JP6496588B2

JP6496588B2 - 車両挙動制御装置

Info

Publication number: JP6496588B2
Application number: JP2015064562A
Authority: JP
Inventors: 松野　浩二; 浩二松野
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016182897A

Description

本発明は、車両にヨーモーメントを付加する車両挙動制御装置に関する。

近年、車両においては、車両にヨーモーメントを付加し、運転を、より快適、安全に行えるようにした様々なものが開発され提案されている。例えば、特開２００９−３５２１４号公報（以下、特許文献１）では、走行状態に基づいて運転者が把持するステアリングホイールに発生させる目標操舵トルクを算出し、算出した目標操舵トルクに基づいてステアリングホイールに付加する操舵トルクを制御する一方、操舵トルクを制御することで、ステアリングホイールと機械的に連結されている操舵輪が転舵された結果、車両に発生する副次ヨーモーメントを推定し、走行状態を基に算出した車両に発生させる目標ヨーモーメント及び副次ヨーモーメントに基づいて、車両にヨーモーメントを発生させる制駆動力を制御する車両挙動制御装置の技術が開示されている。

特開２００９−３５２１４号公報

左右輪の制駆動力差で車両にヨーモーメントを付加する技術は、レーンキープ機能にも応用されており、舵力や舵角制御との併用も上述の特許文献１に開示される車両挙動制御装置の技術で開示されている。ブレーキによる減速度を伴うヨーモーメント制御は車両の燃費悪化が避けられない。また、舵力や舵角による車両の進路制御はドライバ操舵との干渉が避けられず、ヨーモーメント制御中であっても、車両の旋回挙動に応じた通常走行通りの操舵反力が発生できることが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ブレーキによるヨーモーメント制御のような減速感が無く、車載のパワーステアリング装置との協調性に優れ、ドライバがオーバーライドする際にも自然な操舵感で操舵することができる車両挙動制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両挙動制御装置の一態様は、自車両に付加するヨーモーメントを算出し、左輪側の駆動力と右輪側の駆動力との駆動力差によって車両に上記ヨーモーメントを発生させる車両挙動制御装置において、タイヤ側からの入力により、上記ヨーモーメントの方向とステアリングホイールが転舵される方向とが同じ方向となる運転領域を補正実行領域として判定する判定手段と、上記判定手段で運転領域が上記補正実行領域と判定された際に、上記ヨーモーメントによる上記ステアリングホイールの転舵角を推定転舵角として推定する推定転舵角算出手段と、入力される操舵トルクに対して発生させるパワーステアリングのアシストトルクの特性を、実際の操舵角と上記推定転舵角との差が大きくなるほど補正が大きくなるように設定した補正量によって補正する操舵特性補正手段とを備えた。

本発明による車両挙動制御装置によれば、ブレーキによるヨーモーメント制御のような減速感が無く、車載のパワーステアリング装置との協調性に優れ、ドライバがオーバーライドする際にも自然な操舵感で操舵することが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の全体構成図である。本発明の実施の一形態に係るレーンキープ制御プログラムのフローチャートである。本発明の実施の一形態に係る走行座標系の説明図である。本発明の実施の一形態に係る逸脱量に応じた第１のヨーモーメントのマップの一例の説明図である。本発明の実施の一形態に係る車速とヨーモーメントにより推定される推定転舵角の一例の説明図である。本発明の実施の一形態に係る実際の操舵角と推定転舵角により設定される操舵トルクセンサ値の補正量の一例の説明図である。本発明の実施の一形態に係る入力される操舵トルクに対して発生させるパワーステアリングのアシストトルクの特性の補正を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は自車両を示し、符号２は自車両１の駆動系、符号３は自車両１の操舵系を示す。

駆動系２は、エンジン１１、クラッチ機構１２、第１モータ１３、変速機１４、減速装置１５、駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）から構成される前輪駆動力伝達経路と、第２モータ１７、第３モータ１８、減速装置（左減速装置１９rl、右減速装置１９rr）及び駆動輪（左後輪２０rl、右後輪２０rr）から構成される後輪駆動力伝達経路とを備える４輪駆動可能な形態になっている。

エンジン１１及び第１モータ１３の駆動力は、変速機１４及び減速装置１５を介して駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）に伝達される。また、第２モータ１７の駆動力は、右減速装置１９rrを介して右後輪２０rrに伝達される。更に、第３モータ１８の駆動力は、左減速装置１９rlを介して左後輪２０rlに伝達される。

