JP2010234820A - 車両の後輪操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】わだちを走行している車両が旋回を行う場合には、後輪を前輪と同位相に操舵させる車両の後輪操舵制御装置を提供する。
【解決手段】後輪操舵装置を備えた車両における後輪操舵制御装置において、少なくとも現在位置近傍を含み、車両の走行に関わる道路情報が取得された、もしくは記憶された道路情報確認手段１２０と、道路情報から、車両が軌条の溝を有する路面を走行すると判断されたとき、後輪を前輪の操舵方向と同相に操舵するよう後輪操舵マップ切り替え部１２２とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車（以下、単に車両と記す）のトー角を、車両の挙動に応じて制御することにより車両の走行安定性を改善するために構成された後輪操舵制御装置に関する。

後輪駆動の自動車では、旋回走行時に遠心力によって荷重が旋回外側へ移動するため、旋回内側のタイヤのグリップ力を示す摩擦円が小さくなる。オープン・デファレンシャルは、左右輪に作動差（回転差）をつけることは可能であるが、旋回内外輪に駆動力の差をつけることはできないため、旋回時に駆動（加速）すると内輪側後輪がスリップしてしまうことがある。このような問題を解決するため、後輪駆動の車両においては従来から、左右後輪の作動差に制限を加えたリミテッド・スリップ・デファレンシャル（以下、「ＬＳＤ」と称す）が知られている。ＬＳＤを備えた車両によれば、旋回時に内輪側のタイヤの摩擦円が小さくなって旋回内輪がスリップを起こした場合でも、摩擦円が大きな外輪に駆動力が多く分配されるため、特に大きな横加速度が作用する旋回時の加速性能が向上する。

ところで、後輪を支持する左右のサスペンションアームを車幅方向にスライド変位させることによって左右の後輪を対称的に操舵する車両の後輪操舵装置（以下「ＲＴＣ」：Rear Toe Control と称す）において、車速や前輪舵角、制動状態等の車両の運動状態に応じて後輪をトーインに制御するとともに、トーイン角度を、それぞれ車速や、前輪舵角に応じて段階的に変化させる技術が知られている（特許文献１参照）。かかる技術によれば、低速走行時に車両の回頭性を高めるとともに高速走行時に走行安定性を高め、旋回時の車体の尻振りおよび制動時の走行安定性低下の効果的な防止を図ることができる。

特開平０４−１０８０７４号公報

特許文献１において開示された技術は、車両走行が低速度のときの旋回では前輪と後輪とを逆位相で操舵して旋回しやすくし、高速度のときの旋回では前輪と後輪とを同位相で操舵して安定した走行を担保している。一方、車両は軌条の溝を有する路面、いわゆる「わだち」を走行する場合がある。わだちができる路面は雪面や泥道などの悪路であり、通常、車両は低速度で走行する。かかる走行環境において、後輪操舵制御装置を備えた車両が旋回するとき、低速度であることから後輪は前輪と逆位相に操舵される。

車両旋回時に、車輪がわだちを越えるためには、旋回側のわだちの壁に対して車輪の進行方向が大きな角度を有するように操舵されることが好ましい。舵角が小さく、車輪の進行方向が旋回側のわだちの壁に沿った状況では、車輪の側面がわだちの壁に当接し、わだちを乗り越えることが困難となる。

前記したように、後輪操舵制御装置を備えた車両がわだちを越えるように旋回をおこなうとき、低速走行のため後輪は前輪と逆位相に操舵される場合が多いことから、後車輪の進行方向はわだちの壁に沿うように操舵される。この結果、前輪はわだちを越える一方、後輪は側面がわだちの壁に当接し、車両全体としては大きなヨーモーメントが発生して、車両の挙動を不安定にさせるおそれがあった。

本発明は前記背景を鑑みてなされたもので、わだちを走行している車両が旋回を行う場合には、後輪を前輪と同位相に操舵させる車両の後輪操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、後輪操舵装置を備えた車両における後輪操舵制御装置である。本装置は、少なくとも前記現在位置近傍を含み、前記車両の走行に関わる道路情報が取得された、もしくは記憶された道路情報確認手段と、を備えている。そして、前記道路情報から、前記車両が軌条の溝を有する路面を走行すると判断されたとき、後輪を前輪の操舵方向と同相に操舵するように構成されている。

前記構成によれば、例えば、カーナビゲーション（以下「カーナビ」と略す）が取得した、もしくは記憶した情報や、通信回線（テレマティクス等）により周辺の他車から取得した情報等に基づき道路情報が判断される。車両が軌条の溝（わだち）を有する路面を走行すると判断されたときは、後輪は前輪と同位相方向に旋回操舵されるため、後車輪の側面がわだちの壁に当接して車両の挙動が不安定になるのを防止することができる。

