JP5478023B2 - 車両の後輪トー角制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のヨーレート特性に関する車両モデルに基づいて後輪トー角を制御する後輪トー角制御装置に関するものである。

４輪自動車では、近年、車両の走行安定性の向上などを図る目的で、左右の後輪のトー角（舵角）を個別に変化させる後輪トー角制御装置を設けることが行われている。

この種の後輪トー角制御装置においては、後輪のトー角が車両の挙動を代表するヨーレートに及ぼす影響、すなわちトー角からヨーレートへの伝達特性（以下、ヨーレート特性という）の把握が重要となるが、このヨーレート特性に関し、車両モデルを利用する技術が従来から知られている（例えば、特許文献１）。
特開平９−２４０４５８号公報

しかるに、実際の車両のヨーレート特性は、タイヤの材質劣化や摩耗、降雨や降雪などによる路面状況、及びタイヤの交換などにより大きく変化することがある。

ところが、従来の制御手法では、制御系設計時に、車両のヨーレート特性に関する車両モデルを同定する際に、ヨーレート特性が一意に与えられるため、前記のような特性変化に対して適応性がなく、後輪トー角制御によって最終的に実現される車両挙動は所望の特性を満足しない場合がある。

また、ニューラルネットワーク等を用いた適応制御による制御手法も考えられるが、この制御手法では、同定された車両モデルや得られた制御器の特性が随時変化するため、その時々の車両の安定性や操舵特性が把握できず、運転者に違和感を与える場合がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、車両の実際の特性変化に適応した車両モデルに基づいて制御を行うことができるように構成された後輪トー角制御装置を提供することにある。また本発明は、運転者に違和感を与えることがないように構成された後輪トー角制御装置を提供することも目的とする。

このような課題を解決するために、本発明による後輪トー角制御装置においては、請求項１に示すとおり、車両のヨーレート特性に関する車両モデルに基づいて後輪トー角を制御する後輪トー角制御装置において、タイヤ特性に関するパラメータ値のみを変更した複数の車両モデルが用いられ、現在採用している車両モデルによるヨーレートと実際に車両に生じた実ヨーレートとの比較により別の車両モデルへの移行が必要か否かを判定し、移行が必要と判定されると、パラメータ値が互いに異なる複数の車両モデルの候補ごとに一定周期で収集された推定ヨーレートと実ヨーレートとの比較により最適な特性を有する車両モデルを選択し、この新たな車両モデルに基づいて制御を行うようにし、前記複数の車両モデルの候補ごとの推定ヨーレートの計算を開始してから比較期間の開始点までに初期除外期間が設定され、この初期除外期間内で得られた推定ヨーレートを、前記車両モデルの選択の処理から除外し、前記比較期間では、一定周期ごとに算出された前記車両モデルごとの推定ヨーレートとその時の実ヨーレートとがメモリに蓄積され、この比較期間内で収集された推定ヨーレートおよび実ヨーレートに基づいて前記車両モデルの選択の処理が行われるものとした。

これによると、車両の実際の特性変化に応じて最適な特性を有する車両モデルに移行するため、車両モデルに基づく後輪トー角制御の精度を高め、後輪トー角制御によって実現される車両挙動を常に所望の特性とすることができる。そして、推定ヨーレートの計算は、過去の計算値を用いて行われるため、正確な値が得られるまでに相応の時間を要し、初期除外期間を設定して、この期間の計算結果を除外することで精度を高めることができる。

その上、タイヤ特性に関するパラメータ値のみを変更した複数の車両モデルを用いるようにしたことから、比較する車両モデル数を減らすことができるため、制御器の演算負荷を軽減し、またメモリの記憶容量を小さく抑えることができる。さらに、車両に生じるヨーレートはタイヤ特性に大きく影響されるため、タイヤ特性に関するパラメータ値のみを変更した車両モデルのみでも十分な精度を確保することができる。

