JP3553735B2

JP3553735B2 - 車両挙動制御方法及びその装置

Info

Publication number: JP3553735B2
Application number: JP17421796A
Authority: JP
Inventors: 正人安部; 修古川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: DE69713208D1; EP0812748B1; DE69713208T2; EP0812748A3; JPH10965A; EP0812748A2; US6334656B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のより一層高い応答性及び安定性が得られるように運転者の運転操作を支援するための車両挙動制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操縦応答性及び操縦安定性を改善する技術として、前輪と共に後輪を操舵する４輪操舵システム（以下４ＷＳと略称する）が既に実用化されている。また、摩擦係数の低い路面（以下低μ路）での制動時に車両の方向性を確保するために、路面とタイヤ間のスリップ率を検出してタイヤがロックしないように制動力を制御するアンチロックブレーキシステム（以下ＡＢＳと略称する）や、同じく摩擦係数の低い路面でホイールスピンしないように駆動力を制御するトラクションコントロールシステム（以下ＴＣＳと略称する）も既に実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記４ＷＳは、タイヤと路面間の粘着力がタイヤの最大グリップ力よりもかなり小さい領域、つまりスリップアングルとコーナリングフォースとの関係が線形の領域内では操縦応答性及び操縦安定性の改善に大きな効果があるが、スリップアングルとコーナリングフォースとの関係が非線形となる領域（タイヤのグリップ力が限界に近い条件下での走行や低μ路走行）では、４輪を操舵しても各タイヤのスリップアングルがコーナリングフォースの増加には寄与しなくなるため、その効果が低下する。
【０００４】
また、タイヤに制動力や駆動力が加わると、それだけでコーナリングフォースが低下して旋回挙動に影響を及ぼすが、上記４ＷＳ、ＡＢＳ、並びにＴＣＳは、従来、それぞれが単独に制御されるものであったため、車両の操縦応答性及び操縦安定性をあらゆる走行条件に対応させて総合的に高めることのできるものではなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の限界を打破するべく案出されたものであり、その主な目的は、タイヤの力学的特性が非線形領域に入っているような走行条件下であっても、車両の応答性、安定性が好ましい状態となるようにすることのできる車両挙動制御方法及びその装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明では、車両の左右輪の制動力または駆動力を個々に制御して所望の車両挙動を得るための車両挙動制御方法に於いて、少なくとも車速を含む車両の運動状態量と、該運動状態量または路面の摩擦係数に基づいて推定されたタイヤのコーナリングフォース値とに基づき、走行中の車両のヨーレイトまたは車体スリップアングルを所望の応答に近づけられるヨーイングモーメントを算出すると共に、車両の運動状態量に基づくスライディング面を用いたスライディングモード制御によって前記ヨーイングモーメント値を実現するように車両の各輪に付与する制動力または駆動力を制御するようにした。また前記の制御方法を実施する制御装置の構成として、少なくとも車速を含む車両の運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、運動状態量または路面の摩擦係数に基づいてタイヤの発生するコーナリングフォースを推定するコーナリングフォース推定手段と、運動状態量検出手段から得た値とコーナリングフォース推定手段から得た値とに基づいてヨーレイトまたはスリップアングルが所望の応答となるように走行中の車両が発生するべきヨーイングモーメントを算出するスライディングモード演算手段とを有し、前記スライディングモード演算手段から得たヨーイングモーメント値に基づいて車両の各輪に付与する制動力または駆動力を制御するものとした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明が適用される４輪操舵車両ＶＣの全体構成を図式的に示している。図１に於いて、ステアリングホイール１が一端に固着されたステアリングシャフト２は、前輪転舵装置３の転舵ロッド４と機械的に連結されている。この転舵ロッド４の両端は、左右前輪５を支持する各ナックルアーム６にタイロッド７を介してそれぞれ連結されている。
