JP4952872B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵用アクチュエータを制御することで舵角を変化させる車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する車両用操舵装置において、その操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う際に、その舵角変化時における車両挙動を安定化させるための制御における動的補償を的確に行えるように、その演算過程において、車両の慣性質量および重心位置に相関するパラメータが用いられている。そのパラメータとしては、例えば車両の慣性質量、ヨー慣性モーメント、前輪コーナリングパワー、後輪コーナリングパワー、重心‐前車軸間距離、重心‐後車軸間距離、スタビリティファクタといった車両の特性を表す車両特性パラメータや、ゲインや時定数等の制御パラメータが用いられている。
【０００３】
従来、その車両特性パラメータや制御パラメータとして、一定条件下において予め行われた実験により求めた固定値が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の制御では、車両の乗員数、乗員の着座位置、燃料量の変化等によって車両挙動が変化し、車両挙動の安定化が阻害されると共にドライバーに違和感を与えるという問題がある。本発明は、その問題を解決することのできる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作部材と、前記操作部材の操作量を検出するセンサと、車両の挙動指標値を検出するセンサと、操舵用アクチュエータと、前記操作部材の回転操作により駆動される前記操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する手段と、その操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う手段とを備え、その演算過程において、車両の慣性質量および重心位置に相関するパラメータを用いる車両用操舵装置に適用される。本発明は、前記操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う前記手段により、前記操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値の演算と、前記目標挙動指標値と前記センサにより検出される挙動指標値との偏差に対する補償値の演算と、前記目標挙動指標値と前記補償値との和に対する目標舵角の演算とが行われ、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じて予め定められた前記パラメータの複数の値を記憶する手段と、その可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じたモード信号を発生する手段とが設けられ、その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサが設けられ、そのセンサの検出結果に応じて前記モード信号が出力され、前記目標舵角の前記演算過程において、そのモード信号に対応する可変慣性質量の大きさと配置に応じて記憶されたパラメータの値が読み出されて用いられることを一つの特徴とする。この構成によれば、操舵用アクチュエータを制御するための演算過程において、車両の慣性質量および重心位置に相関するパラメータとして、車両の慣性質量の一部をなす少なくとも一つの可変慣性質量の大きさと配置に応じた値が用いられる。これにより、その可変慣性質量の大きさと配置の変動による車両挙動の変化を抑制できる。また、可変慣性質量の大きさを正確に求め、また、前記モード信号を自動的に出力して乗員の負担を軽減できる。さらに、操作部材の操作に応じて車両挙動を変化させる際に、車両の慣性質量の変動による車両挙動の変動を低減し、ドライバーが違和感を感じるのを防止できる。
【０００６】
