以下に、本発明に係る車両制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
図1は、本発明の実施例に車両制御装置が設けられた車両の概略図である。なお、以下の説明では、車両1の通常の走行時における進行方向を前方とし、進行方向の反対方向を後方として説明する。実施例に係る車両制御装置2を備える車両1は、内燃機関であるエンジン5と電気で作動するモータ(モータジェネレータ)10とを有するハイブリッド装置3を備えており、これらのエンジン5とモータ10とは、共に車両1の走行時の動力を発生する動力源として設けられている。また、ハイブリッド装置3は、エンジン5の出力を受けて発電を行う発電機(モータジェネレータ)11を有しており、エンジン5と発電機11とは、動力分割機構12によって接続されている。さらに、動力分割機構12とモータ10とは、共に減速機15に接続されており、減速機15は、駆動軸16を介して、車両1が有する複数の車輪20のうち駆動輪として設けられる前輪21に接続されている。このうち、動力分割機構12は、エンジン5の出力を発電機11と減速機15とに振り分ける。
また、減速機15は、動力分割機構12を介して伝達されたエンジン5の出力やモータ10の出力を減速して、駆動輪である前輪21に伝達する。つまり、減速機15は、エンジン5から前輪21までの動力の伝達経路及びモータ10から前輪21までの動力の伝達経路に設けられると共に、エンジン5の出力やモータ10の出力を変速して前輪21方向に伝達する変速手段として設けられている。また、動力分割機構12は、エンジン5の出力を、発電機11への出力と、車両1の走行時の駆動力と、に分割可能な動力分割手段として設けられている。
モータ10は交流同期電動機であり、インバータ13に接続され、交流電力によって駆動する。インバータ13は、車両1に搭載されるバッテリ14に蓄えられた電力を直流から交流に変換してモータ10に供給すると共に、発電機11によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ14に蓄えることができるように設けられている。このように、バッテリ14は、モータ10を駆動させる場合におけるモータ10の電源として設けられており、また、発電機11は、エンジン5の出力により発電すると共に発電した電気をバッテリ14に充電可能な発電手段として設けられている。発電機11も、基本的には上述したモータ10とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、モータ10が主として駆動力を出力するのに対し、発電機11は主としてエンジン5の出力を受けて発電する役割をする。
また、モータ10は主として駆動力を発生させるが、前輪21の回転を利用して発電(回生発電)することもでき、発電機として機能することも可能になっている。この場合、前輪21には回生ブレーキを作用させることができるので、これを通常の制動手段であるフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両1を制動させることができる。一方、発電機11は主としてエンジン5の出力を受けて発電をするが、インバータ13を介してバッテリ14の電力を受けて駆動する電動機としても機能することが可能になっている。
また、エンジン5、モータ10、発電機11、動力分割機構12は、それぞれECU(Electronic Control Unit)に接続されており、ECUにより制御可能に設けられている。詳しくは、エンジン5及び動力分割機構12は、これらを制御するエンジンECU51に接続されており、モータ10及び発電機11は、これらを制御するモータECU52に接続されている。これにより、エンジン5及び動力分割機構12はエンジンECU51によって制御可能になっており、モータ10及び発電機11はモータECU52によって制御可能になっている。また、バッテリ14は、バッテリ14の電気残量である充電量を監視するバッテリECU53に接続されている。
さらに、これらのエンジンECU51とモータECU52とバッテリECU53とは、メインECU50に接続されており、エンジン5による駆動と、モータ10及び発電機11による駆動とは、メインECU50によって総合的に制御される。即ち、メインECU50によりエンジン5の出力とモータ10及び発電機11による出力の配分が決定され、この決定に応じてエンジン5、モータ10及び発電機11を制御すべく、各制御指令がメインECU50からエンジンECU51及びモータECU52に出力される。また、エンジンECU51及びモータECU52は、エンジン5、モータ10及び発電機11の情報をメインECU50に出力している。
また、バッテリECU53は、バッテリ14の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、メインECU50に対して充電要求指令を出力する。充電要求指令を受けたメインECU50はバッテリ14に充電をするように発電機11を発電させる制御を行う。
前輪21は、このようにエンジン5やモータ10の出力が伝達される駆動輪として設けられていると共に、車両1の操舵輪としても設けられ、駆動輪と操舵輪とを兼ねている。操舵輪としても設けられる前輪21は、車両1の運転席に配設されるハンドル25によって操舵可能に設けられている。つまり、ハンドル25は、車両1の運転者が車輪20を操舵する際における操舵補助力を発生する操舵補助装置であるEPS(Electric Power Steering)装置38にステアリングシャフト26を介して接続されている。EPS装置38は、ハンドル25への回転操作に応じて前輪21に対して張力や押力を付与することにより、前輪21は向きを変える。このため、前輪21はハンドル25を操作することによって操舵可能に設けられている。
