JP2010162911A - Motion control device for vehicle - Google Patents
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- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、車両の運動制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle motion control apparatus.
ハンドル操作に連係した加減速を自動的に行うための指令値として、次の式が知られている(例えば非特許文献1参照)。 The following equation is known as a command value for automatically performing acceleration / deceleration linked to the steering wheel operation (see, for example, Non-Patent Document 1).
基本的に横加加速度GyにゲインCxyを掛け、一次遅れを付与した値を前後加減速指令にするというシンプルな制御則である。これによりエキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部が模擬できること確認されている(例えば非特許文献2参照)。この式のGx_DCは横運動に連係していない減速度成分である。前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。また、sgn(シグナム)項は、右コーナー,左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると(横加加速度がゼロとなるので)減速を停止し、操舵戻し開始時のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。 Basically, this is a simple control law in which the lateral jerk Gy is multiplied by the gain Cxy and a value obtained by adding a first-order delay is used as a longitudinal acceleration / deceleration command. As a result, it has been confirmed that a part of the linkage control strategy for the lateral and longitudinal movement of the expert driver can be simulated (see, for example, Non-Patent Document 2). Gx_DC in this equation is a deceleration component not linked to the lateral motion. This term is required when there is a foreseeable deceleration when there is a corner ahead or when there is a section speed command. The sgn (signum) term is a term provided so that the above operation can be obtained for both the right corner and the left corner. Specifically, the vehicle decelerates when turning in at the start of steering, and can stop when decelerating (because the lateral jerk becomes zero), and can perform an operation of accelerating when exiting the corner at the start of steering return.
このように制御されると、前後加速度と横加速度の合成加速度(Gと表記)が、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように方向付けられる(Vectoring)のため、「G−Vectoring制御」と呼ばれている。 When controlled in this way, the combined acceleration of longitudinal acceleration and lateral acceleration (denoted as G) is a diagram in which the horizontal axis represents the longitudinal acceleration of the vehicle and the vertical axis represents the lateral acceleration of the vehicle. Since it is directed to make a transition (Vectoring), it is called “G-Vectoring control”.
また、限界運転領域での安全性能向上のための横滑り防止装置については、車両横滑り角βと車両横滑り角速度(β_dot)の位相平面でβとβ_dotの符号が同じ(第I,III象限)で原点から離れている領域に車両挙動が遷移していくと不安定(発散方向)であるので、横滑り防止装置の起動のための判断に用いると効果的であると報告されている(例えば非特許文献3参照)。横滑り情報に基づいて左右の輪に異なるブレーキ油圧を作用させて、左右異なる減速力を発生させ、横滑り角が小さくなる方向にヨーモーメントを発生させることにより、車両を安定化させることが開示されている。 In addition, the skid prevention device for improving the safety performance in the marginal driving region is the origin of the same sign of β and β_dot (first and third quadrants) on the phase plane of the vehicle skid angle β and the vehicle skid angular velocity (β_dot). Since it is unstable (divergence direction) when the vehicle behavior transitions to a region away from the vehicle, it is reported that it is effective when used for the determination for starting the skid prevention device (for example, non-patent document) 3). It is disclosed that the vehicle is stabilized by applying different brake hydraulic pressures to the left and right wheels based on the side slip information, generating different left and right deceleration forces, and generating a yaw moment in a direction in which the side slip angle is reduced. Yes.
非特許文献1及び非特許文献2には、この制御手法がエキスパートドライバが随意に行うステア動作に応じたブレーキ,アクセル動作から抽出したものであり、通常領域から自動的に介入しても違和感が少ない可能性があるとともに、この制御手法の力学的な合理性、操縦性と安定性の向上がシミュレーション結果として示されている。これはドライバのステア動作に対して車両の挙動が適切に応答するように連係して加減速が制御されるので、結果として車両の横滑り角が大きくなることを防ぐことができるということである。特に操舵に対して旋回半径が大きくなりすぎてしまう、いわゆる「アンダーステア」を低減するのに効果的である。
In
一方、この制御は、何らかの理由で横滑り角が大きくなってしまったときに、確実にそれを低減することを補償するものではない。たとえば、横滑り角が大きくなったドリフト状態で車両横運動が安定すると、横加速度が一定となり、横加加速度がゼロとなる。結果として数式1で示される加減速制御指令はゼロとなり、車両ドリフトしたままで安定状態となる。力学的には安定でも、すべてのドライバに違和感のない運転を実現しているという保証はない。
On the other hand, this control does not compensate for reliably reducing the skid angle when the skid angle increases for some reason. For example, when the lateral movement of the vehicle is stabilized in the drift state in which the side slip angle is increased, the lateral acceleration becomes constant and the lateral jerk becomes zero. As a result, the acceleration / deceleration control command expressed by
また、非特許文献3に記載されている横滑り防止装置は横滑り情報に基づいて稼動されるが、横滑りが発生していない、あるいは小さい日常領域からの稼動についての指針は示されていない。さらに「G−Vectoring制御」が得意とする「アンダーステア」防止という観点からは、「横滑り防止装置」は、横滑りがある程度大きく発生してから初めてモーメントが入るということになる。このため制御が後手にまわりがちで、アンダーステアを低減させるために大きなモーメントが必要となってしまう。結果的に、アンダーステア低減効果が少なくなってしまうとともに、必要以上の減速で、違和感を生じさせることが懸念される。
Moreover, although the skid prevention apparatus described in the
また、横滑り防止装置がヨーモーメントを発生させるときに発生する減速度に対する配慮はされておらず、発生しようとするモーメントが、まず決定され、左右制動力の合力により車両の加減速が決定されてしまう。これでは横運動と連係した加減速とは言いきれない。 Also, no consideration is given to the deceleration that occurs when the skid prevention device generates a yaw moment, the moment to be generated is first determined, and the acceleration / deceleration of the vehicle is determined by the resultant force of the left and right braking force. End up. This cannot be said to be acceleration / deceleration linked with lateral movement.
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and automatically performs acceleration / deceleration linked to the steering operation operated from the daily operation area, thereby reliably reducing the side slip in the limit operation area. An object of the present invention is to provide a vehicle motion control device that can improve safety performance with less discomfort.
本発明の一つは、四輪の駆動力,制動力を独立に制御可能な車両の運動制御装置において、車両の横運動に連係した加減速制御指令に基づいて、四輪のうちの左右輪に略同一の制駆動力を発生する第1のモードと、車両の横滑り情報から算出したヨーモーメント制御指令に基づいて、四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する第2のモードと、を有し、ヨーモーメント指令が所定値よりも小さいときは第1のモードを選択し、ヨーモーメント指令が所定値よりも大きいときは第2のモードを選択する車両の運動制御装置である。 One aspect of the present invention is a vehicle motion control apparatus capable of independently controlling the driving force and braking force of four wheels, and based on an acceleration / deceleration control command linked to the lateral motion of the vehicle, A first mode for generating substantially the same braking / driving force, and a second mode for generating different braking / driving forces for the left and right wheels of the four wheels based on the yaw moment control command calculated from the side slip information of the vehicle. The vehicle motion control device selects the first mode when the yaw moment command is smaller than a predetermined value and selects the second mode when the yaw moment command is larger than the predetermined value. .
本発明によれば、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする車両の運動制御装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motion control apparatus of the vehicle which has little discomfort and can improve safety performance can be provided.
以下、本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域での安全性能向上を図るための技術および装置に関するものである。 Embodiments of the present invention will be described below. The present embodiment relates to a technique and an apparatus for automatically performing acceleration / deceleration linked with a steering operation operated from a daily operation area and improving safety performance in a limit operation area.
本実施形態は、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を提供することを目的とする。 In this embodiment, a technology and an apparatus that automatically improve acceleration / deceleration linked to a steering operation that operates from a daily operation area and reliably reduce skid in a limit operation area, and that can improve safety performance. The purpose is to provide.
そのために、日常領域から働く「G−Vectoring制御」と限界領域で働く「横滑り防止装置」の融合と非干渉化が必要となる。 For this purpose, it is necessary to fuse and decouple the “G-Vectoring control” that works from the daily field and the “side skid prevention device” that works in the limit field.
車両運動を平面上の運動として考えると、A.前後運動,B.横運動、そして重心点廻りの回転、すなわちC.ヨーイング運動で記述できる。 Considering vehicle motion as motion on a plane, Back-and-forth motion; Lateral motion and rotation around the center of gravity, ie C.I. Can be described by yawing movement.
横運動に連係した加減速を実現する「G−Vectoring制御」は、A.前後方向の加減速を制御するものであり、直接的にはC.ヨーイングモーメントを制御するものではない。すなわちヨーイングモーメントに関しては、「任意」であり自由度を有する。 “G-Vectoring control” that realizes acceleration / deceleration linked to lateral motion is It controls acceleration / deceleration in the front-rear direction. It does not control the yawing moment. In other words, the yawing moment is “arbitrary” and has a degree of freedom.
