JP2008068661A - Steering angle control device, automobile and steering angle control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の操舵角を制御する舵角制御装置、自動車および舵角制御方法に関する。 The present invention relates to a steering angle control device, an automobile, and a steering angle control method for controlling a steering angle of a vehicle.
従来、操向輪の舵角比を可変とする可変舵角機構を備えた自動車が知られている。
このような可変舵角機構を備えた自動車においては、運転者による操舵入力が行われた場合に、アクチュエータ(モータ)によって舵角量を調節して出力することにより、目標とする操舵角が出力されるよう制御している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an automobile having a variable steering angle mechanism that makes a steering angle ratio of steered wheels variable is known.
In an automobile equipped with such a variable steering angle mechanism, when a steering input is made by the driver, the target steering angle is output by adjusting and outputting the steering angle amount by an actuator (motor). Is controlled.
ところが、このような可変舵角機構では、運転者により高速な操舵操作が行われると、アクチュエータが高速に動作することとなり、その反力がハンドルに伝達される結果、ハンドルに振動が発生する可能性がある。
このような事態を防止すべく、特許文献1に記載された技術においては、操舵速度に応じた成分の制御量を減衰させており、これにより、ハンドルに発生する振動の防止を図っている。
In order to prevent such a situation, in the technique described in
ところで、前輪に加え、後輪を転舵可能な自動車が知られており、このような車両においても前輪に可変舵角機構を搭載することが考えられる。
しかしながら、前後輪を転舵可能な自動車に、特許文献1に記載された技術を適用した場合、出力舵角の応答特性が前輪と後輪とで異なることとなり、車両応答特性および旋回軌跡が目標とする運動特性から変化し、運転者に違和感を与える可能性がある。
本発明の課題は、可変舵角機構を有し、前後輪を転舵可能な自動車において、操舵速度に起因してハンドルに発生する振動を抑制しつつ、運転者に違和感を与える事態を防止することである。
By the way, an automobile capable of turning a rear wheel in addition to a front wheel is known, and it is conceivable to install a variable steering angle mechanism on the front wheel even in such a vehicle.
However, when the technology described in
An object of the present invention is to prevent a situation in which an uncomfortable feeling is given to a driver while suppressing vibration generated in a steering wheel due to a steering speed in an automobile having a variable steering angle mechanism and capable of steering front and rear wheels. That is.
以上の課題を解決するため、本発明に係る舵角制御装置は、
操舵操作によって操舵入力軸に入力された舵角を操舵出力軸に伝達すると共に、操舵入出力軸間に備えられた舵角比可変機構を駆動する舵角比可変用モータにより入出力舵角比を変化させて前輪に転舵出力する前輪操舵機構と、後輪転舵用モータにより後輪を転舵する後輪操舵機構と、操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御手段と、前記前輪舵角制御手段によって算出された前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御手段とを備え、前記前輪舵角制御手段は、算出した前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動し、前記後輪舵角制御手段は、算出した後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the rudder angle control device according to the present invention,
The steering angle ratio input by the steering angle ratio variable motor that drives the steering angle ratio variable mechanism provided between the steering input and output shafts while transmitting the steering angle input to the steering input shaft by the steering operation to the steering output shaft. The front wheel steering mechanism that steers and outputs the front wheels, the rear wheel steering mechanism that steers the rear wheels by the rear wheel steering motor, and the high frequency component of the steering angle output from the steering output shaft is suppressed. A front wheel rudder angle control means for calculating a front wheel target rudder angle according to a steering operation, and a rear wheel rudder angle for calculating a rear wheel target rudder angle based on the front wheel target rudder angle calculated by the front wheel rudder angle control means. Control means, the front wheel rudder angle control means drives the rudder angle ratio variable motor so as to achieve the calculated front wheel target rudder angle, and the rear wheel rudder angle control means calculates the calculated rear wheel target rudder angle. The rear wheel steering motor is driven so that That.
また、本発明に係る自動車は、
操舵入力軸に連結され、操舵操作が行われるステアリングホイールと、前記ステアリングホイールに対する操舵操作によって操舵入力軸に入力された舵角を操舵出力軸に伝達すると共に、操舵入出力軸間に備えられた舵角比可変機構を駆動する舵角比可変用モータにより入出力舵角比を変化させて前輪に転舵出力する前輪操舵機構と、後輪転舵用モータにより後輪を転舵する後輪操舵機構と、操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御手段と、前記前輪舵角制御手段によって算出された前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御手段と、前記前輪操舵機構および前記後輪操舵機構が設置される車体とを備え、前記前輪舵角制御手段は、算出した前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動し、前記後輪舵角制御手段は、算出した後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動することを特徴としている。
In addition, the automobile according to the present invention is
A steering wheel connected to the steering input shaft and performing a steering operation, and a steering angle input to the steering input shaft by a steering operation on the steering wheel is transmitted to the steering output shaft, and provided between the steering input and output shafts A front wheel steering mechanism that changes the input / output rudder angle ratio by a steering angle ratio variable motor that drives the steering angle ratio variable mechanism and outputs the steering to the front wheels, and a rear wheel steering that steers the rear wheels by the rear wheel steering motor. Calculated by the front wheel steering angle control means for calculating the front wheel target steering angle according to the steering operation while suppressing the high frequency component of the steering angle output from the mechanism, the steering output shaft, and the front wheel steering angle control means A front wheel steering angle control means for calculating a rear wheel target steering angle based on a front wheel target steering angle; and a vehicle body on which the front wheel steering mechanism and the rear wheel steering mechanism are installed. Calculated The rudder angle ratio variable motor is driven so as to be a wheel target rudder angle, and the rear wheel rudder angle control means drives the rear wheel steering motor so as to be a calculated rear wheel target rudder angle. Yes.
また、本発明に係る舵角制御方法は、
操舵操作によって操舵入力軸に入力された舵角を操舵出力軸に伝達すると共に、操舵入出力軸間に備えられた舵角比可変機構を駆動する舵角比可変用モータにより入出力舵角比を変化させて前輪に転舵出力する前輪操舵ステップと、後輪転舵用モータにより後輪を転舵する後輪操舵ステップとを含み、操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御ステップと、前記前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御ステップと、前記前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動する舵角比可変用モータ駆動ステップと、前記後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動する後輪転舵用モータ駆動ステップとをさらに含むことを特徴としている。
Further, the rudder angle control method according to the present invention includes:
The steering angle ratio input by the steering angle ratio variable motor that drives the steering angle ratio variable mechanism provided between the steering input and output shafts while transmitting the steering angle input to the steering input shaft by the steering operation to the steering output shaft. Including a front wheel steering step for steering output to the front wheels and a rear wheel steering step for steering the rear wheels by the rear wheel steering motor to suppress high frequency components of the steering angle output from the steering output shaft However, a front wheel rudder angle control step for calculating a front wheel target rudder angle according to a steering operation, a rear wheel rudder angle control step for calculating a rear wheel target rudder angle based on the front wheel target rudder angle, and the front wheel target rudder Steering angle ratio variable motor driving step for driving the steering angle ratio variable motor so as to achieve a steering angle, and rear wheel steering motor driving step for driving the rear wheel steering motor so as to achieve the rear wheel target steering angle And further comprising There.
本発明に係る舵角制御装置によれば、前輪舵角制御手段が、前輪転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出し、後輪舵角制御手段が、その前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出し、前輪舵角制御手段および後輪舵角制御手段が、これら前輪目標舵角および後輪目標舵角となるように舵角比可変用モータと後輪転舵用モータを駆動する。
したがって、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。
According to the steering angle control device of the present invention, the front wheel steering angle control means calculates the front wheel target steering angle according to the steering operation while suppressing the high frequency component of the front wheel steering angle, and the rear wheel steering angle control means. However, based on the front wheel target rudder angle, the rear wheel target rudder angle is calculated, and the front wheel rudder angle control means and the rear wheel rudder angle control means steer so that the front wheel target rudder angle and the rear wheel target rudder angle become the same. The motor for variable angle ratio and the motor for rear wheel steering are driven.
Therefore, even when a high-speed steering operation is performed by the driver, the steering wheel can be prevented from vibrating due to the reaction force of the motor, and the steering angle control between the front and rear wheels is made compatible, which makes the driver feel uncomfortable. The situation can be prevented.
