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JP4631549B2 - 車両運動安定化制御装置 - Google Patents
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JP4631549B2 - 車両運動安定化制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両運動安定化制御装置に関し、特に、車両運動を安定化する車両運動安定化制御装置に係る。
車両の安全性を向上させるための装置として、車両のヨーイング運動を安定化する車両運動制御装置が普及している。この一例として、下記の非特許文献1には、車両の横方向の安定性を維持するための車両ダイナミクスコントロール(VDC)について解説されている。このシステムは、ステアリング操作によるコーナリング中の車両のヨーイング運動を安定化するもので、ブレーキシステムと駆動系の内部に組み込まれている閉ループ(フィードバック)制御システムである。物理的な限界走行時に、運転者の操作に対する車両の目標挙動を設定し、実際の挙動を検出して、各種アクチュエータを用いてタイヤの力を制御し、これら目標挙動と実挙動との差(制御偏差)を最小とし、VDCコントローラは、スリップ角とヨーレートを状態変数として制御を行う旨記載されている。
一方、特許文献1には、車両の旋回状態に依存しない車両用ロール制御システムを提供することを目的とし、速度センサ、横加速度センサ、ロールレイトセンサ及びヨーレイトセンサを含む車両の挙動状態を検出する複数のセンサがコントローラに接続され、横加速度、ロール速度、車速及びヨーレイトに応答してロール角度推定値を決定すると共に、相対ロール角度推定値に応答して、ブレーキ圧配分を決定する旨記載されている。
また、特許文献2には、車両の重心高さの推定に関して、ロールを含む自由度を持つ力学モデルの操舵角に対するロールの伝達関数と、ロールレイトセンサを用いて実車より採取されるデータに基づき、AR法(自己回帰法)を用いて求められる操舵角に対するロールの伝達関数との、係数比較を行って重心高さを導出する装置が記載されている。
米国特許第6263261B1号明細書 特開平11−304663号公報 「Automotive Handbook」、Bosch GmbH、1996年10月第4版発行、668頁乃至677頁
車両のヨーイング運動及びローリング運動についての安定性を確保するためには、前掲の非特許文献1に示されるようなヨーイング運動安定化制御装置(車両のヨーイング運動について安定性を維持する装置)と、特許文献1に示されるようなローリング運動安定化制御装置(車両のローリング運動について安定性を維持する装置)を組み合わせる必要がある。
これらの装置を組み合わせる場合、共通して必要となるセンサについては、夫々のセンサ信号を共有できるものの、ヨーイング運動安定化制御装置の構成に対し、ロール速度センサ(ロールレイトセンサ)等、ローリング運動を検出するための新たなセンサが必要となる。更に、車両のローリング運動におけるロール増大傾向の現われ易さは、積載物や乗員によって変化するため、車両の重心高さ等を求めて、車両旋回時におけるロール増大傾向を的確に判断することも望まれているが、前掲の特許文献2では重心高さを推定するためにロールレイトセンサが用いられている。
そこで、本発明は、単一の一軸の角速度検出手段によってヨーイング運動及びローリング運動の両者における車両安定性を向上させ得る車両運動安定化制御装置を提供することを課題とする。
上記の課題を達成するため、本発明は車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御する制御手段を備え、該制御手段の制御によって前記車両のヨーイング運動及びローリング運動を安定化する車両運動安定化制御装置において、前記車両の上下方向軸に対して前記車両の前後方向に所定角度傾斜した軸回りの角速度を検出する一軸の角速度検出手段と、該角速度検出手段が検出する角速度及び前記所定角度に基づいて実際の車両運動状態量である実運動状態量を演算する実運動状態量演算手段と、前記車両の目標とする車両運動状態量である目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、該目標運動状態量設定手段が設定する目標運動状態量と前記実運動状態量演算手段が演算する実運動状態量との偏差を演算する運動状態量偏差演算手段と、前記車両の状態量からヨー角速度を推定するヨー角速度推定手段と、前記角速度検出手段が検出する角速度から前記ヨー角速度推定手段が推定するヨー角速度成分を除去して前記車両のロール角速度に換算するロール角速度換算手段と、該ロール角速度換算手段が換算するロール角速度に基づいて、前記車両のロール増大傾向を傾向の現れ易さを表すロール指標を推定するロール指標推定手段とを備え、前記運動状態量偏差演算手段が演算する偏差に基づき、前記制御手段により前記車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御すると共に、前記ロール指標推定手段が推定するロール指標に基づき、前記制御手段により前記車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御することとしたものである。
例えば、前記車両運動状態量は前記車両のヨーイング運動の状態量であるヨー状態量とし、従って、前記目標運動状態量は目標ヨー状態量、前記実運動状態量は実ヨー状態量、そして前記運動状態量偏差はヨー状態量偏差とするとよい。この場合において、前記実運動状態量演算手段は前記角速度検出手段が検出する角速度を、前記所定角度の余弦で除算することによって前記実ヨー状態量を演算するように構成することができる。
あるいは、前記車両運動状態量は前記車両のローリング運動の状態量であるロール状態量とし、従って、前記目標運動状態量は目標ロール状態量、前記実運動状態量は実ロール状態量、そして前記運動状態量偏差はロール状態量偏差としてもよい。この場合において、前記実運動状態量演算手段は前記角速度検出手段が検出する角速度を、前記所定角度の正弦で除算することによって前記実ロール状態量を演算するように構成することができる。
