JP6011587B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の走行制御装置に係り、更に詳細には車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるよう作動する複数の走行運動状態制御装置を備えた車両の走行制御装置に係る。

車両が走行中に外力を受けると、車両の走行運動状態が目標の走行運動状態から乖離する。例えば、車両が走行中に横風を受けると、車両には風下方向への横力が作用し、これに起因して車両の進行方向が風下方向へ偏向する方向のヨーモーメントが発生するので、車両には不必要なヨーレートが発生する。

車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるよう作動することにより、車両の走行運動状態が目標の走行運動状態から乖離することを防止する種々の走行運動状態制御装置が知られている。これら走行運動状態制御装置は、左右輪に制駆動力差を与えることにより、又は車輪のスリップ角を増大させて車輪のコーナリングフォースを増大させることにより、車両に作用する外力に起因するヨーモーメントに対抗する制御ヨーモーメントを発生させる。また、空力を利用して制御ヨーモーメントを発生させる走行運動状態制御装置も知られている。

例えば、下記の特許文献１には、左右輪の駆動力配分の制御及びサイドエアスポイラのような空力装置により、横風に起因するヨーモーメントに対抗する制御ヨーモーメントを発生させ制御する制御装置が記載されている。

特許第３４６３３７５号公報

〔発明が解決しようとする課題〕
走行運動状態制御装置を作動させるためには、エネルギーが必要であり、また走行運動状態制御装置を作動させることに伴って、例えば車輪の転がり抵抗又は車両の空気抵抗の増大に起因して車両の走行抵抗が増大し、これらの要因でエネルギーの損失が発生する。走行運動状態の制御効果が最も高い装置であっても、エネルギーの損失が高い場合があり、制御効果及びエネルギーの損失は車両の走行状態及び外力の状況によって変化する。

しかるに、制御ヨーモーメントを発生することができる複数の走行運動状態制御装置を備えた車両の従来の走行制御装置は、制御効果が最も高い装置又は装置の組合せにより走行運動状態を制御するようになっている。そのため、車両の走行運動状態を効果的に制御できても、走行運動状態の制御のエネルギー効率が悪くなり、車両全体の燃費が悪化する場合がある。

本発明は、制御ヨーモーメントを発生することができる複数の走行運動状態制御装置を備えた車両の従来の走行制御装置における上述の如き問題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の主要な課題は、走行運動状態の制御効果及びエネルギーの損失の両者に基づいて複数の走行運動状態制御装置を最適に作動させることにより、少ないエネルギーの損失にて走行運動状態の高い制御効果を達成することである。
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕

上述の主要な課題は、本発明によれば、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるよう作動する複数の走行運動状態制御装置と、前記複数の走行運動状態制御装置の作動を制御する制御手段と、を有する車両の走行制御装置において、前記制御手段は、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるための制御量を車両全体の目標制御量として演算し、各走行運動状態制御装置について、作動に伴うエネルギー損失量に対する走行運動状態の変化量の比を効率として、前記効率が高い順に前記車両全体の目標制御量を前記複数の走行運動状態制御装置に順次割り振ることにより、前記複数の走行運動状態制御装置について個別の目標制御量を演算し、個別の目標制御量に基づいて各走行運動状態制御装置の作動を制御することを特徴とする車両の走行制御装置によって達成される。

上記の構成によれば、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるための制御量が車両全体の目標制御量として演算される。また、各走行運動状態制御装置の作動に伴うエネルギー損失量に対する走行運動状態の変化量の比、即ち効率が高い順に車両全体の目標制御量を複数の走行運動状態制御装置に順次割り振ることにより、複数の走行運動状態制御装置について個別の目標制御量が演算される。更に、個別の目標制御量に基づいて各走行運動状態制御装置の作動が制御される。

よって、効率が高いほど優先順位が高くなるよう、車両全体の目標制御量を複数の走行運動状態制御装置に順次割り振ることができる。従って、走行運動状態制御装置の作動に伴うエネルギー損失が考慮されない従来の走行制御装置の場合に比して、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づける際のエネルギー損失量に対する走行運動状態の変化量の比を高くすることができる。換言すれば、できるだけ少ないエネルギー損失量にてできるだけ効果的に車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけることができる。

本発明によれば、上記の構成において、前記制御手段は、車両の走行状態及び各走行運動状態制御装置の作動状態に基づいて、各走行運動状態制御装置を予め設定された制御量にて作動させるときのエネルギー損失量及び走行運動状態の変化量を演算するようになっていてよい。

上記の構成によれば、車両の走行状態及び各走行運動状態制御装置の作動状態に基づいて、各走行運動状態制御装置の効率を演算することができる。よって、車両の走行状態及び各走行運動状態制御装置の作動状態が変化しても、各走行運動状態制御装置の効率を正確に演算することができる。なお、この構成に基づく演算は、後述の実施形態においては、ステップ８０及び９０により、達成される。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記制御手段は、前記効率が最も高い走行運動状態制御装置に割り振ることができる最大値よりも前記車両全体の目標制御量が大きくないときには、前記車両全体の目標制御量を当該走行運動状態制御装置の個別の目標制御量に設定し、前記効率が最も高い走行運動状態制御装置に割り振ることができる最大値よりも前記車両全体の目標制御量が大きいときには、前記車両全体の目標制御量と前記最大値との差を、残余の目標制御量として、前記効率が次に高い走行運動状態制御装置に割り振るようになっていてよい。

