JP2009269478A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スネーキング現象の振動モードに陥ることを抑制する車両の制御装置を提供する。
【解決手段】被牽引車を牽引していることを検知したときは、ステアリング系におけるダンピングを増やし（ステップＳ１、Ｓ３）、測定された車速が予め設定した所定車速より大きいときは、ステアリング系におけるダンピングを更に増やすと共に、後輪の操舵量を低減する（ステップＳ４、Ｓ６、Ｓ８）。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、被牽引車を牽引する車両に適用するものである。

図４に示すように、トラクタ５１（牽引車）がトレーラ５２（被牽引車）を牽引して走行しているときに、レーンチェンジを行うと、トレーラ５２が左右に振られ、条件によっては、スネーキング現象と呼ばれる振動が減衰しにくい現象が発生する。スネーキング現象における振動は、車速が上がれば上がるほど激しくなる。又、スネーキング状態においては、図５（ａ）の操舵角の変動、図５（ｂ）のヨーレートの変動からわかるように、車体がゆすられ、ステアリングも振られている状態に陥ってしまう。なお、図５（ａ）、（ｂ）は、車速１００ｋｍ／ｈにおいて、インパルス状の操舵入力後、ステアリングをフリーの状態として実測したものである。

特開２００６−１８５３７６号公報

上述したスネーキング現象は、牽引車に設けた後輪操舵装置により後輪を操舵することで抑制可能ではあるが、後輪操舵装置のストローク量、発生可能推力、アクチュエータ応答性、タイヤ特性等の制限により、抑制可能な量は物理的に決まってしまう。特に、運転者が後輪操舵装置によるスネーキング現象の抑制に頼ってしまい、車速を上げた場合には、後輪操舵装置で抑制可能な限界量を超えてしまったり、その応答制御が遅れてしまったりするおそれがあり、そのようなときには、急激にスネーキング現象の振動モードが発生するおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、スネーキング現象の振動モードに陥ることを抑制する車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る車両の制御装置は、
車両の前輪を操舵するハンドルの操舵力を補助する操舵補助手段と、
前記車両の後輪を操舵する後輪操舵手段と、
前記車両が被牽引車を牽引していることを検知する牽引検知手段と、
前記車両の車速を測定する車速測定手段と、
前記牽引検知手段及び前記車速測定手段からの情報に基づいて、前記操舵補助手段及び前記後輪操舵手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記牽引検知手段により、前記車両が被牽引車を牽引していることを検知したときは、前記操舵補助手段によりステアリング系の動きを抑制し、
前記車速測定手段により測定された車速が、予め設定した所定車速より大きいときは、前記操舵補助手段によりステアリング系の動きを更に抑制すると共に、前記後輪操舵手段による操舵量を低減することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る車両の制御装置は、
上記第１の発明に係る車両の制御装置において、
前記操舵補助手段が油圧パワーステアリングである場合には、前記制御手段は、前記油圧パワーステアリングの油圧シリンダに対するオイルの給排量を調整することにより、ステアリング系の動きを抑制し、
前記操舵補助手段が電動パワーステアリングである場合には、前記制御手段は、前記電動パワーステアリングにおけるダンピング制御を行うことにより、ステアリング系の動きを抑制することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る車両の制御装置は、
上記第１又は第２の発明に係る車両の制御装置において、
前記車両が、前輪及び後輪への駆動力の配分を変更可能な四輪駆動手段を有する場合、
前記制御手段は、
前記車速測定手段により測定された車速が、前記所定車速より大きいときは、前記四輪駆動手段により、前輪への駆動力の配分を増やすことを特徴とする。

本発明によれば、被牽引車が有るとき、更には、車速が大きいときに、操舵補助手段によりステアリング系の動きを抑制することにより、運転者に限界に近づいていることを予見させると共に、仮に、スネーキング現象が発生したとしても、その振動を減衰させて、振動モードに陥ることを抑制することができる。

又、本発明によれば、車両が前輪及び後輪への駆動力の配分を変更可能な四輪駆動手段を有する場合には、前輪側への駆動力の移動により、後輪の限界が向上し、安全性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る車両の制御装置を詳細に説明する。

