JP5254143B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、後輪操舵制御装置とアクティブサスペンション装置とを備えた自動車（以下、単に車両と記す）の制御装置に関する。

車体に車輪を懸架するサスペンション装置の特性やストローク量を変えることによって、車高や各車輪の支持荷重を制御するアクティブサスペンション装置が知られている（特許文献１参照）。また、車両が旋回するとき、ヨーレート等の車両状態量に基づき左右の後輪の転蛇角を操舵する後輪操舵装置を備えることによって、車両の走行状態を安定化する技術が開示されている（特許文献２参照）。さらに、アクティブステアリング装置とアクティブサスペンション装置とを備えた車両において、アクティブステアリング装置の作動に関連してアクティブサスペンション装置の作動を制御する技術が開示されている（特許文献３参照）。

特開２００３−８１１１７号公報 特開２００６−６９４９７号公報 特開２００８−７０３３号公報

前記した特許文献によって開示された従来技術は、車両が旋回して走行するとき、運転を行う乗員にとって自分の意図する車両の挙動を実現することができるため好適となる。一方、通常の車両の走行において、走行車線を走行中の車両が前方の他車を追い越して再度走行車線に戻る、いわゆるダブルレーンチェンジを行う場合、もしくは路上の障害物を回避して再度走行車線に戻る場合がある。かかる状況では速い切り返しが為されるが、後輪操舵装置を備えた車両においては、再度走行車線に戻る際のロール感が後輪操舵装置を備えない車両と異なり、乗員に違和感を生じさせる場合があった。この違和感は、後輪が同相に操舵される場合には後輪舵角の位相が進んでロール角に位相の遅れを生じさせ、後輪が逆相に操舵される場合には後輪舵角の位相が遅れてロール角に位相の進みを生じさせることに起因するものであった。

本発明は前記背景を鑑みてなされたもので、後輪操舵制御装置とアクティブサスペンション装置とを備えた車両においてダブルレーンチェンジ等の速い切り返しが為される際に発生するロールの違和感を抑制する制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、後輪操舵制御装置１０とアクティブサスペンション装置６，７とを備えた車両の制御装置１２である。本制御装置は、前記車両の横加速度Ｇｙ、前輪舵角、後輪舵角、ロール角を含む運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、前記横加速度と前記前輪舵角との相関を算出して、予め設定された標準値と比較し、横加速度修正量を算出する横加速度修正量算出手段１２５と、前記横加速度修正量と前記横加速度とからロール角制御量を算出するロール角制御量算出手段１２４と、前記ロール角制御量と前記ロール角とから前記アクティブサスペンションのロール角制御量を算出するロール姿勢制御手段１２６とを備えることを特徴とする。

前記構成によれば、前輪舵角と横加速度との相関を標準値と比較することによって横加速度の修正量を算出し、検出された横加速度をこの修正量によって修正することで、ダブルレーンチェンジ等の速い切り返しが為される際に発生するロール違和感の原因となる後輪舵角の位相の進みや遅れを補正することができる。そして、修正された横加速度に応じてアクティブサスペンション装置のロール姿勢制御を行うことで、ロール違和感を抑制することができる。

前記構成において、前記標準値は、後輪操舵制御されていない車両における横加速度と前輪舵角との相関の周波数成分であり、前記横加速度修正量算出手段は、前記横加速度と前記前輪舵角との相関の周波数成分と前記標準値との変化分を算出し、この変化分に応じた前記横加速度修正量を算出するように構成することもできる。

前記構成によれば、横加速度と前輪舵角との相関を伝達関数として表し、この周波数成分を標準値と比較することで、位相の進みや遅れの変化分を定量化することができる。

また、前記構成において、前記ロール角制御量算出手段は、予め設定された後輪操舵制御されていない車両における横加速度とロール角との相関に基づき、前記横加速度から前記横加速度修正量を減算した横加速度補正値に応じて、前記ロール角制御量を算出するように構成することもできる。

前記構成によれば、横加速度とロール角との相関を後輪操舵制御されていない車両における横加速度とロール角との相関と比較することで、ロール違和感を抑制するロール角制御量を算出することができる。ここで、横加速度とロール角との相関を伝達関数として表し、この周波数成分を比較することで、ロール角制御量を算出する構成とすることもできる。