上記の車両運動安定化制御装置において、更に、請求項4に記載のように、前記車両の状態量からヨー角速度を推定するヨー角速度推定手段と、該ヨー角速度推定手段が推定するヨー角速度に基づき、前記角速度検出手段が検出する角速度を、前記車両のロール角速度に換算するロール角速度換算手段と、該ロール角速度換算手段が換算するロール角速度に基づいて、前記車両のロール増大傾向を傾向の現れ易さを表すロール指標を推定するロール指標推定手段とを備えたものとし、該ロール指標推定手段が推定するロール指標に基づき、前記制御手段により前記車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御するように構成するとよい。
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち車両の上下方向軸に対して前後方向に所定角度傾斜した軸回りの角速度を検出する一軸の角速度検出手段が検出する角速度及び前記所定角度に基づき、実際の車両運動状態量である実運動状態量を演算し、目標運動状態量設定手段が設定する目標運動状態量と実運動状態量演算手段が演算する実運動状態量との偏差に基づき、車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御し、車両の運動を安定化するように構成されているので、単一の一軸の角速度検出手段によって車両運動の安定化を確実に行なうことができる。しかも、車両特性の変化にも対応して、適切な車両運動安定化制御を行うことができる。即ち、角速度からヨー角速度成分を除去してロール角速度に換算し、この換算ロール角速度に基づき、車両のロール増大傾向の現われ易さを示すロール指標を推定し、このロール指標に基づいて目標ロール状態量を設定し、ローリング運動の安定化制御を行うことにより、車両特性の変化にも対応して、適切な車両運動安定化制御を行うことができる。而して、ロール指標が大きく車両のロール増大傾向が現われ易い場合には確実にロール増大傾向を抑制し、ロール指標が小さく車両のロール増大傾向が現われにくい場合には不必要な制御作動を抑制し、運転者への違和感を低減することができる。
ここで、車両固定座標及び車両運動について、次のように定義することができる。先ず、図16に示すように、二点鎖線で示す車両の重心点を原点に、車両前後方向をX軸、左右方向(横方向)をY軸、上下方向をZ軸として車両に固定した座標軸を想定する。この座標軸を基準にして車両の運動は、X軸方向の並進運動を前後運動、Y軸方向の並進運動を左右運動(又は横運動)、Z軸方向の並進運動を上下運動、X軸回りの回転運動をローリング運動、Y軸回りの回転運動をピッチング運動、Z軸回りの回転運動をヨーイング運動と定義する。そして、X軸とY軸で構成されるXY平面をヨー平面、X軸とZ軸で構成されるXZ平面をピッチ平面、Y軸とZ軸で構成されるYZ平面をロール平面と呼ぶこととする。
而して、角速度検出手段として、検出軸が一軸である角速度センサ(一軸レイトセンサ)を用い、その検出軸を、図16に示すピッチ平面又はピッチ平面と平行な平面上で、車両上下方向に対して前方又は後方に傾けることで、当該角速度センサが車両のヨーイング運動(ヨー角速度)だけでなく、ローリング運動(ロール角速度)も検出することができる。そして、車両の目標状態量を設定し、ヨー角速度及びロール角速度を含む角速度を用いて演算する車両の実状態量と比較して、これらの偏差に基づいて制動力又は駆動力を制御することによって、ヨーイング運動とローリング運動を共に安定化することができる。特に、上記角速度センサにおける検出軸の傾き角θは、6(deg)≦θ≦46(deg)の範囲とすれば、実際のヨー角速度に近いヨー角速度を検出することができると共に、ある程度のロール角速度も確保することができる。
例えば車両運動状態量は、車両のヨーイング運動の状態量であるヨー状態量とし、運動状態量偏差はヨー状態量偏差とすることができ、このヨー状態量偏差に基づきヨーイング運動を適切に安定化することができる。このように、例えば、ロール角速度成分が上乗せされるヨー角速度を用いてヨーイング運動の安定化制御を行うことにより、通常のヨーイング運動の安定化制御(ヨー角速度を検出するヨーイング運動の安定化制御)に比較して、ロール増大傾向が現われた場合には、より早期に且つ強い制動力を付与することができ、車両運動を適切に安定化することができる。また車両運動状態量は、車両のローリング運動の状態量であるロール状態量とし、運動状態量偏差はロール状態量偏差とすることができ、このロール状態量偏差に基づきローリング運動を適切に安定化することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係る車両運動安定化制御装置の全体構成を示す。図1において、車両の上下方向軸に対して車両の前後方向(前方又は後方)に所定角度傾斜した軸回りの角速度を検出する一軸の角速度検出手段M0と、この角速度検出手段M0が検出する角速度及び前記所定角度に基づいて実際の車両運動状態量である実運動状態量を演算する実運動状態量演算手段M1と、車両の目標とする車両運動状態量である目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段M2とを備えている。また、目標運動状態量設定手段M2が設定する目標運動状態量と実運動状態量演算手段M1が演算する実運動状態量との偏差を演算する運動状態量偏差演算手段M3を備え、この演算結果の偏差に基づき、制御手段M4によって車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御するように構成されている。
上記車両運動状態量としては、例えば車両のヨーイング運動の状態量であるヨー状態量があり、その場合には図1に破線の枠で示すように、目標運動状態量は目標ヨー状態量、実運動状態量は実ヨー状態量となり、運動状態量偏差はヨー状態量偏差となる。また、車両運動状態量として、車両のローリング運動の状態量であるロール状態量があり、その場合には図1に一点鎖線の枠で示すように、目標運動状態量は目標ロール状態量、実運動状態量は実ロール状態量となり、運動状態量偏差はロール状態量偏差となる。
