JP2008049996A - Motion controller of vehicle - Google Patents

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vehicle motion
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Ichiro Hagiwara
一郎 萩原
Naoto Fukushima
直人 福島
Kazuaki Iguchi
和明 井口
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Tokyo Institute of Technology NUC
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Tokyo Institute of Technology NUC
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Landscapes

  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motion controller of a vehicle for reducing a drift for a vehicle having a mechanism generating a yaw moment and for improving robustness. <P>SOLUTION: The motion controller for controlling motion of the vehicle includes a yaw moment generation mechanism 9 for making the vehicle generate the yaw moment; status sensors 1, 2, 3, 4, 5 for measuring a status quantity of the vehicle by the mechanism 9; and a control means 7 for applying feedback control. The control means 7 performs the feedback control by taking a ratio of dissipation power, which is a thermal loss per unit time caused by the slip of tires in travelling for the status quantity of the vehicle measured by the sensors 1, 2, 3, 4, 5, into account. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両の運動制御方法に関し、特に、車両にヨーモーメントを発生させる機構を有する車両の運動制御装置に関する。   The present invention relates to a vehicle motion control method, and more particularly to a vehicle motion control apparatus having a mechanism for generating a yaw moment in a vehicle.

一般に、車両の運動を制御する場合は、操縦性(ドライバのハンドル操作に車両がきびきびと応答良く動くようにさせる)を向上させるためヨーレートフィードバックが用いられ、さらにスピンを防止して安定した走行ができるように横すべり角フィードバックが用いられることが多い。参考として、ここ10年ほどの間に発表された車両運動制御関係の代表的な論文(非特許文献1〜4)について制御則をまとめて表1に示す。ヨーレートフィードバック、横すべり角フィードバックのいずれかあるいは両方が使われている。
In general, when controlling the movement of a vehicle, yaw rate feedback is used to improve maneuverability (make the vehicle move responsively and responsively to the driver's steering wheel operation). Side slip angle feedback is often used to do this. As a reference, Table 1 summarizes the control laws for representative papers (Non-Patent Documents 1 to 4) related to vehicle motion control that have been published over the past 10 years. Either or both of yaw rate feedback and side-slip angle feedback are used.

上記で述べた車両の運動制御では、横すべり角はヨーレートや横加速度から演算した推定値が用いられており、しかも積分演算が主体になるためドリフトが生じやすく、このドリフトを低減しようとフィルタを用いると位相誤差が生じる。このため、現在でも、横すべり角フィードバックを行う場合はドリフト等のノイズを含んでいることを前提にしており、フィードバックゲインの大きさも制限されるため、大きな効果は期待できないのが実態である。   In the vehicle motion control described above, the side slip angle uses an estimated value calculated from the yaw rate and lateral acceleration, and since the integration calculation is the main component, drift tends to occur, and a filter is used to reduce this drift. And phase error occurs. For this reason, even when presently performing side slip angle feedback, it is assumed that noise such as drift is included, and the magnitude of the feedback gain is limited.

このような横すべり角を制御に用いる場合の問題点を解決しようとするものに、特許文献1に開示の技術がある。これによれば、横すべり角推定時のドリフト項に対するロバスト性を高め、また単純に横すべり角フィードバックを行った場合に比べ位相を改善させることが可能となる。   A technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 is to solve the problem in the case where such a side slip angle is used for control. According to this, the robustness with respect to the drift term at the time of side slip angle estimation can be improved, and the phase can be improved as compared with the case of simply performing side slip angle feedback.

以下に、特許文献1の手法の概略を述べる。それまでの制御理論では制御対象の特性を運動方程式で記述していたが、特許文献1では制御対象の全入出力パワーの収支の式を用いている。具体的には、以下の式に示されるように、システムの各自由度毎の運動方程式をベクトル表示しこれに速度ベクトルを乗じたものである。入力パワーは制御入力だけでなく外乱入力も含まれ、また制御対象は受動要素だけとは限らないため、内部にエネルギ源がありこれが運動に影響を与えていれば外乱入力として扱う。
ここで、d、e、q、u、v、z∈R、M∈Rn×nは正定対称な慣性マトリクス、nは制御対象の自由度である。qは一般化座標、uは制御入力、vは力入力の外乱、zは変位入力の外乱である。dはコリオリ力や遠心力やダンピング力など、eはポテンシャル力である。
The outline of the method of Patent Document 1 will be described below. In the control theory so far, the characteristics of the controlled object are described by the equation of motion, but in Patent Document 1, the balance equation of the total input / output power of the controlled object is used. Specifically, as shown in the following equation, a motion equation for each degree of freedom of the system is displayed as a vector, and this is multiplied by a velocity vector. The input power includes not only the control input but also the disturbance input, and since the controlled object is not limited to the passive element, if there is an energy source inside and this affects the motion, it is treated as a disturbance input.
Here, d, e, q, u, v, zεR n and MεR n × n are positive definite inertia matrices, and n is the degree of freedom of the controlled object. q is a generalized coordinate, u is a control input, v is a force input disturbance, and z is a displacement input disturbance. d is Coriolis force, centrifugal force, damping force, etc., e is potential force.

上記のシステムに対し、次の評価関数を考える。
は制御装置が制御対象に加えるパワーである。rは重み係数である。
Consider the following evaluation function for the above system.
Is the power applied by the control device to the controlled object. r is a weighting factor.

次に、数2を最小化する制御u(t)を求める。最適制御の必要条件を求めるため次のスカラー関数Lを定義する。
ここで、κは未定定数である。右辺の{ }内は、数1の左辺と同じで制御対象の全パワー収支であるからエネルギ保存則を満たし常にゼロである。
Next, a control u (t) that minimizes Equation 2 is obtained. The following scalar function L is defined to determine the necessary conditions for optimal control.
Here, κ is an undetermined constant. The value in {} on the right side is the same as the left side of Equation 1 and is the total power balance of the controlled object, so it satisfies the energy conservation law and is always zero.

従って数3で表されるLの積分を最小化する条件は、数2も最小化する。従って関数Lにqを変数とする変分原理を適用した次式はuが最適制御であるための必要条件を与える。Lはuに関して1次式であるから、∂L/∂uは意味がなく次式に制御に関するすべての情報が含まれる。
Therefore, the condition for minimizing the integral of L expressed by Equation 3 also minimizes Equation 2. Therefore, the following equation that applies the variational principle with q as a variable to the function L gives a necessary condition for u to be optimal control. Since L is a linear expression with respect to u, ∂L / ∂u has no meaning and the following expression includes all information related to control.

数4から制御則が次のように求まる。
上式の第1行は外力vと慣性のq依存性に対する制御、第2行はコリオリ力や遠心力やダンピング力に対する制御、第3行はポテンシャル力とそのq依存性および外力zに対する制御、第4行は評価関数を低減させる制御でありそれぞれ意味が明確である。以上が、特許文献1の概要である。
From equation 4, the control law is obtained as follows.
The first line of the above equation is the control for the external force v and the q dependence of the inertia, the second line is the control for the Coriolis force, the centrifugal force and the damping force, the third line is the control of the potential force and its q dependency and the external force z, The fourth line is control for reducing the evaluation function, and the meaning of each is clear. The above is the outline of Patent Document 1.

