JP6589943B2 - 車両走行制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両走行を制御する車両走行制御システムに関する。特に、本発明は、ばね上構造体の上下加速度に基づいて車両走行を制御する車両走行制御システムに関する。

車両のサスペンションシステムとして、減衰力が可変であるショックアブソーバを用いたものが知られている。減衰力の制御は、典型的には、車両のばね上構造体とばね下構造体との間の相対速度であるストローク速度に基づいて行われる。

特許文献１は、ストローク速度を推定するためのストローク速度推定装置を開示している。そのストローク速度推定装置は、ばね上構造体の上下加速度に基づいてストローク速度を推定する。ばね上構造体の上下加速度は、ばね上構造体に設置されたばね上加速度センサによって検出される。ストローク速度の推定処理においては、単輪２自由度モデルに基づく運動方程式の状態空間に基づいて構成されたプラントモデル及びオブザーバが利用される。

特許文献２は、減衰力が可変である車両用サスペンションシステムを開示している。この車両用サスペンションシステムも、各車輪位置におけるばね上構造体の上下加速度を検出するばね上加速度センサを備えており、そのばね上加速度センサによる検出値に基づいてストローク速度を推定する。

特開２０１６−００２８４４号公報 特開２０１６−００２７７８号公報

上記の特許文献１、２に開示された技術によれば、ショックアブソーバの減衰力を制御するために必要なストローク速度は、ばね上構造体の上下加速度に基づいて推定される。ばね上構造体の上下加速度は、ばね上構造体に設置されたばね上加速度センサによって検出される。しかしながら、ばね上構造体（ボデー）に捩れ振動が発生する場合、ばね上加速度センサによる検出値には、捩れ振動の成分がノイズとして重畳されることになる。そのようなノイズは、ストローク速度の推定精度を低下させ、ひいては、推定ストローク速度に基づく減衰力制御の性能（効果）を低下させる。

ばね上構造体の上下加速度に基づく制御は、ショックアブソーバの減衰力の制御だけに限られない。より一般化すれば、ばね上構造体の上下加速度に基づいて、車両走行を制御することが考えられる。その場合、ばね上加速度センサによる検出値に捩れ振動の成分がノイズとして重畳されると、車両走行制御の性能（効果）が低下してしまう。

本発明の１つの目的は、ばね上構造体の上下加速度に基づく車両走行制御の性能を向上させることができる技術を提供することにある。

第１の発明は、車両に搭載される車両走行制御システムを提供する。
前記車両走行制御システムは、
前記車両の各車輪の位置におけるばね上構造体の上下加速度に基づいて、前記車両の走行を制御する制御装置と、
前記ばね上構造体の重心位置から見て、右前輪の方、左前輪の方、右後輪の方、及び左後輪の方の４つの位置のそれぞれにおける前記ばね上構造体の上下加速度を、検出加速度として検出する４個のばね上加速度センサと
を備える。
前記制御装置は、前記４つの位置における前記検出加速度から、前記重心位置の上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度を算出する。
更に、前記制御装置は、前記ばね上構造体が剛体であるという条件の下で、前記重心位置の前記上下加速度、前記ロール加速度、及び前記ピッチ加速度を、前記各車輪の位置における前記上下加速度に換算する。

第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記車両走行制御システムは、更に、前記各車輪に対して設けられ減衰力が可変であるサスペンションを備える。
前記制御装置は、前記各車輪の位置における前記上下加速度に基づいて、前記減衰力を制御する。

ばね上構造体の重心位置は捩れの“節”に近く、捩れの影響を受けにくい。そのような重心位置の上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度が分かれば、「ばね上構造体が剛体である」という条件の下で、それら加速度を各車輪位置における上下加速度に換算してやればよい。このような換算により得られる上下加速度では、捩れ振動の影響が排除されている。すなわち、捩れ振動の影響が低減された上下加速度が得られる。

以上の観点から、第１の発明によれば、次のような処理が実施される。すなわち、４個のばね上加速度センサを用いることにより、４つの位置におけるばね上構造体の上下加速度が検出加速度として検出される。そして、それら４つの位置の検出加速度が、一旦、ばね上構造体の重心位置の上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度に変換される。その後、「ばね上構造体は剛体である」という条件の下で、ばね上構造体の重心位置の上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度が、各車輪位置における上下加速度に変換される。このような処理により、捩れ振動の影響が低減された上下加速度が得られる。

