JP5384905B2

JP5384905B2 - 舵角比可変制御装置

Info

Publication number: JP5384905B2
Application number: JP2008267694A
Authority: JP
Inventors: 卓也山口; 好恭飽田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: JP2010095153A

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を車速に応じて可変制御する舵角比可変制御装置に係り、詳しくは、車両の加減速時におけるプッシュアンダー／タックインを抑制して旋回挙動の安定性を高める技術に関する。

近年、ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を変化させることのできる舵角比可変装置（例えば、特許文献１参照）や、ステアリング系と操舵車輪とを機械的に分離させ、ステアリングホイールの操舵角に応じてアクチュエータ等で前輪を転舵する、いわゆるステアバイワイヤ装置（例えば、特許文献２参照）が種々開発されており、これらを搭載された車両も市販されるに至っている。

このようなステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を可変制御する舵角比可変制御装置では、一般に、車速に応じてその比が設定され、例えば、高速走行時にはステアリングホイールの操舵角に対して操舵車輪の転舵角が比較的小さく設定されることにより、安定した旋回挙動が確保され、低速走行時にはステアリングホイールの操舵角に対して操舵車輪の転舵角が比較的大きく設定されることにより、俊敏な旋回挙動が確保されるようになっている。

一方、ステアリングホイールの操舵角に対する操舵車輪の転舵角を車両のヨーレイトゲイン（ヨーレイト／操舵角）がほぼ一定となるように可変制御するとともに、操舵車輪の転舵により車体の横加速度が限界を超えるときに、ステアリングホイールの操舵反力を増加させる車両用操舵制御装置なども提案されている（特許文献３参照）。
特開平０６−２２７４２２号公報特開２００３−１６５４６０号公報特開平１０−３１５９９８号公報

ところで、旋回走行時に運転者がアクセル操作やブレーキ操作を行うと、前輪と後輪との荷重変化に伴ってタイヤのコーナリングフォースが変化することに起因して、例えステアリングホイールを一定の操舵角に保持していたとしても、加速時には車両軌跡が旋回外側に膨らむ現象（プッシュアンダー／パワーアンダー）が生じ、減速時には車両軌跡が旋回内側に巻き込む現象（タックイン）が生じることが知られている。これらの現象はＦＦ車に特に顕著である。

しかしながら、従来の舵角比可変制御装置は、このような現象の発生を防止することができず、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行うと、運転者は所望の走行軌跡（例えば、定速旋回中の旋回半径）を維持するためにステアリング操舵の微調整を行わなければならず、運転者にかかる操舵負担が大きかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行っても運転者に過大な操舵負担のかからない舵角可変制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を車速に応じて可変制御する舵角比可変制御装置において、前記操舵角の変化速度が第１の所定値より小さい場合、車両の車速に応じたスタビリティファクタと、前記車両の車速および前後加速度に応じたスタビリティファクタとに基づいて、前後加速度に応じた前後輪の荷重変化によるヨーレイト変化が生じないように第１の補正値を設定し、当該第１の補正値を用いて前記比を補正するように構成する。

上記構成の舵角比可変制御装置においては、前記操舵角の変化速度が第２の所定値より大きい場合、前記前後加速度に応じた前後輪の荷重変化によるヨーレイト変化が生じないように第２の補正値を設定し、当該第２の補正値を用いて前記比を補正する構成とするとよい。

また、上記構成の舵角比可変制御装置においては、前記車両の前輪コーナリングパワーと、前記車両の前後加速度に応じた前輪コーナリングパワーとに基づいて、前記第２の補正値を設定する構成とするとよい。

さらに、上記構成の舵角比可変制御装置においては、前記第２の所定値は前記第１の所定値よりも大きく、前記操舵角の変化速度が前記第１の所定値と前記第２の所定値との間にある場合、前記第１の補正値と前記第２の補正値とに対し、当該操舵角の変化速度に基づいて重みづけを行って求めた補正値を用いて前記比を補正する構成とするとよい。

