JP2003261056A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents
車両用操舵制御装置Info
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Abstract
両が大きく回頭するようにして、より容易に旋回を行な
えるようにした車両用操舵制御装置において、低速時に
ドライバが素早いハンドル操作をした場合に、車両の急
激な回頭を抑制してドライバにとってハンドルを扱いや
すくできるようにする。 【解決手段】 車両の低速時には、ステアリング操作部
材を通じて入力される操舵入力舵角に対する車両の回頭
角度を高速時よりも大きくする車両用操舵制御装置にお
いて、操舵入力舵角θhに対する操舵輪の舵角δf,δ
rを、車速の増大に伴って減少する時定数を含む一次遅
れ要素1b,1dに応じて制御するように構成する。
Description
速に応じて制御する、車両用操舵制御装置に関する。
る特性が要求される。つまり、車両の低速走行時には、
小さなハンドル角操作で車両が大きく回頭する(急旋回
する)ようにして、より容易に旋回を行なえるようにす
ることが好ましく、車両の高速走行時には、僅かにハン
ドル角を操作しても車両が回頭することのないようにし
て、過敏な操舵反応が生じることなく安定して直進や旋
回を行なえるようにすることが好ましい。
えば、低速ではドライバの操舵負担を低減するためにス
テアリングギヤ比を小さくして、少ないハンドル角操作
で前輪(操舵輪)に大きな切れ角が生じるように設定
し、高速では過敏な操舵応答を抑制するためにステアリ
ングギヤ比を大きくする技術(ステアリングギヤ比可変
制御機構)が開発されている。
機構では、図12(a),(b)に示すようなステアリ
ングギヤ比N(=θh/δf:ハンドル角θhと操舵輪
である前輪の転舵角δfとの比)を、図12(c)に実
線で示すように、車速が低いほど小さく設定し、低速ほ
ど少ないハンドル角操作で前輪(操舵輪)に大きな切れ
角が生じるように設定するのである。
ル角速度)が速いほどステアリングギヤ比がより小さく
なるようにして、急操舵に対するパワーステアリング機
構のアシスト遅れを防止する技術も開発されている。な
お、通常のハンドル(ステアリングホイール)に代え
て、ジョイスティックのようなものでステアリング操作
を行なうものにおいて、上記のような操舵特性を有する
ようにする技術も提案されている。
構(4WS)では、高速域では後輪を前輪と同相に操舵
し(同相操舵)することで車体の姿勢を安定させた状態
で走行できるようにし、低速域では後輪を前輪と逆相に
操舵し(逆相操舵)、ハンドル操作角に対する車両の回
頭を大きくして、より容易に旋回を行なえるようにして
いる。
(a),(b)に示すような後輪舵角比Kr1(=θh/
δr:ハンドル角θhと操舵輪である後輪の転舵角δr
との比)を、図13(c)に実線で示すように、車速が
低い領域では後輪が逆相に転舵されるように設定し、こ
の後輪の逆相転舵比の大きさを、車速が低いほど大きく
設定し、低速ほど少ないハンドル角操作で車体が急旋回
するように設定するのである。
グギヤ比可変制御機構や四輪操舵機構を備えた車両にお
いて、例えば車庫入れ時等に極低速で素早い操舵操作を
行なった場合、車両が急激に旋回してしまうため、ドラ
イバにとっては却って扱いにくいものになってしまう。
つまり、ステアリングギヤ比可変制御機構では、極低速
走行時には、ステアリングギヤ比が極めて小さくされ、
少ないハンドル角操作で操舵輪に大きな切れ角が与えら
れるので、ドライバが素早いハンドル操作をすると、こ
れに応じて急激に操舵輪が切られるため、車両が急旋回
しドライバに違和感を与え、ハンドルを扱いにくいもの
にしてしまう。特に、極低速走行時に操舵角速度(ハン
