JP4069925B2 - 車両用操舵装置および車両用姿勢制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、制動機構の制御による姿勢制御を行う制動姿勢制御装置とともに用いられる車両用操舵装置に関する。また、この発明は、舵取り機構の制御による車両の姿勢制御と制動機構の制御による車両の姿勢制御とを併用した車両用姿勢制御装置に関する。

ステアリングホイールと舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合を無くし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータ等のアクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置が提案されている（特許文献１参照）。
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。

上記のような構成の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールの操作と舵取り機構の動作との関係を電気的制御によって、自由に変更することができるので、車両の運転性能を飛躍的に向上できるものと期待されている。
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。

一方、車両の姿勢制御のための別の手段として、４つの車輪の制動圧を個別制御する手法がある。すなわち、４つの車輪の制動圧の個別制御により、車両のヨーレートまたは横加速度を制御することができ、これにより、車両挙動の不安定化を防止できる。とくに、氷上のような低摩擦路面上では、舵取り機構による姿勢制御（ステアリング姿勢制御）よりも制動圧の制御による姿勢制御（ブレーキ姿勢制御）の方が有効である。
特開平９−１４２３３０号公報

ステアリング姿勢制御システムは、ステアリングホイールの操作角に基づいて目標ヨーレートを算出し、車両の実際のヨーレートである実ヨーレートを目標ヨーレートに近づけるように舵取り機構を駆動制御する。通常の走行シーンでは、車両がオーバーステア状態であれば、実ヨーレートは目標ヨーレートを上回る。逆に、車両がアンダーステア状態であれば、実ヨーレートは目標ヨーレートを下回る。

ところが、たとえば、圧雪路上における意図的なスピンターンである、いわゆるＪターン操舵を行うと、操舵期間中において、車両が実際にはオーバーステア状態であるにも拘わらず、実ヨーレートが目標ヨーレートを下回る場合がある。このほかにも、一定の走行シーンでは、特に、低速走行時（時速約３０km以下）の場合に、同様の状況が生じる場合がある。

このような状況では、車両がオーバーステア状態にあるにも拘わらず、ステアリング姿勢制御システムは、切り増し制御を行って、オーバーステア傾向を助長する。これに対して、ブレーキ姿勢制御システムは、車両のオーバーステア傾向を抑制するための制御ヨーモーメントを車両に与えるように、車両の制動機構を制御する。したがって、ステアリング姿勢制御システムとブレーキ姿勢制御システムとの間で、車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向が反対になり、両システムの制御が互いに干渉してしまう。

また、ブレーキ姿勢制御システムのなかには、低μ路（低摩擦係数路）上においては、意図的なスピンターンと思われる急操舵に対して、車両がオーバーステア状態であっても、旋回方向内方側に位置する車両の後輪に制動力を与え、車両の回頭を促すための姿勢制御を行うものがある。このような状況においては、ステアリング姿勢制御システムが、オーバーステア傾向を抑制するためのいわゆるカウンタ操舵制御を行うと、ステアリング姿勢制御システムおよびブレーキ姿勢制御システムの間に制御上の干渉が生じることになる。

図７は、圧雪路におけるＪターン試験により得られたデータを示すグラフである。図７(a)は車両の横滑り角β（曲線Ｌ１）、車両の実ヨーレートγ（曲線Ｌ２）、および目標ヨーレートγ^*（曲線Ｌ３）の時間変化を示す。また、図７(b)は、ステアリングホイールの操作角δｈ（曲線Ｌ４）、および舵取り車輪（通常は前輪）の転舵角の目標値δ^*（目標転舵角）（曲線Ｌ５）を示す。さらに、図７(c)は、ブレーキ姿勢制御システムの動作を示す。図７(a)において、横滑り角βおよびヨーレートγ，γ^*は、車両の進行方向に対して左まわり方向を正にとり、右回り方向を負にとって表されている。また、図７(b)において、操作角δｈおよび目標転舵角δ^*は、車両の進行方向に対して左方向を正にとり、右方向を負にとって表されている。そして、図７(c)においては、前左右輪および後左右輪のいずれに制動力が与えられているかを階段状の折れ線で表してある。

Ｊターン操舵の初期の期間Ａにおいては、ブレーキ姿勢制御システムは、意図的なスピンターン操舵が行われたとみなして、旋回方向内側の後輪である右後輪に対して制動力を与える。また、期間Ａには、車両の横滑り角βは正の値となっていて、車両の中心軸方向に対して左回り方向に車両の進行方向が向けられている。すなわち、このとき、車両はオーバーステア状態にある。したがって、期間Ａにおいては、ブレーキ姿勢制御システムは、車両のオーバーステア状態を助長して、車両の回頭を促すことになる。ところが、この期間Ａには、ステアリング姿勢制御システムは、車両のオーバーステア状態を抑制するために、いわゆるカウンタ操舵制御を行う場合がある。

