JP5462373B2 - 車両の運動制御装置 - Google Patents
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Description
特許文献1は、運転者に操舵負担をかけることのない4輪アクティブステアシステムを提供するために、前輪に補助舵角を付与する前輪側アクティブステア手段と、後輪に補助舵角を付与する後輪側アクティブステア手段と、所望の車両挙動特性となるように前記両アクティブステア手段に対し補助舵角を指令する4輪アクティブステア制御手段と、を備えた4輪アクティブステアシステムにおいて、運転者の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前輪側及び後輪側アクティブステア手段の少なくとも一方の応答性を推定する応答性推定手段と、検出された操舵状態と推定された一方の応答性の変化とに応じて、他方の応答性を変更する応答性変更手段とを設けることが開示されている。非特許文献1では、前輪と後輪の両方をアクティブ操舵することによりヨーイングと横運動の両方を最適化することが可能となる。例えば中速域ではハンドル操作に対して前輪を切りまし、同時に後輪も同じ方向に操舵することでヨーイング(車両の回頭性)と横加速度応答向上,車体横滑りの低減のすべてが実現できることが開示されている。特に非特許文献8では,定常旋回直前,即ち旋回に必要なヨーレイトを得た後は,後輪を同位相に操舵し,安定性を確保することが開示されている。
また、特許文献2は、車両の左右の車輪に駆動力或いは制動力を配分してヨーモーメントを制御し、制御の応答性及び精度を両立させるためにフィードフォワード制御部は、エンジントルク,エンジン回転数,車速,操舵角及び横加速度に基づいて、車両の旋回状態に見合ったヨーレイトが得られる駆動力配分量ΔTを推定し、駆動力配分装置の左右の油圧クラッチCL,CRをフィードフォワード制御する。一方、フィードバック制御部は、車速及び横加速度から算出した規範ヨーレイトとヨーレイトセンサ10dで検出した実ヨーレイトとの偏差を算出し、その偏差をゼロに収束させるべく、駆動力配分装置で算出した駆動力配分量ΔTを補正する。フィードフォワード制御により駆動力配分量が過剰になり、車両にオーバーステアの傾向が生じても、フィードバック制御により前記オーバーステアの傾向を解消して車両の挙動を安定させることができることが開示されている(非特許文献2参照)。
ハンドル操作による横運動に連係して自動的に加減速することにより、前輪と後輪の間に荷重移動を発生させて車両の操縦性と安定性の向上を図る方法も非特許文献3に示されている。
また,非特許文献3,4にて開示される制御は、車両を安定化させるときには,荷重移動の効果と前後力による横力の低下を鑑み,確実には前輪駆動車で,かつ加速側の制御が必要になってくるという課題があった.この方法は,コーナーからの脱出時には効果を発揮するが,旋回開始時から定常旋回への遷移状態の後半で安定度が要求されるときには,減速と加速の整合性が取れず,安定性が確保できる範囲にゲインを落とす必要があった。
また,特に後輪駆動車両で近年多く見られる,(i)マルチリンクサスペンション等を用いた後輪前後力トーイン特性を持つ車両や,(ii)後輪左右輪間にディファレンシャルギアを有する車両においては,舵角のみならず,ディファレンシャルギアを介した左右トルクの管理を行う必要がある。
ドライバ入力に加え、制御により付加操舵を加えることにより大きめの操舵角を与え、後輪は、前輪とは逆方向に操舵する、いわゆる逆相操舵がニンブル感(きびきびした応答)を得るために有効である。
逆相操舵を保っていると、横加速度応答の低下とともに、車体横滑り角も大きくなってしまうために、定常旋回が開始するころには、前後輪の制御による付加操舵はゼロとする。
前輪の舵角はドライバが切り戻しを行う舵角より先行して、少なくなるように付加相舵角を与える。後輪は前輪と同相となるように操舵することによりタイヤの横滑り角を得て、後輪コーナリングフォースをより多く発生させるようにする。このように制御すると車両に、旋回から直線走行へと復元するためのモーメントが増加するため、安定性を向上するために効果的である。
(i)ステアリング舵角を一定に固定していても、例えば、ステアリングコラムのねじり剛性,ステアリングラックの取り付け剛性に起因するコンプライアンスステア
(ii)制動・駆動トルクにより発生するキングピン軸回りのモーメントにより、ドライバ側のステアリング舵角が増減する(逆に廻される)、ドライバの腕(入力側)の低剛性に起因する広義のコンプライアンスステア
本発明ではこれらの2つの要因をまとめてコンプライアンスステアとしている。
さらに
(i)マルチリンクサスペンション等を用いた後輪前後力トーイン特性を持つ車両については,上述の通常車両とは逆に,制動力あるいは制動トルクを加えると車両に対してタイヤが後方に変位するにも関わらず,内向きに操舵角が発生する。