本発明は、前記操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う前記手段により、前記操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値の演算と、前記目標挙動指標値と前記センサにより検出される挙動指標値との偏差に対する補償値の演算と、前記目標挙動指標値と前記補償値との和に対する目標舵角の演算とが行われ、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じて予め定められた前記パラメータの複数の値を記憶する手段と、その可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じたモード信号を発生する手段とが設けられ、その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能なモード切替えスイッチが設けられ、そのモード切替えスイッチの切替え操作に応じて前記モード信号が出力され、前記目標舵角の前記演算過程において、そのモード信号に対応する可変慣性質量の大きさと配置に応じて記憶されたパラメータの値が読み出されて用いられることを一つの特徴とする。これにより、可変慣性質量の大きさを検出する必要がなく、乗員がモード切替えスイッチを切替えるだけで前記モード信号を出力することができ、制御系を簡単化できる。さらに、操作部材の操作に応じて車両挙動を変化させる際に、車両の慣性質量の変動による車両挙動の変動を低減し、ドライバーが違和感を感じるのを防止できる。
【０００８】
その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量であるのが好ましい。
これにより、車両の慣性質量の変動に大きく影響する可変慣性質量の変化に対応することができる。
【０００９】
前記パラメータとして、車両の慣性質量、ヨー慣性モーメント、前輪コーナリングパワー、後輪コーナリングパワー、重心‐前車軸間距離、重心‐後車軸間距離、スタビリティファクタが用いられるのが好ましい。
これにより、車両の慣性質量の変動に的確に対応できる。
【００１０】
そのモード信号に基づき、前記演算過程において用いられる一部のパラメータの値が読み出され、そのモード信号に基づき読み出されたパラメータの値に基づき、前記演算過程において用いられる残りのパラメータの値を演算する手段を備えるのが好ましい。
これにより、可変慣性質量の大きさと位置の中の少なくとも一方の相違に応じて、パラメータの複数の値を予め定めるに際して、その複数の値を予め定めるパラメータの種類を少なくすることができ、制御系の構成時における作業労力を低減できる。
【００１１】
そのモード信号に基づき、前記演算過程において用いられる全てのパラメータの値を読み出し可能であるのが好ましい。
これにより、車両の慣性質量の変動に正確に対応できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の回転操作により駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【００１４】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１５】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１６】
その操作部材１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。上記操作用アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していない時、その弾力により操作部材１は直進操舵位置に復帰する。
【００１７】
その操作部材１の操作量として、操作部材１の直進位置からの回転角度δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。その回転角度δｈが入力値とされる。車両の舵角δを検出する手段として舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。その車両の車速Ｖを検出する速度センサ１４と車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１５とが設けられている。その舵角δの変化の結果として生じる車両挙動に対応する挙動指標値として、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６が設けられている。その操作部材１の操作トルクＴｈを検出するトルクセンサ１２が設けられている。その角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、横加速度センサ１５、ヨーレートセンサ１６は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。その制御装置２０は、舵角変化時における車両挙動を安定化させることができるように、駆動回路２２、２３を介して上記操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９を制御する。
