JP4948794B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライバによる前輪舵角に対して電動モータ等により前輪舵角を付加する車両の操舵制御装置に関する。

従来より、ドライバによる前輪舵角を補正する技術として、様々なものが提案されている。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で開示されるような車速、ドライバによる前輪舵角のみで補正を行う操舵制御では、その時点の車速状態に応じたドライバの操舵入力を補正するのみであり、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を押さえる面では不十分であるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制することができ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、入力される前輪舵角に対して付加する前輪舵角補正量を演算し、前輪舵角補正機構を作動させて上記前輪舵角補正量を付加する前輪舵角補正手段を備えた車両の操舵制御装置において、上記前輪舵角補正手段は、車体すべり角速度に対し、車速に応じた操舵角に対するヨーレートゲインの変化に基づいて演算した制御ゲインを乗算した値を上記前輪舵角補正量として演算する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、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制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６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は操舵制御部の機能ブロック図、図３は操舵制御プログラムのフローチャート、図４は車速感応ステアリングギヤ比の特性図、図５は第１の制御ゲインの特性図、図６は第２の制御ゲインの特性図である。

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、ステアリングギヤ比を可変する前輪舵角補正機構１１が介装されており、ステアリングシャフト３は前輪舵角補正機構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、前輪舵角補正機構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。

前輪舵角補正機構１１の構造について以下説明する。アッパシャフト３Ｕの下端と、ロアシャフト３Ｌの上端には、それぞれ同一回転軸芯上に一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌが固設されており、この一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌは、複数（例えば、３つ）配設したピニオン軸１３に固設されたプラネタリギヤ１４Ｕ、１４Ｌと、それぞれ噛合されている。

一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌは共に、ピニオン軸１３を回転自在に軸支するキャリア１５の内部に格納されており、キャリア１５の上端外周には、電動モータ１６の出力軸１６ａに固設されたドライブギヤ１７と噛合するドリブンギヤ１８が設けられている。

電動モータ１６は、モータ駆動部２１により駆動され、モータ駆動部２１は、前輪舵角補正手段としての操舵制御部２０より入力されるモータ回転角に応じた信号に基づいて、電動モータ１６を回転させるように構成されている。

一方、車両には、車両挙動を制御する車両挙動制御手段としての車両挙動制御装置４０が搭載されている。この車両挙動制御装置４０は、例えば、制動力を選択した車輪に付加して車両にヨーモーメントを発生させる制動力制御装置である。具体的には、車速、前輪舵角に基づいて、車両の運動方程式により目標とするヨーレート（目標ヨーレート）を演算する。そして、目標ヨーレートと実際のヨーレート（実ヨーレート）とを比較して、現在の車両状態がオーバステア傾向か、アンダステア傾向かを判定する。この結果、オーバステア傾向を修正するためには旋回方向外側前輪に制動力を付加し、アンダステア傾向を修正するためには旋回方向内側後輪に制動力を付加する制御を行う。尚、車両挙動制御装置４０は、上述の制動力制御装置に限るものではなく、左右輪間の駆動力配分を制御する装置等であっても良い。

車両には、車速Ｖを検出する車速センサ３１、ドライバによる操舵角θHdを検出するハンドル角センサ３２、実ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ３３、実横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）を検出する横加速度センサ３４が設けられており、これらセンサ３１、３２、３３、３４からの信号は、操舵制御部２０に入力される。

そして、操舵制御部２０は、上述の各入力信号に基づいて、後述する操舵制御プログラムに従って、ドライバによる操舵に加え、車両の挙動を適切に保つために付加すべき前輪舵角の補正量を演算し、モータ駆動部２１にモータ回転角θMの信号を出力する。

すなわち、操舵制御部２０は、図２に示すように、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａ、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂ、モータ回転角演算部２０ｃ、ハンドル角出力値演算部２０ｄから主要に構成されている。

