JP4069754B2 - 車両運動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に前輪若しくは後輪の少なくとも一方に補助舵角を与える補助操舵制御装置と、車両各輪のブレーキ液圧を制御することで、車両の挙動制御を行うブレーキ装置を備えた車両用舵角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、前後輪共に補助操舵を行うと共に、ブレーキ制御を併用して車両の挙動を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。この従来技術では、検出されたハンドル操舵角に基づくフィードフォワード項と検出されたヨーレイトに基づくフィードバック項との加算値により前後輪に補助舵角を与えると共に、補助操舵量が所定値以上の領域でのみ、左右制動力差制御（ブレーキ制御）を行うよう構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１８５８０１号公報（第７頁段落番号（００４１））
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述の制御機構に故障が発生した場合には、制御自体を中止する構成となっている。その故障が例え一部であっても全体の制御が中止されるため、目標とする車両挙動が達成できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段及びブレーキ装置を備えた車両運動制御装置において、故障が検知され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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、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、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段を備えた前輪補助操舵制御系統と、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段を備えた後輪補助操舵制御系統と、運転者のブレーキペダル操作により液圧を発生するマスタシリンダ及び任意の液圧を発生可能な液圧ポンプを液圧源とし、車両各輪のホイルシリンダのブレーキ圧力を任意に制御可能なブレーキ手段を備えたブレーキ制御系統と、検出されたハンドル操舵角及び車速に応じた目標ヨーレイト及び目標横速度に基づいて、目標前輪舵角、目標後輪舵角及び各輪の目標ブレーキ液圧を算出し、前記前輪補助舵角付与手段、前記後輪補助舵角付与手段及び前記ブレーキ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、前記各手段の故障を検知する故障検知手段と、検出された故障が影響を与える制御系統を判断する故障系統判断手段と、検出された故障の影響を受けない制御系統に基づく制御モードを選択する制御モード選択手段と、を設け、前記制御モード選択手段は、前記前輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記後輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記後輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記ブレーキ制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記後輪補助操舵制御系統に基づく制御モードを選択し、前記車両運動制御手段は、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御を実行する故障時車両運動制御部を有することで、上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の作用】
本願発明にあっては、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御が実行されるため、安定した車両挙動を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
（第１実施例）
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。まず、ブレーキ制御装置について説明する。
【００１０】
図１はブレーキ制御装置の全体図、図２はブレーキ油圧制御アクチュエータの油圧回路図である。まず、その構造について説明する。４輪のそれぞれに制動力を発生させるホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒは、２系統のブレーキ配管（Ｐ系統及びＳ系統）を介してマスタシリンダ４４に接続されている。そして、Ｐ系統及びＳ系統の途中には、ブレーキアクチュエータ３９が設けられている。
【００１１】
前記ブレーキアクチュエータ３９は、図２の油圧回路図に示すように、各ホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの液圧を増圧・保持・減圧可能な液圧制御バルブ（INバルブ４７，４９，５３，５５及びOUTバルブ４８，５０，５４，５６）と、マスタシリンダ４４とは別途設けられ、モータ６１により駆動する制御用油圧源（Ｐ系統ポンプ５７，Ｓ系統ポンプ５８）の接続を切り換える油圧供給源切り換えバルブ（Ｐ系統カットバルブ４５，Ｐ系統吸入バルブ４６，Ｓ系統カットバルブ５２，Ｓ系統吸入バルブ５１）と、リザーバ５９，６０を備えている。
【００１２】
