WO2009113232A1 - 車両挙動安定化制御装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a first control device (VSA) for controlling distribution of braking forces and / or driving forces of left and right wheels and / or front and rear wheels using at least a front wheel steering angle as control input, and at least a front wheel steering angle as a control input of a vehicle.
  • VSA first control device
  • the present invention relates to a vehicle controllability stabilization control device that uses a second control device (RTC) that controls a steering angle of a rear wheel.
  • RTC second control device
  • VSA vehicle motion control device
  • Patent Document 1 a vehicle motion control device
  • Patent Document 1 discloses that the steering angle as the driver's intention is regulated by the change in the side slip angular velocity obtained from the lateral acceleration.
  • a rear wheel toe angle control device (hereinafter referred to as RTC) has been proposed, and conventionally, the side slip angle of the vehicle is made zero as described in, for example, Patent Document 2 as four wheel steering (4WS).
  • RTC rear wheel toe angle control device
  • a control device that stabilizes the behavior of a vehicle with a target value (or a preset value) as a target value.
  • various methods are disclosed such as changing the turning angle ratio of the front wheel to the rear wheel according to the speed (low speed is reverse phase, high speed is same phase), but basically RTC or 4WS has actual vehicle characteristics against steering angle
  • the control is based on feedforward control that tries to minimize the deviation of the yaw rate response of the model relative to the yaw rate response of the ideal vehicle characteristic model.
  • VSA in principle generates a yaw moment with a balance of braking force, it can produce an effect even in the area where the side slip angle of the tire exceeds the limit, ie the limit area of the vehicle, but frequent application of braking is practically unacceptable. Therefore, it will be started corresponding to a certain extreme situation (limit behavior).
  • the RTC is suitable for control in a normal region (normal behavior) in order to generate a yaw moment using a slight side slip angle of the rear wheel. Therefore, combining VSA and RTC will realize a vehicle behavior stabilization device that is effective over the entire travel area.
  • VSA and RTC are based on the control principle of feedback system and feedforward system respectively, if VSA and RTC are simply activated at the same time, mutual interference adversely affects and control operation becomes unstable. It is conceivable.
  • the main object of the present invention is to provide a vehicle behavior stabilization control device capable of effective control over the entire travel region including limit behavior and normal behavior by combining VSA and RTC suitably. To provide.
  • a second object of the present invention is to provide a vehicle behavior stabilization control device capable of combining VSA and RTC as individually designed devices.
  • a third object of the present invention is to provide a vehicle behavior stabilization control system which can suitably combine the existing types of VSA and RTC without any major change in the original design in order to combine them. is there.
  • VSA first control device
  • RTC second control device
  • the output of the RTC is converted according to a certain transfer characteristic, and the front wheel steering angle ⁇ f input to the real vehicle characteristic model of the VSA is corrected based on the result.
  • the input front wheel steering angle ⁇ f of the VSA is varied based on the thrust angle or toe angle of the rear wheel which is the output of the RTC.
  • the first control device controls the braking force of the left and right wheels and / or the front and rear wheels based on the difference between the actual vehicle characteristic model and the output of the actual vehicle with respect to a given front wheel steering angle.
  • the second control device determines a rear wheel steering angle based on the output difference between the ideal vehicle characteristic model and the real vehicle characteristic model with respect to the given front wheel steering angle, and determines the distribution of the driving force.
  • a cooperative control unit converts the control input of the real vehicle characteristic model of the first control device based on the control output of the second control device.
  • the cooperative control unit may add or subtract a correction signal based on a control output of the second control device to a control input of an actual vehicle characteristic model of the first control device.
  • the control output may include a yaw rate.
  • the second control device may use the steering (thrust) angle of the rear wheel, or may use the toe angle of the rear wheel.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a known VSA system.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a known RTC system.
  • FIG. 1 is a block diagram of a vehicle behavior stabilization controller according to the present invention combining VSA system and RTC system in an emphasized manner.
  • FIG. 1 is a block diagram of a VSA system.
  • the front wheel steering angle ⁇ f is input to the actual vehicle characteristic model (G ⁇ 0 (s))
  • the reference yaw rate is output from the actual vehicle characteristic model
  • the difference between the actual yaw rate of the vehicle and the reference yaw rate is the VSA feedback transfer characteristic.
  • a yaw moment is input to the vehicle according to the distribution ratio of the driving force or the braking force to each wheel, which is input to (R (s)) and is appropriately determined as a result.
