JP2005178573A - 後輪転舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両安定方向となる車体速を推定できる後輪転舵制御装置を提供する。
【解決手段】後輪転舵制御部１３は、各輪の車輪回転速度ＶWFL，ＶWFR，ＶWRL，ＶWRRの最大値Ｖmaxを推定車体速Ｖrefとし、最大値Ｖmaxと制限された車体速度Ｖlimとの差の絶対値が、車体速補正判断しきい値ΔＶを超えたとき、推定車体速Ｖrefを制限された車体速度Ｖlimに補正する。目標生成部１３ｂは、補正された車体速度に基づき目標後輪舵角を決定し、アクチュエータ出力部１３ｃに出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各車輪に設けた車輪速センサから車体速を推定し、推定車体速に基づいて後輪転舵角を制御する後輪転舵制御装置の技術分野に属する。

従来の後輪転舵制御装置は、４輪にそれぞれ設けた各車輪速センサの値から推定車体速を算出し、この推定車体速に基づいて後輪転舵角を制御している（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
特開平７−２３２６３３号公報 特開平７−２３２６３４号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、４つの車輪速センサ値に基づいて推定車体速を求めているため、ブレーキ制御やエンジン出力制御等、他の車両運動制御の影響により、推定車体速と実際の車体速との差が発生するおそれがあるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車両安定方向となる車体速を推定できる後輪転舵制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、検出された操舵角と推定車体速に基づいて、目標後輪転舵角を演算する目標後輪転舵角演算手段と、後輪転舵アクチュエータに対し、目標後輪転舵角を得る制御指令を出力する後輪転舵制御手段と、を備えた後輪転舵制御装置において、各車輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、各車輪速検出値の最大値に基づいて、実車体速よりも高く車体速を推定する車体速推定手段と、を設け、前記目標後輪転舵角演算手段は、車体速推定手段により推定された車体速に基づいて、目標後輪転舵角を演算することを特徴とする。

本発明にあっては、車体速推定手段は、各車輪速検出値の最大値に基づいて推定車体速を求めるため、車両安定方向となる車体速を推定できる。そして、目標後輪転舵角演算手段は、実際の車体速よりも高めに演算された推定車体速に基づいて目標後輪転舵角を演算するため、車両に最適な後輪転舵角を与えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、本発明の後輪転舵制御装置を適用した実施例１の４輪駆動車のシステムブロック図であり、この４輪駆動車は、ステアリングホイール１と、コラムシャフト２と、前輪転舵機構３と、左右前輪４ａ，４ｂと、後輪転舵機構５と、左右後輪６ａ，６ｂと、前輪転舵アクチュエータ７と、後輪転舵アクチュエータ８と、トランスファ９と、４輪転舵コントローラ１０と、操舵角センサ（操舵角検出手段）１１と、４つの車輪速センサ（車輪速検出手段）１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ヨーレイト／横Ｇセンサ１４と、VDC/TCS/ABSアクチュエータ１５と、VDC/TCS/ABSコントローラ（車両運動制御手段）１６とを備えている。

前輪転舵機構３は、ステアリングホイール１からコラムシャフト２に入力された回転を、ラックアンドピニオンにより車両の横方向運動へ変換し、前輪４ａ，４ｂを転舵させる。また、後輪転舵機構５は、後輪転舵アクチュエータ８の入力を車両横方向運動に変換し、後輪６ａ，６ｂを転舵させる。

前輪転舵アクチュエータ７は、例えば、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸がコラムシャフト２に連結されている。この前輪転舵アクチュエータ７は、４輪転舵コントローラ１０からの指令信号に基づいて、前輪転舵角δに対する操舵角θの比であるステアリングギア比（θ／δ）を可変に制御する。

後輪転舵アクチュエータ８は、前輪転舵アクチュエータ７と同様に、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸が後輪転舵機構５のラック軸と連結されている。この後輪転舵アクチュエータ８は、４輪転舵コントローラ１０からの指令信号に基づいて、後輪６ａ，６ｂの転舵角を可変に制御する。

トランスファ９は、図外のトランスミッションから出力されるエンジン駆動力を前後輪に配分するもので、例えば、多板クラッチが用いられている。通常の２輪駆動時には、前輪４ａ，４ｂのみに駆動力が伝達される。４輪駆動時には、トランスファ９のクラッチが締結され、エンジン駆動力の一部が後輪６ａ，６ｂに配分される。