前記構成に加えて、前記車両の運動状態量を検出する状態量検出手段を備え、検出された前記運動状態量に基づき、前記車両に外乱として加わるヨーモーメントを算出し、このヨーモーメントが所定以上となったとき、前記車両が軌条の溝を有する路面を走行している旨の道路情報が前記道路情報確認手段に送出されるように構成することができる。

カーナビやテレマティクス等からの道路確認情報だけでは路上のわだちの有無を判断することが難しい場合がある。前記構成によれば、旋回時の外乱となるヨーモーメントの大きさをわだちの有無の情報として通信等によって道路情報確認手段へ伝え、かかる情報を道路確認情報に加えることで、情報の信頼性を高めることができる。なお、ヨーモーメントは、前記したようにわだちを走行する車両が旋回するとき、前輪はわだちを越え、後輪は側面がわだちの壁に当接し、車両全体としては大きなヨーモーメントが発生することから、わだちを判断するための一観測量とすることができる。

前記構成において、前記軌条の溝を有する路面には、積雪がある道路が含まれ、また雨後もしくは雨中の未舗装の道路が含まれる。このようにカーナビが取得もしくは記憶すべき情報を明確にすることができる。

前記車両の周辺の環境状態を検出する環境状態検出手段を備え、検出された前記環境状態に基づいて前記路面の判断を行い、前記車両が軌条の溝を有する路面を走行している旨の道路情報が前記道路情報確認手段に送出されるように構成することができる。

カーナビやテレマティクス等からの道路確認情報だけでは路上のわだちの有無を判断することが難しい場合がある。前記構成によれば、例えば、車両が、車両挙動安定化制御システム（ＶＳＡ：Vehicle Stability Assist）、４輪アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）を備えている場合に、車輪の横滑りや空転の頻度を観測することでわだちを走行しているか否かを判断し、この情報を通信等による道路確認情報に加えることで、情報の信頼性を高めることができる。また、カメラによる道路状況に関する画像データの取得、ミリ波レーダや超音波による道路状況の取得を行い、これらの環境状態に基づき路面の判断を行い、車両が軌条の溝を有する路面を走行している旨の道路情報を道路情報確認手段に送出する構成としてもよい。

前記構成に加えて、前記道路情報確認手段は、手動で路面状況に応じた前記道路情報を選択できる切替装置を備えるように構成することができる。かかる構成によれば、乗員が道路を視認して、車両がわだちを走行することが分かる場合は、例えば切替スイッチ（切替装置）を「スノーモード」に切り替えることによって、かかる情報を確実に道路情報確認手段へ送出することができる。なお、かかる情報を優先的な情報として、本切替装置を切り替えることによって直接後輪が前輪と同位相で操舵されるように構成することもできる。

本発明によれば、わだちを走行している車両が旋回を行う場合には、後輪を前輪と同位相に操舵させる車両の後輪操舵制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる４輪自動車の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる制御装置要部の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる後輪操舵制御のフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかるテレマティクスの模式的な説明図である。

以下、本発明にかかる後輪操舵制御装置を車両に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１は実施形態に係る後輪操舵制御装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。車両Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ，３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、車両Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる後輪トー角制御装置１０とが備わっている。なお、アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは電動アクチュエータを適用することができる。

車両Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、前輪舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１５、横加速度センサ１６の他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。なお、舵角センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪３の操舵角が算出される。横加速度センサ１６は車両の左右方向に作用する加速度を検出する。ここで、これらのセンサおよび後記するトー角センサ等は、車両の挙動にかかる車両状態量を検出する状態量検出手段を構成している。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等や、アクチュエータ１１と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を行う。

各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出するトー角センサ１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ設置されている。トー角センサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力されることで、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させる。

このように構成された車両Ｖによれば、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば、車両Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。

図２は本実施形態における車両の制御装置要部の機能ブロック図である。本実施形態の後輪操舵制御装置は、ＥＣＵ１２によって実現できる。ＥＣＵ１２は、一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（ＣＰＵ）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

なお、図２では本実施形態にかかる要部を示しており、例えば、特許文献１に開示される、車両の左右後輪の指示トー角を設定する指示トー角設定手段と、前記車両の運動状態量を検出する状態量検出手段と、を備え、前記指示トー角と検出された実トー角との偏差に基づいて車両の左右後輪のトー角を変化させる後輪操舵制御装置の一般的な構成については説明を省略する場合がある。

図２を参照すると、ＥＣＵ１２の指示トー角設定部１２３は、例えば、入力インタフェース（図示せず）を介して、横加速度センサ１６や筒内圧センサ（図示せず）等から車両の運動状態量を取得し、エンジントルクの推定、トランスミッションのギヤ比等に基づいて左右後輪５Ｌ，５Ｒの駆動力の推定を行い、この後輪駆動力の推定結果と横加速度センサ１６の検出結果とから、指示トー角θＴＤを算出する。

