JP2006036123A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過大なロール角度の抑制とドライバの意図するヨーレート特性の確保との両立を図る。
【解決手段】 走行状態に応じて前後輪を転舵する操舵制御コントローラ４を備えたステアリング装置において、車両のロール角度Ｒ_vを検出するロール角度検出手段を設け、操舵制御コントローラ４は、検出されたロール角度Ｒ_vがロール角度しきい値Ｔ_rを超えたとき、車両の横速度Ｖ_yの絶対値|Ｖ_y|が増加するよう、前後輪を転舵する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操向輪舵角の変更により過大なロール角度を抑制するステアリング装置の技術分野に属する。

従来のステアリング装置は、車両挙動を検出する複数のセンサを用いてロール角度を推定し、ロール角度推定値に基づいてステアリングギア比を変更することにより、タイヤモーメントを減少させ、ロール挙動の安定化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１３３４５号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、車両のロール角度が減少するように前輪舵角を変更する構成であるため、発生ヨーレートが小さくなり、ドライバの意図するヨーレート特性が確保できないという問題があった。また、発生ヨーレートが小さくなると、車両の旋回半径が大きくなってしまい、ドライバの意図する目標旋回軌跡に対するトレース性が悪くな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、過大なロール角度の抑制とドライバの意図するヨーレート特性の確保との両立を図ることができるステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明にあっては、
走行状態に応じて少なくとも後輪を転舵する操舵制御手段を備えたステアリング装置において、
車両のロール角度を検出するロール角度検出手段を設け、
前記操舵制御手段は、検出されたロール角度がロール角度しきい値を超えたとき、車両のヨーレートの発生量を減少させることなく、車両の横速度の絶対値が増加するよう、後輪を転舵することを特徴とする。

本発明にあっては、車両の横速度を増加させるように後輪舵角を制御するため、車体スリップ角の増大により車両の横加速度を減少させることができ、過大なロール角度を抑制できる。このとき、発生ヨーレートは減少させないため、過大なロール角度の抑制とドライバの意図するヨーレート特性の確保との両立を図ることができる。

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、実施例１のステアリング装置の全体システム図である。
ステアリングホイール１０と前輪１１，１１を転舵させる前輪転舵機構１２とを連結するコラムシャフト１３に、操舵角センサ１と前輪操舵アクチュエータ７とが設けられている。

前輪操舵アクチュエータ７は、例えば、モータと減速器等により構成され、コラムシャフト１３に、減速器を介してモータの出力軸が連結されている。この前輪操舵アクチュエータ７は、前輪操舵コントローラ５からの舵角指令値により、コラムシャフト１３を介して入力される回転を可変ギア比により減速して前輪転舵機構１２のステアリングギアへ出力するもので、これにより、前輪１１，１１の転舵角に対するステアリングホイール１の操舵角の比であるステアリングギア比を可変に制御する。

後輪操舵アクチュエータ８は、前輪操舵アクチュエータ７と同様に、モータと減速器等により構成され、後輪１４，１４を転舵させる後輪操舵機構１５のラック軸に、減速器を介してモータの出力軸が連結されている。この後輪操舵アクチュエータ８は、後輪操舵コントローラ６からの舵角指令値により、後輪１４，１４の転舵角を可変に制御する。

前輪操舵コントローラ５は、操舵制御コントローラ（操舵制御手段）４により生成された目標前輪舵角と、前輪実舵角センサ１６で検出された実際の前輪舵角値との偏差を無くすような舵角指令値を算出し、算出した舵角指令値を前輪操舵アクチュエータ７に出力する。

後輪操舵コントローラ６は、操舵制御コントローラ４により生成された目標後輪舵角と、後輪実舵角センサ１７で検出された実際の後輪舵角値との偏差を無くすような舵角指令値を算出し、算出した舵角指令値を後輪操舵アクチュエータ８に出力する。

