JP2004244015A

JP2004244015A - ヨー安定性制御装置を備えた車両の制御システムおよび制御方法

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Publication number: JP2004244015A
Application number: JP2004035232A
Authority: JP
Inventors: Bing Zheng; ツェンビン
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-02-11
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: US6640173B1; DE102004006387A1; JP3955027B2

Abstract

【課題】ヨー・モーション外乱を受けたときに、車両のドライバがヨー・モーション外乱を補償することを補助するヨー安定性制御ストラテジーを有する方法を提供することにある。
【解決手段】ステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両を、ヨー・モーション外乱時に高ヨー安定性をもって制御する方法を提供する。本発明の方法は、ステア・バイ・ワイヤシステムのステアリング角度信号を発生する段階、およびゼロ時点からの所定時間の経過後に減衰させるべく構成されたゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーおよびインスタントプロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーを用いてエキストラロードホイール角度信号を発生する段階を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のヨー・モーション外乱に対する高ヨー安定性を有する車両の制御システムおよび制御方法に関する。

自動車工業界では、ステア・バイ・ワイヤシステム（steer-by-wire system）が知られている。ステア・バイ・ワイヤシステムは、車両のステアリングホイールとロードホイールとの間の機械的リンク機構を、電気ワイヤおよび電子部品に置換したものである。ロードホイール間の機械的リンク機構は除去され、ロードホイールアクチュエータ、ロードホイール位置センサ、パワー電気駆動装置および電子制御ユニット等の構成部品で置換される。

多くのステア・バイ・ワイヤシステムは充分満足できるものであるが、このようなシステムにも改良を施すことができる。例えば、通常の作動中、ステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両は、タイヤの空気圧低下、氷結路面上での制動、または横風により引起こされるヨー・モーション外乱を受けることがある。ヨー・モーション外乱は、ドライバ（運転者）が、車両を操縦して通常のドライビング条件に戻すアクションをとることを必要とする、車両の予期せぬドライビング条件を引起こすことがある。

従って、本発明の目的は、ヨー・モーション外乱を受けたときに、高ヨー安定性をもつステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両を制御する方法であって、車両のドライバがヨー・モーション外乱を補償することを補助するヨー安定性制御ストラテジーを有する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、高ヨー安定性をもつステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両を制御する方法であって、ヨー・モーション外乱を受けたときに、ドライバの反応時間の前にステア・バイ・ワイヤシステムがステアリングを制御し、同時に、反応時間中にドライバがステアリング制御の全権限をもつことができるようにする方法を提供することにある。

一実施例では、本発明の方法は、車両のステアリングホイール角度、速度、およびヨー速度を検出する段階と、ステア・バイ・ワイヤシステムのステアリング角度信号を発生する段階とを有している。ステアリング角度信号は、車両のステアリング比、ステアリングホイール角度、および車両の速度に基いたステアリング角度を表す。本発明の方法は更に、エキストラロードホイール角度を表すエキストラロードホイール角度信号を発生し、ゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーおよびインスタントプロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーを用いてヨー・モーション外乱を補償する段階を有している。所定時間の経過前は、車両のロードホイール角度は、エキストラロードホイール角度信号およびステアリングホイール角度信号に基いて決定される。所定時間の経過後は、ロードホイール角度は、ステアリングホイール角度信号のみに基いて決定される。本発明の方法は更に、ロードホイールにトルクを加えて、ロードホイール角度信号に一致するようにロードホイールを駆動する段階を有している。

本発明の他の態様、特徴および長所は、添付図面を参照して述べる以下の説明および特許請求の範囲の記載を考察することにより明らかになるであろう。

本発明は、概略的に、ヨー・モーション外乱時に車両を制御し、同時に、車両のドライバがステアリング制御活動の全権限をもつことができるようにするシステムおよび方法を提供する。これは、車両のヨー・モーション外乱に対する人の反応時間前に、ステア・バイ・ワイヤシステムの高安定性ヨー・モーション補償システムを付勢することにより達成される。この特徴は、システムが、一般に空気圧の低下、氷結路面上での制動、または横風により引起こされるヨー・モーション（ヨー・モーションは、車両を操縦して一般的なドライビング条件に戻す場合にドライバを好ましくない状態に置く）を補償することを可能にする。制御効果は、人の反応時間中にドライバがステアリング制御活動の全権限を維持することを可能にする人の反応時間前に所定の時間経過があると消失または低下する。

