JP2018047842A - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

車両の制御装置及び車両の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ステアリングギヤ比を変更可能なアクティブステアリングシステムを備えた車両において、車両のロールを最適に制御することで、ドライバビリティを良好にする。
【解決手段】車両の制御装置200は、ステアリングホイールの操舵角とタイヤ舵角との間のステアリングギヤ比が変更可能なアクティブステアリングシステムにおいて、車両の旋回をアシストするため、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記ステアリングギヤ比を制御するステアリング旋回アシスト制御部258aと、ステアリング操舵系とは独立して車体にモーメントを付加する左右独立駆動可能な電動駆動輪において、車両のロールに基づいて、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記電動駆動輪の駆動力を制御する左右駆動力制御部258bと、を備える。
【選択図】図7

Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。
従来、例えば下記の特許文献1には、操舵補助力若しくは操舵輪の舵角の制御と車輌のロール剛性の前後輪配分比若しくは左右輪の制駆動力差の制御とを適宜に組み合せることにより、操舵入力手段の不自然な位置変動や操舵入力手段の位置と車輌の実際の移動方向とのずれを抑制して操舵フィーリングを向上させる事が記載されている。
特開2007−160998号公報
しかしながら、ドライバーによるステアリング操舵角に対して、操舵輪のタイヤ舵角を過度に大きくすると、タイヤ横力の増加に伴って車両のロールが増大する。そして、ロールの増加に伴って乗り心地が悪化する問題がある。上記特許文献1に記載された技術は、操舵入力手段の不自然な位置変動や操舵入力手段の位置と車輌の実際の移動方向とのずれを抑制しつつ、車輌を目標走行経路に沿って良好に走行させることを想定しているが、ロールの増加を確実に抑えることと、車両の旋回性能の向上を両立させることは困難である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ステアリングギヤ比を変更可能なアクティブステアリングシステムを備えた車両において、車両のロールを最適に制御することで、ドライバビリティを良好にすることが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ステアリングホイールの操舵角とタイヤ舵角との間のステアリングギヤ比が変更可能なアクティブステアリングシステムにおいて、車両の旋回をアシストするため、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記ステアリングギヤ比を制御するステアリング旋回アシスト制御部と、ステアリング操舵系とは独立して車体にモーメントを付加する左右独立駆動可能な電動駆動輪において、車両のロールに基づいて、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記電動駆動輪の駆動力を制御する左右駆動力制御部と、を備える、車両の制御装置が提供される。
前記ステアリング旋回アシスト制御部は、車両の前記ロールが所定の条件よりも小さい場合は、車両が発生させる前記ヨーレートと前記目標ヨーレートとの差分に相当する付加タイヤ舵角を付加するように前記ステアリングギヤ比を制御するものであっても良い。
また、前記左右駆動力制御部は、車両の前記ロールが前記所定の条件よりも小さい場合は、前記電動駆動輪の駆動力の制御によるヨーレートの発生を行わないものであっても良い。
また、前記ステアリング旋回アシスト制御部は、車両の前記ロールが前記所定の条件を超える場合は、ドライバーのステアリング操舵角に相当するタイヤ舵角を付加するように前記ステアリングギヤ比を制御するものであっても良い。
また、前記左右駆動力制御部は、前記車両のロールが前記所定の条件を超える場合は、前記電動駆動輪の駆動力の制御によってヨーレートを発生させるものであっても良い。
また、前記左右駆動力制御部は、車両の前記ロールが前記所定の条件を超える場合は、前記ステアリング旋回アシスト制御部が発生しようとするヨーレートの少なくとも一部を前記電動駆動輪の駆動力の制御によって発生させるものであっても良い。
また、前記所定の条件は、前記ステアリング旋回アシスト制御部による旋回アシストを行った場合の旋回アシストロールレートの値が、前記ステアリング旋回アシスト制御部による旋回アシストを行わない場合の目標ロールレートの値以上となる条件であっても良い。
また、前記所定の条件は、前記旋回アシストロールレートの値に車両のロールレートに対するヨーレートの比率から求まるゲインを乗算して得られた値が、前記目標ロールレートの値以上となる条件であっても良い。
また、前記ゲインは、前記比率が小さいほど大きな値とされるものであっても良い。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ステアリングホイールの操舵角とタイヤ舵角との間のステアリングギヤ比が変更可能なアクティブステアリングシステムにおいて、車両の旋回をアシストするため、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記ステアリングギヤ比を制御するステップと、ステアリング操舵系とは独立して車体にモーメントを付加する左右独立駆動可能な電動駆動輪において、車両のロールに基づいて、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記電動駆動輪の駆動力を制御するステップと、を備える、車両の制御方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、ステアリングギヤ比を変更可能なアクティブステアリングシステムを備えた車両において、車両のロールを最適に制御することで、ドライバビリティを良好にすることが可能となる。
