JP2011157067A - Motion control device for vehicle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the motion control device of a vehicle for presenting a concrete control guide to a driver to enable the driver to obtain a guide to his or her own driving operation. <P>SOLUTION: An ideal motion control part 42 of a central controller 40 controls the steering of a vehicle by using the backward and forward jerk information of a vehicle. Information for a driver to determine a timing to start steering is presented on an HVI(Human Vehicle Interface) 55. The driver controls the steering start timing based on the information to be presented on the HVI(Human Vehicle interface) 55. An information presenting means presents information for determining the timing to start the steering to the driver. The steering start timing is controlled by the driver based on the information to be presented by the information presentation means. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、操舵,減速,加速を統合的に制御する車両の運動制御装置に係り、特に、車両の加加速度情報を用いて車両の運動を制御する車両の運動制御装置に関する。   The present invention relates to a vehicle motion control device that integrally controls steering, deceleration, and acceleration, and more particularly to a vehicle motion control device that controls vehicle motion using vehicle jerk information.

従来の車両においては、ハンドルから実際にタイヤを切る操舵装置まで、アクセルペダルからエンジンスロットル開度まで、ブレーキペダルからブレーキ油圧装置までが、油圧などを含む機械的な結合により直結されていた。これに対し、それぞれの操作部へのドライバの入力度合いをセンサにて検出し、それを電気信号に変換して伝えることにより、前記の機械的な結合を廃した、バイワイヤシステムが各種提案されている。バイワイヤシステムでは、ドライバの入力のみならず、その過不足分の制御指令を付与したうえで、操舵装置、エンジン、ブレーキ油圧装置に伝え、ドライバの入力に支配されることなく適切な車両運動制御を行うことが可能となる。これらのシステムは操舵(ステア)、加速(ドライブ)、減速(ブレーキ)について独立して制御できるようになっており、それぞれの機能を統合して、より高い運動性能を実現する可能性がある。   In conventional vehicles, the steering wheel to the steering device that actually cuts the tire, the accelerator pedal to the engine throttle opening, and the brake pedal to the brake hydraulic device are directly connected by mechanical coupling including hydraulic pressure. On the other hand, various by-wire systems have been proposed in which the mechanical coupling is eliminated by detecting the input level of the driver to each operation unit with a sensor, converting it to an electrical signal, and transmitting it. Yes. In the by-wire system, not only the driver's input, but also the control command for the excess and deficiency is given, and it is transmitted to the steering device, engine, brake hydraulic system, and appropriate vehicle motion control is performed without being controlled by the driver's input. Can be done. These systems can be controlled independently for steering (steering), acceleration (driving), and deceleration (braking), and there is a possibility that higher functions can be realized by integrating the respective functions.

このような車両の統合制御システムとしては、処理ユニットが、車両の周囲の環境情報および操作要求に基づいて、制御ユニット毎に対応付けされたアクチュエータを操作するための制御目標に関する情報を算出し、算出された制御目標に関する情報に基づく情報であって制御ユニットにおける駆動力と制動力とを分担させるための情報を算出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   As such an integrated control system for a vehicle, the processing unit calculates information related to a control target for operating an actuator associated with each control unit based on environmental information and operation requests around the vehicle, Information that is based on information about a calculated control target and that calculates information for sharing driving force and braking force in a control unit is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−186831号公報JP 2005-186831 A

特許文献1等に示される車両の統合制御システムは、統合制御を行うためのソフトウェア構成などの「枠組み」を開示している。しかしながら、「ドライバの入力に支配されることなく適切な車両運動制御を行うことが可能」であるというバイワイヤシステムの利点を活用しているとは言い切れないものである。   The vehicle integrated control system disclosed in Patent Document 1 discloses a “framework” such as a software configuration for performing integrated control. However, it cannot be said that the advantage of the by-wire system that “appropriate vehicle motion control can be performed without being controlled by the input of the driver” is utilized.

一方、ドライバの意思,要求とは、「あるコーナーを滑らかに走りたい」、「あるいは急停車する前方のクルマを避けたい」という理想的な車両運動そのもので、ステアリングを例えば60度切るというのは、その手段,過程にしか過ぎず、操作量は運転者の意思そのものではない。さらに運転者の意思そのものである要求車両運動が同じだとしても運転の得手,不得手により、当然ながら操作が異なり結果的に実現されるものが異なるようになる。危険回避などの極端な例では、車両側では入力された運転操作群に忠実に動く準備がシステム側でなされていても、運転操作が未熟なドライバの場合、どのようなタイミングで操作入力を組み合わせればよいのかわからない場合がある。このようなときは運転操作が不適切な入力群となり、要求車両運動(回避など)が実現できない場合もありうる。
また、自動運転を想定した場合、もはや運転者の意思は、移動する地点情報のみとなり、ナビゲーションシステムなどの情報を用いて、自律走行を行うことになる。このとき、例えばコーナーを曲がるときにどのようなタイミングでブレーキ、操舵を開始し、どのようなタイミングで加速するかという課題が生じる。
On the other hand, the driver's intention and request are ideal vehicle movements such as “I want to run smoothly in a corner” or “I want to avoid a car in front of a sudden stop”. It is only the means and process, and the amount of operation is not the driver's intention. Further, even if the required vehicle motion, which is the driver's intention itself, is the same, the operation is naturally different depending on the driver's merits and demerits, and what is realized as a result differs. In extreme cases such as danger avoidance, even if the system is prepared to move faithfully to the input driving operation group on the vehicle side, the operation input is combined at any timing for a driver who is immature in driving operation You may not know what to do. In such a case, the driving operation may be an inappropriate input group, and the requested vehicle motion (eg avoidance) may not be realized.
In addition, when automatic driving is assumed, the driver's intention is no longer limited to the moving point information, and autonomous driving is performed using information such as a navigation system. At this time, for example, when turning a corner, there arises a problem of when to start braking and steering and at what timing to accelerate.

本発明の目的は、具体的な制御指針をドライバに提示することにより、ドライバが自己の運転操作に対する指針を得られるような車両の運動制御装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a vehicle motion control device in which a driver can obtain a guide for his / her driving operation by presenting a specific control guide to the driver.

(1)上記の目的を達成するために、本発明は、運転者に操舵を開始するタイミング決定のための情報を提示する情報提示手段を備え、前記情報提示手段により提示される情報に基づいて、運転者により前記操舵開始タイミングが制御されるようにしたものである。
かかる構成により、ドライバが自己の運転操作に対する指針を得られるようになる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention includes information presenting means for presenting information for timing determination for starting steering to the driver, and based on information presented by the information presenting means. The steering start timing is controlled by the driver.
With this configuration, the driver can obtain a guide for his / her driving operation.

本発明によれば、具体的な制御指針をドライバに提示することにより、ドライバが自己の運転操作に対する指針を得られるものとなる。
According to the present invention, by presenting a specific control guideline to the driver, the driver can obtain a guideline for his / her driving operation.

本発明において検討する運転動作,車両運動の説明図である。It is explanatory drawing of the driving | running operation | movement and vehicle motion which are examined in this invention. 本発明における異なる垂直荷重毎の、横すべり角(deg)と、コーナリングフォース(kN)との関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between the side slip angle (deg) and cornering force (kN) for every different vertical load in this invention. 本発明における荷重移動の解析モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the analysis model of the load movement in this invention. 本発明における4輪の車両を等価的な前後2輪の車両の平面運動で考えた前後2輪モデルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a front-rear two-wheel model in which a four-wheel vehicle according to the present invention is considered by a plane motion of an equivalent front-rear two-wheel vehicle. 本発明における減速→旋回時の車両の状態変数の説明図である。It is explanatory drawing of the state variable of the vehicle at the time of deceleration-> turning in this invention. 本発明における(6)の状態である旋回から加速をしながら直線運動へと脱出する際の車両の状態変数の説明図である。It is explanatory drawing of the state variable of the vehicle at the time of escaping from the turning which is the state of (6) in this invention to acceleration while accelerating. 本発明における実車試験の説明図である。It is explanatory drawing of the actual vehicle test in this invention. 本発明における実車試験の実験Iの結果の説明図である。It is explanatory drawing of the result of experiment I of the actual vehicle test in this invention. 本発明における実験I、II両方の結果として、操舵開始のタイミングを取り出した結果の説明図である。It is explanatory drawing of the result which took out the timing of a steering start as a result of both experiment I and II in this invention. 本発明における実験I、II両方の結果として、ブレーキを緩め終わるタイミング、加速を開始するタイミングを取り出した結果の説明図である。It is explanatory drawing of the result which took out the timing which complete | releases a brake, and the timing which starts acceleration as a result of both experiment I and II in this invention. 本発明における実験I、II両方の結果として、各輪の垂直荷重の説明図である。It is explanatory drawing of the vertical load of each wheel as a result of both experiment I and II in this invention. 本発明における実車試験の車両と同等に定数を調整されたモデルを用いた車両運動シミュレーションの結果の説明図である。It is explanatory drawing of the result of the vehicle motion simulation using the model by which the constant was adjusted equivalent to the vehicle of the actual vehicle test in this invention. 本発明における本発明の車両の運動制御装置の概念説明図である。1 is a conceptual explanatory diagram of a vehicle motion control apparatus according to the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による車両の運動制御装置を用いる車両システムのシステム構成を示すシステムブロック図である。1 is a system block diagram showing a system configuration of a vehicle system using a vehicle motion control device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による車両の運動制御装置における制御入出力の関係を示すシステムブロック図である。It is a system block diagram which shows the relationship of the control input / output in the movement control apparatus of the vehicle by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両の運動制御装置における自動運転モード時の制御内容の説明図である。It is explanatory drawing of the control content at the time of the automatic driving mode in the vehicle motion control apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両の運動制御装置におけるドライバモード時の制御内容の説明図である。It is explanatory drawing of the control content at the time of driver mode in the vehicle motion control apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両の運動制御装置におけるドライバモード時の制御内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control content at the time of driver mode in the vehicle motion control apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による車両の運動制御装置における「間接制御」であるドライバアシスト時の制御内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control content at the time of driver assistance which is "indirect control" in the vehicle motion control apparatus by one Embodiment of this invention.

最初に、図1〜図13を用いて、理論的な検討、実験結果を通して、本発明の根幹となる車両運動制御の概念について説明し、アクセル,ステア,ブレーキ操作についての具体的な制御タイミングの指針を明確化する。   First, the concept of vehicle motion control, which is the basis of the present invention, will be described through theoretical examination and experimental results using FIGS. 1 to 13, and specific control timings for accelerator, steer, and brake operations will be described. Clarify the guidelines.

先に記したように、自動車は、路面に対して運動することによって初めて生じる力を受け、この力を利用することによって車上のドライバの意思のもとに平面内を自由に運動できる。ここで重要なのは、ドライバの意思により実現されるべき運動が、ドライバが入力した運転操作量のみならず、車速、車両前後加速度、横加速度、横滑り角、タイヤ接地荷重などの運動状態に左右されるということである。例えば、タイヤに荷重が加わっていないタイミング(極端な例ではタイヤが浮いているとき)に舵角を入力しても、大きな横力は発生しないし、ブレーキ入力をしても当然のことながら大きな減速力は発生しない。また、いわゆるカウンターステアをあてている状態では、右側に舵角を与えているにも関わらず、左側に車がドリフトしていく場合もありうる。このように、車両の運動状態と、運転操作とのタイミング、操作量が適当なものでないと、ドライバの意思とは違う運動になることさえありうる。   As described above, the automobile receives a force generated only when it moves with respect to the road surface. By using this force, the automobile can freely move in the plane with the intention of the driver on the vehicle. What is important here is that the motion to be realized by the driver's intention depends not only on the amount of driving operation input by the driver but also on the motion state such as vehicle speed, vehicle longitudinal acceleration, lateral acceleration, skid angle, tire contact load, etc. That's what it means. For example, even if the rudder angle is input at a timing when no load is applied to the tire (when the tire is floating in an extreme example), a large lateral force is not generated, and even if a brake is input, it is naturally large No deceleration force is generated. In addition, in a state where a so-called counter steer is applied, the car may drift to the left side even though the steering angle is given to the right side. As described above, if the vehicle motion state, the timing of the driving operation, and the operation amount are not appropriate, the motion may be different from the intention of the driver.

さて、ドライバが意図する運動を定量的に扱うには、周囲環境要因の占める割合が大きく、困難である。しかしながら、駐車動作などのように位置の制御精度がとりわけ高い状態を除く、通常の状況に限定すれば定性的には把握可能である。例えば、加減速が少なく「滑らかな運動」という例が挙げられる。また、「タイヤ力を効率よく使う」「無駄の無い運転操作」というようにも表現ができる(本発明ではこの運動,および運転を「理想運動」、「理想運転」と呼ぶ)。
最初に、図1を用いて、本発明において検討する運転動作,車両運動について説明する。
図1は、本発明において検討する運転動作,車両運動の説明図である。
Now, it is difficult to handle the movement intended by the driver quantitatively because the ratio of surrounding environmental factors is large. However, it is possible to grasp qualitatively if it is limited to a normal situation except for a state in which the position control accuracy is particularly high such as a parking operation. For example, there is an example of “smooth motion” with little acceleration / deceleration. It can also be expressed as “use tire power efficiently” or “driving operation without waste” (in the present invention, this motion and driving are called “ideal motion” and “ideal driving”).
First, the driving operation and the vehicle motion studied in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is an explanatory diagram of driving operation and vehicle motion studied in the present invention.

図1に示すように、本発明で検討する運転動作,車両運動は、「減速しながら旋回に進入して、定速旋回後、旋回中に加速し、直線上に脱出する」という基本的な状況であり、この状況を実現するブレーキ,ステア,アクセル制御操作についての指針を述べる。以下、上述の指標を具体化すべく、タイヤ特性,荷重移動物理モデル,車両運動力学から見た検討,サポートする実験結果について順次説明する。
<タイヤ力を運動状況に応じて効率よく使う方法(車両運動力学的アプローチ)>
タイヤの発生力は、粘着領域にて発生するタイヤ変形力と、すべり領域における摩擦力とに分類できる。タイヤを効率よく使うということは、単位横すべり角、あるいはスリップ率に対する横力、前後力(ゲイン)が大きいこと、発生する力の応答性が高い(位相遅れが少ない)こと、さらにはタイヤ磨耗を少なくすることと考えることができる。またゲインが高いということは、同じタイヤ力を発生するために舵角、ブレーキ踏力などの操作量が少なくても良いことを示しており、これは「無駄の無い運転操作」に直結することになる。
As shown in FIG. 1, the driving operation and vehicle motion considered in the present invention are basically “entering a turn while decelerating, accelerating during a turn after a constant speed turn, and exiting on a straight line”. This section describes the guidelines for brake, steer, and accelerator control operations that realize this situation. Hereinafter, in order to make the above-mentioned index concrete, examination from the viewpoint of tire characteristics, load movement physical model, vehicle kinematics, and supported experimental results will be sequentially described.
<Efficient use of tire force according to exercise conditions (vehicle kinematic approach)>
The generated force of the tire can be classified into a tire deformation force generated in the adhesive region and a friction force in the slip region. Efficient use of tires means that the lateral force with respect to the unit slip angle or slip ratio, the longitudinal force (gain) is large, the responsiveness of the generated force is high (the phase lag is small), and the tire wear is also reduced. You can think of it as less. A high gain indicates that the amount of operation such as rudder angle and brake pedaling force may be small in order to generate the same tire force, which is directly linked to "no waste driving operation". Become.

