JP2008074194A - 車両の駆動力配分制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップが発生して車輪の駆動力が制限されているときであっても、路面摩擦係数を精度良く検出して目標車両挙動を実現する目標駆動力配分を演算する。
【解決手段】本発明は、四輪をそれぞれ独立に駆動する車両において、スリップ状態にある車輪のスリップ率が、路面摩擦係数における路面反力の最大値である最大路面反力に相当するスリップ率に収束するように、スリップ状態にある車輪に伝達する駆動力をフィードバック制御し（Ｓ９００）、スリップ状態にある車輪に伝達する駆動力がフィードバック制御されるとき、路面摩擦係数において目標車両挙動を実現するように駆動力配分を補正し（Ｓ５００）、駆動力配分の補正において、フィードバック制御手段によって駆動力が制御される車輪のうち、少なくとも１輪の駆動力を最大路面反力より大きい駆動力に補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の駆動力配分制御装置に関するものである。

左右輪を独立に駆動（あるいは制動）可能な車両において、ヨーレートや車両横方向加速度を所望の応答とする左右輪の駆動力差をフィードフォワードで求めるモデルフォロイング制御が非特許文献１に記載されている。このモデルフォロイング制御では、各輪の舵角、駆動力、横すべり角等が十分小さいという仮定のもとで車両を線形化（線形２輪モデル）し、この線形化した車両モデルの逆モデルを用いてヨーレートや車両横方向加速度を所望の応答となる左右輪の駆動力差を求めている。
金井喜美雄、越智徳昌、川邊武俊著、「ビークル制御」、槇書店、２００４年１月２０日、第３章３．２節

上記従来の技術によれば、線形近似された車両モデルに対し、所望のヨーレートや車両横方向加速度を得ることができる。しかし、ヨーレートや横方向加速度等を主として生じさせる各輪のタイヤ横力について考えると、駆動力変化に対するこのタイヤ横力の変化は、横すべり角や輪荷重等によって非線形に変化することが知られている。特に各輪の舵角や横すべり角が大きくなる急旋回時には、各輪の舵角や横すべり角を線形近似したことによるモデル誤差が大きくなる。従って、このようにタイヤの非線形性が強くなりモデル誤差が大きくなるような場合には、上記従来の技術で求めた左右輪駆動力差ではヨーレートや車両横方向加速度を所望の応答とすることができず、目標値に対してオーバーシュートや収束の遅れが発生し、ドライバーの操縦性を損ねるおそれがある。

そこで、フィードフォワード制御によって非線形性を考慮して各輪の駆動力を設定することでドライバーの操縦性を向上させることが考えられるが、当該非線形性を考慮する為には各輪の路面摩擦係数等のタイヤの状況を知ることが必要となる。これらタイヤの状況はタイヤのスリップ率などから推定可能であるが、スリップ発生時にはスリップする路面に合わせて各輪の駆動力をスリップが生じない程度の駆動力であってドライバーの操縦性を満たす駆動力に設定することになるので、その後、路面摩擦力が回復してくるとタイヤ横力も回復して、車両挙動（モーメントなど）が変化してしまうが、車輪の駆動力はスリップが生じない程度に制限されているので路面摩擦力の回復を判断することができない。よって、フィードフォワード制御による車両姿勢の安定化が困難になる。

本発明は、スリップが発生して車輪の駆動力が制限されているときであっても、路面摩擦係数を精度良く検出して目標車両挙動を実現する目標駆動力配分を演算することを目的とする。

本発明は、四輪をそれぞれ独立に駆動する車両の駆動力配分制御装置において、車両の前後方向力、横方向力及びヨーモーメントの目標値である目標車両挙動を演算する目標車両挙動演算手段と、目標車両挙動を実現する各輪の駆動力配分を演算する駆動力配分演算手段と、各輪が路面から受ける反力である路面反力を推定する路面反力推定手段と、各輪のスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、各輪の少なくとも１輪がスリップ状態であるか否かを判定するスリップ状態判定手段と、各輪の少なくとも１つがスリップ状態であると判定されたとき、スリップする直前の路面反力に基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、各輪の少なくとも１つがスリップ状態であると判定されたとき、スリップ状態にある車輪のスリップ率が、路面摩擦係数における路面反力の最大値である最大路面反力に相当するスリップ率に収束するように、スリップ状態にある車輪に伝達する駆動力をフィードバック制御する駆動力フィードバック制御手段と、スリップ状態にある車輪に伝達する駆動力がフィードバック制御されるとき、路面摩擦係数において目標車両挙動を実現するように駆動力配分を補正する駆動力配分補正手段とを備え、駆動力配分補正手段は、フィードバック制御手段によって駆動力が制御される車輪のうち、少なくとも１輪の駆動力は、前記最大路面反力より大きい駆動力に補正し、当該１輪を前記駆動力フィードバック制御手段によって駆動力を制御させる。

本発明によれば、スリップ状態であると判定された車輪のうち少なくとも１輪については最大路面反力より大きい駆動力に設定される。これにより、前述の少なくとも１輪はフィードバック制御手段によって駆動力が制御される状態となるので、目標車両挙動を実現するように駆動力配分を制御した後も継続的に路面摩擦係数を推定することができ、路面摩擦係数の推定精度が向上する。よって、目標車両挙動を実現する駆動力配分を精度良く演算することができ、車両の追従性を向上させることができる。

図１（ａ）、（ｂ）は駆動力、タイヤ横力及び路面摩擦係数の関係を示すマップである。図１に示すように駆動力とタイヤ横力の関係は路面摩擦係数によって異なるため、駆動力補正量の演算には路面摩擦係数が必要であり、路面摩擦係数を推定する必要がある。

