JP3547806B2 - 車両操舵特性制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、各々がタイヤからなる左右前輪および左右後輪の四つの車輪を持つ車両の操舵特性を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述した車両の操舵特性を、運転者に好ましくなるように制御する方法としては従来、前輪のみならず後輪をも操舵する四輪操舵による方法が知られており、この方法では、ステアリング操作による前輪の操舵時に後輪をアクチュエータ等で前輪と同相あるいは逆相に適宜操舵することで、ステアリング操作に対しアンダーステア特性を与えて安定性を高めたりオーバーステア特性を与えて応答性を高めたりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の制御方法は、車輪として用いられているタイヤの、路面を捉えるグリップ能力のうちの安定領域のみを使用することを前提としており、それゆえオーバースピードや過度のステアリング操作等によってタイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまうと、車両の操舵特性を制御できなくなって車両がスピンやドリフトアウトに至るという不都合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を有利に解決した制御方法を提供することを目的とするものであり、この発明の車両操舵特性制御方法は、
制御対象とする車両の左右前輪および左右後輪に用いる各タイヤの、スリップ角、キャンバ角および荷重の実用範囲におけるコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクのデータを準備するとともに、
前記車両の各車輪の、初期荷重、初期キャンバ角、および初期トウ角のデータと、その車両の、重心点での横加速度に対する車体ロール角、車体ロール角に対する前後輪の左右荷重移動量、車体ロール角に対するキャンバ角変化量、および車体ロール角に対するトウ角変化量のデータと、その車両の、前後輪のステアコンプライアンス、キャスタトレール、ステアリング操作に基づき前輪を操舵する操舵機構のオーバオールギヤ比、およびホイールベースのデータとを準備し、
前記タイヤおよび車両のデータに基づいて求めた、前記車両の横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係をキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した状態で表す関数と、前記車両の車速および横加速度に対する好ましいステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数とから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めておき、
また前記車両に、その走行中の車速および横加速度を計測するセンサと、前記操舵機構による操舵角に前記舵角補正量を加えて前輪の舵角とする舵角補正手段とを設けておき、
前記車両の走行中、前記センサが計測して出力する車速と横加速度とのデータから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を用いてその計測時点での舵角補正量を求め、前記舵角補正手段によって前記操舵機構による操舵角に前記求めた舵角補正量を加えて前輪の舵角とすることを特徴とするものである。
【０００５】
そしてこの発明の方法においては、前記車速および横加速度に対する前輪の切り増し舵角を表す関数を求めるに際し、
前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、
この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、
前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めるようにしても良い。
【０００６】
【作用】
かかるこの発明の車両操舵特性制御方法によれば、車両のデータのみならずタイヤのデータにも基づいて求めた、車両の横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角（前輪スリップ角から後輪スリップ角を引いた値であり、幾何学的にはホイールベースを旋回半径で割った値を前輪の舵角から引いた値に等しい）の関係をキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した状態で表す関数と、車両の車速および横加速度に対する好ましいステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数とから、車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めておき、また車両に、その走行中の車速および横加速度を計測するセンサと、前記操舵機構による操舵角に前記舵角補正量を加えて前輪の舵角とする舵角補正手段とを設けておいて、前記車両の走行中、前記センサが計測して出力する車速と横加速度とのデータから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を用いて、その計測時点での舵角補正量を求め、前記舵角補正手段によって、前記操舵機構による操舵角に前記求めた舵角補正量を加えて前輪の舵角とするので、タイヤのデータを生かした高い精度の舵角制御を行うことができ、それゆえ、オーバースピードや過度のステアリング操作等によって各車輪として装着された各タイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまった場合でも、タイヤのグリップ能力を生かしきって、車両をスピンやドリフトアウトに至らせず、運転者が好ましいステアリング操作角での操舵を維持し得るように操舵特性を制御することができる。
【０００７】
なお、この方法において前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めるに際し、前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めるようにすれば、前記タイヤのデータを生かすととともに横加速度によるキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正して、前輪の舵角補正量を表す関数を求めることができるので、高い精度の舵角制御を可能にすることができる。
