JP6559330B2

JP6559330B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP6559330B2
Application number: JP2018508471A
Authority: JP
Inventors: 太雪谷道
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: US20210179112A1; US11827227B2; JPWO2017169069A1; WO2017169069A1

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来から、車両が段差等を乗り越える際に、駆動力や制動力と速度や加速度とが比例しない領域での速度制御方法が提案されている。このような領域では、車両の速度制御で一般的に使われる速度フィードバック制御では、駆動力を印加しているにも関わらず速度が0のため、駆動力を急激に上昇させ、駆動力が段差等を乗り越えるのに十分な量になった時に車両が発進する。しかし、段差を乗り越えて目標の車速に達するまで加速し続け、且つ、段差等を乗り越えた後の通常の路面（例えば平坦な乾いた舗装路）に対しては過大な駆動力が印加されているため、適切な速度に落ち着かせるためには時間がかかり、ドライバに違和感を与え、周りの物体に急接近するおそれがあった。

この様な問題を解決するために、例えば、特許文献１では、車両が段差で停止したと判断される際には、印加するトルクを抑制しつつ徐々にトルクを上昇させ、車速により車両が動き出したことを検出した場合はトルクを降下させることにより、ドライバの違和感や、車両の飛出しによる衝突の危険を防止する技術が提案されている。

特開2007-077871号公報

しかしながら、上記特許文献１では、車両が動き出したことを車速により判定しているため、車速センサの分解能以下の車速で段差等を乗り越える場合には車両が動き出したことを判断できない。また、路面の抵抗が低く、車両が動いていないにも関わらず車輪がスリップして回転すると、車速が発生したと誤判断され、車両を動かすための適切なトルクが印加されないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドライバに違和感を与えることなく、円滑な動作で安全に段差を乗り越えさせることができる車両制御装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明の車両制御装置は、車輪を駆動する駆動軸に取り付けられたひずみセンサの出力値を取得するひずみセンサ出力値取得部と、前記ひずみセンサの出力値が前記車輪の停止状態における値から減少したことに基づいて、前記車輪の動き出しを検出する車両挙動検出部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、段差、坂道、スリップしやすい路面、路面の穴等に車輪が取られ、印加する駆動力と速度が比例しない領域においても、適切な駆動力を算出し、段差の乗り越え、坂道、スリップしやすい路面、路面の穴からの発進を可能とする。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

システム全体図。自動駐車の動作説明図。制御ブロック図。制御切り替え判断部の処理を示すフローチャート。段差乗り越え駆動力算出部における処理を説明する図。システム動作説明図。スリップしやすい路面での車両状況例を示す図。スリップしやすい路面に対応する段差乗り越え判断部の処理を示すフローチャート。スリップしやすい路面に対応する段差乗り越え駆動力算出部における処理を説明する図。スリップしやすい路面での動作説明図。

本発明では、車輪を駆動する駆動軸に駆動力を検出するためのひずみセンサを設け、このひずみセンサにより検出された駆動軸のひずみ量の変化から車両が動き出したことを検出し、段差等によって停止した車両を移動させるための駆動力を適切に算出することを特徴とする。

［実施例１］
図１を使用して本実施の形態における車両制御装置全体の構成を、自動駐車制御を例にとって説明する。
カメラコントロールユニット106は、前カメラ101、右カメラ104、左カメラ102、後カメラ103の映像から、自車が走行可能な空間を検出し、例えば自動駐車制御においては駐車可能空間と移動可能空間を検出し、ドライバにユーザインタフェースユニット105を介して、駐車箇所の候補をドライバに示し、ドライバに駐車箇所を選択させる。

ドライバが駐車箇所を選択したら、カメラコントロールユニット106は駐車箇所への経路を算出し、その経路に沿って走行するための舵角指令値をステアコントロールユニット107に送信し、制動力指令値をブレーキコントロールユニット109に送信し、駆動力指令値をエンジンコントロールユニット108に送信し、車両を経路に沿うように移動させる。

エンジンコントロールユニット108がエンジン110を制御することにより、エンジン110が発生する駆動力はトランスミッション111、プロペラシャフト114、デファレンシャルギア112、ドライブシャフト115を介して車輪116に伝わり、車両を移動させる。

この車輪116に印加される駆動力は、ドライブシャフト115に取り付けられたひずみセンサ113によって検出され、検出されたひずみ値は、エンジンコントロールユニット108を介してカメラコントロールユニット106に伝えられる。すなわち、カメラコントロールユニット106は、ひずみセンサの出力値を取得するひずみセンサ出力値取得部を有する。ひずみセンサ113が取り付けられる場所は、ドライブシャフト115に限定されるものではなく、車輪を駆動する駆動軸であればよく、例えばプロペラシャフト114に取り付けることもできる。