本発明の一本実施形態に係る車両を示す模式図である。 本実施形態に係る車両が備えるパワーステアリング機構を示す模式図である。 タイヤすべり角を説明するための模式図である。 タイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す特性図である。 車両のロールと、ステアリング及び前後左右輪による旋回との関係を示す模式図である。 車両のロールと、ステアリング及び前後左右輪による旋回との関係を示す模式図である。 車両のロールと、ステアリング及び前後左右輪による旋回との関係を示す模式図である。 図5Aにおいて、タイヤ舵角、旋回モーメント、ヨーレートが発生する様子を示す模式図である。 図5Bにおいて、タイヤ舵角、旋回モーメント、ヨーレートが発生する様子を示す模式図である。 図5Cにおいて、タイヤ舵角、旋回モーメント、ヨーレートが発生する様子を示す模式図である。 本実施形態に係る制御装置とその周辺の構成を詳細に示す模式図である。 制御装置が行う処理を示すフローチャートである。 制御装置が行う処理を示すフローチャートである。 重み付けゲイン演算部が重み付けゲインaを算出する際のゲインマップを示す模式図である。 アクティブステア目標ギヤ比ACT_Gratioとステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqとの関係を規定したマップを示す模式図である。 モーション変化率とロールレートゲインGとの関係を規定するマップを示す模式図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る車両1000の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る車両1000を示す模式図である。図1に示すように、車両1000は、前輪100,102、後輪104,106、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれを駆動する駆動力発生装置(モータ)108,110,112,114、モータ108,110,112,114の駆動力を前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれに伝達するギヤボックス116,118,120,122、モータ108,110,112,114のそれぞれを制御するインバータ123,124,125,126、後輪104,106のそれぞれの車輪速(車両速度V)を検出する車輪速センサ127,128、前輪100,102を操舵するステアリングホイール130、前後加速度センサ132、横加速度センサ134、バッテリ136、舵角センサ138、パワーステアリング機構140、ヨーレートセンサ142、インヒビターポジションセンサ(IHN)144、アクセル開度センサ146、ロールレートセンサ148、制御装置(コントローラ)200を有して構成されている。
本実施形態に係る車両1000は、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれを駆動するためにモータ108,110,112,114が設けられている。このため、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれで駆動トルクを制御することができる。従って、前輪100,102の操舵によるヨーレート発生とは独立して、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれを駆動することで、トルクベクタリング制御によりヨーレートを発生させることができ、これによってステアリング操舵のアシストを行うことができる。
各モータ108,110,112,114は、制御装置200の指令に基づき各モータ108,110,112,114に対応するインバータ123,124,125,126が制御されることで、その駆動が制御される。各モータ108,110,112,114の駆動力は、各ギヤボックス116,118,120,122を介して前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれに伝達される。応答性に優れるモータ108,110,112,114、インバータ123,124,125,126を適用した左右独立駆動が可能な車両1000において、旋回モーメント(ヨーモーメント)を車体旋回角速度(ヨーレート)で制御することができ、ステアリング操舵のアシストを行う旋回アシスト制御を実施する。
パワーステアリング機構140は、ドライバーによるステアリングホイール130の操作に応じて、トルク制御又は角度制御により前輪100,102の舵角を制御する。舵角センサ138は、運転者がステアリングホイール130を操作して入力したステアリング操舵角θhを検出する。ヨーレートセンサ142は、車両1000の実ヨーレートγを検出する。車輪速センサ127,128は、車両1000の車両速度Vを検出する。
図2は、本実施形態に係る車両1000が備えるパワーステアリング機構140(転舵システム)を示す模式図である。本実施形態に係る車両1000は、転舵システムとして、図2に示すような、ステアバイワイヤシステムまたはアクティブステアリングシステムを備える。いずれの方式においても、電動パワーステアリングモータ(EPSモータ)1060の駆動力により前輪100,102の転舵が行われ、高電圧バッテリの電圧をDC/DCコンバータにより降圧した電力によって電動パワーステアリングモータ1060が駆動される。電動パワーステアリングモータ1060のトルクを制御することで、ドライバーの所定のステアリング操作量に対する車両1000の旋回量を可変することができ、ステアリング操舵角θhの変化量とタイヤ舵角δの変化量が一様でないステアリングシステム(以下、アクティブステアリングシステムと総称、またはアクティブステアと略称する)を構成することができる。