したがって旋回方向の検出手段を有し、ドライバのアクセル,ブレーキ操作、または、制御装置の加減速指令(加速指令,減速指令)、あるいはその両方に基づいて、前輪は旋回内側の輪に駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクを多く配分し、後輪は旋回外側の輪に駆動力あるいは駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクを多く配分するような構成とし,
前輪は旋回内側の輪に制動力又は制動トルクを多く配分し、後輪は旋回外側の輪に制動力又は制動トルクを多く配分した場合,コンプライアンスステアにより前輪は旋回促進側のトーアウト方向,後輪は旋回を止める安定側のトーイン方向となってしまい,相互に干渉しあう.したがってこのような場合には,まず前輪旋回内側の輪に制動力又は制動トルクを配分し,その後,時間的に遅れて後輪外側の輪に制動力又は制動トルクを配分するように制御することにより,先の四輪アクティブステアと同様に,旋回開始時の回頭性の向上と定常旋回への安定した遷移が可能となる。
また,
(ii)後輪左右輪間にディファレンシャルギアを有する車両においては,
旋回方向の検出手段を有し、ドライバのアクセル,ブレーキ操作、または、制御装置の加減速指令(加速指令,減速指令)、あるいはその両方に基づいて、前輪は旋回内側の輪に駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクを多く配分し、後輪は旋回外側の輪に駆動力あるいは駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクを多く配分するような構成とし,
前輪は旋回内側の輪に制動力又は制動トルクを多く配分し、後輪は旋回外側の輪に制動力又は制動トルクを多く配分した場合,
後輪の内・外輪はディファレンシャルギアで連結されているために,旋回外側の輪に制動力又は制動トルクを与えると,旋回内側に駆動力又は駆動トルクを発生してしまう。
コンプライアンスステアにより前輪は旋回促進側のトーアウト方向(操舵角が増す方向),後輪は旋回を止める安定側のトーイン方向となってしまい,相互に干渉しあう.したがってこのような場合には,まず前輪旋回内側の輪に制動力又は制動トルクを多く配分し,その後,時間的に遅れて後輪外側の輪に制動力又は制動トルクを多く配分するように制御することにより,先の四輪アクティブステアと同様に,旋回開始時の回頭性の向上と定常旋回への安定した遷移が可能となる。
以下、四輪アクティブステア制御からの舵角制御,制動力・駆動力によるコンプライアンスステア,横運動に連係した加減速制御(G-Vectoring制御)について述べ、これらを有機的に組み合わせた本発明の基本的な考え方を示す。
まず、車両の操縦性,安定性を向上させるための操舵角制御について、非特許文献1を参考にしながら、一般的な手法を示す。
・操縦性向上:前輪を切り増し、後輪を、前輪と逆方向(逆位相)に切る。
・安定性向上:前輪を切り戻し、後輪を、前輪と同方向(同位相)に切る。
という基本的な考え方について述べた。
つぎに、図3〜図5を用いて制動力,駆動力によるコンプライアンスステアについて説明する。非特許文献5(安部 正人,大沢 洋:自動車の運動性能向上技術、(社)自動車技術会編集、自動車技術シリーズ4、朝倉書店1998の、5章サスペンションと車両運動性能、5.2サスペンション特性と操縦安定性能、5、2.1トー角変化と操縦安定性能、p.84−85.)に記載されているとおり、サスペンションにコーナリングフォースなどの横力や制・駆動力などの前後力が入ると、ラバーブッシュやリンクの弾性変形によりトー角変化が生じる(このうち、横力によるコンプライアンスステアは前後力によるものより小さく、本発明による制御の有り無しにかかわらず、発生するため、詳細には議論しないことにする)。
図3はこの様子を、通常車両1000の右後輪1014を用いて示している。右後輪1014は右後輪サスペンション1010で車両に懸架されているが、右後輪1014に制動力FxBが接地中心に加わるとして、この中心点からサスペンションリンク1020の車体側揺動軸受けまでの距離をlsとすると、右後輪1014にはFxB×lsのモーメントが加わることになる。サスペンションリンク1020は、前方車体側揺動軸受けブッシュ1030,後方車体側揺動軸受けブッシュ1040で支持されているが、これらの支持系はコンプライアンスを有するために、結果として右側後輪に外向き(トーアウト)のコンプライアンスステア舵角δxBが生じる。同様に、右後輪1014に駆動力FxTが加わると内向き(トーイン)のコンプライアンスステア舵角δxTが生じる。
・制動力:トーアウト方向の舵角
・駆動力:トーイン方向の舵角
次に前輪について図4を用いて説明する。ここでは、左前輪1011のみに制動力FxB_fが加わっているとする。
