JP6352956B2 - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。
従来、例えば下記の特許文献1には、主駆動輪を駆動する第1モータと副駆動輪を駆動する第2モータとバッテリとを備えた電動車を制御し、強電バッテリのSOCと温度を確認して駆動力分配制御が可能か判断し、SOC低時には第2モータの要求トルクを減少させ、次に、第1モータの要求トルクを減少させることが開示されている。
特開2007−325372号公報
モータによる左右駆動力差を利用した旋回駆動力制御は、高電圧バッテリの電力によって行われるが、高電圧バッテリの充電状態(SOC:(State of Charge)により駆動力制御に性能差が発生する。特に、旋回中に高電圧バッテリの充電状態が低下した場合には、駆動力制御による旋回アシスト制御が出来なくなり、ドライバーによるステアリングの切増しまたは減速動作が必要となる。このような場合、ドライバーに求められる対応時間は車速に比例して短くなるため、中〜高速域では煩雑なステアリング操作が要求される可能性がある。
上記特許文献1に記載された技術は、第1モータと第2モータの出力トルクを用いて前後輪トルク配分を制御するものであり、左右駆動力差を利用した旋回駆動力制御を想定したものではない。従って、旋回中に高電圧バッテリの充電状態が低下した場合に、駆動力制御による旋回アシスト制御を補償することは何ら想定しておらず、このような場合に駆動力制御による旋回アシスト制御を補償することは困難である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、左右駆動力差を利用した旋回駆動力制御を行う場合に、バッテリの充電量が低下した場合であっても、所望の旋回を行うことが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両のヨーレートに基づいて車体に付加する車体付加モーメントを演算する車体付加モーメント演算部と、ハンドル操舵系による操舵のアシストトルクを指示する操舵トルク指示部と、ハンドル操舵系とは独立して車体にモーメントを付加するために左右輪を独立駆動する左右輪駆動トルクを指示する左右駆動力トルク指示部と、前記左右輪駆動トルクを付加するための駆動源となる電力を蓄えるバッテリの充電状態を取得する充電状態取得部と、前記充電状態に基づいて、前記車体付加モーメントを付加するために前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整する調整部と、を備え、前記調整部は、前記バッテリの充電量が低下するほど、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させる車両の制御装置が提供される。
また、前記調整部は、前記バッテリの充電量が所定値以下である場合は、前記左右輪駆動トルクを0とするものであっても良い。
また、車両の予測すべり角を演算する予測すべり角演算部と、前記車体付加モーメントを付加するための車輪の駆動力から求まる最大旋回半径に基づいて、旋回可能すべり角を演算する旋回可能すべり角演算部と、前記旋回可能すべり角に対する前記予測すべり角の比であるすべり角変化率を演算するすべり角変化率演算部と、を備え、前記調整部は、前記充電状態と前記すべり角変化率とに基づいて、前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整するものであっても良い。
また、前記調整部は、前記すべり角変化率が増加するほど、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させるものであっても良い。
また、前記調整部は、前記すべり角変化率が所定値以上であり、前記バッテリの充電量が所定値以上の場合は、前記車体付加モーメントを付加するためのトルクのうち前記左右輪駆動トルクを出力可能な最大トルクとし、残りを前記アシストトルクとするものであっても良い。
また、前記予測すべり角演算部は、カメラで検出した車線に基づいて演算された第1の予測旋回半径に基づいて第1の予測すべり角を演算する第1の予測すべり角演算部と、ステアリング操舵角に基づいて演算された第2の予測旋回半径に基づいて第2の予測すべり角を演算する第2の予測すべり角演算部と、を含み、前記すべり角変化率演算部は、前記旋回可能すべり角に対する前記第1の予測すべり角の比である第1のすべり角変化率を演算する第1のすべり角変化率演算部と、前記旋回可能すべり角に対する前記第2の予測すべり角の比である第2のすべり角変化率を演算する第2のすべり角変化率演算部と、を含み、前記第1のすべり角変化率と前記第2のすべり角変化率を比較し、大きい方をすべり角変化率として判定するすべり角変化率判定部を備え、前記調整部は、前記充電状態と前記すべり角変化率判定部によって判定された前記すべり角変化率とに基づいて、前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整するものであっても良い。
また、車両のスリップを判定するスリップ判定部を備え、前記調整部は、車両がスリップしたことが判定された場合は、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させるものであっても良い。
また、車両の目標ヨーレートを演算する目標ヨーレート演算部と、車両モデルからヨーレートモデル値を演算する車両ヨーレート演算部と、車両の実ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、前記ヨーレートモデル値と前記実ヨーレートとの差分に基づいて前記ヨーレートモデル値と前記実ヨーレートを配分して、前記ヨーレートモデル値及び前記実ヨーレートからフィードバックヨーレートを演算するフィードバックヨーレート演算部と、を備え、前記車体付加モーメント演算部は、前記目標ヨーレートと前記フィードバックヨーレートとの差分に基づいて、前記車体付加モーメントを演算するものであっても良い。
また、前記目標ヨーレート演算部は、カメラの画像から第1の目標ヨーレートを演算する第1の目標ヨーレート演算部と、ステアリング操舵角と車両速度に基づいて第2の目標ヨーレートを演算する第2の目標ヨーレート演算部と、を含み、前記第1の目標ヨーレートと前記第2の目標ヨーレートに基づいて前記目標ヨーレートを演算するものであっても良い。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、車両のヨーレートに基づいて車体に付加する車体付加モーメントを演算するステップと、ハンドル操舵系による操舵のアシストトルクを指示するステップと、ハンドル操舵系とは独立して車体にモーメントを付加するために左右輪を独立駆動する左右輪駆動トルクを指示するステップと、前記アシストトルク及び前記左右輪駆動トルクを付加するための駆動源となる電力を蓄えるバッテリの充電状態を取得するステップと、前記充電状態に基づいて、前記車体付加モーメントを付加するために前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整するステップと、を備え、前記調整するステップにおいて、前記バッテリの充電量が低下するほど、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させる車両の制御方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、左右駆動力差を利用した旋回駆動力制御を行う場合に、バッテリの充電量が低下した場合であっても、所望の旋回を行うことが可能となる。