操舵角センサ１１は、パルスエンコーダ等を用いて、運転者によるステアリングホイール１の操舵角θを検出し、４輪転舵コントローラ１０へ出力する。

右前車輪速センサ１２ａは、右前輪４ａの車輪回転速度ＶWFRを検出する。左前車輪速センサ１２ｂは、右前輪４ａの車輪回転速度ＶWFLを検出する。右後車輪速センサ１２ｃは、左前輪４ｂの車輪回転速度ＶWRRを検出する。左後車輪速センサ１２ｄは、右前輪４ａの車輪回転速度ＶWRLを検出する。これらの検出値は、４輪転舵コントローラ１０へ出力する。

４輪転舵コントローラ１０は、操舵角センサ１１から入力される操舵角と、各車輪速センサ１２ａ〜１２ｄから入力される各車輪速から推定した車体速に基づいて、目標前輪転舵角と目標後輪転舵角を生成する。そして、前輪転舵アクチュエータ７と後輪転舵アクチュエータ８からフィードバックされる実際の前輪転舵角と後輪転舵角が、目標前輪転舵角と目標後輪転舵角と一致するように、前輪転舵アクチュエータ７と後輪転舵アクチュエータ８に対し、指令電流を出力する。

ヨーレイト／横Ｇセンサ１４は、ヨーレイトと横Ｇを検出し、検出値をVDC/TCS/ABSコントローラ１６へ出力する。

VDC/TCS/ABSアクチュエータ１５は、VDC/TCS/ABSコントローラ１６からの指令信号に応じて、４輪のブレーキ制動力を独立して調整する。

VDC/TCS/ABSコントローラ１６は、操舵角、各車輪速およびヨーレイト／横Ｇに基づいて、VDC/TCS/ABSアクチュエータ１５に対し、ブレーキ制動力を調整する指令を出力するとともに、図外のエンジンコントロールユニットに対し、エンジン出力を調整する指令を出力する。

ここで、VDC(Vehicle Dynamics Control)制御とは、従来のABS制御に加え、滑りやすい路面での発信を容易にするとともに障害物の緊急回避等に発生する車両の横滑りを４輪独立のブレーキ制御、エンジン出力制御により軽減し、制動、発進、旋回性能を高度に両立させ、走行安定性の向上を図る車両運動制御である。

TCS(Traction Control System)制御は、各車輪速センサ１２ａ〜１２ｄにより、後輪６ａ，６ｂのホイールスピン状態を検知し、ホイールスピンの発生を抑制する車両運動制御である。また、ABS(Antilock Brake System)制御は、各車輪速センサ１２ａ〜１２ｄの検出値から推定車体速を求め、ブレーキ作動時の車輪スリップ状態を常時監視し、車輪のスリップ率を適正な状態に保持する車両運動制御である。

図２は、４輪転舵コントローラ１０の後輪転舵制御部１３の構成を示すブロック図であり、後輪転舵制御部１３は、車体速度推定部（車体速推定手段）１３ａと、目標値生成部（目標後輪転舵角演算手段）１３ｂとアクチュエータ出力部（後輪転舵制御手段）１３ｃを備えている。

車体速度推定部１３ａは、各輪の車輪回転速度ＶWFR，ＶWFL，ＶWRR，ＶWRLから、推定車体速Ｖrefを決定し、目標値生成部１３ｂへ出力する。

目標値生成部１３ｂは、推定車体速Ｖrefと、図３に示す推定車体速Ｖrefに対する後輪転舵ゲインＧ設定マップに基づいて、後輪転舵ゲインＧを設定するとともに、設定した後輪転舵ゲインＧと操舵角θとを用い、下記の式１にて目標後輪転舵角δ*を決定する。
δ*＝Ｇ×θ …式１

アクチュエータ出力部１３ｃは、後輪６ａ，６ｂの後輪転舵角値（実転舵角）が目標後輪転舵角δ*と一致するように、後輪転舵アクチュエータ８を制御する。

次に、作用を説明する。
［推定車体速算出制御処理］
図４は、後輪転舵制御部１３の車体速度推定部１３ａで実行される推定車体速算出制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、４輪の車輪速の最大値Ｖmaxを算出し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、制限された車体速度Ｖlimの前回値Ｖlimｚを算出し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、制限された車体速度Ｖlimを、前回値Ｖlimｚと車体速の加速制限値ΔＧ１から求め、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、補正判断フラグfSPNがセットされているかどうかを判定する。YESの場合にはステップS5へ移行し、NOの場合にはステップS12へ移行する。

