JP6990622B2 - 制駆動力制御装置、車両制御方法および車両制御システム - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、安定した制駆動力制御を行え、車両の方向の精度向上や車両の乗り心地向上を図れる、車両制御方法および車両制御システムを提供することである。
また、本発明によれば、制駆動力制御装置が安定した制駆動力制御を行えるため、この制駆動力制御装置を用いる車両制御方法および車両制御システムは、車両の方向の精度向上や車両の乗り心地向上を図れる。
図1および図2は、本発明の実施形態に係る車両制御システムを示しており、図1は車両制御コントローラ(車両制御装置)10、図2は制駆動力コントローラ(制駆動力制御装置)20のブロック図である。ここでは、車両制御コントローラ10は、制駆動力コントローラ20の制御に関係する部分を抽出して示すが、車両制御コントローラ10には、例えばステアリング装置の操舵制御を行う制御部などが含まれていても良い。
スピン抑制モーメント算出部12は、ヨーレイトセンサや加速度センサなどから送られた車両挙動情報、例えばヨーレイト変化速度の大きさなどより、車両に発生している過剰なヨーモーメントを抑制するために車両に与える必要のあるモーメント量を算出する。
各輪発生目標制駆動力算出部14は、車両挙動目標算出部13にて算出した、車両が発生すべきモーメントを達成するために、タイヤ各輪が発生すべき制動力と横力を算出する。この制動力と横力は、タイヤが路面に発生できる力以下に抑える必要があるため、加速度センサの信号などを用いて、タイヤの発生できる力の最大値、いわゆる摩擦円の大きさを摩擦円最大値算出部15にて算出し、リミット処理を行うことで得る。
各輪スリップ率制御許可閾値算出部17は、各輪発生目標制駆動力算出部14にて算出した目標制駆動力が小さいときは、各輪発生目標スリップ率算出部16にて算出した目標スリップ率が小さくなるため、目標スリップ率を達成するよう制駆動力フィードバック制御を行う制駆動力コントローラ20が不安定な制駆動力を発生しないように、本閾値を目標スリップ率より大きくする。これによって、車輪速信号に外乱が発生し、目標スリップ率より車輪速により検出されたスリップ率が大きくなっても、フィードバック制御を行わないようにする。
各輪スリップ率制御禁止フラグ算出部19は、例えば各輪発生目標制駆動力算出部14にて算出された目標制動力が小さく、明らかにタイヤ横力の低減が必要ないときや、車両の速度がごく小さく車輪ロックを許容するときなどに、制駆動力フィードバック制御を禁止するよう制駆動力コントローラ20に指示する。
更に、制駆動力制御信号生成部25は、最終制駆動力算出部24にて算出された最終制駆動力を制駆動アクチュエータ30に必要な信号形態、例えばアクチュエータに供給する電流値などに変換し、その信号(制駆動力制御信号)にて制駆動アクチュエータ30を駆動する。
まず、ステップS110にて、車両に取り付けられたGPSやカメラなどの外界認識センサ1により車両の周囲情報を受け取るとともに、例えば予め定められた走行予定の道路経路情報(道路地図情報)などにより走行可能な路面、障害物情報(走行経路情報)を受け取る。
また、ステップS120にて、車両に取り付けられたヨーレイトセンサ、前後、横加速度センサなどの車両運動状態検出センサ2により車両挙動情報を受け取る。
ステップS140にて、車両の現在位置と進行方向、および道路地図の情報などにより、車両が走行する予定の経路を認識し、今後走行する所定時間前の走行経路のコースの曲率を算出する。
β:スリップ角
Yg:横加速度
Vx:車両前後方向速度
dγ/dt:ヨーレイト
である。
βf:前輪スリップ角
βr:後輪スリップ角
lf:前輪軸~重心位置間距離
lr:後輪軸~重心位置間距離
δ:舵角
である。
I:車両慣性モーメント
d2γ/dt2:ヨーレイト微分値
μ:路面摩擦係数
W:垂直荷重
m:車両質量
G:車両加速度
上式より車両にかかる力Fを消去し、垂直荷重Wと車両質量mが同じとして、車両加速度Gを前後加速度Xg、横加速度Ygの合成として求めると、下式にて路面摩擦係数μを算出できる。
摩擦円はステップS170にて算出した路面摩擦係数μに各輪にかかる垂直荷重を乗ずることで算出される。
Qtmax(-):摩擦円最大値(添字はそれぞれfl:左前輪、fr:右前輪、rl:左後輪、rr:右後輪を示す)
