JP4069754B2

JP4069754B2 - Vehicle motion control device

Info

Publication number: JP4069754B2
Application number: JP2003031554A
Authority: JP
Inventors: 誠植村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004237927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に前輪若しくは後輪の少なくとも一方に補助舵角を与える補助操舵制御装置と、車両各輪のブレーキ液圧を制御することで、車両の挙動制御を行うブレーキ装置を備えた車両用舵角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、前後輪共に補助操舵を行うと共に、ブレーキ制御を併用して車両の挙動を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。この従来技術では、検出されたハンドル操舵角に基づくフィードフォワード項と検出されたヨーレイトに基づくフィードバック項との加算値により前後輪に補助舵角を与えると共に、補助操舵量が所定値以上の領域でのみ、左右制動力差制御（ブレーキ制御）を行うよう構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１８５８０１号公報（第７頁段落番号（００４１））
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述の制御機構に故障が発生した場合には、制御自体を中止する構成となっている。その故障が例え一部であっても全体の制御が中止されるため、目標とする車両挙動が達成できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段及びブレーキ装置を備えた車両運動制御装置において、故障が検知された場合でも車両の挙動を安定方向に制御可能な車両運動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段を備えた前輪補助操舵制御系統と、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段を備えた後輪補助操舵制御系統と、運転者のブレーキペダル操作により液圧を発生するマスタシリンダ及び任意の液圧を発生可能な液圧ポンプを液圧源とし、車両各輪のホイルシリンダのブレーキ圧力を任意に制御可能なブレーキ手段を備えたブレーキ制御系統と、検出されたハンドル操舵角及び車速に応じた目標ヨーレイト及び目標横速度に基づいて、目標前輪舵角、目標後輪舵角及び各輪の目標ブレーキ液圧を算出し、前記前輪補助舵角付与手段、前記後輪補助舵角付与手段及び前記ブレーキ手段に指令信号を出力する車両運動制御手段と、を備えた車両運動制御装置において、前記各手段の故障を検知する故障検知手段と、検出された故障が影響を与える制御系統を判断する故障系統判断手段と、検出された故障の影響を受けない制御系統に基づく制御モードを選択する制御モード選択手段と、を設け、前記制御モード選択手段は、前記前輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記後輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記後輪補助操舵制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記ブレーキ制御系統に基づく制御モードを選択し、前記ブレーキ制御系統のみ影響を受ける故障が検出された場合、前記前輪補助操舵制御系統および前記後輪補助操舵制御系統に基づく制御モードを選択し、前記車両運動制御手段は、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御を実行する故障時車両運動制御部を有することで、上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の作用】
本願発明にあっては、各制御系統のいずれか一つに影響を与える故障が検知されたとしても、該故障の影響を受けない他の二つの制御系統に基づいて選択された制御モードにより車両運動制御が実行されるため、安定した車両挙動を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車両用操舵制御装置の実施形態について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【０００９】
（第１実施例）
本発明の車両用操舵制御装置は、前後輪に補助舵角を与える前後輪補助舵角制御装置と、４輪のブレーキ力を制御することで車両挙動を制御するブレーキ制御装置が備えられている。まず、ブレーキ制御装置について説明する。
【００１０】
図１はブレーキ制御装置の全体図、図２はブレーキ油圧制御アクチュエータの油圧回路図である。まず、その構造について説明する。４輪のそれぞれに制動力を発生させるホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒは、２系統のブレーキ配管（Ｐ系統及びＳ系統）を介してマスタシリンダ４４に接続されている。そして、Ｐ系統及びＳ系統の途中には、ブレーキアクチュエータ３９が設けられている。
【００１１】
前記ブレーキアクチュエータ３９は、図２の油圧回路図に示すように、各ホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの液圧を増圧・保持・減圧可能な液圧制御バルブ（INバルブ４７，４９，５３，５５及びOUTバルブ４８，５０，５４，５６）と、マスタシリンダ４４とは別途設けられ、モータ６１により駆動する制御用油圧源（Ｐ系統ポンプ５７，Ｓ系統ポンプ５８）の接続を切り換える油圧供給源切り換えバルブ（Ｐ系統カットバルブ４５，Ｐ系統吸入バルブ４６，Ｓ系統カットバルブ５２，Ｓ系統吸入バルブ５１）と、リザーバ５９，６０を備えている。
【００１２】
運転者がブレーキペダル４３を操作してマスタシリンダ４４に油圧が発生すると、このマスタシリンダ圧をホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒに供給する通常ブレーキ状態と、運転者がブレーキ操作を行っていない時、もしくは運転者のブレーキ操作以上に液圧が必要な時に、制御用油圧源５７，５８の液圧をホイルシリンダ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒに向けて供給すると共に、各液圧制御バルブによりホイルシリンダ圧を最適制御する制御ブレーキ状態とに切り換え可能に構成されている。
