JP7809300B2 - 設計手法及び車両制御装置 - Google Patents

Description

本件は、車両の駆動源の出力制御に係る設計手法及び車両制御装置に関する。

従来、複数の駆動源を備えた車両において、駆動力伝達系の挙動がモデル化された車両モデルを用いて、駆動力伝達系の振動を抑制しながら各々の駆動源の作動状態を制御する手法が知られている（特許文献１参照）。

特開2019-103249号公報

駆動力伝達系の挙動は、車両の直進時と旋回時とで相違する。そのため、車両の直進時に対応する制御と旋回時に対応する制御とを構築する必要があり、左右それぞれの駆動系についての制御を構築すると、制御構成が複雑になりやすいという課題がある。また、車両の走行状態は、直進状態と旋回状態とが混合した複合状態になることがあるため、制御性を向上させにくいという課題がある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で制御性が良好な制御を設計できるようにした設計手法及び車両制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けられる。

開示の設計手法及び車両制御装置は、以下に開示する態様または具体例として実現でき、上記の課題の少なくとも一部を解決する。
開示の設計手法は、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両における前記左駆動源及び前記右駆動源の出力制御に係る設計手法であって、前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものである和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものである差モデルとを用意し、前記左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む左軸入出力と前記右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む右軸入出力との和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左軸入出力と前記右軸入出力との差に相当する差相当値を算出し、前記和相当値を前記和モデルに適用することで前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態を把握し、前記差相当値を前記差モデルに適用することで前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態を把握する。

また、開示の車両制御装置は、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両における前記左駆動源及び前記右駆動源の出力制御に係る車両制御装置であって、前記左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む左軸入出力と前記右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む右軸入出力との和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左軸入出力と前記右軸入出力との差に相当する差相当値を算出する算出部と、前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものであって前記和相当値が適用される和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものであって前記差相当値が適用される差モデルとを記憶する記憶部と、前記和相当値を前記和モデルに適用して得られる和モデル状態量と前記差相当値を前記差モデルに適用して得られる差モデル状態量とを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する制御部とを備える。

開示の設計手法及び車両制御装置によれば、和モデルに和相当値を適用することで直進時の駆動系の挙動を精度よく把握でき、差モデルに差相当値を適用することで旋回時の駆動系の挙動を精度よく把握できる。したがって、直進時と旋回時とで異なる特性を持つ駆動系において、駆動系の状態（挙動）を精度よく把握でき、簡素な構成で制御性が良好な制御を設計できる。

車両制御装置及び車両の構成を示すブロック図である。 車両制御装置が車両に搭載される場合の構成を示すブロック図である。 車両の駆動系の構造の一例を示す骨子図である。 図３の構造を持つ車両の動力分配機構の速度線図である。 設計手法の流れを示すブロック図である。 車両の左駆動系及び右駆動系の構造を模式化した模式図である。 （Ａ）は和モデルの模式図、（Ｂ）は差モデルの模式図である。 車両の直進時の挙動を考慮するための模式図である。 車両の直進時におけるトルク及び角速度の関係を示す模式図である。

開示の設計手法によって設計される制御は、車両に実装される制御であり、例えば開示の車両制御装置で使用される。この制御が実装される車両の種類は、例えばエンジン車両（ガソリン自動車，ディーゼル自動車）や電気自動車やハイブリッド自動車であり、少なくとも一つ以上の駆動源（内燃機関やモータ）を用いて左右輪（左右駆動輪）を駆動することで走行する自動車であって、好ましくは複数の駆動源を用いて左右輪（左右駆動輪）を駆動することで走行する自動車である。ここで、複数の駆動源の一つを左駆動源と呼び、他の駆動源の一つを右駆動源と呼ぶ。また、左右輪のうち車両の左側に位置する一方を左輪と呼び、他方を右輪と呼ぶ。開示の設計手法及び車両制御装置は、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と、右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両に実装される制御の設計及び当該車両の制御に用いて好適である。

左駆動源，右駆動源の各々のレイアウトは、その車両の進行方向を基準として定められる左右方向に対応するように設定してもよいし、そうでなくてもよい。また、左駆動系及び右駆動系は、互いに独立して作動するものであってもよいし、変速機構や動力分配機構を介して互いに接続されたものであってもよい。開示の設計手法及び車両制御装置は、左右輪の各々が個別のモータで駆動されるインホイールモータ車に実装される制御の設計や当該車両の制御に活用可能であるとともに、左右輪が互いに駆動力やトルクを伝達可能なトルクベクタリング車実装される制御の設計にも活用可能である。

［１．構成］
実施例としての設計手法を利用する設計装置２０の構成を、図１，図２に例示する。設計装置２０は、車両１に実装される制御を設計するための装置（コンピュータ）である。図１，図２には、制御の設計に際して想定される車両１の構造を併せて示している。図１に示すように、制御の設計段階において、車両１から独立して設けられる設計装置２０を用いて制御を設計してもよい。あるいは、図２に示すように、設計装置２０の機能を車両制御装置１０（ＥＣＵ）に内蔵させることで、制御の設計だけでなく車両１の実制御に活用できるようにしてもよい。

