JP5146603B2 - 車両制御装置及び演算装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御を行う車両制御装置及び車両の重心高さやその相関値を演算する演算装置に関する。

従来の車両制御装置として、車両のロール角、車両に作用する横加速度、及び車両の重量をそれぞれ検出し、これらの検出情報に基づいてロール時の運動方程式に基づいて車両の重心高さを推定するものが知られている（例えば、特許文献１）。この車両制御装置は、推定した重心高さに基づいて車両のロールの判定閾値を設定し、この判定閾値に従って、旋回時の横加速度などの運転状態を判定し、制御信号を出力することで自動減速制御などを行うことができる。

特開平１１−８３５３４号公報

ここで、上述の車両制御装置にあっては、十分な精度で重心高さの推定を行うことができない場合があった。これによって、上述の車両制御装置は、重心高さに基づいて制御信号を出力する場合に、十分な精度の制御信号を出力することができず、車両制御の効果が不十分となる可能性があった。よって、従来より重心高さの推定精度を向上させて、車両制御の効果を十分に発揮させることが求められていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、車両制御の効果を十分に発揮させることのできる車両制御装置、及び十分な精度で重心高さ又はその重心高さと相関のある相関値を推定することのできる演算装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両制御装置は、ロール状態又はピッチ状態における車両の挙動に基づく重心高さ又は重心高さと相関のある相関値に基づいて、車両の制御信号を出力する車両制御装置であって、制御信号は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて演算されることを特徴とする。

本発明に係る車両制御装置によれば、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じた精度のよい車両制御を行うことができる。これによって、車両制御の効果を十分に発揮させることができる。

また、本発明に係る演算装置は、車両の重心高さ又は重心高さと相関のある相関値を演算する演算装置であって、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さ又は相関値を演算することを特徴とする。

本発明に係る演算装置によれば、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さ又は相関値を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じて十分に精度よく重心高さやその相関値を演算することができる。

本発明によれば、車両制御の効果を十分に発揮させることができ、十分な精度で重心高さ又はその重心高さと相関のある相関値を推定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両制御装置のブロック構成を示した図である。 図２は、本発明の実施形態に係る車両制御装置における制御処理を示すフローチャートである。 図３は、車両を側方から見た図であり、車両に作用する各加速度や荷重を示した図である。 図４は、ピッチ状態の車両を側方から見た図であり、車両に作用する各加速度や荷重を示した図である。 図５は、車両の車重及び重心高さの範囲を限定するために用いられる線図である。 図６は、旋回している車両を正面から見た図であり、車両に作用する各加速度を示した図である。

以下、図面を参照して本発明に係る車両制御装置に好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両制御装置１のブロック構成を示した図である。車両制御装置１は、ロール状態又はピッチ状態における車両の挙動に基づく重心高さ及び車重（重心高さと相関のある相関値）に基づいて、車両に制御信号を出力する機能を有している。また、車両制御装置１は、ロール角またはピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算する機能を有している。車両制御装置１は、演算装置２、加速度検知部３、横加速度検知部４、前軸荷重検知部６、後軸荷重検知部７、ロール角検知部８、ピッチ角検知部９を備えて構成されている。

加速度検知部３は、車両の前後加速度を検知する機能を有しており、例えば、ＡＢＳやＶＳＣで使用している加速度センサによって構成されている。あるいは、加速度検知部３は、車輪速に基づいて前後加速度を検知してもよい。加速度検知部３は、検知した車両の前後加速度を演算装置２に出力する機能を有している。横加速度検知部４は、車両の横加速度を検知する機能を有しており、横加速度センサによって構成されている。横加速度検知部４は、検知した横加速度を演算装置２へ出力する機能を有している。

前軸荷重検知部６は、車両Ｍ１の前軸ＦＳに作用する荷重Ｆ_ｆを検知する機能を有しており（図３、図４参照）、前軸ＦＳに設けられた圧力センサなどによって構成されている。後軸荷重検知部７は、車両Ｍ１の後軸ＲＳに作用する荷重Ｆ_ｒを検知する機能を有しており（図３、図４参照）、後軸ＲＳに設けられた圧力センサなどによって構成されている。前軸荷重検知部６及び後軸荷重検知部７は、検知した荷重を演算装置２へ出力する機能を有している。

ロール角検知部８は、車両Ｍ１のロール角を検知する機能を有しており、ロール角センサによって構成されている。ロール角検知部８は、カーテンエアバッグのセンサと共有することができる。ロール角検知部８は、検知したロール角を演算装置２へ出力する機能を有している。ピッチ角検知部９は、車両Ｍ１のピッチ角を検知する機能を有しており、ピッチ角センサによって構成されている。ピッチ角検知部９は、検知したピッチ角を演算装置２へ出力する機能を有している。

