JP5889757B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行状態に応じた目標車両挙動に車両挙動を制御する車両制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載の技術では、ヨーモーメント制御中もしくは減速度制御中に運転者によるアクセル操作があった場合には、ヨーモーメント制御や減速度制御を終了し、運転者の意思を優先して加速することで、運転者の意図に沿った加速走行を実現している。

特開２００２−１２７８８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、加速中に運転者が操舵した場合において、操舵に対する車両の応答が十分得られず回頭性が悪化するという問題が有った。更に、操舵量が大きい場合には、運転者の目標とする走行軌跡に対し車両軌跡が大きく逸脱してしまうおそれがあり、運転者の加速意図は満足できるものの、車両の応答性が十分得られないため、結果として運転者の操舵意図を反映した走行が困難となるおそれがあった。
本発明の目的は、運転者の操舵状態に応じた車両挙動が得られ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、本発明では、旋回内輪に制動力を付与し車両に対してヨーモーメントを発生させるヨーモーメント制御または４輪に制動力を付与し車両に減速度を発生させる減速度制御を実施し、車両が操舵状態に応じた目標横加速度に収束するように車両挙動を制御する際、転舵状態の時にはヨーモーメント制御を実施し、所定の保舵状態の時には減速度制御を実施することとした。

よって、加速中における車両挙動の安定化を図ることができる。

実施例１の車両制御装置のシステム図である。 実施例１の車両制御装置の制御ブロック図である。 実施例１の基本制御内容を表すフローチャートである。 実施例１の車両挙動制御内容を表すフローチャートである。 実施例１の操舵入力に対する車両応答であって、車両挙動制御の有無を表すタイムチャートである。 実施例１の操舵中に横滑りが発生した場合のタイムチャートである。 実施例１の操舵が速く、かつ、車両トレース性が悪い場合のタイムチャートである。 実施例１の操舵が速く、車両トレース性が悪く、かつ、スロースピンが発生した場合のタイムチャートである。 実施例１の車両挙動制御処理の制御内容を表す概略図である。

〔実施例１〕
図１は実施例１の車両制御装置の制御構成を表すシステム図である。車両挙動制御コントローラ１０は、ドライバのアクセルペダル操作量Apoを検出するアクセルペダルセンサ１、ブレーキペダル操作量Bpedalを検出するブレーキペダルセンサ２、車輪速Vwを検出する車輪速度センサ３、ヨーレイトγを検出するヨーレイトセンサ４、横加速度ayを検出する横加速度センサ５、前後加速度axを検出する前後加速度センサ６及びドライバのステアリング操作量θstrを検出する操舵角センサ７からの入力信号に基づいて車両挙動制御演算を行う。各種演算処理により、各輪の制動力を制御可能なブレーキアクチュエータ２０に対して制動力指令Fw*を出力する。

ブレーキアクチュエータ２０は、電気的に制御されるデバイスであり、必要に応じて電流センサや圧力センサといったセンサにより電流値や液圧等を検出することで実際のアクチュエータ作動状態（以下、アクチュエータ状態）を検出可能とされている。また、後述する車両挙動制御（ヨーモーメント制御及び減速度制御）以外に、車両の横滑り角度が所定角度以上の場合に、車両に横すべり（過剰なオーバーステアやアンダーステア）が発生したと判断し、これら過剰な横滑りを抑制する横滑り防止制御（以下、ESC制御と記載する。）を実施する。尚、このESC制御は、従来から一般的に知られる横滑り制御処理であり、例えば、オーバーステアのときは旋回外輪側に制動力を付与し、アンダーステアのときは旋回内輪側に制動力を付与するものであり、詳細については説明を省略する。

図２は実施例１の車両挙動制御処理を表す制御ブロック図である。ドライバ操作検出部101では、各種センサにより検出されたドライバ操作量、例えばアクセルペダル操作量Apo（アクセル開度やスロットル開度等），ブレーキペダル操作量Bpedal（ストローク量もしくはマスタシリンダ圧等），ステアリング操舵角θstrを検出する。車両状態検出部102では、車両に生じているヨーレイトγ，横加速度ay，前後加速度ax及び車輪速Vwを検出する。アクチュエータ状態検出部103では、ブレーキアクチュエータ２０内における各種電磁デバイスの作動状態であるアクチュエータ状態を検出する。

