JP3704979B2 - 車両運動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵入力に対する車両のヨーレートや横速度等の車両運動，特に旋回時の車両運動を制御する車両運動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の主たる旋回時の運動特性はヨー運動，特にヨーレートで設定されるのであるが、昨今の車両，特にスポーティな車両では、車両の横方向への運動，つまり横速度や横加速度といった運動を制御したいという要求がある。即ち、二つの異なる車両運動を制御することになるが、そのような車両運動制御装置としては、例えば本出願人が先に提案した特願平９−２５８９１４号に記載されるものがある。この車両運動制御装置では、二つの異なる車両運動を前記ヨーレートと横速度に設定し、夫々の目標値を算出する際に用いられる車両モデル式の伝達特性を１次／２次の特性とし、ヨーレートの目標値を算出するモデル式の伝達特性については過渡特性及び定常特性の双方を調整可能とし、横速度の目標値を算出するモデル式の伝達特性については過渡特性のみを調整可能とし、合わせて路面摩擦係数状態に応じて補正されたコーナリングパワーに基づいて、前記車両モデル式を構成する各パラメータを変更することにより、二つの異なる車両運動の達成状態を路面摩擦係数状態に応じて制御可能とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の車両運動制御装置は、前記車両モデル式の伝達特性を記述する調整用パラメータが多数存在しており、各パラメータ間のバランスをとるために多くの時間や労力を必要とする場合がある。特に、ヨーレートの収束の早さを調整するパラメータ（ζ）と操舵角の変化に対するヨーの立ち上がりの速さを調整するパラメータ（ｎ）とは、何れもヨーレートの減衰に影響するパラメータであり、両方をうまく調整することが難しい。
【０００４】
本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、ヨーレートと横速度等、二つの異なる車両運動の目標値を、車両の平面視での運動方程式から求めることで各調整用パラメータを、車両の挙動を直接的に表現する値とすると共に、それらの数を減らすことにより、車両運動制御の調整を容易化し、更に制駆動力を用いた車両の動特性制御時や、制動時にも各調整用パラメータを補正することでヨー減衰向上等の操縦性の改善も可能な車両運動制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明のうち請求項１に係る車両運動制御装置は、車両の速度を検出する車速検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、車両の後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段と、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータと、前記車速検出手段で検出される車両の速度及び操舵角検出手段で検出される操舵角に基づいて、二つの異なる車両運動に対して夫々の目標値を設定する車両運動目標値設定手段と、前記車両運動の目標値を達成するための目標後輪舵角を設定する目標後輪舵角設定手段と、前記後輪舵角検出手段で検出される後輪舵角が前記目標後輪舵角に一致するように前記後輪転舵アクチュエータに制御信号を出力する後輪舵角制御手段とを備えた車両運動制御装置において、前記車両運動目標値設定手段は、車両モデルを用いて第一の車両運動の目標値を設定する第一車両運動目標値設定手段と第二の車両運動の目標値を設定する第二車両運動目標値設定手段とを備え、前記目標後輪舵角設定手段は、前記第一の車両運動の目標値を達成するための第一の目標後輪舵角を設定する第一目標後輪舵角設定手段と第二の車両運動の目標値を達成するための第二の目標後輪舵角を設定する第二目標後輪舵角設定手段とを備え、前記第一の目標後輪舵角と第二の目標後輪舵角とを線形結合して目標後輪舵角を設定すると共に、前記第一の車両運動をヨーレートとし且つ第二の車両運動を横速度とし、前記車両運動目標値設定手段は、調整用パラメータとして、ヨー慣性モーメント、後輪コーナリングパワー、ヨーレートゲインの少なくとも何れか一つを可変とすることを特徴とするものである。
【０００６】
この発明では、種々の路面摩擦係数状態でのコーナリングパワーの変化の状態を、原則的に追従せず、その他の調整用パラメータを用いて、車両運動の目標値や目標後輪舵角を設定する。即ち、従来は、種々の路面摩擦係数状態で変化するコーナリングパワーを含む各車両運動のパラメータを設定していたが、本発明では、例えば車両運動モデル式は、単純に平面視での運動方程式のみとし、コーナリングパワーは、車両運動の目標値や目標後輪舵角を設定する中での独立したパラメータと考える。つまり、コーナリングパワーの状態が想定できたり検出できたりするときには、それを補正することで対応し、車両挙動の調整代としては、コーナリングパワーを含まない形にする。
【０００８】
また、本発明のうち請求項２に係る車両運動制御装置は、前記請求項１の発明において、前記目標後輪舵角設定手段は、前記第一の目標後輪舵角と第二の目標後輪舵角とを線形結合する割合を可変とし、その割合を調整用パラメータとすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のうち請求項３に係る車両運動制御装置は、前記請求項１又は２の発明において、前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、制動力検出手段で検出される制動力に基づいて、演算式中の調整用パラメータとして前後輪のコーナリングパワーを補正することを特徴とするものである。