図１，図２に示す車両１は、車幅方向に並んで配置される左右輪５（車輪）と、左右輪５にトルク差を付与する動力分配機構３（差動機構）と、動力分配機構３に接続される一対のモータ２とを具備する。実施例の図中において数字符号に付加されるアルファベットのＬ，Ｒは、当該符号にかかる要素の配設位置（車両１の左側や右側にあること）を表す。例えば、５Ｌは左右輪５のうち車両１の左側に位置する一方（左輪）を表し、５Ｒは右側に位置する他方（右輪）を表す。左右輪５の前後方向の位置は不問であり、車両１の前輪であっても後輪であってもよい。

モータ２（駆動源）は、車両１の前輪または後輪の少なくともいずれかを駆動する機能を持つものであり、四輪すべてを駆動する機能を持ちうる。一対のモータ２のうち、左側に配置される一方が左モータ２Ｌ（左駆動源）であり、右側に配置される他方が右モータ２Ｒ（右駆動源）である。左モータ２Ｌ及び右モータ２Ｒは、互いに独立して作動し、互いに異なる大きさの駆動力を個別に出力しうる。これらのモータ２は、互いに別設された一対の減速機構を介して動力分配機構３に接続される。

車両１は、一対のモータ２のトルク差を増幅して左右輪５の各々に分配する動力分配機構３を備える。本実施例の動力分配機構３は、ヨーコントロール機能〔ＡＹＣ（Active Yaw Control）機能〕を持ったディファレンシャル機構であり、左輪５Ｌに連結される車軸４（左車軸４Ｌ，左軸）と右輪５Ｒに連結される車軸４（右車軸４Ｒ，右軸）との間に介装される。ヨーコントロール機能とは、左右輪５の駆動力（駆動トルク）の分担割合を積極的に制御することでヨーモーメントを調節し、車両１の姿勢を安定させる機能である。動力分配機構３の内部には、遊星歯車機構や差動歯車機構等が内蔵される。なお、一対のモータ２と動力分配機構３とを含む車両駆動装置は、ＤＭ－ＡＹＣ（Dual Motor AYC）装置とも呼ばれる。

図３に示すように、動力分配機構３は、モータ２の回転速度を減速する一対の減速機構（図３中にて破線で囲んだギヤ列）や変速機構（図３中にて一点鎖線で囲んだギヤ列）を含む。減速機構は、モータ２から出力されるトルク（駆動力）を減速することでトルクを増大させる機構である。減速機構の減速比Ｇは、モータ２の出力特性や性能に応じて適宜設定される。モータ２のトルク性能が十分に高い場合には、減速機構を省略してもよい。また、変速機構は、左右輪５の各々に伝達されるトルク差を増幅させる機構である。

図３に示す動力分配機構３の変速機構は、一対の遊星歯車機構を含む。これらの遊星歯車機構は、各々のキャリアに設けられるプラネタリギヤ及びその自転軸同士が連結された構造を持つ。各キャリアは、プラネタリギヤを自転可能に支持するとともに、プラネタリギヤをサンギヤの周囲で公転させるように支持している。また、一方の遊星歯車機構のリングギヤ及びサンギヤには、左右それぞれのモータ２から伝達される駆動力が入力される。左右輪５に伝達される駆動力は、他方の遊星歯車機構のサンギヤ及びキャリアから取り出される。なお、図３に示す動力分配機構３の構造は、ヨーコントロール機能を実現するための一例に過ぎず、他の公知構造を援用することも可能である。

なお、図３中のＪ_Ｍはモータイナーシャ（モータ２の慣性モーメント），Ｊ_ｗは車輪イナーシャ（左右輪５の慣性モーメント）を表す。また、左駆動系のパラメータに関して、Ｔ_ＬＭは左モータ入力トルク，Ｔ_Ｌｍは減速機構による減速後の左モータ入力トルク，ω_ＬＭは左モータ角速度，ω_Ｌｍは減速機構による減速後の左モータ角速度，Ｔ_Ｌｉｎは左駆動側トルク，Ｔ_Ｌｄｓは左車軸トルク，Ｔ_ＬＬは左輪負荷側トルク，ω_Ｌｄｓは左駆動側角速度，ω_ＬＬは左輪角速度である。同様に、右駆動系のパラメータに関して、Ｔ_ＲＭは右モータ入力トルク，Ｔ_Ｒｍは減速機構による減速後の右モータ入力トルク，ω_ＲＭは右モータ角速度，ω_Ｒｍは減速機構による減速後の右モータ角速度，Ｔ_Ｒｉｎは右駆動側トルク，Ｔ_Ｒｄｓは右車軸トルク，Ｔ_ＲＬは右輪負荷側トルク，ω_Ｒｄｓは右駆動側角速度，ω_ＲＬは右輪角速度である。