・制動力:トーイン方向の舵角
・駆動力:トーアウト方向の舵角
次に、操縦性と安定性を向上させることができる、横運動に連係した加減速制御について述べる。横運動に連係した加減速制御の指針は、例えば非特許文献3に示されている。
・直線走行から旋回初期区間:減速→制動力
・旋回から直線走行への復帰:加速→駆動力
・操縦性向上:前輪を切り増し、後輪を、前輪と逆方向(逆位相)に切る。
・安定性向上:前輪を切り戻し、後輪を、前輪と同方向(同位相)に切る。
ということが基本法則となる。
車両0は左後輪モータ1により左後輪63,右後輪モータ2により右後輪64を駆動するとともに、左前輪モータ121で左前輪61を、右前輪モータ122で右前輪62を駆動する四輪駆動車(All Wheel Drive:AWD車)である。
左前輪61,右前輪62,左後輪63,右後輪64には、それぞれブレーキロータが配備され、車体側にはこのブレーキロータをパッド(図示せず)で挟み込むことにより車輪を減速させるキャリパーが搭載されている。ブレーキシステムはキャリパー毎に電機モータを有する電機式である。
本発明においては、「操縦性と安定性を向上する」ため対角配分を行い左右輪に異なる制動力や駆動力を発生させることになる。また、例えば旋回開始時の操縦性をさらに向上させるために、前輪トーインを作り出す前輪内側の制動トルクを電気的に回生し、この電力を用いて後輪内側に駆動トルクを与えコンプライアンスステアを用いて後輪内側も含めてトーインとし、後輪外側のトーアウトを作り出す後輪外側の制動トルクを電気的に回生し、この電力を用いて前輪外側に駆動トルクを与え前輪のトーインをより強めるような制動・駆動の統合制御がなされる。
車両0の操舵系はドライバの舵角とタイヤ切れ角の間に機械的な結合の無い、ステアバイワイヤ構造となっている。内部に舵角センサ(図示せず)を含むパワーステアリング7とステアリング16とドライバ舵角センサ33とステアリングコントローラ44で構成されている。ドライバのステアリング16の操舵量は、ドライバ舵角センサ33により検出され、ステアリングコントローラ44を経て、中央コントローラ40で演算処理される。そしてステアリングコントローラ44はこの量に応じて、パワーステアリング7を制御する。
次に本発明の運動センサ群について述べる。
(1)α=0のとき:前輪どうし,後輪どうしは同じ制駆動力を発生する。
(2)α=1のとき:制動力・駆動力は左前輪と右後輪のみで発生する。
(3)α=−1のとき:制動力・駆動力は右前輪と左後輪のみで発生する。
左前輪2061用ブレーキキャリパ2071と右後輪2064用ブレーキキャリパ2074は、油圧配管2454により連通されているので、制御手段である横滑り防止装置2450は、油圧配管2454の圧力と、油圧配管2455の圧力を図16に示すような配分比αで制御する。つまり、横滑り防止装置2450は、前輪の旋回内側の輪と、前記後輪の旋回外側の輪に連通した油圧配管2454又は油圧配管2455の内圧が略同圧になるように制御する。これにより、前後配分はブレーキ装置の初期設計値を踏襲することができるとともに、複雑な制御弁を必要としないというメリットを有する。
前後輪のピストン径比、中心からの距離などを逆算し、同じ制動トルクとなるように前後で油圧配分を変える。つまり、前輪の旋回内側の輪の制動トルクと、後輪の旋回外側の輪の制動トルクと、が略等しくなるように前後で油圧配分を変える。例えば前輪油圧は小さく後輪油圧は大きくなるように配分を変える。
上記(2)のようにしても、当該輪の荷重が異なると、実際の制動力には差異を生じる。最初の前後重量配分,ホイールベース,トレッド,重心高さ,計測した前後加速度,横加速度から、図27の上の図の式を用いて各輪の荷重を推定し、その推定荷重と車輪のスリップ率とのマップ(図27下図)などに基づいて厳密に制動力を制御すると、完全に先のモーメントをキャンセルできる。つまり、前輪の旋回内側の輪の制動力と、後輪の旋回外側の輪の制動力と、が略等しくなるよう配分する。
さらに,ドライバ評価においては「車がねじれるように良く曲がる」という感覚が報告された。このときのロールレイトとピッチレイトを位置座標上に示したものが図34である(注:Lターン進入直前に微小な凹凸がありインパルス状のピッチレイトが発生してしまっている)。Lターン進入時に,本発明(G-Vectoring+対角配分)のピッチレイトがわずかに大きくなり,ロールレイトが明らかに大きくなっている(複数回実験し,このようになることを確認済み)。
特許文献3においては,アンチダイブ・ジオメトリ及びアンチリフト・ジオメトリをそれぞれ有する前輪側及び後輪側のサスペンションを有する車両において,本発明と逆の対角配分(前輪は旋回外側,後輪は旋回内側)により,旋回時の不快なロール挙動を効果的に抑制し得る車両挙動制御装置が提案されている。これは,制動時のアンチダイブモーメントが前輪左右別々に,アンチリフトモーメントが後輪左右別々に働くので,車体のジャッキアップ力が左右でアンバランスとなり,ロールを抑制するモーメントが発生するというメカニズムである。本発明(G-Vectoring+対角配分)の対角配分は,これとちょうど逆のモーメントが働き,ロールレイトが増加していると考えられる。