本発明に係る自動車によれば、ステアリングホイールに入力された操舵操作に対し、前輪舵角制御手段が、前輪転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出し、後輪舵角制御手段が、その前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出し、前輪舵角制御手段および後輪舵角制御手段が、これら前輪目標舵角および後輪目標舵角となるように舵角比可変用モータと後輪転舵用モータを駆動するので、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。 According to the vehicle of the present invention, the front wheel steering angle control means calculates the front wheel target steering angle corresponding to the steering operation while suppressing the high frequency component of the front wheel steering angle with respect to the steering operation input to the steering wheel. The rear wheel rudder angle control means calculates the rear wheel target rudder angle based on the front wheel target rudder angle, and the front wheel rudder angle control means and the rear wheel rudder angle control means Since the steering angle ratio variable motor and the rear wheel steering motor are driven so as to achieve the target steering angle, it is possible to prevent the steering wheel from vibrating due to the reaction force of the motor even if the driver performs a high-speed steering operation. In addition, since the steering angle control between the front and rear wheels is made to correspond, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
本発明に係る舵角制御方法によれば、操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御ステップと、前記前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御ステップとを含むこととしたので、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。 According to the rudder angle control method according to the present invention, the front wheel rudder angle control step of calculating the front wheel target rudder angle according to the steering operation while suppressing the high frequency component of the steered angle output from the steering output shaft, And a rear wheel rudder angle control step for calculating a rear wheel target rudder angle based on the front wheel target rudder angle, so that the steering wheel is driven by the reaction force of the motor even if a high-speed steering operation is performed by the driver. Since vibration can be suppressed and the steering angle control between the front and rear wheels is made compatible, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
以下、図を参照して本発明を適用した自動車の実施の形態を説明する。
(第1実施形態)
(構成)
図1は、本発明に係る自動車1の構成を示す図である。
図1において、自動車1は、ステアリングホイール2と、ステアリング入力軸3と、VGR(Variable Gear Ratio)4と、ステアリング出力軸5と、ピニオンギア6と、ステアリングラック7と、タイロッド8FR,8FL,8RR,8RLと、車輪9FR,9FL,9RR,9RLと、車輪速センサ10FR,10FL,10RR,10RLと、後輪転舵用モータ11と、後輪ステアリングラック12と、転舵コントローラ13と、インターフェース14と、コントロールユニット15とを備えている。
Embodiments of an automobile to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
In FIG. 1, an
ステアリングホイール2に入力された操舵操作は、ステアリング入力軸3を介してVGR4に伝達される。
ステアリング入力軸3には、エンコーダあるいはポテンショメータ等によって構成された操舵角センサが設置されており、その検出信号はインターフェース14を介してコントロールユニット15に出力される。
The steering operation input to the steering wheel 2 is transmitted to the
A steering angle sensor constituted by an encoder, a potentiometer or the like is installed on the
VGR4は、サンギアを共通とした入力側および出力側の2段の遊星歯車機構を有しており、入力側遊星歯車機構のリングギアは車体に固定され、出力側遊星歯車機構のリングギアは、舵角比可変用モータによって回転可能に構成されている。また、ステアリング入力軸3は、入力側の遊星歯車の軸に連結されており、出力側の遊星歯車の軸には、ステアリング出力軸5が連結されている。このような構成により、ステアリング入力軸3によって入力側の遊星歯車が回転されると、その回転がサンギアに伝達され、サンギアの回転により、出力側の遊星歯車が回転される。そして、このとき、舵角比可変用モータが回転することにより、出力側の遊星歯車機構のリングギアが回転され、ステアリング出力軸5には、ステアリング入力軸3から入力された回転角と、舵角比可変用モータによって入力された回転角とが加算された回転角が出力される。即ち、VGR4によって、ステアリングギア比が可変とされている。
The VGR 4 has a two-stage planetary gear mechanism on the input side and output side that uses the sun gear in common, the ring gear of the input-side planetary gear mechanism is fixed to the vehicle body, and the ring gear of the output-side planetary gear mechanism is It is configured to be rotatable by a steering angle ratio variable motor. The
また、VGR4の舵角比可変用モータには、モータ回転角度を検出する回転角度センサ4aが設置されており、回転角度センサ4aは、検出したモータ回転角度を示す信号を、インターフェース14を介してコントロールユニット15に出力する。
ステアリング出力軸5の先端には、ピニオンギア6が備えられており、このピニオンギア6は、ステアリングラック7に形成されたラックギアと噛み合っている。したがって、ステアリング出力軸5が回転すると、ピニオンギア6がラックギアに噛み合いながら回転することにより、ステアリングラック7を車幅方向に移動させる。
The
A pinion gear 6 is provided at the tip of the
ステアリングラック7の先端は、タイロッド8FL,8FRの一端と連結されており、タイロッド8FL,8FRの他端は、左右の車輪10FL,10FRそれぞれのナックルアームと連結されている。したがって、ステアリングラック7が車幅方向に移動されると、その動きがタイロッド8FL,8FRを介して左右の前輪におけるナックルアームに伝達され、車輪9FL,9FRが転舵される。 The front end of the steering rack 7 is connected to one end of the tie rods 8FL, 8FR, and the other end of the tie rods 8FL, 8FR is connected to the knuckle arms of the left and right wheels 10FL, 10FR. Therefore, when the steering rack 7 is moved in the vehicle width direction, the movement is transmitted to the knuckle arms on the left and right front wheels via the tie rods 8FL, 8FR, and the wheels 9FL, 9FR are steered.
後輪転舵用モータ11は、転舵コントローラ13から入力される駆動指令信号によって駆動される。また、後輪転舵用モータ11は、回転軸にピニオンギアを備えており、このピニオンギアは、後輪ステアリングラック12に形成されたラックギアと噛み合っている。したがって、転舵コントローラ13によって後輪転舵用モータ11が駆動されると、ピニオンギアがラックギアと噛み合いながら回転することにより、後輪ステアリングラック12が車幅方向に移動される。
The rear
また、後輪転舵用モータ11には、モータ回転角度を検出する後輪モータ角センサ11aが設置されており、後輪モータ角センサ11aは、検出したモータ回転角度を示す信号を、インターフェース14を介してコントロールユニット15に出力する。
後輪ステアリングラック12の先端は、タイロッド8RL,8RRの一端と連結されており、タイロッド8RL,8RRの他端は、左右の車輪10RL,10RRそれぞれのナックルアームと連結されている。したがって、後輪ステアリングラック12が車幅方向に移動されると、その動きがタイロッド8RL,8RRを介して左右の前輪におけるナックルアームに伝達され、車輪9RL,9RRが転舵される。
The rear
The front end of the rear wheel steering rack 12 is connected to one end of the tie rods 8RL, 8RR, and the other end of the tie rods 8RL, 8RR is connected to the knuckle arms of the left and right wheels 10RL, 10RR. Therefore, when the rear wheel steering rack 12 is moved in the vehicle width direction, the movement is transmitted to the knuckle arms on the left and right front wheels via the tie rods 8RL and 8RR, and the wheels 9RL and 9RR are steered.
