JP4858767B2

JP4858767B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP4858767B2
Application number: JP2006244083A
Authority: JP
Inventors: 正明松下
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: JP2008062832A

Description

この発明は、車両用操舵装置に係り、特にステアバイワイヤシステムと追突速度低減システムとを搭載した車両の車両用操舵装置に関する。

車両には、人為的に操作される操作部材であるステアリングホイールと、このステアリングホイールの操作量であるステアリング舵角を検出する操作量検出手段としてのステアリング舵角センサと、車輪の舵角であるタイヤ操舵角を変更するように駆動される操舵用アクチュエータである操舵モータと、ステアリング舵角センサで検出された操作量に基づいて操舵モータを制御する操舵制御手段であるステアバイワイヤコントローラとを備えた、いわゆるステアバイワイヤシステムを設けたものがある。
また、車両には、レーダ等の外界センサにより前走車との衝突を予測し、自動ブレーキを用いて衝突を回避させる、いわゆる追突速度低減システムを設けたものがある。この追突速度低減システムは、レーダにて前方の障害物を検知し、その距離と相対速度とから衝突の可能性を判断し、衝突が避けられないと判断した場合は、自動でブレーキを掛けて衝突速度を低減し、被害を軽減するものである。

従来、車両の運動制御装置には、車両の旋回運転時等において、車両に対する制動力を制御することにより、車両の安定性を維持するものがある。
車両の挙動制御装置には、複数のアクチュエータを用いて車両の挙動を制御し、制動手段の動作頻度を少なくすることにより、制動手段の負担を軽減するものがある。
車両用操舵装置には、ステアバイワイヤシステムを備えた車両において、路面と車輪との間の摩擦係数が低下した場合に、ヨーレートを制御して車両挙動の安定化を図るものがある。
バイワイヤ方式のステアリング装置（ステアバイワイヤシステム）には、車両の走行状態に異常が発生した場合に、異常の発生部位や内容に応じた駆動信号を出力して運転者に早く知らせ、重大な危険の発生を未然に防止するものがある。
路面推定装置には、ステアバイワイヤシステムを備えた車両において、車両が走行中の路面状態をグリップ度あるいは摩擦係数として精度良く、タイミング良く推定するものがある。
特許第２９３２５８９号公報特許第３２２５７６６号公報特開２００１−２１３３４２号公報特開２００３−０１９９６９号公報特開２００４−１３０９６５号公報

ところで、従来、追突速度低減システムを備えた車両用操舵装置においては、自動ブレーキによって高い減速度が生ずるため、いわゆるノーズダイブが起き、前輪荷重が急激に増加する。従って、この追突軽減の自動ブレーキが掛かるときに、ステアリングホイールを操舵している場合、自動ブレーキによって前輪荷重が増加するため、旋回性が急激に増加し、車両にヨーが発生する（図４参照）。このとき、運転者は、自動ブレーキの印加前後でステアリング舵角を変えていないため、本来は同じ旋回性を求めていると考えられる。しかしながら、運転者の意思ではなく、掛かる自動ブレーキによって発生する急な旋回性の増加は、運転者の意図ではないため、操縦性が低下してしまうという不都合があった。
また、速やかな減速を目的とする制動においては、制動手段によるヨーレートの制御が非常に難しいものである。先ず、車両の旋回中に制動力が加わることは、車両のヨーレートに影響を与え、また、車速や旋回の仕方によって、ヨーレートも常に変化して一様ではない。一方、車輪の接地面は各車輪のみであり、車輪の摩擦によって伝達効率の良い範囲で、制動力や駆動力を伝達している。そして、この効率の良い範囲で車両の前後左右のブレーキ配分を変えて、常に変化しているヨーレートを最適に制御することは、非常に難しいものである。そして、そのような機能を備えた高機能・高コストなシステムを構築しても、小型の一般大衆の車両に搭載することが困難であった。

そこで、この発明の目的は、ステアバイワイヤシステムと追突速度低減システムとを搭載した車両において、制動力で車両の旋回姿勢を制御する機能よりも、操舵装置を制御して車両の旋回安定性のフィーリングを確保することにある。

