JP4213545B2 - 車輪のグリップ度推定装置、及び該装置を備えた車両の運動制御装置 - Google Patents
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Description
即ち、図2において、破線で示すタイヤのトレッド面は路面と図2の点Aを含む接地面前端で接触し、点Bまで路面に粘着し、タイヤ進行方向に移動する。そして、横方向のせん断変形による変形力が摩擦力に等しくなった点ですべりだし、点Cを含む後端で路面から離れて元の状態に戻る。このとき、接地面全体で発生する力Fy(サイドフォース)はトレッド部の横方向への変形面積(図2の斜線部)と単位面積当たりのトレッド部の横方向弾性定数の積となる。図2に示すように、サイドフォースFyの着力点はタイヤ中心線直下(点O)よりもen(ニューマチックトレール)だけ後方(図2の左方向)にある。従って、このときのモーメントFy・enがセルフアライニングトルク(Tsa)であり、横すべり角αを減少させる方向に作用することになる。
即ち、請求項1に記載の車輪のグリップ度推定装置によれば、操舵力指標に基づき、前輪のセルフアライニングトルクを推定し、少なくとも車両の横加速度、及びヨーレイトを含む車両状態量に基づき前輪指標を推定し、この前輪指標に対するセルフアライニングトルクの変化に基づき、前輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度を精度よく推定できる。この結果、前輪のタイヤとしての特性までも考慮に入れた対応が可能となる。又、前輪に働く制動力、駆動力によるセルフアライニングトルクに対する影響を除去しているため、セルフアライニングトルクが正確に推定できる。この結果、制動力制御,スロットル制御,シフト制御等の各種制御を確実に実行することができる。
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明のグリップ度推定装置の一実施形態に係り、サイドフォースとセルフアライニングトルクからグリップ度を推定するグリップ度推定装置の主要構成を示すブロック図である。先ず、図2乃至図4を参照してグリップ度の推定の一例について説明する。
次に、図7乃至図12は本発明のグリップ度推定装置の他の実施形態に係り、本発明の前輪指標として前輪スリップ角を用いるものである。図7は、前輪スリップ角とセルフアライニングトルクからグリップ度を推定するグリップ度推定装置のブロック図である。ブロックM1乃至M6は図1と同様であり、反力トルク、ステアリング系摩擦トルクが演算され、セルフアライニングトルクが推定される。一方、前輪スリップ角は、操舵角、ヨーレイト、横加速度、車両速度から求められるので、図1と同様、操舵角検出手段M4、横加速度検出手段M7及びヨーレイト検出手段M8の検出信号が、車両速度検出手段M9xの検出信号と共に前輪指標推定手段としての前輪スリップ角推定手段M9yに入力される。前記操舵角検出手段M4、横加速度検出手段M7及びヨーレイト検出手段M8、及び車両速度検出手段M9xは、車両の状態量を検出する車両状態量検出手段に相当する。
図13は、上記のグリップ度推定装置を備えた車両の運動制御装置の一実施形態を示すもので、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は公知のハード構成のものである。該装置は、運転者によるステアリングホイール1の操作によってステアリングシャフト2に作用する操舵トルクTstrを、操舵トルクセンサTSによって検出し、この検出した操舵トルクTstrの値に応じてEPSモータ(電動モータ)3を制御するようにされている。そして、電動パワーステアリング装置は減速ギヤ4及びラックアンドピニオン5を介して前輪FL,FRを操舵し、運転者のステアリング操作力を軽減するようにされている。
次に、本実施形態の制動系については、車輪(FL,FR,RL,RR)に夫々ホイールシリンダWfl,Wfr,Wrl,Wrrが装着されており、これらのホイールシリンダWfl等にブレーキ液圧制御装置BCが接続されているが、これについては図15を参照して後述する。尚、前輪FLは運転席からみて前方左側の車輪を示し、以下前輪FRは前方右側、後輪RLは後方左側、後輪RRは後方右側の車輪を示している。
ブレーキ制御システムは、ブレーキ制御用のCPU、ROM及びRAMを備えたブレーキ制御ユニットECU2に、車輪速度センサWS1乃至WS4(代表してWSで表す)、液圧センサ(代表してPSで表す)が接続されている。又、ブレーキ制御ユニットECU2に、ストップスイッチST、ヨーレイトセンサYS、前後加速度センサXG、横加速度センサYG及び操舵角センサSSが接続されると共に、ソレノイド駆動回路AC2を介してソレノイドバルブ(代表してSLで表す)が接続されている。
前記セルフアライニングトルクTsaa*は、車輪に制動力が掛けられている場合や、駆動力が掛けられている場合、それらの影響を受けている。前記求められたセルフアライニングトルクTsaa*は、前記制動力や駆動力の影響を受けたセルフアライニングトルクであり、以下、補正前セルフアライニングトルクということがある。
前後力推定手段M15は、配分設定手段M14が設定した前後駆動力配分又は制動力配分に関する配分比δと、前後加速度Gxと、車両重量Wに基づいて前輪前後力Fxfが推定する。具体的には、下記式で求める。
前後加速度Gxが正の場合には、前輪前後力Fxfは駆動力として求められる。又、前後加速度Gxが負の場合には、前輪前後力Fxfは制動力として求められる。
本実施形態では前輪駆動方式の車両であるため、配分設定手段M14は、駆動力が掛かっている場合には、その配分比δが固定値として設定されており、ROM等の記憶手段から読み出す。なお、車両が駆動力配分装置を備えた4輪駆動車であって、駆動力が前輪に掛かっている場合には、その配分装置で求められた前輪側の駆動力の配分に応じた配分比に、設定されるものである。又、配分設定手段M14は、前輪に制動力が掛かっている場合、前輪に掛かる制動力の配分比δを、ブレーキ制御システムのECU2が前輪に加える制動量と後輪に加える制動量の割合に応じて設定するものである。
