JP5436069B2 - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ類に故障が生じた場合においても、過大な目標制御量の出力を抑制できるようにした車両挙動制御装置に関する。

自動車の走行安定性等を向上させる車両挙動制御装置としては、ＡＢＳ（Anti-lock Breaking System）およびＴＣＳ（Traction Control System）に旋回時における横滑りの抑制機能等を加えたＶＳＡ（Vehicle Stability Assist system:車両挙動安定化制御システム：特許文献１参照）や、旋回能力の向上を図るべく左右駆動輪間での駆動力配分を連続的に変化させるＡＴＴＳ(Active Torque Transfer System：左右駆動力配分装置：特許文献２参照)、高速走行時における操縦安定性の向上や車庫入れ時における旋回半径の縮小等を実現するＲＴＣ（Rear Toe Control system：後輪操舵システム：特許文献３参照）等が存在する。

これら車両挙動制御装置では、例えば、ヨーレイトフィードバック項およびスリップ角速度フィードバック項に基づくフィードバック制御を行うことで、各車輪の制動力、左右駆動輪間での駆動力配分、左右後輪のトー角の目標制御量を設定してアクチュエータをフィードバック制御する。通常、ヨーレイトフィードバック項は、前輪操舵角や車速に基づき規範ヨーレイトを設定し、規範ヨーレイトとヨーレイトセンサによって検出された実ヨーレイトとの差にフィードバックゲインを乗じることで求められる。また、スリップ角速度フィードバック項は、規範ヨーレイトや前輪操舵角、車速に基づき目標スリップ角速度を設定し、目標スリップ角速度と実ヨーレイトおよび横加速度から求めた推定スリップ角速度との差にフィードバックゲインを乗じることで求められる。

特開２００４−２８４４８５号公報 特許第３３４００３８号 特公平５−３３１９３号公報

上述した車両挙動制御装置では、各種センサ（操舵角センサ、車速センサ、ヨーレイトセンサ、横加速度センサ）のいずれか１つでも故障すると、ヨーレイトフィードバック項やスリップ角速度フィードバック項がいたずらに増大し、適切な挙動制御が行えなくなることがあった。そこで、車両挙動制御装置を搭載した自動車では、センサの出力信号等に基づく故障診断を常時行い、故障確定時点で挙動制御を中止することが多い。しかしながら、この方法を採用した場合、センサの故障が確定されると旋回能力等が大幅に低下することから、故障診断に比較的長時間を掛けて誤診断の確率を減少させるている。したがって、実際にセンサが故障しても所定期間（故障が確定されるまでの間）は過大な目標制御量が継続して出力され、オーバステアやアンダステアが強まることで運転者が違和感を覚える虞があった。

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、センサ類に故障が生じた場合においても、過大な目標制御量の出力を抑制できるようにした車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る車両挙動制御装置は、車速を含む複数の挙動物理量をそれぞれ検出する複数の挙動物理量検出手段と、前記挙動物理量の少なくとも１つに基づき、車両の目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、前記挙動物理量の少なくとも１つに基づき、車両の実運動状態量を設定する実運動状態量設定手段と、前記目標運動状態量と前記実運動状態量とに基づき、車両挙動制御の目標制御量を設定する目標制御量設定手段とを有する車両挙動制御装置において、前記複数の挙動物理量検出手段により検出された前記挙動物理量から横加速度の次元を有する互いに比較可能な複数の比較物理量を設定する比較物理量設定手段と、前記複数の比較物理量から絶対値の最も小さなものを最小比較物理量として選択する最小物理量選択手段と、前記最小比較物理量に基づき、前記目標制御量の上限値を前記車速に応じて設定する目標制御量制限手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る車両挙動制御装置において、前記目標制御量制限手段は、前記最小比較物理量が所定の判定閾値を下回る場合に、前記上限値を前記車速に応じて設定し、前記判定閾値は、通常の運転状態において前記複数の挙動物理量検出手段のいずれかが故障した場合にはじめて前記最小比較物理量を下回るように設定されていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る車両挙動制御装置において、前記挙動物理量は、前記車速と前輪操舵角と実ヨーレイトと横加速度とを含むことを特徴とする。
また、第４の発明は、第３の発明に係る車両挙動制御装置において、前記前輪操舵角及び前記車速に基づいて規範ヨーレイトを設定する規範ヨーレイト設定手段をさらに備え、前記比較物理量設定手段は、前記車速と前記規範ヨーレイトとを乗じたものを第１比較物理量として設定し、前記車速と前記実ヨーレイトとを乗じたものを第２比較物理量として設定し、前記横加速度を第３比較物理量として設定することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１〜第４の発明に係る車両挙動制御装置において、前記目標制御量制限手段は、前記目標制御量が前記上限値を上回ることを所定回数まで許容することを特徴とする。