W(-):各輪の垂直荷重
であり、各輪の垂直荷重は予め定められた車両諸元にて設定される。
Ks2:モーメント制御用ヨーレイト微分値ゲイン
ステップS230にて、現時点車両が発生しているモーメントとこの目標モーメントとの乖離量ΔMを算出する。乖離量はステップS160にて求められた車両発生モーメントMと、ステップS220にて算出した車両目標モーメントとの差にて算出する。
まず、ステップS240では、ステップS220にて求めた車両目標モーメントMtと、ステップS160にて算出した現在発生しているモーメントMを比較し、モーメントを低減する方向か増加する方向かの判断を行う。MtとMの符号が逆、即ち現在発生モーメントの方向と車両目標モーメントが指示している方向が逆の場合、車両に発生させるべきモーメントは低減方向とする。また、符号が同一でも現在発生モーメントが目標モーメントより大きい場合は、車両に発生させるべきモーメントは低減方向とし、それ以外、即ち現在発生モーメントが、目標モーメントの符号が同一かつ現在発生モーメントが目標モーメントより大きい場合に、車両に発生させるべきモーメントは増加方向と判断する。
上記を満足できないときは、摩擦円最大値の制動をかけても車両目標モーメントを達成できないと判断して、横力を低減するためのスリップ率制御を実行するものとし、ステップS260へ進む。
ステップS280にて、ステップS230で判断したモーメント乖離量ΔMから制動力により発生できるモーメント分を差し引いた分を現在発生している横力から低下すべき量として算出する。現在発生中の前輪1輪あたりの横力をステップS190にて算出した前輪2輪の横力Sffの半分としたとき、上記の例にならうなら、目標横力TargetSfは次のように算出される。
車両制御コントローラ10は、図7に示すように、予め定めたタイヤのスリップ率に応じて、タイヤが発生する横力はピーク値を「1.0」とした正規化タイヤ横力特性を持つ。最初に、現在のスリップ率から現在発生中の正規化横力を本特性より参照する。また、このときの横力を、前述と同様に前輪2輪の横力Sffの半分としたとき、スリップ率が「0」、つまり正規化横力が「1.0」のときの横力PeakSfは下式にて求められる。
以下はその一実施例について述べる。
モーメント乖離量ΔMを、まず旋回前外輪の制駆動力に割り付けるが、制駆動力の最大値は摩擦円最大値にて制限されるため、その不足分を後外輪に配分するものとして、下記のように算出する。
ステップS240にてモーメントを増加する方向と判断された場合には、ステップS340~S390のフローに進む。
モーメントを減少する場合との違いは、車両発生モーメントを増加するには旋回内輪に制動をかけるのが妥当であり、まず旋回内輪が横力の減少なしにモーメント乖離量をまかなえるかを判断し、まかなえない場合は旋回後内輪の横力を低減すること以外は、ステップS250~S330の手順と同様である。
なお、他の実施例として、加速側、減速側を独立に算出することも加速性能と安定性の向上のために考えられる。即ち、車両の加速時には閾値を低くし、減速時には閾値を高くすることで、減速時の安全性を確保できる。
ステップS420では車両速度が微小かを判断し、微小と判断したときステップS430に進み、全輪のスリップ率制御禁止フラグをセットする。
車両速度が高い時はステップS440に進み、目標制駆動力TargetFxが予め定めた目標制駆動力閾値以下の場合、目標制駆動力が小さく、明らかに横力を低減する要求がないとして、当該輪のスリップ率制御禁止フラグをセットする。
まず、ステップS710にて、車両の車輪各輪に取り付けられた車輪速センサ3により、車輪速に相当する物理量を受け取り、車輪速Vwに変換する。
ステップS720~S760にて、車両制御コントローラ10より送信された各輪目標制駆動力、目標スリップ率、スリップ率制御許可閾値、強制スリップ率制御フラグ、およびスリップ率制御禁止フラグをそれぞれ受信する。
ステップS770では、ステップS710にて算出された各輪車輪速に、例えば各輪車輪速のセレクトハイ、リミッタ処理などを施して、車体速Vxの算出を行う。
TargetVw(-):各輪の目標車輪速