転舵コントローラ13は、インターフェース14を介してコントロールユニット15から入力される前後輪の転舵角指令値を基に、その転舵角に相当する舵角比可変用モータおよび後輪転舵用モータ11の駆動量を算出し、その駆動量を駆動させるための駆動指令信号を舵角比可変用モータおよび後輪転舵用モータ11に出力する。
インターフェース14は、回転角度センサ4a、操舵角センサ、後輪モータ角センサ11aおよび車輪速センサ10FR,10FL,10RR,10RLから入力される各種信号に対し、信号形式の変換あるいは送受信タイミングの調整を行って、それらの信号をコントロールユニット15に出力したり、あるいは、転舵コントローラ13に出力したりすると共に、コントロールユニット15から入力される前後輪の転舵角指令値を転舵角コントローラ13に出力する。
The steering
The
コントロールユニット15は、インターフェース14を介して、回転角度センサ4a、操舵角センサ、後輪モータ角センサ11aおよび車輪速センサ10FR,10FL,10RR,10RLから各種信号を受け取る。
そして、コントロールユニット15は、車輪速センサ10FR,10FL,10RR,10RLの検出信号から算出した車速V、および、操舵角センサによって検出された操舵角θを基に、予め設定されている伝達関数L(s)を用いて目標車両運動の演算を行い、演算結果として目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγを算出する。
The
The
また、コントロールユニット15は、算出した目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγを基に、基準とする前後輪の目標舵角(以下、「第1前後輪目標舵角」という。)を算出する。
そして、コントロールユニット15は、ハンドルの振動抑制および運転者の違和感軽減を目的として、後述する前後輪舵角演算処理を実行し、第1前後輪目標舵角に対する補正を行う。
Further, the
Then, the
さらに、コントロールユニット15は、前後輪舵角演算処理による補正後の前後輪舵角(以下、「第2前後輪目標舵角」という。)を示す転舵角指令値を、インターフェース14を介して転舵コントローラ13に出力する。
なお、この後、転舵コントローラ13が、前後輪の転舵角が第2前後輪目標舵角となるように、VGR4の回転角度センサ4aおよび後輪モータ角センサ11aによって検出されたモータ回転角度を参照しながら、転舵量の制御を行う。
Furthermore, the
After that, the steering
(目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγの算出方法)
次に、コントロールユニット15における目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγの具体的な算出方法について説明する。
コントロールユニット15は、車速Vおよび操舵角θから、予め設定された伝達関数L(s)に従って、車両運動の目標値を演算する目標車両運動演算部A101を備えている。
(Calculation method of target slip angle β and target yaw rate γ)
Next, a specific calculation method of the target slip angle β and the target yaw rate γ in the
The
本実施形態において、目標車両運動演算部A101は、操舵角θに応じて目標ヨーレートγ(規範ヨーレート)と目標スリップ角β(規範車体スリップ角)を演算する。目標ヨーレートγと目標スリップ角βの応答特性L(s)は任意に設定できるが、ここでは、線形二輪モデルを用いて操舵に対する応答特性L(s)を、目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγそれぞれに対し、以下のように設定する。 In the present embodiment, the target vehicle motion calculation unit A101 calculates a target yaw rate γ (standard yaw rate) and a target slip angle β (standard vehicle body slip angle) according to the steering angle θ. The response characteristic L (s) of the target yaw rate γ and the target slip angle β can be set arbitrarily. Here, the response characteristic L (s) to the steering using the linear two-wheel model is set to each of the target slip angle β and the target yaw rate γ. Is set as follows.
ただし、上記各式において、Vは車速、Aは車両のスタビリティファクタ、mは車両質量、lzは車両のヨー慣性モーメント、cfは前輪等価コーナリングパワー、crは後輪等価コーナリングパワー、lfは重心と前軸間の距離、lrは重心と後軸間の距離、lはホイールベース、sはラプラス演算子である。 In the above equations, V is the vehicle speed, A is the vehicle stability factor, m is the vehicle mass, l z is the vehicle yaw moment of inertia, cf is the front wheel equivalent cornering power, cr is the rear wheel equivalent cornering power, l f is the distance between the center of gravity and the front axis, l r is the distance between the center of gravity and the rear axis, l is the wheelbase, and s is the Laplace operator.
(第1前後輪目標舵角の算出方法)
次に、コントロールユニット15における第1前後輪目標舵角の具体的な算出方法について説明する。
コントロールユニット15は、自車両モデルの逆系V-1(s)を用いて前後輪舵角を演算する第1前後輪舵角演算部A102を備えている。
線形2自由度モデルを用いた場合、第1前後輪目標舵角は、以下の演算式によって算出される。
まず、第1前輪目標舵角をδf(s)、第1後輪目標舵角をδr(s)とすると、目標車両運動演算部A101によって算出された目標ヨーレートγと目標スリップ角βを実現する前後輪舵角は、自車両モデルの逆系V-1(s)を表す次式に従って演算される。
(Calculation method of first front and rear wheel target rudder angle)
Next, a specific method for calculating the first front and rear wheel target rudder angle in the
The
When the linear two-degree-of-freedom model is used, the first front and rear wheel target rudder angle is calculated by the following arithmetic expression.
First, when the first front wheel target rudder angle is δ f (s) and the first rear wheel target rudder angle is δ r (s), the target yaw rate γ and the target slip angle β calculated by the target vehicle motion calculation unit A101 are calculated. The front and rear wheel rudder angles to be realized are calculated according to the following equation representing the reverse system V -1 (s) of the host vehicle model.
(3)式に従って前後輪舵角を算出し、その転舵角に制御することで、目標ヨーレートγおよび目標スリップ角βを充足するようにフィードフォワード制御することができる。 By calculating the front and rear wheel steering angles according to the equation (3) and controlling the steering angle, the feedforward control can be performed so as to satisfy the target yaw rate γ and the target slip angle β.
(コントロールユニット15における前後輪舵角演算処理)
次に、コントロールユニット15が実行する前後輪舵角演算処理について説明する。
コントロールユニット15は、第2前輪舵角を演算する第2前輪舵角演算部A103と、第2後輪舵角を演算する第2後輪舵角演算部A104とを備えている。
そして、コントロールユニット15は、これら第2前輪舵角演算部A103および第2後輪舵角演算部A104によって、第1前後輪目標舵角を補正する前後輪舵角演算処理を実行する。
(Front and rear wheel steering angle calculation processing in the control unit 15)
Next, the front and rear wheel steering angle calculation processing executed by the
The
Then, the
図2は、前後輪舵角演算処理を示すフローチャートである。前後輪舵角演算処理は、イグニションオンと共に開始され、イグニションオフとされるまで繰り返し実行される。
図2において、前後輪舵角演算処理が開始されると、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部A103に第1前輪目標舵角δf(s)を読み込むと共に(ステップS1)、第2後輪舵角演算部A104に第1後輪目標舵角δr(s)を読み込む(ステップS2)。
次に、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部A103によって、高周波の信号を抑制するために、第1前輪目標舵角に対し、次式に示すローパスフィルタHf(s)を施す演算を行い、第2前輪目標舵角δf’(s)を算出する(ステップS3)。
FIG. 2 is a flowchart showing the front and rear wheel steering angle calculation processing. The front and rear wheel steering angle calculation processing is started with the ignition on, and is repeatedly executed until the ignition is turned off.
In FIG. 2, when the front and rear wheel steering angle calculation processing is started, the
Next, the
ただし、τ1は任意の定数である。
図3は、(4)式に示すローパスフィルタHf(s)のフィルタ特性を示す図である。図3に示すように、Hf(s)を適用することにより、操舵周波数が高いほど、その操舵入力に対する第2前輪目標舵角のゲインが小さくなるように制御される。
However, τ 1 is an arbitrary constant.
FIG. 3 is a diagram showing the filter characteristics of the low-pass filter Hf (s) shown in the equation (4). As shown in FIG. 3, by applying Hf (s), control is performed such that the higher the steering frequency, the smaller the gain of the second front wheel target rudder angle with respect to the steering input.
図2に戻り、コントロールユニット15は、第2後輪舵角演算部A104によって、後輪の転舵制御を補正された前輪の転舵制御と合わせるために、第1後輪目標舵角δr(s)に対し、伝達関数Hf(s)・Gf(s)・Gr-1(s)を施す演算を行い、第2後輪目標舵角δr’(s)を算出する(ステップS4)。ここで、伝達関数Hf(s)・Gf(s)・Gr-1(s)におけるHf(s)は、(4)式に示すHf(s)であり、Gf(s)は、前輪操舵系をモデル化したもの、Gr(s)は、後輪操舵系をモデル化したものである。
Returning to Figure 2, the
そして、コントロールユニット15は、ステップS3において算出した第2前輪目標舵角δf’(s)を第2前輪舵角演算部A103から前輪操舵系に出力し(ステップS5)、ステップS4において算出した第2後輪目標舵角δr’(s)を第2後輪舵角演算部A104から後輪操舵系に出力する(ステップS6)。
その後、コントロールユニット15は、前後輪舵角演算処理を繰り返す。
Then, the
Thereafter, the
このような処理の結果、高周波の信号を抑制された第1後輪目標舵角δr’(s)に対して、第2後輪目標舵角δr’(s)も高周波の信号を抑制した状態で出力される。
さらに、前輪操舵系モデルGf(s)と、後輪操舵系モデルGr(s)については、それぞれモータ制御系の応答特性を以下のように設計することで、制御精度の向上を図ることが出来る。
即ち、
Such processing results, 'to (s), after the second wheel target steering angle [delta] r' first rear wheel target steering angle [delta] r with suppressed high-frequency signal (s) also suppress the high-frequency signal Is output in the same state.
Furthermore, for the front wheel steering system model Gf (s) and the rear wheel steering system model Gr (s), the control accuracy can be improved by designing the response characteristics of the motor control system as follows. .
