JP4639914B2

JP4639914B2 - 車両挙動制御装置

Info

Publication number: JP4639914B2
Application number: JP2005106515A
Authority: JP
Inventors: 裕之古性
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: JP2006282064A

Description

本発明は、操舵時に発生するロールの過渡応答を改善する車両挙動制御装置の技術分野に属する。

従来技術としては、ロール角が目標ロール角と一致するように各車輪の制動力を制御して車両にヨーモーメントを入力することで、車両の走行状況にかかわらず、車両のロール状態の最適化を図る車両のロール挙動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５４６８３０号

しかしながら、上記従来技術にあっては、定常的なロール角を目標ロール角に一致させるための制御であり、過渡的なロール挙動の変動に対応できない。特に、スポーツユーティリティビークルやワンボックスカー等の背高車では、背低車（セダン等）と比較して、ロール角速度のピークがより大きくなるため、ヨーレイト、車体横滑り角のダンピングも悪化し、乗り心地が悪くなるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ロールの過渡応答を改善できる車両挙動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明にあっては、
操向輪に補助舵角を与える補助舵角発生手段と、
車両にヨーモーメントのみを与えるヨーモーメント発生手段と、
を有する車両挙動制御装置において、
車体横滑り角を検出する車体横滑り角検出手段と、
車体のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車体のロール運動により生じる横力を打ち消すように前記補助舵角発生手段を作動し、前記補助舵角制御により生じるヨーモーメントを打ち消すように前記ヨーモーメント発生手段を作動する挙動制御手段と、
を備え、
前記挙動制御手段は、前記車体横滑り角、ヨーレイトおよび車速に基づき、車体のロール運動が車体平面運動に与える影響を打ち消すような補助舵角指令値とヨーモーメント指令値とを設定し、
前記補助舵角発生手段は、後輪に補助舵角を与え、
前記挙動制御手段は、後輪舵角指令値δ _r ^* とヨーモーメント指令値m ₀ ^* を、

とする。ただし、

δ _r ^* 後輪舵角指令値
m _o ^* ヨーモーメント指令値（各輪制駆動力配分機構が発生するモーメント）
r ヨーレイト
β 車体横滑り角
m _s 車両のばね上質量
h _s ばね上重心点とロール軸間距離
v _e 車速
s ラプラス演算子
cr 後輪のコーナリングパワー（左右２輪分の合計）
lr 後輪軸と重心点間距離
I _φ ロール軸まわりの慣性モーメント
C _φ ローリング運動の等価粘性摩擦係数
K _φ 前後懸架装置のロール剛性の和
上記式(A)に基づいて前記後輪舵角指令値δ _r ^* とヨーモーメント指令値m ₀ ^* を設定することを特徴とする。

本発明では、ロール運動により生じる横力を補助舵角制御で打ち消しつつ、この補助舵角制御に伴い発生するヨーモーメントをモーメント制御で打ち消すことで、車両の旋回挙動に影響を及ぼすことなく、ロール過渡応答を改善でき、特に、ばね上重心点とロール軸間距離が大きな背高車においては、ロール感を大幅に向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両挙動制御装置のシステム構成図である。
実施例１の車両挙動制御装置は、ステアリングホイール１と、前輪２と、後輪（操向輪）３と、後輪転舵装置（補助舵角発生手段）４と、各輪制駆動力配分装置（ヨーモーメント発生手段）５と、車体横滑り角センサ（車体横滑り角検出手段）６と、ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出手段）７と、車速センサ（車速検出手段）８と、舵角センサ９と、制御コントローラ（挙動制御手段）１０と、を備えている。

後輪転舵装置４は、制御コントローラ１０からの後輪舵角指令値に後輪３の実転舵角が一致するように、後輪３の舵角を可変する。各輪制駆動力配分装置５は、制御コントローラ１０からのヨーモーメント指令値に車両のヨーモーメントが一致するように、各輪２，３の制駆動力を適切に配分する。なお、実施例１の各輪制駆動力配分装置５は、各輪２，３の制動力配分によりヨーモーメントを発生させる方式とする。

