JP7836503B2 - 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関する。

従来、車輪のスリップ率やヨーレートに基づいて各車輪のトラクションコントロールを行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、車体の旋回加速度が操舵角に応じた旋回加速度となるように各車輪のスリップ率が所定の上限値を超えない範囲で電気モータの制駆動力を制御する電気自動車が記載されている。

特開２０１１－２５４５９０号公報

近年、ドライバーの運転操作に対して車両の運動を遅れなく追従させることが可能なトラクションコントロールが求められている。上記特許文献１に記載の電気自動車は、各車輪のスリップ率が所定の上限値を超えないように制御しているものの、車両旋回時を対象とした制御にすぎない。そのため、路面摩擦係数が低いシチュエーションなどで、車輪３の回転数が空転するスリップや車輪３が回転しないロックが発生したりすることを、十分に抑えることができない可能性がある。このような車輪のスリップやロックを速やかに抑制し、ドライバーの運転操作に車両運動を適切に追従させるためには、より高精度かつ高応答なトラクションコントロールが必要となる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より高精度かつ高応答なトラクションコントロールを実現可能な車両の走行制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の車両の走行制御装置は、走行用電気モータを備え、目標スリップ率に基づいて前後左右の車輪が回転するように、前記各車輪に付与されるトルクをフィードバック制御により制御する車両の走行制御装置であって、前記車輪に対する要求加速度と前記車輪の実加速度との偏差が大きいほど大きくなる傾向にトルク低減量を演算し、前記トルク低減量を前記フィードバック制御の出力値から減算して前記各車輪に付与されるトルクを補正するトルク制御部と、操舵角、車速、重心スリップ角および車両諸元に基づいて、前記各車輪の車両進行方向における車輪並進速度を演算する車輪並進速度演算部と、前記車輪並進速度と前記目標スリップ率とに基づいて前記各車輪の目標車輪速を演算する目標車輪速演算部と、を備え、前記トルク制御部は、車輪速が前記目標車輪速に近づくように前記トルクを前記フィードバック制御により制御する。

この構成により、各車輪に対する要求加速度と実加速度との偏差が大きくなるほど、各車輪に付与されるトルクが小さくなるように、フィードバック制御の出力値をトルク低減量で補正することができる。それにより、車輪の回転数が吹き上がるようなスリップや、車輪が回転しないロックが発生した場合にも、スリップやロックを速やかに抑制して車輪のスリップ率を目標スリップ率に近づけることができる。また、各車輪の内外輪差を考慮した車輪並進速度を用いて各車輪の目標車輪速を精度良く演算することができ、各車輪に付与されるトルクを精度良く制御することが可能となる。したがって、本発明の車両の走行制御装置によれば、より高精度かつ高応答なトラクションコントロールを実現可能となる。

また、前記フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、前記トルク制御部は、前記トルク低減量が大きいほど前記ＰＩＤ制御のＩ制御量を大きくすることが好ましい。この構成により、トルク低減量が大きいほどＰＩＤ制御のＩ制御を促進することができるため、定常偏差を抑え、トラクションコントロールの高精度化を図ることができる。

また、前記トルク制御部は、前記Ｉ制御量が大きいほど、前記トルク低減量による前記ＰＩＤ制御の前記出力値に対する補正の寄与度を低減させることが好ましい。この構成により、Ｉ制御が促進されてＰＩＤ制御の出力値の整定がなされるにつれて、すなわち、車輪の回転数が整定されるにつれてトルク低減量の寄与度を小さくし、各車輪に付与されるトルクの値を安定化させることができる。

また、前記車輪並進速度演算部および前記目標車輪速演算部は、メインコントロールユニットに含まれ、前記トルク制御部は、前記メインコントロールユニットとは別のサブコントロールユニットに含まれることが好ましい。この構成により、サブコントロールユニットが車輪並進速度の情報を有さなくとも、各車輪に対する制御トルクを演算することができる。

本発明の車両の走行制御装置によれば、より高精度かつ高応答なトラクションコントロールを実現可能となる。

実施形態の走行制御装置を備えたプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 実施形態の走行制御装置の概略構成を示すブロック図である。 目標平均スリップ率演算部の概略構成を示すブロック図である。 実施形態の走行制御装置でのトルク制御によるアクセル開度、制駆動力、スリップ率の時間変化の様子の一例を示す説明図である。 車輪の制駆動力とスリップ率との関係の一例を示す説明図である。 目標前後相対スリップ率演算部の概略構成を示すブロック図である。 車両のヨーレートと前後相対スリップ率との関係の一例を示す説明図である。 車両が旋回している状態を模式的に示す説明図である。 モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットの概略構成を示す説明図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。

（車両）
図１は、実施形態の走行制御装置を備えたプラグインハイブリッド車（以下、車両１と称する）の概略構成図である。車両１は、エンジン２の出力によって前輪３ａ、３ｂを駆動して走行可能であるとともに、前輪３ａ、３ｂを駆動する電動のフロントモータ（走行用電気モータ）４および後輪３ｃ、３ｄを駆動する電動のリヤモータ（走行用電気モータ）６を備えた４輪駆動車である。以下の説明では、特に区別の必要がない場合、前輪３ａ、３ｂおよび後輪３ｃ、３ｄを「車輪３」と称する。

（エンジン）
エンジン２は、フロントトランスアクスル７を介して前輪３ａ、３ｂの駆動軸８を駆動可能であるとともに、フロントトランスアクスル７を介してモータジェネレータ９を駆動して発電させることが可能となっている。また、エンジン２と前輪３ａ、３ｂとは、フロントトランスアクスル７内に配置されたクラッチ１６を介して接続されている。なお、車両１には、エンジン２に燃料を供給する燃料を貯留する図示しない燃料タンクが備えられている。

