JP4274077B2

JP4274077B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP4274077B2
Application number: JP2004232576A
Authority: JP
Inventors: 英樹酒井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-08-09
Also published as: JP2006051837A

Description

本発明は、車両制御装置に係り、特に、ビークルスタビリティコントロール（Vehicle Stability Control）、トラクションコントロール（TRaction Control）、またはアクティブリアステア（Active Rear Steer）などの車両運動制御手段を備える車両制御装置に関する。

従来、車両の運動制御装置として、タイヤのグリップ状態が限界に達したと判断された際に車両を減速して車両挙動の安定化を図る、いわゆるビークルスタビリティコントロール（以下「ＶＳＣ」という）を行うものが知られている。ＶＳＣは、車両の操舵角、速度、横加速度に基づいて車両の横滑り状態を検出し、この横滑り状態に基づいてアンダー状態を回避するアンダー制御およびスピン状態を回避するスピン制御を行うものである。このようなＶＳＣを行う車両の運動制御装置として、従来、特開平１１−３４８７５３号公報に開示されたものがある。

この車両の運動制御装置は、タイヤモデルから算出された車両状態量の変化の微係数と、車両モデルなどから算出された車両の運動を安定化させるための車両状態量の目標値を用いて、目標値を実現する各輪の目標制御量を求め、この目標制御量を実現するように車輪操作装置を制御するというものである。
特開平１１−３４８７５３号公報

ところで、車両が走行していると、車輪に設けられたタイヤの温度は上下動する。このように、タイヤの温度が上下動すると、タイヤの温度の上下動に伴ってタイヤのグリップ限界も異なってくる。しかし、上記特許文献１に開示された車両の運動制御装置においては、このようなタイヤの温度変化を考慮していないので、タイヤの温度とは無関係に制御を行っている。

このため、タイヤの温度がどのような温度である場合でも、グリップ限界に達する前に運動制御装置が早期作動をしてしまうことを防止するために、しきい値近傍における不感帯を広めに設定し、この不感帯の近辺では制御を行わないようにしている。したがって、運動制御が必要である場合に、その制御の開始が遅めとなるとともに、制御の際の挙動が大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明の課題は、車両運動制御装置の始動が遅くならないようにするとともに、制御の際の挙動を大きくしないようにすることができる車両制御装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る車両制御装置は、車両の走行状態に基づいて、車両の挙動を制御する車両運動制御手段を備える車両制御装置において、車両におけるタイヤの温度を検出するタイヤ温度検出手段を備え、タイヤ温度検出手段で検出されたタイヤの温度に基づいて、車両運動制御手段における作動しきい値を調整し、車両運動制御手段は、車両の横滑り状態に基づいて、アンダー状態を回避するアンダー制御またはスピン状態を回避するスピン制御を行い、車両における前輪の温度が後輪の温度よりも高いときに、アンダー制御を開始するアンダー制御しきい値を低くし、車両における前輪の温度が後輪の温度よりも低いときに、スピン制御を開始するスピン制御しきい値を低くするものである。

本発明に係る車両制御装置においては、車両におけるタイヤの温度を検出し、検出されたタイヤの温度に基づいて、車両運動制御手段の作動しきい値を調整している。このため、タイヤの温度に見合った作動しきい値を設定することができるので、作動しきい値付近での不感帯領域を広くすることなく、車両運動制御手段早期作動を防止することができる。したがって、車両運動制御手段の始動が遅くならないようにするとともに、制御の際の挙動を大きくしないようにすることができる。

このように、車両運動制御が車両の横滑り状態に基づいたアンダー状態を回避するアンダー制御またはスピン状態を回避するスピン制御を行う、いわゆるＶＳＣである場合には、車両における前輪の温度が後輪の温度よりも低いときに、スピン制御を開始するスピン制御しきい値を低くする態様とすることができる。こうして、ＶＳＣの始動が遅くならないようにするとともに、制御の際の挙動を大きくしないようにすることができる。

本発明に係る車両制御装置によれば、車両運動制御装置の始動が遅くならないようにするとともに、制御の際の挙動を大きくしないようにすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る車両制御装置のブロック構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車両制御装置１は、前後左右にそれぞれ車輪を備える４輪の車両に搭載され、タイヤ力推定手段１１、スリップ角推定手段１２、タイヤ温度推定手段１３、車両特性推定手段１４、および車両運動制御手段であるＶＳＣ装置１５を備えている。また、車両制御装置１には、荷重センサ２、Ｇセンサ３、舵角センサ４、車速センサ５、および温度センサ６が取り付けられている。

荷重センサ２は、車両の各車輪に掛かる荷重（輪荷重）を検出しており、検出した輪荷重を車両制御装置１におけるタイヤ力推定手段１１に出力している。Ｇセンサ３は、車両に掛かる横Ｇ（横加速度）を検出し、検出した横Ｇを車両制御装置１におけるタイヤ力推定手段１１およびスリップ角推定手段１２に出力している。舵角センサ４は、車輪の舵角を検出しており、検出した舵角を車両制御装置１におけるスリップ角推定手段１２に出力している。

