JP4254695B2 - 車両挙動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、後輪を操舵する車両挙動制御装置に関する。

車両挙動制御装置には、車両の安定性や応答性を向上させるために、後輪の操舵制御を行うものがある。後輪操舵装置では、例えば、車両のヨーレートに基づいて後輪の操舵量を設定し、この設定した操舵量に応じてヨーレートを抑制する方向に後輪を操舵する（特許文献１参照）。このように後輪を操舵することにより、車両旋回時のヨーレートの収束性が向上し、車両の走行安定性が向上する。
特開平５−１３１９４６号公報

しかし、ヨーレートに応じて後輪を操舵することにより、後輪のコーナリングフォースが発生するまでが早くなり、車体の横加速度の立ち上がりが急になる（つまり、横ジャークが大きくなる）。そのため、車体のロール角速度が大きくなる。同乗者にとっては、このロール角速度の変化を予測できないので、不快を感じる（つまり、乗り心地が悪化する）。そこで、特許文献１に開示される後輪操舵制御装置では、車体のロール角またはロール角速度に基づいて後輪の操舵補正量を設定し、後輪の操舵量に対してこの操舵補正量をヨーレートを抑制する方向とは逆方向に加味する。このように補正することにより、横加速度の立ち上がりが鈍くなり（つまり、横ジャークが小さくなり）、ロール角速度が小さく保たれる。その結果、乗り心地が良くなる。

また、後輪操舵装置では、後輪を操舵することによって、横ジャークが大きくなるので、運転者のハンドル操作に対する応答性が向上する。したがって、運転者にとっては、操舵時の操作性が向上する。一方、上記の後輪操舵制御装置では、常時、ロール角またはロール角速度に基づいて補正を行うので、横ジャークが小さくなり、操作性が低下する。

そこで、本発明は、同乗者の乗車状況に応じて操作性と乗り心地を考慮して後輪を操舵する車両挙動制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る車両挙動制御装置は、同乗者を検出する同乗者検出手段と、旋回中の車両の挙動を示す状態量を検出する車両挙動検出手段と、車両挙動検出手段で検出した状態量に基づいて後輪の目標操舵角を設定する後輪目標操舵角設定手段と、車両挙動検出手段で検出した状態量に対する後輪の操舵角の変化率を設定し、同乗者検出手段で同乗者を検出した場合に変化率を低減する変化率設定手段と、後輪目標操舵角設定手段で設定した目標操舵角となるように変化率設定手段で設定した変化率により後輪を操舵する後輪操舵手段とを備えることを特徴とする。

この車両挙動制御装置では、車両挙動検出手段により旋回中の車両の挙動を示す状態量を検出し、後輪目標操舵角設定手段によりこの検出した状態量に基づいて後輪の目標操舵角を設定するとともに変化率設定手段によりこの検出した状態量に対する後輪の操舵角の変化率を設定する。そして、車両挙動制御装置では、後輪操舵手段により目標操舵角になるようにその設定した後輪の操舵角の変化率により後輪を操舵する。さらに、車両挙動制御装置では、同乗者検出手段により同乗者がいるか否かを検出する。同乗者がいる場合、車両挙動制御装置では、変化率設定手段により後輪の操舵角の変化率を低減し、後輪を通常より徐々に変化させる（つまり、後輪の操舵角速度を小さくする）。これによって、後輪が通常よりゆっくりと転舵するので、横加速度の立ち上がりが鈍くなり、横ジャークが小さくなる。その結果、ロール角速度が小さく抑えられ、乗り心地が向上する。一方、同乗者がいない場合、後輪がクイックに転舵するので、横加速度の立ち上がりが急になり、横ジャークが大きくなる。その結果、運転者のハンドル操作に対する応答性が向上し、操舵時の操作性が向上する。このように、この車両挙動制御装置では、同乗者の乗車状況に応じて乗り心地と操作性を向上させることができる。

