JP4793615B2

JP4793615B2 - 車両挙動制御装置

Info

Publication number: JP4793615B2
Application number: JP2001238235A
Authority: JP
Inventors: 勝利西崎
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-08-06
Also published as: JP2003048563A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の挙動の安定化のための制御を実行する車両挙動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システム）において、横加速度センサによって検出される車両の横加速度に基づいて、車両の横滑りやスピンが生じないように舵取り機構の動作を制御することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、横加速度センサは、車体の幅方向に生じる加速度を検出する構成であるため、車体が水平面に対して傾く（ロールする）旋回走行中は、実際の横加速度（車両進行方向に対して直交する水平方向の加速度）を正しく検出することができない。すなわち、図３に示すように、車体が水平面に対して角度φ（ロール角φ）だけ傾いている場合、横加速度センサの検出値Ｇysは、
Ｇys＝Ｇy・cosφ＋ｇ・sinφ
ただし、Ｇy：実際の横加速度
ｇ：重力加速度
となり、重力加速度成分ｇ・sinφが誤差として含まれる。重力加速度成分ｇ・sinφは、ロール角φが大きいほど大きな値となるから、横加速度センサの検出値をそのまま車両の横加速度として舵取り機構の動作を制御する手法では、ロール角が大きくなる急旋回時に過剰な制御が行われ、車両の搭乗者に違和感を与えるという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、横加速度センサの検出値を良好に補正することができ、この補正後の検出値を用いた制御を行うことにより、車両搭乗者に違和感を与えるおそれのない良好な車両挙動制御を実現できる車両挙動制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両旋回時に車体に加わる横加速度を検出する横加速度センサ（１７）と、この横加速度センサの検出値に補正係数Ｃg^〜＝γ^〜・Ｖ^〜／Ｇys^〜（ただし、γ^〜は横滑り角速度が零となる定常旋回状態におけるヨーレートの値であるヨーレートの定常値、Ｖ^〜は上記定常旋回状態における車速の値である車速の定常値、Ｇys^〜は上記定常旋回状態における横加速度の値である横加速度の定常値である。）を乗じる補正演算を行う補正演算手段（１４３）と、この補正演算手段による補正演算の結果に基づいて、車両の挙動の安定化のための制御を実行する制御手段（１４２）とを含むことを特徴とする車両挙動制御装置である。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。
この発明によれば、横加速度センサの検出値に補正係数Ｃg~を乗じる補正演算が行われることにより、横加速度センサの検出値が補正され、この補正後の値（補正演算の結果）に基づいて、車両の挙動の安定化のための制御が実行される。
ここで、補正係数Ｃg~＝γ~・Ｖ~／Ｇys~は、次のようにして得た式である。
車両の横滑り角の時間微分値である横滑り角速度β'は、車速検出値Ｖ、ヨーレート検出値γおよび横加速度検出値Ｇysによって、β'＝(Ｇys／Ｖ)−γと表される。この横滑り角速度β'は、横加速度検出値Ｇysが誤差を含まなければ、車両が定常旋回（車速、ヨーレートおよび横加速度がほぼ一定であるような旋回）を行っている状態で零になる。したがって、定常旋回状態では(Ｇys~／Ｖ~)−γ~＝０が成立し、この式をＧys~について解くと、誤差を含まない横加速度センサの検出値、つまり実際の横加速度Ｇy~＝Ｇys~＝γ~・Ｖ~が得られる。補正係数Ｃg~は、横加速度センサ１７の検出値Ｇysを実際の横加速度Ｇyに補正するための係数であるから、Ｃg~＝Ｇy~／Ｇys~と表すことができ、この式にＧy~＝γ~・Ｖ~を代入することにより補正係数Ｃg~＝γ~・Ｖ~／Ｇys~が得られる。
【０００７】