上記の構成によれば、効率が最も高い走行運動状態制御装置に割り振ることができる最大値よりも車両全体の目標制御量が大きくないときには、効率が最も高い走行運動状態制御装置に車両全体の目標制御量を割り振ることができる。よって、効率が最も高い以外の走行運動状態制御装置に車両全体の目標制御量が割り振られることを防止することができる。従って、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づける際のエネルギー損失量に対する走行運動状態の変化量の比が低下することを防止することができる。

また、効率が最も高い走行運動状態制御装置に割り振ることができる最大値よりも車両全体の目標制御量が大きいときには、車両全体の目標制御量と最大値との差が、残余の目標制御量として、効率が次に高い走行運動状態制御装置に割り振られる。よって、効率が次に高い走行運動状態制御装置に残余の目標制御量が割り振られない場合に比して、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づける制御の効果を確実に高くすることができる。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記効率が高い順が変動したときには、当該変動の前後における各走行運動状態制御装置の個別の目標制御量の変化を制限するようになっていてよい。

上記の構成によれば、効率が高い順が変動したときには、当該変動の前後における各走行運動状態制御装置の個別の目標制御量の変化が制限されるので、変動の前後において各走行運動状態制御装置の個別の目標制御量が急変することを防止することができる。よって、効率が高い順が変動する場合にも、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づける制御を安定的に実行することができる。

また、本発明によれば、上記の構成において、車両の走行運動状態は車両のヨーレートであり、目標の走行運動状態は車両の目標ヨーレートであってよい。

上記の構成によれば、車両のヨーレートを車両の目標ヨーレートに近づけることができ、車両のヨーレートを制御する際のエネルギー損失量に対する走行運動状態の変化量の比を高くすることができる。

また、本発明によれば、上記の構成において、複数の走行運動状態制御装置は、前輪の舵角を制御する装置、後輪の舵角を制御する装置、左右輪の制駆動力差を制御する装置、空力を利用して車両のヨーモーメントを制御する装置の何れかを含んでいてよい。

上記の構成によれば、前輪の舵角を制御する装置、後輪の舵角を制御する装置、左右輪の制駆動力差を制御する装置、空力を利用して車両のヨーモーメントを制御する装置の何れかにより、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけることができる。

本発明による車両の走行制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。 第一の実施形態が適用された車両の側面図である。 第一の実施形態が適用された車両の正面図である。 第一の実施形態における走行制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明による車両の走行制御装置の第二の実施形態における走行制御ルーチンの要部を示すフローチャートである。 車両が走行中に横風を受けた場合における気流剥離装置の作用を示す説明図である。 車両が走行中に横風を受けた場合における気流堰き止め装置の作用を示す説明図である。 エネルギー損失量とヨーレート制御量との関係が、線形である関係（実線）及び区間によって異なる関係（破線）を示すグラフである。

本発明の実施形態の理解が容易になるよう、実施形態の説明に先立ち、車両に横風が作用している場合及び作用していない場合における車両のヨーレート及び横風による横力などのパラメータについて説明する。

＜車両のヨーレート＞
車両が一定の車速Ｖにて直進走行している際に、一定風速の横風を受けている場合について考える。この場合には、車両のヨーレートγpは下記の式（１）により表される。

ここで、各パラメータは以下の通りである。
Ｋｆ：前輪のコーナリングパワー
Ｋｒ：後輪のコーナリングパワー
Ｌ：車両のホイールベース
Ｌｆ：車両の重心から前輪車軸までの車両前後方向の距離
Ｌｒ：車両の重心から後輪車軸までの車両前後方向の距離
ｍ：車両の質量（乗員などを含む）
Ｖ：車速
δf：前輪の舵角
δr：後輪の舵角
Ｍtv：トルクベクタリング制御によるヨーモーメント
Ｍz：横風によるヨーモーメント
Ｆy：横風による横力

また、車両に横風が作用していない場合には、横風によるヨーモーメントＭz及び横風による横力Ｆyは０であり、トルクベクタリング制御によりヨーモーメントＭzに対抗するよう発生されるヨーモーメントＭtvも０である。よって、この場合における車両のヨーレートγtは下記の式（２）により表される。このヨーレートγtは、車両に横風が作用していない場合に前輪の舵角δf、後輪の舵角δr及び車速Ｖにより決定される車両のヨーレートであるので、これを車両の目標ヨーレートとする。

＜横風による横力などのパラメータ＞
車両が走行中に風速Ｗの横風を受けると、横風の対気速度Ｖa、即ち車両に対する横風の相対速度は、車速Ｖ及び風速Ｗの二乗和平方根となる。車両の重心周りのヨーモーメント空力係数をＣyとし、横力空力係数をＣsとする。また、車両のリフト空力係数をＣLとし、前輪のリフト空力係数をＣFとし、後輪のリフト空力係数をＣRとする。これらの空力係数は横風の偏揺角βaの関数である。更に、空気の密度をρとし、車両の正面の投影面積をＳとする。

横風による横力Ｆy、横風によるヨーモーメントＭz、車両のリフト（垂直上向きの力）Ｆｚ、前輪のリフトＦｚf、後輪のリフトＦｚrは、それぞれ下記の式（３）〜（７）により表される。

車両が走行中に横風を受けているときの前輪のコーナリングパワーＫｆ及び後輪のコーナリングパワーＫｒは、重力加速度をｇとすると、それぞれ下記の式（８）及び（９）により表される。