図2は、異なる垂直荷重毎の、横すべり角(deg)と、コーナリングフォース(kN)との関係の説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the relationship between the side slip angle (deg) and the cornering force (kN) for each different vertical load.

図2に示すように、タイヤのゲインを増加させるためには、接地面の接地圧を増加させることが肝要であり、タイヤに加わる垂直荷重を増加させる必要がある。   As shown in FIG. 2, in order to increase the gain of the tire, it is important to increase the contact pressure on the contact surface, and it is necessary to increase the vertical load applied to the tire.

また、応答性はトレッドラバーの現在の変形から所望の定常値となる変形までの到達時間と考えられる。このため、不必要な変形を発生させず(回り道はせず)、所望の定常変形値まで直行するような履歴を形成することが重要である。例えば、ある垂直荷重のもとで、トレッドが所望の方向に向けて変形していく途中に、荷重が抜けてしまうと、トレッドは再びもとの状態に戻り、力の発生が遅れる。したがって、定常的な発生力となるまでのノイズのような力の変化を低減する必要がある。特に前述した粘着領域からすべり領域の変化点は接地面の接地圧の大きさにより変化し、タイヤトレッドラバーの変形形態も大きく変わる。したがって垂直荷重の変化率を小さくする必要がある。   In addition, the responsiveness is considered to be the arrival time from the current deformation of the tread rubber to the deformation that becomes a desired steady value. For this reason, it is important to form a history that goes straight to a desired steady deformation value without causing unnecessary deformation (no detour). For example, if the load is removed while the tread is deformed in a desired direction under a certain vertical load, the tread returns to the original state again, and the generation of force is delayed. Therefore, it is necessary to reduce a change in force such as noise until a steady generated force is obtained. In particular, the change point from the adhesive region to the slip region described above changes depending on the contact pressure of the contact surface, and the deformation form of the tire tread rubber also changes greatly. Therefore, it is necessary to reduce the rate of change of the vertical load.

また、タイヤ抵抗力,タイヤ磨耗を低減することをも考えると、粘着領域が拡大することが望ましい。これも垂直荷重が大きく、かつ横滑り角、スリップ率が小さい範囲でタイヤを使うことが望ましい。
以上をまとめると、効率よくタイヤ力を発生させるためには、接地荷重を高く、かつ変化率を小さくする必要があることがわかる。
In view of reducing tire resistance and tire wear, it is desirable to expand the adhesion region. It is also desirable to use tires in a range where the vertical load is large and the side slip angle and slip rate are small.
In summary, it can be seen that in order to generate tire force efficiently, it is necessary to increase the ground contact load and decrease the rate of change.

さて、以上のタイヤ単体特性を把握したうえで、運動する車両においてタイヤを効率よく使う方法について説明する。   Now, a method for efficiently using tires in a moving vehicle will be described after understanding the above characteristics of the tire alone.

接地荷重は、重量配分で決定する固定部分(静止輪重)と、前後,横方向に加減速する際の慣性力に比例した部分(荷重移動分)がある。   The ground load has a fixed part (stationary wheel weight) determined by weight distribution and a part (load movement) proportional to the inertial force when accelerating / decelerating in the front / rear and lateral directions.

ここで、図3を用いて、荷重移動の解析モデルについて説明する。
図3は、荷重移動の解析モデルの説明図である。
Here, an analysis model of load movement will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an analysis model for load movement.

図3は、「自動車技術会,Vol.47、No.12(1993),PP.54〜60」に、芝端らが「ヨーモーメント制御による車両運動性能の向上について」として掲載したものの、図10にて示した荷重移動の解析モデルである。   Fig. 3 shows what Shibabata et al. Published in "Automotive Technology Association, Vol. 47, No. 12 (1993), PP. 54-60" as "Improvement of vehicle motion performance by yaw moment control". 10 is an analysis model of load movement indicated by 10.

これを基にして荷重移動の基本的な影響を調べる。旋回中に加減速を行ったときの4輪の荷重W1〜W4は、以下の式(1)〜式(4)により表せる。(ここで、ロール角・ピッチ角のsin成分により生じる重心点の前後・横移動量は無視している。)   Based on this, the basic effect of load transfer is investigated. Loads W1 to W4 of the four wheels when acceleration / deceleration is performed during turning can be expressed by the following equations (1) to (4). (Here, the amount of forward / backward / lateral movement of the center of gravity caused by the sine component of the roll angle / pitch angle is ignored.)

Figure 2011157067
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Figure 2011157067
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ここで、各係数KOF,KOR,KHは、以下の式(5)〜式(7)で表せる。   Here, each coefficient KOF, KOR, KH can be expressed by the following formulas (5) to (7).

Figure 2011157067
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なお、ここで、KF,KR:前後輪のロール剛性であり、K*F、K*R:前後輪のロール剛性配分である。前後輪のロール剛性配分K*F,K*Rは、以下の式(8),式(9)で表せる。
Here, KF, KR: roll rigidity of front and rear wheels, and K * F, K * R: distribution of roll rigidity of front and rear wheels. The roll rigidity distributions K * F and K * R of the front and rear wheels can be expressed by the following equations (8) and (9).

Figure 2011157067
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Figure 2011157067
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また、式(5)〜式(7)において、hG:重心高さ、h*G:重心〜ロール軸間距離である。重心高さhGと、重心〜ロール軸間距離h*Gとの関係は、以下の式(10)で表せる。   In Expressions (5) to (7), hG is the height of the center of gravity, and h * G is the distance between the center of gravity and the roll axis. The relationship between the center-of-gravity height hG and the center-to-roll axis distance h * G can be expressed by the following equation (10).

Figure 2011157067
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ここで、dF,dR:前後輪トレッド、WF,WR:前後輪荷重、Gx,Gy:車両前後加速度,横加速度である。   Here, dF, dR: front and rear wheel tread, WF, WR: front and rear wheel load, Gx, Gy: vehicle longitudinal acceleration and lateral acceleration.

さらに、ここで各輪の荷重の単位時間あたりの変化率を考えると、以下の式(11)〜式(14)で表せる。   Furthermore, when the change rate per unit time of the load of each wheel is considered here, it can be expressed by the following equations (11) to (14).

Figure 2011157067
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すなわち、各輪の荷重変化は、車両の前後加加速度(Jx)と横加加速度(Jy)の線形結合で表せることがわかる。「なめらかな運動」は、加加速度の少ない運動と換言できるが、このなめらかな運動が、「荷重変化が少ない運動」と関連性が高いものである。   That is, it can be seen that the load change of each wheel can be expressed by a linear combination of the longitudinal jerk (Jx) and the lateral jerk (Jy) of the vehicle. “Smooth motion” can be rephrased as motion with little jerk, but this smooth motion is highly related to “motion with little load change”.

さて、ここで車両前後加速度(加加速度),横加速度(加加速度)は、タイヤ力により発生する車両運動を示す状態量である。この状態量により、タイヤ垂直荷重が決まり、タイヤ力が決まる。したがって、運動を制御するためには、「垂直荷重発生(W or Fz)」と「運動を実現するタイヤ力(Fx,Fy)」の両立を考慮する必要がある。   Now, the vehicle longitudinal acceleration (jerk acceleration) and lateral acceleration (jerk acceleration) are state quantities indicating vehicle motion generated by tire force. This state quantity determines the tire vertical load and the tire force. Therefore, in order to control the motion, it is necessary to consider both “vertical load generation (W or Fz)” and “tire force (Fx, Fy) that realizes motion”.

例えば、車両が急減速する状況を考えた場合、前後輪それぞれに減速方向の縦力(-Fxf,-Fxr)が発生する。前輪について考えると、前輪の縦力(-Fxf)の増加に伴い、前後方向の減速度が増加し、垂直荷重が増加する。これに対し、後輪では縦力(-Fxr)の増加に伴い、前後方向の減速度が増加し、垂直荷重が減少してする。また、急旋回の場合は、外側のタイヤは横力を発生することにより、垂直荷重が増加するが、内側のタイヤは横力を出せば出すほど、垂直荷重が減少する。   For example, when considering a situation where the vehicle decelerates suddenly, longitudinal forces (-Fxf, -Fxr) in the deceleration direction are generated on the front and rear wheels. Considering the front wheel, the longitudinal force increases and the vertical load increases as the front wheel longitudinal force (-Fxf) increases. On the other hand, in the rear wheel, the longitudinal force increases and the vertical load decreases as the longitudinal force (-Fxr) increases. In the case of a sharp turn, the outer tire generates a lateral force to increase the vertical load, but the inner tire generates more lateral force, and the vertical load decreases.

力を出すほど垂直荷重が増加するほうが、操作とともにゲインが上昇していくため、操作量も少なく無駄の無い運転操作が可能で、効率よくタイヤを使っているといえる。しかしながら、タイヤはひとつの車両に取り付けられているため、4本のタイヤをあらゆる運動条件において常に効率よく使うことは通常の2輪操舵,2輪駆動の車両では不可能である。本発明においては通常の車両を対象とし、アクセル,ブレーキ,ステアなどの運転操作により実現できる範囲内で、「滑らかな運動」、「タイヤ力を効率よく使う」,「無駄の無い運転操作」,すなわち「理想運動」について説明する。   When the vertical load increases as the force is applied, the gain increases with the operation. Therefore, the amount of operation is small and the driving operation without waste is possible, and it can be said that the tire is used efficiently. However, since the tires are attached to a single vehicle, it is impossible to always use the four tires efficiently in all movement conditions in a normal two-wheel steering, two-wheel drive vehicle. In the present invention, within a range that can be realized by driving operations such as an accelerator, a brake, and a steer for a normal vehicle, “smooth motion”, “use tire power efficiently”, “driving operation without waste”, That is, “ideal motion” will be described.

概略すると、ドライバの減速→旋回→直線加速の動作は、以下の(1)〜(6)に示すとおりである。
(1)あるコーナーに進入する場合、想定される回転半径から旋回時の遠心力を勘案して、進入速度(Vc)を決定する。
(2)現在の速度(Vp)がVcよりも高ければ減速のためにブレーキングする。
(3)減速中のあるタイミングで操舵を開始する。
減速により後輪から前輪に荷重移動が発生し、前輪の接地荷重が増加し、後輪の荷重が減少する。操舵を開始するときに、回頭のための正のヨーモーメントとなる前輪横力は効率良く、大きく発生する。負のヨーモーメント(ヨーを止める方向)となる後輪横力を発生するポテンシャルは小さくなる。
(4)ブレーキを緩めながら操舵角を増加する。
これは、ヨーモーメントを過大とならないように調整しながら定常円旋回へ切り替えるための緩和動作であると考えられる。
(5)操舵角一定の定常円旋回
この状態が最も車両挙動が安定した状態である。
(6)旋回から加速をしながら直線運動へと脱出する。
これは、前輪横力を減少させるとともに、加速により後輪に正の荷重移動を発生させ、後輪横力を増加させ、つりあい状態(定常円旋回)から見て負のモーメントを発生させることにより、旋回を終了させ、直線走行へと切り替えるための緩和動作であると考えられる。
In summary, the operations of the driver's deceleration → turn → linear acceleration are as shown in the following (1) to (6).
(1) When entering a certain corner, the approach speed (Vc) is determined from the assumed turning radius in consideration of the centrifugal force during turning.
(2) If the current speed (Vp) is higher than Vc, braking is performed for deceleration.
(3) Steering is started at a certain timing during deceleration.
As a result of the deceleration, a load shift occurs from the rear wheel to the front wheel, the ground load on the front wheel increases, and the load on the rear wheel decreases. When the steering is started, the front wheel lateral force that is a positive yaw moment for turning is efficiently generated. The potential for generating a rear wheel lateral force that has a negative yaw moment (a direction in which yaw is stopped) is reduced.
(4) Increase the steering angle while loosening the brake.
This is considered to be a relaxation operation for switching to steady circle turning while adjusting the yaw moment so as not to become excessive.
(5) Steady circle turning with constant steering angle
This state is the state where the vehicle behavior is most stable.
(6) Escape to a linear motion while accelerating from turning.
This is because the front wheel lateral force is reduced, and positive load movement is generated in the rear wheel by acceleration, the rear wheel lateral force is increased, and a negative moment is generated when viewed from the balanced state (steady circle turning). This is considered to be a relaxation operation for ending the turn and switching to straight running.

このうち、(3),(4),(6)が、減速,操舵,加速が練成している部分であり、この部分のタイミングの具体化が本発明の課題となるところである。   Among these, (3), (4), and (6) are portions where deceleration, steering, and acceleration are formulated, and the specific timing of this portion is the subject of the present invention.

前述の「効率よくタイヤ力を発生させる」ことを念頭におき最適なタイミングを考えると、(3)のステア開始タイミングは、減速開始後、減速度が最大となり、前輪荷重が最大、後輪荷重が最低となったところと考えられる。式(1)から式(4)および式(11)〜式(14)より、前後方向の加加速度がゼロとなるタイミングに操舵を開始するのが最適である。もちろん路面凹凸など、さまざまな外乱要因があるため、この一点を特定するのは困難であり、前後方向の加加速度がゼロとなる近傍と考えることができる。またブレーキが一定に高い値に保たれているのであれば、その間中加加速度はゼロとなり、操舵開始はその期間中の任意のタイミングで等価ということになる。このように、ステア開始タイミングを決定するためには、前後方向の加速度の最大値を知るための加加速度情報が必要である。   Considering the optimal timing with the above-mentioned “generating tire force efficiently” in mind, the steering start timing in (3) has the maximum deceleration after the start of deceleration, the maximum front wheel load, and the rear wheel load. Is considered the lowest. From the formulas (1) to (4) and the formulas (11) to (14), it is optimal to start the steering at the timing when the longitudinal jerk becomes zero. Of course, since there are various disturbance factors such as road surface irregularities, it is difficult to specify this one point, and it can be considered that the jerk in the front-rear direction becomes zero. Further, if the brake is kept at a constant high value, the jerk during that time becomes zero, and the start of steering is equivalent at an arbitrary timing during that period. Thus, in order to determine the steering start timing, jerk information for knowing the maximum value of acceleration in the front-rear direction is necessary.

