JP2008174006A - 車両状態量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 規範となる車両状態量を運転者の意思に応じて簡単な操作で調整できるようにする。
【解決手段】 車輪を転舵するステアリングホイールに設けたグリップを回転させると、操舵角および車速から算出された規範となるヨーレートが調整されるので、ヨーレートセンサで検出した実際のヨーレートが前記規範となるヨーレートに一致するようにステアリングアクチュエータを制御することで、運転者の好みに応じた車両状態を実現することができる。このとき、前記グリップがステアリングホイールに設けられているので、運転者はステアリングホイールから手を離すことなくグリップを操作することが可能となり、運転者の操作負担が軽減される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、規範となる車両状態量を設定し、実際の車両状態量が前記規範となる車両状態量に一致するように制御を行う車両状態量制御装置に関する。

電子制御パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに運転者のグリップ圧を検出するセンサを設け、検出されたグリップ圧が小さいときほど、つまり運転者がステアリングホイールを軽く握っているときほど、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクが小さくて済むようにステアリングアクチュエータが発生するアシスト力を制御するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平６−２８６６２９号公報

ところで、車両の運動を制御する場合、従来は操舵角やアクセル開度にような運転者による操作量や、横加速度やヨーレートのような状態量に基づいて運転者が意図する車両状態を推定し、その推定した車両状態を規範値として車両の運動を制御していた。しかしながら、運転者が意図する車両状態は個人の好みや、その時々の状況により変化するため、前記規範値が必ずしも運転者を満足させるとは限らない問題があった。そこで、コンソールボックスなどに設けたスイッチ等を操作して前記規範値を変更することが考えられるが、そのようにすると運転者のステアリングホイールの操作が疎かになる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、規範となる車両状態量を運転者の意思に応じて簡単な操作で調整できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、規範となる車両状態量を設定し、実際の車両状態量が前記規範となる車両状態量に一致するように制御を行う車両状態量制御装置において、車輪を転舵するステアリングホイールに前記規範となる車両状態量を調整する調整部材を設けたことを特徴とする車両状態量制御装置が提案される。

尚、実施の形態のグリップ９Ｌ，９Ｒは本発明の調整部材に対応し、実施の形態のヨーレートは本発明の車両状態量に対応する。

請求項１の構成によれば、車輪を転舵するステアリングホイールに設けた調整部材を操作すると規範となる車両状態量が調整されるので、実際の車両状態量が前記規範となる車両状態量に一致するように制御を行うことで、運転者の好みに応じた車両状態を実現することができる。このとき、前記調整部材がステアリングホイールに設けられているので、運転者はステアリングホイールから手を離すことなく調整部材を操作することが可能となり、運転者の操作負担が軽減される。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は車両状態量制御装置を搭載した車両の全体構成を示す図、図２はステアリングホイールの斜視図、図３は制御系のブロック図、図４は第１〜第３の補正係数を検索するマップを示す図、図５はヨーレートの規範値の調整による効果を説明する図である。

図１に示すように、本実施の形態の車両状態量制御装置を搭載した四輪の車両は、エンジンＥの駆動力がトランスミッションＴを介して伝達される駆動輪たる左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲと、車両の走行に伴って回転する従動輪たる左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲとを備える。左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲはＳＢＷ（ステア・バイ・ワイヤ）により転舵される。即ち、ステアリングホイール７とステアリングギヤボックス６とは機械的に連結されておらず、運転者によるステアリングホイール７の操作を電機信号に変換し、ステアリングアクチュエータ５でステアリングギヤボックス６を作動させることで前輪ＷＦＬ，ＷＦＲを転舵する。ステアリングアクチュエータ５の作動を制御する電子制御ユニットＵには、ステアリングホイール７の操舵角を検出する操舵角センサＳａと、車速を検出する車速センサＳｂと、ヨーレートを検出するヨーレートセンサＳｃと、後述するグリップ回転角センサＳｄＬ，ＳｄＲとが接続される。

図２に示すように、ステアリングホイール７は環状のステアリングホイール本体８を備えており、運転者が左右の手で握る２カ所が別部材のグリップ９Ｌ，９Ｒで構成される。各グリップ９Ｌ，９Ｒはその接線方向に延びる回転軸１０，１０まわりに回転可能であり、その回転角が前記グリップ回転角センサＳｄＬ，ＳｄＲにより検出される。グリップ９Ｌ，９Ｒは、図示せぬリターンスプリングで中立位置に向けて付勢される。

