JP5396119B2

JP5396119B2 - 車両挙動制御装置

Info

Publication number: JP5396119B2
Application number: JP2009075467A
Authority: JP
Inventors: 政幸菊地; 清志若松; 昌克堀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010228485A

Description

本発明は、運転者が低μ路走行時等に過剰な操舵を行った場合においても、比較的簡単な構成および処理によって旋回能力の低下を効果的に抑制できる車両挙動制御装置に関する。

車両の走行安定性等を向上させる車両挙動制御装置としては、ＡＢＳ（Anti-lock Breaking System）およびＴＣＳ（Traction Control System）に旋回時における横滑りの抑制機能等を加えたＶＳＡ（Vehicle Stability Assist system:車両挙動安定化制御システム：特許文献１参照）や、旋回能力の向上を図るべく左右駆動輪間での駆動力配分を連続的に変化させるＡＴＴＳ(Active Torque Transfer System：左右駆動力配分装置：特許文献２参照)、高速走行時における操縦安定性の向上や車庫入れ時における旋回半径の縮小等を実現するＲＴＣ（Rear Toe Control system：後輪操舵システム：特許文献３参照）等が存在する。これら車両挙動制御装置では、例えば、前輪操舵角や車速、横加速度等に基づき規範ヨーレイトを設定した後、ヨーレイトセンサによって検出された実ヨーレイトを規範ヨーレイトに一致させるように、各車輪の制動力、左右駆動輪間での駆動力配分、左右後輪のトー角の制御指示値（目標制御量）を設定してアクチュエータをフィードバック制御する。

特開２００４−２８４４８５号公報特許第３３４００３８号特公平５−３３１９３号公報

上述した車両挙動制御装置を搭載した自動車では、例えばタイヤと路面との摩擦が小さくなる（すなわち、タイヤ摩擦円が小さくなる）低μ路（圧雪路等）を旋回走行する際において、挙動制御を実行しても目標とする旋回力が確保できない（実ヨーレイトが規範ヨーレイトに到達しない）ことがある。この場合、運転者は旋回力の不足を感じてステアリングホイールを切り増すことが多いが、操舵角が大きくなることによって規範ヨーレイトが更に増大することになる。すると、制御装置が実ヨーレイトと規範ヨーレイトとの乖離に応じて制御指示値を増大させるため、タイヤ摩擦円が容易に使い切られて旋回内輪や旋回外輪にスリップが生じてしまい、タイヤ摩擦円が更に小さくなることで旋回能力が却って低下する虞があった。このような問題を解消するために規範ヨーレイトに一定のリミッタを設ける方法も存在するが、この種のリミッタは、タイヤ摩擦円が比較的大きくなる標準路面（例えば、乾燥アスファルト路）で実現できるヨーレイトを前提に設定されるため、タイヤ摩擦円が小さくなる上述した状況では旋回能力の低下を防止する手段とはなり得なかった。また、挙動制御には規範ヨーレイト以外に規範ヨーモーメントや規範スリップ角等の規範値も用いられるため、リミッタはそれぞれの規範値に対して設けなければならず、制御装置の構成や処理手順が複雑になる問題があった。

