JP3626388B2 - Vehicle attitude control device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両挙動の安定化を図ることができる車両の姿勢制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両がアンダーステア状態やオーバーステア状態になった時に、車輪に作用する制動力を制御することで車両姿勢を制御することが行われている。すなわち、アンダーステア状態の車両においては旋回内側車輪の制動力を旋回外側車輪の制動力よりも大きくし、オーバーステア状態の車両においては旋回外側車輪の制動力を旋回内側車輪の制動力よりも大きくすることで、車両挙動を安定化させるヨーモーメントを発生させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アンダーステア状態を解消するために舵角を過度に増大させることで、車輪の横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域を維持できなくなったり、内側車輪に作用させる制動力が過大になると、車両挙動を安定化させるヨーモーメントが減少するという問題がある。
【0004】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の姿勢制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両がアンダーステア状態である時は旋回内側車輪の制動力を旋回外側車輪の制動力よりも大きくし、車両がオーバーステア状態である時は旋回外側車輪の制動力を旋回内側車輪の制動力よりも大きくするように、左右の車輪の制動力を個別に制御可能な車両の姿勢制御装置に適用される。
【0006】
本発明の第1の特徴は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪に伝達する手段と、その舵角変化に基づく車両の挙動変化に対応する挙動指標値を求める手段と、その操作部材の操作量を求める手段と、その求めた操作量に応じた目標挙動指標値を、その操作量と目標挙動指標値との記憶した関係に基づき求める手段と、その演算した目標挙動指標値に挙動指標値が追従するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段と、車輪横すべり角を求める手段と、車両がアンダーステア状態であると判断される場合、旋回内側への車両ヨーモーメントを最大にする旋回内側車輪の制動力を、記憶した演算式に基づき求める手段と、車両がアンダーステア状態であると判断される場合、その求めた車輪横すべり角の大きさが予め定めた設定最大値以上であるか否かを判断する手段とが設けられ、その設定最大値以上である時は、前記求めた制動力が作用するように制動力制御がなされ、且つ、前記目標挙動指標値への挙動指標値の追従のための操舵用アクチュエータの制御量が最小とされ、その設定最大値未満である時は、その求めた車輪横すべり角が小さくなる程に、制動力の制御量が減少され、且つ、前記目標挙動指標値への挙動指標値の追従のための前記操舵用アクチュエータの制御量が増大される点にある。
これにより、操作部材の操作量に応じた車両の目標挙動指標値と検出した挙動指標値との偏差を低減するように操舵用アクチュエータを制御する場合に、その操舵用アクチュエータの動きによる舵角変化によりアンダーステア状態やオーバーステア状態になるのを、制動力の作用により防止できる。すなわち、舵角と制動力の統合制御により車両挙動を安定化させることができる。
しかも、アンダーステア状態において車輪横すべり角の大きさが設定最大値以上である場合は、旋回内側への車両ヨーモーメントを最大にする制動力が旋回内側車輪に作用し、且つ、目標挙動指標値への挙動指標値の追従のための操舵用アクチュエータの制御量が最小とされる。また、アンダーステア状態において車輪横すべり角の大きさが設定最大値未満である場合は、車輪横すべり角が小さくなる程に制動力の制御量が減少され、目標挙動指標値への挙動指標値の追従のための操舵用アクチュエータの制御量が増大される。これにより、アンダーステア状態において、舵角が過度に増大するのを防止でき、且つ、旋回内側車輪に作用させる制動力が過大になるのを防止でき、車両挙動を安定化させるヨーモーメントが減少するのを防止できる。また、複雑な制御を要することなく、車両挙動が不安定になって横すべり角が大きくなる程に、車両挙動を安定化させる制動力を大きくすることができる。
【0007】
車体横すべり角の大きさに対応する値と、その車体横すべり角の変化速度の大きさに対応する値の中の少なくとも一方が、予め設定した正数値を超えるか否かを判断する手段が設けられ、その車体横すべり角の大きさに対応する値と、その車体横すべり角の変化速度の大きさに対応する値とが、予め設定した正数値以下の場合、その求めた車輪横すべり角の大きさに関わらず、その車輪横すべり角に対する前記制動力の制御量と前記操舵用アクチュエータの制御量とは一定とされるのが好ましい。
これにより、目標挙動指標値への挙動指標値の追従のために舵角や制動力が必要以上に変動することはないので、操舵フィーリングの低下を防止できる。
【0008】
その車輪横すべり角の予め定めた設定最大値は、車輪の横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域を維持し得る車輪横すべり角の最大値以下とされるのが好ましい。
これにより、アンダーステア状態において舵角が過大になるのを防止することで、車輪の横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域を維持でき、車両挙動が不安定になるのを確実に防止できる。
【0009】
その記憶される演算式は、FX を制動力、Wを各車輪のタイヤ荷重、μを路面と各車輪のタイヤとの間の摩擦係数として、
FX =a・μ・W/(r2 +a2 )1/2
とされ、FO を非制動時のコーナリングフォースとして、そのrはr=FO /(μ・W)の関係から求められ、前輪の制動力を演算する場合はLf を前輪と車両重心間の距離、dを前輪トレッドとして、そのaはd/2 =a・Lf の関係から求められ、後輪の制動力を演算する場合はLr を後輪と車両重心間の距離、dを後輪トレッドとして、そのaはd/2 =a・Lr の関係から求められるのが好ましい。
これにより、車両挙動を安定化させる適正な制動力を作用させることができる。
【0010】
各車輪の制動力を求める手段と、旋回内側車輪の制動力と旋回外側車輪の制動力との制動力差を求める手段と、その求めた目標挙動指標値と制動力差とに対応する舵角設定値を、その目標挙動指標値と制動力差と舵角設定値との間の記憶した関係に基づき演算する手段と、その目標挙動指標値と前記求めた挙動指標値との偏差に対応する舵角修正値を、その偏差と舵角修正値との記憶した関係に基づき演算する手段と、舵角が舵角設定値と舵角修正値との和である目標舵角に対応するように、前記操舵用アクチュエータを制御することで、その目標挙動指標値へ挙動指標値を追従させるのが好ましい。
これにより、操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値と左右車輪の制動力差とに対応する舵角設定値と、その目標挙動指標値と求めた挙動指標値との偏差に対応する舵角修正値との和である目標舵角に対応するように、操舵用アクチュエータを制御する。その舵角設定値は目標舵角におけるフィードフォワード項、その舵角修正値はフィードバック項に対応することから、フィードフォワード制御とフィードバック制御とが行われる。すなわち、その舵角設定値は、操作部材の操作量だけでなく左右車輪の制動力差に応じて定められることから、制動力の制御により車両挙動を安定化させる場合に、その制動力差に応じて舵角をフィードフォワード制御できる。よって、制動力の制御に起因する挙動指標値に応じて舵角をフィードバック制御するのに比べて、制御の応答性を向上して車両挙動を安定化することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1に示す車両用姿勢制御装置は、ステアリングホイール(操作部材)1の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ2の動きを、そのステアリングホイール1を車輪4に機械的に連結することなく、ステアリングギヤ3により舵角が変化するように前部左右車輪4に伝達する。
【0012】
その操舵用アクチュエータ2は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ3は、その操舵用アクチュエータ2の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド7の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド7の動きは、タイロッド8とナックルアーム9を介して車輪4に伝達される。このステアリングギヤ3は公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ2の動きにより舵角を変更できれば構成は限定されず、例えば操舵用アクチュエータ2の出力シャフトにより回転駆動されるナットと、そのナットにねじ合わされると共にステアリングロッド7に一体化されるスクリューシャフトとを有するものにより構成できる。なお、操舵用アクチュエータ2が駆動されていない状態では、車輪4がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【0013】
そのステアリングホイール1は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト10に連結されている。そのステアリングホイール1を操作するのに要する操作反力を作用させるため、その回転シャフト10にトルクを付加する操作用アクチュエータRが設けられている。その操作用アクチュエータRは、例えば回転シャフト10と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【0014】
そのステアリングホイール1を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材30が設けられている。この弾性部材30は、例えば、回転シャフト10に弾力を付与するバネにより構成できる。上記操作用アクチュエータRが回転シャフト10にトルクを付加していない時、その弾力によりステアリングホイール1は直進操舵位置に復帰する。
【0015】
そのステアリングホイール1の操作量として、その回転シャフト10の回転角に対応する操作角を検出する角度センサ11が設けられている。そのステアリングホイール1の操作トルクを検出するトルクセンサ12が設けられている。そのトルクセンサ12により検出されるトルクの符号から操舵方向が判断可能とされている。
【0016】
車両の舵角として、そのステアリングロッド7の作動量を検出する舵角センサ13が設けられている。その舵角センサ13はポテンショメータにより構成できる。
【0017】
その角度センサ11とトルクセンサ12と舵角センサ13は、コンピュータにより構成されるステアリング系制御装置20に接続される。その制御装置20に、車速を検出する速度センサ14、車両の前後方向加速度を検出する前後方向加速度センサ15a、車両の横加速度を検出する横加速度センサ15b、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ16が接続されている。その制御装置20は、駆動回路22、23を介して上記操舵用アクチュエータ2と操作用アクチュエータRを制御する。本実施形態では、そのヨーレートセンサ16により求められるヨーレートが、舵角変化に基づく車両の挙動変化に対応する挙動指標値とされる。
【0018】
車両の前後左右車輪4を制動するための油圧制動システムが設けられている。その制動システムは、ブレーキペダル51の踏力に応じた各車輪の制動圧をマスターシリンダ52により発生させる。その制動圧は、制動圧制御ユニットBにより増幅されると共に各車輪4のブレーキ装置54にホイルシリンダ圧として分配され、各ブレーキ装置54が各車輪4に制動力を作用させる。その制動圧制御ユニットBは、コンピューターにより構成される走行系制御装置60に接続される。この走行系制御装置60に、ステアリング系制御装置20と、各車輪4それぞれのホイルシリンダ圧を個別に検出する制動圧センサ61と、各車輪4それぞれの回転速度を個別に検出する車輪速センサ62が接続される。この走行系制御装置60は、その車輪速センサ62により検知される各車輪4の回転速度と制動圧センサ61により検出される制動力フィードバック値に対応するホイルシリンダ圧に応じて、制動圧を増幅すると共に分配することができるように制動圧制御ユニットBを制御する。これにより、前後左右車輪4それぞれの制動力を個別に制御することが可能とされている。その制動圧制御ユニットBは、ブレーキペダル51の操作がなされていない場合でも、走行系制御装置60からの信号に対応する制動圧を内蔵ポンプにより発生することが可能とされている。