路面摩擦係数を推定する技術としては、例えば特開平６−９８４１８に記載された方法に基づいて車輪が路面から受ける反力を推定し、車輪がスリップした時の路面反力とタイヤ径と輪荷重から推定する技術がある。

上記の路面摩擦係数推定技術を従来の駆動力補正量の演算に用いた場合、推定した路面摩擦係数においてスリップを生じずに目標車両挙動を実現するように駆動力指令値が補正される。

これにより、スリップが抑制され路面摩擦係数の推定ができなくなるため、従来技術においては、路面摩擦係数が増加傾向にあっても、スリップを生じた路面摩擦係数において目標車両挙動を実現する駆動力配分指令値を演算し続ける。その結果、目標車両挙動との誤差が大きくなり、目標車両挙動の実現性が低下するという問題があった。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。

（第１実施形態）
図２は、本実施形態の車両の駆動力配分制御装置におけるシステム構成概略図である。車両は、バッテリ９から供給される電力により駆動されるモータ１１によって左前輪１を、モータ１２によって右前輪２を、モータ１３によって左後輪３を、モータ１４によって右後輪４をそれぞれ独立に駆動する。

モータ１１〜１４は三相同期電動機や三相誘導電動機等の力行運転および回生運転ができる交流電動機であり、バッテリ９はニッケル水素電池或いはリチウムイオン電池である。インバータ１６〜１９はそれぞれモータ１１〜１４で発電された交流電流を直流電流に変換しバッテリ９に充電するとともに、バッテリ９が放電した直流電流を交流電流に変換しモータ１１〜１４に供給する。各車輪１〜４の速度はそれぞれ車輪速センサ２１〜２４によって検出され、検出された各車輪１〜４の回転速度はコントローラ８に送信される。

各車輪１〜４の回転半径はＲで全て等しく、各モータ１１〜１４と各車輪間は減速比１、即ち直接連結されている。

車両の前後方向加速度および横方向加速度は車両重心位置に取り付けられた加速度センサ１００によって、車両のヨーレートはヨーレートセンサ１０１によってそれぞれ検出され、検出された車両の横方向加速度とヨーレートはコントローラ８に送信される。

前輪１、２の舵角は、運転者によるステアリング５の操舵によってステアリングギヤ１５を介して機械的に調整される。なお、前輪１、２の舵角変化量はステアリング５の操舵角変化量に対して１/１６になるように設定されている。また、ステアリング操舵角変化量と独立して制御できるステアバイワイヤを装備して、各輪の舵角を調整する構成でもよい。

各車輪１〜４の舵角は舵角センサ３１〜３４によって検出され、検出された各車輪１〜４の舵角はコントローラ８に送信される。

運転者によるステアリング５の回転角はステアリング角センサ２５によって、アクセルペダル６とブレーキペダル７の踏込量はアクセルストロークセンサ２６およびブレーキストロークセンサ２７によってそれぞれ検出され、コントローラ８に送信される。

コントローラ８はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路およびインバータ回路等からなり、車輪速センサ２１〜２４、ステアリング角センサ２５、アクセルストロークセンサ２６、ブレーキストロークセンサ２７、加速度センサ１００、ヨーレートセンサ１０１等で検出した信号を受信し、これらの信号を基にモータ１１〜１４に対して目標とする駆動力配分を実現するトルク配分制御を行う。

次にコントローラ８で行う制御について図３を参照しながら説明する。図３は、図２の電動車両においてコントローラ８で実行するモータ１１〜１４へのトルク配分制御を示すフローチャートである。制御演算処理は、微少時間（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し演算される。

ステップＳ１００（目標車両挙動演算手段）では、アクセル開度と車速とステアリング角から、車両の前後方向力Ｆ_x、横方向力Ｆ_y、ヨーモーメントＭの目標車両挙動を演算する。

ステップＳ２００（駆動力配分演算手段）では、ステップＳ１００で演算した目標車両挙動を実現する各輪の駆動力配分を演算する。

ステップＳ３００（路面反力推定手段）では、ステップＳ２００で演算した駆動力配分における各輪の路面反力を推定する。

ステップＳ４００では、１サンプリング前の演算処理において、下流のステップＳ１０００またはステップＳ１１００で演算したＦｌａｇが１であるか否かを判定する。Ｆｌａｇが１であればステップＳ５００へ進み、０であればステップＳ６００へ進む。

ステップＳ５００（駆動力配分補正手段）では、１サンプリング前の演算処理において、下流のステップＳ８００で推定した路面摩擦係数においてステップＳ１００で演算した目標車両挙動を実現するように、ステップＳ２００で演算した駆動力配分の補正量を演算する。

ステップＳ６００（スリップ率演算手段）では、各輪１〜４の車輪速度と、各輪１〜４の車輪速度を基に演算する車速から、各輪１〜４のスリップ率を演算する。

ステップＳ７００（スリップ状態判定手段）では、ステップＳ６００で演算したスリップ率を基に、いずれかの車輪１〜４でスリップ状態になっているか否かを判定する。スリップ状態になっていると判定されるとステップＳ８００へ進み、スリップ状態でないと判定されるとステップＳ１１００へ進む。

ステップＳ８００（路面摩擦係数推定手段）では、ステップＳ７００でスリップ状態と判定された車輪の路面摩擦係数を推定する。

ステップＳ９００（駆動力フィードバック制御手段）では、ステップＳ７００でスリップ状態と判定された車輪に対して、車輪に伝達する駆動力が最大路面反力に相当するスリップ率へ収束するように、駆動力をフィードバック制御する。

