本發(fā)明涉及一種控制車輛的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力兩者向前后輪的分配比率的車輛的運(yùn)動(dòng)控制方法、裝置以及搭載該裝置的車輛。

背景技術(shù)：

批量生產(chǎn)的第一代EV(Electric Vehicle：電動(dòng)車輛)代替內(nèi)燃機(jī)而搭載了電機(jī)，每一臺(tái)車輛搭載一臺(tái)電機(jī)。在今后的價(jià)位更高的EV/HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合動(dòng)力車)中，認(rèn)為為了實(shí)現(xiàn)差異化而搭載多個(gè)電機(jī)的車輛也會(huì)增加。

具有前輪用電機(jī)與后輪用電機(jī)的前后雙電機(jī)配置車輛，在其結(jié)構(gòu)上成為四輪驅(qū)動(dòng)方式，起步和加速性能提高。而且，在轉(zhuǎn)彎時(shí)也能夠在前后輪上再生減速時(shí)的運(yùn)動(dòng)能量，因此容易增大再生量。特別是根據(jù)負(fù)荷來分配再生扭矩，由此能夠使再生量最大化(能夠與制動(dòng)扭矩的前后分配同樣地以穩(wěn)定的姿勢(shì)進(jìn)行減速和再生)。

與此相對(duì)，在左右雙電機(jī)配置中，在轉(zhuǎn)彎時(shí)在內(nèi)輪上再生而得到減速力與電能，并且使用該能量來對(duì)外輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)行駛，由此得到加速力而進(jìn)行直接橫擺力矩控制(Direct Yaw-moment Control(DYC))。然而，內(nèi)輪與外輪相比轉(zhuǎn)彎速度低，相對(duì)于外輪側(cè)的反電動(dòng)勢(shì)電壓，僅能夠以低電壓來發(fā)電。因而，能夠通過內(nèi)輪進(jìn)行再生發(fā)電，但是實(shí)質(zhì)上從電池取出電能而提供給外輪側(cè)，作為車輛整體在轉(zhuǎn)彎時(shí)幾乎無法進(jìn)行再生。

另外，前后雙電機(jī)配置車輛為全輪驅(qū)動(dòng)，但是在左右雙電機(jī)配置的情況下，為了全輪驅(qū)動(dòng)化還需要一個(gè)電機(jī)，招致成本和重量增加。這樣，左右雙電機(jī)配置的優(yōu)點(diǎn)可舉出差動(dòng)齒輪的省略以及能夠進(jìn)行DYC。然而，在DYC中，在很多情況下由于制動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生的左右連桿力的失衡而發(fā)生滾轉(zhuǎn)力矩，損害橫擺運(yùn)動(dòng)與滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自然的復(fù)合。

根據(jù)如上背景，期望通過找出提高前后雙電機(jī)配置車輛的轉(zhuǎn)彎性能(操縱性和穩(wěn)定性)的前后分配控制內(nèi)容，得到與左右雙電機(jī)配置車輛相同以上的轉(zhuǎn)彎性能。另外，動(dòng)態(tài)地控制該前后分配比率的方法不僅應(yīng)用于EV/HEV，還能夠應(yīng)用于使用一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)的目前的四輪驅(qū)動(dòng)車中具有前后分配功能的車輛。

針對(duì)該課題，例如在專利文獻(xiàn)1中公開了一種前后輪與左右輪的驅(qū)動(dòng)力分配綜合控制裝置的技術(shù)，其特征在于，具備：前后輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)，其根據(jù)預(yù)定的車輛狀態(tài)來控制向前后輪的驅(qū)動(dòng)力分配；左右輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)，其根據(jù)預(yù)定的車輛狀態(tài)來控制向左右輪的驅(qū)動(dòng)力分配；轉(zhuǎn)向過度力矩檢測(cè)單元，其在轉(zhuǎn)彎中檢測(cè)由于上述左右輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)側(cè)的控制而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向過度力矩時(shí)或處于預(yù)測(cè)產(chǎn)生的狀態(tài)時(shí)；以及第一綜合控制單元，其在檢測(cè)出轉(zhuǎn)向過度力矩時(shí)，使前后輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行施加與轉(zhuǎn)向過度力矩檢測(cè)量相應(yīng)的前輪分配量的校正控制，并公開了前后輪與左右輪的驅(qū)動(dòng)力分配綜合控制裝置的技術(shù)，其特征在于，具備：轉(zhuǎn)向不足力矩檢測(cè)單元，其在轉(zhuǎn)彎中，檢測(cè)由于上述前后輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)側(cè)的控制而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向不足力矩時(shí)或處于預(yù)測(cè)產(chǎn)生的狀態(tài)時(shí)；以及第二綜合控制單元，其在檢測(cè)出轉(zhuǎn)向不足力矩時(shí)，使左右輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行施加與轉(zhuǎn)向不足力矩檢測(cè)量相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎外輪分配量的校正控制。

另外，在專利文獻(xiàn)2中公開了車輛的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，將被輸入的車輛的橫向的加加速度(Gy_dot)乘以根據(jù)速度(V)和橫向加速度(Gy)來決定并預(yù)先存儲(chǔ)的增益(KGyV)，根據(jù)乘法運(yùn)算得到的值生成用于控制車輛的前后加速度的控制指令，輸出所生成的上述控制指令。根據(jù)該方法，如非專利文獻(xiàn)1所示，前后加速度與橫向加速度的合成加速度矢量(G)的軌跡在車輛重心固定的坐標(biāo)系中以描繪平滑曲線的方式定向(Vectoring)，被稱為G-定向控制(GVC：G-Vectoring Control)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平6-80035號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008-285066號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：Improvement in vehicle agility and stability by G-Vectoring control M.Yamakado，J.Takahashi，S.Saito，A.Yokoyama&M.Abe,Vehicle System Dynamics,Volume 48,Supplement 1,December 2010,pages 231-254

非專利文獻(xiàn)2：M.Abe,Vehicle Handling Dynamics,Butterworth-Heinemman,Oxford,2009.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在專利文獻(xiàn)1中，在橫向加速度大且差動(dòng)限制扭矩大時(shí)，或橫向加速度大且差動(dòng)限制扭矩的增大變化大時(shí)容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向過度力矩，由此根據(jù)轉(zhuǎn)向過度力矩的易產(chǎn)生性，將差動(dòng)限制扭矩感應(yīng)增益Kgd賦予高值。然而，在這種方法中，表示由系統(tǒng)的運(yùn)行本身引起的轉(zhuǎn)向過度的預(yù)兆，并且并不明確為什么容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向過度，結(jié)果是需要在車輛的各狀態(tài)下的試運(yùn)行→調(diào)諧，不能說是確立了通用的設(shè)計(jì)方法。因而，通過該技術(shù)，在構(gòu)成系統(tǒng)的情況下，有可能成為高成本的系統(tǒng)。

并且，在專利文獻(xiàn)1中，在低μ路轉(zhuǎn)彎時(shí)等，在轉(zhuǎn)彎中由于在前后輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)側(cè)增加向前輪側(cè)的驅(qū)動(dòng)力分配的控制而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向不足力矩時(shí)或處于預(yù)測(cè)產(chǎn)生的狀態(tài)時(shí)，通過轉(zhuǎn)向不足力矩檢測(cè)單元來檢測(cè)轉(zhuǎn)向不足力矩狀態(tài)。而且，在檢測(cè)出轉(zhuǎn)向不足力矩時(shí)，在第二綜合控制單元中，在左右輪驅(qū)動(dòng)力分配控制系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行施加與轉(zhuǎn)向不足力矩檢測(cè)量相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎外輪分配量的校正控制。即，在轉(zhuǎn)向不足控制中，需要左右輪的驅(qū)動(dòng)力分配控制裝置，在前后雙電機(jī)配置車輛中，通過進(jìn)行無法實(shí)現(xiàn)的DYC來謀求解決。