車両挙動推定部104では、ドライバの操作に対する車両挙動を推定し、適切な目標ヨーレイトγ*を算出すると共に、横滑り角速度dβ/dtと、車体速Vcarと、路面摩擦係数μを推定する。目標ヨーレイトは、車速や操舵角によって走行状態に応じた車両として適切な目標ヨーレイトを予め設定しておき、マップやモデルの推定処理により設定する。また、横滑り角は、車両進行方向とタイヤ回転方向との成す角であり、ヨーレイトや横速度から車両モデルに基づいて適宜算出される。車体速Vcarは各輪の車輪速Vwのうち従動輪の平均値等から算出される。路面摩擦係数μは例えば基準となる路面摩擦係数に基づく減速度や横加速度と実際の減速度や横加速度との乖離から推定する。

目標横加速度算出部105では、ドライバの操作状態及び推定された車両挙動に基づいて目標横加速度ay*を算出する。この目標横加速度ay*は、現在の車体速Vcarとステアリング操作量θstrと路面摩擦係数μとに基づいて設定される値であり、車体速Vcarが高いほど大きな目標が設定され、操舵角速度dθstr/dtが大きいほど大きな目標が設定され、また、路面摩擦係数μが高いほど大きな目標が設定される。横加速度偏差算出部106では、目標横加速度算出部105において算出された目標横加速度ay*と横加速度センサ５により検出された実横加速度ayとの偏差ay_errを算出する。

目標ヨーモーメント算出部107では、横加速度偏差ay_errと推定された横滑り角速度dβ/dtとに基づいて目標ヨーモーメントM*を算出する。この目標ヨーモーメントM*は、横加速度偏差ay_errが大きいほど大きく、また、横滑り角速度dβ/dtが大きいほど小さくなるように算出する。横加速度偏差ay_errが大きいということは、旋回不足により横加速度が十分に発生していないため、ヨーモーメントを発生させて旋回させる必要があるからである。そこで、目標ヨーモーメントM*を大きく補正して旋回させる。また、横滑り確度dβ/dtが大きいということは、車両として不安定な状態であり、このような場合にヨーモーメントを発生させると、スピン等を招くおそれがある。そこで、目標ヨーモーメントM*を小さく補正してスピン等を回避する。

目標減速度算出部108では、横加速度偏差ay_errと横滑り角速度dβ/dtとに基づいて目標減速度ax*を算出する。この目標減速度ax*は、横加速度偏差ay_errが大きいほど、また、横滑り角速度dβ/dtが大きいほど大きくなるように算出する。横加速度偏差ay_errが大きいということは、旋回不足により横加速度が十分に発生していないことを表す。よって、減速度を発生させて目標横加速度ay*を小さくすることで横加速度偏差ay_errを小さくする必要がある。そこで、目標減速度ax*を大きく補正して減速し、目標横加速度ay*を小さくする。また、横滑り確度dβ/dtが大きいということは、車両として不安定な状態であり、このような状態で高車速の場合、スピン等を招くおそれがあるため、目標減速度ax*を大きく補正してスピン等を回避する。

各アクチュエータ目標値算出部109では、算出された目標ヨーモーメントM*と、目標減速度ax*と、検出されたアクチュエータ状態とに基づいて各輪の目標制動力110を算出し、ブレーキアクチュエータ２０に出力する。図９は実施例１の車両挙動制御処理の制御内容を表す概略図である。

転舵状態（ステアリング操舵角θstrの角速度が所定速度以上の状態）で、横加速度偏差の絶対値が所定値未満の場合は、操舵に対し車両の応答が遅いと考えられるため、ヨーモーメント制御により目標ヨーレイトγ*と実ヨーレイトγとの偏差に応じ旋回内輪に制動力を付与することで回頭性を得る。これにより、横滑り角速度dβ/dtの抑制を図る。尚、保舵状態（ステアリング操舵角θstrの角速度が所定速度未満の状態）であればヨーモーメント制御は実施しない。

