車両運動制御装置
【課題】路面摩擦係数などの車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援する車両運動制御の介入タイミングを適正化する。
【解決手段】トルク検出手段２２により検出されたセルフアライニングトルクと車両運動状態推定手段１３により推定された推定運動状態量とから、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪路面状態である路面摩擦係数を推定する車輪路面状態推定手段２３を設け、推定された路面摩擦係数に応じて車両運動状態推定手段１３の車両運動モデルに係るパラメータであるタイヤのコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを変更するパラメータ設定手段２６と、路面摩擦係数に応じて制御介入判断手段１６の介入閾値を変更する介入閾値設定手段２７を設けたことから、車両運動状態が安定な間であっても路面摩擦係数を高精度で推定できる。しかも、路面摩擦係数に応じて車両運動モデルのパラメータを変更するとともに、車両運動の制御介入閾値を変更していることから適正な制御介入タイミングを実現できる。
【解決手段】トルク検出手段２２により検出されたセルフアライニングトルクと車両運動状態推定手段１３により推定された推定運動状態量とから、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪路面状態である路面摩擦係数を推定する車輪路面状態推定手段２３を設け、推定された路面摩擦係数に応じて車両運動状態推定手段１３の車両運動モデルに係るパラメータであるタイヤのコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを変更するパラメータ設定手段２６と、路面摩擦係数に応じて制御介入判断手段１６の介入閾値を変更する介入閾値設定手段２７を設けたことから、車両運動状態が安定な間であっても路面摩擦係数を高精度で推定できる。しかも、路面摩擦係数に応じて車両運動モデルのパラメータを変更するとともに、車両運動の制御介入閾値を変更していることから適正な制御介入タイミングを実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運動制御装置に係り、特に、車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援して車両運動を安定化する車両運動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような車両運動制御装置としては、従来、車両の運動状態をセンサによって検出し、運転者が意図する車両運動を規範車両運動として推測し、車両の横すべりなどにより実際の車両運動が規範車両運動と異なる場合に各車輪のブレーキ等を制御して、車両運動が規範車両運動から逸脱しないようにするものが実用化されている。
【０００３】
ところで、車両は車輪から路面へ力を伝えることにより運動を行うことから、車両運動状態は車輪と路面との接触状態である車輪路面状態に大きく依存する。特に、車両運動への寄与は路面摩擦係数の影響が大きいため、以下では車輪と路面の接触状態を表す量として、路面摩擦係数により説明する。
【０００４】
特許文献１には、路面摩擦係数による車両運動状態の違いを考慮した車両運動制御を行う装置が提案されている。この車両運動制御装置によれば、路面摩擦係数を推定し、推定された路面摩擦係数により車両運動制御装置による制御介入の閾値を変更するようにしている。また、路面摩擦係数を推定する手段は、操舵角センサにより検出された操舵角が一定値以上のときに、横加速度センサにより検出された横加速度に基づいて推定するようにしている。
【０００５】
すなわち、車両運動制御装置による理想的な制御介入タイミングは、路面摩擦係数の変化に対応する必要がある。例えば、操作量の小さな変化でも車両運動状態が不安定化しやすい路面摩擦係数が低い場合は、制御介入閾値を低く設定する。一方、多少の変化では車両運動状態が不安定化しない路面摩擦係数が高い場合は、制御介入閾値を高くとることが望ましい。この点、特許文献１に記載の従来例では、横加速度に基づいて路面摩擦係数を推定し、推定した路面摩擦係数を利用して制御介入閾値を設定している点で好ましい。
【０００６】
また、特許文献２には、車輪ごとに操舵制御を行うステア・バイ・ワイヤ車両において、転舵時の車輪転舵軸周りトルクに基づいて路面摩擦係数を推定する方法が記載されている。すなわち、車輪に発生する実際の転舵時の車輪転舵軸周りに生じるトルクと、転舵輪の向きと車両進行方向とのなす角である横すべり角を推定し、推定された横すべり角から基準となる車輪転舵軸周りに生じるトルク（セルフアライニングトルク）を設定する。そして、セルフアライニングトルクと実際の転舵時の車輪転舵軸周りに生じるトルクを比較して車輪のグリップ状態を推定し、各輪のグリップ余裕度に基づいて操舵角と制動力を制御するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４１２３９５号
【特許文献２】特開２００４−１３０９６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載のように、横加速度により推定される路面摩擦係数は、車輪の発生可能横力が飽和に近づくような運動状態にならないと精度よく推定することはできない。しかし、横力が飽和した状態になる場合には、車両運動が非線形かつ不安定な状態になりやすく、規範車両運動から逸脱してしまうおそれがある。したがって、横加速度により推定した路面摩擦係数に基づいて制御介入を決定する特許文献１の方法は、制御介入タイミングが遅すぎる場合がある。
【０００９】
逆に、横力が飽和する前に路面摩擦係数の推定を行うと、そのときの横加速度は増加途中にあることから、正確な路面摩擦係数を推定することができない。例えば、実際よりも低い路面摩擦係数として推定してしまうと、介入閾値もそれに合わせて低く設定されるから、車両運動制御の介入が必要ない運動状態にもかかわらず車両運動制御が介入する場合がある。このような早めの介入は、運転者が運転し辛くなるという問題点がある。そこで、早めの介入を避けるために、横加速度に基づく路面摩擦係数を高めに推定することが考えられる。しかし、路面摩擦係数を高めに推定すると、実際の路面摩擦係数が低い場合に車両運動が不安定となっても、車両運動制御が介入しないことがあり、制御介入タイミングが遅れてしまうという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１の技術では、実際の車両運動状態を推定するにあたって路面摩擦係数の影響を考慮に入れていないから、車輪路面状態によっては推定される車両運動状態量が実際とは異なることがある。例えば、路面摩擦係数が高い状態を想定して推定した車両運動状態量は、路面摩擦係数が低い場面では実際の車両運動状態量より小さくなることがある。そのため、実際には大きな車両運動状態量が生じていて、車両挙動が不安定化しているにもかかわらず、車両運動状態量が小さい値として推定されるため、車両運動が安定していると判断され、車両運動制御の介入が適正タイミングよりも遅れてしまうという問題点がある。
【００１１】
また、上記の介入閾値と運動状態量推定値のどちらか一方を適正化しても、様々な走行条件下において適正なタイミングで車両運動制御介入を行うことはできない。
【００１２】
他方、特許文献２に記載の従来技術では、各車輪のグリップ状態を求めなければならないこと、及び各車輪の制御を独立に行って車両運動を制御しなければならないことから、制御が複雑化しまうとともに、センサ及び車両運動制御のアクチュエータが多くなるなどの問題点がある。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、路面摩擦係数などの車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援する車両運動制御の介入タイミングを適正化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明は、車両の運動を制御する車両運動制御手段と、運転者による車両運動の操作量と前記車両の運動状態量を検出する検出手段と、前記操作量と前記運転状態量から車両運動モデルに基づいて少なくとも一つの推定運動状態量を推定する車両運動状態量推定手段と、前記操作量と前記運転状態量と前記推定運動状態量から線形モデルに基づいて運転者が意図する前記車両の規範運動状態量を推定する規範運動生成手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差を低減するように前記車両運動制御手段の制御量を設定する車両運動制御量設定手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えたときに前記車両運動制御量設定手段による車両運動制御介入を行う制御介入判断手段とを有する車両運動制御装置を対象とする。
【００１５】
特に、本発明の車両運動制御装置は、車輪転舵軸周りに生じるトルクを検出するトルク検出手段により検出されたトルク及び前記推定運動状態量と前記検出手段により検出された前記運動状態量のいずれか一方から、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪と路面の状態を推定する車輪路面状態推定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記車両運動状態推定手段の車両運動モデルに係るパラメータを変更するパラメータ設定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記制御介入判断手段の前記介入閾値を変更する介入閾値設定手段とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
このような特徴を有することから、本発明によれば、車輪転舵軸周りに生じるトルク（セルフアライニングトルク）を検出し、このセルフアライニングトルクと予め設定された推定運動状態量や検出された運動状態量の値とから、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪路面状態（例えば、路面摩擦係数）を推定する車輪路面状態推定手段を設けたことから、車両運動状態が安定な間であっても車輪路面状態を高精度で推定することができる。しかも、車輪路面状態によって値が変化する車両運動状態量推定手段の演算モデルのパラメータ（例えば、タイヤのコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒ）を変更設定していることから、車両運動状態量推定手段により推定される推定運動状態量の精度が向上する。それと同時に、高精度で推定した車輪路面状態に基づいて車両運動の制御介入判断手段の介入閾値を変更していることから、車輪路面状態と推定運動状態量に応じた適正な制御介入タイミングを実現することができる。
【００１７】
この場合において、前記車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態によっても、前記車両運動制御量設定手段で設定される前記制御量を変化させることができる。
【００１８】
また、前記制御介入判断手段は、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えない場合であっても、現在の運動状態を継続した場合、運転者の意図する運動が実現されないと予測される場合に、前記車両運動制御手段による車両運動制御介入を行うようにすることができる。これによれば、将来の車両運動が規範運動から逸脱することを予測して、車両が安定運動状態にある場合でも介入制御を行うことで、車両運動が不安定化することを未然に防ぐことができる。
