JP7109406B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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本発明は、車両制御装置に関する。
自動車の後輪操舵制御装置として、前輪舵角及び車速に基づいてフィードフォワード制御量を演算し、目標ヨーレイトと実ヨーレイトとの差のヨーレイト偏差に基づいてフィードバック制御量を演算し、フィードフォワード制御量とフィードバック制御量とに基づいて後輪の操舵角を決定するものが公知である(例えば、特許文献1)。
特開平10-324264号公報
この後輪操舵制御装置は、通常走行状態においてフィードフォワード制御が主になり、重心スリップ角が大きくなる限界走行状態に近づくにつれてフィードフォワード制御にフィードバック制御が加算される。しかし、フィードフォワード制御は、通常走行状態を基準として設計されているため、限界走行状態において前輪舵角が大きくなると制御量が大きくなる。そのため、限界走行領域においてフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用すると制御量が過剰となり、車両の挙動が安定し難くなるという問題がある。
本発明は、以上の背景を鑑み、挙動制御装置をフィードフォワード制御とフィードバック制御とによって制御する車両制御装置において、限界走行領域において車両の挙動を安定させることを課題とする。
上記課題を解決するために本発明のある態様は、車両(1)の挙動を制御する少なくとも1つの挙動制御装置(20)を制御する車両制御装置(30)であって、車輪の舵角に基づいて、前記挙動制御装置のフィードフォワード制御量を演算するフィードフォワード演算部(71)と、前記舵角に基づいて演算された目標車両状態量と実際の車両状態量との差に基づいて前記挙動制御装置のフィードバック制御量を演算するフィードバック演算部(72)と、前記フィードバック制御量に基づいて前記フィードフォワード制御量を補正し、補正フィードフォワード制御量を演算する補正部(73)と、前記フィードバック制御量と前記補正フィードフォワード制御量とに基づいて前記挙動制御装置の目標制御量を演算する目標制御量演算部(74)とを有することを特徴とする。
この構成によれば、フィードバック制御量に応じてフィードフォワード制御量が補正されるため、目標制御量が過剰になることを抑制することができる。これにより、限界走行領域において車両の挙動を安定させることができる。
上記の態様において、前記補正部は、前記フィードバック制御量に基づいて0以上1以下の縮退ゲインを設定し、前記フィードフォワード制御量に前記縮退ゲインを乗じることによって前記補正フィードフォワード制御量を演算し、前記縮退ゲインは前記フィードバック制御量の増加に応じて1から0に減少するとよい。
この構成によれば、フィードバック制御量に増加に応じてフィードフォワード制御量を減少させることができる。
上記の態様において、前記挙動制御装置は複数設けられ、前記車両制御装置は、前記フィードフォワード制御量を前記挙動制御装置のそれぞれに対応して分配した分配フィードフォワード制御量を演算するフィードフォワード制御量分配部(54)を更に有し、前記補正部は、前記分配フィードフォワード制御量のそれぞれを前記フィードバック制御量に基づいて互いに相違する補正量で補正し、前記挙動制御装置のそれぞれに対応した補正分配フィードフォワード制御量を演算するとよい。
この構成によれば、各挙動制御装置のフィードフォワード制御量の補正量を個別に変更することができる。これにより、限界走行領域において制御量が過剰になり易い挙動制御装置の制御量を個別に抑制することができる。
上記の態様において、前記補正部は、前記フィードバック制御量に基づいて、前記分配フィードフォワード制御量のそれぞれに対応して0以上1以下の縮退ゲインを設定し、前記分配フィードフォワード制御量に前記縮退ゲインを乗じることによって前記補正分配フィードフォワード制御量を演算し、前記縮退ゲインのそれぞれは前記フィードバック制御量の増加に応じて1から0に減少するとよい。
この構成によれば、各挙動制御装置のフィードフォワード制御量の補正量を個別に変更することができる。
上記の態様において、前記挙動制御装置は、後輪の前記舵角を変更する後輪操舵装置(15)と、パワープラント(7)が発生した駆動力を各車輪に分配する動力分配装置(9)とを含み、前記後輪操舵装置の前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G1)は、前記動力分配装置の前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G2)よりも、前記フィードバック制御量の増加に応じて先に減少するとよい。
この構成によれば、限界走行領域において動力分配装置よりも車両の旋回挙動に与える影響が大きい後輪操舵装置のフィードフォワード制御を抑制することによって、車両の挙動を安定させることができる。
上記の態様において、前記挙動制御装置は、パワープラント(7)が発生した駆動力を各車輪に分配する動力分配装置(15)と、左右の前輪及び後輪に設けられ、制動力を発生するブレーキ(20)とを含み、前記動力分配装置の前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G2)は、前記ブレーキの前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G1)よりも、前記フィードバック制御量の増加に応じて先に減少するとよい。