更に、車両の状態量からヨー角速度を推定するヨー角速度推定手段と、このヨー角速度推定手段が推定するヨー角速度に基づき、角速度検出手段が検出する角速度を、車両のロール角速度に換算するロール角速度換算手段と、このロール角速度換算手段が換算するロール角速度に基づいて、車両のロール増大傾向の現れ易さを表すロール指標を推定するロール指標推定手段とを備え、このロール指標推定手段が推定するロール指標に基づき、制御手段M4により車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御するように構成することができる。尚、上記ヨー角速度推定手段等の具体的構成については後述する。
角速度検出手段M0の具体的構成としては、図1の上段に示す角速度センサRSがある。これは、検出軸が一軸であって、車両上下方向の軸(Z軸)を前方に所定角度θ傾斜したa軸回りの角速度Rsを検出するように形成されている。尚、角速度センサRSにおける角速度検出軸であるa軸は、ピッチ平面(X軸とZ軸で構成されるXZ平面)、又はピッチ平面と平行な面内に設けられる。あるいは、角速度センサRSにおける角速度検出軸は、図1の上段に破線で示すように、車両後方に傾斜したb軸とすることもできる。尚、角速度センサRSの検出角速度Rsについては後述する。
図2は、本発明の一実施形態に係る車両運動安定化制御装置を備えた車両の全体構成を示すもので、ブレーキ系電子制御ユニットECU1、エンジン系電子制御ユニットECU2、及びインパネ系電子制御ユニットECU3が通信バスを介して接続されており、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成されている。更に、ステアリングホイールSWの操舵角(以下、単に操舵角という)δswを検出する操舵角センサSA、車両の前後加速度Gxを検出する前後加速度センサGX、車両の横加速度Gyを検出する横加速度センサGY、及び車両の角速度Rsを検出する角速度センサRSが、通信バスに接続され、各電子制御ユニットにセンサ情報を提供できるように構成されている。
ブレーキアクチュエータBRKは、運転者によるブレーキペダルBPの操作に応じて各車輪に制動力を発生させると共に、後述する車両ローリング運動の安定化制御が必要なときには、ブレーキ系電子制御ユニットECU1の信号に応じて、各車輪の制動力を独立して制御することができる。運転者のブレーキペダルBPの操作量を検出するために、ブレーキアクチュエータBRKには圧力センサPSが備えられ、その検出圧力(マスタシリンダ圧力)Pmcがブレーキ系電子制御ユニットECU1に供給される。尚、ローリング運動安定化のための制動力制御は、運転者がブレーキペダルBPの操作を行っていない場合でも実行される。
各車輪WHxxには、車輪速度センサWSxx(ここで、添字xxは各車輪を意味し、frは右側前輪、flは左側前輪、rrは右側後輪、rlは左側後輪を示す)が配設され、これらがブレーキ系電子制御ユニットECU1に接続されており、各車輪の回転速度、即ち車輪速度に比例するパルス数のパルス信号がブレーキ系電子制御ユニットECU1に入力されるように構成されている。そして、ブレーキ系制御ユニットECU1内において、車輪速度センサWSxxからの車輪速度信号Vwxxに基づいて、車両の前後方向速度(車両速度)Vが演算される。運転者のアクセルペダル(図示せず)の操作量Apは、エンジン系電子制御ユニットECU2に接続されるアクセルペダルセンサAPにより検出され、前述の通信バスを介してブレーキ系電子制御ユニットECU1に送られる。
本実施形態の車両運動の安定化制御は、ブレーキ系電子制御ユニットECU1内において実行され、車両の安定化を確保するため、各車輪に作用する制動力が独立して制御される。更に、車輪に作用する駆動力を制御するために、通信バスを介して、エンジン系電子制御ユニットECU2に指令信号が送られ、スロットル開度、点火遅角、燃料噴射量が状況に応じて制御されてエンジントルクが低減される。このとき、インパネ系電子制御ユニットECU3には、報知指令が通信バスを介して送られ、運転者の注意を促すために、視覚的、聴覚的な報知手段(図示せず)が駆動される。
ここで、上記の角速度センサRSの検出角速度Rsについて説明する。例えば、角速度センサRSがヨーイング運動安定化制御に供される場合には、車両のヨーイング運動を検出するために、角速度センサRSの検出軸は車両の上下方向軸(Z軸)に平行とされる。これに対し、図1及び図2に示す角速度センサRSは、本発明における単一の一軸の角速度検出手段を構成し、ヨーイング運動及びローリング運動の安定化制御を行うため、角速度センサRSの検出軸が、車両の上下方向軸(Z軸)に対して前方又は後方に所定角度θ傾斜させ(以下、θを傾き角という)、車両のヨー角速度Yrtとロール角速度Rrtを同時に検出し得るように構成されている。
角速度センサRSによって検出される角速度(センサ出力)Rsと、車両のロール角速度(ロールレイトともいう)Rrt、及びヨー角速度(ヨーレイトともいう)Yrtの間には、以下の(1)式の関係が成立する。
Rs=Rrt・sinθ+Yrt・cosθ …(1)
先ず、角速度センサRSにおける検出軸の傾き角θの範囲について考える。上記の(1)式から、角速度センサRSによって検出される角速度Rsは、ヨー角速度Yrt及びロール角速度Rrtに検出軸の傾き角θで定まるゲイン(cosθ及びsinθ)を乗じた値であるということもできる。角速度センサRSにおける検出軸の傾き角θを変化させた場合には、図3において、ヨー角速度のゲインcosθは実線で示すようになり、ロール角速度のゲインsinθは破線で示すようになる。従って、傾き角θが0度(deg)であれば、角速度センサRSはヨー角速度センサとして機能し、傾き角θが90度(deg)であればロール角速度センサとして機能する。