另外，在專利文獻(xiàn)2的GVC中，證實(shí)了與車輛的橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)地控制前后加速度，由此，由加減速引起的負(fù)荷移動(dòng)適當(dāng)?shù)刈饔糜谵D(zhuǎn)向特性，即使不進(jìn)行DYC也實(shí)現(xiàn)操縱性與穩(wěn)定性的提高，但是并未公開將用于實(shí)現(xiàn)加減速指令值的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力如何分配至前輪和后輪為佳。

本發(fā)明的目的在于，提供一種執(zhí)行通過將驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力適當(dāng)?shù)胤峙渲燎拜?、后輪而將轉(zhuǎn)向特性設(shè)為適宜并實(shí)現(xiàn)操縱性與穩(wěn)定性兩者的提高的前后制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)分配控制(命名為Distribution plus、D+)的車輛的運(yùn)動(dòng)控制方法、裝置以及具備這些的車輛。

用于解決課題的手段

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的車輛的運(yùn)動(dòng)控制裝置以及搭載了該控制裝置的車輛的特征在于，具有對(duì)車輛的前輪與后輪的制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)分配進(jìn)行控制的單元，在該車輛的橫向加速度的絕對(duì)值增加時(shí)減小向前輪的分配，在該車輛的橫向加速度的絕對(duì)值減小時(shí)增大向前輪的分配。

發(fā)明效果

能夠提供一種使實(shí)現(xiàn)提高車輛的操縱性與穩(wěn)定性兩者的前后制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)分配控制(D+)具體化的車輛的運(yùn)動(dòng)控制裝置以及搭載了該運(yùn)動(dòng)控制裝置的車輛(傳動(dòng)(transfer)方式四輪驅(qū)動(dòng)、前后雙電機(jī)配置車輛)。另外，當(dāng)僅考慮制動(dòng)側(cè)時(shí)，還能夠應(yīng)用于能夠變更前后分配的制動(dòng)裝置以及搭載了該制動(dòng)裝置的車輛。

附圖說明

圖1是表示用于本發(fā)明GVC車輛從進(jìn)入向左彎道至駛離彎道為止的情形的圖。

圖2是表示進(jìn)行如圖1的行駛的情況下的時(shí)序數(shù)據(jù)的圖。

圖3是表示由車輛重心點(diǎn)的側(cè)滑而產(chǎn)生的輪胎橫向力的施力點(diǎn)的圖。

圖4是表示車輛的瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度的圖。

圖5是表示輪胎特性的非線性特性的近似的圖。

圖6是表示輪胎摩擦圓的圖。

圖7是表示由于D+控制而前后分配比發(fā)生變化的情形的圖。

圖8是表示效果確認(rèn)用的整車仿真的概要的圖。

圖9是表示整車仿真的轉(zhuǎn)向角輸入、前后加速度、和橫向加速度、“g-g”圖的圖。

圖10是表示整車仿真的轉(zhuǎn)向角輸入、本發(fā)明的前后分配比率、瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度的圖。

圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的圖。

圖12是表示本發(fā)明的控制器內(nèi)部處理與前后電機(jī)的關(guān)系的圖。

圖13是表示本發(fā)明實(shí)施時(shí)的轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景與驅(qū)動(dòng)力分配情形的圖。

圖14是表示本發(fā)明實(shí)施時(shí)與不實(shí)施時(shí)的各自的特征的圖。

具體實(shí)施方式

首先，關(guān)于用于解決課題的方法，說明其基本的想法，描述其結(jié)構(gòu)、實(shí)施方式。

本發(fā)明涉及將驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力如何向前后分配的技術(shù)。當(dāng)然，隨著產(chǎn)生加減速而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力，但是關(guān)于是什么樣的加減速這部分并不特別進(jìn)行限定。例如，可以根據(jù)駕駛員在轉(zhuǎn)彎過程中隨意進(jìn)行的加速、制動(dòng)操作將驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力向前后分配，也可以基于非專利文獻(xiàn)1的G-Vectoring控制，根據(jù)來自控制器的加減速控制指令將驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力向前后分配。在此，考慮將用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)能夠使熟練駕駛員的橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)動(dòng)作再現(xiàn)的G-Vectoring控制(以下，稱為GVC)來決定的加減速的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力向前后分配。

以下，首先概要地說明GVC。接著，根據(jù)非專利文獻(xiàn)2論述與車輛的輪胎特性有關(guān)的基本想法。在此，論述輪胎的側(cè)偏力的1)針對(duì)側(cè)滑角的非線性特性、2)負(fù)荷依賴性、3)驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力依賴性，導(dǎo)出本發(fā)明中用于解決問題的方法。而且，最后說明其結(jié)構(gòu)、實(shí)施方式。

<與橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的前后加速度控制(G-Vectoring)>

在非專利文獻(xiàn)1中公開了通過與由方向盤操作引起的橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)而自動(dòng)地進(jìn)行加減速，在前輪與后輪之間產(chǎn)生負(fù)荷移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)車輛的操縱性與穩(wěn)定性的提高的方法。以下式1示出具體的加減速指令值(目標(biāo)前后加速度G_xc)。

[式1]

基本上是將橫向加加速度Gy_dot乘以增益C_xy并賦予一階滯后的值設(shè)為前后加減速指令這種簡(jiǎn)單的控制律。

此外，G_y為車輛橫向加速度，Gy_dot為車輛橫向加加速度，C_xy為增益，T為一階滯后時(shí)間常數(shù)，s為拉普拉斯算符，G_{x_DC}為不與橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的加減速度指令，例如對(duì)應(yīng)于后文中說明的預(yù)碰撞制動(dòng)等。

由此，在非專利文獻(xiàn)1中確認(rèn)了能夠?qū)τ薪?jīng)驗(yàn)的駕駛員的橫向與前后運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)控制策略的一部分進(jìn)行模擬并能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的操縱性和穩(wěn)定性的提高。

該式的G_{x_DC}為未與橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的減速度成分(偏移)。是在存在前方有彎道的情況下的預(yù)見的減速或區(qū)間速度指令的情況下所需的項(xiàng)。另外，sgn(符號(hào))項(xiàng)為設(shè)置成針對(duì)向右彎道、向左彎道兩者得到上述動(dòng)作的項(xiàng)。具體地說，能夠?qū)崿F(xiàn)以下動(dòng)作：在轉(zhuǎn)向開始的拐入時(shí)進(jìn)行減速，當(dāng)成為穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎時(shí)(橫向加加速度成為零)停止減速，在轉(zhuǎn)向返回開始時(shí)的駛出彎道時(shí)進(jìn)行加速。

當(dāng)這樣進(jìn)行控制時(shí)，前后加速度與橫向加速度的合成加速度(標(biāo)記為G)，在橫軸上表示車輛的前后加速度、縱軸上表示車輛的橫向加速度的圖中，以隨著時(shí)間經(jīng)過而進(jìn)行曲線性遷移的方式定向(Vectoring)，因此被稱為“G-Vectoring控制”。

假設(shè)具體的行駛來說明應(yīng)用了式1的控制的情況下的車輛運(yùn)動(dòng)。

在圖1中假設(shè)直行道路A、過渡區(qū)間B、穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎區(qū)間C、過渡區(qū)間D、直行區(qū)間E這種向彎道的進(jìn)入、駛出的一般行駛場(chǎng)景。此時(shí)假定駕駛員不進(jìn)行加減速操作。