【０００９】
後車軸側に配置された後輪転舵装置８は、車幅方向に延在する転舵ロッド９を、電動モータ１０で駆動するようになっている。そして転舵ロッド９の両端は、前輪５側の転舵ロッド４と同様に、左右後輪１１を支持するナックルアーム１２にタイロッド１３を介してそれぞれ連結されている。
【００１０】
各車輪のブレーキ装置には、制動力分配モジュレータ２２から供給される液圧で個別に制動力が制御されるブレーキアクチュエータ２３が設けられている。
【００１１】
前後両転舵装置３・８には、各転舵ロッド４・９の位置を検知して各車輪５・１１の転舵量を検出するために、転舵角センサ１４・１５が設けられている。また、ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール１の操舵量を検知するための操舵角センサ１６が設けられている。さらに、各車輪５・１１には車輪速センサ１７およびコーナリングフォースセンサ１８がそれぞれ設けられ、車体の適所にはヨーレイトセンサ１９及び車体スリップアングルセンサ２０が設けられている。
【００１２】
これらの各センサ１４〜２０は、電動モータ１０並びに制動力分配モジュレータ２２を制御するコンピュータユニット２１に電気的に接続されている。
【００１３】
この４輪操舵車両ＶＣに於いては、ステアリングホイール１を運転者が操舵すると、前輪転舵装置３の転舵ロッド４が機械的に駆動されて前輪５が転舵される。それと同時に、ステアリングホイール１の操舵量および転舵ロッド４の移動量が、各舵角センサ１４〜１６を介してコンピュータユニット２１にそれぞれ入力される。そしてこれらステアリングホイールの操舵角θ_ＳＷ、車速Ｖ、ヨーレイトγ、及び車体スリップアングルβの各入力値に基づいて求めた車両ＶＣの走行状況に応じた前輪舵角δ_Ｆに対する後輪１１の最適転舵量がコンピュータユニット２１で決定され、それに従って電動モータ１０が駆動されて後輪１１が転舵されるようになっている。なお、後輪舵角δ_Ｒは、タイヤの力学的特性が線形の領域に於いては、車体スリップアングルβを常に０とするようにフィードフォワード制御される。
【００１４】
次に、上記の４輪操舵車両ＶＣに於いて、タイヤの力学的特性が非線形領域に入っているような走行条件下で、タイヤの前後力を制御して車両の応答性、安定性を高める制御アルゴリズムについて以下に説明する。ここでタイヤの前後力として制動力を制御する場合、制動力は、ペダル踏力に基づいて総制動力値が設定され、これが前後左右の各車輪について個々に定めた分担荷重比に従って配分されるが、このようにして車輪毎に配分された基準制動力が、以下のアルゴリズムに従って補正制御される。なお、各車輪の制動力を個々に制御する方法については、特開平７−６９１９０号公報に開示された技術を適用し得るので、ここではこれ以上の説明は割愛する。
【００１５】
本発明の制御の基礎となる車体重心回りのヨーイングモーメントを考慮した車両の平面運動の基本的な運動方程式は、次式で与えられる。
ｍＶ（β^＊＋γ）＝Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ … （１）
Ｉγ^＊＝Ｌ_ＦＹ_Ｆ−Ｌ_ＲＹ_Ｒ＋Ｍｚ … （２）
但し、ｍ：車両重量、Ｖ：走行速度、β：車体スリップアングル、γ：ヨーレイト、Ｙ_Ｆ：前輪のコーナリングフォース（左右和）、Ｙ_Ｒ：後輪のコーナリングフォース（左右和）、Ｉ：慣性モーメント、Ｌ_Ｆ：前車軸〜重心間距離、Ｌ_Ｒ：後車軸〜重心間距離、Ｍｚ：重心回りのヨーイングモーメント、とする（図２参照）。また右肩に＊を付した項は微分値を表す。
【００１６】
制動（或いは駆動）を伴う操舵に対し、タイヤの力学的特性が非線形領域であっても好ましい応答を示すヨーイングモーメントＭｚを、スライディングモード制御（コロナ社刊・スライディングモード制御参照）でタイヤの前後力を制御して発生させる場合の最終的に実現したい好ましい応答を定義するスライディング面は、次式で表される。
Ｓ＝β^＊＋ｃ［β＋ａ〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕］＝０ … （３）
