JP2006282065A - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車体横滑り角の増加に伴う車両の片流れを防止しつつ、定常保舵時におけるドライバの操舵負担を軽減できる車両挙動制御装置を提供する。
【解決手段】 後輪３に補助舵角を与える後輪転舵装置４と、車両にヨーモーメントのみを与える各輪制駆動力配分装置５と、を有する車両挙動制御装置において、定常的に保舵トルクが必要な状況が続いている場合、定常操舵トルクがゼロに収束するように、かつ、定常的な車体横滑り角βが少なくとも増加方向に変化しないように、後輪転舵装置４と各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する制御コントローラ１０を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤ不良やタイヤ取り付け誤差、路面カント等による車両の片流れを防止する車両挙動制御装置の技術分野に属する。

従来、パワーステアリング装置のアシストトルクを用い、道路状況や車両条件に応じてステアリングホイールの中立位置を変化させることにより、ドライバの操舵負担を軽減するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１５９１３５号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、例えば、カント路走行中における保舵トルクをゼロとすることができるが、前輪に所定舵角が付与されて定常横力が発生する。これにより、車体横滑り角が増加するため、車両の片流れが発生す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、車体横滑り角の増加に伴う車両の片流れを防止しつつ、定常保舵時におけるドライバの操舵負担を軽減できる車両挙動制御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、
操向輪に補助舵角を与える補助舵角発生手段と、
車両にヨーモーメントのみを与えるヨーモーメント発生手段と、
を有する車両挙動制御装置において、
保舵の状態で発生する操舵トルクを保舵トルクとし、
定常的に前記保舵トルクが必要な状況が続いている場合、前記保舵トルクがゼロに収束するように、かつ、定常的な車体横滑り角が少なくとも増加方向に変化しないように、前記補助舵角発生手段と前記ヨーモーメント発生手段を駆動制御する挙動制御手段を備えることを特徴とする。

本発明では、操向輪に補助舵角を与えつつ、車両にヨーモーメントを与えることで、車体横滑り角の増加に伴う車両の片流れを防止しつつ、定常保舵時におけるドライバの操舵負担を軽減できる。

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の車両挙動制御装置のシステム構成図である。
実施例１の車両挙動制御装置は、ステアリングホイール１と、前輪２と、後輪（操向輪）３と、後輪転舵装置（補助舵角発生手段）４と、各輪制駆動力配分装置（ヨーモーメント発生手段）５と、操舵トルクセンサ６と、ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出手段）７と、車速センサ（車速検出手段）８と、後輪舵角センサ９と、制御コントローラ（挙動制御手段）１０と、を備えている。

後輪転舵装置４は、制御コントローラ１０からの後輪舵角指令値に対し、後輪舵角センサ９により検出される後輪３の実転舵角が一致するように、後輪３の舵角を可変する。各輪制駆動力配分装置５は、制御コントローラ１０からのヨーモーメント指令値に対し、ヨーレイトセンサ７の検出値から算出される実ヨーモーメントが一致するように、各輪２，３の制駆動力を適切に配分する。なお、実施例１の各輪制駆動力配分装置５は、各輪２，３の制動力配分によりヨーモーメントを発生させる方式とする。

操舵トルクセンサセンサ６は、ドライバの操舵トルクを検出する。ヨーレイトセンサ７は、車両のヨーレイトを検出する。車速センサ８は、前輪２と後輪３の回転速度から、車速（車体速）を検出する。後輪舵角センサ９は、後輪３の転舵角を検出する。各センサ６〜９の検出信号は、制御コントローラ１０へ出力される。

制御コントローラ１０は、各センサ６〜９により得られた操舵トルク、ヨーレイト、車速および後輪舵角等に基づいて、後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値を算出し、後輪転舵装置４および各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する。

また、制御コントローラ１０は、定常的に保舵トルクが必要な状況が続いている場合、定常操舵トルクがゼロに収束するように、かつ、定常的な車体横滑り角が少なくとも増加方向に変化しないように、後輪転舵装置４および各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する。

次に、作用を説明する。
［車両挙動制御処理］
図２は、実施例１の制御コントローラ１０で実行される車両挙動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。なお、一連の制御処理は、離散的に繰り返し実行される。