【００１８】
図２は、上記制御装置２０の機能説明用のブロック図を示す。Ｋ１は操作部材１の回転角度δｈに対する目標操作トルクＴｈ^* のゲインであり、予め定めて記憶されたＴｈ^* ＝Ｋ１・δｈの関係と角度センサ１１により検出された回転角度δｈとから目標操作トルクＴｈ^* が演算される。そのゲインＫ１は最適な制御を行えるように調整される。
【００１９】
Ｇ１は、目標操作トルクＴｈ^* と操作トルクＴｈとの偏差に対する操作用アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｈ^* の伝達関数である。制御装置２０は予め定めて記憶したｉｈ^* ＝Ｇ１・（Ｔｈ^* −Ｔｈ）の関係と、演算した目標操作トルクＴｈ^* と、トルクセンサ１２により検出した操作トルクＴｈとから目標駆動電流ｉｈ^* を演算する。その伝達関数Ｇ１は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫ２、ラプラス演算子をｓ、時定数をτａとして、Ｇ１＝Ｋ２〔１＋１／（τａ・ｓ）〕になる。そのゲインＫ２および時定数τａは最適な制御を行えるように調整される。その目標駆動電流ｉｈ^* に応じて操作用アクチュエータ１９が駆動される。
【００２０】
Ｋγは操作部材１の回転角度δｈに対する目標ヨーレートγ^* のゲインであり、制御装置２０は予め定められて記憶されたγ^* ＝Ｋγ・δｈの関係と、角度センサ１１により検出した回転角度δｈとから目標ヨーレートγ^* を演算する。すなわち入力値である回転角度δｈに応じた目標挙動指標値が求められる。そのゲインＫγは最適な制御を行えるように調整される。
【００２１】
Ｇ２は、目標ヨーレートγ^* とヨーレートセンサ１６により検出される車両１００のヨーレートγとの偏差（γ^* −γ）に対するヨーレート補償値γａ^* の伝達関数であり、制御系におけるフィードバック補償要素を構成する。制御装置２０は、予め定めて記憶したγａ^* ＝Ｇ２・（γ^* −γ）の関係と、演算した目標ヨーレートγ^* とヨーレートセンサ１６により検出されるヨーレートγとからヨーレート補償値γａ^* を演算する。
その伝達関数Ｇ２は、例えば以下の式（１）により求められる。
Ｇ２＝Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ＋Ｋｄ・ｓ （１）
ここで、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄはゲインであり最適な制御を行えるように適宜設定される。
【００２２】
Ｇ３は、目標ヨーレートγ^* とヨーレート補償値γａ^* との和（γ^* ＋γａ^* ）に対する目標舵角δ^* の伝達関数であり、制御系におけるフィードフォワード補償要素を構成する。制御装置２０は、予め定めて記憶したδ^* ＝Ｇ３・（γ^* ＋γａ^* ）の関係と、演算した目標ヨーレートγ^* とヨーレート補償値γａ^* とから目標舵角δ^* を演算する。
その伝達関数Ｇ３は、例えば以下の式（２）により求められる。
Ｇ３＝Ｋｃ・Ｋｅ・（Ｔｃ・ｓ＋１）／（Ｔｖ・ｓ＋１） （２）
ここで、制御パラメータＫｃ、Ｋｅ、Ｔｃ、Ｔｖの中で、ゲインＫｅは最適な制御を行えるように適宜設定され、残りの制御パラメータＫｃ、Ｔｃ、Ｔｖは、以下の式（３）、（４）、（５）により求められる。ここで、ζを舵角変化に対する車両挙動の変化における減衰係数、ωn を自然角周波数、Ｍを車両の慣性質量、Ｌｆを重心‐前車軸間距離、Ｖを車速、Ｌｒを重心‐後車軸間距離としてＬをＬ＝Ｌｆ＋Ｌｒのホイルベース、Ｋｒを後輪コーナリングパワーとする。
Ｋｃ＝１／Ｋｖ （３）
Ｔｃ＝２ζ／ωｎ （４）
Ｔｖ＝Ｍ・Ｌｆ・Ｖ／（２Ｌ・Ｋｒ） （５）
そのＫｖは以下の式（６）により求められる。ここでＡをスタビリティファクタとする。
Ｋｖ＝Ｖ／｛Ｌ（１＋Ａ・Ｖ² ）｝ （６）
そのζは以下の式（７）より求められる。ここでＪを車両のヨー慣性モーメント、Ｋｆを前輪コーナリングパワーとする。
ζ＝｛Ｍ（Ｌｆ² ・Ｋｆ＋Ｌｒ² ・Ｋｒ）＋Ｊ（Ｋｆ＋Ｋｒ）｝／Ｐ （７）
そのωn は以下の式（８）により求められる。
ωn ＝Ｐ／（Ｖ・Ｍ・Ｊ） （８）
そのスタビリティファクタＡは以下の式（９）により求められる。
Ａ＝−Ｍ（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／（２Ｌ² ・Ｋｆ・Ｋｒ） （９）
そのＰは以下の式（１０）により求められる。
Ｐ＝２Ｌ｛Ｍ・Ｌ・Ｋｆ・Ｋｒ）（１＋Ａ・Ｖ² ）｝^1/2 （１０）
【００２３】