この発明は、制動力により、コーナリングパワーの状態が想定できることに着眼したものであり、例えば摩擦円の概念によるコーナリングパワーの変化の状態を車両運動の目標値や目標後輪舵角設定の際に盛り込むことで、その変化に対応する。
【００１２】
また、本発明のうち請求項４に係る車両運動制御装置は、前記請求項３の発明において、前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、前記制動力検出手段で検出される制動力が大きいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項５に係る車両運動制御装置は、前記請求項４の発明において、前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、前記制動力検出手段で検出される制動力が大きいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正するにあたり、後輪のコーナリングパワーの補正割合を前輪のコーナリングパワーの補正割合より大きくすることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項６に係る車両運動制御装置は、前記請求項１又は２の発明において、前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、路面摩擦係数状態検出手段で検出される路面の摩擦係数状態に基づいて、演算式中の調整用パラメータとして前後輪のコーナリングパワーを補正することを特徴とするものである。
この発明は、路面摩擦係数状態により、コーナリングパワーの状態が検出できることに着目したものであり、例えば路面摩擦係数状態によるコーナリングパワーの変化の状態を車両運動の目標値や目標後輪舵角設定の際に盛り込むことで、その変化に対応する。
【００１７】
また、本発明のうち請求項７に係る車両運動制御装置は、前記請求項６の発明において、前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、前記路面摩擦係数状態検出手段で検出される路面の摩擦係数状態が小さいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の効果】
而して、本発明のうち請求項１に係る車両運動制御装置によれば、第一の車両運動の目標値を達成するための第一の目標後輪舵角と、第二の車両運動の目標値を達成するための第二の目標後輪舵角とを線形結合して目標後輪舵角としてサーボ制御する構成としたため、例えば二つの異なる車両運動の目標値やそれらを達成するための目標後輪舵角の設定に用いられる演算式中の更に各車両運動を記述するパラメータ中にコーナリングパワーを含まないものとし、コーナリングパワーはコーナリングパワーとして独立するパラメータとして、車両の挙動を直接的に表現する，その他の調整用パラメータを調整することにより、車両運動制御の効果を調整可能とすることで、調整を容易化することができる。
【００１９】
また、定常特性も過渡特性も調整する可能性が高く且つ車両の旋回時の特性を司るヨーレートを第一の車両運動に設定し、過渡特性については調整する可能性が高いが定常特性をさほど調整しなくてもよい横速度を第二の車両運動に設定することで、車両運動制御効果を調整し易い。
【００２０】
また、車両運動の目標値を設定する際の調整用パラメータとして、ヨー慣性モーメント、後輪コーナリングパワー、ヨーレートゲインの少なくとも何れか一つを可変とすることにより、車両運動制御の効果を調整し易くなる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項２に係る車両運動制御装置によれば、第一の目標後輪舵角と第二の目標後輪舵角とを線形結合する割合を可変とし、その割合を調整用パラメータとすることにより、車両運動制御の効果を調整し易くなる。
【００２２】
また、本発明のうち請求項３に係る車両運動制御装置によれば、検出される制動力に基づいて前後輪のコーナリングパワーを補正することにより、車両運動制御を適正なものとすることが可能となる。
また、本発明のうち請求項４に係る車両運動制御装置によれば、検出される制動力が大きいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正することにより、車両運動制御をより一層適正なものとすることが可能となる。
【００２３】
また、本発明のうち請求項５に係る車両運動制御装置によれば、検出される制動力が大きいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正するにあたり、後輪のコーナリングパワーの補正割合を前輪のコーナリングパワーの補正割合より大きくすることにより、制動力の大きさによって変化する輪荷重の変化に伴うコーナリングパワーを適正に補正して、車両運動制御を更により一層適正なものとすることが可能となる。
【００２５】
また、本発明のうち請求項６に係る車両運動制御装置によれば、検出される路面摩擦係数状態に基づいて前後輪のコーナリングパワーを補正することにより、車両運動制御を適正なものとすることが可能となる。