図４は、動力分配機構３の速度線図である。図３及び図４中に示すｂ_１，ｂ_２は、動力分配機構３に内蔵されるギヤの構造に応じて決定されるトルク差増幅率（減速率，差動減速比）を表す。左モータ２Ｌから右輪５Ｒへの動力伝達に係るトルク差増幅率はｂ_１であり、左モータ２Ｌから左輪５Ｌへの動力伝達に係るトルク差増幅率はｂ_１＋１である。また、右モータ２Ｒから左輪５Ｌへの動力伝達に係るトルク差増幅率はｂ_２であり、右モータ２Ｒから右輪５Ｒへの動力伝達に係るトルク差増幅率はｂ_２＋１である。

図１，図２に示すように、一対のモータ２の各々は、インバータ６（６Ｌ，６Ｒ）を介してバッテリ７に電気的に接続される。インバータ６は、バッテリ７側の直流回路の電力（直流電力）とモータ２側の交流回路の電力（交流電力）とを相互に変換する変換器（ＤＣ－ＡＣインバータ）である。また、バッテリ７は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池であり、数百ボルトの高電圧直流電流を供給しうる二次電池である。モータ２の力行時には、直流電力がインバータ６で交流電力に変換されてモータ２に供給される。モータ２の発電時には、発電電力がインバータ６で直流電力に変換されてバッテリ７に充電される。インバータ６の作動状態は、車両制御装置１０によって制御される。

車両制御装置１０は、車両１に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ，Electronic Control Unit）の一つである。車両制御装置１０は、左モータ２Ｌ（左駆動源）からの動力が伝達される左車軸４Ｌ及び左輪５Ｌを含む左駆動系と右モータ２Ｒ（右駆動源）からの動力が伝達される右車軸４Ｒ及び右輪５Ｒを含む右駆動系とを備えた車両１において、左モータ２Ｌ及び右モータ２Ｒの各々についての出力を制御する機能を持つ。

車両制御装置１０には、図示しないプロセッサ（中央処理装置），メモリ（メインメモリ），記憶装置（ストレージ），インタフェース装置等が内蔵され、内部バスを介してこれらが互いに通信可能に接続される。車両制御装置１０で実施される判定や制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存され、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開され、プロセッサによって実行される。

車両制御装置１０には、アクセル開度センサ１４，ブレーキセンサ１５，舵角センサ１６，レゾルバ１７，車輪速センサ１８が接続される。アクセル開度センサ１４はアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）やその踏み込み速度を検出するセンサである。ブレーキセンサ１５は、ブレーキペダルの踏み込み量（ブレーキペダルストローク）やその踏み込み速度を検出するセンサである。舵角センサ１６は、左右輪５の舵角（実舵角またはステアリングの操舵角）を検出するセンサである。

レゾルバ１７（１７Ｌ，１７Ｒ）は、モータ２の角速度を検出するセンサであり、一対のモータ２の各々に個別に設けられる。レゾルバ１７は、モータ２の回転角度の情報を二相の交流電圧として出力する。これらの交流電圧の経時変化から、モータ２の角速度が把握される。また、車輪速センサ１８（１８Ｌ，１８Ｒ）は、車軸４の角速度を検出するセンサである。車両制御装置１０は、上記の各種センサ１４～１８で検出された各情報に基づいてインバータ６（６Ｌ，６Ｒ）の作動状態を制御することで、一対のモータ２（２Ｌ，２Ｒ）の出力を制御する。なお、レゾルバ１７の代わりに、内部構造や動作原理が異なる他のセンサ（ホールセンサ，エンコーダ等）を用いてもよい。

［２．設計装置］
図５は、設計装置２０による設計手法の流れを示す模式的なブロック図である。設計装置２０の記憶装置には、あらかじめ和モデルと差モデルとを記憶させてある。すなわち、本設計手法において、まず、和モデルと差モデルとが用意される。和モデルとは、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系、並びに、左駆動源（左モータ２Ｌ）及び右駆動源（右モータ２Ｒ）の運動状態をモデル化したものであり、差モデルとは、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系、並びに、左駆動源（左モータ２Ｌ）及び右駆動源（右モータ２Ｒ）の運動状態をモデル化したものである。

図５に示すように、和モデルは、和相当値を適用することで、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を把握するものであり、差モデルは、差相当値を適用することで、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を把握するものである。具体的には、和モデルは、入力要素を持つ和相当値を適用（入力）されて、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を表す和相当値（出力要素を持つ和相当値であり、以下「和モデル状態量」という）を出力する。同様に、差モデルは、入力要素を持つ差相当値を適用（入力）されて、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を表す差相当値（出力要素を持つ差相当値であり、以下「差モデル状態量」という）を出力する。

