JP6064787B2

JP6064787B2 - 車両挙動制御装置および車両状態推定装置

Info

Publication number: JP6064787B2
Application number: JP2013110733A
Authority: JP
Inventors: 上野　浩司; 浩司上野; 栄治河西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP2014227141A

Description

本発明は、車両の挙動を安定化させる車両挙動制御装置および車両の前軸重量を推定する車両状態推定装置に関する。

従来より、車両の挙動を安定化させる車両挙動制御装置が知られている。車両挙動制御装置は、車速と転舵角とに基づいて演算された目標ヨーレートと、実際のヨーレートとを比較し、比較結果に応じて制動力やエンジン出力を制御することで車両の横滑りを抑制し、車両の挙動の安定化を図るものである。

車両挙動制御装置においては、目標ヨーレートを演算するために「スタビリティファクタ」と呼ばれる車両の旋回特性を表す指数値が用いられる。このスタビリティファクタは、車両総重量によって異なる値を示す。最大積載量が小さい乗用車では、荷重が小さい軽積状態と、荷重が大きい積載状態とでスタビリティファクタは殆ど変化しない。従って、スタビリティファクタを固定値としてもほぼ正確な目標ヨーレートを算出でき、横滑り抑制制御を適切に行うことができる。

一方、トラック等の積載系車両においては、積載状態におけるスタビリティファクタは、軽積状態のものと大きく異なる。従って、車両が積載状態のときに、軽積状態のスタビリティファクタを用いて横滑り抑制制御を行うと、目標ヨーレートが横滑り抑制制御のために本当に必要とされる値とならないので、適切な横滑り抑制制御を行うことができない可能性がある。

このような問題の対策として、従来、車両の荷重を検出するための荷重計を車両に設け、該加重計の検出結果に基づいてスタビリティファクタを設定するように構成された車両挙動制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２５３９７８号公報

しかしながら、上記のような車両挙動制御装置は、荷重計を車両に追加する必要があるため、コスト高になる傾向がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストの増大を抑制しつつ、積載状態と軽積状態とに応じた適切な横滑り抑制制御を行うことのできる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両挙動制御装置は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、アシストトルクを発生させるアシストトルク発生手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵トルク、アシストトルクおよび操舵角に基づいて前輪横力を推定する前輪横力推定手段と、車両横加速度を検出する車両横加速度検出手段と、前輪横力および車両横加速度に基づいて前軸重量を推定する前軸重量推定手段と、前軸重量推定手段により推定された前軸重量に応じて、車両の旋回特性を表すスタビリティファクタを切り替える切替手段と、切替手段により切り替えられた前軸重量に基づいて、車両の旋回特性を表すスタビリティファクタを決定するスタビリティファクタ決定手段と、スタビリティファクタを用いて車両の横滑り抑制制御を行う横滑り抑制制御手段とを備える。

本発明の別の態様は、車両の前軸重量を推定する車両状態推定装置である。この装置は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、アシストトルクを発生させるアシストトルク発生手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵トルク、アシストトルクおよび操舵角に基づいて前輪横力を推定する前輪横力推定手段と、車両横加速度を検出する車両横加速度検出手段と、前輪横力および車両横加速度に基づいて前軸重量を推定する前軸重量推定手段とを備える。この車両状態推定装置により推定された前軸重量に応じてスタビリティファクタを切り替えることにより、適切な横滑り抑制制御を行うことができる。

本発明によれば、コストの増大を抑制しつつ、積載状態と軽積状態とに応じた適切な横滑り抑制制御を行うことのできる技術を提供できる。

本発明の実施形態に係る車両挙動制御装置を説明するための図である。前軸重量とスタビリティファクタとの関係を規定したマップデータの一例を示す図である。本実施形態に係る車両挙動制御装置の制御を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両挙動制御装置１０を説明するための図である。図１に示す車両挙動制御装置１０は、各種センサからの情報に基づいて車両の状況を検知し、制動力および駆動力を制御することで旋回時の車両挙動を安定化させる、具体的には旋回時における車両の横滑りを抑制するシステムである（ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）とも呼ばれる）。

図１は、上述の車両挙動安定化制御に関与する機能ブロックを図示している。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図１に示すように、車両挙動制御装置１０は、車両挙動制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２と、操舵トルクセンサ１４と、操舵角センサ１６と、車両横加速度センサ１８と、車輪速センサ２０と、ヨーレートセンサ２２と、ＥＰＳ＿ＥＣＵ２４とを備える。

操舵トルクセンサ１４は、運転者によるハンドルの操舵トルクＭＴを検知する。操舵角センサ１６は、運転者によるハンドルの操舵角δを検出する。車両横加速度センサ１８は、車両横加速度Ｇｙを検出する。ヨーレートセンサ２２は、車両に実際に発生しているヨーレート（「実ヨーレート」と呼ぶ）γｒを検出する。これらのセンサの検出値は、車両挙動制御ＥＣＵ１２に入力される。

