JP7145993B2 - 車両制御装置 - Google Patents
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Description
本開示は、車両の制動力発生装置に発生させる制動力を制御する車両制御装置に関する。
カーブ進入初期における車両の回頭性を向上させ、ステアリングの切り込み操作に対する応答性を向上させる車両制御装置として、車両の操舵角が増大しているときに、車両姿勢を制御するように減速度を車両に付加する車両姿勢制御を行うものが公知である(例えば、特許文献1)。この車両制御装置は、操舵角の絶対値が増大中であるか否かによってステアリングホイールの切り込み操作中であるか否かを判定し、切り込み操作中である場合に付加減速度を設定することにより、ドライバーの意図に沿った車両姿勢の制御を実現する。また、この車両制御装置は、操舵速度が所定の閾値以上であるか否かを判定し、操舵速度が閾値以上である場合に付加減速度を設定し、操舵速度が閾値未満である場合には付加減速度の設定を行うことなく付加減速度設定処理を終了する。すなわち、操舵角が概ね一定になった瞬間に付加減速度設定処理が終了し、トルク低減量が0になる。
しかしながら、車速が高い場合には、操舵角の増大に対して車両の横加速度の増大が遅れて発生する。つまり、操舵角が一定になった後にも、車両に横加速度を発生させる前輪の横力及び、その車両後方を向く成分であるステアドラッグは増大している状態にあり、このようなときに付加減速度設定処理が終了すると、車両姿勢の安定化効果が弱まってしまう。
本発明は、このような背景に鑑み、前輪の舵角が一定になった後にも車両姿勢を安定化させることができる車両用制御装置を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、車両制御装置(30)であって、車両(1)に作用させる制動力を発生する制動力発生装置(6、22)と、前記制動力発生装置に発生させる制動力を制御する制御装置(31)と、前輪(4A)の舵角(δ)、舵角速度(ω)及び横加速度(Gy)を含む車両状態情報を取得する車両状態情報取得装置(33、34)とを備え、前記制御装置は、前記車両状態情報に基づいて、前記車両に加えるべき付加減速度(Gxadd)を演算する付加減速度演算部(43)と、前記付加減速度に基づいて前記制動力発生装置に発生させるべき付加制動力(Fbadd)を演算する付加制動力演算部(45)と、少なくとも前記舵角、前記舵角速度、前記横加速度を用いて、前記制動力発生装置に前記付加制動力を要求する付加減速制御の許可を判定する制御許可判定部(46)とを有し、前記制御許可判定部は、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値が正である場合(δω>0)には、前記付加減速制御を許可し、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値が正でない場合(δω≦0)であっても、前記舵角に前記横加速度の微分値(dGy/dt)を乗じた値が負でない場合(δ・dGy/dt≧0)には、前記付加減速制御を許可する。
この構成によれば、制御許可判定部が、舵角に舵角速度を乗じた値が正である場合に付加減速制御を許可することにより、前輪の切り込み時に付加減速制御が許可され、前輪の切り戻し時に付加減速制御が不許可にされる。これにより、不要な付加減速度の発生を抑制することができる。また、制御許可判定部が、舵角に舵角速度を乗じた値が正でない場合であっても、舵角に横加速度の微分値を乗じた値が負でない場合に付加減速制御を許可することにより、前輪の切り込み時には舵角が一定になった後にも付加減速制御の許可を延長することができ、車両姿勢を安定化させることができる。
好ましくは、前記制御許可判定部(46)は、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値(δω)が正から正でなくなった後、前記舵角に前記横加速度の微分値を乗じた値(δ・dGy/dt)が正であるために前記付加減速制御の許可を継続している場合、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値(δω)が正から正でなくなったときから、車速(V)に応じて予め設定された延長時間(T)が経過したときに、前記付加減速制御を不許可にするとよい。
前輪舵角の増大に対する横加速度の増大の遅れは車速に応じて変化する。この構成によれば、舵角の増大終了時から車速に応じて設定された延長時間に限って付加減速制御の許可を継続することができる。
好ましくは、前記延長時間(T)は前記車速が高いほど長く設定されるとよい。
前輪舵角の増大に対する横加速度の増大の遅れは車速が高いほど大きくなる。この構成によれば、車速が高いほど延長時間が長く設定され、車両姿勢をより安定化させることができる。
好ましくは、前記制御許可判定部(46)は、前記舵角速度(ω)に不感帯処理を行って得た処理後舵角速度を用いて前記付加減速制御の許可を判定するとよい。
直進走行中や定常旋回中であっても、悪路走行時など、舵角速度が微小に変動することがある。この構成によれば、付加減速制御が不要な直進走行中や定常旋回中に、付加減速制御がむやみに許可されることを抑制することができる。
好ましくは、前記制御装置(31)は、前記車両状態情報とに基づいて、前記前輪の横力の前記車両の後方を向く成分であるステアドラッグ(GxD)を微分したステアドラッグ微分値(d/dt(GxD))を演算するステアドラッグ微分値演算部(42)を更に有し、前記付加減速度演算部(43)は、前記ステアドラッグ微分値に基づいて前記付加減速度を演算するとよい。
ステアドラッグ微分値はステアドラッグに対して90°位相が進んで現れる。この構成によれば、付加減速度演算部がステアドラッグ微分値に基づいて付加減速度を演算することで、ステアドラッグの発生に対して進んだ位相をもって付加減速度が発生する。これにより、前輪への車両の荷重移動が早期に行われ、車両の旋回性が向上する。また、舵角が一定になった後にステアドラッグが増大しているときに、ステアドラッグ微分値に基づく付加減速度を発生させることにより、前輪への車両の荷重移動が適切に行われ、車両姿勢が安定する。