本発明は検出角が一軸の角速度検出手段によって、ヨーイング運動及びローリング運動の安定化制御を行うものであり、角速度Rsは傾き角θに対して非線形の関係にあるため、傾き角θの範囲としては、ヨー角速度のゲイン(cosθ)が高く、ある程度のロール角速度のゲイン(sinθ)が確保できる領域が好適である。従って、図3に示すように、ヨー角速度のゲインcosθを1に近い値(例えば、cosθ≧0.7)とすれば、ヨーイング運動の安定化制御に対し角速度センサRSの検出角速度Rsを確実に利用することができる。更に、ロール角速度のゲインsinθをある程度の値以上(例えば、sinθ≧0.1)とすれば、角速度Rsにローリング運動の影響が現われることになる。そのため、検出軸の傾き角θとしては、6(deg)≦θ≦46(deg)の範囲内であることが望ましい。
例えば、急速にステアリングホイールSWを操作して旋回運動を行い、再びステアリングホイールSWを直線位置に戻した場合には、図4に示すように角速度が変化する。即ち、ヨー角速度Yrtは図4に実線で示すように変化し、ロール角速度Rrtは図4に破線で示すように変化する。また、検出軸の傾き角θを有する角速度センサRSによって検出される角速度Rsは、図4に一点鎖線で示すように変化する。
図4から明らかなように、車両のロール慣性質量はヨー慣性質量に比較して小さいため、ローリング運動(ロール角速度Rrt)はヨーイング運動(ヨー角速度Yrt)に対して早期に発生し、そして減少する。一方、ヨー角速度Yrtは操舵操作に応じて変化する。検出角速度Rsには、ヨー角速度Yrtに対して、前述の(1)式で表されるように、傾き角θに応じたロール角速度が加えられるため、角速度Rsはヨー角速度Yrtに対して早期に立ち上がる。また、ロール角速度Rrtが大きい場合には角速度Rsはヨー角速度Yrtより大きな値となる。
従って、検出軸の傾き角θを有する角速度センサRSの検出信号Rsを用いて、公知のヨーイング運動安定化制御を実行すれば、ローリング運動(ロール角速度)が小さい場合には従来のヨーイング運動安定化制御装置と同様に作動し、車両のヨーイング運動を安定化することができる。一方、ローリング運動(ロール角速度)が大きく、車両のロール増大傾向も現われた場合には、ロール角速度が角速度Rsに影響を及ぼすため、従来のヨーイング運動安定化制御に対して、より早期に、更には、より大きな制御量をもって車両安定化制御が行われる。これにより、車両のヨーイング運動が安定化するだけでなく、車両のローリング運動についての安定性も向上する。
図5は、前述のように車両の上下方向に対して前方又は後方に傾き角θを有する軸回りの角速度を検出する角速度センサRSを備え、その検出角速度Rsを用いて車両運動の安定化制御を行う手段の一態様を示す。先ず、ヨーイング運動評価手段10において、ヨー角速度、車両スリップ角、車輪スリップ角、車両スリップ角速度、車輪スリップ角速度、及びこれらに基づいて演算される状態量の何れか一つ、又は複数の組み合わせを状態量として、車両のヨーイング運動状態が評価される。例えば図5に示すように、運転者のステアリングホイール操作を表す操舵角δsw、及び車両速度Vに基づき、ブロックB10にて目標ヨー状態量Ymdが演算される。また、車両速度V、横加速度Gy及び角速度Rsに基づき、ブロックB20にて、実際の車両のヨーイング運動を表す実ヨー状態量Ymaが演算される。実ヨー状態量Ymaとしては、目標ヨー状態量Ymdに対応した状態量が選択される。そして、ブロックB30にて、目標ヨー状態量Ymdと実ヨー状態量Ymaとの偏差(ヨー状態量偏差)ΔYmが演算される。
尚、ブロックB10においては、目標ヨー状態量Ymdを操舵角δsw及び車両速度Vに基づいて設定することとしているが、ヨー状態量としてスリップ角(車体スリップ角もしくは車輪スリップ角)又はスリップ角速度を用いる場合には、ステアリングホイール操舵角δsw又は車両速度Vとは独立して設定することも可能である。これは、車輪の横力は、車輪スリップ角に応じて発生し、所定の車輪スリップ角で限界に到達し、飽和するためである。例えば、一般的なタイヤはドライアスファルト路面では10(deg)程度で横力が飽和するため、目標スリップ角(目標ヨー状態量)は10(deg)程度に設定することができる。また、横力が飽和する車輪スリップ角は路面摩擦係数μによって変化するため、路面摩擦係数μの推定結果に基づき目標スリップ角を変更するように構成することもできる。
制動力制御手段20においては、ヨー状態量偏差ΔYmに応じてブレーキアクチュエータBRKの駆動信号が生成される。ブロックB40において、ヨー状態量偏差ΔYmに応じて各車輪WHxxにおける目標制動力BFxxが個別に演算される。このとき、運転者のブレーキペダル操作が、圧力センサPSからの圧力信号Pmcにより、目標制動力演算に考慮される。目標制動力BFxxは、車両のステア特性(アンダステアもしくはオーバステア特性)に応じて行われる。即ち、オーバステアの場合には、図6に示すように、旋回外側前輪、更には旋回外側後輪への制動力の増加が、ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて設定される。そして、制動力制御により旋回外向きのヨーモーメントが形成されるとともに車両の減速が行われる。一方、アンダステアの場合には、図7に示すように、旋回内側後輪、旋回外側後輪、更には旋回外側前輪への制動力の増加が、ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて設定され、旋回内向きのヨーモーメントが形成されるとともに車両の減速が行われる。
ローリング運動及びヨーイング運動において、車両速度を低減することは、車両安定性を確保する効果がある。そのため、車両のヨーイングモーメントを適正に制御しつつ、車両を速やかに減速させるために、上述した制御対象車輪にかかわらず、単一又は複数の車輪を制動力制御の対象車輪とすることもできる。例えば、4輪の全て、旋回外側前輪の1輪、前2輪及び旋回内側後輪、又は前2輪及び旋回外側後輪に制動力を付与することも効果的である。而して、各車輪の目標制動力が設定されると、ブロックB50において、目標制動力に追従するように各車輪の制動力がサーボ制御され、ブレーキアクチュエータBRKへの制御信号として出力される。
