JPWO2006013645A1

JPWO2006013645A1 - 車両姿勢制御装置および方法

Info

Publication number: JPWO2006013645A1
Application number: JP2006515463A
Authority: JP
Inventors: 一野瀬　昌則; 昌則一野瀬; 山門　誠; 山門　　誠; 倉持　祐一; 祐一倉持
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2008-05-01
Also published as: WO2006013645A1

Abstract

ドライバの意図を尊重しながら車両の走行安定性の低下が抑制できることで日常的に動作することが可能であり、なおかつ単純な構成で車両の運動制御を実現することが可能な車両の走行制御装置及び制御方法を提供する。車両の旋回姿勢を制御する走行制御装置は、前記車両の運転者による操舵量を検出する操舵量検出手段と、前記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、前記車両の現実の旋回運動の状態量を検出する実旋回状態量検出手段と、前記操舵量と前記走行速度から前記車両の目標となる旋回運動の状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、前記実旋回状態量と前記目標旋回状態量との偏差に基づいて、前記実旋回状態量が前記目標旋回状態量から発散するのを防止するように前輪及び後輪の接地荷重を修正するための加減速度を算出する加減速度算出手段と、前記加減速度量に基づいて少なくとも１輪に対して制駆動力の増減を行なう制駆動力制御手段と、を備える。

Description

本発明は、旋回中の車両の運動制御に適する車両の走行制御装置および制御方法に関する。

従来、旋回中の車両の運動制御を行なうための制御装置としては、例えば特開平５−２２１３００号公報に記載のものが知られている。この広報に開示された従来技術では、横加速度センサによる横加速度を車速センサによる車速で割った値からヨーレートセンサによるヨーレートを差し引いた値を車両重心点における車体スリップ角変化速度として算出し、それが大きい場合にはそれに基づく大きさの左右差を持たせたブレーキ圧を後輪制動力に発生させる構成が記されている。このような構成によれば、車体スリップ角の急激な変化が抑制され、すなわち車体のドリフトアウトやスピンの発生を抑えられるため、車両の走行安定性の低下が抑制されるとともに車両旋回中にドライバが不安感を抱くことを回避することができる。
一方、特開２００３−１６００４２号公報に記載のものでは、転舵輪が路面から受ける路面反力トルクを検出し、操舵角の増加に対して路面反力トルクが増加から減少に転ずる点から限界操舵角と設定し、操舵角が限界操舵角を超えたとき、操舵の限界と判定して各車輪のブレーキ液圧の増減を行なうことによりヨーモーメントを発生させ、車両の旋回運動を助長する構成が記されている。このような構成によれば、操舵を行なっているのに車両がそれ以上旋回しない状態であるドリフトアウトの発生を抑えることができる。
特開平７−１１７６５５号公報には、前後輪の制動力配分を前輪側が大きくなるように制御するヨーイングモーメント（ヨーモーメント）制御手段を車両姿勢制御装置に設けることが記載されている。
ヨーモーメント制御手段は、車両の左右車輪と路面との間に発生する平面力の大きさと向きとの少なくとも一方を制御することによってヨーイングモーメントを制御する形式とされるのが一般的であり、この形式の中には、例えば、左右車輪と路面との間に発生する車輪前後力（駆動力と制動力との合力）を左右で異ならせる駆動・制動力左右差制御式や、車輪の舵角を制御する舵角制御式や、前後車輪と路面との間に発生する車輪前後力を前後で異ならせる駆動・制動力前後配分制御式や、車輪の接地荷重を前後または左右で異ならせる接地荷重制御式などがある。

前述のような旋回中の車両の運動制御を行なうための制御装置にあっては、以下のような問題点があった。
まず、旋回中の車両の運動制御を行なうきっかけとして車体スリップ角の急激な変化や路面反力トルクの減少を用い、ヨーモーメントの補正制御を行なっているため、あくまで非常時・緊急時の検出により非定常的に動作する装置であって装置の活用頻度が低くなってしまう。また、非定常状態で初めて動作を開始するために線型性が失われ、ドライバに違和感や不安感を抱かせてしまう。
また、非定常時に制動力の左右差を利用してヨーモーメントを発生させ、車両の旋回運動を助長しているため、ドライバの操舵や車両の旋回状態とは無関係にヨーモーメントが発生し、ドライバに違和感や不安感を抱かせてしまう。
さらに、制動力の左右差を利用してヨーモーメントを発生する必要があるため、油圧バルブや油圧回路が複雑化し、車両重量が増加したり装置が高価になってしまうという問題点があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、ドライバの操舵や車両の旋回状態に基因する制御を行うことによって、ドライバの意図を尊重しながら車両の走行安定性の低下が抑制できることで日常的に動作することが可能であり、なおかつ単純な構成で車両の運動制御を実現することが可能な車両の走行制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、車両の旋回姿勢を制御する車両姿勢制御装置において、車両の走行運転状態を入力して目標旋回状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、