  • the sum of the additional yaw moment from the VSA system acts on the yaw moment of the vehicle itself based on the front wheel steering angle, and the integrated amount is obtained as the actual yaw rate of the vehicle.
  • the control system even if a yaw moment acts as a disturbance, the running stability of the vehicle is maintained by the feedback action of the control system.
  • FIG. 2 is a block diagram of an RTC system.
  • the front wheel steering angle ⁇ f is input to the actual vehicle characteristic model (G ⁇ 0 (s)) and the ideal vehicle characteristic model (G ideal (s))
  • the deviation between the outputs of both models is the RTC feedforward transfer characteristic ( It is input to P (s).
  • the deviation between the output of the ideal vehicle characteristic model and the actual yaw rate of the vehicle is input to the RTC feedback transfer characteristic (Q (s)).
  • the sum of the outputs of the RTC feedforward transfer characteristic (P (s)) and the RTC feedback transfer characteristic (Q (s)) acts on the vehicle as an additional yaw moment, and the yaw moment of the vehicle itself and the additional yaw based on the front wheel steering angle.
  • the integral amount of the sum with the moment is obtained as the actual yaw rate of the vehicle.
  • the feedforward control action based on the behavior of the ideal vehicle characteristic model
  • the running stability of the vehicle can be improved with high responsiveness.
  • the feedforward transfer characteristic P (s) of the RTC is It can be seen that it is. Further, although the configuration is such that the yaw moment is added to the vehicle in FIG. 2, since this is a product of the rear steering angles ⁇ r and lr, the output of the RTC is assumed to be ⁇ r for convenience.
  • the VSA adopts an actual vehicle characteristic model
  • the RTC adopts an ideal vehicle characteristic model.
  • the vehicle characteristic model is based on the actual characteristics of the vehicle without the vehicle behavior stabilization device such as VSA, and the ideal vehicle characteristic is an ideal vehicle obtained by operating the RTC etc. and changing the vehicle characteristics. And they are usually different from one another. Therefore, the VSA acts to cancel the yaw moment generated as the RTC tries to change the vehicle characteristics as a disturbance.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a vehicle behavior stabilization control device according to the present invention proposed to solve such a problem.
  • this converts the output of RTC according to a certain transfer characteristic, and the result is , And is reduced from the front wheel steering angle .delta.f input to the actual vehicle characteristic model of VSA.