なお、旋回中の車両の挙動を示す状態量は、車両が旋回しているときに変化し、車両の挙動を表すものであり、例えば、前輪の操舵角、ヨーレートである。後輪の操舵角の変化率を低減するとは、後輪を操舵する際の速度を低下させることであり、例えば、制御ゲインを小さくするなどして単位時間当たりの後輪の操舵量を少なくしたり、あるいは、後輪を操舵する際の１回当たりの最大制御量を小さくする。後輪の操舵角の変化率を低減には、後輪を全く操舵しないことも含むものとする。

本発明に係る車両挙動制御装置は、同乗者を検出する同乗者検出手段と、旋回中の車両の挙動を示す状態量を検出する車両挙動検出手段と、車両挙動検出手段で検出した状態量に基づいて後輪の目標操舵角を設定する後輪目標操舵角設定手段と、車両挙動検出手段で検出した状態量に対する後輪の操舵角の変化率を設定し、同乗者検出手段で同乗者を検出した場合に変化率を低減する変化率設定手段と、後輪目標操舵角設定手段で設定した目標操舵角となるように変化率設定手段で設定した変化率により後輪を操舵する後輪操舵手段とを備え、車両の挙動の状態量は、前輪の操舵角であり、後輪目標操舵角設定手段は、前輪の操舵角が小さいときより大きいときに後輪の目標操舵角を前輪の操舵角と同相に大きくなるように設定することを特徴とする。

この車両挙動制御装置では、車両挙動検出手段により前輪の操舵角を検出し、後輪目標操舵角設定手段により前輪の操舵角に基づいて後輪の目標操舵角を設定する。この際、目標操舵角としては、前輪と同相であり、前輪の操舵角が小さいときより大きいときに大きくなるように設定される。そして、車両挙動制御装置では、後輪操舵手段により目標操舵角になるように後輪を前輪と同相に操舵する。これによって、後輪が前輪と同相に操舵されるので、車両に発生するヨーモーメントの増大を低減でき、車体の横滑り角を低減することができる。

本発明に係る車両挙動制御装置は、同乗者を検出する同乗者検出手段と、旋回中の車両の挙動を示す状態量を検出する車両挙動検出手段と、車両挙動検出手段で検出した状態量に基づいて後輪の目標操舵角を設定する後輪目標操舵角設定手段と、車両挙動検出手段で検出した状態量に対する後輪の操舵角の変化率を設定し、同乗者検出手段で同乗者を検出した場合に変化率を低減する変化率設定手段と、後輪目標操舵角設定手段で設定した目標操舵角となるように変化率設定手段で設定した変化率により後輪を操舵する後輪操舵手段とを備え、車両の挙動の状態量は、車両のヨーレートであり、後輪目標操舵角設定手段は、車両のヨーレートが小さいときより大きいときに後輪の目標操舵角を前輪と同相に大きくなるように設定することを特徴とする。

この車両挙動制御装置では、車両挙動検出手段によりヨーレートを検出し、後輪目標操舵角設定手段によりヨーレートに基づいて後輪の目標操舵角を設定する。この際、目標操舵角としては、前輪と同相であり、ヨーレートが小さいときより大きいときに大きくなるように設定される。そして、車両挙動制御装置では、後輪操舵手段により目標操舵角になるように後輪を前輪と同相に操舵する。これによって、上記と同様に、車体の横滑り角を低減することできる。

本発明によれば、同乗者がいる場合には後輪の操舵角の変化率を低減することにより横ジャークを小さくして乗り心地を向上させることができ、同乗者がいない場合には横ジャークを大きくして操舵時の操作性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る車両挙動制御装置の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る車両挙動制御装置を、後輪を操舵する後輪操舵装置に適用する。本実施の形態に係る後輪操舵装置は、前輪の操舵角に基づいて後輪の目標操舵角を設定する。さらに、本実施の形態に係る後輪装操舵装置は、シートベルトの着脱によって同乗者を検出し、同乗者がいる場合には目標操舵角を設定する際の制御ゲイン（操舵角速度比例ゲイン）を小さくすることによって後輪の操舵角の変化率を低減する。なお、本実施の形態では、操舵角の方向を正負で表し、正値を車輪が右回転方向とし、負値を車輪が左回転方向とする。

図１を参照して、本実施の形態に係る後輪操舵装置１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る後輪操舵装置の構成図である。

