JP5321107B2 - Turning behavior control device and turning behavior control method - Google Patents

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本発明は、旋回挙動制御装置、及び旋回挙動制御方法に関するものである。   The present invention relates to a turning behavior control device and a turning behavior control method.
一般に、4輪操舵では、低速で前後輪を逆相に転舵し、高速で前後輪を同相に転舵すると、車体の向き(回頭方向)を進行方向に一致させることができるので、運転しやすいとされている。
ところで、低速で前後輪を逆相に転舵すると、車両の小回り性能は向上するものの、車体の後端側(特に背面と側面との角部)が旋回外側に張り出すので、注意が必要となる。そこで、車体前端点の平均化軌跡を算出し、車体後端点の軌跡が、車体前端点の平均化軌跡よりも内側を通過するように、後輪の転舵速度を制限し、後輪舵角を徐々に増加させるものがあった(特許文献1参照)。
In general, in four-wheel steering, if the front and rear wheels are steered in the opposite phase at low speed and the front and rear wheels are steered in the same phase at high speed, the vehicle body direction (turning direction) can be matched to the traveling direction. It is said that it is easy.
By the way, turning the front and rear wheels in opposite phases at low speed improves the vehicle's turning performance, but the rear end side of the vehicle body (especially the corner between the back and side surfaces) protrudes to the outside of the turn. Become. Therefore, the average trajectory of the front end point of the vehicle body is calculated, the steering speed of the rear wheel is limited so that the trajectory of the rear end point of the vehicle body passes inside the average trajectory of the front end point of the vehicle body, and the rear wheel steering angle Have gradually increased (see Patent Document 1).
特開2003−54435号公報JP 2003-54435 A
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、後輪舵角を徐々に増加させるため、運転者のステアリング操作が既に或る操舵角で止まっているのに、後輪舵角が徐々に増加することになる。すなわち、運転者が一定の操舵角で保舵しているのに、旋回軌跡が刻々と変化することで、運転者に違和感を与えかねない。
本発明の課題は、旋回外側への車体後部の張り出しを防ぎつつ、運転者のステアリング操作に対する旋回挙動の応答特性を向上させることである。
However, in the conventional example described in Patent Document 1, in order to gradually increase the rear wheel steering angle, the steering operation of the driver has already stopped at a certain steering angle, but the rear wheel steering angle Will gradually increase. That is, although the driver keeps the wheel at a constant steering angle, the turning trajectory changes every moment, which may give the driver a sense of incongruity.
An object of the present invention is to improve response characteristics of turning behavior with respect to a steering operation of a driver while preventing a rear portion of a vehicle body from projecting to the outside of the turning.
上記の課題を解決するために、本発明に係る旋回挙動制御装置は、前後輪の夫々を個別に転舵可能な転舵機構を備え、車速及び操舵角に応じて車両の目標ヨーレートを設定し、設定した目標ヨーレート及び車速に応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角を設定し、設定した目標ヨーレート及び目標横すべり角が達成されるように前記駆動機構を駆動制御する。また、目標横すべり角を設定する際に、ヨーレートの変化率、又は操舵角の変化率に対して上限値を設定し、設定した上限値が小さいほど、旋回内側への回頭を制限した前記目標横すべり角を設定する。 In order to solve the above-described problems, a turning behavior control device according to the present invention includes a turning mechanism capable of individually turning front and rear wheels, and sets a target yaw rate of a vehicle according to a vehicle speed and a steering angle. Then, a target side slip angle of the vehicle whose turning inward is restricted is set according to the set target yaw rate and vehicle speed, and the drive mechanism is driven and controlled so that the set target yaw rate and target side slip angle are achieved. Further, when setting the target side slip angle, an upper limit value is set for the rate of change of the yaw rate or the change rate of the steering angle. The smaller the set upper limit value, the more the target side slip that limits the turning to the inside of the turn. Set the corner.
本発明に係る旋回挙動制御装置によれば、目標ヨーレートと、旋回内側への回頭を制限した目標横すべり角とが実現されるので、旋回外側への車体後部の張り出しを防ぎつつ、運転者のステアリング操作に対する旋回挙動の応答特性を向上させることである。   According to the turning behavior control device according to the present invention, the target yaw rate and the target side slip angle that restricts the turning to the inside of the turn are realized, so that the steering of the driver is prevented while preventing the rear part of the vehicle body from protruding to the outside of the turn. It is to improve the response characteristics of the turning behavior to the operation.
用語の説明図である。It is explanatory drawing of a term. 概略構成である。It is a schematic configuration. 駆動制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a drive control process. ブロック図である。It is a block diagram. 第一実施形態のシミュレーション結果である。It is a simulation result of a first embodiment. 従来技術と第一実施形態との旋回動作の違いを表す。The difference of the turning operation | movement of a prior art and 1st embodiment is represented. 従来技術による車体外形の旋回軌跡である。It is a turning locus of the vehicle body outline according to the prior art. 第一実施形態による車体外形の旋回軌跡である。It is a turning locus of the vehicle body outline according to the first embodiment. 他の実施形態である。It is another embodiment. 第二実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a second embodiment. 第二実施形態のシミュレーション結果である。It is a simulation result of a second embodiment. 従来技術と第二実施形態との旋回動作の違いを表す。The difference of the turning operation | movement of a prior art and 2nd embodiment is represented. 第二実施形態による車体外形の旋回軌跡である。It is the turning locus | trajectory of the vehicle body external shape by 2nd embodiment. 第三実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a third embodiment.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第一実施形態》
先ず、本実施形態で用いる用語について説明する。
図1は、用語の参考図である。
[基準点]
車両上に固定された座標原点である。車両上の任意の位置に基準点を設定することが可能であるが、本実施形態では車両の重心点に設定している。また、算出を容易にするために、前車軸の2等分点と後車軸の2等分点とを結ぶ線分の中点に設定してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<< first embodiment >>
First, terms used in the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a reference diagram of terms.