演算装置２は、車両制御装置１全体の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵを主体として構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを備えている。この演算装置２は、ロール角またはピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて車両の重心高さ及び車重を演算する機能を有している。演算装置２は、演算部１１、範囲限定部１２、選択部１３を備えて構成されている。

演算部１１は、車両の挙動に基づいて車重と車両の重心高さとの積を示す曲線を演算する機能を有している。演算部１１は、具体的には、車両が平坦な道路や坂道を走行している場合に、車両の前輪や後輪周りのモーメントのつりあいに基づいて車重と重心高さとの積を演算する機能を有している。更に、演算部１１は、車両が所定の横加速度で旋回している場合に、ローリングモーメントや重力によるモーメントのつりあいに基づいて車重と重心高さとの積を演算する機能を有している。特に、本実施形態では、演算部１１は、ロール角やピッチ角に応じて前後加速度、重力加速度、横加速度を補正して演算することができる。更に、演算部１１は、選択部１３で選択された車重の値及び重心高さの値に基づいて、車両制御のための制御信号値を演算すると共に、当該制御信号を出力する機能を有している。車両制御としては、例えば、重心高さに基づいて車両のロールを抑制するためのロール抑制制御や、車重に基づいて燃費を予測する燃費予測制御が挙げられる。

範囲限定部１２は、車重と重心高さとの関係を示し、車両の諸元に基づいて予め定められた直線を演算部１１で演算した曲線に重ね合わせることによって、車重及び重心高さの範囲を限定する機能を有している。範囲限定部１２が範囲を限定する方法の詳細については後述する。

選択部１３は、範囲限定部１２で限定された範囲の中から、車重の値及び重心高さの値を選択する機能を有している。また、選択部１３は、車重の値として、範囲限定部１２で限定された範囲の中における車重の中間の値よりも大きい値を選択すると共に、重心高さの値として、範囲限定部１２で限定された範囲の中における重心高さの中間の値よりも大きい値を選択する機能を有している。また、選択部１３は、車重の値として、範囲限定部１２で限定された範囲の境界位置における車重の値を選択すると共に、重心高さの値として、範囲限定部１２で限定された範囲の境界位置における重心高さの値を選択する機能を有している。

次に、図２〜図６を参照して本実施形態に係る車両制御装置１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係る車両制御装置１における制御処理を示すフローチャートである。図３は、車両Ｍ１を側方から見た図であり、車両Ｍ１に作用する各加速度や荷重を示した図である。図４は、ピッチ状態の車両Ｍ１を側方から見た図であり、車両Ｍ１に作用する各加速度や荷重を示した図である。図５は、車両Ｍ１の車重及び重心高さの範囲を限定するために用いられる線図である。図６は、旋回している車両Ｍ１を正面から見た図であり、車両Ｍ１に作用する各加速度を示した図である。

まず、図２、図３、図４、図５を参照して、前輪周りのモーメントのつりあいを演算することによって、平坦な道路を走行している場合におけるピッチ状態での車両Ｍ１の車重及び重心高さを推定する場合における制御処理について説明する。図３及び図４において、Ｍは車両Ｍ１の車重を示し、ｈは地面を基準としたときの車両Ｍ１の重心Ｇの重心高さを示し、Ｌは車両Ｍ１のホイールベースを示し、Ｌ_ｆは車両Ｍ１の前軸ＦＳから重心Ｇまでの水平方向における距離を示し、Ｌ_ｒは車両Ｍ１の後軸ＲＳから重心Ｇまでの水平方向における距離を示している。また、Ｆ_ｆは前軸ＦＳに作用する荷重を示し、Ｆ_ｒは後軸ＲＳに作用する荷重を示し、ｇ_ｘは前後加速度を示し、ｇは重力加速度を示している。