また、制動力制御と同様に、駆動力制御手段30において、駆動力を低減するために、ヨー状態量偏差ΔYmに応じてエンジントルクの低減制御も行われる。ブロックB60では、ヨー状態量偏差ΔYmと運転者のアクセルペダル操作量Apに基づき車両の安定性を確保するために必要な目標駆動力が演算される。そして、ブロックB70において、エンジントルクの低減量が決定され、スロットル開度、点火遅角、燃料噴射量を制御するために、エンジン系のアクチュエータに制御信号が出力される。
図4を参照して説明したように、ロール角速度が大きく発生し、ロール増大傾向が増した場合には、検出軸の傾きによりロール角速度が角速度Rsに影響を及ぼすため、角速度Rsはヨー角速度よりも早期に発生し、大きい値となる。そのため、実ヨー状態量Ymaが実際のヨーイング運動よりも大きくなり、ヨー状態量偏差ΔYmが大きく演算される。そして、ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて決定される制動力が、早期に、且つより強く作動するため、ヨーイング運動だけではなくローリング運動についても安定化が図られる。更に、駆動力制御においても、より早期にエンジントルクを低減する制御が行われる。
図8は、角速度Rsを傾き角で変換演算して実ヨー状態量の演算を行う態様を示すもので、図5に示した態様を変形した態様である。ヨーイング運動評価手段10、制動力制御手段20及び駆動力制御手段30については、図5の場合と同様であるが、本実施形態においては、傾き角換算ブロックB80が設けられている。ローリング運動に対する安定化効果を高めるためには、角速度センサRSの検出軸の傾き角θを大きくして、ロール角速度のゲインsinθの値を大きくする必要がある。逆に、傾き角θを大きくするとヨー角速度のゲインcosθの値が低下し、ヨーイング運動の安定化効果が低下する。従って、角速度センサRSの信号Rsの値を検出軸の傾き角θに基づいて換算して、修正するように構成することもできる。
図8の傾き角換算ブロックB80において、傾き角換算角速度Rs1は、角速度センサRSの検出軸の傾き角θに基づき、角速度Rsを下記の(2)式によって変換して演算される。
Rs1=Rs/cosθ …(2)
上記のように、角速度センサRSの検出軸の傾き角θを(2)式を用いて修正することにより、ロール角速度が小さい場合には、より正確なヨー角速度を求めることができる。一方、ロール角速度が大きい場合には、ロール角速度がヨー状態量偏差に影響を及ぼすため、より早期に大きな制御量をもって制動力制御、及び駆動力制御を実行することができるため、ヨーイング運動と共にローリング運動についても安定化することができる。
尚、(2)式においては、実際の傾き角θを用いて換算を行うこととしているが、実際の傾き角θよりも小さい値θ’を用いることも可能である。この場合の傾き角換算角速度Rs2は、下記の(3)式で表される。
Rs2=Rs/cosθ’ …(3)
ここで、θ’<θ であり、(3)式は、例えば、実際の傾き角θ=30deg(cosθ=0.866)の場合に、θ’=25deg(cosθ’=0.906)として、傾き角換算角速度Rs2を求めることを意味する。
図8に示す態様においては、角速度Rsを傾き角θによって単純に換算しているが、車両の他の状態量からロール角速度を推定し、この推定されたロール角速度を用いて角速度Rsをヨー角速度に換算してヨーイング運動の安定化制御を行い、ヨーイング運動及びローリング運動を安定化するように構成することもでき、この態様について図9を参照して説明する。
横加速度Gyから推定演算されるロール角速度(推定ロール角速度)をRr1とすると、車両のロール角速度の横加速度Gyに対する伝達関数は下記の(4)式で表すことができる。
Rr1={m・h・s/(Ix・s2+Cx・s+Kx)}・Gy …(4)
ここで、mは車両質量(サスペンションを考慮する場合はばね上質量)、hは車両重心高(サスペンションを考慮する場合は車両重心点からロール軸までの距離)、Ixはロール慣性、Cxはロール減衰、Kxはロール剛性、sはラプラス演算子を表している。
上記の(4)式では、推定ロール角速度Rr1は横加速度Gyとの関係で求められるが、推定ロール角速度Rr1は操舵角δsw及び車両速度Vに基づいて求めることもできる。図9のブロックB100においては、角速度Rs及び推定ロール角速度Rr1から、下記の(5)式に基づき角速度Rsのロール角速度成分が除去されて、車両のヨー角速度(換算ヨー角速度Yr2)に換算される。
Yr2=(Rs−Rr1・sinθ)/cosθ …(5)
而して、換算ヨー角速度Yr2に基づいてヨーイング運動の安定化制御が行われる。尚、ヨーイング運動評価手段10、制動力制御手段20、及び駆動力制御手段30については、図5の態様と同様であるため説明は省略する。
ところで、乗員増加や積載量の増加などにより車両重心位置が高くなると、車両のロール増大傾向が現われ易くなる。これは、車両重心に作用する慣性力が同じであっても、車両重心位置が高くなるほどローリングモーメントが大きく作用するためである。そこで、推定ロール角速度Rr1の演算において車両パラメータをロール増大傾向が現われにくい特性として設定するとよい。ここで、車両パラメータとは、ローリング運動に関係する車両諸元に基づく値を指し、上記(4)式の車両質量(サスペンションを考慮する場合はばね上質量)m、車両重心高(サスペンションを考慮する場合は車両重心点からロール軸までの距離)h、これらの積m・h、ロール慣性Ix、ロール減衰Cx、ロール剛性Kxである。
このように、推定ロール角速度Rr1の演算に用いる車両パラメータをロール増大傾向が現われにくい特性として設定することにより、車両の重心高が低い場合などロール増大傾向が現われにくいときには、正確なロール角速度の推定演算が可能となる。一方、乗員又は積載条件により重心位置が高くなり、ロール増大傾向が現われ易くなった場合には、図10に示すように実際のロール角速度よりも推定ロール角速度Rr1が小さく演算される。そのため、換算ヨー角速度Yr2が、実際のヨー角速度よりも大きく演算されて、ヨーイング運動の安定化制御がタイミング的に早期に作動し、また、より強い制動力が制御車輪に与えられるために、ヨーイング運動と共にローリング運動の安定化を図ることができる。
