JP2008247064A - 車両の運動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各タイヤが極力均一に使用されうようにする。
【解決手段】コントローラＵによって、前後左右の各タイヤ１ＦＬ〜１ＲＲへの横力ｆｘｉおよび前後力ｆｙｉ（ｉ＝１〜４で、各タイヤを区別する識別子）が個々独立して変更制御される。各タイヤの使用負荷総量Σηｉを算出して、各タイヤへのタイヤ力の配分を、各タイヤの使用負荷総量Σηｉに応じて補正される。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、車両の運動制御装置に関するものである。

車両の運動制御、特に姿勢制御を行う技術の１つとして、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御するものが提案されている。特許文献１には、前後左右の４つのタイヤの負荷率が互いに均等となるように制御するものが提案されている。ここで、タイヤ力は、タイヤに作用している横力と前後力とを合成した力であり、タイヤが発生できる最大タイヤ力に対する実際のタイヤ力の割合が、タイヤの負荷率とされる。換言すれば、最大タイヤ力と実際のタイヤ力との差分力はタイヤの余裕力となり、最大タイヤ力に対する上記差分力の割合は、タイヤ余裕率となる。そして、最大タイヤ力は、主としてタイヤの接地荷重と路面μ（μは摩擦係数）とによって決定されることになる。
特開２００５−１４５２５６号公報

各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御する運動制御は、運転者によってハンドル操作されたとき、ブレーキ操作されたとき、さらにはアクセルペダルが踏み込み操作されたときのように、各タイヤのタイヤ力が大きく変更されて車両の姿勢状態が不安定になる過渡期において重要となり、とりわけ障害物の回避操作が行われるときのように、車両の限界付近での制御として重要となる。

ところで、タイヤ力配分制御によって各タイヤへのタイヤ力の配分を決定する際、一部のタイヤが他のタイヤに比して負担が大きくなるという事態を生じることが往々にして生じる。例えば、運転者の運転特性等によって、例えば前左タイヤの負担が大きくなるような走行状態が繰り返されると、左前タイヤが他のタイヤに比して早期に劣化することになるが、一部のタイヤが劣化した状態つまりその最大タイヤ力が小さくなった状態で運動制御を行うことは、目標どおりの運動制御を実現することを阻害する要因になって好ましくないものとなる。また、タイヤを極力均一に使用という観点からも好ましくないものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御する場合に、各タイヤが極力均一に使用されうようにした車両の運動制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するようにした車両の運動制御装置であって、
各タイヤへ配分されるタイヤ力を決定するタイヤ力配分制御手段と、
各タイヤの使用負荷総量を算出する使用負荷総量算出手段と、
各タイヤへのタイヤ力の配分を、前記使用負荷総量算出手段で算出された各タイヤの使用負荷総量に応じて補正する配分補正手段と、
を備えているようにしてある。

上記解決手法によれば、各タイヤの使用負荷総量に応じて、各タイヤへのタイヤ力配分を補正するようにしてあるので、長い期間でみたときに、一部タイヤの負担のみが大きくなって早期に劣化してしまう（逆に、一部のタイヤの負担のみが小さくなってしまう）という事態を防止して、目標どおりの運動を実現する上で好ましいものとなり、また各タイヤを極力均一に使用するという点でも好ましいものとなる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
各タイヤの負荷率を検出する負荷率検出手段を備え、
前記使用負荷総量算出手段が、前記負荷率検出手段で検出された負荷率を積算することによって使用負荷総量を算出する、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、各タイヤの負荷率を順次積算していくという簡単かつ確実な手法でもって、各タイヤの使用負荷総量を精度よく算出することができる。

各タイヤの負荷率を検出する負荷率検出手段を備え、
前記使用負荷総量手段が、前記負荷率検出手段で検出された負荷率の平均値を算出することによって使用負荷総量を算出する、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、各タイヤについてその負荷率の平均値を計算していくという簡単かつ確実な手法でもって、各タイヤの使用負荷総量を精度よく算出することができる。

前記配分補正手段が、使用負荷総量の大きいタイヤについて、前記タイヤ力配分制御手段によって決定されたタイヤ力が小さくなるようにタイヤ力の配分を補正する、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、各タイヤを極力均一に使用させることができる。

前記配分補正手段が、各タイヤ毎に個々独立してタイヤ力の配分補正を行う、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、各タイヤ毎に配分補正を行うので、例えば左右２つのタイヤ毎にまとめて配分補正する場合に比して、各タイヤを均一使用するという点で極めて好ましいものとなる。

