JP2004237929A - 車両運動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両運動制御中に車速が変化したとしても、運転者に違和感を与えることなく車両の挙動を安定に制御可能な車両運動制御装置を提供すること。
【解決手段】車両運動を制御可能な車両運動制御機構を備えた車両運動制御装置において、操舵角検出値に応じて変更する車速変化率リミッタを設け、車両運動目標値算出手段を、車速検出値に変化率リミッタを施した出力をマップ参照用の車速として用いる手段とし、制御指令値算出手段は、車速検出値に変化率リミッタを施した出力を制御指令値算出用の車速として用いる手段とした。
【選択図】 図７
【解決手段】車両運動を制御可能な車両運動制御機構を備えた車両運動制御装置において、操舵角検出値に応じて変更する車速変化率リミッタを設け、車両運動目標値算出手段を、車速検出値に変化率リミッタを施した出力をマップ参照用の車速として用いる手段とし、制御指令値算出手段は、車速検出値に変化率リミッタを施した出力を制御指令値算出用の車速として用いる手段とした。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に車両の運動を制御する車両運動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この公報には、ハンドル操舵時の車両のヨーレイト等を制御し、ハンドル操舵時の車両の安定性を維持するようにしている。具体的には、操舵角と車速に基づき、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性となり得るための目標ヨーレイトを算出し、車両に発生するヨーレイトをこの目標値と一致させるために必要な後輪舵角指令値を車両諸元値に基づく運動方程式により算出し、後輪実舵角を後輪舵角指令値に追従させるように制御することによって、目標ヨーレイトに応じた車両のヨー運動となるようにしている。
【０００３】
目標ヨーレイトは、操舵角の変化に対する目標ヨーレイトの応答特性を１次・２次の伝達関数とし、車速依存定数を予め車速に応じて設定することで算出している。これにより、低速走行時のヨーレイトの操舵応答性を維持し、かつ、高速走行時に運転者に違和感を与えることのない操舵応答性と安定性とに優れた車両挙動を実現している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−００７０１０号公報（第４ページ参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の車両運動制御装置にあっては、車速依存定数を予め車速毎のマップとして飛び飛びの値として格納しており、目標ヨーレイト演算時の車速がマップ軸上の点に一致していない場合、マップ上の隣り合う点に基づき直線補間を行い、車速依存定数を算出している。よって、直線補間することにより生じる誤差が目標ヨーレイト等に影響し、結果的に後輪舵角にも影響が及ぶ可能性がある。したがって、旋回制動等、操舵中に車速が変化するような場合において、後輪舵角が所望の動き以外の動きとなることで、運転者に違和感を与える虞があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み、車両運動制御装置において、車両運動制御中に車速が変化したとしても、運転者に違和感を与えることなく車両の挙動を安定に制御可能な車両運動制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、車両運動を制御可能な車両運動制御機構と、該車両運動制御機構の状態を検出する状態検出手段と、前記操舵角検出値と、前記車速検出値と、予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数とに基づいて、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性になり得るための車両運動目標値を算出する車両運動目標値算出手段と、前記車両運動目標値を実現するために必要な運動制御機構指令値を算出する制御指令値算出手段と、前記状態検出値が前記運動制御機構指令値に一致するように前記後輪操舵アクチュエータに制御信号を与えるサーボ演算手段と、を備えた車両運動制御装置において、前記操舵角検出値に応じて変更する車速変化率リミッタを設け、前記車両運動目標値算出手段を、前記車速検出値に変化率リミッタを施した出力を前記マップ参照用の車速として用いる手段とし、前記制御指令値算出手段は、前記車速検出値に変化率リミッタを施した出力を制御指令値算出用の車速として用いる手段としたことで、上記課題を解決するに至った。
【０００８】
【発明の作用】
本願発明にあっては、車速変化率リミッタを設け、この制限された車速に基づいて車両運動制御を実行することで、車速が変化したとしても、制御指令値の変動を抑制することが可能となり、運転者に違和感を与えることなく安定した操舵制御を達成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車両用操舵制御装置の実施形態について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１０】
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例における基本構成を示す全体システム図である。図中、左右の後輪（非操舵輪）２Ｌ，２Ｒを機械的に転舵する舵角可変機構（補助操舵手段）３と、この舵角可変機構３を駆動制御する制御装置４とを備えている。
【００１１】
舵角可変機構３は、左右の後輪２Ｌ，２Ｒに取り付けたナックルアーム５Ｌ，５Ｒ間に、キングピン軸６Ｌ，６Ｒ及びボールジョイント７Ｌ，７Ｒを介してタイロッド８に形成された滑りねじ９に、外周面に外歯を形成したナット１０が螺合され、このナット１０の外歯にステップモータからなる駆動モータ１１の回転軸に取り付けられた外歯１２が噛合された構成を有し、駆動モータ１１を回転駆動することによりタイロッド８が左右方向に移動して後左右輪が転舵されるようになっている。なお、１３はタイロッド８を中立位置に復帰させるリターンスプリングである。
