JP6764312B2 - 車両運動制御装置、車両運動制御方法、車両運動制御プログラム - Google Patents

車両運動制御装置、車両運動制御方法、車両運動制御プログラム Download PDF

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Description

本発明は、車両運動を制御する技術に関する。
近年、自動車の安全性を向上させる技術として、旋回中のスピンやコースアウト等を防止する横すべり防止装置(Electronic Stability Control:以下ESC)が普及している。ESCは、Direct Yaw−moment Control(以下DYC)の考え方に基づいた車両運動制御である。DYCは、車両の操縦性・安定性を向上するため、車両のZ軸周りの回転であるヨーイング運動を促進あるいは復元するためのヨーイングモーメントを、左右輪間の制動力あるいは駆動力に差分を持たせることにより制御する手法である。
下記特許文献1は、ハンドル操作による横運動に連係して自動的に加減速することにより、前輪と後輪の間に荷重移動を発生させて車両の操縦性と安定性の向上を図る方法を記載している。同文献においては、入力された車両の横方向の加加速度(Gy_dot)に、速度(V)及び横加速度(G)から決定され、予め記憶されたゲインを乗じ、乗じた値に基づいて、車両の前後加速度を制御する制御指令を生成し、生成された前記制御指令を出力することを特徴とする車両の運動制御方法が開示されている(要約参照)。この方法によると、前後加速度と横加速度の合成加速度ベクトル(G)の軌跡が車両重心固定の座標系においてなめらかな曲線を描くように方向づけられるので(Vectoring)、G−Vectoring制御と呼ばれている。G−Vectoring制御によると、緊急回避性能が大幅に向上することが報告されている。
下記特許文献2は、横加加速度に基づく加減速制御(G−Vectoring制御)と横すべり情報に基づくヨーモーメント制御(ESC)を組み合わせ、コースアウトからスピンまでを防止する技術を開示している。
下記特許文献3は、さらにG−Vectoring制御とESC間をつなぐための制御として、線形領域から稼働する付加的なヨーモーメント制御(Moment Plus、以下M+制御)を開示している。
操縦性、安定性、さらには乗心地の向上が図れる車両の運動制御(G−VectoringとESC(DYC)のHybrid制御)を実現するためには、その運動制御をESCに組み込む以外に方法がなかった。特許文献3記載の技術を用いると、両者の乗り継ぎのヨーモーメント制御(M+制御)を加えることにより、例えば通信で接続されたコントローラにG−VectoringとM+を搭載し、ESCに対して通信で指令を送ることにより、Hybrid+制御が実現できる。このことは、複数のハードウェアを備える実施形態において、より多くのドライバに対して当該技術・装置を提供することができることを示している。
特開2010−260544号公報 特開2011−73534号公報 特開2014−69766号公報
ESC用ブレーキアクチュエータを用いてM+制御を実現する場合、横加加速度に応じて車両の左右輪に異なる制動力を発生させ、これにより車両のヨー運動を促進するヨーモーメント、もしくは車両のヨー運動を安定化させるヨーモーメントを発生させる。このようなアクチュエータ構成においては、車両のヨー運動を促進する場合も安定化する場合もともに、M+制御によるヨーモーメント制御は減速度をともなうこととなる。この場合、特にドライバが加速を期待するカーブの脱出のようなシーンにおいて、M+制御により発生する減速度が違和感を与える可能性があった。そこで特許文献3においては、ドライバのアクセルペダル操作に応じてM+制御の制御ゲインを変更することにより、ドライバがアクセルを踏み込んでいる条件においてはM+制御による減速をともなうヨーモーメント制御を抑制している。
しかし上記の方法は、Adaptive Cruise Control(ACC)のような加減速アシストシステムの使用中や、自動運転のようにドライバによるアクセルペダル操作がなされない場合、ペダル操作が発生しないのでこれに基づきドライバの意図を検出することができず、M+制御によりドライバの期待しない減速が発生する可能性がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ドライバによるペダル操作情報に依存せずに、走行シーンに適したM+制御の制御を実現することにある。
本発明に係る車両運動制御装置は、車両が横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測した期間においては、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測した期間よりも、前記車両に発生する減速度絶対値を小さくする。
本発明に係る車両運動制御装置によれば、ドライバのアクセルペダル操作に依存することなく、ドライバの意図しない減速度抑制による違和感を低減し、ヨー運動を安定化することができる。
G−Vectoring制御を適用した具体的な走行例を説明する図である。 操舵角、横加速度、横加加速度、式1を用いて計算した前後加速度指令、四輪の制動力・駆動力について時刻暦波形として示した図である。 G−Vectoring制御により減速度を制御した際における、レーンチェンジに対する効果を示す図である。 横加速度の増減、G−Vectoring制御の前後加速度指令値Gxc、M+制御による目標ヨーモーメントMz_GVCの関係を示す図である。 車両が左右に旋回した後に直進する場合における、各パラメータの経時変化を示すグラフである。 車両の横滑りが大きい場合における各パラメータの経時変化を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る車両運動制御装置1を搭載した車両19の構成図である。 車両運動制御装置1の構成図である。 M+制御の制御量とG−Vectoring制御の制御量を走行シーンごとに示すテーブルである。 車両運動モデルを用いて推定される推定値を用いて制御指令値を算出する手法を説明する図である。