ステップＳ１０００では、いずれかの車輪がスリップしたことを示すＦｌａｇを１にする。

ステップＳ１１００では、いずれかの車輪がスリップしたことを示すＦｌａｇを０にする。

次に、ステップＳ１００の処理について図４のフローチャートを参照しながら説明する。ステップＳ１０１では、車輪速センサ２１〜２４で各輪１〜４の回転速度ω１、ω２、ω３、ω４をそれぞれ検出し、各輪１〜４の半径Ｒを乗じて各輪１〜４の速度Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ₄（単位：ｍ／Ｓ）を得ると共に、車速Ｖ（単位：ｍ／Ｓ）を式（1）の通り求める。

また、アクセルストロークセンサ２６およびブレーキストロークセンサ２７によってアクセルペダル６とブレーキペダル７の踏込量ＡＰ（単位：％）およびＢＰ（単位：％）をそれぞれ検出し、ステアリング角センサ２５によってステアリング５の回転角θ（単位：ｒａｄ）を検出し、車両の前後方向加速度α_x（単位：ｍ／Ｓ²）と横方向加速度α_y（単位：ｍ／Ｓ²）を加速度センサ１００で検出し、ヨーレートγ（単位：ｒａｄ／Ｓ）をヨーレートセンサ１０１で検出し、各車輪１〜４の舵角δ₁、δ₂、δ₃、δ₄を舵角センサ３１〜３４で検出する。ＶおよびＶ₁〜Ｖ₄は車両前進方向を正とし、ステアリングの回転角θは反時計回りを正とし、α_xは車両が前方に加速する方向を正とし、α_yは車両が左旋回時に車両重心位置から旋回中心に向かう方向を正とし、γは車両を鉛直上方からみたときに反時計回りを正とする。

なお、舵角センサ３１〜３４を持たない車両ではステアリング５の回転角θから各輪１〜４の舵角を求めるようにする。本実施例では前輪１、２の舵角δ₁、δ₂をδ₁＝δ₂＝θ／１６とし、後輪３、４の舵角δ₃、δ₄をδ₃＝δ₄＝０とする。このような場合には、コンプライアンスステアやロールステア等、サスペンションの影響を考慮して各輪の舵角を補正できるようにすると尚良い。

ステップＳ１０２では、各輪１〜４の横すべり角β₁、β₂、β₃、β₄（単位：ｒａｄ）を推定する。推定方法は、例えば、特開平１０-３２９６８９号に記載された方法を用い、ステップＳ１０１で検出或いは推定した横方向加速度α_y、ヨーレートγ、車速Ｖ、各輪舵角δ_iとステアリング角θから車体横すべり角βとβ_iを推定する。なお、β_iの符号は、車輪の前後方向から車輪速度の方向までの角度が鉛直上方から見て反時計回りになっている場合を正とする。

ステップＳ１０３では、各輪１〜４の輪荷重Ｗ₁、Ｗ₂、Ｗ₃、Ｗ₄（単位：Ｎ）を式（2）〜式（５）の通り求める。

ただし、Ｌｆは車両重心位置から前輪車軸までの距離（単位：ｍ）、Ｌｒは車両重心位置から後輪車軸までの距離（単位：ｍ）、Ｌｔは前後輪のトレッド長さ（単位：ｍ）、Ｌｌはホイールベース長さ（単位：ｍ）でＬｌ＝（Ｌｆ＋Ｌｒ）、ｈは車両重心の高さ（単位：ｍ）、ｍは車両の質量（単位：ｋｇ）、ｇは重力加速度（単位：ｍ／Ｓ²）である。

ステップＳ１０４では車両前後方向力の静的目標値Ｆ_x ^*を、アクセルペダル６とブレーキペダル７の踏込量ＡＰおよびＢＰと車両速度Ｖに基づいて式（６）の通り求める。

式（６）中のＦａ_x ^*はアクセルペダル６の踏込量ＡＰおよび車速Ｖに基づいて目標駆動力マップを参照したものであり、またＦｂ_x ^*はブレーキペダル７の踏込量ＢＰに基づいて目標制動力マップを参照した値である。なお、目標駆動力マップおよび目標制動力マップは例えばそれぞれ図５および図６のように設定される。また、Ｆ_x ^*、Ｆａ_x ^*、Ｆｂ_x ^*は何れも車両を前方に加速させる向きを正とする。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で設定したＦ_x ^*とステアリング５の回転角θと車両速度Ｖに基づいて車両横方向力の静的目標値Ｆ_y ^*を目標車両横方向力マップを参照して設定する。また、ヨーレートの静的目標値γ^*を、目標ヨーレートマップを参照して設定する。

この目標車両横方向力マップおよび目標ヨーレートマップは、例えばそれぞれ図７および図８のように設定されるマップであり、これら２つのマップの設定方法は後述するステップＳ２００の駆動力配分演算にて説明する。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で演算したヨーレートの静的目標値γ^*を微分し、車両のヨー慣性モーメントＩ（単位：kg・ｍ²）を乗じることによってヨーモーメントの静的目標値Ｍ^*を演算する。

次にステップＳ２００の処理について説明する。ステップＳ２００では、各輪の駆動力配分Ｆｘ₁ ^*、Ｆｘ₂ ^*、Ｆｘ₃ ^*、Ｆｘ₄ ^*をθ、Ｖ、Ｆ_x ^*に基づいて駆動力配分マップを参照して設定する。この駆動力配分マップは、例えば図９のように設定される。

