JP4707703B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
なお、舵角比とは、ドライバの操作により操舵されるハンドルの操舵角に対するタイヤ(操向車輪)転舵角の比のことである。
このような舵角比可変装置の基本的な制御方法として「車速感応制御」があり、車速が大きくなると舵角比を小さく、車速が低くなると舵角比を大きくする。
即ち、車庫入れ操作などの低速走行時には小さなハンドル操作で車両の走行方向が大きく変わり、高速走行時にはハンドルを大きく切っても走行方向は少ししか変わらず、安全性と操作性が向上する。
ドライバ以外の人員が乗車したり、荷物を積載したりすると、車両の積載荷重及び重量配分が変化する。
特に、ワンボックスやステーションワゴン等の車両においては、積載状況によって全体重量の増減や前後での重量配分の差が大きいので、車両走行の安定性は低下し、ドライバはゆっくりとしたステアリング操作(即ち、ハンドル操作)を行わなければならない。
また、積載状況の変化前と同様の操舵角で操舵し、積載状況の変化前と同様の車速で走行すると、積載状況変化後の旋回半径は変化前の旋回半径とは異なり、車両はドライバの意図に沿ったコースを走行できないという問題がある。
積載状況によりハンドル操作量が変わるのを、例えば、特開2003−175841号公報(特許文献1)に示された舵角比可変装置では、「制御によってハンドル操作量を一定とすると共に、前輪・後輪の車高により車両の前後の重量配分、全重量を検出し、これらに基づいて舵角比を補正する」ことが記載されている。
例えば、特開2000−043746号公報(特許文献2)に示された車両の操舵装置では、「目標ヨーレートを定め、目標ヨーレートと車両に発生するヨーレート(旋回速度)の偏差に基づいて制御を行うことで、速度超過やドライバの操舵ミスなどにより車両挙動が不安定になった場合でも、車両挙動を安定化し、ドライバの意図に沿った旋回性を実現できる」ことが記載されている。
また、ドライバの意図に沿った旋回半径の取得を十分に考慮したものではなかった。
従って、ドライバは、積載状況等の変化に応じてハンドルやアクセルの操作を変更しなければならないという課題がある。
旋回半径Rは、下記の(式1)で表される。
(式1)より、実操向輪角δs、車速V、スタビリティファクタAが変化すると、旋回半径R、ヨーレートγが変化することが分かる。
スタビリティファクタAは、車両の旋回半径を定めるパラメータ(=旋回半径相当値)のひとつである。
車両は、スタビリティファクタA>0ならばアンダステア(US)特性、スタビリティファクタA=0ならばニュートラルステア(NS)特性、スタビリティファクタA<0ならばオーバステア(0S)特性を示す。
R = (1+AV2)L/δS
図1に示すように、スタビリティファクタA>0ならば、車速Vが大きくなるにつれて旋回半径Rは大きくなり(US)、スタビリティファクタA<0ならば、車速Vが大きくなるにつれて旋回半径Rは小さく(OS)、スタビリティファクタA=0では、車速Vの値に関わらず旋回半径Rは一定(=L/δS)である。
また、スタビリティファクタAは車両ごとに予め定められた値であり、下記の(式2)で表される。
即ち、積載状況の変化前と同様の操舵角θsで操舵、積載状況の変化前と同様の車速Vで走行しても、積載状況変化後の旋回半径Rは変化前の旋回半径とは異なり、ドライバの思いどおりの旋回半径Rが得られないという問題が生じることが分かる。
ドライバは、積載状況、タイヤの状況に応じて、ハンドル及びアクセル等の操作(操舵角θs及び車速Vの操作)を変更しなければならない。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図2は、実施の形態1に係わる車両用操舵装置が適用された車両制御装置の要部の構成を示す図である。
