JP4186606B2 - 車両用舵角制御装置 - Google Patents
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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は、後輪補助舵角が飽和する制限上限値に近づいているかどうかを判断する飽和判断部を有し、前記後輪補助舵角が飽和していない時は、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて第１目標ヨーレイト及び第１目標横速度を算出し、算出された第１目標ヨーレイト及び第１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飽和に近づいていると判断されたときは、前記第１目標横速度及び後輪操舵角最大値から目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角及び後輪操舵角最大値によって発生する発生ヨーレイトを演算し、この演算された発生ヨーレイトを第２目標ヨーレイトとして前輪補助舵角を演算することことで、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そうなときは、目標横速度と後輪補助舵角最大値から発生ヨーレイトを演算し、この発生ヨーレイトに基づいて前輪補助舵角を算出することで、後輪補助舵角が制限上限に達することがなく、車両の横滑り角の増大を防止することが可能となり、車両の安定性を向上することができる。
【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、目標特性パラメータ演算部3121、後輪舵角飽和時特性演算部3122、目標特性パラメータ補正部3123、目標ヨーレイト演算部3124、目標横速度演算部3125から構成されている。
【００１４】
目標特性パラメータ演算部3121は、車体速V、車両パラメータから後輪操舵角飽和時の車両特性を演算する。
【００１５】
目標特性パラメータ補正部3123は、車両の目標特性パラメータ、後輪操舵角飽和時車両特性値、目標後輪舵角から、補正後目標特性パラメータを演算する。
【００１６】
目標ヨーレイト演算部3124は、操舵角度θ、補正後目標特性パラメータから車両の目標ヨーレイトψ'*を演算する。
【００１７】
目標横速度演算部3125は、操舵角度θ、補正後目標特性パラメータから車両の目標横速度V*yを演算する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
〔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。
【００２３】
状態方程式より前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）及び式（４）で表される。
（式３）
（式４）
となる。
【００２４】
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。
（式５）
ここで、
（式６）
【００２５】
同様に横速度伝達関数は、式（４）より下記式（７）と表される。
（式７）
ここで、
（式８）
【００２６】
以上から、車両パラメータ
が求められる。
【００２７】
〔目標値演算部３１２における目標値演算〕
目標値演算部３１２における車速、車両パラメータと後述する目標値パラメータから目標ヨーレイトと目標横速度を求める。
（目標特性パラメータ演算部3121における演算）
【００２８】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。
（式９）
【００２９】
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
（式１０）
【００３０】
ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記式１１で表される。
（式１１）
ただし、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_mapはそれぞれ図５，図６，図７及び図８に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００３１】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。
（式１２）
ただし、vy_gain_map，vy_omegn_map，vy_zeta_map，vy_zero_mapはそれぞれ図９，図１０，図１１及び図１２に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００３２】
（後輪舵角飽和時特性演算部3122における演算）
後輪舵角操舵量が飽和するのを防ぐため、目標となる車両のヨーレイトゲインを後輪舵角操舵量に合わせて徐々に変化させる処理を行う。
【００３３】
まず、状態方程式により前輪操舵、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（４）'，（１３），（３）'，（１４）で表される。
前輪操舵−横速度
（式４）'
後輪操舵−横速度
（式１３）
前輪操舵−ヨーレイト
（式３）'
後輪操舵−ヨーレイト
（式１４）
【００３４】
定常状態で考えるとラプラス演算子ｓは無視できるので、式３'，式４'，式１３，式１４から下記式（４）''，（１３）'，（３）''，（１４）'で表される。（式４）''
（式１３）'
（式３）''
（式１４）'
【００３５】
前輪操舵のみの横速度定常値V*y0_2wsとヨーレイト定常値ψ'0_2ws *は下記式（１５），（１６）で表される。
式（１５）
式（１６）
【００３６】
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（１７），（１８）に表される。
式（１７）
式（１８）
ここで、vy_gain_map，yrate_gain_mapはチューニングパラメータである。
（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１９）
（式２０）
（式２１）
【００３７】
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（１７），式（１８），式（２１）から目標前輪舵角及び目標後輪舵角は下記式（２２），（２３）で表される。
（式２２）
（式２３）
【００３８】
（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δmax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２４）