ここで、この駆動力配分マップと、ステップＳ１０５で用いた目標車両横方向力マップおよび目標ヨーレートマップの求め方について説明する。尚、本実施例では走行する路面の摩擦係数を１．０に固定し、車輪に配分する駆動力を輪荷重比で配分する例を挙げて説明する。

最初に、ステアリング５の角度をθ’、車両前後方向力をＦｘ’としてシミュレーション或いは実験によって車両を走行させる。

次に、走行時の車両横方向力による輪荷重Ｗ₁、Ｗ₂、Ｗ₃、Ｗ₄の変化に応じて各輪に配分する駆動力を収束演算する。十分時間が経過して車速Ｖ’が一定（定常状態）になったときの各輪の駆動力Ｆｘ_i’、車両横方向力Ｆ_y’及びヨーレートγ’を求める。

最後に、今シミュレーション或いは実験を行った時のθ、Ｖ’、Ｆｘ’に対応したＦｘ_i’、Ｆ_y’、γ’を駆動力配分マップ、目標車両横方向マップ、目標ヨーレートマップに設定していく。

次にステップＳ３００の処理について説明する。路面反力の推定は、例えば、特開平６−９８４１８号に記載された方法を用いて、各輪１〜４が路面から受ける反力を推定する。路面反力推定方法の詳細については省略する。

次にステップＳ５００の処理について図１０及び図１１のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ５０１では、１サンプリング前の演算処理のステップＳ８００において推定した路面摩擦係数、及びステップＳ９００において車輪に伝達する駆動力が最大路面反力に相当するスリップ率に収束するように制御した駆動力を読み込む。

ステップＳ５０２では、１サンプリング前の演算処理のステップＳ７００でスリップ状態と判定された車輪が２輪以上か否かを判断する。１輪である場合はステップＳ５０３へ、２輪以上である場合は図１１に示す処理２の演算を行う。

ステップＳ５０３では、ステップＳ５０１で読み込んだ路面摩擦係数推定値において、スリップが発生した車輪の駆動力をステップＳ９００で制御した駆動力とし、他の３輪の駆動力をステップＳ２００で演算した駆動力とした時に実現する車両前後方向力Ｆ_x ^#、車両横方向力Ｆ_y ^#、ヨーモーメントＭ^#を推定する。推定方法について以降説明する。

なお、本実施形態では、左前輪１にスリップが発生し、ステップＳ２００でＦｘ₁ ^*と演算された駆動力が、１サンプリング前の演算処理のステップＳ９００で最大路面反力に相当する駆動力Ｆｘ₁_ｃに制御された場合について説明する。

車両前後方向力Ｆ_x ^#、車両横方向力Ｆ_y ^#、ヨーモーメントＭ^#の推定は式（７）〜式（９）の通り求める。

なお、Ｆｙ₁__C、Ｆｙ₂、Ｆｙ₃、Ｆｙ₄は、現在の車両状態において、Ｆｘ₁__C、Ｆｘ₂、Ｆｘ₃、Ｆｘ₄が各輪に加わった時に発生するタイヤ横力で、各輪の現在の横すべり角β_iに基づいて駆動力とタイヤ横力との関係を表すタイヤ特性マップから設定する。各輪ともこのタイヤ特性マップは共通であり、図１のように設定される。タイヤ特性マップは路面摩擦係数によって特性が図１（ａ）、（ｂ）に示すように異なり、ステップＳ５０１で読み込んだ路面摩擦係数推定値に基づいて、駆動力とタイヤ横力との関係を表すタイヤ特性マップからＦｙ_iを設定する。

ステップＳ５０４では、Ｆ_x ^*、Ｆ_y ^*、Ｍ^*とＦ_x ^#、Ｆ_y ^#、Ｍ^#との誤差ΔＦ_x、ΔＦ_y、ΔＭを式（１０）〜式（１２）の通り求める。

ステップＳ５０５では、ΔＦ_x、ΔＦ_y、ΔＭを補正するΔＦｘ₁、ΔＦｘ₂、ΔＦｘ₃、ΔＦｘ₄を求める。まず各車輪１〜４で発生する駆動力とタイヤ横力の合力（タイヤ力）の車両前後方向成分Ｆ_x’および車両横方向成分Ｆ_y’を考える。すると図１２に示すように各輪１〜４の舵角をδ_i（ｉ＝１〜４）だけ切った場合におけるＦ_x’とＦ_y’は式（１３）および式（１４）の通り表される。ただし、Ｆ_x’は車両を前方に加速する方向を、Ｆ_y’は車両を左方向に加速させる方向をそれぞれ正とする。

従って、各車輪１〜４の駆動力がΔＦｘ_iだけ変化したときのタイヤ横力変化量をΔＦｙ_iとすると、各車輪の駆動力がΔＦｘ_iだけ変化したときのＦｘ_i’ Ｆｙ_i’の変化量ΔＦｘ_i’、ΔＦｙ_i’は式（１５）および式（１６）の通り表される。

ここで更に、駆動力とタイヤ横力の関係は図１３に示す関係にある。図１３は輪荷重と路面摩擦係数に変化が無いとした時の駆動力とタイヤ横力の関係を表した図で、駆動力を横軸に、タイヤ横力を縦軸にとっている。この図１３の関係を利用して、各輪１〜４の現在の駆動力Ｆｘ_iとタイヤ横力Ｆｙ_iにおける、駆動力変化ΔＦｘ_iに対するタイヤ横力の感度をｋｉ（ｉ＝１〜４）とおく。即ち、ｋ_iは図１３に示すようにΔＦｘ_iおよびΔＦｙ_iが微小の時の式（１７）の値である。

