(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵機構に補助トルク又は舵角指令を与えるパワーステアリング装置を有する車両制御装置において、
車両のヨー角速度ｒ又はその時間積分に関するフィードバック制御手段を用いて前記操舵機構における実舵角に対する補正舵角δ０を算出する補正舵角算出手段と、
路面状態が左右非対称な跨ぎ路上での制動時に発生する前記車両の例外的なヨー運動を検出する例外ヨー運動検出手段と、
前記例外ヨー運動検出手段により前記車両の例外ヨー運動が検出された時に、前記フィードバック制御手段の制御方法又は制御パラメータを動的に変更する制御方式変更手段とを有し、
前記パワーステアリング装置は、前記補正舵角δ０の値を用いて前記実舵角を制御し、
前記制御方式変更手段は、前記例外ヨー運動が検出された時に、
前記時間積分の演算処理に対して始動契機を与えることにより、前記制御方法を比例制御からＰＩ制御（比例積分制御）に変更する比例制御臨時拡張手段を有する
ことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
前記例外ヨー運動の大きさを決める運動パラメータである前記車両の車速Ｖ又は横加速度ａが所定の基準値以下に減衰した時に、
前記制御方式変更手段により動的に変更された前記制御方法又は前記制御パラメータを元の状態に復帰させる制御方式復帰手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記例外ヨー運動検出手段は、
前記車両の左右の車輪に働く制動力の差分値ΔＦを算出する制動力差算出手段と、
前記差分値ΔＦの絶対値｜ΔＦ｜が所定の閾値以上に達したか否かを判定することにより、前記車両の跨ぎ路上での制動動作を検出する跨ぎ路制動検出手段とを有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置。
【請求項４】
前記制動力差算出手段は、左右輪のホイールシリンダの油圧と左右輪の角加速度に基づいて、前記差分値ΔＦを算出することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵機構に補助トルク又は舵角指令を与えるパワーステアリング装置を有する車両制御装置に関する。本発明の車両制御装置は、車両の制動時に車両の挙動を安定させるのに有用である。
尚、上記の「パワーステアリング装置」には、運転者の舵角操作に介入する、周知のＶＧＲＳ等の所謂操舵制御装置を具備した広義のパワーステアリング装置をも含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来のＡＣＴ指令角δ０の演算処理実行手順を例示する制御ブロックダイヤグラムを例示する。このＡＣＴ指令角δ０は、外乱に伴って発生する車両のヨー角運動を自動的に抑制又は緩和しようとする目的で、前輪の実舵角の補正量として従来より算出されていたものである。
【０００３】
図７中の略中央の車両状態推定部では、測定された車両のステアリング・ホイール（ハンドル）の操舵角θH と車速Ｖとに基づいて、車両のヨー角速度ｒの目標値ｒn と車体の横滑り角φの目標値φn とを推定する。車両のヨー角速度ｒと車体の横滑り角φは別途測定され、次式（１）に基づいて、上記のＡＣＴ指令角δ０が算定さる。これにより、前輪の実舵角δが自動的に調整される結果、外乱に伴って発生する、低減されるべき必要以上のヨー角運動はある程度緩和される。
【数１】
δ０＝ｇ１（ｒn −ｒ）＋ｇ２（φn −φ）                    …（１）
以上の様に、従来技術においては、ヨー角速度ｒに関するフィードバック制御は、周知の比例制御によって実施されている。
【０００４】
現在のセンシング技術においては、上記の偏差Δｒ（≡ｒn −ｒ）を十分に精度良く求めることが容易でないため、以下の点が問題となる。
（問題点１）上記の偏差Δｒには誤差が含まれるため、上記式（１）のゲインｇ１を大きくすると、振動や或いは違和感の伴った操舵感等の不快感を運転者に与える事態となる恐れが生じ、ゲインｇ１の大きさを必要十分に大きく取ることは難しい。
【０００５】
また、例えば、仮にこの比例制御を一般の比例積分制御に変更した場合には、更に、以下の点が問題となる。