【００１９】
さらに、前記車輪路面状態推定手段は、前記トルク検出手段により検出されたトルクと前記推定運動状態量や検出された運動状態量から、予め設定されたタイヤモデルに基づいて前記車輪路面状態を推定する第１車輪路面状態推定手段と、前記検出手段により検出された車両の前記運動状態量に基づいて前記車輪路面状態を推定する第２車輪路面状態推定手段とを備えてなり、かつ、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは第１車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは第２車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させる車輪路面状態選択手段を有して構成することができる。
【００２０】
また、これに代えて、前記車輪路面状態推定手段は、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは前記推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは前記パラメータと前記介入閾値をそれまでの値に保持させるようにすることができる。
【００２１】
上記のいずれの場合においても、前記推定運動状態量は、車両の横すべり角とヨーレイトの少なくとも一方とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、路面摩擦係数などの車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援する車両運動制御の介入タイミングを適正化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の車両運動制御装置を実施形態に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１に、本発明の車両運動制御装置の一実施例の構成図を示す。図１に示すように、本実施例の車両運動制御装置は、運転者が操作する車両の操舵系などの操作量を検出する操作量検出手段１１と、車両運動状態量を検出する運動状態量検出手段１２と、車両運動状態量推定手段１３と、規範車両運動生成手段１４と、車両運動制御量設定手段１５と、制御介入判断手段１６と、車両運動制御手段１７と、切り替え手段１８と、路面摩擦係数推定手段２０と、パラメータ・介入閾値設定手段２１とを備えて構成されている。
【００２５】
操作量検出手段１１は、運転者が操作する操作量（舵角、操舵トルクなど）を検出するセンサを備えて構成されている。運動状態量検出手段１２は、車両運動状態量である車速、ヨーレイト（車両の回転角速度）、加速度などを検出するセンサを備えて構成されている。
【００２６】
車両運動状態量推定手段１３は、操作量検出手段１１により検出された操作量と、運動状態量検出手段１２により検出された車両運動状態量に基づいて、運動状態量検出手段１２によって直接検出することができない他の車両運動状態量を推定するようになっている。具体的には、車両の運動モデルの演算式を有するオブザーバによって、例えば、車体の進行方向と、車体の向きとなす角である車体の横すべり角βを推定するようになっている。
【００２７】
規範車両運動生成手段１４は、操作量検出手段１１により検出された操作量と、運動状態量検出手段１２により検出された車両運動状態量と、車両運動状態量推定手段１３により推定された車両運動状態量（例えば、横すべり角β）に基づいて、運転者が意図する車両の運動を周知の線形モデルによって予測し、運転者が意図する規範車両運動（例えば、横すべり、ヨーレイトなど）を生成するようになっている。
【００２８】
車両運動制御量設定手段１５は、車両運動状態量推定手段１３により推定された実際の車両運動状態量と、規範車両運動生成手段１４から出力される規範車両運動とを比較し、実際の車両運動状態量が規範車両運動に合うように、本実施例による車両運動制御装置が介入する場合の制御量を決定するようになっている。本実施例による車両運動制御装置が介入する場合、車両運動制御量設定手段１５の出力は切り替え手段１８を介して車両運動制御手段１７に出力されるようになっている。車両運動制御手段１７は、例えば、ブレーキ力、スロットル開度、シフト（ギヤ比）、操舵力の重み、等の車両運動を制御する手段である。
【００２９】
一方、切り替え手段１８は、制御介入判断手段１６によって切り替えられるようになっている。制御介入判断手段１６は、本実施例による車両運動制御装置による車両運動制御を介入するか否か、つまり、車両運動制御量設定手段１５によって設定された制御量により車両運動制御手段１７を制御するか否かを判断するものである。そのために、制御介入判断手段１６は、車両運動状態量推定手段１３により推定された実際の車両運動状態量と、規範車両運動生成手段１４から出力される規範車両運動とを比較し、実際の車両運動状態量が規範車両運動から制御介入閾値を越えて外れたとき、車両運動制御の介入を行うようになっている。要するに、制御介入判断手段１６は、車両運動制御が不要な場面で頻繁に介入することを防ぐために、パラメータ・介入閾値設定手段２１によって設定される制御介入閾値に従って制御介入判断を行うようになっている。その詳細は後述する。
【００３０】
路面摩擦係数推定手段２０は、本発明に係る車輪路面状態推定手段の一実施例であり、車輪路面状態を表す物理量の一つである路面摩擦係数μを推定するようになっている。ここで、車輪路面状態は路面摩擦係数μに限られるものではなく、車輪と地面との接触面積などの路面摩擦係数μに相関する物理量又は路面摩擦係数μに等価な物理量を用いることができる。
【００３１】
パラメータ・介入閾値設定手段２１は、車輪路面状態推定手段の一実施例であり、パラメータ・介入閾値設定手段２１は、路面摩擦係数推定手段２０によって推定された路面摩擦係数μに基づいて、車両運動状態量を推定する車両運動状態量推定手段１３のオブザーバの演算式に含まれるパラメータを求めるとともに、制御介入閾値を求めるようになっている。そして、求めたパラメータを車両運動状態量推定手段１３に設定するとともに、制御介入の判断に必要な制御介入閾値を制御介入判断手段１６に設定する。
【００３２】
次に、図２を参照して、本発明の特徴部に係る車輪路面状態推定手段の一実施例である路面摩擦係数推定手段２０と、パラメータ・介入閾値設定手段２１の詳細構成の一実施例について説明する。図２に示すように、本実施例の路面摩擦係数推定手段２０は、第１路面摩擦係数推定手段２３と第２路面摩擦係数推定手段２４を備えて構成されている。第１路面摩擦係数推定手段２３は、セルフアライニングトルク検出手段２２により検出されたセルフアライニングトルクＴｓと、運動状態量検出手段１２により検出された運動状態量（車速、ヨーレイト（車両の回転角速度）、加速度など）、あるいは車両運動状態量推定手段１３によって推定された車両運転状態量（例えば、横すべり角）に基づいて路面摩擦係数μ１を推定するようになっている。また、第２路面摩擦係数推定手段２４は、運転状態量検出手段１２により検出された横加速度に基づいて路面摩擦係数μ２を推定するようになっている。
【００３３】
セルフアライニングトルク検出手段２２は、例えば車輪に取り付けられた歪ゲージや圧電素子などで構成された６分力計のようなセンサを用いてセルフアライニングトルクＴｓを直接検出するようになっている。ここで、セルフアライニングトルクＴｓとは、特許文献２に記載されているように周知の物理量であり、タイヤ（車輪）の転舵軸周りに生じるトルクであって、タイヤの横すべり角βを減少させる方向に作用するトルクである。また、セルフアライニングトルクＴｓは、車輪に作用する横力とニューマチックトレールの積として表される。したがって、セルフアライニングトルクＴｓは、横力に比べて路面摩擦係数の変化に影響する感度が高い。そのため、車両運動が不安定化する前の早い段階で路面摩擦係数を精度よく推定することが可能となる。
【００３４】
このことから、本実施例の第１路面摩擦係数推定手段２３は、路面摩擦係数とセルフアライニングトルクＴｓと横すべり角β（例えば、前輪横すべり角βｆ）との関係を表すタイヤモデルを利用して、路面摩擦係数μ１を推定している。ここで、横すべり角βは、車両運動状態量推定手段１３で求めたものを用いる。なお、タイヤモデルは、車輪のリムやトレッドベースに相当する円環の周りに、弾性変形する車輪の周方向に独立した無数の弾性体を配置してモデル化した周知のブラッシュモデルを利用することができる。また、第１路面摩擦係数推定手段２３は、例えば、ブラッシュモデルに基づいて演算した路面摩擦係数μ１、セルフアライニングトルクＴｓ、横すべり角βとの関係をマップ化してしたものを適用できる。また、これに代えて、ブラッシュモデルの式を路面摩擦係数μ１について直接解き、セルフアライニングトルクＴｓと前輪横すべり角βｆの式として路面摩擦係数μ１を求めるようにすることができる。
【００３５】
ところで、車両運動制御の介入中あるいは介入解除後において、車両運動が不安定と判断された場合は、車両運動が非線形な状態にあることが予想される。このような場合は、車両運動状態量推定手段１３により推定する車両運動状態量の精度が保証されなくなる。そのため、第１路面摩擦係数推定手段２３において前輪横すべり角βｆとセルフアライニングトルクＴｓにより推定する路面摩擦係数μ１の精度も保証されなくなる。
【００３６】
そこで、本実施例では、セルフアライニングトルクによる第１路面摩擦係数推定手段２３に加えて、横加速度による第２路面摩擦係数推定手段２４を別途設けている。この第２路面摩擦係数推定手段２４は、運動状態量検出手段１２によって検出された横加速度を取り込んで路面摩擦係数を推定し、推定される路面摩擦係数の極大値を求め、求めた極大値が前回演算時に推定した路面摩擦係数よりも大きくなる場合、高いほうの路面摩擦係数μ２を出力するようになっている。
【００３７】
路面摩擦係数選択手段２５は、制御介入判断手段１６から入力される制御介入判断の信号に基づいて、制御介入時は、路面摩擦係数μ１を路面摩擦係数μ２に切り替えて、パラメータ・介入閾値設定手段２１に出力するようなっている。
【００３８】
一方、パラメータ・介入閾値設定手段２１は、パラメータ設定手段２６と介入閾値設定手段２７とを備えて構成されている。パラメータ設定手段２６は、路面摩擦係数選択手段２５から出力される路面摩擦係数μ１又はμ２に従って、車両運動状態量推定手段１３で推定する例えば車体横すべり角βの演算式のオブザーバに含まれるパラメータを設定するようになっている。また、介入閾値設定手段２７は、制御介入判断手段１６の介入閾値λを設定するようになっている。ここで、車体横すべり角βの推定演算に用いるパラメータは、車両モデルの前輪コーナリングパワーＫｆ、後輪コーナリングパワーＫｒである。コーナリングパワーとは、車輪の単位横すべり角あたりの発生横力を示す値であり、路面摩擦係数によって変化する。
【００３９】
このように構成される本実施例の詳細な構成について、以下に、動作とともに説明する。本実施例は、基本的に、セルフアライニングトルクＴｓを用いて第１路面摩擦係数推定手段２３によって求めた路面摩擦係数μ１に基づいて、車両運動制御の介入を判断する介入閾値λを設定し、実際の車両運動状態量と規範車両運動との差が介入閾値を越えたときに、車両運動制御量設定手段１５により設定された制御量によって車両運動制御を行う介入タイミングを適正に制御するようにしている。
【００４０】
