JP4186605B2

JP4186605B2 - 車両用舵角制御装置

Info

Publication number: JP4186605B2
Application number: JP2002354928A
Authority: JP
Inventors: 庸石田; 芳樹安野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: JP2004182196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に前輪及び後輪に補助舵角を与える前後輪操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平５−１０５１０２号公報に開示された前後輪共に補助操舵を行う技術が提案されている。この従来技術では、検出されたハンドル操舵角に基づくフィードフォワード項と検出されたヨーレイトに基づくフィードバック項との加算値により前後輪に補助舵角を与えるよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の前後輪操舵制御装置にあっては、通常は前輪操舵と後輪操舵を用いることで、目標値としてヨーレイトと横速度を取ることが可能であるが、後輪操舵角が制御上限に達した場合は、制御可能な舵角が前輪のみとなるため、前輪操舵角目標値が過剰なものとなって運転者に違和感を与える可能性がある。
【０００４】
本発明は、上述の課題に鑑み、前輪補助舵角付与手段及び後輪補助舵角付与手段を備えた車両用舵角制御装置において、後輪操舵角が制御上限に達したとしても、運転者に違和感を与えることなく車両の挙動を安定に制御可能な車両用舵角制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段と、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段と、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角及び後輪補助舵角を算出し、前記前輪補助舵角付与手段及び前記後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力する前後輪補助舵角制御手段と、を備えた車両用舵角制御装置において、前記前後輪補助舵角制御手段を、後輪補助舵角が制限上限に達したかどうかを判断する制限上限判断部を有し、後輪補助舵角が制限上限に達したと判断したときは、前記前輪補助舵角のハンドル操舵角に対する変化量を制限上限に達する前よりも制限する手段としたことで、上記課題を解決するに至った。
【０００６】
【発明の作用】
本願発明にあっては、後輪補助舵角が制限上限に達したときは、前輪補助舵角を小さくすることで、車両スピン方向のヨーモーメントを抑制し、車両スリップアングルの適正な制御が達成され、運転者に違和感を与えることなく安定した操舵制御を達成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車両用操舵制御装置の実施形態について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例における基本構成を示す全体システム図である。
実施例の車両用操舵制御装置が適用される車両の前輪１Ｌ，１Ｒには、ハンドル２への操舵入力に基づき左右の前輪操舵機構３Ｌ，３Ｒを介して前輪１Ｌ，１Ｒを操舵するステアリングユニット４が設けられている。更に、前輪操舵アクチュエータ３７としてステアリングユニット４のラックチューブ（車体５に弾性体６を介して支持）をストロークさせることで前輪１Ｌ，１Ｒに補助舵角を与える前輪側油圧シリンダ７が設けられている。また、後輪操舵アクチュエータ３８として、後輪８Ｌ，８Ｒには、左右の後輪操舵機構９Ｌ，９Ｒを介して後輪８Ｌ，８Ｒに補助舵角を与える後輪側油圧シリンダ１０が設けられている。
【０００９】
前輪側油圧シリンダ７及び後輪側油圧シリンダ１０は、共通の油圧源ユニット１１を油圧源としている。この油圧源ユニット１１から前輪側フェールセーフバルブ１２及び前輪側サーボバルブ１３を介して制御圧を与えることで前輪側油圧シリンダ７が駆動する。また、油圧源ユニット１１から後輪側フェールセーフバルブ１４及び後輪側サーボバルブ１５を介して制御圧を与えることで後輪側油圧シリンダ１０が駆動する。尚、油圧源ユニット１１には、エンジン１６により駆動される油圧ポンプ１１ａ，アンロードバルブ１１ｂ，圧力スイッチ１１ｃ，アキュムレータ１１ｄ，リザーバ１１ｅから構成され、一定圧の作動油を供給する。
【００１０】
前輪側フェールセーフバルブ１２及び後輪側フェールセーフバルブ１４は、操舵制御コントローラ３０の指令に基づいてON/OFFの２位置が切り換えられる。また、前輪側サーボバルブ１３及び後輪側サーボバルブ１５は、操舵制御コントローラ３０からサーボアンプ１８，１９を介した指令に基づいて右操舵，保持，左操舵の３位置が切り換え制御される。
【００１１】
操舵制御コントローラ３０には、車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２０（車速検出手段に相当），パルスエンコーダ等を用いて運転者の操舵角度θを検出する操舵角センサ２１（ハンドル操舵角検出手段に相当），エンジン回転数センサ２３，前輪側変位センサ２４，後輪側変位センサ２５，ニュートラルスイッチ２６，クラッチスイッチ２７，ストップランプスイッチ２８からの検出信号が入力される。
【００１２】
図２は操舵制御コントローラ３０の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ３０は、目標値生成部３１、目標出力値生成部３２、前輪操舵コントローラ３４及び後輪操舵コントローラ３５から構成されている。
【００１３】
目標値生成部３１は、図３の目標値生成部３１の構成を表すブロック図に示すように、車両モデル演算部３１１と目標値演算部３１２から構成されている。
車両モデル演算部３１１は、操舵角度θと車体速Ｖから２輪モデルを用いて車両パラメータを演算する。車両パラメータの演算については後で詳細に説明する。
目標値演算部３１２は、操舵角度θ、車体速Ｖ及び車両パラメータから、車両の目標ヨーレイトψ'^*と目標横速度V^*yを決定する。尚、後輪操舵角度が最大値に到達したときは、目標横速度V^*yのみ出力する。
【００１４】
目標出力値生成部３２は、図４の目標出力値生成部３２の構成を表すブロック図に示すように、目標後輪舵角演算部３２１，目標前輪舵角演算部３２２から構成されている。
【００１５】
目標後輪舵角演算部３２１は、車両の目標ヨーレイトψ'^*と目標横速度V^*yから目標後輪舵角δ^*を決定する。後輪舵角飽和時には、後輪舵角最大値δ_maxを出力する。
目標前輪舵角演算部３２２は、車両の目標ヨーレイトψ'^*，目標横速度V^*yから目標前輪舵角θ^*を決定する。後輪舵角飽和時には、後輪舵角最大値δ_max及び目標横速度から目標前輪舵角θ^*を出力する。
【００１６】
前輪操舵コントローラ３４は、前輪の実舵角が目標前輪舵角θ^*と一致するように前輪操舵アクチュエータ３７を制御する。
【００１７】
後輪操舵コントローラ３５は、後輪の実舵角が補正後目標前輪舵角δ^*と一致するように後輪操舵アクチュエータ３８を制御する。
【００１８】
〔車両モデル演算部３１１における車両モデル演算〕
車両モデル演算部３１１は、以下に示す車両モデルから、車両パラメータを演算する。
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレイトと横速度は、下記式１で表せる。
（式１）