第１モータ１３は、バッテリ装置２１に蓄えられている電力により駆動され、またエンジン１１の出力トルクによって回転して発電し、発電した電力をバッテリ装置２１に蓄電する。第２モータ１７及び第３モータ１８は、バッテリ装置２１の蓄電電力及び第１モータ１３で発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動される。

そして、エンジン制御部２２は、制御ユニット５０から出力されるエンジントルク指令値に基づいてスロットル開度を制御することでエンジン１１のトルクを制御する。変速機制御部２３は、制御ユニット５０から出力される変速指令値に基づいて変速機１４の変速比を制御する。バッテリ制御部２４は、バッテリ装置２１の電圧及び電流を検出してバッテリの充電状態（State of charge:SOC）を演算する。第１モータ制御部２５、第２モータ制御部２６及び第３モータ制御部２７は、制御ユニット５０から出力される第１モータトルク指令値、第２モータトルク指令値及び第３モータトルク指令値に基づいて、第１モータ１３、第２モータ１７及び第３モータ１８のトルクをそれぞれ制御する。

一方、自車両１の操舵系３は、ステアリングホイール３１から、ステアリングシャフト３１ａが延出されており、ステアリングシャフト３１ａの前端は、ユニバーサルジョイント３２ａ及びジョイント軸３２ｂから成るジョイント部３２を介してステアリングギヤボックス３４から突出されたピニオン軸３５と連結されている。

ステアリングギヤボックス３４からは、左前輪１６flに向けてタイロッド３６flが延出される一方、右前輪１６frに向けてタイロッド３６frが延出されている。タイロッド３６fl、３６frのタイロッドエンドは、ナックルアーム３７fl、３７frを介して、それぞれの側の車輪１６fl、１６frを回転自在に支持するアクスルハウジング３８fl、３８frと連結されている。

また、自車両１の操舵系３には、周知のラックアシスト型等の電動パワーステアリング機構３９が設けられている。この電動パワーステアリング機構３９のパワーステアリング用電動モータは、図示しないパワーステアリング用モータ駆動部により駆動され、パワーステアリング用モータ駆動部は、操舵制御部４０からの信号に基づいて制御される。この操舵制御部４０は、制御ユニット５０からの制御信号に基づいてドライバの操舵角や操舵トルクに応じたアシストトルクの発生（パワーステアリング機能）や、設定した目標コースに沿って走行するためのレーンキープ制御機能及び車線からの逸脱を防止する逸脱防止制御機能を有している。

制御ユニット５０は、本実施の形態では、自動運転が可能な制御ユニットに構成されており、従って、車両の前方環境を認識して前方環境情報を取得する前方環境認識装置４１、自車位置情報（緯度・経度、移動方向等）を検出して地図情報上に自車両位置の表示、及び、目的地までの経路誘導を行うナビゲーションシステム４２、車速Ｖを検出する車速センサ４３、操舵角（実舵角）θＨを検出する操舵角センサ４４、操舵トルクＴｄを検出する操舵トルクセンサ４５、その他センサ、スイッチ４６が接続されている。

前方環境認識装置４１は、例えば、車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する１組のカメラと、このカメラからの画像データを処理するステレオ画像処理装置とから構成されている。

前方環境認識装置４１のステレオ画像処理装置における、カメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、カメラで撮像した自車両の進行方向の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距離情報を求め、距離画像を生成する。

白線等の車線区画線のデータの認識では、白線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の白線の位置を画像平面上で特定する。この白線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。自車両１の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、例えば、図３に示すように、カメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸、車長方向（距離方向）をｚ軸とする。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。道路モデルは、道路上の自車両１の走行レーンを距離方向に複数区間に分割し、各区間における左右の白線を所定に近似して連結することによって表現される。尚、本実施の形態では、走行路の形状を１組のカメラからの画像を基に認識する例で説明したが、他に、単眼カメラ、カラーカメラからの画像情報を基に求めるものであっても良い。

また、ナビゲーションシステム４２は、周知のシステムであり、例えば、ＧＰＳ衛星からの電波信号を受信して車両の位置情報（緯度、経度）を取得し、車速センサ４３から車速Ｖを取得し、また、地磁気センサあるいはジャイロセンサ等により、移動方向情報を取得する。そして、ナビゲーションシステム４２は、ナビゲーション機能を実現するための経路情報を生成するナビＥＣＵと、地図情報（サプライヤデータ及び必要に応じて学習更新されたデータ）を記憶する地図データベースと、例えば液晶ディスプレイ等の表示部（以上、何れも図示せず）を備えて構成される。

