JP2019026051A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の上下振動を抑制するにあたって、挙動遅れを極力排除することが可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両が進行する道路の凹凸状態を検出する道路状態検出部（１０１）と、道路状態検出部（１０１）の検出結果に基づいて車両に対して加わると想定される上下方向の想定振動量を算出する振動算出部（１０２）と、車両を駆動するモータを制御するモータ制御部（１０３）と、を備え、モータ制御部（１０３）は、想定振動量を低減する減衰振動量が車両に加わるようにモータを制御する振動抑制制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本開示は、車両制御装置に関する。

電気自動車では、車輪をモータで駆動するため、車輪に付与する駆動トルクや制動トルクを制御することができる。このことを利用して、車両の挙動を制御することが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１３−１２６８２１号公報

特許文献１では、車両の車体に発生した挙動に応じて車両の車輪で発生させる駆動力又は制動力を制御することで、車両の挙動を制御している。このようなフィードバック的な制御では、特に上下振動の抑制に対して挙動遅れが発生し、有効な振動抑制ができない可能性も考えられる。

本開示は、車両の上下振動を抑制するにあたって、挙動遅れを極力排除することが可能な車両制御装置を提供することを目的とする。

本開示は、車両制御装置であって、車両が進行する道路の凹凸状態を検出する道路状態検出部（１０１）と、道路状態検出部の検出結果に基づいて車両に対して加わると想定される上下方向の想定振動量を算出する振動算出部（１０２）と、車両を駆動するモータを制御するモータ制御部（１０３）と、を備え、モータ制御部は、想定振動量を低減する減衰振動量が車両に加わるようにモータを制御する振動抑制制御を実行する。

車両に加わると想定される上下方向の想定振動量を、道路の凹凸状態を検出した検出結果に基づいて算出するので、車両が実際に振動する前にモータを制御して振動抑制制御を実行することができる。車両が実際に振動することを待つ必要が無いので、挙動遅れを極力排除した振動抑制制御を実現することができる。

本開示によれば、車両の上下振動を抑制するにあたって、挙動遅れを極力排除することが可能な車両制御装置を提供することができる。

図１は、実施形態であるＥＣＵを搭載した車両の構成を示す図である。 図２は、センサによる凹凸検出を説明するための図である。 図３は、振動抑制制御を実行した場合の車両の挙動を説明するための図である。 図４は、振動抑制制御を実行した場合の車両の挙動を説明するための図である。 図５は、センサ及びモータの配置状況を説明するための図である。 図６は、センサ及びモータの配置状況を説明するための図である。 図７は、センサ及びモータの配置状況を説明するための図である。 図８は、センサ及びモータの配置状況を説明するための図である。 図９は、実施形態であるＥＣＵの制御処理を説明するためのフローチャートである。 図１０は、図９におけるガード処理を説明するための図である。 図１１は、実施形態であるＥＣＵの制御処理を説明するためのフローチャートである。 図１２は、実施形態であるＥＣＵの制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、車両制御装置の実施形態であるＥＣＵ１０は、車両に搭載され車両の挙動を制御する。ＥＣＵ１０は、レーダセンサ２９，３０，３１，３２が検出した路面との距離データを受信する。レーダセンサ２９，３０は、前輪２１よりも前方に設けられている。レーダセンサ２９，３０は、車両の進行方向に沿って互いに離隔した少なくとも２つの計測点を同時に計測できるように設けられている。レーダセンサ３１，３２は、後輪２２よりも前方に設けられている。レーダセンサ３１，３２は、車両の進行方向に沿って互いに離隔した少なくとも２つの計測点を同時に計測できるように設けられている。ＥＣＵ１０は、加速度センサ２０が検出した加速度データを受信する。

ＥＣＵ１０は、インバータ２６，２８にモータ制御信号を出力する。インバータ２６は、モータ２５を駆動制御する。モータ２５は、前輪２１を駆動する。前輪２１は、サスペンション機構２３によって保持されている。インバータ２８は、モータ２７を駆動制御する。モータ２７は、後輪２２を駆動する。後輪２２は、サスペンション機構２４によって保持されている。

