JP4519439B2 - 車両挙動検出装置、及び車両挙動検出装置を用いた車両挙動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば定速旋回走行時のヨーモーメントと、旋回加速走行或いは旋回減速走行時のヨーモーメントとの差分からヨーモーメントの変動値を算出する車両挙動検出装置、及び車両挙動検出装置を用いた車両挙動制御装置に関する。

定速での旋回走行では、車体荷重が前後方向へ大きく移動せずほぼ一定の状態が保持されているため、ハンドルに係る反力が大きく変化することはない。しかし、アクセルペダルを急激に踏み込んで加速させると、車体荷重が後方へ移動して、後輪側接地荷重が増加するため、アンダーステア特性となる。逆に、アクセルペダルを開放し、或いはブレーキを踏み込んで減速させると、車体荷重が前方へ移動して、前輪接地荷重が増加するため、オーバステア特性となる。

このようなアクセルペダル操作、及びブレーキ操作に起因するアンダーステア特性、或いはオーバステア特性は、車両の姿勢を不安定にする要因であり、このような車両挙動を抑制する技術が種々提案されている。

例えば特開平９−１５６４８７号公報には、目標ヨーレートと実際のヨーレートとを比較し、車両の運動状態が目標ヨーレートに対しアンダーステア傾向かオーバステア傾向かを求め、アンダースステア傾向のときは後内輪に制動力を付与し、又、オーバステア傾向のときは前外輪に制動力を付与することで、車両の挙動変化を抑制する技術が開示されている。
特開平９−１５６４８７号公報

上述した先行技術に開示されている技術では、先ず、目標ヨーレイトを算出し、次いでヨーレイトセンサで検出した実ヨーレイトとの偏差を求め、その偏差に応じて制動力の制御量をフィードバック制御している。従って、実ヨーレイトが検出された後に制御量が決定されるため、制御に遅れが生じやすい。

又、特定の車輪に対する制動力で車両の挙動を制御しているため、トルク損失が大きく、良好な加速性能を得ることができない。更に、旋回走行時の挙動制御に遅れが生じる分、旋回加速走行においては限界横加速度を増加させることができず、又、旋回減速走行においては走行安定性が損なわれる問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、旋回走行時の車両の挙動変化を瞬時に検出することで、制御遅れを改善し、旋回加速走行においては限界横加速度を増加させて旋回性能を向上させ、又、旋回減速走行においては良好な走行安定性を得ることのできる車両挙動検出装置、及び車両挙動検出装置を用いた車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、前輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速検出手段と、車体に生じているヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、車体の前後加速度を検出する前後加速度検出手段とを備え、上記車速検出手段で検出した車速と、上記操舵角検出手段で検出した操舵角と、上記ヨーレイト検出手段で検出したヨーレイトとを用いて線形の２輪車両運動モデルに基づき第１のヨーモーメントを演算する第１のヨーモーメント演算部と、上記車速と上記操舵角と上記ヨーレイトと上記前後加速度とを用いて線形の２輪車両運動モデルに基づき車体の前後荷重移動を加味した第２のヨーモーメントを演算する第２のヨーモーメント演算部と、上記第１のヨーモーメントから上記第２のヨーモーメントを減算して車体の前後荷重移動によるヨーモーメントの変動値を算出するヨーモーメント変動値演算部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、旋回走行時の車両の挙動変化を検出して、制御遅れを改善することができる。その結果、旋回加速走行においては限界横加速度を増加させて旋回性能の向上を実現することができ、又、旋回減速走行においては良好な走行安定性を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１は車両の動力伝達系を示す概略構成図である。

同図の符号１はエンジンであり、エンジン１の出力が、変速機２、プロペラ軸３、及び駆動力配分装置４を介して、後左右輪６RL，６RRに伝達される。駆動力配分装置４は、旋回時における車両の挙動に応じて、後左右輪６RL，６RRに対する駆動力配分を可変設定して、車両挙動を制御するものである。尚、駆動輪が前左右輪６FL，６FRの場合、駆動力配分装置４は前輪側に設けられる。

