JP2016137740A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵に対する車両の応答遅れを改善しつつ高速走行時の目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を抑え、かつ、ヨーレート検出手段に異常が生じても車両の走行状態が急変することを防ぐことができるようにする。
【解決手段】 車両の実ヨーレートを目標ヨーレートに一致させるように左右の車輪２の制駆動トルクを制御するフィードフォワード制御手段２２による制御と、フィードバック制御手段２３による制御との両方を、合成手段２４で行う。合成手段２４は車速が速くなるに従ってフィードバック制御の操作量を小さくする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両のヨーモーメントを制御する車両制御装置に関するものである。

左右輪を独立に制御可能なモータを搭載し、センサにより検出されたヨーレートが所定の目標ヨーレートと一致するように左右輪のモータを独立に制御するものがある（特許文献１）。
また、左右輪の駆動力を独立に制御可能な車両において、左右輪の駆動トルクを車両の運動モデルに基づいて、実ヨーレートが目標ヨーレートと一致するようにフィードフォワード制御を行なうものがある（特許文献２）。

特開１９９４−１６６３４５号公報 特開２００５−１４６５７号公報

特許文献１の開示技術は、センサにより検出されたヨーレートのフィードバック制御を行なうのみであるので、操舵に対する車両の応答が遅れる恐れがあり、特に高速走行時のレーンチェンジ等の緊急回避行動が必要な状況では応答遅れによる影響を大きく受ける。また、高速走行時にセンサに異常が生じた際には車両の走行状態が急変する。

特許文献２の開示技術は、車両モデルに基づいて実ヨーレートが目標ヨーレートと一致するようにフィードフォワード制御を行なうので、操舵に対する車両の応答遅れは改善する。しかし、車両モデルと実車との違いや横風などの外乱の影響等により目標ヨーレートと実ヨーレートとの間に乖離が生じ実ヨーレートと目標ヨーレートを一致させることが困難である。特許文献２の実施例には、フィードバック制御とフィードフォワード制御を合成する例も挙げられているが、車速によらず同等に両方の制御を行なう為、高速走行時にセンサに異常が生じた際には車両の走行状態が急変する。

この発明の目的は、操舵に対する車両の応答遅れを改善しつつ高速走行時の目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を出来るだけ小さく抑え、かつ、ヨーレート検出手段に異常が生じても車両の走行状態が急変することを防ぐことができる車両制御装置を提供することである。

この発明の車両制御装置は、左右の車輪２の制駆動トルクを、これら左右の車輪２に対して個別に設けられた制駆動源４を制御することで独立に制御可能な車両を制御する車両制御装置において、
目標ヨーレートを定められた規則により車両モデルから計算する目標ヨーレート計算手段２１と、
ヨーレートセンサ１９によって検出された車両の実ヨーレートを前記目標ヨーレート計算手段２１で計算された目標ヨーレートに一致させるように左右の車輪２の制駆動トルクを制御するフィードフォワード制御手段２２と、
車両の実ヨーレートと前記目標ヨーレートとの差をなくすように左右の車輪２の制駆動トルクを制御するフィードバック制御手段２３と、
前記フィードフォワード制御手段２２によって計算された操作量と前記フィードバック制御手段２３によって計算された操作量を合成してこの合成した操作量に応じて前記左右の車輪２を制御し、車速が速くなるに従ってフィードバック制御の操作量を小さくする合成手段２４、とを備える。

この構成によると、合成手段２４により、ヨーレートのフィードフォワード制御とフィードバック制御との両方を行ない、車速が速くなるに従ってフィードバック制御の操作量を小さくする。このことより、操舵に対する車両の応答遅れを改善しつつ高速走行時の目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を出来るだけ小さく抑え、かつ、ヨーレート検出手段に異常が生じても車両の走行状態が急変することを防ぐことができる。

