JP4135158B2 - 車両の前後輪舵角制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の前後輪舵角制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載されているような車両の後輪舵角制御装置が知られている。この第１従来技術は、所定の回転半径を実現するように、運転者の操舵によって動作する前輪舵角に所定比を乗算して算出した主後輪舵角に対して、車両後端部近傍の定点Ｂが車両前端部近傍の定点Ａの軌跡の内側に入るように後輪舵角を制限するものである。

しかしながら、この第１従来技術では、主後輪舵角と後輪舵角の制限値とを大小関係によって切り換える構成となっていたために、次のような問題点があった。

図１３は第１従来技術をシミュレーションした結果であるが、後輪舵角の切り換えの際に車両の横滑り角やヨーレートが変化しており、このために運転者が違和感を感じるという問題点があった。

また、車両前端部近傍の定点Ａの軌跡を対地座標で演算する必要があり、このために車両重心点の演算と車両のヨー角とを演算する必要があって、演算が複雑であるという問題点もあった。

このような問題点を解決するために、本願出願人は、特許文献２（以下、第２従来技術）記載の出願において、目標回転中心位置の演算が容易で、車両の旋回中に所定の回転半径を実現しながら車両後端外側の張り出し量を制限することができる車両の前後輪舵角制御装置を提案した。

この第２従来技術では、車両旋回時の外側への張り出しを抑えつつ、ドライバの操作する操舵角に応じた旋回半径を実現することを狙いとしている。この狙いを達成するに当たっては、転舵中心が車両固定座標系にて固定されている間は、転舵中心半径が車両の旋回半径に一致し、転舵中心仰角が車両の姿勢角に一致する、という特性を利用している。

つまり、車両が動き始める時には、車両の張り出しをなくすように（＝車両後端の姿勢角が０以下となるように）転舵中心を車両後端の延長上（図１４の点Ｓ１）とし、張り出しによる障害物への衝突が回避された後には車両の旋回半径が小さくなるように転舵中心を車両中心の横（図１４点Ｆ１）とし、更にその間には、車両の挙動が連続するように車両の進行に従って転舵中心を図１４の点Ｓ１から点Ｆ１まで徐々に移動させるようにしている。
特開平２−７４４７３号公報 特願２０００−８２４６５

しかしながら、第２従来技術では、転舵中心の移動が車両の旋回半径に及ぼす影響を考慮していない為、転舵中心を移動させている間は、ドライバの操作する転舵角に関連付けられた所望の旋回半径を実現できないといった問題点があった。

その例を示す為のシミュレーション条件を図１５に、そのシミュレーション結果を図１６に示す。ここで、車両上の基準点は、車両の中心としているが、転舵中心を車両前方へ移動させている点Ｂから点Ｃの間は、転舵中心半径を一定に保っているにも関わらず車両の旋回半径がそれ以前より大きくなってしまっている。

このように、第２従来技術では、車両の回転半径を所望の値に一致させながら、車両の姿勢角を変化させることができなかった。

請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、ステアリング操作量に基づいて、車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅを算出する目標旋回半径演算手段と、前記基準点Ｐの目標姿勢角βを算出する目標姿勢角演算手段と、前記目標旋回半径Ｒｅと前記目標姿勢角βに基づいて前後輪の目標転舵角を演算すると共に、目標姿勢角βを大きくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角βを小さくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補正し、演算する目標転舵角演算手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、ステアリング操作量に基づいて算出された車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅと、前記基準点Ｐの目標姿勢角βとに基づいて、前後輪の目標転舵角を演算すると共に、目標姿勢角を大きくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角を小さくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補正する目標転舵角演算手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、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、転舵中心半径Ｒを、目標旋回半径Ｒｅと車両基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角の変化量δβ／δｚに応じて略１／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δβ／δｚとし、かつ、転舵中心仰角θを略βとする点Ｑを転舵中心点とするように目標転舵角を演算することを要旨とする。

請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標姿勢角演算手段は、基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角変化量δβ／δｚが急変しないように目標姿勢角を演算することを要旨とする。