ステップS5では、補正終了処理中フラグfRECがセットされているかどうかを判定する。YESの場合にはステップS6へ移行し、NOの場合にはステップS9へ移行する。

ステップS6では、車体速度Ｖlimを、前回値Ｖlimｚと減速制限値ΔＧ２から求め、ステップS7へ移行する。

ステップS7では、最大値Ｖmaxが制限された車体速度Ｖlimよりも大きいかどうかを判定する。YESの場合にはステップS8へ移行し、NOの場合にはステップS11へ移行する。

ステップS8では、推定車体速Ｖref、制限された車体速度Ｖlimに、４輪の車輪速の最大値Ｖmaxを代入するとともに、補正判断フラグfSPN、補正終了処理中フラグfRECをクリアし、本制御を終了する。

ステップS9では、４輪の車輪速の最大値Ｖmaxが制限された車体速度Ｖlimよりも大きいかどうかを判定する。YESの場合にはステップS11へ移行し、NOの場合にはステップS10へ移行する。

ステップS10では、補正終了処理中フラグfRECをセットし、ステップS11へ移行する。

ステップS11では、推定車体速Ｖrefに、制限された車体速度Ｖlimを代入し、本制御を終了する。

ステップS12では、最大値Ｖmaxと制限された車体速度Ｖlimの差の絶対値が、車体速補正判断しきい値ΔＶよりも大きいかどうかを判定する。YESの場合にはステップS13へ移行し、NOの場合にはステップS14へ移行する。

ステップS13では、補正判断フラグfSPNをセットし、ステップS14へ移行する。

ステップS14では、推定車体速Ｖrefと制限された車体速度Ｖlimに、４輪の車輪速の最大値Ｖmaxを代入し、本制御を終了する。

［推定車体速算出制御作用］
(イ) 補正開始前
補正開始前は、図４のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS12→ステップS14へと進む流れとなる。すなわち、ステップS1において、各輪の車輪回転速度ＶWFL，ＶWFR，ＶWRL，ＶWRRの最大値Ｖmaxを推定車体速Ｖrefとする。

(ロ) 補正中
ステップS12において、４輪車輪速の最大値Ｖmaxと制限された車体速度Ｖlimとの差の絶対値が、車体速補正判断しきい値ΔＶを超えた場合、車体速の補正が必要と判断し、ステップS13へ進み、補正判断フラグfSPNをセットする。
｜Ｖmax−Ｖlim｜>ΔＶ …式２

なお、制限された車体速Ｖlimは、
Ｖlim＝Ｖlimｚ＋ΔＧ１ …式３
で求める。ただし、fSPNをセットする際は同時に、
Ｖlim＝Ｖmax …式４
とする。
ここで、Ｖlimｚは、Ｖlimの前回値、ΔＧ１は、車体速の加速制限値である。また、車体速補正判断しきい値ΔＶ、車体速の加速制限値ΔＧ１は、チューニングパラメータである。

ステップS4において、判断フラグfSPNがセットされている場合、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS9→ステップS11へと進む流れとなり、推定車体速Ｖrefは、ステップS11において、
Ｖref＝Ｖlim …式５
とする。

(ハ) 補正終了処理
車体速の補正中（fSPN＝１）に、ステップS9において、４輪車輪速の最大値Ｖmaxが制限された車体速Ｖlim以下の場合、補正終了処理中と判断し、ステップS10において、補正終了処理中フラグfRECをセットする。

補正終了処理中は、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS11へと進む流れとなり、ステップS6において、制限された車体速Ｖlimを、
Ｖlim＝Ｖlimｚ−ΔＧ２ …式６
で求める。
ここで、ΔＧ２は、車体速の減速制限値であり、チューニングパラメータである。

補正終了処理中フラグfRECがセットされている場合、推定車体速Ｖrefは、
Ｖref＝Ｖlim …式７
とする。

(ニ) 補正終了後
車体速の補正終了処理中（fSPN＝１かつfREC＝１）に、ステップS7において、４輪車輪速の最大値Ｖmaxが制限された車体速度Ｖlimよりも大きい場合、車体速の補正終了と判断し、ステップS8において、補正判断フラグfSPNと補正終了処理中フラグfRECをクリアする。

