JP5104594B2

JP5104594B2 - 車両制御装置

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Publication number: JP5104594B2
Application number: JP2008169370A
Authority: JP
Inventors: 裕治村岸; 勝彦福井; 義和服部; 英一小野; 育生久代; 浩之金山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010006282A

Description

本発明は、車両制御装置に係り、特に、走行路状態、車両の走行状態、又はドライバの操作状態に基づいて、前後輪の各々の操舵角を制御すると共に、サスペンションの減衰特性又はばね力を制御する車両制御装置に関する。

従来より、ドライバの運転状態の検出結果やスイッチなどにより、ドライビングモードを切り換え、そのドライビングモードに従って車両制御を行う車両統合シャシー制御システムが知られている（特許文献１）。この車両統合シャシー制御システムでは、ヨーレートゲインを目標値として設定し、車両制御を行っている。
特開２００４−２１０２６９号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、ヨー運動と横運動との関係および横運動とロール運動との関係を考慮せずに、ヨーレートゲインの目標値の設定を行っているため、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができない、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る車両制御装置は、自車両が走行している走行路の走行路状態、自車両の走行状態、及びドライバが自車両を操作したときの操作状態の少なくとも1つを示す状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段によって検出された前記状態に基づいて、ヨー角に関する状態量の変化に対する車両横方向の運動の変化の位相差又は時間差を示す第１変化差と、車両横方向の運動の変化に対するロール角に関する状態量の変化の位相差又は時間差を示す第２変化差とを、前記第１変化差及び第２変化差の一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように決定する変化差決定手段と、前記変化差決定手段によって決定された前記第１変化差が実現されるように、前後輪の各々の操舵角を制御する操舵角制御手段と、前記変化差決定手段によって決定された前記第２変化差が実現されるように、車輪側部材と車体側部材との間に配置されたサスペンションの減衰特性及びばね力の少なくとも一方を制御するサスペンション制御手段とを含んで構成されている。

本発明に係る車両制御装置によれば、状態検出手段によって、自車両が走行している走行路の走行路状態、自車両の走行状態、及びドライバが自車両を操作したときの操作状態の少なくとも１つを示す状態を検出する。変化差決定手段によって、状態検出手段によって検出された状態に基づいて、ヨー角に関する状態量の変化に対する車両横方向の運動の変化の位相差又は時間差を示す第１変化差と、車両横方向の運動の変化に対するロール角に関する状態量の変化の位相差又は時間差を示す第２変化差とを、第１変化差及び第２変化差の一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように決定する。

そして、操舵角制御手段によって、変化差決定手段によって決定された第１変化差が実現されるように、前後輪の各々の操舵角を制御し、また、サスペンション制御手段によって、変化差決定手段によって決定された第２変化差が実現されるように、車輪側部材と車体側部材との間に配置されたサスペンションの減衰特性及びばね力の少なくとも一方を制御する。

このように、走行路状態、走行状態、又は操作状態に基づいて、ヨー角に関する状態量の変化に対する車両横方向の運動の変化の位相差又は時間差と、車両横方向の運動の変化に対するロール角に関する状態量の変化の位相差又は時間差とを、一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように決定することにより、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができる。

本発明に係る変化差決定手段は、状態検出手段によって検出された状態に基づいて、車両運動の特性を設定する特性設定手段を備え、車両運動の特性と第１変化差と第２変化差との予め定められた関係に基づいて、特性設定手段によって設定された車両運動の特性に対応する、第１変化差と第２変化差とを決定することができる。

また、上記の特性設定手段は、車両運動の特性として、車両運動の穏やかさの度合いを設定することができる。これによって、走行路状態、走行状態、又は操作状態に応じた車両運動の穏やかさを実現することにより、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができる。

上記のサスペンション制御手段は、前後輪の各々について、サスペンションの減衰特性及びばね力の少なくとも一方を制御することができる。

以上説明したように、本発明の車両制御装置によれば、走行路状態、走行状態、又は操作状態に基づいて、ヨー角に関する状態量の変化に対する車両横方向の運動の変化の位相差又は時間差と、車両横方向の運動の変化に対するロール角に関する状態量の変化の位相差又は時間差とを、一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように決定することにより、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置１０は、自車両に搭載されたナビゲーションシステム１２及びＧＰＳ１４と、ドライバが自車両を操作したときの操作状態としてのハンドル操舵角を検出する操舵角センサ１６と、車両運動特性の設定を切り替えるための切り替えスイッチ１８と、ナビゲーションシステム１２からの電子地図データ、ＧＰＳ１４からの出力、操舵角センサ１６からの出力、及び切り替えスイッチ１８のオンオフに基づいて、自車両の車輪側部材と車体側部材との間に配置されたサスペンション２２の減衰特性及びばね力を制御すると共に、自車両の前後輪の各々の操舵角を独立して制御するための操舵アクチュエータ２４の各々の作動を制御するコンピュータ２０とを備えている。

