JP2009079606A

JP2009079606A - 車両挙動安定化装置

Info

Publication number: JP2009079606A
Application number: JP2007247073A
Authority: JP
Inventors: Kohei Mori; 考平森; Koji Fujioka; 宏司藤岡; Toshihide Satake; 敏英佐竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-16

Abstract

【課題】車両挙動の不安定を検出し、駆動力伝達制御手段により原動機から駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させ、駆動輪が発生できるコーナリングフォースを最大限確保することで、アンダーステアを助長したりオーバーステアを誘発したりすることなく、車両挙動を的確に安定化する車両挙動安定化装置を実現する。
【解決手段】車両の挙動不安定を検出する車両挙動不安定検出手段と、原動機出力を制御する原動機制御手段と、前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させる駆動力伝達制御手段とを備え、前記車両挙動不安定検出手段が車両の挙動不安定を検出した際に、前記駆動力伝達制御手段は、前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両挙動を的確に安定化するための車両挙動安定化装置に関するものである。

従来、車両挙動不安定を検出し、原動機制御器による原動機出力低減とトランスミッション制御器による変速比の低速側（原動機１回転当たりの駆動輪回転数が少ない側）への変更（以降、シフトダウンと記載する）を自動的に実施し、車両を減速させることで、車両挙動を安定化する車両挙動安定化装置があった（例えば、特許文献１参照）。

ここで、車両の駆動輪に発生する制駆動力と横力の関係を、タイヤの摩擦円を用いて説明する。図１は、『駆動輪１輪に発生するタイヤと地面の間に働く、水平面内のあらゆる方向の力の合力μＷ』を半径とした円内に、走行中のタイヤに発生する『制駆動力Ｔ』、『コーナリングフォースＦ』のベクトルの関係を示したものである。駆動輪１輪が発生することが可能なタイヤと地面の間に働く、水平面内のあらゆる方向の力の合力は、そのときの垂直荷重Ｗに摩擦係数μをかけた値μＷ以上に発生することはなく、制駆動力ＴとコーナリングフォースＦの最大の発生量は、それらの合力が摩擦円内に収まる範囲の値となる。これを式で表すと式（１）となる（非特許文献１参照）。

式（１）に示されるように、コーナリングフォースＦは、合力μＷと制駆動力Ｔに関係し、合力μＷが一定であると仮定すると、制駆動力Ｔの増加に従ってコーナリングフォースＦが減少することがわかる。

特開２００３−３１２４６５号公報安部正人、「自動車の運動と制御」、２．４．２節（５）、山海堂、ＩＳＢＮ４−３８１−０８８２２−０

しかしながら、特許文献１に示す車両挙動安定化装置では、車両挙動が不安定になった際に、エンジン出力及び変速位置の少なくとも一つを制御し減速を行うことで車両安定化を図っているが、前輪駆動車（ＦＦ車）のように操舵と駆動を前輪で兼ねている車両では、減速を行うため制駆動力Ｔを発生させると、前輪のコーナリングフォースＦが減少し、アンダーステア傾向が助長され、車両の旋回半径が増加することがあった。また、後輪駆動車（ＦＲ車）のように駆動を後輪が行う車両においても、後輪のコーナリングフォースＦが減少することでオーバーステアを誘発することがあった。

この発明はこのような問題を解決するものであり、車両挙動の不安定を検出し、駆動力伝達制御手段により原動機から駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させ、駆動輪が発生できるコーナリングフォースを最大限確保することで、アンダーステアを助長したりオーバーステアを誘発したりすることなく、車両挙動を的確に安定化する車両挙動安定化装置を実現するものである。

この発明に係る車両挙動安定化装置は、車両の挙動不安定を検出する車両挙動不安定検出手段と、原動機出力を制御する原動機制御手段と、前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させる駆動力伝達制御手段とを備え、前記車両挙動不安定検出手段が車両の挙動不安定を検出した際に、前記駆動力伝達制御手段は、前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させるものである。

この発明によれば、車両挙動不安定検出手段が、車両の挙動不安定を検出した際に、動力伝達制御手段は、原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させることで、駆動輪のコーナリングフォースを最大限確保するため、アンダーステアを助長したりオーバーステアを誘発したりすることなく、車両挙動を的確に安定化することができる。