ナビＥＣＵは、利用者によって指定された目的地までの経路情報を地図画像に重ねて表示部に表示させるとともに、検出された車両の位置、速度、走行方向等の情報に基づき、車両の現在位置を表示部上の地図画像に重ねて表示する。また、地図データベースには、ノードデータ、施設データ等の道路地図を構成するのに必要な情報が記憶されている。ノードデータは、地図画像を構成する道路の位置及び形状に関するものであり、例えば道路の分岐点（交差点）を含む道路上の点（ノード点）の座標（緯度、経度）、当該ノード点が含まれる道路の方向、種別（例えば、高速道路、幹線道路、市道といった情報）、当該ノード点における道路のタイプ（直線区間、円弧区間（円弧曲線部）、クロソイド曲線区間（緩和曲線部））及びカーブ曲率（或いは、半径）のデータが含まれる。従って、車両の現在位置が重ねられた地図上の位置により自車両の走行路が特定され、該自車両の走行路を目標進行路として自車両の位置に最も近いノード点の情報により、道路のカーブ曲率（或いは、半径）、道路の方向等の走行路情報が取得される。更に、施設データは、各ノード点の付近に存在する施設情報に関するデータを含み、ノードデータ（或いは、当該ノードが存在するリンクデータ）と関連づけて記憶されている。

そして、制御ユニット５０は、上述の各入力信号を基に、レーンキープ制御では、目標コース（本実施の形態では、車線の中央）に沿って走行するのに必要な自車両１に付加するヨーモーメントＭｚを算出し、第２モータ１７と第３モータ１８の駆動力差で車両にヨーモーメントＭｚを発生させる。この際、タイヤ側からの入力により、ヨーモーメントＭｚの方向とステアリングホイール３１が転舵される方向とが同じ方向となる運転領域を補正実行領域として判定し、運転領域が補正実行領域と判定された際に、ヨーモーメントＭｚによるステアリングホイール３１の推定転舵角θHeを推定し、実舵角θＨと推定転舵角θHeとを比較し、入力される操舵トルクＴｄに対して発生させるパワーステアリングのアシストトルクＴassの特性を補正する。このように、制御ユニット５０は、判定手段、推定転舵角算出手段、操舵特性補正手段としての機能を有して構成されている。

次に、制御ユニット５０で実行されるレーンキープ制御を、図２のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、車速Ｖが判定車速Ｖcc以下（Ｖ≦Ｖcc）か否か判定する。この判定車速Ｖccは、予め実験・計算等により設定しておいた値であり、図５に示すように、判定車速Ｖcc以下の運転領域では、タイヤ側からの入力により、車両に発生するヨーモーメントＭｚの方向とステアリングホイール３１が転舵される方向とが同じ方向となる運転領域となっている。

Ｓ１０１の判定の結果、Ｖ≦Ｖccで、タイヤ側からの入力により、車両に発生するヨーモーメントＭｚの方向とステアリングホイール３１が転舵される方向とが同じ方向となる運転領域と判定された場合は、Ｓ１０２に進み、目標コース（本実施の形態では、車線の中央）からの逸脱量Δｘを算出する。

具体的には、図３に示すように、逸脱量Δｘは、以下の（１）式により算出する。

Δｘ＝（ｘｌ＋ｘｒ）／２−ｘｖ …（１）
この（１）式において、ｘｖは車両の前方注視点（０，ｚｖ）のｚ座標における推定車両軌跡のｘ座標であり、前方注視点（０，ｚｖ）の前方注視距離（ｚ座標）であるｚｖは、本実施の形態では、ｚｖ＝ｔｃ・Ｖで算出される。ここで、ｔｃは予め設定しておいた予見時間であり、例えば、１．２secに設定されている。

従って、ｘｖは、車両の走行状態に基づいて車両の諸元や車両固有のスタビリティファクタＡｓ等を用いる場合には、例えば、以下の（２）式で算出することができる。
ｘｖ＝（１／２）・（１／（１＋Ａｓ・Ｖ^２））・（θＨ／（ｎ・Ｌｗ））
・（ｔｃ・Ｖ）^２ …（２）
ここで、ｎはステアリングギヤ比、Ｌｗはホイールベースである。また、（１）式における、ｘｌは前方注視点（０，ｚｖ）のｚ座標における左車線区画線のｘ座標であり、ｘｒは前方注視点（０，ｚｖ）のｚ座標における右車線区画線のｘ座標である。これら左右の車線区画線は、左右車線区画線のそれぞれを構成する点に関して、二次の最小自乗法により、例えば、ｘ＝Ａ・ｚ^２＋Ｂ・ｚ＋Ｃの二次式で近似して求めることができる。

