JPH11334637A - 旋回限界推定装置及び車両走行安定化装置 - Google Patents

旋回限界推定装置及び車両走行安定化装置

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JPH11334637A
JPH11334637A JP14767198A JP14767198A JPH11334637A JP H11334637 A JPH11334637 A JP H11334637A JP 14767198 A JP14767198 A JP 14767198A JP 14767198 A JP14767198 A JP 14767198A JP H11334637 A JPH11334637 A JP H11334637A
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JP
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steering
wheel
vehicle
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JP14767198A
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English (en)
Inventor
Hidekazu Ono
英一 小野
Katsuhiro Asano
勝宏 浅野
Koji Umeno
孝治 梅野
Hiroyuki Yamaguchi
裕之 山口
Masaru Sugai
賢 菅井
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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  • Hydraulic Control Valves For Brake Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンドル舵角が大きくなるほど定常状態のヨ
ー角速度が小さくならないようにする。 【解決手段】 制御回路16は、車輪のスリップ速度と
コーナリングフォースとの関係が直線に近似される運動
モデルと、操舵角δSW及び車速vと、に基づいて、路面
特性に応じて定まりかつ操舵量に基づいて車両の向きを
制御した場合のヨー角速度が極大となるときのハンドル
の操舵量である限界値を演算し、操舵量に基づいて車両
の向きを制御する制御量が、限界値に基づいて車両の向
きを制御する制御量を超えないように、制限すると共
に、後輪車輪が制限された制御量に応じた方向を向くよ
うに、後輪操舵機構18を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、旋回限界推定装置
及び走行安定化装置に係り、より詳しくは、ハンドルの
操舵量や車両の旋回運動の目標とする状態量である目標
状態量等の旋回の限界値を推定する旋回限界推定装置及
び車両の走行を安定化することの可能な車両走行安定化
装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、車両が安定に旋回走行するための走行安定化装置に
は、アンチスピン制御装置が提案されている。アンチス
ピン制御装置は、ハンドルの操舵角が、スピンが発生し
ない角度の最大値(スピン非発生最大角度)を超えたと
きにもスピンが発生しないように車両の向きを制御し
て、走行安定化を図るものである。なお、車両の向き
は、各車輪自体の向きを制御したり、各車輪の制動力を
制御したり、して制御することができる。
【0003】ところで、車両旋回時は、ハンドルの操舵
角がスピン非発生最大角度を超えるまでは、ハンドル舵
角が大きくなるほど定常状態のヨー角速度が大きくなる
関係、即ち、ハンドルを切るほど急旋回(旋回半径が小
さくなる)する理想的な関係が望まれる。よって、従来
のアンチスピン制御装置は、ハンドルの操舵角がスピン
非発生最大角度を超えるまでは、ハンドル舵角に応じて
車両の向きを制御している。
【0004】しかしながら、上記制御下においてもハン
ドル舵角が大きくなるほど定常状態のヨー角速度が小さ
くなる現象が生ずる場合がある。よって、ハンドルを操
舵した操舵量に比例して急旋回となる関係を得られな
い。即ち、ハンドルを操舵した操舵量が大きくなるに従
って旋回半径が大きくなる。従って、従来技術には改善
の余地がある。
【0005】本発明は、上記事実に鑑み成されたもの
で、ハンドルを操舵した操舵量が大きくなるに従って旋
回半径が大きくなることを防止する等のために操舵量や
車両の旋回運動の目標とする状態量である目標状態量等
の旋回の限界値を推定すると共に車両の走行を安定化す
ることの可能な旋回限界推定装置及び車両走行安定化装
置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため第1
の発明は、車両の速度を検出する車速検出手段と、車輪
のすべり状態に関する状態量と車輪の発生力との関係が
直線に近似される運動モデル及び前記車速検出手段によ
