JP2004359143A

JP2004359143A - 車両用舵角制御装置

Info

Publication number: JP2004359143A
Application number: JP2003161607A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sao; 雅之佐尾; Yoshiki Yasuno; 芳樹安野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】路面μが変動する場合であっても、安定した車両挙動が達成可能な車両用舵角制御装置を提供すること。
【解決手段】少なくともコーナリングパワーを用いた車両モデルと、検出された路面μに基づいて前記コーナリングパワーを補正するコーナリングパワー補正手段と、補正されたコーナリングパワーを用いた前記車両モデルから、検出されたハンドル操舵角、及び車速に基づいて補助舵角を算出し、補助舵角付与手段に指令信号を出力する補助舵角制御手段とを備えた車両用舵角制御装置において、コーナリングパワー補正手段は、検出された路面μにかかわらず、補正によるコーナリングパワーの変化率に制限を加える変化率規定部を有することとした。
【選択図】図３

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前輪または後輪に補助舵角を与える操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、前後輪共に補助操舵を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。この従来技術では、路面摩擦係数（以下、路面μと記載する）に応じてコーナリングパワーを補正することで、車両挙動を安定方向へ制御する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１５９１３８号公報（第１０頁右上段、図１２参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の操舵制御装置にあっては、路面μ判断が変動するような状況では、これに対応してコーナリングパワーが変化し、算出される後輪側の操舵角の変化量が大きくなり、これに伴い車両挙動が変化して運転者に違和感を与える虞があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑み、路面μが変動する場合であっても、安定した車両挙動が達成可能な車両用舵角制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、少なくともコーナリングパワーを用いた車両モデルと、検出された路面μに基づいて前記コーナリングパワーを補正するコーナリングパワー補正手段と、補正されたコーナリングパワーを用いた前記車両モデルから、検出されたハンドル操舵角、及び車速に基づいて補助舵角を算出し、補助舵角付与手段に指令信号を出力する補助舵角制御手段とを備えた車両用舵角制御装置において、コーナリングパワー補正手段は、検出された路面μにかかわらず、補正によるコーナリングパワーの変化率に制限を加える変化率規定部を有することで、上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の作用】
本願発明にあっては、路面μに応じてコーナリングパワーを補正する際、補正によるコーナリングパワーの変化率に制限を加えることで、コーナリングパワーの急変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、安定した車両挙動を得ることができる。
【０００８】
【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。
【０００９】
（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。
実施例の車両用操舵制御装置が適用される車両の前輪９Ｌ，９Ｒには、運転者の操舵入力に基づき前輪９Ｌ，９Ｒを操舵するステアリングユニット１１が設けられている。更に、前輪操舵アクチュエータ３７として、ステアリングユニット１１に設けられ、電動モータにより前輪９Ｌ，９Ｒに補助舵角を与える前輪側舵角付与機構７が設けられている。また、後輪操舵アクチュエータ３８として、後輪１０Ｌ，１０Ｒに補助舵角を与える後輪側舵角付与機構８が設けられている。
【００１０】
前輪側舵角付与機構７及び後輪側舵角付与機構８は、前輪操舵コントローラ５及び後輪操舵コントローラ６からの指令に基づいて、電動モータにより前輪９Ｌ，９Ｒ及び後輪１０Ｌ，１０Ｒに所望の舵角を付与するよう構成されている。尚、具体的な付与機構については周知技術であるため説明を省略する。
【００１１】
操舵制御コントローラ４には、パルスエンコーダ等を用いて運転者の操舵角度θを検出する操舵角センサ１（ハンドル操舵角検出手段に相当），車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２（車速検出手段に相当），車両に発生する横加速を検出する加速度センサ３，前輪実舵角センサ２４（前輪側舵角検出手段に相当），後輪実舵角センサ２５（後輪側舵角検出手段に相当）からの検出信号が入力される。
【００１２】
図２は操舵制御コントローラ４の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ４は、目標値生成部４１、目標出力値生成部４２、路面μ判断部４３から構成されている。目標出力値生成部４２で生成された目標値は、前輪操舵コントローラ５及び後輪操舵コントローラ６に出力される。
【００１３】
目標値生成部４１は、図３の目標値生成部４１の構成を表すブロック図に示すように、車両モデル演算部４１１と目標値演算部４１２から構成されている。
車両モデル演算部４１１は、操舵角度θと車体速Ｖから２輪モデルを用いて車両パラメータを演算する。車両パラメータの演算については後で詳細に説明する。
目標値演算部４１２は、車体速Ｖ、操舵角度θ、車両パラメータから車両の目標ヨーレイトψ’^＊、及び目標横速度Ｖ^＊ｙを演算する。
【００１４】
目標出力値生成部４２は、図４の目標出力値生成部４２の構成を表すブロック図に示すように、目標後輪舵角演算部４２１，目標前輪舵角演算部４２２から構成されている。
【００１５】
目標後輪舵角演算部４２１は、車両の目標ヨーレイトψ’^＊，目標横速度Ｖ^＊ｙとから目標後輪舵角δ^＊を決定する。
目標前輪舵角演算部４２２は、車両の目標ヨーレイトψ’^＊，目標横速度Ｖ^＊ｙとから目標前輪舵角θ^＊を決定する。
【００１６】
路面μ判断部４３は、検出された車体速Ｖ、横加速度Ｖｙに基づいて路面μを判断する。
【００１７】
前輪操舵コントローラ５は、前輪の実舵角が目標前輪舵角θ^＊と一致するように前輪操舵アクチュエータ７を制御する。
【００１８】
後輪操舵コントローラ６は、後輪の実舵角が補正後目標前輪舵角δ^＊と一致するように後輪操舵アクチュエータ８を制御する。
【００１９】
〔車両モデル演算部４１１における車両モデル演算〕
車両モデル演算部４１１は、以下に示す車両モデルから、車両パラメータを演算する。
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレイトと横速度は、下記式１で表せる。