以下、この発明の各実施の形態に係る車両挙動安定化装置を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１に係る車両挙動安定化装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る車両挙動安定化装置は、車両の挙動不安定を検出する車両挙動不安定検出手段としての電動パワーステアリング制御器２０１と、原動機出力を制御する原動機制御器２０２と、原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶する駆動力伝達制御手段としての変速機構２０３とを備えており、これら構成は、例えばＣＡＮのような通信バスに接続されており、互いにメッセージ通信を行えるようになっている。

次に、本実施の形態１に係る車両挙動安定化装置の動作を説明する。本実施の形態１に係る車両挙動安定化装置は、電動パワーステアリング制御器２０１が車両挙動不安定（ここではアンダーステアとする）を検出した場合に、変速機構２０３をニュートラルシフトポジションにすることで、原動機制御器２０２から駆動輪への駆動力伝達を途絶するものである。以下に、それぞれの制御構成の詳細について説明する。

まず始めに、電動パワーステアリング制御器２０１の詳細を説明する。図３は、本実施の形態１における電動パワーステアリング制御器２０１の詳細構成図である。なお、ここではアンダーステア検出に関する部分を示し、操舵アシストトルク制御に関する部分は一般的であるので省略する。図３に示すように、電動パワーステアリング制御器２０１は、操舵角センサ３０１、車速センサ３０２、操舵トルクセンサ３０３、モータ電流センサ３０４及びモータ回転速度センサ３０５からなる各種センサと、規範路面反力トルク演算器３０６、推定路面反力トルク演算器３０７及びアンダーステア判定器３０８からなる演算処理部を備えている。

ここで、操舵角センサ３０１、車速センサ３０２、操舵トルクセンサ３０３、モータ電流センサ３０４及びモータ回転速度センサ３０５は、電動パワーステアリング装置を含む車両の操舵系（図示せず）に関連して設けられている。操舵角センサ３０１は、車両のハンドル（図示せず）の操舵角θｈを検出し、車速センサ３０２は、車両の車速Ｖを検出し、操舵トルクセンサ３０３は、ドライバによりハンドルに印加される操舵トルクＴｓを検出する。モータ電流センサ３０４は、電動パワーステアリング用の電動モータ（図示せず）に流れるモータ電流Ｉmtrを検出し、モータ回転速度センサ３０５は、電動パワーステアリング用の電動モータのモータ回転速度ωmtrを検出する。

操舵角センサ３０１及び車速センサ３０２からの操舵角θｈ及び車速Ｖは、規範路面反力トルク演算器３０６に入力される。また、車速センサ３０２、操舵トルクセンサ３０３、モータ電流センサ３０４及びモータ回転速度センサ３０５からの車速Ｖ、操舵トルクＴｓ、モータ電流Ｉmtr及びモータ回転速度ωmtrは、推定路面反力トルク演算器３０７に入力される。

規範路面反力トルク演算器３０６は、操舵角θｈ及び車速Ｖに基づいて、規範路面反力トルクＴalign_refを演算してアンダーステア判定器３０８に入力する。一方、推定路面反力トルク演算器３０７は、操舵トルクＴｓ、モータ電流Ｉmtr、モータ回転速度ωmtr及び車速Ｖに基づいて、推定路面反力トルクＴalign_estを演算して、アンダーステア判定器３０８に入力する。なお、路面反力トルクとは、ハンドルを操舵した際に、タイヤを直進方向に戻そうとするトルクである。

アンダーステア判定器３０８は、規範路面反力トルクＴalign_refと推定路面反力トルクＴalign_estとに基づいて、車両がアンダーステアであるか否かを判定する。

電動パワーステアリング制御器２０１の動作フローを図４に示す。電動パワーステアリング制御器２０１は、図４の動作フローを周期的に繰り返すものである。まず、操舵角センサ３０１により操舵角θｈを検出し（Ｓ４０１）、車速センサ３０２により車速Ｖを検出し（Ｓ４０２）、操舵トルクセンサ３０３により操舵トルクＴｓを検出し（Ｓ４０３）、モータ電流センサ３０４によりモータ電流Ｉmtrを検出し（Ｓ４０４）、モータ回転速度センサ３０５によりモータ回転速度ωmtrを検出する（Ｓ４０５）。