（問題点２）偏差Δｒに関する時間積分を行うと上記の誤差が蓄積される恐れが有り、演算結果の精度が不足する。この結果、運転者に違和感の伴った操舵感等を与える事態となる恐れがある。また、時間積分の誤差は時間と共に大きくなる恐れが有る。即ち、上記の比例制御を通常の比例積分制御に変更するだけでは、望ましい結果が非常に得難い。
【０００６】
以上の様に、特に上記の（問題点２）を解決することは容易でないことから、従来より、ヨー角速度ｒに関しては比例制御が採用されてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、路面状態が左右非対称な跨ぎ路上での制動動作時等では、上記式（１）の偏差Δｒ又は偏差（φn −φ）が大きくなるので、この様な条件下で上記式（１）に基づく車両制御を実施すれば、車両は大きく振動（横揺れ）しながら目標進路に達しようとする。
また、この様な場合、運転者が中立保舵や或いはカウンター操舵等を行うことにより車両を跨ぎ路に対して平行に保とうとしても、状況に見合った最適な操舵は容易でなく、車両は跨ぎ路に対して大きな角度を持ってしまう場合が多い。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、路面状態が左右非対称な跨ぎ路上での制動時等の例外的なヨー運動時における車両の安定性を確保することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、車両の操舵機構に補助トルク又は舵角指令を与えるパワーステアリング装置を有する車両制御装置において、車両のヨー角速度ｒ又はその時間積分に関するフィードバック制御手段を用いて操舵機構における実舵角に対する補正舵角δ０を算出する補正舵角算出手段と、路面状態が左右非対称な跨ぎ路上での制動時に発生する車両の例外的なヨー運動を検出する例外ヨー運動検出手段と、この例外ヨー運動検出手段により車両の例外ヨー運動が検出された時に、フィードバック制御手段の制御方法又は制御パラメータを動的に変更する制御方式変更手段とを設け、上記のパワーステアリング装置により、補正舵角δ０の値を用いて実舵角を制御する。
【００１０】
上記の例外ヨー運動検出手段としては、例えば以下の様な各種の状態を検知する様なものであれば、十分に可用である。
（ａ）左右のタイヤ間で制動力の偏差が大きい状態。
（ｂ）上記式（１）の偏差Δｒの値が比較的大きくなりつつある状態。
例えば、（ｂ）の状態は、図７の偏差Δｒ（≡ｒn −ｒ）の値の大小を所定の適当な閾値に照らして判定する手段により検知可能である。また、（ａ）の状態を検出する手段については、後述の実施例の中で具体的に例示する。
【００１１】
これらの例外ヨー運動検出手段を用いれば、ヨー運動が大きかったり大きく成りつつ有ったりする場合にだけ、即ち必要性が高い場合にだけ、比例積分制御（ＰＩ制御）を実行する等の、例外ヨー運動の検出結果に基づいた臨時処置（制御方法又は制御パラメータの動的変更）を構成することができる。これにより、平常時には運転者に振動や違和感の伴った操舵感等の不快感を与えてしまう事態を回避できると同時に、跨ぎ路上等での制動動作等の場合には、効果的に車両の横揺れを抑制することができ、よって、跨ぎ路等における制動動作を効果的に安定させることが可能となる。
【００１２】
例えば、以上の作用により、跨ぎ路上でハンドルを中立位置に保舵したまま急制動を行った場合でも、車両の横揺れを従来よりも効果的に減少させることができ、また、車両の進行方向に対する回動動作についても、従来よりも効果的に緩和できる。
また、これらの作用・効果により、運転者に要請される高度或いは微妙な操舵技量が軽減されると共に、運転者はより円滑な操舵により車両の安定性を確保することができる。
【００１３】
また、上記の制御方式変更手段では、補正舵角δ０を算定する際に重要となる制御パラメータを動的に変更する様にしても良い。その様な制御パラメータとしては、例えば、比例項Δｒ（≡ｒn −ｒ）に対するゲインや、或いはその積分項に対するゲイン等が考えられる。これらのゲインの値を非負実数の好適値（≧０）に随時動的に変更することにより、上記と略同等の臨時処置を構成することが可能である。
【００１４】