【００１３】
ここで、Ｐ系統についてホイルシリンダ４１Ｒの圧力を制御したい場合について説明する。Ｐ系統ポンプ５７による増圧時は、Ｐ系統吸入バルブ４６を開き、Ｐ系統ポンプ５７にブレーキ液を供給する。そして、Ｐ系統カットバルブ４５及び他輪のINバルブ４９を閉じ、ブレーキ液の他系統への回り込みを抑止することで行われる。この状態での減圧時は、Ｐ系統吸入バルブ４６を閉じ、Ｐ系統カットバルブ４５を開放することによりホイルシリンダ液がマスタシリンダ側に流出することで行われる。マスタシリンダ４４による増圧では、Ｐ系統カットバルブ４５を開放し、Ｐ系統吸入バルブ４６を遮断し、INバルブ４７，４９を開放し、マスタシリンダ液量をホイルシリンダ側に流入することで行われる。減圧時は、INバルブ４７，４９を遮断し、OUTバルブ４８，５０を開放し、ホイルシリンダ液をリザーバ５９側に流出することで行われる。
【００１４】
図３は第１実施例における前後輪補助操舵制御装置の基本構成を示す全体システム図である。
【００１５】
車両の前輪１Ｌ，１Ｒには、ハンドル２への操舵入力に基づき左右の前輪操舵機構３Ｌ，３Ｒを介して前輪１Ｌ，１Ｒを操舵するステアリングユニット４が設けられている。更に、前輪操舵アクチュエータ３７としてステアリングユニット４のラックチューブ（車体５に弾性体６を介して支持）をストロークさせることで前輪１Ｌ，１Ｒに補助舵角を与える前輪側油圧シリンダ７が設けられている。また、後輪操舵アクチュエータ３８として、後輪８Ｌ，８Ｒには、左右の後輪操舵機構９Ｌ，９Ｒを介して後輪８Ｌ，８Ｒに補助舵角を与える後輪側油圧シリンダ１０が設けられている。
【００１６】
前輪側油圧シリンダ７及び後輪側油圧シリンダ１０は、共通の油圧源ユニット１１を油圧源としている。この油圧源ユニット１１から前輪側フェールセーフバルブ１２及び前輪側サーボバルブ１３を介して制御圧を与えることで前輪側油圧シリンダ７が駆動する。また、油圧源ユニット１１から後輪側フェールセーフバルブ１４及び後輪側サーボバルブ１５を介して制御圧を与えることで後輪側油圧シリンダ１０が駆動する。尚、油圧源ユニット１１には、エンジン１６により駆動される油圧ポンプ１１ａ，アンロードバルブ１１ｂ，圧力スイッチ１１ｃ，アキュムレータ１１ｄ，リザーバ１１ｅから構成され、一定圧の作動油を供給する。
【００１７】
前輪側フェールセーフバルブ１２及び後輪側フェールセーフバルブ１４は、操舵制御コントローラ３０の指令に基づいてON/OFFの２位置が切り換えられる。また、前輪側サーボバルブ１３及び後輪側サーボバルブ１５は、操舵制御コントローラ３０からサーボアンプ１８，１９を介した指令に基づいて右操舵，保持，左操舵の３位置が切り換え制御される。
【００１８】
操舵制御コントローラ３０には、車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２０（車速検出手段に相当），パルスエンコーダ等を用いて運転者の操舵角度θを検出する操舵角センサ２１（ハンドル操舵角検出手段に相当），エンジン回転数センサ２３，前輪側変位センサ２４，後輪側変位センサ２５，マスタシリンダ圧センサ２６，ホイルシリンダ圧センサ２７からの検出信号が入力される。これらの入力信号に基づいて、前輪補助舵角、後輪補助舵角及びブレーキ液圧を演算し、各アクチュエータに対して指令信号を出力する。以下、操舵制御コントローラ３０の構成について説明する。
【００１９】
図４は操舵制御コントローラ３０の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ３０は、目標値生成部３１、目標出力値生成部３２、前輪操舵コントローラ３４、後輪操舵コントローラ３５及びブレーキコントローラ３６から構成されている。
【００２０】
目標値生成部３１は、図５の目標値生成部３１の構成を表すブロック図に示すように、車両モデル演算部３１１と目標値演算部３１２と制御モード選択演算部３１３から構成されている。
車両モデル演算部３１１は、操舵角度θと車体速Ｖから２輪モデルを用いて車両パラメータを演算する。車両パラメータの演算については後で詳細に説明する。
目標値演算部３１２は、操舵角度θ、車体速Ｖ及び車両パラメータから、車両の目標ヨーレイトψ'^*と目標横速度V^*yを決定する。
制御モード選択演算部３１３は、各種センサや各種アクチュエータの故障を検知し、検知された故障に応じた制御モードを決定する。
【００２１】
目標出力値生成部３２は、図６の目標出力値生成部３２の構成を表すブロック図に示すように、目標前輪舵角演算部３２１，目標後輪舵角演算部３２２，制御配分補正部３２３及び目標ブレーキ液圧演算部３２４から構成されている。
【００２２】
目標前輪舵角演算部３２１は、車両の目標ヨーレイトψ'^*と目標横速度V^*yと選択された制御モードから目標前輪舵角δ^*を決定する。
【００２３】
目標後輪舵角演算部３２２は、車両の目標ヨーレイトψ'^*，目標横速度V^*yと選択された制御モードから目標後輪舵角δ^*を決定する。
【００２４】
目標ブレーキ液圧演算部３２３は、車両の目標ヨーレイトψ'^*，目標横速度V^*y，制限された目標後輪舵角δ_lim ^*，目標前輪舵角θ^*，及び選択された制御モードから目標ブレーキ液圧P^* _br（４輪分）を決定する。
【００２５】
前輪操舵コントローラ３４は、前輪側変位センサ２４から検出された前輪の実舵角が目標前輪舵角θ^*と一致するように前輪操舵アクチュエータ３７を制御する。
【００２６】
後輪操舵コントローラ３５は、後輪側変位センサ２５から検出された後輪の実舵角が目標前輪舵角δ^*と一致するように後輪操舵アクチュエータ３８を制御する。
【００２７】
ブレーキコントローラ３６は、マスタシリンダ圧センサ２６及びホイルシリンダ圧センサ２７から検出されたマスタシリンダ圧及び各輪のホイルシリンダ圧を各輪の目標ブレーキ液圧P^* _brと一致するようにブレーキアクチュエータ３９を制御する。
【００２８】
〔車両モデル演算部３１１における車両モデル演算〕
車両モデル演算部３１１は、以下に示す車両モデルから、車両パラメータを演算する。
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレイトと横速度は、下記式１で表せる。