したがって、補正係数Ｃg~を横加速度センサの検出値に乗算することにより、横加速度センサの検出値から車体のロールに起因する検出誤差（重力加速度成分）を除去することができ、車両旋回時に車体に加わる実際の横加速度Ｇyが得られる。ゆえに、制御手段は実際の横加速度Ｇyに基づいて制御を行うことになるから、車体のロールが大きい急旋回時においても、良好な車両挙動制御を実現することができ、過剰な車両挙動制御による違和感を車両の搭乗者に与えるおそれがない。
【０００８】
なお、上記定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~は、定常旋回状態において、車速を検出する車速センサ、ヨーレートを検出するためのヨーレートセンサおよび上記横加速度センサから一定の期間に出力された検出値の各平均値であることが好ましい。
また、補正係数Ｃg~は、車両の走行実験において取得した定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~を用いて設定された係数であってもよいし、車両の実走行開始後の最初の定常旋回状態において取得した定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~を用いて設定された係数であってもよい。さらには、車両の走行中に定常旋回状態が検出される度に、つまり横滑り角速度β'が零である状態になる度に、定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~を取得し、その取得した定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~を用いて補正係数Ｃg~を設定し直すようにしてもよい。
【０００９】
さらにまた、上記制御手段は、車両の挙動を安定な状態に導くように舵取り制御を行うものであってもよいし、車両の挙動を安定な状態に導くように、車両のエンジンの駆動力または車輪の制動力を制御するものであってもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両挙動制御装置が適用された車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作をハウジング３に支持されたラック軸５の車幅方向の直線運動に変換し、このラック軸５の直線運動を前部左右車輪４（舵取り用の車輪）の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。操舵アクチュエータ２およびラック軸５などにより、舵取り用の車輪４を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１１】
操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この電動モータの駆動力（出力軸の回転力）は、ラック軸５に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ機構）により、ラック軸５の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。このラック軸５の直線運動は、ラック軸５の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪４の転舵が達成される。
【００１２】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００１３】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８の回転角に対応する操作角を検出する操作角センサ１１が設けられている。回転シャフト８にはさらに、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。一方、操舵アクチュエータ２の出力値を検出するために、車輪４の転舵角を検出する転舵角センサ１３が設けられている。
操作角センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータを含む制御装置１４に接続されている。この制御装置１４には、さらに、車速を検出する車速センサ１５と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６と、車両の横加速度を検出する横加速度センサ１７とが接続されている。
【００１４】