【0019】
図2は、上記姿勢制御装置の制御ブロック図を示す。なお、以下の説明における記号は次の通りである。
m:車両質量
hg :車両重心高さ
W:各車輪のタイヤ荷重
μ:路面とタイヤとの間の摩擦係数
L:ホイールベース
Lf :前輪‐車両重心間距離
Lr :後輪‐車両重心間距離
d:トレッド
V:車速
ω1、ω2、ω3、ω4:車輪速
GX :前後方向加速度
GY :横加速度
A′:制動時スタビリティファクタ
Iz :車両慣性モーメント
Th :操作トルク
Th * :目標操作トルク
γ:ヨーレート
γ* :目標ヨーレート
dγ/dt:ヨーレート微分値
M:ヨーモーメント
Mmax :最大ヨーモーメント
δh :操作角
δ:前輪舵角
δ* :目標舵角
δFF * :舵角設定値
δFB * :舵角修正値
β:車体横すべり角
dβ/dt:車体横すべり角速度
βf :前輪横すべり角
βfmax:横力最大時の前輪横すべり角
βr :後輪横すべり角
βrmax:横力最大時の後輪横すべり角
Fy :コーナリングフォース
FO :非制動時コーナリングフォース
Ff1:左前輪コーナリングフォース
Ff2:右前輪コーナリングフォース
Fr1:左後輪コーナリングフォース
Ff2:右後輪コーナリングフォース
Kfo:非制動時の1車輪当たりの前輪コーナリングパワー
Kro:非制動時の1車輪当たりの後輪コーナリングパワー
Kf :制動時の前輪コーナリングパワー総和
Kr :制動時の後輪コーナリングパワー総和
Kf1:制動時の左前輪コーナリングパワー
Kf2:制動時の右前輪コーナリングパワー
Kr1:制動時の左後輪コーナリングパワー
Kr2:制動時の右後輪コーナリングパワー
FX :制動力
Bd :左右車輪の制動力差
FXf1 :左前輪制動力
FXf2 :右前輪制動力
FXr1 :左後輪制動力
FXr2 :右後輪制動力
ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4:指示制動圧
Pf :静止荷重時の前輪ロック圧力
Pr :静止荷重時の後輪ロック圧力
Pf1:左前輪ホイルシリンダ圧
Pf2:右前輪ホイルシリンダ圧
Pr1:左後輪ホイルシリンダ圧
Pr2:右後輪ホイルシリンダ圧
KB :制動力制御ゲイン
KBmax:最大制動力制御ゲイン
Kd :前輪舵角制御ゲイン
Kdmax:最大前輪舵角制御ゲイン
im * :操舵用アクチュエータ2の目標駆動電流
ih * :操作用アクチュエータRの目標駆動電流
【0020】
図2において、K1は操作角δh に対する目標操作トルクTh * のゲインであり、Th * =K1・δh の関係と角度センサ11により検出された操作角δh とから目標操作トルクTh * が演算される。すなわち、制御装置20は、その目標操作トルクTh * と操作角δh との間の予め定められた関係を表すゲインK1を記憶し、その関係と検出した操作角δh とに基づき目標操作トルクTh * を演算する。そのK1は最適な制御を行えるように設定される。なお、操作角δh に代えて操作トルクTh を用い、目標操作トルクTh * と操作トルクTh との関係を予め定めて記憶し、その関係と操作トルクTh とから目標操作トルクTh * を演算するようにしてもよい。
【0021】
G1は、目標操作トルクTh * と操作トルクTh との偏差に対する操作用アクチュエータRの目標駆動電流ih * の伝達関数であり、制御装置20は予め定めて記憶したih * =G1・(Th * −Th )の関係と、演算した目標操作トルクTh * と、トルクセンサ12により検出した操作トルクTh とから目標駆動電流ih * を演算する。その伝達関数G1は、例えばPI制御を行う場合、ゲインをK2、ラプラス演算子をs、時定数をτaとして、G1=K2〔1+1/(τa・s)〕になる。そのゲインK2および時定数τaは最適な制御を行えるように調整される。すなわち制御装置20は、目標操作トルクTh * から検出した操作トルクTh を差し引いた偏差と目標駆動電流ih * との間の予め定められた関係を表す伝達関数G1を記憶し、その関係に基づき、演算した目標操作トルクTh * と、検出した操作トルクTh とに応じた目標駆動電流ih * を演算する。その目標駆動電流ih * に応じて操作用アクチュエータRが駆動される。
【0022】
G2はステアリングホイール1の操作角δh に対する目標挙動指標値である目標ヨーレートγ* の伝達関数であり、制御装置20は記憶したγ* =G2・δh の関係と、角度センサ11により検出した操作角δh とから目標ヨーレートγ* を演算する。その伝達関数G2は、例えば一次遅れ制御を行う場合、sをラプラス演算子、K3を操作角δh に対する目標ヨーレートγ* の定常ゲイン、τbを操作角δh に対する目標ヨーレートγ* の1次遅れ時定数として、G2=K3/(1+τb・s)になる。そのゲインK3及び時定数τbは最適な制御を行えるように調整される。すなわち、制御装置20は、検出した操作角δh と目標ヨーレートγ* との間の予め定められた関係を表す伝達関数G2を記憶し、その関係に基づき検出した操作角δh に応じた目標ヨーレートγ* を求める。
なお、そのゲインK3を車速Vの関数とし、高車速での安定性確保のために車速Vの増大に伴いゲインK3が減少するようにしてもよい。
【0023】
C1は制御装置20における演算部であり、求めたステアリングホイール1の操作量に応じて演算された上記目標ヨーレートγ* と、旋回内側車輪の制動力と旋回外側車輪の制動力との制動力差Bd とに対応する舵角設定値δFF * を、その目標ヨーレートと制動力差と舵角設定値との間の予め定めて記憶した関係に基づき演算する。その予め定めて記憶される関係は、車両の運動方程式に基づき求められる。
本実施形態では、その運動方程式は、制御の速応性と安定性を両立させるため、平面における横方向運動とヨー運動の2自由度を有する車両の運動を近似的に表す以下の式(1)、(2)とされている。
なお、Bd は以下の式(3)により表される左車輪の制動力と右車輪の制動力の差である。なお、各車輪制動力FXf1 、FXr1 、FXf2 、FXr2 は制動圧センサ61により検出されるホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2に対応し、その対応関係は予め定められて制御装置に記憶され、その記憶された関係と検出されたホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2とから制御装置20により求められる。
Bd =FXf1 +FXr1 −FXf2 −FXr2 (3)
【0024】
また、各車輪4において接地面との間の摩擦に起因してタイヤに作用する摩擦力μ・Wが、そのタイヤに作用する制動力FX と横力Fの合力である場合、そのタイヤと接地面との間の摩擦に起因する力は摩擦円の半径であるμ・Wよりも大きくなることはない。すなわち図10に示すように、タイヤ200と接地面との間の摩擦係数をμ、そのタイヤ200に作用する車両重量をWとすると、そのタイヤ200には接地面との間の摩擦に起因して水平方向の摩擦力μ・Wが作用する。その摩擦力μ・Wの大きさを半径とする円は摩擦円と呼ばれる。そのタイヤ200に制動力FX を作用させた場合に、タイヤ200に接地面との間の摩擦に起因する力として制動力FX と横力Fのみが作用するとすれば、その制動力FX と横力Fの合力が摩擦力μ・Wとなる。そのタイヤ200と接地面との間の摩擦に起因する力は摩擦円の半径であるμ・Wよりも大きくなることはない。よって、制動力FX が増加すると横力Fが低下することから、その横力Fのタイヤ進行方向に対する直交成分であるコーナリングフォースFy が低下する。
よって、その摩擦力μ・W、制動力FX 、コーナリングフォースFy 、および非制動時コーナリングフォースFO の間に以下の拘束式(4)を得る。
{FX /(μ・W)}2 +(Fy /FO )2 =1 (4)
【0025】
なお、その路面摩擦係数μは、例えば車速と車輪速と路面摩擦係数との間の関係を予め求めて制御装置20に記憶させ、その記憶した関係と速度センサ14により検出した車速Vと車輪速センサ62により検出した車輪速ω1〜ω4とから求める。
【0026】
また、図3において矢印40で示す方向に車速Vで旋回する車両100に、矢印41で示す方向に作用する横加速度GY と、矢印42で示す方向に作用するヨーレートγとの関係は、車両100が定常旋回状態であるとみなすと近似的にγ=GY /Vである。また、図4の(1)に示すようにオーバーステア状態の横すべりした車両100や、図4の(2)に示すようにアンダーステア状態の横すべりした車両100において、その車両100の前後方向に沿う1点鎖線で示す車体中心線と、横すべりがないとした場合に車両100が進行する破線で示す方向とがなす角度が車体横すべり角βとされる。その車体横すべり角βの変化速度dβ/dtは近似的に(GY /V−γ)により求められるので、その車体横すべり角βは以下の式(5)に示すように(GY /V−γ)の時間積分値により求められる。
β=∫(dβ/dt)dt=∫(GY /V−γ)dt (5)
すなわち、車体横すべり角βに相関する値として上記挙動指標値であるヨーレートγを含む値、本実施形態ではヨーレートγ、横加速度Gy、車速Vが検出され、その車体横すべり角βに相関する値GY 、V、γと車体横すべり角βとの関係である演算式(5)が制御装置20に記憶され、その関係と検出した車体横すべり角βに相関する値とに基づき制御装置20は車体横すべり角βを時系列に求める。
【0027】
その車体横すべり角βと、前輪‐重心間距離Lf 、後輪‐重心間距離Lr 、車速V、前輪舵角δにより、前輪横すべり角βf と後輪横すべり角βr が以下の式(6)、(7)により求められる。
βf =β+Lf ・γ/V−δ (6)
βr =β−Lr ・γ/V (7)
すなわち、車輪横すべり角βf 、βr に相関する値として上記車体横すべり角βが求められると共に、挙動指標値であるヨーレートγを含む値、本実施形態ではヨーレートγ、車速V、舵角δが検出され、その車輪横すべり角βf 、βr に相関する値β、V、γ、δと車輪横すべり角βf 、βr との関係である予め求められた演算式(6)、(7)が制御装置20に記憶され、その関係と車輪横すべり角βf 、βr に相関する値とに基づき制御装置20は車輪横すべり角βf 、βr を求める。
【0028】
車両の前後加速度GX および横加速度GY が重心荷重移動量に比例し、各タイヤ荷重Wおよび路面摩擦係数μがコーナリングパワーに比例し、ホイルシリンダ圧が制動力に比例すると仮定すると、式(4)に基づき以下の式(8)〜(11)が成立する。
Ff1=−Kf1・(β+Lf ・γ/V−δ) (8)
Ff2=−Kf2・(β+Lf ・γ/V−δ) (9)
Fr1=−Kr1・(β−Lr ・γ/V) (10)
Fr2=−Kr2・(β−Lr ・γ/V) (11)
ここで、制動時の各車輪のコーナリングパワーKf1、Kf2、Kr1、Kr2は以下の式(12)〜(14)により求められる。
Kf1=μ・Kfo・[{1−(GX /2L+GY /2d)・hg }2 −(Pf1/μ・Pf )2 ]1/2 (12)
Kf2=μ・Kfo・[{1−(GX /2L−GY /2d)・hg }2 −(Pf2/μ・Pf )2 ]1/2 (13)
Kr1=μ・Kro・[{1+(GX /2L−GY /2d)・hg }2 −(Pr1/μ・Pr )2 ]1/2 (14)
Kr2=μ・Kro[{1+(GX /2L+GY /2d)・hg }2 −(Pr2/μ・Pr )2 ]1/2 (15)
【0029】
Kf1+Kf2=Kf 、Kr1+Kr2=Kr とすると、式(8)〜(11)より以下の式(16)、(17)が成立する。
Ff1+Ff2=−(Kf1+Kf2)・(β+Lf ・γ/V−δ)=−2Kf ・(β+Lf ・γ/V−δ) (16)
Fr1+Fr2=−(Kr1+Kr2)・(β−Lr ・γ/V)=−2Kr ・(β−Lr ・γ/V) (17)
【0030】
式(1)、(2)、(16)、(17)より、制動時の前輪舵角δに対するヨーレートγは以下の式(18)で与えられる。
その式(18)におけるP(s) 、Gt 、Tt 、Gb 、Tb は以下の式(19)〜(23)に示す通りである。
P(s) =1+2ζ・s/ω+s2 /ω2 (19)
Gt =V/{(1+A′・V2 )・L} (20)
Tt =m・Lf ・V/(2L・Kr ) (21)
Gb =d・(Kf +Kr )/(4L・Kf ・Kr ) (22)
