JP4807164B2 - Vehicle steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、前輪を転舵する前輪転舵アクチュエータと、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus including a front wheel steering actuator that steers front wheels and a rear wheel steering actuator that steers rear wheels.
従来から、操舵ハンドルの操舵操作に応じた車両の運動状態が良好になるように、車輪の転舵アクチュエータを駆動制御する車両の操舵装置は知られている。例えば、下記特許文献1に示された車両の操舵装置においては、ハンドル操舵角と車速とを検出し、この2つの検出値を用いて車両の運動状態量としてのヨーレートおよびヨー角加速度の目標値を計算する。そして、これらのヨーレートおよびヨー角加速度が目標値となる目標後輪舵角を計算し、後輪転舵アクチュエータを用いて後輪を目標後輪転舵角に転舵制御する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicle steering apparatus that drives and controls a wheel steering actuator so as to improve a vehicle motion state according to a steering operation of a steering wheel is known. For example, in the vehicle steering apparatus disclosed in
一方、運転者による操舵ハンドルの操舵操作と車両の挙動特性を一致させて、運転者が違和感なく車両を運転できるようにした車両の操舵装置も知られている。例えば、下記特許文献2には、ハンドル操舵角と車速とを検出し、この2つの検出値を用いて操舵反力の目標値を計算して、ステアリングモータを前記目標値に従って駆動制御して、操舵反力を適正に制御するようにしている。また、この引用文献2に記載の車両の操舵装置においては、操舵ハンドルの操舵角と前輪の転舵角との違いによる運転者による違和感を解消するために、転舵比可変アクチュエータを用いて、前輪転舵角に対する操舵ハンドルの操舵角の比を表すステアリングギヤ比を、ハンドル操舵角および車速に応じて変更するようにもしている。
しかし、上記特許文献1に記載の車両の操舵装置においては、運転者による操舵感覚に関しては考慮されておらず、特に運転者の操舵操作に対する前輪からの操舵反力(操舵トルク)との位相ずれが問題となり、運転者は操舵ハンドルの操舵操作に違和感を覚えることがある。また、上記特許文献2に記載の車両の操舵装置においては、操舵ハンドルの操舵操作に対する車両の運動性能に関して充分に考慮されておらず、操舵ハンドルの操舵操作に対して車両の運動状態が必ずしも適切に制御されない。また、上記特許文献2においても、運転者の操舵操作と操舵反力(操舵トルク)との位相ずれに関しては考慮されていない。
However, in the vehicle steering apparatus described in
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚の両者を考慮して、前輪及び後輪を転舵制御することにより、操舵ハンドルの操舵操作に対して、良好な車両の運動状態を得ることができると同時に、良好な操舵感覚を与えることができるようにすることにある。 The present invention has been made in order to cope with the above-described problem, and its purpose is to perform steering control of the front wheels and the rear wheels in consideration of both the target motion performance of the vehicle and the target steering feeling of the driver. An object of the present invention is to make it possible to obtain a good vehicle movement state and a good steering feeling with respect to the steering operation of the steering wheel.
前記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、操舵ハンドルと機械的に連結された前輪を転舵する前輪転舵アクチュエータと、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置において、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記検出された操舵ハンドルの操舵角および前記検出された車速を用いて、予め決められた車両の目標運動性能を満足し、かつ操舵ハンドルの操舵角と前輪の横力との位相差をなくすように車両の目標運動状態量を計算する目標運動状態量計算手段と、前記計算された車両の目標運動状態量に基づいて、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角を計算する目標転舵角計算手段と、前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角に応じて前記前輪転舵アクチュエータおよび前記後輪転舵アクチュエータを駆動制御して、前輪および後輪を前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角にそれぞれ転舵制御する転舵制御手段とを設けたことにある。 In order to achieve the above object, the structural feature of the present invention includes a front wheel steering actuator that steers a front wheel mechanically connected to a steering handle, and a rear wheel steering actuator that steers a rear wheel. In the vehicle steering apparatus, the steering angle detecting means for detecting the steering angle of the steering handle, the vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed, the detected steering angle of the steering handle and the detected vehicle speed are used in advance. The target motion state quantity calculating means for calculating the target motion state quantity of the vehicle so as to satisfy the determined target motion performance of the vehicle and eliminate the phase difference between the steering angle of the steering wheel and the lateral force of the front wheel; A target turning angle calculation means for calculating a target front wheel turning angle and a target rear wheel turning angle based on the calculated target motion state quantity of the vehicle, and the calculated target front wheel turning angle and target rear wheel turning angle. According to before There is provided a steering control means for driving and controlling the front wheel steering actuator and the rear wheel steering actuator to control the front wheels and the rear wheels to the calculated target front wheel turning angle and target rear wheel turning angle, respectively. There is.
この場合、前記目標運動状態量計算手段は、例えば、車体に発生するヨーレート、車体スリップ角および車体に発生する横加速度のうちのいずれか1つまたは2つの車両の運動状態量の目標値を計算するものである。また、前記車両の運動状態量は、例えば、操舵ハンドルの操舵角に対して1次遅れの関数によって表される。また、前記操舵ハンドルの操舵角と前輪の横力との位相差をなくすことは、操舵ハンドルの操舵トルク(すなわち操舵反力)が、操舵ハンドルの操舵角と車速とを乗算した値に比例することを意味する。 In this case, the target motion state quantity calculating means calculates, for example, a target value of the motion state quantity of any one or two of the yaw rate generated in the vehicle body, the vehicle body slip angle, and the lateral acceleration generated in the vehicle body. To do. In addition, the motion state quantity of the vehicle is represented by a function of a first-order lag with respect to the steering angle of the steering wheel, for example. Further, eliminating the phase difference between the steering angle of the steering wheel and the lateral force of the front wheels is proportional to the value obtained by multiplying the steering torque of the steering wheel (that is, the steering reaction force) by the steering angle of the steering wheel and the vehicle speed. Means that.
上記のように構成した本発明においては、車両の目標運動状態量が、予め決められた車両の目標運動性能を満足し、かつ操舵ハンドルの操舵角と前輪の横力との位相差をなくすように決定される。そして、この目標運動状態量に基づいて、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角が計算され、前輪および後輪が前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角にそれぞれ転舵される。ここで、前輪の横力は、前輪の転舵に伴って操舵ハンドルに与えられる操舵反力に比例するので、運転者は、操舵ハンドルの操舵操作と同一位相の操舵反力を感じながら、操舵ハンドルを操舵操作することができる。したがって、本発明の特徴によれば、操舵ハンドルの操舵操作に対して、良好な車両の運動性能が達成されると同時に、運転者は、違和感なく、すなわち良好な操舵感覚で車両を運転することができる。 In the present invention configured as described above, the target motion state quantity of the vehicle satisfies the predetermined target motion performance of the vehicle, and the phase difference between the steering angle of the steering wheel and the lateral force of the front wheels is eliminated. To be determined. Then, based on the target motion state quantity, the target front wheel turning angle and the target rear wheel turning angle are calculated, and the front wheels and the rear wheels are respectively turned to the calculated target front wheel turning angle and target rear wheel turning angle. Is done. Here, since the lateral force of the front wheels is proportional to the steering reaction force applied to the steering wheel as the front wheels are steered, the driver can steer while feeling the steering reaction force in the same phase as the steering operation of the steering wheel. The steering wheel can be steered. Therefore, according to the features of the present invention, a favorable vehicle motion performance is achieved with respect to the steering operation of the steering wheel, and at the same time, the driver can drive the vehicle without feeling uncomfortable, that is, with a good steering feeling. Can do.