以下、本発明に係る車両運動制御装置の実施形態を説明するに先立ち、本発明の理解が容易になるよう、横運動に連係した前後運動制御(G−Vectoring制御)およびヨーモーメント制御(M+制御)の概要と、両者の組み合わせについて説明する。以下の説明においては、車両の重心点を原点とし、車両の前後方向をx、それに直角な方向(車両の横(左右)方向)をyとした場合、x方向の加速度を前後加速度、y方向の加速度を横加速度とする。前後加速度は、車両前方向を正、すなわち車両が前方向に対して進行している際、その速度を増加させる前後加速度を正とする。横加速度は、車両が前方向に対して進行している際、左回り(反時計回り)旋回時に発生する横加速度を正とし、逆方向を負とする。左回りの旋回半径を正とし、その逆数を車両走行曲率とする。同様に、目標軌道に関しても、左回りの旋回半径を正とし、その逆数を目標軌道曲率とする。また、左回り(反時計回り)方向の操舵角を正とする。
(1)横運動に連係した前後運動制御:G−Vectoring
G−Vectoringは、ハンドル操作による横運動に連係して自動的に加減速することにより、前輪と後輪の間に荷重移動を発生させて車両の操縦性と安定性の向上を図る方法である。下記式1に示すように、加減速指令値(前後加速度指令値Gxc)は、基本的に横加加速度Gy_dotにゲインCxyを掛け、一次遅れを付与した値とする。式1において、G:車両横加速度、Gy_dot:車両横加加速度、Cxy:ゲイン、T:一次遅れ時定数、s:ラプラス演算子、Gx_DC:横運動に連係しない加減速度指令である。G−Vectoringにより、エキスパートドライバの横と前後運動の連係制御ストラテジの一部を模擬することができ、車両の操縦性・安定性の向上が実現できることが確認されている。
Figure 0006764312
x_DCは、横運動に連係していない減速度成分(オフセット)であり、前方にコーナーがある場合の予見的な減速、あるいは区間速度指令がある場合に必要となる項である。sgn(シグナム)項は、右コーナーと左コーナーの両方に対して上記の動作が得られるように設けた項である。具体的には、操舵開始のターンイン時に減速し、定常旋回になると(横加加速度がゼロとなるので)減速を停止し、操舵戻し開始のコーナー脱出時に加速する動作が実現できる。
式1にしたがって車両を制御した場合、横軸に車両の前後加速度、縦軸に車両の横加速度をとるダイアグラムにおいて前後加速度と横加速度の合成加速度(Gと表記)を表記すると、時間の経過とともに曲線的な遷移をする(Vectoring)。したがって本制御手法は、「G−Vectoring制御」と呼ばれている。
図1は、G−Vectoring制御を適用した具体的な走行例を説明する図である。ここでは、コーナーへの進入と脱出をともなう一般的な走行シーンを想定している。図1に示す走行軌道は、直進路A、過渡区間B、定常旋回区間C、過渡区間D、直進区間Eを含む。図1において、ドライバは加減速操作をしないものとする。
図2は、操舵角、横加速度、横加加速度、式1を用いて計算した前後加速度指令、四輪の制動力・駆動力について時刻暦波形として示した図である。後で詳細に説明するが、前外輪と前内輪、後外輪と後内輪は、左右(内外)それぞれ同じ値と成るように制動力・駆動力が配分されている。制駆動力とは各輪の車両前後方向に発生する力の総称である。制動力は車両を減速する向きの力であり、駆動力は車両を加速する向きの力と定義する。図1と図2においては、車両左旋回時に発生する横加速度Gを正とし、車両前方進行方向の前後加速度Gを正としている。また各車輪に発生する力は、駆動力を正、制動力を負としている。
まず直進路区間Aから車両がコーナーに進入する。過渡区間B(点1〜点3)においては、ドライバが徐々に操舵を切り増すにしたがって、車両の横加速度Gが増加していく。横加加速度Gy_dotは、点2近辺の横加速度が増加している間、正の値をとることになる(横加速度増加が終了する3の時点ではゼロに戻る)。このとき式1より、車両には横加速度Gの増加にともなって減速指令が発生する(Gxcは負)。これにともない、前外、前内、後外、後内の各輪に対して、略同じ大きさの制動力(マイナス符号)が加わることになる。
車両が定常旋回区間C(点3〜点5)に入ると、ドライバは操舵の切り増しを止め、操舵角を一定に保つ。このとき、横加加速度Gy_dotは0となるので、前後加速度指令値Gxcは0となる。よって、各車輪の制動力・駆動力もゼロとなる。
過渡区間D(点5〜7)では、ドライバの操舵の切り戻し操作によって車両の横加速度Gが減少していく。このとき車両の横加加速度Gy_dotは負であり、式1より車両には正の前後加速度指令値Gxc(加速指令)が発生する。これにともない、前外、前内、後外、後内の各輪に対して、略同じ大きさの駆動力(プラス符号)が加わることになる。
直進区間Eにおいては、横加加速度Gが0となり横加加速度Gy_dotもゼロとなるので、加減速制御は実施されない。
以上のように、車両は操舵開始のターンイン時(点1)からクリッピングポイント(点3)にかけて減速し、定常円旋回中(点3〜点5)には減速を止め、操舵切戻し開始時(点5)からコーナー脱出時(点7)には加速する。このように、車両にG−Vectoring制御を適用すれば、ドライバは旋回のための操舵をするだけで、横運動に連係した加減速運動を実現することができる。
前後加速度を横軸、横加速度を縦軸にとり、図1〜図2において車両に発生している加速度様態をダイアグラム(“g−g”ダイアグラム)に表すと、滑らかな曲線状(円を描くよう)に遷移する特徴的な運動になる。本発明の加減速指令は、このダイアグラムにおいて、時間の経過とともに曲線的な遷移をするように生成される。この曲線状の遷移は、左コーナーについては図1に示すように時計回りの遷移となり、右コーナーについてはこれをG軸について反転した遷移経路となり、その遷移方向は半時計回りとなる。このように遷移することにより、前後加速度により車両に発生するピッチング運動と、横加速度により発生するロール運動が好適に連係し、ロールレイトとピッチレイトのピーク値が低減される。
この制御は、式1に示すとおり、一次遅れ項と左右の運動に対する符号関数を省略して考えると、車両横加加速度にゲインCxyを掛け合わせた値を前後加速度指令としている。したがってゲインCxyを大きくすることにより、横加加速度が同一であっても、減速度あるいは加速度を大きくすることができる。