請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、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、車両上のある点が一定距離移動するごとにパルスを出力する車速センサを少なくとも１つ有すると共に、前記目標転舵角演算手段は、その車速センサのパルスに同期して演算を実行することを要旨とする。

請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、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、車両の移動速度を検出する車速検出手段を備え、前記目標転舵角演算手段は、車両がほぼ停止しているとみなせる状態にあっては、目標姿勢角の変化の向き及び割合によらず、転舵中心半径ＲがＲｅと一致し、転舵中心仰角θがβとなる点Ｑから目標転舵角を演算することを要旨とする。

請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、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、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、目標姿勢角と目標旋回半径Ｒｅに応じて制限するように目標転舵角を演算することを要旨とする。

次に、本明細書中で用いる用語の定義を図１２を参照して明確にする。この定義は、特許請求の範囲、課題解決手段、及び実施形態に適用されるものとする。

◆車両の基準点Ｐ
車両上に固定された座標原点。車両上の任意の位置に基準点を取ることができるが、通常、計算の容易なように、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
図１２に示すように、車両に固定して原点、ｘ，ｙ軸を定めた座標。以下では、車両上の基準点（後述）を原点にとり、ｘ軸を車両前方，ｙ軸を車両側方に図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する（図１２では右旋回しているので、右側を正にとる）。左旋回中には左側を正にとる。

◆姿勢角
車両上の基準点（後述）の走行する向きに対する車両の進行方向前方（図１２ｘ軸）の成す角βとし、車両旋回周り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周り（時計周り）を正にとる。左旋回中には左回り（反時計周り）を正にとる。

◆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）。

◆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（後述）と転舵中心との距離Ｒ。

◆転舵中心仰角
車両上の基準点（後述）と転舵中心とを結ぶ線と、車両上の基準点（後述）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、反時計周りが正の向き。左旋回時は時計周りが正の向き）。

請求項１記載の発明によれば、前後輪の転舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、目標転舵角演算手段を、目標姿勢角βを大きくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角βを小さくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補正し、演算する手段とした。

本発明者らの検討により、転舵中心を車両進行方向前方（転舵中心仰角を大きくする向き）へ移動させる場合には、車両の旋回半径は転舵中心半径よりも大きくなり、逆に転舵中心を車両後方（転舵中心仰角を小さくする向き）へ移動させる場合には、車両の旋回半径は転舵中心半径よりも小さくなることがわかっている。この特性を予め考慮して補正を行なう本発明を適用することで、目標姿勢角を変化させる間においても、車両の実際の旋回方向を所望の旋回半径に近づくように実現できる。

また、目標姿勢角の変化に応じて、車両の前後輪転舵角を補正することになるので、車両の旋回半径Ｒｅと姿勢角βとを独立に実現できる効果を得ることができる。

これを運転者から見れば、発進時に張り出しを防止したまま、小さい旋回半径で回転できるので、例えば狭い道でもＵターンが可能になるという効果がある。

請求項２記載の発明によれば、前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪転舵角制御装置において、ステアリング操作量に基づいて算出された車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅと、前記基準点Ｐの目標姿勢角βとに基づいて、前後輪の目標転舵角を演算すると共に、目標姿勢角を大きくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角を小さくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補正するようにしたので、請求項１と同様の効果が得られる。

請求項３記載の発明によれば、目標転舵角演算手段において、転舵中心半径Ｒを、目標旋回半径Ｒｅと車両基準点の移動距離δｚに対する目標姿勢角の変化量δβ／δｚに応じて略、次に示す（１）式とし、
１／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δβ／δｚ …（１）
かつ、転舵中心仰角を略βとする点Ｑを転舵中心とするように目標転舵角を演算するようにした。本発明者らの検討により、車両の基準点Ｐの旋回半径Ｒｅと、転舵中心半径Ｒと、車両基準点の移動距離δｚと、その間の車両の姿勢角変化δβとの関係は、定量的に略（１）式で表わされることがわかっている。また、車両基準点の姿勢角は、転舵中心の移動に関わらず転舵中心仰角と略一致することもわかっている。