また、本発明の他の特徴は、目標運動状態量計算手段が、前記に代えて、前記検出された操舵ハンドルの操舵角および前記検出された車速を用いて、予め決められた車両の目標運動性能を満足し、かつ操舵ハンドルの操舵角と前輪の転舵角との位相差をなくすように車両の目標運動状態量を計算するようにしたことにある。この場合、車速が大きく、ヨーレートおよび車体スリップ角が小さければ、前輪の転舵角が位相差なく前輪の横力に比例する。したがって、車両が中速または高速で走行していて、旋回半径も小さくなければ、前輪転舵角は前輪横力に位相差なく比例するので、前述した場合と同様に、運転者は、操舵ハンドルの操舵操作と同一位相の操舵反力を感じながら、操舵ハンドルを操舵操作することができる。そして、運転者の操舵感覚は、車両が中速または高速で走行している場合に重要な感覚である。また、車両が中速または高速で走行している場合には、車両の旋回半径が大きいことが通常であるので、本発明の他の特徴によっても、操舵ハンドルの操舵操作に対して、良好な車両の運動性能が達成されると同時に、運転者は、違和感なく、すなわち良好な操舵感覚で車両を運転することができる。 According to another feature of the present invention, the target motion state quantity calculating means uses the detected steering angle of the steering wheel and the detected vehicle speed instead of the above, to determine a predetermined target motion of the vehicle. The target motion state quantity of the vehicle is calculated so as to satisfy the performance and eliminate the phase difference between the steering angle of the steering wheel and the turning angle of the front wheels. In this case, if the vehicle speed is high and the yaw rate and the vehicle body slip angle are small, the turning angle of the front wheels is proportional to the lateral force of the front wheels without a phase difference. Therefore, if the vehicle is traveling at medium speed or high speed and the turning radius is not small, the front wheel turning angle is proportional to the front wheel lateral force without any phase difference. The steering handle can be steered while feeling the steering reaction force in the same phase as the steering operation. The steering feeling of the driver is an important feeling when the vehicle is traveling at medium speed or high speed. In addition, when the vehicle is traveling at a medium speed or a high speed, the turning radius of the vehicle is usually large. Therefore, according to other features of the present invention, the steering operation of the steering wheel is good. At the same time as the movement performance of the vehicle is achieved, the driver can drive the vehicle without feeling uncomfortable, that is, with a good steering feeling.
また、前記車両の目標運動性能は、例えば、車両旋回時における車両の自転瞬間中心が、常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在することにある。これによれば、車両は常に車両幅方向のほぼ中央位置を中心にして自転することになるので、車両の旋回が安定する。また、この車両幅方向のほぼ中央位置を中心とする自転は、運転者にとっても良好に感じる。 The target motion performance of the vehicle is that, for example, the instantaneous center of rotation of the vehicle at the time of turning of the vehicle is always present at any position in a vertical plane extending in the front-rear direction passing through the center of gravity of the vehicle. According to this, since the vehicle always rotates around the substantially central position in the vehicle width direction, the turning of the vehicle is stabilized. In addition, the rotation around the substantially central position in the vehicle width direction feels good for the driver.
また、前記自転瞬間中心は、常に車両重心から所定距離だけ離れた定点であるとよい。例えば、自転瞬間中心が、後輪車軸を含む垂直面内にあるとよい。これによれば、車両は、常に同一瞬間中心位置を中心に自転するので、より車両の旋回が安定する。 In addition, the instantaneous center of rotation may be a fixed point that is always a predetermined distance away from the center of gravity of the vehicle. For example, the center of rotation instant may be in a vertical plane including the rear wheel axle. According to this, since the vehicle always rotates around the same instantaneous center position, the turning of the vehicle becomes more stable.
また、前記車両の目標運動性能は、例えば、車体に発生するヨーレートと車体スリップ角が、常に位相差なく比例関係にあることである。これによれば、操舵ハンドルの操舵操作に対して、車体に発生するヨーレートと車体スリップ角とが常に同一位相で変化するので、車両の旋回が安定する。また、このヨーレートと車体スリップ角との同一位相の変化は、運転者にとっても良好に感じられる。 The target motion performance of the vehicle is, for example, that the yaw rate generated in the vehicle body and the vehicle body slip angle are always in a proportional relationship with no phase difference. According to this, since the yaw rate generated in the vehicle body and the vehicle body slip angle always change in the same phase with respect to the steering operation of the steering wheel, the turning of the vehicle is stabilized. Further, the change in the same phase between the yaw rate and the vehicle body slip angle is felt well for the driver.
さらに、前記車両の目標運動性能は、例えば、車体スリップ角が、常に「0」であることである。これによれば、車両にとって理想的な旋回が行われることになる。また、このことは、運転者にとっても良好に感じられる。 Further, the target motion performance of the vehicle is, for example, that the vehicle body slip angle is always “0”. According to this, an ideal turn for the vehicle is performed. This also feels good for the driver.
a.構成例
以下、本発明の各実施形態について説明するが、最初に各実施形態に共通の車両の操舵装置の構成例について図面を用いて説明しておく。図1は、この車両の操舵装置を概略的に示している。
a. Configuration Example Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described. First, a configuration example of a vehicle steering apparatus common to each embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the vehicle steering apparatus.
この操舵装置10は、左右前輪Wfl,Wfrを転舵するための前輪転舵部20と、左右後輪Wrl,Wrrを転舵するための後輪転舵部40と、これらの前輪転舵部20と後輪転舵部40を制御するための転舵制御装置50とを備える。前輪転舵部20は、運転者によって回動操作される操舵ハンドル21を有する。操舵ハンドル21には、上下2分割した操舵軸22a,22bの上端部が接続されている。操舵軸22a,22bの下端部にはピニオンギヤ23が設けられ、同ピニオンギヤ23にはラックバー24が噛み合っている。ラックバー24は左右に延設され、その両端にて左右前輪Wfl,Wfrを転舵可能に連結していて、軸線方向の変位により左右前輪Wfl,Wfrを転舵する。したがって、操舵ハンドル21の回動は、操舵軸22a,22bおよびピニオンギヤ23を介してラックバー24に伝達されて、ラックバー24を軸線方向に変位させて、左右前輪Wfl,Wfrを転舵する。
The steering device 10 includes a front
操舵軸22aには、操舵軸22aの回転角度に基づいて操舵ハンドル21の操舵角δ(ハンドル操舵角δ)を検出する操舵角センサ25が設けられる。操舵軸22a,22b間には、左右前輪Wfl,Wfrの転舵角に対する操舵ハンドル21の回転角の比であるステアリングギヤ比を変更するための、言い換えれば下側の操舵軸22bに対する上側の操舵軸22aの回転角の比を可変とするためのステアリングギヤ比可変装置30が介装されている。ステアリングギヤ比可変装置30は、操舵軸22aの下端部に一体回転するように接続された円筒状のケーシング31を備えている。このケーシング31内には、ステアリングギヤ比可変アクチュエータを構成する電動モータ32が固定されている。電動モータ32の出力軸32aは、ケーシング31に回転可能に支持されていて、下端にて操舵軸22bに一体回転可能に接続されている。
The steering
なお、電動モータ32は減速機構33を備え、電動モータ32の回転は減速されてその出力軸32aに出力される。また、電動モータ32には、そのロータの回転数を検出するための回転角センサ34が設けられている。この回転角センサ34は、本実施形態においてはレゾルバにより構成され、電動モータ32の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を転舵制御装置50に出力する。以下、電動モータ32を前輪舵角調整モータ32と呼ぶ。
The
後輪転舵部40は、左右後輪Wrl,Wrrを転舵可能に連結する転舵バー41を備え、転舵バー41の軸線方向の変位により左右後輪Wrl,Wrrを転舵する。この転舵バー41には電動モータ42が組み付けられている。電動モータ42は、その回転に応じてボールねじ機構43を介して転舵バー41を軸線方向に変位させることにより、左右後輪Wrl,Wrrを転舵する。電動モータ42には回転角センサ44が組みつけられている。回転角センサ44は、本実施形態においてはレゾルバにより構成され、電動モータ42の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を転舵制御装置50に出力する。以下、電動モータ42を後輪転舵モータ42と呼ぶ。
The rear
転舵制御装置50は、前輪舵角調整モータ32を駆動制御するための前輪モータ制御装置60と、後輪転舵モータ42を駆動制御するための後輪モータ制御装置70と、運転者のハンドル操舵操作に応じて転舵制御量を演算して転舵制御指令を前輪モータ制御装置60と後輪モータ制御装置70とに出力する電子制御ユニット100(以下、メインECU100と呼ぶ)とを備える。
The
前輪モータ制御装置60は、前輪舵角調整モータ32の通電を制御する電子制御装置61(以下、前輪モータECU61と呼ぶ)と、前輪モータECU61からの通電指令に応じて前輪舵角調整モータ32を駆動するモータ駆動回路62とから構成される。前輪モータECU61は、CPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、メインECU100からの前輪転舵制御指令にしたがって、図3の前輪補正転舵プログラムを実行することにより、回転角センサ34にて検出した回転角検出信号と操舵角センサ25にて検出した操舵角信号とに基づいて前輪舵角調整モータ32の通電を制御して左右前輪Wfl,Wfrを転舵制御する。
The front wheel
後輪モータ制御装置70は、後輪転舵モータ42の通電を制御する電子制御装置71(以下、後輪モータECU71と呼ぶ)と、後輪モータECU71からの通電指令に応じて後輪転舵モータ42を駆動するモータ駆動回路72とから構成される。後輪モータECU71は、CPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、メインECU100からの後輪転舵制御指令にしたがって、図示しない後輪転舵プログラムを実行することにより、後輪転舵モータ42の回転角を検出する回転角センサ44の回転角検出信号に基づいて後輪転舵モータ42の通電を制御して左右後輪Wrl,Wrrを転舵制御する。
The rear wheel
メインECU100は、CPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、図2の目標前後輪転舵角計算プログラムの実行により、運転者の操舵操作に応じた転舵制御量を演算し、前輪モータECU61および後輪モータECU71に対して転舵制御指令を出力する。また、メインECU100には、車速Vを表す車速信号を出力する車速センサ90も接続されている。
The
b.第1実施形態
次に、本発明の第1実施形態の作動について、コンピュータ処理を混じえて詳しく説明するが、具体的な説明に入る前に、この第1実施形態にて採用されている技術の原理について説明しおく。
b. First Embodiment Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described in detail with a mixture of computer processing, but before entering the specific description, the technology employed in the first embodiment will be described. The principle will be explained.