この構成によれば、限界走行領域において動力分配装置よりも車両の旋回挙動に与える影響が大きいブレーキのフィードフォワード制御を抑制することによって、車両の挙動を安定させることができる。
上記の態様において、前記挙動制御装置は、左右の前輪及び後輪に設けられ、制動力を発生するブレーキ(20)と、左右の前輪及び後輪に対応して設けられ、減衰力を変更可能な減衰力可変ダンパ(3D、5D)とを含み、前記ブレーキの前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G3)は、前記減衰力可変ダンパの前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G4)よりも、前記フィードバック制御量の増加に応じて先に減少するとよい。
この構成によれば、限界走行領域においてダンパよりも車両の旋回挙動に与える影響が大きい動力分配装置のフィードフォワード制御を抑制することによって、車両の挙動を安定させることができる。
上記の態様において、前記挙動制御装置は、後輪の舵角を変更する後輪操舵装置(15)と、パワープラント(7)が発生した駆動力を各車輪に分配する動力分配装置(9)と、左右の前輪及び後輪に設けられ、制動力を発生するブレーキ(20)と、左右の前輪及び後輪に対応して設けられ、減衰力を変更可能な減衰力可変ダンパ(3D、5D)とを含み、前記フィードバック制御量の増加に応じて、前記後輪操舵装置の前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G1)、前記動力分配装置の前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G2)、前記ブレーキの前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G3)、前記減衰力可変ダンパの前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン(G4)の順で先に減少するとよい。
この構成によれば、限界走行領域において、車両の挙動に与える影響が大きい挙動制御装置ほど制御量を抑制して、車両の挙動を安定させることができる。
上記の態様において、前記補正部は、前記車両の挙動がオーバーステアであるか否かを判定し、オーバーステアではないと判定した場合に前記フィードバック制御量の値に関わらず、前記縮退ゲインを1に設定するとよい。
この構成によれば、車両の挙動がオーバーステアでない場合にはフィードフォワード制御に基づく制御量を減少させないため、車両の挙動を迅速に目標に近づけることができる。
以上の構成によれば、挙動制御装置をフィードフォワード制御とフィードバック制御とによって制御する車両制御装置において、限界走行領域において車両の挙動を安定させることができる。
実施形態に係る車両の構成図 制御装置の運動制御部の機能ブロック図 制御装置の運動制御部の機能ブロック図 FB指示ヨーモーメントと縮退ゲインとの関係を示すマップ
以下、図面を参照して、本発明に係る車両制御装置の実施形態について説明する。
図1に示すように、実施形態に係る4輪自動車である車両1は、左右のフロントサスペンション3を介して車体2に支持された左右の前輪4と、左右のリアサスペンション5を介して車体2に支持された左右の後輪6とを有する。各サスペンション3、5は、車体2に回動可能に支持されたサスペンションアーム3A、5Aと、サスペンションアーム3A、5Aに支持され、前輪4又は後輪6を回転可能に支持するナックル3B、5Bと、車体2とサスペンションアーム3A、5Aとの間に設けられたばね3C、5C及びダンパ3D、5Dとを有する。ダンパ3D、5Dは、減衰力可変ダンパであり、減衰力を任意に変更することができる。ダンパ3D、5Dは、例えば印加される磁場に応じて粘性が変化する磁気粘性流体が封入されたダンパであるとよい。
図1に示すように、車両1は、車輪4、6を駆動するパワープラント7(動力源)を有する。パワープラント7は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関及び電動モータの少なくとも一方であってよい。パワープラント7の駆動力は、動力分配装置9を介して左右の前輪4及び後輪6に分配される。動力分配装置9は、各車輪4、6に伝達する駆動力の分配比を任意に変更することができる。
車両1の前輪操舵装置10は、自身の軸線を中心として回動可能に支持されたステアリングシャフト11と、ステアリングシャフト11の一端に設けられたステアリングホイール12と、ステアリングシャフト11の他端に設けられたピニオンに噛み合うと共に、左右に延びて左右両端においてタイロッドを介して前輪4に対応した左右のナックル3Bに連結されたラック軸14とを有する。ステアリングシャフト11に連結されたステアリングホイール12が回転すると、ラック軸14が左右に移動して前輪4に対応したナックル3Bが回動し、左右の前輪4が転舵する。また、ステアリングシャフト11には、運転者による操舵に応じてアシストトルクを付与する電動モータが設けられている。
車両1の後輪操舵装置15は、左右の後輪6を操舵する。後輪操舵装置15は、左右の後輪6に対応した左右の電動モータと、電動モータのそれぞれに設けられ、電動モータの駆動力を受けて進退する左右の出力ロッドとを有する。後輪操舵装置15は、左右の出力ロッドが独立して進退することによって、左右の後輪6の舵角を互いに独立して変化させる。
