JP5146593B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、前輪の操舵角と後輪の操舵角とを独立に制御する車両の操舵制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１乃至３に提案されている。特許文献１には、４輪操舵制御装置を搭載した車両において、検出されたヨーレートをフィードバックして後輪舵角を補正して、横加速度を制御することが提案されている。特許文献２には、４輪操舵制御装置において、ヨーレートと横加速度とを検出し、横加速度の大きさに応じて後輪舵角を制御することが提案されている。特許文献３には、４輪操舵制御装置において、後輪制御による横Ｇ感応制御とヨーレート感応制御とのいずれの制御を優先させるかを、ドライバが自由に選択できる技術が提案されている。

その他にも、本発明に関連する技術が、特許文献４及び５に記載されている。

特開平５−８５３８３号公報 特開平５−１０５１０１号公報 特開平６−９９８３１号公報 特開２００４−２４３８１３号公報 特開２００８−１２９９４８号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至５には、ヨーレートと横加速度との位相差を適切に考慮して、操舵制御を行うことについては記載されていない。また、ドライバ席（運転席）と後席とにおいてはヨーレートと横加速度との位相差が異なる傾向にあるが、これへの対応についても考慮されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車室内の所定位置におけるヨーレートと横加速度との位相差を適切に制御することで、乗員の快適性を確保することが可能な車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、車両の操舵制御装置は、前輪及び後輪を独立に操舵制御する操舵制御手段と、前記操舵制御手段に対する制御を行うことで、車室内の所定位置におけるヨーレートと横加速度との位相差を制御する位相制御手段と、前記車室内における乗員の搭乗位置状態に基づいて、前記所定位置を設定する設定手段と、を備える。

上記の車両の操舵制御装置は、操舵制御手段により、前輪及び後輪を独立に操舵制御する。位相制御手段は、操舵制御手段に対する制御を行うことで、車室内の所定位置におけるヨーレートと横加速度との位相差を制御する。また、設定手段は、車室内における乗員の搭乗位置状態に基づいて所定位置を設定する。上記の車両の操舵制御装置によれば、車室内の所定位置においてヨーレートと横加速度との位相差を適切に制御することができる。よって、当該所定位置における乗員の快適性（乗り心地）を適切に確保することが可能となる。

上記の車両の操舵制御装置の一態様では、前記位相制御手段は、前記所定位置において、前記横加速度の位相が前記ヨーレートの位相よりも先行するように制御する。

この態様によれば、所定位置における乗員の快適性を、効果的に確保することが可能となる。

上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、前記設定手段は、後席乗員の存在の有無を前記搭乗位置状態として取得し、前記後席乗員が存在する場合には後席側に前記所定位置を設定し、前記後席乗員が存在しない場合には前席側に前記所定位置を設定する。

この態様によれば、後席乗員の有無に応じて、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先させる所定位置を適切に決定することができ、当該所定位置における乗員の快適性を適切に確保することが可能となる。よって、例えば後席乗員の存在する場合には、後席乗員の快適性を適切に確保することが可能となる。

上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、前記設定手段は、ドライバの操作による、車室内のスイッチにおける設定状態に基づいて、前記所定位置を設定する。

この態様によれば、ドライバによる設定に応じて、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先させる所定位置を適切に決定することができ、当該所定位置における乗員の快適性を適切に確保することが可能となる。

上記の車両の操舵制御装置において好適には、前記位相制御手段は、車速が所定速度以下であるときに前記位相差を制御することができる。

本実施形態における車両の操舵制御装置が適用された車両の概略構成を示す図である。 横加速度とヨーレートとの位相差の具体例を示す図である。 第１実施例における制御処理を示すフローチャートである。 第２実施例における制御処理を示すフローチャートである。 第３実施例における制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ｆ 前輪
２ｒ 後輪
４ ハンドル
５ ハンドル角センサ
６ 車速センサ
７ｆ 前輪用アクチュエータ
７ｒ 後輪用アクチュエータ
１０ システムコントローラ

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［車両の構成］
まず、本実施形態における車両の操舵制御装置が適用された車両の全体構成について、図１を用いて説明する。

図１は、車両の概略構成を示す模式図である。なお、図１は、上方から車両を観察した図であり、左が車両の前で、右が車両の後ろを示している。また、破線矢印は、信号の入出力を示している。