另外，圖2是將轉(zhuǎn)向角、橫向加速度、橫向加加速度、通過式1計(jì)算出的加減速指令以及四輪的制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)力作為時(shí)刻歷史波形而示出的圖。在后文中詳細(xì)說明，前外輪與前內(nèi)輪、后外輪與后內(nèi)輪以左右(內(nèi)外)分別成為相同值的方式分配了制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力。在此，制動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)力為在各輪的車輛前后方向上產(chǎn)生的力的總稱，制動(dòng)力定義為使車輛減速的方向的力，驅(qū)動(dòng)力定義為使車輛加速的方向的力。首先，車輛從直行道路區(qū)間A進(jìn)入到彎道。在過渡區(qū)間B(點(diǎn)1～點(diǎn)3)中，隨著駕駛員逐漸增加轉(zhuǎn)向，車輛的橫向加速度G_y增加。橫向加加速度Gy_dot在點(diǎn)2附近的橫向加速度增加期間取正值(在橫向加速度增加結(jié)束的3的時(shí)間點(diǎn)恢復(fù)為零)。此時(shí)，根據(jù)式1，在控制車輛中隨著橫向加速度G_y的增加而產(chǎn)生減速(G_xc為負(fù))指令。隨之，對(duì)前外、前內(nèi)、后外、后內(nèi)的各輪施加大致相同大小的制動(dòng)力(負(fù)號(hào))。

之后，當(dāng)車輛進(jìn)入到穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎區(qū)間C(點(diǎn)3～點(diǎn)5)時(shí)，駕駛員使轉(zhuǎn)向的增加停止，將轉(zhuǎn)向角保持固定。此時(shí)，橫向加加速度Gy_dot成為0，因此加減速指令G_xc成為0。因此，各輪的制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力也成為零。

接著，在過渡區(qū)間D(點(diǎn)5～7)中，通過駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向的反向操作，車輛的橫向加速度G_y減小。此時(shí)，車輛的橫向加加速度Gy_dot為負(fù)，根據(jù)式1，在控制車輛中產(chǎn)生加速指令G_xc。隨之，對(duì)前外、前內(nèi)、后外、后內(nèi)的各輪施加大致相同大小的驅(qū)動(dòng)力(正號(hào))。

另外，在直行區(qū)間E中，橫向加加速度G_y成為0，橫向加加速度Gy_dot也成為零，因此不進(jìn)行加減速控制。如上所述，在從轉(zhuǎn)向開始的拐入時(shí)(點(diǎn)1)起至彎道內(nèi)側(cè)頂點(diǎn)(點(diǎn)3)進(jìn)行減速，在穩(wěn)定圓轉(zhuǎn)彎中(點(diǎn)3～點(diǎn)5)使減速停止，在從轉(zhuǎn)向反向開始時(shí)(點(diǎn)5)起至離開彎道時(shí)(點(diǎn)7)進(jìn)行加速。這樣，如果對(duì)車輛應(yīng)用G-Vectoring控制，則駕駛員僅進(jìn)行用于轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向就能夠?qū)崿F(xiàn)與橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的加減速運(yùn)動(dòng)。

另外，當(dāng)在用橫軸表示前后加速度、用縱軸表示橫向加速度，在表示車輛所發(fā)生的加速度情形的“g-g”圖中示出該運(yùn)動(dòng)時(shí)，成為平滑曲線狀(以畫圓的方式)地遷移的特征性運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的加減速指令在該圖中以隨著時(shí)間經(jīng)過而進(jìn)行曲線性遷移的方式生成。該曲線狀的遷移，關(guān)于向左彎道，如圖1所示成為順時(shí)針的遷移，關(guān)于向右彎道，成為對(duì)G_x軸反轉(zhuǎn)的遷移路徑，其遷移方向成為逆時(shí)針。當(dāng)這樣遷移時(shí)，由前后加速度而車輛所產(chǎn)生的俯仰運(yùn)動(dòng)與由橫向加速度產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行關(guān)聯(lián)，滾轉(zhuǎn)角速度、俯仰角速度的峰值降低。

該控制，如圖1所示，當(dāng)省略一階滯后項(xiàng)、對(duì)左右運(yùn)動(dòng)的符號(hào)函數(shù)而考慮時(shí)，將車輛橫向加加速度乘以增益-C_xy而得到的值設(shè)為前后加速度指令，因此通過使增益增大，針對(duì)相同橫向加加速度，能夠增大減速度或加速度。

以下，以應(yīng)用GVC為前提，查看輪胎的側(cè)偏力的力學(xué)特性，由此推進(jìn)在本發(fā)明中作為對(duì)象的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力的前后分配方針的導(dǎo)出。

<與車輛的轉(zhuǎn)向特性有關(guān)的考察>

上述說明的GVC為用于根據(jù)橫向運(yùn)動(dòng)來使前后運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的基本控制方針，但是當(dāng)發(fā)生前后運(yùn)動(dòng)時(shí)在前后輪之間發(fā)生負(fù)荷移動(dòng)。另外，為了使前后運(yùn)動(dòng)發(fā)生，原本需要使制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力發(fā)生。這些現(xiàn)象為產(chǎn)生前后輪的橫向力的增益，并且使負(fù)責(zé)車輛的轉(zhuǎn)向特性的側(cè)偏剛度變化。結(jié)果是通過GVC進(jìn)行前后運(yùn)動(dòng)，但是還對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)帶來影響。在本章中，以向橫向運(yùn)動(dòng)的影響、特別是轉(zhuǎn)向特性為焦點(diǎn)來進(jìn)行研究，進(jìn)行用于使轉(zhuǎn)向特性設(shè)為適宜的前后力(扭矩)分配的導(dǎo)出的準(zhǔn)備。

(1)車輛的轉(zhuǎn)向特性

轉(zhuǎn)向不足(U.S.)、轉(zhuǎn)向過度(O.S.)、空檔轉(zhuǎn)向(N.S.)這種概念，在論述車輛的運(yùn)動(dòng)特性方面是極其重要的概念。如果當(dāng)前車輛轉(zhuǎn)向角為零并由于某種原因?qū)е略谥匦狞c(diǎn)產(chǎn)生側(cè)滑角，則前后輪也產(chǎn)生相同側(cè)滑角β，產(chǎn)生橫向力。該橫向力成為重心點(diǎn)周圍的力矩，眾所周知，偏擺運(yùn)動(dòng)為以下式。

[式2]

在此，I：車輛的偏擺慣性力矩、r：橫擺角速度、l_f：車輛重心點(diǎn)與前車軸之間的距離、l_r：車輛重心點(diǎn)與前車軸之間的距離、K_f：前輪的側(cè)偏剛度、K_r：后輪的側(cè)偏剛度、V：車輛速度、β：側(cè)滑角。

如果β為正，則根據(jù)該式，以下那樣的偏擺力矩作用于車輛的重心點(diǎn)。

1)在l_fK_f-l_rK_r為正時(shí)，負(fù)。

2)在l_fK_f-l_rK_r為零時(shí)，零。

3)在l_fK_f-l_rK_r為負(fù)時(shí)，正。

在1)的情況下，由側(cè)滑角而在前后輪產(chǎn)生的橫向力的合力的施力點(diǎn)為車輛的重心點(diǎn)的前方，在2)的情況下，與重心點(diǎn)一致，在3)的情況下，為后方。將該前后輪的側(cè)偏力的合力的施力點(diǎn)稱為空檔轉(zhuǎn)向點(diǎn)(NSP：Neutral-Steer-Point)。

如果車輛的重心點(diǎn)產(chǎn)生了側(cè)滑角β，則作用于前后輪的橫向力成為2K_fβ、2K_rβ。如圖3所示，當(dāng)將NSP與車輛重心點(diǎn)之間的距離設(shè)為l_n時(shí)，NSP周圍的基于2K_fβ與2K_rβ的力矩必須平衡，因此通過以下式3得到以下式4。

[式3]

(l_f+l_Nr)·2K_fβ-(l_r-l_Nr)·2K_rβ＝0 (3)

[式4]

也就是說，NSP在1)時(shí)比重心點(diǎn)更靠前、在3)時(shí)比重心點(diǎn)更靠后，并且在2)時(shí)與重心點(diǎn)一致。而且，將l_N除以軸距l(xiāng)來無量綱化而得的值稱為靜穩(wěn)定裕度(Static Margin，以下稱為S.M.)，作為定量地表現(xiàn)轉(zhuǎn)向特性的指標(biāo)而公知。

[式5]

能夠使用S.M.如以下那樣定義車輛的轉(zhuǎn)向特性。

1)S.M.>0→U.S.

