JP2005145106A - 車両運動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右駆動輪に駆動力差が発生した場合でも、車両の挙動を安定方向に制御可能な車両運動制御装置を提供すること。
【解決手段】 検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角、若しくは後輪補助舵角を算出し、補助舵角付与手段に指令信号を出力する車両運動制御手段を備えた車両運動制御装置において、左右駆動輪の駆動力差を検出する駆動力差検出手段と、検出された駆動力差に基づいて、補助舵角を修正する補助舵角修正手段とを設けたこととした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、前輪もしくは後輪に補助舵角を与える操舵制御装置を備え、車両の挙動制御を行う車両運動制御装置に関する。

従来、駆動輪のスリップ時に車両挙動の安定を図る技術として、特許文献１に記載の技術が記載されている。この公報には、後輪に補助舵角を付与する構成において、駆動輪のスリップ時に、前輪駆動車の場合は後輪操舵角として前輪と逆相操舵を実行してアンダーステア傾向を緩和し、後輪駆動車の場合は後輪操舵角として前輪と同相操舵を実行してオーバーステア傾向を抑制する技術が開示されている。
特開平５−１７０１２２号公報。

ここで、駆動力とは、作用反作用の関係から、路面摩擦係数によって上限値が制限される。駆動装置から駆動輪に出力される左右駆動力が同じであったとしても、一方の駆動輪の接地する路面摩擦係数のみが低い場合には、この駆動輪の駆動力は小さくなり、他方の駆動輪（路面摩擦係数が高い方）の駆動力は大きくなる。よって、左右駆動力差に起因するヨーモーメントが発生する。このような状況下において、特許文献１に記載の技術にあっては、駆動輪のスリップ量に基づいて補正しているのみであるため、所望の車両挙動を得るための操舵目標値を得ることができず、運転者に違和感を与える虞があった。

本発明は、左右駆動輪に駆動力差が発生した場合でも、車両の挙動を安定方向に制御可能な車両運動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角、若しくは後輪補助舵角を算出し、補助舵角付与手段に指令信号を出力する車両運動制御手段を備えた車両運動制御装置において、左右駆動輪の駆動力差を検出する駆動力差検出手段と、検出された駆動力差に基づいて、前記補助舵角を修正する補助舵角修正手段とを設けたことすることで、上記課題を解決するに至った。

本願発明にあっては、左右駆動輪の駆動力差に基づいて補助舵角を修正することで車両挙動の変動を抑制することが可能となり、運転者の違和感を抑制することができる。

以下、本発明における車両用操舵制御装置の実施形態について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

本発明の車両用操舵制御装置は、前後輪に補助舵角を与える前後輪補助舵角制御装置と、４輪のブレーキ力を制御することで車両挙動を制御するブレーキ制御装置が備えられている。

図１は実施例１における前後輪補助操舵制御装置及びブレーキ制御装置を備えた車両挙動制御装置の基本構成を示す全体システム図である。実施例１の車両用操舵制御装置が適用される車両の前輪１２Ｌ，１２Ｒには、運転者の操舵入力に基づき前輪１２Ｌ，１２Ｒを操舵するステアリングユニット１４が設けられている。更に、ステアリングユニット１４には、電動モータにより前輪１２Ｌ，１２Ｒに補助舵角を与える前輪操舵アクチュエータ７が設けられている。また、後輪１３Ｌ，１３Ｒに補助舵角を与える後輪操舵アクチュエータ８が設けられている。

前輪操舵アクチュエータ７及び後輪操舵アクチュエータ８は、前輪操舵コントローラ４及び後輪操舵コントローラ５からの指令に基づいて、電動モータにより前輪１２Ｌ，１２Ｒ及び後輪１３Ｌ，１３Ｒに所望の舵角を付与するよう構成されている。このとき、前輪操舵コントローラ４には、前輪の実舵角を検出する前輪側舵角センサ４１からの前輪舵角が入力され、目標前輪舵角に一致するようにフィードバック制御が実行される。同様に後輪操舵コントローラ５には、後輪の実舵角を検出する後輪側舵角センサ５１からの後輪舵角が入力され、目標後輪舵角に一致するようにフィードバック制御が実行される。尚、具体的な付与機構については周知技術であるため説明を省略する。