ここで、

である。
【００２９】
状態方程式より前輪操舵に対するヨーレイト、横速度の伝達関数を求めると、下記式（３）及び式（４）で表される。

となる。

【００３０】
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。

ここで、

【００３１】
同様に横速度伝達関数は、式４より下記式７と表される。

ここで、

【００３２】
以上から、車両パラメータ

が求められる。
【００３３】
〔目標値演算部３１２における目標値演算〕
目標値演算部３１２における車速、車両パラメータと後述する目標値パラメータから目標ヨーレイトと目標横速度を求める。
【００３４】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。

【００３５】
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。

【００３６】
ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記式１１で表される。

ただし、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_mapはそれぞれ図７，図８，図９及び図１０に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００３７】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。

ただし、vy_gain_map，vy_omegn_map，vy_zeta_map，vy_zero_mapはそれぞれ図１１，図１２，図１３及び図１４に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００３８】
〔目標出力値生成部３２における目標操舵角演算〕
（目標前輪舵角演算部３２１における目標前輪舵角演算）
目標ヨーレイト，目標横速度から目標前輪舵角θ^*を算出する。ここで、式１の２輪モデルから、下記式１３を得る。

このモデルから下記式１４を得る。

よって、目標前輪舵角θ^*は、下記式１５により表される。

【００３９】
（目標後輪舵角演算部３２２における目標後輪舵角演算）
目標ヨーレイト、横速度から式１４に基づき目標後輪舵角δ^*を算出すると、下記式１６により表される。

【００４０】
ただし、一般に後輪舵角には操舵角度に制限があるため、目標後輪舵角を下記式により上限付きの値として下記式１８から得られる値δ^* _limとする。

ここで、δ^* _maxは、後輪最大操舵角とする。また、sign(a)とは、ａの符号のみを出力するもので、a＝10であれば、＋１を出力し、a＝-10であれば−１を出力する関数である。
【００４１】
（目標ブレーキ液圧演算部３２４における目標ブレーキ液圧演算）
目標ヨーレイト，横速度，制限された目標後輪舵角δ^* _lim及び目標前輪舵角θ^*から、各輪の目標ブレーキ液圧P^* _brを算出する。
目標ヨー角加速度ψ''^*と、制限された目標後輪舵角δ^* _limを前提に計算された、制限された目標ヨー角加速度ψ''^* _limとの差分Δψ''^*を補正するために、４輪のブレーキを使用する。ここで、式１３に示す関係と、目標ヨー角加速度ψ''^*と、制限された目標ヨー角加速度ψ''^* _limと、その差分Δψ''^*の関係は下記式１９により表される。
【００４２】

【００４３】
よって、下記式２０の関係を得る。

【００４４】
よって、目標ブレーキ液圧は下記式（２１）により表される値となる。

ここで、

である。
【００４５】
（故障検知後の制御モード選択制御）
次に、制御モード選択演算部３１３について説明する。図１５は故障モード選択演算部３１３の制御ブロック図である。３１３ａは、各種センサ及び各種アクチュエータの故障を検知する故障検知部、３１３ｂは検知された故障に基づいて故障系統を判断する故障系統判断部、３１３ｃは判断された故障系統に基づいて制御モードを選択する故障モード選択部である。
【００４６】
故障モード選択部３１３ｃ内に、制御目標値を車両のヨーレイトと横速度とし、制御出力手段として前輪操舵系統、後輪操舵系統、ブレーキ制御系統の３系統を備えた車両用舵角制御装置における故障検知時制御の状態遷移を表す。
【００４７】
図１６は制御モード選択制御を表すフローチャートである。
ステップ１０１では、故障を検知したかどうかを判断し、正常時のときはステップ１０７へ進み、それ以外はステップ１０２へ進む。
ステップ１０２では、表１に基づいて故障系統を判断する。
ステップ１０３では、表２に基づいて制御モードを選択する。
ステップ１０４では、三系統失陥かどうかを判断し、三系統失陥時はステップ１０５へ進み、それ以外はステップ１０６へ進む。
ステップ１０５では、車両運動制御システムを遮断する。
ステップ１０６では、選択された制御モードによる制御を実施する。
ステップ１０７では、警告灯を点灯する。
ステップ１０８では、三系統での通常制御を実施する。
【００４８】
すなわち、正常状態から、故障検知部３１３ａにおいて本装置を構成する部品の故障検知後、故障系統判断部３１３ｂにおいて、事前に定義した故障部品と制御系統の相関表から、故障した部品が影響を与える制御系統を決定する。表１は、故障部品と制御系統の相関を表す表である。
【表１】

【００４９】
上記故障系統判断部３１３ｂにおいて決定した、影響を与える制御系統から、故障の影響の及ばない制御方法を、制御モード選択部３１３ｃにて選択し制御モードを決定する。表２に故障検知された制御系統の組み合わせと、選択された制御モードの組み合わせを表す。
【表２】