り検出された車速に基づいて得られる該状態量に基づい
て、前記直線の傾きと、該傾きが0を含む所定範囲内の
ときの車輪の発生力の値と、を演算する演算手段と、前
記演算手段により演算された前記直線の傾きと前記車輪
の発生力の値とに基づいて旋回の限界値を推定する旋回
限界推定手段と、を備えている。
【0007】本発明に係る車速検出手段は、車両の速度
を検出する。
【0008】演算手段は、車輪のすべり状態に関する状
態量と車輪の発生力との関係が直線に近似される運動モ
デル及び前記車速検出手段により検出された車速に基づ
いて得られる該状態量に基づいて、前記直線の傾きと、
該傾きが0を含む所定範囲内のときの車輪の発生力の値
と、を演算する。
【0009】旋回限界推定手段は、演算手段により演算
された前記直線の傾きと前記車輪の発生力の値とに基づ
いて旋回の限界値を推定する。
【0010】このように、車輪のすべり状態に関する状
態量と車輪の発生力との関係が直線に近似される運動モ
デル及び検出された車速に基づいて得られる該状態量に
基づいて、直線の傾きと、傾きが0を含む所定範囲内の
ときの車輪の発生力の値と、を演算し、演算した直線の
傾きと車輪の発生力の値とに基づいて旋回の限界値を推
定するので、ハンドルを操舵した操舵量が大きくなるに
従って旋回半径が大きくなることを防止する等のために
操舵量や車両の旋回運動の目標とする状態量である目標
状態量等の旋回の限界値を推定することができる。
【0011】即ち、車輪のすべり状態に関する状態量と
車輪の発生力との関係が直線に近似される運動モデルの
該直線の傾きが0を含む所定範囲内のときの車輪の発生
力の値は、ハンドルの操舵量や車両の旋回運動の目標と
する状態量である目標状態量に対応して車両の向きを制
御することの可能な操舵量や目標状態量の限界を求める
ことができる値である。
【0012】この限界を超えてハンドルが操舵される
と、ハンドルを操舵した操舵量が大きくなるに従って旋
回半径が大きくなる。なお、ハンドルの操舵量を検出す
る操舵量検出手段により検出された操舵量が旋回限界推
定手段により推定された限界値に基づいて得られる該操
舵量の限界値を超えた又は超えそうな場合に、該超えた
こと又は超えそうなことをドライバー等に報知すること
も考えられるが、該報知に従ってドライバーが操舵量を
制限するのはドライバーにとって煩わしい。
【0013】そこで、操舵量検出手段により検出された
操舵量が旋回限界推定手段により推定された限界値に基
づいて得られる該操舵量の限界値を超えないように制限
する制限手段を更に備えるようにしてもよい。
【0014】このように、ハンドルの操舵量に対応して
車両の向きを制御することの可能な操舵量の限界を超え
ないように操舵量を制限しているので、ハンドルを操舵
した操舵量が大きくなるに従って旋回半径が大きくなる
ことを自動的に防止することができる。
【0015】そして、制限された操舵量に基づいて、車
両の向きを制御する制御手段を更に備えるようにしても
よい。これにより、ハンドルを操舵した操舵量が大きく
なるに従って旋回半径が大きくならないように車両の走
行を安定化することができる。
【0016】また、車速及び操舵量に基づいて車両の旋
回運動の目標とする状態量である目標状態量を演算する
目標状態量演算手段と、目標状態量が旋回限界推定手段
により推定された限界値に基づいて得られる該目標状態
量の限界値を超えないように制限する制限手段と、を更
に備えるようにしてもよい。
【0017】更に、車両の実際の旋回運動の状態量であ
る実状態量を検出する実状態量検出手段と、制限された
目標状態量と前記実状態量との偏差に基づいて、車両の
向きを制御する制御手段と、を更に備えるようにしても
よい。
【0018】第2の発明は、車両のハンドルの操舵量を
検出する操舵量検出手段と、車速を検出する車速検出手
段と、前記車両の実際の旋回運動の状態量である実状態
量を検出する実状態量検出手段と、前記車速及び前記操
舵量に基づいて車両の旋回運動の目標とする状態量であ
る目標状態量を演算する目標状態量演算手段と、制動時
又は旋回時の車輪の発生力の限界に基づき前記目標状態
量の限界値を推定する旋回限界推定手段と、前記目標状
態量が前記限界値を超えないように制限する制限手段
と、前記制限された目標状態量と前記実状態量との偏差
に基づいて、車両の向きを制御する制御手段と、を備え
ている。
【0019】本発明に係る操舵量検出手段は、車両のハ
ンドルの操舵量を検出し、車速検出手段は、車両の速度
を検出し、実状態量検出手段は、車両の実際の旋回運動
の状態量である実状態量を検出する。目標状態量演算手
段は、車速及び前記操舵量に基づいて車両の旋回運動の
目標とする状態量である目標状態量を演算する。
【0020】旋回限界推定手段は、制動時又は旋回時の
車輪の発生力の限界に基づき目標状態量の限界値を推定
する。限界値を超えた目標状態量と実状態量との偏差に
基づいて車両の向きを制御すると、ハンドルを操舵した
操舵量が大きくなるに従って旋回半径が大きくなる。
【0021】そこで、本発明に係る制限手段は、目標状
態量が上記限界値を超えないように制限し、制御手段
は、制限された目標状態量と実状態量との偏差に基づい
て、車両の向きを制御する。
