JP2013216267A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の状態を精度良く算出することができる車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置において、車速算出部５２は、車速を算出する。ヨーレート算出部５４は、車両のヨーレートを算出する。転舵力算出部５６は、前輪の転舵力を検出する。横滑り量推定部６０は、車速、ヨーレートおよび転舵力にもとづいて後輪の車幅方向への横滑り量を推定する。車両制御装置は、推定した横滑り量を用いて車両の挙動を安定化させる制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の状態を推定して車両を制御する車両制御装置に関する。

従来より、走行車両の挙動を安定化するため、車両の走行状態にもとづいて車両を制御する車両の制御装置が広く知られている。たとえば、タイヤの回転を制御して空転を防止するシステム、車両の制動を制御するアンチロックブレーキシステム、旋回時における車両の姿勢を安定させるシステムなどの車両挙動安定化システムが知られている。車両挙動安定化システムでは車両の状態量として車両の横滑り量が用いられる。

特許文献１には、車両の状態量であるすべり角を推定するすべり角推定装置が開示される。このすべり角推定装置は、車速センサから検出した車速と、操舵角センサから検出した運転者の操舵角と、ヨーレートセンサから検出した車両のヨーレートとにもとづいて推定したすべり角を、Ｇセンサで検出した実横加速度にもとづいて補償する技術が開示される。

特開２０１１−２３５８７５号公報

ところで、ワゴン車やスポーツ用多目的車などの車高が高い車両では、一般的な乗用車と比べて重心の位置が高く、車両がロール方向に揺れた場合に重心でのロールの影響は大きくなる。ヨーレートセンサやＧセンサは車両の重心の位置の近くに設けられ、Ｇセンサの検出結果はヨーレートセンサよりロールの影響を大きく受ける。

特許文献１の技術では、車両がロール方向に大きく揺れた場合にヨーレートセンサの検出結果とＧセンサの検出結果に位相のずれが発生する可能性があり、ヨーレートセンサの検出結果にもとづいて推定されたすべり角に対してＧセンサで検出した実横加速度にもとづいて補償をすると、位相のずれ分も補償されて、すべり角の推定精度が低くなるおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の状態を精度良く推定することができる車両制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、車速を算出する車速検出手段と、車両のヨーレートを算出するヨーレート検出手段と、前輪の転舵力を検出する転舵力検出手段と、車速、ヨーレートおよび転舵力にもとづいて後輪の車幅方向への横滑り量を推定する横滑り量推定手段と、を備える。

この態様によると、車両の横滑り量を精度良く推定することができる。

転舵力にもとづいて前輪に対して車幅方向へ加わる横力を算出する横力算出手段と、横力にもとづいて車両の車幅方向への横加速度を推定する横加速度推定手段と、を備えてもよい。これにより、前輪に付与される転舵力から車両の車幅方向への横加速度を推定できる。

横滑り量推定手段は、横加速度推定手段により推定された横加速度と、ヨーレートおよび車速から算出する車両の横加速度との比較にもとづいて後輪の横滑り量を推定してもよい。これにより、一方の横加速度は転舵力から推定され、他方の横加速度はヨーレートおよび車速から算出されているため、ロールの影響を大きく受ける加速度センサを用いることなく、横滑り量を推定することができる。

本発明によれば、車両の状態を精度良く推定することができる。

車両制御装置が搭載された車両を概略的に示す図である。 車両のロールについて説明するための説明図である。 比較技術における車高が高い車両における後輪の横滑り量の算出について説明するための図である。 ＥＣＵの機能ブロックを示す図である。 実施形態に係る後輪の横滑り量を推定した結果を示す図である。

図１は、車両制御装置２が搭載された車両１を概略的に示す図である。車両制御装置２は、操舵ハンドル１０、操舵入力軸１１、転舵出力軸１２、舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１６、Ｇセンサ１８、ＥＣＵ２０、アクチュエータ２１、モータ２２、車速センサ３０、および前輪転舵ユニット４０を備える。

運転者によって回動操作される操舵ハンドル１０は、操舵入力軸１１の上端に固定されており、操舵入力軸１１の下端はＦＲアクチュエータ２１に接続されている。ＦＲアクチュエータ２１は、伝達比可変アクチュエータであってよく、電動モータであるＦＲモータ２２および減速機を有し、操舵入力軸１１の回転量（または回転角）に対して、減速機に接続された転舵出力軸１２の回転量（または回転角）を適宜変更する。