Tb =m・V/2(Kf +Kr ) (23)
ここで、式(20)における制動時のスタビリティファクタA′は以下の式(24)に示す通りであり、式(19)におけるω、ζは以下の式(25)、(26)に示す通りである。
【0031】
式(18)におけるヨーレートγが上記の伝達関数G2=K3/(1+τb・s)に基づき求められる目標ヨーレートγ* に等しいとし、その時の式(18)におけるδが舵角設定値δFF * に等しいとすると、操作角δh と制動力差Bd に応じた目標ヨーレートγ* をフィードフォワード制御により実現するための舵角設定値δFF * は、以下の式(27)により求められる。
δFF * =K3・P(s) ・δh /{Gt ・(1+τb・s)・(1+Tt ・s)}−Gb ・Bd ・(1+Tb ・s)/(1+Tt ・s) (27)
【0032】
C2は、目標ヨーレートγ* とヨーレートセンサ16により検出される車両100の実際のヨーレートγとの偏差に応じて、前輪舵角と制動力を制御する場合における前輪舵角制御ゲインKd と制動力制御ゲインKB を演算する制御装置20における演算部である。その演算により、アンダーステア状態にある車両の姿勢制御における前輪舵角制御と制動力制御の分担比率を定め、タイヤの横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域では前輪舵角制御の比率を高くし、また、走行条件や路面条件の変化等によりタイヤの横すべり角が変化してもコーナリングフォースが変化しなくなる飽和領域に近づくにつれて、制動力制御の比率を高くする協調制御を行う。
【0033】
そのため演算部C2においては、まず上記式(5)、(6)により車体横すべり角βと前輪横すべり角βf とが演算される。なお、前輪横すべり角βf に代えて式(7)により後輪横すべり角βr を演算してもよい。次に、その協調制御を行うか否かを判定するため、車体横すべり角の大きさに対応する値と、その車体横すべり角の変化速度の大きさに対応する値の中の少なくとも一方が、予め設定した正数値を超えるか否かを判断する。本実施形態では、その車体横すべり角の大きさに対応する値として車体横すべり角βの絶対値が予め設定した整数値1/Ca以下で、その車体横すべり角の変化速度の大きさに対応する値として車体横すべり角速度dβ/dtの絶対値が予め設定した整数値1/Cb以下の場合、その求めた車輪横すべり角である前輪横すべり角βf あるいは後輪横すべり角βr の大きさに関わらず、その車輪横すべり角に対する制動力の制御量と操舵用アクチュエータ2の制御量とは一定とされ、協調制御は行われない。
【0034】
本実施形態では、その協調制御を行うか否かの判定係数Jを以下の式(28)により演算し、その判定係数Jの絶対値が1を超えるか否かを判断する。
J=Ca・β+Cb・dβ/dt (28)
その式(28)におけるCa、Cbは正数であって、舵角と制動力の協調制御の必要性に応じて予め設定される値である。その判定係数Jの絶対値が1を超える場合、車両の車体横すべり角βと車体横すべり角速度dβ/dtとの関係は図5における領域I〜VIで示される。すなわち、領域I、IIでは車体横すべり角βの大きさを表す絶対値が増加状態であり、領域III、IVでは車体横すべり角βの絶対値が1/Caの絶対値よりも大きく、領域V、VIでは車体横すべり角速度dβ/dtの大きさを表す絶対値が1/Cbの絶対値よりも大きいことから、舵角と制動力の協調制御が必要であると判断される。なお、本実施形態では、横すべり角度は旋回内側に向く方向を正とし、旋回外側に向く方向を負とする。また、その判定係数Jの絶対値が1以下の場合、領域VII、VIIIでは車体横すべり角βの絶対値が減少状態であり、領域IX、Xでは車体横すべり角βの絶対値が1/Caの絶対値以下、かつ、車体横すべり角速度dβ/dtの絶対値が1/Cb以下であることから、舵角と制動力の協調制御は不必要であると判断される。
【0035】
舵角と制動力の協調制御が必要であると判断されると、演算部C2においては、少なくとも検出した挙動指標値であるヨーレートγと、求めた目標挙動指標値である目標ヨーレートγ* とに基づき、車両がアンダーステア状態かオーバーステア状態かを判断する。
すなわち、ドライバーによるステアリングホイール1の操作方向が車両の旋回方向に対応している状態では、求めたヨーレートγが目標ヨーレートγ* に至っていない時はアンダーステア状態である。その求めたヨーレートγが目標ヨーレートγ* に至っておらず、且つ、そのヨーレートγを目標ヨーレートγ* から離すように、求めた車体横すべり角βが変化している時、車両はアンダーステア状態であると判断される。
また、その求めたヨーレートγが目標ヨーレートγ* を超えている時、車両はオーバーステア状態であると判断される。
この判断のために、先ず、δ・(γ* −γ)とδ・dβ/dtが演算され、そのδ・(γ* −γ)が正であり、且つ、δ・dβ/dtが正であるか否かが判断される。そのδ・(γ* −γ)が正であり、且つ、δ・dβ/dtが正であれば、車両100に作用する実際のヨーレートγが目標ヨーレートγ* に至っておらず、且つ、その車体横すべり角βの絶対値が増加中であるから、車両100はアンダーステア状態であると判断される。また、そのδ・(γ* −γ)が負である場合、あるいは、そのδ・(γ* −γ)が正であって、且つ、δ・dβ/dtが負であれば、車両100はオーバーステア状態であると判断される。
【0036】
車両100がアンダーステア状態であると判断されると、演算部C2においては、前輪横すべり角βf の大きさが予め定めた設定最大値以上であるか否かが判断される。その予め定めた設定最大値は、本実施形態ではタイヤの横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域を維持しえる車輪横すべり角の最大値、すなわち横力最大時の前輪横すべり角βfmaxとされている。その前輪横すべり角βf は旋回内側を向くか外側を向くかで正負の符号が変化することから、その前輪横すべり角βf の大きさに対応する絶対値が、横力最大時の前輪横すべり角βfmax以上か否かが判断される。なお、その予め定めた設定最大値は、そのタイヤの横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域を維持しえる車輪横すべり角の最大値以下であればよい。
前輪横すべり角βf はタイヤと路面との間の摩擦係数μに相関し、図6の(1)に示すように、最大横力に対応するコーナリングフォースFy ′に至る時の前輪横すべり角βfmaxは、摩擦係数μが高い程に小さくなる。この関係に基づきβfmaxを求めることができ、例えば、以下の式(29)により近似的に求められる。
tan(βfmax)=3μ・W/Kf (29)
【0037】
その求めた前輪横すべり角βf の絶対値がβfmax以上である時は、前輪舵角制御ゲインKd は零に設定され、制動力制御ゲインKB は最大値KBmaxに設定される。その前輪舵角制御ゲインKd が零に設定されることで、後述の舵角修正値δFB * が零とされるので、目標ヨーレートγ* へのヨーレートγの追従のための操舵用アクチュエータ2の制御量が最小とされる。その制動力制御ゲインKB が最大値KBmaxに設定されることで、制動力として後述の式(36)により求められる値FX が作用するように制動力制御される。
【0038】
その前輪横すべり角βf の絶対値がβfmax未満である時は、前輪舵角制御ゲインKd の制動力制御ゲインKB に対する比率は前輪横すべり角βf が大きくなるに従って小さくされる。本実施形態では、前輪舵角制御ゲインKd は以下の式(30)によって演算され、制動力制御ゲインKB は以下の式(31)によって演算される。
Kd =Kdmax.(1−βf 2 /βfmax 2) (30)
KB =KBmax・βf 2 /βfmax 2 (31)
その前輪舵角制御ゲインKd の最大値Kdmaxと制動力制御ゲインKB の最大値KBmaxは車両に応じて適宜設定される。
これにより、前輪横すべり角βf の絶対値がβfmax未満である時は、その求めた前輪横すべり角βf の変化に応じて舵角と制動力の制御量が変化するように制御される。すなわち、その求めた前輪横すべり角βf の絶対値が小さくなる程に式(36)により求められる制動力FX の制御量が減少され、且つ、目標ヨーレートγ* へのヨーレートγの追従のための操舵用アクチュエータ2の制御量が増大される。
なお、その式(30)、(31)は一例であり、前輪舵角制御ゲインKd の制動力制御ゲインKB に対する比率が、前輪横すべり角βf が大きくなるに従って小さくなればよいから、例えば式(30)、(31)におけるβf 2 に代えてβf の絶対値を用い、βfmax 2に代えてβfmaxを用いてもよく、この場合の前輪舵角制御ゲインKd と前輪横すべり角βf の絶対値との関係は図6の(2)により示され、制動力制御ゲインKB と前輪横すべり角βf の絶対値との関係は図6の(3)により示される。また、式(30)、(31)や図6の(2)、(3)におけるβf 、βfmaxに代えてβr 、βrmaxを用いてもよい。
【0039】
G3は、演算した目標ヨーレートγ* と車両100のヨーレートγとの偏差(γ* −γ)に対する舵角修正値δFB * の伝達関数である。すなわち制御装置20は、記憶したδFB * =G3・(γ* −γ)の関係と、演算した目標ヨーレートγ* と、ヨーレートセンサ16により検出したヨーレートγから舵角修正値δFB * を演算する。その伝達関数G3は、例えばPI制御を行う場合、上記演算した前輪舵角制御ゲインKd を用いて、ラプラス演算子をs、時定数をτcとして、G3=Kd ・〔1+1/(τc・s)〕になる。その時定数τcは最適な制御を行えるように調整される。すなわち、制御装置20は、その偏差(γ* −γ)と舵角修正値δFB * との間の予め定められた関係を表す伝達関数G3を記憶し、その記憶した関係に基づき、演算した前輪舵角制御ゲインKd と偏差(γ* −γ)とに応じた舵角修正値δFB * を演算する。
【0040】
その制御装置20は、その舵角設定値δFF * と舵角修正値δFB * の和として目標舵角δ* を演算する。すなわち、舵角設定値δFF * は目標舵角δ* におけるフィードフォワード項であり、舵角修正値δFB * は目標舵角δ* におけるフィードバック項である。車両挙動の制御において、舵角設定値δFF * に基づくフィードフォワード制御により速応性が充足され、舵角修正値δFB * に基づくフィードバック制御により安定性が充足される。
【0041】
その制御装置20は、その演算した目標舵角δ* と舵角δとの偏差(δ* −δ)に対応する操舵用アクチュエータ2の目標駆動電流im * を、その偏差(δ* −δ)と目標駆動電流im * との関係である伝達関数G4に基づき演算する。すなわち制御装置20は、予め定めて記憶したim * =G4・(δ* −δ)の関係と、演算した目標舵角δ* と、舵角センサ13により検出した舵角δとから目標駆動電流im * を演算する。その目標駆動電流im * に応じて操舵用アクチュエータ2が駆動される。これにより、舵角δが目標舵角δ* に対応するように操舵用アクチュエータ2が制御装置20により制御される。その伝達関数G4は、例えばK4をゲイン、τdを時定数として、PI制御がなされるようにG4=K4〔1+1/(τd・s)〕とされ、そのゲインK4および時定数τdは最適な制御を行えるように調整される。
【0042】
C3は、前後左右の各車輪4への指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4を演算する走行系制御装置60における演算部である。この演算部C3においては、演算した目標ヨーレートγ* と車両100のヨーレートγとの偏差(γ* −γ)を低減し、好ましくは打ち消すヨーモーメントが各車輪4の制動力制御により発生するように、各車輪4の指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4を演算する。その指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4に基づき制動圧制御ユニットBを、車両100がアンダーステア状態である時は旋回内側への車両ヨーモーメントが発生するように旋回内側車輪の制動力が増加するように制御し、車両100がオーバーステア状態である時は旋回外側への車両ヨーモーメントが発生するように旋回外側車輪の制動力が増加するように制御する。そのため、車両100がアンダーステア状態であると判断された場合は、旋回内側への車両ヨーモーメントを最大にする旋回内側における前後両方の車輪の制動力を、予め定めて記憶した演算式に基づき求める。また、車両100がオーバーステア状態であると判断された場合は、旋回外側への車両ヨーモーメントを最大にする旋回外側における前後両方の車輪の制動力を、その記憶した演算式に基づき求める。その制動力FX の演算式は、例えば以下の式(36)により表される。