本発明によれば、センサ類に故障が生じた場合にも、旋回走行時等に過大な目標制御量が出力され難くなり、オーバステアやアンダステアによる違和感を運転者が覚えることが抑制される。

実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図である。 実施形態に係るＡＴＴＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る制御量制限処理部の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る駆動力配分制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る制御量制限処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る最小比較物理量−配分トルクリミット値マップである。 実施形態に係る車速−配分トルクリミット値マップである。

以下、ＡＴＴＳを搭載したＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）式４輪自動車（以下、単に自動車と記す）に本発明を適用した２つの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［実施形態］
図１は実施形態に係る自動車の装置構成を示す平面図であり、図２は実施形態に係るＡＴＴＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図であり、図３は実施形態に係る目標駆動力配分設定部の概略構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜車両の装置構成＞
先ず、図１を参照して、自動車の装置構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対応して配置された部材については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して例えば車輪４ｆｌ（左前）、車輪４ｆｒ（右前）、車輪４ｒｌ（左後）、車輪４ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には例えば車輪４と記す。

図１に示すように、自動車１は、車体２の前後左右に、タイヤ３が装着された４つの車輪４を有しており、操舵アシストを行うＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）１１と、左右前輪４ｆｌ，４ｆｒ（左右ドライブシャフト５ｆｌ，５ｆｒ）に対して駆動力を可変配分するＡＴＴＳ１３と、ＡＴＴＳ１３を駆動制御するＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６とを搭載している。

自動車１は、車輪速を検出する車輪速センサ２１を各車輪４ごとに備える他、ステアリングホイール７の操舵角を検出する操舵角センサ２２、車体２の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２３、車体２の横加速度を検出する横Ｇセンサ２４等を適所に有している。

ＡＴＴＳ１３は、各一対の遊星歯車機構および油圧クラッチ、油圧クラッチを駆動制御する油圧制御弁等から形成されており、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６からの駆動電流に応じて左右前輪４ｆｌ，４ｆｒに対する駆動力の配分を連続的に変化させる。ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６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（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して、他の各種制御装置やＡＴＴＳ１３、各センサ２１〜２４と接続されている。

＜ＡＴＴＳ−ＥＣＵ＞
図２に示すように、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図示しない入出力インタフェースの他、車速推定部４１と、規範ヨーレイト設定部４２と、目標スリップ角速度設定部４３と、スリップ角速度算出部４４と、ヨーレイト減算器４５と、ヨーレイトＦＢ（フィードバック）ゲイン乗算部４６と、スリップ角速度減算器４７と、スリップ角速度ＦＢゲイン乗算部４８と、ＦＢ項合算部４９と、制御量設定部５０と、制御量制限処理部５１とを備えている。

