JP6863308B2 - 車両の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

本発明は車両の姿勢制御装置に関する。

特許文献１には、アンチダイブジオメトリ及びアンチリフトジオメトリを有する前後輪サスペンションを備えた車両において、これらのジオメトリ効果を利用して、車体にアンチロールモーメントを発生させる方法が記載されている。具体的に、特許文献１では、非制動時に直進状態から急激な操舵操作が開始された場合には、操舵操作開始からの所定の短期間にのみ旋回外側前輪及び旋回内側後輪に制動力を付与する。また、制動時に直進状態から急激な操舵操作が開始された場合には、操舵操作開始からの所定の短期間にのみ前輪側では旋回外側の制動力が、後輪側では旋回内側の制動力が大きくなるように、左右輪の制動力に差が設けられる。これによってアンチロールモーメントを発生させ、ロール角の増大を抑制している。

特開２００８−２０１３５８号公報

例えば障害物の回避等の緊急回避操舵のような場面では、車両の回頭性の良さが重要となる。一方、車両の諸元上、旋回中の車両が旋回内側に巻き込まないよう、ロールステア及びコンプライアンスステア（即ち、横力ステア）が設計されている。このためロールステア及びコンプライアンスステアは、回頭性を低下させる要因ともなり得る。従って、緊急性の高いシーンでは、ロールステア及びコンプライアンスステアの影響を抑制して回頭性を上げることが課題となる。

例えば、ＡＶＳ（Adaptive Variable Suspension System）付の車両であれば、緊急回避中はＡＶＳの減衰特性を最大限に上げて、ロールステアやコンプライアンスステアを低減させることができ、これにより回頭性を向上させることができる。しかしＡＶＳ等の電子制御式サスペンションが搭載されていない車両では、このような制御を行うことはできない。また、操舵速度の高いシーンでは舵角に対する車両応答の観点から、車両が操舵に追従できない場合もある。

この点、特許文献１の技術は、直進中からの初期操舵に限定されたものであり、かつロールを抑制することを目的とするものであり、また、コンプライアンスステアの影響にも触れていない。従って、特許文献１に記載の技術は、車両の回頭性向上という観点において改善の余地が残るものである。

本発明は、以上の課題を解決することを目的として、緊急回避時等に、車両の回頭性を向上させることができるよう改良された車両の姿勢制御装置を提供するものである。

本発明は、車両の姿勢制動装置であって、車両の４輪のそれぞれに対して付与される制動力のそれぞれを、独立して制御できる機能を有している。この車両の姿勢制御装置は、車両の操舵速度が所定速度より速い急操舵である場合に、操舵速度に応じた目標モーメントを算出すると共に、第１ヨーレートと第２ヨーレートとを算出するように構成されている。

ここで、第１ヨーレートは、制動力を旋回内側の前輪のみに付与した場合に、アンチダイブ力が及ぼすロールステア角の変化と、制動力が及ぼすコンプライアンスステア角の変化とが、旋回に及ぼすヨーレートである。第２ヨーレートは、制動力を旋回内側の後輪のみに付与した場合に、アンチリフト力が及ぼすロールステア角の変化と、制動力が及ぼすコンプライアンスステア角の変化とが、旋回に及ぼすヨーレートである。

更に、車両の姿勢制御装置は、第１ヨーレートが第２ヨーレートより大きい場合に、旋回内側の前輪に対して目標モーメントに応じた制動力を付与し、第１ヨーレートが第２ヨーレート以下である場合に、旋回内側の後輪に対して目標モーメントに応じた制動力を付与するように構成されている。

本発明によれば、操舵速度に応じたモーメントの付与により、車両の応答遅れを改善できると共に、サスペンションのジオメトリ効果を効果的に利用することができ、車両の回頭性を向上させることができる。

車両旋回時のロールステアとコンプライアンスステアについて説明する模式図である。 本発明の実施の形態１における制御装置の機能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１における制動輪選択のための制御ルーチンについて説明するための図である。 本発明の実施の形態２における制動輪の決定の規則について説明するための図である。 本発明の実施の形態２における制動力付与の効果について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１において、車両には制御装置が搭載されている。制御装置は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリには、各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。メモリに記憶されているプログラムがロードされてプロセッサで実行されることで、制御装置には様々な機能が実現される。

