JP4069925B2 - 車両用操舵装置および車両用姿勢制御装置 - Google Patents
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Description
このような構成を採用することにより、舵取り機構とステアリングホイールとを機械的に連結する必要がないので、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるとともに、舵取り機構の構成を簡素化および軽量化することができる。また、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダル等の他の操作部材の採用をも可能とすることができる。
たとえば、ステアリングホイールの操作トルクまたは操作角に対応する目標ヨーレートまたは目標横加速度を求め、これらに基づいて舵取り機構の動作を制御することによって、車両の姿勢制御を行うことができ、操舵に対する車両の運動特性を最適化できる。
そこで、この発明の第1の目的は、制動機構の制御による車両姿勢の制御との干渉が生じることがない操舵姿勢制御を行うことができる車両用操舵装置を提供することである。
この発明では、車両用操舵装置は、制動姿勢制御手段と協働して車両の姿勢制御を行うようになっている。具体的には、たとえば、制動姿勢制御手段は、車両の制動機構を制御することにより、車両の旋回方向内側または外側の車輪に選択的に適当な制動圧を与え、車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントを与える。これに対して、車両用操舵装置に備えられた舵取り姿勢制御手段は、舵取り機構を制御して車両の舵取り車輪の方向を変更することによって、車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントを与える。制動姿勢制御手段および舵取り姿勢制御手段は、それぞれ別のアルゴリズムに基づいて車両に制御ヨーモーメントを与えるため、特定の走行シーンでは、2つの姿勢制御手段により車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向が一致しない場合がある。すなわち、制動姿勢制御手段と舵取り姿勢制御手段との間に制御上の干渉が生じる場合がある。そこで、この発明では、制御ヨーモーメントの方向が一致しない場合には、舵取り姿勢制御手段による姿勢制御動作を禁止することとし、制動姿勢制御手段による姿勢制御を優先することとしている。
請求項3記載の発明は、上記舵取り姿勢制御手段は、横滑り角βと横滑り角速度β′との積ββ′が正であれば車両のオーバーステア状態が進行していると判断し、上記積ββ′が負であれば車両がアンダーステア状態に向かっていると判断するものであることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置である。
請求項4記載の発明は、上記舵取り姿勢制御手段は、横滑り角βと横滑り角速度β′との積ββ′が正であれば車両のオーバーステア状態が進行していると判断し、上記積ββ′が負であれば車両がアンダーステア状態に向かっていると判断するものであることを特徴とする請求項2記載の車両用姿勢制御装置である。
請求項5記載の発明は、舵取り車輪の転舵角δを検出する転舵角センサをさらに含み、上記舵取り姿勢制御手段は、上記転舵角センサによって検出される転舵角δと横滑り角速度β′との積δβ′が正であれば車両がアンダーステア状態であると判断し、上記積δβ′が負であれば車両がオーバーステア状態であると判断するものであることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置である。
請求項6記載の発明は、舵取り車輪の転舵角δを検出する転舵角センサをさらに含み、上記舵取り姿勢制御手段は、上記転舵角センサによって検出される転舵角δと横滑り角速度β′との積δβ′が正であれば車両がアンダーステア状態であると判断し、上記積δβ′が負であれば車両がオーバーステア状態であると判断するものであることを特徴とする請求項2記載の車両用姿勢制御装置である。
請求項7記載の発明は、車両の横加速度Gyを検出するための横加速度センサと、車速Vを検出するための車速センサとをさらに含み、上記舵取り姿勢制御手段は、横加速度Gyと車速Vとの比Gy/Vを目標ヨーレートとして設定し、この目標ヨーレートに上記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートを近づけるように上記舵取り機構を制御することにより上記横滑り角速度制御を行うものであることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置である。
請求項8記載の発明は、車両の横加速度Gyを検出するための横加速度センサと、車速Vを検出するための車速センサとをさらに含み、上記舵取り姿勢制御手段は、横加速度Gyと車速Vとの比Gy/Vを目標ヨーレートとして設定し、この目標ヨーレートに上記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートを近づけるように上記舵取り機構を制御することにより上記横滑り角速度制御を行うものであることを特徴とする請求項2記載の車両用姿勢制御装置である。
図1は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置を組み込んだ車両用姿勢制御装置の基本的な構成を説明するための概念図である。車両用操舵装置は、ステアリングホイール(操作部材)1の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ2の動作をステアリングギア3によって前部左右車輪4A,4B(舵取り車輪)の転舵運動に変換することによって、ステアリングホイール1とステアリングギア3とを機械的に連結することなく、操舵を達成している。この場合に、操舵用アクチュエータ2およびステアリングギア3などにより、舵取り機構が構成されている。