本発明によれば、後輪操舵制御装置とアクティブサスペンション装置とを備えた車両がダブルレーンチェンジ等の速い切り返しが為される際に発生するロールの違和感を抑制する制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる４輪自動車の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる制御装置要部の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態にかかるダブルレーンチェンジの一例と後輪操舵制御されている車両とされていない車両におけるロール角変化のタイムチャートの一例である。 本発明の一実施形態にかかる前輪舵角と横加速度との伝達関数の周波数応答の一例である。 本発明の一実施形態にかかる前輪舵角と横加速度との伝達関数の周波数応答の一例である。 本発明の一実施形態にかかる横加速度とロール角との伝達関数の周波数応答の目標特性の一例である。

以下、本発明にかかる後輪操舵制御装置を車両に適用した第１実施形態について図面を参照して説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１は本実施形態に係る後輪操舵制御装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。車両Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ，３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。これらのサスペンションは特性を制御または沈み込み量を制御可能なアクティブサスペンションとしている。車体に対する車高または支持荷重を変えるためのアクティブ手段は、特許文献１に開示されているように種々の公知の要領にてショックアブソーバまたはサスペンションスプリングに組み込まれるように構成することができる。

また、車両Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる後輪操舵制御装置１０Ｌ，１０Ｒとが備わっている。なお、アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは電動アクチュエータを適用することができる。

車両Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、前輪舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１５、横加速度センサ１６、アクティブサスペンション関連の観測量としてストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌ，１９Ｒ，１９Ｌ、荷重センサ２０Ｒ，２０Ｌ，２１Ｒ，２１Ｌの他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。なお、舵角センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪３の転舵角が算出される。横加速度センサ１６は車両の左右方向に作用する加速度を検出する。ストロークセンサ１８，１９は伸縮量を検出することにより車高を、荷重センサ２０，２１はサスペンションへの支持荷重を検出する。ここで、これらのセンサおよび後記するトー角センサ等は、車両の挙動にかかる車両状態量を検出する状態量検出手段を構成している。なお、図１においてストロークセンサ１８，１９および荷重センサ２０，２１は、アクティブサスペンション装置の制御にあたってロール角センサ（図２の参照番号２５）として機能させることができる。また、これらは図１において、一つのセンサのように示しているが、これは図示上の煩雑さを回避するためである。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜２１等や、アクチュエータ１１と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜２１等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を実行する。また、ＥＣＵ１２は、ロール制御量（例えば、目標沈み込み量）を算出し、アクティブサスペンションであるフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒのロール制御を実行する。

各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出することによってトー角を取得するトー角センサ１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ設置されている。トー角センサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力されることで、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させる。

このように構成された車両Ｖによれば、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば、車両Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。

図２は本実施形態における車両の制御装置要部の機能ブロック図である。本実施形態の後輪操舵制御装置は、ＥＣＵ１２によって実現できる。ＥＣＵ１２は、一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（ＣＰＵ）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

なお、図２では本実施形態にかかる要部を示しており、例えば、特許文献２に開示されている車両の左右後輪の目標トー角を設定する指示トー角算出手段と、前記車両の挙動にかかる車両状態量を検出する状態量検出手段と、を備え、前記目標トー角と検出された実トー角との偏差に基づいて車両の左右後輪のトー角を変化させる後輪トー角制御装置の一般的な構成については説明を省略する場合がある。また、同様に車体に対する車高または支持荷重を変えるためのアクティブ手段は、特許文献１に開示されているように種々の公知の要領にてショックアブソーバまたはサスペンションスプリングに組み込まれるように構成することができることから説明を省略する場合がある。

図２を参照すると、ＥＣＵ１２は、例えば、入力インタフェース（図示せず）を介して、車速センサ１３や、前輪舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１５、横加速度センサ１６や筒内圧センサ（図示せず）等から車両状態量を取得する。取得された車両状態量である運動状態量や乗員による運転操作量は走行状態推定部１２０に送られ、車両の走行状態が推定される。推定した車両の走行状態は指示トー角算出部１２２（後輪トー角制御手段）へ送出される。なお、図２では、左後輪５Ｌもしくは右後輪５Ｒの一方を代表として示しているため左右を表す添字Ｌ，Ｒは付していない。また、前記した後輪操舵制御装置１０は、指示トー角算出部１２２およびアクチュエータ１１、トー角センサ１７から構成されてものであるが、以降では図２の機能ブロックに基づき説明を行う。

次に、指示トー角算出部１２２は、走行状態推定部１２０が推定したエンジントルク、トランスミッションのギヤ比等に基づいて左右後輪５Ｌ，５Ｒの駆動力の推定を行い、この後輪駆動力の推定結果と横加速度センサ１６の検出結果とから、指示トー角θＴＤを算出する。