なお、この車両1は、エンジン5やモータ10の出力が前輪21に伝達されて前輪21が駆動力を発生する前輪駆動車となっているが、実施例に係る車両制御装置2が備えられる車両1は、後輪22が駆動輪となって駆動力を発生する後輪駆動車でもよく、または、前輪21と後輪22とが共に駆動輪となって駆動力を発生する、四輪駆動車でもよい。実施例に係る車両制御装置2は、車両1の駆動形式に関わらず適用できる。
また、各車輪20の近傍には、油圧によって作動するホイールシリンダ31と、このホイールシリンダ31と組みになって設けられると共に車輪20の回転時には車輪20と一体となって回転するブレーキディスク32とが設けられている。さらに、車両1には、ホイールシリンダ31と油圧経路35によって接続され、ブレーキ操作時に、ホイールシリンダ31に作用させる油圧を制御するブレーキ油圧制御装置30が設けられている。このブレーキ油圧制御装置30は、制動力を制御するブレーキECU54に接続されている。
また、車両1には、車両1の運転席に運転者が座った状態における運転者の足元付近に、エンジン5の出力を調整する際に操作するアクセルペダル27と、走行中の車両1を制動する際に操作するブレーキペダル28とが併設されている。このうち、アクセルペダル27の近傍には、アクセルペダル27の開度を検出可能なアクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ41が設けられている。また、ブレーキペダル28の近傍には、ブレーキペダル28のストロークを検出可能なブレーキストローク検出手段であるブレーキストロークセンサ42が設けられている。
また、EPS装置38には、ハンドル25の回転角度である舵角を検出する舵角検出手段である舵角センサ43が設けられている。また、減速機15には、当該減速機15の出力軸(図示省略)の回転速度を検出することを介して車速を検出可能な車速検出手段である車速センサ44が設けられている。さらに、この車両1には、車両1の幅方向の加速度を検出可能な横方向加速度検出手段であるGセンサ45と、車両1の走行時のヨーレートを検出可能なヨーレート検出手段であるヨーレートセンサ46とが設けられている。
また、車両1には、カーナビゲーションシステム48が設けられている。このカーナビゲーションシステム48は、GPS(Global Positioning System)と、カーナビゲーションシステム48の記憶部(図示省略)に記憶された地図情報とを用いることにより、現在の自車の位置と、周辺の道路状況を運転者が認識することができる装置となっている。
これらのアクセル開度センサ41、ブレーキストロークセンサ42、舵角センサ43、車速センサ44、Gセンサ45、ヨーレートセンサ46、カーナビゲーションシステム48は、全てメインECU50に接続されている。
図2は、図1に示す車両制御装置の要部構成図である。エンジンECU51、モータECU52及びブレーキECU54は、全てメインECU50に接続されている。このうち、まずメインECU50について説明すると、メインECU50には、処理部61、記憶部75及び入出力部76が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、メインECU50に接続されているエンジンECU51、モータECU52、ブレーキECU54は、入出力部76に接続されており、入出力部76は、これらのエンジンECU51等との間で信号の入出力を行う。また、記憶部75には、実施例に係る車両制御装置2を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部75は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ(CD−ROM等のような読み出しのみが可能な記憶媒体)や、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。
また、処理部61は、メモリ及びCPU(Central Processing Unit)により構成されており、アクセル開度センサ41での検出結果よりアクセル開度を取得可能なアクセル操作取得手段であるアクセル開度取得部62と、エンジン5やモータ10や動力分割機構12を制御することにより、エンジン5やモータ10の出力により発生する駆動力を制御可能な駆動力制御手段である駆動力制御部63と、車速センサ44での検出結果より、車速を取得可能な車速取得手段である車速取得部64と、Gセンサ45での検出結果より、車両1の走行時における横Gを取得可能なG取得手段であるG取得部65と、ヨーレートセンサ46での検出結果より、車両1の走行時におけるヨーレートを取得可能なヨーレート取得手段であるヨーレート取得部66と、ブレーキストロークセンサ42での検出結果よりブレーキペダル28のストローク量を取得可能な制動操作取得手段であるブレーキストローク量取得部67と、ブレーキ油圧制御装置30を制御することにより、減速力を制御可能な減速力制御手段であるブレーキ制御部68と、走行中における運転者の負担の軽減や走行時の安全性を向上させるために車両1の運転を支援する制御である運転支援制御を行う運転支援制御手段である運転支援制御部69と、を有している。
また、運転支援制御部69は、車両1が走行する道路の状態を取得する道路状態取得手段である道路状態取得部70と、車両の走行時の走行抵抗としてコーナリングドラッグを推定する走行抵抗推定手段である走行抵抗推定部71と、走行抵抗推定で推定した走行抵抗を利用して目標となる走行軌跡である目標軌跡を生成する走行軌跡生成手段である目標軌跡演算部72と、運転支援制御を行う際におけるエンジン5やモータ10等のアクチュエータの制御量を演算する制御量演算手段である制御量演算部73と、を有している。
また、エンジンECU51の基本的な構成はメインECU50と同様な構成になっており、エンジンECU51は、メインECU50と同様に処理部81、記憶部82、入出力部83を有している。これらの処理部81、記憶部82、入出力部83は、互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、エンジンECU51に接続されているエンジン5と動力分割機構12は、入出力部83に接続されており、入出力部83は、これらのエンジン5や動力分割機構12との間で信号の入出力を行う。また、記憶部82には、メインECU50の記憶部75と同様に実施例に係る車両制御装置2を制御するコンピュータプログラムが格納されている。
