以下、本発明に係る車両の操舵力制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明に係る車両の操舵力制御装置の実施形態(以下、「本装置」とも呼ぶ)を搭載した車両の全体構成を示す図である。この車両は、四輪駆動車であり、左右前輪、左右後輪、及び、前輪と後輪の間にディフェレンシャルギア(前輪ディフェレンシャルギアFD、後輪ディフェレンシャルギアRD、及び、センタディフェレンシャルギアCD)を備えている。本発明は、前輪駆動車、或いは、後輪駆動車にも適応し得る。本装置では、制動制御手段BRCによる制動制御として、下り坂を走行する際(降坂時)の重力による加速を抑制して車速を維持する速度制御、即ち、ヒル・ディセント・コントロール(Hill Descent Control,HDC)、ダウンヒル・アシスト・コントロール(Downhill Assist Control,DAC)が実行される。
なお、各種記号等の末尾に付された添字[**]は、各種記号等が4輪のうちの何れかに関するものであるかを示す。「f」は前輪、「r」は後輪、「m」は車両進行方向に対して右側車輪、「h」は車両進行方向に対して左側車輪、「o」は旋回方向に対して外側車輪、「i」は旋回方向に対して内側車輪を示す。従って、「fh」は左前輪、「fm」は右前輪、「rh」は左後輪、「rm」は右後輪を示す。また、「fo」は旋回外側前輪、「fi」は旋回内側前輪、「ro」は旋回外側後輪、「ri」は旋回内側後輪を示す。
また、車両の旋回方向には右方向と左方向の場合がある。一般に、これらには正負の符号が付され、例えば、左方向が正符号で表され、右方向が負符号で表される。しかしながら、値の大小関係、或いは、値の増加・減少が説明される際、その符号が考慮されるとそれらの説明が非常に複雑となる。このため、以下の説明では、特に断りがない限り、値の大小関係、及び値の増加・減少は、絶対値の大小関係、及び絶対値の増加・減少を意味するものとする。また、所定値は正の値とする。
(構成)
図1に示すように、本装置は、操舵装置STRを備える。操舵装置STRでは、ステアリングホイールSWの回転運動がステアリングシャフト(ピニオンシャフト)を介して小歯車(ピニオン)PNに伝達される。そして、平板歯車(ラック)RKとピニオンPNとを組み合わせた機構(ラック&ピニオン機構)によって、ピニオンPNの回転運動がラックRKの直線運動に変換されて操向車輪(前輪)が操舵される。
本装置は、操舵力アクチュエータ(操舵力発生手段)TQを備える。操舵力アクチュエータTQは、電気モータ(図示せず)を動力源として、ステアリングホイールSWに作用する操舵力を調整する。操舵装置STRが、所謂電動パワーステアリング装置(電気モータの駆動力をステアリングホイールに伝達して操舵操作を補助する装置)を搭載する場合、電動パワーステアリング装置の電気モータが操舵力アクチュエータTQとして利用され得る。
本装置は、操舵トルクセンサ(操舵力取得手段)TSと、ステアリングホイール角センサSAと、前輪舵角センサFSとを備える。操舵トルクセンサTSにより、ステアリングホイールSWに作用する操舵力(操舵トルク)が検出される。ステアリングホイール角センサSAにより、ステアリングホイールSWの中立位置(車両の直進走行に対応する)からの回転角度θswが検出される。
前輪舵角センサFSにより、操向車輪(前輪)の操舵角δfaが検出される。具体的には、前輪操舵角δfaとして、ラックRK、或いは、ラックRKが備えられるロッド(ラックロッド)RRの中立位置(車両の直進走行に対応する)からの直線変位δfaが検出される。或いは、前輪操舵角δfaとして、ピニオンPN、或いは、ピニオンPNが備えられるシャフト(ピニオンシャフト)の中立位置(車両の直進走行に対応する)からの回転変位δfaが検出され得る。
ステアリングホイール角センサSA、及び、前輪舵角センサFSを総称して操舵角取得手段(操舵角センサ)SAAと称呼すると共に、ステアリングホイール回転角度θsw、及び、前輪操舵角δfaを総称して操舵角Saaと称呼する。例えば、ステアリングホイール角センサSAにより検出されたステアリングホイール回転角度θswをステアリングギア比(オーバオールステアリングギア比ともいう)で除することにより、操舵角Saaが演算される。
本装置は、実際の車輪速度Vwa[**]を検出する車輪速度センサWS[**]と、車両に作用する実際のヨーレイトYraを検出するヨーレイトセンサYRと、車体前後方向における前後加速度Gxaを検出する前後加速度センサGXと、車体横方向における横加速度Gyaを検出する横加速度センサGYと、車体の傾斜角Ksaを検出する傾斜角センサKSと、実際の制動力(制動トルク)(例えば、ホイールシリンダWC[**]の制動液圧)Pwa[**]を検出する実制動力センサ(例えば、ホイールシリンダ圧力センサ)PW[**]とを備えている。
また、本装置は、運転者の加速操作部材(例えば、アクセルペダル)APの操作量Asaを検出する加速操作量センサASと、運転者の制動操作部材(例えば、ブレーキペダル)BPの操作量Bsaを検出する制動操作量センサBSと、変速操作部材SFのシフト位置Hsaを検出するシフト位置センサHSと、運転者によって指示される指示車速Sjを入力する指示車速入力手段SJと、エンジンEGの回転速度Neaを検出するエンジン回転速度センサNEと、エンジンのスロットル弁の開度Tsaを検出するスロットル位置センサTSとを備えている。
また、本装置は、制動液圧を制御するブレーキアクチュエータBRKと、スロットル弁を制御するスロットルアクチュエータTHと、燃料の噴射を制御する燃料噴射アクチュエータFIと、変速を制御する自動変速機ATとを備えている。
加えて、本装置は、電子制御ユニットECUを備えている。電子制御ユニットECUは、相互に通信バスCBで接続された、複数の独立した電子制御ユニットECU(ECUb,ECUe,ECUa,ECUs)から構成されたマイクロコンピュータである。電子制御ユニットECUは、上述の各種アクチュエータ(BRK等)、及び上述の各種センサ(WS[**]等)と電気的に接続されている。電子制御ユニットECU内の各系の電子制御ユニット(ECUb等)は、専用の制御プログラムをそれぞれ実行する。各種センサの信号(センサ値)、及び、各電子制御ユニット(ECUb等)内で演算される信号(内部演算値)は、通信バスCBを介して共有される。
