JP5621572B2 - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行時における車両の挙動を制御する車両挙動制御装置に関する。

従来、車両の走行時における挙動を安定させるため、各車輪のブレーキ力を個々に制御する車両姿勢制御装置が知られている（特許文献１参照）。

この種の車両姿勢制御装置では、例えば車両の旋回時にアンダーステアが発生した場合に、運転者のブレーキペダルの操作によらずに旋回内側の車輪にブレーキ力を付与し、車両の挙動を安定させる制御が行われる。

特開平１０−３１５９４０号公報

車輪にブレーキ力を付与して車両を安定化させる場合には、ブレーキによる摩擦によって車両の推進力が減少するので、運転者が加速しながら、あるいは定速で旋回することを意図してアクセルペダル等を操作していた場合でも、加速度が小さくなり、あるいは減速してしまう。また、摩擦による動力の損失が発生するので、燃費向上の要請にも反することとなる。

そこで、本発明は、制動装置による車両の挙動に対する介入を抑制し、燃費の低下を抑制することが可能な車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

［１］車両の走行状態に基づいて、各車輪に制動力を付与する制動装置及びその他の車両の挙動を変化させることが可能な機械装置をそれぞれ制御する装置制御部と、前記装置制御部から制御対象の装置に対する制御量を示す情報を取得する取得手段、及び前記取得した情報に基づいて、前記制動装置及び前記機械装置の制御量を減少させる指令信号を出力する制御量調整手段を有する協調制御部とを備え、前記機械装置は、駆動源側から車輪側への駆動力の伝達量を調節することが可能な駆動力伝達装置、操舵輪の操舵角を調節することが可能な操舵装置、及び車高を調節することが可能な懸架装置のうち少なくとも何れかを含み、前記協調制御部は、前記装置制御部の各制御量に応じた評価値をそれぞれ演算し、前記各評価値を合計した値に対する前記各評価値の割合に基づいて前記制動装置及び前記機械装置の制御量を減少させる指令信号を出力する、車両挙動制御装置。

本発明によれば、制動装置による車両の挙動に対する介入を抑制し、燃費の低下を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両挙動制御装置が搭載された車両の構成例を示す概略図である。 図２は、制御ユニットの概略の構成例を示すブロック図である。 図３は、協調制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る車両挙動制御装置が搭載された車両の構成例を示す概略図である。

この車両１００は、四輪駆動車であり、駆動ユニット２と、駆動ユニット２からの駆動力が常に伝達される主駆動輪としての前輪側の右前輪３ＦＲ及び左前輪３ＦＬと、車両の走行状態に応じて必要時に駆動ユニット２からの駆動力が伝達される補助駆動輪としての右後輪３ＲＲ及び左後輪３ＲＬとを有している。

駆動ユニット２は、駆動源としてのエンジン２０と、エンジン２０の回転出力を変速するトランスミッション２１と、トランスミッション２１の出力の一部を後輪側へ伝達するトランスファ２２とを有して構成されている。

右前輪３ＦＲ及び左前輪３ＦＬには、トランスミッション２１の出力が差動回転を許容して左右の前輪駆動シャフト３１ＦＲ，３１ＦＬを介して伝達される。また、右後輪３ＲＲ及び左後輪３ＲＬには、トランスファ２２の出力が前側駆動軸５Ｆ，駆動力伝達装置５（後述），後側駆動軸５Ｒ，ディファレンシャル装置３２，及び左右の後輪駆動シャフト３１ＲＲ，３１ＲＬを介して伝達される。

また、車両１００には、各車輪の制動力をそれぞれ独立して制御することが可能な制動装置４が搭載されている。制動装置４は、右前輪３ＦＲに対応して設けられた第１ブレーキ４１ＦＲと、左前輪３ＦＬに対応して設けられた第２ブレーキ４１ＦＬと、右後輪３ＲＲに対応して設けられた第３ブレーキ４１ＲＲと、左後輪３ＲＬに対応して設けられた第４ブレーキ４１ＲＬと、ブレーキ油圧の供給源であるマスタシリンダ４２とからなる。