特願2006−92243Japanese Patent Application No. 2006-92243 井上他,制動力配分制御による車両運動性能の向上,自動車技術会学術講演会前刷集921 1992−5Inoue et al., Improvement of vehicle motion performance by braking force distribution control, Preprints 921 1992-5 山本他,限界付近での車両安定性向上のためのアクティブ制動力制御,自動車技術会論文集9730524Yamamoto et al., Active braking force control to improve vehicle stability near the limit 古川他,タイヤ横力モニタリングによる車両運動制御,自動車技術会論文集 9930397Furukawa et al., Vehicle motion control by tire lateral force monitoring, Automobile Engineering Society Proceedings 9930397 小竹他,アクティブ操舵とDYCの協調制御に関する理論的解析,自動車技術会論文集 20024442Kotake et al., Theoretical analysis on cooperative control of active steering and DYC, Proceedings of the Society of Automotive Engineers of Japan 安部正人、自動車の運動と制御、山海堂、P10Masato Abe, Motor Movement and Control, Sankaido, P10

しかしながら、特許文献1の制御装置では、ヨーモーメントを発生させる機構を有する車両に対する制御についてはなんら開示されていなかった。したがって、具体的な車両の運動制御について特許文献1の制御則を適用した装置の開発が望まれていた。   However, the control device of Patent Document 1 does not disclose any control for a vehicle having a mechanism that generates a yaw moment. Therefore, it has been desired to develop a device to which the control law of Patent Document 1 is applied for specific vehicle motion control.

本発明は、斯かる実情に鑑み、ヨーモーメントを発生させる機構を有する車両に対してドリフトが低減でき、ロバスト性を向上させた運動制御装置を提供しようとするものである。   In view of such a situation, the present invention is intended to provide a motion control device that can reduce drift and improve robustness with respect to a vehicle having a mechanism that generates a yaw moment.

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による車両の運動制御装置は、
車両にヨーモーメントを発生させるヨーモーメント発生機構と、
前記ヨーモーメント発生機構による車両の状態量を計測する状態センサと、
前記状態センサにより計測される車両の状態量に対する、走行中のタイヤのスリップにより発生する単位時間当たりの熱損失である散逸パワーの比を考慮したフィードバック制御を行う制御手段と、
を具備するものである。
In order to achieve the above-described object of the present invention, a vehicle motion control apparatus according to the present invention includes:
A yaw moment generating mechanism for generating a yaw moment in the vehicle;
A state sensor for measuring a vehicle state quantity by the yaw moment generation mechanism;
Control means for performing feedback control in consideration of a ratio of dissipated power, which is a heat loss per unit time generated by slipping of a running tire with respect to a vehicle state quantity measured by the state sensor;
It comprises.

ここで、制御手段は、その制御則に次式の項が含まれる、すなわち、
である。
Here, the control means includes a term of the following formula in its control law:
It is.

また、車両の状態量は、ヨーレートであっても良い。   Further, the state quantity of the vehicle may be a yaw rate.

さらに、車両の状態量は、横すべり速度又は横すべり角であっても良い。   Further, the state quantity of the vehicle may be a side slip speed or a side slip angle.

また、散逸パワーは、次式で近似されても良い、すなわち、
T1、dT2、dT3は次式で与えられる、すなわち、
但し、Sは左前輪の、Sは右前輪の、Sは左後輪の、Sは右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数、δは前輪舵角、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、lはトレッドである。
Also, the dissipated power may be approximated by:
T1 , dT2 , and dT3 are given by the following equations:
However, S 1 is the left front wheel, S 2 is the right front wheel, S 3 is the left rear wheel, S 4 is a function approximating the lateral force generated by each tire of the right rear wheel, δ is the front wheel steering angle, l f is the distance between the vehicle center of gravity and the front wheels, l r is the distance between the vehicle center of gravity and the rear wheels, and l t is the tread.

また、ヨーモーメント発生機構は、車両の各輪の駆動力を独立に制御可能な駆動手段からなるものであっても良い。   Further, the yaw moment generating mechanism may be composed of driving means that can independently control the driving force of each wheel of the vehicle.

ここで、制御手段は、その制御則が次式で与えられても良い、すなわち、
但し、κは定数、rは重み係数、Vは車両の前後速度、Vは車両の横すべり速
但し、Fix、Fiyは車両に働く遠心力、Sは左前輪の、Sは右前輪の、Sは左後輪の、Sは右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数、δは前輪舵角、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、lはトレッドである。
Here, the control means may have its control law given by the following equation:
Where κ is a constant, r i is a weighting factor, V x is the longitudinal speed of the vehicle, and V y is the side slip speed of the vehicle.
Where F ix and F iy are centrifugal forces acting on the vehicle, S 1 is the left front wheel, S 2 is the right front wheel, S 3 is the left rear wheel, and S 4 is the lateral force generated by each tire of the right rear wheel. , Δ is the front wheel steering angle, l f is the distance between the vehicle center of gravity and the front wheels, l r is the distance between the vehicle center of gravity and the rear wheels, and l t is the tread.

また、各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Fialaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられても良い、すなわち、
但し、
但し、Kはタイヤのコーナリングパワー、Wは各輪の荷重、μは路面とタイヤの摩擦係数、βは横すべり角である。
Further, a function approximating the lateral force generated by each tire may be given by the following tire characteristic equation derived from Fiala's theory,
However,
However, K is the cornering power of the tire, W i is a load of each wheel, mu is the friction coefficient of the road surface and the tires, beta i is the sideslip angle.

さらに、各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Magic Formulaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられても良い、すなわち、
但し、Wは各輪の荷重、μは路面とタイヤの摩擦係数、βは横すべり角、C、Bは定数である。
Furthermore, the function that approximates the lateral force generated by each tire may be given by the following tire characteristic equation derived from the Magic Formula theory,
Where W i is the load of each wheel, μ is the friction coefficient between the road surface and the tire, β i is the side slip angle, and C and B are constants.

また、ヨーモーメント発生機構は、車両の各輪を独立に制御可能なアクティブサスペンション手段からなるものであっても良い。   Further, the yaw moment generating mechanism may be composed of active suspension means that can control each wheel of the vehicle independently.

ここで、制御手段は、その制御則が次式で与えられても良い、すなわち、
れる、すなわち、
但し、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、μは路面とタイヤの摩擦係数、Wは各輪の荷重、aは定数であり、Γ、Θは次式で与えられる、すなわち、
但し、YはYが左前輪の、Yが右前輪の、Yが左後輪の、Yが右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数である。
Here, the control means may have its control law given by the following equation:
That is,
Where l f is the distance between the center of gravity of the vehicle and the front wheel, l r is the distance between the center of gravity of the vehicle and the rear wheel, μ is the friction coefficient between the road surface and the tire, W i is the load of each wheel, a is a constant, Γ i , Θ i is given by:
However, Y i is a function that approximates the lateral force generated by each tire of Y 1 being the left front wheel, Y 2 being the right front wheel, Y 3 being the left rear wheel, and Y 4 being the right rear wheel.

また、各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Magic Formulaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられても良い、すなわち、
但し、βは横すべり角、C、Bは定数である。
In addition, the function that approximates the lateral force generated by each tire may be given by the following tire characteristic equation derived from Magic Formula theory,
Here, β i is a side slip angle, and C and B are constants.

さらに、ヨーモーメント発生機構は、車両のステアリング角度を制御可能なステアリング制御手段からなるものであっても良い。   Further, the yaw moment generating mechanism may be composed of a steering control means capable of controlling the steering angle of the vehicle.

