摩擦係数検出手段）
３４ＦＬ〜３４ＲＲ ＦＬ〜ＲＲ荷重センサ（摩擦係数検出手段）
７２ ＲＯＭ（記憶手段）
θ スリップ角
Ｖｒ 車輪の実際の周速度（回転速度）
Ｌｃ 車輪の接地面における車両進行方向の変形量
Ｖｃ 車両の対地速度
Ｌｌｉｍ 車輪の接地面における車両進行方向の変形限界値

Claims (5)

1. 転舵可能に構成される車輪と、その車輪を操舵駆動するアクチュエータ装置と、前記車輪を回転駆動する車輪駆動装置とを有する車両に対し、前記アクチュエータ装置と車輪駆動装置とを作動させ、前記車輪のスリップ角と回転速度とを制御する制御装置であって、
   前記車輪の制動力を増加させるために、前記車輪のスリップ角の絶対値を増加させ、前記車輪の接地面に横力が発生するように、前記アクチュエータ装置を作動させるアクチュエータ作動手段と、
   そのアクチュエータ作動手段により前記スリップ角の絶対値が増加された前記車輪の回転速度を変化させ、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量がより大きくなるように、前記車輪駆動装置を作動させる車輪駆動装置作動手段とを備えていることを特徴とする制御装置。
2. 前記車両の対地速度を検出する対地速度検出手段と、
   前記車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記車輪のスリップ角を検出するスリップ角検出手段と、
   それら対地速度検出手段、回転速度検出手段およびスリップ角検出手段により検出された前記対地速度、回転速度およびスリップ角に基づいて、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量を算出する変形量算出手段と、
   前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形限界値を記憶する記憶手段とを備え、
   前記車輪駆動装置作動手段による前記車輪駆動装置の作動は、前記記憶手段に記憶された変形限界値を超えない範囲内で、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量がより大きくなるように、前記車輪の回転速度を変化させるものであることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記車輪が走行する路面のうち、その車輪の接地面に対応する部分の摩擦係数を検出する摩擦係数検出手段と、
   その摩擦係数検出手段により検出された前記摩擦係数に基づいて、前記記憶手段に記憶される前記変形限界値を補正する補正手段とを備え、
   前記車輪駆動装置作動手段による前記車輪駆動装置の作動は、前記補正手段により補正された後の変形限界値を超えない範囲内で、前記車輪の接地面における前記車両進行方向の変形量がより大きくなるように、前記車輪の回転速度を変化させるものであることを特徴とする請求項２記載の制御装置。
4. 前記車輪は、前記車両の左右に配設される左車輪と右車輪とを備え、
   前記アクチュエータ作動手段は、前記左車輪と右車輪との少なくとも一方の制動力を増加させるために、前記左車輪と右車輪との少なくとも一方のスリップ角の絶対値を増加させる場合、前記左車輪と右車輪との関係がトーインとなるように、前記アクチュエータ装置を作動させるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記アクチュエータ作動手段は、前記左車輪のスリップ角の絶対値と前記右車輪のスリップ角の絶対値とが同量となるように、前記アクチュエータ装置を作動させるものであることを特徴とする請求項４記載の制御装置。

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