図3は、G−Vectoring制御により減速度を制御した際における、レーンチェンジに対する効果を示す図である。図3において、30m離してパイロンAとパイロンBを置き、車両はパイロンAの左側をすり抜けてパイロンBの右側に移動するレーンチェンジを実施したものとする。この場合の操舵角、前後加速度、横加速度、車両速度について、従来の横滑り防止装置(Electronic Stability Control:ESC)のみを実施した場合(ESC Only)と、G−Vectoring制御とESCの複合制御を実施した場合(GVC+ESC)とを比較する。
ESCのみ実施した場合は、ステアリングを急激に戻している0.75秒から1秒近辺で、横滑り状態を検知して安定化モーメントを加えている(減速度の発生)。これに対してG−Vectoring制御とESCの連係制御においては、操舵を開始した瞬間から減速度が働き、操舵開始から0.5秒で速度が10km/hも低下している。
これにより、操舵角も少なくロールレイトとピッチレイトが大幅に低減され、安全にレーンチェンジができていることがわかる。このようにG−Vectoring制御を適用すると、操舵により障害物回避をする際の回避性能を大幅に向上できる。
(2)G−Vectoringに基づくヨーモーメント制御:Moment Plus(M+)
M+制御は、上述のG−Vectoring制御の加減速によるヨー運動の促進もしくは安定化と同様の効果を、車両の左右車輪に発生する制駆動力差により与え、ヨー運動の促進もしくは安定性を向上させることを図る方法である。具体的な目標ヨーモーメントMz_GVCは、下記式2により与えられる。Cmnは比例係数、Tmnは一次遅れ時定数である。
Figure 0006764312
図4は、横加速度の増減、G−Vectoring制御の前後加速度指令値Gxc、M+制御による目標ヨーモーメントMz_GVCの関係を示す図である。図4においては、車両重心左回りのヨーモーメントを正としている。
横加速度が増加する区間Bにおいては、G−Vectoring制御は負の前後加速度指令値(すなわち車両を減速する)を生成し、荷重移動にともなう車両前後輪の横力差により、旋回開始後のヨー運動を促進する。これに対しM+制御は、車両左右輪の制駆動力差(図4では車両左側輪にのみ制動力を発生)により、重心回りにヨーモーメントを直接発生させて、ヨー運動を促進する。
横運動が一定となる定常旋回区間Cにおいては、G−Vectoring制御とM+制御ともに指令値はゼロとなる。横加速度が減少する区間Dにおいては、G−Vectoring制御は正の前後加速度指令値(すなわち車両を加速する)を生成し、荷重移動にともなう車両前後輪の横力差により、旋回開始後のヨー運動を安定化する。これに対しM+制御は、車両左右輪の制駆動力差(図4では車両右側輪にのみ制動力を発生させる)により、重心回りにヨーモーメントを直接発生させて、ヨー運動を安定化する。
このようにG−Vectoring制御とM+制御いずれも、横加速度の絶対値が増加する区間ではヨー運動を促進し、横加速度の絶対値が減少する区間ではヨー運動を安定化するように、それぞれ前後加速度指令値またはヨーモーメント指令値を生成する。
(3)G−Vectoring制御とM+制御の組み合わせ
4輪を独立して制駆動制御することができる場合、M+制御により発生する前後加速度をG−Vectoring制御の前後加速度指令値と同等とすることにより、両制御が互いに干渉しないようにすることができる。具体的には、左側前後輪に発生する制駆動力の合計値FwLと右側前後輪に発生する制駆動力の合計値FwRとの間の差分により発生するヨーモーメントがM+制御のヨーモーメント指令値となり、FwLとFwRの合計により発生する前後加速度がG−Vectoring制御の前後加速度指令値となるように、それぞれFwLとFwRを決定すればよい。
しかし、制御に使用可能なアクチュエータの制約がある場合、M+制御のヨーモーメント制御により車体に発生する前後加速度が変化する。例えば制御可能なアクチュエータがESCのようなブレーキアクチュエータのみである場合、左右輪の制動力差によりヨーモーメント制御するにあたり、同時に車両に負の前後加速度が発生することになる。このとき、車両に発生するヨー運動を安定化するシーン(図4D)においては、G−Vectoring制御は正の前後加速度(すなわち車両を加速する)を生成しているのに対し、M+制御は制動力のみを使って車両に負の前後加速度(すなわち車両を減速させる)を生成していることになる。このような走行シーンにおいて、ドライバがヨー運動の安定化よりも加速することを重視している場合、M+制御によって発生する減速度がドライバに対して与える違和感が、M+制御によるヨー運動の安定化の効果よりも重視される可能性が高い。
そこで特許文献3においては、ドライバのアクセルペダル操作に応じて、M+制御による減速をしないこととしている。しかし、ACCのような自動加減速機能や自動運転のような機能を使用している場合、必ずしもドライバがアクセルペダルを操作するとは限らない。そのため、ドライバのアクセルペダル操作に依存せず、M+制御を調整する必要がある。
以下では本発明において、ヨー運動を安定化する走行シーン(図4D)でM+制御を適用する際に、ヨーモーメント制御量を調整する方法について説明する。本発明は、走行シーンに応じたM+制御の調整方法として、車両の横運動を予測し、その予測した車両の横運動に基づいて、M+制御により発生する前後加速度を調整する。車両の横運動を予測するための具体的手法としては任意の公知技術を用いることができるが、その1例については後述する。
図5は、車両が左右に旋回した後に直進する場合における、各パラメータの経時変化を示すグラフである。横加速度が左右いずれか一方に向かって作用する状態から他方に向かって作用する状態に連続して変化する(図5Ap)と予測された場合、車両において実際に発生している横加速度(横加速度発生値)が左右いずれか一方に向かって作用する状態から他方に向かって作用する状態に連続して変化する期間(図5Ar)における、M+制御による制動力制御量を大きくする。反対に、横加速度が左右いずれか一方に向かって作用する状態から発生しない状態に向かって変化する(図5Bp)と予測された場合、横加速度発生値が左右いずれか一方に向かって作用する状態から発生しない状態に向かって変化する期間(図5Br)における、M+制御による制動力制御量を小さくする。