本実施の形態における制御装置が実現する機能には、車両の４輪それぞれに付与される制動力を独立して制御する機能、及び、車両の姿勢制御装置としての後述する機能が含まれる。

図１は、本実施の形態の車両の旋回時のロールステアとコンプライアンスステアについて説明する模式図である。車両の諸元上、旋回中に車両が旋回内側に巻き込まないように、ロールステアやコンプライアンスステアが設計されている。具体的に、図１の（ａ）に示されるように、ロールステアによって、前輪は旋回外側に戻され、後輪は旋回内側に切れる。また、図１の（ｂ）に示されるように、コンプライアンスステアによっても同様に、前輪は旋回外側に戻され、後輪は旋回内側に切れる。

従って、車両の旋回内側への巻き込みが起こりうる状況では、実際の旋回方向（図１における実線Ｂ）は、操舵角に応じた旋回方向（即ち、図１における破線Ａ）よりも外側となる。これにより車両の巻き込みが抑制される。

しかし、緊急回避操舵のように、車両の回頭性が優先されるべきシーンで、ロールステアとコンプライアンスステアとが却って回頭性を低下させる要因となりうる場合がある。これに対し本実施の形態では、操舵速度が所定の速度より速い急操舵の場合に、車両旋回に必要なヨーモーメントを実現するため、旋回内側の前輪又は後輪に制動力を付与する制御を実行する。なお、以下の本実施の形態では、左方向の回転を正、右方向の回転を負として表すこととする。

図２は、本実施の形態における制御装置１０の機能を説明するためのブロック図である。制御装置１０は、目標モーメントを算出する機能、制動力を算出する機能、及び、制動輪を選択する機能を有している。図２では、それぞれの機能ごとに、ユニット１０１、ユニット１０２、ユニット１０３が割り当てられている。

ユニット１０１には、操舵速度と車速とが入力され、操舵速度及び車速Ｖに応じた目標モーメントＭｚが算出される。

制御装置には、図２に示されるような目標モーメントＭｚと車速Ｖと操舵速度との関係が、例えばマップとして定められている。このマップに従って、操舵速度及び車速Ｖに応じた目標モーメントＭｚが算出される。なお、図２のユニット１０１において、目標モーメントＭｚがゼロとなる操舵速度−ａから＋ａまでの範囲は、操舵速度が所定の速度以内の範囲、即ち、本実施の形態では急操舵に該当しない範囲である。急操舵となる範囲は適宜設定することができる。

ユニット１０２では、発生させてよい減速度Ｇｘの範囲となるように目標モーメントＭｚに対する上下限ガード値Ｍｚｌｉｍが設定される。より具体的には、目標モーメントＭｚｌｉｍは、車両トレッドをＴｒｅａｄ、車両重量をＭとして、(１)式に従って、減速度Ｇｘに応じた値として算出される。

ユニット１０２では、更に、算出された上下限ガード値Ｍｚｌｉｍの制約内となる範囲で目標モーメントＭｚが再決定され、決定された目標モーメントＭｚに応じて制動力が算出される。

ユニット１０３では、算出された制動力を付与する制動輪が選択される。図３は、本実施の形態においてユニット１０３が実行する制動輪の選択の制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。

図３のルーチンでは、まずステップＳ１において、目標モーメントＭｚがゼロであるか否かが判別される。ステップＳ１において、目標モーメントＭｚがゼロであると判別された場合、旋回の要求がない、あるいは急操舵ではないため、ステップＳ１０に進み、制動輪なし、即ち、制動力を付与しないものとして、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１において、目標モーメントＭｚがゼロでないと判別された場合、次に、ステップＳ２に進み、目標モーメントＭｚがゼロより大きいか否が判別される。ステップＳ２において、目標モーメントＭｚがゼロより大きいと判別された場合、旋回は左方向である。従って、ステップＳ３に進み、制動輪として、まず、旋回内側となる左輪が選択される。一方、目標モーメントＭｚがゼロ以下と判別された場合、旋回は右方向である。従って、ステップＳ４に進み、制動輪として、まず、旋回内側となる右輪が選択される。

