JP3740970B2

JP3740970B2 - 車両の前後輪舵角制御装置

Info

Publication number: JP3740970B2
Application number: JP2000287150A
Authority: JP
Inventors: 欣高出口; 武昭小幡; 伸孝高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: US6546323B2; JP2002096751A; US20020035425A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の前後輪舵角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四輪車の操舵方式において、一般的には前輪だけに舵角を与えて操舵する前輪操舵方式が採用されているが、後輪にも舵角を与える前後輪（四輪）操舵方式によれば、最小回転半径の縮小や中高速時のコーナリング姿勢の安定化といった操作性や安定性を向上させることができる。
【０００３】
前後輪操舵方式には、前後輪の操舵系を機構上連結したメカニカル伝達方式や、前後輪の転舵系をステアリングと機構上連結せず、ステアリング操作量に対してそれぞれ独立に転舵を調整できる車両の前後輪舵角制御装置がある。この装置にあっては、車両の採用旋回半径を小さくする為に前後輪の転舵角をステアリング操作量に応じて逆相に同一量だけ転舵する方法が容易に考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのような装置では、車両を前進で縦列駐車させる場合や旋回させる場合に車両の一部が外側に大きく張り出すように車両が挙動していた。その挙動をシミュレーションした結果例を図１５から図１７のそれぞれ（ａ）、（ｂ）に示す。
【０００５】
図１５（ａ）は、前輪のみが転舵する車両（以下、従来例１）において、前進で縦列駐車させた場合の車両挙動例である。この場合、車両の左前方を大きく張り出すように車両を操作する必要があるので、駐車時に車両を左に寄せづらいという問題点があった。
【０００６】
図１６（ａ）および図１７（ａ）は、従来例１において、車両を旋回させた場合の車両挙動例である。例えば車両の右旋回時には、いずれも車両左前方が大きく張り出るような車両挙動となっていたので、特に狭い場所においては、車両左前方が障害物へ衝突しないように注意する際の心理的な負担が大きいという問題点があった。
【０００７】
図１５（ｂ）は、前後輪が逆相に同量だけ転舵する車両（以下、従来例２）において、前進で縦列駐車させた場合の車両挙動例である。駐車初期段階では車両右後方が張り出す現象がおきるため、右後方が障害物に衝突しないように、前輪のみが転舵する車両と比べてより気を配る必要があった。また、駐車終了段階においては、車両の左前方が張り出るように車両が挙動するので、駐車時に車両を左に寄せづらいという問題点があった。
【０００８】
図１６（ｂ）および図１７（ｂ）は、従来例２において、車両を旋回させた場合の車両挙動例である。例えば車両の右旋回時には、いずれも旋回初期段階から車両左前方あるいは左後方が大きく張り出るような車両挙動となっていた。特に狭い場所においては、車両左前方および左後方が障害物へ衝突しないように注意する際の心理的な負担が大きいという問題点があった。
【０００９】
以上の問題点に鑑み、本発明の課題は、前進による縦列駐車時や車両旋回時の車両軌跡の外側への張り出しを低減し、運転者の心理的負担を軽減した車両の前後輪舵角制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、前輪と後輪の転舵角をそれぞれ独立に制御する装置と、前後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段と、前記目標転舵角を実現するように車両前後の転舵角を調整する転舵角調整手段と、を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、ステアリング操作量に応じて該ステアリング操作量が一定に保持される場合の目標旋回半径を演算する目標旋回半径演算手段と、演算された目標旋回半径に基づいてステアリング操作量が一定に保持される場合の基準転舵角を演算する基準転舵角演算手段と、ステアリング操作の方向とその変化方向とが一致する切り増し状態か、或いは、ステアリング操作の方向とその変化方向とが相反する切り戻し状態かを判定する切り増し／切り戻し判定手段と、前記切り増し／切り戻し判定手段が切り増し状態と判定した場合、転舵中心仰角θが小さくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする一方、前記切り増し／切り戻し判定手段が切り戻し状態と判定した場合、転舵中心仰角θが大きくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする目標転舵角補正手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前輪と後輪の転舵角をそれぞれ独立に制御する装置と、前後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段と、前記目標転舵角を実現するように車両前後の転舵角を調整する転舵角調整手段と、を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、ステアリング操作量に応じて目標旋回半径を演算し、演算された目標旋回半径に基づいて前後輪の目標転舵角を演算するものであって、ステアリング操作の方向とその変化方向とが一致する切り増し状態か、或いは、ステアリング操作の方向とその変化方向とが相反する切り戻し状態かを判定し、前記切り増し状態と判定した場合、ステアリング操作量が一定値に保たれている場合に比べて、前輪の転舵配分が大きくなるように前後輪の目標転舵角を演算する一方、前記切り戻し状態と判定した場合、ステアリング操作量が一定値に保たれている場合に比べて、後輪の転舵配分が大きくなるように前後輪の目標転舵角を演算することを要旨とする。