この発明において、前記合成手段２４は、前記フィードバック制御手段２３が出力する操作量に重み係数を乗じることにより算出し、その算出した操作量で前記合成を行い、前記重み係数は車速がある閾値を超えると連続的に小さくするようにしても良い。
重み係数を乗じることによりフィードバック制御の操作量を変化させるため、操作量の算出が容易にかつ適切に行える。車速がある閾値を超えるまで（例えば中低速走行時）は、ヨーレートのフィードフォワード制御とフィードバック制御の両方を行ない、フィードバック制御の重みを大きくするため、目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を出来るだけ小さく抑えることができ、ヨーモーメントの抑制が効果的に行える。中低速走行時では、ヨーレート検出手段の異常発生による車両の走行状態の急変の問題が少なく、フィードバック制御の重みが大きくても実用上の問題がないため、目標ヨーレートと実ヨーレートの乖離が少なくなることが、ヨーモーメントの抑制の上で好ましい。
車速が第１の閾値を超えると重み係数を連続的に小さくするため、目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を出来るだけ小さく抑えつつ、ヨーレート検出手段の異常発生による車両の走行状態の急変を防ぐことができる。

上記のように重み係数を連続的に小さくする場合に、前記合成手段２４は、車速が前記閾値を超えた後、前記重み係数が変化する変化率を、車速が速くなる従って次第に大きくし、さらに車速が速くなると再度次第に小さくなるように非線形に変化させるようにしても良い。
重み係数は線形で変化させてもよいが、上記のように非線形に変化させるとなお良い。フィードバック制御の重みを変化させる速度の閾値付近の重み係数が緩やかに変化するので、運転者はフィードバック制御の操作量の変化による車両挙動の変化に違和感を覚えることがなくなる。また、上記のように車速に応じて重み係数の変化率を変えるので、センサの異常検出による影響をより一層抑制したい高速の車速域でフィードバック制御の操作量を小さくすることができる。

この発明において、前記合成手段２４は、車速が第２の閾値を超えると前記重みを零とするようにしても良い。
ある程度以上の高速になると、ヨーレート検出手段に異常が生じた場合に車両の走行状態の急変が生じ易くなるが、フィードバック制御を無くし、フィードフォワード制御のみとすることで、上記異常発生時の走行状態の急変を確実に防止できる。

この発明において、前記目標ヨーレート計算手段２１は、目標ヨーレートを車速と操舵角から計算するようにしても良い。
適切なヨーレートは、車速の他、操舵角によっても変わる。そのため、車速と操舵角から目標ヨーレートを計算することで、適切なヨーレート制御が行える。

この発明において、前記制駆動源４がインホイールモータであっても良い。インホイールモータを制駆動源４とする車両は、左右の車輪２の制駆動トルクを独立に制御可能であり、この発明の上記効果が効果的に得られる。

この発明の車両制御装置は、左右の車輪の制駆動トルクを、これら左右の車輪に対して個別に設けられた制駆動源を制御することで独立に制御可能な車両を制御する車両制御装置において、目標ヨーレートを定められた規則により車両モデルから計算する目標ヨーレート計算手段と、車両の実ヨーレートを前記目標ヨーレート計算手段で計算された目標ヨーレートに一致させるように左右の車輪の制駆動トルクを制御するフィードフォワード制御手段と、ヨーレートセンサによって検出された車両の実ヨーレートと前記目標ヨーレートとの差をなくすように左右の車輪の制駆動トルクを制御するフィードバック制御手段と、前記フィードフォワード制御手段によって計算された操作量と前記フィードバック制御手段によって計算された操作量を合成してこの合成した操作量に応じて前記左右の車輪を制御し、車速が速くなるに従ってフィードバック制御の操作量を小さくする合成手段とを備えるため、操舵に対する車両の応答遅れを改善しつつ高速走行時の目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を出来るだけ小さく抑え、かつ、ヨーレート検出手段に異常が生じても車両の走行状態が急変することを防ぐことができる。