また、各車輪のブレーキ液圧を独立に制御可能なブレーキアクチュエータ９が設けられている。ブレーキコントローラ６からの指令に基づいて、四輪のブレーキ液圧を所望の液圧に制御するよう構成されている。ブレーキコントローラ６には、各輪のブレーキ液圧を検出する圧力センサ１０からの圧力が入力され、目標液圧に一致するようにフィードバック制御が実行される。尚、具体的な液圧制御機構については周知技術であるため説明を省略する。

操舵制御コントローラ３には、パルスエンコーダ等を用いて運転者の操舵角度θを検出する操舵角センサ１（ハンドル操舵角検出手段に相当），車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２（車速検出手段に相当），各輪のホイルシリンダ圧を検出する圧力センサ１０、各輪の車輪速を検出する車輪速センサ１１からの検出信号が入力される。これらの入力信号に基づいて、前輪補助舵角、後輪補助舵角及びブレーキ液圧を演算し、各アクチュエータに対して指令信号を出力する。以下、操舵制御コントローラ３の構成について説明する。

図２は操舵制御コントローラ３の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ３は、目標値生成部３１、目標出力値生成部３２から構成されている。

目標値生成部３１は、図３の目標値生成部３１の構成を表すブロック図に示すように、車両モデル演算部３１１と目標値演算部３１２から構成されている。
車両モデル演算部３１１は、操舵角度θと車体速Ｖから２輪モデルを用いて車両パラメータを演算する。車両パラメータの演算については後で詳細に説明する。
目標値演算部３１２は、操舵角度θ、車体速Ｖ及び車両パラメータから、車両の目標ヨーレイトψ'^*と目標横速度V^*yを決定する。

目標出力値生成部３２は、図４の目標出力値生成部３２の構成を表すブロック図に示すように、目標後輪舵角演算部３２１，目標前輪舵角及び目標ブレーキ液圧演算部３２２及び目標前後輪修正操舵角演算部３２３から構成されている。
目標前輪舵角演算部３２１は、車両の目標ヨーレイトψ'^*と目標横速度V^*yから目標後輪舵角δ^*を決定する。
目標前輪舵角及び目標ブレーキ液圧演算部３２２は、車両の目標ヨーレイトψ'^*，目標横速度V^*y，目標後輪舵角δ^*とから目標前輪舵角θ^*及び各輪の目標ブレーキ液圧P^* _brを決定する。
目標前後輪修正操舵角演算部３２３は、左駆動輪回転角速度ω_L，右駆動輪回転角速度ω_R，左駆動輪ブレーキ液圧P_BL，右駆動輪ブレーキ液圧P_BR，目標後輪舵角δ^*及び目標前輪舵角θ^*から、路面摩擦係数の異なる路面を走行した場合の後輪舵角目標値δ^* _s、路面摩擦係数の異なる路面を走行した場合の前輪舵角目標値θ^* _s、最終的な後輪舵角目標値δ^* _f、最終的な前輪舵角目標値θ^* _fを決定する。

前輪操舵コントローラ４は、前輪側舵角センサ４１から検出された前輪の実舵角が目標前輪舵角θ^*と一致するように前輪操舵アクチュエータ７を制御する。

後輪操舵コントローラ５は、後輪側舵角センサ５１から検出された後輪の実舵角が目標前輪舵角δ^*と一致するように後輪操舵アクチュエータ８を制御する。

ブレーキコントローラ６は、圧力センサ１０から検出された各輪のホイルシリンダ圧を各輪の目標ブレーキ液圧P^* _brと一致するようにブレーキアクチュエータ９を制御する。

〔車両モデル演算部３１１における車両モデル演算〕
車両モデル演算部３１１は、以下に示す車両モデルから、車両パラメータを演算する。
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレイトと横速度は、下記式１で表せる。
（式１）

ここで、

（式２）

である。

状態方程式より前輪操舵に対するヨーレイト、横速度の伝達関数を求めると、下記式（３）及び式（４）で表される。
（式３）

（式４）

となる。

ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。
（式５）

ここで、
（式６）

同様に横速度伝達関数は、式４より下記式７と表される。
（式７）

ここで、
（式８）

以上から、車両パラメータ

が求められる。

〔目標値演算部３１２における目標値演算〕
目標値演算部３１２における車速、車両パラメータと後述する目標値パラメータから目標ヨーレイトと目標横速度を求める。

目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。
（式９）

目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
（式１０）

ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記式１１で表される。
（式１１）

ただし、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_mapはそれぞれ図５，図６，図７及び図８に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。

また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。
（式１２）

ただし、vy_gain_map，vy_omegn_map，vy_zeta_map，vy_zero_mapはそれぞれ図９，図１０，図１１及び図１２に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。

