JP3590608B2 - 車両用旋回制御装置および操舵限界判定法 - Google Patents
車両用旋回制御装置および操舵限界判定法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の旋回時に車輪の制動力を制御し、旋回運動の安定化を図るべく旋回運動を修正する旋回制御装置と、旋回制御などにおいて、操舵角が路面に対して限界であることを判定する操舵限界判定法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の旋回時における安定性を得るための制御技術としては、例えば、特開平８−３１０３６０号公報や、特許番号第３１７５３６９号公報などが開示されている。図９は、特開平８−３１０３６０号公報に開示された車両の旋回制御装置における制御機能を示す動作ブロック図である。図において、各種センサ１は、例えば、車輪速度Ｖｗ（ｉ）を検出する車輪速センサ、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ、前後加速度Ｇｘと横加速度Ｇｙとを検出する加速度センサ、ステアリングホイールの操舵角θを検出する操舵角センサ、ブレーキペダルのストロークＳｔを検出するペダルストロークセンサなどのセンサ群を示すものであり、各種センサ１により検出された車両の情報は制御手段２に入力される。
【０００３】
制御手段２に入力された情報はフィルタ３により平滑処理され、車両運動状態計算手段４と運転操作判断手段５とに入力される。車両運動状態計算手段４では車輪速度Ｖｗ（ｉ）と前後加速度Ｇｘと横加速度Ｇｙとヨーレートγの各信号に基づき、車体速度Ｖｂと重心スリップ角速度ｄβなど、車両の運動状態が算出される。運転操作判断手段５では操舵角信号θとブレーキペダルのストローク信号Ｓｔとに基づき、運転者によるステアリングホイールの操作状況やブレーキペダルの操作状況が判断され、車両運動状態計算手段４の算出結果と運転操作判断手段５の判断結果とが旋回判定手段６に入力され、旋回方向が判定される。
【０００４】
車両運動状態計算手段４と運転操作判断手段５での算出・判断結果である操舵角θと車体速度Ｖｂは目標ヨーレート計算手段７に入力され、車両の目標ヨーレートγｔが計算される。さらに、要求ヨーモーメント計算手段８には目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγとが入力され、両者の偏差Δγと偏差微分Δγｓとが求められ、これらの値から要求ヨーモーメントγｄが計算される。ヨーモーメント制御手段９ではこの要求ヨーモーメントγｄに応じて実ヨーレートγが目標ヨーレートγｔに一致するよう制動力を制御する信号を生成し、この制御信号を制御信号選択手段１０に与える。制御信号選択手段１０ではこの信号を制御対象となる旋回運動の外側の前輪と内側の後輪とに対して各圧力ユニット１１に振り分け、制動力を制御する。
【０００５】
また、図１０は特許番号第３１７５３６９号公報に開示された技術を示すものであり、この技術は前輪の操舵角δｆと後輪の操舵角δｒとを制御することにより車両の運動を制御するものである。この公報に示された車両制御装置は、コントローラ１２と、操舵角センサ１３、操舵トルクセンサ１４、圧力センサ１５、１６、ヨーレートセンサ１７、横加速度センサ１８、車速センサ１９の各センサ類と、前輪舵角アクチュエータ２０、後輪舵角アクチュエータ２１、スロットル開度アクチュエータ２２の各アクチュエータ類とから構成されている。
【０００６】
操舵角センサ１３はステアリングホイールによる操舵角θｈを、操舵トルクセンサ１４はステアリングホイールに加えられる操舵トルクＴｈを、圧力センサ１５と１６はステアリング装置に設けられたパワーシリンダの左室圧Ｐｌと右室圧Ｐｒを、ヨーレートセンサ１７は車体のヨーレートγを、横加速度センサ１８は車両の重心点における横加速度Ｇｙを、車速センサ１９は車速Ｖをそれぞれ検出してコントローラ１２に与える。コントローラ１２はこれらの各センサの信号を入力し、前輪舵角アクチュエータ２０と後輪舵角アクチュエータ２１とを操作して操舵を行うと共に、スロットル開度アクチュエータ２２を操作して内燃機関の出力を制御する。
【０００７】
例えばコントローラ１２による前輪の舵角制御は、前輪が旋回限界を超えない状態においては車輪の舵角を運転者の操舵と車両の実際の運動との少なくとも一方を表す情報に基づき制御が行われるが、前輪が旋回限界を超えたときには前輪操舵角δｆを減少せしめて車輪を旋回限界の超過から回復するように制御する。すなわち、前輪の旋回限界の超過度に応じて前輪舵角減少量Δδｆを演算し、演算結果を前輪舵角アクチュエータ２０に出力して旋回限界の超過を回復する。この前輪舵角減少量Δδｆは次のようにして演算される。
【０００８】
まず、前輪復元モーメント（路面反力トルク）Ｍｆが、操舵トルクＴｈと、パワーシリンダの左室圧Ｐｌと、右室圧Ｐｒと、前輪舵角アクチュエータ２０に供給される電流ｉｆとに基づき算出される。次に、前輪コーナリングフォースＦｆが横加速度Ｇｙとヨーレートγの時間微分値に基づき算出される。続いて、前輪復元モーメントＭｆの絶対値の微分値ΔＭｆを、前輪コーナリングフォースＦｆの絶対値の微分値ΔＦｆで除算することにより、前輪復元モーメントの増加率ΔＭｆ／ΔＦｆが算出される。さらに、算出された前輪復元モーメントの増加率ΔＭｆ／ΔＦｆに対応する前輪舵角減少量Δδｆが図１１に示すような特性マップを用いて決定される。
【０００９】
このような装置において、コーナリングフォースＦｆに対する旋回限界の関係は図１２に示すようになる。図１２はコーナリングフォースＦｆを横軸に、復元モーメントＭｆを縦軸にとって表したものである。図に示すように、復元モーメントＭｆはコーナリングフォースＦｆの増大と共に増加するが、コーナリングフォースＦｆがある一定値を越えるとコーナリングフォースＦｆの増大に対して復元モーメントＭｆは減少する傾向になる。特許番号第３１７５３６９号公報に開示された技術ではこの関係を用いて操舵が路面に対して限界であるかどうかを検出しており、限界を超過すれば前輪操舵角δｆをΔδｆ分減少せしめ、前輪操舵角δｆの減少が不足の場合にはスロットル開度アクチュエータ２２を操作して減速するように構成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように上記した従来技術では、前者は操舵角θと車体速度Ｖｂとで目標ヨーレートγｔを計算し、実ヨーレートとの偏差から車両の旋回を制御しているが、操舵が路面に対して限界であるかどうかの判定は、操舵角に対して実ヨーレートが追従しない状態を検出して判定されるので、コーナリングフォースが完全に飽和した後でないと検出されない。また、後者ではコーナリングフォースと復元モーメントとの関係から操舵が路面に対して限界であるかどうかを判定しており、コーナリングフォースの飽和前に判定ができるが、コーナリングフォースＦｆは各センサの値から推定した推定値であり、復元モーメントＭｆも同様に推定値であるため、旋回限界の超過度を正確に検出することは困難であった。
【００１１】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、操舵が路面に対して限界である状態を、コーナリングフォースが飽和する前に路面反力トルクを用いて容易に判定し、この判定に基づき車両の旋回を制御することにより、車両の回頭性を向上させることが可能な車両用旋回制御装置、および、操舵限界判定法を得ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用旋回制御装置は、車両の操舵角を検出する操舵角検出手段、前記車両の旋回運動を検出する車両運動状態検出手段、前記操舵角から前記車両の目標旋回運動を設定する目標車両運動設定手段、前記車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクピーク点を検出すると共に、前記操舵角の絶対値が前記路面反力トルクピーク点あるいはこれより所定比率低い値における操舵角の絶対値より増加したとき操舵限界であると判定する操舵限界判定手段、前記車両運動状態検出手段の検出結果と前記目標車両運動設定手段の設定値とから前記車両の旋回運動を制御する旋回運動制御手段を備え、前記操舵限界判定手段が操舵限界であると判定したとき、前記旋回運動制御手段が旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたものである。
【００１３】
また、前記旋回運動制御手段は、前記車両運動状態検出手段、目標車両運動設定手段、および操舵限界判定手段からの出力を入力し要求制御量（Ｍｕ , Ｍｏ）を算出する要求ヨーモーメント計算手段と、上記要求制御量（Ｍｕ , Ｍｏ）を入力し車両旋回運動の開始及び終了の判定とアンダーステアリング抑制制御を行うかオーバーステアリング抑制制御を行うかの判定を行う制御開始終了判定手段と、各車輪のブレーキ液圧の増減率を算出する制動力調整量計算手段とからなり、各車輪のブレーキ液圧の増減率を各車輪毎に設定し、これに従って各車輪に対する制動力の分配を行うようにしたものである。
更に、操舵装置が電動パワーステアリング装置であり、操舵トルク検出手段とモータ電流検出手段とモータの回転加速度検出手段とを備えており、路面反力トルクが、操舵トルク値と、モータ電流にトルク定数を乗じた値と、モータの回転加速度とから算出されるようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る操舵限界判定法は、車両の操舵角と、車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクと、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクのピーク点とのそれぞれを検出し、前記路面反力トルクのピーク点における前記路面反力トルクの絶対値もしくはそれより所定比率低い値の前記路面反力トルクの絶対値における操舵角の絶対値を限界操舵角と設定し、前記操舵角の絶対値が前記限界操舵角を超えたときに操舵の限界と判定し、旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図８は、この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置および操舵限界判定法を説明するもので、図１は、車両用旋回制御装置の全体構成を示すブロック図、図２は、ＥＣＵの動作を説明する機能ブロック図、図３は、電動パワーステアリング装置を説明する機能ブロック図、図４は、操舵限界判定の動作を説明するフローチャート、図５は、マップとして使用される操舵限界補正量の特性図、図６は、要求ヨーモーメント計算手段の制御量算出法を説明するブロック図、図７は、タイヤの横滑り角とコーナリングフォース、および、セルフアライニングトルクの関係を示す特性図、図８は、操舵角と路面反力トルクとの関係を示す特性図である。