本発明の車両の運動制御装置には、ヨーモーメントを発生させる機構を有する車両に対してドリフトが低減でき、ロバスト性も向上可能であるという利点がある。   The vehicle motion control apparatus of the present invention has the advantages that drift can be reduced and robustness can be improved with respect to a vehicle having a mechanism for generating a yaw moment.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。本発明の車両の運動制御装置では、特許文献1で提示されているシステムの最適制御方法の考え方を参考にして、新しく自動車の運動制御に関する評価関数を設定し独自の工夫を加えて従来の横すべり角フィードバックに替わる新しい制御則を導いたものである。以下、各輪の駆動力を独立に制御できる電気自動車やアクティブサスペンションの制御装置に適用した例について説明を行うが、他にも、自動車の各輪ブレーキ制御、左右駆動力配分制御、前後輪舵角制御等への適用も可能である。さらに、ヨーモーメント発生機構としては、車両のステアリング角度を制御可能なステアリング制御手段であっても良い。すなわち、ステアリング角度とタイヤの角度との関係を制御する最適制御則に本発明を適用しても良い。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the vehicle motion control apparatus of the present invention, referring to the concept of the optimum control method of the system presented in Patent Document 1, a new evaluation function related to vehicle motion control is newly set and a unique device is added to the conventional side slip. It introduces a new control law that replaces angular feedback. In the following, an example applied to an electric vehicle and an active suspension control device capable of independently controlling the driving force of each wheel will be described. Application to angle control and the like is also possible. Further, the yaw moment generating mechanism may be a steering control means capable of controlling the steering angle of the vehicle. That is, the present invention may be applied to an optimal control law that controls the relationship between the steering angle and the tire angle.

まず、ヨーモーメントを発生させる機構として、例えば電気自動車のように、車両の各輪の駆動力を独立に制御可能な駆動装置の制御則を求めるための車両のモデルを図1に示す。簡略化のためにロールとピッチを無視した車体の3自由度の車両モデルである。なお、図示例の車両モデルはローリング運動、ピッチ運動は考慮していないが、車両の重心に働く加速度により各輪に働く荷重移動は考慮してある。   First, as a mechanism for generating a yaw moment, FIG. 1 shows a vehicle model for obtaining a control law of a driving device that can independently control the driving force of each wheel of the vehicle, such as an electric vehicle. It is a vehicle model with three degrees of freedom of the vehicle body that ignores the roll and pitch for the sake of simplicity. The vehicle model in the illustrated example does not consider rolling motion and pitch motion, but considers load movement that acts on each wheel due to acceleration acting on the center of gravity of the vehicle.

タイヤに発生する制駆動力X、横力Yをそれぞれ図1のように定義すると、車両モデルの運動方程式は以下のようになる。
ここで、mは車両質量、Iは車両のヨー慣性モーメント、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、lはトレッド、Vは車両の前後速度、Vは車
When the braking / driving force X i and the lateral force Y i generated in the tire are defined as shown in FIG. 1, the equation of motion of the vehicle model is as follows.
Here, m is the vehicle mass, I z is the yaw moment of inertia of the vehicle, l f is the distance between the vehicle center of gravity and the front wheels, l r is the distance between the vehicle center of gravity and the rear wheels, l t is the tread, and V x is the vehicle longitudinal speed. , V y is the car

タイヤに働く横力Sは、Fiala理論(例えば非特許文献5参照)から導かれたタイヤ特性式を用いた。コーナリングパワーをK、タイヤの垂直加重をW、タイヤの横滑り角をβとすると、横力SはFialaの理論を用いて次式で現される。
ここで、Sは左前輪の、Sは右前輪の、Sは左後輪の、Sは右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数であり、τは次式で与えられる。
ここで、Kはタイヤのコーナリングパワー、Wは各輪の荷重、μは路面とタイヤの摩擦係数である。
Lateral force S i acting on tires, using the tire characteristic equation derived from Fiala theory (for example, see Non-Patent Document 5). If the cornering power is K, the vertical load of the tire is W i , and the side slip angle of the tire is β i , the lateral force S i is expressed by the following equation using Fiala's theory.
Here, S 1 is the left front wheel, S 2 is the right front wheel, S 3 is the left rear wheel, S 4 is a function approximating the lateral force generated by each tire of the right rear wheel, and τ i is It is given by the formula.
Here, K is the cornering power, W i of the tire is the friction coefficient of the load of each wheel, mu is a road tires.

また、横すべり角βに関しては、次式で与えられる。
Further, the side slip angle β i is given by the following equation.

次に、特許文献1の制御則を車両運動制御に適用したときの各要素を定義する。なお、車両運動においては、ポテンシャル力eは存在せず、また、力入力の外乱v、変位入力の外乱zはゼロとする。状態量qは次式で定義する。
パワー収支式は次式になる。
質量行列Mは次式で表す。
本発明では、制駆動力左右差を利用した車両のヨーモーメント制御を想定しているため、制御入力は車両に入力するヨーモーメントMとする。つまり、制御入力uは、次式である。
Next, each element when the control law of patent document 1 is applied to vehicle motion control is defined. In the vehicle motion, the potential force e does not exist, and the force input disturbance v and the displacement input disturbance z are zero. The state quantity q is defined by the following equation.
The power balance equation is as follows.
The mass matrix M is expressed by the following equation.
In the present invention, since the yaw moment control of the vehicle using the left / right difference of the braking / driving force is assumed, the control input is the yaw moment Mz input to the vehicle. That is, the control input u is the following equation.

次に、車両に働く遠心力と、路面から生じるタイヤへの反力であるdは、次式で表される。
ここで、Fix、Fiyは車両に働く遠心力であり、次式で表される。
Next, the centrifugal force acting on the vehicle and d, which is the reaction force to the tire generated from the road surface, are expressed by the following equation.
Here, F ix and F iy are centrifugal forces acting on the vehicle, and are expressed by the following equations.

なお、dに関して、走行中のタイヤのスリップにより発生する単位時間当たりの熱損失である散逸パワーのみを考慮する場合、タイヤに発生する力にすべり速度を乗じたものが略熱損失となることから、車両に働く遠心力Fix,Fiyは省略することが可能である。 Regarding d i, when considering only the dissipation power is the heat loss per unit time caused by the slip of the tire during running, that is substantially heat loss multiplied by the velocity slip force generated in the tire Therefore, the centrifugal forces F ix and F iy acting on the vehicle can be omitted.

以上で定義した要素を数1のパワー収支式に代入すると次式が得られる。
Substituting the elements defined above into the power balance equation of Equation 1 yields the following equation.

ここで、本発明の目的は、目標ヨーレートに対する追従性と安定性を同時に実現する制御則を導出することにある。そこで、制御性能の評価を与える数2の関数gは、次式を用いた。
数である。上式の第一項は目標ヨーレートに対する追従性の評価、第二項は安定性の評価
数は次式となる。
ここでrは重み係数である。
Here, an object of the present invention is to derive a control law that simultaneously realizes followability and stability with respect to a target yaw rate. Therefore, the following equation is used for the function g of Formula 2 that gives an evaluation of the control performance.
Is a number. The first term of the above formula is the follow-up evaluation for the target yaw rate, and the second term is the stability evaluation.
The number is:
Here, r 3 is a weighting factor.

次に、汎関数Lを以下のように定義する。
Next, the functional L is defined as follows.

Pに含まれる慣性力の項は消えるため、当初からPの中の慣性力は削除しておいても良い。なお通常の走行ではdは小さいためゼロとしても良い。
ここで、上式右辺第1項の偏微分項は、数16を用いて次のように表わされる。
さらに、数9、数10を用いると、上式は以下のようになる。
以上により、数23の最適制御則は、センサ等により計測された車両状態量から計算できることになる。
Since the term of inertial force included in P disappears, the inertial force in P may be deleted from the beginning. Incidentally it may be zero because d 1 is small in the normal running.
Here, the partial differential term of the first term on the right side of the above equation is expressed as follows using Equation 16.
Furthermore, when Equations 9 and 10 are used, the above equation is as follows.
As described above, the optimal control law of Equation 23 can be calculated from the vehicle state quantity measured by the sensor or the like.