以上の実施態様は、角速度センサの検出軸が車両の前方又は後方に傾斜させることにより、車両のヨー角速度に対してロール角速度成分が増加した角速度の信号に基づいてヨーイング運動の安定化制御を行い、車両のヨーイング運動だけではなく、ローリング運動も安定化し得るように構成されている。これに対し、車両の前方又は後方に傾斜した検出軸回りの角速度から、車両の状態量を用いてヨー角速度とロール角速度に分離し、ヨーイング運動の安定化制御及びローリング運動の安定化制御を行う実施態様について、図11を参照して以下に説明する。尚、ヨー角速度換算手段40及びヨーイング運動評価手段50については、図9の態様と同様であるため説明を省略する。
図11において、ロール角速度換算手段90では、角速度Rsからヨー角速度成分が除去されてロール角速度が推定され、ローリング運動評価手段60に出力される。ブロックB110においては、各車輪の車輪速度Vwxxに基づいて車輪速度の左右差ΔVwが演算され、この車輪速度左右差ΔVwから推定ヨー角速度Yr1が、下記の(2)式によって演算される。
Yr1=ΔVw/Tr …(6)
ここで、Trは車両のトレッドである。
また、ヨー角速度は、下記(6a)式のように横加速度Gyに基づいて推定することができる。即ち、ヨー角速度推定値Yr1aとして、以下のように求めることができる。
Yr1a=Gy/V …(6a)
あるいは、下記(6b)式のように、ステアリングホイールSWの操舵角δswに基づいてヨー角速度を推定することもできる。即ち、ヨー角速度推定値Yr1bとして、以下のように求めることができる。
Yr1b={V/〔L・(1+Kh・V2)〕}・(δsw/N) …(6b)
ここで、Lはホイールベース、Khはスタビリティファクタ、Nはステアリングギアレシオである。
図11のブロックB120においては、角速度Rsから推定ヨー角速度Yr1(又は、Yr1aもしくはYr1b)が除去され、ロール角速度に換算される。即ち、下記の(7)式に基づき、換算ロール角速度Rr2が演算される。
Rr2=(Rs−Yr1・cosθ)/sinθ …(7)
ローリング運動評価手段60においては、角速度Rsから分離された換算ロール角速度Rr2に基づいて車両のローリング運動状態が評価され、ロール状態量偏差ΔRmが出力される。ブロックB14では、車両の横加速度及びロール角速度に基づき、目標とするロール状態量(目標ロール状態量)が設定される。目標ロール状態量Rmdは、車両の諸元等に基づいて予め設定し、車両速度等の走行状態に応じて調整するように構成することもできる。また、車両の運動状態に応じて変更することもできる。
ブロックB24においては、横加速度Gy及び換算ロール角速度Rr2に基づいて車両の実際のローリング運動を表す実ロール状態量Rmaが演算される。そして、ブロックB34において、目標ロール状態量Rmdと実ロール状態量Rmaとの偏差(ロール状態量偏差)ΔRmが演算される。
上記ローリング運動評価手段60における演算処理について、図12を参照して説明する。目標ロール状態量は、横加速度及びロール角速度の二次元の関係として特性Rmd1及びRmd2(左旋回及び右旋回時における夫々の特性)として初期設定されている。車両が直進状態(原点0で表す)から旋回を開始すると、車両のロール状態は矢印で示すように遷移する。横加速度Gy及び換算ロール角速度Rr2で表される実ロール状態量Rmaが、特性Rmd1を増加方向に横切るとき(点A)、その横加速度が新たな目標ロール状態量Rmd3として設定される。このとき、反対の旋回方向の目標ロール状態量が特性Rmd4に設定される。図12に示すように、特性Rmd4は、特性Rmd3とは原点0について対称の関係にある。
ロール状態量偏差ΔRmは、実ロール状態量Rmaと特性Rmd3又はRmd4との偏差として演算される。第一方向の旋回において、実ロール状態量Rmaが特性Rmd1を増加方向に横切ったとき(点A)に設定される特性Rmd3に対してロール状態量偏差ΔRmが演算され、実ロール状態量Rmaが特性Rmd3を減少方向に横切ったとき(点C)に、第一方向旋回の制御は終了する。そして、実ロール状態量Rmaが特性Rmd4を増加方向に横切ったとき(点D)に第二方向旋回の制御が開始し、ロール状態量偏差ΔRmが特性Rmd4に対して演算される。第二方向旋回の制御は、実ロール状態量Rmaが特性Rmd4を減少方向に横切ったとき(点F)に終了する。
制動力制御手段72においては、ローリング運動評価手段60から出力されるロール状態量偏差ΔRm、及びヨーイング運動評価手段50から出力されるヨー状態量偏差ΔYmに基づき、各車輪の目標制動力が設定され、設定された目標制動力に実際の制動力が一致するように制動力のサーボ制御が行われ、ブレーキアクチュエータBRKの駆動信号が出力される。尚、目標制動力の演算には、運転者のブレーキペダル操作が、圧力センサPSからの圧力信号Pmcに基づいて考慮される。
ローリング運動を安定化するための制動力制御の目標制動力は、ロール状態量偏差ΔRmに基づき、図13に示すように設定される。即ち、適切なヨーイングモーメントを維持しながら車両のロール増大傾向を抑制できるように、旋回外側前輪、旋回外側後輪、及び旋回内側後輪の目標制動力がロール状態量偏差ΔRmに基づいて演算される。この場合において、旋回外側前輪は、荷重移動により最も制動力が発生できるため効果が大きい。
このように、制動力制御はロール状態量偏差ΔRmに応じて実行されるため、車両のロール増大傾向が極めて深刻な場合には、強い制動力が与えられロール増大傾向が抑制される。一方、車両のロール増大傾向と判定されているものの、ロール状態量偏差ΔRmが小さい場合には、ローリング運動の安定化に必要最小限の制動力が付与され、運転者への違和感が抑制される。
