JP4728363B2

JP4728363B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP4728363B2
Application number: JP2008086085A
Authority: JP
Inventors: 好恭飽田; 正明皆川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: US20090248248A1; JP2009234520A; EP2105370B1; US8180530B2; EP2105370A1

Description

本発明は、電気的に操舵制御される車両に搭載される操舵制御装置に係り、詳しくは、旋回走行時における車体挙動の安定化等を実現する技術に関する。

近年、自動車用のステアリングシステムとして、前輪と後輪とのうち少なくとも一方に対して電動式や油圧式等の操舵アクチュエータを設置し、運転者によるステアリングホイールの操作のみによらない操舵を可能としたステアバイワイヤシステムが開発されている（特許文献１，２参照）。ステアバイワイヤシステムでは、例えば、横加速度モデルフォローイング制御やヨーレイトモデルフォローイング制御を採用することにより、旋回走行時やレーンチェンジ時における横加速度（あるいは、ヨーレイト）の特性を適宜設定することができる。
特開２００４−５０９７８号公報特開平５−１３１９４５号公報

本発明者等が種々のシミュレーション（理論計算）を行ったところ、横加速度モデルフォローイング制御（ヨーレイトモデルフォローイング制御）を採用すると、操舵周波数（周期的な操舵を与える際の周波数）が高い領域における横加速度（ヨーレイト）の応答性や収斂性は確かに向上するが、以下に述べる不具合が生じることが判明した。

図９はヨーレイトモデルフォローイング制御を適用した場合の操舵周波数応答性を表すグラフであり、ヨーレイトと横加速度とについて操舵周波数に対するゲインおよび位相の変化を示している。同図から判るように、ヨーレイトモデルフォローイング制御を行うと、実線で示すようにヨーレイトの応答性および収斂性は制御を行わない場合（点線で示す）に較べて向上するが、例えば、高い操舵周波数域で横加速度に位相進み（図９中に破線で囲んだ部分）が生じ、車両の運動が収斂した後に揺れ戻しが起こって運転者に違和感を与えることがある。すなわち、目標とするヨーレイト特性の改善量によっては、横加速度の発生タイミング等が不安定となってしまい、更には、横加速度に応じて車体のロール挙動も安定しなくなる問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、電気的に操舵制御される車両に搭載される操舵制御装置において、旋回走行時における車体挙動の安定化等を実現する技術を提供することを目的とする。

第１の発明は、前輪と後輪とが電気的に操舵制御される車両に搭載され、前記操舵制御に供される操舵制御装置であって、乗員の運転操作と車両の運動状態との少なくとも一方に基づき、操舵量を設定する操舵量設定手段と、車体の横加速度とヨーレイトとのうち少なくとも一方に基づき、ロールレイトを推定するロールレイト取得手段と、前記ロールレイトに基づき、前記操舵量を補正するための操舵補正量を設定する補正量設定手段とを備え、前記補正量設定手段は、車速に基づいて前輪側車速ゲインと後輪側車速ゲインとを設定した後、前記ロールレイトに前輪側車速ゲインを乗じることによって前輪側操舵補正量を設定し、前記ロールレイトに後輪側車速ゲインを乗じることによって後輪側操舵補正量を設定することを特徴とする。

第１の発明によれば、ヨーレイトや横加速度のモデルフォローイング制御を実行する際において、ロールレイトゲインの低減やヨーレイトの減衰性および応答性の向上が実現される他、横加速度の位相進みに起因する揺れ戻しを抑制すること等が可能となる。また、既存の横Ｇセンサやヨーレイトセンサを用いてロールレイトを推定できるため、新たにロールレイトセンサを設置する必要がなくなり、部品点数の増加や製造コストの上昇を抑制できる。

以下、本発明を４輪操舵自動車に適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係る４輪操舵自動車の概略構成図であり、図２は実施形態に係る操舵ＥＣＵの概略構成を示すブロック図であり、図３は実施形態に係るロールレイト推定部の概略構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜自動車の概略構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係るステアバイワイヤ方式の４輪操舵自動車（以下、単に自動車と記す）の概略構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、左前輪３ｆｌ、右前輪３ｆｒ、左後輪３ｒｌ、右後輪３ｒｒと記すとともに、総称する場合には車輪３と記す。