和相当値とは、左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む（左駆動系の挙動を表すパラメータである）左軸入出力と右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む（右駆動系の挙動を表すパラメータである）右軸入出力との和に相当する値の総称である。和相当値には、単なる和だけでなく、和に所定の係数を乗じた値や和の半分の値（算術平均値）が含まれる。また、差相当値とは、左軸入出力と右軸入出力との差に相当する値の総称である。差相当値には、単なる差だけでなく、差に所定の係数を乗じた値が含まれる。

図５中のステップＡ１は、左軸入出力と右軸入出力との和に相当する和相当値を算出する工程に相当する。この工程で算出された和相当値は、図５中のステップＡ３で和モデルに適用される。その結果、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を表す和モデル状態量が取得され、直進に係る車両１の運動状態が精度よく把握される。また、図５中のステップＡ２は、左軸入出力と右軸入出力との差に相当する差相当値を算出する工程に相当する。この工程で算出された差相当値は、図５中のステップＡ４で差モデルに適用される。その結果、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を表す差モデル状態量が取得され、旋回に係る車両１の運動状態が精度よく把握される。

続いて、上記の制御を実施するための具体的な構成を説明する。図１，図２に示すように、設計装置２０の内部には、算出部２１と記憶部２２とが設けられる。また、図２に示すように、設計装置２０が車両制御装置１０に内蔵される場合には、車両制御装置１０の中に制御部２３が設けられる。これらの要素は、設計装置２０や車両制御装置１０の機能を便宜的に分類して示したものである。これらの要素は、各要素の機能を実現するための独立したプログラムとして記述してもよい。あるいは、複数の要素を合体させて一つの複合プログラムとして記述してもよい。

算出部２１は、和相当値と差相当値とを算出するものである。和相当値及び差相当値は、左軸入出力とこれに対応する右軸入出力とに基づいて算出される。左軸入出力には、例えば左モータ入力トルクＴ_ＬＭ，左モータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｌｍ，左駆動側トルクＴ_Ｌｉｎ，左車軸トルクＴ_Ｌｄｓ，左輪負荷側トルクＴ_ＬＬ，左モータ角速度ω_ＬＭ，左モータ角速度（減速後）ω_Ｌｍ，左駆動側角速度ω_Ｌｄｓ，左輪角速度ω_ＬＬ，左輪ノミナルスリップ率λ_Ｌｎ，左輪ノミナルイナーシャＪ_ＬＬ等が含まれる。同様に、右軸入出力には、例えば右モータ入力トルクＴ_ＲＭ，右モータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｒｍ，右駆動側トルクＴ_Ｒｉｎ，右車軸トルクＴ_Ｒｄｓ，右輪負荷側トルクＴ_ＲＬ，右モータ角速度ω_ＲＭ，右モータ角速度（減速後）ω_Ｒｍ，右駆動側角速度ω_Ｒｄｓ，右輪角速度ω_ＲＬ，右輪ノミナルスリップ率λ_Ｒｎ，右輪ノミナルイナーシャＪ_ＲＬ等が含まれる。

和相当値には、和モードモータ入力トルクＴ_ＳＭ，和モードモータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｓｍ，和モード駆動側トルクＴ_Ｓｉｎ，和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓ，和モード車輪負荷側トルクＴ_ＳＬ，和モードモータ角速度ω_ＳＭ，和モードモータ角速度（減速後）ω_Ｓｍ，和モード駆動側角速度ω_Ｓｄｓ，和モード車輪角速度ω_ＳＬ，和モード車輪ノミナルスリップ率λ_Ｓｎ，和モード車輪ノミナルイナーシャＪ_ＳＬ等が含まれる。同様に、差相当値には、差モードモータ入力トルクＴ_ＤＭ，差モードモータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｄｍ，差モード駆動側トルクＴ_Ｄｉｎ，差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓ，差モード車輪負荷側トルクＴ_ＤＬ，差モードモータ角速度ω_ＤＭ，差モードモータ角速度（減速後）ω_Ｄｍ，差モード駆動側角速度ω_Ｄｄｓ，差モード車輪角速度ω_ＤＬ，差モード車輪ノミナルスリップ率λ_Ｄｎ，差モード車輪ノミナルイナーシャＪ_ＤＬ等が含まれる。

和モードモータ入力トルクＴ_ＳＭ及び差モードモータ入力トルクＴ_ＤＭの各々は、左モータ入力トルクＴ_ＬＭ及び右モータ入力トルクＴ_ＲＭに基づいて算出される。また、和モードモータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｓｍ及び差モードモータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｄｍの各々は、左モータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｌｍ及び右モータ入力トルク（減速後）Ｔ_Ｒｍに基づいて算出される。以下に、左軸入出力及び右軸入出力の和の半分を和相当値とし、左軸入出力及び右軸入出力の差の半分を差相当値とする場合の算出式を例示する。