第１の前輪舵角補正量演算部２０ａは、車速センサ３１から車速Ｖが入力され、ハンドル角センサ３２からハンドル角θHdが入力される。そして、以下（１）式により、第１の前輪舵角補正量δHc1を演算し、モータ回転角演算部２０ｃ、ハンドル角出力値演算部２０ｄに出力する。
δHc1＝（（θHd／ｎdc1）−（θHd／ｎd））・ｎｃ …（１）
ここで、ｎdはドライバ側ステアリングギヤ比（電動モータ１６を停止させたとき、ドライバのハンドル操作に対して影響するステアリングギヤ比；一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌ、一対のプラネタリギヤ１４Ｕ、１４Ｌ、及び、ステアリングギヤボックス５によって決定されるステアリングギヤ比）である。また、ｎｃは前輪舵角補正機構１１側ステアリングギヤ比（ドライバがハンドル操作をしていない状態で電動モータ１６が回転したときに影響するステアリングギヤ比；ドライブギヤ１７、ドリブンギヤ１８（キャリア）により決定されるステアリングギヤ比）である。更に、ｎdc1は予め設定しておいたマップや演算式により得られる車速感応ステアリングギヤ比である。この車速感応ステアリングギヤ比ｎdc1は、例えば、図４に示すように設定され、車速Ｖが低いときには、ドライバ側ステアリングギヤ比ｎdに対してクィックな特性に、車速Ｖが高いときには、ドライバ側ステアリングギヤ比ｎdに対してスローな特性に決定される。

第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、車速センサ３１から車速Ｖが入力され、ヨーレートセンサ３３から実ヨーレートγが入力され、横加速度センサ３４から実横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）が入力される。そして、以下（２）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算し、モータ回転角演算部２０ｃに出力する。
δHc2＝−Ｇcg1・Ｇcg2・（ｄβ／ｄｔ） …（２）
ここで、（ｄβ／ｄｔ）は車体すべり角速度であり、この車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）は、例えば、以下の（３）式により演算される。
（ｄβ／ｄｔ）＝γ−（（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）／Ｖ） …（３）

また、Ｇcg1は第１の制御ゲインである。この第１の制御ゲインＧcg1は、例えば、図５に示すような予め、実験、計算等により定められる。このマップは、車速ＶがＶcl以上の領域では、以下の（４）式により設定されている。
Ｇcg1＝１／Ｇγ …（４）
ここで、Ｇγは繰舵角に対するヨーレートゲインであり、以下（５）式により演算される。
Ｇγ＝（１／（１＋Ａ・Ｖ^２））・（Ｖ／（ｌ・ｎｃ）） …（５）
ここで、Ａはスタビリティファクタ、ｌはホイールベースである。

また、上述の第１の制御ゲインＧcg1のマップのＶcl以下の領域は、小さくなるように線形に設定されている。これは、低速域ではヨーレートゲインＧγが小さくなって、そのままだと第１の制御ゲインＧcg1が大きくなり過ぎる上、車体すべり角の演算精度も低くなるためである。

このように、第１の制御ゲインＧcg1を、基本的に繰舵角に対するヨーレートゲインＧγを考慮して設定することにより、単位修正舵角あたりのヨーレートゲインが一定となり、高速、及び、低速での操舵に対する制御の干渉度合いを一定にすることができるのである。

また、上述の（２）式において、Ｇcg2は第２の制御ゲインである。この第２の制御ゲインＧcg2は、例えば、図６に示すような予め、実験、計算等により定められる。このマップは、車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）に応じて設定されており、車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）の絶対値の小さな領域では０になるように設定される。従って、この第２の制御ゲインＧcg2を乗算すると、第２の前輪舵角補正量δHc2は０となり、換言すると車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）に対する不感帯を持たせる作用をする式となっている。このように小さな車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）の領域に不感帯を持たせることにより、不要な制御が防止できる。

モータ回転角演算部２０ｃは、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａから第１の前輪舵角補正量δHc1が、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂから第２の前輪舵角補正量δHc2が入力される。そして、以下の（６）式により、モータ回転角θMを演算し、モータ駆動部２１に出力する。
θM＝（δHc1＋δHc2）・ｎｃ …（６）