各前輪4及び各後輪6には、それぞれブレーキ20が設けられている。ブレーキ20は、例えばディスクブレーキであり、油圧供給装置から供給される油圧によって制御され、対応する前輪4及び後輪6に制動力を与える。油圧供給装置は各ブレーキ20に供給する油圧を独立して制御することができ、各ブレーキ20が対応する前輪4及び後輪6に与える制動力は互いに独立して変更可能である。
車両1には、制御装置30(車両制御装置)が設けられている。制御装置30は、マイクロコンピュータやROM、RAM、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成された電子制御回路(ECU)である。制御装置30は、運動制御部31と、駆動力制御部32、ブレーキ制御部33とを有する。運動制御部31は、車両の運動状態を表す車両状態量に基づいて、車両1に付加すべき付加ヨーモーメント、付加ロールモーメント、付加ピッチモーメント、付加横力、付加上下力を演算し、演算した各モーメント及び各付加力を発生させるべく、挙動制御装置として機能するブレーキ20、ダンパ3D、5D、後輪操舵装置15、動力分配装置9を制御する。
ブレーキ20は、付加ヨーモーメント、付加ロールモーメント、付加ピッチモーメント、及び付加横力の少なくとも1つを発生させることができる。ダンパ3D、5Dは、付加ロールモーメント、付加ピッチモーメント、及び付加上下力の少なくとも1つを発生させることができる。後輪操舵装置15は、付加ヨーモーメント及び付加横力の少なくとも1つを発生させることができる。動力分配装置9は、付加ヨーモーメント及び付加横力の少なくとも1つを発生させることができる。
車両状態量には、前輪4の舵角である前輪舵角δf及び後輪6の舵角である後輪舵角δrや、車両1の速度である車速V、車両1の横加速度、アクセルペダル位置PA、ブレーキペダル位置PB、車両1に実際に生じているヨーレイト(実ヨーレイト)、車両1の前後加速度等が含まれる。駆動力制御部32は、アクセルペダル位置PAに基づいてパワープラント7が発生すべき目標駆動力を演算し、目標駆動力に基づいてパワープラント7を制御する。ブレーキ制御部33は、ブレーキペダル位置PBに基づいて各ブレーキ20が発生すべき目標制動力を演算し、目標制動力に基づいて各ブレーキを制御する。
車体2には、車両状態検出手段としての車速センサ36、舵角センサ37、ヨーレイトセンサ38、アクセルペダルセンサ39、ブレーキペダルセンサ40が設けられている。車速センサ36は、各車輪4、6に設けられ、車輪4、6の回転に応じて発生するパルス信号を制御装置30に出力する。制御装置30は、各車速センサ36からの信号に基づいて、各車輪4、6の車輪速を取得すると共に、各車輪速を平均することによって車速Vを取得する。舵角センサ37は、各車輪4、6の舵角に応じた信号を制御装置30に出力する。制御装置30は、舵角センサ37からの信号に基づいて各車輪の舵角δiを取得する。ヨーレイトセンサ38は、車両1に生じているヨーレイトに応じた信号を制御装置30に出力する。制御装置30は、ヨーレイトセンサ38からの信号に基づいて実ヨーレイトγRを取得する。アクセルペダルセンサ39は、アクセルペダルに設けられ、アクセルペダルの位置に応じた信号を制御装置30に出力する。ブレーキペダルセンサ40は、ブレーキペダルに設けられ、ブレーキペダルの位置に応じた信号を制御装置30に出力する。
車体2には、車両状態検出手段として、車両1の横加速度を検出する横加速度センサ、車両1の前後加速度を検出する前後加速度センサ等が設けられてもよい。制御装置30は、横加速度、前後加速度に基づいて制御を行ってもよい。
図3及び図4に示すように、運動制御部31は、実車両挙動推定部51、目標車両挙動推定部52、FF付加モーメント・FF付加力演算部53、FF付加モーメント・FF付加力分配部54、第1FBヨーモーメント演算部55、第2FBヨーモーメント演算部56、FBヨーモーメント演算部57、波形加工部58、縮退ゲイン演算部59、RTC分配FF量補正部61、SH分配FF量補正部62、BRK分配FF量補正部63、ADS分配FF量補正部64、RTC制御部65、SH制御部66、BRK制御部67、及びADS制御部68を有する。FF付加モーメント・FF付加力演算部53及びFF付加モーメント・FF付加力分配部54は、フィードフォワード(FF)演算部71を構成する。実車両挙動推定部51、目標車両挙動推定部52、第1FBヨーモーメント演算部55、第2FBヨーモーメント演算部56、及びFBヨーモーメント演算部57はフィードバック(FB)演算部72を構成する。波形加工部58、縮退ゲイン演算部59、RTC分配FF量補正部61、SH分配FF量補正部62、BRK分配FF量補正部63、及びADS分配FF量補正部64は、補正部73を構成する。RTC制御部65、SH制御部66、BRK制御部67、及びADS制御部68は、目標制御量演算部74を構成する。