一方、期間Ｂにおいては、ブレーキ姿勢制御システムは、左前輪に制動力を与えてオーバーステア状態を抑制し、車両に左向きのヨーモーメントを与える。この期間Ｂの末期Ｂａにおいては、図７(a)に示されているように、車両の実ヨーレートγの絶対値は目標ヨーレートγ^*を下回る。そのため、ステアリング姿勢制御システムは、アンダーステア状態を解消するための制御、すなわち切り増し制御を行う。ところが、このときには、車両の横滑り角βは正の値となっていて、車両は実際にはオーバーステア状態となっている。そのため、ステアリング姿勢制御システムによる姿勢制御は不適切であり、しかも、ブレーキ姿勢制御システムにより車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向とステアリング姿勢制御システムにより車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向とが不一致となっている。すなわち、両システムには、制御上の干渉が生じている。

このように、従来は、ステアリング姿勢制御システムによる姿勢制御は、必ずしも適切でない場合があったとともに、ステアリング姿勢制御とブレーキ姿勢制御とが干渉する場合があった。
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。

この発明の第２の目的は、制動機構の制御による車両姿勢制御と舵取り機構の制御による車両姿勢制御との間で干渉を生じさせることなく車両の姿勢制御を良好に行うことができる車両用姿勢制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の制動機構（５３，５４）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（６０）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（１６）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（１１）と、車両の舵取り機構（２，３）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（２０）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（２０，Ｓ４，Ｓ６）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である。括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

なお、上記舵取り機構と操舵のための操作部材との間には機械的な結合が無く、操作手段の操作に対応して舵取り機構が電気的に制御されるようになっていることが好ましい。
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。

たとえば、制動姿勢制御手段から、被制御輪の情報（制動状況を表す情報）を適当な通信ラインを介して舵取り姿勢制御手段に取り込むことにより、舵取り機構の制御による車両の姿勢制御に対して制動姿勢制御を優先させるようにしてもよい。この場合に、被制御輪の情報とは、車両に備えられたたとえば４つの車輪のうちのいずれの車輪に制動力が加えられているかを表す情報であってもよい。

請求項２記載の発明は、車両の実ヨーレートを検出するヨーレートセンサ（１６）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（１１）と、車両の制動機構（５３，５４）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（６０）と、車両の舵取り機構（２，３）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（２０）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（Ｓ４，Ｓ６）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である。

この発明では、制動姿勢制御と舵取り姿勢制御との併用によって、車両に姿勢制御のための制御ヨーモーメントが与えられる。そして、制動姿勢制御による制御ヨーモーメントと舵取り姿勢制御による制御ヨーモーメントとの方向が一致しない場合には、制動姿勢制御または舵取り姿勢制御のうちの一方を禁止することとして、制御上の干渉を回避している。
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。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
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。

操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換する運動変換機構（ボールねじ機構など）を有する。ステアリングロッド７の運動は、タイロッド８を介してナックルアーム９に伝達され、このナックルアーム９の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム９に支持された車輪４Ａ，４Ｂの転舵が達成される。

ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ１９が付設されている。具体的には、反力アクチュエータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。

回転シャフト１０のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばねなどからなる弾性部材３０が車体との間に結合されている。この弾性部材３０は、反力アクチュエータ１９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
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。

一方、操舵用アクチュエータ２の出力値を検出するための出力値センサとして、車輪４Ａ，４Ｂの転舵角δを検出する転舵角センサ１３が設けられている。この転舵角センサ１３は、操舵用アクチュエータ２によるステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータなどで構成することができる。
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。

ステアリング系制御装置２０は、駆動回路２２，２３を介して操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１９とを制御する。
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。

ブレーキペダル５１の踏力に応じた制動圧は、マスターシリンダ５２によって発生され、この制動圧は、制動圧制御ユニット５３によって増幅されるとともに、前左右輪４Ａ，４Ｂおよび後左右輪４Ｃ，４Ｄの各ブレーキ装置５４に分配されて、各ブレーキ装置５４が各車輪４Ａ〜４Ｄに制動力を作用させるようになっている。そして、制動圧制御ユニット５３が、コンピュータ（ＥＣＵ）により構成される走行系制御装置６０によって制御されることにより、各車輪４Ａ〜４Ｄの制動圧が個別に制御されるようになっている。

走行系制御装置６０には、ステアリング系制御装置２０の他に、各車輪４Ａ〜４Ｄの制動力を個別に検出する制動力センサ６１と、各車輪４Ａ〜４Ｄの各回転速度を個別に検出する車輪速センサ６２とが接続されている。
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。

図２は、車両の姿勢制御に関連する構成をさらに説明するためのブロック図である。ステアリング系制御装置２０は、ライン５０を介して、走行系制御装置６０に、操作角δh、トルクＴおよび転舵角δの各検出値を表すデータを与える。また、走行系制御装置６０は、ライン５０を介して、ステアリング系制御装置２０から、横加速度Ｇy、ヨーレートγおよび車速Ｖの各検出値を表すデータを取得する。また、走行系制御装置６０は、被制御輪である車輪４Ａ〜４Ｄの制動状況を表すデータを、ライン５０を介して、ステアリング系制御装置２０に与える。

走行系制御装置６０は、制動圧制御ユニット５３を介して車輪４Ａ〜４Ｄの制動圧を個別制御し、これにより、車両の姿勢制御（ブレーキ姿勢制御）を行う。
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。