更に、左右前輪の前後力（駆動力及び制動力）の差ΔＦxf及び左右後輪の前後力の差ΔＦxrの和を左右輪の前後力差ΔＦxとし、車両のトレッドをＴrdとすると、トルクベクタリング制御のヨーモーメントＭtvは、下記の式（１０）により表される。

［第一の実施形態］
図１は、車両１２に搭載された本発明の第一の実施形態に係る車両の走行制御装置１０を示している。車両１２は、前輪用の舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６を有し、走行制御装置１０は、舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６を制御する制御手段としての電子制御装置１００を含んでいる。車両１２は、操舵輪である左右の前輪１８FL及び１８FRと、非操舵輪である左右の後輪１８RL及び１８RRとを有している。左右の前輪１８FL及び１８FRは、運転者によるステアリングホイール２０の操作に応答して駆動される電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）２２により、ラックバー２４及びタイロッド２６L及び２６Rを介して転舵される。

操舵入力装置としてのステアリングホイール２０は、アッパステアリングシャフト２８、舵角可変装置１４、ロアステアリングシャフト３２及びユニバーサルジョイント３４を介してパワーステアリング装置２２のピニオンシャフト３６に接続されている。舵角可変装置１４は転舵駆動用の電動機３８を含んでいる。電動機３８は、ハウジング３０Ａの側にてアッパステアリングシャフト２８の下端に連結され、回転子３０Ｂの側にて減速機構（図示せず）を介してロアステアリングシャフト３２の上端に連結されている。

舵角可変装置１４は、アッパステアリングシャフト２８及びロアステアリングシャフト３２を相対的に回転させることにより、ステアリングホイール２０に対し左右の前輪１８FL及び１８FRを相対的に駆動して転舵する。よって、舵角可変装置１４は、ステアリングギヤ比（操舵伝達比の逆数）を変化させるステアリングギヤ比可変装置（ＶＧＲＳ）として機能する。また、舵角可変装置１４は、運転者の操舵操作の有無に関係なく左右の前輪の舵角δfを変化させることにより、ステアリングホイール２０の回転位置と前輪の舵角との関係を変更する。後に詳細に説明するように、舵角可変装置１４は電子制御装置１００の舵角制御部により制御される。

図示の実施形態においては、電動式パワーステアリング装置２２はラック同軸型の電動式パワーステアリング装置であり、電動機４０と、電動機４０の回転トルクをラックバー２４の往復動方向の力に変換する例えばボールねじ式の変換機構４２とを有する。電動式パワーステアリング装置２２は電子制御装置１６のＥＰＳ制御部によって制御される。電動式パワーステアリング装置２２はハウジング４４に対しラックバー２４を相対的に駆動する補助的な操舵力を発生することにより、運転者の操舵負担を軽減すると共に舵角可変装置１４の作動を補助する操舵アシスト力発生装置として機能する。

なお、電子制御装置１００のＥＰＳ制御部は、操舵トルクセンサ（図示せず）により検出される操舵トルクＭＴなどに基づいてＥＰＳ２２を制御することにより、運転者の操舵負担を軽減すると共に、舵角可変装置１４による前輪舵角の制御を補助する。

左右の後輪１８RL及び１８RRは、左右の前輪１８FL及び１８FRの操舵とは独立に、後輪操舵装置１６の電動式のパワーステアリング装置５０によりタイロッド５２L及び５２Rを介して操舵される。よって、後輪操舵装置１６は、運転者の操舵操作に依存せず左右の後輪の舵角δrを変化させる後輪用舵角可変装置として機能する。

図示の後輪操舵装置１６は、周知の構成の電動式補助ステアリング装置であり、電動機５４Ａと、電動機５４Ａの回転をリレーロッド５４Ｂの往復運動に変換する例えばねじ式の運動変換機構５４Ｃとを有する。リレーロッド５４Ｂはタイロッド５２L、５２R及び図には示されていないナックルアームと共働してリレーロッド５４Ｂの往復運動により左右の後輪１８RL及び１８RRを転舵駆動する転舵機構を構成している。

なお、舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６は、運転者の操舵操作によらずそれぞれ前輪及び後輪の舵角を変化させることができる限り、任意の構成のものであってよい。また、操舵アシスト力発生装置も補助操舵力を発生することができる限り任意の構成のものであってよい。更に、操舵入力装置はステアリングホイール２０であるが、操舵入力装置はジョイスティック型の操舵レバーであってもよい。

各車輪の制動力は、制動装置６０の油圧回路６２によりホイールシリンダ６４FL、６４FR、６４RL及び６４RR内の圧力、すなわち制動圧が制御されることによって制御される。図１には示されていないが、油圧回路６２はオイルリザーバ、オイルポンプ及び種々の弁装置等を含み、各ホイールシリンダの制動圧は通常時には運転者によるブレーキペダル６６の踏み込み操作に応じて駆動されるマスタシリンダ６８により制御される。さらに、各ホイールシリンダの制動圧は必要に応じて油圧回路６２が電子制御装置１００の制動力制御部によって制御されることにより個別に制御される。制動装置６０は運転者の制動操作とは無関係に各車輪の制動力を個別に制御可能である。

車両１２は、走行中に横風を受けた場合の車両の走行を制御するための空力装置として、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４を有しており、これらの装置の作動は電子制御装置１００の空力装置制御部により制御される。

