(57)【要約】【課題】ヨーモーメント及び車体スリップ角において所望の車両特性を得ることができる車両制御システムを提供する。【解決手段】車両を制御する車両制御システム１であって、車両の前輪実舵角δｆを取得する前輪実舵角取得部１１と、車両の車速Ｖを取得する車速取得部１２と、前輪実舵角δｆ及び車速Ｖに基づいて、車両の後輪実舵角δｒを演算する後輪実舵角演算部１３と、前輪実舵角δｆ及び車速Ｖに基づいて、車両のヨーモーメントＭｚを演算するヨーモーメント演算部１４と、後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚに基づいて、車両を制御する車両制御部１５とを備える。【選択図】図２
2017125525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を制御する車両制御システムであって、
前記車両の前輪実舵角δｆを取得する前輪実舵角取得部と、
前記車両の車速Ｖを取得する車速取得部と、
前記前輪実舵角δｆ及び前記車速Ｖに基づいて、前記車両の後輪実舵角δｒを演算する後輪実舵角演算部と、
前記前輪実舵角δｆ及び前記車速Ｖに基づいて、前記車両のヨーモーメントＭｚを演算するヨーモーメント演算部と、
前記後輪実舵角δｒ及び前記ヨーモーメントＭｚに基づいて、前記車両を制御する車両制御部と、
を備え、
前記後輪実舵角演算部は、下記の式（１）を用いて前記後輪実舵角δｒを演算し、前記ヨーモーメント演算部は、下記の式（２）を用いて前記ヨーモーメントＭｚを演算する、車両制御システム。
【数１】
2017125525.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両制御システムに関する技術文献として特開２００６−１４４８５８号公報が知られている。この公報には、車両の左輪と右輪の駆動力の配分を制御することにより車両のヨーモーメントを調整する装置が記載されている。この他、左輪と右輪の制動力の配分や後輪操舵を制御することにより車両のヨーモーメントを調整する技術が周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両のヨーモーメントの変更は車体のスリップ角にも影響を与えることから、従来のように左輪と右輪の駆動力配分や後輪操舵をそれぞれ単独で制御してヨーモーメントを調整すると、車体スリップ角が成り行きとなり、所望の車両特性を得られないと言う問題がある。
【０００５】
そこで、本技術分野では、ヨーモーメント及び車体スリップ角において所望の車両特性を得ることができる車両制御システムを提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車両を制御する車両制御システムであって、車両の前輪実舵角δｆを取得する前輪実舵角取得部と、車両の車速Ｖを取得する車速取得部と、前輪実舵角δｆ及び車速Ｖに基づいて、車両の後輪実舵角δｒを演算する後輪実舵角演算部と、前輪実舵角δｆ及び車速Ｖに基づいて、車両のヨーモーメントＭｚを演算するヨーモーメント演算部と、後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚに基づいて、車両を制御する車両制御部と、を備え、後輪実舵角演算部は、下記の式（１）を用いて後輪実舵角δｒを演算し、ヨーモーメント演算部は、下記の式（２）を用いてヨーモーメントＭｚを演算する。
【数１】
2017125525.tif 000003
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る車両制御システムによれば、ヨーモーメント及び車体スリップ角において所望の車両特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る車両制御システムを示すブロック図である。
【図２】式（５）及び式（６）の各パラメータの関係を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、定常特性調整項ｋ１を変更した場合におけるヨーレートの目標特性γ＊の振幅と周波数のグラフを示している。（ｂ）は、定常特性調整項ｋ１を変更した場合におけるヨーレートの目標特性γ＊の位相と周波数のグラフを示している。（ｃ）は、過渡特性調整項ｋ２を変更した場合におけるヨーレートの目標特性γ＊の振幅と周波数のグラフを示している。（ｄ）は、過渡特性調整項ｋ２を変更した場合におけるヨーレートの目標特性γ＊の位相と周波数のグラフを示している。
【図４】（ａ）は、定常特性調整項ａ１を変更した場合における車体スリップ角βの目標特性β＊の振幅と周波数のグラフを示している。（ｂ）は、定常特性調整項ａ１を変更した場合における車体スリップ角βの目標特性β＊の位相と周波数のグラフを示している。（ｃ）は、過渡特性調整項ａ２を変更した場合における車体スリップ角βの目標特性β＊の振幅と周波数のグラフを示している。（ｄ）は、過渡特性調整項ａ２を変更した場合における車体スリップ角βの目標特性β＊の位相と周波数のグラフを示している。
【図５】本実施形態に係る車両制御システムの制御を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、車体スリップ角βの制御結果を示すグラフである。（ｂ）は、ヨーレートγの制御結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、本実施形態に係る車両制御システムを示すブロック図である。図１に示す車両制御システム１は、乗用車等の車両に搭載され、車両制御を実行する。車両制御システム１は、車両の前輪実舵角δｆと車速Ｖに基づいて、車両を制御する。車両は、左右トルク移動機構及び後輪操舵機構を実現するための周知の構成を備えている。左右トルク移動機構とは、左右駆動輪に伝達する駆動力の配分を積極的にコントロールする機構である。後輪操舵機構とは、後輪操舵を行う機構である。