【０００８】
【実施例】
以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は、この発明の車両操舵特性制御方法の一実施例の実施に用いる装置を示す構成図であり、この装置は、図２（ａ）に示す如き、左右前輪１，２および左右後輪３，４を有する、図２（ｂ）に示す如き、車両としての自動車５の左右前輪１，２の舵角を制御して、その自動車５の操舵特性を制御するもので、図１（ａ）に示すように、通常のマイクロコンピュータからなるプロセッサ６と、自動車５の重心点での横加速度ＡＣ を測定してその横加速度ＡＣ を示す信号を上記プロセッサ６に入力する横加速度センサ７と、自動車５の車速Ｖを測定してその車速Ｖを示す信号を上記プロセッサ６に入力する車速センサ８と、上記プロセッサ６が出力する舵角補正量Δδを示す信号に基づいてそれ自体伸縮する舵角補正手段としての位置サーボ９とを具えている。
【０００９】
ここで、上記位置サーボ９は、図１（ｂ）に示すように、上記自動車５の左右前輪１，２を直接操舵するタイロッド１０と、運転者によるステアリングホイール１１の操作に基づきそのタイロッド１０を駆動して左右前輪１，２を操舵するラック・ピニオン式の操舵機構１２の、タイロッド１０に平行に配置されたラック１２ａ との間を連結し、その位置サーボ９自体が上記舵角補正量Δδ分伸縮することで、タイロッド１０とラック１２ａ との相対位置をそれらの延在方向へ上記舵角補正量Δδ分ずらして、上記左右前輪１，２を、それらの舵角が操舵機構１２による操舵角に上記舵角補正量Δδを加えた舵角になるように操舵する。
【００１０】
しかしてこの実施例の車両操舵特性制御方法では、あらかじめ左右前輪１，２および左右後輪３，４に用いる各タイヤの、スリップ角α、キャンバ角γ（図２（ｂ）に示すように車両正面から見て時計方向を正とする）および荷重Ｗの実用範囲におけるコーナリングフォースＣｆ のデータ；Ｃｆ ＝ｆ（α，γ，Ｗ） およびセルフアライニングトルクＳａｔのデータ；Ｓａｔ＝ｇ（α，γ，Ｗ） を準備する。なお、この実施例では互いに実質的に同一のタイヤを用いて、タイヤ一本分のデータで代表させるが、左右タイヤの非対称性や、前後タイヤの非同一性等を考慮して、互いに異なるタイヤについてそれぞれのデータを準備しても良い。
【００１１】
またここでは、上記自動車５の左右前輪１，２および左右後輪３，４の初期荷重Ｗ０１，Ｗ０２，Ｗ０３，Ｗ０４、初期キャンバ角γ０１，γ０２，γ０３，γ０４および初期トウ角α０１，α０２，α０３，α０４のデータと、上記自動車５の重心点での横加速度Ａｃ に対する車体ロール角Ｒｏｌｌ 、その車体ロール角に対する前後輪の左右荷重移動量ΔＷｆ ，ΔＷｒ 、上記車体ロール角に対するキャンバ角変化量Δγ０ｆ，Δγ０ｒおよび上記車体ロール角に対するトウ角変化量Δα０ｆ，Δα０ｒのデータとを準備して、下記の関係式
【数１】
Ｒｏｌｌ ＝Ｃｒｏｌｌ×Ａｃ
ΔＷｆ ＝Ｔｆ ×Ｒｏｌｌ ；ΔＷｒ ＝Ｔｒ ×Ｒｏｌｌ
Δα０ｆ＝Ｒｓａｆ ×Ｒｏｌｌ ；Δα０ｒ＝Ｒｓａｒ ×Ｒｏｌｌ
Δγ０ｆ＝Ｒｃａｆ ×Ｒｏｌｌ ；Δγ０ｒ＝Ｒｃａｒ ×Ｒｏｌｌ
の各係数を定めておく。
【００１２】
さらにここでは、上記自動車５の左右前輪１，２および左右後輪３，４のステアコンプライアンスＳｃｆ，Ｓｃｒ、キャスタトレールｅ、上記操舵機構１２のオーバオールギヤ比ＲｓｔおよびホイールベースＬのデータを準備する。
【００１３】
そしてこの実施例の車両操舵特性制御方法では、上記車輪１〜４用のタイヤおよび上記自動車５のデータに基づいて、あらかじめ、ある横加速度の設定値Ａｃｉにつき、その設定値Ａｃｉの横加速度が重心点に与えられた場合の上記自動車５の車体ロール角Ｒｏｌｌｉ、各車輪の荷重Ｗ１ｉ，Ｗ２ｉ，Ｗ３ｉ，Ｗ４ｉ、各車輪のキャンバ角γ１ｉ，γ２ｉ，γ３ｉ，γ４ｉおよび各車輪のトウ角α１ｉ，α２ｉ，α３ｉ，α４ｉを、上記の関係式を用いて以下のように求める。
【数２】
Ｗ１ｉ＝Ｗ０１＋ΔＷｆｉ ；Ｗ２ｉ＝Ｗ０２−ΔＷｆｉ
Ｗ３ｉ＝Ｗ０３＋ΔＷｒｉ ；Ｗ４ｉ＝Ｗ０４−ΔＷｒｉ
γ１ｉ＝γ０１＋Δγ０ｆｉ ；γ２ｉ＝γ０２−Δγ０ｆｉ
γ３ｉ＝γ０３＋Δγ０ｒｉ ；γ４ｉ＝γ０４−Δγ０ｒｉ
α１ｉ＝α０１＋Δα０ｆｉ ；α２ｉ＝α０２−Δα０ｆｉ
α３ｉ＝α０３＋Δα０ｒｉ ；α４ｉ＝α０４−Δα０ｒｉ
【００１４】
次いでここでは、上記自動車５の各車輪１〜４として装着された各タイヤについて、求めた荷重Ｗ１ｉ，Ｗ２ｉ，Ｗ３ｉ，Ｗ４ｉおよびキャンバ角γ１ｉ，γ２ｉ，γ３ｉ，γ４ｉの状態で、求めたトウ角α１ｉ，α２ｉ，α３ｉ，α４ｉを中心としてスリップ角αを与えた場合のコーナリングフォースＣｆ およびセルフアライニングトルクＳａｔをそのスリップ角αの関数として以下のように求める。
【数３】
Ｃｆ１ｉ ＝ｆ（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ） ；Ｓａｔ１ｉ＝ｇ（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ）
Ｃｆ２ｉ ＝ｆ（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ） ；Ｓａｔ２ｉ＝ｇ（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ）
Ｃｆ３ｉ ＝ｆ（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ） ；Ｓａｔ３ｉ＝ｇ（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ）
Ｃｆ４ｉ ＝ｆ（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ） ；Ｓａｔ４ｉ＝ｇ（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ）
【００１５】
次いでここでは、上記各車輪１〜４として装着された各タイヤについて、求めたコーナリングフォースＣｆ およびセルフアライニングトルクＳａｔの関数と上記ステアコンプライアンスＳｃｆ，Ｓｃｒおよびキャスタトレールｅのデータとから、図３に示すように、そのステアコンプライアンスによってタイヤが捩じられてその角度が変化する分Δαｃ ；ｆ（α） ＝ ｆ’（α＋Δαｃ ） を補正した等価コーナリングフォースＣｅｆ１ｉ，Ｃｅｆ２ｉ，Ｃｅｆ３ｉ，Ｃｅｆ４ｉを、前記スリップ角αの関数として求める。