最初に、本実施例に係る車両の制御装置について、図１に示す概略構成図を用いて説明する。

トラクタ１（車両）は、トレーラ（被牽引車）を、ヒッチボール（牽引具）を用いて牽引可能なものである。トラクタ１には、トラクタ１の前輪１４の操舵を行うためのハンドル１１が備えられており、このハンドル１１は、ステアリングシャフト１１ａを介して、パワーステアリング１３（操舵補助手段）に連結されている。従って、ハンドル１１に付与された操舵力は、パワーステアリング１３により補助されて、前輪１４に伝達される。

トラクタ１において、ステアリングシャフト１１ａには、ハンドル１１の操舵角を検出する操舵角センサ１２が設けられている。又、前輪１４には、車速に比例する車輪速を検出する車輪速センサ１５（車速測定手段）が設けられている。又、トラクタ１の中央部には、トラクタ１のヨーレートを検出するヨーレートセンサ２０が設けられている。又、ヒッチボールにおいては、トレーラのブレーキハーネスへの結線を行っており、その有無により、トレーラの牽引を検知している（牽引検知手段）。そして、操舵角センサ１２、車輪速センサ１５、ヨーレートセンサ２０、牽引検知手段等による検出値に基づいて、図示していないＥＣＵ(Electronics Control Unit；制御手段)により、パワーステアリング１３が制御されている。なお、牽引検知手段としては、例えば、トラクタ１の変速機におけるシフトアップ前後の重量勾配、抵抗偏差等に基づいて、ＥＣＵにより、トレーラの牽引を検知するようにしてもよい。

又、トラクタ１において、前輪１４と後輪１８は、プロペラシャフト１６、電動制御カップリング１７を介して連結されて、所謂、４ＷＤ(4 Wheels Drive)の構成となっており、更に、後輪１８の操舵を行うアクチュエータ１９（後輪操舵手段）も設けられて、所謂、４ＷＳ(4 Wheels Steering)の構成となっている。これらも、ＥＣＵにより制御される。

なお、図１に示したトラクタ１の構成は、本発明の一例を示すものであるが、４ＷＤの構成は必ずしも必要なものではない。

本実施例に係る車両の制御装置おいて、パワーステアリングとしては、油圧パワーステアリング、電動パワーステアリング（以降、ＥＰＳと呼ぶ。）等が適用可能である。まず、本実施例に係る車両の制御装置で用いられる油圧パワーステアリングについて、図１も参照しながら、図２の模式図を用いて説明する。

＜油圧パワーステアリング＞
油圧パワーステアリング１３は、トレーラを牽引可能なトラクタ１に備えられる。この油圧パワーステアリング１３は、配管Ｔを介して回収されるオイルを貯留しておくリザーブタンク２５と、配管Ｐを介して、リザーブタンク２５に貯留したオイルを加圧し供給するオイルポンプ２６と、ハンドル１１に加わる操舵力の方向及び大きさに応じて、オイルポンプ２６から供給されたオイルのパワーシリンダ２３への給排動作を行うロータリバルブ２７（制御弁）と、ピストン２３ａの両側にシリンダ室２３ｂ、２３ｃを備える複動式のパワーシリンダ２３とを有するものであり、更に、パワーシリンダ２３とロータリバルブ２７との間を接続する配管Ｌ、Ｒの少なくとも一方に、通過するオイルの流量を制御する流量可変バルブ２４（流量制御手段）を設けている。なお、流量可変バルブ２４としては、例えば、ソレノイド、スプリング、可動鉄心等からなるソレノイドバルブ等が適用可能である。

ロータリバルブ２７は、ハンドル１１の操作を伝えるステアリングシャフト１１ａの回転を利用するロータリ式の制御弁である。具体的には、ロータリバルブ２７では、ステアリングシャフト１１ａ側に連なる入力軸（図示省略）とラックシャフト２１側に連なる出力軸２９とに分割し、トーションバー２８を介して同軸に連結しており、一方の連結端に係合された筒形のアウターバルブ２７ａの内側に、他方の連結端に一体に形成されたインプットシャフト（インナーバルブ）２７ｂを相対回転自在に嵌め合わせた構造である。

又、出力軸２９には、ピニオンギヤ２２が設けられており、ピストン２３ａと接続されたラックシャフト２１と交差するように配置されて、ピニオンギヤ２２とラックシャフト２１のラックギヤ２１ａとが噛合するように構成されている。従って、ハンドル１１が操舵される際には、その操舵力がトーションバー２８を介して、出力軸２９、ピニオンギヤ２２へ伝達され、ピニオンギヤ２２の回転に伴って、ラックシャフト２１が軸方向に移動されると共に、パワーシリンダ２３により操舵力が補助されて、ラックシャフト２１の端部に設けたタイロッド３０を介して、前輪１４を操舵することになる。