捩れ振動の影響が低減された上下加速度を用いることによって、車両走行制御を効果的に実施することが可能となる。すなわち、上下加速度に基づく車両走行制御の性能が向上する。

第２の発明によれば、各車輪位置における上下加速度に基づいて、サスペンションの減衰力が制御される。捩れ振動の影響が低減された上下加速度を用いることによって、減衰力制御を効果的に実施することが可能となる。

本発明の実施の形態の概要を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る上下加速度算出処理を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る上下加速度算出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る上下加速度算出処理のステップＳ２を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る上下加速度算出処理のステップＳ３を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る車両走行制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両走行制御システムの一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両走行制御システムの他の例を示すブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．概要
図１は、本発明の実施の形態の概要を説明するための概念図である。車両１は、車輪２及びばね上構造体３を備えている。車輪２は、右前輪２−１、左前輪２−２、右後輪２−３、及び左後輪２−４を含んでいる。右前輪２−１、左前輪２−２、右後輪２−３、及び左後輪２−４のそれぞれの位置におけるばね上構造体３の上下加速度は、ａ_１、ａ_２、ａ_３、及びａ_４である。

各車輪２−ｉ（ｉ＝１〜４）の位置における上下加速度ａ_ｉに基づいて車両１の走行を制御することを考える。上下加速度ａ_ｉを検出するための最も単純な方法は、各車輪２−ｉの位置のばね上構造体３にばね上加速度センサを設置することである（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、ばね上構造体３（ボデー）に捩れ振動が発生する場合、ばね上加速度センサによる検出値には、捩れ振動の成分がノイズとして重畳されることになる。そのようなノイズは、車両走行制御の性能（効果）を低下させる。車両走行制御の性能を向上させるためには、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉを取得することが必要である。

そこで、本実施の形態は、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉを取得することができ、それにより、上下加速度ａ_ｉに基づく車両走行制御の性能を向上させることができる技術を提供する。

まず、ばね上構造体３の重心位置ＧＣ（以下、「ばね上重心位置ＧＣ」と呼ばれる）に着目する。ばね上重心位置ＧＣは、ばね上構造体３の捩れの“節”に近く、捩れの影響を受けにくい。つまり、ばね上重心位置ＧＣの各モード加速度（上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度）は捩れ振動の影響を受けにくい。従って、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度が分かれば、「ばね上構造体３（ボデー）が剛体である」という条件の下で、それら加速度を各車輪２−ｉの位置における上下加速度ａ_ｉに換算してやればよい。このような換算により得られる上下加速度ａ_ｉでは、捩れ振動の影響が排除されている。すなわち、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉが得られる。

次に、ばね上重心位置ＧＣの各モード加速度（上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度）を算出することを考える。本実施の形態によれば、ばね上重心位置ＧＣの各モード加速度を算出するために、４つの位置におけるばね上構造体３の上下加速度が用いられる。その４つの位置は、ばね上重心位置ＧＣから見て、右前輪２−１の方の第１位置、左前輪２−２の方の第２位置、右後輪２−３の方の第３位置、及び左後輪２−４の方の第４位置である。尚、ばね上重心位置ＧＣから第１〜第４位置の各々までの距離は、任意である。

各位置におけるばね上構造体３の上下加速度を検出するために、ばね上加速度センサ１０が用いられる。すなわち、図１に示されるように、ばね上構造体３の４つの位置に４個のばね上加速度センサ１０−１〜１０−４がそれぞれ設置される。第１ばね上加速度センサ１０−１は、ばね上重心位置ＧＣから見て右前輪２−１の方の第１位置におけるばね上構造体３の上下加速度を検出する。第２ばね上加速度センサ１０−２は、ばね上重心位置ＧＣから見て左前輪２−２の方の第２位置におけるばね上構造体３の上下加速度を検出する。第３ばね上加速度センサ１０−３は、ばね上重心位置ＧＣから見て右後輪２−３の方の第３位置におけるばね上構造体３の上下加速度を検出する。第４ばね上加速度センサ１０−４は、ばね上重心位置ＧＣから見て左後輪２−４の方の第４位置におけるばね上構造体３の上下加速度を検出する。

第ｉばね上加速度センサ１０−ｉ（ｉ＝１〜４）によって検出される上下加速度の検出値は、以下「検出加速度Ｚ_ｉ」と呼ばれる。検出加速度Ｚ_ｉは捩れ振動の影響を受けるが、上記の４つの位置における検出加速度Ｚ_ｉを用いることによって、捩れ振動の影響を相殺し、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度を精度良く算出することができる。