[Reference point]
This is the coordinate origin fixed on the vehicle. Although it is possible to set the reference point at an arbitrary position on the vehicle, in this embodiment, the reference point is set to the center of gravity of the vehicle. Further, in order to facilitate the calculation, it may be set to the midpoint of the line segment connecting the bisector of the front axle and the bisector of the rear axle.
[車両座標]
基準点を原点とし、車体前後方向をX軸、車体左右方向をY軸とし、車両基準点よりも車体前方、及び車体左側を、夫々、正(+)方向とした座標系である。なお、旋回に関しては、反時計回りを正方向で表す。
[車速]
基準点の速度である。
[横すべり角]
X軸に対する車速がなす角度である。反時計回りを正方向で表す。
[ヨーレート]
車両座標の回転速度である。反時計回りを正方向で表す。
[旋回中心]
基準点から見て地上速度がゼロとなる点である。
[旋回半径]
基準点から旋回中心までの距離である。
[Vehicle coordinates]
This is a coordinate system in which the reference point is the origin, the longitudinal direction of the vehicle body is the X axis, the lateral direction of the vehicle body is the Y axis, and the front side and the left side of the vehicle body are forward (+) directions from the vehicle reference point. As for turning, the counterclockwise direction is represented by a positive direction.
[Vehicle speed]
The speed of the reference point.
[Slip angle]
This is the angle formed by the vehicle speed with respect to the X axis. Counterclockwise is represented in the positive direction.
[Yaw rate]
The rotation speed of the vehicle coordinates. Counterclockwise is represented in the positive direction.
[Swivel center]
This is the point where the ground speed becomes zero when viewed from the reference point.
[Turning radius]
This is the distance from the reference point to the turning center.
《構成》
図2は、本実施形態の概略構成である。自動車1には、各車輪2i(i=FL、FR、RL、RR)を個別に転舵可能な転舵機構3iを搭載し、夫々をコントローラ4によって駆動制御することで、運転者のステアリング操作に応じて該ステアリングと機械的に分離された各車輪を転舵する、いわゆるステアリング・バイワイヤ制御(以下単にステアリング・バイワイヤと言う)を行う。
転舵機構3iは、車輪2iに転舵トルクを付与する電動モータを備え、該電動モータによって車輪2iを転舵駆動することで、車輪を転舵する。
"Constitution"
FIG. 2 is a schematic configuration of the present embodiment. The vehicle 1 is equipped with a steering mechanism 3i that can individually steer each wheel 2i (i = FL, FR, RL, RR), and each of them is driven and controlled by the controller 4 so that the steering operation of the driver is performed. In response to this, so-called steering-by-wire control (hereinafter simply referred to as steering-by-wire) is performed to steer each wheel mechanically separated from the steering.
The steered mechanism 3i includes an electric motor that applies a steering torque to the wheel 2i, and steers the wheel by driving the wheel 2i to be steered by the electric motor.
コントローラ4は、操舵角センサ5で検出するステアリングホイール6の操舵角と、車輪速センサ7で検出する各車輪速と、各車輪の転舵角を検出する転舵角センサ8で検出された各転舵角とを入力し、図3の駆動制御処理を実行する。
なお、コントローラ4は、ステアリング・バイワイヤを行う際、運転者のステアリング操作に対して適度な操舵反力を付与するために、ステアリング系統に接続された反力モータ9の駆動制御を行うものとする。
The controller 4 detects the steering angle of the steering wheel 6 detected by the steering angle sensor 5, each wheel speed detected by the wheel speed sensor 7, and each detected by the turning angle sensor 8 that detects the turning angle of each wheel. The turning angle is input, and the drive control process in FIG. 3 is executed.
The controller 4 performs drive control of the reaction force motor 9 connected to the steering system in order to apply an appropriate steering reaction force to the driver's steering operation when performing steering-by-wire. .
次に、コントローラ4で実行される駆動制御処理を、図3のフローチャートに従って説明する。図4は、そのブロック図である。
ステップS1では、操舵角、各車輪速、各転舵角などの各種データを読込む。
続くステップS2では、各車輪速に基づいて車速Vを算出する。
続くステップS3では、下記(1)式に示すように、操舵角θに応じて目標ヨーレートγを算出する。Reは操舵角θ対するゲインである。
γ=Re×θ …………(1)
Next, drive control processing executed by the controller 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 4 is a block diagram thereof.
In step S1, various data, such as a steering angle, each wheel speed, and each turning angle, are read.
In the subsequent step S2, the vehicle speed V is calculated based on each wheel speed.
In the subsequent step S3, the target yaw rate γ is calculated according to the steering angle θ as shown in the following equation (1). Re is a gain for the steering angle θ.
γ = Re × θ (1)
なお、下記(2)式に示すように、時定数Ts、定常ゲインGrとなるような1次応答モデルを用いることでゲインReを算出してもよい。
Re=Gr/(1+Ts) …………(2)
続くステップS4では、下記(3)式に示すように、車速V及び目標ヨーレートγに応じて目標横すべり角βを算出する。Lrは車両重心から後輪車軸までの距離である。
β≦−(Lr/V)γ …………(3)
Note that, as shown in the following equation (2), the gain Re may be calculated by using a primary response model having a time constant Ts and a steady gain Gr.