ロータリバルブ２７において、アウターバルブ２７ａの内周側及びインナーバルブ２７ｂの外周側には、各々、軸方向に延びる複数の溝が周方向に設けられ、アウターバルブ２７ａの複数の溝は、周方向に交互にシリンダ室２３ｂ又はシリンダ室２３ｃと連通され、インナーバルブ２７ｂの複数の溝は、周方向に交互に配管Ｐ又は配管Ｔと連通されている。つまり、アウターバルブ２７ａにおいては、シリンダ室２３ｂに連通する溝（以降、ＬＨ溝と呼ぶ。）とシリンダ室２３ｃに連通する溝（以降、ＲＨ溝と呼ぶ。）が周方向に交互に配置され、インナーバルブ２７ｂにおいては、配管Ｐに連通する溝（以降、供給溝と呼ぶ。）と配管Ｔに連通する溝（以降、回収溝と呼ぶ。）が周方向に交互に配置されている。

そして、ロータリバルブ２７では、ステアリングシャフト１１ａに操舵力が加えられたとき、その操舵力の方向に伴って、アウターバルブ２７ａの任意の１つの溝に対して、両隣のインナーバルブ２７ｂの溝から連通する１つの溝が選択されて、シリンダ室２３ｂ又はシリンダ室２３ｃのいずれか一方にオイルを供給し、いずれか他方からオイルを回収することになる。又、ステアリングシャフト１１ａに操舵力が加えられたときには、トーションバー２８の捩れに伴って、アウターバルブ２７ａとインナーバルブ２７ｂとの間に相対角変位が生じ、その相対角変位に応じて、連通するアウターバルブ２７ａの溝とインナーバルブ２７ｂの溝との間の絞り部分において、その絞り面積が変更されて、通過するオイルの流量が制御されることになる。

例えば、ハンドル１１に操舵力が加えられておらず、トーションバー２８に捩れが生じていない中立状態においては、アウターバルブ２７ａの任意の１つの溝に対して、両隣のインナーバルブ２７ｂの溝が同時に連通する。このため、ロータリバルブ２７に供給されたオイルは、インナーバルブ２７ｂの供給溝に供給された後、連通するアウターバルブ２７ａの溝を介して、インナーバルブ２７ｂの回収溝へ流入するので、配管Ｔを通って、リザーブタンク２５に回収されることになる。その結果、アウターバルブ２７ａの各溝に各々連通するシリンダ室２３ｂとシリンダ室２３ｃとの間に圧力差は生じず、パワーシリンダ２３は何の力も発生しないことになる。

一方、ハンドル１１に操舵力が加えられた場合、トーションバー２８の捩れに伴って、アウターバルブ２７ａとインナーバルブ２７ｂとの間に相対角変位が生じ、アウターバルブ２７ａの任意の１つの溝に対して、両隣のインナーバルブ２７ｂの溝から連通する１つの溝が選択されると共に、連通するアウターバルブ２７ａの溝とインナーバルブ２７ｂの溝との間の絞り部分の絞り面積が変化することとなる。

例えば、図２では、アウターバルブ２７ａのＬＨ溝に対して、インナーバルブ２７ｂの供給溝が選択され、アウターバルブ２７ａのＲＨ溝に対して、インナーバルブ２７ｂの回収溝が選択されている。このとき、ロータリバルブ２７に供給されたオイルは、インナーバルブ２７ｂの供給溝に供給された後、絞り面積を増した側の絞り部分を経て、アウターバルブ２７ａのＬＨ溝に導入され、配管Ｌ、流量可変バルブ２４を通過して、シリンダ室２３ｂへ供給される。一方、配管Ｔと連通するインナーバルブ２７ｂの回収溝は、配管Ｒと連通するアウターバルブ２７ａのＲＨ溝と連通しているので、シリンダ室２３ｃ内のオイルは、配管Ｒ、アウターバルブ２７ａのＲＨ溝、インナーバルブ２７ｂの回収溝、配管Ｔを順次通過して、リザーブタンク２５に戻される。この結果、シリンダ室２３ｂ、シリンダ室２３ｃとの間に圧力差が生じ、この圧力差がピストン２３ａに接続されたラックシャフト２１に加えられて、操舵力が補助されることになる。