ここで、

である。
【００２０】
状態方程式より前輪操舵に対するヨーレイト、横速度の伝達関数を求めると、下記式（３）及び式（４）で表される。

となる。

【００２１】
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。

ここで、

【００２２】
同様に横速度伝達関数は、式（４）より下記式（７）と表される。

ここで、

【００２３】
以上から、車両パラメータ

が求められる。
【００２４】
〔目標値演算部４１２における目標値演算〕
目標値演算部４１２における車速、車両パラメータと後述する目標値パラメータから目標ヨーレイトと目標横速度を求める。
【００２５】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。

【００２６】
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。

【００２７】
ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記式１１で表される。

ただし、ｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｏｍｅｇｎ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｚｅｔａ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｚｅｒｏ＿ｍａｐはそれぞれ図５，図６，図７及び図８に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。ただし、図５に示すｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐは、路面μ判断部４３において判断された路面μ判断フラグＦ_ｍｙｕに応じて、下記のように切り替わる。
Ｆ_ｍｙｕ＝１（低μ）のとき、ｙａｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ＝ｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ＿ｌｏｗ
Ｆ_ｍｙｕ＝０（高μ）のとき、ｙａｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ＝ｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ＿ｈｉｇｈ
ここで、ｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ＿ｌｏｗは低μ用、ｙａｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ＿ｈｉｇｈは高μ用パラメータを示す。
【００２８】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。

ただし、ｖｙ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｏｍｅｇｎ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｚｅｔａ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｚｅｒｏ＿ｍａｐはそれぞれ図９，図１０，図１１及び図１２に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００２９】
（目標出力値生成部４２における目標前輪舵角及び目標後輪舵角演算）
〔目標後輪舵角演算部４２１における目標後輪舵角演算〕
図４は目標後輪舵角演算部４２１の制御構成を表すブロック図である。目標ヨーレイトψ’^＊（ｓ），目標横速度Ｖ^＊ｙから目標後輪舵角δ^＊を算出する。