この発明の一実施形態に係る車両制御装置の概念構成を車両の概略平面図上に示すブロック図である。 同車両制御装置における制御系のブロック線図である。 同車両制御装置の制御のフローチャートである。 フィードバック重み係数の車速による変化の一例を示すグラフである。 フィードバック重み係数の車速による変化の他の例を示すグラフである。 インホイールモータ駆動装置の一例の概略断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１は、この実施形態に係る車両制御装置を搭載した左右輪独立駆動式車両である電気自動車の概念構成のブロック図であり、図の上側が車両の前方である。この電気自動車は、車両１の左右の後輪となる車輪２および左右の前輪となる車輪２が、いずれも制駆動源となる電動のモータ４で独立して駆動される４輪独立駆動の自動車である。前輪となる車輪２は操舵輪とされている。各モータ４は、例えば図６のインホイールモータ駆動装置５を構成するが、車台（図示せず）上に搭載されるオンボード形式であっても良い。

図６において、インホイールモータ駆動装置５は、インホイールモータ（ＩＷＭ）であるモータ４、減速機７、および車輪用軸受７を有し、これらの一部または全体が車輪２内に配置される。モータ４の回転は、減速機６および車輪用軸受７を介して車輪２に伝達される。車輪用軸受７のハブ輪７ａのフランジ部には摩擦ブレーキ装置８を構成するブレーキロータ８ａが固定され、同ブレーキロータ８ａは車輪２と一体に回転する。モータ４は、例えば、ロータ４ａのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ４は、ハウジング４ｃに固定したステータ４ｂと、回転出力軸９に取り付けたロータ４ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。

図１において、制御系を説明する。車両制御装置１０は、車両１に搭載されたＥＣＵ１１と、各モータ４に対して設けられた複数（この例では４つ）のインバータ装置１２とで構成される。ＥＣＵ１１は、その基本的な構成として、自動車全般の統括制御や協調制御を行う統合制御手段１３と、各インバータ装置１２にトルク指令を与えるトルク指令生成・分配手段１４とを有する。トルク指令生成・分配手段１４は、アクセルペダル等のアクセル操作手段１７の操作量の検出信号と、ブレーキペダル等のブレーキ操作手段１８の操作量の検出信号とから、車両全体の制駆動のトルク指令を生成し、そのトルク指令を、設定規則に従って各モータ４のインバータ装置１２へ個別のトルク指令として分配する。各インバータ装置１２は、バッテリ（図示せず）の直流電力をモータ４の駆動のための交流電力に変換する手段であって、その出力を制御する制御部（図示せず）を有し、上記の分配されたトルク指令に従って担当のモータ４を制御する。

ＥＣＵ１１は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ＥＣＵ１１と各インバータ装置１２とは、ＣＡＮ（コントロール・エリア・ネットワーク）等の車内通信網で接続されている。上記の基本構成を有する車両制御装置１０におけるＥＣＵ１１に、車両１のヨーレートを制御するヨーレート制御手段１５が設けられている。車両１には、センサ類として、ヨーレートセンサ１９、車速センサ２０、および操舵角センサ１６が設けられている。

ヨーレート制御手段１５は、前記トルク指令生成・分配手段１４で分配する左右の車輪２，２のトルク指令にトルク差を与えて車両１のヨーレートを制御する手段であり、目標ヨーレート計算手段２１、フィードフォワード制御手段２２、フィードバック制御手段２３、および合成手段２４を有する。

目標ヨーレート計算手段２１は、目標ヨーレートを定められた規則により車両モデルから計算する手段である。目標ヨーレート計算手段２１は、具体的には目標ヨーレートを、車速センサ２０から得られる車速と、操舵角センサ１６から得られる操舵角とから、前述のヨーレートの計算を行う。

フィードフォワード制御手段２２は、ヨーレートセンサによって検出された車両１の実ヨーレートを、前記目標ヨーレート計算手段２１で計算された目標ヨーレートに一致させるように左右の車輪２の制駆動トルクをフィードフォワード制御する手段である。