Re = Gr / (1 + Ts) (2)
In the subsequent step S4, as shown in the following equation (3), the target side slip angle β is calculated according to the vehicle speed V and the target yaw rate γ. Lr is the distance from the center of gravity of the vehicle to the rear wheel axle.
β ≦ − (Lr / V) γ (3)
目標横すべり角βは、旋回内側へ向かないように制限する、つまり旋回外側へ向かせ、且つ旋回中心Pを後輪車軸よりも後側へ位置させるための値である。上記(3)式によれば、ヨーレートγが等しい状態で車速Vが増加すると目標横すべり角βは小さくなり、車速Vが等しい状態でヨーレートγが増加すると目標横すべり角βは大きくなる。
続くステップS5では、下記(4)式に示すように、目標横すべり角β、目標ヨーレートγに応じて、前輪及び後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出する。ここでは、自車両の動特性を表した線形2自由度モデルを用いて算出する方法を示す。なお、Vは検出された車速、Aは車両のスタビリティファクタ、mは車両質量、Izは車両のヨー慣性モーメント、Cfは前輪等価コーナリングパワー、Crは後輪等価コーナリングパワー、Lfは重心と前軸間の距離、Lrは重心と後軸間の距離、Lはホイールベースである。
The target side slip angle β is a value for restricting not to go to the inside of the turn, that is, to turn to the outside of the turn, and to place the turning center P on the rear side of the rear wheel axle. According to the above equation (3), when the vehicle speed V increases with the yaw rate γ equal, the target side slip angle β decreases, and when the yaw rate γ increases with the vehicle speed V equal, the target side slip angle β increases.
In the subsequent step S5, as shown in the following equation (4), the target turning angles δf (s) and δr (s) of the front wheels and the rear wheels are calculated according to the target side slip angle β and the target yaw rate γ. Here, a calculation method using a linear two-degree-of-freedom model representing the dynamic characteristics of the host vehicle is shown. V is the detected vehicle speed, A is the vehicle stability factor, m is the vehicle mass, Iz is the vehicle yaw moment of inertia, Cf is the front wheel equivalent cornering power, Cr is the rear wheel equivalent cornering power, Lf is the center of gravity and front The distance between the axes, Lr is the distance between the center of gravity and the rear axis, and L is the wheelbase.
続くステップS6では、各目標転舵角に実際の転舵角(転舵角センサ8で検出される各車輪の転舵角)が一致するように、各転舵機構3iを駆動制御して所定のメインプログラムに復帰する。
上記によれば、例えばヨーレートセンサや横加速度センサ、横すべり角センサなどの運動状態量を検出する装置を必要とせずにフィードフォワード的に車両挙動を制御することができる。勿論、運動の目標性能に対する追従性を更に向上させることを目的として、例えば特開昭62―247919号公報や、特開平2―106469号公報に示されるように、運動状態量の実測値を検出してフィードバック補償を行うシステムであっても、本発明を適用できる。
In the subsequent step S6, each turning mechanism 3i is driven and controlled so that the actual turning angle (the turning angle of each wheel detected by the turning angle sensor 8) coincides with each target turning angle. Return to the main program.
Based on the above, it is possible to control the vehicle behavior in a feed-forward manner without requiring a device for detecting a motion state quantity such as a yaw rate sensor, a lateral acceleration sensor, or a side slip angle sensor. Of course, for the purpose of further improving the follow-up performance to the target performance of the motion, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 62-247919 and Japanese Patent Laid-Open No. 2-106469, an actual measured value of the motion state quantity is detected. Thus, the present invention can be applied even to a system that performs feedback compensation.
《作用》
通常の前輪操舵(2WS)では、後輪の向きが車体の向きと略一致することにより、定常旋回において、車速と旋回半径に応じて前後輪にコーナリングフォースが作用し、後輪に作用するコーナリングフォースと後輪の横すべり角が釣り合うように、車両の横すべり角を変化させる。すなわち、前輪操舵(2WS)では、コーナリング時に低速であるほど車体は旋回外側に向き、高速になると車体は旋回内側を向くようになる。
<Action>
In normal front wheel steering (2WS), the direction of the rear wheel substantially coincides with the direction of the vehicle body, so that cornering force acts on the front and rear wheels according to the vehicle speed and turning radius in steady turning, and cornering acting on the rear wheels. The side slip angle of the vehicle is changed so that the side slip angle of the force and the rear wheel is balanced. That is, in front wheel steering (2WS), the vehicle body is directed to the outside of the turn at a lower speed during cornering, and the vehicle body is directed to the inside of the turn at a higher speed.
これに対して、本実施形態では、車速V及び操舵角θに応じて目標ヨーレートγを算出し(ステップS3)、車速V及び目標ヨーレートγに応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角βを算出し(ステップS4)、これら目標ヨーレートγ及び目標横すべり角βに応じて前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出し(ステップS5)、この前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)が達成されるように転舵機構3iを駆動制御する(ステップS6)。
このように、4輪操舵(4WS)では、車両の進行方向と車体の向きの差である横すべり角を任意の位置に制御することが可能となるので、高速になっても横すべり角を旋回外側に維持することができる。これにより、車体後部の張り出しを前輪操舵(2WS)に比べて減少することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the target yaw rate γ is calculated according to the vehicle speed V and the steering angle θ (step S3), and the target of the vehicle in which the turning to the inside of the turn is limited according to the vehicle speed V and the target yaw rate γ. The side slip angle β is calculated (step S4), and the target turning angles δf (s) and δr (s) of the front and rear wheels are calculated according to the target yaw rate γ and the target side slip angle β (step S5). The steering mechanism 3i is driven and controlled so that the target turning angles δf (s) and δr (s) are achieved (step S6).