車速センサ５は、車両の速度である車速を検出しており、検出した車速を車両制御装置１におけるスリップ角推定手段１２およびタイヤ温度推定手段１３に出力している。温度センサ６は、車両の周囲における外気温を検出しており、検出した外気温を車両制御装置１におけるタイヤ温度推定手段に出力している。

車両制御装置１におけるタイヤ力推定手段１１は、荷重センサ２から出力される荷重およびＧセンサ３から出力される横Ｇ等に基づいて、タイヤに掛かるタイヤ力をタイヤごとに算出している。タイヤ力推定手段１１は、推定したタイヤ力をタイヤ温度推定手段１３に出力している。

スリップ角推定手段１２は、Ｇセンサ３から出力される横Ｇ、舵角センサ４から出力される舵角、および車速センサ５から出力される車速等に基づいて、各タイヤのスリップ角を推定している。スリップ角推定手段１２は、推定したスリップ角をタイヤ温度推定手段１３に出力している。

タイヤ温度推定手段１３は、タイヤ力推定手段１１から出力されるタイヤ力、スリップ角推定手段１２から出力されるスリップ角、車速センサ５から出力される車速、および温度センサ６から出力される外気温に基づいて、各タイヤのタイヤ温度を推定している。タイヤ温度推定手段１３は、推定したタイヤ温度を車両特性推定手段１４に出力している。

車両特性推定手段１４では、タイヤ温度推定手段から出力されたタイヤ温度に基づいて、タイヤ抵抗およびコーナーリングパワーを補正し、車両特性（安定係数）を推定している。車両特性推定手段１４では、推定した車両特性に基づいて、ＶＳＣ装置１５における作動しきい値の調整を行う。この作動しきい値の調整により、ＶＳＣ装置１５のアンダー制御しきい値またはスピン制御しきい値の変更が必要であると判断したときには、しきい値変更信号をＶＳＣ装置１５に出力する。

ＶＳＣ装置１５では、車両の走行状態である横滑り状態に基づいて、必要があると判断した場合に、アンダー状態を回避するアンダー制御、およびスピン状態を回避するスピン制御を行う。これらのアンダー制御およびスピン制御は、所定のアンダー制御しきい値またはスピン制御しきい値を超えた場合に、それぞれ作動する。

以上の構成を有する本実施形態に係る車両制御装置の動作・作用について説明する。図２は、車両制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、車両制御装置１においては、荷重センサ２およびＧセンサ３からそれぞれ出力される輪荷重および横Ｇを読み込み、タイヤ力推定手段１１においてタイヤ力を推定する（Ｓ１）。続いて、Ｇセンサ３、舵角センサ４、および車速センサ５から出力される車速等を読み込み、スリップ角推定手段１２において各タイヤのスリップ角を推定する（Ｓ２）。

タイヤ力およびスリップ力を推定したら、タイヤ温度推定手段１３では、タイヤ力推定手段１１から出力されたタイヤ力およびスリップ角推定手段１２から出力されたスリップ角を読み込む。また、車速センサ５から出力された車速および温度センサ６から出力された外気温を読み込む（Ｓ３）。

タイヤ温度推定手段１３では、これらのタイヤ力、スリップ角、車速、および外気温から、下記（１）式を用いて、タイヤ温度Ｔを推定する（Ｓ４）。

ただし、Ｔ：タイヤ温度
Ｗ：タイヤの熱容量
Ｔ_０：外気温（路面温度）
ｑ：熱流速
また、熱流速ｑは、下記（２）式によって求めることができる。

ｑ＝ＦＶsinα ・・・（２）
ただし、Ｆ：タイヤの合力
Ｖ：車速
α：コンバインドスリップ率
上記（１）式および（２）式において、外気温と路面温度とはほとんど同じ温度であると想定している。また、タイヤの合力Ｆは、各タイヤのタイヤ力より求めることができ、コンバインドスリップ率αは、各タイヤのスリップ角から求めることができる。

このようにしてタイヤ温度を推定したら、タイヤ温度推定手段１３は、推定したタイヤ温度を車両特性推定手段１４に出力する。車両特性推定手段１４では、まず、出力されたタイヤ温度に基づいて、各タイヤのタイヤ抵抗およびコーナーリングパワーを推定する（Ｓ５）。タイヤ抵抗μは、下記（３）式で求めることができる。また、コーナーリングパワーＣｐは、下記（４）式で求めることができる。

μ＝μ_０＋Δμ・Ｔ・・・（３）
ただし、μ_０：常温でのタイヤ抵抗
Δμ：タイヤ抵抗の温度勾配（所定値）
Ｃｐ＝Ｃｐ_０＋ΔＣｐ・Ｔ・・・（４）
ただし、Ｃｐ_０：常温でのコーナーリングパワー
ΔＣｐ：コーナーリングパワーの温度勾配（所定値）
こうして、車両特性推定手段１４においてタイヤ抵抗μおよびコーナーリングパワーＣｐを求めたら、これらのタイヤ抵抗μから、車両特性としての安定係数Ｆｓを求める（Ｓ６）。安定係数Ｆｓは、下記（５）式によって求めることができる。