また、カメラコントロールユニット106が駆動力指令値を算出するためには、車速が必要であるため、車輪速センサ117の値（車輪速センサ値）が車速としてブレーキコントロールユニット109を介してカメラコントロールユニット106に伝えられる。

次に図２を用いて、自動駐車の場合の車両の動きを説明する。
駐車支援開始位置203に車両を停止し、ドライバがユーザインタフェースユニット105の自動駐車開始ボタンを押下すると、カメラコントロールユニット106は駐車空間202を検出する。

ドライバがユーザインタフェースユニット105に表示された駐車空間202を選択すると、カメラコントロールユニット106は、ステアコントロールユニット107、エンジンコントロールユニット108、ブレーキコントロールユニット109とを制御し、切り返し位置204まで車両を移動させる。

次にカメラコントロールユニット106は、再びステアコントロールユニット107、エンジンコントロールユニット108、ブレーキコントロールユニット109を制御して駐車終了位置205まで車両を移動させる。この時、車両は、コインパーキング等に設置された輪留めバー等の格納装置等の段差201を車輪が乗り越えて移動しなければならない場合がある。

このような場合、従来の車速制御では段差の乗り越えが困難であったが、本発明では図３に示す構成により、この問題を解決している。

図３に示す構成はカメラコントロールユニット106内に実装され、エンジンコントロールユニット108へのエンジン駆動力指令値の算出を行う。

制御切り替え判断部301は、段差乗り越え制御（駆動力制御部）と通常の車速フィードバック制御（車速フィードバック制御部）との切り替え判断を行う。制御切り替え判断部301は、ひずみセンサの出力値に基づいて段差の存在を検出する段差検知部を備えており、段差検知部の検知結果に基づいて上記の切換判断を行う。段差検知部は、一定の駆動力を印可しても車両が移動しない場合に、車両が段差に当たっていると判断する。具体的には、車輪が水平面上で停止している状態から動き出すのに必要な必要トルクと、ひずみセンサの出力値から算出される算出トルクとを比較し、算出トルクが必要トルクを超えたことに基づいて、車輪が段差に当たっていることを検出する。

制御切り替え判断部301で、通常の車速フィードバック制御を行うと判断された場合（車速フィードバック制御部を選択の場合）は駆動力算出部307で算出された駆動力が、エンジン指令値308に入力される。一方、乗り越え駆動力制御を行うと判断された場合（駆動力制御部を選択の場合）は乗り越え駆動力算出部303で算出された駆動力が、エンジン指令値308に入力される。

通常の車速フィードバック制御時の駆動力は、目標加速度算出部304で駐車空間に移動するための目標加速度を算出する。自動駐車の場合、駐車するのに適切な一定の速度を保てば良いので、その速度を保つために必要な加速度（走行抵抗分の加速度）が目標加速度とされる。次に比較部312で目標加速度と実加速度算出部310で算出された実加速度とが比較される。実加速度は車輪速センサ値311を微分して算出される。車輪速センサ値311は前述の様に、ブレーキコントロールユニット109から入力される。

駆動力算出部307は、比較部312で算出された目標加速度と実加速度の差にゲイン306を掛けて駆動力を算出する。

一方、制御切り替え判断部301が段差乗り越え制御を選択した場合、段差乗り越え駆動力算出部303が駆動力を算出する。その算出方法を図５を用いて説明する。

段差乗り越え制御が選択された場合は、処理スタート(501)から処理が開始され、まず駆動力初期化(502)が実施され、駆動力はFxとなる。

次に駆動力上昇(503)により徐々に駆動力を上げてゆき、ひずみセンサ値が下降(504)し始めたら、駆動力保持(505)をする。すなわち、ひずみセンサ値が下降を開始するまで駆動力を上げてゆき、下降を開始し始めた時の駆動力を保持する。カメラコントロールユニット106は、ドライブシャフトに与える駆動トルクを指令するトルク指令部と、ひずみセンサ113の出力値が車輪116の停止状態における値から減少したことに基づいて車輪の動き出しを検出する車両挙動検出部を備えている。トルク指令部は、車輪が停止している状態で駆動トルクの指令値を増加させる。トルク指令部は、算出トルクが必要トルクを超えた場合、駆動トルクの指令値を保持させる。車両挙動検出部は、ひずみセンサの出力値が増加から減少に転じたことに基づいて車輪の動き出しを検出する。

また、駆動力保持(505)の後にひずみセンサ値が再び上昇(506)した場合には、再度駆動力上昇(503)に転じる。これは、段差を乗り越えるための駆動力が足りなかった場合に駆動力をさらに印加する必要があるからである。