路面が所定以上の凹凸状態であることを検出する路面状況検出手段を備え、
前記使用負荷総量算出手段が、前記使用負荷総量の算出に際して、前記路面状況検出手段によって路面の凹凸が検出されたときは使用負荷総量が小さくなる方向の補正を行う、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、大きな凹凸がある路面を走行するときは、タイヤが路面から浮き上がって事実上使用されない時間を多く含むことになるが、このような場合は、使用負荷総量が小さくなる方向への補正を行うことによって、使用負荷総量をより精度よく算出する上で好ましいものとなる。

車両が停車したときにおける各タイヤへの荷重を検出する荷重検出手段を備え、
前記使用負荷総量算出手段が、前記荷重検出手段によって検出される荷重が大きいときは使用負荷総量が大きくなる方向の補正を行う、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、車両が停車したときにおける各タイヤの荷重状態は、例えば乗員の偏り状態、乗員の体重の相違、積載荷物の偏り状態という特性を示すものとなるが、このようなことを総合的に各タイヤへの荷重状態をみることによって判断して、荷重の大きいタイヤについては使用負荷総量が大きくなる方向の補正を行うことにより、各タイヤを均一に使用させる上でより一層好ましいものとなる。

前記使用負荷総量算出手段が、次式（１）に基づいて使用負荷総量を算出する、ようにしてある（請求項８対応）。この場合、使用負荷総量を算出する際に、負荷率を積算する具体的な算出手法が提供される。また、重み付け係数Ｗを、各タイヤ毎に設定してあるので、請求項６，請求項７に対応した使用負荷総量の補正にも柔軟に対応することができる。
Σηｉ（ｔ）＝（１−Ｗｉ）×Σηｉ（ｔ−１）＋Ｗｉ×ηｉ
ただし、
ｉ：１〜４で、各タイヤの識別子
Σηｉ（ｔ）：使用負荷総量の今回値（各タイヤ毎）
Σηｉ（ｔ−１）：使用負荷総量の前回値（各タイヤ毎）
ηｉ：タイヤ負荷率の今回検出値（各タイヤ毎）
Ｗｉ：重み付け係数（０＜Ｗ＜１で、各タイヤ毎）

タイヤ力配分制御手段が、次式（２）に基づく評価関数Ｊが最小となるように、各タイヤに配分する横力ｆｘｉと前後力ｆｙｉを決定する、
ようにしてある（請求項９対応）。この場合、評価関数Ｊの最小化制御という簡単な計算手法によって、タイヤ力の配分制御を行なうことができる。特に、対角線上に位置するタイヤ同士の負荷率が互いに均等となる配分制御とされ、しかも前左右タイヤの負荷率を加算した値が最小となるようにつまり各タイヤの負荷率が最小となるようにな配分制御とされる。
Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜） −−（２）
ただし、
Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
η１＝左前タイヤの負荷率
η２＝右前タイヤの負荷率
η３＝左後タイヤの負荷率
η４＝右後タイヤの負荷率
Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）

本発明によれば、各タイヤのタイヤ力を個々独立して変更制御する場合に、車両が急激に不安定になってしまう事態を防止あるいは抑制することができる。

図１において、車両のとしての自動車ＶＣは、左前輪１ＦＬと、右前輪１ＦＲと、左後輪１ＲＬと、右後輪１ＲＲとを有し、各車輪を特に区別する必要のないときは、車輪１として総称することとする。また、車輪について使用した符号を、そのタイヤについての符号として用いることもある。各車輪１は、車体に対して、サスペンションアーム等を介して上下方向に揺動可能に保持されている。各車輪１は、個々独立して、その転舵角度、制動力および駆動力が変更可能となっている他、接地荷重も変更可能となっている。このため、各車輪１には、舵角制御装置１０、制動力制御装置１１，駆動力制御装置１２，サスペンション制御装置１３が個々独立して設けられている。

前記舵角制御装置１０は、例えば、各車輪１を転舵させる駆動力を付与する油圧式や電気式のアクチュエータを利用して構成することができる。前記制動力制御装置１１は、例えば、車輪１に付与するブレーキ力を調整する油圧式あるいは電気式のアクチュエータを利用して構成することができ、特に最近の車両において搭載されていることの多いＡＢＳ制御装置やトラクション制御装置を利用することができる。

前記駆動力制御装置１２は、各車輪共通用のエンジンやモータからの駆動力をトルク配分制御するものとして構成することができ、この他、各車輪１毎に個々独立して駆動モータを有する場合は、この各駆動モータの発生トルクを制御するものとして構成することができる。前記サスペンション制御手段１３は、いわゆるアクティブサスペンション制御装置において用いられている車高調整用のシリンダ装置を制御するものとして構成することができる。