図35は直進状態から-2m/s2の減速度を発生するように左前輪と右後輪に対角に制動力を配分した場合の前後・横加速度とロールレイトを示している。前輪片側への制動力による横加速度がなるべく出ないように操舵角を調整した。
図35より,横加速度によるロールモーメントが無くても,ロールレイトが発生していることがわかり,前述のメカニズムが確認できた(本実験車両の前輪にはアンチダイブ・ジオメトリが採用されている)。以上のように本発明の対角配分制御によると車両ロールが増大する場合がある。したがって,対角配分と左右等配分を切り替えていくことにより,同一減速度,横加速度でもロールレイトを制御することができ,加減速によるピッチレイトとロールレイトの「統一感」を調整することが可能となる。これは,直接的にロールモーメントを調整する,すなわちDRC(Direct Roll-moment Control)と考えることが出来る。
追記1)先の過スリップ防止制御をOFFにすると、前輪内側がロックしてコース外側に逸脱した。
追記2)G-Vectoringも行わない、完全に制御なしではコースを逸脱して、その後スピンした(減速しないため、速度が低下せず横加速度が1G近辺となった)。
図42に、本発明に係る車両の運動制御装置の第3実施例の全体構成を示す。
第2の実施例と違い,第3実施例の車両2011はフロントエンジン(2002)でプロペラシャフト2003,ディファレンシャルギア(デフギア:差動歯車)2100を経由し,左リアタイヤ2063,右リアタイヤ2064を駆動するFR(Frontエンジン・Rearドライブ)車両である。また,後輪サスペンションはいわゆるマルチリンクサスペンション2200,2210で懸架されている。その他の構成は第2実施例に準ずる。
図43は,第3実施例の後輪(図では右側)に減速力を加えた場合のコンプライアンスステアの発生状況を示す図である。後輪のナックル部分はトー変化方向に変位可能なブッシュ支持されたラジアスリンク2211と,それぞれ長さが異なるフロントロアリンク2212,リアロアリンク2213にて支持されている(図43紙面上方が車両の前方向である。すなわちこの図は後右輪を上から見た図である)。この状況でホイールセンターに前後力(減速力)が加わると後右輪は車両に対して後方に引っ張られることになる。このとき,フロントロアリンク2212,リアロアリンク2213は長さが違い支持点がそれぞれ異なるため,後右輪が後方に変位する際にトーイン方向にアライメント変化を生じる。これは,基本的に減速力トーアウトであるFF車両によく使われるトーションビーム式リアサスペンションとは全く逆の方向であり,第1実施例,第2実施例とは異なる制御タイミングを取る必要がある。この部分については,本実施例で特徴的なディファレンシャルギアを有する車両における後輪制駆動に関する力学的関係を述べた後に,その効果を含めた最も好適な発明形態として示す。
図44は,本発明の第3実施例の後輪パワートレイン(エンジン2002,プロペラシャフト2003,ディファレンシャルギア2100)と後輪左右ブレーキ2073,2074の構成を示す図である。ディファレンシャルギアは,差動制限機構を有さない,いわゆるオープンデフ構造となっている。まずディファレンシャル2100の構成を示す。エンジン2002により駆動されるプロペラシャフト2003の先端にはドライブピニオン2101が固定されており,リングギア(ドライブギア)2102を駆動する。リングギア2102にはディファレンシャルケースが固定されており,ピニオンメートシャフト2104を支持するピニオンメートシャフトベアリング支持材2103は,ディファレンシャルケースに固定されている。ピニオンメートギヤ2105,2106は,右後輪サイドギヤ2107,左後輪サイドギヤ2108とかみ合っている。右後輪ドライブシャフト2109は,リングギア2102を貫通(回転自在支持)して,右後輪2064に繋がっている(ただし,等速ジョイントなどは省略している)。また,右後輪ドライブシャフト2109にはディスクロータが取り付けられており,右後輪ブレーキキャリパ2074により制動トルクを加えることができる。また同様に左後輪ドライブシャフト2110は,左後輪2063に繋がっている。また,左後輪ドライブシャフト2110にはディスクロータが取り付けられており,左後輪ブレーキキャリパ2073により制動トルクを加えることができる。
ここで,プロペラシャフト2003の回転数をωPTEとすると,リングギア2102の回転数ωRGは,ωPTEを最終減速比で割った値となる。以下ではエンジン2002,ドライブシャフト2003を省略して,このリングギア2102の回転数ωRGをエンジン・パワートレイン系の代表回転数として採用し,左ドライブシャフト2110の回転数ωWLと右ドライブシャフト2109の回転数ωWRとの関係について論じ,本発明に関わる力学関係事項を開示していく。