運転者がブレーキペダル４３を操作してマスタシリンダ４４に油圧が発生すると、このマスタシリンダ圧をホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒに供給する通常ブレーキ状態と、運転者がブレーキ操作を行っていない時、もしくは運転者のブレーキ操作以上に液圧が必要な時に、制御用油圧源５７，５８の液圧をホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒに向けて供給すると共に、各液圧制御バルブによりホイルシリンダ圧を最適制御する制御ブレーキ状態とに切り換え可能に構成されている。
【００１３】
ここで、Ｐ系統についてホイルシリンダ４１Ｒの圧力を制御したい場合について説明する。Ｐ系統ポンプ５７による増圧時は、Ｐ系統吸入バルブ４６を開き、Ｐ系統ポンプ５７にブレーキ液を供給する。そして、Ｐ系統カットバルブ４５及び他輪のINバルブ４９を閉じ、ブレーキ液の他系統への回り込みを抑止することで行われる。この状態での減圧時は、Ｐ系統吸入バルブ４６を閉じ、Ｐ系統カットバルブ４５を開放することによりホイルシリンダ液がマスタシリンダ側に流出することで行われる。マスタシリンダ４４による増圧では、Ｐ系統カットバルブ４５を開放し、Ｐ系統吸入バルブ４６を遮断し、INバルブ４７，４９を開放し、マスタシリンダ液量をホイルシリンダ側に流入することで行われる。減圧時は、INバルブ４７，４９を遮断し、OUTバルブ４８，５０を開放し、ホイルシリンダ液をリザーバ５９側に流出することで行われる。
【００１４】
図３は第１実施例における前後輪補助操舵制御装置の基本構成を示す全体システム図である。
【００１５】
車両の前輪１Ｌ，１Ｒには、ハンドル２への操舵入力に基づき左右の前輪操舵機構３Ｌ，３Ｒを介して前輪１Ｌ，１Ｒを操舵するステアリングユニット４が設けられている。更に、前輪操舵アクチュエータ３７としてステアリングユニット４のラックチューブ（車体５に弾性体６を介して支持）をストロークさせることで前輪１Ｌ，１Ｒに補助舵角を与える前輪側油圧シリンダ７が設けられている。また、後輪操舵アクチュエータ３８として、後輪８Ｌ，８Ｒには、左右の後輪操舵機構９Ｌ，９Ｒを介して後輪８Ｌ，８Ｒに補助舵角を与える後輪側油圧シリンダ１０が設けられている。
【００１６】
前輪側油圧シリンダ７及び後輪側油圧シリンダ１０は、共通の油圧源ユニット１１を油圧源としている。この油圧源ユニット１１から前輪側フェールセーフバルブ１２及び前輪側サーボバルブ１３を介して制御圧を与えることで前輪側油圧シリンダ７が駆動する。また、油圧源ユニット１１から後輪側フェールセーフバルブ１４及び後輪側サーボバルブ１５を介して制御圧を与えることで後輪側油圧シリンダ１０が駆動する。尚、油圧源ユニット１１には、エンジン１６により駆動される油圧ポンプ１１ａ，アンロードバルブ１１ｂ，圧力スイッチ１１ｃ，アキュムレータ１１ｄ，リザーバ１１ｅから構成され、一定圧の作動油を供給する。
【００１７】
前輪側フェールセーフバルブ１２及び後輪側フェールセーフバルブ１４は、操舵制御コントローラ３０の指令に基づいてON/OFFの２位置が切り換えられる。また、前輪側サーボバルブ１３及び後輪側サーボバルブ１５は、操舵制御コントローラ３０からサーボアンプ１８，１９を介した指令に基づいて右操舵，保持，左操舵の３位置が切り換え制御される。
【００１８】
操舵制御コントローラ３０には、車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２０（車速検出手段に相当），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２１（ハンドル操舵角検出手段に相当），エンジン回転数センサ２３，前輪側変位センサ２４，後輪側変位センサ２５，マスタシリンダ圧センサ２６，ホイルシリンダ圧センサ２７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３０の構成について説明する。
【００１９】
図４は操舵制御コントローラ３０の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ３０は、目標値生成部３１、目標出力値生成部３２、前輪操舵コントローラ３４、後輪操舵コントローラ３５及びブレーキコントローラ３６から構成されている。
【００２０】
目標値生成部３１は、図５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と制御モード選択演算部３１３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。
制御モード選択演算部３１３は、各種センサや各種アクチュエータの故障を検知し、検知された故障に応じた制御モードを決定する。
【００２１】
目標出力値生成部３２は、図６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、目標前輪舵角演算部３２１，目標後輪舵角演算部３２２，制御配分補正部３２３及び目標ブレーキ液圧演算部３２４から構成されている。
【００２２】
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と選択された制御モードから目標前輪舵角δ*を決定する。
【００２３】
目標後輪舵角演算部３２２は、車両の目標ヨーレイトψ'*，目標横速度V*yと選択された制御モードから目標後輪舵角δ*を決定する。
【００２４】
目標ブレーキ液圧演算部３２３は、車両の目標ヨーレイトψ'*，目標横速度V*y，制限された目標後輪舵角δlim *，目標前輪舵角θ*，及び選択された制御モードから目標ブレーキ液圧P* br（４輪分）を決定する。
【００２５】
前輪操舵コントローラ３４は、前輪側変位センサ２４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３７を制御する。
【００２６】
後輪操舵コントローラ３５は、後輪側変位センサ２５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３８を制御する。
【００２７】
