JP2015150953A - 車両運動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の運動制御のために、「足回り制御」による制御手段と気流制御による制御手段との双方を備えた車両に於いて、タイヤの接地状態（路面の摩擦状態、タイヤの接地荷重）を考慮して、より有効に制御効果を得られるように運動制御の構成を改良すること。
【解決手段】 本発明の車両運動制御装置は、制駆動力を制御することにより車両の運動状態を制御する第一の制御手段と、車体に作用する空気力を制御することによって車両の運動状態を制御する第二の制御手段と、少なくとも一つの第一の制御手段の制御輪に於ける接地状態を検出する接地状態検出手段と、運動状態の制御に於ける第一の制御手段の寄与の度合いと第二の制御手段の寄与の度合いとを検出された接地状態に基づいて変更する制御寄与度合い変更手段とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等の車両の運動を制御する車両運動制御装置に係り、より詳細には、車輪に発生する制駆動力及び／又はタイヤ力を制御して車両運動を制御する方式と、車体に作用する気流を制御して車両運動を制御する方式とが搭載された車両の運動を制御する装置に係る。

自動車等の車両運動制御の分野に於いて良く知られている如く、走行中の車両の運動（ヨー方向、ロール方向、ピッチ方向の車体の運動等）は、車両の各輪への制駆動力の配分の制御（制駆動力配分制御）や車体周囲の気流の状態に起因する空気力の制御（気流制御、空力制御、エアスポイラ制御）によって制御することができる。そこで、従前より、車両に於いて、種々の形式の制駆動力配分制御手段や気流・空力制御手段が搭載され、車両の運動又は挙動の安定化を図る技術が提案され、車両によっては、制駆動力配分制御手段と気流・空力制御手段との両方が搭載され、双方の制御手段を協調させるための構成も提案されている。例えば、特許文献１に於いては、駆動力配分制御手段と気流制御手段とを備えた車両に於いて、駆動力配分制御手段と気流制御手段とが同時に作動する場合の制御干渉を回避するべく、一方の制御手段の制御状態に基づいて、他方の制御手段の制御状態の制御ゲインを変更して双方の制御の協調を図る構成が提案されている。なお、空気力制御の例として、特許文献２には、車体外面に備えられた空力特性を制御可能なサイドスポイラとエンドスポイラを用いて横風によるヨー運動を低減する構成が、特許文献３には、直進時及び旋回時の車体姿勢を最適化するための制御構成が、それぞれ、提案されている。また、制駆動力配分制御に於いては、車輪の接地荷重値や路面の摩擦係数値といったパラメータが利用されるところ、そのようなパラメータを検出する手法の例として、特許文献４では、車両の各輪に備えられた接地荷重センサの検出値と車両加速度とに基づいて推定されたタイヤの接地面積から路面摩擦係数を推定する手法が、特許文献５では、サスペンションストロークから車輪の接地荷重を推定する手法が、それぞれ、提案されている。

特開平０８−０９９５５０ 特開平０６−３２１１４３ 特開平０６−２８６６７０ 特開２００７−２５３６７７ 特開２００７−２４０３９２

ところで、上記の如き車両の運動制御のうち、制駆動力配分制御では、車輪と路面との間の摩擦力によって車体にモーメントを発生して、運動の制御が達成されるので、車輪と路面との間の有意な摩擦力（タイヤ力又は路面反力）が発生できることが、制御実行の前提条件となっている。しかしながら、車輪と路面との接触状態によっては、特に、路面の摩擦係数が非常に低い場合又は車輪の接地荷重が非常に小さい場合には、摩擦力が小さくなるので、十分な大きさのモーメントを発生することが困難となり、制御効果が低減してしまうことが起き得る。