この第1実施形態においては、車両の目標運動性能として、車両旋回時における車両の自転瞬間中心が、常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在することを採用している。また、運転者の目標操舵感覚特性として、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)(操舵反力に比例)との位相差が「0」であることを採用している。 In the first embodiment, as the target motion performance of the vehicle, the vehicle's instantaneous center of rotation at the time of turning of the vehicle is always present at any position in the vertical plane extending in the front-rear direction passing through the center of gravity of the vehicle. Adopted. Further, as the target steering feeling characteristic of the driver, it is adopted that the phase difference between the steering angle δ (s) and the front wheel lateral force Ff (s) (proportional to the steering reaction force) is “0”.
まず、操舵ハンドル21の操舵操作に対する車体の運動、すなわちハンドル操舵角δ(s)に対して、車両の運動状態量としてのヨーレートγ(s)よび車体スリップ角β(s)が下記式1,2のように表される制御則が採用される。すなわち、ヨーレートγ(s)および車体スリップ角β(s)は、ハンドル操舵角δ(s)に対して1次遅れの関数によって表される。
この第1実施形態では、前記のように、車両の目標運動性能は、車両旋回時における車両の自転瞬間中心が、常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在することである。図7に示すように、この自転瞬間中心をPとして、車両重心から自転瞬間中心Pまでの車両の前後方向の水平距離をX(重心から後方を正とする)とする。この場合、自転瞬間中心Pは車両旋回時に左右に移動しないので、車体スリップ角βおよびヨーレートγによる自転瞬間中心Pの互いに左右反対方向の移動量β・Vとγ・Xとは相殺され、下記式3が成立する。
そして、前記式1,2から下記式4が導かれ、式3,4を用いて式2は下記式5のように変形される。
一方、ハンドル操舵角δ(s)に対する前輪転舵角δf(s)は、一般的に下記式6のように表され、同式6は前記式1,5を用いて下記式7のように変形される。
また、ハンドル操舵角δ(s)に対する前輪横力Ff(s)は一般的に下記式8のように表され、同式8は前記式1,5,7を用いて式9のように変形される。
ここで、操舵感覚を良好にするために、運転者によって操舵ハンドル21に付与される操舵トルクを位相差なくハンドル操舵角δ(s)に比例させることを考える。操舵トルクは路面から操舵ハンドル21に付与される操舵反力に等しく、この操舵反力は路面から前輪Wfl,Wfrに付与される転舵反力に比例する。そして、この転舵反力は前輪横力Ff(s))に比例するので、操舵トルクを位相差なくハンドル操舵角δ(s)に比例させることは、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)との位相差をなくすことを意味する。したがって、時定数TをTaとし、下記式10が成立すれば、前記式9から一時遅れの項がなくなり、前輪横力Ff(s)(操舵トルクに比例)はハンドル操舵角δ(s)に位相差なく比例することになる。なお、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)との位相差をなくすことは、前記式9からも解るように、前輪横力Ff(s)(操舵トルクに比例)を、ハンドル操舵角δと車速Vとを乗算した値δ・Vに比例させることに対応する。
そして、上記式10を変形することにより、前記条件に従った自転瞬間中心位置Xを時定数Taを用いて下記式11のように表すことができる。
次に、これらの時定数Taおよび自転瞬間中心位置Xを前記式1,5に代入することにより、目標ヨーレートγ*(s)および目標車体スリップ角β*(s)は下記式12,13のように表される。
次に、これらの目標ヨーレートγ*(s)および目標車体スリップ角β*(s)を、下記式14の車両の一般的な運動方程式に代入することにより、車両の目標運動状態を実現するための目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)を計算する。
そして、左右前輪Wf1,Wf2および左右後輪Wr1,Wr2を目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)にそれぞれ転舵すれば、前述した車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚特性が達成される。すなわち、車両旋回時における車両の自転瞬間中心が、常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に保たれると同時に、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)(操舵反力に比例)との位相差が「0」に保たれる。これによれば、車両は常に車両幅方向のほぼ中央位置を中心にして自転することになるので、車両の旋回が安定する。また、この車両幅方向のほぼ中央位置を中心とする自転は、運転者にとっても良好に感じる。さらに、運転者は、操舵ハンドル21の操舵操作と同一位相の操舵反力を感じながら、操舵ハンドル21を操舵操作することができる。したがって、これによれば、操舵ハンドルの操舵操作に対して、良好な車両の運動性能が達成されると同時に、運転者は、違和感なく、すなわち良好な操舵感覚で車両を運転することができる。
If the left and right front wheels Wf1, Wf2 and the left and right rear wheels Wr1, Wr2 are steered to the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s), respectively, the above-described target motion performance of the vehicle is achieved. And the target steering feeling characteristic of the driver is achieved. That is, when the vehicle turns, the instantaneous center of rotation of the vehicle is always maintained at any position on the vertical plane that passes through the center of gravity of the vehicle and extends in the front-rear direction, and at the same time, the steering angle δ (s) and the front wheel lateral force The phase difference with Ff (s) (proportional to the steering reaction force) is kept at “0”. According to this, since the vehicle always rotates around the substantially central position in the vehicle width direction, the turning of the vehicle is stabilized. In addition, the rotation around the substantially central position in the vehicle width direction feels good for the driver. Further, the driver can steer the steering handle 21 while feeling a steering reaction force having the same phase as the steering operation of the
次に、前記理論に基づく、左右前輪Wf1,Wf2および左右後輪Wr1,Wr2の転舵制御動作について説明する。メインECU100は、イグニッションスイッチ(図示しない)の投入後、ステップS10〜S19からなる図2の目標前後輪転舵角計算プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行している。この目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、ステップS10の実行開始後、メインECU100は、ステップS11において、操舵角センサ25からハンドル操舵角δを表す検出信号を入力するとともに、車速センサ90から車速Vを表す車速信号を入力する。
Next, the steering control operation of the left and right front wheels Wf1, Wf2 and the left and right rear wheels Wr1, Wr2 based on the theory will be described. After the ignition switch (not shown) is turned on, the
次に、ステップS12において、メインECU100は、同ECU100内に予め記憶されているヨーレートゲインテーブルを参照して、車速Vに応じたヨーレートゲインGyを決定する。ヨーレートゲインGyは、図4の実線で示すように、車速Vの増加にしたがって増加し、その後に減少する。なお、ヨーレートゲインGyの車速Vに対する特性は、これに限らず、例えば、図4の破線で示すように、車速Vの増加に従って徐々に減少する特性にしてもよい。これらは、車両の機械的な特性に依存するとともに、車両の運動特性の選択による。また、ヨーレートゲインテーブルに代えて、車速VとヨーレートゲインGyとの関係を表す関数を予め定めておき、前記関数を用いて車速Vに応じたヨーレートゲインGyを計算するようにしてもよい。
Next, in step S12, the
前記ステップS12の処理後、メインECU100は、ステップS13にて、同ECU100内に予め記憶されている時定数テーブルを参照して、車速Vに応じた時定数Taを決定する。時定数Taは、例えば図5の実線で示すように、車速Vの増加にしたが徐々に減少する特性であるが、この場合も、車両の機械的な特性に依存するとともに、車両の運動特性の選択に関係して他の特性を用いてもよい。また、この場合も、時定数テーブルに代えて、車速Vと時定数Taとの関係を表す関数を予め定めておき、前記関数を用いて車速Vに応じた時定数Taを計算するようにしてもよい。
After the process of step S12, the
前記ステップS13の処理後、メインECU100は、ステップS14にて、前記決定した時定数Taおよび車速Vを用いて前記式11の演算の実行により自転瞬間中心位置Xを計算する。なお、前記式11の演算に代えて、時定数Taおよび車速Vと、自転瞬間中心位置Xとの関係を規定する自転瞬間中心位置テーブルをメインECU100内に予め記憶させておき、同テーブルを参照することにより自転瞬間中心位置Xを決定するようにしてもよい。この場合、図6Aに示すように、時定数Tの複数の異なる値ごとに、車速Vが増加するに従って増加する自転瞬間中心位置Xを用意しておく。なお、時定数Tが大きくなるに従って、車速Vに対する自転瞬間中心位置Xの直線の傾きは大きくなる。
After the process of step S13, the
