JP2006051910A

JP2006051910A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2006051910A
Application number: JP2004236664A
Authority: JP
Inventors: Tomoyasu Kada; 友保嘉田; Shiro Nakano; 史郎中野; Masaya Segawa; 雅也瀬川; Ryohei Hayama; 良平葉山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】車両挙動の変化に対して良好な応答性で車両制御を行うことができる車両制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置１４において、歪量センサＳ１３によって検出されるショックアブソーバ２３の歪量μに基づいて、車輪５のタイヤＷに作用するコーナリングフォースＣｆが求められる。そして、その求められたコーナリングフォースＣｆに基づいて、ステアリングホイール１に操作反力を与えるための反力制御や、ステアリングホイール１の回転量と車輪５の転舵量との比を可変設定するＶＧＲ制御が行われる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両姿勢制御やアクティブサスペンション制御などを行う車両制御装置に関する。

車両姿勢制御やアクティブサスペンション制御などの各種車両制御は、ヨーレートセンサによって検出されるヨーレートや加速度センサによって検出される横加速度に基づいて行われる。たとえば、舵取り機構による車両姿勢制御では、ステアリングホイールの操作角に対応する目標ヨーレートを求めて、ヨーレートセンサによって検出されるヨーレートを目標ヨーレートに近づけるように、舵取り機構の動作を制御することにより、コーナリング中の車両の姿勢が安定に保たれる。
特開２００１−２１３３４２号公報

ところが、ヨーレートセンサや加速度センサの出力は、実際のヨーレートや横加速度の変化に遅れて変化するため、ヨーレートセンサや加速度センサの出力に基づく車両制御では、車両挙動の変化に対して良好な応答性で制御が行われないという問題があった。
そこで、この発明の目的は、車両挙動の変化に対して良好な応答性で車両制御を行うことができる車両制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両のサスペンション機構の所定部（２１，２２，２３，２４，２５）において変化する物理量を検出する物理量検出手段（Ｓ１３）と、この物理量検出手段によって検出される物理量に基づいて、車両挙動に応じた車両制御を行う車両制御手段とを含むことを特徴とする車両制御装置（１４）である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、物理量検出手段によって検出される物理量に基づいて、車両挙動に応じた車両制御が行われる。
物理量検出手段が検出する物理量は、車両のサスペンション機構の所定部において変化する物理量であるから、車両挙動の変化に対して良好な追従性で変化する。そのため、その物理量に基づいて車両制御を行うことにより、車両挙動の変化に対して良好な応答性で車両制御を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、上記車両制御装置は、車両の操向のために操作されるステアリングホイール（１）と舵取り車輪（５）を転舵させるための舵取り機構（４，６，７）とが機械的に結合されていない車両に適用され、上記物理量検出手段は、上記所定部の歪量（μ）を検出するものであり、上記車両制御手段は、上記物理量検出手段によって検出される歪量に基づいて、車両のタイヤ（Ｗ）に作用するコーナリングフォースを演算するコーナリングフォース演算手段と、このコーナリングフォース演算手段によって演算されるコーナリングフォースに基づいて、ステアリングホイールに操作反力を付与するためのアクチュエータ（９）を制御する反力制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の車両制御装置である。

この発明によれば、サスペンション機構の所定部の歪量に基づいて、タイヤに作用するコーナリングフォースが求められ、さらに、その求められたコーナリングフォースに基づいて反力制御が行われる。
サスペンション機構の所定部の歪量は、車両挙動の変化に対して良好な追従性で変化するので、物理量検出手段によって検出される歪量に基づいて求められるコーナリングフォースは、車両挙動の変化に対して遅れることなく変化する。よって、歪量に基づいて求められるコーナリングフォースを用いることにより、車両挙動の変化に対して良好な応答性で、ステアリングホイールに操作反力を付与することができる。

また、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に結合した車両において、コーナリング中にステアリングホイールに作用する反力は、舵取り車輪のタイヤに作用するコーナリングフォースに応じた特性となるので、歪量に基づいて求められるコーナリングフォースに応じた反力制御を行うことにより、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に結合した車両の場合と同じように反力を与えることができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。

請求項３に記載の発明は、上記車両制御装置は、車両の操向のために操作されるステアリングホイール（１）と舵取り車輪（５）を転舵させるための舵取り機構（４，６，７）とが機械的に結合されていない車両に適用され、上記物理量検出手段は、上記所定部の歪量（μ）を検出するものであり、上記車両制御手段は、上記物理量検出手段によって検出される歪量に基づいて、車両のタイヤに作用するコーナリングフォースを演算するコーナリングフォース演算手段と、このコーナリングフォース演算手段によって演算されるコーナリングフォースに基づいて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比を可変設定するギヤ比可変設定手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の車両制御装置である。