車体横滑り角センサ６は、車体の進行方向と車体の向いている方向とのなす角である車体横滑り角を検出する。ヨーレイトセンサ７は、車両のヨーレイトを検出する。車速センサ８は、前輪２と後輪３の回転速度から、車速（車体速）を検出する。舵角センサ９は、ステアリングホイール１の操舵角を検出する。各センサ６〜９の検出信号は、制御コントローラ１０へ出力される。

制御コントローラ１０は、各センサ６〜９により得られた車体横滑り角、ヨーレイト、車速および操舵角等に基づいて、後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値を算出し、後輪転舵装置４および各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する。

また、制御コントローラ１０は、後述する所定の制御則に基づき、車体のロール運動により生じる横力を打ち消すように後輪転舵装置４を駆動制御し、後輪舵角制御により生じるヨーモーメントを打ち消すように各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する。

次に、作用を説明する。
［車両挙動制御処理］
図２は、実施例１の制御コントローラ１０で実行される車両挙動制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。なお、一連の制御処理は、離散的に繰り返し実行される。

ステップS1では、車速センサ８により検出された車速と、ヨーレイトセンサ７により検出されたヨーレイトと、車体横滑り角センサ６により検出された車体横滑り角とを取得し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、ステップS3の制御則で用いられるフィードバック係数を更新し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、後述する制御則に基づいて後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値を演算し、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、ステップS3で演算された後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値に基づき、実後輪舵角および実ヨーモーメントが後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値と一致するように、後輪転舵装置４および各輪制駆動力配分装置５を駆動し、リターンへ移行する。

［車両挙動制御方法］
図２のステップS3で用いられる制御則について説明する。まず、制御に使用する各パラメータの定義を行う。
δ_f 実前輪舵角
δ_r 実後輪舵角
δ_r ^* 後輪舵角指令値
m_o 実ヨーモーメント（各輪制駆動力配分機構が発生するモーメント）
m_o ^* ヨーモーメント指令値
k₁〜k₄ フィードバック伝達関数
r ヨーレイト
β 車体横滑り角
m_s 車両のばね上質量
h_s ばね上重心点とロール軸間距離
v_e 車速
s ラプラス演算子
cf 前輪のコーナリングパワー（左右2輪分の合計）
cr 後輪のコーナリングパワー（左右2輪分の合計）
lf 前輪軸と重心点間距離
lr 後輪軸と重心点間距離
i_z ヨー慣性モーメント
I_φ ロール軸まわりの慣性モーメント
C_φ ローリング運動の等価粘性摩擦係数
K_φ 前後懸架装置のロール剛性の和
g_y 横加速度

ステップS3で用いられる制御則は、下記の式(1)で表される。

フィードバック伝達関数k₁〜k₄は、下記の式(2)で表される。

式(2)から明らかなように、フィードバック伝達関数は車速v_eによって変わるため、ステップS1で取り込んだ車速v_eに基づき、ステップS2で更新する。

［背高車のロール感悪化メカニズム］
背高車のロール感悪化のメカニズムを説明する。実施例１の車両挙動制御を実行しない車両（非制御車両）の運動方程式を下記の式(3)に示す。

式(3)は、文献"自動車の運動と制御、安部正人著"第６章に基づき、本課題に関わりの少ない部分をゼロと近似したものである。

ばね上重心点W_sは、ロール軸Lに一致することはなく、図３に示すように、ロール軸Lよりも上にあるのが普通である。そのため、ばね上重心点に働く慣性力は、ロール軸回りのローリングモーメントとなり、車体はある一定のロール角を生じる。

ここで、背高車と低重心車との違いは、ばね上重心点W_sとロール軸間距離h_sである。式(3)の第１式からわかるように、h_sが大きくなるほどロールが車両平面運動に影響を及ぼすことがわかる。また、式(3)の第３式からわかるように、ロールは車両平面運動の影響を受ける。平面運動によりロールが変化し、ロールが変化することで平面運動が影響を受けるため、操舵時に複雑な過渡応答が発生する。