（式２５）
【００３９】
ここで、目標横速度V*y0，δ*（＝δmax *），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（１７），式（２４），式（２５）から目標前輪舵角は下記式（２６）で表される。
（式２６）
尚、後輪舵角飽和時の発生ヨーレイトは下記式（２７）で表される。
（式２７）
【００４０】
これにより、後輪舵角が飽和する領域では、目標ヨーレイトをψ0'*から、後輪舵角飽和時の発生ヨーレイトψ0'*'に切り換えることで、後輪舵角が飽和しないように制御できる（請求項１に対応）。
【００４１】
（目標特性パラメータ補正部3123における演算）
〔目標ヨーレイトゲイン補正処理〕
後輪舵角が飽和するのを防ぎつつ滑らかな車両挙動を実現するために、目標とするヨーレイトを徐々に変化させる処理を行う。
目標ヨーレイトψ0'*、後輪舵角飽和時の発生ヨーレイトψ0'*'から、後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲインyarete_gain_map_δmaxは、
式（２８）
とすればよい。
【００４２】
後輪舵角を飽和させないために、後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲインyarete_gain_map_δmaxに対し一定の割合で目標のゲインを小さく補正する。これにより、目標値が急変することなく車両の安定性が確保される（請求項２に対応）。小さくする割合をαとすると、小さくするヨーレイトゲインyarete_gain_map_δαは、下記のように表される。
式（２９）
【００４３】
更に、後輪舵角の飽和を防ぎつつ、後輪操舵の制御効果を損ねないようにするためには、目標後輪舵角δ*が後輪操舵角最大値δmaxに対して小さい領域ではヨーレイトゲインの補正は行わず、ある一定量δlimを越えた段階で目標ヨーレイトゲインの補正を開始するのが望ましい。そのため目標ヨーレイトゲインの補正を開始する後輪舵角をδlimとし、目標ヨーレイトゲインを減ずる割合を下記式（３０）に示すように求める。
式（３０）
【００４４】
目標後輪舵角δ*の絶対値が補正開始後輪舵角δlim以下では０，後輪操舵角最大値δmax以上では１，その間を線形とする割合で、目標後輪舵角が大きくなるほどヨーレイトゲインの補正割合が大きくなる。以上から、補正後の目標ヨーレイトゲインは下記式（３１）で表される。
式（３１）
【００４５】
求めた補正後目標ヨーレイトゲインから、補正後の目標ヨーレイトψ'*'(s)は式５より下記式（３２）により表される。
式（３２）
【００４６】
（目標出力値生成部３２における目標前輪舵角及び目標後輪舵角演算）
目標後輪舵角演算部３２１では、補正後目標ヨーレイトψ'*'(s)，目標横速度V*yから目標後輪舵角δ*を算出する。
式（３３）
から、
式（３４）
よって、目標後輪舵角δ*は
式（３５）
となる。
目標前輪舵角演算部３２２では、目標ヨーレイトψ'*(s)，目標横速度V*yから目標前輪舵角θ*を算出すると下記式（３６）で表される。
式（３６）
【００４７】
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そうな場合、すなわち、δmaxより小さなδlimに到達したときは、目標横速度とδmaxから発生ヨーレイトを演算し、この発生ヨーレイトに基づいて目標前輪操舵量を演算することで、後輪舵角が飽和することなく、車両の横滑り角の増大を防止することができる。更に、目標ヨーレイトを変更する際、一定の割合で減少させることで滑らかに制御可能となり、目標運動量が変化しても前輪が急変することがなく滑らかに制御され、運転者に違和感を与えることがない。
【００４８】
図１３はある車速における運転者の入力操舵角に対する目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイトの変化を表す図である。図中細線が後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイト、太線が本願発明の目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイト、●で示すのが後輪飽和がない場合の目標ヨーレイトである。図１３に示すように、後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイトを用いた場合、運転者の入力操舵に対する後輪操舵角がδmaxに到達した後、目標ヨーレイトゲインは徐々に低下する。これに伴い目標ヨーレイトも後輪飽和を無視した場合の目標ヨーレイトに比べ、小さな値に設定される。
【００４９】
更に、本願発明では、目標ヨーレイトゲイン補正処理を行っており、運転者の入力操舵に対し、後輪操舵角がδlimに到達すると、目標ヨーレイトゲインが補正され、徐々に減少し始める。これに応じて目標ヨーレイトもより小さな値に設定される。
【００５０】
図１４上記構成に基づいたシミュレーション結果を表す図であり、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。
車速120km/h、操舵角を図６に示すように±60deg、0.3Hzで与えた場合、図１５に示す従来技術では、後輪舵角が飽和すると目標ヨーレイトが変更されないため前輪は後輪飽和がない場合と同様に操舵される。そのため、スリップ角が増大し、車両の安定性が損なわれてしまう。それに対し、本願発明では、後輪舵角が飽和しそうになったら、目標ヨーレイトを徐々に変化させるため、後輪舵角が飽和することなく、スリップ角も増大しないため、車両の安定性を保つことが可能となる。
【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実施例におけるヨーレイト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実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】第１実施例における、入力操舵角に対する目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイトを表す図である。
【図１４】第１実施例におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【図１５】従来技術におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【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