ＦＲモータ２２は、そのモータハウジングが操舵入力軸１１と一体的に接続されており、運転者による操舵ハンドル１０の回動操作に従って一体的に回転するようになっている。また、ＦＲモータ２２の駆動シャフトは減速機に接続されており、ＦＲモータ２２の回転力が駆動シャフトを介して減速機に伝達される。減速機は、所定のギア機構によって構成されており、転舵出力軸１２は上端にてこのギア機構に接続されている。これにより減速機は、ＦＲモータ２２の回転力が駆動シャフトを介して伝達されると、ギア機構によって駆動シャフトの回転を減速して転舵出力軸１２に伝達する。したがってＦＲアクチュエータ２１は、ＦＲモータ２２の駆動シャフトを介して、操舵入力軸１１と転舵出力軸１２とを相対回転可能に連結している。

また車両制御装置２は、転舵出力軸１２の下端に接続された前輪側転舵機構である前輪転舵ユニット４０を備えている。前輪転舵ユニット４０は、例えば、ラックアンドピニオン式を採用したギアユニットであり、転舵出力軸１２の下端に一体的に組み付けられたピニオンギアの回転がラックバーに伝達されるようになっている。また、前輪転舵ユニット４０には、運転者によって操舵ハンドル１０に入力される操舵力（より具体的には、操舵トルク）を軽減するための電動モータであるＥＰＳ（Electric Power Steering）モータ２４が設けられており、ＥＰＳモータの発生するトルク（所謂、アシスト力）がラックバーに伝達されるようになっている。ＥＰＳモータのアシスト力はＥＰＳモータに設けられたトルクセンサ２５により検出される。操舵力およびアシスト力を合わせて転舵力といい、前輪転舵ユニット４０に転舵力が付与されて、前輪が転舵される。

この構成により、転舵出力軸１２の回転力がピニオンギアを介してラックバーに伝達されるとともに、ＥＰＳモータのアシスト力がラックバーに伝達される。これによりラックバーは、ピニオンギアからの回転力およびＥＰＳモータのアシスト力によって軸線方向に変位し、ラックバーの両端に接続された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が左右に転舵されるようになっている。車両制御装置２は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に関連して左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させてもよい。

車速センサ３０は、車速に換算可能な車軸の時間当りの回転量、またはディファレンシャルギアの時間当りの回転量などを検出し、その検出結果をＥＣＵ２０に送信する。ヨーレートセンサ１６は、車両１に発生したヨーレートを検出し、その検出結果をＥＣＵ２０に送信する。Ｇセンサ１８は、車両１に発生した横方向の加速度および前後方向の加速度を検出し、その検出結果をＥＣＵ２０に送信する。横方向とは、車軸に沿った車幅方向をいう。

車両制御装置２において、ＥＣＵ（electronic control unit）２０が、ＦＲアクチュエータ２１の動作を制御し、具体的にはＦＲモータ２２の回転を制御して、前輪ＦＷ１，ＦＷ２に対して転舵トルクを与える。ＥＣＵはＣＰＵを含むマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に各種プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートおよび通信ポート等を備えている。

図２は、車両のロールについて説明するための説明図である。図２（ａ）は一般的な乗用車１ａのロールを示し、図２（ｂ）は車高が高い車両１ｂのロールを示す。

図２（ｂ）に示すワンボックス車やワゴン車などの車両１ｂは、一般的な乗用車１ａと比べて車高が高く、その車両１ｂの重心位置４ｂも高くなる。そのため、車両１ｂを運転する場合に、重心位置４ｂでは乗用車１ａの重心位置４ａと比べて大きなロールが発生する。

ここで、ヨーレートセンサ１６およびＧセンサ１８は、重心位置４ｂの近くにひとまとめで設けられる。Ｇセンサ１８を低い位置に設ければロールの影響を抑えることができるが、Ｇセンサ１８を車外に設けると耐久性が低くなるため少なくとも車内に設ける必要があり、低い位置に設けるとしても限度がある。したがって、一般的な乗用車１ａと比べて、車高が高い車両１ｂでは、Ｇセンサ１８を設ける位置が高くなりロールの影響を大きく受けることになる。たとえば、ヨーレートセンサ１６およびＧセンサ１８は、運転席と助手席の間のパーキングブレーキやサイドボックスの下方に設けられる。

