JP2022037768A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した車両姿勢を得る。【解決手段】車両１の制御装置１０は、車速及び舵角を検出するように構成されているセンサ２０と、車速及び舵角に基づいて目標ピッチモーメントを算出するように構成されている目標ピッチモーメント算出部４０ａと、目標ピッチモーメントを車両に与えるように構成されているアクチュエータ３０と、を備える。目標ピッチモーメント算出部は、車速及び舵角に基づいて、舵角に対するロール角の応答遅れを考慮しつつ、ロール角を推定し、ロール角にあらかじめ定められたゲインを乗算することにより目標ピッチ角を算出し、ピッチ角を目標ピッチ角にするのに必要なピッチモーメントを、ピッチモーメントに対するピッチ角の応答遅れを考慮しつつ、目標ピッチモーメントとして算出する、ように構成されている。【選択図】図７

Description

本開示は車両の制御装置に関する。

車体のロールレイトをセンサにより検出し、検出されたロールレイトに基づいて目標ピッチレイトを算出し、車体のピッチレイトが目標ピッチレイトに近づくように車体に対してピッチモーメントを発生する、車体姿勢制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－０７１６３０号公報

しかしながら、特許文献１におけるピッチモーメントＭｘの伝達関数（段落００３３）は、分子の次数が分母の次数よりも高い、非プロパーなものとなっている。非プロパーな伝達関数は、近似などを用いれば実装可能であるけれども、微分を伴うので、制御に遅れ又は乱れが生ずるおそれがある。このことは、安定した車両姿勢が得られないおそれがあることを意味している。

本開示によれば、以下が提供される。
［構成１］
車両の制御装置であって、
車速及び舵角を検出するように構成されているセンサと、
前記車速及び舵角に基づいて目標ピッチモーメントを算出するように構成されている目標ピッチモーメント算出部と、
前記目標ピッチモーメントを前記車両に与えるように構成されているアクチュエータと、
を備え、
前記目標ピッチモーメント算出部は、
前記車速及び舵角に基づいて、舵角に対するロール角の応答遅れを考慮しつつ、ロール角を推定し、
前記ロール角にあらかじめ定められたゲインを乗算することにより目標ピッチ角を算出し、
ピッチ角を前記目標ピッチ角にするのに必要なピッチモーメントを、ピッチモーメントに対するピッチ角の応答遅れを考慮しつつ、前記目標ピッチモーメントとして算出する、
ように構成されている、車両の制御装置。

安定した車両姿勢を得ることができる。

車両の概略全体図である。 本開示による実施例の車両の制御装置の概略図である。 本開示による実施例の目標ピッチ角を説明するタイムチャートである。 操舵角を振動させたときのロール角及びピッチ角を示す線図である。 操舵角を振動させたときのロール角及びピッチ角を示す、（Ａ）本開示による実施例の線図、（Ｂ）比較例の線図である。 本開示による実施例のピッチ制御ルーチンを示すフローチャートである。 本開示による実施例の機能ブロック図である。

図１には、本開示による実施例の車両１の、互いに直交する長さ方向軸線Ｘ、幅方向軸線Ｙ、及び高さ方向軸線Ｚがそれぞれ示される。長さ方向軸線Ｘ回りの車両１の角度又は姿勢はロール角φによって表される。ロール角φは、例えば、車両１の右側部及び左側部が互いに同じ高さ位置にあるとゼロとなり、右側部が左側部よりも低くなるにつれて大きくなり、右側部が左側部よりも高くなるにつれて小さくなる。一方、幅方向軸線Ｙ回りの車両１の角度又は姿勢はピッチ角ψによって表される。ピッチ角ψは、例えば、車両１の前側部及び後側部が互いに同じ高さ位置にあるとゼロとなり、前側部が後側部よりも低くなるにつれて大きくなり、前側部が後側部よりも高くなるにつれて小さくなる。高さ方向軸線Ｚ回りの車両１の角度又は姿勢はヨー角θによって表される。なお、本開示による実施例の車両１は４つ以上の車両を備える。