また、目標操舵感覚特性に多少の変化を加えるために、時定数Taおよび車速Vを用いて前記式11に従って忠実に自転瞬間中心位置Xを決定しなくてもよい。すなわち、図6Bに示すように、直線の上側に位置する領域R1では、直線(実線)から離れるに従って前輪横力Ff(s)(操舵トルク)の位相がハンドル操舵角δ(s)の位相より大きく進む。一方、直線の下側に位置する領域R1では、直線から離れるに従って前輪横力Ff(s)(操舵トルク)の位相がハンドル操舵角δ(s)の位相より大きく遅れる。したがって、この直線から大きく離れることは好ましくないが、車両の運転特性として、前輪横力Ff(s)(操舵トルク)の位相がハンドル操舵角δの位相より若干進むことを選択する場合には、図6Bの一点鎖線で示すように、車速Vと自転瞬間中心位置Xとの関係を示す特性線を直線の若干上側に設けるようにするとよい。また、車両の運転特性として、車速Vに応じて、前輪横力Ff(s)(操舵トルク)の位相がハンドル操舵角δ(s)の位相との関係を変更することを選択するならば、例えば、車速Vと自転瞬間中心位置Xとの関係を破線で示すようにしてもよい。なお、これらの図6Bの一点鎖線および破線の特性線に関しても、図6Aの場合と同様に、時定数Tの大きさに応じて複数の特性線を用意しておく必要がある。 Further, in order to add a slight change to the target steering feeling characteristic, it is not necessary to faithfully determine the rotation instantaneous center position X according to the equation 11 using the time constant Ta and the vehicle speed V. That is, as shown in FIG. 6B, in the region R1 located on the upper side of the straight line, the phase of the front wheel lateral force Ff (s) (steering torque) becomes larger than the phase of the steering angle δ (s) as the distance from the straight line (solid line) increases. Proceed greatly. On the other hand, in the region R1 located on the lower side of the straight line, the phase of the front wheel lateral force Ff (s) (steering torque) lags behind the phase of the steering angle δ (s) as the distance from the straight line increases. Therefore, although it is not preferable to deviate greatly from this straight line, as a driving characteristic of the vehicle, when selecting that the phase of the front wheel lateral force Ff (s) (steering torque) slightly advances from the phase of the steering wheel steering angle δ, As indicated by a one-dot chain line in FIG. 6B, a characteristic line indicating the relationship between the vehicle speed V and the rotation center position X may be provided slightly above the straight line. Further, if it is selected as a driving characteristic of the vehicle that the phase of the front wheel lateral force Ff (s) (steering torque) is changed according to the vehicle speed V, the phase of the steering wheel steering angle δ (s) is changed. For example, the relationship between the vehicle speed V and the rotational center position X may be indicated by a broken line. 6B, it is necessary to prepare a plurality of characteristic lines in accordance with the size of the time constant T as in the case of FIG. 6A.
前記ステップS14の処理後、メインECU100は、ステップS15にて前記式12の演算の実行により目標ヨーレートγ(s)*を計算し、ステップS16にて前記式13の演算の実行により目標車体スリップ角β(s)*を計算する。そして、これらの目標ヨーレートγ(s)*および目標車体スリップ角β(s)*を用いて、ステップS17にて、前記式14の演算の実行により目標前輪転舵角δf(s)*および目標後輪転舵角δr(s)*を計算する。次に、メインECU100は、ステップS18にて、前記計算した目標前輪転舵角δf(s)*および目標後輪転舵角δr(s)*を含む制御指令を前輪モータECU61および後輪モータECU71に出力する。
After the process of step S14, the
後輪モータECU71は、メインECU100からの制御指令を受けて、モータ駆動回路72に駆動信号を出力して、後輪Wrl,Wrrの転舵角がこの目標後輪転舵角δr*となるように転舵する。この場合、後輪転舵モータ42により転舵される後輪Wrl,Wrrの舵角は、回転角センサ44の回転角度に応じたものとなるため、後輪モータECU71は、例えば、後輪転舵角と回転角センサ44の回転角度とを対応付けるマップ(図示略)を記憶し、このマップを参照して、後輪転舵角δr(中立位置に対する舵角)が目標後輪転舵角δr*になるようにフィードバック制御する。
The rear
一方、前輪モータECU61は、メインECU100からの制御指令を受けて、図3に示すステップS30〜S35からなる前輪補正転舵プログラムを実行する。この前輪補正転舵プログラムにおいては、前輪モータEUC61は、ステップS31において、メインECU100から出力された目標前輪転舵角δf*を含む制御指令と、操舵角センサ25によるハンドル操舵角δを表す操舵角信号とを入力する。
On the other hand, the front
次に、ステップS32にて、目標前輪転舵角δf*にステアリングギヤ比Ggを乗算する下記式15により、目標前輪転舵角δf*に相当する目標ハンドル操舵角δ*を下記式15により計算する。
そして、前輪モータECU61は、ステップS34にて、目標補正ハンドル操舵角Δδ*だけ前輪舵角調整モータ32を回転制御する。この場合、前輪舵角調整モータ32の回転角度を検出する回転角センサ34の検出信号を読み込み、この検出回転角が目標補正ハンドル操舵角Δδ*になるようにフィードバック制御する。この前輪舵角調整モータ32の回転による前輪Wfl,Wfrの補正転舵により、前輪Wfl,Wfrは、常に目標前輪転舵角δf*に一致するように転舵制御される。
In step S34, the front
以上説明した第1実施形態に係る車両の操舵装置10においては、上記図2のステップS11〜16の処理により、車両旋回時における車両の自転瞬間中心が常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在するという車両の目標運動性能と、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)(操舵トルクおよび操舵反力に比例)との位相差が「0」であるという運転者の目標操舵感覚特性を満たすための、ハンドル操舵操作に応じた車両の目標運動状態量としての目標ヨーレートγ*および目標車体スリップ角β*が計算される。そして、ステップS17の処理により、前記車両の目標運動状態量を実現するための目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*が計算され、前輪モータECU61および後輪モータECU71により、前輪Wfl,Wfrおよび後輪Wrl,Wrrが目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*に転舵される。したがって、この第1実施形態によれば、前記車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚の両者が同時に実現されるので、運転者は、違和感無く、車両を良好に走行させることができる。
In the vehicle steering apparatus 10 according to the first embodiment described above, the center of rotation of the vehicle at the time of turning of the vehicle always extends in the front-rear direction passing through the center of gravity of the vehicle by the processing of steps S11 to 16 in FIG. The phase difference between the target motion performance of the vehicle existing at any position in the vertical plane and the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel lateral force Ff (s) (proportional to the steering torque and steering reaction force) is “ A target yaw rate γ * and a target vehicle body slip angle β * as a target motion state quantity of the vehicle corresponding to the steering operation of the steering wheel to satisfy the target steering feeling characteristic of “0” are calculated. In step S17, a target front wheel turning angle δf * and a target rear wheel turning angle δr * for realizing the target motion state quantity of the vehicle are calculated, and the front
なお、上記第1実施形態においては、車両の目標運動性能として、車両旋回時における車両の自転瞬間中心が常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在することを採用した。言い換えれば、自転瞬間中心が、前記垂直面内であれば、車両の前後方向に移動可能であることを車両の目標運動性能とした。しかし、この車両の目標運動性能にさらに制限を加えて、自転瞬間中心の前後方向位置Xを固定するように変形してもよい。固定位置はいずれの位置でもよいが、この変形例においては、自転瞬間中心Pが、後輪車軸を含む垂直面内にあるようにしている。 In the first embodiment, as the target motion performance of the vehicle, the instantaneous center of rotation of the vehicle at the time of turning of the vehicle always exists at any position in the vertical plane extending in the front-rear direction passing through the center of gravity of the vehicle. It was adopted. In other words, if the rotational center of rotation is within the vertical plane, the vehicle can be moved in the front-rear direction as the target motion performance of the vehicle. However, the target motion performance of the vehicle may be further limited to be modified so as to fix the front-rear direction position X of the center of rotation. The fixed position may be any position, but in this modification, the rotation center P is within a vertical plane including the rear wheel axle.