車両の実際の旋回状態量を検出し、もしくは旋回予測手段によって予測検出された実旋回状態量検出手段と、
前記目標旋回状態量と前記実旋回状態量とを入力して両者の偏差を算出し、該偏差に基づいて前輪および後輪のいずれかもしくは双方に、加減速度に基因する接地荷重を加えたとしたときの前輪および後輪のいずれか、もしくは双方について要求コーナリングパワーを増加させる加減速度を算出する加減速度算出手段と、
前記加減速度算出手段によって算出された加減速度による接地荷重に対応して、前輪（一輪もしくは二輪）および後輪（一輪もしくは二輪）のいずれかもしくは双方についての制駆動力の増減を行う制駆動力制御手段と
を含んで構成されることを特徴とする車両姿勢制御装置を提供する。
また、本発明は、車両の走行運転状態を入力して目標旋回状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、車両の実際の旋回状態量を検出し、もしくは旋回予測手段を備えて実旋回状態を予測し、検出する実旋回状態量検出手段とを有して、車両の旋回姿勢を制御する車両姿勢制御方法において、
加減速算出手段によって、車両の重心を通る鉛直線の回りの回転力についての目標ヨーレートとヨーレートセンサによって計測された実ヨーレートとの偏差を算出し、該偏差に基づいて前輪および後輪のいずれかもしくは双方に、加減速度に基因する接地荷重を加えたとしたときの前輪および後輪のいずれかもしくは双方についての要求コーナリングパワーを増加させる加減速度を算出し、該加減速度に対応して実ヨーレートが前記目標ヨーレートを下回る場合には前輪に加えられる接地荷重を増加させると共に後輪に加えられる接地荷重を減少させ、実ヨーレートが前記目標ヨーレートを上回る場合には前輪に加えられる接地荷重を減少させると共に後輪に加えられる接地荷重を増加させる制御を行うこと
を特徴とする車両姿勢制御方法を提供する。
本発明の実施例の車両の姿勢制御装置は、
車両の旋回姿勢を制御する走行制御装置において、
前記車両の運転者による操舵量を検出する操舵量検出手段と、
前記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
前記車両の現実の旋回運動の状態量を検出する実旋回状態量検出手段と、
前記操舵量と前記走行速度から前記車両の目標となる旋回運動の状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、
前記実旋回状態量と前記目標旋回状態量との偏差に基づいて、加減速度を算出し、前記実旋回状態量が前記目標旋回状態量から発散するのを防止するように前輪及び後輪の接地荷重を修正する加減速度算出手段と、
前記加減速度による接地荷重に基づいて少なくとも前輪もしくは後輪に対して制駆動力の増減を行なう制駆動力制御手段と、
を備える。
これにより、ドライバの操舵入力に応じた目標旋回状態量に追従させるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させ、所望の旋回状態量を制御することで安定した旋回走行を行なうことができる。
前記加減速度算出手段は、前記操舵量と前記車速から算出される前記車両の目標コーナリングパワーと、前記実旋回状態量から算出される前記車両の実コーナリングパワーの偏差に基づき、前記実コーナリングパワーが前記目標コーナリングパワーを下回るときには当該車輪の接地荷重を増加させてコーナリングパワーを増加させるための加減速度を算出するように構成した。
これにより、ドライバの操舵入力に応じた目標コーナリングフォースを発生できるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって接地荷重をコーナリングフォースが必要な車輪に配分することでコーナリングパワーを増大し、小さいスリップ角で安定した旋回走行を行なうことができる。
前記加減速度算出手段は、前記操舵量と前記車速から算出される前記車両の目標車体スリップ角と、前記実旋回状態量から算出される前記車両の実車体スリップ角の偏差に基づき、前記車体スリップ角の偏差を減少させるための加減速度を算出するように構成した。
これにより、ドライバの操舵入力に応じた目標スリップ角に追従させるように制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させて車体スリップ角を変化させ、安定した旋回走行を行なうことができる。
前記車両が走行する進路を推定し、車両の旋回の大きさを予測する旋回予測手段と、
前記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
前記車両の現実の旋回運動の状態量を検出する実旋回状態量検出手段と、
前記旋回予測手段で予測した進路と前記走行速度から前記車両の目標となる旋回運動の状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、
前記実旋回状態量と前記目標旋回状態量との偏差に基づいて、加減速度を算出し、前記実旋回状態量が前記目標旋回状態量から発散するのを防止するように前輪及び後輪の接地荷重を修正するための加減速度を算出する加減速度算出手段と、
前記加減速度による接地荷重に基づいて少なくとも前輪もしくは後輪に対して制駆動力の増減を行なう制駆動力制御手段と、
を備える。
これにより、前方の進路から予測された旋回運動に応じた目標旋回状態量に追従させるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させ、所望の旋回状態量を制御することで旋回運動を開始する以前に旋回状態量を最適化でき、自然で安定した旋回走行を行なうことができる。