車速推定部４１は、各車輪４の車輪速に基づき、自動車１の車速Ｖを推定する。規範ヨーレイト設定部４２は、操舵角δおよび車速Ｖに基づき、規範ヨーレイトγｒｅｆを設定する。目標スリップ角速度設定部４３は、規範ヨーレイトγｒｅｆと操舵角δと車速Ｖとに基づき、目標スリップ角速度βｄｔｇｔを設定する。スリップ角速度算出部４４は、横加速度Ｇｙと車速Ｖと実ヨーレイトγとに基づき、下式によってスリップ角速度βｄを算出する。
βｄ＝（Ｇｙ／Ｖ）−γ

ヨーレイト減算器４５は、規範ヨーレイトγｒｅｆから実ヨーレイトγを減算することにより、ヨーレイト差Δγを算出する。ヨーレイトＦＢゲイン乗算部４６は、ヨーレイト差ΔγにヨーレイトＦＢゲインＧγｆｂを乗算することにより、ヨーレイトＦＢ項γＦＢを出力する。スリップ角速度減算器４７は、目標スリップ角速度βｄｔｇｔからスリップ角速度βｄを減算することにより、スリップ角速度差Δβｄを出力する。スリップ角速度ＦＢゲイン乗算部４８は、スリップ角速度差Δβｄにスリップ角速度ＦＢゲインＧβｄｆｂを乗算することにより、スリップ角速度ＦＢ項βｄＦＢを出力する。ＦＢ項合算部４９は、ヨーレイトＦＢ項γＦＢとスリップ角速度ＦＢ項βｄＦＢとを合算することにより、ＦＢ合算項ＳＦＢを出力する。制御量設定部５０は、ＦＢ合算項ＳＦＢに変換係数ｍ２ｔｒｑを乗じることにより、制御量ベース値Ｄｂａｓｅを出力する。ここで、変換係数ｍ２ｔｒｑは、ヨーモーメントから左右ドライブシャフト５ｆｌ，５ｆｒの差トルクを求める係数であり、車体慣性ヨーモーメントＩｚとタイヤ外径ＲｗとフロントトレッドＴｆとを用いて下式によって表される。
ｍ２ｔｒｑ＝Ｉｚ・Ｒｗ・２／Ｔｆ

（制御量制限処理部）
図３に示すように、制御量制限処理部５１は、車速Ｖと規範ヨーレイトγｒｅｆとを乗じたものを第１比較物理量ＡＢＳ１として設定する第１比較物理量設定部６１と、車速Ｖと実ヨーレイトγとを乗じたものを第２比較物理量ＡＢＳ２として設定する第２比較物理量設定部６２と、横加速度Ｇｙを第３比較物理量ＡＢＳ３として設定する第３比較物理量設定部６３と、第１〜第３比較物理量ＡＢＳ１〜ＡＢＳ３のうち絶対値の最も小さいものを最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎとして選択する最小物理量選択部６４と、車速Ｖと最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎとから制限マップを設定する制限マップ設定部６５と、制限マップと制御量ベース値Ｄｂａｓｅとから目標制御量Ｄｔｇｔを設定する目標制御量設定部６６とを備えている。

≪実施形態の作用≫
＜駆動力配分制御＞
自動車１が走行を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図４のフローチャートにその手順を示す駆動力配分制御を所定の制御間隔（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。

駆動力配分制御を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は先ず、図４のステップＳ１で規範ヨーレイトγｒｅｆと実ヨーレイトγとに基づいてヨーレイトＦＢ項γＦＢを算出した後、ステップＳ２で目標スリップ角速度βｄｔｇｔとスリップ角速度βｄとに基づいてスリップ角速度ＦＢ項βｄＦＢを算出する。次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ３で、ヨーレイトＦＢ項γＦＢとスリップ角速度ＦＢ項βｄＦＢとを和すことにより、ＦＢ合算項ＳＦＢを設定する。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ４で、ＦＢ合算項ＳＦＢに変換係数ｍ２ｔｒｑを乗じることにより、制御量ベース値Ｄｂａｓｅを設定する。次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ５で制御量ベース値Ｄｂａｓｅに対して後述の制御量制限処理を行うことによって目標制御量Ｄｔｇｔを設定した後、ステップＳ６で目標制御量Ｄｔｇｔに基づいてＡＴＴＳ１３への目標駆動電流Ｉｔｇｔを設定／出力する。