【0043】
すなわち、車両がアンダーステア状態にある時の旋回内側の前輪におけるヨーモーメントMは、以下の式(32)により近似的に求められる。
M=Lf ・Fy +d/2 ・FX (32)
また、トレッドd と前輪‐重心間距離Lf との関係を、0<a<1として以下の式(33)により近似的に表す。
d/2 =a・Lf (33)
上記式(32)、(33)を上記式(4)に代入することで以下の式(34)を得る。
M=Lf ・(Fy +a・FX )=Lf ・{(μ2 ・W2 −FX 2 )1/2 ・FO /(μ・W)+a・FX } (34)
上記式(34)のヨーモーメントMをFX で微分したdM/dFX を0と置くことで以下の式(35)を得る。
上記式(35)より、旋回内側の前輪におけるヨーモーメントMが最大となるときの内側前輪の制動力FX は、r=FO /(μ・W)とおくと、以下の式(36)により求められる。
FX =a・μ・W/(r2 +a2 )1/2 (36)
なお、式(4)より内側前輪のコーナリングフォースFy は以下の式(37)により求められる。
Fy =r・FO /(r2 +a2 )1/2 (37)
また、その式(34)、(36)、(37)より、内側前輪の最大ヨーモーメントMmax は以下の式(38)により求められる。
Mmax =Lf ・FO ・(1+a2 /r2 )1/2 (38)
【0044】
車両がアンダーステア状態にある時の旋回内側の後輪におけるヨーモーメントが最大となるときの内側後輪の制動力FX は、旋回内側の前輪に関する上記式(32)〜(35)において、前輪‐車両重心間距離Lf に代えて後輪‐車両重心間距離Lr を用いる以外は同様にして式(36)により求めればよい。また、トレッドd が前輪側と後輪側とで相違する場合は対応する値を用いればよい。
【0045】
また、車両がオーバーステア状態にある時は、旋回外側車輪におけるヨーモーメントが最大となるときの旋回外側の前後車輪の制動力を、アンダーステア状態にある時と同様にして式(36)により求めればよい。
【0046】
その演算部C3においては、演算部C2において車両がアンダーステア状態であると判断されると、旋回内側の前輪と後輪とに上記演算した制動力FX を作用させるのに必要な最大指示制動圧を演算し、また、車両がオーバーステア状態であると判断されると、旋回外側の前輪と後輪とに上記演算した制動力FX を作用させるのに必要な最大指示制動圧を演算する。さらに、その最大指示制動圧に、上記式(31)により演算された制動力制御ゲインKB を乗じた指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4を演算する。各指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4は、制動圧センサ61により検出されたホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2からの偏差として求められる。すなわち制御装置60は、操舵方向と、制動力制御ゲインKB と、各車輪4のホイルシリンダ圧と、各車輪4の車輪速との間の関係を予め定めて記憶し、その記憶した関係と、演算部C2における車両がアンダーステア状態かオーバーステア状態かの判断結果と、上記演算した制動力制御ゲインKB と、トルクセンサ12により検出した操作トルクTh の符号から判断した操舵方向と、制動圧センサ61により検出したホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2と、車輪速センサ62により検出した車輪速ω1、ω2、ω3、ω4とから、指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4を演算する。これにより、車両100がアンダーステア状態である時は旋回内側における前後両方の車輪の制動力が増加し、車両100がオーバーステア状態である時は旋回外側における前後両方の車輪の制動力が増加するように制動圧制御ユニットBを制御する。その制動力制御ゲインKB が最大値KBmaxである時には、コーナリングフォースおよび制動力によるヨーモーメント総和が最大とされる。
【0047】
図7〜図9のフローチャートを参照して、制御装置20、60による上記姿勢制御装置の制御手順を説明する。
まず、各センサ11〜16、61、62による操作角δh 、操作トルクTh 、舵角δ、車速V、前後方向加速度GX 、横加速度GY 、ヨーレートγ、ホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2、車輪速ω1、ω2、ω3、ω4の検出データが読み込まれる(ステップ1)。次に、検出した操作角δh とゲインK1とから求められる目標操作トルクTh * から検出した操作トルクTh を差し引いた偏差が零になるように、伝達関数G1に基づき操作用アクチュエータRの目標駆動電流ih * が求められる(ステップ2)。その目標駆動電流ih * が印加されることで操作用アクチュエータRが制御される。次に、操作角δh に応じた目標ヨーレートγ* が伝達関数G2に基づき求められる(ステップ3)。次に、制動圧センサ61により検出されるホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2に対応する各車輪制動力FXf1 、FXr1 、FXf2 、FXr2 に応じた制動力差Bd が、予め設定されて記憶された式(3)に基づき演算される(ステップ4)。次に、速度センサ14により検出される車速V、舵角センサ13により検出される舵角δ、横加速度センサ15bにより検出される横加速度GY 、ヨーレートセンサ16により検出されるヨーレートγに応じて、式(5)〜(7)に基づき、車体横すべり角β、前輪横すべり角βf 、後輪横すべり角βr が演算され(ステップ5)、速度センサ14により検出される車速V、前後方向加速度センサ15aにより検出される前後方向加速度GX 、横加速度センサ15bにより検出される横加速度GY 、制動圧センサ61により検出されるホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2に応じて、式(8)〜(27)に基づき舵角設定値δFF * が演算される(ステップ6)。なお、その舵角設定値δFF * の演算において、非制動時の1車輪当たりの前輪コーナリングパワーKfo、非制動時の1車輪当たりの後輪コーナリングパワーKro、静止荷重時の前輪ロック圧力Pf 、静止荷重時の後輪ロック圧力Pr は、予め定めて制御装置20に記憶すればよい。次に、判定係数Jが式(28)に基づき演算され(ステップ7)、その判定係数Jの絶対値が1を超えるか否か、すなわち舵角と制動力の協調制御が必要か否かが判断される(ステップ8)。判定係数Jの絶対値が1を超える場合、δ・(γ* −γ)が正であり、且つ、δ・dβ/dtが正であるか否かが判断される(ステップ9)。δ・(γ* −γ)が正であり、且つ、δ・dβ/dtが正である場合、車両100はアンダーステア状態であると判断され、この場合、最大横力に対応するコーナリングフォースFy ′に至る時の前輪横すべり角βfmaxが式(29)に基づき演算される(ステップ10)。次に、上記演算した前輪横すべり角βf の絶対値が横力最大時の前輪横すべり角βfmax以上か否かが判断される(ステップ11)。そのβf の絶対値がβfmax以上である場合、前輪舵角制御ゲインKd は零に設定され、制動力制御ゲインKB は最大値KBmaxに設定される(ステップ12)。その前輪横すべり角βf の絶対値がβfmax未満である場合、前輪舵角制御ゲインKd が式(30)に基づき演算され、制動力制御ゲインKB が式(31)に基づき演算される(ステップ13)。ステップ8において判定係数Jの絶対値が1以下の場合、ステップ9において車両100がアンダーステア状態であると判断されない場合、前輪舵角制御ゲインKd は最大値Kdmaxに設定され、制動力制御ゲインKB は最大値KBmaxに設定される(ステップ14)。次に、その演算した目標ヨーレートγ* と検出ヨーレートγとの偏差(γ* −γ)に対応する舵角修正値δFB * を伝達関数G3に基づき演算し(ステップ15)、その舵角設定値δFF * と舵角修正値δFB * の和として目標舵角δ* を演算する(ステップ16)。その演算した目標舵角δ* と舵角センサ13により検出した舵角δとの偏差に対応する操舵用アクチュエータ2の目標駆動電流im * を伝達関数G4に基づき演算する(ステップ17)。その目標駆動電流im * に応じて操舵用アクチュエータ2を駆動することで、舵角δが目標舵角δ* に対応するように操舵用アクチュエータ2を制御する。これにより、演算した目標挙動指標値である目標ヨーレートγ* に挙動指標値であるヨーレートが追従するように操舵用アクチュエータ2が制御される。次に、車両がアンダーステア状態かオーバーステア状態かが判断される(ステップ18〜20)。すなわち、δ・(γ* −γ)が正であり、且つ、δ・dβ/dtが正であればアンダーステア状態であると判断される。また、そのδ・(γ* −γ)が負である場合、あるいは、そのδ・(γ* −γ)が正であって、且つ、δ・dβ/dtが負であればオーバーステア状態であると判断される。アンダーステア状態でもオーバーステア状態でもない場合はステップ25に進む。車両がアンダーステア状態である場合は旋回内側の前後車輪の制動力を式(36)により演算し(ステップ21)、車両がオーバーステア状態である場合は旋回外側の前後車輪の制動力を式(36)により演算する(ステップ22)。なお、その制動力の演算において、非制動時コーナリングフォースFO は、予め定めて制御装置20に記憶すればよい。次に、その演算した制動力FX を作用させるのに必要な最大指示制動圧を演算し(ステップ23)、その最大指示制動圧に上記求められた制動力制御ゲインKB を乗じた指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4を、制動圧センサ61により検出されたホイルシリンダ圧Pf1、Pf2、Pr1、Pr2と車輪速センサ62により検出した車輪速ω1、ω2、ω3、ω4とに応じて演算する(ステップ24)。その演算された指示制動圧ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4に応じて制動圧制御ユニットBが制動力を変化させることで各車輪4の制動力が制御される。これにより、車両がアンダーステア状態である時は、旋回内側における前後両方の車輪の制動力が増加することで、旋回内側車輪の制動力を旋回外側車輪の制動力よりも大きくし、旋回内側への車両ヨーモーメントが発生するように旋回内側車輪の制動力が制御される。また、車両がオーバーステア状態である時は、旋回外側における前後両方の車輪の制動力が増加することで、旋回外側車輪の制動力を旋回内側車輪の制動力よりも大きくし、旋回外側への車両ヨーモーメントが発生するように旋回外側車輪の制動力が制御される。次に、制御を終了するか否かを判断し(ステップ25)、終了しない場合はステップ1に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。
【0048】
上記構成によれば、アンダーステア状態の車両において旋回内側の後輪だけでなく前輪にも制動力を作用させることで、旋回内側への車両ヨーモーメントを発生させることができ、また、オーバーステア状態の車両における旋回外側の前輪だけでなく後輪にも制動力を作用させることで、旋回外側への車両ヨーモーメントを発生させることができる。これにより、従来よりも車両挙動を安定化させるヨーモーメントを増大させることができる。
【0049】
また、ステアリングホイール1による操作量に応じた車両の目標ヨーレートγ* と求めたヨーレートγとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ2を制御する場合に、その操舵用アクチュエータ2の動きによる舵角変化によりアンダーステア状態やオーバーステア状態になるのを、制動力の作用により防止できる。すなわち、舵角と制動力の統合制御により車両挙動を安定化させることができる。
【0050】
その求めたヨーレートγが目標ヨーレートγ* に至っていない場合、車体横すべり角βがヨーレートγを目標ヨーレートγ* に近接させるように変化しているか、目標ヨーレートγ* から離すように変化しているかを判断している。そして、オーバーステア状態において、カウンタ操舵を行うことにより求めたヨーレートγがステアリングホイール1の操作量に対応する目標ヨーレートγ* に至っていない状態になった場合、そのヨーレートγを目標ヨーレートγ* から離すように車体横すべり角βは変化するので、この場合はオーバーステア状態であると判断できる。これにより、オーバーステア状態を解消するカウンタ操舵を行った場合に、制動力もオーバーステア状態を解消するように作用させることできる。よって、舵角制御と制動力制御とが干渉するのを防止し、車両挙動を安定化できる。