Ｇ４は、目標舵角δ^* に対する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流Ｉｍ^* の伝達関数である。目標舵角δ^* に対する目標駆動電流Ｉｍ^* を、制御装置２０は、Ｉｍ^* ＝Ｇ４・δ^* の関係と、演算した目標舵角δ^* とから演算する。その伝達関数Ｇ４は、例えばＰＩ制御を行う場合、Ｋ４をゲイン、τｄを時定数として、Ｇ４＝Ｋ４〔１＋１／（τｄ・ｓ）〕とされ、そのゲインＫ４および時定数τｄは最適な制御を行えるように調整される。これにより、舵角δが目標舵角δ^* に対応するように操舵用アクチュエータ２が制御装置２０により制御される。
【００２４】
上記のように本実施形態では、ヨーレートγと目標ヨーレートγ^* とに応じて操舵用アクチュエータ２を制御するための演算が制御装置２０により行われる過程において、車両の慣性質量Ｍおよび重心位置に相関するパラメータとして、車両の慣性質量Ｍ、ヨー慣性モーメントＪ、前輪コーナリングパワーＫｆ、後輪コーナリングパワーＫｒ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒ、スタビリティファクタＡの車両特性パラメータが用いられ、また、Ｋｖ、ωn 、Ｐ、Ｔｖ、ζの制御パラメータが用いられている。
【００２５】
本実施形態では、上記パラメータの中で車両の慣性質量Ｍ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒそれぞれの複数の値が、車両の慣性質量Ｍの一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められ、制御装置２０に記憶される。本実施形態では、その可変慣性質量は車両の乗員と積荷の慣性質量とされる。以下の表１は、車両の乗員と積荷の数と配置との相違に応じた車両の慣性質量Ｍ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒの測定値の一例を示す。その車両は前部の左右２座席、後部の左中右３座席を有し、車体後部に積荷載置用トランクを有する。本実施形態では、その可変慣性質量の大きさである乗員の慣性質量と積荷の慣性質量は予め設定された値とされる。なお、表１における乗員および積荷の数と配置は一例であり、これに限定されるものではない。また、可変慣性質量は乗員と積荷の慣性質量に限定されず、大きさと配置の中の少なくとも一方が可変な車両慣性質量の一部であれば良く、例えば燃料の慣性質量であってもよい。
【００２６】
【表１】

【００２７】
その可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じたモード信号を発生する手段が設けられている。そのモード信号発生手段として、本実施形態では制御装置２０に接続されるモード切替えスイッチ２１が設けられている。そのモード切替えスイッチ２１は、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能とされ、例えば、乗員と積荷の数と配置に対応付けられたキーを有するキースイッチにより構成できる。ドライバーは車両の運転開始時に、そのモード切替えスイッチ２１を操作する。そのモード切替えスイッチ２１の切替え操作に応じて上記モード信号が出力される。制御装置２０は、上記操舵用アクチュエータ２を制御するための演算過程において、そのモード信号に対応する可変慣性質量の大きさと配置に応じて記憶されたパラメータの値、すなわち車両の慣性質量Ｍ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒの値を読み出して用いる。
なお、その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサを設け、そのセンサの検出結果に応じて上記モード信号を出力するようにしてもよい。例えば、車両の各座席位置やトランクにロードセルを設けて乗員と積荷の慣性質量と配置とを検出する。これにより可変慣性質量の大きさを正確に求め、また、モード信号を自動的に出力して乗員の負担を軽減できる。
【００２８】
本実施形態では、そのモード信号に基づき上記演算過程において用いられる一部のパラメータの値が読み出され、そのモード信号に基づき読み出されたパラメータの値に基づき、すなわち車両の慣性質量Ｍ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒの値に基づき、上記演算過程において用いられる残りのパラメータの値、すなわちヨー慣性モーメントＪ、前輪コーナリングパワーＫｆ、後輪コーナリングパワーＫｒ、スタビリティファクタＡ、制御パラメータＫｖ、ωn 、Ｐ、Ｔｖ、ζの値が制御装置２０により以下のように求められる。なお、可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて、上記演算過程において用いられる全てのパラメータそれぞれの複数の値を予め定めて記憶し、モード信号に基づき、上記演算過程において用いられる全てのパラメータの値を読み出し可能としてもよい。これにより、車両の慣性質量Ｍの変動に正確に対応できる。