操舵角センサ１は、ステアリングホイール１の操舵角を検出する。車速センサ２は、各車輪速の平均値等から車体速を検出する。ロールレートセンサ３は、車両の重心を通り車両の前後方向に延びる軸線（ローリング軸）回りの回転角速度、すなわちロールレートを検出する。

操舵制御コントローラ４は、操舵角センサ１により検出された操舵角と、車速センサ２により検出された車体速と、ロールレートセンサ３により検出されたロールレートとに応じて、目標前輪舵角と目標後輪舵角とを生成し、目標前輪舵角を前輪操舵コントローラ５へ出力し、目標後輪舵角を後輪操舵コントローラ６へ出力する。

図２は、操舵制御コントローラ４の制御ブロック図であり、操舵制御コントローラ４は、目標値生成部４１と、目標出力生成部４２とを備えている。

目標値生成部４１は、操舵角、車体速およびロールレートが入力される。目標値生成部４１は、操舵角、車体速およびロールレートに基づいて、目標ヨーレートと目標横速度とを生成する。生成した目標ヨーレートと目標横速度は、目標出力生成部４２へ出力される。目標出力生成部４２は、目標ヨーレートと目標横速度とが入力される。目標出力生成部４２は、目標ヨーレートと目標横速度に基づいて、目標前輪舵角と目標後輪舵角を生成する。

図３は、目標値生成部４１の制御ブロック図であり、目標値生成部４１は、車両モデル演算部４１１と、目標値演算部４１２と、目標値補正部４１３とを備えている。

車両モデル演算部４１１は、操舵角と車体速とが入力される。車両モデル演算部４１１は、操舵角と車体速とに基づき、２輪モデルを用いて車両パラメータを演算する。演算された車両パラメータは、目標値演算部４１２へ出力される。

目標値演算部４１２は、操舵角、車体速および車両パラメータが入力される。目標値演算部４１２は、操舵角、車体速および車両パラメータに基づいて、車両の目標ヨーレートと目標横速度を決定する。決定された目標ヨーレートと目標横速度は、目標値補正部４１３へ出力される。

目標値補正部４１３は、目標ヨーレート、目標横速度およびロールレートが入力される。目標値補正部４１３は、目標ヨーレート、目標横速度およびロールレートに基づいて、補正後目標ヨーレートと補正後目標横速度を決定する。決定された補正後目標ヨーレートと補正後目標横速度は、目標ヨーレートと目標横速度として目標出力生成部４２へ出力される。

次に、作用を説明する。
［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を用いて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、車両のヨーレートと横速度は、下記の式１で表せる。
（式１）

ここで、

（式２）

である。

状態方程式より前輪操舵に対するヨーレート、横速度の伝達関数を求めると、
（式３）

（式４）

となる。

ヨーレート伝達関数は、式３より下記の式５と表される。
（式５）

ここで、
（式６）

同様に横速度伝達関数は、式４より下記の式７と表される。
（式７）

ここで、
（式８）

以上から、車両パラメータ

が求められる。

［目標値演算部４１２における目標値演算］
目標値演算部４１２では、車体速、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ートψ'^*と目標横速度Ｖ_y ^*を求める。

目標ヨーレートψ'^*は、式５から下記の式９により表される。
（式９）

目標横速度Ｖ_y ^*は、式７から下記の式１０により表される。
（式１０）

ここで、目標ヨーレートψ'^*のパラメータは、下記の式１１で表される。
（式１１）

ただし、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_mapはチューニングパラメータである。

また、目標横速度Ｖ_y ^*のパラメータは、下記の式１２で表される。
（式１２）

ただし、vy_gain_map，vy_omegn_map，vy_zeta_map，vy_zero_mapはチューニングパラメータである。

［目標値補正部４１３における目標値補正］
目標値補正部４１３では、目標ヨーレートψ'^*と目標横速度Ｖ_y ^*に対し、急転舵や切り返し操舵などで発生する過渡的に過大なロール角度Ｒ_vの発生を防止するための補正処理を行う。なお、実施例１では、目標横速度Ｖ_y ^*のみを補正する例を示す。

