JP4600381B2 - 車両の車輪トルク推定装置及び制振制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の走行中の（路面に対して作用する）車輪トルクを推定する装置と、かかる車輪トルク推定値を使用する車両の制振制御装置とに係る。

車両の走行制御、運動制御又は制駆動力制御の幾つかに於いては、車両の駆動力を適正に制御する目的で、車両の走行中に、車輪と接地路面上との間に作用するトルク（以下、本明細書に於いては、単に「車輪トルク」と称する。）が、パラメータとして参照される。例えば、所謂車体のばね上・ばね下振動の運動モデルに基づいて、車両の走行中に於ける車体のピッチ・バウンス振動を抑制するようエンジン又はその他の駆動装置の駆動出力を制御する車体の制振制御では、駆動輪が路面に対して実際に作用している車輪トルクが、制御に於ける外乱の抑制のためのフィードバックの入力パラメータとして用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。また、ＴＲＣ、ＡＢＳ、ＶＳＣなどの各種の制御に於いても、車輪に於ける路面反力を参照するために、或いは、車両の走行性能を検査する目的で車輪トルクが参照される（例えば、特許文献３、４参照）。

車両の走行中の車輪トルクの値は、車輪にホイールトルクセンサやホイール六分力計などを設け、発生トルクを直接に検出できればよいが、そのような車輪トルクを検出するセンサは、車両の設計上又はコスト上の問題により、試験車両等（特許文献４）を除き、通常の車両には搭載されない。そこで、上記の如き車両の各種制御に於いては、車輪速等のその他の容易に検出可能なパラメータに基づく車輪トルクの推定値が使用されている（特許文献１−３ なお、特許文献１、２に於いては、車輪トルクは、トルク反力推定値又は路面外乱推定値等と表現されている。）。
特開２００４−１６８１４８ 特開２００６−６９４７２ 特開平１１−３７８７２ 特開２００５−６９８９７

上記の如き各種の車両の走行、運動又は制駆動力制御に於いて、車輪トルクが直接に検出されるのではなく、車輪速等のパラメータを用いて推定により得られる場合には、車輪又はタイヤの作動状態によっては、推定精度が悪化し、このことにより、車両の制御が巧く働かなくなる場合がある。例えば、車輪トルクを車輪速の検出値に基づいて推定する場合、車輪（駆動時には、駆動輪）がスリップ状態になると推定精度が悪化し得る。また、通常の車両に使用されている多くの車輪速センサは、車輪の回転速度を検出するが、その回転方向（即ち、車両の進行方向に対して前転しているのか、後転しているのか）が判断できないので、制御処理に於いて、推定されるべき車輪トルクを、その向きを誤って使用してしまうこともあり得る。車輪トルクの推定値の大きさ又は向きが、実際に車輪上に発生している車輪トルクの大きさ又は向きと乖離すると、例えば、上記の如き駆動出力を制御してピッチ又はバウンス振動の制振を行う制御に於いて、良好な制振効果が得られなかったり、逆に振動を増幅してしまう場合もあり得る。しかしながら、従前の車輪トルク推定装置、又は、車輪トルクの推定値をパラメータとして使用する車両の制振制御装置又はその他の車両の走行、運動若しくは制駆動力制御装置に於いて、車輪トルクの推定が良好に実行されない場合についてはあまり考慮されていない。

かくして、本発明の主要な一つの課題は、種々の車両の走行、運動又は制駆動力制御等に於いて参照される車輪トルクを推定するための装置又は手段であって、車輪トルクの推定が良好に実行できない場合には、そのことを考慮して車輪トルクの推定値を生成する装置又は手段を提供することである。

また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き車輪トルク推定装置又は手段によって得られる車輪トルク推定値に基づいて車両の駆動力を制御して車両の走行中の制振制御を行う装置であって、車輪トルクの推定が良好に実行できない場合には、そのことを考慮して車輪トルクの推定値を使用する装置を提供することである。

本発明によれば、端的に述べれば、車両の走行、運動又は制駆動力制御であって、車輪トルクを実測するトルクセンサ等を用いずに、車輪トルクの推定値を使用する制御に於いて、車輪トルクの推定値の大きさ又は向きが種々の要因により実際に車輪上に作用しているトルク値のものと乖離してしまう場合に、車輪トルク推定値を補正するよう構成された車輪トルク推定装置と、そのように補正される車輪トルク推定値を用いた車両の制振制御装置が提供される。

本発明の一つの態様によれば、車両の車輪と路面との間に作用する車輪トルクを推定する装置は、車輪と路面との接地個所に於いて発生する車輪トルク推定値を推定するトルク推定部と、車輪のスリップ状態を示す車輪スリップ状態量を算出するスリップ状態量算出部と、車輪スリップ状態量の表すスリップの程度が大きいほど車輪トルク推定値の絶対値が小さくなるよう車輪トルク推定値を補正する車輪トルク補正部とを含むことを特徴とする。なお、ここで、「車輪のスリップ状態」とは、本明細書に於いては、車両の走行中、車輪が路面に対して作用する力がその車輪の（又はタイヤの）グリップ限界（最大摩擦円）を越えて車輪が路面上を「滑る」状態を意味し、「スリップの程度」とは、スリップ状態になったときの車輪の表面と路面との間の摩擦力の大きさに相当する（車輪の表面と路面との間に相対的な滑りが発生するとき、その際の摩擦力が低減するほど車輪の表面と路面とスリップは大きくなる。）。車輪トルク推定値は、その推定方法にもよるが、通常、車輪が路面をグリップした状態を前提にして算出される。しかしながら、車輪がスリップ状態となると、かかる前提がくずれ、車輪トルク推定値の精度が悪化することとなる。そこで、本発明の車輪トルク推定装置に於いては、車輪のスリップ状態を示す「車輪スリップ状態量」を算出し、車輪スリップ状態量の表すスリップの程度が大きいほど、車輪トルク推定値が、その絶対値を小さくなるよう補正される。車輪トルク推定値が、車輪が路面をグリップしていることを前提に推定されているところ、車輪がスリップすると、路面から車輪に伝わる力又はトルクは低減するので、そのような車輪がスリップ状態にあるときに車輪トルク推定値を小さく補正することにより、車輪トルク推定値は、実際の値に、より近いものとなることが期待される。