ブレーキコントローラ３６は、マスタシリンダ圧センサ２６及びホイルシリンダ圧センサ２７から検出されたマスタシリンダ圧及び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３９を制御する。
【００２８】
〔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。
ここで、
である。
【００２９】
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。
となる。
【００３０】
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。
ここで、
【００３１】
同様に横速度伝達関数は、式４より下記式７と表される。
ここで、
【００３２】
以上から、車両パラメータ
が求められる。
【００３３】
〔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。
【００３４】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。
【００３５】
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
【００３６】
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。
ただし、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_mapはそれぞれ図７，図８，図９及び図１０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。
【００３７】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。
ただし、vy_gain_map，vy_omegn_map，vy_zeta_map，vy_zero_mapはそれぞれ図１１，図１２，図１３及び図１４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。
【００３８】
〔目標出力値生成部３２における目標操舵角演算〕
（目標前輪舵角演算部３２１における目標前輪舵角演算）
目標ヨーレイト，目標横速度から目標前輪舵角θ*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。
このモデルから下記式１４を得る。
よって、目標前輪舵角θ*は、下記式１５により表される。
【００３９】
（目標後輪舵角演算部３２２における目標後輪舵角演算）
目標ヨーレイト、横速度から式１４に基づき目標後輪舵角δ*を算出すると、下記式１６により表される。
【００４０】
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１８から得られる値δ* limとする。
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。
【００４１】
（目標ブレーキ液圧演算部３２４における目標ブレーキ液圧演算）
目標ヨーレイト，横速度，制限された目標後輪舵角δ* lim及び目標前輪舵角θ*から、各輪の目標ブレーキ液圧P* brを算出する。
目標ヨー角加速度ψ''*と、制限された目標後輪舵角δ* limを前提に計算された、制限された目標ヨー角加速度ψ''* limとの差分Δψ''*を補正するために、４輪のブレーキを使用する。ここで、式１３に示す関係と、目標ヨー角加速度ψ''*と、制限された目標ヨー角加速度ψ''* limと、その差分Δψ''*の関係は下記式１９により表される。
【００４２】
【００４３】
よって、下記式２０の関係を得る。
【００４４】
よって、目標ブレーキ液圧は下記式（２１）により表される値となる。
ここで、
である。
【００４５】
（故障検知後の制御モード選択制御）
次に、制御モード選択演算部３１３について説明する。図１５は故障モード選択演算部３１３の制御ブロック図である。３１３ａは、各種センサ及び各種アクチュエータの故障を検知する故障検知部、３１３ｂは検知された故障に基づいて故障系統を判断する故障系統判断部、３１３ｃは判断された故障系統に基づいて制御モードを選択する故障モード選択部である。
【００４６】
故障モード選択部３１３ｃ内に、制御目標値を車両のヨーレイトと横速度とし、制御出力手段として前輪操舵系統、後輪操舵系統、ブレーキ制御系統の３系統を備えた車両用舵角制御装置における故障検知時制御の状態遷移を表す。
【００４７】
図１６は制御モード選択制御を表すフローチャートである。
ステップ１０１では、故障を検知したかどうかを判断し、正常時のときはステップ１０７へ進み、それ以外はステップ１０２へ進む。
ステップ１０２では、表１に基づいて故障系統を判断する。
ステップ１０３では、表２に基づいて制御モードを選択する。
ステップ１０４では、三系統失陥かどうかを判断し、三系統失陥時はステップ１０５へ進み、それ以外はステップ１０６へ進む。
ステップ１０５では、車両運動制御システムを遮断する。
ステップ１０６では、選択された制御モードによる制御を実施する。
ステップ１０７では、警告灯を点灯する。
ステップ１０８では、三系統での通常制御を実施する。
【００４８】
すなわち、正常状態から、故障検知部３１３ａにおいて本装置を構成する部品の故障検知後、故障系統判断部３１３ｂにおいて、事前に定義した故障部品と制御系統の相関表から、故障した部品が影響を与える制御系統を決定する。表１は、故障部品と制御系統の相関を表す表である。
【表１】
【００４９】
上記故障系統判断部３１３ｂにおいて決定した、影響を与える制御系統から、故障の影響の及ばない制御方法を、制御モード選択部３１３ｃにて選択し制御モードを決定する。表２に故障検知された制御系統の組み合わせと、選択された制御モードの組み合わせを表す。
【表２】
【００５０】