前記旋回予測手段は、前記車両の前方の画像を撮影するカメラを備え、前方の画像を基に道路形状を抽出して進路を推定し、車両の旋回の大きさを予測するように構成した。
これにより、カメラ映像により捉えられた前方の進路を用いて旋回運動を予測し、それに応じた目標旋回状態量を設定することで、路面側に特別な準備を施すことなしに旋回運動を開始する以前に各輪の荷重配分を最適化しておくことができる。
前記旋回予測手段は、前記車両の現在位置を計測する現在位置計測手段と道路形状データを格納した地図情報格納手段を備え、前記現在位置と前記地図情報を基に進路を推定し、車両の旋回の大きさを予測するように構成した。
これにより、地図上に格納された前方の進路を用いて旋回運動を予測し、それに応じた目標旋回状態量を設定することで、簡単かつ安定度の高い方法で旋回運動を開始する以前に各輪の荷重配分を最適化しておくことができる。
前記旋回予測手段は、前記車両から道路に設置された標識媒体を検知する標識検知手段を備え、標識の情報を基に進路を推定し、車両の旋回の大きさを予測するように構成した。
これにより、標識に示された前方の進路状況を用いて旋回運動を予測し、それに応じた目標旋回状態量を設定することで、簡単かつ安定度の高い方法で旋回運動を開始する以前に各輪の荷重配分を最適化しておくことができる。
車両の姿勢制御装置における加減速度の算出方法であって、
前記車両の操舵量または予測進路と車速から、旋回に必要なコーナリングフォースを推定する要求コーナリングフォース推定手順と、
前記要求コーナリングフォースの大きさと目標スリップ角上限値を含む目標スリップ角の値から目標コーナリングパワーを算出する目標コーナリングパワー算出手順と、
前記車両の現実の旋回運動の状態量と前記車両の操舵量から現実のコーナリングパワーを算出する実コーナリングパワー算出手順と、
前記実コーナリングパワーと前記目標コーナリングパワーとの偏差に基づいて、前記実コーナリングパワーが前記目標コーナリングパワーを下回る当該車輪のコーナリングパワーを増加させるための接地荷重の必要増加量を記憶するタイヤ特性逆モデルを使用して接地荷重の増加量を算出し、
前記接地荷重を修正するための車体運動逆モデルを使用して加減速度を算出することからなる。
これにより、旋回操作に余裕を持たせるために車輪のスリップ角を所望の値以下に抑えながらコーナリングフォースを発生できるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって接地荷重をコーナリングフォースが必要な車輪に配分することでコーナリングパワーを増大させることができる。
前記目標スリップ角上限値は、前記車両の操舵量の変化量に基づき増減して設定される。
これにより、旋回操作がさらに継続されてより大きなコーナリングフォースが要求される場合でも対応可能なように荷重配分に予め余裕を持たせておくことができる。
操向車輪の実コーナリングパワーの増加によって大きくなる前記操向車輪の横力分を補正するため、操向車輪の転舵量を小さくするように補正する操舵装置を備えたようにすることができる。
これにより、ドライバが必要以上に大きな操舵角を入力した場合にも、舵角を切り過ぎることなくドライバの意図に合った旋回運動を行なうことができる。
ドライバが操舵を行なう前もしくは操舵を行なった直後から、旋回運動に適した前後荷重配分となるように制動操作を開始し、その制動操作は少なくとも操舵操作を開始するまで継続されることにより、旋回初期の車体ヨー角速度の迅速な立ち上げを実現するようにした。
これにより、操舵初期の旋回過渡特性、特に操舵の切り始めの車体回転の応答性を効果的に向上し、ドライバの官能性向上や操舵操作に対する安心感・信頼感の向上を図ることができるという効果がある。
本発明によれば、加減速によるピッチングで引き起こされる前後輪の荷重移動によってタイヤ特性を変化させ、ドライバの操舵入力に応じた目標旋回状態量に追従させるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させ、所望の旋回状態量を制御することで安定した旋回走行を行なうことができるという効果がある。

第１図は本発明の実施形態を示す構成図である。
第２図は車輪に発生する力とスリップ角を説明する図である。
第３図は車輪の荷重とコーナリングパワーを示す図である。
第４図は車体スリップ角を説明する図である。
第５図は車輪のスリップ角とコーナリングフォースの関係を示す図である。
第６図は本発明の実施形態を示す構成図である。
第７図は本発明の実施形態のタイヤ特性マップの事例を示す図である。
第８図は本発明の実施形態を示す構成図である。
第９図は本明の実施形態を示す構成図である。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。
第１図は本発明に係る車両の走行制御装置、すなわち車両姿勢制御装置の実施の形態を示す図である。
第１図において、目標旋回状態量算出手段（装置）１３は、旋回量検出手段（装置）１０及び車速算出手段（装置）１１に接続され、ドライバの旋回要求量であるハンドルの操舵量と現在の車速から目標となる旋回状態量を算出する。一方、実旋回状態量検出手段（装置）１２は、現在位置計測手段（装置）１６，地図情報格納手段（装置）１７，カメラ１８および標識検知手段１９に接続され、これらの手段からの信号は進路推定手段１２１に入力されて進路が推定され、推定された進路は旋回予測部１２２に入力されて旋回が予定される。このように、目標となる旋回状態量と同じ種類の旋回状態量を、車両に取り付けられた１個または複数個のセンサから直接的もしくはセンサ情報の演算により間接的に検出するようになっている。ここで得られた実旋回状態量と前出の目標旋回状態量は加減速度算出手段（装置）１４に入力され、比較器１４０で比較が行なわれる。加減速度算出手段（装置）１４は比較結果に対応して実旋回状態量と前出の目標旋回状態量との偏差を小さくするように加減速度を算出する。すなわち、比較結果は、後述するように、コーナリングフォースと荷重とスリップ角について特定されたタイヤ特性マップを格納するタイヤ荷重算出手段１４１，車体運動逆モデル（車体ピッチング運動逆モデル）１４２によって荷重あるいはスリップ角に対応したコーナリングフォースが算出され、加減速度が算出される。算出された加減速度は制駆動量制御手段（装置）１５に入力され、実際に車両の加減速度に変換される。すなわちこの制駆動量制御手段１５は車両のブレーキや駆動装置に接続され、入力された加減速度に応じた加減速を実行する。