本発明によれば、車両の前後加速度に応じて操舵角と転舵角との比が補正されることにより、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行っても運転者にかかる操舵負担を軽減することができる。具体的には、操舵角の変化速度が第１の所定値よりも小さい場合、すなわち、ステアリングホイールが殆ど操舵されない場合などに、前後加速度に応じた前後輪の荷重変化によるヨーレイト変化が生じないように操舵角と転舵角との比が補正されることにより、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行ってもプッシュアンダーやタックインなどが抑制され、運転者にかかる操舵負担を効果的に軽減することができる。

また、操舵角の変化速度が第２の所定値よりも大きい場合、すなわち、ステアリングホイールが素早く操舵された場合などに、ステアリング操舵に起因する以外に、前後加速度に応じた前後輪の荷重変化によるヨーレイト変化が生じないように操舵角と転舵角との比が補正されることにより、上記同様にプッシュアンダーやタックインなどが抑制され、運転者にかかる操舵負担を効果的に軽減することができる。

さらに、操舵角の変化速度が第１の所定値と第２の所定値との間にある場合、第１の補正値と第２の補正値とに対し、操舵角の変化速度に基づいて重みづけを行って求めた補正値を用いて比を補正することにより、操舵角の変化速度に拘わらず、旋回走行中におけるプッシュアンダーやタックインなどが更に効果的に抑制され、運転者にかかる操舵負担をより一層軽減することができる。

≪第１実施形態≫
以下、図面を参照して、本発明に係る可変ギヤレシオステアリング（以下、ＶＧＳ（Variable Gear ratio Steering）と記す）のギヤレシオを可変制御するＶＧＳ制御装置１０（舵角比可変制御装置）の第１実施形態について詳細に説明する。図１は第１実施形態に係るＶＧＳ制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。なお、実施形態に係るＶＧＳは、ＦＦ方式の４輪自動車に搭載され、ステアリングシャフトに設置された舵角比可変手段をモータ駆動することにより、ステアリングホイールに連結される入力軸と前輪（操舵車輪）を転舵するピニオンを備えた出力軸との間の舵角比を可変制御する装置である。なお、舵角比可変手段は周知技術であるので、ここではその機械系の構成についての説明は割愛する。

ＶＧＳ制御装置１０は、車速Ｖに応じたＶＧＳレシオｎ（Ｖ）（ステアリングホイールの操舵角θ_ｓと目標ピニオン角（操舵車輪の転舵角）θ_ｐとの比θ_ｓ／θ_ｐ）を設定するＶＧＳレシオ設定部１１と、車速Ｖおよび車体に作用する前後加速度Ｇに応じてＶＧＳレシオｎ（Ｖ）に対する補正係数ｋ_１を設定する補正係数設定部１２と、ＶＧＳレシオｎ（Ｖ）に補正係数ｋ_１を乗算して前後加速度Ｇに応じたＶＧＳレシオｎ’（Ｖ）を算出するＶＧＳレシオ補正部１３と、前後加速度Ｇに応じたＶＧＳレシオｎ’（Ｖ）に対して操舵角θ_ｓを除算して目標ピニオン角θ_ｐを算出する目標ピニオン角算出部１４とを備えている。

ＶＧＳレシオ設定部１１は、車速Ｖをアドレスとする最適なギヤレシオが予め設定された図２に示すマップを参照することにより、車速Ｖに応じたＶＧＳレシオｎ（Ｖ）を設定する。ＶＧＳレシオｎ（Ｖ）は、低車速域において１以下の値となるクイックレシオ、すなわち、操舵角θ_ｓに対してピニオン角θ_ｐが大きくなる比に設定され、高車速域において１以上の値となるスローレシオ、すなわち、操舵角θ_ｓに対してピニオン角θ_ｐが小さくなる比に設定されている。