また、「横滑り防止装置」は直接C.ヨーモーメントを制御するものであり、A.前後方向の加減速を制御するものではない。すなわち、前後加減速度については「任意」であり自由度を有する。 In addition, the “skid prevention device” is a direct C.I. Controls the yaw moment. It does not control longitudinal acceleration / deceleration. That is, the longitudinal acceleration / deceleration is “arbitrary” and has a degree of freedom.
したがって、これらの制御の融合を実現するためには、「G−Vectoring制御」が決定する横運動に連係した加減速指令に従ってA.前後加速度を制御し、「横滑り防止制御装置」が決定するヨーモーメント指令に従ってC.ヨーイングモーメントを制御すればよい。 Therefore, in order to realize the fusion of these controls, the A.D. The longitudinal acceleration is controlled, and the C.I. The yawing moment may be controlled.
具体的には、以下のような2つのモードをもつように装置を構成する。
1)横滑りが顕著ではない通常領域においては、「G−Vectoring制御」指令に基づいて、左右輪に略同一の制動・駆動力を発生させる(第1のモード)。
2)横滑りが大きくなって、「横滑り防止制御」が決定するヨーモーメント指令により左右異なる制動・駆動力を発生させる(第2のモード)。
Specifically, the apparatus is configured to have the following two modes.
1) In a normal region where skidding is not significant, substantially the same braking / driving force is generated on the left and right wheels based on the “G-Vectoring control” command (first mode).
2) The skid increases and the braking / driving force different from the left and right is generated by the yaw moment command determined by the “slip prevention control” (second mode).
そして、第2のモードの状態となった場合に、例えば四輪の制動・駆動力により発生する前後加速度が、「G−Vectoring制御」にて決定される前後加速度指令と異なる場合は、その差分加速度を発生させるために車両に加えるべき制動・駆動力を算出し、それを等配分したものを左右輪に足し合わせればよい。これにより指令されたヨーイングモーメントを保ちながら、指令された加減速を実現することができる(2つの制御の融合と非干渉化の実現)。 If the longitudinal acceleration generated by the braking / driving force of the four wheels is different from the longitudinal acceleration command determined by the “G-Vectoring control” in the second mode, for example, the difference What is necessary is just to calculate the braking / driving force to be applied to the vehicle in order to generate the acceleration, and add the equally distributed values to the left and right wheels. As a result, the commanded acceleration / deceleration can be realized while maintaining the commanded yawing moment (the fusion of the two controls and the non-interference).
また、例えば二輪駆動の場合、あるいは、ブレーキ制御のみで、ヨーモーメントを制御する場合、所望の駆動力を発生できない場合もありうる。この場合は、「横滑り防止制御」を優先させ、確実にモーメントを発生させ、安全性の確保を図る構成とする。 Further, for example, in the case of two-wheel drive, or when the yaw moment is controlled only by brake control, a desired driving force may not be generated. In this case, “side skid prevention control” is given priority, and a moment is surely generated to ensure safety.
これにより、通常運転領域でメリットのあるハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を実現できる。 As a result, the technology and equipment that automatically improve acceleration and deceleration linked to the steering operation that has merit in the normal operation area, and reliably reduce the skid in the limit operation area, and improve safety performance. realizable.
図1に、本発明の第一実施例の全体構成を示す。 FIG. 1 shows the overall configuration of the first embodiment of the present invention.
本実施例において車両0はいわゆるバイワイヤシステムで構成され、ドライバと操舵機構,加速機構,減速機構の間に機械的な結合は無い。
In this embodiment, the
<駆動>
車両0はモータ1により左後輪63,右後輪64を駆動するとともに、左前輪モータ121で左前輪61を、右前輪モータ122で右前輪62を駆動する四輪駆動車(All Wheel Drive:AWD車)である。モータ1に連接して、モータのトルクを左右輪に自由に配分することが可能な駆動力配分機構2が装着されている。ここで、特に電気モータや内燃機関などの動力源の差異は問わない。本実施形態を示す、最も好適な例として、また、あとで示す四輪独立ブレーキと組み合わせることにより、四輪の駆動力および制動力を自由に制御できるような構成となっている。以下、詳細に構成を示していく。
<Drive>
The
左前輪61,右前輪62,左後輪63,右後輪64には、それぞれブレーキロータ,車輪速検出用ロータと、車両側に車輪速ピックアップが搭載され、各輪の車輪速が検出できる構成となっている。そして、ドライバのアクセルペダル10の踏み込み量は、アクセルポジションセンサ31により検出され、ペダルコントローラ48を経て、中央コントローラ40で演算処理される。この演算処理の中には本実施形態の目的としての「横滑り防止制御」に応じたトルク分配情報も含まれている。そしてパワートレインコントローラ46は、この量に応じて、モータ1,左前輪モータ121,右前輪モータ122の出力を制御する。また、モータ1の出力はパワートレインコントローラ46により制御される駆動力配分機構2を経由し、最適な比率にて左後輪63,右後輪64に分配される。
The
アクセルペダル10にはまた、アクセル反力モータ51が接続され、中央コントローラ40の演算指令に基づき、ペダルコントローラ48により、反力制御される。
An accelerator reaction force motor 51 is also connected to the
<制動>
左前輪51,右前輪52,左後輪53,右後輪54には、それぞれブレーキロータが配備され、車体側にはこのブレーキロータをパッド(図示せず)で挟み込むことにより車輪を減速させるキャリパーが搭載されている。キャリパーは油圧式、あるいはキャリパー毎に電機モータを有する電機式である。
<Braking>
The left front wheel 51, the
それぞれのキャリパーは、基本的には中央コントローラ40の演算指令に基づき、ブレーキコントローラ451(前輪用),452(後輪用)により制御される。
Each caliper is basically controlled by a brake controller 451 (for front wheels) and 452 (for rear wheels) based on a calculation command from the
ブレーキペダル11にはまた、ブレーキ反力モータ52が接続され、中央コントローラ40の演算指令に基づき、ペダルコントローラ48により、反力制御される。
A brake
<制動・駆動の統合制御>
本実施形態においては、横滑り角情報に基づいて左右輪に異なる制動力や駆動力を発生させることになるが、ヨーモーメントとして寄与するのは左右の制動力あるいは駆動力の差分である。したがってこの差分を実現するために片側は駆動して、反対側を制動するなどの通常とは異なる動作もありうる。このような状況での統合制御指令は中央コントローラ40が統合的に指令を決定し、ブレーキコントローラ451(前輪用),452(後輪用),パワートレインコントローラ46,モータ1,駆動力配分機構2を介して適切に制御される。
<Integrated control of braking and driving>
In the present embodiment, different braking force and driving force are generated in the left and right wheels based on the side slip angle information, but it is the difference between the left and right braking force or driving force that contributes as the yaw moment. Therefore, in order to realize this difference, there may be a different operation such as driving one side and braking the other side. In such a situation, the
<操舵>
車両0の操舵系はドライバの舵角とタイヤ切れ角の間に機械的な結合の無い、ステアバイワイヤ構造となっている。内部に舵角センサ(図示せず)を含むパワーステアリング7とステアリング16とドライバ舵角センサ33とステアリングコントローラ44で構成されている。ドライバのステアリング16の操舵量は、ドライバ舵角センサ33により検出され、ステアリングコントローラ44を経て、中央コントローラ40で演算処理される。そしてステアリングコントローラ44はこの量に応じて、フロントパワーステアリング7、リアパワーステアリング8を制御する。
<Steering>
The steering system of the
ステアリング16にはまた、ステア反力モータ53が接続され、中央コントローラ40の演算指令に基づき、ステアリングコントローラ44により、反力制御される。
A steering
ドライバのブレーキペダル11の踏み込み量は、ブレーキペダルポジションセンサ32により検出され、ペダルコントローラ48を経て、中央コントローラ40で演算処理される。
The depression amount of the brake pedal 11 of the driver is detected by the brake
<センサ>
つぎに本実施形態の運動センサ群について述べる。本実施形態における車両の運動を計測するセンサについては、絶対車速計,ヨーレイトセンサ、加速度センサなどを搭載している。これに加え、車速,ヨーレイトについては車輪速センサによる推定,ヨーレイト,横加速度については、車速と操舵角と車両運動モデルを用いた推定などを同時に行っている。
<Sensor>
Next, the motion sensor group of this embodiment will be described. The sensor for measuring the movement of the vehicle in this embodiment is equipped with an absolute vehicle speedometer, a yaw rate sensor, an acceleration sensor, and the like. In addition, vehicle speed and yaw rate are estimated by a wheel speed sensor, and yaw rate and lateral acceleration are estimated simultaneously using a vehicle speed, a steering angle, and a vehicle motion model.