操舵トルクセンサ１４および操舵角センサ１６は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置の構成要素として車両に設けられたものであってよい。ＥＰＳ＿ＥＣＵ２４は、操舵トルクセンサ１４からの操舵トルクＭＴと車速に基づきアシスト電流を演算し、パワーステアリングモータ（図示せず）に供給する電流を制御することでアシストトルクＡＴを発生させる。操舵トルクＭＴにアシストトルクＡＴが付加されることで、運転者は小さな力で操舵を行うことができる。ＥＰＳ＿ＥＣＵ２４が発生させたアシストトルクＡＴの情報は、車両挙動制御ＥＣＵ１２に入力される。

車輪速センサ２０は、車両挙動制御装置１０が搭載される車両の速度を検出する車速検出手段として機能する。車輪速センサ２０は、車両の右前輪、左前輪、右後輪および左後輪にそれぞれ設けられ、各車輪の車輪速度Ｖｗを検出する。車輪速度Ｖｗは、車両挙動制御ＥＣＵ１２に入力される。車輪速センサ２０に加えて又は代えて、車速そのものを検出する車速センサが設けられてもよい。

車両挙動制御ＥＣＵ１２は、前輪横力推定部２８と、前軸重量推定部３０と、スタビリティファクタ決定部３２と、目標ヨーレート演算部３４と、横滑り抑制制御部３６と、マップデータ記憶部３８とを備える。

前輪横力推定部２８は、操舵トルクＭＴ、アシストトルクＡＴおよび操舵角δに基づいて前輪横力Ｆｙを推定する。

前軸重量推定部３０は、前輪横力推定部２８で推定された前輪横力Ｆｙと、車両横加速度センサ１８で検出された車両横加速度Ｇｙとに基づいて、車両の前軸重量Ｆｗを推定する。前軸重量Ｆｗの算出式を以下に示す。
Ｆｗ＝Ｆｙ／Ｇｙ

スタビリティファクタ決定部３２は、前軸重量推定部３０で推定された前軸重量Ｆｗに基づいて、車両の旋回特性を表すスタビリティファクタＫｈを決定する。スタビリティファクタＫｈの決定に際し、スタビリティファクタ決定部３２は、マップデータ記憶部３８に記憶されたマップデータを参照する。このマップデータは、前軸重量ＦｗとスタビリティファクタＫｈとの関係を規定したものである。図２は、前軸重量ＦｗとスタビリティファクタＫｈとの関係を規定したマップデータの一例を示す。図２に示すようなマップデータは、車両挙動制御装置１０が搭載される車種毎に、実験やシミュレーション等により予め設定される。

目標ヨーレート演算部３４は、車輪速センサ２０車輪速度Ｖｗと、操舵角センサ１６から取得した操舵角δと、車両横加速度センサ１８から取得した車両横加速度Ｇｙと、スタビリティファクタ決定部３２から取得したスタビリティファクタＫｈとに基づいて、車両の目標ヨーレートγｔを演算する。

横滑り抑制制御部３６は、目標ヨーレート演算部３４から取得した目標ヨーレートγｔと、ヨーレートセンサ２２から取得した実ヨーレートγｒとを比較し、比較結果に基づいてブレーキＥＣＵ２４、エンジンＥＣＵ２６に指示を出し、車両の制動力、駆動力を制御する。ブレーキＥＣＵ２４は、ブレーキ油圧回路の電磁弁やポンプ等（図示せず）を制御することにより、各車輪に設けられたディスクブレーキのホイールシリンダ（図示せず）の油圧を調整する。エンジンＥＣＵ４０は、エンジン（図示せず）の出力を制御する。

例えば、実ヨーレートγｒが目標ヨーレートγｔより小さい場合、横滑り抑制制御部３６は、車両の前輪が横滑り傾向にあると判定し、エンジンＥＣＵ２６に指示してエンジンの出力を抑えるとともに、ブレーキＥＣＵ２４に指示して各車輪にブレーキをかけて横力を減少させることにより、前輪横滑り傾向を抑制する。一方、実ヨーレートγｒが目標ヨーレートγｔより大きい場合、横滑り抑制制御部３６は、車両の後輪が横滑り傾向にあると判定し、その傾向の程度に応じて旋回外側の前輪と後輪にブレーキをかけ、車両の外向きにモーメントを発生させて後輪横滑り傾向を抑制する。

図３は、本実施形態に係る車両挙動制御装置１０の制御を説明するためのフローチャートである。図３のフローチャートに示す制御は、イグニッションスイッチがオンされたときに実行される。

イグニッションスイッチがオンされると、スタビリティファクタ決定部３２は、スタビリティファクタＫｈをＫｈ１（固定値）に設定する（Ｓ１０）。このＫｈ１は、例えば車両が軽積状態のときのスタビリティファクタであってよい。