図２に示されているように、テールフィン装置７０は、車両１２の後端部にて車両の横方向に互いに隔置され且つ車両の前後方向に延在する一対の垂直フィン７６を有している。一対の垂直フィン７６は、図には示されていないアクチュエータによって駆動されることにより、車両１２の車体７８内に収納された非作動位置（破線）と、車体７８から上方へ突出する作動位置（二点鎖線）とに移動されるようになっている。テールフィン装置７０は、周知のように、一対の垂直フィン７６にて横風を受けることにより、横風に起因して車両１２の重心Ｇの周りに作用するヨーモーメントＭzとは逆方向のヨーモーメントＭtail（図示せず）を発生する。

図２及び図３に示されているように、気流剥離装置７２は、車両１２の前端に近接した側面部に配置された一対の気流剥離パネル８０を有し、一対の気流剥離パネル８０は、車両１２のフロントフェンダ８２の対応する部分と実質的の同一の形状を有している。一対の気流剥離パネル８０は、図には示されていないアクチュエータによって駆動されることにより、フロントフェンダ８２に当接する非作動位置（実線）と、フロントフェンダ８２から車両の横方向外側へ隔置される作動位置（二点鎖線）とに移動されるようになっている。

図６に示されているように、車両１２が走行中に横風Ｗを受けると、風下側の気流剥離装置７２が作動される。気流剥離装置７２は、気流剥離パネル８０によって横風Ｗの気流を車体７８の風下側の前端部から剥離させ、車両１２の風下側の前端部に作用する空力を低下させる。これにより、横風に起因して車両１２に作用するヨーモーメントＭzが、例えば実線の矢印から破線の矢印へ低下する。なお、気流剥離装置７２の作用と同様の作用が、車両１２の風下側の前端部近傍にて車体から離れる方向へ圧縮空気が噴射されることにより達成されてもよい。

更に、図２及び図３に示されているように、気流堰き止め装置７４は、前輪１８FL及び１８FRよりも前方側にて車両の横方向に互いに隔置された一対の気流堰き止めパネル８４を有している。一対の気流堰き止めパネル８４は、外縁部がフロントフェンダ８２及びボンネット８６の対応する部分と実質的の同一の形状を有し、車両の横方向及び上下方向に沿って延在する実質的にＬ形の板状をなしている。一対の気流堰き止めパネル８４は、図には示されていないアクチュエータによって駆動されることにより、車両１２の車体７８内に収納された非作動位置（破線）と、車体７８から上方且つ車両の横方向外側へ突出する作動位置（二点鎖線）とに移動されるようになっている。

図７に示されているように、気流堰き止め装置７４は、気流堰き止めパネル８４によって横風Ｗの気流の一部を受けることにより、横風に起因して車両１２の重心Ｇの周りに作用するヨーモーメントＭzとは逆方向のヨーモーメントＭdamを発生する。ヨーモーメントＭzは横風Ｗの偏揺角βwが大きくなるほど大きくなるが、ヨーモーメントＭdamは横風Ｗの偏揺角βwが大きくなるほど小さくなる。

アッパステアリングシャフト２８には、該アッパステアリングシャフトの回転角度を操舵角θとして検出する操舵角センサ９０が設けられている。舵角可変装置１４には、アッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３２の回転角度を相対回転角度θreとして検出する回転角度センサ９２が設けられている。操舵角センサ９０及び回転角度センサ９２は、それぞれ車両の左旋回方向への操舵又は転舵の場合を正として操舵角θ及び相対回転角度θreを検出する。

操舵角θを示す信号及び相対回転角度θreを示す信号は、ヨーレートセンサ９４により検出された車速Ｖを示す信号及び車速センサ９６により検出された車速Ｖを示す信号と共に、電子制御装置１００へ入力される。なお、ロアステアリングシャフト３２の回転角度が検出され、相対回転角度θreは、操舵角θとロアステアリングシャフト３２０の回転角度との差として求められてもよい。

更に、電子制御装置１００には、横風検出装置９８から横風の対気速度Ｖa及び偏揺角βw（車両の前進方向に対し横風の相対速度の方向がなす角度であり、偏揺角が車両の前進方向に対し右側である場合が正である）を示す信号が入力される。横風検出装置９８は、横風の対気速度Ｖa及び偏揺角βwを検出可能である限り、多孔ピトー管、超音波風速計などであってよい。

横風検出装置９８により横風が検出されていないときには、舵角可変装置１４、後輪操舵装置１６及び制動装置６０は、それぞれ電子制御装置１００の対応する制御部により制御される。また、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４は電子制御装置１００の空力装置制御部により非作動位置に保持される。

これに対し、横風検出装置９８により横風が検出されているときには、後述のように電子制御装置１００の走行制御部によって舵角可変装置１４などが対応する舵角制御部などを介して制御され、これにより横風による影響が低減されるよう車両の走行が制御される。なお、これ以降の説明においては、舵角可変装置１４、後輪操舵装置１６、制動装置６０、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４を必要に応じて「デバイス」と指称する。また、舵角可変装置１４、後輪操舵装置１６及び制動装置６０は、ステアリングギヤ比制御のような車両の走行制御以外の制御により制御されているときには、走行制御以外の制御の制御量に走行制御の制御量が加算されて、各デバイスが制御される。

電子制御装置１００の各制御部は、それぞれＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータであってよい。