ここで、ヨーモーメントを発生させる機構を有する車両の運動制御においては、数23の右辺のうち、少なくとも第一項が含まれていることが重要となる。すなわち、本発明の車両運動制御装置においては、実際の車両の状態量に対する散逸パワーの比を考慮した制御則を用いた制御を行うことがポイントとなる。より具体的には、その制御則に次式の項が含まれていることが好ましい。
量である。
Here, in motion control of a vehicle having a mechanism for generating a yaw moment, it is important that at least the first term is included in the right side of Equation 23. That is, in the vehicle motion control device of the present invention, it is important to perform control using a control law that takes into account the ratio of the dissipated power to the actual vehicle state quantity. More specifically, it is preferable that the following law is included in the control law.
Amount.

なお、散逸パワーのみを考慮し、車両に働く遠心力Fix,Fiyを省略した場合には、散逸パワーの近似式は、数23の右辺第1項及び数16から、以下の式で与えられる。
ここで、dT1、dT2、dT3は次式で与えられる。
When only the dissipated power is considered and the centrifugal forces F ix and F iy acting on the vehicle are omitted, the approximate expression of the dissipated power is given by the following equation from the first term and the right side of Equation 23: It is done.
Here, d T1 , d T2 , and d T3 are given by the following equations.

上述の説明により入力ヨーモーメントMが求まったので、この値を用いてそれぞれのホイールに入力する制駆動トルクを以下の手順により求める。ドライバのアクセル量により決定される制駆動トルクUと、最適制御によって得られた入力ヨーモーメントMを配分して決定される制駆動トルクTを区別して考える。ドライバのアクセル量により決定される制駆動トルクUは、アクセル量に比例した制駆動トルクを四輪に均等に分配されるとする。このUとTを足し合わせ、これを最終的な制駆動トルクとする。 Since the input yaw moment Mz has been obtained as described above, the braking / driving torque to be inputted to each wheel is obtained by the following procedure using this value. The braking / driving torque U i determined by the accelerator amount of the driver and the braking / driving torque T i determined by allocating the input yaw moment M z obtained by the optimal control will be considered separately. It is assumed that the braking / driving torque U i determined by the accelerator amount of the driver is evenly distributed to the four wheels as the braking / driving torque proportional to the accelerator amount. The U i and T i are added together to obtain the final braking / driving torque.

次に、Tの配分方法を考える。δが比較的小さいとすれば、最適制御によって得たMとTとの間には、次式の関係がある。
ここで、rはタイヤの半径である。また、制駆動トルクTによっては加減速しないように設定するので、次式が成り立つ。
従って、数33、数34より、次式を得る。
これで、左右輪のトルクのそれぞれの和が求まった。さらに、前後輪の配分を考える。ここでは、タイヤの摩擦余裕の概念を用いて前後輪の配分比を考える。タイヤの摩擦余裕は、次式を用いて求める。ここで、タイヤの摩擦余裕とは、輪荷重と横力が与えられた時に発生可能な制駆動動力の最大値を意味し、次式で表される。
タイヤのグリップ力を有効に用いるため、タイヤの摩擦余裕に比例させて左輪右輪それぞれで前後輪に比例配分する。つまり、Tは次式で得られる。
Next, consider how to allocate T i. If δ is relatively small, there is a relationship of the following equation between M z and T i obtained by optimal control.
Here, r is the radius of the tire. Further, since the braking and driving torque T i is set so as not to accelerate or decelerate, the following equation holds.
Therefore, the following equation is obtained from the equations 33 and 34.
Thus, the sum of the torques of the left and right wheels was obtained. Furthermore, consider the distribution of front and rear wheels. Here, the distribution ratio of the front and rear wheels is considered using the concept of the tire friction margin. The friction margin of the tire is obtained using the following equation. Here, the tire friction margin means the maximum value of braking / driving power that can be generated when a wheel load and a lateral force are applied, and is expressed by the following equation.
In order to effectively use the grip force of the tire, the left and right wheels are proportionally distributed to the front and rear wheels in proportion to the tire friction margin. That is, T i is obtained by the following equation.

このようにして求めた本発明の制御装置の効果を、シミュレーションにより確認する。車両モデルはピッチとロールを無視した車体3自由度、車輪4自由度の計7自由度の非線形モデル、タイヤモデルはブラッシュモデルを用いた。シミュレーションに用いる車両の諸元は、一般的な小型乗用車の値を用いた。代表的なパラメータは、車両質量m=1490Kg、ヨー慣性モーメントI=2200Kgm、前輪と車両重心の距離l=1.2m、後輪と車両重心の距離l=1.3m、トレッドl=1.48m、タイヤ205/55R16 である。制御の重み係数は、r=7×10、r=5×10、r=10とした。 The effect of the control device of the present invention thus obtained is confirmed by simulation. The vehicle model used was a non-linear model with a total of 7 degrees of freedom, with 3 degrees of freedom for the vehicle body and 4 degrees of freedom for the wheels ignoring the pitch and roll, and the brush model was a brush model. The specifications of the vehicle used for the simulation are values of a general small passenger car. Typical parameters are vehicle mass m = 1490 kg, yaw moment of inertia I z = 2200 kgm 2 , distance between front wheel and vehicle center of gravity l f = 1.2 m, distance between rear wheel and vehicle center of gravity l r = 1.3 m, tread l t = 1.48 m, tire 205 / 55R16. The control weighting factors were r 1 = 7 × 10 5 , r 2 = 5 × 10 2 , and r 3 = 10.

本発明の手法との効果を比較するため、従来の制御則Mとして次式に示すようなヨーレートと横すべり速度のそれぞれの目標値との偏差のフィードバック制御(比例制御)を選んだ。
ここで、K、Kは、それぞれヨーレートと横すべり速度の目標値との偏差に対するゲインである。
To compare the effect of the method of the present invention chose the feedback control of the deviation between each target value of the conventional control law yaw rate as shown in the following equation as M p and side slip velocity (the proportional control).
Here, K 1 and K 2 are gains with respect to deviations between the yaw rate and the target value of the side slip velocity, respectively.

また、β=−V/Vであり一般にVはある定常速度を持ち変動幅も小さいため、βフィードバックとVフィードバックは等価な制御とみなすことができる。非特許文献1〜4では横すべり角βフィードバックが用いられているが、以下ではこれと等価な横すべり速度Vフィードバックを従来制御とした。それぞれのゲインは、車両のヨーレート応答が振動的になるなどの不具合が生じない範囲内で評価関数式である数21を最小化するゲインを用いた。具体的にはK=8×10、K=2500とした。 Moreover, beta = order -V y / V x a is the variation width generally V x has a certain constant speed is small, beta Feedback V y feedback can be regarded as equivalent to the control. In Non-Patent Documents 1 to 4, the side slip angle β feedback is used, but hereinafter, the side slip velocity V y feedback equivalent to this is used as the conventional control. As each gain, a gain that minimizes Equation 21 as an evaluation function formula within a range in which a problem such as a vibration of the yaw rate response of the vehicle does not occur. Specifically, K 1 = 8 × 10 4 and K 2 = 2500.