【0022】このように、目標状態量が制動時又は旋回
時の車輪の発生力の限界に基づいて推定した限界値を超
えないように制限し、制限された目標状態量と実状態量
との偏差に基づいて、車両の向きを制御するので、ハン
ドルを操舵した操舵量が大きくなったとしても、操舵量
が大きくなるに従って旋回半径が大きくなることを防止
することができる。
【0023】なお、第1の発明及び第2の発明に係る旋
回限界推定手段は、車輪のすべり状態に関する物理量が
所定値以下となったときに限界値を推定したり、制御手
段は、ブレーキ力を制御し、旋回限界推定手段は、ブレ
ーキ力が作用したときに限界値を推定するようにしても
よい。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。
【0025】図1に示すように、本実施の形態に係る車
両走行安定化装置は、ハンドル舵角センサ12、車速セ
ンサ14、実状態量検出センサ15、制御回路16、及
び前輪操舵機構18を備えている。制御回路16には、
ハンドル舵角センサ12、車速センサ14、実状態量検
出センサ15、及び前輪操舵機構18が接続されてい
る。
【0026】図2に示すように、制御回路16は、ハン
ドル操舵角センサ12に接続されたハンドル舵角制限回
路22、車速センサ14に接続された旋回限界μ推定回
路24、車速センサ14及びハンドル舵角制限回路22
に接続された目標状態量演算制御回路30、目標状態量
演算制御回路30及び実状態量検出センサ15に接続さ
れた減算器31、減算器31に接続されたフィードバッ
ク量演算回路32、及び、フィードバック量演算回路3
2及びハンドル舵角制限回路22に接続された加算器3
3を備えている。加算器33は、旋回限界μ推定回路2
4及び前輪操舵制御機構18に接続されている。
【0027】次に、本実施の形態の作用を説明する。
【0028】本実施の形態に係る車両走行安定化装置の
作用を説明するに当たって、図4に示すように、比較的
スピンを比較的スピンを起こし易いタイヤ特性として、
後輪のコーナリングフォース/接地荷重が前輪より小さ
な値で飽和するコーナリング特性を考慮する。即ち、図
4の例では、前輪のコーナリングフォース/接地荷重
(点線参照)は、スリップ角8[deg]で飽和するの
に対し、後輪のコーナリングフォース/接地荷重(実線
参照)は、スリップ角6[deg]で飽和する。
【0029】最初に、実状態量検出センサ15、目標状
態量演算回路30、及びフィードバッグ量演算回路32
等による制御アルゴリズムを図3を参照して説明する。
【0030】ここで、車両旋回時の線形の運動方程式は
次式(1) により記述される。
【0031】
【数1】 また、車両の旋回時の運動方程式は、
【0032】
【数2】 により表される。但し、Ff 、Fr はそれぞれ、次式
(4) 、(5) から得られる。 Ff =−Cf αf (4) Fr =−Cr (1+wΔ)αr (5) 更に、αf 、αr はそれぞれ、前輪スリップ角、後輪ス
リップ角であり、次式(6) 、(7) により得られる。 αf =β+(af /v)γ−δf (6) αr =β−(ar /v)γ (7) なお、Δは、前述したように、スピンの原因となる後輪
タイヤ特性の飽和を含む非線形的な変動を表している。
変動の上限であるΔ=1としたCr (1+W)は、コー
ナリングフォースの傾きの上限を、変動の下限であるΔ
=−1としたCr (1−W)は、コーナリングフォース
の傾きの下限をそれそれ表している。なお、コーナリン
グスティッフネスノミナル値は、コーナリングフォース
の傾きの最大値と最小値の平均値を表している。
【0033】これらの式を整理すると、ドライバのハン
ドル操舵に応じた旋回運動を実現するための車両運動の
線形モデルである規範モデルG0 の車両運動方程式が、
次式(8) 式により表される。
【0034】
【数3】 但し、x0 は規範モデルの状態量(目標状態量:横滑り
角β0 、ヨー角速度γ0 )、δSWはドライバの操舵する
ハンドル操舵角、Cf0、Cr0は、規範モデルのコーナリ
ングスティッフネス(コーナリングフォースの傾き(高
μ路におけるコーナリングフォースの原点付近の傾
き))を表している。ここで、任意のΔ(−1≦Δ≦
1)に対して制御系を安定化させるためには、wからα
r までのL2 ゲインを1未満とすればよいことが知られ
ている。また、wからαrまでのL2 ゲインは、δSW
は無関係であるためδSW=0として設計問題を考えるこ
とができる。ここでは操作量に関する重みD=0.6も
考慮し、wからz[αr Du]T までのL2 ゲインを
1未満とするコントローラゲインKを、Riccati 方程式
【0035】
【数4】 に基づいて、前輪のフィードバック制御量uを、
【0036】
【数5】 と求めるものである。
【0037】以上の制御下において、車速20[m/
s]の基でのステップ操舵シミュレーション結果を図5
(A)〜図5(C)、図6(A)〜図6(C)に示す。
図5(A)〜図5(C)、図6(A)〜図6(C)はそ
れぞれ、ハンドル操舵角δSW=0.05[rad ]、δSW
=0.1[rad ]としたとのアンチスピン制御をした場
合(実線)としない場合(点線)の車両の時間応答を示