【００１６】
図１の車両用旋回制御装置において、２３は車両の旋回運動を制御するＥＣＵであり、ＥＣＵ２３にはステアリングホイールの操舵角検出手段である舵角センサ２４と、車両の旋回運動を検出するヨーレートセンサ２５および横加速度センサ２６と、ブレーキのマスターシリンダ圧を検出するＭ／Ｃ圧センサ２７と、各車輪の速度を検出する車輪速センサ２８と、後述する路面反力トルク検出手段２９からの信号がそれぞれ入力され、ＥＣＵ２３はこれらの信号による演算結果をバルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）として油圧ユニット３０に出力する。ここで、ヨーレートセンサ２５が検出するヨーレートは車両に加わる実際のヨーレートであるから、以降、実ヨーレートと称する。
【００１７】
また、油圧ユニット３０はブレーキペダルに接続されたマスターシリンダ３１と各車輪のホイールシリンダ３２ａないし３２ｄとの間に圧力配管を介して接続されており、ＥＣＵ２３からの指令は、運転者によるマスターシリンダ３１の操作とは独立して各車輪のホイールシリンダ３２ａないし３２ｄの圧力を個別に制御するように構成されている。路面反力トルク検出手段２９は、例えば、車両の前輪とステアリング軸とを連結するラックの前輪側の片側もしくは両側に設けられたロードセルや歪みゲージなど、歪み測定手段から構成でき、この構成の場合には前輪すなわち転舵輪のタイヤからの路面反力トルクがラックに圧縮力として働く力をラックの歪み量として検出する。また、電動パワーステアリング装置を備えた車両においては次のようにして路面反力トルクを得ることができる。
【００１８】
図３は、電動パワーステアリング装置を備えた場合の機能ブロック図であり、運転者による操舵トルクを操舵トルク検出手段４１が検出してモータ４２により操舵をアシストするものである。モータ速度検出手段４３はモータ４２の回転速度を検出し、モータ加速度検出手段４４はその加速度を検出する。モータ電流決定手段４５は操舵トルクとモータ速度とモータ加速度と車速とを入力して目標トルクを演算し、この目標トルクに対応した目標電流値を算出する。この目標電流値とモータ電流検出手段４６にて検出されたモータ４２の実電流とが減算器４７に入力されて両者の差が求められ、この差をゼロにするようにモータ駆動手段４８がモータ４２に与える電圧を決定する。モータ４２にはこの電圧に応じた電流が与えられ、運転者の操舵トルクに応じて操舵をアシストする。
【００１９】
路面反力トルク検出手段２９は操舵トルク検出手段４１の出力とモータ加速度検出手段４４の出力とモータ電流検出手段４６の出力とを入力して路面反力トルクを演算する。この路面反力トルクの演算は次の通りである。まず、ステアリング機構の運動方程式は次式にて表される。
Ｊ×ｄωｓ／ｄｔ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔｍｔｒ−Ｔｆｒｉｃ−Ｔｒｅａｃｔ ・・・・・（１）
ここに、Ｊはステアリング機構の慣性モーメント、ｄωｓ／ｄｔはステアリング軸の回転加速度、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔｍｔｒはステアリング軸換算のモータ出力トルク、Ｔｆｒｉｃはステアリング機構の摩擦トルク、Ｔｒｅａｃｔはステアリング軸換算の路面反力トルクである。
【００２０】
この（１）式を路面反力トルクＴｒｅａｃｔにて解くと次式になり、路面反力トルクが得られる。
Ｔｒｅａｃｔ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔｍｔｒ−Ｊ×ｄωｓ／ｄｔ−Ｔｆｒｉｃ ・・・・・（２）
この路面反力トルクＴｒｅａｃｔの算出において、操舵トルクＴｈｄｌは操舵トルク検出手段４１が検出した値Ｔｓｅｎｓが使用されるものであり、モータ出力トルクＴｍｔｒはモータ電流検出手段４６が検出するモータ電流Ｉｍｔｒにトルク定数Ｋｔを乗ずることにより得ることができる。また、ステアリング軸の回転加速度ｄωｓ／ｄｔはモータ加速度検出手段４４が検出するモータ加速度と比例関係にあり、モータ加速度検出手段４４の出力を使用することができる。
【００２１】
摩擦トルクＴｆｒｉｃはステアリング機構の回転速度に対してリレーとして作用するものであり、よく知られているように、リレーは制御工学上、等価線形化法により等価的にゲインと位相で表すことができる。また、このゲインと位相とを調整する最も一般的な方法としてフィルタが用いられる。従って、（２）は次の（３）式のように置き換えることができる。
Ｔｒｅａｃｔ＝ＬＰＦ（Ｔｓｅｎｓ＋Ｋｔ×Ｉｍｔｒ−Ｊ・ｄω） ・・・・・（３）
ここに、ＬＰＦは一次ローパスフィルタである。このようにすることにより、路面反力トルクＴｒｅａｃｔは各実測値から算出することができる。なお、一次ローパスフィルタの時定数は、折点周波数が０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定められる。
【００２２】
また、車両の旋回運動を制御するＥＣＵ２３の機能は図２の機能ブロック図に示す通りであり、各種センサ（２４ないし２８）から入力される信号情報はフィルタ３３により各センサ毎に定められたフィルタ定数に基づき平滑処理される。車両運動状態検出手段３４は車輪速度Ｖｗ（ｉ）と横加速度Ｇｙと実ヨーレートγとを入力して車体速度Ｖｂと旋回運動とを検出し、車体速度Ｖｂを横加速度Ｇｙおよび実ヨーレートγと共に出力する。車体速度Ｖｂは、例えば、各車輪速度の内二番目に高速回転しているものを選択して演算し、旋回中においてはセンサの情報に基づき補正することができる。なお、車輪速度Ｖｗ（ｉ）の（ｉ）は各車輪を示すもので、ｉ＝１が左前輪、２が右前輪、３が左後輪、４が右後輪を表すものとする。
【００２３】
目標車両運動設定手段３５は目標旋回運動を設定するものであり、操舵角θを検出してステアリングホイールの操作を検知し、運転状態に応じた車両の旋回運動としての目標ヨーレートγｔを次の（４）、（５）式にて求め出力する。
γｔ＝ＬＰＦ｛Ｖｂ／（１＋Ａ×Ｖｂ２）×（δ／Ｌ）｝ ・・・・・（４）
δ＝θ／ρ ・・・・・（５）
ここで、Ａはスタビリティファクタ、Ｌはホイールベース、δは前輪舵角、ρはステアリングギヤ比である。
【００２４】
操舵限界判定手段３６は路面反力トルクＴｒｅａｃｔと操舵角θとを入力して操舵限界を判定し、後述する方法により操舵限界を超過した量に応じた操舵限界補正量Ｋｐｏを算出し出力する。要求ヨーモーメント計算手段３７は、車両運動状態検出手段３４と目標車両運動設定手段３５と操舵限界判定手段３６とが算出し、出力する各データを入力し、アンダーステアリング（以降ＵＳと称す）抑制要求ヨーモーメントＭｕおよびオーバーステアリング（以降ＯＳと称す）抑制要求ヨーモーメントＭｏ、すなわち、要求制御量を後述するような方法により算出する。
【００２５】
制御開始終了判定手段３８は上記の要求制御量ＭｕとＭｏとを入力して車両旋回運動の開始および終了の判定と、ＵＳ抑制制御を行うかＯＳ抑制制御を行うかの判定を行う。すなわち、ＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕがＵＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｕを超えた場合にはＵＳ抑制制御が選択され、信号Ｃｕｓｏｎ＝１が出力される。また、ＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏがＯＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｏを超えた場合にはＯＳ抑制制御が選択され、信号Ｃｏｓｏｎ＝１が出力され、ＵＳ抑制制御とＯＳ抑制制御とが同時に開始条件を満たした場合にはＯＳ抑制制御が優先して実施される。ＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕがＵＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｕを下回った場合、および、ＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏがＯＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｏを下回った場合には抑制制御を終了する。
【００２６】
制動力調整量計算手段３９では各車輪のブレーキ液圧の増減率、すなわち、増減の時間的変化量ｄＰｗ（ｉ）を算出する。この算出手順は、まず、車両の旋回方向により制御すべき車輪を次のようにして選択する。ＵＳ抑制制御を実施する場合には、旋回の内側になる後輪、または、前輪と後輪を制動力の増加側に選択し、他の車輪の一部または全部を制動力の減少側に選択する。また、ＯＳ抑制制御を実施する場合には旋回の外側になる前輪、または、前輪と後輪とを制動力の増加側に選択し、他の車輪の一部または全部を制動力の減少側に選択する。
【００２７】
次に、各車輪のブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）を各車輪毎に設定する。このｄＰｗ（ｉ）の設定は、ＵＳ抑制制御を実施する場合には、制動力の増加側に選択された車輪をＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕに比例した値とし、制動力の減少側に選択された車輪はＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕを負に反転した値に比例した値として算出する。また、ＯＳ抑制制御を実施する場合には制動力の増加側に選択された車輪をＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏに比例した値とし、制動力の減少側に選択された車輪はＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏを負に反転した値に比例した値として算出する。
【００２８】
このように選択・算出された各車輪毎のブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）はスリップコントローラ４０に入力され、スリップコントローラ４０は各車輪毎のブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）に対応するブレーキ液圧調整用のバルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）を出力する。バルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）は、車輪のスリップＳｗ（ｉ）が許容スリップ率Ｓｌｍ以内であればブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）に応じて増圧対象車輪のブレーキ液圧を増圧方向に制御し、許容スリップ率Ｓｌｍ以上であれば車輪のスリップＳｗ（ｉ）が許容スリップ率Ｓｌｍ以内に収束するようにブレーキ液圧を減圧方向に制御する。