ドル角速度)が速いほどステアリングギヤ比がより小さ
くなるようにした場合、車両の回頭がより急激になり、
ドライバに与える違和感も大きくなって、ハンドルも一
層扱いにくいものになってしまう。
は、後輪を前輪と逆相操舵し、ハンドル操作角に対する
車両の回頭を大きくするので、ドライバが素早いハンド
ル操作をすると、これに応じて、車両が急激に回頭する
ことになり、ドライバに違和感を与えてしまい、ハンド
ルを扱いにくいものにしてしまう。本発明はこのような
課題に鑑み案出されたもので、車両の低速走行時に、小
さなハンドル角操作で車両が大きく回頭するようにし
て、より容易に旋回を行なえるようにしたものにおい
て、低速走行時にドライバが素早いハンドル操作をした
場合に、車両の急激な回頭を抑制してドライバにとって
ハンドル操作を扱いやすいものにできるようにした、車
両用操舵制御装置を提供することを目的とする。
め、本発明の車両用操舵制御装置(請求項1)では、車
速検出手段により車両の速度を検出し、入力舵角検出手
段によりステアリング操作部材を通じて入力される操舵
入力舵角を検出して、これらの車速検出手段及び入力舵
角検出手段からの情報に基づいて、制御手段が、車両の
低速走行時には、操舵入力舵角に対する車両の回頭角度
が高速走行時よりも大きくなるように操舵輪を制御す
る。このとき、制御手段は、操舵入力舵角に対する操舵
輪の舵角を、車速の増大に伴って減少する時定数を含む
一次遅れ要素に応じて制御するように構成されている。
角との比であるステアリングギヤ比を、車速に応じて変
更しうるステアリングギヤ比可変機構をそなえ、上記制
御手段は、上記車両の低速走行時には高速走行時よりも
上記ステアリングギヤ比が小さくなるように上記ステア
リングギヤ比可変機構を制御するとともに、上記操舵入
力舵角に対する上記操舵輪の舵角を、車速の増大に伴っ
て減少する時定数を含む一次遅れ要素に応じて制御する
ことが好ましい(請求項2)。
項3)では、車速検出手段により車両の速度を検出し、
入力舵角検出手段によりステアリング操作部材を通じて
入力される操舵入力舵角を検出して、これらの車速検出
手段及び入力舵角検出手段からの情報に基づいて、制御
手段が、車両の低速走行時には、四輪操舵機構を制御し
て、上記車両の後輪を前輪と逆相に操舵する。このと
き、上記制御手段では、上記操舵入力舵角に対する上記
後輪の舵角を、車速の増大に伴って減少する時定数を含
む一次遅れ要素に応じて制御する。
項4)では、車速検出手段により車両の速度を検出し、
入力舵角検出手段によりステアリング操作部材を通じて
入力される操舵入力舵角を検出して、これらの車速検出
手段及び入力舵角検出手段からの情報に基づいて、制御
手段が、車両の低速走行時には、四輪操舵機構を制御し
て、上記車両の後輪を前輪と逆相に操舵する。このと
き、上記制御手段は、上記後輪の逆相操舵角目標値を設
定し、この逆相操舵角目標値を上記操舵入力舵角に応じ
た同相操舵角で補正した上で上記四輪操舵機構を制御す
る。
は、上記操舵入力舵角に対する上記前輪の舵角を、車速
の増大に伴って減少する時定数を含む一次遅れ要素に応
じて制御するようにしてもよい(請求項5)。
の形態について説明する。まず、本発明の一実施形態に
ついて図面に基づいて説明すると、図1〜図5は本発明
の一実施形態に係る車両用操舵制御装置について説明す
る図である。本実施形態にかかる操舵装置は、前輪二輪
と後輪二輪とを共に操舵できる自動車用四輪操舵装置と
して構成されている。この四輪操舵装置は、図2に示す
ように、操舵輪2FL,2FR,2RL,2RRがステ
アリング操作部材としてのステアリングホイール(操舵
ハンドル、単にハンドルともいう)3と機械的に連結さ
れておらずに制御手段としてのECU(電子制御ユニッ