例えばM+制御ゲインによって制御量を調整する場合、従来技術(図中破線)においては制御ゲインがどちらの区間も一定であるのに対し、本発明は期間Brにおいて期間ArよりもM+制御ゲインを小さくする。これにより、期間BrにおけるM+制御によるヨーモーメント指令値とそれによる各車輪の制動力(図5では制動・駆動力左側前後輪合計)を小さくする。したがって、期間BrにおいてM+制御により発生する負の前後加速度(減速度)を、期間Arにおいて発生する減速度よりも抑制できる。
以上説明したように、本発明に係る車両運動制御装置1は、レーンチェンジやS路走行のような左方向から右方向(もしくはその逆)に連続的に横運動が変化する操舵(いわゆる切返し操舵)を実施する走行シーン(図5の期間Ar)においては、M+制御により減速度が発生するアクチュエータ構成であっても、ヨー運動の安定化を優先し、M+によるヨーモーメント制御を実施する。他方で旋回状態(左右どちらかの方向にある所定値以上の横加速度が発生している状態)から直進状態(横加速度がほぼゼロの状態)もしくは準直進状態(横加速度が非常に小さい定常旋回状態)に遷移する走行シーン(図5の期間Br)においては、ヨー運動の安定化よりも減速させないことを優先し、M+制御により発生する減速度を抑制する。これにより、アクチュエータ構成の制約に起因してM+制御によるヨーモーメント制御にともない減速が発生する場合であっても、旋回から直進に遷移する走行シーンにおいてはM+制御によるヨーモーメント制御を抑制する。したがって、車両の減速を抑制し、ドライバに対して与える違和感を低減できる。
図6は、車両の横滑りが大きい場合における各パラメータの経時変化を示すグラフである。本発明において、車両に発生する横加速度が旋回状態から直進状態に変化する走行シーンであっても、車両の横すべりが大きい状態であれば、M+制御によるヨーモーメント制御量を大きくして車両の安定化を図ってもよい。
車両運動制御装置1が横すべり状態を検出する指標として横すべり角を用いる例について説明する。図6に示すように、車両に発生している横すべり角絶対値があらかじめ設定される所定値(閾値)よりも大きい場合(図6横すべり角大)は、横すべり角が所定値よりも小さい場合(図6横すべり角小)よりも、M+制御のヨーモーメント指令値により各車輪に発生する制動力が大きくなるよう調整する。これにより図6の期間Crのような旋回から直進に遷移する走行シーンにおいても、車体の横すべり角が大きい状態であれば、M+制御によりヨー運動を安定化できる。同様に連続旋回においても、車体の横すべり角が大きければ、M+制御量を大きくしてもよい。
図7は、本発明の実施形態に係る車両運動制御装置1を搭載した車両19の構成図である。車両運動制御装置1は、車両運動状態情報を取得するセンサ(加速度センサ2、ジャイロセンサ3、車輪速センサ8)、ドライバ操作情報を取得するセンサ(操舵角センサ5、ブレーキペダルセンサ17、アクセルペダルセンサ18)、および各種の制御ユニットを備える。
走行軌道生成ユニット6は、自車両目標走行軌道情報を生成して他ユニットに送信する。ブレーキ制御ユニット10と駆動トルク制御ユニット12は、自車両位置検出センサ9、車両運動制御装置1が記憶している走行経路情報、もしくはその両方から得られる情報に基づいて、自車両の横運動を予測し、その演算結果に基づいて、タイヤ7に発生する制駆動力を制御するアクチュエータ(ブレーキアクチュエータ11、駆動アクチュエータ13)を駆動制御する。舵角制御ユニット15は、舵角制御アクチュエータ16に対して指令値を送信することにより、操舵操作を制御する。各制御ユニットは、通信ライン14を通じて相互通信する。
車両運動制御装置1は、記憶領域、演算処理能力、および信号入出力インターフェースを有する演算装置を備えている。演算装置は、車両運動状態情報、ドライバ操作情報、障害物情報などに基づき、車両に発生させる前後加速度指令値を演算し、その値と一致する前後加速度を発生させるように、加減速アクチュエータの駆動制御器に対して前後加速度指令値を送信する。同様に演算装置は、ヨーモーメント指令値を演算し、そのヨーモーメントを発生させるように、DYCアクチュエータの駆動制御器に対してヨーモーメント指令値を送信する。
図8は、車両運動制御装置1の構成図である。車両運動制御装置1は、目標走行軌道取得部1a、運動状態取得部1b、横運動予測部1c、制御演算部1d、制御指令送信部1eを備える。
目標走行軌道取得部1aは、車両の目標走行軌道を取得する。運動状態取得部1bは、センサが取得した車両運動状態情報から車両の運動状態量(走行速度、旋回状態、ドライバ操作量)を取得する。具体的には、式2で示したM+制御によるヨーモーメント指令値を演算するのに必要な横加速度Gと横加加速度Gy_dot、車両速度V、横すべり角βを取得する。
制御演算部1dは、目標走行軌道取得部1aと運動状態取得部1bが取得した情報に基づいて、車両の横運動を予測する。横加速度、ヨーレイト、横速度の全てを予測する必要はなく、車両に発生する横運動が、左右どちらか一方に発生している状態から他方に向けて連続的に変化する状態(以下、連続旋回)であるのか、それとも左右どちらか一方から発生しない状態に変化する状態(以下、旋回脱出)であるのかを、予測できる値であればよい。
制御演算部1dは、運動状態取得部1bが取得した車両運動状態量と横運動予測部1cが取得した横運動予測値を用いて、式2に基づきM+制御のヨーモーメント指令値を演算し、制御指令送信部1eに送る。また式1に基づいてG−Vectoring制御による前後加速度指令値を演算し、制御指令送信部1eに送る。制御指令送信部1eは、DYCアクチュエータの駆動制御器に対してヨーモーメント指令値を送信し、加減速アクチュエータの駆動制御器に対して前後加速度指令値を送信する。
図9は、M+制御の制御量とG−Vectoring制御の制御量を走行シーンごとに示すテーブルである。M+制御のヨーモーメント制御量は上述の通り、横すべり状態および走行状態(連続旋回、旋回脱出)に基づいて変更される。同様にG−Vectoring制御の前後加速度制御量も、横すべり状態および走行状態(連続旋回、旋回脱出)に基づいて変更してもよい。以下図9にしたがって設定例を説明する。