すなわち、この実施形態では、車両の姿勢制御のために、ブレーキ姿勢制御とステアリング姿勢制御とが併用されている。
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）。

これに対して、車両がアンダーステア状態である場合には、ステアリング系制御装置２０は、従来と同様に、ヨーレートセンサ１６により検出される実ヨーレートγを操作角δｈ等に基づいて定めた目標ヨーレートγ^*に導くためのヨーレート制御を行う（ステップＳ３）。すなわち、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かアンダーステア状態であるかに応じて、車両の姿勢制御の態様を、横滑り角速度制御とヨーレート制御との間で切り換える。

さらに、ステアリング系制御装置２０は、通信ライン５０を介して走行系制御装置６０からの情報を得ることによって、舵取り機構の制御によって車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向と、走行系制御装置６０による制動機構の制御によって車両に与えられる制御ヨーモーメントの方向とが一致するかどうかを判断する（ステップＳ４）。もしも、両制御ヨーモーメントの方向が一致すれば、ステップＳ１〜Ｓ３により定められた態様で、舵取り機構の制御による姿勢制御を実行する（ステップＳ５）。これに対して、ステアリング系制御装置２０と走行系制御装置６０との間で制御ヨーモーメントの方向が一致しない場合には、舵取り機構の制御による姿勢制御を禁止する（ステップＳ６）。

車両の横滑り角βを車両の進行方向に対して車両の中心線方向がいずれの側に位置するかに応じて正負の符号を与えて表すこととする。この場合、車両がオーバーステア状態かアンダーステア状態であるかは、横滑り角βと横滑り角速度β′との積が正負のいずれであるかを調べることによって判断できる。
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。

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は、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δと、横滑り角速度β′との積に基づいて判断することもできる。
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。

図４に示すように矢印４０方向に車速Ｖで旋回走行している車両１００に対して矢印４１方向に作用する横加速度Ｇｙと、矢印４２方向に作用するヨーレートγとの関係は、車両１００が定常旋回状態であるとみなすと、近似的に、γ＝Ｇｙ／Ｖと表すことができる。
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。

β′＝Ｇｙ／Ｖ−γであるから、図３のステップＳ２における横滑り角速度制御は、目標ヨーレートγ^*＝Ｇｙ／Ｖとして目標ヨーレートγ^*を設定し、この目標ヨーレートγ^*に実ヨーレートγを近づけるように舵取り機構の動作を制御することによって実現できる。
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。

ステアリング系制御装置２０は、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、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。
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。

図６(a)(b)において、横滑り角β、ヨーレートγ，γ^*、操作角δｈおよび目標転舵角δ^*については、車両の進行方向に関して右まわり方向を負の符号で表し、左まわり方向を正の符号で表してある。また。図６(c)においては、前後左右の４つの車輪４Ａ〜４Ｄのいずれに対して制動力が与えられているのかを、階段状の折れ線で表してある。
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。

期間Ｂにおいては、車両の横滑り角βおよび横滑り角速度β′がいずれも正の値となっていて、車両はオーバーステア状態にある。この期間には、目標ヨーレートγ^*にＧｙ／Ｖが代入されることによって、横滑り角速度β′を零に導くための制御がステアリング系制御装置２０によって行われる。その結果、参照符号Ｂ１で示すように、切り増し制御が行われることがない。その一方で、走行系制御装置６０は、左前輪４Ａに制動力を与えており、これにより、オーバーステア状態の解消が図られている。

以上のようにこの実施形態に係る車両用姿勢制御装置によれば、車両がオーバーステア状態かアンダーステア状態かに応じて、横滑り角速度制御とヨーレート制御とを切り換えて適用するようにしている。これにより、車両がオーバーステア状態にあるときに、ステアリング姿勢制御によってオーバーステア傾向が助長されるといった不具合が防止される。

さらに、ステアリング姿勢制御とブレーキ姿勢制御とによって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には、ステアリング姿勢制御を禁止するようにしている。そのため、制御の干渉が生じることがなく、良好な姿勢制御動作を実現できる。
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。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、ステアリング姿勢制御およびブレーキ姿勢制御によって車両に与えられるべき制御ヨーモーメントの方向が一致しない場合には、ステアリング姿勢制御を禁止することとしているが、ステアリング姿勢制御を優先することとして、走行系制御装置６０によるブレーキ姿勢制御を一時的に禁止するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、四輪車両の２つの車輪が舵取り車輪として転舵可能な場合について説明したが、４つの車輪の全てが転舵される四輪操舵システムにこの発明を適用してもよい。
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。

これらの他にも、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る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。 姿勢制御のための構成を説明するためのブロック図である。 ステアリング系制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 定常円旋回状態の車両に働く横加速度およびヨーモーメントを説明するための図である。 オーバーステア状態(a)およびアンダーステア状態(b)で横滑りしている車両を示す図である。 上記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。 ステアリング姿勢制御およびブレーキ姿勢制御を併用した従来の車両用姿勢制御システム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。

符号の説明

１ ステアリングホイール
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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