また、タイヤ特性に関するパラメータ値のみの違いとなるため、制御系設計時に車両モデルの特性を把握し易くなり、車両モデルに関する制御性能の評価やロバスト性の評価が可能になることから、ドライバーに違和感を与えないような制御系の設計が可能になる。

この場合、タイヤ特性は、コーナーリングパワーや路面摩擦係数とすれば良い。また、２輪モデルを採用した場合、前後の車輪のタイヤ特性による２次元マップ上で最適な車両モデルを検索する処理となる。

前記後輪トー角制御装置においては、請求項２に示すとおり、前記タイヤ特性に関するパラメータ値である前輪及び後輪のコーナーリングパワーが段階的に異なるように設定された２次元マップにおいて、現在採用されている車両モデルに対して前輪及び後輪のコーナーリングパワーが前後に１レベルずつ異なる２つの車両モデルが候補として設定される構成とすることができる。
これによると、２つの車両モデルに絞り込んで比較処理を行うため、制御器の演算負荷を軽減することができる。

前記後輪トー角制御装置においては、請求項３に示すとおり、新たな車両モデルを選択する際に、各車両モデルごとの推定ヨーレートと実ヨーレートとの偏差を算出し、この偏差が最も小さくなるものを選択する構成とすることができる。

これによると、複雑な演算を行うことなく、適切な車両モデルを選択することができ、制御器の演算負荷を軽減することができる。

この場合、精度を高めるために、所定の比較期間内で一定周期で収集された推定ヨーレートと実ヨーレートとの偏差を積算し、この偏差の積算値の大小で車両モデルを選択するようにすると良い。

前記後輪トー角制御装置においては、請求項４に示すとおり、現在の車両モデルから新たな車両モデルに移行する際に、この新たな車両モデルと現在の車両モデルとの間を補完するように段階的にパラメータ値を変化させる構成とすることができる。

これによると、現在の車両モデルと新たな車両モデルとの特性の違いにより、ヨーレート特性が急激に変化することを回避することができる。

また、前記のように、選択対象となる複数の車両モデルが、タイヤ特性に関するパラメータ値のみを変更したものであれば、パラメータ変更途中の車両モデルについても制御性能の評価やロバスト性の評価を行うことができ、ドライバーに違和感を与えないような制御器の設計が可能になる。

前記後輪トー角制御装置においては、請求項５に示すとおり、別の車両モデルへの移行の要否の判定、及びこれに続く新たな車両モデルの選択の処理を、所定のモデル移行事由が発生した場合に実行する構成とすることができる。

これによると、移行の要否判定及び車両モデル選択の処理が、常時行われるのではなく、所定のモデル移行事由が発生した場合に行われるため、制御器の演算負荷を軽減することができる。

この場合、モデル移行事由とは、車両の特性変化が起き易く、別の車両モデルへの移行の必要性が高くなる事由であり、具体的には、前回の車両モデルの移行時点からの走行距離の増加分が所定の閾値を超えたとき、雨滴センサにより降雨を観測されたとき、前回の車両モデルの移行時点からの外気温の変化量が所定の閾値を超えたときなどであり、制御器にてモデル移行事由の発生が検知されると、移行の要否判定及び車両モデル選択の処理が実行される。

このように本発明によれば、車両の実際の特性変化に応じて最適な特性を有する車両モデルに移行するため、車両モデルに基づく後輪トー角制御の精度を高め、後輪トー角制御によって実現される車両挙動を常に所望の特性とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による後輪トー角制御装置を備えた車両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とを備えた４輪自動車であり、前輪３Ｌ・３Ｒ及び後輪５Ｌ・５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ・６Ｒ及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。

この車両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電動アクチュエータ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左右一対の後輪トー角制御装置１０Ｌ・１０Ｒとが備わっている。

また、この車両Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２と、車速センサ１３、操舵角センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、及び横加速度センサ１６と、その他の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。

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１３〜１６等や、電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒと接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５Ｌ・５Ｒのトー角制御を行う。