（モータ）
フロントモータ４は、フロントモータコントロールユニット（サブコントロールユニット）１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１およびモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、フロントトランスアクスル７を介して前輪３ａ、３ｂの駆動軸８を駆動する。リヤモータ６は、リヤモータコントロールユニット（サブコントロールユニット）１２を介して駆動用バッテリ１１から高電圧の電力を供給されて駆動し、リヤトランスアクスル１３を介して後輪３ｃ、３ｄの駆動軸１４を駆動する。モータジェネレータ９によって発電された電力は、フロントモータコントロールユニット１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４およびリヤモータ６に電力を供給可能である。

（駆動用バッテリ）
駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池などの二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有している。また、駆動用バッテリ１１には、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣを検出する充電率検出部１１ａを備えている。また、車両１には、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電可能な充電器１８が備えられている。

（モータコントロールユニット）
フロントモータコントロールユニット１０は、車両１に搭載されたメインコントロールユニット２０からの制御信号に基づき、フロントモータ４による制駆動力、すなわち、フロントモータ４の駆動トルクまたは回生制動トルクを制御するとともに、モータジェネレータ９の発電量および出力を制御する。リヤモータコントロールユニット１２は、メインコントロールユニット２０からの制御信号に基づき、リヤモータ６による制駆動力、すなわち、リヤモータ６の駆動トルクまたは回生制動トルクを制御する。

（エンジンコントロールユニット）
エンジンコントロールユニット２２は、エンジン２の制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭなど）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびタイマなどを含んで構成される。エンジンコントロールユニット２２は、メインコントロールユニット２０からの制御信号（要求出力）に基づき、エンジン２における燃料噴射量および燃料噴射時期、吸気量などを制御して、エンジン２の駆動制御を行う。

（メインコントロールユニット）
メインコントロールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭなど）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびタイマなどを含んで構成される。メインコントロールユニット２０の入力側には、フロントモータコントロールユニット１０、リヤモータコントロールユニット１２、エンジンコントロールユニット２２が接続されており、これらの機器からの検出および作動情報が入力される。一方、メインコントロールユニット２０の出力側には、フロントモータコントロールユニット１０、リヤモータコントロールユニット１２、エンジンコントロールユニット２２、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６が接続されている。

メインコントロールユニット２０は、車両１のアクセル操作情報度などの各種検出量および各種作動情報に基づいて、車両１の走行駆動に必要とする車両要求出力を演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントモータコントロールユニット１０、リヤモータコントロールユニット１２に制御信号を送信する。メインコントロールユニット２０は、走行モード（ＥＶモード、シリーズモード、パラレルモード）の切り換え、エンジン２とフロントモータ４とリヤモータ６の出力、モータジェネレータ９の発電電力および出力、フロントトランスアクスル７におけるクラッチ１６の断接などを制御する。

ＥＶモードでは、エンジン２を停止し、駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。シリーズモードでは、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６を切断し、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動する。そして、モータジェネレータ９により発電された電力および駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。また、シリーズモードでは、エンジン２の回転速度を効率のよい値に設定し、余剰出力によって発電した電力を駆動用バッテリ１１に供給して駆動用バッテリ１１を充電する。パラレルモードでは、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６を接続し、エンジン２からフロントトランスアクスル７を介して機械的に動力を伝達して前輪３ａ、３ｂを駆動させる。また、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動させて発電した電力および駆動用バッテリ１１から供給される電力によってフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。

メインコントロールユニット２０は、例えば、高速領域のように、エンジン２の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣ（充電量）に基づいてＥＶモードとシリーズモードとの間で切換える。

（ブレーキ装置）
また、車両１の各車輪３には、制動トルクを付与するブレーキ装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが備えられている。前輪のブレーキ装置３０ａ、３０ｂはフロントブレーキコントロールユニット（サブコントロールユニット）３１によって制御され、後輪のブレーキ装置３０ｃ、３０ｄはリヤブレーキコントロールユニット（サブコントロールユニット）３２によって制御され、車輪３ごとに制動トルクを独立して制御可能に構成されている。

（ブレーキコントロールユニット）
フロントブレーキコントロールユニット３１およびリヤブレーキコントロールユニット３２は、メインコントロールユニット２０と相互に通信可能に接続されている。なお、フロントブレーキコントロールユニット３１は、フロントモータコントロールユニット１０を介してメインコントロールユニット２０と相互に通信可能に接続されてもよく、リヤブレーキコントロールユニット３２は、リヤモータコントロールユニット１２を介してメインコントロールユニット２０と相互に通信可能に接続されてもよい。フロントブレーキコントロールユニット３１およびリヤブレーキコントロールユニット３２は、図示しないブレーキペダルセンサからのブレーキペダルの操作信号などに基づいて、各ブレーキ装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを作動制御する。

フロントモータコントロールユニット１０、リヤモータコントロールユニット１２、フロントブレーキコントロールユニット３１、リヤブレーキコントロールユニット３２は、いずれも入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭなど）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびタイマなどを含んで構成される。これらのコントロールユニットは、メインコントロールユニット２０よりも処理速度の速いものを使用している。

（走行制御装置）
図２は、実施形態の走行制御装置５０の概略構成を示すブロック図である。走行制御装置５０は、メインコントロールユニット２０、モータコントロールユニット（フロントモータコントロールユニット１０、リヤモータコントロールユニット１２）、ブレーキコントロールユニット（フロントブレーキコントロールユニット３１、リヤブレーキコントロールユニット３２）を含んで構成される。なお、図２では、モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットを１つずつ記載しているが、本実施形態の車両１では、前輪３ａ、３ｂ用および後輪３ｃ、３ｄ用として２組備えられている。