切り替えスイッチ１８は、車両運動の特性としての穏やかさの複数の度合いに対応して、複数のスイッチを備えており、ドライバの意思に応じて、何れかのスイッチがオンされることにより、対応する穏やかさの度合いが、車両運動の特性として入力される。切り替えスイッチ１８は、例えば、穏やかさの度合いが低い特性を示す「かっちり」に対応するスイッチ、穏やかさの度合いが高い特性を示す「穏やか」に対応するスイッチ、及び穏やかさの度合いが標準である特性を示す「ノーマル」に対応するスイッチを備えている。なお、切り替えスイッチ１８のオンオフ状態は、本発明における操作状態に対応する。

サスペンション２２は、自車両の４輪の各々について設けられ、図２に示すように、可変ショックアブソーバ３０と、アクティブスタビライザ（図示省略）と、エアスプリング３２とを備えている。

可変ショックアブソーバ３０は、左右前後の各車輪に連結されたロアアームＬＡと車体側部材との間にそれぞれ介装されていて、シリンダ３４の下端にてロアアームＬＡに連結されるとともに、シリンダ３４に上下動可能に挿入されたピストンロッド３６の上端にて車体側部材に固定されている。エアスプリング３２は、可変ショックアブソーバ３０と並列に設けられている。ロアアームＬＡは、アッパアーム、ナックル等と共に車体に左右前後の各車輪を連結するためのリンク機構を構成している。

可変ショックアブソーバ３０のシリンダ３４は、その内周面上を液密的に摺動するピストン３８により上下室Ｒ１、Ｒ２に区画されている。ピストン３８には、可変絞り機構４０が組み付けられている。可変絞り機構４０は、その一部を構成するアクチュエータ４２の作動により、絞り量が変更されてシリンダ３４の上下室Ｒ１、Ｒ２間を連通させる連通路の開度を複数段階に切り換える。この切り換え段階に応じて、連通路の開度が大きくなると可変ショックアブソーバ３０の減衰力がソフト側に設定され、連通路の開度が小さくなると可変ショックアブソーバ３０の減衰力がハード側に設定される。

エアスプリング３２は、空気圧制御部４４によって送給される圧縮空気によって、内部の空気圧が変化し、エアスプリング３２のばね力が変化する。

コンピュータ２０は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する車両制御処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したＲＯＭとを備え、機能的には次に示すように構成されている。コンピュータ２０は、ナビゲーションシステム１２から得られる電子地図データ、及びＧＰＳ１４から得られる自車両の走行位置に基づいて、走行路状態として、自車両の走行位置における走行路の形状を検出する走行環境検出部５０と、操舵角センサ１６から入力された操舵角信号に基づいて、操舵周波数を検出する操舵周波数検出部５２と、走行環境検出部５０によって検出された走行路の形状、操舵周波数検出部５２によって検出された操舵周波数、及び切り替えスイッチ１８のオンオフ状態に基づいて、目標車両運動の特性として、車両運動の穏やかさの度合いを設定する車両特性設定部５４と、設定された目標車両運動の特性に応じて、車両運動のヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を決定する位相差決定部５６とを備えている。

なお、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差が、本発明における第１変化差に対応し、横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差が、本発明における第２変化差に対応する。

図３に示すように、車両運動の軸を重心から車両前方方向に向かってｘ軸、車両左方向に向かってｙ軸、鉛直上向きに向かってｚ軸としたときの各軸回りの回転角速度を各々ロール角速度、ピッチ角速度、ヨー角速度と定義する。

車両特性設定部５４は、走行環境検出部５０によって検出された走行路の形状に基づいて、高速道路のような直線路を走行していると判断される場合には、穏やかさの度合いが高くなるように目標車両運動の特性（ラグジュアリーな車両運動特性）を設定し、山道のような曲線路が連続する走行路を走行していると判断される場合には、穏やかさの度合いが低くなるように目標車両運動の特性（カッチリした車両運動特性又はスポーティな車両運動特性）を設定する。また、車両特性設定部５４は、操舵周波数検出部５２によって検出された操舵周波数に基づいて、操舵周波数が高く、ハンドル操作が頻繁に行われていると判断される場合には、穏やかさの度合いが低くなるように目標車両運動の特性を設定し、操舵周波数が低く、ハンドル操作が頻繁に行われていないと判断される場合には、穏やかさの度合いが高くなるように目標車両運動の特性を設定する。また、車両特性設定部５４は、切り替えスイッチ１８のうち「かっちり」に対応するスイッチがオン状態である場合には、穏やかさの度合いが低くなるように目標車両運動の特性を設定し、切り替えスイッチ１８のうち「穏やか」に対応するスイッチがオン状態である場合には、穏やかさの度合いが高くなるように目標車両運動の特性を設定し、切り替えスイッチ１８のうち「ノーマル」に対応するスイッチがオン状態である場合には、穏やかさの度合いが標準レベルになるように目標車両運動の特性を設定する。