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、運転者が低μ路走行時等に過剰な操舵を行った場合においても、比較的簡単な構成および処理によって旋回能力の低下を効果的に抑制できる車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、車両の目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、前記車両の実運動状態量を検出する実運動状態量検出手段と、前記目標運動状態量と前記実運動状態量とから目標制御指示値を設定する目標制御指示値設定手段とを有し、前記目標制御指示値に基づいて車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置であって、車両の実車速を検出または推定する実車速取得手段と、車両の実操舵角を検出または推定する実操舵角取得手段と、旋回能力の低下を抑制するために、車速に応じた制限操舵角を設定する制限操舵角設定手段と、実操舵角と現在の車速における制限操舵角とを比較し、値の小さい方を補正操舵角として選択する補正操舵角選択手段とを備え、前記目標運動状態量設定手段は、前記補正操舵角を用いて目標運動状態量の設定を行い、前記制限操舵角設定手段は、車速に対応する限界横加速度に基づいて設定された車速−制限操舵角マップを用いて車速に応じた制限操舵角を設定し、前記車速−制限操舵角マップは、標準路面での限界横加速度に所定のマージンを加えたものと車速とをパラメータとして、規範状態量逆モデルによって各車速における制限操舵角を求めることで設定されることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る車両挙動制御装置において、各車輪の制動力、左右駆動輪間での駆動力配分、および左右後輪のトー角のいずれかに関する制御指示値を設定して車両の挙動制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、低μ路等で運転者が過剰な操舵を行った場合においても、目標運動状態量が無制限に増大しなくなり、旋回能力の低下等が効果的に抑制される。また、補正操舵角を複数の目標運動状態量設定手段で共用することにより、装置構成や処理手順の簡略化を実現することができる。

実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図である。実施形態に係るＡＴＴＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。実施形態に係る操舵角出力部の概略構成を示すブロック図である。実施形態に係る駆動力配分制御の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る補正操舵角設定処理の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る車速−制限操舵角マップである。実施形態に係る車速−制限操舵角マップの生成方法を示すブロック図である。

以下、ＡＴＴＳを搭載したＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）式４輪自動車（以下、単に自動車と記す）に本発明を適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る自動車の装置構成を示す平面図であり、図２は実施形態に係るＡＴＴＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図であり、図３は実施形態に係る操舵角出力部の概略構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜車両の装置構成＞
先ず、図１を参照して、自動車の装置構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対応して配置された部材については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して例えば車輪４ｆｌ（左前）、車輪４ｆｒ（右前）、車輪４ｒｌ（左後）、車輪４ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には例えば車輪４と記す。

図１に示すように、自動車１は、車体２の前後左右に、タイヤ３が装着された４つの車輪４を有しており、操舵アシストを行うＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）１１と、左右前輪４ｆｌ，４ｆｒ（左右ドライブシャフト５ｆｌ，５ｆｒ）に対して駆動力を可変配分するＡＴＴＳ１３と、ＡＴＴＳ１３を駆動制御するＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６（車両挙動制御装置）とを搭載している。

自動車１は、車輪速を検出する車輪速センサ２１を各車輪４ごとに備える他、ステアリングホイール７の操舵角を検出する操舵角センサ２２、車体２の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２３、車体２の横加速度を検出する横Ｇセンサ２４、車体２の前後加速度を検出する前後Ｇセンサ２５、ＡＴＴＳ１３の制御油圧を検出する油圧センサ２６等を適所に有している。

ＡＴＴＳ１３は、各一対の遊星歯車機構および油圧クラッチ、油圧クラッチを駆動制御する油圧制御弁等から形成されており、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６からの制御電流に応じて左右前輪４ｆｌ，４ｆｒに対する駆動力の配分を連続的に変化させる。ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して、他の各種制御装置やＡＴＴＳ１３、各センサ２１〜２６と接続されている。

＜ＡＴＴＳ−ＥＣＵ＞
図２に示すように、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図示しない入出力インタフェースの他、車速推定部４０と、操舵角出力部４１と、ＦＦ（フィードフォワード）制御部４２と、規範車両モデル４３と、オブザーバ４４と、ヨーレイトＦＢ（フィードバック）設定部４５と、ヨーモーメントＦＢ設定部４６と、スリップ角ＦＢ設定部４７と、ＦＢ制御部４８と、駆動力配分設定部４９と、制御電流生成部５０とを備えている。

車速推定部４０は、各車輪４の車輪速に基づき、自動車１の車速を推定する。操舵角出力部４１は、車速と実操舵角とに基づき、補正操舵角を出力する。ＦＦ制御部４２は、補正操舵角や車速に基づき、駆動力配分ＦＦ制御量を設定する。規範車両モデル４３は、車速や補正操舵角、横加速度、実ヨーレイトに基づき、規範ヨーレイトや規範ヨーモーメント、規範スリップ角を設定する。オブザーバ４４は、車速や補正操舵角、横加速度、前後加速度、実ヨーレイト、制御油圧に基づき、推定ヨーモーメントや推定スリップ角を算出する。