表２に示すように、三系統失陥時にはシステムを遮断し、それ以外は制御可能な系統により車両運動制御を実施する。このとき、警告灯により運転者に異常を警告する。これにより、故障時に車両の挙動がほぼ目標値を達成できている場合であっても、運転者が正常時であると誤認する可能性を低減することができる。
【００５１】
以上説明したように、制御系統の故障に応じて制御可能な系統を選択し、車両運動制御を実行することで、車両の安定性を確保することができる。
【００５２】
（シミュレーション）
図１７には、ブレーキアクチュエータが故障した場合に、圧雪路にて、車速80km/h、レーンチェンジを想定した走行条件における結果を示す。運転者操舵角計算は、ドライバモデルとして広く知られている、横変位及びヨーレイトをフィードバックし目標軌跡を追従するように運転者が操舵を行う前方注視点ドライバモデルを使用した。
【００５３】
故障検知部３１３ａにおいてブレーキアクチュエータの故障を検出したときは、影響を与える制御系統としてブレーキ制御系統が選択される。次に、制御モード選択部３１３ｃにおいて、ブレーキ制御系統が故障している場合の制御モードとして、目標値をヨーレイトと横速度とし、制御対象となる系統として、前輪操舵系統と後輪操舵系統を選択する。
【００５４】
図１７（ａ）は運転者の操舵角と目標前輪操舵角を表し、図１７（ｂ）は目標後輪舵角を表し、図１７（ｃ）は目標発生ヨーレイト及び発生ヨーレイトを表す図である。図１７（ｃ）に示すように、ブレーキアクチュエータの故障によりブレーキ制御を中止した場合でも、前輪操舵機能と後輪操舵機能を用いて安定した車両挙動を実現できることが分かる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、前輪及び後輪操舵アクチュエータとして油圧式のものを用いたが、油圧式に代えて、例えば特開平１１−９１６０９号公報に記載のような電動式の構成を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例におけるブレーキ装置の基本構成を表す概略図である。
【図２】第１実施例におけるブレーキ装置の油圧回路を表す回路図である。
【図３】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図４】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図６】第１実施例における、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。
【図７】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図９】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１０】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１１】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１２】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１３】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１４】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１５】第１実施例における故障モード選択演算部の構成を表すブロック図である。
【図１６】第１実施例における、車両運動制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図１７】第１実施例における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】
１Ｌ，１Ｒ 前輪
２ ハンドル
３Ｌ，３Ｒ 前輪操舵機構
４ ステアリングユニット
５ 車体
６ 弾性体
７ 前輪側油圧シリンダ
８Ｌ，８Ｒ 後輪
９Ｌ，９Ｒ 後輪操舵機構
１０ 後輪側油圧シリンダ
１１ 油圧源ユニット
１１ａ 油圧ポンプ
１１ｂ アンロードバルブ
１１ｃ 圧力スイッチ
１１ｄ アキュムレータ
１１ｅ リザーバ
１２ 前輪側フェールセーフバルブ
１３ 前輪側サーボバルブ
１４ 後輪側フェールセーフバルブ
１５ 後輪側サーボバルブ
１６ エンジン
１８，１９ サーボアンプ
２０ 車速センサ
２１ 操舵角センサ
２３ エンジン回転数センサ
２４ 前輪側変位センサ
２５ 後輪側変位センサ
２６ マスタシリンダ圧センサ
２７ ホイルシリンダ圧センサ
３０ 操舵制御コントローラ
３１ 目標値生成部
３２ 目標出力値生成部
３４ 前輪操舵コントローラ
３５ 後輪操舵コントローラ
３６ ブレーキコントローラ
３７ 前輪操舵アクチュエータ
３８ 後輪操舵アクチュエータ
３９ ブレーキアクチュエータ
４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒ ホイルシリンダ
４３ ブレーキペダル
４４ マスタシリンダ
４５ Ｐ系統カットバルブ
４６ Ｓ系統吸入バルブ
５１ Ｐ系統吸入バルブ
５２ Ｓ系統カットバルブ
５７，５８ 制御用油圧源
５９，６０ リザーバ
６１ モータ
３１１ 車両モデル演算部
３１２ 目標値演算部
３２１ 目標後輪舵角演算部
３２２ 目標前輪舵角演算部
３２３ 目標ブレーキ液圧演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に前輪若しくは後輪の少なくとも一方に補助舵角を与える補助操舵制御装置と、車両各輪のブレーキ液圧を制御することで、車両の挙動制御を行うブレーキ装置を備えた車両用舵角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、前後輪共に補助操舵を行うと共に、ブレーキ制御を併用して車両の挙動を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。この従来技術では、検出されたハンドル操舵角に基づくフィードフォワード項と検出されたヨーレイトに基づくフィードバック項との加算値により前後輪に補助舵角を与えると共に、補助操舵量が所定値以上の領域でのみ、左右制動力差制御（ブレーキ制御）を行うよう構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１８５８０１号公報（第７頁段落番号（００４１））