補正終了後は、推定車体速Ｖrefを、
Ｖref＝Ｖmax …式８
とする。

［推定車体速算出制御作用］
図５は、推定車体速算出制御作用を示すタイムチャートである。
時刻t1までは、４輪車輪速の最大値Ｖmaxが推定車体速Ｖrefとされるため、VDC制御、TCS制御およびABS制御により実際の車体速よりも低い推定車体速が算出されるのを防止できる。

補正開始前の時刻t1では、最大値Ｖmaxと制限された車体速度Ｖlimとの差の絶対値が、車体速補正判断しきい値ΔＶを超えるため、補正中となり、制限された車体速度Ｖlimが推定車体速Ｖrefとされる。このとき、制限された車体速度Ｖlimは、Ｖlimの前回値であるＶlimｚと車体速の加速制限値ΔＧ１とを加算した値となる。すなわち、前輪４ａ，４ｂと後輪６ａ，６ｂを直結した４輪駆動走行中に任意の車輪が空転した場合には、推定車体速ＶrefをＶmaxからＶlimに補正することにより、推定車体速の急変動を回避できる。

時刻t2では、最大値Ｖmaxが制限された車体速度Ｖlim以下となるため、補正終了処理中となり、制限された車体速度Ｖlimが推定車体速Ｖrefとされる。このとき、制限された車体速度Ｖlimは、前回値Ｖlimｚから車体速の減速制限値ΔＧ２を減算した値となる。すなわち、推定車体速の急変動を回避できる。

補正終了後の時刻t3では、最大値Ｖmaxが制限された車体速度Ｖlimを超えるため、最大値Ｖmaxが推定車体速Ｖrefとされる。

［従来技術の問題点］
ABS制御、TCS制御等のブレーキ制御や、VDC制御によるエンジン出力制御が作動すると、ブレーキ制御の影響でいくつかの車輪速が実際の車輪速よりも小さくなる。このとき、４輪に設けた車輪速センサの検出値から車体速を計算すると、推定車体速が実際の車体速よりも低くなり、後輪操舵アクチュエータが誤った後輪転舵角を出力する可能性がある。

また、手動切り換え式の４輪駆動車で、前輪と後輪を直結した場合、砂利路等の路面摩擦係数が小さい路面を走行したとき、４輪が同時に空転する減少が発生する。この場合、４輪の車輪速センサ値は、実際の車体速に対して非常に大きな値を示す。この状態で、４輪の車輪速センサ値から車体速を推定すると、実際の車体速との差が生じ、後輪転舵アクチュエータが誤った後輪転舵角を出力する可能性がある。

例えば、特開平７−２３２６３３号公報、特開平７−２３２６３４号公報に記載の従来技術では、下記の問題があった。

上述したように、ブレーキ制御とエンジン制御の少なくとも一方を行う車両運動制御装置を備えた車両においては、特にブレーキ制御の影響で、推定車体速が実際の車体速に対し、低めに設定される。したがって、後輪転舵アクチュエータを備えた車両において、後輪転舵アクチュエータが、最適な後輪転舵角に対し、操舵角に対して逆相でかつ過大に後輪転舵角が制御される。

また、４輪の車輪速センサ値を相互比較して、車体速と乖離した車輪速センサを補正に使用しないため、４輪が同時に急変動した場合、推定車体速が急変動し、後輪転舵アクチュエータが後輪転舵角を車体速に応じて急変動させる。さらに、４輪の車輪速センサ値が、同時に車体速から乖離した場合、補正ができず、車体速を誤って制御してしまう。

［実施例１の作用］
これに対し、実施例１では、各輪の車輪回転速度ＶWFL，ＶWFR，ＶWRL，ＶWRRの最大値Ｖmaxを推定車体速Ｖrefとし、最大値Ｖmaxと制限された車体速度Ｖlimとの差の絶対値が、車体速補正判断しきい値ΔＶを超えたとき、制限された車体速度Ｖlimを推定車体速Ｖrefとするため、上記の影響を排除できる。

