JP2006297994A - 車両統合制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、優れたフェールセーフ性を維持しつつ、系列間での通信遅れ等の影響を受け難い車両統合制御装置の提供を目的とする。
【解決手段】 駆動力発生装置を制御する駆動系システムと、制動力発生装置を制御する制動系システムと、動的安定化システムとを備え、これら３つのシステムを統合的に制御する車両統合制御装置であって、運転者により操作される操作部材の操作量に応じた制御目標を仮決定する段と、仮決定した制御目標を、動的安定化システムに送信する段と、仮決定した制御目標を分配し、該分配した制御目標を、該分配した制御目標を実現すべき系のシステムに出力する段と、動的安定化システム側の補正要求を受信する段と、前記仮決定した制御目標を、前記受信した動的安定化システム側からの補正要求に応じて補正する段と、前記補正した制御目標を、該補正した制御目標を実現すべき系のシステムに出力する段と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、少なくとも駆動力発生装置を制御する駆動系システムと、制動力発生装置を制御する制動系システムと、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定化システムとを備え、少なくともこれら３つのシステムを統合的に制御する車両統合制御装置に関する。

従来から、階層構造に要素を構築してなる車両統合制御システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる車両統合制御システムでは、運転者の意図を所定の運転特性に変換する際に、階層レベルの少なくとも１つの調整要素が、その下の階層レベルの要素に、それぞれ高位の階層レベルから下位システムに要求される特性を供給していく。
特開平５−８５２２８号公報

しかしながら、上述のような階層構造による車両統合制御システムでは、各要素の独立性が低く、それ故に、上層の要素で生ずる異常の影響が下層に引き継がれて構造全体に大きな影響を及ぼす虞があり、フェールセーフ性が低いという問題点がある。

かかる問題点を解消できる構造を持つ車両統合制御システムとして、例えば、駆動力発生装置を制御する駆動制御系と、制動力発生装置を制御する制動制御系と、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定制御系といった具合に、機能別に制御系列を分け、各制御系列間で情報をやり取りしながら各系列を統合的に制御するシステムが考えられる。

ところが、かかるシステムでは、その反面として、情報のやり取りの仕方において非効率が発生しやすく、また、各制御系列間での情報のやり取りの仕方の如何によっては、通信遅れ等の影響で適切な制御目標が定まらないという不都合が生じうる。

そこで、本発明は、優れたフェールセーフ性を維持しつつ、通信遅れ等の影響を受け難く、適切な制御目標を決定して実現できる車両統合制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、少なくとも駆動力発生装置を制御する駆動系システムと、制動力発生装置を制御する制動系システムと、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定化システムとを備え、少なくともこれら３つのシステムを統合的に制御する車両統合制御装置であって、
運転者により操作される操作部材の操作量に応じた制御目標を仮決定する段と、
仮決定した制御目標を、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定化システムに送信する段と、
仮決定した制御目標を、制御目標を実現する駆動系システム及び制動系システムの受け持ち割合に応じて分配し、該分配した制御目標を、該分配した制御目標を実現すべき系のシステムに出力する段と、
前記送信した仮決定した制御目標に対する動的安定化システム側の補正要求を受信する段と、
前記仮決定した制御目標を、前記受信した動的安定化システム側からの補正要求に応じて補正する段と、
前記補正した制御目標を、該補正した制御目標を実現すべき系のシステムに出力する段と、を備えることを特徴とする車両統合制御装置が提供される。

本局面において、動的安定化システムは、前記補正要求として、前記仮決定した制御目標に対する変更すべき相対量ではなく、前記仮決定した制御目標に代えるべき絶対量を、前記補正段に入力するものであってよい。また、前記補正段では、前記仮決定した制御目標に対して、動的安定化システム側からの要求が優先されることとしてもよい。

本発明によれば、優れたフェールセーフ性を維持しつつ、通信遅れ等の影響を受け難く、適切な制御目標を決定して実現できる車両統合制御装置を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