図１は、本発明の一実施例による、車両のヨー・モーション外乱に対する高安定性ヨー補償システムを備えたステア・バイ・ワイヤシステムを示す概略図である。図示のように、ステア・バイ・ワイヤシステム１０はドライバインターフェースシステム（driver interface system：ＤＩＳ）を有し、該ドライバインターフェースシステムは、ステアリングホイールと、ドライバインターフェースセンサ（ＤＩＳセンサ）１４と、ドライバインターフェースパワー電子装置（ＤＩＳパワー電子装置）１６とを備えている。この実施例では、ドライバインターフェースセンサ１４は、ドライバが車両を制御すなわち操縦するためのステアリングホイール、ジョイスティック、または他の適当な手段と通信するように配置されている。ドライバインターフェース電子装置１６は、ステアリングフィーリングを車両のドライバに供給する電子部品、例えば受信器、送信器、および他の適当な構成部品を有している。この実施例では、ドライバインターフェースシステム１２は、車両のステアリングホイール角度を検出し、かつステアリングホイール角度を表示するステアリングホイール角度信号を発生する。

図１に示すように、高安定性ヨー補償システムの特徴を有するステア・バイ・ワイヤシステム１０は更に、ヨー・モーション外乱を補償するロードホイール角度信号を発生するように構成された電子制御ユニット（electronic control unit：ＥＣＵ）１８を有している。電子制御ユニット１８は、本発明の高安定性ヨー補償システムストラテジーが取入れられたマイクロプロセッサを有している。この実施例では、ロードホイール角度信号は、ゼロ時点に対して所定時間経過する前は、エキストラロードホイール角度信号およびステアリングホイール角度信号に基き、所定時間経過後は、ロードホイール角度は、ホイール角度信号のみに基く。電子制御ユニットは、車両速度、横方向加速度、およびヨー速度を含む車両変数を表示する信号を受けるように構成されている。図示のように、ＥＣＵ１８はドライバインターフェースシステム（ＤＩＳ）１２と電気通信し、ここでは、ドライバインターフェースセンサ１４が、ＥＣＵ１８へのステアリングホイール角度信号を発生し、このＥＣＵ１８は、ドライバインターフェースパワー電子装置１６への、ステアリングフィーリングのためのステアリングホイール制御信号を発生する。

システム１０は更にロードホイールステアリング付勢システム（road wheel steering actuating system：ＲＷＳＡＳ）２０を有し、該システム２０は、ＥＣＵ１８と電気通信するロードホイールステアリング付勢システム（ＲＷＳＡＳ）センサ２２と、ロードホイールステアリング付勢システム（ＲＷＳＡＳ）パワー電子装置２４とを備えている。センサ２２は車両のロードホイールに隣接して配置し、ロードホイール角度を測定するようにロードホイールに関連させることができる。パワー電子装置２４は、ＥＣＵ１８からデータを受けてロードホイールの回転すなわち運動を与える電子部品、例えばモータ、アクチュエータ等を有している。図示のように、ロードホイール付勢システム２０はＥＣＵ１８と電気通信し、ここでは、センサ２２がロードホイール角度信号を発生しかつＥＣＵ１８に伝送し、かつＥＣＵ１８がロードホイール制御信号を発生しかつロードホイールパワー電子装置２４に伝送する。

図２は、図１のステア・バイ・ワイヤシステム１０により実行される高安定性ヨー制御ストラテジー３０を示すブロック図の一例である。図示のように、ステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両はブロック３２で示されている。車両の作動中、ステアリングホイール角度およびロードホイール角度は、図１で説明したセンサ１４、２２により検出される。車両の横方向加速度、速度、および測定されたヨー速度等の他の車両変数も検出される。

ブロック３４には、ステアリングホイール角度および車両速度を受入れるように構成された前置フィルタが示されている。ステアリングホイール角度および車両速度は、ヨー制御のための所望ヨー速度を計算する前置フィルタファンクションに適用される。所望ヨー速度は、ステアリングホイール角度、車両速度、および他の車両パラメータが所望ヨー速度に取入れられるようにして計算される。この実施例では、前置フィルタの数学的表示は次の通りである。

ここで、ｒ_desは所望ヨー速度、Ｌは車両のホイールベース、Ｋはアンダーステア係数、ＶｈＳｐｄは車両速度、およびＳＷＡはステアリングホイール角度を表す。前置フィルタファンクションは、所望ヨー速度を表す所望ヨー速度信号を発生する。ヨー速度サマー（yaw rate summer）３６は所望ヨー速度信号および測定されたヨー速度信号を受入れて、所望ヨー速度と測定されたヨー速度とを比較する。サマー３６は所望ヨー速度と測定されたヨー速度との差であるヨー・エラーを決定して、ヨー・エラーを表すヨー・エラー信号を発生する。

この実施例では、車両の推定横滑りを計算する横滑りオブザーバファンクション３８が実行される。この実施例では、横滑りオブザーバファンクションは、横方向加速度、車両速度、および測定されたヨー速度を含む車両変数を取入れている。推定横滑りは、次式２を含む制御出力のサチュレータを有している。