【００１２】
図２は制御装置４の機能ブロック図を表したものである。図２に示すように、制御装置４には、前輪舵角センサ１４からの前輪舵角検出値θ、及び車速センサ１６からの車速検出値Ｖをもとに、車両運動目標値としての目標ヨーレイトψ’＊と、目標ヨー角加速度ψ’’＊とを算出する車両運動目標値設定部（車両目標値算出手段）４１が設けられている。また、車両運動目標値設定部４１からの目標ヨーレイトψ’＊及び目標ヨー角加速度ψ’’＊と、前輪舵角検出値θ及び車速検出値Ｖとを基に、目標後輪舵角δ＊を算出する目標後輪舵角演算部４２が設けられている。また、後輪舵角センサ１７からの後輪舵角検出信号δと、前記目標後輪舵角δ＊とが一致するような制御信号を後輪操舵アクチュエータ３へ供給する後輪舵角サーボ演算部４３が設けられている。
【００１３】
車両運動目標値設定部４１では、次式に示す前輪舵角検出値と目標ヨーレイトψ’＊との間の伝達関数に基づいて、前輪舵角検出値θに対する、車両運動目標値としての目標ヨーレイトψ’＊を算出する。
（式１）
なお、式１において、Ｇψ’，ωｎ，ｎ１及びζは車速依存定数であって、Ｇψ’はヨーレイトゲイン、ωｎは固有角周波数、ｎ１は零点相当値、ζは減衰係数である。これらの車速依存定数は、予め設定した車速と車速依存定数との対応を表す制御マップに基づいて設定される。
【００１４】
図５は車速Ｖに対するヨーレイトゲインＧψ’の関係を表すマップである。この車速依存定数は、操舵角θの変化に対するヨーレイトψ’の応答特性において、ヨーレイトゲインＧψ’は定常ゲイン、すなわち、操舵角に対する定常的なヨーレイトを特定し、固有角周波数ωｎはその振動周波数を特定し、零点相当値ｎ１は操舵角の変化に対するヨーレイトの立ち上がりの速さ、つまり、ヨーレイトの立ち上がり特性を特定し、減衰係数ζは収束の速さ、つまり、ヨーレイトの収束性を特定している。したがって、車速依存定数を所定の応答特性となり得る値に設定し、設定した車速依存定数と前記式（１）とに基づき算出した目標ヨーレイトψ’＊の応答特性は、所定の応答特性となる。
【００１５】
よって、車速依存定数を車速に応じて設定することにより、目標ヨーレイトψ’＊の応答特性は、車速に応じて異なる応答特性となり、また、ヨーレイトゲインＧψ’，固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１，減衰係数ζを個別に変更することによって、例えば定常ゲインのみ、或いは振動周波数のみが異なる応答特性を得ることができる。
【００１６】
図３は、車両運動目標値設定部４１の構成を表すブロック図である。後輪舵角指令値演算部４２において、目標ヨー角加速度ψ’’＊を必要としていることから、目標ヨー角加速度ψ’’＊を算出した後、これを積分処理して目標ヨーレイトψ’＊を算出する。尚、図中のＢ０，Ｂ１，Ｆ０，Ｆ１は次式に基づき算出した値である。
Ｂ０＝ωｎ ２
Ｂ１＝２ζωｎ
Ｆ０＝ｎ１ωｎ ２
Ｆ１＝ωｎ ２−Ｂ１・Ｆ１
【００１７】
後輪舵角指令値演算部４２では、目標ヨーレイトψ’＊，及び目標ヨー角加速度ψ’’＊と、操舵角センサ１４からの操舵角検出値θ及び車速センサ１６からの車速検出値Ｖとを基に、下記式（２）に基づいて、に自由度車両運動方程式の逆計算によって、目標ヨーレイトψ’＊に実際のヨーレイトを一致させ得る後輪舵角を算出し、これを目標後輪舵角δ＊とする。
（式２）
ただし、
Ｖｙ：車両横速度
βＦ：前輪横滑り角
βＲ：後輪横滑り角
ＬＦ：前車軸から車両重心点までの距離
ＬＲ：後車軸から車両重心点までの距離
ＣＦ：前輪のコーナリングフォース
ＣＲ：後輪のコーナリングフォース
ＫＲ：車両の後輪のコーナリングパワー
ｅＫＦ：車両の前輪の等価コーナリングパワー（前輪のコーナリングパワーであるが、ステアリング剛性の影響によるステアリング角に対するコーナリングパワー低下分も加味した値）
ＩＺ：車両のヨー慣性モーメント
Ｍ：車両の重量
Ｎ：ステアリングギヤ比
である。
【００１８】
後輪舵角サーボ演算部４３では、後輪舵角指令値δ＊と後輪舵角センサの後輪舵角検出信号δとの偏差に基づいて、ロバストモデルマッチング制御を用いたサーボ演算を行い、後輪操舵アクチュエータ４に制御信号を出力する。
【００１９】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。図４は、車両運動制御コントローラ４が行う処理手中を示すフローチャートである。なお、この処理は、所定制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００２０】
ステップ１０１では、操舵角センサ１４からの操舵角検出値θ、車速センサ１６からの車速検出値Ｖ、後輪舵角センサ１７からの後輪舵角検出信号δを読み込む。
【００２１】
ステップ１０２では、予め設定した車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照し、車速に対応するヨーレイトゲインＧψ’，減衰係数ζ，固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１を設定する。図５に示すように、マップは所定車速毎に設けられた値を持っているため、検出された車速がマップ上の所定車速以外のポイントにあるときは、直線補間によりマップ間の値を求めることで、各車速依存定数を設定する。
【００２２】
ここで、マップ参照には車速センサ２からの車速検出値Ｖを用いずに、車速の変化率に制限を設けたマップ参照用車速Ｖｍａｐを用いる。詳細は後述する。
【００２３】
ステップ１０３では、設定した車速依存定数と前記式（１）と、操舵角検出値θとに基づいて目標ヨーレイトψ’＊を算出する。
【００２４】
ステップ１０４では、算出した目標ヨーレイトψ’＊に実際のヨーレイトψ’を一致させることの可能な後輪舵角指令値δ＊を前記式（２）に基づいて算出する。ただし、式（２）の演算にはマップ参照用車速Ｖｍａｐを用いる。Ｖｍａｐの詳細は後述する。また、低車速を表す所定車速Ｂ未満のときは、前回の制御周期で演算された後輪舵角指令値δ＊を補正する後輪舵角指令値補正処理を実行する。処理内容の詳細については後述する。