先ず、図１を参照して、本発明の車両統合制御装置の適用が可能な代表的な車両の制御対象デバイスの概要を説明する。

この車両は、前後左右にそれぞれ車輪１００を備える。図１において「ＦＬ」は左前輪、「ＦＲ」は右前輪、「ＲＬ」は左後輪、「ＲＲ」は左後輪をそれぞれ示す。

この車両は、動力源としてエンジン１４０を備える。尚、駆動源は、エンジンに限定されず、電気モータのみやエンジンと電気モータとの組み合わせであってもよく、電気モータの動力源は、２次電池や燃料電池であってよい。

エンジン１４０の運転状態は、運転者によるアクセルペダル２００（車両の前後運動を制御するために運転者が操作する操作部材の一例である。）の操作量に応じて電気的に制御される。エンジン１４０の運転状態は、また、必要に応じて、運転者によるアクセルペダル２００の操作とは無関係に自動的に制御される。

このようなエンジン１４０の電気的な制御は、例えば、図示しないが、エンジン１４０の吸気マニホールド内に配置されるスロットルバルブの開度（即ち、スロットル開度）を電気的に制御することや、エンジン１４０の燃焼室に噴射される燃料の量を電気的に制御することや、バルブ開閉タイミングを調整するインテークカムシャフトの位相を電気的に制御することで実現することが可能である。

この車両は、左右前輪が転動輪、左右後輪が駆動輪である後輪駆動式である。そのため、エンジン１４０の出力軸は、トルクコンバータ２２０、トランスミッション２４０、プロペラシャフト２６０及びデファレンシャル２８０と、各後輪と共に回転するドライブシャフト３００とをそれらの順に介して各後輪に連結されている。尚、トルクコンバータ２２０、トランスミッション２４０、プロペラシャフト２６０及びデファレンシャル２８０は、左右後輪に共通な動力伝達要素である。尚、車両は、後輪駆動式である必要はなく、例えば、左右前輪が駆動輪、左右後輪が転動輪である前輪駆動式であっても、全部の車輪が駆動輪となる４ＷＤ式であってもよい。

トランスミッション２４０は、図示しない自動変速機を備えている。この自動変速機は、エンジン１４０の回転速度をトランスミッション２４０のアウトプットシャフトの回転速度に変速する際の変速比を電気的に制御する。尚、自動変速機は、有段変速機であっても、無段階変速機（ＣＶＴ）であってもよい。

車両は、運転者により回転操作されるステアリングホイール４４０を備えている。このステアリングホイール４４０には、操舵反力付与装置４８０により、運転者による回転操作（以下、「操舵」ともいう。）に応じた反力が操舵反力として電気的に付与される。その操舵反力は、電気的に制御可能とされている。

左右前輪の向き、即ち前輪舵角は、フロントステアリング装置５００によって電気的に変化させられる。フロントステアリング装置５００は、運転者によりステアリングホイール４４０が回転操作された角度、即ち操舵角に基づいて前輪操舵角を制御し、また、必要に応じて、その回転操作とは無関係に前輪操舵角を自動的に制御する。即ち、ステアリングホイール４４０と左右前輪とは機械的に絶縁されていてもよい。

左右後輪の向き、即ち後輪舵角も、前輪舵角と同様に、リアステアリング装置５２０によって電気的に変化させられる。

各車輪１００には、その回転を抑制するために作動させられるブレーキ５６０が設けられている。各ブレーキ５６０は、運転者によるブレーキペダル５８０（車両の前後運動を制御するために運転者が操作する操作部材の一例である。）の操作量に応じて電気的に制御され、また、必要に応じて、自動的に各車輪１００が個別に制御される。

この車両においては、各車輪１００は、各サスペンション６２０を介して車体（図示せず）に懸架されている。各サスペンション６２０の懸架特性は、個別に電気的に制御可能とされている。