【数４】
Ｃｆ１ｉ ＝ｆ（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ） →Ｃｅｆ１ｉ＝ ｆ’（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ）
Ｃｆ２ｉ ＝ｆ（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ） →Ｃｅｆ２ｉ＝ ｆ’（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ）
Ｃｆ３ｉ ＝ｆ（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ） →Ｃｅｆ３ｉ＝ ｆ’（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ）
Ｃｆ４ｉ ＝ｆ（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ） →Ｃｅｆ４ｉ＝ ｆ’（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ）
【００１６】
すなわち、タイヤ単独では図３中実線で示すコーナリングフォースＣｆ とスリップ角αとの関係になるのに対し、実際に上記自動車５にタイヤが装着された場合には、前輪および後輪のステアコンプライアンスＳｃｆ，Ｓｃｒによりタイヤが捩じられる角度Δαｃｆ，Δαｃｒ分を補正した、図３中破線で示す等価コーナリングフォースＣｅｆとスリップ角αとの関係になり、それらの捩じられる角度Δαｃｆ，Δαｃｒは、次式、
【数５】
Δαｃｆ＝Ｓｃｆ｛Ｓａｔ１ｉ＋Ｓａｔ２ｉ＋ｅ（ Ｃｆ１ｉ ＋Ｃｆ２ｉ ） ｝
Δαｃｒ＝Ｓｃｒ｛Ｓａｔ３ｉ＋Ｓａｔ４ｉ＋ｅ（ Ｃｆ３ｉ ＋Ｃｆ４ｉ ） ｝
で求められる。
【００１７】
次いでここでは、上記自動車５の左右前輪１，２に加わる荷重の合計値Ｗ０１＋Ｗ０２に前記横加速度Ａｃｉを乗じた値Ａｃｉ （Ｗ０１＋Ｗ０２） が、それら左右前輪１，２の上記等価コーナリングフォースの和Ｃｅｆ１ｉ＋Ｃｅｆ２ｉに等しくなる時、すなわち、
【数６】
Ａｃｉ （Ｗ０１＋Ｗ０２） ＝Ｃｅｆ１ｉ＋Ｃｅｆ２ｉ
となる時の、それら前輪１，２のスリップ角αｆｉを求めるとともに、上記自動車５の左右後輪３，４に加わる荷重の合計値Ｗ０３＋Ｗ０４に前記横加速度Ａｃｉを乗じた値Ａｃｉ （Ｗ０３＋Ｗ０４） が、それら左右後輪３，４の上記等価コーナリングフォースの和Ｃｅｆ３ｉ＋Ｃｅｆ４ｉに等しくなる時、すなわち、
【数７】
Ａｃｉ （Ｗ０３＋Ｗ０４） ＝Ｃｅｆ３ｉ＋Ｃｅｆ４ｉ
となる時の、それら後輪３，４のスリップ角αｒｉを求める。
【００１８】
そしてここでは、上記求めた前輪１，２のスリップ角αｆｉからその求めた後輪３，４のスリップ角αｒｉを引くことにより、前記横加速度Ａｃｉに対応する必要切り増し舵角δｉ を求める（δｉ ＝αｆｉ−αｒｉ）。
【００１９】
かかる演算を、この実施例では、例えば上記プロセッサ６とは別の通常のコンピュータを用いて、ｉ＝１，２，３・・・として前記横加速度の設定値Ａｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）を種々変更しつつ繰り返し行って、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、上記自動車５の種々の横加速度Ａｃ に対する前輪１，２の必要切り増し舵角δの関係を表す関数δ＝δ （Ａｃ ） を求めておく。
【００２０】
この一方、この実施例では、上記自動車５の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角θ’ として、上記自動車５の車速Ｖと横加速度Ａｃ との関数θ’ ＝θ’（Ｖ，Ａｃ ） の形で与え、その目標ステアリング操作角θ’ から、前記オーバオールギヤ比ＲｓｔおよびホイールベースＬのデータを用いて、上記車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する、その目標ステアリング操作角θ’ における前記操舵機構１２での操舵角θ’ ／Ｒｓｔによる切り増し舵角δ０ の関係を表す関数δ０ ＝δ０ （Ｖ，Ａｃ ） を求めておく。なお、自動車５が半径Ｒの旋回円上で旋回しているときは、横加速度Ａｃ ＝ （車速Ｖ）２／旋回半径Ｒであり、また自動車５の前後方向軸線に対する前輪１，２の進行方向のなす角θはθ≒ ｔａｎθ＝Ｌ／Ｒで求められるので、θ≒Ｌ／Ｒ＝Ａｃ ・Ｌ／Ｖ２ である。従って上記切り増し舵角δ０ （Ｖ，Ａｃ ） は、以下の式で求められる。
【数８】
【００２１】
そしてここでは、前記必要切り増し舵角の関数δ （Ａｃ ） から前記操舵機構による切り増し舵角の関数δ０ （Ｖ，Ａｃ ）を引いて、前記車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する前輪１，２の舵角補正量Δδ（Ｖ，Ａｃ ）を表す以下の関数、
【数９】
Δδ（Ｖ，Ａｃ ）＝δ （Ａｃ ） −δ０ （Ｖ，Ａｃ ）
を求めておく。
【００２２】
しかる後、この実施例の方法では、前輪１，２の舵角補正量Δδ（Ｖ，Ａｃ ）を表す上記関数を先のプロセッサ６に与えておき、これによりそのプロセッサ６は、上記自動車５の走行中、上記センサ７，８が計測して出力する横加速度Ａｃ と車速Ｖとのデータから、前輪の舵角補正量Δδ（Ｖ，Ａｃ ）を表す上記関数を用いて実質的にその計測時点での舵角補正量Δδを演算で求め、それを先の位置サーボ９に出力し、その位置サーボ９は、それ自体が上記舵角補正量Δδ分伸縮することで、先に述べたようにして上記左右前輪１，２を、それらの舵角が操舵機構１２による操舵角に上記舵角補正量Δδを加えた舵角になるように操舵する。なお、上記舵角補正量Δδは、切り増し舵角同士の差の演算によって求められているので、それを上記のように操舵機構１２による操舵角に加えることで、前記必要切り増し舵角を実現する前輪１，２の舵角を得ることができる。
【００２３】
従ってこの実施例の方法によれば、タイヤのデータを生かした高い精度の舵角制御を行うことができ、それゆえ、オーバースピードや過度のステアリング操作等によって各車輪１〜４として装着された各タイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまった場合でも、タイヤのグリップ能力を生かしきって、自動車５をスピンやドリフトアウトに至らせず、運転者が好ましいステアリング操作角θ’での操舵を維持し得るように操舵特性を制御することができる。