フィードバック制御手段２３は、ヨーレートセンサ１９によって検出された車両の実ヨーレートと前記目標ヨーレートとの差をなくすように左右の車輪２の制駆動トルクを制御する手段である。図２に示すように、前記フィードバック手段２３は、目標ヨーレート計算手段２１で計算された前記目標ヨーレートからヨーレートセンサ１９（図１参照）によって検出された実ヨーレートを減算する減算部２３ｂと、その減算結果からフィードバック制御の操作量を演算するフィードバック演算部２３ａとからなる。

合成手段２４は、前記フィードフォワード制御手段２２によって計算された操作量と前記フィードバック手段２３によって計算された操作量を合成し、この合成した操作量に応じて前記左右の車輪２を制御する手段であり、車速が速くなるに従ってフィードバック制御の操作量を小さくする。

前記合成手段２４は、前記フィードバック制御手段２３が出力する操作量に重み係数を乗じることにより、前記合成に用いるフィードバック制御の操作量を算出し、前記重み係数は車速がある閾値を超えると連続的に小さくする。具体的には合成手段２４は、フィードバック重み係数算出部２４ａと、加減算部２４ｂとを有する。フィードバック重み係数算出部２４ａは、車速センサ２０（図１参照）から得られる車速に対応する重みを定められた規則に従って算出し、その算出した重みを、フィードバック制御手段２３で算出したフィードバック操作量に乗算して出力する。加減算部２４ｂは、フィードフォワード制御手段２２で算出した操作量に、フィードバック重み係数算出部２４ａで算出した重み付け後のフィードバック操作量に加算する。フィードフォワード制御の操作量は車速が変化しても変化させない。

合成手段２４は、車速がある閾値（第１の閾値Ｖ_１（図４、図５参照））を超えると、前記重み係数を連続的に小さくする。また、前記合成手段２４は、車速が前記閾値Ｖ_１よりも大きいある閾値（第２の閾値Ｖ_２（図４、図５参照））を超えると前記重みを零とする。

次に、上記構成の動作、および構成の補足説明を図１を参照しながら行う。センサ類には、操舵角センサ１６、車速センサ２０、およびヨーレートセンサ１９が搭載され、かつアクセル操作手段１７の操作量を検出するアクセルセンサ（図示せず）、およびブレーキ操作手段１８の操作量を検出するブレーキセンサ（図示せず）が搭載されている。各センサの信号はＥＣＵ１１に入力される。ＥＣＵ１１のトルク指令生成・分配手段１４は、決められた制御則に基づき、インホイールモータからなる各モータ４の制駆動トルクを算出し、各モータ４のインバータ装置１２へ制駆動トルクを出力している。

図３は、ＥＣＵ１０のヨーレート制御手段１５で行なう制御のフローチャートであり、以下同フローチャートに基づき説明する。図２は、前記フローチャートをブロック線図で表わしたものである。
まず、図３のステップ１で各センサ１６，２０，１９から操舵角、車速、ヨーレートを取得する。
ステップ２では、車両モデルに基づき目標ヨーレートを、式１に従って算出する。式１は、操舵角に対するヨーレートの伝達関数である。

式１および以下の各式２〜４で用いた符号の意味は、次の通りである。

ステップ３では、目標ヨーレートを達成するモータ４の操作量（すなわち制駆動トルク）を、フィードフォワード制御手段２２で算出する。各車輪２のモータ４には制駆動トルクが入力され、左右の車輪２，２の制駆動力差によって車両にヨーモーメントが発生する。式２が、操舵角に対するヨーモーメントの伝達関数である。

式２より目標ヨーレートを達成するヨーモーメントを求め、式３よりモータ４の操作量を算出する。前記フィードフォワード制御では、車両モデルに基づき目標ヨーレートを達成するようにモータ４を制御しているので、制御の結果である車両の実ヨーレートは制御に関与していない。