好ましくは、前記車両状態情報取得装置が、前記舵角速度(ω)に対応する角速度又は速度を検出する速度センサ(35)を含み、前記制御装置(31)は、少なくとも前記舵角速度を用いて制御用横加速度(Gy)を演算する制御用横加速度演算部(41)を更に有し、前記付加減速度演算部(43)が、前記制御用横加速度を用いて前記ステアドラッグ微分値を演算するとよい。
この構成によれば、制御用横加速度演算部が、舵角の時間微分値ではなく舵角速度を制御用横加速度の演算に用いることで、制御用横加速度演算式が低次元化される。また、制御装置が舵角についての情報を受信できず前回値を保持した場合、その信号を微分すると微分値が上下に振動するように大きく変化してしまうが、制御用横加速度演算式が低次元化されるため、情報不連続による制御用横加速度の不連続性(急変)を緩和することができる。
好ましくは、前記制動力発生装置がブレーキ装置(22)を含み、前記付加制動力演算部(45)は、前記ブレーキ装置に対する要求として前記付加制動力の少なくとも一部を演算するとよい。
この構成によれば、ブレーキ装置によって強制的にかつ高い応答性をもって付加制動力を車両に作用させることができるうえ、前輪の切り戻し時における不要な制御介入が抑制されるため、ブレーキ装置の耐久性低下を抑制することができる。
このように本発明によれば、適切なタイミングで適切な付加減速度を車両に発生させることができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る車両制御装置30の実施形態について説明する。
図1は、車両制御装置30が搭載された実施形態に係る車両1の概略構成図である。図1に示されるように、実施形態に係る車両1は、車両1の骨格をなす車体2にサスペンション装置3を介して支持された左右の前輪4A及び左右の後輪4Bを有する4輪自動車である。
車両1は、車輪4(4A、4B)を駆動するパワープラント6を有している。パワープラント6は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関及び電動モータの少なくとも一方であってよい。本実施形態に係る車両1は、パワープラント6がガソリンエンジンであり、パワープラント6の駆動力及び回転抵抗(制動力)が前輪4Aに伝達される前輪駆動車である。パワープラント6は、車両1に作用させる駆動力を発生する駆動力発生装置であり、且つ、車両1に作用させる制動力を発生する制動力発生装置である。車両1は、他の実施形態では四輪駆動車や後輪駆動車であってよい。
各サスペンション装置3は、車体2に回動可能に支持されたサスペンションアーム7と、サスペンションアーム7に支持され、前輪4A及び後輪4Bを回転可能に支持するナックル8と、車体2とサスペンションアーム7との間に設けられたスプリング11及びダンパ12とを有している。
車両1は、前輪4Aを操舵する操舵装置15を有している。操舵装置15は、自身の軸線を中心として回動可能に支持されたステアリングシャフト16と、ステアリングシャフト16の一端に設けられたステアリングホイール17と、ステアリングシャフト16の他端に設けられたピニオンに噛み合うと共に、左右に延びて左右両端においてタイロッドを介して左右のナックル8に連結されたラック軸18とを有している。ステアリングシャフト16に連結されたステアリングホイール17が回転すると、ラック軸18が左右に移動して前輪4Aに対応したナックル8が回動し、左右の前輪4Aが転舵する。また、ステアリングシャフト16には、運転者による操舵に応じてアシストトルクを付与する電動モータが設けられている。
各前輪4A及び後輪4Bには、それぞれブレーキ20が設けられている。ブレーキ20は、例えばディスクブレーキであり、油圧供給装置21から供給される油圧によって制御され、対応する前輪4A及び後輪4Bに制動力を発生させる。ブレーキ20及び油圧供給装置21によってブレーキ装置22が構成される。ブレーキ装置22は、車両1に作用させる制動力を発生する制動力発生装置である。油圧供給装置21は各ブレーキ20に供給する油圧を独立して制御することができ、ブレーキ装置22は前輪4A及び後輪4Bに与える制動力は互いに独立して変更可能である。
車両1には、車両1の挙動を制御する車両制御装置30が設けられている。車両制御装置30は、その主要部として制御装置31を備えている。制御装置31は、マイクロコンピュータやROM、RAM、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバー等から構成された電子制御回路(ECU)である。制御装置31は、CAN(Controller Area Network)等の通信手段を介して、パワープラント6や油圧供給装置21、各種センサと信号伝達可能に接続されている。
車体2には、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルセンサや、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキペダルセンサが設けられている。制御装置31は、複数の制御を実行し、1つの制御として、ブレーキペダルの操作量に基づいてブレーキ装置22が発生すべき目標制動力Fbtを演算し、目標制動力Fbtに応じて油圧供給装置21を制御する。また、制御装置31は、他の1つの制御として、アクセルペダルの操作量に基づいてパワープラント6を制御する。
制御装置31は、運転者のアクセルペダル操作及びブレーキペダル操作に関わらず、車両1の運動状態を表す車両状態量に基づいて、車両1に付加すべき付加減速度Gxaddを演算し、付加減速度Gxaddに対応する付加制動力Fbaddを発生させるべく、ブレーキ装置22及びパワープラント6の少なくとも一方を制御する。車両状態量には、車両1の速度である車速Vや、前輪4Aの転舵角である前輪舵角δ、前輪4Aの転舵角速度である前輪舵角速度ω等が含まれる。
車体2には、車両状態検出装置としての車速センサ33、前輪舵角センサ34、前輪舵角速度センサ35が設けられている。車速センサ33は、各前輪4A及び後輪4Bに設けられ、前輪4A及び後輪4Bの回転に応じて発生するパルス信号を制御装置31に出力する。制御装置31は、各車速センサ33からの信号に基づいて、各前輪4A及び後輪4Bの車輪速を取得すると共に、各車輪速を平均することによって車速Vを取得する。車速Vは、前進時に正の値として、後退時に負の値として取得される。