また、ヨーイング運動を安定化する制動力制御における目標制動力は、図6及び図7に示すように、ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて設定される。ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて設定される目標制動力は、車両のステア特性(アンダステアもしくはオーバステア特性)に応じて調整される。即ち、オーバステアの場合には、図6に示すように、旋回外側前輪、更には旋回外側後輪への制動力の増加が、ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて設定される。そして、制動力制御により旋回外向きのヨーモーメントが形成されるとともに車両の減速が行われる。一方、アンダステアの場合には、図7に示すように、旋回内側後輪、旋回外側後輪、更には旋回外側前輪への制動力の増加が、ヨー状態量偏差ΔYmに基づいて設定され、旋回内向きのヨーモーメントが形成されるとともに車両の減速が行われる。
前述のように、車両速度を低減することは、ローリング運動及びヨーイング運動において、車両安定性を確保する効果がある。そのため、本実施形態においても、車両のヨーイングモーメントを適正に制御しつつ、車両を速やかに減速させるために、上述した制御対象車輪にかかわらず、単一又は複数の車輪を制動力制御の対象車輪とすることもできる。例えば、4輪の全て、旋回外側前輪の1輪、前2輪及び旋回内側後輪、又は前2輪及び旋回外側後輪に制動力を付与することも効果的である。
そして、前述の実施形態と同様、ロール状態量偏差ΔRm及びヨー状態量偏差ΔYmに基づいて演算された目標制動力は、加算、又は重み付け加算されて各車輪の目標制動力が設定される、この目標制動力に応じてブレーキアクチュエータBRKが制御される。同様に、駆動力制御手段82においても、ロール状態量偏差ΔRm及びヨー状態量偏差ΔYmに基づいて、エンジントルクの低減量が決定され、エンジン系のアクチュエータによりスロットル開度、点火遅角、燃料噴射量が制御される。尚、目標駆動力は、運転者のアクセルペダル操作量Apに基づいて設定される。
上記図11に示す実施形態では、角速度Rsに基づき車両の状態量を用いて推定したロール角速度Rr1からヨー角速度を換算し、推定ヨー角速度Yr1からロール角速度を換算して、ヨーイング運動及びローリング運動を安定化する制動力制御及び駆動力制御が行われる。これに対し、図14に示す以下の実施形態では、更に、換算ロール角速度Rr2を用いて車両のロール増大傾向の現われ易さを示すロール指標RIを求めることとしており、これにより目標ロール状態量を適切に設定することができる。
図14のロール角速度換算手段10においては、前述の実施形態と同様の方法で換算ロール角速度Rr2が演算される。そして、ブロックB130において、車両のロール増大傾向の現われ易さ(発生し易さ)を表すロール指標RIが演算される。積載物や乗員などの条件によって車両重心位置が高くなった場合には、車両ロール増大傾向の現われ易さは増加する。これは、車両重心に作用する慣性力が同じであっても、車両重心位置が高い場合には車両に作用するローリングモーメントが大きくなるからである。従って、ロール指標RIは車両の重心高に基づく値として設定される。
ロール指標RIは、前述のように横加速度Gyを用いて前述の(4)式の関係で求められる推定ロール角速度Rr1と、換算ロール角速度Rr2とを比較することによって求められる。即ち、(4)式から、推定ロール角速度Rr1と換算ロール角速度Rr2との差異は、係数m・hに起因すると考えられることから、車両質量(サスペンションを考慮する場合はばね上質量)mと車両重心高(サスペンションを考慮する場合は車両重心点からロール軸までの距離)hとの積m・hを求め、これをロール増大傾向の現われ易さの指標であるロール指標RIとすることができる。従って、ロール指標RIが大きいということは、車両重心位置が高く、車両がロール増大傾向の現われ易い特性となっていることを表している。
ところで、車両質量mは、車輪に作用する制動力と車両の減速度Gxから推定することができる。そこで、車両の減速毎に車両質量mを推定し、車両重心高hを求め、これをロール指標RIとすることもできる。前述のように、推定ロール角速度Rr1は操舵角δsw及び車両速度Vについての伝達関数として表現することもできるため、換算ロール角速度Rr2と、操舵角δsw及び車両速度Vから演算した推定ロール角速度Rr1との比較から、ロール指標RIを求めることもできる。
また、角速度センサRSの傾き角θの設定によっては、推定ロール角速度Rr1が十分な解像度を得ることができない場合もある。そのときには、ロール指標RIは連続的な値として求める必要はなく、例えば、ロール指標RIが大きいか小さいかの二段階の指標として表すことも可能であり、また、複数段階の指標として表すこともできる。更に、ロール指標RIの推定は、車両が旋回する毎に行われる。そのため、推定されたロール指標RIに基づいて(4)式の係数m・hを修正し、正確な推定ロール角速度Rr1’を演算して、換算ヨー角速度Yr2を演算することもできる。
次に、ロール指標に基づく目標ロール状態量Rmdの設定について、図15を参照して説明する。目標ロール状態量Rmdは、車両のロール増大傾向を判定する特性であり、上述の場合と同様に、横加速度とロール角速度との二次元関係で表される。目標ロール状態量Rmdは、ロール指標RIに基づいて設定される。ロール指標RIが大きいほど車両のロール増大傾向が現われ易いため、ロール指標RIが大きい場合には、目標ロール状態量Rmdは小さい特性Rmd5として設定される(図中の実線で示すa−b−c−d特性)。そして、実ロール状態量Rmaが小さいときでもローリング運動を安定化するための制動力制御及び駆動力制御を開始させるとともに、より強い制動力を付与することとし、車両の安定性を確保することができる。
一方、ロール指標RIが小さい場合には目標ロール状態量Rmdが大きい特性Rmd6として設定され(図中の破線で示すe−f−j−k特性)、不必要な制動力制御及び駆動力制御の作動が抑制され、運転者に違和感を与えないように制御される。また、ロール指標RIに基づき、横加速度の状態量についてのみ変更することもできる。このように目標ロール状態量Rmdを設定する場合には、ロール指標RIが大きいときには、a−b−c−d特性(実線)として設定され、ロール指標RIが小さいときは、a−b−j−k特性(一点鎖線)に変更される。尚、目標ロール状態量の設定にあたっては、車両速度Vを考慮し、車両速度が高い場合には目標ロール状態量を低く設定して、より安定側の制御を行うように構成することもできる。
