JP4956035B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、実ヨーレートと規範ヨーレートとの比較により算出されたヨーレート偏差に基づいて車両運動制御を実行する車両制御装置に関するものである。

車両の運動制御を理想的に行うべく、理想的な車両挙動となるような規範ヨーレイトを舵角に基づいて設定し、その規範ヨーレイトに対して実際のヨーレイトがずれている場合には、車両が不安定状態にあるものと判断して、その車両の不安定状態が解消されるように車両の運動制御を行うようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１−９４０３２号公報

しかしながら、前記従来の技術では、舵角などの規範ヨーレイト算出の元になる車両の状態量から制御量が一律に決定されてしまうため、路面状況などによる外乱により車両挙動変化が急変した場合や、運転者の操作が車両に作用した際に生じる車両挙動変化が慣性の影響などにより遅れがちになる状況下では、その後に車両挙動変化が急変した場合に車両挙動変化に制御が即応することができなくなる不都合が生じる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、車両挙動変化が急変した場合でも、これに即応した適切な制御を行うことができるように構成された車両制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、実ヨーレートと規範ヨーレートとの比較により算出されたヨーレート偏差に基づいて車両運動制御を実行する制御手段（２２・２３）と、現時点から所定の時間間隔をおいた将来のヨーレート偏差を予測するヨーレート偏差予測手段（２１）とを有し、前記制御手段が、前記ヨーレート偏差予測手段にて取得したヨーレート偏差の予測値に基づいて制御を行う車両制御装置において、前記ヨーレート偏差予測手段での予測のための時間間隔を、車体スリップ角速度、もしくは操舵角速度に基づいて決定する予測時間決定手段（４１）を有し、この予測時間決定手段が、前記車体スリップ角速度が小さいほど長くなるように前記時間間隔を決定する、もしくは前記操舵角速度が大きいほど長くなるように前記時間間隔を決定するものとした。

これによると、ヨーレート偏差を予測してそのヨーレート偏差の予測値に基づいて車両運動制御を行うため、車両運動制御のタイミングを早めることができ、車両挙動変化が急変した場合でも、これに即応した適切な制御、すなわち作動判断及び制御量の決定を適切に行うことが可能になり、車両の走行安定性、特に車両旋回時の走行安定性を向上させることができる。

この場合、実ヨーレートは、ヨーレートセンサにより取得すれば良い。また規範ヨーレートは、舵角センサや車速センサにより取得される舵角や車速などの車両の状態量に基づいて算出すれば良い。またヨーレート偏差の予測値は、実ヨーレートの予測値と規範ヨーレートの予測値との比較により算出すれば良く、実ヨーレートの予測値は、ヨーレートセンサによる実ヨーレートの直前の変化状況から取得することができ、また規範ヨーレートの予測値は、規範ヨーレート算出の元になる状態量の直前の変化状況からその状態量の予測値を算出して求めれば良い。

また、制御手段で行われる車両運動制御としては、旋回走行状態でオーバーステアあるいはアンダーステアが生じたときに、ステアリング特性がニュートラルとなるように旋回外輪側あるいは内輪側のブレーキを作動させることで、方向安定性の向上を図る車両運動制御システム、いわゆるＶＳＡ（Vehicle Stability Assist）が好適である。またステアリングハンドルの操舵力を操向輪に伝達する操向伝動機構内に補助操舵力を発生させるモータを設けた電動パワーステアリング装置において、ステアリング特性がニュートラルとなるようにモータの補助操舵力を調整する操舵制御システムも可能である。

特に、車体スリップ角速度が小さい、すなわち車両が安定状態にある場合に、今後の車両挙動変化に備えて、時間間隔を大きく設定して制御のタイミングを早めることで、今後の車両挙動変化の急変に対してより一層適切な制御が可能になる。

また、操舵角速度が大きい、すなわち運転者により急激なステアリング操作が行われた場合には車両挙動変化の急変が予測されるので、時間間隔を大きく設定して制御のタイミングを早めることで、今後の車両挙動変化の急変に対してより一層適切な制御が可能になる。