車両は、主に、エンジン１と、前輪２ｆＲ、２ｆＬと、後輪２ｒＲ、２ｒＬと、前輪用操舵シャフト３ｆと、後輪用操舵シャフト３ｒと、ハンドル（ステアリングホイール）４と、ハンドル角センサ５と、車速センサ６と、前輪用アクチュエータ７ｆと、後輪用アクチュエータ７ｒと、システムコントローラ１０と、を備える。なお、以下の説明では、左右対称に配置された構成要素については、左右の区別が必要な場合は符号に「Ｌ」、「Ｒ」を付し、左右の区別が不要な場合は「Ｌ」、「Ｒ」を省略する。

エンジン１は、燃焼室内の混合気を爆発させて、動力を発生する内燃機関である。エンジン１によって発生した動力は、図示しないトルクコンバータやトランスミッションやドライブシャフトなどを介して、前輪２ｆ及び後輪２ｒの少なくともいずれかに伝達される。

前輪２ｆは、前輪用操舵シャフト３ｆを介して前輪用アクチュエータ７ｆによって操舵角が制御される。後輪２ｒは、後輪用操舵シャフト３ｒを介して後輪用アクチュエータ７ｒによって操舵角が制御される。即ち、前輪２ｆ及び後輪２ｒは、各々独立に操舵角が制御される（言い換えると、個別に転舵される）。このように、車両は４輪操舵が可能に構成されている。

ハンドル４は、ドライバによって車両を旋回させるためなどに操作され、ドライバによる操舵力はステアリングシャフトを介して前輪用アクチュエータ７ｆに伝達される。ドライバによってハンドル４を回転させた角度（ハンドル角）は、ハンドル角センサ５によって検出される。ハンドル角センサ５は、検出したハンドル角に対応する検出信号Ｓ１をシステムコントローラ１０に供給する。また、車速センサ６は、車両の速度（車速）を検出し、検出した車速に対応する検出信号Ｓ２をシステムコントローラ１０に供給する。

前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒは、本発明における操舵制御手段に相当し、それぞれ前輪２ｆ及び後輪２ｒの操舵角を制御可能に構成されている。具体的には、前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒは、それぞれ、システムコントローラ１０から供給される制御信号Ｓ３ｆ及び制御信号Ｓ３ｒに応じて、前輪用操舵シャフト３ｆ及び後輪用操舵シャフト３ｒを介して前輪２ｆ及び後輪２ｒの操舵角を制御する。詳しくは、前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒは、それぞれ、システムコントローラ１０から供給される制御信号Ｓ３ｆ及び制御信号Ｓ３ｒに対応する操舵角にて前輪２ｆ及び後輪２ｒが操舵されるように制御を行う。

システムコントローラ１０は、所謂ＥＣＵ（Electric Control Unit）などによって構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを有している。本実施形態では、システムコントローラ１０は、ハンドル角センサ５から取得されるハンドル角（検出信号Ｓ１に対応する）と、車速センサ６から取得される車速（検出信号Ｓ２に対応する）とに基づいて、前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒを介して前輪２ｆ及び後輪２ｒに対する操舵制御を行う。詳細は後述するが、システムコントローラ１０は、本発明における位相制御手段及び設定手段として機能する。

［操舵制御方法］
次に、本実施形態においてシステムコントローラ１０が行う操舵制御方法について説明する。本実施形態では、システムコントローラ１０は、前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒに対する制御を行うことで、車室内の所定位置におけるヨーレートと横加速度との位相差を制御する。具体的には、システムコントローラ１０は、車室内の所定位置において、ヨーレートと横加速度との位相差が所望の位相差となるように操舵制御を行う。例えば、システムコントローラ１０は、当該所定位置において、横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行するように操舵制御を行う。一例としては、システムコントローラ１０は、当該所定位置において横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行するように、予め用意された操舵制御を行うための制御マップ又は制御則を選択して操舵制御を実行する。