ここで、本実施の形態における原理について説明する。ハンドル操舵時の車両応答において、図４（Ａ）に示すようなヨー角速度（ＹＲ）の変化に対する横加速度（ＬＡ）の変化の時間差と、図４（Ｂ）に示すような横ジャーク（ＬＪ）の変化に対するロール角速度（ＲＲ）の変化の時間差との組み合わせに関する適値を、官能評価実験により調べたところ、図５に示すような時間差の組み合わせの範囲に適値があることが分かった。なお、この実験は、０．５Ｈｚの正弦波のハンドル操舵を想定して実施したものである。

上記図５に示す官能評価実験の結果より、サスペンション制御により車体のロール運動を制御する場合、横運動に対してどのような応答特性（横運動の変化に対するロール運動の変化の位相差又は時間差）を実現するかは、ヨー運動の変化に対する横運動の変化の位相差又は時間差との関係を考慮して決めることが必要であり、ヨー運動の変化に対する横運動の変化の位相差又は時間差との関係を考慮することでドライバにとって適切な車両運動を実現することができることがわかった。

また、図５に示す適値となる範囲において、これらの時間差の関係を変化させると、車両運動の特性が変わり、時間差の各々が小さいとかっちりとした車両運動になり、時間差の各々が大きくなるにつれて穏やかな車両運動になることが分かった。

そこで、本実施の形態では、位相差決定部５６によって、図６（Ａ）に示すような、目標車両運動の特性としての穏やかさの度合いが高くなるに従って、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差が大きくなるように定めた、目標車両運動の特性と横加速度の変化の位相差との関係と、図６（Ｂ）に示すような、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差が大きくなるに従って、横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差が単調に大きくなるように定めた、これらの位相差の関係とに基づいて、設定された目標車両運動の特性に対応する、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差の各々を決定する。

例えば、車両運動の特性を穏やかにしたい場合には、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差を大きく、かつ横加速度の変化に対するロール角速度の変化に対する位相差を大きくするように、これらの位相差を決定する。

また、上記図１に示すように、コンピュータ２０は、決定されたロール角速度の変化の位相差に基づいて、サスペンション２２の減衰特性及びばね力の目標値を設定する目標減衰特性ばね力設定部５８と、設定された減衰特性及びばね力の目標値に基づいて、サスペンション２２の減衰特性及びばね力を制御する減衰特性ばね力制御部６０と、決定された横加速度の変化の位相差に基づいて、スリップ角ゲインの目標値を設定する目標ゲイン設定部６２と、設定されたスリップ角ゲインの目標値と操舵角センサ１６によって検出されたハンドル操舵角に基づいて、前後輪の各々の目標操舵角を算出する操舵角算出部６３と、前後輪の各々の目標操舵角に基づいて、前後輪の各々に対応する操舵アクチュエータ２４の作動を制御する操舵角制御部６４とを備えている。

次に、サスペンション２２の減衰力及びばね力の目標値を算出する原理について説明する。

まず、車体のロールに対する運動方程式は以下の（１）式で表わされる。

ここで、βは車体スリップ角であり、γはヨー角速度であり、φは車体ロール角である。また、Ｖは車速であり、ｇは重力加速度であり、ｍ_ｓは車両のばね上質量であり、Ｉ_φはローリング慣性モーメントである。また、Ｉ_ｘｚは慣性乗積であり、ｈ_ｓはばね上重心とロール軸との間の距離であり、Ｋ_φは、前後輪のサスペンション（懸架装置）のロール剛性の和であり、Ｃ_φは、前後輪の可変ショックアブソーバ３０による単位ロール角速度あたりのモーメントの和である。

上記（１）において、慣性乗積は無視しうるほど小さく、車体のロールに対する重力の影響も小さいので無視すると、以下の（２）式が得られる。

ロール運動に対する運動方程式である上記（１）式へ上記（２）式を代入すると、以下の（３）式が得られる。

上記（３）式において、Ｖ（ｄβ／ｄｔ＋γ）は、車体の横加速度であり、これをｇ_ｙとし、上記（３）式をラプラス変換すると、以下の（４）式が得られる。

上記（４）式から、横加速度からロール角までの伝達関数が以下の（５）式で表される。

上記（５）式で表される伝達関数を用いることで、横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を見積もることができる。逆に言えば、Ｃ_φ、Ｋ_φ、又はＣ_φとＫ_φとの双方を制御することにより、横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を制御することができる。