【００１０】
［車両制御システムの構成］
図１に示すように、車両制御システム１は、車両制御を行うためのＥＣＵ［Electronic Control Unit］２を備えている。ＥＣＵ２は、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]、ＣＡＮ［Controller  Area  Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ２では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ２は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
【００１１】
ＥＣＵ２には、操舵角センサ３、車速センサ４、及びアクチュエータ５が接続されている。操舵角センサ３は、車両のステアリングシャフトに対して設けられ、運転者がステアリングホイールを操作した角度である操舵角を検出する。操舵角センサ３は、検出した操舵角をＥＣＵ２へ送信する。本実施形態では、操舵角センサ３の検出した操舵角から前輪実舵角（前輪のタイヤ切れ角）δｆを演算する。詳しくは後述する。
【００１２】
車速センサ４は、車両の車速を検出する検出器である。車速センサ４としては、車両の車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフト等に対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサが用いられる。車速センサ４は、検出した車速をＥＣＵ２に送信する。
【００１３】
アクチュエータ５は、車両の制御を実行する装置である。アクチュエータ５は、車両の左右トルク移動機構をコントロールして左右の車輪の駆動力差を制御する。なお、アクチュエータ５は、左右トルク移動機構に代えて、車両のインホイールモータをコントロールすることにより左右の車輪の駆動力差を制御してもよい。
【００１４】
アクチュエータ５は、ヨーモーメント付加アクチュエータ及び後輪操舵アクチュエータを少なくとも含んでいる。ヨーモーメント付加アクチュエータの一例は左右トルク移動機構である。ヨーモーメント付加アクチュエータとして、ブレーキアクチュエータを用いてもよく、インホイールモータを用いてもよい。また、左右トルク移動機構、ブレーキアクチュエータ、及びインホイールモータの少なくとも２つを組み合わせてもよい。ブレーキアクチュエータは、ＥＣＵ２からの制御信号に応じてブレーキシステムを制御し、車両の車輪へ付与する制動力を制御する。ブレーキシステムとしては、液圧ブレーキシステムを用いることができる。ブレーキシステムとして電気ブレーキを用いてもよい。後輪操舵アクチュエータは、ＥＣＵ２からの制御信号に応じて後輪実舵角（後輪のタイヤ切れ角）を制御する。
【００１５】
次に、ＥＣＵ２の機能的構成について説明する。ＥＣＵ２は、前輪実舵角取得部１１、車速取得部１２、後輪実舵角演算部１３、ヨーモーメント演算部１４、及び車両制御部１５を有している。後輪実舵角演算部１３とヨーモーメント演算部１４とは、別々のＥＣＵに設けられていてもよい。
【００１６】
前輪実舵角取得部１１は、車両の前輪の操舵角である前輪実舵角δｆを取得する。前輪実舵角取得部１１は、操舵角センサ３の検出した操舵角に基づいて、前輪実舵角δｆを取得する。前輪実舵角取得部１１は、例えば、操舵角センサ３の検出した操舵角をステアリングギヤ比で割ることで前輪実舵角δｆを取得（演算）する。車速取得部１２は、車速センサ４の検出した車速に基づいて、車両の車速Ｖを取得する。
【００１７】
後輪実舵角演算部１３は、前輪実舵角取得部１１の取得した前輪実舵角δｆと車速取得部１２の取得した車速Ｖとに基づいて、車両の後輪実舵角δｒを演算する。後輪実舵角演算部１３は、後述する制御器を利用して後輪実舵角δｒを演算する。
【００１８】
ヨーモーメント演算部１４は、前輪実舵角取得部１１の取得した前輪実舵角δｆと車速取得部１２の取得した車速Ｖとに基づいて、車両のヨーモーメントＭｚを演算する。
【００１９】
以下、制御器を用いた後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚの演算について説明する。制御器は下記の式により表される。後輪実舵角δｒは、下記の式（１）を用いて演算される。ヨーモーメントＭｚは、下記の式（２）を用いて演算される。
【数１】
2017125525.tif 000004
【００２０】
車両重量ｍ、前車軸−重心間距離ｌｆ、後車軸−重心間距離ｌｒ、前輪のタイヤコーナリングパワーＫｆ、後輪のタイヤコーナリングパワーＫｒ、ヨー慣性モーメントＩｚは予め値が設定されたパラメータである。これらのパラメータは定数とすることができる。また、定数ａ１、ａ２、ｋ１、ｋ２について詳しくは後述する。
【００２１】
後輪実舵角演算部１３は、上記の式（１）を用いて、前輪実舵角δｆ及び車速Ｖから車両の制御目標となる後輪実舵角δｒを演算することができる。同様に、ヨーモーメント演算部１４は、上記の式（２）を用いて、前輪実舵角δｆ及び車速Ｖから車両の制御目標となるヨーモーメントＭｚを演算することができる。
【００２２】
続いて、上述した制御器の導き方について説明する。下記の式（３）、式（４）は、車両の運動について周知である二輪モデルの式である。ここでは、後輪実舵角δｒとヨーモーメントＭｚを含めて二輪モデルの式を構成している。βは車体スリップ角、γはヨーレートである。また、βは車体スリップ角の時間微分、γはヨーレートの時間微分である。
【数２】
2017125525.tif 000005
【００２３】
上記の式（３）及び式（４）をラプラス変換して整理することで、下記の式（５）及び式（６）が得られる。
【数３】
2017125525.tif 000006
【００２４】