車両0にはミリ波対地車速センサ70が搭載されており、前後方向の速度Vxと横方向の速度Vyは、独立して検出可能である。また、ブレーキコントローラ451,452には前出したように各輪の車輪速が入力されている。これら4輪の車輪速より前輪(非駆動輪)の車輪速を平均処理することにより絶対車速を推定することができる。本実施形態においては、特開平5−16789号公報で開示されている方法を用い、この車輪速および車両前後方向の加速度を検出する加速度センサの信号を加えることにより四輪同時に車輪速度が落ち込む場合でも、絶対車速(Vx)を正確に測定するように構成されている。また前輪(非駆動輪)の左右輪速度の差分をとることにより車体のヨーレイトを推定するような構成も内包しており、センシング信号のロバスト性の向上を図っている。そしてこれらの信号は中央コントローラ40内にて、共有情報として、常にモニタリングされている。推定絶対車速は、ミリ波対地車速センサ70の信号と比較・参照されいずれかの信号に不具合が生じたときにお互いに補完しあうように構成されている。
The
図1に示すように、横加速度センサ21と前後加速度センサ22およびヨーレイトセンサ38は、重心点近辺に配置されている。また夫々の加速度センサの出力を微分して加加速度情報を得る、微分回路23,24が搭載されている。さらにヨーレイトセンサ38のセンサ出力を微分してヨー角加速度信号を得るための微分回路25が搭載されている。本実施例では微分回路の存在を明確化するために各センサに設置しているように図示したが、実際は中央コトローラ40に直接加速度信号を入力して各種演算処理をしてから微分処理をしてもよい。したがって、先の車輪速センサから推定されたヨーレイトを用い中央コントローラ40内で微分処理をして車体のヨー角加速度を得ても良い。
As shown in FIG. 1, the
また、加加速度を得るために、加速度センサと微分回路を利用しているが、特願2002−39435号公報で開示されている加加速度センサを用いても良い。 In order to obtain jerk, an acceleration sensor and a differentiation circuit are used. However, a jerk sensor disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-39435 may be used.
また、本実施例においては、横加速度,横加加速度を推定する方法も採用している。 In this embodiment, a method for estimating lateral acceleration and lateral jerk is also employed.
図2を用いて、操舵角δから横加速度推定値Gyeと横加加速度推定値Gyeを推定する方法について述べる。 A method of estimating the lateral acceleration estimated value Gye and the lateral jerk estimated value Gye from the steering angle δ will be described with reference to FIG.
まず車両横運動モデルにおいて、操舵角δ[deg]と車両速度V[m/s]を入力として、動的特性を省略した定常円旋回時のヨーレイトrを算出する。 First, in the vehicle lateral movement model, the steering angle δ [deg] and the vehicle speed V [m / s] are input, and the yaw rate r at the time of steady circle turning without dynamic characteristics is calculated.
この式において、スタビリティファクタA,ホイールベースlは車両固有のパラメータであり、実験的に求めた固定値である。また、横加速度Gyは以下の式で表される。 In this equation, stability factor A and wheelbase l are parameters specific to the vehicle, and are fixed values obtained experimentally. Further, the lateral acceleration Gy is expressed by the following equation.
βは車両の横すべり角変化速度であるが、タイヤ力の線形範囲内の運動であり小さいとして省略する。以上のようにヨーレイトrと車速Vを乗じて、横加速度Gyを算出する。この横加速度は低周波領域では応答遅れ特性を有する車両の動的特性を考慮していない。これは以下の理由による。車両の横加加速度情報Gyを得るためには横加速度Gyを離散時間微分する必要がある。この際に信号のノイズ成分が増強される。この信号を制御に用いるためにはローパスフィルター(LPF)を通す必要があるが、これは位相遅れを発生させてしまう。そこで動的特性を省略した、本来の加速度よりも位相の早い加速度を算出し、離散微分を行った後で時定数TlpfeのLPFを通すという方法を採用し、加加速度を得ることにした。これはLPFによる遅れで横加速度の動的特性を表現し、得られた加速度を単に微分したと考えても良い。横加速度Gyも同じ時定数TlpfのLPFに通す。これで加速度に対しても動的特性を与えられたことになり、図は省略するが、線形範囲においては、実際の加速度応答を良く表現できていることを確認している。 β is the side slip angle change speed of the vehicle, but it is a motion within the linear range of the tire force and is omitted because it is small. As described above, the lateral acceleration Gy is calculated by multiplying the yaw rate r and the vehicle speed V. This lateral acceleration does not take into account the dynamic characteristics of a vehicle having response delay characteristics in the low frequency region. This is due to the following reason. In order to obtain the lateral jerk information Gy of the vehicle, it is necessary to differentiate the lateral acceleration Gy in discrete time. At this time, the noise component of the signal is enhanced. In order to use this signal for control, it is necessary to pass through a low-pass filter (LPF), which causes a phase delay. Therefore, it was decided to obtain the jerk by adopting a method in which dynamic characteristics are omitted, acceleration having a phase earlier than the original acceleration is calculated, discrete differentiation is performed, and LPF having a time constant Tlpfe is passed. It may be considered that this expresses the dynamic characteristics of the lateral acceleration with a delay due to the LPF, and the obtained acceleration is simply differentiated. The lateral acceleration Gy is also passed through the LPF having the same time constant Tlpf. In this way, dynamic characteristics are given also to acceleration, and although illustration is omitted, it has been confirmed that the actual acceleration response can be well expressed in the linear range.
以上のように、操舵角を用いて横加速度および横加加速度を算出する方法は、ノイズの影響を抑え、かつ横加速度と横加加速度の応答遅れを小さくするという利点がある。しかしながら本推定方法は、車両の横滑り情報を諸略したり、タイヤの非線形特性を無視したりしているため、横滑り角が大きくなってきた場合には、実際の車両の横加速度を計測して利用する必要性がある。図3は、横加速度センサ21の検出信号を用いた横加速度,横加加速度情報を得る方法を示している。路面の凹凸などのノイズ成分を含んでいるために、センサ信号についてもローパスフィルター(時定数Tlpfs)を通す必要がある(ダイナミクス補償ではない)。
As described above, the method of calculating the lateral acceleration and the lateral jerk using the steering angle has the advantages of suppressing the influence of noise and reducing the response delay between the lateral acceleration and the lateral jerk. However, this estimation method omits various vehicle slip information and ignores non-linear characteristics of tires. Therefore, when the skid angle increases, it measures the actual vehicle side acceleration and uses it. There is a need to do. FIG. 3 shows a method of obtaining lateral acceleration and lateral jerk information using the detection signal of the
上述のような、横加速度,加加速度の推定,計測のそれぞれのメリットを両立させるため、本実施例においては、図4に示すように両者の信号を相補的に用いる方法を採用している。推定信号と検出信号は、横滑り角情報に基づいて可変となるゲインを掛けて足し合わせることになる。この、推定信号に対する可変ゲインKe(Ke<1)は、横滑り角が少ない領域において大きな値をとり、横滑りが増加してくると小さな値をとるように変更される。また、検出信号に対する可変ゲインKs(Ks<1)は、横滑り角が少ない領域において小さな値をとり、横滑りが増加してくると大きな値をとるように変更される。このように構成することにより、横滑り角が小さい通常領域から、横滑りが大きくなった限界領域までノイズが少なく、制御に適した加速度,加加速度信号を得ることができるような構成となっている。なお、これらのゲインは、横滑り情報の関数、あるいはマップにより決定する。 In order to achieve both the advantages of lateral acceleration, jerk estimation, and measurement as described above, in this embodiment, a method of using both signals in a complementary manner as shown in FIG. 4 is adopted. The estimation signal and the detection signal are added together with a gain that is variable based on the side slip angle information. The variable gain Ke (Ke <1) for the estimated signal is changed to take a large value in a region where the side slip angle is small and to take a small value when the side slip increases. Further, the variable gain Ks (Ks <1) with respect to the detection signal is changed to take a small value in a region where the side slip angle is small and to take a large value when the side slip increases. With this configuration, there is little noise from the normal region where the side slip angle is small to the limit region where the side slip is large, and acceleration and jerk signals suitable for control can be obtained. These gains are determined by a function of side slip information or a map.
ここまでは本発明の第一実施例の装置構成および、横加速度,横加加速度を推定する方法(これらは、中央コントローラ40内のロジックとして内包されている)について述べた。さて、ここからは「横運動に連係した加減速制御指令」と「車両の横滑り情報から算出したヨーモーメント制御指令」について述べる。 So far, the apparatus configuration of the first embodiment of the present invention and the method for estimating the lateral acceleration and lateral jerk (these are included as logic in the central controller 40) have been described. Now, “acceleration / deceleration control command linked to side motion” and “yaw moment control command calculated from side slip information of vehicle” will be described.