後輪操舵装置１は、操舵時の操作性や安定性を向上させるために、車体の横滑り角が０になるように前輪の操舵角に応じて後輪を操舵する。特に、後輪操舵装置１では、同乗者が乗車している場合、乗り心地を向上させるために、後輪の操舵角の変化率を低減する。そのために、後輪操舵装置１は、着座センサ２、車速センサ３、前輪操舵角センサ４、後輪操舵アクチュエータ５及びＥＣＵ[Electronic Control Unit]６を備えている。

なお、本実施の形態では、着座センサ２が特許請求の範囲に記載する同乗者検出手段に相当し、前輪操舵角センサ４が特許請求の範囲に記載する車両挙動検出手段に相当し、ＥＣＵ６が特許請求の範囲に記載する後輪目標操舵角設定手段、変化率設定手段に相当し、後輪操舵アクチュエータ５及びＥＣＵ６が特許請求の範囲に記載する後輪操舵手段に相当する。

着座センサ２は、各座席のシートベルトの着脱を検知するセンサであり、シートベルトのバックル内に設けられたスイッチ（シートベルトのプレートがバックルに差し込まれるとオンするスイッチ）のオン／オフを検知する。着座センサ２は、そのオン／オフを着座信号ＤＳとしてＥＣＵ６に送信する。なお、着座センサ２はシートベルトが備えられる全ての座席にそれぞれ設けられているが、後輪操舵装置１では運転席以外の座席の着座センサ２を用いる。

車速センサ３は、車両の速度を検出するセンサであり、その検出値を車速信号ＳＳとしてＥＣＵ６に送信する。前輪操舵角センサ４は、前輪の操舵角を検出するセンサであり、その検出値を操舵角信号ＡＳとしてＥＣＵ６に送信する。

後輪操舵アクチュエータ５は、後輪に連結されるラック軸上に設けられ、ラック軸を車幅方向に移動させるモータである。後輪操舵アクチュエータ５は、ＥＣＵ６から制御電流ＣＣが供給され、制御電流ＣＣの流れる方向に応じて正転方向又は逆転方向に回転し、制御電流ＣＣの大きさに応じた回転速度で回転する。例えば、後輪操舵アクチュエータ５が正転方向に回転するとラック軸が左方向に移動するように構成されている場合、後輪操舵アクチュエータ５を正転方向に回転させた場合にはラック軸が左方向に移動し、後輪が右回転方向に転舵し、後輪操舵アクチュエータ５を逆転方向に回転させた場合にはラック軸が右方向に移動し、後輪が左回転方向に転舵する。

ＥＣＵ６は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]、アクチュエータ駆動回路等からなる電子制御ユニットであり、後輪操舵装置１の制御装置として機能する。ＥＣＵ６では、着座センサ２、車速センサ３、前輪操舵角センサ４からの着座信号ＤＳ、車速信号ＳＳ、操舵角信号ＡＳを取り入れ、同乗者有無制御処理や後輪操舵制御処理等を行い、後輪操舵アクチュエータ５の駆動を制御する。

同乗者有無制御処理について説明する。ＥＣＵ６では、車速信号ＳＳから得られた車速が０より大きくなった場合（車両が走行中の場合）、運転席以外の座席の着座センサ２の各着座信号ＤＳから得られたオン／オフの情報（すなわち、シートベルトの着脱情報）から各座席に同乗者が存在するか否かを判断する。各着座信号ＤＳのうち全てがオフの場合、ＥＣＵ６では、同乗者がいないと判断し、同乗者フラグに０を設定する。一方、各着座信号ＤＳのうち一つでもオンの着座信号がある場合、ＥＣＵ６では、同乗者がいると判断し、同乗者フラグに１を設定する。同乗者フラグは、運転者以外に車両に乗車している人（同乗者）がいるか否かを表すフラグであり、同乗者がいる場合には１であり、同乗者がいない場合には０である。