本発明の一本実施形態に係る車両を示す模式図である。 高電圧システムと12V系システムを備えた車両の構成を示す模式図である。 本実施形態に係る車両が備えるパワーステアリング機構を示す模式図である。 スリップが発生した場合のタイヤの摩擦円特性を示す模式図である。 電動パワーステアリングモータのトルクを算出する手法を示す模式図である。 本実施形態に係る制御装置とその周辺の構成を詳細に示す模式図である。 外界認識部による、進行路との横偏差εの算出方法を説明するための模式図である。 重み付けゲイン演算部が重み付けゲインaを算出する際のゲインマップを示す模式図である。 本実施形態の全体的な処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る左右駆動力配分による旋回制御と操舵制御の概要を示すフローチャートである。 図9のステップS112の処理を詳細に示すフローチャートである。 図11のステップS127のスリップ判定演算の処理を詳細に示すフローチャートである。 図11のステップS120の処理の概要を示すフローチャートである 図11のステップS120の処理を更に詳細に示すフローチャートである。 図11のステップS122の処理を更に詳細に示すフローチャートである。 予測旋回半径演算部が予測旋回半径tgtRcamを演算し、予測すべり角演算部が予測すべり角tgtβcamを演算する処理を示すフローチャートである。 車両の上方から車両と車線を見た状態を示す模式図である。 最大旋回半径演算部が最大旋回半径tvmaxRを演算する際に用いる駆動力旋回限界半径マップを示す特性図である。 図18のマップを作成する流れを説明するための特性図である。 図18のマップを作成する流れを説明するための特性図である。 図18のマップを作成する流れを説明するための特性図である。 図18のマップを作成する流れを説明するための特性図である。 本実施形態の制御による効果を説明するための特性図である。 本実施形態の制御による効果を説明するための特性図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る車両1000の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る車両1000を示す模式図である。図1に示すように、車両1000は、前輪100,102、後輪104,106、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれを駆動する駆動力発生装置(モータ)108,110,112,114、モータ108,110,112,114の駆動力を前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれに伝達するギヤボックス116,118,120,122、モータ108,110,112,114のそれぞれを制御するインバータ123,124,125,126、後輪104,106のそれぞれの車輪速(車両速度V)を検出する車輪速センサ127,128、前輪100,102を操舵するステアリングホイール130、前後加速度センサ132、横加速度センサ134、バッテリ136、バッテリの充電状態(SOC:(State of Charge))を取得する充電状態取得部137、舵角センサ138、パワーステアリング機構140、ヨーレートセンサ142、インヒビターポジションセンサ(IHN)144、アクセル開度センサ146、制御装置(コントローラ)200を有して構成されている。
本実施形態に係る車両1000は、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれを駆動するためにモータ108,110,112,114が設けられている。このため、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれで駆動トルクを制御することができる。従って、前輪100,102の操舵によるヨーレート発生とは独立して、前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれを左右駆動力制御することで、トルクベクタリング制御によりヨーレートを発生させることができ、これによってステアリング操舵のアシストを行うことができる。つまり、本実施形態に係る車両1000では、旋回モーメント(以下、ヨーモーメントともいう)を車体旋回角速度(以下ヨーレート)で制御し、ステアリング操舵のアシストを行う旋回アシスト制御を実施する。
各モータ108,110,112,114は、制御装置200の指令に基づき各モータ108,110,112,114に対応するインバータ123,124,125,126が制御されることで、その駆動が制御される。各モータ108,110,112,114の駆動力は、各ギヤボックス116,118,120,122を介して前輪100,102及び後輪104,106のそれぞれに伝達される。応答性に優れるモータ108,110,112,114、インバータ123,124,125,126を適用した左右独立駆動が可能な車両1000において、旋回モーメント(ヨーモーメント)を車体旋回角速度(ヨーレート)で制御することができ、ステアリング操舵のアシストを行う旋回アシスト制御を実施する。
パワーステアリング機構140は、ドライバーによるステアリングホイール130の操作に応じて、トルク制御又は角度制御により前輪100,102の舵角を制御する。舵角センサ138は、運転者がステアリングホイール130を操作して入力したステアリング操舵角θhを検出する。ヨーレートセンサ142は、車両1000の実ヨーレートγを検出する。車輪速センサ127,128は、車両1000の車両速度Vを検出する。
なお、本実施形態はこの形態に限られることなく、後輪104,106のみが独立して駆動力を発生する車両であっても良い。また、本実施形態は、駆動力制御によるトルクベクタリングに限定されるものではなく、後輪の舵角を制御する4WSのシステム等においても実現可能である。
図2は、高電圧システム1010と12V系システム1020を備えた車両1000の構成を示す模式図である。高電圧システム1010は上述した車両1000を駆動するためのモータ108,110,112,114、インバータ123,124,125,126を含む。また、12V系システム1020は、エアコンディショナー(エアコン)、電動パワーステアリング、ライトやワイパー等の車両電装システムを含む。図2に示すように、車両1000は、高電圧システム1010に電力を供給する高電圧バッテリ100と、高電圧バッテリ100の電圧を変換して12V系システム1020に電力を供給するDC/DCコンバータ1030と、12V鉛バッテリ1022と、車載充電器1050と、を有して構成される。
図2に示すように、HEVやEV車などの車両の電源システムは、12V系システム1020と高電圧システム1010の2種類を含む。12V系システム1020には、鉛バッテリ1022をバッファーとして、高電圧バッテリ100からDC/DCコンバータ1030により降圧することで電源供給が行われる。このため、従来の内燃機関により駆動される車両のような発電機(オルタネータ,ダイナモ)は車載されていない。
図3は、本実施形態に係る車両1000が備えるパワーステアリング機構140(転舵システム)を示す模式図である。本実施形態に係る車両1000は、転舵システムとして、図3に示すような、ステアバイワイヤシステムまたはアクティブステアリングシステムを備える。いずれの方式においても、電動パワーステアリングモータ1060の駆動力により前輪の転舵が行われ、高電圧バッテリ100の電圧をDC/DCコンバータ1030により降圧した電力によって電動パワーステアリングモータ1060が駆動される。電動パワーステアリングモータ1060のトルクを制御することで、ドライバーの所定のステアリング操作量に対する車両1000の旋回量を可変することができる。
以上のように構成された車両1000において、車両1000の旋回時にステアリング操舵のみで旋回を実施すると、DC/DCコンバータ1030による降圧の際に変換効率が発生し、内部電力変換時の効率による電費及び燃費に影響が生じる。
また、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した駆動力制御は、高電圧バッテリ100の電力を駆動源として行われるが、高電圧バッテリ100の充電状態SOCにより駆動力制御に性能差が発生する。旋回中に高電圧バッテリ100の充電状態が低下した場合には、駆動力制御による旋回アシスト制御が出来なくなり、ドライバーによるステアリングの切増しまたは減速動作が必要となる。この場合、ドライバーに求められる対応時間は車速に比例して短くなるため、中〜高速域では煩雑なステアリング操作が要求される可能性がある。
このため、本実施形態では、高電圧バッテリ1040の充電状態が低下した場合には、モータ108,110,112,114の左右駆動力配分による旋回制御から電動パワーステアリングモータ1060による操舵制御に切り換え、電動パワーステアリングモータ1060のトルクを増加させる。これにより、ドライバーの所定のステアリング操作量に対する車両1000の旋回量が増加する。
一方、低μの路面を走行する場合など、車両1000がスリップし易い状況下においては、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した駆動力制御のみを行うと、車両1000がスリップし、車両1000の挙動が不安定になる可能性がある。このため、本実施形態では、車両1000のすべり角に基づいてモータ108,110,112,114の左右駆動力配分による旋回制御と電動パワーステアリングモータ1060による操舵制御を適宜切り換える。また、スリップが発生した場合には、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した駆動力制御から、電動パワーステアリングモータ1060のモータトルクによる制御に切り換え、所望の旋回を達成するとともに車両挙動を安定させる。
図4は、スリップが発生した場合のタイヤの摩擦円特性を示す模式図であって、後輪106、108の前後力と横力との関係を示している。図4を参照して、車両1000の挙動の安定化について詳細に説明する。