図３に示すように、制御介入タイミングを判断する車両運動状態量の介入閾値λの一例として、車両運動状態量推定手段１３によって推定された実際の車体横すべり角βや、規範車両運動生成手段１３によって生成される規範車体横すべり角との差Δβを用いることができる。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は車体横すべり角β又はその差Δβを表している。なお、説明のため、操舵が開始される前には高い路面摩擦係数μの状態にあり、このときの車両運動状態量の推定値を図３の曲線３０で示している。また、図３中の曲線３１は、実際の車両運動状態量の一例の時間変化を示している。
【００４１】
また、図４に、路面摩擦係数μ（μ１、μ２）と車両運動状態量推定手段１３内のオブザーバで利用される車両モデルの前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの関係の一例を示す。なお、図４の路面摩擦係数μと前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの関係は、予めマップ化したものを利用することができる。第１路面摩擦係数推定手段２３は、図３に示す車両運動が安定状態な間にセルフアライニングトルクＴｓを利用して路面摩擦係数μ１を推定する。そして、パラメータ設定手段２６は、推定された路面摩擦係数μ１に基づいて図４から前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを求めて車両運動状態量推定手段１３に設定する。つまり、図4に示すように、路面摩擦係数μが高側では前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの値を大きく、低側で小さくするように設定する。このことは、路面摩擦係数μが高い場合は横すべり角βの推定値がすぐには大きくならないように、逆に路面摩擦係数μが低い場合には横すべり角βの推定値が大きくなり易いように、前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの値が定められている。
【００４２】
これによって、車両運動状態量推定手段１３によるパラメータ変更前の車両運転状態量の推定値が、図３の曲線３０に示すように、曲線３１の実際の車両運転状態量とは異なっていた場合、路面摩擦係数μ１に対応したパラメータに変更されると、曲線３２に示すように、パラメータ変更後の車両運転状態量の推定値となる。つまり、車両運動状態量推定手段１３の推定精度が向上して、曲線３１と曲線３２が一致又は近似した関係になる。その結果、車両運転状態量の推定誤差による制御介入タイミングのずれを補正することができる。
【００４３】
一方、制御介入判断手段１６の介入閾値λも、同様に路面摩擦係数μに応じて可変設定される。図５に、路面摩擦係数μと介入閾値λの関係を示す。図示のように、路面摩擦係数μが高い側で介入閾値λが大きくなるように、逆に、低い側で小さくなるように設定される。介入閾値λと路面摩擦係数μとの関係は、図４と同様に予めマップ化したものを利用することができる。
【００４４】
このように、路面摩擦係数μに応じて介入閾値λを可変設定することにより、図３に示したように、路面摩擦係数μが小さくなると、高μ時の介入閾値３３を低μ時の介入閾値３４に可変することができる。その結果、図３に示すように、パラメータ変更前の介入タイミングｔ１に対して、パラメータ変更後の介入タイミングt２が、適正な介入タイミングｔ０に近づき、制御介入タイミングの遅れを補正することができる。
【００４５】
以上説明したように、パラメータＫｆ、Ｋｒと介入閾値λとの２つの設定変更を車両運動制御介入前に行うことにより、様々な車両運動状態で車両運動が不安定化する前に適正なタイミングで車両運動制御を介入させることができる。
【００４６】
図６、図７に、図１実施例の車両運動制御装置の処理手順のフローチャートを示す。図６、図７のフローチャートは、車両の走行状態において、周期的に実行される。先ず、ステップＳ１０１で、車両運動状態量推定手段１３は、車両に取り付けられた操作量検出手段１１から、運転者が操作した転舵角δｆ、操作トルク、等の操作量を読み取るとともに、運動状態量検出手段１２から車速、ヨーレイトγ、横加速度aｙ、等の車両運動状態量を読み取る。次に、ステップＳ１０２において、車両運動状態量推定手段１３は、取り込んだ転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγからオブザーバを利用して、車両運動状態量の一つである車体の横すべり角βを推定する。次のステップＳ１０３では、図７に示すように、パラメータ・介入閾値設定手段２１によって求められた路面摩擦係数μによって、パラメータＫｆ、Ｋｒと介入閾値λの設定値が変更され、それぞれ車両運動状態量推定手段１３と制御介入判断手段１６に出力される。次に、ステップＳ１０４で、規範車両運動生成手段１４は、操作量検出手段１１から転舵角δｆ、操作トルク、等の操作量を読み取るとともに、運動状態量検出手段１２から車速、ヨーレイトγ、横加速度aｙ、等の車両運動状態量を読み取り、さらに車両運動状態量推定手段１３から推定運動状態量（例えば、横すべり角、車輪荷重、ロール角など）を読み込み、車両の線形モデルに従って車両運動状態量の一つである横すべり角βを予測して規範車両運動状態量を生成する。
【００４７】
ここで、車両運動状態量推定手段１３は、センサで計測することが困難な現在の推定運動状態量（横すべり角、車輪荷重、ロール角など）をオブザーバにより推定する。また、推定した推定運動状態量を実際の車両の出力と比較することによって、より実際の車両の運動状態量に近い値に修正される。一方、規範車両運動生成手段１４の線形モデルは、車両運動の理想的状態あるいは運転者の意図する車両運動状態量（例えば、ヨーレイトの大きさ、横すべり角の大きさ等）を、運転者の操作量あるいはセンサで検出された運動状態量から推定する。規範車両運動生成手段１４による推定値と車両運動状態量推定手段１３のオブザーバによる推定値との違いは、車両が線形モデルに基づいた理想的な値（線形運動）であり、実際の車両の走行状態によっては異なる値になることである。したがって、規範車両運動生成手段１４は、理想的な車両運動状態量を求める際に、車両の運動状態によって変化する量（例えば、車輪荷重等）を車両運動状態量推定手段１３から読み込み、車両の線形モデルに反映してモデルを運動状態に応じて修正するようにしている。
【００４８】
次に、ステップＳ１０５に進み、車両運動制御量設定手段１５は、規範車両運動生成手段１４で生成された規範車両運動状態量（例えば、横すべり角β）と、車両運動状態量推定手段１３で推定された実際の車両運動状態量（例えば、横すべり角β）との誤差（例えば、Δβ）を求め、その誤差を低減させるのに必要な車両運動制御手段１７の各アクチュエータの制御量（例えば、ブレーキの制御量）を演算する。次に、ステップＳ１０６に進み、制御介入判断手段１６は、実際の車両運動状態量と規範車両運動状態量とから、車両運動制御の介入が必要か否かを判断する。つまり、本実施例では、実際の車体横すべり角βと、規範車体横すべり角との差│Δβ│が、可変設定された介入閾値λを超えたか否かにより行う。差│Δβ│＞λの場合は、図示していないが「制御介入中」のフラグを立ててステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、切り替え手段１８を投入して車両運動制御量設定手段１５の出力である制御量を車両運動制御手段１７に供給する。これにより、車両運動制御の介入が実行され、ステップＳ１０１へ戻って同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１０６の判断で、差│Δβ│≦λの場合は、図示していないが「制御介入中」のフラグを倒し、車両運動制御の介入は不要として、ステップＳ１０１へ戻る。
【００４９】
図７に示したフローチャートに沿って、図６のステップＳ１０３の路面摩擦係数μによる設定変更の詳細な処理手順を説明する。先ず、ステップＳ２０１において、制御介入判断手段１６は、操作量検出手段１１、運動状態量検出手段１２あるいは車両運動状態量推定手段１３から出力される転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγの少なくとも１つに基づいて車両が旋回状態か否かの判定を行う。この判定において、転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγの各値が、予め設定された設定値よりも低い場合は、車両は直進状態にあると判定される。直進状態のときは、ステップＳ２０２に進んで、制御介入判断手段１６は、路面摩擦係数選択手段２５に制御介入判断の信号を送って、前回推定された路面摩擦係数μ、パラメータＫｆ、Ｋｒ、介入閾値λの前回値を現在値として保持させて、図６のステップＳ１０４へ戻る。つまり、路面摩擦係数μ、オブザーバのパラメータＫｆ、Ｋｒ、介入閾値λの変更は行わない。
【００５０】
一方、ステップＳ２０１の判断で、転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγの各値が１つでも予め設定された設定値以上である場合は、車両が旋回状態にあるものと判定してステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、制御介入判断手段１６において、実際の車両運動状態量（例えば、横すべり角βあるいはΔβ）が規範運動状態量から逸脱しているか否かに基づいて、安定運動状態か否かを判定する。例えば、「制御介入中」のフラグに基づいて、車両運動制御介入前、又は車両運動制御介入解除後の場合には、規範運動状態量からの実際の車両運動状態量の逸脱量が設定値以下の時に、車両が安定状態にあると判定してステップＳ２０４に進む。その逸脱量が設定値を超えたときは不安定運動状態と判定する。
【００５１】
ステップＳ２０４において、第1路面摩擦係数推定手段２３は、セルフアライニングトルク検出手段２２からセルフアライニングトルクＴｓを読み取るとともに、車両運動状態推定手段１３で推定した安定運動判定に係る運動状態量（例えば、横すべり角）を取り込み、ステップＳ２０５に進んで、前述したように路面摩擦係数μ１を推定する。次に、ステップＳ２０８へ進み、パラメータ設定手段２６は、推定された路面摩擦係数μ１に基づいて、車両運動状態量推定手段１３のオブザーバのパラメータである、前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを図４から求めて設定を変更する。次いで、ステップＳ２０９に進み、介入閾値設定手段２７は、路面摩擦係数μに対応する介入閾値λを図５から求めて制御介入判断手段１６の介入閾値λを可変設定する。
【００５２】
一方、ステップＳ２０３で、制御介入判断手段１６は、車両運動制御介入中又は介入解除後において、実際の車両運動状態量（例えば、横すべり角βあるいはΔβ）が規範運動状態量から逸脱している逸脱量が設定値を超えたときは不安定運動状態と判定する。車両の運転状態が不安定と判断された場合は、路面摩擦係数選択手段２５により、介入制御に用いる路面摩擦係数を、第1路面摩擦係数推定手段２３で求められた路面摩擦係数μ１に代えて、第2路面摩擦係数推定手段２４で求められた路面摩擦係数μ２が選択される。そして、ステップＳ２０６、Ｓ２０７へ進み、パラメータ設定手段２６は、第2路面摩擦係数推定手段２４で求められた路面摩擦係数μ２を用い、車両運動状態量推定手段１３のオブザーバのパラメータである前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒと、介入閾値λを可変設定する。つまり、ステップＳ２０６において、第2路面摩擦係数推定手段２４は、運動状態量検出手段１２の横加速度センサから出力される横加速度の極大値を読み取り、ステップＳ２０７において、現在の路面摩擦係数μａを演算し、前回の処理時に演算した路面摩擦係数推定値μｂとを比較し、μａ＞μｂと判断された場合にはμａを路面摩擦係数μとして設定する。