シミュレーションにおいて、ヨーレート追従性を評価するために、初速度100[km/h]の直進から、大きさ2π/3、周波数0.5Hzの正弦波の操舵を一周期分与えた。この操舵は、車両にレーンチェンジの運動を強いるための操舵であり、高速走行時の障害物回避を想定している。   In the simulation, in order to evaluate the yaw rate followability, the steering of a sine wave having a magnitude of 2π / 3 and a frequency of 0.5 Hz was given for one cycle from a straight traveling at an initial speed of 100 [km / h]. This steering is for steering the vehicle to make a lane change motion, and it is assumed that obstacles are avoided during high-speed driving.

次に、定数κの最適値を求める。シミュレーションによりκを変化させた場合の評価関数式である数21の値の変化を調べ、評価関数を最小にするκの値を求めた。結果はκ=3.9であった。   Next, the optimum value of the constant κ is obtained. A change in the value of Formula 21 which is an evaluation function equation when κ is changed by simulation was examined to obtain a value of κ that minimizes the evaluation function. The result was κ = 3.9.

以上で、条件がすべて定まったため、3sec間のシミュレーションを行った。この結果を図2〜4に示す。図2は制御入力を、図3はヨーレートの応答を、図4は横すべり角の応答をそれぞれ示す。評価関数の値は、評価関数式である数21の値をJ、その内訳としてヨーレートの偏差の二乗の項をJ1、横すべり速度の偏差の二乗の項をJ2、制御によるエネルギ消費の項をJ3とする(J=J1+J2+J3である)。   As described above, since all the conditions were determined, simulation was performed for 3 seconds. The results are shown in FIGS. 2 shows the control input, FIG. 3 shows the yaw rate response, and FIG. 4 shows the side slip angle response. As for the value of the evaluation function, the value of Equation 21 as an evaluation function expression is J, and as its breakdown, the term of the square of the deviation of the yaw rate is J1, the term of the square of the deviation of the side slip velocity is J2, and the term of energy consumption by control is J3. (J = J1 + J2 + J3).

この結果、本発明の数23の最適制御則を用いた制御では、J、J1、J2、J3はそれぞれ以下のようになった。
J=−2198、J1=1062、J2=1102、J3=−4362
As a result, in the control using the optimal control law of Formula 23 of the present invention, J, J1, J2, and J3 are as follows.
J = -2198, J1 = 1062, J2 = 1102, J3 = -4362

一方、従来の数42の比例制御則を用いた制御では、J、J1、J2、J3はそれぞれ以下のようになった。
J=−1906、J1=639、J2=1081、J3=−3626
On the other hand, in the control using the conventional proportional control law of Equation 42, J, J1, J2, and J3 are as follows.
J = -1906, J1 = 639, J2 = 1081, J3 = -3626

以上の結果から、本発明は、従来の比例制御と比べ、エネルギ回生の面で優れている。   From the above results, the present invention is superior in energy regeneration as compared with the conventional proportional control.

本発明の制御は、従来の横すべり速度の代りに数23の第1項を用いたものであり、共に安定性を向上させる役割を果たす項であるが、これを従来の横すべり速度フィードバックと比較すると本制御の優位性が明らかになる。   The control of the present invention uses the first term of Equation 23 instead of the conventional side slip speed, and is a term that plays a role in improving stability. Compared with the conventional side slip speed feedback, The superiority of this control becomes clear.

本発明の制御則である数23の第1項と従来の制御則である数42の第2項の時間波形を比較すると図5のようになり、本発明の制御則は従来の制御則に比べ操舵に対する位相遅れが小さいことが明らかである。   A comparison of the time waveforms of the first term of Formula 23, which is the control law of the present invention, and the second term of Formula 42, which is the conventional control law, is as shown in FIG. 5, and the control law of the present invention is changed to the conventional control law. It is clear that the phase lag with respect to steering is small.

車両の運動制御では、一般的に横すべり速度(あるいは横すべり角)はヨーレートや横加速度から演算した推定値が用いられており、しかも積分演算が主体になるためドリフトが生じやすく、このドリフトを低減しようとフィルタを用いると位相誤差が生じる。このため、現在でも、横すべり角フィードバックを行う場合はドリフト等のノイズを含んでいることを前提にしており、フィードバックゲインの大きさも制限されるため、大きな効果は期待できないのが実態である。従って、横すべり速度にドリフト項が含まれる場合のロバスト性能は重要である。図6は横すべり速度Vにドリフト項がある場合の評価関数Jを比較したものである。従来の制御則に比べ本発明の制御則は、横すべり速度信号にドリフト項が含まれる場合のロバスト性が大幅に向上していることが確認できる。 In vehicle motion control, the side slip velocity (or side slip angle) is generally estimated from the yaw rate and lateral acceleration, and drift is likely to occur because integration is the main component, so reduce this drift. If a filter is used, a phase error occurs. For this reason, even when presently performing side slip angle feedback, it is assumed that noise such as drift is included, and the magnitude of the feedback gain is limited. Therefore, the robust performance when the drift term is included in the side slip velocity is important. 6 is a comparison of the evaluation function J in the case where there is a drift term in the side slip velocity V y. Compared with the conventional control law, the control law of this invention can confirm that the robustness in the case where a drift term is included in the side slip velocity signal is greatly improved.

以下に、本発明の制御装置を、ヨーモーメント発生機構として車両の各輪の駆動力を独立に制御可能な駆動装置を有する4輪独立制御式電気自動車に適用した例を具体的に説明する。図7は、4輪の制駆動力を独立に制御できるインホイールモータ式の電気自動車に適用した例を示したものである。ヨーモーメント発生機構による車両の状態量を計測する状態センサである、操舵角センサ1、ヨーレートセンサ2、車体の前後横加速度を検出するGセンサ3、アクセル開度センサ4、各車輪速センサ5、モータ駆動電流信号6がコントローラ7に入る。コントローラ7は、本発明の制御則に基づきフィードバック制御を行うものであり、コントローラ7の出力はインバータ8に入り、ここで調整された電流が各輪モータ9に入りタイヤが駆動される。電源には大容量電池あるいは燃料電池10が設置され、さらに急変する電流指令に対応するためキャパシタ11が置かれている。コントローラ7では数38〜数41で表された各輪トルク指令値と、アクセル開度信号からドライバが要求する駆動力を演算し、これを各輪のモータ駆動トルクとして割り振ったトルク指令値を合算して出力する。なお、コントローラ7の演算内容は、例えばFialaの理論から導かれた数9、数10から制御則を導いる。   Hereinafter, an example in which the control device of the present invention is applied to a four-wheel independent control type electric vehicle having a drive device capable of independently controlling the driving force of each wheel of the vehicle as a yaw moment generating mechanism will be described in detail. FIG. 7 shows an example applied to an in-wheel motor type electric vehicle capable of independently controlling the braking / driving force of four wheels. Steering angle sensor 1, yaw rate sensor 2, G sensor 3 for detecting longitudinal acceleration of the vehicle body, accelerator opening sensor 4, each wheel speed sensor 5, which are state sensors for measuring a vehicle state quantity by a yaw moment generation mechanism, The motor drive current signal 6 enters the controller 7. The controller 7 performs feedback control based on the control law of the present invention. The output of the controller 7 enters the inverter 8, and the current adjusted here enters each wheel motor 9 to drive the tire. A large-capacity battery or a fuel cell 10 is installed as a power source, and a capacitor 11 is placed in order to cope with a current command that changes rapidly. The controller 7 calculates the driving force requested by the driver from each wheel torque command value expressed by the equations 38 to 41 and the accelerator opening signal, and adds the torque command value allocated as the motor driving torque for each wheel. And output. Note that the calculation content of the controller 7 derives the control law from Equations 9 and 10 derived from, for example, Fiala's theory.