【００５０】
表２に示すように、三系統失陥時にはシステムを遮断し、それ以外は制御可能な系統により車両運動制御を実施する。このとき、警告灯により運転者に異常を警告する。これにより、故障時に車両の挙動がほぼ目標値を達成できている場合であっても、運転者が正常時であると誤認する可能性を低減することができる。
【００５１】
以上説明したように、制御系統の故障に応じて制御可能な系統を選択し、車両運動制御を実行することで、車両の安定性を確保することができる。
【００５２】
（シミュレーション）
図１７には、ブレーキアクチュエータが故障した場合に、圧雪路にて、車速80km/h、レーンチェンジを想定した走行条件における結果を示す。運転者操舵角計算は、ドライバモデルとして広く知られている、横変位及びヨーレイトをフィードバックし目標軌跡を追従するように運転者が操舵を行う前方注視点ドライバモデルを使用した。
【００５３】
故障検知部３１３ａにおいてブレーキアクチュエータの故障を検出したときは、影響を与える制御系統としてブレーキ制御系統が選択される。次に、制御モード選択部３１３ｃにおいて、ブレーキ制御系統が故障している場合の制御モードとして、目標値をヨーレイトと横速度とし、制御対象となる系統として、前輪操舵系統と後輪操舵系統を選択する。
【００５４】
図１７（ａ）は運転者の操舵角と目標前輪操舵角を表し、図１７（ｂ）は目標後輪舵角を表し、図１７（ｃ）は目標発生ヨーレイト及び発生ヨーレイトを表す図である。図１７（ｃ）に示すように、ブレーキアクチュエータの故障によりブレーキ制御を中止した場合でも、前輪操舵機能と後輪操舵機能を用いて安定した車両挙動を実現できることが分かる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、前輪及び後輪操舵アクチュエータとして油圧式のものを用いたが、油圧式に代えて、例えば特開平１１−９１６０９号公報に記載のような電動式の構成を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例におけるブレーキ装置の基本構成を表す概略図である。
【図２】第１実施例におけるブレーキ装置の油圧回路を表す回路図である。
【図３】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図４】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図６】第１実施例における、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。
【図７】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図９】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１０】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１１】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１２】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１３】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１４】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１５】第１実施例における故障モード選択演算部の構成を表すブロック図である。
【図１６】第１実施例における、車両運動制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図１７】第１実施例におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
１Ｌ，１Ｒ前輪
２ハンドル
３Ｌ，３Ｒ前輪操舵機構
４ステアリングユニット
５車体
６弾性体
７前輪側油圧シリンダ
８Ｌ，８Ｒ後輪
９Ｌ，９Ｒ後輪操舵機構
１０後輪側油圧シリンダ
１１油圧源ユニット
１１ａ油圧ポンプ
１１ｂアンロードバルブ
１１ｃ圧力スイッチ
１１ｄアキュムレータ
１１ｅリザーバ
１２前輪側フェールセーフバルブ
１３前輪側サーボバルブ
１４後輪側フェールセーフバルブ
１５後輪側サーボバルブ
１６エンジン
１８，１９サーボアンプ
２０車速センサ
２１操舵角センサ
２３エンジン回転数センサ
２４前輪側変位センサ
２５後輪側変位センサ
２６マスタシリンダ圧センサ
２７ホイルシリンダ圧センサ
３０操舵制御コントローラ
３１目標値生成部
３２目標出力値生成部
３４前輪操舵コントローラ
３５後輪操舵コントローラ
３６ブレーキコントローラ
３７前輪操舵アクチュエータ
３８後輪操舵アクチュエータ
３９ブレーキアクチュエータ
４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒホイルシリンダ
４３ブレーキペダル
４４マスタシリンダ
４５Ｐ系統カットバルブ
４６Ｓ系統吸入バルブ
５１Ｐ系統吸入バルブ
５２Ｓ系統カットバルブ
５７，５８制御用油圧源
５９，６０リザーバ
６１モータ
３１１車両モデル演算部
３１２目標値演算部
３２１目標後輪舵角演算部
３２２目標前輪舵角演算部
３２３目標ブレーキ液圧演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention controls the behavior of a vehicle by controlling an auxiliary steering control device that gives an auxiliary steering angle to at least one of a front wheel or a rear wheel at the time of steering input to a front wheel, and a brake fluid pressure of each wheel of the vehicle. The present invention relates to a vehicle steering angle control device including a brake device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique has been proposed in which auxiliary steering is performed on both front and rear wheels, and the behavior of a vehicle is controlled using brake control (see Patent Document 1). In this prior art, the auxiliary steering angle is given to the front and rear wheels by the added value of the feed forward term based on the detected steering angle and the feedback term based on the detected yaw rate, and the auxiliary steering amount is in a region where the auxiliary steering amount is a predetermined value or more. Only left and right braking force difference control (brake control) is performed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-185801 (paragraph number (0041) on page 7)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In general, when a failure occurs in the above-described control mechanism, the control itself is stopped. Even if the failure is a part, the entire control is stopped, so that there is a problem that the target vehicle behavior cannot be achieved.
[0005]
The present invention relates to a vehicle motion control device including a front wheel auxiliary rudder angle applying unit for applying an auxiliary rudder angle to a front wheel, a rear wheel auxiliary rudder angle applying unit for applying an auxiliary rudder angle to a rear wheel, and a brake device. It is an object of the present invention to provide a vehicle motion control device that can control the behavior of a vehicle in a stable direction even when it is performed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention includes a steering angle detecting means for detecting a steering angle, vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed, the front wheel auxiliary steer angle applying means for applying an auxiliary steering angle before wheels A front wheel auxiliary steering control system, a rear wheel auxiliary steering control system having a rear wheel auxiliary steering angle applying means for applying an auxiliary steering angle to the rear wheel, a master cylinder for generating hydraulic pressure by a driver's brake pedal operation, and A brake control system having a brake means capable of arbitrarily controlling the brake pressure of a wheel cylinder of each wheel using a hydraulic pump capable of generating an arbitrary hydraulic pressure as well as the detected steering angle and vehicle speed based on the target yaw rate and the target lateral speed corresponding to the target front wheel steering angle, calculates a target brake fluid pressure of the target rear wheel steering angle and the wheel, the front wheel auxiliary steer angle imparting means, giving the rear wheel auxiliary steer angle means The vehicle motion control apparatus and a vehicle motion control means for outputting a command signal to the fine said brake means, and failure detection means for detecting a failure of each of the units, the control system detected failure affects decision A failure system determining means for controlling the control system, and a control mode selection means for selecting a control mode based on a control system that is not affected by the detected failure. The control mode selection means affects only the front wheel auxiliary steering control system. When a failure to be detected is detected, a control mode based on the rear wheel auxiliary steering control system and the brake control system is selected, and when a failure that affects only the rear wheel auxiliary steering control system is detected, the front wheel auxiliary steering is selected. When a control mode based on the control system and the brake control system is selected and a fault that affects only the brake control system is detected, Select the control mode based on wheel auxiliary steering control system and the rear wheel auxiliary steering control system, the vehicle motion control means, also as a fault affecting one of the control lines is detected, the fault in Rukoto the influence by the selected control mode based on the other two control lines not subject to having a failure when the vehicle motion control unit that executes the vehicle dynamics control, leading to solve the above problems.
[0007]
[Effects of the Invention]
In the present invention, even if a failure affecting any one of the control systems is detected, the vehicle is controlled by the control mode selected based on the other two control systems that are not affected by the failure. Since motion control is executed, stable vehicle behavior can be obtained.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although the embodiment of the steering control device for vehicles in the present invention is described based on an example, the present invention is not limited to the example.
[0009]
(First embodiment)
The vehicle steering control device of the present invention includes a front and rear wheel auxiliary steering angle control device that gives auxiliary steering angles to the front and rear wheels, and a brake control device that controls vehicle behavior by controlling the braking force of four wheels. . First, the brake control device will be described.
[0010]
FIG. 1 is an overall view of a brake control device, and FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram of a brake hydraulic control actuator. First, the structure will be described. The