更に、システムコントローラ１０は、上記したような所定位置を、車室内における乗員の搭乗位置状態に基づいて設定する。例えば、システムコントローラ１０は、後席乗員の存在の有無を搭乗位置状態として用いて、後席乗員が存在する場合には後席側に当該所定位置を設定し、後席乗員が存在しない場合には前席側（つまりドライバ席側）に当該所定位置を設定する。このように後席乗員の存在の有無を搭乗位置状態として用いるのは、基本的にはドライバ席にドライバが搭乗しているため、車室内における乗員の搭乗位置状態としては、後席乗員の存在の有無を判定すれば足りると言えるからである。

ここで、図２を参照して、上記のように操舵制御を行う理由について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、所定のハンドル操作を行った際に操舵制御を行った場合において、車両に発生する横加速度とヨーレートとの位相差の一例を示している。基本的には、操舵制御（４輪操舵）を行った場合には、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、横加速度とヨーレートとの位相差を自由に設定することができる。なお、図２においては、横加速度を「ＬＡ」と表記しており、ヨーレートを「ＹＲ」と表記している。

具体的には、図２（ａ）は、横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行する場合のグラフを示している。図２（ｂ）は、横加速度とヨーレートとの位相差がほとんど無い場合のグラフを示している。図２（ｃ）は、ヨーレートの位相が横加速度の位相よりも先行する場合のグラフを示している。

低速時、ドライバ席において横加速度とヨーレートとの関係が図２（ｂ）又は図２（ｃ）に示すようなものになると、ドライバは“こま”若しくは“Ｃｏｆｅｅ Ｃｕｐ”のように不快を感じる傾向にある。そのため、一般的には、低速時、ドライバ席において横加速度とヨーレートとの関係が図２（ａ）に示すようなものになるように操舵制御が行われている（つまりチューニングが行われている）。しかしながら、ドライバ席において図２（ａ）に示すような関係になっていても、通常の乗用車の後席では、横加速度とヨーレートとの関係が図２（ｂ）又は図２（ｃ）に示すようなものになる傾向にある。こうなるのは、車両において過渡的に発生する横加速度が、車両の前後方向位置によって異なる傾向にあるからである。そのため、このような場合には、ドライバ席に座るドライバが不快に感じなくても、後席に座る後席乗員が不快に感じる場合がある。また、その逆の場合もある。

したがって、本実施形態では、上記したような、ドライバ席と後席とにおいてヨーレートと横加速度との位相差が異なるといった事実を考慮に入れて操舵制御を行う。具体的には、システムコントローラ１０は、例えばドライバの意思や走行モードや後席乗員の有無などによって、車室内のどこの位置（具体的にはドライバ席若しくは後席）での横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を重視するかを選択して、選択された位置における乗員が不快を感じないように操舵制御を行う。詳しくは、システムコントローラ１０は、このように選択された位置において、ヨーレートと横加速度との位相差が望ましい位相差となるように、より詳しくは横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行するように（つまり図２（ａ）に示すような関係になるように）、操舵制御を行う。

また、システムコントローラ１０は、車速が所定速度以下である低速時に（例えば４０ｋｍ／ｈ以下であるときに）、上記したような操舵制御を行う。こうするのは、低速時において、ヨーレートと横加速度との位相差が乗員に与える影響が大きくなる傾向にあるからである。

このような本実施形態における操舵制御方法によれば、ドライバ及び／又は後席乗員の快適性（乗り心地）を、適切に確保することが可能となる。

以下では、システムコントローラ１０が行う操舵制御方法の実施例について具体的に説明する。

（第１実施例）
第１実施例では、システムコントローラ１０は、低速時において、どこの位置（ドライバ席若しくは後席）での横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先するかを選択して、選択された位置における乗員が不快を感じないように操舵制御を行う。具体的には、システムコントローラ１０は、選択された位置において、横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行するように操舵制御を行う。

詳しくは、第１実施例では、システムコントローラ１０は、後席乗員の有無によって、横加速度とヨーレートとの関係を優先する車室内の位置を決定する。この場合、システムコントローラ１０は、後席乗員が存在しない場合には横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置としてドライバ席を決定し、後席乗員が存在する場合には横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置として後席を決定する。そして、システムコントローラ１０は、このように決定された位置における乗員が不快を感じないように操舵制御を行う。一例としては、システムコントローラ１０は、車両に設けられた後席シートベルトセンサと後席シート圧センサとから検出信号を取得して、これらの検出信号に基づいて後席乗員の存在の有無を判定する。

