JP2008195350A - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両において、車両の慣性主軸傾角に係わらず、所望の操舵応答性が得られるようにすること。
【解決手段】車両挙動制御装置は、車両に搭載され、車両の挙動制御を行う。車両挙動制御装置では、操舵角センサが車両におけるハンドルの操舵角δ_Ｈを検出し、設定部が検出された操舵角δ_Ｈと車両の慣性主軸傾角を含む車両データとに基づいて、車両に加える目標ヨーモーメントＭを設定する。挙動制御部が、設定部が設定した目標ヨーモーメントＭになるよう挙動制御を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置に関する。

下記特許文献１には、ハンドルの操舵角に対する車両のヨーレートの応答性が実際の車両より高い応答性を示す伝達関数と、ハンドルの操舵角とから目標ヨーモーメントを演算し、その目標ヨーモーメントに相当するヨーモーメントを車両に加える制御装置について開示されている。
特開２００１−２２５７３３号公報

ハンドルの操舵角に対する車両のヨーレートの操舵応答性は、より高いものが求められているが、車種によって求められるレベルが異なる。例えば、スポーツタイプの車両では、求められる操舵応答性は比較的高く、ミニバン又はＳＵＶタイプの車両においては、操舵初期のロール角が小さい方が望ましいので、求められる操舵応答性は比較的低い。

本発明者らは、車両の慣性主軸傾角を加味して操舵応答性について解析研究を行った結果、車両の慣性主軸傾角によって操舵応答性が変化することを見出した。しかしながら、慣性主軸傾角は、車両の形状又はエンジン等の重量物の配置等によって依存する値であるため、操舵応答性に合わせて慣性主軸傾角を設定するのは困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、車両の慣性主軸傾角に係わらず、所望の操舵応答性が得られる車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

本発明の車両挙動制御装置は、車両に搭載され、車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置において、車両におけるハンドルの操舵角を検出する検出手段と、検出手段によって検出された操舵角と車両の慣性主軸傾角を含む車両データとに基づいて、車両に加える目標ヨーモーメントを設定する設定手段と、設定手段によって設定された目標ヨーモーメントになるよう挙動制御を行う挙動制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の車両挙動制御装置では、操舵角と車両の慣性主軸傾角を含む車両データとに基づいて設定される目標ヨーモーメントを車両に加える。例えば、車両の慣性主軸傾角に起因して低下する操舵応答性に応じて、目標ヨーモーメントを付加する。すなわち、ステアリング系の操舵応答性をフィードフォワード制御によって補うように、目標ヨーモーメントを車両に加える。よって、車両の慣性主軸傾角に係わらず、所望の操舵応答性が得られる。つまり、ソフトを変更することにより、車種に応じて望まれる操舵応答性を得ることができる。

好ましくは、設定手段は、検出手段によって検出された操舵角と、車両のステアリング系における操舵角に対する車両のヨーレートの操舵応答性を示す第１の伝達関数と、目標ヨーモーメントに対する車両のヨーレートの応答性を示す第２の伝達関数と、操舵角に対する車両のヨーレートの目標とする操舵応答性を示す目標伝達関数とを用いて、目標ヨーモーメントを設定し、第１の伝達関数は、車両の慣性主軸傾角に依存するデータを含む。このようにすることにより、目標ヨーモーメントを的確に設定することができる。

挙動制御手段は、車両が有する複数の車輪へ伝達する駆動力を制御することにより、車両に目標ヨーモーメントを加えてもよい。また、挙動制御手段は、車両が有する複数の車輪へ伝達する制動力を制御することにより、車両に目標ヨーモーメントを加えてもよい。また、挙動制御手段は、車両が有する複数の車輪それぞれに舵角を加えることにより、車両に目標ヨーモーメントを加えてもよい。

本発明の車両挙動制御装置によれば、車両の慣性主軸傾角に係わらず、操舵応答性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の車両挙動制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

最初に、本実施形態の車両挙動制御装置が搭載される車両において、車両の慣性主軸傾角が操舵応答性へ与える影響について説明する。図１は、本実施形態の車両挙動制御装置が搭載される車両の慣性主軸配置を示す図である。図１では、車両の前後方向をＸ軸方向とし、車両の車幅方向をＹ軸方向とし、車両の高さ方向をＺ軸方向とした、ＸＹＺ直交座標系をとる。