2)S.M.＝0→N.S.

3)S.M.<0→O.S.

生產(chǎn)車輛幾乎全被設(shè)計(jì)成1)的S.M.>0。例如將車輛1作為S.M.1，將車輛2作為S.M.2，在S.M.1>S.M.2的情況下，車輛1和車輛2均為U.S.，這是沒有變化的，但能夠認(rèn)為車輛2與車輛1相比U.S.更弱。

并且，根據(jù)式(5)可知，在前輪、后輪的側(cè)偏剛度K_f、K_r受到側(cè)偏力的非線性、向輪胎的垂直負(fù)荷或制動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)力的影響而發(fā)生變化的情況下，SM發(fā)生變化。在下一節(jié)以后所考慮的那樣考慮瞬時(shí)的S.M.(Instantaneous S.M.，以下記為I.S.M.)的情況下，能夠考慮：在一臺(tái)車輛中也根據(jù)上述各種條件不同而存在U.S.強(qiáng)的瞬間、U.S.弱的瞬間，或?qū)⑵浞催^來通過加減速來控制向輪胎的垂直負(fù)荷的方法，或通過與橫向運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)地控制制動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)力的前后分配比來適當(dāng)?shù)乜刂艻.S.M的方法。

如圖4所示在駕駛員開始進(jìn)行轉(zhuǎn)向的狀況(圖4中1～3、與圖1相同)下，通過使U.S.相對(duì)弱，改善操縱性并使所需的轉(zhuǎn)向角減小，或相反地在使轉(zhuǎn)向返回而恢復(fù)至直行狀態(tài)時(shí)(5～7)，當(dāng)U.S.相對(duì)變強(qiáng)時(shí)穩(wěn)定性提高。從駕駛員看來，能夠感覺到“操控性能好的車”。與此相對(duì)，在進(jìn)入彎道時(shí)U.S.變強(qiáng)，在駛出彎道時(shí)U.S.相對(duì)變?nèi)鯐r(shí)，得到“轉(zhuǎn)向不足嚴(yán)重、穩(wěn)定性也差”這種評(píng)價(jià)。下一節(jié)以后依次示出對(duì)I.S.M.帶來影響的各種因素、側(cè)滑角、負(fù)荷、制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)分配。

(2)輪胎特性的非線性的影響

目前，在作用于輪胎的橫向力與其側(cè)滑角成正比這種前提下考慮了S.M.。在此，在輪胎的側(cè)滑角變大，橫向力不一定與側(cè)滑角成正比時(shí)，考慮該橫向力對(duì)S.M.帶來什么樣的影響。

作為輪胎的橫向力Y與側(cè)滑角β之間的關(guān)系，在此為了簡(jiǎn)化，設(shè)側(cè)滑角0的側(cè)偏剛度為K₀、橫向力由于摩擦力μW(W：輪胎垂直負(fù)荷)而飽和，當(dāng)使用側(cè)滑角的二次式對(duì)橫向力進(jìn)行近似時(shí)得到以下式6。

[式6]

在此，當(dāng)用β對(duì)式(6)進(jìn)行偏微分并形式上求出側(cè)滑角β的等效側(cè)偏剛度時(shí)，

[式7]

例如在考慮前輪1輪的情況下為W_f＝l_r·mg/l/2，因此結(jié)果是成為以下式8。

[式8]

然后，當(dāng)假設(shè)質(zhì)量m的偏擺慣性力矩I的車輛正在以G_y的橫向加速度、橫擺角速度r進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，關(guān)于作用于前后輪的橫向力，如果僅考慮其大小，則為：

[式9]

當(dāng)將近似式I≒m·l_f·l_r代入該式并將兩邊除以μl_rmg/l時(shí)，

[式10]

在此，當(dāng)為了能夠進(jìn)行因數(shù)分解而從1減去式(10)時(shí)，

[式11]

因此，當(dāng)求得式(10)的平方根并乘以K_f0時(shí)，

[式12]

當(dāng)設(shè)為(G_y+l_f)/μg<<1時(shí)能夠開平方，

[式13]

同樣地，關(guān)于后輪也成為以下式14。

[式14]

因而，考慮到輪胎特性的非線性的影響的瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M._NL為

[式15]

在此，考慮針對(duì)U.S.的車輛(S.M.₀>0、-(l_fK_f0-l_rK_r0)>0)開始轉(zhuǎn)向的狀況。即考慮橫向加速度G_y的絕對(duì)值小(G_y≒0)、橫擺角速度的增加大的轉(zhuǎn)彎初期。

[式16]

表示：瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M._NL將正的常數(shù)C>0、D>0與橫擺角加速度(r>0)的積從分母減去，與分子相加，因此當(dāng)橫擺角加速度增大時(shí)車輛的U.S.變強(qiáng)。另外，還表示：相反地從轉(zhuǎn)彎返回至直行的情況下，橫擺角加速度成為負(fù)，分母變大而分子變小，U.S.相對(duì)減弱。因而，關(guān)于輪胎特性的非線性的影響，在程度上存在差異，當(dāng)進(jìn)入彎道時(shí)U.S.增強(qiáng)，駛出彎道時(shí)U.S.相對(duì)減弱時(shí)，可以說是“轉(zhuǎn)向不足嚴(yán)重、穩(wěn)定性也差”這種如上所述的不良特性的罪魁禍?zhǔn)?。另外，作為?cè)滑角速度非常小，

[式17]

另外，當(dāng)假定在足夠短的期間速度變化也微小時(shí)，

[式18]

橫擺角加速度信息能夠考慮為含有橫向加加速度信息。

因而，重要的是進(jìn)行不使橫擺角加速度(橫向加加速度)變大，具體地說不使轉(zhuǎn)向速度變大的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，相反地，當(dāng)橫擺角加速度(橫向加加速度)成為零、即成為穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎而橫向加速度變得穩(wěn)定時(shí)，請(qǐng)注意具備瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M._NL恢復(fù)至原S.M.₀這種特性。

(3)基于加減速的負(fù)荷依賴性的影響

在前一節(jié)中可知，在針對(duì)側(cè)滑角具有非線性特性的輪胎中含有具有當(dāng)不進(jìn)行控制時(shí)難以操縱的特性的機(jī)構(gòu)。在本節(jié)中，考慮通過進(jìn)行加減速使該特性緩和的機(jī)構(gòu)，為此，首先調(diào)查側(cè)偏力的負(fù)荷依賴性。