本実施の形態では、上記（５）式を予め計算して、図７（Ａ）に示すようなロール角速度の変化の位相差とＣ_φとの関係を表わすマップ、及び図７（Ｂ）に示すようなロール角速度の変化の位相差とＫ_φとの関係を表わすマップを用意しておき、決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を実現するためのＫ_φ及びＣ_φを各々求める。

そして、前後輪に対してどのようにばね力及び減衰特性を配分するかを決めておき、前輪のサスペンション２２のばね定数の目標値を以下のように算出する。

例えば、ロール剛性を以下の（６）式で表される割合で前後輪に配分する場合について説明する。
（前輪）：（後輪）＝ｋ：１−ｋ（０＜ｋ＜１）・・・（６）

前輪の受け持つべきロール剛性Ｋ_φｆは、以下の（７）式で算出される。

図８に示すように、前輪のサスペンション２２のエアスプリング３２間の距離がトレッドｄ_ｆと等しく、かつ、左右のエアスプリング３２のばね定数が等しいと仮定すれば、以下の（８）式が得られる。

また、φ＜＜１であるため、以下の（９）式が得られる。

上記（８）式、（９）式より得られる以下の（１０）式に従って、前輪のサスペンション２２のエアスプリング３２のばね定数Ｋ_ｓｆが算出される。

また、後輪のサスペンション２２のエアスプリング３２のばね定数についても、前輪のサスペンション２２のエアスプリング３２のばね定数と同様に算出される。

また、前輪のサスペンション２２の可変ショックアブソーバ３０の減衰係数Ｃ_ａｆは、以下の（１１）式により算出される。

ただし、Ｃ_φｆは前輪の受け持つべき単位ロール角速度あたりのモーメントであり、
単位ロール角速度あたりのモーメントを以下の（１２）式で表される割合で前後輪に配分する場合には、Ｃ_φｆは以下の（１３）式で表わされる。
（前輪）：（後輪）＝ｎ：１−ｎ（０＜ｎ＜１）・・・（１２）

また、後輪のサスペンション２２の可変ショックアブソーバ３０の減衰係数についても、前輪のサスペンション２２の可変ショックアブソーバ３０の減衰係数と同様に算出される。

上記のように、目標減衰特性ばね力設定部５８は、決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を実現するように、サスペンション２２の減衰係数及びばね定数の目標値を算出して、算出した目標値を設定する。

減衰特性ばね力制御部６０は、前輪及び後輪の各々の減衰係数の目標値に応じた制御量に従って、前輪及び後輪の各々のサスペンション２２のアクチュエータ４２を作動させて、前輪及び後輪の各々のサスペンション２２の減衰特性を制御する。また、減衰特性ばね力制御部６０は、前輪及び後輪の各々のばね定数の目標値に応じた制御量に従って、前輪及び後輪の各々のサスペンション２２の空気圧制御部４４を作動させて、前輪及び後輪の各々のサスペンション２２のばね力を制御する。

次に、スリップ角ゲインの目標値を算出する原理について説明する。

まず、前後輪のアクティブ操舵が可能な車両の運動モデルは、以下の（１４）式で表される。

ここで、ｍは、車両質量であり、Ｉは、ヨー慣性モーメントであり、ｌ_ｆ、ｌ_ｒは、重心から前後車軸の各々までの距離である。Ｋ_ｆ、Ｋ_ｆは、前後輪の各々のコーナリングパワーであり、δ_ｆ、δ_ｒは、前後輪の各々の操舵角である。Ｖは車速であり、ｒはヨーレートであり、βは車体スリップ角であり、ｌはホイールベースである。

上記（１４）式をラプラス変換し、ハンドル操舵角δに対する車体スリップ角β、ハンドル操舵角δに対するヨーレートｒ、ハンドル操舵角δに対する前輪操舵角δ_ｆ、ハンドル操舵角δに対する後輪操舵角δ_ｒを用いて表すと、以下の（１５）式が得られる。

上記（１５）式より、目標となる車両特性β^＊（ｓ）／δ（ｓ）、ｒ^＊（ｓ）／δ（ｓ）が与えられたとき、前後輪の各々の操舵角を、以下の（１６）式で表わされる操舵則に従って制御すれば、目標となる車両特性が実現される。

上記（１６）式のように、前後輪のアクティブ操舵が可能な車両では、実現可能な車両特性の自由度が高い。

ここで、ハンドル操舵角に対する車体スリップ角の目標車両特性、およびハンドル操舵角に対するヨーレートの目標車両特性を、以下の（１７）式、（１８）式で表される一次遅れ系として記述した場合について考える。

ここで、β_０はスリップ角ゲインであり、ｒ_０はヨーレートゲインであり、τは定時数である。

このとき、ハンドル操舵角から横加速度までの伝達関数は、以下の（１９）式で表される。

上記（１８）式、（１９）式より、スリップ角ゲインβ_０を変えることで、ヨー運動に対する横運動の位相差を変えることができる。

そこで、目標ゲイン設定部６２は、決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差を実現するように、上記（１８）式、（１９）式に従って、スリップ角ゲインの目標値を算出して、算出した目標値を設定する。