まず、メインコントロールユニット２０の構成について具体的に説明する。メインコントロールユニット２０は、図２に示すように、実制駆動力演算部５１と、要求制駆動力演算部５２と、要求ヨーレート演算部５３と、目標平均スリップ率演算部５４と、目標前後相対スリップ率演算部５５と、目標スリップ率演算部５６と、車輪並進速度演算部５７と、目標車輪速演算部５８とを備える。

（制駆動力演算部）
実制駆動力演算部５１は、現在のフロントモータ４、リヤモータ６のモータトルクＴｍ、ブレーキ装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄのブレーキトルクＴｂ、各車輪３の実車輪速Ｖｗおよびフロントモータ４、リヤモータ６の実モータ回転数Ｖｍを入力する。上記モータトルクＴｍ、ブレーキトルクＴｂは、モータコントロールユニットやブレーキコントロールユニットで演算された指令値である。また、実車輪速Ｖｗおよび実モータ回転数Ｖｍは、図示しないセンサにより、それぞれ検出されてメインコントロールユニット２０に入力される。実制駆動力演算部５１は、入力した各値に基づいて現在の車両１全体の総制駆動力の推定値である実制駆動力Ｆを演算する。また、要求制駆動力演算部５２は、車両１のアクセル開度α、ブレーキストロークＢｓを入力し、ドライバーにより車両１全体に要求される総制駆動力である要求制駆動力Ｆｄを演算する。

（要求ヨーレート演算部）
要求ヨーレート演算部５３は、操舵角（ハンドル角）δの検出値を入力し、ドライバーから車両１に対して要求される旋回方向の速度である要求ヨーレートＹｄを演算する。なお、操舵角δは、図示しないセンサにより検出されてメインコントロールユニット２０に入力される。

（目標平均スリップ率演算部）
図３は、目標平均スリップ率演算部５４の概略構成を示すブロック図である。目標平均スリップ率演算部５４は、実制駆動力演算部５１で演算された実制駆動力Ｆと、要求制駆動力演算部５２で演算された要求制駆動力Ｆｄとの偏差である制駆動力偏差ΔＦを入力する。また、目標平均スリップ率演算部５４は、アクセル開度αを入力する。目標平均スリップ率演算部５４は、入力した制駆動力偏差ΔＦとアクセル開度αとに基づいて、各車輪３の目標平均スリップ率Ｓｔａを演算する。目標平均スリップ率Ｓｔａは、車輪３全体の平均スリップ率Ｓａ（図４参照）の目標値である。言い換えると、目標平均スリップ率Ｓｔａは、車輪３ごとのスリップ率Ｓ（図４参照）の目標値である目標スリップ率Ｓｔ（図２の“Ｓｔｆｌ”、“Ｓｔｆｒ”、“Ｓｔｒｌ”、“Ｓｔｒｒ”参照）の平均値である。

具体的には、目標平均スリップ率演算部５４は、制駆動力偏差ΔＦと目標平均スリップ率Ｓｔａの第１ベース値（ベース値）ｂ１との関係が予め定められたマップＭ１を使用し、入力した制駆動力偏差ΔＦに応じた第１ベース値ｂ１を設定する。マップＭ１は、制駆動力偏差ΔＦに比例して第１ベース値ｂ１が変化するように定められている。また、目標平均スリップ率演算部５４は、アクセル開度αと第１補正係数（補正係数）ｋ１との関係が予め定められたマップＭ２を使用し、入力したアクセル開度αに応じた第１補正係数ｋ１を設定する。マップＭ２は、例えば図中の実線に示すように、アクセル開度αが大きいほど第１補正係数ｋ１が大きくなるように定められている。そして、目標平均スリップ率演算部５４は、設定した第１ベース値ｂ１に第１補正係数ｋ１を乗算して目標平均スリップ率Ｓｔａを演算する。目標平均スリップ率演算部５４は、演算した目標スリップ率演算部５６に出力する。

以上のように設定された目標平均スリップ率Ｓｔａは、後述する処理で各車輪３の平均スリップ率Ｓａが目標平均スリップ率Ｓｔａに近づくように用いられる。図４は、実施形態の走行制御装置５０でのトルク制御によるアクセル開度、制駆動力、スリップ率の時間変化の様子の一例を示す説明図である。上述したように、目標平均スリップ率Ｓｔａは、制駆動力偏差ΔＦに比例するように、かつ、アクセル開度αが大きくなるほど大きくなるように演算される。その結果、目標平均スリップ率Ｓｔａを制駆動力偏差ΔＦに応じた値となるように、かつ、アクセル開度αすなわち要求制駆動力Ｆｄに適した値となるように設定することができる。つまり、アクセル開度αを目標平均スリップ率Ｓｔａに反映させることで、目標平均スリップ率Ｓｔａに対して要求制駆動力Ｆｄ分の補償が可能となる。
なお、第１補正係数ｋ１は、車輪（タイヤ）に対する制駆動力（制駆動力摩擦係数）とスリップ率との関係（すなわち、μ‐Ｓ特性。例えば図５参照）に基づいて定められればよい。また、μ－Ｓ特性が負勾配となる範囲では第１補正係数ｋ１および上記第１ベース値ｂ１に上限値を設けてもよい。それにより、ドライバーがアクセルを踏み込むにつれて、図４中に白抜き矢印で示すように、摩擦余裕がないスリップ輪のスリップ率Ｓ（破線参照）と、摩擦余裕があるグリップ輪のスリップ率Ｓ（二点鎖線参照）が共に要求制駆動力Ｆｄを補償した目標平均スリップ率Ｓｔａに収束するように制御することができる。