制御装置１４は、駆動回路１８，１９を介して、操舵アクチュエータ２および反力アクチュエータ９の制御を行う。具体的には、制御装置１４は、操作角センサ１１の検出値δhおよびトルクセンサ１２の検出値Ｔなどに基づいて、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力を発生するように反力アクチュエータ９を制御する。また、制御装置１４は、操作角センサ１１の検出値δh、車速センサ１５の検出値Ｖ、ヨーレートセンサ１６の検出値γおよび横加速度センサ１７の検出値Ｇysなどに基づいて、操作角センサ１１の検出値δhに対応した転舵角δtが達成されるように操舵アクチュエータ２を制御（舵取り制御）し、さらに、車両の挙動が不安定なときには、車両の挙動を安定な状態に導くように操舵アクチュエータ２を制御（車両挙動制御）する。
【００１５】
図２は、制御装置１４による車両挙動制御の内容を説明するためのブロック図である。制御装置１４は、コンピュータが所定のプログラム処理を実行することによってソフトウエア的に実現される複数の機能処理部を有している。
すなわち、制御装置１４は、ヨーレートの目標値である目標ヨーレートγ^*および横加速度の目標値である目標横加速度Ｇy^*を目標挙動変数として設定する目標挙動変数設定部１４１と、転舵角の目標値である目標転舵角δt^*を設定する目標転舵角設定部１４２と、横加速度センサ１７の検出値Ｇysを補正して実際の横加速度（車両進行方向に対して直交する水平方向の加速度）Ｇyを出力する横加速度補正部１４３とを有している。
【００１６】
目標転舵角設定部１４２は、目標挙動変数設定部１４１によって設定された目標ヨーレートγ^*および目標横加速度Ｇy^*、車速センサ１５によって検出された車速Ｖ、ヨーレートセンサ１６によって検出されたヨーレートγならびに横加速度補正部１４３から出力された実際の横加速度Ｇyに基づいて、目標ヨーレートγ^*および目標横加速度Ｇy^*が達成されるような目標転舵角δ^*を求める。この目標転舵角δ^*に基づいて操舵アクチュエータ２がフィードバック制御されることにより、車両の挙動の安定化のための舵取り制御（車両挙動制御）が達成される。
【００１７】
横加速度補正部１４３は、下記第(1)式に従って、実際の横加速度Ｇyを求める。
Ｇy＝Ｃg~・Ｇys ・・・・・・(1)
すなわち、横加速度補正部１４３は、横加速度センサ１７の検出値Ｇysに補正係数Ｃg~を乗じる演算を行う。補正係数Ｃg~は、下記第(2)式に従って設定されて、コンピュータに内蔵されたメモリに予め記憶されている。
【００１８】
Ｃg~＝γ~・Ｖ~／Ｇys~ ・・・・・・(2)
この第(2)式において、Ｖ~は、車両定常旋回状態（車両が車速、ヨーレートおよび横加速度がほぼ一定であるような旋回を行っている状態）における車速センサ１５の検出値の平均値である。また、γ~は、車両定常旋回状態におけるヨーレートセンサ１６の検出値の平均値であり、Ｇys~は、車両定常旋回状態における横加速度センサ１７の検出値の平均値である。このように各センサの検出値の平均値を定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~として補正係数Ｃg~を設定するのは、車両定常旋回状態であっても、各センサの出力にはそれぞれ若干のばらつきが生じるからである。なお、補正係数Ｃg~を設定するための各定常値Ｖ~，γ~，Ｇys~は、たとえば、車両の走行実験を行うことにより取得することができる。
【００１９】
上記第(2)式は、次のようにして導き出された式である。
車両の横滑り角の時間微分値である横滑り角速度β'は、車速センサ１５の検出値Ｖ、ヨーレートセンサ１６の検出値γおよび横加速度センサ１７の検出値Ｇysによって、
β'＝(Ｇys／Ｖ)−γ ・・・・・・(3)
と表される。この横滑り角速度β'は、横加速度センサ１７の検出値Ｇysが誤差を含まなければ、車両が定常旋回を行っている状態で零になる。したがって、上記第(3)式にβ'＝０を代入し、その代入後の式をＧysについて解いて得られるＧys＝γ・Ｖは、誤差を含まない横加速度センサ１７の検出値、つまり実際の横加速度Ｇyであると言える。
【００２０】
補正係数Ｃg~は、横加速度センサ１７の検出値Ｇysを実際の横加速度Ｇyに補正するための係数であるから、
Ｃg~＝Ｇy~／Ｇys~ ・・・・・・(4)
と表すことができ、この第(4)式にＧy＝γ・Ｖの平均値であるＧy~＝γ~・Ｖ~を代入すると、Ｃg~＝γ~・Ｖ~／Ｇys~となり上記第(2)式が得られる。