後輪106、108の前後力と横力との関係を示す特性(以下、タイヤの摩擦円特性とも称する。)において、左右駆動力配分による旋回を実施している場合に、図4に示す前後軸の矢印A51まで前後力が発生している場合は、左右軸の矢印A52の幅が横力の許容量となる。この状態で前後力が矢印53まで増加すると、摩擦円を超過するためスリップが発生する。このため、左右駆動力配分による旋回を実施してスリップが発生した場合には、ステアリング操舵角制御に切り替え、電動パワーステアリングモータ1060のトルクを制御することで旋回を達成する。これにより、前後力が矢印51に戻り、スリップの発生を抑止できる。例えば、左右駆動力配分による右旋回を実施している場合に、車両1000のスリップにより右旋回方向の旋回量が不足する場合は、右旋回側に電動パワーステアリングモータ1060によるアシストトルクを付加する。
図5は、電動パワーステアリングモータ1060のトルクを算出する手法を示す模式図である。電動パワーステアリングモータ1060のトルクは、セルフアライニングトルク、タイヤ旋回中心点とタイロッド間距離から求まるトルク、指示タイヤ転舵角を角加速度にしてタイヤ転舵回りのイナーシャとの積で算出したタイヤ回りのトルク、を加算し、ステアリングギヤボックス比で除算することで求めることができる。なお、電動パワーステアリングモータ1060のトルク算出方法の詳細については、後述する。
以上のような観点から、本実施形態では、12V系システム1020の電源の負荷状態と、高電圧バッテリ100の充電状態(SOC)に応じて、旋回時の機構を選択する。また、外界認識とステアリング操作による予測旋回走行軌跡により、左右駆動力による旋回アシストが可能な領域であれば、左右駆動力による旋回を行う。以下、詳細に説明する。
図6は、本実施形態に係る制御装置200とその周辺の構成を詳細に示す模式図である。制御装置200は、外界認識部202、車載センサ204、旋回支援角演算部206、プレビューコーナー制御目標ヨーレート演算部208、目標ヨーレート演算部209、制御目標ヨーレート演算部210、減算部212,213、車体付加モーメント演算部214、予測旋回半径演算部216、予測すべり角演算部218、すべり角変化率演算部220、車両ヨーレート演算部222、ヨーレートF/B演算部224、重み付けゲイン演算部226、予測旋回半径演算部228、予測すべり角演算部230、すべり角変化率演算部232、モータ最大トルク駆動力演算部234、最大旋回半径演算部236、旋回可能すべり角演算部238、すべり角変化率判定部240、旋回手段判定演算部242、駆動力演算部244、スリップ判定部245、操舵トルク指示部246、モータ要求トルク指示部248、を有して構成されている。
図6において、車載センサ20は、上述した車輪速センサ127,128、前後加速度センサ132、横加速度センサ134、舵角センサ138、ヨーレートセンサ142、アクセル開度センサ146を含む。舵角センサ138はステアリングホイール130の操舵角θhを検出する。また、ヨーレートセンサ142は車両1000の実ヨーレートγを検出し、車輪速センサ127,128は車両速度(車速)Vを検出する。横加速度センサ134は、車両1000の横加速度Ayを検出する。
目標ヨーレート演算部20は、ステアリング操舵角θhおよび車両速度Vに基づいて目標ヨーレートγ_tgtを演算する。具体的には、目標ヨーレート演算部202は、一般的な平面2輪モデルを表す以下の式(1)から目標ヨーレートγ_tgtを演算する。目標ヨーレートγ_tgtは、式(1)の右辺に、式(2)および式(3)から算出される値を代入することによって算出される。算出された目標ヨーレートγ_tgtは、減算部21へ入力される。
Figure 0006352956
Figure 0006352956
Figure 0006352956
なお、式(1)〜式(3)における変数、定数、演算子は以下の通りである。
γ_tgt:目標ヨーレート
θh:ステアリング操舵角
V:車両速度
T:車両の時定数
S:ラプラス演算子
N:ステアリングギヤ比
l:車両ホイールベース
:車両重心点から前輪中心までの距離
:車両重心点から後輪中心までの距離
m:車両重量
ftgt:目標コーナリングパワー(前方輪)
rtgt:目標コーナリングパワー(後方輪)
以上のように、目標ヨーレートγ_tgtは、車両速度V、及びタイヤ舵角δを変数として、式(1)から算出される。式(2)における定数Atgtは車両の特性を表す定数であり、式(3)から求められる。
外界認識部202は、外部の環境を認識するための構成要素である。また、外界認識部202は、ステレオカメラを備える。外部認識部20が備えるステレオカメラは、車両外部を撮像し、車両外部の画像情報、特に車両前方の路面、走行レーンを示す車線、先行車、信号機、各種標識類の画像情報を取得する。ステレオカメラは、CCDセンサ、CMOSセンサ等の撮像素子を有する左右1対のカメラを有して構成され、車両外の外部環境を撮像することで画像情報を取得する。
外界認識部202は、左右1対のカメラによって自車両進行方向を撮像して得られた左右1組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって対象物(先行車など)までの距離情報を生成して取得することができる。また、外界認識部202は、三角測量の原理によって生成した距離情報に対して、周知のグルーピング処理を行い、グルーピング処理した距離情報を予め設定しておいた三次元的な立体物データ等と比較することにより、立体物データや白線データ等を検出することができる。これにより、外界認識部202は、走行レーンを示す車線、一時停止の標識、停止線、ETCゲートなどを認識することもできる。
図7は、外界認識部202による、進行路との横偏差εの算出方法を説明するための模式図である。図7に示すように、外界認識部202は、車両1000が走行する走行レーンの白線Wを検出し、外界認識部202から前方に向かって前方注視点距離Lだけ離れた直線L1と白線Wとの交点P1,P2で白線座標を求める。そして、交点P1,P2の中点P3で進行路座標を求める。また、外界認識部202の前方向と直線L1との交点P4(前方注視点)の座標を求める。図7において、進行路との偏差ε’は目標進行路と車両前方注視点との横変位量ε(P3−P4間の距離)で近似することができるため、ε’→εとする。
旋回支援角演算部206は、外界認識部202で事前に検知した目標進行路と車両前方注視点との横変位量εと前方注視点距離Lとから、操舵量に相当するパラメータ(=旋回支援角度α[rad])を算出する。旋回支援角度αは、以下の式(4)から算出することができる。
α=2×sin−1(ε/2L) ・・・・(4)
また、旋回支援角演算部206は、旋回支援角度αに対して、所定のチューニングゲイン(定数)を乗算することで、旋回支援角度目標値αTgtを算出する。
コーナー進入時、コーナー走行時等にステアリングホイール130による操舵量が不足した場合には、旋回支援角度目標値αTgtによるリアトルクベクタリング制御(運転支援制御)を実施する。このため、プレビューコーナー制御目標ヨーレート演算部208は、旋回支援角度目標値αTgtを平面2輪モデルの式(1)のθh/Nとすることで、運転支援制御用目標ヨーレートγ2_Tgtを求める。
操安制御用目標ヨーレート演算部210が算出した操安制御用目標ヨーレートγ1_Tgtと、プレビューコーナ制御目標ヨーレート演算部208が算出した運転支援制御用目標ヨーレートγ2_Tgtは、共に制御目標ヨーレート演算部210に入力される。制御目標ヨーレート演算部210は、ステアリングホイール130の操舵角θhと、進行路との横偏差εとに基づき、ドライバーによる操舵の向きと外界認識部202が認識した推定進行路の向きが同じ場合は、入力されたγ1_Tgtとγ2_Tgtのうちゲインが高いものを制御目標ヨーレートγTgtとして選択し、減算部212へ出力する。
また、制御目標ヨーレート演算部21は、ステアリングホイール130の操舵角θhと、進行路との横偏差εとに基づき、ドライバーによる操舵の向きと外界認識部202が認識した推定進行路の向きが逆向きの場合は、ドライバーが外界認識部202による推定進行路とは違う方向へ移動する意思があるものと判断する。この場合、制御目標ヨーレート演算部212は、外界認識部202による車線追従制御がドライバーの操舵と干渉することを防ぐため、所定のしきい値以上のステアリングホイール130の操舵量を検知した段階で、操安制御用目標ヨーレートγ1_Tgtを制御目標ヨーレートγTgtとして選択し、減算部212へ出力する。