フィードフォワード制御では、フィードバック制御のように制御の結果を受けて制御することがないので、操舵に対する車両の応答遅れを改善することが可能である。但し、目標ヨーレートと実ヨーレートとの間には、偏差が生じることがある。この偏差が生じる理由は、車両モデルと実車との違いや横風などの外乱の影響等が挙げられる。前記偏差をなくす為には、フィードバック制御をする必要がある。

ステップ４では、車速に応じてフィードバック制御の重み係数を、フィードバック重み係数算出部２４ａ（図２）で算出する。この重み係数は、車速が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されており、車速があるしきい値Ｖ_１（例えば、５０〜１００ Km/h の範囲内で適宜定めた高速走行時の車速）に達すると重み係数は徐々に小さくなり、車速がＶ_２（例えば、１２０Km/hを超える範囲内で適宜定めた高速走行時の車速）となると、零となる（図４）。

この重み係数は、図４に示すように第１の閾値Ｖ_１を超えた後は線形で小さくなるように変化させてもよいが、図５のように非線形に変化させるとなおよい。図５の例では、車速が前記第１の閾値Ｖ_１を超えた後、前記重み係数が変化する変化率を、車速が速くなる従って次第に大きくし、さらに車速が速くなると再度次第に小さくなるように非線形に変化させ、ある車速で零に至るようにする。

図５のように設定することで、車速Ｖ_１，Ｖ２_２付近の重み係数が緩やかに変化するので、運転者はフィードバック制御の操作量の変化による車両挙動の変化に違和感を覚えることがなくなる。また、図５のように設定することで、車速に対する重み係数の変化率を変えることができるので、センサ類の異常発生による影響をより一層抑制したい車速域でフィードバック制御の操作量を小さくすることができる。なお、フィードフォワード制御は、走行状態によらず常に行っており、重み付けは行っていない。

図３に戻りステップ５では、ステップ１で検出したヨーレートとステップ２で算出した目標ヨーレートとの偏差をなくすように、モータ４の操作量（制駆動トルク）をフィードバック制御手段２３で算出する。この際、ステップ４で算出したフィードバック制御の重み係数を、算出したモータ４の操作量に乗じている。式４より偏差のヨーレートを達成するヨーモーメントを求め、式５よりモータ４の操作量を算出する。

車速が第１の閾値Ｖ_１よりも遅いときには、目標ヨーレートと車両の実ヨーレートの偏差に対し完全にフィードバック制御を行なうので、目標ヨーレートと車両の実ヨーレートを一致させることができる。車速が閾値Ｖ_１よりも速くなるとフィードバック重み係数は徐々に小さくなるので、目標ヨーレートと車両の実ヨーレートを完全に一致させることはできなくなるが、ヨーレートの検出手段に異常が生じても車両の走行状態が急変することを防ぐことができる。

ステップ６では、フィードフォワード制御とフィードバック制御の操作量（制駆動トルク）を加減算部２４ｂ（図２参照）で足し合わせる。ここで足し合わせた操作量は、（式3）（式5）から求めた一輪あたりの制駆動トルクを一輪毎に足し合せたものである。トルク指令生成・分配手段１４は、アクセル操作手段１７の踏込量もしくはブレーキ操作手段１８の操作量に応じて分配される通常の制駆動トルクに前記加減算部２４ｂで足し合わせた制駆動トルクを加えて、モータ４に対応するインバータ装置１２へ出力する。この加える処理は、トルク指令生成・分配手段１４で行うようにしても、また合成制御手段２４で行うようにしても良い。４輪駆動の場合、４輪の各輪のモータ４にはトルク指令生成・分配手段１４の操作量の制駆動トルクが入力される。

