JP4916819B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、前輪のステアリングギヤ比を可変設定自在な車両の操舵制御装置に関する。

近年、車両においては、操舵輪のステアリングギヤ比を可変自在な、種々の操舵機構が開発され、実用化されている。

例えば、特開２００４−１６８１６６号公報では、ステアリングギヤ比を、操舵角に依存する比例項と、操舵角速度に依存する微分項との和に基づいて決定すると共に、微分項を車速の増大に応じて正領域から負領域へ移行させ、過渡状態における車両挙動を的確に制御できるようにしたステアリングギヤ比可変式の操舵制御装置が開示されている。
特開２００４−１６８１６６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される技術では、あくまでも過渡状態における車両挙動を理想の挙動に一律に制御しようとするものであり、その挙動がその操舵状況において必ずしもドライバが望むものではない可能性があり、ドライブフィーリングを的確に向上するものとはなっていないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバの操舵状況を的確に反映し、ドライバにとって最適なドライブフィーリングで操舵が行える車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、操舵輪のステアリングギヤ比を可変設定自在なステアリングギヤ比設定手段と、車両の操舵状態量を検出する操舵状態量検出手段と、上記操舵状態量の時間的変化の増減が逆転するときの操舵状態量の値をピーク値として検出するピーク値検出手段と、今回のピーク値の旋回方向と前回のピーク値の旋回方向が逆方向の関係にあり、且つ、上記今回のピーク値の絶対値が上記前回のピーク値の絶対値より大きい場合に、上記ステアリングギヤ比設定手段で設定するステアリングギヤ比を小さくなる方向に補正するステアリングギヤ比補正手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両の操舵制御装置によれば、ドライバの操舵状況を的確に反映し、ドライバにとって最適なドライブフィーリングで操舵することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の実施の第１形態を示し、図１は車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図、図２は操舵制御プログラムのフローチャート、図３はハンドル角のピーク値の説明図、図４は通常設定されるステアリングギヤ比の一例を示す特性図である。

図１において、符号１は車両の前輪操舵装置を示し、この前輪操舵装置１は、ステアリングホイール２から、ステアリングシャフト３が延出されており、ステアリングシャフト３の前端は、ユニバーサルジョイント４ａ、４ａ及びジョイント軸４ｂから成るジョイント部４を介してステアリングギヤボックス５から突出されたピニオン軸６と連結されている。

ステアリングギヤボックス５からは、左前輪７flに向けてタイロッド８flが延出される一方、右前輪７frに向けてタイロッド８frが延出されている。

タイロッド８fl、８frのタイロッドエンドは、ナックルアーム９fl、９frを介して、それぞれの側の車輪７fl、７frを回転自在に支持するアクスルハウジング１０fl、１０frと連結されている。

ステアリングシャフト３の中途部には、公知の、例えば、ステアリングギヤ比を電動モータ１１ａにより可変するステアリングギヤ比可変機構１１が介装されており、ステアリングシャフト３はステアリングギヤ比可変機構１１から上方に延出されたシャフト部分がアッパシャフト３Ｕ、ステアリングギヤ比可変機構１１から下方に延出されたシャフト部分がロアシャフト３Ｌとして構成されている。

電動モータ１１ａは、モータ駆動部１９により駆動され、モータ駆動部１９は、ステアリングギヤ比可変制御部２０から入力される信号に基づいて回転させられるように構成されている。

車両には、車速Ｖを検出する車速センサ３１、及び、操舵状態量としてのドライバによる操舵角（ハンドル角）θＨを検出する操舵状態量検出手段としてのハンドル角センサ３２が設けられており、これらセンサ３１，３２からの車速Ｖ，ハンドル角θＨの信号は、ステアリングギヤ比可変制御部２０に入力される。

ステアリングギヤ比可変制御部２０は、後述の操舵制御プログラムに従って、通常はステアリングギヤ比を車速感応方式により設定する。その一方で、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転するときのハンドル角θＨの値をピーク値として検出し、今回のピーク値の旋回方向と前回のピーク値の旋回方向が逆方向の関係にあり、且つ、今回のピーク値の絶対値が前回のピーク値の絶対値より大きい場合に、通常設定するステアリングギヤ比を小さくする方向に補正する。すなわち、ステアリングギヤ比可変制御部２０は、ステアリングギヤ比設定手段、ピーク値検出手段、及び、ステアリングギヤ比補正手段としての機能を有して構成されている。

次に、ステアリングギヤ比可変制御部２０で実行される操舵制御プログラムを、図２のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、車速Ｖ、及び、今回のハンドル角θHnを時間ｔｋと共に読み込む（θHn(ｔｋ)）。

次いで、Ｓ１０２に進み、今回のハンドル角偏差ΔθHnを、例えば、以下の（１）式により演算する。
ΔθHn＝θHn(ｔｋ)−θHn-1(ｔk-1) …（１）
尚、添字に加わる「−１」は、前回のものであることを示す。

