JP5310356B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、路面傾斜による車両の偏向を抑制するよう該車両の操舵を制御する車両用操舵制御装置に関する。

従来の車両用操舵制御装置としては、例えば、特許文献１記載のものが知られている。この車両用操舵制御装置では、車両の走行路面が路面傾斜路（カント路）であると判断された場合、操舵角を制御し、車両の直進安定性を確保することが図られている。

特開２００６−２４０４１３号公報

ここで、上記の車両用操舵制御装置においては、操舵伝達比を変化させて車両の操舵角を調整するための操舵角調整手段（操舵伝達比可変システム等）を利用し、路面傾斜による車両の偏向を抑制する場合が考えられる。しかし、この場合、ハンドル側（操舵入力軸側）とタイヤ側（操舵出力軸側）とが相対回転されることから、例えば車両の運転者がハンドルを保持していないと、タイヤ側からの反力によってハンドル側が回転させられてしまい、かかる偏向を精度よく抑制できないおそれがある。

他方、上記の車両用操舵制御装置では、車両の操舵トルクを調整するための操舵トルク調整手段（パワーステアリングシステム等）を利用し、路面傾斜による車両の偏向を抑制する場合も考えられる。この場合、ハンドル側とタイヤ側とが共に回転されることから、その制御量だけハンドル側も運転者の意図に反して回転させられることがあり、運転者が違和感を覚えるおそれがある。

そこで、本発明は、運転者に与える違和感を低減しつつ、路面傾斜による車両の偏向を精度よく抑制することができる車両用操舵制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明に係る車両用操舵制御装置は、路面傾斜による車両の偏向を抑制するよう該車両の操舵を制御するための車両用操舵制御装置であって、操舵伝達比を変化させて車両の操舵角を調整するための操舵角調整手段と、車両の操舵トルクを調整するための操舵トルク調整手段と、路面傾斜に基づいて、偏向を抑制するよう操舵角調整手段及び操舵トルク調整手段の双方を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この車両用操舵制御装置では、路面傾斜による車両の偏向を抑制するように操舵角調整手段及び操舵トルク調整手段の双方が制御される。よって、例えばタイヤ側からの反力でハンドル側が回転したり運転者の意図に反してハンドル側が回転したり等するのを抑制することができる。その結果、運転者は、通常の道路を走行するのと同じ操作で路面傾斜の存在する道路を好適に走行することが可能となる。すなわち、本発明によれば、運転者に与える違和感を低減しつつ、路面傾斜による車両の偏向を精度よく抑制することが可能となる。

ここで、操舵角調整手段は、操舵伝達比可変システムであり、操舵トルク調整手段は、パワーステアリングシステムである場合がある。

また、制御手段は、路面傾斜に起因して発生するヨーレートを打ち消すように操舵角調整手段を制御すると共に、路面傾斜に起因して発生するセルフアライニングトルクを打ち消すように操舵トルク調整手段を制御することが好ましい。この場合、路面傾斜に起因して発生するヨーレートは操舵角調整手段で、路面傾斜に起因して発生するセルフアライニングトルクは操舵トルク調整手段でそれぞれ補償することができる。

このとき、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、制御手段は、路面傾斜に関するロードキャンバ量を推定し、ヨーレートを打ち消す操舵角としてのロードキャンバ操舵角をロードキャンバ量に基づき算出し、ロードキャンバ操舵角に応じて操舵角調整手段を制御すると共に、セルフアライニングトルクを打ち消す操舵トルクとしてのロードキャンバ操舵トルクをロードキャンバ量に基づき算出し、且つ、ロードキャンバ操舵角に応じて操舵角調整手段が制御されることで発生する反力を打ち消す操舵トルクとしての反力操舵トルクを算出し、ロードキャンバ操舵トルクと反力操舵トルクとの和に応じて操舵角調整手段を制御する構成が挙げられる。