また、本発明のうち請求項７に係る車両運動制御装置によれば、検出される路面摩擦係数状態が小さいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正することにより、車両運動制御をより一層適正なものとすることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両運動制御装置を、補助操舵輪として後輪も転舵する四輪操舵装置に展開した第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、車両は後輪駆動車両とする。
【００２７】
まず、図１に四輪操舵装置の全体的な構成を簡潔に示す。同図において、符号１０ＦＬ，１０ＦＲは主操舵輪となる左右の前輪であり、１０ＲＬ，１０ＲＲは補助操舵輪となる左右の後輪である。このうち、前輪１０ＦＬ，１０ＦＲ間を，夫々タイロッド１３を介してステアリングギヤ装置１４で連結し、更にこのステアリングギヤ装置１４の操舵入力源にステアリングシャフト１６が連結されることから、ステアリングホイール１５を回転させることにより前輪１０ＦＬ，１０ＦＲを機械式に主操舵できるように構成されている。
【００２８】
また、同図の２は車両に搭載された後輪操舵装置を示す。この後輪操舵装置２では、後輪１０ＲＬ，１０ＲＲ間を，夫々タイロッド１８を介して後輪操舵用の操舵軸２０で連結しており、この操舵軸２０を車両の左右方向に移動させて後輪を補助操舵するのがアクチュエータユニット１である。このアクチュエータユニット１は、図示されない電動モータを動力源として高効率で非可逆特性の後輪操舵装置２を構成する。ちなみに、同図中の符号９は、例えば前記電動モータの回転角から後輪１０ＲＬ，１０ＲＲの後輪舵角δ_R を検出するためのロータリポテンショメータ等からなる後輪舵角センサである。
【００２９】
また、車両には、車両の前後方向速度（車速）Ｖを検出する車速センサ６が設けられ、また必要に応じて前後各車輪の平均前輪速ｎ_F ，平均後輪速ｎ_R を検出する図示されない車輪速センサも設けられ、前記ステアリングシャフト１６には，ステアリングホイール１５の操舵角θを検出する操舵角センサ８が設けられている。なお、各センサの出力信号は、夫々車両の進行方向や旋回方向に応じた方向性を有している。
【００３０】
また、車両には、前記後輪１０ＲＬ，１０ＲＲの舵角を制御するコントロールユニット３が設けられている。このコントロールユニット３は、Ａ／Ｄ変換機能等を有する入力インタフェース回路、中央演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）、Ｄ／Ａ変換機能等を有する出力インタフェース回路を有するマイクロコンピュータや、このマイクロコンピュータからの制御信号を、前記後輪操舵装置２のアクチュエータユニット１内の電動モータ駆動用に変換する駆動回路等を備えて構成される。
【００３１】
前記コントロールユニット３内のマイクロコンピュータでは、種々の演算処理が行われるが、そのうち、車両の走行状態に応じて車両運動を制御するための目標後輪舵角を設定し、実際の後輪舵角がそれに一致するようにサーボ制御を行う演算処理を機能ブロック化して図２に示す。即ち、この実施形態では、後述する図３の演算処理を行うことによって、この機能ブロックを構成するのであるが、図中の目標車両モデル部というブロックで、前記車速センサ６で検出される車速Ｖ及び前記操舵角センサ８で検出される操舵角θを用い、後述する車両の横方向への運動方程式に従って、二つの異なる車両運動，即ちここではヨーレート及び横速度の目標値（以下、夫々を目標ヨーレート及び目標横速度と示す）を設定する。このうち、目標ヨーレートを用いて、図中の第１目標後輪舵角計算部において、当該目標ヨーレートを達成するための第１目標後輪舵角を算出設定する。これに合わせて、前記目標横速度を用いて、図中の第２目標後輪舵角計算部において、当該目標横速度を達成するための第２目標後輪舵角を算出設定する。続いて、図中の目標後輪舵角計算部において、前記第１目標後輪舵角及び第２目標後輪舵角を後述する線形結合して目標後輪舵角を算出設定し、次の後輪舵角サーボ演算部において、前記後輪舵角センサ９で検出される実際の後輪舵角（図中では実後輪舵角）が前記目標後輪舵角に一致するようにサーボ制御を行い、前記電動モータの回転角を制御するための制御信号を出力する。
【００３２】
前記図２の機能ブロックを達成するための演算処理を図３に簡潔に示す。この演算処理の各ステップで実行される内容は複雑なので、ここでは演算処理の手順についてのみ説明する。即ち、この演算処理では、まずステップＳ１０で前記車速センサ６で検出される車速Ｖ、操舵角センサ８で検出される操舵角θ、後輪舵角センサ９で検出される後輪舵角δ_R を読込む。
【００３３】
次にステップＳ２０に移行して、前記車速Ｖ及び操舵角θを用い、後述する車両の平面視での運動方程式に従って、異なる二つの車両運動，即ちヨーレート及び横速度の目標値として目標ヨーレートψ^'*及び目標横速度Ｖ_Y ^* を算出設定する。即ち、このステップＳ２０が、前記図２の機能ブロックの目標車両モデル部に相当し、本発明の第一車両運動目標値設定手段，第二車両運動目標値設定手段，及び車両運動目標値設定手段を構成する。
【００３４】