フィードフォワード演算部71は、舵角δi、車速V、アクセルペダル位置PA、ブレーキペダル位置PBに基づいて、ブレーキ20、ダンパ3D、5D、後輪操舵装置15、動力分配装置9を含む挙動制御装置のフィードフォワード制御量を演算する。記号の添え字iは、対応する車輪4、6を表し、1-4の整数である(1:前左輪(fl)、2:前右輪(fr)、3:後左輪(rl)、4:前右輪(rr))。前輪4の舵角δiを前輪舵角δf(=δ12)、後輪6の舵角δiを後輪舵角δr(=δ34)とする。フィードフォワード演算部71のFF付加モーメント・FF付加力演算部53は、舵角δi及び車速Vに基づいて、付加モーメントMadd及び付加力Faddの少なくとも1つを演算する。付加モーメントMaddは、付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、及び付加ピッチモーメントMYaddを含む。付加力Faddは、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを含む。
本実施形態では、FF付加モーメント・FF付加力演算部53は、舵角δi、車速V、アクセルペダル位置PA、ブレーキペダル位置PBに基づいて、付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを演算する。FF付加モーメント・FF付加力演算部53は、様々な手法を用いて舵角δi及び車速Vから、付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを演算することができる。本実施形態では、FF付加モーメント・FF付加力演算部53は、舵角δi及び車速Vの入力に対して、付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを出力するモデルを有する。
車両の横運動、ヨー運動、ロール運動、ピッチ運動、ヒーブ運動の運動方程式は、以下の数式(1)~(5)で表すことができる。
横運動
Figure 0007109406000001
ヨー運動
Figure 0007109406000002
ロール運動
Figure 0007109406000003
ピッチ運動
Figure 0007109406000004
ヒーブ運動
Figure 0007109406000005
ここで、mは車両質量[kg]、νは重心スリップ角速度[rad/s]、msはばね上質量[kg]、hacは重心ロールモーメントアーム長[m]、pはロールレイト[rad/s]、FYiは各車輪の横力[N]、Vは車速[m/s]、γはヨーレイト[rad/s]、IZは車両のヨー慣性モーメント[kgm2]、liは各輪車軸と重心との距離[m](l1=l2=lf、l3=l4=lr、lfは前輪車軸と重心との距離[m]、lrは後輪車軸と重心との距離[m])、IXsは車両座標系X軸廻りのばね上ロール慣性モーメント[kgm2]、hSはばね上重心高[m]、Tiは各輪ハーフトレッド[m](T1=-T2=Tf/2、T3=-T4=Tr/2、Tf、Trは前・後トレッド)、FZSiはサスペンションによる各輪の上下力変動、FZJiは各輪ジャッキアップ力[N]、gは重力加速度[m/s2]、φは車両のロール角[rad]、IYsは車両座標系Y軸廻りのばね上ピッチ慣性モーメント[kgm2]、xtrcの二階微分はドライバのアクセル操作で発生させる前後加速度[m/s2]、FXGiは接地面前後力[N]である。
ドライバのアクセル操作で発生させる前後加速度であるxtrcの二階微分は、アクセルペダル位置PAと車速Vとに基づいて予め設定された駆動力マップを参照することによってドライバ要求駆動力を演算し、ドライバ要求駆動力をパワープラント7の応答性を模擬したフィルタによって処理することによって演算することができる。
ここで、式(1)、(2)の各車輪の横力FYiは、各輪の舵角δiと車速Vとを用いて、次の式(6)のように表すことができる。
Figure 0007109406000006
式(6)の各輪の舵角δiは、ドライバのステアリング操作によって定まる舵角であり、ステアリング角δSW[rad]と各輪ステアリングギヤレシオの逆数κiを用いて、次の式(7)のように表すことができる。
Figure 0007109406000007
式(1)、(2)の各輪横力FYiとステアリング角δSWとの関係は、式(6)及び(7)から、次の式(8)のように表すことができる。
Figure 0007109406000008
式(3)、(4)、(5)のサスペンションによる各輪の上下力変動FZSiは、各輪ホイール端でのサスペンションメインスプリング剛性KSPGiと、各輪ホイール端でのスタビライザ剛性KSTBi、各輪ホイール端でのダンパ減衰係数Ciを用いて、次の式(9)のように表すことができる。
Figure 0007109406000009
ここで、サフィックスjは、サフィックスiが示す車輪に対して左右に対向する対向輪を表す。例えば、サフィックスiが前左輪を示す場合は、jは対向輪である前右輪を示す。また、wiはばね上車体の各輪ホイール位置における上下速度[m/s]であり、ziはばね上車体の各輪ホイール位置における上下変位[m]である。
ばね上車体の各輪ホイール位置における上下速度wi及び、ばね上車体の各輪ホイール位置における上下変位ziは、幾何学的関係から次の式(10)及び(11)のように表すことができる。
Figure 0007109406000010
Figure 0007109406000011
ここで、wは重心上下速度[m/s]、zは重心上下変位[m]である。
式(3)、(4)、(5)の各輪ジャッキアップ力FZJiは、サスペンションによる各輪上下力変動FZSiと、各輪静荷重FZ0i、各輪横力FYi、各輪接地面前後力FXGi、各輪ロールセンター高hi、各輪アンチダイブ・リフト角θADiを用いて、次の式(12)のように表すことができる。
Figure 0007109406000012