そこで、本発明にしたがって、これらの知見を予め定量的に考慮することで、目標姿勢角を変化させる間においても、車両の旋回半径が所望の旋回半径に精度良く近づくように達成できる。同時に、目標姿勢角の変化に応じて、車両の前後輪転舵角を補正することになるので、車両の旋回半径Ｒｅと姿勢角βとを独立により精度良く実現できる効果を得ることができる。

これを運転者から見れば、発進時に張り出しを防止したまま、小さい旋回半径で回転できるので、例えば狭い道でもＵターンが可能になるという効果がある。

請求項４記載の発明によれば、目標姿勢角演算手段を、車両基準点移動距離δｚに対する目標姿勢角変化量δβ／δｚが急変しないように目標姿勢角βを演算するようにした。前後輪の転舵サーボ系は、慣性系の位置制御であるので、所望のステップ的な目標位置を直ちに実現することは不可能であり、必ず目標位置まで連続的に移動し最終的に目標位置を実現することになる。従って、目標位置が不連続に生成される場合には、目標値に追従するまでの過渡状態においては車両旋回中心が所望の位置に実現されないという不具合が生じる。ところが、本発明のようにすれば、（１）式で１／Ｒｅが連続値で与えられる際に、δβ／δｚも急変しないよう値をとるので、１／Ｒも急変しない値として演算される。従って目標位置も急変しない値で演算されることになり、前述した不具合を回避することができる。

請求項５記載の発明によれば、目標転舵角演算を車速センサのパルスに同期して実行するようにした。車速パルスは車両の移動距離毎に出力されるので、所定の車両基準点の移動量δｚに対する目標姿勢角変化量δβに基づいて目標転舵角を演算するのが容易となる。つまり、時間同期で演算する場合には所定時間間の移動距離を演算した上で目標転舵角を算出する必要があるが、特に基準点Ｐを車速センサ位置として本方式を用いると移動距離は予め分かっているのでその分の演算が不要となる。更に、時間同期で移動距離を演算し時間内に発生するパルスの数から車速を求める方法の場合、パルス数が少ない状況に応じては移動距離の測定精度が悪化するが、本方式だとこれらへの対処を行なうまでもなく、車速センサの分解能を最大限に生かした演算が可能となる。

請求項６記載の発明によれば、目標転舵角演算手段を、車両がほぼ停止しているとみなせる状態にあっては、目標姿勢角の変化の向き及び割合に寄らず、転舵中心半径Ｒが略Ｒｅと一致し、転舵中心仰角θが略βとなる点Ｑから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動き（旋回半径および姿勢角）を変化させることができるようになった。

請求項７記載の発明によれば、目標転舵角演算手段にいて、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、目標姿勢角と目標旋回半径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１１）。従って、（１）式に従って転舵中心半径Ｒを演算する場合に旋回半径Ｒｅ，δβ／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変形を実現できないという不都合が生じる。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。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

図１は本発明に係る車両の前後輪舵角制御装置の実施例１の構成を示すシステム構成図である。図１において、１は前輪、２は後輪、３は運転者が操作するステアリングホイール、４は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であり、例えば光学式エンコーダを使用してコラムシャフトの回転量を検出するものがある。５および６は、それぞれ前輪の左右輪転舵アクチュエータ、７および８は、それぞれ後輪の左右輪転舵アクチュエータである。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旋回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。

２０・２１・２２・２３は各輪転舵用のＤＣモータを駆動する駆動回路であり、Ｈブリッジで構成される。後述するＥＣＵ（１２）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。３１・３２・３３・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・１５・１６・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。

１２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。

図２は、実施例１の前後輪舵角制御装置の構成を示したブロック図である。前後輪舵角制御装置は、ステアリング操作量である操舵角に基づいて目標旋回半径を演算する目標旋回半径演算部１４０１と、車両基準点の目標姿勢角を演算する目標姿勢角演算部１４０２と、目標旋回半径および目標姿勢角に基づいて前後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算部１４０３と、実転舵角を目標転舵角に一致するように調整する転舵角調整部１４０４とを備えている。