車輪のスリップ状態を表す「車輪スリップ状態量」は、車輪がグリップ状態からスリップ状態へ遷移することを検出できる指標であれば、任意の量が採用されてよいことは理解されるべきである。例えば、車輪のスリップ率又はスリップ比が車輪スリップ状態量として用いられてもよいが（これらの用語に於いて、「スリップ」の用語が使用されているが、この場合の「スリップ」は、タイヤが路面にグリップしているか否かによらず、車速と車輪速（車輪の回転速に車輪半径を乗じた値）とのずれを意味しており、上記の「スリップ状態」の場合の如く、車輪が路面上を「滑る」意味での「スリップ」とは異なる。）、好適には、例えば、車両の駆動時であれば、車両の駆動輪の車輪速と車両の従動輪の車輪速との比が車輪スリップ状態量として用いられてもよい（車両の加速中、従動輪の車輪速は、駆動輪がグリップ状態にあるか否かによらず、車速に対応した値になるが、駆動輪の車輪速は、駆動輪がスリップ状態になると、車速に対応しなくなる。）。

上記の車輪トルク推定装置に於いて、車輪トルク推定値の推定は、任意の方法で行われてよいが、典型的には、後述の本発明の実施形態に於いて説明される如く、車両の車輪の車輪速センサにより検出された車輪速（又は車輪の回転速）に基づいて為されてよい。この場合、車両の駆動時に於いては、車輪トルク推定値は、駆動輪の車輪速の微分値の関数として算出されてよい。

本発明のもう一つの態様に於いては、車輪トルク推定装置は、車輪トルク推定値を車輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定するトルク推定部と、車両が後退しているときには車輪トルク推定値を負の値に補正する車輪トルク補正部とを含む。上記に簡単に触れたように、車輪トルク推定値を車輪速センサにより与えられる車輪速に基づいて推定する場合、通常の量産される車両に搭載される車輪速センサの殆どは、一部の高級なセンサを除き、車輪の回転方向が検出できない。従って、車輪速トルクを入力の一つとして使用する制御に於いて、車輪速センサから推定される車輪トルク推定値をそのまま用いると、車両の後退時など車輪が後転しているときには、車輪トルクの寄与が逆方向に反映されてしまうことが起き得る。そこで、本発明の車輪トルク推定値の補正の一つの態様として、上記の如く、車輪が後転しているとき（車両の後進又は車輪の後転は、車両の変速機のシフトレバー又はスイッチの位置により判定されてよい。）には、車輪トルク推定値が、（大きさをそのままにして）負の値となるよう補正される。なお、好適には、車輪トルク推定値を負値にする補正は、車輪スリップ状態量に基づく補正と共に実行されてよいことは理解されるべきである。

上記の如き車輪のスリップ状態量に基づく補正或いは車両の後進時に於ける補正が適宜為される車輪トルク推定値は、本発明に於いては、特に、車両の駆動力を制御することにより車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する車両の制振制御装置に於いて、有利に用いられる。従って、本発明の一つの態様に於いては、車両の制振制御装置は、車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する車輪に作用する車輪トルク推定値を取得する車輪トルク推定値取得部と、車輪トルク推定値に基づいてピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう車両の駆動力を制御する駆動力制御部とを含み、更に、車輪のスリップ状態を示す車輪スリップ状態量を取得するスリップ状態量取得部が設けられ、車輪スリップ状態量の表すスリップの程度が大きいほど車輪トルク推定値の絶対値又は駆動力の制御量が小さく補正され、これを参照して車両の駆動力が制御される。又、本発明の別の態様に於いては、上記の如き車輪トルク推定値取得部と駆動力制御部と有する車両の制振制御装置に於いて、車輪トルクが車輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定される場合には、車両が後退しているときには車輪トルク推定値取得部で取得された車輪トルク推定値が負の値に補正され、これを参照して車両の駆動力が制御される。なお、上記の制振制御装置に於いて、該制振制御装置とは別の装置で生成された車輪トルク推定値を用いるようになっていてもよく、また、制振制御装置内部に於いて、車輪トルク推定値を生成するトルク推定装置又は手段が設けられ、そこで生成された推定値が補正されるようになっていてもよい。

上記の車両の駆動力を制御することにより車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する車両の制振制御装置は、例えば、後述の本発明の実施の形態に於いてより詳細に説明される如き、車輪トルクを車体にピッチ又はバウンス振動を生ずる外力とした走行中の車両の車体のばね上振動又はばね下振動の力学的な運動モデルを仮定し、その運動モデルに基づいてかかる車体のばね上振動又はばね下振動の振幅を低減するよう車輪トルク、即ち、車両の駆動力を調節する装置であってよい。車輪トルク推定値は、かかる制振制御に於けるフィードバック又は外乱として入力され、その際、車輪がスリップ状態にある場合又は後転している場合には、上記の車輪トルク推定装置の場合と同様の処理によって補正されることとなる。上記の車輪トルク推定装置の説明から理解されるように、車輪がスリップ状態にある場合又は後転している場合に車輪トルク推定値が補正されることにより、制振制御装置に使用される車輪トルク推定値が、その大きさ又は向きについて、現実の車輪トルク値により近いものになることが期待され、従って、車輪トルクの推定が良好に行えない場合であっても、良好な制振制御が達成されることが期待される。なお、本発明の車輪トルク推定値の補正の技術思想は、上記の如き制振制御装置以外の車輪トルク推定値を用いた制振制御装置に用いることもでき、そのような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。