(4)のステア開始後、ブレーキを緩める緩和動作を検討するために、まず減速を伴わない旋回動作について述べ、つぎに減速を緩める状況を付加して考える。   In order to examine the relaxation operation of releasing the brake after the start of the steering in (4), the turning operation not accompanied by the deceleration is first described, and then the situation of relaxing the deceleration is added.

ここで、図4を用いて、4輪の車両を等価的な前後2輪の車両の平面運動で考えた前後2輪モデルについて説明する。
図4は、4輪の車両を等価的な前後2輪の車両の平面運動で考えた前後2輪モデルの説明図である。
Here, a front and rear two-wheel model in which a four-wheel vehicle is considered by plane motion of an equivalent front and rear two-wheel vehicle will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a front and rear two-wheel model in which a four-wheel vehicle is considered by plane motion of an equivalent front and rear two-wheel vehicle.

前後2輪モデルの運動は、以下の式(15),式(16)のように記述できる。   The motion of the front and rear two-wheel model can be described as the following equations (15) and (16).

Figure 2011157067
Figure 2011157067

Figure 2011157067
Figure 2011157067

ここで、mは車両質量、Gyは車両の横加速度、Vは車両速度、βは車両横すべり角、Yf 、 Yrはそれぞれ、前後輪の1輪あたりの横力、Izはヨーイング慣性モーメント、rはヨーレイト、lf 、 lrは車両重心点と前後車軸間の距離である。   Where m is the vehicle mass, Gy is the vehicle lateral acceleration, V is the vehicle speed, β is the vehicle side slip angle, Yf and Yr are the lateral forces per front and rear wheels, Iz is the yawing moment of inertia, and r is Yaw rate, lf, and lr are distances between the center of gravity of the vehicle and the front and rear axles.

まず、ステア開始すると、前輪タイヤに横滑り角が発生し、前輪タイヤが横力を発生し、車両の重心点まわりの自転運動(ヨー応答)が開始する。これにより進行方向に対する車体の横滑り角が発生し、後輪タイヤに横力が発生し、結局前後輪が求心力を発生して旋回を開始する。そして、前後輪のタイヤ横力がそれぞれ定常値となり横方向の加速度が一定になった状態が(5)の定常円旋回と言われる最も安定した状態である。定常円旋回では重心点の横滑り角の変化は無く、ヨーレイトも一定である。式(16)からもわかるように、後輪のヨーイング運動を止めるのは後輪の横力と重心点から後輪車軸までの距離の積で表せる負のヨーイングモーメントである。   First, when the steering is started, a side slip angle is generated in the front wheel tire, the front wheel tire generates a lateral force, and a rotational motion (yaw response) around the center of gravity of the vehicle is started. As a result, a side slip angle of the vehicle body with respect to the traveling direction is generated, a lateral force is generated in the rear tire, and eventually the front and rear wheels generate a centripetal force and start turning. The state in which the tire lateral forces of the front and rear wheels are steady values and the lateral acceleration is constant is the most stable state referred to as steady circle turning (5). In steady circle turning, there is no change in the side slip angle at the center of gravity, and the yaw rate is also constant. As can be seen from the equation (16), the yawing motion of the rear wheel is stopped by a negative yawing moment expressed by the product of the lateral force of the rear wheel and the distance from the center of gravity to the rear wheel axle.

さて、式(1)〜式(4)より明らかなように、減速が加わった状態では、前輪荷重が大きく、減速の減少に伴い、後輪荷重が回復していく。さらに横加速度が増加すると、外側のタイヤの垂直荷重が増加する。この状況を組み合わせると、
(i)減速による前輪荷重増加(後輪荷重減少)
(ii)横加速度による旋回外側輪荷重の増加(内側輪荷重の減少)
(iii)減速緩めによる後輪荷重の回復(前輪荷重の減少)
を経て、定常円旋回に到達することになる。このときに「滑らか」かつ「効率よくタイヤを使う」理想的な運動について考えてみる。ここでは、旋回外側のタイヤについて注目する。(i)、(ii)を考えるために、まず前輪旋回外側について考えてみる。図1に示す右側旋回を考えると、前輪旋回外側は図3のインデックス1の左前輪となる。左前輪が(i)(ii)の間になすべき主たる仕事を考えると、自転運動(ヨー応答)の立ち上げである。このためには(図3のマイナス方向ではあるが)FY1を「効率よく」発生させることである。
As is clear from the equations (1) to (4), the front wheel load is large in the state where deceleration is applied, and the rear wheel load recovers as the deceleration decreases. As the lateral acceleration further increases, the vertical load on the outer tire increases. Combining this situation,
(i) Front wheel load increase due to deceleration (rear wheel load decrease)
(ii) Increase in turning outer wheel load due to lateral acceleration (decrease in inner wheel load)
(iii) Restoring the rear wheel load by reducing the speed (decreasing the front wheel load)
After that, a steady circle turn is reached. At this time, let's consider an ideal movement that is “smooth” and “uses tires efficiently”. Here, attention is paid to the tire on the outside of the turn. To consider (i) and (ii), first consider the front wheel turning outside. Considering the right turn shown in FIG. 1, the outside of the front wheel turn is the left front wheel of index 1 in FIG. Considering the main work that the left front wheel should do during (i) and (ii), it is the start of rotation (yaw response). For this purpose, FY1 is generated efficiently (although in the negative direction of FIG. 3).

次に、図5を用いて、減速→旋回時の車両の状態変数について説明する。
図5は、減速→旋回時の車両の状態変数の説明図である。
Next, the state variables of the vehicle during deceleration → turning will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of vehicle state variables during deceleration → turning.

図5において、図5(A)は図5に減速→旋回時の前後・横加速度を示し、図5(B)は前後・横加加速度を示している。図5(C)は前輪外側荷重W1を示し、図5(D)は後輪外側荷重W3を示し、図5(E)はヨーレイトの微分値(ヨー角加速度)を示している。また、横軸は時間を示し、時刻(t1)のタイミングで操舵が開始され、(t2)のタイミングでブレーキリリースが完了される。また時刻(t2)の後は、横加速度一定の定常円旋回(5)となる。   5, FIG. 5 (A) shows the longitudinal / lateral acceleration during deceleration → turning in FIG. 5, and FIG. 5 (B) shows the longitudinal / lateral jerk. FIG. 5 (C) shows the front wheel outer load W1, FIG. 5 (D) shows the rear wheel outer load W3, and FIG. 5 (E) shows the yaw rate differential value (yaw angular acceleration). The horizontal axis indicates time, and steering is started at the timing of time (t1), and the brake release is completed at the timing of (t2). Further, after the time (t2), a steady circular turn (5) with a constant lateral acceleration is performed.

先に示したとおり、前後加速度が最大,すなわち加加速度がゼロのタイミング(t1)で操舵が開始される。図5(A)に示すように、その後横加速度が増加するとともに、前後加速度が減少する。タイヤ力を効率よく使うためには、接地荷重を高く、かつ変化率を小さくする必要があるので、結局、図5(C)に示すように、前輪外側荷重が単調に増加するように各方向の加速度を制御することが最適となる。これは以下のような理由による。定常円旋回時の荷重移動(収束値)は横加速度により決まっており、ΔW1はあらかじめ決まっている。これを限られた時間内に接地荷重の変化率を最小にするつなぎ方は、接続部の不連続部を無視すると直線となるからである。   As described above, steering is started at the timing (t1) when the longitudinal acceleration is maximum, that is, when the jerk is zero. As shown in FIG. 5A, the lateral acceleration then increases and the longitudinal acceleration decreases. In order to use the tire force efficiently, it is necessary to increase the ground contact load and decrease the rate of change. As a result, as shown in FIG. 5 (C), each direction so that the front wheel outer load increases monotonously. It is optimal to control the acceleration. This is due to the following reasons. The load movement (convergence value) at the time of steady circle turning is determined by the lateral acceleration, and ΔW1 is determined in advance. This is because the connection method for minimizing the rate of change of the ground load within a limited time is a straight line if the discontinuous portion of the connecting portion is ignored.

さて、このような状況においては、式(11)の前輪外側荷重W1の時間変化率が一定となるため、以下の式(17)に示す、   Now, in such a situation, since the time change rate of the front wheel outer load W1 in the equation (11) is constant, the following equation (17) is shown.

Figure 2011157067
Figure 2011157067

の関係が成立する。ここで、KOFとKHは車両の重量,ディメンジョン,重心高さなどの車両パラメータで決定される。また、変化率KはΔW1と(A)-(B)間の時間で決定する。さらに、ΔW1がゼロのときも当然存在し、このときKはゼロとなる。この制御は、ステアリングで進路を決定し、ブレーキ踏力にて、微調整を加えていくことが現実的である。このときには、前後方向と横方向の加加速度を検出する必要がある。 The relationship is established. Here, KOF and KH are determined by vehicle parameters such as vehicle weight, dimension, and center of gravity height. The rate of change K is determined by the time between ΔW1 and (A)-(B). Further, there is naturally a case where ΔW1 is zero, and K is zero at this time. In this control, it is realistic that the course is determined by the steering and fine adjustment is applied by the brake depression force. At this time, it is necessary to detect jerk in the front-rear direction and the lateral direction.

ここで、式(17)を参照しながら前述のステア開始タイミングについて再考すると、減速時からのKを一定に保つためには、前後加加速度がゼロのポイントで、横加加速度を発生させないと、式(17)の関係を保てないことになる。したがってJxがゼロの瞬間に操舵を開始し、式(17)の関係を保っていると考えることができる。   Here, when the above-mentioned steering start timing is reconsidered with reference to the equation (17), in order to keep the K from the time of deceleration constant, if the lateral jerk is not generated at the point where the longitudinal jerk is zero, the equation The relationship (17) cannot be maintained. Therefore, it can be considered that the steering is started at the moment when Jx is zero and the relationship of Expression (17) is maintained.

式(17)を唯一の拘束条件とすると、例えば、ブレーキを早急に解除して、横加加速度を大きくして、Kを一定に保つという選択肢も考えられる。しかしながら、ブレーキリリースは、上述の(iii)の理由により、(t2)まで時間をかけて実施されることになる。以下、後輪外側について説明する。   Assuming that the expression (17) is the only constraint condition, for example, an option of quickly releasing the brake, increasing the lateral jerk, and keeping K constant may be considered. However, the brake release is performed over time until (t2) for the reason (iii) described above. Hereinafter, the rear wheel outer side will be described.

ブレーキをリリースすると、式(3)により後輪外側へ荷重が移動する。後輪は、もともと制動により荷重が減少している状態で、横加速度が増加してきているので、ここで、制動分が急激になくなると横加速度による荷重移動のライン上に遷移し、ΔW3の荷重移動が急激に訪れることになる。このようになれば、後輪のタイヤ横力は急激に大きくなり、式(16)にあるように急激にヨーイング運動を止めることになる。従って必然的にブレーキリリースは滑らかなものとなり、ヨー角加速度がゼロとなり定常円旋回となるタイミング(t2)となるまで継続される。タイミング(t2)とは、横加速度が一定となるタイミングであり、即ち横加加速度ゼロとなるタイミングである。   When the brake is released, the load moves to the outside of the rear wheel according to Equation (3). Since the lateral acceleration of the rear wheel is increasing while the load is originally reduced due to braking, when the braking amount suddenly disappears, the transition occurs on the load movement line due to lateral acceleration, and the load of ΔW3 The movement will come abruptly. If it becomes like this, the tire lateral force of a rear wheel will become large rapidly, and will stop a yawing movement rapidly as it exists in Formula (16). Accordingly, the brake release is inevitably smooth and continues until the timing (t2) at which the yaw angular acceleration becomes zero and steady circular turning is reached. The timing (t2) is a timing at which the lateral acceleration becomes constant, that is, a timing at which the lateral jerk becomes zero.

以上のように、旋回時にブレーキを制御するためには、横方向の加加速度を検出する必要があり、かつブレーキをリリースするタイミングは、横加加速度がゼロとなるタイミングである。   As described above, in order to control the brake during turning, it is necessary to detect the lateral jerk, and the timing at which the brake is released is the timing at which the lateral jerk becomes zero.

次に、図6を用いて、(6)の状態である旋回から加速をしながら直線運動へと脱出する際の車両の状態変数について説明する。
図6は、(6)の状態である旋回から加速をしながら直線運動へと脱出する際の車両の状態変数の説明図である。
Next, the state variables of the vehicle when escaping from the turning in the state (6) to the linear motion while accelerating will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of vehicle state variables when escaping from a turn in the state (6) to a linear motion while accelerating.

図6において、図6(A)〜図6(E)は、図5(A)〜図5(E)と同様である。時刻(t3)のタイミングで加速が開始され、時刻(t4)のタイミングでステアの操舵がゼロ位置に戻される。また、時刻(t4)の後は、等加速度直線運動となる。   6A to 6E are the same as FIGS. 5A to 5E. Acceleration is started at the timing of time (t3), and the steering of the steering is returned to the zero position at the timing of time (t4). Moreover, after time (t4), it becomes equal acceleration linear motion.

さて、式(1)〜式(4)より明らかなように、旋回状態では、外側の荷重が大きく、直線運動に復帰するための横加速度の減少に伴い、内側の荷重が回復していく。さらにアクセルによる前後加速度が増加すると、後輪のタイヤの垂直荷重が増加する。この状況を組み合わせると、
(iv) 横加速度による外輪荷重増加(内輪荷重減少)から、
(v) 加速による後輪荷重の増加(前輪荷重の減少)
(vi)舵角緩めによる横加速度減少による外輪荷重の減少(内輪荷重増加)
を経て、等加速度直線運動に到達することになる。このときに「滑らか」かつ「効率よくタイヤを使う」理想の運動について説明する。
As is clear from the equations (1) to (4), the outer load is large in the turning state, and the inner load recovers as the lateral acceleration decreases to return to linear motion. Further, when the longitudinal acceleration due to the accelerator increases, the vertical load of the rear tire increases. Combining this situation,
(iv) From the increase in outer ring load (decrease in inner ring load) due to lateral acceleration,
(v) Increase in rear wheel load due to acceleration (decrease in front wheel load)
(vi) Decrease in outer ring load due to decrease in lateral acceleration by loosening rudder angle (increase in inner ring load)
After that, the constant acceleration linear motion is reached. At this time, the ideal motion of “smooth” and “use tire efficiently” will be explained.