上記のヨーイング運動評価手段50において行われる評価とは、ヨー平面内の車両運動が安定であるか否かを評価するものであり、ヨーイング運動安定化制御として公知の手段を用いて行われる。同様に、ローリング運動評価手段60において行われる評価とは、ロール平面内の車両運動が安定であるか否かを評価するものであり、ローリング運動安定化制御として公知の手段を用いて行われる。また、ローリング運動評価手段60においては、横加速度とロール角速度との二次元関係でロール状態量偏差を演算することについて説明したが、本発明はこれらの状態量に限定されるものではなく、ローリング運動を表現する様々な状態量を用いることが可能であり、また、それら状態量のうちから、単数又は複数の状態量を用いてロール状態量とすることができる。
本発明の一実施形態に係る車両運動安定化制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車両運動安定化制御装置を備えた車両の全体構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態において、角速度センサにおける検出軸の傾き角を変化させた場合のヨー角速度のゲインcosθとロール角速度のゲインsinθの変化を示すグラフである。 ステアリングホイール操作により旋回運動を行い、再びステアリングホイールを直線位置に戻した場合における、ヨー角速度(Yrt)、ロール角速度(Rrt)、角速度センサによって検出される角速度(Rs)の変化の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態として、傾斜検出軸を有する角速度センサの検出角速度を用いて車両運動の安定化制御を行う手段を示すブロック図である。 本発明の一実施形態において、オーバステアの場合に、ヨー状態量偏差に基づいて目標制動力を設定するためのマップ例を示すグラフである。 本発明の一実施形態において、アンダステアの場合に、ヨー状態量偏差に基づいて目標制動力を設定するためのマップ例を示すグラフである。 本発明の一実施形態の変形例として、傾斜検出軸を有する角速度センサの検出角速度を用いて車両運動の安定化制御を行う手段を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態として、傾斜検出軸を有する角速度センサの検出角速度を用いて車両運動の安定化制御を行う手段を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態において、ステアリングホイール操作により旋回運動を行い、再びステアリングホイールを直線位置に戻した場合における、実際のロール角速度と推定ロール角速度の変化の一例を示すグラフである。 本発明の更に他の実施形態として、傾斜検出軸を有する角速度センサの検出角速度から、車両の状態量を用いてヨー角速度とロール角速度に分離し、ヨーイング運動の安定化制御及びローリング運動の安定化制御を行う手段を示すブロック図である。 本発明の一実施形態において、ローリング運動評価手段による演算処理のマップ例を示すグラフである。 本発明の更に他の実施形態において、ローリング運動を安定化するための制動力制御の目標制動力を設定するためのマップ例を示すグラフである。 本発明の更に他の実施形態として、換算ロール角速度を用いて車両のロール増大傾向の現われ易さを示すロール指標を求め、ヨーイング運動の安定化制御及びローリング運動の安定化制御を行う手段を示すブロック図である。 本発明の更に他の実施形態において、目標ロール状態量の設定状況を示すグラフである。 車両固定座標及び車両運動の定義を説明するための斜視図である。
符号の説明
M0 角速度検出手段
M1 実運動状態量演算手段
M2 目標運動状態量設定手段
M3 運動状態量偏差演算手段
M4 制御手段
ECU1 ブレーキ系電子制御ユニット
ECU2 エンジン系電子制御ユニット
ECU3 インパネ系電子制御ユニット
SA 操舵角センサ
GX 前後加速度センサ
GY 横加速度センサ
RS 角速度センサ
BRK ブレーキアクチュエータ
BP ブレーキペダル
AP アクセルペダルセンサ

Claims (1)

  1. 車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御する制御手段を備え、該制御手段の制御によって前記車両のヨーイング運動及びローリング運動を安定化する車両運動安定化制御装置において、前記車両の上下方向軸に対して前記車両の前後方向に所定角度傾斜した軸回りの角速度を検出する一軸の角速度検出手段と、該角速度検出手段が検出する角速度及び前記所定角度に基づいて実際の車両運動状態量である実運動状態量を演算する実運動状態量演算手段と、前記車両の目標とする車両運動状態量である目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、該目標運動状態量設定手段が設定する目標運動状態量と前記実運動状態量演算手段が演算する実運動状態量との偏差を演算する運動状態量偏差演算手段と、前記車両の状態量からヨー角速度を推定するヨー角速度推定手段と、前記角速度検出手段が検出する角速度から前記ヨー角速度推定手段が推定するヨー角速度成分を除去して前記車両のロール角速度に換算するロール角速度換算手段と、該ロール角速度換算手段が換算するロール角速度に基づいて、前記車両のロール増大傾向を傾向の現れ易さを表すロール指標を推定するロール指標推定手段とを備え、前記運動状態量偏差演算手段が演算する偏差に基づき、前記制御手段により前記車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御すると共に、前記ロール指標推定手段が推定するロール指標に基づき、前記制御手段により前記車両の制動力及び駆動力のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする車両運動安定化制御装置。
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