図２に基づき、本形態で採用する駆動力配分装置４の構成について簡単に説明する。駆動力配分装置４は差動機構５を有している。図に示す差動機構５は周知の遊星歯車装置で構成されている。プロペラ軸３の回転は、差動機構５のリングギヤ５ａを介してデフケース５ｂに伝達される。次いで、デフケース５ｂの回転がサンギヤ５ｃと、プラネタリギヤを指示するキャリア５ｄとに分配されて後左右輪６RL，６RRに左右アクスル軸７ａ，７ｂを介して伝達される。その際、後左右輪６RL，６RRの差回転がサンギヤ５ｃとキャリア５ｄとの相対回転により吸収される。

又、駆動力配分装置４に可逆式の油圧モータ８が内装されている。油圧モータ８は、モータハウジング８ａと、モータハウジング８ａに内装するロータ８ｂとを備えている。又、ロータ８ｂが左アクスル軸７ａに連設され、モータハウジング８ａがキャリア５ｄと右アクスル軸７ｂとの間に連結されている。

油圧モータ８は油圧ポンプ９からの油圧により、モータハウジング８ａとロータ８ｂとを相対回転させて、後左右輪６RL，６RR間に相対的な回転力を付与する。尚、油圧ポンプ９は、リングギヤ５ａにて駆動される機械式ポンプである。又、油圧モータ８に供給される油圧は油圧バルブユニット１０によって制御される。この油圧バルブユニット１０は、後述する演算制御部２１からの制御信号に基づいて動作され、油圧モータ８のトルクと回転方向とを制御する。

ところで、油圧モータ８としては、トロコイドモータやピストン式トルクモータがある。トロコイドモータの構成については、例えば特開平１０−１３８７８９号公報に開示されており、又、ピストン式トルクモータの構成については、例えば特開２００１−１９９２５５号公報に詳述されているため、ここでの説明は省略する。

油圧バルブユニット１０は、油圧モータ８に供給する油圧の方向を切換える流路切換え機能と、流量を制御する流量制御機能とを備えている。

図３に示すように、油圧バルブユニット１０を制御する演算制御部２１は、車両挙動検出機能及び車両挙動制御機能として、第１のヨーモーメント演算部２２、第２のヨーモーメント演算部２３、ヨーモーメント変動値演算部としての印加ヨーモーメント指示値演算部２４を備えている。

演算制御部２１はマイクロコンピュータなどのコンピュータを主体に構成されており、図１に示すように、入力側には、車両挙動検出及び車両挙動制御を行うために必要なセンサ類が接続されている。センサ類として、本形態では、前左右輪６FL，６FRの車輪速を各々検出する車輪速センサ２５FL，２５FR、後左右輪６RL，６RRの車輪速を各々検出する車輪速センサ２５RL，２５RR、ステアリング操舵角θｓを検出する操舵角センサ２６、車体重心付近のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段としてのヨーレイトセンサ２７、前後加速度を検出する加速度検出手段としての加速度センサ２８が接続されている。又、出力側が駆動力配分装置４に設けた油圧バルブユニット１０に接続されている。

第１のヨーモーメント演算部２２では、線形の２輪車両運動モデルの演算式に基づいて、第１のヨーモーメントである定速旋回走行時の重心周りに発生するヨーモーメントＩ・ｄγ／ｄｔを求める。ここで、「線形の２輪車両運動モデル」とは、前左右輪６FL，６FRのコーナリングフォースが等しく、且つ、後左右輪６RL，６RRのコーナリングフォースが等しいと仮定した状態でのスリップ角に対して前後輪のコーナリングフォースが線形に変化するような運動モデルであり、図５に示す２輪車両運動モデルにおいて、前輪６ＦのコーナリングフォースをＦｆ、後輪６ＲのコーナリングフォースをＦｒ、前輪６Ｆの軸中心から車体重心までの距離をＬｆ、後輪６Ｒの軸中心から車体重心までの距離をＬｒとした場合の重心まわりのヨーモーメントＭγは、
Ｍγ＝Ｆｆ・Ｌｆ−Ｆｒ・Ｌｒ
となる。尚、θｓはステアリング操舵角である。

このときの線形の２輪車両運動モデル方程式は、以下のように表される。

式１

ここで、（１）式は車両の横運動を示し、（２）式は車両のヨーイング運動を示しており、ｍは車体質量[Kg]、Ｖは車速[m/s]、βは車体重心の横すべり角[rad]、γはヨーレイト[rad/s]、Ｉは車体重心を通るＺ軸回りの慣性モーメント[Kgm²]である。