また、横加速度偏差の絶対値が所定値以上の場合には、ヨーモーメント制御に加えて減速度制御を開始して車両を減速させ、目標横加速度ay*を小さくし、これにより横加速度偏差ay_errを小さくすることで回頭性を確保する。
また、保舵状態となっても、横加速度偏差ay_errが大きい場合は、操舵に対し車両のトレース性が悪いと考えられるため、ヨーモーメント制御を終了しつつ減速度制御を実施し、車両の目標軌跡に対するトレース性の向上を図る。
尚、実施例１の場合、従来のように車両挙動制御中に加速要求があった場合であっても、基本的には制御を継続する。そして、操舵状態や横加速度偏差に応じてヨーモーメント制御及び減速度制御の実行もしくは停止を判断すると共に、横滑り角速度によってESC制御の介入がある場合には、事前にヨーモーメント制御及び減速度制御を終了する。

図３は実施例１の車両挙動制御処理を表す基本フローチャートである。
ステップS1では、入力信号処理を実行する。具体的には、ドライバ操作検出部101及び車両状態検出部102及びアクチュエータ状態検出部103において各種センサ信号を読み込む。
ステップS2では、車両挙動状態を推定する。具体的には、車両挙動推定部104において適切な目標ヨーレイトγ*を算出すると共に、横滑り角速度dβ/dtと、車体速Vcarと、路面摩擦係数μを推定する。
ステップS3では、車両挙動制御演算処理を行う。具体的な内容については後述する。
ステップS4では、演算結果に基づいてブレーキアクチュエータ２０に対して指令信号を出力する出力信号処理を実行する。

図４は実施例１の車両挙動制御処理を表すフローチャートである。
ステップS21では、目標横加速度算出部105においてドライバ要求に基づく横加速度を算出する。
ステップS22では、路面摩擦係数μに応じた補正を行い、最終的な目標横加速度ay*を算出する。
ステップS23では、横加速度偏差ay_errを算出する。
ステップS24では、横加速度偏差の絶対値が所定値以上か否かを判断し、所定値未満の場合は特に車両挙動制御は不要と判断して本制御フローを終了する。一方、横加速度偏差の絶対値が所定値以上の場合は車両挙動制御が必要と判断してステップS25に進む。
ステップS25では、目標ヨーモーメントM*を算出する。具体的には、車両挙動推定部104において算出された目標ヨーレイトγ*と実ヨーレイトγとの偏差に基づいて、目標ヨーレイトγ*を達成するのに必要な車両のヨーモーメントM*を算出する。
ステップS26では、横加速度偏差ay_errに基づいて目標減速度ax*を算出する。

ステップS27では、転舵状態で、横加速度偏差の絶対値が所定値未満の場合は、まずヨーモーメント制御により車両挙動の回頭性を得る。これにより、横滑り角速度dβ/dtの抑制を図る。そして、それでも尚、横加速度偏差の絶対値が所定値以上の状態が継続する場合には、減速度制御を開始して車両を減速させ、目標横加速度ay*を小さくし、これにより横加速度偏差ay_errを小さくすることで車両の回頭性を確保する。保舵状態であれば、ヨーモーメント制御は終了し、必要に応じて減速度制御により対応する。

（車両挙動制御処理の作用）
以下、上記制御フローに基づく作用について図５〜８に基づいて説明する。尚、操舵角と目標横加速度とはほぼ一対一の対応で変化する値であり、タイムチャート上に操舵角の記載が無い場合は、目標横加速度と同じ位相で変化する値とみなす。

図５は、何ら制御を行わなかった場合（非制御）と、横加速度偏差が所定値未満の場合にヨーモーメント制御を行った場合とを示すタイムチャートである。
時刻ｔ１において、運転者が操舵を開始すると、転舵状態となり、所定の応答遅れを持って車両挙動が変化し始める。
時刻ｔ２において、横加速度偏差が生じるため、演算された目標ヨーモーメントに応じてヨーモーメント制御が実施され、旋回内輪にブレーキ力を発生させて回頭性を得る。
時刻ｔ３において、転舵状態から保舵状態に移行すると、ヨーモーメント制御は終了する。図５の場合、非制御の場合に比べて、ヨーモーメント制御によって横加速度偏差を抑制できていることが分かる。また、横加速度偏差を抑制したため、保舵状態になったときには、実横加速度は目標横加速度に追従させることができ、運転者の意図に応じた車両挙動が達成される。