次にステップＳ３０に移行して、前記車両の平面視での運動方程式を展開し、前記目標ヨーレートψ^'*を達成するための第１目標後輪舵角δ_R1 ^* を算出設定する。即ち、このステップＳ３０が、前記図２の機能ブロックの第１目標後輪舵角計算部に相当し、本発明の第一目標後輪舵角設定手段及び目標後輪舵角設定手段を構成する。
【００３５】
次にステップＳ４０に移行して、前記車両の平面視での運動方程式を展開し、前記目標横速度Ｖ_Y ^* を達成するための第２目標後輪舵角δ_R2 ^* を算出設定する。即ち、このステップＳ４０が、前記図２の機能ブロックの第２目標後輪舵角計算部に相当し、本発明の第二目標後輪舵角設定手段及び目標後輪舵角設定手段を構成する。
【００３６】
次にステップＳ５０に移行して、第１目標後輪舵角δ_R1 ^* 及び第２目標後輪舵角δ_R2 ^* を線形結合して目標後輪舵角δ_R ^* を算出設定する。即ち、このステップＳ５０が、前記図２の機能ブロックの目標後輪舵角計算部に相当し、本発明の目標後輪舵角設定手段を構成する。
【００３７】
次にステップＳ６０に移行して、前記後輪舵角センサ９で検出される後輪舵角δ_R が前記目標後輪舵角δ_R ^* に一致する，所謂サーボ制御が行われるための制御信号を出力する。このサーボ制御には既存のロバストモデルマッチング制御等を用いればよい。また、前記電動モータの回転方向や回転量については、既存のスイッチ素子を四つブリッジ回路に組んでＰＷＭ制御すればよい。従って、このステップＳ６０が図２の機能ブロックの後輪舵角サーボ演算部に相当し、本発明の後輪舵角制御手段を構成する。
【００３８】
次に、前記図３の演算処理のステップＳ２０で実行される目標ヨーレートψ^'*及び目標横速度Ｖ_Y ^* の算出方法について説明する。なお、この実施形態では、これらに合わせて目標ヨー角加速度ψ^"*及び目標横加速度Ｖ_Y ^'*も算出する。
まず、前輪の操舵機構の動特性、車両のローリング運動、タイヤの動特性を無視すると、車両のヨーイングと横方向とに分けられる平面視での運動は、次のように線形化して表すことができる。
【００３９】
Ｉ_Z ・ψ^" ＝２Ｌ_F ・Ｃ_F −２Ｌ_R ・Ｃ_R ……… (1)
Ｍ・Ｖ_Y ^' ＝−Ｍ・Ｖ・ψ^' ＋２Ｃ_F ＋２Ｃ_R ……… (2)
但し、
Ｃ_F ＝ｅＫ_F ・（θ／Ｎ−（Ｖ_Y ＋Ｌ_F ・ψ^' ）／Ｖ） ……… (3)
Ｃ_R ＝Ｋ_R ・（δ_R −（Ｖ_Y −Ｌ_R ・ψ^' ）／Ｖ） ……… (4)
であり、
ψ^' ：ヨーレート
Ｖ_Y ：横速度
Ｍ ：車両質量
Ｖ ：車速
Ｉ_Z ：ヨー慣性モーメント
Ｌ_F ：前軸−重心間距離
Ｌ_R ：後軸−重心間距離
ｅＫ_F ：前輪等価コーナリングパワー
Ｋ_R ：後輪コーナリングパワー
Ｃ_F ：前輪コーナリングフォース
Ｃ_R ：後輪コーナリングフォース
θ ：操舵角
δ_R ：後輪舵角
Ｎ ：ステアリングギヤ比
である。
【００４０】
次に、車両の平面運動の状態ベクトルを時間に関する関数ｘ_(t) ，入力を操舵角θ_(t) として、下記のように定義する。
ｘ^T ＝［ψ^' Ｖ_Y ］ ……… (5)
ｕ＝θ ……… (6)
このとき、前記１式、２式は次の状態方程式で表現できる。
【００４１】
Ｘ^' ＝ＡＸ＋Ｂｕ ……… (7)
従って、目標ヨー角加速度ψ^"*，目標ヨーレートψ^'*，目標横加速度Ｖ_Y ^'*，目標横速度Ｖ_Y ^* は、下記８式から１１式で与えられる。
ψ^"*＝２ａ₁₁・ψ^'*／Ｖ＋２ａ₁₂・Ｖ_Y ^* ／Ｖ＋２ｂ₁₁・θ／Ｎ……… (8)
ψ^'*＝∫ψ^"*dt ……… (9)

Ｖ_Y ^* ＝∫Ｖ_Y ^'*dt ………(11)
但し、
ａ₁₁＝−（Ｌ_F ² ・ｅＫ_F ＋Ｌ_R ² ・Ｋ_R ）／Ｉ_Z ………(12)
ａ₁₂＝−（Ｌ_F ・ｅＫ_F −Ｌ_R ・Ｋ_R ）／Ｉ_Z ………(13)
ａ₂₁＝−（Ｌ_F ・ｅＫ_F −Ｌ_R ・Ｋ_R ）／Ｍ ………(14)
ａ₂₂＝−（ｅＫ_F ＋Ｋ_R ）／Ｍ ………(15)
ｂ₁₁＝Ｌ_F ・ｅＫ_F ／Ｉ_Z ………(16)
ｂ₂₁＝ｅＫ_F ／Ｍ ………(17)
次に、前記図３の演算処理のステップＳ３０で実行される第１目標後輪舵角δ_R1 ^* の算出方法について説明する。
【００４２】
前記８式及び９式で得られる目標ヨーレートψ^'*及び目標ヨー角加速度ψ^"*と、前記操舵角センサ８で検出される操舵角θと、車速センサ６で検出される車速Ｖとを用い、前記１式〜４式を展開した下記１８式〜２２式で、前記目標ヨーレートψ^'*に実際のヨーレートψ^' を一致させる後輪舵角を算出し、それを第１目標後輪舵角δ_R1 ^* とする。
【００４３】
Ｖ_Y ^' ＝２（Ｃ_F ＋Ｃ_R ）／Ｍ−Ｖ・ψ^'* ………(18)
Ｖ_Y ＝∫Ｖ_Y ^' dt ………(19)
Ｃ_R ＝（２Ｌ_F ・Ｃ_F −Ｉ_Z ・ψ^"*）／２Ｌ_R ………(20)
Ｃ_F ＝ｅＫ_F ・（θ／Ｎ−（Ｖ_Y ＋Ｌ_F ・ψ^'*）／Ｖ） ………(21)
δ_R1 ^* ＝Ｃ_R ／Ｋ_R ＋（Ｖ_Y −Ｌ_R ・ψ^'*）／Ｖ ………(22)
なお、ここではヨーレートには前記算出された目標ヨーレートψ^'*を、ヨー角加速度には前記算出された目標ヨー角加速度ψ^"*を用いている。
【００４４】
次に、前記図３の演算処理のステップＳ４０で実行される第２目標後輪舵角δ_R2 ^* の算出方法について説明する。
前記１０式及び１１式で得られる目標横加速度Ｖ_Y ^'*及び目標横速度Ｖ_Y ^* と、前記操舵角センサ８で検出される操舵角θと、車速センサ６で検出される車速Ｖとを用い、前記１式〜４式を展開した下記２３式〜２７式で、前記目標横速度Ｖ_Y ^* に実際の横速度Ｖ_Y を一致させる後輪舵角を算出し、それを第２目標後輪舵角δ_R2 ^* とする。