図2に示すように、車両制御装置は、ドライバ(図示なし)が操作するハンドル10、ドライバの操作量である操舵角を検出する操舵角検出手段(操舵角センサ)11、車両の速度を検出する車速検出手段(車速センサ)12、車両に発生するヨーレート(旋回速度)を検出するヨーレート検出手段(ヨーレートセンサ)13を備える。
前記操舵機構駆動手段30は、電気モータ3001と、操舵輪転舵機構31のウオームホイール3102と噛み合うウオームギア3002とを有し、操舵輪転舵機構31には操向輪33a、33bに発生する操向輪角を検出し、実操向輪角信号を出力する操向輪角検出手段34が取り付けられている。
図3において、操舵角検出手段11は、操舵角センサにより操舵角を検出し操舵角信号を出力する。
車速検出手段12は、車速センサにより車速を検出し車速信号を出力する。
ヨーレート検出手段13は、ヨーレートセンサによりヨーレートを検出し実ヨーレート信号を出力する。
操向輪角検出手段14は、操向輪角を検出し実操向輪角信号を出力する。
操向輪角制御手段15は、後述する目標操向輪角生成手段40から出力される目標操向輪角信号と操向輪角検出手段14から出力される実操向輪角信号とに基づいて操向輪角制御信号を出力する。
即ち、操向輪角制御手段15は、実操向輪角が目標操向輪角と一致するように操向輪角制御信号を出力し、操舵機構駆動手段30を制御する。
基本舵角比算出手段41は、車速検出手段(車速センサ)12が検出する車速信号及び操舵角検出手段(操舵角センサ)11が検出する操舵角信号に基づいて基本舵角比を算出し、基本舵角比信号を出力する。
規範スタビリティファクタ格納手段42は、車両により予め定められている規範スタビリティファクタを予め格納しておき、規範スタビリティファクタ信号を出力する。
実スタビリティファクタ検出手段43は、車速検出手段12が検出する車速信号、ヨーレート検出手段(ヨーレートセンサ)13が検出する実ヨーレート信号及び操向輪角検出手段(操向輪角センサ)14が検出する操向輪角信号に基づいて、実際のスタビリティファクタを検出し、実スタビリティファクタ信号を出力する。
舵角比修正量算出手段46は、加算器44で算出されたスタビリティファクタ誤差信号に基づいて舵角比修正量を算出し、舵角比修正量信号を出力する。
目標舵角比算出手段45は、基本舵角比算出手段41から出力される基本舵角比信号及び舵角比修正量算出手段46から出力される舵角比修正量信号に基づいて目標舵角比を算出し、目標舵角比信号を出力する。
乗算器47は、目標舵角比算出手段45から出力される目標舵角比信号と操舵角検出手段19から出力される操舵角信号を乗算し、目標操向輪角信号を生成する。
基本舵角比は車両ごとに予め定められる値で、一般的には、車速、操舵角に応じて設定される。
基本舵角比算出手段41は、走行中に発生する車速信号及び操舵角信号に応じて、設定された基本舵角比信号を出力する。
実スタビリティファクタ検出手段43は、ヨーレート検出手段13が検出する実ヨーレート信号γ、車速検出手段12が検出する車速信号V、操向輪角検出手段14が検出する実操向輪角信号δs、ホイールベースL(固定値)に基づいて実スタビリティファクタを算出し、実スタビリティファクタ信号Aactを出力する。
実際のスタビリティファクタは、例えば、下記の(式3)に示すとおり演算することで得られる。
規範スタビリティファクタは車両により予め定められた値であり、一般的に0.001〜0.0025(スポーツカー〜セダン)の範囲に設定される。
設定された規範スタビリティファクタは、規範スタビリティファクタ格納手段42に予め格納されている。
そして、規範スタビリティファクタ格納手段42は、常に一定値の規範スタビリティファクタ信号を出力する。
次に、図4に基づいて、本実施の形態による車両用操舵装置の動作を説明する
なお、本実施の形態による車両用操舵装置の特徴は、目標操向輪角生成手段40における目標操向輪角生成方法であるため、以下では目標操向輪角生成手段40において目標操向輪角信号を生成するまでのアルゴリズムを述べる。
