JP2007313961A - 車両の操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 転舵角変換部53は人間が知覚し得る見込み横加速度Gdに応じて感覚適合転舵角δaを計算する。制限転舵角演算部44は、車速Vが小さいときには、転舵ギア比D(θ)を転舵ギア比MDで制限することにより、ヨーレートゲインYgの増大を制限した制限転舵角δb1を計算する。また、車速Vが大きいときには、ヨーレートゲインYgをヨーレート定常ゲインYg0で制限した制限転舵角δb2を計算する。転舵角決定部45は、感覚適合転舵角δa、制限転舵角δb1,δb2のうちで、ヨーレートゲインYgの小さい転舵角を目標転舵角δcとして決定する。これにより、ヨーレートゲインYgの増大に伴う車両の旋回挙動の変化を適切に制御して、車両を旋回させることができる。
【選択図】 図2
Description
以下、本発明の第1実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態の車両の操舵装置を概略的に示している。
Td=a・θ (|θ|<θz) …式1
Td=To・exp(K1・θ) (θz≦|θ|<θmax) …式2
Gd=b・Td (|Td|<Tg) …式3
Gd=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式4
Gd=C・(To・exp(K1・θ))K2=C・ToK2・exp(K1・K2・θ)=Go・exp(K1・K2・θ) …式5
前記式5において、Goは定数C・ToK2であり、式5は運転者による操舵ハンドル11の操舵角θに対して見込み横加速度Gdが指数関数的に変化していることを示す。そして、この見込み横加速度Gdは、車内の所定部位への運転者の体の一部の接触によって運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、操舵トルクTdが所定値Tg以上のときに、運転者が、この見込み横加速度Gdに等しい横加速度を知覚しながら操舵ハンドル11を回動操作することができれば、操舵ハンドル11の回動操作と車両の操舵との関係を人間の知覚特性に対応させることができる。
Gd=Go・exp(K0・ω・t) …式6
ただし、K0は、K0=K1・K2の関係にある定数である。
ΔT=To・exp(K1・θ)・K1・Δθ=T・K1・Δθ …式7
この式7を変形するとともに、前記実験により求めた操舵トルクに関するウェーバー比ΔT/TをKtとすると、下記式8が成立する。
K1=ΔT/(T・Δθ)=Kt/Δθ …式8
Tmax=To・exp(K1・θmax) …式9
この式9を変形すれば、下記式10が成立する。
K1=log(Tmax/To)/θmax …式10
そして、前記式8および式10から下記式11が導かれる。
Δθ=Kt/K1=Kt・θmax/log(Tmax/To) …式11
この式11において、Ktは操舵トルクTのウェーバー比であり、Toは人間が知覚し得る最小操舵トルクに対応するものであり、これらの値Kt,Tmax,To,θmaxはいずれも予め設定できる定数であるので、前記微分値Δθは前記式11を用いて計算できる。そして、この微分値Δθとウェーバー比Ktを用いて、前記式8に基づいて所定値(係数)K1も計算できる。
ΔG=C・K2・TK2-1・ΔT=G・K2・ΔT/T …式12
この式12を変形し、かつ前記実験により求めた操舵トルクに関するウェーバー比ΔT/TをKtとするとともに、横加速度に関するウェーバー比ΔF/FをKaとすると下記式13,14が成立する。
ΔG/G=K2・ΔT/T …式13
K2=Ka/Kt …式14
この式14において、Ktは操舵トルクに関するウェーバー比であるとともに、Kaは横加速度に関するウェーバー比であって、共に定数として与えられるものであるので、これらのウェーバー比Kt,Kaを用いて、前記式14に基づいて係数K2も計算できる。
C=Gmax/TmaxK2 …式15
そして、この式15においては、GmaxおよびTmaxは予め設定できる定数であり、かつK2は前記式14によって計算されるものであるので、定数(係数)Cも計算できる。
δa=L・(1+A・V2)・Gd/V2 …式16
ただし、前記式16中のLはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
δa=(L・(1+A・V2)/V2)・Go・exp(K1・K2・θ) …式17
これによれば、感覚適合転舵角δaは、車速Vおよび操舵角θに依存し、ウェーバー・ヘフナーの法則に従って非線形に(指数関数的に)変化する。このように、感覚適合転舵角δaが非線形に変化する状況において、特に、車速Vが小さいときには、感覚適合転舵角δaは操舵角θの変化に対して大きな変化量で変化する。したがって、車速Vが小さいときや、操舵角θが大きいとき(より詳しくは、最大操舵角θmax近傍で操舵操作するとき)には、運転者による車両の旋回制御が難しくなる場合がある。
G=γ・V …式18
そして、前記式16によって表される感覚適合転舵角δa(転舵角δ)と見込み横加速度Gd(横加速度G)との関係を用いれば、転舵角δとヨーレートγとの関係は、前記式18を前記式16に代入した下記式19によって表すことができる。
δ=L・(1+A・V2)・(γ・V)/V2=L・(1+A・V2)・γ/V …式19
したがって、前記式19を変形することにより、ヨーレートγは転舵角δを用いて下記式20によって表される。
γ=δ・V/(L・(1+A・V2)) …式20
Yg=γ/θ=δ・V/(L・(1+A・V2)・θ) …式21
前記式21によれば、車速Vが小さくなるに伴ってヨーレートゲインYgは大きな値に変化する傾向にあり、また、上述したように転舵角δが操舵角θに対して指数関数的に大きくなるに伴ってヨーレートゲインYgは大きな値に変化する傾向にある。したがって、ヨーレートゲインYgの増大を適切に制限すれば、ヨーレートゲインYgの増大に伴う旋回制御の難しさを解消することができる。このことに基づき、図2に示す制限転舵角演算部44は、ヨーレートゲインYgの増大を制限したときの制限転舵角δb1,δb2を計算する。以下、制限転舵角演算部44による演算処理を、車速Vが小さい場合から説明する。
δa=θ/D(θ) …式22
ここで、前記式22中のD(θ)は、感覚適合転舵角δaの大きさに対する操舵角θの大きさの比すなわち転舵ギア比を表す操舵角θの関数である。
δb1=θ/MD …式23
ただし、前記式23中の転舵ギア比MDは、実験に基づいて予め設定される定数である。
Yga=δa・V/(L・(1+A・V2)・D(θ)) …式24
一方、ヨーレートゲインYgbは、前記式21中のδに対して前記式23を代入することにより、下記式25に従って計算される。
Ygb=δb1・V/(L・(1+A・V2)・MD) …式25
Yg0=Yg=δ・V/(L・(1+A・V2)・θh) …式28
ただし、前記式28中のθhは、後述する反力制御部60によって計算される操舵角θの最大値θmax0まで変化し得る操舵角を表す。
δb2=Yg0/(V/(L・(1+A・V2)・θh)) …式29
Dw=θh/δa …式30
一方、操舵角θと制限転舵角δb1との間の転舵ギア比は、前記式23の計算に用いた転舵ギア比MD(定数)である。