後輪操舵制御処理について説明する。ＥＣＵ６では、同乗者フラグが０か否かを判定する。同乗者フラグが０の場合（運転者だけ乗車している場合）、ＥＣＵ６では、目標操舵角＝ＡＳ×ＧＰ＋ＡＳ×ＧＤ×ｓ（ＡＳ：前輪操舵角、ＧＰ：操舵角比例ゲイン、ＧＤ：操舵角速度比例ゲイン、ｓ：ラプラス演算子）という演算を行うことによって、後輪の目標操舵角を求める。一方、同乗者フラグが１の場合（運転者以外に同乗者が乗車している場合）、ＥＣＵ６では、目標操舵角＝ＡＳ×ＧＰ＋ＡＳ×（１／４）ＧＤ×ｓという演算を行うことによって、後輪の目標操舵角を求める。そして、ＥＣＵ６では、前輪の操舵角の正負により前輪の操舵方向を判断し、前輪と同相となるように後輪の操舵方向を決める。さらに、ＥＣＵ６では、後輪の目標操舵角及び操舵方向に基づいて目標制御電流を設定する。この際、演算によって求められた目標操舵角を用い、目標操舵角が大きくなるほど目標制御電流が大きくなるように設定する。また、操舵角速度比例ゲインＧＤが大きいほど目標制御電流が大きく設定され、後輪の転舵角の変化量が大きくなる。逆に、操舵角速度比例ゲインＧＤが小さいほど目標制御電流が小さく設定され、後輪の転舵角の変化量が小さくなる。そして、ＥＣＵ６のアクチュエータ駆動回路では、目標制御電流となるように制御電流ＣＣを後輪操舵アクチュエータ５に供給する。

なお、制御ゲインである操舵角比例ゲインＧＰ及び操舵角速度比例ゲインＧＤは、車体の横滑り角を０にするための制御則に基づくものである。ＥＣＵ６では、同乗者がいる場合、操舵角比例ゲインＧＰを変化させずに、操舵角速度比例ゲインＧＤを低減させる。操舵角速度比例ゲインＧＤを低減させることにより、目標制御電流の変化量が低減され、単位時間当たりに変化させる後輪の転舵角の大きさ（後輪の転舵角速度）を低減させることができ、目標操舵角に到達するまでの時間が長くなる。また、操舵角比例ゲインＧＰを変化させないので、同乗者がいない場合と最終的な後輪の転舵角の値は変わらない。

図１を参照して、後輪操舵装置１における動作について説明する。特に、ＥＣＵ６における同乗者有無制御処理について図２のフローチャートに沿って説明し、後輪操舵制御処理については図３のフローチャートに沿って説明する。図２は、図１のＥＣＵにおける同乗者有無制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、図１のＥＣＵにおける後輪操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。

各着座センサ２では、各シートベルトのバックル内のスイッチのオン／オフを検出し、ＥＣＵ６に着座信号ＤＳを送信している。車速センサ３では、車速を検出し、ＥＣＵ６に車速信号ＳＳを送信している。また、前輪操舵角センサ４では、前輪の操舵角の検出し、ＥＣＵ６に操舵角信号ＡＳを送信している。

ＥＣＵ６では、車速信号ＳＳから車速を取得する（Ｓ１０）。また、ＥＣＵ６では、各着座信号ＤＳのオン／オフ情報からシートベルトの着脱情報を取得する（Ｓ１１）。そして、ＥＣＵ６では、車速が０より大きいか否かを判定し（Ｓ１２）、Ｓ１２にて車速が０と判定したときにはＳ１０の処理に戻る。

一方、Ｓ１２にて車速が０より大きいと判定すると、ＥＣＵ６では、シートベルトの着脱情報に基づいて同乗者がいるか否かを判定する（Ｓ１３）。Ｓ１３にて同乗者がいると判定した場合、ＥＣＵ６では、同乗者フラグに１を設定する（Ｓ１４）。一方、Ｓ１３にて同乗者がいないと判定した場合、ＥＣＵ６では、同乗者フラグに０を設定する（Ｓ１５）。

そして、ＥＣＵ６では、イグニッションスイッチがオンしているか否かを判定し（Ｓ１６）、Ｓ１６にてオンしていると判定した場合にはＳ１０に戻って処理を続け、Ｓ１６にてオンしていないと判定した場合には処理を終了する。