なお、本実施形態に係る車両1000は、前後左右輪を独立制駆動制御する電動車両であるが、本実施形態はこの形態に限られることなく、前輪100,102のみ、または後輪104,106のみが独立して駆動力を発生する車両であっても良い。また、本実施形態は、駆動力制御によるトルクベクタリングに限定されるものではなく、後輪の舵角を制御する4WSのシステム等においても実現可能である。
アクティブステアリングシステムには、操舵性能を向上させる目的がある。高速時には安定性を向上させるためにステアリング操舵角ゲイン低くし、低速時にはドライバーの操舵量を低減し操作性を向上させるためにゲインを高くする。しかし、中高速時にも操舵性を向上するために、ゲインを高くする場合がある。この時、タイヤの転舵角が大きくなり、タイヤすべり角(タイヤスリップ角とも呼ばれる)が大きくなるため、横加速度の増加に比例して、乗員室側に対してロールモーションが大きくなり、乗り心地が悪化する。
図3は、タイヤすべり角を説明するための模式図である。タイヤすべり角は、タイヤの向いている方向D1と実際にタイヤが進んでいる方向D2とのなす角βである。なお、図3中に示すδはタイヤ舵角を示している。また、図4は、タイヤすべり角とタイヤ横力との関係を示す特性図である。図4に示すように、タイヤすべり角が大きくなるとタイヤ横力が大きくなり、この結果はロールモーションにも影響する。ロールモーションのロールアングルは、車両運動力学上、横加速度に比例する関係を有しており、操舵角のゲインをあげて旋回性能を向上すると、ロールに影響するため結果として乗り心地が悪化する。このように、アクティブステアリングシステムで操舵性能を重視すると乗り心地が低下し、乗り心地を重視すると操舵性能が低下するという背反の関係がある。
図5A〜図5Cは、車両のロールと、ステアリング及び前後左右輪による旋回との関係を示す模式図である。図5Aは、低車速であり旋回半径Rが比較的大きい旋回を行っている場合の車両挙動を示している。図5Bは、アクティブステアリングシステムによる操舵性向上制御時の車両挙動を示している。また、図5Cは、アクティブステアリングシステムと後輪の左右独立制駆動力制御を併用した操舵性向上制御時の車両挙動を示している。また、図6A〜図6Cは、図5A〜図5Cにそれぞれ対応し、タイヤ舵角(δ、またはδ+α)、旋回モーメント、ヨーレートが発生する様子をそれぞれ示す模式図である。
図5A及び図6Aは、低車速であり且つ旋回半径Rが比較的大きい場合を示している。この場合、ロールレート及びロールアングルは比較的小さくなり、車両のロールによる乗り心地の悪化は特に生じない。
図5B及び図6Bでは、アクティブステアリングシステムのみで旋回モーメントMgを発生させている。この場合、タイヤのすべり角を得ることによりタイヤ横力が発生すると共に横加速度も発生する。横加速度と、ロールレートおよびロールアングルとは比例関係にあり、アクティブステアリングシステムによる過度な旋回支援は、車両のロール運動に影響し、乗り心地の悪化に繋がる。このように、ステアリング操作でタイヤのすべり角を大きくして旋回すると、ロールアングル及びロールレートが大きくなり乗り心地の悪化に繋がる。
一方、図5C及び図6Cでは、図5Bに示す旋回モーメントMgの一部を後輪の左右独立制駆動力制御で発生させている。このため、図6Cのタイヤ舵角δは、図6Bのタイヤ舵角δ+αよりも減少している。この場合、後輪の左右独立制駆動力制御では横加速度が発生しないため、図5B及び図6Bの場合と比較するとロールレートおよびロールアングルを抑えることができる。
以上の観点から、本実施形態では、アクティブステアリングシステムと後輪の左右独立制駆動力走行制御が可能な電動車両において、車載されているセンサから車両状態を車両モデルにより算出し、ステアリングから求まる目標ヨーレートに対して、ステアリングで目標を達成した場合に発生するロールレートと、乗員が不快になるロールレートとからロールレート変化率を求めて、変化率に基づいて、リヤ左右モータによるトルクベクタリング制御を実施し、目標ヨーレートの達成と乗り心地性能の向上を達成する。
図7は、本実施形態に係る制御装置200とその周辺の構成を詳細に示す模式図である。制御装置200は、車載センサ202、目標ヨーレート演算部204、車両ヨーレート演算部(車両モデル)206、ヨーレートF/B演算部208、減算部210,212、重み付けゲイン演算部220、車体付加モーメント演算部230、付加ステアアングル演算部240、加算部241、旋回アシスト時旋回半径演算部242、旋回アシスト時ロールレート演算部244、旋回半径演算部246、目標ロールレート演算部248、ロールレート比較演算部252、ロールレートゲイン演算部256、旋回アシスト制御部258、ヨーレート変化率演算部260、ロールレート変化率演算部262、ステアリングギヤ比可変トルク指示部270、モータ要求トルク指示部272、を有して構成されている。旋回アシスト制御部258は、ステアリング旋回アシスト制御部258aと左右駆動力制御部258bを有して構成されている。
図7において、車載センサ202は、上述した車輪速センサ127,128、前後加速度センサ132、横加速度センサ134、舵角センサ138、ヨーレートセンサ142、アクセル開度センサ146、ロールレートセンサ148を含む。舵角センサ138はステアリングホイール130の操舵角θhを検出する。また、ヨーレートセンサ142は車両1000の実ヨーレートγを検出し、車輪速センサ127,128は車両速度(車速)Vを検出する。横加速度センサ134は、車両1000の横加速度Ayを検出する。
図8及び図9は、制御装置200が行う処理を示すフローチャートである。以下では、図7〜図9に基づいて、制御装置200が行う処理について詳細に説明する。先ず、ベースステアリングギヤ比St_Gboxtatio_Stdに基づいて、ステアリング操舵角θhに対応するタイヤ舵角δstdを演算する(図8のステップS10)。タイヤ舵角δstdは、ステアリング操舵角θhをベースステアリングギヤ比St_Gboxtatio_Stdで除算することによって求まる。なお、アクティブステアリングシステムにより、ベースステアリングギヤ比St_Gboxtatio_Stdは変更することができる。タイヤ舵角δstdは、加算部241に入力される。