本発明によれば、運転者に与える違和感を低減しつつ、路面傾斜による車両の偏向を精度よく抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る車両用操舵制御装置を示すブロック図である。 図１の車両用操舵制御装置を説明するための図である。 図１の車両用操舵制御装置で推定されるロードキャンバ量を説明するための図である。 車両の運動方程式を説明するための２輪モデルを示す図である。 （ａ）は車両のタイヤ周りの力のつりあい式を説明するための斜視図、（ｂ）は車両のタイヤ周りの力のつりあい式を説明するための側面図、（ｃ）は車両のタイヤ周りの力のつりあい式を説明するための上面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の車両用操舵制御装置１は、自動車等の車両Ｘに搭載されるものであり、ロードキャンバ（路面傾斜，カント）による車両Ｘの偏向を抑制するよう該車両Ｘの操舵を制御する。車両用操舵制御装置１は、操舵角調整手段としてＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering：登録商標）２と、操舵トルク調整手段としてＥＰＳ（Electric Power Steering）３と、を備えている。

ＶＲＧＳ２は、ステアリングギヤ比（操舵伝達比）を無段階に変化させる操舵伝達比可変システムである。このＶＧＲＳ２は、操舵入力軸１２と操舵出力軸１３とを相対回転させ、車両Ｘのハンドル１１の回転（動作）を伴わずに操舵角を調整する。つまり、ＶＧＲＳ６は、入力操舵に依存せずに（アクティブに）操舵角制御を実行する。

ＥＰＳ３は、車両の操舵トルクを調整するためのパワーステアリングシステムである。このＥＰＳ３は、運転者によるハンドル１１の操作に応答して駆動されるラック・アンド・ピニオン型のものであり（図５（ａ）参照）、ここでは、ラック同軸型の電動式とされている。ＥＰＳ３は、車両Ｘのハンドル１１の回転（動作）を伴って操舵トルクを調整する。つまり、ＥＰＳ３は、入力操舵に依存して（同期して）操舵トルク制御を実行する。

また、車両用制御操舵装置１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等で構成されたコントローラとしてのＥＣＵ（Electronic Control Unit：制御手段）４を備えている。ＥＣＵ４は、ロードキャンバに起因して車両Ｘに作用する力としてのロードキャンバ量を推定するロードキャンバ量推定部４ａと、後述のロードキャンバ操舵角を演算するロードキャンバ操舵角演算部４ｂと、後述のロードキャンバ操舵トルクを演算するロードキャンバ操舵トルク演算部４ｃと、ＶＧＲＳ２を制御して操舵角を制御する操舵角制御部４ｄと、ＥＰＳ３を制御して操舵トルクを制御する操舵トルク制御部４ｅと、を含んで構成されている。

このＥＣＵ４は、車両Ｘのヨーレートを検出するヨーレートセンサ５、車両Ｘの左右加速度（横Ｇ）を検出する左右加速度センサ６、及び車両Ｘの車速を検出する車速センサ７に接続され、これらセンサ５〜７からの出力値に基づいてＶＧＲＳ２及びＥＰＳ３の双方を強調制御する（詳しくは、後述）。

次に、上述した車両用操舵制御装置１の動作について説明する。

一般的に、車両Ｘがロードキャンバの存在する道路（以下、「ロードキャンバ路」という）を走行する場合、かかるロードキャンバに起因してヨーレート及びセルフアライニングトルクが車両Ｘに発生する。そこで、本実施形態のＥＣＵ４によれば、ロードキャンバ路を走行する際、原理的には、ヨーレートを打ち消すようＶＧＲＳ２が制御されると共にセルフアライニングトルクを打ち消すようＥＰＳ３が制御され、車両Ｘの偏向が抑制される。

具体的には、まず、ロードキャンバ量推定部４ａにおいて、センサ５〜７からの出力値に基づいてロードキャンバ量が推定される。ここでは、図３に示すように、ロードキャンバ路１０をヨーレートγで旋回走行する車両Ｘには、車両Ｘの重力ｍｇ、ロードキャンバ路１０からの反力Ｒ、遠心力ｍＶγ、及び左右加速度ｇ_ｙが作用していることから、ロードキャンバ量Ｙが下式（１）により推定される。