【００２９】
スリップコントローラ４０から出力されるバルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）は図１にて説明した油圧ユニット３０に与えられてこれを駆動し、各車輪のブレーキ液圧を制御して各車輪に対する制動力の分配が行われる。この制動力の分配により、実ヨーレートを目標ヨーレートに近付けるよう車両の運動を制御する。このようにして運転者の意志による車両の運動を道路状況や車両の特性などにより独立して制御するものである。従って、要求ヨーモーメント計算手段３７と、制御開始終了判定手段３８と、制動力調整量計算手段３９と、スリップコントローラ４０と、油圧ユニット３０とで旋回運動制御手段を構成することになる。
【００３０】
上記した操舵限界判定手段３６による操舵限界補正量Ｋｐｏの算出方法を示したのが図４のフローチャートであり、このフローチャートは所定時間毎に繰り返されるものである。図４の点線枠にて囲まれたＳＴ１〜ＳＴ３はそれぞれ動作ブロックを示し、ＳＴ１は路面反力トルクＴｒｅａｃｔのピーク点を検出するステップであり、路面反力トルクピーク値の絶対値｜Ｔｒｅａｃｐｋ｜とピーク点における操舵角の絶対値θｐｋ０を記憶する。ＳＴ２は限界操舵角を検出するステップであり、操舵角が路面に対して限界に近いことを示す限界操舵角θｐｋを検出して記憶する。ＳＴ３は操舵限界を判定するステップであり、限界操舵角θｐｋから車両の操舵角が路面に対して限界であるかどうかを判定し、操舵角が限界操舵角である閾値θｐｋを超過している量に対応して操舵限界補正量Ｋｐｏ算出する。
【００３１】
各ステップについて動作を詳細を説明すると、まず、ＳＴ１の路面反力トルクＴｒｅａｃｔのピーク点を検出するブロックにおいて、ＳＴ１１では操舵角θを入力してその絶対値｜θ｜が所定値θｐｋｍｉｎを超えているかどうかを判定する。ここで｜θ｜＞θｐｋｍｉｎが成立している場合にはＳＴ１２に進み、路面反力トルクＴｒｅａｃｔの絶対値｜Ｔｒｅａｃｔ｜が前回記憶した路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋと比較され、｜Ｔｒｅａｃｔ｜＞Ｔｒｅａｃｐｋが成立しておればＳＴ１３に進む。ＳＴ１３では操舵角の絶対値｜θ｜をピーク操舵角θｐｋ０として記憶し、路面反力トルクの絶対値｜Ｔｒｅａｃｔ｜を今回の路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋとして記憶する。
【００３２】
ＳＴ１１での所定値θｐｋｍｉｎを路面反力トルクのピーク値における操舵角の最小値として設定し、記憶しておくことにより、ＳＴ１のブロックでは操舵角がθｐｋｍｉｎ以上に操作されているときにのみ路面反力トルクの絶対値とそのときの操舵角の絶対値とがそれぞれのピーク値として記憶されることになる。ルーチンが繰り返され、操舵角が大きくなる方向に変化している場合にはθｐｋ０とＴｒｅａｃｐｋの値はルーチン毎に更新され続け、操舵角の変化がなくなればθｐｋ０とＴｒｅａｃｐｋとは更新されないので、最後に記憶されたθｐｋ０がピーク操舵角であり、Ｔｒｅａｃｐｋが路面反力トルクのピーク値となる。操舵角θが所定値以上になれば後述するように路面反力トルクは却って低下することになり、従って、このＳＴ１のブロックは操舵角に対する路面反力トルクピーク点検出手段として機能する。
【００３３】
ＳＴ１１またはＳＴ１２が不成立の場合、およびＳＴ１が完了した場合には限界操舵角を検出するＳＴ２のブロックに進み、ＳＴ２１において操舵角の絶対値｜θ｜と記憶されているピーク操舵角θｐｋ０とが比較される。この比較において、｜θ｜＜θｐｋ０のとき、すなわち、ＳＴ１のブロックにて記憶した操舵角の絶対値に対して操舵角が小さくなったときにはＳＴ２２に進んでピーク操舵角θｐｋ０と限界操舵角θｐｋとに代わって操舵角絶対値｜θ｜の最大値｜θ｜ｍａｘが記憶され、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに代わって０が記憶されて路面反力トルクピーク値の記憶値と限界操舵角とがリセットされる。ここでの｜θ｜ｍａｘは物理的な操舵角絶対値の最大値、もしくは、演算上の操舵角絶対値の最大値が使用される。
【００３４】
ＳＴ２１での比較結果が｜θ｜≧θｐｋ０である場合にはＳＴ２３に進み、路面反力トルクの絶対値｜Ｔｒｅａｃｔ｜が、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋと係数Ｋｒｔとの積と比較される。Ｋｒｔは１以下の正の係数で、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに対してどれだけ路面反力トルクを低下させた値を限界操舵角とするかを決める係数である。例えば、Ｋｒｔ＝０．８とした場合には路面反力トルクピーク値に対して路面反力トルクの絶対値が２０％低い値を限界操舵角とすることになり、余裕を与えることになる。
【００３５】
ＳＴ２３での比較結果が｜Ｔｒｅａｃｔ｜≧Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔであった場合はＳＴ２４に進み、限界操舵角θｐｋに操舵角絶対値｜θ｜の最大値｜θ｜ｍａｘが記憶され、限界操舵角θｐｋはリセットされる。比較結果が｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ・Ｋｒｔであった場合にはＳＴ２５に進んで操舵角絶対値｜θ｜と限界操舵角θｐｋとが比較され、｜θ｜＜θｐｋであればＳＴ２６において限界操舵角θｐｋに操舵角絶対値｜θ｜が記憶される。すなわち、限界操舵角θｐｋは、条件｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔが成立したときの最小の操舵角絶対値｜θ｜が記憶されることになる。
【００３６】
すなわち、ＳＴ２１で｜θ｜≧θｐｋ０となることは操舵角は大きくなっており、操舵角が大きくなってＳＴ２３で｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔとなるのは後述するように操舵角が路面反力トルクのピーク点を超過したことであるから、このルーチンにおける操舵角の絶対値｜θ｜が路面反力トルクのピーク点超過時の操舵角の最小値になり、これが限界操舵角θｐｋとなる。また、この限界操舵角θｐｋの値は、条件｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔが成立している間のみ有効であり、それ以外のときには｜θ｜ｍａｘが記憶されることになる。ＳＴ２５が不成立の場合でも操舵角が路面反力トルクのピーク点を超過しているのでθｐｋはリセットされずにＳＴ３に進む。
【００３７】
操舵限界を判定するブロックであるＳＴ３では、ＳＴ３１において操舵角絶対値｜θ｜が、限界操舵角θｐｋに操舵限界判定終了オフセットθｏｆｏｆｓを加えた値と比較される。ここで、｜θ｜≦θｐｋ＋θｏｆｏｆｓであればＳＴ３２において非操舵限界状態と判断され、操舵限界補正量Ｋｐｏに０が記憶される。｜θ｜＞θｐｋ＋θｏｆｏｆｓである場合にはＳＴ３３に進み、操舵角の絶対値｜θ｜が限界操舵角θｐｋに操舵限界判定開始オフセットθｏｎｏｆｓを加えた値と比較される。ここで｜θ｜＞θｐｋ＋θｏｎｏｆｓである場合にはＳＴ３４に進み、操舵限界状態と判断されて操舵限界補正量ＫｐｏにＦｋｐｏ（｜θ｜）が記憶される。
【００３８】
このＦｋｐｏ（｜θ｜）は｜θ｜の関数として定義され、例えば図５に示すような特性図をマップとして算出する。このマップは（｜θ｜−θｐｋ）／θｐｋを横軸としてＦｋｐｏ（｜θ｜）の値を示したものである。従って、限界操舵角θｐｋが小さい値であるほど操舵限界補正量Ｋｐｏは操舵角絶対値｜θ｜に対して敏感となり、限界操舵角θｐｋは路面の摩擦係数が小さいほど小さい値になるので摩擦係数が小さい路面ほど小さな操舵に対して大きな操舵限界補正量が得られることになる。ここで、操舵限界判定終了オフセットθｏｆｏｆｓと操舵限界判定開始オフセットθｏｎｏｆｓは制御的なマージンを設定するオフセット値であり、同一の値、もしくは、０とすることもできる。
【００３９】
以上のように、このルーチンを繰り返すことにより、ＳＴ１のブロックでは路面反力トルクのピーク点が検出され、ＳＴ２のブロックでは路面反力トルクがピークであると判定されたときの操舵角の絶対値｜θ｜が限界操舵角θｐｋとして検出され、また、ＳＴ３のブロックではこの限界操舵角θｐｋに操舵限界判定終了オフセットθｏｆｏｆｓと操舵限界判定開始オフセットθｏｎｏｆｓとを加味することにより操舵限界が判定されると共に、操舵限界補正量Ｋｐｏが決定されることになる。このように操舵限界判定手段３６には路面反力トルクピーク点検出手段として機能と、路面反力トルクに対する余裕度の設定手段と、操舵限界判定手段、および操舵限界補正量設定手段の機能を併せ持つことになる。
【００４０】
次に、要求ヨーモーメント計算手段３７による要求制御量の算出方法を図６に基づき説明する。図において、路面μ補正手段５０は上記の（４）（５）式にて求めた目標ヨーレートγｔを入力して路面の摩擦係数μに応じた値にクリップ処理することにより、ＯＳ（オーバーステア）用の目標ヨーレートγｔｏを算出する。減算器５１は目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγとの差を求め、ＵＳ（アンダーステア）の偏差γｅｒ０ｕを算出し、減算器５２は実ヨーレートγとＯＳ用の目標ヨーレートγｔｏとの差を求め、ＯＳ用の偏差γｅｒ０ｏを算出する。続いて旋回方向符号変換部５３ａと５３ｂとはＵＳ用の偏差γｅｒ０ｕとＯＳ用の偏差γｅｒ０ｏとをそれぞれ入力して符号処理を行い、ＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとに変換する。
【００４１】
この符号処理はＵＳ用偏差γｅｒｕの場合、右旋回時のヨーレートのときを正とすると実ヨーレートが負となる左旋回時におけるγｅｒ０ｕの符号を反転するものであり、実ヨーレートが正の場合（右旋回時）は反転しない。一方、ＯＳ用偏差γｅｒｏの場合には、実ヨーレートが正の場合にはγｅｒ０ｏの符号を反転し、実ヨーレートが負の場合には反転しない。このようにすることにより、旋回方向とは無関係に車両の実ヨーレートの絶対値が目標ヨーレートの絶対値より小さいとき、車両がアンダーステアリング傾向の場合にはＵＳ用偏差γｅｒｕが正に設定され、車両がオーバーステアリング傾向の場合にはＯＳ用偏差γｅｒｏが正に設定されることになる。
【００４２】
ＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとはそれぞれＰＤコントローラ５４ａと５４ｂとに入力される。ＰＤコントローラ５４ａと５４ｂとではゲイン乗算器５５ａと５５ｂとにおいてＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとにゲインＫｒｐｕとＫｒｐｏとを乗算すると共に、微分器５６ａと５６ｂとでＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとを時間微分する。さらに、時間微分された各偏差にゲイン乗算器５７ａと５７ｂによりゲインＫｒｄｕとＫｒｄｏとをそれぞれ乗算し、ゲイン乗算器５５ａと５５ｂの出力とゲイン乗算器５７ａと５７ｂの出力とはそれぞれ加算器５８ａと５８ｂとで加算され、各抑制要求ヨーモーメントＭｕとＭｏとが求められる。
【００４３】
すなわち、各抑制要求ヨーモーメント（要求制御量）ＭｕとＭｏとは、
Ｍｕ＝Ｋｒｐｕ×γｅｒｕ＋Ｋｒｄｕ×（ｄγｅｒｕ／ｄｔ） ・・・・・・・（６）
Ｍｏ＝Ｋｒｐｏ×γｅｒｏ＋Ｋｒｄｏ×（ｄγｅｒｏ／ｄｔ） ・・・・・・・（７）
として求められる。ここで、ゲインＫｒｐｕとＫｒｄｕ、および、ＫｒｐｏとＫｒｄｏは、車体速度Ｖｂとステアリングホイールの操舵角θとステアリングホイールの角速度ｄθと横加速度Ｇｙとによって予め設定されたマップより読み出されるゲイン係数である。
【００４４】
また、ＵＳ偏差用ＰＤコントローラ５４ａのゲイン乗算器５５ａと５７ａとには操舵限界判定手段３６にて算出された操舵限界補正量Ｋｐｏが入力され、ゲイン係数ＫｒｐｕとＫｒｄｕとは操舵限界補正量Ｋｐｏによってもその大きさが変更される。例えば、操舵限界補正量Ｋｐｏが０．５の場合にはＫｒｐｕとＫｒｄｕとはそれぞれが１＋０．５＝１．５倍の値となる。また、ＫｒｐｕとＫｒｄｕの操舵限界補正量Ｋｐｏに対する重み付けを個別に設定することもでき、重み付け係数をそれぞれ１．０と１．２とした場合にはＫｒｐｕは１×（１＋０．５）＝１．５倍、Ｋｒｄｕは１．２×（１＋０．５）＝１．８倍となる。
【００４５】
ここで操舵限界補正量ＫｐｏはＵＳ抑制要求モーメントＭｕの算出にのみ反映されるため、操舵限界判定による補正はアンダーステアリングの場合にのみ実施され、また、ゲインの係数が大きくなる方向に変更されるので、車両のアンダーステアリングをより抑制する方向に作用する。ＵＳ抑制要求モーメントＭｕは制御開始終了判定手段３８にも入力され、ＵＳ抑制制御開始終了判定にも用いられるので、ＵＳ抑制制御の開始がより早く実施される方向にも作用する。従って、旋回運動は助長され、回頭性を向上させることが可能になる。
【００４６】
路面反力トルクのピーク値検出について図７と図８とにより説明すると次のようになる。図７は車輪（タイヤ）の横滑り角βｆに対するコーナリングフォースとセルフアライニングトルクとの関係を示したものである。車輪の横滑り角βｆが零近傍ではコーナリングフォースとセルフアライニングトルクとは共にβｆの増加と共に増加するが、セルフアライニングトルクはβｆ＝βｆｔのときピーク値を示し、βｆの値がβｆｔ以上に増加すれば減少する。βｆの値がβｆｔ近傍ではコーナリングフォースはβｆの値にほぼ比例して増加しており、βｆの値がβｆｃまで増加すればコーナリングフォースは飽和状態となる。
【００４７】
路面から操舵系に加わるステアリングホイールを戻す力、すなわち、路面反力トルクＴｒｅａｃｔと操舵角θとの関係は、コーナリングフォースが線形域であり車両がＵＳ特性を示している場合には横滑り角βｆと操舵角θとが略比例関係にあることから図８に示すようになる。路面反力トルクＴｒｅａｃｔのピーク値近傍ではコーナリングフォースは線形域内にあり、操舵限界判定による補正がアンダーステアリングの場合のみ実施されるので図８の関係により制御することが可能になる。
【００４８】
路面反力トルクＴｒｅａｃｔはキングピンまわりのモーメントであるから車輪のセルフアライニングトルクとは特性の形状は異なるが、ピーク点はほぼ同一の横滑り角βｆ＝βｆｔのときに発生し、βｆｔ以上に増化すれば減少する。従って、操舵限界判定手段３６で求めたピーク操舵角θｐｋ０は横滑り角がβｆｔのときの操舵角となる。また、コーナリングフォースが飽和状態となる横滑り角βｆｃでの路面反力トルクＴｒｅａｃｔは、横滑り角βｆがほぼ０のときのニューマチックトレールとキャスタトレールとの値により定まる。
【００４９】
従って、操舵限界判定のコーナリングフォース飽和点に対する余裕度は、操舵限界判定手段３６にて設定した路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに対してどれだけ路面反力トルクを低下させた値を限界操舵角とするかを決める係数Ｋｒｔにより車両の特性に応じて設定することができることになる。例えば、横滑り角βｆがほぼ０のときのニューマチックトレールとキャスタトレールとがほぼ同一に設定されている場合、横滑り角βｆｃでの路面反力トルクＴｒｅａｃｔは路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋのほぼ半分の値となる。
【００５０】
以上のことから、係数Ｋｒｔを０．５近傍に設定すればコーナリングフォースが飽和する直前まで操舵限界の判定がなされないように設定することができる。また、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋは路面の摩擦係数により変化するが、路面反力トルクの実測値の増減を操舵角の増減に対して判定することにより路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋを求め、操舵限界の判定には路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに対する所定の比を閾値として設定しているので、路面の摩擦係数に依存することなく安定性を得ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の車両用旋回制御装置によれば、車両の操舵角を検出する操舵角検出手段、前記車両の旋回運動を検出する車両運動状態検出手段、前記操舵角から前記車両の目標旋回運動を設定する目標車両運動設定手段、前記車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクピーク点を検出すると共に、前記操舵角の絶対値が前記路面反力トルクピーク点あるいはこれより所定比率低い値における操舵角の絶対値より増加したとき操舵限界であると判定する操舵限界判定手段、前記車両運動状態検出手段の検出結果と前記目標車両運動設定手段の設定値とから前記車両の旋回運動を制御する旋回運動制御手段を備え、前記操舵限界判定手段が操舵限界であると判定したとき、前記旋回運動制御手段が旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたので、操舵角が限界付近に達したことを容易に、また、確実に検出することができ、操舵角が限界付近に達したことを検出して車両の回頭性を向上することが可能になるものである。
【００５４】
また、この発明に係る操舵限界判定法は、車両の操舵角と、操舵トルクとモータ電流とモータ加速度の各実測値から算出される路面反力トルクと、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクのピーク点とのそれぞれを検出し、前記路面反力トルクのピーク点における前記路面反力トルクの絶対値もしくはそれより所定比率低い値の前記路面反力トルクの絶対値における操舵角の絶対値を限界操舵角と設定し、前記操舵角の絶対値が前記限界操舵角を超えたときに操舵の限界と判定し、旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたので、操舵角が限界付近に達したことを容易に、また、正確に検出することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置のＥＣＵの動作を説明するブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置に使用する電動パワーステアリング装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による操舵限界判定法の動作を説明するフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による操舵限界判定法に使用される操舵限界補正量の特性図である。
【図６】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置の要求ヨーモーメント計算手段のブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置のタイヤの横滑り角とコーナリングフォースなどの関係を示す特性図である。
【図８】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置の操舵角と路面反力トルクの関係を示す特性図である。
【図９】従来の車両用旋回制御装置を示すブロック図である。
【図１０】従来の車両用旋回制御装置を示すブロック図である。
【図１１】従来の車両用旋回制御装置を説明する特性図である。
【図１２】従来の車両用旋回制御装置を説明する特性図である。
【符号の説明】
２３ ＥＣＵ、２４ 舵角センサ（操舵角検出手段）、
２５ ヨーレートセンサ、２６ 横加速度センサ、
２７ Ｍ／Ｃ圧力センサ、２８ 車輪速センサ、
２９ 路面反力トルク検出手段、３０ 油圧ユニット、
３１ マスターシリンダ、３４ 車両運動状態検出手段、
３５ 目標車両運動設定手段、３６ 操舵限界判定手段、
３７ 要求ヨーモーメント計算手段、３８ 制御開始終了判定手段、
３９ 制動力調整量計算手段、４０ スリップコントローラ、
４１ 操舵トルク検出手段、４２ モータ、４３ モータ速度検出手段、
４４ モータ加速度検出手段、４５ モータ電流決定手段、
４６ モータ電流検出手段、４８ モータ駆動手段、
５０ 路面μ補正手段、５３ａ、５３ｂ 旋回方向符号変換部、
５４ａ、５４ｂ ＰＤコントローラ、
５５ａ、５５ｂ、５７ａ、５７ｂ ゲイン乗算器、
５６ａ、５６ｂ 微分器、５８ａ、５８ｂ 加算器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の旋回時に車輪の制動力を制御し、旋回運動の安定化を図るべく旋回運動を修正する旋回制御装置と、旋回制御などにおいて、操舵角が路面に対して限界であることを判定する操舵限界判定法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の旋回時における安定性を得るための制御技術としては、例えば、特開平８−３１０３６０号公報や、特許番号第３１７５３６９号公報などが開示されている。図９は、特開平８−３１０３６０号公報に開示された車両の旋回制御装置における制御機能を示す動作ブロック図である。図において、各種センサ１は、例えば、車輪速度Ｖｗ（ｉ）を検出する車輪速センサ、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ、前後加速度Ｇｘと横加速度Ｇｙとを検出する加速度センサ、ステアリングホイールの操舵角θを検出する操舵角センサ、ブレーキペダルのストロークＳｔを検出するペダルストロークセンサなどのセンサ群を示すものであり、各種センサ１により検出された車両の情報は制御手段２に入力される。