【００２９】
車両慣性質量Ｍ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒから残りのパラメータを同定するに際しては、車両の旋回状態における車速Ｖ、タイヤ角δ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγの定常値を必要とする。車両の車速Ｖ、舵角δ、ヨーレートγについては、定常状態であってもセンサ出力は厳密に一定とはならないことから、本実施形態では、定常状態とみなせる範囲において検出データを平均化し、それぞれの平均値Ｖ_AV、δ_AV、γ_AVを定常値として採用し、その定常値から求められるヨー慣性モーメントＪ_AV、前輪コーナリングパワーＫｆ_AV、後輪コーナリングパワーＫｒ_AV、スタビリティファクタＡ_AVを用いて操舵用アクチュエータ２の制御のための演算を行う。以下、パラメータの平均値は記号に_AVを付し、検出データには記号に_DTを付す。横加速度Ｇｙについては、センサ出力に車体ロールによる重力加速度成分が含まれるので、以下に求める補正係数Ｃｇ_AVとロール係数φ_AVを用いて補正した値Ｇｙ_AVを定常値として採用する。
車体のロール角をΦ、重力加速度をｇとすると、横加速度センサ１５により検出される横加速度Ｇｙ_DTは、次の式（１１）のように実際の横加速度Ｇｙよりも見かけ上大きくなる。
Ｇｙ_DT＝ＧｙｃｏｓΦ＋ｇｓｉｎΦ （１１）
このため、Ｇｙ_DTを用いて以下の式（１２）で計算した横滑り角速度β′は定常状態でも０にはならない。
β′＝Ｇｙ_DT／Ｖ−γ （１２）
実際の定常状態（β′＝０）では、横加速度とヨーレートの関係は次式（１３）である。
Ｇｙ_AV＝γ_AV・Ｖ_AV （１３）
式（１３）より、横加速度センサ出力の補正係数Ｃg は次式（１４）で与えられる。
Ｃｇ＝Ｇｙ_AV／Ｇｙ_DT＝γ_AV・Ｖ_AV／Ｇｙ_DT （１４）
各データの定常状態の範囲で式（１４）よりＣｇを求め、全データの平均値Ｃｇ_AVをロール係数として採用する。
一方、横加速度センサ１５の取り付け位置が車両重心点にあると仮定すると、Φ≒ｓｉｎφ、ｃｏｓΦ≒１と見なして良い範囲（Φ＜２〜４ｄｅｇ）において、式（１１）より次の関係式（１５）を得る。
Ｇｙ／Ｇｙ_DT＝１−Φ（ｇ／Ｇｙ_DT） （１５）
式（１４）、（１５）より、ロール角の平均値φ_AVは次式（１６）となる。
φ_AV＝（Ｇｙ_DT−γ_AV・Ｖ_AV）／ｇ （１６）
また、車両のロール剛性をＫφ、ロール軸と重心点との距離をｈとすると、ロールモーメントに関する次の関係式（１７）を得る。
Ｋφ・Φ＝ｈ・Ｍ・ＧｙｃｏｓΦ＋ｈ・Ｍ・ｇ・ｓｉｎΦ （１７）
式（１１）、（１７）より次式（１８）を得る。
φ＝（ｈ・Ｍ／Ｋφ）Ｇｙ_DT （１８）
よって、横加速度に対する見かけ上のロール係数Ｃφは次式（１９）となる。
Ｃφ＝ｈ・Ｍ／Ｋφ＝Φ_AV／Ｇｙ_DT （１９）
各データの定常状態の範囲で式（１９）よりＣφを求め、全データの平均値Ｃφ_AVを採用する。これにより、以下の式（２０）から横加速度の平均値を求める。
Ｇｙ_AV＝Ｃｇ_AV・（１−ｇ・Ｃφ_AV）・Ｇｙ_DT （２０）
【００３０】
コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの平均値Ｋｆ_AV、Ｋｒ_AVは以下のように同定することができる。
旋回状態における車両の横加速度Ｇｙとタイヤ横滑り角速度βｆ、βｒとの関係式は次式（２１）である。
Ｍ・Ｇｙ＝２（Ｋｆ・βｆ＋Ｋｒ・βｒ） （２１）
定常状態において、前後輪の横力が互いに干渉せず、それぞれの分担荷重Ｗｆ、Ｗｒに作用するものと考えると、Ｋｆ_AV、Ｋｒ_AVは次式（２２）、（２３）で与えられる。
Ｋｆ_AV＝Ｗｆ・Ｇｙ_AV／２βｆ_AV （２２）
Ｋｒ_AV＝Ｗｒ・Ｇｙ_AV／２βｒ_AV （２３）
なお、式（２）によって定常状態の範囲で求めたβ′の積分値データの平均値をβ_AVとして、βｆ_AVはβｆ_AV＝δ−β_AV−Ｌｆ・γ_AV／Ｖ_AVによって求められ、βｒ_AVはβｒ_AV＝−β_AV＋Ｌｒ・γ_AV／Ｖ_AVによって求められる。