As described above, in the four-wheel steering (4WS), the side slip angle that is the difference between the traveling direction of the vehicle and the direction of the vehicle body can be controlled to an arbitrary position. Can be maintained. Thereby, the overhang | projection of the vehicle body rear part can be reduced compared with front-wheel steering (2WS).
先ず、車速と運転者のステアリング操作に応じた車両の運動特性を決め、この運動特性を実現するように転舵制御がなされるためヨーレートの収斂を早めることができる。車両は、目標ヨーレートおよび目標横すべり角を実現するように転舵されるため、幾何学的に車両が動く低速域から、タイヤのスリップ角でコーナリングフォースを発生する中高速域まで、同じタイヤ転舵角の考え方で制御できる。前輪操舵(2WS)の車両では、車速の増加に伴って車体は旋回内側を向く特性を持っているが、本実施形態では、低速域から高速域まで、車体は後輪よりも後方を中心として旋回動作が行われ、車速の増加による車両動特性の変化によらず後輪位置は旋回外側へ張り出さなくなる。   First, the vehicle motion characteristics corresponding to the vehicle speed and the driver's steering operation are determined, and the steering control is performed to realize the motion characteristics, so the convergence of the yaw rate can be accelerated. Since the vehicle is steered to achieve the target yaw rate and the target side slip angle, the same tire steering from the low speed range where the vehicle moves geometrically to the mid and high speed range where the cornering force is generated at the tire slip angle. It can be controlled by the angle concept. In a front-wheel steering (2WS) vehicle, the vehicle body has a characteristic of turning inside as the vehicle speed increases. In this embodiment, the vehicle body is centered on the rear side of the rear wheel from the low speed range to the high speed range. A turning operation is performed, and the rear wheel position does not protrude to the outside of the turn regardless of a change in vehicle dynamic characteristics due to an increase in vehicle speed.
図5は、車速20km/hで直進走行している状態から、操舵角θを増加させたときのシミュレーション結果である。
本実施形態では、前記(3)式に従って、目標横すべり角βを算出することで、後輪舵角は前輪舵角と同相に制御され、応答遅れもない。これにより、運転者のステアリング操作に遅れることなく後輪舵角が応答し、運転者が一定の操舵角で保舵したときには、その直後にヨーレートも、ステアリング操作に応じた一定の値に収束する。
FIG. 5 is a simulation result when the steering angle θ is increased from a state where the vehicle is traveling straight at a vehicle speed of 20 km / h.
In the present embodiment, by calculating the target side slip angle β according to the equation (3), the rear wheel steering angle is controlled in phase with the front wheel steering angle, and there is no response delay. As a result, the rear wheel steering angle responds without delay to the driver's steering operation, and when the driver steers at a constant steering angle, the yaw rate also converges to a constant value corresponding to the steering operation immediately after that. .
次に、従来技術と本実施形態とのシミュレーション結果を比較する。
図6は、従来技術と本実施形態の旋回動作の違いを表す。
従来技術においては、旋回初期は旋回中心位置が車両後方にあり、以降は後輪舵角が前輪とは逆向きの舵角で増加することで、車体の進行に伴って旋回中心は車両前方へ移動してくる。そのため、ステアリング操作とは無関係に旋回中心が移動し、車速の増加と共にその移動速度が大きくなる。
一方、本実施形態では、旋回内側への横すべり角を制限する、つまり横すべり角を旋回外側に維持することで、旋回中心が常に車体の後輪よりも後方に位置し、ヨーレートと車速に応じて車体後部の張り出し量が小さくなる。
Next, the simulation results of the prior art and this embodiment are compared.
FIG. 6 shows the difference in the turning operation between the prior art and the present embodiment.
In the prior art, the turning center position is at the rear of the vehicle at the beginning of turning, and thereafter the turning angle of the rear wheel increases at a rudder angle opposite to that of the front wheels. Come on. Therefore, the turning center moves regardless of the steering operation, and the movement speed increases as the vehicle speed increases.
On the other hand, in this embodiment, by limiting the side slip angle to the inside of the turn, that is, maintaining the side slip angle on the outside of the turn, the turning center is always located behind the rear wheel of the vehicle, and according to the yaw rate and the vehicle speed. The overhang amount at the rear of the vehicle body is reduced.
図7は、従来技術による車体外形の旋回軌跡である。
図8は、本実施形態による車体外形の旋回軌跡である。
従来技術では、ステアリング操作ではなく、進行距離に応じて舵角量が変化するため、車速の影響を多大に受ける。しかも、後輪舵角が次第に増加してくるので、後輪舵角が増加した状態で、車両を停車させ、その後、再発進させると、停車直前のような大きな後輪舵角が得られないことで、運転者に違和感を与えてしまう。
一方、本実施形態では、車速変化の影響を抑制でき、どの車速域でも車両後部の張り出しを極僅かで且つ略一定の状態に保つことができる。
FIG. 7 is a turning trajectory of the vehicle body outline according to the prior art.
FIG. 8 is a turning trajectory of the vehicle body outline according to the present embodiment.