具体的には、ブレーキ系電子制御ユニットECUbは、車輪速度センサWS[**]、ヨーレイトセンサYR、横加速度センサGY等からの信号に基づいて、アンチスキッド制御(ABS制御)、トラクション制御(TCS制御)等のスリップ抑制制御(制・駆動力制御)を実行する。また、車輪速度センサWS[**]によって検出された各車輪の車輪速度Vwa[**]に基づいて、周知の方法によって、車両の速度Vxaを演算する。
エンジン系電子制御ユニットECUeは、加速操作量センサAS等からの信号に基づいて、スロットルアクチュエータTH、及び燃料噴射アクチュエータFIの制御を実行する。トランスミッション系電子制御ユニットECUaは、自動変速機ATの変速比の制御を実行する。ステアリング系電子制御ユニットECUsは、操舵力アクチュエータTQの制御(操舵力制御)を実行する。この操舵力制御については後に詳述する。
ブレーキアクチュエータBRKは、複数の電磁弁(液圧調整弁)、液圧ポンプ、電気モータ等を備えた周知の構成を有している。ブレーキ制御の非実行時では、ブレーキアクチュエータBRKは、運転者による制動操作部材BPの操作に応じた制動液圧を各車輪のホイールシリンダWC[**]にそれぞれ供給し、各車輪に対して制動操作部材(ブレーキペダル)BPの操作に応じた制動力をそれぞれ与える。
アンチスキッド制御(ABS制御)、トラクション制御(TCS制御)、或いは、車両のアンダステア、オーバステアを抑制する車両安定性制御(ESC制御)等のブレーキ制御の実行時には、ブレーキアクチュエータBRKは、ブレーキペダルBPの操作とは独立してホイールシリンダWC[**]内の制動液圧を車輪WH[**]毎に制御し、制動力を車輪毎に調整できる。
各車輪には、周知のホイールシリンダWC[**]、ブレーキキャリパBC[**]、ブレーキパッドPD[**]、及び、ブレーキロータRT[**]が備えられる。ブレーキキャリパBC[**]に設けられたホイールシリンダWC[**]に制動液圧が与えられることにより、ブレーキパッドPD[**]がブレーキロータRT[**]に押付けられ、その摩擦力によって制動力が与えられる。なお、制動力の制御は、制動液圧によるものに限らず、電気ブレーキ装置を利用して行うことも可能である。
スロットルアクチュエータTHは、電気モータ等を備えた周知の構成を有しており、スロットル弁TVを閉じられることによりエンジンEGの出力が低下し、スロットル弁TVが開けられることによりエンジンEGの出力が増大する。
(制動制御の第1実施例)
以下、図2を参照しながら、本装置の制動制御手段BRCによる制動制御の第1実施例としての速度制御(HDC、又はDAC)について説明する。この第1実施例では、制御対象として制動力(制動トルク)が採用されている。
先ず、実車速取得演算ブロックVXAにて、実車速(実際の車両速度)Vxaが取得される。例えば、車輪速度センサWS[**]により検出された実車輪速度Vwa[**]に基づいて実車速Vxaが演算される。
指示車速設定演算ブロックVXTにて、指示車速Vxtが設定される。指示車速Vxtは、運転者によって操作される指示車速入力手段(例えば、マニュアルスイッチ)SJの操作量(車速指示量)Sjに基づいて設定される。また、加速操作量センサASにより検出された加速操作部材(例えば、アクセルペダル)APの操作量Asaに基づいて指示車速Vxtが設定され得る。
比較手段HKXにて、VxaとVxtとが比較され、その比較結果(車速偏差)ΔVxが演算される。車速偏差ΔVxは、ΔVx=Vxa−Vxtなる式に従って演算される。
基準制動力演算ブロックPWSにて、偏差ΔVxに基づいて基準制動力Pws[**]が演算される。基準制動力Pws[**]は、車両が概ね直進状態(操舵角Saaが所定値sa1未満)の場合の制動力の目標値である。基準制動力Pws[**]は、偏差ΔVxが所定値vx1未満では「0」とされ、偏差ΔVxが所定値vx1以上では偏差ΔVxの増加に従って「0」から増加するように演算される。また、基準制動力Pws[**]は上限値pwmに制限され得る。
前後配分係数演算ブロックGHBにて、後述する下り勾配Kdwに基づいて(前後)配分係数Ghb[**]が演算される。配分係数Ghb[**]は、下り勾配Kdwを考慮して前後制動力配分を調整するための係数である。配分係数Ghb[**]=1が、平坦路(Kdw=0)に対応する。
前輪の配分係数Ghb[f*]は、特性Ckfにて示されるように、下り勾配Kdwが所定値ke1未満では「1」とされ、下り勾配Kdwが所定値ke1以上では下り勾配Kdwの増加に従って「1」から増加するように演算される。また、前輪配分係数Ghb[f*]は、上限値gh1(>1)に制限され得る。
後輪の配分係数Ghb[r*]は、特性Ckrにて示されるように、下り勾配Kdwが所定値ke1未満では「1」とされ、下り勾配Kdwが所定値ke1以上では下り勾配Kdwの増加に従って「1」から減少するように演算される。また、後輪配分係数Ghb[r*]は、下限値gh2(0≦gh2<1)に制限され得る。
調整手段CSAにて、基準制動力Pws[**]が配分係数Ghb[**]に基づいて調整され、制動力の前後配分が調整された基準制動力Pwr[**]が演算される。具体的には、基準制動力Pws[**]に配分係数Ghb[**]が乗算されることにより、調整後の基準制動力Pwr[**]が演算される。
前輪の基準制動力Pwr[f*]は、下り勾配Kdwが所定値ke1以上のとき、下り勾配Kwdが大きいほど相対的に大きい値に演算される。後輪の基準制動力Pwr[r*]は、下り勾配Kdwが所定値ke1以上のとき、下り勾配Kwdが大きいほど相対的に小さい値に演算される。即ち、下り勾配Kdwが大きいほど前輪側の制動力配分が増加し且つ後輪側の制動力配分が減少するように、基準制動力Pwr[**]が調整される。
操舵角取得演算ブロックSAAにて、操舵角Saa(ステアリングホイール角θsw、及び、前輪舵角δfaのうちの少なくとも1つ)が取得される。