車両19に対して作用する横加速度絶対値が増加している期間は、車両19が左右いずれかに向かって旋回している走行シーンである。このときはG−Vectoring制御によって操縦性を向上させるため、G−Vectoring制御の制御量を相対的に大きくするとともに、M+制御の制御量を相対的に小さくする。例えば図5の期間Arよりも前の期間や、期間Arと期間Brとの間の期間がこれに相当する。ただし車両19の横滑りが大きい(例えばあらかじめ定めた横滑り閾値を超えている)場合は、既に車両19が旋回する作用が発生しているので、G−Vectoring制御によって旋回運動をサポートする必要はない。したがってこの場合は横滑りが小さい場合と比較してG−Vectoring制御の制御量を小さくする。
車両19に対して作用する横加速度絶対値が減少している期間は、図5の期間Arまたは期間Brに相当する。横加速度絶対値が減少しかつ車両19の横滑りが大きい期間は、図6の期間Crに相当する。これら期間における制御量については先に説明した。
図10は、車両運動モデルを用いて推定される推定値を用いて制御指令値を算出する手法を説明する図である。車両運動制御装置1は、G−Vectoring制御の制御指令値やM+制御の制御指令値を算出する際に、横加速度や横加加速度として慣性センサによる実際の計測値を用いてもよいし、車両運動モデルを用いて推定した値を用いてもよい。車両運動モデルは例えば、車両速度V/操舵角δ/ヨーレイトr/横加速度推定値/横加加速度推定値の間の対応関係として記述することができる。具体例として例えば特許文献3記載の手法を用いることができる。
車両運動モデルを用いることにより、早い時点で加加速度を得ることができる。これにより、早期に制御を開始し、減速による前輪への荷重移動によって操舵の手ごたえ感や操舵に対するヨー運動の応答性を向上させることができる。また車両運動モデルを用いることにより、操舵を止めた後に遅れて発生する車両横運動と連携した減速制御を実施することができる。これにより、制御が唐突に終了することなく、連続感を得ることができる。車両運動モデルを用いた推定値と計測値それぞれに対して互いに異なる制御ゲインを用いてもよい。例えば推定値の制御ゲインに対して計測値の制御ゲインを非常に小さい値とすることにより、実挙動よりも操舵に対する制御応答性を優先することができる。
<本発明のまとめ>
本発明に係る車両運動制御装置1は、横運動予測部1cが予測した車両19の横運動に基づき、旋回脱出の走行シーンにおいてはM+制御の制御量を抑制する。これにより、ドライバがアクセルペダルを操作していない状態であっても、M+制御が旋回脱出時に車両19を減速させてドライバに対して違和感を与えることを抑制できる。さらには、旋回脱出の走行シーンであっても、車両19の横滑りが大きい場合は、横滑りが小さい場合と比較してM+制御により発生するヨーモーメントが大きくなるように各車輪の制駆動力を制御する。これにより、車両19のヨー運動を安定させることができる。
<本発明の変形例について>
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施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。
G−Vectoring制御の制御量やM+制御の制御量を調整するためには、例えば制御ゲインを変更すればよい。その他にも例えば、M+制御による制動力に対して上限値と下限値の少なくともいずれかを設け、その上下限値を走行シーンに応じて変更することにより、制御量を調整できる。具体的には、図5の期間Brにおいては、M+制御により各車輪に発生させる最大制動力が、期間Arよりも小さくなるように、上下限値を変更すればよい。その他、M+制御により作成されるヨーモーメント指令値そのものに上下限値を設けてもよい。
本発明においては、左右輪間の制駆動力の差分が生じればよいので、前後輪間の制駆動力の割合については、任意に配分すればよい。例えば前輪2:後輪1、前輪1:後輪1、前輪1:後輪0、などとすればよい。その他、各車輪が発生させることができる最大タイヤ力(摩擦限界)に比例して制駆動力を配分してもよい。
横運動予測部1cが車両19の横運動を予測する手法として、例えば別のコントローラ(例えば自動運転ECU)から目標軌道もしくは目標横運動を取得し、これと現在の車両運動情報(車両速度、ヨーレイト、前後加速度、横加速度など)を用いて、車両19に発生する横運動(例えば横加速度)を予測することができる。その他、外界認識センサ(グローバルポジショニングシステム、画像認識センサ、レーザセンサなど)による検出結果と車両運動情報から自車両の目標横運動を作成し、その目標横運動から横運動を予測することができる。簡易的には外界認識センサを用いず、車両速度と操舵角から横運動を予測することもできる。この場合、別のコントローラから目標軌道もしくは目標横運動を取得する方法や外界認識センサを用いる方法よりも、予測することができる範囲は短くなると考えられるが、他方で目標軌道を作成する別のコントローラや外界認識センサが不要であるため、車両運動制御装置1の構成をシンプルにできる。
車両運動情報を取得するセンサとしては、車両速度/前後加速度/横加速度/ヨーレイトなどを取得できれば、任意のものを用いることができる。例えばグローバルポジショニングシステム(GPS)により得られる位置情報を微分することにより車両速度を取得してもよい。カメラのような画像取得センサを用いて、車両のヨーレイト/前後加速度/横加速度を取得してもよい。必ずしも車両運動制御装置1に対してセンサの検出結果を直接入力する必要はない。例えば別ユニット(例えばブレーキ制御ユニット10)から通信ライン14を通じて必要な情報を取得してもよい。その他センサについても同様である。
ドライバ操作情報を取得するセンサとしては、ドライバによるステアリングホイール4の操作量と、ブレーキペダルおよびアクセルペダルの操作量を取得できれば、任意のものを用いることができる。