次いで、Ｓ１０３に進み、今回のハンドル角偏差ΔθHnと前回のハンドル角偏差ΔθHn-1を乗算したものが負であるか否か（ΔθHn・ΔθHn-1＜０か否か）、すなわち、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転したか否かを判定する。これは、例えば、図３に示すように、ハンドル角θＨのピーク値を求めるための処理となっている。

Ｓ１０３の判定の結果、ΔθHn・ΔθHn-1≧０の場合は、増加、或いは、減少が続いておりピーク値ではないと判定して、Ｓ１０４に進み、通常のステアリングギヤ比Ｎｓを設定する。

この通常のステアリングギヤ比Ｎｓは、例えば、図４に示すような、車速感応方式で設定され、車速Ｖが低い領域ではクイックな特性に、車速Ｖが高い領域ではスローな特性に設定される。

その後、Ｓ１０５に進み、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。

一方、上述のＳ１０３の判定で、ΔθHn・ΔθHn-1＜０と判定され、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転している場合には、Ｓ１０６に進み、前回のハンドル角の絶対値｜θHn-1(ｔk-1)｜が予め設定しておいた閾値Ｋθｃより小さいか否か（｜θHn-1(ｔk-1)｜＜Ｋθｃか否か）判定する。

この判定の結果、｜θHn-1(ｔk-1)｜＜Ｋθｃの場合は、直進状態であり、操舵状態とはみなせないと判定して、Ｓ１０４に進み、通常のステアリングギヤ比Ｎｓを設定し、Ｓ１０５に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。すなわち、前回のハンドル角θHn-1(ｔk-1)は、今回のピーク値とはせずに、判定対象とするピーク値から除外する。

逆に、Ｓ１０６の判定の結果、｜θHn-1(ｔk-1)｜≧Ｋθｃであって、操舵中と判定した場合は、Ｓ１０７に進み、前回のハンドル角θHn-1(ｔk-1)を今回のピーク値Ｐi（ｔi）としてメモリする。

その後、Ｓ１０８に進み、前回のピーク値Ｐi-1（ｔi-1）の発生から今回のピーク値Ｐi（ｔi）の発生までに予め設定しておいた時間Ｔc1が経過しているか否か判定し、時間Ｔc1が経過している場合は、操舵状態が継続していないとみなし、Ｓ１０４に進み、通常のステアリングギヤ比Ｎｓを設定し、Ｓ１０５に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。

また、時間Ｔc1が経過していない場合は、操舵状態が継続しているとみなして、Ｓ１０９に進み、まず、通常のステアリングギヤ比Ｎｓを設定する。

そして、Ｓ１１０に進み、今回のピーク値Ｐi（ｔi）と前回のピーク値Ｐi-1（ｔi-1）と乗算した値が負の値か否か（Ｐi（ｔi）・Ｐi-1（ｔi-1）＜０か否か）判定し、Ｐi（ｔi）・Ｐi-1（ｔi-1）＜０の場合は、Ｓ１１１に進む。

Ｓ１１１では、今回のピーク値の絶対値｜Ｐi（ｔi）｜が、前回のピーク値の絶対値｜Ｐi-1（ｔi-1）｜より大きいか否か（｜Ｐi（ｔi）｜＞｜Ｐi-1（ｔi-1）｜か否か）判定され、｜Ｐi（ｔi）｜＞｜Ｐi-1（ｔi-1）｜の場合は、Ｓ１１２に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓを以下の（２）式により、小さくなるよう（クイックになるよう）に補正し、Ｓ１０５に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。
Ｎｓ＝Ｎｓ−Ｎsk1 …（２）
ここで、Ｎsk1は、予め設定しておいた一定値である。

一方、Ｓ１１０でＰi（ｔi）・Ｐi-1（ｔi-1）≧０の場合、或いは、Ｓ１１１で｜Ｐi（ｔi）｜≦｜Ｐi-1（ｔi-1）｜の場合は、そのままＳ１０５に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。

すなわち、Ｐi（ｔi）・Ｐi-1（ｔi-1）≧０の場合は、図３の１点破線で示す特性１のような場合であり、車両が左右のどちらかのみに転舵が行われている場合であり、また、｜Ｐi（ｔi）｜≦｜Ｐi-1（ｔi-1）｜の場合は、図３の２点破線で示す特性２のような場合であり、車両の転舵が次第に収束していくような場合であって、これらが繰り返されている状況では、敢えて操舵を補正する必要がない。しかしながら、これらが共に生じる場合は、車両の応答遅れ（蛇行など）が発生している状況と判定できるため、ステアリングギヤ比Ｎｓを小さくしてクイックにすることで車両の応答性を高め、操縦性を向上するようにするのである。

次に、図５は本発明の実施の第２形態による、操舵制御プログラムのフローチャートである。尚、本実施の第２形態は、ステアリングギヤ比可変制御部２０におけるステアリングギヤ比の補正の仕方が上述の第１形態と異なり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので説明は省略する。

すなわち、本発明の実施の第２形態では、ステアリングギヤ比可変制御部２０は、後述の操舵制御プログラムに従って、通常はステアリングギヤ比を車速感応方式により設定する。その一方で、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転するときのハンドル角θＨの値をピーク値として検出し、予め設定しておいた時間Ｔc2内でピーク値の発生回数が多い場合に、ステアリングギヤ比Ｎｓを大きくする方向に補正する。