各車輪１には、個々独立して、そのタイヤ力等を検出するタイヤ力センサ２０が設けられている。このタイヤ力センサ２０としては、例えば、各車輪１が保持されるハブに組み込まれた６分力センサを用いることができる。この６分力センサによって、左右、前後、上下の各方向において車輪（つまりタイヤ）に作用している力を検出することが可能となっている。

図１において、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）であり、このコントローラＵは、後述するように、各車輪１のタイヤ力配分を制御するものとなっている。コントローラＵを含む制御系統の全体が、ブロック図的に図２に示される。この図２において、コントローラＵによって、前述した各制御装置１０〜１３が制御される。このため、コントローラＵには、前述のタイヤ力センサ２０からの信号の他、各種センサＳ１〜Ｓ５からの信号が入力される。センサＳ１は、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサである。センサＳ２は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサである。センサＳ３は、ハンドル１５（図１参照）の操作量を検出するハンドルセンサである。センサＳ４は、路面μ（摩擦係数）を検出するμセンサである（図１をも参照）。

コントローラＵは、前述したセンサＳ１〜Ｓ５からの信号に基づいて、車体重心位置での目標前後力Ｆｙｏと目標横力Ｆｘｏと目標ヨーモーメントＹＭｏとを決定する。そして、この目標前後力Ｆｙｏと目標横力Ｆｘｏと目標ヨーモーメントＹＭｏとを満足するように、後述のようにして、各車輪１（各タイヤ）のタイヤ力を個々独立して制御する。

ここで、タイヤ力について、図３を参照しつつ説明する。まず、Ｆｍａｘで示す円が摩擦円であり、最大タイヤ力となる。この最大タイヤ力Ｆｍａｘは、主として接地加重と路面μとによって決定される。タイヤに作用している前後力がＦｙで示され、横力がＦｘで示される。前後力Ｆｙと横力Ｆｘの合成力Ｆｘｙが実際のタイヤ力であり、タイヤ力Ｆｘｙは、「（Ｆｘの２乗＋Ｆｙの２乗）の１／２乗」となる。そして、最大タイヤ力Ｆｍａｘに対するタイヤ力Ｆｘｙの割合が、負荷率ηとなる。また、最大タイヤ力Ｆｍａｘからタイヤ力Ｆｘｙを差し引いた差分力△ｆが、さらに発揮できるタイヤ力の余裕力であり、また、最大タイヤ力に対する差分力△ｆの割合が、タイヤ余裕率となる。

運動制御において、重要なことは、各タイヤについて、そのタイヤ力Ｆｘｙがその最大タイヤ力Ｆｍａｘを超えないようにすることである（負荷率を１００％未満にする）。特に、全ての車輪１がほぼ同時に負荷率１００％を超えないようにすることが、車両の急激な姿勢変化を防止あるいは抑制する上で重要となる。

本実施形態では、基本的に、各タイヤへのタイヤ力の配分制御は、４つの車輪１について、対角線上に位置する（平面視において対角線上に位置する）対となる車輪を想定した制御が行われる。すなわち図５，図６に示すように、左前輪１ＦＬと右後輪１ＲＲとが対となる車輪（タイヤ）を構成し、同様に、右前輪１ＦＲと左後輪１ＲＬとが対となる車輪（タイヤ）を構成する。

そして、本実施形態では、対となる左前輪（タイヤ）１ＦＬの負荷率η１と、右後輪１ＲＲ（タイヤ）の負荷率η４とが互いに均等となるように制御される。同様に、対となる右前輪（タイヤ）１ＦＲの負荷率η２と、左後輪１ＲＬ（タイヤ）の負荷率η３とが互いに均等となるように制御される。

タイヤ力配分制御の実際を、図示的に示したのが図５，図６である。すなわち、図５は、安定して車両が運転されている状態であり（例えば直進定常運転状態）、各車輪のタイヤについて、その負荷率η１〜η４がほぼ同じ値で、かつタイヤ力にも十分に余裕がある状態である。図５の状態から、ブレーキ操作、アクセル踏み込み操作あるいはハンドル操作が行われて、車両の限界付近の状態になると、各タイヤへのタイヤ力の配分状態が、例えば図６に示すように変更される。図６の状態では、１組目の対となる右前輪（タイヤ）１ＦＲの負荷率η２と、左後輪１ＲＬ（タイヤ）の負荷率η３とが、互いに均等とされつつ、ほぼ飽和した極めて大きい値に変化されて、余裕タイヤ力を殆ど有しない状態となる。この一方、もう１組の対となる左前輪（タイヤ）１ＦＬの負荷率η１と、右後輪１ＲＲ（タイヤ）の荷率η４とは、互いに均等とされつつ大きい値とされるが、η２，η３に比しては大きくされる度合が小さいものとなり、余裕タイヤ力がまだ十分に残っている状態となる。