Ygw=δa・V/(L・(1+A・V2)・θh) …式31
δd=δc+K3・(Gd−G) …式32
ただし、係数K3は予め決められた正の定数であり、実横加速度Gが見込み横加速度Gdに満たない場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実横加速度Gが見込み横加速度Gdを超える場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み横加速度Gdに必要な左右前輪FW1,FW2の転舵角がより精度よく確保される。なお、本実施形態においては、転舵角補正部51は、感覚適合転舵角δaが目標転舵角δcとして決定された場合に目標転舵角δc(感覚適合転舵角δa)を補正計算して補正目標転舵角δdとして出力するものとし、制限転舵角δbが目標転舵角δcとして決定された場合は、目標転舵角δc(制限転舵角δb)を補正計算することなく補正目標転舵角δdとして出力する。
Tz=a・θ (|θ|<θz) …式33
Tz=To・exp(K1・θ) (θz≦|θ|<θmax) …式34
この場合も、式33中のaは一次関数の傾きを表す定数である。また、式34中のTo,K1は、前記式2と同様な定数である。さらに、前記式33および式34中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表しているものであるが、検出操舵角θが正であれば定数aおよび定数Toを負の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数aおよび定数Toを前記負の定数aおよび定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。なお、この場合も、前記式33,34の演算に代えて、操舵角θに対する反力トルクTzを記憶した図6に示すような特性の変換テーブルを用いて、反力トルクTzを計算するようにしてもよい。
θmax0=δmax・MD …式35
θmax0=(δmax/Yg0)/(V/(L・(1+A・V2))) …式36
Tz=c・(θ−θmax)+Tzmax (θmax≦|θ|<θmax0) …式37
ただし、前記式37中のcは一次関数の傾きを表す定数であり、Tzmaxは操舵角θが最大操舵角θmaxのときに付与される反力トルクTzの設定最大値である。
Tz=Tzmax1+((Tzlim−Tzmax1)/(θlim−θmax0))・(θ−θmax0) …式38
ただし、前記式38中のTzlimはシステム上付与し得る最大の反力トルクである。また、前記式38中のTzmax1は、拡大操舵角θmax0における反力トルクであり、下記式39によって計算される。
Tzmax1=c・(θmax0−θmax)+Tzmax …式39
さらに、前記式38中のθlimはシステム上回動し得る最大の操舵角であり、下記式40によって計算される。
θlim=Kθmax・θmax0 …式40
なお、前記式40中のKθmaxは、1よりも大きく設定された所定の定数である。
次に、上記第1実施形態における運動状態量としての横加速度に代えて、ヨーレートを用いた本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態においては、図1に破線で示すように、上記第1実施形態における横加速度センサ34に代えて、運転者が知覚し得る運動状態量である実ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ38を備えている。他の構成については上記第1実施形態と同じであるが、電子制御ユニット35にて実行されるコンピュータプログラムは上記第1実施形態の場合と若干異なる。
γd=b・Td (|Td|<Tg) …式41
γd=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式42
ただし、式41中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式42中のC,K2は,上記第1実施形態と同じく定数である。また、前記式41,42中の操舵トルクTdは前記式1,2を用いて計算された操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数bおよび定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式41,42の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込みヨーレートγdを記憶した図8に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込みヨーレートγdを計算するようにしてもよい。
δa=L・(1+A・V2)・γd/V …式43
ただし、前記式43においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を表す予め決められた所定値である。
δd=δc+K4・(γd−γ) …式44
ただし、係数K4は予め決められた正の定数であり、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdに満たない場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdを超える場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込みヨーレートγdに必要な左右前輪FW1,FW2の転舵角δがより精度よく確保される。
次に、上記第1実施形態における運動状態量としての横加速度に代えて、旋回曲率を用いた本発明の第3実施形態について説明する。この第3実施形態においても、上記第1実施形態と同様に図1に示すように構成されている。ただし、電子制御ユニット35にて実行されるコンピュータプログラムが上記第1実施形態の場合とは若干異なる。
ρd=b・Td (|Td|<Tg) …式45
ρd=C・TdK2 (Tg≦|Td|) …式46
ただし、式45中のbは一次関数の傾きを表す定数であり、式46中のC,K2は,上記第1実施形態と同じく定数である。また、この場合も、前記式45,46中の操舵トルクTdは上記式1,2を用いて計算した操舵トルクTdの絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数bおよび定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数bおよび定数Cを前記正の定数bおよび定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。なお、この場合も、前記式45,46の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み旋回曲率ρdを記憶した図11に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み旋回曲率ρdを計算するようにしてもよい。
δa=L・(1+A・V2)・ρd …式47
ただし、前記式47においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を表す予め決められた所定値である。