定常円旋回から直線運動へと脱出するためには、遠心力に抗するためにタイヤが発生していた横力を消滅させるとともに、定常円旋回時に保持している、ヨーイング運動を終焉させるため、それまで発生していた時計廻りのヨーイングモーメントを減少させなければならない。すなわち具体的には、式(16)にあるように、前後輪の横力のバランスを取りヨーイングモーメントを調整しながら、4輪の横力をゼロまで低下させていく必要がある。   In order to escape from steady circular turning to linear motion, the lateral force generated by the tires against the centrifugal force is extinguished and the yawing motion held during steady circular turning is terminated. The clockwise yawing moment that had occurred up to then must be reduced. Specifically, as shown in Equation (16), it is necessary to reduce the lateral force of the four wheels to zero while balancing the lateral force of the front and rear wheels and adjusting the yawing moment.

ここでも、旋回外側のタイヤについて注目する。図1に示すような右側旋回からの脱出を考えると、前輪旋回外側は図3のインデックス1の左前輪となる。   Again, pay attention to the tire on the outside of the turn. Considering the escape from right turn as shown in FIG. 1, the outer side of the front wheel turns to the left front wheel of index 1 in FIG.

先に示したとおり、定常円旋回状態なので、図6(A)に示すように、横加速度は一定、すなわち横加加速度がゼロのタイミング(t3)で加速が開始される。その後、前後加速度が増加するとともに、横加速度が減少する。外側前輪は、図6(C)に示すように、横加速度低下による荷重減少と、加速による荷重減少でΔW’1も大きくなる。これにより前輪の横力は可及的に減少し、時計回りのヨーイングモーメントも大幅に低下する。これに対し外側後輪においては、図6(D)に示すように、加速分は加重増加となるため、ΔW’3は小さくなる。これにより、後輪の横力減少は前輪に比べて相対的に少なくなり、反時計回りのヨーイングモーメントの減少分を少なくする。これにより、安定した旋回からの脱出が可能となる。
ここでは、横力を低下していくので、タイヤ力を効率よく使うということは、接地荷重の変化率を小さくしながら、減少させる必要がある。結局、図6の前輪外側荷重が単調に減少するように各方向の加速度を制御することが最適となる。こ れは図5の減速→旋回と同じ理由による。このためには、式(17)でK<0としてこれを一定とする制御を行う必要がある。この制御は、アクセルを一定(全開を含む)にして、ステアリングで微調整を加えていくことが現実的である。このときには、前後方向と横方向の加加速度を検出する必要がある。
As shown above, since it is in a steady circular turning state, as shown in FIG. 6A, the acceleration is started at a timing (t3) when the lateral acceleration is constant, that is, the lateral jerk is zero. Thereafter, the longitudinal acceleration increases and the lateral acceleration decreases. As shown in FIG. 6C, the outer front wheel also has a larger ΔW′1 due to a load reduction due to a decrease in lateral acceleration and a load reduction due to acceleration. As a result, the lateral force of the front wheels is reduced as much as possible, and the clockwise yawing moment is also greatly reduced. On the other hand, in the outer rear wheel, as shown in FIG. 6 (D), since the acceleration is increased in weight, ΔW′3 becomes smaller. As a result, the decrease in lateral force of the rear wheel is relatively less than that of the front wheel, and the decrease in the counterclockwise yawing moment is reduced. Thereby, it is possible to escape from a stable turn.
Here, since the lateral force is reduced, the efficient use of the tire force needs to be reduced while reducing the change rate of the ground load. After all, it is optimal to control the acceleration in each direction so that the front wheel outer load in FIG. 6 decreases monotonously. This is for the same reason as the deceleration → turn in FIG. For this purpose, it is necessary to perform control to make K <0 constant in Equation (17). In this control, it is realistic to make fine adjustments by steering while keeping the accelerator constant (including full opening). At this time, it is necessary to detect jerk in the front-rear direction and the lateral direction.

以上までで、前述の(3),(4),(6)の具体的なタイミング,制御手法について説明したが、これを再度まとめると、以下のようになる。
(3)減速中操舵を開始するタイミング
これは、前後方向の加加速度がゼロとなるタイミングである。
(4)ブレーキを緩めながら操舵角を増加する。
The specific timing and control method of the above-mentioned (3), (4), and (6) have been described so far, and these are summarized as follows.
(3) Timing to start steering during deceleration This is the timing at which the longitudinal jerk becomes zero.
(4) Increase the steering angle while loosening the brake.

前輪外側荷重が単調に増加するように制御する必要がある。具体的には、式(11)(右旋回時)あるいは式(12)(左旋回時)が正で一定となるように、操舵角、ブレーキを制御する必要がある。また、ブレーキをリリースするタイミングは、横加加速度がゼロとなるタイミングである。
(6)加速をしながら操舵角を戻す。
横加加速度がゼロのタイミング(t3)で加速が開始される。前輪外側荷重が単調に減少するように制御する必要がある。具体的には、式(11)(右旋回時)あるいは式(12)(左旋回時)が負で一定となるように、操舵角、アクセルを制御する必要がある。また、(4)のブレーキを緩め終わるタイミングは横加加速度がゼロのタイミングである。したがって、(5)定常円旋回の状態を飛ばして(4)と(6)のタイミングが重なる場合もありうる。
<ドライバの運転ストラテジの抽出(実験的アプローチ)>
次に、図7を用いて、アクセル,ステア,ブレーキ操作について上述の力学的検討の正当性を検証するための実車試験の結果について説明する。
図7は、実車試験の説明図である。
It is necessary to control so that the front wheel outer load increases monotonously. Specifically, it is necessary to control the steering angle and the brake so that Expression (11) (when turning right) or Expression (12) (when turning left) is positive and constant. The timing at which the brake is released is the timing at which the lateral jerk becomes zero.
(6) Return the steering angle while accelerating.
Acceleration is started at the timing (t3) when the lateral jerk is zero. It is necessary to control the front wheel outer load so that it decreases monotonously. Specifically, it is necessary to control the steering angle and the accelerator so that Expression (11) (when turning right) or Expression (12) (when turning left) is negative and constant. Further, the timing at which the braking in (4) is finished is the timing at which the lateral jerk is zero. Therefore, there is a case where the timing of (4) and (6) overlaps by skipping the state of (5) steady circle turning.
<Extraction of driver driving strategy (experimental approach)>
Next, with reference to FIG. 7, the result of an actual vehicle test for verifying the validity of the above-described mechanical examination for the accelerator, the steer, and the brake operation will be described.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an actual vehicle test.

実験に用いた車両は、排気量2000ccのエンジン前置きで、前輪駆動で、前輪2輪操舵車として用いている。このため、前輪荷重は後輪よりも大きい。   The vehicle used in the experiment is a front-wheel drive two-wheel steering vehicle with a front-wheel drive of 2000 cc engine and front-wheel drive. For this reason, the front wheel load is larger than the rear wheel.

まず、図7(A)に示す実験Iとして、X点で時速80(km/h)から60(km/h)に減速し、ドライバに任せた任意のタイミングで半径40(m)のコーナーに進入し、(1)そのまま速度を保つ場合と(2)加速する場合を実施した。また、図7(B)に示す実験IIについては、さらに制動→旋回後の進路に差異を持たせた場合に、ブレーキ,ステア,アクセル操作のタイミング,操作ストラテジに変化が生じるかを検証した。   First, as Experiment I shown in FIG. 7 (A), the speed is reduced from 80 (km / h) to 60 (km / h) at point X, and at a corner of radius 40 (m) at any timing left to the driver. Entering, (1) maintaining the speed as it is and (2) accelerating. In addition, in Experiment II shown in FIG. 7B, it was verified whether the brake, the steering, the timing of the accelerator operation, and the operation strategy were changed when the course after braking → turning was made different.

次に、図8を用いて、実車試験の実験Iの結果について説明する。
図8は、実車試験の実験Iの結果の説明図である。
Next, the result of Experiment I of the actual vehicle test will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of the results of Experiment I of the actual vehicle test.

図8は、実験Iの(2)の制動→旋回→加速の結果を、先の図5、図6と同様に時系列として示した図である。図8(A)は前後および横加速度である。また、図8(B)は前後、および横加加速度とステアリングの操舵角度を示す図である。図8(C)は、各輪の垂直荷重を示した図である。   FIG. 8 is a diagram showing the results of the braking → turn → acceleration of (2) in Experiment I as a time series as in FIGS. 5 and 6 above. FIG. 8A shows the longitudinal acceleration and the lateral acceleration. FIG. 8B is a diagram showing the front and rear, lateral jerk and steering angle. FIG. 8C shows the vertical load of each wheel.

図8(B)より、操舵開始のタイミングは、前後加加速度がゼロのタイミング(0。2(s)の時点)である。また、ブレーキを緩め終わるタイミング(前後加加速度が再びゼロ)は横加加速度がゼロのタイミング(1。15(s)の時点)である。さらに加速を開始するタイミングも横加加速度がゼロのタイミング(1。15(s)の時点)である。この場合、定常円旋回期間は無く、ブレーキを緩め終わるとともに、加速している。   From FIG. 8 (B), the steering start timing is the timing at which the longitudinal jerk is zero (at a time point of 0.2 (s)). In addition, the timing when the brakes are released (the longitudinal jerk is zero again) is the timing when the lateral jerk is zero (at 1.15 (s)). Furthermore, the timing at which acceleration is started is also the timing at which the lateral jerk is zero (at 1.15 (s)). In this case, there is no steady circle turning period, and the brake is released and accelerated.

図8(C)より、前輪外側である、左前輪の荷重は、前後加速度,横加速度が練成して発生しているにも関わらず、直線的に増加している。   As shown in FIG. 8C, the load on the left front wheel, which is outside the front wheel, increases linearly despite occurrence of longitudinal acceleration and lateral acceleration.

次に、図9を用いて、実験I、II両方の結果として、操舵開始のタイミングを取り出した結果について説明する。
図9は、実験I、II両方の結果として、操舵開始のタイミングを取り出した結果の説明図である。
Next, with reference to FIG. 9, the result of taking out the steering start timing as a result of both experiments I and II will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram of the result of taking out the steering start timing as a result of both experiments I and II.

図9(A)〜(H)において、○で示した時点が操舵開始のタイミングを示している。   9A to 9H, the time points indicated by ◯ indicate the steering start timing.

次に、図10を用いて、実験I、II両方の結果として、ブレーキを緩め終わるタイミング、加速を開始するタイミングを取り出した結果について説明する。
図10は、実験I、II両方の結果として、ブレーキを緩め終わるタイミング、加速を開始するタイミングを取り出した結果の説明図である。
Next, with reference to FIG. 10, the results of extracting the timing at which the brake is released and the timing at which acceleration is started will be described as the results of both experiments I and II.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the results of taking out the timing to finish releasing the brake and the timing to start acceleration as a result of both experiments I and II.

図10(A)〜(H)において、○で示した時点がブレーキを緩め終わるタイミングを示し、△で示した時点が加速を開始するタイミングを示している。   In FIGS. 10A to 10H, the time point indicated by ◯ indicates the timing when the brake is released, and the time point indicated by Δ indicates the timing when acceleration is started.

次に、図11を用いて、実験I、II両方の結果として、各輪の垂直荷重について説明する。
図11は、実験I、II両方の結果として、各輪の垂直荷重の説明図である。
Next, the vertical load of each wheel will be described as a result of both experiments I and II with reference to FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the vertical load of each wheel as a result of both experiments I and II.

図9〜図11に示す結果でも、図8と同等な結果が得られている。   The results shown in FIGS. 9 to 11 are the same as those in FIG.

次に、図12を用いて、実車試験の車両と同等に定数を調整されたモデルを用いた車両運動シミュレーションの結果について説明する。
図12は、実車試験の車両と同等に定数を調整されたモデルを用いた車両運動シミュレーションの結果の説明図である。
Next, the results of a vehicle motion simulation using a model in which constants are adjusted in the same manner as the actual vehicle test vehicle will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a result of vehicle motion simulation using a model in which constants are adjusted in the same manner as a vehicle in an actual vehicle test.

モデルは、実車試験の車両と同等に定数を調整された10自由度(タイヤ4、車体6自由度)モデルを用いている。一定速度60(Km/h)で操舵角を一定の速度(実舵で1.5(deg/s))で増加していった際の、図12(A)に示す操舵角sterr及び、ヨーレイトr、図12(B)に示す横加速度Gy、図12(C)に示す横滑り角Beta、図12(D)に示す重心点の軌跡、そして、図12(E)に示す各輪の垂直荷重Fz1, Fz2, Fz3,Fz4を示している。   The model uses a 10-degree-of-freedom (tire 4, 4-body-degree-of-freedom) model with constants adjusted to the same level as the actual vehicle test vehicle. Steering angle sterr and yaw rate shown in Fig. 12 (A) when the steering angle is increased at a constant speed of 60 (Km / h) and at a constant speed (1.5 (deg / s) for actual rudder) r, lateral acceleration Gy shown in FIG. 12 (B), skid angle Beta shown in FIG. 12 (C), locus of the center of gravity shown in FIG. 12 (D), and vertical load of each wheel shown in FIG. 12 (E). Fz1, Fz2, Fz3, and Fz4 are shown.

このような運動をする車両は、クロソイド曲線を描くことが良く知られている。クロソイド曲線は高速道路などで直線から円弧形状を結ぶ際に、車両の安定を保つための緩和曲線として用いられている。換言すれば、クロソイド曲線を定速でトレースする車両挙動は安定していると考えられる。   It is well known that a vehicle that moves like this draws a clothoid curve. The clothoid curve is used as a relaxation curve for maintaining the stability of the vehicle when connecting an arc shape from a straight line on an expressway or the like. In other words, it is considered that the vehicle behavior of tracing the clothoid curve at a constant speed is stable.