リングギヤ2102 についての回転運動の方程式を(数22)に示す。
ここで,IBEPTは,エンジン・パワートレイン系の慣性モーメントおよび車体等価慣性モーメントをリングギア換算したものであり,後で述べる車軸周りの回転系の総慣性モーメントに比べてはるかに大きい。また,kFはエンジン2002からリングギアまでの総合減速比,TEはエンジントルク,TERは右後輪から加わる反力トルク,TELは左後輪から加わる反力トルクである。
また,左後輪の回転運動の方程式は,
となる。ここで,IWLは,左後輪およびブレーキディスク,ドライブシャフトなどの回転系の総慣性モーメントである。また,TELはエンジンによる駆動トルクである。さらにFWXLは左後輪タイヤの発生する前後力,RWLは左後輪タイヤ半径であり,TBL左後輪ブレーキキャリパ2073による制動トルクである。
また,右後輪の回転運動の方程式は,
となる。ここで,IWRは,右後輪およびブレーキディスク,ドライブシャフトなどの回転系の総慣性モーメントである。また,TERはエンジンによる駆動トルクである。さらにFWXLは右後輪タイヤの発生する前後力,RWRは右後輪タイヤ半径であり,TBL右後輪ブレーキキャリパ2074による制動トルクである。
さらに,ディファレンシャルギア2100の差動歯車機構としての特性より,以下の回転拘束式が常に成立している。
すなわち,リングギア2102の回転速度は,必ず左右輪の回転速度の平均値となるという関係である。以上が,ディファレンシャルギアを有する車両の回転系の基礎式である。
つぎに,図45は,左旋回をする本発明の車両2011の左右後輪位置での前後方向の速度ベクトルに関する説明図である。今車両が車両前後方向に対して横滑り角βをもちながら速度Vで進んでおり,そのときの車両重心点周りのヨーレイトをrとする。このときの車両重心点の前後方向の速度は,u=Vcosβとなる。このときの右後輪位置での前後速度成分は,
となり,重心点の前後方向の速度に比べヨーレイト成分のみ早くなる。ただし,dは後輪左右間の距離(トレッド)である。また,左後輪位置での前後速度成分は
となり,車両重心点よりもヨーレイト成分のみ遅くなる。
さて,まず車両2011において,左右の後輪に制動・駆動力を与えない場合について図46を用いて考える。左内外輪(内が左後輪2063,外が右後輪2064)速度ωin0とωout0は,
となる。(数26),(数27)とあわせて考えると,内輪(左後輪2063)の回転速度が,外輪(右後輪2064)の回転速度よりも遅いということがわかる。
また,このときの後輪内外輪のスリップ率を考えると
となり,それぞれゼロとなる。すなわち前後方向には力を発生していないことがわかる。
となる。すなわち,リングギア2102の回転速度は,車両ヨーレイト,トレッドに関わらず,車両の重心点の前後速度にて決定されていることがわかる。
さて,このような左旋回をしている状態で,後輪の旋回外側である右後輪に,図47に示すように,右後輪ブレーキキャリパ2074から制動トルクTBRを加えることを考える。まず,制動トルクTBRを加えた際の,リングギア2102,回転系への影響を考える。
まず,(数22),(数23),(数24)を用いて,TEL,TERを消去すると,
となる。また,(数25)を時間微分すると,
となるので,これを(数31)に代入して整理すると,
となる。ただし,タイヤの有効半径とタイヤの慣性モーメントは左右同じとして考えた。
右後輪ブレーキキャリパ2074から制動トルクTBRを加えた場合にリングギア2102の速度変化がどれぐらい発生するかを見るために,(数33)をTBRで,偏微分してみと,
となる。これに対して,右後輪ブレーキキャリパ2074から制動トルクTBRを加えた場合に右後輪2064の速度変化ゲインを考えると,
である。先にも述べたとおり,IBEPTは,IWに比べて極めて大きい。(数34),(数35)が示すことは,右後輪ブレーキキャリパ2074から制動トルクTBRを加えても,リングギア2102の速度変化に与える速度変化のゲインは低く,小さな制動トルクではほとんどリングギア2102には回転速度変化が生じないということである。今想定している左旋回で右後輪制動トルクTBRを作用させても図47に示すように,リングギアはu/Rwに速度固定されており,ほとんど変化しないと考えられる。すなわち,
であり,
となる。結果的に,外側のタイヤの回転速度の低下が,内側タイヤの回転速度の増加に影響を及ぼすということである。左旋回で右(外側)後輪制動トルクを与えると,右側(外側)ωout_oBは,制動トルクを加える前の後輪旋回外輪速度ωWout0より小さくなり,左側(内側)ωin_oBは,制動トルクを加える前の後輪旋回外輪速度ωWin0より大きくなる可能性がある。