から、

よって、目標後輪舵角δ^＊は

となる。
【００３０】
〔目標前輪舵角演算部４２２における目標前輪舵角演算〕
図４は目標前輪舵角演算部４２２の構成を表すブロック図である。目標ヨーレイトψ’^＊（ｓ），目標横速度Ｖ^＊ｙから目標前輪舵角θ^＊を算出すると下記式（１８）で表される。

【００３１】
〔路面μ判断処理〕
検出した車両の車体速（車両前方向Ｖｘ及び横速度Ｖｙ）、横加速度Ａｙから路面μ判断フラグＦ_ｍｙｕを決定する。
車体速Ｖｘ及びＶｙより車体スリップ角βは、下記式１９により表される。

となり、β及びＡｙが下記の条件のときＦ_ｍｙｕは、

となる。ただし、Ｆ_ｍｙｕのハンチング対策のため、低μから高μへの切り替わりは一定時間保持する以下の処理を行う。
カウンターＣｍは、制御操舵コントローラ計算周期をΔＴ、保持する一定時間をＴ_０とすると、

ただし、０≦Ｃｍ≦Ｔ_０とする。
路面μ判断フラグＦ_ｍｙｕは、

となる。
【００３２】
〔コーナリングパワー値フィルタリング〕
フィルタリング前後輪コーナリングパワー値Ｋ_ｆ’及びＫ_ｆ’は、路面μ判断フラグＦ_ｍｙｕに伴い２段階に変化する。低μ時の前後輪コーナリングパワー値をＫ_ｆｌ及びＫ_ｒｌ、高μ時の前後輪コーナリングパワー値をＫ_ｆｈ及びＫ_ｒｈとおくと、

上記切り替わり時に、舵角が急変し運転者に違和感を与えるため、下記のようにフィルタリングを施す。
【００３３】
前後輪コーナリングパワー値の変化率ｄＫ_ｆ及びｄＫ_ｒは、前後輪コーナリングパワー値のΔＴ（操舵制御コントローラ計算周期）時間前の値をＫ_ｆ−１及びＫ_ｒ−１とおくと、