次に、規範路面反力トルク演算器３０６は、操舵角θｈ及び車速Ｖに基づいて、以下の式（２）のように、規範路面反力トルクＴalign_refを演算する（Ｓ４０６）。

ただし、式（２）において、Ｋalignは、路面反力トルクが飽和しない走行領域での、操舵角θｈに対する路面反力トルクの比率であり、車両ごとに固有の値である。また、この比率Ｋalignの値は、車速によっても異なるので、あらかじめ各車速に対応したテーブル値として求めておくものとする。

次に、推定路面反力トルク演算器３０７は、操舵トルクＴｓ、モータ電流Ｉmtr、モータ回転速度ωmtr及び車速Ｖに基づいて推定路面反力トルクＴalign_estを演算する（Ｓ４０７）。推定路面反力トルクＴalign_estの具体的な演算処理については、ここでは省略するが、例えば、特許第３３５３７７０号公報、特開２００３−３１２５２１号公報及び特開２００５−３２４７３７号公報などに示される公知の手法を用いることができる。

次に、アンダーステア判定器３０８は、規範路面反力トルクＴalign_refと推定路面反力トルクＴalign_estとの偏差に基づいて、以下の式（３）のように、アンダーステア度ＵＳ_Indexを演算する（Ｓ４０８）。

式（３）から求まるアンダーステア度ＵＳ_Indexは、値が大きいほど、車両のアンダーステアが強いことを示している。

ここで、図５の説明図を参照しながら、操舵角θｈ及びアンダーステア状態と、規範路面反力トルクＴalign_ref、路面反力トルク及びヨーレートとの関係について説明する。図５は、低摩擦係数路面での一定車速走行において、操舵角θｈを０から増加させていった際の、規範ヨーレートと実ヨーレートとの関係（上段参照）と、規範路面反力トルクＴalign_refと路面反力トルクとの関係（下段参照）とを示している。

図５において、操舵角θｈを増加させていくと、規範路面反力トルクＴalign_ref及び規範ヨーレート（実線参照）は、操舵角θｈの増大とともに線形に増大していく。一方、路面反力トルク（２点鎖線参照）は、操舵角θｈが第１の操舵角θｈ１以上の領域では、規範路面反力トルクＴalign_refの値から離れて飽和し、両トルク間の偏差が大きくなっていく。

さらに操舵角θｈが増加して、第２の操舵角θｈ２（＞θｈ１）以上の領域になると、実ヨーレート（１点鎖線参照）が規範ヨーレートの値から離れて飽和し、両ヨーレート間の偏差が大きくなっていく。すなわち、操舵角θｈが増加するほど、アンダーステア度ＵＳ_Indexが高くなり、車両のアンダーステアが強くなっていく。

なお、路面反力トルクの飽和は、実ヨーレートの飽和よりも「θｈ２−θｈ１」だけ早期に発生するが、このことは、例えば「中島ほか、A Veｈiclestate Detection Method Based on Estimated Aligning Torque using EPS, 05AC−46, 2005 SAE」などから知られており、この発明では、この現象を用いてアンダーステア度を検出する。なお、路面反力トルクの飽和メカニズムに関しては、特許文献１の段落０００６〜０００９にも記載されているので省略する（本明細書における路面反力トルクは特許文献１記載のセルフアライニングトルクと同じである）。

アンダーステア判定器３０８においては、前記アンダーステア度ＵＳ_Indexが所定のしきい値Ｔｈ_usを越えるか否かによって、アンダーステアであるか否かを判定し（Ｓ４０９）、アンダーステア判定結果を変速機構２０３に送信し（Ｓ４１０、Ｓ４１１）、今回の処理を終了する。

次に、変速機構２０３の詳細を説明する。変速機構２０３は、ニュートラルシフトポジションを有する自動変速機であれば、有段変速機及び無段変速機等の種類は問わない。本実施の形態１において、変速機構２０３は、ニュートラルシフトポジションを有する有段変速機とする。なお、ニュートラルシフトポジションとは、原動機出力を駆動輪に伝えないようにするため変速機構に用意されたモードのことであり、一般的に『クラッチを完全に切り離す』若しくは『変速用ギアの勘合を非締結状態とする』等により、入力軸と出力軸の動力伝達系を物理的に切り離すことで実現する。また、このような変速機構２０３の構成については、一般的であるので省略する。

変速機構２０３は、図６の動作フローを周期的に繰り返すものである。まず、電動パワーステアリング制御器２０１から送信されるアンダーステア判定結果を受信する（Ｓ６０１）。その判定結果を確認し（Ｓ６０２）、アンダーステアでない場合は、通常処理（原動機出力及び車速等に基づく自動変速制御、またはドライバによるシフト操作に基づく変速制御）を実施し（Ｓ６０３）、今回の処理を終了する。