図３は補正係数設定部１２の概略構成を示すブロック図である。補正係数設定部１２は、予め計測あるいは計算されたデータに基づく所定のマップを参照することにより、車速Ｖに応じた前輪タイヤコーナリングパワーＫｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫｒを設定するコーナリングパワーＫ設定部２１と、前輪タイヤコーナリングパワーＫｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫｒに基づいて、車速Ｖに応じたスタビリティファクタＡを算出するスタビリティファクタＡ算出部２２と、予め計測あるいは計算されたデータに基づく所定のマップを参照することにより、車速Ｖおよび前後加速度Ｇに応じた前輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｒを設定するコーナリングパワーＫ’設定部２３と、前輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｒに基づいて、前後加速度Ｇに応じたスタビリティファクタＡ’を算出するスタビリティファクタＡ’算出部２４と、車速Ｖおよび、スタビリティファクタＡ，Ａ’に基づいて補正係数ｋ_１を算出する補正係数算出部２５とから構成されている。

車速Ｖに応じたスタビリティファクタＡは下式に基づいて算出される。

但し、Ａ：スタビリティファクタ、ｍ：車体質量、ｌ：ホイールベース、ｌ_ｆ：車体重心−前軸間距離、ｌ_ｒ：車体重心−後軸間距離、Ｋ_ｆ：前輪タイヤコーナリングパワー、Ｋ_ｒ：後輪タイヤコーナリングパワー、である。

また、前後加速度Ｇに応じたスタビリティファクタＡ’は、上式（１）において、車速Ｖに応じた前輪タイヤコーナリングパワーＫｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫｒの代わりに、これらＫｆ，Ｋｒの値に対して前後加速度Ｇに応じた調整係数をそれぞれに乗じて求めた前輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｒを用いて算出される。

また、補正係数ｋ_１は下式に基づいて算出される。

但し、Ｖ：車体速度、である。

ここで、上式（２）の算出根拠について説明する。定常円旋回時、すなわち、半径が一定の円周上を一定車速で旋回した時の車体ヨーレイトと前輪舵角との関係は下式で与えられる。

ここで、

で表される。
但し、γ（ｓ）：車体ヨーレイト、δ（ｓ）：前輪舵角、ζ：減衰比、ω_ｎ：固有振動数、ｎ（Ｖ）：ＶＧＳレシオ、Ｉ：車体ヨー慣性モーメント、ｎ_ｐ：前輪舵角δとピニオン角θ_ｐとの比、である。

ここで、旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合（操舵角速度が第１所定値（例えば、２ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下の場合など）のＶＧＳレシオの補正原理について検討すると、定常円旋回時のヨーレイト−前輪舵角伝達関数は、上式（３）で与えられる。一方、前後加速度Ｇ発生時の過渡的なヨーレイト−前輪舵角伝達関数は、下式で与えられる。なお、式中の「’」は前後加速度Ｇ発生時の値を示すものである。

したがって、式（３）、式（１０）より、下式が求められる。

ここで、コーナー旋回時は操舵周波数ωが低いため、近似的に

とすると、式（１１）は下式のように整理される。

このとき、前後加速度Ｇによって車両にヨーレイト変化が生じないように、γ’（ｓ）＝γ（ｓ）、すなわち、左辺が１となるようにしたいので、前後加速度Ｇ発生時のＶＧＳレシオｎ’（Ｖ）は下式のようになる。

したがって、ＶＧＳレシオｎ（Ｖ）に前後加速度Ｇに応動する補正係数ｋ_１（（１＋Ａ’Ｖ^２）／（１＋ＡＶ^２））を掛ければ、前後加速度Ｇ発生時のＶＧＳレシオｎ’（Ｖ）が求められることになる。

＜変形実施形態１＞
次に、第１実施形態における変形実施形態１について説明する。図４は変形実施形態１に係る補正係数設定部１２の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同一の処理を行う要素については同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。図４に示すように、補正係数設定部１２は、図３のコーナリングパワーＫ’設定部２３の代わりに、調整係数設定部３１と、コーナリングパワーＫ’設定部３２とを備えている。