ＥＣＵ１０は、機能的な構成要素として、道路状態検出部１０１と、振動算出部１０２と、モータ制御部１０３と、を備えている。道路状態検出部１０１は、車両が進行する道路の凹凸状態を検出する部分である。道路状態検出部１０１は、レーダセンサ２９，３０，３１，３２が検出した路面との距離データに基づいて凹凸状態を検出する。

振動算出部１０２は、道路状態検出部１０１の検出結果に基づいて車両に対して加わると想定される上下方向の想定振動量を算出する部分である。モータ制御部１０３は、車両を駆動するモータ２５，２７を制御する部分である。モータ制御部１０３は、想定振動量を低減する減衰振動量が車両に加わるようにモータ２５，２７を制御する振動抑制制御を実行する。振動抑制制御の詳細については、後述する。

図２に示されるように、車両が進行するに従って、レーダセンサ２９，３０は、順次路面との距離データを取得する。（Ａ）は、時間Ｔ＝０の状態を示し、（Ｂ）は、時間Ｔ＝１の状態を示し、（Ｃ）は、時間Ｔ＝２の状態を示している。

時間Ｔ＝０においては、地点Ａから地点Ｂの路面変化を、Ｌ２（０）―Ｌ１（０）として算出することができる。時間Ｔ２においては、車体がすこし持ち上がりタイヤの位置も変化しているものの、地点Ｂから地点Ｃの路面変化を、Ｌ２（２）―Ｌ１（２）として算出することができる。このように順次測定することで、路面変化の凹凸を車体やタイヤの状況に関わらず検出することができる。

図３を参照しながら、路面に凸部がある場合の制振方法について説明する。図３の（Ａ）に示されるように、路面に凸部があると車体が持ち上げられるので、車体を沈み込ませるように制振する。一例としては、図３の（Ｂ）に示されるように、前輪側に下向きの制振トルクを発生させる。別例としては、図３の（Ｃ）に示されるように、後輪側に下向きの制振トルクを発生させてもよい。図３の（Ｂ）及び（Ｃ）では、いずれも車速を抑制する方向に制振トルクを発生させることになるので、図３の（Ｄ）に示されるように、前輪側に下向きの制振トルクを発生させ、後輪側に車速を維持するための駆動トルクを発生させてもよい。

続いて、図４を参照しながら、路面に凹部がある場合の制振方法について説明する。図４の（Ａ）に示されるように、路面に凹部があると車体が沈むので、車体を浮き上がらせるように制振する。一例としては、図４の（Ｂ）に示されるように、前輪側に上向きの制振トルクを発生させる。別例としては、図４の（Ｃ）に示されるように、後輪側に上向きの制振トルクを発生させてもよい。図４の（Ｂ）及び（Ｃ）では、いずれも車速を増大する方向に制振トルクを発生させることになるので、図４の（Ｄ）に示されるように、前輪側に上向きの制振トルクを発生させ、後輪側に車速を維持するための駆動トルクを発生させてもよい。

続いて、図５を参照しながら、モータ及びレーダセンサの配置について説明する。前輪２１を駆動するモータ２５は、左右の前輪２１それぞれに１つ設けられている。従って、モータ２５は、左右の前輪２１を独立して駆動することができる。レーダセンサ２９，３０は、左右の前輪２１の前方にそれぞれ設けられている。従って、レーダセンサ２９，３０は、左右の前輪２１の前方の路面状況を独立して検知することができる。

後輪２２を駆動するモータ２７は、左右の後輪２２それぞれに１つ設けられている。従って、モータ２７は、左右の後輪２２を独立して駆動することができる。レーダセンサ３１，３２は、左右の後輪２２の前方にそれぞれ設けられている。従って、レーダセンサ３１，３２は、左右の後輪２２の前方の路面状況を独立して検知することができる。

図６に示されるように、モータの配置は簡略化することができる。図６に示される例では、前輪２１を駆動するモータ２５Ａは、左右の前輪２１を同調して駆動するように１つ設けられている。後輪２２を駆動するモータ２７Ａも同様に、左右の後輪２２を同調して駆動するように１つ設けられている。