一方、アンダーステアである場合は、駆動輪のコーナリングフォースを最大限確保するため、変速機構をニュートラルシフトポジションにし（Ｓ６０４）、今回の処理を終了する。

このように、本実施の形態１では、車両挙動不安定時に原動機から駆動輪への駆動力伝達を途絶し、駆動輪が発生できるコーナリングフォースを最大限確保するので、アンダーステアを助長したりオーバーステアを誘発したりすることなく、車両挙動を的確に安定化する車両挙動安定化装置を得ることができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る車両挙動安定化装置の構成を示すブロック図である。図７に示す実施の形態２は、実施の形態１において変速機構２０３を用いて原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶していたのに対し、駆動力伝達機構７０３を用いて駆動力伝達比率を低下させる構成としたものである。その他については実施の形態１と同じである。

すなわち、図７に示す実施の形態２に係る車両挙動安定化装置は、電動パワーステアリング制御器２０１と、原動機制御器２０２と、原動機出力の駆動輪への駆動力伝達比率を低下させる駆動力伝達制御手段としての駆動力伝達機構７０３とを備え、これらの制御構成は、例えばＣＡＮのような通信バスに接続されており、互いにメッセージ通信を行えるようになっている。

次に、本実施の形態２に係る車両挙動安定化装置の動作を説明する。本実施の形態２に係る車両挙動安定化装置は、電動パワーステアリング制御器２０１が車両挙動不安定（ここではアンダーステアとする）を検出した場合に、駆動力伝達機構７０３において、原動機制御器２０２から駆動輪への駆動力伝達比率を低下させるものである。電動パワーステアリング制御器２０１の構成及び動作フローは実施の形態１と同一であるため説明を省略する。また、電動パワーステアリング制御器２０１によるアンダーステア検出についても同様に省略する。

ここで、駆動力伝達機構７０３の詳細を説明する。駆動力伝達機構７０３は、クラッチを有する駆動力伝達機構であれば、その種類は問わない。本実施の形態２において、駆動力伝達機構７０３は、クラッチ機構を備えた無段変速機とする。なお、このような駆動力伝達機構７０３の構成については、一般的であるので省略する。

駆動力伝達機構７０３は、図８の動作フローを周期的に繰り返すものである。電動パワーステアリング制御器２０１から送信されるアンダーステア判定結果を受信する（Ｓ８０１）。その判定結果を確認し（Ｓ８０２）、アンダーステアでない場合は、通常処理（原動機出力及び車速等に基づくクラッチ制御）を実施し（Ｓ８０３）、今回の処理を終了する。

一方、アンダーステアである場合は、駆動輪のコーナリングフォースを最大限確保するために、駆動力伝達機構の駆動力伝達比率を低下させる（Ｓ８０４）。ここでは、図１における駆動輪１輪が発生する制駆動力Ｔがほぼ０となるよう駆動力伝達比率を低下させる。以上で、今回の処理を終了する。

このように、本実施の形態２では、車両挙動不安定時に原動機出力の駆動輪への駆動力伝達比率を低下させ、駆動輪が発生できるコーナリングフォースを最大限確保するので、アンダーステアを助長したりオーバーステアを誘発したりすることなく、車両挙動を的確に安定化する車両挙動安定化装置を得ることができる。

なお、本実施の形態２において、駆動力伝達機構７０３としてクラッチ機構を備えた無段変速機を用いたが、これに限るものでなく、例えば、４輪駆動車の駆動モード切り替え（４輪駆動・２輪駆動の切り替え）に使われる、クラッチ機構を備えた前後軸の動力配分機構であっても同様の効果が得られる。

また、実施の形態１及び２においては、アンダーステアを検出するために、推定路面反力トルクと規範路面反力トルクとを演算し、その偏差の絶対値をアンダーステア度ＵＳ_Indexとして、これが所定の値を超えた場合にアンダーステアと判定したが、推定路面反力トルクに基づいたアンダーステアの判定方法はこれに限るものではなく、例えば、本実施の形態と同様に演算した推定路面反力トルクを、微分して『推定路面反力トルクの変化率Ｔalign_rate_est』を求め、また、式（４）で『路面反力トルクの規範変化率Ｔalign_rate_ref』を演算し、式（５）をアンダーステア度ＵＳ_Indexとすれば、本実施の形態と同様、路面反力トルクの飽和現象に基づいてアンダーステアを検出することができる（路面反力トルクの飽和時は、路面反力トルクの規範変化率Ｔalign_rate_refと推定路面反力トルクの変化率Ｔalign_rate_estに差異が生じるため）。なお、この方法であれば、操舵角センサ３０１は不要であり、車両挙動安定化装置の製作コストが低減できる。