尚、第１図にあっては比較器１４０を加減速度算出手段１４で示すブロック内に示してあるが、ブロック外に示されるようなものであっても加減速度算出手段として取り扱うことができる。
ドライバが操舵を行なうと、旋回量検出手段１０から旋回量指令値である操舵量が出力される。それを受けて目標旋回状態量算出手段１３では規範となる車両特性に基づく変換式（規範モデル）によりドライバの旋回要求量と車速に応じた目標旋回状態量が出力される。これは例えば操舵量と車速の関係から、対象の旋回状態量がどのような数値になるかを車体の運動をモデル化した数式もしくはマップの形で格納されているものである。目標旋回状態量は旋回運動時に補正したい車両の運動特性を表わすパラメータを選択するが、これは例えばヨー角速度や横加速度、車体スリップ角などが考えられる。同様に実旋回状態量検出手段１２でも同じ種類の旋回状態量の大きさをセンサにより検出する。ここでは直接的に対象の状態量を検出しても良いが、例えば幾つかの別の状態量をセンサにより取得し、そのセンサ情報の演算により間接的に対象の状態量を検出することも考えられる。目体的には、例えば状態推定器と呼ばれるフィードバック演算をすることで計測していない状態量を推定することができる。これは求めたい状態量のセンサが高価であったり、既に車両にあるセンサを流用することでコストを低減したい場合などに有効である。
次にこの２つの手段により得られた実旋回状態量と目標旋回状態量を加減速度算出手段１４に入力、比較して目標値との偏差を算出する。偏差量は実旋回状態量と目標旋回状態量との偏差を小さくするように加減速度を算出する。加減速度算出手段１４は、前述のように、旋回状態量の偏差を補正するために必要な各輪荷重の変化量を算出するタイヤ荷重算出手順１４１と、その荷重の変化量を実現するために必要な加減速量を算出する車体運動逆モデル１４２を備えている。例えば旋回状態量の偏差としてヨー角速度を変化させたい場合には、各輪のタイヤが発生可能な力の限界であるタイヤ荷重Ｗと路面摩擦係数μ積（μ・Ｗ）で決まる摩擦円の大きさを前後で変化させれば良く、摩擦円の大きさは荷重の大きさに比例して変化する特性があるため、各輪で発生可能なタイヤ力が車体重心周りに及ぼすヨーモーメントの大きさが必要なヨー各速度変化率を満たすような荷重配分を算出すればよい。さらに算出された荷重配分から必要な加減速度を得るためには、タイヤ接地面にかかる制駆動力が車体重心周りに及ぼすピッチングモーメントにより増減される各輪荷重の変化が必要な荷重配分を満たすように加減速度を決定すればよい。制駆動力により荷重が変化する様子を第６図に示すが、図に示すように図の左側を進行方向とする車両に制動を行なうと、タイヤ接地面にかかる制動力は重心より下側で右向きの力となり、重心には反時計回りのピッチングモーメントが発生し、前輪荷重は増加し、後輪荷重は減少する。この車体ピッチング運動のモデルを解くことで、必要な荷重配分から加減速度を逆算することも可能である。このように算出された加減速度は制駆動量制御手段１５のブレーキや駆動装置により入力された加減速度に応じた加減速を実行する。このように、加減速によるピッチングで引き起こされる前後輪の荷重移動によってタイヤ特性を変化させ、その結果として旋回状態量を所望の目標値に追従させることが可能となる。
第１図に示す車両の走行制御装置における目標旋回状態量算出手段１３において、旋回状態量としてコーナリングパワーを用いて制御を行なうことができる。コーナリングパワーとは、車輪の発生するコーナリングパワーの単位スリップ角当たりの数値であって、同じコーナリングフォースを発生するにはコーナリングパワーが大きいほど車輪のスリップ角が小さくて済む。第２図は車輪を真上から見た図であってタイヤにかかる力を図示している。タイヤ２０に対してタイヤの回転面２１が車軸によって規定されているが、実際の車両走行時にはタイヤの進行方向と回転面２１とは必ずしも一致せず、図のようにタイヤの進行方向と回転面２１、すなわちタイヤの向きがある角度をもって走行していることが多い。このタイヤの進行方向と回転面２１のなす角をスリップ角という。タイヤはこのスリップ角によって発生する抗力により横方向の力を発生することができる。このスリップ角によって発生するタイヤの進行方向に垂直な力をコーナリングフォースという。先に述べたように同じコーナリングフォースを発生するにはコーナリングパワーが大きいほど車輪のスリップ角が小さくて済むため、例えば旋回開始時に前輪のコーナリングフォースによって車体のヨー運動を発生させる時に、ハンドルによる操舵量が少なくて済み、より機敏なハンドル操作が可能になるとともに、タイヤの摩耗も低減することができる。また、旋回中により大きなコーナリングフォースが必要になった場合にも切り増しによって対応できる余裕が生じるため、安定した走行が可能となる。