また、図５は、車輪の制駆動力とスリップ率との関係の一例を示す説明図である。図中に実線または破線で示すように、車輪（タイヤ）に対する制駆動力（制駆動力摩擦係数）とスリップ率との関係（すなわち、μ‐Ｓ特性）は、路面状況や摩耗によって変化する。
本実施形態では、上述したように、目標平均スリップ率Ｓｔａをアクセル開度αの大きさを反映させて演算する。そのため、車輪３のμ‐Ｓ特性が変化したとしても、図中の白抜き矢印で示すように、ドライバーのアクセル操作に応じて最大の制駆動力となるスリップ率に近づくように、目標平均スリップ率Ｓｔａを設定することができる。

ここで、第１補正係数ｋ１は、ドライバーの要求に応じて変更可能な複数のパターンを含むものであってもよい。例えば、図３のマップＭ２において破線で示すように、実線で示したものに比べて、アクセル開度αの増加量に対する第１補正係数ｋ１の増加量を大きくしたパターンを用意しておく。また、ドライバーが図示しないスイッチといったインターフェースを介して、いずれのパターンの第１補正係数ｋ１を用いるかを選択可能としておく。それにより、ドライバーがアクセルの踏み込み量に応じて車輪３のスリップ率Ｓをより大きくしたいと望む場合には実線で示した第１補正係数ｋ１を選択し、より小さくしたいと望む場合には破線で示した第１補正係数ｋ１を選択するという対応が可能になる。
すなわち、ドライバーの運転操作技術に応じて、アクセル開度αにより目標平均スリップ率Ｓｔａが補正される程度を変更することができ、ドライバーにとって扱いやすい車両特性を得ることが可能となる。

（目標前後相対スリップ率演算部）
図６は、目標前後相対スリップ率演算部５５の概略構成を示すブロック図である。目標前後相対スリップ率演算部５５は、前後相対スリップ率ΔＳ（図７参照）の目標値である目標前後相対スリップ率ΔＳｔを演算する。

本実施形態における前後相対スリップ率ΔＳについて説明する。いま、左側の前輪３ａのスリップ率を“Ｓｆｌ”、右側の前輪３ｂのスリップ率を“Ｓｆｒ”、左側の後輪３ｃのスリップ率を“Ｓｒｌ”、右側の後輪３ｄのスリップ率を“Ｓｒｒ”とする。この場合、前後相対スリップ率ΔＳは、次式（１）で表される。このように、前後相対スリップ率ΔＳは、左右の前輪３ａ、３ｂのスリップ率と左右の後輪３ｃ、３ｄのスリップ率との相対値である。本実施形態では、前後相対スリップ率は、後輪３ｃ、３ｄのスリップ率の合計と前輪３ａ、３ｂのスリップ率の合計の偏差を値４で除算したものである。なお、ここでは後輪３ｃ、３ｄのスリップ率から前輪３ａ、３ｂのスリップ率を減算して偏差を算出しているが、前輪３ａ、３ｂのスリップ率から後輪３ｃ、３ｄのスリップ率を減算して偏差を算出してもよい。

ΔＳ＝(（Ｓｒｌ＋Ｓｒｒ）－（Ｓｆｌ＋Ｓｆｒ）)／４ …（１）

ここで、図７は、車両のヨー角加速度（ヨーレートの微分値）と前後相対スリップ率ΔＳとの関係の一例を示す説明図である。図７では、前後相対スリップ率ΔＳを平均スリップ率Ｓａで無次元化したベース値“ΔＳ／Ｓａ”を横軸にとっている。図７に示す関係は、車両挙動解析によって得られた解析結果の一例である。図示するように、平均スリップ率Ｓａが変化したとしても、ベース値が絶対値で値１以下の範囲内であれば、ベース値とヨー角加速度とが比例関係を有する。図７に示す関係は、車輪のμ‐Ｓ特性が負勾配の領域でも成立する。このように、上記ベース値に対するヨー角加速度は車両挙動解析により得ることが可能であり、上記ベース値を変化させることでヨー角加速度を制御（ヨーモーメントコントロール）することができる。

そこで、目標前後相対スリップ率演算部５５は、図７に例示したヨー角加速度と上記ベース値との関係に基づいて、目標前後相対スリップ率ΔＳｔを演算する。具体的には、目標前後相対スリップ率演算部５５は、図６に示すように、目標平均スリップ率演算部５４で演算された目標平均スリップ率Ｓｔａを入力する。また、目標前後相対スリップ率演算部５５は、要求ヨーレート演算部５３で演算された要求ヨーレートＹｄと実ヨーレートＹとの偏差であるヨーレート偏差ΔＹを入力する。なお、実ヨーレートＹは、車両１の現在の旋回速度であり、図示しないセンサからメインコントロールユニット２０に入力される。

そして、目標前後相対スリップ率演算部５５は、入力したヨーレート偏差ΔＹと、第２ベース値ｂ２との関係が予め定められたマップＭ３を使用し、入力したヨーレート偏差ΔＹに応じた第２ベース値ｂ２を設定する。第２ベース値ｂ２は、目標前後相対スリップ率ΔＳｔを目標平均スリップ率Ｓｔａで無次元化した値に相当する。マップＭ３は、図７に例示した関係に基づいて、ヨーレート偏差ΔＹと目標前後相対スリップ率ΔＳｔおよび目標平均スリップ率Ｓｔａ（すなわち第２ベース値ｂ２）の関係が予め定められたものである。第２ベース値ｂ２に対する車両１のヨー角加速度は、図７に例示したように車両挙動解析により得ることが可能であり、マップＭ３は、ヨーレート偏差ΔＹごとに所望のヨー角加速度を得られるように第２ベース値ｂ２が定められるものである。より詳細には、マップＭ３は、ヨーレート偏差ΔＹが大きくなるほど第２ベース値ｂ２が大きくなり、ヨーレート偏差ΔＹが小さくなるほど第２ベース値ｂ２が小さくなるように定められる。また、マップＭ３では、第２ベース値ｂ２の上下限値が絶対値で値１に定められる。目標前後相対スリップ率演算部５５は、マップＭ３から設定した第２ベース値ｂ２に目標平均スリップ率Ｓｔａを乗算して、目標前後相対スリップ率ΔＳｔを演算する。目標前後相対スリップ率演算部５５は、演算した目標スリップ率演算部５６に出力する。

