特開 2022-179248 ヨーモーメント制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022179248

(43)【公開日】2022-12-02

(54)【発明の名称】ヨーモーメント制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 30/02 20120101AFI20221125BHJP

   B60W 40/114 20120101ALI20221125BHJP

   B62D 6/00 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

B60W30/02

B60W40/114

B62D6/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021108158

(22)【出願日】2021-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】514267179

【氏名又は名称】芝端 康二

(72)【発明者】

【氏名】芝端 康二

(72)【発明者】

【氏名】芝端 成元

【テーマコード（参考）】

3D232

3D241

【Ｆターム（参考）】

3D232CC12

3D232DA03

3D232DA33

3D232DC11

3D232DC17

3D232DD02

3D232EA01

3D232EB16

3D232EC22

3D232EC28

3D232FF06

3D232GG01

3D241BA18

3D241BC04

3D241CD01

3D241DA52Z

(57)【要約】

【課題】車両の駆動力制動力を左右輪で個別に制御してヨーモーメントを発生し、これを用いて車両の操縦性安定性を向上する制御方法はすでに多くの量産車両で実用化されている。しかし過渡的な車両の運動状態において理論的に確立され走行中常時作動可能な制御方法はほとんど見当たらない。
このため個別の走行条件毎に個別の制御方法が必要になっており、大幅な性能向上も難しかった。
【解決手段】ベース車両に対してヨー慣性モーメントを低減した車両運動特性を算出する。この車両運動特性と同一またはほぼ同一の車両運動特性を制御の目標値とする。この目標値を達成するためのハンドル角またはハンドル角とヨーレイトを入力とした制御方法を考案した。
上記制御方法は理論的に車両の運動性能を向上できる制御方法といえるのであらゆる走行条件で成立し、走行条件毎の制御方法が不要となると共に車両の操縦性安定性が大幅に向上する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハンドル角信号を元にヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御方法において、ハンドル角信号に対して下記に示す周波数特性を持つフィルター処理を行いヨーモーメントに変換して車両に加えることを特徴としたヨーモーメント制御方法。
ハンドル角入力に対する周波数フィルターの特性
１．周波数ゼロにおいてゲインはゼロ、位相は９０度の進み特性（＋９０度）を持つ。
２．周波数１０Ｈｚ以上においてゲインは一定値に漸近し、位相はゼロ度に漸近する。
３．周波数２ＨＺにおけるゲインの値に対して１Ｈｚにおけるゲインの値が４０％以上である。
４．周波数１Ｈｚから２Ｈｚの間において位相角が＋５０度から＋７５度の間の値をとる。

【請求項2】

請求項１のヨーモーメント制御方法において操舵角速度に遅れ特性を掛け合わせることにより請求項１に示すハンドル角入力に対する周波数フィルターの特性を実現した制御方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に示すヨーモーメントを制御すると共に操舵により車両に生じたヨーレイトに応じたヨーモーメントを制御ヨーモーメントに加え合わせることを特徴としたヨーモーメント制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，車両の運動性能の向上を目的としたヨーモーメント制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図１に左右輪の駆動力制動力を個別に制御して車両に加えるヨーモーメントを制御する従来車両のヨーモーメント制御機構の一例を示す。左右輪の駆動力制動力の差ΔＦにトレッド幅Ｔを掛け合わせたものが車両に加えるヨーモーメントＭｙとなる良く知られた関係がある。
このようにヨーモーメントの指令値を与えることができれば、例えば図１の既存の技術により車両にヨーモーメントを自由に作用させることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】「自動車の運動と制御」、著者 安部正人、発行所 学校法人 東京電機大学 東京電機大学出版局、ＩＳＢＮ９７８－４－５０１－４１９２０－２ Ｃ３０５３、Ｐ．８９

【非特許文献2】「自動車の運動と制御」、著者 安部正人、発行所 学校法人 東京電機大学 東京電機大学出版局、ＩＳＢＮ９７８－４－５０１－４１９２０－２ Ｃ３０５３、Ｐ．１０３

【非特許文献3】「自動車の運動性能向上技術」、編集（社）自動車技術会、発行所 株式会社朝倉書店、ＩＳＢＮ９７８－４－２５４－２３７７４－０ Ｃ３３５３ Ｐ．１４１図７．１９（ａ）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１のようにヨーモーメントの制御は自由に行うことができるが、車両の過渡的な運動状態において走行中常時制御可能な理論的に確立された制御方法はほとんど見当たらない。このため個別の走行条件毎に個別の制御方法が必要になっており、ヨーモーメント制御により大幅な車両運動性能の向上も達成できなかった。