【0051】
また、アンダーステア状態において前輪横すべり角βf の絶対値が横力最大時の前輪横すべり角βfmax以上である時は、旋回内側への車両ヨーモーメントを最大にする制動力が旋回内側車輪に作用し、且つ、目標ヨーレートγ* へのヨーレートγの追従のための操舵用アクチュエータ2の制御量が最小とされる。また、アンダーステア状態において前輪横すべり角βf の絶対値が横力最大時の前輪横すべり角βfmax未満である時は、その求めた前輪横すべり角βf の絶対値が減少する程に制動力の制御量が減少され、目標ヨーレートγ* へのヨーレートγの追従のための操舵用アクチュエータ2の制御量が増大される。この舵角と制動力の協調制御により、アンダーステア状態において、舵角が過度に増大するのを防止でき、且つ、内側車輪に作用させる制動力が過大になるのを防止でき、車両挙動を安定化させるヨーモーメントが減少するのを防止できる。また、複雑な制御を要することなく、車両挙動が不安定になって横すべり角が大きくなる程に、車両挙動を安定化させる制動力を大きくすることができる。この舵角と制動力の協調制御は、判定係数Jの絶対値が1を超える場合のみなされるので、目標ヨーレートγ* へのヨーレートγの追従のために舵角や制動力が必要以上に変動することはなく、操舵フィーリングの低下を防止できる。さらに、アンダーステア状態において舵角が過大になるのを防止することで、タイヤの横すべり角とコーナリングフォースとが比例する線形領域を維持でき、車両挙動が不安定になるのを確実に防止できる。
【0052】
そして、ステアリングホイール1の操作角δhに応じた目標ヨーレートγ* と左右車輪の制動力差Bd とに対応する舵角設定値δFF * と、その目標ヨーレートγ* と求めたヨーレートγとの偏差に対応する舵角修正値δFB * との和である目標舵角δ* に対応するように、操舵用アクチュエータ2を制御する場合、その舵角設定値δFF * は目標舵角δ* におけるフィードフォワード項、その舵角修正値δFB * はフィードバック項に対応することから、フィードフォワード制御とフィードバック制御とが行われる。すなわち、その舵角設定値δFF * は、ステアリングホイール1の操作角δhだけでなく左右車輪の制動力差Bd に応じて定められることから、制動力の制御により車両挙動を安定化させる場合に、その制動力差Bd に応じて舵角をフィードフォワード制御できる。よって、制動力の制御に起因するヨーレートγに応じて舵角をフィードバック制御するのに比べて、制御の応答性を向上して車両挙動を安定化することができる。
【0053】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ステアリングホイールを車輪に機械的に連結した車両にも本発明は適用できる。また、操作部材の操作量としてトルクセンサにより検出される操作トルクを用いるようにしてもよい。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、アンダーステア状態やオーバーステア状態の車両において、制動力と舵角を互いに干渉することなく統合して制御し、さらに、アンダーステア状態において舵角や制動力が過大になるのを防止し、制御の応答性を向上し、車両挙動を安定化させることができる車両の姿勢制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の姿勢制御装置の構成説明図
【図2】本発明の実施形態の姿勢制御装置の制御ブロック図
【図3】定常円旋回状態の車両状態を示す図
【図4】(1)はオーバーステア状態の横すべりした車両を示す図、(2)はアンダーステア状態の横すべりした車両を示す図
【図5】本発明の実施形態の車体横すべり角と車体横すべり角速度との関係を示す図
【図6】本発明の実施形態の(1)は前輪横すべり角とコーナリングフォースとの関係を示す図、(2)は前輪舵角制御ゲインKd と前輪横すべり角βf の絶対値との関係を示す図、(3)は制動力制御ゲインKB と前輪横すべり角βf の絶対値との関係を示す図
【図7】本発明の実施形態の姿勢制御装置の制御手順を示すフローチャート
【図8】本発明の実施形態の姿勢制御装置の制御手順を示すフローチャート
【図9】本発明の実施形態の姿勢制御装置の制御手順を示すフローチャート
【図10】タイヤと接地面との間の摩擦に起因して作用する力を示す図
【符号の説明】
1 ステアリングホイール(操作部材)
2 操舵用アクチュエータ
3 ステアリングギヤ
4 車輪
11 角度センサ
13 舵角センサ
14 速度センサ
15a 前後方向加速度センサ
15b 横加速度センサ
16 ヨーレートセンサ
20 ステアリング系制御装置
54 ブレーキ装置
60 走行系制御装置
B 制動圧制御ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle attitude control device capable of stabilizing vehicle behavior.
[0002]
[Prior art]
When the vehicle is understeered or oversteered, the vehicle posture is controlled by controlling the braking force acting on the wheels. That is, in the understeered vehicle, the braking force of the turning inner wheel is made larger than the braking force of the turning outer wheel, and in the oversteered vehicle, the braking force of the turning outer wheel is made larger than the braking force of the turning inner wheel. Thus, the yaw moment that stabilizes the vehicle behavior is generated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, by excessively increasing the rudder angle to eliminate the understeer state, it becomes impossible to maintain a linear region in which the side slip angle of the wheel is proportional to the cornering force, or when the braking force acting on the inner wheel becomes excessive, There is a problem that the yaw moment that stabilizes the vehicle behavior decreases.
[0004]
It is an object of the present invention to provide a vehicle attitude control device that can solve the above problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, when the vehicle is understeered, the braking force of the turning inner wheel is made larger than the braking force of the turning outer wheel, and when the vehicle is oversteered, the braking force of the turning outer wheel is increased. The present invention is applied to a vehicle attitude control device capable of individually controlling the braking force of the left and right wheels so as to be larger than the braking force.
[0006]
The first feature of the present invention is that the operation member, the steering actuator driven in accordance with the operation of the operation member, and the movement of the wheel so that the rudder angle changes in accordance with the movement of the steering actuator. , Means for obtaining a behavior index value corresponding to a change in the behavior of the vehicle based on the change in the steering angle, means for obtaining an operation amount of the operation member, and a target behavior index value corresponding to the obtained operation amount Based on the stored relationship between the manipulated variable and the target behavior index value, means for controlling the steering actuator so that the behavior index value follows the calculated target behavior index value, and a wheel side slip If the vehicle is determined to be in an understeer condition, the braking force of the turning inner wheel that maximizes the vehicle yaw moment to the turning inner side is determined based on the stored arithmetic expression. And a means for determining whether or not the obtained wheel side slip angle is equal to or greater than a preset maximum value when the vehicle is determined to be in an understeer state. When this is the case, the braking force control is performed so that the obtained braking force acts, and the control amount of the steering actuator for following the behavior index value to the target behavior index value is minimized, When it is less than the set maximum value, the control amount of the braking force is reduced as the obtained wheel side slip angle becomes smaller, and the steering for following the behavior index value to the target behavior index value is performed. The control amount of the actuator is increased.
