JP2007022221A - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制する。
【解決手段】操舵制御部２０は、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａで車速、ハンドル角に基づいて第１の前輪舵角補正量を演算し、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂでハンドル角の微分値をローパスフィルタ処理した値に車速に応じた制御ゲインを乗算して第２の前輪舵角補正量を演算する。モータ回転角演算部２０ｃは、第１の前輪舵角補正量と第２の前輪舵角補正量から前輪舵角補正量に応じたモータ回転角を演算し、モータ駆動部２１に出力し、電動モータ１６を駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドライバによる前輪舵角に対して電動モータ等により前輪舵角を付加する車両の操作制御装置に関する。

従来より、ドライバによる前輪舵角を補正する技術として、様々なものが提案されている。例えば、特開２００４−１６８１６６号公報では、ステアリングギヤ比を、操舵角に依存する比例項と、操舵角速度に依存する微分項との和に基づいて決定すると共に、微分項を車速の増大に応じて正領域から負領域へ移行させるようにしたステアリングギヤ比可変式の操舵制御装置が開示されている。
特開２００４−１６８１６６号公報

しかしながら、上述の特許文献１で開示されるような車速、ドライバによる前輪舵角のみで補正を行う操舵制御では、その時点の車速状態に応じたドライバの操舵入力を補正するのみであり、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を押さえる面では不十分であるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制することができる車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力される前輪舵角に対して付加する前輪舵角補正量を演算し、前輪舵角補正機構を作動させて上記前輪舵角補正量を付加する前輪舵角補正手段を備えた車両の操舵制御装置において、上記操舵量補正手段は、少なくとも上記入力される前輪繰舵角の微分値にローパスフィルタ処理を施した値を上記前輪舵角補正量とすることを特徴としている。

本発明による車両の操舵制御装置によれば、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図６は本発明の実施の一形態を示し、図１は車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図、図２は操舵制御部の機能ブロック図、図３は操舵制御プログラムのフローチャート、図４は車速感応ステアリングギヤ比の特性図、図５は制御ゲインの特性図、図６は操舵周波数−ヨーレートゲインの特性図である。

図１において、符号１は車両の前輪操舵装置を示し、この前輪操舵装置１は、ステアリングホイール２から、ステアリングシャフト３が延出されており、ステアリングシャフト３の前端は、ユニバーサルジョイント４ａ、４ａ及びジョイント軸４ｂから成るジョイント部４を介してステアリングギヤボックス５から突出されたピニオン軸６と連結されている。

ステアリングギヤボックス５からは、左前輪７flに向けてタイロッド８flが延出される一方、右前輪７frに向けてタイロッド８frが延出されている。

タイロッド８fl、８frのタイロッドエンドは、ナックルアーム９fl、９frを介して、それぞれの側の車輪７fl、７frを回転自在に支持するアクスルハウジング１０fl、１０frと連結されている。

ステアリングシャフト３の中途部には、ステアリングギヤ比を可変する前輪舵角補正機構１１が介装されており、ステアリングシャフト３は前輪舵角補正機構１１から上方に延出されたシャフト部分がアッパシャフト３Ｕ、前輪舵角補正機構１１から下方に延出されたシャフト部分がロアシャフト３Ｌとして構成されている。

前輪舵角補正機構１１の構造について以下説明する。アッパシャフト３Ｕの下端と、ロアシャフト３Ｌの上端には、それぞれ同一回転軸芯上に一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌが固設されており、この一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌは、複数（例えば、３つ）配設したピニオン軸１３に固設されたプラネタリギヤ１４Ｕ、１４Ｌと、それぞれ噛合されている。

一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌは共に、ピニオン軸１３を回転自在に軸支するキャリア１５の内部に格納されており、キャリア１５の上端外周には、電動モータ１６の出力軸１６ａに固設されたドライブギヤ１７と噛合するドリブンギヤ１８が設けられている。

電動モータ１６は、モータ駆動部２１により駆動され、モータ駆動部２１は、前輪舵角補正手段としての操舵制御部２０より入力されるモータ回転角に応じた信号に基づいて、電動モータ１６を回転させるように構成されている。

車両には、車速Ｖを検出する車速センサ３１、及び、ドライバによる操舵角θHdを検出するハンドル角センサ３２が設けられており、これらセンサ３１、３２からの信号は、操舵制御部２０に入力される。

そして、操舵制御部２０は、上述の各入力信号に基づいて、後述する操舵制御プログラムに従って、ドライバによる操舵に加え、車両の挙動を適切に保つために付加すべき前輪舵角の補正量を演算し、モータ駆動部２１にモータ回転角θMの信号を出力する。

すなわち、操舵制御部２０は、図２に示すように、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａ、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂ、モータ回転角演算部２０ｃから主要に構成されている。

第１の前輪舵角補正量演算部２０ａは、車速センサ３１から車速Ｖが入力され、ハンドル角センサ３２からハンドル角θHdが入力される。そして、以下（１）式により、第１の前輪舵角補正量δHc1を演算し、モータ回転角演算部２０ｃに出力する。
δHc1＝（（θHd／ｎdc1）−（θHd／ｎd））・ｎｃ …（１）
ここで、ｎdはドライバ側ステアリングギヤ比（電動モータ１６を停止させたとき、ドライバのハンドル操作に対して影響するステアリングギヤ比；一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌ、一対のプラネタリギヤ１４Ｕ、１４Ｌ、及び、ステアリングギヤボックス５によって決定されるステアリングギヤ比）である。また、ｎｃは前輪舵角補正機構１１側ステアリングギヤ比（ドライバがハンドル操作をしていない状態で電動モータ１６が回転したときに影響するステアリングギヤ比；ドライブギヤ１７、ドリブンギヤ１８（キャリア）により決定されるステアリングギヤ比）である。更に、ｎdc1は予め設定しておいたマップや演算式により得られる車速感応ステアリングギヤ比である。この車速感応ステアリングギヤ比ｎdc1は、例えば、図４に示すように設定され、車速Ｖが低いときには、ドライバ側ステアリングギヤ比ｎdに対してクィックな特性に、車速Ｖが高いときには、ドライバ側ステアリングギヤ比ｎdに対してスローな特性に決定される。