以上のようにこの実施形態によれば、横加速度センサ１７の検出値Ｇysに補正係数Ｃg~を乗じる補正演算が行われることにより、横加速度センサ１７の検出値Ｇysから車体のロールに起因する検出誤差（重力加速度成分）が除去されて、実際の横加速度Ｇyが求められ、この実際の横加速度Ｇyに基づいて車両挙動制御が行われる。ゆえに、車体のロールが大きい急旋回時においても、過剰な車両挙動制御が行われることによる違和感を車両の搭乗者に与えるおそれがない。
【００２１】
「発明が解決しようとする課題」の項にも記載したように、車体が水平面に対して角度φだけ傾いている場合、横加速度センサ１７の検出値Ｇysは、重力加速度をｇとすると、
Ｇys＝Ｇy・cosφ＋ｇ・sinφ ・・・・・・(5)
で表される。したがって、上記第(5)式をＧyについて解いて、
Ｇy＝（Ｇys−ｇ・sinφ）／cosφ ・・・・・・(6)
と変形すれば、実際の横加速度Ｇyを求めることができる。しかしながら、上記第(6)式に基づいて実際の横加速度Ｇyを求める手法では、上記第(6)式の演算を行う前にロール角φを求めるための演算を行わなければならず、演算ステップ数が多く、演算に時間がかかってしまう。
【００２２】
これに対し、この実施形態では、横加速度センサ１７の検出値Ｇysに補正係数Ｃg~を乗じるといった簡単な演算により実際の横加速度Ｇyが求められる。よって、実際の横加速度Ｇyを短時間で求めることができ、制御装置１４に備えられているコンピュータ（ＣＰＵ）に大きな負担をかけるおそれがない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、車両走行実験を行って設定された補正係数Ｃg~がメモリに記憶されているとしたが、実験ではなく、車両の実走行中に補正係数Ｃg~を設定するための演算処理が行われ、この演算処理により設定された補正係数Ｃg~がメモリに自動的に記憶されるようにしてもよい。
【００２３】
たとえば、車両の実走行開始後に初めて定常旋回状態（横滑り角速度β'が零である状態）が検出されたときに、この定常旋回状態中に車速センサ１５、ヨーレートセンサ１６および横加速度センサ１７の各検出値を収集し、その収集した各検出値の平均値を求めて上記第(2)式の演算を行うことにより補正係数Ｃg~を設定するようにしてもよい。また、定常旋回状態（横滑り角速度β'が零である状態）が検出される度に補正係数Ｃg~を設定するための演算処理が行われ、その都度、メモリに記憶されている補正係数Ｃg~が書き換えられるようにしてもよい。
【００２４】
さらにまた、上述の実施形態では、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくした車両用操舵装置を例にとって説明したが、この発明は、操舵角に対する転舵角の比を変更可能な操舵装置（いわゆるバリアブル・ギアレシオ・ステアリング（ＶＧＳ）システム）に適用することも可能である。
また、上述の実施形態では、舵取り制御によって車両の挙動の安定化を図る構成を取り上げたが、旋回時に車体にかかる横加速度を横加速度センサによって検出し、この検出された横加速度に基づいて、エンジンの駆動力または車輪の制動力を制御して、車両の挙動の安定化を図る構成の車両挙動制御装置にこの発明を適用することもできる。
【００２５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両挙動制御装置が適用された車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】制御装置による車両挙動制御の内容を説明するためのブロック図である。
【図３】車体のロールについて説明するための図である。
【符号の説明】
２操舵アクチュエータ
１１操作角センサ
１２トルクセンサ
１３転舵角センサ
１４制御装置
１５車速センサ
１６ヨーレートセンサ
１７横加速度センサ
１４１目標挙動変数設定部
１４２目標転舵角設定部
１４３横加速度補正部

Claims

車両旋回時に車体に加わる横加速度を検出する横加速度センサと、
この横加速度センサの検出値に補正係数Ｃg^〜＝γ^〜・Ｖ^〜／Ｇys^〜（ただし、γ^〜は横滑り角速度が零となる定常旋回状態におけるヨーレートの値であるヨーレートの定常値、Ｖ^〜は上記定常旋回状態における車速の値である車速の定常値、Ｇys^〜は上記定常旋回状態における横加速度の値である横加速度の定常値である。）を乗じる補正演算を行う補正演算手段と、
この補正演算手段による補正演算の結果に基づいて、車両の挙動の安定化のための制御を実行する制御手段と
を含むことを特徴とする車両挙動制御装置。