駆動力を保持した状態で、例えば車速が0より大きくなった場合(507)には、駆動力を初期化して0とし、処理終了(508)とする。

また、駆動力上昇中に駆動力がある一定の値Fhを超えた場合には(509)、車両が越えられないような段差で止まっていると判断して駆動力を初期化して処理を終了する。

車両が越えられないような段差の高さは予め決めておくが、その高さをhとした場合、閾値Fhは以下の式（１）から求められる。

ここでｍ:車両重量 g：重力加速度 h：段差閾値 r；タイヤ半径

次に図４を用いて、制御切り替え判定部301内の処理を説明する。
処理がスタート(401)したら、車速が0より大きい事を確認する(402)、ここで車速が0より大きい場合は、段差によって車両が停止させられていないと判断し、車速フィードバック制御(403)を選択する。

車速が0以下の場合は、車両が段差によって停止している可能性があると判断して駆動力が一定値Fx以上かを確認する(404)。そして、その結果、駆動力が一定値Fx以上の場合は(404でYes)、駆動力を印加しているにも関わらず段差によって車両が止められていると判断し、乗り越え駆動力制御405を選択する（車速フィードバック制御部による制御から駆動力制御部による制御に切り替える）。この一定値とした閾値は、車両がある一定の車速以上を維持するために必要な駆動力であり、その駆動力を印加したにも関わらず車速が0から変化しないとき（車速が０以下のとき）は、段差により車両の動きが止められて停止していると判断する。

車両が一定の車速以上を維持するために必要な駆動力Fxは、以下の式(2)から求められる。

ここで、m：車両重量、a_r：走行抵抗分の加速度、α：チューニング定数

次に図６を用いて車両の車輪が段差を乗り越える際の全体の動きを説明する。
最初に目標加速度601を車両が動き始める程度まで上昇させる。すると駆動力指令値602も車両が動き始める程度の駆動力まで上昇する。

この時に、図６の(1)(605)に示す様に段差が存在する場合、車速(603)は0のままである。このような状態が一定時間経過した場合はフィードバック制御を停止し(608)、駆動力指令値(602)を徐々に上げてゆくとひずみセンサ値(604)も駆動力指令値に比例して上昇する。

この後、図６の(2)に示すように、車輪が段差を超え始めると(606)、ひずみセンサ値(604)が下がり始める。このひずみセンサ値(604)が下がり始めた時の駆動力が段差を乗り越えるために必要なトルクなので、この時の駆動力指令値602を保持する(609)。

駆動力指令値602の保持を継続すると、車輪は段差を乗り越え(607)、車速が検出されるので(607)、車速フィードバック制御を再開する(611)。

この様な構成にすることにより、段差をドライバの違和感なく、安全に乗り越えることができる。

［実施例２］
次に、スリップしやすい路面に対応するための実施例について説明する。
例えば、図７に示す様に、車両が信号機701の前で停止した状況で且つ、路面702がスリップしやすい状況の場合に、車両の発進を試みると、車輪が空転して発進できない場合がある。以下にこのような場合への本発明の適用例を示す。

図８にスリップしやすい路面に対応するための制御切り替え判断部の構成を示す。
段差検出用の判断部402の次に、スリップ検出のための判断部801を設ける。判断部801では、閾値Vsより車速（車輪速センサ値）が高い状態が一定時間以上経過しても続いているか否かを確認する。この閾値Vsは、初期に入力される駆動力Fxにより発生すると予想される車速より大きな値であり、スリップ等によって車輪が空転するときに発生する車速（通常よりも高い車速）である。そして、一定の駆動力に対して見合わない車速が検出された場合に、車輪にスリップが発生していると判断する。

また、このスリップ検出は駆動輪と非駆動輪の車速差から検出してもよい。スリップしやすい路面では、駆動輪だけ空転し非駆動輪は回転しないので、その回転差から車輪の空転を検出する事ができる。

次に車輪に印加している駆動力が閾値Fxより大きい事を802で確認し、駆動力が閾値より大きい場合は乗り越え駆動力制御405を選択する。ここでは、車輪が回転している理由が駆動力を印加しているためである事を確認する。

スリップしやすい路面対応時の乗り越え駆動力算出部303での処理を図９に示す。図５に示す実施例１との違いは、処理901、902、903、904、905であるので、それらについて説明する。
まず駆動力初期化(901)について説明する。スリップしやすい路面対応時は段差乗り越え時よりも小さい値である駆動力初期化値Bで初期化を行う。段差乗り越え時の初期値AはFxで通常の路面で車両が動き出すのに必要な駆動力だが、この大きさの駆動力を印加すると車輪が空転してしまうため、スリップしやすい路面でも車輪が空転しない程度の小さな値が駆動力初期位置Bとしてセットされる。

ひずみセンサ値上昇(902）では、駆動力保持(505)により車両が移動し、スリップしやすい路面から脱出すると路面の抵抗が増えるためひずみセンサ値の値が上昇するので、その場合はスリップしやすい路面から脱出したと判断して終了(508)に遷移する。

