JP2011207314A - Control device for vehicle - Google Patents

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Takeshi Inoue
Theerawat Limpibunterng
Mitsutaka Tanimoto
Yoshiaki Tsuchiya
リムピバンテン・ティーラワット
豪 井上
義明 土屋
充隆 谷本
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Toyota Motor Corp
トヨタ自動車株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control a yaw rate and vehicle body slip angle regulating the turning behavior of a vehicle to a desired value.SOLUTION: A device for controlling a vehicle equipped with a driving/braking force varying means which can generate a right and left driving/braking force difference about each of front wheels and rear wheels includes: a setting means for setting the target value of vehicle state amounts including at least a yaw rate and a vehicle slip angle specifying the target motion state of the vehicle; a determination means for, on the basis of a vehicle motion model specifying a relative relation between preliminarily set vehicle state amounts and state controlled variables including at least the right and left driving/braking force difference of each of the front wheels and rear wheels, determining the target value of the state controlled variables corresponding to the set target value of the vehicle state amounts; and a control means for controlling the driving/braking force varying means in order to set the right and left driving/braking force difference of each of the front wheels and the rear wheels to the determined target value.

Description

本発明は、例えばLKA(Lane Keeping Assist:車線維持走行のための操舵補助)等の各種自動運転機能を備えた車両に適用可能な、車両の制御装置の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of a vehicle control device that can be applied to a vehicle having various automatic driving functions such as LKA (Lane Keeping Assist).
この種の装置として、車両のヨーレートが目標ヨーレートとなるように各輪の制駆動力を制御するものが提案されている(特許文献1参照)。   As this type of device, a device that controls the braking / driving force of each wheel so that the yaw rate of the vehicle becomes the target yaw rate has been proposed (see Patent Document 1).
尚、舵角を制御するモータ1とステアリングトルクを制御するモータ2とを備え、自動操舵によって生じる操舵反力を上記モータ2のトルクによって打ち消す方法も提案されている(特許文献2参照)。   There has also been proposed a method that includes a motor 1 that controls the steering angle and a motor 2 that controls the steering torque, and cancels the steering reaction force generated by the automatic steering by the torque of the motor 2 (see Patent Document 2).
特開平3−292221号公報JP-A-3-292221 特開平6−336169号公報JP-A-6-336169
特許文献1に開示された装置によれば、車両のヨーレートを所望の値に制御し得るが、例えば、車両を目標走行路に追従させる或いは車両に目標走行路をトレースさせる等の各種自動操舵機能を実現しようとする場合、制御状態量がヨーレートのみの一自由度の運動制御では、車両の旋回挙動を好適に制御することが難しい。例えば、この場合、車体スリップ角(車両の旋回接線方向に対する角度であり、車体の向きと車体の瞬間的な進行方向とのなす角度である)は成り行きで変化することになるため、ドライバに与える違和感が無視できない程度に大きくなる可能性がある。   According to the device disclosed in Patent Document 1, the yaw rate of the vehicle can be controlled to a desired value. For example, various automatic steering functions such as causing the vehicle to follow the target travel path or causing the vehicle to trace the target travel path. If the control state quantity is a one-degree-of-freedom motion control whose control state quantity is only the yaw rate, it is difficult to suitably control the turning behavior of the vehicle. For example, in this case, the vehicle body slip angle (the angle with respect to the turning tangential direction of the vehicle and the angle between the vehicle body direction and the instantaneous traveling direction of the vehicle body) changes depending on the event and is given to the driver. There is a possibility that the sense of incongruity can become so large that it cannot be ignored.
即ち、特許文献1に開示された装置には、例えばLKA等の自動操舵を実現しようとした場合に、ドライバに違和感を与える可能性があるという技術的問題点がある。   In other words, the device disclosed in Patent Document 1 has a technical problem that, for example, when an automatic steering such as LKA is to be realized, there is a possibility that the driver may feel uncomfortable.
係る技術的問題点は、特許文献2に開示される方法にしても同様である。   Such a technical problem is the same as in the method disclosed in Patent Document 2.
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、車両の旋回挙動を規定するヨーレート及び車体スリップ角を所望の値に制御し得る車両の制御装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle control device that can control the yaw rate and vehicle body slip angle that define the turning behavior of the vehicle to desired values.
上述した課題を解決するため、本発明に係る車両の制御装置は、前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置であって、前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a vehicle control device according to the present invention controls a vehicle provided with braking / driving force varying means capable of generating a left / right braking / driving force difference for each of the front wheels and the rear wheels. A setting means for setting a target value of a vehicle state quantity including at least a yaw rate and a vehicle body slip angle that define a target motion state of the vehicle, and the vehicle state quantity set in advance and the left-right braking drive in each Determining means for determining a target value of the state control amount corresponding to the set target value of the vehicle state amount based on a vehicle motion model that defines a relative relationship with a state control amount including at least a force difference; And a control means for controlling the braking / driving force varying means so that the left / right braking / driving force difference at each becomes the determined target value.
本発明に係る車両は、制駆動力可変手段を備える。   The vehicle according to the present invention includes braking / driving force varying means.
制駆動力可変手段とは、前輪及び後輪における左右輪に制駆動力差を生じさせることが可能な手段であり、言い換えれば、各輪の制駆動力を各輪相互間で独立して制御することが可能な手段である。制駆動力可変手段は、好適な一形態として、例えば、駆動力分配デファレンシャル機構若しくはインホイールモータシステム等を含む駆動力可変装置、又はABS(Antilock Braking System)等を含む各種ECB(Electronic Controlled Braking system:電子制御制動装置)等の制動力可変装置、或いはその両方等の実践的態様を採り得る。   The braking / driving force varying means is a means capable of generating a braking / driving force difference between the left and right wheels of the front wheel and the rear wheel. In other words, the braking / driving force of each wheel is independently controlled between the wheels. This is a possible means. For example, the braking / driving force varying means may be a driving force varying device including a driving force distributing differential mechanism or an in-wheel motor system, or various ECB (Electronic Controlled Braking system) including ABS (Antilock Braking System). : A braking force variable device such as an electronically controlled braking device), or a practical aspect such as both.
制駆動力可変手段が駆動力可変装置である場合、例えば内燃機関等の各種動力源から供給されるトルク(尚、トルクと駆動力とは一義的な関係を有し得る)が、固定の又は可変な分配比率で前後輪に分配された後、この前後輪各々に分配されたトルクが、更に可変な分配比率に従って左右輪に分配される。その結果、左右輪の駆動力の絶対値が増減制御され、左右駆動力差が生じ得る。或いは、例えば機関トルクとは独立した駆動力が左右輪に付与され、左右輪の駆動力の絶対値が増減制御された結果として左右駆動力差が生じ得る。   When the braking / driving force varying means is a driving force varying device, for example, torque supplied from various power sources such as an internal combustion engine (the torque and the driving force may have a unique relationship) is fixed or After being distributed to the front and rear wheels at a variable distribution ratio, the torque distributed to each of the front and rear wheels is further distributed to the left and right wheels according to a variable distribution ratio. As a result, the absolute value of the driving force of the left and right wheels is controlled to increase / decrease, and a left / right driving force difference can occur. Alternatively, for example, a driving force that is independent of the engine torque is applied to the left and right wheels, and as a result of the increase / decrease control of the absolute value of the driving force of the left and right wheels, a difference between the left and right driving forces can occur.
また、制駆動力可変手段が制動力可変装置である場合、左右輪に付与される、好適には摩擦制動力としての制動力が可変とされることにより、付与される制動力の小さい側の車輪について、駆動力を相対的に高くすることと同等の効果を得ることが可能となる。即ち、制動力は、言わば負側の駆動力である。   Further, when the braking / driving force varying means is a braking force varying device, the braking force applied to the left and right wheels, preferably the braking force as the friction braking force is made variable, so that For the wheel, it is possible to obtain the same effect as relatively increasing the driving force. That is, the braking force is a negative driving force.
いずれにせよ左右輪で制駆動力差が生じると、車両は、駆動力の相対的に小さい車輪(即ち、制動力の相対的に大きい車輪である)の側(即ち、右側車輪の駆動力(制動力)が小さければ(大きければ)、右側である)へ旋回する。従って、制駆動力可変手段によれば、理論的には車両の進行方向をドライバの操舵入力とは無関係に変化させることが可能となる。   In any case, when a braking / driving force difference is generated between the left and right wheels, the vehicle is driven on the side of the wheel having a relatively small driving force (that is, a wheel having a relatively large braking force) (that is, the driving force of the right wheel ( If the braking force is small (if it is large), turn to the right). Therefore, according to the braking / driving force varying means, it is theoretically possible to change the traveling direction of the vehicle regardless of the steering input of the driver.
本発明に係る車両の制御装置は、このような車両を制御する装置であって、例えば、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のECU(Electronic Controlled Unit)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。   The vehicle control device according to the present invention is a device for controlling such a vehicle, for example, one or a plurality of CPUs (Central Processing Units), MPUs (Micro Processing Units), various processors or various controllers, or further, Various processing units such as a single or multiple ECUs (Electronic Controlled Units) and various controllers, which may appropriately include various storage means such as ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), buffer memory or flash memory. Alternatively, various computer systems such as a microcomputer device may be employed.
本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、設定手段により、車両の目標運動状態に対応する、車両状態量の目標値が設定される。   According to the vehicle control apparatus of the present invention, during the operation, the setting means sets the target value of the vehicle state quantity corresponding to the target motion state of the vehicle.
本発明に係る「目標運動状態」とは、車両の採るべき運動状態であって、且つ制駆動力可変手段の各々により制御される上述の制駆動力差の変化により導かれ得る運動状態を意味する。上述したように、制駆動力可変手段は、車両の旋回挙動を制御し得る手段である。従って、本発明に係る車両の目標運動状態とは、好適な一形態として、目標車線を維持した走行や目標経路にトレースした走行等を意味する。   The “target movement state” according to the present invention means a movement state that should be taken by the vehicle and that can be derived from a change in the above-described braking / driving force difference controlled by each of the braking / driving force variable means. To do. As described above, the braking / driving force varying means is a means capable of controlling the turning behavior of the vehicle. Therefore, the target motion state of the vehicle according to the present invention means, as a preferred embodiment, traveling while maintaining the target lane, traveling following the target route, and the like.
本発明に係る「車両状態量」とは、このような目標運動状態を実現するにあたって実践上有益なる効果を奏し得る車両の状態量であり、好適な一形態としては、車両の旋回挙動を規定し得る状態量である。本発明では特に、この車両状態量が、ヨーレートと車体スリップ角とを少なくとも含んで規定される。車両状態量が少なくともこれら二種類の状態量を含むことにより、実際にこれら状態量が目標値に維持された又は近付けられた際に、車両運動を目標運動状態に好適に維持する又は近付けることが可能となる。   The “vehicle state quantity” according to the present invention is a vehicle state quantity that can have a practically beneficial effect in realizing such a target motion state. As a preferred embodiment, the vehicle turning quantity is defined. The amount of state that can be done. Particularly in the present invention, the vehicle state quantity is defined including at least the yaw rate and the vehicle body slip angle. When the vehicle state quantity includes at least these two kinds of state quantities, when these state quantities are actually maintained or approached to the target values, the vehicle motion can be suitably maintained or approached to the target motion state. It becomes possible.
尚、設定手段は、例えば、目標走行路に沿って車両を走行させるための参照値となり得る物理量としての位置状態偏差(即ち、維持すべき目標走行路と車両との相対的位置関係を規定する偏差であり、好適な一形態として、目標走行路に対する車両の横位置の偏差やヨー角偏差等を含み得る)や、その時点の車速等に基づいて、車両状態量の目標値を設定する。目標値は、予め然るべき記憶手段にパラメータ値と対応付けられる形でマップ化されて格納されていてもよいし、その都度然るべき演算アルゴリズムや演算式等に従って導かれてもよい。   The setting means defines, for example, a positional state deviation as a physical quantity that can be a reference value for traveling the vehicle along the target travel path (that is, a relative positional relationship between the target travel path to be maintained and the vehicle). As a preferred embodiment, the target value of the vehicle state quantity is set on the basis of the vehicle position and the vehicle speed at that time. The target value may be mapped and stored in advance in an appropriate storage means so as to be associated with the parameter value, or may be derived according to an appropriate arithmetic algorithm, arithmetic expression, or the like each time.
一方、公知の運動方程式によれば、車両状態量の自由度は、独立制御可能な状態制御量の個数と等しい。本発明では、車両状態量は、少なくともヨーレートと車体スリップ角とを含むから最低でも二自由度が必要となる。従って、状態制御量もまた、少なくとも二種類必要となる。   On the other hand, according to a known equation of motion, the degree of freedom of the vehicle state quantity is equal to the number of state control quantities that can be independently controlled. In the present invention, since the vehicle state quantity includes at least the yaw rate and the vehicle body slip angle, at least two degrees of freedom are required. Therefore, at least two kinds of state control amounts are also required.
ここで、本発明に係る車両の制御装置においては、先述したように、前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差を夫々独立に制御可能である。従って、これらを状態制御量として扱うことによって、二自由度の車両運動を構築することができる。ここで特に、本発明では、これら車両状態量と状態制御量との相対関係が、予め上記運動方程式に基づいた車両運動モデルとして与えられている。この車両運動モデルは、決定手段による状態制御量の目標値決定プロセスに好適に使用される。即ち、決定手段は、この車両運動モデルに基づいて、上述した車両状態量の目標値に対応するこれら状態制御量の目標値を決定する。尚、「状態制御量の目標値」とは、少なくとも前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差の各々の目標値を含む。   Here, in the vehicle control apparatus according to the present invention, as described above, the front wheel left / right braking / driving force difference and the rear wheel left / right braking / driving force difference can be independently controlled. Accordingly, by treating these as state control amounts, it is possible to construct a two-degree-of-freedom vehicle motion. Particularly in the present invention, the relative relationship between the vehicle state quantity and the state control quantity is given in advance as a vehicle movement model based on the above equation of motion. This vehicle motion model is suitably used for a state control amount target value determination process by the determination means. That is, the determining means determines the target value of these state control amounts corresponding to the target value of the vehicle state amount described above based on this vehicle motion model. The “target value of state control amount” includes at least the respective target values of the front wheel left / right braking / driving force difference and the rear wheel left / right braking / driving force difference.
状態制御量の目標値が決定されると、制御手段によって、この前輪左右制駆動力差の目標値及び後輪左右制駆動力差の目標値が得られるように、制駆動力可変手段が制御される。   When the target value of the state control amount is determined, the braking / driving force variable means controls the control means so that the target value of the front wheel left / right braking / driving force difference and the target value of the rear wheel left / right braking / driving force difference are obtained. Is done.