ステップS103において、メモリに記憶された操舵角信号θs、車速信号Vに基づいて基本舵角比算出手段41により基本舵角比信号Goを算出し、メモリに記憶する。
ステップS104において、ヨーレート検出手段13からの実ヨーレート信号γをマイコンに読み込み、メモリに記憶する。
ステップS105において、操向輪角検出手段14からの実操向輪角信号δsをマイコンに読み込み、メモリに記憶する。
ステップS107において、規範スタビリティファクタ格納手段42において規範スタビリティファクタ信号Rrefを出力し、メモリに記憶する。
ステップS108において、加算器44は、メモリに記憶された規範スタビリティファクタ信号Aref及び実スタビリティファクタ信号Aactに基づいてスタビリティファクタ誤差を算出し、スタビリティファクタ誤差信号Erとしてメモリに記憶する。
ステップS110において、目標舵角比算出手段45は、メモリに記憶された基本舵角比信号Goと舵角比修正量信号Kに基づいて目標舵角比を算出し、目標舵角比信号Cvとしてメモリに記憶する。
ステップS111において、乗算器47は、メモリに記憶された目標舵角比信号Gv及び操舵角信号θsに基づいて目標操向輪角δを生成し、目標操向輪角信号δrefとしてメモリに記憶する。
前記ステップS101からS111までの動作を制御サンプリング毎に繰り返し、算出した目標操向輪角信号δrefに基づいて操向輪33a、33bを制御する。
しかし、上述したように、本実施の形態1では車両側で積載状況やタイヤ圧の変化に応じた制御を行っているため、積載状況の変化やタイヤ状況の変化に関わらず、同様の操舵方法で同様の旋回半径が得られ、ドライバの意図に沿ったコースを安定して精度よく走行することが可能となる。
例えば、下記の(式4)に示すとおり演算することで実際のスタビリティファクタAactが得られる。
このように、本実施の形態では、実際の値(車両重量、コーナリングパワー、重心位置)
に基づいて実スタビリティファクタを検出することで、より精度よく目標操向輪角の検出が可能となる。
規範スタビリティファクタ信号Arefと実スタビリティファクタ信号Aactに基づいて舵角比修正量Kを算出する方法であれば、その算出方法は問わない。
このような構成とする場合、規範旋回半径出力手段、車速及び操舵角に応じた旋回半径を格納したマップを用意し、マップから規範旋回半径信号を出力するものとしてもよく、規範ヨーレート、規範スタビリティファクタの少なくとも一方を格納しておき、規範ヨーレート、規範スタビリティファクタの少なくとも一方に基づいた算出値を規範旋回半径信号として出力するものとしてもよい。
本構成にすることにより、旋回半径により忠実な制御を行うことができる。
このような構成とする場合、GPSを利用し、実旋回半径検出手段はGPSからの実旋回半径信号を読み込み、実旋回半径信号として出力してもよく、実ヨーレート信号と車速信号に基づいて算出し、実旋回半径信号として出力してもよい。
本構成とすることにより、ヨーレートセンサがなくても、同様の効果を得ることが可能となる。
更に、基本舵角比はその他の信号に応じて可変としてもよい。本構成としても、前記実施の形態1と同様の効果が得られる。
本構成としても、前述した実施の形態1と同様の効果が得られる。
従って、本実施の形態によれば、車両に発生する実旋回半径相当値と車両により予め定められた規範旋回半径相当値に基づいて目標操向輪角を生成するので、車高検出等のための特別なセンサを付加しなくても、積載状況の変化やタイヤの空気圧等の変化に関わらず、ドライバの意図に沿ったコースを安定して精度よく走行することができる。
実旋回半径検出手段が検出する実旋回半径値と規範旋回半径値出力手段が出力する規範旋回半径値に基づいて、操向輪の転舵量を制御する。
また、本実施の形態による車両用操舵装置の実旋回半径検出手段は、GPSを利用して前記実旋回半径値を検出する。