まず、ドライバの操舵角度θと、車両の前後車速Ｖから、式９，式１０で目標ヨーレートψ'^*と目標横速度Ｖ_y ^*を求め、下記の式１３を用いて車両の推定横加速度YGを算出する。
（式１３）
YG＝Ｖ・ψ'^*＋Ｖ'_y ^*

続いて、車両推定横加速度YGを基に、図５の車両推定横加速度YGに対するロール角度しきい値マップを参照し、ロール角度のしきい値Ｔ_rを算出する。図５に示すように、ロール角度しきい値Ｔ_rは、車両が推定横加速度YGで旋回中に発生が予想される、ロール角度として設定する。車両推定横加速度YGがゼロのときゼロとなり、所定値YG₀までは車両推定横加速度YGに比例して大きくなり、旋回方向と同じ側の車輪である内輪が空転すると予測される所定値YG₀以上では一定値となるように設定されている。

次に、ロールレートセンサ３により検出された車両のロールレート（ロール角速度）からロール角度Ｒ_vを求め（ロール角度検出手段に相当）、このロール角度Ｒ_vとロール角度のしきい値Ｔ_rとを比較し、急転舵や切り返し操舵などで発生する過渡的なロール角度偏差Ｒ_devを、下記の式１４で求める。
（式１４）
Ｒ_dev＝（Ｒ_v−Ｔ_r）／Ｔ_r

上記の式１４を用いて求めたロール角度偏差Ｒ_devと、車両の前後速度Ｖに基づいて、図６のロール角度偏差Ｒ_devに対する横Ｇ補正ゲインマップを参照し、横Ｇ補正ゲインＧ_ygを算出する。図６に示すように、横Ｇ補正ゲインＧ_ygは、ロール角度偏差Ｒ_devがゼロのとき１となり、所定値Ｒ_dev0まではロール角度偏差Ｒ_devに比例し、所定値Ｒ_dev0以上では一定値となるように設定されている。

そして、算出した横Ｇ補正ゲインＧ_ygから、下記の式１５を用いて補正後の目標横速度Ｖ_y ^*を演算する。
（式１５）

［目標出力生成部４２における目標操舵角演算］
目標出力生成部４２では、目標ヨーレートψ'^*と補正後の目標横速度Ｖ_y ^*とに基づいて、目標後輪舵角δ^*と目標前輪舵角θ^*を生成する。

（目標後輪舵角算出）
目標ヨーレートと補正後の目標横速度Ｖ_y ^*から、目標後輪舵角δ^*を算出する。
（式１６）

このモデルから下記の式１７を得る。
（式１７）

よって、目標後輪舵角δ^*は、下記の式１８により表される。
（式１８）

（目標前輪舵角算出）
目標ヨーレートと補正後の横速度Ｖ_y ^*から、下記の式１９を用いて目標前輪舵角θ^*を算出する。
（式１９）

［前後輪操舵制御処理］
図４は、操舵制御コントローラ４で実行される前後輪操舵制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、ロールレートセンサ３により検出された車両のロール角速度を入力し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、ステップS1で入力したロール角速度から、ロール角度Ｒ_vを演算し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、操舵角センサ１により検出されたドライバの操舵角度と、車速センサ２で検出された車両の前後車速Ｖから、車両の推定横加速度YGを演算し、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、図５に示したロール角度しきい値マップを参照し、ステップS5へ移行する。

ステップS5では、ステップS2で演算したロール角度Ｒ_vと、ステップS4で参照したロール角度しきい値マップとから、ロール角度Ｒ_vがしきい値Ｔ_rを超え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S7へ移行する。

ステップS6では、目標横速度Ｖ_y ^*の定数、すなわち、ロール角度偏差Ｒ_devと図６に示した横Ｇ補正ゲインマップに基づいて横Ｇ補正ゲインＧ_ygを算出するとともに、算出した横Ｇ補正ゲインＧ_ygを目標横速度Ｖ_y ^*に乗算して補正後の目標横速度Ｖ_y ^*を算出し、ステップS7へ移行する。