wheel cylinders

41L, 41R, 42L, and 42R that generate braking force for each of the four wheels are connected to the master cylinder 44 via two systems of brake piping (P system and S system). A brake actuator 39 is provided in the middle of the P system and the S system.
[0011]
As shown in the hydraulic circuit diagram of FIG. 2, the brake actuator 39 includes hydraulic pressure control valves (IN valves 47, 49, IN) that can increase, hold, and reduce the hydraulic pressure of the

wheel cylinders

41L, 41R, 42L, 42R. 53, 55 and

OUT valves

48, 50, 54, 56) and the master cylinder 44 are provided separately, and the hydraulic pressure for switching the connection of the control hydraulic power source (P system pump 57, S system pump 58) driven by the motor 61 is provided. A supply source switching valve (P system cut valve 45, P system intake valve 46, S system cut valve 52, S system intake valve 51) and

reservoirs

59, 60 are provided.
[0012]
When the driver operates the brake pedal 43 and hydraulic pressure is generated in the master cylinder 44, a normal brake state in which the master cylinder pressure is supplied to the

wheel cylinders

41L, 41R, 42L, and 42R, and the driver does not perform the brake operation. When the hydraulic pressure is higher than the driver's brake operation, the hydraulic pressure of the control

hydraulic sources

57, 58 is supplied to the

wheel cylinders

41L, 41R, 42L, 42R, and each hydraulic pressure control valve The wheel brake can be switched to a control brake state that optimally controls the wheel cylinder pressure.
[0013]
Here, the case where it is desired to control the pressure of the wheel cylinder 41R for the P system will be described. When the pressure is increased by the P system pump 57, the P system intake valve 46 is opened and the brake fluid is supplied to the P system pump 57. Then, the P system cut valve 45 and the other wheel IN valve 49 are closed to prevent the brake fluid from entering the other system. The pressure reduction in this state is performed by closing the P system intake valve 46 and opening the P system cut valve 45 so that the wheel cylinder liquid flows out to the master cylinder side. The pressure increase by the master cylinder 44 is performed by opening the P system cut valve 45, shutting off the P system intake valve 46, opening the IN valves 47 and 49, and allowing the master cylinder fluid amount to flow into the wheel cylinder side. . During decompression, the IN valves 47 and 49 are shut off, the