ステップS1では、操舵トルクセンサ６により検出された操舵トルクを取得すると共に、操舵トルクの過去所定時間の平均値を算出し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、ステップS1で算出した操舵トルクの平均値と、後述する制御則に基づいて、後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値を演算し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、ステップS3で演算された後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値に基づき、実後輪舵角および実ヨーモーメントが後輪舵角指令値およびヨーモーメント指令値と一致するように、後輪転舵装置４および各輪制駆動力配分装置５を駆動し、リターンへ移行する。

［車両挙動制御方法］
ステップS2で用いられる制御則について説明する。まず、制御に使用される各パラメータの定義を行う。
δ_f 実前輪舵角
δ_r 実後輪舵角
trq 操舵トルク
trq_ave 過去所定時間の操舵トルク平均値（定常操舵トルク）
δ_r ^* 後輪舵角指令値
m_o 実ヨーモーメント（各輪制駆動力配分装置５が発生するモーメント）
m_o ^* ヨーモーメント指令値
r ヨーレイト
β 車体横滑り角
v_e 車速
s ラプラス演算子
cf 前輪のコーナリングパワー（左右２輪分の合計）
cr 後輪のコーナリングパワー（左右２輪分の合計）
lf 前輪軸と重心点間距離
lr 後輪軸と重心点間距離
i_z ヨー慣性モーメント
F 重心点に加わる横力外乱
M 重心点に加わるモーメント外乱

図２のステップS1は、ほぼ直進状態での定常操舵トルクtrq_aveを推定するために実行される。このため、ヨーレイトセンサ７により検出されたヨーレイトrの絶対値|r|が所定値以上の場合、後輪舵角指令値δ_r ^*、ヨーモーメント指令値m_o ^*が変更されないように値をゼロに固定する。また、ヨーレイト、横加速度、操舵角、操舵トルク等の変化率が大きい場合の操舵トルク計測値は、定常操舵トルク計算のノイズとなるため、その計算には用いないようにしても良い。

定常操舵トルクtrq_aveの計算に関連する「所定時間」は、その値を大きくするほど、ノイズの少ない安定した定常操舵トルクtrq_aveが得られるものの、カント等が変化した場合の制御応答性が低下する可能性があるため、両者のトレードオフを考慮して設定する。

ステップS2で用いられる制御則は、下記の式(1)で表される。
trq_ave>のとき、δ_r ^*(0)＝δ_r ^*(-1)+Δ m_o ^*(0)＝m_o ^*(-1)+(lf+lr)・cr・Δ
trq_ave<のとき、δ_r ^*(0)＝δ_r ^*(-1)-Δ m_o ^*(0)＝m_o ^*(-1)-(lf+lr)・cr・Δ
trq_ave=0のとき、δ_r ^*(0)＝δ_r ^*(-1) m_o ^*(0)＝m_o ^*(-1) …(1)
ここで、式中の括弧はサンプリング時刻を表す。0は現在、-1は１サンプリング前（前回の制御周期）を表す。

［片流れ防止方法］
実施例１の片流れ防止方法を、以下に説明する。
車両に加わる外力は重心点に加わる横力FとモーメントMで近似でき、外力を含めた運動方程式は、下記の式(2)のようになる。

ただし、

である。

ヨーレイトrが略ゼロである直進走行の平衡状態であると仮定する。式(2)の左辺はゼロであり、下記の式(4)を得る。

ここで、添え字0は非制御での平衡状態を表す。

（補足）
今、r₀,β₀,δ_f0がわかっているとすると、この関係式よりM₀,F₀がわかり、それを打ち消すように後輪舵角指令値δ_r ^*、ヨーモーメント指令値m₀ ^*を決定すればヨーレイトr、車体横滑り角β、前輪舵角δ_fすべてがゼロになり、片流れが解消される。しかしながら、片流れが問題となる場面では、ヨーレイトr、車体横滑り角β、前輪舵角δ_fは微小な値であり、後輪舵角指令値δ_r ^*、ヨーモーメント指令値m₀ ^*を生成するために用いるには精度に問題がある。

式(4)を解いて、下記の式(5)を得る。ただし、直進状態であるためr₀=0と近似した。

今、後輪転舵とモーメント制御により別の平衡状態に移行したとする。すなわち、

式(5)，(6)より、下記の式(7)を得る。

ここで、車体横滑り角βを変化させないための条件は、式(7)の１行目より、下記の式(8)となる。
ΔM＝lf・ΔF …(8)