ところで、上記の本発明の態様に於ける車両の駆動力制御による制振制御装置に於いて、車輪トルク推定値が車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定された値である場合に、車輪速センサの異常時には車輪トルク推定値は、車両の駆動装置の出力軸の回転速に基づいて推定された値とするよう修正されてよい。原理的には、車輪速と車両の駆動装置の出力軸の回転速は対応しているので（車輪速が某かの要因で変化すれば、駆動装置の出力軸の「回転速」も変化するはずである。）、車輪速センサに異常があって車輪速を精度良く検出できない場合には、車輪速と車両の駆動装置の出力軸の回転速との関係を用いて、駆動装置の出力軸の回転速に基づいて車輪トルク推定値を取得し、これにより、車輪速センサの異常時にも制振制御が実行できることとなる。

なお、上記の制振制御装置に於いて、車輪トルク推定値の補正を行っても制振制御が良好に実行できないと判断される場合には、車輪トルク推定値に基づく駆動力の制御を中止するようになっていてもよい。又、制振制御の効果が車両の操縦安定性や乗り心地向上のためのものであり、車輪のスリップ状態、車両の後進時又は車輪速センサの異常時に於いてまで、かかる制振制御を行う必要がないと判断される場合にも、車輪トルク推定値に基づく駆動力の制御が中止されるようになっていてよい。特に、車輪がスリップ状態にあるときには、車輪スリップ状態量の表すスリップの程度が所定の程度より大きいときに車輪トルク推定値に基づく駆動力の制御を中止するよう構成されていてよい。かかる構成によれば、制振制御に不適合なトルク値を入力することによる振動増幅の発生が抑制されることとなる。

総じて、本発明によれば、車輪トルクの推定が良好に行えない場合であっても、現実の車輪トルク値に近い推定値が取得され、従って、車両の各種制御が、従前よりも良好に実行されることが期待される。特に、車両のピッチ／バウンス振動の制振制御装置に於いては、フィードバック入力される車輪トルク値が実際の値と乖離している場合には、制振するどころか、振動を増幅することがあったところ、本発明によれば、制御による振動増幅が発生する可能性が低減されることとなる。また、本発明の利点として理解されるべきことは、従前では、車輪がスリップ状態にある場合又は後転している場合でも車輪トルク値を取得しようとするには、車輪にトルクセンサ等の装置を別途設ける必要があったが、本発明によれば、そのようなセンサ装置を利用しなくても、車両の走行、運動、制駆動力又は制振制御に於いて用いられる車輪トルクの値が利用可能となる点である。車輪トルク値の取得のために、トルクセンサ装置を別途設ける必要がないので、車両又は制御装置のためのコスト又は設計に要する労力が低減されることとなる。

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。

なお、下記の実施形態の説明に於いて、本発明は、車両の制振制御等の各種制御のパラメータとして用いられる車輪トルクを推定するものとして説明されているが、ここで推定される車輪トルク値は、その他の用途のために利用でき、そのような場合も本発明の範囲に属するものと理解されるべきである。

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、本発明の車輪トルク推定装置又は制振制御装置の好ましい実施形態が搭載さ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１４の踏込みに応じて後輪に駆動力を発生する駆動装置２０が搭載される。駆動装置２０は、図示の例では、エンジン２２から、トルクコンバータ２４、自動変速機２６、差動歯車装置２８等を介して、駆動トルク或いは回転駆動力が後輪１２ＲＬ、１２ＲＲへ伝達されるよう構成されているが、エンジン２２に代えて電動機が用いられる電気式、或いは、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。また、車両は、前輪にも駆動力が伝達される四輪駆動車両であってもよい。なお、簡単のため図示していないが、車両１０には、通常の車両と同様に各輪に制動力を発生する制動系装置と前輪又は前後輪の舵角を制御するためのステアリング装置が設けられる。

駆動装置２０の作動は、電子制御装置５０により制御される。電子制御装置５０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。電子制御装置５０には、各輪に搭載された車輪速センサ３０ｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）からの車輪速Ｖｗｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）を表す信号と、車両の各部に設けられたセンサからのエンジンの回転速Ｅｒ、変速機の回転速Ｄｒ、アクセルペダル踏込量θａ等の信号が入力される。なお、上記以外に、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を得るための各種検出信号が入力されてよいことは理解されるべきである。電子制御装置５０は、図１（Ｂ）に於いてより詳細に模式的に示されているように、駆動装置２０の作動を制御する駆動制御装置５０ａと制動装置(図示せず)の作動を制御する制動制御装置５０ｂとから構成されてよい。制動制御装置に於いては、各輪の車輪速センサ３０ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬからの、車輪が所定量回転する毎に逐次的に生成されるパルス形式の電気信号が入力され、かかる逐次的に入力されるパルス信号の到来する時間間隔を計測することにより車輪の回転速が算出され、これに車輪半径が乗ぜられることにより、車輪速値が算出され、下記に述べる如く、車輪トルク推定値を算出するために、駆動制御装置５０ａへ送信される（車輪回転速から車輪速への演算は、駆動制御装置５０ａにて行われてもよい。その場合、車輪回転速が制動制御装置５０ｂから駆動制御装置５０ａへ与えられる）。また、以下により詳細に説明される目的のために、制動制御装置５０ｂから駆動制御装置５０ａへは、車輪速値の他に、車輪速値が取得できない場合にそのことを示す車輪速無効状態情報、駆動輪がスリップ状態にあるか否かを示す車輪スリップ状態量又はＶＳＣ、ＡＢＳ若しくはＴＲＣ等の車輪のスリップ率を制御する各種制御の実行の有無を示す情報が送信される。