図12(E)に示す各輪の垂直荷重を見ると、その変化率が一定で、これまで開示してきた、「滑らかな運動」、「タイヤ力を効率よく使う」ための輪荷重の変化率を一定と保つ指針に合致している。以上のことより、本発明の指針は過渡的な安定度を保つための指針となっていると考えることができる。   When the vertical load of each wheel shown in FIG. 12 (E) is seen, the rate of change is constant, and the rate of change of the wheel load for “smooth motion” and “use tire force efficiently” that has been disclosed so far. This is consistent with the guidelines for maintaining a constant value. From the above, it can be considered that the guideline of the present invention is a guideline for maintaining the transient stability.

本発明者らは、自車の運動と、タイヤ力の発生が好適な関係になっているか否かの観点から、操舵,制動,加速のタイミング決定、および垂直荷重の変化率を最小化するという考えから導出した。そして、実車試験を通じて実際のドライバも同様な運転ストラテジに基づいて運転しているということが確認できた。これらの実験結果より、力学的検討の正当性が検証できた。   The inventors of the present invention are to determine the timing of steering, braking, acceleration, and minimize the rate of change of vertical load from the viewpoint of whether the vehicle motion and the generation of tire force are in a suitable relationship. Derived from the idea. And it was confirmed through actual vehicle tests that actual drivers are driving based on similar driving strategies. From these experimental results, the validity of the mechanical examination could be verified.

前述したようにタイヤは通常は荷重に対しゲインが増大する範囲で使用されているが、運動状況においては、この限界を超える範囲まで垂直荷重が到達する場合もありうる。このような場合は、舵角,アクセル,ブレーキなどで発生している加速度と逆方向の加加速度が発生するので、これを検出し、舵角,アクセル,ブレーキを少し戻すように制御すればよいものである。これらの制御方法については、例えば、特許第3733929号公報に記載のものを用いることができる。   As described above, the tire is usually used in a range where the gain increases with respect to the load. However, in a motion situation, the vertical load may reach a range exceeding this limit. In such a case, jerk generated in the opposite direction to the acceleration generated at the steering angle, accelerator, brake, etc., may be detected and controlled so that the steering angle, accelerator, brake is slightly returned. Is. As these control methods, for example, those described in Japanese Patent No. 3733929 can be used.

さて、ここまで開示してきた知見を元に、車両の運動制御装置の構成について考える。ドライバは、目標コースに応じたハンドル操作を行い、車両の軌跡が目標コースに合うように位置フィードバック制御を行っていると考えられる。全自動で制駆動,操舵を行う自動運転装置は、現在では高速道路などのレーンキープシステムとして実現されており、今後は前方車両が急激に停止した場合に自動的に回避するシステムなどが提案されると思われる。   Now, based on the knowledge disclosed so far, the configuration of the vehicle motion control device will be considered. It is considered that the driver performs a steering operation according to the target course and performs position feedback control so that the vehicle trajectory matches the target course. Automated driving devices that perform braking and steering in a fully automatic manner are now realized as lane-keeping systems for highways, etc., and in the future a system that automatically avoids when the vehicle ahead stops suddenly has been proposed. It seems to be that.

これらのシステムは、外界からの情報を用いて位置を制御するシステムである。   These systems are systems that control the position using information from the outside world.

次に、図13を用いて、本発明の車両の運動制御装置の概念について説明する。
図13は、本発明の車両の運動制御装置の概念説明図である。
Next, the concept of the vehicle motion control apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 13 is a conceptual explanatory diagram of the vehicle motion control apparatus of the present invention.

本発明の制御装置は、ドライバあるいは、レーンキープシステムなどのコントローラで構成される位置決めクローズドループ内のマイナーループに入り、ドライバあるいはコントローラからの位置決めのための操舵,制動,加速指令に加えて、これまで述べてきた「滑らかな運動」、「タイヤ力を効率よく使う」理想運動実現のための指令を加算する構成となっている。ここで、本発明の制御装置は位置決めクローズドループシステムが発散しないような範囲で作動する。   The control device of the present invention enters a minor loop in a positioning closed loop composed of a controller such as a driver or a lane keep system, and in addition to steering, braking, and acceleration commands for positioning from the driver or controller, It is configured to add the commands for realizing the “smooth motion” and “ideal motion efficient use of tire power” as described above. Here, the control device of the present invention operates in such a range that the positioning closed loop system does not diverge.

具体的には、全自動で制駆動,操舵を行うもの、ドライバが一部の操作を行い、制御装置が「バイワイヤ」の利点を生かし、それを補う「直接制御」と、ドライバにサポート情報を提示し、ドライバの運転操作をアシストする「間接制御」が考えられる。クローズドループ内のドライバをコントローラとしてみなすと、「情報」により制御性能を向上させ、系全体の性能を向上させるものである。   Specifically, it performs braking / steering and steering in a fully automatic manner, the driver performs some operations, and the control device takes advantage of “by-wire” and supplements it with “direct control” and provides support information to the driver. The “indirect control” that presents and assists the driving operation of the driver can be considered. If the driver in the closed loop is regarded as a controller, the control performance is improved by “information”, and the performance of the entire system is improved.

次に、図14〜図19を用いて、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図14を用いて、本実施形態による車両の運動制御装置を用いる車両システムのシステム構成について説明する。
図14は、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置を用いる車両システムのシステム構成を示すシステムブロック図である。
Next, the configuration and operation of the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the system configuration of a vehicle system using the vehicle motion control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a system block diagram showing a system configuration of a vehicle system using the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention.

車両0は、エンジン1により、左前輪63,右前輪64を駆動する後輪駆動車(Rear Engine Rear Drive: RR車)である。なお、駆動方式は、FR車でも、FF車でもよいものである。車両0は、いわゆるバイワイヤシステムで構成され、ドライバが操作するステアリング,アクセルペダル,ブレーキペダルと、操舵機構,加速機構,減速機構の間に機械的な結合はないものである。   The vehicle 0 is a rear wheel drive vehicle (Rear Engine Rear Drive: RR vehicle) in which the engine 1 drives the left front wheel 63 and the right front wheel 64. The driving method may be an FR vehicle or an FF vehicle. The vehicle 0 is configured by a so-called by-wire system, and there is no mechanical coupling between a steering, an accelerator pedal, and a brake pedal operated by a driver and a steering mechanism, an acceleration mechanism, and a deceleration mechanism.

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と、車輪速検出用ロータと、車両側に車輪速ピックアップとが搭載され、各輪の車輪速が検出できる。   Each of the left front wheel 61, the right front wheel 62, the left rear wheel 63, and the right rear wheel 64 is equipped with a brake rotor, a wheel speed detection rotor, and a wheel speed pickup on the vehicle side to detect the wheel speed of each wheel. it can.

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。パワートレインコントローラ46は、アクセルペダル10の踏み込み量に応じて、エンジン1の図示しないスロットル,燃料噴射装置等を制御する。また、エンジン1の出力は、パワートレインコントローラ46により制御される電子制御トランスミッション2を経由し、左後輪63,右後輪64に伝達される。また、アクセルペダル10には、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。   The depression amount of the accelerator pedal 10 of the driver is detected by the accelerator position sensor 31 and is processed by the central controller 40 via the pedal controller 48. The powertrain controller 46 controls a throttle, a fuel injection device, and the like (not shown) of the engine 1 according to the depression amount of the accelerator pedal 10. Further, the output of the engine 1 is transmitted to the left rear wheel 63 and the right rear wheel 64 via the electronic control transmission 2 controlled by the power train controller 46. An accelerator reaction force motor 51 is connected to the accelerator pedal 10, and the reaction force is controlled by the pedal controller 48 based on a calculation command from the central controller 40.

車両0の操舵系は、前輪操舵装置となっており、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。操舵系は、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とで構成されている。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。ステアリングコントローラ44は、ステアリング16の操舵量に応じて、パワーステアリング7を制御する。また、ステアリング16には、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。   The steering system of the vehicle 0 is a front wheel steering device, and has a steer-by-wire structure in which there is no mechanical connection between the steering angle of the driver and the tire turning angle. The steering system includes a power steering 7 including a steering angle sensor (not shown) therein, a steering 16, a driver steering angle sensor 33, and a steering controller 44. The steering amount of the driver's steering wheel 16 is detected by the driver steering angle sensor 33 and is processed by the central controller 40 via the steering controller 44. The steering controller 44 controls the power steering 7 according to the steering amount of the steering 16. In addition, a steering reaction force motor 53 is connected to the steering 16, and the reaction force is controlled by the steering controller 44 based on a calculation command from the central controller 40.

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 pedal position sensor 32 and is processed by the central controller 40 via the pedal controller 48.

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。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。また、この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、車速Vが計算される。これらの信号は、中央コントローラ40にて、共有情報として、常にモニタリングされている。また、ブレーキペダル11には、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。   Each of the left front wheel 61, the right front wheel 62, the left rear wheel 63, and the right rear wheel 64 is provided with a brake rotor, and a caliper that decelerates the wheel by sandwiching the brake rotor with a pad (not shown) on the vehicle body side. Is installed. The caliper is a hydraulic type or an electric type having an electric motor for each caliper. 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 central controller 40. Further, as described above, the wheel speeds of the respective wheels are input to the brake controllers 451 and 452, and the vehicle speed V is calculated. These signals are constantly monitored as shared information by the central controller 40. A brake reaction force motor 52 is connected to the brake pedal 11, and the reaction force is controlled by the pedal controller 48 based on a calculation command from the central controller 40.

つぎに、本実施形態の運動センサ群について述べる。図14に示すように、横加速度センサ21と前後加速度センサ22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21,22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。本実施形態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ものである。   Next, the motion sensor group of this embodiment will be described. As shown in FIG. 14, the lateral acceleration sensor 21 and the longitudinal acceleration sensor 22 are arranged in the vicinity of the center of gravity. Differentiating circuits 23 and 24 for differentiating the outputs of the respective acceleration sensors 21 and 22 to obtain jerk information are mounted. In the present embodiment, it is illustrated that each sensor is installed in order to clarify the existence of the differentiation circuit. However, in actuality, the acceleration signal is directly input to the central controller 40 to perform various arithmetic processes, and then the differentiation process is performed. It may be.

また、車両0は、ドライバへ、理想運動制御部42が発信する、「間接制御」に用いられるアシスト情報を伝えるHVI(Human Vehicle Interface)55が搭載されている。   In addition, the vehicle 0 is equipped with an HVI (Human Vehicle Interface) 55 that transmits assist information used for “indirect control” transmitted from the ideal motion control unit 42 to the driver.

車両0には、主としてドライバからの入力に基づいて運動する「ドライバモード」と、詳細は省略するが「自動運転モード」が存在する。中央コントローラ40は、自動運転制御部41と、ドライバ運転制御部43と、本実施形態の理想運動制御部42とが相互に信号をやり取りできるように構成されている。自動運転制御部41は、「自動運転モード」のときアクティブとなり、外界センサ群39で取り込まれるGPSからの絶対位置信号,レーダーによる測距信号,ビーコンからの各種情報,サムネイルからの位置信号などと、車載のヨーレートセンサ38,車輪速センサあるいは加速度センサの信号をもとに、自車の位置を目標となる経路の位置となるように制御する。理想運動制御部42は、自動運転制御部41やドライバ運転制御部43と相互に通信を行い、自動運転制御部41あるいはドライバ入力に基づく位置決め操作に加え、「直接制御」、あるいはドライバを介在した「間接制御」を行う。   The vehicle 0 has a “driver mode” that exercises mainly based on input from the driver, and an “automatic operation mode” that is omitted in detail. The central controller 40 is configured so that the automatic operation control unit 41, the driver operation control unit 43, and the ideal motion control unit 42 of the present embodiment can exchange signals with each other. The automatic driving control unit 41 is active when in the “automatic driving mode”, and includes an absolute position signal from the GPS captured by the external sensor group 39, a ranging signal from the radar, various information from the beacon, a position signal from the thumbnail, and the like. Based on the signals from the in-vehicle yaw rate sensor 38, wheel speed sensor, or acceleration sensor, the position of the vehicle is controlled to be the position of the target route. The ideal motion control unit 42 communicates with the automatic operation control unit 41 and the driver operation control unit 43, and in addition to the positioning operation based on the automatic operation control unit 41 or the driver input, “direct control” or a driver is interposed. Perform “indirect control”.

次に、図15を用いて、本実施形態による車両の運動制御装置における制御入出力の関係について説明する。
図15は、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置における制御入出力の関係を示すシステムブロック図である。
Next, the relationship of control input / output in the vehicle motion control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a system block diagram showing the relationship of control input / output in the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention.

図15は、中央コントローラ40の内部の理想運動制御部42と位置決めコントロールドライバ、あるいは自動運転制御部41との制御入出力の関係を示している。   FIG. 15 shows a control input / output relationship between the ideal motion control unit 42 and the positioning control driver or the automatic operation control unit 41 inside the central controller 40.

従来の運動制御装置では、目標コース,あるいは車速,ドライバ舵角などを運動規範モデルに入力することにより得られた横滑り角,ヨーレイト応答に追従するという制御を行っていた。   In the conventional motion control device, control is performed to follow the side slip angle and yaw rate response obtained by inputting the target course, vehicle speed, driver rudder angle, and the like into the motion reference model.

それに対して、本実施形態においては、これに加え、式(17)で表せるタイヤの垂直荷重の変化率Kを目標荷重移動変化率Kdに追従させるという部分が付加されており、理想運動制御部44はこの制御動作を行う。なお、図15では、目標コース追従のみ記載しており、また、運動の積分的記述においてヨーレート分は省略している。   On the other hand, in the present embodiment, in addition to this, a portion for causing the change rate K of the vertical load of the tire expressed by the equation (17) to follow the target load movement change rate Kd is added, and the ideal motion control unit 44 performs this control operation. In FIG. 15, only target course following is described, and the yaw rate is omitted in the integral description of the motion.

目標コースとの偏差に応じて、自動運転制御部41やドライバ運転制御部43は、車両0に対して、各輪のタイヤスリップ率s,各輪の横滑り角βを、ブレーキ,アクセル,ステアリング舵角により調整する(MDC(s、β))。理想運動制御部44は、「直接制御」においては修正操作(MIC(s、β))を加える。また、「間接制御」においては、この量を基にして、サポート情報が決定され、ドライバに提示される。   Depending on the deviation from the target course, the automatic operation control unit 41 and the driver operation control unit 43 set the tire slip ratio s of each wheel and the side slip angle β of each wheel to the brake, accelerator, steering rudder with respect to the vehicle 0. Adjust according to the angle (MDC (s, β)). The ideal motion control unit 44 adds a correction operation (MIC (s, β)) in the “direct control”. In “indirect control”, support information is determined based on this amount and presented to the driver.