【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は、後輪補助舵角が飽和する制限上限値に近づいているかどうかを判断する飽和判断部を有し、前記後輪補助舵角が飽和していない時は、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて第１目標ヨーレイト及び第１目標横速度を算出し、算出された第１目標ヨーレイト及び第１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飽和に近づいていると判断されたときは、前記第１目標横速度及び後輪操舵角最大値から目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角及び後輪操舵角最大値によって発生する発生ヨーレイトを演算し、この演算された発生ヨーレイトを第２目標ヨーレイトとして前輪補助舵角を演算することことで、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そうなときは、目標横速度と後輪補助舵角最大値から発生ヨーレイトを演算し、この発生ヨーレイトに基づいて前輪補助舵角を算出することで、後輪補助舵角が制限上限に達することがなく、車両の横滑り角の増大を防止することが可能となり、車両の安定性を向上することができる。
【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、目標特性パラメータ演算部3121、後輪舵角飽和時特性演算部3122、目標特性パラメータ補正部3123、目標ヨーレイト演算部3124、目標横速度演算部3125から構成されている。
【００１４】
目標特性パラメータ演算部3121は、車体速V、車両パラメータから後輪操舵角飽和時の車両特性を演算する。
【００１５】
目標特性パラメータ補正部3123は、車両の目標特性パラメータ、後輪操舵角飽和時車両特性値、目標後輪舵角から、補正後目標特性パラメータを演算する。
【００１６】
目標ヨーレイト演算部3124は、操舵角度θ、補正後目標特性パラメータから車両の目標ヨーレイトψ'*を演算する。
【００１７】
目標横速度演算部3125は、操舵角度θ、補正後目標特性パラメータから車両の目標横速度V*yを演算する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
〔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）
【００２３】
状態方程式より前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）及び式（４）で表される。
（式３）
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。
（式５）
（式６）
同様に横速度伝達関数は、式（４）より下記式（７）と表される。
（式７）
（式８）
以上から、車両パラメータ
【００２７】
〔目標値演算部３１２における目標値演算〕
目標値演算部３１２における車速、車両パラメータと後述する目標値パラメータから目標ヨーレイトと目標横速度を求める。
（目標特性パラメータ演算部3121における演算）
【００２８】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。
（式９）
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
（式１０）
ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記式１１で表される。
（式１１）
【００３１】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。
（式１２）
【００３２】
（後輪舵角飽和時特性演算部3122における演算）
後輪舵角操舵量が飽和するのを防ぐため、目標となる車両のヨーレイトゲインを後輪舵角操舵量に合わせて徐々に変化させる処理を行う。
【００３３】
まず、状態方程式により前輪操舵、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（４）'，（１３），（３）'，（１４）で表される。
前輪操舵−横速度
（式４）'
（式１３）
（式３）'
（式１４）
定常状態で考えるとラプラス演算子ｓは無視できるので、式３'，式４'，式１３，式１４から下記式（４）''，（１３）'，（３）''，（１４）'で表される。（式４）''
前輪操舵のみの横速度定常値V*y0_2wsとヨーレイト定常値ψ'0_2ws *は下記式（１５），（１６）で表される。
式（１５）
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（１７），（１８）に表される。
式（１７）
（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１９）
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（１７），式（１８），式（２１）から目標前輪舵角及び目標後輪舵角は下記式（２２），（２３）で表される。
（式２２）
（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δmax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２４）
ここで、目標横速度V*y0，δ*（＝δmax *），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（１７），式（２４），式（２５）から目標前輪舵角は下記式（２６）で表される。
（式２６）
（式２７）
これにより、後輪舵角が飽和する領域では、目標ヨーレイトをψ0'*から、後輪舵角飽和時の発生ヨーレイトψ0'*'に切り換えることで、後輪舵角が飽和しないように制御できる（請求項１に対応）。
【００４１】
（目標特性パラメータ補正部3123における演算）
〔目標ヨーレイトゲイン補正処理〕
後輪舵角が飽和するのを防ぎつつ滑らかな車両挙動を実現するために、目標とするヨーレイトを徐々に変化させる処理を行う。
目標ヨーレイトψ0'*、後輪舵角飽和時の発生ヨーレイトψ0'*'から、後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲインyarete_gain_map_δmaxは、
式（２８）
【００４２】