また、システムの車両搭載状況は図7と同じであるが、コントローラの演算内容は下記によっても良い。すなわち、上述の例ではFialaの理論から導かれた数9、数10から制御則を導いていたが、Magic Formulaによるタイヤ特性式から制御則を導いても良い。より具体的には、Magic Formulaによるタイヤ特性式から、タイヤが発生する横力を近似した関数は、以下の式で与えられる。
ここで、C、Bは定数である。したがって、Magic Formulaによると、次式が成り立つ。
Moreover, although the vehicle mounting status of the system is the same as in FIG. 7, the calculation content of the controller may be as follows. That is, in the above example, the control law is derived from Equations 9 and 10 derived from Fiala's theory, but the control law may be derived from a tire characteristic equation based on Magic Formula. More specifically, a function that approximates the lateral force generated by the tire from the tire characteristic equation by Magic Formula is given by the following equation.
Here, C and B are constants. Therefore, according to Magic Formula, the following equation holds.

以上の通り、数25の代りに数44を用いることも可能である。なお、他の演算に関しては上述のFialaの場合と同様である。   As described above, Expression 44 can be used instead of Expression 25. Other calculations are the same as in the case of the above-described Fiala.

次に、本発明の車両運動制御装置において、ヨーモーメントを発生させる機構が車両の各輪を独立に制御可能なアクティブサスペンションである場合について説明する。既存のアクティブサスペンション機構は、乗り心地の向上や各タイヤの接地性向上を目的としている。本発明においては、このアクティブサスペンション機構を用いて、四輪の荷重を最適に協調制御することで運動性能を向上させた。アクティブサスペンション機構においては、制御入力を加えることで車両が振動するのは好ましくなく、また、サスペンションのストロークには限界がある。このような前提の基、制御則を求めるための車両のモデルを図8に示すよう規定し、制御入力について同図に示すような制約を与えた。なお、タイヤの荷重に対する横力の関係については、図9に示した。アクティブサスペンションに対する本発明の車両運動制御装置においては、タイヤ荷重を制御し、操縦性と安定性の向上を実現している。   Next, in the vehicle motion control device of the present invention, a case where the mechanism for generating the yaw moment is an active suspension capable of independently controlling each wheel of the vehicle will be described. The existing active suspension mechanism is aimed at improving the ride comfort and improving the ground contact of each tire. In the present invention, this active suspension mechanism is used to improve the exercise performance by optimally controlling the load of the four wheels. In the active suspension mechanism, it is not preferable that the vehicle vibrates by applying a control input, and the stroke of the suspension is limited. Based on such assumptions, a vehicle model for obtaining a control law is defined as shown in FIG. 8, and restrictions as shown in FIG. The relationship between the lateral force and the tire load is shown in FIG. In the vehicle motion control device of the present invention for the active suspension, the tire load is controlled to improve the maneuverability and stability.

アクティブサスペンションに対する制御則は、上述の評価関数式である数21、汎関数である数22と同様な数式を用いると、その制御則、すなわち、アクティブサスペンションのアクチュエータによる荷重増加分(荷重移動)は次式で与えられる。
れる。
但し、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、μは路面とタイヤの摩擦係数、Wは各輪の荷重、aは定数であり、Γ、Θは次式で与えられる。
但し、YはYが左前輪の、Yが右前輪の、Yが左後輪の、Yが右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数である。
As the control law for the active suspension, when using mathematical expressions similar to the above-described evaluation function expression (21) and functional function (22), the control law, that is, the load increase (load movement) by the actuator of the active suspension is It is given by
It is.
Where l f is the distance between the center of gravity of the vehicle and the front wheel, l r is the distance between the center of gravity of the vehicle and the rear wheel, μ is the friction coefficient between the road surface and the tire, W i is the load of each wheel, a is a constant, Γ i , Θ i is given by the following equation.
However, Y i is a function that approximates the lateral force generated by each tire of Y 1 being the left front wheel, Y 2 being the right front wheel, Y 3 being the left rear wheel, and Y 4 being the right rear wheel.

なお、Uの右辺第一項の大括弧内は制御入力無しのときの前輪のタイヤ横力を意味し、右辺第三項の最初の小括弧は前輪の横速度を意味し、大括弧内は前輪のタイヤ横力のヨーレートによる偏微分を意味する。また、Uの右辺第一項の大括弧内は単位制御入力を加えたときの前輪のタイヤ横力を意味し、右辺第二項の大括弧内は単位制御入力を加えたときの後輪のタイヤ横力を意味する。 Note that brackets of the first term on the right side of the U A means a tire lateral force of the front wheels when without control input, the first parentheses of the right side third term means a lateral velocity of the front wheels, brackets Means the partial differentiation of the front wheel tire lateral force by the yaw rate. Further, the rear wheels when brackets of the first term on the right side of the U B means a tire lateral force of the front wheels when adding unit control input, brackets on the right side second term plus a unit control input Means the tire lateral force.

また、数45の右辺第一項が、タイヤの散逸パワーのヨーレートによる偏微分から導かれた項であり、これによりヨーダンピングが生じ、安定性を向上させている。   Further, the first term on the right side of Formula 45 is a term derived from the partial differentiation of the tire dissipating power due to the yaw rate, which causes yaw damping and improves the stability.

なお、各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Magic Formulaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられる。
但し、βは横すべり角、C、Bは定数である。
A function approximating the lateral force generated by each tire is given by the following tire characteristic equation derived from the Magic Formula theory.
Here, β i is a side slip angle, and C and B are constants.

上述の制御則を評価するために、シミュレーションを行った。初期速度は100[km/h]とし、大きさπ/2、周波数πの正弦波の操舵を一周期分与えた。トルク指令は0[Nm]とした。また、重み係数はそれぞれr=1.0×10、r=5.0、r=0.1とした。 In order to evaluate the control law described above, a simulation was performed. The initial speed was 100 [km / h], and a sine wave steering with a magnitude of π / 2 and a frequency of π was given for one cycle. The torque command was 0 [Nm]. The weighting factors were r 1 = 1.0 × 10 4 , r 2 = 5.0, and r 3 = 0.1, respectively.

次に、定数κの最適値を求める。シミュレーションによりκを変化させた場合の評価関数式である数21の値の変化を調べ、評価関数を最小にするκの値を求めた。結果はκ=−0.9であった。   Next, the optimum value of the constant κ is obtained. A change in the value of Formula 21 which is an evaluation function equation when κ is changed by simulation was examined to obtain a value of κ that minimizes the evaluation function. The result was κ = −0.9.

本発明の手法との効果を比較するため、次式の制御則Mとして示すような従来の比較制御であるヨーレートと横すべり速度のそれぞれの目標値との偏差のフィードバック制御を選んだ。
ここで、K=100、K=7.0×10とした。
To compare the effect of the method of the present invention chose the feedback control of the deviation between each target value of the formula yaw rate and side slip velocity is a conventional comparison control shown as control law M p of.
Here, K 1 = 100 and K 2 = 7.0 × 10 5 .