ところで、ステアリングホイール１の操舵トルクtrqは、δ_f-lf・r/v_e-βに比例する。rはゼロであり、βは式(8)により一定であるため、現在の定常操舵トルクtrq_aveが正であれば、前輪舵角δ_fが小さくなるように、車両重心点に加わるモーメント外乱の変化量ΔMと、車両重心点に加わる横力外乱の変化量ΔFとを調整すれば良い。この調整を式を用いて説明する。式(8)を式(11)の第２式に代入して、下記の式(9)を得る。

式(9)の右辺分数の分子、分母をそれぞれnum，denと定義し、それらを計算する。変型には式(3)を用いている。分子に関して、

分母に関して、

式(8)，(11)は正であり、式(10)は負であるため、式(9)の右辺の分数が負であることがわかる。よって、以下の制御が導かれる。
すなわち、定常操舵トルクが正の場合、ΔFを正とすれば良い。（式(9)によりδ_fが小さくなり、定常操舵トルクは減少する。）また、定常操舵トルクが負の場合、ΔFを負とすれば良い。

ΔF、ΔMと後輪舵角Δδ_rとモーメント制御Δm₀には、下記の式(12)の関係式がある（文献"自動車の運動と制御"の２輪モデルを参照のこと）。

式(12)を変型して、下記の式(13)を得る。

式(8)を用いて変型し、下記の式(14)を得る。

これを制御則に書き直したものが、上述した式(1)で表される運動方程式である。

［背景技術］
図３に車両の片流れの例を示す。点線は車両重心点軌跡、四角枠で結ばれた実線は車両の向きを表す。片流れの要因である外力（横力、ヨーモーメント）が存在すると、ドライバの意図にかかわらず、車両にはヨー運動が発生する。

ドライバが直進を維持するためには、前輪に一定舵角を与えて車体横滑り角を発生させ、前後輪が発生する横力と前記外力とを釣り合わせる必要がある。そのためには、前輪に定常横力を発生させねばならない。ここで、前輪横力と保舵トルク（操舵トルク）は比例すると近似できるため、定常保舵トルクが必要となることがわかる。そして、この定常保舵トルクがドライバの負担となっている。

ドライバの保舵軽減する技術としては、特開２０００−１５９１３５号公報に記載のパワーステアリング装置が知られている。この従来技術は、パワーステアリング装置のアシストトルクを用いて、道路状況や車両条件に応じてステアリングホイールの中立位置を変化させることで、保舵力をゼロとしている。

以下、その概略を説明する。まず、初期状態では保舵トルクは操舵角に比例するように設定される。すなわち、
Ta＝K・θ …(15)
ここでTaは保舵トルク、θは操舵角、Kは比例定数を表す。ドライバは操舵角が大きくなるに従い、比例的に大きな操舵反力を感じることになる。

次に、所定時間、ステアリングホイールの操舵角をモニタし、その平均値をθ₀とする。仮にこの従来技術による補正を実行しない場合、ドライバは保舵トルクを与え続けなければならないため、負担が大きい。よって、以下に示す補正を行う。まず下記の式(16)の計算を行う。
ΔT＝K・θ₀ …(16)

ΔTをパワーステアリング装置のアシストトルクに加える補正を行う。その結果、保舵トルクと操舵角の関係は、下記の式(17)となる。
Ta＝K・θ−ΔT＝K(θ−θ₀) …(17)
この結果、操舵角θ₀での保舵トルクはゼロとなり、負担が軽減される。

しかしながら、この従来技術では、以下のような問題があった。
(i) 操舵角センサの誤差
式(17)は操舵角の真値がわかっていることが前提である。しかし、一般的に操舵角センサは中立ずれが存在するため、操舵角センサによるパワーステアリング制御ではこの関係が実現できていない可能性がある。そのため、保舵トルクの負担が軽減できない可能性がある。

(ii) 外乱による保舵トルクの変化
式(17)はタイヤ偏磨耗等による横力や、カント等による外力の影響を含んでいない理想状態での関係式である。従って、外力に対し車両を平衡状態に釣り合わせるための保舵トルクが必要となる。