尚、制駆動力可変手段の制御量は、各輪の制駆動力であるから、前輪左右制駆動力差の目標値及び後輪左右制駆動力差の目標値は、最終的には、前後左右輪の制駆動力の目標値に置換される。この際、一の前輪左右制駆動力差及び後輪左右制駆動力差を与える各輪の制駆動力は、必ずしも一義的でないから、これら目標値に対しても、複数の解が存在し得る。従って、制御手段は、当該目標値を満たし得る各輪の制駆動力の目標値を、その時点の車両の走行条件やドライバ意思等に応じた最適解に設定してもよい。但し、状態制御量が目標値となるように各輪の制駆動力の目標値が定められる限りにおいて、車両状態量の二自由度は問題無く担保されることは言うまでもない。   Since the control amount of the braking / driving force varying means is the braking / driving force of each wheel, the target value for the front wheel left / right braking / driving force difference and the target value for the rear wheel left / right braking / driving force difference are ultimately It is replaced with the target value of braking / driving force of the left and right wheels. At this time, since the braking / driving force of each wheel which gives one front wheel left / right braking / driving force difference and rear wheel left / right braking / driving force difference is not necessarily unique, there can be a plurality of solutions for these target values. . Therefore, the control means may set the target value of the braking / driving force of each wheel that can satisfy the target value as an optimal solution in accordance with the vehicle driving conditions and the driver's intention at that time. However, as long as the target value of the braking / driving force of each wheel is determined so that the state control amount becomes the target value, it goes without saying that the two degrees of freedom of the vehicle state amount are secured without any problem.
本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記車両運動モデルは、前記車両の構成に応じて定まる時定数要素を含む。   In one aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention, the vehicle motion model includes a time constant element that is determined according to the configuration of the vehicle.
この態様によれば、車両運動モデルは時定数要素(周波数応答値)を含むため、例えば、車速が大きく変化する或いは車速が非安定な一種の過渡的な挙動変化に対し、状態制御量の目標値を高精度に決定することができる。   According to this aspect, since the vehicle motion model includes a time constant element (frequency response value), for example, a state control amount target for a kind of transient behavior change in which the vehicle speed changes greatly or the vehicle speed is unstable. The value can be determined with high accuracy.
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記決定手段は、前記車両が定常走行状態にある場合に、前記時定数要素を考慮することなく前記目標値を決定する。   In another aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention, the determining means determines the target value without considering the time constant element when the vehicle is in a steady running state.
時定数要素が車両運動モデルに基づいた状態制御量の目標値決定プロセスに与える影響は、車両の挙動変化が大きい程大きくなるが、反対に、車両の挙動変化が定常変化に留まるような定常的走行状態においては、これら時定数要素が状態制御量の目標値に与える影響は無視出来る程に小さくなる場合もある。   The influence of the time constant element on the target value determination process of the state control amount based on the vehicle motion model increases as the vehicle behavior change increases, but conversely, the vehicle behavior change remains steady. In the running state, the influence of these time constant elements on the target value of the state control amount may be so small that it can be ignored.
この態様によれば、車両が定常走行状態にある場合に、時定数要素が無視される。従って、状態制御量の決定精度に影響を与えることなく演算負荷を軽減することが可能となる。   According to this aspect, when the vehicle is in the steady running state, the time constant element is ignored. Therefore, it is possible to reduce the calculation load without affecting the determination accuracy of the state control amount.
尚、車両が定常走行状態にあるか否かは、例えば、車両状態量の目標値の変化速度等に基づいてなされ得る。例えば、車体スリップ角やヨーレートの目標値が小さい場合、即ち、横加速度の変化が小さい場合や旋回運動が緩慢である場合等には、定常走行状態である旨の判断を下し得る。   Whether or not the vehicle is in a steady running state can be determined based on, for example, the rate of change of the target value of the vehicle state quantity. For example, when the target value of the vehicle body slip angle or yaw rate is small, that is, when the change in the lateral acceleration is small or when the turning motion is slow, it can be determined that the vehicle is in the steady running state.
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記車両は、前輪又は後輪の舵角を、該舵角の変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な舵角可変手段を備え、前記車両運動モデルは、前記車両状態量として操舵角を含むと共に前記状態制御量として前記舵角に対応付けられた舵角制御量を含み、前記設定手段は、前記車両状態量の目標値として前記操舵角の目標値を更に設定し、前記決定手段は、前記状態制御量の目標値として前記舵角制御量の目標値を更に決定し、前記制御手段は、前記舵角制御量が前記決定された目標値となるとなるように前記舵角可変手段を制御する。   In another aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention, the vehicle can change the steering angle of the front wheel or the rear wheel independently of a driver operation that promotes a change in the steering angle. The vehicle motion model includes a steering angle as the vehicle state quantity and a steering angle control amount associated with the steering angle as the state control quantity, and the setting means includes a target of the vehicle state quantity. The target value of the steering angle is further set as a value, the determining means further determines the target value of the steering angle control amount as the target value of the state control amount, and the control means is configured to determine whether the steering angle control amount is The rudder angle varying means is controlled so as to be the determined target value.
この態様では、車両が更に舵角可変手段を備える。   In this aspect, the vehicle further includes steering angle variable means.
舵角可変手段とは、前輪又は後輪の舵角を、これらの変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な手段である。このドライバ操作とは、好適には、ステアリングホイル等の各種操舵入力手段の操作を意味する。従って、舵角可変手段によれば、ドライバがステアリングホイルから手を放していても、或いはステアリングを保舵しているのみであっても、上記舵角を所望の値に変化させることが可能である。   The rudder angle varying means is a means that can change the rudder angle of the front wheels or the rear wheels independently of a driver operation that promotes these changes. This driver operation preferably means an operation of various steering input means such as a steering wheel. Therefore, according to the rudder angle varying means, it is possible to change the rudder angle to a desired value even if the driver releases his hand from the steering wheel or only holds the steering. is there.
即ち、舵角可変手段とは、上記操舵入力手段から操舵輪(好適には、前輪)へ至る操舵入力の機械的伝達経路を担う通常の操舵機構とは本質的意味合いにおいて異なるものである。但し、物理構成上の観点から見れば、舵角可変手段の少なくとも一部は、この種の操舵機構と共用或いは共有されていてもよい。舵角可変手段は、好適な一形態としては、VGRS(Variable Gear Ratio Steering:ステアリングギア比可変装置)又はARS(Active Rear Steering:後輪操舵装置)等の各種実践的態様を採り得る。   That is, the steering angle varying means is essentially different from a normal steering mechanism that takes a mechanical transmission path of steering input from the steering input means to the steered wheels (preferably, the front wheels). However, from the viewpoint of the physical configuration, at least a part of the steering angle varying means may be shared or shared with this type of steering mechanism. As a preferred embodiment, the steering angle varying means may take various practical aspects such as VGRS (Variable Gear Ratio Steering) or ARS (Active Rear Steering).
舵角可変手段によれば、舵角の制御対象となる車輪(上記操舵入力手段と機械的に連結された操舵輪を含み得る)について、舵角が少なくとも一定の範囲で可変であるから、理論的には車両の進行方向をドライバの操舵入力とは無関係に変化させることが可能となる。   According to the rudder angle varying means, the rudder angle is variable in at least a certain range for a wheel (which may include a steered wheel mechanically coupled to the steering input means) as a steering angle control target. Specifically, the traveling direction of the vehicle can be changed regardless of the driver's steering input.
一方、舵角可変手段が、VGRS等、操舵角と舵角との比たる操舵伝達比を可変とし得る構成を採る場合、舵角可変手段は、操舵伝達比を変化させることによって、一の舵角に対する操舵角を変化させることもできる。本発明においては、係る点を考慮して、舵角可変手段の制御対象を、このような舵角、操舵伝達比及び操舵角を含む概念としての舵角制御量と定義する。本発明において、この舵角制御量は、上述の状態制御量の一つとして扱われる。   On the other hand, when the rudder angle varying means adopts a configuration in which the steering transmission ratio that is the ratio between the steering angle and the rudder angle can be made variable, such as VGRS, the rudder angle varying means changes the steering transmission ratio, thereby It is also possible to change the steering angle with respect to the angle. In the present invention, in consideration of such points, the control target of the steering angle varying means is defined as a steering angle control amount as a concept including such steering angle, steering transmission ratio, and steering angle. In the present invention, this rudder angle control amount is treated as one of the state control amounts described above.
ここで、舵角可変手段により状態制御量が一つ増えるため、車両状態量の自由度もまた一つ増え三自由度となる。この態様では、この増えた自由度を利用して、車両状態量として操舵角を追加し、設定手段が、車両状態量の目標値として、この操舵角の目標値を新たに設定する構成となっている。尚、操舵角とは、操舵入力手段の操作角であり、好適には、ステアリングホイルの回転角である。   Here, since the state control amount is increased by one by the rudder angle varying means, the degree of freedom of the vehicle state amount is also increased by one and becomes three degrees of freedom. In this aspect, the increased degree of freedom is used to add the steering angle as the vehicle state quantity, and the setting unit newly sets the target value of the steering angle as the target value of the vehicle state quantity. ing. The steering angle is an operation angle of the steering input means, and preferably a rotation angle of the steering wheel.
ここで特に、ステアリングホイルはドライバと操舵装置とのインターフェイスであり、ドライバがその挙動を最も認識し易い部分である。従って、上述した二自由度の車両状態量制御の過程において、操舵角が、状態制御量(前後輪の左右制駆動力差)によって作られた舵角変化に従って無秩序に成り行きで変化した場合、ドライバに付与される違和感は無視できないものとなりかねない。   Here, in particular, the steering wheel is an interface between the driver and the steering device, and is the part where the driver can most easily recognize the behavior. Therefore, in the above-described two-degree-of-freedom vehicle state quantity control process, when the steering angle changes randomly and in accordance with the steering angle change created by the state control quantity (the difference between the left and right braking / driving forces of the front and rear wheels), the driver The feeling of discomfort given to can be something that cannot be ignored.
本態様では、車両状態量の目標値として新たに操舵角の目標値が追加され、ヨーレート及び車体スリップ角に加え、この操舵角が目標値となるように、状態制御量の目標値が決定される。その結果、制御手段によるこの目標値に基づいた制駆動力可変手段及び舵角可変手段の制御によって、操舵角を所望の値に維持しつつ又は近付けつつ、車両の運動状態を目標運動状態に維持する又は近付けることが可能となる。   In this aspect, the target value of the steering angle is newly added as the target value of the vehicle state quantity, and the target value of the state control quantity is determined so that the steering angle becomes the target value in addition to the yaw rate and the vehicle body slip angle. The As a result, by controlling the braking / driving force varying means and the steering angle varying means based on the target value by the control means, the vehicle motion state is maintained at the target motion state while maintaining or approaching the steering angle at a desired value. It is possible to do or approach.
尚、操舵角は、一見しただけでは必ずしも車両状態量とは言い難い面があるが、先に述べた通り、本発明に係る車両状態量とは、「目標運動状態を実現するにあたって実践上有益なる効果を奏し得る車両の状態量」であり、操舵角の成り行き上の(言わば無秩序な)変化が、ドライバ側の違和感を誘発し得る点と、その制御が違和感を軽減させ且つ違和感の軽減がドライバビリティの向上といった有益なる効果を奏し得る点に鑑みれば、操舵角は本発明に係る車両状態量の一つとして適当である。   Although the steering angle is not necessarily a vehicle state quantity at first glance, as described above, the vehicle state quantity according to the present invention is “practically useful in realizing the target motion state”. The amount of state of the vehicle that can produce an effect, ”a change in steering angle (so-called disorderly) can induce a sense of incongruity on the driver side, and its control reduces the sense of incongruity and reduces discomfort. In view of the beneficial effects such as improved drivability, the steering angle is suitable as one of the vehicle state quantities according to the present invention.
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記設定手段は、前記各々における左右制駆動力差が最小となるように前記操舵角の目標値を設定する。   In one aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention applied to a vehicle including a steering angle varying unit, the setting unit sets the target value of the steering angle so that the difference between the left and right braking / driving forces is minimized. Set.
この態様によれば、前輪及び後輪の各々における左右制駆動力差が絶対的に又は各種制約を反映した現実的な範囲で最小となるため、車輪(タイヤを含む)の負荷を低減し、或いは可及的に均等化し、車両の耐久性を確保することが可能となる。   According to this aspect, the difference between the left and right braking / driving forces in each of the front wheels and the rear wheels is minimized in a practical range that absolutely or reflects various restrictions, so the load on the wheels (including tires) is reduced. Or it becomes possible to equalize as much as possible and to ensure the durability of the vehicle.
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記操舵角及び操舵角速度の各々が該各々について設定された基準値未満となるように前記操舵角の目標値を設定する。   In another aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention applied to a vehicle including a steering angle varying unit, the setting unit has each of the steering angle and the steering angular velocity being less than a reference value set for each. Thus, the target value of the steering angle is set.
車両運動が目標運動状態を採るにあたって、操舵角の採り得る範囲及び操舵角速度の採り得る範囲に何らの制約もない場合、ドライバが本来不要な操舵操作を行う可能性が生じ得る。元よりこの目標運動状態へ向けての制御は一種の自動操舵であるから、操舵入力手段の過剰な動作は、ドライバ側にとって必ずしも快適な光景ではない。「「
この態様によれば、操舵角及び操舵角速度が各々の基準値未満の範囲に制限されるため、ドライバへの違和感の付与が好適に防止される。
When the vehicle motion assumes the target motion state, there is a possibility that the driver may perform an unnecessary steering operation if there is no restriction on the range where the steering angle can be taken and the range where the steering angular velocity can be taken. Since the control toward the target motion state is originally a kind of automatic steering, the excessive operation of the steering input means is not necessarily a comfortable scene for the driver side. ""
According to this aspect, since the steering angle and the steering angular velocity are limited to ranges less than the respective reference values, it is possible to suitably prevent the driver from feeling uncomfortable.
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記車両の旋回時において前記ヨーレートによって規定される旋回方向と同方向となるように前記操舵角の目標値を設定する。   In another aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention, which is applied to a vehicle including a rudder angle varying means, the setting means is in the same direction as the turning direction defined by the yaw rate when the vehicle turns. The target value of the steering angle is set to.
この態様によれば、操舵角の発生方向とヨーレートの発生方向とが同方向となるため、車両の旋回方向へ操舵入力手段が回転し、人間工学的にみて、ドライバに安心感を与え得る。即ち、違和感の発生を好適に抑制することが可能となる。   According to this aspect, since the direction in which the steering angle is generated and the direction in which the yaw rate is generated are the same, the steering input means rotates in the turning direction of the vehicle, which can give the driver a sense of security from an ergonomic point of view. That is, it is possible to suitably suppress the occurrence of discomfort.