<横運動に連係した加減速制御指令:G−Vectoring>
横運動に連係した加減速制御の指針は、例えば非特許文献1に示されている。
<Acceleration / deceleration control command linked to lateral motion: G-Vectoring>
A guideline for acceleration / deceleration control linked to the lateral motion is disclosed in
基本的に横加加速度GyにゲインCxyを掛け、一次遅れを付与した値を前後加減速指令にするというシンプルな制御則である。これによりエキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部が模擬できることが非特許文献2で確認されている。この式のGx_DCは横運動に連係していない減速度成分である。前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。また、sgn(シグナム)項は、右コーナー,左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると(横加加速度がゼロとなるので)減速を停止し、操舵戻し開始時のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。横加加速度に応じて加減速するということは、横加速度が増加するときに減速し、横加速度が減少するときに加速すると捉えることができる。また、数式2,数式3を参考にすると、操舵角が増加するときに減速し、操舵角が減少するときに加速すると解釈することもできる。
Basically, this is a simple control law in which the lateral jerk Gy is multiplied by the gain Cxy and a value obtained by adding a first-order delay is used as a longitudinal acceleration / deceleration command. It has been confirmed in
さて、このように制御されると、前後加速度と横加速度の合成加速度(Gと表記)が、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムで、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように方向付けられる(Vectoring)のため、「G−Vectoring制御」と呼ばれている。 Now, when controlled in this way, the combined acceleration of longitudinal acceleration and lateral acceleration (indicated as G) is a diagram in which the horizontal axis represents the longitudinal acceleration of the vehicle and the vertical axis represents the lateral acceleration of the vehicle. This is called “G-Vectoring control” because it is directed to make a transition (Vectoring).
数式1の制御を適用した場合の車両運動に関して、具体的な走行を想定して説明する。図5は、直進路A,過渡区間B,定常旋回区間C,過渡区間D,直進区間Eという、コーナーへの進入、脱出の一般的な走行シーンを想定している。このとき、ドライバによる加減速操作は行わないものとする。また、図6は操舵角,横加速度,横加加速度,数式1にて計算した加減速指令、そして四輪(61,62,63,64)の制動,駆動力について時刻暦波形として示した図である。後で詳細に説明するが、前外輪(左旋回においては62となる)と前内輪(61),後外輪(64)と後内輪(63)は、左右(内外)それぞれ同じ値と成るように制動力・駆動力が配分されている。
The vehicle motion when the control of
まず直進路区間Aから車両がコーナーに進入する。過渡区間B(点1〜点3)では、ドライバが徐々に操舵を切増すに従い、車両の横加速度Gyが増加していく(横加加速度Gyが正)。このとき、数式1より、制御車両は横加速度Gyの増加に伴い、減速(Gxcは負)する。その後、車両が定常旋回区間C(点3〜点5)に入ると、ドライバは操舵の切増しを止め、操舵角を一定に保つ。このとき、横加加速度Gyは0となるため、加減速指令Gxcは0となる。つぎに、過渡区間D(点5〜7)では、ドライバの操舵の切戻し操作によって車両の横加速度Gyが減少していく。このとき車両の横加加速度Gyは負であり、数式1より加減速指令Gxcは正となり車両は加速される。また直進区間Eでは横加加速度Gyが0となるため加減速制御は行われない。以上のように、操舵開始のターンイン時(点1)からクリッピングポイント(点3)にかけて減速し、定常円旋回中(点3〜点5)には減速を止め、操舵切戻し開始時(点5)からコーナー脱出時(点7)には加速する。このように、車両にG−Vectoring制御を適用すれば、ドライバは旋回のための操舵をするだけで、横運動に連係した加減速という車両運動を実現することが可能となる。また、この運動を前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、車両に発生している加速度様態を示す“g−g”ダイアグラムに表すと、滑らかな曲線状に遷移する特徴的な運動になる。この曲線状の遷移は左コーナーについては、図に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについては、Gx軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は半時計回りとなる。このように遷移すると前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイト、ピッチレイトのピーク値が低減される。
First, the vehicle enters the corner from straight road section A. In the transition section B (points 1 to 3), the lateral acceleration Gy of the vehicle increases (the lateral jerk Gy is positive) as the driver gradually increases steering. At this time, according to
<ヨーモーメント制御指令>
つぎに、左右輪駆動・制動力配分によるヨーモーメント制御について図面を用いて簡単に示す。図7は車両0の反時計回りの旋回標準状態(A)から旋回を促進する方向(正)のヨーモーメントを入力した状況を示す模式図である。まず、標準状態での車両0の横方向の運動方程式とヨーイング(回転)運動の方程式を示す。
<Yaw moment control command>
Next, yaw moment control by left / right wheel drive / braking force distribution will be briefly described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic diagram showing a situation in which a yaw moment in a direction (positive) that promotes turning is input from the counterclockwise turning standard state (A) of the
ただしm:車両0の質量,Gy:車両0に加わる横方向の加速度,Fyf:前2輪の横力、Fyr:後2輪の横力,M:ヨーモーメント,Iz:車両0のヨーイング慣性モーメント,r:車両0のヨー角加速度(rはヨーレイト),lf:車両0の重心点と前車軸間の距離,lr:車両0重心点と後車軸間の距離である。定常円旋回状態ではヨーイング運動は釣り合い(ヨーモーメントがゼロ)を示し、角加速度はゼロとなる。
Where m: mass of
この状態から(B)は内側の後輪(左後輪63)のみにブレーキを掛け制動力(Fxfl)を与えた例、(C)はこれに加え内側の前輪にもブレーキを掛け制動力(Fxrl)を与えた例、(D)は(C)に加え外側前後輪に駆動力(Fxfr,Fxrr)を与えた例である。 From this state, (B) shows an example in which only the inner rear wheel (left rear wheel 63) is braked to give a braking force (Fxfl), and (C) in addition to this, the inner front wheel is braked and braking force ( (D) is an example in which driving force (Fxfr, Fxrr) is applied to the outer front and rear wheels in addition to (C).
この場合、車両0には、
In this case, the
のヨーイングモーメントが働くことになる。ここで、前進方向、すなわち駆動方向の力を正とし、制動方向の力を負としており、dは左右輪間の距離(トレッド)を表している。さらに、左側前後輪の合成制動・駆動力をFxr、右側前後輪の合成制動・駆動力をFxlとしている。 The yawing moment of will work. Here, the force in the forward direction, that is, the driving direction is positive, the force in the braking direction is negative, and d indicates the distance (tread) between the left and right wheels. Further, the combined braking / driving force of the left front and rear wheels is Fxr, and the combined braking / driving force of the right front and rear wheels is Fxl.
また、同様に図8は負のモーメント、すなわち左旋回しているときに、負の方向の、すなわち時計回りの(復元側の)ヨーモーメントを発生させる制動・駆動力の配分である。この場合も、ヨーイング運動の方程式は数式6となる。
Similarly, FIG. 8 shows the distribution of braking / driving force that generates a negative moment, that is, a yaw moment in the negative direction, that is, clockwise (restoring side) when turning left. Also in this case, the equation of yawing motion is expressed by
車両0においては、中央コトローラ40の指令により四輪のそれぞれに、自由に制動、駆動力を発生させることができるため、正負両方のヨーモーメントを発生することができる。
In the
さて、つぎに具体的な走行を想定して、このようなヨーモーメント制御の「横滑り防止」への適用について、その稼動条件の概要も含めて説明する。図9は、直進路A,過渡区間B,定常旋回区間C,過渡区間D,直進区間Eという、コーナーへの進入,脱出の走行シーンについて、以下のように「アンダーステア」、「オーバーステア」が発生して車両に横滑りが発生し、コースから逸脱する状況において、「横滑り防止制御」を行った結果を示している。 Next, assuming specific traveling, the application of such yaw moment control to “slip prevention” will be described, including an outline of its operating conditions. FIG. 9 shows a case where “understeer” and “oversteer” are as follows for the traveling scenes of entering and exiting a corner, such as a straight path A, a transition section B, a steady turning section C, a transition section D, and a straight section E. The result of performing the “slip prevention control” in a situation where the vehicle slips and the vehicle deviates from the course is shown.
図10の3つのヨーレイト,横滑り角を用いて、「アンダーステア」,「オーバーステア」の判定について簡単に説明する。図10は操舵角、「横滑り防止制御」介入条件に用いる、推定値を含むヨーレイト,推定車両横滑り角、そしてこれらから求めたヨーモーメント指令、そして四輪(61,62,63,64)の制動,駆動力、このときの車両前後加速度,横加速度について時刻暦波形として示した図である。 The determination of “understeer” and “oversteer” will be briefly described using the three yaw rates and sideslip angles of FIG. FIG. 10 shows a steering angle, a yaw rate including an estimated value, an estimated vehicle side slip angle, a yaw moment command obtained therefrom, and braking of four wheels (61, 62, 63, 64), which are used for the intervention condition of the “slip prevention control”. , Driving force, vehicle longitudinal acceleration and lateral acceleration at this time are shown as time calendar waveforms.