ステアリングホイール1の操作入力値を検出するために、回転シャフト10の回転角に対応する操作角δhを検出するための角度センサ11が設けられている。また、回転シャフト10には、ステアリングホイール1に加えられた操作トルクTを検出するためのトルクセンサ12が設けられている。
角度センサ11、トルクセンサ12および転舵角センサ13は、コンピュータ(ECU:電子制御ユニット)を含むステアリング系制御装置20(車両状態検出手段、舵取り姿勢制御手段、舵取り制御手段)に接続されている。ステアリング系制御装置20には、さらに、車両の横加速度Gyを検出するための横加速度センサ15と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ16と、車速Vを検出する速度センサ14とが接続されている。
一方、ステアリング系制御装置20は、車両の制動を制御するための走行系制御装置60(制動姿勢制御手段)と、ライン50を介して通信を行い、データを授受するようになっている。横加速度センサ15、ヨーレートセンサ16および速度センサ14でそれぞれ検出された横加速度Gy、実ヨーレートγおよび車速Vを表すデータは、ステアリング系制御装置20内で利用されるとともに、ライン50を介して走行系制御装置60にも伝送されるようになっている。
走行系制御装置60は、車輪速センサ62によって検出される各車輪4A〜4Dの回転速度と制動力検知センサ61によるフィードバック値とに応じて、制動圧を増幅するとともに分配することができるように制動圧制御ユニット53を制御する。これにより、各車輪4A〜4Dの制動力を個別に制御することが可能とされている。なお、制動圧制御ユニット53は、ブレーキペダル51の操作がなされていない場合でも、内蔵のポンプにより制動圧を発生することができるように構成されている。
一方、ステアリング系制御装置20は、操作角δhおよび/または操作トルクTに基づいて目標横加速度Gy*および目標ヨーレートγ*を求め、さらに、これらに基づいて目標転舵角δ*を演算する。そして、転舵角センサ13によって検出される転舵角δが目標転舵角δ*に近づくように操舵用アクチュエータ2を制御することによって、車両の姿勢制御(ステアリング姿勢制御)を行う。
図3は、ステアリング系制御装置20の動作を説明するためのフローチャートである。ステアリング系制御装置20は、車両がオーバーステア状態であるかアンダーステア状態であるかを判断する(ステップS1)。車両の状態がオーバーステア状態であれば、ステアリング系制御装置20は、車両の横滑り角βの時間微分値である横滑り角速度β′を零に導くための横滑り角速度制御を行う(ステップS2)。
すなわち、ββ′>0であれば、車両のオーバーステア状態が進行していると判断できる。これに対して、ββ′<0であれば、車両がアンダーステア状態に向かっていると判断することができる。
すなわち、δβ′>0であれば、車両の横滑り角βの絶対値が増加中であると見られるので、車両はアンダーステア状態であると判断できる。これに対して、δβ′<0であれば、車両はオーバーステア状態であると判断できる。
一方、図5(a)に示すように、オーバーステア状態で横滑りしている車両や、図5(b)に示すように、アンダーステア状態で横滑りしている車両100を想定すると、車両横滑り角βは、車両100の前後方向に沿う車両中心線100aと、車両100の実際の進行方向100bとがなす角である。この場合に、車両横滑り角βの変化速度である横滑り角速度β′は、近似的に、Gy/V−γにより求めることができる。そこで、車両横滑り角βは、Gy/V−γを時間積分することによって求めることができる。
ステアリング系制御装置20が通信ライン50を介して走行系制御装置60から取得する制動状況データは、たとえば、1バイト(8ビット)単位で授受される。この場合に、前後左右輪の4つの車輪4A〜4Dのいずれに制動力が加えられているかは、2ビットのデータで表すことができる。さらに、いずれかの車輪の制動力が与えられているのか、またはいずれの車輪にも制動力が与えられていないのかを表す情報を走行系制御装置60から取得するとすれば、これを1ビットのデータで表すことができる。したがって、図3のステップS4における判断は、走行系制御装置60から通信ライン50を介して与えられる1バイトのデータ中の3ビットの制動状況データを用いて実行することができる。
図6は、この実施形態を適用した車両用姿勢制御装置を装備した車両により圧雪路面上でのJターン試験を行って得られたデータを示すグラフである。図6(a)は車両の横滑り角β(曲線L11)、ヨーレートセンサ16により検出される実ヨーレートγ(曲線L12)、目標ヨーレートγ*(曲線L13)および横滑り角速度β′(曲線L14)の時間変化を示す。また、図6(b)は、ステアリングホイール1の操作角δh(曲線L15)、および舵取り車輪(前左右輪)4A,4Bの目標転舵角δ*(曲線L16)の時間変化を示す。さらに、図6(c)には、走行系制御装置60によるブレーキ姿勢制御動作が示されている。
Jターン操舵の初期の期間Aでは、ステアリング系制御装置20によるステアリング姿勢制御と走行系制御装置60によるブレーキ姿勢制御とに干渉が生じる。すなわち、それらの制御により車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向が一致しない。そこで、この期間Aには、ステアリング系制御装置20は、舵取り機構の制御による姿勢制御動作を行わない。これにより、走行系制御装置60の制御により、右側後輪4Dに制動力が与えられると、車両の回頭が促され、車両は速やかにスピンターン状態へと入る。
このようにして、この実施形態によれば、ステアリング姿勢制御とブレーキ姿勢制御とを協調させつつ良好な統合姿勢制御が実現される。
また、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール1が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーやペダルなどの他の操作部材が用いられてもよい。
2 操舵用アクチュエータ
11 角度センサ
12 トルクセンサ
13 転舵角センサ
14 速度センサ
15 横加速度センサ
16 ヨーレートセンサ
20 ステアリング系制御装置
50 ライン
53 制動圧制御ユニット
54 ブレーキ装置
60 走行系制御装置