以上のように、図７に例示したヨー角加速度と前後相対スリップ率ΔＳとの関係に基づいて、ヨーレート偏差ΔＹに応じた目標前後相対スリップ率ΔＳｔを演算することで、ヨーレート偏差ΔＹの影響を目標前後相対スリップ率ΔＳｔに適切に反映することができる。ひいては、後述する各車輪３の目標スリップ率Ｓｔにヨーレート偏差ΔＹの影響を適切に反映することができる。その結果、ヨーモーメントコントロールを操作に対して追従性高く行うことができる。また、ヨーモーメントコントロールの特性をドライバーの操作に応じて徐々に変化させることができ、ドライバーが車両１をより扱いやすくなる。なお、目標前後相対スリップ率ΔＳｔは、マップを使用するものに限らず、ヨーレート偏差ΔＹと目標前後相対スリップ率ΔＳｔおよび目標平均スリップ率Ｓｔａ（つまり第２ベース値ｂ２）の関係を予め規定した演算式を用いて演算されてもよい。

（目標スリップ率演算部）
図２の説明に戻る。目標スリップ率演算部５６は、目標平均スリップ率演算部５４で演算された目標平均スリップ率Ｓｔａと、目標前後相対スリップ率演算部５５で演算された目標前後相対スリップ率ΔＳｔとを入力する。そして、目標スリップ率演算部５６は、入力した目標平均スリップ率Ｓｔａと目標前後相対スリップ率ΔＳｔとを用いて、次式（２）、（３）にしたがって車輪３ごとの目標スリップ率Ｓｔを演算する。ここで、式（２）中の“Ｓｔｆｌ”は、左側の前輪３ａの目標スリップ率であり、“Ｓｔｆｒ”は、右側の前輪３ｂの目標スリップ率である。また、式（３）中の“Ｓｔｒｌ”は、左側の後輪３ｃの目標スリップ率であり、“Ｓｔｒｒ”は、右側の後輪３ｄの目標スリップ率である。このように、本実施形態では、左右の前輪３ａ、３ｂの目標スリップ率Ｓｔを同じ値に設定すると共に、左右の後輪３ｃ、３ｄの目標スリップ率Ｓｔを同じ値に設定する。それにより、上記式（１）の関係から、目標平均スリップ率Ｓｔａに目標前後相対スリップ率ΔＳｔを加算または減算すれば、各車輪３の目標スリップ率Ｓｔ（Ｓｔｆｌ、Ｓｔｆｒ、Ｓｔｒｌ、Ｓｔｒｒ）を演算することができる。目標スリップ率演算部５６は、演算した各車輪３の目標スリップ率Ｓｔを目標車輪速演算部５８に出力する。

Ｓｔｆｌ＝Ｓｔｆｒ＝Ｓｔａ－ΔＳｔ …（２）
Ｓｔｒｌ＝Ｓｔｒｒ＝Ｓｔａ＋ΔＳｔ …（３）

（車輪並進速度演算部）
車輪並進速度演算部５７は、車速Ｖｓ、操舵角δおよび重心スリップ角βを入力し、入力した車速Ｖｓ、操舵角δ、および重心スリップ角βと、後述する式（４）から式（８）に示す車両諸元とに基づいて、車輪並進速度Ｖを演算する。車輪並進速度Ｖは、各車輪３の車両の進行方向、すなわち、各車輪３が並進する方向における速度であり、各車輪３の内外輪差を考慮して演算される。なお、車速Ｖｓは、図示しないセンサからメインコントロールユニット２０に入力される。また、重心スリップ角βは、車両１の重心Ｏ１（図８参照）におけるスリップ角であり、車速Ｖｓ、車両１の重心Ｏ１における加速度、操舵角δや車両諸元などに基づいて推定することができる。

ここで、図８は、車両１が旋回している状態を模式的に示す説明図である。図示するように、車両１が旋回中心Ｏ２を中心として旋回している状態を想定する。なお、図８では、車両１が横滑りをしている状態を例示している。図示するように車両１が旋回しているとき、車両１の重心Ｏ１における旋回半径Ｒは、次式（４）にしたがって演算することができる。“Ａ”は、車両１の重心Ｏ１における加速度であり、図示しないセンサで検出された値を用いることができる。また、“Ｌ”は、車両前後方向における前輪３ａ、３ｂの駆動軸８と後輪３ｃ、３ｄの駆動軸１４との間の距離（ホイールベース）である。

Ｒ＝（１＋ＡＶ２）・Ｌ／δ …（４）

また、前輪３ａの旋回半径Ｒｆｌ、前輪３ｂの旋回半径Ｒｆｒ、後輪３ｃの旋回半径Ｒｆｌ、後輪３ｄの旋回半径Ｒｒｒは、次の式（５）から式（８）にしたがって演算することができる。“Ｌｆ”は、車両前後方向における前輪３ａ、３ｂの駆動軸８と重心Ｏ１との間の距離であり、“Ｌｒ”は、車両前後方向における後輪３ｃ、３ｄの駆動軸１４と重心Ｏ１との間の距離であり、“ｄ”は、左右方向における車輪３間の距離（トレッド）である。なお、図８では、前輪３ａの旋回半径Ｒｆｌおよび後輪３ｃの旋回半径Ｒｒｌのみを例示して記載している。