That is,
ただし、τ2は任意の定数
となるような1次遅れの応答を示す制御系を規範モデルとして、図4に示すモデル追従制御(2自由度制御系)を行うと、第2後輪舵角演算部A104の伝達関数は、
However, when the model follow-up control (two-degree-of-freedom control system) shown in FIG. 4 is performed with a control system showing a first-order lag response such that τ 2 becomes an arbitrary constant as a reference model, the second rear wheel steering angle The transfer function of the arithmetic unit A104 is
となり、後輪の応答特性と前輪の応答特性とを一致させることができる。 Thus, the response characteristics of the rear wheels and the response characteristics of the front wheels can be matched.
(動作)
続いて、本実施形態に係る自動車1の動作を説明する。
図5は、自動車1の制御動作を示すブロック図である。
自動車1が車速Vで走行しており、操舵角θの操舵入力が行われたとすると、まず、目標車両運動演算部A101が、(1)、(2)式に従って目標ヨーレートγと目標スリップ角βとを算出する。
(Operation)
Then, operation | movement of the
FIG. 5 is a block diagram showing a control operation of the
Assuming that the
次に、第1前後輪舵角演算部A102が、自車両モデルの逆系V-1(s)に従って、目標ヨーレートγおよび目標スリップ角βから、第1前輪目標舵角δf(s)および第1後輪目標舵角δr(s)を算出する。
この第1前輪目標舵角δf(s)に対し、第2前輪舵角演算部A103が、伝達関数Hf(s)に基づいて、高周波の信号を抑制する補正を行うことにより、第2前輪目標舵角δf’(s)を算出する。また、第1後輪目標舵角δr(s)に対し、第2後輪舵角演算部A104が、伝達関数Hf(s)・Gf(s)・Gr-1(s)に基づいて、前輪舵角の補正に合わせた補正を行うことにより、第2後輪目標舵角δr’(s)を算出する。
Next, the first front and rear wheel rudder angle calculation unit A102 calculates the first front wheel target rudder angle δ f (s) and the target yaw rate γ and the target slip angle β according to the reverse system V −1 (s) of the host vehicle model. A first rear wheel target rudder angle δ r (s) is calculated.
The second front wheel steering angle calculator A103 corrects the first front wheel target rudder angle δ f (s) by suppressing the high-frequency signal based on the transfer function Hf (s). A target rudder angle δ f ′ (s) is calculated. For the first rear wheel target rudder angle δ r (s), the second rear wheel rudder angle calculation unit A104 is based on the transfer function Hf (s) · Gf (s) · Gr −1 (s), The second rear wheel target rudder angle δ r ′ (s) is calculated by performing a correction in accordance with the correction of the front wheel rudder angle.
これら第2前輪目標舵角δf’(s)および第2後輪目標舵角δr’(s)が、転舵角指令値としてコントロールユニット15から転舵コントローラ13に出力される。
すると、前輪操舵系および後輪操舵系を経て、前輪実舵角δf’’(s)および後輪実舵角δr’’(s)が実際の転舵量として与えられ、その転舵量に応じて、車両特性V(s)に規定される実スリップ角βyおよび実ヨーレートγyが表れる。
The second front wheel target rudder angle δ f ′ (s) and the second rear wheel target rudder angle δ r ′ (s) are output from the
Then, through the front wheel steering system and the rear wheel steering system, the front wheel actual steering angle δ f ″ (s) and the rear wheel actual steering angle δ r ″ (s) are given as actual steering amounts, and the steering is performed. The actual slip angle β y and the actual yaw rate γ y defined by the vehicle characteristic V (s) appear depending on the amount.
以上のように、本実施形態に係る自動車1は、操舵角θおよび車速Vに応じて定めた目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγから第1前輪目標舵角δf(s)および第1目標後輪舵角δr(s)を算出し、その第1前輪目標舵角δf(s)における高周波成分の制御量を抑制した第2前輪目標舵角δf’(s)を出力すると共に、第1前輪目標舵角δf(s)に合わせて高周波成分の制御量を抑制されると共に、第1前輪目標舵角δf(s)と対応する応答特性とされた第2後輪目標舵角δr’(s)を出力し、これらの目標舵角を転舵角指令値として舵角制御を行う。
As described above, the
したがって、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。また、従来の処理手順において、第2前輪舵角演算部A103および第2後輪舵角演算部A104における処理を直列的に介在させることで、簡単に機能を実現することができる。 Therefore, even when a high-speed steering operation is performed by the driver, the steering wheel can be prevented from vibrating due to the reaction force of the motor, and the steering angle control between the front and rear wheels is made compatible, which makes the driver feel uncomfortable. The situation can be prevented. Further, in the conventional processing procedure, functions can be easily realized by interposing processes in the second front wheel steering angle calculation unit A103 and the second rear wheel steering angle calculation unit A104 in series.
図6は、従来の自動車における運転者を含む制御ブロック図である。
図6に示すように、運転者が高速な操舵操作を行った場合、それにより第1前輪目標舵角が算出され、モータにおいて高速な動作が行われる。すると、モータの動作による反力がハンドルに伝わり、ハンドルの振動が発生する。
これに対し、本実施形態に示すように、第1前輪目標舵角における高周波の信号を抑制することで、モータにおける高速な動作が抑制されるため、ハンドルの振動が防止される。
FIG. 6 is a control block diagram including a driver in a conventional automobile.
As shown in FIG. 6, when the driver performs a high-speed steering operation, the first front wheel target rudder angle is calculated thereby, and high-speed operation is performed in the motor. Then, the reaction force due to the operation of the motor is transmitted to the handle, and the handle vibrates.
On the other hand, as shown in the present embodiment, by suppressing a high-frequency signal at the first front wheel target rudder angle, high-speed operation in the motor is suppressed, so that vibration of the steering wheel is prevented.
図7は、第1前後輪目標舵角における高周波成分の抑制を行わない場合の、目標舵角に対する応答特性を示す図である。また、図8は、第1前後輪目標舵角における高周波成分の抑制を行う場合の、目標舵角に対する応答特性を示す図である。
図7においては、高周波領域で前後輪間のゲインに乖離が大きくなっているのに対し、図8においては、高周波領域まで前後輪間のゲインが一致しており、運転者に違和感を与えることが防止される。
FIG. 7 is a diagram illustrating response characteristics with respect to the target rudder angle when the high-frequency component is not suppressed at the first front and rear wheel target rudder angle. FIG. 8 is a diagram showing response characteristics with respect to the target rudder angle in the case of suppressing high frequency components at the first front and rear wheel target rudder angle.
In FIG. 7, the difference between the front and rear wheel gains in the high frequency region is large, whereas in FIG. 8, the gains between the front and rear wheels match up to the high frequency region, which gives the driver a sense of incongruity. Is prevented.
なお、本実施形態において、ステアリング入力軸3、VGR4、ステアリング出力軸5、ピニオンギア6、ステアリングラック7およびタイロッド8FR,8FLが前輪操舵機構を構成し、後輪転舵用モータ11、後輪ステアリングラック12およびタイロッド8RR,8RLが後輪操舵機構を構成し、転舵コントローラ13、インターフェース14およびコントロールユニット15が前輪舵角制御手段および後輪舵角制御手段を構成している。また、第1前後輪舵角演算部A102が第1前輪目標舵角演算手段および第1後輪目標舵角演算手段を構成し、第2前輪舵角演算部A103が第2前輪目標舵角演算手段を構成し、第2後輪舵角演算部A104が第2後輪目標舵角演算手段を構成している。
In this embodiment, the steering
(第1実施形態の効果)
(1)前輪舵角制御手段が、前輪転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出し、後輪舵角制御手段が、その前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出し、前輪舵角制御手段および後輪舵角制御手段が、これら前輪目標舵角および後輪目標舵角となるように舵角比可変用モータと後輪転舵用モータを駆動する。
したがって、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。
(Effect of 1st Embodiment)
(1) The front wheel rudder angle control means calculates the front wheel target rudder angle according to the steering operation while suppressing the high frequency component of the front wheel rudder angle, and the rear wheel rudder angle control means is based on the front wheel target rudder angle. The rear wheel target rudder angle is calculated, and the front wheel rudder angle control means and the rear wheel rudder angle control means control the rudder angle ratio variable motor and the rear wheel steering so that these front wheel target rudder angle and rear wheel target rudder angle become the same. Drive motor.
Therefore, even when a high-speed steering operation is performed by the driver, the steering wheel can be prevented from vibrating due to the reaction force of the motor, and the steering angle control between the front and rear wheels is made compatible, which makes the driver feel uncomfortable. The situation can be prevented.