［従来技術の問題点］
スポーツユーティリティビークル等の背高車の販売が伸びるに従い、その操縦性を低重心車並にしようとする試みが進められている。この背高車の課題として、操舵時のロール感の悪さが挙げられる。

図４に一例を示す。これはステップ状にハンドルを操舵した時の、ロール角加速度、ヨーレイト、車体横滑り角の過渡応答を示している。背高車ほど、ロール角加速度のピークが大きくなる。また、ヨーレイト、車体横滑り角のダンピングが悪化しているのが判る。

特許第３５４６８３０号公報には、定常状態のロール角を目標ロール角に一致させる制御が開示されているが、過渡状態に対するロール角制御を示していないため、この問題に対処できない。また、アクティブサスペンションを利用することも考えられるが、油圧や電気等の動力を用いたシステムは非常に高価であることが弱点である。また、セミアクティブサスペンションと呼ばれる、ダンパーの減衰係数を制御する手段も存在するが、ロールを制御する過程で減衰係数が大きい状態となった瞬間に路面突き上げをダイレクトに車体に伝えてしまうデメリットが存在し、ロール感と乗り心地のトレードオフが存在した。

［車両挙動制御作用］
実施例１の車両挙動制御を実行した場合の、車両の運動方程式を式(4)に示す。

式(4)に式(1)，式(2)を代入し、下記の式(5)を得る。ただし、実後輪舵角δ_rが後輪舵角指令値δ_r ^*に一致し、ヨーモーメントm_oがヨーモーメント指令値m_o ^*に一致していると近似している。

式(5)の第１式、第２式から明らかなように、本制御により車両平面運動はロールの影響を受けなくなる。ここで、ロールは式(5)の第３式によって決定する。この第３式を書き直すと、下記の式(6)のように表すことができる。

これは、式(4)の第１式、第２式からわかるように、前輪舵角の関数（ロール角φを含まない）であるため、式(6)は式(7)のように書き直すことができる。

式(7)において、G(s)は前輪舵角に対する横加速度の伝達関数である。非制御車両では、G(s)が高次の関数となるが、実施例１の車両挙動制御を実行することにより、低次の関数となる（この関数は低重心車と同じであることは、式(5)の第１式、第２式よりわかる。）。

図５，６は、ドライバがステップ状の操舵を与えた場合の車両挙動制御作用を示す図である。条件は、図４と同じであり、ドライバがステップ状の操舵を与えたときの過渡応答を示す。図５は前輪舵角、後輪舵角指令値、ヨーモーメント指令値であり、図７はロール角加速度、ヨーレイト、車体横滑り角である。また、図６において、実線は背高車の過渡応答、破線は非制御の背高車の過渡応答である。

図５に示すように、実施例１では、ステップ状の操舵が与えられたとき、車体のロール運動により生じる横力を打ち消すように後輪舵角指令値δ_r ^*が設定され、後輪舵角制御により生じるヨーモーメントを打ち消すようにモーメント指令値m₀ ^*が設定される。これにより、ばね上重心点とロール軸間距離h_sが大きな背高車であっても、ロール角加速度のピークを抑制でき、ロールの過渡応答を改善できる（図６）。

また、実施例１では、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*を、式(1)に基づいて設定するため、ロールの影響が車両平面運動に与える影響を小さくでき、図６に示すように、ヨーレイト、車体横滑り角のダンピングを低重心車（背低車）並のダンピングとすることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両挙動制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 後輪３に補助舵角を与える後輪転舵装置４と、車両にヨーモーメントのみを与える各輪制駆動力配分装置５と、を有する車両挙動制御装置において、車体のロール運動により生じる横力を打ち消すように後輪転舵装置４を作動し、後輪舵角制御により生じるヨーモーメントを打ち消すように各輪制駆動力配分装置５を作動する制御コントローラ１０を備える。よって、車両の旋回挙動に影響を及ぼすことなく、ロール過渡応答を改善でき、特に、ばね上重心点とロール軸間距離h_sが大きな背高車では、ロール感を向上させることができる。

