JP4455379B2 - 車両用アンダーステア抑制装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両においてアンダーステアを抑制するための装置に関するものである。

従来、車両挙動に応じて変化する物理量からアンダーステア状態を検出し、アンダーステアの度合いに応じて操舵反力を付与することにより操舵を抑制して、アンダーステアの度合いが増大するのを防止するステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１０８９１９号公報

しかしながら、操舵反力だけでアンダーステア状態を運転者に知らせるのは、運転者の感受性が人様々であることもあって困難であり、したがって、操舵反力を付与するだけでアンダーステア度合いの増大を防止するのは難しかった。
また、アンダーステア状態など車両挙動が不安定となったときに警報音を吹鳴し運転者に注意を促す手法も、一般によく行われている。しかしながら、警報音だけで車両を安定化することは不可能であり、また、寒冷地などにおける圧雪路、氷結路などで頻繁に警報音が吹鳴すると、運転者は煩雑さを感じてしまう。
そこで、この発明は、アンダーステアの度合いに応じて段階的に対処しながら車両の安定化を図ることができる車両用アンダーステア抑制装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、アンダーステアのときに操舵を抑制する操舵反力装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置Ｓ）と、アンダーステア状態であることを報知する報知装置（例えば、後述する実施例における警報装置Ａ）と、左右輪に異なる制動力を付与して車両のモーメントを発生させる制動力配分装置（例えば、後述する実施例における制動力配分装置Ｂ）と、を備え、アンダーステアの度合いが大きくなるにしたがって前記操舵反力装置、前記報知装置、前記制動力配分装置の順に作動させるようにしたことを特徴とする車両用アンダーステア抑制装置である。
このように構成することにより、アンダーステアの度合いが比較的に小さいときには操舵反力装置により操舵を抑制してアンダーステア状態の改善を行うことができる。操舵反力装置により操舵の抑制を実行してもアンダーステアの度合いが大きくなったときには、報知装置が運転者にアンダーステア状態であることを報知し、運転者にアンダーステア状態を改善する方向に運転操作を促すことができる。報知装置による報知を実行してもアンダーステアの度合いが大きくなったときには、制動力配分装置が作動して強制的にアンダーステアを抑制することができる。

請求項１に係る発明によれば、段階的に運転者への報知、車両への介入を行うので、早い段階で運転者に車両状態を知らせることができ、運転者に車両安定方向への操作を促すことができる。また、運転者はアンダーステア状態であることを容易に且つ確実に認識することができ、しかも、報知装置による報知を第２段階にしているので、なるべく運転者に煩雑さを感じさせないようにすることができる。さらに、最終段階で制動力配分装置が作動するので、車両を確実に安定化することができる。

以下、この発明に係る車両用アンダーステア抑制装置の一実施例を図１から図７の図面を参照して説明する。なお、この実施例は後輪駆動車の態様である。
アンダーステア抑制装置は、電動パワーステアリング装置（操舵反力装置）Ｓと、警報装置（報知装置）Ａと、制動力配分装置Ｂを備えて構成されている。
電動パワーステアリング装置Ｓは、手動操舵力発生機構１、転舵機構２、転舵輪としての前輪９，９、ステアリングモータ１０、ステアリング制御装置２０を主要構成とし、制動力配分装置Ｂは、ブレーキ制御装置（ＶＳＡ−ＥＣＵ）９０と各輪の制動装置９５を主要構成とし、警報装置Ａはブザーなどの警報音発生装置や警報ランプなどにより構成されている。

この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連結されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構２を構成する。

また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給するステアリングモータ１０が配設されている。このステアリングモータ１０により供給される補助操舵力は、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させたステアリングモータ１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。

ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵角を検出するための操舵角センサ１７が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ１６が設けられている。また、車体の適所には、車両の横加速度を検出する横加速度センサ１５と、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ（車両挙動検出手段）１８と、車体速を検出するための車体速センサ１９と、が取り付けられている。
操舵角センサ１７は検出した操舵角に対応する電気信号を、ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車体速センサ１９は検出した車体速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置（ＥＰＯ−ＥＣＵ）２０とブレーキ制御装置９０に出力する。横加速度センサ１５は検出した横加速度に対応した電気信号をブレーキ制御装置９０に出力し、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号をステアリング制御装置２０に出力する。また、ステアリング制御装置２０とブレーキ制御装置９０は必要に応じて相互に必要な情報を通信可能に接続されている。

