JP2006298293A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両積載重量に左右されない安定した制振制御を実現する。
【解決手段】 要求制駆動力演算手段１１により運転者の運転操作量等に基づいて演算した要求制駆動力の波形から車両のばね上の振動を誘発する所定周波数帯域の成分を除去する制振フィルタ１３を設け、この制振フィルタ１３でフィルタリングした要求制駆動力を制御手段１４に入力して制駆動力を制御する。更に、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって変化する車両の積載重量を検出する積載重量検出手段１８を設けると共に、制振フィルタ１３の特性を補正するフィルタ特性補正手段１９を設け、車両積載重量に応じて制振フィルタ１３の特性を補正する。このようにすれば、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって車両積載重量が変化して車両ばね上振動特性が変化しても、それに応じて制振フィルタの特性を車両ばね上振動特性に整合させるように補正することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に対する制駆動力（駆動力と制動力）を、車両のばね上の振動を抑制するように制御する機能を備えた車両制御装置に関する発明である。

近年、車両の振動抑制制御を最適化するために、特許文献１（特開２００４−１６８１４８号公報）に示すように、運転者によるアクセル操作、ステアリング操作及びブレーキ操作の少なくとも１つに対応する入力指令により発生する、車両のタイヤの振動、サスペンションにおける車両ばね下の振動、及び、車両自体が受ける車両ばね上の振動の力学モデルである運動モデルを用いて、車両の振動を抑制するようにエンジン及び／又はブレーキ装置で発生する制駆動力を補正する技術が開発されている。
特開２００４−１６８１４８号公報（第２頁等）

ところで、制振制御の特性は車両ばね上振動特性に整合させるように設計する必要があるが、車両ばね上振動特性は、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって変化する車両積載重量に応じて変化するため、車両積載重量の増減によって実際の車両ばね上振動特性と制振制御の特性とがずれて、制振制御による振動低減効果が低下してしまう可能性がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、車両積載重量に左右されない安定した制振制御を行うことができる車両制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、要求制駆動力に応じて車両に対する制駆動力を制御する車両制御装置において、前記要求制駆動力の波形から車両のばね上の振動を誘発する成分を除去する制振フィルタと、この制振フィルタでフィルタリングされた要求制駆動力に応じて制駆動力を制御する制御手段と、車両の積載重量を検出する積載重量検出手段と、前記積載重量検出手段で検出した車両積載重量に基づいて前記制振フィルタの特性を補正するフィルタ特性補正手段とを備えた構成としたものである。この構成では、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって車両積載重量が変化して車両ばね上振動特性が変化しても、それに応じて制振フィルタの特性を車両ばね上振動特性に整合させるように補正することができ、車両積載重量に左右されない安定した制振制御を行うことができる。

この場合、走行中の車両には、空力特性に応じた揚力が車両に作用するため、走行中の車両の積載重量は、実質的に揚力の分だけ軽くなる。この点を考慮して、請求項２のように、車速を検出する車速検出手段と、前記車速検出手段で検出された車速に基づいて走行中の車両に作用する揚力を推定する揚力推定手段とを備え、前記積載重量検出手段で検出した車両積載重量から前記揚力推定手段で推定した揚力相当の重量を差し引いた値を走行中の実質的な車両積載重量とみなして、この実質的な車両積載重量に基づいて制振フィルタの特性を補正するようにすると良い。このようにすれば、車速が速くなって車両に作用する揚力が大きくなっても、その揚力相当の重量を差し引いた実質的な車両積載重量に基づいて制振フィルタの特性を補正することで、制振フィルタの特性を揚力が作用した状態の車両ばね上振動特性に整合させることができ、車両に作用する揚力に左右されない安定した制振制御を行うことができる。

一般に、車両積載重量が重くなるほど、車両ばね上振動の周波数が低下する傾向があることを考慮して、請求項３のように、フィルタ特性補正手段は、車両積載重量が重くなるほど、制振フィルタの特性を減衰域の周波数が低くなるように補正するようにすると良い。このようにすれば、どの様な車両積載重量であっても、車両ばね上振動を効果的に抑制することができる。

また、車両積載重量が重くなるほど、車両ばね上振動の振幅が小さくなる傾向があることを考慮して、請求項４のように、フィルタ特性補正手段は、車両積載重量が重くなるほど、制振フィルタの特性を減衰率が小さくなるように補正するようにすると良い。このようにすれば、車両積載重量が重いときに振動減衰効果が過剰に働くことを回避したり、車両積載重量が軽いときに振動減衰効果が不足することを回避することが可能となり、車両積載重量に応じた適正な振動減衰効果を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。まず、図１に基づいて車両制駆動力制御システムの構成を説明する。