Thus, when the steering actuator is controlled so as to reduce the deviation between the target behavior index value of the vehicle corresponding to the operation amount of the operation member and the detected behavior index value, the steering angle change due to the movement of the steering actuator Therefore, the understeer state or the oversteer state can be prevented by the action of the braking force. That is, the vehicle behavior can be stabilized by integrated control of the steering angle and the braking force.
In addition, when the wheel side slip angle is greater than or equal to the set maximum value in the understeer state, the braking force that maximizes the vehicle yaw moment toward the inside of the turn acts on the inside wheel and turns to the target behavior index value. The control amount of the steering actuator for following the behavior index value is minimized. In addition, when the wheel slip angle is less than the maximum set value in the understeer state, the control amount of the braking force decreases as the wheel slip angle decreases, and the behavior index value follows the target behavior index value. Therefore, the control amount of the steering actuator is increased. As a result, the steering angle can be prevented from excessively increasing in the understeer state, the braking force applied to the turning inner wheel can be prevented from being excessive, and the yaw moment that stabilizes the vehicle behavior is reduced. Can be prevented. Further, the braking force that stabilizes the vehicle behavior can be increased as the vehicle behavior becomes unstable and the side slip angle increases without requiring complicated control.
[0007]
Means are provided for determining whether at least one of a value corresponding to the magnitude of the vehicle body side slip angle and a value corresponding to the magnitude of the change speed of the vehicle body side slip angle exceeds a preset positive value. If the value corresponding to the size of the side slip angle of the vehicle body and the value corresponding to the change speed of the side slip angle of the vehicle body are equal to or less than a preset positive value, the calculated value of the wheel side slip angle is obtained. Regardless, it is preferable that the control amount of the braking force and the control amount of the steering actuator for the wheel side slip angle are constant.
As a result, the steering angle and the braking force do not fluctuate more than necessary for the tracking of the behavior index value to the target behavior index value, so that a decrease in steering feeling can be prevented.
[0008]
The preset maximum value of the wheel side slip angle is preferably set to be equal to or less than the maximum value of the wheel side slip angle capable of maintaining a linear region in which the wheel side slip angle and the cornering force are proportional.
Accordingly, by preventing the steering angle from becoming excessive in the understeer state, a linear region in which the side slip angle of the wheel and the cornering force are proportional can be maintained, and the vehicle behavior can be reliably prevented from becoming unstable.
[0009]
The stored arithmetic expression is FX Is the braking force, W is the tire load of each wheel, μ is the coefficient of friction between the road surface and the tire of each wheel,
FX = A · μ · W / (r2 + A2 )1/2
And FO Is the cornering force during non-braking, and r is r = FO / (Μ · W) is obtained from the relationship, and when calculating the braking force of the front wheels, Lf Is the distance between the front wheel and the center of gravity of the vehicle, d is the front wheel tread, and a is d / 2 = a · Lf When calculating the braking force of the rear wheelr Is the distance between the rear wheel and the center of gravity of the vehicle, d is the rear wheel tread, and a is d / 2 = a · Lr It is preferable to be obtained from the relationship.
Thereby, an appropriate braking force that stabilizes the vehicle behavior can be applied.
[0010]
A means for obtaining the braking force of each wheel, a means for obtaining the braking force difference between the braking force of the turning inner wheel and the braking force of the turning outer wheel, and the steering angle corresponding to the obtained target behavior index value and the braking force difference Means for calculating a set value based on a stored relationship among the target behavior index value, the braking force difference and the steering angle set value, and corresponds to a deviation between the target behavior index value and the calculated behavior index value; Means for calculating the steering angle correction value based on the stored relationship between the deviation and the steering angle correction value, and the steering angle corresponding to the target steering angle that is the sum of the steering angle setting value and the steering angle correction value Preferably, the behavior index value follows the target behavior index value by controlling the steering actuator.
Accordingly, the steering angle setting value corresponding to the target behavior index value corresponding to the operation amount of the operating member and the braking force difference between the left and right wheels, and the rudder corresponding to the deviation between the target behavior index value and the calculated behavior index value. The steering actuator is controlled so as to correspond to the target rudder angle that is the sum of the angle correction value. Since the steering angle setting value corresponds to the feedforward term at the target steering angle, and the steering angle correction value corresponds to the feedback term, feedforward control and feedback control are performed. In other words, the rudder angle setting value is determined not only according to the operation amount of the operation member but also according to the braking force difference between the left and right wheels, so that when the vehicle behavior is stabilized by controlling the braking force, The steering angle can be feedforward controlled accordingly. Therefore, compared with the feedback control of the steering angle according to the behavior index value resulting from the control of the braking force, the control response can be improved and the vehicle behavior can be stabilized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The vehicle attitude control device shown in FIG. 1 moves the
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
An
[0015]
An
[0016]
As a steering angle of the vehicle, a
[0017]
The
[0018]
A hydraulic braking system for braking the front, rear, left and
[0019]
FIG. 2 is a control block diagram of the attitude control device. The symbols in the following description are as follows.
m: vehicle mass
hg : Vehicle center of gravity height
W: Tire load on each wheel
μ: Coefficient of friction between road surface and tire
L: Wheel base
Lf : Distance between front wheel and vehicle center of gravity
Lr : Distance between rear wheel and vehicle center of gravity
d: Tread
V: Vehicle speed
ω1, ω2, ω3, ω4: Wheel speed
GX : Longitudinal acceleration
GY : Lateral acceleration
A ': Stability factor during braking
Iz : Vehicle moment of inertia
Th : Operating torque
Th * : Target operation torque
γ: Yaw rate
γ* : Target yaw rate
dγ / dt: yaw rate differential value
M: Yaw moment
Mmax : Maximum yaw moment
δh : Operation angle
δ: Front wheel rudder angle
δ* : Target rudder angle
δFF * : Rudder angle setting value
δFB * : Rudder angle correction value
β: Body side slip angle
dβ / dt: Vehicle side slip angular velocity
βf : Front wheel side slip angle
βfmax: Front wheel side slip angle at maximum lateral force
βr : Rear wheel side slip angle
βrmax: Rear wheel side slip angle at maximum lateral force
Fy : Cornering force
FO : Cornering force during non-braking
Ff1: Left front wheel cornering force
Ff2: Right front cornering force
Fr1: Left rear wheel cornering force
Ff2: Right rear wheel cornering force
Kfo: Front wheel cornering power per wheel when not braking
Kro: Rear wheel cornering power per wheel during non-braking
Kf : Total front cornering power during braking
Kr : Total rear wheel cornering power during braking
Kf1: Left front wheel cornering power during braking
Kf2: Right front wheel cornering power during braking
Kr1: Left rear wheel cornering power during braking
Kr2: Right rear wheel cornering power during braking
FX :Braking force
Bd : Braking force difference between left and right wheels
FXf1 : Left front wheel braking force
FXf2 : Right front wheel braking force
FXr1 : Left rear wheel braking force
FXr2 : Right rear wheel braking force
ΔP1, ΔP2, ΔP3, ΔP4: Instructed braking pressure
Pf : Front wheel lock pressure at static load
Pr : Rear wheel lock pressure under static load
Pf1: Left front wheel wheel cylinder pressure
Pf2: Right front wheel wheel cylinder pressure
Pr1: Left rear wheel wheel cylinder pressure
Pr2: Right wheel wheel cylinder pressure
KB : Braking force control gain
KBmax: Maximum braking force control gain
Kd : Front wheel rudder angle control gain
Kdmax: Maximum front wheel rudder angle gain
im * : Target drive current of the
ih * : Target drive current of operation actuator R
[0020]
In FIG. 2, K1 is the operating angle δh Target operating torque Th * Gain, and Th * = K1 · δh And the operation angle δ detected by the
[0021]
G1 is the target operating torque Th * And operating torque Th Target drive current i of the operating actuator R for deviation fromh * And the
[0022]
G2 is the operation angle δ of the
The gain K3 may be a function of the vehicle speed V, and the gain K3 may be decreased as the vehicle speed V increases in order to ensure stability at a high vehicle speed.
[0023]
C1 is a calculation unit in the
In this embodiment, the equation of motion represents the following equation (1) that approximately represents the motion of a vehicle having two degrees of freedom of lateral motion and yaw motion in a plane in order to achieve both speed and stability of control. (2).
Bd Is the difference between the braking force of the left wheel and the braking force of the right wheel expressed by the following equation (3). Each wheel braking force FXf1 , FXr1 , FXf2 , FXr2 Is the wheel cylinder pressure P detected by the braking pressure sensor 61.f1, Pf2, Pr1, Pr2The correspondence relationship is determined in advance and stored in the control device, and the stored relationship and the detected wheel cylinder pressure Pf1, Pf2, Pr1, Pr2And obtained by the
Bd = FXf1 + FXr1 -FXf2 -FXr2 (3)
[0024]
Further, the frictional force μ · W acting on the tire due to the friction with the ground contact surface in each
Therefore, the friction force μ · W, the braking force FX , Cornering Force Fy , And non-braking cornering force FO The following constraint equation (4) is obtained during
{FX / (Μ · W)}2 + (Fy / FO )2 = 1 (4)
[0025]
The road surface friction coefficient μ is obtained, for example, by previously obtaining a relationship between the vehicle speed, the wheel speed, and the road surface friction coefficient, and storing the relationship in the
[0026]
Further, in FIG. 3, a lateral acceleration G acting in the direction indicated by the
β = ∫ (dβ / dt) dt = ∫ (GY / V-γ) dt (5)
That is, a value including the behavior index value yaw rate γ as a value correlated with the vehicle body side slip angle β, in this embodiment, the yaw rate γ, the lateral acceleration Gy, and the vehicle speed V are detected, and the value G correlated with the vehicle body side slip angle β.Y , V, γ and vehicle side slip angle β are stored in the
[0027]
The side slip angle β of the vehicle body and the distance L between the front wheel and the center of gravityf , Rear wheel-center of gravity distance Lr , Vehicle speed V, front wheel rudder angle δ, front wheel side slip angle βf And rear wheel side slip angle βr Is obtained by the following equations (6) and (7).
βf = Β + Lf ・ Γ / V-δ (6)
βr = Β-Lr ・ Γ / V (7)
That is, the wheel side slip angle βf , Βr The vehicle side slip angle β is obtained as a value that correlates with the vehicle side, and the value including the behavior index value yaw rate γ, in this embodiment, the yaw rate γ, the vehicle speed V, and the steering angle δ are detected, and the wheel side slip angle βf , Βr Values β, V, γ, δ and wheel side slip angle βf , Βr Are stored in the
[0028]
Vehicle longitudinal acceleration GX And lateral acceleration GY Is proportional to the center-of-gravity load movement amount, each tire load W and road surface friction coefficient μ is proportional to the cornering power, and the wheel cylinder pressure is proportional to the braking force. (11) is established.