【０００３】
制御手段２に入力された情報はフィルタ３により平滑処理され、車両運動状態計算手段４と運転操作判断手段５とに入力される。車両運動状態計算手段４では車輪速度Ｖｗ（ｉ）と前後加速度Ｇｘと横加速度Ｇｙとヨーレートγの各信号に基づき、車体速度Ｖｂと重心スリップ角速度ｄβなど、車両の運動状態が算出される。運転操作判断手段５では操舵角信号θとブレーキペダルのストローク信号Ｓｔとに基づき、運転者によるステアリングホイールの操作状況やブレーキペダルの操作状況が判断され、車両運動状態計算手段４の算出結果と運転操作判断手段５の判断結果とが旋回判定手段６に入力され、旋回方向が判定される。
【０００４】
車両運動状態計算手段４と運転操作判断手段５での算出・判断結果である操舵角θと車体速度Ｖｂは目標ヨーレート計算手段７に入力され、車両の目標ヨーレートγｔが計算される。さらに、要求ヨーモーメント計算手段８には目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγとが入力され、両者の偏差Δγと偏差微分Δγｓとが求められ、これらの値から要求ヨーモーメントγｄが計算される。ヨーモーメント制御手段９ではこの要求ヨーモーメントγｄに応じて実ヨーレートγが目標ヨーレートγｔに一致するよう制動力を制御する信号を生成し、この制御信号を制御信号選択手段１０に与える。制御信号選択手段１０ではこの信号を制御対象となる旋回運動の外側の前輪と内側の後輪とに対して各圧力ユニット１１に振り分け、制動力を制御する。
【０００５】
また、図１０は特許番号第３１７５３６９号公報に開示された技術を示すものであり、この技術は前輪の操舵角δｆと後輪の操舵角δｒとを制御することにより車両の運動を制御するものである。この公報に示された車両制御装置は、コントローラ１２と、操舵角センサ１３、操舵トルクセンサ１４、圧力センサ１５、１６、ヨーレートセンサ１７、横加速度センサ１８、車速センサ１９の各センサ類と、前輪舵角アクチュエータ２０、後輪舵角アクチュエータ２１、スロットル開度アクチュエータ２２の各アクチュエータ類とから構成されている。
【０００６】
操舵角センサ１３はステアリングホイールによる操舵角θｈを、操舵トルクセンサ１４はステアリングホイールに加えられる操舵トルクＴｈを、圧力センサ１５と１６はステアリング装置に設けられたパワーシリンダの左室圧Ｐｌと右室圧Ｐｒを、ヨーレートセンサ１７は車体のヨーレートγを、横加速度センサ１８は車両の重心点における横加速度Ｇｙを、車速センサ１９は車速Ｖをそれぞれ検出してコントローラ１２に与える。コントローラ１２はこれらの各センサの信号を入力し、前輪舵角アクチュエータ２０と後輪舵角アクチュエータ２１とを操作して操舵を行うと共に、スロットル開度アクチュエータ２２を操作して内燃機関の出力を制御する。
【０００７】
例えばコントローラ１２による前輪の舵角制御は、前輪が旋回限界を超えない状態においては車輪の舵角を運転者の操舵と車両の実際の運動との少なくとも一方を表す情報に基づき制御が行われるが、前輪が旋回限界を超えたときには前輪操舵角δｆを減少せしめて車輪を旋回限界の超過から回復するように制御する。すなわち、前輪の旋回限界の超過度に応じて前輪舵角減少量Δδｆを演算し、演算結果を前輪舵角アクチュエータ２０に出力して旋回限界の超過を回復する。この前輪舵角減少量Δδｆは次のようにして演算される。
【０００８】
まず、前輪復元モーメント（路面反力トルク）Ｍｆが、操舵トルクＴｈと、パワーシリンダの左室圧Ｐｌと、右室圧Ｐｒと、前輪舵角アクチュエータ２０に供給される電流ｉｆとに基づき算出される。次に、前輪コーナリングフォースＦｆが横加速度Ｇｙとヨーレートγの時間微分値に基づき算出される。続いて、前輪復元モーメントＭｆの絶対値の微分値ΔＭｆを、前輪コーナリングフォースＦｆの絶対値の微分値ΔＦｆで除算することにより、前輪復元モーメントの増加率ΔＭｆ／ΔＦｆが算出される。さらに、算出された前輪復元モーメントの増加率ΔＭｆ／ΔＦｆに対応する前輪舵角減少量Δδｆが図１１に示すような特性マップを用いて決定される。
【０００９】
このような装置において、コーナリングフォースＦｆに対する旋回限界の関係は図１２に示すようになる。図１２はコーナリングフォースＦｆを横軸に、復元モーメントＭｆを縦軸にとって表したものである。図に示すように、復元モーメントＭｆはコーナリングフォースＦｆの増大と共に増加するが、コーナリングフォースＦｆがある一定値を越えるとコーナリングフォースＦｆの増大に対して復元モーメントＭｆは減少する傾向になる。特許番号第３１７５３６９号公報に開示された技術ではこの関係を用いて操舵が路面に対して限界であるかどうかを検出しており、限界を超過すれば前輪操舵角δｆをΔδｆ分減少せしめ、前輪操舵角δｆの減少が不足の場合にはスロットル開度アクチュエータ２２を操作して減速するように構成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように上記した従来技術では、前者は操舵角θと車体速度Ｖｂとで目標ヨーレートγｔを計算し、実ヨーレートとの偏差から車両の旋回を制御しているが、操舵が路面に対して限界であるかどうかの判定は、操舵角に対して実ヨーレートが追従しない状態を検出して判定されるので、コーナリングフォースが完全に飽和した後でないと検出されない。また、後者ではコーナリングフォースと復元モーメントとの関係から操舵が路面に対して限界であるかどうかを判定しており、コーナリングフォースの飽和前に判定ができるが、コーナリングフォースＦｆは各センサの値から推定した推定値であり、復元モーメントＭｆも同様に推定値であるため、旋回限界の超過度を正確に検出することは困難であった。
【００１１】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、操舵が路面に対して限界である状態を、コーナリングフォースが飽和する前に路面反力トルクを用いて容易に判定し、この判定に基づき車両の旋回を制御することにより、車両の回頭性を向上させることが可能な車両用旋回制御装置、および、操舵限界判定法を得ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用旋回制御装置は、車両の操舵角を検出する操舵角検出手段、前記車両の旋回運動を検出する車両運動状態検出手段、前記操舵角から前記車両の目標旋回運動を設定する目標車両運動設定手段、前記車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクピーク点を検出すると共に、前記操舵角の絶対値が前記路面反力トルクピーク点あるいはこれより所定比率低い値における操舵角の絶対値より増加したとき操舵限界であると判定する操舵限界判定手段、前記車両運動状態検出手段の検出結果と前記目標車両運動設定手段の設定値とから前記車両の旋回運動を制御する旋回運動制御手段を備え、前記操舵限界判定手段が操舵限界であると判定したとき、前記旋回運動制御手段が旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたものである。
【００１３】
また、前記旋回運動制御手段は、前記車両運動状態検出手段、目標車両運動設定手段、および操舵限界判定手段からの出力を入力し要求制御量（Ｍｕ , Ｍｏ）を算出する要求ヨーモーメント計算手段と、上記要求制御量（Ｍｕ , Ｍｏ）を入力し車両旋回運動の開始及び終了の判定とアンダーステアリング抑制制御を行うかオーバーステアリング抑制制御を行うかの判定を行う制御開始終了判定手段と、各車輪のブレーキ液圧の増減率を算出する制動力調整量計算手段とからなり、各車輪のブレーキ液圧の増減率を各車輪毎に設定し、これに従って各車輪に対する制動力の分配を行うようにしたものである。
更に、操舵装置が電動パワーステアリング装置であり、操舵トルク検出手段とモータ電流検出手段とモータの回転加速度検出手段とを備えており、路面反力トルクが、操舵トルク値と、モータ電流にトルク定数を乗じた値と、モータの回転加速度とから算出されるようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る操舵限界判定法は、車両の操舵角と、車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクと、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクのピーク点とのそれぞれを検出し、前記路面反力トルクのピーク点における前記路面反力トルクの絶対値もしくはそれより所定比率低い値の前記路面反力トルクの絶対値における操舵角の絶対値を限界操舵角と設定し、前記操舵角の絶対値が前記限界操舵角を超えたときに操舵の限界と判定し、旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図８は、この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置および操舵限界判定法を説明するもので、図１は、車両用旋回制御装置の全体構成を示すブロック図、図２は、ＥＣＵの動作を説明する機能ブロック図、図３は、電動パワーステアリング装置を説明する機能ブロック図、図４は、操舵限界判定の動作を説明するフローチャート、図５は、マップとして使用される操舵限界補正量の特性図、図６は、要求ヨーモーメント計算手段の制御量算出法を説明するブロック図、図７は、タイヤの横滑り角とコーナリングフォース、および、セルフアライニングトルクの関係を示す特性図、図８は、操舵角と路面反力トルクとの関係を示す特性図である。
【００１６】
図１の車両用旋回制御装置において、２３は車両の旋回運動を制御するＥＣＵであり、ＥＣＵ２３にはステアリングホイールの操舵角検出手段である舵角センサ２４と、車両の旋回運動を検出するヨーレートセンサ２５および横加速度センサ２６と、ブレーキのマスターシリンダ圧を検出するＭ／Ｃ圧センサ２７と、各車輪の速度を検出する車輪速センサ２８と、後述する路面反力トルク検出手段２９からの信号がそれぞれ入力され、ＥＣＵ２３はこれらの信号による演算結果をバルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）として油圧ユニット３０に出力する。ここで、ヨーレートセンサ２５が検出するヨーレートは車両に加わる実際のヨーレートであるから、以降、実ヨーレートと称する。
【００１７】