この車両の目標運動性能を採用した場合、上記第1実施形態の自転瞬間中心位置Xは、車体重心から後輪車軸までの前後方向の水平距離Lrに等しくなる。したがって、上記式10から時定数Taは、下記式17により表される。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記図2の目標前後輪転舵角計算プログラムに代えて、図8の目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図2のステップS13,S14の処理に代えて、メインECU100は、ステップS21にて入力した車速Vを用いて前記式17の演算の実行により、時定数Taを計算する。なお、この時定数Taの計算においても、車速Vと時定数Taとの関係を表す時定数テーブルを用いて、時定数Taを計算するようにしてもよい。また、図2のステップS16に代わるステップS22の処理にて、式13の自転瞬間中心位置Xに代えて距離Lrを用いた下記式18の演算の実行により、目標車体スリップ角β*を計算する。
この第1実施形態の変形例によれば、自転瞬間中心Pが常に固定されるので、上記第1実施形態に比べて、制御の制限は加わるものの、車両旋回時の違和感をより少なくすることができる。 According to the modification of the first embodiment, the rotation center P is always fixed. Therefore, compared with the first embodiment, although control is added, the uncomfortable feeling when turning the vehicle can be reduced. it can.
c.第2実施形態
第2実施形態においては、車両の目標運動性能として、上記第1実施形態の場合と同様に、車両旋回時における車両の自転瞬間中心Pが、常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在することを採用している。一方、運転者の目標操舵感覚特性として、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差が「0」であることを採用する。なお、この目標操舵感覚特性は、詳しくは後述するように、上記第1実施形態の場合と同様に、ハンドル操舵角δ(s)と操舵トルク(すなわち操舵反力)とをほぼ比例させることを意味する。
c. Second Embodiment In the second embodiment, as the target motion performance of the vehicle, as in the case of the first embodiment, the vehicle rotation center P is always in the front-rear direction passing through the center of gravity of the vehicle when turning the vehicle. It is adopted that it exists at any position in the extended vertical plane. On the other hand, the fact that the phase difference between the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel steering angle δf (s) is “0” is adopted as the target steering feeling characteristic of the driver. As will be described in detail later, this target steering feeling characteristic is obtained by making the steering wheel steering angle δ (s) and the steering torque (that is, the steering reaction force) substantially proportional, as in the case of the first embodiment. means.
この場合も、上記第1実施形態と同様な式1〜7が成立する。そして、前記式7は、下記式19のように変形され得る。
ここで、前記運転者の目標操舵感覚特性の達成のために、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差をなくすことを考える。車速Vが大きく、ヨーレートγおよび車体スリップ角βが小さければ、前記式8からも理解できるように、式8のLf・γ(s)/{V・δ(s)}およびβ(s)/δ(s)の項は無視され、前輪転舵角δf(s)は位相差なく前輪横力Ff(s)に比例する。したがって、車両が中速または高速で走行していて、旋回半径もあまり小さくなければ、前輪転舵角δf(s)は横力Ff(s)に位相差なく比例するので、前述した場合と同様に、運転者は、操舵ハンドル21の操舵操作と同一位相の操舵反力を感じながら、操舵ハンドルを操舵操作することができる。そして、運転者の操舵感覚は、車両が中速または高速で走行している場合に特に重要な感覚である。また、車両が中速または高速で走行している場合には、車両の旋回半径も大きいことが通常であるので、前記ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差をなくすという目標操舵感覚の達成により、運転者は、違和感なく、すなわち良好な操舵感覚で車両を運転することができる。
Here, in order to achieve the driver's target steering feeling characteristic, it is considered to eliminate the phase difference between the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel turning angle δf (s). If the vehicle speed V is large and the yaw rate γ and the vehicle body slip angle β are small, as can be understood from the
この場合、時定数TをTaとし、下記式20が成立すれば、前記式19から一時遅れの項がなくなり、前輪転舵角δf(s)はハンドル操舵角δ(s)に位相差なく比例する。そして、下記式20を変形することにより、前記条件に従った自転瞬間中心位置Xを時定数Taを用いて下記式21のように表すことができる。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記図2の目標前後輪転舵角計算プログラムの一部を変形した目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この変形した目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図2のステップS14の自転瞬間中心位置Xの計算を、前記式21を用いて行う。他の処理に関しては、上記第1実施形態の場合と同じである。
In order to realize this, the
なお、この場合も、前記式21の演算に代えて、時定数Taおよび車速Vと、自転瞬間中心位置Xとの関係を規定する自転瞬間中心位置テーブルをメインECU100内に予め記憶させておき、同テーブルを参照することにより自転瞬間中心位置Xを決定するようにしてもよい。この場合、図9に実線で示すように、車速Vの増加に従って、自転瞬間中心位置Xは初期に減少した後、増加する。また、この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、車両の運転特性として、車速Vに応じて、前輪転舵角δf(s)すなわち操舵反力の位相がハンドル操舵角δ(s)の位相との関係を若干だけ変更することを選択するならば、例えば、一点鎖線または破線で示す特性を採用するようにしてもよい。なお、これらの図9の実線、一点鎖線および破線の特性線に関しても、図6Aの場合と同様に、時定数Tの大きさに応じて複数の特性線を用意しておく必要がある。
In this case as well, instead of the calculation of
このような第2実施形態に係る車両の操舵装置10においては、上記図2のステップS11〜16の処理により、車両の自転瞬間中心Pが常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在するという車両の目標運動性能と、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差が「0」であるという運転者の目標操舵感覚とを満たすための、ハンドル操舵操作に応じて車両の目標運動状態量としての目標ヨーレートγ*(s)および目標車体スリップ角β*(s)が計算される。そして、上記第1実施形態の場合と同様に、目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)が計算されて、前輪Wfl,Wfrおよび後輪Wrl,Wrrが目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)に転舵される。したがって、この第2実施形態によれば、前記車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚の両者が同時に実現される。したがって、運転者にとって違和感無く、車両を良好に走行させることができる。特に、車両の中速および高速走行時の操舵感覚特性の重要な領域において、上記第1実施形態と同様な操舵感覚である。このことは、後述する第4および第6実施形態の場合でも同じである。 In the vehicle steering apparatus 10 according to the second embodiment as described above, the vertical rotation center P of the vehicle always extends in the front-rear direction passing through the center of gravity of the vehicle by the processing in steps S11 to S16 of FIG. And the target steering performance of the driver that the phase difference between the steering angle δ (s) and the front wheel steering angle δf (s) is “0”. The target yaw rate γ * (s) and the target vehicle body slip angle β * (s) as the target motion state quantity of the vehicle are calculated according to the steering operation for satisfying the above. As in the case of the first embodiment, the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s) are calculated, and the front wheels Wfl and Wfr and the rear wheels Wrl and Wrr are calculated. The vehicle is steered to the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s). Therefore, according to the second embodiment, both the target motion performance of the vehicle and the target steering feeling of the driver are realized at the same time. Therefore, the vehicle can be driven well without a sense of incongruity for the driver. In particular, the steering sensation is the same as that in the first embodiment in the important region of the steering sensation characteristic at medium speed and high speed traveling of the vehicle. This is the same in the case of the fourth and sixth embodiments described later.