そして、ステアリング制御装置２０は、操舵トルクセンサ１６、操舵角センサ１７、ヨーレートセンサ１８、車体速センサ１９からの入力信号を処理して得られる制御信号によりステアリングモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介してステアリングモータ１０に供給することによりステアリングモータ１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における補助操舵力を制御する。

図２の制御ブロック図を参照して、電動パワーステアリング装置Ｓにおけるステアリングモータ１０の出力トルク制御を簡単に説明する。
ステアリング制御装置２０は、補助操舵トルク決定手段３１、補助反力トルク決定手段３２、目標電流決定手段３３，出力電流制御手段３４を備えている。
補助操舵トルク決定手段３１は、操舵トルクセンサ１６と車体速センサ１９の出力信号に基づいて、補助操舵トルクを決定する。補助操舵トルク決定手段３１における補助操舵トルクの決定方法は公知の電動パワーステアリング装置と同じであるので詳細説明は省略するが、概略、操舵トルクが大きくなるにしたがって補助操舵トルクが大きくなり、車体速が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなるように設定される。

補助反力トルク決定手段３２は、操舵角センサ１７、ヨーレートセンサ１８、車体速センサ１９の各出力信号に基づいて、補助反力トルクを決定する。
図３に示すブロック図を参照して補助反力トルクの決定処理を簡単に説明すると、操舵角センサ１７と車体速センサ１９の各出力信号に基づいて規範ヨーレートγｂを演算し、規範ヨーレートγｂとヨーレートセンサ１８で検出された実ヨーレートγとの偏差（ヨーレート偏差）Ｇを求める（Ｇ＝γｂ−γ）。ここで、規範ヨーレートγｂは、車体速Ｖと操舵角Ｓに応じて予め設定された基準となるヨーレートである。ヨーレート偏差Ｇがプラス値のときは、規範ヨーレートγｂが実ヨーレートγよりも大となるアンダーステア状態であり、したがってヨーレート偏差Ｇの大きさはアンダーステアの度合いを表している。

また、オフセットテーブル４１を参照して、車体速に応じたオフセット量を算出する。オフセットテーブル３８は、車速が低い領域ではオフセット量が所定プラス値で一定で、所定の車速以上になると、車速の増大にしたがってオフセット量が徐々に減少していき、最終的には「０」になるように設定されている。
そして、ヨーレート偏差Ｇからオフセット量を減算してオフセット後のヨーレート偏差（以下、オフセット後ヨーレート偏差という）Ｇｏｆｆを算出し、さらに、補助反力トルクテーブル４２を参照して、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆに基づいて補助反力トルクＴを求める。補助反力トルクテーブル４２は、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆが大きくなるほど補助反力トルクＴが大きくなるように設定されている。
このように、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆに応じて補助反力トルクを算出しており、高車速では低車速よりもオフセット量が小さくなるので、車両の不整挙動が生じ易い高車速ほどヨーレート偏差Ｇが比較的に小さいときから反力成分を発生させることが可能になり、低車速ではヨーレート偏差Ｇが比較的に大きくなるまで反力成分の発生を抑制することが可能になる。以下、このようにヨーレート偏差Ｇに応じた補助反力トルク制御を「ヨーレート偏差反力制御」という。

目標電流決定手段３３は、補助操舵トルク決定手段３１により決定された補助操舵トルクから、補助反力トルク決定手段３２により決定された補助反力トルクを減算してステアリングモータ１０の目標出力トルクを算出し、ステアリングモータ１０の既知の出力特性に基づいて前記目標出力トルクに応じた目標電流を決定する。
出力電流制御手段３４は、ステアリングモータ１０の実電流が目標電流決定手段３３により決定された目標電流に一致するようにステアリングモータ１０への出力電流を制御し、駆動回路２１に出力する。
このように、この実施例では、補助操舵トルクから補助反力トルクを減じてステアリングモータ１０の目標出力トルクを決定し、この目標出力トルクになるようにステアリングモータ１０を運転するので、電動パワーステアリング装置Ｓは、運転者が操作子を操作する際のアシスト力を発生させる操舵アシスト装置であると同時に、ヨーレート偏差Ｇを車両挙動のパラメータとしヨーレート偏差Ｇに応じて反力を発生させて操舵を抑制する操舵反力装置であると言える。
そして、この電動パワーステアリング装置Ｓでは、ヨーレート偏差Ｇが大きいほど、換言するとアンダーステアの度合いが大きいほど、大きな反力を発生させて操舵を抑制し、アンダーステアの改善を図っている。