車両における慣性主軸は、図１に示すように、ロール方向慣性主軸、ヨー方向慣性主軸、及びピッチ方向慣性主軸の３軸からなる。一般的に、車両は左右対称となっているので、ピッチ方向慣性主軸はＹ軸方向に平行であり、慣性主軸傾角αが車両によって変化する。慣性主軸傾角αは、路面に対するロール方向慣性主軸の角度αであり、ロール方向慣性主軸が路面に対して前上がりになっている場合をα＞０とする。慣性主軸傾角αは、主に車両形状や重量物の配置に依存する。

本発明者らは、慣性主軸傾角αの変化が車両の操舵応答性に及ぼす影響について研究を行った。図２は、慣性主軸傾角が操舵応答性に及ぼす影響を示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸はハンドルの操舵角の周波数を示す。ハンドルの操舵角の周波数とは、運転者によってハンドルの操舵が開始されてから元の位置に戻るまでを１周期としたものである。すなわち、ハンドルの操舵角の周波数が高いということは、ハンドルの操舵速度が速いことを示す。

図２のグラフにおいて、縦軸は、車両の操舵応答性を示す第１の伝達関数Ｇ_１のゲインである。操舵応答性とは、ハンドルの操舵角に対する車両のヨーレートである。車両は、ハンドルの操舵角に応じて、パワーステアリング装置によって車輪が操舵されることにより旋廻する。

図２のグラフにおいて、実線の曲線Ｄ１は、慣性主軸傾角αが０度の場合（車両のロール角方向慣性主軸が水平の場合）の第１の伝達関数Ｇ_１のゲインを示す。一点鎖線の曲線Ｄ２は、慣性主軸傾角αが＋５度の場合（車両のロール角方向慣性主軸が前上がりの場合）の第１の伝達関数Ｇ_１のゲインを示す。破線の曲線Ｄ３は、慣性主軸傾角αが−５度の場合（車両のロール角方向慣性主軸が前下がりの場合）の第１の伝達関数Ｇ_１のゲインを示す。グラフによれば、ゲインの大きさは、慣性主軸傾角αが＋５度のもの、慣性主軸傾角αが０度のもの、慣性主軸傾角αが−５度ものの順に大きい。

本発明者らは、慣性主軸傾角αの変化が車両の操舵応答性に及ぼす影響について、以下のように理論的な解析を行った。ハンドルの操舵角に対してパワーステアリング装置によって旋回する車両のヨーレートの操舵応答性を示す第１の伝達関数Ｇ_１(ｓ)は、次のように示すことができる。

式（１）において、ｓはラプラス演算子である。各係数Ｎ_ｘ２〜Ｎ_ｘ０、Ｄ_４〜Ｄ_１は、重量等の車両のデータによって定まる定数である。式（１）の分子多項式と分母多項式それぞれについて、慣性主軸傾角αが正の値をとる場合と負の値をとる場合とを比較して解析を行ったところ、図２に示したように、慣性主軸傾角αが正の値をとる場合にゲインが大きくなるのは、分子多項式の係数Ｎ_ｘ２の影響が大きいことが分かった。

係数Ｎ_ｘ２は、慣性主軸傾角αに応じて変化するパラメータである慣性乗積Ixzを含む。慣性乗積Ixzは、Ｘ−Ｚ軸慣性乗積である。慣性乗積Ixzが正の値の場合に、第１の伝達関数Ｇ_１のゲインが大きくなる。すなわち、慣性主軸傾角αが正の値をとる場合（車両のロール方向慣性主軸が前上がりの場合）に、第１の伝達関数Ｇ_１のゲインが大きくなる。慣性主軸傾角αが正になると、特に、２[Hz]以上の高周波領域において第１の伝達関数Ｇ_１のゲインが大きくなる。

このことから、操舵初期のロール角が小さい方が望ましいミニバン又はＳＵＶタイプの車両においては、慣性主軸傾角αが比較的小さく設定されることが好ましく、操舵応答性がより求められるスポーツタイプの車両では、慣性主軸傾角αが比較的大きく設定されることが好ましい。しかしながら、慣性主軸傾角αは、車両の形状や重量物の配置等によって決まってしまうので、制御することが困難である。

そこで、本実施形態に係る車両挙動制御装置は、車両に搭載されて、慣性主軸傾角αに応じて変化する操舵応答性を所望のものに設定するように、目標ヨーモーメントを車両に加える。図３は、本実施形態の車両挙動制御装置を搭載した車両を示す概念図である。