【００２５】
ステップ１０５では、後輪舵角指令値δ＊と、後輪舵角検出値δとの偏差に基づいて、例えばロバストモデルマッチング制御を落ちいたサーボ演算を行い、後輪操舵アクチュエータ３に出力する制御信号を算出する。
【００２６】
（車速依存定数算出における車速リミッタ処理）
次に、ステップ１０２について詳細に説明する。各車速依存定数を設定する際に直線補間を用いることで誤差が生じ、結果的に運転者に違和感を与える虞がある。この現象について説明する。ここで、簡略化するため、車速依存定数を２ＷＳ（後輪を転舵しない）車両の持つ車速依存定数と同じ値に設定していると仮定する。図５の車速Ａ以下の領域では、車速依存定数に基づいて算出される目標ヨーレイトψ’＊は２ＷＳで生じるヨーレイト特性に等しくなるため、この目標ヨーレイトψ’＊に基づいて算出される目標後輪舵角δ＊は０となるはずである。
【００２７】
しかし、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップは所定車速毎に値を有しているため、各車速ポイント間の値は直線補間で求めており、図６のマップ拡大図に示すように、厳密には２ＷＳ特性と一致しない領域が存在する。例えば車速ａ１のときの実際の２ＷＳ特性と補間による特性との差ΔＧψ’はｐとなり、車速ａ２のときの差ΔＧψ’は０となり、また車速ａ３のときの差ΔＧψ’はｑ（＞ｐ）となる。このため、目標ヨーレイトψ’＊が２ＷＳ車両で生じるヨーレイト特性と異なり、誤差ｐやｑに対応して目標ヨーレイトψ’＊を実現するように、ある値を持った（０以外）後輪舵角指令値δ＊が算出される。この現象は、一定の車速では運転者に与える違和感はない（たとえ後輪舵角が生じても微少かつ一定値なので影響が少ない）。しかしながら、車速が変化する場合には、後輪舵角が変動する（２ＷＳ特性との誤差が大きくなったり小さくなったりする：ｐ→０→ｑもしくはｑ→０→ｐを補償するために変動）ため、運転者が違和感を感じる虞がある。
【００２８】
そこで、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照する際の車速を緩やかに変化させることで、上記誤差による影響を抑えるようにした。具体的には、図８の操舵角絶対値−車速変化率リミットマップに示すように、車速変化率リミッタを設定し、車速検出値Ｖに変化率リミッタを施した出力を、車速依存定数マップ参照用車速Ｖｍａｐとしている。以下、Ｖｍａｐ算出における車速リミッタ処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
ステップ２０１では、図８に示す特性に基づいて、操舵角θから車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを設定する。ｄｖｌｉｍｉｔは操舵角検出値の絶対値｜θ｜に応じて変化する値であり、操舵角絶対値｜θ｜が大きいときはｄｖｌｉｍｉｔを小さくし、操舵角絶対値｜θ｜が小さいときはｄｖｌｉｍｉｔを大きくする。
【００３０】
ステップ２０２では、今回検出された車速検出値Ｖ（ｎ）と前回演算時（１０ｍｓｅｃ前）のマップ参照用車速Ｖｍａｐ（ｎ−１）を比較する。車速検出値Ｖ（ｎ）が大きいときはステップ２０３へ進み、車速検出値Ｖ（ｎ）が小さいときはステップ２０５へ進む。また、車速検出値Ｖ（ｎ）とマップ参照用車速Ｖｍａｐ（ｎ−１）が等しいときはステップ２０７へ進む。
【００３１】
ステップ２０３では、車速検出値Ｖ（ｎ）とマップ参照用車速Ｖｍａｐ（ｎ−１）との差と車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを比較する。Ｖ（ｎ）−Ｖｍａｐ（ｎ−１）＞ｄｖｌｉｍｉｔのときはステップ２０４へ進み、それ以外はステップ２０７へ進む。
【００３２】
ステップ２０４では、Ｖｍａｐ（ｎ−１）にｄｖｌｉｍｉｔを加算した値を今回のＶｍａｐ（ｎ）とする。すなわち、Ｖの変化が増加方向に大きい場合は、Ｖｍａｐの変化量はｄｖｌｉｍｉｔで制限される。
【００３３】
ステップ２０５では、Ｖｍａｐ（ｎ−１）とＶ（ｎ）との差と車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを比較する。Ｖｍａｐ（ｎ−１）−Ｖ（ｎ）＞ｄｖｌｉｍｉｔのときはステップ２０６へ進み、それ以外はステップ２０７へ進む。
【００３４】
ステップ２０６では、Ｖｍａｐ（ｎ−１）からｄｖｌｉｍｉｔを減算した値を今回のＶｍａｐ（ｎ）とする。すなわち、Ｖの変化が減少方向に大きい場合は、Ｖｍａｐの変化量はｄｖｌｉｍｉｔで制限される。
【００３５】
ステップ２０７では、今回のＶ（ｎ）をＶｍａｐ（ｎ）とする。車速Ｖの変化がｄｖｌｉｍｉｔ以下の場合はＶｍａｐは制限されない。
【００３６】
ステップ２０８では、Ｖｍａｐ（ｎ）を車速Ｖと車速依存定数との対応を表す制御マップの参照車速として、各車速依存定数を読み出し、処理を終了する。
【００３７】
すなわち、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照する際、車速変化が緩やかになり、各マップのポイント間の値を直線補間することに起因する車両挙動への悪影響を抑えることができる（請求項１に対応）。また、車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを操舵角絶対値｜θ｜に応じて変更することで、いつまでも実際の車速Ｖとマップ参照用車速Ｖｍａｐが異なるような状況を回避することができる（請求項２に対応）。すなわち、操舵角を戻して直線状態となれば速やかにＶ＝Ｖｍａｐとなるため、次の操舵時は、予めその車速でチューニングされた各車速依存定数を用いた状態から制御が行われる。
【００３８】
（後輪舵角指令値補正処理）
次に、ステップ１０４において実行される後輪舵角指令値演算及び補正処理について説明する。４輪操舵による制御効果の低い低車速域では、予め２輪操舵車両の特性に近いチューニングを行っている。従って、後輪舵角指令値δ＊は、ほぼ０となるように演算される。しかし、前述したように、各車速依存定数を設定する際の直線補簡による誤差によって、本来０となるはずの後輪舵角指令値δ＊がある値を持つ場合が生じる。