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述の制御機構に故障が発生した場合には、制御自体を中止する構成となっている。その故障が例え一部であっても全体の制御が中止されるため、目標とする車両挙動が達成できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段及びブレーキ装置を備えた車両運動制御装置において、故障が検知され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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、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、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段を備えた前輪補助操舵制御系統と、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段を備えた後輪補助操舵制御系統と、運転者のブレーキペダル操作により液圧を発生するマスタシリンダ及び任意の液圧を発生可能な液圧ポンプを液圧源とし、車両各輪のホイルシリンダのブレーキ圧力を任意に制御可能なブレーキ手段を備えたブレーキ制御系統と、検出されたハンドル操舵角及び車速に応じた目標ヨーレイト及び目標横速度に基づいて、目標前輪舵角、目標後輪舵角及び各輪の目標ブレーキ液圧を算出し、前記前輪補助舵角付与手段、前記後輪補助舵角付与手段及び前記ブレーキ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、前記各手段の故障を検知する故障検知手段と、検出された故障が影響を与える制御系統を判断する故障系統判断手段と、検出された故障の影響を受けない制御系統に基づく制御モードを選択する制御モード選択手段と、を設け、前記制御モード選択手段は、前記前輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記後輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記後輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記ブレーキ制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記後輪補助操舵制御系統に基づく制御モードを選択し、前記車両運動制御手段は、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御を実行する故障時車両運動制御部を有することで、上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の作用】
本願発明にあっては、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御が実行されるため、安定した車両挙動を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
（第１実施例）
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。まず、ブレーキ制御装置について説明する。
【００１０】
図１はブレーキ制御装置の全体図、図２はブレーキ油圧制御アクチュエータの油圧回路図である。まず、その構造について説明する。４輪のそれぞれに制動力を発生させるホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒは、２系統のブレーキ配管（Ｐ系統及びＳ系統）を介してマスタシリンダ４４に接続されている。そして、Ｐ系統及びＳ系統の途中には、ブレーキアクチュエータ３９が設けられている。
【００１１】
前記ブレーキアクチュエータ３９は、図２の油圧回路図に示すように、各ホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの液圧を増圧・保持・減圧可能な液圧制御バルブ（INバルブ４７，４９，５３，５５及びOUTバルブ４８，５０，５４，５６）と、マスタシリンダ４４とは別途設けられ、モータ６１により駆動する制御用油圧源（Ｐ系統ポンプ５７，Ｓ系統ポンプ５８）の接続を切り換える油圧供給源切り換えバルブ（Ｐ系統カットバルブ４５，Ｐ系統吸入バルブ４６，Ｓ系統カットバルブ５２，Ｓ系統吸入バルブ５１）と、リザーバ５９，６０を備えている。
【００１２】
運転者がブレーキペダル４３を操作してマスタシリンダ４４に油圧が発生すると、このマスタシリンダ圧をホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒに供給する通常ブレーキ状態と、運転者がブレーキ操作を行っていない時、もしくは運転者のブレーキ操作以上に液圧が必要な時に、制御用油圧源５７，５８の液圧をホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒに向けて供給すると共に、各液圧制御バルブによりホイルシリンダ圧を最適制御する制御ブレーキ状態とに切り換え可能に構成されている。
【００１３】