各電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサ（位置センサ）１７Ｌ・１７Ｒがそれぞれ設置されている。ストロークセンサ１７Ｌ・１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力することで、電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動作し、後輪５Ｌ・５Ｒのトー角を変化させる。

このように構成された車両Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ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、左右の電動アクチュエータ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５Ｌ・５Ｒをトーアウトに、制動時に後輪５Ｌ・５Ｒをトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５Ｌ・５Ｒを前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５Ｌ・５Ｒ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、図１に示したＥＣＵ１２における後輪トー角制御に係る要部の概略構成を示す機能ブロック図である。ＥＣＵ１２は、入力インタフェース２１と、制御目標値演算部２２と、駆動信号生成部２３と、出力インタフェース２４とを有している。

制御目標値演算部２２では、ヨーレート特性に関する車両モデルが用いられ、車速センサ１３、操舵角センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、及び横加速度センサ１６からの入力信号に基づいて、最適な車両挙動を実現するトー角が後輪に与えられるように後輪トー角制御目標値が算出される。

ここでは、例えば車両の操舵状態などに応じて規範ヨーレートを設定し、前輪転舵角の補正や、左右輪への駆動力の分配の変更などの他に、後輪のトー角を調整することにより、内部的ヨーモーメントを発生させることで、車両が規範ヨーレートに従った挙動を示すようし、これにより路面状態などの種々の外乱に関わらず、車両が運転者の意図に従った挙動を示すようになる。

駆動信号生成部２３では、制御目標値演算部２２から入力される後輪トー角制御目標値を電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒのストローク量に換算し、この制御目標ストローク量と、ストロークセンサ１７Ｌ・１７Ｒからの入力信号が示す実ストローク量と比較して、両者が近づくように電動アクチュエータ１１Ｌ・１１Ｒを駆動する駆動信号を生成する。

さらにＥＣＵ１２は、推定ヨーレート演算部２６と、車両モデル選択部２７と、主制御部２８とを有している。また、自動車Ｖには、走行距離計３１、雨滴センサ３２、及び外気温センサ３３が適所に設けられ、これらの検出信号が入力インタフェース２１に入力される。

推定ヨーレート演算部２６では、ヨーレート特性に関する車両モデルの出力（ｉｊ）、すなわち推定ヨーレートγ_ｉｊが、前輪ヨーレート特性Ｇ_ｆ ^（ｉ）、後輪ヨーレート特性Ｇ_ｒ ^（ｊ）、前輪舵角δ_ｆ、及び後輪舵角δ_ｒから、次式より算出される。
γ_ｉｊ＝Ｇ_ｒ ^（ｊ）・δ_ｆ＋Ｇ_ｆ ^（ｉ）・δ_ｒ
ここで、ｉ（＝１，…，ｎ）及びｊ（＝１，…，ｎ）は、それぞれ前輪ヨーレート特性Ｇ_ｆ ^（ｉ）及び後輪ヨーレート特性Ｇ_ｒ ^（ｊ）のインデックスである。

なおここでは、左右の車輪を等価とみなした２輪モデルが採用され、この２輪モデルによる運動方程式から、舵角からヨーレートまでの伝達関数を求めることができる。

図３は、図２に示した車両モデル選択部２７で行われる処理の要領を説明するグラフである。図４は、図２に示した車両モデル選択部２７で用いられる前後の車輪のタイヤ特性に関する２次元マップである。図５は、図２に示した車両モデル選択部２７で行われる処理の手順を示すフロー図である。

車両モデル選択部２７では、現在採用している車両モデルによるヨーレートと実際に車両に生じた実ヨーレートとの比較により別の車両モデルへの移行が必要か否かを判定し、移行が必要と判定されると、パラメータ値が互いに異なる複数の車両モデルの候補ごとの推定ヨーレートと実ヨーレートとの比較により最適な特性を有する車両モデルを選択する。