但し、Ｙ：ロードキャンバ量、ｍ：車両Ｘの質量、Ｖ：車速、γ：ヨーレート、ｇ_ｙ：左右加速度。

ここで、車両Ｘが旋回する際のロードキャンバを考慮した運動方程式は、例えば図４の２輪モデルに示すように、下式（２）で表すことができる。

但し、β：スリップ角、Ｉ_ｚ：車両Ｘの断面２次モーメント、ｌ_ｆ：重心から前輪軸中心までの距離、ｌ_ｒ：重心から後輪軸中心までの距離。

この上式（２）に下式（３）で示すＦ_ｙｆ，Ｆ_ｙｒを代入して整理すると、下式（４）となる。

但し、Ｃ_ｆ：前輪コーナリングフォース、δ：操舵角、Ｃ_ｆ：後輪コーナリングフォース。

さらに、定常の条件（ｄβ／ｄｔ＝ｄγ／ｄｔ＝０）で整理すると、下式（５）となる。

そして、上式（５）は、行列式の定理から下式（６）へと変形することができ、この下式（６）の行列式を解くと、運動方程式として下式（７）が得られることとなる。

但し、β_δ：操舵により発生するスリップ角、β_ｃ：ロードキャンバにより発生するスリップ角、γ_δ：操舵により発生するヨーレート、γ_ｃ：ロードキャンバにより発生するヨーレート、Ａ：スタビリティファクタ。

また、車両Ｘのタイヤ周りの力のつりあい式は、例えば図５に示すキングピン１４周りの力のつりあいから、下式（８）で表すことができる。なお、図中のθ_ｐはピニオン角、ｘ_ｒはラック変位、Ｆ_ｒはラック軸力、Ｔ_ｓはキングピン１４周りのトルク、Ｆ_ｙｆはコーナリングフォースを示している。

但し、Ｔ_ｈ：操舵トルク、ξ：キャスタートレールξ_ｃ+ニューマチックトレールξ_ｎ、Ｎ_ｒ：比ストローク（ナットリード）、ｌ_ｋ：有効ナックルアーム長。

これに上式（７）の関係を代入して整理すると、タイヤ周りの力のつりあい式として下式（９）が得られることとなる。

但し、τ_δ：操舵により発生するセルフアライニングトルク、τ_ｃ；ロードキャンバにより発生するセルフアライニングトルク。

従って、ロードキャンバ操舵角演算部４ｂでは、ロードキャンバに起因して生じるヨーレートγ_ｃを打ち消す制御目標値であるロードキャンバ操舵角δ_ｃが、上式（７）に基づいて得られた下式（１０）により演算される。そして、操舵角制御部４ｄにより、操舵角が目標操舵角、つまりロードキャンバ操舵角δ_ｃとなるような制御指令がＶＧＲＳ２に出力されることとなる。

これと共に、ロードキャンバ操舵トルク演算部４ｃでは、ロードキャンバに起因して生じるセルフアライニングトルクτ_ｃを打ち消す制御目標値であるロードキャンバ操舵トルクＴ_ｃが、上式（９）に基づいて得られた下式（１１）により演算される。

ここで、ロードキャンバ操舵角δ_ｃとなるようＶＧＲＳ２が制御されると、かかる制御に反力が発生する。そのため、この反力を打ち消す操舵トルクとしての反力操舵トルクＴ_δ（下式（１２）参照）が操舵角制御部４ｄから出力され、この反力操舵トルクＴ_δがロードキャンバ操舵トルクＴ_ｃに加算され、目標操舵トルクＴ_ｈ（＝Ｔ_ｃ+Ｔ_σ＝τ_ｃ+τ_δ）が算出される。そして、操舵トルク制御部４ｅにより、操舵トルクが、目標操舵トルクＴｈ、つまりロードキャンバ操舵トルクＴ_ｃと反力操舵トルクＴ_δとの和になるような制御指令がＥＰＳ３に出力されることとなる。

なお、本実施形態では、車速Ｖが所定速度Ｖ_α以下のとき、車速Ｖを所定速度Ｖ_αとして扱っている。これは、Ｖ＝０となって上式（１０）〜（１２）が発散することを防ぐためである。

以上、本実施形態の車両用操舵制御装置１では、ロードキャンバの情報に基づき操舵角及び操舵トルクの双方が、車両Ｘの偏向を抑制されるよう最適に制御される。よって、車両Ｘの運転者にあっては、通常の道路を走行するのと同じ操作でロードキャンバ路１０を好適に走行でき、ロードキャンバを意識せずに快適に運転することが可能となる。その結果、本実施形態によれば、運転者に与える違和感を低減しつつ、ロードキャンバによる車両Ｘの偏向を精度よく抑制することが可能となる。