式(4)、(12)の接地面前後力FXGiは、ドライバのブレーキ操作によって発生させる前後加速度xbrkの二階微分、各輪制動力配分率ρi、サスペンションによる各輪上下力変動FZSi、各輪ジャッキアップ力FZJi、各輪静荷重FZ0i、各輪横力FYi、各輪舵角δiを用いて、次の式(13)のように表すことができる。
Figure 0007109406000013
ここで、各輪制動力配分率ρiは、予め設定された所定の定数であってよい。ドライバのブレーキ操作で発生させる前後加速度であるxbrkの二階微分は、ブレーキペダル位置PBと車速Vとに基づいて予め設定された制動力マップを参照することによってドライバ要求減速力を演算し、ドライバ要求減速力をブレーキ20の応答性を模擬したフィルタによって処理することによって演算することができる。
以上より、式(1)~(5)は、次の式(14)~(18)のように整理することができる。
Figure 0007109406000014
Figure 0007109406000015
Figure 0007109406000016
Figure 0007109406000017
Figure 0007109406000018
ここで、式(14)~(18)のHm、HI、LMX、Lφ、NFY、Nφは、次の式(19)の通りである。
Figure 0007109406000019
式(14)~(18)を、車両挙動状態量をx、制御による付加力FYadd、FZadd・付加モーメントMXadd、MYadd、MZaddをuと置けば、次の式(20)及び(21)のように表すことができる。
Figure 0007109406000020
Figure 0007109406000021
式(20)~(21)のA、Bは、それぞれ、次の式(22)のようになる。
Figure 0007109406000022
制御の目標挙動を生成する、目標車両諸元(理想車両諸元)に基づいた車両運動は、例えば、ヨー慣性モーメント、等価コーナリングパワー、ステアリングギヤレシオ、ダンパー減衰係数を、実際の車両諸元とは異なる目標車両諸元(ダッシュ付きの記号が目標諸元を表す)で与えるとした場合、次式のように表すことができる。
横運動
Figure 0007109406000023
ヨー運動
Figure 0007109406000024
ロール運動
Figure 0007109406000025
ピッチ運動
Figure 0007109406000026
ヒーブ運動
Figure 0007109406000027
式(23)、(24)の目標車両の各輪横力FYi'とステアリング角δSWとの関係は、次の式(28)のように表すことができる。
Figure 0007109406000028
式(25)、(26)、(27)の目標車両のサスペンションによる各輪上下力変動FZSi'は次の式(29)のように表すことができる。
Figure 0007109406000029
式(26)の目標車両の接地面前後力FXGi'は、次の式(30)のように表すことができる。
Figure 0007109406000030
式(30)のδi'は、目標車両の各輪舵角で、次の式(31)のように表すことができる。
Figure 0007109406000031
式(23)~(27)は、次の式(32)~(36)のように整理できる。
Figure 0007109406000032
Figure 0007109406000033
Figure 0007109406000034
Figure 0007109406000035
Figure 0007109406000036
式(32)~(36)は、式(20)及び(21)に対応させて、次の式(37)及び(38)のように記載することができる。目標車両モデルでは制御による付加力FYadd、FZadd・付加モーメントMXadd、MYadd、MZaddはいずれも0でありu'とする。xは車両挙動状態量である。
Figure 0007109406000037
Figure 0007109406000038
以上より、目標車両諸元による運動を、実際の車両諸元で実現するための制御で付加すべきモーメント・力uは、式(21)に式(37)を代入して整理した次の式(39)を用いて求めることができる。
Figure 0007109406000039
FF付加モーメント・FF付加力演算部53は式(14)~(18)及び式(32)~(36)に示される微分方程式を初期値0として解くことによって、A(x)及びA'(x)を求める。その後、FF付加モーメント・FF付加力演算部53は各時刻の舵角δi及び車速V等を用いて、式(39)を演算して、付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを演算する。FF付加モーメント・FF付加力演算部53は、上式(39)に基づくモデルによって、舵角δi及び車速Vから付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを演算する。
FF付加モーメント・FF付加力分配部54は、付加ヨーモーメントMZadd、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、付加横力FYadd及び付加上下力FZaddを、後輪操舵装置15が発生すべきRTC分配FF量FF1と、動力分配装置9が発生すべきSH分配FF量FF2と、ブレーキ20が発生すべきBRK分配FF量FF3と、ダンパ3D、5Dが発生すべきADS分配FF量FF4とに分配する。RTC分配FF量FF1、SH分配FF量FF2、BRK分配FF量FF3、ADS分配FF量FF4の合計は、付加力Fadd及び付加モーメントMaddに等しい。各分配FF量FF1~FF4は、付加力及び付加モーメントの少なくとも一方を含む。