まず、演算部１１は加速度検知部３、横加速度検知部４、前軸荷重検知部６、後軸荷重検知部７、ロール角検知部８、ピッチ角検知部９から各値を入力される（ステップＳ１０）。このＳ１０の処理では、前後加速度ｇ_ｘ、前軸荷重Ｆ_ｆ、後軸荷重Ｆ_ｒ、横加速度ｇ_ｙ、ロール角及びピッチ角が入力されると共に、所定時間経過後の前後加速度ｇ_ｘ´、前軸荷重Ｆ_ｆ´、後軸荷重Ｆ_ｒ´、横加速度ｇ_ｙ´、ロール角及びピッチ角も順次入力される。次に、演算部１１は、前輪周りのモーメントのつりあいの式に基づいて、車重Ｍと重心高さｈの積（Ｍ・ｈ）を示す式を求める（ステップＳ１２）。ここでは、ピッチ状態ではない図３に示す状況における（Ｍ・ｈ）を示す式を求めた後に、ピッチ状態である図４に示す状況における式を求める。具体的には、演算部１１は、図３に示す状況における前輪周りのモーメントのつりあいの式（１）を取得する。更に、演算部１１は、前後加速度がｇ_ｘ´に変化し、後軸荷重がＦ_ｒ´となった場合、式（１）と同様にモーメントのつりあいの式（２）を取得する。次に、演算部１１は、式（１）から式（２）を引くことによって式（３）を得る。また、演算部１１は、式（３）を変形することによって、車重Ｍと重心高さｈの積（Ｍ・ｈ）を示す式（４）を得る。

Ｆ_ｒ・Ｌ＝Ｍ・ｇ・Ｌ_ｆ＋Ｍ・ｇ_ｘ・ｈ …式（１）
Ｆ_ｒ´・Ｌ＝Ｍ・ｇ・Ｌ_ｆ＋Ｍ・ｇ_ｘ´・ｈ …式（２）
（Ｆ_ｒ―Ｆ_ｒ´）Ｌ＝Ｍ・ｈ（ｇ_ｘ−ｇ_ｘ´） …式（３）
Ｍ・ｈ＝（Ｆ_ｒ―Ｆ_ｒ´）Ｌ／（ｇ_ｘ−ｇ_ｘ´） …式（４）

次に、演算部１１は、図４（ａ）に示すようにピッチ角φで車両Ｍ１がピッチしている場合に、各加速度にピッチ角の影響を反映させる。すなわち、演算部１１は、ピッチ時においては加速度検知部３で検知することのできる計測値に重力加速度ｇの車両前後軸方向成分及び前後加速度ｇ_ｘの車両前後軸方向成分が反映されるため、ピッチ角に応じて前後加速度を補正して演算を行う。具体的には、図４（ｂ）に示すように、加速度検知部３の計測値ｇ_ｓｅｎｓは、重力加速度ｇの車両前後軸方向成分ｇ・ｓｉｎφ、前後加速度ｇ_ｘの車両前後軸方向成分ｇ_ｘ・ｃｏｓφの和となるため、式（５）のように表される。従って、演算部１１は、前後加速度ｇ_ｘを表す式として式（６）を得る。更に、演算部１１は、前後加速度がｇ_ｘ´に変化し、ピッチ角がφからφ´に変化した場合、式（７）を取得する。演算部１１は、式（７）を上述の式（３）及び式（４）に当てはめることによって、式（８）及び式（９）を得る。これによって、図５に示すように車重Ｍと重心高さｈの積を示す曲線Ｃ１が得られる。

ｇ_ｓｅｎｓ＝（ｇ_ｘ・ｃｏｓφ＋ｇ・ｓｉｎφ） …式（５）
ｇ_ｘ＝（ｇ_ｓｅｎｓ−ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ …式（６）
ｇ_ｘ−ｇ_ｘ´＝（ｇ_ｓｅｎｓ´−ｇ・ｓｉｎφ´）／ｃｏｓφ´−（ｇ_ｓｅｎｓ−ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ …式（７）
（Ｆ_ｒ―Ｆ_ｒ´）Ｌ＝Ｍ・ｈ｛（ｇ_ｓｅｎｓ´−ｇ・ｓｉｎφ´）／ｃｏｓφ´−（ｇ_ｓｅｎｓ−ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ｝ …式（８）
Ｍ・ｈ＝（Ｆ_ｒ―Ｆ_ｒ´）Ｌ／｛（ｇ_ｓｅｎｓ´−ｇ・ｓｉｎφ´）／ｃｏｓφ´−（ｇ_ｓｅｎｓ−ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ｝ …式（９）