又、（１）式、（２）式は、

式２

に変換することができる。ここで、Ｋｆは前輪コーナリングパワー（１輪分）[N/rad]、Ｋｒは後輪コーナリングパワー（１輪分）[N/rad]、ｎはステアリングギヤ比であり、θｓ／ｎで前輪６Ｆの実際の舵角（実舵角）が算出される。

そして、（４）式を以下の（５）式に変形して、ヨーモーメントＩ・ｄγ／ｄｔを求める。

式３

ここで、右辺第１項は、前輪側に作用するモーメント、第２項は後輪側に作用するモーメントである。

第１のヨーモーメント演算部２２は、（５）式に基づき、車速検出手段としての各車輪速センサ２５FL，２５FR，２５RL，２５RRで検出した車輪速の平均値から算出した車速Ｖと、操舵角センサ２６で検出したステアリング操舵角θｓと、ヨーレイトセンサ２７で検出したヨーレイトγとをパラメータとして、ヨーモーメントＩ・ｄγ／ｄｔを求める。尚、前輪コーナリングパワーＫｆ、及び後輪コーナリングパワーＫｒは、定速旋回時においてはほぼ一定値と見なすことができる。又、車速センサが搭載されている場合は、車速Ｖを車速センサにて直接検出するようにしても良い。

又、第２のヨーモーメント演算部２３では、（５）式のコーナリングパワーＫｆ，Ｋｒに加減速走行による前後荷重移動の変化を考慮したヨーモーメントＭ’を、以下の（６）式から求める。

式４

ここで、ｇは重力加速度、ｈは車体の重心までの高さ、１はホイルベースである。

第２のヨーモーメント演算部２３では、第１のヨーモーメント演算部２２で読込んだパラメータに加え、加速度センサ２８で検出した前後加速度ｄｖ／ｄｔを読込んで、加減速時のヨーモーメントＭ’を算出する。

尚、実験によれば、車体重心の横すべり角βを無視しても、制御性に大きな影響は無く、従って、本形態では、β＝０として、ヨーモーメントＭ’を算出している。

印加ヨーモーメント指示値演算部２４では、第１のヨーモーメント演算部２２で算出した定速旋回時のヨーモーメントＩ・ｄγ／ｄｔと、第２のヨーモーメント演算部２３で算出した加減速走行時のヨーモーメントＭ’との差分から、車両挙動を示すヨーモーメントの変動値Ｍを算出する。

式５

ところで、定速旋回走行中にアクセルペダルを踏み込んで加速すると、車体荷重が後方へ移動して、後輪接地荷重が増加するため、図６に示すように、後輪６ＲのコーナリングフォースＦｒが増加し、前輪６ＦのコーナリングフォースＦｆが減少する。その結果、車両はＢの方向へ直進しようとするためアンダーステア特性となる。

尚、定速旋回走行からアクセルペダルを開放し、或いはブレーキを踏み込んで減速した場合は、車体荷重が前方へ移動し前輪接地荷重が増加するため、前輪６ＦのコーナリングフォースＦｆが増加し、後輪６ＲのコーナリングフォースＦｒが減少してオーバステア特性となる。

本形態では、車体の重心まわりのヨーモーメントＭγに、ヨーモーメントの変動値Ｍを加算することで、旋回走行時の車体荷重の移動によるヨーモーメントの変動分を補完するようにしたものである。
Ｍγ＝Ｆｆ・Ｌｆ−Ｆｒ・Ｌｒ＋Ｍ

すなわち、定速旋回走行においては、前後加速度ｄｖ／ｄｔが、ほぼ０となるため、変動値Ｍは、ほぼ０となる。一方、加速時においては、前後加速度ｄｖ／ｄｔが増加するため、変動値Ｍは増加された値となる。又、減速時における前後加速度ｄｖ／ｄｔは負値となるため、変動値Ｍは負値となる。