＜制御量制限処理＞
ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、上述した駆動力配分制御と並行して、図５のフローチャートにその手順を示す制御量制限処理を実行する。
制御量制限処理を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図５のステップＳ２１で第１〜第３比較物理量ＡＢＳ１〜ＡＢＳ３をそれぞれ設定する。本実施形態の場合、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、車速Ｖと規範ヨーレイトγｒｅｆとを乗じたものを第１比較物理量ＡＢＳ１として設定し、車速Ｖと実ヨーレイトγとを乗じたものを第２比較物理量ＡＢＳ２として設定し、横加速度Ｇｙをそのまま第３比較物理量ＡＢＳ３として設定する。第１〜第３比較物理量ＡＢＳ１〜ＡＢＳ３は、いずれも同一の次元（ｍ／Ｓ^２）を含むとともに、略同様の大きさを有する値となる。次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２２で、第１〜第３比較物理量ＡＢＳ１〜ＡＢＳ３の絶対値｜ＡＢＳ１｜，｜ＡＢＳ２｜，｜ＡＢＳ３｜のうち、値の最も小さなものを最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎとして選択する。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２３で、最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎに基づき、図６の最小比較物理量−配分トルクリミット値マップから各車速Ｖにおける配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍを検索する。図６から判るように、配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍの値は、最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎが判定閾値Ｇｔｈを下回ると小さくなるが、車速ＶがＶ１（例えば、２０ｋｍ／ｈ）以下の領域では駆動力配分制御による影響が小さいために最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎの値に拘わらず一定であり（制限がかけられず）、車速Ｖが上昇するに連れて減少幅が大きくなる。判定閾値Ｇｔｈは、通常の運転状態において、各センサ２１〜２４のいずれかが故障した場合にはじめて最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎを下回るように設定されている。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２４で、現在の最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎに対応する車速−配分トルクリミット値マップ（図７）を設定する。最小比較物理量ＡＢＳｍｉｎが所定の判定閾値Ｇｔｈを下回っていた場合、図７に示すように、車速ＶがＶ１を超えるに連れて配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍが急激に小さくなる。これは、車速が高いほど駆動力配分制御の影響が大きくなり、運転者が覚える違和感が無視し得なくなるためである。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２５で、制御量ベース値Ｄｂａｓｅの絶対値｜Ｄｂａｓｅ｜が現在の車速Ｖにおける配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍを超えたか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ２６で後述する進入カウンタＣｎｔを０にリセットした後、ステップＳ２７で制御量ベース値Ｄｂａｓｅをそのまま目標制御量Ｄｔｇｔとして処理を終了する。

一方、ステップＳ２５の判定がＹｅｓであった場合、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２８で進入カウンタＣｎｔを１だけインクリメントした後、ステップＳ２９で進入カウンタＣｎｔの値が所定の判定閾値Ｃｔｈ（例えば、５）以上となったか否かを判定する。ステップＳ２９の初回の判定はＮｏとなるため、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２７で制御量ベース値Ｄｂａｓｅを目標制御量Ｄｔｇｔとして処理を終了する。ここで、進入カウンタＣｎｔを設ける理由は、制御量ベース値Ｄｂａｓｅの絶対値｜Ｄｂａｓｅ｜が配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍを超えても、それが運転者の急激な操舵等による瞬間的にものであった場合には、挙動制御を制限することによる違和感の方が大きいためである。