【００３９】
そこで、もともと２輪操舵特性に近づけるチューニングを行う低車速領域では、後輪舵角指令値δ＊を強制的に０に近づけることで、直線補間による誤差の悪影響を抑える。
【００４０】
以下、後輪舵角指令値補正処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ４０１では、車速検出値Ｖが所定車速Ｂ未満かどうかを判断し、Ｂ未満の場合はステップ４０２へ進み、それ以外はステップ４０７へ進む。
【００４１】
ステップ４０２では、前回演算時の後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）の絶対値｜δ＊（ｎ−１）｜と後輪舵角指令値収束量αの比較を行う。後輪舵角指令値収束量αは後輪舵角指令値の絶対値を０に近づける速さを設定した値で、制御周期ごとに後輪舵角指令値δ＊に加算または減算する。後輪舵角指令値δ＊の絶対値が大きいときはステップ４０３へ進み、それ以外はステップ４０４へ進む。
【００４２】
ステップ４０３では、後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）の符号を調べ、正のときはステップ４０５へ進み、負のときはステップ４０６へ進む。
【００４３】
ステップ４０４では、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）を０として処理を終了する。
【００４４】
ステップ４０５では、前回演算時後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）から後輪舵角指令値収束量αを減算した値を、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）として処理を終了する。
【００４５】
ステップ４０６では、前回演算時後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）に後輪舵角指令値収束量αを加算した値を、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）として処理を終了する。
【００４６】
ステップ４０７では、通常の後輪舵角指令値δ＊算出演算（式２参照）を行い、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）として処理を終了する。
【００４７】
このように、低車速域（所定車速Ｂ未満）では、確実に後輪舵角指令値δ＊を０とすることが可能となり、各車速依存定数を設定する際の直線補間による誤差の影響をなくすことが可能となり、所望の特性を得ることができる。また、後輪舵角指令値収束量αを設定し、後輪舵角指令値δ＊を緩やかに０へ収束させることで、後輪舵角が急に０となり運転者に違和感を与えるといったことを防止することができる（請求項３に対応）。
【００４８】
（シミュレーション）
【００４９】
図１０は、マップ参照用車速Ｖｍａｐに車速変化率リミットを施さない場合（従来例）の各制御信号および車両挙動を示すシミュレーション結果である。また図１１にマップ参照用車速Ｖｍａｐに車速変化率リミットを施した場合（本発明）の各制御信号および車両挙動を示す。
【００５０】
車速Ａ点から減速する走行時であって、時刻ｔ１において４５°の操舵を行い、時刻ｔ２において、約０．２８Ｇの減速を行っている。また、車速依存定数において、ヨーレイトゲインＧψ’は図５に示す特性とし、固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１，減衰係数ζに関しても車速Ａ以下では、ほぼ２ＷＳと同じ特性としている。
【００５１】
図１０からわかるように、車速変化率リミットを施さない場合は、特に目標ヨー角加速度ψ’’＊の変動が大きく、後輪舵角指令値δ＊も変動しているのに対して、図１１に示す本発明の場合には、各制御信号の変動が抑えられている。その結果、車両に生じる横加速度ｄＶｙの変動にも差が生じており、本発明の場合では、運転者に与える影響が抑えられていることがわかる。
【００５２】
（その他の実施例）
以上、第１実施例について説明してきたが、本発明は上述の構成に限られるものではなく、例えば、前輪に補助舵角を付与する前輪舵角付与手段を備えた車両に適用してもよいし、さらに、左右制動輪のブレーキ液圧差を用いて車両のヨーレイトを制御可能なブレーキ制御手段を備えた車両に適用してもよい。これらの車両に本願発明の車速変化率リミッタを適用することで、制御目標値（例えば目標ヨーレイトや目標横速度等）が急激に変動することがなく、さらに安定した車両運動制御を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図３】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図４】第１実施例における、操舵制御を表すフローチャートである。
【図５】第１実施例における、車速−ヨーレイトゲインマップである。
【図６】車速−ヨーレイトゲインマップの拡大図である。
【図７】第１実施例における、車速変化率リミット処理を表すフローチャートである。
【図８】第１実施例における、操舵角絶対値−車速変化率リミット値マップである。
【図９】第１実施例における、後輪舵角演算処理及び補正処理を表すフローチャートである。
【図１０】従来例におけるシミュレーション結果を表す図である。
【図１１】本発明におけるシミュレーション結果を表す図である。
【符号の説明】
１Ｌ，１Ｒ 前輪
２Ｌ，２Ｒ 後輪
３ 後輪操舵アクチュエータ
４ 制御装置
８ タイロッド
１１ 駆動モータ
１４ 操舵角センサ
１６ 車速センサ
１７ 後輪舵角センサ
４１ 車両運動目標値設定部
４２ 後輪舵角指令値演算部