このように、本形態では、ヨーモーメントＭγが、変動値Ｍによりフィードフォワード制御されるため、制御遅れが改善され、旋回加速走行時、或いは旋回減速走行時のヨーモーメントＭγを、定速旋回走行時のヨーモーメントＭγとほぼ等しくすることができる。その結果、旋回加速走行においては限界横加速度を増加させて、旋回性能を向上させることができ、又、旋回減速走行においては良好な走行安定性を得ることができる。

具体的な制御方法は、演算制御部２１の印加ヨーモーメント指示値演算部２４で算出したヨーモーメントの変動値Ｍを印加ヨーモーメント指示値として、駆動力配分装置４の油圧バルブユニット１０へ出力する。油圧バルブユニット１０は、印加ヨーモーメント指示値Ｍに基づき、油圧モータ８のトルクと回転方向とを制御し、後左右輪６RL，６RRの駆動力配分を可変する。

すなわち、図４の定速走行中のＡの状態から加速した場合は、後外輪である後右輪６RRに対する駆動力配分を増加させ、後右輪６RRの駆動力を増加させてアンダーステア特性を減少させる。一方、Ａの状態から減速した場合は、後内輪である後左輪６RLに対する駆動力配分を増加させ、後左輪６RLの駆動力を増加させてオーバステア特性を減少させる。

このように、本形態では、旋回走行時におけるヨーモーメントの変動値Ｍを車体の前後加速度に基づいて検出し、その変動値Ｍに基づいて、後左右輪６RL，６RRの駆動力配分を可変させて、ヨーモーメントの変動値Ｍを相殺するフィードフォワード制御を行うようにしたので、旋回加速走行、及び旋回減速走行おいてもヨーモーメントＭγが大きく変動せず、定速旋回走行と同等の操作性を得ることができる。

車両の動力伝達系を示す概略構成図 駆動力配分装置の概略構成図 演算制御部の機能ブロック図 旋回走行時の車両挙動を示す説明図 定速旋回走行時の線形２輪車両運動モデルでの前後輪のコーナリングフォースを示す説明図 旋回加速走行時の線形２輪車両運動モデルでの前後輪のコーナリングフォースを示す説明図

符号の説明

１ エンジン
４ 駆動力配分装置
６Ｆ 前輪
６FL，６FR 前左右輪
６Ｒ 後輪
６RL，６RR 後左右輪
８ 油圧モータ
９ 油圧ポンプ
１０ 油圧バルブユニット
２１ 演算制御部
２２ 第１のヨーモーメント演算部
２３ 第２のヨーモーメント演算部
２４ 印加ヨーモーメント指示値演算部
２５FL，２５FR，２５RL，２５RR 車輪速センサ
２６ 操舵角センサ
２７ ヨーレイトセンサ
２８ 加速度センサ
ｄｖ／ｄｔ 前後加速度
Ｆｆ，Ｆｒ コーナリングフォース
Ｉ 慣性モーメント
Ｋｆ 前輪コーナリングパワー
Ｋｒ 後輪コーナリングパワー
Ｍ 変動値（印加ヨーモーメント指示値）
Ｍ’，Ｍγ ヨーモーメント
Ｖ 車速
γ ヨーレイト
θｓ ステアリング操舵角

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (2)

1. 前輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速検出手段と、車両に生じているヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段とを備え、
   上記車速検出手段で検出した車速と、上記操舵角検出手段で検出した操舵角と、上記ヨーレイト検出手段で検出したヨーレイトとを用いて線形の２輪車両運動モデルに基づき第１のヨーモーメントを演算する第１のヨーモーメント演算部と、
   上記車速と上記操舵角と上記ヨーレイトと上記前後加速度とを用いて線形の２輪車両運動モデルに基づき車両の前後荷重移動を加味した第２のヨーモーメントを演算する第２のヨーモーメント演算部と、
   上記第１のヨーモーメントから上記第２のヨーモーメントを減算して車両の前後荷重移動によるヨーモーメントの変動値を算出するヨーモーメント変動値演算部と
   を備えることを特徴とする車両挙動検出装置。
2. 上記車両の駆動輪側には後左右輪に対する駆動力配分を可変設定する駆動力配分装置が設けられており、
   上記ヨーモーメント変動値演算部で算出した上記ヨーモーメントの変動値を上記駆動力配分装置に対し指示値として印加することを特徴とする請求項１記載の車両挙動検出装置を用いた車両挙動制御装置。

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