ステップS7では、目標ヨーレートψ'^*と補正後の目標横速度Ｖ_y ^*とに応じて生成した目標後輪舵角δ^*と目標前輪舵角θ^*に基づく前後輪操舵制御を実施し、リターンへ移行する。

［前後輪操舵制御作動］
過大なロール角度Ｒ_vが発生していない場合には、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S5→ステップS7へと進む流れとなる。すなわち、ステップS7では、目標横速度Ｖ_y ^*と目標ヨーレートψ'^*とから算出された目標後輪舵角δ^*および目標前輪舵角θ^*に基づいて、前後輪操舵制御が実施される。

過渡的に過大なロール角度Ｒ_vが発生している場合には、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S5→ステップS6→ステップS7へと進む流れとなる。すなわち、ステップS6では、ロール角度偏差Ｒ_devに基づいて算出した横Ｇ補正ゲインＧ_yg（>１）により目標横速度Ｖ_y ^*が補正され、ステップS7では、補正後の目標横速度Ｖ_y ^*と目標ヨーレートψ'^*とから算出された目標後輪舵角δ^*および目標前輪舵角θ^*に基づいて、前後輪操舵制御が実施される。

よって、ロール角度偏差Ｒ_devに応じて車両の横速度Ｖ_yを大きくするように前後輪操舵制御を実施することにより、過渡的な横加速度YGを減少することができ、過渡的に過大なロール角度Ｒ_vの発生を防止できる。

このとき、横Ｇ補正ゲインＧ_ygは、ロール角度偏差Ｒ_devが旋回方向と同じ側の車輪である内輪が空転すると予想される所定値Ｒ_dev0以上のとき一定値となるように設定されているため、過大な横速度Ｖ_yの発生を防止でき、ヨーレートの増大を抑えられるので、車両挙動の急変が抑制される。

［過大ロール防止制御作用］
図７(a)は通常の左旋回時の車両状態を示す説明図、図７(b)は左旋回時に実施例１の過大ロール防止制御を実施した場合の車両状態を示す説明図である。
一般に、過大なロール角度Ｒ_vの発生を防止するには、横加速度YGの発生量を小さく抑える必要があり、車両の横加速度YGは、式１３に示したように、
YG＝Ｖ・ψ'^*＋Ｖ'_y ^*
と表すことができる。すなわち、横加速度YGを減少させるためには、目標ヨーレートψ'^*または目標横加速度Ｖ_y'^*を減少させる必要がある。

ここで、目標ヨーレートψ'^*を減少させた場合、ドライバの意図するヨーレート特性が得られず、ドライバに違和感を与えてしまう。また、目標ヨーレートψ'^*を減少させて発生ヨーレートが小さくなると、ドライバの意図する目標旋回軌跡に対するトレース性が悪くなる。

これに対し、実施例１のステアリング装置では、後輪操舵により目標横加速度Ｖ_y'^*を減少させることで、横加速度YG'の発生量を小さく抑え、過渡的に過大なロール角度Ｒ_vを抑制している。図７(b)に示すように、車体速Ｖが一定値以上の領域（過渡的に過大なロール角度Ｒ_vが発生する可能性のある車速領域）では、負の符号を持った車両の横速度Ｖ_yが発生する。

実施例１の過大ロール防止制御では、横速度Ｖ_yの絶対値|Ｖ_y|を大きくする、すなわち、車体スリップ角α'を図７(a)に示す通常の状態の車体スリップ角αよりも大きくすることで、車両の前後速度Ｖ、発生ヨーレートψ'は通常の状態に同じとしたまま、横加速度YG'を小さくすることができる。

すなわち、目標横速度Ｖ_y ^*を小さく（絶対値は大きく）することで、急転舵や切り返し操舵などで発生する過渡的な目標横加速度Ｖ_y'^*が小さくなり、過渡的な横加速度YG'が減少することにより、ロール角度Ｒ_vを減少させることができる。