旋回方向判定演算ブロックTRNにて、操舵角Saaに基づいて車両の旋回方向Trnが演算される。具体的には、旋回方向Trnは、操舵角Saaの符号に基づいて行われる。
旋回時調整量演算ブロックPDVにて、操舵角Saaに基づいて、旋回外側となる外輪、及び、旋回内側となる内輪の調整量Pvd[**]が演算される。外輪と内輪とは旋回方向Trnに基づいて判定される。調整量Pvd[**]は、車両が旋回する場合において基準制動力Pws[**]を調整するための調整量である。調整量Pvd[**]=0が車両の直線走行に対応する。
内輪の調整量Pvd[*i]は、特性Chdiにて示されるように、操舵角Saaが所定値sa1未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では操舵角Saaの増加に従って「0」から増加するように演算される。また、調整量Pvd[*i]は、上限値dp1に制限され得る。外輪の調整量Pvd[*o]は、特性Chdoにて示されるように、操舵角Saaが所定値sa1未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では操舵角Saaの増加に従って「0」から減少するように演算される。また、調整量Pvd[*o]は、下限値−dp2に制限され得る。
調整量Pvd[**]はステップ的に変化する特性に基づいて演算され得る。この場合、内輪の調整量Pvd[*i]は、特性Cjdiにて示されるように、操舵角Saaが未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では所定値dp1で一定に演算され、外輪の調整量Pvd[*o]は、特性Cjdoにて示されるように、操舵角Saaが未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では所定値−dp2で一定に演算され得る。
下り勾配取得演算ブロックKDWにて、下り勾配Kdwが取得される。具体的には、下り勾配Kdwは、傾斜角センサKSの検出結果(実傾斜角)Ksaに基づいて演算される。また、前後加速度センサGXの検出結果(実前後加速度)Gxaに基づいて演算され得る。
勾配係数演算ブロックGDWにて、下り勾配Kdwに基づいて勾配係数Gdwが演算される。勾配係数Gdwは、車両が走行する道路の下り勾配の程度に応じて調整量Pvd[**]を修正するための係数である。勾配係数Gdwは、特性Chgにて示されるように、下り勾配Kdwが所定値kd1未満では「0」とされ、下り勾配Kdwが所定値kd1以上、所定値kd2未満では下り勾配Kdwの増加に従って増加し、下り勾配Kdwが所定値kd2以上では「1」で一定に演算される。また、特性Cjgにて示されるように、下り勾配Kdwが所定値kd1未満でGdw=0、下り勾配Kdwが所定値kd1以上でGdw=1に演算され得る。
調整手段CSXにて、調整量Pvd[**]が勾配係数Gdwによって修正される。具体的には、修正後の調整量Pwd[**]が、調整量Pvd[**]に勾配係数Gdwが乗算されることにより演算される。これにより、下り勾配Kdwが大きいほど、調整量Pvd[*i]は相対的に大きい値に修正され、調整量Pvd[*o]は相対的に小さい値に調整される。一方、下り勾配Kdwが小さいほど、調整量Pvd[*i]は相対的に小さい値に修正され、調整量Pvd[*o]は相対的に大きい値に調整される。
調整手段CSYにて、前後配分調整後の基準制動力Pwr[**]がPwd[**]により調整される。具体的には、基準制動力(指示車速を達成するための制動力の目標値)Pwr[**]に調整量Pvd[**]が加算されて、最終的な目標制動力Pwt[**]が演算される。
これにより、下り勾配Kdwが所定値kd1以上、且つ、操舵角Saaが所定値sa1以上のときに、内輪の目標制動力Pwt[*i]は基準制動力Pwr[*i]以上に決定され、外輪の目標制動力Pwt[*o]は基準制動力Pwr[*o]以下に決定される。加えて、操舵角Saaが大きいほど、且つ、下り勾配Kdwが大きいほど、目標制動力Pwt[*i]と目標制動力Pwt[*o]との差が大きくなる。一方、操舵角Saaが小さいほど、且つ、下り勾配Kdwが小さいほど、目標制動力Pwt[*i]と目標制動力Pwt[*o]との差が小さくなる。
駆動手段DRVにて、目標制動力Pwt[**]に基づいて、ブレーキアクチュエータBRKの電気モータ/液圧ポンプ、及び、ソレノイドバルブが駆動され、ホイールシリンダWC[**]の制動液圧が調整される。実制動力センサPW[**]によって検出される実制動力Pwa[**]に基づいて、実制動力Pwa[**]が目標制動力Pwt[**]と一致するようにサーボ制御が実行される。以上のように、制動制御の第1実施例では、制御対象として制動力(制動トルク)が採用されて、速度制御(HDC、又はDAC)が達成される。
(制動制御の第1実施例としての速度制御の作用・効果)
次に、図3を参照しながら、制動制御の第1実施例としての速度制御(HDC、又はDAC)の作用・効果について説明する。図3では、下り勾配Kdwが所定値kd1以上の降坂路を車両が左方向に旋回する場合であって、且つ、操舵角Saaが所定値sa1以上の場合の例が示されている。
この場合、旋回外側車輪(左旋回の場合では右前輪及び右後輪のうちの少なくとも1つ)WH[*o]の制動力が基準制動力から減少される。これにより、外側車輪の制動力Fx[*o]が減少される。この外輪制動力の減少により、内外輪間で制動力差が生じ、車両にヨーモーメントYMが発生する。この結果、車両の旋回性能(回頭性、操舵追従性)が向上する。
また、旋回内側車輪(左旋回の場合では左前輪及び左後輪のうちの少なくとも1つ)WH[*i]の制動力が基準制動力から増加される。これにより、内側車輪の制動力Fx[*i]が増加される。この内輪制動力の増加により、内外輪間で制動力差が生じ、車両にヨーモーメントYMが発生する。この結果、車両の旋回性能(回頭性、操舵追従性)が向上する。