より具体的に述べれば、制駆動力配分制御などのタイヤ力を利用した車両の運動制御に於いては、基本的には、各輪へ配分される制駆動力（タイヤ前後力）や操舵による生ずるタイヤ横力を制御することにより、タイヤと路面との間に於いて生ずる路面反力のバランスを調整し、そのバランスの調整されたタイヤ力が各輪から車体へ伝達されることによって車体の向きを制御するモーメントが発生される。従って、走行中の車両に於いて、例えば、高速道路のトンネル出口付近で横風が吹いている状態に於いて、横風の力（外力）の作用によって、そのままでは直進状態を維持することが難しくなった場合などに、車体の向きを変える外力を相殺するモーメントが車体に作用するように制駆動力配分制御及び／又は操舵による横力制御（以下、タイヤ力を利用する制御を「足回り制御」と称する。）が作動することにより、直進走行状態の維持が図られることとなる。即ち、「足回り制御」に於いては、制御モーメントは、タイヤ力によって発生される。しかしながら、タイヤ力は、路面とタイヤの接触する面（接地面）に於ける摩擦係数とタイヤの垂直荷重（接地荷重）との積で決定され、発生可能な摩擦力の大きさには限界が存在し、かかるタイヤ力の限界値は、何らかの要因で摩擦係数又は接地荷重が低下すると（例えば、雪道、雨天、ダートなどの路面摩擦係数が低い場合や、気流によって車両に発生する揚力が大きく、車体に対して上向きの力が作用することによって、タイヤの接地荷重が低下する場合など）、低下してしまう。従って、トンネル出口を出た直後の路面が雪道やアイスバーンであったり、強い斜め横風によって車体が煽られたときなど、タイヤ力限界値が低下した際には、十分な大きさの制御モーメントが発生できず、狙った運動制御が十分に達成できない事態が生じ得る。そのようなときには、タイヤ力に頼る足回り制御よりも、タイヤ力に頼らない気流制御又は空力制御が、より有効となる。

かくして、本発明の一つの課題は、上記の如き、車両の運動制御のために、「足回り制御」による制御手段と空力制御又は気流制御による制御手段との双方を備えた車両に於いて、タイヤの接地状態（車輪−路面間の摩擦状態、タイヤの接地荷重）を考慮して、より有効に制御効果を得られるように運動制御の構成を改良することである。

本発明によれば、上記の課題は、車両の運動状態を制御する車両運動制御装置であって、制駆動力を制御することにより車両の運動状態を制御する第一の制御手段と、車体に作用する空気力を制御することによって車両の運動状態を制御する第二の制御手段と、少なくとも一つの第一の制御手段の制御輪に於ける接地状態を検出する接地状態検出手段と、車両の運動状態の制御に於ける第一の制御手段の寄与の度合いと第二の制御手段の寄与の度合いとを、検出された接地状態に基づいて変更する制御寄与度合い変更手段とを含む装置によって達成される。

上記の構成に於いて、本発明の装置の対象となる「車両の運動状態」の制御は、任意の車両の運動制御又は挙動制御であってよく、具体的には、車体のヨー方向、ピッチ方向、ロール方向の挙動安定化制御など、車体にヨー方向、ピッチ方向及び／又はロール方向にモーメント（制御モーメント）を作用して車体の向きを修正する制御であってよい。「第一の制御手段」とは、上記の如き運動制御又は挙動制御を実行する制御手段であって、各輪の制駆動力を調節し、或いは、各輪の舵角を調節することにより、各輪のタイヤ力（前後力、横力）を制御して（足回り制御）、制御モーメント発生させる手段であり、「第二の制御手段」とは、上記の如き運動制御又は挙動制御を実行する制御手段であって、車体周囲の気流の状態を、例えば、車体の各部に設けられるエアスポイラ等のデバイスの動作を制御して車体に作用する空気力を制御して（空力制御）、制御モーメント発生させる手段である。また、「接地状態」とは、タイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさの状態であり、より具体的には、タイヤと路面との間の摩擦状態、車輪の接地荷重状態等の指標値が参照される。なお、「少なくとも一つの第一の制御手段の制御輪に於ける接地状態を検出する」とは、接地状態の監視される車輪として、第一の制御手段の制御輪の少なくとも一つが選択されるという意味であり、複数の制御輪及び／又は非制御輪も監視対象となっていてよいことは、理解されるべきである。そして、車両の運動状態の制御に於ける「第一の制御手段の寄与の度合い」と「第二の制御手段の寄与の度合い」とは、より具体的には、車体に与えられる運動制御による制御作用の全体に於ける、それぞれの制御手段によって車体へ与えられる作用量若しくは制御量又は車体の向きの修正量の割合であってよい。