目標走行軌道情報は、例えば走行軌道生成ユニット6と通信することにより取得することができる。その他、グローバルポジショニングシステム(GPS)を自車両位置検出センサ9として用い、車両運動制御装置1に内蔵される走行経路情報から、目標走行軌道情報を生成してもよい。これらセンサやユニットの代わりに、車車間通信や路車間通信を用いて目標走行軌道情報を取得してもよい。走行軌道生成ユニット6や自車両位置検出センサ9を用いず、操舵角センサ5と車輪速センサ8により得られる操舵角および車輪速から目標走行軌道を作成してもよい。
加減速アクチュエータは、タイヤ7と路面との間に発生する力を制御することにより、車両19に発生する前後加速度を制御するものであれば、任意のものを用いることができる。例えば以下のようなものが挙げられる。(a)燃焼エンジンの燃焼状態を制御することにより、タイヤ7にかかる制駆動トルクを制御する。(b)電動モータの電流を制御することにより、タイヤ7にかかる制駆動トルクを制御する。(c)変速機が動力を各車輪に伝達する際の変速比を変えることにより、前後加速度を制御する。(d)各車輪のブレーキパッドにブレーキディスクを押しつけることにより、前後加速度を発生させる。
DYCアクチュエータとしては、左右輪に発生する制駆動力を個別に制御することにより車両19に発生するヨーモーメントを制御することができれば、任意のものを用いることができる。例えば以下のようなものが挙げられる。(a)電動モータの電流を制御することにより、タイヤ7にかかる制駆動トルクを右側輪と左側輪個別に制御する。(b)各車輪のブレーキパッドにブレーキディスクを押しつける押付力を車両の右側輪と左側輪個別に制御する。
加減速アクチュエータの駆動制御器に対して送信する制御信号は、必ずしも前後加速度そのものでなくとも、加減速アクチュエータによって前後加速度指令値を実現し得る信号であればよい。例えば加減速アクチュエータが燃焼エンジンである場合、前後加速度指令値を実現し得る制駆動トルク指令値を駆動トルク制御ユニット12に対して送信すればよい。駆動トルク制御ユニット12を介さず、前後加速度指令値を実現する燃焼エンジンの駆動信号を、燃焼エンジンの制御アクチュエータに対して直接送信してもよい。油圧によりブレーキパッドをブレーキディスクに押し付ける油圧式摩擦ブレーキを用いる場合、加速度指令値を実現する油圧指令値をブレーキ制御ユニット10に対して送信してもよい。ブレーキ制御ユニット10を介さず、前後加速度指令値を実現する油圧式摩擦ブレーキ駆動アクチュエータの駆動信号を、油圧式摩擦ブレーキ駆動アクチュエータに対して直接送信してもよい。
DYCアクチュエータの駆動制御器に対して送信する制御信号は、必ずしもヨーモーメントそのものではなくとも、DYCアクチュエータによってヨーモーメント指令値を実現し得る信号であればよい。例えばDYCアクチュエータが電動モータである場合、ヨーモーメント指令値を実現し得る車両左右側輪それぞれの制駆動トルク指令値を駆動トルク制御ユニット12に対して送信すればよい。駆動トルク制御ユニット12を介さず、ヨーモーメント指令値を実現する電動モータ駆動信号を、電動モータの制御アクチュエータに対して直接送信してもよい。油圧によりブレーキパッドをブレーキディスクに押し付ける油圧式摩擦ブレーキを用いる場合、ヨーモーメント指令値を実現し得る左右側輪それぞれの油圧指令値を、ブレーキ制御ユニット10に対して送信すればよい。ブレーキ制御ユニット10を介さず、ヨーモーメント指令値を実現する油圧式摩擦ブレーキ駆動アクチュエータの駆動信号を、油圧式摩擦ブレーキ駆動アクチュエータに対して直接送信してもよい。
前後加速度指令値を実現する際に、前後加速度指令値に応じて駆動制御を実施する加減速アクチュエータを変更してもよい。例えば、燃焼エンジンと油圧式摩擦ブレーキを加減速アクチュエータとして用いる場合、前後加速度指令値が燃焼エンジンの制駆動トルク制御により実現できる範囲であれば燃焼エンジンを駆動制御し、前後加速度指令値が燃焼エンジンの制駆動トルク制御で実現できない範囲の負値であれば燃焼エンジンと併せて油圧式摩擦ブレーキを駆動制御する。加減速アクチュエータとして電動モータと燃焼エンジンを用いる場合、前後加速度の時間変化が大きければ電動モータを駆動制御し、小さければ燃焼エンジンを駆動制御してもよい。通常時は前後加速度指令値を電動モータにより駆動制御し、バッテリーの状態等により電動モータが前後加速度指令を実現できなければ、他の加減速アクチュエータ(燃焼エンジン、油圧式摩擦ブレーキなど)を駆動制御してもよい。
ヨーモーメント指令値を実現する際に、ヨーモーメント指令値に応じて駆動制御を実施するDYCアクチュエータを変更してもよい。例えば電動モータと油圧式摩擦ブレーキをDYCアクチュエータとして用いる場合、ヨーモーメント指令値の時間変化が大きければ電動モータを駆動制御し、小さければ油圧式摩擦ブレーキを駆動制御してもよい。通常時はヨーモーメント指令値を電動モータにより駆動制御し、バッテリー状態や指令値の大きさ等により電動モータがヨーモーメント指令値を実現できなければ、油圧式摩擦ブレーキを駆動制御してもよい。
各制御ユニットやセンサは、信号に応じて異なる通信ラインおよび通信プロトコルを用いてもよい。例えば大容量のデータをやり取りする必要のある自車両走行路情報を取得するセンサと通信する際にはイーサネットを用い、アクチュエータと通信する際にはController Area Networkを用いてもよい。
車両速度Vは、自車両位置検出センサ9により得られる自車位置を微分することにより取得してもよいし、車輪速センサ8により取得してもよい。横すべり角βは、自車両位置検出センサ9の移動方向と車両ヨー角から取得してもよいし、車両速度V/操舵角δ/ヨーレイトr/横加速度Gから車両運動モデルを用いて演算してもよい。車両19の横滑りの大きさは、横滑り角βに基づき判定することもできるし、目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの間の偏差に応じて判定することもできる。
式2に示したヨーモーメント指令値を調整する場合、各車輪の制駆動力、ドライバのアクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量といった値を用いてヨーモーメント指令値を調整してもよい。