上記のグリップ度に基づく制動力制御における目標制動力増分は以下の条件により設定される。図20は運転者のブレーキペダル操作量(又は、運転者目標制動力)に応じた目標制動力増分のマップである。運転者が所定量(Kd)以上のブレーキ操作を既に行っている場合には、制動の必要性に応じてブレーキ操作を行っているか、もしくは、制動によりグリップ度が低下しているため、ブレーキペダル操作量(又は、運転者目標制動力)が所定量(Kd)以上の場合には、目標制動力増分は零とされる。
以上の実施形態でのグリップ度推定装置及び運動制御装置では、タイヤのニューマチックトレールの変化に着目し、セルフアライニングトルクに基づきグリップ度εを求めることとしたものである。しかし、下記のようにグリップ度推定装置及び運動制御装置を具体化してもよい(請求項2に対応)。
ξ>0の場合は、Fyf=μ・Fz・(1−ξ^3)…(1)
ξ≦0の場合は、Fyf=μ・Fz …(2)
又、
ξ>0の場合は、Tsaa=(l・Ks/6)・λ・ξ^3 …(3)
ξ≦0の場合は、Tsaa=0 …(4)
となる。なお、「^」は「累乗」を表し、従って、「^3」は3乗を表す。ここで、Fzは接地荷重、lはタイヤ接地面の接地長さ、Ksはトレッド剛性に対応する定数、λは横スリップ(λ=tan(αf))であり、αfは前輪スリップ角である。
Tsaa=(l・Ks/6)・αf・εm …(5)
上記(5)式は、実セルフアライニングトルクTsaaが前輪スリップ角αf及びグリップ度εmに比例することを示している。そこで、グリップ度εm=1(路面の摩擦利用率がゼロ、つまり摩擦余裕度が1)における特性を基準セルフアライニングトルク特性とすると、以下のようになる。
Tsau=(l・Ks/6)・αf …(6)
従って、上記(5)式及び(6)式から、グリップ度εmは、
εm=Tsaa/Tsau …(7)
として求めることができる。この(7)式には路面摩擦係数μがパラメータとして含まれていないことから明らかなように、グリップ度εmは路面摩擦係数μを用いることなく算出することができる。この場合において、基準セルフアライニングトルクTsauの勾配K4(=l・Ks/6)は、前述のブラッシュモデルを用いて予め設定することができる。又、実験的に求めることも可能である。更に、まず初期値を設定し、走行中に前輪スリップ角がゼロ近傍におけるセルフアライニングトルクの傾きを同定し、補正することとすれば、検出精度を向上させることができる。
M2…アシストトルク検出手段(操舵力指標検出手段)
M4…操舵角検出手段(車両状態量検出手段)
M6…セルフアライニングトルク推定手段
M7…横加速度検出手段(車両状態量検出手段)
M8…ヨーレイト検出手段(車両状態量検出手段)
M9…サイドフォース推定手段(前輪指標推定手段)
M9x…車両速度検出手段(車両状態量検出手段)
M9y…前輪スリップ角推定手段(前輪指標推定手段)
M10…セルフアライニングトルク原点勾配推定手段
M11…基準セルフアライニングトルク設定手段
M12…グリップ度推定手段
M13…前後加速度検出手段
M14…配分設定手段M
M15…前後力推定手段
M16…マップ演算手段
M17…補正前セルフアライニングトルク推定手段
TS…操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段,操舵力指標検出手段)
SS…操舵角センサ
ECU…電子制御装置(制御手段)
ECU1…操舵制御ユニット(M2,M6,M9,M10,M11,M12,M14,M15,M16,M17)
YS…ヨーレイトセンサ(ヨーレイト検出手段、車両状態量検出手段)
XG…前後加速度センサ(前後加速度検出手段)
YG…横加速度センサ(横加速度検出手段、車両状態量検出手段)
BP…ブレーキペダル
FL…前輪
FR…前輪
WS1〜WS4…車輪速度センサ
Claims (9)
- 車両のステアリングホイールからサスペンションに至る操舵系に加わる操舵トルク及び操舵力を含む操舵力指標のうちの少くとも一つの操舵力指標を検出する操舵力指標検出手段と、
前記車両前方の車輪(以下、前輪という)の駆動力又は制動力を推定する前後力推定手段と、
該操舵力指標検出手段の検出信号に基づき、前記前輪に生ずるセルフアライニングトルクを推定するとともに、前記前後力推定手段が推定した前記駆動力又は制動力によるセルフアライニングトルクの影響量を推定し、該影響量を前記セルフアライニングトルクから取り除いた値を、新たなセルフアライニングトルクとして推定するセルフアライニングトルク推定手段と、
前記車両の状態量のうち、少なくとも車両の横加速度、及びヨーレイトを検出する車両状態量検出手段と、
該車両状態量検出手段の検出信号に基づき、前記前輪に対するサイドフオース及び前輪スリップ角を含む前輪指標のうちの少くとも一つの前輪指標を推定する前輪指標推定手段と、
該前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する、前記セルフアライニングトルク推定手段が前記新たに推定したセルフアライニングトルクの変化に基づき、少くとも前記前輪に対するグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、
前記前輪指標推定手段が推定した前輪指標と前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクに基づき、前記前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクの特性を、少なくとも原点を通りかつ勾配を有する線形に近似させるとともに、前記車両の走行中に前記勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づき基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段とを具備し、