また、これを実現するスライディング条件は、
Ｓ^＊＝−ｋＳ … （４）
となる。ここで、ｃ、ａ、ｋは、適宜に定められた定数であり、これらの値によって制御の質が左右される。
【００１７】
次に、（３）式のＳを（４）式に代入すると、
β^＊＊＋ｃ［β^＊＋ａ〔（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）／ｍＶ−γ^＊〕］
＋ｋβ＋ｋｃ［β＋ａ〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕］＝０ … （５）
となる。
【００１８】
ここで（１）（２）式を用いて（５）式を満足するヨーイングモーメントＭｚが現実性を考慮した合理的な形で得られれば、それを制御則とすることができるので、先ず（１）式より、
β^＊＊＝（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）／ｍＶ−γ^＊ … （１−２）
を得る。
【００１９】
これを（５）式に代入すると、
（１＋ｃａ）〔（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）／ｍＶ−γ^＊〕
＋ｋｃａ〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕
＋（ｋ＋ｃ）β^＊＋ｋｃβ＝０ … （６）
となる。
【００２０】
次に（２）式より、
γ^＊＝（Ｌ_ＦＹ_Ｆ−Ｌ_ＲＹ_Ｒ＋Ｍｚ）／Ｉ … （２−２）
を得る。
【００２１】
これを（６）式に代入すると、
〔（Ｃｆ_Ｆ ^＊＋Ｃｆ_Ｒ ^＊）／ｍＶ〕−〔（Ｌ_ＦＣｆ_Ｆ−Ｌ_ＲＣｆ_Ｒ＋Ｍｚ）／Ｉ〕
＋〔ｋｃａ／（１＋ｃａ）〕・〔（Ｃｆ_Ｆ＋Ｃｆ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕
＋β^＊〔（ｋ＋ｃ）／（１＋ｃａ）〕＋β〔ｋｃ／（１＋ｃａ）〕＝０… （７）
となる。
【００２２】
この（７）式より、基本的制御則として次式が求まる。
Ｍｚ＝−（Ｌ_ＦＹ_Ｆ−Ｌ_ＲＹ_Ｒ）＋（Ｉ／ｍＶ）・（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）
＋ｋｃａ／（１＋ｃａ）・Ｉ・〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕
＋Ｉβ^＊〔（ｋ＋ｃ）／（１＋ｃａ）〕＋Ｉβ〔ｋｃ／（１＋ｃａ）〕… （８）
【００２３】
上式により、前後輪のコーナリングフォースＹ_Ｆ、Ｙ_Ｒ、ヨーレイトγ、並びに車体スリップアングルβの各パラメータをそれぞれ検出器により求めれば、好ましい応答を実現するためのヨーイングモーメントＭｚが求まる。ここでトレッド寸法Ｌ_ＴＲは固定値なので、ヨーイングモーメントＭｚが求まれば、最終的に制御するべきタイヤの前後力Ｘ、即ち制動力（或いは駆動力）の左右比は次式から決定されるので、
Ｍｚ＝（Ｘ_Ｒ−Ｘ_Ｌ）Ｌ_ＴＲ … （９）
制動力分配モジュレータ２２及びブレーキアクチュエータ２３を用いて左右のタイヤの制動力Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｌを個々に制御することにより、タイヤの力学的特性が非線形領域に入っているような走行条件下に於いて車両の応答性、安定性を高めることが可能となる。
【００２４】
図３並びに図４を参照してさらに具体的に説明すると、先ず車両ＶＣに設けられた各検出器により、ステアリングホイール操舵角θ_ＳＷ、車速Ｖ、車体スリップアングルβ、ヨーレイトγの各データを、コンピュータユニット２１内のスライディングモード演算器２４に取り込む（ステップ１）。次に車輪を支持するナックル部などに設けた抵抗線歪みゲージなどのコーナリングフォースセンサ１８により検出した前後各車軸に作用するコーナリングフォースＹ_Ｆ、Ｙ_Ｒ及びその微分値Ｙ_Ｆ ^＊、Ｙ_Ｒ ^＊を、同じくスライディングモード演算器２４に取り込む（ステップ２）。これらの値からヨーイングモーメントＭｚを演算し（ステップ３）、さらに左右各輪の発生するべき制動力Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｌを演算する（ステップ４）。そしてこの左右各輪の制動力Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｌを発生するように、各輪のブレーキアクチュエータ２３への供給液圧を制動力分配モジュレータ２２で制御する（ステップ５）。