(2)第1前輪目標舵角演算手段が操舵操作により入力された舵角に基づいて第1前輪目標舵角を算出し、第2前輪目標舵角演算手段が、第1前輪目標舵角における高周波成分を抑制して第2前輪目標舵角を算出すると共に、第1後輪目標舵角演算手段が操舵操作により入力された舵角に基づいて第1後輪目標舵角を算出し、第2後輪目標舵角演算手段が、第1後輪目標舵角に対し、第2前輪目標舵角の出力応答特性と対応させる補正を行って第2後輪目標舵角とする。そして、前輪舵角制御手段および後輪舵角制御手段が、これら第2前輪目標舵角および第2後輪目標舵角となるように舵角比可変用モータと後輪転舵用モータを駆動する。 (2) The first front wheel target rudder angle calculation means calculates the first front wheel target rudder angle based on the rudder angle input by the steering operation, and the second front wheel target rudder angle calculation means calculates the first front wheel target rudder angle at the first front wheel target rudder angle. The second front wheel target rudder angle is calculated by suppressing the high frequency component, and the first rear wheel target rudder angle calculating means calculates the first rear wheel target rudder angle based on the rudder angle input by the steering operation. The second rear wheel target rudder angle calculating means corrects the first rear wheel target rudder angle with the output response characteristic of the second front wheel target rudder angle to obtain the second rear wheel target rudder angle. The front wheel rudder angle control means and the rear wheel rudder angle control means drive the rudder angle ratio variable motor and the rear wheel steer motor so that these second front wheel target rudder angle and second rear wheel target rudder angle become the same. .
したがって、操舵操作に対応した前後輪の目標舵角を基準として、前輪転舵角の高周波成分を抑制した前輪目標舵角と、それに対応する出力応答特性の後輪目標舵角とに制御されるので、運転者に違和感を与える事態を防止できると共に、高速な操舵操作によって、モータ反力に起因したハンドルの振動が発生することを防止できる。 Therefore, the front wheel target rudder angle in which the high-frequency component of the front wheel turning angle is suppressed and the rear wheel target rudder angle corresponding to the output response characteristic are controlled based on the target rudder angle of the front and rear wheels corresponding to the steering operation. Therefore, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable, and to prevent the steering wheel from being vibrated due to the motor reaction force due to the high-speed steering operation.
(3)第2前輪目標舵角演算手段が、設定された補正特性に従って第1前輪目標舵角を補正し、第2後輪目標舵角演算手段が、前輪操舵機構をモデル化した前輪操舵モデルと、後輪操舵機構をモデル化した後輪操舵モデルと、前記補正特性とに基づいて、第1後輪目標舵角を、第2前輪目標舵角の出力応答特性と対応させる補正を行う。
したがって、第2後輪目標舵角を、より正確に第2前輪目標舵角の出力応答特性と対応させることができる。
(3) A front wheel steering model in which the second front wheel target rudder angle calculating means corrects the first front wheel target rudder angle in accordance with the set correction characteristic, and the second rear wheel target rudder angle calculating means models the front wheel steering mechanism. Then, based on the rear wheel steering model that models the rear wheel steering mechanism and the correction characteristic, correction is performed so that the first rear wheel target rudder angle corresponds to the output response characteristic of the second front wheel target rudder angle.
Therefore, the second rear wheel target rudder angle can be more accurately associated with the output response characteristic of the second front wheel target rudder angle.
(4)第2前輪目標舵角演算手段が、第1前輪目標舵角における操舵操作による出力舵角および前記舵角比可変用モータによる出力舵角の全体に対し、高周波成分を抑制する補正を行うので、モータの反力によりハンドルが振動すること抑制する機能と前後輪間の舵角制御を対応させる機能とを簡単に実現することができる。 (4) Correction that the second front wheel target rudder angle calculating means suppresses a high-frequency component for the entire output rudder angle by the steering operation at the first front wheel target rudder angle and the output rudder angle by the rudder angle ratio variable motor. Therefore, the function of suppressing the vibration of the steering wheel due to the reaction force of the motor and the function of corresponding the steering angle control between the front and rear wheels can be easily realized.
(5)ステアリングホイールに入力された操舵操作に対し、前輪舵角制御手段が、前輪転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出し、後輪舵角制御手段が、その前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出し、前輪舵角制御手段および後輪舵角制御手段が、これら前輪目標舵角および後輪目標舵角となるように舵角比可変用モータと後輪転舵用モータを駆動する自動車としたので、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。 (5) For the steering operation input to the steering wheel, the front wheel steering angle control means calculates the front wheel target steering angle according to the steering operation while suppressing the high frequency component of the front wheel steering angle, and the rear wheel steering angle. The control means calculates the rear wheel target rudder angle based on the front wheel target rudder angle so that the front wheel rudder angle control means and the rear wheel rudder angle control means have these front wheel target rudder angle and rear wheel target rudder angle. In addition, the steering wheel ratio variable motor and the rear wheel steering motor are driven by an automobile, so that the steering wheel can be prevented from vibrating due to the reaction force of the motor even when the driver performs a high-speed steering operation. Since the steering angle control between the wheels is made compatible, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
(6)操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御ステップと、前記前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御ステップとを含む舵角制御方法としたので、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。 (6) A front wheel rudder angle control step for calculating a front wheel target rudder angle according to a steering operation while suppressing a high frequency component of a steered angle output from the steering output shaft, and a rear wheel based on the front wheel target rudder angle Since the steering angle control method includes the rear wheel steering angle control step for calculating the wheel target steering angle, it is possible to prevent the steering wheel from vibrating due to the reaction force of the motor even if the driver performs a high-speed steering operation. In addition, since the steering angle control between the front and rear wheels is made to correspond, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
(構成)
本実施形態に係る自動車1では、第1実施形態における第2前輪目標舵角の算出方法を異なるものとしている。
即ち、第1実施形態においては、第1前輪目標舵角δf(s)における高周波の信号を抑制し、運転者の高速な操舵操作に対応する転舵量を抑制する構成であるのに対し、本実施形態においては、VGR4の舵角比可変用モータの反力を選択的に低減する構成としている。
したがって、本実施形態に係る自動車1は、コントロールユニット15の構成が第1実施形態と異なっているため、コントロールユニット15の構成について説明し、他の部分については、図1の説明を参照することとする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
(Constitution)
In the
That is, in the first embodiment, the high-frequency signal at the first front wheel target rudder angle δ f (s) is suppressed, and the steering amount corresponding to the driver's high-speed steering operation is suppressed. In this embodiment, the reaction force of the
Therefore, since the configuration of the
(目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγの算出方法)
コントロールユニット15は、車速Vおよび操舵角θから、予め設定された伝達関数L(s)に従って、車両運動の目標値を演算する目標車両運動演算部B101を備えている。
目標車両運動演算部B101における目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγの具体的な算出方法は、第1実施形態における目標車両運動演算部A101の場合と同様である。
即ち、目標車両運動演算部B101は、車速Vおよび操舵角θを入力として、応答特性L(s)に従い、目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγを算出する。
(Calculation method of target slip angle β and target yaw rate γ)
The
The specific calculation method of the target slip angle β and the target yaw rate γ in the target vehicle motion calculation unit B101 is the same as that of the target vehicle motion calculation unit A101 in the first embodiment.
That is, the target vehicle motion calculation unit B101 receives the vehicle speed V and the steering angle θ, and calculates the target slip angle β and the target yaw rate γ according to the response characteristic L (s).
(第1前後輪目標舵角の算出方法)
コントロールユニット15は、自車両モデルの逆系V-1(s)を用いて前後輪舵角を演算する第1前後輪舵角演算部B102を備えている。
第1前後輪舵角演算部B102における第1前後輪目標舵角の具体的算出方法は、第1実施形態における目標車両運動演算部A101の場合と同様である。
即ち、第1前後輪舵角演算部B102は、目標車両運動演算部B101によって算出された目標ヨーレートγと目標スリップ角βを入力として、自車両モデルの逆系V-1(s)に従い、目標ヨーレートγと目標スリップ角βを実現する前後輪舵角を算出する。
(Calculation method of first front and rear wheel target rudder angle)
The
The specific calculation method of the first front and rear wheel target rudder angle in the first front and rear wheel rudder angle calculation unit B102 is the same as that of the target vehicle motion calculation unit A101 in the first embodiment.