以上のように説明した各構成要素は、それを電気的に作動させるために作動させられる以下のアクチュエータを備えている。
（１）エンジン１４０を電気的に制御するためのアクチュエータ
（２）トランスミッション２４０を電気的に制御するためのアクチュエータ
（３）操舵反力付与装置４８０を電気的に制御するためのアクチュエータ
（４）フロントステアリング装置５００を電気的に制御するためのアクチュエータ
（５）リアステアリング装置５２０を電気的に制御するためのアクチュエータ
（６）ブレーキ５６０を電気的に制御するためのアクチュエータ
（７）サスペンション６２０を電気的に制御するためのアクチュエータ。

尚、これらアクチュエータは、代表的なものだけを列挙したものであり、車両の仕様によっては、これらのアクチュエータの何れかが欠けることもあり、或いは、その他のアクチュエータ（例えば、ステアリングホイール４４０の操舵量と転舵輪の転舵量との比（ステアリングレシオ）を電気的に制御するためのアクチュエータ、アクセルペダル２００の反力を電気的に制御するためのアクチュエータ等）が付加されることもあり、従って、本発明は、特にアクチュエータの構成によって限定されることはない。

図１に示すように、車両統合制御装置は、以上のように説明した各種アクチュエータに電気的に接続された状態で車両に搭載されている。車両統合制御装置は、図示しないバッテリを電力源として動作する。

図２は、本実施例の車両統合制御装置の一実施例を示すシステム構成図である。車両統合制御装置は、大まかには、エンジン１４０及びトランスミッション２４０の制御を司る駆動系システムと、ブレーキ５６０の制御を司る制動系システムと、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定化システムとを備え、少なくともこれら３つのシステムを統合的に制御する制御装置である。

尚、以下で登場する各マネージャ（及びモデル）は、通常的なＥＣＵ（電子制御ユニット）と同様、マイクロコンピュータによって構成されており、例えば、制御プログラムを格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する装置を意味する。また、以下では、機能的に分けて各制御ユニットを例えばＰ−ＤＲＭやＶＤＭなどと命名しているが、これらは必ずしも物理的に独立した構成である必要はなく、適切なソフトウェア構成により一体的に具現化されてよい。

駆動系システムの初段には、駆動系のドライバ意思抽出部として機能するマネージャ（以下、Ｐｏｗｅｒ−Ｔｒａｉｎ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ：ＰＤＲＭという。）が配置される。

ＰＤＲＭの前段には、アクセルセンサが設けられる。アクセルセンサは、ドライバの意思が直接的に入力されるアクセルペダル２００の操作量に応じた電気的信号を発生する。

ＰＤＲＭの前段には、アクセルペダル２００と並列となる関係で、ドライバ運転補佐・代行システム（以下、Ｄｒｉｖｅｒ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＤＳＳという。）が設定される。ＤＳＳは、カメラやレーダー等の周囲障害物情報、ナビゲーションシステムから得られる道路情報や周囲環境情報、ナビゲーションシステムのＧＰＳ測位装置から得られる自車位置情報、或いは、外部センタ施設との通信、車車間通信や路車間通信を介して得られる各種外部情報に基づいて、ドライバ意思に代わる適切な要求又はドライバ意思結果に対する適切な補正要求を行う。これら要求として典型的な例は、オートクルーズ制御やその類の自動又は半自動走行制御実施時にＤＳＳから出される要求や、障害物回避等のための介入減速制御や操舵補助制御実施時にＤＳＳから出される要求である。

ＰＤＲＭ内部では、アクセルセンサから入力される電気信号は、目標駆動力算出部にて目標駆動力Ｆ０に変換され、ＰＤＲＭの後段に配置されるパワートレーンマネージャ（以下、Ｐｏｗｅｒ−Ｔｒａｉｎ Ｍａｎａｇｅｒ：ＰＴＭという。）へと出力される。また、ＤＳＳからの要求がある場合は、目標駆動力算出部にて算出された目標駆動力Ｆ０が、ＤＳＳからの要求に応じた補正を受ける。尚、目標駆動力Ｆ０は、アクセルセンサから入力される電気信号（即ち、アクセル開度）との対応関係が予め定義されたマップ（複数種類も可。）に基づいて、算出されるものであってよい。