(2) 車体横滑り角βを検出する車体横滑り角センサ６と、車体のヨーレイトrを検出するヨーレイトセンサ７と、車速v_eを検出する車速センサ８と、を備え、制御コントローラ１０は、車体横滑り角β、ヨーレイトrおよび車速v_eに基づき、車体のロール運動が車体平面運動に与える影響を打ち消すような後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*とを設定する。よって、ロールが車体平面運動に与える影響を小さくでき、旋回時にロールと車体平面運動とが相互に影響し合うことで、複雑な過渡応答が発生するのを抑制できる。

(3) 制御コントローラ１０は、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*を、式(1)に基づいて設定するため、ロールが車体平面運動に与える影響を最小限に抑えることができる。

図７は、実施例２の車両挙動制御装置のシステム構成図であり、実施例２の車両挙動制御装置は、図１に示した実施例１の構成に対し、車体横滑り角センサ６、ヨーレイトセンサ７および車速センサ８を省き、横加速度センサ（横加速度検出手段）１１を加えた点で構成が異なる。

制御コントローラ１０は、各センサ９，１１により得られた横加速度と操舵角とに基づいて、後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値を算出し、後輪転舵装置４および各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する。

次に、作用を説明する。
［車両挙動制御処理］
図８は、実施例２の制御コントローラ１０で実行される車両挙動制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、図２に示した実施例１と同一の処理を実行するステップには、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ステップS11では、横加速度センサ１１により検出された横加速度を取得し、ステップs12へ移行する。

ステップS12では、後述する制御則に基づいて後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値を演算し、ステップS4へ移行する。

［車両挙動制御方法］
図８のステップS12で用いられる制御則は、下記の式(8)で表される。

ただし、g_yは横加速度である。

この式(8)を、実施例１に示した式(4)に代入することで、式(5)が得られる。なぜならば、式(1)，(2)と式(3)は等価であるからである。このことは、横加速度g_yと車体横滑り角βとヨーレイトrの一般的な関係である下記の式(9)を、式(1)，(2)に代入したとき、式(3)が得られることにより明らかである。

すなわち、実施例２では、車体横滑り角や車速を用いないシンプルな構成で、実施例１と同等の車両挙動制御を実現でき、ロールの過渡応答を改善できると共に、ロールの影響が車両平面運動に与える影響を小さくしてロール感を向上させることができる。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両挙動制御装置では、実施例１の効果(1)に加え、以下の効果が得られる。

(4) 車両の横加速度g_yを検出する横加速度センサ１１を備え、制御コントローラ１０は、横加速度g_yに基づいて、車体のロール運動が車体平面運動に与える影響を打ち消すような後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*とを設定する。よって、横加速度センサ１１のみを用いた簡単な構成で、ロールが車体平面運動に与える影響を小さくできる。

(5) 制御コントローラ１０は、後輪舵角指令値δ_r ^*と、ヨーモーメント指令値m₀ ^*を、式(8)に基づいて設定するため、ロールが車体平面運動に与える影響を最小限に抑えることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

実施例では、ヨーモーメント発生手段である各輪制駆動力配分装置５は、各輪の制動力配分によりモーメントを発生させたが、左右駆動輪の駆動トルクをアンバランスさせてモーメントを発生させても良い。また、４輪ホイールインモータ方式の車両では、各輪の制駆動力配分を更に高精度・高レスポンスに実現できる。