そして、各車輪３の車輪並進速度Ｖは、次式（９）にしたがって演算することができる。“ｘ”および“ｙ”を“ｆ”または“ｒ”と置き換えることで、左側の前輪３ａの車輪並進速度Ｖｆｌ、右側の前輪３ｂの車輪並進速度Ｖｆｒ、左側の後輪３ｃの車輪並進速度Ｖｒｌ、右側の後輪３ｄの車輪並進速度Ｖｒｒとなる。なお、図８では、前輪３ａの車輪並進速度Ｖｆｌのみを例示している。車輪並進速度演算部５７は、以上のように各車輪３の車輪並進速度Ｖ（Ｖｆｌ、Ｖｆｒ、Ｖｒｌ、Ｖｒｒ。図２参照）を演算し、目標車輪速演算部５８に出力する。

Ｖｘｙ＝Ｒｘｙ／Ｒ・Ｖｓ …（９）

（目標車輪速演算部）
目標車輪速演算部５８は、目標スリップ率演算部５６で演算された各車輪３の目標スリップ率Ｓｔと、車輪並進速度演算部５７で演算された各車輪３の車輪並進速度Ｖとを入力し、各車輪３の目標車輪速Ｖｔを演算する。具体的には、目標車輪速演算部５８は、スリップ率と車輪速との関係から、次式（１０）にしたがって、各車輪３の目標車輪速Ｖｔを演算する。式（１０）中の“ｘ”および“ｙ”を“ｆ”または“ｒ”と置き換えることで、左側の前輪３ａの目標車輪速Ｖｔｆｌ、右側の前輪３ｂの目標車輪速Ｖｔｆｒ、左側の後輪３ｃの目標車輪速Ｖｔｒｌ、右側の後輪３ｄの目標車輪速Ｖｔｒｒとなる。目標車輪速演算部５８は、演算した各車輪３の目標車輪速Ｖｔ（Ｖｔｆｌ、Ｖｔｆｒ、Ｖｔｒｌ、Ｖｔｒｒ。図２参照）をモータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットに出力する。

Ｖｔｘｙ＝（１＋Ｓｔｘｙ）・Ｖｘｙ …（１０）

以上のように演算された目標車輪速Ｖｔを入力したモータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットは、各車輪３の実車輪速Ｖｗが目標車輪速Ｖｔに近づくように各車輪３に対する制御トルクを演算するフィードバック制御を実行する。それにより、設定された制御トルクが各車輪３に付与されるように、フロントモータ４、リヤモータ６、ブレーキ装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄなどが制御される。これにより、各車輪３のトラクションコントロールを行うことができる。

このように、本実施形態の走行制御装置５０は、メインコントロールユニット２０で各車輪３の車輪並進速度Ｖを演算し、さらに、目標車輪速Ｖｔを演算する。これにより、車輪３の内外輪差を考慮した車輪並進速度Ｖを用いて精度良く目標車輪速Ｖｔを演算することができる。また、モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットで車輪速のフィードバック制御を実行する。また、メインコントロールユニット２０で車輪並進速度Ｖおよび目標車輪速Ｖｔの双方を演算し、目標車輪速Ｖｔを入力したモータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットが車輪速によるフィードバック制御を実行する。これにより、モータコントロールユニットおよびブレーキコントロールユニットが車輪並進速度Ｖの情報を有する必要がない。

次に、モータコントロールユニット１０、１２およびブレーキコントロールユニット３１、３２について説明する。図９は、モータコントロールユニット１０、１２およびブレーキコントロールユニット３１、３２の概略構成を示す説明図である。例えば路面摩擦係数が低いシチュエーションなどでは、車輪３が空転するスリップや、車輪３が回転しないロックが発生する可能性がある。このようなスリップやロックを抑制するため、モータコントロールユニット１０、１２およびブレーキコントロールユニット３１、３２は、ＰＩＤ制御部６１と、初期トルク低減制御部６２とを含むトルク制御部６０を備えている。

（ＰＩＤ制御部）
ＰＩＤ制御部６１は、上記目標車輪速Ｖｔ（Ｖｔｆｌ、Ｖｔｆｒ、Ｖｔｒｌ、Ｖｔｒｒ）と実車輪速Ｖｗとに基づいて各車輪３が目標車輪速Ｖｔで回転するようにフィードバック制御を実行する。具体的には、ＰＩＤ制御部６１は、目標車輪速Ｖｔと実車輪速Ｖｗとの偏差を入力し、比例項算出部６１ｐで上記偏差に対する比例項を算出し、微分項算出部６１ｄで上記偏差に対する微分項を算出し、積分項算出部６１ｉで上記偏差に対する積分項を算出する。なお、積分項算出部６１ｉでは、上記偏差に加えて後述する第２補正トルクΔＴ２を考慮した値に対する積分項が算出される。ＰＩＤ制御部６１は、算出した比例項、積分項および微分項を加算して、第１補正トルクΔＴ１を演算する。第１補正トルクΔＴ１は、各車輪３の回転数が目標車輪速Ｖｔに近づくように、ドライバーからの車両１に対する要求トルクＴｄを補正するための補正量として算出される。

（初期トルク低減制御部）
初期トルク低減制御部６２は、車輪３のスリップやロックを抑制するための第２補正トルク（トルク低減量）ΔＴ２を演算する。具体的には、初期トルク低減制御部６２は、ドライバーからの車両１に対する要求加速度を入力し、入力した要求加速度を車両１の等価慣性質量および各車輪３の車輪径で除算して、各車輪３に対する要求加速度Ｇｗｄを演算する。また、初期トルク低減制御部６２は、各車輪３の実車輪速Ｖｗを入力し、入力した実車輪速Ｖｗを微分して各車輪３の実加速度Ｇｗを演算する。