舵角可変手段を備える車両に適用される本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記車両の走行路の状態に応じて前記操舵角の目標値を設定する。   In another aspect of the vehicle control apparatus according to the present invention applied to a vehicle including a steering angle varying unit, the setting unit sets a target value of the steering angle according to a state of a traveling path of the vehicle.
この態様によれば、走行路の状態、例えば、走行路の曲率又は半径、勾配、路面摩擦、道幅或いは走行路形状等に応じた適切な操舵角を実現することが可能となり、より広範な運転状況において、ドライバの違和感を抑制することができる。   According to this aspect, it is possible to realize an appropriate steering angle according to the state of the traveling road, for example, the curvature or radius of the traveling road, the gradient, the road surface friction, the road width, or the traveling road shape, etc. In the situation, the driver's uncomfortable feeling can be suppressed.
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。   Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
本発明の第1実施形態に係る車両の構成を概念的に表してなる概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram conceptually illustrating a configuration of a vehicle according to a first embodiment of the present invention. 図1の車両においてなされるLKA制御のフローチャートである。2 is a flowchart of LKA control performed in the vehicle of FIG. 前後輪の制駆動力差と車両旋回方向との関係を例示する概念図である。It is a conceptual diagram which illustrates the relationship between the braking / driving force difference of the front and rear wheels and the vehicle turning direction. 図1の車両の一旋回状態における前後輪の様子を表す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a state of front and rear wheels in one turning state of the vehicle of FIG. 1. 図1の車両において、舵角発生時にキングピン軸回りに発生するトルクの様子を表す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a state of torque generated around a kingpin axis when a steering angle is generated in the vehicle of FIG. 1.
以下、適宜図面を参照して本発明の車両の制御装置に係る実施形態について説明する。
<発明の実施形態>
<第1実施形態>
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る車両10の構成について説明する。ここに、図1は、車両10の基本的な構成を概念的に表してなる概略構成図である。
Hereinafter, an embodiment according to a vehicle control device of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
<Embodiment of the Invention>
<First Embodiment>
<Configuration of Embodiment>
First, the configuration of the vehicle 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram conceptually showing the basic configuration of the vehicle 10.
図1において、車両10は、左前輪FL、右前輪FR、左後輪RL及び右後輪RRの各車輪を備え、このうち操舵輪である左前輪FL及び右前輪FRの舵角変化によって所望の方向に進行することが可能な構成となっている。   In FIG. 1, a vehicle 10 includes a left front wheel FL, a right front wheel FR, a left rear wheel RL, and a right rear wheel RR. Among these, a desired change is made by changing the steering angle of the left front wheel FL and the right front wheel FR that are steering wheels. It is the structure which can advance in this direction.
車両10は、ECU100、エンジン200、駆動力分配装置300、VGRSアクチュエータ400、EPSアクチュエータ500、ECB(Electronic Controlled Braking system:電子制御式制動装置)600、カーナビゲーション装置700及びARSアクチュエータ800を備える。   The vehicle 10 includes an ECU 100, an engine 200, a driving force distribution device 300, a VGRS actuator 400, an EPS actuator 500, an ECB (Electronic Controlled Braking System) 600, a car navigation device 700, and an ARS actuator 800.
ECU100は、夫々不図示のCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を備え、車両10の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の制御装置」の一例である。ECU100は、ROMに格納された制御プログラムに従って、後述するLKA制御を実行可能に構成されている。   The ECU 100 is an electronic control unit that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory) (not shown) and is configured to be able to control the entire operation of the vehicle 10. This is an example of a “vehicle control device”. The ECU 100 is configured to be able to execute LKA control described later in accordance with a control program stored in the ROM.
尚、ECU100は、本発明に係る「設定手段」、「決定手段」及び「制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てECU100によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。   The ECU 100 is an integrated electronic control unit configured to function as an example of each of the “setting unit”, “determination unit”, and “control unit” according to the present invention. All are configured to be executed by the ECU 100. However, the physical, mechanical, and electrical configurations of each of the units according to the present invention are not limited to this. For example, each of these units includes a plurality of ECUs, various processing units, various controllers, a microcomputer device, and the like. It may be configured as various computer systems.
エンジン200は、車両10の駆動力源として機能するV型6気筒ガソリンエンジンである。尚、本発明に係る車両の動力源は、燃料の燃焼を機械的動力に変換して取り出し得る機関を包括する概念として各種実践的態様を有する内燃機関(エンジン200もその一例である)に限定されず、モータ等の回転電機であってもよい。或いは、車両は、これらが協調制御される所謂ハイブリッド車両であってもよい。エンジン200の駆動力出力軸たるクランク軸は、駆動力分配装置の一構成要素たるセンターデファレンシャル装置310に接続されている。尚、エンジン200の詳細な構成は、本発明の要旨との相関が薄いため、ここではその詳細を割愛する。   The engine 200 is a V-type six-cylinder gasoline engine that functions as a driving force source for the vehicle 10. Note that the power source of the vehicle according to the present invention is limited to an internal combustion engine (engine 200 is an example thereof) having various practical aspects as a concept encompassing an engine that can take out fuel combustion by converting it into mechanical power. Instead, a rotating electrical machine such as a motor may be used. Alternatively, the vehicle may be a so-called hybrid vehicle in which these are cooperatively controlled. A crankshaft that is a driving force output shaft of the engine 200 is connected to a center differential device 310 that is a component of the driving force distribution device. It should be noted that the detailed configuration of the engine 200 has little correlation with the gist of the present invention, and therefore the details are omitted here.
駆動力分配装置300は、エンジン200から前述のクランク軸を介して伝達されるエンジントルクTeを、前輪及び後輪に所定の比率で分配可能に構成されると共に、更に前輪及び後輪の各々において左右輪の駆動力配分を変化させることが可能に構成された、本発明に係る「制駆動力可変手段」の一例である。駆動力分配装置300は、センターデファレンシャル装置310(以下、適宜「センターデフ310」と略称する)、フロントデファレンシャル装置320(以下、適宜「フロントデフ320」と略称する)及びリアデファレンシャル装置330(以下、適宜「リアデフ330」と略称する)を備える。   The driving force distribution device 300 is configured to be able to distribute the engine torque Te transmitted from the engine 200 via the crankshaft to the front wheels and the rear wheels at a predetermined ratio, and further to each of the front wheels and the rear wheels. It is an example of the “braking / driving force varying means” according to the present invention configured to be able to change the driving force distribution of the left and right wheels. The driving force distribution device 300 includes a center differential device 310 (hereinafter appropriately referred to as “center differential 310”), a front differential device 320 (hereinafter appropriately referred to as “front differential 320”), and a rear differential device 330 (hereinafter, referred to as “center differential 310”). Appropriately abbreviated as “rear differential 330”).
センターデフ310は、エンジン200から供給されるエンジントルクTeを、フロントデフ320及びリアデフ330に分配するLSD(Limited Slip Differential:差動制限機能付き差動機構)である。センターデフ310は、前後輪に作用する負荷が略一定な条件下では、前後輪に対し分配比50:50(一例であり限定されない)でエンジントルクTeを分配する。また、前後輪のうち一方の回転速度が他方に対し所定以上高くなると、当該一方に対し差動制限トルクが作用し、当該他方へトルクが移譲される差動制限が行われる構成となっている。即ち、センターデフ310は、所謂回転速度感応式(ビスカスカップリング式)の差動機構である。   Center differential 310 is an LSD (Limited Slip Differential) that distributes engine torque Te supplied from engine 200 to front differential 320 and rear differential 330. The center differential 310 distributes the engine torque Te to the front and rear wheels at a distribution ratio of 50:50 (an example is not limited) under conditions where the load acting on the front and rear wheels is substantially constant. Further, when the rotational speed of one of the front and rear wheels becomes higher than a predetermined value with respect to the other, a differential limiting torque is applied to the one, and a differential limiting is performed in which torque is transferred to the other. . That is, the center differential 310 is a so-called rotational speed-sensitive (viscous coupling type) differential mechanism.
尚、センターデフ310は、このような回転速度感応式に限らず、入力トルクに比例して差動制限作用が大きくなるトルク感応式の差動機構であってもよい。また、遊星歯車機構により差動作用をなし、電磁クラッチの断続制御により差動制限トルクを連続的に変化させ、所定の調整範囲内で所望の分配比率を実現可能な分配比率可変型の差動機構であってもよい。いずれにせよ、センターデフ310は、前輪及び後輪に対しエンジントルクTeを分配可能な限り、公知非公知を問わず各種の実践的態様を採ってよい。   The center differential 310 is not limited to such a rotational speed sensitive type, but may be a torque sensitive type differential mechanism in which the differential limiting action increases in proportion to the input torque. Also, a differential ratio variable type differential that can achieve a desired distribution ratio within a predetermined adjustment range by making a differential action by the planetary gear mechanism and continuously changing the differential limiting torque by the intermittent control of the electromagnetic clutch. It may be a mechanism. In any case, the center differential 310 may take various practical aspects regardless of whether it is publicly known or not known as long as the engine torque Te can be distributed to the front wheels and the rear wheels.
フロントデフ320は、センターデフ310によりフロントアクスル(前輪車軸)側に分配されたエンジントルクTeを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のLSDである。フロントデフ320は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、フロントデフ320の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。   The front differential 320 can distribute the engine torque Te distributed to the front axle (front wheel axle) side by the center differential 310 further to the left and right wheels at a desired distribution ratio set within a predetermined adjustment range. A type of LSD. The front differential 320 includes a planetary gear mechanism including a ring gear, a sun gear, and a pinion carrier, and an electromagnetic clutch that provides a differential limiting torque. A differential case is provided for the ring gear of the planetary gear mechanism, and left and right axles are provided for the sun gear and the carrier, respectively. Takes a linked configuration. The differential limiting torque is continuously controlled by energization control on the electromagnetic clutch, and the torque distribution ratio is continuously variably controlled within a predetermined adjustment range determined by the physical and electrical configuration of the front differential 320. It is the composition which becomes.
フロントデフ320は、ECU100と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もECU100により制御される構成となっている。従って、ECU100は、フロントデフ320の駆動制御を介して、所望の前輪左右制駆動力差(ここでは、駆動力差である)Fを生じさせることが可能である。尚、フロントデフ320の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力(尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある)を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。 The front differential 320 is electrically connected to the ECU 100, and the energization control of the electromagnetic clutch is also controlled by the ECU 100. Therefore, the ECU 100 can generate a desired front wheel left / right braking / driving force difference (here, the driving force difference) F f through the drive control of the front differential 320. The configuration of the front differential 320 is limited to that exemplified here as long as the driving force (note that the torque and the driving force are uniquely related) can be distributed to the left and right wheels at a desired distribution ratio. It can have various aspects regardless of whether it is publicly known or not known. In any case, such a right / left driving force distribution action is known, and here, the details thereof will not be mentioned for the purpose of preventing the explanation from becoming complicated.
リアデフ330は、センターデフ310によりプロペラシャフト11を介してリアアクスル(後輪車軸)側に分配されたエンジントルクTeを、更に、左右輪に所定の調整範囲内で設定される所望の分配比率で分配可能な分配比率可変型のLSDである。リアデフ330は、リングギア、サンギア及びピニオンキャリアからなる遊星歯車機構と、差動制限トルクを与える電磁クラッチを備え、この遊星歯車機構のリングギアにデフケースが、サンギア及びキャリアに夫々左右の車軸が連結された構成を採る。また、差動制限トルクは、電磁クラッチに対する通電制御により連続的に制御され、リアデフ330の物理的電気的構成上定まる所定の調整範囲内で、トルクの分配比率が連続的に可変に制御される構成となっている。   The rear differential 330 distributes the engine torque Te distributed to the rear axle (rear axle) via the propeller shaft 11 by the center differential 310, and further at a desired distribution ratio set within a predetermined adjustment range for the left and right wheels. This is a variable distribution ratio LSD that can be distributed. The rear differential 330 includes a planetary gear mechanism including a ring gear, a sun gear, and a pinion carrier, and an electromagnetic clutch that provides differential limiting torque. A differential case is connected to the ring gear of the planetary gear mechanism, and left and right axles are connected to the sun gear and the carrier, respectively. Adopted configuration. The differential limiting torque is continuously controlled by energization control for the electromagnetic clutch, and the torque distribution ratio is continuously variably controlled within a predetermined adjustment range determined by the physical and electrical configuration of the rear differential 330. It has a configuration.
リアデフ330は、ECU100と電気的に接続されており、電磁クラッチへの通電制御もECU100により制御される構成となっている。従って、ECU100は、リアデフ330の駆動制御を介して、所望の後輪左右制駆動力差(ここでは、駆動力差である)Fを生じさせることが可能である。尚、リアデフ330の構成は、左右輪に所望の分配比率で駆動力(尚、トルクと駆動力とは一義的な関係にある)を分配可能な限りにおいて、ここに例示されるものに限定されず、公知非公知を問わず各種の態様を有し得る。いずれにせよ、このような左右駆動力配分作用は公知であり、ここでは、説明の煩雑化を防ぐ目的からここではその詳細については触れないこととする。 The rear differential 330 is electrically connected to the ECU 100, and the energization control of the electromagnetic clutch is also controlled by the ECU 100. Therefore, ECU 100, via the drive control of the rear differential 330, (here, a is the driving force difference) desired rear wheel left and right longitudinal force difference it is possible to cause F r. The configuration of the rear differential 330 is limited to that illustrated here as long as the driving force (where torque and driving force are uniquely related) can be distributed to the left and right wheels at a desired distribution ratio. It can have various aspects regardless of whether it is publicly known or not. In any case, such a right / left driving force distribution action is known, and here, the details thereof will not be mentioned for the purpose of preventing the explanation from becoming complicated.
VGRSアクチュエータ400は、ハウジング、VGRSモータ、減速機構及びロック機構(いずれも不図示)等を備えた操舵伝達比可変装置であり、本発明に係る「舵角可変手段」の一例である。   The VGRS actuator 400 is a steering transmission ratio variable device including a housing, a VGRS motor, a speed reduction mechanism, a lock mechanism (all not shown), and the like, and is an example of the “steering angle variable means” according to the present invention.
VGRSアクチュエータ400において、VGRSモータ、減速機構及びロック機構は、ハウジングに収容されている。このハウジングは、操舵入力手段としてのステアリングホイル12に連結されたアッパーステアリングシャフト13の下流側の端部と固定されており、アッパーステアリングシャフト13と略一体に回転可能に構成されている。   In the VGRS actuator 400, the VGRS motor, the speed reduction mechanism, and the lock mechanism are accommodated in a housing. This housing is fixed to the downstream end portion of the upper steering shaft 13 connected to the steering wheel 12 as steering input means, and is configured to be rotatable substantially integrally with the upper steering shaft 13.
