JP7135380B2 - 車両用制御装置 - Google Patents
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Description
このようなバイワイヤ機構を採用した車両では、操作機構と駆動手段を機械的要素による連結から電気信号による連結に置き換えることにより、乗員による操作機構の操作と乗員に対する反力と車両の応答とを機械的に分離された独立要素として夫々制御している。
一般に、乗員に付与されるステアリングの操作反力は、ステアリングの操縦安定性向上のために、ステアリングの操舵角に比例した特性に設定されている。
これにより、人間の四肢の力学特性を考慮した操作反力を得ることができ、乗員の負担を軽減している。
そして、意のままの操作の達成とは、操作機構の操作に伴う手応えに基づいて直感的な操作ができることであり、換言すれば、この手応えに基づく直感的な操作により乗員が所望する走行制御が実行可能であることと定義付けすることができる。
特許文献1の技術は、人間系のインピーダンスである慣性、粘性及び剛性を考慮することにより、ステアリング操作に伴う乗員の負担を軽減している。
しかし、意のままの操作の達成という観点からすれば、旋回走行時における車両の横加速度を考慮していないため、乗員がステアリングを介して実際に認識する操作感覚と実際の車両挙動とが一致せずに違和感を覚える虞がある。
即ち、乗員の直感的な操作感覚による走行制御を可能にするためには、更なる改善の余地が残されている。
前記反力制御手段は、前記演算された計算横加速度が大きい程、前記ステアリングホイールの反力と操舵角の比である剛性値が高くなるように前記反力を制御するため、操作機構の操作感と車両の目標動作加速度とを直接的に関連付けすることができ、ステアリングホイールを介した乗員の体感(負荷傾向)と実際の車両挙動(動作加速傾向)とを一致させることができる。これにより、乗員の直感的な操作感覚による車両の操舵制御を可能にしている。
また、前記反力制御手段が、前記計算横加速度と剛性値からなる剛性特性を規定した剛性特性マップを備え、前記剛性特性は、乗員が知覚可能な計算横加速度近傍位置に第1変化点と、前記第1変化点よりも計算横加速度が大きい第2変化点とを有し、前記第1変化点よりも計算横加速度が小さいときの剛性増加率をKs0、前記第1変化点以上で且つ第2変化点よりも計算横加速度が小さいときの剛性増加率をKs1、前記第2変化点よりも計算横加速度が小さいときの剛性増加率をKs2としたとき、0≦Ks2<Ks0<Ks1 の関係式が成立するため、非加速領域(遊び領域及び定速領域)と加速領域とを乗員の操作感覚によって区分することができ、ステアリングホイールの切戻し操作時、乗員に対して基準点を直感的に認識させることができる。更に、加速領域と高加速領域とを乗員の操作感覚によって区分しつつ、高加速領域の操作性を確保している。
以下の説明は、本発明をステアバイワイヤ機構とアクセルバイワイヤ機構とブレーキバイワイヤ機構とを備えた車両の制御装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
図1に示すように、本実施例1の車両は、車両用制御装置1を有している。この車両用制御装置1は、ステアバイワイヤ機構Sと、アクセルバイワイヤ機構Aと、ブレーキバイワイヤ機構Bと、ECU(Electronic Control Unit)2等を主な構成要素としている。
また、この車両は、腕系操作手段としてステアリングホイール(以下、ステアリングと略す)3と、脚系操作手段としてアクセルペダル(以下、アクセルと略す)4及びブレーキペダル(以下、ブレーキと略す)5と、転舵装置6と、エンジン7と、変速機8と、ブレーキ装置9と、前後2対の車輪10等を備えている。
この変速機8には、現在選択されている変速段位置を検出可能なポジションセンサ11(図2参照)が設けられている。
また、この車両には、走行速度を検出可能な車速センサ12(図2参照)が設けられている。これら、ポジションセンサ11及び車速センサ12の検出信号は、ECU2に随時出力されている。
図1,図2に示すように、ステアバイワイヤ機構Sは、ステアリング3と左右1対の前側車輪10の転舵駆動手段である転舵装置6とが機械的に分離されて構成されている。