次に、Ｓ１０３に進んで、上述のＳ１０２で算出した逸脱量Δｘに応じた第１のヨーモーメントＭz1を、例えば、図４に示すような予め実験、演算等により設定しておいたマップを参照、或いは、所定に演算して設定する。

次いで、Ｓ１０４に進み、車線の形状、すなわち、カーブトレースに必要な第２のヨーモーメントＭz2を、例えば、以下の（４）式により、算出する。

すなわち、カーブトレースに必要なヨーレートγMzは、以下の（３）式で算出される。

γMz＝Ｖ／ρ＝（１／（１＋Ａｓ・Ｖ^２））・（Ｖ／Ｌｗ）・
（（θＨ／ｎ）＋（（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（２・Ｌｗ・Ｋｆ・Ｋｒ））・ＭZc
…（３）
ここで、ρはカーブ半径、Ｋｆは前輪のコーナリングパワー、Ｋｒは後輪のコーナリングパワー、ＭZcはカーブトレースに必要なヨーモーメントである。尚、カーブ半径ρは、前述したように左右の車線区画線を２次式で近似したｘ＝ＡＬ・ｚ^２＋ＢＬ・ｚ＋ＣＬ（左車線区画線）、及び、ｘ＝ＡＲ・ｚ^２＋ＢＲ・ｚ＋ＣＲ（右車線区画線）の式において、（２・ＡＬ＋２・ＡＲ）／２＝（ＡＬ＋ＡＲ）の値が目標コースの曲率κであるから、この曲率κの逆数を算出することにより算出できる。

従って、付加ヨーモーメントだけで制御すると考えると、θＨ／ｎ＝０であるから、ＭZc＝Ｍz2とおいて、上述の（３）式により、以下の（４）式が得られる。

ＭZ2＝（１＋Ａｓ・Ｖ^２）・（（２・Ｌｗ^２）／ρ）
・（（Ｋｆ・Ｋｒ）／（Ｋｆ＋Ｋｒ）） …（４）
次に、Ｓ１０５に進み、例えば、以下の（５）式により、車両に付加する付加ヨーモーメントＭｚを算出する。

Ｍｚ＝Ｍz1＋ＭZ2 …（５）
次いで、Ｓ１０６に進んで、左右後輪モータ指令値Ｔrl、Ｔrrを、例えば、以下の（６）式、（７）式により算出して、右後輪モータ指令値Ｔrrを第２モータ制御部２６に出力し、左後輪モータ指令値Ｔrlを第３モータ制御部２７に出力する。

Ｔrl＝−（ｒｗ／ｄ）・Ｍｚ …（６）
Ｔrr＝＋（ｒｗ／ｄ）・Ｍｚ …（７）
ここで、ｒｗはホイール半径、ｄはトレッドである。

次に、Ｓ１０７に進み、手放し状態で想定される転舵角（推定転舵角）θHeを、例えば、図５に示すような予め実験、演算等により設定しておいたマップを参照、或いは、所定に演算して設定する。

次いで、Ｓ１０８に進み、操舵トルクセンサ４５の補正量Δｔｄを、実操舵角θＨからの推定転舵角θHeの差に応じて、例えば、図６に示すような予め実験、演算等により設定しておいたマップを参照、或いは、所定に演算して設定し、プログラムを抜ける。

一方、Ｓ１０１の判定の結果、Ｖ＞Ｖccで、タイヤ側からの入力により、車両に発生するヨーモーメントＭｚの方向とステアリングホイール３１が転舵される方向とが異なる方向となる運転領域と判定された場合は、Ｓ１０９に進み、通常のレーンキープ制御を実行する。すなわち、目標コース（本実施の形態では、車線の中央）に沿って走行するのに必要な操舵角を目標コースの曲率と目標コースからの逸脱量等から算出し、パワーステアリング用モータを駆動する。

このように、本発明の実施の形態によれば、制御ユニット５０は、レーンキープ制御では、目標コースに沿って走行するのに必要な自車両１に付加するヨーモーメントＭｚを算出し、タイヤ側からの入力により、ヨーモーメントＭｚの方向とステアリングホイール３１が転舵される方向とが同じ方向となる運転領域を補正実行領域として判定する。運転領域が補正実行領域と判定された際に、第２モータ１７と第３モータ１８の駆動力差で車両にヨーモーメントＭｚを発生させるとともに、ヨーモーメントＭｚによるステアリングホイール３１の推定転舵角θHeを推定し、実舵角θＨと推定転舵角θHeとを比較し、入力される操舵トルクＴｄに対して発生させるパワーステアリングのアシストトルクＴassの特性を補正する。

