JP5123584B2 - 連結車両の運動安定化装置 - Google Patents
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Description
(1)ヨーレートセンサや転舵角(操舵角)センサの出力値のゼロ点ずれなどによりヨーレートセンサの出力値がドリフトすると、ヨーレートωと目標ヨーレートωtとの間に定常的な偏差が存在することとなり、振り子運動の正確な周期や振幅が求められず、適切な制御量が算出されない。
(2)通常、車両の目標ヨーレートの算出にはトレーラ連結時の状態は考慮されていないので、トレーラを連結した車両が旋回走行中、トレーラを連結しているために実際のヨーレートωと目標ヨーレートωtとの間に定常的な偏差が発生することにより、(1)と同様に適切な制御量が算出されない。
(3)振り子運動を検出して安定化の制御開始の指令信号が発生してから、実際に車輪ブレーキの液圧が上昇するまでの間には時間遅れが生じる。従って、偏差ωeに完全に逆位相となるヨーモーメントを発生するのは不可能なため、つまり、位相遅れの制御となるため、十分な振り子運動減衰効果が得られない。
請求項2の発明によれば、一次遅れ処理後のヨー加速度のゲインはヨー加速度の周期に応じて、周期が長ければ大きく、周期が短ければ小さく設定して、ヨー加速度がヨーレートの大きさに応じた値に設定されるようにしているので、振り子運動のエネルギの大きさに応じたヨー制御量を出力して、振り子運動を適切に減衰させることができる。
図1は本発明の実施形態に係る連結車両を示す図である。
図2は本発明の実施形態に係る連結車両の運動安定化装置を適用した車両の動力伝達系のスケルトン図、および連結車両の運動安定化装置と駆動力配分制御装置のブロック図を組み合わせた図である。
図3は車両のブレーキ装置の構成を示す液圧系統図である。
ちなみに、連結器120は、車両100の後部に取り付けられたヒッチメンバ121とトレーラ110の前部に取り付けられたタン122とから構成され、ヒッチメンバ121のヒッチボールに、タン122の先端に設けられたボールカプラが上から被さる形で接続されて用いられる。
トレーラ110は、連結器120の前記ヒッチボールとボールカプラによる連結部123で、垂直軸の周りに横方向に揺動自在となっている。図1においてSは車両100に対するトレーラの転向角を示し、ωは車両100の車体中心に対するヨーレートを示す。
なお、エンジンENGを制御するエンジン電子制御ユニット(以下、エンジンECUと称する)27や、エンジンECU27と協調してトランスミッションT/Mの動作を制御する図示しないT/M制御電子制御ユニット(以下、T/M制御ECUと称する)が設けられている。
まず、本実施形態の連結車両の運動安定化装置を適用する車両の動力伝達系について説明する。車体前部に横置きに搭載したエンジンENGの右端にトランスミッシヨンT/Mが接続されており、これらエンジンENGおよびトランスミッションT/Mの後部に駆動力配分装置Tが配設される。駆動力配分装置Tの左端および右端から左右に延出する左ドライブシャフトALおよび右ドライブシャフトARには、それぞれ駆動輪である左前輪WFLおよび右前輪WFRが接続される。
そして、前記左油圧クラッチCLおよび右油圧クラッチCRは、ヨーモーメント制御ECU37により油圧回路28を介して制御される。
車両の直進走行時には左油圧クラッチCLおよび右油圧クラッチCRが共に非係合状態とされる。これにより、キャリヤ部材11および第3サンギヤ19の拘束が解除され、ハーフシャフト9、左ドライブシャフトAL、右ドライブシャフトAR、ディファレンシャルDのプラネタリキャリヤ8およびキャリヤ部材11は全て一体となって回転する。このとき、エンジンENGのトルクはディファレンシャルDから左右の前輪WFL,WFRに均等に伝達される。
なお、キャリヤ部材11を右油圧クラッチCRにより停止させる代わりに、右油圧クラッチCRの係合力を適宜調整してキャリヤ部材11の回転速度を減速すれば、その減速に応じて左前輪WFLの回転速度NLを右前輪WFRの回転速度NRに対して増速し、旋回内輪である右前輪WFRから旋回外輪である左前輪WFLに任意のトルクを伝達することができる。