OUT valves

48 and 50 are opened, and the wheel cylinder liquid flows out to the reservoir 59 side.
[0014]
FIG. 3 is an overall system diagram showing a basic configuration of the front and rear wheel auxiliary steering control device in the first embodiment.
[0015]
On the front wheels 1L and 1R of the vehicle, a steering unit 4 for steering the front wheels 1L and 1R via left and right front

wheel steering mechanisms

3L and 3R based on a steering input to the handle 2 is provided. Further, a front-wheel hydraulic cylinder 7 is provided as a front-wheel steering actuator 37 that strokes a rack tube (supported by the vehicle body 5 via an elastic body 6) of the steering unit 4 to give an auxiliary steering angle to the front wheels 1L and 1R. . Further, as the rear wheel steering actuator 38, the

rear wheels

8L and 8R are provided with a rear wheel side hydraulic cylinder 10 which gives an auxiliary steering angle to the

rear wheels

8L and 8R via the left and right rear

wheel steering mechanisms

9L and 9R. Yes.
[0016]
The front wheel side hydraulic cylinder 7 and the rear wheel side hydraulic cylinder 10 use a common hydraulic power source unit 11 as a hydraulic pressure source. The front wheel side hydraulic cylinder 7 is driven by applying a control pressure from the hydraulic power source unit 11 via the front wheel side failsafe valve 12 and the front wheel side servo valve 13. Further, the rear wheel side hydraulic cylinder 10 is driven by applying a control pressure from the hydraulic power source unit 11 via the rear wheel side failsafe valve 14 and the rear wheel side servo valve 15. The hydraulic power source unit 11 includes a hydraulic pump 11a driven by the engine 16, an unload valve 11b, a pressure switch 11c, an accumulator 11d, and a reservoir 11e, and supplies hydraulic oil having a constant pressure.
[0017]
The front wheel side failsafe valve 12 and the rear wheel side failsafe valve 14 are switched between two ON / OFF positions based on a command from the steering controller 30. Further, the front wheel servo valve 13 and the rear wheel servo valve 15 are controlled to be switched between three positions of right steering, holding, and left steering based on a command from the steering controller 30 via the

servo amplifiers

18 and 19.
[0018]
The steering control controller 30 includes a vehicle speed sensor 20 (corresponding to vehicle speed detection means) that detects the actual vehicle speed V of the vehicle, a steering angle sensor 21 (handle steering angle detection) that detects the steering angle θ of the driver using a pulse encoder or the like. Detection signals from the engine speed sensor 23, the front wheel side displacement sensor 24, the rear wheel side displacement sensor 25, the master cylinder pressure sensor 26, and the wheel cylinder pressure sensor 27 are input. Based on these input signals, the front wheel auxiliary rudder angle, the rear wheel auxiliary rudder angle and the brake fluid pressure are calculated, and command signals are output to the actuators. Hereinafter, the configuration of the steering control controller 30 will be described.
[0019]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the steering control controller 30. The steering control controller 30 includes a target value generation unit 31, a target output value generation unit 32, a front wheel steering controller 34, a rear wheel steering controller 35, and a brake controller 36.
[0020]
The target value generation unit 31 includes a vehicle model calculation unit 311, a target value calculation unit 312, and a control mode selection calculation unit 313 as shown in the block diagram showing the configuration of the target value generation unit 31 in FIG. 5.
The vehicle model calculation unit 311 calculates vehicle parameters from the steering angle θ and the vehicle body speed V using a two-wheel model. The vehicle parameter calculation will be described in detail later.
The target value calculation unit 312 determines the target yaw rate ψ ′ ^* and the target lateral velocity V ^* y of the vehicle from the steering angle θ, the vehicle body speed V, and the vehicle parameters.
The control mode selection calculation unit 313 detects a failure of various sensors or various actuators, and determines a control mode corresponding to the detected failure.
[0021]
The target output value generation unit 32 includes a target front wheel steering angle calculation unit 321, a target rear wheel steering angle calculation unit 322, and a control distribution correction unit 323, as shown in a block diagram showing the configuration of the target output value generation unit 32 in FIG. And a target brake fluid pressure calculation unit 324.
[0022]
The target front wheel rudder angle calculation unit 321 determines the target front wheel rudder angle δ ^* from the target yaw rate ψ ′ ^* and the target lateral speed V ^* y of the vehicle and the selected control mode.
[0023]
The target rear wheel steering angle calculation unit 322 determines the target rear wheel steering angle δ ^* from the target yaw rate ψ ′ ^* and the target lateral speed V ^* y of the vehicle and the selected control mode.
[0024]
The target brake hydraulic pressure calculation unit 323 determines the vehicle target yaw rate ψ ′ ^* , target lateral speed V ^* y, limited target rear wheel steering angle δ _lim ^* , target front wheel steering angle θ ^* , and the selected control mode. Determine the target brake fluid pressure P ^* _br (for 4 wheels).
[0025]
The front wheel steering controller 34 controls the front wheel steering actuator 37 so that the actual steering angle of the front wheels detected by the front wheel side displacement sensor 24 matches the target front wheel steering angle θ ^* .
[0026]
The rear wheel steering controller 35 controls the rear wheel steering actuator 38 so that the actual steering angle of the rear wheel detected from the rear wheel side displacement sensor 25 coincides with the target front wheel steering angle δ ^* .
[0027]
The brake controller 36 controls the brake actuator 39 so that the master cylinder pressure detected from the master cylinder pressure sensor 26 and the wheel cylinder pressure sensor 27 and the wheel cylinder pressure of each wheel coincide with the target brake fluid pressure P ^* _br of each wheel. Control.
[0028]
[Vehicle Model Calculation in Vehicle Model Calculation Unit 311]
The vehicle model calculation unit 311 calculates vehicle parameters from the vehicle model shown below.
In general, assuming a two-wheel model, the yaw rate and lateral speed of the vehicle can be expressed by the following equation (1).

here,

It is.
[0029]
When the transfer function of the yaw rate and the lateral speed with respect to the front wheel steering is obtained from the state equation, it is expressed by the following equations (3) and (4).

It becomes.