ρ=G/V2またはρ=γ/V …式48
δd=δc+K5・(ρd−ρ) …式49
ただし、係数K5は予め決められた正の定数であり、実旋回曲率ρが見込み旋回曲率ρに満たない場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実旋回局率ρが見込み旋回曲率ρdを超える場合には、補正目標転舵角δdの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み旋回曲率ρdに必要な左右前輪FW1,FW2の転舵角がより精度よく確保される。
Tr=E・(dθ/dt) …式50
ただし、前記式50中のEは実験によって予め決定される所定値である。
Yg1=Kp・Yg+Kd・Kdm・(dYg/dt) …式51
ただし、前記式51中のKp,Kdは所定の定数である。また、Kdmは、車速係数であり、図15の特性テーブルに示すように、検出車速Vの小さな範囲内で「1」よりも大きく、検出車速Vの大きな範囲内で「1」よりも小さく、検出車速Vの増加に従って「1」を挟んで非線形に減少する変数である。
Trd=Tr・F …式52
このように、ヨーレートゲインYgの大きさに応じて、補正粘性成分トルクTrdを計算すると、粘性成分演算部63は、同トルクTrdを駆動制御部62に供給する。これにより、駆動制御部62は、変位−トルク変換部61によって計算された反力トルクTzと補正粘性成分トルクTrdとに応じた反力を操舵ハンドル11に付与する。
Claims (8)
- 車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記転舵アクチュエータを駆動して前記転舵輪を非線形的に転舵制御する制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記制御装置を、
前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
前記転舵輪の転舵に応じて車両の発生するヨーレートの変化量であって、前記検出された操作入力値に対する前記ヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインの変化を制限するヨーレートゲイン制限手段と、
前記制限されたヨーレートゲインを反映して車両が運動するための前記転舵輪の制限転舵量を計算する制限転舵量計算手段と、
前記計算された制限転舵量に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された制限転舵量に転舵する転舵制御手段とで構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項1に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記制御装置は、さらに、
車両の車速を検出する車速検出手段を備えており、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記検出された車速に応じて前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項1または請求項2に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記検出された操作入力値と、同操作入力値に対して非線形的に変化する前記転舵輪の転舵量との比を表す転舵ギア比を制限して、前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項1または請求項2に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記ヨーレートゲインが変化し得る上限を設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項1または請求項2に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記ヨーレートゲイン制限手段は、
前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する粘性成分トルクを、前記操舵ハンドルの操作速度に応じて大きく設定して、前記ヨーレートゲインの変化を制限することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項1に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記制御装置を、さらに、
車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記検出された操作入力値と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記検出された操作入力値を用いて計算する運動状態量計算手段と、
前記計算された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の感覚適合転舵量を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する感覚適合転舵量計算手段と、
前記感覚適合転舵量で旋回する車両に発生するヨーレートゲインと前記制限されたヨーレートゲインとを比較し、これらのヨーレートゲインのうちの小さいヨーレートゲインに対応する感覚適合転舵量または制限転舵量を前記転舵輪の目標転舵量として決定する転舵量決定手段とを備えて構成し、
前記転舵制御手段は、前記転舵量決定手段によって決定された目標転舵量に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同決定された目標転舵量に転舵することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項6に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記見込み運動状態量は、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちのいずれか一つであるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。 - 請求項1に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記制御装置は、さらに、
前記制限転舵量計算手段によって計算された制限転舵量に基づいて、前記操舵ハンドルの操作可能範囲を変更する操作範囲変更手段と、
前記変更された操舵ハンドルの操作可能範囲に対応する反力を計算する反力計算手段と、
前記計算された反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルに同計算された反力を付与する反力制御手段とを備えることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
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