この発明によれば、サスペンション機構の所定部の歪量に基づいて、タイヤに作用するコーナリングフォースが求められ、さらに、その求められたコーナリングフォースに基づいて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比を可変設定するための制御が行われる。
サスペンション機構の所定部の歪量は、車両挙動の変化に対して良好な追従性で変化するので、物理量検出手段によって検出される歪量に基づいて求められるコーナリングフォースは、車両挙動の変化に対して遅れることなく変化する。よって、歪量に基づいて求められるコーナリングフォースを用いることにより、車両挙動の変化に対して良好な応答性で、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比を可変設定することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両制御装置が組み込まれた車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持された転舵軸４の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸４の直線運動を舵取り用の前部左右車輪５の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。

操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この操舵アクチュエータ２の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸４に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸４の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この転舵軸４の直線運動は、転舵軸４の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、ナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪５の転舵が達成される。転舵軸４、タイロッド６およびナックルアーム７などにより、舵取り用の車輪５を転舵するための舵取り機構が構成されている。

ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操作反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。

ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８に関連して、ステアリングホイール１の操作角を検出するための操作角センサＳ１が設けられている。また、回転シャフト８には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクを検出するためのトルクセンサＳ２が設けられている。一方、転舵軸４に関連して、舵取り用の車輪５の転舵角（タイヤ角）を検出するための転舵角センサＳ３および転舵軸４に作用する軸力を検出する軸力センサＳ４が設けられている。

これらのセンサの他にも、車速を検出する車速センサＳ５、車両の前後方向加速度を検出する前後加速度センサＳ６、車両の横加速度を検出する横加速度センサＳ７、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサＳ８、ショックアブソーバのストローク（変位）を検出するストロークセンサＳ９、ブレーキ油圧を検出するブレーキ液圧センサＳ１０、車両の荷重を検出する荷重センサＳ１１、および駆動回路１７から操舵アクチュエータ２に供給される駆動電流を検出する電流検出部Ｓ１２（駆動電流の検出により、転舵軸４に作用する力を間接的に検出することができる。）が設けられている。

さらに、図２に示すように、車両の左右フロントサスペンションは、車輪５のホイール２１が固定されるハブユニット２２と、このハブユニット２２の上端部に接続され、車体に生じる振動を減衰させるためのショックアブソーバ２３と、ハブユニット２２の下端部と車体（フレーム）とを接続するロアアーム２４と、ショックアブソーバ２３に組み込まれたコイルスプリング２５とを備えており、左右のショックアブソーバ２３には、各ショックアブソーバ２３の外筒の歪量μを検出する物理量検出手段としての歪量センサＳ１３が設けられている。

上記のセンサ類Ｓ１〜Ｓ１３の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１４に入力されるようになっている。
制御装置１４は、操作角センサＳ１によって検出される操作角、転舵角センサＳ３によって検出される転舵角、および車速センサＳ５によって検出される車速に基づいて、操舵指令値を設定し、この操舵指令値に基づいて、駆動回路１７を介し、操舵アクチュエータ２を制御する。

ステアリングホイール１と舵取り機構との間には機械的な結合がないので、ステアリングホイール１の回転量と車輪５の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を可変設定するＶＧＲ（Variable Gear Ratio）機能を実現できる。すなわち、たとえば、制御装置１４は、車速センサＳ５によって検出される車速、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μなどに基づいて上記ギヤ比を設定し、このギヤ比とステアリングホイール１の操作角とに基づいて、操舵アクチュエータ２に与えるべき電圧に対応した操舵指令値を設定する（ＶＧＲ制御）。

一方、制御装置１４は、センサ類Ｓ１〜Ｓ１３が出力する検出信号に基づいて、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路１８を介して、反力アクチュエータ９を制御する（反力制御）。
図３は、ショックアブソーバ２３の歪量μと車輪５のタイヤＷに作用するコーナリングフォースＣｆとの関係を示す図である。この図３に示すように、コーナリング中（旋回中）にタイヤＷに作用するコーナリングフォースＣｆは、ショックアブソーバ２３の歪量μにほぼ比例して変化する。