In the prior art, the steering angle amount changes not according to the steering operation but according to the travel distance, and thus is greatly affected by the vehicle speed. In addition, since the rear wheel rudder angle gradually increases, if the vehicle is stopped with the rear wheel rudder angle increasing, and then restarted, a large rear wheel rudder angle just before the stop cannot be obtained. As a result, the driver feels uncomfortable.
On the other hand, in this embodiment, the influence of the vehicle speed change can be suppressed, and the overhang of the rear portion of the vehicle can be kept in a very slight and substantially constant state at any vehicle speed range.
《応用例》
なお、本実施形態では、各車輪2iの全てを個別に転舵可能な転舵機構3iを搭載しているが、少なくとも前後輪の夫々の転舵角を個別に制御できればよいので、例えば、図9に示すように、ステアリングと前輪とが機械的に接続された操舵装置において、前輪2FL・2FRの舵角比(操舵角に対する転舵角の比)を変更可能なギヤ比可変機構10と、後輪2RL・2RRを転舵可能な転舵機構11とを設けることで、前後輪の夫々の転舵角を個別に制御可能とするような構成であっても、上記の一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
《Application example》
In this embodiment, the steering mechanism 3i capable of individually turning all the wheels 2i is mounted. However, at least the respective turning angles of the front and rear wheels may be individually controlled. 9, in the steering device in which the steering and the front wheels are mechanically connected, the gear ratio variable mechanism 10 capable of changing the steering angle ratio of the front wheels 2FL and 2FR (the ratio of the steering angle to the steering angle); Even with a configuration in which the turning angles of the front and rear wheels can be individually controlled by providing the turning mechanism 11 capable of turning the rear wheels 2RL and 2RR, the same as in the above embodiment. The effect of this can be obtained.
《効果》
以上より、ステップS3の処理が「ヨーレート設定手段」に対応し、ステップS4の処理が「横すべり角設定手段」に対応し、ステップS5の処理が「算出手段」に対応し、ステップS6の処理が「制御手段」に対応する。
(1)前後輪の夫々を個別に転舵可能な転舵機構と、車速及び操舵角に応じて車両の目標ヨーレートを設定するヨーレート設定手段と、該ヨーレート設定手段が設定した目標ヨーレート及び車速に応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角を設定する横すべり角設定手段と、前記ヨーレート設定手段が設定した目標ヨーレート及び前記横すべり角設定手段が設定した目標横すべり角に応じて前後輪の目標転舵角を算出する算出手段と、該算出手段が算出した目標転舵角に応じて前記駆動機構を駆動制御する制御手段と、を備える。
これにより、目標ヨーレートと、旋回内側への回頭を制限した目標横すべり角とが実現されるので、旋回外側への車体後部の張り出しを防ぎつつ、運転者のステアリング操作に対する旋回挙動の応答特性を向上させることである。
"effect"
From the above, the process of step S3 corresponds to “yaw rate setting means”, the process of step S4 corresponds to “side slip angle setting means”, the process of step S5 corresponds to “calculation means”, and the process of step S6 is performed. Corresponds to “control means”.
(1) A steering mechanism capable of individually turning the front and rear wheels, a yaw rate setting means for setting the target yaw rate of the vehicle according to the vehicle speed and the steering angle, and the target yaw rate and vehicle speed set by the yaw rate setting means A side slip angle setting means for setting a target side slip angle of the vehicle that restricts turning to the inside of the turn in response, a front yaw rate according to a target yaw rate set by the yaw rate setting means and a target side slip angle set by the side slip angle setting means Calculating means for calculating the target turning angle, and control means for drivingly controlling the drive mechanism in accordance with the target turning angle calculated by the calculating means.
This realizes the target yaw rate and the target side slip angle that limits the turning to the inside of the turn, improving the response characteristics of the turning behavior to the steering operation of the driver while preventing the rear part of the vehicle body from protruding to the outside of the turn. It is to let you.
(2)前記横すべり角設定手段は、後輪車軸よりも後方で横すべり角がゼロとなるように、前記目標横すべり角を設定する。
これにより、低速域から高速域まで、車体は後輪よりも後方を中心として旋回することになるので、車速に係らず旋回外側への車体後部の張り出しを防ぐことができる。
(3)前後輪の夫々を個別に転舵可能な転舵機構を備え、
車速及び操舵角に応じて車両の目標ヨーレートを設定し、設定した目標ヨーレート及び車速に応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角を設定し、設定した目標ヨーレート及び目標横すべり角が達成されるように前記駆動機構を駆動制御する。
これにより、目標ヨーレートと、旋回内側への回頭を制限した目標横すべり角とが実現されるので、旋回外側への車体後部の張り出しを防ぎつつ、運転者のステアリング操作に対する旋回挙動の応答特性を向上させることである。
(2) The side slip angle setting means sets the target side slip angle so that the side slip angle becomes zero behind the rear wheel axle.
As a result, the vehicle body turns around the rear of the rear wheel from the low speed range to the high speed range, so that it is possible to prevent the rear portion of the vehicle body from projecting to the outside of the turn regardless of the vehicle speed.
(3) equipped with a steering mechanism capable of individually turning the front and rear wheels,
The target yaw rate of the vehicle is set according to the vehicle speed and the steering angle, the target side slip angle of the vehicle that restricts turning to the inside of the turn is set according to the set target yaw rate and the vehicle speed, and the set target yaw rate and target side slip angle are The drive mechanism is controlled to be achieved.
This realizes the target yaw rate and the target side slip angle that limits the turning to the inside of the turn, improving the response characteristics of the turning behavior to the steering operation of the driver while preventing the rear part of the vehicle body from protruding to the outside of the turn. It is to let you.