【００２４】
しかもこの実施例の方法によれば、上述のように、車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する前輪１，２の舵角補正量Δδを表す関数を求めるに際し、横加速度の設定値を種々に変更しつつ演算を繰り返し行って、自動車５の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数δ （Ａｃ ） を求め、この一方、自動車５の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角θ’ として車速Ｖおよび横加速度Ａｃ の関数の形で与え、その目標ステアリング操作角θ’ からオーバオールギヤ比ＲｓｔおよびホイールベースＬのデータを用いて、車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する、その目標ステアリング操作角θ’ での操舵機構１２による切り増し舵角の関係を表す関数δ０ （Ｖ，Ａｃ ）を求め、上記必要切り増し舵角の関数からその操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて前記舵角補正量Δδを求める演算式を求めているので、タイヤのデータを生かすととともに横加速度によるキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正して前輪の舵角補正量Δδを表す関数を求めることができ、それゆえ高い精度の舵角制御を可能にすることができる。
【００２５】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、上記実施例では、舵角補正量Δδを求める演算式を容易に与え得るとともに容易に変更し得るようにプロセッサ６を用いたが、このプロセッサ６に代えて上記演算式の演算を実行するアナログ式あるいはデジタル式の専用演算回路を用いても良く、このようにすれば演算時間をさらに短縮し得て、舵角制御の応答性をさらに高めることができる。また上記実施例では、舵角補正量Δδを求める演算式を別のコンピュータを用いて求めたが、上記プロセッサ６の演算能力が十分高ければ、そのプロセッサ６自体で求めるようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
かくしてこの発明の車両操舵特性制御方法によれば、タイヤのデータを生かした高い精度の舵角制御を行うことができ、それゆえ、オーバースピードや過度のステアリング操作等によって各車輪として装着された各タイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまった場合でも、タイヤのグリップ能力を生かしきって、車両をスピンやドリフトアウトに至らせず、運転者が好ましいステアリング操作角での操舵を維持し得るように操舵特性を制御することができる。
【００２７】
なお、この方法において前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めるに際し、前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めるようにすれば、前記タイヤのデータを生かすととともに横加速度によるキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正して、前輪の舵角補正量を表す関数を求めることができるので、高い精度の舵角制御を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の車両操舵特性制御方法の一実施例の実施に用いる装置を示す構成図である。
【図２】前記装置が舵角制御を行う自動車の車輪の位置関係を示す説明図である。
【図３】タイヤのスリップ角とコーナリングフォースとの関係およびスリップ角と等価コーナリングフォースとの関係を示す関係線図である。
【符号の説明】
１ 左前輪
２ 右前輪
３ 左後輪
４ 右後輪
５ 自動車
６ プロセッサ
７ 横加速度センサ
８ 車速センサ
９ 位置サーボ
１０ タイロッド
１１ ステアリングホイール
１２ 操舵機構
１２ａ ラック
Ｖ 車速
Ａｃ 横加速度
Δδ 舵角補正量
δ０ 操舵機構による切り増し舵角の関数
δ 前輪の必要切り増し舵角の関数
【産業上の利用分野】
この発明は、各々がタイヤからなる左右前輪および左右後輪の四つの車輪を持つ車両の操舵特性を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述した車両の操舵特性を、運転者に好ましくなるように制御する方法としては従来、前輪のみならず後輪をも操舵する四輪操舵による方法が知られており、この方法では、ステアリング操作による前輪の操舵時に後輪をアクチュエータ等で前輪と同相あるいは逆相に適宜操舵することで、ステアリング操作に対しアンダーステア特性を与えて安定性を高めたりオーバーステア特性を与えて応答性を高めたりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の制御方法は、車輪として用いられているタイヤの、路面を捉えるグリップ能力のうちの安定領域のみを使用することを前提としており、それゆえオーバースピードや過度のステアリング操作等によってタイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまうと、車両の操舵特性を制御できなくなって車両がスピンやドリフトアウトに至るという不都合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を有利に解決した制御方法を提供することを目的とするものであり、この発明の車両操舵特性制御方法は、
制御対象とする車両の左右前輪および左右後輪に用いる各タイヤの、スリップ角、キャンバ角および荷重の実用範囲におけるコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクのデータを準備するとともに、
前記車両の各車輪の、初期荷重、初期キャンバ角、および初期トウ角のデータと、その車両の、重心点での横加速度に対する車体ロール角、車体ロール角に対する前後輪の左右荷重移動量、車体ロール角に対するキャンバ角変化量、および車体ロール角に対するトウ角変化量のデータと、その車両の、前後輪のステアコンプライアンス、キャスタトレール、ステアリング操作に基づき前輪を操舵する操舵機構のオーバオールギヤ比、およびホイールベースのデータとを準備し、