また、油圧ユニット３０はブレーキペダルに接続されたマスターシリンダ３１と各車輪のホイールシリンダ３２ａないし３２ｄとの間に圧力配管を介して接続されており、ＥＣＵ２３からの指令は、運転者によるマスターシリンダ３１の操作とは独立して各車輪のホイールシリンダ３２ａないし３２ｄの圧力を個別に制御するように構成されている。路面反力トルク検出手段２９は、例えば、車両の前輪とステアリング軸とを連結するラックの前輪側の片側もしくは両側に設けられたロードセルや歪みゲージなど、歪み測定手段から構成でき、この構成の場合には前輪すなわち転舵輪のタイヤからの路面反力トルクがラックに圧縮力として働く力をラックの歪み量として検出する。また、電動パワーステアリング装置を備えた車両においては次のようにして路面反力トルクを得ることができる。
【００１８】
図３は、電動パワーステアリング装置を備えた場合の機能ブロック図であり、運転者による操舵トルクを操舵トルク検出手段４１が検出してモータ４２により操舵をアシストするものである。モータ速度検出手段４３はモータ４２の回転速度を検出し、モータ加速度検出手段４４はその加速度を検出する。モータ電流決定手段４５は操舵トルクとモータ速度とモータ加速度と車速とを入力して目標トルクを演算し、この目標トルクに対応した目標電流値を算出する。この目標電流値とモータ電流検出手段４６にて検出されたモータ４２の実電流とが減算器４７に入力されて両者の差が求められ、この差をゼロにするようにモータ駆動手段４８がモータ４２に与える電圧を決定する。モータ４２にはこの電圧に応じた電流が与えられ、運転者の操舵トルクに応じて操舵をアシストする。
【００１９】
路面反力トルク検出手段２９は操舵トルク検出手段４１の出力とモータ加速度検出手段４４の出力とモータ電流検出手段４６の出力とを入力して路面反力トルクを演算する。この路面反力トルクの演算は次の通りである。まず、ステアリング機構の運動方程式は次式にて表される。
Ｊ×ｄωｓ／ｄｔ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔｍｔｒ−Ｔｆｒｉｃ−Ｔｒｅａｃｔ ・・・・・（１）
ここに、Ｊはステアリング機構の慣性モーメント、ｄωｓ／ｄｔはステアリング軸の回転加速度、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔｍｔｒはステアリング軸換算のモータ出力トルク、Ｔｆｒｉｃはステアリング機構の摩擦トルク、Ｔｒｅａｃｔはステアリング軸換算の路面反力トルクである。
【００２０】
この（１）式を路面反力トルクＴｒｅａｃｔにて解くと次式になり、路面反力トルクが得られる。
Ｔｒｅａｃｔ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔｍｔｒ−Ｊ×ｄωｓ／ｄｔ−Ｔｆｒｉｃ ・・・・・（２）
この路面反力トルクＴｒｅａｃｔの算出において、操舵トルクＴｈｄｌは操舵トルク検出手段４１が検出した値Ｔｓｅｎｓが使用されるものであり、モータ出力トルクＴｍｔｒはモータ電流検出手段４６が検出するモータ電流Ｉｍｔｒにトルク定数Ｋｔを乗ずることにより得ることができる。また、ステアリング軸の回転加速度ｄωｓ／ｄｔはモータ加速度検出手段４４が検出するモータ加速度と比例関係にあり、モータ加速度検出手段４４の出力を使用することができる。
【００２１】
摩擦トルクＴｆｒｉｃはステアリング機構の回転速度に対してリレーとして作用するものであり、よく知られているように、リレーは制御工学上、等価線形化法により等価的にゲインと位相で表すことができる。また、このゲインと位相とを調整する最も一般的な方法としてフィルタが用いられる。従って、（２）は次の（３）式のように置き換えることができる。
Ｔｒｅａｃｔ＝ＬＰＦ（Ｔｓｅｎｓ＋Ｋｔ×Ｉｍｔｒ−Ｊ・ｄω） ・・・・・（３）
ここに、ＬＰＦは一次ローパスフィルタである。このようにすることにより、路面反力トルクＴｒｅａｃｔは各実測値から算出することができる。なお、一次ローパスフィルタの時定数は、折点周波数が０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定められる。
【００２２】
また、車両の旋回運動を制御するＥＣＵ２３の機能は図２の機能ブロック図に示す通りであり、各種センサ（２４ないし２８）から入力される信号情報はフィルタ３３により各センサ毎に定められたフィルタ定数に基づき平滑処理される。車両運動状態検出手段３４は車輪速度Ｖｗ（ｉ）と横加速度Ｇｙと実ヨーレートγとを入力して車体速度Ｖｂと旋回運動とを検出し、車体速度Ｖｂを横加速度Ｇｙおよび実ヨーレートγと共に出力する。車体速度Ｖｂは、例えば、各車輪速度の内二番目に高速回転しているものを選択して演算し、旋回中においてはセンサの情報に基づき補正することができる。なお、車輪速度Ｖｗ（ｉ）の（ｉ）は各車輪を示すもので、ｉ＝１が左前輪、２が右前輪、３が左後輪、４が右後輪を表すものとする。
【００２３】
目標車両運動設定手段３５は目標旋回運動を設定するものであり、操舵角θを検出してステアリングホイールの操作を検知し、運転状態に応じた車両の旋回運動としての目標ヨーレートγｔを次の（４）、（５）式にて求め出力する。
γｔ＝ＬＰＦ｛Ｖｂ／（１＋Ａ×Ｖｂ２）×（δ／Ｌ）｝ ・・・・・（４）
δ＝θ／ρ ・・・・・（５）
ここで、Ａはスタビリティファクタ、Ｌはホイールベース、δは前輪舵角、ρはステアリングギヤ比である。
【００２４】
操舵限界判定手段３６は路面反力トルクＴｒｅａｃｔと操舵角θとを入力して操舵限界を判定し、後述する方法により操舵限界を超過した量に応じた操舵限界補正量Ｋｐｏを算出し出力する。要求ヨーモーメント計算手段３７は、車両運動状態検出手段３４と目標車両運動設定手段３５と操舵限界判定手段３６とが算出し、出力する各データを入力し、アンダーステアリング（以降ＵＳと称す）抑制要求ヨーモーメントＭｕおよびオーバーステアリング（以降ＯＳと称す）抑制要求ヨーモーメントＭｏ、すなわち、要求制御量を後述するような方法により算出する。
【００２５】
制御開始終了判定手段３８は上記の要求制御量ＭｕとＭｏとを入力して車両旋回運動の開始および終了の判定と、ＵＳ抑制制御を行うかＯＳ抑制制御を行うかの判定を行う。すなわち、ＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕがＵＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｕを超えた場合にはＵＳ抑制制御が選択され、信号Ｃｕｓｏｎ＝１が出力される。また、ＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏがＯＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｏを超えた場合にはＯＳ抑制制御が選択され、信号Ｃｏｓｏｎ＝１が出力され、ＵＳ抑制制御とＯＳ抑制制御とが同時に開始条件を満たした場合にはＯＳ抑制制御が優先して実施される。ＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕがＵＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｕを下回った場合、および、ＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏがＯＳ抑制制御開始閾値Ｍｓｔｏを下回った場合には抑制制御を終了する。
【００２６】
制動力調整量計算手段３９では各車輪のブレーキ液圧の増減率、すなわち、増減の時間的変化量ｄＰｗ（ｉ）を算出する。この算出手順は、まず、車両の旋回方向により制御すべき車輪を次のようにして選択する。ＵＳ抑制制御を実施する場合には、旋回の内側になる後輪、または、前輪と後輪を制動力の増加側に選択し、他の車輪の一部または全部を制動力の減少側に選択する。また、ＯＳ抑制制御を実施する場合には旋回の外側になる前輪、または、前輪と後輪とを制動力の増加側に選択し、他の車輪の一部または全部を制動力の減少側に選択する。
【００２７】
次に、各車輪のブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）を各車輪毎に設定する。このｄＰｗ（ｉ）の設定は、ＵＳ抑制制御を実施する場合には、制動力の増加側に選択された車輪をＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕに比例した値とし、制動力の減少側に選択された車輪はＵＳ抑制要求ヨーモーメントＭｕを負に反転した値に比例した値として算出する。また、ＯＳ抑制制御を実施する場合には制動力の増加側に選択された車輪をＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏに比例した値とし、制動力の減少側に選択された車輪はＯＳ抑制要求ヨーモーメントＭｏを負に反転した値に比例した値として算出する。
【００２８】
このように選択・算出された各車輪毎のブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）はスリップコントローラ４０に入力され、スリップコントローラ４０は各車輪毎のブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）に対応するブレーキ液圧調整用のバルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）を出力する。バルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）は、車輪のスリップＳｗ（ｉ）が許容スリップ率Ｓｌｍ以内であればブレーキ液圧の増減率ｄＰｗ（ｉ）に応じて増圧対象車輪のブレーキ液圧を増圧方向に制御し、許容スリップ率Ｓｌｍ以上であれば車輪のスリップＳｗ（ｉ）が許容スリップ率Ｓｌｍ以内に収束するようにブレーキ液圧を減圧方向に制御する。
【００２９】
スリップコントローラ４０から出力されるバルブ駆動信号Ｍｄ（ｉ）は図１にて説明した油圧ユニット３０に与えられてこれを駆動し、各車輪のブレーキ液圧を制御して各車輪に対する制動力の分配が行われる。この制動力の分配により、実ヨーレートを目標ヨーレートに近付けるよう車両の運動を制御する。このようにして運転者の意志による車両の運動を道路状況や車両の特性などにより独立して制御するものである。従って、要求ヨーモーメント計算手段３７と、制御開始終了判定手段３８と、制動力調整量計算手段３９と、スリップコントローラ４０と、油圧ユニット３０とで旋回運動制御手段を構成することになる。
【００３０】
上記した操舵限界判定手段３６による操舵限界補正量Ｋｐｏの算出方法を示したのが図４のフローチャートであり、このフローチャートは所定時間毎に繰り返されるものである。図４の点線枠にて囲まれたＳＴ１〜ＳＴ３はそれぞれ動作ブロックを示し、ＳＴ１は路面反力トルクＴｒｅａｃｔのピーク点を検出するステップであり、路面反力トルクピーク値の絶対値｜Ｔｒｅａｃｐｋ｜とピーク点における操舵角の絶対値θｐｋ０を記憶する。ＳＴ２は限界操舵角を検出するステップであり、操舵角が路面に対して限界に近いことを示す限界操舵角θｐｋを検出して記憶する。ＳＴ３は操舵限界を判定するステップであり、限界操舵角θｐｋから車両の操舵角が路面に対して限界であるかどうかを判定し、操舵角が限界操舵角である閾値θｐｋを超過している量に対応して操舵限界補正量Ｋｐｏ算出する。