この発明は、人為的に操作されるステアリングホイールと、このステアリングホイールの操作量を検出する操作量検出手段と、車輪の舵角を変更するように駆動される操舵用アクチュエータと、前記操作量検出手段で検出された操作量に基づく予め設定した所定の関係に応じて前記操舵用アクチュエータを制御する操舵制御手段と、車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、前記車輪に制動力を付与する制動手段と、前記車輪への制動力を制御する制動制御手段とを備える車両用操舵装置において、前記操舵制御手段は前記操作量検出手段で検出された操作量と前記旋回状態検出手段で検出された旋回状態との相関を監視する監視機能を有し、前記制動制御手段は所定の条件が成立した際に前記車輪へ制動力を付与する自動制動機能を有し、前記操舵制御手段は、前記制動制御手段の自動制動機能の作動後に監視機能によって前記操作量に対して前記旋回状態が増大する傾向を検出した際に、検出された操作量が自動制動機能の作動前に検出された操作量以下である場合には、前記所定の関係と比較して検出された操作量に対する前記車輪の舵角が小さくなる第二の関係によって、検出する旋回状態を前記旋回状態が増大する傾向が検出される直前に検出された旋回状態と略一致させるように、前記操舵用アクチュエータを制御することを特徴とする。

この発明の車両用操舵装置は、ステアバイワイヤシステムと追突速度低減システムとを搭載した車両において、操作量と旋回状態との相関を監視する監視機能と自動制動機能とを有し、相関の乱れを検知して車輪の舵角を小さくし、自動制動によって車両の旋回安定性のフィーリングの悪化を防止することができる。

この発明は、自動制動による車両の旋回安定性のフィーリングの悪化を防止する目的を、操作量と旋回状態との相関を監視する監視機能を有さしめ、相関の乱れを検知して車輪の舵角を小さくして実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。図８において、１は車両、２はパワーユニット、３はステアリングホイール、４Ｌは左前車輪、４Ｒは右前車輪、５Ｌは左後車輪、５Ｒは右後車輪である。車両１には、ステアリング装置としてのステアバイワイヤシステム６と、所定の条件で自動ブレーキを掛ける追突速度低減システム７とが搭載される。このステアバイワイヤシステム６と追突速度低減システム７とは、車両用操舵装置８を構成する。
パワーユニット２は、エンジン９とトランスミッション１０とフロントデフ１１とが一体的に構成され、車両１の前部で横置きに搭載されている。
フロントデフ１１には、左前車軸１２Ｌの一端が接続している。この左前車軸１２Ｌの他端は、左前接続部材１３Ｌを介して左前車輪４Ｌに連結している。この左前車輪４Ｌには、制動力を付与する制動手段である左前ブレーキ装置１４Ｌが設けられている。また、フロントデフ１１には、右前車軸１２Ｒの一端が接続している。この右前車軸１２Ｒの他端は、右前接続部材１３Ｒを介して右前車輪４Ｒに連結している。この右前車輪４Ｒには、制動力を付与する制動手段である右前ブレーキ装置１４Ｒが設けられている。
車両１には、パワーユニット２の後方に、ステアリングラック等を収容したステアリングボックス１５が配置されている。このステアリングボックス１５には、左ロッド１６Ｌを介して左前車輪４Ｌが連結するとともに、右ロッド１６Ｒを介して右前車輪４Ｒが連結し、更に、ステアリングラックを動作する操舵用アクチュエータとしての操舵モータ１７が設置されている。この操舵モータ１７は、車輪である左前車輪４Ｌ及び右前車輪４Ｒの舵角としてのタイヤ操舵角を変更するように駆動される。

また、車両１には、後部にリアデフ１８が設けられている。このリアデフ１８には、左後車軸１９Ｌの一端が接続している。この左後車軸１９Ｌの他端は、左後接続部材２０Ｌを介して左後車輪５Ｌに連結している。この左後車輪５Ｌには、制動力を付与する制動手段である左後ブレーキ装置２１Ｌが設けられている。また、リアデフ１８には、右後車軸１９Ｒの一端が接続している。この右後車軸１９Ｒの他端は、右後接続部材２０Ｒを介して右後車輪５Ｒに連結している。この右後車輪５Ｒには、制動力を付与する制動手段である右後ブレーキ装置２１Ｒが設けられている。
ステアリングホイール３は、人為的に操作される操作部材であり、ホイール軸２２を介して反力モータ２３に連結している。

