JP4959233B2

JP4959233B2 - 車両の操舵制御装置

Info

Publication number: JP4959233B2
Application number: JP2006163934A
Authority: JP
Inventors: 英史村中
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-06-13
Also published as: US7575093B2; JP2007331498A; US20070284181A1; DE102007027061B4; DE102007027061A1

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

ところで、上述の特許文献１に開示されるような従来の操舵制御装置では、ドライバの操舵入力に対する実際の操舵を改善しようとするものであり、ドライバの操舵中に生じる様々な状況に対応して操舵角を適切に保つものではなかった。例えば、ドライバが旋回中に強くブレーキを踏み、車輪がロックしてしまうような状況では、車両が旋回できなくなるため、ドライバが更に操舵してしまうようなことがあり、このような場面においては、制動力も確保できなくなり好ましくない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、旋回中に強くブレーキを踏み、車輪がロックしてしまうような状況においても、舵角を適切に制御して十分な制動力を確保することが可能な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、旋回制動状態で車輪のロック状態を検出し、車両がアンダステア状態の場合は、車両の現在の実際のヨー運動の方向の前輪舵角とする前輪舵角の補正量を上記前輪舵角補正量として設定して付加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、旋回中に強くブレーキを踏み、車輪がロックしてしまうような状況においても、舵角を適切に制御して十分な制動力を確保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は本発明の実施の一形態を示し、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は車速感応ステアリングギヤ比の特性図、図４は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。

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、前輪舵角補正機構１１による舵角δHcとドライバによる操舵角θHdで生じる舵角δHdとで最終的に生じる前輪実舵角δｆ（＝δHd＋δHc）を検出する実舵角センサ３３、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ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。

また、車両には、ドライバのブレーキペダルのＯＮ−ＯＦＦを検出するブレーキスイッチ３５が設けられており、このＯＮ−ＯＦＦ信号は、操舵制御部２０に入力される。

更に、車両には、制動時における車輪のロック状態を防止する公知のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ；Anti-lock Brake System）３６が搭載されており、このＡＢＳ３６の作動状態の信号も操舵制御部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、操舵に加え、旋回制動時にドライバが強くブレーキを踏み、車輪がロックしてしまうような状況においても、舵角を適切に制御して十分な制動力を確保できるようにモータ駆動部２１にモータ回転角θMの信号を出力する。

以下、図２のフローチャートにより操舵制御プログラムを説明する。
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、前輪実舵角δｆ、ヨーレートγ、ブレーキスイッチのＯＮ−ＯＦＦ信号、ＡＢＳ３６の作動状態の信号を読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、ドライバによる操舵が行われているか否か、すなわち、θHd≠０か否かを判定する。この判定の結果、θHd≠０の場合は、旋回操作中と判定し、Ｓ１０３に進み、ブレーキスイッチ３５がＯＮで制動中か否か判定する。

Ｓ１０３の判定の結果、ブレーキスイッチ３５がＯＮの場合は、Ｓ１０４に進み、ＡＢＳが作動しているか否か判定し、ＡＢＳが作動している場合は、Ｓ１０５に進み、目標ヨーレートγｔを、例えば、車両の運動方程式に基づいて、以下の（１）式により演算する。
γｔ＝Ｇ（０）・（１／（１＋Ｔｒ・ｓ））・δｆ …（１）
ここで、Ｇ（０）はヨーレート定常ゲイン、Ｔｒは時定数、ｓはラプラス演算子であり、例えば、時定数Ｔｒは以下の（２）式から、ヨーレート定常ゲインＧ（０）は、以下の（３）式から求められる。
Ｔｒ＝（ｍ・Ｌｆ・Ｖ）／（２・Ｌ・ｋｒｅ） …（２）
ここで、ｍは車両質量、Ｌｆは前軸と重心間の距離、Ｌはホイールベース、ｋｒｅはリヤ等価コーナリングパワーである。
Ｇ（０）＝１／（１＋ｓｆ・Ｖ^２）・Ｖ／Ｌ …（３）
ここで、ｓｆは車両諸元で決まるスタビリティファクタであり、例えば、以下（４）式により演算される。
ｓｆ＝−ｍ／（２・Ｌ^２）・（Ｌｆ・ｋｆｅ−Ｌｒ・ｋｒｅ）
／（ｋｆｅ・ｋｒｅ） …（４）
ここで、ｋｆｅはフロント等価コーナリングパワー、Ｌｒは後軸と重心間の距離である。