一方、ブレーキ制御装置９０は、横加速度センサ１５、操舵角センサ１７、ヨーレートセンサ１８、車体速センサ１９からの入力信号を処理して得られる制御信号により、車両の横滑りを防止すべく各輪の制動装置９５を制御し、各輪のブレーキ圧を制御する。
図４の制御ブロック図を参照して、制動力配分装置Ｂにおけるブレーキ圧制御を簡単に説明する。
ブレーキ制御装置９０は、アンダーステアスリップ率算出部（以下、Ｕ／Ｓスリップ率算出部と略す）９１と、オーバーステアスリップ率算出部（以下、Ｏ／Ｓスリップ率算出部と略す）９２と、アンダーステア／オーバーステア判定部（以下、判定部と略す）９３と、ブレーキ制御部９４とを備える。

Ｕ／Ｓスリップ率算出部９１は、操舵角センサ１７で検出された操舵角と、車体速センサ１９で検出された車体速と、ヨーレートセンサ１８で検出されたヨーレートに基づいてＵ／Ｓスリップ率を算出する。
Ｏ／Ｓスリップ率算出部９２は、横加速度センサ１５で検出された横加速度と、車体速センサ１９で検出された車体速と、ヨーレートセンサ１８で検出されたヨーレートに基づいてＯ／Ｓスリップ率を算出する。
判定部９３は、Ｕ／Ｓスリップ率算出部９１で算出されたＵ／Ｓスリップ率と、Ｏ／Ｓスリップ率算出部で算出されたＯ／Ｓスリップ率と、ヨーレートセンサ１８で検出されたヨーレートに基づいて、アンダーステアかオーバーステアかを判定するとともに、それらの度合い（程度）を算出する。

ブレーキ制御部９４は、判定部９３の判定結果に応じて、アンダーステアあるいはオーバーステアを抑制するように、左右輪の制動力の補正制御量を算出し、各輪の制動装置９５を制御する。
例えば、判定部９３において、右旋回時のアンダーステア状態であると判定された場合には、右前輪ブレーキのブレーキ圧を増大するアンダーステア抑制制御を実行し、左旋回時のアンダーステア状態であると判定された場合には、左前輪ブレーキのブレーキ圧を増大するアンダーステア抑制制御を実行する。なお、制動装置９５については公知の制動装置と同じであるので説明を省略する。
つまり、この制動力配分装置Ｂでは、左右輪に異なる制動力を付与して車両のモーメントを発生させることによりアンダーステアの抑制を図っている。以下、このように左右輪に異なる制動力を付与してアンダーステアを抑制する制御を、「横滑り防止ブレーキ制御」と称す。

次に、この発明の特徴部であるアンダーステア抑制装置の作用を、図５に示すブロック図と、図６に示すフローチャートと、図７に示すタイムチャートに従って説明する。図６のフローチャートに示すアンダーステア抑制制御ルーチンは一定時間毎に繰り返し実行され、主にステアリング制御装置２０によって実行される。
このアンダーステア抑制装置では、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆをパラメータとしてアンダーステアの度合いを推定し、アンダーステアの度合いに応じて段階的にアンダーステア改善策を講じている。

まず、ステップＳ１０１においてヨーレート偏差Ｇを算出し、ステップＳ１０２においてオフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆを算出する。ヨーレート偏差Ｇおよびオフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆの算出方法については、ステアリングモータ１０の出力トルク制御において詳述したので、ここでの説明は省略する
次に、ステップＳ１０３に進み、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆが予め設定しておいた第１設定値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（Ｇｏｆｆ＜Ｔｈ１）である場合は、アンダーステアの度合いが十分に小さいので、特にアンダーステアの改善策を講ずる必要がないので、本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｇｏｆｆ≧Ｔｈ１）である場合は、ステップＳ１０４に進んで、前述した電動パワーステアリング装置Ｓによるヨーレート偏差反力制御を実行し、過剰な操舵アシストを抑制するとともに、これ以上アンダーステアの度合いが増大しないようにする。
ステップＳ１０４の処理を実行した後、ステップＳ１０５に進み、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆが予め設定しておいた第２設定値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判定する。なお、第２設定値Ｔｈ２は第１設定値Ｔｈ１よりも大きい値に設定されている（Ｔｈ２＞Ｔｈ１）。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（Ｔｈ１≦Ｇｏｆｆ＜Ｔｈ２）である場合は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｇｏｆｆ≧Ｔｈ２）である場合は、ステップＳ１０６に進み、警報装置Ａを作動して警報音を吹鳴し警報ランプを点滅するなどして、運転者に車両が不安定な状態にあることを認識させ、運転者に車両を安定方向に導くような運転操作を促す。警報音の吹鳴や警報ランプの点滅は一定周期で断続的に行うのが好ましく、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆの増大（すなわち、アンダーステア度合いの増大）に応じて周期を短くすることにより緊急性を訴えるようにしてもよい。なお、警報装置Ａの作動は加重動作であり、警報装置Ａの作動中もヨーレート偏差反力制御は継続して実行される。