次に、図４に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態における走行制御ルーチンについて説明する。図４に示されたフローチャートによる制御は、図には示されていないイグニッションスイッチがオンであるときに、電子制御装置１００によって所定の時間毎に繰返し実行される。なお、下記の説明においては、図４に示されたフローチャートによる走行制御を単に「制御」と指称する。

まず、ステップ１０においては、操舵角センサ９０により検出された操舵角θを示す信号等が読み込まれ、ステップ２０においては、上記式（２）に従って車両の目標ヨーレートγtが演算される。なお、上記式（２）における前輪の舵角δfは、操舵角θ、相対回転角度θre及び操舵系のアーム比などに基づいて演算される。

ステップ３０においては、横風検出装置９８により横風が検出されているか否かの判別が行われる。この場合、車速Ｖが基準値Ｖ0（正の定数）以上である状況において、横風検出装置９８により検出された横風の対気速度Ｖa及び偏揺角βaの絶対値がそれぞれ基準値Ｖa0及びβa0（何れも正の定数）である場合に、横風が検出されていると判定されてよい。肯定判別が行われたときには制御はステップ５０へ進み、否定判別が行われたときにはステップ４０において車両の予測ヨーレートγpがヨーレートセンサにより検出されたヨーレートγに設定される。

ステップ５０においては、上記式（３）〜（１０）に従って空力によるヨーモーメントＭzなどのパラメータが演算され、更に上記式（１）に従って車両の予測ヨーレートγpが演算される。

ステップ６０においては、車両の目標ヨーレートγtと車両の予測ヨーレートγpとの偏差γt−γpとして、車両のヨーレートγを目標ヨーレートγtにするに必要なヨーレート制御量である目標ヨーレート制御量Δγtが演算される。

ステップ７０においては、目標ヨーレート制御量Δγtの絶対値が基準値γ0（正の定数）以上であるか否かの判別、即ち車両のヨーレートγの制御が必要である否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには、車両の走行制御に関する各デバイスの目標制御量が０に設定された後、制御はステップ１０へ戻り、肯定判別が行われたときには制御はステップ８０へ進む。

ステップ８０においては、現在の車両１２及び横風の状況において、各デバイスを現在の状況を基準に予め設定された所定量作動させた場合の車両のヨーレートの制御量（制御効果）が、各デバイスのヨーレート制御量ｄγ_＊として演算される。下記の表１乃至表３は、このようにして演算されるヨーレート制御量ｄγ_＊を示している。

これらの表において、各値のサフィックス＊のＦＳ、ＲＳ及びＴＶは、それぞれ舵角可変装置１４による前輪１８FL及び１８FRの操舵、後輪操舵装置１６による後輪１８RL及び１８RRの操舵、制動装置６０の制動力の制御によるトルクベクタリングを意味する。また、サフィックス＊のＡ、Ｂ及びＣは、それぞれテールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４の作動を意味する。更に、サフィックス＊のＡＢは、テールフィン装置７０及び気流剥離装置７２の作動を意味し、ＡＢＣは、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４の作動を意味する。

なお、表１の制御、即ち舵角可変装置１４による前輪の操舵、後輪操舵装置１６による後輪の操舵、制動装置６０の制動力の制御によるトルクベクタリングは、ばね下である車輪に制御の作用を与えて車両のヨーレートを制御する。これに対し、表２及び表３の制御、即ちテールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４の作動による制御は、ばね上である車体に制御の作用を与えて車両のヨーレートを制御する。

ステップ９０においては、上記表１乃至表３に示されているように、各デバイスについて現在の状況を基準に予め設定された所定量デバイスを作動させる場合のエネルギー損失量ｄＥ_＊が演算される。なお、所定量は、デバイス毎に予め設定された一定の値であってよい。例えば、舵角可変装置１４については前輪の一定の舵角変化量、後輪操舵装置１６については後輪の一定の舵角変化量、制動装置６０については左右輪の一定の駆動力差であってよく、空力デバイスについては非作動位置と作動位置との間の変化であってよい。しかし、所定量は、各デバイスを現在の作動状況から可能な最大量作動させる量であってもよい。更に、舵角可変装置１４、後輪操舵装置１６及び制動装置６０については、所定量は、ヨーレート制御量ｄγ_ＦＳ、ｄγ_ＲＳ、ｄγ_ＴＶなどが全てのデバイスに共通の予め設定された一定の値ｄγ0になるよう、デバイスを作動させるための値であってよい。

例えば、舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６については、予め求められているデバイスの動作量と消費されるエネルギーとの関係に基づいて、それぞれのデバイスを動作させるために消費されるエネルギーｄＥ_ＦＳＰ及びｄＥ_ＲＳＰが演算される。また、前輪及び後輪のスリップ角βf及びβrが演算されると共に、下記の式（１１）及び（１２）に従って前輪及び後輪のスリップ角が変化することに伴う車輪の転がり抵抗の変化に起因するエネルギー損失量ｄＥ_ＦＳＲ及びｄＥ_ＲＳＲが演算される。更に、それぞれ消費されるエネルギーｄＥ_ＦＳＰ及びｄＥ_ＲＳＰとエネルギー損失量ｄＥ_ＦＳＲ及びｄＥ_ＲＳＲとの合計が舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６のエネルギー損失量ｄＥ_ＦＳ及びｄＥ_ＲＳとして演算される。

