JP2007290508A - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な制御で、車両の安定性を保ちつつ、直進減速時の制動距離を短くし、また、直進加速時の加速性能を効率良く得ることを可能とする。
【解決手段】操舵制御装置２３は、車両が直進制動時の際、ヨーレートγ＞０の場合は、車両の左側の路面μが右側の路面μよりも高くなっていると判断し、左側の車輪を操舵制御する。また、ヨーレートγ＜０の場合は、車両の右側の路面μが左側の路面μよりも高くなっていると判断し、右側の車輪を操舵制御する。一方、車両が直進加速時の際では、ヨーレートγ＜０の場合は、車両の左側の路面μが右側の路面μよりも高くなっていると判断し、左側の車輪を操舵制御する。また、ヨーレートγ＞０の場合は、車両の右側の路面μが左側の路面μよりも高くなっていると判断し、右側の車輪を操舵制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、左輪と右輪とを独立して操舵自在で、直進制動状態や直進加速状態に適切な操舵制御を行う車両の操舵制御装置に関する。

近年、車両においては、左輪と右輪とを独立して操舵できる様々な構造の操舵制御装置（所謂、ステアバイワイヤ機構の操舵制御装置や可変トー角機構を備えた操舵制御装置）が提案され、実用化されている。

例えば、特開２００４−２６８８５８号公報には、左右独立に操舵輪を転舵可能な操舵機構、及び、操舵輪の横すべり角を検出する手段を設け、操舵輪の横すべり角に応じて、左右の車輪毎にコーナリングフォースが最適になるように操舵輪を左右独立に制御し、車両のコーナリング中のグリップ力を高めるようにする技術が開示されている。
特開２００４−２６８８５８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される技術では、車両の２輪モデルに基づき、車体の重心点における横すべり角を求め、この車体の重心点における横すべり角を基に各操舵輪位置における車両の車体横すべり角を求め、この各操舵輪位置における車両の車体横すべり角を基に操舵輪の横すべり角を求めるようになっている。そして、この操舵輪の横すべり角に応じて制御されるため、制御の応答性が良好ではなく、また、制御に誤差が多く生じてしまう虞がある。更に、上述の特許文献１に開示される技術では、コーナリングに対応して両輪を独立して制御するため、直進減速状態や直進加速状態で両輪を制御しようとすると、却って制動距離が長くなり、また、加速性能が効率良く得られなくなる可能性もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な制御で、車両の安定性を保ちつつ、直進減速時の制動距離を短くし、また、直進加速時の加速性能を効率良く得ることを可能とする車両の操舵制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、左輪と右輪とを独立して操舵自在な独立操舵手段と、車両の直進制動状態と直進加速状態のどちらかを検出する直進制動加速状態検出手段と、左輪側の路面摩擦係数と右輪側の路面摩擦係数との相対的な差を検出する路面状態検出手段と、上記直進制動加速状態検出手段で車両の直進制動状態と直進加速状態のどちらかを検出した際に、路面摩擦係数が高い方の車輪を予め設定する操舵角で操舵する操舵手段とを備えた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、簡単な制御で、車両の安定性を保ちつつ、直進減速時の制動距離を短くし、また、直進加速時の加速性能を効率良く得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８は本発明の実施の一形態を示し、図１はステアバイワイヤ方式による操舵機構を備えた車両の構成図、図２は操舵制御プログラムのフローチャート、図３は直進制動時操舵制御ルーチンのフローチャート、図４は直進加速時操舵制御ルーチンのフローチャート、図５は直進制動時における左側車輪操舵制御の説明図、図６は直進制動時における右側車輪操舵制御の説明図、図７は直進加速時における左側車輪操舵制御の説明図、図８は直進加速時における右側車輪操舵制御の説明図である。

図１において、符号１は車両を示し、この車両１のエンジン２による駆動力は、エンジン２後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含んで図示）３を介してセンタデファレンシャル装置４に伝達される。

センタデファレンシャル装置４に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸５、プロペラシャフト６、ドライブピニオン軸部７を介して後輪終減速装置８に入力される一方、フロントドライブ軸９を介して前輪終減速装置１０に入力される。

後輪終減速装置８に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸１１rlを経て左後輪１２rlに伝達される一方、後輪右ドライブ軸１１rrを経て右後輪１２rrに伝達される。また、前輪終減速装置１０に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸１１flを経て左前輪１２flに伝達される一方、前輪右ドライブ軸１１frを経て右前輪１２frに伝達される。