するとΔＦｘ_iおよびΔＦｙ_iが微小で、この式（１７）の近似が十分成り立つとすると、ΔＦｙ_i＝ｋ_iΔＦｘ_iとおけるので、各輪の駆動力Ｆｘ_iが十分微小なΔＦｘ_iだけ変化した時のＦｘ_i’、Ｆｙ_i’の変化量ΔＦｘ_i’、ΔＦｙ_i’は式（１８）および式（１９）の通り表される。

ここで、図１４の状態において、タイヤ力の総和の車両前後方向成分Ｆｘと、タイヤ力の総和の車両横方向成分Ｆｙと、各輪１〜４のタイヤ力によって発生する車両重心周りのヨーモーメントの総和Ｍは式（２０）〜（２２）の通り表すことができる。ただし、Ｍは車両を鉛直上方からみたときに反時計回りを正とする。

従って、各輪の制駆動力Ｆｘ_iがそれぞれΔＦｘ_iだけ変化したときのＦｘ、Ｆｙ、Ｍの変化量ΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭは式（１８）および式（１９）のｐ_i、ｑ_iを用いて、式（２３）〜（２５）の通り表される。

式（２３）〜（２５）をまとめると式（２６）の通り表すことができる。

ΔＦｘ₁を既知と仮定してΔＦｘ₂、ΔＦｘ₃、ΔＦｘ₄について解くと、ΔＦｘ₂、ΔＦｘ₃、ΔＦｘ₄は式（２７）の通り表される。

ただし、

従って式（２７）より、Ｄ₁≠０の場合には、現在の動作点周りでＦｘ、Ｆｙ、ＭをそれぞれΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭだけ変化させる各輪の駆動力変化量ΔＦｘ_iは、χを任意定数として式（３２）の通り求めることが出来る。

同様にしてΔＦｘ₂、ΔＦｘ₃、ΔＦｘ₄の何れか一つを既知と仮定して式（２６）を解くと、Ｄ₂≠０、Ｄ₃≠０、Ｄ₄≠０それぞれの場合に現在の動作点周りでＦｘ、Ｆｙ、ＭをそれぞれΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭだけ変化させる各輪の駆動力変化量ΔＦｘ_iを求める式が得られる。例としてΔＦｘ₄を既知として式（２６）を解くと、式（３３）の通りとなる。

式（３２）や式（３３）の任意定数χを決定することで、各輪の補正量ΔＦｘ₁、ΔＦｘ₂、ΔＦｘ₃、ΔＦｘ₄を演算することができる。

ここで、最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪については、最大路面反力に相当する駆動力を出力しているものとして、他の車輪の補正量を演算してもよい。本実施形態では左前輪１にスリップが発生した場合について説明しているので、ΔＦｘ₁の値を０として式（３２）や式（３３）の任意定数χを演算すると、式（３２）を用いた場合、任意定数χは式（３４）の通り演算され、また式（３３）を用いた場合、式（３５）の通り演算される。

演算した任意定数χで、各輪の補正量ΔＦｘｉを演算する。

ステップＳ５０６では、ステップＳ５０５で演算した駆動力補正量ΔＦｘｉをステップＳ２００で演算した駆動力配分の各輪駆動力Ｆｘ_i ^*に加算し、式（３６）の通りＦｘ_i ^#を演算する。

ステップＳ５０７では、ステップＳ５０６で演算した駆動力を各輪に指令する。ただし、駆動力をＦｘ₁_ｃに制限した車輪については、ステップＳ２００で演算した駆動力を再び指令する。

すなわち、最大路面反力より大きな駆動力を再び指令することで、路面摩擦係数が増加傾向にある場合においても、下流のステップＳ８００で継続的な路面摩擦係数の推定を可能とし、目標車両挙動を実現する駆動力配分を実際の路面摩擦係数に応じて精度良く演算することができる。

次に、ステップＳ５０２でスリップした車輪が２輪以上であると判断された場合の演算処理２について図１１のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ５１１では、スリップした車輪の数Ｎ（Ｎ≧２）の回数分繰り返し演算を行うための初期値ｌｏｏｐに１を与える。

ステップＳ５１２では、ステップＳ５０１で読み込んだ路面摩擦係数推定値において、スリップした車輪のうち１輪を選択して最大路面反力に相当する駆動力とし、その他３輪をステップＳ２００で演算した駆動力とした場合に実現する車両前後方向力Ｆ_x ^#、車両横方向力Ｆ_y ^#、ヨーモーメントＭ^#を推定する。

ステップＳ５１３〜Ｓ５１５は図１０のステップＳ５０４〜Ｓ５０６と同一の処理を行うので説明を省略する。

ステップＳ５１６では、初期値ｌｏｏｐがＮであるか否かを判定する。初期値ｌｏｏｐがＮであればステップＳ５１８へ進み、初期値ｌｏｏｐがＮでなければステップＳ５１７へ進んで初期値ｌｏｏｐに１を加算してステップＳ５１２へ戻る。

このようにしてステップＳ５１２からステップＳ５１５までの処理を、スリップした車輪の数であるＮ回演算する。ただし、ステップＳ５１２において選択される、最大路面反力に相当する駆動力とする１輪は、演算ごとに変更される。