これらの前後輪舵角制御装置の構成要素は、１４０１，１４０２，１４０３，１４０４の順にすべてＥＣＵ（１２）内で実現される。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。

１４０１では、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４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。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４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。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。

１４０２では、車両の周囲状況に応じた目標姿勢角βを演算する。この例においては、車両上の基準点を車両中心とした時、図５に示すように、車両停止状態からの基準点Ｐの移動距離ｚに応じて転舵中心を車両後端延長上点Ｓ１（図１４）から点Ｆ１までを０まで移動させるように生成している。

ここで、請求項４の発明を適用する際には、図５のように目標姿勢角βが車両の移動に対して変化するように生成すれば良い。基準点Ｐの移動距離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。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。今、車速センサは各輪に合計４つ備え付けられているが、基準点Ｐ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。

なお、目標旋回半径Ｒｅおよび目標姿勢角βの演算については、このようなもの以外にも、自動駐車システムのように周囲の障害物状況を検出しながら、自動的に駐車場への進入を行なえるように目標旋回半径および目標姿勢角を演算するものでも良い。

１４０３では、目標旋回半径Ｒｅおよび目標姿勢角βを実現する為の目標転舵中心（点Ｑ）を求め、次にその目標転舵中心を実現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。

図３は、本実施例１の前後輪舵角制御装置の動作を説明する概略フローチャートである。まず、ステアリング操舵角を検出し（ステップ１５０１）、次いで車速を検出する（ステップ１５０２）。そしてステアリング操舵角に基づいて車両の目標旋回半径を演算し（ステップ１５０３）、目標姿勢角を演算し（ステップ１５０４）、最後に目標転舵角を演算する（ステップ１５０５）。

以下に、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７）およびフローチャート２（図８）で説明する。フローチャート１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。フローチャート２は、１０ｍｓ毎に演算がなされる。

フローチャート１では、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。ステップ１９０１では、現ＪＯＢでの基準点進行距離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
ｄｚ＝ｚ−ｚold …（２）
式（２）で求める。

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。

ステップ１９０２では、目標姿勢角演算手段にて演算された目標姿勢角βと１ＪＯＢ前にステップ１９０６で演算した転舵中心仰角θoldから、１ＪＯＢ前からの目標転舵中心の仰角ｄθを
ｄθ＝β−θold …（３）
式（３）で求める。

ステップ１９０３では、１ＪＯＢ目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１１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。

ステップ１９０４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。

ｄθmax＝（１／Ｒmin−１／Ｒｅ）＊ｄｚ …（４）
そして、ステップ１９０５では、その値で転舵中心仰角の変化ｄθを制約する。

ステップ１９０６では、最終的な目標姿勢角β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。

最後にステップ１９０７にて転舵中心半径Ｒを
Ｒ＝１／（ｄθ／ｄｚ＋１／Ｒｅ） …（５）
で演算し、本ルーチンを終了する。

ここで請求項３については、ステップ１９０６，１９０７にて実現しており、請求項５については、本フローチャート１を車速パルスの発生に同期させることで適用しており、請求項７については、ステップ１９０３・１９０４・１９０５にて実現している。

また、請求項１を適用する例としてはステップ１９０７を次のようにするものがある。基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角変化量が正の値の時には、転舵中心半径Ｒを目標旋回半径Ｒｅより小さい値として対応づけ、基準点Ｐの移動距離δｚに対応する目標姿勢角変化量が負の値の時には、転舵中心半径Ｒを目標旋回半径Ｒｅより大きい値として対応づけたデータをＲＯＭに格納し、そのデータを表引きすることでＲを導出する。

フローチャート２（図８）では、車両がほぼ停止している状態、或いは、旋回の向きを変えた時における転舵中心を演算することになる。ステップ２００１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ステップ２００２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。更にステップ２００１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ステップ２００２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。

ステップ２００２では転舵中心仰角を直ちに目標姿勢角βとし、ステップ２００３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。

フローチャート２によって、本発明の請求項６が実現される。

次に目標転舵中心（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。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９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。