ここでは、タイヤ特性に関するパラメータ値のみを変更した複数の車両モデルが用意され、特に、図４に示すように、タイヤ特性としての前輪及び後輪のコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒによる２次元マップが設定され、車両モデルを選択する際に、この２次元マップ上の複数の車両モデルの中から新たな車両モデルの候補が複数設定される。

コーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒは、タイヤの材質劣化や摩耗、降雨や降雪などによる路面状況、及びタイヤの交換などにより変化し、想定されるコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒの変動幅に基づいて、前輪及び後輪のコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒが段階的に異なるように設定され、各段階のコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒによる車両モデルがインデックス（ｉ，ｊ）により特定される。

通常、前輪及び後輪のコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒは、同程度に変化するため、図４中に矢印で示すように斜め方向に検索が行われる。ここで、２つの車両モデル（図３の例では、モデル１及びモデル２）が候補として設定され、この２つの車両モデルは、現在採用されている車両モデル（図３の例では、モデル０）に対してコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒが前後に１レベルずつ異なるものであり、一方が現在の車両モデルよりコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒが１レベル高く、他方が現在の車両モデルよりコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒが１レベル低いものとなっている。

車両モデルの候補の中から最適な車両モデルを選択するにあたっては、精度を高めるために、所定の比較期間内で一定周期で収集された各車両モデルごとの推定ヨーレートと実ヨーレートとの偏差を積算し、この偏差の積算値の大小で最適な車両モデルを選択する。

また、図３に示したように、各車両モデルごとの推定ヨーレートの計算を開始してから比較期間の開始点までに初期除外期間が設定されている。推定ヨーレートの計算は、過去の計算値を用いて行われるため、正確な値が得られるまでに相応の時間を要し、初期除外期間を設定して、この期間の計算結果を除外することで精度を高めることができる。

現在の車両モデルから新たな車両モデルに移行させる際には、この新たな車両モデルと現在の車両モデルとの間を補完するように一定の時間をかけて段階的にパラメータ値を変化させる。これにより、現在の車両モデルと新たな車両モデルとの特性の違いにより、ヨーレート特性が急激に変化することを回避することができる。

具体的には、現在の車両モデルでの前輪及び後輪の各コーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒと、新たな車両モデルでの前輪及び後輪の各コーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒとの間で線形補間を行い、所要数の中間点でのコーナーリングパワーＫｆ・Ｋｒを求めて中間的な特性を有する車両モデルを設定する。

車両モデル選択部２７で行われる処理を順を追って説明すると、図５に示すように、まず、現在採用されている車両モデルによる推定ヨーレートと実ヨーレートとの偏差が所定の閾値より大か否かにより、別の車両モデルへの移行の要否を判定する処理が行われる（ステップ１０１）。

ここで、偏差が大、すなわち別の車両モデルへの移行が必要と判定されると、タイヤ特性が互いに異なる車両モデルの候補が複数（例えば２つ）選択され、その車両モデルごとの推定ヨーレートの算出処理が一定周期ごとに行われる（ステップ１０２）。

そして、所定の初期除外期間が経過すると（ステップ１０３）、一定周期ごとに算出された各車両モデルごとの推定ヨーレートとその時の実ヨーレートとがメモリに蓄積され（ステップ１０４）、推定ヨーレートの算出処理（ステップ１０２）、及び推定ヨーレート及び実ヨーレートの蓄積処理（ステップ１０４）が比較期間が経過するまで継続される（ステップ１０５）。

そして、比較期間が終了すると（ステップ１０５）、一定周期ごとに算出された各車両モデルごとの推定ヨーレートとその時の実ヨーレートとの偏差を各車両モデルごとに積算する処理が行われ（ステップ１０６）、ついで各車両モデルごとの偏差の積算値を比較して、これが最も小さい車両モデルが新しい車両モデルに採用され（ステップ１０７）、この新たに採用された車両モデルに移行する処理が行われる。