【００２５】
なお、車体スリップアングルβは、β^＊＝ＹＧ／Ｖ−γなので、横加速度ＹＧ、車速Ｖ、及びヨーレイトγから算出することもできる。またコーナリングフォースについても、横加速度に置き換えることができるので、荷重計と加速度計との検出値を適宜に組み合わせて求めることもできる。これに加えて、上記はコーナリングフォースＹ_Ｆ、Ｙ_Ｒを直接検出する場合について述べたが、例えば駆動輪と従動輪との回転速度差に基づくなどしてタイヤ〜路面間の摩擦係数情報μを得ると共に、前・後輪の転舵角情報δ_Ｆ・δ_Ｒ、軸重情報Ｗ_Ｆ・Ｗ_Ｒ、並びに前後力情報Ｘ_Ｒ・Ｘ_Ｌを得ることができれば、これらの値から、タイヤの力学的特性を数式モデル化したタイヤモデル２５を用いて計算することにより、コーナリングフォースＹ_Ｆ・Ｙ_Ｒを推定することもできる。この場合の制御系のブロック図を図５に示す。但し、この手法の場合、コーナリングフォースの推定値の算出にタイヤ前後力値が必要であり、推定されたコーンリングフォース値から制御量としてのタイヤ前後力値が新たに決まるので、特に前後力値は回帰的になり、実際上は収束計算が必要である。
【００２６】
次に上記制御則の係数ｋ、ａ、ｃの重みづけの違いを交えて、４輪操舵車両にて、μ＝１．０の路面で、初速１２０ｋｍ／ｈから０．４Ｇで減速しつつステアリングホイールを左右に６０°ずつ操舵した場合の車両挙動のシミュレーション結果について、図６〜図１０を参照して説明する。
【００２７】
図６は、４輪操舵車両に於いて本発明に関わる制御を一切加えなかった場合の車両挙動を示している。これの場合、前後力Ｘである制動力は左右の車輪に概ね均等に加わっており、ヨーレイトγ並びに横加速度ＹＧは発散傾向にあり、車体スリップアングルβは一方向へ増大したままの状態を呈している。これはつまりステアリングホイールの切り戻し操舵に対して車体は全く追従できず、スピン状態となっていることを示すものである。
【００２８】
【実施例１】
係数ａ＝０の場合
この場合のスライディング面は、
Ｓ＝β^＊＋ｃβ＝０ … （３−２）
となる。つまり車体スリップアングルβを０とすることのみを考慮した上で最も好ましい応答を得ようとする設定である。
【００２９】
この場合の制御則は、
Ｍｚ＝−（Ｌ_ＦＹ_Ｆ−Ｌ_ＲＹ_Ｒ）＋（Ｉ／ｍＶ）・（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）
＋Ｉβ^＊（ｋ＋ｃ）＋Ｉβ・ｋｃ … （８−２）
となる。
【００３０】
これの場合、車体スリップアングルβの収束性を高めるためにｋ並びにｃを大きくとると、制御量としての制動力Ｘ_Ｒ・Ｘ_Ｌが振動的となる（図７参照）。その反対にｋ並びにｃを小さくすると、ヨーレイトγや横加速度ＹＧの応答性が低下する傾向が見られた。
【００３１】
【実施例２】
係数ｃ→∞の場合
この場合のスライディング面は、
Ｓ＝β＋ａ〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕＝０ … （３−３）
となる。つまり車体スリップアングルβの変動は重視せず、車体スリップアングルβの０化と、その時のヨーレイトγがこれを支援することを重視した設定である。
【００３２】
この場合の制御則は、
Ｍｚ＝−（Ｌ_ＦＹ_Ｆ−Ｌ_ＲＹ_Ｒ）＋（Ｉ／ｍＶ）・（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）
＋ｋＩ〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕
＋β^＊（Ｉ／ａ）＋β（ｋＩ／ａ） … （８−３）
となる。
【００３３】
これの場合、車体スリップアングルβを０に保つ制御が実現されており、ヨーレイトγ、横加速度ＹＧ、共にステアリングホイールの操舵に追従している。また係数ａを最適に設定すれば、各車輪の制動力Ｘの変化も緩やかになる（図８参照）。係数ａを小さく設定することにより、アクチュエータの応答性次第で車体スリップアングルβの０化特性をより一層改善できる。
【００３４】
【実施例３】
係数ａ→∞の場合
この場合のスライディング面は、
Ｓ＝（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ＝０ … （３−４）
となる。つまり直接的な車体スリップアングルβの０化は要求せず、β＝０の時のヨーレイトγの応答を補償することを重視した設定である。
【００３５】