上記の本発明の装置の構成に於いては、端的に述べれば、足回り制御による制御手段と、空力制御による制御手段とを有する車両に於いて、車両の運動制御が実行される際には、車輪の接地状態に応じて、運動制御の実行に使用すべく選択される制御手段或いは主として利用される制御手段が変更されることとなる。既に触れたように、足回り制御の有効性は、車輪に於いて有意な摩擦力、即ち、タイヤ力、が発生できる状態にあるか否か、即ち、「接地状態」に依存するのに対し、空力制御の有効性は、「接地状態」には実質的に依存しない。そこで、本発明では、上記の如く、車輪の「接地状態」、特に、足回り制御の制御輪の「接地状態」を監視し（特に、足回り制御の制御輪を監視するのは、足回り制御に於いてタイヤ力が、制御された状態にて発生させられる車輪が、足回り制御の制御輪だからである。）、その接地状態に応じて、車両の運動状態の制御に於ける第一の制御手段の寄与の度合いと第二の制御手段の寄与の度合いを変更する、より具体的には、運動制御に於いて、主として利用する制御手段の変更又は選択が実行されることとなる。かかる構成によれば、接地状態によって、足回り制御の有効性が高いときには、足回り制御を優先的に又は主として利用し、又は、選択し、足回り制御の有効性が下がるおそれのあるときには、空力制御を優先的に又は主として利用し、又は、選択することが可能となり、かくして、従前に比して、種々の走行状態に於いて、有意な車両の運動制御の作用効果が得られることが期待されることとなる。

実施の形態に於いては、より具体的には、検出された接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にあると判定されるとき、即ち、タイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが十分に大きいときには、足回り制御が選択され、検出された接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないと判定されるとき、即ち、タイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが小さいときには、空力制御が選択されるか、空力制御と足回り制御との組み合わせが選択されてよい。接地状態の検出としては、一つの態様として、各輪の車輪速を参照して空転している車輪（加速時に他の車輪よりも回転が有意に速い車輪）又はロックしている車輪（減速時に他の車輪よりも回転が有意に遅い車輪）が存在する場合には、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないと判定されるようになっていてよい。また、別の態様としては、車体の実ヨーレートと目標ヨーレートとのずれが相当に大きいとき（足回り制御では修正できないほど大きいと判断できるとき）には、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないと判定されるようになっていてよい。更に別の態様としては、各輪の接地荷重を検出し、かかる接地荷重の値又はその変化から、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にあるか否かを判定するようになっていてもよい。なお、接地状態の検出に於いては、上記の態様のいずれか又はこれらの任意の組み合わせが採用されてよい。また更に、後に説明される接地状態の検出の別の態様のいずれかが採用されてもよく、その場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。

かくして、上記の本発明によれば、車輪の接地状態に基づいて、足回り制御の有効性が低減したときには、空力制御を有意に利用できるようにすることによって、車輪の接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないときにも、有効な運動制御の達成が図られることとなる。従って、例えば、横風による車線逸脱防止、レーンチェンジの安定性確保などを図るヨーレート制御において、雪道、雨天、ダートなどの路面摩擦係数が低い場合、横風、高速走行時おける車両に発生する揚力によりタイヤ接地荷重が低下する場合に、足回り制御の有効性が低下する状況に於いては、空力制御が、足回り制御に代わって又はそれを補って動作させられることになるので、有効なーレート制御の達成が期待されることとなる。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による運動制御装置の好ましい実施形態が搭載される車両の模式的な平面図及び側面図であり、（Ａ）は、足回り制御に関連する構成を、（Ｂ）は、空力制御に関連する構成を示している。 図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による運動制御装置に於ける制御寄与度合い変更手段の処理構成の例をフローチャートの形式にて示した図である。 図３は、本発明による運動制御装置に於ける接地状態検出手段の態様のうちホイール・スピン又はロックの有無の判定により、接地状態を検出する処理構成の例をフローチャートの形式にて示した図である。 図４は、本発明による運動制御装置に於ける接地状態検出手段の態様のうちヨーレート偏差の大きさの判定により、接地状態を検出する処理構成の例をフローチャートの形式にて示した図である。 図５は、本発明による運動制御装置に於ける接地状態検出手段の態様のうち各輪の接地荷重の変化を監視して、接地状態を検出する処理構成の例をフローチャートの形式にて示した図である。 図６（Ａ）は、足回り制御に於ける処理構成の例をフローチャートの形式にて示した図であり、図６（Ｂ）は、足回り制御のうちの駆動力配分制御に於ける、ヨーレート偏差に対して付与されるトルク配分比の例を示している。図６（Ｃ）は、空力制御に於ける処理構成の例をフローチャートの形式にて示した図であり、図６（Ｄ）は、ヨーレート偏差に対して付与されるサイドスポイラの変位量の例を示している。