また、符号１５は独立操舵手段としての操舵装置を示し、本実施形態における操舵装置１５としては、個々の車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角（車輪角）を独立して制御可能な四輪操舵機構が採用されている。この四輪操舵機構は、例えば、車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrとハンドル１６とが機械的に分離したステアバイワイヤ機構であり、ハンドル角と、左右前後の各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角との関係を任意に設定することができる。

すなわち、ドライバによって回転操作されるハンドル１６は、操舵入力軸１７の一端に固設され、操舵入力軸１７の他端は、動力伝達機構１８に接続されており、この動力伝達機構１８には、モータ１９の出力軸が接続されている。これにより、モータ１９において発生した動力は、動力伝達機構１８及び操舵入力軸１７を介し、操舵反力としてハンドル１６に伝達される。

個々の車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrには、車輪調整装置としての操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrが車輪単位で設けられている。

これにより、左右前輪１２fl，１２frの操舵角は、前輪側に設けられた一対の操舵アクチュエータ２０fl，２０frにより、それぞれ独立して調整される。

また、左右後輪１２rl，１２rrの操舵角は、後輪側に設けられた一対の操舵アクチュエータ２０rl，２０rrにより、それぞれ独立して調整される。

個々の操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrには、駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrが挿通されており、それぞれの操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrの内部に設けられたモータのロータ（図示せず）の回転に応じて、駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrが、車幅方向、すなわち、左右方向に伸縮可能となっている。

各駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrの端部は、各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrと連結されたタイロッド２２fl，２２fr，２２rl，２２rrに接続されており、駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrに連動してタイロッド２２fl，２２fr，２２rl，２２rrが移動することにより、車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrが操舵される。

左前輪１２flと右後輪１２rrとは、それぞれの駆動ロッド１２fl，１２rrが伸張することにより、右方向に操舵され、駆動ロッド１２fl，１２rrが収縮することにより、左方向に操舵される。これに対して、右前輪１２flと左後輪１２rlとは、伸縮方向に対する操舵方向が前述の左前輪１２flと右後輪１２rrの場合とは逆になっている。

各操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrは、操舵制御装置２３により制御される。操舵制御装置２３には、車速センサ３１で検出した車速Ｖ、操舵入力軸１７に取り付けられて、ハンドル１６の中立位置からの回転角をハンドル角θＨとして検出するハンドル角センサ３２からのハンドル角θＨ、各操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrにそれぞれ取り付けられて、それぞれのモータのロータの回転角度を検出することにより各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角を検出する操舵角センサ３３fl，３３fr，３３rl，３３rrからの操舵角、ヨーレートセンサ３４からのヨーレートγ、ブレーキペダルのＯＮ−ＯＦＦを検出するブレーキスイッチ３５からのスイッチ信号、アクセルペダルのＯＮ−ＯＦＦを検出するアクセルペダルスイッチ３６からのスイッチ信号等が入力される。

そして、操舵制御装置２３は、ハンドル角θＨに応じてモータ１９を制御することにより、ハンドル１６に与えられる操舵反力を制御する。これとともに、操舵制御装置２３は、各操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrを制御することにより、各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角をそれぞれ制御する。例えば、操舵制御装置２３は、通常、ハンドル角θＨに基づいて、左右の前輪１２fl，１２frの操舵角を互いに正相に設定するとともに、左右の後輪１２rl，１２rrの操舵角も互いに正相に設定する。尚、本実施の形態において、正相は、操舵角が進行方向を基準に対応することであり、逆相は、車輪角が進行方向を基準に逆向きに対応することであるが、車輪角の対応は厳密に一致している必要はない。また、左方向への操舵を正の値と定義する。

また、操舵制御装置２３は、後述する操舵制御プログラムに従って、車両の直進制動状態と直進加速状態のどちらかを検出した際に、路面摩擦係数が高い方の車輪を予め設定する操舵角で操舵する。すなわち、操舵制御装置２３は、直進制動加速状態検出手段、路面状態検出手段、操舵手段としての機能を有している。