【００４５】
ψ^" ＝２（Ｌ_F ・Ｃ_F −Ｌ_R ・Ｃ_R ）／Ｉ_Z ………(23)
ψ^' ＝∫ψ^" dt ………(24)
Ｃ_R ＝Ｍ・（Ｖ_Y ^'*＋Ｖ・ψ^' ）／２−Ｃ_F ………(25)
Ｃ_F ＝ｅＫ_F ・（θ／Ｎ−（Ｖ_Y ^* ＋Ｌ_F ・ψ^' ）／Ｖ） ………(26)
δ_R2 ^* ＝Ｃ_R ／Ｋ_R ＋（Ｖ_Y ^* −Ｌ_R ・ψ^' ）／Ｖ ………(27)
なお、ここでは横速度には前記算出された目標横速度Ｖ_Y ^* を、横加速度には前記算出された目標横加速度Ｖ_Y ^'*を用いている。
【００４６】
次に、前記図３の演算処理のステップＳ５０で実行される目標後輪舵角δ_R ^* の算出方法について説明する。
ここでは、前記第１目標後輪舵角δ_R1 ^* と第２目標後輪舵角δ_R2 ^* とを下記２８式で示すように線形結合して目標後輪舵角δ_R ^* としている。
【００４７】
δ_R ^* ＝Ｃ・δ_R1 ^* ＋（１−Ｃ）・δ_R2 ^* ………(28)
但し、
０≦Ｃ≦１
である。このＣは、車速や路面摩擦係数等に応じて可変な値であり、調整用（チューニング）パラメータとして第１目標後輪舵角δ_R1 ^* と第２目標後輪舵角δ_R2 ^* とのいずれに重みを置くかを決める値である。
【００４８】
この実施形態では、前述した各演算式中のチューニングパラメータを変更することにより、目標ヨーレートψ^'*及び目標横速度Ｖ_Y ^* を設定し、最終的な目標後輪舵角δ_R ^* を設定するようにしている。ここで、本実施形態では、各チューニングパラメータには、車両の回頭性，即ち操舵入力に対する応答を決めるヨー慣性モーメントＩ_Z ，車両のダンピングを決める後輪コーナリングパワーＫ_R ，操舵に対するヨーレートの定常ゲインを決める定常ヨーレートゲインＹ_G 、そして前記第１目標後輪舵角δ_R1 ^* と第２目標後輪舵角δ_R2 ^* とのバランスを決める重み係数Ｃをチューニングパラメータとしている。
【００４９】
ここで、定常ヨーレートゲインＹ_G は下記２９式で与えられる。なお、２９式中のＡは車両の安定性を示すスタビリティファクタと呼ばれ、下記３０式で表される。

但し、
Ｌ：ホイールベース
である。
【００５０】
ここで、定常ヨーレートゲインＹ_G を決めると、前輪等価コーナリングパワーｅＫ_F が決まるので、この値と、ヨー慣性モーメントＩ_Z ，後輪コーナリングパワーＫ_R を用い、前記８式〜１１式に従って、目標ヨーレートψ^'*及び目標横速度Ｖ_Y ^* を設定することができる。また、この目標ヨーレートψ^'*に必要な第１目標後輪舵角δ_R1 ^* を前記１８式〜２２式に従って算出設定し、目標横速度Ｖ_Y ^* に必要な第２目標後輪舵角δ_R2 ^* を前記２３式〜２７に従って算出設定したら、今度は前記重み係数Ｃを決めることで、前記２８式による目標後輪舵角δ_R ^* が決まる。チューニングパラメータの数は四つであり、夫々が車両の運動統制のどの部分に有効であるかが分かり易いので、より一層、チューニング時間を短縮することが可能となる。
【００５１】
次に、本実施形態の車両運動制御装置で前記チューニングパラメータを操作したときの車両運動の状態を種々のシミュレーション結果から説明する。図４は、車速６０km/hで走行中に、ステアリングホイールを３０°操舵して、その状態を保持するという走行状態をシミュレーションの前提とする。そして、前述したチューニングパラメータのうち、ヨー慣性モーメントＩ_Z を、後輪補助操舵無し車両（図では２ＷＳ）に対して５０％減少し、前記重み係数Ｃは“１”とし（即ち、δ_R ^* ＝δ_R1 ^* ）、その他のパラメータは後輪補助操舵無し車両と同等に設定した。その結果、目的通り、実際のヨーレートψ^' の立ち上がりが後輪補助操舵無し車両より早くなって、ヨーレートψ^' は目標ヨーレートψ^'*に一致しており、その分、回頭性は向上している。一方、横加速度の立ち上がりは後輪補助操舵無し車両より遅くなっており、結果的に横速度Ｖ_Y は目標横速度Ｖ_Y ^* より遅れている。
【００５２】
これに対して、図５は、同じ走行条件で、図４のシミュレーションと同様にヨー慣性モーメントＩ_Z を後輪補助操舵無し車両に対して５０％減少するが、前記重み係数Ｃは“０．５”とし、その他のパラメータは後輪補助操舵無し車両と同等に設定した。つまり、目標後輪舵角δ_R ^* は、第１目標後輪舵角δ_R1 ^* と第２目標後輪舵角δ_R2 ^* の中間値になる。その結果、実際のヨーレートψ^' が目標ヨーレートψ^'*にやや遅れるように立ち上がるが、それでも後輪補助操舵無し車両（２ＷＳ）よりも十分に立ち上がりは早く、回頭性に優れる。一方、横加速度の立ち上がりは図４のものより早く、実際の横速度Ｖ_Y も目標横速度Ｖ_Y ^* に近づく。このように、ヨーレートと横速度或いは横加速度とのバランスは、前記重み係数Ｃにより調整することができる。
【００５３】