[0030]
The yaw rate transfer function is expressed by the following equation (5) from equation 3.

here,

[0031]
Similarly, the lateral velocity transfer function is expressed by the following equation 7 from equation 4.

here,

[0032]
From the above, vehicle parameters

Is required.
[0033]
[Target Value Calculation in Target Value Calculation Unit 312]
A target yaw rate and a target lateral speed are obtained from the vehicle speed and vehicle parameters in the target value calculation unit 312 and a target value parameter described later.
[0034]
The target yaw rate is expressed by the following equation 9 from equation 5.

[0035]
The target lateral velocity is expressed by the following equation 10 from equation 7.

[0036]
Here, the parameter of the target yaw rate is expressed by the following equation 11.

However, yrate_gain_map, yrate_omegn_map, yrate_zeta_map, and yrate_zero_map are tuning parameters calculated from maps set in accordance with the vehicle speeds shown in FIGS. 7, 8, 9, and 10, respectively.
[0037]
The parameter of the target lateral speed is expressed by the following formula 12.

However, vy_gain_map, vy_omegn_map, vy_zeta_map, and vy_zero_map are tuning parameters calculated from maps set in accordance with the vehicle speeds shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14, respectively.
[0038]
[Target Steering Angle Calculation in Target Output Value Generation Unit 32]
(Target front wheel steering angle calculation in target front wheel steering angle calculation unit 321)
The target front wheel steering angle θ ^* is calculated from the target yaw rate and the target lateral speed. Here, the following equation 13 is obtained from the two-wheel model of equation 1.

From this model, the following equation 14 is obtained.

Therefore, the target front wheel steering angle θ ^* is expressed by the following formula 15.

[0039]
(Target rear wheel steering angle calculation in target rear wheel steering angle calculation unit 322)
When the target rear wheel steering angle δ ^* is calculated from the target yaw rate and the lateral speed based on the equation 14, it is expressed by the following equation 16.

[0040]
However, since the steering angle of the rear wheel steering angle is generally limited, the target rear wheel steering angle is set to a value δ ^* _lim obtained from the following equation 18 with an upper limit given by the following equation.

Here, δ ^* _max is the rear wheel maximum steering angle. Sign (a) is a function that outputs only the sign of a, and outputs +1 if a = 10 and outputs -1 if a = -10.
[0041]
(Target brake fluid pressure calculation in target brake fluid pressure calculation unit 324)
The target brake hydraulic pressure P ^* _br of each wheel is calculated from the target yaw rate, the lateral speed, the limited target rear wheel steering angle δ ^* _lim, and the target front wheel steering angle θ ^* .
Correcting the target yaw angle acceleration [psi 'a' and ^*, are calculated on the assumption limited target rear wheel steering angle [delta] ^* _lim, limited target yaw angle acceleration [psi '' ^* _lim difference between [Delta] [phi] '' ^* For this purpose, a four-wheel brake is used. Here, the relationship shown in Equation 13 and the relationship between the target yaw angular acceleration ψ ″ ^* , the limited target yaw angular acceleration ψ ″ ^* _lim , and the difference Δψ ″ ^* are expressed by Equation 19 below. .
[0042]

[0043]
Therefore, the relationship of the following formula 20 is obtained.

[0044]
Therefore, the target brake fluid pressure is a value represented by the following formula (21).

here,

It is.
[0045]
(Control mode selection control after failure detection)
Next, the control mode selection calculation unit 313 will be described. FIG. 15 is a control block diagram of the failure mode selection calculation unit 313. 313a is a failure detection unit that detects failures of various sensors and various actuators, 313b is a failure system determination unit that determines a failure system based on the detected failure, and 313c is a control mode selection based on the determined failure system A failure mode selection unit.
[0046]
Failure in a vehicle steering angle control device having a control target value as a vehicle yaw rate and lateral speed in the failure mode selection unit 313c, and three systems of a front wheel steering system, a rear wheel steering system, and a brake control system as control output means It represents the state transition of the control at the time of detection.
[0047]
FIG. 16 is a flowchart showing the control mode selection control.
In step 101, it is determined whether or not a failure has been detected. If normal, the process proceeds to step 107. Otherwise, the process proceeds to step 102.
In step 102, the fault system is determined based on Table 1.
In step 103, a control mode is selected based on Table 2.
In step 104, it is determined whether or not a three-system failure has occurred. If the three-system failure has occurred, the process proceeds to step 105. Otherwise, the process proceeds to step 106.
In step 105, the vehicle motion control system is shut off.
In step 106, control according to the selected control mode is performed.
In step 107, the warning light is turned on.
In step 108, normal control in three systems is performed.
[0048]
In other words, after the failure detection unit 313a detects the failure of the components constituting the apparatus from the normal state, the failure system determination unit 313b affects the failed component from the correlation table of the previously defined failure component and the control system. Determine the control system. Table 1 is a table showing the correlation between the failed part and the control system.
[Table 1]

[0049]
The control mode selection unit 313c selects a control method that is not affected by the failure from the affected control system determined by the failure system determination unit 313b and determines the control mode. Table 2 shows combinations of control systems in which a failure is detected and combinations of selected control modes.
[Table 2]