〔目標出力値生成部３２における目標操舵角演算〕
（目標後輪舵角演算部３２１における目標後輪舵角演算）
目標ヨーレイトψ'^*，目標横速度Vy^*から目標後輪舵角δ^*を算出する。ここで、式１の２輪モデルから、下記式１３を得る。
（式１３）

このモデルから下記式１４を得る。
（式１４）

よって、目標前輪舵角δ^*は、下記式１５により表される。
（式１５）

ただし、一般に後輪舵角には操舵角度に制限があるため、目標後輪舵角を下記式により上限付きの値として下記式１６から得られる値δ^* _limとする。
（式１６）

ここで、δ^* _maxは、後輪最大操舵角とする。また、sign(a)とは、ａの符号のみを出力するもので、a＝10であれば、＋１を出力し、a＝-10であれば−１を出力する関数である。

〔目標前輪舵角及び目標ブレーキ液圧演算部３２２における目標前輪舵角及びブレーキ液圧演算〕
後輪操舵角制御が飽和した場合は、前輪操舵角制御と制動力制御により車両運動制御を実行する。すなわち、前輪操舵角と左右ブレーキ液圧差により発生させるヨー角加速度に基づく運動方程式を用いる。そして、目標ヨーレイトψ'^*，目標横速度Vy^*，制限された目標後輪舵角δ^* _limから、目標前輪舵角θ^*、各輪の目標ブレーキ液圧P^* _brを算出する。

左右ブレーキ液圧差により発生させるヨー角加速度をψ''^* _brと置くと、車両の運動方程式は下記式（１７）により表される。
（式１７）

ここで、制限された目標後輪舵角δ^* _limが既知の場合（基本的には後輪操舵角が飽和した場合に本制御を行うため、δ^* _lim＝δ^* _maxとなる）に、目標ヨーレイトψ'^*、目標横加速度Vy^*を実現するための目標前輪舵角θ^*、左右ブレーキ液圧差によるヨー角加速度ψ''^* _brは下記式（１８），（１９）により表される。
（式１８）

（式１９）

次に、前後輪の目標ブレーキ液圧差P^* _brf,P^* _brrは、左右ブレーキ液圧差により発生させるヨー角加速度ψ''^* _brから下記式（２０），（２１）により表される。
（式２０）

（式２１）

よって、各輪の目標ブレーキ液圧は下記の関係となる。

〔修正操舵量演算〕
路面摩擦係数が左右で異なる路面で駆動を行った場合、摩擦係数の左右差に起因して摩擦係数が低い側の駆動輪に空転が発生する。駆動力は、路面摩擦係数の高い側の駆動輪で発生しているため、駆動力に起因した車両ヨーレイトが発生する。

左輪の駆動力をFL、右輪の駆動力をFRとし、左右差により発生する車両のヨー角加速度ψ''_sは、下記式２２により表される。
（式２２）

ここで、T_tは駆動軸トレッドである。

（駆動輪にコンベンショナルディファレンシャルギヤを装着する場合）
車輪の運動方程式から下記式２３，２４の関係を得る。
（式２３）

（式２４）

よって、上記式２３，２４から左右駆動力差は下記式２５の関係を得る（特許請求の範囲に記載の駆動力差検出手段に相当）。
（式２５）

ここで、

（駆動輪にコンベンショナルディファレンシャルギヤを装着し、ブレーキによるリミテッドスリップディファレンシャルギヤ（ブレーキLSD）機能を有する場合）
左右のブレーキLSDにより発生したブレーキトルクT_BL、右輪のブレーキLSDにより発生したブレーキトルクT_BRと車輪の運動方程式から下記式２６，２７の関係を得る。
（式２６）

（式２７）

よって、上記式２６，２７から左右駆動力差は下記式２８の関係を得る（特許請求の範囲に記載の駆動力差検出手段に相当）。
（式２８）

ここで、
（式２９）

ただし、

上述の関係から、左右駆動力差により発生する車両のヨー角加速度ψ''_s が求められる。

一方、路面摩擦係数が左右で異なる路面で駆動を行った場合に発生する車両ヨーレイトを抑制するための車両目標値ψ'^*、Vy^* は、
ψ'^*=0，Vy^*=0
であることと、発生した車両ヨーレイトを抑制するために必要な車両のヨー角加速度の目標値ψ''_s ^* は、
ψ''_s ^*＝-ψ''_s
であることから、式１４に代入すると、下記式３０を得る。
（式３０）