すなわち、右前輪２と左前輪１がスリップした場合について例を挙げると、一回目の演算では右前輪２の駆動力を最大路面反力に相当する駆動力とし、他３輪をステップＳ２００で演算した駆動力とした場合に実現する車両前後方向力Ｆ_x ^#、車両横方向力Ｆ_y ^#、ヨーモーメントＭ^#を推定する。二回目の演算では、左前輪１の駆動力を最大路面反力に相当する駆動力とし、他３輪をステップＳ２００で演算した駆動力とした場合に実現する車両前後方向力Ｆ_x ^#、車両横方向力Ｆ_y ^#、ヨーモーメントＭ^#を推定するということになる。ここで、ステップＳ５１２において選択される、最大路面反力に相当する駆動力とする１輪は、どのような順番で選択してもよい。

ステップＳ５１８では、目標車両挙動を実現する駆動力補正は可能か否かを判定する。判定方法は、ステップＳ５１５で演算したＦｘi^#の内、スリップした車輪に対応する駆動力が最大路面反力以下か否かを判定する。

ステップＳ８００で推定した路面摩擦係数において、各輪の駆動力が最大路面反力以下で目標車両挙動を実現する駆動力配分が存在すれば、ステップＳ５１９へ進み、各輪の駆動力が最大路面反力以下で目標車両挙動を実現する駆動力配分が存在しない場合は、ΔＦｘ、ΔＦｙ、ΔＭを補正する駆動力配分が存在しないと判定し、ステップＳ５２０以降の処理へ進む。

ステップＳ５１９では、ステップＳ５１５で演算した駆動力を各輪に指令する。ここで、目標車両挙動を実現する駆動力配分が１つだけ存在する場合は、その駆動力配分を各輪に指令する。ただし、スリップした車輪の内、ステップＳ５１５で最大路面反力に相当する駆動力を出力するとして演算した車輪の駆動力は、ステップＳ２００で演算した駆動力を再び指令する。

目標車両挙動を実現する駆動力配分が２つ以上存在する場合は、いずれの駆動力配分を各輪に指令してもよいが、ステップＳ５１５で最大路面反力に相当する駆動力を出力するとして演算した車輪の駆動力は、ステップＳ２００で演算した駆動力を再び指令する。

また、目標車両挙動を実現する駆動力配分が２つ以上存在する場合、最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪は、駆動力を補正した場合に、最大路面反力より大きな駆動力と制限した駆動力との差が最小となる車輪とする構成としてもよい。

例えば、Ｆｘ₁ ^#とＦｘ₂ ^#がＦｘ₁_ｃとＦｘ₂_ｃに制御された場合、ステップＳ５１５で演算した駆動力Ｆｘｉ^#が以下の＜1＞、＜2＞に示すように２つ存在した場合について説明する。

＜1＞Ｆｘ₁ ^#、Ｆｘ₂ ^#、Ｆｘ₃ ^#、Ｆｘ₄ ^# （ただし、Ｆｘ₁ ^#＝Ｆｘ₁_ｃ、かつＦｘ₂ ^#＜Ｆｘ₂_ｃ）
＜2＞Ｆｘ₁ ^#、Ｆｘ₂ ^#、Ｆｘ₃ ^#、Ｆｘ₄ ^# （ただし、Ｆｘ₁ ^#＜Ｆｘ₁_ｃ、かつＦｘ₂ ^#＝Ｆｘ₂_ｃ）
＜1＞の配分におけるＦｘ₂_ｃとＦｘ₂ ^#との差と＜2＞の配分におけるＦｘ₁_ｃとＦｘ₁ ^#との差を比較し、差が小さい方の車輪を最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪とする。他の車輪の駆動力配分は、最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪が、最大路面反力に相当する駆動力を出力している配分を選択する。

上記の例で言えば、Ｆｘ₂_ｃとＦｘ₂ ^#の差がＦｘ₁_ｃとＦｘ₁ ^#の差より小さかった場合、選択される駆動力配分は＜2＞で、且つＦｘ₂ ^#をステップＳ２００で演算した駆動力Ｆｘ₂を指令する。

ここで、上記制御を図１５を参照しながらさらに詳しく説明する。図１５に示す実線の矢印は、各輪に配分した駆動力の大きさ、また点線は最大路面反力に相当する駆動力を示している。図１５（ａ）では、前輪２輪の実線が点線を超えており、この駆動力配分では前輪２輪にスリップを生じることとなる。この場合を例に挙げて説明する。

目標車両挙動Ｆ_x ^*、Ｆ_y ^*、Ｍ^*を実現するように、スリップ発生以前の駆動力配分の補正量を演算する際、最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪は、最大路面反力に相当する駆動力を出力しているとして、他の車輪の補正量を演算するが、この演算方法は、図１５（ｂ）に示すように、左前輪１が最大路面反力に相当する駆動力を出力しているとして各輪の駆動力を補正する方法と、図１５（ｃ）に示すように、右前輪２が最大路面反力に相当する駆動力を出力しているとして各輪の駆動力を補正する方法との２通り存在する。

ここで、スリップした前輪２輪の内、最大路面反力に相当する駆動力を出力していない車輪の駆動力とその車輪の最大路面反力との差に注目する。すなわち、図１５（ｂ）に示す演算における右前輪の駆動力と最大路面反力に相当する駆動力との差ΔＦｘ_A、および図１５（ｃ）に示す演算における左前輪１の駆動力と最大路面反力に相当する駆動力との差ΔＦｘ_Bに注目する。