第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、車速センサ３１から車速Ｖが入力され、ハンドル角センサ３２からハンドル角θHdが入力される。そして、以下（２）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算し、モータ回転角演算部２０ｃに出力する。
δHc2＝Ｇcd・（１／（１＋Ｔcd・Ｓ））・（ｄθHd／ｄｔ）／ｎｄ …（２）
ここで、Ｇcdは制御ゲイン、Ｔcdはローパスフィルタの時定数、Ｓはラプラス演算子、（ｄθHd／ｄｔ）は前輪操舵角の微分値である。

従って、上述の（２）式は、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、（１／（１＋Ｔcd・Ｓ））を乗算することでローパスフィルタ処理を行うことを示しており、ローパスフィルタの時定数Ｔcdは、例えば、入力される前輪操舵角に対するヨーレート応答の共振周波数である１〜２Hzが設定される。

また、制御ゲインＧcdは、操舵の周波数に対して急激なピークを持つ特性は、車速Ｖの増加と共に顕著になるので、図５に示すように、マップ等を参照して車速Ｖが増加するほど大きな値に設定されるようになっている。

モータ回転角演算部２０ｃは、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａから第１の前輪舵角補正量δHc1が、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂから第２の前輪舵角補正量δHc2が入力される。そして、以下の（３）式により、モータ回転角θMを演算し、モータ駆動部２１に出力する。
θM＝（δHc1＋δHc2）・ｎｃ …（３）

次に、上述の操舵制御部２０で実行される操舵制御プログラムを、図３のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要なパラメータ、すなわち、車速Ｖ、ドライバによる操舵角θHdを読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａにおいて予め設定しておいたマップや演算式により、車速感応ステアリングギヤ比ｎdc1を演算する。

次に、Ｓ１０３に進み、第１の前輪舵角補正量演算部２０ａは、上述の（１）式により、第１の前輪舵角補正量δHc1を演算する。

次いで、Ｓ１０４に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、予め設定しておいたマップ等を参照して、制御ゲインＧcdを演算する。

次に、Ｓ１０５に進み、第２の前輪舵角補正量演算部２０ｂは、上述の（２）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算する。

次いで、Ｓ１０６に進み、モータ回転角演算部２０ｃは、上述の（３）式により、モータ回転角θMを演算し、モータ駆動部２１に対し出力してプログラムを抜ける。

すなわち、図６に示すように、操舵の周波数に対してピークを持たさない特性（従来の特性１）では、素早い操舵に対する応答性が鈍く、安定性には優れるものの危険回避性能が劣るという問題がある。逆に、操舵の周波数に対して急激なピークを持つ特性（従来の特性２）では、ヨーの共振周波数近辺の切り返し操舵に対して車両がスピンを起こしやすく、安定性に欠けるという問題がある。このようなことから、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、ローパスフィルタ処理することで、操舵の周波数に対して穏やかにゲインが上昇しながらも、明確なピークを持たない特性（本実施の形態による特性）とすることで、素早い操舵に対する応答性の向上と安定性（車両のスピン防止）を実現し、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制することができるようになっている。

また、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、ローパスフィルタ処理することで、操舵角のデジタル値を微分した場合に問題となる虞のあるノイズ成分を除去することができるという効果も得られる。

車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図 操舵制御部の機能ブロック図 操舵制御プログラムのフローチャート 車速感応ステアリングギヤ比の特性図 制御ゲインの特性図 操舵周波数−ヨーレートゲインの特性図

符号の説明

１ 前輪操舵装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ ジョイント部
５ ステアリングギヤボックス
７fl，７fr 前輪
１１ 前輪舵角補正機構
１６ 電動モータ
２０ 操舵制御部（前輪舵角補正手段）
２０ａ 第１の前輪舵角補正量演算部
２０ｂ 第２の前輪舵角補正量演算部
２０ｃ モータ回転角演算部
２１ モータ駆動部

Claims (4)

1. 入力される前輪舵角に対して付加する前輪舵角補正量を演算し、前輪舵角補正機構を作動させて上記前輪舵角補正量を付加する前輪舵角補正手段を備えた車両の操舵制御装置において、
   上記操舵量補正手段は、少なくとも上記入力される前輪繰舵角の微分値にローパスフィルタ処理を施した値を上記前輪舵角補正量とすることを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 上記操舵量補正手段は、車速に基づく前輪舵角補正量を第１の前輪舵角補正量として演算し、少なくとも上記入力される前輪繰舵角の微分値にローパスフィルタ処理を施した値を第２の前輪舵角補正量として演算し、上記第１の前輪舵角補正量と上記第２の前輪舵角補正量とを加算した値を上記前輪舵角補正量として演算することを特徴とする車両の操舵制御装置。
3. 上記入力される前輪繰舵角の微分値にローパスフィルタ処理を施した値には、車速に応じた制御ゲインを乗算することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の操舵制御装置。
4. 上記ローパスフィルタ処理における時定数は、上記入力される前輪操舵角に対するヨーレート応答の共振周波数に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の操舵制御装置。

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