また、ＥＣＵ６では、操舵角信号ＡＳから前輪の操舵角ＡＳを取得する（Ｓ２０）。ＥＣＵ６では、操舵角比例ゲインＧＰ及び操舵角速度比例ゲインＧＤを設定する（Ｓ２１）。

ＥＣＵ６では、同乗者フラグが１か否かを判定し（Ｓ２１）、Ｓ２１にて同乗者フラグが０と判定した場合にはＳ２４にそのまま移行する。Ｓ２１にて同乗者フラグが１と判定した場合、ＥＣＵ６では、操舵角速度比例ゲインＧＤの値をＧＤ×１／４に変更する（Ｓ２３）。

そして、ＥＣＵ６では、目標操舵角＝ＡＳ×ＧＰ＋ＡＳ×ＧＤ×ｓという演算によって、後輪の目標操舵角を求める（Ｓ２４）。前輪が操舵されていない場合には目標操舵角は０となり、前輪が操舵されている場合には目標操舵角は前輪の操舵角に応じた値となる。さらに、ＥＣＵ６では、前輪の操舵角の正負から操舵方向を判定し、前輪の操舵方向から後輪の操舵する際の操舵方向を求める。そして、ＥＣＵ６では、後輪の目標操舵角と操舵方向から目標制御電流を設定し、目標制御電流となるように後輪操舵アクチュエータ５に制御電流ＣＣを供給する（Ｓ２５）。ちなみに、前輪が操舵されていない場合には、ＥＣＵ６では、後輪操舵アクチュエータ５に制御電流ＣＣを供給しない。

すると、後輪操舵アクチュエータ５では、制御電流ＣＣに応じて正転方向又は逆転方向に回転駆動し、ラック軸を左方向又は右方向に移動させる。ラック軸が左方向又は右方向に移動すると、後輪が右回転方向又は左回転方向に回転する。この際、後輪は前輪と同相に操舵されるとともに前輪の操舵角が大きくなるほど後輪の操舵角も大きくなるので、車両に発生するヨーモーメントの増大が抑制され、車体の横滑り角が０になるように低減される。

運転者だけが乗車している場合、制御ゲインが車体の横滑り角が０になるように設定されているので、前輪の操舵に応じて後輪がクイックに転舵し、前輪の操舵に応じて車体の横加速度が応答性良く変化する。一方、運転者以外に同乗者が乗車している場合、操舵角速度比例ゲインＧＤが通常の４分の１になっているので、前輪の操舵に応じて後輪が徐々に転舵し、車体の横加速度が徐々に変化する。これによって、車体のロール角速度が小さく抑えられる。

図４には、前輪が操舵され、後輪操舵装置１によって後輪を操舵したときの車体の横加速度の時間変化を示している。実線は、通常の操舵角速度比例ゲインＧＤで後輪を操舵した場合（運転者だけ乗車している場合）の変化を示しており、立ち上がりが急であり、応答性が良い。一方、破線は、通常の操舵角速度比例ゲインＧＤの４分の１で後輪を操舵した場合（運転者以外に同乗者が乗車している場合）の変化を示しており、立ち上がりが鈍くなっている。

図５には、前輪が操舵され、後輪操舵装置１によって後輪を操舵したときの車体の横ジャーク（横加速度の微分）の時間変化を示している。実線は、通常の操舵角速度比例ゲインＧＤで後輪を操舵した場合の変化を示しており、ピーク値が大きい。このように横ジャークが大きくなるほど、応答性能が良くなり、運転者の操舵時の操作性が向上する。ちなみに、横ジャークが大きいなると、車体のロール角速度も大きくなるが、運転者はそのことを予測できるので、それほど不快に感じない。一方、破線は、通常の操舵角速度比例ゲインＧＤの４分の１で後輪を操舵した場合の変化を示しており、ピーク値が小さい。このように横ジャークが小さいほど、車体のロール角速度が小さくなり、乗り心地が良くなる。