操舵角算出部６３は、設定されたスリップ角ゲインの目標値と、操舵角センサ１６によって検出されたハンドル操舵角とに基づいて、上記（１６）式に従って、前輪及び後輪の各々の目標操舵角を算出する。

操舵角制御部６４は、算出した前輪及び後輪の各々の目標操舵角に基づいて、前輪及び後輪の各々の操舵アクチュエータ２４を作動させて、前輪及び後輪の各々の操舵角を制御する。

次に、第１の実施の形態に係る車両制御装置１０の作用について説明する。車両制御装置１０を搭載した車両の走行中に、コンピュータ２０において、図９に示す車両制御処理ルーチンが実行される。

まず、ステップ１００において、ナビゲーションシステム１２から得られる電子地図データとＧＰＳ１４から得られる自車両の走行位置に基づいて、自車両の走行位置における走行路の状態を検出する。そして、ステップ１０２において、操舵角センサ１６より検出されたハンドル操舵角に基づいて、操舵周波数を検出し、ステップ１０４において、切り替えスイッチ１８のオンオフ状態を検出する。

そして、ステップ１０６において、上記ステップ１００で検出された走行路の状態、上記ステップ１０２で検出された操舵周波数、及び上記ステップ１０４で検出された切り替えスイッチ１８のオンオフ状態に基づいて、目標車両運動の特性として、穏やかさの度合いを設定する。次のステップ１０８では、上記図６（Ａ）、（Ｂ）に示すような、目標車両運動の特性とヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差と横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差との予め定められた関係に基づいて、上記ステップ１０６で設定された目標車両運動の特性に対応する、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差の各々を決定する。

次のステップ１１０では、上記ステップ１０８で決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を実現するためのサスペンション２２の減衰力を前後輪の各々に対して算出し、算出した前後輪の各々に対する減衰力を目標値として設定する。

また、ステップ１１２において、上記ステップ１０８で決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を実現するためのサスペンション２２のばね力を、前後輪の各々に対して算出し、算出した前後輪の各々に対するばね力を目標値として設定する。

そして、ステップ１１４において、上記ステップ１１０で設定された減衰力の目標値に基づいて、前後輪の各々に対応するサスペンション２２のアクチュエータ４２を作動させて、サスペンション２２の減衰力を制御すると共に、上記ステップ１１０で設定されたばね力の目標値に基づいて、前後輪の各々に対応するサスペンション２２の空気圧制御部４４を作動させて、サスペンション２２のばね力を制御する。

次のステップ１１６では、上記ステップ１０８で決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差を実現するためのスリップ角ゲインを算出し、算出したスリップ角ゲインを目標値として設定する。

そして、ステップ１１８において、操舵角センサ１６より検出されたハンドル操舵角を取得し、ステップ１２０において、上記ステップ１１６で設定されたスリップ角ゲインの目標値と、上記ステップ１１８で取得したハンドル操舵角とに基づいて、前後輪の各々の目標操舵角を算出する。

次のステップ１２２において、上記ステップ１２０で算出された前後輪の各々の目標操舵角に基づいて、前後輪の各々に対応する操舵アクチュエータ２４を作動させて、ステップ１１８へ戻る。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両制御装置によれば、走行路状態、操舵周波数、又はドライバの意思に基づいて、車両運動の特性として車両運動の穏やかさの度合いを設定し、車両運動の穏やかさの度合いに応じて、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差と、横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差とを、一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように決定することにより、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができる。

また、官能評価実験に基づいて、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差と横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差との一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように、これらの位相差を実現することにより、運転しやすさや車両の快適性を向上させることができ、ドライバにとって快適な車両運動を実現することができる。

また、ドライバの意思や操作状態、走行路状態にあった、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を設定することで、車両の操安性を向上させることができる。

次に、第２の実施の形態に係る車両制御装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、フィードバック制御を行って、サスペンションの減衰特性及びばね力と、前後輪の操舵角とを制御している点が、第１の実施の形態と主に異なっている。

図１０に示すように、第２の実施の形態に係る車両制御装置２１０は、ナビゲーションシステム１２と、ＧＰＳ１４と、操舵角センサ１６と、切り替えスイッチ１８と、自車両のロール角速度を検出するロール角速度センサ２１２と、自車両の横加速度を検出する横加速度センサ２１４と、自車両のヨー角速度を検出するヨー角速度センサ２１６と、ナビゲーションシステム１２からの電子地図データ、ＧＰＳ１４からの出力、各センサからの出力、及び切り替えスイッチ１８のオンオフに基づいて、サスペンション２２の減衰特性及びばね力を制御すると共に、操舵アクチュエータ２４の作動を制御するコンピュータ２２０とを備えている。