車速算出部34は、検出された各車輪速に基づいて車速Vfを算出し、算出された車速Vfはヨーモーメント制御ECU37に入力される。
また、各車輪WFL、WFR、WRL、WRRには、ブレーキBFL、BFR、BRL、BRRが設けられ、ブレーキ制御ECU29により制御される。
図3は車両のブレーキ装置の構成を示す液圧系統図である。先ず図3に示すブレーキ装置40において、車両100に搭載されるマスタシリンダ41には、負圧ブースタ42を介してブレーキペダル44からブレーキ操作力が入力される。このマスタシリンダ41は、タンデム型に構成されるものであり、例えば、左前輪用車輪ブレーキBFL(図1参照)および右後輪用車輪ブレーキBRR(図1参照)に対応した第1出力ポート45と、例えば、右前輪用車輪ブレーキBFR(図1参照)および左後輪用車輪ブレーキBRL(図1参照)に対応した第2出力ポート46とを備え、第1および第2出力ポート45,46には出力液圧路47,48がそれぞれ個別に接続される。
なお、常開型電磁弁64は、開弁圧を制御可能なリニア型の電磁弁からなる。
なお、リリーフ弁67の開弁圧(常開型電磁弁64の開弁圧)は、電磁弁を駆動させるための電磁コイルに与える電流値の大きさを制御することで増減させることができる。
また、車両運転者の非ブレーキ操作時にも常閉型電磁弁63を開くとともに常開型電磁弁64を閉じた状態で、リリーフ弁67のリリーフ圧(常開型電磁弁64の開弁圧)を調節することにより、車輪ブレーキBFL,BRRに調圧したブレーキ圧を作用せしめ、車輪ブレーキBFL,BRRを自動的に作動せしめることが可能である。
次に、本実施形態に係る連結車両の運動安定化装置である運動安定化制御ECU25を含む運動制御装置の構成を、図2を参照しながら(適宜、図1、図3を参照)説明する。
連結車両の運動安定化装置である運動安定化制御ECU25は、エンジンECU27、ブレーキ制御ECU29、ヨーモーメント制御ECU37、および前記した図示しないT/M制御ECUと同様に、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)および所定の電気回路を備えたECU(電子制御ユニット)から構成され、図2に示すようにそれぞれの間は、一部図示省略するが通信回線で連結されている。
ちなみに、ブレーキ制御ECU29は、公知のABS(Anti-lock Brake System)制御機能も有している。
次に、運動安定化制御ECU25の制御ロジックについて図4、図5を参照しながら詳細に説明する。
図4は連結車両の運動安定化装置における制御ロジックの主要部を説明するためのブロック図である。
図5は、ヨーレートω、ヨー加速度ω’、一次遅れ処理後のヨー加速度ωd’の関係を説明する図であり、(a)はコサイン状に変化するヨーレートωの曲線と、定常的な偏差を有する目標ヨーレートωtを示し、(b)は(a)のヨーレートωを時間微分したヨー加速度ω’の時間変化を示し、(c)は(b)のヨー加速度ω’に対して一次遅れ処理した結果のヨー加速度ωd’の時間変化を示す。
微分部25aはヨーレートセンサ31からのヨーレートωを時間微分しヨー加速度ω’を算出し、周期演算部25bと一次遅れ処理部25dに出力する。
周期演算部25bでは、微分部25aから出力されたヨー加速度ω’に基づいて、ヨー加速度が正負に変化する際の周期または周波数を算出することにより車両100のヨー運動の周期または周波数を算出する。
トレーラ110の振り子運動によるヨー加速度ω’の周期が長ければ、それに応じて時定数は大きくし、ゲインKは大きくする。逆に、トレーラ110の振り子運動によるヨー加速度ω’の周期が短ければ、それに応じて時定数は小さくし、ゲインKは小さくする。
ここで、ヨー加速度ω’が前回「0(ゼロ)」となった時点から、今回「0(ゼロ)」となった時点までの時間がヨー運動、即ち、振り子運動の周期の2分の1であるから、その時間の2倍がヨー加速度ω’の周期として求められる。ヨー加速度ω’は、ヨーレートωの時間微分によりヨーレートωに対して位相が90°進んでいるので、一次遅れ処理の時定数τは、求められた周期の4分の1に設定すれば良い。