駆動制御装置５０ａに於いては、運転者からの駆動要求がアクセルペダル踏込量θａに基づいて運転者の要求する駆動装置の目標出力トルク（運転者要求トルク）が決定される。しかしながら、本発明の駆動制御装置に於いては、駆動力制御による車体のピッチ／バウンス振動制振制御を実行するべく、運転者要求トルクが修正され、その修正された要求トルクに対応する制御指令が駆動装置２０へ与えられる。かかるピッチ／バウンス振動制振制御に於いては、（１）駆動輪に於いて路面との間に作用する力による駆動輪の車輪トルク推定値の算出、（２）車体振動の運動モデルによるピッチ／バウンス振動状態量の演算、（３）ピッチ／バウンス振動状態量を抑制する車輪トルクの修正量の算出とこれに基づく要求トルクの修正が実行される。（１）の車輪トルク推定値は、制動制御装置５０ｂから受信した駆動輪の車輪速値（又は、駆動輪の車輪回転速）に基づいて算出される。なお、本発明の車輪トルク推定装置は、（１）の処理作動に於いて実現され、また、本発明の制振制御装置は、（１）−（３）の処理作動に於いて実現されることは理解されるべきである。

車体のピッチ／バウンス振動制振制御を行う駆動力制御の構成
車両に於いて、運転者の駆動要求に基づいて駆動装置が作動して車輪トルクの変動が生ずると、図２（Ａ）に例示されている如き車体１０に於いて、車体の重心Ｃｇの鉛直方向（ｚ方向）のバウンス振動と、車体の重心周りのピッチ方向（θ方向）のピッチ振動が発生し得る。また、車両の走行中に路面から車輪上に外力又はトルク（外乱）が作用すると、その外乱が車両に伝達され、やはり車体にバウンス方向及びピッチ方向の振動が発生し得る。そこで、図示の実施形態に於いては、車体のピッチ・バウンス振動の運動モデルを構築し、そのモデルに於いて運転者要求トルク（を車輪トルクに換算した値）と、現在の車輪トルク（の推定値）とを入力した際の車体の変位ｚ、θとその変化率ｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ、即ち、車体振動の状態変数を算出し、モデルから得られた状態変数が０に収束するように、即ち、ピッチ／バウンス振動が抑制されるよう駆動装置の駆動トルクが調節される（運転者要求トルクが修正される。）。

図２（Ｂ）は、本発明の実施形態に於ける駆動力制御の構成を制御ブロックの形式で模式的に示したものである（なお、各制御ブロックの作動は、（Ｃ０、Ｃ３を除き）電子制御装置５０の駆動制御装置５０ａ又は制動制御装置５０ｂのいずれかにより実行される。）。図２（Ｂ）を参照して、本発明の実施形態の駆動力制御に於いては、概して述べれば、運転者の駆動要求を車両へ与える駆動制御器と、車体のピッチ／バウンス振動を抑制するよう運転者の駆動要求を修正するための制振制御器とから構成される。駆動制御器に於いては、運転者の駆動要求、即ち、アクセルペダルの踏み込み量（Ｃ０）が、通常の態様にて、運転者要求トルクに換算された後（Ｃ１）、運転者要求トルクが、駆動装置の制御指令に変換され（Ｃ２）、駆動装置（Ｃ３）へ送信される。［制御指令は、ガソリンエンジンであれば、目標スロットル開度、ディーゼルエンジンであれば、目標燃料噴射量、モータであれば、目標電流量などである。］

一方、制振制御器は、フィードフォワード制御部分とフィードバック制御部分とから構成される。フィードフォワード制御部分は、所謂、最適レギュレータの構成を有し、ここでは、下記に説明される如く、Ｃ１の運転者要求トルクを車輪トルクに換算した値（運転者要求車輪トルクＴｗ０）が車体のピッチ・バウンス振動の運動モデル部分（Ｃ４）に入力され、運動モデル部分（Ｃ４）では、入力されたトルクに対する車体の状態変数の応答が算出され、その状態変数を最小に収束する運転者要求車輪トルクの修正量が算出される（Ｃ５）。また、フィードバック制御部分に於いては、車輪トルク推定器（Ｃ６）にて、後に説明される如く車輪トルク推定値Ｔｗが算出され、車輪トルク推定値は、ＦＢゲイン（運転モデルに於ける運転者要求車輪トルクＴｗ０と車輪トルク推定値Ｔｗとの寄与のバランスを調整するためのゲイン）が乗ぜられた後、外乱入力として、運転者要求トルクに加算されて運動モデル部分（Ｃ４）へ入力され、これにより、外乱に対する運転者要求車輪トルクの修正分も算出される。Ｃ５の運転者要求車輪トルクの修正量は、駆動装置の要求トルクの単位に換算されて、加算器（Ｃ１ａ）に送信され、かくして、運転者要求トルクは、ピッチ・バウンス振動が発生しないように修正された後、制御指令に変換されて（Ｃ２）、駆動装置（Ｃ３）へ与えられることとなる。

制振制御の原理
本発明の実施形態に於ける制振制御に於いては、既に触れたように、まず、車体のバウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルを仮定して、運転者要求車輪トルクＴｗ０と車輪トルク推定値Ｔｗ（外乱）とを入力としたバウンス方向及びピッチ方向の状態変数の状態方程式を構成する。そして、かかる状態方程式から、最適レギュレータの理論を用いてバウンス方向及びピッチ方向の状態変数を０に収束させる入力（トルク値）を決定し、得られたトルク値に基づいて運転者要求トルクが修正される。