コンピュータ２２０は、走行環境検出部５０と、操舵周波数検出部５２と、車両特性設定部５４と、位相差決定部５６と、目標減衰特性ばね力設定部５８と、決定されたロール角速度の変化の位相差及び横加速度センサ２１４より検出された横加速度に基づいて、ロール角速度の目標値を設定する目標ロール運動設定部２５０と、設定されたロール角速度の目標値とロール角速度センサ２１２により検出されたロール角速度との差を算出する減算器２５２と、減算器２５２により算出された値に基づいて、フィードバック制御を行うように、サスペンション２２の減衰特性及びばね力の各々の目標値の修正値を算出するフィードバック制御部２５４と、サスペンション２２の減衰特性及びばね力の各々の目標値に、各目標値の修正値を加算する加算器２５６と、減衰特性ばね力制御部６０とを備えている。

目標ロール運動設定部２５０は、決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差、及び検出された横加速度の変化に基づいて、検出された横加速度の変化に対して決定された位相差となるロール角速度を算出し、目標値として設定する。

フィードバック制御部２５４は、減算器２５２により算出された、ロール角速度の目標値と検出されたロール角速度との差に基づいて、ロール角速度センサ２１２からロール角速度の目標値が検出されるように、サスペンション２２の減衰特性及びばね力の各々の目標値の修正値を算出する。

例えば、検出されたロール角速度がロール角速度の目標値よりも大きい場合、ロール剛性、あるいはロール減衰が不足していると考えることができるため、ばね力、あるいは減衰力を大きくするように、目標値の修正値を算出する。逆の場合には、ばね力、あるいは減衰力を小さくするように、目標値の修正値を算出する。

最も簡単な方法としては、ロール角速度の検出値とロール角速度の目標値との差に比例して、ばね力、あるいは減衰力を修正するように、目標値の修正値を算出する。

また、フィードバック制御部２５４は、加算器２５６によって、算出したサスペンション２２の減衰特性及びばね力の各々の目標値の修正値を、設定されたサスペンション２２の減衰特性及びばね力の各々の目標値に反映させて、フィードバック制御を行う。

また、上記図１０に示すように、コンピュータ２２０は、目標ゲイン設定部６２と、操舵角算出部６３と、決定された横加速度の変化の位相差及び横加速度センサ２１４より検出された横加速度に基づいて、ヨー角速度の目標値を設定する目標ヨー運動設定部２５８と、設定されたヨー角速度の目標値とヨー角速度センサ２１６により検出されたヨー角速度との差を算出する減算器２６０と、減算器２６０により算出された値に基づいて、フィードバック制御を行うように、前後輪の操舵角の各々の目標値の修正値を算出するフィードバック制御部２６２と、前後輪の操舵角の各々の目標値に、各目標値の修正値を加算する加算器２６４と、操舵角制御部６４とを備えている。

目標ヨー運動設定部２５８は、決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び検出された横加速度の変化に基づいて、検出された横加速度の変化に対して決定された位相差となるヨー角速度を算出し、目標値として設定する。

フィードバック制御部２６２は、減算器２６０により算出された、ヨー角速度の目標値と検出されたヨー角速度との差に基づいて、ヨー角速度センサ２１６からヨー角速度の目標値が検出されるように、前後輪の操舵角の各々の目標値の修正値を算出する。

例えば、検出されたヨー角速度がヨー角速度の目標値よりも小さい場合、前輪の舵角を大きくする、あるいは後輪の蛇角を小さくするように、目標値の修正値を算出する。逆の場合には、前輪の舵角を小さくする、あるいは後輪の蛇角を大きくするように、目標値の修正値を算出する。

最も簡単な方法としては、ヨー角速度の検出値とヨー角速度の目標値との差に比例して、前輪、あるいは後輪の蛇角を修正するように、目標値の修正値を算出する。

また、フィードバック制御部２６２は、加算器２６４によって、算出した前後輪の操舵角の各々の目標値の修正値を、算出された前後輪の操舵角の各々の目標値に反映させて、フィードバック制御を行う。

次に、第２の実施の形態に係る車両制御処理ルーチンについて図１１を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理について同一符号を付して詳細な説明を省略する。

まず、ステップ１００において、自車両の走行位置における走行路の状態を検出し、ステップ１０２において、操舵周波数を検出し、ステップ１０４において、切り替えスイッチ１８のオンオフ状態を検出する。

そして、ステップ１０６において、目標車両運動の特性として、穏やかさの度合いを設定し、次のステップ１０８では、上記ステップ１０６で設定された目標車両運動の特性に対応する、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差の各々を決定する。