ΔＦｘ_AとΔＦｘ_Bを比較するとΔＦｘ_Aの方が小さい。つまり、図１５（ｂ）に示す演算の結果で駆動力配分を補正すると、補正をした後の走行状態において、右前輪２の駆動力が再び最大路面反力を超えてスリップが生じる可能性が高くなり、目標車両挙動への追従性が悪化する可能性がある。

従って、図１５（ｃ）に示す演算の結果、すなわち最大路面反力に相当する駆動力と車輪の駆動力との差が小さい右前輪２に最大路面反力より大きな駆動力を指令し、タイヤに余裕代のある車輪で駆動力を補正することで、駆動力補正後にスリップが生じる車輪を最小限にすることができ、目標車両挙動への追従性をより確保することができる。

一方、ステップＳ５１８において目標車両挙動を実現する駆動力補正は不可能であると判定されると、ステップＳ５２０へ進んでステップＳ５１５で演算した複数ある駆動力配分の内、車両挙動が目標値に最も近くなる駆動力配分を演算する。

また、推定した路面摩擦係数において、目標車両挙動を実現するように駆動力配分を補正できない場合、推定した路面摩擦係数において実現可能な目標車両挙動に変更するようにしてもよい。

変更する手段の一例としては、図５の目標駆動力マップ、図７の目標車両横方向力マップ、図８の目標ヨーレートマップ、図９の駆動力配分マップを路面摩擦係数ごとに用意し、路面摩擦係数に応じで各マップを切り替えることで実現できる。

新たな目標駆動力Ｆ_x ^**と車両横方向力の目標値Ｆ_y ^**とヨーレート目標値γ^**を実現する各輪の駆動力配分はステップＳ２００と同じ処理によって演算する。

ステップＳ５２１では、ステップＳ５０１で読み込んだ路面摩擦係数推定値において、スリップした車輪のうち１輪を最大路面反力に相当する駆動力とし、その他の３輪をステップＳ５２０で演算した駆動力を出力した場合に実現する車両前後方向力Ｆ_x ^##、車両横方向力Ｆ_y ^##、ヨーモーメントＭ^##を推定する。演算処理は上述のステップＳ５１２と同一である。

ステップＳ５２２では、Ｆ_x ^**、Ｆ_y ^**、Ｍ^**とＦ_x ^##、Ｆ_y ^##、Ｍ^##との誤差ΔＦｘ^#、ΔＦｙ^#、ΔＭ^#を求め、ΔＦｘ^#、ΔＦｙ^#、ΔＭ^#を補正するΔＦｘ₁ ^#、ΔＦｘ₂ ^#、ΔＦｘ₃ ^#、ΔＦｘ₄ ^#を演算する。さらにステップＳ５２０で演算した駆動力配分の各輪駆動力にΔＦｘ_i ^#を加算し、各輪の駆動力Ｆｘ_i ^##を演算する。演算処理は上述のステップＳ５１３からＳ５１５と同一である。

ステップＳ５２３では、ステップＳ５２２で演算した駆動力を各輪の駆動力として指定する。ただし、ステップＳ５２２で最大路面反力に相当する駆動力を出力するとして演算した車輪の駆動力は、ステップＳ２００で演算した駆動力を再び指定する。

次にステップＳ６００の処理について説明する。各輪のスリップ率λ_iの演算は、式（３７）〜式（４０）の通り求める。

次にステップＳ７００の処理について説明する。ステップＳ６００で演算したスリップ率λ_iを基に車輪がスリップ状態か否かを判定する。判定は例えばスリップ判定閾値λ_Ｓを設け、各輪のスリップ率λ_iが閾値λ_Ｓを超えた場合にスリップ状態と判定する。本実施形態においては閾値λ_Ｓを路面反力が最大となるスリップ率λ_iとし、路面摩擦係数に応じて変化するものとする。

次にステップＳ８００の処理について説明する。路面摩擦係数の推定には、ステップＳ３００で推定したスリップ直前の路面反力推定値とステップＳ１０３で演算した輪荷重Ｗ₁、Ｗ₂、Ｗ₃、Ｗ₄から式（４１）の通り求める。

ただし、μは路面摩擦係数推定値（単位：なし）、Ｆ_i’はスリップした車輪におけるスリップ直前の路面反力推定値（単位：Ｎ）、Ｗ_iはスリップした車輪におけるスリップ直前の輪荷重（単位：Ｎ）である。

また、スリップ率λ_iから例えば図１６に示すスリップ率と路面反力の関係を表すマップを用いて、スリップする直前のスリップ率λ_iと路面反力推定値から推定することも可能である。図１６のマップは次のようにしてシミュレーション或いは実験的に求められる。

まず、各輪１〜４で用いられているタイヤの横すべり角を０°にし、駆動力を０から徐々に増やしていく。その時のスリップ率λ_iと路面反力の関係を路面摩擦係数ごとに演算すればよい。

次にステップＳ９００の処理について説明する。ステップＳ９００では、スリップ状態の車輪の駆動力が最大路面反力に相当するスリップ率λ_iに収束するように駆動力を制御する。最大路面反力に相当するスリップ率λ_iはステップＳ７００で設定した閾値λ_Ｓとする。

スリップ発生時に駆動力をフィードバック制御する公知技術は、トラクションコントロールシステム（以下、ＴＣＳ）等が挙げられ、本実施形態では駆動力フィードバック制御手段をＴＣＳとする。尚、ＴＣＳの詳細な制御手法の説明については、本実施形態では省略する。