更に、図７に示されるように、後輪２２を駆動するモータ２７Ａを省略することもできる。この場合、後輪２２を前輪２１に対して独立して駆動することはできないので、図８に示されるように、後輪２２の前方に配置されているレーダセンサ３１，３２を省略することもできる。

続いて、振動抑制制御について、図９を参照しながら説明する。ステップＳ１０１では、道路状態検出部１０１が路面状況を検出する。ステップＳ１０１に続くステップＳ１０２では、振動算出部１０２が走行条件を検出する。走行条件とは、車両の車速や加速度を含むものである。

ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３では、振動算出部１０２が上下振動を予測する。ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、予測した上下振動が許容閾値を超えているか否かを判断する。予測した上下振動が許容閾値を超えていれば、ステップＳ１０５の処理に進み、予測した上下振動が許容閾値を超えていなければ、処理を終了する。

ステップＳ１０５では、モータ制御部１０３が制御パターンを算出する。ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６では、モータ制御部１０３がガード処理を実行する。

図１０を参照しながら、制御パターンの算出及びガード処理について説明する。図１０の（Ａ）は、振動算出部１０２が算出した上下振動の予測曲線である。この予測曲線と逆位相になるようにモータを制御することになるので、モータ制御部１０３は、図１０の（Ｂ）における破線で示されるような制御パターンを算出する。車両の車速や加速度に影響しない範囲の制御とするため、図１０の（Ｂ）における実線のように、制御波形は変えずに振幅を調整するガード処理を実行する。単純に上下限ガード処理でも対応可能であるし、演算も容易であるけれども、図１０の（Ｂ）に示されるような振幅調整の方が、モータ制御量が滑らかに変化し、ドライバに違和感を与えにくい。

ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７では、ステップＳ１０５，Ｓ１０６において決定した制御パターンに基づいて、振動抑制制御が実行される。

サスペンション機構２３，２４が、減衰効果可変式の場合、その減衰可変と対応するように制御パターンを生成することもできる。例えば、振動が大きいと判断される場合は、サスペンション機構２３，２４の減衰率を上げて、ショックの吸収キャパシティを拡大することができる。

また、ステップＳ１０４において予測振動が許容値以上であっても、ドライバの安全な運転に支障が出る可能性のある場合は、振動抑制制御をキャンセルすることもできる。ドライバの安全な運転に支障が出る可能性のある場合とは、例えば、路面凍結や高車速や旋回時等である。

続いて、振動抑制制御に異常判断を組み合わせた態様について、図１１を参照しながら説明する。ステップＳ２０１では、振動抑制制御を実行する。振動抑制制御は、図９を参照しながら説明したものと同様であるので、説明を省略する。

ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、加速度センサ２０の検出データに基づいて、上下振動を検出する。ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３では、検出振動が異常閾値を超えているか判断する。検出振動が異常閾値を超えていれば、ステップＳ２０４の処理に進み、検出振動が異常閾値を超えていなければ処理を終了する。

ステップＳ２０４では、レーダセンサの機能が異常状態であると判定する。ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５では、レーダセンサによる予測制御を禁止する。

ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６では、加速度センサ２０による振動検出を実行する。ステップＳ２０６に続くステップＳ２０７では、検出振動が許容閾値を超えているか否かを判断する。検出振動が許容閾値を超えていれば、ステップＳ２０８の処理に進み、検出振動が許容閾値を超えていなければ処理を終了する。

ステップＳ２０８では、加速度センサ２０の検出データに基づいて制御パターンを算出する。ステップＳ２０８に続くステップＳ２０９では、過剰制御を抑制するためのガード処理を実行する。ステップＳ２０９に続くステップＳ２１０では、ステップＳ２０８，Ｓ２０９において決定した制御パターンに基づいて、振動抑制制御が実行される。

続いて、振動抑制制御に異常判断を組み合わせた態様の別例について、図１２を参照しながら説明する。ステップＳ３０１では、振動抑制制御を実行する。振動抑制制御は、図９を参照しながら説明したものと同様であるので、説明を省略する。

ステップＳ３０１に続くステップＳ３０２では、加速度センサ２０の検出データに基づいて、上下振動を検出する。ステップＳ３０２に続くステップＳ３０３では、検出振動が補正のための許容閾値を超えているか判断する。検出振動が許容閾値を超えていれば、ステップＳ３０４の処理に進み、検出振動が許容閾値を超えていなければ処理を終了する。