なお、上記第2実施形態においても、車両の目標運動性能として、車両の自転瞬間中心Pが常に車両の重心を通る前後方向に延びた垂直面内のいずれかの位置に存在することを採用した。しかし、この場合も、車両の目標運動性能にさらに制限を加えて、自転瞬間中心Pの前後方向位置Xを固定するように変形してもよい。この場合も、固定位置はいずれでもよいが、この変形例においては、自転瞬間中心Pが、後輪車軸を含む垂直面内にあるようにしている。 In the second embodiment, the vehicle's target motion performance is such that the vehicle's rotational center P is always present at any position in the vertical plane that passes through the center of gravity of the vehicle and extends in the front-rear direction. . However, in this case as well, the target motion performance of the vehicle may be further limited and may be modified so as to fix the longitudinal position X of the rotation instantaneous center P. In this case as well, any fixed position may be used, but in this modification, the rotation center P is within a vertical plane including the rear wheel axle.
この車両の目標運動性能を採用した場合、上記第2実施形態の自転瞬間中心位置Xは、車体重心から後輪車軸までの前後方向の水平距離Lrに等しくなる。そして、上記式20から時定数Taは、下記式22により表される。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記図8の目標前後輪転舵角計算プログラムを変形した目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この変形した目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図8のステップS21の時定数Taの計算を、前記式22を用いて行う。なお、この時定数Taの計算においても、車速Vと時定数Taとの関係を表す時定数テーブルを用いて、時定数Taを計算するようにしてもよい。他の処理に関しては、上記第1実施形態の変形例の場合と同じである。
In order to realize this, the
この第2実施形態の変形例によれば、自転瞬間中心Pが常に固定されるので、上記第2実施形態に比べて、制御の制限は加わるものの、車両旋回時の違和感をより少なくすることができる。 According to the modification of the second embodiment, the rotation center P is always fixed. Therefore, compared with the second embodiment, control is added, but the uncomfortable feeling when turning the vehicle can be reduced. it can.
c.第3実施形態
第3実施形態においては、車両の目標運動性能として、ハンドル操舵角δ(s)に対するヨーレートγ(s)と車体スリップ角β(s)とが常に位相差なく比例することを採用する。一方、運転者の目標操舵感覚特性としては、上記第1実施形態の場合と同様に、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)(操舵トルク)との位相差が常に「0」であることを採用する。
c. Third Embodiment In the third embodiment, as the target motion performance of the vehicle, it is adopted that the yaw rate γ (s) and the vehicle body slip angle β (s) are always proportional to the steering wheel steering angle δ (s) without a phase difference. To do. On the other hand, as the target steering feeling characteristic of the driver, as in the case of the first embodiment, the phase difference between the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel lateral force Ff (s) (steering torque) is always “0”. Is adopted.
この場合も、ハンドル操舵角δ(s)に対するヨーレートγ(s)は、上記第1実施形態と同様に、下記式23のように表される。一方、ハンドル操舵角δ(s)に対する車体スリップ角β(s)は、ヨーレートγ(s)に比例するから、下記式24のように表される。
これらの式23,24を用いて、ハンドル操舵角δ(s)に対する前輪転舵角δf(s)を表す上述した式6を変形すると、同式6は下記式25のようになる。
ここで、前記運転者の目標操舵感覚特性の達成のために、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)との位相差をなくすことを考える。この場合、時定数TをTaとし、下記式27が成立すれば、前記式26から一時遅れの項がなくなり、前輪横力Ff(s)(操舵反力)はハンドル操舵角δ(s)に位相差なく比例する。そして、下記式27を変形することにより、前記条件に従った比例係数XXを時定数Taを用いて下記式28のように表すことができる。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記図2の目標前後輪転舵角計算プログラムの一部を変形した目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この変形した目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図2のステップS14にて、自転瞬間中心位置Xの計算に代えて、比例係数XXを前記式28の演算の実行により計算する。また、ステップS16においては、前記計算した比例係数XXを前記式24に代入して、目標車体スリップ角β*(s)を計算する。他の処理に関しては、上記第1実施形態の場合と同じである。
In order to realize this, the
なお、この場合も、前記式28の演算に代えて、時定数Taおよび車速Vと、比例係数XXとの関係を規定する比例係数テーブルをメインECU100内に予め記憶させておき、同テーブルを参照することにより比例係数XXを決定するようにしてもよい。この場合、図10に実線で示すように、比例係数XXは車速Vの増加に従って増加する。また、この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、車両の運転特性として、車速Vに応じて、前輪横力Ff(s)(操舵反力)の位相と、ハンドル操舵角δ(s)の位相との関係を若干変更することを選択するならば、例えば、一点鎖線または破線で示す特性を採用するようにしてもよい。なお、これらの図10の実線、一点鎖線および破線の特性線に関しても、図6Aの場合と同様に、時定数Tの大きさに応じて複数の特性線を用意しておく必要がある。
In this case as well, instead of the calculation of Equation 28, a proportional coefficient table that defines the relationship between the time constant Ta, the vehicle speed V, and the proportional coefficient XX is stored in advance in the
このような第3実施形態に係る車両の操舵装置10においては、上記変形した図2のステップS11〜16の処理により、ハンドル操舵角δ(s)に対するヨーレートγ(s)および車体スリップ角β(s)が常に位相差なく比例するという車両の目標運動性能と、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)とが位相差なく比例するという運転者の目標操舵感覚特性とを満たすための、ハンドル操舵操作に応じた車両の目標運動状態量としての目標ヨーレートγ*(s)および目標車体スリップ角β*(s)が計算される。そして、上記第1実施形態の場合と同様に、目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)が計算されて、前輪Wfl,Wfrおよび後輪Wrl,Wrrが目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*に転舵される。したがって、この第3実施形態によっても、前記車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚特性の両者が同時に実現される。したがって、運転者にとって違和感無く、車両を良好に走行させることができる。 In such a vehicle steering apparatus 10 according to the third embodiment, the yaw rate γ (s) and the vehicle body slip angle β ( s) always satisfies the target motion performance of the vehicle that is proportional without a phase difference, and the target steering sensory characteristic of the driver that the steering angle δ (s) and the front wheel lateral force Ff (s) are proportional without a phase difference. Therefore, the target yaw rate γ * (s) and the target vehicle body slip angle β * (s) as the target motion state quantity of the vehicle according to the steering wheel steering operation are calculated. As in the case of the first embodiment, the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s) are calculated, and the front wheels Wfl and Wfr and the rear wheels Wrl and Wrr are calculated. The vehicle is steered to the target front wheel turning angle δf * and the target rear wheel turning angle δr *. Therefore, both the target motion performance of the vehicle and the target steering feeling characteristic of the driver are realized at the same time by the third embodiment. Therefore, the vehicle can be driven well without a sense of incongruity for the driver.
e.第4実施形態
第4実施形態においては、車両の目標運動性能としては、上記第3実施形態の場合と同様に、ハンドル操舵角δ(s)に対するヨーレート(s)と車体スリップ角(s)とが位相差なく比例することを採用する。一方、運転者の目標操舵感覚特性として、上記第2実施形態の場合と同様に、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差が「0」であることを採用する。
e. Fourth Embodiment In the fourth embodiment, the target motion performance of the vehicle includes the yaw rate (s) and the vehicle body slip angle (s) with respect to the steering angle δ (s), as in the third embodiment. Is proportional without phase difference. On the other hand, as the target steering feeling characteristic of the driver, the phase difference between the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel turning angle δf (s) is “0” as in the case of the second embodiment. adopt.