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。

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。

ステップ１４０４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２０・２１・２２・２３のＤＣモータ駆動回路に指令する電流指令値を演算する。ここで、各ストロークセンサ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、各輪の転舵角をストロークセンサ３１・３２・３３・３４の検出値から各転舵角検出値を演算する。

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。

このような実施形態で制御システムを構成し、図１５の条件でシミュレーションした結果を図６に示す。点Ｂから点Ｃの間においても車両の旋回半径を一定に保ちながら姿勢角を徐々に変化させることが達成できている。

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。

図１０は、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を適用した実施例２の構成を示す。

図１０において、４５・４６は、それぞれ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、前述の実施例１のなかで、目標転舵角演算手段と転舵角調整手段とを次のように変更すれば良い。

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の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。

このように構成することで、転舵角調整手段については、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。

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。

また、目標姿勢角は、予めマップ化したデータとしてメモリに記憶しておき、これを用いるようにしてもよい。

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。

実施例１の前後輪舵角制御装置を適用した車両の構成を説明するシステム構成図である。 実施例１の前後輪舵角制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例１の動作を説明する概略フローチャートである。 目標旋回半径の生成例を示す図である。 目標姿勢角の生成例を示す図である。 実施例１のシミュレーション結果を示す図である。 実施例１の目標転舵中心を演算するフローチャート１である。 実施例１の目標転舵中心を演算するフローチャート２である。 各輪の転舵角演算方法を説明する図である。 実施例２を説明する図である。 転舵中心の取り得る範囲を説明する図である。 本発明で使用する用語の定義を説明する図である。 第１従来技術における前後輪操舵制御のシミュレーションによる舵角、車両横滑り角、ヨーレートの変化を示すグラフである。 第２従来技術の制御方式を示す図である 第２従来技術の問題点を説明する為のシミュレーションの条件例を示す図である。 第２従来技術の問題点を説明する為のシミュレーション結果例を示す図である。

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 前輪操舵アクチュエータ
６ 後輪操舵アクチュエータ
７ 舵角センサ
８ 舵角センサ
９ 車速センサ
１０ ヨーレートセンサ
１２ 前後輪舵角制御装置
１３ 駆動回路

Claims (7)

1. 前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、
   ステアリング操作量に基づいて、車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅを算出する目標旋回半径演算手段と、
   前記基準点Ｐの目標姿勢角βを算出する目標姿勢角演算手段と、
   前記目標旋回半径Ｒｅと前記目標姿勢角βに基づいて前後輪の目標転舵角を演算すると共に、目標姿勢角βを大きくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角βを小さくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補正し、演算する目標転舵角演算手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。
2. 前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、
   ステアリング操作量に基づいて算出された車両上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅと、前記基準点Ｐの目標姿勢角βとに基づいて、前後輪の目標転舵角を演算すると共に、
   目標姿勢角を大きくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、
   目標姿勢角を小さくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補正する目標転舵角演算手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。
3. 前記目標転舵角演算手段は、転舵中心半径Ｒを、目標旋回半径Ｒｅと車両基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角の変化量δβ／δｚに応じて略１／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δβ／δｚとし、かつ、転舵中心仰角θを略βとする点Ｑを転舵中心点と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または請求項２記載の車両の前後輪舵角制御装置。
4. 前記目標姿勢角演算手段は、前記基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角変化量δβ／δｚが急変しないように目標姿勢角を演算することを特徴とする請求項１記載の車両の前後輪舵角制御装置。
5. 車両上のある点が一定距離移動するごとにパルスを出力する車速センサを少なくとも１つ有すると共に、前記目標転舵角演算手段は、その車速センサのパルスに同期して演算を実行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。
6. 車両の移動速度を検出する車速検出手段を備え、
   前記目標転舵角演算手段は、車両がほぼ停止しているとみなせる状態にあっては、目標姿勢角の変化の向き及び割合によらず、転舵中心半径ＲがＲｅと一致し、転舵中心仰角θがβとなる点Ｑから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。
7. 前記目標転舵角演算手段は、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、目標姿勢角と目標旋回半径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。

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