ト)1を通じて作動を制御される操舵アクチュエータ4
F,4Rにより転舵されるステアバイワイヤ式として構
成されている。そして、前輪2FL,2FRは前輪操舵
アクチュエータ4Fによって、後輪2RL,2RRは後
輪操舵アクチュエータ1Rによって、それぞれ転舵され
るようになっている。なお、ステアバイワイヤ式の操舵
装置の場合には、操舵ハンドル3に操舵輪側からの操舵
反力が発生しないので、操舵反力を模擬的に付与する反
力模擬装置5が設置されている。
置を制御するECU(制御手段)1と、ハンドル角(操
舵入力舵角)θhを検出しECU1に出力するハンドル
角センサ(操舵入力舵角検出手段)11と、車速Vを検
出しECU1に出力する車速センサ(車速検出手段)1
2とから構成されている。ECU1では、入力されるハ
ンドル角θhと車速Vとに基づいて前輪2FL,2FR
及び後輪2RL,2RRを転舵するようになっている。
FRに対しては、例えば図12(c)に示すような特性
で、ステアリングギヤ比可変制御を行なうようになって
いる。つまり、ハンドル角θhと操舵輪である前輪の転
舵角δfとの比であるステアリングギヤ比N(=θh/
δf)を、図12(c)に実線で示すように、車速セン
サ12により検出された車速Vに基づいて車速が低いほ
ど小さくなるように設定する。さらに、この設定された
ステアリングギヤ比Nと、ハンドル角センサ11により
検出されたハンドル角θhとに基づいて、前輪の目標転
舵角δf(=θh/δf)を算出して、前輪2FL,2
FRの舵角がこの目標転舵角δfになるように前輪操舵
アクチュエータ4Fの作動を制御する。もちろん、この
制御は、所定の短い周期で行なわれるので、前輪2F
L,2FRは、常にハンドル角θhと車速Vとに応じて
制御されることになる。
内では、図1に示すように、演算部1aにおいて、入力
されたハンドル角θhをステアリングギヤ比Nで除算し
て目標転舵角δf1(=θh/N)を算出してから、こ
の算出した目標転舵角δfを一次遅れ要素1bで処理し
て目標転舵角δf1の変化を鈍らせた上で目標転舵角δ
fとして出力するようになっている。
3に示すように、車速Vに対応して設定しており、車速
Vが低い領域において車速Vが低いほど時定数Tを大き
な値に設定する。時定数Tが大きいほど、目標転舵角δ
fの変化は鈍らされるため、車速Vが低いほど目標転舵
角δfの急変が抑制されて、目標転舵角δfは単純演算
値δf1に対して緩やかに変化することになる。
対しては、例えば図13(c)に示すような特性で、後
輪舵角比の制御を行なうようになっている。つまり、図
13(c)に実線で示すように、車速が低い領域では後
輪が逆相に転舵されるように設定し、この後輪の逆相転
舵比Kr1の大きさを、車速センサ12により検出された
車速Vに基づいて車速Vが低いほど大きく設定するので
ある。そして、この設定された後輪転舵比Kr1と、ハン
ドル角センサ11により検出されたハンドル角θhとに
基づいて、後輪の目標転舵角δr(=Kr1・θh)を算
出する。そして、後輪2RL,2RRの舵角がこの目標
転舵角δrになるように後輪操舵アクチュエータ4Rの
作動を制御する。もちろん、この制御も、前輪2FL,
2FRと同様に所定の短い周期で行なわれるので、後輪
2RL,2RRは、常にハンドル角θhと車速Vとに応
じて制御されることになる。
内では、図1に示すように、演算部1cにおいて、入力
されたハンドル角θhを後輪転舵比Kr1で乗算して目標
転舵角δr1(=Kr1・θh)を算出してから、この算
出した目標転舵角を一次遅れ要素1dで処理して目標転
舵角δr1の変化を鈍らせた上で目標転舵角δf2とし
て出力し、さらに、この後輪の目標転舵角δf2をハン
ドル角速度dθh/dtに応じて補正して、後輪の目標
転舵角δrを得るようになっている。
数Tも、一次遅れ要素1bの場合と同様に、図3に示す