また、実施例では、補助舵角発生手段として後輪転舵装置４を用いて後輪３のみに補助舵角を与える例を示したが、前後輪共に補助舵角を与える構成としても良い。

実施例１の車両挙動制御装置のシステム構成図である。実施例１の制御コントローラ１０で実行される車両挙動制御処理の流れを示すフローチャートである。ばね上重心点と、ロール軸との関係を示す図である。従来の、ドライバステップ状の操舵を与えたときの、ロール角速度、ヨーレイトおよび車体横滑り角の過渡応答を示す図である。実施例１において、ドライバがステップ状の操舵を与えたときの、前輪舵角、後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値の過渡応答を示す図である。実施例１において、ドライバがステップ状の操舵を与えたときの、ロール角加速度、ヨーレイトおよび車体横滑り角の過渡応答を示す図である。実施例２の車両挙動制御装置のシステム構成図である。実施例２の制御コントローラ１０で実行される車両挙動制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ステアリングホイール
２前輪
３後輪
４後輪転舵装置
５各輪制駆動力配分装置
６車体横滑り角センサ
７ヨーレイトセンサ
８車速センサ
９舵角センサ
１０制御コントローラ

Claims

操向輪に補助舵角を与える補助舵角発生手段と、
車両にヨーモーメントのみを与えるヨーモーメント発生手段と、
を有する車両挙動制御装置において、
車体横滑り角を検出する車体横滑り角検出手段と、
車体のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車体のロール運動により生じる横力を打ち消すように前記補助舵角発生手段を作動し、前記補助舵角制御により生じるヨーモーメントを打ち消すように前記ヨーモーメント発生手段を作動する挙動制御手段と、
を備え、
前記挙動制御手段は、前記車体横滑り角、ヨーレイトおよび車速に基づき、車体のロール運動が車体平面運動に与える影響を打ち消すような補助舵角指令値とヨーモーメント指令値とを設定し、
前記補助舵角発生手段は、後輪に補助舵角を与え、
前記挙動制御手段は、後輪舵角指令値δ _r ^* とヨーモーメント指令値m ₀ ^* を、

とする。ただし、

δ _r ^* 後輪舵角指令値
m _o ^* ヨーモーメント指令値（各輪制駆動力配分機構が発生するモーメント）
r ヨーレイト
β 車体横滑り角
m _s 車両のばね上質量
h _s ばね上重心点とロール軸間距離
v _e 車速
s ラプラス演算子
cr 後輪のコーナリングパワー（左右２輪分の合計）
lr 後輪軸と重心点間距離
I _φ ロール軸まわりの慣性モーメント
C _φ ローリング運動の等価粘性摩擦係数
K _φ 前後懸架装置のロール剛性の和
上記式(A)に基づいて前記後輪舵角指令値δ _r ^* とヨーモーメント指令値m ₀ ^* を設定することを特徴とする車両挙動制御装置。
操向輪に補助舵角を与える補助舵角発生手段と、
車両にヨーモーメントのみを与えるヨーモーメント発生手段と、
を有する車両挙動制御装置において、
車体のロール運動により生じる横力を打ち消すように前記補助舵角発生手段を作動し、前記補助舵角制御により生じるヨーモーメントを打ち消すように前記ヨーモーメント発生手段を作動する挙動制御手段と、
車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
を備え、
前記挙動制御手段は、前記横加速度に基づいて、車体のロール運動が車体平面運動に与える影響を打ち消すような補助舵角指令値とヨーモーメント指令値とを設定し、
前記補助舵角発生手段は、後輪に補助舵角を与え、
前記挙動制御手段は、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*を、

とする。ただし、
δ _r ^* 後輪舵角指令値
m _o ^* ヨーモーメント指令値（各輪制駆動力配分機構が発生するモーメント）
m _s 車両のばね上質量
h _s ばね上重心点とロール軸間距離
s ラプラス演算子
cr 後輪のコーナリングパワー（左右２輪分の合計）
lr 後輪軸と重心点間距離
I _φ ロール軸まわりの慣性モーメント
C _φ ローリング運動の等価粘性摩擦係数
K _φ 前後懸架装置のロール剛性の和
g_y 横加速度
上記式(B)に基づいて前記後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*を設定することを特徴とする車両挙動制御装置。
請求項１または請求項２に記載の車両挙動制御装置において、
前記ヨーモーメント発生手段を制駆動力配分装置とすることを特徴とする車両挙動制御装置。