図３に示すように、電子制御ユニットＵは、規範値算出手段Ｍ１と、左規範値調整量算出手段Ｍ２Ｌと、右規範値調整量算出手段Ｍ２Ｒと、第１加算手段Ｍ３と、補正係数算出手段Ｍ４と、乗算手段Ｍ５と、第２加算手段Ｍ６と、制御指令値算出手段Ｍ７と、アクチュエータ制御手段Ｍ８とを備える。規範値算出手段Ｍ１には操舵角センサＳａおよび車速センサＳｂが接続され、左規範値調整量算出手段Ｍ２Ｌおよび右規範値調整量算出手段Ｍ２Ｒには左右のグリップ回転角センサＳｄＬ，ＳｄＲがそれぞれ接続され、補正係数算出手段Ｍ４には操舵角センサＳａ、車速センサＳｂおよびヨーレートセンサＳｃが接続され、制御指令値算出手段Ｍ７にはヨーレートセンサＳｃが接続され、アクチュエータ制御手段Ｍ８にはステアリングアクチュエータ５が接続される。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

規範値算出手段Ｍ１は、操舵角センサＳａで検出した操舵角と車速センサＳｂで検出した車速とから、ヨーレートの規範値を算出する。ヨーレートの規範値とは、ステアリングホイール７の操作に応じてステアリングアクチュエータ５が作動することで車体に発生させるべきヨーレートの目標値となるものであり、予め記憶されたマップから操舵角および車速をパラメータとして検索される。ヨーレートの規範値は、一般的に操舵角が大きくなるほど大きくなり、かつ車速が大きくなるほど大きくなるように設定される。

運転者がグリップ９Ｌ，９Ｒを操作しないとき、制御指令値算出手段Ｍ７は、規範値算出手段Ｍ１で算出したヨーレートの規範値と、ヨーレートセンサＳｃで検出したヨーレートと実測値とを比較することで、実測値を規範値に一致させるために必要なステアリングアクチュエータ５の制御指令値を算出する。そしてアクチュエータ制御手段Ｍ８は前記制御指令値に基づいてステアリングアクチュエータ５を駆動し、左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲを転舵することで車両に発生するヨーレートを前記規範値に収束させる。

以上が、運転者がステアリングホイール７に設けたグリップ９Ｌ，９Ｒを操作しない場合の作用であるが、運転者がグリップ９Ｌ，９Ｒを操作すると、規範値算出手段Ｍ１で算出したヨーレートの規範値が運転者の意思により調整される。

即ち、ステアリングホイール本体８を左手で握る位置に設けられた左グリップ９Ｌを回転させると、左グリップ回転角センサＳｄＬにより検出された左グリップ９Ｌの回転角が左規範値調整量算出手段Ｍ２Ｌに入力され、左規範値調整量算出手段Ｍ２Ｌは左グリップ９Ｌの回転角に応じた左規範値調整量を算出する。運転者が通常ステアリングホイール本体８を右手で握る位置に設けられた右グリップ９Ｒを回転させると、右グリップ回転角センサＳｄＲにより検出された右グリップ９Ｒの回転角が右規範値調整量算出手段Ｍ２Ｒに入力され、右規範値調整量算出手段Ｍ２Ｒは右グリップ９Ｒの回転角に応じた右規範値調整量算を算出する。

左右の規範値調整量算出手段Ｍ２Ｌ，Ｍ２Ｒがそれぞれ算出した左右の規範値調整量は第１加算手段Ｍ３で加算される。通常、左右のグリップ９Ｌ，９Ｒはその一方だけが操作されるが、左右のグリップ９Ｌ，９Ｒが同時に操作された場合には、左規範値調整量算出手段Ｍ２Ｌが算出した左規範値調整量と、右規範値調整量算出手段Ｍ２Ｒ算出した右規範値調整量とが加算されて相殺され、その差分の規範値調整量が第１加算手段Ｍ３から出力される。

本実施の形態では、第１加算手段Ｍ３が出力する規範値調整量が、車速センサＳｂで検出した車速、操舵角センサＳａで検出した操舵角およびヨーレートセンサＳｃで検出したヨーレートで補正される。

即ち、車速センサＳｂで検出した車速が入力された補正係数算出手段Ｍ４は、車速をパラメータとする図４（Ａ）のマップに基づいて第１補正係数Ｋ１を算出する。第１補正係数Ｋ１は、車速が０のときに最大値の１をとり、車速が０から増加すると前記最大値から次第に減少する。