調整係数設定部３１は、車速Ｖおよび前後加速度Ｇに基づいて、前後加速度Ｇに応じた前輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｒ用の調整係数を設定する。前後加速度Ｇに応じた調整係数は、事前に計測データあるいは計算によって求めたマップ化されたデータを参照することにより求められる。コーナリングパワーＫ’設定部３２は、コーナリングパワーＫ設定部２１によって設定された前輪タイヤコーナリングパワーＫｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫｒに対し、調整係数をそれぞれ乗算することにより、前後加速度Ｇに応じた前輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｆおよび後輪タイヤコーナリングパワーＫ’ｒを設定する。なお、スタビリティファクタＡ算出部２２、スタビリティファクタＡ’算出部２４および、補正係数算出部２５は、上記第１実施形態と同様の処理を行う。

＜変形実施形態２＞
次に、第１実施形態における変形実施形態２について説明する。図５は変形実施形態２に係る補正係数設定部１２の概略構成を示すブロック図である。補正係数設定部１２はマップ補正係数設定部３３からなる。マップ補正係数設定部３３は、車速Ｖおよび前後加速度Ｇに基づいて、図６に示すマップを参照することにより補正係数ｋ_１を直接的に設定する。図６のマップは、実車テストによって実際の車両挙動を確認しながら車速Ｖおよび前後加速度Ｇに基づく補正係数マップとして設定される。

≪第２実施形態≫
次に、上記した旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合のＶＧＳレシオの補正に加え、旋回走行中にステアリングホイールを過渡的に操舵する場合（操舵角速度が第２の所定値（例えば、９０ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の場合など）のＶＧＳレシオの補正を行う第２実施形態について説明する。なお、図１と処理内容の異なる補正係数設定部１５以外の要素には同じ符号を用い、これらによる処理や、旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合のＶＧＳレシオの補正については説明を省略する。

図７は第２実施形態に係るＶＧＳ制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。ＶＧＳ制御装置１０は、図１の補正係数設定部１２の代わりに、操舵角速度、前後加速度Ｇおよび、車速Ｖに基づいてＶＧＳレシオに対する補正係数ｋを設定する補正係数設定部１５を備えている。

図８は補正係数設定部１５の概略構成を示すブロック図である。補正係数設定部１５は、車速Ｖおよび前後加速度Ｇに基づいて、定常操舵用の補正係数ｋ_１を算出する定常操舵用の補正係数設定部１２（図３に示す補正係数設定部１２と同一）と、同じく車速Ｖおよび前後加速度Ｇに基づいて、過渡操舵用の補正係数ｋ_２を算出する過渡操舵用の補正係数算出部１６と、定常操舵用の補正係数ｋ_１、過渡操舵用の補正係数ｋ_２および、操舵角速度（操舵角の変化速度）に基づいて、補正係数ｋを算出する補正係数調整部１７とから構成されている。補正係数ｋ_２は下式に基づいて算出される。

ここで、上式（１５）の算出根拠について説明する。旋回走行中にステアリングホイールを過渡的に操舵する場合のＶＧＳレシオの補正原理にも、上式（３），（１０）から求めた上式（１１）を用いることができる。そして、コーナー旋回中にステアリング操舵を積極的に行う場合、ｓ＝ｊωの値が大きくなる為、式（１１）は下式のように整理される。

このとき、前後加速度Ｇの変化によって車両のヨーレイトが変化しないように、γ’（ｓ）＝γ（ｓ）、すなわち、左辺が１となるようにしたいので、前後加速度Ｇ発生時のＶＧＳレシオｎ’（Ｖ）は下式のようになる。

したがって、ＶＧＳレシオｎ（Ｖ）に前後加速度Ｇに応動する補正係数ｋ_２（Ｋ_ｆ／Ｋ’_ｆ）を掛ければ、前後加速度Ｇ発生時のＶＧＳレシオｎ’（Ｖ）が求められることになる。

補正係数調整部１７は、操舵角速度に基づいて、定常操舵用の補正係数ｋ_１、過渡操舵用の補正係数ｋ_２に重みづけを行った下式により補正係数ｋを算出する。
ｋ＝（１−ｗ）×ｋ_１＋ｗ×ｋ_２・・・（１８）
但し、ｗ：重み係数、である。