したがって、このショックアブソーバ２３の歪量μとタイヤＷに作用するコーナリングフォースＣｆとの関係を予め調べておけば、制御装置１４において、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μに基づいて、タイヤＷに作用するコーナリングフォースＣｆをリアルタイムに求めることができる。そして、制御装置１４は、その求めたコーナリングフォースＣｆに基づいて、コーナリングフォースＣｆに応じた反力制御やＶＧＲ制御を行うことができる。

以上のように、この実施形態によれば、歪量センサＳ１３によって検出されるショックアブソーバ２３の歪量μに基づいて、車輪５のタイヤＷに作用するコーナリングフォースＣｆが求められ、さらに、その求められたコーナリングフォースＣｆに基づいて、反力制御やＶＧＲ制御が行われる。
ショックアブソーバ２３の歪量μは、車両挙動の変化に対して良好な追従性で変化するので、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μに基づいて求められるコーナリングフォースＣｆは、車両挙動の変化に対して遅れることなく変化する。よって、歪量μに基づいて求められるコーナリングフォースＣｆを用いることにより、車両挙動の変化に対して良好な応答性で反力制御やＶＧＲ制御を行うことができる。

また、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に結合した車両において、コーナリング中にステアリングホイールに作用する反力は、舵取り用の前部車輪５のタイヤに作用するコーナリングフォースＣｆに応じた特性となるので、歪量μに基づいて求められるコーナリングフォースＣｆに応じた反力制御を行うことにより、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に結合した車両の場合と同じように反力を与えることができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。

なお、ショックアブソーバ２３に限らず、ロアアーム２４など、車両のサスペンションを構成する各部の歪量もコーナリングフォースＣｆと相関関係を有するので、これらの歪量に基づいてコーナリングフォースＣｆを求めるようにしてもよい。
また、図４に示すように、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μは、反力制御およびＶＧＲ制御以外の車両制御に用いられてもよい。

すなわち、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μに基づいて、各車輪にかかる横加速度を求め、その横加速度が大きいほどブレーキ液圧の減少を抑えるといったようなＡＢＳ制御が行われてもよいし、各車輪にかかる横加速度が大きいほど外側の車輪への駆動力伝達量を増加させるといったようなトラクション制御が行われてもよい。さらに、前部車輪５にかかる横加速度と後部車輪にかかる横加速度との差が所定値よりも大きい場合には、トランスミッションのシフトアップタイミングを遅らせるといったようなトランスミッション制御が行われてもよいし、高速走行時における車線変更時などに、前部車輪５にかかる横加速度が後部車輪にかかる横加速度よりも大きい場合には、４ＷＳシステムにおける後部車輪のギヤ比変化を小さくするといったような４ＷＳ制御が行われてもよい。

さらにまた、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μに基づいて、車両に生じるヨーレートまたは横加速度を求め、そのヨーレートまたは横加速度に基づいて、エアサスペンションの減衰力を制御するといったアクティブサスペンション制御が行われてもよい。さらに、歪量μに基づいて求められるヨーレートまたは横加速度を、車両の自動運転システムにおける操舵量フィードバック計算に用いてもよい。

また、車速センサＳ５によって検出される車速や転舵角センサＳ３によって検出される転舵角などの車両挙動データから推定した車両状況および路面状況（轍路、カント路、波状路、雪道）を、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μに基づいて補正した後に、他の車両、路肩インフラおよび／またはコントロールセンタなどに送信するようにしてもよい。

さらに、車両にＧＰＳ受信器を設けて、このＧＰＳ受信器によって検出される車両の走行位置、天候条件、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μ、操作角センサＳ１によって検出されるステアリングホイール１の操作角などに基づいて、そのときの車両の走行位置のさらに詳しい路面状況を求め、その路面状況を他の車両、路肩インフラおよび／またはコントロールセンタなどに送信するようにしてもよい。

また、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μを、ナビゲーションシステムにおける走行軌跡演算に用いてもよい。
さらにまた、車両メンテナンスシステムにおいて、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μの変化を記録してもよいし、ドライブレコーダにおいて、歪量センサＳ１３によって検出される歪量μの変化と走行記録データとを合わせて記録するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、歪量センサＳ１３によって検出されるショックアブソーバ２３の歪量μに基づいて車両制御を行う構成を取り上げたが、電流検出部Ｓ１２によって検出される駆動電流の変化速度を予め定める変化速度（通常操舵時における駆動電流の変化速度）と比較して、駆動電流の減少速度が増加する傾向にある場合には、路面μが低下したと判断し、それに基づいて、車両のスリップを防ぐような車両制御を行ってもよい。さらに、電流検出部Ｓ１２によって検出される駆動電流の変化加速度を予め定める変化加速度（通常操舵時における駆動電流の変化加速度）と比較して、駆動電流の減少加速度が増加する傾向にある場合には、路面μが低下したと判断し、それに基づいて、車両のスリップを防ぐような車両制御を行ってもよい。