尚、本発明を利用することができる適用対象システムとしては、例えば、ステアバイワイヤシステムや、後述の実施例で例示するＥＰＳ＋ＶＧＲＳ型のシステムや、或いは現在最も幅広く利用されている一般の従来型（１モータＥＰＳ型）の電動パワーステアリング装置等が考えられる。特に、操舵感がより自然なパワーステアリング装置を容易に構成できると言う観点においては、ステアバイワイヤシステムやＥＰＳ＋ＶＧＲＳ型のシステムの方が、選択されるべき適用対象システムとしてより望ましい。
これは、操舵角と実舵角が直結していない（１対１対応していない）ステアバイワイヤシステムやＥＰＳ＋ＶＧＲＳ型システムの方が、１つの電動モータだけで駆動・制御される従来型の電動パワーステアリング装置よりも、制動時の中立保舵等の操舵に伴う違和感の解消、低減或いは調整（チューニング）等が比較的容易に実施できるためである。
【００１５】
更に、例外ヨー運動が検出された時に、上記の時間積分の演算処理に対して始動契機を与えることにより、制御方法を比例制御からＰＩ制御（比例積分制御）に変更する比例制御臨時拡張手段を設ける。
即ち、例えばこの様な構成に従えば、上記の制御方式変更手段を具体的かつ効果的に構成することができる。
【００１６】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、例外ヨー運動の大きさを決める運動パラメータである車両の車速Ｖ又は横加速度ａが所定の基準値以下に減衰した時に、制御方式変更手段により動的に変更された制御方法又は制御パラメータを元の状態に復帰させる制御方式復帰手段を設けることである。
【００１７】
このような手段によれば、横揺れ等の車両の望ましくない挙動がある程度沈静化された後には、従来の式（１）を用いた比例制御に車両制御を復帰させることができるため、その沈静後の平常時においては、運転者に振動や違和感の伴った操舵感等の不快感を与えてしまう様な望ましくない事態が、表面化或いは顕在化する恐れがなくなる。
【００１８】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段の例外ヨー運動検出手段において、車両の左右の車輪に働く制動力の差分値ΔＦを算出する制動力差算出手段と、差分値ΔＦの絶対値｜ΔＦ｜が所定の閾値以上に達したか否かを判定することにより、車両の跨ぎ路上での制動動作を検出する跨ぎ路制動検出手段とを設けることである。
【００１９】
この様な手段によれば、跨ぎ路上での制動動作等の場合に、路面状態が左右非対称な跨ぎ路上での制動動作を精度良く検出することができるので、上記の比例積分制御（ＰＩ制御）等の臨時処置の必要性を的確に判定することができる。
【００２０】
また、第４の手段は、上記の第３の手段の制動力差算出手段において、左右輪のホイールシリンダの油圧と左右輪の角加速度に基づいて、差分値ΔＦを算出することである。
【００２１】
この様な制動力差算出手段については、以下の実施例で具体的に示す。例えばこの様な手段により、上記の制動力差算出手段を比較的容易かつ高精度に構成することができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔実施例〕
図１及び図２は、本発明の実施例に係わる車両制御装置の物理的な斜視図、及び同車両制御装置の論理的なハードウェア構成図である。符号１は、ハンドル（ステアリングホイール）を示す。符号２は、トルクセンサ６の出力（操舵トルクτ）等に基づいて制御されるＥＰＳ（電動モータ・パワーステアリング装置）側のＥＣＵ（電子制御装置）を示しており、このＥＣＵ２は、ステアリングラック８に直接作用するモータを有するアクチュエータ４を制御する。
【００２３】
また、符号３は、操舵角センサ７の出力（操舵角θH ）等に基づいて制御されるＶＧＲＳ（バリアブル・ギヤ・レシオ・システム）側のＥＣＵ（電子制御装置）を示しており、このＥＣＵ３は、ステアリングシャフト９に作用するモータを有するアクチュエータ５を制御する。ＶＧＲＳ側のＥＣＵ３やアクチュエータ５等は、操舵角（ハンドル角）と実舵角の比であるステアリングギヤ比を操舵系の途中で状況によって変化させる手段を構成しているが、この様な部分については、例えば、公開特許公報「特開平１１−４９００３：車両用操舵装置」等にその記載例が見られる。
【００２４】