車体のバウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルとして、例えば、図３（Ａ）に示されている如く、車体を質量Ｍ及び慣性モーメントＩの剛体Ｓとみなし、かかる剛体Ｓが、弾性率kfと減衰率cfの前輪サスペンジョンと弾性率krと減衰率crの後輪サスペンジョンにより支持されているとする（車体のばね上振動モデル）。この場合、車体の重心のバウンス方向の運動方程式とピッチ方向の運動方程式は、下記の数１の如く表される。

ここに於いて、Ｌｆ、Ｌｒは、それぞれ、重心から前輪軸及び後輪軸までの距離であり、ｒは、車輪半径であり、ｈは、重心の路面からの高さである。なお、式（１ａ）に於いて、第１、第２項は、前輪軸から、第３、４項は、後輪軸からの力の成分であり、式（１ｂ）に於いて、第１項は、前輪軸から、第２項は、後輪軸からの力のモーメント成分である。式（１ｂ）に於ける第３項は、駆動輪に於いて発生している車輪トルクＴ（＝Ｔｗ０＋Ｔｗ）が車体の重心周りに与える力のモーメント成分である。

上記の式（１ａ）及び（１ｂ）は、車体の変位ｚ、θとその変化率ｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔを状態変数ベクトルＸ(t)として、下記の式（２ａ）の如く、（線形システムの）状態方程式の形式に書き換えることができる。
dＸ(t)/dt＝Ａ・Ｘ(t)＋Ｂ・ｕ(t) …（２ａ）
ここで、Ｘ(t)、Ａ、Ｂは、それぞれ、

であり、行列Ａの各要素a1-a4及びb1-b4は、それぞれ、式（１ａ）、（１ｂ）にｚ、θ、ｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔの係数をまとめることにより与えられ、
a1=-(kf+kr)/M、a2=-(cf+cr)/M、
a3=-(kf・Lf-kr・Lr)/M、a4=-(cf・Lf-cr・Lr)/M、
b1=-(Lf・kf-Lr・kr)/I、b2=-(Lf・cf-Lr・cr)/I、
b3=-(Lf²・kf+Lr²・kr)/I、b4=-(Lf²・cf+Lr²・cr)/I
である。また、ｕ(t)は、
ｕ(t)＝Ｔ
であり、状態方程式（２ａ）にて表されるシステムの入力である。従って、式（１ｂ）より、行列Ｂの要素p1は、
p1=h/(I・r)
である。

状態方程式（２ａ）に於いて、
ｕ(t)＝−Ｋ・Ｘ(t) …（２ｂ）
とおくと、状態方程式（２ａ）は、
dＸ(t)/dt＝(Ａ−ＢＫ)・Ｘ(t) …（２ｃ）
となる。従って、Ｘ（ｔ）の初期値Ｘ₀(t)をＸ₀(t)＝(0,0,0,0)と設定して（トルク入力がされる前には振動はないものとする。）、状態変数ベクトルＸ(t)の微分方程式（２ｃ）を解いたときに、Ｘ(t)、即ち、バウンス方向及びピッチ方向の変位及びのその時間変化率、の大きさを０に収束させるゲインＫが決定されれば、バウンス・ピッチ振動を抑制するトルク値ｕ（ｔ）が決定されることとなる。

ゲインＫは、所謂、最適レギュレータの理論を用いて決定することができる。かかる理論によれば、２次形式の評価関数
Ｊ＝１／２・∫（Ｘ^ＴＱＸ＋ｕ^ＴＲｕ）ｄｔ …（３ａ）
（積分範囲は、０から∞）
の値が最小になるとき、状態方程式（２ａ）に於いてＸ(t)が安定的に収束し、評価関数Ｊを最小にする行列Ｋは、
Ｋ＝Ｒ^−１・Ｂ^Ｔ・Ｐ
により与えられることが知られている。ここで、Ｐは、リカッティ方程式
-dＰ／dt＝Ａ^ＴＰ＋ＰＡ＋Ｑ−ＰＢＲ^−１Ｂ^ＴＰ
の解である。リカッティ方程式は、線形システムの分野に於いて知られている任意の方法により解くことができ、これにより、ゲインＫが決定される。

なお、評価関数Ｊ及びリカッティ方程式中のＱ、Ｒは、それぞれ、任意に設定される半正定対称行列、正定対称行列であり、システムの設計者により決定される評価関数Ｊの重み行列である。例えば、ここで考えている運動モデルの場合、Ｑ、Ｒは、

などと置いて、式（３ａ）に於いて、状態ベクトルの成分うち、特定のもの、例えば、ｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ、のノルム（大きさ）をその他の成分、例えば、ｚ、θ、のノルムより大きく設定すると、ノルムを大きく設定された成分が相対的に、より安定的に収束されることとなる。また、Ｑの成分の値を大きくすると、過渡特性重視、即ち、状態ベクトルの値が速やかに安定値に収束し、Ｒの値を大きくすると、消費エネルギーが低減される。

実際の制振制御に於いては、図２（Ｂ）のブロック図に示されている如く、運動モデルＣ４に於いて、トルク入力値を用いて式（２ａ）の微分方程式を解くことにより、状態変数ベクトルＸ(t)が算出される。次いで、Ｃ５にて、上記の如く状態変数ベクトルＸ(t)を０又は最小値に収束させるべく決定されたゲインＫを運動モデルＣ４の出力である状態ベクトルＸ(t)に乗じた値Ｕ(t)が、（駆動装置のトルクに換算されて）加算器（Ｃ１ａ）に於いて、運転者要求トルクから差し引かれる（運動モデルＣ４の演算のために、運動モデルＣ４のトルク入力値にもフィードバックされる。（状態フィードバック）。）式（１ａ）及び（１ｂ）で表されるシステムは、共振システムであり、任意の入力に対して状態変数ベクトルの値は、実質的にシステムの固有振動数の成分のみとなる。従って、Ｕ(t)（の換算値）が運転者要求トルクから差し引かれるよう構成することにより、運転者要求トルクのうち、システムの固有振動数の成分、即ち、車体に於いてピッチ・バウンス振動を引き起こす成分が修正され、車体に於けるピッチ・バウンス振動が抑制されることとなる（運転者から与えられる要求トルクに於いて、システムの固有振動数の成分がなくなると、駆動装置へ入力される要求トルク指令のうち、システムの固有振動数の成分は、−Ｕ（ｔ）のみとなり、Ｔｗ（外乱）による振動が収束することとなる。）。