FF付加モーメント・FF付加力分配部54は、様々な分配方法を採用することができる。例えば、付加力Fadd及び付加モーメントMaddに、予め設定された0以上1以下の値の分配係数を掛けることによって、RTC分配FF量FF1、SH分配FF量FF2、BRK分配FF量FF3、ADS分配FF量FF4を算出してもよい。例えば、RTC分配FF量FF1は、付加ヨーモーメントMZadd、に分配係数k1を掛けた値と、付加ロールモーメントMXaddに分配係数k2を掛けた値と、付加ピッチモーメントMYaddに分配係数k3を掛けた値と、付加横力FYaddに分配係数k4を掛けた値と、付加上下力FZaddに分配係数k5を掛けた値とを含むとよい。また、後輪操舵装置15、動力分配装置9、ブレーキ20、ダンパ3D、5Dに優先順位を付け、優先順位の高いものから順に付加力Fadd及び付加モーメントMaddを分配してもよい。
FF付加モーメント・FF付加力分配部54は、以下のようにRTC分配FF量FF1、SH分配FF量FF2、BRK分配FF量FF3、ADS分配FF量FF4を設定してもよい。この方法では、付加横力FYadd及び付加ヨーモーメントMZadd、をRTC分配FF量FF1、SH分配FF量FF2、BRK分配FF量FF3に分配し、付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、及び付加上下力FZaddをADS分配FF量FF4に分配する。
付加横力FYadd及び付加ヨーモーメントMZaddと、後輪舵角δrとベクタリングモーメントMvの関係は、次の式(40)、(41)のように表すことが出来る。
Figure 0007109406000040
Figure 0007109406000041
式(40)、(41)から、後輪舵角δr、ベクタリングモーメントMvは、次の式(42)、(43)のように求めることができる。
Figure 0007109406000042
Figure 0007109406000043
式(42)によって、後輪舵角δr、すなわちRTC分配FF量FF1が決定される。ベクタリングモーメントMvは、可能な限りSH分配FF量FF2で達成し、SH分配FF量FF2の上限値を超える部分をBRK分配FF量FF3で達成するとよい。
付加ロールモーメントMXadd、付加ピッチモーメントMYadd、及び付加上下力FZaddと、各輪に付加すべき付加上下力FZadd1、FZadd2、FZadd3、FZadd4(添え字、1,2,3,4は、前左輪(fl)、前右輪(fr)、後左輪(rl)、前右輪(rr)を表す)との関係は次の式(44)~(46)のように表すことができる。
Figure 0007109406000044
Figure 0007109406000045
Figure 0007109406000046
4輪の付加上下力を決める式が3つしかなく、このままでは解が不定のため、次の式(47)、(48)に示すロールモーメントの前軸配分比RMXFを導入する。ロールモーメント前軸配分比RMXFは、0~1の任意の値に設定できる定数である。
Figure 0007109406000047
Figure 0007109406000048
式(44)~(48)を整理すると、各輪の付加上下力は次のように求めることができる。
Figure 0007109406000049
Figure 0007109406000050
Figure 0007109406000051
Figure 0007109406000052
式(49)~(52)の付加上下力FZadd1、FZadd2、FZadd3、FZadd4に基づいてADS分配FF量FF4が設定されるとよい。
実車両挙動推定部51は、車両1の実際の諸元である実車両諸元情報と、前輪舵角δf及び車速Vとに基づいて、車両1に生じると推定される重心スリップ角である実車両推定スリップ角βrを演算する。添え字「r」は、車両1(実車両)に関する情報を示す。
実車両推定スリップ角βrは、車両1の重心を中心とした車両のスリップ角である。実車両推定スリップ角βrの演算は、公知の様々な手法を適用することができ、例えば次の式(53)に基づいて行ってもよい。
Figure 0007109406000053
mは車両重量、lはホイールベース、lは重心と前輪車軸間の距離、lは重心と後輪車軸間の距離、Aはスタビリティファクタ、Kは後輪のコーナリングパワーである。式(53)のm、l、l、l、A、及びKには、実車両諸元情報が代入されるとよい。他の実施形態では、重心スリップ角βrを前後加速度や横加速度等に基づいて演算してもよく、カルマンフィルタを用いて演算してもよい。
目標車両挙動推定部52は、目標車両の諸元として予め設定された目標車両諸元情報と、前輪舵角δf及び車速Vとに基づいて、目標車両に生じると推定される重心スリップ角である目標車両推定スリップ角βiと、目標車両に生じると推定されるヨーレイトである目標車両推定ヨーレイトγiを演算する。添え字「i」は、目標車両に関する情報を示す。
目標車両推定スリップ角βi及び目標車両推定ヨーレイトγiの演算は、公知の様々な手法を適用することができる。目標車両推定スリップ角βiは、上記の式(53)に目標車両諸元情報を代入することによって演算するとよい。また、目標車両推定ヨーレイトγiは、次の式(54)に基づいて演算してもよい。
Figure 0007109406000054