制動装置６０については、制動装置６０を動作させて左右輪に予め設定された駆動力差を与えるために消費されるエネルギーｄＥ_ＴＶＰが演算され、その値が制動装置６０のエネルギー損失量ｄＥ_ＴＶに設定される。

表２に示されているように、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４については、風洞試験などにより予め求められているデータに基づいて、これらの空力デバイスを動作させるために消費されるエネルギーｄＥ_ＡＰ、ｄＥ_ＢＰ及びｄＥ_ＣＰが演算される。また、予め求められているデータに基づいて、これらの空力デバイスを作動させることに伴う空気抵抗の変化に起因するエネルギー損失量ｄＥ_ＡＣＤ、ｄＥ_ＢＣＤ及びｄＥ_ＣＣＤが演算される。

また、予め求められているデータに基づいて、これらの空力デバイスを作動させることに伴う車輪の接地荷重の変化に起因するエネルギー損失量ｄＥ_ＡＶＬ、ｄＥ_ＢＶＬ及びｄＥ_ＣＶＬが演算される。更に、それぞれ消費されるエネルギーｄＥ_ＡＰ、ｄＥ_ＢＰ及びｄＥ_ＣＰとエネルギー損失量ｄＥ_ＡＣＤ、ｄＥ_ＢＣＤ及びｄＥ_ＣＣＤとエネルギー損失量ｄＥ_ＡＶＬ、ｄＥ_ＢＶＬ及びｄＥ_ＣＶＬとの合計が、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４のエネルギー損失量ｄＥ_Ａ、ｄＥ_Ｂ及びｄＥ_Ｃとして演算される。

表３に示されているように、テールフィン装置７０及び気流剥離装置７２を作動させる場合、及びテールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４を作動させる場合についても、同様にエネルギー損失量ｄＥ_ＡＢ及びｄＥ_ＡＢＣが演算される。

なお、上記ステップ８０における各デバイスの制御効果の演算及び上記ステップ９０における各デバイスのエネルギー損失量の演算においては、目標ヨーレート制御量Δγtの符号に基づいて、各デバイスの作動方向が考慮されることが好ましい。例えば、舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６については、車輪の舵角を増加させる方向か減少させる方向かが考慮され、制動装置６０については、制動力を増加させる方向か減少させる方向かが考慮されることが好ましい。更に、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４については、垂直フィン７６などを非作動位置から作動位置へ移動させるか作動位置から非作動位置へ移動させるかが考慮されることが好ましい。

ステップ１００においては、各デバイスについて、各デバイスの制御量ｄγ_＊をエネルギー損失量ｄＥ_＊にて除算した値ｄγ_＊／ｄＥ_＊が、各デバイスの効率ＥＦ_＊として演算される。

デバイスがその作動範囲の上限まで作動されているときには、作動が増大するようそのデバイスを制御することはできない。ステップ１１０においては、車両のヨーレートγを目標ヨーレートγtに近づけるために作動が増大するよう制御しようとしても制御できないデバイスが、後述のステップ１２０における優先順位の決定の対象から除外されるデバイスに決定される。例えば、垂直フィン７６が作動位置と非作動位置とに制御されるテールフィン装置７０を作動させることが好ましい状況において、垂直フィン７６が既に作動位置にある場合には、テールフィン装置７０は除外されるデバイスに決定される。

ステップ１２０においては、ステップ１１０において除外されると決定されたデバイス以外のデバイスについて、効率ＥＦ_＊が高いほど優先順位が高くなるよう、効率ＥＦ_＊に基づいてデバイスの優先順位が決定される。

ステップ１３０においては、優先順位が決定された全てのデバイスについて、デバイスの制御量に対するデバイスによる車両のヨーレートγの制御量の比として、各デバイスの寄与度Ｄが演算される。

例えば、上記式（１）分母を下記の式（１３）の通りＦbとし、Ｆf及びＦrをそれぞれ下記の式（１４）及び（１５）の通りに定義する。

舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６は、それぞれ前輪の舵角δf及び後輪の舵角δrを制御するので、舵角可変装置１４及び後輪操舵装置１６の寄与度Ｄは、それぞれ下記の式（１６）及び（１７）により表される。

制動装置６０は左右輪の駆動力差により車両に与えられるヨーモーメントＭtvを制御するので、制動装置６０の寄与度Ｄは、下記の式（１８）により表される。

更に、空力ヨーモーメントＭz及び空力横力Ｆyを制御する場合のこれらの寄与度は、それぞれ下記の式（１９）及び（２０）により表される。よって、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４の寄与度Ｄは、式（１９）又は式（１９）及び（２０）に基づいて決定される。

ステップ１３０の次に実行されるステップ１６０においては、各デバイスについて優先順位が高い順に、車両のヨーレートγを目標ヨーレートγtにするための制御量が順次割り振られることによって演算される。

例えば、優先順位が第一位のデバイスの車両のヨーレートγの制御に対する寄与度をＤ1とし、当該デバイスについて現在可能な最大制御量をＣ1maxとする。このデバイスが最大制御量Ｃ1max制御されることにより達成されるヨーレートγの制御量Δγ1maxはＤ1Ｃ1maxである。制御量Δγ1maxの大きさがステップ６０において演算された目標ヨーレート制御量Δγtの大きさ以上であるときには、このデバイスのみにより目標ヨーレート制御量Δγtを達成する制御を行うことができる。よって、目標ヨーレート制御量Δγtを寄与度Ｄ1にて除算した値がこのデバイスの制御量Ｃ1として決定され、他のデバイスの制御量が０に決定される。