【００３１】
各ステップについて動作を詳細を説明すると、まず、ＳＴ１の路面反力トルクＴｒｅａｃｔのピーク点を検出するブロックにおいて、ＳＴ１１では操舵角θを入力してその絶対値｜θ｜が所定値θｐｋｍｉｎを超えているかどうかを判定する。ここで｜θ｜＞θｐｋｍｉｎが成立している場合にはＳＴ１２に進み、路面反力トルクＴｒｅａｃｔの絶対値｜Ｔｒｅａｃｔ｜が前回記憶した路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋと比較され、｜Ｔｒｅａｃｔ｜＞Ｔｒｅａｃｐｋが成立しておればＳＴ１３に進む。ＳＴ１３では操舵角の絶対値｜θ｜をピーク操舵角θｐｋ０として記憶し、路面反力トルクの絶対値｜Ｔｒｅａｃｔ｜を今回の路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋとして記憶する。
【００３２】
ＳＴ１１での所定値θｐｋｍｉｎを路面反力トルクのピーク値における操舵角の最小値として設定し、記憶しておくことにより、ＳＴ１のブロックでは操舵角がθｐｋｍｉｎ以上に操作されているときにのみ路面反力トルクの絶対値とそのときの操舵角の絶対値とがそれぞれのピーク値として記憶されることになる。ルーチンが繰り返され、操舵角が大きくなる方向に変化している場合にはθｐｋ０とＴｒｅａｃｐｋの値はルーチン毎に更新され続け、操舵角の変化がなくなればθｐｋ０とＴｒｅａｃｐｋとは更新されないので、最後に記憶されたθｐｋ０がピーク操舵角であり、Ｔｒｅａｃｐｋが路面反力トルクのピーク値となる。操舵角θが所定値以上になれば後述するように路面反力トルクは却って低下することになり、従って、このＳＴ１のブロックは操舵角に対する路面反力トルクピーク点検出手段として機能する。
【００３３】
ＳＴ１１またはＳＴ１２が不成立の場合、およびＳＴ１が完了した場合には限界操舵角を検出するＳＴ２のブロックに進み、ＳＴ２１において操舵角の絶対値｜θ｜と記憶されているピーク操舵角θｐｋ０とが比較される。この比較において、｜θ｜＜θｐｋ０のとき、すなわち、ＳＴ１のブロックにて記憶した操舵角の絶対値に対して操舵角が小さくなったときにはＳＴ２２に進んでピーク操舵角θｐｋ０と限界操舵角θｐｋとに代わって操舵角絶対値｜θ｜の最大値｜θ｜ｍａｘが記憶され、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに代わって０が記憶されて路面反力トルクピーク値の記憶値と限界操舵角とがリセットされる。ここでの｜θ｜ｍａｘは物理的な操舵角絶対値の最大値、もしくは、演算上の操舵角絶対値の最大値が使用される。
【００３４】
ＳＴ２１での比較結果が｜θ｜≧θｐｋ０である場合にはＳＴ２３に進み、路面反力トルクの絶対値｜Ｔｒｅａｃｔ｜が、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋと係数Ｋｒｔとの積と比較される。Ｋｒｔは１以下の正の係数で、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに対してどれだけ路面反力トルクを低下させた値を限界操舵角とするかを決める係数である。例えば、Ｋｒｔ＝０．８とした場合には路面反力トルクピーク値に対して路面反力トルクの絶対値が２０％低い値を限界操舵角とすることになり、余裕を与えることになる。
【００３５】
ＳＴ２３での比較結果が｜Ｔｒｅａｃｔ｜≧Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔであった場合はＳＴ２４に進み、限界操舵角θｐｋに操舵角絶対値｜θ｜の最大値｜θ｜ｍａｘが記憶され、限界操舵角θｐｋはリセットされる。比較結果が｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ・Ｋｒｔであった場合にはＳＴ２５に進んで操舵角絶対値｜θ｜と限界操舵角θｐｋとが比較され、｜θ｜＜θｐｋであればＳＴ２６において限界操舵角θｐｋに操舵角絶対値｜θ｜が記憶される。すなわち、限界操舵角θｐｋは、条件｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔが成立したときの最小の操舵角絶対値｜θ｜が記憶されることになる。
【００３６】
すなわち、ＳＴ２１で｜θ｜≧θｐｋ０となることは操舵角は大きくなっており、操舵角が大きくなってＳＴ２３で｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔとなるのは後述するように操舵角が路面反力トルクのピーク点を超過したことであるから、このルーチンにおける操舵角の絶対値｜θ｜が路面反力トルクのピーク点超過時の操舵角の最小値になり、これが限界操舵角θｐｋとなる。また、この限界操舵角θｐｋの値は、条件｜Ｔｒｅａｃｔ｜＜Ｔｒｅａｃｐｋ×Ｋｒｔが成立している間のみ有効であり、それ以外のときには｜θ｜ｍａｘが記憶されることになる。ＳＴ２５が不成立の場合でも操舵角が路面反力トルクのピーク点を超過しているのでθｐｋはリセットされずにＳＴ３に進む。
【００３７】
操舵限界を判定するブロックであるＳＴ３では、ＳＴ３１において操舵角絶対値｜θ｜が、限界操舵角θｐｋに操舵限界判定終了オフセットθｏｆｏｆｓを加えた値と比較される。ここで、｜θ｜≦θｐｋ＋θｏｆｏｆｓであればＳＴ３２において非操舵限界状態と判断され、操舵限界補正量Ｋｐｏに０が記憶される。｜θ｜＞θｐｋ＋θｏｆｏｆｓである場合にはＳＴ３３に進み、操舵角の絶対値｜θ｜が限界操舵角θｐｋに操舵限界判定開始オフセットθｏｎｏｆｓを加えた値と比較される。ここで｜θ｜＞θｐｋ＋θｏｎｏｆｓである場合にはＳＴ３４に進み、操舵限界状態と判断されて操舵限界補正量ＫｐｏにＦｋｐｏ（｜θ｜）が記憶される。
【００３８】
このＦｋｐｏ（｜θ｜）は｜θ｜の関数として定義され、例えば図５に示すような特性図をマップとして算出する。このマップは（｜θ｜−θｐｋ）／θｐｋを横軸としてＦｋｐｏ（｜θ｜）の値を示したものである。従って、限界操舵角θｐｋが小さい値であるほど操舵限界補正量Ｋｐｏは操舵角絶対値｜θ｜に対して敏感となり、限界操舵角θｐｋは路面の摩擦係数が小さいほど小さい値になるので摩擦係数が小さい路面ほど小さな操舵に対して大きな操舵限界補正量が得られることになる。ここで、操舵限界判定終了オフセットθｏｆｏｆｓと操舵限界判定開始オフセットθｏｎｏｆｓは制御的なマージンを設定するオフセット値であり、同一の値、もしくは、０とすることもできる。
【００３９】
以上のように、このルーチンを繰り返すことにより、ＳＴ１のブロックでは路面反力トルクのピーク点が検出され、ＳＴ２のブロックでは路面反力トルクがピークであると判定されたときの操舵角の絶対値｜θ｜が限界操舵角θｐｋとして検出され、また、ＳＴ３のブロックではこの限界操舵角θｐｋに操舵限界判定終了オフセットθｏｆｏｆｓと操舵限界判定開始オフセットθｏｎｏｆｓとを加味することにより操舵限界が判定されると共に、操舵限界補正量Ｋｐｏが決定されることになる。このように操舵限界判定手段３６には路面反力トルクピーク点検出手段として機能と、路面反力トルクに対する余裕度の設定手段と、操舵限界判定手段、および操舵限界補正量設定手段の機能を併せ持つことになる。
【００４０】
次に、要求ヨーモーメント計算手段３７による要求制御量の算出方法を図６に基づき説明する。図において、路面μ補正手段５０は上記の（４）（５）式にて求めた目標ヨーレートγｔを入力して路面の摩擦係数μに応じた値にクリップ処理することにより、ＯＳ（オーバーステア）用の目標ヨーレートγｔｏを算出する。減算器５１は目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγとの差を求め、ＵＳ（アンダーステア）の偏差γｅｒ０ｕを算出し、減算器５２は実ヨーレートγとＯＳ用の目標ヨーレートγｔｏとの差を求め、ＯＳ用の偏差γｅｒ０ｏを算出する。続いて旋回方向符号変換部５３ａと５３ｂとはＵＳ用の偏差γｅｒ０ｕとＯＳ用の偏差γｅｒ０ｏとをそれぞれ入力して符号処理を行い、ＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとに変換する。
【００４１】
この符号処理はＵＳ用偏差γｅｒｕの場合、右旋回時のヨーレートのときを正とすると実ヨーレートが負となる左旋回時におけるγｅｒ０ｕの符号を反転するものであり、実ヨーレートが正の場合（右旋回時）は反転しない。一方、ＯＳ用偏差γｅｒｏの場合には、実ヨーレートが正の場合にはγｅｒ０ｏの符号を反転し、実ヨーレートが負の場合には反転しない。このようにすることにより、旋回方向とは無関係に車両の実ヨーレートの絶対値が目標ヨーレートの絶対値より小さいとき、車両がアンダーステアリング傾向の場合にはＵＳ用偏差γｅｒｕが正に設定され、車両がオーバーステアリング傾向の場合にはＯＳ用偏差γｅｒｏが正に設定されることになる。
【００４２】
ＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとはそれぞれＰＤコントローラ５４ａと５４ｂとに入力される。ＰＤコントローラ５４ａと５４ｂとではゲイン乗算器５５ａと５５ｂとにおいてＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとにゲインＫｒｐｕとＫｒｐｏとを乗算すると共に、微分器５６ａと５６ｂとでＵＳ用偏差γｅｒｕとＯＳ用偏差γｅｒｏとを時間微分する。さらに、時間微分された各偏差にゲイン乗算器５７ａと５７ｂによりゲインＫｒｄｕとＫｒｄｏとをそれぞれ乗算し、ゲイン乗算器５５ａと５５ｂの出力とゲイン乗算器５７ａと５７ｂの出力とはそれぞれ加算器５８ａと５８ｂとで加算され、各抑制要求ヨーモーメントＭｕとＭｏとが求められる。
【００４３】
すなわち、各抑制要求ヨーモーメント（要求制御量）ＭｕとＭｏとは、
Ｍｕ＝Ｋｒｐｕ×γｅｒｕ＋Ｋｒｄｕ×（ｄγｅｒｕ／ｄｔ） ・・・・・・・（６）
Ｍｏ＝Ｋｒｐｏ×γｅｒｏ＋Ｋｒｄｏ×（ｄγｅｒｏ／ｄｔ） ・・・・・・・（７）
として求められる。ここで、ゲインＫｒｐｕとＫｒｄｕ、および、ＫｒｐｏとＫｒｄｏは、車体速度Ｖｂとステアリングホイールの操舵角θとステアリングホイールの角速度ｄθと横加速度Ｇｙとによって予め設定されたマップより読み出されるゲイン係数である。
【００４４】
また、ＵＳ偏差用ＰＤコントローラ５４ａのゲイン乗算器５５ａと５７ａとには操舵限界判定手段３６にて算出された操舵限界補正量Ｋｐｏが入力され、ゲイン係数ＫｒｐｕとＫｒｄｕとは操舵限界補正量Ｋｐｏによってもその大きさが変更される。例えば、操舵限界補正量Ｋｐｏが０．５の場合にはＫｒｐｕとＫｒｄｕとはそれぞれが１＋０．５＝１．５倍の値となる。また、ＫｒｐｕとＫｒｄｕの操舵限界補正量Ｋｐｏに対する重み付けを個別に設定することもでき、重み付け係数をそれぞれ１．０と１．２とした場合にはＫｒｐｕは１×（１＋０．５）＝１．５倍、Ｋｒｄｕは１．２×（１＋０．５）＝１．８倍となる。