Ff1= -Kf1・ (Β + Lf ・ Γ / V−δ) (8)
Ff2= -Kf2・ (Β + Lf ・ Γ / V−δ) (9)
Fr1= -Kr1・ (Β-Lr ・ Γ / V) (10)
Fr2= -Kr2・ (Β-Lr ・ Γ / V) (11)
Here, the cornering power K of each wheel during brakingf1, Kf2, Kr1, Kr2Is obtained by the following equations (12) to (14).
Kf1= Μ · Kfo・ [{1- (GX / 2L + GY / 2d) · hg }2 -(Pf1/ Μ ・ Pf )2 ]1/2 (12)
Kf2= Μ · Kfo・ [{1- (GX / 2L-GY / 2d) · hg }2 -(Pf2/ Μ ・ Pf )2 ]1/2 (13)
Kr1= Μ · Kro・ [{1+ (GX / 2L-GY / 2d) · hg }2 -(Pr1/ Μ ・ Pr )2 ]1/2 (14)
Kr2= Μ · Kro[{1+ (GX / 2L + GY / 2d) · hg }2 -(Pr2/ Μ ・ Pr )2 ]1/2 (15)
[0029]
Kf1+ Kf2= Kf , Kr1+ Kr2= Kr Then, the following formulas (16) and (17) are established from the formulas (8) to (11).
Ff1+ Ff2=-(Kf1+ Kf2) ・ (Β + Lf ・ Γ / V−δ) = − 2Kf ・ (Β + Lf ・ Γ / V−δ) (16)
Fr1+ Fr2=-(Kr1+ Kr2) ・ (Β-Lr ・ Γ / V) =-2Kr ・ (Β-Lr ・ Γ / V) (17)
[0030]
From the equations (1), (2), (16), and (17), the yaw rate γ with respect to the front wheel steering angle δ during braking is given by the following equation (18).
P (s), G in the equation (18)t , Tt , Gb , Tb Is as shown in the following formulas (19) to (23).
P (s) = 1 + 2ζ · s / ω + s2 / Ω2 (19)
Gt = V / {(1 + A '· V2 L) (20)
Tt = M · Lf ・ V / (2L ・ Kr (21)
Gb = D · (Kf + Kr ) / (4L ・ Kf ・ Kr (22)
Tb = M · V / 2 (Kf + Kr (23)
Here, the stability factor A ′ during braking in the equation (20) is as shown in the following equation (24), and ω and ζ in the equation (19) are shown in the following equations (25) and (26). Street.
[0031]
Target yaw rate γ in which the yaw rate γ in the equation (18) is obtained based on the transfer function G2 = K3 / (1 + τb · s)* In the equation (18) at that time is the steering angle set value δFF * Is equal to the operating angle δh And braking force difference Bd Target yaw rate γ according to* Steering angle setting value δ for realizing feedforward controlFF * Is obtained by the following equation (27).
δFF * = K3 · P (s) · δh / {Gt ・ (1 + τb ・ s) ・ (1 + Tt ・ S)}-Gb ・ Bd ・ (1 + Tb ・ S) / (1 + Tt ・ S) (27)
[0032]
C2 is the target yaw rate γ* And the front wheel steering angle control gain K in the case of controlling the front wheel steering angle and the braking force in accordance with the deviation between the actual yaw rate γ of the
[0033]
Therefore, in the calculation unit C2, first, the vehicle body side slip angle β and the front wheel side slip angle β are calculated by the above formulas (5) and (6).f And are calculated. The front wheel side slip angle βf Instead of the rear wheel side slip angle βr May be calculated. Next, in order to determine whether or not to perform the cooperative control, at least one of a value corresponding to the magnitude of the vehicle body side slip angle and a value corresponding to the magnitude of the change speed of the vehicle side slip angle is determined in advance. Judges whether the set positive value is exceeded. In the present embodiment, the absolute value of the vehicle side slip angle β is a
[0034]
In the present embodiment, a determination coefficient J for determining whether or not to perform the cooperative control is calculated by the following equation (28), and it is determined whether or not the absolute value of the determination coefficient J exceeds 1.
J = Ca · β + Cb · dβ / dt (28)
Ca and Cb in the equation (28) are positive numbers, and are values set in advance according to the necessity of cooperative control of the steering angle and the braking force. When the absolute value of the determination coefficient J exceeds 1, the relationship between the vehicle body side slip angle β and the vehicle body side slip angular velocity dβ / dt is shown by regions I to VI in FIG. That is, in the regions I and II, the absolute value indicating the magnitude of the vehicle body side slip angle β is in an increasing state, and in the regions III and IV, the absolute value of the vehicle body side slip angle β is larger than the absolute value of 1 / Ca. In VI, since the absolute value representing the magnitude of the vehicle body slip angular velocity dβ / dt is larger than the absolute value of 1 / Cb, it is determined that cooperative control of the steering angle and the braking force is necessary. In this embodiment, the side slip angle is positive in the direction toward the inside of the turn and negative in the direction toward the outside of the turn. When the absolute value of the determination coefficient J is 1 or less, the absolute value of the vehicle body slip angle β is decreased in the regions VII and VIII, and the absolute value of the vehicle body slip angle β is 1 / Ca in the regions IX and X. Since the absolute value is equal to or less than the absolute value and the absolute value of the vehicle body side slip angular velocity dβ / dt is equal to or less than 1 / Cb, it is determined that the cooperative control of the steering angle and the braking force is unnecessary.
[0035]
When it is determined that the cooperative control of the steering angle and the braking force is necessary, the calculation unit C2 determines at least the yaw rate γ that is the detected behavior index value and the target yaw rate γ that is the calculated target behavior index value.* Based on the above, it is determined whether the vehicle is understeering or oversteering.
That is, in a state where the operation direction of the
The calculated yaw rate γ is the target yaw rate γ.* When the vehicle is over, it is determined that the vehicle is in an oversteer state.
For this judgment, first, δ · (γ* -Γ) and δ · dβ / dt are calculated, and δ · (γ* It is determined whether -γ) is positive and δ · dβ / dt is positive. Δ ・ (γ* -Γ) is positive and δ · dβ / dt is positive, the actual yaw rate γ acting on the
[0036]
When it is determined that the
Front wheel side slip angle βf Is correlated with the coefficient of friction μ between the tire and the road surface, and as shown in FIG. 6 (1), the cornering force F corresponding to the maximum lateral forcey Front wheel side slip angle βfmaxDecreases as the friction coefficient μ increases. Based on this relationship βfmaxFor example, it is approximately obtained by the following equation (29).
tan (βfmax) = 3μ · W / Kf (29)
[0037]
The obtained front wheel side slip angle βf Is the absolute value of βfmaxWhen it is above, the front wheel rudder angle control gain Kd Is set to zero and the braking force control gain KB Is the maximum value KBmaxSet to Its front wheel rudder angle control gain Kd Is set to zero, the steering angle correction value δ described laterFB * Is set to zero, so the target yaw rate γ* The control amount of the
[0038]
Its front wheel side slip angle βf Is the absolute value of βfmaxIf it is less than, the front wheel rudder angle control gain Kd Braking force control gain KB Is the front wheel side slip angle βf It becomes smaller as becomes larger. In this embodiment, the front wheel steering angle control gain Kd Is calculated by the following equation (30), and the braking force control gain KB Is calculated by the following equation (31).
Kd = Kdmax. (1-βf 2 / Βfmax 2(30)
KB = KBmax・ Βf 2 / Βfmax 2 (31)
Its front wheel rudder angle control gain Kd Maximum value KdmaxAnd braking force control gain KB Maximum value KBmaxIs appropriately set according to the vehicle.
As a result, the front wheel side slip angle βf Is the absolute value of βfmaxIf it is less than that, the obtained front wheel side slip angle βf The steering angle and the control amount of the braking force are controlled so as to change in accordance with the change of. That is, the obtained front wheel side slip angle βf The braking force F obtained by the equation (36) as the absolute value ofX And the target yaw rate γ is reduced.* The amount of control of the
The expressions (30) and (31) are examples, and the front wheel steering angle control gain Kd Braking force control gain KB Is the front wheel side slip angle βf For example, β in the equations (30) and (31)f 2 Instead of βf Using the absolute value offmax 2Instead of βfmaxIn this case, the front wheel steering angle control gain K may be used.d And front wheel side
[0039]
G3 is the calculated target yaw rate γ* And the deviation of the yaw rate γ of the vehicle 100 (γ* Rudder angle correction value δ for -γ)FB * Is the transfer function. That is, the
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
C3 is a calculation unit in the traveling system control device 60 that calculates the command braking pressures ΔP1, ΔP2, ΔP3, and ΔP4 to the front, rear, left, and
[0043]
That is, the yaw moment M at the front wheels on the inside of the turn when the vehicle is in the understeer state is approximately obtained by the following equation (32).
M = Lf ・ Fy + D / 2 ・ FX (32)
Also, tread d and front wheel-center of gravity distance Lf Is approximately expressed by the following formula (33) where 0 <a <1.
d / 2 = a · Lf (33)
By substituting the above equations (32) and (33) into the above equation (4), the following equation (34) is obtained.
M = Lf ・ (Fy + A ・ FX ) = Lf ・ {(Μ2 ・ W2 -FX 2 )1/2 ・ FO / (Μ · W) + a · FX } (34)
The yaw moment M of the above equation (34) is expressed as FX DM / dF differentiated byX By substituting 0 as 0, the following equation (35) is obtained.
From the above equation (35), the braking force F of the inner front wheel when the yaw moment M of the front wheel on the inner side of the turn is maximized.X R = FO If it is / (μ · W), it is obtained by the following equation (36).
FX = A · μ · W / (r2 + A2 )1/2 (36)
From the formula (4), the cornering force F of the inner front wheely Is obtained by the following equation (37).
Fy = R · FO / (R2 + A2 )1/2 (37)
Further, from the equations (34), (36), (37), the maximum yaw moment M of the inner front wheelmax Is obtained by the following equation (38).
Mmax = Lf ・ FO ・ (1 + a2 / R2 )1/2 (38)
[0044]
Braking force F of the inner rear wheel when the yaw moment at the rear wheel inside the turn when the vehicle is understeering is maximizedX Is the distance L between the front wheel and the vehicle center of gravity in the above formulas (32) to (35) regarding the front wheel on the inside of the turn.f Instead of rear wheel-vehicle center of gravity distance Lr It is sufficient to obtain the same expression (36) except that is used. If the
[0045]
Further, when the vehicle is in the oversteer state, the braking force of the front and rear wheels on the outer side when the yaw moment at the outer wheel on the turning becomes the maximum can be obtained by Expression (36) in the same manner as in the understeer state. Good.