これに対し、制御量Δγ1maxの大きさが目標ヨーレート制御量Δγtの大きさ未満であるときには、このデバイスのみにより目標ヨーレート制御量Δγtを達成する制御を行うことができない。よって、このデバイスの制御量Ｃ1はＣ1maxに決定される。そして、目標ヨーレート制御量Δγtからこのデバイスにより達成されるヨーレート制御量Ｄ1Ｃ1maxを除算した値Δγ−Ｄ1Ｃ1maxが、残余の目標ヨーレート制御量Δγt2として演算される。

優先順位が第二位のデバイスの車両のヨーレートγの制御に対する寄与度をＤ2とし、当該デバイスについて現在可能な最大制御量をＣ2maxとする。このデバイスが最大制御量Ｃ2max制御されることにより達成されるヨーレートγの制御量Δγ2maxはＤ2Ｃ2maxである。制御量Δγ2maxの大きさが残余の目標ヨーレート制御量Δγt2の大きさ以上であるときには、このデバイスのみにより残余の目標ヨーレート制御量Δγt2を達成する制御を行うことができる。よって、残余の目標ヨーレート制御量Δγt2を寄与度Ｄ2にて除算した値がこのデバイスの制御量Ｃ2として決定され、優先順位が第三位以下のデバイスの制御量が０に決定される。

これに対し、制御量Δγ2maxの大きさが残余の目標ヨーレート制御量Δγt2の大きさ未満であるときには、このデバイスのみにより残余の目標ヨーレート制御量Δγt2を達成する制御を行うことができない。よって、このデバイスの制御量Ｃ2はＣ2maxに決定される。そして、残余の目標ヨーレート制御量Δγt2からこのデバイスにより達成されるヨーレート制御量Ｄ2Ｃ2maxを除算した値Δγ2−Ｄ2Ｃ2maxが、残余の目標ヨーレート制御量Δγt3として演算される。以下同様の手順により、優先順位が第三位以下のデバイスの制御量が順次決定される。

ステップ１７０においては、ステップ１７０において演算された制御量が０ではないデバイスが、それぞれ対応する制御量にて制御され、これにより車両のヨーレートγが目標ヨーレートγtになるよう、車両の走行が制御される。

第一の実施形態によれば、ステップ２０〜６０において、車両のヨーレートγを目標ヨーレートγtに近づけるためのヨーレートの目標制御量Δγtが演算される。また、ステップ８０〜１００において、各デバイスについて、作動に伴うエネルギー損失量に対するヨーレートの変化量の比が効率として演算される。更に、ステップ１１０〜１６０において、効率が高い順にできるだけ大きい目標制御量を各デバイスに順次割り振ることにより、複数のデバイスについて個別の目標制御量が演算され、ステップ１７０において、個別の目標制御量に基づいて各デバイスが制御される。

よって、効率が高いほど優先順位が高くなるよう、車両全体の目標制御量としてのヨーレートの目標制御量Δγtを複数のデバイスに順次割り振ることができる。従って、デバイスの作動に伴うエネルギー損失が考慮されない従来の走行制御装置の場合に比して、車両のヨーレートを目標ヨーレートに近づける際のエネルギー損失量に対するヨーレートの変化量の比を高くすることができる。換言すれば、できるだけ少ないエネルギー損失量にてできるだけ効果的に車両のヨーレートを目標ヨーレートに近づけることができる。

なお、一般的には、エネルギー損失量とヨーレート制御量（制御効果）との関係は、図８において実線にて示されているように、線形である。しかし、図８において破線にて示されているように、エネルギー損失量に対する制御効果の比が、区間によって異なるデバイスも存在する。例えば、車輪の舵角の制御に於いては、車輪のスリップ角が大きくなると、スリップ角の増大に対するヨーレート制御量の比が低下するので、エネルギー損失量に対する制御効果の比が、エネルギー損失量又は制御効果の増大に伴って低下する。

第一の実施形態によれば、上記ステップ８０及び９０に於ける各デバイスの制御効果及びエネルギー損失量の演算は、デバイスの現在の状況を基準に行われる。よって、図８において破線にて示されているような制御効果及びエネルギー損失量の関係を有するデバイスの場合にも、デバイスの現在の状況に基づいてデバイスの効率ＥＦ_＊を正確に演算することかできる。

［第二の実施形態］
図５は、本発明による車両の走行制御装置の第二の実施形態における走行制御ルーチンの要部を示すフローチャートである。

この第二の実施形態においては、ステップ１０乃至１３０は第一の実施形態と同様に実行される。ステップ１３０が完了すると、制御はステップ１４０へ進み、デバイスの優先順位が前回から変動したか否かの判別が行われる。否定判別が行われた時には、制御はステップ１６０へ進み、ステップ１６０が第一の実施形態と同様に実行される。即ち、各デバイスについて優先順位が高い順に、車両のヨーレートγを目標ヨーレートγtにするための制御量が順次割り振られることによって演算される。