制動装置４は、マスタシリンダ４２から第１ブレーキ４１ＦＲ，第２ブレーキ４１ＦＬ，第３ブレーキ４１ＲＲ，及び第４ブレーキ４１ＲＬに供給されるブレーキ油圧をそれぞれ独立して調節することが可能に構成されている。

また、車両１００には、補助駆動輪側に伝達される駆動力を調節することが可能な駆動力伝達装置５が搭載されている。駆動力伝達装置５は、エンジン２側に連結された前側駆動軸５Ｆと、後輪側（補助駆動輪側）に連結された後側駆動軸５Ｒとの間に介在して設けられている。

この駆動力伝達装置５は、例えば、前側駆動軸５Ｆに連結された円筒状の外側回転部材と、後側駆動軸５Ｒに連結された軸状の内側回転部材と、外側回転部材及び内側回転部材の間に設けられた多板クラッチと、多板クラッチを押圧するカム機構と、カム機構のカム推力を制御する電磁クラッチとを備えている。この場合、駆動力伝達装置５による駆動力の伝達量は、電磁クラッチの電磁コイルに供給する電流によって調節することが可能である。

また、車両１００には、運転者のステアリングホイール６０の操舵操作量に対する操舵輪としての右前輪３ＦＲ及び左前輪３ＦＬの操舵角の変化の割合、すなわちステアリングギヤ比を調節することが可能な操舵装置６が搭載されている。操舵装置６は、２分割された第１のステアリングシャフト６１及び第２のステアリングシャフト６２と、第１及び第２のステアリングシャフト６１，６２の間に介在する操舵角可変部６３と、ステアリングギヤボックス６４とを有している。

操舵角可変部６３は、例えば、サーボモータ、及び歯数が異なる互いに噛み合った２個の差動式減速機を有し、サーボモータのトルクによって２個の差動歯車による差分だけ相対回転量（ＡＣＴ角）を発生させる。この場合、サーボモータのトルクを制御することによってステアリングギヤ比を調節することが可能である。

また、ステアリングギヤボックス６４は、図示しないラック・ピニオンギヤ等により、第２のステアリングシャフト６２によって入力された回転力を、操舵輪である右前輪３ＦＲ及び左前輪３ＦＬを操舵するタイロッド６４Ｒ，６４Ｌの車幅方向の運動に変換して出力する。

また、車両１００には、バネ定数を調節することが可能な懸架装置７が搭載されている。懸架装置７は、右前輪３ＦＲに対応して設けられた第１サスペンション７１ＦＲと、左前輪３ＦＬに対応して設けられた第２サスペンション７１ＦＬと、右後輪３ＲＲに対応して設けられた第３サスペンション７１ＲＲと、左後輪３ＲＬに対応して設けられた第４サスペンション７１ＲＬとからなる。

第１〜第４サスペンション７１ＦＲ，７１ＦＬ，７１ＲＲ，７１ＲＬは、例えばバネ定数を変更することが可能なエアスプリングを有し、このエアスプリングにエアタンクユニット７２Ｆ，７２Ｒから圧縮空気を流入出させることで、バネ定数を調節することが可能である。

また、車両１００には、車両１００の走行状態を検出する走行状態検出手段としてのセンサ群８が搭載されている。センサ群８は、例えば、車両１００の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ、車幅方向の加速度を検出する横加速度センサ、上下方向の加速度を検出する上下加速度センサ、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ、アクセル開度を検出するポテンショメータ、ステアリングホイール６０の位相を検出する操舵角センサ、光学的な処理により走行路面の摩擦係数を検出する路面μセンサ、及び各車輪の回転速度を検出する回転速センサ等からなる。