  • this subtraction is addition depending on the sign setting of the transfer characteristic. That is, this means that the input front wheel steering angle ⁇ f of the VSA is varied based on the thrust angle or toe angle of the rear wheel which is the output of the RTC.
  • the disadvantage of simultaneously operating VSA and RTC is that the control target of VSA is the yaw rate response when not operating RTC. The invention can solve this without changing the configuration of the VSA itself.
  • the transfer characteristics of the output of the RTC should be considered.
  • equation (3) is obtained. From this equation, in the transfer characteristic of the VSA vehicle characteristic model, it is assumed that G ⁇ 0 (s) ⁇ ⁇ f In this case, the target yaw rate of the RTC can be obtained as the output of the VSA vehicle characteristic model, although the VSA vehicle characteristic model is apparently input with the front wheel steering angle ⁇ f. That is, in FIG. 3, it is understood that the conversion transfer characteristic is preferably T (s). here,

Abstract

【課題】　ＶＳＡ及びＲＴＣを好適に組み合わせ、限界挙動及び通常挙動を含む全走行領域において有効な制御を可能にする。 【解決手段】　ＲＴＣの出力を或る伝達特性により変換し、その結果を、ＶＳＡの実車両特性モデルに入力される前輪舵角δｆから加減算する。これは、ＶＳＡの入力前輪舵角δｆをＲＴＣの出力である後輪のスラスト角あるいはトー角に基づいて可変化することを意味している。これにより、ＶＳＡ及びＲＴＣの協調制御が可能となり、しかも既存のＶＳＡ自体の構成に変更を加えることなく両者を強調的に組み合わせることができる。                                                                                 

Description

車両挙動安定化制御装置
　本発明は、少なくとも前輪舵角を制御入力として左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を制御する第１の制御装置（ＶＳＡ）と、少なくとも前輪舵角を制御入力として車両の後輪の舵角を制御する第２の制御装置（ＲＴＣ）とを併用する車両操縦性安定化制御装置に関する。
　車両の挙動を安定化する制御装置として車両運動制御装置（以下ＶＳＡと略）が知られている（特許文献１）。これは左右或いは前後のブレーキを自動的にかけることにより、制動力のバランスにより車両の挙動の乱れを通常の挙動に戻す働きをするが、これは予め決めた車両運動に対する偏差をフィードバックすることによって成立させている。特に、特許文献１は、ドライバーの意志としての操舵角を、横加速度から求まる横すべり角速度の変化で規制することを開示している。
特許第３２１４８２４号
　一方、後輪トー角制御装置（以下ＲＴＣと略）が提案されており、従来から４輪操舵（４ＷＳ）として、例えば特許文献２に記載されているように、車両の横滑り角を零にすること（あるいは予め設定した値にすること）を目標値として車両の挙動を安定化する制御装置が知られている。その手法に関して、速度により前輪後輪の切れ角比を持ち替える（低速は逆相、高速では同相）等様々な手法が開示されているが、基本的にＲＴＣあるいは４ＷＳは、操舵角に対する実車両特性モデルのヨーレート応答の、理想車両特性モデルのヨーレート応答に対する偏差を最小化しようとするフィードフォワード制御を制御の基本としている。
特許第３１７９２７１号
　上記ＶＳＡは原理的に制動力のバランスでヨーモーメントを発生するためタイヤの横すべり角が限界を越えた領域すなわち車両の限界域でも効果を発生できるが、ブレーキを頻繁にかけることは実用上許容できないことから、ある程度極端な事態（限界挙動）に対応して起動されることになる。一方、ＲＴＣは、後輪の微少横すべり角を用いてヨーモーメントを発生させるために通常領域（通常挙動）での制御に適する。従って、ＶＳＡとＲＴＣを組み合わせれば、全走行領域において効果のある車両挙動安定化装置が実現することになる。しかしながら、ＶＳＡ及びＲＴＣは、それぞれフィードバック系及びフィードフォワード系の制御原理に基づくものであることから、単純にＶＳＡ及びＲＴＣを同時に起動すると、お互いの干渉が悪影響を及ぼし、制御動作が不安定になることが考えられる。
　このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、ＶＳＡ及びＲＴＣを好適に組み合わせ、限界挙動及び通常挙動を含む全走行領域において有効な制御が可能な車両挙動安定化制御装置を提供することにある。