以上のように本実施形態では、スリップ状態であると判定された車輪のうち少なくとも１輪についてはステップＳ２００において演算された駆動力に設定される、すなわち最大路面反力より大きい駆動力に設定される。これにより、前述の少なくとも１輪はスリップ状態となるので、目標車両挙動を実現するように駆動力配分を制御した後も継続的に路面摩擦係数を推定することができ、路面摩擦係数の推定精度が向上する。よって、目標車両挙動を実現する駆動力配分を精度良く演算することができ、車両の追従性を向上させることができる。

また、最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪については、最大路面反力に相当する駆動力を出力しているものとして、他の車輪の駆動力補正量ΔＦｘ_iを演算するので、車輪の回転速度からスリップした車輪の路面反力を推定しなくても、路面反力を精度良く推定することができる。

さらに、目標車両挙動を実現する駆動力配分が２つ以上存在する場合、最大路面反力より大きな駆動力を指令する車輪は、駆動力を補正した場合に、最大路面反力より大きな駆動力と制限した駆動力との差が最小となる車輪とするので、この車輪に最大路面反力より大きな駆動力を指令し、タイヤに余裕代のある車輪で駆動力を補正することで、駆動力補正後にスリップが生じる車輪を最小限にすることができ、目標車両挙動への追従性をさらに向上させることができる。

さらに、推定した路面摩擦係数において、目標車両挙動を実現するように駆動力配分を補正できない場合、推定した路面摩擦係数において実現可能な目標車両挙動に変更するので、駆動力配分を補正できない場合でも実現可能な車両挙動を新たな目標値として、その目標車両挙動への追従性を確保することができる。また、実現可能な目標車両挙動に変更することで、ステップＳ５００において各輪にスリップが生じない駆動力を演算するが、少なくとも一輪においてはステップＳ２００で演算した、最大路面反力より大きな駆動力を指令するので、路面摩擦係数の推定は継続され、目標車両挙動を実現する駆動力配分を実際の路面摩擦係数に応じて精度良く演算することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。

駆動力、タイヤ横力及び路面摩擦係数の関係を示すマップである。 本実施形態における車両の駆動力配分制御装置の構成を示すシステム構成概略図である。 本実施形態における車両の駆動力配分制御装置の制御を示すフローチャートである。 目標車両挙動の演算制御を示すフローチャートである。 目標駆動力マップである。 目標制動力マップである。 目標車両横方向マップである。 目標ヨーレートマップである。 静的駆動力配分マップである。 駆動力配分補正量演算制御を示すフローチャートである。 駆動力配分補正量演算制御の処理２を示すフローチャートである。 駆動力とタイヤ横力の関係を示す模式図である。 駆動力、タイヤ横力及び滑り角の関係を示すマップである。 各輪の駆動力、タイヤ横力及び舵角の関係を示す模式図である。 各輪における駆動力と路面反力との関係を示す模式図である。 スリップ率、路面反力及び路面摩擦係数の関係を示すマップである。

符号の説明

１ 左前輪
２ 右前輪
３ 左後輪
４ 右後輪
８ コントローラ
１１ モータ
１２ モータ
１３ モータ
１４ モータ

Claims (4)

1. 四輪をそれぞれ独立に駆動する車両の駆動力配分制御装置において、
   前記車両の前後方向力、横方向力及びヨーモーメントの目標値である目標車両挙動を演算する目標車両挙動演算手段と、
   前記目標車両挙動を実現する各輪の駆動力配分を演算する駆動力配分演算手段と、
   前記各輪のスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、
   前記各輪の少なくとも１輪がスリップ状態であるか否かを判定するスリップ状態判定手段と、
   前記各輪の少なくとも１つがスリップ状態であると判定されたとき、スリップする直前の前記路面反力に基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
   前記各輪の少なくとも１つがスリップ状態であると判定されたとき、スリップ状態にある車輪のスリップ率が、前記路面摩擦係数における前記路面反力の最大値である最大路面反力に相当するスリップ率に収束するように、前記スリップ状態にある車輪に伝達する駆動力をフィードバック制御する駆動力フィードバック制御手段と、
   前記スリップ状態にある車輪に伝達する駆動力がフィードバック制御されるとき、前記路面摩擦係数において前記目標車両挙動を実現するように前記駆動力配分を補正する駆動力配分補正手段と、
   を備え、
   前記駆動力配分補正手段は、少なくとも１輪の駆動力は、前記最大路面反力より大きい駆動力に補正し、当該１輪を前記駆動力フィードバック制御手段によって駆動力を制御させることを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。
2. 前記駆動力配分補正手段は、前記駆動力フィードバック制御手段によって駆動力が制御される車輪に伝達される駆動力が前記最大路面反力に相当する駆動力であるとみなして、前記駆動力フィードバック制御手段によって駆動力が制御される車輪以外の車輪の駆動力配分を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動力配分制御装置。
3. 前記スリップ状態判定手段によってスリップ状態であると判定された車輪が２輪以上である場合、前記駆動力配分補正手段によって前記駆動力配分演算手段で演算された駆動力に補正される車輪は、前記最大路面反力に相当する駆動力と前記駆動力配分演算手段によって演算された駆動力との差が最小となる車輪であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の駆動力配分制御装置。
4. 前記スリップ状態判定手段によってスリップ状態であると判定された車輪が２輪以上であって、前記駆動力配分補正手段が前記路面摩擦係数において前記目標車両挙動を実現するように前記駆動力配分を補正できない場合、前記目標車両挙動演算手段は、前記目標車両挙動を前記路面摩擦係数において実現できる目標車両挙動に変更することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の車両の駆動力配分制御装置。