目標ヨーレート演算部204は、ステアリング操舵角θhおよび車両速度Vに基づいて目標ヨーレートγ_tgtを算出する(図8のステップS12)。具体的には、目標ヨーレート演算部204は、一般的な平面2輪モデルを表す以下の式(1)から目標ヨーレートγ_tgtを算出する。目標ヨーレートγ_tgtは、式(1)の右辺に、式(2)および式(3)から算出される値を代入することによって算出される。算出された目標ヨーレートγ_tgtは、減算部210へ入力される。
Figure 2018047842
なお、式(1)〜式(3)における変数、定数、演算子は以下の通りである。
γ_tgt:目標ヨーレート
θh:ステアリング操舵角
V:車両速度
T:車両の時定数
S:ラプラス演算子
N:ステアリングギヤ比
l:車両ホイールベース
:車両重心点から前輪中心までの距離
:車両重心点から後輪中心までの距離
m:車両重量
ftgt:目標コーナリングパワー(前方輪)
rtgt:目標コーナリングパワー(後方輪)
以上のように、目標ヨーレートγ_tgtは、車両速度V、及びタイヤ舵角δ(=θh/N)を変数として、式(1)から算出される。式(2)における定数Atgtは車両の特性を表す定数であり、式(3)から求められる。
車両ヨーレート演算部206は、車両ヨーレートを算出するための以下の式から、ヨーレートモデル値γ_clcを算出する。具体的には、以下の式(4)、式(5)へ車両速度V、ステアリング操舵角θhを代入し、式(4)、式(5)を連立して解くことで、ヨーレートモデル値γ_clc(式(4)、式(5)におけるγを算出する。式(4)、式(5)において、Kはコーナリングパワー(フロント)、Kはコーナリングパワー(リア)を示している。なお、式(3)では、式(4)、式(5)のコーナリングパワーK,Kとは異なる目標コーナリングパワーKftgt,Krtgtを用いることで、目標ヨーレートγ_tgtがヨーレートモデル値γ_clcよりも大きくなるようにして、旋回性能を高めている。ヨーレートモデル値γ_clcは、ヨーレートF/B演算部208へ入力される。また、ヨーレートモデル値γ_clcは、減算部212へ入力される。
Figure 2018047842
一方、ヨーレートセンサ142が検出した車両1000の実ヨーレートγ(以下では、実ヨーレートγ_sensと称する)は、減算部212へ入力される。減算部212は、実ヨーレートγ_sensからヨーレートモデル値γ_clcを減算し、実ヨーレートγ_sensとヨーレートモデル値γ_clcとの差分γ_diffを求める。差分γ_diffは重み付けゲイン演算部220へ入力される。
重み付けゲイン演算部220は、実ヨーレートγ_sensとヨーレートモデル値γ_clcとの差分γ_diffに基づいて、重み付けゲインaを算出する。
ヨーレートF/B演算部208には、ヨーレートモデル値γ_clc、実ヨーレートγ_sens、及び重み付けゲインaが入力される。ヨーレートF/B演算部208は、以下の式(6)に基づき、ヨーレートモデル値γ_clcと実ヨーレートγ_sensを重み付けゲインaによって重み付けし、フィードバックヨーレートγ_F/Bを算出する。算出されたフィードバックヨーレートγ_F/Bは、減算部210へ出力される。
γ_F/B=a×γ_clc+(1−a)×γ_sens ・・・・(6)
図10は、重み付けゲイン演算部220が重み付けゲインaを算出する際のゲインマップを示す模式図である。図10に示すように、重み付けゲインaの値は、車両モデルの信頼度に応じて0から1の間で可変する。車両モデルの信頼度を図る指標として、ヨーレートモデル値γ_clcと実ヨーレートγ_sensとの差分(偏差)γ_diffを用いる。図10に示すように、差分γ_diffの絶対値が小さい程、重み付けゲインaの値が大きくなるようにゲインマップが設定されている。重み付けゲイン演算部220は、差分γ_diffに図10のマップ処理を施し、車両モデルの信頼度に応じた重み付けゲインaを演算する。
図10において、重み付けゲインaは0〜1の値である(0≦a<1)。−0.05[rad/s]≦γ_diff≦0.05[rad/s]の場合、重み付けゲインaは1とされる(a=1)。
また、0.1≦γ_diffの場合、またはγ_diff<−0.1の場合、重み付けゲインaは0とされる(a=0)。
また、0.05[rad/s]<γ_diff<0.1[rad/s]の場合、重み付けゲインaは以下の式より算出される。
a=−20×γ_diff+2
また、−0.1[rad/s]≦γ_diff<−0.05[rad/s]の場合、重み付けゲインaは以下の式より算出される。
a=+20×γ_diff+2
図10に示すゲインマップの領域A1は、差分γ_diffが0に近づく領域であり、実ヨーレートγ_sensのS/N比が小さい領域や、タイヤ特性が線形の領域(ドライの路面)であり、車両ヨーレート演算部206から算出されるヨーレートモデル値γ_clcの信頼性が高い。このため、重み付けゲインa=1として、式(6)よりヨーレートモデル値γ_clcの配分を100%としてフィードバックヨーレートγ_F/Bが演算される。これにより、ヨーレートγ_sensに含まれるヨーレートセンサ142のノイズの影響を抑止することができ、フィードバックヨーレートγ_F/Bからセンサノイズを排除することができる。従って、車両1000の振動を抑制して乗り心地を向上することができる。
ここで、実ヨーレートγと車両モデルから求まるヨーレートモデル値γ_clcとの間に乖離が生じる要因として、タイヤの動的特性が挙げられる。上述した平面2輪モデルは、タイヤのスリップ角と横加速度との関係(タイヤのコーナーリング特性)が線形である領域を想定しており、この線形領域では、実ヨーレートγとヨーレートモデル値γ_clcは略一致する。スリップ角と横加速度との関係を示す特性において、スリップ角に対して横加速度が線形となる線形領域(ステアリング操舵速度が比較的遅い領域)では、ヨーレートセンサ142のセンサノイズによる影響が発生する。従って、この領域ではヨーレートモデル値γ_clcを使用する。