また、モータECU52の基本的な構成は、メインECU50やエンジンECU51と同様の構成になっており、モータECU52は、メインECU50等と同様に処理部86、記憶部87、入出力部88を有している。これらの処理部86、記憶部87、入出力部88は、互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、モータECU52に接続されているモータ10と発電機11は、入出力部88に接続されており、入出力部88は、これらのモータ10と発電機11との間で信号の入出力を行う。
また、ブレーキECU54の基本的な構成は、メインECU50等と同様の構成になっており、ブレーキECU54は、メインECU50等と同様に処理部91、記憶部92、入出力部93を有している。これらの処理部91、記憶部92、入出力部93は、互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ブレーキECU54に接続されているブレーキ油圧制御装置30は、入出力部93に接続されており、入出力部93は、このブレーキ油圧制御装置30との間で信号の入出力を行う。
これらのメインECU50、エンジンECU51、モータECU52、ブレーキECU54によって制御される車両制御装置2の制御は、例えば、カーナビゲーションシステム48によって推定可能な進行方向の道路状況に基づいて、メインECU50の処理部61が上記コンピュータプログラムを当該処理部61に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて、エンジンECU51やモータECU52を介してエンジン5やモータ10を作動させることにより制御する。その際に処理部61は、適宜記憶部75へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように車両制御装置2を制御する場合には、上記コンピュータプログラムの代わりに、メインECU50、エンジンECU51、モータECU52、ブレーキECU54とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
この実施例に係る車両制御装置2は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例に係る車両制御装置2が設けられる車両1は、走行時にはエンジン5やモータ10の出力を調節し、この出力を駆動輪である前輪21に伝達することにより、車速を調節する。つまり、車両1の走行中は、エンジン5の出力を、車両1の走行状態に応じて動力分割機構12で発電機11の方向と減速機15の方向とに適宜分割して伝達し、また、モータ10の出力を減速機15に伝達する。減速機15に伝達されたこれらの出力は、減速機15で減速された後、前輪21に伝達される。これにより前輪21は回転し、車両1は走行する。
また、エンジン5やモータ10の出力が前輪21に伝達されることにより走行する車両1の車速は、車両1の室内に設けられるアクセルペダル27を足で操作することにより調節する。このように運転者がアクセルペダル27を操作した場合、アクセルペダル27のストローク量、即ちアクセル開度が、アクセルペダル27の近傍に設けられるアクセル開度センサ41によって検出される。アクセル開度センサ41による検出結果は、メインECU50の処理部61が有するアクセル開度取得部62に伝達されてアクセル開度取得部62で取得する。アクセル開度取得部62で取得したアクセル開度は、メインECU50の処理部61が有する駆動力制御部63に伝達される。
また、車両1の走行時は、エンジン5やモータ10の出力が伝達された際に、減速をして前輪21に伝達する減速機15に設けられる車速センサ44によって、車速を検出する。車速センサ44で検出した車速は、メインECU50の処理部61が有する車速取得部64に伝達され、車速取得部64で取得する。車速取得部64で取得した車速は、アクセル開度取得部62で取得したアクセル開度と同様に駆動力制御部63に伝達される。
アクセル開度や車速が伝達された駆動力制御部63は、これらのアクセル開度と車速、さらに、車両1の走行時の他の制御で用いられる車両1の走行時の状態を示すその他の検出結果に基づいて、エンジン5で発生させる出力とモータ10で発生させる出力とを導出する。即ち、駆動力制御部63は、アクセル開度や車速等に応じて、運転者が要求する要求駆動力を導出し、現在の走行状態より、この要求駆動力を発生させることができるエンジン5やモータ10の出力を導出する。エンジン5やモータ10の出力を導出した駆動力制御部63は、導出した出力をエンジンECU51やモータECU52に伝達する。つまり、駆動力制御部63で導出したエンジン5の出力は、駆動力制御部63からエンジンECU51に伝達し、駆動力制御部63で導出したモータ10の出力は、駆動力制御部63からモータECU52に伝達する。
このうち、エンジン5の出力が伝達されたエンジンECU51は、伝達された出力をエンジン5で発生させるようにエンジン5を制御する。具体的には、エンジンECU51は、エンジン5が有するスロットルバルブ(図示省略)の開度や燃料インジェクタ(図示省略)で噴射する燃料の噴射量等を調節することにより、出力が駆動力制御部63から伝達された出力になるように、エンジン5を制御する。また、モータ10の出力が伝達されたモータECU52は、伝達された出力をモータ10で発生させるようにモータ10を制御する。
さらに、駆動力制御部63は、動力分割機構12を制御することにより、エンジン5から減速機15に伝達される出力を制御する。エンジン5で発生した出力は、駆動力制御部63で制御する動力分割機構12で減速機15と発電機11との方向に分割することにより、所望の出力が減速機15に伝達され、モータ10で発生した出力は、モータ10から減速機15に伝達される。これらのように、エンジンECU51やモータECU52によって制御されるエンジン5やモータ10の出力が減速機15に伝達され、さらに減速機15から前輪21に伝達されることにより、車両1は走行する。