例えば、図７に示すように、タイヤ側からの入力により、ヨーモーメントＭｚの方向とステアリングホイール３１が転舵される方向とが同じ方向となる運転領域となった場合（Ｖ≦Ｖccの運転領域となった場合）、そのときに付加するヨーモーメントによる転舵を阻害するフリクション等の抵抗で生じる操舵トルクセンサ４５の検出値を（実操舵角θＨからの推定転舵角θHeの差）で得られるＴd1とすると、そのままの操舵トルクＴｄ−アシストトルクＴassの特性では、電動パワーステアリングモータで発生するアシストトルクがＴa1となって、付加ヨーモーメントによる転舵方向とは逆方向に発生してしまう。また、操舵トルクＴｄ−アシストトルクＴassの特性において、付加ヨーモーメントによって転舵された状態を０点とする不感帯はΔＴd1だけ偏った位置となり、ドライバが操舵し、オーバーライドした際に不自然な操舵感を与えてしまう虞がある。従って、操舵トルクＴｄに対して発生させるアシストトルクＴassの特性の０点をΔＴd1オフセット補正し（換言すれば、操舵トルクセンサ４５の検出値をオフセット補正し）、ヨーモーメントの発生を妨害する方向のトルクＴa1の発生や、不感帯の偏りを防止するのである。このため、付加したヨーモーメントによってタイヤからハンドルが旋回方向に回ることを阻害するパワーステアリング制御を防止すると共に、ドライバがオーバーライドする際の舵力特性を左右対称にすることができる。このように、本実施の形態によれば、ブレーキによるヨーモーメント制御のような減速感が無く、車載のパワーステアリング装置との協調性に優れ、ドライバがオーバーライドする際にも自然な操舵感で操舵することが可能となる。

特に、渋滞追従走行等の低速域において、電動モータの駆動力で走行することが多い、電気自動車やハイブリッド車で本発明を採用することにより、低速時に強力なヨーモーメントを発生でき、かつブレーキ制御のような減速感も無く、また、低速ではヨーモーメントに応じてハンドルも旋回方向に回るため制御効率も高いという優れた効果を奏するのである。

１自車両
２駆動系
３操舵系
１１エンジン
１２クラッチ機構
１３第１モータ
１４変速機
１５減速装置
１６fl、１６fr 駆動輪
１７第２モータ
１８第３モータ
１９rl、１９rr 減速装置
２０rl、２０rr 駆動輪
２１バッテリ装置
２２エンジン制御部
２３変速機制御部
２４バッテリ制御部
２５第１モータ制御部
２６第２モータ制御部
２７第３モータ制御部
３１ステアリングホイール
３１ａステアリングシャフト
３２ジョイント部
３４ステアリングギヤボックス
３５ピニオン軸
３８fl、３８fr アクスルハウジング
３９電動パワーステアリング機構
４０操舵制御部
４１前方環境認識装置
４２ナビゲーションシステム
４３車速センサ
４４操舵角センサ
４５操舵トルクセンサ
４６センサ、スイッチ
５０制御ユニット（判定手段、推定転舵角算出手段、操舵特性補正手段）

Claims

自車両に付加するヨーモーメントを算出し、左輪側の駆動力と右輪側の駆動力との駆動力差によって車両に上記ヨーモーメントを発生させる車両挙動制御装置において、
タイヤ側からの入力により、上記ヨーモーメントの方向とステアリングホイールが転舵される方向とが同じ方向となる運転領域を補正実行領域として判定する判定手段と、
上記判定手段で運転領域が上記補正実行領域と判定された際に、上記ヨーモーメントによる上記ステアリングホイールの転舵角を推定転舵角として推定する推定転舵角算出手段と、
入力される操舵トルクに対して発生させるパワーステアリングのアシストトルクの特性を、実際の操舵角と上記推定転舵角との差が大きくなるほど補正が大きくなるように設定した補正量によって補正する操舵特性補正手段と、
を備えたことを特徴とする車両挙動制御装置。
上記操舵特性補正手段は、上記入力される操舵トルクの検出値を上記補正量でオフセット補正することにより、上記アシストトルクの特性を補正することを特徴とする請求項１記載の車両挙動制御装置。
上記判定手段が上記補正実行領域として判定する運転領域は、予め設定しておいた速度以下の領域であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両挙動制御装置。