前記タイヤおよび車両のデータに基づいて求めた、前記車両の横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係をキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した状態で表す関数と、前記車両の車速および横加速度に対する好ましいステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数とから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めておき、
また前記車両に、その走行中の車速および横加速度を計測するセンサと、前記操舵機構による操舵角に前記舵角補正量を加えて前輪の舵角とする舵角補正手段とを設けておき、
前記車両の走行中、前記センサが計測して出力する車速と横加速度とのデータから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を用いてその計測時点での舵角補正量を求め、前記舵角補正手段によって前記操舵機構による操舵角に前記求めた舵角補正量を加えて前輪の舵角とすることを特徴とするものである。
【０００５】
そしてこの発明の方法においては、前記車速および横加速度に対する前輪の切り増し舵角を表す関数を求めるに際し、
前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、
この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、
前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めるようにしても良い。
【０００６】
【作用】
かかるこの発明の車両操舵特性制御方法によれば、車両のデータのみならずタイヤのデータにも基づいて求めた、車両の横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角（前輪スリップ角から後輪スリップ角を引いた値であり、幾何学的にはホイールベースを旋回半径で割った値を前輪の舵角から引いた値に等しい）の関係をキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した状態で表す関数と、車両の車速および横加速度に対する好ましいステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数とから、車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めておき、また車両に、その走行中の車速および横加速度を計測するセンサと、前記操舵機構による操舵角に前記舵角補正量を加えて前輪の舵角とする舵角補正手段とを設けておいて、前記車両の走行中、前記センサが計測して出力する車速と横加速度とのデータから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を用いて、その計測時点での舵角補正量を求め、前記舵角補正手段によって、前記操舵機構による操舵角に前記求めた舵角補正量を加えて前輪の舵角とするので、タイヤのデータを生かした高い精度の舵角制御を行うことができ、それゆえ、オーバースピードや過度のステアリング操作等によって各車輪として装着された各タイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまった場合でも、タイヤのグリップ能力を生かしきって、車両をスピンやドリフトアウトに至らせず、運転者が好ましいステアリング操作角での操舵を維持し得るように操舵特性を制御することができる。
【０００７】
なお、この方法において前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めるに際し、前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めるようにすれば、前記タイヤのデータを生かすととともに横加速度によるキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正して、前輪の舵角補正量を表す関数を求めることができるので、高い精度の舵角制御を可能にすることができる。
【０００８】
【実施例】
以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は、この発明の車両操舵特性制御方法の一実施例の実施に用いる装置を示す構成図であり、この装置は、図２（ａ）に示す如き、左右前輪１，２および左右後輪３，４を有する、図２（ｂ）に示す如き、車両としての自動車５の左右前輪１，２の舵角を制御して、その自動車５の操舵特性を制御するもので、図１（ａ）に示すように、通常のマイクロコンピュータからなるプロセッサ６と、自動車５の重心点での横加速度ＡＣ を測定してその横加速度ＡＣ を示す信号を上記プロセッサ６に入力する横加速度センサ７と、自動車５の車速Ｖを測定してその車速Ｖを示す信号を上記プロセッサ６に入力する車速センサ８と、上記プロセッサ６が出力する舵角補正量Δδを示す信号に基づいてそれ自体伸縮する舵角補正手段としての位置サーボ９とを具えている。
【０００９】
ここで、上記位置サーボ９は、図１（ｂ）に示すように、上記自動車５の左右前輪１，２を直接操舵するタイロッド１０と、運転者によるステアリングホイール１１の操作に基づきそのタイロッド１０を駆動して左右前輪１，２を操舵するラック・ピニオン式の操舵機構１２の、タイロッド１０に平行に配置されたラック１２ａ との間を連結し、その位置サーボ９自体が上記舵角補正量Δδ分伸縮することで、タイロッド１０とラック１２ａ との相対位置をそれらの延在方向へ上記舵角補正量Δδ分ずらして、上記左右前輪１，２を、それらの舵角が操舵機構１２による操舵角に上記舵角補正量Δδを加えた舵角になるように操舵する。
【００１０】