ここで、

（式２）

である。
【００１９】
状態方程式より前輪操舵、後輪操舵に対するヨーレイト、横速度の伝達関数を求めると、下記式（３）〜式（７）で表される。
（式３）

（式４）

（式５）

（式６）

但し、
（式７）

【００２０】
定常状態で考えると微分演算子ｓは無視できるので、式（３）〜式（７）より下記式（３）'〜式（６）'の関係が導出できる。
（式３）'

（式４）'

（式５）'

（式６）'

【００２１】
〔目標値演算部３１２における目標値演算〕
前輪操舵のみの横速度定常値V^*y₀とヨーレイト定常値ψ'₀ ^*は下記式（８），（９）で表される。
式（８）

式（９）

【００２２】
後輪操舵を含む４輪操舵時の目標横速度V^*y₀と目標ヨーレイトψ'₀ ^*は、前輪操舵のみの定常値に対して所定のゲインを乗じた下記式（１０），（１１）に表される。
式（１０）

式（１１）

ここで、図５に示すvy_gain_map、図６に示すyrate_gain_mapはチューニングパラメータである。
【００２３】
〔目標出力値生成部３２における目標操舵角演算〕
（目標後輪舵角が飽和していない時）
目標ヨーレイト，目標横速度から目標前輪舵角θ'^*及び目標後輪舵角δ^*を算出する。
（式１２）

（式１３）

（式１４）

【００２４】
ここで、目標横速度V^*y₀，ψ'₀ ^*，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは既知であり、目標前輪舵角θ^*'と目標後輪舵角δ^*が未知である。式（１０），式（１１），式（１４）から目標前輪舵角は下記式（１５）で表される。
（式１５）

また、目標後輪舵角は下記式（１６）で表される。
（式１６）

【００２５】
（目標後輪舵角が飽和している時）
目標横速度と後輪操舵角最大値から、目標前輪舵角θ^*'と後輪舵角飽和時の目標ヨーレイトψ'₀ ^*'を算出する。
（式１７）

（式１８）

【００２６】
ここで、目標横速度V^*y₀，δ^*（＝δ_max ^*），Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは既知であり、目標前輪舵角θ^*'と目標ヨーレイトψ'^*'が未知である。式（１０），式（１１），式（１７），式（１８）から目標前輪舵角は下記式（１９）で表される。
（式１９）