以下、本発明の実施の形態による操舵制御を、図２の操舵制御プログラムのフローチャートで説明する。このプログラムは所定時間毎に実行され、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、制御に必要なパラメータ、すなわち、車速Ｖ、ハンドル角θＨ、ヨーレートγ、ブレーキスイッチ３５からのＯＮ−ＯＦＦ信号、アクセルペダルスイッチ３６からのＯＮ−ＯＦＦ信号等を読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、車両が直進走行状態か否か判定する。ここで、直進走行状態とは、車速Ｖが０より大であり、且つ、ハンドル角θＨの絶対値が予め設定しておいた閾値以下である場合に直進走行状態と判断する。

Ｓ１０２で直進走行状態と判定した場合は、Ｓ１０３に進み、ブレーキスイッチ３５がＯＮか否か判定し、ＯＮの場合は制動走行状態と判断してＳ１０４に進み、後述する直進制動時操舵制御を実行してプログラムを抜ける。また、ブレーキスイッチ３５からの信号がＯＦＦの場合は、Ｓ１０５に進む。

Ｓ１０５では、アクセルペダルスイッチ３６がＯＮか否か判定し、ＯＮの場合は加速走行状態と判断してＳ１０６に進み、後述する直進加速時操舵制御を実行してプログラムを抜ける。

一方、上述のＳ１０２で、直進走行状態ではないと判定した場合、或いは、Ｓ１０５でアクセルペダルスイッチ３６がＯＦＦの場合は、Ｓ１０７に進み、今までの直進制動時操舵制御および直進加速時操舵制御で設定される操舵角δHSをリセットし、プログラムを抜ける。

次に、上述のＳ１０４で実行される直進制動時操舵制御を、図３のフローチャートで説明する。

まず、Ｓ２０１ではヨーレートγが正（γ＞０）か否か判定し、γ＞０の場合はＳ２０２〜Ｓ２０４に進み、γ≦０の場合はＳ２０６〜Ｓ２０８に進む。

Ｓ２０１でγ＞０と判定し、Ｓ２０２に進むと、以下の（１）式により、操舵制御による操舵角δHSを設定する。
δHS＝δHSn-1−ＧＢ・γ …（１）
ここで、δHSn-1は、前回設定された（現在操舵装置１５に設定されている）操舵角であり、ＧＢはゲインである。

次いで、Ｓ２０３に進み、操舵角δHSの絶対値を制限値δHSLIMで制限処理する。この制限値δHSLIMは、予め設定しておいた値で、例えば、５°程度に設定されている。そして、上述のＳ２０２で設定された操舵角δHSの絶対値が制限値δHSLIM以上となる場合は、操舵角δHSは制限値δHSLIMに設定される。

次に、Ｓ２０４に進み、図５（ａ）に示すように、左側の前後車輪に操舵角δHSを付加し、左前輪１２flを車体内側方向に操舵すると共に、左後輪１２rlを車体外側方向に操舵する。この際、右側の前後車輪の操舵角δHSは０とする。

尚、前輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図５（ｂ）に示すように、左前輪にのみ車体内側方向に操舵角δHSを付加する。逆に、後輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図５（ｃ）に示すように、左後輪にのみ車体外側方向に操舵角δHSを付加する。

一方、Ｓ２０１でγ≦０と判定し、Ｓ２０６に進むと、上述の（１）式により、操舵制御による操舵角δHSを設定する。尚、操舵角δHSを設定する式は上述の（１）式とは異なる式で設定するようにしても良い。

次いで、Ｓ２０７に進み、操舵角δHSの絶対値を制限値δHSLIMで制限処理する。

次に、Ｓ２０８に進み、図６（ａ）に示すように、右側の前後車輪に操舵角δHSを付加し、右前輪１２frを車体内側方向に操舵すると共に、右後輪１２rrを車体外側方向に操舵する。この際、左側の前後車輪の操舵角δHSは０とする。

尚、前輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図６（ｂ）に示すように、右前輪にのみ車体内側方向に操舵角δHSを付加する。逆に、後輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図６（ｃ）に示すように、右後輪にのみ車体外側方向に操舵角δHSを付加する。

Ｓ２０４、或いは、Ｓ２０８で操舵角δHSを付加した後は、Ｓ２０５に進み、今回の操舵角δHSを前回の操舵角δHSn-1に設定して（δHSn-1←δHS）、ルーチンを抜ける。

すなわち、直進制動時において、γ＞０の場合は、図５に示すように、車両の左側の路面μが右側の路面μよりも高くなっていると判断できる。車両の安定性を維持させるためには、高μ路側の操舵輪を操舵して車両にヨーを発生させる方が好ましい。また、制動力も、低μ路側の車輪で付加するよりも高μ路側の路面で付加する方が制動距離を短くする上で有利となる。従って、γ＞０の場合は、左側の車輪を操舵制御すべく、Ｓ２０２〜Ｓ２０４の処理を行うのである。