In other words, the first front / rear wheel steering angle calculation unit B102 receives the target yaw rate γ and the target slip angle β calculated by the target vehicle motion calculation unit B101 as inputs, and follows the inverse system V −1 (s) of the host vehicle model. The front and rear wheel steering angles that realize the yaw rate γ and the target slip angle β are calculated.
(コントロールユニット15における前後輪舵角演算処理)
コントロールユニット15は、第2前輪舵角を演算する第2前輪舵角演算部B103と、第2後輪舵角を演算する第2後輪舵角演算部B104とを備えている。
そして、コントロールユニット15は、これら第2前輪舵角演算部B103および第2後輪舵角演算部B104によって、第1前後輪目標舵角を補正する前後輪舵角演算処理を実行する。
(Front and rear wheel steering angle calculation processing in the control unit 15)
The
Then, the
図9は、第2実施形態に係る前後輪舵角演算処理を示すフローチャートである。前後輪舵角演算処理は、イグニションオンと共に開始され、イグニションオフとされるまで繰り返し実行される。
図9において、前後輪舵角演算処理が開始されると、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部B103に操舵角θを読み込み(ステップS101)、さらに、第1前輪目標舵角δf(s)を読み込むと共に(ステップS102)、第2後輪舵角演算部B104に第1後輪目標舵角δr(s)を読み込む(ステップS103)。
FIG. 9 is a flowchart showing front and rear wheel steering angle calculation processing according to the second embodiment. The front and rear wheel steering angle calculation processing is started with the ignition on, and is repeatedly executed until the ignition is turned off.
In FIG. 9, when the front and rear wheel steering angle calculation processing is started, the
次に、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部B103によって、操舵角θにおける運転者の操舵角θh(運転者の手動操作分の操舵角)を次式に従って算出する(ステップS104)。
θh=θ/Gr (7)
ただし、Grはステアリングオーバーオールギア比である。
Next, the
θ h = θ / Gr (7)
However, Gr is a steering overall gear ratio.
続いて、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部B103によって、第1前輪目標舵角δf(s)から運転者の操舵角θhを減算する(θm=δf(s)−θh)ことにより、VGR4の舵角比可変用モータの目標舵角(以下、「前輪モータ目標舵角」という)θmを算出する(ステップS105)。
次に、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部B103によって、前輪モータ目標舵角θmにおける高周波の信号を抑制するために、第1前輪目標舵角に対し、次式に示すローパスフィルタMf(s)を施す演算(θm’=Mf(s)・θm)を行い、高周波信号を抑制するよう補正された前輪モータ目標舵角θm’を算出する(ステップS106)。
Subsequently, the
Next, the
ただし、Tsは時定数であり、ここではTsを固定値としてTs=0.04[sec]と設定する。
さらに、コントロールユニット15は、第2前輪舵角演算部B103によって、ステップS106において算出された前輪モータ目標舵角θm’に運転者の操舵角θhを加算することにより(δf’(s)=θh+θm’)、第2前輪目標舵角δf’(s)を算出し、前輪操舵系に出力する(ステップS107)。
However, Ts is a time constant, and here, Ts is set as a fixed value and Ts = 0.04 [sec].
Further, the
また、コントロールユニット15は、第2後輪舵角演算部B104によって、後輪の転舵制御を補正された前輪の転舵制御と合わせるために、第1後輪目標舵角δr(s)に対し、伝達関数Mr(s)を施す演算を行い、第2後輪目標舵角δr’(s)を算出する(ステップS108)。ここで、伝達関数Mr(s)は、前輪操舵系をモデル化した前輪操舵系モデルGf(s)、後輪操舵系をモデル化した後輪操舵系モデルGr(s)を用いて、次式のように表される。
Further, the
さらに、コントロールユニット15は、ステップS108において算出した第2後輪目標舵角δr’(s)を第2後輪舵角演算部B104から後輪操舵系に出力する(ステップS109)。
その後、コントロールユニット15は、前後輪舵角演算処理を繰り返す。
このような処理の結果、ハンドルを振動させる直接的な原因となる舵角比可変用モータの反力を選択的に低減することが可能となる。また、運転者が高周波で操舵することによる前輪転舵量は抑制することなく転舵出力されるため、操舵角が増加するにつれて比例的に、または微分的に第1前輪目標舵角が増加するように設定しているような場合は、高周波の舵角応答性を維持することができる。
Further, the
Thereafter, the
As a result of such processing, it is possible to selectively reduce the reaction force of the steering angle ratio variable motor that directly causes the steering wheel to vibrate. In addition, since the front wheel turning amount by the driver steering at high frequency is output without being suppressed, the first front wheel target rudder angle increases proportionally or differentially as the steering angle increases. In such a case, it is possible to maintain high-frequency steering angle responsiveness.
(動作)
続いて、本実施形態に係る自動車1の動作を説明する。
図10は、自動車1の制御動作を示すブロック図である。
自動車1が車速Vで走行しており、操舵角θの操舵入力が行われたとすると、まず、目標車両運動演算部B101が、(1)、(2)式に従って目標ヨーレートγと目標スリップ角βとを算出する。
次に、第1前後輪舵角演算部B102が、自車両モデルの逆系V-1(s)に従って、目標ヨーレートγおよび目標スリップ角βから、第1前輪目標舵角δf(s)および第1後輪目標舵角δr(s)を算出する。
(Operation)
Then, operation | movement of the
FIG. 10 is a block diagram illustrating a control operation of the
Assuming that the
Next, the first front and rear wheel rudder angle calculation unit B102 calculates the first front wheel target rudder angle δ f (s) and the target yaw rate γ and the target slip angle β according to the reverse system V −1 (s) of the host vehicle model. A first rear wheel target rudder angle δ r (s) is calculated.
そして、第2前輪舵角演算部B103が、この第1前輪目標舵角δf(s)から運転者の操舵角θhを減算して前輪モータ目標舵角θmを算出する。そして、第2前輪舵角演算部B103が、前輪モータ目標舵角θmに対し、伝達関数Mf(s)に基づいて、高周波の信号を抑制する補正を行うことにより、高周波の信号を抑制した前輪モータ目標舵角θm’を算出し、前輪モータ目標舵角θmに運転者の操舵角θhを加算して第2前輪目標舵角δf’(s)を算出する。 The second front-wheel steering angle calculation section B103 calculates the front wheel motor target steering angle theta m by subtracting the steering angle theta h of the driver from the first front wheel target steering angle δ f (s). And 2nd front wheel steering angle calculating part B103 suppressed the high frequency signal by performing the correction which suppresses a high frequency signal based on transfer function Mf (s) with respect to front-wheel motor target steering angle (theta) m . 'it is calculated, and the second front wheel target steering angle [delta] f by adding the steering angle theta h of the driver on the front wheel motor target steering angle theta m' front wheel motor target steering angle theta m to calculate the (s).
また、第1後輪目標舵角δr(s)に対し、第2後輪舵角演算部B104が、伝達関数Mr(s)を施す演算を行い、前輪舵角の補正に合わせた補正を行うことにより、第2後輪目標舵角δr’(s)を算出する。
これら第2前輪目標舵角δf’(s)および第2後輪目標舵角δr’(s)が、転舵角指令値としてコントロールユニット15から転舵コントローラ13に出力される。
すると、前輪操舵系および後輪操舵系を経て、前輪実舵角δf’’(s)および後輪実舵角δr’’(s)が実際の転舵量として与えられ、その転舵量に応じて、車両特性V(s)に規定される実スリップ角βyおよび実ヨーレートγyが表れる。
Further, the second rear wheel rudder angle calculation unit B104 performs a calculation for applying the transfer function Mr (s) to the first rear wheel target rudder angle δ r (s), and performs a correction in accordance with the correction of the front wheel rudder angle. As a result, the second rear wheel target rudder angle δ r ′ (s) is calculated.
The second front wheel target rudder angle δ f ′ (s) and the second rear wheel target rudder angle δ r ′ (s) are output from the
Then, through the front wheel steering system and the rear wheel steering system, the front wheel actual steering angle δ f ″ (s) and the rear wheel actual steering angle δ r ″ (s) are given as actual steering amounts, and the steering is performed. The actual slip angle β y and the actual yaw rate γ y defined by the vehicle characteristic V (s) appear depending on the amount.