また操舵角センサＳａで検出した操舵角が入力された補正係数算出手段Ｍ４は、操舵角をパラメータとする図４（Ｂ）のマップに基づいて第２補正係数Ｋ２を算出する。第２補正係数Ｋ２は、操舵角が０のときに１未満の最小値をとり、操舵角が０から左右に増加すると前記最小値から１に向かって増加する。

またヨーレートセンサＳｃで検出したヨーレートが入力された補正係数算出手段Ｍ４は、ヨーレートをパラメータとする図４（Ｃ）のマップに基づいて第３補正係数Ｋ３を算出する。第３補正係数Ｋ３は、ヨーレートが０のときに１の値をとり、ヨーレートが０から左右に増加すると１から減少する。

第１加算手段Ｍ３が出力する規範値調整量は、乗算手段Ｍ５において前記第１、第２、第３補正係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３が乗算されて補正され、その補正された規範値調整量と規範値算出手段Ｍ１が出力する規範値とが第２加算手段Ｍ６で加算されて最終的に調整された規範値が算出され、制御指令値算出手段Ｍ７はヨーレートセンサＳｃで検出した実際のヨーレートが前記調整後のヨーレートの規範値に一致するように、ステアリングアクチュエータ５の制御指令値を算出する。

しかして、車速が大きい場合には運転者が緊張してステアリングホイール７を強く握るので、グリップ９Ｌ，９Ｒを操作するときに微妙にふるえてしまい、規範値調整量にノイズが乗り易くなる。しかしながら、第１補正係数Ｋ１により、高車速時には第１補正係数Ｋ１が小さくなって規範値調整量が小さくなるので、ノイズの影響によるヨーレートの変動を低減することができる。逆に、車速が小さい場合には運転者がステアリングホイール７を強く握ることはないので、グリップ９Ｌ，９Ｒの操作により出力される規範値調整量にノイズが乗り難くなる。この低車速時には第１補正係数Ｋ１が大きくなって規範値調整量が大きくなるので、グリップ９Ｌ，９Ｒを操作する運転者の意思を充分に反映したヨーレートの制御が可能になる。

また第２補正係数Ｋ２により、操舵角の増加に応じて規範値調整量を増加させるので、運転者に旋回の意思がない小操舵角時には、規範値調整量を小さくして左右のグリップ９Ｌ，９Ｒの誤操作による車両挙動の望ましくない変化を抑制するとともに、運転者が急旋回を望む大操舵角時には、規範値調整量を大きくして運転者がステアリングホイール７を操作する操作負担を軽減することができる。

また第３補正係数Ｋ３により、ヨーレートの増加に応じて規範値調整量を減少させるので、急激なヨーレートが発生しているときには、規範値調整量を小さくして左右のグリップ９Ｌ，９Ｒの誤操作による車両挙動の望ましくない変化を抑制するとともに、ステアリングホイール７の操作だけでは充分なヨーレートが発生しないときには、運転者の意思に応じて大きなヨーレートを発生させることができる。

しかして、例えば右旋回中にアンダーステア傾向だと判断した運転者が右グリップ９Ｒを回転させると、右方向のヨーレートの規範値が増加してアンダーステア傾向を解消させることができる。逆に右旋回中にオーバーステア傾向だと判断した運転者が左グリップ９Ｌを回転させると、右方向のヨーレートの規範値が減少してオーバーステア傾向を解消させることができる。

左旋回中でも、あるいは直進走行中でも、同様にして左右のグリップ９Ｌ，９Ｒの操作によりヨーレートの制御を行うことができる。

以上のように、ステアリングホイール本体８の一部を回転可能とした左右のグリップ９Ｌ，９Ｒを回転させるだけで、ヨーレートの規範値を任意の方向および任意の大きさに調整することができるので、ステアリングホイール７を操作して車両を旋回させながら、左右のグリップ９Ｌ，９Ｒを回転させて旋回を補助あるいは抑制することができる。このとき、ステアリングホイール本体８に添えた運転者の手で左右のグリップ９Ｌ，９Ｒを操作可能であるため、運転者の操作負担が軽減される。

図５は本実施の形態の効果を説明するグラフであり、例えば運転者が車線変更を行うべくステアリングホイールを左に操作した後に右に操作した場合を示している。破線は運転者がグリップ９Ｌ，９Ｒを操作しない場合のヨーレートの規範値（規範値算出手段Ｍ１が出力する規範値）を示しており、後半の右操舵時にヨーレートの規範値が運転者の満足する領域（編み掛けした領域）から外れている。

このような場合に、運転者が車線変更の後半の右操舵時に左グリップ９Ｌを回転させると、ヨーレートの規範値が鎖線の状態から実線の状態へと調整され、後半の右操舵時のヨーレートの規範値を運転者の満足する領域に収めることができる。