【0005】

この原因は、あらゆる過渡的な運動状態における望ましい運動特性（制御で達成すべき制御の目標性能）が規定できないという論理的かつ本質的な問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明ではまず、あらゆる過渡的な運動状態において、車両の過渡的な運動特性が理論的に向上する車両特性を見出した。これは車両のヨー慣性モーメントを減した車両の運動特性になる。ヨー慣性モーメントを低減した車両の運動特性を制御目標にすると言える。

【0007】

車両のヨー慣性モーメントの存在が車両の過渡的な運動特性を悪化（例えば操舵入力に対して車両の動きに遅れが生じたり、オーバーシュートしたりする現象を引き起こすこと）させる根本原因となっていることは自明の関係である。
この関係を逆の視点から見ると、車両のヨー慣性モーメントを低減することによりあらゆる過渡的な運動状態における車両の過渡的な運動特性が向上することが理論的に保証される関係になることを発見した。

【0008】

次に本発明では、この車両の過渡的な運動特性を向上することが理論的に保証された、ヨー慣性モーメントを低減した車両の運動特性とほぼ同一の運動特性をヨーモーメントを制御することにより実現する制御方法を考案した。

【発明の効果】

【0009】

ヨーモーメントの制御が常時可能となり、個別の走行条件毎に個別の制御方法が不要になる。このヨーモーメント制御により大幅な車両運動性能の向上が実現できる。
また理論的に保証された制御方法であるため、この制御方法を実車に適用した開発時における検証作業が大幅に削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】従来車両のヨーモーメント制御機構の一例

【図2】ベース車両とヨー慣性モーメントを１／２にした車両の根軌跡図

【図3】本発明実施例１の制御ブロック線図

【図4】制御関数Ａ（ｓ）と制御関数Ｂ（ｓ）の周波数応答特性図、車速８０ｋｍ／ｈ

【図5】制御関数Ａ（ｓ）と制御関数Ｂ（ｓ）の周波数応答特性図、車速１４０ｋｍ／ｈ

【図6】制御関数Ａ（ｓ）と制御関数Ｂ（ｓ）の周波数応答特性図、車速２００ｋｍ／ｈ

【図7】制御関数Ａ（ｓ）と制御関数Ｂ（ｓ）の周波数応答特性図、車速２６０ｋｍ／ｈ

【図8】ベース車両とヨー慣性モーメントを１／２にした車両と実施例１のＡ（ｓ）制御を加えた車両の車両挙動の周波数応答特性図、車速８０ｋｍ／ｈ

【図9】ベース車両とヨー慣性モーメントを１／２にした車両と実施例１のＡ（ｓ）制御を加えた車両の車両挙動の周波数応答特性図、車速１４０ｋｍ／ｈ

【図10】ベース車両とヨー慣性モーメントを１／２にした車両と実施例１のＡ（ｓ）制御を加えた車両の車両挙動の周波数応答特性図、車速２００ｋｍ／ｈ

【図11】ベース車両とヨー慣性モーメントを１／２にした車両と実施例１のＡ（ｓ）制御を加えた車両の車両挙動の周波数応答特性図、車速２６０ｋｍ／ｈ

【図12】本発明実施例２の第一段階の制御ブロック線図

【図13】制御関数Ｂ（ｓ）の車速特性

【図14】本発明実施例２の制御ブロック線図

【図15】実施例１と実施例２の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速８０ｋｍ／ｈ

【図16】実施例１と実施例２の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速１４０ｋｍ／ｈ

【図17】実施例１と実施例２の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速２００ｋｍ／ｈ

【図18】実施例１と実施例２の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速２６０ｋｍ／ｈ

【図19】本発明実施例３の制御ブロック線図

【図20】制御定数Ｄｙの車速特性図

【図21】実施例２と実施例３の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速８０ｋｍ／ｈ

【図22】実施例２と実施例３の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速１４０ｋｍ／ｈ

【図23】実施例２と実施例３の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速２００ｋｍ／ｈ

【図24】実施例２と実施例３の制御による車両特性を比較した周波数応答特性図、車速２６０ｋｍ／ｈ

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図２～２４図に基づいて説明する。
図２は全ての実施例に共通する。
図３から図１１は実施例１に対応、図４から図７は実施例１と実施例２に対応、図１２から図１８は実施例２に対応、図１９から図２４は実施例３に対応する。