當(dāng)進(jìn)行加減速時(shí)，輪胎的垂直負(fù)荷進(jìn)行移動(dòng)。例如在減速中負(fù)荷從后輪向前輪移動(dòng)，在加速中負(fù)荷從前輪向后輪移動(dòng)。另一方面，眾所周知，側(cè)偏力具有負(fù)荷依賴性。在此，當(dāng)將側(cè)偏剛度設(shè)為K_iw(i＝f、r、f：前、r：后)而它們對(duì)輪胎垂直負(fù)荷W_i具有1次負(fù)荷依賴性(比例系數(shù)C₁)時(shí)，用以下式表示。

[式19]

K_iw＝C₁W₁ (19)

另一方面，當(dāng)將車輛的重心高度設(shè)為h而車輛以G_x進(jìn)行加減速時(shí)，前輪負(fù)荷(一個(gè)的量)成為以下式20。

[式20]

后輪負(fù)荷(一個(gè)的量)成為以下式21。

[式21]

因而，側(cè)偏剛度前后分別成為以下式。

[式22]

[式23]

因而，以加減速G_x運(yùn)動(dòng)中的瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M._Gx為

[式24]

在此，當(dāng)為了直接地容易觀察加減速的影響而簡(jiǎn)化為l_f＝l_r時(shí)，

[式25]

式(25)示出當(dāng)車輛進(jìn)行加速(G_x>0)時(shí)靜穩(wěn)定裕度增加而U.S.增強(qiáng)，并且相反地進(jìn)行減速(G_x<0)時(shí)靜穩(wěn)定裕度減少而U.S.減弱這種情況。GVC通過在橫向加速度增加的轉(zhuǎn)彎初期進(jìn)行減速使U.S.減弱，并通過在橫向加速度下降而返回至直行狀態(tài)的轉(zhuǎn)彎結(jié)束時(shí)進(jìn)行加速來使U.S.增強(qiáng)，提高穩(wěn)定性。即，具有對(duì)由前一節(jié)中說明的輪胎非線性特性引起的操縱性和穩(wěn)定性的劣化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

(4)在實(shí)現(xiàn)加減速的前后力依賴性的影響之前的節(jié)中，論述了由基于加減速的負(fù)荷移動(dòng)引起的轉(zhuǎn)向特性變化。另一方面，為了進(jìn)行加減速需要通過四輪的輪胎來產(chǎn)生前后力。該力對(duì)輪胎的側(cè)偏力帶來影響。遵照古典的庫(kù)侖摩擦定律，如圖6所示，輪胎所發(fā)生的側(cè)偏力Y與驅(qū)動(dòng)力(或制動(dòng)力)X在任何情況下均必須滿足以下式。

[式26]

即，作用于輪胎與地面之間的水平面內(nèi)的所有方向的力的合力無法成為對(duì)此時(shí)的垂直負(fù)荷乘以摩擦系數(shù)而得到的值以上，合力的矢量停止在半徑μW的圓內(nèi)。將該圓稱為摩擦圓。如果設(shè)為X的驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力作用于輪胎的前后方向上，則以大側(cè)滑角達(dá)到的最大的側(cè)偏力Y_max成為以下式(在此，為了簡(jiǎn)化，僅關(guān)注實(shí)現(xiàn)加減速的前后力依賴性，而不考慮由加減速引起的負(fù)荷移動(dòng))。

[式27]

當(dāng)前，關(guān)于驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力為零時(shí)的側(cè)偏力Y₀相對(duì)于側(cè)滑角的關(guān)系，當(dāng)假設(shè)為任何的側(cè)滑角的由驅(qū)動(dòng)力(或制動(dòng)力)引起的側(cè)偏力的下降率相同時(shí)，以下式成立。

[式28]

根據(jù)該關(guān)系來研究如何將用于實(shí)現(xiàn)前一節(jié)的加減速的驅(qū)動(dòng)力(或制動(dòng)力)向前后進(jìn)行分配。

首先，當(dāng)考慮以前后加速度G_x來進(jìn)行加減速的車輛前后輪的垂直負(fù)荷(W_f、W_r)時(shí)，成為以下式。

[式29]

在此，導(dǎo)入驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力的負(fù)荷比例的分配概念。將分配給前輪的制動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)力與分配給后輪的制動(dòng)力/驅(qū)動(dòng)力的比率設(shè)為α：(1-α)(0<α<1)。

[式30]

如果按照該比率將用于實(shí)現(xiàn)前后加速度G_x的前后輪的驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力(X_f、X_r)進(jìn)行分配，則

[式31]

考慮將其代入到式(26)，當(dāng)前后分別計(jì)算X/μW時(shí)，成為以下式，

[式32]

結(jié)果是前輪與后輪的側(cè)偏力以相同比例下降。

[式33]

當(dāng)將兩者分別以前輪的側(cè)滑角β_f、β_r進(jìn)行偏微分而求出等效的側(cè)偏剛度時(shí)，

[式34]

因此，瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M._LD為，

[式35]

如式(35)所示，當(dāng)將驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力與前后輪的負(fù)荷成正比地進(jìn)行分配時(shí)，可以沒有由驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力引起的轉(zhuǎn)向特性的變化地進(jìn)行加減速。通常，由制動(dòng)引起的制動(dòng)力的前后分配被設(shè)計(jì)為大致為負(fù)荷比例。因而，在通過制動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)GVC的情況下，僅能夠得到在前一節(jié)中說明的使用了基于減速的負(fù)荷移動(dòng)的轉(zhuǎn)向特性的改善效果。

在本章中，以瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度(I.S.M.)對(duì)輪胎的側(cè)偏力的1)非線性、2)負(fù)荷依賴性、3)制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。由此確認(rèn)了：1)內(nèi)部含有由轉(zhuǎn)向開始時(shí)的橫擺角加速度(加加速度)引起的操縱和穩(wěn)定性的惡化機(jī)構(gòu)、2)形成有由基于GVC的適當(dāng)?shù)呢?fù)荷移動(dòng)引起的操縱和穩(wěn)定性的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、3)以前后負(fù)荷比率對(duì)制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分配時(shí)不對(duì)轉(zhuǎn)向特性帶來影響。在下一章中，以轉(zhuǎn)向特性的進(jìn)一步的改善效果為目標(biāo)，對(duì)驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)分配控制(Distribution plus,D+)進(jìn)行研究。

<前后輪分配控制(D+)>

在本章中進(jìn)行將轉(zhuǎn)向特性設(shè)為適宜的前后力(扭矩)分配的導(dǎo)出。首先，從前一章的前后負(fù)荷比率分配將以下那樣的分配偏移d_p加到前輪，并在后輪中減去。

[式36]

當(dāng)將它們除以負(fù)荷時(shí)，

[式37]

在此，關(guān)于表示由隨著加減速產(chǎn)生的前后負(fù)荷移動(dòng)引起的側(cè)偏剛度的變化的式(22)、式(23)，如式(28)所示，當(dāng)假設(shè)任何側(cè)滑角下由驅(qū)動(dòng)力(或制動(dòng)力)引起的側(cè)偏力的下降率都相同時(shí)，以下式成立。

[式38]

[式39]

在此，如果考慮括弧內(nèi)的值為相同數(shù)量級(jí)的微少量，則能夠展開為以下式。

[式40]

[式41]

當(dāng)根據(jù)它們來求出瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M._DR時(shí)，

[式42]

其中，

[式43]