また、本実施の形態による車両用操舵装置は、操向輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、操向輪の操舵角を検出する操舵角検出手段とを備え、転舵角検出手段が検出する転舵角と操舵角検出手段が検出する操舵角に基づいて、車両の舵角比を制御する。
図5は、実施の形態2に係る車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。
以下、図5に基づいて、実施の形態2による車両操舵装置の構成と動作について、説明する。
本実施の形態においては、ドライバによる実スタビリティファクタ算出実施の選択(Yes/No)を検出し、ドライバ選択信号として出力とするドライバ選択検出手段16を更に設けている。
つまり、ドライバが操作できるスイッチであるドライバ選択検出手段16が設けられており、スイッチが「ON」であればドライバ選択信号は「Yes」、スイッチが「OFF」であればドライバ選択信号は「No」である。
実スタビリティファクタは、積載状況が変化した場合に変化する。ドライバは、積載状況が変化(即ち、実スタビリティファクタが変化)したことを認識している筈であり、ドライバは実スタビリティファクタの検出を行うか否か(即ち、積載状況に応じて制御量を変更するか否か)を選択する。例えば、積載状況(乗員増加、荷物の積載)した場合に、ドライバはスイッチを「ON」とする。
前記検出条件を満たせば、実スタビリティファクタ検出手段50は、車速信号、実ヨーレート信号、実操向輪角信号に基づいて、実スタビリティファクタを検出し、実スタビリティファクタ格納手段51に格納する。
実スタビリティファクタ格納手段51は、格納された実スタビリティファクタを格納スタビリティファクタ信号として出力する。
前述の実施の形態1における実スタビリティファクタ検出手段43は、常に実スタビリティファクタの検出を行っていたが、スタビリティファクタの値は積載状況の変化及びタイヤ状況の変化によって変化するものであるため、走行中は大きく変化しない。従って、実スタビリティファクタを特定できれば、その後、検出処理を行う必要はない。
実施の形態2における実スタビリティファクタ検出手段50は、検出条件判定手段48おいて予め定められた検出条件を満たすと判定された場合のみ、実スタビリティファクタを検出し、実スタビリティファクタ格納手段51に格納する。
実スタビリファクタの検出を行うか否かをドライバが選択し、ドライバの選択に基づいて実スタビリティファクタの検出実施を決定する。
前述したように、本実施の形態においては、ドライバによる実スタビリティファクタ算出実施の選択(Yes/No)を検出し、ドライバ選択信号として出力とするドライバ選択検出手段16を更に設けている。
ドライバ選択検出手段16のスイッチが「ON」であればドライバ選択信号は「Yes」、スイッチが「OFF」であればドライバ選択信号は「No」である。
実スタビリティファクタの検出条件は、ドライバ選択信号として「Yes」が出力された後、所定時間内である場合とする。
実スタビリティファクタは、積載状況が変化した場合に変化する。
ドライバは、積載状況が変化(即ち、実スタビリティファクタが変化)したことを認識している筈であり、ドライバは実スタビリティファクタの検出を行うか否か(即ち、積載状況に応じて制御量を変更するか否か)を選択する。ドライバによる選択は、例えば、乗員の増加後及び荷物の積載等により積載状況が変化した際に行われるのが望ましい。
図6のフローチャートに基づいて、本実施の形態による車両用操舵装置の動作について説明する。
なお、本実施の形態2が特徴とするのは、実スタビリティファクタを検出する箇所であるので、実スタビリティファクタを検出する箇所に関して記載する。なお、その他の動作は実施の形態1と同様である。
ステップS206において、検出条件判定手段48によってメモリに記憶されたドライバ選択信号Dsを読み込み、検出条件を満たしているか否かを判定し、ステップの分岐を行う。検出条件を満たせばステップS207に進み、満たさなければステップS209に進む。