４３ 後輪舵角サーボ演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に車両の運動を制御する車両運動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この公報には、ハンドル操舵時の車両のヨーレイト等を制御し、ハンドル操舵時の車両の安定性を維持するようにしている。具体的には、操舵角と車速に基づき、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性となり得るための目標ヨーレイトを算出し、車両に発生するヨーレイトをこの目標値と一致させるために必要な後輪舵角指令値を車両諸元値に基づく運動方程式により算出し、後輪実舵角を後輪舵角指令値に追従させるように制御することによって、目標ヨーレイトに応じた車両のヨー運動となるようにしている。
【０００３】
目標ヨーレイトは、操舵角の変化に対する目標ヨーレイトの応答特性を１次・２次の伝達関数とし、車速依存定数を予め車速に応じて設定することで算出している。これにより、低速走行時のヨーレイトの操舵応答性を維持し、かつ、高速走行時に運転者に違和感を与えることのない操舵応答性と安定性とに優れた車両挙動を実現している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−００７０１０号公報（第４ページ参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の車両運動制御装置にあっては、車速依存定数を予め車速毎のマップとして飛び飛びの値として格納しており、目標ヨーレイト演算時の車速がマップ軸上の点に一致していない場合、マップ上の隣り合う点に基づき直線補間を行い、車速依存定数を算出している。よって、直線補間することにより生じる誤差が目標ヨーレイト等に影響し、結果的に後輪舵角にも影響が及ぶ可能性がある。したがって、旋回制動等、操舵中に車速が変化するような場合において、後輪舵角が所望の動き以外の動きとなることで、運転者に違和感を与える虞があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み、車両運動制御装置において、車両運動制御中に車速が変化したとしても、運転者に違和感を与えることなく車両の挙動を安定に制御可能な車両運動制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、車両運動を制御可能な車両運動制御機構と、該車両運動制御機構の状態を検出する状態検出手段と、前記操舵角検出値と、前記車速検出値と、予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数とに基づいて、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性になり得るための車両運動目標値を算出する車両運動目標値算出手段と、前記車両運動目標値を実現するために必要な運動制御機構指令値を算出する制御指令値算出手段と、前記状態検出値が前記運動制御機構指令値に一致するように前記後輪操舵アクチュエータに制御信号を与えるサーボ演算手段と、を備えた車両運動制御装置において、前記操舵角検出値に応じて変更する車速変化率リミッタを設け、前記車両運動目標値算出手段を、前記車速検出値に変化率リミッタを施した出力を前記マップ参照用の車速として用いる手段とし、前記制御指令値算出手段は、前記車速検出値に変化率リミッタを施した出力を制御指令値算出用の車速として用いる手段としたことで、上記課題を解決するに至った。
【０００８】
【発明の作用】
本願発明にあっては、車速変化率リミッタを設け、この制限された車速に基づいて車両運動制御を実行することで、車速が変化したとしても、制御指令値の変動を抑制することが可能となり、運転者に違和感を与えることなく安定した操舵制御を達成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車両用操舵制御装置の実施形態について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１０】
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例における基本構成を示す全体システム図である。図中、左右の後輪（非操舵輪）２Ｌ，２Ｒを機械的に転舵する舵角可変機構（補助操舵手段）３と、この舵角可変機構３を駆動制御する制御装置４とを備えている。
【００１１】
舵角可変機構３は、左右の後輪２Ｌ，２Ｒに取り付けたナックルアーム５Ｌ，５Ｒ間に、キングピン軸６Ｌ，６Ｒ及びボールジョイント７Ｌ，７Ｒを介してタイロッド８に形成された滑りねじ９に、外周面に外歯を形成したナット１０が螺合され、このナット１０の外歯にステップモータからなる駆動モータ１１の回転軸に取り付けられた外歯１２が噛合された構成を有し、駆動モータ１１を回転駆動することによりタイロッド８が左右方向に移動して後左右輪が転舵されるようになっている。なお、１３はタイロッド８を中立位置に復帰させるリターンスプリングである。
【００１２】
図２は制御装置４の機能ブロック図を表したものである。図２に示すように、制御装置４には、前輪舵角センサ１４からの前輪舵角検出値θ、及び車速センサ１６からの車速検出値Ｖをもとに、車両運動目標値としての目標ヨーレイトψ’＊と、目標ヨー角加速度ψ’’＊とを算出する車両運動目標値設定部（車両目標値算出手段）４１が設けられている。また、車両運動目標値設定部４１からの目標ヨーレイトψ’＊及び目標ヨー角加速度ψ’’＊と、前輪舵角検出値θ及び車速検出値Ｖとを基に、目標後輪舵角δ＊を算出する目標後輪舵角演算部４２が設けられている。また、後輪舵角センサ１７からの後輪舵角検出信号δと、前記目標後輪舵角δ＊とが一致するような制御信号を後輪操舵アクチュエータ３へ供給する後輪舵角サーボ演算部４３が設けられている。
【００１３】
車両運動目標値設定部４１では、次式に示す前輪舵角検出値と目標ヨーレイトψ’＊との間の伝達関数に基づいて、前輪舵角検出値θに対する、車両運動目標値としての目標ヨーレイトψ’＊を算出する。
（式１）
【００１４】