図１に示すように、自動車（車両）Ｖの車体１にはタイヤ２が装着された車輪３が前後左右に設置されており、これら各車輪３がサスペンションアームやスプリング、ダンパ等からなるサスペンション４によって車体１に懸架されている。自動車Ｖには、左右前輪３ｆｌ，３ｆｒの転舵に供される前輪転舵機構５と、左右後輪３ｒｌ，３ｒｒの転舵にそれぞれ供される左右後輪転舵機構６ｌ，６ｒと、前輪転舵機構５および両後輪転舵機構６ｌ，６ｒを駆動制御する操舵ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）７とが設置されている。

自動車Ｖの運転席側には、その後端にステアリングホイール１０が取り付けられたステアリングシャフト１１が設置されている。ステアリングシャフト１１には、運転者によるステアリングホイール１０の操作を検出する操舵角センサ１２と、運転者に操舵反力を与える反力アクチュエータ１３とが設置されている。また、自動車Ｖには、車速を検出する車速センサ１５の他、横加速度を検出する横Ｇセンサ１６、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１７等が車体１の適所に設置されている。

前輪転舵機構５は、その両端に前輪側ナックル２０ｆｌ，２０ｆｒが連結されたステアリングギヤ２１や、ステアリングギヤ２１を駆動する前輪操舵アクチュエータ２２等から構成されている。また、両後輪転舵機構６ｌ，６ｒは、車体１と後輪側ナックル２０ｒｌ，２０ｒｒとの間に介装された直動式の後輪操舵アクチュエータ２４ｌ，２４ｒや、図示しないポジションセンサ等から構成されている。

＜操舵ＥＣＵ＞
操舵ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して各センサ１２，１５〜１７、前輪転舵機構５および両後輪転舵機構６ｌ，６ｒ等と接続されている。図２に示すように、操舵ＥＣＵ７は、入力インタフェース３１と、前輪ベース値設定部３２と、後輪操舵割合設定部３３と、後輪ベース値設定部３４と、車速ゲイン設定部３５と、ロールレイト推定部３６と、前輪目標舵角設定部３７と、後輪目標舵角設定部３８と、出力インタフェース３９とを収容している。

入力インタフェース３１には、上述した各センサ１２，１５〜１７等が接続する。また、前輪ベース値設定部３２は、操舵角センサ１２の検出結果に基づき、前輪側操舵ベース値を設定する。また、後輪操舵割合設定部３３は、操舵角センサ１２および車速センサ１５の検出結果に基づき、前輪に対する後輪の操舵割合を設定する。また、後輪ベース値設定部３４は、操舵角センサ１２の検出結果と後輪操舵割合設定部３３の設定結果に基づき、後輪側操舵ベース値を設定する。また、車速ゲイン設定部３５は、車速センサ１５の検出結果に基づき、車速ゲインを設定する。また、ロールレイト推定部３６は、操舵角センサ１２および横Ｇセンサ１６の検出結果に基づき、ロールレイトを推定する。また、前輪目標舵角設定部３７は、前輪側の操舵ベース値に対して車速ゲインおよびロールレイトによる補正を行うことにより、前輪側の目標舵角を設定する。また、後輪目標舵角設定部３８は、後輪側の操舵ベース値に対して車速ゲインおよびロールレイトによる補正を行うことにより、後輪側の目標舵角を設定する。また、出力インタフェース３９は、前輪目標舵角設定部３７や後輪目標舵角設定部３８の設定結果を前輪転舵機構５および両後輪転舵機構６ｌ，６ｒに出力する。