しかしてこの実施例の車両操舵特性制御方法では、あらかじめ左右前輪１，２および左右後輪３，４に用いる各タイヤの、スリップ角α、キャンバ角γ（図２（ｂ）に示すように車両正面から見て時計方向を正とする）および荷重Ｗの実用範囲におけるコーナリングフォースＣｆ のデータ；Ｃｆ ＝ｆ（α，γ，Ｗ） およびセルフアライニングトルクＳａｔのデータ；Ｓａｔ＝ｇ（α，γ，Ｗ） を準備する。なお、この実施例では互いに実質的に同一のタイヤを用いて、タイヤ一本分のデータで代表させるが、左右タイヤの非対称性や、前後タイヤの非同一性等を考慮して、互いに異なるタイヤについてそれぞれのデータを準備しても良い。
【００１１】
またここでは、上記自動車５の左右前輪１，２および左右後輪３，４の初期荷重Ｗ０１，Ｗ０２，Ｗ０３，Ｗ０４、初期キャンバ角γ０１，γ０２，γ０３，γ０４および初期トウ角α０１，α０２，α０３，α０４のデータと、上記自動車５の重心点での横加速度Ａｃ に対する車体ロール角Ｒｏｌｌ 、その車体ロール角に対する前後輪の左右荷重移動量ΔＷｆ ，ΔＷｒ 、上記車体ロール角に対するキャンバ角変化量Δγ０ｆ，Δγ０ｒおよび上記車体ロール角に対するトウ角変化量Δα０ｆ，Δα０ｒのデータとを準備して、下記の関係式
【数１】
Ｒｏｌｌ ＝Ｃｒｏｌｌ×Ａｃ
ΔＷｆ ＝Ｔｆ ×Ｒｏｌｌ ；ΔＷｒ ＝Ｔｒ ×Ｒｏｌｌ
Δα０ｆ＝Ｒｓａｆ ×Ｒｏｌｌ ；Δα０ｒ＝Ｒｓａｒ ×Ｒｏｌｌ
Δγ０ｆ＝Ｒｃａｆ ×Ｒｏｌｌ ；Δγ０ｒ＝Ｒｃａｒ ×Ｒｏｌｌ
の各係数を定めておく。
【００１２】
さらにここでは、上記自動車５の左右前輪１，２および左右後輪３，４のステアコンプライアンスＳｃｆ，Ｓｃｒ、キャスタトレールｅ、上記操舵機構１２のオーバオールギヤ比ＲｓｔおよびホイールベースＬのデータを準備する。
【００１３】
そしてこの実施例の車両操舵特性制御方法では、上記車輪１〜４用のタイヤおよび上記自動車５のデータに基づいて、あらかじめ、ある横加速度の設定値Ａｃｉにつき、その設定値Ａｃｉの横加速度が重心点に与えられた場合の上記自動車５の車体ロール角Ｒｏｌｌｉ、各車輪の荷重Ｗ１ｉ，Ｗ２ｉ，Ｗ３ｉ，Ｗ４ｉ、各車輪のキャンバ角γ１ｉ，γ２ｉ，γ３ｉ，γ４ｉおよび各車輪のトウ角α１ｉ，α２ｉ，α３ｉ，α４ｉを、上記の関係式を用いて以下のように求める。
【数２】
Ｗ１ｉ＝Ｗ０１＋ΔＷｆｉ ；Ｗ２ｉ＝Ｗ０２−ΔＷｆｉ
Ｗ３ｉ＝Ｗ０３＋ΔＷｒｉ ；Ｗ４ｉ＝Ｗ０４−ΔＷｒｉ
γ１ｉ＝γ０１＋Δγ０ｆｉ ；γ２ｉ＝γ０２−Δγ０ｆｉ
γ３ｉ＝γ０３＋Δγ０ｒｉ ；γ４ｉ＝γ０４−Δγ０ｒｉ
α１ｉ＝α０１＋Δα０ｆｉ ；α２ｉ＝α０２−Δα０ｆｉ
α３ｉ＝α０３＋Δα０ｒｉ ；α４ｉ＝α０４−Δα０ｒｉ
【００１４】
次いでここでは、上記自動車５の各車輪１〜４として装着された各タイヤについて、求めた荷重Ｗ１ｉ，Ｗ２ｉ，Ｗ３ｉ，Ｗ４ｉおよびキャンバ角γ１ｉ，γ２ｉ，γ３ｉ，γ４ｉの状態で、求めたトウ角α１ｉ，α２ｉ，α３ｉ，α４ｉを中心としてスリップ角αを与えた場合のコーナリングフォースＣｆ およびセルフアライニングトルクＳａｔをそのスリップ角αの関数として以下のように求める。
【数３】
Ｃｆ１ｉ ＝ｆ（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ） ；Ｓａｔ１ｉ＝ｇ（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ）
Ｃｆ２ｉ ＝ｆ（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ） ；Ｓａｔ２ｉ＝ｇ（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ）
Ｃｆ３ｉ ＝ｆ（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ） ；Ｓａｔ３ｉ＝ｇ（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ）
Ｃｆ４ｉ ＝ｆ（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ） ；Ｓａｔ４ｉ＝ｇ（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ）
【００１５】
次いでここでは、上記各車輪１〜４として装着された各タイヤについて、求めたコーナリングフォースＣｆ およびセルフアライニングトルクＳａｔの関数と上記ステアコンプライアンスＳｃｆ，Ｓｃｒおよびキャスタトレールｅのデータとから、図３に示すように、そのステアコンプライアンスによってタイヤが捩じられてその角度が変化する分Δαｃ ；ｆ（α） ＝ ｆ’（α＋Δαｃ ） を補正した等価コーナリングフォースＣｅｆ１ｉ，Ｃｅｆ２ｉ，Ｃｅｆ３ｉ，Ｃｅｆ４ｉを、前記スリップ角αの関数として求める。
【数４】
Ｃｆ１ｉ ＝ｆ（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ） →Ｃｅｆ１ｉ＝ ｆ’（α１ｉ＋α，γ１ｉ，Ｗ１ｉ）
Ｃｆ２ｉ ＝ｆ（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ） →Ｃｅｆ２ｉ＝ ｆ’（α２ｉ＋α，γ２ｉ，Ｗ２ｉ）
Ｃｆ３ｉ ＝ｆ（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ） →Ｃｅｆ３ｉ＝ ｆ’（α３ｉ＋α，γ３ｉ，Ｗ３ｉ）
Ｃｆ４ｉ ＝ｆ（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ） →Ｃｅｆ４ｉ＝ ｆ’（α４ｉ＋α，γ４ｉ，Ｗ４ｉ）
【００１６】
すなわち、タイヤ単独では図３中実線で示すコーナリングフォースＣｆ とスリップ角αとの関係になるのに対し、実際に上記自動車５にタイヤが装着された場合には、前輪および後輪のステアコンプライアンスＳｃｆ，Ｓｃｒによりタイヤが捩じられる角度Δαｃｆ，Δαｃｒ分を補正した、図３中破線で示す等価コーナリングフォースＣｅｆとスリップ角αとの関係になり、それらの捩じられる角度Δαｃｆ，Δαｃｒは、次式、
【数５】
Δαｃｆ＝Ｓｃｆ｛Ｓａｔ１ｉ＋Ｓａｔ２ｉ＋ｅ（ Ｃｆ１ｉ ＋Ｃｆ２ｉ ） ｝
Δαｃｒ＝Ｓｃｒ｛Ｓａｔ３ｉ＋Ｓａｔ４ｉ＋ｅ（ Ｃｆ３ｉ ＋Ｃｆ４ｉ ） ｝
で求められる。
【００１７】
次いでここでは、上記自動車５の左右前輪１，２に加わる荷重の合計値Ｗ０１＋Ｗ０２に前記横加速度Ａｃｉを乗じた値Ａｃｉ （Ｗ０１＋Ｗ０２） が、それら左右前輪１，２の上記等価コーナリングフォースの和Ｃｅｆ１ｉ＋Ｃｅｆ２ｉに等しくなる時、すなわち、
【数６】
Ａｃｉ （Ｗ０１＋Ｗ０２） ＝Ｃｅｆ１ｉ＋Ｃｅｆ２ｉ