ここで、図２は、式（５）及び式（６）の各パラメータの関係を示すブロック図である。図２に示すように、後輪実舵角δｒとヨーモーメントＭｚは、車体スリップ角βとヨーレートγの両方に影響を及ぼす。このため、従来技術のようにヨーレートγだけをコントロールしようとしても、結果的に車体スリップ角βにも影響して所望の車両特性を実現できない。従って、本発明では、車体スリップ角βとヨーレートγの両方に着目して制御器を設計している。
【００２５】
続いて、上記の式（５）及び式（６）に基づいて、車体スリップ角βの目標特性β＊とヨーレートγの目標特性γ＊を求める下記の式（７）及び式（８）が得られる。
【数４】
2017125525.tif 000007
【００２６】
ここで、ヨーレートγの目標特性γ＊について説明する。左右トルク移動機構及び後輪操舵機構の両方が車両に無いとすると、ヨーレートγは、下記の式（９）によって表される。この式（９）をベースにヨーレートγの目標特性γ＊を決定する。具体的に、定常特性調整項ｋ１及び過渡特性調整項ｋ２の二つの定数を利用する。式（１０）は、ヨーレートγの目標特性γ＊を示す式である。
【数５】
2017125525.tif 000008
【００２７】
定常特性調整項ｋ１及び過渡特性調整項ｋ２を用いたヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）の調整について図面を用いて説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、定常特性調整項ｋ１を変更した場合におけるヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）のボード線図である。図３（ａ）は、ヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）における振幅と周波数のグラフを示している。図３（ｂ）は、ヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）における位相と周波数のグラフを示している。定常特性調整項ｋ１が０．５０の場合を実線、１．００の場合を破線、１．５０の場合を一点鎖線で示す。図３（ａ）に示すように、ヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）は、定常特性調整項ｋ１を変更することにより周波数に対する振幅を調整することができる。なお、ｋ１を変更しても位相は同じであるため、図３（ｂ）には一点鎖線のみ示している。
【００２８】
続いて、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、過渡特性調整項ｋ２を変更した場合におけるヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）のボード線図である。図３（ｃ）は、ヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）における振幅と周波数のグラフを示している。図３（ｄ）は、ヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）における位相と周波数のグラフを示している。過渡特性調整項ｋ２が０．５０の場合を実線、１．００の場合を破線、１．５０の場合を一点鎖線で示す。図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、ヨーレートγの目標特性γ＊（ｓ）は、過渡特性調整項ｋ２を変更することにより周波数に対する振幅及び位相を調整することができる。
【００２９】
次に、車体スリップ角βの目標特性β＊について説明する。車両に左右トルク移動機構及び、後輪操舵機構が両方無いとすると、車体スリップ角βは、下記の式（１１）によって表される。この式（１１）をベースに車体スリップ角βの目標特性β＊を決定する。具体的に、定常特性調整項ａ１及び過渡特性調整項ａ２の二つの定数を利用する。式（１２）は車体スリップ角βの目標特性β＊を示す式である。
【数６】
2017125525.tif 000009
【００３０】
定常特性調整項ａ１及び過渡特性調整項ａ２を用いた車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）の調整について図面を用いて説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、定常特性調整項ａ１を変更した場合における車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）のボード線図である。図４（ａ）は、車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）における振幅と周波数のグラフを示している。図４（ｂ）は、車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）における位相と周波数のグラフを示している。定常特性調整項ａ１が０．００の場合を実線、１．００の場合を破線、１．５０の場合を一点鎖線で示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）は、定常特性調整項ａ１を変更することにより周波数に対する振幅及び位相を調整することができる。
【００３１】
