JP5189084B2 - 車両挙動安定化制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも前輪舵角を制御入力として左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を制御する第１の制御装置（ＶＳＡ）と、少なくとも前輪舵角を制御入力として車両の後輪の舵角を制御する第２の制御装置（ＲＴＣ）とを併用する車両操縦性安定化制御装置に関する。

車両の挙動を安定化する制御装置として車両運動制御装置（以下ＶＳＡと略）が知られている（特許文献１）。これは左右或いは前後のブレーキを自動的にかけることにより、制動力のバランスにより車両の挙動の乱れを通常の挙動に戻す働きをするが、これは予め決めた車両運動に対する偏差をフィードバックすることによって成立させている。特に、特許文献１は、ドライバーの意志としての操舵角を、横加速度から求まる横すべり角速度の変化で規制することを開示している。
特許第３２１４８２４号

一方、後輪トー角制御装置（以下ＲＴＣと略）が提案されており、従来から４輪操舵（４ＷＳ）として、例えば特許文献２に記載されているように、車両の横滑り角を零にすること（あるいは予め設定した値にすること）を目標値として車両の挙動を安定化する制御装置が知られている。その手法に関して、速度により前輪後輪の切れ角比を持ち替える（低速は逆相、高速では同相）等様々な手法が開示されているが、基本的にＲＴＣあるいは４ＷＳは、操舵角に対する実車両特性モデルのヨーレート応答の、理想車両特性モデルのヨーレート応答に対する偏差を最小化しようとするフィードフォワード制御を制御の基本としている。
特許第３１７９２７１号

上記ＶＳＡは原理的に制動力のバランスでヨーモーメントを発生するためタイヤの横すべり角が限界を越えた領域すなわち車両の限界域でも効果を発生できるが、ブレーキを頻繁にかけることは実用上許容できないことから、ある程度極端な事態（限界挙動）に対応して起動されることになる。一方、ＲＴＣは、後輪の微少横すべり角を用いてヨーモーメントを発生させるために通常領域（通常挙動）での制御に適する。従って、ＶＳＡとＲＴＣを組み合わせれば、全走行領域において効果のある車両挙動安定化装置が実現することになる。しかしながら、ＶＳＡ及びＲＴＣは、それぞれフィードバック系及びフィードフォワード系の制御原理に基づくものであることから、単純にＶＳＡ及びＲＴＣを同時に起動すると、お互いの干渉が悪影響を及ぼし、制御動作が不安定になることが考えられる。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、ＶＳＡ及びＲＴＣを好適に組み合わせ、限界挙動及び通常挙動を含む全走行領域において有効な制御が可能な車両挙動安定化制御装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、ＶＳＡ及びＲＴＣを、それぞれ個別に設計された装置として組み合わせることのできる車両挙動安定化制御装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、既存の形式のＶＳＡ及びＲＴＣを、互いに組み合わせるために元の設計に大幅な変更を加えることなく好適に組み合わせ得るような車両挙動安定化制御装置を提供することにある。

このような課題は、本発明によれば、少なくとも前輪舵角を制御入力として左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を制御する第１の制御装置（ＶＳＡ）と、少なくとも前輪舵角を制御入力として車両の後輪の舵角を制御する第２の制御装置（ＲＴＣ）と、前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の制御入力を変換する協調制御ユニットとを有することを特徴とする車両挙動安定化制御装置を提供することにより達成される。

このように、ＲＴＣの出力を或る伝達特性により変換し、その結果に基づき、ＶＳＡの実車両特性モデルに入力される前輪舵角δｆを補正する。これは、ＶＳＡの入力前輪舵角δｆをＲＴＣの出力である後輪のスラスト角あるいはトー角に基づいて可変化することを意味している。これにより、ＶＳＡ及びＲＴＣの協調制御が可能となり、しかも既存のＶＳＡ自体の構成に変更を加えることなく両者を協調的に組み合わせることが可能となる。

本発明の好適実施例によれば、前記第１の制御装置（ＶＳＡ）が、与えられた前輪舵角に対する実車両特性モデル及び実車両の出力差に基づき左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を決定し、前記第２の制御装置（ＲＴＣ）が、与えられた前輪舵角に対する理想車両特性モデル及び実車両特性モデルの出力差に基づき後輪舵角を決定し、前記協調制御ユニットが、前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力を変換する。前記協調制御ユニットは、前記第２の制御装置の制御出力に基づく補正信号を、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力に加減算するものであって良い。前記制御出力はヨーレートを含むものであって良い。