《第二実施形態》
《構成》
第二実施形態は、ヨーレートの変化率に許容値となるヨーレート上限値を設定し、車体後部の張り出しを抑制して回頭性を向上させるものである。
図10は、本実施形態のブロック図である。
前記ステップS4で、目標横すべり角βを算出する際に、ヨーレートの変化率に制限値を設ける。ここでは、ステアリング操作量θに対するヨーレートの上限値(最大ヨーレート応答)を、目標周波数fc(=1.2Hz)に基づいて設定する。
<< Second Embodiment >>
"Constitution"
In the second embodiment, an upper limit value of the yaw rate that is an allowable value is set as the rate of change of the yaw rate, and the overhang of the rear part of the vehicle body is suppressed to improve the turnability.
FIG. 10 is a block diagram of the present embodiment.
In step S4, when the target side slip angle β is calculated, a limit value is set for the rate of change of the yaw rate. Here, the upper limit value (maximum yaw rate response) of the yaw rate with respect to the steering operation amount θ is set based on the target frequency fc (= 1.2 Hz).
先ず、下記(5)式に示すように、車体の周波数に応じてヨーレート変化率の制限値γdを算出する。dγ/dtはヨーレートの変化率である。
γd≦(1/2πfc)×(dγ/dt) …………(5)
そして、下記(6)式に示すように、車体後部の張り出しを抑制し、車体の向きを変える目標横すべり角βを算出する。
β−∫(γd)dt≦−(Lr/V)γ
β≦{(1/2πfc)−(Lr/V)}γ …………(6)
目標横すべり角βは、停車時には後輪舵角がゼロとなるように制限され、車速の増加に応じて徐々に旋回内側へ向かうようになる。
First, as shown in the following equation (5), a limit value γd of the yaw rate change rate is calculated according to the frequency of the vehicle body. dγ / dt is the rate of change of the yaw rate.
γd ≦ (1 / 2πfc) × (dγ / dt) (5)
Then, as shown in the following formula (6), a target side slip angle β that suppresses the overhang of the rear part of the vehicle body and changes the direction of the vehicle body is calculated.
β−∫ (γd) dt ≦ − (Lr / V) γ
β ≦ {(1 / 2πfc) − (Lr / V)} γ (6)
The target side slip angle β is limited so that the rear wheel rudder angle becomes zero when the vehicle stops, and gradually moves toward the inside of the turn as the vehicle speed increases.
《作用》
本実施形態では、ヨーレートの変化率に対して上限値に応じて、目標横すべり角に対する制限度合が設定されているため、低速域においては車両の進行方向と車体の向きが一致する点は車体後方となって旋回外側を向くようになり、高速域においては車速の増加とともに車体の向きは制限値が徐々に大きくなり旋回内側を向くようになる。
これにより、車速の変化によらず運転者のステアリング操作に応じて発生するヨーレートの収斂性は変わることなく、旋回初期で車体後部は張り出さずに定常旋回時は旋回内側を向くことが可能となり車両の回頭性を高めることができる。
図11は、車速20km/hで直進走行している状態から、操舵角θを増加させたときのシミュレーション結果である。
本実施形態では、操舵角θに応じた転舵量と、操舵速度に応じた転舵量とを付加した微分的な舵角制御となり、運転者のステアリング操作に対してヨーレートの収斂性が向上している。
<Action>
In the present embodiment, since the degree of restriction on the target side slip angle is set according to the upper limit value for the rate of change of the yaw rate, the point at which the traveling direction of the vehicle coincides with the direction of the vehicle body in the low speed range is As the vehicle speed increases, the limit value of the direction of the vehicle body gradually increases and turns toward the inside of the turn.
As a result, the convergence of the yaw rate generated according to the driver's steering operation does not change regardless of the change in the vehicle speed, and the rear part of the vehicle body does not protrude at the beginning of turning, and it is possible to face the inside of the turn during steady turning. The turning ability of the vehicle can be improved.
FIG. 11 is a simulation result when the steering angle θ is increased from a state where the vehicle is traveling straight at a vehicle speed of 20 km / h.
In this embodiment, differential steering angle control is performed by adding a steering amount according to the steering angle θ and a steering amount according to the steering speed, and the convergence of the yaw rate is improved with respect to the driver's steering operation. doing.
次に、従来技術と本実施形態とのシミュレーション結果を比較する。
図12は、従来技術と本実施形態との旋回動作の違いを表す。
従来技術においては、旋回初期は旋回中心位置が車両後方にあり、以降は後輪舵角が前輪とは逆向きの舵角で増加することで、車体の進行に伴って旋回中心は車両前方へ移動してくる。そのため、ステアリング操作とは無関係に旋回中心が移動し、車速の増加と共にその移動速度が大きくなる。
Next, the simulation results of the prior art and this embodiment are compared.
FIG. 12 shows the difference in the turning motion between the prior art and the present embodiment.
In the prior art, the turning center position is at the rear of the vehicle at the beginning of turning, and thereafter the turning angle of the rear wheel increases at a rudder angle opposite to that of the front wheels. Come on. Therefore, the turning center moves regardless of the steering operation, and the movement speed increases as the vehicle speed increases.