Ｆｓ＝Ｒ^２＋（１−１／Ｒ^２）^１／２・・・（５）
ただし、Ｒ＝μ_Ｒ／μ_Ｆ
μ_Ｒ：後輪のタイヤ抵抗
μ_Ｆ：前輪のタイヤ抵抗
このようにして求められる安定係数Ｆｓは、前輪のタイヤ抵抗が後輪のタイヤ抵抗よりも大きい場合に大きくなり、前輪のタイヤ抵抗が後輪のタイヤ抵抗よりも小さい場合に小さくなる。また、安定係数Ｆｓは、前輪のタイヤ温度が後輪のタイヤ温度よりも高い場合に大きくなり、前輪のタイヤ温度が後輪のタイヤ温度よりも低い場合に小さくなる。

このため、安定係数が大きい場合には、アンダー傾向が強くなっているので、アンダー傾向を回避するアンダー制御を始動するアンダー制御のしきい値となるアンダー制御しきい値を変更するか否かを判断する。アンダー制御しきい値の変更は、安定係数Ｆｓが所定の大きさより大きい場合、換言すれば、前輪の温度が後輪の温度より所定値以上高い場合に行う。

その結果、アンダー制御しきい値を変更すると判断した場合には、車両特性推定手段１４は、ＶＳＣ装置１５に対してアンダー制御しきい値変更信号を出力する。ＶＳＣ装置１５では、アンダー制御しきい値変更信号を読み込んだら、設定されているアンダー制御しきい値を変更し、アンダー制御しきい値を高くする（Ｓ７）。

したがって、安定係数Ｆｓが所定の大きさを超えるまでにタイヤ温度が変化せず、タイヤ温度が通常の温度状態である場合には、アンダー制御を早期に始動させるように設定しておくことができる。よって、ＶＳＣ装置１５の始動が遅くならないようにするとともに、制御の際の挙動を大きくしないように済ませることができる。

また、安定係数が小さい場合には、スピン傾向が強くなっているので、スピン傾向を回避するスピン制御を始動するスピン制御のしきい値となるスピン制御しきい値を変更するか否かを判断する。スピン制御しきい値の変更は、安定係数Ｆｓが所定の大きさよりも小さい場合、換言すれば、前輪の温度が後輪の温度より所定値以上低い場合に行う。

その結果、スピン制御しきい値を変更すると判断した場合には、車両特性推定手段１４は、ＶＳＣ装置１５に対してスピン制御しきい値変更信号を出力する。ＶＳＣ装置１５では、スピン制御しきい値変更信号を読み込んだら、設定されているスピン制御しきい値を変更し、スピン制御しきい値を高くする（Ｓ７）。

したがって、安定係数Ｆｓが所定の大きさを下回るまでにタイヤ温度が変化せず、タイヤ温度が通常の温度状態である場合には、スピン制御を早期に始動させるように設定しておくことができる。よって、ＶＳＣ装置１５の始動が遅くならないようにするとともに、制御の際の挙動を大きくしないように済ませることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、作動しきい値であるアンダー制御しきい値およびスピン制御しきい値の調整を車両特性における安定係数を用いて行っているが、たとえば前後車輪の温度差に基づいて、これらの作動しきい値を調整する態様とすることができる。また、タイヤ温度を推定するにあたり、タイヤ力とスリップ角とを用いているが、スリップ角に代えて、スリップ率やスリップ速度などを適宜利用することもできる。

また、上記実施形態では、車両運動制御手段として、ＶＳＣ装置を用いているが、たとえばトラクションコントロールシステム（ＴＲＳ）、アクティブリアステア（ＡＲＳ）、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）などを用いることもできる。

さらに、上記実施形態では、タイヤ力やスリップ角などを諸条件から算出して推定しているが、これらを直接測定する測定器を用いることもできる。また、タイヤ温度を検出するためにタイヤ温度を直接測定する態様とすることもできる。

本発明に係る車両制御装置のブロック構成図である。車両制御装置による制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両制御装置、２…荷重センサ、３…Ｇセンサ、４…舵角センサ、５…車速センサ、６…温度センサ、１１…タイヤ力推定手段、１２…スリップ角推定手段、１３…タイヤ温度推定手段、１４…車両特性推定手段、１５…ＶＳＣ装置。

Claims

車両の走行状態に基づいて、前記車両の挙動を制御する車両運動制御手段を備える車両制御装置において、
前記車両におけるタイヤの温度を検出するタイヤ温度検出手段を備え、
前記タイヤ温度検出手段で検出されたタイヤの温度に基づいて、前記車両運動制御手段における作動しきい値を調整し、
前記車両運動制御手段は、前記車両の横滑り状態に基づいて、アンダー状態を回避するアンダー制御またはスピン状態を回避するスピン制御を行い、
前記車両における前輪の温度が後輪の温度よりも高いときに、前記アンダー制御を開始するアンダー制御しきい値を低くし、
前記車両における前輪の温度が後輪の温度よりも低いときに、前記スピン制御を開始するスピン制御しきい値を低くすることを特徴とする車両制御装置。