式（２２）、（２３）に後述の式（２９）、（３０）の関係を代入すると、ヨーモーメントのつり合い（ヨーレート一定）式より導かれる次の関係式（２４）と等価であることがわかる。
Ｋｒ_AV／Ｋｆ_AV＝（Ｌｆ／Ｌｒ）・（βｆ_AV／βｒ_AV） （２４）
ここで、βｆ_AV、βｒ_AVは次式（２５）、（２６）の通りである。
βｆ_AV＝δ−β_AV−Ｌｆ・γ_AV／Ｖ_AV （２５）
βｒ_AV＝−β_AV＋Ｌｒ・γ_AV／Ｖ_AV （２６）
各データの定常状態（前輪舵角、横滑り角が一定）の範囲において、式（２２）、（２３）よりＫｆ_AV、Ｋｒ_AVを求める。この時、Ｋｒ_AV／Ｋｆ_AVも求める。
各データのＫｆ_AV、Ｋｒ_AVの値はβｆ_AV、βｒ_AVのばらつきに影響されやすいため、さらに全データの平均値（Ｋｆ_AV）_AV、（Ｋｒ_AV）_AVを用いるのが好ましい。Ｋｒ_AV／Ｋｆ_AVも同様に全データの平均値（Ｋｒ_AV／Ｋｆ_AV）を用いるのが好ましい。
なお、Ｋｒ_AV／Ｋｆ_AVは式（２４）から求めてもよい。すなわち、各データの定常状態の範囲において、式（２４）の（Ｌｆ／Ｌｒ）・（βｆ_AV／βｒ_AV）を求め、最後に全データの平均値（Ｌｆ・βｆ_AV／Ｌｒ・βｒ_AV）_AVを用いる。また、各データ（βｒ_AV，βｆ_AV）をプロットして回帰直線の傾きβｆ_AV／βｒ_AVを求め、式（２４）よりＫｒ_AV／Ｋｆ_AVを求めてもよい。
【００３１】
スタビリティファクタＡ_AVはヨーレート定常ゲインＫｖを用いて同定できる。すなわち、定常状態において、舵角δに対するヨーレートγの定常ゲインＫｖは次式（２７）である。
Ｋｖ＝Ｖ／｛Ｌ（１＋Ａ・Ｖ² ）｝ （２７）
これより、Ａ_AVは次式（２８）で表される。
Ａ_AV＝１／（Ｌ・Ｖ_AV・Ｋｖ_AV）−１／Ｖ_AV ² （２８）
各車速毎にＡ_AVを求め、全データの平均値（Ａ_AV）_AVを用いる。
なお、スタビリティファクタＡ_AVはコーナリングパワーＫｆ_AV、Ｋｒ_AVを用いて同定してもよい。
すなわち、スタビリティファクタの定義式よりＡ_AVを次式で求め、
Ａ_AV＝−Ｍ（Ｌｆ・Ｋｆ_AV−Ｌｒ・Ｋｒ_AV）／（２Ｌ² ・Ｋｆ_AV・Ｋｒ_AV）
求めた全データの平均値（Ａ_AV）_AVを用いてもよい。
【００３２】
ヨー慣性モーメントＪ_AVは、過渡状態での車両のヨー運動に基づき同定することができる。すなわち、旋回状態におけるヨーレート変化速度ｄγ／ｄｔとタイヤ横滑り角βｆ、βｒとの関係は次式（２９）で表わされる。
Ｊ・ｄγ／ｄｔ＝２（Ｌｆ・Ｋｆ・βｆ−Ｌｒ・Ｋｒ・βｒ） （２９）
そこでＪを次式（３０）で近似する。
Ｊ＝２（Ｌｆ・Ｋｆ・βｆ−Ｌｒ・Ｋｒ・βｒ）Δｔ／Δγ （３０）
ここで、Δｔは制御周期（例えば８．１９２ｍｓ）、Δγは１制御周期でのヨーレート偏差である。車両が定常旋回状態に至るまでの過渡状態において、制御周期毎に式（３１）によりＪを算出し、その過渡状態での平均値Ｊ_AVを求め、さらに全データの平均値（Ｊ_AV）_AVを用いる。
【００３３】
図３のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２の制御手順を説明する。
まず、モード信号に応じて記憶されたパラメータＭ、Ｌｆ、Ｌｒの値を読み出し（ステップ１）、次に、各センサ１１、１２、１３、１４、１５、１６による検出値を読み込む（ステップ２）。次に、モード信号に応じて記憶されたパラメータＭ、Ｌｆ、Ｌｒの値に基づき、パラメータＪ、Ｋｆ、Ｋｒ、Ａ、Ｋｖ、ωn 、Ｐ、Ｔｖ、ζの値を上記のように演算し、直前に求めた値を更新する（ステップ３）。次に、操作部材１の検出回転角度δｈから目標操作トルクＴｈ^* をＴｈ^* ＝Ｋ１・δｈの関係から演算し（ステップ４）、その演算されたＴｈ^* と検出操作トルクＴｈとの偏差から操作用アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｈ^* をｉｈ^* ＝Ｇ１・（Ｔｈ^* −Ｔｈ）の関係から演算し（ステップ５）、その目標駆動電流ｉｈ^* に応じて操作用アクチュエータ１９を駆動する。また、検出回転角度δｈに応じた目標ヨーレートγ^* がゲインＫγに基づき求められる（ステップ６）。その求めた目標ヨーレートγ^* と検出ヨーレートγとの偏差（γ^* −γ）に対応するヨーレート補償値γａ^* を、γａ^* ＝Ｇ２・（γ^* −γ）の関係から演算し（ステップ７）、その演算した目標ヨーレートγ^* とヨーレート補償値γａ^* との和（γ^* ＋γａ^* ）に対応する目標舵角δ^* を、δ^* ＝Ｇ３・（γ^* ＋γａ^* ）の関係から演算する（ステップ８）。