　本発明の第２の目的は、ＶＳＡ及びＲＴＣを、それぞれ個別に設計された装置として組み合わせることのできる車両挙動安定化制御装置を提供することにある。
　本発明の第３の目的は、既存の形式のＶＳＡ及びＲＴＣを、互いに組み合わせるために元の設計に大幅な変更を加えることなく好適に組み合わせ得るような車両挙動安定化制御装置を提供することにある。
　このような課題は、本発明によれば、少なくとも前輪舵角を制御入力として左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を制御する第１の制御装置（ＶＳＡ）と、少なくとも前輪舵角を制御入力として車両の後輪の舵角を制御する第２の制御装置（ＲＴＣ）と、前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の制御入力を変換する協調制御ユニットとを有することを特徴とする車両挙動安定化制御装置を提供することにより達成される。
　このように、ＲＴＣの出力を或る伝達特性により変換し、その結果に基づき、ＶＳＡの実車両特性モデルに入力される前輪舵角δｆを補正する。これは、ＶＳＡの入力前輪舵角δｆをＲＴＣの出力である後輪のスラスト角あるいはトー角に基づいて可変化することを意味している。これにより、ＶＳＡ及びＲＴＣの協調制御が可能となり、しかも既存のＶＳＡ自体の構成に変更を加えることなく両者を協調的に組み合わせることが可能となる。
　本発明の好適実施例によれば、前記第１の制御装置（ＶＳＡ）が、与えられた前輪舵角に対する実車両特性モデル及び実車両の出力差に基づき左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を決定し、前記第２の制御装置（ＲＴＣ）が、与えられた前輪舵角に対する理想車両特性モデル及び実車両特性モデルの出力差に基づき後輪舵角を決定し、前記協調制御ユニットが、前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力を変換する。前記協調制御ユニットは、前記第２の制御装置の制御出力に基づく補正信号を、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力に加減算するものであって良い。前記制御出力はヨーレートを含むものであって良い。
　また、第２の制御装置（ＲＴＣ）としては、後輪の操舵（スラスト）角を利用するものであっても、或いは後輪のトー角を利用するものであっても良い。
　　　
公知のＶＳＡシステムを示すブロック図である。 公知のＲＴＣシステムを示すブロック図である。 ＶＳＡシステム及びＲＴＣシステムを強調的に組み合わせた本発明に基づく車両挙動安定化制御装置のブロック図である。
発明を実施するための形態
　図１はＶＳＡシステムのブロック図である。前輪舵角δｆが実車両特性モデル（Ｇγ０（ｓ））に入力されると、実車両特性モデルから規範ヨーレートが出力され、車両の実ヨーレートと規範ヨーレートとの差が、ＶＳＡフィードバック伝達特性（Ｒ（ｓ））に入力され、その結果適宜決定される駆動力或いは制動力の各輪への分配比に応じたヨーモーメントが車両に付加される。前輪操舵角に基づく車両自体のヨーモーメントにＶＳＡシステムからの付加ヨーモーメントの和が車両に作用し、その積分量が車両の実ヨーレートとして得られることとなる。これにより、外乱としてのヨーモーメントが作用しても、制御系のフィードバック作用により、車両の走行安定性が維持される。
　図２はＲＴＣシステムのブロック図である。前輪舵角δｆが実車両特性モデル（Ｇγ０（ｓ））及び理想車両特性モデル（Ｇｉｄｅａｌ（ｓ））に入力されると、両モデルの出力間の偏差が、ＲＴＣフィードフォワード伝達特性（Ｐ（ｓ））に入力される。一方、理想車両特性モデルの出力と車両の実ヨーレートとの偏差は、ＲＴＣフィードバック伝達特性（Ｑ（ｓ））に入力される。ＲＴＣフィードフォワード伝達特性（Ｐ（ｓ））及びＲＴＣフィードバック伝達特性（Ｑ（ｓ））の出力の和が、付加ヨーモーメントとして車両に作用し、前輪操舵角に基づく車両自体のヨーモーメントと付加ヨーモーメントとの和の積分量が車両の実ヨーレートとして得られることとなる。この場合は、外乱としてのヨーモーメントが作用しても、制御系のフィードバック作用により、車両の走行安定性が維持されることに加えて、理想車両特性モデルの挙動を規範とするフィードフォワード制御作用により、車両の走行安定性を高い応答性をもって向上させることができる。
　この場合、例えば特許文献３に記載されているように、δr＝Ｇr・δfの伝達特性を与えた際の車両の運動方程式が以下の式により与えられ
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 後輪の操舵角δｒは、以下の式により与えられることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、m：車両質量、ｌ：ホイールベース、ｌｆ、ｌｒ：前後車軸と重心間の距離、δｆ：前輪舵角、ｋｒ、ｋｆ：前後輪のコーナリングパワー、Ｖ：車速である。また、Ｇｉｄｅａｌ（ｓ）は、図２における理想車両特性モデルであり、Ｇγ０（ｓ）はδr＝０とした際の実車両特性モデルであり、基本的には図１の実車両特性モデルと同一である。
ＰＣＴ／ＪＰ２００７／００１１４０
　式（１）及び図２から、ＲＴＣのフィードフォワード伝達特性Ｐ（ｓ）は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 であることがわかる。また、図２ではヨーモーメントを車両に付加する構成となっているが、これはリア操舵角δｒとｌｒの積となっていることから、便宜上、ＲＴＣの出力はδrであるとする。