この場合の制御則は、
Ｍｚ＝−（Ｌ_ＦＹ_Ｆ−Ｌ_ＲＹ_Ｒ）＋（Ｉ／ｍＶ）・（Ｙ_Ｆ ^＊＋Ｙ_Ｒ ^＊）
＋ｋＩ〔（Ｙ_Ｆ＋Ｙ_Ｒ）／ｍＶ−γ〕 … （８−４）
となる。
【００３６】
この場合は、前・後輪の各コーナリングフォースＹ_Ｆ、Ｙ_Ｒ、並びにヨーレイトγを直接検出できれば、車体スリップアングルβの検出は不要であるが、車体スリップアングルβの０化を直接要求していない分、βの偏差が幾分大きくなる傾向が見られた（図９参照）。
【００３７】
【実施例４】
スライディング面を一般形（３式）とした場合、図１０に示すように、実施例２（図８）と概ね等しい結果が得られた。従って、基本的にはスライディング面が単純な形で済む実施例２の形が最適と言えるが、係数ｋ、ｃ、ａの全てを調節できるので、実用上はチューニングの幅が広く取れるというメリットがある。
【００３８】
上記実施例は、制動力を制御する場合についてのみ説明したが、本発明は、駆動力制御についても等しく適用し得ることは言うまでもなく、その場合は、特開平７−１７２７７号公報に開示されている如きトルク分配制御装置を駆動力伝達系に設け、所望のヨーイングモーメントＭｚが得られるように、上記の制動力に代えて左右各輪の駆動力配分を制御するものとすれば良い。
【００３９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、タイヤのコーナリングフォースに基づいて車輪の前後力、即ち制動力あるいは駆動力を制御するので、タイヤのグリップ力が限界に近づいた走行条件下であっても、車両挙動の応答性、安定性をより一層高めることが可能となる。また上述の如く、スライディングモード制御を採用することにより、優れた安定性、ロバスト性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される４輪操舵車両の全体構成図。
【図２】車両の平面運動を表す説明図。
【図３】本発明による制御の基本的フローチャート。
【図４】本発明による制御系の構成図。
【図５】本発明による制御系の別の構成図。
【図６】本発明の制御を掛けなかった場合の車両挙動特性線図。
【図７】本発明の第１実施例の車両挙動特性線図。
【図８】本発明の第２実施例の車両挙動特性線図。
【図９】本発明の第３実施例の車両挙動特性線図。
【図１０】本発明の第４実施例の車両挙動特性線図。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３前輪転舵装置
４転舵ロッド
５前輪
６ナックルアーム
７タイロッド
８後輪転舵装置
９転舵ロッド
１０電動モータ
１１後輪
１２ナックルアーム
１３タイロッド
１４〜１６舵角センサ
１７車輪速センサ
１８コーナリングフォースセンサ
１９ヨーレイトセンサ
２０車体スリップアングルセンサ
２１コンピュータユニット
２２制動力分配モジュレータ
２３ブレーキアクチュエータ
２４スライディングモード演算器
２５タイヤモデル

Claims

車両の左右輪の制動力または駆動力を個々に制御して所望の車両挙動を得るための車両挙動制御方法であって、
少なくとも車速を含む車両の運動状態量と、該運動状態量または路面の摩擦係数に基づいて推定されたタイヤのコーナリングフォース値とに基づき、走行中の車両のヨーレイトまたは車体スリップアングルを所望の応答に近づけられるヨーイングモーメントを算出すると共に、
車両の運動状態量に基づくスライディング面を用いたスライディングモード制御によって前記ヨーイングモーメント値を実現するように車両の各輪に付与する制動力または駆動力を制御することを特徴とする車両挙動制御方法。
車両の左右輪の制動力または駆動力を個々に制御して所望の車両挙動を得るようにした車両挙動制御装置であって、
少なくとも車速を含む車両の運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、
運動状態量または路面の摩擦係数に基づいてタイヤの発生するコーナリングフォースを推定するコーナリングフォース推定手段と、
前記運動状態量検出手段から得た値と前記コーナリングフォース推定手段から得た値とに基づいてヨーレイトまたはスリップアングルが所望の応答となるように走行中の車両が発生すべきヨーイングモーメントを算出するスライディングモード演算手段とを有し、
前記スライディングモード演算手段から得たヨーイングモーメント値に基づいて車両の各輪に付与する制動力または駆動力を制御するようにしてなることを特徴とする車両挙動制御装置。