図６は実施例１の車両挙動制御を行っているときに横すべりが発生した場合のタイムチャートである。
時刻ｔ１において、運転者が操舵を開始すると、転舵状態となり、所定の応答遅れを持って車両挙動が変化し始める。
時刻ｔ２において、横加速度偏差が生じるため、演算された目標ヨーモーメントに応じてヨーモーメント制御が実施される。
時刻ｔ２１において、横滑り角速度が所定角度以上となると、ヨーモーメント制御をきっかけとしてオーバーステアが発生していると判断し、ヨーモーメント制御を終了する。
そして、時刻ｔ２２において、ESC制御の作動を開始する。これにより、アンダーステア側への目標ヨーモーメントが設定され、これにより車両挙動を安定化させる。

図７は実施例１の車両挙動制御を行っているときに、操舵速度が速く、かつ、車両トレース性が悪い場合のタイムチャートである。
時刻ｔ１において、運転者が操舵を開始すると、転舵状態となり、所定の応答遅れを持って車両挙動が変化し始める。
時刻ｔ２において、横加速度偏差が生じるため、演算された目標ヨーモーメントに応じてヨーモーメント制御が実施される。
時刻ｔ３１において、横加速度偏差が所定値以上となると、ヨーモーメント制御のみでは横加速度偏差を抑制できないと判断し、減速度制御を開始する。これにより減速することで回頭性を確保する
時刻ｔ３２において、転舵状態から保舵状態に移行した時点で、ヨーモーメント制御は終了する。しかしながら、未だ横加速度偏差が所定値以上であるため、減速度制御を継続することで車両挙動を安定化させる。
時刻ｔ３３において、横加速度偏差が所定値未満となった時点で減速度制御を終了する。これにより、車両挙動を安定化させることができる。

図８は実施例１の車両挙動制御を行っているときに、操舵速度が速く、かつ、車両トレース性が悪い状態でスロースピンが発生した場合のタイムチャートである。
時刻ｔ１から時刻ｔ３２までは図７の説明と同じであるため、説明を省略する。
時刻ｔ４１において、減速度制御を継続しているときに、横滑り角度が所定以上発生すると、車両減速度制御を終了する。
そして、時刻ｔ４２において、ゆっくりと車両がスピンし始めるのを検知すると、ESC制御の作動を開始する。これにより車両のスロースピンが抑制される。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
（１）運転者の操舵状態を算出するドライバ操作検出部101（操舵状態算出部）と、算出された操舵状態から目標横加速度を算出する目標横加速度算出部105と、車両に発生している実横加速度を算出する車両状態検出部102（実横加速度算出部）と、目標横加速度と実横加速度との偏差を算出する横加速度偏差算出部106と、旋回内輪に制動力を付与し車両に対してヨーモーメントを発生させる目標ヨーモーメント算出部107（ヨーモーメント制御）または４輪に制動力を付与し車両に減速度を発生させる目標減速度算出部108（減速度制御）を実施し車両が算出された目標横加速度に収束するように車両挙動を制御するアクチュエータ目標値算出部109（車両挙動制御部）と、を有し、アクチュエータ目標値算出部109は、算出された操舵状態が転舵状態の時にはヨーモーメント制御を実施し、算出された操舵状態が所定の保舵状態の時には減速度制御を実施する。
よって、車両挙動制御を実施しているときに運転者がアクセルを踏み込み、加速要求があった場合であっても、車両挙動制御を継続することで、加速中における車両挙動を安定化できる。すなわち、加速要求に応じて加速している場面であっても、転舵状態であればヨーモーメント制御により回頭性を確保し、保舵状態であれば減速度制御によりトレース性を向上できる。