第1FBヨーモーメント演算部55は、車両1の重心スリップ角βに基づくフィードバック制御によって車両1に加えるべき、第1FBヨーモーメントMZFB1を演算する。第1FBヨーモーメント演算部55は、例えばPD制御に対応する次の式(55)に基づいて、第1FBヨーモーメントMZFB1を演算する。他の実施形態では、第1FBヨーモーメント演算部55は、P制御やPID制御に基づいてMZFB1を演算してもよい。
Figure 0007109406000055
第2FBヨーモーメント演算部56は、車両1のヨーレイトγに基づくフィードバック制御によって車両1に加えるべき、第2FBヨーモーメントMZFB2を演算する。第2FBヨーモーメント演算部56は、例えばPD制御に対応する次の式(56)に基づいて、第2FBヨーモーメントMZFB2を演算する。他の実施形態では、第2FBヨーモーメント演算部56は、P制御やPID制御に基づいてMZFB1を演算してもよい。
Figure 0007109406000056
FBヨーモーメント演算部57は、第1FBヨーモーメントMZFB1と第2FBヨーモーメントMZFB2とに基づいて、FBヨーモーメントMZFBを演算する。FBヨーモーメント演算部57は、例えば第1FBヨーモーメントMZFB1と第2FBヨーモーメントMZFB2とを加算してFBヨーモーメントMZFBを算出する。また、FBヨーモーメント演算部57は、第1FBヨーモーメントMZFB1と第2FBヨーモーメントMZFB2との内で値が小さいもの或は大きいものや、第1FBヨーモーメントMZFB1と第2FBヨーモーメントMZFB2との平均値をFBヨーモーメントMZFBとしてもよい。
波形加工部58は、FBヨーモーメント演算部57から出力されるFBヨーモーメントMZFBの波形を平滑化し、平滑化したFBヨーモーメントMZFB'を出力する。平滑化されたFBヨーモーメントMZFB'は、値の急変が抑制される。
縮退ゲイン演算部59は、平滑化されたFBヨーモーメントMZFB'に基づいて、第1~第4縮退ゲインG1~G4を設定する。第1縮退ゲインG1はRTC分配FF量FF1に対応したゲインであり、第2縮退ゲインG2はSH分配FF量FF2に対応したゲインであり、第3縮退ゲインG3はBRK分配FF量FF3に対応したゲインであり、第4縮退ゲインG4はADS分配FF量FF4に対応したゲインである。図4は、FBヨーモーメントMZFBと第1~第4縮退ゲインG1~G4との関係を示すマップである。第1~第4縮退ゲインG1~G4のそれぞれは、0以上1以下の値であり、FBヨーモーメントMZFBの増加に応じて減少する。FBヨーモーメントMZFBの増加に応じて、第1縮退ゲインG1、第2縮退ゲインG2、第3縮退ゲインG3、第4縮退ゲインG4の順で先に値が減少する。
RTC分配FF量補正部61は、RTC分配FF量FF1と第1縮退ゲインG1とを掛け合わせて補正RTC分配FF量FF1'を演算する(MFF1'= MFF1×G1)。
SH分配FF量補正部62は、SH分配FF量FF2と第2縮退ゲインG2とを掛け合わせて補正SH分配FF量FF2'を演算する(MFF2'= MFF2×G2)。
BRK分配FF量補正部63は、BRK分配FF量FF3と第3縮退ゲインG3とを掛け合わせて補正BRK分配FF量FF3'を演算する(MFF3'= MFF3×G3)。
ADS分配FF量補正部64は、ADS分配FF量FF4と第4縮退ゲインG4とを掛け合わせて補正ADS分配FF量FF4'を演算する(MFF4'= MFF4×G4)。
RTC制御部65は、補正RTC分配FF量FF1'に基づいて後輪操舵装置15の目標制御量を演算し、目標制御量に基づいて後輪操舵装置15を制御する。
SH制御部66は、補正SH分配FF量FF2'に基づいて動力分配装置9の目標制御量を演算し、目標制御量に基づいて動力分配装置9を制御する。
BRK制御部67は、補正BRK分配FF量FF3'とFBヨーモーメントMZFBとを加算し、その加算値に基づいて各ブレーキ20の目標制御量を演算し、目標制御量に基づいて各ブレーキ20を制御する。
ADS制御部68は、補正ADS分配FF量FF4'に基づいてダンパ3D、5Dの目標制御量を演算し、目標制御量に基づいてダンパ3D、5Dを制御する。
以上の構成によれば、車両1の挙動が限界走行状態に近づき、FBヨーモーメントMZFBが大きくなると、第1~第4縮退ゲインG1~G4の値が1から0に近づき、補正RTC分配FF量FF1'、補正SH分配FF量FF2'、補正BRK分配FF量FF3'及び補正ADS分配FF量FF4'が抑制される。これにより、フィードフォワード制御による過剰な制御が抑制され、車両1の挙動が安定する。
第1~第4縮退ゲインG1~G4は、対応する挙動制御装置の特性に応じて設定されている。車両1の限界走行領域では、後輪操舵装置15、動力分配装置9、ブレーキ20、ダンパ3D、5Dの順でフィードフォワード制御量を低下させることによって車両の挙動が安定する。後輪操舵装置15、動力分配装置9、ブレーキ20、ダンパ3D、5Dは、記載の順序で、同じ制御量で車両の挙動に対してより大きな影響を与えることができる。そのため、FBヨーモーメントMZFBの増加に応じて、第1~第4縮退ゲインG1~G4の順で先に値を減少させることによって、後輪操舵装置15、動力分配装置9、ブレーキ20、ダンパ3D、5Dのフィードフォワード制御量を適切に抑制することができる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記の実施形態では、FBヨーモーメントMZFBに基づいて第1~第4縮退ゲインG1~G4を演算したが、他の実施形態ではFBヨーモーメントMZFBに基づいて演算された対応する挙動制御装置の目標制御量に基づいて第1~第4縮退ゲインG1~G4を演算してもよい。