図６（Ａ）は第２補正係数Ｋ２の第２の実施の形態を示すものである。第２の実施の形態では、操舵角の絶対値が閾値未満の領域では第２補正係数Ｋ２が一律に０であり、左右のグリップ９Ｌ，９Ｒにより指令された規範値調整量は発生しない。そして操舵角の絶対値が閾値以上の領域では第２補正係数Ｋ２が０から１へと瞬時にあるいは次第に増加し、最終的に左右のグリップ９Ｌ，９Ｒにより指令された規範値調整量の全量が発生する。

図６（Ｂ）は第３補正係数Ｋ３の第２の実施の形態を示すものである。第２の実施の形態では、ヨーレートの絶対値が閾値未満の領域では第３補正係数Ｋ３が一律に１であり、左右のグリップ９Ｌ，９Ｒにより指令された規範値調整量の全量が発生する。そしてヨーレートの絶対値が閾値以上の領域では第３補正係数Ｋ３が１から０へと瞬時にあるいは次第に減少し、それに応じて左右のグリップ９Ｌ，９Ｒにより指令された規範値調整量が最終的に発生しなくなる。

次に、図７に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

図３に示す第１の実施の形態では、規範値算出手段Ｍ１が算出した規範値と、乗算手段Ｍ５が出力する規範値調整量とを、第２加算手段Ｍ６で加算して調整後の規範値を算出しているが、図７に示す第３の実施の形態は前記第２加算手段Ｍ６を備えておらず、乗算手段Ｍ５が出力する規範値調整量が規範値算出手段Ｍ１に直接入力される。そして規範値算出手段Ｍ１は、操舵角および車速からヨーレートの規範値を算出する際に、その規範値を規範値調整量により調整して制御指令値算出手段Ｍ７に出力する。

この第３の実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では車両状態量であるヨーレートを規範値に一致させる制御をステアリングアクチュエータ５により行っているが、ステアリングアクチュエータ５に代えて、左右の車輪に異なる大きさに駆動力を配分する駆動力左右配分装置、左右の車輪に異なる大きさに制動力を配分する制動力左右配分装置、前輪の操舵に加えて後輪の操舵を可能にした四輪操舵装置等の任意の手段により車両状態量を規範値に一致させる制御を行うことができる。

また実施の形態ではグリップ９Ｌ，９Ｒの回転角を検出しているが、グリップ９Ｌ，９Ｒの回転角速度や回転トルクを検出しても良い。

またステアリングホイール７のグリップ９Ｌ，９Ｒは無段階（連続的）に回転あるいは揺動するものであっても良いし、段階的に回転あるいは揺動するものであっても良い。

また実施の形態のステアリングホイール７は左右のグリップ９Ｌ，９Ｒを備えているが、右手あるいは左手で操作する単一のグリップを設け、そのグリップを中立位置から正逆二つの方向に回転可能にしても良い。

またグリップ９Ｌ，９Ｒを柔軟性を有する材料で構成し、それが回転してもステアリングホイール本体８が円形を維持するようにすれば操作性が更に向上する。

また実施の形態の補正係数算出手段Ｍ４は省略することが可能である。

また本発明の車両状態量は実施の形態のヨーレートに限定されず、横加速度、車輪の転舵角、車輪の横滑り角等であっても良い。

また本発明の調整部材は実施の形態のグリップ９Ｌ，９Ｒに限定されず、押しボタン等の他の部材であっても良い。

また本発明の規範となる車両状態量はセンサの検出値から算出するものに限定されず、車両モデルに基づいて算出するものであっても良い。

第１の実施の形態に係る車両状態量制御装置を搭載した車両の全体構成を示す図 ステアリングホイールの斜視図 制御系のブロック図 第１〜第３の補正係数を検索するマップを示す図 ヨーレートの規範値の調整による効果を説明する図 第２の実施の形態に係る第２，第３の補正係数を検索するマップを示す図 第３の実施の形態に係る制御系のブロック図

符号の説明

５ ステアリングアクチュエータ
９Ｌ 左グリップ（調整部材）
９Ｒ 右グリップ（調整部材）

Claims (1)

1. 規範となる車両状態量を設定し、実際の車両状態量が前記規範となる車両状態量に一致するように制御を行う車両状態量制御装置において、
   車輪を転舵するステアリングホイール（７）に前記規範となる車両状態量を調整する調整部材（９Ｌ，９Ｒ）を設けたことを特徴とする車両状態量制御装置。

Images