図６の状態から明らかなように、車体前部に着目すると左前輪１ＦＬに余裕タイヤ力が十分残っており、車体後部に着目すると右後輪１ＲＲに余裕タイヤ力が十分残っており、車体左側部に着目すると左前輪１ＥＬに余裕タイヤ力が十分残っており、車体右側部に着目すると、右後輪１ＲＲに余裕タイヤ力が十分残っている状態となる。このように、全ての車輪についてそのタイヤ負荷率がほぼ同時に飽和することがないので、車両が急激に不安定になってしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。

ここで、図４は、運転者による回避操舵と、車両応答性（運転者の応答要求の度合）との関係を示すものである。符合Ｈ１で示す回避操舵が小さい範囲では、横応答性およびヨー応答性に比して、前後応答性が強く要求され、回避操舵が増大されて符合Ｈ２で示す範囲になると、横応答性およびヨー応答性と前後応答性とがほぼ同程度要求され、さらに回避操舵が増大して符合Ｈ３で示す範囲になると、横応答性およびヨー応答性が前後応答性よりも強く要求されることになる。そして、車両の運動制御においては、上記Ｈ２の範囲からＨ３の範囲に渡る範囲でもって重要となり、特にＨ３の車両の限界に近づくＨ３の範囲において重要となる。そして、図５，図６について前述した説明から明かなように、車体前部、車体後部、車体左側部、車体右側部のいずれの箇所においても、余裕タイヤ力が十分残った車輪（タイヤ）を存在させることができて、車両が急激に不安定になってしまう事態を防止あるいは抑制することができる（図６の状態から、運転者がさらに回避操作したときに、この回避操作に応じて車両の姿勢状態を変更可能な余裕タイヤ力が残っている）。

上述したタイヤ力の配分制御は、例えば、次式（Ａ）に示す評価関数Ｊを最小化するように、各タイヤのタイヤ力Ｆｘｉ、Ｆｙｉ（ｉ＝１〜４）を決定することにより行われる。

Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜） −−（Ａ）

ただし、
Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
η１＝左前タイヤの負荷率
η２＝右前タイヤの負荷率
η３＝左後タイヤの負荷率
η４＝右後タイヤの負荷率
Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）

上記式（Ａ）において、Ｋ２の項は、η１＝η４となるように、かつη２＝η３となるようにする制御となる。同様に、Ｋ１の項が、左右の前輪用タイヤの負荷率η１とη２との合計値が最小となるようにする制御となる（対角線上に位置する対となるタイヤの負荷率が最小となる制御ともなる）。また、Ｋ１＝０とすることもでき、この場合は、負荷率η１とη２との合計値が最小となる制御が実質的に実行されない制御となる。

上記式（Ａ）によって得られたタイヤ力の配分目標値としての各タイヤ力Ｆｘｉ、Ｆｙｉは、コントローラＵにあらかじめ記憶されているタイヤモデルを参照して、目標転舵角、目標スリップ率に置換されて、各車輪（タイヤ）毎に目標転舵角、目標スリップ率となるように舵角制御装置１０，制動力制御装置１１，駆動力制御装置１２が制御されることになる（制御された結果の一例が図６に示される）。

上述の式（Ａ）に代えて、次式（Ｂ）を用いるようにしてもよい。タイヤ力の配分制御は、この式（Ｂ）に示す評価関数Ｊを最小化するように、各タイヤのタイヤ力Ｆｘｉ、Ｆｙｉを決定することにより行なわれる。

Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜）
＋Ｋ３×（｜η１−η２｜−α） −−（Ｂ）

ただし、
Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
η１＝左前タイヤの負荷率
η２＝右前タイヤの負荷率
η３＝左後タイヤの負荷率
η４＝右後タイヤの負荷率
Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）
Ｋ３＝重み付け係数（０＜Ｋ３）
α＝η１とη２との間に設定すべき所定差分の負荷率

上記式（Ｂ）において、Ｋ１の項とＫ２の項との意味するところは、式（Ａ）の場合と同じである。式（Ｂ）においては、Ｋ３の項が、左右の前輪用タイヤの負荷率η１とη２との差分が、所定の差分負荷率αとなるようにする制御となる。差分負荷率αは、例えば、１０〜２０％程度の値に設定することができる。なお、式（Ｂ）において、Ｋ１を０に設定してもよい。