通常、算出された指示トー角θＴＤは、車両が中高速で走行中に旋回するとき、後輪を前輪と同位相に操舵させるように設定され、車両の旋回安定性を向上させる。一方、車両が低速で走行中に旋回するとき、指示トー角θＴＤは、後輪を前輪と逆位相に操舵させるように設定され、車両の旋回性を向上させている。これらの制御は、前輪の操舵量等の状態量に応じて、予め設定され、ＥＣＵ１２のメモリに格納されたマップを用いて、指示トー角θＴＤを設定するように構成されている。したがって、指示トー角設定部１２３は、少なくとも中高速度用の同位相マップＭＡＰ１と、低速度用の逆位相マップＭＡＰ２の２種類のマップとを備え、車両の速度に応じてマップの切り替えを行っている。なお、図２では、左後輪５Ｌもしくは右後輪５Ｒの一方を代表として示しているため左右を表す添字Ｌ，Ｒは付していない。

算出された指示トー角θＴＤから、アクチュエータ１１に配設されたトー角センサ１７によって検知され、入力インタフェース（図示せず）を介して、ＥＣＵ１２に送出された実トー角θＴＲが減算されて偏差ｅが算出される。偏差ｅはＦＢ制御器１２４に入力され、ＦＢ制御器１２４はこの偏差を解消する向きにアクチュエータ１１を駆動するための駆動信号を出力インタフェース（図示せず）を介して発生する。これらが一般的な後輪操舵制御装置のＦＢ制御要部の構成となっている。

図２の左側を参照すると、カーナビ情報、外界センサ情報、ＶＳＡ，ＡＢＳの頻度情報等が道路情報確認部１２０に入力されている。カーナビ情報とは、カーナビによる位置、天候の情報であり、道路情報確認部１２０は、車両が走行している現在地の道路の積雪の有無等の可能性を判定する。さらに、現在地における積雪情報が天候の情報に含まれている場合には、その情報を基に積雪の有無の可能性を推定するように構成することもできる。

外界センサは、例えば、ミリ波レーダ、可視光や赤外線などの不可視光のカメラ等から構成され、検出された道路の路面の状況が道路情報確認部１２０へ送出され、わだちの有無等を判定する。ＶＳＡ，ＡＢＳの頻度情報とは、例えば、ＶＳＡ，ＡＢＳが所定時間内に何度作動したかを検出した結果とすることができる。ＶＳＡ，ＡＢＳは、車輪の横滑りや空転を抑制するために作動することから、頻度が高ければ、車両が雪道等の滑りやすい悪路を走行している可能性が高いからである。検出された結果は、道路情報確認部１２０へ送出される。

また、道路情報確認部１２０は、車両の運動状態量である車速や前輪操舵角、横加速度、実ヨーレイト等を取得し、旋回時の外乱となるヨーモーメントの大きさを算出する。ヨーモーメントは、わだちを走行する車両が旋回するとき、前輪はわだちを越え、後輪は側面がわだちの壁に当接し、車両全体としては大きなヨーモーメントが発生することから、わだちを判断するための一観測量とすることができるからである。道路情報確認部１２０は、算出した旋回時の外乱となるヨーモーメントによって、車両がわだちを走行している可能性を判定する。

さらに、道路情報確認部１２０は、切替スイッチ１２１からの信号を入力する。切替スイッチ１２１は、乗員が手動で路面状況に応じた道路情報を選択するためのものである。すなわち、乗員が道路を視認して、車両がわだちを走行することが分かる場合は、例えば切替スイッチ１２１を「スノーモード」に切り替えることによって、かかる情報を確実に道路情報確認部１２０へ送出することができる。なお、切替スイッチ１２１は乗員の意思によって操作されるものであり、前記した種々の情報と比べて信頼性が高い情報となる。したがって、道路情報確認部１２０は、切替スイッチ１２１が作動されたときには、他の情報に比べて優先順位が高い情報として取り扱う構成とすることもできる。

道路情報確認部１２０は、前記した種々の情報を取得して、車両がわだちを走行している可能性が高いとき、その旨の信号を後輪操舵マップ切替部１２２へ送出する。後輪操舵マップ切替部１２２は、該信号を入力すると、ＥＣＵ１２のメモリに格納された後輪を前輪と同位相に操舵する所定のマップを適用する旨の信号を指示トー角設定部１２３へ送出する。指示トー角設定部１２３は、該信号の指示に従い、同位相のマップを適用して指示トー角θＴＤを算出する。