この後輪操舵装置１によれば、運転者だけの場合には操作性を向上させ、同乗者がいる場合には乗り心地を向上させることができ、同乗者の有無に応じて操作性と乗り心地を向上させることができる。後輪操舵装置１では、シートベルトの着脱情報によって同乗者の有無を判断し、同乗者がいる場合には通常の操舵角速度比例ゲインＧＤを４分の１にするだけの簡単な構成により、この制御を実現している。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では同乗者が存在する場合に後輪の操舵角の変化率を低減するために操舵角速度比例ゲインＧＤを４分の１としたが、操舵角速度比例ゲインＧＤを４分の１以外に変更してもよいし、あるいは、操舵角速度比例ゲインＧＤを変えるのではなく、同乗者が存在する場合には後輪を操舵しないようにしてもよいし、後輪操舵アクチュエータ（ひいては、後輪の操舵角）の最大制御量を小さくしてもよい。

また、本実施の形態では車体の横滑り角が０になるような制御則としたが、車体の横滑り角が数度以内になるような制御則や横ジャークを所定値以下になるような制御則等の他の制御則としてもよい。

また、本実施の形態では前輪の操舵角に基づいて後輪の操舵を制御する構成としたが、ヨーレート等の他の旋回中の車両の挙動を示す状態量に基づいて後輪の操舵を制御する構成としてもよい。ヨーレートに基づいて後輪を操舵する場合、ヨーレートが小さいときより大きいときに後輪の目標操舵角を前輪と同相に大きくなるように設定する構成にすると好適である。

また、本実施の形態ではシートベルトの着脱により同乗者を検出する構成としたが、サスペンションのストロークや車両の加速性能等の他の検出方法により同乗者を検出する構成としてもよい。

また、本実施の形態では後輪の目標操舵角を前輪の操舵角を用いて演算によって求める構成としたが、ＥＣＵでマップを保持し、マップに基づいて前輪の操舵角等に応じて後輪の目標操舵角を設定する構成としてもよい。

本実施の形態に係る後輪操舵装置の構成図である。 図１のＥＣＵにおける同乗者有無制御処理の流れを示すフローチャートである。 図１のＥＣＵにおける後輪操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。 図１の後輪操舵装置を搭載する車両における前輪が操舵された時の横加速度の時間変化を示すグラフである。 図１の後輪操舵装置を搭載する車両における前輪が操舵された時の横ジャークの時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１…後輪操舵装置、２…着座センサ、３…車速センサ、４…前輪操舵角センサ、５…後輪操舵アクチュエータ、６…ＥＣＵ

Claims (2)

1. 同乗者を検出する同乗者検出手段と、
   旋回中の車両の挙動を示す状態量を検出する車両挙動検出手段と、
   前記車両挙動検出手段で検出した状態量に基づいて後輪の目標操舵角を設定する後輪目標操舵角設定手段と、
   前記車両挙動検出手段で検出した状態量に対する後輪の操舵角の変化率を設定し、前記同乗者検出手段で同乗者を検出した場合に前記変化率を低減する変化率設定手段と、
   前記後輪目標操舵角設定手段で設定した目標操舵角となるように前記変化率設定手段で設定した変化率により後輪を操舵する後輪操舵手段と
   を備え、
   前記車両の挙動の状態量は、前輪の操舵角であり、
   前記後輪目標操舵角設定手段は、前輪の操舵角が小さいときより大きいときに後輪の目標操舵角を前輪の操舵角と同相に大きくなるように設定することを特徴とする車両挙動制御装置。
2. 同乗者を検出する同乗者検出手段と、
   旋回中の車両の挙動を示す状態量を検出する車両挙動検出手段と、
   前記車両挙動検出手段で検出した状態量に基づいて後輪の目標操舵角を設定する後輪目標操舵角設定手段と、
   前記車両挙動検出手段で検出した状態量に対する後輪の操舵角の変化率を設定し、前記同乗者検出手段で同乗者を検出した場合に前記変化率を低減する変化率設定手段と、
   前記後輪目標操舵角設定手段で設定した目標操舵角となるように前記変化率設定手段で設定した変化率により後輪を操舵する後輪操舵手段と
   を備え、
   前記車両の挙動の状態量は、車両のヨーレートであり、
   前記後輪目標操舵角設定手段は、前記車両のヨーレートが小さいときより大きいときに後輪の目標操舵角を前輪と同相に大きくなるように設定することを特徴とする車両挙動制御装置。

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