【００５３】
このように、車両の安定状態又は不安定状態に応じて、路面摩擦係数の推定方式を切り替えることにより、車両不安定時の誤推定を少なくするようにしている。そして、路面摩擦係数μ２を設定した後は、前述と同様に、ステップＳ２０８、Ｓ２０９ において、車両運動状態推定手段１３のオブザーバのパラメータであるコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒと、制御介入判断手段１６の介入閾値λを変更設定して、図６のステップＳ１０４に戻る。
【００５４】
以上に示したように、本実施例においては、車両運動状態が安定な間は、セルフアライニングトルクＴｓを利用して路面摩擦係数μ１を推定し、その路面摩擦係数μ１に基づいて車両運動状態量推定手段１３の演算モデルのパラメータであるコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを設定していることから、車両運動状態量の推定値の精度を向上できる。しかも、その推定した路面摩擦係数μ１に基づいて車両運動の制御介入判断手段１６の介入閾値λを変更していることから、路面摩擦係数に合わせた適正な制御介入タイミングを実現することができる。
【００５５】
上記実施例では、操舵系に取り付けられたセンサによりセルフアライニングトルクＴｓを直接計測する例を説明したが、本発明のセルフアライニングトルク検出手段２２はこれに限られるものではない。例えば、セルフアライニングトルク検出手段２２は、タイロッドエンドに取り付けたセンサなどで構成される軸力検出手段によりステアリングコラムの軸線方向力を計測し、その計測値に基づいてセルフアライニングトルクを推定するようにすることができる。
【００５６】
また、セルフアライニングトルクＴｓは、油圧パワーステアリング装置を持つ操舵系で油圧を油圧検出手段により計測し、その油圧検出値に基づいて演算するようにすることができる。
【００５７】
また、セルフアライニングトルクＴｓは、電動パワーステアリング装置を持つ操舵装置で運転者の操舵トルクとアシストトルクから推定するようにすることができる。
【００５８】
また、上記実施例では、車両運動制御介入中あるいは介入解除後において、実際の車両運動（例えば、横すべり角βあるいはΔβ）が規範運動から設定値以上ずれたときに、第2路面摩擦係数推定手段２４による路面摩擦係数μ2に切り替えるものについて示した。しかし、本発明は、これに代えて、第1路面摩擦係数推定手段２３により車両運動制御介入前に推定された路面摩擦係数μ1の値を、車両運動制御介入後であっても変更せずに保持し続けるようにしてもよい。
【００５９】
また、上記の実施例では、路面摩擦係数μを車両運動制御量設定手段１５に直接反映しない構成であるが、これに代えて、路面摩擦係数μを車両運動制御量設定手段１５へ伝達し、路面摩擦係数μによって制御量を変更する構成としてもよい。例えば、路面摩擦係数μが大きい場合には大きな制動力を得ることが予測されるため、設定されるブレーキ力を大きくする。
【００６０】
また、上記の実施例では、車両運動制御の介入タイミングを判断するために参照する状態量として横すべり角Δβを例として取り上げたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、横すべり角Δβに代えて、規範車両運動生成手段１４で生成されるヨーレイトと実際のヨーレイトとの差Δγ、あるいは横すべり角β又はヨーレイトγの微分値、あるいはこれらを組み合わせたもの、さらには足し合わせたものなどを利用することができる。
【実施例２】
【００６１】
図８に、本発明の車両運動制御装置の他の実施例の制御手順のフローチャートを示す。本実施例が、実施例1と相違する点は、図６のステップＳ１０６における判定が「介入なし」の場合に、車両運動予測手段（ステップＳ３０１〜Ｓ３０３）と、安定時車両運動制御量設定手段（ステップＳ３０４〜Ｓ３０５）の処理を行うことにある。
【００６２】
車両運動予測手段は、操作量検出手段１１と運動状態量検出手段１２の検出値と、車両運動状態量推定手段１３による推定された車両運動状態量から予測される旋回運動が継続される場合に、セルフアライニングトルクＴｓによる路面摩擦係数μ１の路面上でその旋回運動が実現できるかどうかを予測して判定するものである。一方、安定時車両運動制御量設定手段は、車両運動予測手段による予測の結果が、運転者の意図する旋回運動を実現できない場合に、車両運動が安定な状態にある場合でもスロットル開度制御やブレーキ制御、シフト制御などを行って減速させることで、運転者の意図する旋回運動を達成できるようにするものである。これらの制御量は車両運動制御手段１７に出力される。
【００６３】
本実施例の詳細な処理手順を、図８を参照して説明する。図において、図６のフローチャートと同一の処理ステップには、同一の符号を付けて説明を省略する。本実施例で追加した機能は、ステップＳ１０６で車両運動制御を介入させないと判断された後に実行されるステップＳ３０１〜Ｓ３０５である。
【００６４】
ステップＳ１０６で車両運動制御の介入なしと判定されると、ステップＳ３０１に進み、現時点からｔ時間後の前後輪の横力を演算により求める。つまり、現在の操作量と運動状態量により運動する車両が、０より大きい時間ｔ後の前輪、後輪に必要な横方向力Ｆｆ、Ｆｒを、次式（１）により求める。同式において、βｆとβｒはそれぞれ前輪と後輪の推定横すべり角、βｆ’とβｒ’はそれぞれ前輪と後輪の推定横すべり角の微分値である。
【００６５】
Ｆｆ＝Ｋｆ（βｆ＋βｆ’ｔ）
Ｆｒ＝Ｋｆ（βｒ＋βｒ’ｔ） （１）
【００６６】
次にステップＳ３０２に進み、現在推定されている路面摩擦係数μで前輪と後輪で発生可能な最大横方向力ＦｆｍａｘとＦｒｍａｘを、次式（２）で求める。同式において、ＭｆとＭｒはそれぞれ前輪と後輪の荷重、ｇは重力加速度である。また、係数κｆとκｒは、０＜κｆ、κｒ＜＝１となる定数である。
【００６７】
Ｆｆｍａｘ＝κｆ・μ・Ｍｆ・ｇ
Ｆｒｍａｘ＝κｒ・μ・Ｍｒ・ｇ （２）
【００６８】
そして、ステップＳ３０３で、次式（３）の条件が成立する場合は、現在の運動を継続しても車両運動が安定状態を保つものと判断して、制御は実行せずステップＳ１０１へ戻る。
【００６９】
Ｆｆ≦Ｆｆｍａｘ
かつ
Ｆｒ≦Ｆｒｍａｘ （３）
一方、次式（４）の条件が成立する場合は、現在の運動を継続した場合、目標の旋回が達成できないものと判断してステップＳ３０４へ進む。
【００７０】
Ｆｆ＞Ｆｆｍａｘ
あるいは
Ｆｒ＞Ｆｒｍａｘ （４）
ステップＳ３０４は、目標の旋回が達成できるようにするため、目標減速量を生成して、ステップＳ３０５で車両運動制御手段１７に減速指令を出して減速させる。その後、図６のＳ１０４に戻って処理を繰り返す。
【００７１】
本実施例によれば、車両運動が不安定化する前に、安定な運動が継続できるように制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の車両運動制御装置の一実施例のブロック構成図である。
【図２】図１の路面摩擦係数推定手段とパラメータ・閾値設定手段の詳細なブロック構成図である。
【図３】車両運動制御介入タイミング適正化の効果を説明する図である。
【図４】路面摩擦係数μに基づいてパラメータＫｆ、Ｋｒを設定する一例を示す図である。
【図５】路面摩擦係数μに基づいて介入閾値λを設定する一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施例の車両運動制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】図６のステップＳ１０３の詳細な処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施例の車両運動制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１１ 操作量検出手段
１２ 運動状態量検出手段
１３ 車両運動状態量推定手段
１４ 規範車両運動生成手段
１５ 車両運動制御量設定手段
１６ 制御介入判断手段
１７ 車両運動制御手段
１８ 切り替え手段
２０ 路面摩擦係数推定手段
２１ パラメータ・介入閾値設定手段
２２ セルフアライニングトルク検出手段
２３ 第１路面摩擦係数推定手段
２４ 第２路面摩擦係数推定手段
２５ 路面摩擦係数選択手段
２６ パラメータ設定手段
２７ 介入閾値設定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運動制御装置に係り、特に、車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援して車両運動を安定化する車両運動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような車両運動制御装置としては、従来、車両の運動状態をセンサによって検出し、運転者が意図する車両運動を規範車両運動として推測し、車両の横すべりなどにより実際の車両運動が規範車両運動と異なる場合に各車輪のブレーキ等を制御して、車両運動が規範車両運動から逸脱しないようにするものが実用化されている。
【０００３】
ところで、車両は車輪から路面へ力を伝えることにより運動を行うことから、車両運動状態は車輪と路面との接触状態である車輪路面状態に大きく依存する。特に、車両運動への寄与は路面摩擦係数の影響が大きいため、以下では車輪と路面の接触状態を表す量として、路面摩擦係数により説明する。
【０００４】
特許文献１には、路面摩擦係数による車両運動状態の違いを考慮した車両運動制御を行う装置が提案されている。この車両運動制御装置によれば、路面摩擦係数を推定し、推定された路面摩擦係数により車両運動制御装置による制御介入の閾値を変更するようにしている。また、路面摩擦係数を推定する手段は、操舵角センサにより検出された操舵角が一定値以上のときに、横加速度センサにより検出された横加速度に基づいて推定するようにしている。
【０００５】
すなわち、車両運動制御装置による理想的な制御介入タイミングは、路面摩擦係数の変化に対応する必要がある。例えば、操作量の小さな変化でも車両運動状態が不安定化しやすい路面摩擦係数が低い場合は、制御介入閾値を低く設定する。一方、多少の変化では車両運動状態が不安定化しない路面摩擦係数が高い場合は、制御介入閾値を高くとることが望ましい。この点、特許文献１に記載の従来例では、横加速度に基づいて路面摩擦係数を推定し、推定した路面摩擦係数を利用して制御介入閾値を設定している点で好ましい。
【０００６】
また、特許文献２には、車輪ごとに操舵制御を行うステア・バイ・ワイヤ車両において、転舵時の車輪転舵軸周りトルクに基づいて路面摩擦係数を推定する方法が記載されている。すなわち、車輪に発生する実際の転舵時の車輪転舵軸周りに生じるトルクと、転舵輪の向きと車両進行方向とのなす角である横すべり角を推定し、推定された横すべり角から基準となる車輪転舵軸周りに生じるトルク（セルフアライニングトルク）を設定する。そして、セルフアライニングトルクと実際の転舵時の車輪転舵軸周りに生じるトルクを比較して車輪のグリップ状態を推定し、各輪のグリップ余裕度に基づいて操舵角と制動力を制御するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４１２３９５号