している。いずれの場合でもアンチスピン制御によりス
ピンは防止できていることは分かる。しかしながら、定
常的なヨー角速度に注目(図5(B)及び図6(B)参
照)すると、ハンドル操舵角が小さい場合(図5
(B))の定常的なヨー角速度は、γb であり、ハンド
ル操舵角が大きい場合(図6(B))の定常的なヨー角
速度は、γa である。即ち、上記制御下では、定常的な
ヨー角速度は、ハンドル操舵角が小さい方がハンドル操
舵角が大きい方より大きな値(γb >γa)を示したこ
とがわかる。これは、ハンドル操舵角を大きくきった方
が旋回半径が大きくなっていること、即ち、ハンドルを
切るほど急旋回とならないことを表している。これは望
ましくない特性である。図7(A)、図7(B)は、ハ
ンドル操舵角と平衡点の状態量、即ち、定常的な横滑り
角(図7(A))とヨー角速度(図7(B))の関係を
示したものである。この図7(A)、図7(B)から理
解されるように、ヨー角速度はハンドル操舵角が0.0
6[rad]付近で極大となり、それ以降はハンドル操舵角
を切り増すほどヨー角速度は小さくなってしまう。な
お、横滑り角も急激に大きくなる。この問題は、コント
ローラ32へ入力されるハンドル操舵角を0.06[ra
d](上限値)付近で制限し、ドライバがこれ以上の操
舵を行った場合でもコントローラ32へのハンドル操舵
角入力を、0.06[rad](上限値)とすることによ
り、解決することができる、と考えることもできる。し
かしながら、このようなハンドル操舵角の上限値は、走
行する路面の特性に依存するものであり、未知パラメー
タとして取り扱わなければならない。
【0038】そこで、図2に示すように、旋回限界μ推
定回路24により、コーナリングフォース特性をオンラ
インで同定し、同定したパラメータに基づいて、ヨー角
速度の極大値γmax (旋回限界μ)を求め、ハンドル舵
角制限回路22は、ヨー角速度の極大値γmax に基づい
て、ハンドル操舵角の上限値を設定するものである。
【0039】次に、旋回限界μ推定回路24によるヨー
角速度の極大値γmax の算出方法を説明する。
【0040】車輪のスリップ速度(車輪のすべり状態に
関する状態量(−αf ))とコーナリングフォース(車
輪の発生力(F))との関係が直線に近似される運動モ
デル(図8参照)を考える。この場合の非線形のタイヤ
特性は、
【0041】
【数6】 と近似し、cfl、Ffl、crl、Frlをオンラインで同定
する。
【0042】ところで、車両運動方程式は、
【0043】
【数7】 と記述でき、(11)式、(12)式を、(13)式、(14)式に代入
すると、
【0044】
【数8】 となり、さらに整理すると、
【0045】
【数9】 即ち、
【0046】
【数10】 但し、
【0047】
【数11】 を得る。(15)式、(16)式のθi (i=1,2)の推定は、最小
2乗法の適用により、
【0048】
【数12】 から推定できる。ここでは、忘却係数λ=0.7とし
て、10[ms]毎に演算を行う。
【0049】上記(17)〜(19)により、cfl、Ffl
rl、Frlをオンラインで同定したら、次に、cfl又は
rlが0(又は0近くの値)となったときのFfl又はF
rlに基づいて、次式(20)から、ヨー角速度の極大値γ
max を求める。
【0050】
【数13】 次に、ハンドル舵角制限回路22によるハンドル操舵角
の上限値δmax の算出方法を説明する。
【0051】ヨー角速度の極大値γmax に対応したハン
ドル操舵角の上限値δmax は規範モデルの平衡点(dx/dt
=0)から求めることができる。即ち、(9) 式より、 0=A0 0 +Bf0δSW が得られ、ハンドル操舵角がδSWのときの状態量x0
[ β0 、γ0]T は、 x0 =−A0 -1f0δSW となり、
【0052】
【数14】 を得る。この関係から、
【0053】
【数15】 が得られる。このようにハンドル操舵角の上限値δmax
を設定することにより、規範モデルの出力の定常ヨー角
速度を極大値γmax とすることができる。
【0054】次に、本実施の形態の作用を具体的に説明
する。即ち、ハンドル操舵角センサ12は、検出したハ
ンドル操舵角δSWを、車速センサ14は、検出した車速
Vを、それぞれ制御回路16に入力する。
【0055】ハンドル操舵角δSWは、ハンドル舵角制限
回路22に入力され、上記のようにハンドル操舵角の上
限値δmax を超えないように制限する。制限されたハン
ドル操舵角は、目標状態量演算回路30及び加算器33
に入力される。目標状態量演算回路30は、ハンドル操
舵角及び車速vに基づいて、目標状態量x0を演算す
る。実状態量検出センサ15は、車両の運動状態量であ
る横滑り角及びヨー角速度を実状態量Xとして検出す
る。目標状態量x0 及び実状態量xは、減算器31に入
力され、偏差(目標状態量x0 −実状態量x)が求めら
れる。偏差uはフィードバック量演算回路32に入力さ
れる。フィードバック量演算回路32は、偏差uに基づ
いて、フィードバック量uを演算して、加算器33に入
力する。前輪舵角機構18は、加算器33の出力に基づ
いて、前輪の向きを制御する。即ち、目標状態量x0