図３は、比較技術における車高が高い車両１ｂにおける後輪の横滑り量の算出について説明するための図である。比較技術は実施形態と比較するための技術である。図３の縦軸は横加速度であり、横軸は時間である。図３には、Ｇセンサ１８により算出した車両１ｂの第１横加速度４２と、ヨーレートセンサ１６および車速センサ３０により算出した車両１ｂの第２横加速度４４と、それらをもとに算出した後輪の横滑り量４６が示される。図３では、車両１ｂにロールが発生した状態で車両１ｂがまっすぐ進んでいる場合を示す。横滑り量は、車両の車幅方向への滑り度合を示し、車両がグリップ走行していればゼロとなる。

後輪の横滑り量４６は、比較技術では下記式（１）により算出されていた。
後輪の横滑り量＝Ｇセンサの横加速度−（ヨーレート×車速）・・・（１）
式（１）の（ヨーレート×車速）の項は、ヨーレートセンサ１６および車速センサ３０の検出結果から算出した車両１ｂの第２横加速度４４である。

ロールの影響を大きく受けたＧセンサ１８はヨーレートセンサ１６の出力と比べて位相が遅れる傾向にあり、それぞれのセンサからほぼ同じ横滑り量を算出したとしても、Ｇセンサ１８とヨーレートセンサ１６との位相差により後輪の横滑り量４６が大きく算出される場合がある。

たとえば車両１ｂの横滑り量４６が所定値以上に大きければ、車両状態制御手段により、車両１ｂの挙動が安定化するように車両１ｂの横滑りを抑える制御が実行される。そのため、車高の高い車両１ｂでは後輪の横滑りが発生していなくとも、ロールの影響により車両挙動安定化制御が作動開始される可能性がある。これに対し車両挙動安定化制御の早期の作動を抑えるため、車両挙動安定化制御を開始するまでの横滑り量の不感帯を大きくとるなどの処理をした場合、車両挙動安定化制御の開始が遅れることがあった。

そこで、実施形態の車両制御装置２は、Ｇセンサ１８の代わりに、前輪の転舵力により車両の横加速度を推定して、車両の横滑り量を推定する。これにより、ロールの影響を受けずに、精度良く横滑り量を推定することができる。

図４は、ＥＣＵ２０の機能ブロックを示す図である。ＥＣＵ２０は、情報受取部５０、車速算出部５２、ヨーレート算出部５４、転舵力算出部５６、横力算出部５８、横加速度推定部５９、横滑り量推定部６０および車両状態制御部６２を備える。

情報受取部５０は、車両１に設けられた各センサから検出結果を示す信号を受け取り、車速算出部５２、ヨーレート算出部５４および転舵力算出部５６に送出する。車速算出部５２は、車速センサ３０の検出結果にもとづいて車両の車速を算出する。

ヨーレート算出部５４は、ヨーレートセンサ１６の検出結果にもとづいて車両のヨーレートを算出する。転舵力算出部５６は、舵角センサ１４の検出結果およびトルクセンサ２５の検出結果にもとづいて前輪の転舵トルクを算出する。転舵力算出部５６は、運転者による操舵力とＥＰＳによるアシスト力とにより前輪に付与される転舵力を算出する。

横力算出部５８は、転舵力算出部５６により算出された転舵力にもとづいて前輪に対して車幅方向に加わる横力を算出する。横力算出部５８は、ピニオンギアの半径などの前輪転舵ユニット４０の特性をもとに転舵力から前輪の横力を算出する。

横加速度推定部５９は、横力算出部５８により算出された横力と、ヨーレート算出部５４により算出されたヨーレートと、にもとづいて車両１に対して車幅方向に加わる横加速度を推定する。すなわち、横加速度推定部５９は、後輪の状態の検出値を含まない前輪の横力にもとづいて車両１全体の横加速度を推定する。

横滑り量推定部６０は、車速算出部５２、ヨーレート算出部５４および横加速度推定部５９からそれぞれ車速、ヨーレート、横加速度を受け取って、車速、ヨーレートおよび横加速度にもとづいて後輪の車幅方向への横滑り量を推定する。横加速度推定部５９により算出される横加速度は、前輪の転舵力にもとづいているため、横滑り量推定部６０は、車速、車両１のヨーレート、および前輪の転舵力にもとづいて後輪の横滑り量を推定している。

横滑り量推定部６０は、下記式（２）により後輪の横滑り量を算出する。
後輪の横滑り量＝前輪の転舵力からの横加速度−（ヨーレート×車速）・・・（２）
この（ヨーレート×車速）の項は、ヨーレートセンサ１６および車速センサ３０の検出結果から算出した車両１の横加速度であり、実際にＧセンサで検出した値ではなく、推定値である。