まず操舵から求めたヨーレイトrδであるが、これは数式2を用いて、スタビリティファクタA,ホイールベースl,車両速度V,操舵角δを用いて算出したものである。ドライバの操舵角を入力としているため、ドライバの意思を最も良く反映したものと捉えることができる。
First, the yaw rate rδ obtained from the steering is calculated using
つぎに、横加速度から求めたヨーレイトrGyであるが、これは数式3と同様に、横滑り角変化βを省略して数式7のようにし横加速度を車両速度で除して求めたものである。
Next, the yaw rate rGy obtained from the lateral acceleration is obtained by dividing the lateral acceleration by the vehicle speed as in
この値は、車両の公転速度を示していると考えられ、車両旋回限界を示す量と考えられる。 This value is considered to indicate the revolution speed of the vehicle, and is considered to be an amount indicating the vehicle turning limit.
さらにヨーレイトセンサ38で検出したヨーレイトrsは、車両の実際の自転速度を示している。
Further, the yaw rate rs detected by the
横滑り角βは、定義としては車両の前後方向の速度uと車両の横方向の速度vを用いて、逆正接arctan(v/u)であるが、車両と進行方向のなす角と考えることができる。例えば図7,図8の車両重心を通る矢印は車両進行方向を示しており、これと車両の前後方向とのなす角が横滑り角で、車両固定座標系反時計回りが正とおいている。図7においては横滑り角が負で大きな状態でオーバーステア→スピンを誘発するような状態を示している。また、図8はこれとは逆に横滑り角が正で大きな状態でアンダーステア→経路はみ出しを誘発するような状態を示している。 The side slip angle β is defined as an arc tangent arctan (v / u) using the vehicle speed u in the front-rear direction and the vehicle speed v in the lateral direction. it can. For example, the arrow passing through the center of gravity of the vehicle in FIGS. 7 and 8 indicates the vehicle traveling direction, the angle formed by this and the longitudinal direction of the vehicle is the side slip angle, and the vehicle fixed coordinate system counterclockwise is positive. FIG. 7 shows a state in which oversteer → spin is induced when the side slip angle is negative and large. In contrast, FIG. 8 shows a state in which understeer → path protrusion is induced in a state where the side slip angle is positive and large.
操舵から求める横滑り角βδは、車両運動モデルを用いて以下のように計算できる。 The side slip angle βδ obtained from the steering can be calculated as follows using a vehicle motion model.
ここで、mは車両質量、Krは、後輪の単位横滑り角に対する横力のゲインを現すコーナリングスティフネスである。 Here, m is the vehicle mass, and Kr is the cornering stiffness that represents the gain of the lateral force with respect to the unit side slip angle of the rear wheel.
横滑り角は、ミリ波対地車速センサ70で、前後方向の速度Vxと横方向の速度Vyを独立して検出し、
The side slip angle is detected by the millimeter-wave to ground
で求めても良いし、 You can ask for it,
のような、積分法、あるいは車両運動モデルを用いたオブザーバー推定手法との併用により推定精度を向上させてもよい。 As described above, the estimation accuracy may be improved by using an integration method or an observer estimation method using a vehicle motion model.
これらの操舵から求めたヨーレイトrδ,横加速度から求めたヨーレイトrGy,ヨーレイトセンサ38で検出したヨーレイトrs、そして、操舵から求めた横滑り角βδ,検出、あるいは推定値から求めた横滑り角βを用いて、A.「横滑り防止制御」介入条件,B.ヨーモーメント制御量が決定される。
The yaw rate rδ obtained from the steering, the yaw rate rGy obtained from the lateral acceleration, the yaw rate rs detected by the
A.介入条件
横加速度から求めたヨーレイトと実ヨーレイトを比較して、実ヨーレイトが小さいときは、アンダーステア、大きいときはオーバーステア、さらに横滑り角が負で大きい場合はオーバーステアであると判断される。このときの閾値,不感帯などは、テストドライバなどの感応試験により調整される。
A. Intervention condition The yaw rate obtained from the lateral acceleration is compared with the actual yaw rate, and when the actual yaw rate is small, it is determined that the vehicle is understeer, when it is large, it is oversteer, and when the skid angle is negative and large, it is determined to be oversteer. The threshold value, dead zone, and the like at this time are adjusted by a sensitivity test such as a test driver.
B.ヨーモーメント制御量
基本的には操舵から求めたヨーレイトと、横滑り角に実際の値が近くなるようにヨーモーメントを加える。さらには横滑り角微分値などにフィーリングに合うように調整されたゲインを掛け合わせ、これらを足し合わせた値を用いて補正を行っている。
B. Yaw moment control amount Basically, yaw moment is added so that the actual value is close to the yaw rate obtained from steering and the side slip angle. Further, the side slip angle differential value or the like is multiplied by a gain adjusted to fit the feeling, and correction is performed using a value obtained by adding these.
さて、本実施例でのアンダーステア、オーバーステア発生状況、それに対する「横滑り防止制御」について図10を用いて示す。まず、コーナー進入時の過渡区間Bの位置2〜3において、アンダーステアが発生しコースを逸脱してしまう可能性が生じている。これは、横加速度から求めたヨーレイトrGyに対し、実ヨーレイトrsが小さいことから検出することができる。そこで、旋回を促進する方向(正)のヨーモーメント指令が算出される。そして本実施例においては、左(内側)後輪に制動力を発生させ、旋回を促進する方向(正)のモーメントを加えている。
Now, understeer and oversteer occurrence situations in this embodiment, and “slip prevention control” corresponding thereto will be described with reference to FIG. First, there is a possibility that understeer occurs and deviates from the course at
また、定常旋回区間Cにおいて、最大横加速度状態で相対的に後輪の等価的なコーナリングスティフネスが低下し、オーバーステアが発生してスピンを誘発しそうな状況となっている。これは、横加速度から求めたヨーレイトrGyに対し、実ヨーレイトrsが大きいことから検出することができ、さらには横滑り角が閾値であるβthよりも、大きくなって大きな横滑り角となっていることから検出することができる。過剰なヨーイング運動を復元するために、本実施例においては右側(外側)輪に制動力を発生させ、時計回りのモーメントを加えている。 Further, in the steady turning section C, the equivalent cornering stiffness of the rear wheels is relatively lowered in the maximum lateral acceleration state, and it is likely that oversteer will occur to induce spin. This can be detected from the fact that the actual yaw rate rs is larger than the yaw rate rGy obtained from the lateral acceleration, and further, the side slip angle is larger than the threshold value βth, resulting in a large side slip angle. Can be detected. In order to restore the excessive yawing motion, in this embodiment, a braking force is generated on the right (outer) wheel and a clockwise moment is applied.
ヨーモーメント指令が存在しているときだけ、前外輪(左旋回においては62となる)と前内輪(61)、後外輪(64)と後内輪(63)は、左右(内外)それぞれ異なる値となるように制動力が配分されている。 Only when the yaw moment command is present, the front outer wheel (62 when turning left), the front inner wheel (61), the rear outer wheel (64) and the rear inner wheel (63) have different values on the left and right (inner and outer). The braking force is distributed so that
さて、このように左右、それぞれ異なる値となるように制動力(駆動力)を制御することにより、車両の横滑り防止のためのヨーモーメント制御を実現することができ、車両の操縦性(回頭性)と安定性を確保することができる。しかしながら、このとき図10に示すように、横滑りの発生状況に応じて減速度が加わることになる。当然、速度変化なども発生するため、図10のように滑らかにハンドルを操舵しても横加速度にも変動が発生することになる。この運動を前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、車両に発生している加速度様態を示す“g−g”ダイアグラムに表すと、図9下に示すように1から5までの間で、反時計回りのループを2箇所生じてしまうことになる。これでは、ピッチング運動とローリング運動が非同期となり、図5のG−Vectoring制御時の運動に比べ、ギクシャクした運動となってしまう。いわゆるドライバ入力によって生じる横運動に連係していない加減速運動となってしまう。これが失速感,違和感の生じる所以である。本実施形態はこのような課題に対し、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い(G−Vectoring)、限界運転領域で横滑りを確実に低減させる(横滑り防止制御)制御の融合を図ることにより、違和感が少なく、安全性能向上を可能とするものである。以下、具体的な制御装置の構成、および方法について開示していく。 By controlling the braking force (driving force) so that the left and right are different from each other in this way, yaw moment control for preventing the skidding of the vehicle can be realized. ) And stability can be ensured. However, at this time, as shown in FIG. 10, deceleration is applied according to the occurrence state of skid. Naturally, since a speed change or the like also occurs, even if the steering wheel is smoothly steered as shown in FIG. 10, the lateral acceleration also varies. When this motion is expressed in a “gg” diagram showing the acceleration mode generated in the vehicle, with the longitudinal acceleration on the horizontal axis and the lateral acceleration on the vertical axis, it is between 1 and 5 as shown in FIG. This will cause two counterclockwise loops. In this case, the pitching motion and the rolling motion become asynchronous, and the motion becomes jerky as compared with the motion during the G-Vectoring control of FIG. The acceleration / deceleration motion is not linked to the lateral motion generated by so-called driver input. This is the reason why a feeling of stall and discomfort occurs. In this embodiment, in response to such a problem, acceleration / deceleration linked to a steering operation operated from the daily operation area is automatically performed (G-Vectoring), and the side slip is reliably reduced in the limit operation area (side slip prevention control). By integrating control, there is little sense of incongruity and safety performance can be improved. Hereinafter, a specific configuration and method of the control device will be disclosed.