本実施形態の車両１は、左右のフロント側の車輪３ＦＬ,３ＦＲと左右のリア側の車輪３ＲＬ，３ＲＲとを有する。車輪３ＦＬ,３ＦＲは、ハンドル５の操舵に応答して駆動されるラック・アンド・ピニオン式のパワーステアリング装置７によりタイロッド９Ｌ，９Ｒを介して操舵される。

車両挙動制御装置１１は、操舵角センサ１３と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１５と、挙動制御部１７（１７ＦＬ，１７ＦＲ，１７ＲＬ，１７ＲＲ）とを備える。操舵角センサ１３は、ハンドル５の操舵角δ_Ｈを検出する。ＥＣＵ１５は、操舵角センサ１３によって検出された操舵角δ_Ｈを入力して車両１に加える目標ヨーモーメントを設定する。挙動制御部１７は、ＥＣＵ１５によって設定された目標ヨーモーメントになるよう挙動制御を行う。

図４は、本実施形態の車両挙動制御装置の機能ブロック図である。ＥＣＵ１５は、目標ヨーモーメントを設定する設定部１９、メモリ２１、及び駆動制御部２３を備える。設定部１９は、操舵角センサ１３によって入力された操舵角δ_Hと、メモリ２１内に記憶された車両１のデータとに基づいて、車両１に加える目標ヨーモーメントを設定する。設定部１９は、設定した目標ヨーモーメントを駆動制御部２３へ出力する。駆動制御部２３は、設定部１９によって設定された目標ヨーモーメントを車両１に加えるように、挙動制御部１７を駆動制御する。

図５は、本実施形態の車両における操舵角と操舵角に応じて発生するヨーレートとの関係を示す。運転者によって操舵角δ_Ｈが入力されると、パワーステアリング装置７によって第１の伝達関数Ｇ_１(ｓ)で示される操舵応答性で車両１にヨーレートが発生する。同時に、操舵角δ_Ｈに応じてゲインＫ(ｓ)の目標ヨーモーメントＭ(ｓ)が挙動制御部１７によって車両１に加えられる。そして、車両１に加えられる目標ヨーモーメントＭ(ｓ)に対して第２の伝達関数Ｇ_２(ｓ)で示される応答性で車両１に発生するヨーレートが、パワーステアリング装置７によって発生するヨーレートに加算される。

すなわち、操舵角δ_Ｈに応じて、パワーステアリング装置７と挙動制御部１７とによって得られる車両１のヨーレートγは、次のように示される。

目標ヨーモーメントＭ(ｓ)は、次のように示される。

式（２），（３）により、車両１においてパワーステアリング装置７及び車両挙動制御装置１１を含めた操舵応答性を示す伝達関数は、{Ｇ_１(ｓ)+Ｇ_２(ｓ)Ｋ(ｓ)}と示される。よって、目標となる操舵応答性を示す目標伝達関数をＧ_aimとすると、ゲインＫ(ｓ)は、以下のように示される。

目標伝達関数Ｇ_aimは、車種に応じた所望の操舵応答性を示すように設定される。式（４）において、第２の伝達関数Ｇ_２(ｓ)は、慣性主軸傾角α（慣性乗積Ixz）を含まない車両１のデータから決まる値である。第１の伝達関数Ｇ_１(ｓ)は、上述したように、慣性主軸傾角α（慣性乗積Ixz）及び車両１のデータで決定される。よって、設定部１９が、式（３）で決まる目標ヨーモーメントＭ(ｓ)を設定することにより、慣性主軸傾角αの影響を考慮した目標ヨーモーメントを車両に付加することとなる。

設定部１９によって設定された目標ヨーモーメントが、挙動制御部１７によって車両１に加えられる。本実施形態では、挙動制御部１７は、フロント側の車輪３ＦＬ,３ＦＲそれぞれの挙動を制御する前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと、リア側の車輪３ＲＬ,３ＲＲそれぞれの挙動を制御する後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとを備える。前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとがそれぞれ４つの車輪３ＦＬ,３ＦＲ,３ＲＬ,３ＲＲの挙動を制御することにより、車両１に直接的に目標ヨーモーメントを加える。