図３は、本実施例に係わる車両制御装置の制御ブロックダイヤグラムである。ＥＣＵ１０は、ＡＢＳ（アンチスキッド・ブレーキ・システム）等を制御するためのものである。ＥＰＳ用のＥＣＵ２は、上記のＥＣＵ１０やＶＧＲＳ制御を実行するＥＣＵ３等とＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）によって結ばれており、例えば車両のヨー角速度ｒ，車両の横加速度ａ，車輪の回転角速度ωｉ（ｉ＝１，２，３，４），車輪の回転角加速度αｉ（ｉ＝１，２，３，４），各ホイールシリンダの油圧Ｐｉ（ｉ＝１，２，３，４）、前輪実舵角δ，ハンドルの操舵角θH 、車速Ｖ，操舵トルクτ，車体横滑り角φ等の各種の制御用のデータを共有している。
また、図３のＡＦＳ制御演算部２００は、ＥＰＳ側の主要プログラム（トルク慣性補償制御／アシスト制御／ハンドル戻し制御／ダンパ補償制御／等）の管理等を実行すると同時に、ＡＣＴ角度指令の指令値δ０を算出する。
【００２５】
図４は、図３のＡＦＳ制御演算部２００の本発明の実施例に係わる制御ブロックダイヤグラムである。車両状態推定部２１０は、従来と同様に、測定された車両の前輪の実舵角δと車速Ｖとに基づいて、車両のヨー角速度ｒの目標値ｒn と車体の横滑り角φの目標値φn とを推定する。車両のヨー角速度ｒと車体の横滑り角φは別途測定され、通常は、前述の式（１）に基づいて、上記のＡＣＴ指令角δ０が算定さる。
【００２６】
本実施例においては、本発明の例外ヨー運動検出手段を図４の左右制動力差推定部２２０により実現している。指令信号σは、時間積分開始のトリガ信号を表しており、時間積分演算部２３０は、σ＝１となっている期間において偏差Δｒ（≡ｒn −ｒ）の時間積分（定積分）を実行する。即ち、指令信号σは、時間積分開始のトリガ信号を表しており、σの値が０から１に切り換わった時点より積分処理が開始される。また、図中の時間積分演算部２３０の記号１／Ｓは時間積分処理を表している。
【００２７】
以下、左右制動力差推定部２２０の動作について説明する。
車両の前輪左側の車輪（タイヤ）に働く制動力をＦ１とすると、各車輪の回転運動に関する回転運動モデルを表現する次式（２）の運動方程式が成り立つので、制動力Ｆ１は次式（３）により求めることができる。前輪右側の車輪（制動力Ｆ２）についても同様である。
【００２８】
【数２】
Ｊαｉ＝γＦｉ−κＰｉ              （ｉ＝１，２）          …（２）
【数３】
Ｆｉ＝（Ｊαｉ＋κＰｉ）／γ        （ｉ＝１，２）          …（３）
（記号説明）
α１  …  前輪左側の車輪の角加速度
α２  …  前輪右側の車輪の角加速度
Ｐ１  …  前輪左側の車輪のホイールシリンダの油圧
Ｐ２  …  前輪右側の車輪のホイールシリンダの油圧
Ｆ１  …  前輪左側の車輪（タイヤ）に働く制動力
Ｆ２  …  前輪右側の車輪（タイヤ）に働く制動力
Ｊ    …  車輪慣性（イナーシャ）
γ    …  前輪（タイヤ）の半径
κ    …  油圧と制動トルクとの関係を決定する換算係数
【００２９】
したがって、αｉ，Ｐｉ（ｉ＝１，２）の値を実時間で検出することにより、各車輪に働く制動力Ｆｉを随時実時間で推定することができる。
図５は、図４の左右制動力差推定部２２０の制御処理実行手順を例示するフローチャートである。本アルゴリズムでは、まず最初に、αｉ，Ｐｉ（ｉ＝１，２）の値を入力する。この値は、前述の図３のＡＢＳ制御から入力されるものである。
【００３０】
ステップ５２０では、上記の式（３）に従って、制動力Ｆ１，Ｆ２の値を求める。ステップ５３０では、前輪に関する左右の制動力差ΔＦ（＝Ｆ１−Ｆ２）の値を算出する。ステップ５４０では、所定の閾値Ｄと制動力差ΔＦの絶対値との大小関係を判定する。この閾値Ｄは、車両のヨー角速度ｒ（＝ａ／Ｖ）又は横加速度ａ（＝Ｖｒ）の測定精度や、目標値ｒn の推定精度等に応じて決定すれば良い。これらの測定精度と推定精度が限りなく向上する時、上記の閾値Ｄの値は、左右制動力差ΔＦの推定誤差の絶対値の最大値にまで限りなく近付けることができる。
【００３１】
ステップ５５０、５６０は前述の指令信号σに関する代入文であり、ここで設定されたσの値（１／０）が、ステップ５７０にて図４の時間積分演算部２３０に対して出力される。