モータ４に出力された制駆動トルクは、必要なヨーモーメントを発生可能な制駆動力差をもつ。モータ４へは、アクセル操作手段１７の踏込量に応じたアクセルトルクもしくはブレーキ操作手段１８の操作量に応じた回生トルクに加えて左右のそれぞれのモータ４に同じ大きさの制動トルクと駆動トルクが入力されるので、前後方向の走行状態は変化しない。例えば加速（減速）走行中であれば加速（減速）走行の状態を維持し、定速走行中であれば定速走行の状態を維持する。

このように、車速がある閾値Ｖ_１以下（中低速走行時）のときには、ヨーレートのフィードフォワード制御とフィードバック制御の両方を行ない、車速が閾値Ｖ_１を超えたとき（高速走行時）には、フィードバック制御による操作量を徐々に減らしていく。すなわち、ヨーレートのフィードフォワード制御とフィードバック制御を合成し、かつ車速が大きくなるに従ってフィードバック制御の重み係数を小さくする。このことにより、操舵に対する車両の応答遅れを改善しつつ高速走行時の目標ヨーレートと実ヨーレートとの乖離を出来るだけ小さく抑え、ヨーレート検出手段に異常が生じても車両の走行状態が急変することを防ぐことができる。

なお、上記の実施形態は、一例に過ぎずこれに限定されるものではない。例えば、モータ２を全ての車輪に搭載する必要はなく、前輪の２輪のみもしくは後輪の２輪のみでもよい。さらに制駆動源はモータ４である必要はなく、例えばエンジンでもよい。エンジン車の場合、エンジンの動力を駆動トルクに用い、ブレーキの制動力を制動トルクに用いて、左右独立で制駆動力を制御できる構造の車両であれば本制御を適用できる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…車両
２…車輪
４…モータ（制駆動源）
５…インホイールモータ駆動装置
１１…ＥＣＵ
１２…インバータ装置
１５…ヨーレート制御手段
１６…操舵角センサ
１９…ヨーレートセンサ
２０…車速センサ
２１…目標ヨーレート計算手段
２２…フィードフォワード制御手段
２３…フィードバック制御手段
２４…合成手段

Claims (6)

1. 左右の車輪の制駆動トルクを、これら左右の車輪に対して個別に設けられた制駆動源を制御することで独立に制御可能な車両を制御する車両制御装置において、
   目標ヨーレートを定められた規則により車両モデルから計算する目標ヨーレート計算手段と、
   車両の実ヨーレートを前記目標ヨーレート計算手段で計算された目標ヨーレートに一致させるように左右の車輪の制駆動トルクを制御するフィードフォワード制御手段と、
   ヨーレートセンサによって検出された車両の実ヨーレートと前記目標ヨーレートとの差をなくすように左右の車輪の制駆動トルクを制御するフィードバック制御手段と、
   前記フィードフォワード制御手段によって計算された操作量と前記フィードバック制御手段によって計算された操作量を合成してこの合成した操作量に応じて前記左右の車輪を制御し、車速が速くなるに従ってフィードバック制御の操作量を小さくする合成手段、
   とを備える車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置において、前記合成手段は、前記フィードバック制御手段が出力する操作量に重み係数を乗じることにより算出し、その算出した操作量で前記合成を行い、前記重み係数は車速が第１の閾値を超えると連続的に小さくする車両制御装置。
3. 請求項２に記載の車両制御装置において、前記合成手段は、車速が前記閾値を超えた後、前記重み係数が変化する変化率を、車速が速くなる従って次第に大きくし、さらに車速が速くなると再度次第に小さくなるように非線形に変化させる車両制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両制御装置において、前記合成手段は、前記フィードバック制御手段の操作量は重み係数を乗じることにより算出し、車速が第２の閾値を超えると前記重み係数を零とする車両制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両制御装置において、前記目標ヨーレート計算手段は、目標ヨーレートを車速と操舵角から計算する車両制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両制御装置において、前記制駆動源がインホイールモータである車両制御装置。

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