次に、各タイヤ１ＦＬ〜１ＲＲの使用負荷が均一になるようにするための制御について説明する。まず、各タイヤについて、タイヤセンサ２０で検出された負荷率ηを積算した使用負荷総量が、次式（Ｃ）に基づいて算出される。ただし、
ｉ：１〜４（各タイヤの識別子）
Σηｉ（ｔ）：使用負荷総量の今回値（各タイヤ毎）
Σηｉ（ｔ−１）：使用負荷総量の前回値（各タイヤ毎）
ηｉ：タイヤ負荷率の今回検出値（各タイヤ毎）
Ｗｉ：重み付け係数（０＜Ｗ＜１で、各タイヤ毎）
である。勿論、今回算出されたΣηｉ（ｔ）は、次の計算においてΣηｉ（ｔ−１）として用いられることになる。

Σηｉ（ｔ）＝（１−Ｗｉ）×Σηｉ（ｔ−１）＋Ｗｉ×ηｉ −−（Ｃ）

個々のタイヤの使用負荷総量Σηｉについて、各タイヤの使用負荷総量を合計した値の平均値との偏差△Σηｉが、次式（Ｄ）に基づいて算出される。

△Σηｉ＝｛Σηｉ−（Ση１＋Ση２＋Ση３＋Ση４）／４｝ −−（Ｄ）

上記式（Ｄ）に基づいて算出された偏差△Σηｉの絶対値が、所定値よりも大きいときに、そのタイヤの目標となる負荷率ηが補正される。負荷率ηの補正方向は、偏差△Σηｉがプラスのとき（使用負荷総量が他のタイヤに比して大きいとき）は、そのタイヤについての負荷率ηが減少補正される。逆に、偏差△Σηｉがマイナスのとき（使用負荷総量が他のタイヤに比して小さいとき）は、そのタイヤについての負荷率ηが増大補正される。補正量は、偏差△Σηｉが大きいほど大きくされるが、運動制御に極力影響を与えないように、あらかじめ設定された所定値の範囲内での小さい補正量としてもよく、補正量を一定値とすることもできる。

式（Ｄ）における重み付け係数Ｗｉを、路面状況等に応じて適宜変更してもよい。具体的には、路面が所定以上の凹凸があるとき、例えば、サスペンション制御装置におけるシリンダについて、所定値を超えた上下動が所定時間以上継続したときに、路面の凹凸が大きいときであるとして、重み付け係数Ｗｉが小さい値に補正される（今回検出された負荷率ηの使用負荷総量に反映される度合が小さくなる方向の補正となる）。

また、タイヤセンサ２０によって、車両が停車したときにおける各タイヤへの荷重を検出して、その後の使用負荷総量の算出に際して、検出される荷重が大きいときは使用負荷総量が大きくなる方向の補正を行うようにされる（重み付け係数Ｗｉが大きい値に補正される）。このような補正は、つまるところ、接地荷重が大きいことから最大タイヤ力が大きくなるタイヤについては、負荷率が同じであっても、負担できる絶対値は大きいと判断されて、使用負荷総量が大きくなる方向への補正が行われる。

ここで、式（Ａ）あるいは（Ｂ）に基づいて決定された配分タイヤ力が、実施形態では次のようにして適宜補正される。すなわち、左右で対となるタイヤに着目して（前左右タイヤの対と、後左右タイヤの対となる）、例えば図７に示すように、左右いずれか一方のタイヤのみが、配分決定された後の負荷率ηが所定値（例えば９５％）以上となる飽和タイヤとされているときは、この飽和タイヤについての横力を減少させる一方、左右他方のタイヤの横力を増大させるようにしてある。

また、例えば図８に示すように、左右のタイヤのいずれもが飽和タイヤとされているときは、飽和タイヤの前後力を減少させる一方、前後位置関係にある他のタイヤに対しては前後力を加算するようにしてある（加算値は減少値に対応した大きさ）。なお、このようなタイヤ力の配分制御の補正は、あくまで一例であって、このような補正制御を実行しないものであってもよい。

前述した使用負荷総量に基づく補正を含めて、タイヤ力の配分制御の一例について、図９〜図１１に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、図７のＱ１において、各種センサからの信号が読み込まれた後、Ｑ２において、車両の操作状態としての例えばハンドル舵角、ブレーキ踏み込み量、アクセル開度等から、車体重心位置でも目標横力Ｆｘｏとも目標前後力Ｆｙｏと目標ヨーモーメントＹＭｏとが決定される。この後、Ｑ３において、タイヤ力センサ２０によって検出された（検出は、例えば所定のサンプリング周期毎に行われる）各タイヤの接地荷重とμセンサＳ４で検出された路面μとに基づいて、各タイヤの最大タイヤ力ｆmaxi（ｉ＝１〜４）が決定される。