１０…車両
１２ＦＬ〜１２ＲＲ…車輪
１６ｆ、１６ｓ、１６ｒ…エアスポイラ
１７…エアダクト
２８…差動装置
３０…操舵装置
４０…制動系装置
４２ＦＬ〜４２ＲＲ…制動装置（ホイールシリンダ）
４４…ブレーキペダル
４６…油圧回路
６０…電子制御装置
６２…ヨーレートセンサ

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。

装置の構成
図１（Ａ）は、本発明の車両運動制御装置の好ましい実施形態が組み込まれる自動車を模式的に示している。同図に於いて、左右前輪１２ＦＬ、１２ＦＲと、左右後輪１２ＲＬ、１２ＲＲを有する車両１０には、通常の態様にて、運転者によるアクセルペダルの踏込みに応じて各輪（図示の例では、後輪駆動車であるから、後輪のみ）に制駆動力を発生する駆動系装置（一部のみ図示）と、前輪の舵角を制御するためのステアリング装置３０（更に、後輪用の操舵装置が設けられていても良い。）と、各輪に制動力を発生する制動系装置４０とが搭載される。駆動系装置は、通常の態様にて、エンジン及び／又は電動機（図示せず。エンジンと電動機との双方を有するハイブリッド式の駆動装置であってもよい。）から、変速機（図示せず）、差動歯車装置２８等を介して、駆動トルク或いは回転力が後輪１２ＲＬ、１２ＲＲへ伝達されるよう構成されている。なお、本発明の車両運動制御装置の適用される車両は、差動歯車装置２８として、左右輪に分配されるトルク比を可変に制御できる形式の差動歯車装置が搭載された車両であってよい。その場合、後に説明される電子制御装置６０により、エンジン及び／又は電動機に発生されるべき総駆動力の制御指令が与えられ、トルク配分比ｋｒの制御指令が差動歯車装置２８へ与えられることにより、各駆動輪に於いて、駆動力が個別に又は独立に調節されることとなる。また、ステアリング装置は、運転者によって作動されるステアリングホイール３２の回転を、倍力装置３４により回転力を倍力しながら、タイロッド３６Ｌ、Ｒへ伝達し前輪１２ＦＬ、１０ＦＲを転舵するパワーステアリング装置であってよい。ステアリング装置は、後に説明される電子制御装置６０によりステアリングホイール３２の回転とは独立に舵角を可変に制御できる形式であってもよい。

制動系装置４０は、運転者によりブレーキペダル４４の踏込みに応答して作動されるマスタシリンダ４５に連通した油圧回路４６によって、各輪に装備をされたホイールシリンダ４２ｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ 以下同様。）内のブレーキ圧、即ち、各輪に於ける制動力が調節される形式の電子制御式の油圧式制動装置である。油圧回路４６には、通常の態様にて、各輪のホイールシリンダを選択的に、マスタシリンダ、オイルポンプ又はオイルリザーバ（図示せず）へ連通する種々の弁（マスタシリンダカット弁、油圧保持弁、減圧弁）が設けられており、通常の作動に於いては、ブレーキペダル４４の踏込みに応答して、マスタシリンダ４５の圧力がそれぞれのホイールシリンダ４２ｉへ供給される。また、車両の運動制御又はその他の任意の制動力配分制御を実行するべく、各輪の制動力を個別に又は独立に調節する場合には、電子制御装置６０の指令に基づいて、前記の種々の弁が作動され、各輪のホイールシリンダ内のブレーキ圧が、対応する圧力センサの検出値に基づいて、それぞれの目標圧に合致するよう制御される。なお、制動系装置４０は、空気圧式又は電磁式に各輪に制動力を与える形式又はその他当業者にとって任意の形式のものであってよい。

更に、本発明の車両運動制御装置が適用される車両に於いては、図１（Ｂ）に模式的に例示されている如く、車体の任意の部位にて、車体周囲の気流を制御して車体に作用する空気力を制御するエアスポイラ、エアダクト等の空力制御用のデバイスが設けられる。これらの空力デバイスは、電子制御装置６０の指令に基づいて、制御に於いて要求されるモーメントが車体に作用するよう空気力を発生すべく、突出量及び／又は傾き、流通空気量等が変化される。