尚、説明の複雑化を防止のため、図１には示していないが、ＰＤＲＭには、アクセルセンサからの電気信号以外にも、シフト操作系からの信号（シフトポジション信号、パターセレクトスイッチ）が入力されてもよい。この場合、これらの信号をドライバの意思として扱い、必要に応じて、目標駆動力Ｆ０に対する補正のために用いられる。

制動系システムの初段には、制動系のドライバ意思抽出部として機能するマネージャ（以下、Ｂｒａｋｅ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ：ＢＤＲＭという。）が配置される。

ＢＤＲＭの前段には、ブレーキセンサが設けられる。ブレーキセンサは、ドライバの意思が直接的に入力されるブレーキペダル５８０の操作量に応じた電気的信号を発生する。尚、ブレーキセンサは、マスタシリンダ圧センサ、ブレーキ踏力センサ等であってよい。

ＢＤＲＭ内部では、ブレーキセンサから入力される電気信号は、図示しない目標制動力算出部にて目標制動力に変換され、ＢＤＲＭの後段に配置される動的安定化システム系のマネージャ（以下、Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｍａｎａｇｅｒ：ＶＤＭという。）を介して、ブレーキ５６０のアクチュエータを駆動制御するブレーキ制御ユニットへと出力される。尚、本明細書では、詳説しないが、目標制動力算出部にて算出された目標制動力は、以下で詳説する目標駆動力Ｆ０と同様又は類似する態様で、各種補正を受けながらブレーキ制御ユニットへと出力されることになる。

上述の如く、ＰＤＲＭの後段及びＢＤＲＭの後段には、ＰＴＭ及びＶＤＭがそれぞれ並列して配置されている。

ＰＴＭは、駆動系の要求調和部として機能するマネージャである。

ＰＴＭ内部では、ＰＤＲＭから入力される目標駆動力Ｆ０が、必要に応じて、制駆動力分配部にて目標駆動力Ｆ１と目標制動力とに分配される。即ち、ＰＤＲＭから入力される目標駆動力Ｆ０は、駆動系及び制動系の受け持ち割合に応じて分配される。この分配規則については、駆動系だけで賄えない分の制動力が、目標制動力として制動系システムへと分配・入力されるものであってよい。分配規則は、エンジンブレーキにより発生可能な制動力範囲や電気自動車の場合は回生ブレーキにより発生可能な制動力範囲等に応じて予め設定されてよい。

この分配により制動系システムへと入力される目標制動力は、必要に応じて、ＢＤＲＭで算出された目標制動力との調停を経てブレーキ制御ユニットへと送られていく。

また、この分配後の目標駆動力Ｆ１（尚、分配の必要性がなく、分配がなされなかった場合は、目標駆動力Ｆ１＝目標駆動力Ｆ０である。）は、２つの信号線により分流され、それぞれ、エンジン１４０の制御及びトランスミッション２４０の制御のために供される。以下、分配後の目標駆動力Ｆ１が分流して伝達される２つのルートを、それぞれ「エンジン制御系伝達ルート」と「Ｔ／Ｍ制御系伝達ルート」という。

ＶＤＭは、車両運動調和部として機能するマネージャである。尚、車両の動的挙動を安定化させるシステムとしては、トラクションコントロールシステム（滑りやすい路面での発進や加速時に生じやすい駆動輪のムダな空転を抑制するシステム。）、滑りやすい路面に進入した時などの車両の横滑りを抑制するシステム、コーナリング時に安定限界に達した場合にスピンやコースアウトを防止すべく車体姿勢を安定させるシステム、４ＷＤの左右後輪の駆動力差をアクティブに生成してヨーモーメントを発生させるシステムが代表例として挙げられる。

尚、図示しないが、ＶＤＭの後段には、上述のブレーキ制御ユニットと並列的に、フロントステアリング装置５００及びリアステアリング装置５２０のアクチュエータを駆動制御する制御ユニットや、サスペンション６２０のアクチュエータを駆動制御する制御ユニットが設定される。