また、このようにエンジン5やモータ10の出力によって車両1が走行をする場合、エンジン5の出力とモータ10の出力とを合わせた出力によって走行するのみでなく、いずれか一方の出力によっても走行可能に設けられている。この場合、出力を駆動力として用いない側の動力源は、運転を休止させることができる。このためエンジン5は、車両1の走行状態に応じて運転したり停止したりする、いわゆる間欠運転を行う。
また、車両1の走行中に減速する場合には、ブレーキペダル28を踏むことによって制動し、減速する。このように、ブレーキペダル28を踏むことにより制動操作をする場合には、ブレーキペダル28のストローク量が、ブレーキペダル28の近傍に設けられるブレーキストロークセンサ42によって検出される。ブレーキストロークセンサ42による検出結果は、メインECU50の処理部61が有するブレーキストローク量取得部67で取得する。
ブレーキストローク量取得部67で取得したブレーキペダル28のストローク量は、メインECU50の処理部61が有するブレーキ制御部68に伝達され、ブレーキ制御部68は、ブレーキストローク量取得部67から伝達されたストローク量に基づいて、運転者が要求する要求減速力を導出する。要求減速力を導出したブレーキ制御部68は、導出した要求減速力をブレーキECU54に伝達する。
要求減速力が伝達されたブレーキECU54は、要求減速力に応じた制御信号をブレーキ油圧制御装置30に対して送信する。これにより、ブレーキECU54は、メインECU50が有するブレーキストローク量取得部67で取得したブレーキペダル28のストローク量に応じた油圧を、ブレーキ油圧制御装置30で発生させる。
ブレーキ油圧制御装置30で発生させた油圧は、ブレーキ油圧制御装置30とホイールシリンダ31との間に設けられる油圧経路35を介してホイールシリンダ31に伝達され、ホイールシリンダ31はこの油圧によって作動する。ホイールシリンダ31が作動した場合には、ホイールシリンダ31は、当該ホイールシリンダ31と組みになって設けられ、且つ、車輪20の回転時に一体となって回転するブレーキディスク32の回転速度を低下させる。これにより、車輪20の回転速度も低下し、車両1は要求減速力とほぼ同じ大きさの減速力で減速する。
また、車両1を旋回させるなど車両1の進行方向を変化させる場合には、ハンドル25を、ステアリングシャフト26を回転軸として回転させ、ステアリング操作をする。ハンドル25を回転させることによりステアリングシャフト26を回転させた場合、その回転はEPS装置38に伝達される。EPS装置38は、ステアリングシャフト26の回転に応じて作動し、前輪21を回動させる。これにより、前輪21の回転方向は車両1の前後方向とは異なる方向になり、車両1は進行方向が変化して旋回等を行う。
また、この車両1は、走行中における運転者の負担の軽減や走行時の安全性の向上を図ることを目的として、車両1の運転を支援する運転支援制御が可能になっている。この運転支援制御では、車両1の進行方向の道路の状態をカーナビゲーションシステム48より取得し、取得した道路の状態に応じて、必要に応じて運転者による運転操作に関わらず、自動的にエンジン5やモータ10を制御したりブレーキ油圧制御装置30を制御したりすることにより、所望の走行状態を得ることができる。この運転支援制御は、車両1の運転席に設けられると共に運転支援制御のONとOFFとを切り替える切替スイッチ(図示省略)を切り替えることにより、制御のONとOFFとが切り替え可能になっている。
運転支援制御を行う場合には、この切替スイッチをONに切り替え、運転支援制御時の車速を設定する。運転支援制御時には、設定した車速を運転支援制御部69から駆動力制御部63に伝達し、駆動力制御部63で、設定した車速を発生可能な駆動力を、目標駆動力として導出する。目標駆動力を導出した駆動力制御部63は、目標駆動力を発生させることができるエンジン5やモータ10の出力を導出し、導出した出力をエンジンECU51やモータECU52に伝達することにより、エンジン5やモータ10が、導出した出力を発生することができるように、エンジン5やモータ10を制御する。また、このようにエンジン5やモータ10を制御すると同時に、動力分割機構12を制御して、エンジン5から減速機15に伝達される出力を制御する。これにより、減速機15を介してエンジン5やモータ10の出力が伝達された前輪21で発生する駆動力は、目標駆動力とほぼ同じ大きさの駆動力になり、車速は、設定した車速とほぼ同じ速度になる。
また、運転支援制御時に、車速センサ44で検出して車速取得部64で取得する車速が、設定車速を超えそうな場合や超えた場合において、ブレーキをかける必要がある場合には、運転支援制御部69は、必要な減速度をブレーキ制御部68に送信し、ブレーキ制御部68で目標減速力を導出する。ブレーキ制御部68で導出した目標減速力は、ブレーキ制御部からブレーキECU54に伝達する。
目標減速力が伝達されたブレーキECU54は、目標減速力に応じた制御信号をブレーキ油圧制御装置30に対して送信し、目標減速力に応じた油圧を、ブレーキ油圧制御装置30で発生させる。ホイールシリンダ31は、このようにブレーキ油圧制御装置30で発生させた油圧によって作動し、ブレーキディスク32の回転速度を低下させる。これにより、車両1は目標減速力とほぼ同じ大きさの減速力で減速する。運転支援制御時には、これらにより、アクセルペダル27やブレーキペダル28を操作しなくても、設定した車速を維持することができる。
また、運転支援制御を行っている場合は、運転支援制御部69が有する道路状態取得部70で、車両1の進行方向の道路の状態をカーナビゲーションシステム48より取得する。例えば、道路状態取得部70は、車両1の進行方向の道路が曲がっている場合には曲がっている方向と、カーブの曲率など道路が曲がっている度合いとを取得する。