このように本発明によれば、ヨーレート偏差を予測してそのヨーレート偏差の予測値に基づいて車両運動制御を行うため、車両運動制御のタイミングを早めることができ、車両挙動変化が急変した場合でも、これに即応した適切な制御、すなわち作動判断及び制御量の決定を適切に行うことが可能になり、車両の走行安定性、特に車両旋回時の走行安定性を向上させる上で顕著な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される車両の全体構成を模式的に示す上面図である。この車両１は、タイヤ２が装着された４つのホイール３を備え、各ホイール３にはブレーキ装置４が内装されており、制動ユニット５から供給される油圧により各輪のブレーキ装置４が個別に制御される。

またこの車両１は、ステアリングホイール６の手動操舵力を軽減するための補助操舵トルクをＥＰＳモータ７により発生させて前輪のホイール３を転舵するステアリングラック８を動作させるＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）９を備えている。

さらにこの車両１は、実ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１１、車輪速センサ１２、横加速度を検出する横Ｇセンサ１３、ステアリングホイール６の操舵角を検出する操舵角センサ１４、及びこれらのセンサ１１〜１４により収集された車体情報に基づいて制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）１５を有している。

ＥＣＵ１５は、旋回走行時のオーバステアやアンダステアを抑制してステアリング特性がニュートラルとなるように各輪のブレーキ装置４の制動力を制御するＶＳＡ（Vehicle Stability Assist:車両運動制御システム）の制御主体となるＶＳＡ制御部と、同じくステアリング特性がニュートラルとなるようにＥＰＳモータ７の補助操舵トルクを制御するＥＰＳ制御部とを有している。

このＥＣＵ１５は、マイクロコンピュータ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、及び各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して、制動ユニット５、ＥＰＳモータ７、及び各センサ１１〜１４と接続されている。

図２は、本発明による車両制御装置を示すブロック図である。この車両制御装置は、操舵角センサ１４及びヨーレートセンサ１１の検出値に基づいて取得される実ヨーレートと規範ヨーレートとの差であるヨーレート偏差を予測するヨーレート偏差予測部（ヨーレート偏差予測手段）２１を有しており、このヨーレート偏差予測部２１で取得したヨーレート偏差の予測値がＶＳＡ制御部（制御手段）２２及びＥＰＳ制御部（制御手段）２３に出力されて、ここで予測値に基づく制御が行われる。

ＶＳＡ制御部２２では、ヨーレート偏差を所定の基準値と比較するなどしてオーバーステア及びアンダーステアの別及びその程度を判定し、これにより取得したオーバーステア及びアンダーステアの程度に応じて、ステアリング特性がニュートラルとなるような適切な制動力が各ブレーキ装置４で発生するように制動ユニット５に制御信号を出力する。例えば、オーバーステアの場合には旋回外輪側のブレーキ装置４を作動させ、逆にアンダーステアの場合には旋回内輪側のブレーキ装置４を作動させる。

ＥＰＳ制御部２３では、ＥＰＳモータ７の操舵補助トルクをニュートラル方向に働かせる、すなわち前記と同様にして判定されたオーバーステア及びアンダーステアの別及びその程度に対応した操舵補助トルクがＥＰＳモータ７で発生するようにＥＰＳモータ７に制御信号を出力する。例えば、オーバーステア状態にある場合には、反力成分を補助操舵トルクに付加して補助操舵トルクを減少させることより操舵力を重くして運転者にそれ以上の操舵を行わないように誘導する。

ヨーレート偏差予測部２１は、舵角予測用の第１・第２の後退差分部３１・３２と、舵角予測部３３と、規範ヨーレート算出部３４と、実ヨーレート予測用の第１・第２の後退差分部３５・３６と、実ヨーレート予測部３７と、減算器３８とを有している。

舵角予測用の第１・第２の後退差分部３１・３２では、操舵角センサ１４による舵角検出値が示す直前の舵角変化状況から舵角速度（１階微分）及び舵角加速度（２階微分）が算出される。舵角予測部３３では、操舵角センサ１４による現在の舵角、及び第１・第２の後退差分部３１・３２で取得した舵角速度及び舵角加速度に基づいて舵角予測値が算出される。規範ヨーレート算出部３４では、舵角予測部３３で取得した舵角予測値に基づいて規範ヨーレート予測値が算出される。