図６は、車速１２０km/hで走行中に、ステアリングホイールを３０°操舵して、その状態を保持するという走行状態をシミュレーションの前提とする。そして、前述したチューニングパラメータのうち、ヨーダンピングを向上させる狙いで後輪コーナリングパワーＫ_R を５０％増加する。なお、前記重み係数Ｃは“１”とし（即ち、δ_R ^* ＝δ_R1 ^* ）、その他のパラメータは後輪補助操舵無し車両と同等に設定した。その結果、実際のヨーレートψ^' は目標ヨーレートψ^'*に一致し、特に定常状態に対する過渡状態でのヨーレートのオーバーシュートが、後輪補助操舵無し車両（２ＷＳ）に対して小さくなっており、ヨーの収束性が向上していることが分かる。なお、結果的に、横速度Ｖ_Y は目標横速度Ｖ_Y ^* に近づいている。
【００５４】
このように、前記重み係数Ｃを含む前述した四つのチューニングパラメータは、夫々が車両運動特性のどの部分に有効であるかが明瞭であるので、チューニングしたい車両運動特性について該当するチューニングパラメータを変更すれば、当該車両運動特性を速やかに変更することができ、結果的にチューニングに要する時間を短縮することが可能となる。
【００５５】
次に、本発明の車両運動制御装置を四輪操舵装置に展開した第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態の車両の構成を図７に簡潔に示す。本実施形態の車両構成は、前記第１実施形態の図１に示すものに類似しており、同等の構成には同等の符号を附す。本実施形態では、前述に加えて、ブレーキ液圧ラインにブレーキ液圧（制動流体圧）を検出するブレーキ液圧センサ７が設けられている。そして、コントロールユニット３は、このブレーキ液圧センサ７で検出されるブレーキ液圧Ｐから各車輪に作用する制動力を求め、前記チューニングパラメータにも含まれている各車輪のコーナリングパワーを補正するのである。
【００５６】
次に、本実施形態のコントロールユニット内で実行される演算処理を図８に簡潔に示す。この演算処理の内容は、前記第１実施形態の図３に示すものに類似しているので、同等のステップには同等の符号を附す。具体的には、前記ステップＳ１０とステップＳ２０との間に新たにステップＳ１１，ステップＳ１２が挿入されている。
【００５７】
このうち、前記ステップＳ１０から移行したステップＳ１１では、前記ブレーキ液圧センサ７で検出されるブレーキ液圧を読込む。
次にステップＳ１２に移行して、このブレーキ液圧に応じてパラメータを変更してから前記ステップＳ２０に移行する。
【００５８】
周知のように、各車輪に作用する制動力が大きくなると、コーナリングパワーは減少する。車両がこのような状態にあるにも関わらず、非制動時と同様のパラメータで制御を行うと、所望の応答を実現することができない可能性がある。そこで、図９に示すように、ブレーキ液圧は各車輪への制動力と等価又はほぼ等価であるから、ブレーキ液圧，即ち制動力が大きくなるほど、各車輪のコーナリングパワーｅＫ_F ，Ｋ_R を小さくする。また、制動中は荷重が前輪にかかり、後輪荷重より前輪荷重の方が大きくなる。このような状態では、同等の制動力が作用しても、発生し得るコーナリングパワーの大きさそのものが違う。つまり、後輪のコーナリングパワーＫ_R の減少率の方が前輪のコーナリングパワーｅＫ_F の減少率より大きい。従って、本実施形態では、制動力が大きくなるほど、各車輪のコーナリングパワーを小さく補正するが、後輪のコーナリングパワーＫ_R の補正割合を前輪のコーナリングパワーｅＫ_F の補正割合より大きくしてある。
【００５９】
そして、前記ステップＳ２０以後では、このように補正されたコーナリングパワーｅＫ_F ，Ｋ_R を用いて、前述と同様に、目標ヨーレートψ^'*，目標横速度Ｖ_Y ^* 並びにそれらを達成する第１目標後輪舵角δ_R1 ^* ，第２目標後輪舵角δ_R2 ^* を求め、最終的な目標後輪舵角δ_R ^* を設定する。
【００６０】
従って、前記図８の演算処理のステップＳ１１が本発明の制動力検出手段を構成し、以下同様に、ステップＳ１２及びステップＳ２０が車両運動目標値設定手段を構成し、ステップＳ１２及びステップＳ３０乃至ステップＳ５０が目標後輪舵角設定手段を構成し、ステップＳ６０が後輪舵角制御手段を構成する。
【００６１】
次に、本実施形態の車両運動制御装置で前記第１実施形態と同様にチューニングパラメータを操作し、且つ前後輪のコーナリングパワーを補正したときの車両運動のシミュレーション結果について説明する。図１０は、車速１２０km/hからの制動中に、ステアリングホイールを３０°操舵して、その状態を保持するという走行状態をシミュレーションの前提とする。そして、前述したチューニングパラメータのうち、前記ヨーダンピングを向上する後輪コーナリングパワーＫ_R を、後輪補助操舵無し車両（２ＷＳ）に対して２０％増加し、前記重み係数Ｃは“１”とし（δ_R ^* ＝δ_R1 ^* ）、その他のパラメータは後輪補助操舵無し車両と同等に設定した。合わせて、ブレーキ液圧，即ち制動力に応じて前記図９に示すように前後輪のコーナリングパワーｅＫ_F ，Ｋ_R を補正している。一方、図１１は同等の条件であっても、制動力に応じたコーナリングパワーの補正を行っていない。
【００６２】
両者を比較すれば明らかなように、コーナリングパワーの補正を行う図１０の本実施形態では、実際のヨーレートψ^' が目標ヨーレートψ^'*に一致し、回頭性が向上していることが分かると共に、ヨーダンピングが改善され、定常値も小さくなっていることから、高速制動時での操縦性が改善されている。合わせて、結果的に横加速度や横速度の定常値も小さくなっており、安定性も改善されていることが推測される。一方の図１１の比較例では、改善の状態が明瞭でなく、要求する応答が得られていないことが分かる。
【００６３】