ステップS208において、実スタビリティファクタ検出手段50によってメモリに記憶された車速信号V、ヨーレート信号γ、実操向輪角信号δsに基づいて実スタビリティファクタを算出し、実スタビリティファクタ格納手段51に格納する。
ステップS211において、加算器44においてメモリに記憶された規範スタビリティファクタ信号Aref、格納実スタビリティファクタ信号Aact_mに基づいて、スタビリティファクタ誤差を算出しスタビリティファクタ誤差信号Erとしてメモリに記憶する。
前記ステップS201からS214までの動作を制御サンプリング毎に繰り返し、算出した目標操向輪角信号δrefに基づいて操向輪33a、33bを制御する。
また、ドライバの選択により実スタビリティファクタ検出実施が定められるため、適確なタイミングでのみ検出ができ処理の負荷を軽減できる。
このような構成とすることで、実スタビリティファクタの検出に適した車速で検出が行われるため、検出精度を向上させることができ、より最適な制御効果が得られる。
このような構成とすることで、駐車状態からの発進における実スタビリティファクタ検出の必要性がシステムにより自動的に判断されるため、ドライバによる検出実施の選択なしに、適確なタイミングで検出ができ処理の負荷を軽減できる。
同様に、前記停車状態検出手段はパーキングブレーキの状態(ON/OFF)を検出し、停車状態信号を出力するものとし、停車状態信号として『ON』の出力から『OFF』の出力への変更された場合と定めることとしてもよい。
このような構成とすることで、駐車状態のみならず停車状態からの発進における実スタビリティファクタ検出の必要性がシステムにより自動的に判断されるため、より適確なタイミングで検出ができ処理の負荷が軽減できる。
なお、検出条件判定手段48の検出条件として、いくつかの例を示したが、検出条件判定手段48の検出条件は、これら検出条件のうちの1つであってもよいし、これら検出条件の複数を組み合わせたものであってもよい。
(a)ドライバが実旋回半径相当値の検出の実施を選択した後、所定時間内である
(b)車速信号が予め定められた範囲内である
(c)エンジンのイグニッションのON後、所定時間内である
のいずれか1つである。
また、本実施の形態による車両用操舵装置の検出条件判定手段18の検出条件は、上記(a)〜(c)の3条件のうちの少なくとも複数の条件を組み合わせたものである。
以下、前述した実施の形態1あるいは実施の形態2による車両操舵装置を利用した車両制御装置の特徴的な構成について説明する。
本実施の形態では、実スタビリティファクタ検出手段43あるいは実スタビリティファクタ検出手段50が検出する実スタビリティファクタ信号と規範スタビリティファクタ格納手段42からの規範スタビリティファクタ信号に基づいて、車両の駆動力制御量を算出し、駆動力制御信号を出力する駆動力制御手段を備える。
同様に、制動力制御量を算出し制動力制御信号を出力する制動力制御手段を備える。
また、後輪角制御量を算出し後輪角制御信号を出力する後輪角制御手段を備える。
前記駆動力制御信号、制動力制御信号、後輪角制御信号に基づいて、車両の駆動機構、制動機構、後輪角転舵機構を制御する。
本実施の形態では、規範スタビリティファクタ信号と実スタビリティファクタ信号に基づいて、操向輪転舵機構だけでなく、車両の駆動機構、制動機構及び後輪転舵機構を制御するので、より最適な車両の制御効果が得られる。
このような構成とすることにより、ドライバは積載状況等の変化を認知できる。
12 車速検出手段 13 ヨーレート検出手段
14 操向輪角検出手段 15 操向輪角制御手段
16 ドライバ選択検出手段 30 操舵機構駆動手段
31 操向輪転舵機構 33a、33b 操向輪
40 目標操向輪角生成手段 41 基本舵角比算出手段
42 規範ステビリテイファクタ格納手段
43 実ステビリテイファクタ検出手段
44 加算器 45 目標舵角比算出手段
46 舵角比修正量算出手段 47 乗算器
48 検出条件判定手段