　ここで、ＶＳＡ及びＲＴＣを単純に組み合わせた場合に、動作が不安定となる理由について説明する。ＶＳＡ及びＲＴＣのフィードバックの基準値となる車両特性に着目すると、ＶＳＡは実車両特性モデルを採用する一方、ＲＴＣは理想車両特性モデルを採用する。車両特性モデルは、ＶＳＡなどの車両挙動安定化装置が無い場合の車両の実特性に基づくものであり、理想車両特性はＲＴＣなどを作動させて、車両特性を変化させて得られる理想的な車両の特性であり、通常これらは互いに異なる。従って、ＶＳＡは、ＲＴＣが車両特性を変化させようとして発生するヨーモーメントを外乱として打ち消そうと働く。一方、ＲＴＣは理想車両特性モデルに対してフィードバックを行うため、やはりＶＳＡのヨーモーメントを外乱として打ち消そうとする。これがＶＳＡに他の車両挙動安定化装置を単純に組み合わせようとすると動作が不安定になる理由である。
　これを解決する一つの手段は、ＶＳＡの車両特性モデルをＲＴＣの理想車両特性に合わせることであり、もう一つの手段はＲＴＣの理想車両特性をＶＳＡの車両特性に合わせることである。しかし、後者はＲＴＣが理想特性にフィードフォワードする機能を失ってしまうため意味がなく、前者は既に設定されたＶＳＡのコントローラの設定を変えなければならないためＲＴＣ付きの車両とＲＴＣが付いていない車両で別々の特性モデルを設定する必要がありＶＳＡのセッティング等に多くの工数を要することになる。
　図３は、このような問題を解消するために提案された本発明に基づく車両挙動安定化制御装置を示すブロック図である。これは、図１及び２に示されたＶＳＡ及びＲＴＣの出力を、車両自体のヨーモーメントに対する付加ヨーモーメントとして印加することに加えて、ＲＴＣの出力を或る伝達特性により変換し、その結果を、ＶＳＡの実車両特性モデルに入力される前輪舵角δｆから減ずるようにしたものである。但し、この減算は、伝達特性の符号設定によっては、加算となる。即ち、これは、ＶＳＡの入力前輪舵角δｆをＲＴＣの出力である後輪のスラスト角あるいはトー角に基づいて可変化することを意味している。前記したように、ＶＳＡ及びＲＴＣを同時に作動させた場合の不都合は、ＶＳＡの制御目標がＲＴＣを作動させていない場合のヨーレート応答であることに原因があるが、本実施例では、これを本発明ではＶＳＡ自体の構成に変更を加えることなく解決することができる。
　次に、このとき、ＲＴＣの出力をどのような伝達特性により変換すると良いかについて考察する。式（１）を変形すると、以下の式（３）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 この式から、ＶＳＡの車両特性モデルの伝達特性に於いて、Ｇγ０（ｓ）・δｆとなっているところを、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 に変換すれば、ＶＳＡの車両特性モデルには外見上前輪舵角δｆが入力されているにも関わらず、ＲＴＣの目標とするヨーレートを、ＶＳＡの車両特性モデルの出力として得ることができる。即ち、図３に於いて、変換伝達特性をＴ（ｓ）とすると良いことが分かる。ここで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上記実施例では、リアの操舵（スラスト）角で説明しているが、リアのトー角を用いた場合は、トー角θとしたとき、δｒ＝Ｋ・αｙ・θ（Ｋ：ロール剛性、トレッド等から定まる定数、αｙ：横加速度）としてスラスト角に変換することができることから、スラスト角と同様にθ・Ｋ・αｙを前記伝達特性に通すことにより、ＶＳＡとの協調制御を達成することができる。また、ＲＴＣ以外でも付加ヨーモーメントを発生させることで車両の挙動を安定化させる制御装置の付加ヨーモーメントをリア舵角に置き換えることでも同じ効果が得られる。
　このように、本発明によれば、
（１）ＶＳＡ及びＲＴＣが、互いに協調して、それぞれの効果を充分に発揮することから、通常領域から限界領域まで広範囲に渡って車両の挙動安定化制御を行うことが出来る。
（２）車両特性の変化等によらず協調制御が出来るので開発の工数が大幅に短縮できる。
　以上で具体的実施形態の説明を終えるが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明は上記実施形態や変形例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。
　本出願のパリ条約に基づく優先権主張の基礎出願の全内容及び本出願中で引用された従来技術の全内容は、それに言及したことをもって本願明細書の一部とする。

Claims (4)

  1. 　少なくとも前輪舵角を制御入力として左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を制御する第１の制御装置（ＶＳＡ）と、
    　少なくとも前輪舵角を制御入力として車両の後輪の舵角を制御する第２の制御装置（ＲＴＣ）と、
    　前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の制御入力を変換する協調制御ユニットとを有することを特徴とする車両挙動安定化制御装置。
  2. 　前記第１の制御装置（ＶＳＡ）が、与えられた前輪舵角に対する実車両特性モデル及び実車両の出力差に基づき左右輪及び又は前後輪の制動力及び又は駆動力の配分を決定し、
    　前記第２の制御装置（ＲＴＣ）が、与えられた前輪舵角に対する理想車両特性モデル及び実車両特性モデルの出力差に基づき後輪舵角を決定し、
    　前記協調制御ユニットが、前記第２の制御装置の制御出力に基づき、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力を変換することを特徴とする請求項１に記載の車両挙動安定化制御装置。
  3. 　前記協調制御ユニットが、前記第２の制御装置の制御出力に基づく補正信号を、前記第１の制御装置の実車両特性モデルの制御入力に加減算することを特徴とする請求項２に記載の車両挙動安定化制御装置。
  4. 　前記制御出力がヨーレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両挙動安定化制御装置。
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