前記グリップ度推定手段が、前記基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準セルフアライニングトルクと前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、少くとも前輪に対する横方向のグリップ度を推定するように構成したことを特徴とする車輪のグリップ度推定装置。 - 車両のステアリングホイールからサスペンションに至る操舵系に加わる操舵トルク及び操舵力を含む操舵力指標のうちの少くとも一つの操舵力指標を検出する操舵力指標検出手段と、
前記車両前方の車輪(以下、前輪という)の駆動力又は制動力を推定する前後力推定手段と、
該操舵力指標検出手段の検出信号に基づき、前記前輪に生ずるセルフアライニングトルクを推定するとともに、前記前後力推定手段が推定した前記駆動力又は制動力によるセルフアライニングトルクの影響量を推定し、該影響量を前記セルフアライニングトルクから取り除いた値を、新たなセルフアライニングトルクとして推定するセルフアライニングトルク推定手段と、
前記車両の状態量のうち、少なくとも車両の横加速度、及びヨーレイトを検出する車両状態量検出手段と、
該車両状態量検出手段の検出信号に基づき、前記前輪に対するサイドフオース及び前輪スリップ角を含む前輪指標のうちの少くとも一つの前輪指標を推定する前輪指標推定手段と、
該前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する、前記セルフアライニングトルク推定手段が前記新たに推定したセルフアライニングトルクの変化に基づき、少くとも前記前輪に対するグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、
前記前輪指標推定手段が推定した前輪指標と前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクに基づき、基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段とを具備し、
前記基準セルフアライニングトルク設定手段は、前輪に対するブラッシュモデルに基づいて設定した勾配を有する線形の基準セルフアライニングトルク特性を設定し、該基準セルフアライニングトルク特性に基づき前記基準セルフアライニングトルクを設定するように構成し、
前記グリップ度推定手段が、前記基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準セルフアライニングトルクと前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、少くとも前輪に対する横方向のグリップ度を推定するように構成したことを特徴とする車輪のグリップ度推定装置。 - 前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度を第1所定値と比較し、前記グリップ度が前記第1所定値未満となったときには前記車両の運転者に報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の車輪のグリップ度推定装置。
- 請求項1に記載の車輪のグリップ度推定装置を備えると共に、車両に対する制動力、エンジン出力及び変速位置の少なくとも一つを制御する制御手段とを備え、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度が第2所定値未満となったときには、前記制御手段により、前記車両に対する制動力、エンジン出力及び変速位置の少なくとも一つを制御して前記車両を減速させるように構成したことを特徴とする車両の運動制御装置。
- 請求項2に記載の車輪のグリップ度推定装置を備えると共に、車両に対する制動力、エンジン出力及び変速位置の少なくとも一つを制御する制御手段とを備え、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度が第2所定値未満となったときには、前記制御手段により、前記車両に対する制動力、エンジン出力及び変速位置の少なくとも一つを制御して前記車両を減速させるように構成したことを特徴とする車両の運動制御装置。
- 前記車両の運転者による制動操作中に、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度が第2所定値未満となったときには、前記制御手段により、前記車両の運転者による制動操作とは無関係に前記車両の少くとも一輪に対する制動力が所定の制動力以上となるように制御することを特徴とする請求項4記載の車両の運動制御装置。
- 前記制御手段による制動力制御における所定の制動力は、前記車両におけるブレーキペダル操作量、前記グリップ度、前記車輪に対する路面摩擦係数、及び前記車輪に対する荷重のうちの少くとも一つに基づいて設定することを特徴とする請求項6記載の車両の運動制御装置。
- 前記路面摩擦係数が所定値未満のときは、前記制御手段は、前記車両後方の車輪に対する制動力の増加を禁止するように制御することを特徴とする請求項7記載の車両の運動制御装置。
- 前記制御手段は、前記車両状態量検出手段の検出信号に基づき前記車両がアンダーステア傾向かオーバーステア傾向かを判定し、前記車両がアンダーステア傾向にあるときと、前記車両がオーバーステア傾向にあるときとで,発生する前記車両のヨーモーメントが異なるように制動力を制御することを特徴とする請求項6記載の車両の運動制御装置。
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