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、車両上に固定された基準点Ｐが距離δｚ動く毎に、所定の変化率以内で運転者のステアリング操作量ＳＴに追随するようにステアリング操作中間量ＳＴＶを演算するとともに、ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが一致するか逆かを判定し、前記ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが一致すると判定している間は、ステアリング操作量が一定値に保たれている状況に比べて、転舵中心仰角θが小さくなるように目標転舵角を補正し、前記ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが逆と判定している間は、転舵中心仰角θが大きくなるように目標転舵角を補正することを要旨とする。
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、前記車両上の基準点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚが、基準点Ｐの移動距離δｚに対して所定値以内となるように補正を行なった転舵中心仰角を達成する目標転舵角を演算することを要旨とする。
【００１４】
上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回半径の演算は、ステアリング操作量ＳＴに基づいて、車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅを算出することであって、前記基準点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚの上限値を、転舵中心仰角θと前記算出した目標旋回半径Ｒｅに応じて制限するように目標転舵角を演算することを要旨とする。
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、車両が略停止している状態にあっては、転舵中心仰角θ変化率の制限をかけずに目標転舵角を演算することを要旨とする。
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、転舵中心が車両前端部延長線と後端部延長線との間に位置するように目標転舵角を演算する手段とすることを要旨とする。
【００１７】
次に、図１２を参照して、上記の課題解決手段における用語の定義を明確にする。この定義は、特許請求の範囲、課題を解決する手段、発明の効果、及び実施形態の説明に適用されるものとする。
【００１８】
◆車両上の基準点（Ｐ）
車両上に固定された任意の点。通常は、前車軸の２等分点と後車軸の２等分点とを結ぶ線分の２等分点を基準点に選ぶ。車両の重心点を基準点と選んでもよい。
◆車両固定座標
車両に固定して原点、ｘ，ｙ軸を定めた座標系である。以下では、車両上の基準点Ｐを原点にとり、ｘ軸を車両前方、ｙ軸を車両の側方として図１２の通りにとる。ここでｙ軸については、車両の旋回方向を正にとるものとし、図１２では右旋回しているので、車両右側を正にとっている。左旋回時には車両左側を正にとる。
【００１９】
◆姿勢角
車両上の基準点Ｐの進行する方向と車両の前方（図１２ｘ軸）との成す角βとし、車両旋回の向きを正にとったものと定義する。図１２では右旋回中なので右回り（時計回り）を正にとる。左旋回中には左回り（反時計回り）を正にとる。
【００２０】
◆転舵角
図１２で、ｘ軸と各車輪との成す角（前右輪の転舵角は図示δｆｒ、前左輪はδｆｌ、後左輪はδｒｌ、後右輪はδｒｒ）。
◆転舵中心
車両の前後輪転舵角を一定としたまま旋回した場合に、旋回中心となる車両固定座標上の点。
◆転舵中心半径
車両上の基準点Ｐと転舵中心との距離Ｒ。
◆転舵中心仰角
車両上の基準点Ｐと転舵中心とを結ぶ線と、車両上の基準点Ｐから車両横方向（ｙ軸と平行）に延ばした線との成す角、車両進行方向への回転角を正にとる（右旋回時は、反時計回りが正の向き。左旋回時は、時計回りが正の向き）。
【００２１】
◆切り増し
車両の旋回半径が小さくなるようにステアリング操作量を変化させること。右にステアリングを切っている状態で更に右に切ることと、逆に、左にステアリングを切っている状態で更に左に切ることとが当てはまる。
◆切り戻し