この演算過程において、ステップ１においてモード信号に応じて読み出されたパラメータＭ、Ｌｆ、Ｌｒの値と、ステップ３において演算されたパラメータＪ、Ｋｆ、Ｋｒ、Ａ、Ｋｖ、ωn 、Ｐ、Ｔｖ、ζの値が用いられる。なお、ステップ３において演算されるパラメータＪ、Ｋｆ、Ｋｒ、Ａ、Ｋｖ、ωn 、Ｐ、Ｔｖ、ζの値は、本実施形態では上記のように車両の定常状態と、その定常状態に至る過渡状態とにおいて求められることから、それら値が求められるまでは制御装置２０に記憶された予め定めた初期設定値が用いられる。次に、その求めた目標舵角δ^* に対応する目標駆動電流Ｉｍ^* をＩｍ^* ＝Ｇ４・δ^* の関係から演算し（ステップ９）、その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動することで、舵角δが目標舵角δ^* に対応するように操舵用アクチュエータ２を制御する。次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップ１０）、終了しない場合はステップ１に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。
【００３４】
上記実施形態によれば、操舵用アクチュエータ２を制御するための演算過程において、車両の慣性質量Ｍおよび重心位置に相関するパラメータとして、車両の慣性質量Ｍの一部をなす可変慣性質量である乗員と積荷の慣性質量の大きさと配置に応じた慣性質量Ｍ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒの値が用いられる。これにより、その乗員と積荷の慣性質量の大きさと配置の変動による車両挙動の変化を抑制できる。また、その乗員と積荷の慣性質量の大きさを検出する必要がなく、乗員がモード切替えスイッチ２１を切替えるだけでモード信号を出力することができ、制御系を簡単化できる。その可変慣性質量が車両の乗員と積荷であることにより、車両の慣性質量Ｍの変動に大きく影響する可変慣性質量の変化に対応することができる。また、そのパラメータとして車両の慣性質量Ｍ、ヨー慣性モーメントＪ、前輪コーナリングパワーＫｆ、後輪コーナリングパワーＫｒ、重心‐前車軸間距離Ｌｆ、重心‐後車軸間距離Ｌｒ、スタビリティファクタＡが用いられることで、車両の慣性質量Ｍの変動に的確に対応できる。モード信号に基づき読み出された一部のパラメータＭ、Ｌｆ、Ｌｒの値に基づき残りのパラメータの値を演算することで、乗員および積荷の慣性質量の大きさと配置の相違に応じて予め値を求めるのはその一部のパラメータＭ、Ｌｆ、Ｌｒだけでよいので、制御系の構成時における作業労力を低減できる。そして、操作部材１の操作に応じて車両挙動を変化させる際に、車両の慣性質量の変動による車両挙動の変動を低減し、ドライバーが違和感を感じるのを防止できる。
【００３５】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、操作部材と車輪とが機械的に連結された操舵装置にも本発明を適用できる。また、入力値は操作部材の操作量に限定されず、例えばトルクセンサ１２により求める操作トルクＴｈを求め、その操作トルクＴｈに対応する目標ヨーレートγ^* を求めるようにしてもよい。さらに、車両を目標軌道に沿い走行させる自動操舵装置を備える車両において、その目標軌道と実際の軌道との偏差を入力値として求め、その偏差に応じて目標挙動指標値を求める操舵装置にも本発明を適用できる。また、車両の挙動指標値はヨーレートに限定されず、例えば横加速度を挙動指標値としたり、ヨーレートと横加速度の双方を挙動指標値としてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、車両挙動の安定性を向上してドライバーに違和感を与えることのない実用的な車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両用操舵装置の制御ブロック線図
【図３】本発明の実施形態の車両用操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 操作部材
２ 操舵用アクチュエータ
３ ステアリングギヤ
４ 車輪
１１ 角度センサ
１３ 舵角センサ
１４ 速度センサ
１５ 横加速度センサ
１６ ヨーレートセンサ
２０ 制御装置
２１ モード切替えスイッチ

Claims (6)

1. 操作部材と、
   前記操作部材の操作量を検出するセンサと、
   車両の挙動指標値を検出するセンサと、
   操舵用アクチュエータと、
   前記操作部材の回転操作により駆動される前記操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する手段と、