尚、３箇所の検出加速度Ｚ_ｉでは、捩れ振動の影響をうまく相殺することはできない。何故なら、３点で決まるのは１つの平面だけであり、３点の動きから把握できるのは“平面の動き”だけであるからである。３点の動きだけでは、“捩れの動き”を正確に把握することはできないのである。

以上に説明されたように、本実施の形態によれば、４個のばね上加速度センサ１０−ｉ（ｉ＝１〜４）を用いることにより、４つの位置におけるばね上構造体３の上下加速度が検出加速度Ｚ_ｉとして検出される。そして、それら４つの位置の検出加速度Ｚ_ｉが、一旦、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度に変換される。その後、「ばね上構造体３は剛体である」という条件の下で、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度が、各車輪２−ｉの位置における上下加速度ａ_ｉに変換される。このような処理により、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉが得られる。捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉを用いることによって、車両走行制御を効果的に実施することが可能となる。すなわち、上下加速度ａ_ｉに基づく車両走行制御の性能（効果）が向上する。

以下、本実施の形態に係る上下加速度ａ_ｉの算出処理の具体例を説明する。

２．上下加速度算出処理
図２は、本実施の形態に係る上下加速度算出処理を説明するためのブロック図である。上下加速度算出装置２０は、４個のばね上加速度センサ１０−１〜１０−４に接続されており、第ｉばね上加速度センサ１０−ｉ（ｉ＝１〜４）から検出加速度Ｚ_ｉの情報を受け取る。そして、上下加速度算出装置２０は、検出加速度Ｚ_ｉに基づいて、各車輪２−ｉの位置における上下加速度ａ_ｉを算出する。

上下加速度算出装置２０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって実現される。ＥＣＵは、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備える制御装置である。メモリには、プロセッサが実行可能な制御プログラムが格納される。プロセッサが制御プログラムを実行することにより、ＥＣＵの処理が実現される。

図３は、本実施の形態に係る上下加速度算出装置２０による上下加速度算出処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１（検出加速度の取得）：
４個のばね上加速度センサ１０−１〜１０−４は、それぞれの位置における検出加速度Ｚ_１〜Ｚ_４を検出する。上下加速度算出装置２０は、４個のばね上加速度センサ１０−１〜１０−４のそれぞれから、検出加速度Ｚ_１〜Ｚ_４の情報を取得する。

ステップＳ２（ばね上重心位置の各モード加速度の算出）：
図４は、ステップＳ２を説明するための概念図である。Ｘ方向は、車両１の進行方向である。Ｙ方向は、車両１の横方向であり、Ｘ方向と直交する。Ｚ方向は、車両１の上下方向であり、Ｘ方向及びＹ方向と直交する。第ｉばね上加速度センサ１０−ｉ（ｉ＝１〜４）のＸ方向位置及びＹ方向位置は、それぞれ、Ｌ_ｉ及びＷ_ｉである。ばね上重心位置ＧＣのＸ方向位置及びＹ方向位置は、それぞれ、Ｌ_ｇ及びＷ_ｇである。これらのパラメータ（Ｌ_ｉ、Ｗ_ｉ、Ｌ_ｇ、Ｗ_ｇ）は、予め取得され、上下加速度算出装置２０のメモリに格納されている。

尚、ばね上重心位置ＧＣとして、ばね上構造体３における捩れの無い節点位置が用いられてもよい。そのような節点位置は、実験あるいはシミュレーションを通して予め求めることができる。

上下加速度算出装置２０は、４つの位置における検出加速度Ｚ_１〜Ｚ_４から、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度Ｚ_ｇ、ロール加速度Φ_ｇ、及びピッチ加速度Θ_ｇを算出する。例えば、上下加速度算出装置２０は、次の式（１）〜（４）に従って、上下加速度Ｚ_ｇ、ロール加速度Φ_ｇ、及びピッチ加速度Θ_ｇを算出する。

４つの位置における検出加速度Ｚ_ｉを用いることによって、捩れ振動の影響を相殺し、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度Ｚ_ｇ、ロール加速度Φ_ｇ、及びピッチ加速度Θ_ｇを精度良く算出することができる。

ステップＳ３（各車輪位置における上下加速度の算出）：
図５は、ステップＳ３を説明するための概念図である。前輪（２−１、２−２）のトレッド幅はＴ_ｆであり、後輪（２−３、２−４）のトレッド幅はＴ_ｒである。前輪軸とばね上重心位置ＧＣとの間の距離はｌ_ｆであり、後輪軸とばね上重心位置ＧＣとの間の距離はｌ_ｒである。