本発明の運動制御装置による上記の各部の作動制御は、既に触れたように、電子制御装置６０により実行される。電子制御装置６０は、通常の形式の、双方向コモン・バスにより相互に連結されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有するマイクロコンピュータ及び駆動回路を含んでいてよい。図に於いては、電子制御装置６０には、車両の各部に設けられたセンサから、ブレーキペダル踏込量θｂ、操舵角δ、各輪の車輪速Ｖｗｉ、ホイールシリンダ内の圧力Ｐｂｉ、接地荷重Ｗｔｉ（ｉは、ＦＬ（左前輪）、ＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）、ＦＲ（右後輪）を表す指標値であり、ｉのときは、全てを参照していることを示す。）、ヨーレートγａ等の検出値が入力されるよう例示されているが、本実施形態の車両に於いて実行されるべき各種制御に必要な種々のパラメータ、例えば、前後Ｇセンサ値、横Ｇセンサ値等の各種検出信号が入力されてよい。

制御手段の選択制御（制御寄与度合い変更手段の構成）
上記の例示した車両に於いては、車両の運動を制御する手段として、各輪の制駆動力を個別に又は独立に制御し、或いは、操舵輪の舵角を制御する足回り制御手段と、車体周囲の気流を制御して車体に作用する空気力を制御する空力制御手段とが備えられている。そして、これらの制御手段は、車両の運動が不安定になったとき、又は、そのおそれがあるときに、「発明の概要」の欄で既に述べた如く、その運動を修正するための制御モーメントが発生するように、各輪の制駆動力又は舵角、或いは、エアスポイラの動作を制御することとなる。

上記の運動制御のための手段のうち、特に、足回り制御手段では、横風の力（外力）の作用を受けた場合や車両の操縦の態様によって、車両の運動状態が不安定化した場合（例えば、ドリフトアウト状態、スピン状態になった場合など）に、各輪のタイヤ力のバランスを調節し、そのバランスされたタイヤ力が車体に伝達されることによって、実際の運動状態を目標とされる状態に修正するための制御モーメントが発生させられる。この点に関し、既に触れた如く、各輪のタイヤ力は、タイヤと路面との間の摩擦力であり、かかる摩擦力は、タイヤの接地面に於ける摩擦係数とタイヤの接地荷重との積にて決定されるところ、かかる摩擦力の発生可能な大きさには、摩擦係数と接地荷重とに依存した限界が存在する。従って、摩擦係数又は接地荷重が低い場合、例えば、雪道、雨天、ダートなどの路面摩擦係数が低い場合や、気流によって車両に発生する揚力が大きく、車体に対して上向きの力が作用することによって、タイヤの接地荷重が低下する場合などには、発生可能な摩擦力が小さくなり、運動の修正に要求される制御モーメントを十分に達成できない事態が起き得る。特に、そのような状況は、トンネル出口を出た直後の路面が雪道やアイスバーンとなっており、これにより、タイヤと路面との間の摩擦力が小さくなっている場合や、斜め横風によって車体が煽られたときに、車体の揚力が増大し、これにより、接地荷重が低減した場合に発生し得る。即ち、足回り制御の制御効果は、車輪の接地状態、即ち、タイヤと路面との間の摩擦力の大きさ又は摩擦係数の大きさと接地荷重の大きさとに影響を受けやすいということができる。

一方、空力制御の場合は、車体に直接に作用する空気力を制御するので、タイヤの接地状態には、実質的に影響されない。また、空力制御は、車体の周囲の空気の流量が大きいときにより有効に作用するところ、車体に作用する揚力が大きく、従って、車体が浮き上がる方向に煽られて、車輪の接地荷重が低減する場合には、車体の周囲の空気の流量が大きい場合が多い。

そこで、本発明に於いては、足回り制御の制御効果が低減する接地状態のときには、空力制御が優先的に選択又は利用されるように、運動制御に使用される制御手段の選択又は変更が実行される。

具体的には、制御手段の選択制御の態様の一つとして、図２（Ａ）に例示されている如く、各輪のタイヤの接地状態を後述の態様にて監視し、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にあると判定されるとき（ステップ１０）、より具体的には、通常時（タイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが十分に大きいとき：低摩擦状態又は低接地荷重ではないとき）には、運動制御として、足回り制御が選択される（ステップ２０）。一方、タイヤと路面の摩擦が相当に低いと判断されるとき又は接地荷重が相当に低いと判断されるとき、即ち、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないと判断されるとき（低摩擦状態又は低接地荷重であるとき）には（ステップ１０）、運動制御として、空力制御が選択される（ステップ２５）。即ち、接地状態に応じて、足回り制御の寄与の度合いと空力制御の寄与の度合いとが変更されることとなる。なお、別の態様として、図２（Ｂ）に例示されている如く、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないと判断されるときに於いては、足回り制御の制御効果の低減を補うべく、追加的に空力制御が利用されるようになっていてもよい。また、図示していないが、低摩擦状態又は低接地荷重であるときには、足回り制御により与えられる制御量の制御ゲインを、低摩擦状態又は低接地荷重でないときに比して低減する一方、空力制御により与えられる制御量の制御ゲインを低摩擦状態又は低接地荷重でないときに比して増大するようにして、各制御の寄与の度合いが変更されるようになっていてもよい。図示の処理構成は、図１の電子制御装置６０の内部に於いて予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されてよい。また、処理は、車両の走行中、反復して実行されてよい。