車両ヨーレート演算部222は、車両ヨーレートを算出するための以下の式から、ヨーレートモデル値γ_clcを演算する。具体的には、以下の式(5)、式(6)へ車両速度V、ステアリング操舵角θhを代入し、式(5)、式(6)を連立して解くことで、ヨーレートモデル値γ_clc(式(5)、式(6)におけるγ)を演算する。式(5)、式(6)において、Kはコーナリングパワー(フロント)、Kはコーナリングパワー(リア)を示している。なお、式(4)では、式(5)、式(6)のコーナリングパワーK,Kとは異なる目標コーナリングパワーKftgt,Krtgtを用いることで、目標ヨーレートγ_tgtがヨーレートモデル値γ_clcよりも大きくなるようにして、旋回性能を高めている。ヨーレートモデル値γ_clcは、ヨーレートF/B演算部224へ出力される。また、ヨーレートモデル値γ_clcは、減算部213へ出力される。
Figure 0006352956
一方、ヨーレートセンサ142が検出した車両1000の実ヨーレートγ(以下では、実ヨーレートγ_sensと称する)は、減算部213へ入力される。減算部213は、実ヨーレートγ_sensからヨーレートモデル値γ_clcを減算し、実ヨーレートγ_sensとヨーレートモデル値γ_clcとの差分γ_diffを求める。差分γ_diffは重み付けゲイン演算部226へ入力される。
重み付けゲイン演算部226は、実ヨーレートγ_sensとヨーレートモデル値γ_clcとの差分γ_diffに基づいて、重み付けゲインaを算出する。
ヨーレートF/B演算部224には、ヨーレートモデル値γ_clc、実ヨーレートγ_sens、及び重み付けゲインaが入力される。ヨーレートF/B演算部224は、以下の式(7)に基づき、ヨーレートモデル値γ_clcと実ヨーレートγ_sensを重み付けゲインaによって重み付けし、フィードバックヨーレートγ_F/Bを算出する。算出されたフィードバックヨーレートγ_F/Bは、減算部212へ出力される。
γ_F/B=a×γ_clc+(1−a)×γ_sens ・・・・(7)
図8は、重み付けゲイン演算部226が重み付けゲインaを演算する際のゲインマップを示す模式図である。図8に示すように、重み付けゲインaの値は、車両モデルの信頼度に応じて0から1の間で可変する。車両モデルの信頼度を図る指標として、ヨーレートモデル値γ_clcと実ヨーレートγ_sensとの差分(偏差)γ_diffを用いる。図8に示すように、差分γ_diffの絶対値が小さい程、重み付けゲインaの値が大きくなるようにゲインマップが設定されている。重み付けゲイン演算部226は、差分γ_diffに図8のマップ処理を施し、車両モデルの信頼度に応じた重み付けゲインaを演算する。
図8において、重み付けゲインaは0〜1の値である(0≦a<1)。−0.05[rad/s]≦γ_diff≦0.05[rad/s]の場合、重み付けゲインaは1とされる(a=1)。
また、0.05<γ_diffの場合、またはγ_diff<−0.05の場合、重み付けゲインaは0とされる(a=0)。
また、0.05[rad/s]<γ_diff<0.1[rad/s]の場合、重み付けゲインaは以下の式より算出される。
a=−20×γ_diff+2
また、−0.1[rad/s]≦γ_diff<−0.05[rad/s]の場合、重み付けゲインaは以下の式より算出される。
a=+20×γ_diff+2
図8に示すゲインマップの領域A1は、差分γ_diffが0に近づく領域であり、実ヨーレートγ_sensのS/N比が小さい領域や、タイヤ特性が線形の領域(ドライの路面)であり、車両ヨーレート演算部222から演算されるヨーレートモデル値γ_clcの信頼性が高い。このため、重み付けゲインa=1として、式(7)よりヨーレートモデル値γ_clcの配分を100%としてフィードバックヨーレートγ_F/Bが演算される。これにより、ヨーレートγ_sensに含まれるヨーレートセンサ142のノイズの影響を抑止することができ、フィードバックヨーレートγ_F/Bからセンサノイズを排除することができる。従って、車両1000の振動を抑制して乗り心地を向上することができる。
ここで、実ヨーレートγと車両モデルから求まるヨーレートモデル値γ_clcとの間に乖離が生じる要因として、タイヤの動的特性が挙げられる。上述した平面2輪モデルは、タイヤのスリップ角と横加速度との関係(タイヤのコーナーリング特性)が線形である領域を想定しており、この線形領域では、実ヨーレートγとヨーレートモデル値γ_clcは略一致する。スリップ角に対して横加速度が線形となる線形領域(ステアリング操舵速度が比較的遅い領域)では、ヨーレートセンサ142のセンサノイズによる影響が発生する。従って、この領域ではヨーレートモデル値γ_clcを使用する。
一方、タイヤのコーナーリング特性が非線形になる領域では、実車のヨーレートと横加速度が舵角やスリップ角に対して非線形になり、平面2輪モデルと実車でセンシングされるヨーレートとが乖離する。このような過渡的な非線形領域ではヨーレートセンサ142のセンサ特性上、ノイズが発生しないため、実ヨーレートγが使用可能である。非線形領域は、例えばステアリングの切り換えしのタイミングに相当する。実ヨーレートγがヨーレートモデル値γ_clcを超える場合は、非線形領域に相当し、センサノイズの影響を受けないため実ヨーレートγを使用することで、真値に基づいた制御が可能である。なお、タイヤの非線形性を考慮したモデルを使用すると、ヨーレートに基づく制御が煩雑になるが、本実施形態によれば、ヨーレートモデル値γ_clcの信頼度を差分γ_diffに基づいて容易に判定することができ、非線形領域では実ヨーレートγの配分を多くして使用することが可能である。また、タイヤの動的特性の影響を受け難い領域はヨーレートモデル値γ_clcで対応可能である。
また、図8に示すゲインマップの領域A2は、差分γ_diffが大きくなる領域であり、ウェット路面走行時、雪道走行時、または高Gがかかる旋回時などに相当し、タイヤが滑っている限界領域である。この領域では、車両ヨーレート演算部222から演算されるヨーレートモデル値γ_clcの信頼性が低くなり、差分γ_diffがより大きくなる。このため、重み付けゲインa=0として、式(7)より実ヨーレートγ_sensの配分を100%としてフィードバックヨーレートγ_F/Bが演算される。これにより、実ヨーレートγ_sensに基づいてフィードバックの精度を確保し、実車の挙動を反映したヨーレートのフィードバック制御が行われる。従って、実ヨーレートγ_sensに基づいて車両1000の旋回を最適に制御することができる。また、タイヤが滑っている領域であるため、ヨーレートセンサ142の信号にノイズの影響が生じていたとしても、車両1000の振動としてドライバーが感じることはなく、乗り心地の低下も抑止できる。図8に示す低μの領域A2の設定については、設計要件から重み付けゲインκ=0となる領域を決めても良いし、低μ路面を実際に車両1000が走行した時の操縦安定性能、乗り心地等から実験的に決めても良い。
また、図8に示すゲインマップの領域A3は、線形領域から限界領域へ遷移する領域(非線形領域)であり、実車である車両1000のタイヤ特性も必要に応じて考慮して、ヨーレートモデル値γ_clcと実ヨーレートγ_sensの配分(重み付けゲインa)を線形に変化させる。領域A1(高μ域)から領域A2(低μ域)への遷移、ないし領域A2(低μ域)から領域A1(高μ域)へ遷移する領域においては、重み付けゲインaの急変に伴うトルク変動、ヨーレートの変動を抑えるため、線形補間で重み付けゲインaを演算する。
また、図8に示すゲインマップの領域A4は、実ヨーレートγ_sensの方がヨーレートモデル値γ_clcよりも大きい場合に相当する。例えば、車両ヨーレート演算部222に誤ったパラメータが入力されてヨーレートモデル値γ_clcが誤計算された場合等においては、領域A4のマップにより実ヨーレートγ_sensを用いて制御を行うことができる。なお、重み付けゲインaの範囲は0〜1の間に限定されるものではなく、車両制御として成立する範囲であれば任意の値を取れる様に構成を変更することも、本発明の技術で成し得る範疇に入る。
減算部213は、制御目標ヨーレート演算部210から入力された制御目標ヨーレートγ_tgtからフィードバックヨーレートγ_F/Bを減算し、制御目標ヨーレートγ_tgtとフィードバックヨーレートγ_F/Bとの差分Δγを求める。すなわち、差分Δγは、以下の式(8)から算出される。
Δγ=γ_Tgt−γ_F/B ・・・・(8)
差分Δγは、ヨーレート補正量として車体付加モーメント演算部214へ入力される。
車体付加モーメント演算部214は、入力された差分Δγに基づいて、差分Δγが0となるように、すなわち、制御目標ヨーレートγ_tgtがフィードバックヨーレートγ_F/Bと一致するように、車体付加モーメントMgを演算する。具体的には、車体付加モーメントMgは以下の式(9)から算出される。これにより、車両1000の中心位置において、旋回に必要な車体付加モーメントMgが求まる。車体付加モーメントMgに基づいて、車両1000に旋回モーメントが付加される。
Figure 0006352956