これら車両運動状態量は、センサによって直接検出してもよいし、他のコントローラとの通信により取得してもよい。さらには、他の状態値を車両モデルやタイヤモデルに対して適用することにより推定してもよい。
加減速アクチュエータとDYCアクチュエータは、別々のアクチュエータであってもよいし、同一のアクチュエータであってもよい。例えば各車輪の制動力を個別に増減することができる油圧式摩擦ブレーキユニットを加減速アクチュエータおよびDYCアクチュエータとして併用する場合、前後加速度指令値とヨーモーメント指令値を油圧式摩擦ブレーキユニットの駆動制御器に対して送信する。加減速アクチュエータとして複数のアクチュエータを用い、それぞれのアクチュエータに応じた前後加速度指令値を送信してもよい。DYCアクチュエータとして複数のアクチュエータを用い、それぞれのアクチュエータに応じたヨーモーメント指令値を送信してもよい。
以上の説明において、車両運動制御装置1がG−Vectoring制御による加減速制御とM+制御によるヨーモーメント制御の両方を実施する構成に関して説明したが、車両運動制御装置1はM+制御のみ実施し、別コントローラがG−Vectoring制御を実施してもよい。例えばG−Vectoring制御を加減速アクチュエータの駆動制御器に組み込み、その駆動制御器がG−Vectoring制御に必要な情報を取得し、G−Vectoring制御による加減速制御を実施してもよい。車両運動制御装置1はM+制御のみを実施する場合であっても、旋回脱出時にM+制御量を抑制することにより本発明と同様の効果を発揮することができる。
車両運動制御装置1とDYCアクチュエータの駆動制御器は、同一コントローラとして実装してもよい。すなわちDYCアクチュエータの駆動制御器が図8に示した構成要素を備え、M+制御によるヨーモーメント制御を実施してもよい。
以上の説明において、車両運動制御装置1は車両19に対して作用する横加加速度に応じて前後加速度を制御することを説明したが、横加加速度以外の横運動に応じて同様の制御を実施することもできる。例えば横加加速度に代えて車両19のヨーレイトに応じて同様の制御を実施することができる。
上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
1:車両運動制御装置
2:加速度センサ
3:ジャイロセンサ
4:ステアリングホイール
5:操舵角センサ
6:走行軌道生成ユニット
7:タイヤ
8:車輪速センサ
9:自車両位置検出センサ
10:ブレーキ制御ユニット
11:ブレーキアクチュエータ
12:駆動トルク制御ユニット
13:駆動アクチュエータ
14:通信ライン
15:舵角制御ユニット
16:舵角制御アクチュエータ
17:ブレーキペダルセンサ
18:アクセルペダルセンサ
19:車両

Claims (13)

  1. 車両の運動を制御する車両運動制御装置であって、
    前記車両の目標軌道を取得する目標軌道取得部、
    前記目標軌道に基づき前記車両の横運動を予測する横運動予測部、
    前記車両の横運動に応じて前記車両の左右輪の制駆動力差により前記車両に発生するヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御部、
    を備え、
    前記ヨーモーメント制御部は、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると前記横運動予測部が予測した第1期間において、前記車両に発生するヨーモーメントを制御し、
    前記ヨーモーメント制御部は、前記一方の横運動から前記他方の横運動に変化した後、前記車両が前記他方の横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると前記横運動予測部が予測した第2期間においては、前記車両に発生する減速度絶対値を、前記第1期間において前記車両に発生する減速度絶対値よりも小さくし、
    前記横運動予測部は、前記第1期間においては、前記車両に左右一方の横加速度が作用する状態から他方の横加速度が作用する状態に向かって遷移することにより、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測し、
    前記横運動予測部は、前記第2期間においては、前記車両に横加速度が作用する状態から横加速度が作用しない状態に向かって遷移することにより、前記車両が横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測する
    ことを特徴とする車両運動制御装置。
  2. 前記車両運動制御装置は、前記車両の横滑りの程度を取得する横滑り取得部を備え、
    前記ヨーモーメント制御部は、前記第2期間において、前記車両の横滑りの程度が横滑り閾値以上である場合は、前記車両の横滑りの程度が前記横滑り閾値未満である場合よりも、前記車両に発生するヨーモーメントを大きくする
    ことを特徴とする請求項1記載の車両運動制御装置。
  3. 前記ヨーモーメント制御部は、前記車両の操舵角と前記車両の速度に基づいて前記車両の目標ヨーレイトを算出し、
    前記横滑り取得部は、前記車両の横滑り角、前記目標ヨーレイトと前記車両に発生している実ヨーレイトとの間の偏差、のうち少なくともいずれかに基づいて、前記車両の横滑りの大きさを判定する
    ことを特徴とする請求項2記載の車両運動制御装置。
  4. 前記ヨーモーメント制御部は、前記車両の横運動が減少すると前記横運動予測部が予測した期間においては、前記車両のヨー運動が抑制されるように、前記車両に発生するヨーモーメントを制御する
    ことを特徴とする請求項1記載の車両運動制御装置。
  5. 前記横運動予測部は、前記第1期間においては、前記車両の操舵角が前記車両を左右一方に旋回させている状態から他方に向かって旋回させている状態へ遷移することにより、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測し、
    前記横運動予測部は、前記第2期間においては、前記車両の操舵角が前記車両を左右一方に旋回させている状態から旋回させていない状態に向かって遷移することにより、前記車両が横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測する