車両の旋回半径が大きくなるようにステアリング操作量を変化させること。右にステアリングを切っている状態で左に戻すことと、逆に、左にステアリングを切っている状態で右に戻すこととが当てはまる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明においては、前輪と後輪の転舵角をそれぞれ独立に制御する装置と、前後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段と、前記目標転舵角を実現するように車両前後の転舵角を調整する転舵角調整手段と、を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段は、ステアリング操作量に応じて該ステアリング操作量が一定に保持される場合の目標旋回半径を演算する目標旋回半径演算手段と、演算された目標旋回半径に基づいてステアリング操作量が一定に保持される場合の基準転舵角を演算する基準転舵角演算手段と、ステアリング操作の方向とその変化方向とが一致する切り増し状態か、或いは、ステアリング操作の方向とその変化方向とが相反する切り戻し状態かを判定する切り増し／切り戻し判定手段と、前記切り増し／切り戻し判定手段が切り増し状態と判定した場合、転舵中心仰角θが小さくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする一方、前記切り増し／切り戻し判定手段が切り戻し状態と判定した場合、転舵中心仰角θが大きくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする目標転舵角補正手段と、を備えたので、ステアリング切り始めにおいては、車両の転舵中心仰角が負の向きに補正され、ステアリングを戻す時には転舵中心仰角が正の向きに補正されるようになった。
【００２３】
図１５（ｃ）〜図１７（ｃ）に車両が速度一定で走行している条件で、本発明を適用した場合のシミュレーション結果を示す。図１５（ｃ）は縦列駐車を行なう場合の結果例であるが、縦列駐車初期段階においては、車両の転舵中心仰角が負の値を取る為に図１５（ｂ）と比較して車両右後端の張り出しが抑えられ、縦列駐車終了段階には、車両の転舵中心仰角が正の値を取る為に、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の従来技術と比較して車両左前方の張り出しが抑えられるようになった。
【００２４】
運転者は、車両が障害物に接触しないようにステアリングを操作することになるが、張り出しが抑えられることで、このときの心理的負担を軽減できるという効果がある。
【００２５】
また、前進であっても車両を左側に寄せやすいという効果を得ることができるようになった。このとき、図示の位置に別の車両が駐車しているような場合でも、従来の方法と同等に車両との間隔を保てているので、図示車両への接触に対する運転者の心理的負担はほぼ同等であると考えられる。
【００２６】
図１６（ｃ）および図１７（ｃ）は、車両を旋回運動させた場合の結果例である。図示のように車両左前方および左後方の張り出しを抑えることができるようになったので、障害物接触に対する運転者の心理的負担を軽減できるようになり、運転し易い車両とすることができるようになった。
【００２７】
請求項２に記載の発明では、切り増しの際には前輪の転舵配分を大きくし、切り戻す時には後輪の転舵配分を大きくするようにした。図１５（ｃ）のシミュレーションに対する諸状態量変化を図１４に示す。本発明により請求項１の発明と同様の車両運動が実現できるので、請求項１と同様の効果が得られるようになった。
【００２８】
請求項３記載の発明では、目標転舵角演算手段を、基準点Ｐが所定距離δｚ（一定値でなくても良い）動く毎に、所定の変化率以内でステアリング操作量ＳＴに追随するようにステアリング操作中間量ＳＴＶを演算するとともに、ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが一致する間は、ステアリング操作量が一定値に保たれている状況に比べて転舵中心仰角θが小さくなるように目標転舵角を補正し、ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが逆の間は、転舵中心仰角θが大きくなるように目標転舵角を補正し、演算するようにした。
【００２９】
これにより、車両が停止している状態で運転者がステアリングを操作し、その後ステアリング量を固定し走行する場合においても、車両移動距離に応じて転舵中心仰角が補正されるようになった。従って、車両停止中にステアリング操作を行なった場合でも、走行距離に対して図１５（ｃ）〜図１７（ｃ）と同様の車両挙動を実現できるようになり、請求項１と同様の効果を得ることができるようになった。
【００３０】
請求項４記載の発明においては、基準点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚが、基準点Ｐの移動距離δｚに対して所定値以内となるように補正を行なった転舵中心仰角を達成する目標転舵角を目標転舵角演算手段で演算するようにした。
【００３１】
請求項１および２の発明を適用した場合、車両を右旋回させながらステアリングを右向きに操作し、その直後に左向きに戻す際には、転舵中心仰角が車両後方から前方へ移動するように転舵中心が演算され、車両を右旋回させながらステアリングを左向きに戻し、その直後に右向きに操作する際には、転舵中心仰角が車両前方から後方へ移動するように転舵中心が演算される。このときステアリングの操作量の変化量を急激に変化させる場合には、転舵中心仰角が急激に変化するように転舵中心が演算され、結果的に走行しながら車両の姿勢角βが急激に変化するといった不都合が考え得る。
【００３２】
本発明を適用することで、このような状況においても転舵中心仰角が徐々に変化するように前後輪が転舵されるので走行中に車両の姿勢角が急変することを回避でき、結果的に前述の不都合を回避できるようになった。なお、転舵中心仰角θが車両の姿勢角βに略一致することは、本発明者らの検討により明らかになっている。
【００３３】
請求項５記載の発明においては、目標旋回半径Ｒｅを演算し、目標旋回半径Ｒｅを用いて、基準点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚの上限値を、目標転舵中心仰角と目標旋回半径Ｒｅに応じて制限するように目標転舵角を演算するようにした。転舵中心半径Ｒの取り得る範囲は、前後輪の転舵能力によって制約される（図１３）。