【特許文献２】特開２００４−１３０９６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載のように、横加速度により推定される路面摩擦係数は、車輪の発生可能横力が飽和に近づくような運動状態にならないと精度よく推定することはできない。しかし、横力が飽和した状態になる場合には、車両運動が非線形かつ不安定な状態になりやすく、規範車両運動から逸脱してしまうおそれがある。したがって、横加速度により推定した路面摩擦係数に基づいて制御介入を決定する特許文献１の方法は、制御介入タイミングが遅すぎる場合がある。
【０００９】
逆に、横力が飽和する前に路面摩擦係数の推定を行うと、そのときの横加速度は増加途中にあることから、正確な路面摩擦係数を推定することができない。例えば、実際よりも低い路面摩擦係数として推定してしまうと、介入閾値もそれに合わせて低く設定されるから、車両運動制御の介入が必要ない運動状態にもかかわらず車両運動制御が介入する場合がある。このような早めの介入は、運転者が運転し辛くなるという問題点がある。そこで、早めの介入を避けるために、横加速度に基づく路面摩擦係数を高めに推定することが考えられる。しかし、路面摩擦係数を高めに推定すると、実際の路面摩擦係数が低い場合に車両運動が不安定となっても、車両運動制御が介入しないことがあり、制御介入タイミングが遅れてしまうという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１の技術では、実際の車両運動状態を推定するにあたって路面摩擦係数の影響を考慮に入れていないから、車輪路面状態によっては推定される車両運動状態量が実際とは異なることがある。例えば、路面摩擦係数が高い状態を想定して推定した車両運動状態量は、路面摩擦係数が低い場面では実際の車両運動状態量より小さくなることがある。そのため、実際には大きな車両運動状態量が生じていて、車両挙動が不安定化しているにもかかわらず、車両運動状態量が小さい値として推定されるため、車両運動が安定していると判断され、車両運動制御の介入が適正タイミングよりも遅れてしまうという問題点がある。
【００１１】
また、上記の介入閾値と運動状態量推定値のどちらか一方を適正化しても、様々な走行条件下において適正なタイミングで車両運動制御介入を行うことはできない。
【００１２】
他方、特許文献２に記載の従来技術では、各車輪のグリップ状態を求めなければならないこと、及び各車輪の制御を独立に行って車両運動を制御しなければならないことから、制御が複雑化しまうとともに、センサ及び車両運動制御のアクチュエータが多くなるなどの問題点がある。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、路面摩擦係数などの車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援する車両運動制御の介入タイミングを適正化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明は、車両の運動を制御する車両運動制御手段と、運転者による車両運動の操作量と前記車両の運動状態量を検出する検出手段と、前記操作量と前記運転状態量から車両運動モデルに基づいて少なくとも一つの推定運動状態量を推定する車両運動状態量推定手段と、前記操作量と前記運転状態量と前記推定運動状態量から線形モデルに基づいて運転者が意図する前記車両の規範運動状態量を推定する規範運動生成手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差を低減するように前記車両運動制御手段の制御量を設定する車両運動制御量設定手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えたときに前記車両運動制御量設定手段による車両運動制御介入を行う制御介入判断手段とを有する車両運動制御装置を対象とする。
【００１５】
特に、本発明の車両運動制御装置は、車輪転舵軸周りに生じるトルクを検出するトルク検出手段により検出されたトルク及び前記推定運動状態量と前記検出手段により検出された前記運動状態量のいずれか一方から、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪と路面の状態を推定する車輪路面状態推定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記車両運動状態推定手段の車両運動モデルに係るパラメータを変更するパラメータ設定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記制御介入判断手段の前記介入閾値を変更する介入閾値設定手段とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
このような特徴を有することから、本発明によれば、車輪転舵軸周りに生じるトルク（セルフアライニングトルク）を検出し、このセルフアライニングトルクと予め設定された推定運動状態量や検出された運動状態量の値とから、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪路面状態（例えば、路面摩擦係数）を推定する車輪路面状態推定手段を設けたことから、車両運動状態が安定な間であっても車輪路面状態を高精度で推定することができる。しかも、車輪路面状態によって値が変化する車両運動状態量推定手段の演算モデルのパラメータ（例えば、タイヤのコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒ）を変更設定していることから、車両運動状態量推定手段により推定される推定運動状態量の精度が向上する。それと同時に、高精度で推定した車輪路面状態に基づいて車両運動の制御介入判断手段の介入閾値を変更していることから、車輪路面状態と推定運動状態量に応じた適正な制御介入タイミングを実現することができる。
【００１７】
この場合において、前記車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態によっても、前記車両運動制御量設定手段で設定される前記制御量を変化させることができる。
【００１８】
また、前記制御介入判断手段は、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えない場合であっても、現在の運動状態を継続した場合、運転者の意図する運動が実現されないと予測される場合に、前記車両運動制御手段による車両運動制御介入を行うようにすることができる。これによれば、将来の車両運動が規範運動から逸脱することを予測して、車両が安定運動状態にある場合でも介入制御を行うことで、車両運動が不安定化することを未然に防ぐことができる。
【００１９】
さらに、前記車輪路面状態推定手段は、前記トルク検出手段により検出されたトルクと前記推定運動状態量や検出された運動状態量から、予め設定されたタイヤモデルに基づいて前記車輪路面状態を推定する第１車輪路面状態推定手段と、前記検出手段により検出された車両の前記運動状態量に基づいて前記車輪路面状態を推定する第２車輪路面状態推定手段とを備えてなり、かつ、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは第１車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは第２車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させる車輪路面状態選択手段を有して構成することができる。
【００２０】
また、これに代えて、前記車輪路面状態推定手段は、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは前記推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは前記パラメータと前記介入閾値をそれまでの値に保持させるようにすることができる。
【００２１】
上記のいずれの場合においても、前記推定運動状態量は、車両の横すべり角とヨーレイトの少なくとも一方とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、路面摩擦係数などの車輪路面状態の変化に対応して運転者の運転操作を支援する車両運動制御の介入タイミングを適正化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の車両運動制御装置を実施形態に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１に、本発明の車両運動制御装置の一実施例の構成図を示す。図１に示すように、本実施例の車両運動制御装置は、運転者が操作する車両の操舵系などの操作量を検出する操作量検出手段１１と、車両運動状態量を検出する運動状態量検出手段１２と、車両運動状態量推定手段１３と、規範車両運動生成手段１４と、車両運動制御量設定手段１５と、制御介入判断手段１６と、車両運動制御手段１７と、切り替え手段１８と、路面摩擦係数推定手段２０と、パラメータ・介入閾値設定手段２１とを備えて構成されている。
【００２５】
操作量検出手段１１は、運転者が操作する操作量（舵角、操舵トルクなど）を検出するセンサを備えて構成されている。運動状態量検出手段１２は、車両運動状態量である車速、ヨーレイト（車両の回転角速度）、加速度などを検出するセンサを備えて構成されている。
【００２６】
車両運動状態量推定手段１３は、操作量検出手段１１により検出された操作量と、運動状態量検出手段１２により検出された車両運動状態量に基づいて、運動状態量検出手段１２によって直接検出することができない他の車両運動状態量を推定するようになっている。具体的には、車両の運動モデルの演算式を有するオブザーバによって、例えば、車体の進行方向と、車体の向きとなす角である車体の横すべり角βを推定するようになっている。
【００２７】
規範車両運動生成手段１４は、操作量検出手段１１により検出された操作量と、運動状態量検出手段１２により検出された車両運動状態量と、車両運動状態量推定手段１３により推定された車両運動状態量（例えば、横すべり角β）に基づいて、運転者が意図する車両の運動を周知の線形モデルによって予測し、運転者が意図する規範車両運動（例えば、横すべり、ヨーレイトなど）を生成するようになっている。
【００２８】
車両運動制御量設定手段１５は、車両運動状態量推定手段１３により推定された実際の車両運動状態量と、規範車両運動生成手段１４から出力される規範車両運動とを比較し、実際の車両運動状態量が規範車両運動に合うように、本実施例による車両運動制御装置が介入する場合の制御量を決定するようになっている。本実施例による車両運動制御装置が介入する場合、車両運動制御量設定手段１５の出力は切り替え手段１８を介して車両運動制御手段１７に出力されるようになっている。車両運動制御手段１７は、例えば、ブレーキ力、スロットル開度、シフト（ギヤ比）、操舵力の重み、等の車両運動を制御する手段である。
【００２９】
一方、切り替え手段１８は、制御介入判断手段１６によって切り替えられるようになっている。制御介入判断手段１６は、本実施例による車両運動制御装置による車両運動制御を介入するか否か、つまり、車両運動制御量設定手段１５によって設定された制御量により車両運動制御手段１７を制御するか否かを判断するものである。そのために、制御介入判断手段１６は、車両運動状態量推定手段１３により推定された実際の車両運動状態量と、規範車両運動生成手段１４から出力される規範車両運動とを比較し、実際の車両運動状態量が規範車両運動から制御介入閾値を越えて外れたとき、車両運動制御の介入を行うようになっている。要するに、制御介入判断手段１６は、車両運動制御が不要な場面で頻繁に介入することを防ぐために、パラメータ・介入閾値設定手段２１によって設定される制御介入閾値に従って制御介入判断を行うようになっている。その詳細は後述する。