ステップS790にて、ステップS740で車両制御コントローラ10から受信したスリップ率制御許可閾値を上記目標車輪速TargetVwから加減算して、スリップ率制御許可車輪速StartVwを算出する。加速方向の閾値は加算し、減速方向の閾値は減算する。
Kvws1:制御開始用スリップ率誤差ゲイン
Kvws2:制御開始用車輪速変化速度ゲイン
まず、ステップS810にて、スリップ率制御開始誤差量StartΔVwを予め定めた所定値と比較し、誤差量が所定値を上回っている場合は、スリップが大きくスリップ率制御が必要と判断して、ステップS820へ進む。
ステップS820にて、車両制御コントローラ10がスリップ率制御禁止フラグをセットしていないことを判断し、セットされていなければスリップ率制御を実行するものとして、ステップS830にてスリップ率制御実行判断フラグをセットする。
誤差量が所定値を下回っており、かつ強制スリップ率制御フラグがクリアされている場合、およびステップS820にてスリップ率制御禁止フラグがセットされていると判断した場合は、スリップ率制御をする必要がないものとして、スリップ率制御実行判断フラグをセットする。
Kvw2:制御量算出用車輪速変化速度ゲイン
ステップS890にて、制駆動アクチュエータが達成すべき最終制駆動力OutputFxを算出する。最終制駆動力は、車両制御コントローラ10より送信された各輪目標制駆動力TargetFxと、前述のTargetSlipFxの合算値にて算出できる。
そして、ステップS910にて、制駆動アクチュエータ30へステップS900にて算出した信号を出力する。本信号に基づいて制駆動アクチュエータ30は制御され、最終制駆動力OutputFxを各輪に発生する。
図10に本実施例による制動力と車輪速の変化を示す。また、図11に参考例として、車両制御コントローラから制駆動力コントローラに目標制駆動力を送信し、制駆動力コントローラから車両制御コントローラに車輪速を送信する構成における制動力と車輪速の変化を示す。
車輪のスリップが発生した場合、図11の参考例に示すように、車両制御コントローラ側でスリップ率の制御を行うと、車両制御コントローラと制駆動力コントローラの間の通信遅れ、即ち制駆動力コントローラから車両制御コントローラへの車輪速通信の遅れと、車両制御コントローラから制駆動力コントローラへの目標駆動力通信の遅れにより、車両制御コントローラが指示する制動力と実際に発生する制動力が大きくずれる。このため、制動力の低下が遅れ、車輪の大きなスリップが発生して車輪速の収束が遅れる。
車両制御システムは、その一つの態様において、車両を目標方向へ誘導する車両制御コントローラ10と制動力を発生する制駆動力コントローラ20を備え、車両制御コントローラ10は、カメラやGPSなどにより車両の目標方向を決定する手段1,11,12,13と、この目標方向に従うための制駆動力ないし横力を算出する手段14と、この制駆動力、横力を発生するための目標スリップ率を算出する手段15,16と、目標制駆動力と目標スリップ率を制駆動力コントローラ20に送信する手段を有し、制駆動力コントローラ20は、この目標制駆動力と目標スリップ率を受信する手段と、車輪速に相当する物理量を検知する手段3,22と、車両が有するブレーキ、パワートレインなど制駆動力を制御する手段24,25とを有し、検知手段3,22に基づいて制駆動力コントローラ20が制駆動力を制御することを特徴とする。
Claims (14)
- 外界認識センサより入力された車両の走行経路に関する情報と、車両運動状態検出センサより入力された前記車両の運動状態に関する物理量と、に基づいて車両制御装置で求められる、前記車両を目標経路へ誘導するための目標制駆動力および目標スリップ率を取得し、
車輪速センサより入力された前記車両の車輪速に相当する物理量を車輪速に変換した値と、前記車両の各輪のスリップ率制御許可閾値との関係から前記目標スリップ率を達成するスリップ時制駆動力を求め、前記目標制駆動力による制駆動力制御信号と、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号とを切り替えて、前記車両の制駆動に関するアクチュエータに出力する制駆動力制御装置。 - 前記目標スリップ率にオフセットを付けて前記車両の各輪のスリップ率制御許可閾値を算出する、請求項1に記載の制駆動力制御装置。
- 前記車両制御装置から受信したスリップ率制御許可閾値に基づいて、前記スリップ時制駆動力を補正する請求項1に記載の制駆動力制御装置。