ハンドル角出力値演算部２０ｄは、ハンドル角センサ３２からハンドル角θHdが、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａから第１の前輪舵角補正量δHc1が入力される。そして、以下の（７）式により、車両挙動制御装置４０に出力するためのハンドル角θHoutを演算し、出力する。
θHout＝θHd＋δHc1・ｎｃ …（７）

すなわち、上述の（７）式は、δHc2・ｎｃ（車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）に応じた補正分）が含まれていないものであり、これは、操舵制御部２０による補正制御と干渉することなく、車両挙動制御装置４０による制御が適切に行われるようにするためである。

次に、上述の操舵制御部２０で実行される操舵制御プログラムを、図３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で必要なパラメータ、すなわち、車速Ｖ、ドライバによる操舵角θHd、実ヨーレートγ、実横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）を読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａにおいて予め設定しておいたマップや演算式により、車速感応ステアリングギヤ比ｎdc1を演算する。

次に、Ｓ１０３に進み、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａは、上述の（１）式により、第１の前輪舵角補正量δHc1を演算する。

次いで、Ｓ１０４に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、上述の（３）式により、車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）を演算する。

次に、Ｓ１０５に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂにおいて、予め、実験、計算等により定められたマップを基に、第１の制御ゲインＧcg1を演算する。

次いで、Ｓ１０６に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、予め、実験、計算等により定められたマップを基に、第２の制御ゲインＧcg2を演算する。

次に、Ｓ１０７に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、上述の（２）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算する。

次いで、Ｓ１０８に進み、モータ回転角演算部２０ｃは、上述の（６）式により、モータ回転角θMを演算し、モータ駆動部２１に対し出力する。

そして、Ｓ１０９に進み、ハンドル角出力値演算部２０ｄは、上述の（７）式により、車両挙動制御装置４０に出力するためのハンドル角θHoutを演算し、車両挙動制御装置４０に出力してプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の第１形態によれば、車速Ｖに基づく第１の前輪舵角補正量δHc1と車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）に基づく第２の前輪舵角補正量δHc2とを加算した値を前輪舵角補正量として演算するようにしているので、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制することができる。また、車両挙動制御装置４０に出力するためのハンドル角θHoutには、車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）に基づく第２の前輪舵角補正量δHc2は含まれないようにしているので、車両挙動制御装置４０による制御と操舵制御部２０による制御とが干渉することがなく、効率の良い、安定した車両制御が可能となっている。

図７及び図８は本発明の実施の第２形態を示し、図７は操舵制御部の機能ブロック図、図８は操舵制御プログラムのフローチャートである。尚、本発明の実施の第２形態は、第２の前輪舵角補正量を実ヨーレートγに基づき求めるようにしたものであり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので、同じ構成には同じ符号を記し、説明は省略する。

すなわち、本実施の第２形態による操舵制御部２５には、車速センサ３１から車速Ｖが、ハンドル角センサ３２からドライバによる操舵角θHdが、ヨーレートセンサ３３から実ヨーレートγが入力される。

そして、操舵制御部２５は、上述の各入力信号に基づいて、後述する操舵制御プログラムに従って、ドライバによる操舵に加え、車両の挙動を適切に保つために付加すべき前輪舵角の補正量を演算し、モータ駆動部２１にモータ回転角θMの信号を出力する。

操舵制御部２５は、図７に示すように、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａ、第２の前輪舵角補正量演算部２５ａ、モータ回転角演算部２０ｃ、ハンドル角出力値演算部２０ｄから主要に構成されている。

第２の前輪舵角補正量演算部２５ａは、車速センサ３１から車速Ｖが、ヨーレートセンサ３２から実ヨーレートγが入力される。そして、以下の（８）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算し、モータ回転角演算部２０ｃに出力する。
δHc2＝−Ｇcg1・γ …（８）