【００３４】
一方で、発明者らの検討により、転舵中心半径Ｒと目標旋回半径Ｒｅと車両基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚとの間には、略
【数１】
１／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δθ／δｚ …（１）
の関係が成り立つことが分かっている。
【００３５】
従って、式（１）に従って転舵中心半径Ｒを演算する場合に旋回半径Ｒｅ、δθ／δｚの大きさによっては、実現不可能なＲが演算され、結果として運転者の操舵量に応じた旋回半径を実現できないという不都合が生じえる。本発明はこの点を考慮したものであり、実現可能な範囲の転舵中心半径Ｒが導出されるようにδθ／δｚの大きさに制約を加えるようにしたので、先に述べた不都合を回避することができるようになった。
【００３６】
請求項６記載の発明においては、車両が略停止している状態では、転舵中心仰角θの変化率に制限をかけずに、あるいは変化率を十分な大きな値として目標転舵角を演算するようにした。これにより、運転者が車両を停止させた状態で不連続的に車両の姿勢角を変化させることができるようになった。
【００３７】
請求項７記載の発明においては、転舵中心を車両前端部延長線と後端部延長線との間に制限するようにした。車両が旋回する際に、転舵中心を車両後端部延長線上にとると車両の旋回外側後端の張り出しを０にでき、転舵中心を車両前端部延長線上にとると車両の旋回外側前端の張り出しを０にできる。従って、転舵中心をこの範囲に制限することで効果的に車両の張り出しを抑制することができる。特に、請求項３および４を適用し、転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚを制限するような場合、必要以上に転舵中心仰角を実現すると、その後、目標とする転舵中心仰角θを実現するまでに要する走行距離が長くなってしまうが、このような不都合を効果的に回避できるようになった。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る前後輪舵角制御装置の一実施形態を採用した車両の構成を示した図である。図１において、車両１１は、前輪１、後輪２、運転者が操作するステアリングホイール３、ステアリング操作量（ステアリングホイールの操舵角）を検出する操舵角センサ４を備えている。操舵角センサ４は、例えばエンコーダ式のセンサを使用してコラムシャフトの回転量を検出し、前後輪舵角制御装置（以下，ＥＣＵと略す）１２に送る。
【００３９】
前輪１を操舵する車輪転舵アクチュエータ５、６、後輪２を操舵する後輪転舵アクチュエータ７、８は、それぞれＤＣモータを有し、ウォームギアを介してモータの回転運動をステアリングラックの左右運動に変換しその移動量を調整することで前後左右輪の転舵角を調整できる。ここでモータは、ＤＣモータに限らず、誘導モータあるいはスイッチトリラクタンスモータなどでも良いし、直接ステアリングラックの移動量を調整できるリニアモータであってもよい。
【００４０】
また、転舵アクチュエータ５〜８をそれぞれ駆動する駆動回路２０〜２３は、ＥＣＵ１２から転舵角の指令値を受けて、各輪転舵用のモータを駆動するものであり、正逆転制御可能なＨブリッジで構成されている。後述するＥＣＵ１２から指令されるモータ電流を実現するようにＤＣモータの電流フィードバックが成される。
【００４１】
３１〜３４は、それぞれ前後左右輪のステアリングラック移動量を検出するポテンショ式のラックストロークセンサである。また、１４〜１７は車両１１の各車輪の回転速度を検出する車速センサである。各車輪の回転軸に取り付けられた歯車の回転に応じ、溝から歯の位置に差し掛かる時にパルスを出力するホールＩＣタイプのものなどがある。
【００４２】
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータを中心とした制御回路（ＥＣＵ）で構成したものであり、外部との信号入出力や種々の演算を行なう。ＣＰＵは演算を実行し、ＲＯＭは後述する制御プログラムや各種データ等を記憶している。ＲＡＭはプログラム実行中に一時的に情報の記憶を行なう。Ｉ／Ｏインターフェースは外部のセンサ等からの情報の入力や、外部のアクチュエータを駆動するための信号の出力を行なう。また車速センサのパルス間時間を計測するタイマなども備えている。
【００４３】
図２は、本発明に係る前後輪舵角制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、ＥＣＵ１２は、運転者のステアリング操作量である操舵角に基づいてステアリング操作量が一定に保持されたときの目標の旋回半径を演算する目標旋回半径演算部２０１と、目標旋回半径に基づいて目標転舵角を演算する目標転舵角演算部２０２と、目標転舵角に一致するように実転舵角を調整する転舵角調整部２０６とを備えている。
【００４４】
目標転舵角演算部２０２は、目標旋回半径に基づいてステアリング操作量が一定に保持されたときの基準転舵角を演算する基準転舵角演算部２０３と、運転者のステアリング操作量である操舵角の変化が切り増し状態か切り戻し状態かを判定する切り増／切り戻判定部２０４と、基準転舵角をステアリング操作の切り増し／切り戻しに応じて、切り増しの場合、転舵中心仰角θが小さくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする一方、切り戻しの場合、転舵中心仰角θが大きくなるように基準転舵角を補正する目標転舵角補正部２０５とを備えている。
【００４５】