次に、ステップＳ５に進み、制動前後輪の決定、即ち、前輪、後輪のどちらに制動力を付与するかが決定される。制動前後輪の決定にあたっては、まず、前輪のみに制動力を付与した場合の、ステア角変化が旋回に及ぼすヨーレートである第１ヨーレートΔＹＲ１が算出される。第１ヨーレートΔＹＲ１の算出に際しては、まず、アンチダイブ力が及ぼすロールΔφ_ｆへの影響からのロールステア角Δδ_φが算出される。

より具体的に、まず、制動側を負とした場合の前後力をＦｘ_ｆ、アンチダイブ係数をＴａｎθ_ｆ、ロール剛性をＫ_φ、ばね上重量をｍ_ｓ、重心とロールセンタ高との距離をｈ_ｓ、重力加速度をｇとして、次式（２）に従って、ロールΔφ_ｆが算出される。

次に、ロールステア係数をＲとして、次式（３）に従って、ロールステア角Δδ_φが算出される。

また、制動力が及ぼすコンプライアンスステア角Δδ_ｆｘｆが算出される。前輪制動力が及ぼすコンプライアンスステア角Δδ_ｆｘｆは、前輪制動力ステア係数をＫ_ｆｘｆとして、次式（４）により算出することができる。

以上算出されたロールステア角Δδ_φとコンプライアンスステア角Δδ_ｆｘｆを用いて、ステア角変化による第１ヨーレートΔＹＲ１が算出される。具体的には、第１ヨーレートΔＹＲ１は、横速度をｖ、車速をＶ、ホイールベースをｌとして、式（５）に従って算出される。ここでＫ_ｈは係数である。

同様にして、後輪のみに制動力を付与した場合のステア角変化が旋回に及ぼすヨーレートである第２ヨーレートΔＹＲ２が算出される。第２ヨーレートΔＹＲ２の算出方法は、第１ヨーレートΔＹＲ１の算出方法と概ね同様であり、まず、アンチリフト力が及ぼすロールΔφ_ｒへの影響からのロールステア角Δδ_φが算出される。

より具体的には、まず、ロールΔφ_ｒが、制動側を負とした場合の前後力をＦｘ_ｒ、アンチリフト係数をＴａｎθ_ｒとして、次式（６）に従って算出される。

次に、前輪の場合と同様に、上記式（６）に従って算出されたロールΔφ_ｒを、次式（７）に入力することで、ロールステア角Δδ_φが算出される。

また、後輪制動力が及ぼすコンプライアンスステア角Δδ_ｆｘｒが算出される。具体的に、後輪制動力が及ぼすコンプライアンスステア角Δδ_ｆｘｒは、後輪制動力ステア係数をＫ_ｆｘｒとして、次式（８）により算出することができる。

次に、ロールステア角Δδ_φとコンプライアンスステア角Δδ_ｆｘｒとを用いて、ステア角変化による第２ヨーレートΔＹＲ２が、次式（９）に従って算出される。

以上のように算出された、第１ヨーレートΔＹＲ１と第２ヨーレートΔＹＲ２が比較される。比較の結果、操舵方向に対して回頭性が上がる方の車輪が制動輪として選択される。即ち、第１ヨーレートΔＹＲ１が第２ヨーレートΔＹＲ２より大きい場合には、前輪が制動輪として選択される。一方、第１ヨーレートΔＹＲ１が第２ヨーレートΔＹＲ２以下である場合には、後輪が制動輪として選択される。その後、今回の制動輪の選択のルーチンは一旦終了する。

その後、ステップＳ３又はＳ４において選択された旋回内側の前輪又は後輪に、モーメントに応じた制動力が付与される。これにより、本実施の形態では、操舵速度に応じたモーメントが付与され、車両の応答遅れを改善することができる。また、サスペンションのジオメトリ効果を活用することができ、車両の回頭性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、ユニット１０２において、許容される減速度に応じてモーメントに上下限ガード値をかける処理が行われる場合について説明した。しかし、このようなガード値を設定する処理を行わず、操舵速度に応じた目標モーメントから制動力を換算するようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、前輪に制動力を付与した場合のヨーレートと後輪に制動力を付与した場合のヨーレートとを算出して、これに基づいて操舵方向に対する回頭性が上がる方の制動輪に制動力を付与する場合について説明した。これに対し、実施の形態２では、旋回内側の前輪のフロントアンチダイブ係数と、旋回内側の後輪のリアアンチリフト係数との比較により、制動輪が決定される。図４は、実施の形態２における制動輪の決定の規則について説明するための図である。図５は、実施の形態２の制動力付与の効果について説明するための図である。