また、車両１００には、制動装置４，駆動力伝達装置５，操舵装置６，及び懸架装置７を制御する車両挙動制御装置としての制御ユニット１が搭載されている。制御ユニット１にはセンサ群８を構成する各種センサの検出値を示す信号が入力される。制御ユニット１は、これらの検出値に基づいて各装置を制御する。

（制御ユニット１の構成）
図２は、制御ユニット１の概略の構成例を示すブロック図である。制御ユニット１は、車両に搭載された各種の機械装置を制御する装置制御部１０と、装置制御部１０に指令信号を出力する協調制御部１１とを有している。

（装置制御部１０の構成及び処理内容）
装置制御部１０は、制動装置４を制御する制動装置制御部１４と、駆動力伝達装置５を制御する駆動力伝達装置制御部１５と、操舵装置６を制御する操舵装置制御部１６と、懸架装置７を制御する懸架装置制御部１７とを有している。

制動装置制御部１４は、センサ群８からの検出値に基づいて、第１ブレーキ４１ＦＲ，第２ブレーキ４１ＦＬ，第３ブレーキ４１ＲＲ，及び第４ブレーキ４１ＲＬに付与するブレーキ油圧を制御する。この制動装置制御部１４は、例えば車両１００の旋回時においてアンダーステアが発生した場合に、左右輪のうち旋回の内側にあたる車輪に制動力を付与して車両の姿勢を安定化させる制御を行う。また、車両１００の旋回時においてオーバーステアが発生した場合には、左右輪のうち旋回の外側にあたる車輪に制動力を付与して車両の姿勢を安定化させる制御を行う。

制動装置制御部１４は、予め記憶された制動力マップに基づいて制動力を決定する。この制動力マップは、アンダーステア又はオーバーステアの大きさに応じて制動力が増大するとともに、アクセル開度の増大に応じて制動力が減少し、また路面の摩擦係数の低下に応じて制動力が増大するように設定されている。

アクセル開度の増大に応じて制動力を減少させるのは、アクセル開度が比較的大きい場合は運転者が加速を意図しているために、制動力を抑制することが望ましことを考慮したものである。また、路面の摩擦係数の低下に応じて制動力を増大させるのは、路面の摩擦係数が小さい場合には他の機械装置による車両挙動の安定化制御が十分には期待できないとともに、路面の摩擦係数が小さい場合には車両１００を減速させることによる影響も比較的小さいことを考慮したものである。

制動装置制御部１４は、このようにして決定した制動力の大きさを示す情報を、制御量情報として協調制御部１１に出力する。

駆動力伝達装置制御部１５は、センサ群８からの検出値に基づいて、駆動力伝達装置５による前側駆動軸５Ｆと後側駆動軸５Ｒとの間の駆動力の伝達量を制御する。この駆動力伝達装置制御部１５は、予め記憶されたトルクマップに基づいて駆動力伝達量を決定する。このトルクマップは、車両１００の旋回時においてアンダーステアが発生した場合に駆動力伝達量を増大させ、オーバーステアが発生した場合には駆動力伝達量を減少させるとともに、車速の増大に応じて駆動力伝達量が減少するように設定されている。

アンダーステアが発生した場合に駆動力伝達量を増大させるのは、左右後輪３ＲＲ，３ＲＬに伝達される駆動力を増大させて左右後輪３ＲＲ，３ＲＬの横力を減少させ、左右後輪３ＲＲ，３ＲＬを旋回外側に流すことによってアンダーステアを解消することを意図したものである。オーバーステアが発生した場合には駆動力伝達量を減少させるのは、左右後輪３ＲＲ，３ＲＬに伝達される駆動力を減少させて左右後輪３ＲＲ，３ＲＬの横力を増大させ、オーバーステアを解消することを意図したものである。また、車速の増大に応じて駆動力伝達量を減少させるのは、高速旋回時には駆動力伝達量の制御よりも他の機械装置の制御によって挙動を安定化させた方が効率的だからである。