この場合、上記第3実施形態と同様な式23〜25が成立する。そして、前記式25は、下記式29のように変形される。
ここで、前記運転者の目標操舵感覚特性の達成のために、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差をなくすことを考える。この場合、時定数TをTaとし、下記式30が成立すれば、前記式29から一時遅れの項がなくなり、前輪転舵角δf(s)はハンドル操舵角δ(s)に位相差なく比例する。そして、下記式30を変形することにより、前記条件に従った比例係数XXを時定数Taを用いて下記式31のように表すことができる。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記図2の目標前後輪転舵角計算プログラムの一部を変形した目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この変形した目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図2のステップS14にて、自転瞬間中心位置Xの計算に代えて、比例係数XXを前記式31の演算の実行により計算する。また、ステップS16においては、前記計算した比例係数XXを前記式24に代入して目標車体スリップ角β*(s)を計算する。他の処理に関しては、上記第1実施形態の場合と同じである。
In order to realize this, the
なお、この場合も、前記式31の演算に代えて、時定数Taおよび車速Vと、比例係数XXとの関係を規定する比例係数テーブルをメインECU100内に予め記憶させておき、同テーブルを参照することにより比例係数XXを決定するようにしてもよい。この場合、図11に実線で示すように、車速Vの増加に従って、比例係数XXは一旦減少したのち、徐々に増加する。また、この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、車両の運転特性として、車速Vに応じて、前輪転舵角δf(s)の位相とハンドル操舵角δ(s)の位相との関係を若干変更することを選択するならば、例えば、一点鎖線または破線で示す特性を採用するようにしてもよい。なお、これらの図11の実線、一点鎖線および破線の特性線に関しても、図6Aの場合と同様に、時定数Tの大きさに応じて複数の特性線を用意しておく必要がある。
In this case as well, instead of the calculation of
このような第4実施形態に係る車両の操舵装置10においては、上記変更した図2のステップS11〜16の処理により、ハンドル操舵角δ(s)に対するヨーレートγ(s)と車体スリップ角β(s)とが常に位相差なく比例するという車両の目標運動性能と、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)とが位相差なく比例するという運転者の目標操舵感覚特性とを満たすための、ハンドル操舵操作に応じて車両の目標運動状態量としての目標ヨーレートγ*(s)および目標車体スリップ角β*(s)が計算される。そして、上記第1実施形態の場合と同様に、目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)が計算されて、前輪Wfl,Wfrおよび後輪Wrl,Wrrが目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*に転舵される。したがって、この第4実施形態によれば、前記車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚特性の両者が同時に実現される。したがって、運転者にとって違和感無く、車両を良好に走行させることができる。 In the vehicle steering apparatus 10 according to the fourth embodiment, the yaw rate γ (s) and the vehicle body slip angle β ( s) is always proportional without phase difference, and the target steering performance characteristic of the driver that the steering angle δ (s) and the front wheel turning angle δf (s) are proportional without phase difference The target yaw rate γ * (s) and the target vehicle body slip angle β * (s) as the target motion state quantity of the vehicle are calculated according to the steering operation for satisfying the above. As in the case of the first embodiment, the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s) are calculated, and the front wheels Wfl and Wfr and the rear wheels Wrl and Wrr are calculated. The vehicle is steered to the target front wheel turning angle δf * and the target rear wheel turning angle δr *. Therefore, according to the fourth embodiment, both the target motion performance of the vehicle and the target steering feeling characteristic of the driver are realized at the same time. Therefore, the vehicle can be driven well without a sense of incongruity for the driver.
f.第5実施形態
第5実施形態においては、車両の目標運動性能として、車体スリップ角βが常に「0」であることを採用する。一方、運転者の目標操舵感覚特性としては、上記第1実施形態の場合と同様に、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)とが位相差なく比例することを採用する。
f. Fifth Embodiment In the fifth embodiment, it is adopted that the vehicle body slip angle β is always “0” as the target motion performance of the vehicle. On the other hand, as the target steering feeling characteristic of the driver, the steering angle δ (s) and the front wheel lateral force Ff (s) are proportional to each other without a phase difference, as in the case of the first embodiment.
この場合も、ハンドル操舵角δ(s)に対するヨーレートγ(s)も上記第1実施形態と同様に下記式32のように表される。一方、車体スリップ角β(s)は、下記式33のように「0」である。
これらの式32,33を用いて、ハンドル操舵角δ(s)に対する前輪転舵角δf(s)を表す上述した式6を変形すると、同式6は下記式34のようになる。
ここで、前記運転者の目標操舵感覚特性の達成のために、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)(操舵反力)とが位相差なく比例することを考える。この場合、時定数TをTaとし、下記式36が成立すれば、前記式35から一時遅れの項がなくなり、前輪横力Ff(s)(操舵反力)はハンドル操舵角δ(s)に比例する。すなわち、時定数Taを下記式36で定義すればよい。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記第1実施形態に係る図2の目標前後輪転舵角計算プログラムに代えて、図12の目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図12のステップS23にて、前記式36の演算の実行により時定数Taを計算する。そして、この時定数Taを用いて、ステップS15にて上記第1実施形態の場合と同様に、目標ヨーレートγ*(s)を計算する。また、車体スリップ角β(s)は「0」であるので、ステップS17においては、目標車体スリップ角β*(s)を「0」として、目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*を計算する。他の処理に関しては、上記第1実施形態の場合と同じである。
In order to realize this, the
なお、この場合も、前記式36の演算に代えて、時定数Taと車速Vとの関係を規定する時定数テーブルをメインECU100内に予め記憶させておき、同テーブルを参照することにより時定数Taを決定するようにしてもよい。この場合、図13に実線で示すように、時定数Taは車速Vの増加に従って減少する。また、この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、車両の運転特性として、車速Vに応じて、前輪横力Ff(s)の位相と、ハンドル操舵角δ(s)の位相との関係を若干変更することを選択するならば、例えば、一点鎖線または破線で示す特性を採用するようにしてもよい。
In this case as well, instead of the calculation of Expression 36, a time constant table that defines the relationship between the time constant Ta and the vehicle speed V is stored in the
このような第5実施形態に係る車両の操舵装置10においては、上記図12のステップS11,S12,S23,S15の処理により、車体スリップ角βが常に「0」であるという車両の目標運動性能と、ハンドル操舵角δ(s)と前輪横力Ff(s)とが常に位相差なく比例するという運転者の目標操舵感覚特性とを満たすための、ハンドル操舵操作に応じて車両の目標運動状態量としての目標ヨーレートγ*が計算される。そして、上記第1実施形態の場合と同様に、目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)が計算されて、前輪Wfl,Wfrおよび後輪Wrl,Wrrが目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*に転舵される。したがって、この第5実施形態によっても、前記車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚特性の両者が同時に実現される。したがって、運転者にとって違和感無く、車両を良好に走行させることができる。 In the vehicle steering apparatus 10 according to the fifth embodiment, the target motion performance of the vehicle in which the vehicle body slip angle β is always “0” by the processing of steps S11, S12, S23, and S15 in FIG. And the target motion state of the vehicle according to the steering operation of the steering wheel in order to satisfy the target steering feeling characteristic of the driver that the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel lateral force Ff (s) are always proportional without phase difference. A target yaw rate γ * as a quantity is calculated. As in the case of the first embodiment, the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s) are calculated, and the front wheels Wfl and Wfr and the rear wheels Wrl and Wrr are calculated. The vehicle is steered to the target front wheel turning angle δf * and the target rear wheel turning angle δr *. Therefore, also in the fifth embodiment, both the target motion performance of the vehicle and the target steering feeling characteristic of the driver are realized at the same time. Therefore, the vehicle can be driven well without a sense of incongruity for the driver.
g.第6実施形態
第6実施形態においては、車両の目標運動性能として、上記第5実施形態の場合と同様に、車体スリップ角βが常に「0」であることを採用する。一方、運転者の目標操舵感覚特性として、上記第2実施形態と同様に、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角(s)とが位相差なく比例することを採用する。
g. Sixth Embodiment In the sixth embodiment, the vehicle body slip angle β is always “0” as the target motion performance of the vehicle, as in the fifth embodiment. On the other hand, as the target steering feeling characteristic of the driver, the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel turning angle (s) are proportional to each other without a phase difference, as in the second embodiment.