この制御は常に行っているものではなく、主として旋回時あるいは、図13に示すような外乱が加わり、荷重変化が発生するときのみである。   This control is not always performed, but only mainly during turning or when a load change occurs due to a disturbance as shown in FIG.

ここで、本実施形態において、制御の開始時点および終了時点を以下のように設定している。先に述べた、運動制御の概念より、
制御開始時:ブレーキ、あるいは加速を開始した時点(前後加加速度発生)
制御終了時:定常旋回、あるいは直進となったとき(横加加速度ゼロ)
よって、加加速度の各成分を検出しておき、任意の規定値と比較することにより制御開始、終了を自動的に決定する構成となっている。
Here, in the present embodiment, the control start time and end time are set as follows. From the concept of motion control mentioned earlier,
At the start of control: When braking or acceleration starts (occurrence of longitudinal jerk)
At the end of control: When turning steady or going straight (zero lateral jerk)
Therefore, each component of jerk is detected in advance, and the control start and end are automatically determined by comparing with any specified value.

次に、目標となる荷重移動変化率Kdの設定方法について説明する。これは、「自動運転モード」と「ドライバモード」によってその獲得方法が異なる。以下、それぞれのモードについて具体的内容を述べる。   Next, a method for setting the target load movement change rate Kd will be described. The acquisition method differs depending on the “automatic operation mode” and the “driver mode”. The specific contents of each mode will be described below.

1)自動運転モード
最初に、図16を用いて、本実施形態による車両の運動制御装置における自動運転モード時の制御内容について説明する。
図16は、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置における自動運転モード時の制御内容の説明図である。
1) Automatic Driving Mode First, the contents of control in the automatic driving mode in the vehicle motion control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is an explanatory diagram of the control contents in the automatic operation mode in the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention.

自動運転モードでは、基本的な位置決め制御、および車両のヨー角などの車両姿勢制御は、自動運転制御部41により達成される。現在の車速(V0)は車輪速、あるいはGPS情報などから計測可能である。また、図16(A)に示すコーナーまでの距離(X0),コーナーの半径(R),コーナー内の設定車速(VR)は、各種センサ,マップから得られる地形情報より既知である。これだけの情報では、自動運転制御部41では、いつどのようにブレーキ、ステアを操作するのかという「統合制御」の指針は未知である。図16(B)は、このときの加速度を示し、図16(C)は速度(車速)を示し、図16(D)は目標コース上の位置を示し、図16(E)は前輪外側の荷重W1を示している。ここでは、簡略化のために、ブレーキ,ステアにより発生する加加速度が一定となるようなタイヤスリップ率s,各輪の横滑り角βの制御方法が既知であると考え、車両の前後,横加加速度は、所定の期間中は一定となるように制御する。   In the automatic driving mode, basic positioning control and vehicle attitude control such as the yaw angle of the vehicle are achieved by the automatic driving control unit 41. The current vehicle speed (V0) can be measured from wheel speed or GPS information. Further, the distance to the corner (X0), the radius of the corner (R), and the set vehicle speed (VR) in the corner shown in FIG. 16A are known from the topographic information obtained from various sensors and maps. With such information, the automatic operation control unit 41 does not know the “integrated control” guidelines for when and how to operate the brake and the steering. FIG. 16 (B) shows the acceleration at this time, FIG. 16 (C) shows the speed (vehicle speed), FIG. 16 (D) shows the position on the target course, and FIG. 16 (E) shows the outside of the front wheel. The load W1 is shown. Here, for the sake of simplification, it is considered that the control method of the tire slip ratio s and the side slip angle β of each wheel so that the jerk generated by the brake and the steering is constant, and the vehicle longitudinal and lateral jerk are considered. Is controlled to be constant during a predetermined period.

図16(A),(B)に示すように、コーナー進入手前X0から、加加速度Jx1で減速し、時間T1後に、減速を緩める(前後加加速度はゼロ)と同時にステアを開始する。このあと、横加速度は加加速度Jyで減少し、前後加速度は加加速度Jx2で増加する。そして、それから時間T2経過後に、車両は、半径R,速度VRの定常円旋回となる。この時点で横加加速度はゼロとなり、ブレーキの緩め動作も完結し、前後加加速度もゼロとなる。ここで、具体化したいものは、加加速度Jx1,Jx2,時間T1,T2の4つの変数である。なお、Jyは、(Jx1−Jx2)として求められる。このとき、以下のような4つの関係式(18),(19),(20),(21)が成立する。
As shown in FIGS. 16A and 16B, the vehicle decelerates at the jerk Jx1 from the corner advance X0 before obtaining the corner advance, and after time T1, the deceleration is relaxed (the longitudinal jerk is zero) and the steering is started at the same time. Thereafter, the lateral acceleration decreases with jerk Jy, and the longitudinal acceleration increases with jerk Jx2. Then, after the time T2 has elapsed, the vehicle turns in a steady circle with a radius R and a speed VR. At this time, the lateral jerk becomes zero, the brake loosening operation is completed, and the longitudinal jerk becomes zero. Here, what is desired to be embodied are four variables of jerk Jx1, Jx2 and times T1, T2. Jy is obtained as (Jx1-Jx2). At this time, the following four relational expressions (18), (19), (20), and (21) are established.

Figure 2011157067
Figure 2011157067

Figure 2011157067
Figure 2011157067

Figure 2011157067
Figure 2011157067

Figure 2011157067
Figure 2011157067

未知数4つで関係式4つであるので、Jx1,Jx2,T1,T2は具体化され、このとき目標となるKdは、以下の式(22)のように決定できる。   Since there are four unknowns and four relational expressions, Jx1, Jx2, T1, and T2 are specified, and the target Kd at this time can be determined as in the following Expression (22).

Figure 2011157067
Figure 2011157067

以上のように、自動運転モードでは、任意のブレーキ開始ポイントからの目標Kdが算出可能である。また、車速(V0)が最初からコーナー内の設定車速(VR)である場合には、前後方向の加加速度はゼロとなり位置X0から加加速度Jy一定の旋回を開始し、その後定常円旋回することになる。定常円旋回までの軌跡は、図12で述べたようなクロソイド曲線となる。   As described above, in the automatic operation mode, the target Kd from an arbitrary brake start point can be calculated. Further, when the vehicle speed (V0) is the set vehicle speed (VR) in the corner from the beginning, the jerk in the front-rear direction becomes zero, and a constant turn of the jerk Jy is started from the position X0, and then a steady circular turn is made. become. The trajectory until the steady circle turns is a clothoid curve as described in FIG.

2)ドライバモード
次に、図17を用いて、本実施形態による車両の運動制御装置におけるドライバモード時の制御内容について説明する。
図17は、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置におけるドライバモード時の制御内容の説明図である。
2) Driver Mode Next, the control contents in the driver mode in the vehicle motion control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram of control contents in the driver mode in the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention.

ここで、ドライバモードについての目標Kdの獲得方法について説明する。前項で検討した式(22)より、以下のことがわかる。   Here, a method of acquiring the target Kd for the driver mode will be described. From the equation (22) studied in the previous section, the following can be understood.

・目標Kdは、Jx1(初期制動前後加加速度)で決まっている。   The target Kd is determined by Jx1 (initial acceleration before and after braking).

・ブレーキングが不要の場合、Kdは、Jy(初期操舵横加加速度)で決定される。
さらに、先に示した実験結果を示す図11(E),(F)の結果を見ると、以下のような現象が確認できる。
When braking is not necessary, Kd is determined by Jy (initial steering lateral jerk).
Furthermore, the following phenomena can be confirmed by looking at the results shown in FIGS. 11E and 11F showing the experimental results shown above.

・ブレーキングがある程度長時間にわたる場合には、直線制動と分けて考え、この部分はDC成分のオフセットとして捉え、新たに操舵によるJyでKdが決定される。   -When braking takes a long time, it is considered separately from linear braking, and this part is regarded as a DC component offset, and Kd is newly determined by Jy by steering.

このように考えると、ドライバモードにおいては、結局、図17(A),(B)のようにJx(初期制動前後加加速度)、(C)のようにJy(初期操舵横加加速度)で決まっている場合が考えられる。   Considering this, in the driver mode, after all, it is determined by Jx (initial braking longitudinal jerk) as shown in FIGS. 17A and 17B and Jy (initial steering lateral jerk) as shown in FIG. There may be cases.

したがっていずれの場合も、目標Kdは、動作開始時の最初の加加速度Jx_start,Jy_startを計測しておくことにより、以下の式(23)として、   Therefore, in any case, the target Kd is obtained by measuring the initial jerk Jx_start and Jy_start at the start of the operation as the following equation (23):

Figure 2011157067
Figure 2011157067

のように獲得可能である。 Can be obtained.

以上のように、「自動運転モード」,「ドライバモード」でも目標荷重移動変化率Kdを獲得することが可能である。特に、「自動運転モード」では、ドライバからの入力が無いため、制御装置単体で各輪のタイヤスリップ率s、各輪の横滑り角βを、ブレーキ,アクセル,ステアリング舵角により自由に調整することができ、本発明の車両の前後加加速度、横加加速度を検出し、前後加加速度はゼロと同時にステアを開始、横加加速度がゼロとなった時点でブレーキの緩め動作を終了するという構成が実現できる。   As described above, the target load movement change rate Kd can be obtained even in the “automatic operation mode” and the “driver mode”. In particular, in the “automatic operation mode”, since there is no input from the driver, the control unit alone can freely adjust the tire slip ratio s of each wheel and the side slip angle β of each wheel by the brake, accelerator, and steering angle. It is possible to realize a configuration in which the longitudinal jerk and the lateral jerk of the vehicle according to the present invention are detected, the steering is started at the same time as the longitudinal jerk is zero, and the brake releasing operation is terminated when the lateral jerk becomes zero. .

また、ここでは省略するが、図5と図6に示した、減速→旋回、旋回→直線加速の関係から明らかなように、同等な方法で、車両の前後加加速度,横加加速度を検出し、横加加速度はゼロと同時に加速を開始し、前後加加速度がゼロとなった時点で操舵を戻す動作を終了するという構成も実現できる。   Although not shown here, the longitudinal and lateral jerk of the vehicle is detected in an equivalent manner as is apparent from the relationship of deceleration → turning, turning → linear acceleration shown in FIGS. It is also possible to realize a configuration in which the lateral jerk starts accelerating at the same time as zero and the operation of returning the steering is terminated when the longitudinal jerk becomes zero.

次に、図18を用いて、本実施形態による車両の運動制御装置におけるドライバモード時の制御内容について説明する。
図18は、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置におけるドライバモード時の制御内容を示すフローチャートである。
Next, the control contents in the driver mode in the vehicle motion control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 18 is a flowchart showing the control contents in the driver mode in the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention.

ドライバモードの場合は、理想運動制御部44による修正操作(MIC(s,β))とドライバによる運転操作(MDC(s,β))がインタラクティブに関わりあうことになる。ドライバの機能的側面については、本来必ずしも一律,一様な扱いですべてが記述できるものではない。したがって、すべてのドライバにとって確定的に最適となる修正操作は存在せず、いたずらに複雑化しても意味が無い。ここでは、図18は、制御アルゴリズムの最低限の一例を示している。   In the case of the driver mode, the correction operation (MIC (s, β)) by the ideal motion control unit 44 and the driving operation (MDC (s, β)) by the driver are interactively involved. The functional aspects of drivers are not necessarily all described in a uniform and uniform manner. Therefore, there is no corrective operation that is definitely optimal for all drivers, and there is no point in complicating it unnecessarily. Here, FIG. 18 shows a minimum example of the control algorithm.

ステップS00)処理スタート
ステップS01)車両の前後加加速度Jx[i]、横加加速度Jy[i]とを計測する。このとき、前後加加速度Jx[i-1],横加加速度Jy[i-1]と比較して、加加速度がゼロに近づいているか否かを判定する。
ステップS02)加加速度J[i](i番目の加加速度ベクトルの大きさ)を求める。
ステップS03)加加速度の前後,横成分比率Ix[i],Iy[i]を求める。
ステップS04)加加速度J[i]とスレッシュホールドレベルIgshと比較し、
J[i]<Igshの場合:定常状態→ステップS01に)
J[i]>Igshの場合:減速or操舵開始→ステップS05に)。
Step S00) Processing start Step S01) The longitudinal jerk Jx [i] and the lateral jerk Jy [i] of the vehicle are measured. At this time, it is determined whether or not the jerk is approaching zero compared with the longitudinal jerk Jx [i-1] and the lateral jerk Jy [i-1].
Step S02) A jerk J [i] (i-th jerk vector magnitude) is obtained.
Step S03) The lateral component ratios Ix [i] and Iy [i] are obtained before and after jerk.
Step S04) The jerk J [i] is compared with the threshold level Igsh,
If J [i] <Ish: Steady state → Step S01)
If J [i]> Ish: Deceleration or steering start → to step S05).

ステップS05)i番目の荷重移動変化率を計算する。
ステップS06)目標荷重移動変化率Kdは設定されているか判定し、
設定されていない場合→ステップS07に)
すでに設定されている場合→ステップS10に)。
ステップS07)加加速度の前後,横成分比率Ix[i]とIy[i]と比較し、
Ix[i]>Iy[i]の場合→ステップS08に)
Ix[i]<Iy[i]の場合→ステップS09に)。
ステップS08)目標荷重移動変化率Kdを前後加加速度により決定する。
ステップS09)目標荷重移動変化率Kdを横加加速度により決定する。
Step S05) The i-th load movement change rate is calculated.
Step S06) It is determined whether the target load movement change rate Kd is set,
If not set → go to step S07)
If already set, go to step S10).
Step S07) Before and after jerk, the lateral component ratios Ix [i] and Iy [i] are compared,
If Ix [i]> Iy [i] → go to step S08)
If Ix [i] <Iy [i] → to step S09).
Step S08) The target load movement change rate Kd is determined by the longitudinal jerk.
Step S09) The target load movement change rate Kd is determined by the lateral jerk.