關(guān)于式(42)的最后的變形，為了突出重點(diǎn)，具有(G_x/μg)2<<1、l_fK_f-l_rK_r≒0、K_f≒K_r這種妥當(dāng)性，但是進(jìn)行了相當(dāng)大膽的假設(shè)。在本次的式展開中，為了簡(jiǎn)化，并未包含根據(jù)如上所述的側(cè)偏力的非線性，與橫擺角加速度(≒加加速度相當(dāng))相應(yīng)地使瞬時(shí)的靜穩(wěn)定裕度增加的項(xiàng)，但是作為將其包含于S.M.0而考慮，將式(16)的影響代入到式(42)。并且，當(dāng)對(duì)G_x應(yīng)用基于GVC的加減速控制時(shí)，

[式44]

式(44)的第二項(xiàng)所示的情況是根據(jù)橫向加加速度來進(jìn)行減速，從而能夠使與橫向加加速度相應(yīng)地增加(成為轉(zhuǎn)向不足趨勢(shì))的瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度I.S.M.的增加緩和。然而，在第三項(xiàng)中將減速度平方而符號(hào)的概念消失。因此，為了使前后分配偏移D_p(H·d_p)具有與第二項(xiàng)相同的符號(hào)特性，導(dǎo)入下一控制律(Distribution Plus:D+)。

[式45]

當(dāng)與圖1的事例同樣地示出基于D+的分配比的變化情形時(shí)，成為圖7的情形。在駕駛員開始轉(zhuǎn)向的狀況(圖7中1～3、與圖1相同)下D_p成為負(fù)，基于GVC的用于產(chǎn)生減速度的減速力的前后分配比R_FR接近初始設(shè)定值R_FR0后輪，通過使U.S.相對(duì)減弱能夠改善操縱性并減小所需的轉(zhuǎn)向角。另外，相反地，在使轉(zhuǎn)向返回而恢復(fù)至直行狀態(tài)時(shí)(圖7中5～7、與圖1相同)，D_p成為正，用于產(chǎn)生GVC的加速度的驅(qū)動(dòng)力的前后分配比R_FR接近前輪，當(dāng)U.S.相對(duì)增強(qiáng)時(shí)穩(wěn)定性提高。當(dāng)將其代入到式(44)時(shí)，成為以下式，

[式46]

與上述說明的負(fù)荷比例前后分配相比，瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度的補(bǔ)償效果更大，能夠期望實(shí)現(xiàn)操縱性與穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。

當(dāng)考慮采用了D+控制的最終前后分配比R_FR時(shí)，將初始值作為R_FR0而用以下式表示。

[式47]

<基于整車仿真的D+控制的評(píng)價(jià)>

使用11自由度的整車模型來研究根據(jù)目前通過分析來研究的內(nèi)容并用式(45)進(jìn)行公式化的D+控制。圖8是表示整車模型的自由度和概要的圖。在11自由度的整車模型中不僅計(jì)算出橫擺運(yùn)動(dòng)，還能夠計(jì)算出滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)。輪胎模型采用刷子模型。由此，能夠按每個(gè)運(yùn)算步驟通過分析來計(jì)算輪胎的側(cè)偏力的1)非線性、2)負(fù)荷依賴性、3)制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力的影響。轉(zhuǎn)向使用了預(yù)先決定了轉(zhuǎn)向角輸入的“固定轉(zhuǎn)向”模型。對(duì)進(jìn)入向左彎道進(jìn)行模擬，對(duì)(1)無控制、(2)用前后固定分配的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)GVC加減速、(3)用對(duì)基于D+控制的前后分配進(jìn)行控制的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)GVC的三個(gè)事例進(jìn)行了評(píng)價(jià)。關(guān)于(2)，將用于實(shí)現(xiàn)GVC指令的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力固定為大致前后負(fù)荷比的0.6(前：0.6、后：1-0.6＝0.4)，關(guān)于(3)，通過對(duì)0.6相加用式(45)得到的前后偏移來決定了分配比。此外，加加速度增益C_dp用1.0進(jìn)行了計(jì)算。圖8下段記載的表為各參數(shù)一覽。

使用作為輪胎模型的內(nèi)部變量而計(jì)算的瞬時(shí)等效側(cè)偏剛度對(duì)瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度(I.S.M.)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。詳查是否觀察到圖4所示那樣的改善趨勢(shì)。

圖9、圖10為仿真結(jié)果。圖9上段為轉(zhuǎn)向角。從時(shí)刻0.5秒朝向35度開始進(jìn)行轉(zhuǎn)向，在1.5秒穩(wěn)定于35度。就這樣將轉(zhuǎn)向維持到3.5秒后繼續(xù)轉(zhuǎn)彎，之后在4.5秒將轉(zhuǎn)向角恢復(fù)至零。示出正好與圖1、2相同的轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

圖9中段分別為橫向加速度G_y、前后加速度G_x的時(shí)序計(jì)算結(jié)果，下段為表示前后加速度G_x與橫向加速度G_y的利薩如波形的所謂“g-g”圖。在從轉(zhuǎn)向開始時(shí)的0.5秒至1.5秒期間，由于轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生橫向加加速度G_{y_dot}。因而，根據(jù)式(1)使GVC啟動(dòng)(控制指令不再為零)。從轉(zhuǎn)向停止的1.5秒至3.5秒為止，橫向加速度G_y為大致固定(橫向加加速度為零)，因此不發(fā)生GVC的前后加速度G_x。從3.5秒至4.5秒橫向加速度G_y減小、即產(chǎn)生負(fù)的橫向加加速度，因此GVC成為加速指令。通過上述過程，所產(chǎn)生的橫向加速度G_y與前后加速度G_x的合成加速度矢量被定向?yàn)橄露蔚摹癵-g”圖所示那樣平滑的曲線狀。因此，如上所述，在轉(zhuǎn)彎開始時(shí)由于減速而前輪負(fù)荷增加，在駛出時(shí)由于加速而后輪的負(fù)荷增加。

圖10的上段是再次表示轉(zhuǎn)向角的曲線圖，中段是表示基于D+的前后分配的曲線圖。與圖9的GVC同樣地，在產(chǎn)生橫向加加速度G_{y_dot}的情況下，根據(jù)式(45)來計(jì)算前后輪的分配偏移。在該計(jì)算例中，初始前輪分配設(shè)定成為0.6(后輪：0.4)。在從轉(zhuǎn)向開始時(shí)的0.5秒至1.5秒期間，為了產(chǎn)生基于GVC的減速度而需要在前后輪供給減速力。在此期間，產(chǎn)生正的橫向加加速度，因此按照式(45)，偏移量成為負(fù)，前輪的分配變得小于0.6。這表示前輪的制動(dòng)力分配向后輪移動(dòng)，由后輪負(fù)擔(dān)更多的制動(dòng)力。

另外，從轉(zhuǎn)向停止的1.5秒至3.5秒為止，橫向加速度G_y為大致固定(橫向加加速度G_{y_dot}為零)，因此偏移量也成為零，恢復(fù)至初始前輪分配設(shè)定0.6。從3.5秒至4.5秒橫向加速度G_y減小、即產(chǎn)生負(fù)的橫向加加速度，因此按照式(45)偏移量成為正。于是，用于實(shí)現(xiàn)GVC的加速指令的驅(qū)動(dòng)力中前輪所負(fù)擔(dān)的比例增加。

圖10下段示出將上述瞬時(shí)靜穩(wěn)定裕度(I.S.M.)(1)無控制(Without_Control，無控制)、(2)將GVC加減速通過前后固定分配的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)(Without_D+，無D+)、(3)將GVC通過對(duì)基于D+控制的前后分配進(jìn)行控制的制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)(With_D+，有D+)這三個(gè)事例。