＜ロールレイト推定部＞
図３に示すように、ロールレイト推定部３６は、操舵角センサ１２の検出結果に基づいて第１ロールレイト変化量Ｒｒａ１’を算出する第１車両モデル４１と、操舵角センサ１２の検出結果に基づいて第１横加速度推定値Ｇｙａ１を算出する第２車両モデル４２と、後述するロールレイト推定値Ｒｒｅに基づいて第２ロールレイト変化量Ｒｒａ２’を算出する第３車両モデル４３と、ロールレイト推定値Ｒｒｅに基づいて第２横加速度推定値Ｇｙａ２を算出する第４車両モデル４４と、第１横加速度推定値Ｇｙａ１から第２横加速度推定値Ｇｙａ２を減じる第１減算器４５と、横Ｇセンサ１６の検出した横加速度Ｇｙから第１減算器４５の算出結果を減じる第２減算器４６と、第２減算器４６の算出結果に所定のオブザーバゲインを乗じることで第３ロールレイト変化量Ｒｒａ３’を得るゲインブロック４７と、第１〜第３ロールレイト変化量Ｒｒａ１’〜Ｒｒａ３’を合算する加算器４８と、加算器４８の算出結果を積分することによってロールレイト推定値Ｒｒｅを算出する積分器４９とを有している。

≪実施形態の作用≫
自動車Ｖの運転時において、操舵ＥＣＵ７内では、図４のフローチャートにその手順を示す前後輪操舵制御を所定の処理インターバルで繰り返し実行される。前後輪操舵制御を開始すると、操舵ＥＣＵ７は、図５のステップＳ１で、操舵角センサ１２から入力した操舵角δに基づき、前輪側操舵ベース値Ｓｆｂｓを設定する。次に、操舵ＥＣＵ７は、ステップＳ２で、車速センサ１５から出力された車速ｖに基づき、図５に示す車速−後輪操舵割合マップから後輪操舵割合Ｒｒｓを検索した後、ステップＳ３で、前輪側操舵ベース値Ｓｆｂｓに後輪操舵割合Ｒｒｓを乗じることにより、後輪側操舵ベース値Ｓｒｂｓを設定する。

次に、操舵ＥＣＵ７は、ステップＳ４で、上述した操舵角δと横Ｇセンサ１６から入力した横加速度Ｇｙとに基づき、ロールレイト推定値Ｒｒｅを算出した後、ステップＳ５で、上述した車速ｖに基づき、図示しないマップや関数を用いて前輪側車速ゲインＫｆと後輪側車速ゲインＫｒとをそれぞれ設定する。次に、操舵ＥＣＵ７は、ステップＳ６で、ロールレイト推定値Ｒｒｅに前輪側車速ゲインＫｆを乗じることにより、前輪側操舵補正値Ｓｆｃを算出し、ステップＳ７で、ロールレイト推定値Ｒｒｅに後輪側車速ゲインＫｒを乗じることにより、後輪側操舵補正値Ｓｒｃを算出する。

次に、操舵ＥＣＵ７は、ステップＳ８で、前輪側操舵ベース値Ｓｆｂｓに前輪側操舵補正値Ｓｆｃを加算することで前輪側目標舵角Ｓｆｔを算出し、ステップＳ９で、後輪側操舵ベース値Ｓｒｂｓに後輪側操舵補正値Ｓｒｃを加算することで後輪側目標舵角Ｓｒｔを算出する。しかる後、操舵ＥＣＵ７は、ステップＳ１０で前輪側目標舵角Ｓｆｔと後輪側操舵補正値Ｓｒｃとを前輪転舵機構５（前輪操舵アクチュエータ２２）および両後輪転舵機構６ｌ，６ｒ（後輪操舵アクチュエータ２４ｌ，２４ｒ）にそれぞれ出力する。

図６〜図８はそれぞれ本実施形態でのシミュレーションの結果を示すグラフであり、ヨーレイトと横加速度とロールレイトとについて、操舵周波数に対するゲインおよび位相の変化を表している。なお、図６〜図８のシミュレーションはすべて同一の車速で行っており、補正を行った場合の変化を実線で示し、補正を行わない場合の変化を点線で示している。

図６は前輪側目標舵角Ｓｆｔにロールレイト推定値Ｒｒｅに基づく補正を行った場合のシミュレーション結果であり、ロールレイトゲインの低減や、１Ｈｚ以上の領域におけるヨーレイトの減衰性および応答性の向上が実現される他、３Ｈｚ以上の領域における横加速度の位相進みが防止され、従来装置で問題となっていた車両運動の収斂後における揺れ戻しが抑制されることが判る。