ωｈ：ハンドル操舵速度（モータ回転速度ωmtrにギア比を乗じたもの）

また、実施の形態１及び２においては、電動パワーステアリング制御器の情報を基にアンダーステアを検出する例を示したが、車両挙動不安定の検出手法は、他の公知の手法でもよく、例えば、特開平６−９９８００号公報に示されるように、ハンドル角と車速から演算する規範ヨーレートと、ヨーレートセンサで検出する実ヨーレートを比較してアンダーステアやオーバーステアを検出する手法が知られている。

なお、実施の形態２では、駆動力伝達制御手段としてクラッチを有する駆動力伝達機構７０３を用い、車両挙動不安定検出時にクラッチを使用することで駆動力伝達比率を低下させているが、クラッチを使用して実施の形態１のように駆動力を途絶することもできる。

また、実施の形態１及び２において、車両挙動不安定検出時に、駆動力伝達制御手段において原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させると同時に、原動機出力を低下させる等の原動機出力制御を組み合わせてもよい。

この発明の車両挙動安定化装置の効果を説明する上で必要な、背景課題である車両の駆動輪に発生する制駆動力と横力の関係を示した図である。この発明の実施の形態１に係る車両挙動安定化装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御器の構成図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御器の動作フロー図である。この発明の形態１による操舵角と規範路面反力トルク、路面反力トルク、ヨーレート、アンダーステアの関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る変速機構の動作フロー図である。この発明の実施の形態２に係る車両挙動安定化装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に係る駆動力伝達機構の動作フロー図である。

符号の説明

２０１電動パワーステアリング制御器、２０２原動機制御器、２０３変速機構（駆動力伝達制御手段）、３０１操舵角センサ、３０２車速センサ、３０３操舵トルクセンサ、３０４モータ電流センサ、３０５モータ回転速度センサ、３０６規範路面反力トルク演算器、３０７推定路面反力トルク演算器、３０８アンダーステア判定器、７０３駆動力伝達機構（駆動力伝達制御手段）。

Claims

車両の挙動不安定を検出する車両挙動不安定検出手段と、
原動機出力を制御する原動機制御手段と、
前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶する駆動力伝達制御手段と
を備え、
前記車両挙動不安定検出手段が車両の挙動不安定を検出した際に、前記駆動力伝達制御手段は、前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達を途絶する
ことを特徴とする車両挙動安定化装置。
車両の挙動不安定を検出する車両挙動不安定検出手段と、
原動機出力を制御する原動機制御手段と、
前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達比率を低下させる駆動力伝達制御手段と
を備え、
前記車両挙動不安定検出手段が車両の挙動不安定を検出した際に、前記駆動力伝達制御手段は、前記原動機出力の駆動輪への駆動力伝達比率を低下させる
ことを特徴とする車両挙動安定化装置。
請求項１に記載の車両挙動安定化装置において、
前記駆動力伝達制御手段は、ニュートラルシフトポジションを有する変速機構であって、前記ニュートラルシフトポジションを使用することで駆動力伝達を途絶する
ことを特徴とする車両挙動安定化装置。
請求項１または２に記載の車両挙動安定化装置において、
前記駆動力伝達制御手段は、クラッチを有する駆動力伝達機構であって、前記クラッチを使用することで駆動力伝達を途絶、または駆動力伝達比率を低下させる
ことを特徴とする車両挙動安定化装置。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の車両挙動安定化装置において、
前記車両挙動不安定検出手段は、
車速を検出する車速検出手段と、
ドライバの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
ドライバの操舵力をアシストする電動モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
前記車速、前記操舵トルク、前記モータ電流及び前記回転速度に基づいて推定路面反力トルクを演算する推定路面反力トルク演算手段と
を備え、前記推定路面反力トルク演算手段の出力に基づいて車両の挙動不安定を検出する
ことを特徴とする車両挙動安定化装置。