VGRSモータは、回転子たるロータ、固定子たるステータ及び駆動力の出力軸たる回転軸を有するDCブラシレスモータである。ステータは、ハウジング内部に固定されており、ロータは、ハウジング内部で回転可能に保持されている。回転軸は、ロータと同軸回転可能に固定されており、その下流側の端部が減速機構に連結されている。このステータには、不図示の電気駆動回路から駆動電圧が供給される構成となっている。   The VGRS motor is a DC brushless motor having a rotor as a rotor, a stator as a stator, and a rotation shaft as an output shaft of driving force. The stator is fixed inside the housing, and the rotor is rotatably held inside the housing. The rotating shaft is fixed so as to be coaxially rotatable with the rotor, and the downstream end thereof is connected to the speed reduction mechanism. The stator is configured to be supplied with a drive voltage from an electric drive circuit (not shown).
減速機構は、差動回転可能な複数の回転要素を有する遊星歯車機構である。この複数の回転要素の一回転要素は、VGRSモータの回転軸に連結されており、また、他の回転要素の一は、前述のハウジングに連結されている。そして残余の回転要素が、ロアステアリングシャフト14に連結されている。   The speed reduction mechanism is a planetary gear mechanism having a plurality of rotational elements capable of differential rotation. One rotation element of the plurality of rotation elements is connected to the rotation shaft of the VGRS motor, and one of the other rotation elements is connected to the housing. The remaining rotating elements are connected to the lower steering shaft 14.
このような構成を有する減速機構によれば、ステアリングホイル12の操作量に応じたアッパーステアリングシャフト13の回転速度(即ち、ハウジングの回転速度)と、VGRSモータの回転速度(即ち、回転軸の回転速度)とにより、残余の一回転要素に連結されたロアステアリングシャフト14の回転速度が一義的に決定される。この際、回転要素相互間の差動作用により、VGRSモータの回転速度を増減制御することによって、ロアステアリングシャフト14の回転速度を増減制御することが可能となる。即ち、VGRSモータ及び減速機構の作用により、アッパーステアリングシャフト13とロアステアリングシャフト14とは相対回転可能である。尚、減速機構における各回転要素の構成上、VGRSモータの回転速度は、各回転要素相互間のギア比に応じて定まる所定の減速比に従って減速された状態でロアステアリングシャフト14に伝達される。   According to the speed reduction mechanism having such a configuration, the rotation speed of the upper steering shaft 13 (that is, the rotation speed of the housing) corresponding to the operation amount of the steering wheel 12 and the rotation speed of the VGRS motor (that is, the rotation of the rotation shaft). Speed) uniquely determines the rotation speed of the lower steering shaft 14 connected to the remaining one rotation element. At this time, the rotational speed of the lower steering shaft 14 can be controlled to increase / decrease by controlling the rotational speed of the VGRS motor to increase / decrease by the differential action between the rotating elements. That is, the upper steering shaft 13 and the lower steering shaft 14 can be rotated relative to each other by the action of the VGRS motor and the speed reduction mechanism. The rotational speed of the VGRS motor is transmitted to the lower steering shaft 14 in a state of being decelerated in accordance with a predetermined reduction ratio determined according to the gear ratio between the respective rotary elements because of the configuration of each rotary element in the speed reduction mechanism.
このように、車両10では、アッパーステアリングシャフト13とロアステアリングシャフト14とが相対回転可能であることによって、アッパーステアリングシャフト13の回転量たる操舵角δMAと、ロアステアリングシャフト14の回転量に応じて一義的に定まる(後述するラックアンドピニオン機構のギア比も関係する)操舵輪たる前輪の舵角δとの比たる操舵伝達比が、予め定められた範囲で連続的に可変となる。 Thus, in the vehicle 10, the upper steering shaft 13 and the lower steering shaft 14 can rotate relative to each other, so that the steering angle δ MA that is the amount of rotation of the upper steering shaft 13 and the amount of rotation of the lower steering shaft 14 are determined. The steering transmission ratio, which is uniquely determined (which also relates to the gear ratio of the rack and pinion mechanism described later) and the steering angle δ f of the front wheel as the steering wheel, is continuously variable within a predetermined range.
尚、ロック機構は、VGRSモータ側のクラッチ要素とハウジング側のクラッチ要素とを備えたクラッチ機構である。両クラッチ要素が相互に係合した状態においては、アッパーステアリングシャフト13とVGRSモータの回転軸との回転速度が一致するため、必然的にロアステアリングシャフト14との回転速度もこれらと一致する。即ち、アッパーステアリングシャフト13とロアステアリングシャフト14とが直結状態となる。但し、ロック機構の詳細については、本発明との相関が薄いためここでは割愛する。   The lock mechanism is a clutch mechanism including a clutch element on the VGRS motor side and a clutch element on the housing side. In a state where both clutch elements are engaged with each other, the rotational speeds of the upper steering shaft 13 and the rotation shaft of the VGRS motor coincide with each other, so that the rotational speed of the lower steering shaft 14 necessarily coincides therewith. That is, the upper steering shaft 13 and the lower steering shaft 14 are directly connected. However, the details of the locking mechanism are omitted here because the correlation with the present invention is weak.
尚、VGRSアクチュエータ400は、ECU100と電気的に接続されており、その動作はECU100により制御される構成となっている。   Note that the VGRS actuator 400 is electrically connected to the ECU 100 and its operation is controlled by the ECU 100.
車両10において、ロアステアリングシャフト14の回転は、ラックアンドピニオン機構に伝達される。ラックアンドピニオン機構は、ロアステアリングシャフト14の下流側端部に接続された不図示のピニオンギア及び当該ピニオンギアのギア歯と噛合するギア歯が形成されたラックバー15を含む操舵伝達機構であり、ピニオンギアの回転がラックバー15の図中左右方向の運動に変換されることにより、ラックバー15の両端部に連結されたタイロッド及びナックル(符号省略)を介して操舵力が各操舵輪に伝達される構成となっている。即ち、ステアリングホイル12から各前輪に至る操舵力の伝達機構は、本発明に係る「操舵装置」の一例である。   In the vehicle 10, the rotation of the lower steering shaft 14 is transmitted to the rack and pinion mechanism. The rack and pinion mechanism is a steering transmission mechanism including a pinion gear (not shown) connected to the downstream end of the lower steering shaft 14 and a rack bar 15 formed with gear teeth that mesh with gear teeth of the pinion gear. The rotation of the pinion gear is converted into the horizontal movement of the rack bar 15 in the drawing, so that the steering force is applied to each steered wheel via a tie rod and a knuckle (not shown) connected to both ends of the rack bar 15. It is configured to be transmitted. That is, the transmission mechanism of the steering force from the steering wheel 12 to each front wheel is an example of the “steering device” according to the present invention.
EPSアクチュエータ500は、永久磁石が付設されてなる回転子たる不図示のロータと、当該ロータを取り囲む固定子であるステータとを含むDCブラシレスモータとしてのEPSモータを備えた操舵トルク補助装置である。このEPSモータは、不図示の電気駆動装置を介した当該ステータへの通電によりEPSモータ内に形成される回転磁界の作用によってロータが回転することにより、その回転方向にEPSトルクTepsを発生可能に構成されている。 The EPS actuator 500 is a steering torque assisting device including an EPS motor as a DC brushless motor including a rotor (not shown) as a rotor to which a permanent magnet is attached and a stator as a stator surrounding the rotor. This EPS motor can generate EPS torque T eps in its rotating direction by rotating the rotor by the action of a rotating magnetic field formed in the EPS motor by energizing the stator via an electric drive (not shown). It is configured.
一方、EPSモータの回転軸たるモータ軸には、不図示の減速ギアが固定されており、この減速ギアはまた、ロアステアリングシャフト14に設けられた減速ギアと噛合している。このため、本実施形態において、EPSモータから発せられるEPSトルクTepsは、ロアステアリングシャフト14の回転をアシストするトルクとして機能する。このため、EPSトルクTepsが、ステアリングホイル12を介してアッパーステアリングシャフト13に与えられるドライバ操舵トルクMTと同一方向に付与された場合には、ドライバの操舵負担は、EPSトルクTepsの分だけ軽減される。 On the other hand, a reduction gear (not shown) is fixed to a motor shaft that is a rotation shaft of the EPS motor, and this reduction gear is also meshed with a reduction gear provided on the lower steering shaft 14. For this reason, in the present embodiment, the EPS torque T eps generated from the EPS motor functions as a torque that assists the rotation of the lower steering shaft 14. Therefore, when the EPS torque T eps is applied in the same direction as the driver steering torque MT applied to the upper steering shaft 13 via the steering wheel 12, the driver's steering burden is equal to the EPS torque T eps . It is reduced.
尚、EPSアクチュエータ500は、ECU100と電気的に接続されており、その動作はECU100により制御される構成となっている。   Note that the EPS actuator 500 is electrically connected to the ECU 100 and its operation is controlled by the ECU 100.
車両10には、操舵角センサ16及び操舵トルクセンサ17が備わる。   The vehicle 10 includes a steering angle sensor 16 and a steering torque sensor 17.
操舵角センサ16は、アッパーステアリングシャフト13の回転量を表す操舵角δMAを検出可能に構成された角度センサである。操舵角センサ16は、ECU100と電気的に接続されており、検出された操舵角δMAは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。 The steering angle sensor 16 is an angle sensor configured to be able to detect a steering angle δ MA that represents the amount of rotation of the upper steering shaft 13. Steering angle sensor 16 is connected to ECU 100 and electrically, the detected steering angle [delta] MA is adapted configuration as referenced in constant or irregular period by the ECU 100.
操舵トルクセンサ17は、ドライバからステアリングホイル12を介して与えられるドライバ操舵トルクMTを検出可能に構成されたセンサである。より具体的に説明すると、アッパーステアリングシャフト13は、上流部と下流部とに分割されており、図示せぬトーションバーにより相互に連結された構成を有している。係るトーションバーの上流側及び下流側の両端部には、回転位相差検出用のリングが固定されている。このトーションバーは、車両10のドライバがステアリングホイル12を操作した際にアッパーステアリングシャフト13の上流部を介して伝達される操舵トルク(即ち、ドライバ操舵トルクMT)に応じてその回転方向に捩れる構成となっており、係る捩れを生じさせつつ下流部に操舵トルクを伝達可能に構成されている。従って、操舵トルクの伝達に際して、先に述べた回転位相差検出用のリング相互間には回転位相差が発生する。操舵トルクセンサ17は、係る回転位相差を検出すると共に、係る回転位相差を操舵トルクに換算してドライバ操舵トルクMTに対応する電気信号として出力可能に構成されている。操舵トルクセンサ17は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたドライバ操舵トルクMTは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。   The steering torque sensor 17 is a sensor configured to be able to detect a driver steering torque MT applied from the driver via the steering wheel 12. More specifically, the upper steering shaft 13 is divided into an upstream portion and a downstream portion, and has a configuration in which they are connected to each other by a torsion bar (not shown). Rings for detecting a rotational phase difference are fixed to both upstream and downstream ends of the torsion bar. This torsion bar is twisted in the rotational direction according to the steering torque (ie, driver steering torque MT) transmitted through the upstream portion of the upper steering shaft 13 when the driver of the vehicle 10 operates the steering wheel 12. The configuration is such that the steering torque can be transmitted to the downstream portion while causing such a twist. Therefore, when the steering torque is transmitted, a rotational phase difference is generated between the above-described rings for detecting the rotational phase difference. The steering torque sensor 17 is configured to detect such a rotational phase difference and convert the rotational phase difference into a steering torque so as to be output as an electrical signal corresponding to the driver steering torque MT. The steering torque sensor 17 is electrically connected to the ECU 100, and the detected driver steering torque MT is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
ECB600は、車両10の前後左右各輪に個別に制動力を付与可能に構成された、本発明に係る「制駆動力可変手段」の他の一例たる電子制御式制動装置である。ECB600は、ブレーキアクチュエータ610並びに左前輪FL、右前輪FR、左後輪RL及び右後輪RRに夫々対応する制動装置620FL、620FR、620RL及び620RRを備える。   The ECB 600 is an electronically controlled braking device as another example of the “braking / driving force varying means” according to the present invention, which is configured to be able to individually apply a braking force to the front, rear, left, and right wheels of the vehicle 10. The ECB 600 includes a brake actuator 610 and braking devices 620FL, 620FR, 620RL, and 620RR corresponding to the left front wheel FL, the right front wheel FR, the left rear wheel RL, and the right rear wheel RR, respectively.
ブレーキアクチュエータ610は、制動装置620FL、620FR、620RL及び620RRに対し、夫々個別に作動油を供給可能に構成された油圧制御用のアクチュエータである。ブレーキアクチュエータ610は、マスタシリンダ、電動オイルポンプ、複数の油圧伝達通路及び当該油圧伝達通路の各々に設置された電磁弁等から構成されており、電磁弁の開閉状態を制御することにより、各制動装置に備わるホイルシリンダに供給される作動油の油圧を制動装置各々について個別に制御可能に構成されている。作動油の油圧は、各制動装置に備わるブレーキパッドの押圧力と一対一の関係にあり、作動油の油圧の高低が、各制動装置における制動力の大小に夫々対応する構成となっている。   The brake actuator 610 is a hydraulic control actuator configured to be able to individually supply hydraulic oil to the braking devices 620FL, 620FR, 620RL, and 620RR. The brake actuator 610 includes a master cylinder, an electric oil pump, a plurality of hydraulic pressure transmission passages, and electromagnetic valves installed in each of the hydraulic pressure transmission passages. The brake actuator 610 controls each brake by controlling the open / close state of the electromagnetic valves. The hydraulic pressure of the hydraulic oil supplied to the wheel cylinder provided in the device is configured to be individually controllable for each braking device. The hydraulic pressure of the hydraulic oil has a one-to-one relationship with the pressing force of the brake pad provided in each brake device, and the hydraulic oil pressure level of the hydraulic oil corresponds to the magnitude of the braking force in each brake device.
ブレーキアクチュエータ610は、ECU100と電気的に接続されており、各制動装置から各車輪に付与される制動力は、ECU100により制御される構成となっている。   The brake actuator 610 is electrically connected to the ECU 100, and the braking force applied to each wheel from each braking device is controlled by the ECU 100.
車両10は、車載カメラ18及び車速センサ19を備える。   The vehicle 10 includes an in-vehicle camera 18 and a vehicle speed sensor 19.