この結果例えば、跨ぎ路等で左右の制動力に大きな開きが生じた際には、ヨー角速度ｒに関する比例制御がＰＩ制御（比例積分制御）に切り換わる。
【００３２】
図６は、本発明による効果を模式的に例示する説明図である。本図では、車両制動時のタイヤの路面摩擦の摩擦係数μが小さい方の道路を低μ路と呼んでいる。図の様な跨ぎ路においては、従来の図７の比例制御による車両制御では、図６の点線で示す様に、車両の挙動が収束し難く、不安定な運動特性が見られた。
しかしながら、本発明の手段に基づく上記の図４、図５の構成に従えば、図６の実線で示す様に、車両の横揺れは極めて良好に抑制され、収束性の良い安定した運動特性がえられることが、我々の実験により確認できた。
【００３３】
〔変形例〕
尚、上記の実施例では、補正舵角δ０の作用により、車両の横揺れを抑制する手段を示したが、この補正はＡＢＳが制動制御時に実施可能な車両のヨー角速度の補正処理と同時に実施しても良い。即ち、望ましくないヨー運動を是正するためにカウンターの（反対向きの）ヨー角速度を発生させる手段は、例えば図３のブレーキ制御用のＥＣＵ１０によって実行されるＶＳＣ制御(Vehicle Stability Control）等によっても実現することができることは公知である。したがって、例えばその様な手段をも同時に利用した、図３のＡＦＳ制御演算部２００とＶＳＣ制御とが協調制御するハイブリッド方式を採用しても良い。
【００３４】
また、上記の実施例では、左右の制動力差ΔＦを前輪の左右輪から推定したが、これらの推定は、車両の全車輪（通常４輪）の各状態変数αｉ，Ｐｉ（ｉ＝１，２，．．．）を用いて計算しても良い。この様な手法に従えば、より正確に左右の制動力差ΔＦを推定できる場合が有る。
【００３５】
尚、上記の実施例では、ステアリングラック８に直接作用するモータを有するアクチュエータ４を制御するＥＰＳ（電動モータ・パワーステアリング装置）と、ステアリングシャフト９に作用するモータを有するアクチュエータ５を制御するＶＧＲＳ（バリアブル・ギヤ・レシオ・システム）との組み合わせによって、操舵機構をアシスト制御する構成の車両制御装置を例示したが、本発明が適用可能な対象システムはその他にも有り、例えば、ステアバイワイヤシステムや、現在最も幅広く利用されている一般の従来型（１モータＥＰＳ型）の電動パワーステアリング装置を有する車両等にも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係わる車両制御装置の物理的な斜視図。
【図２】  本発明の実施例に係わる車両制御装置の論理的なハードウェア構成図。
【図３】  本発明の実施例に係わる車両制御装置の制御ブロックダイヤグラム。
【図４】  図３のＡＦＳ制御演算部２００の本発明の実施例に係わる制御ブロックダイヤグラム。
【図５】  図４の左右制動力差推定部２２０の制御処理実行手順を例示するフローチャート。
【図６】  本発明による効果を模式的に例示する説明図。
【図７】  ＡＣＴ指令角δ０の従来の演算処理実行手順を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【符号の説明】
１  …  ハンドル（ステアリングホイール）
２  …  ＥＰＳ側のＥＣＵ
３  …  ＶＧＲＳ側のＥＣＵ
４  …  ＥＰＳ側のアクチュエータ
５  …  ＶＧＲＳ側のアクチュエータ
６  …  トルクセンサ
７  …  操舵角センサ
８  …  ステアリングラック
９  …  ステアリングシャフト
１０  …  ブレーキ制御用ＥＣＵ
２００  …  ＡＦＳ制御演算部
２１０  …  車両状態推定部
２２０  …  左右制動力差推定部（例外ヨー運動検出手段）
２３０  …  時間積分演算部
Ｖ    …  車速
ｒ    …  車両のヨー角速度
αｉ  …  各車輪（タイヤ）の角加速度（ｉは車輪番号）
φ    …  車体の横滑り角
δ    …  実舵角（前輪）
ｎ    …  目標値を示す下付きの添字
δ０  …  ＡＣＴ指令角
σ    …  指令信号（時間積分開始のトリガ信号）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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