    ことを特徴とする請求項1記載の車両運動制御装置。
  6. 前記車両運動制御装置はさらに、前記車両に発生する横運動に応じて前記車両の前後加速度を制御する前後加速度制御部を備える
    ことを特徴とする請求項1記載の車両運動制御装置。
  7. 前記前後加速度制御部は、前記車両に作用する横加速度絶対値が増加しかつ前記車両の横滑りの程度が横滑り閾値未満である第3期間において、前記車両に作用する前後加速度を制御し、
    前記前後加速度制御部は、前記車両に作用する横加速度絶対値が増加しかつ前記車両の横滑りの程度が前記横滑り閾値以上である第4期間においては、前記車両に作用する前後加速度絶対値を、前記第3期間において前記車両に発生する前後加速度絶対値よりも小さくする
    ことを特徴とする請求項記載の車両運動制御装置。
  8. 前記前後加速度制御部は、前記第2期間においては、前記車両に作用する前後加速度絶対値を、前記第1期間において前記車両に発生する前後加速度絶対値よりも大きくする
    ことを特徴とする請求項記載の車両運動制御装置。
  9. 前記車両運動制御装置は、前記車両の横滑りの程度を取得する横滑り取得部を備え、
    前記前後加速度制御部は、前記第2期間において、前記車両の横滑りの程度が横滑り閾値以上である場合は、前記車両の横滑りの程度が前記横滑り閾値未満である場合よりも、前記車両に発生する前後加速度絶対値を小さくする
    ことを特徴とする請求項記載の車両運動制御装置。
  10. 前記目標軌道取得部は、前記車両の操舵角またはタイヤ転蛇角と、前記車両の速度とに基づき、前記目標軌道を算出する
    ことを特徴とする請求項1記載の車両運動制御装置。
  11. 前記目標軌道取得部は、前記車両が備える他の制御装置から前記目標軌道を取得する
    ことを特徴とする請求項1記載の車両運動制御装置。
  12. 車両の運動を制御する車両運動制御方法であって、
    前記車両の目標軌道を取得する目標軌道取得ステップ、
    前記目標軌道に基づき前記車両の横運動を予測する横運動予測ステップ、
    前記車両の横運動に応じて前記車両の左右輪の制駆動力差により前記車両に発生するヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御ステップ、
    を有し、
    前記ヨーモーメント制御ステップにおいては、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると前記横運動予測ステップにおいて予測した第1期間において、前記車両に発生するヨーモーメントを制御し、
    前記ヨーモーメント制御ステップにおいては、前記一方の横運動から前記他方の横運動に変化した後、前記車両が前記他方の横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると前記横運動予測ステップにおいて予測した第2期間においては、前記車両に発生する減速度絶対値を、前記第1期間において前記車両に発生する減速度絶対値よりも小さくし、
    前記横運動予測ステップは、前記第1期間においては、前記車両に左右一方の横加速度が作用する状態から他方の横加速度が作用する状態に向かって遷移することにより、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測し、
    前記横運動予測ステップは、前記第2期間においては、前記車両に横加速度が作用する状態から横加速度が作用しない状態に向かって遷移することにより、前記車両が横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測する
    ことを特徴とする車両運動制御方法。
  13. 車両の運動を制御する制御演算を車両運動制御装置に実行させる車両運動制御プログラムであって、前記車両運動制御装置に、
    前記車両の目標軌道を取得する目標軌道取得ステップ、
    前記目標軌道に基づき前記車両の横運動を予測する横運動予測ステップ、
    前記車両の横運動に応じて前記車両の左右輪の制駆動力差により前記車両に発生するヨーモーメントを制御するための制御指令値を演算するヨーモーメント制御ステップ、
    前記車両に発生するヨーモーメントを制御するアクチュエータに対して前記制御指令値を送信するステップ、
    を実行させ、
    前記ヨーモーメント制御ステップにおいては、前記車両運動制御装置に、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると前記横運動予測ステップにおいて予測した第1期間において、前記制御指令値を演算するステップを実行させ、
    前記ヨーモーメント制御ステップにおいては、前記車両運動制御装置に、前記一方の横運動から前記他方の横運動に変化した後、前記車両が前記他方の横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると前記横運動予測ステップにおいて予測した第2期間においては、前記車両に発生する減速度絶対値が、前記第1期間において前記車両に発生する減速度絶対値よりも小さくなるように、前記制御指令値を演算させ
    前記横運動予測ステップは、前記第1期間においては、前記車両運動制御装置に、前記車両に左右一方の横加速度が作用する状態から他方の横加速度が作用する状態に向かって遷移することにより、前記車両が左右一方の横運動をしている状態から他方の横運動をしている状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測させ、
    前記横運動予測ステップは、前記第2期間においては、前記車両運動制御装置に、前記車両に横加速度が作用する状態から横加速度が作用しない状態に向かって遷移することにより、前記車両が横運動している状態から横運動していない状態に向かって前記車両の横運動が変化すると予測させる
    ことを特徴とする車両運動制御プログラム。
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