<G−Vectoring制御と「横滑り防止制御」の融合>
図11は、中央コントローラ40の演算制御ロジックと、車両0,センサ群およびセンサからの信号をもとに(中央コントローラ40内で演算するのであるが)横滑り角を推定するオブザーバーの関係を模式的に示したものである。ロジック全体はおおまかに、車両運動モデル401,G−Vectoringコントローラ部402,ヨーモーメントコントローラ部403,制動力・駆動力配分部404にて構成されている。
<Fusion of G-Vectoring control and "Slip prevention control">
FIG. 11 schematically shows the relationship between the arithmetic control logic of the
車両運動モデルは、ドライバ舵角センサ33から入力された舵角δと、車速Vから数式2,数式3あるいは数式8を用いて推定横加速度(Gye),目標ヨーレイトrt,目標横滑り角βtを推定する。本実施例では、目標ヨーレイトrtは、先に述べた、操舵から求めたヨーレイトrδと同一とするような設定となっている。
In the vehicle motion model, the estimated lateral acceleration (Gye), target yaw rate rt, and target skid angle βt are estimated from the steering angle δ input from the driver
G−Vectoringコントローラ402に入力する横加速度,横加加速度については図4に示すように両者の信号を相補的に用いるロジック410を採用している。G−Vectoringコントローラ402は、これらの横加速度,横加加速度を用いて数式1に従い、目標前後加速度指令GXtのうち、現在の車両横運動に連係した成分を決定する。さらには現在の車両横運動に連係していない減速度成分であるGx_DCを足し合わせて、目標前後加速度指令GXtを算出し、制動力・駆動力配分部404に出力する。
As for the lateral acceleration and lateral jerk input to the G-
ここでGx_DCは、前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。区間速度指令は、自車が存在している座標により決定される情報であるため、区間速度指令が掲載されているマップ情報に対し、GPSなどで得られた座標データを照合することにより決定できる。つぎに前方コーナーに対する予見的な減速であるが、本実施例では検出の詳細は省略するが例えば、単眼,ステレオなどのカメラや、レーザー,ミリ波などの測距レーダー、あるいはGPS情報など、自車より前方の情報を取り入れ、現時点ではまだ顕在化していない将来の横運動(横加加速度)に応じて加減速を行うという方法で実現できる。前方注視距離・時間での経路と、自車到達予想位置での偏差情報を用いて、操舵角を決定するいわゆる「ドライバモデル」と同様に、将来の操舵角を推定する。そして、この操舵操作により車両に発生するであろう将来の横加加速度に応じて、数式1同様にG−Vectoringを行うことにより(Preview G-Vectoring)前方コーナーに対する予見的な減速が可能となる。 Here, Gx_DC is a term that is required when there is a predictive deceleration when there is a corner ahead or when there is a section speed command. Since the section speed command is information determined by the coordinates at which the vehicle is present, it can be determined by checking the coordinate data obtained by GPS or the like against the map information on which the section speed command is posted. . Next, foreseeable deceleration with respect to the front corner, although details of detection are omitted in the present embodiment, for example, a camera such as a monocular camera, a stereo camera, a ranging radar such as a laser and a millimeter wave, or GPS information, etc. It can be realized by taking information ahead of the car and accelerating / decelerating it according to the future lateral movement (lateral jerk) that has not yet become apparent. The future steering angle is estimated in the same manner as a so-called “driver model” that determines the steering angle using the route at the forward gaze distance / time and the deviation information at the predicted arrival position of the vehicle. Then, according to the future lateral jerk that will be generated in the vehicle by this steering operation, G-Vectoring is performed in the same manner as Equation 1 (Preview G-Vectoring), so that foreseeable deceleration with respect to the front corner becomes possible.
つぎに、ヨーモーメントコントローラ403については、先に述べたようなロジックにしたがって、目標ヨーレイトrt(rδ),目標横滑り角βtと、実ヨーレイト,実(推定)横滑り角との偏差Δr,Δβに基づいて、目標ヨーモーメントMtを算出し、制動力・駆動力配分部404に出力する。
Next, the
制動力・駆動力配分部404は、目標前後加速度指令GXt,目標ヨーモーメントMtに基づいて、車両0の四輪の制動・駆動力(Fxfl,Fxfr,Fxrl,Fxrr)を決定する。以下では、まず基本的な配分則を示し、これに加えて本実施形態における「G−Vectoring」制御で特徴的な、間接的なヨーモーメント制御(IYC:Indirect Yaw-moment Control)効果について概説し、制動力・駆動力配分における特徴的な留意点について述べる。
The braking force / driving
まず、図12を用いて、前後運動,横運動,ヨーイング運動の運動方程式について考える。ここで式の見通しをよくするために、制動・駆動力,タイヤ横力について、以下のように二輪分の力を再定義する。 First, the equations of motion for longitudinal motion, lateral motion, and yawing motion will be considered using FIG. Here, in order to improve the visibility of the equation, the force for two wheels is redefined as follows for the braking / driving force and the tire lateral force.
このようにおくと、
<前後運動>
In this way,
<Previous movement>
<横運動> <Lateral movement>
<ヨーイング運動> <Yawing exercise>
さらに、目標ヨーイングモーメントと各輪制動・駆動力についての記述は、 Furthermore, the description of the target yawing moment and the braking / driving force of each wheel is as follows:
となる。ここで、前後運動の数式15とヨーイングモーメントの数式18を連立させると、未知数2つ、式2本で、以下のように解析的に解くことができる。 It becomes. Here, when the mathematical expression 15 of the longitudinal motion and the mathematical expression 18 of the yawing moment are combined, it can be analytically solved with two unknowns and two equations as follows.
これで、「G−Vectoring」制御による加減速指令と「横滑り防止制御」によるモーメント指令を両立できる、右側前後輪2本分の制動力・駆動力と左側前後輪2本分の制動力・駆動力を配分することができた。つぎにこれらを、前後輪の垂直荷重比に応じて前後輪に配分する。今、車両0のバネ上重心点の地面からの高さをhとし、車両0がGxtで加減速しているとすると、前輪と後輪の2輪分の荷重(Wf,Wr)は、それぞれ次のようになる。
Now, the braking force / driving force for the two right and left front wheels and the braking force / driving force for the two left and right front wheels can be compatible with the acceleration / deceleration command by the “G-Vectoring” control and the moment command by the “slip prevention control”. We were able to distribute power. Next, these are distributed to the front and rear wheels according to the vertical load ratio of the front and rear wheels. Now, assuming that the height of the center of gravity of the sprung mass of the
よって、荷重比に応じて配分された四輪の制動・駆動力は以下のようになる。 Therefore, the braking / driving force of the four wheels allocated according to the load ratio is as follows.
ただし、 However,
である。 It is.
これが、本実施形態の基本配分則である。数式23から数式26を見ると、「G−Vectoring」制御指令値Gxtがゼロのときは、「横滑り防止制御」によるヨーモーメント指令を前後輪の静的荷重に応じて配分しており、「G−Vectoring」制御指令値Gxtがゼロでないときには、その前後加速度を実現するための制動力・駆動力が、余分なモーメントを発生しないように、左右輪には同一の値として、前後には荷重配分比に分配されていると解釈できる。
This is the basic distribution rule of this embodiment. From
さて、本実施形態における「G−Vectoring制御」と「横滑り防止制御」の融合において、もうひとつ考慮すべき点がある。それは、タイヤ横力の荷重依存性に起因する、間接的なヨーモーメント制御(IYC:Indirect Yaw-moment Control)効果である。この効果について図13を用いて概説する。今、簡素化のためにlf(重心点から前軸までの距離)とlr(重心点から後軸までの距離)が等しいと仮定する。すなわち前輪と後輪の静止時の前後輪荷重は等しいとする。 Now, there is another point to consider in the fusion of “G-Vectoring control” and “side-slip prevention control” in the present embodiment. This is an indirect yaw moment control (IYC) effect resulting from the load dependency of the tire lateral force. This effect will be outlined with reference to FIG. For simplicity, it is assumed that lf (distance from the center of gravity point to the front axis) and lr (distance from the center of gravity point to the back axis) are equal. That is, it is assumed that the front and rear wheel loads when the front and rear wheels are stationary are equal.