図６は、実施例１において、４輪駆動走行中、４輪が空転した場合の推定車体速Ｖrefと実際の車体速の差異を示す図であり、４輪空転が発生し、車輪速センサの最大値Ｖmaxが実際の車体速と乖離しているにもかかわらず、実際の車体速と同様の推定車体速Ｖrefが得られているのがわかる。

次に、効果を説明する。
実施例１の後輪転舵制御装置にあっては、下記の効果が得られる。

(1) ４輪車輪速の最大値Ｖmaxを推定車体速Ｖrefとするため、常に車両安定方向となる推定車体速Ｖrefに基づいて目標転舵角を演算でき、VDC／TCS／ABS制御の影響による推定車体速の低下を防止できる（請求項１に対応する効果）。

(2) ４輪車輪速の最大値Ｖmaxと制限された車体速度Ｖlimとの差の絶対値が、車体速補正判断しきい値ΔＶを超えたとき、推定車体速ＶrefをＶlimに補正するため、車輪空転等に起因する急激な推定車体速の変動を防ぐことが可能となる（請求項２に対応する効果）。

(3) VDC／TCS／ABSコントローラ１６を備えた４輪駆動車に設けられた４輪の車輪速センサ１２ａ〜１２ｄを用いて車輪速を検出し、これらの検出値のみに基づいて車体速を推定するため、４輪駆動やVDC／TCS／ABS制御に起因する車輪速センサ値の変動の影響を受けず、最適な後輪転舵角制御を実現できる。さらに、車体速の推定に既存の車輪速センサ以外のセンサ類を必要としないため、廉価な装置を提供できる（請求項３に対応する効果）。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、４輪駆動車の後輪転舵制御について説明したが、本発明は、４輪駆動車や駆動方式によらず、２輪駆動車であっても同様の効果が得られる。

実施例１の後輪転舵制御装置を適用した４輪駆動車のシステムブロック図である。 ４輪転舵コントローラ１０の後輪転舵制御部１３の構成を示すブロック図であ 推定車体速Ｖrefに対する後輪転舵ゲインＧ設定マップである。 後輪転舵制御部１３の車体速度推定部１３ａで実行される推定車体速算出制御処理の流れを示すフローチャートである。 推定車体速算出制御作用を示すタイムチャートである。 実施例１の車両で４輪駆動走行中、４輪が空転した場合の推定車体速と実際の車体速の差異を示す図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ コラムシャフト
３ 前輪転舵機構
４ａ 右前輪
４ｂ 前輪
５ 後輪転舵機構
６ａ 右側後輪
６ｂ 左側後輪
７ 前輪転舵アクチュエータ
８ 後輪転舵アクチュエータ
９ トランスファ
１０ 輪転舵コントローラ
１１ 操舵角センサ
１２ａ〜１２ｄ 車輪速センサ
１３ 後輪転舵制御部
１３ａ 車体速度推定部
１３ｂ 目標値生成部
１３ｃ アクチュエータ出力部
１４ ヨーレイト／横Ｇセンサ
１５ VDC／TCS/ABSアクチュエータ
１６ VDC/TCS/ABSコントローラ

Claims (3)

1. 検出された操舵角と推定車体速に基づいて、目標後輪転舵角を演算する目標後輪転舵角演算手段と、
   後輪転舵アクチュエータに対し、目標後輪転舵角を得る制御指令を出力する後輪転舵制御手段と、
   を備えた後輪転舵制御装置において、
   各車輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、
   各車輪速検出値の最大値に基づいて、実車体速よりも高く車体速を推定する車体速推定手段と、
   を設け、
   前記目標後輪転舵角演算手段は、車体速推定手段により推定された車体速に基づいて、目標後輪転舵角を演算することを特徴とする後輪転舵角制御装置。
2. 請求項１に記載の後輪転舵制御装置において、
   加減速しきい値に基づいて制限車体速度を設定する制限車体速度設定手段を設け、
   前記車体速推定手段は、検出された各車輪速の最大値と制限車体速度との差の絶対値が、あらかじめ設定された車体補正判断しきい値を超えたとき、推定車体速を制限車体速度に補正することを特徴とする後輪転舵制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の後輪転舵制御装置において、
   前記車輪速検出手段は、４輪駆動手段と、ブレーキ制御およびエンジン出力制御による車両運動制御手段の一方、あるいは両方を備えた車両に設けられた４輪の車輪速センサであることを特徴とする後輪転舵制御装置。

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