50 実ステビリテイファクタ検出手段
51 実ステビリテイファクタ格納手段
400 目標操向輪角生成手段
Claims (7)
- 車両の操舵角を検出し、操舵角信号を出力する操舵角検出手段と、前記車両の速度を検出し、車速信号を出力する車速検出手段と、前記車両のヨーレートを検出し、ヨーレート信号を出力するヨーレート検出手段と、前記車両の操向輪角を検出し、実操向輪角信号を出力する操向輪角検出手段と、前記操舵角信号、車速信号、ヨーレート信号及び実操向輪角信号に基づいて、目標操向輪角を生成する目標操向輪角生成手段と、前記目標操向輪角生成手段が生成する目標操向輪角に基づいて前記車両の操向輪角を制御する操向輪角制御手段とを備えた車両用操舵装置であって、
前記目標操向輪角生成手段は、前記車両に発生する実旋回半径相当値である実スタビリティファクタと前記車両により予め定められた規範旋回半径相当値である規範スタビリティファクタを用いて、目標操向輪角を生成することを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記目標操向輪角生成手段は、前記操舵角信号及び前記車速信号に基づいて基本舵角比を算出し、基本舵角比信号を出力する基本舵角比算出手段と、前記車両ごとに予め定められた旋回半径相当値である規範スタビリティファクタを格納しておき、規範旋回半径相当値信号である規範スタビリティファクタ信号を出力する規範スタビリティファクタ格納手段と、前記車速信号、ヨーレート信号及び実操向輪角信号に基づいて、前記車両の実旋回半径を定めるパラメータである実スタビリティファクタ信号を検出して出力する実スタビリティファクタ検出手段と、前記規範スタビリティファクタ格納手段から出力される規範スタビリティファクタと実スタビリティファクタ検出手段から出力される実スタビリティファクタ信号に基づいて舵角比修正量を算出する舵角比修正量算出手段と、前記基本舵角比検出手段が出力する基本舵角比信号と前記舵角比修正量算出手段が出力する舵角比修正量に基づいて目標舵角比を算出する目標舵角比算出手段を設け、
前記操舵角検出手段が出力する操舵角信号及び前記目標舵角比算出手段が算出する目標舵角比に基づいて、目標操向輪角が制御されることを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵装置。 - 前記目標操向輪角生成手段は、予め車両ごとに設定された実旋回半径相当値の検出条件を満たすか否かを判定する検出条件判定手段と、前記実旋回半径相当値信号を格納する実スタビリティファクタ格納手段を備え、
前記検出条件が満たされた場合のみ、前記実スタビリティファクタ検出手段は前記車両の実旋回半径を定めるパラメータである実スタビリティファクタ信号を検出して前記実スタビリティファクタ格納手段に格納し、前記舵角比修正量算出手段は、前記規範スタビリティファクタ格納手段と前記実スタビリティファクタ検出手段の出力に基づいて舵角比修正量を算出することを特徴とする請求項2に記載の車両用操舵装置。 - 前記検出条件判定手段の検出条件は、ドライバが実旋回半径相当値の検出の実施を選択した後、所定時間内であることを特徴とする請求項3に記載の車両用操舵装置。
- 前記検出条件判定手段の検出条件は、前記車速信号が予め定められた範囲内であることを特徴とする請求項3に記載の車両用操舵装置。
- 前記検出条件判定手段の検出条件は、エンジンのイグニッションのON後、所定時間内であることを特徴とする請求項3に記載の車両用操舵装置。
- 前記検出条件判定手段の検出条件は、
(a)ドライバが実旋回半径相当値の検出の実施を選択した後、所定時間内である
(b)前記車速信号が予め定められた範囲内である
(c)エンジンのイグニッションのON後、所定時間内である
の3条件のうちの少なくとも複数の条件の組み合わせであることを特徴とする請求項3に記載の車両用操舵装置。
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