ように、車速Vに対応して設定しており、車速Vが低い
領域において車速Vが低いほど時定数Tを大きな値に設
定する。時定数Tが大きいほど、目標転舵角δr2の変
化は鈍らされるため、車速Vが低いほど目標転舵角δ2
rの急変が抑制されて、目標転舵角δr2は単純演算値
δr1に対して緩やかに変化することになる。
を、ハンドル角速度dθh/dtに応じて補正する。つ
まり、入力されたハンドル角θhを微分演算部1eにお
いて時間微分して、ハンドル角速度dθh/dtを求
め、演算部1fにおいてこのハンドル角速度dθh/d
tに対して車速に応じたゲイン(後輪舵角比)Kr2を乗
算して、この算出値δr3(=Kr2・dθh/dt)を
上記目標転舵角δr2に加算補正して、後輪の目標転舵
角δr(δr2+δr3)を設定するうになっている。
に示すように、車速Vが低い領域においてハンドル角速
度に対して同相側に設定される値であって、車速Vが低
いほど大きな値に設定される。したがって、ハンドルを
切ると、そのハンドル操作の速度分だけハンドル操作初
期の後輪の逆相操舵量が減少して、後輪の急激な逆相転
舵が緩和されることになる。特に、ゲインKr2が予め大
きく設定された場合やハンドル角速度が大きい場合(即
ち、ドライバが、急操舵を行なった場合)には、このゲ
インKr2が大きくなって、操舵開始直後に後輪が一瞬同
相操舵されるため、車両の急激な回答をより効果的に抑
制しうるようになっている。
御装置は、上述のように構成されているので、例えば図
5に示すように、操舵制御が行なわれる。つまり、車速
Vを読み込んで(ステップS10)、車速Vに応じた前
輪のステアリングギヤ比N[=θh/δf:ハンドル角
θhと操舵輪である前輪の転舵角δfとの比、図6
(a),(b)参照]を計算する(ステップS20)。
さらに、車速Vに応じた後輪の舵角比(4WS同相逆相
ゲイン)Kr1[=δr/δf:後輪の転舵角δrと前輪
の転舵角δfとの比、図7(a),(b)参照]を計算
する(ステップS30)。また、車速Vに応じた一次遅
れ時定数Tを計算する(ステップS40)。また、車速
Vに応じた後輪の舵角比(一瞬同相ゲイン)Kr2[=δ
r/δf:後輪の転舵角δrと前輪の転舵角δfとの
比、図8(a),(b)参照]を計算する(ステップS
50)。
テップS60)、ハンドル角θhとステアリングギヤ比
Nと一次遅れ時定数Tとに応じて前輪の目標転舵角δf
を計算し、ハンドル角θhと4WS同相逆相ゲインKr1
と一次遅れ時定数Tと一瞬同相ゲインKr2とに応じて後
輪の目標転舵角δrとを計算し、これらを出力する(ス
テップS70)。
のステアリングギヤ比Nが大きい場合の前輪舵角δfの
急変が防止される[図6(c)参照]と共に、後輪の逆
相ゲインKr1が大きい場合の後輪舵角δrの急変が防止
される[図7(c)参照]。また、これと共に、ハンド
ル角速度と車速とに応じた一瞬同相ゲインKr2に応じ
て、ハンドルの急激な操作時における後輪舵角δrの一
瞬の急変(操作開始時の急変)が防止され、車両の急激
な回転運動が防止される効果がある[図8(c)参
照]。
で素早い操舵操作を行なった場合にも、車両が急激に旋
回してしまうことはなく、ドライバにとって違和感のな
い扱い易い操舵特性を実現できる。もちろん、時間的な
遅れをもって最終的にはハンドル操作した量に応じた車
輪の操舵量を達成できる。以上、本発明の実施形態を説
明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるもので
はなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
リングギヤ比可変制御と後輪の逆相制御(四輪操舵)と
の両方を行なうことによって、低速走行時において、ハ
ンドル角(操舵入力舵角)θhに対する車両の回頭角度