制御量ベース値Ｄｂａｓｅの絶対値｜Ｄｂａｓｅ｜が配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍを継続して超え、ステップＳ２９の判定がＹｅｓとなった場合、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ３０で配分トルクリミット値Ｔｄｌｉｍを目標制御量Ｄｔｇｔとして処理を終了する。なお、この際、制御量ベース値Ｄｂａｓｅの値が負であった場合には、トルクリミット値Ｔｄｌｉｍに−１を乗じることによって、目標制御量Ｄｔｇｔの符号を制御量ベース値Ｄｂａｓｅに一致させる。これにより、各センサ２１〜２４が故障した場合にも、旋回走行時等における過大な駆動力配分が時間遅れなく防止され、運転者が違和感を憶えることが効果的に抑制される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態はＡＴＴＳの制御に本発明を適用したものであるが、ＶＳＡやＲＴＣ等の制御にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、挙動物理量として車輪速（車速）と操舵角と実ヨーレイトと横加速度とを挙げたが、前後加速度や上下加速度等、他の挙動物理量を採用してもよい。また、上記実施形態では比較物理量を横加速度の次元に合わせるようにしたが、他の次元に合わせるようにしてもよい。また、車両の具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 自動車（車両）
２ 車体
４ 車輪
１３ ＡＴＴＳ
１６ ＡＴＴＳ−ＥＣＵ（車両挙動制御装置）
２１ 車輪速センサ（挙動物理量検出手段）
２２ 操舵角センサ（挙動物理量検出手段）
２３ ヨーレイトセンサ（挙動物理量検出手段，実運動状態量設定手段）
２４ 横Ｇセンサ（挙動物理量検出手段）
４４ スリップ角速度算出部（実運動状態量設定手段）
５０ 制御量設定部（目標運動状態量設定手段）
５１ 制御量制限処理部（目標制御量制限手段）
６１ 第１比較物理量設定部（比較物理量設定手段）
６２ 第２比較物理量設定部（比較物理量設定手段）
６３ 第３比較物理量設定部（比較物理量設定手段）
６４ 最小物理量選択部（最小物理量選択手段）

Claims (5)

1. 車速を含む複数の挙動物理量をそれぞれ検出する複数の挙動物理量検出手段と、
   前記挙動物理量の少なくとも１つに基づき、車両の目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、
   前記挙動物理量の少なくとも１つに基づき、車両の実運動状態量を設定する実運動状態量設定手段と、
   前記目標運動状態量と前記実運動状態量とに基づき、車両挙動制御の目標制御量を設定する目標制御量設定手段とを有する車両挙動制御装置において、
   前記複数の挙動物理量検出手段により検出された前記挙動物理量から横加速度の次元を有する互いに比較可能な複数の比較物理量を設定する比較物理量設定手段と、
   前記複数の比較物理量から絶対値の最も小さなものを最小比較物理量として選択する最小物理量選択手段と、
   前記最小比較物理量に基づき、前記目標制御量の上限値を前記車速に応じて設定する目標制御量制限手段と
   を備えたことを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 前記目標制御量制限手段は、前記最小比較物理量が所定の判定閾値を下回る場合に、前記上限値を前記車速に応じて設定し、
   前記判定閾値は、通常の運転状態において前記複数の挙動物理量検出手段のいずれかが故障した場合にはじめて前記最小比較物理量を下回るように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載された車両挙動制御装置。
3. 前記挙動物理量は、前記車速と前輪操舵角と実ヨーレイトと横加速度とを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された車両挙動制御装置。
4. 前記前輪操舵角及び前記車速に基づいて規範ヨーレイトを設定する規範ヨーレイト設定手段をさらに備え、
   前記比較物理量設定手段は、前記車速と前記規範ヨーレイトとを乗じたものを第１比較物理量として設定し、前記車速と前記実ヨーレイトとを乗じたものを第２比較物理量として設定し、前記横加速度を第３比較物理量として設定することを特徴とする、請求項３に記載された車両挙動制御装置。
5. 前記目標制御量制限手段は、前記目標制御量が前記上限値を上回ることを所定回数まで許容することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された車両挙動制御装置。

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