ステップS10)タイヤ力補正量の決定演算をする。力の補正量は、目標荷重移動変化率Kdとi番目の荷重移動変化率の差分に応じて算出する。
ステップS11)タイヤ力補正量の振り分け計算する。ステップS010で決定されたタイヤ力補正量を現在の前後加加速度と横加加速度の構成比率に基づいて、横すべり角度βと縦すべり率(スリップ率)sに分配する。それぞれの補正量を実現するために、横すべり角度βについては、舵角で、縦すべり率(スリップ率)sについてはブレーキ制動力にて補正することになる。この比率については、例えば、Ix[i]が大きいときには、ドライバが積極的に制動力を制御している状況として、補正は舵角のみとしたり、Iy[i]が大きいときには、ドライバが積極的に操舵角を制御している状況として、補正は制動力のみとしたり変化をもたせるべきである。
Step S10) The tire force correction amount is determined and calculated. The force correction amount is calculated according to the difference between the target load movement change rate Kd and the i-th load movement change rate.
Step S11) A tire force correction amount distribution calculation is performed. The tire force correction amount determined in step S010 is distributed to the side slip angle β and the longitudinal slip rate (slip rate) s based on the current configuration ratio of the longitudinal jerk and the lateral jerk. In order to realize the respective correction amounts, the lateral slip angle β is corrected by the steering angle, and the vertical slip rate (slip rate) s is corrected by the brake braking force. With respect to this ratio, for example, when Ix [i] is large, the driver is actively controlling the braking force. For example, the correction is limited to the steering angle. When Ix [i] is large, the driver is positive. As a situation in which the steering angle is controlled, the correction should be only the braking force or change.

ステップS12)定常円旋回への到達度の判断する。横加加速度の絶対値から定常円旋回への到達度を判断する。このときには、i番目以前の加加速度情報を用いても良い。
Jy[i]>Jsth:減速旋回中である。→ステップS01に)
Jy[i]<Jsth:定常円旋回に達している。→ステップS13に)。
ステップS13)目標荷重移動変化率Kdをリセット→ステップS01に戻る。
Step S12) Judgment of degree of achievement to steady circle turning. Determining the degree to reach steady circle turning from the absolute value of lateral jerk. At this time, the i-th and previous jerk information may be used.
Jy [i]> Jsth: The vehicle is decelerating. (To step S01)
Jy [i] <Jsth: A steady circular turn has been reached. → To step S13).
Step S13) The target load movement change rate Kd is reset, and the process returns to Step S01.

以上により、
・ブレーキング→コーナリング状況を検出し、前後加加速度から目標荷重移動変化率を設定するか、横加加速度から設定するかを決定する、
・その後の車両挙動を補正するためのタイヤ力補正量を決定し、車両運動に補正を加える、
・旋回初期の緩和動作が終了し、定常円旋回となると目標加重変化率をゼロに戻す、
が繰り返され、理想的な運動が実現されることになる。
With the above,
・ Determine whether to set the target load movement change rate from the longitudinal jerk or the lateral jerk by detecting the braking → cornering situation.
・ Determine the amount of tire force correction to correct subsequent vehicle behavior and add correction to vehicle motion.
・ When the mitigation operation at the beginning of the turn is completed and the steady circle turn, the target weight change rate is returned to zero.
Is repeated, and ideal exercise is realized.

次に、図19を用いて、本実施形態による車両の運動制御装置における「間接制御」であるドライバアシスト時の制御内容について説明する。
図19は、本発明の一実施形態による車両の運動制御装置における「間接制御」であるドライバアシスト時の制御内容を示すフローチャートである。
Next, the contents of control at the time of driver assist, which is “indirect control” in the vehicle motion control apparatus according to the present embodiment, will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a flowchart showing the control contents during driver assist, which is “indirect control” in the vehicle motion control apparatus according to the embodiment of the present invention.

図19(A)は、実際の前後方向の加加速度(Jx)と横方向の加加速度(Jy)を示している。図示するように、操舵開始推奨範囲は、前後加加速度がゼロである約0.3(s)から1.1(s)の範囲である。今回の例ではドライバは操舵推奨範囲内の0.8(s)近辺で操舵を開始している。定常円旋回に入るのは、横加加速度がゼロとなる1.8(s)以降であるが、操舵開始から、この時点までが、制動力微調整範囲である。また、横加加速度がゼロになった後(1.8(s)以降)は、いつでも加速できる加速開始推奨範囲であるが、今回の例では2.5(s)からの加速となっている。   FIG. 19A shows an actual longitudinal jerk (Jx) and lateral jerk (Jy). As shown in the figure, the recommended steering start range is a range from about 0.3 (s) to 1.1 (s) where the longitudinal jerk is zero. In this example, the driver starts steering around 0.8 (s) within the recommended steering range. The steady circular turning starts after 1.8 (s) when the lateral jerk becomes zero, but the range from the start of steering to this point is the braking force fine adjustment range. Further, after the lateral jerk becomes zero (after 1.8 (s)), the acceleration start recommended range can be accelerated at any time, but in this example, the acceleration is from 2.5 (s).

さて、上述のような推奨範囲をドライバに提示するためには、視覚情報,聴覚情報、あるいはブレーキペダル,ステアリング,アクセルペダルへの反力変化のいずれか、あるいはそのうちのいくつかを組み合わせて発信する必要がある。   In order to present the recommended range as described above to the driver, the visual information, the auditory information, the reaction force change to the brake pedal, the steering wheel, the accelerator pedal, or some of them are transmitted in combination. There is a need.

図19(B)は、表示の例として、「色」による提示が示されている。これらの“アイコン”は、「間接制御」に用いられるアシスト情報を伝えるHVI(Human Vehicle Interface)55に提示されており、タイミングを伝えるために、色が変化したり、消灯したりする。たとえばブレーキペダル(図中Bと記載されたペダル)のアイコンは、本例では0秒からすでにブレーキが踏まれているため、通常ブレーキ状態である“青”で開始する。そして操舵が開始された時点で、制動力を微調整する必要が生じるために、色は青から“黄”に変化する。そして、制動が終了した後は消灯する。   FIG. 19B shows presentation by “color” as an example of display. These “icons” are presented on an HVI (Human Vehicle Interface) 55 that conveys assist information used for “indirect control”, and the color changes or turns off to convey timing. For example, the icon of the brake pedal (the pedal indicated as B in the figure) starts with “blue” which is the normal brake state since the brake has already been depressed from 0 seconds in this example. When the steering is started, it is necessary to finely adjust the braking force, so that the color changes from blue to “yellow”. And after braking is completed, the light is turned off.

同様に、ステアリングのアイコン表示については、最初は制動により減速度が増加中で前後方向の加加速度が負であるため、操舵は禁止状態の“赤”である。ここから、操舵開始推奨タイミング範囲に入ると表示は“青”に変わる。本例では0.8(s)時にドライバによる操舵が入ったため、「ブレーキとの連携制御」を示唆する“黄”に変化するように設定している。また、操舵近辺の部分を中間色としても良い。連携制御が終わり定常円旋回になると“青”に変化し、加速が開始する時点から、徐々にステアリングを戻すように表示がフェードアウトするように消灯させる。   Similarly, regarding the icon display of the steering, initially, the deceleration is increased by braking, and the jerk in the front-rear direction is negative. Therefore, steering is “red” in a prohibited state. From here, the display changes to “blue” when entering the recommended steering start timing range. In this example, since the steering by the driver enters at 0.8 (s), the setting is made to change to “yellow” indicating “cooperation control with brake”. Further, a portion near the steering may be an intermediate color. When the cooperative control is finished and a steady circle turns, the color changes to “blue”, and the display is turned off so that the display gradually fades out from the time when acceleration starts.

アクセルペダル(図中Aと記載されたペダル)のアイコンは、定常円旋回が始まる1.8(s)までは、消灯している。それ以降は青色に点灯するようにして、定常円旋回すなわち、横加加速度がゼロとなっている範囲で加速開始ができるようにアシスト情報を視覚的に発信している。   The icon of the accelerator pedal (the pedal indicated as A in the figure) is turned off until 1.8 (s) when the steady circular turning starts. After that, it is lit in blue, and assist information is visually transmitted so that steady circular turning, that is, acceleration can be started in a range where the lateral jerk is zero.

以上のようにHVI55を用い、アイコンの色をドライバに提示することにした。操舵を開始するタイミング,減速を緩め終わるタイミング,加速を開始するタイミングを「推奨範囲内」から決定するためのサポート情報を視覚から与えることができる。これにより、本発明の「間接制御」が実現可能となる。   As described above, the HVI 55 is used to present the icon color to the driver. It is possible to visually provide support information for determining the timing for starting steering, the timing for ending deceleration, and the timing for starting acceleration from “within recommended range”. Thereby, the “indirect control” of the present invention can be realized.

また、図19(C)は、反力,あるいはHVI55から発せられるアラームによるサポート情報の提示の概念を示している。減速動作に入った段階ではブレーキ反力は一定となっている。さて、操舵が開始された(0.8(s)近辺)以降では、減速度を低下させる必要がある。ここでは反力を増加させてドライバのペダル踏力を低下させようということを狙っている(押し戻し動作)。   FIG. 19C shows the concept of presenting support information by reaction force or an alarm issued from the HVI 55. The brake reaction force is constant at the stage of entering the deceleration operation. Now, after the steering is started (around 0.8 (s)), it is necessary to reduce the deceleration. Here, the aim is to increase the reaction force and decrease the pedaling force of the driver (push-back operation).

さらに、ステア反力については、操舵を促すように、トルクを加えていくような構成としている。さらに、そのトルクに変動成分を重畳させ、「タクタイル信号」としても良い。また、その周波数、振幅を時間経過とともに変化させることにより、操舵開始を促すようにしても良い。   Further, the steering reaction force is configured to apply torque so as to encourage steering. Further, a fluctuation component may be superimposed on the torque to generate a “tactile signal”. Further, the start of steering may be urged by changing the frequency and amplitude over time.

また、アクセル反力に関しても、定常円旋回状態となった段階で、タクタイル信号を加え、加速開始推奨範囲に入っていることを促すようにしても良い。また、この反力と同様に、HIV55より、反力指令と同様に音の大きさ、周波数、発信音としての間隔等を「変化」させることにした。操舵を開始するタイミング、減速を緩め終わるタイミング、加速を開始するタイミングを「推奨範囲内」から決定するためのサポート情報を視覚から与えることができる。これにより、本実施形態の「間接制御」が実現可能となる。   Further, with respect to the accelerator reaction force, a tactile signal may be added at the stage where the steady circular turning state is reached to urge that the accelerator reaction force is within the recommended acceleration start range. Similarly to this reaction force, the HIV 55 decides to “change” the sound volume, frequency, interval as a dial tone, etc., as with the reaction force command. It is possible to visually give support information for determining the timing to start steering, the timing to end deceleration, and the timing to start acceleration from “within recommended range”. Thereby, the “indirect control” of the present embodiment can be realized.

本実施形態の「間接制御」においては、ドライバが体感情報である加加速度を感じながら、タイミングの提示を受けることができる。換言するとドライバは加加速度という「入力」と、正しいタイミング、すなわち「教師信号」を得ることができる。これは、ニューラルネットワークの学習法として議論される、いわゆる「教師あり学習」である。本発明によると、ドライバに運転操作への洞察・示唆を与え、制御依存による運転能力の退化を防ぐ、新しいシステムを構築することができる。   In the “indirect control” of the present embodiment, the driver can receive timing while feeling the jerk as bodily sensation information. In other words, the driver can obtain “input” of jerk and correct timing, that is, “teacher signal”. This is so-called “supervised learning”, which is discussed as a learning method of a neural network. According to the present invention, it is possible to construct a new system that gives insight and suggestion to a driving operation to a driver and prevents the deterioration of driving ability due to control dependence.

また、本実施形態においては、前後および横加加速度情報を用いて、自動的に操舵、制動・加速制御する方法・装置、あるいは、最適なタイミングをドライバに提示することにより、ドライバが最適な制御することを支援する装置についての発明を開示してきた。実際に重要な情報は、式(11)〜式(14)のタイヤ各輪の垂直加重の変化率情報である。これは、前後加加速度と横加加速度に、車両緒元から決定される固定値を掛け合わせたものの線形結合となっている。したがって、各輪の垂直荷重を直接計測し、例えば、前輪の垂直荷重が最大となっているときに、操舵開始のためのアシスト情報を提示したり、旋回外輪の垂直荷重の増加率が一定となるように制御をしても良い。現在のところ、大きな荷重を精度よく扱う荷重計は高価であるために、本実施形態では前後加加速度と横加加速度を検出し、制御,支援に用いている。したがって何らかの手段で荷重、あるいはそれを反映する物理量(例えば、懸架装置のばね変位など)を計測し、本実施形態と同等なタイミング、あるいは、制御目標にしたがって、制御あるいはドライバの支援は可能であり、そのような制御および制御装置は本発明の範囲内である。   In the present embodiment, the driver performs optimum control by presenting the driver with a method or apparatus for automatically steering, braking / acceleration control using the longitudinal and lateral jerk information, or by presenting the optimum timing to the driver. Inventions have been disclosed for devices that support this. Actually important information is change rate information of the vertical load of each tire wheel of the equations (11) to (14). This is a linear combination of the longitudinal jerk and the lateral jerk multiplied by a fixed value determined from the vehicle specifications. Therefore, the vertical load of each wheel is directly measured.For example, when the vertical load of the front wheel is maximum, the assist information for starting the steering is presented, and the increase rate of the vertical load of the turning outer wheel is constant. You may control so that it may become. At present, load meters that handle large loads with high accuracy are expensive, and in this embodiment, longitudinal jerk and lateral jerk are detected and used for control and support. Therefore, it is possible to measure the load or physical quantity that reflects the load by some means (for example, the spring displacement of the suspension device, etc.), and support the control or driver according to the same timing as this embodiment or the control target. Such controls and control devices are within the scope of the present invention.

また、加速度を検出して、さらにその最大値を検出することは、陽には現れていなくても、結果としては加加速度がゼロの時点を検出していることと同値であり、このタイミングで操舵、制動、駆動の制御を開始することは本発明の範囲内である。   Moreover, detecting the acceleration and further detecting the maximum value is equivalent to detecting the point in time when the jerk is zero, even though it does not appear explicitly. It is within the scope of the present invention to initiate steering, braking and drive control.

本実施形態で、前後あるいは横加加速度がゼロとなるタイミングに操舵,あるいは制動,駆動のタイミングが一致することについて言及してきた。ところが加加速度信号に限らず、すべての信号にはノイズが混入することが不可避であり、本発明の特許請求の範囲における「加加速度がゼロの近傍」とはノイズ分が混入された場合も含まれることを意味している。   In the present embodiment, it has been mentioned that the timing of steering, braking, or driving coincides with the timing when the longitudinal jerk or the lateral jerk becomes zero. However, it is inevitable that noise is mixed in not only the jerk signal but also in all signals, and “the vicinity of zero jerk” in the claims of the present invention includes a case where noise is mixed. Is meant to be.