【実施例】

以下に全ての実施例に共通する内容を記す。

【0012】

車両の基本的な運動特性は数１と数２に示す２自由度の運動方程式で表現できる。（例えば、非特許文献１参照）

【数1】

【数2】

【0013】

ここで数１および数２においては、非特許文献１のタイヤ角δに代りハンドル角θとステアリングギヤ比Ｎ（＝１７．５）を用いる。また非特許文献１で用いられているヨーレ

ヨーモーメントの釣り合い式数２中のＩが車両のヨー慣性モーメントである。横力の釣り合い式数１にはヨー慣性モーメントＩは含まれない。

【0014】

図２にベース車両とヨー慣性モーメントＩを１／２にした車両の根軌跡図を示す。
ヨー慣性モーメントを低減（例えば図２では１／２）することにより、車速８０ｋｍ／ｈの低速から車速２６０ｋｍ／ｈの高速まで図２の横軸で示される減衰係数は増加し、図２の縦軸で示される減衰固有振動数も増加する。
尚、本明細書の計算に用いた車両諸元は上記ステアリングギヤレシオＮ以外は非特許文献２と同一とした。

【0015】

振動工学の原理から図２において原点から各点を結んだベクトルの長さが固有振動数、ベクトルの角度を横軸から右回りに測った角度が減衰比（角度が小さいほど減衰比が大きい）に対応する。

【0016】

従って、ヨー慣性モーメントＩを低減することにより、固有振動数、減衰固有振動数、減衰係数、減衰比の全てが増加する。これにより、あらゆる過渡的な運動状態においてベース車両に対して車両の過渡的運動特性が改善されることが確認できた。（例えば操舵入力に対して車両の動きの遅れが低減し、オーバーシュート量が低減し収束時間が短縮する。）

【0017】

本発明ではヨーモーメントを制御することにより車両のヨー慣性モーメントを低減した車両と同一または同等またはそれ以上の車両の運動特性を実現する制御方法を見出した。
これらは車両のヨー慣性モーメントを低減した車両の運動特性を制御目標にしたものであり、この制御によりあらゆる過渡的な運動状態においてベース車両に対して過渡的な運動特性が改善できる。

【実施例0018】

図３に本発明実施例１の制御ブロック線図を示す。図３において破線９で囲まれた中が車両モデルを表している。制御を行わない車両ではハンドル角入力がハンドル角を車両挙動に変換する伝達関数Ｇ（ｓ）に入力され図１の例ではヨーレイトを出力する。

【0019】

本発明ではハンドル角はＧ（ｓ）に入力されるのと同時にハンドル角をヨーモーメントに変換する伝達関数Ａ（ｓ）に入力される、Ａ（ｓ）から出力されたヨーモーメントは車両に作用しヨーモーメントをヨーレイトに変換する伝達関数Ｈ（ｓ）を経由してヨーレイトになる。このヨーレイトはＧ（ｓ）から生じたヨーレイトに加算され実際のヨーレイトとなる。

【0020】

ここで、制御を行わない状態でヨー慣性モーメントＩを低減した（ここでは１／２とする）仮想の車両のハンドル角に対するヨーレイトの伝達関数をＰ（ｓ）とし、等式数３を立てる。数３の右辺は図３の▲Ａ▼点から▲Ｂ▼点までの伝達特性を表す。
数３を成り立たせるためのＡ（ｓ）が数４となる。

【0021】

【数3】

【数4】

【0022】

ここで、非特許文献１および２に示される記号を用い、

【数5】

またＩ_ｋは基準諸元に対するヨー慣性モーメントの低減比であり、本明細書ではＩ_ｋ＝０．５とするとＡ（ｓ）は数６により求まる。

【数6】

【0023】

数４の右辺のＰ（ｓ）、Ｇ（ｓ）、Ｈ（ｓ）すなわち数６の右辺は全て車両諸元から求めることができるのでＡ（ｓ）は既知の特性となる。ハンドル角を入力としＡ（ｓ）の特性に従いヨーモーメントを制御することにより、ヨー慣性モーメントを低減した車両と同一の車両特性が得られる。
この制御を加えることにより、あらゆる過渡的な運動状態においてベース車両に対して車両の過渡的運動特性を改善できる。