次に、本実施形態に係る制御装置200が行う全体的な処理について説明する。図9は、本実施形態の全体的な処理を示すフローチャートである。先ず、ステップS100では、イグニッションキー(イグニッションSW)がオンであるか否かを判定する。イグニッションキーがオンされた場合はステップS102へ進み、イグニッションキーがオンされていな場合はステップS100で待機する。
ステップS102では、インヒビターポジションセンサ(IHN)144がP(パーキング)又はN(ニュートラル)の位置を示しているか否かを判定し、P(パーキング)又はN(ニュートラル)の位置である場合はステップS104へ進む。また、ステップS102でP(パーキング)又はN(ニュートラル)の位置でない場合はステップS106へ進み、イグニッションキーがオンされているか否かを判定し、イグニッションキーがオンされている場合はステップS102へ戻る。ステップS106でイグニッションキーがオフの場合はステップS108へ進み、車両の起動処理を終了してステップS100へ戻る。
ステップS104では車両1000の起動処理を行い、次のステップS110では、インヒビターポジションセンサ(IHN)144がD(ドライブ)又はR(後進)の位置を示しているか否かを判定する。そして、インヒビターポジションセンサ(IHN)144がD(ドライブ)又はR(後進)の位置を示している場合は、ステップS112へ進み、走行制御の処理を開始する。一方、ステップS110でインヒビターポジションセンサ(IHN)144がD(ドライブ)又はR(後進)の位置を示していない場合は、ステップS113へ進み、イグニッションキーがオンされているか否かを判定し、イグニッションキーがオンされている場合はステップS110へ戻る。ステップS113でイグニッションキーがオフの場合はステップS108へ進み、車両の起動処理を終了する。
上述したように本実施形態では、高電圧バッテリ100の充電状態が低下した場合には、モータ108,110,112,114の左右駆動力配分による旋回制御から電動パワーステアリングモータ1060による操舵制御に切り換え、電動パワーステアリングモータ1060のトルクを増加させる。また、車両1000のすべり角に応じて、左右駆動力配分による旋回制御から電動パワーステアリングモータ1060による操舵制御に切り換える。
また、モータ108,110,112,114の左右駆動力配分による旋回制御を実施している最中に車輪がスリップすると、車両1000の挙動が不安定になる。このため、本実施形態では、モータ108,110,112,114の左右駆動力配分による旋回制御を実施している最中にスリップ判定を行い、スリップが発生した場合には、電動パワーステアリングモータ1060のモータトルクを制御し、所望の旋回を達成するとともに車両挙動を安定させる。
図10は、本実施形態に係る左右駆動力配分による旋回制御と操舵制御の概要を示すフローチャートである。先ず、ステップS410では、車両状態を判定する。ここでは、すべり角とSOCから車両状態を判定し、すべり角が所定値未満であり、SOCが所定値以上の場合はステップS412へ進む。ステップS412では、左右駆動力制御による旋回駆動制御を行うことを決定する。次のステップS414では、左右駆動力制御による旋回駆動力MgMotTqを演算する。
また、ステップS410の条件を満たさない場合は、ステップS416へ進む。ステップS416では、すべり角とSOCから車両状態を判定し、すべり角が所定値以上であり、SOCが所定値以上の場合はステップS418へ進む。ステップS418では、左右駆動力制御による旋回駆動制御と、電動パワーステアリングモータ1060による操舵旋回の双方を行うことを決定する。次のステップS420では、左右駆動力制御による旋回駆動力MgMotTqと電動パワーステアリングモータ1060による操舵モータトルク(ステアリング操舵アシストトルク)δmotTqを演算する。
また、ステップS416の条件を満たさない場合は、ステップS422へ進む。ステップS422では、電動パワーステアリングモータによる操舵旋回を行うことを決定する。次のステップS424では、電動パワーステアリングモータ1060による操舵モータトルクδmotTqを演算する。
また、ステップS414の後はステップS426へ進み、車両1000にスリップが発生しているか否かを判定し、スリップが発生している場合はステップS418へ進む。一方、スリップが発生していない場合は処理を終了する。
また、ステップS420の後はステップS428へ進み、車両1000にスリップが発生しているか否かを判定し、スリップが発生している場合はステップS422へ進む。一方、スリップが発生していない場合は処理を終了する。
以上のように、本実施形態に係る制御では、左右駆動力制御のみでは,路面摩擦係数μが低下した状態でスリップを起こす可能性があるため、スリップ検出を併用して行い、スリップを検出した場合は、(左右駆動力制御)→(左右駆動力制御+転舵駆動力制御)→(操舵駆動力制御)のように旋回手段を遷移させ、車両安定性を制御する。
図11は、図9のステップS112の処理を詳細に示すフローチャートである。先ず、ステップS113では、入力値としてアクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量を取得する。次のステップS114では、アクセルペダルの操作量が0.1以上であるか否かを判定し、操作量が0.1以上の場合はステップS116へ進む。ステップS116では、アクセルペダルの操作量に基づいて要求駆動力reqFを算出する。なお、要求駆動力reqFの算出は、例えばアクセル開度と要求駆動力reqFとの関係を規定したマップに基づいて行うことができる。一方、アクセルペダルの操作量が0.1未満の場合はステップS118へ進み、各モータ108,110,112,114の回生制動制御を行う。
ステップS116,S118の後はステップS120へ進む。ステップS120では、図10に示すような手法により、旋回手段の切り換え制御を行う。次のステップS122では、スリップ判定制御を行う。次のステップS124では、モータトルク指示値を算出し、各モータ108,110,112,114へ出力を指示する。次のステップS126では、前後加速度センサ132、横加速度センサ134により車両1000の加速度を検出する。
ステップS126の後はステップS127へ進み、スリップ判定演算を行う。次のステップS128では、Slip_Flg=0であるか否かを判定し、Slip_Flg=0の場合はステップS130へ進み、Slip_Flg1=0、Slip_Flg2=0とする。
一方、ステップS128でSlip_Flg=0でない場合はステップS132へ進み、Slip_Flg1=1であるか否かを判定し、Slip_Flg1=1の場合はステップS134へ進み、Slip_Flg2=1とする。ステップS132でSlip_Flg1=1でない場合はステップS136へ進み、Slip_Flg1=1とする。ステップS130,S134,S136の後はステップS120へ戻る。
図12は、図11のステップS127のスリップ判定演算の処理を詳細に示すフローチャートである。この処理は、スリップ判定部245によって行われる。先ず、ステップS300では、入力値として|ΔNew|と|Δγ|を取得する。ここで、ΔNewは左右差回転理論値(絶対値)|ΔNew_clc|と左右差回転実値(絶対値)|ΔNew_real|との差分の絶対値であり、|ΔNew|=|ΔNew_clc−ΔNew_real|である。また、|Δγ|=|γtgt−γF/B|である。
次のステップS302では、|ΔNew|≧150rpmであるか否かを判定し、|ΔNew|≧150rpmの場合はステップS304へ進み、|Δγ|≧0.75rad/sであるか否かを判定する。ステップS304で|Δγ|≧0.75rad/sの場合はステップS306へ進み、スリップ判定フラグSlip_Flg=1とする。一方、ステップS302で|ΔNew|<150rpmの場合、又は、ステップS304で|Δγ|<0.75rad/sの場合は、ステップS308へ進み、スリップ判定フラグSlip_Flg=0とする。
図11のステップS130〜S136では、図12の処理により算出されたSlip_Flgの状態に応じて、Slip_Flg1、Slip_Flg2の状態が設定される。Slip_Flgが0であれば、Slip_Flg1、Slip_Flg2はいずれも0に設定されるが、Slip_Flgが1であれば、次の制御周期でSlip_Flg1が1に設定され、更に次の制御周期でSlip_Flg2が1に設定される。
次に、図11の処理の主要な処理について詳細に説明する。図13は、図11のステップS120の処理の概要を示すフローチャートである。先ず、ステップS200では、入力値として車両速度V、ステアリング操舵角θh、SOC、カメラ情報(Cam)を取得する。次のステップS202では、フラグSlip_Flg1、Slip_Flg2の状態に基づいてスリップ判定を行う。次のステップS204では、予測旋回半径演算部216が、ステレオカメラの画像から予測旋回半径tgtRcamを演算する。次のステップS206では、予測旋回半径演算部228が、ドライバーのステアリング操作による予測旋回半径tgtRstを演算する。なお、予測旋回半径tgtRcamの演算方法については、後述する。