また、直進制動時において、γ＜０の場合は、図６に示すように、車両の右側の路面μが左側の路面μよりも高くなっていると判断できる。従って、上述と同様の理由で、γ＜０の場合は、右側の車輪を操舵制御すべく、Ｓ２０６〜Ｓ２０８の処理を行うのである。

次に、上述のＳ１０６で実行される直進加速時操舵制御を、図４のフローチャートで説明する。

まず、Ｓ３０１ではヨーレートγが負（γ＜０）か否か判定し、γ＜０の場合はＳ３０２〜Ｓ３０４に進み、γ≧０の場合はＳ３０６〜Ｓ３０８に進む。

Ｓ３０１でγ＜０と判定し、Ｓ３０２に進むと、以下の（２）式により、操舵制御による操舵角δHSを設定する。
δHS＝δHSn-1−ＧＡ・γ …（２）
ここで、ＧＡはゲインである。

次いで、Ｓ３０３に進み、操舵角δHSの絶対値を制限値δHSLIMで制限処理する。この制限処理は、前述のＳ２０２での処理と同様のものであり、制限値δHSLIMは、予め設定しておいた値で、例えば、５°程度に設定されている。そして、上述のＳ３０２で設定された操舵角δHSの絶対値が制限値δHSLIM以上となる場合は、操舵角δHSは制限値δHSLIMに設定される。

次に、Ｓ３０４に進み、図７（ａ）に示すように、左側の前後車輪に操舵角δHSを付加し、左前輪１２flを車体外側方向に操舵すると共に、左後輪１２rlを車体内側方向に操舵する。この際、右側の前後車輪の操舵角δHSは０とする。

尚、前輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図７（ｂ）に示すように、左前輪にのみ車体外側方向に操舵角δHSを付加する。逆に、後輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図７（ｃ）に示すように、左後輪にのみ車体内側方向に操舵角δHSを付加する。

一方、Ｓ３０１でγ≧０と判定し、Ｓ３０６に進むと、上述の（２）式により、操舵制御による操舵角δHSを設定する。尚、操舵角δHSを設定する式は上述の（２）式とは異なる式で設定するようにしても良い。

次いで、Ｓ３０７に進み、操舵角δHSの絶対値を制限値δHSLIMで制限処理する。

次に、Ｓ３０８に進み、図８（ａ）に示すように、右側の前後車輪に操舵角δHSを付加し、右前輪１２frを車体外側方向に操舵すると共に、右後輪１２rrを車体内側方向に操舵する。この際、左側の前後車輪の操舵角δHSは０とする。

尚、前輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図８（ｂ）に示すように、右前輪にのみ車体外側方向に操舵角δHSを付加する。逆に、後輪側のみ左輪と右輪とを独立して操舵自在な操舵制御装置の場合は、図８（ｃ）に示すように、右後輪にのみ車体内側方向に操舵角δHSを付加する。

Ｓ３０４、或いは、Ｓ３０８で操舵角δHSを付加した後は、Ｓ３０５に進み、今回の操舵角δHSを前回の操舵角δHSn-1に設定して（δHSn-1←δHS）、ルーチンを抜ける。

すなわち、直進加速時において、γ＜０の場合は、図７に示すように、車両の左側の路面μが右側の路面μよりも高くなっていると判断できる。車両の安定性を維持させるためには、高μ路側の操舵輪を操舵して車両にヨーを発生させる方が好ましい。また、加速性能を効率良く発揮させる上でも、低μ路側の車輪で加速するよりも高μ路側の路面で加速する方が有利となる。従って、γ＜０の場合は、左側の車輪を操舵制御すべく、Ｓ３０２〜Ｓ３０４の処理を行うのである。

また、直進加速時において、γ＞０の場合は、図８に示すように、車両の右側の路面μが左側の路面μよりも高くなっていると判断できる。従って、上述と同様の理由で、γ＞０の場合は、右側の車輪を操舵制御すべく、Ｓ３０６〜Ｓ３０８の処理を行うのである。