Φ=tan−1(2πf・τ) ・・・・(1)
ここで、
Φ:遅角する角度(ここでは90°)
f:振り子運動の周波数(Hz)
τ:時定数
である。
従って、時定数τは、次式で表される。
τ=(tanΦ)/2πf ・・・・(2)
ここでは、Φが90°であるが、tan90°=無限大となるため、ルックアップテーブルを用いて次のように求めれば良い。
即ち、共振による振り子運動の周波数fの上下限値はほぼ特定されるので、横軸を周波数f(周期の逆数として求まる)、縦軸を時定数τとしたルックアップテーブルを予め用意し、前記上下限値の範囲では、下限周波数に近づくほど時定数τが大きくなり、上限周波数に近づくほど時定数τが小さくなるように定めておき、そのルックアップテーブルを参照して、周波数fから時定数τを検索することにより定めれば良い。
また、一次遅れ処理のゲインKは、ヨー加速度ω’の周期が長ければ大きく、短ければ小さくする。これは、ヨーレートωの時間微分により、ヨー加速度ω’の大きさが、周期が長いほど小さく、周期が短いほど大きくなるのを補償するためで、一次遅れ処理後のヨー加速度ωd’が、ヨーレートωの大きさに対応した値となるようにするためである。従って、ヨー制御量はヨーレートωの大きさに応じた量となるように設定されることになる(振り子運動のエネルギはヨーレートωの大きさにも関連するので、振り子運動のエネルギにも対応した量となる)。
図5の(c)では、ヨー加速度ωd’の振幅値をもって、前記したヨー制御量の絶対値の説明をしている。
なお、前記した車速Vf依存の駆動力の閾値は、ROMに予め記憶されており、ヨーモーメント制御ECU37は、車速Vfをパラメータに左右の前輪WFL、WFRに伝達される駆動力の閾値を参照する。
このとき、例えば、アクセルペダルの踏み込み時でなくてもエンジンブレーキ時は油圧回路28を介して左右の駆動力配分をする。
図5の(a)は車両のヨーレートωのコサイン状の時間変化を示したものであり、(b)は(a)に対応したヨー加速度ω’の時間変化を示したものであり、(c)は(b)のヨー加速度ω’に一次遅れ処理を行なった場合の例を示す一次遅れ処理後のヨー加速度ωd’の時間変化を示したものである。
例えば、一定車速で旋回走行中に、トレーラ110を牽引している車両100の目標ヨーレートωtにずれが生じた場合、例えば、図5の(a)に示すように本来直線cの位置に目標ヨーレートωtが算出されるべきが、直線bのように算出されると、ヨーレートωおよび目標ヨーレートωtの偏差が、+ωe1,−ωe2となり、振り子運動による車両のヨーレートωを打ち消すために、振り子運動の左右で制御量−ωe1,+ωe2と、大きく異なるヨー制御量を算出し、振り子運動の効果的な抑制ができない。
そこで、ブレーキ装置40の液圧上昇の時間遅れや、油圧回路28の油圧変化の時間遅れを考慮しても一次遅れ処理後のヨー加速度ωd’から求めたヨー制御量の出力タイミングが振り子運動によるヨー運動を減衰させるに都合の良い、トレーラ110の振り子運動による真実のヨーレートωの180°逆位相となるように、ヨー加速度ω’の周期に応じてヨー加速度ω’を一次遅れ処理するときの時定数τを設定しているので、適切なタイミングでヨー制御量が出力できる。その結果、効果的に振り子運動を抑制、減衰することができる。
図5の(c)に示すように位相のバンド幅Xの範囲内で時定数τは位相調整が可能である。
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行なうことが可能である。
本実施形態では、制御量演算部25fにおいて一次遅れ処理部25dから出力されたヨー加速度ωd’に基づいてヨー制御量を算出し、制御量出力部25gにおいて振り子運動検出部25eからの振り子運動を検出したという判定の振り子運動検出フラグIFLAG=1の信号を受信している場合だけ、ヨー制御量をヨーモーメント制御ECU37に出力するものとしたが、その代わりに振り子運動検出部25eからの振り子運動を検出したという判定の振り子運動検出フラグIFLAG=1の信号を受信している場合だけ、制御量演算部25fにおいてヨー制御量を算出し、ヨー制御量をヨーモーメント制御ECU37に出力するものとしても良い。その場合は、制御量出力部25gの機能は制御量演算部25fの中に含まれる。