前輪舵角センサ34は、ステアリングシャフト16の回転角(操舵角)に応じた信号を制御装置31に出力する。制御装置31は、前輪舵角センサ34から入力される回転角に例えば所定のギヤ比を乗じることによって転舵輪である前輪4Aの回転角(転舵角)に変換し、前輪舵角δを取得する。前輪舵角δは左旋回操作時に正の値として、右旋回操作時に負の値として取得される。
前輪舵角速度センサ35は、ステアリングシャフト16の回転角速度(操舵角速度)に応じた信号を制御装置31に出力する。制御装置31は、前輪舵角速度センサ35から入力される角速度に例えば所定のギヤ比を乗じることによって転舵輪である前輪4Aの転舵角速度に変換し、前輪舵角速度ωを取得する。前輪舵角速度ωは左旋回操作時に正の値として、右旋回操作時に負の値として取得される。前輪舵角速度ωは、前輪舵角δの時間微分値であり、d/dt(δ)で表される。以下、数式や図において、d/dtはドットを用いて示される。ただし、前輪舵角速度ωは、前輪舵角δを時間微分することによって算出される値ではなく、前輪舵角速度センサ35から出力される角速度に対応する速度検出値である。
他の実施形態では、前輪舵角センサ34がラック軸18の左右方向のストロークを検出し、制御装置31が前輪舵角センサ34から入力されるストロークに所定の係数を乗じることによって前輪舵角δに変換してもよい。また、前輪舵角速度センサ35がラック軸18の左右方向のストローク速度を検出し、制御装置31が前輪舵角センサ34から入力されるストローク速度に所定の係数を乗じることによって前輪4Aの転舵角速度に変換してもよい。
制御装置31は、車速センサ33と協働して車速Vを取得する車速取得装置を構成し、前輪舵角センサ34と協働して前輪舵角δを取得する前輪舵角取得装置を構成し、前輪舵角速度センサ35と協働して前輪舵角速度ωを取得する前輪舵角速度取得装置を構成する。
図2に示すように、制御装置31は、制御用横加速度演算部41と、ステアドラッグ微分値演算部42と、付加減速度演算部43と、付加減速度補正部44と、付加制動力演算部45と、制御許可判定部46とを有する。制御用横加速度演算部41は、前輪舵角δ、前輪舵角速度ω及び車速Vに基づいて、後述する付加減速度制御に用いる制御用横加速度Gyを演算する。ステアドラッグ微分値演算部42は、制御用横加速度Gy、前輪舵角δ及び前輪舵角速度ωに基づいて、前輪4Aの横力の車両1の後方を向く成分であるステアドラッグGxDを微分したステアドラッグ微分値d/dt(GxD)を演算する。付加減速度演算部43は、ステアドラッグ微分値d/dt(GxD)に基づいて、車両1に加えるべき付加減速度Gxaddを演算する。付加減速度補正部44は、付加減速度Gxaddを車両状態量に応じて補正する。付加制動力演算部45は、補正後の付加減速度Gxaddに基づいて、パワープラント6及び/又はブレーキ装置22に発生させるべき付加制動力Fbaddを演算する。制御許可判定部46は、前輪舵角δ、前輪舵角速度ω、車速V及び制御用横加速度Gyに基づいて、パワープラント6及び/又はブレーキ装置22に付加制動力Fbaddを要求する付加減速制御の許可を判定し、判定結果を示す制御許可フラグFを生成する。制御許可フラグFは、制御許可のときに1に設定され、制御不許可のときに0に設定される。付加制動力演算部45は、制御許可フラグFであり、付加減速制御が許可されているときのみに、付加制動力Fbaddを出力する。制御装置31は各機能部を機能させることより、車両1に作用させる制動力をパワープラント6及び/又はブレーキ装置22に発生させる付加減速度制御を実行する。
このように制御装置31は、前輪舵角δ、これに関連する前輪舵角速度ω及び車速Vに基づいて、付加制動力Fbaddを演算し、車両1に作用させる制動力をパワープラント6及び/又はブレーキ装置22に発生させる付加減速度制御を実行する。このとき、制御装置31は、加速度センサによって検出される車両1の実横加速度を用いずに付加減速度制御を実行する。これにより、実横加速度に対して制御用横加速度Gyの位相を進めることができ、実横加速度を用いた場合に比べて付加減速度Gxaddを早期に車両1に発生させることできる。したがって、センサ情報取得時の通信遅延、目標制動力情報の通信遅延、及び、制動力発生装置の応答遅れに起因する付加減速度Gxaddの遅延を抑制することができる。
図3は、制御装置31による付加減速度制御の原理を示すタイムチャートである。図3に示すように、ステアリングホイール17が操作され、前輪舵角δが増加すると、それに伴って前輪4Aに走行抵抗(ステアドラッグGxD)が発生し、実線で示すように車両1にステアドラッグ分の(ステアドラッグGxDに起因する)減速度が発生する。車両1に減速度が発生することにより、車両1の前輪荷重は増加する。ステアドラッグ分の減速度や前輪荷重は、前輪舵角δの増大に対して遅れるように発生し、それらには応答遅れが存在する。
一方、ステアドラッグ微分値d/dt(GxD)は、ステアドラッグGxDに対して90°位相が進んで現れる。そこで、付加減速度演算部43がステアドラッグ微分値d/dt(GxD)に基づいて付加減速度Gxaddを演算し、制御装置31が付加制動力Fbaddを発生させることにより、破線で示す付加減速度Gxaddが車両1に追加的に発生し、想像線で示す車両1の合計減速度がステアドラッグ分の減速度よりも進んだ位相をもって発生する。これにより、付加減速度Gxaddがない場合に比べて前輪荷重が進んだ位相をもって増大し、車両1の旋回性が向上する。
図4に示すように、制御用横加速度演算部41は、前輪舵角ゲイン設定部47と、前輪舵角速度ゲイン設定部48と、制御用横加速度算出部49と、ローパスフィルタ(以下、LPF50と記す)とを有している。前輪舵角ゲイン設定部47は、車速Vに基づいて、制御用横加速度Gyの算出に用いる、前輪舵角δに対する第1補正値である前輪舵角ゲインG1を設定する。前輪舵角速度ゲイン設定部48は、車速Vに基づいて、制御用横加速度Gyの算出に用いる、前輪舵角速度ωに対する第2補正値である前輪舵角速度ゲインG2を設定する。制御用横加速度算出部49は、前輪舵角δ、前輪舵角速度ω、前輪舵角ゲインG1及び前輪舵角速度ゲインG2に基づいて、制御用横加速度Gyを算出する。