［片流れ防止作用］
これに対し、実施例１の車両挙動制御装置では、式(1)に基づく制御則により、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m_o ^*を設定し、定常操舵トルクtrq_aveの発生方向と同じ方向に後輪舵角を微少舵角Δずつ補正すると同時に、ヨーモーメントを微小舵角Δに応じて徐々に補正するため、定常操舵トルクtrq_aveをゼロに収束させることができ、ドライバの操舵負担を軽減できる。

図４は、実施例１の片流れ防止作用を示す図であり、実施例１では、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m_o ^*とが補正され、車両は定常操舵トルクtrq_aveがゼロで直進する状態に移行する。

このとき、本制御の課程で車体横滑り角βが変化することはない。上述したように、片流れ時に発生する車体横滑り角βは、その絶対値が小さく、計測困難である。よって、絶対値が正確に把握できない以上、その状態を変化させないことが、車体横滑り角βをより増加させる（悪くする）方向へ移行するのを防止することになる。また、上述の従来技術では、定常操舵トルクの低減のみを問題としており、車体横滑り角βの増加に伴う車両の片流れについては触れていない。実施例１では、車体横滑り角βの増加を防止しつつ、定常操舵トルクtrq_aveをゼロに収束させるものである。

さらに、式(7)から明らかなように、この特性は後輪転舵単独、もしくはモーメント制御単独では達成できない。モーメント制御のみでは、車体横滑り角を抑制することができない。また、後輪転舵のみで車体横滑り角を小さくすることは可能であるが、後輪の舵角変化によりヨーモーメントが変化してしまう。

すなわち、後輪転舵とヨーモーメント制御を同時に行うことにより、車体横滑り角βを悪化させることなく、定常操舵トルクtrq_aveをゼロに収束させることが可能となった。そして、この制御による補正はヨーレイトrの絶対値|r|が所定値以下と限定することにより、曲線走行中の保舵トルクの変化を防止し、片流れのみを防止できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両挙動制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 後輪３に補助舵角を与える後輪転舵装置４と、車両にヨーモーメントのみを与える各輪制駆動力配分装置５と、を有する車両挙動制御装置において、定常的に保舵トルクが必要な状況が続いている場合、定常操舵トルクtrq_aveがゼロに収束するように、かつ、定常的な車体横滑り角βが少なくとも増加方向に変化しないように、後輪転舵装置４と各輪制駆動力配分装置５を駆動制御する制御コントローラ１０を備える。よって、車体横滑り角βの増加に伴う車両の片流れを防止しつつ、定常保舵時におけるドライバの操舵負担を軽減できる。

(2) 後輪転舵装置４は、後輪３に補助舵角を与え、制御コントローラ１０は、保舵トルクと同じ方向に後輪舵角を補正し、後輪舵角補正に基づいてヨーモーメントを補正する。よって、後輪転舵に伴うヨーモーメント変化を打ち消しつつ、定常操舵トルクtrq_aveをゼロに収束させることができる。

(3) 制御コントローラ１０は、後輪転舵装置４に対する後輪舵角指令値δ_r ^*を微小舵角ずつ補正し、各輪制駆動力配分装置５に対するヨーモーメント指令値m_o ^*を、微少舵角に応じて徐々に補正する。よって、定常操舵トルクtrq_aveをゼロに収束させつつ、車体横滑り角βの悪化（増加）を防止できる。

(4) 制御コントローラ１０は、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*を、式(1)に示した制御則に基づいて設定するため、車体横滑り角βが微小で計測不能であっても、その増加を確実に抑制でき、車両を定常操舵トルクtrq_aveがゼロで直進する状態に移行させることができる。

(5) 車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ７を備え、制御コントローラ１０は、ヨーレイトrの絶対値が所定値以下となる直進状態でのみ、定常操舵トルクtrq_aveをゼロに収束させる制御を実行する。よって、定常旋回時における保舵トルクの変化を防止してドライバへ与える違和感および操舵感の悪化を防ぐことができる。

(6) 制御コントローラ１０は、後輪舵角補正とヨーモーメント補正を同時に実行するため、後輪転舵に伴うヨー変化をヨーモーメント制御によって遅れなく補正でき、制御応答性が高まる。