記憶部２２は、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系、並びに、左駆動源（左モータ２Ｌ）及び右駆動源（右モータ２Ｒ）の運動状態をモデル化してなる和モデルと、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系、並びに、左駆動源（左モータ２Ｌ）及び右駆動源（右モータ２Ｒ）の運動状態をモデル化してなる差モデルとを記憶するものである。ここで、和モデル及び差モデルを説明する前に、車両１の左駆動系及び右駆動系の模式的な構造を説明する。

図６は、車両１の左駆動系及び右駆動系の構造を模式化した模式図である。左車軸４Ｌ及び右車軸４Ｒのそれぞれは、ばね（車軸剛性Ｋ_ｓ）とダンパ（車軸粘性Ｄ_ｓ）とを並列に接続した構造物に準えることができる。図６中のＪ_ＬＭは左車軸４Ｌに対する動力分配機構３側（駆動側）のイナーシャ，Ｊ_Ｌｗは左車軸４Ｌに対する左輪５Ｌ側（負荷側）のイナーシャ，Ｊ_ＲＭは右車軸４Ｒに対する動力分配機構３側（駆動側）のイナーシャ，Ｊ_Ｒｗは右車軸４Ｒに対する右輪５Ｒ側（負荷側）のイナーシャである。また、図６には、左駆動側角速度ω_Ｌｄｓの微分値（左駆動側角加速度），左輪角速度ω_ＬＬの微分値（左輪角加速度），右駆動側角速度ω_Ｒｄｓの微分値（右駆動側角加速度），右輪角速度ω_ＲＬの微分値（右輪角加速度）が併せて示されている。

上記の模式図に基づき、和モデルの構成は図７（Ａ）に示すような構成としてモデル化され、差モデルの構成は図７（Ｂ）に示すような構成としてモデル化される。和モデルは、車両１の直進に係る車軸４及び左右輪５に対する制振制御やスリップ制御に利用することが好適であり、差モデルは、車両１の旋回に係る車軸４及び左右輪５に対する制振制御やスリップ制御に利用することが好適である。なお、本実施例ではこれらの和モデル及び差モデルがともに２慣性系モデルであるが、各々を３つ以上の慣性モーメントやばねダンパからなる多慣性系モデルとして構成してもよい。

図７（Ａ）に示すように、和モデルは、駆動側慣性Ｊ_ＳＭと、剛性Ｋ_ｓ及び粘性Ｄ_ｓで設計されるばねダンパと、負荷側慣性（和モード車輪ノミナルイナーシャ）Ｊ_ＳＬとから構成される。駆動側慣性Ｊ_ＳＭは、駆動源（左駆動源及び右駆動源）の慣性Ｊ_Ｍに基づいて算出され、例えばＪ_ＳＭ＝Ｇ^２Ｊ_Ｍである。また、負荷側慣性Ｊ_ＳＬは、車体重量Ｍ（車輪換算）に基づいて算出される。なお、駆動側慣性Ｊ_ＳＭや負荷側慣性Ｊ_ＳＬの算出に際し、フリクションも考慮してもよい。和モデルに係る運動方程式を以下に示す。

図７（Ｂ）に示すように、差モデルは、左右差発生時（旋回時）の等価慣性である駆動側慣性Ｊ_ＤＭと、剛性Ｋ_ｓ及び粘性Ｄ_ｓで設計されるばねダンパと、負荷側慣性（差モード車輪ノミナルイナーシャ）Ｊ_ＤＬとから構成される。駆動側慣性Ｊ_ＤＭは、駆動源（左駆動源及び右駆動源）の慣性Ｊ_Ｍ及び動力分配機構３のトルク差増幅率（ｂ_１，ｂ_２等）に基づいて算出され、例えばＪ_ＤＭ＝（２ｂ_１＋１）^２Ｇ^２Ｊ_Ｍである。また、負荷側慣性Ｊ_ＤＬは、車両１のヨー慣性（車輪換算）に基づいて算出される。なお、駆動側慣性Ｊ_ＤＭ及び負荷側慣性Ｊ_ＤＬの算出に際し、フリクションも考慮してもよい。差モデルに係る運動方程式を以下に示す。

上記の和モデルに和相当値を適用することで、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を表す和モデル状態量が取得される。和モデル状態量には、和相当値のうち和モデルに適用されたもの以外のパラメータが含まれる。例えば、和モデルに和モード車輪角速度ω_ＳＬと和モード車輪ノミナルイナーシャＪ_Ｓｎとが適用された場合には、これら以外の和相当値（例えば、和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓ等）が和モデル状態量として取得される。

差モデルについても同様であり、上記の差モデルに差相当値を適用することで、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態を表す差モデル状態量が取得される。差モデル状態量には、差相当値のうち差モデルに適用されたもの以外のパラメータが含まれる。例えば、差モデルに差モード車輪角速度ω_ＤＬと差モード車輪ノミナルイナーシャＪ_Ｄｎとが適用された場合には、これら以外の和相当値（例えば、差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓ等）が差モデル状態量として取得される。