この車両モデル選択処理は、所定のモデル移行事由が発生した場合に実施される。モデル移行事由としては、走行距離計３１により検出される前回の車両モデルの移行時点からの走行距離の増加分が所定の閾値を超えたとき、雨滴センサ３２により降雨を観測されたとき、及び外気温センサ３３により検出される前回の車両モデルの移行時点からの外気温の変化量が所定の閾値を超えたときであり、ＥＣＵ１２の主制御部２８にてこれらのモデル移行事由の発生が検知されると、車両モデル選択モードとなり、前記のように別の車両モデルへの移行の要否の判定、及びこれに続く新たな車両モデルの選択の処理が行われる。

また、定期点検などでも車両の特性が大きく変わる場合があり、このような場合に診断機等を用いて車両モデルの移行を指示することも可能とする。

本発明による後輪トー角制御装置を備えた車両の概略構成図である。 図１に示したＥＣＵにおける後輪トー角制御に係る要部の概略構成を示す機能ブロック図である。 図２に示した車両モデル選択部で行われる処理の要領を説明するグラフである。 図２に示した車両モデル選択部で用いられる前後の車輪のタイヤ特性に関する２次元マップである。 図２に示した車両モデル選択部で行われる処理の手順を示すフロー図である。

符号の説明

Ｖ 車両
１ 車体
３Ｌ・３Ｒ 前輪
５Ｌ・５Ｒ 後輪
１０Ｌ・１０Ｒ 後輪トー角制御装置
１１Ｌ・１１Ｒ 電動アクチュエータ
１２ ＥＣＵ（制御手段）
１５ ヨーレイトセンサ
２２ 制御目標値演算部
２３ 駆動信号生成部
２６ 推定ヨーレート演算部
２７ 車両モデル選択部
２８ 主制御部
３１ 走行距離計
３２ 雨滴センサ
３３ 外気温センサ

Claims (5)

1. 車両のヨーレート特性に関する車両モデルに基づいて後輪トー角を制御する後輪トー角制御装置であって、
   タイヤ特性に関するパラメータ値のみを変更した複数の車両モデルが用いられ、
   現在採用している車両モデルによるヨーレートと実際に車両に生じた実ヨーレートとの比較により別の車両モデルへの移行が必要か否かを判定し、
   移行が必要と判定されると、パラメータ値が互いに異なる複数の車両モデルの候補ごとに一定周期で収集された推定ヨーレートと実ヨーレートとの比較により最適な特性を有する車両モデルを選択し、
   この新たな車両モデルに基づいて制御を行うようにし、
   前記複数の車両モデルの候補ごとの推定ヨーレートの計算を開始してから比較期間の開始点までに初期除外期間が設定され、この初期除外期間内で得られた推定ヨーレートを、前記車両モデルの選択の処理から除外し、
   前記比較期間では、一定周期ごとに算出された前記車両モデルごとの推定ヨーレートとその時の実ヨーレートとがメモリに蓄積され、この比較期間内で収集された推定ヨーレートおよび実ヨーレートに基づいて前記車両モデルの選択の処理が行われることを特徴とする後輪トー角制御装置。
2. 前記タイヤ特性に関するパラメータ値である前輪及び後輪のコーナーリングパワーが段階的に異なるように設定された２次元マップにおいて、現在採用されている車両モデルに対して前輪及び後輪のコーナーリングパワーが前後に１レベルずつ異なる２つの車両モデルが候補として設定されることを特徴とする請求項１に記載の後輪トー角制御装置。
3. 新たな車両モデルを選択する際に、各車両モデルごとの推定ヨーレートと実ヨーレートとの偏差を算出し、この偏差が最も小さくなるものを選択することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の後輪トー角制御装置。
4. 現在の車両モデルから新たな車両モデルに移行する際に、この新たな車両モデルと現在の車両モデルとの間を補完するように段階的にパラメータ値を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の後輪トー角制御装置。
5. 別の車両モデルへの移行の要否の判定、及びこれに続く新たな車両モデルの選択の処理を、所定のモデル移行事由が発生した場合に実行することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の後輪トー角制御装置。

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