この場合、上記第5実施形態と同様な式32〜34が成立する。そして、前記式34は、下記式37のように変形される。
ここで、前記運転者の目標操舵感覚特性の達成のために、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)との位相差をなくすことを考える。この場合、時定数TをTaとし、下記式38が成立すれば、前記式37から一時遅れの項がなくなり、前輪転舵角δf(s)はハンドル操舵角δ(s)に位相差なく比例する。すなわち、時定数Taを下記式38で定義すればよい。
そして、これを実現するためには、メインECU100は、上記第5実施形態に係る図12の目標前後輪転舵角計算プログラムの一部を変形した目標前後輪転舵角計算プログラムを実行する。この変形した目標前後輪転舵角計算プログラムにおいては、図12のステップS23にて、前記式38の演算の実行により時定数Taを計算する。他の処理に関しては、上記第5実施形態の場合と同じである。
In order to realize this, the
なお、この場合も、前記式38の演算に代えて、時定数Taと車速Vとの関係を規定する時定数テーブルをメインECU100内に予め記憶させておき、同テーブルを参照することにより時定数Taを決定するようにしてもよい。この場合、図14に実線で示すように、時定数Taは車速Vの増加に従って減少する。また、この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、車両の運転特性として、車速Vに応じて、前輪転舵角δf(s)の位相と、ハンドル操舵角δ(s)の位相との若干関係を変更することを選択するならば、例えば、一点鎖線または破線で示す特性を採用するようにしてもよい。
In this case as well, instead of the calculation of Equation 38, a time constant table that defines the relationship between the time constant Ta and the vehicle speed V is stored in the
このような第6実施形態に係る車両の操舵装置10においては、上記変形した図12のステップS11,S12,S23,S15の処理により、車体スリップ角βが常に「0」であるという車両の目標運動性能と、ハンドル操舵角δ(s)と前輪転舵角δf(s)とが位相差なく比例するという運転者の目標操舵感覚特性とを満たすための、ハンドル操舵操作に応じて車両の目標運動状態量としての目標ヨーレートγ*(s)が計算される。そして、上記第1実施形態の場合と同様に、目標前輪転舵角δf*(s)および目標後輪転舵角δr*(s)が計算されて、前輪Wfl,Wfrおよび後輪Wrl,Wrrが目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*に転舵される。したがって、この第6実施形態によっても、前記車両の目標運動性能および運転者の目標操舵感覚の両者が同時に実現される。運転者にとって違和感無く、車両を良好に走行させることができる。 In the vehicle steering apparatus 10 according to the sixth embodiment as described above, the vehicle target that the vehicle body slip angle β is always “0” by the modified steps S11, S12, S23, and S15 of FIG. The vehicle target according to the steering operation of the steering wheel for satisfying the motion performance and the target steering feeling characteristic of the driver that the steering wheel steering angle δ (s) and the front wheel steering angle δf (s) are proportional without phase difference. A target yaw rate γ * (s) as a motion state quantity is calculated. As in the case of the first embodiment, the target front wheel turning angle δf * (s) and the target rear wheel turning angle δr * (s) are calculated, and the front wheels Wfl and Wfr and the rear wheels Wrl and Wrr are calculated. The vehicle is steered to the target front wheel turning angle δf * and the target rear wheel turning angle δr *. Therefore, both the target motion performance of the vehicle and the target steering feeling of the driver are realized at the same time in the sixth embodiment. It is possible for the driver to travel well without feeling uncomfortable for the driver.
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、上記第1ないし第6実施形態においては、車両の目標運動状態量としてヨーレートγおよび車体スリップ角βを利用するようにした。しかし、ヨーレートγ、車体スリップ角βおよび車体横加速度αとの間には下記式39が成立する。
したがって、ヨーレートγまたは車体スリップ角βに代えて車体横加速度αを用い、車両の目標運動状態量を表すようにしてもよい。すなわち、車両の目標運動性能と運転者の目標操舵感覚特性を満足するように、ハンドル操舵角δおよび車速Vを用いて、目標車体横加速度α*および目標ヨーレートγ*を計算し、または目標車体横加速度α*および車体スリップ角β*を計算する。そして、これらの目標車体横加速度α*および目標ヨーレートγ*、または目標車体横加速度α*および車体スリップ角β*に応じて、目標前輪転舵角δf*および目標後輪転舵角δr*を導くようにしてもよい。 Therefore, instead of the yaw rate γ or the vehicle body slip angle β, the vehicle body lateral acceleration α may be used to represent the target motion state quantity of the vehicle. That is, the target vehicle body lateral acceleration α * and the target yaw rate γ * are calculated using the steering wheel steering angle δ and the vehicle speed V so as to satisfy the vehicle target motion performance and the driver's target steering feeling characteristic, or the target vehicle body The lateral acceleration α * and the vehicle body slip angle β * are calculated. The target front wheel turning angle δf * and the target rear wheel turning angle δr * are derived in accordance with the target vehicle body lateral acceleration α * and the target yaw rate γ *, or the vehicle body lateral acceleration α * and the vehicle body slip angle β *. You may do it.
10…操舵装置、20…前輪転舵部、21…操舵ハンドル、25…操舵角センサ、30…ステアリングギヤ比可変装置、32…前輪舵角調整モータ、40…後輪転舵部、42…後輪転舵モータ、50…転舵制御装置、60…前輪モータ制御部、61…前輪モータECU、62…モータ駆動回路、70…後輪モータ制御部、71…後輪モータECU、72…モータ駆動回路、90…車速センサ、100…メインECU、Wfl,Wfr…左右前輪、Wrl,Wrr…左右後輪。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steering device, 20 ... Front wheel steering part, 21 ... Steering handle, 25 ... Steering angle sensor, 30 ... Steering gear ratio variable device, 32 ... Front wheel steering angle adjustment motor, 40 ... Rear wheel steering part, 42 ... Rear wheel rolling Steering motor, 50 ... Steering control device, 60 ... Front wheel motor control unit, 61 ... Front wheel motor ECU, 62 ... Motor drive circuit, 70 ... Rear wheel motor control unit, 71 ... Rear wheel motor ECU, 72 ... Motor drive circuit, 90 ... vehicle speed sensor, 100 ... main ECU, Wfl, Wfr ... left and right front wheels, Wrl, Wrr ... left and right rear wheels.
Claims (8)
後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置において、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記検出された操舵ハンドルの操舵角および前記検出された車速を用いて、予め決められた車両の目標運動性能を満足し、かつ操舵ハンドルの操舵角と前輪の横力との位相差をなくすように車両の目標運動状態量を計算する目標運動状態量計算手段と、
前記計算された車両の目標運動状態量に基づいて、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角を計算する目標転舵角計算手段と、
前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角に応じて前記前輪転舵アクチュエータおよび前記後輪転舵アクチュエータを駆動制御して、前輪および後輪を前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角にそれぞれ転舵制御する転舵制御手段とを設けた車両の操舵装置。 A front wheel steering actuator that steers the front wheels mechanically connected to the steering handle;
In a vehicle steering apparatus comprising a rear-wheel steering actuator that steers rear wheels,
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the steering wheel;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
By using the detected steering angle of the steering wheel and the detected vehicle speed, a predetermined vehicle target motion performance is satisfied, and a phase difference between the steering angle of the steering wheel and the lateral force of the front wheels is eliminated. A target motion state quantity calculating means for calculating a target motion state quantity of the vehicle,
A target turning angle calculation means for calculating a target front wheel turning angle and a target rear wheel turning angle based on the calculated vehicle target motion state quantity;
The front wheel steering actuator and the rear wheel steering actuator are driven and controlled according to the calculated target front wheel turning angle and target rear wheel turning angle, and the front wheel and the rear wheel are set to the calculated target front wheel turning angle and A vehicle steering apparatus provided with a steering control means for performing steering control on each target rear wheel turning angle.
後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置において、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記検出された操舵ハンドルの操舵角および前記検出された車速を用いて、予め決められた車両の目標運動性能を満足し、かつ操舵ハンドルの操舵角と前輪の転舵角との位相差をなくすように車両の目標運動状態量を計算する目標運動状態量計算手段と、
前記計算された車両の目標運動状態量に基づいて、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角を計算する目標転舵角計算手段と、
前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角に応じて前記前輪転舵アクチュエータおよび前記後輪転舵アクチュエータを駆動制御して、前輪および後輪を前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角にそれぞれ転舵制御する転舵制御手段とを設けた車両の操舵装置。 A front wheel steering actuator that steers the front wheels mechanically connected to the steering handle;
In a vehicle steering apparatus comprising a rear-wheel steering actuator that steers rear wheels,
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the steering wheel;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Using the detected steering angle of the steering wheel and the detected vehicle speed, a predetermined target motion performance of the vehicle is satisfied, and a phase difference between the steering angle of the steering wheel and the turning angle of the front wheels is eliminated. A target motion state quantity calculating means for calculating the target motion state quantity of the vehicle,
A target turning angle calculation means for calculating a target front wheel turning angle and a target rear wheel turning angle based on the calculated vehicle target motion state quantity;
The front wheel steering actuator and the rear wheel steering actuator are driven and controlled according to the calculated target front wheel turning angle and target rear wheel turning angle, and the front wheel and the rear wheel are set to the calculated target front wheel turning angle and A vehicle steering apparatus provided with a steering control means for performing steering control on each target rear wheel turning angle.
The vehicle steering apparatus according to claim 7, wherein the motion state quantity of the vehicle is represented by a function of a first-order lag with respect to a steering angle of a steering wheel.
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