Claims (8)
- 車両の制動機構を制御することによって車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントを与える制動姿勢制御手段とともに用いられる車両用操舵装置であって、
車両の実ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
車両の横滑り角を求める手段と、
操舵のための操作部材の操作角を検出するための角度センサと、
車両の舵取り機構を制御することによって車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントを与える舵取り姿勢制御手段と、
上記制動姿勢制御手段および舵取り姿勢制御手段による制御ヨーモーメントの方向が一致しない場合には、上記舵取り姿勢制御手段による姿勢制御動作を禁止する手段とを含み、
上記舵取り姿勢制御手段は、車両がオーバーステア状態であるかアンダーステア状態であるかを判断し、車両がオーバーステア状態であれば、車両の横滑り角の時間微分値である横滑り角速度を零に導くための横滑り角速度制御を行い、車両がアンダーステア状態であれば、上記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートを上記角度センサにより検出される操作角に基づいて定めた目標ヨーレートに導くためのヨーレート制御を行うものであり、
上記舵取り姿勢制御手段は、上記制動姿勢制御手段から与えられる制動状況データに基づいて、いずれの車輪に制動力が与えられているかを調べ、上記制動機構の制御によって車両に与えられている制御ヨーモーメントの方向を判別するものであることを特徴とする車両用操舵装置。 - 車両の実ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
車両の横滑り角を求める手段と、
操舵のための操作部材の操作角を検出するための角度センサと、
車両の制動機構を制御することによって車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントを与える制動姿勢制御手段と、
車両の舵取り機構を制御することによって車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントを与える舵取り姿勢制御手段と、
上記制動姿勢制御手段および舵取り姿勢制御手段による制御ヨーモーメントの方向が一致しない場合に、上記制動姿勢制御手段および上記舵取り姿勢制御手段のうちのいずれか一方による姿勢制御動作を禁止する手段とを含み、
上記舵取り姿勢制御手段は、車両がオーバーステア状態であるかアンダーステア状態であるかを判断し、車両がオーバーステア状態であれば、車両の横滑り角の時間微分値である横滑り角速度を零に導くための横滑り角速度制御を行い、車両がアンダーステア状態であれば、上記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートを上記角度センサにより検出される操作角に基づいて定めた目標ヨーレートに導くためのヨーレート制御を行うものであり、
上記舵取り姿勢制御手段は、上記制動姿勢制御手段から与えられる制動状況データに基づいて、いずれの車輪に制動力が与えられているかを調べ、上記制動機構の制御によって車両に与えられている制御ヨーモーメントの方向を判別するものであることを特徴とする車両用姿勢制御装置。 - 上記舵取り姿勢制御手段は、横滑り角βと横滑り角速度β′との積ββ′が正であれば車両のオーバーステア状態が進行していると判断し、上記積ββ′が負であれば車両がアンダーステア状態に向かっていると判断するものであることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。
- 上記舵取り姿勢制御手段は、横滑り角βと横滑り角速度β′との積ββ′が正であれば車両のオーバーステア状態が進行していると判断し、上記積ββ′が負であれば車両がアンダーステア状態に向かっていると判断するものであることを特徴とする請求項2記載の車両用姿勢制御装置。
- 舵取り車輪の転舵角δを検出する転舵角センサをさらに含み、
上記舵取り姿勢制御手段は、上記転舵角センサによって検出される転舵角δと横滑り角速度β′との積δβ′が正であれば車両がアンダーステア状態であると判断し、上記積δβ′が負であれば車両がオーバーステア状態であると判断するものであることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。 - 舵取り車輪の転舵角δを検出する転舵角センサをさらに含み、
上記舵取り姿勢制御手段は、上記転舵角センサによって検出される転舵角δと横滑り角速度β′との積δβ′が正であれば車両がアンダーステア状態であると判断し、上記積δβ′が負であれば車両がオーバーステア状態であると判断するものであることを特徴とする請求項2記載の車両用姿勢制御装置。 - 車両の横加速度Gyを検出するための横加速度センサと、
車速Vを検出するための車速センサとをさらに含み、
上記舵取り姿勢制御手段は、横加速度Gyと車速Vとの比Gy/Vを目標ヨーレートとして設定し、この目標ヨーレートに上記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートを近づけるように上記舵取り機構を制御することにより上記横滑り角速度制御を行うものであることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。 - 車両の横加速度Gyを検出するための横加速度センサと、
車速Vを検出するための車速センサとをさらに含み、
上記舵取り姿勢制御手段は、横加速度Gyと車速Vとの比Gy/Vを目標ヨーレートとして設定し、この目標ヨーレートに上記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートを近づけるように上記舵取り機構を制御することにより上記横滑り角速度制御を行うものであることを特徴とする請求項2記載の車両用姿勢制御装置。
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