横滑り量推定部６０の横滑り量の推定方法は、式（１）と比べて、Ｇセンサ１８の検出結果を用いず、前輪の転舵力にもとづいて推定した横加速度を用いる点が異なる。これによって、車両１のロールの影響を受けたＧセンサ１８以外の方法で算出した横加速度をもとに、後輪の横滑り量を推定することができる。

図５は、実施形態に係る後輪の横滑り量を推定した結果を示す図である。図５の縦軸は横加速度であり、横軸は時間である。図５には、転舵力をもとに推定した車両１の第１横加速度７０と、ヨーレートセンサ１６および車速センサ３０により算出した車両１の第２横加速度７２と、それらをもとに推定した後輪の横滑り量７４が示される。

図５では図３に示す条件と同じ条件で横滑り量７４が算出されている。すなわち、車高が高い車両１にロールが発生している状態で、横滑り量７４を算出している。横加速度推定部５９により算出される第１横加速度７０は、前輪の転舵力をもとに算出しているため車両のロールの影響は少ない。また、ヨーレートセンサ１６および車速センサ３０の検出結果から算出した車両１の第２横加速度７２も、車両１のロールの影響は少ない。

したがって、それらの横加速度の位相がロールの影響でずれることを抑え、横滑り量７４の推定精度を高めることができる。この横滑り量７４をもとに車両挙動安定化制御を実行することで、制御フィーリングを向上することができる。

実施形態では、転舵力から推定した横加速度を用いて後輪の横滑り量を推定して車両挙動安定化制御に用いる態様を説明したが、この態様に限られず、たとえばＧセンサ１８から算出した横加速度と、転舵力から推定した横加速度を使い分けてよい。すなわち、式（１）で算出した横滑り量と、式（２）で算出した横滑り量を場合により使い分ける。

横滑り量推定部６０は、所定の条件を満たした場合にＧセンサ１８から算出した横加速度にもとづいて後輪の横滑り量を算出し、所定の条件を満たさない場合に転舵力から推定した横加速度にもとづいて後輪の横滑り量を算出する。所定の条件は、車両挙動安定化制御を実行の有無であってよい。

つまり、車両挙動安定化制御を実行開始を判定する場合には、前輪の転舵力から推定した横加速度にもとづいて算出した横滑り量を用い、車両挙動安定化制御を実行する間はＧセンサ１８から算出した横加速度にもとづいて算出した後輪の横滑り量を用いる。これにより、車両挙動安定化制御を適切なタイミングで実行開始しつつ、車両挙動安定化制御を実行している際には推定値ではなくＧセンサ１８により検出された横加速度を用いることができるため横滑りを抑える制御の性能を向上させることができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施形態では車速センサ３０として車軸やディファレンシャルギアの回転速度を検出するものを示したが、その態様に限られない。たとえば、車輪にそれぞれ設けられ、車輪の回転速度を検出するセンサであってもよい。

また、操舵力およびアシスト力を合わせた転舵力を検出する転舵トルク検出センサが前輪転舵ユニット４０に設けられてよい。

１ 車両、 ２ 車両制御装置、 ４ 重心、 １０ 操舵ハンドル、 １１ 操舵入力軸、 １２ 転舵出力軸、 １４ 舵角センサ、 １６ ヨーレートセンサ、 １８ Ｇセンサ、 ２０ ＥＣＵ、 ２１ アクチュエータ、 ２２ ＦＲモータ、 ２４ ＥＰＳモータ、 ２５ トルクセンサ、 ３０ 車速センサ、 ４０ 前輪転舵ユニット、 ５０ 情報受取部、 ５２ 車速算出部、 ５４ ヨーレート算出部、 ５６ 転舵力算出部、 ５８ 横力算出部、 ５９ 横加速度推定部、 ６０ 横滑り量推定部、 ６２ 車両状態制御部。

Claims (3)

1. 車速を算出する車速検出手段と、
   車両のヨーレートを算出するヨーレート検出手段と、
   前輪に付与される転舵力を検出する転舵力検出手段と、
   前記車速、前記ヨーレートおよび前記転舵力にもとづいて後輪の車幅方向への横滑り量を推定する横滑り量推定手段と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記転舵力にもとづいて前輪に対して車幅方向へ加わる横力を算出する横力算出手段と、
   前記横力にもとづいて車両の車幅方向への横加速度を推定する横加速度推定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記横滑り量推定手段は、前記横加速度推定手段により推定された横加速度と、前記ヨーレートおよび前記車速から算出する車両の横加速度との比較にもとづいて前記後輪の横滑り量を推定することを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。

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