ヨーレイトＦＢ設定部４５は、後述するように、規範ヨーレイトや実ヨーレイトに基づき、ヨーレイトＦＢ値を設定する。ヨーモーメントＦＢ設定部４６は、規範ヨーモーメントと推定ヨーモーメントとに基づき、ヨーモーメントＦＢ値を設定する。スリップ角ＦＢ設定部４７は、規範スリップ角と推定スリップ角とに基づき、スリップ角ＦＢ値を設定する。ＦＢ制御部４８は、ヨーレイトＦＢ値とヨーモーメントＦＢ値とスリップ角ＦＢ値とに基づき、駆動力配分ＦＢ制御量を設定する。

駆動力配分設定部４９は、駆動力配分ＦＦ制御量と駆動力配分ＦＢ制御量とに基づき、駆動力配分制御量を設定する。制御電流生成部５０は、駆動力配分制御量に基づき、駆動電流を設定してＡＴＴＳ１３に出力する。

＜操舵角出力部＞
図３に示すように、操舵角出力部４１は、実操舵角δｒｅａｌに基づきステアリングホイール７の操舵方向Ｄｓを判定／出力する操舵方向出力部６１と、実操舵角δｒｅａｌの絶対値（操舵角絶対値｜δｒ｜）を算出する絶対値算出部６２と、車速Ｖに基づき制限操舵角δｌｔを設定する制限舵角設定部６３と、操舵角絶対値｜δｒ｜と制限操舵角δｌｔとのうち小さい方を選択する舵角選択部６４と、操舵方向出力部６１の出力結果および舵角選択部６４の選択結果に基づき補正操舵角δｃｒを設定／出力する補正舵角出力部６５とから構成されている。

≪実施形態の作用≫
＜駆動力配分制御＞
自動車１が走行を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図４のフローチャートにその手順を示す駆動力配分制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。

駆動力配分制御を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は先ず、運転者の操舵に応じた迅速な駆動力配分を実現すべく、図４のステップＳ１で車速Ｖと補正操舵角δｃｒとに基づいて駆動力配分ＦＦ制御量Ｄｆｆを設定する。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２で規範ヨーレイトと推定ヨーレイトとの差に応じてヨーレイトＦＢ値ＹＲｆｂを設定し、ステップＳ３で規範ヨーモーメントと推定ヨーモーメントとの差に応じてヨーモーメントＦＢ値ＹＭｆｂを設定し、ステップＳ４で規範スリップ角と推定スリップ角との差に応じてスリップ角ＦＢ値ＳＡｆｂを設定する。次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ５で、ヨーレイトＦＢ値ＹＲｆｂとヨーモーメントＦＢ値ＹＭｆｂとスリップ角ＦＢ値ＳＡｆｂとを和すことにより、駆動力配分ＦＢ制御量Ｄｆｂを設定する。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、駆動力配分ＦＦ制御量Ｄｆｆと駆動力配分ＦＢ制御量Ｄｆｂとの和に基づきステップＳ６で目標駆動力配分制御値Ｄｔｇｔを設定する。しかる後、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ７でＡＴＴＳ１３（油圧制御弁駆動用リニアソレノイド）に対する目標駆動電流Ｉｔｇｔを設定／出力する。

＜補正操舵角設定処理＞
ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、上述した駆動力配分制御と並行して、図５のフローチャートにその手順を示す補正操舵角設定処理を所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。