なお、図４におけるフロントアンチダイブ係数Ｔａｎθ_ｆ、リアアンチリフト係数Ｔａｎθ_ｒにおけるθ_ｆ、θ_ｒは、図５に示されるように、それぞれ、サイドビューでみたサスペンションの瞬間中心と接地点とを結ぶ線と、水平線とのなす角であり、サスペンションの瞬間中心が地面より上方向の場合に正とする。

制動輪の選択規則は、図４に示される通りであるが、（１）フロントアンチダイブ係数Ｔａｎθ_ｆとリアアンチリフト係数Ｔａｎθ_ｒが共に正である場合、及び、（２）フロントアンチダイブ係数Ｔａｎθ_ｆが正であって、リアアンチリフト係数Ｔａｎθ_ｒが負であり、かつ両者の絶対値を比較した場合にフロントアンチダイブ係数Ｔθ_ｆの方が大きい場合、及び、（３）フロントアンチダイブ係数Ｔａｎθ_ｆが負であり、リアアンチリフト係数Ｔａｎθ_ｒが正であって、かつ両者の絶対値を比較した場合に、フロントアンチダイブ係数Ｔａｎθ_ｆの方が小さい場合には、旋回内側の後輪が制動輪として選択される。上記以外の場合（即ち、図４の（４）〜（６）の場合）には、旋回内側の前輪が制動輪として選択される。

選択された制動輪には、目標モーメントに応じて算出された制動力が付与される。但し、実施の形態１の場合と同様に、許容される減速度に応じて目標モーメントに対して上下限ガード値を設定し、上下限ガード値の範囲で目標モーメントに応じた制動力を付与するように構成してもよい。

フロントアンチダイブ係数Ｔａｎθ_ｆとリアアンチリフト係数Ｔａｎθ_ｒが共に正であり、従って、旋回内側の後輪が制動輪として選択された場合の例を図５に示す。図５に示されるように、制動力付与によるアンチリフト力により制動輪の上下の減衰特性を上げることができ、ＡＶＳと同様の効果を得ることができる。これにより過渡的なロールステアの影響を抑制し回頭性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、操舵速度に応じたモーメントを付与することができ、車両応答の遅れを改善することができる。ここで、サスペンションのジオメトリ効果により、制動輪の上下減衰特性を上げることができ、ＡＶＳと同様の効果を得ることができる。従って、過渡的なロールステアの影響を排除して、回頭性を向上させることができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

Claims (1)

1. 車両の４輪のそれぞれに対して付与される制動力のそれぞれを、独立して制御できる車両の姿勢制御装置であって、
   前記車両の操舵速度が所定速度より速い急操舵である場合に、前記操舵速度に応じた目標モーメントを算出し、
   制動力を旋回内側の前輪のみに付与した場合に、アンチダイブ力が及ぼすロールステア角の変化と、前記制動力が及ぼすコンプライアンスステア角の変化とが、旋回に及ぼすヨーレートである第１ヨーレートと、前記制動力を前記旋回内側の後輪のみに付与した場合に、アンチリフト力が及ぼすロールステア角の変化と、前記制動力が及ぼすコンプライアンスステア角の変化とが、旋回に及ぼすヨーレートである第２ヨーレートと、を算出し、
   前記第１ヨーレートが前記第２ヨーレートより大きい場合に、前記旋回内側の前輪に対して前記目標モーメントに応じた制動力を付与し、
   前記第１ヨーレートが前記第２ヨーレート以下である場合に、前記旋回内側の後輪に対して前記目標モーメントに応じた制動力を付与する、
   ように構成されていることを特徴とする車両の姿勢制御装置。

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