【００３０】
路面摩擦係数推定手段２０は、本発明に係る車輪路面状態推定手段の一実施例であり、車輪路面状態を表す物理量の一つである路面摩擦係数μを推定するようになっている。ここで、車輪路面状態は路面摩擦係数μに限られるものではなく、車輪と地面との接触面積などの路面摩擦係数μに相関する物理量又は路面摩擦係数μに等価な物理量を用いることができる。
【００３１】
パラメータ・介入閾値設定手段２１は、車輪路面状態推定手段の一実施例であり、パラメータ・介入閾値設定手段２１は、路面摩擦係数推定手段２０によって推定された路面摩擦係数μに基づいて、車両運動状態量を推定する車両運動状態量推定手段１３のオブザーバの演算式に含まれるパラメータを求めるとともに、制御介入閾値を求めるようになっている。そして、求めたパラメータを車両運動状態量推定手段１３に設定するとともに、制御介入の判断に必要な制御介入閾値を制御介入判断手段１６に設定する。
【００３２】
次に、図２を参照して、本発明の特徴部に係る車輪路面状態推定手段の一実施例である路面摩擦係数推定手段２０と、パラメータ・介入閾値設定手段２１の詳細構成の一実施例について説明する。図２に示すように、本実施例の路面摩擦係数推定手段２０は、第１路面摩擦係数推定手段２３と第２路面摩擦係数推定手段２４を備えて構成されている。第１路面摩擦係数推定手段２３は、セルフアライニングトルク検出手段２２により検出されたセルフアライニングトルクＴｓと、運動状態量検出手段１２により検出された運動状態量（車速、ヨーレイト（車両の回転角速度）、加速度など）、あるいは車両運動状態量推定手段１３によって推定された車両運転状態量（例えば、横すべり角）に基づいて路面摩擦係数μ１を推定するようになっている。また、第２路面摩擦係数推定手段２４は、運転状態量検出手段１２により検出された横加速度に基づいて路面摩擦係数μ２を推定するようになっている。
【００３３】
セルフアライニングトルク検出手段２２は、例えば車輪に取り付けられた歪ゲージや圧電素子などで構成された６分力計のようなセンサを用いてセルフアライニングトルクＴｓを直接検出するようになっている。ここで、セルフアライニングトルクＴｓとは、特許文献２に記載されているように周知の物理量であり、タイヤ（車輪）の転舵軸周りに生じるトルクであって、タイヤの横すべり角βを減少させる方向に作用するトルクである。また、セルフアライニングトルクＴｓは、車輪に作用する横力とニューマチックトレールの積として表される。したがって、セルフアライニングトルクＴｓは、横力に比べて路面摩擦係数の変化に影響する感度が高い。そのため、車両運動が不安定化する前の早い段階で路面摩擦係数を精度よく推定することが可能となる。
【００３４】
このことから、本実施例の第１路面摩擦係数推定手段２３は、路面摩擦係数とセルフアライニングトルクＴｓと横すべり角β（例えば、前輪横すべり角βｆ）との関係を表すタイヤモデルを利用して、路面摩擦係数μ１を推定している。ここで、横すべり角βは、車両運動状態量推定手段１３で求めたものを用いる。なお、タイヤモデルは、車輪のリムやトレッドベースに相当する円環の周りに、弾性変形する車輪の周方向に独立した無数の弾性体を配置してモデル化した周知のブラッシュモデルを利用することができる。また、第１路面摩擦係数推定手段２３は、例えば、ブラッシュモデルに基づいて演算した路面摩擦係数μ１、セルフアライニングトルクＴｓ、横すべり角βとの関係をマップ化してしたものを適用できる。また、これに代えて、ブラッシュモデルの式を路面摩擦係数μ１について直接解き、セルフアライニングトルクＴｓと前輪横すべり角βｆの式として路面摩擦係数μ１を求めるようにすることができる。
【００３５】
ところで、車両運動制御の介入中あるいは介入解除後において、車両運動が不安定と判断された場合は、車両運動が非線形な状態にあることが予想される。このような場合は、車両運動状態量推定手段１３により推定する車両運動状態量の精度が保証されなくなる。そのため、第１路面摩擦係数推定手段２３において前輪横すべり角βｆとセルフアライニングトルクＴｓにより推定する路面摩擦係数μ１の精度も保証されなくなる。
【００３６】
そこで、本実施例では、セルフアライニングトルクによる第１路面摩擦係数推定手段２３に加えて、横加速度による第２路面摩擦係数推定手段２４を別途設けている。この第２路面摩擦係数推定手段２４は、運動状態量検出手段１２によって検出された横加速度を取り込んで路面摩擦係数を推定し、推定される路面摩擦係数の極大値を求め、求めた極大値が前回演算時に推定した路面摩擦係数よりも大きくなる場合、高いほうの路面摩擦係数μ２を出力するようになっている。
【００３７】
路面摩擦係数選択手段２５は、制御介入判断手段１６から入力される制御介入判断の信号に基づいて、制御介入時は、路面摩擦係数μ１を路面摩擦係数μ２に切り替えて、パラメータ・介入閾値設定手段２１に出力するようなっている。
【００３８】
一方、パラメータ・介入閾値設定手段２１は、パラメータ設定手段２６と介入閾値設定手段２７とを備えて構成されている。パラメータ設定手段２６は、路面摩擦係数選択手段２５から出力される路面摩擦係数μ１又はμ２に従って、車両運動状態量推定手段１３で推定する例えば車体横すべり角βの演算式のオブザーバに含まれるパラメータを設定するようになっている。また、介入閾値設定手段２７は、制御介入判断手段１６の介入閾値λを設定するようになっている。ここで、車体横すべり角βの推定演算に用いるパラメータは、車両モデルの前輪コーナリングパワーＫｆ、後輪コーナリングパワーＫｒである。コーナリングパワーとは、車輪の単位横すべり角あたりの発生横力を示す値であり、路面摩擦係数によって変化する。
【００３９】
このように構成される本実施例の詳細な構成について、以下に、動作とともに説明する。本実施例は、基本的に、セルフアライニングトルクＴｓを用いて第１路面摩擦係数推定手段２３によって求めた路面摩擦係数μ１に基づいて、車両運動制御の介入を判断する介入閾値λを設定し、実際の車両運動状態量と規範車両運動との差が介入閾値を越えたときに、車両運動制御量設定手段１５により設定された制御量によって車両運動制御を行う介入タイミングを適正に制御するようにしている。
【００４０】
図３に示すように、制御介入タイミングを判断する車両運動状態量の介入閾値λの一例として、車両運動状態量推定手段１３によって推定された実際の車体横すべり角βや、規範車両運動生成手段１３によって生成される規範車体横すべり角との差Δβを用いることができる。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は車体横すべり角β又はその差Δβを表している。なお、説明のため、操舵が開始される前には高い路面摩擦係数μの状態にあり、このときの車両運動状態量の推定値を図３の曲線３０で示している。また、図３中の曲線３１は、実際の車両運動状態量の一例の時間変化を示している。
【００４１】
また、図４に、路面摩擦係数μ（μ１、μ２）と車両運動状態量推定手段１３内のオブザーバで利用される車両モデルの前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの関係の一例を示す。なお、図４の路面摩擦係数μと前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの関係は、予めマップ化したものを利用することができる。第１路面摩擦係数推定手段２３は、図３に示す車両運動が安定状態な間にセルフアライニングトルクＴｓを利用して路面摩擦係数μ１を推定する。そして、パラメータ設定手段２６は、推定された路面摩擦係数μ１に基づいて図４から前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを求めて車両運動状態量推定手段１３に設定する。つまり、図4に示すように、路面摩擦係数μが高側では前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの値を大きく、低側で小さくするように設定する。このことは、路面摩擦係数μが高い場合は横すべり角βの推定値がすぐには大きくならないように、逆に路面摩擦係数μが低い場合には横すべり角βの推定値が大きくなり易いように、前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの値が定められている。
【００４２】
これによって、車両運動状態量推定手段１３によるパラメータ変更前の車両運転状態量の推定値が、図３の曲線３０に示すように、曲線３１の実際の車両運転状態量とは異なっていた場合、路面摩擦係数μ１に対応したパラメータに変更されると、曲線３２に示すように、パラメータ変更後の車両運転状態量の推定値となる。つまり、車両運動状態量推定手段１３の推定精度が向上して、曲線３１と曲線３２が一致又は近似した関係になる。その結果、車両運転状態量の推定誤差による制御介入タイミングのずれを補正することができる。
【００４３】
一方、制御介入判断手段１６の介入閾値λも、同様に路面摩擦係数μに応じて可変設定される。図５に、路面摩擦係数μと介入閾値λの関係を示す。図示のように、路面摩擦係数μが高い側で介入閾値λが大きくなるように、逆に、低い側で小さくなるように設定される。介入閾値λと路面摩擦係数μとの関係は、図４と同様に予めマップ化したものを利用することができる。
【００４４】
このように、路面摩擦係数μに応じて介入閾値λを可変設定することにより、図３に示したように、路面摩擦係数μが小さくなると、高μ時の介入閾値３３を低μ時の介入閾値３４に可変することができる。その結果、図３に示すように、パラメータ変更前の介入タイミングｔ１に対して、パラメータ変更後の介入タイミングt２が、適正な介入タイミングｔ０に近づき、制御介入タイミングの遅れを補正することができる。
【００４５】
以上説明したように、パラメータＫｆ、Ｋｒと介入閾値λとの２つの設定変更を車両運動制御介入前に行うことにより、様々な車両運動状態で車両運動が不安定化する前に適正なタイミングで車両運動制御を介入させることができる。
【００４６】
図６、図７に、図１実施例の車両運動制御装置の処理手順のフローチャートを示す。図６、図７のフローチャートは、車両の走行状態において、周期的に実行される。先ず、ステップＳ１０１で、車両運動状態量推定手段１３は、車両に取り付けられた操作量検出手段１１から、運転者が操作した転舵角δｆ、操作トルク、等の操作量を読み取るとともに、運動状態量検出手段１２から車速、ヨーレイトγ、横加速度aｙ、等の車両運動状態量を読み取る。次に、ステップＳ１０２において、車両運動状態量推定手段１３は、取り込んだ転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγからオブザーバを利用して、車両運動状態量の一つである車体の横すべり角βを推定する。次のステップＳ１０３では、図７に示すように、パラメータ・介入閾値設定手段２１によって求められた路面摩擦係数μによって、パラメータＫｆ、Ｋｒと介入閾値λの設定値が変更され、それぞれ車両運動状態量推定手段１３と制御介入判断手段１６に出力される。次に、ステップＳ１０４で、規範車両運動生成手段１４は、操作量検出手段１１から転舵角δｆ、操作トルク、等の操作量を読み取るとともに、運動状態量検出手段１２から車速、ヨーレイトγ、横加速度aｙ、等の車両運動状態量を読み取り、さらに車両運動状態量推定手段１３から推定運動状態量（例えば、横すべり角、車輪荷重、ロール角など）を読み込み、車両の線形モデルに従って車両運動状態量の一つである横すべり角βを予測して規範車両運動状態量を生成する。
【００４７】