道路状態取得部70で取得した進行方向の道路の状態は、運転支援制御部69が有する走行抵抗推定部71に伝達される。走行抵抗推定部71は、道路状態取得部70から伝達された道路の状態によって発生する走行抵抗を推定し、推定した走行抵抗を、運転支援制御部69から駆動力制御部63やブレーキ制御部68に伝達する。具体的には、走行抵抗推定部71は、道路状態取得部70から伝達された道路の状態より、車両1がこの道路を走行した際に発生する走行抵抗としてコーナリングドラッグを推定し、推定したコーナリングドラッグを駆動力制御部63やブレーキ制御部68に伝達する。コーナリングドラッグが伝達された駆動力制御部63やブレーキ制御部68は、目標駆動力や目標減速力を導出する際に、伝達されたコーナリングドラッグを考慮して算出する。
図3は、コーナリングドラッグを考慮して運転支援制御を行う場合における説明図である。運転支援制御時に、コーナリングドラッグを考慮して制御を行う場合には、目標となる走行ラインや目標となる車速など、目標となる走行軌跡である目標軌跡を運転支援制御部69が有する目標軌跡演算部72で演算する(ST101)。この目標軌跡を演算する場合には、まず、目標となる走行ラインである目標ラインを生成する。目標ラインは、道路状態取得部70で取得した道路の状態より生成する。
例えば、目標軌跡演算部72で目標ラインを生成する場合には、道路状態取得部70で取得した道路の状態より、取得した道路を走行する場合における最適軌跡を、運動方程式等を用いて算出する。具体的には、まず、目標ラインを生成する場合における評価式を設定し、道路状態取得部70で取得した道路を走行する際の走行ラインを、取得した道路の曲率や道路の幅等の道路情報と、運動方程式等の式とを用いて複数生成する。このように生成した走行ラインのうち、例えば道路を最短時間で通過する場合における走行ラインなど、ある指標を優先的に満たすよう当該道路を走行する際における最適な走行ラインを、設定した評価式に基づいて選択する。この選択した走行ラインを、目標ラインとして用いる。
目標ラインを生成したら、次に、車両1を目標ラインで走行させるための速度を、目標速度として演算する。このように目標ラインから生成する目標速度は、コーナリングドラッグを考慮していないため、この目標速度は、仮の目標速度として演算する。
次に、生成した目標ラインと仮の目標速度とより、車両1を生成した目標ラインで走行させるための舵角を目標舵角δとして演算する。この目標舵角δは、仮の目標速度をVとし、車両1の旋回特性、或いは操縦安定性を示す値であるスタビリティファクタをKhとし、車両1のホイールベースをLとし、目標ラインの曲率をRとした場合に、下記の式(1)より演算する。
δ=(1+Kh・V2)・(L/R)・・・(1)
さらに、車両1を仮の目標速度で、舵角を目標舵角δにして走行させた場合に前輪21に発生する横力を、目標フロント横力Fyrとして演算する。この目標フロント横力Fyrは、車両1の重量をMとし、後輪22の回転軸から車両1の重心点までの距離をLrとした場合に、下記の式(2)より演算する。
Fyr=M・{(V2/R)・(Lr/L)}・・・(2)
目標軌跡は、これらのように目標ラインや目標速度等の目標となる車両1の走行状態や、目標となる走行状態で車両1を走行させるための目標舵角δ等の制御量、さらに、目標となる走行状態で車両1を走行させた場合の目標フロント横力Fyr等を含んでおり、これらの車両1の挙動を、総合したものになっている。運転支援制御を行う場合には、まずこのように、コーナリングドラッグを考慮しない状態の目標軌跡である仮の目標軌跡を、目標軌跡演算部72で演算することにより生成する。
仮の目標軌跡を演算したら、次に、車両1が仮の目標軌跡で走行した場合における走行抵抗であるコーナリングドラッグGxを、下記の式(3)を走行抵抗推定部71で演算することにより推定する(ST102)。つまり、走行抵抗推定部71は、将来の車両1の運動制御である目標舵角δと、目標舵角δによって将来発生する目標フロント横力Fyrとを用いることにより、将来発生するコーナリングドラッグを推定する。このため、走行抵抗推定部71は、将来ステアリング操作をして舵角を目標舵角δにすることによって将来発生するコーナリングドラッグを推定する。
Gx=−{(sinδ・Fyr)・M}・・・(3)
走行抵抗推定部71でコーナリングドラッグGxを推定したら、次に、目標軌跡演算部72で仮の目標軌跡にコーナリングドラッグによる補正を加えることにより、コーナリングドラッグを考慮して目標軌跡を演算する(ST101)。例えば、道路状態取得部70で取得した道路の状態に基づいて生成した目標ラインより、目標軌跡演算部72で演算をした仮の目標速度を、推定したコーナリングドラッグGxで目標軌跡演算部72によって補正する。即ち、仮の目標軌跡で車両1が走行した場合におけるコーナリングドラッグを利用して、目標軌跡演算部72で再度将来の目標軌跡を生成する。
図4−1〜図4−3は、時間の進行に対する車速の変化を示す説明図であり、図4−1は、仮の目標速度の説明図、図4−2は、コーナリングドラッグによる減速分の説明図、図4−3は、コーナリングドラッグによる補正後の目標速度の説明図になっている。なお、図4−1〜図4−3は、車両1が停止している状態から加速して目標ラインで走行し、減速して再び停止するまでの状態を示している。上述したように、運転支援制御時にコーナリングドラッグを考慮して目標速度を生成する際の過程を、図を用いて説明すると、まず、目標ラインを生成し、車両1を目標ラインで走行させるための速度を仮の目標速度Stとして演算して、図4−1に示すように生成する。つまり、走行抵抗推定部71で、目標軌跡演算部72で仮の目標軌跡に含まれる仮の走行車速である仮の目標速度Stを生成する。