接地状態の検出
図２（Ａ）、（Ｂ）のステップ１０の処理に於ける接地状態の検出又は監視は、下記のいずれかの態様により行われてよい。

（１）ホイール・スピン、ロックの有無による判定
接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態であるか否か、即ち、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であるか否かは、車両の加速時に於いては、空転（ホイール・スピン）した車輪の有無により、車両の減速時に於いては、ロックした車輪の有無により、判定可能である。即ち、車両の加速時に車速に対して相当に回転の速い車輪が存在したときと、車両の減速時に車速に対して相当に回転の遅い車輪が存在したときには、それぞれ、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であると判定することができる。図３は、かかるホイール・スピン、ロックの有無による判定により接地状態の検出を行う処理の例を示している。図示の処理構成は、図１の電子制御装置６０の内部に於いて予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されてよい。また、処理は、車両の走行中、反復して実行されてよい。

同図を参照して、処理に於いては、まず、各輪の車輪速センサから各輪の車輪速値Ｖｗｉがそれぞれ検出され（ステップ３０）、次いで、車両の絶対車速Ｖａｂｓの算出が実行される（ステップ３２）。絶対車速Ｖａｂｓは、任意の手法で算定されてよい。一つの態様としては、車輪速値Ｖｗｉから任意のアルゴリズムで決定されてもよいが、後に、各輪の車輪速値を用いて、ホイール・スピン、ロックの判定を行うので、ＧＰＳ装置等の車輪速値を用いずに得られる対地車速値であることが好ましい。そして、次に、操舵角の大きさが任意に設定される閾値δｔｈより小さいか否かを判定することにより、車両が実質的に直進状態であるか否かが判定され（ステップ３４）、操舵角の大きさが所定値より大きいとき、即ち、車両が直進状態ではなく、旋回状態であると判定されるときには、本判定処理は終了する。これは、後の処理に於いて、各輪の車輪速値のうち、相当に高い値又は低い値の存在の有無を判定するところ、車両が旋回中であると、車輪速値の左右差が発生し、正確に車輪速値の大きさの判定が困難となるためである。なお、閾値δｔｈは、車両が実質的に直進状態であると判断できる舵角の限界値であり、実験的に決定された値が設定されてよい。

かくして、車両が実質的に直進状態であるときには、各輪の車輪速値Ｖｗｉが絶対車速Ｖａｂｓに所定値Δ１を加算した値より大きいか否かが判定される（ステップ３６）。この判定処理は、車両の加速時にホイール・スピンしている車輪が存在するか否かを判定する処理であり、Ｖａｂｓ＋Δ１より大きい車輪速値を有する車輪があったときには、その車輪が有意な摩擦力を発生できずにホイール・スピンしている車輪と判定される。そして、ここで、少なくとも一つの車輪において、車輪速値がＶａｂｓ＋Δ１より大きいと判定されたときには、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であると判定されてよい。所定値Δ１は、車輪速値Ｖｗｉが車速Ｖａｂｓに対して、かかる所定値の分だけ上回ったときにホイール・スピン状態であると判断できる最小値であり、実験的に決定された値が設定されてよい。

一方、いずれの各輪の車輪速値ＶｗｉもＶａｂｓ＋Δ１を下回ったときには、各輪の車輪速値Ｖｗｉが絶対車速Ｖａｂｓから所定値Δ２を減算した値より小さいか否かが判定される（ステップ３８）。この判定は、車両の減速時にホイール・ロックしている車輪が存在するか否かを判定する処理であり、少なくとも一つの車輪において、Ｖａｂｓ−Δ２より小さい車輪速値を有する車輪があったときには、その車輪が有意な摩擦力を発生できずにホイール・ロックしている車輪と判定され、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であると判定されてよい。所定値Δ２は、車輪速値Ｖｗｉが車速Ｖａｂｓに対して、かかる所定値の分だけ下回ったときにホイール・ロック状態であると判断できる最小値であり、実験的に決定された値が設定されてよい。