（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。

実施例１では、ヨーモーメント発生手段である各輪制駆動力配分装置５は、各輪の制動力配分によりモーメントを発生させたが、左右駆動輪の駆動トルクをアンバランスさせてモーメントを発生させても良い。また、４輪ホイールインモータ方式の車両では、各輪の制駆動力配分を更に高精度・高レスポンスに実現できる。

また、実施例１では、補助舵角発生手段として後輪転舵装置４を用いて後輪３のみに補助舵角を与える例を示したが、前輪のみ、または前後輪共に補助舵角を与える構成としても良い。

実施例１の車両挙動制御装置のシステム構成図である。 実施例１の制御コントローラ１０で実行される車両挙動制御処理の流れを示すフローチャートである。 車両の片流れの例を示す図である。 実施例１の片流れ防止作用を示す図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 前輪
３ 後輪
４ 後輪転舵装置
５ 各輪制駆動力配分装置
６ 操舵トルクセンサ
７ ヨーレイトセンサ
８ 車速センサ
９ 後輪舵角センサ
１０ 制御コントローラ

Claims (7)

1. 操向輪に補助舵角を与える補助舵角発生手段と、
   車両にヨーモーメントを与えるヨーモーメント発生手段と、
   を有する車両挙動制御装置において、
   保舵の状態で発生する操舵トルクを保舵トルクとし、
   定常的に前記保舵トルクが必要な状況が続いている場合、前記保舵トルクがゼロに収束するように、かつ、定常的な車体横滑り角が少なくとも増加方向に変化しないように、前記補助舵角発生手段と前記ヨーモーメント発生手段を駆動制御する挙動制御手段を備えることを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 請求項１に記載の車両挙動制御装置において、
   前記補助舵角発生手段は、後輪に補助舵角を与え、
   前記挙動制御手段は、保舵トルクと同じ方向に後輪舵角を補正し、前記後輪舵角補正に基づいてヨーモーメントを補正することを特徴とする車両挙動制御装置。
3. 請求項２に記載の車両挙動制御装置において、
   前記挙動制御手段は、
   前記補助舵角発生手段に対する後輪舵角指令値を微小舵角ずつ補正し、
   前記ヨーモーメント発生手段に対するヨーモーメント指令値を、前記微少舵角に応じて徐々に補正することを特徴とすることを特徴とする車両挙動制御装置。
4. 請求項３に記載の車両挙動制御装置において、
   前記挙動制御手段は、後輪舵角指令値δ_r ^*とヨーモーメント指令値m₀ ^*を、
   trq_ave>のとき、δ_r ^*(0)＝δ_r ^*(-1)+Δ m_o ^*(0)＝m_o ^*(-1)+(lf+lr)・cr・Δ
   trq_ave<のとき、δ_r ^*(0)＝δ_r ^*(-1)-Δ m_o ^*(0)＝m_o ^*(-1)-(lf+lr)・cr・Δ
   trq_ave=0のとき、δ_r ^*(0)＝δ_r ^*(-1) m_o ^*(0)＝m_o ^*(-1) …(A)
   ただし、
   trq_ave：所定時間の平均操舵トルク
   δ_r ^*：後輪舵角
   m_o ^*：ヨーモーメント
   Δ：1サンプリング間の後輪舵角補正値
   cr：後輪のコーナリングパワー（左右２輪分の合計）
   lf：前輪軸と重心点間距離
   lr：後輪軸と重心点間距離
   上記式(A)に基づいて設定することを特徴とする車両挙動制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両挙動制御装置において、
   車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段を備え、
   前記挙動制御手段は、前記ヨーレイトの絶対値が所定値以下となる直進状態でのみ、前記定常操舵トルクをゼロに収束させる制御を実行することを特徴とする車両挙動制御装置。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両挙動制御装置において、
   前記挙動制御手段は、前記後輪舵角補正とヨーモーメント補正を同時に実行することを特徴とする車両挙動制御装置。
7. 保舵の状態で発生する操舵トルクを保舵トルクとし、
   定常的に前記保舵トルクが必要な状況が続いている場合、前記保舵トルクがゼロに収束するように後輪を転舵し、かつ、前記後輪転舵に伴い定常的な車体横滑り角が少なくとも増加方向に変化しないように、ヨーモーメントを制御することを特徴とする車両挙動制御方法。

Images