以上のように、本実施形態に係る自動車1は、操舵角θおよび車速Vに応じて定めた目標スリップ角βおよび目標ヨーレートγから第1前輪目標舵角δf(s)および第1目標後輪舵角δr(s)を算出し、第1前輪目標舵角δf(s)から運転者の操舵角θhを減算した前輪モータ目標舵角θmを算出する。そして、前輪モータ目標舵角θmに対し、高周波成分の制御量を抑制した前輪モータ目標舵角θm’を算出して運転者の操舵角θhと加算することで、舵角比可変用モータの反力を選択的に低減した状態の第2前輪目標舵角δf’(s)を出力する。また、自動車1は、第1前輪目標舵角δf(s)に合わせて高周波成分の制御量を抑制されると共に、第1前輪目標舵角δf(s)と対応する応答特性とされた第2後輪目標舵角δr’(s)を出力し、これらの目標舵角を転舵角指令値として舵角制御を行う。
As described above, the
したがって、運転者により高速な操舵操作が行われても、モータの反力によりハンドルが振動することを抑制できると共に、前後輪間の舵角制御を対応させているため、運転者に違和感を与える事態を防止することができる。また、運転者が高周波で操舵することによる前輪転舵量は抑制することなく転舵出力されるため、高周波の舵角応答性を維持することができる。 Therefore, even when a high-speed steering operation is performed by the driver, the steering wheel can be prevented from vibrating due to the reaction force of the motor, and the steering angle control between the front and rear wheels is made compatible, which makes the driver feel uncomfortable. The situation can be prevented. In addition, since the amount of steering of the front wheels caused by the driver steering at high frequency is output without being suppressed, high-frequency steering angle responsiveness can be maintained.
図11は、本実施形態の自動車1における目標舵角に対する応答特性を示す図である。また、図12は、本実施形態の自動車1における操舵入力に対する横加速度応答特性を示す図であり、図13は、本実施形態の自動車1における車両軌跡を示す図である。
図11に示すように、第1前後輪目標舵角における高周波成分の抑制を行わない場合(図7参照)に比べ、本実施形態の自動車1においては、高周波領域まで前後輪間のゲインが一致しており、運転者に違和感を与えることが防止される。
FIG. 11 is a diagram illustrating response characteristics with respect to a target rudder angle in the
As shown in FIG. 11, compared with the case where the high frequency component is not suppressed at the first front and rear wheel target rudder angle (see FIG. 7), in the
また、図12に示すように、操舵入力に対する横加速度の応答も、高周波領域まで目標値と一致している。そのため、図13に示すように、第1前後輪目標舵角における高周波成分の抑制を行わない場合に比べ、目標とする車両軌跡と一致するものとなっている。
なお、本実施形態において、転舵コントローラ13、インターフェース14およびコントロールユニット15が前輪舵角制御手段を構成している。また、第1前後輪舵角演算部B102が第1前輪目標舵角演算手段および第1後輪目標舵角演算手段を構成し、第2前輪舵角演算部B103が第2前輪目標舵角演算手段を構成し、第2後輪舵角演算部B104が第2後輪目標舵角演算手段を構成している。
Further, as shown in FIG. 12, the response of the lateral acceleration to the steering input also matches the target value up to the high frequency region. Therefore, as shown in FIG. 13, compared with the case where the suppression of the high frequency component at the first front and rear wheel target rudder angle is not performed, it matches the target vehicle trajectory.
In the present embodiment, the steering
(第2実施形態の効果)
(1)前記第2前輪目標舵角演算手段が、第1前輪目標舵角における前記舵角比可変用モータによる出力舵角に対し、高周波成分を抑制する補正を行うので、運転者が高周波で操舵することによる前輪転舵量は抑制することなく転舵出力されるため、高周波の舵角応答性を維持することができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
(1) Since the second front wheel target rudder angle calculating means performs correction for suppressing a high frequency component with respect to the output rudder angle by the rudder angle ratio variable motor at the first front wheel target rudder angle, the driver can operate at a high frequency. Since the front wheel turning amount by steering is output without being suppressed, high-frequency steering angle responsiveness can be maintained.
(応用例)
上記第1および第2実施形態においては、第1前後輪目標舵角に対し、車速に関わらず高周波の信号を抑制することとして説明したが、本応用例では、車速に応じて、第1前後輪目標舵角の高周波の信号を抑制する度合いを変化させる。
即ち、低車速域の場合は、中車速域以上に比べて、操舵速度の大きさが車両運動に与える影響が相対的に小さくなることから、低車速域では、第1前後輪目標舵角における高周波成分を大きく抑制し、舵角比可変用モータの反力によるハンドルの振動を抑制することとする。
(Application examples)
In the first and second embodiments described above, the high-frequency signal is suppressed regardless of the vehicle speed with respect to the first front and rear wheel target rudder angle, but in this application example, the first front and rear wheels are controlled according to the vehicle speed. The degree to which the high frequency signal of the wheel target rudder angle is suppressed is changed.
That is, in the low vehicle speed range, the influence of the steering speed on the vehicle motion is relatively smaller than in the middle vehicle speed range and higher. Therefore, in the low vehicle speed range, at the first front and rear wheel target rudder angle. The high frequency component is greatly suppressed, and the vibration of the steering wheel due to the reaction force of the steering angle ratio variable motor is suppressed.
具体的には、第1および第2実施形態のコントロールユニット15において、ローパスフィルタHf(s)の時定数τ1およびMf(s)の時定数Tsに車速依存性を持たせ、高周波成分を抑制するゲインを変化させるものとする。
図14は、車速Vとローパスフィルタの時定数Tsとの関係を規定するマップを示す図である。
図14に示すように、車速が小さいほど時定数が小さく、車速が大きくなるにつれて時定数が大きくなるように規定することで、低車速域においては、第1前後輪目標舵角の高周波成分を大きく抑制し、中車速域以上では、車速の大きさに応じて、第1前後輪目標舵角の高周波成分の抑制度合いが低下される。
Specifically, in the
FIG. 14 is a diagram showing a map that defines the relationship between the vehicle speed V and the time constant Ts of the low-pass filter.
As shown in FIG. 14, by defining the time constant to be smaller as the vehicle speed is smaller and to increase as the vehicle speed increases, the high frequency component of the first front and rear wheel target rudder angle is reduced in the low vehicle speed range. In the middle vehicle speed range or higher, the degree of suppression of the high-frequency component of the first front and rear wheel target rudder angle is reduced depending on the vehicle speed.
これにより、操舵速度の大きさが車両運動に影響を与え難い低車速域で、モータ反力によるハンドルの振動をより確実に防止できると共に、中車速域以上の領域では、第1前後輪目標舵角において高周波成分を抑制することによる車両運動への影響を抑制しつつ、モータ反力によるハンドルの振動を防止することができる。 As a result, the vibration of the steering wheel due to the reaction force of the motor can be more reliably prevented in the low vehicle speed range where the magnitude of the steering speed hardly affects the vehicle motion, and the first front and rear wheel target rudder is in the region above the middle vehicle speed range. It is possible to prevent the vibration of the steering wheel due to the reaction force of the motor while suppressing the influence on the vehicle motion due to the suppression of the high frequency component at the corner.
(応用例の効果)
(1)前輪舵角制御手段が、車速が高いほど、操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制する度合いを高めるので、操舵速度の大きさが車両運動に影響を与え難い低車速域で、モータ反力によるハンドルの振動をより確実に防止できると共に、中車速域以上の領域では、第1前後輪目標舵角において高周波成分を抑制することによる車両運動への影響を抑制しつつ、モータ反力によるハンドルの振動を防止することができる。
(Effects of application examples)
(1) Since the front wheel steering angle control means increases the degree of suppressing the high frequency component of the turning angle output from the steering output shaft as the vehicle speed is higher, the magnitude of the steering speed is less likely to affect the vehicle motion. In the vehicle speed range, the vibration of the steering wheel due to the motor reaction force can be prevented more reliably, and in the region above the middle vehicle speed range, the influence on the vehicle motion by suppressing the high frequency component at the first front and rear wheel target rudder angle is suppressed. However, the vibration of the handle due to the motor reaction force can be prevented.