ステアバイワイヤ機構Sは、ステアリング3と、乗員によるステアリング3の操作量(操舵角)を検出するステアリングセンサ31と、ステアリング3の操作に伴う操作力(操舵トルク)を検出するトルクセンサ32と、ステアリング3の操作量に基づきステアリング3に対して物理的な反力を付与するための電動モータ33等を備えている。
ステアリングモータ14によって駆動されたステアリングロッド13が左右1対の前側車輪10を転舵することにより、車両の物理的な応答量である車輪10のスリップ角を制御するように構成されている。
ステアリングモータ14、ステアリングセンサ31、トルクセンサ32、モータ33は、夫々ECU2に電気的に接続されている。
ECU2とモータ33が、ステアリング3の反力制御手段に相当している。
図1,図2に示すように、アクセルバイワイヤ機構Aは、ペダル操作の際、踵がフロアパネルに支持されるオルガン型ペダル支持構造によって構成されたアクセル4とエンジン7のスロットルバルブ(図示略)とが機械的に分離されて構成されている。
アクセルバイワイヤ機構Aは、アクセル4と、乗員によるアクセル4の操作量(踏込ストロークに対応した回転軸回りの回転角)を検出するアクセルセンサ41と、アクセル4の操作に伴う操作力(踏力)を検出するトルクセンサ42と、アクセル4の操作量に基づきアクセル4に対して物理的な反力を付与するための電動モータ42等を備えている。
スロットル駆動モータ15、アクセルセンサ41、トルクセンサ42、モータ43は、夫々ECU2に電気的に接続されている。
ECU2とモータ43が、アクセル4の反力制御手段に相当している。
図1,図2に示すように、ブレーキバイワイヤ機構Bは、ペダル操作の際、踵がフロアパネルに支持されない吊り下げ型ペダル支持構造によって構成されたブレーキ5と車輪10を制動可能な液圧ブレーキ機構17とが機械的に分離されて構成されている。
ブレーキバイワイヤ機構Bは、ブレーキ5と、乗員によるブレーキ5の操作量(踏込ストローク)を検出するブレーキセンサ51と、ブレーキ5の操作に伴う操作力(踏力)を検出するトルクセンサ52と、ブレーキ5の操作量に基づきブレーキ5に対して物理的な反力を付与するための電動モータ53等を備えている。
ブレーキ装置9には、ポンプ駆動モータ16を駆動源とした液圧ポンプと、加圧用バルブと、リターン用バルブとを備え、液圧ポンプがキャリパに配設されたシリンダに接続されている(何れも図示略)。液圧ポンプからブレーキ液圧がシリンダに供給されたとき、ピストンがブレーキパットをロータディスクに向けて押圧することにより、車両の物理的な応答量である減速度を制御するように構成されている。
ポンプ駆動モータ16、ブレーキセンサ51、トルクセンサ52、電動モータ53は、夫々ECU2に電気的に接続されている。
ECU2とモータ53が、ブレーキ5の反力制御手段に相当している。
ECU2は、CPU(Central Processing Unit)と、ROMと、RAMと、イン側インタフェースと、アウト側インタフェース等によって構成されている。
ROMには、連携制御するための種々のプログラムやデータが格納され、RAMには、CPUが一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられている。
ECU2は、乗員が操作機構であるステアリング3とアクセル4とブレーキ5のうち少なくとも何れかを操作したとき、その操作量に応じた車両挙動(応答量)を発生させるための動作指令信号を該当するモータ14~16に送信している。
この車両挙動に関する動作指令信号の送信と同期して、ECU2は、車両挙動に応じた反力を発生させるための動作指令信号を該当するモータ33,43,53に送信している。
ステア剛性特性マップM1は、非加速領域(遊び領域及び定速領域)と第1加速領域を区分する第1変化点P1sと、第1加速領域と第2加速領域を区分する第2変化点P2sが設定されている。
それ故、この所定条件が成立したとき、ステア剛性特性マップM1が用いられる。
非加速領域の剛性増加率をKs0、第1加速領域の剛性増加率をKs1、第2加速領域の剛性増加率をKs2としたとき、次式(1)の関係が成立している。
0≦Ks2<Ks0<Ks1 …(1)
アクセル剛性特性マップM2は、非加速領域(遊び領域及び定速領域)と第1加速領域を区分する第1変化点P1a(P5a,P6a)と、第1加速領域と第2加速領域を区分する第2変化点P2aが設定されている。