【００４５】
ここで操舵限界補正量ＫｐｏはＵＳ抑制要求モーメントＭｕの算出にのみ反映されるため、操舵限界判定による補正はアンダーステアリングの場合にのみ実施され、また、ゲインの係数が大きくなる方向に変更されるので、車両のアンダーステアリングをより抑制する方向に作用する。ＵＳ抑制要求モーメントＭｕは制御開始終了判定手段３８にも入力され、ＵＳ抑制制御開始終了判定にも用いられるので、ＵＳ抑制制御の開始がより早く実施される方向にも作用する。従って、旋回運動は助長され、回頭性を向上させることが可能になる。
【００４６】
路面反力トルクのピーク値検出について図７と図８とにより説明すると次のようになる。図７は車輪（タイヤ）の横滑り角βｆに対するコーナリングフォースとセルフアライニングトルクとの関係を示したものである。車輪の横滑り角βｆが零近傍ではコーナリングフォースとセルフアライニングトルクとは共にβｆの増加と共に増加するが、セルフアライニングトルクはβｆ＝βｆｔのときピーク値を示し、βｆの値がβｆｔ以上に増加すれば減少する。βｆの値がβｆｔ近傍ではコーナリングフォースはβｆの値にほぼ比例して増加しており、βｆの値がβｆｃまで増加すればコーナリングフォースは飽和状態となる。
【００４７】
路面から操舵系に加わるステアリングホイールを戻す力、すなわち、路面反力トルクＴｒｅａｃｔと操舵角θとの関係は、コーナリングフォースが線形域であり車両がＵＳ特性を示している場合には横滑り角βｆと操舵角θとが略比例関係にあることから図８に示すようになる。路面反力トルクＴｒｅａｃｔのピーク値近傍ではコーナリングフォースは線形域内にあり、操舵限界判定による補正がアンダーステアリングの場合のみ実施されるので図８の関係により制御することが可能になる。
【００４８】
路面反力トルクＴｒｅａｃｔはキングピンまわりのモーメントであるから車輪のセルフアライニングトルクとは特性の形状は異なるが、ピーク点はほぼ同一の横滑り角βｆ＝βｆｔのときに発生し、βｆｔ以上に増化すれば減少する。従って、操舵限界判定手段３６で求めたピーク操舵角θｐｋ０は横滑り角がβｆｔのときの操舵角となる。また、コーナリングフォースが飽和状態となる横滑り角βｆｃでの路面反力トルクＴｒｅａｃｔは、横滑り角βｆがほぼ０のときのニューマチックトレールとキャスタトレールとの値により定まる。
【００４９】
従って、操舵限界判定のコーナリングフォース飽和点に対する余裕度は、操舵限界判定手段３６にて設定した路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに対してどれだけ路面反力トルクを低下させた値を限界操舵角とするかを決める係数Ｋｒｔにより車両の特性に応じて設定することができることになる。例えば、横滑り角βｆがほぼ０のときのニューマチックトレールとキャスタトレールとがほぼ同一に設定されている場合、横滑り角βｆｃでの路面反力トルクＴｒｅａｃｔは路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋのほぼ半分の値となる。
【００５０】
以上のことから、係数Ｋｒｔを０．５近傍に設定すればコーナリングフォースが飽和する直前まで操舵限界の判定がなされないように設定することができる。また、路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋは路面の摩擦係数により変化するが、路面反力トルクの実測値の増減を操舵角の増減に対して判定することにより路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋを求め、操舵限界の判定には路面反力トルクピーク値Ｔｒｅａｃｐｋに対する所定の比を閾値として設定しているので、路面の摩擦係数に依存することなく安定性を得ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の車両用旋回制御装置によれば、車両の操舵角を検出する操舵角検出手段、前記車両の旋回運動を検出する車両運動状態検出手段、前記操舵角から前記車両の目標旋回運動を設定する目標車両運動設定手段、前記車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクピーク点を検出すると共に、前記操舵角の絶対値が前記路面反力トルクピーク点あるいはこれより所定比率低い値における操舵角の絶対値より増加したとき操舵限界であると判定する操舵限界判定手段、前記車両運動状態検出手段の検出結果と前記目標車両運動設定手段の設定値とから前記車両の旋回運動を制御する旋回運動制御手段を備え、前記操舵限界判定手段が操舵限界であると判定したとき、前記旋回運動制御手段が旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたので、操舵角が限界付近に達したことを容易に、また、確実に検出することができ、操舵角が限界付近に達したことを検出して車両の回頭性を向上することが可能になるものである。
【００５４】
また、この発明に係る操舵限界判定法は、車両の操舵角と、操舵トルクとモータ電流とモータ加速度の各実測値から算出される路面反力トルクと、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクのピーク点とのそれぞれを検出し、前記路面反力トルクのピーク点における前記路面反力トルクの絶対値もしくはそれより所定比率低い値の前記路面反力トルクの絶対値における操舵角の絶対値を限界操舵角と設定し、前記操舵角の絶対値が前記限界操舵角を超えたときに操舵の限界と判定し、旋回運動を助長する方向に制御内容を変更するようにしたので、操舵角が限界付近に達したことを容易に、また、正確に検出することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置のＥＣＵの動作を説明するブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置に使用する電動パワーステアリング装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による操舵限界判定法の動作を説明するフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による操舵限界判定法に使用される操舵限界補正量の特性図である。
【図６】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置の要求ヨーモーメント計算手段のブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置のタイヤの横滑り角とコーナリングフォースなどの関係を示す特性図である。
【図８】この発明の実施の形態１による車両用旋回制御装置の操舵角と路面反力トルクの関係を示す特性図である。
【図９】従来の車両用旋回制御装置を示すブロック図である。
【図１０】従来の車両用旋回制御装置を示すブロック図である。
【図１１】従来の車両用旋回制御装置を説明する特性図である。
【図１２】従来の車両用旋回制御装置を説明する特性図である。
【符号の説明】
２３ ＥＣＵ、２４ 舵角センサ（操舵角検出手段）、
２５ ヨーレートセンサ、２６ 横加速度センサ、
２７ Ｍ／Ｃ圧力センサ、２８ 車輪速センサ、
２９ 路面反力トルク検出手段、３０ 油圧ユニット、
３１ マスターシリンダ、３４ 車両運動状態検出手段、
３５ 目標車両運動設定手段、３６ 操舵限界判定手段、
３７ 要求ヨーモーメント計算手段、３８ 制御開始終了判定手段、
３９ 制動力調整量計算手段、４０ スリップコントローラ、
４１ 操舵トルク検出手段、４２ モータ、４３ モータ速度検出手段、
４４ モータ加速度検出手段、４５ モータ電流決定手段、
４６ モータ電流検出手段、４８ モータ駆動手段、
５０ 路面μ補正手段、５３ａ、５３ｂ 旋回方向符号変換部、
５４ａ、５４ｂ ＰＤコントローラ、
５５ａ、５５ｂ、５７ａ、５７ｂ ゲイン乗算器、
５６ａ、５６ｂ 微分器、５８ａ、５８ｂ 加算器。
Claims (4)
- 車両の操舵角を検出する操舵角検出手段、前記車両の旋回運動を検出する車両運動状態検出手段、前記操舵角から前記車両の目標旋回運動を設定する目標車両運動設定手段、前記車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクピーク点を検出すると共に、前記操舵角の絶対値が前記路面反力トルクピーク点あるいはこれより所定比率低い値における操舵角の絶対値より増加したとき操舵限界であると判定する操舵限界判定手段、前記車両運動状態検出手段の検出結果と前記目標車両運動設定手段の設定値とから前記車両の旋回運動を制御する旋回運動制御手段を備え、前記操舵限界判定手段が操舵限界であると判定したとき、前記旋回運動制御手段が旋回運動を助長する方向に制御内容を変更することを特徴とする車両用旋回制御装置。
- 前記旋回運動制御手段は、前記車両運動状態検出手段、目標車両運動設定手段、および操舵限界判定手段からの出力を入力し要求制御量（Ｍｕ , Ｍｏ）を算出する要求ヨーモーメント計算手段と、上記要求制御量（Ｍｕ , Ｍｏ）を入力し車両旋回運動の開始及び終了の判定とアンダーステアリング抑制制御を行うかオーバーステアリング抑制制御を行うかの判定を行う制御開始終了判定手段と、各車輪のブレーキ液圧の増減率を算出する制動力調整量計算手段とからなり、各車輪のブレーキ液圧の増減率を各車輪毎に設定し、これに従って各車輪に対する制動力の分配を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用旋回制御装置。
- 操舵装置が電動パワーステアリング装置であり、操舵トルク検出手段とモータ電流検出手段とモータの回転加速度検出手段とを備えており、路面反力トルクが、操舵トルク値と、モータ電流にトルク定数を乗じた値と、モータの回転加速度とから算出されることを特徴とする請求項１に記載の車両用旋回制御装置。
- 車両の操舵角と、車両の転舵輪が路面から受ける路面反力トルクと、前記操舵角の絶対値の増加に対して前記路面反力トルクの絶対値が増加から減少に転ずる路面反力トルクのピーク点とのそれぞれを検出し、前記路面反力トルクのピーク点における前記路面反力トルクの絶対値もしくはそれより所定比率低い値の前記路面反力トルクの絶対値における操舵角の絶対値を限界操舵角と設定し、前記操舵角の絶対値が前記限界操舵角を超えたときに操舵の限界と判定し、旋回運動を助長する方向に制御内容を変更することを特徴とする車両用操舵限界判定法。
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