ここで、Ｐ系統についてホイルシリンダ４１Ｒの圧力を制御したい場合について説明する。Ｐ系統ポンプ５７による増圧時は、Ｐ系統吸入バルブ４６を開き、Ｐ系統ポンプ５７にブレーキ液を供給する。そして、Ｐ系統カットバルブ４５及び他輪のINバルブ４９を閉じ、ブレーキ液の他系統への回り込みを抑止することで行われる。この状態での減圧時は、Ｐ系統吸入バルブ４６を閉じ、Ｐ系統カットバルブ４５を開放することによりホイルシリンダ液がマスタシリンダ側に流出することで行われる。マスタシリンダ４４による増圧では、Ｐ系統カットバルブ４５を開放し、Ｐ系統吸入バルブ４６を遮断し、INバルブ４７，４９を開放し、マスタシリンダ液量をホイルシリンダ側に流入することで行われる。減圧時は、INバルブ４７，４９を遮断し、OUTバルブ４８，５０を開放し、ホイルシリンダ液をリザーバ５９側に流出することで行われる。
【００１４】
図３は第１実施例における前後輪補助操舵制御装置の基本構成を示す全体システム図である。
【００１５】
車両の前輪１Ｌ，１Ｒには、ハンドル２への操舵入力に基づき左右の前輪操舵機構３Ｌ，３Ｒを介して前輪１Ｌ，１Ｒを操舵するステアリングユニット４が設けられている。更に、前輪操舵アクチュエータ３７としてステアリングユニット４のラックチューブ（車体５に弾性体６を介して支持）をストロークさせることで前輪１Ｌ，１Ｒに補助舵角を与える前輪側油圧シリンダ７が設けられている。また、後輪操舵アクチュエータ３８として、後輪８Ｌ，８Ｒには、左右の後輪操舵機構９Ｌ，９Ｒを介して後輪８Ｌ，８Ｒに補助舵角を与える後輪側油圧シリンダ１０が設けられている。
【００１６】
前輪側油圧シリンダ７及び後輪側油圧シリンダ１０は、共通の油圧源ユニット１１を油圧源としている。この油圧源ユニット１１から前輪側フェールセーフバルブ１２及び前輪側サーボバルブ１３を介して制御圧を与えることで前輪側油圧シリンダ７が駆動する。また、油圧源ユニット１１から後輪側フェールセーフバルブ１４及び後輪側サーボバルブ１５を介して制御圧を与えることで後輪側油圧シリンダ１０が駆動する。尚、油圧源ユニット１１には、エンジン１６により駆動される油圧ポンプ１１ａ，アンロードバルブ１１ｂ，圧力スイッチ１１ｃ，アキュムレータ１１ｄ，リザーバ１１ｅから構成され、一定圧の作動油を供給する。
【００１７】
前輪側フェールセーフバルブ１２及び後輪側フェールセーフバルブ１４は、操舵制御コントローラ３０の指令に基づいてON/OFFの２位置が切り換えられる。また、前輪側サーボバルブ１３及び後輪側サーボバルブ１５は、操舵制御コントローラ３０からサーボアンプ１８，１９を介した指令に基づいて右操舵，保持，左操舵の３位置が切り換え制御される。
【００１８】
操舵制御コントローラ３０には、車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２０（車速検出手段に相当），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２１（ハンドル操舵角検出手段に相当），エンジン回転数センサ２３，前輪側変位センサ２４，後輪側変位センサ２５，マスタシリンダ圧センサ２６，ホイルシリンダ圧センサ２７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３０の構成について説明する。
【００１９】
図４は操舵制御コントローラ３０の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ３０は、目標値生成部３１、目標出力値生成部３２、前輪操舵コントローラ３４、後輪操舵コントローラ３５及びブレーキコントローラ３６から構成されている。
【００２０】
目標値生成部３１は、図５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と制御モード選択演算部３１３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。
制御モード選択演算部３１３は、各種センサや各種アクチュエータの故障を検知し、検知された故障に応じた制御モードを決定する。
【００２１】
目標出力値生成部３２は、図６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、目標前輪舵角演算部３２１，目標後輪舵角演算部３２２，制御配分補正部３２３及び目標ブレーキ液圧演算部３２４から構成されている。
【００２２】
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と選択された制御モードから目標前輪舵角δ*を決定する。
【００２３】
目標後輪舵角演算部３２２は、車両の目標ヨーレイトψ'*，目標横速度V*yと選択された制御モードから目標後輪舵角δ*を決定する。
【００２４】
目標ブレーキ液圧演算部３２３は、車両の目標ヨーレイトψ'*，目標横速度V*y，制限された目標後輪舵角δlim *，目標前輪舵角θ*，及び選択された制御モードから目標ブレーキ液圧P* br（４輪分）を決定する。
【００２５】
前輪操舵コントローラ３４は、前輪側変位センサ２４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３７を制御する。
【００２６】
後輪操舵コントローラ３５は、後輪側変位センサ２５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３８を制御する。
【００２７】
ブレーキコントローラ３６は、マスタシリンダ圧センサ２６及びホイルシリンダ圧センサ２７から検出されたマスタシリンダ圧及び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３９を制御する。
【００２８】
〔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。
【００２９】
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。
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。
同様に横速度伝達関数は、式４より下記式７と表される。
以上から、車両パラメータ