また、第２の制御装置（ＲＴＣ）としては、後輪の操舵（スラスト）角を利用するものであっても、或いは後輪のトー角を利用するものであっても良い。

公知のＶＳＡシステムを示すブロック図である。 公知のＲＴＣシステムを示すブロック図である。 ＶＳＡシステム及びＲＴＣシステムを強調的に組み合わせた本発明に基づく車両挙動安定化制御装置のブロック図である。

発明を実施するための形態

図１はＶＳＡシステムのブロック図である。前輪舵角δ_ｆが実車両特性モデル（Ｇ_γ０（ｓ））に入力されると、実車両特性モデルから規範ヨーレートが出力され、車両の実ヨーレートと規範ヨーレートとの差が、ＶＳＡフィードバック伝達特性（Ｒ（ｓ））に入力され、その結果適宜決定される駆動力或いは制動力の各輪への分配比に応じたヨーモーメントが車両に付加される。前輪操舵角に基づく車両自体のヨーモーメントにＶＳＡシステムからの付加ヨーモーメントの和が車両に作用し、その積分量が車両の実ヨーレートとして得られることとなる。これにより、外乱としてのヨーモーメントが作用しても、制御系のフィードバック作用により、車両の走行安定性が維持される。

図２はＲＴＣシステムのブロック図である。前輪舵角δ_ｆが実車両特性モデル（Ｇ_γ０（ｓ））及び理想車両特性モデル（Ｇ_{ｉｄｅａｌ}（ｓ））に入力されると、両モデルの出力間の偏差が、ＲＴＣフィードフォワード伝達特性（Ｐ（ｓ））に入力される。一方、理想車両特性モデルの出力と車両の実ヨーレートとの偏差は、ＲＴＣフィードバック伝達特性（Ｑ（ｓ））に入力される。ＲＴＣフィードフォワード伝達特性（Ｐ（ｓ））及びＲＴＣフィードバック伝達特性（Ｑ（ｓ））の出力の和が、付加ヨーモーメントとして車両に作用し、前輪操舵角に基づく車両自体のヨーモーメントと付加ヨーモーメントとの和の積分量が車両の実ヨーレートとして得られることとなる。この場合は、外乱としてのヨーモーメントが作用しても、制御系のフィードバック作用により、車両の走行安定性が維持されることに加えて、理想車両特性モデルの挙動を規範とするフィードフォワード制御作用により、車両の走行安定性を高い応答性をもって向上させることができる。

この場合、例えば特許文献３に記載されているように、δ_r＝Ｇ_r・δ_fの伝達特性を与えた際の車両の運動方程式が以下の式により与えられ

後輪の操舵角δ_ｒは、以下の式により与えられることになる。

ここで、m：車両質量、ｌ：ホイールベース、ｌｆ、ｌｒ：前後車軸と重心間の距離、δ_ｆ：前輪舵角、ｋｒ、ｋｆ：前後輪のコーナリングパワー、Ｖ：車速である。また、Ｇ_{ｉｄｅａｌ}（ｓ）は、図２における理想車両特性モデルであり、Ｇ_γ０（ｓ）はδ_r＝０とした際の実車両特性モデルであり、基本的には図１の実車両特性モデルと同一である。
ＰＣＴ／ＪＰ２００７／００１１４０

式（１）及び図２から、ＲＴＣのフィードフォワード伝達特性Ｐ（ｓ）は

であることがわかる。また、図２ではヨーモーメントを車両に付加する構成となっているが、これはリア操舵角δｒとｌｒの積となっていることから、便宜上、ＲＴＣの出力はδrであるとする。

ここで、ＶＳＡ及びＲＴＣを単純に組み合わせた場合に、動作が不安定となる理由について説明する。ＶＳＡ及びＲＴＣのフィードバックの基準値となる車両特性に着目すると、ＶＳＡは実車両特性モデルを採用する一方、ＲＴＣは理想車両特性モデルを採用する。車両特性モデルは、ＶＳＡなどの車両挙動安定化装置が無い場合の車両の実特性に基づくものであり、理想車両特性はＲＴＣなどを作動させて、車両特性を変化させて得られる理想的な車両の特性であり、通常これらは互いに異なる。従って、ＶＳＡは、ＲＴＣが車両特性を変化させようとして発生するヨーモーメントを外乱として打ち消そうと働く。一方、ＲＴＣは理想車両特性モデルに対してフィードバックを行うため、やはりＶＳＡのヨーモーメントを外乱として打ち消そうとする。これがＶＳＡに他の車両挙動安定化装置を単純に組み合わせようとすると動作が不安定になる理由である。