そして、操舵制御部２５で実行される操舵制御プログラムは、図８のフローチャートに示すように、Ｓ１０３で第１の前輪舵角補正量δHc1を演算した後は、Ｓ２０１に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２５ａにおいて、予め、実験、計算等により定められたマップを基に、第１の制御ゲインＧcg1を演算する（第１形態と同様）。

次いで、Ｓ２０２に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２５ａは、上述の（８）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算し、Ｓ１０８へと進み、モータ回転角演算部２０ｃは、上述の（６）式により、モータ回転角θMを演算し、モータ駆動部２１に対し出力する。

そして、Ｓ１０９に進み、ハンドル角出力値演算部２０ｄは、上述の（７）式により、車両挙動制御装置４０に出力するためのハンドル角θHoutを演算し、車両挙動制御装置４０に出力してプログラムを抜ける。

このように、本実施の第２形態によっても、前記実施の第１形態と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施の第１、第２形態では、車両挙動制御装置４０に対して、ハンドル角θHoutを出力するようにしているが、車両挙動制御装置４０が搭載されていない車両や、操舵制御部２０、２５による補正との干渉が無視できるような特性の場合には、第２の前輪舵角補正量δHc2を包含したハンドル角θHoutを出力するようにしても良い。

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、操舵制御部の機能ブロック図 同上、操舵制御プログラムのフローチャート 同上、車速感応ステアリングギヤ比の特性図 同上、第１の制御ゲインの特性図 同上、第２の制御ゲインの特性図 本発明の実施の第２形態による、操舵制御部の機能ブロック図 同上、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
４ ジョイント部
５ ステアリングギヤボックス
７fl，７fr 前輪
１１ 前輪舵角補正機構
１６ 電動モータ
２０ 操舵制御部（前輪舵角補正手段）
２０ａ 第１の前輪舵角補正量演算部
２０ｂ 第２の前輪舵角補正量演算部
２０ｃ モータ回転角演算部
２０ｄ ハンドル角出力値演算部
２１ モータ駆動部
４０ 車両挙動制御装置（車両挙動制御手段）

Claims (6)

1. 入力される前輪舵角に対して付加する前輪舵角補正量を演算し、前輪舵角補正機構を作動させて上記前輪舵角補正量を付加する前輪舵角補正手段を備えた車両の操舵制御装置において、
   上記前輪舵角補正手段は、車体すべり角速度に対し、車速に応じた操舵角に対するヨーレートゲインの変化に基づいて演算した制御ゲインを乗算した値を上記前輪舵角補正量として演算することを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 上記前輪舵角補正手段は、上記車体すべり角速度に上記制御ゲインを乗算した値に対し車速に基づく前輪舵角補正量を加算した値を上記前輪舵角補正量として演算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. 上記車体すべり角速度に上記制御ゲインを乗算した値は、車体すべり角速度の予め設定する領域で不感帯を持たせ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。
4. 入力される前輪舵角に対して付加する前輪舵角補正量を演算し、前輪舵角補正機構を作動させて上記前輪舵角補正量を付加する前輪舵角補正手段を備えた車両の操舵制御装置において、
   上記前輪舵角補正手段は、ヨーレートに対し、車速に応じた操舵角に対するヨーレートゲインの変化に基づいて演算した制御ゲインを乗算した値を上記前輪舵角補正量として演算することを特徴とする車両の操舵制御装置。
5. 上記前輪舵角補正手段は、上記車体すべり角速度に上記制御ゲインを乗算した値に対し車速に基づく前輪舵角補正量を加算した値を上記前輪舵角補正量として演算することを特徴とする請求項４記載の車両の操舵制御装置。
6. 少なくとも前輪舵角を基に制御量を演算し、該制御量に基づく制動力制御又は駆動力制御によって車両にヨーモーメントを発生させて車両挙動を制御する車両挙動制御手段を有し、
   上記前輪舵角補正手段は、上記車体すべり角速度に上記制御ゲインを乗算した値を除いた前輪舵角を上記車両挙動制御手段に出力することを特徴とする請求項２，３，４，５の何れか一つに記載の車両の操舵制御装置。

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