一方、本実施形態では、旋回中心は旋回初期では後輪よりも後方に位置し、ヨーレートの変化率の最大値に応じて車体前部が巻き込むように定常状態へ移行する。そのため、操舵初期において車両の地面に対する張り出し量が小さくなるように車両の横すべり角が制限されることとなる。
図13は、本実施形態による車体外形の旋回軌跡である。
本実施形態では、操舵初期には車体後部が張り出さないように制限され、以降はヨーレートの収斂性を損なわないように横すべり角が発生し、車体の回頭性が向上している。このように、横すべり角の制限値を小さくしながらも、車体後部の張り出し量を抑制することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the turning center is located behind the rear wheel at the beginning of turning, and the vehicle shifts to a steady state so that the front part of the vehicle body is caught according to the maximum value of the change rate of the yaw rate. For this reason, the side slip angle of the vehicle is limited so that the amount of overhanging of the vehicle with respect to the ground becomes small at the initial stage of steering.
FIG. 13 is a turning trajectory of the vehicle body outline according to the present embodiment.
In the present embodiment, the rear portion of the vehicle body is limited so as not to protrude at the initial stage of steering, and thereafter, a side slip angle is generated so as not to impair the convergence of the yaw rate, thereby improving the turnability of the vehicle body. Thus, the amount of overhang of the rear part of the vehicle body can be suppressed while reducing the limit value of the side slip angle.
《効果》
(1)前記横すべり角設定手段は、ヨーレートの変化率に対して上限値を設定し、設定した上限値が小さいほど、旋回内側への回頭を制限した前記目標横すべり角を設定する。
これにより、車速によってヨーレートの収斂性が変化することなく、旋回初期では旋回外側を向き、定常旋回時には旋回内側を向いて回頭性を高めることができる。
"effect"
(1) The side slip angle setting means sets an upper limit value for the rate of change of the yaw rate, and sets the target side slip angle that restricts the turning to the inside of the turn as the set upper limit value is smaller.
Thereby, without changing the convergence of the yaw rate depending on the vehicle speed, the turning ability can be improved by facing the outside of the turn at the beginning of turning and facing the inside of the turning at the time of steady turning.
《第三実施形態》
《構成》
第三実施形態は、ステアリング操作量の変化率に許容値となるステアリング上限値を設定し、車体後部の張り出しを抑制して回頭性を向上させるものである。
図14は、本実施形態のブロック図である。
前記ステップS4で、目標横すべり角βを算出する際に、目標転舵角の変化率に制限値を設ける。ここでは、ステアリング操作における変化率dθ/dtの上限値を、周波数fc(=3Hz)に基づいて設定する。
<< Third embodiment >>
"Constitution"
In the third embodiment, a steering upper limit value, which is an allowable value, is set as the rate of change in the steering operation amount, and the overturning of the rear part of the vehicle body is suppressed to improve the turnability.
FIG. 14 is a block diagram of the present embodiment.
In step S4, when the target side slip angle β is calculated, a limit value is set for the rate of change of the target turning angle. Here, the upper limit value of the change rate dθ / dt in the steering operation is set based on the frequency fc (= 3 Hz).
先ず、前記(1)式、及び(2)式により、下記(7)式に示すように、操舵角のステアリング上限値fcに応じてヨーレート変化率の制限値γdを算出する。dθ/dtは操舵角の変化率である。
γd≦{1/(2πfc)}Re(dθ/dt) …………(7)
そして、下記(8)式に示すように、車体後部の張り出しを抑制し、車体の向きを変える目標横すべり角βを算出する。
β−∫(γd)dt≦−(Lr/V)γ
β≦{(1/2πfc)Reθ−(Lr/V)}γ …………(8)
目標横すべり角βは、停車時には後輪舵角がゼロとなるように制限され、車速の増加に応じて徐々に旋回内側へ向かうようになる。
First, as shown in the following formula (7), the limit value γd of the yaw rate change rate is calculated according to the steering upper limit value fc of the steering angle by the above formulas (1) and (2). dθ / dt is the rate of change of the steering angle.
γd ≦ {1 / (2πfc)} Re (dθ / dt) (7)
Then, as shown in the following equation (8), the target side slip angle β that suppresses the overhang of the rear portion of the vehicle body and changes the direction of the vehicle body is calculated.
β−∫ (γd) dt ≦ − (Lr / V) γ
β ≦ {(1 / 2πfc) Reθ− (Lr / V)} γ (8)
The target side slip angle β is limited so that the rear wheel rudder angle becomes zero when the vehicle stops, and gradually moves toward the inside of the turn as the vehicle speed increases.
《作用》
従来、運転者のステアリング操作量の変化率が大きくなると、前後輪舵角がアクチュエータの最大速度で動作し、後輪の動きと前輪の動きがほぼ同じ速度で動作することで、結果として車両後部が張り出すという問題を生じていた。本実施形態では、操舵角の変化率に上限値を設け、その上限値が小さいほど目標横すべり角の制限値を小さくすることで、上記のような問題を防ぐことができる。
<Action>
Conventionally, when the rate of change in the amount of steering operation by the driver increases, the front and rear wheel steering angles operate at the maximum speed of the actuator, and the movement of the rear wheels and the movement of the front wheels operate at approximately the same speed. Had a problem of overhanging. In the present embodiment, the above problem can be prevented by providing an upper limit value for the rate of change of the steering angle and reducing the limit value of the target side slip angle as the upper limit value is smaller.
《効果》
(1)前記横すべり角設定手段は、操舵角の変化率に対して上限値を設定し、設定した上限値が小さいほど、旋回内側への回頭を制限した前記目標横すべり角を設定する。
これにより、操舵速度に起因して車体後部が旋回外側へ張り出すことを防ぐことができる。
"effect"
(1) The side-slip angle setting means sets an upper limit value for the rate of change of the steering angle, and sets the target side-slip angle that limits the turning to the inside of the turn as the set upper limit value is smaller.