操舵モータ１７と反力モータ２３とは、操舵制御手段であるステアバイワイヤコントローラ２４に連絡している。このステアバイワイヤコントローラ２４には、運転者によってステアリングホイール３が操舵されてホイール軸２２が回動した状態をステアリングホイール３の操作量であるステアリング舵角として検出する操作量検出手段としてのステアリング舵角センサ２５と、ステアリングボックス１５の左右端に設けられてステアリングラックの移動状態を検出する左ステアリングラックセンサ２６Ｌ・右ステアリングラックセンサ２６Ｒと、車両１の旋回状態を検出する旋回状態検出手段としてヨーレートを検出するヨーレートセンサ２７と、車両１の速度を検出する車速センサ２８とが連絡している。前記旋回状態検出手段としては、ヨーレートセンサ２７の他に、横加速度を検出する検出手段（横Ｇセンサ）を設けることも可能である。
ステアバイワイヤコントローラ２４は、各センサからの情報により、ステアリング舵角センサ２５で検出されたステアリング舵角に基づく予め設定した所定の関係に応じて操舵指令を操舵モータ１７に出力し、この操舵モータ１７を駆動してタイヤ操舵角を制御する。これは、ステアリング装置がステアリングバイワイヤシステム６であり、ステアリングホイール３とは別に独立して制御する必要があるからである。

ステアバイワイヤコントローラ２４には、各車輪への制動力を制御する制動制御手段であるブレーキコントローラ２９が連絡している。
このブレーキコントローラ２９には、車両１の前部に設置された外界センサであるレーダ３０と、左前車輪４Ｌ・右前車輪４Ｒ近傍に設けられた左前車輪速センサ３１Ｌ・右前車輪速センサ３１Ｒと、左後車輪５Ｌ・右後車輪５Ｒ近傍に設けられた左後車輪速センサ３２Ｌ・右後車輪速センサ３２Ｒとが連絡している。
また、ブレーキコントローラ２９には、ブレーキアクチュエータ３３が連絡している。このブレーキアクチュエータ３３は、左前ブレーキ装置１４Ｌと右前ブレーキ装置１４Ｒと左後ブレーキ装置２１Ｌと右後ブレーキ装置２１Ｒとが連絡している。
ブレーキコントローラ２９は、ブレーキ作動信号を出力してブレーキアクチュエータ３３を駆動し、このブレーキアクチュエータ３３に連絡した各ブレーキ装置を駆動して各車輪の制動力を制御する。

ステアバイワイヤシステム６は、図７に示すように、ステアバイワイヤコントローラ２４にブレーキコントローラ２９とステアリング舵角センサ２５とヨーレートセンサ２７と車速センサ２８とが連絡するとともに、操舵指令を入力する操舵モータ１７が連絡して構成される。
追突速度低減システム７は、図６に示すように、ステアバイワイヤコントローラ２４を介してブレーキコントローラ２９に車速センサ２８を連絡し、また、レーダ３０を連絡し、そして、ブレーキ作動信号であるブレーキ指令を入力するブレーキアクチュエータ３３が連絡して構成される。
レーダ３０は、レーザーレーダやミリ波レーダからなり、前方の障害物を検出し、障害物までの距離及び相対速度を測定してブレーキコントローラ２９ヘ出力するものである。
ブレーキアクチュエータ３３は、ブレーキコントローラ２９からのブレーキ指令により自動でブレーキを掛けることが可能なブレーキ駆動装置である。
ブレーキコントローラ２９は、追突速度低減システム７の制御を行うものであり、レーダ３０や各センサからの信号を入力し、衝突判断を行い、ブレーキアクチュエータ３３に自動ブレーキの指令を出力するとともに、自動ブレーキを掛けるときに、ステアバイワイヤコントローラ２４にブレーキ作動信号を送信する。