（２）ヨーレート偏差の大きさによる判定
接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であるときに、車両が旋回すると、グリップ走行が確保できず、アンダーステア状態又はドリフトアウト状態となる。特に、その程度が相当に大きくなったときには、接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態ではないと判定できる。そこで、接地状態の検出のもう一つの態様に於いては、ヨーレート偏差の大きさを参照して、接地状態の判定が実行される。図４は、かかるヨーレート偏差の大きさの判定により接地状態の検出を行う処理の例を示している。図示の処理構成は、図１の電子制御装置６０の内部に於いて予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されてよい。また、処理は、車両の走行中、反復して実行されてよい。

同図を参照して、処理に於いては、まず、各センサにて検出された操舵角δ、実ヨーレートγａの値の読込（ステップ５０）、絶対車速のＶａｂｓの算出（ステップ５２：ステップ３２の場合と同様であってよい。）が実行され、これらの値から、目標ヨーレートγｔが算出され、目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγａとの差の大きさが閾値Δγｔｈよりも大きいか否かが判定される。ここで、目標ヨーレートγｔは、車両がグリップ走行を確保して旋回している際のヨーレートの目標値であり、例えば、任意の定常旋回中の車両の運動理論を用いて算出された値であってよい。そして、目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγａとの差の大きさが閾値Δγｔｈよりも大きいときには、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であると判定されてよい。閾値Δγｔｈは、目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγａとの差が、かかる閾値Δγｔｈよりも大きいときには、足回り制御では、十分に車体の向きが修正し切れないほどの値に設定され、実験的に決定された値が設定されてよい。（ヨーレート偏差γｔ−γａの大きさが閾値Δγｔｈよりも小さいときには、後述の足回り制御により、車体運動の修正が実行される。）

（３）接地荷重による判定
既に述べた如く、車両の車輪に於ける接地荷重（垂直荷重）が小さいときには、タイヤの接地面に於ける摩擦力が低減する。そして、特に、車輪に於ける接地荷重の低減は、車両の走行中に気流によって車体に作用する揚力が大きくなったときに車体が浮き上がることにより発生する。そこで、接地状態の検出の更にもう一つの態様に於いては、停止中の接地荷重に対する走行中の接地荷重の低減量を参照して、接地状態の判定が実行される。図５は、かかる接地荷重の低減量の判定により接地状態の検出を行う処理の例を示している。図示の処理構成は、図１の電子制御装置６０の内部に於いて予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されてよい。また、処理は、車両の走行中、反復して実行されてよい。

同図を参照して、処理に於いては、まず、車両が実質的に停止しているか否か（車速Ｖが所定値ε１より小さいか否か）が判定される（ステップ６０）。なお、ここでは、車両に対する気流の空気力が停止状態と実質的に同じ程度であればよく、非常に低い速度で走行している場合であってもよい。車速Ｖは、車輪速値又はその他の情報から任意に取得された値であってよい。そして、車速Ｖ＜所定値ε１であるときには、停止時の各輪の接地荷重の値Ｗｔｉｓが、各輪に設けられた接地荷重センサから読み込まれる（ステップ６２）。なお、Ｖ＜ε１ではないとき、停止時の各輪の接地荷重の値Ｗｔｉｓの読込みは実行されず、後の処理では、過去に読み込まれた最新の値が利用されてよい。次いで、処理に於いては、車両が定速走行しているか否か、例えば、車両の加速度ｄＶ／ｄｔが所定の加速度閾値ε２より大きいか否かが判定され、車両が定速走行していないとき、即ち、ｄＶ／ｄｔ＞ε２であるときには、本処理は、終了する（ステップ６４）。これは、車両が定速走行していないとき、即ち、加減速時には、車両に於いて車輪間で荷重移動が起こり、各輪の接地荷重の停止時の値から変化量を判定することが困難となるためである。