目標転舵角演算部２０２をハードウェアで構成する場合には、基準転舵角演算部２０３、切り増／切り戻判定部２０４、目標転舵角補正部２０５という構成となるが、本実施形態では、これら各部は、マイクロコンピュータのソフトウェアとして、不可分に構成されている。
【００４６】
また、ＥＣＵ１２の各ブロックは、２０１，２０２，２０６の順にすべてＥＣＵ１２内のソフトウェア制御により実現される。車両上の基準点Ｐは車両上のどこにとっても同様に説明できるので、以下では基準点Ｐを車両の中心（前後のトレッド中心を結んだ線の中間点）として適用例を説明する。
【００４７】
目標旋回半径演算部２０１では、ステアリング操作量（ステアリングホイールの回転角検出値）ＳＴに応じた目標旋回半径Ｒｅを演算する。目標旋回半径Ｒｅについては、図３に示すように予めステアリングホイールの回転角に対するテーブルの形でＲＯＭ内に記憶させておき、そのテーブルを参照することで演算する。
【００４８】
この時、車両直進状態における旋回半径は無限大に対応するので、テーブル値は図３のように目標旋回半径の逆数値として入力すると都合が良い。ここで、目標旋回半径は、ステアリングホイールの回転角以外にも車速などで対応付けを行なっても良い。本演算は１０ｍｓ毎に行ない、目標旋回半径Ｒｅを１０ｍｓ毎に出力する。
【００４９】
目標転舵角演算部２０２では、まず目標転舵中心仰角θを演算し、次に目標旋回半径Ｒｅおよび目標転舵中心仰角θを実現する為の目標転舵中心（点Ｑ）を求め、最後にその目標転舵中心を実現する各軸の目標転舵角（前左輪δｆｌ^＊、前右輪δｆｒ^＊、後左輪δｒｌ^＊、後右輪δｒｒ^＊）を演算する。以下に順を追って説明する。
【００５０】
まず目標転舵中心仰角θの演算を図４及び図５のフローチャートで説明する。図４のフローチャートでは、旋回方向一定で車両が動いている状態における目標転舵中心仰角θを演算することになる。図５のフローチャートでは、旋回方向が変化する時あるいは、車両がほぼ停止状態にあるときの目標転舵中心仰角θを演算することになる。図４のフローチャートは、左旋回時には右前輪の車輪速センサのパルス立ち上がりに同期して演算を実行し、右旋回時およびほぼ直進状態である時には、左前輪の車輪速センサのパルス立ち上がりに同期して演算を実行する。図５のフローチャートは、１０ｍｓ毎に演算がなされる。
【００５１】
図４において、まずＳ４０１では、運転者によるステアリング操作量ＳＴを検出する。Ｓ４０２では、１ＪＯＢ前からの基準点Ｐの進行距離ｄｚを演算する。移動距離ｚを求めるに当たっては、予め各輪の移動距離を演算する。
【００５２】
各輪の移動距離は、パルス当たりの車両移動距離を車速センサのパルス間時間で除算することで各輪の移動速度を求め、それを時間積分することで求める。或いは、車速センサのパルス発生数にパルス当たりの車輪移動距離を乗じた値を積算して求めても良い。
【００５３】
今、車速センサは各軸に合計４つ備え付けられているが、基準点Ｐの位置をそれらの車輪の中心としているため、４つそれぞれの車速センサ出力から演算した移動距離の平均値を基準点Ｐの移動距離ｚとして簡易的に演算する。このように求めた基準点進行距離ｚとその前のＪＯＢでの基準点進行距離zoldから、１ＪＯＢ間に車両が進行した距離ｄｚを
【数２】
ｄｚ＝ｚ−ｚold …（２）
で求める。
【００５４】
ここで、左旋回時には基準点Ｐを右前輪の車輪速センサ位置とし、右旋回時およびほぼ直進状態である時には、基準点Ｐを左前輪の車輪速センサ位置とすれば、ｄｚ値は予めパルス発生間隔に応じて定まった距離に対応するので、式（２）を演算する必要は無い。
【００５５】
Ｓ４０３では、ステアリング操作量ＳＴに対して、車両基準点の単位進行距離当たりの変化率を制限して、ステアリング操作量ＳＴに追随するステアリング操作中間量ＳＴＶを演算する。基準点単位進行距離当たりのステアリング操作中間量ＳＴＶの変化率制限値は、それぞれ目標旋回半径Ｒｅに対して関連付けてＲＯＭ内に記憶させておき、その関連データを表引きすることで、ＳＴＶの増加率制限値ｄＳＴＶｉおよび減少率制限値ｄＳＴＶｄを求める。
【００５６】
そして、１ＪＯＢ前のＳＴＶ値ＳＴＶｚに応じて、ＳＴＶがｄＳＴＶｉ＊ｄｚ〜ｄＳＴＶｄ＊ｄｚの変化量の範囲でＳＴに一致するようにＳＴＶを演算する。なお、本適用例の他にも１次遅れや２次伝達特性などでステアリング操作中間量ＳＴＶをステアリング操作量ＳＴに一致させる方法などもある。
【００５７】
Ｓ４０３は、請求項３の適用例であるが、請求項３を適用しない例として、時間に対するステアリング操作量変化をＳＴＶとして演算する方法や、そのようにして求めたＳＴＶに対して更に、移動距離ｄｚや時間に対する変化率の制限を加えたものをＳＴＶとして演算する方法などもある。
【００５８】
Ｓ４０４では、目標転舵中心仰角θを求めるに当たって、ステアリング操作中間量ＳＴＶ値および１ＪＯＢ前のＳＴＶ値であるＳＴＶｚとの差
【数３】
ｄＳＴＶ＝ＳＴＶ−ＳＴＶｚ …（３）
を求める。ここで、ｄＳＴＶが正の値である場合、ステアリング操作量が切り増し状態に対応し、ｄＳＴＶが負の値である場合、ステアリング操作量が切り戻し状態に対応する。
【００５９】
次いで、ｄＳＴＶ値と目標旋回半径Ｒｅに対して関連付けられた転舵中心仰角基本値θ０を、予め関連付けられたデータを表引きすることで決定する。関連付けの例を図８に示す。図８において、転舵中心仰角基本値θ０は、ステアリング操作量（角）一定の場合の値に対して、ｄＳＴＶが正のときには大きくなるように補正され、ｄＳＴＶが負のときには小さくなるように補正されることになる。
【００６０】
請求項７の発明を適用するに当たりＳ４０５では、転舵中心仰角基本値θ０を目標旋回半径Ｒｅに応じて図９の範囲となるように制限を加える。Ｒｅとθ０の上下限値との関係も予め求めておき、ＲＯＭ内に格納した上で表引きすることで求め、その値をもってθ０に制限を加える。