実ヨーレート予測用の第１・第２の後退差分部３５・３６では、ヨーレートセンサ１１による実ヨーレート検出値が示す直前の実ヨーレート変化状況から実ヨーレートの変化速度（１階微分）及び加速度（２階微分）が算出される。実ヨーレート予測部３７では、ヨーレートセンサ１１による現在の実ヨーレート検出値、及び第１・第２の後退差分部３５・３６で取得した実ヨーレートの変化速度及び加速度に基づいて実ヨーレート予測値が算出される。

減算器３８では、規範ヨーレート算出部３４で取得した規範ヨーレート予測値から、実ヨーレート予測部３７で取得した実ヨーレート予測値を減算してヨーレート偏差予測値が求められる。

なお、規範ヨーレート算出部３４で行われる規範ヨーレート算出処理では、操舵角センサ１４による舵角に加えて、車輪速センサ１２の検出値から取得される車体速度や、横Ｇセンサ１２による横加速度を用いて規範ヨーレートを算出することも可能である。

図３は、図２に示したヨーレート偏差予測部２１にて行われる舵角予測の要領を説明するグラフであり、（Ａ）に舵角の経時変化を、（Ｂ）に舵角速度の経時変化を示している。Δｔ後の舵角予測値ｙ（ｔ＋Δｔ）は、テーラー展開（２次まで）により、次式により求められる。
ｙ（ｔ＋Δｔ）＝ｙ（ｔ）＋ｙ’（ｔ）・Δｔ＋ｙ”（ｔ）／２！・Δｔ^２ （式１）
ここで、ｙ’（ｔ）は舵角速度（１階微分）であり、ｙ”（ｔ）は舵角加速度（２階微分）である。

舵角速度ｙ’（ｔ）は、舵角予測用の第１の後退差分部３１にて舵角ｙ（ｔ）の後退差分（ｙ（ｔ）−ｙ（ｔ−Δｔ））／Δｔにより算出され、また舵角加速度ｙ”（ｔ）は、第２の後退差分部３２にて舵角速度ｙ’（ｔ）の後退差分（ｙ’（ｔ）−ｙ’（ｔ−Δｔ））／Δｔにより算出され、これらにより取得した舵角速度ｙ’（ｔ）、舵角加速度ｙ”（ｔ）、及び現在の舵角ｙ（ｔ）から式１を用いて、舵角予測部３３にてΔｔ秒後の舵角予測値ｙ（ｔ＋Δｔ）が算出される。

なお、実ヨーレート予測もこの舵角予測と同様の要領で行われ、具体的には、実ヨーレートの変化速度が、実ヨーレート予測用の第１の後退差分部３５にて実ヨーレートの後退差分により算出され、また実ヨーレートの変化加速度が、第２の後退差分部３６にて実ヨーレートの変化速度の後退差分により算出され、これらにより取得した実ヨーレートの変化速度、加速度、及び現在の実ヨーレートから式１の同様のテーラー展開式を用いて、実ヨーレート予測部３７にてΔｔ秒後の実ヨーレートが算出される。

また、差分時間Δｔは、操舵角センサ１４及びヨーレートセンサ１１の分解能に応じて決定され、例えば舵角では０．２秒、ヨーレートでは０．１秒とする。

また、図２に示したように、この車両制御装置は、ヨーレート偏差予測部２１にて行われる予測値算出における現時点から予測時点までの時間間隔Δｔを、車体スリップ角速度に基づいて決定する予測時間決定部（予測時間決定手段）４１を有している。

図４は、図２に示した予測時間決定部４１にて行われる車体スリップ角速度に基づく予測時間決定のためのマップである。予測時間決定部４１では、車体スリップ角速度の絶対値が小さくなるのに応じて長くなるように時間間隔Δｔが決定される。これにより、車体スリップ角速度が小さい、すなわち車両が安定状態にある場合は、今後の車両挙動変化に備えて、時間間隔Δｔを大きく設定して制御のタイミングを早めることで、今後の車両挙動変化の急変に即応することができる。

特にここでは、正のしきい値β’２を超える領域及び負のしきい値−β’２を下回る領域では、時間間隔Δｔ＝０、すなわち予測を行わないようになっており、この場合、現在の舵角検出値による規範ヨーレートと現在の実ヨーレート検出値に基づいて求められるヨーレート偏差により制御が行われる。これは、今後の車両挙動変化を予測するにあたり、車体スリップ角速度が十分に大きいときは既に車両に大きな挙動変化が起きているため、予測する必要性が低いためである。また正のしきい値β’１と負のしきい値−β’１との間の領域では、時間間隔Δｔが所定の上限値（ここでは０．５秒）に制限されている。