ＶＤＭは、上述の如く主にドライバ意思に応じて一次的に決定された目標制動力に対して、車両の動的挙動を安定化させる観点から２次的な補正要求を行う。この際、ＶＤＭに提示される目標制動力は、図２に示すように、分配後の目標駆動力Ｆ１ではなく、分配前の目標駆動力Ｆ０である。ＶＤＭは、制駆動力分配部よりも前段から入力される分配前目標駆動力Ｆ０に基づいて、必要に応じて、当該分配前目標駆動力Ｆ０に対する補正要求を行う。この際、ＶＤＭは、好ましくは、分配前目標駆動力Ｆ０に対して増減する補正量ΔＦを要求するのではなく、分配前目標駆動力Ｆ０に代わるべき目標駆動力Ｆ０の絶対量を要求する。以下、このようにして、分配前目標駆動力Ｆ０に基づいて生成されるＶＤＭからの絶対量による目標駆動力を、「目標駆動力Ｆ２」とする。

目標駆動力Ｆ２は、図２に示すように、ＰＴＭ内部の制駆動力分配部の後段に入力される。この際、目標駆動力Ｆ２は、図２に示すように、エンジン制御系伝達ルートとＴ／Ｍ制御系伝達ルートのそれぞれに入力され、当該入力部において、それぞれ、制駆動力分配部からの“分配後目標駆動力Ｆ１”との調停を受ける。この調停では、好ましくは、車両の動的挙動を安定化させることを優先させる観点から、目標駆動力Ｆ２が“分配後目標駆動力Ｆ１”に対して優先して選択される。或いは、２つの目標駆動力Ｆ２及び目標駆動力Ｆ１を適切に重み付けして最終的な目標駆動力を導出することとしてもよい。この際、同様の観点から、目標駆動力Ｆ２に対する重み付けが目標駆動力Ｆ１に対する重み付けよりも大きくなるようにする。このような調停を経て導出される目標駆動力を、「目標駆動力Ｆ３」とする。

Ｔ／Ｍ制御系伝達ルートでは、調停を経た目標駆動力Ｆ３は、図２に示すように、目標ギア段設定部に入力される。目標ギア段設定部では、図示しないルートで入力されるスロットル開度に応じて決定される目標ギア段と、目標駆動力Ｆ３に応じて決定される目標ギア段と、変速判断禁止の観点から決定される目標ギア段とが適切に調停され、最終的な目標ギア段が決定される。

このようにしてＰＴＭ内部で決定された目標ギア段は、ＰＴＭの後段に配置されたＴ／Ｍ制御ユニットへと出力される。Ｔ／Ｍ制御ユニットは、入力された目標ギア段を実現するようにトランスミッション２４０のアクチュエータを駆動制御する。

エンジン制御系伝達ルートでは、調停を経た目標駆動力Ｆ３は、図２に示すように、変換部にて駆動力表現［Ｎ］からエンジントルク表現［Ｎ・ｍ］に変換され、Ｔ／Ｍ制御ユニットからＰＴＭに入力されるエンジントルク要求との調停を経て、ＰＴＭの後段に配置されたエンジン制御ユニットへと出力される。エンジン制御ユニットは、ＰＴＭから入力される目標エンジントルクを実現するようにエンジン１４０のアクチュエータを駆動制御する。

以上の通り本実施例では、ドライバの意思を最終段のアクチュエータまで伝える伝達系を機能別に駆動系及び制動系に分け、これらの系間、及び、これら系とＶＤＭとの間で、情報をやり取りしながら各系列を統合的に制御するシステムが構築される。これにより、各系における異常がシステム全体に大きな影響を及ぼすことが効果的に防止され、フェールセーフ性が高まる。