を高速走行時よりも大きくしているものにおいて、ステ
アリングギヤ比可変制御と後輪の逆相制御との両方で一
次遅れ要素によって車両の急旋回を防止しているが、こ
のように、前輪のステアリングギヤ比可変制御と後輪の
逆相制御(四輪操舵)との両方を行なうものにおいて、
いずれか一方のみに関し、一次遅れ要素を利用して制御
するようにしてもよい。
制御のみを有する二輪操舵のものや前輪のステアリング
ギヤ比可変制御はないが四輪操舵のみを有するものの場
合には、備えられた制御要素にのみ一次遅れ要素を利用
することになる。例えば、図9に示すように、ECU1
によってステアリングアクチュエータ4Fを制御するス
テアバイワイヤ方式を前輪2FL,2FRのみに適用し
たものの場合、図11(a)に示すように、上記実施形
態の構成の一部を適用して、前輪2FL,2FRに関す
るステアリングギヤ比を、一次遅れ要素を利用して可変
制御してもよい。なお、図9,図11において、図2,
図1と同符号は同様のものを示す。
変制御として、ステアバイワイヤ方式に限らず、例え
ば、図10に示すように、ハンドル角と前輪舵角との差
を制御できるようにする差動ギヤ等を用いたアクティブ
フロントステア機構(AFS)6を設けて、このAFS
6の差動ギヤ等をECU1によって制御するものを用い
てもよい。なお、図10において、図2と同符号は同様
のものを示す。
する場合も、操舵ハンドル3と操舵輪とを機械的に連結
して転舵を行なうものに適用してもよい。この四輪操舵
機構のみに一次遅れ要素を利用する場合は、図11
(b)に示すように、上記実施形態の構成の一部を適用
して、演算部1cにおいて、入力されたハンドル角θh
を後輪転舵比Kr1で乗算して目標転舵角δr1(=Kr1
・θh)を算出してから、この算出した目標転舵角を一
次遅れ要素1dで処理して目標転舵角δr1の変化を鈍
らせた上で最終的な目標転舵角δfとして出力すればよ
い。あるいは、上記実施形態の微分演算部1e,演算部
1fを付加して、一次遅れ要素1dで処理した後輪の目
標転舵角δfをハンドル角速度dθh/dtに応じて補
正して、後輪の目標転舵角δrを得るようになってい
る。
グギヤ比可変制御と四輪操舵制御との両方に一次遅れ要
素を用いた制御を適用する場合、ステアリングギヤ比可
変制御の一次遅れ要素と四輪操舵制御の一次遅れ要素と
で時定数Tを別設定してもよい。ただし、この場合も、
車速の低い領域で時定数Tを設定し(中高速領域では時
定数Tを0とする)、かつ、車速が低いほど時定数Tが
大きくなる傾向に設定する必要がある。
舵制御装置(請求項1〜3,5)によれば、操舵入力舵
角に対する操舵輪の舵角を、車速に反比例する時定数を
含む一次遅れ要素に応じて制御するので、ハンドル操作
に対する車両の回頭角度が車両の低速走行時には高速走
行時よりも大きくなるように操舵輪が制御される車両に
おいて、ドライバが低速走行時に素早いハンドル操作を
して操舵入力舵角が急変してもこれに対する操舵輪の舵
角は急変することなくやや遅れをもって変更されるよう
になるので、車両の急激な回頭が抑制されドライバに違
和感を与えないようにすることができるので、車両の旋
回は少ないハンドル操作で思い通りに行なえることにな
る。
項4)によれば、低速時に急なハンドル操作をした場合
には、後輪に一瞬同相操舵を加えられるようになるた
め、車両の急激な回転運動が防止される効果がある。
置の制御内容を説明するブロック図である。
置を説明する車両の模式的構成図である。
置の制御に用いる時定数を説明する図である。
置の制御に用いる時定数を説明する図である。
置の制御内容を説明するフローチャートである。
置の効果を説明する図であって、(a)は操舵輪の模式
図、(b)は操舵用ハンドルの模式図、(c)はその操
舵輪の操舵角特性をハンドル角と対比して示す図であ