車載カメラ18は、車両10のフロントノーズに設置され、車両10の前方における所定領域を撮像可能に構成された撮像装置である。車載カメラ18は、ECU100と電気的に接続されており、撮像された前方領域は、画像データとしてECU100に一定又は不定の周期で送出される構成となっている。ECU100は、この画像データを解析し、後述するLKA制御に必要な各種データを取得可能である。   The in-vehicle camera 18 is an imaging device that is installed on the front nose of the vehicle 10 and configured to image a predetermined area in front of the vehicle 10. The in-vehicle camera 18 is electrically connected to the ECU 100, and the captured front area is sent to the ECU 100 as image data at a constant or indefinite period. The ECU 100 can analyze the image data and acquire various data necessary for LKA control described later.
車速センサ19は、車両10の速度たる車速Vを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ19は、ECU100と電気的に接続されており、検出された車速Vは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。   The vehicle speed sensor 19 is a sensor configured to be able to detect the vehicle speed V as the speed of the vehicle 10. The vehicle speed sensor 19 is electrically connected to the ECU 100, and the detected vehicle speed V is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
カーナビゲーション装置700は、車両10に設置されたGPSアンテナ及びVICSアンテナを介して取得される信号に基づいて、車両10の位置情報、車両10の周辺の道路情報(道路種別、道路幅、車線数、制限速度及び道路形状等)、信号機情報、車両10の周囲に設置された各種施設の情報、渋滞情報及び環境情報等を含む各種ナビゲーション情報を提供可能な装置である。カーナビゲーション装置700は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100によりその動作状態が制御される構成となっている。   The car navigation device 700 is based on signals acquired via a GPS antenna and a VICS antenna installed in the vehicle 10, position information of the vehicle 10, road information around the vehicle 10 (road type, road width, number of lanes). , Speed limit, road shape, etc.), traffic signal information, information on various facilities installed around the vehicle 10, traffic information including traffic information, environment information, and the like. The car navigation device 700 is electrically connected to the ECU 100, and the operation state is controlled by the ECU 100.
ARSアクチュエータ800は、左後輪RL及び右後輪RRの舵角である後輪舵角δrを、ステアリングホイル12を介してドライバが与える操舵入力とは独立して変化させることが可能な、本発明に係る「舵角可変手段」の他の一例たる後輪操舵用アクチュエータである。   The ARS actuator 800 can change the rear wheel steering angle δr, which is the steering angle of the left rear wheel RL and the right rear wheel RR, independently of the steering input given by the driver via the steering wheel 12. It is a rear-wheel steering actuator which is another example of the “steering angle varying means” according to the invention.
ARSアクチュエータ800は、ARSモータと減速ギア機構とを内蔵しており、このARSモータの駆動回路は、ECU100と電気的に接続されている。従って、ECU100は、この駆動回路の制御により、ARSモータの出力トルクであるARSトルクTarsを制御することが可能である。一方、減速ギアは、このARSモータのトルクを、減速を伴ってリアステアロッド20に伝達可能に構成されている。 The ARS actuator 800 includes an ARS motor and a reduction gear mechanism, and a drive circuit for the ARS motor is electrically connected to the ECU 100. Therefore, the ECU 100 can control the ARS torque Tars , which is the output torque of the ARS motor, by controlling the drive circuit. On the other hand, the reduction gear is configured to be able to transmit the torque of the ARS motor to the rear steer rod 20 with deceleration.
リアステアロッド20は、左後輪RL及び右後輪RRと、夫々ジョイント部材21RL及び21RRを介して連結されており、ARSトルクTarsによりリアステアロッド20が図示左右一方向に駆動されると、各後輪が一方向に転舵する構成となっている。尚、後輪操舵装置の実践的態様は、後輪舵角δを所定の範囲で可変とし得る限りにおいて、図示ARSアクチュエータ800のものに限定されない。 Rear steering rod 20, and a left rear wheel RL and the right rear wheel RR, are connected via the respective joint members 21RL and 21RR, the rear steering rod 20 is driven to the illustrated right direction by ARS torque T ars, each The rear wheels are steered in one direction. The practical aspect of the rear wheel steering device is not limited to that of the illustrated ARS actuator 800 as long as the rear wheel steering angle δ r can be varied within a predetermined range.
<実施形態の動作>
<LKA制御の詳細>
以下、図2を参照し、本実施形態の動作として、ECU100により実行されるLKA制御の詳細について説明する。ここに、図2は、LKA制御のフローチャートである。尚、LKA(Lane Keeping Assist)制御は、車両10を目標走行路(本実施形態では、即ち車線(レーン)である)に追従させる制御であり、車両10において実行される走行支援制御の一つである。また、目標走行路への追従は、即ち、本発明に係る「車両の目標運動状態」の一例である。
<Operation of Embodiment>
<Details of LKA control>
Hereinafter, with reference to FIG. 2, the details of the LKA control executed by the ECU 100 will be described as the operation of the present embodiment. FIG. 2 is a flowchart of the LKA control. Note that LKA (Lane Keeping Assist) control is control for causing the vehicle 10 to follow a target travel path (in this embodiment, that is, a lane (lane)), and is one of travel support controls executed in the vehicle 10. It is. The following to the target travel path is an example of the “target motion state of the vehicle” according to the present invention.
図2において、ECU100は、車両10に備わる各種スイッチ類の操作信号、各種フラグ及び上記各種センサに係るセンサ信号等を含む各種信号を読み込む(ステップS101)と共に、予め車両10の車室内に設置されたLKAモード発動用の操作ボタンがドライバにより操作される等した結果としてLKAモードが選択されているか否かを判別する(ステップS102)。LKAモードが選択されていない場合(ステップS102:NO)、ECU100は、処理をステップS101に戻す。   In FIG. 2, the ECU 100 reads various signals including operation signals of various switches provided in the vehicle 10, various flags, sensor signals related to the various sensors, and the like (step S <b> 101) and is installed in the vehicle interior of the vehicle 10 in advance. It is determined whether or not the LKA mode is selected as a result of the operation button for activating the LKA mode being operated by the driver (step S102). When the LKA mode is not selected (step S102: NO), the ECU 100 returns the process to step S101.
LKAモードが選択されている場合(ステップS102:YES)、ECU100は、車載カメラ18から送出される画像データに基づいて、LKAの目標走行路を規定する白線(白色である必要はない)が検出されているか否かを判別する(ステップS103)。   When the LKA mode is selected (step S102: YES), the ECU 100 detects a white line (not necessarily white) that defines the LKA target travel path based on the image data sent from the in-vehicle camera 18. It is determined whether or not it has been performed (step S103).
白線が検出されていない場合(ステップS103:NO)、仮想の目標走行路を設定することができないため、ECU100は、処理をステップS101に戻す。一方、白線が検出されている場合(ステップS103:YES)、ECU100は、車両10を目標走行路に追従させるに際して必要となる各種路面情報を算出する(ステップS104)。   If a white line is not detected (step S103: NO), the ECU 100 returns the process to step S101 because a virtual target travel path cannot be set. On the other hand, when the white line is detected (step S103: YES), the ECU 100 calculates various road surface information necessary for causing the vehicle 10 to follow the target travel path (step S104).
ステップS104においては、公知の手法に基づいて、目標走行路の半径R(即ち、曲率の逆数である)、白線と車両10との横方向の偏差たる横方向偏差Y及び白線と車両10とのヨー角偏差φが算出される。   In step S104, the radius R of the target travel path (that is, the reciprocal of the curvature), the lateral deviation Y that is the lateral deviation between the white line and the vehicle 10, and the white line and the vehicle 10 are determined based on a known method. A yaw angle deviation φ is calculated.
これら各種路面情報が算出されると、ECU100は、車両10を目標走行路へ追従させるために必要となる、ヨーレートγの目標値たる目標ヨーレートγtgを設定し(ステップS105)、同様に車体スリップ角βの目標値たる目標車体スリップ角βtgを設定する(ステップS106)。尚、車体スリップ角β及びヨーレートγは、夫々本発明に係る「車両状態量」の一例である。また、ステップS105及びS106は、本発明に係る「設定手段」の動作の一例である。 When these various road surface information is calculated, the ECU 100 sets a target yaw rate γ tg, which is a target value of the yaw rate γ necessary for causing the vehicle 10 to follow the target travel path (step S105), and similarly, the vehicle body slips. A target vehicle body slip angle β tg that is a target value of the angle β is set (step S106). The vehicle body slip angle β and the yaw rate γ are examples of the “vehicle state quantity” according to the present invention. Steps S105 and S106 are an example of the operation of the “setting unit” according to the present invention.
目標車体スリップ角βtg及び目標ヨーレートγtgは、予めROM等の然るべき記憶手段に、上記目標走行路の半径R、横方向偏差Y及びヨー角偏差φに対応付けられる形でマップ化されて格納されており、ECU100は、ステップS104において算出された各路面情報に応じて適宜該当する値を選択することにより目標車体スリップ角βtg及び目標ヨーレートγtgを設定することが可能である。 The target vehicle body slip angle β tg and the target yaw rate γ tg are stored in advance in appropriate storage means such as a ROM so as to be associated with the radius R, the lateral deviation Y, and the yaw angle deviation φ of the target travel path. Thus, the ECU 100 can set the target vehicle body slip angle β tg and the target yaw rate γ tg by selecting appropriate values according to the road surface information calculated in step S104.
各車両状態量の目標値が設定されると、車両状態量を目標値に収束させるための車両10の状態制御量の目標値が決定される(ステップS107)。ECU100は、予め設定された車両運動モデルに基づいた数値演算処理により、この状態制御量としての前輪左右制駆動力差F及び後輪左右制駆動力差Fの目標値を決定する。ステップS107に係る動作は、本発明に係る「決定手段」の動作の一例である。尚、車両運動モデルに基づいた前輪左右制駆動力差F及び後輪左右制駆動力差Fの詳細な設定態様については後述する。 When the target value of each vehicle state quantity is set, the target value of the state control quantity of the vehicle 10 for converging the vehicle state quantity to the target value is determined (step S107). The ECU 100 determines target values of the front wheel left / right braking / driving force difference F f and the rear wheel left / right braking / driving force difference F r as state control amounts by numerical calculation processing based on a preset vehicle motion model. The operation according to step S107 is an example of the operation of the “determination unit” according to the present invention. A detailed setting mode of the front wheel left / right braking / driving force difference F f and the rear wheel left / right braking / driving force difference F r based on the vehicle motion model will be described later.
前輪左右制駆動力差F及び後輪左右制駆動力差Fの各々の目標値が決定されると、ECU100は、これら状態制御量の目標値を実現する各輪の目標制駆動力を設定する(ステップS108)。 When the target values of the front wheel left / right braking / driving force difference F f and the rear wheel left / right braking / driving force difference F r are determined, the ECU 100 determines the target braking / driving force of each wheel that realizes the target value of the state control amount. Setting is made (step S108).
ここで、図3を参照し、各輪に作用する制駆動力と車両10の旋回挙動との関係について説明する。ここに、図3は、各輪に作用する制駆動力と車両旋回方向との関係を例示する概念図である。尚、同図において、図1と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。   Here, the relationship between the braking / driving force acting on each wheel and the turning behavior of the vehicle 10 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the braking / driving force acting on each wheel and the vehicle turning direction. In the figure, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted as appropriate.
図3において、左前輪FLに作用する左前輪駆動力をFd_fl、右前輪FRに作用する右前輪駆動力をFd_fr、左後輪RLに作用する左後輪駆動力をFd_rl、右後輪RRに作用する右後輪駆動力をFd_rrとする(各々図示実線参照)。また、左前輪FLに作用する左前輪制動力をFb_fl、右前輪FRに作用する右前輪制動力をFb_fr、左後輪RLに作用する左後輪制動力をFb_rl、右後輪RRに作用する右後輪制動力をFb_rrとする(各々図示破線参照)。   In FIG. 3, the left front wheel driving force acting on the left front wheel FL is Fd_fl, the right front wheel driving force acting on the right front wheel FR is Fd_fr, the left rear wheel driving force acting on the left rear wheel RL is Fd_rl, and the right rear wheel RR. The right rear wheel driving force that acts is Fd_rr (see the solid lines in the figure). Further, the left front wheel braking force acting on the left front wheel FL is Fb_fl, the right front wheel braking force acting on the right front wheel FR is Fb_fr, the left rear wheel braking force acting on the left rear wheel RL is acting on Fb_rl, and the right rear wheel RR. The right rear wheel braking force is set to Fb_rr (see the broken lines in the drawing).
ここで、図示のように、前後輪共に左右駆動力差が与えられ、Fd_fl>Fd_fr、Fd_rl>Fd_rrなる関係が成立する場合、車両10の旋回方向は図示弧線の通り右旋回方向となる。これは、前後輪共に、右旋回方向に作用するヨーモーメントが左旋回方向に作用するヨーモーメントよりも大きくなるためである。   Here, as shown in the figure, when the left and right driving force difference is given to both the front and rear wheels, and the relationship of Fd_fl> Fd_fr and Fd_rl> Fd_rr is established, the turning direction of the vehicle 10 is the right turning direction as shown in the arc. This is because the yaw moment acting in the right turn direction is larger than the yaw moment acting in the left turn direction for both the front and rear wheels.
一方、図示のように、前後輪共に左右制動力差が与えられ、Fb_fl<Fb_fr、Fb_rl<Fb_rrなる関係が成立する場合にも、車両10の旋回方向は図示弧線の通り右旋回方向となる。これも、駆動力差による旋回作用と同様に、前後輪共に右旋回方向に作用するヨーモーメントが左旋回方向に作用するヨーモーメントよりも大きくなるためである。このように、前後輪少なくとも一方に左右制駆動力差が生じると、車両10は旋回挙動を示す。この左右制駆動力差と旋回挙動に係る車両状態量(即ち、ヨーレートγ及び車体スリップ角β)との相対関係を定義したものが、後述する車両運動モデルである。   On the other hand, as shown in the figure, when the left and right braking force difference is given to both the front and rear wheels, and the relationship of Fb_fl <Fb_fr and Fb_rl <Fb_rr is established, the turning direction of the vehicle 10 is the right turning direction as shown in the arc. . This is also because the yaw moment acting in the right turning direction of both the front and rear wheels is larger than the yaw moment acting in the left turning direction, as in the turning action due to the driving force difference. As described above, when a left / right braking / driving force difference occurs in at least one of the front and rear wheels, the vehicle 10 exhibits a turning behavior. A vehicle motion model, which will be described later, defines the relative relationship between the left / right braking / driving force difference and the vehicle state quantity (that is, the yaw rate γ and the vehicle body slip angle β) related to the turning behavior.