駆動力伝達装置制御部１５は、このようにして決定した駆動力伝達量を示す情報を、制御量情報として協調制御部１１に出力する。

操舵装置制御部１６は、センサ群８からの検出値に基づいて、操舵装置６のステアリングギヤ比を制御する。この操舵装置制御部１６は、予め記憶されたギヤレシオマップに基づいてステアリングギヤ比を決定する。このギヤレシオマップは、車両１００の旋回時においてアンダーステアが発生した場合にステアリングギヤ比を減少させ、オーバーステアが発生した場合にはステアリングギヤ比を増大させるとともに、車両１００の加速度の大きさに応じてステアリングギヤ比を減少させ、車両１００の減速度の大きさに応じてステアリングギヤ比を増大させるように設定されている。

アンダーステアが発生した場合にステアリングギヤ比を減少させるのは、既に左右前輪３ＦＲ，３ＦＬのグリップ力が限界であると考えられるので、操舵装置６の制御による挙動安定化の効果が大きくは期待できないためである。オーバーステアが発生した場合にはステアリングギヤ比を増大させるのは、いわゆるカウンターステアを適切に行わせてオーバーステアを解消することを意図したものである。

また、車両１００の加速度の大きさに応じてステアリングギヤ比を減少させるのは、加速時には左右前輪３ＦＲ，３ＦＬの荷重が定速走行時に比較して小さくなるため、ステアリングギヤ比の制御による挙動安定化の効果が大きくは期待できないためである。車両１００の減速度の大きさに応じてステアリングギヤ比を増大させるのは、減速時には左右前輪３ＦＲ，３ＦＬの荷重が定速走行時に比較して大きくなるため、ステアリングギヤ比の制御による挙動安定化の効果が見込めるためである。

操舵装置制御部１６は、このようにして決定したステアリングギヤ比を示す情報を、制御量情報として協調制御部１１に出力する。

懸架装置制御部１７は、センサ群８からの検出値に基づいて、懸架装置７のバネ定数を制御する。この懸架装置制御部１７は、予め記憶されたバネ定数マップに基づいて懸架装置７のバネ定数を決定する。このバネ定数マップは、車速の増大に応じてバネ定数を大きくするとともに、車高の時間当たりの変化量の大きさに応じてバネ定数を小さくするように設定されている。車高の時間当たりの変化量としては、例えば所定時間前から処理時までの間における車高の変化量の積分値を用いることができる。

車速の増大に応じてバネ定数を大きくするのは、高速走行時にはバネ定数を大きくすることで車両１００の挙動を安定化させることができるためである。また、車高の時間当たりの変化量の大きさに応じてバネ定数を小さくするのは、走行路面の凸凹が激しい場合には、バネ定数を小さくすることで車両１００の挙動を安定化させることができるためである。

懸架装置制御部１７は、このようにして決定したバネ定数を示す情報を、制御量情報として協調制御部１１に出力する。

（協調制御部１１の構成及び処理内容）
図２に示すように、協調制御部１１は、制御量情報取得手段１１１及び制御量調整手段１１２を有している。

制御量情報取得手段１１１は、装置制御部１０の制動装置制御部１４，駆動力伝達装置制御部１５，操舵装置制御部１６，及び懸架装置制御部１７から制御量情報を取得する。

制御量調整手段１１２は、制御量情報取得手段１１１が取得した制御量情報に基づいて、装置制御部１０に制御量を減少させる指令信号を出力する。

図３は、協調制御部１１の処理手順の一例を示すフローチャートである。協調制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が予め記憶されたプログラムに従って動作することにより制御量情報取得手段１１１及び制御量調整手段１１２として機能し、このフローチャートに示す処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。