重み係数ｗは、補正係数調整部１７に予め格納された図９に示すマップを参照することにより求められる。このマップでは、予め行った実車テストにおける車両挙動に基づいて操舵角速度の絶対値をアドレスとして重み係数ｗが設定されている。重み係数ｗは、操舵角速度が小さいときに小さな値となり、操舵角速度が大きいときに大きな値となるように設定される。これにより、補正係数ｋは、操舵角の変化速度が小さいときには定常操舵用の補正係数ｋ_１の重みが大きくなるように、一方、操舵角の変化速度が大きいときには過渡操舵用の補正係数ｋ_２の重みが大きくなるように設定され、操舵角の変化速度に拘わらず、旋回走行中におけるプッシュアンダーやタックインなどが効果的に抑制される。

このように、旋回走行中にステアリングホイールを一定角度に保舵する場合および、旋回走行中にステアリングホイールを過渡的に操舵する場合に、前後加速度Ｇの変化によって車両のヨーレイトが変化しないようにＶＧＳレシオを過渡的に調整することにより、旋回走行中にアクセル操作やブレーキ操作を行っても、運転者は所望の走行軌跡を維持するために操舵角の微調整を行う必要がなく、運転者にかかる操舵負担が軽減される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、舵角比可変制御装置として、ＶＧＳのギヤレシオを可変制御するＶＧＳ制御装置１０を採用しているが、ステアバイワイヤ装置のギヤレシオを可変制御する形態とすることも当然に可能である。また、上記実施形態では、ＶＧＳ制御装置１０はＦＦ方式の自動車に適用されているが、ＦＲ方式の自動車にも適用してもよい。さらに、ＶＧＳレシオの具体的補正手法や装置の具体的構成など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

第１実施形態に係るＶＧＳ制御装置の概略構成を示すブロック図第１実施形態に係る車速−ＶＧＳレシオの関係を示すマップ第１実施形態に係る補正係数設定部の概略構成を示すブロック図変形実施形態１に係る補正係数設定部の概略構成を示すブロック図変形実施形態２に係る補正係数設定部の概略構成を示すブロック図変形実施形態２に係る車速および前後加速度に基づく補正係数マップ第２実施形態に係るＶＧＳ制御装置の概略構成を示すブロック図第２実施形態に係る補正係数設定部の概略構成を示すブロック図第２実施形態に係る操舵角速度に基づく重み係数マップ

符号の説明

１０ＶＧＳ制御装置
１１ＶＧＳレシオ設定部
１２、１５補正係数設定部（定常操舵用）
１３ＶＧＳレシオ補正部
１４目標ピニオン角算出部
１７補正係数調整部
２６補正係数算出部（過渡操舵用）
２１コーナリングパワーＫ設定部
２２スタビリティファクタＡ算出部
２３、３２コーナリングパワーＫ’設定部
３１調整係数設定部
３３補正係数設定部

Claims

ステアリングホイールの操舵角と操舵車輪の転舵角との比を車速に応じて可変制御する舵角比可変制御装置であって、
前記操舵角の変化速度が第１の所定値より小さい場合、車両の車速に応じたスタビリティファクタと、前記車両の車速および前後加速度に応じたスタビリティファクタとに基づいて、前後加速度に応じた前後輪の荷重変化によるヨーレイト変化が生じないように第１の補正値を設定し、当該第１の補正値を用いて前記比を補正し、
前記操舵角の変化速度が第２の所定値より大きい場合、前記車両の前輪コーナリングパワーと、前記車両の前後加速度に応じた前輪コーナリングパワーとに基づいて、前記前後加速度に応じた前後輪の荷重変化によるヨーレイト変化が生じないように第２の補正値を設定し、当該第２の補正値を用いて前記比を補正することを特徴とする舵角比可変制御装置。
前記第２の所定値は前記第１の所定値よりも大きく、
前記操舵角の変化速度が前記第１の所定値と前記第２の所定値との間にある場合、前記第１の補正値と前記第２の補正値とに対し、当該操舵角の変化速度に基づいて重みづけを行って求めた補正値を用いて前記比を補正することを特徴とする、請求項１に記載の舵角比可変制御装置。