範囲限定部１２は、車重Ｍ及び重心高さｈの範囲ＦＤを限定する（ステップＳ１４）。具体的に、範囲限定部１２は、図５に示すグラフ上において、直線Ｌ１，Ｌ２と曲線Ｃ１とを重ね合わせることによって、車重Ｍ及び重心高さｈの範囲ＦＤを限定する。なお、図５に示すグラフでは、横軸が車重Ｍを示し、縦軸が重心高さｈを示している。直線Ｌ１，Ｌ２は、車両Ｍ１の諸元に基づいて予め定められ、車重Ｍと重心高さｈとの関係を示した線図である。直線Ｌ１は、所定の車重Ｍに対して想定される最大の重心高さを各車重Ｍについてプロットすることで予め設定される。また、直線Ｌ２は、所定の車重Ｍに対して想定される最小の重心高さを各車重Ｍについてプロットすることで予め設定される。最低車重をＭ_ｍｉｎ最低重心高さをｈ_ｍｉｎとした場合、直線Ｌ１，Ｌ２はいずれも座標（Ｍ_ｍｉｎ，ｈ_ｍｉｎ）を通過し、直線Ｌ１の傾きは直線Ｌ２よりも大きく設定される。

範囲限定部１２は、Ｓ１２で取得した曲線Ｃ１と、直線Ｌ１，Ｌ２を重ね合わせることによって、曲線Ｃ１と直線Ｌ１の交点Ｐ１における車重Ｍ_１と重心高さｈ_１を取得すると共に、曲線Ｃ１と直線Ｌ２の交点Ｐ２における車重Ｍ_２と重心高さｈ_２を取得する。次に、範囲限定部１２は、座標（Ｍ_１，ｈ_２）の位置に座標点Ｐ３を設定すると共に、座標（Ｍ_２，ｈ_１）の位置に座標点Ｐ４を設定する。これによって、範囲限定部１２は、Ｐ１（Ｍ_１，ｈ_１）、Ｐ２（Ｍ_２，ｈ_２）、Ｐ３（Ｍ_１，ｈ_２）、Ｐ４（Ｍ_２，ｈ_１）を頂点とする長方形で取り囲まれる領域を車重Ｍ及び重心高さｈの範囲ＦＤとして限定する。

選択部１３は、Ｓ１４で限定された範囲ＦＤの中から、車重Ｍの値及び重心高さｈの値を選択する（ステップＳ１６）。選択部１３は、範囲ＦＤの中から任意の車重の値及び重心高さの値を選択するが、好ましくは、車両のロールを抑制するための制御を行う際や燃費の予測のための制御を行う際に厳しい条件となるように各値を選択する。車両のロール抑制の制御では車両の重心高さｈが大きいほど厳しい条件となり、燃費の予測のための制御では車重Ｍが大きいほど厳しい条件となる。従って、選択部１３は、車重Ｍとして、範囲ＦＤの境界位置における値であるＭ_２を選択し、重心高さｈとして、範囲ＦＤの境界位置における値であるｈ_１を選択する（すなわちＰ４における値を選択する）。特に好ましくは、選択部１３は、境界位置における値である（Ｍ_２，ｈ_１）に代えて、車重Ｍの値として、範囲ＦＤの中における車重の中間の値である（Ｍ_１＋Ｍ_２）／２よりも大きい値を選択すると共に、重心高さｈの値として、範囲ＦＤの中における重心高さの中間の値である（ｈ_１＋ｈ_２）／２よりも大きい値を選択することができる。なお、座標（（Ｍ_１＋Ｍ_２）／２，（ｈ_１＋ｈ_２）／２））で示される座標点Ｐ５は、範囲ＦＤの中心点である。

Ｓ１６の処理が終了すると演算部１１は、Ｓ１６で選択された車重の値及び重心高さの値に基づいて、車両制御のための制御信号値を演算すると共に、当該制御信号を出力する。制御信号が出力されると図２に示す制御処理は終了し、再びＳ１０から処理を開始する。

次に、図２、図５、図６を参照して、車両Ｍ１が横加速度ｇ_ｙで旋回している場合における車重及び重心高さを推定する場合における制御処理について説明する。ただし、本制御処理では、Ｓ１０の入力処理、Ｓ１４の範囲限定処理、Ｓ１６の選択処理は、Ｍ１が平坦な道路を走行している場合での前輪周りのモーメントのつりあいの制御処理と同様の処理がなされるため、Ｓ１２の演算処理についてのみ説明する。図６において、Ｍは車両Ｍ１の車重を示し、ｈｓはロールセンタＲＣと車両Ｍ１の重心Ｇとの間の距離を示し、φはロール角を示し、ｇ_ｙは横加速度を示し、ｇは重力加速度を示している。なお、この処理においては、ｈｓが「重心高さ」となる。図５では、重心高さｈが重心高さｈｓに置き換えられる。