このように、車両10では、前後輪の各々について、左右制駆動力差を与えることにより、車両10を所望の旋回方向に旋回させることができる。一方、図2に戻り、前輪及び後輪について、左右制駆動力差の目標値が決定された場合、この決定された左右制駆動力差を与える各輪の制駆動力の制御量は一義的ではない。然るに、左右制駆動力差が目標値となるように設定される限りにおいて、目標とする車両運動を得ることが可能であるから、各輪の目標制駆動力は、どのように設定されてもよい。本実施形態では、ECU100は、基本的に、その時点での制駆動力値に対し最も制御量変化が少なくて済むように目標制駆動力を設定する。   Thus, in the vehicle 10, the vehicle 10 can be turned in a desired turning direction by giving a left / right braking / driving force difference for each of the front and rear wheels. On the other hand, returning to FIG. 2, when the target value of the left / right braking / driving force difference is determined for the front wheel and the rear wheel, the control amount of the braking / driving force of each wheel giving the determined left / right braking / driving force difference is unambiguous. is not. However, as long as the difference between the left and right braking / driving forces is set to the target value, it is possible to obtain the target vehicle motion, so no matter how the target braking / driving force of each wheel is set. Good. In the present embodiment, the ECU 100 basically sets the target braking / driving force so that the change in the control amount is minimized with respect to the braking / driving force value at that time.
尚、このような設定態様は一例であり、予め左右制駆動力差と目標制駆動力との間に他の設定規則が設けられる場合には、このような設定規則に従って目標制駆動力が決定されてもよい。例えば、このような設定規則とは、「制動力に駆動力を優先させる」、或いは「減速時には制駆動力の合計値が制動力となり加速時には制駆動力の合計値が駆動力となる」等の規則であってもよい。   Note that such a setting mode is an example. When another setting rule is provided between the left / right braking / driving force difference and the target braking / driving force in advance, the target braking / driving force is determined according to such a setting rule. May be. For example, such a setting rule may be “prioritize driving force over braking force”, or “the total value of braking / driving force becomes braking force during deceleration and the total value of braking / driving force becomes driving force during acceleration”, etc. It may be a rule.
目標制駆動力が設定されると、ECU100は、設定された目標制駆動力が出力されるように駆動力分配装置300又はECB600或いはその両方を適宜制御する(ステップS109)。ステップS108及びステップS109は、本発明に係る「制御手段」の動作の一例である。ステップS109を経ると、処理はステップS101に戻され、一連の処理が繰り返される。   When the target braking / driving force is set, the ECU 100 appropriately controls the driving force distributor 300 and / or the ECB 600 so that the set target braking / driving force is output (step S109). Steps S108 and S109 are an example of the operation of the “control unit” according to the present invention. After step S109, the process returns to step S101, and a series of processes is repeated.
LKA制御はこのようにして実行され、各輪の制駆動力が目標左右制駆動力差に対応して制御されることにより、車両状態量たるヨーレートγ及び車体スリップ角βが夫々目標値へ向けて変化し、車両10は目標運動状態、即ち、目標走行路に追従した走行が可能となるのである。
<車両運動モデルに基づいた車両状態量制御の詳細>
ここで、車両運動モデルの詳細について説明する。
The LKA control is executed in this manner, and the braking / driving force of each wheel is controlled in accordance with the target left / right braking / driving force difference, so that the yaw rate γ and the vehicle body slip angle β, which are vehicle state quantities, are directed toward the target values, respectively. Thus, the vehicle 10 can travel following the target motion state, that is, the target travel path.
<Details of vehicle state quantity control based on vehicle motion model>
Here, the details of the vehicle motion model will be described.
始めに、図4及び図5を参照し、車両運動モデルの基本となる、旋回挙動の概念について説明する。ここに、図4は、車両の一旋回状態における前後輪の様子を表す概念図である。また、図5は、舵角発生時にキングピン軸回りに発生するトルクの様子を表す概念図である。尚、これら各図において、図1と重複する箇所には、また、これら各図相互間で重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。   First, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the concept of the turning behavior that is the basis of the vehicle motion model will be described. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the state of the front and rear wheels in one turning state of the vehicle. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the state of torque generated around the kingpin axis when the rudder angle is generated. In these drawings, portions overlapping with those in FIG. 1 and portions overlapping with each other are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図4において、前後輪の接地点(前後輪共に図示白丸)を結ぶ軸線上に便宜的に車両10の重心G(黒丸参照)を表すと、車両重心前車軸間距離lf及び車両重心後車軸間距離lは、夫々図示の通りである。また、l+lは、前後車軸間距離、即ちホイールベースlとなる。 In FIG. 4, when the center of gravity G (see the black circle) of the vehicle 10 is represented on the axis line connecting the ground contact points of the front and rear wheels (white circles shown for both front and rear wheels) for convenience, the distance between the front center axle of the vehicle lf and the rear center axis of the vehicle The distance l r is as illustrated. Further, l f + l r is the distance between the front and rear axles, that is, the wheel base l.
また、前後輪の接地点を結ぶ軸線(即ち、車体の向き)と、車速Vの発生方向(図示矢線参照)とのなす角が車体スリップ角βである。他方、便宜的に軸線上に表された重心Gの旋回方向速度がヨーレートγである。尚、前後輪に舵角変化が生じると、前後輪には夫々前輪コーナリングパワーK及び後輪コーナリングパワーKが発生する。 Further, the angle formed by the axis line connecting the contact points of the front and rear wheels (that is, the direction of the vehicle body) and the direction in which the vehicle speed V is generated (see the arrow in the figure) is the vehicle body slip angle β. On the other hand, the rotational speed of the center of gravity G represented on the axis for convenience is the yaw rate γ. When the steering angle changes in the front and rear wheels, a front wheel cornering power Kf and a rear wheel cornering power Kr are generated in the front and rear wheels, respectively.
一方、図5において、キングピン軸の接地点KPと操作軸点Aとの距離がキングピンオフセットlである。一方、この操作軸点と、コーナリングフォースYの着力点Bとの距離lは、操作軸点Aとタイヤ接地点との距離であるキャスタートレールと、タイヤ接地点とコーナリングフォース着力点Bとの距離であるニューマチックトレールとの和を意味する。 On the other hand, in FIG. 5, the distance between the ground point KP of kingpin axis and the operating axis point A is kingpin offset l k. On the other hand, the distance l t of the the operation axis point, the force application point B cornering force Y f is a caster trail is the distance between the operating axis point A and the tire ground contact point, the tire ground contact point and a cornering force applied point B Means the sum of the distance and the pneumatic trail.
また、EPSアクチュエータ400から供給されるEPSトルクTepsをキングピン軸回りのトルクに換算した値が、図示キングピン軸トルクτepsである。このキングピン軸トルクτepsとキングピン軸オフセットlとによって、タイヤに作用するセルフアライニングトルクTSATが規定される。 Further, a value obtained by converting the EPS torque T eps supplied from the EPS actuator 400 into a torque around the kingpin shaft is a kingpin shaft torque τ eps shown in the drawing. The self-aligning torque T SAT acting on the tire is defined by the kingpin shaft torque τ eps and the kingpin shaft offset l k .
本実施形態において、ECU100は、前後輪の左右制駆動力差の目標値を算出する(ステップS107の動作である)にあたり、車両運動モデルとして、下記(1)式を参照する。   In the present embodiment, the ECU 100 refers to the following equation (1) as a vehicle motion model when calculating the target value of the left / right braking / driving force difference between the front and rear wheels (the operation of step S107).
ここで、(1)式における行列係数G11、G12、G21及びG22は、夫々、下記(2)乃至(5)式の如くに規定される。 Here, the matrix coefficients G11, G12, G21, and G22 in the equation (1) are respectively defined as the following equations (2) to (5).
尚、上記各式において、既出のもの以外の各参照記号の表す意味は以下の通りである。 In the above equations, the meanings of the reference symbols other than those already described are as follows.
m・・・車両重量
I・・・ヨー慣性モーメント
s・・・ラプラス演算子
上記(1)式は、車両運動方程式から導出される関係式であるが、前輪左右制駆動力差Ff及び後輪左右制駆動力差Frの二種類の状態制御量によって、車体スリップ角β及びヨーレートγを独立制御した二自由度の運動制御が可能であることを表している。尚、(1)式を得るにあたっての中間式は、説明の煩雑化を防ぐ目的から省略されている。
m: vehicle weight I: yaw moment of inertia s ... Laplace operator The above equation (1) is a relational expression derived from the equation of vehicle motion, but the front wheel left / right braking / driving force difference Ff and the rear wheel It shows that two-degree-of-freedom motion control can be performed by independently controlling the vehicle body slip angle β and the yaw rate γ by two types of state control amounts of the left / right braking / driving force difference Fr. The intermediate formula for obtaining the formula (1) is omitted for the purpose of preventing the explanation from becoming complicated.
ECU100は、図2のステップS107において、車両状態量(ヨーレートγ及び車体スリップ角β)の目標値(即ち、γtg及びβtg)を上記(1)式に代入し、上記(1)を満たす前輪左右制駆動力差Ff及び後輪左右制駆動力差Frを、状態制御量の目標値として決定するのである。 In step S107 of FIG. 2, the ECU 100 substitutes target values (that is, γ tg and β tg ) of the vehicle state quantities (yaw rate γ and vehicle body slip angle β) into the above equation (1), and satisfies the above (1). The front wheel left / right braking / driving force difference Ff and the rear wheel left / right braking / driving force difference Fr are determined as target values of the state control amount.
このように、本実施形態によれば、VGRSアクチュエータ400及びARSアクチュエータ800といった、ドライバ操舵から独立して舵角変化を促す操舵デバイスを使用することなく、前後輪の左右制駆動力差を状態制御量として、車両10を好適に目標運動状態に維持する又は近付けることができる。   As described above, according to the present embodiment, the left / right braking / driving force difference between the front and rear wheels is state-controlled without using a steering device such as the VGRS actuator 400 and the ARS actuator 800 that prompts the steering angle change independently of the driver steering. As a quantity, the vehicle 10 can be suitably maintained or brought close to the target motion state.
従って、VGRSアクチュエータ400及びARSアクチュエータ800といった、本発明に係る舵角可変手段に相当する装置を搭載しない車両においても、好適なレーンキープ走行が可能となるのである。   Therefore, even in a vehicle not equipped with a device corresponding to the rudder angle varying means according to the present invention, such as the VGRS actuator 400 and the ARS actuator 800, it is possible to perform preferable lane keeping traveling.
尚、上記(1)式において、目標ヨーレートγtgをγtg=0(又は略ゼロ)とすれば、車両10は、実質的にヨーレートを伴わない横方向移動、即ち平行移動を行い得る。レーンキープ走行が一種の自動操舵である点に鑑みれば、ヨーレートの発生は、ドライバに違和感を与える可能性があるから、このようにヨーレートを抑制した車両挙動を実現することによる実践上の利益は大である。 In the above equation (1), if the target yaw rate γ tg is set to γ tg = 0 (or substantially zero), the vehicle 10 can perform a lateral movement that does not substantially involve a yaw rate, that is, a parallel movement. In view of the fact that lane keeping driving is a kind of automatic steering, the generation of yaw rate may give the driver a sense of incongruity, so the practical benefits of realizing vehicle behavior with reduced yaw rate in this way are It ’s big.
特に、この種の平行移動は、直進走行中や緩やかに蛇行する走行路におけるレーンキープ走行等において顕著に効果的である。   In particular, this type of parallel movement is remarkably effective during straight running or lane keeping running on a gently meandering road.
尚、本実施形態において、上記(1)式の車両運動モデルを規定する行列係数には、適宜本発明に係る「時定数要素」の一例として、ラプラス演算子sで表される周波数応答項が含まれている。これら周波数応答項は、車両10の動的特性に応じた最適な状態制御量を決定するために有益である反面、演算負荷を重くするデメリットがある。   In the present embodiment, the matrix coefficient defining the vehicle motion model of the above formula (1) has a frequency response term represented by a Laplace operator s as an example of a “time constant element” according to the present invention. include. These frequency response terms are useful for determining an optimum state control amount according to the dynamic characteristics of the vehicle 10, but have a demerit that increases the calculation load.
そこで、ECU100は、s=0と扱って問題無いものとして予め定められた定常走行条件が満たされる場合には、係る周波数応答項をゼロとして扱って、演算負荷を軽減してもよい。例えば、一定速度で且つ車両状態量の大きな変化が無い走行状態においては(例えば、直進走行等)、このような簡略措置を講じても演算負荷の軽減効果に比するデメリットは生じないのである。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る車両運動制御について説明する。尚、第2実施形態に係る車両構成は、第1実施形態に係る車両10と同等であるとする。
Therefore, the ECU 100 may treat the frequency response term as zero and reduce the calculation load when a steady running condition that is predetermined as s = 0 and has no problem is satisfied. For example, in a traveling state where the vehicle state quantity is not significantly changed at a constant speed (for example, straight traveling, etc.), even if such a simple measure is taken, there is no demerit compared to the effect of reducing the calculation load.
Second Embodiment
Next, vehicle motion control according to the second embodiment of the present invention will be described. It is assumed that the vehicle configuration according to the second embodiment is equivalent to the vehicle 10 according to the first embodiment.
LKA制御においてLKAモードが発動している場合、車両10では、目標運動状態としてのレーンキープ走行が、ECU100の制御の下、一種の自動操舵として実行されている。この種の自動操舵においては、ドライバは、ステアリングホイル12を保舵してもよいし、ステアリングホイル12から手を離して手放し走行を行ってもよいが、いずれにせよ、積極的な操舵意思は有していないと考えるべきである。尚、積極的な操舵意思を有する場合は、所謂オーバーライド判定によって、LKA制御は終了するか、或いは当該オーバーライド操作との協調が図られるが、それらは本願とは本質的に関係ない。   When the LKA mode is activated in the LKA control, the vehicle 10 performs lane keeping travel as a target motion state as a kind of automatic steering under the control of the ECU 100. In this type of automatic steering, the driver may hold the steering wheel 12 or release the hand from the steering wheel 12 and let go of the vehicle. Should not be considered. If there is an aggressive intention to steer, the so-called override determination terminates the LKA control or cooperates with the override operation, but these are essentially unrelated to the present application.
一方、第1実施形態に例示した二自由度の車両運動制御においては、車両10の旋回状態を規定する車両状態量(ヨーレートγ及び車体スリップ角β)が目標値に追従するよう制御されるから、車両10の運動状態は目標運動状態を維持し得るものの、ドライバインターフェイスの観点から見ると、対策の余地がある。   On the other hand, in the two-degree-of-freedom vehicle motion control exemplified in the first embodiment, the vehicle state quantity (the yaw rate γ and the vehicle body slip angle β) that defines the turning state of the vehicle 10 is controlled to follow the target value. Although the motion state of the vehicle 10 can maintain the target motion state, there is room for countermeasures from the viewpoint of the driver interface.