縮退ゲイン演算部59は、車両1の挙動が所定のオーバーステアであると判定したときに、FBヨーモーメントMZFBに基づいて第1~第4縮退ゲインG1~G4を0以上1以下の値に設定し、車両1の挙動が所定のオーバーステアでないと判定したときにFBヨーモーメントMZFBの値に関わらず第1~第4縮退ゲインG1~G4を1に設定してもよい。車両1の挙動が所定のオーバーステアであるか否かの判定は、例えば目標車両推定ヨーレイトγ,iと実ヨーレイトγRとの偏差が所定の範囲にあるか否かによって判定するとよい。
上記の実施形態では、FBヨーモーメントMZFBをブレーキ20によって発生させる構成としたが、FBヨーモーメントMZFBは後輪操舵装置15、動力分配装置9、ダンパ3D、5Dによって発生させてもよい。また、FBヨーモーメントMZFBを後輪操舵装置15、動力分配装置9、ブレーキ20、ダンパ3D、5Dに対応させて分配してもよい。
上記の実施形態では、ドライバのアクセル操作で発生させる前後加速度(xtrcの二階微分)、ドライバのブレーキ操作で発生させる前後加速度(xbrkの二階微分)を考慮して、付加モーメント及び付加力を演算したが、他の実施形態ではドライバのアクセル操作で発生させる前後加速度(xtrcの二階微分)、及びドライバのブレーキ操作で発生させる前後加速度(xbrkの二階微分)のいずれも考慮せずに付加モーメント及び付加力を演算してもよい。
1 :車両
3D :ダンパ(ADS)
5D :ダンパ(ADS)
7 :パワープラント
9 :動力分配装置(SH)
15 :後輪操舵装置(RTC)
20 :ブレーキ(BRK)
30 :制御装置
31 :運動制御部
51 :実車両挙動推定部
52 :目標車両挙動推定部
53 :FF付加モーメント・FF付加力演算部
54 :FF付加モーメント・FF付加力分配部
55 :第1FBヨーモーメント演算部
56 :第2FBヨーモーメント演算部
57 :FBヨーモーメント演算部
59 :縮退ゲイン演算部
61 :RTC分配FF量補正部
62 :SH分配FF量補正部
63 :BRK分配FF量補正部
64 :ADS分配FF量補正部
65 :RTC制御部
66 :SH制御部
67 :BRK制御部
68 :ADS制御部
71 :フィードフォワード演算部
72 :フィードバック演算部
73 :補正部
74 :目標制御量演算部

Claims (3)

  1. 車両の挙動を制御する複数の挙動制御装置を制御する車両制御装置であって、
    前記挙動制御装置は、パワープラントが発生した駆動力を各車輪に分配する動力分配装置と、前記各車輪に設けられ、制動力を発生するブレーキとを含み、
    前記車両制御装置は、
    前輪の舵角及び車速に基づいて、フィードフォワード付加モーメント及びフィードフォワード付加力を演算するフィードフォワード付加モーメント・フィードフォワード付加力演算部と、
    前記フィードフォワード付加モーメント及びフィードフォワード付加力を前記挙動制御装置のそれぞれに対応して分配した分配フィードフォワード制御量を演算するフィードフォワード制御量分配部と、
    前記前輪の舵角及び前記車速に基づいて演算された目標ヨーレイトと実際のヨーレイトとの差、及び前記前輪の舵角及び前記車速に基づいて演算された目標重心スリップ角と実際の重心スリップ角との差の少なくとも一方に基づいてフィードバックヨーモーメントを演算するフィードバック演算部と、
    前記フィードバックヨーモーメントの増加に応じて1から0に減少する縮退ゲインを、前記分配フィードフォワード制御量のそれぞれに対応して設定する縮退ゲイン演算部と、
    前記挙動制御装置のそれぞれに対応して設けられ、前記縮退ゲインのそれぞれを対応する前記分配フィードフォワード制御量に乗じることによって前記挙動制御装置のそれぞれに対応した補正分配フィードフォワード制御量を演算する複数の補正部と、
    前記動力分配装置に対応した前記補正分配フィードフォワード制御量に基づいて前記動力分配装置の目標制御量を演算し、前記動力分配装置の目標制御量に基づいて前記動力分配装置を制御する動力分配装置制御部と、
    前記ブレーキに対応した前記補正分配フィードフォワード制御量と前記フィードバックヨーモーメントとを加算した加算値に基づいて前記ブレーキの目標制御量を演算し、前記ブレーキの目標制御量に基づいて前記ブレーキを制御するブレーキ制御部とを有することを特徴とする車両制御装置。
  2. 前記縮退ゲイン演算部は、前記動力分配装置の前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲイン、前記ブレーキの前記分配フィードフォワード制御量に対する前記縮退ゲインよりも、前記フィードバックヨーモーメントの増加に応じて先に減少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。
  3. 前記補正部は、更に前記車両の挙動がオーバーステアであるか否かを判定し、オーバーステアではないと判定した場合に前記フィードバックヨーモーメントの値に関わらず、前記縮退ゲインを1に設定することを特徴とする請求項2に記載の車両制御装置。
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