目標軌跡演算部72で仮の目標速度Stを生成したら、走行抵抗推定部71は、この仮の目標速度Stを生成した後に、車両1が仮の目標速度で走行した場合に発生するコーナリングドラッグを推定する。さらに、目標軌跡演算部72は、推定したコーナリングドラッグに基づいてコーナリングドラッグの補正分を推定するが、このコーナリングドラッグは、図4−2に示すように、目標速度を補正する場合における減速分Cdになっている。つまり、車両1の走行中にコーナリングドラッグが発生した場合、車速は下がるため、コーナリングドラッグが発生すると推定される場合には、運転支援制御を行うために生成した目標速度を、推定したコーナリングドラッグを用いて低下させる。このため、コーナリングドラッグによる減速分Cdを、推定したコーナリングドラッグを用いて算出する。
次に、推定したコーナリング速度による減速分Cdを用いて仮の目標速度Stを補正することにより、図4−3に示すように、コーナリングドラッグが発生する区間の目標速度を低下させる。つまり、推定したコーナリング速度による減速分Cdを、仮の目標速度Stに反映させることによって、目標速度をコーナリング速度による減速分低下させ、コーナリングドラッグによる減速分Cdを用いて補正した目標速度Scを生成する。即ち、目標軌跡演算部72は、仮の目標速度Stで車両1が走行した場合に発生するコーナリングドラッグを利用して目標速度Scを生成することにより、再度将来の目標軌跡を生成する。
このように、仮の目標速度をコーナリングドラッグにより補正し、仮の目標軌跡を補正することにより再度目標軌跡を生成したら、車両1を目標軌跡で走行させるための制御量を演算する(ST103)。この演算は、車速を目標速度にする際における駆動力をエンジン5やモータ10の出力により発生させる場合におけるエンジン5やモータ10の制御量や、現在の車速が目標速度よりも速い場合に減速力を発生させる場合におけるブレーキ油圧制御装置30の制御量を、運転支援制御部69が有する制御量演算部73で演算する。
エンジン5やモータ10等のアクチュエータは、このようにして制御量演算部73で演算した制御量で制御する(ST104)。具体的には、制御量演算部73で演算した制御量は、駆動力制御部63やブレーキ制御部68に伝達する。制御量演算部73から制御量が伝達された駆動力制御部63は、エンジンECU51やモータECU52を介してエンジン5やモータ10や動力分割機構12を制御することによって駆動力を制御し、同様に制御量が伝達されたブレーキ制御部68は、ブレーキECU54を介してブレーキ油圧制御装置30を制御することによって制動力を制御する。これにより、制御量演算部73で演算した制御量でアクチュエータを制御し、作動させる。
このようにエンジン5等のアクチュエータを制御して車両1を走行させた場合、アクチュエータからの出力に加え、実際のコーナリングドラッグや車輪20と路面との接地状態等の外乱Tuを含めて車両1は走行をする。つまり、車両1は、アクチュエータからの出力に外乱Tuが加わった状態で走行する。
車両1は、このようにアクチュエータからの出力に外乱Tuが加わった状態で走行するが、運転支援制御によって車両1を走行させる場合には、車両1の挙動Bvを取得し、フィードバック制御を行いながら走行させる。車両1の挙動Bvとしては、例えば、車速センサ44で車速を検出したり、車両1の走行中の横GをGセンサ45で検出したり、車両1の走行中のヨーレートをヨーレートセンサ46で検出したりする。これらの検出結果は、車速センサ44での検出結果は車速取得部64で取得し、Gセンサ45での検出結果はG取得部65で取得し、ヨーレートセンサ46での検出結果はヨーレート取得部66で取得して、それぞれ車両1の挙動Bvとして制御量演算部73に伝達する。
制御量演算部73では、車両1を目標軌跡で走行させるように、継続的にアクチュエータの制御量を演算するが、車速やヨーレート等の車両1の挙動Bvが伝達された制御量演算部73は、アクチュエータの制御量を演算する際に、目標軌跡演算部72で演算した目標軌跡(ST101)と実際の車両1の挙動Bvとを比較してフィードバック量を演算する(ST105)。例えば、目標速度と車速取得部64で取得した車速とを比較し、車速に差がある場合には、その差分を、アクチュエータを制御する際における制御量に加える。これにより、アクチュエータを制御することにより走行をする車両1の実際の挙動Bvを、目標軌跡に近づける。
図5−1は、従来の車両でカーブを走行する場合における説明図である。図5−2は、実施例に係る車両制御装置を備える車両でカーブを走行する場合における説明図である。実施例に係る車両制御装置2では、運転支援制御を行う場合には、このように仮の目標軌跡を、推定したコーナリングドラッグで補正した目標軌跡でエンジン5等のアクチュエータを制御する。このため、例えば、エンジン5を停止させてモータ10のみで走行をするような場合、即ち、燃費を重視して走行するような場合でも、所望の走行状態を維持することができる。
つまり、運転支援制御を行って車両1を走行させる場合において、目標となる走行ラインである目標ラインLtに沿って車両1を走行させている最中に、カーブを走行する場合、車両1には走行抵抗として、カーブを走行することによって発生するコーナリングドラッグが発生する。このため、従来の車両1のように、コーナリングドラッグを考慮しないで運転支援制御を行う場合、図5−1に示すように、車両1がカーブに差し掛かってコーナリングドラッグ発生区間Sdを走行する場合、車速を維持するためフィードバック制御を行い、駆動力を増加させる制御を行う。この場合、燃費を重視してモータ10のみで走行している場合でも、駆動力を増加させるためにエンジン5を始動し、モータ10とエンジン5とを併用して走行することになるため、所望の走行状態とは異なる走行状態になる。
これに対し、実施例に係る車両制御装置2では、仮の目標軌跡より推定したコーナリングドラッグで目標軌跡を補正することにより、目標軌跡はコーナリングドラッグを考慮したものになるため、生成した目標軌跡は、コーナリングドラッグが発生するカーブでは減速する状態になる。このため、図5−2に示すように、運転支援制御時に目標ラインLtに沿って車両1を走行させた場合には、目標軌跡はコーナリングドラッグ発生区間Sdでは車速は低下した状態になるため、コーナリングドラッグ発生区間Sdでコーナリングドラッグによって車両1が実際に減速した場合でも、フィードバック制御量は最小限になる。これにより、モータ10のみで走行することにより燃費を重視する走行を行った場合に、モータ10のみの走行を維持することができ、所望の走行状態が維持される。