追従するように制御される。この目標状態量x0 は、ハ
ンドル舵角の上限値δmax を超えないように制限された
ものである。即ち、旋回限界μ推定回路24には、車速
v及び前輪舵角の指令値が入力され、入力された車速v
及び前輪舵角の指令値と、式(17)〜(19)と、に基づい
て、コーナリングフォースFf 、Fr を特定するCf0
r0(傾き)及びFf0、Fr0(切片)を求める。求めた
f0又はCr0が0(又は0に近い値)となるときのFfl
又はFrlに基づいて、(20)式から、ヨー角速度の極大値
γmaxを求める。ハンドル舵角制限回路22は、ヨー角
速度の極大値γmax と、(21)式 と、に基づいて、ハン
ドル舵角の上限値δmax を求め、ハンドル舵角δSWがハ
ンドル舵角の上限値δmax を超えないように制限してい
る。
【0056】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、ヨー角速度が極大となるときのハンドルの操舵量で
ある限界値を演算し、車両の向きを制御する制御量が、
限界値に基づいて車両の向きを制御する制御量を超えな
いように、制限している。即ち、ドライバーによるハン
ドル舵角が上記上限値を超えた場合、コントローラに入
力されるハンドル舵角を上限値に制限している。この制
限された制御量に基づいて、車両の向きを制御するの
で、ハンドル舵角が大きくなるほど定常状態のヨー角速
度が小さくならないようにする、即ち、旋回半径が大き
くならないようにすることができる。
【0057】上記効果を示すため、10[S]間2回
(t1 (1[S])、t2 (7[S])、図6と同じハ
ンドル操舵角δSW=0.1[rad ](限界値より大きい
角度)のステップ操舵のシミュレーションを行ってみた
ところ、横滑り角の変化、ヨー角速度の変化はそれぞ
れ、図9(A)、図9(B)に示すようになり、操舵角
(実際のハンドル操舵角及びコントローラに入力される
ハンドル操舵角)の変化、傾きCr0、Cf0、及びFr0
f0はそれぞれ、図10(A)〜図10(C)に示すよ
うになった。
【0058】図10(A)に示すように、1回目のステ
ップ操舵では、操舵の瞬間(t1)付近のコーナリング
特性がまだ同定されていないため、フィードバック量演
算回路32へ入力されるハンドル操舵角(一点鎖線5
0)は制限されず、ドライバの操舵するハンドル操舵角
(破線52)に一致している。cr0は、1.6[s]付
近で0となる。この結果、上式より極大値γmax が求め
られ、この値に基づいたハンドル操舵角の制限が行わ
れ、図6と比較して大きな定常ヨー角速度rc (>
a )が得られる。また、2回目のステップ操舵の際に
は、ハンドル操舵角の限界値δmax が操舵の瞬間
(t2 )からわかっているため、ハンドル操舵角の制限
は操舵の瞬間から行われ、オーバーシュートの少ない安
定した旋回特性が得られた。
【0059】次に、本実施の形態の第1の変形例を説明
する。本変形例の構成は、上記第1の実施の形態と略同
様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説
明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【0060】本変形例に係る制御回路16は、図11に
示すように、ハンドル舵角制限回路22には更に車速セ
ンサ14が接続されると共に旋回限界μ推定回路24に
は更に実状態量検出センサ15が接続される点で、第1
の実施の形態(図2参照)と相違する。
【0061】本変形例に係るバンドル舵角制限回路22
は、ハンドル舵角の上限値δmaxを、旋回限界μ推定回
路24により推定された旋回限界μmax (限界旋回時に
発生する横加速度を重力加速度9.8m/S2 で割り、
無次元化した値)を用いて、次式(22)により求める。
【0062】
【数16】 なお、この上限値δmax を用いてハンドル舵角を制限し
た場合、規範モデルの状態量の定常値は、
【0063】
【数17】 となる。
【0064】また、旋回限界μmax は、次のように求め
る。即ち、実舵角、実状態量、車速から上記(17)〜(19)
を用いて前後輪のコーナリングフォースの傾きCf0、C
r0及びFf0、Fr0(切片)を求め、求めたCf0又はCr0
が0(又は0に近い値)となるときのFfl又はFrl、前
2輪の荷重Wf 、及び後2輪の荷重Wr と、を用いて次
式(23)により演算する。なお、ここで演算されるFfl
rlは左右2輪分の和であることから、輪荷重も左右2
輪分を用いて演算する。また、輪荷重は荷重センサを用
いたり、予め設定された値を用いたり、予め設定された
値を前後加速度、横加速度、ヨー角速度等を用いて補正
した値を用いても良い。
【0065】
【数18】 次に、本実施の形態の第2の変形例を説明する。本変形
例の構成は、上記第1の実施の形態と略同様であるの
で、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略
し、異なる部分のみ説明する。
【0066】本変形例に係る制御回路16は、図12に
示すように、ハンドル舵角制限回路22には更に車速セ