操舵制御手段であるステアバイワイヤコントローラ２４は、操作量検出手段であるステアリング舵角センサ２５で検出された操作量と旋回状態検出手段であるヨーレートセンサ２７で検出された旋回状態との相関を監視する監視機能を有している。
制動制御手段であるブレーキコントローラ２９は、所定の条件が成立した際に車輪へ制動力を付与する自動制動機能を有している。
ステアバイワイヤコントローラ２４は、ブレーキコントローラ２９の自動制動機能の作動後に監視機能によって相関の乱れを検出した際に、所定の関係とは別な第二の関係（図５のマップ参照）によって操舵用アクチュエータである操舵モータ１７を制御する。
前記相関の乱れとは、前記操作量に対して前記旋回状態が増大する傾向である。また、前記第二の関係とは、前記所定の関係と比較して検出された操作量に対する車輪の舵角であるタイヤ操舵角が小さくなる関係である。
ステアバイワイヤコントローラ２４は、前記第二の関係では検出する旋回状態を相関が乱れる直前に検出された旋回状態と略一致させるよう制御し、自動制動機能の動作が継続され、且つ検出する操作量が相関の乱れる直前に検出された操作量よりも増大する場合には、前記操作量に応じてタイヤ操舵角を大きくする。

次に、この実施例における操舵制御を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
この図１において、ステアリング舵角は、運転者がステアリングホイール３を操舵した角度である。タイヤ操舵角は、ステアバイワイヤシステム６によりステアリングホイール３の操舵と独立制御できるタイヤ操舵角である。追突軽減ブレーキ作動信号は、追突軽減ブレーキ作動が作動し大きな減速度が発生することを示すブレーキ作動信号（ブレーキ指令）である。前輪荷重は、左前車輪４Ｌ・右前車輪４Ｒに掛かる荷重であり、荷重が大きい程旋回性が増加する。ヨーレートは、車両１のヨーであり、旋回性を表すものである。

図１に示すように、操舵制御のプログラムがスタートすると（ステップＳ０１）、ステアリング舵角及びヨーレートを入力して監視し続け（ステップＳ０２）、そして、ブレーキコントローラ２９から出力されるブレーキ作動信号がある（オン）か否かを監視する（ステップＳ０３）。このステップＳ０３がＮＯの場合には、前記ステップＳ０２に戻る。
このステップＳ０３がＹＥＳの場合には、再度、ステアリング舵角及びヨーレートを監視し（ステップＳ０４）、そして、ヨーレート値を見て、このヨーレート値が急な立ち上がり（追突軽減ブレーキの作動による急なヨーの変化）が起きているかを判断する（ステップＳ０５）。このステップＳ０５がＮＯの場合には、前記ステップＳ０４に戻る。
このステップＳ０５がＹＥＳで、ヨーレート値に急な立ち上がりがある場合には、現在のステアリング舵角が、ブレーキ作動信号がある前のステアリング舵角以下であるかを確認、つまり、ステアリングホイール３を切り増ししていないかを確認する（ステップＳ０６）。
このステップＳ０６がＹＥＳの場合には、ヨーレートの急激な増加を防止するために、タイヤ操舵角指令値を現在値よりも小さくし、旋回性をブレーキ作動前と同じにする（ステップＳ０７）。
そして、再び、ステアリング舵角を監視し、現在のステアリング舵角が、前記ステップＳ０７でタイヤ操舵角指令値を小さくする前の舵角（前記ステップＳ０４の舵角）よりも大きいか確認、つまり、運転者が旋回性の増加を望んでいるかを確認する（ステップＳ０８）。即ち、このステップＳ０８においては、前記ステップＳ０７でタイヤ操舵角指令値を現在値よりも小さくして旋回性をブレーキ作動前と同じにした後、運転者がステアリングホイール３を切り増して旋回性を望んでいると判断する。
このステップＳ０８がＹＥＳで、現在のステアリング舵角がタイヤ操舵角指令値を小さくする前の舵角よりも大きい場合には、旋回性を回復させるため、タイヤ操舵角指令値を大きくする（ステップＳ０９）。
このステップＳ０９の処理後又は前記ステップＳ０８がＮＯの場合には、ブレーキ作動信号がない（オフ）か否かを監視する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０がＮＯの場合には、前記ステップＳ０８に戻る。
このステップＳ１０がＹＥＳの場合には、ステアバイワイアヤシステム６のタイヤ操舵角の制御を通常の制御に戻し（ステップＳ１１）、プログラムをエンドとする（ステップＳ１２）。
一方、前記ステップＳ０６がＮＯの場合には、ブレーキ作動信号を監視する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３がＮＯで、ブレーキ作動信号がある状態のままの場合（ＯＮ）には、前記ステップＳ０４に戻る。このステップＳ１３がＹＥＳで、ブレーキ作動信号がない場合（ＯＦＦ）には、前記ステップＳ１１に移行する。