操舵角補正制御を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図５のステップＳ２１で、操舵角センサ２２から入力した実操舵角δｒｅａｌの符号から、ステアリングホイール７の操舵方向Ｄｓ（例えば、右方向を＋１、左方向を−１とする）を判定する。次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２２で操舵角絶対値｜δｒ｜を求めた後、ステップＳ２３で現在の車速Ｖに基づいて図６の車速−制限操舵角マップから制限操舵角δｌｔを検索／設定する。なお、車速−制限操舵角マップは、図７に示すように、標準路面での限界横加速度Ｇｙｍａｘに所定のマージンαを加えたものと車速Ｖとをパラメータとして、規範状態量逆モデル７１によって各車速における制限操舵角δｌｔ（Ｖ）を求めることで設定される。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２４で操舵角絶対値｜δｒ｜が制限操舵角δｌｔより大きいか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ２５で操舵方向Ｄｓを操舵角絶対値｜δｒ｜に乗じることによって補正操舵角δｃｒを設定する。また、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２４の判定がＹｅｓであれば、ステップＳ２６で操舵方向Ｄｓを制限操舵角δｌｔに乗じることによって補正操舵角δｃｒを設定する。

本実施形態では、圧雪路等で運転者が過剰な操舵を行った場合においても、ＦＦ制御部４２と規範車両モデル４３とオブザーバ４４とには、車速Ｖに応じた制限操舵角δｌｔに基づいて設定された補正操舵角δｃｒが入力される。そのため、過大な規範ヨーレイトや規範ヨーモーメント、規範スリップ角が設定されることがなくなり、駆動力配分制御によってタイヤ摩擦円が使い切られ、旋回内輪や旋回外輪にスリップが生じて旋回能力が低下することが効果的に抑制される。また、ＦＦ制御部４２や規範車両モデル４３、オブザーバ４４が操舵角出力部４１で設定した補正操舵角δｃｒを共用するため、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６での演算処理が迅速に行われるようになり、駆動力配分制御の応答性向上等が実現される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態はＡＴＴＳの制御に本発明を適用したものであるが、ＶＳＡやＲＴＣ等の制御にも当然に適用可能である。また、対象とする運動状態量として、上記実施形態ではヨーレイトを挙げたが、ヨーモーメントや横すべり角等であってもよい。更に、車両の具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１自動車（車両）
２車体
４車輪
１３ＡＴＴＳ
１６ＡＴＴＳ−ＥＣＵ（車両挙動制御装置）
２２操舵角センサ（実操舵角取得手段）
２３ヨーレイトセンサ（実運動状態量検出手段）
４０車速推定部（実車速取得手段）
４２ＦＦ制御部（目標運動状態量設定手段）
４３規範車両モデル（目標運動状態量設定手段）
４４オブザーバ（目標運動状態量設定手段）
６３制限舵角設定部（制限舵角設定手段）
７１規範状態量逆モデル（制限舵角設定手段）

Claims

車両の目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、前記車両の実運動状態量を検出する実運動状態量検出手段と、前記目標運動状態量と前記実運動状態量とから目標制御指示値を設定する目標制御指示値設定手段とを有し、前記目標制御指示値に基づいて車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置であって、
車両の実車速を検出または推定する実車速取得手段と、
車両の実操舵角を検出または推定する実操舵角取得手段と、
旋回能力の低下を抑制するために、車速に応じた制限操舵角を設定する制限操舵角設定手段と、
実操舵角と現在の車速における制限操舵角とを比較し、値の小さい方を補正操舵角として選択する補正操舵角選択手段と
を備え、
前記目標運動状態量設定手段は、前記補正操舵角を用いて目標運動状態量の設定を行い、
前記制限操舵角設定手段は、車速に対応する限界横加速度に基づいて設定された車速−制限操舵角マップを用いて車速に応じた制限操舵角を設定し、
前記車速−制限操舵角マップは、標準路面での限界横加速度に所定のマージンを加えたものと車速とをパラメータとして、規範状態量逆モデルによって各車速における制限操舵角を求めることで設定されることを特徴とする車両挙動制御装置。
各車輪の制動力、左右駆動輪間での駆動力配分、および左右後輪のトー角のいずれかに関する制御指示値を設定して車両の挙動制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載された車両挙動制御装置。