ここで、車両運動状態量推定手段１３は、センサで計測することが困難な現在の推定運動状態量（横すべり角、車輪荷重、ロール角など）をオブザーバにより推定する。また、推定した推定運動状態量を実際の車両の出力と比較することによって、より実際の車両の運動状態量に近い値に修正される。一方、規範車両運動生成手段１４の線形モデルは、車両運動の理想的状態あるいは運転者の意図する車両運動状態量（例えば、ヨーレイトの大きさ、横すべり角の大きさ等）を、運転者の操作量あるいはセンサで検出された運動状態量から推定する。規範車両運動生成手段１４による推定値と車両運動状態量推定手段１３のオブザーバによる推定値との違いは、車両が線形モデルに基づいた理想的な値（線形運動）であり、実際の車両の走行状態によっては異なる値になることである。したがって、規範車両運動生成手段１４は、理想的な車両運動状態量を求める際に、車両の運動状態によって変化する量（例えば、車輪荷重等）を車両運動状態量推定手段１３から読み込み、車両の線形モデルに反映してモデルを運動状態に応じて修正するようにしている。
【００４８】
次に、ステップＳ１０５に進み、車両運動制御量設定手段１５は、規範車両運動生成手段１４で生成された規範車両運動状態量（例えば、横すべり角β）と、車両運動状態量推定手段１３で推定された実際の車両運動状態量（例えば、横すべり角β）との誤差（例えば、Δβ）を求め、その誤差を低減させるのに必要な車両運動制御手段１７の各アクチュエータの制御量（例えば、ブレーキの制御量）を演算する。次に、ステップＳ１０６に進み、制御介入判断手段１６は、実際の車両運動状態量と規範車両運動状態量とから、車両運動制御の介入が必要か否かを判断する。つまり、本実施例では、実際の車体横すべり角βと、規範車体横すべり角との差│Δβ│が、可変設定された介入閾値λを超えたか否かにより行う。差│Δβ│＞λの場合は、図示していないが「制御介入中」のフラグを立ててステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、切り替え手段１８を投入して車両運動制御量設定手段１５の出力である制御量を車両運動制御手段１７に供給する。これにより、車両運動制御の介入が実行され、ステップＳ１０１へ戻って同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１０６の判断で、差│Δβ│≦λの場合は、図示していないが「制御介入中」のフラグを倒し、車両運動制御の介入は不要として、ステップＳ１０１へ戻る。
【００４９】
図７に示したフローチャートに沿って、図６のステップＳ１０３の路面摩擦係数μによる設定変更の詳細な処理手順を説明する。先ず、ステップＳ２０１において、制御介入判断手段１６は、操作量検出手段１１、運動状態量検出手段１２あるいは車両運動状態量推定手段１３から出力される転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγの少なくとも１つに基づいて車両が旋回状態か否かの判定を行う。この判定において、転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγの各値が、予め設定された設定値よりも低い場合は、車両は直進状態にあると判定される。直進状態のときは、ステップＳ２０２に進んで、制御介入判断手段１６は、路面摩擦係数選択手段２５に制御介入判断の信号を送って、前回推定された路面摩擦係数μ、パラメータＫｆ、Ｋｒ、介入閾値λの前回値を現在値として保持させて、図６のステップＳ１０４へ戻る。つまり、路面摩擦係数μ、オブザーバのパラメータＫｆ、Ｋｒ、介入閾値λの変更は行わない。
【００５０】
一方、ステップＳ２０１の判断で、転舵角δｆ、横加速度aｙ、ヨーレイトγの各値が１つでも予め設定された設定値以上である場合は、車両が旋回状態にあるものと判定してステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、制御介入判断手段１６において、実際の車両運動状態量（例えば、横すべり角βあるいはΔβ）が規範運動状態量から逸脱しているか否かに基づいて、安定運動状態か否かを判定する。例えば、「制御介入中」のフラグに基づいて、車両運動制御介入前、又は車両運動制御介入解除後の場合には、規範運動状態量からの実際の車両運動状態量の逸脱量が設定値以下の時に、車両が安定状態にあると判定してステップＳ２０４に進む。その逸脱量が設定値を超えたときは不安定運動状態と判定する。
【００５１】
ステップＳ２０４において、第1路面摩擦係数推定手段２３は、セルフアライニングトルク検出手段２２からセルフアライニングトルクＴｓを読み取るとともに、車両運動状態推定手段１３で推定した安定運動判定に係る運動状態量（例えば、横すべり角）を取り込み、ステップＳ２０５に進んで、前述したように路面摩擦係数μ１を推定する。次に、ステップＳ２０８へ進み、パラメータ設定手段２６は、推定された路面摩擦係数μ１に基づいて、車両運動状態量推定手段１３のオブザーバのパラメータである、前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを図４から求めて設定を変更する。次いで、ステップＳ２０９に進み、介入閾値設定手段２７は、路面摩擦係数μに対応する介入閾値λを図５から求めて制御介入判断手段１６の介入閾値λを可変設定する。
【００５２】
一方、ステップＳ２０３で、制御介入判断手段１６は、車両運動制御介入中又は介入解除後において、実際の車両運動状態量（例えば、横すべり角βあるいはΔβ）が規範運動状態量から逸脱している逸脱量が設定値を超えたときは不安定運動状態と判定する。車両の運転状態が不安定と判断された場合は、路面摩擦係数選択手段２５により、介入制御に用いる路面摩擦係数を、第1路面摩擦係数推定手段２３で求められた路面摩擦係数μ１に代えて、第2路面摩擦係数推定手段２４で求められた路面摩擦係数μ２が選択される。そして、ステップＳ２０６、Ｓ２０７へ進み、パラメータ設定手段２６は、第2路面摩擦係数推定手段２４で求められた路面摩擦係数μ２を用い、車両運動状態量推定手段１３のオブザーバのパラメータである前後輪コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒと、介入閾値λを可変設定する。つまり、ステップＳ２０６において、第2路面摩擦係数推定手段２４は、運動状態量検出手段１２の横加速度センサから出力される横加速度の極大値を読み取り、ステップＳ２０７において、現在の路面摩擦係数μａを演算し、前回の処理時に演算した路面摩擦係数推定値μｂとを比較し、μａ＞μｂと判断された場合にはμａを路面摩擦係数μとして設定する。
【００５３】
このように、車両の安定状態又は不安定状態に応じて、路面摩擦係数の推定方式を切り替えることにより、車両不安定時の誤推定を少なくするようにしている。そして、路面摩擦係数μ２を設定した後は、前述と同様に、ステップＳ２０８、Ｓ２０９ において、車両運動状態推定手段１３のオブザーバのパラメータであるコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒと、制御介入判断手段１６の介入閾値λを変更設定して、図６のステップＳ１０４に戻る。
【００５４】
以上に示したように、本実施例においては、車両運動状態が安定な間は、セルフアライニングトルクＴｓを利用して路面摩擦係数μ１を推定し、その路面摩擦係数μ１に基づいて車両運動状態量推定手段１３の演算モデルのパラメータであるコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを設定していることから、車両運動状態量の推定値の精度を向上できる。しかも、その推定した路面摩擦係数μ１に基づいて車両運動の制御介入判断手段１６の介入閾値λを変更していることから、路面摩擦係数に合わせた適正な制御介入タイミングを実現することができる。
【００５５】
上記実施例では、操舵系に取り付けられたセンサによりセルフアライニングトルクＴｓを直接計測する例を説明したが、本発明のセルフアライニングトルク検出手段２２はこれに限られるものではない。例えば、セルフアライニングトルク検出手段２２は、タイロッドエンドに取り付けたセンサなどで構成される軸力検出手段によりステアリングコラムの軸線方向力を計測し、その計測値に基づいてセルフアライニングトルクを推定するようにすることができる。
【００５６】
また、セルフアライニングトルクＴｓは、油圧パワーステアリング装置を持つ操舵系で油圧を油圧検出手段により計測し、その油圧検出値に基づいて演算するようにすることができる。
【００５７】
また、セルフアライニングトルクＴｓは、電動パワーステアリング装置を持つ操舵装置で運転者の操舵トルクとアシストトルクから推定するようにすることができる。
【００５８】
また、上記実施例では、車両運動制御介入中あるいは介入解除後において、実際の車両運動（例えば、横すべり角βあるいはΔβ）が規範運動から設定値以上ずれたときに、第2路面摩擦係数推定手段２４による路面摩擦係数μ2に切り替えるものについて示した。しかし、本発明は、これに代えて、第1路面摩擦係数推定手段２３により車両運動制御介入前に推定された路面摩擦係数μ1の値を、車両運動制御介入後であっても変更せずに保持し続けるようにしてもよい。
【００５９】
また、上記の実施例では、路面摩擦係数μを車両運動制御量設定手段１５に直接反映しない構成であるが、これに代えて、路面摩擦係数μを車両運動制御量設定手段１５へ伝達し、路面摩擦係数μによって制御量を変更する構成としてもよい。例えば、路面摩擦係数μが大きい場合には大きな制動力を得ることが予測されるため、設定されるブレーキ力を大きくする。
【００６０】
また、上記の実施例では、車両運動制御の介入タイミングを判断するために参照する状態量として横すべり角Δβを例として取り上げたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、横すべり角Δβに代えて、規範車両運動生成手段１４で生成されるヨーレイトと実際のヨーレイトとの差Δγ、あるいは横すべり角β又はヨーレイトγの微分値、あるいはこれらを組み合わせたもの、さらには足し合わせたものなどを利用することができる。
【実施例２】
【００６１】
図８に、本発明の車両運動制御装置の他の実施例の制御手順のフローチャートを示す。本実施例が、実施例1と相違する点は、図６のステップＳ１０６における判定が「介入なし」の場合に、車両運動予測手段（ステップＳ３０１〜Ｓ３０３）と、安定時車両運動制御量設定手段（ステップＳ３０４〜Ｓ３０５）の処理を行うことにある。
【００６２】
車両運動予測手段は、操作量検出手段１１と運動状態量検出手段１２の検出値と、車両運動状態量推定手段１３による推定された車両運動状態量から予測される旋回運動が継続される場合に、セルフアライニングトルクＴｓによる路面摩擦係数μ１の路面上でその旋回運動が実現できるかどうかを予測して判定するものである。一方、安定時車両運動制御量設定手段は、車両運動予測手段による予測の結果が、運転者の意図する旋回運動を実現できない場合に、車両運動が安定な状態にある場合でもスロットル開度制御やブレーキ制御、シフト制御などを行って減速させることで、運転者の意図する旋回運動を達成できるようにするものである。これらの制御量は車両運動制御手段１７に出力される。
【００６３】
本実施例の詳細な処理手順を、図８を参照して説明する。図において、図６のフローチャートと同一の処理ステップには、同一の符号を付けて説明を省略する。本実施例で追加した機能は、ステップＳ１０６で車両運動制御を介入させないと判断された後に実行されるステップＳ３０１〜Ｓ３０５である。
【００６４】
ステップＳ１０６で車両運動制御の介入なしと判定されると、ステップＳ３０１に進み、現時点からｔ時間後の前後輪の横力を演算により求める。つまり、現在の操作量と運動状態量により運動する車両が、０より大きい時間ｔ後の前輪、後輪に必要な横方向力Ｆｆ、Ｆｒを、次式（１）により求める。同式において、βｆとβｒはそれぞれ前輪と後輪の推定横すべり角、βｆ’とβｒ’はそれぞれ前輪と後輪の推定横すべり角の微分値である。