これに対し、肯定判別が行われたときには、ステップ１５０において、各デバイスについて優先順位が高い順に、目標ヨーレート制御量が順次割り振られることによって演算されるが、各制御量の前回との変化量に制限が加えられる。例えば、あるデバイスの前回の制御量をＣxfとし、ステップ１６０の要領にて演算される制御量をＣxpとして、偏差Ｃxp−Ｃxfの大きさが変化制限値ΔＣx以下であるときには、今回の制御量がＣxpに設定される。しかし、偏差Ｃxp−Ｃxfの大きさが変化制限値Ｃxを越えるときには、今回の制御量Ｃxは前回の制御量Ｃxfに対する増減変化量が変化制限値Ｃxになるよう設定される。

なお、図５には示されていないが、デバイスの優先順位が前回から変動していなくても、前回の偏差Ｃxp−Ｃxfの大きさが変化制限値Ｃxを越えているときには、ステップ１４０において肯定判別が行われ、ステップ１５０が実行される。換言すれば、デバイスの優先順位が変動すると、偏差Ｃxp−Ｃxfの大きさが変化制限値Ｃx以下になるまで、ステップ１５０が実行されることにより、優先順位が変動したデバイスの制御量の変化が制限される。

第二の実施形態によれば、優先順位が変化しても、優先順位の変化の前後において各デバイスの制御量Ｃxが急変することを防止することができるので、第一の実施形態の場合に比して、車両のヨーレートの制御を安定的に実行することができる。

以上においては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば、上述の各実施形態においては、複数の走行運動状態制御装置は、舵角可変装置１４、後輪操舵装置１６、制動装置６０、テールフィン装置７０、気流剥離装置７２及び気流堰き止め装置７４であるが、走行運動状態制御装置はこれらに限定されない。即ち、これらの装置の何れかが省略されてもよく、フロント水平フィン装置及び／又はリヤ水平フィン装置のように車輪の接地荷重を変化させてコーナリングフォースを変化させることにより車両のヨーモーメントを制御する装置が付加されてもよい。

また、上述の各実施形態においては、車両の走行運動状態は車両のヨーレートであり、目標の走行運動状態は車両の目標ヨーレートであるが、車両の走行運動状態は車両のヨーレートと車両の横加速度との組合せのように、ヨーレート単独以外の車両状態であってもよい。

また、上述の各実施形態においては、ベクタリングは制動装置６０によって車輪に制動力が付与されることにより達成される。しかし、ベクタリングは左右の駆動輪に対する駆動力配分の制御により達成されてもよく、また制動力の付与及び駆動力配分の制御の両者により達成されてもよい。

また、上述の各実施形態においては、車両に作用する外力は横風の空力であるが、本発明による車両の走行制御装置は、横風の空力以外の外力が車両に作用する状況において、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づける場合にも適用されてよい。

また、上述の各実施形態の説明においては、運転者により緊急操舵や緊急制動が行われたような状況については言及されていない。しかし、このような緊急事態が検出された時には、本発明による車両の走行制御が中断されてよい。

１０…走行制御装置、１２…車両、１４舵角可変装置、１６…後輪操舵装置、６０…制動装置、７０…テールフィン装置、７２…気流剥離装置、７４…気流堰き止め装置、９０…操舵角センサ、９４…ヨーレートセンサ、９６…車速センサ、９８…横風検出装置、１００…電子制御装置

Claims (6)

1. 車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるよう作動する複数の走行運動状態制御装置と、前記複数の走行運動状態制御装置の作動を制御する制御手段と、を有する車両の走行制御装置において、前記制御手段は、車両の走行運動状態を目標の走行運動状態に近づけるための制御量を車両全体の目標制御量として演算し、各走行運動状態制御装置の作動に伴うエネルギー損失量に対する走行運動状態の変化量の比を効率として、前記効率が高い順に前記車両全体の目標制御量を前記複数の走行運動状態制御装置に順次割り振ることにより、前記複数の走行運動状態制御装置について個別の目標制御量を演算し、個別の目標制御量に基づいて各走行運動状態制御装置の作動を制御することを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の走行制御装置において、前記制御手段は、車両の走行状態及び各走行運動状態制御装置の作動状態に基づいて、各走行運動状態制御装置を予め設定された制御量にて作動させるときのエネルギー損失量及び走行運動状態の変化量を演算することを特徴とする車両の走行制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両の走行制御装置において、前記制御手段は、前記効率が最も高い走行運動状態制御装置に割り振ることができる最大値よりも前記車両全体の目標制御量が大きくないときには、前記車両全体の目標制御量を当該走行運動状態制御装置の個別の目標制御量に設定し、前記効率が最も高い走行運動状態制御装置に割り振ることができる最大値よりも前記車両全体の目標制御量が大きいときには、前記車両全体の目標制御量と前記最大値との差を、残余の目標制御量として、前記効率が次に高い走行運動状態制御装置に割り振ることを特徴とする車両の走行制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置において、前記効率が高い順が変動したときには、当該変動の前後における各走行運動状態制御装置の個別の目標制御量の変化を制限することを特徴とする車両の走行制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の車両の走行制御装置において、車両の走行運動状態は車両のヨーレートであり、目標の走行運動状態は車両の目標ヨーレートであることを特徴とする車両の走行制御装置。
6. 請求項５に記載の車両の走行制御装置において、複数の走行運動状態制御装置は、前輪の舵角を制御する装置、後輪の舵角を制御する装置、左右輪の制駆動力差を制御する装置、空力を利用して車両のヨーモーメントを制御する装置の何れかを含んでいることを特徴とする車両の走行制御装置。
   
   

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