図５は車速Ｖに対するヨーレイトゲインＧψ’の関係を表すマップである。この車速依存定数は、操舵角θの変化に対するヨーレイトψ’の応答特性において、ヨーレイトゲインＧψ’は定常ゲイン、すなわち、操舵角に対する定常的なヨーレイトを特定し、固有角周波数ωｎはその振動周波数を特定し、零点相当値ｎ１は操舵角の変化に対するヨーレイトの立ち上がりの速さ、つまり、ヨーレイトの立ち上がり特性を特定し、減衰係数ζは収束の速さ、つまり、ヨーレイトの収束性を特定している。したがって、車速依存定数を所定の応答特性となり得る値に設定し、設定した車速依存定数と前記式（１）とに基づき算出した目標ヨーレイトψ’＊の応答特性は、所定の応答特性となる。
【００１５】
よって、車速依存定数を車速に応じて設定することにより、目標ヨーレイトψ’＊の応答特性は、車速に応じて異なる応答特性となり、また、ヨーレイトゲインＧψ’，固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１，減衰係数ζを個別に変更することによって、例えば定常ゲインのみ、或いは振動周波数のみが異なる応答特性を得ることができる。
【００１６】
図３は、車両運動目標値設定部４１の構成を表すブロック図である。後輪舵角指令値演算部４２において、目標ヨー角加速度ψ’’＊を必要としていることから、目標ヨー角加速度ψ’’＊を算出した後、これを積分処理して目標ヨーレイトψ’＊を算出する。尚、図中のＢ０，Ｂ１，Ｆ０，Ｆ１は次式に基づき算出した値である。
Ｂ０＝ωｎ ２
Ｂ１＝２ζωｎ
Ｆ０＝ｎ１ωｎ ２
Ｆ１＝ωｎ ２−Ｂ１・Ｆ１
【００１７】
後輪舵角指令値演算部４２では、目標ヨーレイトψ’＊，及び目標ヨー角加速度ψ’’＊と、操舵角センサ１４からの操舵角検出値θ及び車速センサ１６からの車速検出値Ｖとを基に、下記式（２）に基づいて、に自由度車両運動方程式の逆計算によって、目標ヨーレイトψ’＊に実際のヨーレイトを一致させ得る後輪舵角を算出し、これを目標後輪舵角δ＊とする。
（式２）
Ｖｙ：車両横速度
βＦ：前輪横滑り角
βＲ：後輪横滑り角
ＬＦ：前車軸から車両重心点までの距離
ＬＲ：後車軸から車両重心点までの距離
ＣＦ：前輪のコーナリングフォース
ＣＲ：後輪のコーナリングフォース
ＫＲ：車両の後輪のコーナリングパワー
ｅＫＦ：車両の前輪の等価コーナリングパワー（前輪のコーナリングパワーであるが、ステアリング剛性の影響によるステアリング角に対するコーナリングパワー低下分も加味した値）
ＩＺ：車両のヨー慣性モーメント
Ｍ：車両の重量
Ｎ：ステアリングギヤ比
である。
【００１８】
後輪舵角サーボ演算部４３では、後輪舵角指令値δ＊と後輪舵角センサの後輪舵角検出信号δとの偏差に基づいて、ロバストモデルマッチング制御を用いたサーボ演算を行い、後輪操舵アクチュエータ４に制御信号を出力する。
【００１９】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。図４は、車両運動制御コントローラ４が行う処理手中を示すフローチャートである。なお、この処理は、所定制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００２０】
ステップ１０１では、操舵角センサ１４からの操舵角検出値θ、車速センサ１６からの車速検出値Ｖ、後輪舵角センサ１７からの後輪舵角検出信号δを読み込む。
【００２１】
ステップ１０２では、予め設定した車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照し、車速に対応するヨーレイトゲインＧψ’，減衰係数ζ，固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１を設定する。図５に示すように、マップは所定車速毎に設けられた値を持っているため、検出された車速がマップ上の所定車速以外のポイントにあるときは、直線補間によりマップ間の値を求めることで、各車速依存定数を設定する。
【００２２】
ここで、マップ参照には車速センサ２からの車速検出値Ｖを用いずに、車速の変化率に制限を設けたマップ参照用車速Ｖｍａｐを用いる。詳細は後述する。
【００２３】
ステップ１０３では、設定した車速依存定数と前記式（１）と、操舵角検出値θとに基づいて目標ヨーレイトψ’＊を算出する。
【００２４】
ステップ１０４では、算出した目標ヨーレイトψ’＊に実際のヨーレイトψ’を一致させることの可能な後輪舵角指令値δ＊を前記式（２）に基づいて算出する。ただし、式（２）の演算にはマップ参照用車速Ｖｍａｐを用いる。Ｖｍａｐの詳細は後述する。また、低車速を表す所定車速Ｂ未満のときは、前回の制御周期で演算された後輪舵角指令値δ＊を補正する後輪舵角指令値補正処理を実行する。処理内容の詳細については後述する。
【００２５】
ステップ１０５では、後輪舵角指令値δ＊と、後輪舵角検出値δとの偏差に基づいて、例えばロバストモデルマッチング制御を落ちいたサーボ演算を行い、後輪操舵アクチュエータ３に出力する制御信号を算出する。
【００２６】
（車速依存定数算出における車速リミッタ処理）
次に、ステップ１０２について詳細に説明する。各車速依存定数を設定する際に直線補間を用いることで誤差が生じ、結果的に運転者に違和感を与える虞がある。この現象について説明する。ここで、簡略化するため、車速依存定数を２ＷＳ（後輪を転舵しない）車両の持つ車速依存定数と同じ値に設定していると仮定する。図５の車速Ａ以下の領域では、車速依存定数に基づいて算出される目標ヨーレイトψ’＊は２ＷＳで生じるヨーレイト特性に等しくなるため、この目標ヨーレイトψ’＊に基づいて算出される目標後輪舵角δ＊は０となるはずである。
【００２７】
しかし、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップは所定車速毎に値を有しているため、各車速ポイント間の値は直線補間で求めており、図６のマップ拡大図に示すように、厳密には２ＷＳ特性と一致しない領域が存在する。例えば車速ａ１のときの実際の２ＷＳ特性と補間による特性との差ΔＧψ’はｐとなり、車速ａ２のときの差ΔＧψ’は０となり、また車速ａ３のときの差ΔＧψ’はｑ（＞ｐ）となる。このため、目標ヨーレイトψ’＊が２ＷＳ車両で生じるヨーレイト特性と異なり、誤差ｐやｑに対応して目標ヨーレイトψ’＊を実現するように、ある値を持った（０以外）後輪舵角指令値δ＊が算出される。この現象は、一定の車速では運転者に与える違和感はない（たとえ後輪舵角が生じても微少かつ一定値なので影響が少ない）。しかしながら、車速が変化する場合には、後輪舵角が変動する（２ＷＳ特性との誤差が大きくなったり小さくなったりする：ｐ→０→ｑもしくはｑ→０→ｐを補償するために変動）ため、運転者が違和感を感じる虞がある。