以上で、条件がすべて定まったため、3sec間のシミュレーションを行った。この結果を図10〜12に示す。図10は制御入力を、図11はヨーレートの応答を、図12は横すべり角の応答をそれぞれ示す。評価関数の値は、評価関数式である数21の値をJ、その内訳としてヨーレートの偏差の二乗の項をJ1、横すべり速度の偏差の二乗の項をJ2とする。制御によるエネルギ消費の項であるJ3については、制御則を求めるためには必要であるが、性能を評価する上では重要でないため省略している。なお、J=J1×r+J2×rである。 As described above, since all the conditions were determined, simulation was performed for 3 seconds. The results are shown in FIGS. FIG. 10 shows the control input, FIG. 11 shows the yaw rate response, and FIG. 12 shows the side slip angle response. As for the value of the evaluation function, the value of Equation 21 which is the evaluation function expression is J, and as its breakdown, the square term of the deviation of the yaw rate is J1, and the square term of the deviation of the side slip velocity is J2. J3, which is a term of energy consumption by control, is necessary for obtaining a control law, but is omitted because it is not important for evaluating performance. Note that J = J1 × r 1 + J2 × r 2 .

この結果、本発明の数45の最適制御則を用いた制御では、J、J1、J2はそれぞれ以下のようになった。
J=59.65、J1=0.0042、J2=3.53
As a result, in the control using the optimal control law of Formula 45 of the present invention, J, J1, and J2 are as follows.
J = 59.65, J1 = 0.0042, J2 = 3.53

一方、数49による従来の制御では、J、J1、J2はそれぞれ以下のようになった。
J=60.25、J1=0.0041、J2=3.85
On the other hand, in the conventional control according to Equation 49, J, J1, and J2 are as follows.
J = 60.25, J1 = 0.0041, J2 = 3.85

なお、制御入力が無い場合では、J、J1、J2はそれぞれ以下のようになった。
J=167.50、J1=0.0160、J2=1.52
When there was no control input, J, J1, and J2 were as follows.
J = 167.50, J1 = 0.160, J2 = 1.52

以上の結果から、本発明は、従来制御と比べより小さい評価関数の値が得られた。また、横すべり角に関しては1.2秒から2.5秒にかけて抑制が見られた。   From the above results, the present invention obtained a smaller evaluation function value than the conventional control. Further, the side slip angle was suppressed from 1.2 seconds to 2.5 seconds.

以下に、上述の本発明の制御装置をヨーモーメント発生機構として車両の各輪を独立に制御可能なアクティブサスペンションに適用した例を具体的に説明する。図13は、4輪のサスペンション機構を独立に制御できる電気・油圧式アクティブサスペンションの制御装置に本発明を適用した例を示したものである。ヨーモーメント発生機構による車両の状態量を計測する状態センサである、ばね上加速度センサ21、ばね下加速度センサ22、サスペンションストロークセンサ23、サスペンション伝達力センサ24からの信号が制御回路25に入る。制御回路25は、本発明の制御則に基づきフィードバック制御を行うものであり、制御回路25の出力は、インバータ26及び回生回路27に入る。インバータ26に入る信号は、数45の制御則の演算結果である。回生回路27に入る信号は、モータ28の回生モードと力行モードの判断をし、必要な昇圧指令を行うための信号である。モータ28は、油圧ポンプ29を駆動する。   Hereinafter, an example in which the above-described control device of the present invention is applied to an active suspension capable of independently controlling each wheel of a vehicle using a yaw moment generation mechanism will be specifically described. FIG. 13 shows an example in which the present invention is applied to a control device for an electro-hydraulic active suspension capable of independently controlling a four-wheel suspension mechanism. Signals from the sprung acceleration sensor 21, the unsprung acceleration sensor 22, the suspension stroke sensor 23, and the suspension transmission force sensor 24, which are state sensors that measure the state amount of the vehicle by the yaw moment generation mechanism, enter the control circuit 25. The control circuit 25 performs feedback control based on the control law of the present invention, and the output of the control circuit 25 enters the inverter 26 and the regenerative circuit 27. The signal that enters the inverter 26 is the calculation result of the control law of Formula 45. The signal entering the regenerative circuit 27 is a signal for determining the regenerative mode and the power running mode of the motor 28 and issuing a necessary boost command. The motor 28 drives the hydraulic pump 29.

なお、本発明の車両運動制御装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Note that the vehicle motion control device of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

図1は、本発明の車両運動制御装置における3自由度車両運動モデルである。FIG. 1 is a three-degree-of-freedom vehicle motion model in the vehicle motion control device of the present invention. 図2は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御についての制御入力の時間波形のシミュレーション比較グラフである。FIG. 2 is a simulation comparison graph of time waveforms of control inputs for control and conventional control in the vehicle motion control apparatus of the present invention. 図3は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御と制御なしについてのヨーレート追従性のシミュレーション比較グラフである。FIG. 3 is a simulation comparison graph of yaw rate followability for control, conventional control, and no control in the vehicle motion control device of the present invention. 図4は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御と制御なしについての横すべり角の時間波形のシミュレーション比較グラフである。FIG. 4 is a simulation comparison graph of the time waveform of the side slip angle for control, conventional control, and no control in the vehicle motion control device of the present invention. 図5は、本発明の車両運動制御装置における制御則の数23の第1項と従来制御則の数42の第2項の時間波形のシミュレーション比較グラフである。FIG. 5 is a simulation comparison graph of time waveforms of the first term of the control law number 23 and the second term of the conventional control law number 42 in the vehicle motion control device of the present invention. 図6は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御について、横すべり速度にドリフト項がある場合の評価関数Jの比較グラフである。FIG. 6 is a comparison graph of the evaluation function J in the case where there is a drift term in the side slip speed, for the control in the vehicle motion control device of the present invention and the conventional control. 図7は、本発明の車両運動制御装置における制御則を電気自動車へ搭載した状況を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a situation in which the control law in the vehicle motion control device of the present invention is mounted on an electric vehicle. 図8は、本発明の車両運動制御装置におけるタイヤ荷重と制御入力の関係を表す車両運動モデルである。FIG. 8 is a vehicle motion model representing the relationship between the tire load and the control input in the vehicle motion control device of the present invention. 図9は、タイヤの荷重に対する横力の関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the lateral force and the tire load. 図10は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御についての制御入力の時間波形のシミュレーション比較グラフである。FIG. 10 is a simulation comparison graph of time waveforms of control inputs for the control and the conventional control in the vehicle motion control device of the present invention. 図11は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御と制御なしについてのヨーレートの応答のシミュレーション比較グラフである。FIG. 11 is a simulation comparison graph of yaw rate responses for control, conventional control, and no control in the vehicle motion control apparatus of the present invention. 図12は、本発明の車両運動制御装置における制御と従来制御と制御なしについてのヨ横すべり角の応答のシミュレーション比較グラフである。FIG. 12 is a simulation comparison graph of the response of the side slip angle for the control, the conventional control, and no control in the vehicle motion control apparatus of the present invention. 図13は、本発明の車両運動制御装置における制御則をアクティブサスペンション機構を有する車両へ搭載した状況を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a situation in which the control law in the vehicle motion control device of the present invention is mounted on a vehicle having an active suspension mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

1 操舵角センサ
2 ヨーレートセンサ
3 Gセンサ
4 アクセル開度センサ
5 車輪速センサ
6 モータ駆動電流信号
7 コントローラ
8 インバータ
9 インホイールモータ
10 電池
11 キャパシタ
21 ばね上加速度センサ
22 ばね下加速度センサ
23 サスペンションストロークセンサ
24 サスペンション伝達力センサ
25 制御回路
26 インバータ
27 回生回路
28 モータ
29油圧ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering angle sensor 2 Yaw rate sensor 3 G sensor 4 Accelerator opening sensor 5 Wheel speed sensor 6 Motor drive current signal 7 Controller 8 Inverter 9 In-wheel motor 10 Battery 11 Capacitor 21 Sprung acceleration sensor 22 Unsprung acceleration sensor 23 Suspension stroke sensor 24 Suspension transmission force sensor 25 Control circuit 26 Inverter 27 Regenerative circuit 28 Motor 29 Hydraulic pump