要求制駆動力演算手段１１は、運転者の運転操作量（例えばアクセルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量、ステアリングホイールの操舵角度等）に基づいて要求制駆動力を演算すると共に、クルーズコントロール（定速走行制御）、トラクションコントロール、車体挙動制御（ＶＤＣ）等の各種自動走行制御システムを搭載した車両では、これらの自動走行制御を実行するための要求制駆動力を演算する。これにより、複数の要求制駆動力が演算される場合は、いずれか１つの要求制駆動力が最終的な要求制駆動力として選択（調停）される。

この要求制駆動力演算手段１１から出力される要求制駆動力は、制振フィルタ１３に入力される。この制振フィルタ１３は、要求制駆動力演算手段１１から入力される要求制駆動力の波形から車両のばね上の振動を誘発する所定周波数帯域の成分を除去するフィルタであり、バンドエルミネーションフィルタ（帯域阻止フィルタ）等によって構成されている。この制振フィルタ１３でフィルタリングされた要求制駆動力が制御手段１４に入力される。

制御手段１４は、制振フィルタ１３でフィルタリングされた要求制駆動力に応じてエンジン駆動手段１６（燃料噴射装置、点火装置、電子スロットル装置等）を操作してエンジン駆動力を制御すると共に、ブレーキ駆動手段１７を操作して制動力を制御し、それによって発生する制駆動力で車両駆動系を駆動又は制動する。

積載重量検出手段１８は、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって変化する車両の積載重量を検出する。積載重量検出手段１８は、例えば、サスペンション装置のストローク量を検出したり、各座席に設けた着座センサにより乗車人数を検出したり、燃料残量計により燃料残量を検出したり、或は、路面勾配センサで検出した路面勾配と加速度センサで検出した加速度との組み合わせによって車両積載重量を検出するようにしても良い。

制振フィルタ１３の特性は車両ばね上振動特性に整合させるように設計する必要があるが、車両ばね上振動特性は、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって変化する車両積載重量に応じて変化するため、制振フィルタ１３の特性が一定であると、車両積載重量の増減によって実際の車両ばね上振動特性と制振制御の特性とがずれて、制振フィルタ１３による振動低減効果が低下してしまう。

そこで、本実施例１では、制振フィルタ１３の特性を補正するフィルタ特性補正手段１９を設け、積載重量検出手段１８で検出した車両積載重量に応じて制振フィルタ１３の特性を補正するようにしている。制振フィルタ１３の特性は、次の伝達関数Ｇ（ｓ）で表される。
Ｇ（ｓ）＝（ｓ² ＋２ζp ωp ｓ＋ωp ² ）／（ｓ² ＋２ζωp ｓ＋ωp ² ）
ωp ：補正後車両角周波数［ｒａｄ／ｓ］
ζ ：所望車両減衰係数
ζp ：補正後車両減衰係数

フィルタ特性補正手段１９は、車両積載重量が重くなるほど、制振フィルタ１３の特性を減衰率（減衰係数ζp ）が小さくなるように補正するすると共に、車両積載重量が重くなるほど、制振フィルタ１３の特性を減衰域の周波数（角周波数ωp ）が小さくなるように補正する。

以上説明した車両積載重量に基づく制振フィルタ１３の特性の補正と制駆動力の制御は、図２及び図３の各ルーチンに従って実行される。以下、各ルーチンの処理内容を説明する。

図２の制駆動力制御メインルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、後述する図３のフィルタ特性補正係数算出ルーチンを実行して、車両積載重量率ＷＲに応じた減衰係数補正係数Ｋｚと角周波数補正係数Ｋｗを算出する。

この後、ステップ１０２に進み、車両角周波数初期値ωn に角周波数補正係数Ｋｗを乗算して補正後車両角周波数ωp を求めると共に、車両減衰係数初期値ζn に減衰係数補正係数Ｋｚを乗算して補正後車両減衰係数ζp を求める。
ωp ＝Ｋｗ×ωn
ζp ＝Ｋｚ×ζn