図６は、本実施形態の車両挙動制御装置に含まれる挙動制御部が車両に目標ヨーモーメントを加える方法を説明する図である。図６に示すように、挙動制御部１７は、左側の車輪３ＦＬ,３ＲＬと右側の車輪３ＦＲ,３ＲＲとへ伝達する駆動力を制御する。例えば、前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとは、４つの車輪３ＦＬ,３ＦＲ,３ＲＬ,３ＲＲに対してそれぞれ駆動力を付加する。前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとは、それぞれモータとクラッチとで構成されている。

前輪制御部１７ＦＲ,１７ＦＬは、矢印Ｔ１,Ｔ２で示す駆動力をフロント側の車輪３ＦＲ,３ＦＬにそれぞれ付加し、後輪制御部１７ＲＲ,１７ＲＬは、矢印Ｔ３,Ｔ４で示す駆動力をリア側の車輪３ＲＲ,３ＲＬにそれぞれ付加する。駆動制御部２３は、前輪制御部１７ＦＲ,１７ＦＬと後輪制御部１７ＲＲ,１７ＲＬとが付加する駆動力によって、設定部１９が設定した目標ヨーモーメントＭを発生するように、駆動力Ｔ１,Ｔ２,Ｔ３,Ｔ４を設定する。

前輪のドレット長及び後輪のドレット長をそれぞれdf,drとすると、駆動力Ｔ１,Ｔ２,Ｔ３,Ｔ４は、式（５）の関係を満たすように、駆動制御部２３によって設定される。

駆動制御部２３が、前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとを制御することにより、前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとは、設定された駆動力Ｔ１,Ｔ２,Ｔ３,Ｔ４を車輪３ＦＬ,３ＦＲ,３ＲＬ,３ＲＲへ伝達する。

駆動制御部２３が式（５）の関係を満たすような制動力−Ｔ１,−Ｔ２,−Ｔ３,−Ｔ４を設定し、挙動制御部１７は、左側の車輪３ＦＬ,３ＲＬと右側の車輪３ＦＲ,３ＲＲとへ伝達する制動力を制御することとしてもよい。

図７は、本実施形態の車両挙動制御装置に含まれる挙動制御部が車両に目標ヨーモーメントを加えるその他の方法を説明する図である。図７に示すように、前輪制御部１７ＦＲ,１７ＦＬ及び後輪制御部１７ＲＲ,１７ＲＬは、車輪３ＦＬ,３ＦＲ,３ＲＬ,３ＲＲそれぞれに舵角を加えることにより、車両１へ目標ヨーモーメントを加えてもよい。

前輪制御部１７ＦＲ,１７ＦＬは、車輪３ＦＲ,３ＦＬを操舵して矢印Ｆ１,Ｆ２で示すコーナリングパワーを発生させる。後輪制御部１７ＲＲ,１７ＲＬは、車輪３ＲＲ,３ＲＬを操舵して矢印Ｆ３,Ｆ４で示すコーナリングパワーを発生させる。駆動制御部２３は、前輪制御部１７ＦＲ,１７ＦＬと後輪制御部１７ＲＲ,１７ＲＬが付加するコーナリングパワーによって、設定部１９が設定した目標ヨーモーメントＭを発生するように、コーナリングパワーＦ１,Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４を設定する。

車両１前後方向の重心から前輪までの距離と重心から後輪までの距離をそれぞれlf,lrとすると、コーナリングパワーＦ１,Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４は、式（６）の関係を満たすように、駆動制御部２３によって設定される。

駆動制御部２３は、設定したコーナリングパワーＦ１,Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４が得られるように、前輪制御部１７ＦＬ,１７ＦＲと後輪制御部１７ＲＬ,１７ＲＲとが、車輪３ＦＬ,３ＦＲ,３ＲＬ,３ＲＲに対して加える舵角を制御する。以上のような方法を用いて、目標ヨーモーメントを車両１に加える。

本実施形態の車両挙動制御装置１１では、操舵角と車両の慣性主軸傾角を含む車両データとに基づいて設定される目標ヨーモーメントを車両１に加える。すなわち、操舵角Ｈ_δ、車両１のパワーステアリング装置７による操舵角に対する車両のヨーレートの操舵応答性を示す第１の伝達関数Ｇ_１と、目標ヨーモーメントに対する車両１のヨーレートの応答性を示す第２の伝達関数Ｇ_２と、操舵角に対する車両のヨーレートの目標とする操舵応答性を示す目標伝達関数Ｇ_aimとを用いて目標ヨーモーメントが設定される。そして、第１の伝達関数Ｇ_１は、車両の慣性主軸傾角αに関するデータ（慣性乗積Ixz）を含む。