即ち、上記二自由度の運動制御では、ステアリングホイル12の回転角としての操舵角δMAは、前後輪の左右制駆動力差F及びFによってもたらされる前輪の舵角変化によって成り行きで変化することになる。このような操舵角δMAの無秩序な変化は、ドライバにとって違和感となる可能性がある。 That is, in the above-described two-degree-of-freedom motion control, the steering angle δMA as the rotation angle of the steering wheel 12 changes according to the change in the steering angle of the front wheels caused by the left / right braking / driving force differences F f and F r of the front and rear wheels. It will be. Unregulated Such changes in the steering angle [delta] MA is likely to become uncomfortable feeling for the driver.
そこで、第2実施形態においては、車両10に備わる舵角可変手段としてのVGRSアクチュエータ400を利用して、ECU100が、三自由度の車両運動制御を実行する。追加される自由度、即ち、車両状態量とは、即ち、操舵角δMAである。 Therefore, in the second embodiment, the ECU 100 executes three-degree-of-freedom vehicle motion control using the VGRS actuator 400 as the steering angle varying means provided in the vehicle 10. Flexibility to be added, i.e., the vehicle state quantity, i.e., a steering angle [delta] MA.
具体的には、ECU100は、図2に例示するLKA制御におけるステップS105及びステップS106に相前後して目標操舵角δMAtgを設定すると共に、ステップS107において状態制御量の目標値を決定するにあたって、VGRS相対角δVGRSの目標値を決定する。 Specifically, the ECU 100 sets the target steering angle δ MAtg in tandem with steps S105 and S106 in the LKA control illustrated in FIG. 2 and determines the target value of the state control amount in step S107. The target value of VGRS relative angle δ VGRS is determined.
VGRS相対角δVGRSとは、アッパーステアリングシャフト13とロアステアリングシャフト14との相対回転角である。VGRSアクチュエータ400は、前輪舵角δを可変に制御し得る操舵デバイスであるが、この前輪舵角δの変化は、これらシャフト間の相対回転によって導かれる。従って、一の前輪舵角δに対する操舵角δMAを可変に制御することができるのである。VGRS相対回転角δVGRSは、即ち、本発明に係る「舵角制御量」の一例である。 The VGRS relative angle δ VGRS is a relative rotation angle between the upper steering shaft 13 and the lower steering shaft 14. VGRS actuator 400 is a steering device capable of variably controlling the front wheel steering angle [delta] f, the change in the front wheel steering angle [delta] f is guided by the relative rotation between these shafts. Therefore, it is possible for variably controlling a steering angle [delta] MA for one of the front wheel steering angle [delta] f. The VGRS relative rotation angle δ VGRS is an example of the “steering angle control amount” according to the present invention.
ここで、ECU100は、既に述べたように、車両運動方程式から導かれる車両運動モデルに基づいてステップS107に係る処理を実行する。第2実施形態に係る車両運動モデルは、下記(6)式に表される。   Here, as described above, the ECU 100 executes the process related to step S107 based on the vehicle motion model derived from the vehicle motion equation. The vehicle motion model according to the second embodiment is expressed by the following equation (6).
ここで、行列係数G11、G12、G21及びG22については、第1実施形態と同等である。一方、行列係数G13、G23、G31、G32及びG33は夫々下記(7)乃至(11)式によって表される。 Here, the matrix coefficients G11, G12, G21, and G22 are equivalent to the first embodiment. On the other hand, the matrix coefficients G13, G23, G31, G32, and G33 are expressed by the following equations (7) to (11), respectively.
ここで、Nは操舵伝達比であり、前輪舵角δ、操舵角δMA及びVGRS相対角δVGRSと、下記(12)式の関係を有する。 Here, N is a steering transmission ratio, and has a relationship of the following formula (12) with the front wheel steering angle δ f , the steering angle δ MA, and the VGRS relative angle δ VGRS .
ここで、(6)式において、行列係数G13及びG23は共にゼロである。即ち、VGRSアクチュエータ400のように、ステアリングシャフトの相対回転を可能とする操舵デバイスの場合、第1実施形態に例示した前輪左右制駆動力差F及び後輪左右制駆動力差Fの算出プロセスは不変であり、車体スリップ角βとヨーレートγによって規定される旋回挙動中に、VGRSアクチュエータ400による操舵角δMAの補正を行えばよい。 Here, in equation (6), the matrix coefficients G13 and G23 are both zero. That is, in the case of a steering device that enables relative rotation of the steering shaft, such as the VGRS actuator 400, the calculation of the front wheel left / right braking / driving force difference F f and the rear wheel left / right braking / driving force difference F r exemplified in the first embodiment. The process is unchanged, and the steering angle δ MA by the VGRS actuator 400 may be corrected during the turning behavior defined by the vehicle body slip angle β and the yaw rate γ.
従って、第2実施形態によれば、旋回挙動を伴う自動操舵の実行時において、操舵角δMAを所望の値に維持することが簡便にして可能となる。 Therefore, according to the second embodiment, at the time of automatic steering performed with turning behavior, and a steering angle [delta] MA can be conveniently be maintained at a desired value.
一方、ステップS106におけるドライバに与える違和感を軽減することを目的とした目標操舵角δMAtgは、各種の設定基準が考えられる。 On the other hand, various setting criteria can be considered for the target steering angle δ MAtg aimed at reducing the uncomfortable feeling given to the driver in step S106.
例えば、ECU100は、第1実施形態で述べた車両10の平行移動を実現するにあたって、目標操舵角δMAtgをゼロ相当値に設定してもよい。ヨーレートγがゼロ相当値に維持された平行移動においては、操舵角は生じない方が、視覚上の違和感が少ないからである。 For example, the ECU 100 may set the target steering angle δ MAtg to a value corresponding to zero when realizing the parallel movement of the vehicle 10 described in the first embodiment. This is because, in the parallel movement in which the yaw rate γ is maintained at a value corresponding to zero, there is less visual discomfort when the steering angle does not occur.
或いは、ECU100は、目標操舵角δMAtgは、目標ヨーレートγtg又は実際のヨーレートγ(これらは、理想的には無論一致する)が示す旋回方向と同方向に設定されてもよい。ヨーレートγが示す旋回方向と操舵角δMAの方向が逆である場合、通常の走行であれば、視覚上の違和感が生じ易いからである。但し、スポーツ走行モード等の設定が可能な場合、敢えてヨーレートγが示す旋回方向と操舵角δMAの発生方向とを逆にして、所謂カウンタステアに類する状態を擬似的に生じさせてもよい。 Alternatively, the ECU 100 may set the target steering angle δ MAtg in the same direction as the turning direction indicated by the target yaw rate γ tg or the actual yaw rate γ (which ideally coincides). If the direction of the steering angle [delta] MA and the turning direction indicated yaw rate γ is is reversed, it would normally travel, because prone visual discomfort is. However, if that can be set, such as sports running mode, dare and generating direction of the yaw rate γ is the turning direction and the steering angle [delta] MA shown reversed, may cause a state similar to the so-called counter-steering in a pseudo manner.
或いは、ECU100は、LKAモードを含む各種自動操舵中において、常時目標操舵角δMAtgをゼロ相当値に維持してもよい。これは、敢えて違和感を生じさせることによって、ドライバに自動操舵中であることを認識させ、不注意運転や漫然運転を防止する見地から効果的である。 Alternatively, the ECU 100 may constantly maintain the target steering angle δ MAtg at a value corresponding to zero during various automatic steerings including the LKA mode. This is effective from the viewpoint of causing the driver to recognize that the vehicle is being automatically steered by causing a sense of incongruity and preventing inadvertent driving and random driving.
或いは、ECU100は、ドライバがステアリングホイル12に触れているか否かに応じて、目標操舵角δMAtgを相違させてもよい。より具体的には、ドライバがステアリングホイル12に触れている場合には、ステアリングホイル12が回転することによって、体感上の違和感を与える可能性がある。従って、ステアリングホイル12への接触時にはδMAtgをゼロ相当値とし、非接触時には、視覚上の違和感が生じない範囲でステアリングホイル12が回転するようにδMAtgを設定してもよい。 Alternatively, the ECU 100 may vary the target steering angle δ MAtg depending on whether or not the driver is touching the steering wheel 12. More specifically, when the driver is touching the steering wheel 12, the steering wheel 12 may rotate, which may give a sense of incongruity to the experience. Accordingly, δ MAtg may be set to a value corresponding to zero when the steering wheel 12 is touched , and δ MAtg may be set so that the steering wheel 12 rotates within a range where no uncomfortable visual sensation occurs when the steering wheel 12 is not touched .
或いは、ECU100は、車両10に備わるカーナビゲーション装置700等を介して走行路の状態を検出し、例えば、走行路の勾配、形状、路面摩擦又は道幅等を総合的に勘案して、目標操舵角δMAtgを設定してもよい。例えば、道幅が狭い走行路においては、道幅が広い走行路と比較して目標操舵角δMAtgを小さくして、ドライバの心理負担を緩和してもよい。 Alternatively, the ECU 100 detects the state of the traveling road via the car navigation device 700 or the like provided in the vehicle 10 and, for example, comprehensively considers the gradient, shape, road surface friction, road width, or the like of the traveling road, and the target steering angle δ MAtg may be set. For example, on a traveling road with a narrow road width, the target steering angle δ MAtg may be reduced compared to a traveling road with a wide road width to alleviate the driver's psychological burden.
或いは、ECU100は、自動操舵中に採り得る操舵角δMAの範囲或いは操舵角速度の範囲に一定の制限を与えてもよい。例えば、ステアリングホイル12が180度以上回転した場合、元より操舵操作を行っていないドライバは、ステアリングホイル12がいずれの方向に回転しているのか把握できない可能性がある。また、操舵角速度が大きいと、ドライバが焦りを感じて、不要な本来不要な操舵操作を行うことにより一種のオーバーライドが生じる可能性がある。その場合、自動操舵が不当に終了する(あくまで、ドライバにとって不当なのであり、制御上は、オーバーライドによる終了なので正常である)可能性がある。これらの懸念を払拭するのに、この種の制限は顕著に効果的である。 Alternatively, the ECU 100 may give a certain limit to the range of the steering angle δ MA or the range of the steering angular velocity that can be taken during automatic steering. For example, when the steering wheel 12 rotates by 180 degrees or more, a driver who has not performed the steering operation from the beginning may not be able to grasp in which direction the steering wheel 12 is rotating. In addition, when the steering angular velocity is large, the driver may feel impatient, and there is a possibility that a kind of override occurs due to performing an unnecessary originally unnecessary steering operation. In that case, there is a possibility that the automatic steering is terminated improperly (it is improper for the driver to the last, and is normal because it is terminated by the override in terms of control). This type of restriction is remarkably effective in overcoming these concerns.
尚、本実施形態に係る車両10は、後輪操舵装置としてのARSアクチュエータ800と、操舵トルク制御デバイスとしてのEPSアクチュエータ500とを有するが、本実施形態に係る上述した車両運動制御に、ARSアクチュエータ800及びEPSアクチュエータ500が不要であることは言うまでもない。即ち、本実施形態に係る上述した実践上の利益は、各輪の制駆動力を変化させることが可能な制駆動力可変手段としてのECB600及び駆動力分配装置300の少なくとも一方と、VGRSアクチュエータ400のみによって好適に実現され得る。
<第3実施形態>
第2実施形態に例示した操舵角δMAの制御を伴う三自由度の車両運動制御は、VGRSアクチュエータ400の代わりにARSアクチュエータ800を制御することによっても好適に実現可能である。第3実施形態では、このようなARSアクチュエータ800を利用した車両運動制御について説明する。
The vehicle 10 according to the present embodiment includes an ARS actuator 800 as a rear wheel steering device and an EPS actuator 500 as a steering torque control device. The vehicle motion control according to the present embodiment includes an ARS actuator. Needless to say, the 800 and the EPS actuator 500 are unnecessary. That is, the above-described practical benefits according to the present embodiment include at least one of the ECB 600 and the driving force distribution device 300 as the braking / driving force variable means capable of changing the braking / driving force of each wheel, and the VGRS actuator 400. It can be suitably realized by only.
<Third Embodiment>
The three-degree-of-freedom vehicle motion control accompanied by the control of the steering angle δMA exemplified in the second embodiment can be suitably realized by controlling the ARS actuator 800 instead of the VGRS actuator 400. In the third embodiment, vehicle motion control using such an ARS actuator 800 will be described.
尚、第3実施形態に係る車両構成は、第1及び第2実施形態と同等であるとする。   It is assumed that the vehicle configuration according to the third embodiment is equivalent to that of the first and second embodiments.
第3実施形態において、ECU100は、図2に例示するLKA制御におけるステップS105及びステップS106に相前後して目標操舵角δMAtgを設定すると共に、ステップS107において状態制御量の目標値を決定するにあたって、後輪舵角δの目標値を決定する。後輪舵角δrは、即ち、本発明に係る「舵角制御量」の他の一例である。 In the third embodiment, the ECU 100 sets the target steering angle δ MAtg in tandem with steps S105 and S106 in the LKA control illustrated in FIG. 2 and determines the target value of the state control amount in step S107. determines the target value of the rear wheel steering angle [delta] r. The rear wheel steering angle δr is another example of the “steering angle control amount” according to the present invention.
ここで、ECU100は、既に述べたように、車両運動方程式から導かれる車両運動モデルに基づいてステップS107に係る処理を実行する。第2実施形態に係る車両運動モデルは、下記(13)式に表される。   Here, as described above, the ECU 100 executes the process related to step S107 based on the vehicle motion model derived from the vehicle motion equation. The vehicle motion model according to the second embodiment is expressed by the following equation (13).
ここで、(13)式における行列係数H11、H12、H13、H21、H22、H23、H31、H32及びH33は、夫々、下記(14)乃至(22)式の如くに規定される。 Here, the matrix coefficients H11, H12, H13, H21, H22, H23, H31, H32, and H33 in the equation (13) are respectively defined as the following equations (14) to (22).
尚、上記(13)式は、下記(23)式及び(24)式を拘束条件として、横力の釣り合い、重心回りのモーメントの釣り合い及びキングピン軸回りのトルクの静的な釣り合いに関する運動方程式を簡素化して得られたものである。 Note that the above equation (13) uses the following equations (23) and (24) as constraint conditions: equation of motion related to the balance of lateral force, the balance of moments about the center of gravity, and the static balance of torque about the kingpin axis. It was obtained by simplification.