図２を参照すると、本開示による実施例の車両１の制御装置１０は、センサ２０と、アクチュエータ３０と、電子制御ユニット４０と、を備える。

本開示による実施例のセンサ２０は、例えば、車速Ｖを検出するための車速センサ、操舵角を検出するための操舵角センサ、などを含む。

本開示による実施例のアクチュエータ３０は、ピッチモーメントを車両１に与える。本開示による実施例のアクチュエータ３０は、例えば、ブレーキを含む。例えば、ブレーキによる制動力が大きくなるとピッチ角が大きくなり、ブレーキによる制動力が小さくなるとピッチ角が小さくなる。別の実施例（図示しない）では、アクチュエータ３０は、減衰力を制御可能なサスペンション、駆動力を制御可能な内燃機関又は電気モータ（モータジェネレータ）、などを含む。

本開示による実施例の電子制御ユニット４０は、双方向性バスによって互いに通信可能に接続された１又は複数のプロセッサ４１、１又は複数のメモリ４２、及び、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート４３を備える。メモリ４２は例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどを備える。メモリ４２には種々のプログラムが記憶されており、これらプログラムがプロセッサ４１で実行されることにより種々の機能が実現される。本開示による実施例の入出力ポート４３には、上述のセンサ２０及びアクチュエータ３０が通信可能に接続される。また、本開示による実施例のプロセッサ２１では、操舵角センサによって検出された操舵角に基づいて実舵角が算出される。

さて、車両１が走行中に例えば旋回すると、ロール角が変動又は振動し、車両１の走行安定性が低下するおそれがある。そこで本開示による実施例では、概略的に言うと、ロール角に応じてピッチ角を制御し、車両１の走行安定性を維持するようにしている。

具体的には、本開示による実施例では、まずロール角が推定される。推定ロール角φ（ｒａｄ）の伝達関数は例えば次式（１）によって表される。

ここで、各係数は車速Ｖ（ｍ／ｓ）及び車両諸元により定まる値であって、例えば次のとおりである。
a₁₀=-ml_r(C_fl-C_rl)l_fgV²+l_rmC_fC_rl_f(l_r+l_f)²g²
a₁₁=l(mC_fl_f ²l_r+C_r(l_r ²m+I_z)l_f+C_fI_zl_r)Vg
a₁₂=I_zV²l²
b₁₀=g²C_fl_r ²V²C_rl_fm(l_r+l_f)
b₁₁=C_fl_r ²g²VmC_rl_f(l_r+l_f)
b₁₂=C_fV²gl_rI_zl
a₂₀:ロール剛性
a₂₁:ロール減衰
a₂₂:ロール慣性
b₂₀:ロールモーメント変換係数
s：ラプラス演算子
m：車体質量(kg)
C_f：前輪の正規化コーナリングパワー(-)
C_r：後輪の正規化コーナリングパワー(-)
l：ホイールベース(m)
l_f：重心と前輪軸間距離(m)
l_r：重心と後輪軸間距離(m)
g：重力加速度(m/s²)
I_z：ヨー慣性モーメント(kg/m²)
δ：実舵角(rad)

式（１）からわかるように、本開示による実施例では、推定ロール角φは、車速Ｖと、実舵角δと、実舵角δに対するロール角の応答遅れ（すなわち、過去の舵角及びロール角）と、に基づいて算出される。なお、式（１）において、右辺第１項はロール角への換算係数を、右辺第２項は横方向加速度を、それぞれ表している。

本開示による実施例では次いで、目標ピッチ角ψ（ｒａｄ）が算出される。目標ピッチ角ψは例えば、図３に示されるように、推定ロール角φにゲインＫを乗算した結果の絶対値として求められる。なお、ゲインＫは必ずしも一定でなく、車両や走行シーンに合わせて任意に設定可能である。

本開示による実施例では次いで、実際のピッチ角を目標ピッチ角にするための目標ピッチモーメントが算出される。ピッチ角ψの伝達関数は例えばピッチモーメントＭｙ（Ｎｍ）を用いて、次式（２）によって表される。

ここで、各係数は車両諸元により定まる値であって、例えば次のとおりである。
a₃₀:ピッチ剛性
a₃₁:ピッチ減衰
a₃₂:ピッチ慣性
b₃₀:ピッチモーメント変換係数

このように式（２）では、ピッチモーメントに対するピッチ角の応答遅れに基づいて、ピッチ角が求められる。

したがって、式（２）のψを上述の目標ピッチ角とし、Ｍｙを目標ピッチモーメントとすると、目標ピッチモーメントＭｙは、式（１），（２）から、次式（３）によって表される。