駆動力保持中(505)において車速が上昇(903)した場合は、印加している駆動力が高いと判断して駆動力低下処理(904）を行い、ひずみセンサの値が上昇(905)したら車輪のスリップが収まったと判断して駆動力保持(505)に戻る。

次に図１０を用いてスリップしやすい路面におけるふるまいを説明する。
最初に目標加速度601を車両が動き始める程度まで上昇させる、車速（車輪速センサ値）603が急激に上昇する(1007)。急激に車速603が上昇すると、制御切り替え判断部301がスリップ判断を行い、制御が乗り越え駆動力算出部303に切り替えられる。駆動力算出部303に切り替えられると、駆動力指令値602は、1008の様に低い値から徐々に駆動力を上昇させる。するとひずみセンサ値604も徐々に上昇し(1002)、車輪が転がり始めると(1004)、ひずみセンサ値604が低下する。車輪が転がり始めた瞬間の駆動力は車輪をスリップさせる事無く車輪を回転させる駆動力なので、駆動力を保持する(1009)。

その後、スリップしやすい路面を脱出し(1005)、ひずみセンサ値604が上昇し始めたらフィードバック制御を再開させ通常の制御に復帰する(611)。

この様に、車輪がスリップしやすい路面でも車輪がスリップしない程度の駆動力を保持して、そのような路面から脱出することにより、図７に示したような状況に車両がある時でも適切に車両を発進させる事ができる。

車輪がスリップしやすい路面の場合、駆動輪すべてが空転するとは限らない。たとえば、2輪駆動の場合左は空転しているが、右は空転しないという事が考えられる。このような場合は車輪が空転しているのにもかかわらず、車速が図８の判断部801の閾値Vsを超えない可能性がある。このような場合を想定し、判断部801で使用する車速は、駆動輪毎の車速のセレクトハイ（もっとも値が高い車速）を使用することとする。車輪がスリップして、ある車輪だけ空転する場合はデファレンシャルギアの作用により、空転している車輪以外は車輪が回転しないため、各車輪速の内、最も高い車速が、空転している車輪の車輪速センサ値である。したがって、その車輪速センサ値に基づいてスリップによる空転を検出すれば良い。

空転を検出した後は、空転する車輪が最もスリップしやすい車輪なので、その車輪のドライブシャフトに搭載されたひずみセンサの値を使って制御を実施することにより、一部の車輪のみが空転するような状況においても適切に制御を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０６カメラコントロールユニット１０８エンジンコントロールユニット１０９ブレーキコントロールユニット１１３ひずみセンサ１１５ドライブシャフト（駆動軸）１１６車輪１１７車輪速センサ３０１制御切り替え判断部３０２ひずみセンサ値３０３乗り越え駆動力算出部３１０実加速度算出部

Claims

車両の車輪を駆動する駆動軸に取り付けられたひずみセンサの出力値を取得するひずみセンサ出力値取得部と、
前記ひずみセンサの出力値が前記車輪の停止状態における値から減少したことに基づいて、前記車両の動き出しを検出する車両挙動検出部と、
前記駆動軸に与える駆動トルクを指令するトルク指令部とを、備え、
前記トルク指令部は、前記車輪が停止している状態で前記駆動トルクの指令値を増加させ、
前記車両挙動検出部は、前記ひずみセンサの出力値が増加から減少に転じたことに基づいて、前記車両の動き出しを検出し、
前記トルク指令部は、前記ひずみセンサの出力値が増加から減少に転じたときに、前記駆動トルクの指令値の増加を停止させ、前記駆動トルクの指令値を前記ひずみセンサの出力値が増加から減少に転じたときの値に保持することを特徴とする車両制御装置。
前記ひずみセンサの出力値に基づいて段差の存在を検出する段差検知部を備え、
前記トルク指令部は、前記段差検知部によって前記車輪が前記段差に当たっていると判断された場合に、前記駆動トルクの指令値を増加させることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
前記段差検知部は、前記車輪が水平面上で停止している状態から動き出して前記段差を乗り越えるのに必要な必要トルクと、前記ひずみセンサの出力値から算出される算出トルクとを比較し、前記算出トルクが前記必要トルクを超えたことに基づいて、前記車輪が段差に当たっていることを検知することを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
前記車輪の車輪速を検知する車輪速センサの車輪速センサ値に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判断するスリップ判断部を備え、
前記トルク指令部は、前記スリップ判断部によって前記車輪がスリップしていると判断された場合に、前記駆動トルクの指令値を、前記必要トルクよりも小さな値であってスリップしやすい路面でも車輪が空転しない値として予め設定された駆動力初期化値にセットして、該駆動力初期化値から前記駆動トルクの指令値を増加させることを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。