前輪舵角ゲイン設定部47は、車速Vに応じて変わる前輪舵角δ-横加速度間の応答性が制御用横加速度Gyに現れるように作成した前輪舵角ゲインマップを備えている。前輪舵角ゲイン設定部47は、車速Vに対応する値を前輪舵角ゲインマップから抽出し、抽出した値を前輪舵角ゲインG1に設定する。
前輪舵角速度ゲイン設定部48は、車速Vに応じて変わる前輪舵角速度ω-横加速度間の応答性が制御用横加速度Gyに現れるように作成した前輪舵角速度ゲインマップを備えている。前輪舵角速度ゲイン設定部48は、車速Vに対応する値を前輪舵角速度ゲインマップから抽出し、抽出した値を前輪舵角速度ゲインG2に設定する。
すなわち、制御用横加速度算出部49は、車速Vに応じた第1補正値である前輪舵角ゲインG1を前輪舵角δに乗算して得た第1乗算値(上式(1)の第1の項)を演算する。また、制御用横加速度算出部49は、車速Vに応じた第2補正値である前輪舵角速度ゲインG2を前輪舵角速度ωに乗算して得た第2乗算値(上式(1)の第2の項)を演算する。そして制御用横加速度算出部49は、第1乗算値と第2乗算値とを加算して制御用横加速度Gyを演算する。制御用横加速度演算部41がこのように制御用横加速度Gyを演算することにより、実横加速度の応答性が車速Vに応じて変化するのに合わせて、制御用横加速度Gyの応答性を車速Vに応じたものにすることができる。
制御用横加速度Gyを演算する際、制御用横加速度算出部49は、前輪舵角センサ34から取得される前輪舵角δの時間微分値ではなく、前輪舵角速度センサ35から取得される前輪舵角速度ωを制御用横加速度Gyの演算に用いる。これにより、式(1)の制御用横加速度演算式が低次元化される。よって、制御装置31は演算遅延を抑制し、より適切な制御用横加速度Gyを演算することができる。また、センサからの舵角情報が得られずに制御装置31が前回値を保持した場合に、値が振動するように大きく変動することが防止される。この効果については後に詳細に説明する。
LPF50は、制御用横加速度算出部49により算出された制御用横加速度Gyをローパスフィルタ処理する。これにより、高周波ゲインの増大が抑制され、高周波領域における制御用横加速度Gyの変動が防止されると共に、制御用横加速度Gy中のノイズが除去される。このように制御用横加速度演算部41が制御用横加速度Gyにローパスフィルタ処理を行うことにより、安定した制動力を車両1に作用させることが可能になる。
制御用横加速度算出部49はこのように前輪舵角δ、前輪舵角速度ω及び車速Vに基づいて、上式(1)を用いて制御用横加速度Gyを算出する。そのため、平面2自由度モデルを用いて制御用横加速度Gyを演算する従来技術に比べ、制御用横加速度Gyの位相を進めることができ、付加減速度Gxaddを早期に車両1に発生させることできる。この作用効果について以下に詳細に説明する。なお、以下では、平面2自由度モデルを用いて演算した従来の横加速度を、本実施形態の制御用横加速度Gyと区別して、従来モデル横加速度Gycという。
車両1の平面2自由度モデル(特許文献1の規範モデル)を用いて演算される従来モデル横加速度Gycは、下式(2)によって表される。
ただし、β:重心位置の車体スリップ角、r:車両1の重心周りのヨーレイト、である。
式(2)は、ラプラス演算子sを使うと下式(3)の通り表される。
上式(3)は、前輪舵角δに対する車体スリップ角βの伝達関数、前輪舵角δに対するヨーレイトrの伝達関数及び前輪舵角δを使って表すと下式(4)になる。
式(2)は、ラプラス演算子sを使うと下式(3)の通り表される。
上式(4)は、上式(6)及び(8)を代入すると下式(9)になる。
定常ヨーレイトゲインGδ
r(0)と車速Vの積は、下式(10)に示すように、定常横加速ゲインと一致する(下式(10)参照)。
よって、上式(9)は上式(10)を代入して下式(11)のように表すことができる。
上式(11)の第1の項、及び第2の項の括弧で示される式の分母の部分は、車両諸元により定まる2次遅れ要素である。また、上式(11)の第1の項の括弧で示される式の分子の車体スリップ角進み時定数(Tβ)は、車両諸元により定まる微分要素である。また、上式(11)の第2の項の括弧で示される式の分子のヨーレイト進み時定数(Tr)は、車両諸元により定まる微分要素である。上式(11)の第1の項のうち、前輪舵角δ(s)とラプラス演算子sとの乗算の項は、前輪舵角δ(s)の微分要素である。
つまり、上式(1)で表される制御用横加速度Gyは、上式(11)の上記の車両諸元により定まる2次遅れ要素と微分要素とを無視することで近似している。
このように制御用横加速度演算部41は、車両状態情報に基づいて、平面2自由度モデルを用いて求められる従来モデル横加速度Gycから車両諸元により定まる2次遅れ要素を無視することによって従来モデル横加速度Gycに対して位相を進めた制御用横加速度Gyを演算する。そして、図2に示すように制御装置31がこの位相を進めた制御用横加速度Gyに基づいて付加制動力Fbaddを演算するため、2次遅れ要素による遅れが抑制され、適切なタイミングで付加減速力(制動力)を車両1に作用させることができる。
なお、車両諸元により定まる微分要素は、制御用横加速度Gyへの影響が小さいことから無視されており、これらの微分要素を無視することによっても、平面2自由度モデルを用いて求められる従来モデル横加速度Gycに対して制御用横加速度Gyの位相が進められる。
図5は、所定速度にて演算される各種横加速度のタイムチャートである。各種横加速度とは、平面2自由度モデルを用いて算出した従来モデル横加速度Gycと、制御用横加速度算出部49により算出された制御用横加速度Gyと、LPF50によりフィルタ処理された後の制御用横加速度Gyとの3つである。
図5に示すように、ステアリングホイール17が左右に操舵されると、従来モデル横加速度Gycは正の値になった後に負の値になる。制御用横加速度算出部49により算出された制御用横加速度Gyは、従来モデル横加速度Gycよりも進んだ位相で現れる。LPF50によりフィルタ処理された後の制御用横加速度Gyの位相は、フィルタ処理前の制御用横加速度Gyに比べて遅れるが、従来モデル横加速度Gycに比べて以前進んでいる。