これに加えて、本実施例では、上述の如く、分配前目標駆動力Ｆ０がＶＤＭに提示され、それに応じてＶＤＭが補正要求を行う構成が採用されている。ここで、従来的には、ＶＤＭは、分配前目標駆動力Ｆ０を分配して得られる分配後の目標駆動力Ｆ１と目標制動力を駆動系及び制動系のそれぞれから提示され、必要に応じて、分配後の目標駆動力Ｆ１と目標制動力のそれぞれに対して補正要求を行っていた。この場合、駆動系及び制動系のそれぞれからそれぞれの通信線を介して目標駆動力Ｆ１と目標制動力を受信し、これらを同期させて総合してから（分配前の目標駆動力に戻してから）、補正要求の必要性及び補正量を決定するので、通信遅れや非効率が発生する。これに対して、本実施例では、分配前目標駆動力Ｆ０が１本の通信線を介してＶＤＭに提示されるので、かかる従来的な構成に比べて、通信遅れ等を低減することができる。

更に、本実施例では、上述の如く、目標駆動力に対するＶＤＭからの補正要求は、絶対量で行うこととされている。ここで、従来的には、目標駆動力に対するＶＤＭからの補正要求は、提示された目標駆動力に対する補正量（相対量）の要求であった。この場合、ＰＴＭ側で、ＶＤＭに提示した目標駆動力と、ＶＤＭからの補正要求に係る補正量とを同期させる必要があるが、その同期が取れない状態となった場合に、ＶＤＭからの補正要求を反映できないか或いは不適切な補正を実行してしまう可能性がある。これに対して、本実施例では、絶対量で要求を行うので、例え同期が取れない状態となった場合でも、ＶＤＭからの補正要求を優先させることで、ＶＤＭからの補正要求を最終的な目標駆動力に適切に反映することも可能であり、フェールセーフ性が高まる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、特に駆動系を中心として説明しているが、本発明は、制動系においても同様に適用可能である。即ち、ＶＤＭは、上述の如くＰＴＭ側から提示される分配前目標駆動力Ｆ０に基づいて、必要に応じて、分配前目標駆動力Ｆ０を分配して得られる分配後の目標制動力に対して補正要求を行い、その際の補正要求は、上述と同様、絶対量で行うこととしてもよい。

また、上述の実施例では、電子スロットルを有するエンジン１４０を例示しているが、本発明は、電子スロットルを有さない原動機を動力源として用いる構成に対しても適用可能である。

本発明の車両統合制御装置の適用が可能な代表的な車両の平面図である。 本実施例の車両統合制御装置の一実施例を示すシステム構成図である。

符号の説明

１４０ エンジン
２００ アクセルペダル
２４０ トランスミッション
５８０ ブレーキペダル

Claims (3)

1. 少なくとも駆動力発生装置を制御する駆動系システムと、制動力発生装置を制御する制動系システムと、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定化システムとを備え、少なくともこれら３つのシステムを統合的に制御する車両統合制御装置であって、
   運転者により操作される操作部材の操作量に応じた制御目標を仮決定する段と、
   仮決定した制御目標を、車両の動的挙動を安定化させるための動的安定化システムに送信する段と、
   仮決定した制御目標を、制御目標を実現する駆動系システム及び制動系システムの受け持ち割合に応じて分配し、該分配した制御目標を、該分配した制御目標を実現すべき系のシステムに出力する段と、
   前記送信した仮決定した制御目標に対する動的安定化システム側の補正要求を受信する段と、
   前記仮決定した制御目標を、前記受信した動的安定化システム側からの補正要求に応じて補正する補正段と、
   前記補正した制御目標を、該補正した制御目標を実現すべき系のシステムに出力する段と、を備えることを特徴とする車両統合制御装置。
2. 動的安定化システムは、前記補正要求として、前記仮決定した制御目標に対する変更すべき相対量ではなく、前記仮決定した制御目標に代えるべき絶対量を、前記補正段に入力する、請求項１に記載の車両統合制御装置。
3. 前記補正段では、前記仮決定した制御目標に対して、動的安定化システム側からの要求が優先される、請求項１又は２に記載の車両統合制御装置。

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