図48は,圧雪路面上で,初速度約53km/hで半径40mのカーブに進入したときに,(A)制動なし,(B)全輪動じブレーキ油圧(通常通り)の制動,(C)は本発明の前輪は旋回内側(左),後輪は外側(右)にのみ制動を加えた場合の後輪外側と内側の車輪速(周速度に換算)を示した図である。(A)の場合は,減速を行っていないので,図46と同じ状態である。
図45において旋回中の内輪位置における前後速度は,外輪よりも小さいことを示したが,図48(A)を見ると半径40mを50km/hで旋回するときには,内輪が外輪よりも約3km/h程度低い速度で回転していることがわかる。一方,(C)の後輪外側制動においては,他の場合と比べて,外輪と内輪の差が明らかに小さくなっている。
このことは,後輪内側においては,後輪位置での前後速度に対して,後輪周速度が速くなっていることを示している。すなわち,(数38)に示すような,駆動方向のスリップ率を持っていると考えることが出来る。
さらに内側のタイヤの有効半径は,横加速度によって荷重移動を受けてタイヤがへこむ外輪に比べて,相対的に大きくなり,より駆動方向のスリップ率が大きくなる効果がある。
図49は,このときの後輪の前後力の発生状況を示す図である。右後輪ブレーキキャリパ2074から制動トルクTBRにより,後輪外側には制動力FxB_rが発生し,後輪内側には微小ながら駆動力Fx_difが発生する。そして結果として,(数39)に示す,旋回を止める復元側のモーメントMzが発生することになる。
実際,このように制動トルク配分した試験車両を作成し,圧雪路で試験したところ車両の復元側のモーメントが大きくなり安定感が明らかに増したことが複数の被験者にて確認されている。圧雪路のような摩擦係数が少なく,それゆえに横加速度が低く荷重移動も少ない状況であるがゆえに,よりこの復元モーメントの影響が感じやすかったと思われる。
また,現状のエンジン,パワートレイン系における回転慣性の大きさゆえに(数36)(旋回外側輪のみのブレーキトルクでは,リングギアの回転速度変化が小さい)を仮定したが,リングギアの回転数あるいはトルクをエンジン,パワートレイン,あるいは電気モータ,発電機などから制御することにより,仮想的な回転慣性を持たせて同様な効果を得ることも可能である。
さて,先の前後力トーイン特性の後輪コンプライアンスステアを実現しているマルチリンクサスとディファレンシャルギアを有する本発明の第3実施例の車両における最も好適な発明形態を開示していく。ここでは図50に示すように,再び,4輪アクティブステア車両と比較し,特に旋回過渡後期から定常旋回へ移るときの制御について、非特許文献5を参考にして,本発明の制御方法を言及していく。
旋回初期では車両の回頭性向上のため、車両に加わるヨーモーメントを大きくする必要がある。このためには前輪舵角を大きくして前輪のコーナリングフォースを大きくすることが効果的である(図50(a))。これに対して本発明の第3実施例では,(b)に示すように当初前輪旋回内側のみに制動力FxB_fを加える(第1,第2実施例では,後輪も同時)。これにより,操舵角を増加させる方向にのみ作用させることが出来る。
さて,定常旋回に到達するまでの過渡後期には,(c)の四輪アクティブステアにおいては,瞬間的に同位相のオーバーシュートを発生させる。これはヨー運動の収れん性を向上し,車体が横滑りを起こすのを抑える。これに習い,本発明の第3実施例では,(d)に示すように後輪外側のみに制動力FxB_rを加える。これにより,トーイン側のコンプライアンスステアδXB_rが発生し,(c)の四輪アクティブステア同様に同相側のオーバーシュートを発生させることが出来る。
さらに,後輪内側(左後輪)には微小な駆動力Fx_difを加えることができ,直接的に復元側のヨーモーメントを加えることが出来,ヨー運動の収れん性を向上し,車体が横滑りを起こすのを抑えることができる。
図51は,図50のような考えを元に,第1,第2の実施例同様,加速・減速指令にG-Vectoring(横加加速度比例)を適用したものである。コーナーの入り口(1〜2)ではG-Vectoring制御指令に基づいて前内輪に重点を置いて制動力を加える。また,定常旋回に到達するまでの過渡後期(2〜3)には,G-Vectoring制御指令に基づいて後外輪に重点を置いて制動力を加える。コーナー脱出時(5〜6近辺)は,後輪ディファレンシャル作用により,後輪左右とも等しい駆動力をG-Vectoring制御指令に基づいて発生することになる。
図52は,各時間における制御様態を示す図である。直線(a)から旋回開始(回頭性向上)(b),ヨー運動の収れん性を向上して車体横滑りを抑え(c),定常旋回(d)へと連係し,脱出時には後輪にて加速し(e),直線運動へ回帰する(f)。以上のようにシームレスに高品位の旋回を提供することが出来る。特に,(c)の状態を加えることにより,圧雪路の様な摩擦係数が低い状況での安心感が大幅に向上することが,複数の被験者で確認できている。