次のステップS208では、最大旋回半径演算部236が、最大旋回半径tvmaxRを演算する。最大旋回半径演算部236は、モータ最大トルク駆動力演算部234が車両速度Vまたはモータ回転数に基づいて演算した最大モータトルクに基づいて、駆動力旋回限界半径マップから最大旋回半径tvmaxRを演算する。なお、駆動力旋回限界半径マップについては後述する。次のステップS210では、すべり角を演算する。ここでは、予測すべり角演算部218が、車体中心のすべり角値に変換し、予測旋回半径tgtRcamからすべり角tgtβcamを演算する。また、予測すべり角演算部230が、予測旋回半径tgtRstからすべり角tgtβstを演算する。また、旋回可能すべり角演算部238が、最大旋回半径tvmaxRからすべり角tvmaxβを演算する。
次のステップS212では、すべり角変化率演算部220が、すべり角tgtβcamをすべり角tvmaxβで除算することによりすべり角率ratβcamを演算する。また、すべり角変化率演算部232が、すべり角tgtβstをすべり角tvmaxβで除算することによりすべり角率ratβstを演算する。
次のステップS214では、すべり角適用判定を行う。ここでは、すべり角変化率判定部240が、すべり角率tvβcamとすべり角率tvβstを比較し、大きい方のすべり角率を制御値として選択する。
次のステップS216では、旋回手段判定制御部242が、旋回手段の判定を行う。旋回手段判定制御部242は、SOCとすべり角率に基づいて旋回手段を判定する。次のステップS218では、駆動力演算部244が、旋回駆動力を演算する。この演算の結果、ステップS220において、モータ108,110,112,114の旋回駆動力MgmotTq、電動パワーステアリングモータ1060によるステアリング操舵アシストトルクδmotTqが出力される。左右輪駆動トルクとしての旋回駆動力MgmotTqはモータ要求トルク指示部248に出力されて、旋回駆動力MgmotTqに基づいてモータ108,110,112,114の駆動が行われる。また、ステアリング操舵アシストトルクδmotTqは、操舵トルク指示部246に出力されて、ステアリング操舵アシストトルクδmotTqに基づいて電動パワーステアリングモータ1060の駆動が行われる。このように、旋回手段判定演算部242と駆動力演算部244は、車体付加モーメントMgを付加するためにステアリング操舵アシストトルクδmotTqと左右輪駆動トルクとしての旋回駆動力MgmotTqを調整する調整部として機能する。
図14は、図11のステップS120の処理を更に詳細に示すフローチャートである。また、図15は、図11のステップS122の処理を更に詳細に示すフローチャートである。図15の処理は図14の処理に続けて行われる。先ず、図14のステップS230では、入力値として車両速度V、ステアリング操舵角θh、SOC、カメラ情報(Cam)、スリップ判定状態を取得する。次のステップS232では、Slip_Flg1=0であるか否かを判定し、Slip_Flg1=0の場合はステップS234へ進む。ステップS234では、最大旋回半径演算部236が、最大旋回半径tvmaxRを演算する。次のステップS236では、旋回可能すべり角演算部238が、すべり角tvmaxβを演算する。
次のステップS238では、外界認識部202のステレオカメラの状態(カメラ情報(Cam))を取得する。次のステップS240では、ステップS238で取得したカメラ状態に基づいて、Cam=1であるか否かを判定し、Cam=1の場合はステップS242へ進む。ここで、Cam=1の場合はカメラ状態が良好であり、Cam=0の場合はカメラ状態がNGであるものとする。
ステップS242では、予測旋回半径演算部216が予測旋回半径tgtRcamを演算し、次のステップS244では、予測すべり角演算部218がすべり角tgtβcamを演算する。次のステップS246では、すべり角変化率演算部220がすべり角率ratβcamを演算する。
一方、ステップS240でCam=0の場合はステップS248へ進む。ステップS248では、予測旋回半径演算部228が予測旋回半径tgtRstを演算し、次のステップS250では、予測すべり角演算部230がすべり角tgtβstを演算する。次のステップS252では、すべり角変化率演算部232が、すべり角率ratβstを演算する。
ステップS246,S252の後は図15のステップS254へ進む。ステップS254では、すべり角変化率判定部240がすべり角率ratβcamとすべり角率ratβstを比較し、ratβcam<ratβstの場合はステップS256へ進む。ステップS256では、すべり角変化率判定部240が、目標すべり角変化率βをすべり角変化率ratβstとする。
一方、ステップS254でratβcam≧ratβstの場合はステップS258へ進む。ステップS258では、すべり角変化率判定部240が、目標すべり角変化率βをすべり角変化率ratβcamとする。ステップS256,S258の後はステップS260へ進む。
ステップS260では、旋回手段判定演算部242が、ステップS256,S258で設定した目標すべり角βとSOCの値に基づいて、β<1かつSOC≧Zであるか否かを判定し、β<1かつSOC≧Zの場合はステップS262へ進む。ステップS262では、旋回手段判定演算部242が、旋回駆動力として旋回モータトルクを演算することを決定する。次のステップS264では、旋回駆動力演算部244が、旋回駆動力を演算する。ここでは、ステップS262の結果に基づいて、MgmotTq=clcmotTq、δmotTq=0とする。具体的には、旋回駆動力演算部244は、以下の各式に基づいてclcmotTqを演算する。
Figure 0006352956
ステップS260でβ<1かつSOC≧Zでない場合は、ステップS266へ進む。ステップS266では、β≧1かつSOC≧Zであるか否かを判定し、β≧1かつSOC≧Zの場合はステップS268へ進む。ステップS268では、旋回手段判定演算部242が、旋回駆動力として左右駆動力の旋回モータトルク及び電動パワーステアリングモータ1060のトルクを演算することを決定する。次のステップS270では、旋回駆動力演算部244が、旋回駆動力を演算する。ここでは、ステップS268の結果に基づいて、MgmotTq=clcmotTq、δmotTq=clcδTqとする。具体的には、旋回駆動力演算部244は、以下の各式に基づいてclcmotTq,clcδTqを演算する。この場合、clcmotTqはモータトルク最大値maxMotTqとなり、clcδTqは旋回に必要なヨーレートからモータトルクにより発生するヨーレートを差し引いた分のトルクとなる。
Figure 0006352956
ステップS266でβ≧1かつSOC≧Zでない場合はステップS272へ進む。ステップS272では、旋回手段判定演算部242が、旋回駆動力として電動パワーステアリングモータ1060のトルクを演算することを決定する。次のステップS274では、旋回駆動力演算部244が、旋回駆動力を演算する。ここでは、ステップS272の結果に基づいて、MgmotTq=0、δmotTq=clcδTqとする。具体的には、旋回駆動力演算部244は、以下の各式に基づいてclcMotTq,clcδTqを演算する。この場合、clcMotTqはモータトルク最大値maxMotTqとなり、clcδTqは旋回に必要なヨーレートからモータトルクにより発生するヨーレートを差し引いた分のトルクとなる。
Figure 0006352956
なお、式(10)〜式(27)における変数、定数、演算子は以下の通りである。
tgtδ:目標ステアリング操舵角
tgtβ:目標車体すべり角
tgtγ:目標ヨーレート
clcδTq:旋回ステアリング操舵トルク
SAfl:セルフアライニングトルク左前
SAfr:セルフアライニングトルク
tp:タイヤ転舵中心−タイロッドエンド間距離
tb:タイヤ転舵軸回転廻りの慣性
St_Gboxratio:ステアリングギヤ比
Iz:車両ヨー慣性
D:旋回左右駆動力差
Dmax:最大旋回左右駆動力差
TireR:タイヤ半径
Gboxratio:モータギヤボックスギヤ比
γδ:ステアリング操舵角で得られるヨーレート
γMg:左右駆動力配分で得られるヨーレート
A:スタビリティファクター
また、ステップS232でSlip_Flg1=1の場合はステップS276へ進む。ステップS276では、Slip_Flg2=1であるか否かを判定し、Slip_Flg2=1の場合は図15のステップS272へ進む。一方、ステップS276でSlip_Flg2=0の場合は図15のステップS266へ進む。