（２）運転者の操舵状態を算出するドライバ操作検出部101（操舵状態算出部）と、算出された操舵状態から目標横加速度を算出する目標横加速度算出部105と、車両に発生している実横加速度を算出する車両状態検出部102（実横加速度算出部）と、目標横加速度と実横加速度との偏差を算出する横加速度偏差算出部106と、旋回内輪に制動力を付与し車両に対してヨーモーメントを発生させる目標ヨーモーメント算出部107（ヨーモーメント制御手段）により実施されるヨーモーメント制御と、４輪に制動力を付与し車両に減速度を発生させる目標減速度算出部108（減速度制御手段）により実施される減速度制御と、算出された横加速度偏差が所定の偏差未満の時にはヨーモーメント制御を実施し、所定の偏差以上の時には減速度制御を実施して、車両が算出された目標横加速度に収束するように車両挙動を制御するアクチュエータ目標値算出部109（車両挙動制御部）と、アクチュエータ目標値算出部109は、算出された操舵状態が転舵状態のときにはヨーモーメント制御を実施し、算出された操舵状態が所定の保舵状態の時には減速度制御を実施する。
よって、転舵状態で加速要求があった場合であっても、横加速度偏差が生じた場合はヨーモーメント制御により回頭性を確保することで、車両挙動の安定化を図ることができる。また、加速要求により横加速度偏差が増大した場合には、減速度制御を行うことでトレース性を向上できる。

（３）車両の横滑り角速度を算出する車両挙動推定部104（横滑り角速度算出部）と、算出された横滑り角速度の大きさに応じて各制御手段の制御量を補正する目標ヨーモーメント算出部107，目標減速度算出部108（制御量補正手段）と、を備えた。
具体的には、横滑り角速度が大きいときは、目標ヨーモーメントを小さく、目標減速度を大きく補正することとした。これにより、車両挙動の安定化を図ることができる。

１ アクセルペダルセンサ
２ ブレーキペダルセンサ
３ 車輪速度センサ
４ ヨーレイトセンサ
５ 横加速度センサ
６ 前後加速度センサ
７ 操舵角センサ
１０ 車両挙動制御コントローラ
２０ ブレーキアクチュエータ
101 ドライバ操作検出部
102 車両状態検出部
103 アクチュエータ状態検出部
104 車両挙動推定部
105 目標横加速度算出部
106 横加速度偏差算出部
107 目標ヨーモーメント算出部
108 目標減速度算出部
109 アクチュエータ目標値算出部

Claims (3)

1. 運転者の操舵状態を算出する操舵状態算出部と、
   前記算出された操舵状態から目標横加速度を算出する目標横加速度算出部と、
   車両に発生している実横加速度を算出する実横加速度算出部と、
   前記目標横加速度と実横加速度との偏差を算出する横加速度偏差算出部と、
   旋回内輪に制動力を付与し車両に対してヨーモーメントを発生させるヨーモーメント制御または４輪に制動力を付与し車両に減速度を発生させる減速度制御を実施し車両が前記算出された目標横加速度に収束するように車両挙動を制御する車両挙動制御部と、
   を有し、
   前記車両挙動制御部は、前記算出された操舵状態が転舵状態の時には前記ヨーモーメント制御を実施し、前記算出された操舵状態が所定の保舵状態の時には前記減速度制御を実施することを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 運転者の操舵状態を算出する操舵状態算出部と、
   前記算出された操舵状態から目標横加速度を算出する目標横加速度算出部と、
   車両に発生している実横加速度を算出する実横加速度算出部と、
   前記目標横加速度と実横加速度との偏差を算出する横加速度偏差算出部と、
   旋回内輪に制動力を付与し車両に対してヨーモーメントを発生させるヨーモーメント制御手段と、
   ４輪に制動力を付与し車両に減速度を発生させる減速度制御手段と、
   前記算出された操舵状態が転舵状態であり、かつ前記算出された横加速度偏差が所定の偏差未満の時には、前記ヨーモーメント制御手段による制御を実施し、前記算出された操舵状態が所定の保舵状態であり、かつ前記算出された横加速度偏差が所定の偏差以上の時には、前記減速度制御手段による制御を実施して、車両が前記算出された目標横加速度に収束するように車両挙動を制御する車両挙動制御部と、
   を有することを特徴とする車両制御装置。
3. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   車両の横滑り角速度を算出する横滑り角速度算出部と、
   前記算出された横滑り角速度の大きさに応じて前記ヨーモーメント制御手段及び前記減速度制御手段の制御量を補正する制御量補正手段と、
   を備えたことを特徴とする車両制御装置。

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