【００３３】
〔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。
【００３４】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
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。
【００３７】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。
【００３８】
〔目標出力値生成部３２における目標操舵角演算〕
（目標前輪舵角演算部３２１における目標前輪舵角演算）
目標ヨーレイト，目標横速度から目標前輪舵角θ*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。
（目標後輪舵角演算部３２２における目標後輪舵角演算）
目標ヨーレイト、横速度から式１４に基づき目標後輪舵角δ*を算出すると、下記式１６により表される。
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１８から得られる値δ* limとする。
【００４１】
（目標ブレーキ液圧演算部３２４における目標ブレーキ液圧演算）
目標ヨーレイト，横速度，制限された目標後輪舵角δ* lim及び目標前輪舵角θ*から、各輪の目標ブレーキ液圧P* brを算出する。
目標ヨー角加速度ψ''*と、制限された目標後輪舵角δ* limを前提に計算された、制限された目標ヨー角加速度ψ''* limとの差分Δψ''*を補正するために、４輪のブレーキを使用する。ここで、式１３に示す関係と、目標ヨー角加速度ψ''*と、制限された目標ヨー角加速度ψ''* limと、その差分Δψ''*の関係は下記式１９により表される。
【００４２】
よって、下記式２０の関係を得る。
よって、目標ブレーキ液圧は下記式（２１）により表される値となる。
【００４５】
（故障検知後の制御モード選択制御）
次に、制御モード選択演算部３１３について説明する。図１５は故障モード選択演算部３１３の制御ブロック図である。３１３ａは、各種センサ及び各種アクチュエータの故障を検知する故障検知部、３１３ｂは検知された故障に基づいて故障系統を判断する故障系統判断部、３１３ｃは判断された故障系統に基づいて制御モードを選択する故障モード選択部である。
【００４６】
故障モード選択部３１３ｃ内に、制御目標値を車両のヨーレイトと横速度とし、制御出力手段として前輪操舵系統、後輪操舵系統、ブレーキ制御系統の３系統を備えた車両用舵角制御装置における故障検知時制御の状態遷移を表す。
【００４７】
図１６は制御モード選択制御を表すフローチャートである。
ステップ１０１では、故障を検知したかどうかを判断し、正常時のときはステップ１０７へ進み、それ以外はステップ１０２へ進む。
ステップ１０２では、表１に基づいて故障系統を判断する。
ステップ１０３では、表２に基づいて制御モードを選択する。
ステップ１０４では、三系統失陥かどうかを判断し、三系統失陥時はステップ１０５へ進み、それ以外はステップ１０６へ進む。
ステップ１０５では、車両運動制御システムを遮断する。
ステップ１０６では、選択された制御モードによる制御を実施する。
ステップ１０７では、警告灯を点灯する。
ステップ１０８では、三系統での通常制御を実施する。
【００４８】
すなわち、正常状態から、故障検知部３１３ａにおいて本装置を構成する部品の故障検知後、故障系統判断部３１３ｂにおいて、事前に定義した故障部品と制御系統の相関表から、故障した部品が影響を与える制御系統を決定する。表１は、故障部品と制御系統の相関を表す表である。
【表１】
上記故障系統判断部３１３ｂにおいて決定した、影響を与える制御系統から、故障の影響の及ばない制御方法を、制御モード選択部３１３ｃにて選択し制御モードを決定する。表２に故障検知された制御系統の組み合わせと、選択された制御モードの組み合わせを表す。
【表２】
表２に示すように、三系統失陥時にはシステムを遮断し、それ以外は制御可能な系統により車両運動制御を実施する。このとき、警告灯により運転者に異常を警告する。これにより、故障時に車両の挙動がほぼ目標値を達成できている場合であっても、運転者が正常時であると誤認する可能性を低減することができる。
【００５１】
以上説明したように、制御系統の故障に応じて制御可能な系統を選択し、車両運動制御を実行することで、車両の安定性を確保することができる。
【００５２】
（シミュレーション）
図１７には、ブレーキアクチュエータが故障した場合に、圧雪路にて、車速80km/h、レーンチェンジを想定した走行条件における結果を示す。運転者操舵角計算は、ドライバモデルとして広く知られている、横変位及びヨーレイトをフィードバックし目標軌跡を追従するように運転者が操舵を行う前方注視点ドライバモデルを使用した。
【００５３】
故障検知部３１３ａにおいてブレーキアクチュエータの故障を検出したときは、影響を与える制御系統としてブレーキ制御系統が選択される。次に、制御モード選択部３１３ｃにおいて、ブレーキ制御系統が故障している場合の制御モードとして、目標値をヨーレイトと横速度とし、制御対象となる系統として、前輪操舵系統と後輪操舵系統を選択する。
【００５４】
図１７（ａ）は運転者の操舵角と目標前輪操舵角を表し、図１７（ｂ）は目標後輪舵角を表し、図１７（ｃ）は目標発生ヨーレイト及び発生ヨーレイトを表す図である。図１７（ｃ）に示すように、ブレーキアクチュエータの故障によりブレーキ制御を中止した場合でも、前輪操舵機能と後輪操舵機能を用いて安定した車両挙動を実現できることが分かる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、前輪及び後輪操舵アクチュエータとして油圧式のものを用いたが、油圧式に代えて、例えば特開平１１−９１６０９号公報に記載のような電動式の構成を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例におけるブレーキ装置の基本構成を表す概略図である。