【００６５】
Ｆｆ＝Ｋｆ（βｆ＋βｆ’ｔ）
Ｆｒ＝Ｋｆ（βｒ＋βｒ’ｔ） （１）
【００６６】
次にステップＳ３０２に進み、現在推定されている路面摩擦係数μで前輪と後輪で発生可能な最大横方向力ＦｆｍａｘとＦｒｍａｘを、次式（２）で求める。同式において、ＭｆとＭｒはそれぞれ前輪と後輪の荷重、ｇは重力加速度である。また、係数κｆとκｒは、０＜κｆ、κｒ＜＝１となる定数である。
【００６７】
Ｆｆｍａｘ＝κｆ・μ・Ｍｆ・ｇ
Ｆｒｍａｘ＝κｒ・μ・Ｍｒ・ｇ （２）
【００６８】
そして、ステップＳ３０３で、次式（３）の条件が成立する場合は、現在の運動を継続しても車両運動が安定状態を保つものと判断して、制御は実行せずステップＳ１０１へ戻る。
【００６９】
Ｆｆ≦Ｆｆｍａｘ
かつ
Ｆｒ≦Ｆｒｍａｘ （３）
一方、次式（４）の条件が成立する場合は、現在の運動を継続した場合、目標の旋回が達成できないものと判断してステップＳ３０４へ進む。
【００７０】
Ｆｆ＞Ｆｆｍａｘ
あるいは
Ｆｒ＞Ｆｒｍａｘ （４）
ステップＳ３０４は、目標の旋回が達成できるようにするため、目標減速量を生成して、ステップＳ３０５で車両運動制御手段１７に減速指令を出して減速させる。その後、図６のＳ１０４に戻って処理を繰り返す。
【００７１】
本実施例によれば、車両運動が不安定化する前に、安定な運動が継続できるように制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の車両運動制御装置の一実施例のブロック構成図である。
【図２】図１の路面摩擦係数推定手段とパラメータ・閾値設定手段の詳細なブロック構成図である。
【図３】車両運動制御介入タイミング適正化の効果を説明する図である。
【図４】路面摩擦係数μに基づいてパラメータＫｆ、Ｋｒを設定する一例を示す図である。
【図５】路面摩擦係数μに基づいて介入閾値λを設定する一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施例の車両運動制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】図６のステップＳ１０３の詳細な処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施例の車両運動制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１１ 操作量検出手段
１２ 運動状態量検出手段
１３ 車両運動状態量推定手段
１４ 規範車両運動生成手段
１５ 車両運動制御量設定手段
１６ 制御介入判断手段
１７ 車両運動制御手段
１８ 切り替え手段
２０ 路面摩擦係数推定手段
２１ パラメータ・介入閾値設定手段
２２ セルフアライニングトルク検出手段
２３ 第１路面摩擦係数推定手段
２４ 第２路面摩擦係数推定手段
２５ 路面摩擦係数選択手段
２６ パラメータ設定手段
２７ 介入閾値設定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の運動を制御する車両運動制御手段と、運転者による車両運動の操作量と前記車両の運動状態量を検出する検出手段と、前記操作量と前記運転状態量から車両運動モデルに基づいて少なくとも一つの推定運動状態量を推定する車両運動状態量推定手段と、前記操作量と前記運転状態量と前記推定運動状態量から線形モデルに基づいて運転者が意図する前記車両の規範運動状態量を推定する規範運動生成手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差を低減するように前記車両運動制御手段の制御量を設定する車両運動制御量設定手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えたときに前記車両運動制御量設定手段による車両運動制御介入を行う制御介入判断手段とを有する車両運動制御装置において、
車輪転舵軸周りに生じるトルクを検出するトルク検出手段により検出されたトルク及び前記推定運動状態量と前記検出手段により検出された前記運動状態量のいずれか一方から、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪と路面の状態を推定する車輪路面状態推定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記車両運動状態推定手段の車両運動モデルに係るパラメータを変更するパラメータ設定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記制御介入判断手段の前記介入閾値を変更する介入閾値設定手段とを設けたことを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、
前記車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態によって前記車両運動制御量設定手段で設定される前記制御量を変化させることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、
前記制御介入判断手段は、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えない場合であっても、現在の運動状態を継続した場合、運転者の意図する運動が実現されないと予測される場合に、前記車両運動制御手段による車両運動制御介入を行うことを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記車輪路面状態推定手段は、前記トルク検出手段により検出されたトルクと前記推定運動状態量から予め設定されたタイヤモデルに基づいて前記車輪路面状態を推定する第１車輪路面状態推定手段と、前記検出手段により検出された車両の前記運動状態量に基づいて前記車輪路面状態を推定する第２車輪路面状態推定手段とを備えてなり、かつ、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは第１車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは第２車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させる車輪路面状態選択手段を有することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記車輪路面状態推定手段は、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは前記推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは前記パラメータと前記介入閾値をそれまでの値に保持させることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記推定運動状態量は、車両の横すべり角とヨーレイトの少なくとも一方であることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項１】
車両の運動を制御する車両運動制御手段と、運転者による車両運動の操作量と前記車両の運動状態量を検出する検出手段と、前記操作量と前記運転状態量から車両運動モデルに基づいて少なくとも一つの推定運動状態量を推定する車両運動状態量推定手段と、前記操作量と前記運転状態量と前記推定運動状態量から線形モデルに基づいて運転者が意図する前記車両の規範運動状態量を推定する規範運動生成手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差を低減するように前記車両運動制御手段の制御量を設定する車両運動制御量設定手段と、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えたときに前記車両運動制御量設定手段による車両運動制御介入を行う制御介入判断手段とを有する車両運動制御装置において、
車輪転舵軸周りに生じるトルクを検出するトルク検出手段により検出されたトルク及び前記推定運動状態量と前記検出手段により検出された前記運動状態量のいずれか一方から、予め設定されたタイヤモデルに基づいて車輪と路面の状態を推定する車輪路面状態推定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記車両運動状態推定手段の車両運動モデルに係るパラメータを変更するパラメータ設定手段と、前記車輪路面状態推定手段により推定された車輪路面状態に応じて前記制御介入判断手段の前記介入閾値を変更する介入閾値設定手段とを設けたことを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、
前記車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態によって前記車両運動制御量設定手段で設定される前記制御量を変化させることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両運動制御装置において、
前記制御介入判断手段は、前記推定運動状態量に対応する前記規範運動状態量との差が設定された介入閾値を超えない場合であっても、現在の運動状態を継続した場合、運転者の意図する運動が実現されないと予測される場合に、前記車両運動制御手段による車両運動制御介入を行うことを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記車輪路面状態推定手段は、前記トルク検出手段により検出されたトルクと前記推定運動状態量から予め設定されたタイヤモデルに基づいて前記車輪路面状態を推定する第１車輪路面状態推定手段と、前記検出手段により検出された車両の前記運動状態量に基づいて前記車輪路面状態を推定する第２車輪路面状態推定手段とを備えてなり、かつ、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは第１車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは第２車輪路面状態推定手段により推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させる車輪路面状態選択手段を有することを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記車輪路面状態推定手段は、操舵の開始から車両運動制御の介入時までは前記推定された前記車輪路面状態により前記パラメータと前記介入閾値を変更させ、車両運動制御の介入後から車両運動が安定化されるまでは前記パラメータと前記介入閾値をそれまでの値に保持させることを特徴とする車両運動制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両運動制御装置において、
前記推定運動状態量は、車両の横すべり角とヨーレイトの少なくとも一方であることを特徴とする車両運動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２４５９０１（Ｐ２００７−２４５９０１Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１４７８（Ｐ２００６−７１４７８）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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