Ｑ４では、前述した式（Ａ）（あるいは（式Ｂ））に基づいて、各タイヤについての目標横力ｆxi（ｉ＝１〜４）と目標前後力ｆyi（ｉ＝１〜４）とが決定される。この後、Ｑ５において、Ｑ４で決定された目標横力ｆxiと目標前後力ｆyiとが、予測負荷率ηｉ（ｉ＝１〜４）として設定される。

上記Ｑ５の後は、図１０のＱ３１〜Ｑ３７での使用負荷総量に応じた補正が適宜行われる。すなわち、まず、Ｑ３１において、タイヤセンサ２０で検出された各タイヤの実際の負荷率ηｉが読み込まれる。次いでＱ３２において、前回までに算出されかつ記憶されている使用負荷総量Σηｉ（ｔ−１）が読み込まれる。この後、Ｑ３３において、前述した式（Ｄ）に基づいて、今回の使用負荷総量Σηｉ（ｔ）が算出された後、この算出値がＱ３４において記憶される。

Ｑ３４の後は、Ｑ３５において、各タイヤについて、前述したように、使用負荷総量の偏差△Σηｉが算出される。この後、Ｑ３６において、偏差△Σηｉの絶対値が所定値よりも大きいか否かが判別される。このＱ３６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３７において、偏差△Σηｉの絶対値が所定値よりも大きいタイヤについて、目標となる負荷率ηｉが補正される（偏差△Σηｉがプラス値のときは負荷率ηｉを小さくする補正、また偏差△Σηｉがマイナス値のときは負荷率ηｉを大きくする補正）とされる。なお、実施形態では、負荷率ηｉの補正は、所定の補正値Ｎを加算することによって行うようにしてある（オフセット補正）。なお、補正値Ｎは、増大補正実行のときはプラス値とされ、減少補正実行のときはマイナス値とされるが、補正値Ｎの絶対値は常に一定値とされている（偏差△Σηｉの大小に応じて、補正値Ｎの大きさを変更してもよいことは、前述したとおり）。なお、Ｑ３７での補正後の負荷率ηｉは、例えば、次回に式（Ａ）あるいは式（Ｂ）に基づいて各タイヤ毎の横力と前後力とを決定する際に用いることによって、使用負荷総量に応じたタイヤ力の配分補正を行うことができる。

上記Ｑ３７の後は、図１１のＱ１１へ移行される。この、Ｑ１１において、左右で対（ペア）となる左右前タイヤ１ＦＬと１ＦＲについて、あるいは左右で対となる左右後タイヤ１ＲＬと１ＲＲについて、Ｑ５で決定された予測負荷率（Ｑ３７での補正が行われているときはこの補正後の負荷率）が、それぞれ所定値以上であるか否かが判別される。このＱ１１の判別でＮＯのときは、左右で対となるタイヤ同士の間で、例えば図７で示すように横力補償が可能なときである。このときは、まずＱ１２において、左右で対となるタイヤの一方の予測負荷率が所定値以上であるか否か（飽和タイヤであるか否か）が判別される。このＱ１２の判別でＹＥＳのときは、予測負荷率が所定値以上となる飽和タイヤの横力不足分が、左右で対となる他のタイヤの横力増大分として決定される（補正あるいは補償）。Ｑ１３の後、Ｑ１４において、Ｑ１３での横力補正（補償）後の状態において、左右で対となるタイヤの予測負荷率が共に所定値以上であるか否かが判別される。このＱ１４の判別でＮＯのときは、横力補正を行っても問題のないときであるとして、Ｑ１８において、Ｑ１３での横力補正が確定される。

前記Ｑ１２の判別でＮＯのときは、横力補正等の補正がなんら必要のないときなので（各車輪の予測負荷率がそれぞれ所定値未満となる）、このときは、後述するＱ２０へ移行される。

前記Ｑ１１の判別でＹＥＳのとき、あるいはＱ１４の判別でＹＥＳのときは、それぞれＱ１５において、それぞれ予測負荷率が所定値以上となる左右で対をなす各タイヤについて、目標前後力ｆｙが減少補正される。この後、Ｑ１６において、Ｑ１５で減少された前後力が、前後力が減少されたタイヤに対して前後関係位置となる他のタイヤに対して加算される補正が行われる。この後、Ｑ１７において、前後力補正後の各タイヤの予測負荷率がそれぞれ所定値未満であるか否かが判別される。このＱ１７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１８に移行して、Ｑ１５，Ｑ１６での補正が確定された後、Ｑ２０へ移行される。上記Ｑ１７の判別でＮＯのときは、前後力補正が不可能なときであり、このときは、Ｑ１９において、Ｑ１５，Ｑ１６での補正を禁止した後、Ｑ２０へ移行される。