すなわち、本実施形態では、ロードキャンバ路１０を走行する上で必要な操舵角および操舵トルクを演算してＶＧＲＳ２及びＥＰＳ３を協調制御することで、例えばハンドル角を変化させずに車両Ｘがロードキャンバ路１０を直進することが可能となる。よって、ロードキャンバによる補正操作を運転者が行わなくともよく、ロードキャンバが存在しない道路を走行しているときと同じ操作（感覚）でロードキャンバ路１０を車両Ｘが走行できるのである。

ところで、従来の車両用操舵制御装置では、ロードキャンバにより生じる車両Ｘのヨーレートγ_ｃのみを考慮した操舵トルクでもってＥＰＳ３がフィードバック制御され、斜線維持走行が実施される。よって、運転者に対する違和感が考慮されていない。また、ロードキャンバにより生じる車両Ｘのセルフアライニングトルクτ_ｃが考慮されていないことから、場合によっては、車両Ｘの偏向を抑制するのが困難となるおそれがある。

この点、本実施形態では、上述したように、運転者が違和感を覚えないようＶＧＲＳ２及びＥＰＳ３の双方が制御され、ロードキャンバに起因して生じるヨーレート及びセルフアライニングトルクの双方が打ち消される。よって、上記作用効果、すなわち、運転者に与える違和感を低減しつつロードキャンバによる車両Ｘの偏向を精度よく抑制するという効果は、効果的なものである。

また、本実施形態では、上述したように、ロードキャンバに起因して発生するヨーレートγ_ｃを打ち消すようにＶＧＲＳ２が制御されると共に、ロードキャンバに起因して発生するセルフアライニングトルクτ_ｃを打ち消すようにＥＰＳ３が制御される。つまり、本実施形態おいては、ロードキャンバ路を走行するに際して車両Ｘに発生するヨーレートγ_ｃ及びセルフアライニングトルクτ_ｃが、ＶＧＲＳ２及びＥＰＳ３でそれぞれ補償されることとなる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る車両用操舵制御装置は、実施形態に係る上記車両用操舵制御装置１に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであっても勿論よい。

１…車両用操舵制御装置、２…ＶＧＲＳ（操舵角調整手段）、３…ＥＰＳ（操舵トルク調整手段）、４…ＥＣＵ（制御手段）、Ｘ…車両。

Claims (3)

1. 路面傾斜による車両の偏向を抑制するよう該車両の操舵を制御するための車両用操舵制御装置であって、
   操舵伝達比を変化させて前記車両の操舵角を調整するための操舵角調整手段と、
   前記車両の操舵トルクを調整するための操舵トルク調整手段と、
   前記路面傾斜に基づいて、前記偏向を抑制するよう前記操舵角調整手段及び前記操舵トルク調整手段の双方を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記路面傾斜に起因して発生するヨーレートを打ち消すように前記操舵角調整手段を制御すると共に、
   前記路面傾斜に起因して発生するセルフアライニングトルク、及び前記操舵角調整手段の制御により発生する反力を打ち消すように前記操舵トルク調整手段を制御することを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 前記操舵角調整手段は、操舵伝達比可変システムであり、
   前記操舵トルク調整手段は、パワーステアリングシステムであることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記路面傾斜に関するロードキャンバ量を推定し、
   前記ヨーレートを打ち消す操舵角としてのロードキャンバ操舵角を前記ロードキャンバ量に基づき算出し、前記ロードキャンバ操舵角に応じて前記操舵角調整手段を制御すると共に、
   前記セルフアライニングトルクを打ち消す操舵トルクとしてのロードキャンバ操舵トルクを前記ロードキャンバ量に基づき算出し、且つ、前記ロードキャンバ操舵角に応じて前記操舵角調整手段が制御されることで発生する反力を打ち消す操舵トルクとしての反力操舵トルクを算出し、前記ロードキャンバ操舵トルクと前記反力操舵トルクとの和に応じて前記操舵角調整手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用操舵制御装置。

Images