一方、タイヤのコーナーリング特性が非線形になる領域では、実車のヨーレートと横加速度が舵角やスリップ角に対して非線形になり、平面2輪モデルと実車でセンシングされるヨーレートとが乖離する。このような過渡的な非線形領域ではヨーレートセンサ142のセンサ特性上、ノイズが発生しないため、実ヨーレートγが使用可能である。非線形領域は、例えばステアリングの切り換えしのタイミングに相当する。実ヨーレートγがヨーレートモデル値γ_clcを超える場合は、非線形領域に相当し、センサノイズの影響を受けないため実ヨーレートγを使用することで、真値に基づいた制御が可能である。なお、タイヤの非線形性を考慮したモデルを使用すると、ヨーレートに基づく制御が煩雑になるが、本実施形態によれば、ヨーレートモデル値γ_clcの信頼度を差分γ_diffに基づいて容易に判定することができ、非線形領域では実ヨーレートγの配分を多くして使用することが可能である。また、タイヤの動的特性の影響を受け難い領域はヨーレートモデル値γ_clcで対応可能である。
また、図10に示すゲインマップの領域A2は、差分γ_diffが大きくなる領域であり、ウェット路面走行時、雪道走行時、または高Gがかかる旋回時などに相当し、タイヤが滑っている限界領域である。この領域では、車両ヨーレート演算部206から算出されるヨーレートモデル値γ_clcの信頼性が低くなり、差分γ_diffがより大きくなる。このため、重み付けゲインa=0として、式(6)より実ヨーレートγ_sensの配分を100%としてフィードバックヨーレートγ_F/Bが演算される。これにより、実ヨーレートγ_sensに基づいてフィードバックの精度を確保し、実車の挙動を反映したヨーレートのフィードバック制御が行われる。従って、実ヨーレートγ_sensに基づいて車両1000の旋回を最適に制御することができる。また、タイヤが滑っている領域であるため、ヨーレートセンサ142の信号にノイズの影響が生じていたとしても、車両1000の振動としてドライバーが感じることはなく、乗り心地の低下も抑止できる。図10に示す低μの領域A2の設定については、設計要件から重み付けゲインκ=0となる領域を決めても良いし、低μ路面を実際に車両1000が走行した時の操縦安定性能、乗り心地等から実験的に決めても良い。
また、図10に示すゲインマップの領域A3は、線形領域から限界領域へ遷移する領域(非線形領域)であり、実車である車両1000のタイヤ特性も必要に応じて考慮して、ヨーレートモデル値γ_clcと実ヨーレートγ_sensの配分(重み付けゲインa)を線形に変化させる。領域A1(高μ域)から領域A2(低μ域)への遷移、ないし領域A2(低μ域)から領域A1(高μ域)へ遷移する領域においては、重み付けゲインaの急変に伴うトルク変動、ヨーレートの変動を抑えるため、線形補間で重み付けゲインaを演算する。
また、図10に示すゲインマップの領域A4は、実ヨーレートγ_sensの方がヨーレートモデル値γ_clcよりも小さい場合に相当する。例えば、車両ヨーレート演算部206に誤ったパラメータが入力されてヨーレートモデル値γ_clcが誤計算された場合等においては、領域A4のマップにより実ヨーレートγ_sensを用いて制御を行うことができる。なお、重み付けゲインaの範囲は0〜1の間に限定されるものではなく、車両制御として成立する範囲であれば任意の値を取れる様に構成を変更することも、本発明の技術で成し得る範疇に入る。
減算部210は、目標ヨーレート演算部204から入力された制御目標ヨーレートγ_tgtからフィードバックヨーレートγ_F/Bを減算し、制御目標ヨーレートγ_tgtとフィードバックヨーレートγ_F/Bとの差分Δγを求める(図8のステップS14)。すなわち、差分Δγは、以下の式(7)から算出される。
Δγ=γ_tgt−γ_F/B ・・・・(7)
差分Δγは、ヨーレート補正量として、付加ステアアングル演算部240と旋回アシスト制御部258に入力される。
付加タイヤ舵角演算部240は、差分Δγに基づいて、以下の式(9)からアクティブステア付加タイヤ舵角ACT_addδを演算する(図8のステップS16)。
Figure 2018047842
また、付加タイヤ舵角演算部240は、差分Δγに基づいて、付加ステアアングルACT_addθを演算する。具体的には、付加ステアアングルACT_addθは、ACT_addδにステアリングギヤ比St_Gboxratioを乗算することにより、以下の式(10)から算出される。
Figure 2018047842
算出された付加ステアアングルACT_addθ、アクティブステア付加タイヤ舵角ACT_addδは、制御目標ヨーレートγ_tgtとフィードバックヨーレートγ_F/Bとの差分Δγに対応し、ヨーレートの目標値に対する実値の乖離を補償するための値である。つまり、付加ステアアングルACT_addθ、アクティブステア付加タイヤ舵角ACT_addδは、車体付加モーメントMgに相当するアクティブステアの舵角割増分に相当する。
加算部241は、タイヤ舵角δstdとアクティブステア付加タイヤ舵角ACT_addδを加算し、アクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δを算出する(図8のステップS18)。すなわち、アクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δは、以下の式(11)から求まる。アクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δは、ドライバーの操舵角θhに応じたタイヤ舵角δstdに対して、アクティブステアによるアクティブステア付加タイヤ舵角ACT_addδを加算した値として得られる。
ACT_δ=δstd+ACT_addδ ・・・(11)
旋回アシスト時旋回半径演算部242は、アクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δに基づいて、以下の式(12)から旋回アシスト時操舵支援旋回半径ACT_Rを演算する(図8のステップS20)。旋回アシスト時操舵支援旋回半径ACT_Rは、アクティブステアによる舵角割増を行ったときの車両旋回半径に相当する。
Figure 2018047842