制御部２３は、和モデル状態量と差モデル状態量とを用いて左モータ２Ｌ及び右モータ２Ｒの出力を制御するものである。制御部２３は、一対のモータ２を駆動することで和モデル状態量と差モデル状態量とが得られる状態になるように（すなわち、和モデル状態量と差モデル状態量とを両立させうるように）、インバータ６の作動状態を制御する。これにより、左駆動系及び右駆動系の運動状態が所望の状態になるように、かつ、精度よく制御されやすくなる。

ここで、左右輪５の目標車輪速に基づいて算出された和モード車輪角速度ω_ＳＬ及び差モード車輪角速度ω_ＤＬ等が和モデル及び差モデルに適用された結果、和モデル状態量の一つである和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓと差モデル状態量の一つである差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓとが取得された場合について説明する。制御部２３は、和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓ及び差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓに基づいて一対のモータ２の各々が出力すべきトルクを算出し、そのトルクが得られるように一対のインバータ６を駆動する。

和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓ及び差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓに基づく各モータ２のトルクの算出は、和相当値及び差相当値の演算と逆の演算を施すことで実現可能である。例えば、算出すべき各モータ２のトルクを「左モータ入力トルクＴ_ＬＭ，右モータ入力トルクＴ_ＲＭ」とおく。次に、左モータ入力トルクＴ_ＬＭと右モータ入力トルクＴ_ＲＭとの和が和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓに一致し、かつ、左モータ入力トルクＴ_ＬＭと右モータ入力トルクＴ_ＲＭとの差が差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓに一致するような、左モータ入力トルクＴ_ＬＭ及び右モータ入力トルクＴ_ＲＭの各々の値を算出する。その後、算出された左モータ入力トルクＴ_ＬＭ及び右モータ入力トルクＴ_ＲＭが得られるように各々のインバータ６を駆動する。

これにより、実際の車輪速が目標車輪速に対して精度よく追従するようになり、車輪速の制御性が向上する。また、外乱入力時であっても車輪速が目標車輪速に一致しやすくなることから、走行路面の摩擦抵抗や駆動力が変化した場合であっても車輪速が急変しにくくなり、スリップの発生が抑制される。

別の事例として、左右輪５の目標駆動トルクに基づいて算出された和モード車輪負荷側トルクＴ_ＳＬ及び差モード車輪負荷側トルクＴ_ＤＬ等が和モデル及び差モデルに適用された結果、和モデル状態量の一つである和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓと差モデル状態量の一つである差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓとが取得された場合について説明する。制御部２３は、和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓと差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓとに基づいて一対のモータ２の各々が出力すべきトルクを算出し、そのトルクが得られるように一対のインバータ６を駆動する。

これにより、実際の左右輪５の駆動トルクが目標駆動トルクに対して精度よく追従するようになり、駆動トルクの制御性が向上する。また、和モデルと差モデルとが独立して設けられることから、和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓと差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓとに異なる特性を付与することが容易である。例えば、和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓに直進時の共振が発生しにくい特性（共振周波数成分を含まない特性）を付与できるとともに、差モード車軸トルクＴ_Ｄｄｓに旋回時の共振が発生しにくい特性（共振周波数成分を含まない特性）を付与できる。これにより、あらゆる走行状態での振動が抑制される。

［３．和モデル及び差モデルの具体例］
［Ａ．負荷側の伝達関数（和モデル）］
図８は、車両１の直進時における負荷側イナーシャを導出するための模式図である。ここで、車両１の直進時の車体速をＶ_ｘ，車輪速（左右輪５の前進速度）をＶ_ＳＬ，車体重量をＭ，車輪角速度（和モード車輪角速度）をω_ＳＬ，左右輪５の駆動力をＦ_Ｓｘ，車輪動半径をｒとおく。和モード車輪負荷側トルクＴ_ＳＬ（路面からの反力や駆動力に対応するトルク）が駆動側トルクである和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓで決定されると仮定して線形化すれば、以下のような式が成り立つ。

上記の式に基づき、和モード負荷側の伝達関数（和モデルに係る２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む関係式）が得られる。

図９は、車両１の直進時におけるトルク及び角速度の関係を示す模式図である。図９中のＪ_ＳＭは駆動側慣性，Ｊ_Ｍはモータイナーシャ，Ｄ_ＳＭは和モード駆動側粘性，Ｄ_Ｍはモータ粘性，Ｄ_Ｌ負荷側粘性である。
和モード駆動側角速度ω_Ｓｄｓは、和モード駆動側トルクＴ_Ｓｉｎから和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓを減じた値に「１／（Ｊ_ＳＭ・ｓ＋Ｄ_ＳＭ）」を乗じることで算出される。ここで、Ｊ_ＳＭ＝Ｇ^２Ｊ_Ｍ，Ｄ_ＳＭ＝Ｇ^２Ｄ_Ｍである。