次いで、この操舵制御を、図２のタイムチャートに基づいて説明する。
図２に示すように、ステアリングホイール３の操作によりステアリング舵角が大きくなるにつれてタイヤ操舵角も大きくなり（時間ｔ１）、そして、ヨーレートも次第に大きくなり始める（時間ｔ２）。
そして、ブレーキ作動信号があり（時間ｔ３）、大きな減速度に伴う前輪荷重の増加によりヨーレートが急に増加しようとすると（時間ｔ４）、タイヤ操舵角を小さくするように制御され（時間ｔ５）、その結果、旋回性が低下するため、ヨーレートの増加が抑えられ、ヨーレートがブレーキ作動前と同じになる（時間ｔ６）。つまり、ステアリング舵角が変化していないため、運転者は同じ旋回性を望んでおり、その望んだ旋回性に戻っている。

また、図３には、急激なヨーレートの増加を抑える制御をした後、ステアリング舵角が切り増された場合のタイムチャートを示している。
図３に示すように、ステアリングホイール３の操作によりステアリング舵角が大きくなるにつれてタイヤ操舵角も大きくなり（時間ｔ１）、そして、ヨーレートも次第に大きくなり始める（時間ｔ２）。
そして、ブレーキ作動信号があり（時間ｔ３）、大きな減速度に伴う前輪荷重の増加によりヨーレートが急に増加しようとすると（時間ｔ４）、タイヤ操舵角を小さくするように制御され（時間ｔ５）、その結果、旋回性が低下するため、ヨーレートの増加が抑えられる。
その後、ステアリング舵角が切り増されたら（時間ｔ６）、タイヤ操舵角を大きくなるように制御され（時間ｔ７）、ヨーレートが再び増加して旋回性が回復する（時間ｔ８）。これは、運転者がステアリングホイール３を切り増したことを、旋回性を望んでいると判断し、旋回性を回復させている。

しかしながら、上述の操舵制御が無い場合には、図４に示すように、ステアリングホイール３の操作によりステアリング舵角が大きくなるにつれてタイヤ操舵角も大きくなり（時間ｔ１）、そして、ヨーレートも次第に大きくなり始める（時間ｔ２）。そして、ステアリングホイール３が操舵された状態で、追突軽減ブレーキが作動してブレーキ作動信号があると（時間ｔ３）、その大きな減速度に伴う前輪への荷重移動が起きてヨーレートが急に増加する（時間ｔ４）。つまり、ステアリング舵角はブレーキ作動前と同じなので、同じ旋回性を運転者は期待していると思われるのに、急に旋回性が増加してしまっている。この結果、意図しない旋回性のために、操縦性が低下してしまう。
従って、この実施例における操舵制御により、追突軽減ブレーキの作動時に運転者の意図した旋回性とし、操縦性の低下を防止することができる。
また、この実施例における操舵制御は、ステアバイワイヤシステム６と追突速度低減システム７とを搭載した車両であれば、小型の一般大衆の車両にも容易に適用することができる。