これを解決する一つの手段は、ＶＳＡの車両特性モデルをＲＴＣの理想車両特性に合わせることであり、もう一つの手段はＲＴＣの理想車両特性をＶＳＡの車両特性に合わせることである。しかし、後者はＲＴＣが理想特性にフィードフォワードする機能を失ってしまうため意味がなく、前者は既に設定されたＶＳＡのコントローラの設定を変えなければならないためＲＴＣ付きの車両とＲＴＣが付いていない車両で別々の特性モデルを設定する必要がありＶＳＡのセッティング等に多くの工数を要することになる。

図３は、このような問題を解消するために提案された本発明に基づく車両挙動安定化制御装置を示すブロック図である。これは、図１及び２に示されたＶＳＡ及びＲＴＣの出力を、車両自体のヨーモーメントに対する付加ヨーモーメントとして印加することに加えて、ＲＴＣの出力を或る伝達特性により変換し、その結果を、ＶＳＡの実車両特性モデルに入力される前輪舵角δｆから減ずるようにしたものである。但し、この減算は、伝達特性の符号設定によっては、加算となる。即ち、これは、ＶＳＡの入力前輪舵角δｆをＲＴＣの出力である後輪のスラスト角あるいはトー角に基づいて可変化することを意味している。前記したように、ＶＳＡ及びＲＴＣを同時に作動させた場合の不都合は、ＶＳＡの制御目標がＲＴＣを作動させていない場合のヨーレート応答であることに原因があるが、本実施例では、これを本発明ではＶＳＡ自体の構成に変更を加えることなく解決することができる。

次に、このとき、ＲＴＣの出力をどのような伝達特性により変換すると良いかについて考察する。式（１）を変形すると、以下の式（３）が得られる。

この式から、ＶＳＡの車両特性モデルの伝達特性に於いて、Ｇ_γ０（ｓ）・δｆとなっているところを、

に変換すれば、ＶＳＡの車両特性モデルには外見上前輪舵角δｆが入力されているにも関わらず、ＲＴＣの目標とするヨーレートを、ＶＳＡの車両特性モデルの出力として得ることができる。即ち、図３に於いて、変換伝達特性をＴ（ｓ）とすると良いことが分かる。ここで、

上記実施例では、リアの操舵（スラスト）角で説明しているが、リアのトー角を用いた場合は、トー角θとしたとき、δｒ＝Ｋ・αｙ・θ（Ｋ：ロール剛性、トレッド等から定まる定数、αｙ：横加速度）としてスラスト角に変換することができることから、スラスト角と同様にθ・Ｋ・αｙを前記伝達特性に通すことにより、ＶＳＡとの協調制御を達成することができる。また、ＲＴＣ以外でも付加ヨーモーメントを発生させることで車両の挙動を安定化させる制御装置の付加ヨーモーメントをリア舵角に置き換えることでも同じ効果が得られる。

このように、本発明によれば、
（１）ＶＳＡ及びＲＴＣが、互いに協調して、それぞれの効果を充分に発揮することから、通常領域から限界領域まで広範囲に渡って車両の挙動安定化制御を行うことが出来る。
（２）車両特性の変化等によらず協調制御が出来るので開発の工数が大幅に短縮できる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明は上記実施形態や変形例に限定されることなく幅広く変形実施することができる。

本出願のパリ条約に基づく優先権主張の基礎出願の全内容及び本出願中で引用された従来技術の全内容は、それに言及したことをもって本願明細書の一部とする。

Claims (3)

1. 少なくとも前輪舵角を制御入力とし、与えられた前輪舵角に対する実車両特性モデル及び実車両の出力差に基づき左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を制御する第１の制御装置（ＶＳＡ）と、
   少なくとも前輪舵角を制御入力とし、与えられた前輪舵角に対する理想車両特性モデル及び実車両特性モデルの出力差に基づき車両の後輪の舵角を制御する第２の制御装置（ＲＴＣ）と、
   前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の実車両特性モデルへの制御入力としての前輪舵角を補正する協調制御ユニットとを有することを特徴とする車両挙動安定化制御装置。
2. 前記協調制御ユニットが、前記第２の制御装置の制御出力に基づく補正信号を、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力としての前輪舵角に加減算することを特徴とする請求項１に記載の車両挙動安定化制御装置。
3. 前記制御出力がヨーレートを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動安定化制御装置。

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