在(1)中，由于輪胎的側(cè)偏力的1)非線性，與轉(zhuǎn)向開始同時(shí)I.S.M.增加、即U.S.增強(qiáng)，在轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)I.S.M.減少、即向OS方向遷移。當(dāng)開始轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)不易拐彎，在返回時(shí)搖搖晃晃等，作為結(jié)果可看出操縱性、穩(wěn)定性均劣化。

與此相對(duì)，在(2)的僅GVC中，由于側(cè)偏力的2)負(fù)荷依賴性，發(fā)生由減速引起的負(fù)荷移動(dòng)，進(jìn)入彎道時(shí)的U.S.降低，操縱性提高。另一方面，在駛出時(shí)由于基于GVC的加速而負(fù)荷向后輪移動(dòng)，但是存在后輪處的加速力的負(fù)擔(dān)，因此受到3)制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力的影響而留有一些向U.S.方向的偏移(穩(wěn)定性的提高)。

在應(yīng)用了本發(fā)明的(3)中，與僅GVC的(2)相比，能夠大幅改善轉(zhuǎn)彎開始時(shí)的U.S.的降低以及防止轉(zhuǎn)彎駛出時(shí)向O.S.方向的變化的效果。該結(jié)果表示，本發(fā)明所公開的基于式(45)的D+控制將驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力適當(dāng)?shù)胤峙渲燎拜?、后輪，由此將轉(zhuǎn)向特性設(shè)為適宜，能夠提高操縱性與穩(wěn)定性兩者。

<基于D+控制的抽象化的擴(kuò)展>

在式(45)中為表示基本概念的D+控制，但是如式(16)所示，當(dāng)橫擺角加速度增加時(shí)，當(dāng)根據(jù)車輛的U.S.增強(qiáng)這種見解來考慮時(shí)，作為信息量還能夠應(yīng)用橫向加加速度以外的量。首先，當(dāng)使用橫擺角加速度時(shí)，即使

[式48]

也得到相同的效果。其中，r:車輛的橫擺角速度、r_dot:車輛的橫擺角加速度。并且，橫擺角加速度在不需要逆轉(zhuǎn)向等的正常駕駛區(qū)域中與轉(zhuǎn)向角速度具有直接關(guān)系，因此設(shè)δ:轉(zhuǎn)向角、δ_dot:轉(zhuǎn)向角速度，還考慮以下式那樣公式化，

[式49]

這些全部方法在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

然后，以下通過文章來定義如上所述公式化的本發(fā)明。

將式(45)變更為，

將橫向加加速度G_{y_dot}為零的情況下的前輪的分配比率定義為初始比率，

在橫向加加速度G_{y_dot}為正時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為小于初始比率，

在橫向加加速度G_{y_dot}為負(fù)時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為大于初始比率。

換言之，變更為，

將橫向加加速度G_{y_dot}為零的情況下的后輪的分配比率定義為初始比率，

在橫向加加速度G_{y_dot}為正時(shí)，將后輪的分配比率設(shè)為大于初始比率，

在橫向加加速度G_{y_dot}為負(fù)時(shí)，將后輪的分配比率設(shè)為小于初始比率。

進(jìn)一步，換言之，變更為，

在橫向加速度的絕對(duì)值增加時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為小，將后輪的分配比率設(shè)為大，

在橫向加速度的絕對(duì)值減小時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為大，將后輪的分配比率設(shè)為小。

式(48)與式(47)的情況相同，變更為，在橫擺角速度的絕對(duì)值增加時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為小，將后輪的分配比率設(shè)為大，在橫擺角速度的絕對(duì)值減小時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為大，將后輪的分配比率設(shè)為小。

式(49)與式(47)的情況相同，變更為，在轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值增加時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為小，將后輪的分配比率設(shè)為大，在轉(zhuǎn)向角的絕對(duì)值減小時(shí)，將前輪的分配比率設(shè)為大，將后輪的分配比率設(shè)為小。

目前說明了將驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力適當(dāng)?shù)胤峙渲燎拜啞⒑筝?，由此將轉(zhuǎn)向特性設(shè)為適宜并提高操縱性與穩(wěn)定性兩者的控制方法。以下，說明使用了該控制方法的控制裝置和車輛的結(jié)構(gòu)。

圖11示出使用了本發(fā)明的車輛的運(yùn)動(dòng)控制裝置的車輛的第一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，車輛0為通過前電機(jī)21來驅(qū)動(dòng)左前輪11、右前輪12并通過后電機(jī)22來驅(qū)動(dòng)左后輪13、右后輪14的雙電機(jī)前后配置EV/HEV四輪驅(qū)動(dòng)車(另外，在圖11中省略記載了電池等電池部件)。

駕駛員的轉(zhuǎn)向裝置40的轉(zhuǎn)向量由轉(zhuǎn)向角傳感器53檢測(cè)出，通過ADAS(Advanced driver assistance system：先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng))控制器30進(jìn)行轉(zhuǎn)向角速度的計(jì)算等運(yùn)算處理。駕駛員的加速踏板41的踩入量由加速傳感器54檢測(cè)出，通過ADAS控制器30進(jìn)行運(yùn)算處理。駕駛員的制動(dòng)踏板42的踩入量由制動(dòng)傳感器55檢測(cè)出，通過ADAS控制器30進(jìn)行運(yùn)算處理。然后，ADAS控制器30根據(jù)這些量，對(duì)前電機(jī)21、后電機(jī)22基于未圖示的逆變器等實(shí)施功率控制、扭矩控制。能夠根據(jù)從ADAS控制器30輸出的速度上升(加速)、速度下降(減速)指令進(jìn)行驅(qū)動(dòng)行駛驅(qū)動(dòng)和再生制動(dòng)。例如能夠根據(jù)在GVC中求出的減速度、目標(biāo)速度指令等前后運(yùn)動(dòng)指令來產(chǎn)生減速作用。

接著，說明本發(fā)明的傳感器群。

如圖11所示，橫向加速度傳感器51與橫擺角速度傳感器52被配置于重心點(diǎn)附近。對(duì)橫向加速度傳感器51的輸出進(jìn)行微分而得到橫向加加速度信息的邏輯以及對(duì)橫擺角速度傳感器52的輸出進(jìn)行微分而得到橫擺角加速度的邏輯如圖12所示，被內(nèi)置于ADAS控制器30。

另外，如日本特開2011-7353號(hào)公報(bào)所示，可以通過使用了車輛速度、轉(zhuǎn)向角、車輛運(yùn)動(dòng)模型的估計(jì)橫擺角速度、橫向加速度來得到橫向加加速度或橫擺角加速度，也可以例如通過高選(select-high)等處理將它們組合使用。

并且，在車輛0上搭載了立體相機(jī)56。立體相機(jī)56由在左右方向上兩個(gè)攝像元件的CCD相機(jī)構(gòu)成。

兩個(gè)CCD相機(jī)例如以隔著車室內(nèi)的后視鏡(未圖示)的方式配置，從車輛固定系統(tǒng)的不同坐標(biāo)分別拍攝車輛前方的對(duì)象物，將兩個(gè)圖像信息輸出到立體圖像處理裝置(搭載于立體相機(jī)56內(nèi))。此外，在此使用了CCD相機(jī)，但是也可以使用CMOS相機(jī)。