外輪制動力の減少、及び、内輪制動力の増加の何れか一方のみが行われてもよいが、上記第1実施例のように、両者が同時に行われることが好ましい。これにより、車両全体での前後力(制動力)の変化の発生が抑制され、車速が運転者の指示する車速(車速指示量Sj、或いは、加速操作量Asaに応じて設定される指示車速)に容易に維持され得る。
上述した降坂時且つ旋回時における制動力の基準制動力からの調整は、前輪側及び後輪側共に行われてもよいが、後輪側では行われず、操向車輪である前輪側のみで行われることが好ましい。この場合、前輪側での内外輪間の制動力差によりヨーモーメントが発生する。
降坂時では、接地荷重が減少している後輪に横滑りが発生し易い。従って、後輪の横力変動が発生すると、その横力変動に起因して後輪の横滑りが誘発されて車両の安定性が低下し易い。係る状況下、後輪側で制動力の調整が行われないことにより、後輪側の制動力の変化が抑制され、後輪の横力変動が抑制され得る。この結果、車両の安定性が確保され得る。
他方、前輪側では、内外輪の制動力差が付与される。従って、内外輪の制動力差が付与されない場合と比べて、制動力が小さい外側前輪の横力が大きく、制動力が大きい内側前輪の横力が小さくなる。他方、一般に、運転者が感じる操舵反力は、操向車輪である左右前輪の横力のうち大きい方の大きさに相関する。従って、内外輪の制動力差が付与されない場合と比べて、操舵反力が大きくなる。この結果、運転者が操舵の中立位置を把握し易くなり、操舵フィーリングが向上し得る。
また、上記第1実施例では、下り坂の勾配Kdwが大きいほど、制動力の調整量(絶対値)Pvd[**]が増大されて、内外輪間の制動力差が大きくされる。下り勾配が大きいほど(下り坂が急である程)、後輪の接地荷重が減少し、前輪の接地荷重が増大する。従って、後輪の制動負荷を高めると、後輪にロックが発生し易い。このため、車速を一定に維持するためには、前輪の制動負荷を高める必要がある。即ち、後輪の制動力が減少され、前輪の制動力が増加される必要がある。
ここで、前輪の制動負荷を高めると、前輪に発生し得る横力の最大値が減少する。このことに起因して、操舵追従性が低下する(車両が曲がり難くなる)。このような状況下、下り坂の勾配Kdwが大きいほど、内外輪間の制動力差が大きくされることにより、車両の旋回性能が確実に確保され得る。
以上、上記第1実施例に係る制動制御手段BRCは、
「車両が下り坂を走行する際に前記車両の運転者により指示される車速である指示車速を取得する指示車速取得手段と、
前記車両の実際の車速を取得する実車速取得手段と、
車両の各車輪に制動力を付与する制動手段と、
前記車両の操舵角を取得する操舵角取得手段と、
前記下り坂の勾配を取得する下り勾配取得手段と、
を備え、
前記実際の車速を前記指示車速に近づけるべく、前記下り坂の勾配が所定値以上、且つ、前記操舵角が所定値以上のとき、前記車両の旋回内側車輪の制動力である内輪制動力が前記車両の旋回外側車輪の制動力である外輪制動力より大きくなるように、前記制動手段により付与される前記各車輪の制動力を制御する。」
と記載することができる。
更には、上記第1実施例に係る制動制御手段BRCは、
「前記実際の車速と前記指示車速との比較結果に基づいて前記各車輪の基準制動力を演算する基準制動力演算手段を備え、
前記外輪制動力が対応する車輪の前記基準制動力より小さく、且つ、前記内輪制動力が対応する車輪の前記基準制動力より大きくなるように、前記各車輪の制動力を制御する。」
と記載することができる。
(制動制御の第2実施例)
次に、図4を参照しながら、本装置の「制動制御手段」による制動制御の第2実施例としての速度制御(HDC、又はDAC)について説明する。この第2実施例は、制御対象として車輪速度が採用されている点において、制御対象として制動力(制動トルク)が採用されている上記第1実施例と異なる。以下、図2と図4との間で相違する点について説明する。
前後係数演算ブロックGFRにて、下り勾配Kdwに基づいて前後係数Gfr[**]が演算される。前後係数Gfr[**]は、下り勾配Kdwを考慮して指示車速Vxtを各車輪の目標車輪速度Vws[**]に変換するための係数である。前後係数Gfr[**]=1が、平坦路(Kdw=0)に対応する。
前輪の前後係数Gfr[f*]は、特性Clfにて示されるように、下り勾配Kdwが所定値kf1未満では「1」とされ、下り勾配Kdwが所定値kf1以上では下り勾配Kdwの増加に従って「1」から減少するように演算される。また、前輪前後係数Gfr[f*]は、下限値gf2(0≦gf2<1)に制限され得る。
後輪の前後係数Gfr[r*]は、特性Clrにて示されるように、下り勾配Kdwが所定値kf1未満では「1」とされ、下り勾配Kdwが所定値kf1以上では下り勾配Kdwの増加に従って「1」から増加するように演算される。また、後輪前後係数Gfr[r*]は、上限値gh1(>1)に制限され得る。
調整手段CSBにて、指示車速Vxtが前後係数Gfr[**]に基づいて調整され、各車輪の目標車輪速度Vws[**]が演算される。具体的には、指示車速Vxtに前後係数Gfr[**]が乗算されることにより、目標車輪速度Vws[**]が演算される。
前輪の目標車輪速度Vws[**]は、下り勾配Kdwが所定値kf1以上のとき、下り勾配Kwdが大きいほど相対的に小さい値に演算される。後輪の目標車輪速度Vws[**]は、下り勾配Kdwが所定値kf1以上のとき、下り勾配Kwdが大きいほど相対的に大きい値に演算される。目標車輪速度の増加は車輪制動力の減少を引き起こし、目標車輪速度の減少は車輪制動力の増加を引き起こす。即ち、前後輪間で調整された目標車輪速度Vws[**]により、下り勾配Kdwが大きいほど前輪側の制動力配分が増加し且つ後輪側の制動力配分が減少するように、制動力が調整される。
旋回時調整量演算ブロックGVWにて、操舵角Saaに基づいて調整量Gvw[**]が演算される。調整量Gvw[**]は、操舵角Saaを考慮して、前後輪間で調整された目標車輪速度Vws[**]を各車輪の目標車輪速度Vwt[**]に変換するための調整量である。調整量Gvw[**]=0が車両の直線走行に対応する。