となる時の、それら前輪１，２のスリップ角αｆｉを求めるとともに、上記自動車５の左右後輪３，４に加わる荷重の合計値Ｗ０３＋Ｗ０４に前記横加速度Ａｃｉを乗じた値Ａｃｉ （Ｗ０３＋Ｗ０４） が、それら左右後輪３，４の上記等価コーナリングフォースの和Ｃｅｆ３ｉ＋Ｃｅｆ４ｉに等しくなる時、すなわち、
【数７】
Ａｃｉ （Ｗ０３＋Ｗ０４） ＝Ｃｅｆ３ｉ＋Ｃｅｆ４ｉ
となる時の、それら後輪３，４のスリップ角αｒｉを求める。
【００１８】
そしてここでは、上記求めた前輪１，２のスリップ角αｆｉからその求めた後輪３，４のスリップ角αｒｉを引くことにより、前記横加速度Ａｃｉに対応する必要切り増し舵角δｉ を求める（δｉ ＝αｆｉ−αｒｉ）。
【００１９】
かかる演算を、この実施例では、例えば上記プロセッサ６とは別の通常のコンピュータを用いて、ｉ＝１，２，３・・・として前記横加速度の設定値Ａｃｉ（ｉ＝１，２，３・・・）を種々変更しつつ繰り返し行って、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、上記自動車５の種々の横加速度Ａｃ に対する前輪１，２の必要切り増し舵角δの関係を表す関数δ＝δ （Ａｃ ） を求めておく。
【００２０】
この一方、この実施例では、上記自動車５の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角θ’ として、上記自動車５の車速Ｖと横加速度Ａｃ との関数θ’ ＝θ’（Ｖ，Ａｃ ） の形で与え、その目標ステアリング操作角θ’ から、前記オーバオールギヤ比ＲｓｔおよびホイールベースＬのデータを用いて、上記車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する、その目標ステアリング操作角θ’ における前記操舵機構１２での操舵角θ’ ／Ｒｓｔによる切り増し舵角δ０ の関係を表す関数δ０ ＝δ０ （Ｖ，Ａｃ ） を求めておく。なお、自動車５が半径Ｒの旋回円上で旋回しているときは、横加速度Ａｃ ＝ （車速Ｖ）２／旋回半径Ｒであり、また自動車５の前後方向軸線に対する前輪１，２の進行方向のなす角θはθ≒ ｔａｎθ＝Ｌ／Ｒで求められるので、θ≒Ｌ／Ｒ＝Ａｃ ・Ｌ／Ｖ２ である。従って上記切り増し舵角δ０ （Ｖ，Ａｃ ） は、以下の式で求められる。
【数８】
そしてここでは、前記必要切り増し舵角の関数δ （Ａｃ ） から前記操舵機構による切り増し舵角の関数δ０ （Ｖ，Ａｃ ）を引いて、前記車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する前輪１，２の舵角補正量Δδ（Ｖ，Ａｃ ）を表す以下の関数、
【数９】
Δδ（Ｖ，Ａｃ ）＝δ （Ａｃ ） −δ０ （Ｖ，Ａｃ ）
を求めておく。
【００２２】
しかる後、この実施例の方法では、前輪１，２の舵角補正量Δδ（Ｖ，Ａｃ ）を表す上記関数を先のプロセッサ６に与えておき、これによりそのプロセッサ６は、上記自動車５の走行中、上記センサ７，８が計測して出力する横加速度Ａｃ と車速Ｖとのデータから、前輪の舵角補正量Δδ（Ｖ，Ａｃ ）を表す上記関数を用いて実質的にその計測時点での舵角補正量Δδを演算で求め、それを先の位置サーボ９に出力し、その位置サーボ９は、それ自体が上記舵角補正量Δδ分伸縮することで、先に述べたようにして上記左右前輪１，２を、それらの舵角が操舵機構１２による操舵角に上記舵角補正量Δδを加えた舵角になるように操舵する。なお、上記舵角補正量Δδは、切り増し舵角同士の差の演算によって求められているので、それを上記のように操舵機構１２による操舵角に加えることで、前記必要切り増し舵角を実現する前輪１，２の舵角を得ることができる。
【００２３】
従ってこの実施例の方法によれば、タイヤのデータを生かした高い精度の舵角制御を行うことができ、それゆえ、オーバースピードや過度のステアリング操作等によって各車輪１〜４として装着された各タイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまった場合でも、タイヤのグリップ能力を生かしきって、自動車５をスピンやドリフトアウトに至らせず、運転者が好ましいステアリング操作角θ’での操舵を維持し得るように操舵特性を制御することができる。
【００２４】
しかもこの実施例の方法によれば、上述のように、車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する前輪１，２の舵角補正量Δδを表す関数を求めるに際し、横加速度の設定値を種々に変更しつつ演算を繰り返し行って、自動車５の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数δ （Ａｃ ） を求め、この一方、自動車５の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角θ’ として車速Ｖおよび横加速度Ａｃ の関数の形で与え、その目標ステアリング操作角θ’ からオーバオールギヤ比ＲｓｔおよびホイールベースＬのデータを用いて、車速Ｖおよび横加速度Ａｃ に対する、その目標ステアリング操作角θ’ での操舵機構１２による切り増し舵角の関係を表す関数δ０ （Ｖ，Ａｃ ）を求め、上記必要切り増し舵角の関数からその操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて前記舵角補正量Δδを求める演算式を求めているので、タイヤのデータを生かすととともに横加速度によるキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正して前輪の舵角補正量Δδを表す関数を求めることができ、それゆえ高い精度の舵角制御を可能にすることができる。
【００２５】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、上記実施例では、舵角補正量Δδを求める演算式を容易に与え得るとともに容易に変更し得るようにプロセッサ６を用いたが、このプロセッサ６に代えて上記演算式の演算を実行するアナログ式あるいはデジタル式の専用演算回路を用いても良く、このようにすれば演算時間をさらに短縮し得て、舵角制御の応答性をさらに高めることができる。また上記実施例では、舵角補正量Δδを求める演算式を別のコンピュータを用いて求めたが、上記プロセッサ６の演算能力が十分高ければ、そのプロセッサ６自体で求めるようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