初期トルク低減制御部６２は、実加速度Ｇｗから演算した要求加速度Ｇｗｄを減算した偏差ΔＧｗを演算する。さらに、初期トルク低減制御部６２は、偏差ΔＧｗに所定のトルク変換係数Ｋｍｖを乗じて、第３ベース値ｂ３を演算し、後述する第２補正係数ｋ２を乗算した値を第２補正トルクΔＴ２として演算する。したがって、第２補正トルクΔＴ２は、後述する第２補正係数ｋ２を考慮しなければ、実加速度が要求加速度に対して大きく偏差ΔＧｗが大きいほど、絶対値が大きな値に設定される。

トルク制御部６０は、第２補正トルクΔＴ２をＰＩＤ制御部６１で演算された第１補正トルクΔＴ１、すなわち、ＰＩＤ制御の出力値から減算し、さらに位相進み制御部６３でＰＩＤ制御に対する所定の位相進み補償を施した上で最終補正トルクΔＴを演算する。トルク制御部６０は、ドライバーからの要求トルクＴｄに演算した最終補正トルクΔＴを加えて車輪３に対する制御トルクを算出する。それにより、最終補正トルクΔＴの値を低減させることができる。その結果、車輪３に駆動側のトルクが付与されている状態で、実加速度が要求加速度に対して大きく車輪３のスリップが生じている可能性が高いシチュエーションにおいて、スリップを抑制する傾向に駆動側のトルクが低減され、車輪３のスリップを速やかに抑制することができる。また、車輪３に制動側のトルクが付与されている状態で、実加速度が要求加速度に対して小さく車輪３がロックされている可能性が高いシチュエーションにおいては、車輪３のロックを抑制する傾向に制動側のトルクが低減され、車輪３のロックを速やかに抑制することができる。

また、本実施形態において、初期トルク低減制御部６２で演算された第２補正トルクΔＴ２は、図示するように、ＰＩＤ制御部６１の積分項算出部６１ｉにおいても用いられる。ＰＩＤ制御部６１では、目標車輪速Ｖｔと実車輪速Ｖｗとの偏差に対して、図示しない変換係数が乗じられた第２補正トルクΔＴ２が加えられた値が積分項算出部６１ｉに入力され、当該値について積分項を算出する。これにより、ＰＩＤ制御部６１では、第２補正トルクΔＴ２に基づく値を加えた分だけＩ制御が促進されることになる。すなわち、第２補正トルクΔＴ２が大きいほどＩ制御量が大きくなる。その結果、ＰＩＤ制御の定常偏差を抑えて制御精度を高めることができる。

さらに、積分項算出部６１ｉで算出された積分項は、初期トルク低減制御部６２へと出力される。初期トルク低減制御部６２では、入力した積分項すなわちＩ制御量に応じて設定される第２補正係数ｋ２が設定される。具体的には、初期トルク低減制御部６２は、Ｉ制御量と第２補正トルクΔＴ２の第２補正係数ｋ２との関係が予め定められたマップＭ４を使用し、入力したＩ制御量に応じた第２補正係数ｋ２を設定する。マップＭ４は、Ｉ制御量が大きいほど第２補正係数ｋ２が小さくなり、Ｉ制御量が所定値以上となると第２補正係数ｋ２が値０となるように予め設定されている。その結果、第３ベース値ｂ３に第２補正係数ｋ２を乗算して算出される第２補正トルクΔＴ２は、Ｉ制御量が大きくなるほど小さくなり、十分にＩ制御が促進されると値０となる。これにより、ＰＩＤ制御の出力値の整定がなされるにつれて第２補正トルクΔＴ２による補正の寄与度を小さくし、車輪３のスリップやロックが十分に抑制された後には第２補正トルクΔＴ２を最終補正トルクΔＴに反映させないようにして、最終補正トルクΔＴの値を安定化させることができる。

（実施形態の効果）
以上説明したように、実施形態の走行制御装置５０は、フロントモータ（走行用電気モータ）４およびリヤモータ（走行用電気モータ）６を備え、目標スリップ率に基づいて前後左右の車輪３が回転するように、各車輪３に付与されるトルクをフィードバック制御により制御する車両１の走行制御装置５０であって、車輪３に対する要求加速度Ｇｗｄと車輪３の実加速度Ｇｗとの偏差ΔＧｗが大きいほど大きくなる傾向に第２補正トルクΔＴ２を演算し、第２補正トルク（トルク低減量）ΔＴ２をフィードバック制御の出力値（第１補正トルクΔＴ１）から減算して各車輪３に付与されるトルクを補正するトルク制御部６０を備える。

この構成により、各車輪３に対する要求加速度Ｇｗｄと実加速度Ｇｗとの偏差ΔＧｗが大きくなるほど、各車輪３に付与されるトルクが小さくなるように、フィードバック制御の出力値を第２補正トルクΔＴ２で補正することができる。それにより、車輪３の回転数が吹き上がるようなスリップや、車輪３が回転しないロックが発生した場合にも、スリップやロックを速やかに抑制して車輪３のスリップ率Ｓを目標スリップ率Ｓｔに近づけることができる。したがって、より高精度かつ高応答なトラクションコントロールを実現可能となる。

また、フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、トルク制御部６０は、第２補正トルクΔＴ２が大きいほどＰＩＤ制御のＩ制御量を大きくする。この構成により、定常偏差を抑え、トラクションコントロールの高精度化を図ることができる。