上下加速度算出装置２０は、ばね上構造体３が剛体であるという条件の下で、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度Ｚ_ｇ、ロール加速度Φ_ｇ、及びピッチ加速度Θ_ｇを、各車輪位置の上下加速度ａ_１〜ａ_４に換算する。例えば、上下加速度算出装置２０は、次の式（５）に従って、ばね上重心位置ＧＣの上下加速度Ｚ_ｇ、ロール加速度Φ_ｇ、及びピッチ加速度Θ_ｇを、上下加速度ａ_１〜ａ_４に変換する。

このようにして、上下加速度算出装置２０は、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_１〜ａ_４を算出することができる。算出された上下加速度ａ_１〜ａ_４は、車両走行制御に利用される。以下、本実施の形態に係る車両走行制御システムについて説明する。

３．車両走行制御システム
図６は、本実施の形態に係る車両走行制御システム１００の構成を示すブロック図である。車両走行制御システム１００は、車両１に搭載されており、車両１の走行を制御する。より詳細には、車両走行制御システム１００は、上述の４個のばね上加速度センサ１０−１〜１０−４及び上下加速度算出装置２０に加えて、走行装置３０及び走行制御装置４０を備えている。

走行装置３０は、車両１の走行に関連する装置であり、サスペンション、駆動装置、制動装置、操舵装置、トランスミッション等を含んでいる。

走行制御装置４０は、走行装置３０を制御することによって、車両１の走行を制御する。特に、本実施の形態に係る走行制御装置４０は、上下加速度算出装置２０によって算出された上下加速度ａ_１〜ａ_４に基づいて、車両１の走行を制御する。上述の通り、上下加速度算出装置２０によって算出される上下加速度ａ_１〜ａ_４では、捩れ振動の影響が低減されている。そのような上下加速度ａ_１〜ａ_４を用いることによって、車両走行制御を効果的に実施することが可能となる。すなわち、上下加速度ａ_ｉに基づく車両走行制御の性能（効果）が向上する。

上下加速度算出装置２０及び走行制御装置４０は、共に、ＥＣＵ（制御装置）５０によって実現される。すなわち、ＥＣＵ５０は、上下加速度算出装置２０としてだけでなく、走行制御装置４０としても機能する。

３−１．サスペンションの減衰力の制御
本実施の形態に係る車両走行制御の一例として、サスペンションの減衰力を制御することを考える。車両１の走行状態に応じてサスペンションの減衰力をきめ細やかに制御することによって、車両１の姿勢をより安定化させ、快適な乗り心地と操縦安定性を実現することが可能となる。

図７は、サスペンションの減衰力を制御する車両走行制御システム１００Ａの構成例を示すブロック図である。本例において、走行装置３０は、第１サスペンション３０Ａ−１、第２サスペンション３０Ａ−２、第３サスペンション３０Ａ−３、及び第４サスペンション３０Ａ−４を含んでいる。また、走行制御装置４０は、サスペンション制御装置４０Ａを含んでいる。

第１サスペンション３０Ａ−１は、右前輪２−１に対して設けられている。第２サスペンション３０Ａ−２は、左前輪２−２に対して設けられている。第３サスペンション３０Ａ−３は、右後輪２−３に対して設けられている。第４サスペンション３０Ａ−４は、左後輪２−４に対して設けられている。各サスペンション３０Ａ−ｉ（ｉ＝１〜４）では、ばね上構造体３とばね下構造体（図示せず）とがショックアブソーバを介して接続されている。そのショックアブソーバの減衰力は可変である。

サスペンション制御装置４０Ａは、各車輪２−ｉ（ｉ＝１〜４）の位置におけるばね上構造体３の上下加速度ａ_ｉに基づいて、各サスペンション３０Ａ−ｉの減衰力を制御する。ばね上構造体３の上下加速度ａ_ｉに基づいて減衰力を制御する方法としては、様々な方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。本実施の形態では、減衰力の制御方法は特に限定されない。

例えば、サスペンション制御装置４０Ａは、上下加速度ａ_ｉに基づいて、第ｉサスペンション３０Ａ−ｉにおけるストローク速度を推定する。ストローク速度とは、ばね上構造体３とばね下構造体との間の相対速度である。例えば特許文献１に記載されているように、ばね上構造体３の上下加速度ａ_ｉからストローク速度を推定することができる。そして、サスペンション制御装置４０Ａは、推定されたストローク速度に基づいて、第ｉサスペンション３０Ａ−ｉの減衰力を制御する。