即ち、本実施形態に係る車両運動モデルは、第2実施形態で使用したVGRS相対角δVGRSと、キングピン軸トルクτEPSと、操舵角δMAに対し発生する操舵トルクTsteerと、セルフアライニングトルクTsatが、いずれもゼロであることを前提として構築されている。 That is, the vehicle motion model according to this embodiment includes the VGRS relative angle δ VGRS , the kingpin shaft torque τ EPS , the steering torque T steer generated with respect to the steering angle δ MA, and the self-aligning used in the second embodiment. The torque T sat is constructed on the assumption that both are zero.
このように、第3実施形態に係る車両運動制御によれば、後輪舵角可変装置としてのARSアクチュエータ800を使用して後輪舵角δを制御することによって、操舵角δMAを目標操舵角δMAtgに維持しつつヨーレートγ及び車体スリップ角βを好適に制御することができる。 Thus, according to the vehicle motion control according to the third embodiment, the steering angle δ MA is set to the target by controlling the rear wheel steering angle δ r using the ARS actuator 800 as the rear wheel steering angle varying device. The yaw rate γ and the vehicle body slip angle β can be suitably controlled while maintaining the steering angle δ MAtg .
ここで特に、本実施形態に係る車両運動制御は、第2実施形態に係る車両運動制御と、操舵角δMAを目標値に維持しつつ旋回状態を好適に制御し得る点については同様であるが、第2実施形態と較べると、操舵角δMAが前後輪の左右制駆動力差に影響を及ぼす点において異なっている。 Here, in particular, vehicle motion control according to this embodiment includes a vehicle motion control according to the second embodiment is the same for the points which can suitably control the turning state while maintaining the steering angle [delta] MA to the target value but Compared with the second embodiment, the steering angle [delta] MA is different in impact point on the left and right longitudinal force difference between the front and rear wheels.
第2実施形態に係る車両運動モデルでは、前後輪の左右制駆動力差が操舵角δMAから独立しており、操舵角制御は、所望の旋回挙動を作り出す前後輪の左右制駆動力差によって成り行きで生じた前輪舵角δに対して受動的になされるに過ぎない。 The vehicle motion model according to the second embodiment, the left and right longitudinal force difference between the front and rear wheels are independent of the steering angle [delta] MA, the steering angle control, by the left and right longitudinal force difference between the front and rear wheels to produce the desired turning behavior It is only made passively with respect to the front wheel steering angle δ f generated by the course.
従って、一方で簡便に操舵角制御を行い得る反面、車両状態量制御に使用するデバイス相互間の協調制御を実現することが困難である。   Therefore, on the other hand, the steering angle control can be easily performed, but it is difficult to realize the cooperative control between devices used for the vehicle state quantity control.
その点、後輪舵角δを状態制御量として有する本実施形態に係る車両運動モデルによれば、後輪舵角δ、前輪左右制駆動力差F及び後輪左右制駆動力差Fが相互に影響しあうから、第2実施形態とは異なる制御もまた可能となり得る。 In that respect, according to the vehicle motion model according to the present embodiment having the rear wheel rudder angle δ f as the state control amount, the rear wheel rudder angle δ f , the front wheel left / right braking / driving force difference F f, and the rear wheel left / right braking / driving force difference Since F r affects each other, control different from the second embodiment may also be possible.
例えば、ECU100は、LKA制御において目標操舵角δMAtgを設定するにあたって、駆動力分配装置300、ECB600及びARSアクチュエータ800の全体的なエネルギ消費量(これらが全て電気エネルギにより駆動される場合、エネルギ消費を一元管理することが可能である)が最小となる目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、低燃費化及び低消費電力化を図ることが可能となる。 For example, when setting the target steering angle δ MAtg in the LKA control, the ECU 100 determines the overall energy consumption amount of the driving force distribution device 300, the ECB 600, and the ARS actuator 800 (if these are all driven by electric energy, the energy consumption amount). May be set as a target steering angle δ MAtg that minimizes the target steering angle δ MAtg . In this way, it is possible to achieve low fuel consumption and low power consumption.
或いは、ECU100は、前輪又は後輪或いはその両方における、左右制駆動力差が最小となるように目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、ARSアクチュエータ800の耐久性を確保することができる。 Alternatively, the ECU 100 may set the target steering angle δ MAtg so that the difference between the left and right braking / driving forces on the front wheels and / or the rear wheels is minimized. In this way, the durability of the ARS actuator 800 can be ensured.
或いは、ECU100は、後輪舵角δが最小となる目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、後輪舵角δの最大切れ角が制限されている場合でも、旋回挙動の制御を好適に継続することができる。 Alternatively, the ECU 100 may set the target steering angle δ MAtg that minimizes the rear wheel steering angle δ r . In this way, even if the maximum turning angle of the rear wheel steering angle [delta] r is limited, the control of the turning behavior may be suitably continued.
或いは、ECU100は、後輪の舵角制御を優先しつつ後輪の舵角制御限界付近で制駆動力差優先の制御に切り替わるように、適宜目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、ARSアクチュエータ800の動作範囲に制限されない挙動制御が可能となる。 Alternatively, the ECU 100 may appropriately set the target steering angle δ MAtg so that the control is switched to the braking / driving force difference priority control near the rear wheel steering angle control limit while giving priority to the rear wheel steering angle control. In this way, behavior control that is not limited to the operation range of the ARS actuator 800 is possible.
或いは、ECU100は、後輪の左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、旋回挙動の不安定化を抑制することができる。 Alternatively, the ECU 100 may set a target steering angle δ MAtg that can suppress the usage load of the difference between the left and right braking / driving forces of the rear wheels as much as possible. If it does in this way, it will become possible to secure lateral force of a rear wheel as much as possible, and destabilization of turning behavior can be controlled.
或いは、ECU100は、車両減速時において、後輪の左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、減速時の車両挙動の不安定化を抑制することができる。 Alternatively, the ECU 100 may set a target steering angle δ MAtg that can suppress the use load of the left / right braking / driving force difference of the rear wheels as much as possible during vehicle deceleration. In this way, the lateral force of the rear wheels can be ensured as much as possible, and the instability of vehicle behavior during deceleration can be suppressed.
或いは、ECU100は、旋回時において、後輪左右制駆動力差の使用負荷を可及的に抑制し得る目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、後輪の横力を可及的に確保することが可能となり、旋回時の車両挙動の不安定化を抑制することができる。 Alternatively, the ECU 100 may set a target steering angle δ MAtg that can suppress the use load of the rear wheel left / right braking / driving force difference as much as possible during turning. In this way, the lateral force of the rear wheels can be ensured as much as possible, and the instability of the vehicle behavior at the time of turning can be suppressed.
或いは、ECU100は、前後左右各輪の摩擦円に対する前後力及び横力の二乗和の比が最小となる目標操舵角δMAtgを設定してもよい。このようにすれば、各輪の負荷を均等化し、外乱に対する余裕を持たせることが可能となる。 Alternatively, the ECU 100 may set the target steering angle δ MAtg that minimizes the ratio of the sum of squares of the longitudinal force and the lateral force to the friction circle of the front, rear, left, and right wheels. In this way, it is possible to equalize the load on each wheel and provide a margin for disturbance.
尚、このように、目標操舵角δMAtgは、目標ヨーレートγtg及び目標車体スリップ各βtgを実現し得る前輪左右制駆動力差F、後輪左右制駆動力差F及び後輪舵角δの組み合わせの中から、所望の値を選択する形態を採ってもよい。 As described above, the target steering angle δ MAtg includes the front wheel left / right braking / driving force difference F f , the rear wheel left / right braking / driving force difference F r and the rear wheel rudder that can realize the target yaw rate γ tg and the target vehicle body slip β tg. A mode of selecting a desired value from the combination of the angles δ r may be adopted.
尚、本実施形態に係る車両10は、操舵伝達比操舵装置としてのVGRSアクチュエータ400と、操舵トルク制御デバイスとしてのEPSアクチュエータ500とを有するが、本実施形態に係る上述した車両運動制御に、VGRSアクチュエータ400及びEPSアクチュエータ500が不要であることは言うまでもない。即ち、本実施形態に係る上述した実践上の利益は、各輪の制駆動力を変化させることが可能な制駆動力可変手段としてのECB600及び駆動力分配装置300の少なくとも一方と、ARSアクチュエータ800のみによって好適に実現され得る。   Note that the vehicle 10 according to the present embodiment includes the VGRS actuator 400 as a steering transmission ratio steering device and the EPS actuator 500 as a steering torque control device. Needless to say, the actuator 400 and the EPS actuator 500 are unnecessary. That is, the above-described practical advantages according to the present embodiment are that at least one of the ECB 600 and the driving force distribution device 300 as the braking / driving force variable means capable of changing the braking / driving force of each wheel, and the ARS actuator 800. It can be suitably realized by only.
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、例えば、車両を目標走行路に追従させる機能を有する車両に利用可能である。   The present invention can be used for, for example, a vehicle having a function of causing the vehicle to follow a target travel path.
FL、FR、RL、RR…車輪、10…車両、11…プロペラシャフト、12…ステアリングホイル、13…アッパーステアリングシャフト、14…ロアステアリングシャフト、15…ラックバー、16…操舵角センサ、17…操舵トルクセンサ、100…ECU、200…エンジン、300…制駆動力分配装置、310…センターデファレンシャル機構、320…フロントデファレンシャル機構、330…リアデファレンシャル機構、400…VGRSアクチュエータ、500…EPSアクチュエータ、600…ECB、610…ブレーキアクチュエータ、620FL、620FR、620RL、620RR…制動装置、800…ARSアクチュエータ。   FL, FR, RL, RR ... wheels, 10 ... vehicle, 11 ... propeller shaft, 12 ... steering wheel, 13 ... upper steering shaft, 14 ... lower steering shaft, 15 ... rack bar, 16 ... steering angle sensor, 17 ... steering Torque sensor, 100 ... ECU, 200 ... engine, 300 ... braking / driving force distribution device, 310 ... center differential mechanism, 320 ... front differential mechanism, 330 ... rear differential mechanism, 400 ... VGRS actuator, 500 ... EPS actuator, 600 ... ECB 610, Brake actuator, 620FL, 620FR, 620RL, 620RR, braking device, 800, ARS actuator.

Claims (8)

  1. 前輪及び後輪の各々について左右制駆動力差を生じさせることが可能な制駆動力可変手段を備えた車両を制御する装置であって、
    前記車両の目標運動状態を規定するヨーレート及び車体スリップ角を少なくとも含む車両状態量の目標値を設定する設定手段と、
    予め設定された、前記車両状態量と前記各々における左右制駆動力差を少なくとも含む状態制御量との相対関係を規定する車両運動モデルに基づいて、前記設定された車両状態量の目標値に対応する前記状態制御量の目標値を決定する決定手段と、
    前記各々における左右制駆動力差が前記決定された目標値となるように前記制駆動力可変手段を制御する制御手段と
    を具備することを特徴とする車両の制御装置。
    An apparatus for controlling a vehicle provided with a braking / driving force varying means capable of generating a left / right braking / driving force difference for each of a front wheel and a rear wheel,
    Setting means for setting a target value of a vehicle state quantity including at least a yaw rate and a vehicle body slip angle that define a target motion state of the vehicle;
    Corresponding to the target value of the set vehicle state quantity based on a preset vehicle motion model that defines a relative relationship between the vehicle state quantity and a state control quantity that includes at least the left / right braking / driving force difference in each Determining means for determining a target value of the state control amount;
    And a control means for controlling the braking / driving force varying means so that the difference between the left and right braking / driving forces in each of the two becomes the determined target value.
  2. 前記車両運動モデルは、前記車両の構成に応じて定まる時定数要素を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両の制御装置。
    The vehicle control apparatus according to claim 1, wherein the vehicle motion model includes a time constant element that is determined according to a configuration of the vehicle.
  3. 前記決定手段は、前記車両が定常走行状態にある場合に、前記時定数要素を考慮することなく前記目標値を決定する
    ことを特徴とする請求項2に記載の車両の制御装置。
    The vehicle control device according to claim 2, wherein the determination unit determines the target value without considering the time constant element when the vehicle is in a steady running state.
  4. 前記車両は、前輪又は後輪の舵角を、該舵角の変化を促すドライバ操作から独立して変化させることが可能な舵角可変手段を備え、
    前記車両運動モデルは、前記車両状態量として操舵角を含むと共に前記状態制御量として前記舵角に対応付けられた舵角制御量を含み、
    前記設定手段は、前記車両状態量の目標値として前記操舵角の目標値を更に設定し、
    前記決定手段は、前記状態制御量の目標値として前記舵角制御量の目標値を更に決定し、
    前記制御手段は、前記舵角制御量が前記決定された目標値となるとなるように前記舵角可変手段を制御する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
    The vehicle includes a rudder angle varying means capable of changing the rudder angle of the front wheel or the rear wheel independently of a driver operation that promotes the change of the rudder angle,
    The vehicle motion model includes a steering angle as the vehicle state amount and a steering angle control amount associated with the steering angle as the state control amount,
    The setting means further sets a target value of the steering angle as a target value of the vehicle state quantity,
    The determining means further determines a target value of the steering angle control amount as a target value of the state control amount,
    4. The vehicle according to claim 1, wherein the control unit controls the steering angle varying unit so that the steering angle control amount becomes the determined target value. 5. Control device.
  5. 前記設定手段は、前記各々における左右制駆動力差が最小となるように前記操舵角の目標値を設定する
    ことを特徴とする請求項4に記載の車両の制御装置。
    The vehicle control device according to claim 4, wherein the setting unit sets the target value of the steering angle so that a difference between left and right braking / driving forces is minimized.
  6. 前記設定手段は、前記操舵角及び操舵角速度の各々が該各々について設定された基準値未満となるように前記操舵角の目標値を設定する
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の車両の制御装置。
    The vehicle according to claim 4 or 5, wherein the setting means sets the target value of the steering angle such that each of the steering angle and the steering angular velocity is less than a reference value set for each. Control device.
  7. 前記設定手段は、前記車両の旋回時において前記ヨーレートによって規定される旋回方向と同方向となるように前記操舵角の目標値を設定する
    ことを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
    The said setting means sets the target value of the said steering angle so that it may become the same direction as the turning direction prescribed | regulated by the said yaw rate at the time of the turning of the said vehicle. The vehicle control device described in 1.
  8. 前記設定手段は、前記車両の走行路の状態に応じて前記操舵角の目標値を設定する
    ことを特徴とする請求項4から7のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
    The vehicle control device according to any one of claims 4 to 7, wherein the setting means sets a target value of the steering angle in accordance with a state of a traveling path of the vehicle.
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