また、トルク制御部６０は、Ｉ制御量が大きいほど、第２補正トルクΔＴ２によるＰＩＤ制御の出力値（第１補正トルクΔＴ１）に対する補正の寄与度を低減させる。この構成により、Ｉ制御が促進されてＰＩＤ制御の出力値の整定がなされるにつれて、すなわち、車輪３の回転数が整定されるにつれて第２補正トルクΔＴ２の寄与度を小さくし、各車輪３に付与されるトルクの値を安定化させることができる。

また、車両１の操舵角δ、車速Ｖｓ、重心スリップ角βおよび車両諸元に基づいて、各車輪３の車両進行方向における車輪並進速度Ｖ（Ｖｆｌ、Ｖｆｒ、Ｖｒｌ、Ｖｒｒ）を演算する車輪並進速度演算部５７と、車輪並進速度と目標スリップ率Ｓｔとに基づいて各車輪３の目標車輪速Ｖｔ（Ｖｔｆｌ、Ｖｔｆｒ、Ｖｔｒｌ、Ｖｔｒｒ）を演算する目標車輪速演算部５８とを備え、トルク制御部６０は、車輪速が目標車輪速Ｖｔに近づくようにトルクをフィードバック制御により制御する。この構成により、各車輪３の内外輪差を考慮した車輪並進速度Ｖを用いて各車輪３の目標車輪速Ｖｔを精度良く演算することができ、各車輪３に付与されるトルクを精度良く制御することが可能となる。したがって、トラクションコントロールの高精度化を図り、操作追従性を向上させることができる。

また、車輪並進速度演算部５７および目標車輪速演算部５８は、メインコントロールユニット２０に含まれ、トルク制御部６０は、メインコントロールユニット２０とは別のモータコントロールユニット（フロントモータコントロールユニット１０およびリヤモータコントロールユニット１２、サブコントロールユニット）に含まれる。この構成により、モータコントロールユニットが車輪並進速度Ｖの情報を有さなくとも、各車輪３に対する制御トルクを演算することができる。

（変形例）
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、目標車輪速演算部５８で演算された目標車輪速Ｖｔで各車輪３に付与されるトルクをフィードバック制御により制御するものとした。ただし、各車輪のスリップ率Ｓが目標スリップ率Ｓｔに近づくように、各車輪３に付与されるトルクをフィードバック制御により制御するものとしてもよい。

また、本実施形態の走行制御装置５０は、モータコントロールユニットとしてフロントモータコントロールユニット１０およびリヤモータコントロールユニット１２を備え、ブレーキコントロールユニットとして、フロントブレーキコントロールユニット３１およびリヤブレーキコントロールユニット３２を備えているが、いずれもモータやブレーキ装置毎に備えてもよいし、車両に１個ずつ備えていてもよい。

また、上記実施形態の車両１は、エンジン２を搭載し、外部充電および外部給電が可能なプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）であるが、ハイブリッド車（ＨＥＶ）や電動車両（ＥＶ）においても本発明を適用可能である。４輪を独立して駆動あるいは制動を電動で制御可能な車両に本発明を適用することが可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ 車輪
４ フロントモータ（走行用電気モータ）
６ リヤモータ（走行用電気モータ）
１０ フロントモータコントロールユニット（サブコントロールユニット）
１２ リヤモータコントロールユニット（サブコントロールユニット）
２０ メインコントロールユニット
３１ フロントブレーキコントロールユニット（サブコントロールユニット）
３２ リヤブレーキコントロールユニット（サブコントロールユニット）
５０ 走行制御装置
６０ トルク制御部
６１ ＰＩＤ制御部
６２ 初期トルク低減制御部
Ｇｗ 実加速度
Ｇｗｄ 要求加速度
Ｓｔ 目標スリップ率
Ｖ、Ｖｆｌ、Ｖｆｒ、Ｖｒｌ、Ｖｒｒ 車輪並進速度
Ｖｓ 車速
Ｖｔ、Ｖｔｆｌ、Ｖｔｆｒ、Ｖｔｒｌ、Ｖｔｒｒ 目標車輪速
β 重心スリップ角
δ 操舵角（ハンドル角）
ΔＧｗ 偏差
ΔＴ２ 第２補正トルク（トルク低減量）

Claims (4)

1. 走行用電気モータを備え、目標スリップ率に基づいて前後左右の車輪が回転するように、前記各車輪に付与されるトルクをフィードバック制御により制御する車両の走行制御装置であって、
   前記車輪に対する要求加速度と前記車輪の実加速度との偏差が大きいほど大きくなる傾向にトルク低減量を演算し、前記トルク低減量を前記フィードバック制御の出力値から減算して前記各車輪に付与されるトルクを補正するトルク制御部と、
   操舵角、車速、重心スリップ角および車両諸元に基づいて、前記各車輪の車両進行方向における車輪並進速度を演算する車輪並進速度演算部と、
   前記車輪並進速度と前記目標スリップ率とに基づいて前記各車輪の目標車輪速を演算する目標車輪速演算部と、
   を備え、
   前記トルク制御部は、車輪速が前記目標車輪速に近づくように前記トルクを前記フィードバック制御により制御する車両の走行制御装置。
2. 前記フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、
   前記トルク制御部は、前記トルク低減量が大きいほど前記ＰＩＤ制御のＩ制御量を大きくする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
3. 前記トルク制御部は、前記Ｉ制御量が大きいほど、前記トルク低減量による前記出力値に対する補正の寄与度を低減させる請求項２に記載の車両の走行制御装置。
4. 前記車輪並進速度演算部および前記目標車輪速演算部は、メインコントロールユニットに含まれ、前記トルク制御部は、前記メインコントロールユニットとは別のサブコントロールユニットに含まれる請求項１に記載の車両の走行制御装置。