続いて、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、過渡特性調整項ａ２を変更した場合における車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）のボード線図である。図４（ｃ）は、車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）における振幅と周波数のグラフを示している。図４（ｄ）は、車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）における位相と周波数のグラフを示している。過渡特性調整項ａ２が０．５０の場合を実線、１．００の場合を破線、１．５０の場合を一点鎖線で示す。図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、車体スリップ角βの目標特性β＊（ｓ）は、過渡特性調整項ａ２を変更することにより周波数に対する振幅及び位相を調整することができる。以上説明した式（１０）及び式（１２）を用いて、後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚについて式（７）及び式（８）の連立方程式を解くことで本実施形態に係る制御器を導くことができる。
【００３２】
車両制御部１５は、後輪実舵角演算部１３の演算した後輪実舵角δｒ及びヨーモーメント演算部１４の演算したヨーモーメントＭｚに基づいて、車両を制御する。車両制御部１５は、アクチュエータ５に制御信号を送信することにより、後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚを制御目標とする車両の制御を行う。車両制御部１５は、周知の態様により後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚを制御目標とする車両の制御を実現する。
【００３３】
［車両制御システムの制御］
次に、本実施形態に係る車両制御システム１の制御について説明する。図５は、本実施形態に係る車両制御システムの制御を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、運転者の操作又は車両制御システムの判断により車両の制御が開始される際に実行される。
【００３４】
図５に示すように、車両制御システム１のＥＣＵ２は、Ｓ１０として、前輪実舵角取得部１１による前輪実舵角δｆの取得と車速取得部１２による車速Ｖの取得を行う。前輪実舵角取得部１１は、操舵角センサ３の検出した操舵角に基づいて、車両の前輪実舵角δｆを取得する。車速取得部１２は、車速センサ４の検出した車速に基づいて、車両の車速Ｖを取得する。
【００３５】
次に、Ｓ１２として、ＥＣＵ２は、後輪実舵角演算部１３による後輪実舵角δｒの演算とヨーモーメント演算部１４によるヨーモーメントＭｚの演算を行う。後輪実舵角演算部１３及びヨーモーメント演算部１４は、上述した式（１）、式（２）で表される制御器を用いて、車両の後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚを演算する。
【００３６】
Ｓ１４として、ＥＣＵ２は、車両制御部１５による車両の制御を行う。車両制御部１５は、アクチュエータ５に制御信号を送信することにより、後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚを制御目標とする車両の制御を行う。
【００３７】
［車両制御システムの作用効果］
以上説明した本実施形態に係る車両制御システム１によれば、後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚが互いに影響を与えることに着目し、上述した式（１）、式（２）で表される制御器を用いて車両の後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚを演算することで、演算した後輪実舵角δｒ及びヨーモーメントＭｚを制御目標とする車両の制御において、ヨーモーメントＭｚ及び車体スリップ角βに関する所望の車両特性を得ることができる。
【００３８】
ここで、車両制御システム１の作用効果について、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、車体スリップ角βを変えることなく車両のヨーレートγのみコントロールするシミュレーションの制御結果を示している。ここでは、定常特性調整項ｋ１を０．５０（すなわちヨーレートγの定常ゲインを０．５０倍）とする。
【００３９】
図６（ａ）は、車体スリップ角βの制御結果を示すグラフである。図６（ａ）の横軸は時間軸、縦軸は車体スリップ角βである。図６（ａ）に示すように、車両制御システム１によれば、左右トルク移動機構及び後輪操舵機構を利用した車両制御を行った場合も、狙い通り車体スリップ角βへの影響が生じていない。このため、図６（ａ）では一本の実線のグラフのみ示されている。
【００４０】
図６（ｂ）は、ヨーレートγの制御結果を示すグラフである。図６（ｂ）の横軸は時間軸、縦軸はヨーレートγである。図６（ｂ）では、車両制御を行っていない場合のヨーレートγを破線、車両制御を行っている場合のヨーレートγを実線で示している。図６（ｂ）に示すように、車両制御システム１によれば、車両制御を行うことで、狙い通りヨーレートγを０．５０倍に制御することができた。このように、車両制御システム１によれば、車体スリップ角βを変えることなく車両のヨーレートγを適切に制御することができ、車体スリップ角β及びヨーレートγの適切なコントロールが実現できる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…車両制御システム、２…ＥＣＵ、３…操舵角センサ、４…車速センサ、５…アクチュエータ、１１…前輪実舵角取得部、１２…車速取得部、１３…後輪実舵角演算部、１４…ヨーモーメント演算部、１５…車両制御部。
【図１】
2017125525.tif 000011
【図２】
2017125525.tif 000012
【図３】
2017125525.tif 000013
【図４】
2017125525.tif 000014
【図５】
2017125525.tif 000015
【図６】
2017125525.tif 000016