上述したように、Slip_Flg1、Slip_Flg2の状態は、スリップが発生していることが判定されてからの制御周期に応じて定まる。ステップS232,S276の処理により、スリップが発生し始めた時点ではステップS274の処理が行われ、その後はステップS266の判定に応じてステップS268、ステップS272のいずれかの処理が行われる。なお、ステップS232,S276の判定は、スリップ判定部245によって行われる。
以上のように、図15の処理によれば、SOC<Zの場合は電動パワーステアリングモータ1060のトルクにより操舵アシストが行われるため、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した旋回中に、高電圧バッテリ100の充電量の低下により、左右駆動力差を利用した駆動力制御による旋回アシスト制御が出来なくなることを確実に抑止できる。
また、図15の処理によれば、すべり角変化率が大きい場合は、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した駆動力制御が頻繁に行われるため、車両挙動に影響は生じてドライバビリティが低下する可能性があるが、電動パワーステアリングモータ1060のトルクによる操舵アシストに切り換えることで、車両挙動を安定させることが可能となる。これにより、ドライバビリティを大幅に向上することができる。なお、図15では、SOCとすべり角変化率をしきい値と比較した結果に基づいて制御手段を切り換えているが、SOCとすべり角変化率の値に基づいて、左右駆動力のモータトルクと電動パワーステアリングモータ1060のトルクを連続的に可変させても良い。また、制御目標ヨーレートγ_tgtとフィードバックヨーレートγ_F/Bとの差分Δγ、または実ヨーレートγ_sensとヨーレートモデル値γ_clcとの差分γ_diffに基づいて制御手段を切り換えても良い。この場合、差分が小さく高SOC状態のときは左右駆動力配分のみによる旋回を行い、差分が大きく低SOC状態のときはステアリング操舵のみによる旋回を行い、差分が設定したしきい値以下でかつ中SOC状態のときはステアリング操舵と左右駆動力配分による旋回を行う。
また、図15の処理によれば、旋回手段の判定の際には、旋回半径Rでは無く、車体のすべり角(tgtβcam,tgtβst)から算出するすべり角変化率(ratβcam,ratβst)に基づいて判定することで、車両1000自体への制御量を定量的に示すことができるため、制御精度を大幅に向上することができる。
また、ステレオカメラの画像情報から求まるすべり角変化率ratβcamと、ステアリング操舵角から求まるすべり角変化率ratβstを比較し、大きな値を選択して制御に用いることで、いずれか一方で処理を行った場合に発生するオーバライド条件を削減でき、制御フローの簡素化を図ることができる。
以上のようにして旋回駆動力が演算されると、図11のステップS124において、モータトルクの出力指示が行われる。旋回時の各モータ108,110,112,114のモータトルク指示値は以下の式(28)〜式(31)で表すことができる。モータ要求トルク指示部248は、式(28)〜式(31)に基づいて、各モータ108,110,112,114のモータトルク指示値TqmotFl,TqmotFr,TqmotRl,TqmotRrを算出する。
TqmotFl(左前輪のモータトルク指示値)=reqTq/4 ・・・(28)
TqmotFr(右前輪のモータトルク指示値)=reqTq/4 ・・・(29)
TqmotRl(左後輪のモータトルク指示値)
=reqTq/4−(±Tvmot) ・・・(30)
TqmotRr(右後輪のモータトルク指示値)
=reqTq/4+(±Tvmot) ・・・(31)
ここで、付加トルクTvmotが、旋回駆動力MgmotTqに相当する。付加トルクTvmotの符号は、旋回方向に応じて設定される。なお、ここでは、左後輪と右後輪に付加トルクTvmotを付加することで左右駆動力制御を行うこととしたが、左前輪と右前輪に付加トルクTvmotを付加しても良いし、4輪に付加トルクTvmotを付加しても良い。
また、操舵トルク指示部246は、ステアリング操舵アシストトルクδmotTqを電動パワーステアリングモータ1060のトルクとして出力する。
図16は、図13のステップS204,S210、図14のステップS242,S244において、予測旋回半径演算部216が予測旋回半径tgtRcamを演算し、予測すべり角演算部218が予測すべり角tgtβcamを演算する処理を示すフローチャートである。また、図17は、車両1000の上方から車両1000と車線を見た状態を示す模式図であって、前方視点距離L[m]、前方注視点における目標走行軌跡と白線距離との差dst1,dst2、目標走行軌跡tCosTを示している。先ず、ステップS320では、入力値として、ステアリング操舵角θh、外界認識部202により取得された路面上の車線の認識状況、前方注視点距離L[m]に対する白線Wとの距離dstを取得する。
次のステップS322では、目標走行軌跡を演算する。目標走行軌跡tCosT(tgtCourceTaskは、以下の式から算出される。なお、目標走行軌跡は外界認識部202または予測旋回半径演算部216が演算する。また、目標走行軌跡tCosTは、車両1000から車両1000の正面に延在する直線とすることができる。
Figure 0006352956
次のステップS324では、前方注視点における目標走行軌跡と白線距離との差dst1,dst2を算出する。dst1,dst2は、以下の式から算出される。
dst1=tCosT1−Cam1 ・・・(33)
dst2=tCosT2−Cam2 ・・・(34)
次のステップS326では、予測旋回半径演算部216が予測旋回半径tgtRを演算する。予測旋回半径tgtRは、以下の各式より算出される。
前回値:tanφ1=dst1/L ・・・(35)
現在値:tanφ2=dst2/L ・・・(36)
φ1=atan(dst1/L) ・・・(37)
φ2=atan(dst2/L) ・・・(38)
addφ=φ2−φ1 ・・・(39)
tgt_Yaw_angle=addφ ・・・(40)
tgt_add_γ=d/dt(tgt_Yaw_angle) ・・・(41)
Figure 0006352956
次のステップS328では、予測すべり角演算部218が予測すべり角tgtβcamを演算する。予測すべり角tgtβcamは、以下の式から算出される。
Figure 0006352956
図13のステップS206、図14のステップS248において、予測旋回半径演算部228による予測旋回半径tgtRstの演算は、予測旋回半径tgtRcamの演算と同様の手法により行うことができる。この場合、ステアリング操舵角θhと車両速度Vに基づいて、式(1)から目標ヨーレートγ_tgtが求まるため、γ_tgtを式(42)のtgt_add_γとして代入することで、式(42)、式(43)から予測旋回半径tgtRcamを求めることができる。また、図13のステップS210、図14のステップS250において、予測すべり角tgtβstは、式(44)に基づいて算出することができる。
図18は、最大旋回半径演算部236が最大旋回半径tvmaxRを演算する際に用いる駆動力旋回限界半径マップを示す特性図である。図18に示すように、車両速度Vが大きくなるほど、最大旋回半径tvmaxRは小さくなる。
図19A〜図19Dは、図18のマップを作成する流れを説明するための特性図である。先ず、図19Aに示すように、モータのT−N特性を得ることで、モータの回転数に応じた最大トルクが求まる。次に、図19Bに示すように、図19Aの横軸を、減速機構のギヤ比に応じて車両速度Vに変換し、トルクの値を2倍にすることで、左右モータの最大差トルクの特性を求める。
次に、図19Bの特性に対して、縦軸のモータトルクを、ギヤ比、タイヤ半径から駆動力に変換し、車両のトレッドから車体旋回中心に発生する旋回付加ヨーモーメント[N・m]を算出する。得られた旋回付加ヨーモーメントを車両のヨー慣性モーメントで除算することでヨー角加速度が算出され、得られたヨー角加速度を積分するとヨーレート(ヨー角速度)が得られる。これにより、図19Cに示すように、車両速度Vに対する、左右駆動力配分制御で得られるヨーレートのマップを得る。
次に、図19Cの特性から得られるヨーレートと車両速度Vから、以下の式(45)に基づいてステアリング操舵角が得られる。これにより、図19Dに示すマップが得られる。
Figure 0006352956
次に、図19Dの特性から得られるステアリング操舵角θhから、式(43)に基づいて旋回半径が得られる。これにより、図18のマップを得ることができる。従って、最大旋回半径演算部236は、図18のマップに基づいて最大旋回半径tvmaxRを演算することができる。