[0050]
As shown in Table 2, blocks the system at three system failure, otherwise you implement vehicle motion control by the controllable system. At this time, the driver is warned of an abnormality by a warning light. Accordingly, even when the behavior of the vehicle is achieved almost the target value at the time of failure, Ru can reduce the likelihood that the driver is mistaken as normal.
[0051]
As described above, the stability of the vehicle can be ensured by selecting a controllable system according to the failure of the control system and executing the vehicle motion control.
[0052]
(simulation)
FIG. 17 shows the results under traveling conditions assuming a vehicle speed of 80 km / h and a lane change on a snowy road when the brake actuator fails. The driver steering angle calculation uses a forward gazing driver model in which the driver steers the vehicle so as to follow the target locus by feeding back lateral displacement and yaw rate, which is widely known as a driver model.
[0053]
When the failure detection unit 313a detects a failure of the brake actuator, the brake control system is selected as an influence control system. Next, the control mode selection unit 313c selects the front wheel steering system and the rear wheel steering system as the system to be controlled as the control target when the brake control system is out of order as the control mode. To do.
[0054]
FIG. 17A shows the steering angle and the target front wheel steering angle of the driver, FIG. 17B shows the target rear wheel steering angle, and FIG. 17C shows the target generated yaw rate and the generated yaw rate. . As shown in FIG. 17C, it can be seen that stable vehicle behavior can be realized using the front wheel steering function and the rear wheel steering function even when the brake control is stopped due to a failure of the brake actuator.
[0055]
In this embodiment, hydraulic actuators are used as the front and rear wheel steering actuators. However, instead of the hydraulic actuators, for example, an electric configuration as described in JP-A-11-91609 is used. Also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a brake device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a hydraulic circuit of the brake device in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic configuration in the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a steering control controller in the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a target value generation unit in the first embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a target output value generation unit in the first embodiment.
FIG. 7 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 8 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 9 is a map showing a yaw rate parameter in the first embodiment.
FIG. 10 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 11 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 12 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 13 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 14 is a map showing yaw rate parameters in the first embodiment.
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a failure mode selection calculation unit in the first embodiment.
FIG. 16 is a flowchart showing the control contents of vehicle motion control in the first embodiment.
FIG. 17 is a time chart showing simulation results in the first embodiment.
[Explanation of symbols]
1L, 1R Front wheel 2 Handle 3L, 3R Front wheel steering mechanism 4 Steering unit 5 Car body 6 Elastic body 7 Front wheel side hydraulic cylinder 8L, 8R Rear wheel 9L, 9R Rear wheel steering mechanism 10 Rear wheel side hydraulic cylinder 11 Hydraulic source unit 11a Hydraulic pump 11b Unload valve 11c Pressure switch 11d Accumulator 11e Reservoir 12 Front wheel side fail safe valve 13 Front wheel side servo valve 14 Rear wheel side fail safe valve 15 Rear wheel side servo valve 16 Engine 18, 19 Servo amplifier 20 Vehicle speed sensor 21 Steering angle sensor 23 Engine speed sensor 24 Front wheel side displacement sensor 25 Rear wheel side displacement sensor 26 Master cylinder pressure sensor 27 Wheel cylinder pressure sensor 30 Steering control controller 31 Target value generation unit 32 Target output value generation unit 34 Front wheel steering controller 35 Rear wheel Steering controller 36 Brake controller 37 Front wheel steering actuator 38 Rear wheel steering actuator 39 Brake actuator 41L, 41R, 42L, 42R Wheel cylinder 43 Brake pedal 44 Master cylinder 45 P system cut valve 46 S system intake valve 51 P system intake valve 52 S system Cut valve 57, 58 Control hydraulic pressure source 59, 60 Reservoir 61 Motor 311 Vehicle model calculation unit 312 Target value calculation unit 321 Target rear wheel steering angle calculation unit 322 Target front wheel steering angle calculation unit 323 Target brake hydraulic pressure calculation unit

Claims

A steering angle detector for detecting the steering angle of the steering wheel;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
A front wheel auxiliary steering control system provided with a front wheel auxiliary steering angle application device which applies an auxiliary steering angle before wheels,
A rear wheel auxiliary steering control system including a rear wheel auxiliary rudder angle giving means for giving an auxiliary rudder angle to the rear wheel;
Brake means capable of arbitrarily controlling the brake pressure of the wheel cylinder of each vehicle wheel, using a master cylinder that generates hydraulic pressure by the driver's brake pedal operation and a hydraulic pump that can generate any hydraulic pressure as a hydraulic pressure source A brake control system,
Based on the detected steering angle and the target yaw rate and the target lateral speed according to the vehicle speed , the target front wheel steering angle, the target rear wheel steering angle and the target brake fluid pressure of each wheel are calculated, and the front wheel auxiliary steering angle applying means is provided. , a vehicle motion control means for outputting a command signal to the rear wheel auxiliary steer angle imparting means and said brake means,
In a vehicle motion control device comprising:
A failure detection means for detecting a failure of each means;
A fault system judging means for judging a control system affected by the detected fault;
Control mode selection means for selecting a control mode based on a control system that is not affected by the detected failure;
Provided,
The control mode selection means selects a control mode based on the rear wheel auxiliary steering control system and the brake control system when a failure affected only by the front wheel auxiliary steering control system is detected, and the rear wheel auxiliary steering control When a fault affected only by the system is detected, a control mode based on the front wheel auxiliary steering control system and the brake control system is selected, and when a fault affected only by the brake control system is detected, the front wheel auxiliary steering is selected. Select a control mode based on the control system and the rear wheel auxiliary steering control system,
The vehicle motion control means is configured to control the vehicle according to the control mode selected based on the other two control systems that are not affected by the failure even if a failure affecting any one of the control systems is detected. A vehicle motion control device comprising a failure-time vehicle motion control unit for executing motion control.

The vehicle motion control device according to claim 1,
The vehicle motion control device includes a warning unit that warns a driver that the vehicle motion control by the vehicle motion control unit at the time of failure is being executed.