JP5396269B2 - 車両操縦性制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御パラメータを運転者の技量に適応し得るような車両操縦性制御装置に関する。

車両の挙動を安定化する制御装置として、後輪トー角制御装置（以下ＲＴＣと略）が提案されており、これは、左右後輪のトー角を互いに対称的（逆相）に或いは非対称的（同相）に操舵し、車両に所望の運動特性を実現するものである。そのようなものとしては、４輪操舵（４ＷＳ）として、例えば特許文献１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

図１は、このようなＲＴＣ装置の一例を示す。前輪舵角δｆが実車両特性モデル（Ｇ_γ０（ｓ））１１及び理想車両特性モデル（Ｇ_{ｉｄｅａｌ}（ｓ））１０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））１２に入力される。ＲＴＣフィードフォワード伝達特性（Ｐ（ｓ））１２の出力は、付加ヨーモーメントとして車両１３に作用し、前輪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。このように、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２に記載されているように、δr＝Ｇr・δf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δｒ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、δｆ：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は、図１における理想車両特性モデルであり、Ｇ_γ0はδr＝０とした際の実車両特性モデルである。
ＷＯ０８／０４７４８１

ここで、一般に操舵に対してヨーレートの遅れがなく、より反応速度が速い方が運転しやすいため、Ｇidealは、制御を行わないときの応答Ｇγ0に対して共振ゲインを下げると同時に、減衰する周波数を上げる（高周波数まで高い追従性を維持する）ことが好ましい。

しかしながら、熟練ドライバーはハンドル操作に対する車の反応を経験の中にある基準とする車両と比較出来るため、操作量と応答の関係をいち早く掴むことができるため、応答の良い車なりのハンドル操作を行い結果的に反応のよい車を好む傾向にある。一方、運転に慣れないドライバーは操舵操作と車の反応を予め予測することが難しく、ハンドルを操作して車の反応を見ながら次のハンドル操作を決めているため、反応の良い車に乗ると初期操作が大きすぎ、旋回中にもかかわらず切りすぎたハンドルを戻す操作を行ってしまう場合がある。

従って、或る設計基準に従ってＲＴＣ等の車両操縦性制御装置を設計しても、全てのユーザにとって満足できるものとすることができない。従って、Ｇidealは無難な特性とせざるを得ない。しかしながら、例えば危険を回避する行動を考えるとハンドル操作に対して車の反応は早くすることが好ましい。また、同一ドライバーであっても、運転に慣れるに従って反応のよい車を好む傾向にある。

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、様々な技量レベルの運転者に適応可能な車両操縦性制御装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、車両の高い応答性を最大限に活用可能な車両操縦性制御装置を提供することにある。

課題を達成するための手段

このような課題は、本発明によれば、前輪舵角を含む制御入力に対する車両モデル（１０）の応答に基づき車両に付加されるべき制御量を決定する車両操縦性制御装置であって、運転技量判定手段（１４）と、前記車両モデルのパラメータを、前記運転技量判定手段の出力に基づいて変更するための手段とを有することを特徴とする車両操縦性制御装置を提供することにより達成される。

このようにして、車両操縦性制御装置は、特定の運転者の技量レベルに適応した応答特性を発揮し得ることから、あらゆる運転者にとって好ましい操舵特性を得ることが出来る。特に、運転者の技量レベルが高く、緊急事態に対処し得るような場合には、車両が、迅速な入力を受け、高い応答性を発揮することができる。しかも、運転者の技量レベルの向上に応じて車両の応答性を漸進的に高めるように適応することができる。

本発明の好適実施例によれば、当該装置は、理想車両モデル（１０）と、実車両モデル（１１）と、前記両車両モデルの出力の偏差を入力とし、前記車両に、前記偏差入力に基づき制御量を付加するフィードフォワード制御手段（１２）とを有し、前記理想車両モデルのパラメータが、前記運転技量判定手段の出力に基づいて変更されるものからなる。

運転者の技量レベルは様々な方法により測定できる。例えば、前記運転技量判定手段が、ヨー運動の極性が一定である間の操舵速度の極性変化の回数を集計する修正操舵判断部を含むものであって良い。

通常、前記車両に付加される制御量がヨーモーメントを含むものからなる。例えば、前記車両が、前記制御量として該車両にヨーモーメントを付加するリヤトー角制御装置を含むものであって良い。

公知のＲＴＣシステムを示すブロック図である。 本発明に基づくＲＴＣシステムを示すブロック図である。 本発明に基づくＲＴＣシステムの修正操舵判断部に於ける処理フローを示すフロー図である。 操舵ステップ入力に対する車両の５段階の応答特性をイメージ化したグラフである。 運転の技量に、理想車両特性モデルの５段階の応答速度を関連付けるグラフである。

図２は、本発明に基づくＲＴＣシステムのブロック図である。図１に示されたものに対応する部分については、同様の名称或いは符号を付し、その詳しい説明を省略する。図示された実施例に於いては、修正操舵判断部１４が追加されている。修正操舵判断部１４には、前輪舵角δｆ及び実車両のヨーレートγが入力として与えられ、その出力に応じて、理想車両特性モデル１０のパラメータが変更されるようになっている。また、修正操舵判断部１４の機能を所望に応じてオンオフするための手動スイッチ１５も設けられている