この予測時間決定部４１では、スリップ角速度算出部４２にて取得した車体スリップ角速度により予測時間決定の処理が行われる。スリップ角速度算出部４２では、ヨーレートセンサ１１によるヨーレート、車輪速センサ１２による車体速度、及び横Ｇセンサ１３による横加速度の各値から車体スリップ角速度β’を算出する。

さらに、この車両制御装置では、図２に示したように、予測時間決定部４１において、路面μ算出部４３にて取得した路面摩擦係数に基づいて、ヨーレート偏差予測部２１にて行われる予測値算出における現時点から予測時点までの時間間隔Δｔが決定される。

図５は、図２に示した予測時間決定部４１にて行われる路面摩擦係数に基づく予測時間決定のためのマップである。予測時間決定部４１では、路面摩擦係数が低くなるのに応じて長くなるように時間間隔Δｔが決定される。これにより、路面摩擦係数が低い場合は今後に車両挙動変化の急変が予測されるので、時間間隔Δｔを大きく設定して制御のタイミングを早めることで、今後の車両挙動変化の急変に即応することができる。

路面μ算出部４３では、車輪速センサ１２により検出される駆動輪の車輪速と従動輪の車輪速とを比較して駆動輪のスリップ率を算出し、そのスリップ率から路面摩擦係数μを算出する。

さらに、この車両制御装置では、図２に示したように、予測時間決定部４１において、操舵角センサ１４により検出された操舵角速度に基づいて、ヨーレート偏差予測部２１にて行われる予測値算出における現時点から予測時点までの時間間隔Δｔが決定される。

図６は、図２に示した予測時間決定部４１にて行われる操舵角速度に基づく予測時間決定のためのマップである。予測時間決定部４１では、操舵角速度の絶対値が大きくなるのに応じて長くなるように時間間隔Δｔが決定される。これにより、操舵角速度が大きい、すなわち運転者により急激なステアリング操作が行われた場合には車両挙動変化の急変が予測されるので、時間間隔を大きく設定して制御のタイミングを早めることで、今後の車両挙動変化の急変に即応することができる。

本発明が適用される車両の全体構成を模式的に示す上面図である。 本発明による車両制御装置を示すブロック図である。 図２に示したヨーレート偏差予測部にて行われる舵角予測の要領を説明するグラフである。 図２に示した予測時間決定部にて行われる車体スリップ角速度に基づく予測時間決定のためのマップである。 図２に示した予測時間決定部にて行われる路面摩擦係数に基づく予測時間決定のためのマップである。 図２に示した予測時間決定部にて行われる操舵角速度に基づく予測時間決定のためのマップである。

符号の説明

４ ブレーキ装置
５ 制動ユニット
６ ステアリングホイール
７ ＥＰＳモータ
９ ＥＰＳ
１１ ヨーレートセンサ
１２ 車輪速センサ
１４ 操舵角センサ
１５ ＥＣＵ
２１ ヨーレート偏差予測部（ヨーレート偏差予測手段）
２２ ＶＳＡ制御部（制御手段）
２３ ＥＰＳ制御部（制御手段）
４１ 予測時間決定部（予測時間決定手段）
４２ スリップ角速度算出部
４３ 路面μ算出部

Claims (1)

1. 実ヨーレートと規範ヨーレートとの比較により算出されたヨーレート偏差に基づいて車両運動制御を実行する制御手段と、現時点から所定の時間間隔をおいた将来のヨーレート偏差を予測するヨーレート偏差予測手段とを有し、前記制御手段が、前記ヨーレート偏差予測手段にて取得したヨーレート偏差の予測値に基づいて制御を行う車両制御装置であって、
   前記ヨーレート偏差予測手段での予測のための時間間隔を、車体スリップ角速度、もしくは操舵角速度に基づいて決定する予測時間決定手段を有し、
   この予測時間決定手段が、前記車体スリップ角速度が小さいほど長くなるように前記時間間隔を決定する、もしくは前記操舵角速度が大きいほど長くなるように前記時間間隔を決定することを特徴とする車両制御装置。

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