Ｑ２０においては、最終的に決定されたｆxiとｆyiをタイヤモデルに照合して、各タイヤについての目標転舵角と目標スリップ率とが決定される。そして、Ｑ２１において、決定された目標転舵角と目標スリップ率となるように、各制御装置１０〜１２が制御される。

以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜変更可能である。例えば、図１０のＱ４，図１４のＱ２４における式（Ａ）あるいは式（Ｂ）を用いたタイヤ力の配分制御において、決定されるタイヤ力として、横力ｆxi、前後力ｆyiの他に、接地荷重ｆzi（ｉ＝１〜４）を加えるようにしてもよい。この場合は、用いるパラメータとしてさらに、Ｆｚｆ、Ｆｚｒ、Ｆｚ１，Ｆｚ２，Ｆｚ３、Ｆｚ４を用いればよい。ただし、Ｆｚ１は左前輪１ＦＬに作用する荷重であり、Ｆｚ２は右前輪１ＲＲに作用する荷重であり、Ｆｚ３は左後輪１ＲＬに作用する荷重であり、Ｆｚ４は右後輪１ＲＲに作用する荷重である。また、Ｆｚｆは、車体前部での荷重であり、Ｆｚ１とＦｚ２とを加算した値となる。さらに、Ｆｚｒは、車体後部の荷重であり、Ｆｚ３とＦｚ４とを加算した値となる。勿論、ＦｚｆとＦｚｒとの加算値が、車体重量となる。このように、接地荷重ｆｚｉを用いた制御は、各タイヤについて、最大タイヤ力ｆｍａｘを積極的に運動制御のために変更するものとなり（各タイヤの負荷率ηｉとして式（Ａ）あるいは式（Ｂ）に反映される）、接地荷重ｆｚｉに関する制御は、具体的にはサスペンション制御装置１３を制御することによるロール/ピッチ制御となる。そして、決定された接地荷重ｆｚｉは、Ｑ２０あるいはＱ４７において、目標ロール/ピッチ角となり、Ｑ２１あるいはＱ４８での制御では、目標ロール/ピッチ角となるようにサスペンション制御装置１３が制御される。

式（Ａ）あるいは式（Ｂ）に用いた負荷率ηの代わりに、負荷率に関連した他の値、例えばタイヤ余裕力を用いてもよく、この場合は、各式（Ａ）あるいは（Ｂ）において、ηの代わりにタイヤ余裕力の逆数を用いて、評価関数Ｊを最小化する横力ｆｘｉと前後力ｆｙｉ（さらにはｆｚｉ）を決定すればよい。また、タイヤ力配分の制御のためのロジック（制御式）は、実施形態に示すものに限らず、タブ特許文献１に記載のもの等、適宜のものを選択し得るものである。算出される使用負荷総量は、負荷率の積算値ではなく、負荷率の平均値としてもよい。

図１０のＱ３７で決定された補正後の負荷率ηｉをタイヤ力の補正として反映させるには、例えば、その横力と前後力とを同じ割合で補正することにより行うようにしてもよい。また、運転者の車両操作状態に応じて横力あるいは前後力を優先した補正とすることもできる。具体的には、ブレーキ踏力あるいはブレーキ踏力の変化量が所定値以上であるブレーキ操作されているときは、前後力を確保するために横力のみ補正を行い、ハンドル操作されているとき、例えば、操舵角あるいは操舵角変化量が所定値以上となるハンドル操作が行われているときは、横力確保のために前後力のみ補正を行うようにすればよい。また、上記ブレーキ操作とハンドル操作の両方がおこなわれているときは、ブレーキ操作を優先して、横力補正のみを行うようにしてもよく、あるいはブレーキ操作とハンドル操作との両方を加味して、横力と前後力との両方をある割合（いずれか一方が０％とはならない割合）をもって補正するようにしてもよい。なお、フローチャートに示すステップあるいはステップ群は、コントローラＵの有する機能として把握することができ、またその機能を示す総称に「手段」の名称を付して表現することもできる。

本発明が適用された車両の一例を示す簡略斜視図。 本発明の制御系統例をブロック図的に示す図。 最大タイヤ力と横力と前後力とタイヤ負荷率との関係を示す図。 回避操舵と要求される車両応答性との関係を示す特性図。 各タイヤの負荷率がほぼ同一の状態を示す簡略平面図。 図５の状態から、タイヤ力の配分制御によって各タイヤの負荷率が変更された状態の一例を示す図。 前右タイヤのみが飽和タイヤとされた状態を示すもので、図５に対応した図。 前左右の２つのタイヤのみが飽和タイヤとされた状態を示すもので、図５に対応した図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明の制御例を示すフローチャート。