【００２８】
そこで、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照する際の車速を緩やかに変化させることで、上記誤差による影響を抑えるようにした。具体的には、図８の操舵角絶対値−車速変化率リミットマップに示すように、車速変化率リミッタを設定し、車速検出値Ｖに変化率リミッタを施した出力を、車速依存定数マップ参照用車速Ｖｍａｐとしている。以下、Ｖｍａｐ算出における車速リミッタ処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
ステップ２０１では、図８に示す特性に基づいて、操舵角θから車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを設定する。ｄｖｌｉｍｉｔは操舵角検出値の絶対値｜θ｜に応じて変化する値であり、操舵角絶対値｜θ｜が大きいときはｄｖｌｉｍｉｔを小さくし、操舵角絶対値｜θ｜が小さいときはｄｖｌｉｍｉｔを大きくする。
【００３０】
ステップ２０２では、今回検出された車速検出値Ｖ（ｎ）と前回演算時（１０ｍｓｅｃ前）のマップ参照用車速Ｖｍａｐ（ｎ−１）を比較する。車速検出値Ｖ（ｎ）が大きいときはステップ２０３へ進み、車速検出値Ｖ（ｎ）が小さいときはステップ２０５へ進む。また、車速検出値Ｖ（ｎ）とマップ参照用車速Ｖｍａｐ（ｎ−１）が等しいときはステップ２０７へ進む。
【００３１】
ステップ２０３では、車速検出値Ｖ（ｎ）とマップ参照用車速Ｖｍａｐ（ｎ−１）との差と車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを比較する。Ｖ（ｎ）−Ｖｍａｐ（ｎ−１）＞ｄｖｌｉｍｉｔのときはステップ２０４へ進み、それ以外はステップ２０７へ進む。
【００３２】
ステップ２０４では、Ｖｍａｐ（ｎ−１）にｄｖｌｉｍｉｔを加算した値を今回のＶｍａｐ（ｎ）とする。すなわち、Ｖの変化が増加方向に大きい場合は、Ｖｍａｐの変化量はｄｖｌｉｍｉｔで制限される。
【００３３】
ステップ２０５では、Ｖｍａｐ（ｎ−１）とＶ（ｎ）との差と車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを比較する。Ｖｍａｐ（ｎ−１）−Ｖ（ｎ）＞ｄｖｌｉｍｉｔのときはステップ２０６へ進み、それ以外はステップ２０７へ進む。
【００３４】
ステップ２０６では、Ｖｍａｐ（ｎ−１）からｄｖｌｉｍｉｔを減算した値を今回のＶｍａｐ（ｎ）とする。すなわち、Ｖの変化が減少方向に大きい場合は、Ｖｍａｐの変化量はｄｖｌｉｍｉｔで制限される。
【００３５】
ステップ２０７では、今回のＶ（ｎ）をＶｍａｐ（ｎ）とする。車速Ｖの変化がｄｖｌｉｍｉｔ以下の場合はＶｍａｐは制限されない。
【００３６】
ステップ２０８では、Ｖｍａｐ（ｎ）を車速Ｖと車速依存定数との対応を表す制御マップの参照車速として、各車速依存定数を読み出し、処理を終了する。
【００３７】
すなわち、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照する際、車速変化が緩やかになり、各マップのポイント間の値を直線補間することに起因する車両挙動への悪影響を抑えることができる（請求項１に対応）。また、車速変化率リミット値ｄｖｌｉｍｉｔを操舵角絶対値｜θ｜に応じて変更することで、いつまでも実際の車速Ｖとマップ参照用車速Ｖｍａｐが異なるような状況を回避することができる（請求項２に対応）。すなわち、操舵角を戻して直線状態となれば速やかにＶ＝Ｖｍａｐとなるため、次の操舵時は、予めその車速でチューニングされた各車速依存定数を用いた状態から制御が行われる。
【００３８】
（後輪舵角指令値補正処理）
次に、ステップ１０４において実行される後輪舵角指令値演算及び補正処理について説明する。４輪操舵による制御効果の低い低車速域では、予め２輪操舵車両の特性に近いチューニングを行っている。従って、後輪舵角指令値δ＊は、ほぼ０となるように演算される。しかし、前述したように、各車速依存定数を設定する際の直線補簡による誤差によって、本来０となるはずの後輪舵角指令値δ＊がある値を持つ場合が生じる。
【００３９】
そこで、もともと２輪操舵特性に近づけるチューニングを行う低車速領域では、後輪舵角指令値δ＊を強制的に０に近づけることで、直線補間による誤差の悪影響を抑える。
【００４０】
以下、後輪舵角指令値補正処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ４０１では、車速検出値Ｖが所定車速Ｂ未満かどうかを判断し、Ｂ未満の場合はステップ４０２へ進み、それ以外はステップ４０７へ進む。
【００４１】
ステップ４０２では、前回演算時の後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）の絶対値｜δ＊（ｎ−１）｜と後輪舵角指令値収束量αの比較を行う。後輪舵角指令値収束量αは後輪舵角指令値の絶対値を０に近づける速さを設定した値で、制御周期ごとに後輪舵角指令値δ＊に加算または減算する。後輪舵角指令値δ＊の絶対値が大きいときはステップ４０３へ進み、それ以外はステップ４０４へ進む。
【００４２】
ステップ４０３では、後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）の符号を調べ、正のときはステップ４０５へ進み、負のときはステップ４０６へ進む。
【００４３】
ステップ４０４では、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）を０として処理を終了する。
【００４４】
ステップ４０５では、前回演算時後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）から後輪舵角指令値収束量αを減算した値を、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）として処理を終了する。