次に、本実施形態におけるわだちの判定とマップの適用に関するプロセスの一実施例について図３を参照して説明する。これらのプロセスはＥＣＵ１２のメモリにプログラムとして格納することができ、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓを一周期とする）をもって繰り返し実行されるように構成することができる。図３を参照すると、道路情報確認部１２０は、カーナビ情報、外界センサ情報、ＶＳＡ，ＡＢＳの頻度情報等に基づき、車両がわだちを走行する可能性を判定する（ステップＳ１０１）。

車両がわだちを走行する可能性があると判定されたとき（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、道路情報確認部１２０は、車両の運動状態量である車速や前輪操舵角、横加速度、実ヨーレイト等を取得し、旋回時の外乱となるヨーモーメントＩｙを算出して、所定値Ｉｙ０と比較する。わだちが小さい場合には、外乱となる大きなヨーモーメントは発生せず、車両の挙動を不安定にさせるおそれは少ないからである。

算出されたヨーモーメントＩｙが所定値Ｉｙ０よりも大きい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、道路情報確認部１２０は、車両の走行に影響を及ぼすわだちを車両が走行している可能性が高い旨の信号を後輪操舵マップ切替部１２２へ送出する。後輪操舵マップ切替部１２２は、該信号を入力すると、ＥＣＵ１２のメモリに格納された後輪を前輪と同位相に操舵する所定のマップを適用する旨の信号を指示トー角設定部１２３へ送出して（ステップＳ１０３）、本プロセスを終了する。

算出されたヨーモーメントＩｙが所定値Ｉｙ０と同じか小さい場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、そのままプロセスを終了し、車両には通常の後輪操舵制御が実行される。なお、前記したように、道路情報確認部１２０は、切替スイッチ１２１が作動されたときには、図３に示したプロセスによらずに、優先的に後輪操舵マップ切替部１２２に車両がわだちを走行している旨の信号を送出し、後輪操舵マップ切替部１２２は所定のマップを適用する旨の信号を指示トー角設定部１２３へ送出するよう構成することもできる。

次に、図４を参照して、テレマティクスを利用した情報取得の一実施例を説明する。本実施例では、例えば、道路情報確認部１２０を備える一の車両Ｖ１がわだちを走行する旨の判定をしたとき、その状況（場所、速度、時刻、天候）を通信回線（テレマティクス等）によりセンターサーバＣＳに送信する。センターサーバＣＳは、前記した一の車両Ｖ１に加え、他の複数の車両Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４から送信されたデータ（矢印ＯＵＴ）に基づいてそれぞれの車両がどのような状況かを集計する。そして、一の車両Ｖ１もしくは他の車両Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のいずれかが、わだちを走行する可能性が高い場合、該車両にその旨の情報を送出することができる。このように、道路情報確認部１２０は、ネットワークを通じて、当該装置を備えた複数の車両によって取得された状況に応じて、該当する車両に必要とおもわれる道路情報を送出することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

Ｖ 自動車
１ 車体
３ 前輪
５ 後輪
１０ 後輪トー角制御装置
１１ アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１６ 横加速度センサ
１７ トー角センサ
１２０ 道路情報確認部
１２１ 切替スイッチ
１２２ 後輪操舵マップ切替部
１２３ 指示トー角設定部
１２４ ＦＢ制御器

Claims (6)

1. 後輪操舵装置を備えた車両における後輪操舵制御装置であって、
   少なくとも前記現在位置近傍を含み、前記車両の走行に関わる道路情報が取得された、もしくは記憶された道路情報確認手段と、を備え、
   前記道路情報から、前記車両が軌条の溝を有する路面を走行すると判断されたとき、後輪を前輪の操舵方向と同相に操舵することを特徴とする後輪操舵制御装置。
2. 前記車両の運動状態量を検出する状態量検出手段を備え、
   前記車両が旋回時に検出された前記運動状態量に基づき、前記車両に外乱として加わるヨーモーメントを算出し、このヨーモーメントが所定以上となったとき、前記車両が軌条の溝を有する路面を走行している旨の道路情報が前記道路情報確認手段に送出されることを特徴とする請求項１に記載の後輪操舵制御装置。
3. 前記軌条の溝を有する路面には、積雪がある道路が含まれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の後輪操舵制御装置。
4. 前記軌条の溝を有する路面には、雨後もしくは雨中の未舗装の道路が含まれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の後輪操舵制御装置。
5. 前記車両の周辺の環境状態を検出する環境状態検出手段を備え、
   検出された前記環境状態に基づいて前記路面の判断を行い、前記車両が軌条の溝を有する路面を走行している旨の道路情報が前記道路情報確認手段に送出されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の後輪操舵制御装置。
6. 前記道路情報確認手段は、手動で路面状況に応じた前記道路情報を選択できる切替装置を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の後輪操舵制御装置。

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