図７は後輪側目標舵角Ｓｒｔにロールレイト推定値Ｒｒｅに基づく補正を行った場合のシミュレーション結果であり、ロールレイトゲインの共振低減（すなわち、１Ｈｚ付近のロールレイトゲインの低減）が図られるとともに、１Ｈｚ〜２Ｈｚの領域におけるヨーレイトと横加速度との減衰性および応答性の向上が実現されることが判る。

図８は前輪側目標舵角Ｓｆｔと後輪側目標舵角Ｓｒｔとにロールレイト推定値Ｒｒｅに基づく補正を行った場合のシミュレーション結果であり、ロールレイトゲインの共振低減（すなわち、１Ｈｚ付近のロールレイトゲインの低減）が図られる他、後輪側目標舵角Ｓｒｔに対してのみ補正を行った場合に生じた２Ｈｚ以上でのロールレイトゲインの増大が抑制され、更に、１Ｈｚ〜２Ｈｚの領域におけるヨーレイトと横加速度との減衰性および応答性の向上が実現されること、すなわち、前輪側目標舵角Ｓｆｔに対する補正の効果と後輪側目標舵角Ｓｒｔに対する補正の効果とが良好なバランスで実現されることが判る。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、前輪と後輪とが電動式の操舵アクチュエータによってそれぞれ駆動される自動車に本発明を適用したものであるが、前輪と後輪とのどちらか一方が操舵アクチュエータによって駆動される自動車に適用してもよい。また、ステアリングホイールとステアリングギヤとが差動ギヤ機構を介して連結され、差動ギヤ機構の構成ギヤをアクチュエータで駆動することによってステアリングホイールとステアリングギヤとの間の伝達比を変化させられる（すなわち、操舵量に対する車輪の転舵量を自在に制御できる）自動車に適用してもよい。また、上記実施形態では、操舵角と横加速度とに基づいてロールレイトを推定するようにしたが、操舵角とヨーレイトとに基づいてロールレイトを推定するようにしてもよいし、車体に搭載したロールレイトセンサによってロールレイトを検出するようにしてもよい。その他、自動車や制御装置の具体的構成をはじめ、制御の具体的手順等についても本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係る４輪操舵自動車の概略構成図である。実施形態に係る操舵ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。実施形態に係るロールレイト推定部の概略構成を示すブロック図である。実施形態に係る前後輪操舵制御の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る車速−後輪操舵割合マップである。実施形態に係るシミュレーション結果を示すグラフである。実施形態に係るシミュレーション結果を示すグラフである。実施形態に係るシミュレーション結果を示すグラフである。従来装置に係るシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１車体
３車輪
５前輪転舵機構
６ｌ左後輪転舵機構
６ｒ右後輪転舵機構
７操舵ＥＣＵ
１２操舵角センサ
１５車速センサ
１６横Ｇセンサ
２２前輪操舵アクチュエータ
２４ｌ左後輪操舵アクチュエータ
２４ｒ右後輪操舵アクチュエータ
３２前輪ベース値設定部
３３後輪操舵割合設定部
３４後輪ベース値設定部
３５車速ゲイン設定部
３６ロールレイト推定部
３７前輪目標舵角設定部
３８後輪目標舵角設定部
Ｖ自動車

Claims

前輪と後輪とが電気的に操舵制御される車両に搭載され、前記操舵制御に供される操舵制御装置であって、
乗員の運転操作と車両の運動状態との少なくとも一方に基づき、操舵量を設定する操舵量設定手段と、
車体の横加速度とヨーレイトとのうち少なくとも一方に基づき、ロールレイトを推定するロールレイト取得手段と、
前記ロールレイトに基づき、前記操舵量を補正するための操舵補正量を設定する補正量設定手段とを備え、
前記補正量設定手段は、車速に基づいて前輪側車速ゲインと後輪側車速ゲインとを設定した後、前記ロールレイトに前輪側車速ゲインを乗じることによって前輪側操舵補正量を設定し、前記ロールレイトに後輪側車速ゲインを乗じることによって後輪側操舵補正量を設定することを特徴とする操舵制御装置。