タイヤ横力は、図13に示すようにタイヤ横滑り角に対して、横滑り角が小さいときには比例関係があり、大きいときには飽和特性を持つ。前後輪の荷重が等しいと仮定しているので、同一横滑り角に対しては同一の横力を発生することになる。ここで、車両0が「G−Vectoring」制御値Gxtに基づいて減速すると、数式21に示すように前輪荷重が増加し、数式22に示すように後輪荷重が減少する。結果として、旋回中に減速すると前輪の横力Fyfが増加し、後輪の横力Fyrが減少することになる。この現象を数式17のヨーイング運動方程式をもとに考えると、旋回を促進するモーメントが働くことになる。また、旋回中に加速すると図13下段のように復元側のヨーモーメントが働くことになる。
As shown in FIG. 13, the tire lateral force is proportional to the tire side slip angle when the side slip angle is small, and has a saturation characteristic when it is large. Since it is assumed that the loads on the front and rear wheels are equal, the same lateral force is generated for the same side slip angle. Here, when the
横運動に連係した「G−Vectoring」制御においては、横加速度が増加していくとき、すなわち旋回を開始するときに減速するので、旋回を促進する方向のヨーモーメントが働くことになる。また、横加速度が減少していくとき、すなわち旋回を終了するときに加速するので、旋回を復元し直進へ向かう方向のヨーモーメントが働くことになる。これらは、それぞれ操縦性向上と安定性向上のポテンシャルを有していることを示している。 In the “G-Vectoring” control linked to the lateral movement, when the lateral acceleration is increased, that is, when the turning is started, the vehicle is decelerated. Therefore, the yaw moment in the direction of promoting the turning works. Further, when the lateral acceleration decreases, that is, when the turn is finished, the acceleration is performed, so that the yaw moment in the direction toward restoring the turn and going straight goes on. These indicate that they have the potential to improve maneuverability and stability, respectively.
さて、このような「G−Vectoring制御」に「横滑り防止制御」のためのヨーモーメントを加えた場合、制御量が多すぎて不具合を生じる可能性がある。それは例えば、コーナー進入時に。「横滑り防止制御」の観点からアンダーステア防止制御のためのヨーモーメントを入力し、これにさらに「G−Vectoring」制御を加えた場合などに発生する可能性がある。アンダーステア防止のための制御量が大きすぎて、ニュートラルステアを通り越してオーバーステアとなることも懸念される。このような状況を回避するために、本実施例においては、図14に示すようにG−Vectoring制御が稼動しているときには、ヨーモーメント制御量がある閾値を超えない限り、制動力・駆動力の左右配分を行わないようなロジックを内包するように構成している。これにより、ヨーモーメント指令が小さいときは、一つ目のモード(G−Vectoring)で稼動し、ヨーモーメント指令が大きいときは、二つ目のモード(横滑り防止制御)で稼動する。また、四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する二つ目のモード(横滑り防止制御)で実現される車両前後加速度が、(G−Vectoring)の加減速制御指令との差が近くなるように四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御されていることがわかる(数式23から数式26も参照)。しかしながら、制動・駆動配分が自在にならない、たとえば通常の二輪駆動車でかつ、ブレーキ制御のみを行うなどの他の実施例を考えると、必ずしも四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する二つ目のモード(横滑り防止制御)で実現される車両前後加速度が、(G−Vectoring)の加減速制御指令と一致するものではない。例えば、G−Vectoring指令がゼロのときに、ブレーキ制御を行うと、どうしても減速度が発生してしまう。しかしながら、G−Vectoring制御の指令が、横滑り防止制御指令により発生する現速度よりも大きいときには、G−Vectoring制御の指令との差が近くなるように四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御を行うことができ、本実施形態の課題を解決する場面が存在し、本実施形態の範囲内である。
Now, when the yaw moment for “slip prevention control” is added to such “G-Vectoring control”, there is a possibility that the control amount is too large to cause a problem. For example, when entering a corner. This may occur when a yaw moment for understeer prevention control is input from the viewpoint of “side slip prevention control” and “G-Vectoring” control is further added thereto. There is also a concern that the control amount for preventing understeer is too large, and oversteer is passed over neutral steer. In order to avoid such a situation, in this embodiment, when the G-Vectoring control is operating as shown in FIG. 14, the braking force / driving force unless the yaw moment control amount exceeds a certain threshold. It is configured to include logic that does not perform left and right distribution. Accordingly, when the yaw moment command is small, the operation is performed in the first mode (G-Vectoring), and when the yaw moment command is large, the operation is performed in the second mode (side slip prevention control). Further, the vehicle longitudinal acceleration realized in the second mode (side-slip prevention control) that generates different braking / driving forces on the left and right wheels of the four wheels is different from the acceleration / deceleration control command in (G-Vectoring). It can be seen that the correction control is performed so as to apply substantially the same braking / driving force to the left and right wheels of the four wheels so as to be close to each other (see also
最後に本実施形態の効果について図15,図16,図17を用いて説明する。図15,図16,図17は、図9,図10にて示した、「横滑り防止制御」のみを適用したシーンについて本実施形態を適用した例である。また、図16は図10,図15に対して、「アンダーステア」「オーバーステア」が発生する地点は同じであるが、より軽微なステア特性の変動であった場合を想定している。 Finally, the effect of this embodiment will be described with reference to FIGS. 15, 16, and 17. FIG. FIGS. 15, 16, and 17 are examples in which the present embodiment is applied to scenes to which only the “slip prevention control” shown in FIGS. 9 and 10 is applied. Further, FIG. 16 assumes the case where “under steer” and “over steer” occur at the same point as in FIGS. 10 and 15, but with a slight change in the steer characteristic.
図15は、操舵角に応じて発生する横運動に応じて決定された加減速指令,ヨーモーメント制御指令,各輪制動・駆動配分、それにより実現される車両ヨーモーメント,車両前後加速度,車両横加速度を示している。このとき、アンダーステア,オーバーステア低減のためのヨーモーメント指令は、制御稼動閾値Mthよりも絶対値が大きな値となっている(「横滑り防止制御」稼動)。各輪の制動力,駆動力を示す図において、点線は「G−Vectoring」制御のみの加減速指令信号で、破線が「横滑り防止制御」のヨーモーメント指令に基づく減速量である。本実施形態を適用した制動・駆動力配分により地点1から3に掛けて四輪に制動力が加わり、旋回促進モーメントが発生するととみに地点2以降では、後内輪のみ大きな制動力が加わり、他の輪の制動力が低減され、「G−Vectoring」制御の指令に前後加速度が追従するとともに、「横滑り防止制御」が要求するヨーモーメントも実現できていることがわかる。また、地点4から5においては、前外輪,後外輪の制動力が低減され、前内輪,後内輪に駆動力が与えられ、車両前後加速度とヨーモーメントが指令どおりに追従していることがわかる。
FIG. 15 shows acceleration / deceleration commands, yaw moment control commands, wheel braking / drive distribution determined according to the lateral motion generated according to the steering angle, vehicle yaw moment, vehicle longitudinal acceleration, vehicle lateral acceleration, and the like. Indicates acceleration. At this time, the yaw moment command for understeer and oversteer reduction has a larger absolute value than the control operation threshold value Mth (“side slip prevention control” operation). In the diagrams showing the braking force and driving force of each wheel, the dotted line is an acceleration / deceleration command signal for only “G-Vectoring” control, and the broken line is a deceleration amount based on a yaw moment command for “side slip prevention control”. By applying braking / driving force distribution to which this embodiment is applied, braking force is applied to the four wheels from
図16においては、地点2から3に掛けて、アンダーステア低減のためのヨーモーメント指令が発生しているが、加減速指令がある状態で、かつヨーモーメント指令が閾値Mthより小さいために、左右輪独立制動・駆動制御は省略されている(左右輪で同じ制動力)。これに対し、地点4から5においては、ヨーモーメント指令は閾値Mthより小さいが、「G−Vectoring」による加減速制御指令が無く前後輪での荷重移動が発生しないため、「横滑り防止制御」を稼動している例を示している。
In FIG. 16, a yaw moment command for understeer reduction is generated from
図15,図16のように、四輪の制動力・駆動力が制御されると、図17に示すように「横滑り防止」のためのヨーモーメント制御を行いながら、「G−Vectoring」制御と同様に“g−g”ダイアグラム上を、滑らかな曲線状に遷移する特徴的な運動を実現することができる。この曲線状の遷移は左コーナーについては、図に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについては、Gx軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は半時計回りとなる。このように遷移すると前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイト、ピッチレイトのピーク値が低減される。 As shown in FIGS. 15 and 16, when the braking force / driving force of the four wheels is controlled, the “G-Vectoring” control and the yaw moment control for “slip prevention” are performed as shown in FIG. Similarly, it is possible to realize a characteristic motion that makes a smooth curve transition on the “gg” diagram. This curved transition is a clockwise transition as shown in the figure for the left corner, and a transition path inverted with respect to the Gx axis for the right corner, and the transition direction is counterclockwise. When the transition is made in this way, the pitching motion generated in the vehicle by the longitudinal acceleration and the roll motion generated by the lateral acceleration are suitably linked, and the peak values of the roll rate and the pitch rate are reduced.