旋回アシスト時ロールレート演算部244は、アクティブステア操舵支援時のロールレートを演算する。このため、先ず、旋回アシスト時ロールレート演算部244は、旋回アシスト時操舵支援旋回半径ACT_Rに基づいて、以下の式(13)からアクティブステア操舵支援時の横加速度(アクティブステア操舵支援旋回横加速度ACT_Ay)を演算する(図8のステップS22)。アクティブステア操舵支援旋回横加速度ACT_Ayは、アクティブステアによる舵角割増を行ったときに発生する横加速度に相当する。
Figure 2018047842
そして、旋回アシスト時ロールレート演算部244は、アクティブステア操舵支援旋回横加速度ACT_Ayに基づいて、以下の式(14)からアクティブステア操舵支援時のロールレート(アクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mx)を演算する(図8のステップS24)。アクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mxは、アクティブステアによる舵角割増を行った場合に発生するロールレートに相当する。
Figure 2018047842
一方、目標ロールレート演算部248は、以下の3つの式(15)に基づいて、目標ロールレートMx_clcを演算する(図8のステップS26)。この際、目標ロールレート演算部248は、旋回半径演算部246が以下の式(15)から演算した旋回半径Reに基づいて、先ず目標となる横加速度Ayを演算する。そして、目標ロールレート演算部248は、横加速度Ayに基づいて、以下の式(15)から目標ロールレートMx_clcを演算する。目標ロールレートMx_clcは、ドライバーのステアリング操舵角θhに応じたロールレート、すなわち、アクティブステアによる舵角割増を行わない場合のロールレートに相当する。なお、式(15)におけるθとして、ステアリング操舵角θhが用いられる。また、式(15)において、mは車両質量[kg]を、hはロールセンター軸−重心高距離[m]を、KφFはフロントロール剛性[Nm/rad]を、KφRはリアロール剛性[Nm/rad]を、gは重力加速度[m/s]を、それぞれ示している。
Figure 2018047842
ロールレート比較演算部252は、目標ロールレートMx_clcに対するアクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mxの比率Mx_ratioを演算する(図9のステップS27)。比率Mx_ratioは、以下の式(16)から演算される。
Mx_ratio=ACT_Mx/Mx_clc ・・・(16)
旋回アシスト制御部258は、比率Mx_ratioにロールレートゲインGを乗算した値が1より小さいか否かを判定する。(図8のステップS28)。ロールレートゲインGは、後述するモーション変化率に応じて設定されるが、ここでは先ずロールレートゲインG=1として説明する。すなわち、この判定では、アクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mxが旋回支援しない状態の目標ロールレートMx_clcよりも大きいか否かを判定する。そして、判定結果に基づいて、アクティブステア操舵のみの旋回アシスト制御、またはアクティブステア+左右駆動力制御の旋回アシスト制御を行うかの判定を行う。そして、旋回アシスト制御部258は、判定の結果に基づいて、アクティブステアリングシステムによるステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqと、左右輪のモータトルクMgmotTqを演算する。比率Mx_ratioの値が1より小さい場合は、目標ロールレートMx_clcよりもアクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mxが小さいため、ロールレートを抑えるために左右輪のモータによる旋回支援を行う必要はない。このため、旋回アシスト制御部258のステアリング旋回アシスト制御部258aは、アクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δに対応するアクティブステア制御ステアリング操舵角をACT_θとする(図9のステップS30)。アクティブステア制御ステアリング操舵角ACT_θはアクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δに対応し、アクティブステア操舵支援タイヤ舵角ACT_δとアクティブステアリングシステムによるステアリングギヤ比St_Gboxratioから求まる(ACT_δ=St_Gboxratio/ACT_θ)。
そして、旋回アシスト制御部258のステアリング旋回アシスト制御部258aは、以下の式(17)に基づいて、アクティブステア操舵角ゲインactSt_Gを演算する(図8のステップS32)。但し、前提として0≦actSt_G≦1とする。アクティブステア操舵角ゲインactSt_Gは、アクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mxに対する目標ロールレートMx_clcの比で表される。ステアリングで旋回する場合はステアリング操舵角に基づいて旋回を行い、左右駆動力制御で旋回する場合は駆動力[N]で旋回を行が、舵角から駆動力に置換演算すると、ロバスト性および演算負荷が上がるため、ゲインによる配分変更を行う。また、ステアリング旋回アシスト制御部258aは、アクティブステア操舵角ゲインactSt_Gとアクティブステア制御ステアリング操舵角ACT_θに基づいて、以下の式(18)から調整後のステアリング操舵角adjStθを演算する。
actSt_G=Mx_clc/ACT_Mx ・・・(17)
adjStθ=actSt_G×ACTθ ・・・(18)
アクティブステア目標ギヤ比ACT_Gratioは、adjStθとACT_δに基づいて、以下の式(19)から演算される(図8のステップS34)。ステップS28からステップS30へ進んだ場合は、Mx_ratio<1のため、actSt_Gの値は上限値である1となる(actSt_G=1)。従って、アクティブステア目標ギヤ比ACT_GratioはACTδに対するACTθの比となり、アクティブステアリングのアシストゲインとして計算値が継承される。