このように本発明の実施の形態によれば、単にヨーレートセンサ３４からのヨーレートγのみ用いて路面状態を判定し、このヨーレートγで付加する操舵角δHSを決定して、左右輪の高μ路側の車輪のみを操舵するようになっている。このため、簡単な制御で、車両の安定性を保ちつつ、直進減速時の制動距離を短くし、また、直進加速時の加速性能を効率良く得ることができ、誤差も少なく、レスポンスに優れた制御が実現できる。

尚、本実施の形態では、ステアバイワイヤ機構による独立操舵機構を例に説明しているが、他に、トー角を可変自在なアライメント可変機構においても適用できることは云うまでもない。

また、本実施の形態では、ブレーキスイッチ３５とアクセルペダルスイッチ３６からのＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいて車両が制動走行状態にあるか加速走行状態にあるかを判断する構成を例に説明しているが、本発明はこれに限らず、例えば、加速度センサを用いて車両に作用する加速度を検出し、この加速度センサからの出力に基づいて制動走行状態にあるか加速走行状態にあるかを判断するように構成しても良い。

ステアバイワイヤ方式による操舵機構を備えた車両の構成図 操舵制御プログラムのフローチャート 直進制動時操舵制御ルーチンのフローチャート 直進加速時操舵制御ルーチンのフローチャート 直進制動時における左側車輪操舵制御の説明図 直進制動時における右側車輪操舵制御の説明図 直進加速時における左側車輪操舵制御の説明図 直進加速時における右側車輪操舵制御の説明図

符号の説明

１ 車両
１２fl，１２fr，１２rl，１２rr 車輪
１５ 操舵装置（独立操舵手段）
２３ 操舵制御装置（直進制動加速状態検出手段、路面状態検出手段、操舵手段）
３１ 車速センサ
３２ ハンドル角センサ
３４ ヨーレートセンサ
３５ ブレーキスイッチ
３６ アクセルペダルスイッチ

Claims (8)

1. 左輪と右輪とを独立して操舵自在な独立操舵手段と、
   車両の直進制動状態と直進加速状態のどちらかを検出する直進制動加速状態検出手段と、
   左輪側の路面摩擦係数と右輪側の路面摩擦係数との相対的な差を検出する路面状態検出手段と、
   上記直進制動加速状態検出手段で車両の直進制動状態と直進加速状態のどちらかを検出した際に、路面摩擦係数が高い方の車輪を予め設定する操舵角で操舵する操舵手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 上記独立操舵手段は、左前輪と右前輪とを独立して操舵自在なものであって、
   上記直進制動加速状態検出手段が車両の直進制動状態を検出した場合、上記操舵手段は、路面摩擦係数が高い方の前輪を車体内側方向に操舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
3. 上記独立操舵手段は、左前輪と右前輪とを独立して操舵自在なものであって、
   上記直進制動加速状態検出手段が車両の直進加速状態を検出した場合、上記操舵手段は、路面摩擦係数が高い方の前輪を車体外側方向に操舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
4. 上記独立操舵手段は、左後輪と右後輪とを独立して操舵自在なものであって、
   上記直進制動加速状態検出手段が車両の直進制動状態を検出した場合、上記操舵手段は、路面摩擦係数が高い方の後輪を車体外側方向に操舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
5. 上記独立操舵手段は、左後輪と右後輪とを独立して操舵自在なものであって、
   上記直進制動加速状態検出手段が車両の直進加速状態を検出した場合、上記操舵手段は、路面摩擦係数が高い方の後輪を車体内側方向に操舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
6. 上記独立操舵手段は、左前輪と右前輪とを独立して操舵自在で、且つ、左後輪と右後輪とを独立して操舵自在なものであって、
   上記直進制動加速状態検出手段が車両の直進制動状態を検出した場合、上記操舵手段は、路面摩擦係数が高い方の前輪を車体内側方向に操舵すると共に、路面摩擦係数が高い方の後輪を車体外側方向に操舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
7. 上記独立操舵手段は、左前輪と右前輪とを独立して操舵自在で、且つ、左後輪と右後輪とを独立して操舵自在なものであって、
   上記直進制動加速状態検出手段が車両の直進加速状態を検出した場合、上記操舵手段は、路面摩擦係数が高い方の前輪を車体外側方向に操舵すると共に、路面摩擦係数が高い方の後輪を車体内側方向に操舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
8. 上記直進制動加速状態検出手段は、左輪側の路面摩擦係数と右輪側の路面摩擦係数との相対的な差を、車両に発生するヨーレートにより検出することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の車両の操舵制御装置。

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