[0046]
In the calculation unit C3, when the calculation unit C2 determines that the vehicle is in an understeer state, the calculated braking force F is applied to the front and rear wheels inside the turn.X If the vehicle is determined to be in an oversteer state, the calculated braking force F calculated above is applied to the front and rear wheels outside the turn.X The maximum command braking pressure required to act is calculated. Further, the braking force control gain K calculated by the above equation (31) is added to the maximum command braking pressure.B The command braking pressures ΔP1, ΔP2, ΔP3, ΔP4 multiplied by are calculated. The command
[0047]
A control procedure of the attitude control device by the
First, the operation angle δ by each sensor 11-16, 61, 62h , Operating torque Th , Rudder angle δ, vehicle speed V, longitudinal acceleration GX , Lateral acceleration GY , Yaw rate γ, wheel cylinder pressure Pf1, Pf2, Pr1, Pr2The detection data of the wheel speeds ω1, ω2, ω3, and ω4 are read (step 1). Next, the detected operating angle δh And the target operating torque T obtained from the gain K1h * Operating torque T detected fromh The target drive current i of the operating actuator R is based on the transfer function G1 so that the deviation obtained by subtracting 0 becomes zero.h * Is determined (step 2). The target drive current ih * Is applied to control the operating actuator R. Next, the operating angle δh Target yaw rate γ according to* Is determined based on the transfer function G2 (step 3). Next, the wheel cylinder pressure P detected by the
[0048]
According to the above configuration, in a vehicle in an understeer state, it is possible to generate a vehicle yaw moment to the inside of the turn by applying a braking force not only to the rear wheels inside the turn but also to the front wheels. By applying a braking force to the rear wheels as well as the front wheels outside the turn in the vehicle, a vehicle yaw moment to the outside of the turn can be generated. Thereby, it is possible to increase the yaw moment that stabilizes the vehicle behavior as compared with the conventional case.
[0049]
Further, the target yaw rate γ of the vehicle according to the operation amount by the
[0050]
The calculated yaw rate γ is the target yaw rate γ.* If the vehicle has not reached the vehicle side slip angle β, the yaw rate γ* Or the target yaw rate γ* It is judged whether it is changing so that it is away from. Then, in the oversteer state, the yaw rate γ obtained by performing counter steering corresponds to the target yaw rate γ corresponding to the operation amount of the
[0051]
In the understeer state, the front wheel side slip angle βf The front wheel side slip angle β when the absolute value offmaxWhen this is the case, the braking force that maximizes the vehicle yaw moment to the inside of the turn acts on the inside wheel of the turn, and the target yaw rate γ* The control amount of the
[0052]
And the target yaw rate γ according to the operation angle δh of the
[0053]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the present invention can be applied to a vehicle in which a steering wheel is mechanically connected to wheels. In addition, an operation torque detected by a torque sensor may be used as the operation amount of the operation member.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a vehicle in an understeer state or an oversteer state, the braking force and the steering angle are integrated and controlled without interfering with each other, and further, the steering angle and the braking force are prevented from being excessive in the understeer state. In addition, it is possible to provide a vehicle attitude control device capable of improving control responsiveness and stabilizing vehicle behavior.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of an attitude control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram of the attitude control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a vehicle state in a steady circle turning state.
4A is a diagram showing a vehicle that has slipped in an oversteer state, and FIG. 4B is a diagram that shows a vehicle that has slipped in an understeer state.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a vehicle body side slip angle and a vehicle body side slip angular velocity according to the embodiment of the present invention;
6A is a diagram showing a relationship between a front wheel side slip angle and a cornering force, and FIG. 6B is a front wheel steering angle control gain K according to an embodiment of the present invention.d And front wheel side slip angle βf The figure which shows the relationship with the absolute value of (3) is a braking force control gain KB And front wheel side slip angle βf Of relationship with absolute value of
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of the attitude control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure of the attitude control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing a control procedure of the attitude control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a force acting due to friction between a tire and a ground contact surface.
[Explanation of symbols]
1 Steering wheel (operation member)
2 Steering actuator
3 Steering gear
4 wheels
11 Angle sensor
13 Rudder angle sensor
14 Speed sensor
15a Longitudinal acceleration sensor
15b Lateral acceleration sensor
16 Yaw rate sensor
20 Steering system controller
54 Brake device
60 Traveling system control device
B Braking pressure control unit
Claims (5)
操作部材と、
その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪に伝達する手段と、
その舵角変化に基づく車両の挙動変化に対応する挙動指標値を求める手段と、
その操作部材の操作量を求める手段と、
その求めた操作量に応じた目標挙動指標値を、その操作量と目標挙動指標値との記憶した関係に基づき求める手段と、
その演算した目標挙動指標値に挙動指標値が追従するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段と、
車輪横すべり角を求める手段と、
車両がアンダーステア状態であると判断される場合、旋回内側への車両ヨーモーメントを最大にする旋回内側車輪の制動力を、記憶した演算式に基づき求める手段と、
車両がアンダーステア状態であると判断される場合、その求めた車輪横すべり角の大きさが予め定めた設定最大値以上であるか否かを判断する手段とが設けられ、
その設定最大値以上である時は、前記求めた制動力が作用するように制動力制御がなされ、且つ、前記目標挙動指標値への挙動指標値の追従のための操舵用アクチュエータの制御量が最小とされ、
その設定最大値未満である時は、その求めた車輪横すべり角が小さくなる程に、制動力の制御量が減少され、且つ、前記目標挙動指標値への挙動指標値の追従のための前記操舵用アクチュエータの制御量が増大される車両の姿勢制御装置。When the vehicle is understeered, the braking force of the turning inner wheel is made larger than the braking force of the turning outer wheel, and when the vehicle is oversteered, the braking force of the turning outer wheel is made larger than the braking force of the turning inner wheel. In the vehicle attitude control device capable of individually controlling the braking force of the left and right wheels so as to increase,
An operation member;
A steering actuator driven in accordance with the operation of the operation member;
Means for transmitting the movement to the wheels such that the rudder angle changes according to the movement of the steering actuator;
Means for obtaining a behavior index value corresponding to the behavior change of the vehicle based on the steering angle change;
Means for obtaining an operation amount of the operation member;
Means for determining a target behavior index value corresponding to the determined operation amount based on a stored relationship between the operation amount and the target behavior index value;
Means for controlling the steering actuator so that the behavior index value follows the calculated target behavior index value;
Means for determining the wheel slip angle;
If the vehicle is determined to be in an understeer state, means for determining the braking force of the turning inner wheel that maximizes the vehicle yaw moment to the turning inside based on the stored arithmetic expression;
When it is determined that the vehicle is in an understeer state, there is provided means for determining whether or not the obtained wheel side slip angle is greater than or equal to a preset maximum value,
When the set maximum value is exceeded, the braking force control is performed so that the obtained braking force acts, and the control amount of the steering actuator for following the behavior index value to the target behavior index value is The smallest,
When it is less than the set maximum value, the control amount of the braking force is reduced as the obtained wheel side slip angle becomes smaller, and the steering for following the behavior index value to the target behavior index value is performed. Vehicle attitude control device in which the control amount of the actuator is increased.
その車体横すべり角の大きさに対応する値と、その車体横すべり角の変化速度の大きさに対応する値とが、予め設定した正数値以下の場合、その求めた車輪横すべり角の大きさに関わらず、その車輪横すべり角に対する前記制動力の制御量と前記操舵用アクチュエータの制御量とは一定とされる請求項1に記載の車両の姿勢制御装置。Means are provided for determining whether at least one of a value corresponding to the magnitude of the vehicle body side slip angle and a value corresponding to the magnitude of the change speed of the vehicle body side slip angle exceeds a preset positive value. ,
If the value corresponding to the size of the side slip angle of the vehicle body and the value corresponding to the speed of change of the side slip angle of the vehicle body are equal to or less than a preset positive value, it depends on the size of the calculated wheel side slip angle. The vehicle attitude control device according to claim 1, wherein the control amount of the braking force and the control amount of the steering actuator with respect to the wheel side slip angle are constant.
FX =a・μ・W/(r2 +a2 )1/2
とされ、FO を非制動時のコーナリングフォースとして、そのrはr=FO /(μ・W)の関係から求められ、
前輪の制動力を演算する場合はLf を前輪と車両重心間の距離、dを前輪トレッドとして、そのaはd/2 =a・Lf の関係から求められ、後輪の制動力を演算する場合はLr を後輪と車両重心間の距離、dを後輪トレッドとして、そのaはd/2 =a・Lr の関係から求められる請求項2または3に記載の車両の姿勢制御装置。Arithmetic expression that is the storage is a F X braking force, tire load of each of the W wheels, as a friction coefficient between the tires of the road surface and the wheels of the mu,
F X = a · μ · W / (r 2 + a 2 ) 1/2
Is a, as a cornering force at the time of non-braking the F O, the r is obtained from r = F O / (μ · W) of the relationship,
The distance between the front wheel and the vehicle center of gravity L f is the case of calculating the braking force of the front wheel, a d as a front wheel tread, the a is determined from the relationship d / 2 = a · L f , computes the braking force of the rear wheel the distance between the rear wheel and the vehicle center of gravity L r is the case of, as a rear wheel tread d, the a posture control of the vehicle according to claim 2 or 3 is determined from the relationship d / 2 = a · L r apparatus.
旋回内側車輪の制動力と旋回外側車輪の制動力との制動力差を求める手段と、
その求めた目標挙動指標値と制動力差とに対応する舵角設定値を、その目標挙動指標値と制動力差と舵角設定値との間の記憶した関係に基づき演算する手段と、その目標挙動指標値と前記求めた挙動指標値との偏差に対応する舵角修正値を、その偏差と舵角修正値との記憶した関係に基づき演算する手段と、
舵角が舵角設定値と舵角修正値との和である目標舵角に対応するように、前記操舵用アクチュエータを制御することで、その目標挙動指標値へ挙動指標値を追従させる請求項1〜4の中の何れかに記載の車両の姿勢制御装置。Means for determining the braking force of each wheel;
Means for determining a braking force difference between the braking force of the turning inner wheel and the braking force of the turning outer wheel;
Means for calculating a rudder angle setting value corresponding to the obtained target behavior index value and the braking force difference based on a stored relationship between the target behavior index value, the braking force difference and the rudder angle setting value; Means for calculating a steering angle correction value corresponding to the deviation between the target behavior index value and the calculated behavior index value based on the stored relationship between the deviation and the steering angle correction value;
The behavior index value is caused to follow the target behavior index value by controlling the steering actuator so that the steering angle corresponds to a target steering angle that is a sum of a steering angle setting value and a steering angle correction value. The vehicle attitude control device according to any one of 1 to 4.
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