図３は、修正操舵判断部１４に於ける処理フローを示す。先ず、車両が直進しているときには運転者の技量の判定を行わない。車両を直進させる時には、格別運転者の技量は必要とされないからである。即ち、γの絶対値を第１の閾値γｔｈ１と比較し、｜γ｜＞γ_ｔｈ１とならない限り技量の判定を行わず（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、処理フローはステップＳＴ１に戻る。車両が旋回或いは車線変更することにより車両のヨーレートγが所定値を超えたとき、即ち｜γ｜＞γ_ｔｈ１となったとき（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、技量の判定を行うためにステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２では、γを前回値と比較し、γの絶対値を第２の閾値γ_ｔｈ２と比較する。この場合、第２の閾値γｔｈ２は、第１の閾値γｔｈ１と等しいか或いはそれよりも小さいと良い。

ステップＳＴ２に於いて、γの極性に変化があったり、或いはγの絶対値が第２の閾値γ_ｔｈ２よりも小さくなったときは（ステップＳＴ２：Ｎｏ）、ステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３に於いて、前輪舵角δｆの時間微分（ｄδｆ／ｄｔ）の極性を、前回値と比較し、今回の演算サイクルに於けるその変化の有無を判定する。最初にステップＳＴ２に進んだときは前回値が無いので、γが前回値と同じ符号であるものとみなす。最初にステップＳＴ３に進んだときも前回値が無いので、前輪舵角δｆの時間微分（ｄδｆ／ｄｔ）の極性γが前回値と同じであるものとみなす。

ステップＳＴ３に於いて、前輪舵角δｆの時間微分（ｄδｆ／ｄｔ）の極性の変化があったときには（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、カウンタをインクリメントし（ステップＳＴ４）、ステップＳＴ２に戻る。前輪舵角δｆの時間微分（ｄδｆ／ｄｔ）の極性の変化がなかったときには（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、カウンタをバイパスする。このプロセスを繰り返すことにより、例えば、１つのカーブを旋回する間の、操舵方向の切替の回数をカウント値として求めることができる。

ステップＳＴ２で、γが前回値と符号が同じであって、しかもγの絶対値が第２の閾値γ_ｔｈ２よりも大きければ、ステップＳＴ５に於いて、操舵方向の切替の回数をγの極性が一定であった時間で除し、その数値（集計値）を記憶する。ステップＳＴ６に於いて、それまでに得られた集計値の平均値に今回の集計値を加算し、新たな集計値の平均値を得る。このとき、所望に応じて最も古い集計値を削除するようにしても良い。このようにして、運転の技量を、車両が所定値を超えるヨーレートをもって運動する時間の所定時間幅に於ける操舵方向の切替の平均回数として評価するものとする。次に、ステップＳＴ７に於いて、新たな集計値の平均値即ち運転の技量に応じて、応答特性を選択する。ステップＳＴ８に於いて、カウンタ、γ及び前輪舵角δｆの時間微分（ｄδｆ／ｄｔ）の前回値等をリセットする。

図４は、操舵ステップ入力に対する車両の応答特性をイメージ化したもので、理想車両特性モデル１０の５段階の応答速度に関連付けられている。理想車両特性モデル１０は、遅い応答の場合には、操舵入力に対して、比較的大きな遅れを伴って車両のヨーレートが得られ、速い応答の場合には、操舵入力に対して遅れなく車両のヨーレートが得られるが、応答に際してややオーバーシュートを伴なう。図５は、上記したように評価される運転の技量に、理想車両特性モデル１０の５段階の応答速度を線形な関係として関連付けるグラフである。

このようにして、図示された実施例に於いては、旋回の事象が発生する度に、その間に操舵方向が切り替えられる回数を時間平均し、操舵方向が切り替えられる平均回数が多いことは、運転の技量が低いことを意味し、操舵方向が切り替えられる平均回数が少ないことは、運転の技量が高いことを意味すると判断することができる。操舵方向が切り替えられる平均回数が中程度であれば、中間的な応答速度が選択される。運転の技量が低ければ、操舵方向が切り替えられる平均回数が多くなり、漸進的に応答速度が遅くなる。逆に、運転の技量が高ければ、操舵方向が切り替えられる平均回数が少なくなり、漸進的に応答速度が速くなる。運転の技量の初期値としては、中程度の技量が設定される。応答速度には上限及び下限が設けられているので、応答速度が過度に高くなったり、過度に遅くなる不都合を回避することができる。

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。

例えば、車両に対して追加のヨーモーメントを加えるためにＲＴＣ装置が用いられたが、同様の目的のために他の装置を用いることができる。このような装置としては、限定的でないが、左右輪駆動力分配装置、左右輪制動力分配装置或いは、ステアバイワイヤ装置、機械式ギヤ機構による加算的前輪操舵装置などが含まれる。

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. 前輪舵角を含む制御入力に対する理想車両モデル（１０）の応答に基づき車両に付加されるべき制御量としてのヨーモーメントを決定する車両操縦性制御装置であって、
   運転技量判定手段（１４）と、
   前記理想車両モデルのパラメータを、前記運転技量判定手段の出力に基づいて変更するための手段と、
   前記理想車両モデル（１０）の出力と実車両モデル（１１）の出力の間の偏差に基づき前記ヨーモーメントを決定するフィードフォワード制御手段（１２）とを有し、
   前記運転技量判定手段は、前記車両のヨーレートの絶対値が所定値を越える間の操舵方向の切替の平均回数により運転者の運転技量を判定することを特徴とする車両操縦性制御装置。
2. 前記運転技量判定手段が、ヨー運動の極性が一定である間の操舵速度の極性変化の回数を集計する修正操舵判断部を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両操縦性制御装置。
3. 前記車両が、前記制御量として該車両にヨーモーメントを付加するリヤトー角制御装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両操縦性制御装置。

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