ステアリングギヤ比可変制御部２０で実行される、本第２形態による操舵制御プログラムは、図５のフローチャートに示すように、まず、Ｓ２０１で、車速Ｖ、及び、今回のハンドル角θHnを時間ｔｋと共に読み込む（θHn(ｔｋ)）。

次いで、Ｓ２０２に進み、今回のハンドル角偏差ΔθHnを、例えば、前述の（１）式により演算する。

次いで、Ｓ２０３に進み、今回のハンドル角偏差ΔθHnと前回のハンドル角偏差ΔθHn-1を乗算したものが負であるか否か（ΔθHn・ΔθHn-1＜０か否か）、すなわち、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転したか否かを判定する。これは、例えば、図３に示すように、ハンドル角θＨのピーク値を求めるための処理となっている。

Ｓ２０３の判定の結果、ΔθHn・ΔθHn-1≧０の場合は、増加、或いは、減少が続いておりピーク値ではないと判定して、Ｓ２０４に進み、通常のステアリングギヤ比Ｎｓを設定した後、Ｓ２０５に進み、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。

また、上述のＳ２０３の判定で、ΔθHn・ΔθHn-1＜０と判定され、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転している場合には、Ｓ２０６に進み、前回のハンドル角θHn-1(ｔk-1)を今回のピーク値Ｐi（ｔi）としてメモリする。

次いで、Ｓ２０７に進み、まず、通常のステアリングギヤ比Ｎｓを設定する。

そして、Ｓ２０８に進み、過去、予め設定しておいた時間Ｔc2内でのピーク値の発生回数がＮｋ回以上あったか否か判定し、Ｎｋ回以上あった場合はＳ２０９に進み、ステアリングギヤ比Ｎｓを以下の（３）式により、大きくなるよう（スローになるよう）に補正し、Ｓ２０５に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。
Ｎｓ＝Ｎｓ＋Ｎsk2 …（３）
ここで、Ｎsk2は、予め設定しておいた一定値である。

一方、Ｓ２０８で、過去、予め設定しておいた時間Ｔc2内でのピーク値の発生回数がＮｋ回未満の場合は、そのままＳ２０５に進んで、ステアリングギヤ比Ｎｓをモータ駆動部１９に出力してプログラムを抜ける。

すなわち、予め設定しておいた時間Ｔc2内でピーク値の発生回数が多い場合は、車両の操舵系の応答性が安定していないと判断し、ステアリングギヤ比Ｎｓを大きくしてスローにすることで車両ゲインを小さくし、車両の安定性を高めて操縦性を高めるようにするのである。

このように、本発明の実施の形態によれば、ハンドル角θＨの時間的変化の増減が逆転するときのハンドル角θＨの値をピーク値として検出し、このピーク値に応じてステアリングギヤ比を補正するようにしているので、ドライバの操舵状況を的確に反映し、ドライバにとって最適なドライブフィーリングで操舵が行える。

尚、本発明の実施の第１、第２形態では、操舵状態量としてハンドル角θＨを用いた例で説明しているが、他に、ヨーレート、横加速度、ハンドル角速度等を用いても良い。

本発明の実施の第１形態による、車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図 同上、操舵制御プログラムのフローチャート 同上、ハンドル角のピーク値の説明図 同上、通常設定されるステアリングギヤ比の一例を示す特性図 本発明の実施の第２形態による、操舵制御プログラムのフローチャート

符号の説明

１ 前輪操舵装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
５ ステアリングギヤボックス
７fl，７fr 前輪
１１ ステアリングギヤ比可変機構
１１ａ 電動モータ
１９ モータ駆動部
２０ ステアリングギヤ比可変制御部（ステアリングギヤ比設定手段、ピーク値検出手段、ステアリングギヤ比補正手段）
３１ 車速センサ
３２ ハンドル角センサ（操舵状態量検出手段）

Claims (3)

1. 操舵輪のステアリングギヤ比を可変設定自在なステアリングギヤ比設定手段と、
   車両の操舵状態量を検出する操舵状態量検出手段と、
   上記操舵状態量の時間的変化の増減が逆転するときの操舵状態量の値をピーク値として検出するピーク値検出手段と、
   今回のピーク値の旋回方向と前回のピーク値の旋回方向が逆方向の関係にあり、且つ、上記今回のピーク値の絶対値が上記前回のピーク値の絶対値より大きい場合に、上記ステアリングギヤ比設定手段で設定するステアリングギヤ比を小さくなる方向に補正するステアリングギヤ比補正手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 上記ステアリングギヤ比補正手段は、上記今回のピーク値が予め設定しておいた閾値より小さい場合は、該今回のピーク値を判定対象とするピーク値から除外することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
3. 上記ステアリングギヤ比補正手段は、上記今回のピーク値と上記前回のピーク値の発生時間の間隔が予め設定しておいた時間以内の場合に補正を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の操舵制御装置。

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