ステップＳ１０６の処理を実行した後、ステップＳ１０７に進み、オフセット後ヨーレート偏差Ｇｏｆｆが予め設定しておいた第３設定値Ｔｈ３よりも大きいか否かを判定する。なお、第３設定値Ｔｈ３は第２設定値Ｔｈ２よりも大きい値に設定されている（Ｔｈ３＞Ｔｈ２）。
ステップＳ１０７における判定結果が「ＮＯ」（Ｔｈ２≦Ｇｏｆｆ＜Ｔｈ３）である場合は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０７における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｇｏｆｆ≧Ｔｈ３）である場合は、ステップＳ１０８に進み、制動力配分装置Ｂによる横滑り防止ブレーキ制御を実行し、これ以上アンダーステアの度合いが増大しないようにする。なお、制動力配分装置Ｂの作動は加重動作であり、制動力配分装置Ｂによる横滑り防止ブレーキ制御中も、ヨーレート偏差反力制御の実行および警報装置Ａの作動は継続して行われる。

以上説明したように、この車両用アンダーステア抑制装置によれば、アンダーステアの度合いが比較的に小さいときには電動パワーステアリング装置Ｓの反力制御により操舵を抑制してアンダーステア状態の改善を行うことができる。そして、電動パワーステアリング装置Ｓにより操舵の抑制を実行してもアンダーステアの度合いが大きくなったときには、警報装置Ａによって運転者にアンダーステア状態であることを報知し、運転者にアンダーステア状態を改善する方向に運転操作を促すことができる。この警報装置Ａによる報知を実行してもアンダーステアの度合いが大きくなったときには、制動力配分装置Ｂにより強制的にアンダーステアを抑制することができる。

すなわち、この車両用アンダーステア抑制装置では、アンダーステアの度合いに応じて段階的に運転者への報知、車両への介入を行うので、早い段階で運転者に車両状態を知らせることができ、運転者に車両安定方向への操作を促すことができる。また、運転者はアンダーステア状態であることを容易に且つ確実に認識することができる。しかも、警報装置による報知を第２段階にしているので、煩雑な吹鳴を防止することができる。さらに、最終段階では制動力配分装置Ｂを作動させるので、車両を確実に安定化することができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、規範ヨーレートと実ヨーレートの偏差（ヨーレート偏差）をパラメータとしてアンダーステアの度合いを推定しているが、アンダーステアの度合いに応じて変化する他の物理量に基づいてアンダーステアの度合いを推定してもよい。
また、前述した実施例では操舵反力装置を電動パワーステアリング装置により実現したが、ステア・バイ・ワイヤ・システムの操舵装置（ＳＢＷ）の反力装置で実現することも可能である。ＳＢＷは、操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。

この発明に係るアンダーステア抑制装置の一実施例の構成図である。 前記実施例の電動パワーステアリング装置におけるステアリングモータの出力トルク制御のブロック図である。 前記実施例のステアリングモータの出力トルク制御における補助反力トルク決定処理のブロック図である。 前記実施例の制動力配分装置におけるブレーキ圧制御のブロック図である。 前記実施例におけるアンダーステア抑制制御のブロック図である。 前記実施例におけるアンダーステア抑制制御のフローチャートである。 前記実施例におけるアンダーステア抑制制御のタイムチャートの一例である。

符号の説明

Ａ 警報装置（報知装置）
Ｂ 制動力配分装置
Ｓ 電動パワーステアリング装置（操舵反力装置）

Claims (1)

1. アンダーステアのときに操舵を抑制する操舵反力装置と、
   アンダーステア状態であることを報知する報知装置と、
   左右輪に異なる制動力を付与して車両のモーメントを発生させる制動力配分装置と、
   を備え、アンダーステアの度合いが大きくなるにしたがって前記操舵反力装置、前記報知装置、前記制動力配分装置の順に作動させるようにしたことを特徴とする車両用アンダーステア抑制装置。

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