最後に、本発明の学術的な位置づけを説明する。本発明においては垂直加重の変化率Kを一定にする制御を行っている。ところで、垂直加重の変化率Kを一定にするということは、変分法の概念を用いると実は以下の命題と同値である。   Finally, the academic position of the present invention will be described. In the present invention, control is performed to keep the vertical load change rate K constant. By the way, making the vertical weight change rate K constant is actually equivalent to the following proposition using the concept of the variational method.

「図5における、ΔW1をtfの期間で変化させる場合に、前後加加速度と横加加速度の二乗平均の、期間tfにわたる積分値(J)がミニマムとなるような加速度変化を実現する」   “When ΔW1 in FIG. 5 is changed in the period tf, an acceleration change is realized such that the integral value (J) of the mean square of the longitudinal jerk and the lateral jerk over the period tf becomes a minimum.”

Figure 2011157067
Figure 2011157067

一方、人間の手先の運動軌跡の計画が、加加速度がミニマムとなるようになされていると、”T.Flash,N. Hogan: The Coordination of Arm Movements -An Experimentally Confirmed Mathematical Model,Journal of Neuroscience,Vol.5,No.7,p.1688-1703 (1985)”に記載されている。   On the other hand, if the motion trajectory plan of the human hand is designed to have a minimum jerk, “T. Flash, N. Hogan: The Coordination of Arm Movements-An Experimentally Confirmed Mathematical Model, Journal of Neuroscience, Vol.5, No.7, p.1688-1703 (1985) ”.

「人間が運転している車両」においても「車両」の加加速度がミニマムとなるように制御されているということは、新たな発見である。   It is a new discovery that the jerk of the “vehicle” is controlled to be a minimum even in the “vehicle driven by a human being”.

前後加加速度と横加加速度の二乗平均和がミニマムとなるように制御されているため、横方向を専ら制御する操舵制御であっても前後方向の加加速度情報が必要であり、前後方向を専ら制御する減速・加速制御であっても前後方向の加加速度情報が必要であるということである。   Since the mean square sum of the longitudinal jerk and the lateral jerk is controlled to be the minimum, even in the steering control that exclusively controls the lateral direction, the longitudinal jerk information is required, and the longitudinal direction is exclusively controlled. That is, even in the deceleration / acceleration control to be performed, longitudinal acceleration / deceleration information is necessary.

以上説明したように、本実施形態によれば、アクセル,ステア,ブレーキ操作についての具体的な制御タイミングの指針を明確化し、これに基づいた運動制御装置を提供するという本発明の第一の目的が達成される。また、これと同時に具体的な制御指針をドライバに提示することにより、ドライバが自己の運転操作に対する指針を得られるようなシステムを提供するという本発明の第二の目的が達成される。   As described above, according to the present embodiment, the first object of the present invention is to clarify a specific control timing guideline for accelerator, steer, and brake operations and to provide a motion control device based on the guideline. Is achieved. At the same time, the second object of the present invention of providing a system in which a driver can obtain a guide for his / her driving operation by presenting a specific control guide to the driver is achieved.

車両の運動を司る力は、空気抵抗などを除けば、車両に取り付けられたタイヤと地面の相対運動によってタイヤが地面から受ける力である。またその力によって車両が運動を行ない、それによって新たな力を受けるというように、原因と結果がつぎつぎと繰り返されるような連成現象が形成されている。   The force governing the motion of the vehicle is the force that the tire receives from the ground due to the relative motion of the tire attached to the vehicle and the ground, except for air resistance. In addition, a coupled phenomenon is formed in which the cause and the result are repeated one after another, such that the vehicle moves by the force and receives a new force.

このような車両の運動を車上のドライバが制御するためには、タイヤが地面から受ける力(以下、タイヤ力と呼ぶ)により運動を実現するとともに、その運動により初めて発生するタイヤ力が、希望する運動を実現するうえで好適となるように制御されなければならない。このような関係が満たされなければ、運動が破綻するか、タイヤが破綻する。例えば、直進状態において前輪が制動し、後輪が駆動している状態というのが端的な例である。また、旋回中に前輪と後輪の発生する力のバランスが荷重移動により不適当となれば、ドリフトアウト、スピンなどの不適切な運動となる。   In order for the driver on the vehicle to control the movement of the vehicle, the tire is realized by the force that the tire receives from the ground (hereinafter referred to as the tire force), and the tire force generated for the first time by the movement is desired. It must be controlled to be suitable for realizing the movement to be performed. If this relationship is not satisfied, the exercise will fail or the tire will fail. For example, a straight forward state is a state where the front wheels are braked and the rear wheels are driven. Also, if the balance between the forces generated by the front and rear wheels during turning is inadequate due to load movement, an inappropriate motion such as drift-out or spin will occur.

すべての車両について最適な運動制御方法を導き出すことは困難ではある。しかしながら、減速から旋回開始、あるいは旋回から直線加速開始というように状況を限れば、工学的に価値のある以下のような適切な制御方法が見出せた。   It is difficult to derive an optimal motion control method for all vehicles. However, if the situation is limited, for example, starting from deceleration to turning, or starting from linear acceleration to turning, an appropriate control method that is valuable in engineering can be found.

すなわち、本発明の第1および第2の目的を達成するために、本発明の車両の運動制御装置においては、車両の操舵を制御する装置を備え、(少なくとも車両の前後方向の加加速度を検出する手段を有し、)少なくとも車両の前後方向の加加速度情報を用いて、車両の操舵を制御する。具体的には、車両が減速しながら操舵を行う際に、前後方向の加加速度の値がゼロ近傍にある期間中に操舵を開始するように制御する。また、本発明の車両の運動制御装置は、運転者と独立した自動操舵機構を有し、この操舵開始タイミングを制御する。また、本発明の車両の運動制御装置は、運転者に操舵を開始するタイミング決定のための情報を提示する情報提示手段を有し、運転者により操舵開始タイミングを制御するように構成し、情報提示手段が、視覚情報、聴覚情報、あるいは操舵装置へのトルク入力の少なくとも一つを提示する。   In other words, in order to achieve the first and second objects of the present invention, the vehicle motion control device of the present invention comprises a device for controlling the steering of the vehicle, (at least detecting the longitudinal acceleration of the vehicle). The vehicle steering is controlled using at least jerk information in the longitudinal direction of the vehicle. Specifically, when the vehicle is steered while decelerating, control is performed so that steering is started during a period in which the value of the jerk in the front-rear direction is near zero. The vehicle motion control apparatus of the present invention has an automatic steering mechanism independent of the driver, and controls the steering start timing. In addition, the vehicle motion control apparatus of the present invention includes information presentation means for presenting information for timing determination for starting steering to the driver, and is configured to control the steering start timing by the driver. The presenting means presents at least one of visual information, auditory information, or torque input to the steering device.

また、本発明の車両の運動制御装置においては、車両の加減速を制御する装置を備え、(少なくとも車両の横方向の加加速度を検出する手段を有し、)少なくとも車両の横方向の加加速度情報を用いて、車両の加減速を制御する。具体的には、減速しながら操舵を行っている際に、横方向の加加速度の値がゼロ近傍にある期間中に減速を終了する。また、本発明の車両の運動制御装置は、運転者と独立した自動減速機構を有し、減速を終了するタイミングを制御する。また、本発明の車両の運動制御装置は、運転者に減速を止めるタイミング決定のための情報を提示する情報提示手段を備え、運転者により減速を止めるタイミングを制御するように構成し、情報提示手段が、視覚情報、聴覚情報、あるいはブレーキペダルなどの減速装置への反力入力の少なくとも一つを提示する。   The vehicle motion control apparatus according to the present invention includes a device for controlling acceleration / deceleration of the vehicle, and has at least means for detecting lateral jerk of the vehicle, and at least lateral jerk of the vehicle. Information is used to control the acceleration / deceleration of the vehicle. Specifically, when steering is performed while decelerating, the deceleration is terminated during a period in which the value of the lateral jerk is near zero. In addition, the vehicle motion control apparatus of the present invention has an automatic deceleration mechanism that is independent of the driver, and controls the timing to end deceleration. In addition, the vehicle motion control apparatus of the present invention includes information presenting means for presenting information for timing determination for stopping deceleration to the driver, and is configured to control the timing for stopping deceleration by the driver. The means presents at least one of visual information, auditory information, or reaction force input to a deceleration device such as a brake pedal.

また、操舵を行っている際に、少なくとも横方向の加加速度の値がゼロ近傍にある期間中に加速を開始するように制御する。そして本発明の車両の運動制御装置は、運転者と独立した自動加速機構を有し、加速を開始するタイミングを制御する。また本発明の車両の運動制御装置は、運転者に加速を開始するタイミング決定のための情報を提示する情報提示手段を備え、運転者により加速するタイミングを制御するように構成し、情報提示手段が、視覚情報、聴覚情報、あるいはアクセルペダルなどの加速装置への反力入力の少なくとも一つを提示する。   Further, during steering, control is performed so that acceleration is started at least during a period in which the lateral jerk value is near zero. The vehicle motion control device of the present invention has an automatic acceleration mechanism independent of the driver, and controls the timing for starting acceleration. The vehicle motion control apparatus according to the present invention further includes information presenting means for presenting information for timing determination for starting acceleration to the driver, and is configured to control the timing for acceleration by the driver. Presents at least one of visual information, auditory information, or reaction force input to an accelerator such as an accelerator pedal.

0…車両
1…エンジン
2…電子制御ミッション
7…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…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…ヨーレートセンサ
39…外界センサ
40…中央コントローラ
41…自動運転制御部
42…理想運動制御部
43…ドライバ運転制御部
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
451,452…ブレーキコントローラ
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
55…HVI(Human Vehicle Interface)
61…左前輪
62…右前輪
63…左後輪
64…右後輪
DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Vehicle 1 ... Engine 2 ... Electronic control mission 7 ... Power steering 10 ... Accelerator pedal 11 ... Brake pedal 16 ... Steering 21 ... Lateral acceleration sensor 22 ... Longitudinal acceleration sensor 23, 24 ... Differentiation circuit 31 ... Accelerator sensor 32 ... Brake sensor 33 ... Steering angle sensor 38 ... Yaw rate sensor 39 ... External sensor 40 ... Central controller 41 ... Automatic operation controller 42 ... Ideal motion controller 43 ... Driver operation controller 44 ... Steering controller 46 ... Powertrain controllers 451, 452 ... Brake controller 48 ... Pedal controller 51 ... Accelerator reaction force motor 52 ... Brake reaction force motor 53 ... Steering reaction force motor 55 ... HVI (Human Vehicle Interface)
61 ... Left front wheel 62 ... Right front wheel 63 ... Left rear wheel 64 ... Right rear wheel

Claims (9)

車両の加減速を制御する装置を有する車両の運動制御装置において、
少なくとも車両の横方向の加加速度情報を用いて、車両の加減速を制御する制御手段を備えることを特徴とする車両の運動制御装置。
In a vehicle motion control device having a device for controlling acceleration / deceleration of a vehicle,
A vehicle motion control apparatus comprising control means for controlling acceleration / deceleration of a vehicle using at least lateral jerk information of the vehicle.
請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記制御手段は、減速しながら操舵を行っている際に、横方向の加加速度の値がゼロ近傍にある期間中に減速を終了することを特徴とする車両の運動制御装置。
The vehicle motion control device according to claim 1,
The vehicle motion control apparatus according to claim 1, wherein the control means terminates deceleration during a period in which the value of the lateral jerk is near zero when steering is performed while decelerating.
請求項2記載の車両の運動制御装置において、
運転者と独立した自動減速機構を備え、
前記制御手段は、減速を終了するタイミングを制御することを特徴とする車両の運動制御装置。
In the vehicle motion control apparatus according to claim 2,
Equipped with an automatic deceleration mechanism independent of the driver,
The vehicle motion control apparatus characterized in that the control means controls the timing to end deceleration.
請求項2記載の車両の運動制御装置において、
運転者に減速を止めるか、あるいは減速度を一定とするタイミング決定のための情報を提示する情報提示手段を備え、
前記情報提示手段により提示される情報に基づいて、運転者により前記減速を終了するタイミングが制御されることを特徴とする車両の運動制御装置。
In the vehicle motion control apparatus according to claim 2,
An information presenting means for presenting information for timing determination for stopping deceleration or making constant deceleration to the driver,
The vehicle motion control apparatus, wherein a timing for ending the deceleration is controlled by a driver based on information presented by the information presenting means.
請求項4記載の車両の運動制御装置において、
前記情報提示手段は、視覚情報,聴覚情報,あるいは減速装置への反力入力の少なくとも一つの情報を提示することを特徴とする車両の運動制御装置。
The vehicle motion control device according to claim 4,
The vehicle motion control device, wherein the information presentation means presents at least one information of visual information, auditory information, or reaction force input to a speed reduction device.
請求項1記載の車両の運動制御装置において、
前記制御手段は、操舵を行っている際に、少なくとも横方向の加加速度の値がゼロ近傍にある期間中に、加速を開始するように制御することを特徴とする車両の運動制御装置。
The vehicle motion control device according to claim 1,
The vehicle motion control apparatus according to claim 1, wherein the control means performs control so as to start acceleration at least during a period in which the value of the lateral jerk is in the vicinity of zero during steering.
請求項6記載の車両の運動制御装置において、
運転者と独立した自動加速機構を備え、
前記制御手段は、加速を開始するタイミングを制御することを特徴とする車両の運動制御装置。
The vehicle motion control apparatus according to claim 6,
Equipped with an automatic acceleration mechanism independent of the driver,
The vehicle control apparatus is characterized in that the control means controls a timing of starting acceleration.
請求項6記載の車両の運動制御装置において、
運転者に加速を開始するタイミング決定のための情報を提示する情報提示手段を備え、
前記情報提示手段により提示される情報に基づいて、運転者により前記加速するタイミングが制御されることを特徴とする車両の運動制御装置。
The vehicle motion control apparatus according to claim 6,
Comprising information presenting means for presenting information for determining timing for starting acceleration to the driver;
The vehicle motion control device, wherein the acceleration timing is controlled by a driver based on information presented by the information presentation means.
請求項8記載の車両の運動制御装置において、
前記情報提示手段は、視覚情報,聴覚情報,あるいはアクセルペダルなどの加速装置への反力入力の少なくとも一つの情報を提示することを特徴とする車両の運動制御装置。
The vehicle motion control apparatus according to claim 8,
The vehicle motion control device, wherein the information presentation means presents at least one information of visual information, auditory information, or reaction force input to an acceleration device such as an accelerator pedal.
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