ステップＳ３０４では、制御補正量を算出する。制御補正量は、検出振動が許容閾値内に収まるように設定される。

ステップＳ３０４に続くステップＳ３０５では、制御補正量が異常閾値を超えているか否かを判断する。制御補正量が異常閾値を超えていれば、ステップＳ３０６の処理に進み、制御補正量が異常閾値を超えていなければ、ステップＳ３０９の処理に進む。

ステップＳ３０６では、レーダセンサの機能が異常状態であると判定する。ステップＳ３０６に続くステップＳ３０７では、レーダセンサによる予測制御を禁止する。

ステップＳ３０７に続くステップＳ３０８では、加速度センサ２０による検出値に基づいて、振動抑制制御を実行する。ステップＳ３０８における振動抑制制御は、図１１を参照しながら説明した、ステップＳ２０６からステップＳ２１０の処理と同様であるので、その説明を省略する。

ステップＳ３０９では、ステプＳ３０４で算出した制御補正量に対して、過剰制御を抑制するためのガード処理を実行する。ステップＳ３０９に続くステップＳ３１０では、ステップＳ３０４，Ｓ３０９において決定した制御パターンに基づいて、振動抑制制御が実行される。

上記したように、車両制御装置であるＥＣＵ１０は、車両が進行する道路の凹凸状態を検出する道路状態検出部１０１と、道路状態検出部１０１の検出結果に基づいて車両に対して加わると想定される上下方向の想定振動量を算出する振動算出部１０２と、車両を駆動するモータを制御するモータ制御部１０３と、を備えている。モータ制御部１０３は、想定振動量を低減する減衰振動量が車両に加わるようにモータ２５，２７を制御する振動抑制制御を実行する。

車両に加わると想定される上下方向の想定振動量を、道路の凹凸状態を検出した検出結果に基づいて算出するので、車両が実際に振動する前にモータ２５，２７を制御して振動抑制制御を実行することができる。車両が実際に振動することを待つ必要が無いので、挙動遅れを極力排除した振動抑制制御を実現することができる。

また本実施形態では、道路状態検出部１０１は、車両の前輪２１よりも前方に設けられたレーダセンサ２９，３０の検出結果に基づいて凹凸状態を検出する。車両の前輪２１よりも前方に設けられたレーダセンサ２９，３０の検出結果に基づいて凹凸状態を検出するので、車両が実際に振動する前に想定振動量を確実に算出することができる。

また本実施形態では、センサはレーダ式であって、車両の進行方向に沿って互いに離隔した少なくとも２つの計測点を同時に計測できるように設けられている。車両と路面との距離は、車両に乗車している乗員の体重や人数によっても変動し、積載する荷物の重量によっても変動する。また、走行中のピッチングによっても、車両と路面との距離は変動する。そのため、単純にセンサを設けて車両と路面との距離を計測しても、道路の凹凸状態を把握することができない。そこで本実施形態では、レーダ式のセンサを一対設け、車両の進行方向に沿って互いに離隔した少なくとも２つの計測点を同時に計測するようにしている。このようにすることで、車両の挙動に関わらず、２つの計測点間の上下方向の差分を計測することができるので、道路の凹凸状態を検出することができる。

また本実施形態では、振動算出部１０２は、車両に発生する上下方向の振動の発生タイミング、振動振幅、及び振動周期を含めて想定振動量を算出し、モータ制御部１０３は、想定振動量を相殺するように減衰振動量を発生させる。想定振動量に、車両に発生する上下方向の振動の発生タイミング、振動振幅、及び振動周期を含めているので、想定振動量を相殺するような減衰振動量を的確なタイミング、振幅、及び周期で発生させることができる。

また本実施形態では、車両進行方向に対する車速及び／又は加速度の変化量上限が設定されていてもよく、モータ制御部１０３は、変化量上限を超えた挙動を車両が行わない範囲で減衰振動量が車両に加わるようにガード処理を実行し、振動抑制制御を実行する。想定振動量を相殺するように減衰振動量を発生させると、車両進行方向に対する車速及び／又は加速度が変化する場合が想定されるが、その変化量が大きすぎるとドライバビリティに影響を与える。そこで、車両進行方向に対する車速及び／又は加速度の変化量上限を設定し、この変化量上限を超えないようにすることで、ドライバビリティの悪化を低減することができる。