本装置においてドライバが操舵を行なうと、旋回量検出手段１０から旋回量指令値である操舵量が出力される。それを受けて目標旋回状態量算出手段１３では規範となる車両特性によりドライバの旋回要求量を決定し、この旋回要求量と車速から導かれる車体重心点に働く遠心力により、必要なコーナリングフォースを算出する。ここで目標とするスリップ角を決めておけば、コーナリングフォースを目標スリップ角で除算することで目標コーナリングパワーが決定できる。車輪のコーナリングパワーがここで算出された目標値となるように制御を行なえば効率の良い旋回運動が可能になる。
同様に実旋回状態量検出手段１２でも実際のコーナリングパワーの大きさを前述のセンサにより検出する。但しコーナリングパワーを直接的に検出するセンサはないので、ここでは旋回加速度やヨー角速度、舵角などの情報により車体スリップ角を推定し、コーナリングパワーを算出することを行う。
次にこの２つの手段により得られた実コーナリングパワーと目標コーナリングパワーを加減速度算出手段１４に入力、比較して目標値との偏差を算出する。加減速度算出手段１４は、偏差量に対応し、偏差を小さくするように加減速度を算出する。また、加減速度算出手段１４はコーナリングパワーを補正するために必要な各輪荷重の変化量を算出する手段および手順と、その荷重の変化量を実現するために必要な加減速量を算出する手段および手順を備えている。ここで第３図はコーナリングパワーと荷重の関係について示す図であるが、図に示すようにコーナリングパワーは荷重依存性があり、ある程度の領域までは荷重とともにコーナリングパワーは増大する特性がある。矢印で示すように、荷重を変えることによってコーナリングパワーを変えることができる。なお、通常は荷重に対しコーナリングパワーが増大する範囲でダイヤが使用されるのが普通であるので、荷重とともにコーナリングパワーは増大すると考えても差し支えない。すなわち、第３図における特性曲線もしくは線型と見なした時の比例定数を基にして、目標コーナリングパワーに対する各輪荷重配分の変化量を算出することが可能である。もしも特性曲線が正確に分かっている時には、実コーナリングパワーを算出する代わりに荷重配分を加速度センサで計測するだけでも目的は達成できる。このようにして各輪の荷重配分を決定し、その変化量を算出する。
さらに算出された荷重配分から必要な加減速度を得るためには、タイヤ接地面にかかる制駆動力が車体重心周りに及ぼすピッチモーメントにより増減される各輪荷重の変化が必要な荷重配分を満たすように加減速度を決定すればよい。このように算出された加減速度は制駆動量制御手段１５のブレーキや駆動装置により入力された加減速度に応じた加減速を実行する。このように、加減速によるピッチングで引き起こされる前後輪の荷重移動によってタイヤ特性を変化させ、その結果として旋回状態量を所望の目標値に追従させることが可能となる。
次に、第４図および第５図に示す本実施の形態では、第１図に示す車両の走行制御装置における目標旋回状態量算出手段１３において、旋回状態量として車体スリップ角を用いて制御を行なうものである。車体スリップ角は進行方向に対する車体の向きであって、前輪操舵の車両の場合は後輪スリップ角と車体スリップ角は一致する。第４図は車両を真上から見た図であって車体スリップ角の向きを図示している。進路４１に対して車体４０の重心の進行方向は進路４１の接線となっている。一方、進路４１に沿って旋回運動を行なう車体４０の重心点には遠心力が作用するため、遠心力に対抗するコーナリングフォースを発生するために後輪にもスリップ角が必要となり、従って車体の向きも進行方向に対して角度をなすことになる。この車体の向きが進行方向に対してなす角度を車体スリップ角という。例えば旋回中に車体スリップ角が過大になると車体の回転モーメントも大きくなり旋回運動も不安定になってしまう。そこで、車体スリップ角を目標値に追従させることでその値が一定値以上に発散してしまうのを防止し、車体の旋回運動を安定化させることが可能となる。本装置においてドライバが操舵を行なうと、それを受けて目標旋回状態量算出手段１３では操舵量と車速に基づき規範となる車両のステア特性により目標車体スリップ角を決定し、この目標車体スリップ角と実車体スリップ角により、目標値との偏差を算出する。加減速度算出手段１４に、前述のように、偏差を小さくするように加減速度を算出する。ここで第５図はコーナングフォースとスリップ角の関係について示す図であり、荷重の大きさの違い毎の特性曲線を図示したものであるが、図に示すようにコーナリングフォースはスリップ角依存性と同時に荷重依存性があり、同じコーナリングフォースを発生するには荷重が大きい方がスリップ角は小さくて済む。すなわち、スリップ角の目標値から各輪荷重配分の変化量を算出することが可能である。このように、矢印で示すように、荷重配分の変化量により重体スリップ角を制御することができ、車体の旋回運動を安定化することができる。
第１図において、目標旋回状態量算出手段１３は旋回量検出手段１０及び車速検出手段１１に接続され、旋回量検出手段１０では将来の進路形状から旋回量を予測し、さらに現在の車速から目標となる旋回状態量を算出する。ここで得られた目標旋回状態量とセンサにより直接または間接的に検出された実旋回状態量との比較を行なうように接続されている。加減速度算出手段１４は、比較結果によって、実旋回状態量と前出の目標旋回状態量との偏差を小さくするように加減速度を算出するのは前述の実施の形態の通りである。これにより、ドライバがハンドル操作により操舵入力を行なうよりも前の段階から次の旋回動作の予測することができ、従って操舵入力が行なわれるときには既に旋回状態量が目標値に追従して最適な値になるように予め制御された状態にでき、特に操舵初期の過渡特性について最適化が可能になる。