内輪の調整量Gvw[*i]は、特性Chviにて示されるように、操舵角Saaが所定値sa1未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では操舵角Saaの増加に従って「0」から減少するように演算される。また、調整量Gvw[*i]は、下限値−gv2に制限され得る。外輪の調整量Gvw[*o]は、特性Chvoにて示されるように、操舵角Saaが所定値sa1未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では操舵角Saaの増加に従って「0」から増加するように演算される。また、調整量Gvw[*o]は、上限値gv1に制限され得る。
調整量Gvw[**]はステップ的に変化する特性に基づいて演算され得る。この場合、内輪の調整量Gvw[*i]は、特性Cjviにて示されるように、操舵角Saaが所定値sa1未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では所定値−gv2で一定に演算され、外輪の調整量Gvw[*o]は、特性Cjvoにて示されるように、操舵角Saaが所定値sa1未満では「0」とされ、操舵角Saaが所定値sa1以上では所定値gv1で一定に演算され得る。
調整手段CSZにて、最終的な各車輪の目標車輪速度Vwt[**]が、前後輪間で調整された目標車輪速度Vws[**]を調整量Gvw[**]及び勾配係数Gdwによって修正することで演算される。具体的には、目標車輪速度Vwt[**]は、Vwt[**]=Vws[**]+Gdw・Gvw[**]なる式に従って演算される。
これにより、下り勾配Kdwが所定値kd1以上、且つ、操舵角Saaが所定値sa1以上のときに、内輪の目標車輪速度Vwt[*i]は前後輪間で調整された目標車輪速度Vws[*i]以下に決定され、外輪の目標車輪速度Vwt[*o]は目標車輪速度Vws[*o]以上に決定される。加えて、操舵角Saaが大きいほど、且つ、下り勾配Kdwが大きいほど、目標車輪速度Vwt[*o]と目標車輪速度Vwt[*i]との差が大きくなる。一方、操舵角Saaが小さいほど、且つ、下り勾配Kdwが小さいほど、目標車輪速度Vwt[*o]と目標車輪速度Vwt[*i]との差が小さくなる。
比較手段HKYにて、実車輪速度Vwa[**]と目標車輪速度Vwt[**]とが比較され、その比較結果ΔVw[**]が演算される。比較結果(車輪速度偏差)ΔVw[**]は、ΔVw[**]=Vwa[**]−Vwt[**]なる式に従って演算される。
目標制動力演算ブロックPWTにて、偏差ΔVw[**]に基づいて目標制動力Pwt[**]が演算される。目標制動力Pwt[**]は、目標制動力Pwt[**]は、偏差ΔVw[**]が所定値vw1未満では「0」とされ、偏差ΔVw[**]が所定値vw1以上では偏差ΔVw[**]の増加に従って「0」から増加するように演算される。また、目標制動力Pwt[**]は上限値pwnに制限され得る。
この目標制動力Pwt[**]が駆動手段DRVに供されて、実制動力Pwa[**]が目標制動力Pwt[**]と一致するようにサーボ制御が実行される。以上のように、制動制御の第2実施例では、制御対象として車輪速度が採用されて、速度制御(HDC、又はDAC)が達成される。
(制動制御の第2実施例としての速度制御の作用・効果)
次に、図5を参照しながら、制動制御の第2実施例としての速度制御(HDC、又はDAC)の作用・効果について説明する。図5では、図3と同様、下り勾配Kdwが所定値kd1以上の降坂路を車両が左方向に旋回する場合であって、且つ、操舵角Saaが所定値sa1以上の場合の例が示されている。
この場合、旋回外側車輪(左旋回の場合では右前輪及び右後輪のうちの少なくとも1つ)WH[*o]の目標車輪速度Vwt[*o]が目標車輪速度Vws[*o]から増加される。これにより、内外輪間で目標車輪速度Vwt[**]に差が生じ、この差がヨーレイトを発生させる。この結果、車両の旋回性能(回頭性、操舵追従性)が向上する。このとき、外輪の目標車輪速度Vwt[*o]の増加により、結果として、外輪の制動力は減少される。
また、旋回内側車輪(左旋回の場合では左前輪及び左後輪のうちの少なくとも1つ)WH[*i]の目標車輪速度Vwt[*i]が目標車輪速度Vws[*i]から減少される。これにより、内外輪間で目標車輪速度Vwt[**]に差が生じ、この差がヨーレイトを発生させる。この結果、車両の旋回性能(回頭性、操舵追従性)が向上する。このとき、内輪の目標車輪速度Vwt[*o]の減少により、結果として、内輪の制動力は増加される。
外輪目標車輪速度の増加、及び、内輪目標車輪速度の減少の何れか一方のみが行われてもよいが、上記第2実施例のように、両者が同時に行われることが好ましい。これにより、外輪制動力が減少され、内輪制動力が増加される。従って、車両全体での前後力(制動力)の変化の発生が抑制され、車速が運転者の指示する車速(車速指示量Sj、或いは、加速操作量Asaに応じて設定される指示車速)に容易に維持され得る。
上述した降坂時且つ旋回時における目標車輪速度の調整は、前輪側及び後輪側共に行われてもよいが、後輪側では行われず、操向車輪である前輪側のみで行われることが好ましい。目標車輪速度の調整は、結果として、制動力の変化を引き起こす。従って、上記第1実施例と同様、後輪の横力変動が抑制され得、車両の安定性が確保され得る。更には、操舵反力が大きくなり、操舵フィーリングが向上し得る。
また、第2実施例では、下り坂の勾配Kdwが大きいほど、内外輪間の目標車輪速度差が大きくされる。即ち、下り坂の勾配Kdwが大きいほど、内外輪間の制動力差が大きくされる。従って、上記第1実施例と同様、車両の旋回性能が確実に確保され得る。
以上、上記第2実施例に係る制動制御手段BRCは、
「車両が下り坂を走行する際に前記車両の運転者により指示される車速である指示車速を取得する指示車速取得手段と、
前記指示車速に基づいて前記車両の各車輪の目標車輪速度を決定する決定手段と、
前記各車輪の実際の車輪速度を取得する実車輪速度取得手段と、
前記各車輪に制動力を付与する制動手段と、
前記車両の操舵角を取得する操舵角取得手段と、
前記下り坂の勾配を取得する下り勾配取得手段と、
を備え、
前記実際の車輪速度を前記目標車輪速度に近づけるべく、前記制動手段により付与される前記各車輪の制動力を制御し、