これにより、車両１の慣性主軸傾角αに起因して低下する操舵応答性に応じて、目標ヨーモーメントを付加する。すなわち、パワーステアリング装置７の操舵応答性をフィードフォワード制御によって補うように、目標ヨーモーメントを車両１に加える。よって、車両の慣性主軸傾角に係わらず、所望の操舵応答性が得られる。また、ソフトを変更することにより、車種に応じて望まれる操舵応答性を得ることができる。

図８は、本実施形態の車両挙動制御装置によって得られる操舵応答性を示すグラフである。図８において、横軸はハンドルの操舵角の周波数を示し、縦軸は、操舵応答性を示す伝達関数のゲインを示す。車両挙動制御装置１１を搭載しない車両における、パワーステアリング装置７による操舵応答性（車両挙動制御装置１１による制御なしの操舵応答性）を破線で示す。車両挙動制御装置１１を搭載した車両１における、パワーステアリング装置７及び車両挙動制御装置１１による操舵応答性（車両挙動制御装置１１によるフィードフォワード制御ありの操舵応答性）を実線で示す。

図８に示されるように、車両挙動制御装置１１を搭載した車両１においては、操舵応答性が改善されている。特に、５[Ｈｚ]付近のゲインが向上している。すなわち、ハンドルの操舵角の高周波領域における操舵応答性が向上している。

本実施形態の車両挙動制御装置が搭載される車両の慣性主軸配置を示す図である。 慣性主軸傾角が操舵応答性に及ぼす影響を示すグラフである。 本実施形態の車両挙動制御装置を搭載した車両を示す概念図である。 本実施形態の車両挙動制御装置の機能ブロック図である。 本実施形態の車両における操舵角と操舵角に応じて発生するヨーレートとの関係を示す。 本実施形態の車両挙動制御装置に含まれる挙動制御部が車両に目標ヨーモーメントを加える方法を説明する図である。 本実施形態の車両挙動制御装置に含まれる挙動制御部が車両に目標ヨーモーメントを加える方法を説明する図である。 本実施形態の車両挙動制御装置によって得られる操舵応答性を示すグラフである。

符号の説明

１…車両、３ＦＬ，３ＦＲ,３ＲＬ，３ＲＲ…車輪、５…ハンドル、７…パワーステアリング装置（ステアリング系）、１１…車両挙動制御装置、１３…操舵角センサ、１７…挙動制御部（挙動制御手段）、１９…設定部（設定手段）、α…慣性主軸傾角、δ_Ｈ…操舵角。

Claims (5)

1. 車両に搭載され、前記車両の挙動制御を行う車両挙動制御装置において、
   前記車両におけるハンドルの操舵角を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された操舵角と前記車両の慣性主軸傾角を含む車両データとに基づいて、前記車両に加える目標ヨーモーメントを設定する設定手段と、
   前記設定手段によって設定された目標ヨーモーメントになるよう挙動制御を行う挙動制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 前記設定手段は、前記検出手段によって検出された操舵角と、前記車両のステアリング系における前記操舵角に対する前記車両のヨーレートの操舵応答性を示す第１の伝達関数と、前記目標ヨーモーメントに対する前記車両のヨーレートの応答性を示す第２の伝達関数と、前記操舵角に対する前記車両のヨーレートの目標とする操舵応答性を示す目標伝達関数とを用いて、前記目標ヨーモーメントを設定し、
   前記第１の伝達関数は、前記車両の慣性主軸傾角に依存するデータを含むことを特徴とする請求項１記載の車両挙動制御装置。
3. 前記挙動制御手段は、車両が有する複数の車輪へ伝達する駆動力を制御することにより、前記車両に目標ヨーモーメントを加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両挙動制御装置。
4. 前記挙動制御手段は、車両が有する複数の車輪へ伝達する制動力を制御することにより、前記車両に目標ヨーモーメントを加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両挙動制御装置。
5. 前記挙動制御手段は、車両が有する複数の車輪それぞれに舵角を加えることにより、前記車両に目標ヨーモーメントを加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両挙動制御装置。

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