後輪舵角を飽和させないために、後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲインyarete_gain_map_δmaxに対し一定の割合で目標のゲインを小さく補正する。これにより、目標値が急変することなく車両の安定性が確保される（請求項２に対応）。小さくする割合をαとすると、小さくするヨーレイトゲインyarete_gain_map_δαは、下記のように表される。
式（２９）
更に、後輪舵角の飽和を防ぎつつ、後輪操舵の制御効果を損ねないようにするためには、目標後輪舵角δ*が後輪操舵角最大値δmaxに対して小さい領域ではヨーレイトゲインの補正は行わず、ある一定量δlimを越えた段階で目標ヨーレイトゲインの補正を開始するのが望ましい。そのため目標ヨーレイトゲインの補正を開始する後輪舵角をδlimとし、目標ヨーレイトゲインを減ずる割合を下記式（３０）に示すように求める。
式（３０）
目標後輪舵角δ*の絶対値が補正開始後輪舵角δlim以下では０，後輪操舵角最大値δmax以上では１，その間を線形とする割合で、目標後輪舵角が大きくなるほどヨーレイトゲインの補正割合が大きくなる。以上から、補正後の目標ヨーレイトゲインは下記式（３１）で表される。
式（３１）
求めた補正後目標ヨーレイトゲインから、補正後の目標ヨーレイトψ'*'(s)は式５より下記式（３２）により表される。
式（３２）
（目標出力値生成部３２における目標前輪舵角及び目標後輪舵角演算）
目標後輪舵角演算部３２１では、補正後目標ヨーレイトψ'*'(s)，目標横速度V*yから目標後輪舵角δ*を算出する。
式（３３）
式（３４）
式（３５）
目標前輪舵角演算部３２２では、目標ヨーレイトψ'*(s)，目標横速度V*yから目標前輪舵角θ*を算出すると下記式（３６）で表される。
式（３６）
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そうな場合、すなわち、δmaxより小さなδlimに到達したときは、目標横速度とδmaxから発生ヨーレイトを演算し、この発生ヨーレイトに基づいて目標前輪操舵量を演算することで、後輪舵角が飽和することなく、車両の横滑り角の増大を防止することができる。更に、目標ヨーレイトを変更する際、一定の割合で減少させることで滑らかに制御可能となり、目標運動量が変化しても前輪が急変することがなく滑らかに制御され、運転者に違和感を与えることがない。
【００４８】
図１３はある車速における運転者の入力操舵角に対する目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイトの変化を表す図である。図中細線が後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイト、太線が本願発明の目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイト、●で示すのが後輪飽和がない場合の目標ヨーレイトである。図１３に示すように、後輪舵角が飽和しない限界の目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイトを用いた場合、運転者の入力操舵に対する後輪操舵角がδmaxに到達した後、目標ヨーレイトゲインは徐々に低下する。これに伴い目標ヨーレイトも後輪飽和を無視した場合の目標ヨーレイトに比べ、小さな値に設定される。
【００４９】
更に、本願発明では、目標ヨーレイトゲイン補正処理を行っており、運転者の入力操舵に対し、後輪操舵角がδlimに到達すると、目標ヨーレイトゲインが補正され、徐々に減少し始める。これに応じて目標ヨーレイトもより小さな値に設定される。
【００５０】
図１４上記構成に基づいたシミュレーション結果を表す図であり、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。
車速120km/h、操舵角を図６に示すように±60deg、0.3Hzで与えた場合、図１５に示す従来技術では、後輪舵角が飽和すると目標ヨーレイトが変更されないため前輪は後輪飽和がない場合と同様に操舵される。そのため、スリップ角が増大し、車両の安定性が損なわれてしまう。それに対し、本願発明では、後輪舵角が飽和しそうになったら、目標ヨーレイトを徐々に変化させるため、後輪舵角が飽和することなく、スリップ角も増大しないため、車両の安定性を保つことが可能となる。
【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実施例におけるヨーレイト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実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】第１実施例における、入力操舵角に対する目標ヨーレイトゲイン及び目標ヨーレイトを表す図である。
【図１４】第１実施例におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【図１５】従来技術におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【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 (2)
- 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は、後輪補助舵角が飽和する制限上限値に近づいているかどうかを判断する飽和判断部を有し、前記後輪補助舵角が飽和していない時は、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて第１目標ヨーレイト及び第１目標横速度を算出し、算出された第１目標ヨーレイト及び第１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飽和に近づいていると判断されたときは、前記第１目標横速度及び後輪操舵角最大値から目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角及び後輪操舵角最大値によって発生する発生ヨーレイトを演算し、この演算された発生ヨーレイトを第２目標ヨーレイトとして前輪補助舵角を演算することを特徴とする車両用舵角制御装置。 - 請求項１に記載の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は、前記第１目標ヨーレイトから前記第２目標ヨーレイトへ切り換える際、目標後輪舵角に対して予め設定された変化率で徐々に目標ヨーレイトを変更することを特徴とする車両用舵角制御装置。
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