そして、本実施例においては、パワーシリンダ２３とロータリバルブ２７との間を接続する配管Ｌ、Ｒの少なくとも一方（図２では配管Ｌ）に流量可変バルブ２４を設けており、ＥＣＵによりトラクタ１がトレーラを牽引していると検出したとき、車速が大きいときには、ＥＣＵから制御信号を流量可変バルブ２４に付与し、この流量可変バルブ２４のバルブ開度を電気的に制御して、流量可変バルブ２４を通過するオイルの流量を調整するようにしている。このことにより、油圧パワーステアリング１３によりダンピングを増やし、パワーシリンダ２３（ステアリング系）の動きを抑制して、ラックシャフト２１の作動抵抗を増やしている。一方、ＥＣＵがトレーラの牽引を検出していないときには、流量可変バルブ２４を作動させない、若しくは、バルブ開度を牽引しているときより大きくして、オイルを通過させている。

このように、油圧パワーステアリング１３においては、そのパワーシリンダ２３とロータリバルブ２７との間の配管Ｌ、Ｒの少なくとも一方に流量可変バルブ２４を設け、トレーラを牽引しているとき、車速が大きいときには、流量可変バルブ２４を通過するオイルの流量を調整するので、トレーラの牽引時には、油圧パワーステアリング１３によりダンピングを増やし、パワーシリンダ２３（ステアリング系）の動きを抑制している。このため、運転者が急操舵をしづらくなるため、スネーキング現象に陥ることを防ぎ、仮に、後輪操舵装置による制御限界を超えて、スネーキング現象が発生したとしても、その振動を減衰させて、その挙動の変化をなるべく緩やかにすることができる。その結果、走行安定性を向上させて、操舵の安心感を向上させることができる。一方、トレーラを牽引していないときには、流量可変バルブ２４を通過するオイルの流量を制限しないので、トレーラの無牽引時には、操舵に違和感を与えることなく、その安定性を向上させることができる。

次に、本実施例に係る車両の制御装置で用いられるＥＰＳについて説明する。

＜電動パワーステアリング（ＥＰＳ）＞
本実施例に係る車両の制御装置においては、油圧パワーステアリングに代えて、ＥＰＳを用いてもよい。このＥＰＳは、油圧パワーステアリングにおけるパワーシリンダ等の油圧発生源に代えて、直流モータ、電磁クラッチ、ウォーム軸、ウォームホイール軸等からなる電動力発生源を用いて、ハンドルに付与された操舵力を補助するものである。

ＥＰＳには、油圧パワーステアリングのようなオイルによるダンピング特性がないため、操舵力を補助する力を付与する際に、適宜な量を減ずることにより、ダンピング特性を付加するダンピング制御機能が備えられている。つまり、ＥＰＳを搭載した車両おいては、ダンピング特性を考慮して、電動力発生源からの発生力を変えることにより、ステアリング系の動きを抑制可能である。従って、油圧パワーステアリングと同様に、トレーラを牽引しているとき、車速が大きいときには、ＥＰＳにより、ダンピングの制御量を大きくし、ステアリング系の動きを抑制して、ラックシャフト２１の作動抵抗を増やすようにすればよい。その結果、ハンドル１１が振られる量が減り、運転者の安心感が向上する。例えば、トレーラを牽引しているとき、車速が大きいときには、ＥＣＵにおいて、ダンピングの制御量を大きくするマップに切り替えるようにすればよい。

ここで、図１、図２を参照しながら、図３に示すフローチャートを用いて、本実施例に係る車両の制御装置を説明する。

最初に、トラクタ１によるトレーラの牽引の有無を判定する（ステップＳ１）。牽引が無い場合には、ステップＳ２に進み、通常の後輪操舵により、トラクタ１の走行安定性の向上を図り、牽引が有る場合には、ステップＳ３に進み、油圧パワーステアリング又はＥＰＳによりステアリング系のダンピングを増やし、ステアリング系の動きを抑制する制御を行う（ステップＳ２、Ｓ３）。