尚、後輪舵角飽和時の目標ヨーレイトは下記式（２０）で表される。
（式２０）

【００２７】
図５は目標出力生成部の制御内容を表すフローチャートである。
ステップＳ１では、後輪舵角の絶対値δが後輪飽和舵角δ_max以下かどうかを判断し、δmax以下の時はステップＳ２へ進み、それ以外はステップＳ４へ進む。
ステップＳ２では、目標ヨーレイトψ'^*及び目標横速度V^*y₀を演算する。
ステップＳ３では、目標前輪舵角演算θ^*'及び目標後輪舵角δ^*を演算する。
ステップＳ４では、目標横速度V^*y₀を演算する。
ステップＳ５では、目標横速度V^*y₀及び後輪飽和舵角δ_maxから目標前輪舵角θ^*'を演算する。
ステップＳ６では、操舵制御を実行する。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態では、後輪舵角制御量が飽和した場合、目標横速度及び後輪飽和舵角を用いて目標前輪操舵量を演算することで、後輪舵角制御量が飽和した場合でも、前輪補助舵角のハンドル操舵角に対する変化量を小さくすることで、車両スピン方向のモーメントを抑制し、車両スリップアングルの適正な制御が達成され、運転者に違和感を与えることがない。
【００２９】
図８〜図１１は上記構成に基づいたシミュレーション結果を表す図、図１２〜図１５は従来技術に基づいたシミュレーション結果を表す図である。以下、本願発明と従来技術を比較しながら説明する。
【００３０】
（従来技術）
車速120km/h、操舵角を図１２の◆に示すように与えた場合、制御された最終的な前輪操舵角は△に示すように与えられる。図１３に示すように、ドライバ入力操舵角がθδmaxになると、後輪操舵角が飽和する。よって、図１４に示すように、目標ヨーレイトと発生ヨーレイトがθδmaxを越えると乖離し始める。また、図１５に示すように、ドライバ入力操舵角がθδmaxを越えると、目標横速度に対して、目標以上の横速度が発生していることが分かる。
【００３１】
（本願発明）
車速120km/h、操舵角を図８の◆に示すように与えた場合、制御された最終的な前輪操舵角は＊で示すように与えられる。図９に示すように、ドライバ入力操舵角がθδmaxになると、後輪操舵角が飽和する。このとき、本願発明では、目標横速度及び後輪飽和舵角δmaxを用いて目標ヨーレイトを算出するため、目標ヨーレイトと発生ヨーレイトが一致するとともに、通常よりも小さな目標ヨーレイトが算出される。また、図１１に示すように、目標横速度と発生横速度が一致し、更に目標ヨーレイトが小さいことから前輪補助舵角も小さく設定され、発生横速度も小さくなっていることが分かる。
【００３２】
（その他の実施例）
第１実施例では、後輪舵角が飽和した際、目標横速度と後輪飽和舵角から目標前輪舵角を算出したが、例えば、目標ヨーレイトと後輪飽和舵角から目標前輪舵角及び目標横速度を算出しても良い。このときの目標前輪舵角は下記式（２１）に、目標横速度は下記式（２２）に表される。
（式２１）

（式２２）

【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図３】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図４】第１実施例における、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例における、横速度パラメータを表すマップである。
【図６】第１実施例における、ヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図７】第１実施例における操舵制御を表すフローチャートである。
【図８】第１実施例におけるシミュレーション結果のフロント舵角を表す図である。
【図９】第１実施例におけるシミュレーション結果の後輪操舵角を表す図である。
【図１０】従来例におけるシミュレーション結果のヨーレイトを表す図である。
【図１１】従来例におけるシミュレーション結果の横速度を表す図である。
【図１２】従来例におけるシミュレーション結果のフロント舵角を表す図である。
【図１３】従来例におけるシミュレーション結果の後輪操舵角を表す図である。
【図１４】従来例におけるシミュレーション結果のヨーレイトを表す図である。
【図１５】従来例におけるシミュレーション結果の横速度を表す図である。
【符号の説明】
１Ｌ，１Ｒ前輪
２ハンドル
３Ｌ，３Ｒ前輪操舵機構
４ステアリングユニット
５車体
６弾性体
７前輪側油圧シリンダ
８Ｌ，８Ｒ後輪
９Ｌ，９Ｒ後輪操舵機構
１０後輪側油圧シリンダ
１１油圧源ユニット
１２前輪側フェールセーフバルブ
１３前輪側サーボバルブ
１４後輪側フェールセーフバルブ
１５後輪側サーボバルブ
１６エンジン
１８，１９サーボアンプ
２０車速センサ
２１操舵角センサ
２３エンジン回転数センサ
２４前輪側変位センサ
２５後輪側変位センサ
２６ニュートラルスイッチ
２７クラッチスイッチ
２８ストップランプスイッチ
３０操舵制御コントローラ
３１目標値生成部
３２目標出力値生成部
３４前輪操舵コントローラ
３５後輪操舵コントローラ
３７前輪操舵アクチュエータ
３８後輪操舵アクチュエータ
３１１車両モデル演算部
３１２目標値演算部
３２１目標後輪舵角演算部
３２２目標前輪舵角演算部

Claims

ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段と、
後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段と、
検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角及び後輪補助舵角を算出し、前記前輪補助舵角付与手段及び前記後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力する前後輪補助舵角制御手段と、
を備えた車両用舵角制御装置において、
前記前後輪補助舵角制御手段を、前記後輪補助舵角が制限上限未満の時は、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから目標ヨーレイト及び目標横速度を算出し、算出された前記目標ヨーレイト及び目標横速度となるように目標前輪舵角及び目標後輪舵角を演算し、演算された目標前後輪舵角となるように前記前輪補助舵角付与手段及び後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力し、
前記後輪補助舵角が制限上限に達したときは、目標値として目標ヨーレイトのみ、もしくは目標横速度のみとし、後輪補助舵角を制限上限値として目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角となるように前記前輪補助舵角付与手段に指令信号を出力する手段としたことを特徴とする車両用舵角制御装置。