【００４５】
ステップ４０６では、前回演算時後輪舵角指令値δ＊（ｎ−１）に後輪舵角指令値収束量αを加算した値を、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）として処理を終了する。
【００４６】
ステップ４０７では、通常の後輪舵角指令値δ＊算出演算（式２参照）を行い、今回の後輪舵角指令値δ＊（ｎ）として処理を終了する。
【００４７】
このように、低車速域（所定車速Ｂ未満）では、確実に後輪舵角指令値δ＊を０とすることが可能となり、各車速依存定数を設定する際の直線補間による誤差の影響をなくすことが可能となり、所望の特性を得ることができる。また、後輪舵角指令値収束量αを設定し、後輪舵角指令値δ＊を緩やかに０へ収束させることで、後輪舵角が急に０となり運転者に違和感を与えるといったことを防止することができる（請求項３に対応）。
【００４８】
（シミュレーション）
【００４９】
図１０は、マップ参照用車速Ｖｍａｐに車速変化率リミットを施さない場合（従来例）の各制御信号および車両挙動を示すシミュレーション結果である。また図１１にマップ参照用車速Ｖｍａｐに車速変化率リミットを施した場合（本発明）の各制御信号および車両挙動を示す。
【００５０】
車速Ａ点から減速する走行時であって、時刻ｔ１において４５°の操舵を行い、時刻ｔ２において、約０．２８Ｇの減速を行っている。また、車速依存定数において、ヨーレイトゲインＧψ’は図５に示す特性とし、固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１，減衰係数ζに関しても車速Ａ以下では、ほぼ２ＷＳと同じ特性としている。
【００５１】
図１０からわかるように、車速変化率リミットを施さない場合は、特に目標ヨー角加速度ψ’’＊の変動が大きく、後輪舵角指令値δ＊も変動しているのに対して、図１１に示す本発明の場合には、各制御信号の変動が抑えられている。その結果、車両に生じる横加速度ｄＶｙの変動にも差が生じており、本発明の場合では、運転者に与える影響が抑えられていることがわかる。
【００５２】
（その他の実施例）
以上、第１実施例について説明してきたが、本発明は上述の構成に限られるものではなく、例えば、前輪に補助舵角を付与する前輪舵角付与手段を備えた車両に適用してもよいし、さらに、左右制動輪のブレーキ液圧差を用いて車両のヨーレイトを制御可能なブレーキ制御手段を備えた車両に適用してもよい。これらの車両に本願発明の車速変化率リミッタを適用することで、制御目標値（例えば目標ヨーレイトや目標横速度等）が急激に変動することがなく、さらに安定した車両運動制御を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図３】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図４】第１実施例における、操舵制御を表すフローチャートである。
【図５】第１実施例における、車速−ヨーレイトゲインマップである。
【図６】車速−ヨーレイトゲインマップの拡大図である。
【図７】第１実施例における、車速変化率リミット処理を表すフローチャートである。
【図８】第１実施例における、操舵角絶対値−車速変化率リミット値マップである。
【図９】第１実施例における、後輪舵角演算処理及び補正処理を表すフローチャートである。
【図１０】従来例におけるシミュレーション結果を表す図である。
【図１１】本発明におけるシミュレーション結果を表す図である。
【符号の説明】
１Ｌ，１Ｒ 前輪
２Ｌ，２Ｒ 後輪
３ 後輪操舵アクチュエータ
４ 制御装置
８ タイロッド
１１ 駆動モータ
１４ 操舵角センサ
１６ 車速センサ
１７ 後輪舵角センサ
４１ 車両運動目標値設定部
４２ 後輪舵角指令値演算部
４３ 後輪舵角サーボ演算部
Claims (3)
- ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車両運動を制御可能な車両運動制御機構と、
該車両運動制御機構の状態を検出する状態検出手段と、
前記操舵角検出値と、前記車速検出値と、予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数とに基づいて、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性になり得るための車両運動目標値を算出する車両運動目標値算出手段と、
前記車両運動目標値を実現するために必要な運動制御機構指令値を算出する制御指令値算出手段と、
前記状態検出値が前記運動制御機構指令値に一致するように前記後輪操舵アクチュエータに制御信号を与えるサーボ演算手段と、
を備えた車両運動制御装置において、
前記操舵角検出値に応じて変更する車速変化率リミッタを設け、
前記車両運動目標値算出手段を、前記車速検出値に変化率リミッタを施した出力を前記マップ参照用の車速として用いる手段とし、
前記制御指令値算出手段は、前記車速検出値に変化率リミッタを施した出力を制御指令値算出用の車速として用いる手段としたことを特徴とする車両運動制御装置。 - 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
前記車速変化率リミッタは、操舵角が大きいときは変化率を小さくし、操舵角が小さいときは変化率を大きくすることを特徴とする車両運動制御装置。 - 請求項１または２に記載の車両運動制御装置において、
前記車両運動制御機構を、車両の後輪舵角を付与する後輪舵角付与手段とし、
前記状態検出手段を、後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段とし、
前記制御指令値算出手段を、前記車両運動目標値を実現するために必要な後輪舵角指令値を算出する後輪舵角指令値算出手段とし、
前記後輪舵角指令値算出手段は、予め設定した車速以下では、車両運動目標値を実現するために必要な後輪舵角指令値算出結果にかかわらず、後輪舵角指令値を０に近づけることを特徴とする車両運動制御装置。
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