かくしてこの発明の車両操舵特性制御方法によれば、タイヤのデータを生かした高い精度の舵角制御を行うことができ、それゆえ、オーバースピードや過度のステアリング操作等によって各車輪として装着された各タイヤがそのグリップ能力のうちの不安定領域に入ってしまった場合でも、タイヤのグリップ能力を生かしきって、車両をスピンやドリフトアウトに至らせず、運転者が好ましいステアリング操作角での操舵を維持し得るように操舵特性を制御することができる。
【００２７】
なお、この方法において前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めるに際し、前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めるようにすれば、前記タイヤのデータを生かすととともに横加速度によるキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正して、前輪の舵角補正量を表す関数を求めることができるので、高い精度の舵角制御を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の車両操舵特性制御方法の一実施例の実施に用いる装置を示す構成図である。
【図２】前記装置が舵角制御を行う自動車の車輪の位置関係を示す説明図である。
【図３】タイヤのスリップ角とコーナリングフォースとの関係およびスリップ角と等価コーナリングフォースとの関係を示す関係線図である。
【符号の説明】
１ 左前輪
２ 右前輪
３ 左後輪
４ 右後輪
５ 自動車
６ プロセッサ
７ 横加速度センサ
８ 車速センサ
９ 位置サーボ
１０ タイロッド
１１ ステアリングホイール
１２ 操舵機構
１２ａ ラック
Ｖ 車速
Ａｃ 横加速度
Δδ 舵角補正量
δ０ 操舵機構による切り増し舵角の関数
δ 前輪の必要切り増し舵角の関数
Claims (2)
- 制御対象とする車両の左右前輪および左右後輪に用いる各タイヤの、スリップ角、キャンバ角および荷重の実用範囲におけるコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクのデータを準備するとともに、
前記車両の各車輪の、初期荷重、初期キャンバ角、および初期トウ角のデータと、その車両の、重心点での横加速度に対する車体ロール角、車体ロール角に対する前後輪の左右荷重移動量、車体ロール角に対するキャンバ角変化量、および車体ロール角に対するトウ角変化量のデータと、その車両の、前後輪のステアコンプライアンス、キャスタトレール、ステアリング操作に基づき前輪を操舵する操舵機構のオーバオールギヤ比、およびホイールベースのデータとを準備し、
前記タイヤおよび車両のデータに基づいて求めた、前記車両の横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係をキャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した状態で表す関数と、前記車両の車速および横加速度に対する好ましいステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数とから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めておき、
また前記車両に、その走行中の車速および横加速度を計測するセンサと、前記操舵機構による操舵角に前記舵角補正量を加えて前輪の舵角とする舵角補正手段とを設けておき、
前記車両の走行中、前記センサが計測して出力する車速と横加速度とのデータから、前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を用いてその計測時点での舵角補正量を求め、前記舵角補正手段によって前記操舵機構による操舵角に前記求めた舵角補正量を加えて前輪の舵角とすることを特徴とする、車両操舵特性制御方法。 - 前記車速および横加速度に対する前輪の舵角補正量を表す関数を求めるに際し、
前記タイヤおよび車両のデータに基づいて、ある横加速度の設定値につき、その設定値の横加速度が重心点に与えられた場合の前記車両の、車体ロール角、各車輪の荷重、各車輪のキャンバ角、および各車輪のトウ角を求め、
次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、求められた荷重およびキャンバ角の状態で、求められたトウ角を中心としてスリップ角を与えた場合の、コーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを、そのスリップ角の関数として求め、
次いで、前記車両に各車輪として装着された各タイヤについて、前記求められたコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクの関数と、前記ステアコンプライアンスおよびキャスタトレールのデータとから、そのステアコンプライアンスによってタイヤの角度が変化する分を補正した等価コーナリングフォースを、前記スリップ角の関数として求め、
次いで、前記車両の左右前輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右前輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその前輪のスリップ角と、前記車両の左右後輪に加わる荷重の合計値に前記横加速度を乗じた値がその左右後輪の前記等価コーナリングフォースの和に等しくなる時のその後輪のスリップ角とを求め、
次いで、前記求められた前輪のスリップ角から前記求められた後輪のスリップ角を引いて前輪の必要切り増し舵角を求める、
という演算を、前記横加速度の設定値を変更しつつ繰り返し行って、前記車両の、キャンバ角変化およびステアコンプライアンスの影響を補正した、横加速度に対する前輪の必要切り増し舵角の関係を表す関数を求め、
この一方、前記車両の好ましいステアリング操作角を目標ステアリング操作角として、前記車両の車速と横加速度との関数の形で与え、その目標ステアリング操作角から、前記オーバオールギヤ比およびホイールベースのデータを用いて、前記車速および横加速度に対する、その目標ステアリング操作角での前記操舵機構による切り増し舵角の関係を表す関数を求め、
前記必要切り増し舵角の関数から前記操舵機構による切り増し舵角の関数を引いて、前記舵角補正量を求める演算式を求めることを特徴とする、請求項１記載の車両操舵特性制御方法。
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