車体のバウンス方向及びピッチ方向の力学的運動モデルとして、例えば、図３（Ｂ）に示されている如く、図３（Ａ）の構成に加えて、前輪及び後輪のタイヤのばね弾性を考慮したモデル（車体のばね上・下振動モデル）が採用されてもよい。前輪及び後輪のタイヤが、それぞれ、弾性率ktf、ktrを有しているとすると、図３（Ｂ）から理解される如く、車体の重心のバウンス方向の運動方程式とピッチ方向の運動方程式は、下記の数４の如く表される。

ここに於いて、xf、xrは、前輪、後輪のばね下変位量であり、mf、mrは、前輪、後輪のばね下の質量である。式（４ａ）−（４ｂ）は、ｚ、θ、xf、xrとその時間微分値を状態変数ベクトルとして、図３（Ａ）の場合と同様に、式（２ａ）の如き状態方程式を構成し（ただし、行列Ａは、８行８列、行列Ｂは、８行１列となる。）最適レギュレータの理論に従って、状態変数ベクトルの大きさを０に収束させるゲイン行列Ｋを決定することができる。実際の制振制御は、図３（Ａ）の場合と同様である。

車輪トルク推定値の算出
図２（Ｂ）の制振制御器のフィードバック制御部分に於いて、フィードフォワード制御部分へ外乱として入力される車輪トルクは、理想的には、各輪にトルクセンサを設け、実際に検出されればよいが、既に述べた如く、通常の車両の各輪にトルクセンサを設けることは困難なので、走行中の車両に於けるその他の検出可能な値から車輪トルク推定器（Ｃ６）にて推定された車輪トルク推定値が用いられる。

車輪トルク推定値Ｔｗは、典型的には、駆動輪の車輪速センサから得られる車輪回転速ω又は車輪速値ｒ・ωの時間微分を用いて、
Ｔｗ＝Ｍ・ｒ^２・ｄω／ｄｔ …（５）
と推定することができる。ここに於いて、Ｍは、車両の質量であり、ｒは、車輪半径である。［駆動輪が路面の接地個所に於いて発生している駆動力の総和が、車両の全体の駆動力Ｍ・Ｇ（Ｇは、加速度）に等しいとすると、車輪トルクＴｗは、
Ｔｗ＝Ｍ・Ｇ・ｒ …（５ａ）
にて与えられる。車両の加速度Ｇは、車輪速度ｒ・ωの微分値より、
Ｇ＝ｒ・ｄω／ｄｔ …（５ｂ）
で与えられるので、車輪トルクは、式（５）の如く推定される。］

上記の如き車輪トルクの推定に於いて、車両の前進走行中、駆動輪のタイヤが路面をグリップして駆動力を発生している場合には、式（５）は、実際に発生している車輪トルクに概ね一致していることが期待される。しかしながら、駆動輪に於ける路面反力が増大し、最大摩擦円を越えると、タイヤがスリップ状態（タイヤが滑る）になり、そうなると、式（５ｂ）が成立しなくなるため、式（５）の推定値の精度が悪化することとなる。また、一部の高機能センサを除き、車輪に通常搭載されている車輪速センサからの信号からは、車輪の回転速度の大きさは、検出できるが、車輪が前転しているのか後転しているのかの情報は取得できない。従って、制振制御器が、通常は、車両が前進していることを前提として構成されているところ、車両が後進しているときに、上記の推定値をそのまま、制振制御器へ入力してしまうと、車輪トルクが実際のものとは、逆向きに制振制御器へ入力されてしまうこととなる。更に、車輪速センサが故障するなど、車輪速が正確に検出できない場合にも、式（５）の車輪トルク推定値も精度が悪化することとなる。そこで、本発明では、上記の如く車輪トルク推定器（Ｃ６）による車輪トルク推定値の推定精度が悪化すると想定される状況に於いて、下記の如く、車輪トルク推定値の修正が行われる。

車輪トルク推定値の修正１
駆動輪のタイヤがスリップ状態になった場合、式（５ｂ）にて車輪速の時間微分により算出される加速度Ｇの値は、実際の加速度よりも大きくなり、従って、車輪速から推定された車輪トルク推定値は、実際の値よりも大きくなることが予想される。従って、駆動輪のタイヤがスリップ状態になったときには、タイヤのスリップ状態を表す任意の指標（車輪スリップ状態量）に応じて、車輪トルク推定値が下方修正される。この場合、式（５）の車輪トルク推定値は、例えば、
Ｔｗ＝κslip・Ｍ・ｒ^２・ｄω／ｄｔ …（６）
とされてよい。κslipは、車輪スリップ状態量の関数として与えられる量であり、図４に示されている如きマップを用いて与えられる。図４に於いて重要なことは、タイヤがグリップ状態にあるときは、κslip＝１とされ、タイヤがスリップ状態になり、完全にホイールスピンした状態（車両に車輪トルクがかからない状態）に於いては、κslip＝０となることである。