この実施形態では、制動時における操縦性改善を狙いとしているが、例えば制駆動力を用いた車両の動特性制御時にも同様の考え方を用いることができる。即ち、スタビリティ制御のように、運転者がブレーキやアクセルを踏まなくても制駆動が行われるような場合においても、同様にコーナリングパワーは減少するため、その制駆動状態に応じてコーナリングパワー，つまりチューニングパラメータを補正すればよい。
【００６４】
次に、本発明の車両運動制御装置を四輪操舵装置に展開した第３実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態の車両の構成は、前記第１実施形態の図１に示すものと同様である。そして、コントロールユニット３は、前後輪速ｎ_F ，ｎ_R を読込み、両者の比から路面摩擦係数状態を推定検出し、それに応じて前記チューニングパラメータにも含まれている各車輪のコーナリングパワーを補正するのである。
【００６５】
次に、本実施形態のコントロールユニット内で実行される演算処理を図１２に簡潔に示す。この演算処理の内容は、前記第１実施形態の図３に示すものに類似しているので、同等のステップには同等の符号を附す。具体的には、前記ステップＳ１０とステップＳ２０との間に新たにステップＳ１３，ステップＳ１４が挿入されている。
【００６６】
このうち、前記ステップＳ１０から移行したステップＳ１３では、前記車輪速センサからの前後輪速ｎ_F ，ｎ_R を読込み、その比から後述のように路面摩擦係数状態を推定検出する。
次にステップＳ１４に移行して、この路面摩擦係数状態に応じてパラメータを変更してから前記ステップＳ２０に移行する。
【００６７】
周知のように、路面摩擦係数状態（以下、μとも記す）が小さくなると、コーナリングパワーは減少する。具体的には低μ路ではタイヤと路面との摩擦係数が小さいのでコーナリングパワーが減少するのである。車両がこのような状態にあるにも関わらず、高μ路と同様のパラメータで制御を行うと、所望の応答を実現することができない可能性がある。そこで、図１３に示すように、路面μが小さくなるほど、各車輪のコーナリングパワーｅＫ_F ，Ｋ_R を小さくする。
【００６８】
このとき、後輪駆動車両である本実施形態では、非駆動輪である平均前輪速ｎ_F に対して、駆動力が付与されている加速中の平均後輪速ｎ_R の方が、路面μが小さくなればなるほど速くなる。従って、平均前輪速ｎ_F を平均後輪速ｎ_R で除した値が路面μ又はほぼ路面μであると推定検出できるのである。なお、この路面μの検出にあたっては、例えばアンチスキッド制御装置（ＡＢＳ）を備えた車両では、各ホイールシリンダへの制動流体圧の減圧処理治における各車輪速度の復帰速度（加速度）から路面反力トルクの比を求め、それを路面μとしてもよい。また、両者を併用することも可能であり、アクセルペダルＯＮのときには前後輪速比から、ブレーキスイッチＯＮのときにはＡＢＳから、夫々、路面μを推定検出するようにすればよい。
【００６９】
そして、前記ステップＳ２０以後では、このように補正されたコーナリングパワーｅＫ_F ，Ｋ_R を用いて、前述と同様に、目標ヨーレートψ^'*，目標横速度Ｖ_Y ^* 並びにそれらを達成する第１目標後輪舵角δ_R1 ^* ，第２目標後輪舵角δ_R2 ^* を求め、最終的な目標後輪舵角δ_R ^* を設定する。
【００７０】
従って、前記図１３の演算処理のステップＳ１３が本発明の路面摩擦係数状態検出手段を構成し、以下同様に、ステップＳ１４及びステップＳ２０が車両運動目標値設定手段を構成し、ステップＳ１４及びステップＳ３０乃至ステップＳ５０が目標後輪舵角設定手段を構成し、ステップＳ６０が後輪舵角制御手段を構成する。
【００７１】
次に、本実施形態の車両運動制御装置で前記第１実施形態と同様にチューニングパラメータを操作し、且つ前後輪のコーナリングパワーを補正したときの車両運動のシミュレーション結果について説明する。図１４は、車速６０km/hで低μ路面を走行中に、ステアリングホイールを３０°操舵して、その状態を保持するという走行状態をシミュレーションの前提とする。そして、前述したチューニングパラメータのうち、前記回頭性を向上するヨー慣性モーメントＩ_Z を、後輪補助操舵無し車両（２ＷＳ）に対して５０％減少し、前記重み係数Ｃは“１”とし（δ_R ^* ＝δ_R1 ^* ）、その他のパラメータは後輪補助操舵無し車両と同等に設定した。合わせて、前後輪速比から推定検出した路面μに応じて前記図１３に示すように前後輪のコーナリングパワーｅＫ_F ，Ｋ_R を補正している。一方、図１５は同等の条件であっても、路面μに応じたコーナリングパワーの補正を行っていない。
【００７２】
両者を比較すれば明らかなように、コーナリングパワーの補正を行う図１４の本実施形態では、実際のヨーレートψ^' が目標ヨーレートψ^'*に一致し、回頭性が向上していることが分かると共に、定常値も大きくなっていることから、低μ路面での操縦性が改善されている。合わせて、結果的に横加速度の立ち上がりが遅く、横速度の定常値も小さくなっており、安定性も改善されていることが推測される。一方の図１５の比較例では、改善の状態が明瞭でなく、要求する応答が得られていないことが分かる。
【００７３】
なお、前記実施形態はコントロールユニット３としてマイクロコンピュータを適用した場合について説明したが、これに代えてカウンタ，比較器等の電子回路を組み合わせて構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両運動制御装置を展開した後輪操舵可能な四輪操舵車両の一例を示す車両全体構成概略図である。