さらに、振り子運動検出部25eにおいて、舵角センサ33と車速算出部34からの信号に基づいて、一次遅れ処理後のヨー加速度ωd’の周期が、運転者の操向ハンドルの周期的操作によるものか、振り子運動によるものかを判定して、前記の条件を加えて振り子運動によるものと判定した場合だけ、振り子運動検出フラグIFLAG=1とするようにしても良い。
また、ヨー運動制御装置として、前輪の操舵角に対して、後輪の操舵角を同相または逆相に制御(操舵)可能な4輪操舵装置を採用することも可能である。
さらに、振り子運動のエネルギは車速Vfの低下につれて減少するので、減速制御装置として、エンジン出力の低減制御や自動ブレーキ制御をヨー運動制御と併用することなく採用しても良い。
本実施形態では、運動安定化制御ECU25、油圧回路28、ブレーキ制御ECU29およびヨーモーメント制御ECU37をそれぞれ個別に設けたが、適宜、一部または全部を統合しても良い。
25a 微分部
25b 周期演算部
25c 時定数・ゲイン設定部(時定数設定手段)
25d 一次遅れ処理部
25e 振り子運動検出部
25f 制御量演算部(制御量出力手段)
25g 制御量出力部(制御量出力手段)
27 エンジン電子制御ユニット
28 油圧回路(ヨー運動制御装置)
29 ブレーキ制御ECU(減速制御装置)
30FL、30FR、30RL、30RR 車輪速センサ
31 ヨーレートセンサ
34 車速算出部
37 ヨーモーメント制御電子制御ユニット(ヨー運動制御装置)
100 車両
110 トレーラ
120 連結器
122 タン
123 連結部
BFL、BFR、BRL、BRR ブレーキ
ENG エンジン
T 駆動力配分装置
T/M トランスミッション
T 駆動力配分装置
WFL 左前輪(車輪)
WFR 右前輪(車輪)
WRL 左後輪(車輪)
WRR 右後輪(車輪)
Claims (2)
- 車輪の駆動力または制動力を制御してヨーモーメントを発生させる減速制御装置またはヨー運動制御装置を有するトラクタと、該トラクタに横方向に揺動可能に連結器で連結されるトレーラと、から構成される連結車両の運動安定化装置において、
前記トラクタのヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートセンサで検出されたヨーレートを時間微分して、前記ヨーレートの位相よりも早い位相のヨー加速度を算出する微分部と、
前記微分部において算出されたヨー加速度が正負に変化する際の周期または周波数を算出する周期演算部と、
前記車輪の駆動力または制動力を制御する際の制御遅れを補償するように、前記算出された周期または周波数に基づいて、時定数を設定する時定数設定手段と、
前記時定数設定手段により設定された前記時定数に基づいて、前記ヨー加速度を前記検出されたヨーレートの位相に対応した値となるように一次遅れ処理する一次遅れ処理部と、
前記ヨー加速度または前記一次遅れ処理部の出力の周期または周波数、並びに振幅に基づいて前記トレーラの振り子運動を検出する振り子運動検出部と、
前記一次遅れ処理部の出力および前記振り子運動検出部の出力に基づいて、前記トラクタの減速制御装置またはヨー運動制御装置の制御量を出力する制御量出力手段と、
を備え、
前記トラクタの減速制御装置またはヨー運動制御装置が、前記制御量に基づき制御されることにより前記連結車両の走行を安定化させることを特徴とする連結車両の運動安定化装置。 - 前記制御量の振幅が、前記ヨーレートセンサで検出されたヨーレートの大きさに対応した値となるように前記一次遅れ処理部の出力を調整するゲイン設定手段を有していることを特徴とする請求項1に記載の連結車両の運動安定化装置。
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