在立體圖像處理裝置中從立體相機(jī)56輸入圖像信息并且經(jīng)由ADAS控制器30輸入車速V。根據(jù)這些信息，立體圖像處理裝置根據(jù)來自立體相機(jī)56的圖像信息對(duì)車輛0前方的立體物數(shù)據(jù)、白線數(shù)據(jù)等前方信息進(jìn)行識(shí)別，并估計(jì)本車行駛路徑。在本實(shí)施例中明確地設(shè)為通過ADAS控制器30實(shí)施GVC和D+控制并控制前電機(jī)21、后電機(jī)22的結(jié)構(gòu)，但是兩控制邏輯的運(yùn)算量非常少，因此也可以搭載于立體相機(jī)56內(nèi)的立體圖像處理裝置。由此，為了構(gòu)成防撞制動(dòng)系統(tǒng)，能夠通過已經(jīng)搭載于車輛的立體相機(jī)等來共享控制器，從而使成本降低。

圖12示出本發(fā)明的ADAS控制器30與前電機(jī)21以及后電機(jī)22的信號(hào)傳遞結(jié)構(gòu)。

對(duì)ADAS控制器30輸入轉(zhuǎn)向角、橫擺角速度、橫向加速度等車輛橫向運(yùn)動(dòng)信息、加速、制動(dòng)等駕駛員信息。橫向運(yùn)動(dòng)信息分別被進(jìn)行微分等信號(hào)處理，求出轉(zhuǎn)向角速度、橫擺角速度、橫向加加速度(在圖12中，作為物理量以橫向加加速度為代表)。對(duì)該橫向加加速度與式(1)同樣地乘以增益C_xy而計(jì)算出GVC加減速指令值。對(duì)其加上基于來自駕駛員的加速的加速指令、基于制動(dòng)的減速指令而計(jì)算出加減速指令。另一方面，在ADAS控制器30中，如式(45)、式(48)以及式(49)所示，可以根據(jù)橫向加加速度、橫擺角速度、轉(zhuǎn)向角速度來運(yùn)算分配偏移D_p，從初始分配R_FR0進(jìn)行加減運(yùn)算，由此計(jì)算前后分配比R_FR，如圖12所示，也可以設(shè)橫軸為轉(zhuǎn)向角速度、橫擺角速度、橫向加加速度的圖而存儲(chǔ)。在這種情況下，二維圖的斜率成為C_dp。將上述加減速指令分配至前后分配比R_FR，對(duì)驅(qū)動(dòng)前兩輪的前電機(jī)21與驅(qū)動(dòng)后兩輪的后電機(jī)22的再生和驅(qū)動(dòng)行駛功率進(jìn)行控制，從而控制為接近加減速指令。

圖13是根據(jù)轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景來圖示本發(fā)明的實(shí)施方式的圖。

當(dāng)沿前進(jìn)方向而進(jìn)入到向左彎道時(shí)，正的橫向加速度上升，加加速度也成為正。因此，按照式(1)而產(chǎn)生基于GVC的減速指令。另外，隨著產(chǎn)生正的加加速度，根據(jù)式(45)或ADAS控制器30的圖，R_FR變小，結(jié)果是向后輪的制動(dòng)力分配增大(圖13的(a)、(b)的各輪制動(dòng)力的箭頭)。

接著，當(dāng)成為彎道內(nèi)側(cè)頂點(diǎn)或穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎時(shí)加加速度成為零，因此加減速度指令也成為零，不產(chǎn)生制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)力(圖13(c))。

并且，當(dāng)從向左彎道駛出時(shí)，由于正的橫向加速度下降而加加速度成為負(fù)。因此，按照式(1)產(chǎn)生基于GVC的加速指令。另外，隨著產(chǎn)生負(fù)的加加速度，根據(jù)式(45)或ADAS控制器30的圖，R_FR變大，結(jié)果是向前輪的驅(qū)動(dòng)力分配增大(圖13(d)、(e))。

如上所述，在本發(fā)明中，能夠以在轉(zhuǎn)彎開始時(shí)后輪的制動(dòng)力增加，在駛出時(shí)前輪的驅(qū)動(dòng)力增加的方式使前后驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力變化。

在本實(shí)施例中，提及了雙電機(jī)前后配置車輛，但是，實(shí)施例前半部分的基于輪胎特性的分析內(nèi)容當(dāng)然并不限定于此，在具有前后扭矩分配裝置并搭載一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)或搭載一臺(tái)電機(jī)的車輛中也能夠提高操控性能。另外，當(dāng)不進(jìn)行加速控制而僅專用于減速控制時(shí)，還能夠作為摩擦制動(dòng)的前后分配控制而應(yīng)用。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種使實(shí)現(xiàn)提高車輛的操縱性與穩(wěn)定性兩者的前后制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)分配控制(D+)具體化的車輛的運(yùn)動(dòng)控制裝置以及搭載了該裝置的車輛(傳動(dòng)方式四輪驅(qū)動(dòng)、雙電機(jī)前后配置車輛)。另外，當(dāng)僅考慮制動(dòng)側(cè)時(shí)，還能夠應(yīng)用于能夠變更前后分配的制動(dòng)裝置以及搭載了該裝置的車輛。另外，在本實(shí)施例中主要提及了應(yīng)用GVC的情況，但是如圖12所示，即使僅根據(jù)駕駛員的加速、制動(dòng)信息，即在GVC增益C_xy＝0的狀態(tài)下根據(jù)駕駛員的加減速請(qǐng)求來進(jìn)行D+控制，在駕駛員如熟練駕駛員那樣進(jìn)行可靠的加減速的前提下，也能夠?qū)崿F(xiàn)提高車輛的操縱性與穩(wěn)定性兩者。

最后使用圖14說明應(yīng)用了本發(fā)明的車輛以及未應(yīng)用本發(fā)明的車輛的特征(其中，記載了雙電機(jī)前后配置EV/HEV)。

首先，假設(shè)在低速行駛條件下在圖1、2或圖13那樣的路線上行駛。對(duì)前電機(jī)21與后電機(jī)22的功率(P_f、P_r)進(jìn)行計(jì)測(cè)，計(jì)算前電機(jī)的功率比(P_f/(P_f+P_r))。在應(yīng)用了本發(fā)明的車輛中，在進(jìn)入彎道時(shí)前電機(jī)的功率比與進(jìn)入彎道前相比降低。另外，在駛出彎道時(shí)前電機(jī)21的功率比增加。

接著，考慮對(duì)在同一彎道上高速行駛的情況下的前電機(jī)的功率比與低速行駛的情況下的前電機(jī)的功率比進(jìn)行比較這一情況。為了在同一彎道高速行駛而前進(jìn)，轉(zhuǎn)向速度、橫擺角速度、橫向加加速度與低速行駛的情況相比必然加大。于是，按照式(45)、式(48)、式(49)或圖等信息，功率比的偏移本身增大，如圖14(2)所示，與本發(fā)明的低速條件下的行駛時(shí)相比，在進(jìn)入彎道時(shí)前電機(jī)的功率比進(jìn)一步變小，在駛出彎道時(shí)前電機(jī)的功率比進(jìn)一步變大。這是應(yīng)用了本發(fā)明的車輛的特征。

在并非EV/HEV的情況下，根據(jù)相同觀點(diǎn)，通過前后制動(dòng)油壓、傳動(dòng)連接力或輪6分力計(jì)測(cè)，在進(jìn)入時(shí)前輪所產(chǎn)生的減速力變小，在駛出時(shí)前輪所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力變大，由此能夠辨別是否為應(yīng)用了本發(fā)明的車輛。

符號(hào)說明

0：車輛；11：左前輪；12：右前輪；13：左后輪；14：右后輪；21：前電機(jī)；22：后電機(jī)；30：ADAS控制器；40：轉(zhuǎn)向裝置；41：加速踏板；42：制動(dòng)踏板；51：橫向加速度傳感器；52：橫擺角速度傳感器；53：轉(zhuǎn)向角傳感器；54：加速傳感器；55：制動(dòng)傳感器；56：立體相機(jī)。