ンサ14が接続されると共に旋回限界μ推定回路24に
は、種々の態様で種々の素子が接続される点で、第1の
実施の形態(図2参照)と相違する。
【0067】本変形例に係るバンドル舵角制限回路22
は、ハンドル舵角の上限値δmaxを、旋回限界μ推定回
路24により後述するように推定された旋回限界μmax
を用いて、上式(22)により求める。
【0068】また、旋回限界μmax は、次のように求め
る。
【0069】即ち、ABS作動検出センサ及びホイール
圧検出センサを更に備え、旋回限界μ推定回路24にA
BS作動検出センサ及びホイール圧検出センサが接続さ
れされている場合において、ABS作動検出センサによ
り1輪がABS作動したことが検出されたときに、ホイ
ール圧検出センサにより検出されたホイールシリンダ油
圧Pabs から、次式(24)にり求める。
【0070】
【数19】 但し、kはホイールシリンダ油圧を制動力に変換するた
めのパッドμに応じた定数である。また、WはABS作
動したときの輪荷重である。ここで、前2輪又は後2輪
がABS作動したときには、1輪毎に旋回限界μを求
め、左右輪の平均を、上記上限値を求めるための旋回限
界μmax とするようにしてもよい。更に、前後輪がAB
S作動したときには、前後輪の旋回限界μの小さい方を
旋回限界μmax とするようにしてもよい。
【0071】また、ABS作動検出センサ及び車体加速
度検出センサを備え、旋回限界μ推定回路24にABS
作動検出センサ及び車体加速度検出センサが接続されて
いる場合において、ABS作動検出センサによりABS
の作動が検出されたときの車体加速度検出センサにより
検出された車体加速度gb から、次式(25)により求め
る。
【0072】
【数20】 但し、gは重力加速度である。
【0073】更に、車輪速検出センサ及びホイール圧検
出センサを更に備え、旋回限界μ推定回路24に車輪速
検出センサ及びホイール圧検出センサが接続されている
場合において、車輪速信号の時系列データから車輪と路
面との間の摩擦係数μのスリップ速度に対する勾配(μ
勾配)を推定し、μ勾配がある基準値以下となったとき
のホイール圧検出センサにより検出されたホイールシリ
ンダ油圧Pμから、次式(26)にり求める。
【0074】
【数21】 但し、kはホイールシリンダ油圧を制動力に変換するた
めのパッドμに応じた定数である。また、Wは輪荷重
(μ勾配が基準値以下となったときに検出された)であ
る。
【0075】ここで、前2輪又は後2輪のμ勾配が基準
値以下となったときには、1輪毎に旋回限界μを求め、
左右輪の平均を、上記上限値を求めるための旋回限界μ
max とするようにしてもよい。更に、μ勾配が基準値以
下となったときときには、前後輪の旋回限界μの小さい
方を旋回限界μmax とするようにしてもよい。
【0076】また、車輪速検出センサ及び車体加速度検
出センサを更に備え、旋回限界μ推定回路24に車輪速
検出センサ及び車体加速度検出センサが接続されされて
いる場合において、車輪速信号の時系列データからμ勾
配を推定し、μ勾配がある基準値以下となたとき車速加
速度gb から、上式(25)にり求める。
【0077】以上説明した実施の形態では、前輪操舵機
構を制御して、車輪の向きを制御しているが、本発明は
これに限定されず、後輪、前輪及び後輪の向きを制御す
るようにしてもよい。更に、車両の複数の車輪の少なく
とも1つに作用する制動力を制御するようにしてもよ
い。なお、前輪操舵機構を制御しているが、操舵量を制
限するだけでもよい。
【0078】また、状態量は、ヨー角速度及び横滑り角
に限定されず、ヨー角速度のみとすることができる。こ
の場合の規範モデルでは、上式(8) 及び次式(27)を組み
合わせることにより得られる。
【0079】
【数22】 但し、
【0080】
【数23】 である。
【0081】また、状態量を横加速度gy とした場合の
規範モデルでは、次式の運動方程式、
【0082】
【数24】 という関係から、上式(18)式及び次式(28)を組み合わせ
ることにより得られる。
【0083】
【数25】 但し、
【0084】
【数26】 更に、状態量をヨー角速度と横速度vy とした場合の規
範モデルでは、次式の運動モデル、
【0085】
【数27】 但し、
【0086】
【数28】 これらの式を整理すると、次式(29)式を得る。
【0087】
【数29】 である。
【0088】次に、第2の実施の形態を説明する。な
お、本実施の形態は、前述した第1の実施の形態の構成
と同様の部分があるので、同一部分には同一の符号を付
してその説明を省略する。
【0089】図13に示すように、本実施の形態に係る
車両走行安定化装置は、ホイール圧センサ60、ABS
作動検出センサ61、ハンドル舵角センサ12及び車速
センサ14各々に接続される目標状態量演算回路20を
備えている。ホイール圧センサ60及びABS作動検出
センサ61は旋回限界μ推定回路62に接続されてい
る。目標状態量演算回路20及び旋回限界μ推定回路6
2には、車速センサ14に接続された目標状態量制限回
路64が接続されている。目標状態量制限回路64及び
実状態量検出センサ15は、減算器66に接続されてい
る。減算器66には、フィードバッグ量演算回路68が