本開示による実施例では、式（３）からわかるように、プロパーな伝達関数が得られる。したがって、制御の遅れや制御の乱れが制限される。この点、検出されたロール角を用いて目標ピッチモーメントを算出するようにすると、目標ピッチモーメントの伝達関数の分母の次数が分子の次数よりも低くなり、非プロパーな又は実現不可能な伝達関数となってしまう。

本開示による実施例では次いで、実際のピッチモーメントが目標ピッチモーメントになるように、アクチュエータ３０が制御される。

図４及び図５（Ａ），（Ｂ）は、操舵角を振動させたときのロール角及びピッチ角の変化を示している。図４において、実線は本開示による実施例を、破線はアクチュエータ３０によりピッチモーメントが付与されない比較例を、それぞれ示している。一方、図５（Ａ）は本開示による実施例を、図５（Ｂ）は比較例を、それぞれ示している。図５（Ａ），（Ｂ）において、実線は正規化ロール角を、点線は正規化ピッチ角を、それぞれ示している。なお、図４及び図５（Ａ），（Ｂ）に示される本開示による実施例では、アクチュエータ３０が電気モータから構成されている。

図４及び図５（Ａ），（Ｂ）示される例では、操舵角がサインカーブに沿って変動される。その結果、正規化ロール角は、大まかにいうと、ゼロから１に向けて増大し、次いで－１に向けて減少し、次いでゼロに向けて増大する。一方、正規化ピッチ角は、大まかにいうと、ゼロから１に向けて増大し、次いでゼロに向けて減少し、次いで１に向けて増大し、次いでゼロに向けて減少する。したがって、図４において、曲線が、点（０，０）と点（１，１）とを結ぶ直線及び点（０，０）と点（－１，１）とを結ぶ直線に近ければ、ピッチ角がロール角に良好に同期し、又は、ピッチ角がロール角に対し良好に応答しているといえる。

図４を参照すると、本開示による実施例では、比較例に比べて、ピッチ角の良好な応答性が得られている。特に、操舵角の変化初期においてピッチ角の良好な応答性が得られる。このことは、図５（Ａ），（Ｂ）によっても裏付けられている。したがって、車両１の安定した姿勢を得ることができる。

図６は本開示による実施例のピッチ制御ルーチンを示している。図６を参照すると、ステップ１００では、ロール角が推定される。続くステップ１０１では、目標ピッチ角が算出される。続くステップ１０２では、目標ピッチモーメントが算出される。続くステップ１０３では、ピッチモーメントが目標ピッチモーメントとなるように、アクチュエータ３０が制御される。

したがって、本開示による実施例によれば、図７の機能ブロック図に示されるように、車両１の制御装置１０は、車速及び舵角を検出するように構成されているセンサ２０と、前記車速及び舵角に基づいて目標ピッチモーメントを算出するように構成されている目標ピッチモーメント算出部４０ａと、前記目標ピッチモーメントを前記車両に与えるように構成されているアクチュエータ３０と、を備え、前記目標ピッチモーメント算出部は、前記車速及び舵角に基づいて、舵角に対するロール角の応答遅れを考慮しつつ、ロール角を推定し、前記ロール角にあらかじめ定められたゲインを乗算することにより目標ピッチ角を算出し、ピッチ角を前記目標ピッチ角にするのに必要なピッチモーメントを、ピッチモーメントに対するピッチ角の応答遅れを考慮しつつ、前記目標ピッチモーメントとして算出する、ように構成されている。

１ 車両
１０ 制御装置
２０ センサ
３０ アクチュエータ
４０ 電子制御ユニット
４０ａ 目標ピッチモーメント算出部

Claims (1)

1. 車両の制御装置であって、
   車速及び舵角を検出するように構成されているセンサと、
   前記車速及び舵角に基づいて目標ピッチモーメントを算出するように構成されている目標ピッチモーメント算出部と、
   前記目標ピッチモーメントを前記車両に与えるように構成されているアクチュエータと、
   を備え、
   前記目標ピッチモーメント算出部は、
   前記車速及び舵角に基づいて、舵角に対するロール角の応答遅れを考慮しつつ、ロール角を推定し、
   前記ロール角にあらかじめ定められたゲインを乗算することにより目標ピッチ角を算出し、
   ピッチ角を前記目標ピッチ角にするのに必要なピッチモーメントを、ピッチモーメントに対するピッチ角の応答遅れを考慮しつつ、前記目標ピッチモーメントとして算出する、
   ように構成されている、車両の制御装置。

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