以上の車両制御装置2は、車両1の走行制御を行う運転支援制御の実行時に、走行抵抗であるコーナリングドラッグを推定し、この推定したコーナリングドラッグを利用して目標軌跡を生成するため、生成する目標軌跡と実際の車両1の走行時の走行軌跡とのずれを低減することができる。これにより、車両1の運転支援制御を、車両1の実際の走行に沿った制御に近づけることができ、運転支援制御時における車両1の挙動のフィードバック量を低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性の向上を図ることができる。
また、このように運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を向上させることにより、車両1を、より確実に道路の状態に適した状態で走行させることができ、また、走行制御時における制御量のハンチングを抑制することができる。これらの結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際のフィーリングの悪化を抑制することができる。
また、運転支援制御時に将来発生するコーナリングドラッグを推定し、このコーナリングドラッグを利用して目標軌跡を生成するため、車両1の走行制御を、予め車両1の実際の走行に沿った制御に近づけることができる。これにより、運転支援制御時における車両1の挙動のフィードバック量を、より確実に低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、運転支援制御時に目標軌跡を生成する際に利用するコーナリングドラッグは、将来の車両1の運動制御によって発生する走行抵抗として推定したものであるため、将来の車両1の運動制御を含めて車両1の走行制御を行うことができる。即ち、コーナリングドラッグは、道路状態取得部70で取得した道路の状態より生成した目標ラインに基づいて算出した将来の車両1の運動制御である車速や目標舵角δにより発生する走行抵抗として推定したものであるため、将来車両1を目標ラインで走行させる場合に、車両1の運動制御を含めて車両1の走行制御を行うことができる。これにより、運転支援制御時に将来の車両1の運動制御を含めて制御量を決定できるので、制御時の車両1の挙動のフィードバック量を、より確実に低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、運転支援制御時に目標軌跡を生成する際に利用するコーナリングドラッグは、ステアリング操作を行って舵角を目標舵角δにすることによって将来発生する走行抵抗として推定したものであるため、運転支援制御時に車両1の走行制御を行う際に、ステアリング操作を行うことにより変化する車両1の挙動を含めて制御量を決定できる。これにより、運転支援制御時にステアリング操作を行うことによって車両1の挙動が変化する場合でも、車両1の挙動のフィードバック量を、より確実に低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、運転支援制御時に目標軌跡を生成する際に利用する走行抵抗としてコーナリングドラッグを用いるため、運転支援制御時に車両1の走行制御を行う際に用いる目標軌跡として、より適切な目標軌跡を生成することができる。つまり、車両1が旋回をする場合、車輪20で横力を発生させながら車両1は進行方向の向きを変化させることになるため、車両1の走行時の運動エネルギーの一部は横力に変化し、車速は低下する。換言すると、車両1の旋回時に発生し、運動エネルギーの一部が変化する横力は、車両1の進行方向に対する抵抗になる。実施例に係る車両制御装置2では、目標軌跡を生成する際に利用する走行抵抗として、この車両1の旋回時に発生する抵抗であるコーナリングドラッグを用いるため、より確実に、車両1の走行時における実際の挙動に沿った目標軌跡を生成することができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、仮の目標軌跡に基づいて推定するコーナリングドラッグを利用して将来の目標軌跡を生成するので、運転支援制御によって車両1の走行制御を行う際に、生成する目標軌跡を、より確実に車両1の走行時における実際の走行軌跡に近づけることができる。つまり、仮の目標軌跡に基づいてコーナリングドラックを推定することにより、コーナリングドラッグの推定精度を高めることができ、このように精度が高いコーナリングドラッグを利用して将来の目標軌跡を生成することにより、目標軌跡を、より確実に車両1の走行時における実際の走行軌跡に近づけることができる。これにより、運転支援制御時における車両1の挙動のフィードバック量を、より確実に低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、車両1が走行をする場合、同じ道路を走行する場合でも、道路内における車両1の幅方向における位置は、走行車線の幅や道路の幅などの所定の幅方向における範囲内で、自由な位置で走行をすることができる。このため、車両1の走行時の走行ラインは、同じ道路を走行する場合でも所定の範囲以内で自由に設定することができ、車両1がカーブを曲がる場合でも、様々なライン取りが考えられる。また、1つのカーブで複数設定可能な走行ラインは、それぞれコーナリングドラッグが異なっている。このため、道路の状態を検出するなどして単に道路の状態がわかっただけでは、コーナリングラインの推定は困難なものとなっている。