図6は制御用横加速度Gyの算出例を示すタイムチャートである。図6に示すように、時点t0~時点t1及び時点t8~時点t9において、車速Vが変化していることに起因して、前輪舵角ゲインG1の値及び前輪舵角速度ゲインG2の値は共に変化している。具体的には、前輪舵角ゲインG1は車速Vが高くなるにつれて大きくなっている。前輪舵角速度ゲインG2は車速Vが高くになるにつれて小さくなっており、車速Vが所定値以上のときには負値になっている。
時点t2~時点t3の間に前輪舵角δが0から増加し、時点t4~時点t5の間に前輪舵角δが減少して負値になり、時点t6~時点t7の間に前輪舵角δが再び増加して0に戻っている。前輪舵角速度ωは、時点t2~時点t3の間及び、時点t6~時点t7の間に正になり、時点t4~時点t5の間に負になる。時点t2~時点t3、時点t4~時点t5及び時点t6~時点t7の間、フィルタ処理前の制御用横加速度Gy、フィルタ処理後の制御用横加速度Gy及び、従来モデル横加速度Gycが、この順で変化が現れるように変化している。
時点t10~時点t17において、時点t2~時点t7と似たような挙動が現れている。ただし、舵角情報(前輪舵角センサ34によって取得される前輪舵角δ及び、前輪舵角速度センサ35によって取得される前輪舵角速度ω)は、時点t16において、センサから制御装置31に入力しておらず、時点t17において、再び入力している。このように舵角情報に一時的な欠損(情報の非更新)が生じた場合、制御装置31は直前に入力した時点t15の舵角情報を保持しておき、その舵角情報をその後の(時点t16の)舵角情報として用いる。したがって、舵角情報は、時点t15~時点t16にかけて変化なく、時点t16~時点t17にかけて実際の変化よりも若干大きく変化する。
上記のように制御用横加速度算出部49は、前輪舵角センサ34から取得される前輪舵角δ及び、前輪舵角速度センサ35から取得される前輪舵角速度ωを用いて、制御用横加速度Gyを演算している。そのため、制御用横加速度Gyも、時点t15~時点t16にかけて変化なく、時点t16~時点t17にかけて実際の変化よりも若干大きく変化する。
図6中には、比較例として、制御装置31が前輪舵角δを時間微分することによって取得した前輪舵角速度ωと、この前輪舵角速度ωと前輪舵角δとを用いて演算した制御用横加速度Gyとを点線で示している。この比較例の場合、時点t15~時点t16にかけて、制御装置31が前輪舵角δを保持し、前輪舵角δが変化しないために前輪舵角速度ωが0になる。時点t16~時点t17にかけて、前輪舵角δが保持値に対して大きく変化するために前輪舵角速度ωが急激に大きくなり、その後に実際の値に戻る。このように時間微分によって算出される前輪舵角速度ωは上下に振動するように大きく変化し、これを用いて演算される制御用横加速度Gyも急変してしまう。
本実施形態では、制御用横加速度演算部41が、前輪舵角δの時間微分値ではなく、前輪舵角速度センサ35から取得される前輪舵角速度ωを制御用横加速度Gyの演算に用いることで、上式(1)の制御用横加速度演算式が低次元化されている。これにより、前輪舵角速度ωの変化が抑制され、情報不連続による制御用横加速度Gyの不連続性(急変)が緩和される。
図7はステアドラッグ微分値演算部42の機能ブロック図である。図7に示すように、ステアドラッグ微分値演算部42は、不感帯閾値設定部51と、絶対値算出部52と、負値算出部53と、不感帯処理部54と、制御用横加速度前輪分演算部55と、離散微分演算部56と、ステアドラッグ微分値算出部57とを有している。
不感帯閾値設定部51は、車速Vに応じ、制御用横加速度Gyに対する不感帯処理に用いる閾値Gythを設定する。具体的には、不感帯閾値設定部51は、正の値を閾値Gythに設定し、車速Vが高いほど大きくなるように閾値Gythを設定する。絶対値算出部52は、不感帯閾値設定部51により設定された閾値Gythの絶対値を算出する。不感帯閾値設定部51が正の値を閾値Gythに設定するため、絶対値算出部52は閾値Gythをそのまま出力する。負値算出部53は、閾値Gythに-1を乗じ、閾値Gythを負値に変換し、変換した負値閾値-Gythを出力する。
不感帯処理部54は、閾値Gyth及び負値閾値-Gythを用いて、制御用横加速度Gyに不感帯処理を行う。具体定には、不感帯処理部54は、入力された制御用横加速度Gyの絶対値が閾値Gyth以下である場合には(|Gy|≦Gyth)、不感帯処理後の制御用横加速度Gyとして0を出力し、入力された制御用横加速度Gyの絶対値が閾値Gythよりも大きい場合には(|Gy|>Gyth)、制御用横加速度Gyの絶対値よりも閾値Gythだけ絶対値が小さくなるように処理した値を不感帯処理後の制御用横加速度Gyとして出力する。
不感帯処理部54がこのように不感帯処理を行うことにより、絶対値が所定の閾値Gyth以下である不感帯領域では制御用横加速度Gyとして0が出力される。そのため、付加減速度Gxaddが発生せず、車両制御装置30が搭載されるベース車と同一の車両挙動となる。よって、不感帯領域として設定される直進近傍の前輪舵角δの範囲では、ベース車と同一の操舵反力になり、ベース車と同様の軽快な応答が車両1に維持される。また、付加制動力Fbaddの発生頻度が低下することにより、ブレーキ装置22やブレーキランプの耐久性の低下が抑制される。更に、制御不感帯の適用によって直進近傍の前輪舵角δの範囲では付加制動力Fbaddが車両1に作用しないため、車両制御装置30の動作と直進時に作動する別の機能デバイスの動作との干渉が回避される。一方、制御用横加速度Gyが所定の閾値Gythを超えた場合には、不感帯処理後制御横加速度が0から連続する値として出力される。そのため、付加減速度Gxaddが漸増するように発生し、円滑な車両挙動を維持しながら車両1の旋回性を向上させることができる。