符号の説明

ＶＣ：自動車（車両）
Ｕ：コントローラ（タイヤ力配分制御装置）
１０：転舵角制御装置
１１：制動力制御装置
１２：駆動力制御装置
１３：サスペンション制御装置
２０：タイヤ力センサ
Ｓ１：ブレーキセンサ
Ｓ２：アクセルセンサ
Ｓ３：ハンドルセンサ
Ｓ４：路面μセンサ
ｆｍａｘ：最大タイヤ力
ｆｘ：横力
ｆｙ：前後力
η：負荷率
Ｊ：評価関数
Ｆｘｏ：目標横力
Ｆｙｏ：目標前後力
ＹＭｏ：目標ヨーモーメント
Σηｉ：使用負荷総量

Claims (9)

1. 前後左右の各タイヤへの横力および前後力を個々独立して変更制御するようにした車両の運動制御装置であって、
   各タイヤへ配分されるタイヤ力を決定するタイヤ力配分制御手段と、
   各タイヤの使用負荷総量を算出する使用負荷総量算出手段と、
   各タイヤへのタイヤ力の配分を、前記使用負荷総量算出手段で算出された各タイヤの使用負荷総量に応じて補正する配分補正手段と、
   を備えていることを特徴とする車両の運動制御装置。
2. 請求項１において、
   各タイヤの負荷率を検出する負荷率検出手段を備え、
   前記使用負荷総量算出手段が、前記負荷率検出手段で検出された負荷率を積算することによって使用負荷総量を算出する、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
3. 請求項１において、
   各タイヤの負荷率を検出する負荷率検出手段を備え、
   前記使用負荷総量手段が、前記負荷率検出手段で検出された負荷率の平均値を算出することによって使用負荷総量を算出する、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記配分補正手段が、使用負荷総量の大きいタイヤについて、前記タイヤ力配分制御手段によって決定されたタイヤ力が小さくなるようにタイヤ力の配分を補正する、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記配分補正手段が、各タイヤ毎に個々独立してタイヤ力の配分補正を行う、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
6. 請求項２または請求項３において、
   路面が所定以上の凹凸状態であることを検出する路面状況検出手段を備え、
   前記使用負荷総量算出手段が、前記使用負荷総量の算出に際して、前記路面状況検出手段によって路面の凹凸が検出されたときは使用負荷総量が小さくなる方向の補正を行う、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
7. 請求項２または請求項３において、
   車両が停車したときにおける各タイヤへの荷重を検出する荷重検出手段を備え、
   前記使用負荷総量算出手段が、前記荷重検出手段によって検出される荷重が大きいときは使用負荷総量が大きくなる方向の補正を行う、
   ことを特徴とする車両の運動制御装置。
8. 請求項２において、
   前記使用負荷総量算出手段が、次式（１）に基づいて使用負荷総量を算出する、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
   Σηｉ（ｔ）＝（１−Ｗｉ）×Σηｉ（ｔ−１）＋Ｗｉ×ηｉ −−（１）
   ただし、
   ｉ：１〜４で、各タイヤの識別子
   Σηｉ（ｔ）：使用負荷総量の今回値（各タイヤ毎）
   Σηｉ（ｔ−１）：使用負荷総量の前回値（各タイヤ毎）
   ηｉ：タイヤ負荷率の今回検出値（各タイヤ毎）
   Ｗｉ：重み付け係数（０＜Ｗ＜１で、各タイヤ毎）
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、
   タイヤ力配分制御手段が、次式（２）に基づく評価関数Ｊが最小となるように、各タイヤに配分する横力ｆｘｉと前後力ｆｙｉを決定する、ことを特徴とする車両の運動制御装置。
   Ｊ＝Ｋ１×（η１＋η２）
   ＋Ｋ２×（｜１−η１／η４｜＋｜１−η２／η３｜） −−（２）
   ただし、
   Ｆｘｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標横力
   Ｆｙｏ＝Σｆｙｉ（ｉ＝１〜４）で、車体重心位置での目標前後力
   ＹＭｏ＝Σｆｘｉ（ｉ＝１〜２）×Ｌｆ＋Σｆｘｉ（ｉ＝３〜４）×Ｌｒで、目標モーメント
   Ｌｆ＝車体重心位置と前タイヤとの距離
   Ｌｒ＝車体重心位置と後タイヤとの距離
   η１＝左前タイヤの負荷率
   η２＝右前タイヤの負荷率
   η３＝左後タイヤの負荷率
   η４＝右後タイヤの負荷率
   Ｋ１＝重み付け係数（０＜Ｋ１）
   Ｋ２＝重み付け係数（０＜Ｋ２）

Images