また、実施例１のステアリング装置では、ロール角度Ｒ_v（ロール角度偏差Ｒ_dev）に応じて横加速度特性を変化させるため、過度に横加速度YG'を抑制することなく、過大なロール角度Ｒ_vの発生を防止できる。

次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置では、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 走行状態に応じて少なくとも後輪を転舵する操舵制御コントローラ４を備えたステアリング装置において、車両のロール角度Ｒ_vを検出するロール角度検出手段を設け、操舵制御コントローラ４は、検出されたロール角度Ｒ_vがロール角度しきい値Ｔ_rを超えたとき、車両の横速度Ｖ_yの絶対値|Ｖ_y|が増加するよう、後輪を転舵するため、過大なロール角度Ｒ_vの抑制とドライバの意図するヨーレート特性の確保との両立を図ることができる。

(2) 操舵制御コントローラ４は、検出されたロール角度Ｒ_vとロール角度しきい値Ｔ_rとの差であるロール角度偏差Ｒ_devが大きいほど、車両の横速度Ｖ_y ^*の絶対値|Ｖ_y ^*|の増加量を大きくするため、ヨーレートψ'の発生量はそのままに、ロール角度偏差Ｒ_devに応じて好適に横加速度YGをコントロールできる。

(3) 目標値補正部は、横Ｇ補正ゲインＧ_ygに上限値を設定し、目標横速度Ｖ_y ^*の補正量を制限するため、過渡的に過大な横速度Ｖ_yの発生を防止でき、車両挙動の急変が抑制される。

(4) 車両の横加速度YGを推定する横加速度推定手段を設け、操舵制御コントローラ４は、推定横加速度YGが大きいほど、ロール角度しきい値Ｔ_rを大きく設定するため、ロール角度偏差Ｒ_devに応じて好適に横加速度YGをコントロールできる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、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い。例えば、実施例１では、前後輪を用いて車両の横加速度YGを減少させる例を示したが、後輪のみを用いた構成としてもよい。

実施例１のステアリング装置の全体システム図である。 操舵制御コントローラ４の制御ブロック図である。 目標値生成部４１の制御ブロック図である。 操舵制御コントローラ４で実行される前後輪操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。 車両推定横加速度YGに対するロール角度しきい値マップである。 ロール角度偏差Ｒ_devに対する横Ｇ補正ゲインマップである。 (a)は通常の左旋回時の車両状態を示す説明図、(b)は左旋回時に実施例１の過大ロール防止制御を実施した場合の車両状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 操舵角センサ
２ 車速センサ
３ ロールレートセンサ
４ 操舵制御コントローラ
４１ 目標値生成部
４２ 目標出力生成部
４１１ 車両モデル演算部
４１２ 目標値演算部
４１３ 目標値補正部
５ 前輪操舵コントローラ
６ 後輪操舵コントローラ
７ 前輪操舵アクチュエータ
８ 後輪操舵アクチュエータ
１０ ステアリングホイール
１１，１１ 前輪
１２ 前輪転舵機構
１３ コラムシャフト
１４，１４ 後輪
１５ 後輪操舵機構
１６ 前輪実舵角センサ
１７ 後輪実舵角センサ

Claims (4)

1. 走行状態に応じて少なくとも後輪を転舵する操舵制御手段を備えたステアリング装置において、
   車両のロール角度を検出するロール角度検出手段を設け、
   前記操舵制御手段は、検出されたロール角度がロール角度しきい値を超えたとき、車両の横速度の絶対値が増加するよう、後輪を転舵することを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記操舵制御手段は、
   検出されたロール角度とロール角度しきい値との差であるロール角度偏差が大きいほど、前記横速度の増加量を大きくすることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記操舵制御手段は、前記横速度の増加量を制限することを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
   車両の横加速度を推定する横加速度推定手段を設け、
   前記操舵制御手段は、前記横加速度が大きいほど、前記ロール角度しきい値を大きく設定することを特徴とするステアリング装置。
   

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