かくして、車両が定速走行していると判定されると（ステップ６４）、走行中の各輪の接地荷重の値Ｗｔｉが、各輪に設けられた接地荷重センサから読み込まれ（ステップ６６）、各輪の接地荷重停止時の値から変化量ΔＷｔｉが算出される（ステップ６８）。既に触れた如く、走行中の車両は、少なくとも走行風を受けるため、これより発生する揚力によって、車体は上向きに力を受ける。その状態に於いて、車体の上向きの力が過大であると、各輪の接地荷重停止時の値から変化量ΔＷｔｉが過大となる。従って、いずれかの車輪の接地荷重停止時の値から変化量ΔＷｔｉが所定の閾値ΔＷｔ_thより大きいときには（ステップ７０）、低荷重状態と判定されてよい（ステップ７２）。なお、所定の閾値ΔＷｔ_thは、実験的に決定された値が設定されてよい。また、足回り制御に於いては、制御輪にタイヤ力が十分に発揮されるか否かが問題となるので、上記の接地荷重の変化量の検出及び判定は、少なくとも一つの足回り制御の制御輪に於いて実行されるだけであってもよい。

（４）その他の接地状態の検出手法
上記の図３〜５に例示された処理の他に、接地状態の検出手法の例として、
ａ．道路情報、クラウド情報から路面凍結が予想される場合
ｂ．外気温が低く、ワイパーが駆動される状態
ｃ．アクセルＯＮ時に、実加速度がエンジン(モータ)推定トルクから算出される目標加速度を下回った場合
ｄ．ブレーキＯＮ時に、実減速度が踏力から期待される減速度に達しない場合
などに於いては、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であると判定する処理が実行されてよい。

図２のステップ１０に於いて、実際に採用される接地状態の検出手法は、上記の図３〜５に例示された処理のいずか一つ又はそれらの任意の組み合わせであってよい。複数の種類の接地状態の検出手法を用いる場合には、いずか一つで、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であるとの判定が実行されたときには、接地状態が低摩擦状態又は低接地荷重状態であるとして、処理が実行されてよい。

運動制御の態様
図２のステップ２０、２５で車両の運動制御として実行される足回り制御、空力制御は、この分野の当業者に於いて任意に実行可能な態様にて実行されてよい。

例えば、足回り制御に於いては、図６（Ａ）に例示されている如く、操舵角δ・実ヨーレートγａの検出（ステップ１００）、絶対車速Ｖａｂｓの算出（ステップ１０２）、目標ヨーレートγｔの算出（ステップ１０４）が実行された後、これらの値から算出されるヨーレート偏差Δγ＝γｔ−γａ（ステップ１０６）に基づいて、ヨーレート偏差Δγを低減する方向に作用する制御モーメントを発生するように、各輪の制駆動力の配分の目標値及び／又は操舵角の目標値が決定され（ステップ１０８）、かかる目標値をそれぞれ実現するように、各部のアクチュエータへ制御指令値が送出される（ステップ１１０）。なお、各輪の制駆動力の配分の目標値の算出に於いては、図６（Ｂ）の如く、ヨーレート偏差Δγが比較的小さい間は、制御を実行しない不感帯が設けられていてよい。

一方、空力制御に於いては、図６（Ｃ）に例示されている如く、足回り制御と同様にもヨーレート偏差Δγが算出される。（ステップ２００〜２０６）そして、かかるヨーレート偏差Δγに基づいて、ヨーレート偏差Δγを低減する方向に作用する制御モーメントを発生する空気力が発生するように、エアスポイラ作動量が算出され、各部のアクチュエータへ制御指令値が送出される（ステップ２１０）。なお、エアスポイラ作動量の目標値の算出に於いても、図６（Ｄ）の如く、ヨーレート偏差Δγが比較的小さい間は、制御を実行しない不感帯が設けられていてよい。

かくして、上記の本発明の構成によれば、車輪の接地状態に基づいて、運動制御に主として利用する制御手段を選択又は変更することにより、車輪の接地状態がタイヤと路面との間の実効的な摩擦力の大きさが足回り制御を十分に達成できる状態にないときにも、有効な運動制御の達成が図られることとなる。

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。

Claims (1)

1. 車両の運動状態を制御する車両運動制御装置であって、制駆動力を制御することにより前記運動状態を制御する第一の制御手段と、車体に作用する空気力を制御することによって前記運動状態を制御する第二の制御手段と、少なくとも一つの前記第一の制御手段の制御輪に於ける接地状態を検出する接地状態検出手段と、前記運動状態の制御に於ける前記第一の制御手段の寄与の度合いと前記第二の制御手段の寄与の度合いとを前記検出された接地状態に基づいて変更する制御寄与度合い変更手段とを含む装置。

Images