以上この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に記載の発明は、ステアバイワイヤコントローラ２４は、ステアリング舵角センサ２５で検出された操作量とヨーレートセンサ２７で検出された旋回状態との相関を監視する監視機能を有している。制動制御手段であるブレーキコントローラ２９は、所定の条件が成立した際に車輪へ制動力を付与する自動制動機能を有している。ステアバイワイヤコントローラ２４は、ブレーキコントローラ２９の自動制動機能の作動後に監視機能によって操作量に対して旋回状態が増大する傾向を検出した際に、検出された操作量が自動制動機能の作動前に検出された操作量以下である場合には、所定の関係と比較して検出された操作量に対する車輪の舵角が小さくなる第二の関係によって、検出する旋回状態を旋回状態が増大する傾向が検出される直前に検出された旋回状態と略一致させるように、操舵用アクチュエータである操舵モータ１７を制御する。
これにより、自動制動が作動した後に、その制動によって、車両１の旋回姿勢や挙動が維持されず、変化する状態を緩和することができる。また、乗員の意図（切足しや切戻し）を示す操作量と比較するので、意図しない巻込み感や飛出し感を生むことによる運転フィーリングの悪化を抑制することができる。

また、請求項２に記載された発明において、ステアバイワイヤコントローラ２４は、検出する旋回状態を前記旋回状態が増大する傾向が検出される直前に検出された旋回状態と略一致させるように制御された後、自動制動機能の動作が継続され、且つ検出する操作量が操作量に対して旋回状態が増大する傾向を検出する直前に検出された操作量よりも増大する場合には、前記検出する操作量に応じて車輪の舵角を大きくする。
これにより、回避動作等で、運転者の操作を妨げることなく、その意図に沿って、車両１の挙動を変更することができ、運転フィーリングを向上する。

操作量と旋回状態との相関を監視する監視機能と自動制動機能を有さしめ、相関の乱れを検知して車輪の舵角を小さくすることを、他の装置にも適用することができる。

操舵制御のフローチャートである。操舵制御のタイムチャートである。操舵制御において切り増しがある場合のタイムチャートである。操舵制御が無い場合のタイムチャートである。タイヤ操舵角指令値のマップである。追突速度低減システムのブロック図である。車両用操舵装置のブロック図である。車両の概略平面図である。

符号の説明

１車両
３ステアリングホイール
４Ｌ左前車輪
４Ｒ右前車輪
６ステアバイワイヤシステム
７追突速度低減システム
８車両用操舵装置
１７操舵モータ
２４ステアバイワイヤコントローラ
２５ステアリング舵角センサ
２７ヨーレートセンサ
２８車速センサ
２９ブレーキコントローラ
３０レーダ
３３ブレーキアクチュエータ

Claims

人為的に操作されるステアリングホイールと、このステアリングホイールの操作量を検出する操作量検出手段と、車輪の舵角を変更するように駆動される操舵用アクチュエータと、前記操作量検出手段で検出された操作量に基づく予め設定した所定の関係に応じて前記操舵用アクチュエータを制御する操舵制御手段と、車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、前記車輪に制動力を付与する制動手段と、前記車輪への制動力を制御する制動制御手段とを備える車両用操舵装置において、前記操舵制御手段は前記操作量検出手段で検出された操作量と前記旋回状態検出手段で検出された旋回状態との相関を監視する監視機能を有し、前記制動制御手段は所定の条件が成立した際に前記車輪へ制動力を付与する自動制動機能を有し、前記操舵制御手段は、前記制動制御手段の自動制動機能の作動後に監視機能によって前記操作量に対して前記旋回状態が増大する傾向を検出した際に、検出された操作量が自動制動機能の作動前に検出された操作量以下である場合には、前記所定の関係と比較して検出された操作量に対する前記車輪の舵角が小さくなる第二の関係によって、検出する旋回状態を前記旋回状態が増大する傾向が検出される直前に検出された旋回状態と略一致させるように、前記操舵用アクチュエータを制御することを特徴とする車両用操舵装置。
前記操舵制御手段は、検出する旋回状態を前記旋回状態が増大する傾向が検出される直前に検出された旋回状態と略一致させるように制御された後、自動制動機能の動作が継続され、且つ検出する操作量が操作量に対して前記旋回状態が増大する傾向を検出する直前に検出された操作量よりも増大する場合には、前記検出する操作量に応じて前記車輪の舵角を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。