ここで、Ｙａｗ_Errorは測定されたヨー速度と所望ヨー速度との差、ｃｏｎｔｒｏｌ_thdは制御閾値を表す。制御閾値は次式３により決定される。

ここで、ｃｏｎｔｒｏｌ_maxは最大制御出力、Ｌａｔは横方向加速度、ｓｉｄｅｓｌｉｐは横滑り角度、ｃｏｎｔｒｏｌ_vpd、ｋ_vpdは車両速度に関するサチュレータの定数、ｃｏｎｔｒｏｌ_lat、ｋ_latは車両の横方向加速度に関するサチュレータの定数、およびｃｏｎｔｒｏｌ_ss、ｋ_ssは車両の横滑り角度に関するサチュレータの定数を表す。

図示のように、高安定性ヨー制御ストラテジー３０は更に、以下に詳述するように車両の補償ステアリング角度を発生するための、ブロック４０に示すゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御およびインスタントプロポーショナル・インテグラル制御を有している。ブロック４０では、ヨー・エラーがエラー閾値と比較される。ヨー・エラーがエラー閾値より大きい場合には、ストラテジー３０が再始動される。この実施例では、エラー閾値は好ましくは約０．１〜２．０°／秒、より好ましくは、約１°／秒である。ブロック４０では、ゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御は次式４を含んでいる。

ここで、Ｋ_pはプロポーショナルゲイン、Ｋ_iはインテグラルゲイン、Ｖ_spdは車両速度、Ｐ₁、Ｐ₂、ｋ_pはゲインスケジュール型プロポーショナル制御の定数、およびｌ₁、ｌ₂、ｋ_iはゲインスケジュール型インテグラル制御の定数である。

また、インスタントプロポーショナル・インテグラル制御は次式５を含む。

ここで、ｚ^kは時間をｋ単位だけシフトさせる時間シフト演算子、ｋ_ipはＰ減衰器のゲイン、ｋ_iiはｌ（エル）減衰器のゲイン、ａ_pk、ｂ_pkはＰ減衰器の定数、およびａ_ik、ｂ_ikはｌ減衰器の定数である。

上記数式を用いて、制御ストラテジー３０は補償ステア角度を計算し、かつヨー・エラーがエラー閾値より大きいと決定された場合には、ブロック４０で、これを表示する補償ステア角度制御信号を発生する。

この実施例では、車両速度に基いて最大補償ステアリング角度を設定するリミッタが組入れられる。車両速度が２０マイル／時間以下であるときは、最大補償ステア角度は約±３°に制限される。車両速度が６０マイル／時間以上であるときは最大補償ステアリング角度は約±１°に制限される。もちろん、本発明の範囲および精神を逸脱することなく他の制限を実行できる。

ヨー・エラーがエラー閾値より大きいと決定されたときは、誤差制御ストラテジーは、エキストラロードホイール角度を決定する。リミッタの後、エキストラロードホイール角度を表すエキストラロードホイール角度信号が発生され、ヨー・エラーがエラー閾値より大きいと決定されたときはゼロ時点を定めるヨー・モーション外乱を補償する。ロードホイール角度サマー４２は、車両のロードホイール角度を表すロードホイール角度信号を発生する。図示のように、サマー（summer）４２は、車両のステアリングホイール角度および所定ステアリング比に基いてロードホイール制御システムコマンド基準を計算するステアリング比ファンクション４４から、ロードホイール制御システムコマンド基準信号を受入れる。

ゼロ時点に対する所定時間の経過に基いて、サマー４２はまた、エキストラロードホイール角度信号を取入れて、ロードホイール角度信号を発生する。所定時間経過前は、ロードホイール角度信号は、ロードホイール角度信号およびステアリングホイール角度信号に基いている。所定時間経過後は、ロードホイール角度は、ステアリングホイール角度のみに基いている。この結果、車両のドライバは、車両のステアリング制御活動の全権限をもつことができるようになる。ストラテジーは、人の反応時間より前の時間および人がドライビング条件の変化に本来的に応答できる時間に設定すべきであると決定された所定の時間経過中にのみ付勢される。この実施例では、所定の時間経過は、約０．５秒である。これはストラテジーの制御効果の減衰を達成し、ドライバが、人の反応時間内に車両の全ステアリング制御を維持することを可能にする。

図２には更にロードホイール制御システム４６が示されており、該システム４６は、ロードホイール角度信号を受入れて、比例する大きさのトルクを車両のロードホイールに加え、ロードホイール角度に一致するようにロードホイールを駆動する。