非加速領域の剛性増加率をKs0、第1加速領域の剛性増加率をKa1、第2加速領域の剛性増加率をKa2としたとき、次式(2)の関係が成立している。
0≦Ka2<Ka0<Ka1 …(2)
1速の剛性特性(点線)の第1変化点P3aは、2速の剛性特性(実線)の第1変化点P1aとアクセル剛性が同じ値にされているものの、第1変化点P1aよりも目標加速度が大きい。停止車両を駆動するための初期動力を確保するためである。
1速の剛性特性(点線)の第2変化点P4aは、2速の剛性特性(実線)の第2変化点P2aとアクセル剛性が同じ値にされているものの、第2変化点P2aよりも目標加速度が大きい。1速における第1加速領域の剛性増加率を、2速における第1加速領域の剛性増加率Ka1と略等しくするためである。
尚、第2加速領域の剛性増加率は両者略同じである。
また、2速以上の剛性特性の第2変化点は、変速段に拘らず一定である。
尚、4速、5速の剛性特性は、図示を省略している。
本実施例では、非加速領域と第1加速領域を区分する第1変化点を設定すると共に、非加速領域の剛性増加率を第1加速領域の剛性増加率よりも小さく設定したため、乗員はアクセル4の踏み応えに基づいて直感的に定速状態を知覚することができ、変速時期を判定することができる。
ブレーキ剛性特性マップM3は、非減速領域(遊び領域及び定速領域)と減速領域を区分する第1変化点P1bが設定されている。
しかし、目標減速度が大きい程車両挙動(車両の加速度傾向)が大きくなることから、減速度は負の加速度と見做すことができる。そこで、本実施例では、目標減速度を計算横加速度や目標加速度と同様に目標動作加速度の1つとして扱う。
以下、目標減速度が大きい程目標動作加速度が大きいものとして説明する。
非減速領域の剛性増加率をKb0、減速領域の剛性増加率をKb1としたとき、次式(3)の関係が成立している。
Kb0<0<Kb1 …(3)
ブレーキ5が吊り下げ型ペダル支持構造であるため、ペダル操作前であってもブレーキ5に乗員の脚の自重が作用する。それ故、脚の自重を考慮し、適切な遊び領域及び定速領域を確保するため、剛性増加率Kb0を負の値に設定している。
ステアリング制御部22は、複数の横加速度特性マップから車速に基づき所定の横加速度特性マップを選択し、ステアリング3の操舵角に基づき求められた前側車輪10のスリップ角と選択された横加速度特性マップを用いて計算横加速度を演算している。この計算横加速度に基づいて目標転舵角が演算され、ステアリングモータ14に送信する動作指令信号を作成している。
また、ステアリング制御部22は、演算された計算横加速度とステア剛性特性マップM1に基づいてステア剛性を演算し、このステア剛性に応じた動作指令信号をモータ33に送信している。
また、アクセル制御部23は、演算された目標加速度とアクセル剛性特性マップM2に基づいてアクセル剛性を演算し、このアクセル剛性に応じた動作指令信号をモータ43に送信している。
また、ブレーキ制御部24は、演算された目標減速度とブレーキ剛性特性マップM3に基づいてブレーキ剛性を演算し、このブレーキ剛性に応じた動作指令信号をモータ53に送信している。
まず、S1にて、ステアリング3の操舵角、横加速度特性マップ、ステア剛性特性マップM1等各種情報を読み込み、S2に移行する。
S2では、横加速度特性マップ等を用いて計算横加速度を演算し、S3及びS5に移行する。
S4では、車輪10が目標転舵角になるようにステアリングモータ14を制御して、リターンする。
S2の後、S3と同期して、計算横加速度とステア剛性特性マップM1を用いて目標となるステア剛性を演算し(S5)、S6に移行する。
S6では、ステアリング3が計算横加速度に応じたステア剛性になるようにモータ33を制御して、リターンする。
尚、アクセル制御処理は、図8に示したステアリング制御処理と並行して実行されている。
まず、S11にて、アクセル4の回転角、加速度特性マップ、アクセル剛性特性マップM2等各種情報を読み込み、S12に移行する。
S12では、加速度特性マップ等を用いて目標加速度を演算し、S13及びS15に移行する。
S14では、エンジン7の出力が目標トルクになるようにスロットル駆動モータ15を制御して、リターンする。