接続され、フィードバッグ量演算回路68には、ブレー
キ制御回路70が接続されている。
【0090】次に、本実施の形態の作用を説明する。
【0091】旋回限界μ推定回路62は、ABS作動検
出センサ61により1輪がABS作動したことが検出さ
れたときのホイール圧センサ60により検出されたホイ
ール圧Pabs に基づいて、上式(24)から、路面μmax
推定する。なお、前述したように、ここで演算されるF
fl、Frlは左右2輪分の和であることから、輪荷重も左
右2輪分を用いて演算する。また、輪荷重は荷重センサ
を用いたり、予め設定された値を用いたり、予め設定さ
れた値を前後加速度、横加速度、ヨー角速度等を用いて
補正した値を用いても良い。
【0092】推定した路面μmax の値は、目標状態量制
限回路64に入力される。目標状態量制限回路64は、
路面μmax 及び車速vに基づいて、ヨー角速度の限界値
c を、次式(30)から演算する。
【0093】
【数30】 但し、gは重力加速度、vは車速である。
【0094】横滑り角の上限値yc は、上式(5) から、
上式(31)より演算することができる。
【0095】
【数31】 ところで、状態量がヨー角速度及び横滑り角以外の場
合、即ち、横速度vyであるときは、次式の運動方程式
【0096】
【数32】 から目標横速度の上限値は、次式(32)から求めることが
できる。
【0097】
【数33】 また、状態量が横加速度gy であるときは、次式の運動
方程式
【0098】
【数34】 から目標横加速度の上限値は、次式(33)から求めること
ができる。
【0099】
【数35】 そして、目標状態量制限回路64は、目標状態量演算回
路20により演算された目標状態量が、上記限界値((3
0)式〜(33)式)を超えないように制限している。即ち、
目標状態量が上記限界値((30) 式〜(33)式) を超えてい
る場合には、目標状態量を上記上限値に変更する。この
ように制限された目標状態量は、減算器66に入力され
る。減算器66は、制限された目標状態量から実状態量
を減算して偏差を求める。
【0100】フィードバック量演算回路68は、実状態
量と制限された目標状態量との偏差に基づき、車両がス
ピンに陥らない範囲内でハンドル操舵量に対する車両の
挙動を最適にするとともに、横風などの外乱に対する安
定性を向上させるよう実状態量xを目標状態量x0に追
従させるための制動力の配分によって生じるヨーモーメ
ントをフィードバック量uとして演算する。
【0101】ABS制御回路70は、ヨーモーメントで
あるフィードバック量信号uに基づき、旋回外側前輪に
制動力を付加することによって該ヨーモーメントを発生
させる。
【0102】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、ヨー角速度の極大値を求め、ヨー角速度の極大値に
基づいて、目標状態量を制限し、制限された目標状態量
に追従するように制動力を制御するようにしているた
め、ハンドル舵角が大きくなるほど定常状態のヨー角速
度が小さくならないようにすることができる。
【0103】なお、本実施の形態では、旋回外側前輪に
制動力を付加してヨーモーメントを発生させる場合を説
明したが、前輪舵角を制御するようにしてもよく、また
前輪舵角の制御と前輪の制動力付与を共に行ってもよ
い。更に、前輪及び後輪の少なくとも一方の舵角の修正
操舵制御を行うようにしてもよい。更に、上記制動力制
御及び修正操舵制御を共に行うようにしてもよい。
【0104】次に、本実施の形態の第1の変形例を説明
する。本変形例は、図14に示すように、第2の実施の
形態の構成(図13参照)と比較すると、ホイール圧セ
ンサ60及びABS作動検出センサ61が省略され、旋
回限界μ推定装置62が、ハンドル操舵角センサ12及
び車速センサ14に接続されている点で相違する。本変
形例に係る旋回限界μ推定装置62は、前述した旋回限
界μmax を、前述した第1の実施の形態に係る第1の変
形例の上式(23)に従って推定する。
【0105】次に、本実施の形態の第2の変形例を説明
する。本変形例は、図15に示すように、旋回限界μ推
定装置62が、前述した第1の実施の形態に係る第1の
変形例と同様に種々の態様(上記式(24)式〜(26)) で、
旋回限界μmax を演算する。
【0106】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、車輪のす
べり状態に関する状態量と車輪の発生力との関係が直線
に近似される運動モデル及び検出された車速に基づいて
得られる該状態量に基づいて、直線の傾きと、傾きが0
を含む所定範囲内のときの車輪の発生力の値と、を演算
し、演算した直線の傾きと車輪の発生力の値とに基づい
て旋回の限界値を推定するので、ハンドルを操舵した操
舵量が大きくなるに従って旋回半径が大きくなることを
防止する等のために操舵量や車両の旋回運動の目標とす
る状態量である目標状態量等の旋回の限界値を推定する
ことができる、という効果を有する。
【0107】また、本発明は、目標状態量が制動時又は
旋回時の車輪の発生力の限界に基づいて推定した限界値