これに対し、実施例に係る車両制御装置2では、道路状態取得部70で取得した道路の状態より目標ラインを生成し、生成した目標ラインより、仮の目標軌跡を生成した後、この仮の目標軌跡よりコーナリングドラッグを推定し、推定したコーナリングドラッグを利用して目標軌跡を補正している。これにより、通常の自動車のように、走行時の走行ラインを複数生成可能な車両1において、コーナリングドラッグを利用して補正した目標軌跡を、車両1の走行時における実際の走行軌跡に近づけることができる。これにより、運転支援制御時における車両1の挙動のフィードバック量を、より確実に低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、運転支援制御時に生成する目標軌跡は車速を含み、走行抵抗としてコーナリングドラッグを用いており、目標軌跡を生成する場合には、コーナリングドラッグを利用して将来の目標速度を生成するので、運転支援制御によって車両1の走行制御を行う場合における目標軌跡を、より適切に生成することができる。つまり、車両1の走行時にコーナリングドラッグなどの走行抵抗が発生した場合、車両1の挙動のうち車速が最も影響を受け易く、且つ、車速は車両1の走行制御時に調節することができるため、目標軌跡に車速を含ませ、コーナリングドラッグを利用して目標速度を生成することにより、運転支援制御によって車両1の走行制御を行う場合における目標軌跡を、より適切に生成することができる。これにより、目標軌跡を実際の車両1の走行時の走行軌跡に近づけることにより、運転支援制御での走行制御時における車両1の挙動のフィードバック量を低減させる際に、より確実に低減させることができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を、より確実に向上させることができる。
また、運転支援制御時に、コーナリングドラッグを利用して将来の目標軌跡を生成し、走行制御時における車両1の挙動のフィードバック量を低減させることにより、所望の走行状態を維持することができる。つまり、コーナリングドラッグを利用して将来の目標軌跡を生成することにより、コーナリングドラッグが発生する区間は、目標軌跡に含まれる目標速度が減速した状態になる。このため、例えば、燃費を良くするために、エンジン5を停止させてモータ10のみで走行をする場合には、運転支援制御での車両1の走行制御時に、コーナリングドラッグを発生する区間では車両1の駆動力を増加させないように制御することができるので、コーナリングドラッグによって車両1が減速した場合でも、エンジン5を始動することを抑制することができる。これにより、燃費を重視する走行状態を維持できる。
また、車速を一定にしたり、なるべく速い車速で走行したりする場合には、運転支援制御での車両1の走行制御時に、コーナリングドラッグを発生する区間や、その若干手前の区間で駆動力を増加させることにより、車速の低下を抑制できる。従って、コーナリングドラッグを利用して将来の目標軌跡を生成することにより、所望の走行状態を維持することができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を向上させると共に、所望の走行状態で車両1を走行させることができる。
また、目標軌跡を生成する際に、評価式を用いて目標ラインを生成するので、より確実に目標軌跡を生成し、フィードバック量を低減することができる。つまり、車両1は同じ道路上をある程度自由な走行ラインで走行をすることができるが、コーナリングドラッグは走行ラインごとに異なっているので、評価式を用いて、最適な走行ラインである目標ラインを生成することにより、車両1の走行時のコーナリングドラッグを推定することができる。これにより、推定したコーナリングドラッグを利用して目標軌跡を生成することができ、この目標軌跡で車両1の走行制御を行うことにより、走行制御時のフィードバック量を低減することができる。この結果、運転支援制御により車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を向上させることができる。なお、目標ラインを生成する評価式は何を優先的に満たすように車両制御を行うかによって選択されるようになっていてもよい。例えば、燃費を重視する走行と、車速を一定にする場合、なるべく速い車速で走行する場合とではそれぞれ異なった評価式が選ばれ目標ラインが生成されるようになっていてよい。何を優先的に満たすかは、運転者の運転操作状況や運転モード選択状況によって判断されるようになっていてよい。例えば、緩やかなアクセルワーク、緩やかなステアリング操作の場合、エコモードが選択されている場合は、燃費を優先にする評価式が選択される。また、アクセルペダルのオンオフの頻度が上昇する場合やスポーツモードが選択されている場合は、なるべく速い車速で走行しようとしていると判断してそれに適した評価式が選択されるようになっていてよい。
なお、実施例に係る車両制御装置2では、目標軌跡を生成する際に推定する走行抵抗としてコーナリングドラッグを用いているが、走行抵抗はコーナリングドラッグ以外を用いてもよい。目標軌跡を生成する際に推定する走行抵抗は、例えば、転がり抵抗や、空気抵抗等を用いても良い。車両1の運転支援制御時に、これらの走行抵抗を推定し、推定した走行抵抗を利用して目標軌跡を生成することにより、運転支援制御での走行制御時におけるフィードバック量を低減することができ、車両1の走行制御を行う際の制御の追従性を向上させることができる。
また、実施例に係る車両制御装置2では、道路の状態の取得は、カーナビゲーションシステム48の情報より取得しているが、車両1の進行方向の道路の状態は、カーナビゲーションシステム48以外より取得してもよい。例えば、車両1にCCD(Charge Coupled Device)カメラを設けて、車両1の進行方向の道路を撮像することにより道路の状態を取得したり、車両1にレーダーを設けて、道路上の白線等を検出することにより道路の状態を取得したりしてもよい。道路の状態を取得する手段は、目標軌跡を生成できる程度の道路情報を取得できる手段であれば、その手法は問わない。
また、上述した車両1は、動力源としてエンジン5とモータ10とを用いる、いわゆるハイブリッド車となっているが、動力源は、エンジン5とモータ10との双方を用いなくてもよく、動力源は、エンジン5のみやモータ10のみでもよい。運転者の運転操作に関わらず、必要に応じて駆動力の調節を行うことができる車両であれば、動力源は問わない。