【００６１】
続いてＳ４０６に進む。基準点Ｐの単位進行距離当たりの目標転舵中心仰角θの変化率制限値は、例えば目標旋回半径Ｒｅに対して関連付けられており、その関連データを表引きすることで、目標転舵中心仰角θの増加率制限値ｄθｉおよび減少率制限値ｄθｄを求める。
【００６２】
そして、１ＪＯＢ前の転舵中心仰角θ値θｚに応じて、目標転舵中心仰角θがｄθｉ＊ｄｚ〜ｄθｄ＊ｄｚの変化量の範囲で転舵中心仰角基本値θ０に一致するように目標転舵中心仰角θを演算する。なお、本適用例の他にも１次遅れや２次伝達特性などで転舵中心仰角θを転舵中心仰角基本値θ０に一致させる方法などもある。ここで、Ｓ４０４およびＳ４０６は、請求項４の発明の実施形態である。
【００６３】
次に、図５を参照して、目標転舵中心仰角演算ルーチン２を説明する。
Ｓ５０１では、所定時間（Ｔ１）車速パルスが発生しないか否かを判定し、発生しない場合にはＳ５０２に進む。ここで、Ｔ１は車速１ｋｍ／ｈの時のパルス発生間隔とする。更にＳ５０１では、運転者によるステアリング操作量から車両に要求する旋回中心が右から左、或いはその逆に変化したことを検出するとＳ５０２に進む。なお、いずれにも該当しない場合には、本ルーチンを終了する。
【００６４】
Ｓ５０２では目標転舵中心仰角θを直ちにθ０に一致させて本ルーチンを終了する。本ルーチンにより請求項６の発明を実現している。
【００６５】
次に、目標転舵中心（点Ｑ）を特定するための転舵中心半径Ｒおよび転舵中心仰角θを演算する例をフローチャート１（図６）およびフローチャート２（図７）で説明する。
【００６６】
図６のフローチャートでは、旋回方向一定で車両が動いている状態における転舵中心を演算することになる。図７のフローチャートでは、旋回方向が変化する時あるいは、車両がほぼ停止状態にあるときの転舵中心を演算することになる。図６のフローチャートは、左旋回時には右前輪の車輪速センサのパルス立ち上がりに同期して演算を実行し、右旋回時およびほぼ直進状態である時には、左前輪の車輪速センサのパルス立ち上がりに同期して演算を実行する。図７のフローチャートは、１０ｍｓ毎に演算がなされる。
【００６７】
Ｓ６０１では、目標転舵中心仰角θと１ＪＯＢ前にＳ６０６で演算した目標転舵中心仰角θoldから、１ＪＯＢ前からの目標転舵中心仰角の変化ｄθを
【数４】
ｄθ＝θ−θold …（４）
で求める。
【００６８】
Ｓ６０３では、１ＪＯＢ前の時点での転舵中心仰角θoldから、その時に実現し得る最小の転舵中心半径Ｒminを演算する。Ｒminは、図１３の点Ｖと点Ｐとの距離であり、予め実験的にθに対するテーブルデータとしてＲmin値を測定しておきＲＯＭに格納し、そのテーブルを表引きすることによって演算することができる。
【００６９】
Ｓ６０４では、転舵中心半径の最小値Ｒminを考慮した上で、目標旋回半径Ｒｅを実現できるような転舵中心仰角変化ｄθの最大値を次式で演算する。
【００７０】
【数５】
ｄθmax＝（１／Ｒmin−１／Ｒｅ）＊ｄｚ …（５）
そして、Ｓ６０５では、その値で転舵中心仰角の変化ｄθを制約する。
【００７１】
Ｓ６０６では、最終的な転舵中心仰角θを演算すると共に、転舵中心仰角θを転舵中心仰角の変化ｄθ値から演算する。
【００７２】
最後にＳ６０７にて転舵中心半径Ｒを
【数６】
Ｒ＝１／（ｄθ／ｄｚ＋１／Ｒｅ） …（６）
で演算し、本ルーチンを終了する。本ルーチンにより請求項５の発明を実現している。
【００７３】
図７のＳ７０１では、所定時間（Ｔ１）車速パルスが発生しないか否かを判定し、発生しない場合にはＳ７０２に進む。ここで、Ｔ１は車速１ｋｍ／ｈの時のパルス発生間隔とする。更にＳ７０１では、運転者によるステアリング操作量から車両に要求する旋回中心が右から左、或いはその逆に変化したことを検出するとＳ７０２に進む。なお、いずれにも該当しない場合には、本ルーチンを終了する。
【００７４】
Ｓ７０２では転舵中心半径Ｒを直ちに目標旋回半径Ｒｅとし、本ルーチンを終了する。このようにすることで、車両が止まっている状態において旋回半径を急激に変化させることができるようになる。
【００７５】
図２のブロック２０２内の演算の最後として、目標転舵中心（点Ｑ）から各輪の目標転舵角（前左輪δｆｌ^＊、前右輪δｆｒ^＊、後左輪δｒｌ^＊、後右輪δｒｒ^＊）を演算する例を説明する。各輪の転舵角（前左輪δｆｌ、前右輪δｆｒ、後左輪δｒｌ、後右輪δｒｒ）をそれぞれ調整可能な範囲で変化させた時の各輪転舵角と転舵中心との関係を実験的に求めておく。
【００７６】
このとき、４輪の転舵角に対して転舵中心は一意に決まるが、逆に転舵中心を定めた時には４輪転舵角の組み合わせは一意に決まらず、組み合わせの自由度が存在する。そこで、それらの自由度の中で、図１０に示すように各輪と転舵中心とを結ぶ線と各輪の向きとが直交するように各輪の転舵角を決定した場合の組み合わせに近い各輪転舵角を転舵中心に対して対応づける。
【００７７】
ただし、転舵中心が車両より十分離れている場合（車両がほぼ直進する場合）には、車両の直進安定性が十分保たれるようなトーインを実現するような組み合わせを選択し対応づける。このような対応づけをすることで、車両を低速で走行させるときの走行抵抗を小さくし、走行に必要なエネルギーを抑えることができる。また、各輪のタイヤの滑り角も小さくなるので、タイヤ滑り音を抑えるという効果も得られる。
【００７８】