1 左後輪モータ
2 右後輪モータ
7 パワーステアリング
10 アクセルペダル
11 ブレーキペダル
16 ステアリング
21 横加速度センサ
22 前後加速度センサ
23,24,25 微分回路
31 アクセルポジションセンサ
32 ブレーキペダルポジションセンサ
33 ドライバ舵角センサ
38 ヨーレイトセンサ
40 中央コントローラ
44 ステアリングコントローラ
46 パワートレインコントローラ
48 ペダルコントローラ
51 アクセル反力モータ
52 ブレーキペダル反力モータ
53 ステア反力モータ
61,1011,2061 左前輪
62,1012,2062 右前輪
63,1013,2063 左後輪
64,1014,2064 右後輪
70 ミリ波対地車速センサ
121 左前輪モータ
122 右前輪モータ
200 コンバインドセンサ
401 車両運動モデル
402 G-Vectoringコントローラ
403 ヨーモーメントコントローラ
404 制動力・駆動力配分部
410 信号処理装置
451,452 ブレーキコントローラ
1003,1103,1123,1124,1004,1104 ナックル
1005,1105,1125 タイロッド
1006,1106,1126 ギアボックス
2002 FR車両
2003 プロペラシャフト
2063,2064 リアタイヤ
2100 ディファレンシャルギア
2101 ドライブピニオン
2102 リングギア
2103 ピニオンメートシャフトベアリング支持部材
2104 ピニオンメートシャフト
2105,2106 ピニオンメートギア
2107,2108 サイドギヤ
2109,2110 ドライブシャフト
2200,2210 マルチリンクサスペンション
2211 ラジアスリンク
2212 フロントロアリンク
2213 リアロアリンク
Claims (22)
- ドライバのハンドル操作を反映して前輪の舵角を変更する操舵機構と、
四輪の各輪の駆動力及び/又は制動力を独立に制御する制御手段と、
前記操舵機構から入力された舵角、車両ヨーレイト、車両横加速度の少なくとも1つに基づいて旋回方向を検出する旋回方向検出手段と、を有し、
前記制御手段は、検出された舵角と車速に基づいて加減速指令を生成する加減速指令生成手段と、前記各輪の駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクの配分を決定する駆動力制動力配分手段を有し、
前記駆動力制動力配分手段は、前記加減速指令と前記旋回方向に基づいて、前輪は旋回内側の輪に駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクを旋回外側の輪より多く配分し、後輪は旋回外側の輪に駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクを旋回内側の輪より多く配分するように決定するものであって、前記操舵機構によって直線方向から旋回する場合、前記駆動力制動力配分手段は、前記前輪においては旋回内側の輪の制動力を旋回外側の輪の制動力より多く配分してコンプライアンスステアに基づく舵角変化を発生させ、前記後輪においては旋回外側の輪の制動力を旋回内側の輪の制動力より多く配分してコンプライアンスステアに基づく舵角変化を発生させる車両の運動制御装置。」 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
更に、前記駆動力制動力配分手段は前記制動力の配分に加えて、直線方向から旋回する場合は、前輪においては旋回外側の輪の駆動力を旋回内側の輪の駆動力より多く配分してコンプライアンスステアに基づく舵角変化を発生させ、後輪においては旋回内側の輪の駆動力を旋回外側の輪の駆動力より多く配分してコンプライアンスステアに基づく舵角変化を発生させる車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記駆動力制動力配分手段は、前記前輪の旋回内側の輪の駆動トルク及び/又は制動トルクと、前記後輪の旋回外側の輪の駆動トルク及び/又は制動トルクと、が略等しくなるように配分を決定する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記駆動力制動力配分手段は、前記前輪の旋回内側の輪の駆動力及び/又は制動力と、前記後輪の旋回外側の輪の駆動力及び/又は制動力と、が略等しくなるように配分を決定する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前輪左側と後輪右側に連通した第1の油圧配管と、
前輪右側と後輪左側に連通した第2の油圧配管と、を有し、
前記制御手段は、前記第1の油圧配管内の圧力及び第2の油圧配管内の圧力を制御する車両の運動制御装置。 - 請求項5記載の車両の運動制御装置において、