図20A及び図20Bは、本実施形態の制御による効果を説明するための特性図である。ここで、図20Aは、電動パワーステアリングモータ1060によるステアリング操舵時を示しており、図20Bはモータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した駆動力制御による操舵時を示している。図20A及び図20Bにおいて、EPS_Currは電動パワーステアリングモータ1060の電流、EPS_Trqは電動パワーステアリングモータ1060のトルク、VSPは車両速度、St_angはステアリング操舵角、Mot_Trqはモータ108,110,112,114のトルク、EPS_Powは電動パワーステアリングモータ1060の出力、EPS_Eは電動パワーステアリングモータ1060のエネルギー、Drive_Powはモータ108,110,112,114の出力、Drive_Eはモータ108,110,112,114のエネルギー、をそれぞれ示している。
図20Aと図20Bを比較すると明らかなように、車両速度と所望旋回半径に基づいて左右駆動力制御により駆動力で旋回性能を得ることで、は電動パワーステアリングモータ1060の出力(EPS_Pow)、電動パワーステアリングモータ1060のエネルギー(EPS_E)が低下し、12V系負荷を軽減できることが判る。
一定条件での走行において1km走行時の12Vエネルギー消費はステア操舵時650Jに対して駆動操舵時600Jと50Jの差が見られた。図20A、図20Bの上から3つめの図は,走行を継続し約6km走行時のデータを示したものであり、ステア操舵時1500Jに対して駆動操舵時1200Jで300Jの電力消費を確認した。更に、またスリップを検出して制御することでエネルギロスを最小化することが可能である。
以上説明したように本実施形態によれば、高電圧バッテリ100の充電量が低下している場合は、電動パワーステアリングモータ1060のトルクにより操舵アシストが行われるため、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した旋回中に、高電圧バッテリ100の充電量の低下により左右駆動力差を利用した駆動力制御による旋回アシスト制御が出来なくなることを確実に抑止できる。
また、すべり角変化率が大きい場合は、モータ108,110,112,114による左右駆動力差を利用した駆動力制御が頻繁に行われるため、電動パワーステアリングモータ1060のトルクによる操舵アシストに切り換えることで、車両挙動を安定させることが可能となり、ドライバビリティを向上することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
137 充電状態取得部
200 制御装置
214 車体付加モーメント演算部
218,230 予測すべり角演算部
220,232 すべり角変化率演算部
238 旋回可能すべり角演算部
242 旋回手段判定演算部
244 駆動力演算部
246 操舵トルク指示部
240 すべり角変化率判定部
245 スリップ判定部
1000 車両

Claims (10)

  1. 車両のヨーレートに基づいて車体に付加する車体付加モーメントを演算する車体付加モーメント演算部と、
    ハンドル操舵系による操舵のアシストトルクを指示する操舵トルク指示部と、
    ハンドル操舵系とは独立して車体にモーメントを付加するために左右輪を独立駆動する左右輪駆動トルクを指示する左右駆動力トルク指示部と、
    前記左右輪駆動トルクを付加するための駆動源となる電力を蓄えるバッテリの充電状態を取得する充電状態取得部と、
    前記充電状態に基づいて、前記車体付加モーメントを付加するために前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整する調整部と、
    を備え
    前記調整部は、前記バッテリの充電量が低下するほど、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させることを特徴とする、車両の制御装置。
  2. 前記調整部は、前記バッテリの充電量が所定値以下である場合は、前記左右輪駆動トルクを0とすることを特徴とする、請求項1に記載の車両の制御装置。
  3. 車両の予測すべり角を演算する予測すべり角演算部と、
    前記車体付加モーメントを付加するための車輪の駆動力から求まる最大旋回半径に基づいて、旋回可能すべり角を演算する旋回可能すべり角演算部と、
    前記旋回可能すべり角に対する前記予測すべり角の比であるすべり角変化率を演算するすべり角変化率演算部と、を備え、
    前記調整部は、前記充電状態と前記すべり角変化率とに基づいて、前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整することを特徴とする、請求項1又は2に記載の車両の制御装置。
  4. 前記調整部は、前記すべり角変化率が増加するほど、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させることを特徴とする、請求項3に記載の車両の制御装置。
  5. 前記調整部は、前記すべり角変化率が所定値以上であり、前記バッテリの充電量が所定値以上の場合は、前記車体付加モーメントを付加するためのトルクのうち前記左右輪駆動トルクを出力可能な最大トルクとし、残りを前記アシストトルクとすることを特徴とする、請求項4に記載の車両の制御装置。
  6. 前記予測すべり角演算部は、カメラで検出した車線に基づいて演算された第1の予測旋回半径に基づいて第1の予測すべり角を演算する第1の予測すべり角演算部と、ステアリング操舵角に基づいて演算された第2の予測旋回半径に基づいて第2の予測すべり角を演算する第2の予測すべり角演算部と、を含み、
    前記すべり角変化率演算部は、前記旋回可能すべり角に対する前記第1の予測すべり角の比である第1のすべり角変化率を演算する第1のすべり角変化率演算部と、前記旋回可能すべり角に対する前記第2の予測すべり角の比である第2のすべり角変化率を演算する第2のすべり角変化率演算部と、を含み、
    前記第1のすべり角変化率と前記第2のすべり角変化率を比較し、大きい方をすべり角変化率として判定するすべり角変化率判定部を備え、
    前記調整部は、前記充電状態と前記すべり角変化率判定部によって判定された前記すべり角変化率とに基づいて、前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整することを特徴とする、請求項3〜5のいずれかに記載の車両の制御装置。
  7. 車両のスリップを判定するスリップ判定部を備え、
    前記調整部は、車両がスリップしたことが判定された場合は、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の車両の制御装置。
  8. 車両の目標ヨーレートを演算する目標ヨーレート演算部と、
    車両モデルからヨーレートモデル値を演算する車両ヨーレート演算部と、
    車両の実ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
    前記ヨーレートモデル値と前記実ヨーレートとの差分に基づいて前記ヨーレートモデル値と前記実ヨーレートを配分して、前記ヨーレートモデル値及び前記実ヨーレートからフィードバックヨーレートを演算するフィードバックヨーレート演算部と、
    を備え、
    前記車体付加モーメント演算部は、
    前記目標ヨーレートと前記フィードバックヨーレートとの差分に基づいて、前記車体付加モーメントを演算することを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の車両の制御装置。
  9. 前記目標ヨーレート演算部は、カメラの画像から第1の目標ヨーレートを演算する第1の目標ヨーレート演算部と、ステアリング操舵角と車両速度に基づいて第2の目標ヨーレートを演算する第2の目標ヨーレート演算部と、を含み、前記第1の目標ヨーレートと前記第2の目標ヨーレートに基づいて前記目標ヨーレートを演算することを特徴とする、請求項8に記載の車両の制御装置。
  10. 車両のヨーレートに基づいて車体に付加する車体付加モーメントを演算するステップと、
    ハンドル操舵系による操舵のアシストトルクを指示するステップと、
    ハンドル操舵系とは独立して車体にモーメントを付加するために左右輪を独立駆動する左右輪駆動トルクを指示するステップと、
    前記左右輪駆動トルクを付加するための駆動源となる電力を蓄えるバッテリの充電状態を取得するステップと、
    前記充電状態に基づいて、前記車体付加モーメントを付加するために前記アシストトルクと前記左右輪駆動トルクを調整するステップと、
    を備え、
    前記調整するステップにおいて、前記バッテリの充電量が低下するほど、前記左右輪駆動トルクを減少させ、前記アシストトルクを増加させることを特徴とする、車両の制御方法。
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