【図２】第１実施例におけるブレーキ装置の油圧回路を表す回路図である。
【図３】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図４】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図６】第１実施例における、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。
【図７】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図９】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１０】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１１】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１２】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１３】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１４】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１５】第１実施例における故障モード選択演算部の構成を表すブロック図である。
【図１６】第１実施例における、車両運動制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図１７】第１実施例における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】
１Ｌ，１Ｒ 前輪
２ ハンドル
３Ｌ，３Ｒ 前輪操舵機構
４ ステアリングユニット
５ 車体
６ 弾性体
７ 前輪側油圧シリンダ
８Ｌ，８Ｒ 後輪
９Ｌ，９Ｒ 後輪操舵機構
１０ 後輪側油圧シリンダ
１１ 油圧源ユニット
１１ａ 油圧ポンプ
１１ｂ アンロードバルブ
１１ｃ 圧力スイッチ
１１ｄ アキュムレータ
１１ｅ リザーバ
１２ 前輪側フェールセーフバルブ
１３ 前輪側サーボバルブ
１４ 後輪側フェールセーフバルブ
１５ 後輪側サーボバルブ
１６ エンジン
１８，１９ サーボアンプ
２０ 車速センサ
２１ 操舵角センサ
２３ エンジン回転数センサ
２４ 前輪側変位センサ
２５ 後輪側変位センサ
２６ マスタシリンダ圧センサ
２７ ホイルシリンダ圧センサ
３０ 操舵制御コントローラ
３１ 目標値生成部
３２ 目標出力値生成部
３４ 前輪操舵コントローラ
３５ 後輪操舵コントローラ
３６ ブレーキコントローラ
３７ 前輪操舵アクチュエータ
３８ 後輪操舵アクチュエータ
３９ ブレーキアクチュエータ
４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒ ホイルシリンダ
４３ ブレーキペダル
４４ マスタシリンダ
４５ Ｐ系統カットバルブ
４６ Ｓ系統吸入バルブ
５１ Ｐ系統吸入バルブ
５２ Ｓ系統カットバルブ
５７，５８ 制御用油圧源
５９，６０ リザーバ
６１ モータ
３１１ 車両モデル演算部
３１２ 目標値演算部
３２１ 目標後輪舵角演算部
３２２ 目標前輪舵角演算部
３２３ 目標ブレーキ液圧演算部
Claims (2)
- 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、
前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段を備えた前輪補助操舵制御系統と、
後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段を備えた後輪補助操舵制御系統と、
運転者のブレーキペダル操作により液圧を発生するマスタシリンダ及び任意の液圧を発生可能な液圧ポンプを液圧源とし、車両各輪のホイルシリンダのブレーキ圧力を任意に制御可能なブレーキ手段を備えたブレーキ制御系統と、
検出されたハンドル操舵角及び車速に応じた目標ヨーレイト及び目標横速度に基づいて、目標前輪舵角、目標後輪舵角及び各輪の目標ブレーキ液圧を算出し、前記前輪補助舵角付与手段、前記後輪補助舵角付与手段及び前記ブレーキ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、
前記各手段の故障を検知する故障検知手段と、
検出された故障が影響を与える制御系統を判断する故障系統判断手段と、
検出された故障の影響を受けない制御系統に基づく制御モードを選択する制御モード選択手段と、
を設け、
前記制御モード選択手段は、前記前輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記後輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記後輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記ブレーキ制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記後輪補助操舵制御系統に基づく制御モードを選択し、
前記車両運動制御手段は、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御を実行する故障時車両運動制御部を有することを特徴とする車両運動制御装置。 - 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
前記車両運動制御手段は、前記故障時車両運動制御部による車両運動制御を実行していることを運転者に警告する警告部を有することを特徴とする車両運動制御装置。
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