制御量情報取得手段１１１は、センサ群８からの検出値に基づいて、車両１００の挙動の乱れがあるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、例えば前後加速度センサ、横加速度センサ、上下加速度センサ、又はヨーレートセンサの検出値が所定の閾値を超えたか否かによって行うことができる。この判定の結果、挙動の乱れがない（Ｓ１：Ｎｏ）場合には、この処理を終了する。

制御量情報取得手段１１１は、挙動の乱れがある（Ｓ１：Ｙｅｓ）場合には、制動装置制御部１４，駆動力伝達装置制御部１５，操舵装置制御部１６，及び懸架装置制御部１７から制御量情報を取得する（ステップＳ２）。

次に、制御量調整手段１１２は、ステップＳ２で取得した制御量情報に基づいて、制御量に応じた評価値を演算する（ステップＳ３）。より詳細には、ステップＳ２で取得した制御量情報に示される各制御量に所定の係数を乗じて、それぞれの評価値を演算する。この係数は、制御対象の装置ごとに予め定められた固定値でもよく、例えばセンサ群８からの検出値を引数とする関数値であってもよい。

なお、これらの係数は、それぞれ単位等が異なる各制御量に対して加算等の演算処理を行うためのものであり、制動装置４，駆動力伝達装置５，操舵装置６，及び懸架装置７の制御量に対応して、これら機械装置の協調制御が適切に実行されるように勘案して設定された固定値又は関数値である。

次に、制御量調整手段１１２は、ステップＳ３で演算した各制御量の評価値を合計した値を演算する（ステップＳ４）。

次に、制御量調整手段１１２は、ステップＳ３で演算した各制御量の評価値を、ステップＳ４で演算した各評価値の合計値で除した商を演算する（ステップＳ５）。以下、この商を分担係数という。

次に、制御量調整手段１１２は、ステップＳ２で取得した各制御量情報に示される制御量に分担係数を乗じた積を制動装置４，駆動力伝達装置５，操舵装置６，及び懸架装置７について演算する（ステップＳ６）。以下、この積を修正制御量という。

次に、制御量調整手段１１２は、制動装置制御部１４，駆動力伝達装置制御部１５，操舵装置制御部１６，及び懸架装置制御部１７にステップＳ６で求めた修正制御量の情報を含む指令信号を出力し（ステップＳ７）、協調制御部１１の処理を終了する。

制動装置制御部１４，駆動力伝達装置制御部１５，操舵装置制御部１６，及び懸架装置制御部１７は、協調制御部１１から出力された指令信号を受け付け、その指令信号に含まれる修正制御量に基づいて各機械装置の制御を行う。例えば、ステップＳ５で求めた分担係数が０．５であった場合、修正制御量は制御量の５０％となるので、各制御部１４，１５，１６，１７がセンサ群８からの検出値に基づいて決定した制御量の半分の制御量となるように、各機械装置が制御されることとなる。

より具体的に、例えば制動装置制御部１４，駆動力伝達装置制御部１５，操舵装置制御部１６，及び懸架装置制御部１７がセンサ群８からの検出値及びマップに基づいて決定した制御量の評価値がそれぞれ２０，１２，８，１０であった場合、評価値の合計値は５０であるので、各機械装置に対応する分担係数はそれぞれ０．４，０．２４，０．１６，０．２となる。

従って、制動装置制御部１４はセンサ群８からの検出値及びマップに基づいて決定した制動力を４０％に低減して制動装置４の制御を行う。以下同様に、駆動力伝達装置制御部１５は駆動力伝達量を２４％に低減して駆動力伝達装置５の制御を行う。操舵装置制御部１６はステアリングギヤ比を１６％に低減して操舵装置６の制御を行う。懸架装置制御部１７は、バネ定数を２０％に低減して懸架装置７の制御を行う。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下に示す作用及び効果が得られる。

（１）制動装置制御部１４がセンサ群８からの検出値及び制動力マップに基づいて設定した制動力よりも実際の制御に適用される制動力が減少するので、車両挙動制御における制動装置４による介入量を抑制し、燃費の低下を抑制することが可能となる。