図３は、第１実施例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、システムコントローラ１０によって実行される。なお、図３においては、横加速度を「ＬＡ」と表記しており、ヨーレートを「ＹＲ」と表記している。

ステップＳ１０１では、システムコントローラ１０は、低速時において、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先する車室内の位置を決定する。具体的には、システムコントローラ１０は、後席乗員の有無によって、ドライバ席及び後席のいずれかを選択する。詳しくは、システムコントローラ１０は、後席シートベルトセンサと後席シート圧センサとから取得される検出信号に基づいて後席乗員の存在の有無を判定し、後席乗員が存在しない場合にはドライバ席を選択し、後席乗員が存在する場合には後席を選択する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、システムコントローラ１０は、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置としてドライバ席が選択されたか否かを判定する。ドライバ席が選択された場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、システムコントローラ１０は、ドライバ席での低速における横加速度とヨーレートとの関係で、横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行し、ドライバが不快を感じないような制御マップ又は制御則を選択する。つまり、ドライバ席において、図３のステップＳ１０３において図示しているような横加速度とヨーレートとの関係になるように、操舵制御を行う。そして、処理は終了する。

これに対して、ドライバ席が選択されなかった場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、即ち横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置として後席が選択された場合、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、システムコントローラ１０は、後席での低速における横加速度とヨーレートとの関係で、横加速度の位相がヨーレートの位相よりも先行し、後席乗員が不快を感じないような制御マップ又は制御則を選択する。つまり、後席において、図３のステップＳ１０４において図示しているような横加速度とヨーレートとの関係になるように、操舵制御を行う。そして、処理は終了する。

以上説明した処理によれば、後席乗員の有無に応じて、横加速度とヨーレートとの関係を優先させる位置を適切に決定して、当該位置における乗員の快適性を適切に確保することが可能となる。

なお、走行中において、後席シートベルトセンサと後席シート圧センサとから取得される検出信号が切り替わっても、上記したような横加速度とヨーレートとの関係を優先させる車室内の位置の切り替えを、即座に行わないことが望ましい。例えば、後席シートベルトセンサと後席シート圧センサとから取得される検出信号が切り替わってから所定時間経過した後に当該切り替えを行ったり、車速が概ね「０」になった際に当該切り替えを行ったりすることが好適である。こうするのは、走行中の一時的なシートベルト外しや走行中のシート上でのジャンプなどによる、後席乗員の有無についての誤判定を防止するためである。

（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、ドライバの意思によって、横加速度とヨーレートとの関係を優先する車室内の位置を決定する（つまり走行モードによって前述した所定位置を決定する）点で、第１実施例と異なる。即ち、第２実施例では、前述したようにして、後席乗員の有無に基づいて横加速度とヨーレートとの関係を優先する車室内の位置が決定された後に、ドライバの意思によって当該位置を変更する。

具体的には、第２実施例では、ドライバが横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置を選択し、ドライバが選択した位置における乗員が不快を感じないように操舵制御を行う。この場合、ドライバは、例えば車室内に設けられたマニュアルスイッチを操作することで、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置として、ドライバ席及び後席のいずれかに切り替える。

図４は、第２実施例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、システムコントローラ１０によって実行される。なお、図４においては、横加速度を「ＬＡ」と表記しており、ヨーレートを「ＹＲ」と表記している。また、ステップＳ２０１の処理、及びステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理は、前述したステップＳ１０１の処理、及びステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理と同様であるため（図３参照）、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２０２の処理のみを説明する。

ステップＳ２０２では、システムコントローラ１０は、低速時において、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先する車室内の位置を決定する。ここでは、システムコントローラ１０は、ステップＳ２０１において後席乗員の有無に基づいて決定された位置（ドライバ席及び後席のいずれか）を、ドライバの意思に応じて変更する。具体的には、システムコントローラ１０は、ドライバの操作によるマニュアルスイッチの設定状態に応じて、ドライバ席及び後席のいずれかを選択する。そして、処理はステップＳ２０３に進む。

以上説明した処理によれば、ドライバの意思によって選択された位置における乗員の快適性を、適切に確保することが可能となる。

なお、上記では、後席乗員の有無及びドライバの意思の両方に基づいて、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先する車室内の位置を決定する実施例を示したが、これに限定はされない。他の例では、ドライバの意思のみに基づいて、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置を決定することができる。