ステアリング比ファンクション４４はロードホイールコマンド基準を表すロードホイールコマンド基準信号を発生する。ロードホイールコマンド基準は、車両およびステアリングホイール角度の所定ステアリング比に基いている。所定ステアリング比は、車両の形式または使用されるステア・バイ・ワイヤシステムのモードに基いて変えることができる。

本発明は、ヨー・モーション外乱時に車両を制御すると同時に、車両のドライバがステアリング制御活動の全権限をもつことを可能にするシステムおよび方法を提供する。図３は、ヨー・モーション外乱時の図２に示す高安定性ヨー制御ストラテジーをもつ図１のステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両を制御する本発明の一実施例による一方法１１０のフローチャートを示すものである。図示のように、この方法１１０は車両変数を検出する段階（ボックス１１２）と、ステア・バイ・ワイヤシステムの補償ステアリング角度信号を発生する段階（ボックス１１４）とを有している。この実施例では、ステア・バイ・ワイヤシステムは、前述のように、ゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーおよびインスタントプロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーを実行する。補償ステアリング角度は、車両の横方向加速度および速度に基いてステアリング角度を補償する。

前述のように、本発明のステア・バイ・ワイヤシステムは、次式６を含むゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーを実行する。

また、インスタントプロポーショナル・インテグラル制御は次式７を含む。

方法１１０は更に、エキストラロードホイール角度を表すエキストラロードホイール角度信号を発生し、ヨー・エラーがエラー閾値より大きいことが決定されたときにゼロ時点を定めるヨー・モーション外乱を補償する段階（ボックス１１６）を有している。この方法は、ボックス１１８で、ロードホイール角度を表すロードホイール角度信号を発生する段階を有している。この実施例では、ロードホイール角度は、ゼロ時点に対する所定時間経過前のエキストラロードホイール角度およびステアリングホイール角度に基いている。しかしながら、ロードホイール角度は、ゼロ時点に対する所定時間経過後のステアリングホイール角度のみに基いている。方法１１０は更に、ロードホイールにトルクを加え、ロードホイール角度に基いてロードホイールを駆動する段階を有している（ボックス１２０）。

この結果、制御効果は、所定時間経過後に消失または低下する。前述のように、一般的なドライバが車両のヨー・モーション外乱に到達できるのは所定時間経過後のみであることが判明している。かくして、ドライバが車両の制御操縦の全権限を得て、その後ドライバおよびシステムからの同時的ステアリング入力を防止するように、高安定性ヨー補償システムを付勢して所定時間経過前にのみ車両を制御する。かくして、車両は、所定時間経過後のドライバの制御操縦に影響または干渉を与えないように、ステア・バイ・ワイヤシステムにより制御される。

以上本発明を好ましい実施例に関連して説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、当業者ならば上記教示から種々の変更をなし得ることはもちろんである。

本発明の一実施例による車両のステア・バイ・ワイヤシステム組立体を示す概略図である。本発明の一実施例によるゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーおよびインスタントプロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーを有するステア・バイ・ワイヤ制御システムを示すブロック図である。車両のヨー・モーション外乱時の高いヨー安定性をもって、図１のステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両を制御しかつ図２の制御ストラテジーを実施する一方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ステア・バイ・ワイヤシステム
１２ドライバインターフェースシステム（ＤＩＳ）
１８電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２０ロードホイールステアリング付勢システム（ＲＷＳＡＳ）
３０高安定性ヨー制御ストラテジー
３２車両
３４前置フィルタ
３６ヨー速度サマー
３８横滑りオブザーバファンクション
４０ゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御

Claims

車両のステアリングホイール角度、速度、およびヨー速度を検出する段階と、
ステア・バイ・ワイヤシステムのステアリング角度信号を発生する段階とを有し、ステアリング角度信号は、ステアリングホイール角度およびステアリング比に基いたステアリング角度を表し、
ゲインスケジュール型プロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーおよびインスタントプロポーショナル・インテグラル制御ストラテジーを実行するエキストラロードホイール角度信号を発生させる段階を有し、エキストラロードホイール角度信号は、ゼロ時点を定めるヨー・モーション外乱を補償するエキストラロードホイール角度を表し、
ロードホイール角度を表すロードホイール角度信号を発生する段階を有し、ロードホイール角度は、所定時間経過前のエキストラロードホイール角度およびステアリングホイール角度に基き、ロードホイール角度はゼロ時点に対して所定時間経過後のステアリングホイール角度に基いており、
ロードホイールにトルクを加えて、ロードホイール角度に基いてロードホイールを駆動する段階を更に有することを特徴とする、ステア・バイ・ワイヤシステムを備えた車両を、ヨー・モーション外乱時に高ヨー安定性をもって制御する方法。