この旋回量検出手段１０は車両前方の画像を撮影するカメラを備え、このカメラによって撮影された前方の画像を基に、例えば路面の白線検知などによって道路形状を抽出して進路を推定することもできる。ここで用いるカメラは可視光はもちろん、赤外線カメラを用いても良く、例えば夜間の検出用に赤外光で照明を行ったり、白線の塗料に特に赤外線を反射する材料を用いることで検知を容易にすることも考えられる。さらにその光源としてレーザ光を用いることで、前方の道路形状をスキャニングすることも考えられる。また、撮像は光に拠らなくても良く、例えばミリ波レーダなどの電磁波や超音波センサを使って進路形状を検知することも考えられる。
またこの旋回量検出手段１０は車両の現在位置を計測する現在位置計測手段と道路形状データを格納した地図情報格納手段を備え、前記現在位置と前記地図情報を基に進路を推定することができる。例えばカーナビゲーションシステムの機能を用いてＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）による現在位置計測と地図情報取得を行ない、現在位置から前方に位置する地図情報を解析することにより進路を推定することもできる。現在位置を検知するために例えば道路に設けられた標識（マーカー）により路線位置を知らせたり、道路に設けた無線通信手段との交信（路車間通信）により現在位置を取得するようなことも考えられる。
またこの旋回量検出手段１０は前記車両から道路に設置された標識媒体を検知する標識検知手段を備え、標識の情報を基に進路を推定することができる。これは前述の例のように自分で地図情報を格納せず、標識媒体に直接的に道路の形状や曲率などのデータを示させることで、標識媒体から直接的に旋回予測のデータを取得することも考えられる。前述の説明では、個々のセンサによるセンサ量による比較を行う例について説明したが、これらを組み合わせて用いてよいことは勿論である。
第１図に示す車両の走行制御装置における目標旋回状態量算出手段１３において、旋回状態量としてコーナリングパワーを用いて制御を行なう。本装置においてドライバが操舵を行なうと、旋回量検出手段１０から旋回量の指令値である操舵量が出力される。それを受けて要求コーナリングフォース推定手段（要求状態量推定手段）１３２では規範となる車両特性を表わす規範車体運動モデル１３４によりドライバの旋回要求量を決定し、この旋回要求量と車速から導かれる車体重心点に働く遠心力により、必要なコーナリングフォースを算出する。
ここで制御目標値としての目標スリップ角１３１としてスリップ角上限値を決めておき、目標コーナリングパワー算出手順１３３において前述のコーナリングフォースを目標スリップ角で除算することで目標状態量としての目標コーナリングパワーが決定する。
同様に実旋回状態量検出手段１２でも実際のコーナリングパワーの大きさを算出する。実旋回状態量検出手段１２１における各センサによって旋回加速度やヨー角速度、舵角などの情報を取得し、状態推定手段としての旋回予測部１２２において例えば車体運動モデルに基づく状態推定器の演算により実コーナリングフォース及び車体スリップ角を推定し、コーナリングパワーを算出する。
次にこの２つの手段により得られたコーナリングパワーの偏差を加減速度算出手段１４で算出する。加減速度算出手段１４は、偏差を小さくするように加減速度を算出する。加減速度算出手段１４はタイヤ荷重算出手順１４１で目標コーナリングパワーから必要な各輪荷重を算出し、次に車体運動逆モデル１４２でその各輪荷重の実現のための制駆動量を算出する。タイヤ荷重算出手順１４１はコーナリングパワーと輪荷重の正確な関係を格納したテーブルであることが望ましい。また、車体運動逆モデル１４２も第６図で説明したピッチ軸回りの回転運動モデルを用いる他、荷重移動量と加減速度のテーブルでも実現できる。
第７図は、車体運動逆モデルの１例を示す。第３図および第５図の内容は、第７図に示すようにして立体的に現わすことができる。
第７図は、一軸方向に荷重を、一軸方向にスリップ角を取り、他の一軸方向にコーナリングフォースを取って、３者の関係をタイヤ特性マップとして記憶装置（図示せず）に記憶させてある。図において、コーナリングパワー＝傾きで表わされ、コーナリングパワー×α（加減速度）＝コーナリングフォース（横力）で表わされる。
第７図に示すタイヤ特性マップを使用することによって、ドライバの操作によるステアリング角度及び車速から所望の旋回運動（例：ニュートラルステア）を行なうための目標ヨートレートと目標横加速度とを実現するように、車輪の舵角を制御することができる。舵角の制御装置は、要求横力に追従するように要求横力とタイヤのコーナリングパワーとで決まる要求スリップ角に応じた舵角度を設定する。この場合に、
（１）前輪の要求横力が車輪の最大横力を超えるときは、制動による荷重移動でコーナリングパワーを増大し、要求横力を満足させる。すなわち、スリップ角に対する横力を変化させる。
（２）ドライバの操作によるステアリング角速度が規定値より大きいときはさらにステアリングが切り込まれると予想し、コーナリングパワーを（１）よりも増大させてスリップ角の余裕を大きくすることを行う。
このように算出された加減速度は制駆動量制御手段１５のブレーキや駆動装置により入力された加減速度に応じた加減速を実行する。このように、加減速によるピッチングで引き起こされる前後輪の荷重移動によってタイヤ特性を変化させ、その結果として旋回状態量を所望の目標値に追従させることが可能となる方法を提供する。なお、この方法の説明では操舵量に基づく制御方法を説明したが、進路予測に基づく実施形態の制御にも応用できる。また、通常の前輪操舵車に適用した例を示しているが、後輪操舵やステアバイワイヤ車においても操舵量の取り扱いが若干変わるだけで適用が可能である。