ＥＣＵ１２は、指示トー角θＴＤから、アクチュエータ１１に配設されたストロークセンサ１７によって検知され、入力インタフェース（図示せず）を介して、ＥＣＵ１２に送出された実トー角θＴを減算して偏差ｅｔを算出する。偏差ｅｔはＦＢ制御器１２３に入力され、ＦＢ制御器１２３はこの偏差を解消する向きにアクチュエータ１１を駆動するための駆動信号を出力インタフェース（図示せず）を介して発生する。

一方、ＥＣＵ１２は、走行状態推定部１２０が推定した車両の走行状態に基づいて算出された目標横力と、横加速度Ｇｙから得られた実横力との偏差に基づいて、例えば特性を制御または沈み込み量を制御可能なアクティブサスペンションである後車輪のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒのロール角制御量θＲＤを算出する。

通常、ＥＣＵ１２は、ロール角制御量θＲＤから、ストロークセンサ１８，１９および荷重センサ２０，２１等から構成することができるロール角センサ２５によって検知され、入力インタフェース（図示せず）を介して、ＥＣＵ１２に送出されて算出された実ロール角θＲを減算して偏差ｅｒを算出する。偏差ｅｒはロール姿勢制御器１２６に入力され、ロール姿勢制御器１２６はこの偏差を解消する向きにショックアブソーバまたはサスペンションスプリングに組み込まれたアクティブ手段を備えたサスペンション６，７を駆動するための駆動信号を出力インタフェース（図示せず）を介して発生する。

本実施形態は、前記した構成に加えて、ロール角制御量算出部１２４と、横加速度修正部１２５とを備えている。

横加速度修正部１２５は、横加速度センサ１６によって検出された横加速度Ｇｙと前輪舵角センサ１４によって検出された前輪舵角θＦとを入力インタフェース（図示せず）を介して取得する。横加速度修正部１２５は、横加速度と前輪舵角との相関を伝達関数として表し、この周波数成分を標準値と比較することで、位相の進みや遅れの変化分（横加速度修正量）を定量化する。ここで、標準値は、後輪操舵制御されていない車両における横加速度と前輪舵角との相関の周波数成分として表される。検出された横加速度Ｇｙから定量化された横加速度修正量を減算して修正された横加速度は、ロール角制御量算出部１２４に入力される。

ロール角制御量算出部１２４は、修正された横加速度に応じて、予め設定された後輪操舵制御されていない車両における横加速度とロール角との相関に基づき、検出された横加速度から横加速度修正量を減算した横加速度補正値に応じて、ロール角制御量を算出する。本実施形態では、横加速度とロール角との相関を伝達関数として表し、この周波数成分を比較することで、ロール角制御量を算出する構成としている。ＥＣＵ１２は、ロール角制御量算出部１２４が算出したロール角制御量θＲＤから、前記したように実ロール角θＲを減算して偏差ｅｒを算出する。偏差ｅｒはロール姿勢制御器１２６に入力され、ロール姿勢制御器１２６はこの偏差を解消する向きにショックアブソーバまたはサスペンションスプリングに組み込まれたアクティブ手段を備えたサスペンション６，７を駆動するための駆動信号を出力インタフェース（図示せず）を介して発生する。

次に、図を参照して、後輪操舵制御されている車両とされていない車両の横加速度と後輪舵角および横加速度とロール角との相関について説明する。図３は、例えば車両Ｖが片側２車線以上ある道路を走行しており、他車ＯＶを追い越す場面であり、Ｖ１〜Ｖ５は車両Ｖの時系列的な進行状況を表している。図３（ａ）を参照すると、車両Ｖは、直進状態Ｖ１から進行方向に対して右に旋回操舵Ｖ２を行う。次に、車両Ｖは、右隣の車線に入り操舵を直進Ｖ３に戻して他車ＯＶを追い越す。車両Ｖは、他車ＯＶを完全に追い越してから、元の走行車線に復帰するため左に旋回操舵Ｖ４を行い、走行車線に復帰が完了すると操舵を直進Ｖ５に戻している。係る車両の挙動は、いわゆるダブルレーンチェンジと呼ばれている。

図３（ｂ）は、ダブルレーンチェンジが実行されているときの後輪操舵制御されている車両（「ＲＴＣあり」：Rear Toe Control ）とされていない車両（「ＲＴＣなし」）におけるロール角変化のタイムチャートの一例である。このとき「ＲＴＣあり」車両は前輪操舵と同相の後輪操舵がされている。図３（ｂ）において、旋回操舵Ｖ２と直進Ｖ３との間のＡ領域および直進Ｖ３と旋回操舵Ｖ４との間のＢ領域に注目すると、「ＲＴＣあり」車両と「ＲＴＣなし」車両のロール角の推移にズレが生じている。