このように、取り得る範囲の転舵中心に対して、各輪の転舵角（前左輪δｆｌ、前右輪δｆｒ、後左輪δｒｌ、後右輪δｒｒ）をそれぞれ対応づけたデータをＲＯＭ内に格納し、そのデータを表引きすることで、目標転舵中心点Ｑに対する各輪の目標転舵角（前左輪δｆｌ^＊、前右輪δｆｒ^＊、後左輪δｒｌ^＊、後右輪δｒｒ^＊）を演算する。ここで、転舵中心は各輪転舵角だけではなく車両の速度に応じても変化する為、その影響を予め実験的に求めておき前記ＲＯＭデータとして持たせ、車速に対しても表引きするとなお良い。
【００７９】
図２のブロック２０６では、各輪の転舵角（前左輪δｆｌ、前右輪δｆｒ、後左輪δｒｌ、後右輪δｒｒ）が目標転舵角δｆｌ^＊、δｆｒ^＊、δｒｌ^＊、δｒｒ^＊、と一致するように各駆動回路２０〜２３から各車輪転舵アクチュエータ５〜８のＤＣモータに指令する電流指令値を演算する。
【００８０】
ここで、各ラックストロークセンサ３１〜３４の検出値と各輪転舵角との関係を実験的に求めておき、その関係づけデータを予めＲＯＭに格納しておき表引きすることで、各輪の転舵角をラックストロークセンサ３１〜３４の検出値から各輪転舵角検出値を演算する。
【００８１】
電流指令値は、各輪でその転舵角検出値が目標転舵角と一致するようにフィードバック演算する。フィードバック演算の方法としては、ＰＩＤ制御やスライディングモード制御やモデル規範型制御などがあるが、いずれも一般的に良く知られているものであるので、ここでは詳細の説明を割愛する。
【００８２】
なお、以上では４輪の転舵角をそれぞれ独立に調整できる機構を備える車両の場合について説明したが、前輪あるいは後輪あるいは前後輪において、左右の転舵角を独立に調整できない機構の場合でも適用できる。
【００８３】
図１１に、前後輪共に、左右の転舵角を独立に調整できない機構を備える車両に本発明の前後輪転舵角制御装置を適用した第２実施形態の構成例を示す。
【００８４】
第１実施形態との相違は、車輪転舵アクチュエータ４５、４６がそれぞれ前輪及び後輪の左右の転舵角を同時に調整するアクチュエータであり、ＤＣモータを有しウォームギアを介してラックストロークを左右に移動させることができる。本発明をこのような機構に適用する場合は、前述の適用例のなかで、目標転舵角演算部２０２と転舵角調整部２０６とを次のように変更すれば良い。
【００８５】
目標転舵角演算については、前述同様に目標転舵中心を演算した上で、その転舵中心を実現する前後のストローク量を演算するようにすれば良い。このとき目標値は転舵角ではなく、転舵角と対応したストローク量となるが実質的には何ら不都合はない。実験的に予め転舵中心に対する前後輪ストローク量を計測しておき、そのデータをＲＯＭに格納し、そのデータを表引きすることで前後輪の目標ストローク量（前輪ＳＴｆ^＊、後輪ＳＴｒ^＊）を演算する。前述したように車速の影響もＲＯＭデータとして格納し、車速に対しても表引きするとなお良い。
【００８６】
このようにすることで、転舵角調整部については、前後のストロークセンサ検出値と前後輪の目標ストローク量（前輪ＳＴｆ^＊、後輪ＳＴｒ^＊）とが一致するように各輪でフィードバック制御を行なう。フィードバック制御の方法としては、やはりＰＩＤ制御やスライディングモード制御やモデル規範型制御などがあるが、詳細の説明を割愛する。
【００８７】
同様に、前輪あるいは後輪のみが、左右の転舵角を独立に調整できない機構についても同様に適用でき、前輪が運転者のステアリング操作量に応じて機械的に一意に決まり、後輪のみがステアリング操作量と独立に調整できる機構についても同様に適用できる。そのような場合にも、機構に応じて、目標転舵角演算手段と転舵角調整手段を前述の変更例に従って同様に構成すれば良い。
【００８８】
以上、車両が前進している場合について説明してきたが、車両が後退している場合には後退方向をｘ軸正の向きにとることで同様に実現できる。車両の前進と後退との判別については、例えば自動変速機を備え運転者によって前進後退指令を選択できる車両にあっては、前進指令が成されている間は車両が前進しているものと判別し、後退指令が成されている間は車両が後退しているものと判別すればよい。ここで、実施例の中で様々なＲＯＭデータを格納し、そのデータを参照することで各種演算を行なうようにしているが、その際のＲＯＭデータとしては、前進の場合と後退の場合とで違うデータを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の前後輪舵角制御装置を適用した車両の第１実施形態を説明するシステム構成図である。
【図２】第１実施形態の車両の前後輪舵角制御装置を説明するブロック図である。
【図３】目標旋回半径の生成例を示す図である。
【図４】目標転舵中心仰角を演算するフローチャート１である。
【図５】目標転舵中心仰角を演算するフローチャート２である。
【図６】目標転舵中心を演算するフローチャート１である。
【図７】目標転舵中心を演算するフローチャート２である。
【図８】実施形態内で説明するデータ例を説明する図である。
【図９】実施形態内で使用するデータ例を説明する図である。
【図１０】各輪の転舵角演算方法を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態の車両の構成を説明する図である。
【図１２】本発明で使用する用語の定義を説明する図である。
【図１３】転舵中心の取り得る範囲を説明する図である。
【図１４】図１５（ｃ）における本発明の前後輪舵角制御装置を採用した車両のシミュレーションにおける諸状態量の変化を示す図である。
【図１５】前進縦列駐車時の挙動を説明する車両軌跡シミュレーション図であり、（ａ）従来例１（前輪操舵）、（ｂ）従来例２（前後輪逆位相に同量転舵）、（ｃ）本発明の実施形態である。
【図１６】車両旋回時の挙動を説明する車両軌跡シミュレーション図であり、（ａ）従来例１（前輪操舵）、（ｂ）従来例２（前後輪逆位相に同量転舵）、（ｃ）本発明の実施形態である。