和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓは、和モード駆動側角速度ω_Ｓｄｓから和モード車輪角速度ω_ＳＬを減じた値に「（Ｋ_ｓ／ｓ）＋Ｄ_ｓ」を乗じることで算出される。ここで、Ｋ_ｓ，Ｄ_ｓはばねダンパの剛性，粘性である。
和モード車輪角速度ω_ＳＬは、和モード車軸トルクＴ_Ｓｄｓに「１／（Ｊ_ＳＬ・ｓ＋Ｄ_Ｌ）」を乗じることで算出される。

［Ｂ．負荷側の伝達関数（差モデル）］
車両１の旋回時のヨーレイトをγ，トレッドをｄ，左右車輪速差をＶ_Ｄｘとおく。また、Ｖ_ｘは車体速，Ｖ_ｒｌｘは左輪基準車輪速，Ｖ_ｒｒｘは右輪基準車輪速である。
操舵角をゼロと仮定して、ヨーレイトγと差モード車輪角速度ω_ＤＬとの関係を考慮すると、以下のような式が成り立つ。

また、差モード駆動側，ヨー運動，横運動の運動方程式は、以下のように立式される。式中のδ_ｆは操舵角，ａ_ｙは横加速度，Ｉは車両１のヨーイナーシャ，Ｃ_ｆは前輪コーナリングパワー，Ｃ_ｒは後輪コーナリングパワー，ｌ_ｆは重心－前軸間距離，ｌ_ｒは重心－後軸間距離，βは車体スリップ角，Ｆ_Ｄｘは左右駆動力差，λ_Ｄは差モデルにおけるスリップ率である。

ここで、車両１の直進状態から旋回状態への過渡期の状態をモデル化するために、操舵角δ_ｆ及び横加速度ａ_ｙをゼロと仮定すると、以下のような差モード負荷側の伝達関数（差モデルに係る２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む関係式）が得られる。

［Ｃ．駆動側の運動方程式（和・差モデル）］
上記の和モデル及び差モデルの導出に関して、動力分配機構３は、ベクトル表現を用いて以下のように数式化してもよい。

上記の数式を用いて、駆動側の運動方程式（和・差）を左右それぞれで立式すると、以下の通りとなる。式中のＺ_１１は左駆動源（左モータ２Ｌ）から左軸（左車軸４Ｌ）にかかる減速比，Ｚ_２２は右駆動源（右モータ２Ｒ）から右軸（右車軸４Ｒ）にかかる減速比，Ｚ_ｃは左右駆動源からそれぞれの反対側の軸にかかる減速比である。

上記の数式の両辺に和・差モードへ変換するための行列を作用させると、以下の式が得られる。

ここで、ｂ_１＝ｂ_２＝ｂとすれば、Ｚ_１１－Ｚ_ｃ＝Ｚ_２２－Ｚ_ｃ＝｜Ｚ｜，Ｚ_１１＋Ｚ_ｃ＝Ｚ_２２＋Ｚ_ｃ＝１となることから、以下のように数式を変形でき、和・差モードに対応するモータ２の運動方程式を得ることができる。こうして、駆動側の運動方程式を和・差モードの各々に分解することで、両者が非干渉化される。

［Ｄ．車輪及び車軸の運動方程式（和・差モデル）］
駆動側の運動方程式の導出と同様に、左右輪５（負荷側）と車軸４についての運動方程式は、以下のように数式化してもよい。

［４．効果］
（１）上記の設計手法では、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したものである和モデルと、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したものである差モデルとが用意される。また、左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む左軸入出力と右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む右軸入出力との和に相当する和相当値が算出され、左軸入出力と右軸入出力との差に相当する差相当値が算出される。さらに、和相当値を和モデルに適用することで車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態が把握され、差相当値を差モデルに適用することで車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態が把握される。

また、上記の設計装置２０は、算出部２１と記憶部２２とを備える。算出部２１は、左軸入出力と右軸入出力との和に相当する和相当値を算出するとともに、左軸入出力と右軸入出力との差に相当する差相当値を算出する。記憶部２２は、車両１の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したものであって和相当値が適用される和モデルと、車両１の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したものであって差相当値が適用される差モデルとを記憶する。

上記のような構成により、和モデルに和相当値を適用することで直進時の駆動系の挙動を精度よく把握できるとともに、差モデルに差相当値を適用することで旋回時の駆動系の挙動を精度よく把握できる。直進時と旋回時とで異なる特性を持つ駆動系において、駆動系の状態（挙動）を精度よく把握でき、簡素な構成で制御性（例えば、制御精度や制御応答速度）が良好な制御を設計できる。また、直進状態に対応する和モデルと旋回状態に対応する差モデルとを分離し、互いに独立したモデルとして構築することで、各状態の周波数応答特性等を明確にすることができ、例えば制振制御やスリップ制御等をよりシンプルに設計できるようになる。