次いで、Ｓ１０６に進み、目標ヨーレートγｔがヨーレートγより大きい（γｔ＞γ）か否かを判定する。

Ｓ１０２でθHd＝０（旋回時ではない）、或いは、Ｓ１０３でブレーキスイッチ３５がＯＦＦ（非制動時）、或いは、Ｓ１０４でＡＢＳが非作動（ロック状態ではない）、或いは、Ｓ１０６でγｔ≦γ（アンダステア傾向ではない）の何れかの条件が成立する場合は、Ｓ１０７〜Ｓ１０９の通常の前輪舵角補正処理へと進む。

Ｓ１０７では、例えば、以下の（５）式により、第１の前輪舵角補正量δHc1を演算する。
δHc1＝（（θHd／ｎdc1）−（θHd／ｎd））・ｎｃ …（５）
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３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。

次に、Ｓ１０８に進み、例えば、以下の（６）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算する。
δHc2＝Ｇcd・（１／（１＋Ｔcd・Ｓ））・（ｄθHd／ｄｔ）／ｎｄ …（６）
ここで、Ｇcdは制御ゲイン、Ｔcdはローパスフィルタの時定数、Ｓはラプラス演算子、（ｄθHd／ｄｔ）は前輪操舵角の微分値である。

従って、上述の（６）式は、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、（１／（１＋Ｔcd・Ｓ））を乗算することでローパスフィルタ処理を行うことを示しており、ローパスフィルタの時定数Ｔcdは、例えば、入力される前輪操舵角に対するヨーレート応答の共振周波数である１〜２Hzが設定される。

また、制御ゲインＧcdは、操舵の周波数に対して急激なピークを持つ特性は、車速Ｖの増加と共に顕著になるので、図４に示すように、マップ等を参照して車速Ｖが増加するほど大きな値に設定されるようになっている。

そして、Ｓ１０９に進み、Ｓ１０７で演算した第１の前輪舵角補正量δHc1と、Ｓ１０８で演算した第２の前輪舵角補正量δHc2とにより、前輪舵角補正量δHcを以下の（７）式により設定する。
δHc＝δHc1＋δHc2 …（７）

一方、Ｓ１０６で、目標ヨーレートγｔがヨーレートγ以下（γｔ≦γ）であり、車両がアンダステア傾向であると判定した場合（すなわち、旋回制動中でＡＢＳが作動し、車両が目論見とする旋回ができていないと判定された場合）は、Ｓ１１０に進み、以下の（９）式により、目標前輪舵角δftを演算する。

上述の（１）式を変形すると、
δｆ＝（１／Ｇ（０））・γｔ＋（Ｔｒ／Ｇ（０））・ｓ・γｔ …（８）
ここで、ｓ・γｔは、γｔの微分値であり、δｆを目標前輪舵角δftに、γｔをヨーレートγに置き換えると以下の（９）式を得る。

δft＝（１／Ｇ（０））・γ＋（Ｔｒ／Ｇ（０））・（ｄγ／ｄｔ）
…（９）

次いで、Ｓ１１１に進み、Ｓ１１０で演算した目標前輪舵角δftを基に、以下の（１０）式により、前輪舵角補正量δHcを演算する。
δHc＝δft−（θHd／ｎd） …（１０）
Ｓ１０９、或いは、Ｓ１１１で前輪舵角補正量δHcを演算した後は、Ｓ１１２に進み、以下、（１１）式により、モータ回転角θMを演算し、モータ駆動部２１に出力し、プログラムを抜ける。
θM＝δHc・ｎｃ …（１１）

このように本発明の実施の形態によれば、旋回中に強くブレーキを踏み、車輪がロックしてしまうような状況において、操舵制御部２０は、車両が旋回していく方向に前輪舵角を補正させるようになっているので、タイヤはグリップ力を最大限に発揮して制動することが可能となり、制動距離を短くすることが可能となっている。

車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図操舵制御プログラムのフローチャート車速感応ステアリングギヤ比の特性図制御ゲインの特性図

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）
２１モータ駆動部
３１車速センサ
３２ハンドル角センサ
３３実舵角センサ
３４ヨーレートセンサ
３５ブレーキスイッチ
３６ＡＢＳ

Claims

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、旋回制動状態で車輪のロック状態を検出し、車両がアンダステア状態の場合は、車両の現在の実際のヨー運動の方向の前輪舵角とする前輪舵角の補正量を上記前輪舵角補正量として設定して付加することを特徴とする車両の操舵制御装置。
上記ロック状態の検出は、制動時における車輪のロック状態を防止するアンチロックブレーキシステムの作動により検出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。