次に、トラクタ１の車速を判定する（ステップＳ４）。車速が低い場合には、ステップＳ５に進み、通常の後輪操舵により、トラクタ１の走行安定性の向上を図り、車速が大きい場合には、ステップＳ６に進み、油圧パワーステアリング又はＥＰＳによりステアリング系のダンピングを更に増やし、ステアリング系の動きを更に抑制する制御を行う（ステップＳ５、Ｓ６）。このことにより、運転者が急操舵をしづらくなるため、スネーキング現象に陥ることを防ぎ、仮に、スネーキング現象が発生したとしても、その振動を減衰させて、その挙動の変化をなるべく緩やかにすることができる。

そして、トラクタ１が４ＷＤであり、その駆動力の配分を前後輪で変更可能な構成であれば、前輪における駆動力の負担が増えるように、駆動力の配分を変更する（ステップＳ７）。このことにより、車両の直進性が増し（アンダーステア方向）、後輪への負荷を低減させて、更に走行安定性が向上する。又、後輪側のタイヤ横力限界も向上することになる。

車速が大きくなると、後輪操舵装置が制御する後輪操舵量によるオーバーシュートが大きくなるため、これを防ぐため、後輪操舵量を低減する（ステップＳ８）。後輪操舵量を低減しても、ステップＳ６において、油圧パワーステアリング又はＥＰＳによりステアリング系のダンピングを更に増やし、ステアリング系の動きを更に抑制しているので、スネーキング現象を十分に抑制可能である。これは、後輪操舵量に余裕を持たせる意味もある。

後輪操舵装置による制御は、トレーラ牽引時における走行安定性向上に大きな効果が有るものであるが、その制御には限界があり、当然ながら、その限界を超えると、その効果は期待できない。そこで、本発明に係る車両の制御装置においては、被牽引車が有るとき、更には、車速が大きいときに、油圧パワーステアリング又はＥＰＳによりステアリング系のダンピングを増やし、ステアリング系の動きを抑制することにより、運転者に限界に近づいていることを予見させると共に、仮に、スネーキング現象が発生したとしても、その振動を減衰させて、振動モードに陥ることを抑制することができる。又、車両が４ＷＤであり、その駆動力の配分を前後輪で変更可能な構成である場合には、前輪側への駆動力の移動により、後輪の限界が向上し、安全性を向上させることができる。

本発明に係る車両の制御装置は、トレーラ等の被牽引車を牽引するときに好適なものである。

本発明に係る車両の制御装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る車両の制御装置で用いられる油圧パワーステアリングの一例を示す模式図である。 本発明に係る車両の制御装置を説明するフローチャートである。 スネーキング現象を説明する図である。 （ａ）は、スネーキング状態における操舵角の実測値のグラフであり、（ｂ）は、スネーキング状態におけるヨーレートの実測値のグラフである。

符号の説明

１１ ハンドル
１３ パワーステアリング
１４ 前輪
１５ 車輪速センサ
１８ 後輪
１９ アクチュエータ

Claims (3)

1. 車両の前輪を操舵するハンドルの操舵力を補助する操舵補助手段と、
   前記車両の後輪を操舵する後輪操舵手段と、
   前記車両が被牽引車を牽引していることを検知する牽引検知手段と、
   前記車両の車速を測定する車速測定手段と、
   前記牽引検知手段及び前記車速測定手段からの情報に基づいて、前記操舵補助手段及び前記後輪操舵手段を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記牽引検知手段により、前記車両が被牽引車を牽引していることを検知したときは、前記操舵補助手段によりステアリング系の動きを抑制し、
   前記車速測定手段により測定された車速が、予め設定した所定車速より大きいときは、前記操舵補助手段によりステアリング系の動きを更に抑制すると共に、前記後輪操舵手段による操舵量を低減することを特徴とする車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
   前記操舵補助手段が油圧パワーステアリングである場合には、前記制御手段は、前記油圧パワーステアリングの油圧シリンダに対するオイルの給排量を調整することにより、ステアリング系の動きを抑制し、
   前記操舵補助手段が電動パワーステアリングである場合には、前記制御手段は、前記電動パワーステアリングにおけるダンピング制御を行うことにより、ステアリング系の動きを抑制することを特徴とする車両の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両の制御装置において、
   前記車両が、前輪及び後輪への駆動力の配分を変更可能な四輪駆動手段を有する場合、
   前記制御手段は、
   前記車速測定手段により測定された車速が、前記所定車速より大きいときは、前記四輪駆動手段により、前輪への駆動力の配分を増やすことを特徴とする車両の制御装置。

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