（第３実施例）
次に、第３実施例について説明する。第３実施例では、走行モードによって、横加速度とヨーレートとの関係を優先する車室内の位置を決定する（つまり走行モードによって前述した所定位置を決定する）点で、第１及び第２実施例と異なる。即ち、第３実施例では、前述したようにして、後席乗員の有無に基づいて横加速度とヨーレートとの関係を優先する車室内の位置が決定された後に、走行モードによって当該位置を変更する。具体的には、第３実施例では、システムコントローラ１０は、ドライバなどによって設定された走行モードに応じて、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置を決定し、当該位置における乗員が不快を感じないように操舵制御を行う。

例えば、システムコントローラ１０は、走行モードが「ＳＰＯＲＴ」に設定されている場合には、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置としてドライバ席を決定し、走行モードが「ＮＯＲＭＡＬ」に設定されている場合には、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置として後席を決定する。なお、例えばＡＶＳ（Adaptive Variable Suspension System ）のスイッチ（以下、「走行モード切り替えスイッチ」と呼ぶ。）が操作されることで、走行モードにおける「ＳＰＯＲＴ」と「ＮＯＲＭＡＬ」との切り替えが行われる。

図５は、第３実施例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、システムコントローラ１０によって実行される。なお、図５においては、横加速度を「ＬＡ」と表記しており、ヨーレートを「ＹＲ」と表記している。また、ステップＳ３０１の処理、及びステップＳ３０３〜Ｓ３０５の処理は、前述したステップＳ１０１の処理、及びステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理と同様であるため（図３参照）、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ３０２の処理のみを説明する。

ステップＳ３０２では、システムコントローラ１０は、低速時において、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先する車室内の位置を決定する。ここでは、システムコントローラ１０は、ステップＳ３０１において後席乗員の有無に基づいて決定された位置（ドライバ席及び後席のいずれか）を、走行モードに応じて変更する。具体的には、システムコントローラ１０は、設定されている走行モードに応じて（言い換えると、ドライバの操作による走行モード切り替えスイッチの設定状態に応じて）、ドライバ席及び後席のいずれかを選択する。詳しくは、システムコントローラ１０は、走行モードが「ＳＰＯＲＴ」に設定されている場合にはドライバ席を選択し、走行モードが「ＮＯＲＭＡＬ」に設定されている場合には後席を選択する。そして、処理はステップＳ３０３に進む。

以上説明した処理によれば、走行モードに応じて、横加速度とヨーレートとの関係を優先させる位置を適切に決定して、当該位置における乗員の快適性を適切に確保することが可能となる。

なお、上記では、後席乗員の有無及び走行モードの意思の両方に基づいて、横加速度とヨーレートとの関係（位相差）を優先する車室内の位置を決定する実施例を示したが、これに限定はされない。他の例では、走行モードのみに基づいて、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置を決定することができる。更に他の例では、走行モードと、第１実施例で示したようなドライバの意思とに基づいて、横加速度とヨーレートとの関係を優先する位置を決定することができる。

本発明は、前輪の操舵角と後輪の操舵角とを独立に制御可能な車両に対して利用することができる。

Claims (5)

1. 前輪及び後輪を独立に操舵制御する操舵制御手段と、
   前記操舵制御手段に対する制御を行うことで、車室内の所定位置におけるヨーレートと横加速度との位相差を制御する位相制御手段と、
   前記車室内における乗員の搭乗位置状態に基づいて、前記所定位置を設定する設定手段と、を備えることを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 前記位相制御手段は、前記所定位置において、前記横加速度の位相が前記ヨーレートの位相よりも先行するように制御する請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
3. 前記設定手段は、後席乗員の存在の有無を前記搭乗位置状態として取得し、前記後席乗員が存在する場合には後席側に前記所定位置を設定し、前記後席乗員が存在しない場合には前席側に前記所定位置を設定する請求項１又は２に記載の車両の操舵制御装置。
4. 前記設定手段は、ドライバの操作による、車室内のスイッチにおける設定状態に基づいて、前記所定位置を設定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両の操舵制御装置。
5. 前記位相制御手段は、車速が所定速度以下であるときに前記位相差を制御する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両の操舵制御装置。

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