Claims (13)

車両の運動を制御する車両運動制御装置であって、該車両運動制御装置は、
車両にヨーモーメントを発生させるヨーモーメント発生機構と、
前記ヨーモーメント発生機構による車両の状態量を計測する状態センサと、
前記状態センサにより計測される車両の状態量に対する、走行中のタイヤのスリップにより発生する単位時間当たりの熱損失である散逸パワーの比を考慮したフィードバック制御を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする車両運動制御装置。
A vehicle motion control device for controlling the motion of a vehicle, the vehicle motion control device comprising:
A yaw moment generating mechanism for generating a yaw moment in the vehicle;
A state sensor for measuring a vehicle state quantity by the yaw moment generation mechanism;
Control means for performing feedback control in consideration of a ratio of dissipated power, which is a heat loss per unit time generated by slipping of a running tire with respect to a vehicle state quantity measured by the state sensor;
A vehicle motion control device comprising:
請求項1に記載の車両運動制御装置において、前記制御手段は、その制御則に次式の項が含まれる、すなわち、
である、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
2. The vehicle motion control apparatus according to claim 1, wherein the control means includes a term of the following equation in its control law:
Is,
A vehicle motion control device.
請求項1又は請求項2に記載の車両運動制御装置において、前記車両の状態量は、ヨーレートであることを特徴とする車両運動制御装置。   3. The vehicle motion control device according to claim 1, wherein the state quantity of the vehicle is a yaw rate. 請求項1又は請求項2に記載の車両運動制御装置において、前記車両の状態量は、横すべり速度又は横すべり角であることを特徴とする車両運動制御装置。   3. The vehicle motion control apparatus according to claim 1, wherein the state quantity of the vehicle is a side slip speed or a side slip angle. 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の車両運動制御装置において、前記散逸パワーは、次式で近似される、すなわち、
T1、dT2、dT3は次式で与えられる、すなわち、
但し、Sは左前輪の、Sは右前輪の、Sは左後輪の、Sは右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数、δは前輪舵角、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、lはトレッドである、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
4. The vehicle motion control device according to claim 1, wherein the dissipative power is approximated by the following equation:
T1 , dT2 , and dT3 are given by the following equations:
However, S 1 is the left front wheel, S 2 is the right front wheel, S 3 is the left rear wheel, S 4 is a function approximating the lateral force generated by each tire of the right rear wheel, δ is the front wheel steering angle, l f is the distance between the vehicle center of gravity and the front wheels, l r is the distance between the vehicle center of gravity and the rear wheels, and l t is the tread.
A vehicle motion control device.
請求項1に記載の車両運動制御装置において、前記ヨーモーメント発生機構は、車両の各輪の駆動力を独立に制御可能な駆動手段からなることを特徴とする車両運動制御装置。   The vehicle motion control device according to claim 1, wherein the yaw moment generation mechanism includes a drive unit capable of independently controlling a driving force of each wheel of the vehicle. 請求項6に記載の車両運動制御装置において、前記制御手段は、その制御則が次式で与えられる、すなわち、
但し、κは定数、rは重み係数、Vは車両の前後速度、Vは車両の横すべり速
但し、Fix、Fiyは車両に働く遠心力、Sは左前輪の、Sは右前輪の、Sは左後輪の、Sは右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数、δは前輪舵角、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、lはトレッドである、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
7. The vehicle motion control apparatus according to claim 6, wherein the control means has a control law given by the following equation:
Where κ is a constant, r i is a weighting factor, V x is the longitudinal speed of the vehicle, and V y is the side slip speed of the vehicle.
Where F ix and F iy are centrifugal forces acting on the vehicle, S 1 is the left front wheel, S 2 is the right front wheel, S 3 is the left rear wheel, and S 4 is the lateral force generated by each tire of the right rear wheel. Δ is the front wheel steering angle, l f is the distance between the vehicle center of gravity and the front wheels, l r is the distance between the vehicle center of gravity and the rear wheels, and l t is the tread.
A vehicle motion control device.
請求項7に記載の車両運動制御装置において、前記各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Fialaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられる、すなわち、
但し、
但し、Kはタイヤのコーナリングパワー、Wは各輪の荷重、μは路面とタイヤの摩擦係数、βは横すべり角である、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
The vehicle motion control device according to claim 7, wherein a function that approximates the lateral force generated by each tire is given by the following tire characteristic equation derived from Fiala's theory:
However,
Where K is the tire cornering power, W i is the load of each wheel, μ is the friction coefficient between the road surface and the tire, and β i is the side slip angle.
A vehicle motion control device.
請求項7に記載の車両運動制御装置において、前記各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Magic Formulaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられる、すなわち、
但し、Wは各輪の荷重、μは路面とタイヤの摩擦係数、βは横すべり角、C、Bは定数である、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
8. The vehicle motion control device according to claim 7, wherein a function that approximates the lateral force generated by each tire is given by the following tire characteristic equation derived from Magic Formula theory:
Where W i is the load of each wheel, μ is the coefficient of friction between the road surface and the tire, β i is the side slip angle, and C and B are constants,
A vehicle motion control device.
請求項1に記載の車両運動制御装置において、前記ヨーモーメント発生機構は、車両の各輪を独立に制御可能なアクティブサスペンション手段からなることを特徴とする車両運動制御装置。   The vehicle motion control device according to claim 1, wherein the yaw moment generation mechanism includes active suspension means capable of independently controlling each wheel of the vehicle. 請求項10に記載の車両運動制御装置において、前記制御手段は、その制御則が次式で与えられる、すなわち、
れる、すなわち、
但し、lは車両重心と前輪の距離、lは車両重心と後輪の距離、μは路面とタイヤの摩擦係数、Wは各輪の荷重、aは定数であり、Γ、Θは次式で与えられる、すなわち、
但し、YはYが左前輪の、Yが右前輪の、Yが左後輪の、Yが右後輪の各タイヤが発生する横力を近似した関数である、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
11. The vehicle motion control apparatus according to claim 10, wherein the control means is given by the following equation as a control law:
That is,
Where l f is the distance between the center of gravity of the vehicle and the front wheel, l r is the distance between the center of gravity of the vehicle and the rear wheel, μ is the friction coefficient between the road surface and the tire, W i is the load of each wheel, a is a constant, Γ i , Θ i is given by:
However, Y i is a function that approximates the lateral force generated by each tire of Y 1 being the left front wheel, Y 2 being the right front wheel, Y 3 being the left rear wheel, and Y 4 being the right rear wheel.
A vehicle motion control device.
請求項11に記載の車両運動制御装置において、前記各タイヤが発生する横力を近似した関数は、Magic Formulaの理論から導かれる次式のタイヤ特性式で与えられる、すなわち、
但し、βは横すべり角、C、Bは定数である、
ことを特徴とする車両運動制御装置。
12. The vehicle motion control apparatus according to claim 11, wherein a function approximating the lateral force generated by each tire is given by the following tire characteristic equation derived from Magic Formula theory:
Where β i is a side slip angle, C and B are constants,
A vehicle motion control device.
請求項1に記載の車両運動制御装置において、前記ヨーモーメント発生機構は、車両のステアリング角度を制御可能なステアリング制御手段からなることを特徴とする車両運動制御装置。   2. The vehicle motion control device according to claim 1, wherein the yaw moment generating mechanism includes a steering control means capable of controlling a steering angle of the vehicle.
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