また、タイヤＷの接地面からの音を検出するためのマイクを設けて、そのマイクによって検出される音圧レベルが、アスファルト路面走行時に検出される音圧レベルよりも低下した場合に、接地面がアスファルト路面から雪道や凍結路に変わったと判断して、車両の挙動を安定させるような車両制御を行ってもよい。
さらにまた、高精度および高応答性のＧＰＳ受信器を複数設けて、これらによって検出される車両各部（各ＧＰＳ受信器の取付部分）の位置に基づいて車両挙動を求め、また、路面や隣接車両との相対位置を検出するセンサを設けて、このセンサによって検出される相対位置に基づいて車両挙動を求めて、その求めた車両挙動に応じた車両制御を行ってもよい。

車両挙動に関しては、ビデオカメラ（ＣＣＤカメラ）によって、車両前方の路面を撮影して、画像解析を行うことにより、その車両前方の路面状況を検出し、この路面状況と現在の操舵状況と組み合わせて、直後の車両挙動を予測演算するようにしてもよい。また、高精度および高応答性のＧＰＳ受信器を設けて、そのＧＰＳ受信器からのＧＰＳ情報と天候情報とを組合せることにより、車両が直後に走行する場所の路面状況を検出し、これに基づいて直後の車両挙動を予測演算するようにしてもよい。さらには、路面や隣接車両との相対位置を検出するセンサを設けて、このセンサによって検出される相対位置に基づいて直後の車両挙動を予測演算するようにしてもよい。このようにして予測演算される直後の車両挙動に応じた車両制御を行うことにより、車両挙動変化に対してより良好な応答性で制御を行うことができる。

また、上記したような各制御が、ショックアブソーバ２３の歪量μに限らず、転舵軸４またはタイロッド６に作用する軸力に基づいて行われてもよいし、アッパアーム、ロアアーム２４またはラテラルリンクなどに作用するリンク軸力に基づいて行われてもよいし、ゴムブッシュまたはピロボールブッシュに加わる力に基づいて行われてもよい。さらに、車輪５のホイール２１の歪みやホイール２１に加わる負荷、またはハブユニット２２に加わる負荷などに基づいて行われてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る車両制御装置が組み込まれた車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。車両のフロントサスペンションの構成を示す断面図である。ショックアブソーバの歪量と車輪のタイヤに作用するコーナリングフォースとの関係を示す図である。ショックアブソーバの歪量を他の車両制御に用いる例を説明するための図である。

符号の説明

１ステアリングホイール
４転舵軸
５車輪
６タイロッド
７ナックルアーム
９反力アクチュエータ
１４制御装置（車両制御手段）
２１ホイール
２２ハブユニット
２３ショックアブソーバ
２４ロアアーム
２５コイルスプリング
Ｓ１３歪量センサ（物理量検出手段）
Ｗタイヤ

Claims

車両のサスペンション機構の所定部において変化する物理量を検出する物理量検出手段と、
この物理量検出手段によって検出される物理量に基づいて、車両挙動に応じた車両制御を行う車両制御手段とを含むことを特徴とする車両制御装置。
上記車両制御装置は、車両の操向のために操作されるステアリングホイールと舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構とが機械的に結合されていない車両に適用され、
上記物理量検出手段は、上記所定部の歪量を検出するものであり、
上記車両制御手段は、上記物理量検出手段によって検出される歪量に基づいて、車両のタイヤに作用するコーナリングフォースを演算するコーナリングフォース演算手段と、このコーナリングフォース演算手段によって演算されるコーナリングフォースに基づいて、ステアリングホイールに操作反力を付与するためのアクチュエータを制御する反力制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の車両制御装置。
上記車両制御装置は、車両の操向のために操作されるステアリングホイールと舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構とが機械的に結合されていない車両に適用され、
上記物理量検出手段は、上記所定部の歪量を検出するものであり、
上記車両制御手段は、上記物理量検出手段によって検出される歪量に基づいて、車両のタイヤに作用するコーナリングフォースを演算するコーナリングフォース演算手段と、このコーナリングフォース演算手段によって演算されるコーナリングフォースに基づいて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比を可変設定するギヤ比可変設定手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の車両制御装置。