ACT_Gratio=adjStθ/ACTδ ・・・(19)
図11は、アクティブステア目標ギヤ比ACT_Gratioとステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqとの関係を規定したマップを示す模式図である。ステアリング旋回アシスト制御部258aは、アクティブステア目標ギヤ比ACT_Gratioを図11のマップに当てはめることで、ステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqを求める(図8のステップS35)。ACT_Gratioの値に応じてステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqが調整されることで、ドライバー操作によるアクティブステア制御ステアリング操舵角をACT_θが小さくなった場合でも、所望のアクティブステア付加タイヤ舵角ACT_addδが発生される。なお、比率Mx_ratioの値が1より小さい場合は、左右駆動力制御による旋回は行われないため、モータトルクMgmotTqの演算は行われない。これにより、ステップS36では、ステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqが出力される。そして、ステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqを指示値として、電動パワーステアリングモータ1060が駆動される。
また、比率Mx_ratioの値が1以上の場合は、図9のステップS28からステップS38へ進む。この場合、ドライバーのステアリング操舵角θhに応じた目標ロールレートMx_clcよりもアクティブステアによる舵角割増を行った場合に発生するアクティブステア操舵支援旋回ロールレートACT_Mxの方が大きくなるため、左右駆動力制御による旋回アシストを行う。ステップS38において、ステアリング旋回アシスト制御部258aは、アクティブステア制御ステアリング操舵角をドライバーのステアリング操舵角θhとする。すなわち、この場合はアクティブステアリングシステムによる旋回アシストは行われない。そして、式(16)からアクティブステア操舵角ゲインactSt_Gを求め、アクティブステア操舵角ゲインactSt_Gとアクティブステア制御ステアリング操舵角θhに基づいて、以下の式(20)からadjStθを演算する(図8のステップS40)。ステップS28からステップS38へ進んだ場合は、Mx_ratio≧1のため、actSt_Gの値は1よりも小さくなる。このactSt_Gをゲインとして扱い、ステアリング操舵角θhに乗算することで舵角を低下させることができる。これにより、ステアリング操舵による旋回でロールレートが大きくなる場合は、舵角を低下させ、左右駆動力配分制御による旋回アシストをすることで、旋回性能を維持した状態でロールレートを低下させることが可能となる。
adjStθ=actSt_G×θh ・・・(20)
また、比率Mx_ratioの値が1以上の場合、車体付加モーメント演算部230によって演算された車体付加モーメントMgは、アクティブステアリングシステムではなく、後輪の左右制駆動力によって発生される。このため、旋回アシスト制御部258の左右駆動力制御部258bは、差分Δγに基づいて、以下の式(21)から差分Δγに対応する車体付加モーメントΔMgを演算する(図8のステップS42)。
Figure 2018047842
そして、左右駆動力制御部258bは、車体付加モーメントΔMgに基づいて、以下の式(22)からモータ付加トルクMrmotTqを演算する(図8のステップS44)。式(22)において、TrdRは後輪104,106のトレッド幅である。また、TireRは前輪100,102及び後輪104,106のタイヤ半径であり、Gratioは後輪104,106のギヤボックス120,122のギヤ比である。
Figure 2018047842
また、比率Mx_ratioの値が1以上の場合も、比率Mx_ratioの値が1よりも小さい場合と同様に、adjStθに基づいてステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqが演算される(図8のステップS34,S35)。この際、式(18)のACTθは、ステアリング操舵角θhに置き換えて演算を行う。これにより、ステップS36では、ステップS44で求めたモータ付加トルクMrmotTqとステップS35で求めたステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqが出力される。そして、ステアリング操舵角可変トルクSt_gearRatio_motTqを指示値として、電動パワーステアリングモータ1060が駆動される。また、モータ付加トルクMgmotTqを指示値として、後輪104,106のモータ112,114が駆動される。以上の制御により、ステップS28からステップS38へ進んだ場合は、差分Δγに相当するヨーレートがモータ付加トルクMrmotTqによって発生されるため、アクティブステアリングによるアシストが低下し、ロールレートを低下することができる。
以下では、図9のステップS28で使用するロールレートゲインGを算出する手法を説明する。ヨーレート変化率演算部260は、目標ヨーレートγ_tgtに対するフィードバックヨーレートγ_F/Bの比率を演算する。ロールレート変化率演算部262は、目標ロールレートMx_clcに対するロールレートセンサ148の検出値Mx_sensの比率を演算する。ロールレートゲイン演算部256は、ロールレート変化率を分母とし、ヨーレート変化率を分子としたモーション変化率を算出する。すなわち、モーション変化率は以下の式(23)より算出される。
モーション変化率=((γ_F/B)/γ_tgt)/(Mx_sens/Mx_clc)