前記決定手段は、
前記下り坂の勾配が所定値以上、且つ、前記操舵角が所定値以上のとき、前記車両の旋回内側車輪の目標車輪速度である内輪目標速度が前記車両の旋回外側車輪の目標車輪速度である外輪目標速度より小さくなるように、前記各車輪の目標車輪速度を決定する。」
と記載することができる。
更には、上記第2実施例に係る制動制御手段BRCは、
「前記決定手段は、
前記指示車速に基づいて前記各車輪の基準目標車輪速度を演算する基準目標車輪速度演算手段を備え、
前記外輪目標速度が対応する車輪の前記基準目標車輪速度より大きく、且つ、前記内輪目標速度が対応する車輪の前記基準目標車輪速度より小さくなるように、前記各車輪の目標車輪速度を決定する。」
と記載することができる。
(本装置による操舵力制御)
以下、図6を参照しながら、本装置の操舵制御手段STCによる操舵力制御について説明する。
左右の操向車輪にそれぞれ付与される制動力に左右差が発生している場合、車両のサスペンションのジオメトリ(特に、キングピンのオフセット)に応じて操向車輪のセルフアライニングトルクが変化し得る。本装置による操舵力制御の目的は、制動制御手段BRCによる制動制御によって操向車輪WH[f*]に付与される制動力に左右差が発生している場合における「操向車輪WH[f*]のセルフアライニングトルクの変化」を打ち消すことである。制動制御手段BRCによる制動制御としては、例えば、上述した制動制御の第1、第2実施例としての速度制御が想定され得る。
以下、「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」について述べる。キングピン(ステアリングホイールを操作した場合に、操向車輪が転舵される回転中心軸)のオフセット(スクラブ半径ともいう)とは、クルマを正面から見たときに、キングピン中心線が路面と交わる点からタイヤの接地中心までの距離である。この距離がゼロのものはセンターポイントステアリング(ゼロスクラブ)と称呼され、キングピン中心線がタイヤの接地中心より内側になるものがポジティブオフセット(ポジティブスクラブ)と称呼され、キングピン中心線がタイヤの接地中心より外側になるものがネガティブオフセット(ネガティブスクラブ)と称呼される。
特に、オフロード走行を目的とする四輪駆動車(所謂SUV)では、サスペンションストロークを十分に確保する必要があるため、操向車輪のキングピンのオフセット(スクラブ半径)がポジティブに設定される傾向が強い。
操向車輪にキングピンのオフセットが設定される場合(ゼロスクラブ以外の場合)において左右の操向車輪の制動力に左右差が発生している場合、制動力の左右差によって、左右のうち制動力の大きい側が発生させる操舵方向に、操舵力が発生する。
一般に、操向車輪のキングピンのオフセットがポジティブに設定される場合において左右の操向車輪の制動力に左右差が発生している場合、操向車輪に対して、左右のうち制動力の大きい側が発生させる方向であって、車両の旋回方向(ヨーイング方向)と同じ操舵方向に操舵力が発生する。従って、例えば、制動制御として上述した第1、第2実施例が実行されて車両が旋回している場合(内輪制動力>外輪制動力)、操向車輪に対して、操舵の中立位置(車両の直進走行に対応)から離れる向き(即ち、旋回を増大させる操舵方向であり、セルフアライニングトルクが減少する向き)に操舵力が発生する。
他方、操向車輪のキングピンのオフセットがネガティブに設定される場合において左右の操向車輪の制動力に左右差が発生している場合、操向車輪に対して、左右のうち制動力の大きい側が発生させる方向であって、車両の旋回方向(ヨーイング方向)とは逆の操舵方向に操舵力が発生する。従って、例えば、制動制御として上述した第1、第2実施例が実行されて車両が旋回している場合(内輪制動力>外輪制動力)、操向車輪に対して、操舵の中立位置に近づく向き(即ち、旋回を減少させる操舵方向であり、セルフアライニングトルクが増大する向き)に操舵力が発生する。
換言すれば、左右の操向車輪の制動力に左右差が発生している場合、車両のサスペンションのジオメトリに応じて操向車輪のセルフアライニングトルクが変化し得る。
先ず、制動制御手段BRCの制動力演算ブロックBQEにて、制動制御(第1、第2実施例)の目標制動力Pwt[**]、実制動力Pwa[**]、及び、ブレーキアクチュエータBRK内の電磁弁の動作状態のうちの少なくとも何れか1つに基づいて、車輪制動力Bq[**]が演算される。制動制御手段BRCの制動力左右差演算ブロックDBQにて、制動力演算ブロックBQEの演算結果(Bq[**])に基づいて、制動力左右差ΔBqが演算される。
調整操舵力演算ブロックSTQにて、操向車輪WH[f*]の制動力左右差ΔBqに基づいて調整操舵力Stqが演算される。制動力左右差ΔBqは、制動制御手段BRCの制動力左右差演算ブロックDBQにて、上述した制動力演算ブロックBQEの演算結果(Bq[**])に基づいて演算される。調整操舵力Stqとは、上述した制動力左右差に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」を打ち消すためにステアリングホイールSWに付与すべき操舵力(操舵トルク)の目標値である。
調整操舵力Stqは、操向車輪のキングピンのオフセットがポジティブに設定される場合、「左右のうち制動力の大きい側が発生させる操舵方向であって、車両の旋回方向とは逆の操舵方向」の操舵力に設定される。従って、例えば、制動制御として上述した第1、第2実施例が実行されて車両が旋回している場合(内輪制動力>外輪制動力)、調整操舵力Stqは、ステアリングホイールSWが中立位置に戻る向き(即ち、セルフアライニングトルクが増大する向き、セルフアライニングトルクの減少を打ち消す向き)の操舵力に設定される。
同様に、調整操舵力Stqは、操向車輪のキングピンのオフセットがネガティブに設定される場合、「左右のうち制動力の大きい側が発生させる操舵方向であって、車両の旋回方向と同じ操舵方向」の操舵力に設定される。従って、例えば、制動制御として上述した第1、第2実施例が実行されて車両が旋回している場合(内輪制動力>外輪制動力)、調整操舵力Stqは、ステアリングホイールSWが中立位置から離れる向き(即ち、セルフアライニングトルクが減少する向き、セルフアライニングトルクの増大を打ち消す向き)の操舵力に設定される。