- 前記車両制御装置から受信した強制スリップ率制御フラグに基づいて、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号を選択して前記アクチュエータに出力する請求項1に記載の制駆動力制御装置。
- 現時点で車両が発生しているモーメントと目標モーメントとの乖離量が所定の閾値よりも大きいか等しいときに、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号を選択して前記アクチュエータに出力する請求項1に記載の制駆動力制御装置。
- 前記車両制御装置から受信したスリップ率制御禁止フラグに基づいて、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号を非選択にし、前記目標制駆動力による制駆動力制御信号を選択して前記アクチュエータに出力する請求項1に記載の制駆動力制御装置。
- 車両制御装置により、外界認識センサから入力された車両の走行経路に関する情報と、車両運動状態検出センサから入力された前記車両の運動状態に関する物理量と、に基づいて前記車両を目標経路へ誘導するための目標制駆動力および目標スリップ率を求め、
前記目標制駆動力および前記目標スリップ率を前記車両制御装置から制駆動力制御装置に入力し、
前記制駆動力制御装置により、車輪速センサから入力された前記車両の車輪速に相当する物理量を車輪速に変換した値と、前記車両の各輪のスリップ率制御許可閾値との関係から前記目標スリップ率を達成するスリップ時制駆動力を求め、前記目標制駆動力による制駆動力制御信号と、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号とを切り替えて、前記車両の制駆動に関するアクチュエータに出力する、車両制御方法。 - 前記目標スリップ率にオフセットを付けて前記車両の各輪のスリップ率制御許可閾値を算出する、請求項7に記載の車両制御方法。
- 外界認識センサより入力された車両の走行経路に関する情報と、車両運動状態検出センサより入力された前記車両の運動状態に関する物理量と、に基づいて前記車両を目標経路へ誘導するための目標制駆動力および目標スリップ率を求める車両制御装置と、
前記車両制御装置から出力された前記目標制駆動力および前記目標スリップ率が入力され、車輪速センサより入力された前記車両の車輪速に相当する物理量を車輪速に変換した値と、前記車両の各輪のスリップ率制御許可閾値との関係から前記目標スリップ率を達成するスリップ時制駆動力を求め、前記目標制駆動力による制駆動力制御信号と、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号とを切り替えて、前記車両の制駆動に関するアクチュエータに出力する制駆動力制御装置と
を備える車両制御システム。 - 前記車両制御装置は、前記目標スリップ率にオフセットを付けて前記車両の各輪のスリップ率制御許可閾値を算出する、請求項9に記載の車両制御システム。
- 前記制駆動力制御装置は、前記車両制御装置から受信したスリップ率制御許可閾値に基づいて、前記スリップ時制駆動力を補正する請求項9に記載の車両制御システム。
- 前記制駆動力制御装置は、前記車両制御装置から受信した強制スリップ率制御フラグに基づいて、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号を選択して前記アクチュエータに出力する請求項9に記載の車両制御システム。
- 前記制駆動力制御装置は、現時点で車両が発生しているモーメントと目標モーメントとの乖離量が所定の閾値よりも大きいか等しいときに、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号を選択して前記アクチュエータに出力する請求項9に記載の車両制御システム。
- 前記制駆動力制御装置は、前記車両制御装置から受信したスリップ率制御禁止フラグに基づいて、前記スリップ時制駆動力による制駆動力制御信号を非選択にし、前記目標制駆動力による制駆動力制御信号を選択して前記アクチュエータに出力する請求項9に記載の車両制御システム。
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