S12の後、S13と同期して、目標加速度とアクセル剛性特性マップM2を用いて目標となるアクセル剛性を演算し(S15)、S16に移行する。
S16では、アクセル4が目標加速度に応じたアクセル剛性になるようにモータ43を制御して、リターンする。
尚、ブレーキ制御処理は、図8に示したステアリング制御処理及び図9に示したアクセル制御処理と並行して実行されている。
まず、S21にて、ブレーキ5の踏込ストローク、減速度特性マップ、ブレーキ剛性特性マップM3等各種情報を読み込み、S22に移行する。
S22では、減速度特性マップ等を用いて目標減速度を演算し、S23及びS25に移行する。
S24では、ブレーキ装置9の出力が目標ブレーキ圧になるようにポンプ駆動モータ16を制御して、リターンする。
S22の後、S23と同期して、目標減速度とブレーキ剛性特性マップM3を用いて目標となるブレーキ剛性を演算し(S25)、S26に移行する。
S26では、ブレーキ5が目標減速度に応じたブレーキ剛性になるようにモータ53を制御して、リターンする。
この車両用制御装置1では、乗員によるステアリング3の操作量を検出するステアリングセンサ31と、車両の走行速度を検出する車速センサ12と、検出された操作量と車速に基づき計算上の判定値としての計算横加速度を演算するステアリング制御部22とを有するため、乗員によるステアリング3の操作量に起因した車両挙動である計算横加速度を演算することができる。ステアリング3から乗員に付与する反力を制御可能なECU2及びモータ33から構成される反力制御手段を有するため、乗員に対してステアリング3の操作感を知覚させることができる。反力制御手段は、演算された計算横加速度が大きい程、ステアリング3の反力と操作量の比である剛性値が高くなるように反力を制御するため、ステアリング3の操作感と車両の計算横加速度とを直接的に関連付けすることができ、ステアリング3を介した乗員の体感(負荷傾向)と実際の車両挙動(動作加速傾向)とを一致させることができる。これにより、乗員の直感的な操作感覚による車両のステアリング制御を可能にしている。
1〕前記実施形態においては、剛性特性マップM1の非加速領域、第1加速領域及び第2加速領域の剛性増加率を定数(直線傾向)に設定した例を説明したが、少なくとも式(1)の関係が成立すれば良く、変数(曲線傾向)であっても良い。
また、剛性特性マップM1の適用条件として、乗員がステアリング3を持ち替えない操舵状態において、ステアリング3の中立状態に対して左回転60°から右回転60°の範囲とした例を説明したが、車両の仕様に応じて適用条件を適宜変更しても良い。
尚、適用条件以外の領域については、別途剛性特性マップを設定し、各々のマップを切り替えて使用しても良く、剛性制御を中止しても良い。
また、前述した操作機構に加え、シフトレバー等にも適用可能である。
2 ECU
3 ステアリング
12 車速センサ
22 ステアリング制御部
31 ステアリングセンサ
33 モータ
Claims (1)
- 車両のステアリングホイールの反力を制御する車両用制御装置において、
乗員による前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
前記検出された操舵角と車速に基づき計算上の判定値としての計算横加速度を演算する横加速度演算手段と、
前記ステアリングホイールから乗員に付与する反力を制御可能な反力制御手段とを有し、
前記反力制御手段は、前記演算された計算横加速度が大きい程、前記ステアリングホイールの反力と操舵角の比である剛性値が高くなるように前記反力を制御すると共に、
前記反力制御手段が、前記計算横加速度と剛性値からなる剛性特性を規定した剛性特性マップを備え、
前記剛性特性は、乗員が知覚可能な計算横加速度近傍位置に第1変化点と、前記第1変化点よりも計算横加速度が大きい第2変化点とを有し、
前記第1変化点よりも計算横加速度が小さいときの剛性増加率をKs0、前記第1変化点以上で且つ第2変化点よりも計算横加速度が小さいときの剛性増加率をKs1、前記第2変化点よりも計算横加速度が小さいときの剛性増加率をKs2としたとき、
0≦Ks2<Ks0<Ks1
の関係式が成立することを特徴とする車両用制御装置。
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