この後、ステップ１０３に進み、制振フィルタ１３の伝達関数Ｇ（ｓ）を算出する。そして、次のステップ１０４で、制駆動力補正ルーチン（図示せず）を実行して、要求制駆動力演算手段１１から出力される要求制駆動力を、上記ステップ１０３で算出した制振フィルタ１３の伝達関数Ｇ（ｓ）に入力して、該要求制駆動力の波形から車両のばね上の振動を誘発する所定周波数帯域の成分を除去する。そして、この要求制駆動力に応じてエンジン駆動手段１６を操作してエンジン駆動力を制御すると共に、ブレーキ駆動手段１７を操作して制動力を制御し、それによって発生する制駆動力で車両駆動系を駆動又は制動する。

一方、上記ステップ１０１で、図３のフィルタ特性補正係数算出ルーチンが起動されると、まずステップ１１１で、車両積載重量を含めた車両総重量の検出を例えばサスペンション装置のストローク量の検出等によって完了したか否かを判定し、車両総重量の検出が完了していなければ、ステップ１１５に進み、減衰係数補正係数Ｋｚを減衰係数補正係数初期値Ｋｚ０にセットすると共に、角周波数補正係数Ｋｗを角周波数補正係数初期値Ｋｗ０にセットする。
Ｋｚ＝Ｋｚ０
Ｋｗ＝Ｋｗ０

これに対して、上記ステップ１１１で、車両総重量の検出完了と判定されれば、ステップ１１２に進み、車両総重量の検出値をＷとし、次のステップ１１３で、現在の車両総重量Ｗを最大積載時の車両総重量Ｗｍａｘで割り算して、現在の車両積載重量率ＷＲ［％］を求める。
ＷＲ＝（Ｗ／Ｗｍａｘ）×１００

この後、ステップ１１４に進み、図４の減衰係数補正係数ＫｚテーブルＴｚｔｂｌ（ＷＲ）を参照して、現在の車両積載重量率ＷＲに応じた減衰係数補正係数Ｋｚを算出すると共に、図５の角周波数補正係数ＫｗテーブルＴｗｔｂｌ（ＷＲ）を参照して、現在の車両積載重量率ＷＲに応じた角周波数補正係数Ｋｗを算出する。図４の減衰係数補正係数ＫｚテーブルＴｚｔｂｌ（ＷＲ）は、車両積載重量率ＷＲが大きくなるほど、減衰係数補正係数Ｋｚが小さくなるように設定され、図５の角周波数補正係数ＫｗテーブルＴｗｔｂｌ（ＷＲ）は、車両積載重量率ＷＲが大きくなるほど、角周波数補正係数Ｋｗが小さくなるように設定されている。これにより、図２のステップ１０２で算出する補正後車両角周波数ωp と補正後車両減衰係数ζp は、それぞれ車両積載重量率ＷＲが大きくなるほど小さくなるように算出される。

以上説明した本実施例１によれば、積載重量検出手段１８で車両積載重量（車両積載重量率ＷＲ）を検出し、制振フィルタ１３の特性を、車両積載重量率ＷＲが大きくなるほど減衰率（減衰係数ζp ）と減衰域の周波数（角周波数ωp ）が小さくなるように補正するようにしたので、乗車人数、積載荷物量、燃料量によって車両積載重量が変化して車両ばね上振動特性が変化しても、それに応じて制振フィルタの特性を車両ばね上振動特性に整合させるように補正することができ、車両積載重量に左右されない安定した制振制御を行うことができる。

ところで、走行中の車両には、空力特性に応じた揚力が車両に作用するため、走行中の車両の積載重量は、実質的に揚力の分だけ軽くなる。この点を考慮して、本発明の実施例２では、図６のフィルタ特性補正係数算出ルーチンを実行することで、車速センサ（車速検出手段）で検出した車速Ｖに基づいて走行中の車両に作用する揚力Ｌを算出し、積載重量検出手段１８で検出した車両積載重量から揚力Ｌ相当の重量Ｌ／ｇを差し引いた値を走行中の実質的な車両積載重量とみなして、この実質的な車両積載重量に基づいて制振フィルタ１３の特性を補正するようにしている。

本実施例２においても、前記実施例１で説明した図２の制駆動力制御メインルーチンを所定周期で実行し、そのステップ１０１で、図６のフィルタ特性補正係数算出ルーチンを実行する。図６のフィルタ特性補正係数算出ルーチンでは、まずステップ２１１で、車両積載重量を含めた車両総重量の検出を例えばサスペンション装置のストローク量の検出等によって完了したか否かを判定し、車両総重量の検出が完了していなければ、ステップ２１７に進み、減衰係数補正係数Ｋｚと角周波数補正係数Ｋｗをそれぞれ初期値Ｋｚ０，Ｋｗ０にセットする。