（２）制動装置４，駆動力伝達装置５，操舵装置６，及び懸架装置７のそれぞれの制御量が調整されるので、車両の挙動制御が過制御となることを抑制し、適切に車両の姿勢や走行状態を安定化させることができる。

（３）上記の処理手順に示すように、修正制御量は比較的容易な計算手順で求めることができるので、演算負荷を低減するとともに、演算処理を短時間で実行することができる。

（４）制動装置制御部１４は、アクセル開度の増大に応じて制動力を減少させるので、加速時における挙動制御のための制動装置４の作動によって車両１００が減速又は加速度が小さくなることを抑制することができる。

以上、本発明の車両挙動制御装置を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。

例えば、車両１００は、制動装置４，駆動力伝達装置５，操舵装置６，及び懸架装置７の全てを備えたものに限らず、制動装置４と、駆動力伝達装置５，操舵装置６，及び懸架装置７の少なくとも何れかとを備えていれば、本発明を適用することが可能である。

また、車両１００は、制動装置４，駆動力伝達装置５，操舵装置６，懸架装置７以外の車両の挙動を変化させることが可能な機械装置を含んでもよい。例えば、エンジンのトルクを運転者のアクセル操作に関わらず制御することが可能な装置を搭載した車両にも本発明を適用することができる。

また、上記の実施の形態では、前輪及び後輪を駆動することが可能な四輪駆動車に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、前輪のみ又は後輪のみを駆動する二輪駆動車に本発明を適用してもよい。

１…制御ユニット、２…エンジン、３ＦＬ…左前輪、３ＦＲ…右前輪、３ＲＬ…左前輪、３ＲＲ…右後輪、４…制動装置、５…駆動力伝達装置、５Ｆ…前側駆動軸、５Ｒ…後側駆動軸、６…操舵装置、７…懸架装置、８…センサ群、１０…装置制御部、１１…協調制御部、１４…制動装置制御部、１５…駆動力伝達装置制御部、１６…操舵装置制御部、１７…懸架装置制御部、２０…エンジン、２１…トランスミッション、２２…トランスファ、３１ＦＲ，３１ＦＬ…前輪駆動シャフト、３１ＲＲ，３１ＲＬ…後輪駆動シャフト、３２…ディファレンシャル装置、４１ＦＬ，４１ＦＲ，４１ＲＬ，４１ＲＲ…ブレーキ、４２…マスタシリンダ、６０…ステアリングホイール、６１，６２…ステアリングシャフト、６３…操舵角可変部、６４…ステアリングギヤボックス、６４Ｒ，６４Ｌ…タイロッド、７１ＦＲ，７１ＦＬ，７１ＲＲ，７１ＲＬ…サスペンション、７２Ｆ，７２Ｒ…エアタンクユニット、１００…車両、１１１…制御量情報取得手段、１１１…制御量取得手段

Claims (1)

1. 車両の走行状態に基づいて、各車輪に制動力を付与する制動装置及びその他の車両の挙動を変化させることが可能な機械装置をそれぞれ制御する装置制御部と、
   前記装置制御部から制御対象の装置に対する制御量を示す情報を取得する取得手段、及び前記取得した情報に基づいて、前記制動装置及び前記機械装置の制御量を減少させる指令信号を出力する制御量調整手段を有する協調制御部とを備え、
   前記機械装置は、駆動源側から車輪側への駆動力の伝達量を調節することが可能な駆動力伝達装置、操舵輪の操舵角を調節することが可能な操舵装置、及び車高を調節することが可能な懸架装置のうち少なくとも何れかを含み、
   前記協調制御部は、前記装置制御部の各制御量に応じた評価値をそれぞれ演算し、前記各評価値を合計した値に対する前記各評価値の割合に基づいて前記制動装置及び前記機械装置の制御量を減少させる指令信号を出力する、
   車両挙動制御装置。

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