【0024】

図４から図７の１０に車速８０ｋｍ／ｈから２６０ｋｍ／ｈまでの伝達関数Ａ（ｓ）の周波数特性を示す。

【0025】

周波数ゼロにおいて伝達関数Ａ（ｓ）のゲインはゼロ、位相は９０度の進み特性（＋９０度）を持ち、周波数１０Ｈｚ以上においてゲインは一定値に漸近し、位相はゼロ度に漸近する。
伝達関数Ａ（ｓ）のゲイン特性はゾーン１２で示した周波数２Ｈｚにおけるゲインの値に対して１Ｈｚにおけるゲインの値が４０％以上になっていることがわかる。
伝達関数Ａ（ｓ）の位相角特性はゾーン１４で示し周波数１Ｈｚから２Ｈｚの間において位相角が＋５０度から＋７５度の間の値をとっていることがわかる。（以上請求項１に対応する）

【0026】

図８から図１１に実施例１の制御を行った場合の車両挙動の周波数応答特性を制御を行わないベース車両と比較し示す。図８から図１１において１５はヨー慣性モーメントを低減する前のベース車両の特性、１６は実際にヨー慣性モーメントＩを低減（ここでは１／２）した場合の特性を示し、図３の実施例１の制御を行った場合の特性は１６と完全に一致するため図示の線は一本で表現されている。

【0027】

このようにハンドル角信号を入力とし伝達関数Ａ（ｓ）により変換されたヨーモーメントを車両に加えることにより実際にヨー慣性モーメント低減した車両と同一の特性が得られる。図８から図１１にはヨーレイト特性のみを示した、図示はしないが車両の横滑り角特性および横加速度特性も実際にヨー慣性モーメント低減した車両と同一の特性になる。これは数１にヨー慣性モーメントＩが含まれていないためである。

【0028】

ここで伝達関数Ａ（ｓ）の特性はハンドル角信号に対する実際に車両に作用するヨーモーメントの間の特性を示す。従ってヨーモーメントを発生するための物理的機構が存在する場合（例えば図１のモーター、ドライブシャフト、タイヤ）にはそれらの応答特性が含まれる。

【実施例0029】

実施例１ではヨー慣性モーメントＩを低減した車両の特性と完全に同一の車両特性を得る制御方法を見出した。実施例２では車両特性が正確に判らない場合にも制御可能な方法を見出す。

【0030】

図１２に実施例２の制御ブロック線図の第一段階を示す。図１２の制御ブロック線図は図３に示す実施例１の制御ブロック線図と同一の構成である。図１２において制御伝達関数Ｂ（ｓ）を数７に示す一次遅れ特性を微分した形に置く。

【0031】

【数7】

【0032】

次に図３の▲Ａ▼と図１２の▲Ａ▼点に同一のハンドル角入力を与える。この時の図３のＡ（ｓ）の出力▲Ｄ▼点のヨーモーメントと図１２のＢ（ｓ）▲Ｄ▼点のヨーモーメント出力の偏差が最小となるＩｙとＴｉを求める。この結果を図１３に示す。このＩｙとＴｉの値を用いることにより複雑な式Ａ（ｓ）に近似するシンプルな式Ｂ（ｓ）が求まる。

【0033】

ここで数６のＡ（ｓ）に近似した数７のＢ（ｓ）の特性を図４から図７の１１で示す。伝達関数Ｂ（ｓ）のゲイン特性はゾーン１３で示した周波数２Ｈｚにおけるゲインの値に対して１Ｈｚにおけるゲインの値が４０％以上になっている。
また伝達関数Ｂ（ｓ）の位相角特性はゾーン１４で示し周波数１Ｈｚから２Ｈｚの間において位相角が＋５０度から＋７５度の間の値をとっていることがわかる。（以上請求項１に対応する）

【0034】

さらに数７右辺には微分演算子ｓが掛けられた形になっているが、この微分演算子ｓを分解したブロック線図は図１４となる。図１４中のＣ（ｓ）は数８となる。（請求項２に対応）

【0035】

【数8】

【0036】

図１４のブロック線図からは以下の関係がわかる。
ハンドル角を微分したハンドル角速度を入力としＣ（ｓ）で表現される一次遅れ特性を経由して変換されたヨーモーメントを車体に作用させることで近似的に図３の制御と同等の効果が得られる。

【0037】

図１４による制御の結果（実施例２）を図３の結果（実施例１）と比べて図１５から図１８に示す。実施例１に比べ共振周波数が低下するが、図８から図１１の１５で示すベース車に比べると共振周波数が増加し位相遅れも減少しており、実施例１には劣るが有効な制御方法であることがわかる。

【0038】

図１２から図１８に示す実施例２では数８の制御式を用いるためパラメータが２個のみとなる。実車開発時を想定するとパラメータが２個であればトライアンドエラーによりパラメータを設定することも容易に行うことができ、高い実用性を持つと言える。