【図１７】車両旋回時の挙動を説明する車両軌跡シミュレーション図であり、（ａ）従来例１（前輪操舵）、（ｂ）従来例２（前後輪逆位相に同量転舵）、（ｃ）本発明の実施形態である。
【符号の説明】
１前輪
２後輪
３ステアリングホイール
４操舵角センサ
５〜８車輪転舵アクチュエータ
１１車両
１２ＥＣＵ
１４〜１７車速センサ
２０〜２３駆動回路
３１〜３４ラックストロークセンサ
２０１目標旋回半径演算部
２０２目標転舵角演算部
２０３基準転舵角演算部
２０４切り増／切り戻判定部
２０５目標転舵角補正部
２０６転舵角調整部

Claims

前輪と後輪の転舵角をそれぞれ独立に制御する装置と、前後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段と、前記目標転舵角を実現するように車両前後の転舵角を調整する転舵角調整手段と、を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、
前記目標転舵角演算手段は、
ステアリング操作量に応じて該ステアリング操作量が一定に保持される場合の目標旋回半径を演算する目標旋回半径演算手段と、
演算された目標旋回半径に基づいてステアリング操作量が一定に保持される場合の基準転舵角を演算する基準転舵角演算手段と、
ステアリング操作の方向とその変化方向とが一致する切り増し状態か、或いは、ステアリング操作の方向とその変化方向とが相反する切り戻し状態かを判定する切り増し／切り戻し判定手段と、
前記切り増し／切り戻し判定手段が切り増し状態と判定した場合、転舵中心仰角θが小さくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする一方、前記切り増し／切り戻し判定手段が切り戻し状態と判定した場合、転舵中心仰角θが大きくなるように基準転舵角を補正して目標転舵角とする目標転舵角補正手段と、
を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。
前輪と後輪の転舵角をそれぞれ独立に制御する装置と、前後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段と、前記目標転舵角を実現するように車両前後の転舵角を調整する転舵角調整手段と、を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、
前記目標転舵角演算手段は、
ステアリング操作量に応じて目標旋回半径を演算し、演算された目標旋回半径に基づいて前後輪の目標転舵角を演算するものであって、
ステアリング操作の方向とその変化方向とが一致する切り増し状態か、或いは、ステアリング操作の方向とその変化方向とが相反する切り戻し状態かを判定し、
前記切り増し状態と判定した場合、ステアリング操作量が一定値に保たれている場合に比べて、前輪の転舵配分が大きくなるように前後輪の目標転舵角を演算する一方、前記切り戻し状態と判定した場合、ステアリング操作量が一定値に保たれている場合に比べて、後輪の転舵配分が大きくなるように前後輪の目標転舵角を演算することを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。
前記目標転舵角演算手段は、
車両上に固定された基準点Ｐが距離δｚ動く毎に、所定の変化率以内で運転者のステアリング操作量ＳＴに追随するようにステアリング操作中間量ＳＴＶを演算するとともに、ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが一致するか逆かを判定し、
前記ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが一致すると判定している間は、ステアリング操作量が一定値に保たれている状況に比べて、転舵中心仰角θが小さくなるように目標転舵角を補正し、前記ステアリング操作中間量ＳＴＶに対応するステアリング操作の向きとその変化の向きとが逆と判定している間は、転舵中心仰角θが大きくなるように目標転舵角を補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両の前後輪舵角制御装置。
前記目標転舵角演算手段は、
前記車両上の基準点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚが、基準点Ｐの移動距離δｚに対して所定値以内となるように補正を行なった転舵中心仰角を達成する目標転舵角を演算することを特徴とする請求項３記載の車両の前後輪舵角制御装置。
前記目標旋回半径の演算は、ステアリング操作量ＳＴに基づいて、車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅを算出することであって、
前記基準点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚの上限値を、転舵中心仰角θと前記算出した目標旋回半径Ｒｅに応じて制限するように目標転舵角を演算す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１項記載の車両の前後輪舵角制御装置。
前記目標転舵角演算手段は、
車両が略停止している状態にあっては、転舵中心仰角θ変化率の制限をかけずに目標転舵角を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角制御装置。
前記目標転舵角演算手段は、転舵中心が車両前端部延長線と後端部延長線との間に位置するように目標転舵角を演算する手段とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角制御装置。