Thereby, it is possible to prevent the rear portion of the vehicle body from projecting to the outside of the turn due to the steering speed.
1 自動車
2FL〜2RR 車輪
3FL〜3RR 転舵機構
4 コントローラ
5 操舵角センサ
6 ステアリングホイール
7 車輪速センサ
8 転舵角センサ
9 反力モータ
10 ギヤ比可変機構
11 転舵機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor vehicle 2FL-2RR Wheel 3FL-3RR Steering mechanism 4 Controller 5 Steering angle sensor 6 Steering wheel 7 Wheel speed sensor 8 Steering angle sensor 9 Reaction force motor 10 Gear ratio variable mechanism 11 Steering mechanism

Claims (4)

  1. 前後輪の夫々を個別に転舵可能な転舵機構と、車速及び操舵角に応じて車両の目標ヨーレートを設定するヨーレート設定手段と、該ヨーレート設定手段が設定した目標ヨーレート及び車速に応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角を設定する横すべり角設定手段と、前記ヨーレート設定手段が設定した目標ヨーレート及び前記横すべり角設定手段が設定した目標横すべり角に応じて前後輪の目標転舵角を算出する算出手段と、該算出手段が算出した目標転舵角に応じて前記駆動機構を駆動制御する制御手段と、を備え
    前記横すべり角設定手段は、ヨーレートの変化率に対して上限値を設定し、設定した上限値が小さいほど、旋回内側への回頭を制限した前記目標横すべり角を設定することを特徴とする旋回挙動制御装置。
    A turning mechanism capable of individually turning the front and rear wheels, a yaw rate setting means for setting the target yaw rate of the vehicle according to the vehicle speed and the steering angle, and turning according to the target yaw rate and the vehicle speed set by the yaw rate setting means Side slip angle setting means for setting a target side slip angle of the vehicle that is restricted to turn inward, target yaw rate set by the yaw rate setting means, and target rotation of the front and rear wheels according to the target slip angle set by the side slip angle setting means. Calculation means for calculating a steering angle; and control means for driving and controlling the drive mechanism in accordance with the target turning angle calculated by the calculation means ,
    The side-slip angle setting means sets an upper limit value for the rate of change of the yaw rate, and sets the target side-slip angle that restricts turning to the inside of the turn as the set upper limit value is smaller. Control device.
  2. 前後輪の夫々を個別に転舵可能な転舵機構と、車速及び操舵角に応じて車両の目標ヨーレートを設定するヨーレート設定手段と、該ヨーレート設定手段が設定した目標ヨーレート及び車速に応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角を設定する横すべり角設定手段と、前記ヨーレート設定手段が設定した目標ヨーレート及び前記横すべり角設定手段が設定した目標横すべり角に応じて前後輪の目標転舵角を算出する算出手段と、該算出手段が算出した目標転舵角に応じて前記駆動機構を駆動制御する制御手段と、を備え
    前記横すべり角設定手段は、操舵角の変化率に対して上限値を設定し、設定した上限値が小さいほど、旋回内側への回頭を制限した前記目標横すべり角を設定することを特徴とする旋回挙動制御装置。
    A turning mechanism capable of individually turning the front and rear wheels, a yaw rate setting means for setting the target yaw rate of the vehicle according to the vehicle speed and the steering angle, and turning according to the target yaw rate and the vehicle speed set by the yaw rate setting means Side slip angle setting means for setting a target side slip angle of the vehicle that is restricted to turn inward, target yaw rate set by the yaw rate setting means, and target rotation of the front and rear wheels according to the target slip angle set by the side slip angle setting means. Calculation means for calculating a steering angle; and control means for driving and controlling the drive mechanism in accordance with the target turning angle calculated by the calculation means ,
    The side slip angle setting means sets an upper limit value with respect to the rate of change of the steering angle, and sets the target side slip angle that limits the turning to the inside of the turn as the set upper limit value is smaller. Behavior control device.
  3. 前記横すべり角設定手段は、後輪車軸よりも後方で横すべり角がゼロとなるように、前記目標横すべり角を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の旋回挙動制御装置。 3. The turning behavior control device according to claim 1, wherein the side slip angle setting means sets the target side slip angle so that the side slip angle becomes zero behind the rear wheel axle.
  4. 前後輪の夫々を個別に転舵可能な転舵機構を備え、
    車速及び操舵角に応じて車両の目標ヨーレートを設定し、設定した目標ヨーレート及び車速に応じて旋回内側への回頭を制限した車両の目標横すべり角を設定し、設定した目標ヨーレート及び目標横すべり角が達成されるように前記駆動機構を駆動制御するものであり、
    前記目標横すべり角を設定する際に、ヨーレートの変化率、又は操舵角の変化率に対して上限値を設定し、設定した上限値が小さいほど、旋回内側への回頭を制限した前記目標横すべり角を設定することを特徴とする旋回挙動制御方法。
    Equipped with a steering mechanism that can individually steer each of the front and rear wheels,
    The target yaw rate of the vehicle is set according to the vehicle speed and the steering angle, the target side slip angle of the vehicle that restricts turning to the inside of the turn is set according to the set target yaw rate and the vehicle speed, and the set target yaw rate and target side slip angle are Drive control of the drive mechanism to be achieved ,
    When setting the target side slip angle, an upper limit value is set for the rate of change of the yaw rate or the rate of change of the steering angle, and the smaller the set upper limit value, the more the target side slip angle that limits the turning to the inside of the turn. The turning behavior control method characterized by setting .
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