る。
置の効果を説明する図であって、(a)は操舵輪の模式
図、(b)は操舵用ハンドルの模式図、(c)はその操
舵輪の操舵角特性をハンドル角と対比して示す図であ
る。
置の効果を説明する図であって、(a)は操舵輪の模式
図、(b)は操舵用ハンドルの模式図、(c)はその操
舵輪の操舵角特性をハンドル角と対比して示す図であ
る。
装置を説明する模式的構成図である。
操舵制御装置を説明する模式的構成図である。
装置の変形例を説明するブロック図であり、(a)は第
1変形例にかかるブロック図、(b)は第2変形例にか
かるブロック図である。
って、(a)は操舵輪の模式図、(b)は操舵用ハンド
ルの模式図、(c)は操舵特性を示す図である。
であって、(a)は操舵輪の模式図、(b)は操舵用ハ
ンドルの模式図、(c)は操舵特性を示す図である。
ル(操舵ハンドル) 4F 前輪操舵アクチュエータ 4R 後輪操舵アクチュエータ 5 反力模擬装置 6 アクティブフロントステア機構(AFS) 11 ハンドル角センサ(操舵入力舵角検出手段) 12 車速センサ(車速検出手段)
Claims (5)
- 【請求項1】 車両の速度を検出する車速検出手段と、 ステアリング操作部材を通じて入力される操舵入力舵角
を検出する入力舵角検出手段と、 上記の車速検出手段及び入力舵角検出手段からの情報に
基づいて、上記車両の低速走行時には、上記操舵入力舵
角に対する車両の回頭角度が高速走行時よりも大きくな
るように操舵輪を制御する制御手段とを備え、 上記制御手段は、上記操舵入力舵角に対する上記操舵輪
の舵角を、車速の増大に伴って減少する時定数を含む一
次遅れ要素に応じて制御することを特徴とする、車両用
操舵制御装置。 - 【請求項2】 上記操舵入力舵角と上記操舵輪の舵角と
の比であるステアリングギヤ比を、車速に応じて変更し
うるステアリングギヤ比可変機構をそなえ、 上記制御手段は、上記車両の低速走行時には高速走行時
よりも上記ステアリングギヤ比が小さくなるように上記
ステアリングギヤ比可変機構を制御するとともに、上記
操舵入力舵角に対する上記操舵輪の舵角を、車速の増大
に伴って減少する時定数を含む一次遅れ要素に応じて制
御す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。 - 【請求項3】 車両の速度を検出する車速検出手段と、 ステアリング操作部材を通じて入力される操舵入力舵角
を検出する入力舵角検出手段と、 上記車両の低速走行時には、後輪を前輪と逆相に操舵し
うる四輪操舵機構と、 上記の車速検出手段及び入力舵角検出手段からの情報に
基づいて、上記四輪操舵機構を制御する制御手段とを備
え、 上記制御手段は、上記操舵入力舵角に対する上記後輪の
舵角を、車速の増大に伴って減少する時定数を含む一次
遅れ要素に応じて制御することを特徴とする、車両用操
舵制御装置。 - 【請求項4】 車両の速度を検出する車速検出手段と、 ステアリング操作部材を通じて入力される操舵入力舵角
を検出する入力舵角検出手段と、 上記車両の低速走行時には、後輪を前輪と逆相に操舵し
うる四輪操舵機構と、 上記の車速検出手段及び入力舵角検出手段からの情報に
基づいて、上記四輪操舵機構を制御する制御手段とを備
え、 上記制御手段は、上記後輪の逆相操舵角目標値を設定
し、この逆相操舵角目標値を上記操舵入力舵角に応じた
同相操舵角で補正した上で上記四輪操舵機構を制御する
ことを特徴とする、車両用操舵制御装置。 - 【請求項5】 上記制御手段は、上記操舵入力舵角に対
する上記前輪の舵角を、車速の増大に伴って減少する時
定数を含む一次遅れ要素に応じて制御することを特徴と
する、請求項3又は4記載の車両用操舵制御装置。
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