制御用横加速度前輪分演算部55は、不感帯処理後の制御用横加速度Gyに、車両質量mに対する前軸質量mfの比率である前軸質量比率mf/mを乗じることにより、制御用横加速度Gyの前輪分である制御用横加速度前輪分Gyfを演算する。離散微分演算部56は、制御用横加速度前輪分Gyfを微分演算し、制御用横加速度前輪分微分値d/dt(Gyf)を算出する。ステアドラッグ微分値算出部57は、前輪舵角δ、前輪舵角速度ω、制御用横加速度前輪分Gyf及び制御用横加速度前輪分微分値d/dt(Gyf)に基づいて、下式(12)を演算することにより、ステアドラッグGxD(=Gyf・δ)の微分値であるステアドラッグ微分値d/dt(GxD)(=d/dt(Gyf・δ))を演算する。
図8は付加減速度演算部43の機能ブロック図である。図8に示すように、付加減速度演算部43は、進み時定数乗算部61と、負値算出部62と、LPF63(ローパスフィルタ)と、低値選択部64とを有している。
進み時定数乗算部61は、ステアドラッグ微分値d/dt(GxD)に進み時定数τcを乗算する。これにより、図3に示す付加減速度Gxaddの算出基礎となるステアドラッグ微分値d/dt(GxD)の大きさが変更され、合計減速度のステアドラッグ分の減速度に対する位相の進み度合いが調整される。負値算出部62は、車両1に発生させる前後加速度が負の値(減速度)になるように、進み時定数τcが乗算されたステアドラッグ微分値d/dt(GxD)に-1を乗じて、負値に変換する。LPF63は、負値算出部62によって負値に変換された値をローパスフィルタ処理する。これにより、高周波ゲインの増大が抑制され、高周波領域における付加減速度Gxaddの変動が防止されると共に、ノイズが除去される。低値選択部64は、LPF63から出力される値と0とを比較し、より低い値を選択し、付加減速度Gxaddとして出力する。低値選択部64から出力される付加減速度Gxaddは0以下の値である。
図2に示すように、付加減速度演算部43から出力される付加減速度Gxaddは、付加減速度補正部44において適宜の補正処理を施される。付加減速度補正部44から出力される補正後の付加減速度Gxaddは、付加制動力演算部45にて上記付加制動力Fbaddの演算に使用される。付加制動力演算部45は、演算した付加制動力Fbaddを、制御許可フラグFが1のときには出力し、制御許可フラグFが0のときには出力しない。制御装置31は、付加制動力演算部45から出力される付加制動力Fbaddを目標制動力Fbtに加算し、加算後の目標制動力Fbtが発生するようにパワープラント6及び/又はブレーキ装置22を駆動する。これにより、図3に示されるように、ステアドラッグ分の減速度に付加減速度Gxaddが加算された減速度が車両1に発生し、車両1の旋回性が向上する。
付加制動力Fbaddの演算の際、付加制動力演算部45は、付加制動力Fbaddの少なくとも一部をブレーキ装置22に対する要求として演算する。そのため、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んでいないときにもブレーキ装置22によって強制的にかつ高い応答性をもって付加制動力Fbaddを車両1に作用させることができる。
図9は制御許可判定部46の機能ブロック図である。図9に示すように、制御許可判定部46は、第1判定部66と、第2判定部67と、延長時間経過判定部68と、許可フラグリセット判定部69と、ラッチング処理部70とを有している。
第1判定部66は、前輪舵角速度ωに不感帯処理を行う不感帯処理部71と、前輪舵角δに不感帯処理された前輪舵角速度ωを乗じ、第1値δωを演算する第1乗算器72と、第1比較器73とを有する。第1比較器73は、第1値δωを0と比較し、第1値δωが0よりも大きいとき、すなわち第1値δωが正のときに1を出力し、第1値δωが0以下のとき、すなわち第1値δωが正でないとき(0又は負のとき)に0を出力する。第1判定部66の出力が1であることは、前輪4Aが切り込み操舵されていることを意味し、第1判定部66の出力が0であることは、前輪4Aが保舵されているか切り戻し操舵されていることを意味する。
第2判定部67は、制御用横加速度Gyを微分演算する微分処理部74と、前輪舵角δに制御用横加速度Gyの微分値dGy/dtを乗じ、第2値δ・dGy/dtを演算する第2乗算器75と、第2比較器76をと有する。第2比較器76は、第2値δ・dGy/dtを0と比較し、第2値δ・dGy/dtが0よりも小さいとき、すなわち第2値δ・dGy/dtが負のときに1を出力し、第2値δ・dGy/dtが0以上のとき、すなわち第2値δ・dGy/dtが負でないとき(0又は正のとき)に0を出力する。第2判定部67の出力が1であることは、前輪舵角δと制御用横加速度Gyの変化方向とが互いに不一致であることを意味し、第2判定部67の出力が0であることは、前輪舵角δと制御用横加速度Gyの変化方向とが互いに一致する又はそれらの少なくとも一方が0であることを意味する。
延長時間経過判定部68は、第1判定部66の出力が入力するNOT回路77(反転回路)と、タイマ78とを備えている。NOT回路77は、第1判定部66の出力(1又は0)と逆の値(0又は1)を出力する。タイマ78は、車速Vに応じ、付加減速度制御を延長すべき延長時間Tを設定し、NOT回路77からの出力が0から1に変わったときから延長時間Tが経過したか否かを判定し、延長時間Tが経過したときに1を出力する。NOT回路77からの出力が0から1に変わったときとは、第1判定部66の出力が1から0に変わったときであり、前輪4Aの切り込み操舵が終了したときを意味する。タイマ78は、車速Vが高いほど長くなるように延長時間Tを設定する。
許可フラグリセット判定部69は、直列回路である第1AND回路79及び第2AND回路80と、並列回路であるOR回路81とを有している。第1AND回路79にはタイマ78の出力及びNOT回路77の出力が入力しており、第1AND回路79はこれらの両方が1のときに1を出力し、それ以外のときに0を出力する。第2AND回路80にはNOT回路77の出力及び第2判定部67の出力が入力しており、第2AND回路80はこれらの両方が1のときに1を出力し、それ以外のときに0を出力する。OR回路81には第1AND回路79の出力及び第2AND回路80の出力が入力しており、OR回路81はこれらの少なくとも1つが1のときに1を出力し、両方が0のときに0を出力する。