もちろん前方の車両が急に止まったり、道路に障害物があるという情報を受けたりして、システムあるいはドライバが減速指令を出す状況を考える必要がある。このような状況では、最優先にこれらの指令を反映させる必要がある。これは、図11のロジック図におけるGx_DCを加える部分からシステム入力すると良い。 Of course, it is necessary to consider a situation in which the system or driver issues a deceleration command when the vehicle ahead stops suddenly or receives information that there is an obstacle on the road. In such a situation, it is necessary to reflect these commands with the highest priority. This can be done by inputting the system from the part where Gx_DC is added in the logic diagram of FIG.
以上のように、本実施形態によると、日常運転領域から稼動するハンドル操作に連係した加減速を自動的に行い、限界運転領域で横滑りを確実に低減させるという、違和感が少なく、安全性能向上を可能とする技術および装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, acceleration / deceleration linked to the steering operation that operates from the daily operation area is automatically performed, and the side slip is surely reduced in the limit operation area. It becomes possible to provide the technology and apparatus which enable.
0 車両
1 モータ
2 駆動力配分機構
7 フロントパワーステアリング
8 リアパワーステアリング
10 アクセルペダル
11 ブレーキペダル
16 ステアリング
21 横加速度センサ
22 前後加速度センサ
23,24,25 微分回路
31 アクセルセンサ
32 ブレーキセンサ
33 舵角センサ
38 ヨーレイトセンサ
40 中央コントローラ
44 ステアリングコントローラ
46 パワートレインコントローラ
48 ペダルコントローラ
51 アクセル反力モータ
52 ブレーキ反力モータ
53 ステアリング反力モータ
61 左前輪
62 右前輪
63 左後輪
64 右後輪
70 ミリ波対地車速センサ
121 左前輪モータ
122 右前輪モータ
451,452 ブレーキコントローラ
0
Claims (10)
前記車両の横運動に連係した加減速制御指令に基づいて、前記四輪のうちの左右輪に略同一の制駆動力を発生する第1のモードと、
前記車両の横滑り情報から算出したヨーモーメント制御指令に基づいて、前記四輪のうちの左右輪に異なる制駆動力を発生する第2のモードと、を有し、
ヨーモーメント指令が所定値よりも小さいときは前記第1のモードを選択し、ヨーモーメント指令が前記所定値よりも大きいときは第2のモードを選択する車両の運動制御装置。 In a vehicle motion control device that can independently control the driving force and braking force of four wheels,
A first mode for generating substantially the same braking / driving force on the left and right wheels of the four wheels based on an acceleration / deceleration control command linked to the lateral movement of the vehicle;
A second mode for generating different braking / driving forces on the left and right wheels of the four wheels based on the yaw moment control command calculated from the side slip information of the vehicle,
A vehicle motion control apparatus that selects the first mode when a yaw moment command is smaller than a predetermined value, and selects the second mode when the yaw moment command is larger than the predetermined value.
前記第2のモードで実現される車両前後加速度が、横運動に連係した加減速制御指令との差が近くなるように、前記四輪のうちの左右輪に略等しい制駆動力を加えるように補正制御される車両の運動制御装置。 The vehicle motion control apparatus according to claim 1,
The braking / driving force substantially equal to the left and right wheels of the four wheels is applied so that the difference between the vehicle longitudinal acceleration realized in the second mode and the acceleration / deceleration control command linked to the lateral motion is close. A vehicle motion control apparatus that is subjected to correction control.
前記加減速制御指令は、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムを定義したときに、時間の経過とともに当該ダイアグラム上で曲線的な遷移をするように決定される車両の運動制御装置。 The vehicle motion control device according to claim 2,
The acceleration / deceleration control command is determined so as to make a curved transition on the diagram over time when a diagram is defined in which the horizontal axis represents the longitudinal acceleration of the vehicle and the vertical axis represents the lateral acceleration of the vehicle. Vehicle motion control device.
前記加減速制御指令は、前記車両の横加速度が増加するときに前記車両が減速し、前記車両の横加速度が減少するときに前記車両が加速するように決定される車両の運動制御装置。 The vehicle motion control device according to claim 2,
The acceleration / deceleration control command is a vehicle motion control device that is determined so that the vehicle decelerates when the lateral acceleration of the vehicle increases and the vehicle accelerates when the lateral acceleration of the vehicle decreases.
前記加減速制御指令が、前記車両の操舵角が増加するときに車両が減速し、前記車両の操舵角が減少するときに前記車両が加速するように決定される車両の運動制御装置。 The vehicle motion control device according to claim 2,
A vehicle motion control device, wherein the acceleration / deceleration control command is determined so that the vehicle decelerates when the steering angle of the vehicle increases and the vehicle accelerates when the steering angle of the vehicle decreases.
前記加減速制御指令Gxcが、
The acceleration / deceleration control command Gxc is
前記車両の横滑り情報は、ハンドル角度、ハンドル角速度に加え、
各車輪速から推定あるいは、対地速度を直接計測した車両の前後方向の速度Vxと、車両ヨーレイト、車両横加速度を用いて推定された、あるいは対地速度を直接計測した車両の横方向の速度Vyを用いて、逆正接arctan(Vy/Vx)で表せる横滑り角、あるいはその時間微分である横滑り角速度、さらには車両ヨーレイト、車両横加速度の一部、あるいは全部から構成され、
前記横滑り角が大きい、あるいは前記横滑り角速度が大きいときには、それを低減する方向の大きなヨーモーメント制御指令が算出される車両の運動制御装置。 The vehicle motion control apparatus according to claim 1,
The side slip information of the vehicle includes the handle angle and the handle angular velocity,
Estimated from each wheel speed or the vehicle speed Vx in the longitudinal direction of the vehicle directly measured from the ground speed and the vehicle lateral velocity Vy estimated from the vehicle yaw rate and vehicle lateral acceleration or directly measured from the ground speed. The side slip angle represented by arctangent arctan (Vy / Vx), or the side slip angular velocity that is a time derivative thereof, further consists of vehicle yaw rate, part or all of vehicle lateral acceleration,
A vehicle motion control device that calculates a large yaw moment control command in a direction to reduce the side slip angle when the side slip angle is large or the side slip angular velocity is large.
前記車両の前後加速度と横加速度を計測して、横軸の正の方向に車両の加速度,負の方向に減速度をとり、縦軸の正の方向に車両の左方向の横加速度,負の方向に右方向の加速度をとるダイアグラムに示した場合に、前記ヨーモーメント制御指令が時計回りの値であるときには、左側輪に右側輪よりも大きな減速力を与えるか、右側輪に左側輪よりも大きな駆動力を与え、ヨーモーメント制御指令が反時計回りの値であるときには、右側輪に左側輪よりも大きな減速力を与えるか、左側輪に右側輪よりも大きな駆動力を与える車両の運動制御装置。 The vehicle dynamic control device according to claim 7,
Measure the longitudinal acceleration and lateral acceleration of the vehicle, take the acceleration of the vehicle in the positive direction of the horizontal axis, decelerate in the negative direction, the lateral acceleration of the left direction of the vehicle in the positive direction of the vertical axis, negative When the yaw moment control command is a clockwise value, the left wheel is given a larger deceleration than the right wheel, or the right wheel is more than the left wheel. When a large driving force is applied and the yaw moment control command is a counterclockwise value, a vehicle motion control that applies a larger deceleration force to the right wheel than the left wheel or a larger driving force to the left wheel than the right wheel apparatus.
前記車両の前後加速度と横加速度を計測して、横軸の正の方向に車両の加速度,負の方向に減速度をとり、縦軸の正の方向に車両の左方向の横加速度、負の方向に右方向の加速度をとるダイアグラムに示した場合に、反時計回りの運動を開始するときには、時間の経過とともに時計回りの曲線的な遷移を示し、時計回りの運動を開始するときには、時間の経過とともに反時計回りの曲線的な遷移を示すように横運動に応じて前後方向の加減速が決定される車両の運動制御装置。 The vehicle motion control device according to claim 2,
Measure the longitudinal acceleration and lateral acceleration of the vehicle, take the acceleration of the vehicle in the positive direction of the horizontal axis, decelerate in the negative direction, the lateral acceleration of the left direction of the vehicle in the positive direction of the vertical axis, negative As shown in the diagram with the acceleration in the right direction, when starting counterclockwise motion, it shows a clockwise curvilinear transition over time, and when starting clockwise motion, A vehicle motion control apparatus in which acceleration / deceleration in the front-rear direction is determined according to a lateral motion so as to show a counterclockwise curved transition as time passes.
ドライバ、あるいは外部情報に基づいて自動的に入力する加減速指令に応じて、横運動に連係した加減速制御指令を補正する車両の運動制御装置。 The vehicle motion control apparatus according to claim 1,
A vehicle motion control device that corrects an acceleration / deceleration control command linked to lateral motion in accordance with an acceleration / deceleration command that is automatically input based on a driver or external information.
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