となる。この変化率の制限値をＲ_ｄＫｆ及びＲ_ｄＫｒとおくと、

のように変化率に制限を掛ける。
フィルタリング後の前後輪コーナリングパワー値Ｋ_ｆ及びＫ_ｒは、

【００３４】
以上説明したように、本実施例における操舵制御装置にあっては、路面μに応じてコーナリングパワー値を補正する際、式２８〜式３０に示すフィルタリングを施し、コーナリングパワー値の急変を防止することで、前輪操舵角及び後輪操舵角の急変を防止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、安定した車両挙動を得ることができる（請求項１に対応）。
【００３５】
特に、上述の実施例では、前輪操舵アクチュエータ７により前輪操舵角を制御している。このとき、急激に前輪操舵角を変化させるということは、急激な前輪操舵アクチュエータ出力トルクの変化を意味している。前輪操舵機構１１はハンドル→前輪操舵アクチュエータ７→タイヤ９間が常時接続された機構である。よって、イナーシャ（慣性力）の大きいタイヤ９を制御するためにも前輪操舵アクチュエータ出力トルクを急激に変化させると、よりイナーシャの小さいハンドルにもその反力が伝わり、運転者に違和感を与える虞がある。これに対し、路面μ変動時にコーナリングパワーの変化率を規定することで、前輪操舵角の変動を防止することが可能となり、運転者のハンドル操作に対し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（請求項２に対応）。
【００３６】
図１３は路面μ判断を行わない操舵制御時におけるシミュレーション結果を表す図である。図１４は従来技術（すなわち、路面μに応じて操舵制御を切り換える技術）に基づいたシミュレーション結果を表す図であり、図１５は上記構成に基づいた本願発明のシミュレーション結果を表す図である。
【００３７】
圧雪路にて、車速８０ｋｍ／ｈ、操舵入力を±６０°、１／３Ｈｚのサイン操舵とした走行条件である。
【００３８】
この図１３〜図１５の各シミュレーション結果において、（ａ）は運転者操舵角と実操舵角（運転者＋制御）の関係を表す。（ｂ）は後輪舵角を表す。（ｃ）は目標ヨーレイトと発生ヨーレイトの関係を表す。（ｄ）は目標横滑り角と発生横滑り角の関係を表す。（ｅ）は路面μフラグを表す。（ｆ）は前輪のコーナリングパワー値を表す。（ｇ）は後輪のコーナリングパワー値を表す。
【００３９】
図１３の路面μ判断を行わない操舵制御時にあっては、実際は低μ路を走行しているにも関わらず、路面μ判断を行わず、高μ路制御のまま走行しているため、図１３（ｃ），（ｄ）に示すように、目標ヨーレイトと発生ヨーレイト及び目標横滑り角と発生横滑り角の追従性は悪化しているのが分かる。
【００４０】
図１４の従来技術（路面μ判断をふまえた操舵制御）による操舵制御時にあっては、図１４（ｅ）に示すように低μ路と判断されてからは、図１４（ｆ），（ｇ）に示すように、コーナリングパワーが切り換えられ、図１４（ｃ），（ｄ）に示すように、目標ヨーレイトと発生ヨーレイト及び目標横滑り角と発生横滑り角の追従性は向上している。しかしながら、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、低μ判断による制御切換時に前後輪舵角が急変し、運転者に大きな違和感を与えている。
【００４１】
図１５の本願発明による操舵制御時にあっては、図１５（ｅ）に示すように低μ路と判断されてからは、図１５（ｆ），（ｇ）に示すように、コーナリングパワーにフィルタがかかっているため、徐々に制御が切り換えられる。よって、図１４（ｃ），（ｄ）に示すように、目標ヨーレイトと発生ヨーレイト及び目標横滑り角と発生横滑り角の追従性が向上している。更に、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、低μ判断による制御切換時に前後輪舵角が急変するといったことがなく、運転者に与える違和感を最小限としているのがわかる。
【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、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図６】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図７】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図９】第１実施例における横速度パラメータを表すマップである。
【図１０】第１実施例における横速度パラメータを表すマップである。
【図１１】第１実施例における横速度パラメータを表すマップである。
【図１２】第１実施例における横速度パラメータを表すマップである。
【図１３】路面μ判断によるコーナリングパワー補正なしのシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【図１４】従来技術におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【図１５】本願発明におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
１操舵角センサ
２車速センサ
３横加速度センサ
４操舵制御コントローラ
７前輪操舵機構
８後輪操舵機構
９Ｌ，９Ｒ前輪
１０Ｌ，１０Ｒ後輪
１１ステアリングユニット
２４前輪実舵角センサ
２５後輪実舵角センサ
４１目標値生成部
４２目標出力値生成部
４３路面μ判断部
４１１車両モデル演算部
４１２目標値演算部
４１３コーナリングパワー値フィルタリング部
４２１目標後輪舵角演算部
４２２目標前輪舵角演算部

Claims

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、
路面の摩擦係数を検出する路面μ検出手段と、
前輪もしくは後輪に補助舵角を付与する補助舵角付与手段と、
少なくともコーナリングパワーを用いた車両モデルと、
検出された路面μに基づいて前記コーナリングパワーを補正するコーナリングパワー補正手段と、
補正されたコーナリングパワーを用いた前記車両モデルから、検出されたハンドル操舵角、及び車速に基づいて補助舵角を算出し、前記補助舵角付与手段に指令信号を出力する補助舵角制御手段と、
を備えた車両用舵角制御装置において、
前記コーナリングパワー補正手段は、検出された路面μにかかわらず、補正によるコーナリングパワーの変化率に制限を加える変化率規定部を有することを特徴とする車両用舵角制御装置。
請求項１に記載の車両用舵角制御装置において、
前記補助舵角付与手段を、前輪操舵角に対し補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段としたことを特徴とする車両用舵角制御装置。