つまり、第1値δωが正でなく(前輪4Aが保舵されているか切り戻し操舵されており)、かつ前輪4Aの切り込み操舵が終了したときから所定の延長時間Tが経過した場合、第1AND回路79の出力が1になる。また、第1値δωが正でなく(前輪4Aが保舵されているか切り戻し操舵されており)、かつ前輪舵角δと制御用横加速度Gyの変化方向とが互いに不一致である場合、第2AND回路80の出力が1になる。そして、これら2つの条件の少なくとも一方が満たされた場合にOR回路81の出力が1になる。
ラッチング処理部70には、第1判定部66の出力が入力Sとして入力し、許可フラグリセット判定部69の出力が入力Rとして入力し、出力Qとして0又は1の判定結果を含む制御許可フラグFを出力する。ラッチング処理部70の真理値表を以下に示す。
表1に示すように、ラッチング処理部70は、入力Sが1であり、かつ入力Rが0である場合には、出力Qとして1(制御許可)を出力する。つまり、第1値δωが正であり(前輪4Aが切り込み操舵中であり)、かつ前輪舵角δと制御用横加速度Gyの変化方向と互いに一致する又はそれらの少なくとも一方が0である場合には、制御許可フラグFを1に設定する。またラッチング処理部70は、入力Sが0であっても、入力Rが0である場合には、出力Qとして1(制御許可)を出力する。つまり、第1値δωが正から正でなくなった後でも、前輪4Aの切り込み操舵が終了したときから所定の延長時間Tが経過しておらず、かつ前輪舵角δと制御用横加速度Gyの変化方向と互いに一致する又はそれらの少なくとも一方が0である場合には、制御許可フラグFを1に設定する。
これにより、ドライバーのステアリング操作によって前輪4Aが切り込み操舵され、ステアドラッグGxDが変動している間のみに付加減速度制御が許可される。つまり、前輪舵角δが一定になるように前輪4Aが保舵されている間の加速や、前輪4Aの切り戻し中の制御用横加速度Gyの逆転又はオーバーシュートにより、ステアドラッグGxDが増加するシーンにおいて付加減速度制御が許可されることが防止される。
次に、制御許可判定部46が行う制御許可判定の結果に応じて制御装置31が付加減速度制御を実行することによる作用効果について説明する。
図12は、比較例の付加減速度制御による低速走行時の各種パラメータの変化を示すタイムチャートである。この例では、制御装置31が制御許可判定部46(図2)を備えず、付加制動力演算部45(図2)が演算した付加制動力Fbadd(付加制動トルク)を常時出力する。この場合、図12の網掛部に示すように、前輪舵角δが減少して一定値に保持された後、制御用横加速度Gyがオーバーシュートしており、前輪4Aの切り戻し操舵に起因する付加制動力Fbaddが発生する。
図10は、実施形態に係る付加減速度制御による低速走行時の各種パラメータの変化を示すタイムチャートであり、図11は、実施形態に係る付加減速度制御による高速走行時の各種パラメータの変化を示すタイムチャートである。本実施形態では、前輪舵角δに前輪舵角速度ωを乗じた第1値δωが正である場合(δω>0)には、制御許可判定部46が付加減速制御を許可するが、図10及び図11の網掛部に示すような状態では、上記のように制御許可判定部46が付加減速度制御を不許可にする。そのため、網掛部においては、破線で示すように付加制動力Fbaddが付加制動力演算部45によって0未満の値として演算されるが出力されない。これにより、不要な付加減速度Gxaddの発生が抑制される。
また、上記のように付加制動力演算部45は、ブレーキ装置22に対する要求として付加制動力Fbaddの少なくとも一部を演算する。そのため、頻繁な作動によってブレーキ装置22の耐久性が低下しやすいところ、前輪4Aの切り戻し時における不要な制御介入による付加減速度Gxaddの発生が抑制されるため、ブレーキ装置22の耐久性低下が抑制される。
一方、図11に示すように、前輪4Aの切り込みによる前輪舵角δの増大が終了した時点t21以降においても、制御用横加速度Gyが増加することがある。制御用横加速度Gyの前輪舵角δに対する遅れは車速Vが高くなるほど大きくなる。制御用横加速度Gyが増加中は、その後ろ向き成分であるステアドラッグGxDも増大している。したがって、前輪4Aの切り込みによる前輪舵角δの増大が終了した時点t21以降においても、付加制動力Fbaddが付加制動力演算部45によって0未満の値として演算される。
ところが、本実施形態では、制御許可判定部46が付加減速度制御の許可を判定し、第1判定部66(図9)が、前輪舵角δに前輪舵角速度ωを乗じて得た第1値δωが0以下のとき、すなわち前輪4Aが保舵されているか切り戻し操舵されているときには0を出力する。これに応じて図11の時点t21において制御許可判定部46が付加減速度制御を不許可にすると、それらの時点以降に付加制動力Fbaddが0未満の値として演算されても出力されず、車両姿勢の安定化効果が弱まる。
本実施形態では、制御許可判定部46(図9)が、前輪舵角δに前輪舵角速度ωを乗じた第1値δωが正でない場合(δω≦0)であっても、前輪舵角δに制御用横加速度Gyの微分値dGy/dtを乗じた値が負でない場合(δ・dGy/dt≧0)には、表1の入力Sが0、入力Rが0になることから付加減速制御を許可し、出力Qを1に保持する。そのため、図11に示すように、前輪4Aの切り込み時には前輪舵角δが一定になった時点t21以降も、制御用横加速度Gyの増大が終了する時点t22まで付加減速制御の許可が延長され、これにより車両姿勢が安定化する。
図9に示すように、制御許可判定部46は、前輪舵角δに前輪舵角速度ωを乗じた第1値δωが正から正でなくなった後、前輪舵角δに制御用横加速度Gyの微分値dGy/dtを乗じて得た第2値δ・dGy/dtが正であるために付加減速制御の許可を継続している場合、第1値δωが正から正でなくなったときから、車速Vに応じて予め設定された延長時間Tが経過したときに、付加減速制御を不許可にする。本実施形態の制御装置31は、前輪舵角δの増大に対する制御用横加速度Gyの増大の遅れが車速Vに応じて変化するのに合わせ、前輪舵角δの増大終了時から車速Vに応じて設定された延長時間Tに限って付加減速制御の許可を継続することができる。
上記のように前輪舵角δの増大に対する制御用横加速度Gyの増大の遅れは車速Vが高いほど大きくなる。本実施形態では、延長時間Tは車速Vが高いほど長く設定されるため、車両姿勢をより安定化させることができる。