   その操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う手段とを備え、
   その演算過程において、車両の慣性質量および重心位置に相関するパラメータを用いる車両用操舵装置において、
   前記操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う前記手段により、前記操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値の演算と、前記目標挙動指標値と前記センサにより検出される挙動指標値との偏差に対する補償値の演算と、前記目標挙動指標値と前記補償値との和に対する目標舵角の演算とが行われ、
   車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じて予め定められた前記パラメータの複数の値を記憶する手段と、
   その可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じたモード信号を発生する手段とが設けられ、
   その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサが設けられ、そのセンサの検出結果に応じて前記モード信号が出力され、
   前記目標舵角の前記演算過程において、そのモード信号に対応する可変慣性質量の大きさと配置に応じて記憶されたパラメータの値が読み出されて用いられることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 操作部材と、
   前記操作部材の操作量を検出するセンサと、
   車両の挙動指標値を検出するセンサと、
   操舵用アクチュエータと、
   前記操作部材の回転操作により駆動される前記操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する手段と、
   その操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う手段とを備え、
   その演算過程において、車両の慣性質量および重心位置に相関するパラメータを用いる車両用操舵装置において、
   前記操舵用アクチュエータを制御するための演算を行う前記手段により、前記操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値の演算と、前記目標挙動指標値と前記センサにより検出される挙動指標値との偏差に対する補償値の演算と、前記目標挙動指標値と前記補償値との和に対する目標舵角の演算とが行われ、
   車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じて予め定められた前記パラメータの複数の値を記憶する手段と、
   その可変慣性質量の大きさと配置の相違に応じたモード信号を発生する手段とが設けられ、
   その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能なモード切替えスイッチが設けられ、そのモード切替えスイッチの切替え操作に応じて前記モード信号が出力され、
   前記目標舵角の前記演算過程において、そのモード信号に対応する可変慣性質量の大きさと配置に応じて記憶されたパラメータの値が読み出されて用いられることを特徴とする車両用操舵装置。
3. その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量である請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記パラメータとして、車両の慣性質量、ヨー慣性モーメント、前輪コーナリングパワー、後輪コーナリングパワー、重心‐前車軸間距離、重心‐後車軸間距離、スタビリティファクタが用いられる請求項１〜３の中の何れかに記載の車両用操舵装置。
5. そのモード信号に基づき、前記演算過程において用いられる一部のパラメータの値が読み出され、
   そのモード信号に基づき読み出されたパラメータの値に基づき、前記演算過程において用いられる残りのパラメータの値を演算する手段を備える請求項１〜４の中の何れかに記載の車両用操舵装置。
6. そのモード信号に基づき、前記演算過程において用いられる全てのパラメータの値を読み出し可能な請求項１〜４の中の何れかに記載の車両用操舵装置。

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