図12は、モーション変化率とロールレートゲインGとの関係を規定するマップを示す模式図である。ロールレートゲイン演算部256は、モーション変化率に基づいて、図12のマップからロールレートゲインGを演算する。なお、ロールレートゲインGは、1以上の値とすることができる。
モーション変化率は、無次元化されたロールレートに対する、無次元化されたヨーレートの比率である。モーション変化率が小さいほど、ヨーレートに対してロールレートが大きくなり、図12のマップに従ってロールレートゲインGが増加する。これにより、図9のステップS28で比率Mx_ratioに対してロールレートゲインGが乗算されると、G=1の場合に比べてステップS28からステップS38へ進む割合が高くなり、ヨーレートに対してロールレートが大きい場合に、左右駆動力制御による旋回アシストを行うことができる。
一方、モーション変化率が大きいほど、ロールレートに対してヨーレートが大きくなり、図12のマップに従ってロールレートゲインGが減少する。これにより、図8のステップS28からステップS30へ進む割合が高くなり、ロールレートに対してヨーレートが大きい場合に、アクティブステアリングシステムによる旋回アシストを行うことができる。
図9のステップS28でロールレートゲインG=1とした場合、ステアリング操舵角可変トルク、モータ駆動力はフィードフォワード制御によって定められる。一方、ロールレートゲインGを変化させた場合、ロールレートゲインGにはロールレートセンサ148の検出値Mx_sensとフィードバックヨーレートγ_F/Bの要因が含まれるため、フィードバック制御によりステアリング操舵角可変トルク、モータ駆動力を定めることができる。従って、ロールレートゲインGを可変することで、実際の車両挙動に基づいてより最適にステアリング操舵角可変トルク、モータ駆動力を制御することが可能である。
以上説明したように本実施形態によれば、アクティブステアリングシステムにおけるステアリングギヤ比と左右駆動輪のモータトルクを制御することで、車両のロールを最適に制御することが可能となり、乗り心地の向上と旋回性能の両立を達成することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
200 制御装置
258 旋回アシスト制御部
258a ステアリング旋回アシスト制御部
258b 左右駆動力制御部
1000 車両

Claims (10)

  1. ステアリングホイールの操舵角とタイヤ舵角との間のステアリングギヤ比が変更可能なアクティブステアリングシステムにおいて、車両の旋回をアシストするため、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記ステアリングギヤ比を制御するステアリング旋回アシスト制御部と、
    ステアリング操舵系とは独立して車体にモーメントを付加する左右独立駆動可能な電動駆動輪において、車両のロールに基づいて、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記電動駆動輪の駆動力を制御する左右駆動力制御部と、
    を備えることを特徴とする、車両の制御装置。
  2. 前記ステアリング旋回アシスト制御部は、車両の前記ロールが所定の条件よりも小さい場合は、車両が発生させる前記ヨーレートと前記目標ヨーレートとの差分に相当する付加タイヤ舵角を付加するように前記ステアリングギヤ比を制御することを特徴とする、請求項1に記載の車両の制御装置。
  3. 前記左右駆動力制御部は、車両の前記ロールが前記所定の条件よりも小さい場合は、前記電動駆動輪の駆動力の制御によるヨーレートの発生を行わないことを特徴とする、請求項2に記載の車両の制御装置。
  4. 前記ステアリング旋回アシスト制御部は、車両の前記ロールが前記所定の条件を超える場合は、ドライバーのステアリング操舵角に相当するタイヤ舵角を付加するように前記ステアリングギヤ比を制御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。
  5. 前記左右駆動力制御部は、前記車両のロールが前記所定の条件を超える場合は、前記電動駆動輪の駆動力の制御によってヨーレートを発生させることを特徴とする、請求項4に記載の車両の制御装置。
  6. 前記左右駆動力制御部は、車両の前記ロールが前記所定の条件を超える場合は、前記ステアリング旋回アシスト制御部が発生しようとするヨーレートの少なくとも一部を前記電動駆動輪の駆動力の制御によって発生させ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。
  7. 前記所定の条件は、前記ステアリング旋回アシスト制御部による旋回アシストを行った場合の旋回アシストロールレートの値が、前記ステアリング旋回アシスト制御部による旋回アシストを行わない場合の目標ロールレートの値以上となる条件であることを特徴とする、請求項2〜6のいずれかに記載の車両の制御装置。
  8. 前記所定の条件は、前記旋回アシストロールレートの値に車両のロールレートに対するヨーレートの比率から求まるゲインを乗算して得られた値が、前記目標ロールレートの値以上となる条件であることを特徴とする、請求項7に記載の車両の制御装置。
  9. 前記ゲインは、前記比率が小さいほど大きな値とされることを特徴とする、請求項8に記載の車両の制御装置。
  10. ステアリングホイールの操舵角とタイヤ舵角との間のステアリングギヤ比が変更可能なアクティブステアリングシステムにおいて、車両の旋回をアシストするため、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記ステアリングギヤ比を制御するステップと、
    ステアリング操舵系とは独立して車体にモーメントを付加する左右独立駆動可能な電動駆動輪において、車両のロールに基づいて、車両が発生させるヨーレートが目標ヨーレートとなるように前記電動駆動輪の駆動力を制御するステップと、
    を備えることを特徴とする、車両の制御方法。
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