そして、ステップ１１０では、上記ステップ１０８で決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を実現するためのサスペンション２２の減衰力を前後輪の各々に対して算出して、目標値として設定する。また、ステップ１１２において、上記ステップ１０８で決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を実現するためのサスペンション２２のばね力を、前後輪の各々に対して算出して、目標値として設定する。

そして、ステップ１１４において、前後輪の各々に対応するサスペンション２２のアクチュエータ４２を作動させて、サスペンション２２の減衰力を制御すると共に、前後輪の各々に対応するサスペンション２２の空気圧制御部４４を作動させて、サスペンション２２のばね力を制御する。

次のステップ１１６では、上記ステップ１０８で決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差を実現するためのスリップ角ゲインを算出して、目標値として設定する。

そして、ステップ２７０では、ロール角速度センサ２１２、横加速度センサ２１４、及びヨー角速度センサ２１６の各々から出力された信号を取得する。次のステップ２７２において、上記ステップ１０８で決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差と、上記ステップ２７０で取得した横加速度信号が示す横加速度の変化とに基づいて、ロール角速度の目標値を算出して設定する。

次のステップ２７４では、上記ステップ２７２で算出されたロール角速度の目標値と上記ステップ２７０で取得したロール角速度信号が示すロール角速度との差分値を算出する。

そして、ステップ２７６において、上記ステップ２７４で算出した差分値に基づいて、ロール角速度の目標値を実現するための、サスペンション２２の減衰力及びばね力の各々の目標値の修正値を算出する。

ステップ２７８では、上記ステップ２７６で算出された減衰力及びばね力の各々の目標値の修正値を、上記ステップ１１０、１１２で算出された減衰力及びばね力の各々の目標値に反映させて、減衰力の目標値を修正した値に基づいて、前後輪の各々に対応するサスペンション２２の減衰力を制御すると共に、設定されたばね力の目標値を修正した値に基づいて、前後輪の各々に対応するサスペンション２２のばね力を制御する。

次のステップ１１８において、操舵角センサ１６より検出されたハンドル操舵角を取得し、ステップ１２０において、上記ステップ１１６で設定されたスリップ角ゲインの目標値と、上記ステップ１１８で取得したハンドル操舵角とに基づいて、前後輪の各々の目標操舵角を算出する。

そして、ステップ２８０において、上記ステップ１０８で決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差と、上記ステップ２７０で取得した横加速度信号が示す横加速度の変化とに基づいて、ヨー角速度の目標値を算出して設定する。

次のステップ２８２では、上記ステップ２８０で算出されたヨー角速度の目標値と上記ステップ２７０で取得したヨー角速度信号が示すヨー角速度との差分値を算出する。

そして、ステップ２８４において、上記ステップ２８２で算出した差分値に基づいて、ヨー角速度の目標値を実現するための、前後輪の操舵角の各々の目標値の修正値を算出する。

次のステップ２８６では、上記ステップ２８４で算出された前後輪の操舵角の各々の目標値の修正値を、上記ステップ１２０で算出された前後輪の各々の目標操舵角に反映させて、前後輪の各々の目標操舵角を修正した値に基づいて、前後輪の各々に対応する操舵アクチュエータ２４を作動させて、ステップ２７０へ戻る。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る車両制御装置によれば、フィードバック制御を行うことにより、決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差と、決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差とを精度よく実現することができる。

なお、上記の実施の形態では、横加速度をセンサによって検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車速や操舵角などの車両状態や操作状態から横加速度を推定するようにしてもよい。

また、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、ハンドル操舵角から操舵周波数を検出して、車両運動特性を設定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、操作状態として、アクセル操作及びブレーキ操作の切り替え（ペダルの踏み替え）を検出して、車両運動特性を設定するようにしてもよい。この場合には、アクセル操作及びブレーキ操作の切り替えが頻繁に行われていると、山道のようなコーナーが連続する場所を走行していると判断し、穏やかさの度合いが低くなるように車両運動の特性を設定すればよい。また、アクセル操作量やブレーキ操作量を検出して、車両運動の特性を設定するようにしてもよい。

また、自車両の走行状態として、車速センサや加速度センサからの信号を検出して、山道のようなコーナーが連続する場所を走行していると判断される場合に、穏やかさの度合いが低くなるように車両運動の特性を設定するようにしてもよい。

また、外気温や天候などの走行環境状態を検出して、車両運動の特性を設定するようにしてもよい。

また、設定された車両運動の特性に基づいて、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の位相差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差を決定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の時間差、及び横加速度の変化に対するロール角速度の変化の時間差を決定するようにしてもよい。この場合には、決定されたヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の時間差が実現されるように、サスペンションの減衰特性やばね力を制御し、決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の時間差が実現されるように、前後輪の各々の操舵角を制御すればよい。