【図２】図１のコントロールユニットで構築される機能ブロック図である。
【図３】図１のコントロールユニットで実行される演算処理の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図４】図３の演算処理による作用説明図である。
【図５】図３の演算処理による作用説明図である。
【図６】図３の演算処理による作用説明図である。
【図７】本発明の車両運動制御装置を展開した後輪操舵可能な四輪操舵車両の一例を示す車両全体構成概略図である。
【図８】図７のコントロールユニットで実行される演算処理の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図９】図８の演算処理に用いられる制御マップである。
【図１０】図８の演算処理による作用説明図である。
【図１１】図８の演算処理による作用説明図である。
【図１２】図１のコントロールユニットで実行される演算処理の第３実施形態を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の演算処理に用いられる制御マップである。
【図１４】図１２の演算処理による作用説明図である。
【図１５】図１２の演算処理による作用説明図である。
【符号の説明】
１はアクチュエータユニット
２は後輪操舵装置
３はコントロールユニット
６は車速センサ
７はブレーキ液圧センサ
８は操舵角センサ
９は後輪舵角センサ
１０ＦＬ〜１０ＲＲは前左輪〜後右輪
１５はステアリングホイール
２０は操舵軸

Claims (7)

1. 車両の速度を検出する車速検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、車両の後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段と、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータと、前記車速検出手段で検出される車両の速度及び操舵角検出手段で検出される操舵角に基づいて、二つの異なる車両運動に対して夫々の目標値を設定する車両運動目標値設定手段と、前記車両運動の目標値を達成するための目標後輪舵角を設定する目標後輪舵角設定手段と、前記後輪舵角検出手段で検出される後輪舵角が前記目標後輪舵角に一致するように前記後輪転舵アクチュエータに制御信号を出力する後輪舵角制御手段とを備えた車両運動制御装置において、前記車両運動目標値設定手段は、車両モデルを用いて第一の車両運動の目標値を設定する第一車両運動目標値設定手段と第二の車両運動の目標値を設定する第二車両運動目標値設定手段とを備え、前記目標後輪舵角設定手段は、前記第一の車両運動の目標値を達成するための第一の目標後輪舵角を設定する第一目標後輪舵角設定手段と第二の車両運動の目標値を達成するための第二の目標後輪舵角を設定する第二目標後輪舵角設定手段とを備え、前記第一の目標後輪舵角と第二の目標後輪舵角とを線形結合して目標後輪舵角を設定すると共に、前記第一の車両運動をヨーレートとし且つ第二の車両運動を横速度とし、前記車両運動目標値設定手段は、調整用パラメータとして、ヨー慣性モーメント、後輪コーナリングパワー、ヨーレートゲインの少なくとも何れか一つを可変とすることを特徴とする車両運動制御装置。
2. 前記目標後輪舵角設定手段は、前記第一の目標後輪舵角と第二の目標後輪舵角とを線形結合する割合を可変とし、その割合を調整用パラメータとすることを特徴とする請求項１に記載の車両運動制御装置。
3. 前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、制動力検出手段で検出される制動力に基づいて、演算式中の調整用パラメータとして前後輪のコーナリングパワーを補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両運動制御装置。
4. 前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、前記制動力検出手段で検出される制動力が大きいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正することを特徴とする請求項３に記載の車両運動制御装置。
5. 前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、前記制動力検出手段で検出される制動力が大きいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正するにあたり、後輪のコーナリングパワーの補正割合を前輪のコーナリングパワーの補正割合より大きくすることを特徴とする請求項４に記載の車両運動制御装置。
6. 前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、路面摩擦係数状態検出手段で検出される路面の摩擦係数状態に基づいて、演算式中の調整用パラメータとして前後輪のコーナリングパワーを補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両運動制御装置。
7. 前記車両運動目標値設定手段及び目標後輪舵角設定手段は、前記路面摩擦係数状態検出手段で検出される路面の摩擦係数状態が小さいほど、前後輪のコーナリングパワーを小さく補正することを特徴とする請求項６に記載の車両運動制御装置。

Images