を超えないように制限し、制限された目標状態量と実状
態量との偏差に基づいて、車両の向きを制御するので、
ハンドルを操舵した操舵量が大きくなったとしても、操
舵量が大きくなるに従って旋回半径が大きくなることを
防止することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る車両走行安定化装置の
ブロック図である。
【図2】制御回路の詳細図である。
【図3】本実施の形態に係る車両走行安定化装置の制御
アルゴリズムを示す図である。
【図4】前輪及び後輪各々のスリップ角とコーナリング
フォース/接地荷重との関係を示した図である。
【図5】(A)〜(C)は、ハンドルをハンドル操舵角
0.05[rad]操舵したときの横滑り角、ヨー角速
度、及び操舵角の変化を、アンチスピン制御した場合と
しない場合の各々について示した図である。
【図6】(A)〜(C)は、ハンドルをハンドル操舵角
0.1[rad]操舵したときの横滑り角、ヨー角速
度、及び操舵角の変化を、アンチスピン制御した場合と
しない場合の各々について示した図である。
【図7】(A)は、操舵角と横滑り角との関係、(B)
は、操舵角とヨー角速度との関係を示した図である。
【図8】車輪のスリップ速度とコーナリングフォースと
の関係が直線に近似される非線形のタイヤ特性を示した
図である。
【図9】(A)は、本実施の形態の走行安定化装置によ
る、10[S]間に、ハンドルを2回、限界値より大き
い角度操舵したときの横滑り角の変化、(B)は、本実
施の形態の走行安定化装置による、10[S]間に、ハ
ンドルを2回、限界値より大きい角度操舵したときのヨ
ー角速度の変化を示した図である。
【図10】(A)は、本実施の形態の走行安定化装置に
よる、10[S]間に、ハンドルを2回、限界値より大
きい角度操舵したときの操舵角(実際のハンドル操舵角
及びコントローラに入力されるハンドル操舵角)の変
化、(B)は、本実施の形態の走行安定化装置による、
10[S]間に、ハンドルを2回、限界値より大きい角
度操舵したときの傾きの値、(C)は、本実施の形態の
走行安定化装置による、10[S]間に、ハンドルを2
回、限界値より大きい角度操舵したときの切片の値の変
化を示した図である。
【図11】第1の実施の形態の第1の変形例に係る制御
回路のブロック図である。
【図12】第1の実施の形態の第2の変形例に係る制御
回路のブロック図である。
【図13】第2の実施の形態に係る車両走行安定化装置
のブロック図である。
【図14】第2の実施の形態の第1の変形例に係る制御
回路のブロック図である。
【図15】第2の実施の形態の第2の変形例に係る制御
回路のブロック図である。
【符号の説明】
12 ハンドル操舵角センサ 14 車速センサ 16 制御回路 18 前輪操舵機構 22 ハンドル舵角制限回路 24 旋回限界μ推定回路 15 実状態量検出センサ 30 目標状態量演算回路 64 目標状態量制限回路 68 フィードバッグ量演算回路 70 ブレーキ制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // B62D 101:00 113:00 137:00 (72)発明者 梅野 孝治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山口 裕之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 菅井 賢 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の速度を検出する車速検出手段と、 車輪のすべり状態に関する状態量と車輪の発生力との関
    係が直線に近似される運動モデル及び前記車速検出手段
    により検出された車速に基づいて得られる該状態量に基
    づいて、前記直線の傾きと、該傾きが0を含む所定範囲
    内のときの車輪の発生力の値と、を演算する演算手段
    と、 前記演算手段により演算された前記直線の傾きと前記車
    輪の発生力の値とに基づいて旋回の限界値を推定する旋
    回限界推定手段と、 を備えた旋回限界推定装置。
  2. 【請求項2】 車両のハンドルの操舵量を検出する操舵
    量検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 前記車両の実際の旋回運動の状態量である実状態量を検
    出する実状態量検出手段と、 前記車速及び前記操舵量に基づいて車両の旋回運動の目
    標とする状態量である目標状態量を演算する目標状態量
    演算手段と、 制動時又は旋回時の車輪の発生力の限界に基づき前記目
    標状態量の限界値を推定する旋回限界推定手段と、 前記目標状態量が前記限界値を超えないように制限する
    制限手段と、 前記制限された目標状態量と前記実状態量との偏差に基
    づいて、車両の向きを制御する制御手段と、 を備えた車両走行安定化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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