本実施形態では、レーダセンサ２９，３０，３１，３２に加えて、車両の加速度を検出する加速度センサ２０が設けられており、モータ制御部１０３は、振動抑制制御を実行するにあたって、加速度センサ２０の検出結果に基づいて減衰振動量を補正することができる。車両の加速度を検出する加速度センサを設け、その検出結果に基づいて減衰振動量を補正することで、フィードフォワード的に設定される減衰振動量に対し、フィードバック的に補正を行うことができ、より的確な振動抑制が可能になる。

また本実施形態では、モータ制御部１０３は、振動抑制制御を実行するにあたって、加速度センサ２０の検出結果に基づいてレーダセンサ２９，３０，３１，３２の異常有無を判断することができる。

レーダセンサ２９，３０，３１，３２に異常が発生した場合、振動抑制制御を行っても狙いの振動抑制効果が発揮できない可能性がある。そこで、レーダセンサ２９，３０，３１，３２とは異なる加速度センサ２０の検出結果を用いて、狙いの振動抑制効果から乖離した振動を検出した場合にはレーダセンサ２９，３０，３１，３２に異常が発生していると判断することができる。

また本実施形態では、モータ制御部１０３は、レーダセンサ２９，３０，３１，３２に異常が認められた場合に、振動抑制制御の実行を保留することができる。レーダセンサ２９，３０，３１，３２に異常が発生している状態のまま振動抑制制御を実行すると、かえって振動が増幅する可能性もあるので、レーダセンサ２９，３０，３１，３２に異常が認められた場合には振動抑制制御の実行を保留することが好ましい。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０１：道路状態検出部
１０２：振動算出部
１０３：モータ制御部

Claims (8)

1. 車両制御装置であって、
   車両が進行する道路の凹凸状態を検出する道路状態検出部（１０１）と、
   前記道路状態検出部の検出結果に基づいて車両に対して加わると想定される上下方向の想定振動量を算出する振動算出部（１０２）と、
   車両を駆動するモータを制御するモータ制御部（１０３）と、を備え、
   前記モータ制御部は、前記想定振動量を低減する減衰振動量が車両に加わるように前記モータを制御する振動抑制制御を実行する、車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記道路状態検出部は、車両の前輪よりも前方に設けられたセンサの検出結果に基づいて前記凹凸状態を検出する、車両制御装置。
3. 請求項２に記載の車両制御装置であって、
   前記センサはレーダ式であって、車両の進行方向に沿って互いに離隔した少なくとも２つの計測点を同時に計測できるように設けられている、車両制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の車両制御装置であって、
   前記振動算出部は、前記車両に発生する上下方向の振動の発生タイミング、振動振幅、及び振動周期を含めて前記想定振動量を算出し、
   前記モータ制御部は、前記想定振動量を相殺するように前記減衰振動量を発生させる、車両制御装置。
5. 請求項４に記載の車両制御装置であって、
   車両進行方向に対する車速及び／又は加速度の変化量上限が設定されており、
   前記モータ制御部は、前記変化量上限を超えた挙動を車両が行わない範囲で前記減衰振動量が車両に加わるように前記振動抑制制御を実行する、車両制御装置。
6. 請求項３から５のいずれか１項に記載の車両制御装置であって、
   レーダ式の前記センサに加えて、車両の加速度を検出する加速度センサが設けられており、
   前記モータ制御部は、前記振動抑制制御を実行するにあたって、前記加速度センサの検出結果に基づいて前記減衰振動量を補正する、車両制御装置。
7. 請求項６に記載の車両制御装置であって、
   前記モータ制御部は、前記振動抑制制御を実行するにあたって、前記加速度センサの検出結果に基づいて前記センサの異常有無を判断する、車両制御装置。
8. 請求項７に記載の車両制御装置であって、
   モータ制御部は、前記センサに異常が認められた場合に、前記振動抑制制御の実行を保留する、車両制御装置。

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