本実施の形態によれば、上下加速度算出装置２０によって、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉが算出される。そのような上下加速度ａ_ｉを用いることによって、ストローク速度の推定精度が向上する。結果として、推定ストローク速度に基づく減衰力制御の性能（効果）も向上する。

３−２．駆動力の制御
車両走行制御の他の例として、駆動力を制御することを考える。車両１の車輪２−ｉの駆動力を独立して制御することによって、所望のモーメントを発生させ、車両１の姿勢を安定化させることができる。

図８は、駆動力を制御する車両走行制御システム１００Ｂの構成例を示すブロック図である。本例において、走行装置３０は、第１インホイールモータ３０Ｂ−１、第２インホイールモータ３０Ｂ−２、第３インホイールモータ３０Ｂ−３、及び第４インホイールモータ３０Ｂ−４を含んでいる。また、走行制御装置４０は、駆動制御装置４０Ｂを含んでいる。

第１インホイールモータ３０Ｂ−１は、右前輪２−１に対して設けられている。第２インホイールモータ３０Ｂ−２は、左前輪２−２に対して設けられている。第３インホイールモータ３０Ｂ−３は、右後輪２−３に対して設けられている。第４インホイールモータ３０Ｂ−４は、左後輪２−４に対して設けられている。各インホイールモータ３０Ｂ−ｉ（ｉ＝１〜４）は、駆動力を発生させる。

駆動制御装置４０Ｂは、インホイールモータ３０Ｂ−ｉ（ｉ＝１〜４）のそれぞれの駆動力を独立に制御する。例えば、駆動制御装置４０Ｂは、ばね上構造体３の上下加速度ａ_１〜ａ_４に基づいて、ばね上構造体３の振動が抑制されるようにそれぞれの駆動力を制御する。

本実施の形態によれば、上下加速度算出装置２０によって、捩れ振動の影響が低減された上下加速度ａ_ｉが算出される。そのような上下加速度ａ_ｉを用いることによって、駆動力制御の性能（効果）が向上する。

１ 車両
２ 車輪
２−１ 右前輪
２−２ 左前輪
２−３ 右後輪
２−４ 左後輪
３ ばね上構造体
１０ ばね上加速度センサ
１０−１ 第１ばね上加速度センサ
１０−２ 第２ばね上加速度センサ
１０−３ 第３ばね上加速度センサ
１０−４ 第４ばね上加速度センサ
２０ 上下加速度算出装置
３０ 走行装置
３０Ａ−１ 第１サスペンション
３０Ａ−２ 第２サスペンション
３０Ａ−３ 第３サスペンション
３０Ａ−４ 第４サスペンション
３０Ｂ−１ 第１インホイールモータ
３０Ｂ−２ 第２インホイールモータ
３０Ｂ−３ 第３インホイールモータ
３０Ｂ−４ 第４インホイールモータ
４０ 走行制御装置
４０Ａ サスペンション制御装置
４０Ｂ 駆動制御装置
５０ ＥＣＵ（制御装置）
１００、１００Ａ、１００Ｂ 車両走行制御システム
ＧＣ ばね上重心位置

Claims (2)

1. 車両に搭載される車両走行制御システムであって、
   前記車両の各車輪の位置におけるばね上構造体の上下加速度に基づいて、前記車両の走行を制御する制御装置と、
   前記ばね上構造体の重心位置から見て、右前輪の方、左前輪の方、右後輪の方、及び左後輪の方の４つの位置のそれぞれにおける前記ばね上構造体の上下加速度を、検出加速度として検出する４個のばね上加速度センサと
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記４つの位置における前記検出加速度から、前記重心位置の上下加速度、ロール加速度、及びピッチ加速度を算出し、
   前記ばね上構造体が剛体であるという条件の下で、前記重心位置の前記上下加速度、前記ロール加速度、及び前記ピッチ加速度を、前記各車輪の位置における前記上下加速度に換算する
   車両走行制御システム。
2. 請求項１に記載の車両走行制御システムであって、
   前記各車輪に対して設けられ、減衰力が可変であるサスペンションを更に備え、
   前記制御装置は、前記各車輪の位置における前記上下加速度に基づいて、前記減衰力を制御する
   車両走行制御システム。

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