なお、実際に制御を行なった場合の検出値および指令値の関係を第８図に示す。図では操舵角，ヨーレート，制動力指令，駆動力指令，前輪に加える接地荷重（前輪荷重），後輪に加える接地荷重（後輪荷重）の時間変化をグラフにて示している。図で一定の操舵角入力があった場合、例えばヨーレートのグラフ▲１▼の領域においてヨーレートが小さい（アンダーステア）場合、前輪のコーナリングフォースが不足していることから前輪のコーナリングパワーを大きくすべく前輪荷重を増やすために制動力指令が増加（または駆動力指令を減少）させることで前輪荷重が増加する。一方、ヨーレートのグラフ▲２▼の領域においてヨーレートが発散する（オーバーステア）場合、後輪のコーナリングフォースが不足していることから後輪のコーナリングパワーを大きくすべく後輪荷重を増やすために駆動力指令が増加（または制動力指令を減少）させることで後輪荷重が増加する。ここでは前後輪の荷重をグラフ化したが、例えばサスペンションストロークやサスペンションアーム類に取り付けられた歪みセンサによる歪み量なども輪加重と相関を持つために同様の変化が観測される。
次に、第９図は、前述の制御方法をブレーキや操舵を電気的に制御するバイワイヤ車両に適用した場合を示している。図で操舵量検出手段１０はハンドル６５に接続されて操舵量を検出し、車速検出手段１１及び実旋回状態量検出手段１２は各種センサを備えている。一方でブレーキペダル６４は踏力センサ６３を介してブレーキバイワイヤ装置のコントローラである駆動制御手段１５に接続され、各輪のブレーキアクチュエータ６１ａ〜６１ｄに接続される。一方で操舵量はコントローラ６０に接続され、前述の制御方法を内蔵するとともに操向装置のアクチュエータ６２に接続され、車輪の操舵を制御する。
本構成ではブレーキ装置はもとより操舵装置もドライバの操作に関係なく自由に制御可能となるため、例えばスリップ角によって車体スリップ角が制御されている場合、その車体スリップ角に見合った操舵量となるように操向車輪の転舵量を補正することができる。また、コーナリングパワー制御によってタイヤのコーナリングフォースが効率よく発生されている場合、ドライバ操作による切り過ぎを防止するために転舵量を補正することができる。

次に、本発明の他実施の形態を説明する。基本的には実施例１と同一の態様を有するが、本実施の形態では車両の旋回に際して、ドライバが操舵を行なう前もしくは操舵を行なった直後から、操舵量や推定した進路から子測される旋回の大きさに応じて最適な前後荷重配分となるように制動操作を開始し、その制動操作は少なくとも操舵操作を開始するまで継続され、望ましくは車体が安定的な定常旋回に移行するまで継続されることにより、旋回初期の車体ヨー角速度の迅速な立ち上げを実現することを特徴とする。本実施の形態では特に操舵の切り始めの車体回転の応答性を高めてドライバの官能性向上や操舵操作に対する安心感・信頼感の向上を目的としており、前後荷重配分の決定には例えば所望の旋回過渡特性を実現するための前輪コーナリングパワーの増大を基準として減速度を決定する。特に進路予測手段により予め旋回の大きさが分かっているときには、操舵輪の転舵時には既に前後荷重配分が最適化されているため、最も効果的に動作することができる。
また、前後荷重配分の制御が必要な期間は操舵開始時から車体が安定的な定常旋回に移行するまでであるので、制動操作を行なっても極度に車速が低下してしまうこともなく、また荷重変動は前後サスペンションの定数による車体のピッチ軸回り運動の時定数で変化し、制動を終了してもすぐに荷重が戻ってしまうことはないため、制動操作の期間はさらに限定的となり得る。このように、本実施の形態によれば操舵初期の旋回過渡特性を効果的に向上し、ドライバの官能性向上や操舵操作に対する安心感・信頼感の向上を図ることができる。
本実施例によれば、加減速によるピッチングで引き起こされる前後輪の荷重移動によってタイヤ特性を変化させ、ドライバの操舵入力に応じた目標旋回状態量に追従させるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させ、所望の旋回状態量を制御することで安定した旋回走行を行なうことができる。
以上説明した２つの本実施例によれば、ドライバの操舵入力に応じた目標コーナリングフォースを発生できるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって接地荷重をコーナリングフォースが必要な車輪に配分することでコーナリングパワーを増大し、小さいスリップ角で安定した旋回走行を行なうことができる。
また本実施例によれば、ドライバの操舵入力に応じた目標スリップ角に追従させるように制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させて車体スリップ角を変化させ、安定した旋回走行を行なうことができる。
また本実施例によれば、前方の進路から予測された旋回運動に応じた目標旋回状態量に追従させるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって車両の旋回姿勢を変化させ、所望の旋回状態量を制御することで旋回運動を開始する以前に旋回状態量を最適化でき、自然で安定した旋回走行を行なうことができる。
また本実施例によれば、カメラ映像により捉えられた前方の進路を用いて旋回運動を予測し、それに応じた目標旋回状態量を設定することで、路面側に特別な準備を施すことなしに旋回運動を開始する以前に各輪の荷重配分を最適化しておくことができる。
また本実施例によれば、地図上に格納された前方の進路を用いて旋回運動を予測し、それに応じた目標旋回状態量を設定することで、簡単かつ安定度の高い方法で旋回運動を開始する以前に各輪の荷重配分を最適化しておくことができる。