車両1の直進走行中や定常旋回中であっても、悪路走行時など、前輪舵角速度ωが微小に変動することがある。このようなときに制御許可判定部46(図9)が前輪舵角速度ωをそのまま用いて付加減速制御の許可判定を行うと、判定結果が頻繁に変わる。本実施形態では、制御許可判定部46が前輪舵角速度ωに不感帯処理を行って得た処理後の前輪舵角速度ωを用いて付加減速制御の許可を判定する。そのため、付加減速制御が不要な直進走行中や定常旋回中に、付加減速制御がむやみに許可されることが抑制される。
また、図2及び図8に示すように、付加減速度演算部43は、ステアドラッグ微分値d/dt(GxD)に基づいて付加減速度Gxaddを演算する。そのため、図11の前輪舵角δが一定になった時点t21後、制御用横加速度GyやステアドラッグGxDが増大しているときに、ステアドラッグ微分値d/dt(GxD)に基づく付加減速度Gxaddを制御装置31が発生させることにより、前輪4Aへの車両1の荷重移動が適切に行われ、車両姿勢が安定する。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度、演算式など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更することができる。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
1 :車両
4 :車輪
4A :前輪
6 :パワープラント(制動力発生装置)
22 :ブレーキ装置(制動力発生装置)
30 :車両制御装置
31 :制御装置
33 :車速センサ(車両状態情報取得装置)
34 :前輪舵角センサ(車両状態情報取得装置)
35 :前輪舵角速度センサ(車両状態情報取得装置)
41 :制御用横加速度演算部
42 :ステアドラッグ微分値演算部
43 :付加減速度演算部
45 :付加制動力演算部
46 :制御許可判定部
Fbadd :付加制動力
GxD :ステアドラッグ
d/dt(GxD):ステアドラッグ微分値
Gxadd :付加減速度
Gy :制御用横加速度(横加速度)
T :延長時間
V :車速
δ :前輪舵角
ω :前輪舵角速度
δω :第1値
δ・dGy/dt:第2値
4 :車輪
4A :前輪
6 :パワープラント(制動力発生装置)
22 :ブレーキ装置(制動力発生装置)
30 :車両制御装置
31 :制御装置
33 :車速センサ(車両状態情報取得装置)
34 :前輪舵角センサ(車両状態情報取得装置)
35 :前輪舵角速度センサ(車両状態情報取得装置)
41 :制御用横加速度演算部
42 :ステアドラッグ微分値演算部
43 :付加減速度演算部
45 :付加制動力演算部
46 :制御許可判定部
Fbadd :付加制動力
GxD :ステアドラッグ
d/dt(GxD):ステアドラッグ微分値
Gxadd :付加減速度
Gy :制御用横加速度(横加速度)
T :延長時間
V :車速
δ :前輪舵角
ω :前輪舵角速度
δω :第1値
δ・dGy/dt:第2値
Claims (7)
- 車両制御装置であって、
車両に作用させる制動力を発生する制動力発生装置と、
前記制動力発生装置に発生させる制動力を制御する制御装置と、
前輪の舵角、舵角速度及び横加速度を含む車両状態情報を取得する車両状態情報取得装置とを備え、
前記制御装置は、
前記車両状態情報に基づいて、前記車両に加えるべき付加減速度を演算する付加減速度演算部と、
前記付加減速度に基づいて前記制動力発生装置に発生させるべき付加制動力を演算する付加制動力演算部と、
少なくとも前記舵角、前記舵角速度、前記横加速度を用いて、前記制動力発生装置に前記付加制動力を要求する付加減速制御の許可を判定する制御許可判定部とを有し、
前記制御許可判定部は、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値が正である場合には、前記付加減速制御を許可し、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値が正でない場合であっても、前記舵角に前記横加速度の微分値を乗じた値が負でない場合には、前記付加減速制御を許可する車両制御装置。 - 前記制御許可判定部は、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値が正から正でなくなった後、前記舵角に前記横加速度の微分値を乗じた値が正であるために前記付加減速制御の許可を継続している場合、前記舵角に前記舵角速度を乗じた値が正から正でなくなったときから、車速に応じて予め設定された延長時間が経過したときに、前記付加減速制御を不許可にする請求項1に記載の車両制御装置。
- 前記延長時間は前記車速が高いほど長く設定される請求項2に記載の車両制御装置。
- 前記制御許可判定部は、前記舵角速度に不感帯処理を行って得た処理後舵角速度を用いて前記付加減速制御の許可を判定する請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の車両制御装置。
- 前記制御装置は、前記車両状態情報に基づいて、前記前輪の横力の前記車両の後方を向く成分であるステアドラッグを微分したステアドラッグ微分値を演算するステアドラッグ微分値演算部を更に有し、
前記付加減速度演算部は、前記ステアドラッグ微分値に基づいて前記付加減速度を演算する請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の車両制御装置。 - 前記車両状態情報取得装置が、前記舵角速度に対応する角速度又は速度を検出する速度センサを含み、
前記制御装置は、少なくとも前記舵角速度を用いて制御用横加速度を演算する制御用横加速度演算部を更に有し、前記付加減速度演算部が、前記制御用横加速度を用いて前記ステアドラッグ微分値を演算する請求項5に記載の車両制御装置。 - 前記制動力発生装置がブレーキ装置を含み、
前記付加制動力演算部は、前記ブレーキ装置に対する要求として前記付加制動力の少なくとも一部を演算する請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の車両制御装置。
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