調整操舵力Stqは、制動力左右差ΔBqの増加に従って増加するように演算される。これは、操向車輪の制動力左右差ΔBqが大きいほど、制動力左右差に起因する操向車輪のセルフアライニングトルクの変化量が大きいことに基づく。
電流制御演算ブロックISTでは、操舵力発生手段(操舵力アクチュエータ)TQの電気モータ駆動手段DRWに供給される電流値(電流指示値)Istが、調整操舵力Stqに基づいて演算される。電気モータ駆動手段DRWでは、この電流指示値Istに基づいての電気モータMに供給される電流が制御される。
これにより、調整操舵力Stqと等しい大きさ及び向きの操舵力(操舵トルク)がステアリングホイールSWに対して付与される。この結果、調整操舵力(目標値)Stqに相当する分の操舵力に基づいて上述した制動力左右差に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」が打ち消され得る。
加えて、操向車輪に制動力が付与されると、操向車輪に発生する横力(タイヤ横力)が減少し、操向車輪のセルフアライニングトルクが減少(不足)する。本装置による操舵力制御の他の目的は、制動制御手段BRCによる制動制御によって操向車輪WH[f*]に制動力が付与されている場合における「操向車輪WH[f*]のセルフアライニングトルクの不足」を補償することである。制動制御手段BRCによる制動制御としては、例えば、上述した制動制御の第1、第2実施例としての速度制御が想定され得る。
補償操舵力演算ブロックSATにて、操舵角Saa、及び、車輪制動力Bq[**]に基づいて補償操舵力(補償操舵トルク)Satが演算される。車輪制動力Bq[**]は、制動制御手段BRCの制動力演算ブロックBQEにて、制動制御(第1、第2実施例)の目標制動力Pwt[**]、実制動力Pwa[**]、及び、ブレーキアクチュエータBRK内の電磁弁の動作状態のうちの少なくとも何れか1つに基づいて演算される。
補償操舵力Satとは、上述した制動力の付与に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの不足」を補償するためにステアリングホイールSWに付与すべき操舵力(操舵トルク)の目標値である。補償操舵力Satは、ステアリングホイールSWが中立位置に戻る向き(即ち、セルフアライニングトルクが増大する向き、セルフアライニングトルクの不足が補償される向き)の操舵力に設定される。
補償操舵力Satは、車輪の制動力(制動トルク)Bq[**]に基づいて演算される制動指標(操向車輪に付与される制動力Bq[f*]の大きさを表す指標)Bqidxの増加に従って増加するように演算される。これは、操向車輪に付与される制動力Bq[f*]が大きいほど、制動力の付与に起因する操向車輪の横力の減少量(従って、操向車輪のセルフアライニングトルクの減少量)が大きいことに基づく。なお、制動指標Bqidxとして、車輪制動力Bq[**]に基づいて、Bq[f*]の平均値Bqav、Bq[f*]の和Bqsm、或いは、Bq[f*]のうちで大きい方の値Bqmxが用いられ得る。また、Bqav、Bqsm、及び、Bqmxのうちの少なくとも1つに基づいて制動指標Bqidxが演算され得る。
更には、補償操舵力Satは、操舵角Saaの増加に従って増加するように演算される。これは、操向車輪の舵角が大きいほど、制動力の付与に起因する操向車輪の横力の減少量(従って、操向車輪のセルフアライニングトルクの減少量)が大きいことに基づく。
補償操舵力演算ブロックSATでは、操向車輪に付与される制動力Bq[f*]の大きさを表す制動指標Bqidxに基づいて補償操舵力Satが演算されるが、これに代えて、各操向車輪WH[f*]について補償操舵力Sat[f*]を演算し、最終的な補償操舵力Satが演算され得る。各操向車輪の補償操舵力Sat[f*]は、上記と同様に、制動力Bq[f*]の増加に従って増加し、操舵角Saaの増加に従って増加するように演算される。そして、補助操舵力Satは、操向車輪の一方の制動力(例えば、Bq[fm])と操舵角Saaとに基づいて得られる補償操舵力Sat[fm]と、操向車輪の他方の制動力(例えば、Bq[fh])と操舵角Saaとに基づいて得られる補償操舵力Sat[fh]に基づいて(例えば、これらの平均値に)演算され得る。
また、補償操舵力演算ブロックSATでは、車輪制動力Bq[**]に代えて、制動制御手段BRCによる制動制御が実行されているか否かの信号(制動制御手段BRCの実行フラグFbrc)に基づいて補償操舵力Satが演算され得る。具体的には、実行フラグFbrcが制動制御の実行を表すとき(例えば、Fbrc=1)には、Fbrcが制動制御の非実行を表すとき(例えば、Fbrc=0)と比べて補償操舵力Satが大きい値に演算される。例えば、Fbrcが制動制御の非実行を表すときには補償操舵力Satが「0(操舵力の補償が行われない)」と演算され、Fbrcが制動制御の実行を表すときには補償操舵力Satが予め設定された所定値に演算され、操舵力の補償が行われる。
補償操舵力(目標値)Satは調整操舵力(目標値)Stqに加算され、最終的な目標操舵力(目標値)Stuが演算される。これにより、調整操舵力Stqが補償操舵力Satによって補償される。
電流制御演算ブロックISTでは、操舵力発生手段(操舵力アクチュエータ)TQの電気モータ駆動手段DRWに供給される電流値(電流指示値)Istが、補償操舵力Satによって補償された目標操舵力Stuに基づいて演算される。電気モータ駆動手段DRWでは、この電流指示値Istに基づいての電気モータMに供給される電流が制御される。
これにより、補償操舵力Satによって補償された目標操舵力Stuと等しい大きさ及び向きの操舵力(操舵トルク)がステアリングホイールSWに対して付与される。この結果、調整操舵力(目標値)Stqに相当する分の操舵力に基づいて上述した制動力左右差に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」が打ち消され得るとともに、補償操舵力(目標値)Satに相当する分の操舵力に基づいて上述した制動力の付与に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの不足」が補償され、操向車輪のセルフアライニングトルクの大きさが適正値(操向車輪に制動力が付与されていない状態での値)に維持され得る。