標識に示された前方の進路状況を用いて旋回運動を予測し、それに応じた目標旋回状態量を設定することで、簡単かつ安定度の高い方法で旋回運動を開始する以前に各輪の荷重配分を最適化しておくことができる。
また本実施例によれば、旋回操作に余裕を持たせるために車輪のスリップ角を所望の値以下に抑えながらコーナリングフォースを発生できるように、制駆動による各輪の接地荷重の荷重移動によって接地荷重をコーナリングフォースが必要な車輪に配分することでコーナリングパワーを増大させることができる。
また本実施例によれば、旋回操作がさらに継続されてより大きなコーナリングフォースが要求される場合でも対応可能なように荷重配分に予め余裕を持たせておくことができる。
また本実施例によれば、制御結果となる車体スリップ角に見合った操舵量となるように操向車輪の転舵量を補正することで舵角を切り過ぎることなくドライバの意図に合った旋回運動を行なうことができる。
操舵初期の旋回過渡特性、特に操舵の切り始めの車体回転の応答性を効果的に向上し、ドライバの官能性向上や操舵操作に対する安心感・信頼感の向上を図ることができる。

Claims

車両の旋回姿勢を制御する車両姿勢制御装置において、車両の走行運転状態を入力して目標旋回状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、
車両の実際の旋回状態量を検出し、もしくは旋回予測手段によって予測検出された実旋回状態量検出手段と、
前記目標旋回状態量と前記実旋回状態量とを入力して両者の偏差を算出し、該偏差に基づいて前輪および後輪のいずれかもしくは双方に、加減速度に基因する接地荷重を加えたとしたときの前輪および後輪のいずれか、もしくは双方について要求コーナリングパワーを増加させる加減速度を算出する加減速度算出手段と、
前記加減速度算出手段によって算出された加減速度による接地荷重に対応して、前輪および後輪のいずれかもしくは双方についての制駆動力の増減を行う制駆動力制御手段と
を含んで構成されることを特徴とする車両姿勢制御装置。
請求項１において、前記加減速度算出手段は、前記目標旋回状態量として前記車両の操舵量または／および予測進路と車両から、旋回に要求されるコーナリングフォースを推定する要求コーナリングフォース推定手段と、前記要求コーナリングフォースの大きさと目標スリップ角の値から目標コーナリングパワー算出手段によって目標コーナリングパワーを算出し、前記車両の実旋回状態量として前記車両の操舵量から実コーナリングパワー算出手段によって実コーナリングパワーを算出し、前記実コーナリングパワーが前記目標コーナリングパワーを下回る前輪もしくは後輪の要求コーナリングパワーを増加させ、もしくは他方の車輪の要求コーナリングパワーを減少させることを特徴とする車両姿勢制御装置。
請求項１において、前記加減速度算出手段は、前記目標旋回状態量として操舵量と車体から目標車体スリップ算出手段によって目標車体スリップ角を算出し、前記車両の実旋回状態量として実車体スリップ角を計測し、前記実車体スリップ角が前記目標車体スリップ角を上回る前輪もしくは後輪の要求コーナリングパワーを増加させ、もしくは他方の車輪の要求コーナリングパワーを減少させることを特徴とする車両姿勢制御装置。
請求項１において、目標旋回状態量と実旋回状態量との偏差に基づいて前輪および後輪のいずれかもしくは双方に、加減速度に基因する接地荷重を加えたとしたときの前輪および後輪のいずれかもしくは双方についての要求コーナリングパワーを増加させる加減速度を車体運動逆モデルとして記憶する記憶手段を有し、前記加減速度算出手段は、該車体運動逆モデルを参照することによって前記加減速度を算出することを特徴とする車両姿勢制御装置。
請求項１において、前記旋回予測手段は、前記車両の前方の画像を撮像カメラを備え、前方の画像を撮像するカメラを備え、前方の画像を基に進路状態を抽出して進路を推定する進路推定手段を有し、かつ推定された進路から車両の旋回の大きさを予測する旋回予測部を有すること
を特徴とする車両姿勢制御装置。
請求項１において、前記旋回予測手段は、前期車両の現在位置を計測する現在位置計測手段を有し、進路状態データを含む地図情報を格納した地図情報格納手段を有し、前記現在位置と前記地図情報を基に進路を推定する進路推定手段を有し、かつ推定された進路から車両の旋回の大きさを予測する旋回予測部を有することを特徴とする車両姿勢制御装置。
請求項１において、前記旋回予測手段は、通路に設置された標識媒体を検知する標識検知手段を有し、標識媒体の標識情報を基に進路を推定する進路推定手段を有し、かつ推定された進路から車両の旋回の大きさを予測する旋回予測部を有することを特徴とする車両姿勢制御装置。
車両の走行運転状態を入力して目標旋回状態量を算出する目標旋回状態量算出手段と、車両の実際の旋回状態量を検出し、もしくは旋回予測手段を備えて実旋回状態を予測し、検出する実旋回状態量検出手段とを有して、車両の旋回姿勢を制御する車両姿勢制御方法において、
加減速算出手段によって、車両の重心を通る鉛直線の回りの回転力についての目標ヨーレートとヨーレートセンサによって計測された実ヨーレートとの偏差を算出し、該偏差に基づいて前輪および後輪のいずれかもしくは双方に、加減速度に基因する接地荷重を加えたとしたときの前輪および後輪のいずれかもしくは双方についての要求コーナリングパワーを増加させる加減速度を算出し、該加減速度に対応して実ヨーレートが前記目標ヨーレートを下回る場合には前輪に加えられる接地荷重を増加させると共に後輪に加えられる接地荷重を減少させ、実ヨーレートが前記目標ヨーレートを上回る場合には前輪に加えられる接地荷重を減少させると共に後輪に加えられる接地荷重を増加させる制御を行うこと
を特徴とする車両姿勢制御方法。