車輪のタイヤのスリップの程度を表す指標である車輪スリップ状態量は、例えば、左右の駆動輪の車輪速の平均値に対する左右の従動輪の車輪速の平均値の比であってよい。この場合、駆動輪がスリップ状態となると駆動輪の車輪速が相対的に増大し、その結果、車輪速の比、即ち、車輪スリップ状態量が低減する。又、車輪スリップ状態量として、タイヤのスリップ率、スリップ比が用いられてもよい。なお、車輪スリップ状態量が、スリップの程度が大きくなると共に増大する値として定義される場合には、車輪スリップ状態量が増大するとともに、κslipの値が低減され、図４の例の如く、車輪スリップ状態量が、スリップの程度が大きくなると共に低減する値として定義される場合には、車輪スリップ状態量が低減するとともに、κslipの値が低減されるべきであり、いずれ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。

式（６）の如き車輪トルク推定値のκslipによる修正は、車輪スリップ状態量の値を監視することによりなされてもよいが、以下の条件（ａ）−（ｃ）が成立したときに車輪スリップ状態量の値に基づいて実行されるようになっていてよい。
（ａ）ＶＳＣ、ＴＲＣ又はＡＢＳ制御が実行されたとき
（これらの制御が実行される場合、通常、タイヤがグリップ状態からスリップ状態へ遷移したときである。）
（ｂ）左右の従動輪の車輪速の平均値と左右の駆動輪の車輪速の平均値との差が所定期間の間、所定量を超えたとき。
（ｃ）所定時間の間、車輪速の時間微分値が所定の閾値を越えたとき。なお、所定の閾値は、車両が出し得ない加速度に設定されてよい。

車輪スリップ状態量の算出を実行するスリップ状態量算出部とκslipによる修正を行う車輪トルク補正部は、駆動制御装置５０ａ（図１Ｂ）に於いてＣＰＵ及びその他の構成要素の作動により実現される。

車輪トルク推定値の修正２
上記の如く、通常の車輪速センサでは、車輪の方向を検出できないところ、車輪トルク推定器に於いて式（５）にて推定される与えられる推定値は、車輪が前転していることを前提として算出される。従って、車輪が後転しているときには、推定値は、実際の値とは符号が逆になっていることになる。そこで、本発明の車輪トルク推定器は、車輪速センサ以外の情報から車輪が後転しているときを検出し、そのときには、式（５）を
Ｔｗ＝−Ｍ・ｒ^２・ｄω／ｄｔ …（７）
と修正して、車輪トルク推定値を出力する。

車輪の後転時は、例えば、
（ｄ）オートマチック車両であれば、変速機のシフトレバーがＲレンジになっていること、
（ｅ）マニュアル車両であれば、リバーススイッチがＯＮになっていること
により検出されてよい。なお、車輪に搭載された車輪速センサが、車輪の回転方向を検出できるものであれば、車輪の後転時は、車輪回転速ωを負の値にして式（５）が用いられてよい。

車輪トルク推定値の修正３
車輪速センサに異常が発生し、車輪速の検出精度が悪化した場合には、式（５）による車輪トルク推定値の精度も悪化するので、その場合には、駆動輪の車輪回転速又は車輪速は、駆動装置の回転速から算出されてよい。駆動装置のエンジン又はモータの出力軸の回転速Ｎｅを用いる場合には、駆動輪の車輪回転速は、
ωe＝Ｎｅ×トランスミッション（変速機）ギア比×デフ（差動装置）ギア比 …（８）
により与えられる。また、変速機の出力軸の回転速Ｎｏを用いる場合には、
ωo＝Ｎｏ×デフギア比 …（９）
により与えられる。そして、式（８）又は（９）の駆動輪の車輪回転速ωの推定値は、式（５）に代入され、車輪トルク推定値が算出される。

式（８）又は（９）による車輪トルク推定値の算出は、例えば、下記の条件（ｆ）−（ｉ）のいずれかが成立したときに実行されるようになっていてよい。
（ｆ）車輪速センサの信号に異常が発生し、「異常状態」と判定されたとき。
（ｇ）ＡＢＳ、ＶＳＣ、ＴＲＣ等のその他の制御装置又は制動制御装置５０ｂ（図１Ｂ）に於いて、車輪速センサの異常を判定したとき。
（ｈ）車輪速センサの信号から算出される車輪速と、駆動装置の出力軸の回転速から式（８）により算出される車輪速との差が、所定期間、所定値を越えているとき。
（ｉ）車輪速センサの信号から算出される車輪速と、変速機の出力軸の回転速から式（９）により算出される車輪速との差が、所定期間、所定値を越えているとき。

なお、車輪トルク推定器（Ｃ６）は、上記の車輪トルク推定値の修正の全てが実現可能となるよう構成されてよいことは理解されるべきである。そのような場合、式（５）の車輪トルク推定値は、以下の如く、修正されるであろう。
Ｔｗ＝κslip・κsign・Ｍ・ｒ^２・ｄω／ｄｔ …（１０）
ここに於いて、κslipは、通常は、κslip＝１であり、上記条件（ａ）−（ｃ）のいずれかが成立するときに、図４のマップにより与えられる。また、κsignは、通常は、κsign＝１であり、上記条件（ｄ）又は（ｅ）が成立したときには、κsign＝−１とされる。また、ωは、通常は、車輪速センサの信号から得られる車輪回転速であり、条件（ｆ）−（ｉ）が成立したときには、式（８）又は（９）により与えられるωｅ又はωｏに置換される。従って、例えば、条件（ａ）、（ｄ）、（ｆ）が成立したときには、車輪トルク推定値は、
Ｔｗ＝−κslip・Ｍ・ｒ^２・ｄωe／ｄｔ
となるであろう。