（２）上記の実施例では、和モデル及び差モデルがともに２慣性系モデルで構築されうる。このような構成により、簡素な構成で、車両１の直進時，旋回時における左右駆動系の運動状態を精度よく把握できる。また、直進と旋回とで異なる特性に対して、それぞれで粘弾性を考慮した制御が可能となる。したがって、車両１の制御性を改善できる。

（３）上記の和モデルは、図７（Ａ）に示すように、左モータ２Ｌ及び右モータ２Ｒの慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、車両１の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性とから構成された２慣性系で表現可能である。また、この２慣性系の入出力特性は、例えば［数５］に示される伝達関数で表現しうる。これにより、粘弾性を考慮した直進時の駆動系の挙動を精度よく把握でき、車両１の制御性を改善できる。

（４）上記の差モデルは、図７（Ｂ）に示すように、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、車両１のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性とから構成された２慣性系で表現可能である。また、この２慣性系の入出力特性は、例えば［数８］に示される伝達関数で表現しうる。これにより、粘弾性を考慮した旋回時の駆動系の挙動を精度よく把握でき、車両１の制御性を改善できる。

［５．その他］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の利用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は必要に応じて取捨選択でき、あるいは、適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施例では、一対のモータ２を駆動源として搭載した車両１を例示したが、モータ２の代わりに内燃機関を採用してもよく、駆動源の具体的な種類は不問である。

また、上記の実施例では、一対のモータ２と動力分配機構３とを含む車両駆動装置（ＤＭ－ＡＹＣ装置）を備えた車両１を例示したが、和モデル及び差モデルの考え方はあらゆる車両に利用可能であり、例えば動力分配機構３を持たない車両やインホイールモータ車両にも利用可能である。少なくとも、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両であれば、上記の実施例と同様の制御を実施することができ、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得できる。

［６．付記］
上記の実施例や変形例に関して、以下の付記を開示する。
［付記１］
左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両における前記左駆動源及び前記右駆動源の出力制御に係る設計装置であって、
前記左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む左軸入出力と前記右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む右軸入出力との和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左軸入出力と前記右軸入出力との差に相当する差相当値を算出する算出部と、
前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものであって前記和相当値が適用される和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものであって前記差相当値が適用される差モデルとを記憶する記憶部と
を備えることを特徴とする、設計装置。

［付記２］
前記和モデル及び前記差モデルが、ともに２慣性系モデルである
ことを特徴とする、付記１記載の設計装置。

［付記３］
前記和モデルが、前記左駆動源及び前記右駆動源の慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記１又は２記載の設計装置。

［付記４］
前記差モデルが、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記１～３のいずれか一項に記載の設計装置。

本件は、設計装置や車両制御装置の製造産業に利用可能であり、設計装置によって設計される制御が実装される車両や車両制御装置を搭載する車両の製造産業にも利用可能である。

１ 車両
２ モータ（駆動源）
３ 動力分配機構
４ 車軸
５ 左右輪
６ インバータ
７ バッテリ
１０ 車両制御装置
１４ アクセル開度センサ
１５ ブレーキセンサ
１６ 舵角センサ
１７ レゾルバ
１８ 車輪速センサ
２０ 設計装置
２１ 算出部
２２ 記憶部
２３ 制御部

Claims (6)

1. 左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両における前記左駆動源及び前記右駆動源の出力制御に係る設計手法であって、
   前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものである和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものである差モデルとを用意し、
   前記左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む左軸入出力と前記右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む右軸入出力との和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左軸入出力と前記右軸入出力との差に相当する差相当値を算出し、
   前記和相当値を前記和モデルに適用することで前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態を把握し、
   前記差相当値を前記差モデルに適用することで前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態を把握する
   ことを特徴とする、設計手法。
2. 前記和モデル及び前記差モデルが、ともに２慣性系モデルである
   ことを特徴とする、請求項１記載の設計手法。
3. 前記和モデルが、前記左駆動源及び前記右駆動源の慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の設計手法。
4. 前記差モデルが、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の設計手法。
5. 前記差モデルが、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された２慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
   ことを特徴とする、請求項３記載の設計手法。
6. 左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両における前記左駆動源及び前記右駆動源の出力制御に係る車両制御装置であって、
   前記左駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む左軸入出力と前記右駆動系の入力パラメータまたは出力パラメータを含む右軸入出力との和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左軸入出力と前記右軸入出力との差に相当する差相当値を算出する算出部と、
   前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものであって前記和相当値が適用される和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系、並びに、前記左駆動源及び前記右駆動源の運動状態をモデル化したものであって前記差相当値が適用される差モデルとを記憶する記憶部と、
   前記和相当値を前記和モデルに適用して得られる和モデル状態量と前記差相当値を前記差モデルに適用して得られる差モデル状態量とを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする、車両制御装置。