ところで、制動制御手段BRCによる制動制御によって操向車輪WH[f*]に制動力が付与されている場合における「操向車輪WH[f*]のセルフアライニングトルクの不足」の補償は、補償操舵力演算ブロックSATを設けることなく、調整操舵力演算ブロックSTQにて調整操舵力(目標値)Stqを車輪制動力Bq[**]に基づいて決定することで行われ得る。
先ず、図7を参照しながら、キングピンのオフセットがポジティブに設定される場合の調整操舵力演算ブロックSTQによる「操向車輪のセルフアライニングトルクの不足」の補償について説明する。
調整操舵力Stqは、操向車輪WH[f*]の制動力左右差ΔBq、及び、制動力指標Bqidxに基づいて演算される。調整操舵力Stqは、演算マップに応じて、制動力左右差ΔBqの増加に従って増加するとともに、制動力指標Bqidxの増加に従って増加するように演算され得る。なお、調整操舵力Stqの付与方向は、ステアリングホイール(操舵操作部材)が直進走行に対応する中立位置に戻る方向である。
調整操舵力Stqの演算マップでは、制動力左右差ΔBqに対する基準特性Choが設定されており、調整操舵力Stqは制動力指標Bqidxの増加に従って特性Choから増加するように設定されている。ここで、特性Choは、左右操向車輪のうちの一方側車輪には制動力が付与されているが他方側車輪には制動力が付与されていない場合の「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」を打ち消す操舵力(操舵トルク)を表す特性である。なお、基準特性Choは操舵の中心位置に向かう方向の特性である。
操向車輪に付与される制動力の左右差に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」を打ち消すための操舵トルク特性Choは、Cho=Gs・Kp1・ΔBqと表され得る。ここで、Gsはキングピン周りのトルクをステアリングホイール周りの操舵トルクに変換する係数であり、Kp1はキングピンのオフセット量(予め設定された所定値)である。そして、調整操舵力Stqは、制動力指標Bqidx(操向車輪に付与される制動力Bq[f*]の大きさを表す指標であり、Bq[f*]の平均値Bqav、Bq[f*]の和Bqsm、及び、Bq[f*]のうちの少なくとも1つに基づいて演算される値)の増加に応じて、特性Choから増加されることによって、操向車輪への制動力付与による横力低下に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの不足」が補償され得る。
キングピンのオフセットがポジティブの場合には、制動力左右差の増加に従って操舵の中心位置から離れる方向にセルフアライニングトルクの変化が生じるが、これを抑制するために、調整操舵力Stqは制動力左右差ΔBqに応じて操舵の中心位置に向かう方向に加えられる。また、制動力の増加に従ってセルフアライニングトルクの不足量が増大するが、これを補償するために、調整操舵力Stqは制動力指標Bqidxの増加に従って大きくなるように決定される。
次に、図8を参照しながら、キングピンのオフセットがネガティブに設定される場合の調整操舵力演算ブロックSTQによる「操向車輪のセルフアライニングトルクの不足」の補償について説明する。
調整操舵力Stqは、操向車輪WH[f*]の制動力左右差ΔBq、及び、制動力指標Bqidxに基づいて演算される。調整操舵力Stqは、演算マップに応じて、制動力左右差ΔBqの増加に従って増加するとともに、制動力指標Bqidxの増加に従って減少するように演算され得る。なお、調整操舵力Stqの付与方向は、ステアリングホイール(操舵操作部材)が直進走行に対応する中立位置から離れる方向である。
調整操舵力Stqの演算マップでは、制動力左右差ΔBqに対する基準特性Chpが設定されており、調整操舵力Stqは制動力指標Bqidxの増加に従って特性Chpから減少するように設定されている。ここで、特性Chpは、左右操向車輪のうちの一方側車輪には制動力が付与されているが他方側車輪には制動力が付与されていない場合の「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」を打ち消す操舵力(操舵トルク)を表す特性である。なお、基準特性Chpは操舵のエンド位置(操舵角が最大となる位置)に向かう方向の特性である。
操向車輪に付与される制動力の左右差に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの変化」を打ち消すための操舵トルク特性Chpは、Chp=Gt・Kp2・ΔBqと表され得る。ここで、Gtはキングピン周りのトルクをステアリングホイール周りの操舵トルクに変換する係数であり、Kp2はキングピンのオフセット量(予め設定された所定値)である。そして、調整操舵力Stqは、制動力指標Bqidx(操向車輪に付与される制動力Bq[f*]の大きさを表す指標であり、Bq[f*]の平均値Bqav、Bq[f*]の和Bqsm、及び、Bq[f*]のうちの少なくとも1つに基づいて演算される値)の増加に応じて、特性Chpから減少されることによって、操向車輪への制動力付与による横力低下に起因する「操向車輪のセルフアライニングトルクの不足」が補償され得る。
キングピンのオフセットがネガティブの場合には、制動力左右差の増加に従って操舵の中心位置に向かう方向にセルフアライニングトルクの変化が生じるが、これを抑制するために、調整操舵力Stqは制動力左右差ΔBqに応じて操舵の中心位置から離れる方向に加えられる。また、制動力の増加に従ってセルフアライニングトルクの不足量が増大するが、これを補償するために、調整操舵力Stqは制動力指標Bqidxの増加に従って小さくなるように決定される。