ここで、θ_s ^* は路面摩擦係数の異なる路面を走行した場合の前輪舵角目標値、δ_s ^* は路面摩擦係数の異なる路面を走行した場合の後輪舵角目標値である。

よって、左右駆動輪の路面摩擦係数が異なる路面を走行した場合の後輪舵角目標値δ_s ^* は、下記式３１で表される。
（式３１）

ここで、最終的な後輪舵角目標値δ_f ^* は、下記式３２により表される。
（式３２）

しかしながら、後輪の制御可能舵角には制限があるため、制限された最終的な後輪舵角目標値δ_s ^* _lim は、下記式３３により表される。
（式３３）

よって、最終的な後輪舵角目標値δ_f ^* は、制限された最終的な後輪舵角目標値δ_s ^* _lim より、下記式３４により表される。
（式３４）

よって、制限された路面摩擦係数の異なる路面を走行した場合の後輪舵角目標値δ_sf ^* は下記式３５により表される。
（式３５）

制限された路面摩擦係数の異なる路面を走行した場合の後輪舵角目標値δ_sf ^* に基づいた、前輪舵角目標値θ_s ^* は、下記式３６により表される。
（式３６）

以上から、最終的な前輪舵角目標値θ_f ^*、最終的な後輪舵角目標値δ_f ^* は、下記式３７として算出される。
（式３７）

以上説明したように、実施例１の車両運動制御装置にあっては、駆動輪の左右駆動力差に基づいて、目標前輪舵角及び目標後輪舵角を修正することで、路面摩擦係数が左右で異なる路面を走行する場合であっても、車両に発生するヨーレイトを抑制することができる。

尚、実施例１では、前輪操舵アクチュエータ、後輪操舵アクチュエータ、ブレーキアクチュエータをそれぞれ備え、目標前輪舵角及び目標後輪舵角を修正する構成について説明したが、この構成に限られるものではない。例えば、少なくともいずれか１つのアクチュエータを備えた構成であって、それぞれアクチュエータに対する目標値を左右駆動力差に基づいて修正してもよい。

（シミュレーション）
図１３には、右側駆動輪がドライ路面（摩擦係数：約1.0）、左側駆動輪が低μ路（摩擦係数：約0.3）の状況で、ステアリングを直進で保舵した場合の、停止から発進におけるタイムチャートである。

尚、図１３（ａ）は車両に発生するヨー角を表し、図１３（ｂ）は車両に発生するヨーレイトを表し、図１３（ｃ）は後輪補助舵角を表し、図１３（ｄ）は前輪補助舵角を表す。

車両発進時において、左右の駆動力差に起因して車両にヨーレイトが発生するが、実施例１における演算に基づいて後輪補助舵角及び前輪補助舵角を与えることで、ヨーレイト＝０を実現できることが分かる。

実施例１における車両運動制御装置の基本構成を示す概略図である。 実施例１における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。 実施例１における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。 実施例１における、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。 実施例１におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。 実施例１におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。 実施例１におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。 実施例１におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。 実施例１における横速度パラメータを表すマップである。 実施例１における横速度パラメータを表すマップである。 実施例１における横速度パラメータを表すマップである。 実施例１における横速度パラメータを表すマップである。 実施例１における左右駆動力差を考慮したシミュレーション結果を表すタイムチャートである。

符号の説明

１ 操舵角センサ
２ 車速センサ
３ 操舵制御コントローラ
４ 前輪操舵コントローラ
５ 後輪操舵コントローラ
６ ブレーキコントローラ
７ 前輪操舵アクチュエータ
８ 後輪操舵アクチュエータ
９ ブレーキアクチュエータ
１０ 圧力センサ
１１ 車輪速センサ
１２ 前輪
１３ 後輪
１４ ステアリングユニット
４１ 前輪側舵角センサ
５１ 後輪側舵角センサ

Claims (2)

1. ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前輪もしくは後輪に補助舵角を付与する補助舵角付与手段と、
   検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角、若しくは後輪補助舵角を算出し、前記補助舵角付与手段に指令信号を出力する車両運動制御手段と、
   を備えた車両運動制御装置において、
   左右駆動輪の駆動力差を検出する駆動力差検出手段と、
   検出された駆動力差に基づいて、前記補助舵角を修正する補助舵角修正手段と、
   を設けたことを特徴とする車両運動制御装置。
2. 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
   前記補助舵角修正手段は、左右駆動力差から求めたヨー角加速度に基づき修正することを特徴とする車両運動制御装置。

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