また、サスペンションの減衰特性及びばね力を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、決定された横加速度の変化に対するロール角速度の変化の位相差が実現されるように、サスペンションの減衰特性及びばね力の何れか一方のみを制御するようにしてもよい。例えば、サスペンションの減衰特性のみを制御する場合には、サスペンションのスプリングとして、通常のコイルスプリングを用いればよい。

また、ヨー角に関する状態量として、ヨー角速度を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ヨー角に関する状態量として、ヨー角やヨー角加速度を用いて、サスペンション制御を行ってもよい。この場合には、ヨー角又はヨー角加速度の変化に対する横加速度の変化の位相差を推定すればよい。

また、車両横方向の運動を表わす物理量として、横加速度を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両横方向の運動を表わす物理量として、横位置や、横速度、横ジャークを用いて、サスペンション制御を行ってもよい。この場合には、ヨー角に関する状態量の変化に対する、横位置、横速度、又は横ジャークの変化の位相差を推定し、横位置、横速度、又は横ジャークの変化に対するロール角速度の変化の位相差を決定すればよい。

また、ロール角に関する状態量として、ロール角速度を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ロール角に関する状態量として、ロール角やロール角加速度を用いて、サスペンション制御を行ってもよい。この場合には、横加速度の変化に対するロール角やロール角加速度の変化の位相差を決定すればよい。

本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置の構成を示す概略図である。サスペンションの構成を示す概略図である。車両運動を説明する各軸の方向を示す図である。（Ａ）ヨー角速度の変化と横加速度の変化とを示すグラフ、及び（Ｂ）ロール角速度の変化と横ジャークの変化とを示すグラフである。官能評価実験の結果として得られる、ヨー角速度の変化に対する横加速度の変化の時間差と、横ジャークの変化に対するロール角速度の変化に対する時間差との関係を示すグラフである。（Ａ）目標車両運動の特性とヨー運動の変化に対する横運動の変化の位相差との関係を示すグラフ、及び（Ｂ）ヨー運動の変化に対する横運動の変化の位相差と、横運動の変化に対するロール運動の変化に対する時間差との関係を示すグラフである。（Ａ）ロール角速度の変化の位相差の目標値と、Ｋ_φとの関係を示すグラフ、及び（Ｂ）ロール角速度の変化の位相差の目標値と、Ｃ_φとの関係を示すグラフである。サスペンションのエアスプリングのばね定数の算出方法を説明するための図である。本発明の第１の実施の形態に係る車両制御装置における車両制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る車両制御装置の構成を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る車両制御装置における車両制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０、２１０車両制御装置
１２ナビゲーションシステム
１６操舵角センサ
１８切り替えスイッチ
２０、２２０コンピュータ
２２サスペンション
２４操舵アクチュエータ
３０可変ショックアブソーバ
３２エアスプリング
４２アクチュエータ
４４空気圧制御部
５０走行環境検出部
５２操舵周波数検出部
５４車両特性設定部
５６位相差決定部
５８目標減衰特性ばね力設定部
６０減衰特性ばね力制御部
６２目標ゲイン設定部
６３操舵角算出部
６４操舵角制御部
２１２ロール角速度センサ
２１４横加速度センサ
２１６ヨー角速度センサ
２５０目標ロール運動設定部
２５４、２６２フィードバック制御部
２５８目標ヨー運動設定部

Claims

自車両が走行している走行路の走行路状態、自車両の走行状態、及びドライバが自車両を操作したときの操作状態の少なくとも1つを示す状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段によって検出された前記状態に基づいて、ヨー角に関する状態量の変化に対する車両横方向の運動の変化の位相差又は時間差を示す第１変化差と、車両横方向の運動の変化に対するロール角に関する状態量の変化の位相差又は時間差を示す第２変化差とを、前記第１変化差及び第２変化差の一方が大きくなるに従って他方が大きくなるように決定する変化差決定手段と、
前記変化差決定手段によって決定された前記第１変化差が実現されるように、前後輪の各々の操舵角を制御する操舵角制御手段と、
前記変化差決定手段によって決定された前記第２変化差が実現されるように、車輪側部材と車体側部材との間に配置されたサスペンションの減衰特性及びばね力の少なくとも一方を制御するサスペンション制御手段と、
を含む車両制御装置。
前記変化差決定手段は、前記状態検出手段によって検出された前記状態に基づいて、車両運動の特性を設定する特性設定手段を備え、前記車両運動の特性と前記第１変化差と前記第２変化差との予め定められた関係に基づいて、前記特性設定手段によって設定された前記車両運動の特性に対応する、前記第１変化差と前記第２変化差とを決定する請求項１記載の車両制御装置。
前記特性設定手段は、前記車両運動の特性として、車両運動の穏やかさの度合いを設定する請求項２記載の車両制御装置。
前記サスペンション制御手段は、前後輪の各々について、前記サスペンションの減衰特性及びばね力の少なくとも一方を制御する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の車両制御装置。