制振制御の修正
上記の車輪トルク推定値の修正１−３を実行しても、車輪トルク推定値の精度が改善されないと判断される場合には、運動モデルＣ４への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてもよい。また、そもそも本発明の制振制御の目的は、運転者の車両の操縦安定性や乗り心地向上のためのものであるところ、車輪トルク推定値の修正１−３が実行される車輪のスリップ状態時、車両の後進時又は車輪速センサの異常時等の状況は、車両の走行に於いて特殊な状況であり、場合によっては、別の車両の走行を安定化し又は安全を確保するための制御が実行され得るので、運動モデルＣ４への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてもよい。従って、図２（Ｂ）の制御構成に於いて、条件（ａ）−（ｉ）が成立する場合には、運動モデルＣ４への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてよい。また、車輪がスリップ状態になる場合については、車輪スリップ状態量の表すスリップの程度が所定の程度よりも大きい場合、例えば、図４のマップに於いて、車輪スリップ状態量が所定値Ｓ以下のときは、破線にて示す如く、κslip＝０となるよう設定し、実質的に運動モデルＣ４への車輪トルク推定値の入力が遮断されるようになっていてよい。また、条件（ａ）−（ｉ）が成立するときには、Ｕ（ｔ）＝０として、制振制御の実行を中止する（運転者要求トルクの修正を中止する）ようになっていてもよい。

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。

例えば、上記の実施形態に於いては、車輪トルク推定器（推定装置）が制振制御器内に組み込まれているが、車輪トルク推定装置が、独立のユニットとして構成されていてもよい。また、上記の実施形態の車輪トルク推定器では、駆動時の駆動輪の車輪トルクを推定する場合について説明されているが、制動時の駆動輪及び従動輪の車輪トルクを推定する場合に、対応する車輪速から推定される各輪の車輪トルク推定値が車輪スリップ状態量や車輪の後転の是非に応じて補正されるようになっていてもよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。

また、上記の実施形態に於ける車輪トルク推定値が車輪速から推定されるものであるが、車輪トルク推定値が車輪速から以外のパラメータから推定されるものであって、車輪のスリップ状態又は車輪の後転時に推定値と実際値とが乖離する可能性のあるものに適用されてもよい。

更に、上記の実施形態に於ける制振制御は、運動モデルとしてばね上又はばね上・ばね下運動モデルを仮定して最適レギュレータの理論を利用した制振制御であるが、本発明の概念は、車輪トルク推定値を利用するものであれば、ここに紹介されているもの以外の運動モデルを採用したもの或いは最適レギュレータ以外の制御手法により制振を行うものにも適用され、そのような場合も本発明の範囲に属する。

図１Ａは、本発明による車輪トルク推定装置及び制振制御装置の好ましい実施形態が実現される自動車の模式図を示している。図１Ｂは、図１Ａの電子制御装置の内部構成をより詳細な模式図である。 図２Ａは、本発明の好ましい実施形態の一つである制振制御装置に於いて抑制される車体振動の状態変数を説明する図である。図２Ｂは、本発明の好ましい実施形態に於ける制振制御の構成を制御ブロック図の形式で表した図である。 図３は、本発明の好ましい実施形態の制振制御装置に於いて仮定される車体振動の力学的運動モデルを説明する図である。図３Ａは、ばね上振動モデルを用いた場合であり、図３Ｂは、ばね上・ばね下振動モデルを用いた場合である。 図４は、車輪スリップ状態量に応じて変化する車輪トルク推定値のための補正係数κslipのマップをグラフの形式で示したものである。

符号の説明

１０…車体
１２ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ…車輪
１４…アクセルペダル
３０ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ…車輪速センサ
５０…電子制御装置

Claims (10)

1. 車両の車輪と路面との間に作用する車輪トルクを推定する装置であって、前記車輪と前記路面との接地個所に於いて発生する車輪に作用する車輪トルク推定値を推定するトルク推定部と、前記車輪のスリップ状態を示す車輪スリップ状態量を算出するスリップ状態量算出部と、前記車輪スリップ状態量が表すスリップの程度が大きいほど前記車輪トルク推定値の絶対値が小さくなるよう前記車輪トルク推定値を補正する車輪トルク補正部とを含むことを特徴とする装置。
2. 請求項１の装置であって、前記車輪が後転しているときには、前記車輪トルク推定値を負の値として算出することを特徴とする装置。
3. 請求項１の装置であって、前記車輪スリップ状態量が前記車両の駆動輪の車輪速と前記車両の従動輪の車輪速との比であることを特徴とする装置。
4. 請求項１の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速の微分値の関数であることを特徴とする装置。
5. 車両の駆動力を制御することにより前記車両のピッチ又はバウンス振動を抑制する車両の制振制御装置であって、前記車両の車輪と路面との接地個所に於いて発生する車輪に作用する車輪トルク推定値を取得する車輪トルク推定値取得部と、前記車輪トルク推定値に基づいて前記ピッチ又はバウンス振動振幅を抑制するよう前記車両の駆動力を制御する駆動力制御部とを含み、更に、前記車輪のスリップ状態を示す車輪スリップ状態量を取得するスリップ状態量取得部が設けられ、前記車輪スリップ状態量が表すスリップの程度が大きいほど前記車輪トルク推定値の絶対値を小さく補正することを特徴とする車両の制振制御装置。
6. 請求項５の装置であって、前記車輪が後転しているときには、前記車輪トルク推定値が負の値であることを特徴とする装置。
7. 請求項５の装置であって、前記車輪スリップ状態量が前記車両の駆動輪の車輪速と前記車両の従動輪の車輪速との比であることを特徴とする装置。
8. 請求項５の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速の微分値の関数であることを特徴とする装置。
9. 請求項５の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定された値であり、前記車輪速センサの異常時には、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動装置の出力軸の回転速に基づいて推定された値であることを特徴とする装置。
10. 請求項５の装置であって、前記車輪トルク推定値が前記車両の駆動輪の車輪速センサにより検出された車輪速に基づいて推定された値であり、前記車輪速センサの異常時には、前記車輪トルク推定値に基づく前記駆動力の制御を中止することを特徴とする装置。

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