また、上記ステップ２１１で、車両総重量の検出完了と判定されれば、ステップ２１２に進み、車速センサ（車速検出手段）により車速Ｖが検出されたか否かを判定し、まだ車速Ｖが検出されていなければ、ステップ２１７に進み、減衰係数補正係数Ｋｚと角周波数補正係数Ｋｗをそれぞれ初期値Ｋｚ０，Ｋｗ０にセットする。

これに対して、車速Ｖの検出が完了していれば、ステップ２１３に進み、次式により車速Ｖに応じた揚力Ｌを算出する。
Ｌ＝１／２×Ｃ1 ×ρ×Ｖ² ×Ｓ
Ｃ1 ：揚力係数
ρ ：空気密度
Ｓ ：車両下面投影面積
このステップ２１３の処理が特許請求の範囲でいう揚力推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ２１４に進み、現在の車両総重量から揚力相当の重量Ｌ／ｇを差し引いた値を走行中の実質的な車両総重量Ｗとする。この後、ステップ２１５に進み、現在の車両総重量Ｗを最大積載時の車両総重量Ｗｍａｘで割り算して、現在の車両積載重量率ＷＲ［％］を求める。

この後、ステップ２１６に進み、図４の減衰係数補正係数ＫｚテーブルＴｚｔｂｌ（ＷＲ）を参照して、現在の車両積載重量率ＷＲに応じた減衰係数補正係数Ｋｚを算出すると共に、図５の角周波数補正係数ＫｗテーブルＴｗｔｂｌ（ＷＲ）を参照して、現在の車両積載重量率ＷＲに応じた角周波数補正係数Ｋｗを算出する。

以上説明した本実施例１によれば、車速センサ（車速検出手段）で検出した車速Ｖに基づいて走行中の車両に作用する揚力Ｌを算出し、積載重量検出手段１８で検出した車両積載重量から揚力相当の重量Ｌ／ｇを差し引いた値を走行中の実質的な車両積載重量とみなして、この実質的な車両積載重量に基づいて制振フィルタ１３の特性を補正するようにしたので、車速が速くなって車両に作用する揚力Ｌが大きくなっても、その揚力Ｌ相当の重量Ｌ／ｇを差し引いた実質的な車両積載重量に基づいて制振フィルタ１３の特性を補正することができる。これにより、制振フィルタ１３の特性を揚力Ｌが作用した状態の車両ばね上振動特性に整合させることができ、車両に作用する揚力に左右されない安定した制振制御を行うことができる。

本発明の実施例１のシステム構成を示すブロック図である。 実施例１の制駆動力制御メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 実施例１のフィルタ特性補正係数算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 減衰係数補正係数ＫｚテーブルＴｚｔｂｌ（ＷＲ）の一例を示す図である。 角周波数補正係数ＫｗテーブルＴｗｔｂｌ（ＷＲ）の一例を示す図である。 実施例２のフィルタ特性補正係数算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１１…要求制駆動力演算手段、１３…制振フィルタ、１４…制御手段、１６…エンジン駆動手段、１７…ブレーキ駆動手段、１８…積載重量検出手段、１９…フィルタ特性補正手段

Claims (4)

1. 要求制駆動力に応じて車両に対する制駆動力を制御する車両制御装置において、
   前記要求制駆動力の波形から車両のばね上の振動を誘発する成分を除去する制振フィルタと、
   前記制振フィルタでフィルタリングされた要求制駆動力に応じて制駆動力を制御する制御手段と、
   車両の積載重量を検出する積載重量検出手段と、
   前記積載重量検出手段で検出した車両積載重量に基づいて前記制振フィルタの特性を補正するフィルタ特性補正手段と
   を備えていることを特徴とする車両制御装置。
2. 車速を検出する車速検出手段と、
   前記車速検出手段で検出された車速に基づいて走行中の車両に作用する揚力を推定する揚力推定手段とを備え、
   前記フィルタ特性補正手段は、前記積載重量検出手段で検出した車両積載重量から前記揚力推定手段で推定した揚力相当の重量を差し引いた値を走行中の実質的な車両積載重量とみなして、この実質的な車両積載重量に基づいて前記制振フィルタの特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記フィルタ特性補正手段は、前記車両積載重量が重くなるほど、前記制振フィルタの特性を減衰域の周波数が低くなるように補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。
4. 前記フィルタ特性補正手段は、前記車両積載重量が重くなるほど、前記制振フィルタの特性を減衰率が小さくなるように補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両制御装置。

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