前記制御手段は、前記前輪の旋回内側の輪と、前記後輪の旋回外側の輪に連通した前記第1の油圧配管又は前記第2の油圧配管の内圧が略同圧になるように制御する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
制動力又は制動トルクを発生する電動機を有し、
前記制御手段は、前記電動機により制動力又は制動トルクが発生されるときに生じる電力を回生する回生手段を有する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的に遷移をするように生成される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、車両の横加速度が増加するときに車両が減速し、車両の横加速度が減少するときに車両が加速するように生成される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、車両の前記舵角が増加するときに車両が減速し、車両の前記舵角が減少するときに車両が加速するように生成される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、車両の前記舵角と前記車速に基づいて生成される車両の横加速度及び横加加速度と、予め定められたゲインと、に基づいて生成される車両の運動制御装置。 - 請求項11記載の車両の運動制御装置において、
前記横加加速度は、前記舵角と前記車速に基づいて推定される、又は、ヨーレイトセンサで検出されたヨーレイトと車速から推定される、又は、横加速度センサにより計測される横加速度を、時間微分処理して算出された車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、前記舵角と前記車速に基づいて生成された、目標前後加速度と目標ヨーモーメントを含む車両の運動制御装置。 - 請求項14記載の車両の運動制御装置において、
前記目標前後加速度は、前記舵角と前記車速に基づいて算出された横加速度と、前記推定横加速度から算出された横加加速度と、から算出され、
前記目標ヨーモーメントは、前記舵角と前記車速と車両のヨーレイトと横滑り角に基づいて算出される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、加速指令と減速指令とを有し、
前記加速指令は、ドライバからのブレーキ操作指令が入力された場合にゼロとなり、
前記減速指令は、ドライバからのアクセル操作指令が入力された場合にゼロとなる車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、外界情報検出手段にて検出された障害物情報、先行車情報、後方車情報のいずれかを含む外界情報によりゼロとなる車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記加減速指令は、加速指令と減速指令とを有し、
前記加速指令は、路面勾配検出手段にて検出された前記路面勾配が、のぼりのときは、
平面な路面を走行するときの加速指令より大きく、くだりのときは平面な路面を走行するときの加速指令より小さく補正され、
前記減速指令は、路面勾配検出手段にて検出された前記路面勾配が、のぼりのときは、
平面な路面を走行するときの加速指令より小さく、くだりのときは、平面な路面を走行するときの加速指令より大きく補正される車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記駆動力制動力配分手段は、検出又は生成された横加速度及び/又は前後加速度に基づいて、前輪の旋回内側と外側の輪の駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクの差と、後輪は旋回外側と内側の輪の駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクの差と、が小さくなるように補正する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記制御手段は、前記舵角及び前記車速に基づいて算出される、又は検出された横滑り情報に基づいて、四輪の各輪の駆動力及び/又は制動力を独立に制御する横滑り防止機能を有する横滑り防止手段を有し、
前記駆動力制動力配分手段は、前記横滑り防止機能が稼動している場合、各輪への駆動力又は駆動トルク、及び/又は、制動力又は制動トルクの配分制御を停止する車両の運動制御装置。 - 請求項1記載の車両の運動制御装置において、
差動歯車を後輪の左右輪の間に有し、原動機により少なくとも後輪が駆動される車両の運動制御装置。 - 請求項11記載の車両の運動制御装置において、
差動歯車を後輪の左右輪の間に有し、
原動機により少なくとも後輪が駆動される車両の運動制御装置。
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