1 自動車、2 ステアリングホイール、3 ステアリング入力軸、4 VGR、4a 回転角度センサ、5 ステアリング出力軸、6 ピニオンギア、7 ステアリングラック、8FR,8FL,8RR,8RL タイロッド、9FR,9FL,9RR,9RL 車輪、10FR,10FL,10RR,10RL 車輪速センサ、11 後輪転舵用モータ、11a 後輪モータ角センサ、12 後輪ステアリングラック、13 転舵コントローラ、14 インターフェース、15 コントロールユニット、A101,B101 目標車両運動演算部、A102,B102 第1前後輪舵角演算部、A103,B103 第2前輪舵角演算部、A104,B104 第2後輪舵角演算部 1 Automobile, 2 Steering wheel, 3 Steering input shaft, 4 VGR, 4a Rotation angle sensor, 5 Steering output shaft, 6 Pinion gear, 7 Steering rack, 8FR, 8FL, 8RR, 8RL Tie rod, 9FR, 9FL, 9RR, 9RL Wheel 10FR, 10FL, 10RR, 10RL Wheel speed sensor, 11 Rear wheel steering motor, 11a Rear wheel motor angle sensor, 12 Rear wheel steering rack, 13 Steering controller, 14 Interface, 15 Control unit, A101, B101 Target vehicle motion Calculation unit, A102, B102 First front and rear wheel steering angle calculation unit, A103, B103 Second front wheel steering angle calculation unit, A104, B104 Second rear wheel steering angle calculation unit
Claims (8)
後輪転舵用モータにより後輪を転舵する後輪操舵機構と、
操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御手段と、
前記前輪舵角制御手段によって算出された前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御手段と、
を備え、
前記前輪舵角制御手段は、算出した前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動し、前記後輪舵角制御手段は、算出した後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動することを特徴とする舵角制御装置。 The steering angle ratio input by the steering angle ratio variable motor that drives the steering angle ratio variable mechanism provided between the steering input and output shafts while transmitting the steering angle input to the steering input shaft by the steering operation to the steering output shaft. A front wheel steering mechanism that changes the steering and outputs to the front wheels,
A rear wheel steering mechanism that steers the rear wheels by a rear wheel steering motor;
Front wheel rudder angle control means for calculating a front wheel target rudder angle according to a steering operation while suppressing a high frequency component of a steered angle output from a steering output shaft;
Rear wheel steering angle control means for calculating a rear wheel target steering angle based on the front wheel target steering angle calculated by the front wheel steering angle control means;
With
The front wheel rudder angle control means drives the rudder angle ratio variable motor to obtain the calculated front wheel target rudder angle, and the rear wheel rudder angle control means has the rear wheel rotation to obtain the calculated rear wheel target rudder angle. A rudder angle control device that drives a rudder motor.
操舵操作によって操舵入力軸に入力された舵角に基づいて、第1前輪目標舵角を算出する第1前輪目標舵角演算手段と、
前記第1前輪目標舵角における高周波成分を抑制する補正を行い、その補正結果を第2前輪目標舵角として算出する第2前輪目標舵角演算手段と、を備え、
前記後輪舵角制御手段は、
操舵操作によって操舵入力軸に入力された舵角に基づいて、第1後輪目標舵角を算出する第1後輪目標舵角演算手段と、
前記第1後輪目標舵角に対し、前記第2前輪目標舵角の出力応答特性と対応させる補正を行い、その補正結果を第2後輪目標舵角として算出する第2後輪目標舵角演算手段と、を備え、
前記前輪舵角制御手段は、算出した第2前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動し、前記後輪舵角制御手段は、算出した第2後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動することを特徴とする請求項1記載の舵角制御装置。 The front wheel rudder angle control means includes
First front wheel target rudder angle calculating means for calculating a first front wheel target rudder angle based on the rudder angle input to the steering input shaft by the steering operation;
A second front wheel target rudder angle calculating means for performing correction for suppressing a high frequency component in the first front wheel target rudder angle and calculating the correction result as a second front wheel target rudder angle;
The rear wheel steering angle control means includes:
First rear wheel target rudder angle calculating means for calculating a first rear wheel target rudder angle based on the rudder angle input to the steering input shaft by the steering operation;
The second rear wheel target rudder angle is obtained by correcting the first rear wheel target rudder angle in correspondence with the output response characteristic of the second front wheel target rudder angle and calculating the correction result as the second rear wheel target rudder angle. Computing means,
The front wheel rudder angle control means drives the rudder angle ratio variable motor so as to be the calculated second front wheel target rudder angle, and the rear wheel rudder angle control means has the calculated second rear wheel target rudder angle. The rudder angle control device according to claim 1, wherein the rear wheel steering motor is driven.
前記第2後輪目標舵角演算手段は、前輪操舵機構をモデル化した前輪操舵モデルと、後輪操舵機構をモデル化した後輪操舵モデルと、前記補正特性とに基づいて、前記第1後輪目標舵角を、前記第2前輪目標舵角の出力応答特性と対応させる補正を行うことを特徴とする請求項2記載の舵角制御装置。 The second front wheel target rudder angle calculating means corrects the first front wheel target rudder angle according to the set correction characteristic,
The second rear wheel target rudder angle calculating means is based on the front wheel steering model that models the front wheel steering mechanism, the rear wheel steering model that models the rear wheel steering mechanism, and the correction characteristics. The rudder angle control apparatus according to claim 2, wherein correction is performed so that the wheel target rudder angle corresponds to the output response characteristic of the second front wheel target rudder angle.
前記ステアリングホイールに対する操舵操作によって操舵入力軸に入力された舵角を操舵出力軸に伝達すると共に、操舵入出力軸間に備えられた舵角比可変機構を駆動する舵角比可変用モータにより入出力舵角比を変化させて前輪に転舵出力する前輪操舵機構と、
後輪転舵用モータにより後輪を転舵する後輪操舵機構と、
操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御手段と、
前記前輪舵角制御手段によって算出された前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御手段と、
前記前輪操舵機構および前記後輪操舵機構が設置される車体と、
を備え、
前記前輪舵角制御手段は、算出した前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動し、前記後輪舵角制御手段は、算出した後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動することを特徴とする自動車。 A steering wheel connected to a steering input shaft and performing a steering operation;
The steering angle input to the steering input shaft by the steering operation with respect to the steering wheel is transmitted to the steering output shaft, and input by a steering angle ratio variable motor that drives a steering angle ratio variable mechanism provided between the steering input and output shafts. A front wheel steering mechanism that changes the output rudder angle ratio and outputs the steering to the front wheels;
A rear wheel steering mechanism that steers the rear wheels by a rear wheel steering motor;
Front wheel rudder angle control means for calculating a front wheel target rudder angle according to a steering operation while suppressing a high frequency component of a steered angle output from a steering output shaft;
Rear wheel steering angle control means for calculating a rear wheel target steering angle based on the front wheel target steering angle calculated by the front wheel steering angle control means;
A vehicle body on which the front wheel steering mechanism and the rear wheel steering mechanism are installed;
With
The front wheel rudder angle control means drives the rudder angle ratio variable motor to obtain the calculated front wheel target rudder angle, and the rear wheel rudder angle control means has the rear wheel rotation to obtain the calculated rear wheel target rudder angle. An automobile characterized by driving a rudder motor.
後輪転舵用モータにより後輪を転舵する後輪操舵ステップとを含み、
操舵出力軸から出力される転舵角の高周波成分を抑制しつつ、操舵操作に応じた前輪目標舵角を算出する前輪舵角制御ステップと、
前記前輪目標舵角に基づいて、後輪目標舵角を算出する後輪舵角制御ステップと、
前記前輪目標舵角となるよう前記舵角比可変用モータを駆動する舵角比可変用モータ駆動ステップと、
前記後輪目標舵角となるよう前記後輪転舵用モータを駆動する後輪転舵用モータ駆動ステップとをさらに含むことを特徴とする舵角制御方法。 The steering angle ratio input by the steering angle ratio variable motor that drives the steering angle ratio variable mechanism provided between the steering input and output shafts while transmitting the steering angle input to the steering input shaft by the steering operation to the steering output shaft. A front wheel steering step for changing the wheel to output the steering to the front wheels,
A rear wheel steering step of steering the rear wheels by a rear wheel steering motor,
A front wheel rudder angle control step for calculating a front wheel target rudder angle according to a steering operation while suppressing a high frequency component of a steered angle output from a steering output shaft;
A rear wheel steering angle control step for calculating a rear wheel target steering angle based on the front wheel target steering angle;
Rudder angle ratio variable motor driving step for driving the rudder angle ratio variable motor to be the front wheel target rudder angle;
A steering angle control method, further comprising: a rear wheel steering motor driving step of driving the rear wheel steering motor to achieve the rear wheel target steering angle.
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JP5126357B2 (en) * | 2009-03-25 | 2013-01-23 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle steering device |
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