次に、横滑り抑制制御部３６は、車両が安定旋回走行状態にあるか判定する（Ｓ１２）。具体的には、下記の条件（１）〜（５）を判定し、判定結果に基づいて車両が安定旋回走行状態にあるか否か判定する。
（１）良路走行中（乾いたアスファルト路を走行中か否か）
（２）横滑り無く旋回中（車両横加速度Ｇｙ＝０．１〜０．３Ｇか否か）
（３）車両前後加速度小（前後加重移動が小さいか否か）
（４）舵角速度小且つ操舵トルクＭＴ変動小（安定旋回状態か否か）
（５）車速３０ｋｍ／ｈ以上（ハンドル据え切り状態か否か）
上記の条件（１）は、例えば車輪速センサ２０からの車輪速度Ｖｗの変動に基づき判定できる。条件（３）は、車両前後加速度センサ（図示せず）からの情報に基づき判定できる。条件（４）は、操舵角センサ１６および操舵トルクセンサ１４からの情報に基づき判定できる。条件（４）は、車輪速センサ２０および／または車速センサ（図示せず）からの情報に基づき判定できる。

横滑り抑制制御部３６は、上記の条件（１）〜（５）を全て満たす場合に車両が安定旋回走行状態にあると判定する（Ｓ１２のＹ）。そして、後述するステップＳ１４〜Ｓ２２をスキップする。

一方、上記の条件（１）〜（５）を一つでも満たさない場合、横滑り抑制制御部３６は、車両が安定旋回走行状態にないと判定する（Ｓ１２のＮ）。この場合、前輪横力推定部２８は、操舵トルクＭＴ、アシストトルクＡＴおよび操舵角δに基づいて前輪横力Ｆｙを推定する（Ｓ１４）。

続いて、前軸重量推定部３０は、前輪横力推定部２８で推定された前輪横力Ｆｙと、車両横加速度センサ１８で検出された車両横加速度Ｇｙとに基づいて、車両の前軸重量Ｆｗを推定する（Ｓ１６）。

続いて、スタビリティファクタ決定部３２は、前軸重量推定部３０で推定された前軸重量Ｆｗに基づいて、車両の旋回特性を表すスタビリティファクタＫｈを決定する（Ｓ１８）。

スタビリティファクタＫｈを決定後、目標ヨーレート演算部３４は、該スタビリティファクタＫｈを用いて目標ヨーレートγｔを演算する（Ｓ２０）。そして、横滑り抑制制御部３６は、目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγｒとを比較し、車両の横滑り抑制制御を行う（Ｓ２２）。

Ｓ１２〜Ｓ２２のループは、所定の停止条件が成立するまで繰り返される。該停止条件とは、例えばイグニッションスイッチがオフとなることである。

以上、本実施形態に係る車両挙動制御装置１０について説明した。本実施形態に係る車両挙動制御装置１０では、操舵トルクＭＴ、アシストトルクＡＴおよび操舵角δに基づいて推定した前輪横力Ｆｙと、車両横加速度センサ１８で検出された車両横加速度Ｇｙとに基づいて、車両の前軸重量Ｆｗを推定している。そして、前軸重量ＦｗとスタビリティファクタＫｈとの関係を規定したマップデータを参照して、目標ヨーレートγｔの算出に用いるスタビリティファクタＫｈを決定している。これにより、前軸重量Ｆｗに応じた適切なスタビリティファクタＫｈを決定できるので、積載状態と軽積状態とに応じた適切な横滑り抑制制御を行うことができる。

本実施形態に係る車両挙動制御装置１０では、車両の荷重を検出するための荷重計を車両に設ける必要はなく、既存の車両にすでに搭載されているＥＰＳ等のシステムからのセンサ情報を用いて前輪横力Ｆｗを推定しているので、コストの増大を抑制しつつ、適切な横滑り抑制制御を行うことができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０車両挙動制御装置、１２車両挙動制御ＥＣＵ、１４操舵トルクセンサ、１６操舵角センサ、１８車両横加速度センサ、２０車輪速センサ、２２ヨーレートセンサ、２４ＥＰＳ＿ＥＣＵ、２８前輪横力推定部、３０前軸重量推定部、３２スタビリティファクタ決定部、３４目標ヨーレート演算部、３６横滑り抑制制御部、３８マップデータ記憶部。

Claims

操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
アシストトルクを発生させるアシストトルク発生手段と、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵トルク、アシストトルクおよび操舵角に基づいて前輪横力を推定する前輪横力推定手段と、
車両横加速度を検出する車両横加速度検出手段と、
前輪横力および車両横加速度に基づいて前軸重量を推定する前軸重量推定手段と、
前記前軸重量推定手段により推定された前軸重量に応じて、車両の旋回特性を表すスタビリティファクタを切り替える切替手段と、
前記切替手段により切り替えられたスタビリティファクタを用いて車両の横滑り抑制制御を行う横滑り抑制制御手段と、
を備えることを特徴とする車両挙動制御装置。
車両の前軸重量を推定する車両状態推定装置であって、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
アシストトルクを発生させるアシストトルク発生手段と、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵トルク、アシストトルクおよび操舵角に基づいて前輪横力を推定する前輪横力推定手段と、
車両横加速度を検出する車両横加速度検出手段と、
前輪横力および車両横加速度に基づいて前軸重量を推定する前軸重量推定手段と、
を備えることを特徴とする車両状態推定装置。