図４を参照すると、図３（ｂ）の走行状況において、前輪舵角と横加速度との伝達関数の周波数応答が示されている。同相で後輪操舵制御されている「ＲＴＣあり」車両とされていない「ＲＴＣなし」車両とを比べると、「ＲＴＣあり」車両の位相が進んでいることが分かる。ロールは、前記したように推定した車両の走行状態に基づいて算出された目標横力と、横加速度Ｇｙから得られた実横力との偏差に基づいて、サスペンション特性を制御または沈み込み量を制御される。後輪操舵制御されることで、前輪舵角と横加速度との伝達関数の周波数応答の位相が「ＲＴＣなし」車両と比べて進み、結果として図３（ｂ）に示すロール角の推移にズレを生じさせている。

一方、例えば、車両が低速で路上の障害物を回避して再度走行車線に戻る場合がある。かかる状況においても、通常速い切り返しによる前輪操舵が為され、後輪操舵制御された車両では前輪操舵と逆相の後輪操舵が行われる。図５は、かかる状況における前輪舵角と横加速度との伝達関数の周波数応答が示されている。図５を参照すると、逆相で後輪操舵制御されている「ＲＴＣあり」車両とされていない「ＲＴＣなし」車両とを比べると、「ＲＴＣあり」車両の位相が遅れていることが分かる。この逆相における位相の遅れも、ロール角の推移にズレを生じさせる原因となっている。

前記したように、横加速度修正部１２５は、後輪操舵制御されている車両の前記した前輪舵角と横加速度の伝達関数の周波数応答と、標準値となる後輪操舵制御されていない車両の周波数応答とを比較し、位相にズレが生じているときは、ズレとなる変化分を補正量として送出する。

そして、ロール角制御量算出部１２４は、図６に示すような後輪操舵制御されていない車両における横加速度とロール角との伝達関数の周波数応答特性のカーブを予めメモリに格納している。ロール角制御量算出部１２４は、このカーブを用いて、検出された横加速度から横加速度修正量を減算した横加速度補正値に応じて、ロール角制御量を算出する。

このように本実施形態は、ダブルレーンチェンジ等の速い切り返しが為される際に発生するロール違和感の原因となる後輪舵角の位相の進みや遅れを補正して、修正された横加速度に応じてアクティブサスペンション装置のロール姿勢制御を行うことで、ロール違和感を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。例えば、本発明は、アダプティブダンピングシステム（ＡＤＳ）を搭載している車両に適用してロール姿勢制御をする構成としても良い。また、前輪舵角と横加速度の伝達関数の周波数応答と標準値との比較において、例えば、複数のバンドパスフィルターを備えて、特定周波数領域において両者を比較し、横加速度修正量を算出する構成とすることもできる。さらに、車両における横加速度とロール角との伝達関数の周波数応答特性のカーブについては、マップとしてメモリに格納する構成としても良い。

Ｖ 自動車
１ 車体
３ 前輪
５ 後輪
６ フロントサスペンション
７ リアサスペンション（アクティブサスペンション）
１０ 後輪トー角制御装置
１１ アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１６ 横加速度センサ
１７ トー角センサ
１８，１９ ストロークセンサ（アクティブサスペンション）
２０，２１ 荷重センサ
２５ ロール角センサ
１２０ 走行状態推定部
１２２ 指示トー角算出部
１２３ ＦＢ制御器
１２４ ロール角制御量算出部
１２５ 横加速度修正部
１２６ ロール姿勢制御器

Claims (1)

1. 後輪操舵制御装置とアクティブサスペンション装置とを備えた車両の制御装置であって、
   前記車両の横加速度、前輪舵角、後輪舵角、ロール角を含む運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、
   前記横加速度と前記前輪舵角との相関を算出して、予め設定された後輪操舵制御されていない車両における横加速度と前輪舵角との相関の周波数成分である標準値と比較し、前記横加速度と前記前輪舵角との相関の周波数成分と前記標準値との変化分を算出し、この変化分に応じた横加速度修正量を算出する横加速度修正量算出手段と、
   予め設定された後輪操舵制御されていない車両における横加速度とロール角との相関に基づき、前記横加速度から前記横加速度修正量を減算した横加速度補正値に応じて、ロール角制御量を算出するロール角制御量算出手段と、
   前記ロール角制御量と前記ロール角とから前記アクティブサスペンションのロール角制御量を算出するロール姿勢制御手段とを備えることを特徴とする車両の制御装置。

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