演算部１１は、車重Ｍと重心高さｈｓの積（Ｍ・ｈｓ）を示す式を求める（ステップＳ１２）。具体的には、演算部１１は、横加速度ｇ_ｙ及び重力加速度ｇに対してロール角の影響が反映されるように、ロール角に基づいて各加速度の補正を行う。従って、演算部１１は、車両Ｍ１に作用する慣性力によるローリングモーメントをＭ・ｇ_ｙ・ｃｏｓφ・ｈｓと表し、車両Ｍ１の傾きで生じる重力によるローリングモーメントをＭ・ｇ・ｓｉｎφ・ｈｓと表す。これによって、ロール剛性をＫ_φとすると、演算部１１は式（１０）を取得する。横加速度検知部４として、横加速度センサを車両Ｍ１のうちロールする箇所に取り付けると、検知される横加速度ｇ_{ｙｓｅｎｓ}は、式（１１）で示される。演算部１１は式（１０）を変形して式（１２）を取得し、式（１３）を取得する。これによって、図５に示すように車重Ｍと重心高さｈｓの積を示す曲線Ｃ２が得られる。

Ｋ_φ・φ＝Ｍ・ｇ_ｙ・ｃｏｓφ・ｈｓ＋Ｍ・ｇ・ｓｉｎφ・ｈｓ …式（１０）
ｇ_{ｙｓｅｎｓ}＝ｇ_ｙ・ｃｏｓφ＋ｇ・ｓｉｎφ …式（１１）
Ｋ_φ・φ＝Ｍ・ｈｓ（ｇ_ｙ・ｃｏｓφ＋ｇ・ｓｉｎφ） …式（１２）
Ｍ・ｈｓ＝Ｋ_φ・φ／ｇ_{ｙｓｅｎｓ} …式（１３）

以上によって、本実施形態に係る車両制御装置１によれば、演算装置２が、ロール角やピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さや車重を演算し、当該重心高さや車重に基づいて制御信号を演算している。このように、車両制御装置１は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じた精度のよい車両制御を行うことができる。これによって、車両制御の効果を十分に発揮させることができる。

また、本実施形態に係る演算装置２は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さ又はその相関値である車重を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じて十分に精度よく重心高さや車重を演算することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、車両制御装置１は、加速度検知部３、横加速度検知部４、前軸荷重検知部６、後軸荷重検知部７、ロール角検知部８、ピッチ角検知部９を全て備えており、ロール角に応じた車両制御もピッチ角に応じた車両制御も両方行うことができたが、車両制御装置は、例えば、ロール角に応じた車両制御のみ、あるいはピッチ角に応じた車両制御のみを行うことのできるものであってもよい。

また、図４では、曲線Ｃ１，Ｃ２がいずれも同一の曲線として説明されているが、加速度、荷重、横加速度、ロール角、ピッチ角によってそれぞれ異なる曲線となってもよい。

本発明は、車重及び重心高さを推定して車両制御を行う際に利用可能である。

１…車両制御装置、２…演算装置、Ｍ１…車両、Ｍ…車重（重心高さと相関のある相関値）、ｈ，ｈｓ…重心高さ。

Claims (2)

1. ロール状態又はピッチ状態における車両の挙動に基づく重心高さ又は前記重心高さと相関のある相関値に基づいて、前記車両の制御信号を出力する車両制御装置であって、
   前記車両の挙動に基づいて車重と前記車両の重心高さとの積を示す曲線を演算する演算ユニットと、
   前記車両について予め定められて前記車重と前記重心高さとの関係を示した直線を前記曲線に重ね合わせることによって、前記車重及び前記重心高さの範囲を限定する範囲限定ユニットと、
   前記範囲限定ユニットで限定された前記範囲の中から、前記車重の値及び前記重心高さの値を選択する選択ユニットと、を備え、
   前記制御信号は、ロール角又はピッチ角を反映させた前記車両の加速度に基づいて演算されることを特徴とする車両制御装置。
2. 車両の重心高さ又は前記重心高さと相関のある相関値を演算する演算装置であって、
   前記車両の挙動に基づいて車重と前記車両の重心高さとの積を示す曲線を演算する演算ユニットと、
   前記車両について予め定められて前記車重と前記重心高さとの関係を示した直線を前記曲線に重ね合わせることによって、前記車重及び前記重心高さの範囲を限定する範囲限定ユニットと、
   前記範囲限定ユニットで限定された前記範囲の中から、前記車重の値及び前記重心高さの値を選択する選択ユニットと、を備え、
   前記車両のロール角又はピッチ角を反映させた前記車両の加速度に基づいて前記重心高さ又は前記相関値を演算することを特徴とする演算装置。

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