(57)【要約】      （修正有）【課題】目標車両モデルの型式に拘わらずに適用でき、且つフィードバック制御や車体スリップ角の推定を行わずに、フィードフォワード制御により所望の車両挙動を得ることのできる車両の挙動制御装置を提供する。【解決手段】車両の挙動制御装置１において、前輪舵角δｆを検出する操舵角センサ３と、車速Ｖを検出する車速センサ２と、後輪の転舵に供される後輪転舵装置４と、前輪舵角δｆと車速Ｖとに基づき、目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔを設定する目標タイヤ横力設定部を備えた目標車両モデル設定部１３と、目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔと目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔとに基づき、後輪転舵装置４に転舵させる目標後輪舵角δｒｔを設定する後輪転舵量設定部１４とを備えるように構成する。【選択図】図１
2010089724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪舵角を検出する前輪舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
後輪の転舵に供される後輪転舵手段と、
前記前輪舵角と前記車速とに基づき、目標前輪タイヤ横力および目標後輪タイヤ横力を設定する目標タイヤ横力設定手段と、
前記目標前輪タイヤ横力と前記目標後輪タイヤ横力とに基づき、前記後輪転舵手段の目標転舵制御量を設定する後輪転舵量設定手段と
を備えたことを特徴とする車両の挙動制御装置。
【請求項２】
前記目標タイヤ横力設定手段が目標車両モデルであることを特徴とする、請求項１に記載の車両の挙動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の挙動制御装置に係り、特に、後輪操舵車両において車両の平面挙動が目標車両モデルに近づくように後輪舵角を制御する車両の挙動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の平面挙動を制御する装置として、操舵入力に対するヨーレイト応答を任意に設定し得る規範モデルで与え、線形２自由度モデルで表される、操舵角・ヨーレイト特性と、後輪舵角・ヨーレイト特性とを用いて実ヨーレイトを規範ヨーレイトに一致させるように後輪舵角を制御する装置が知られている。
【０００３】
ところがこの平面挙動制御装置では、規範モデルが一次遅れ系で設定されることにより、高速走行時の操舵入力が低周波である場合に、規範モデルに対する実際のヨーレイト応答の位相遅れが後輪操舵を行わないときよりも大きくなり、かえって操舵フィーリングが悪化してしまうという問題がある。この問題を解決するために、車両の平面挙動に関して目標とする定常特性および過渡特性を得るための車両挙動目標値を演算する際に、位相進み要素を加えた平面挙動制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０５−１７０１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の平面挙動制御装置は、目標車両モデルを線形２輪モデルに限定して位相進み要素を加えた制御則を導出するものであり、目標車両モデルが非線形の場合やロール運動などの他自由度を考慮した場合に対応することができず、このような要素が含まれる走行条件の下では車両の平面挙動が不安定となる。
【０００５】
一方、この問題に対し、目標車両モデルから目標ヨーレイトや目標車体スリップ角を出力し、実ヨーレイトおよび推定車体スリップ角を用いたフィードバック制御により、車両の平面挙動を目標車両モデルに近づける挙動制御装置もあるが、フィードバックゲインを適切に設定することや、車体スリップ角を適切に推定することは困難であるため、この装置によっても車両の平面挙動が不安定となり得る。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、目標車両モデルの型式に拘わらずに適用でき、且つフィードバック制御や車体スリップ角の推定を行わずに、フィードフォワード制御により所望の車両挙動を得ることのできる車両の挙動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る車両の挙動制御装置（１）は、前輪舵角δｆを検出する前輪舵角検出手段（３）と、車速Ｖを検出する車速検出手段（２）と、後輪の転舵に供される後輪転舵手段（４）と、前記前輪舵角δｆと前記車速Ｖとに基づき、目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔを設定する目標タイヤ横力設定手段（１３）と、前記目標前輪タイヤ横Ｙｆｔ力と前記目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔとに基づき、前記後輪転舵手段の目標転舵制御量（目標後輪舵角δｒｔ）を設定する後輪転舵量設定手段（１４）とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成の車両の挙動制御装置においては、前記目標タイヤ横力設定手段が目標車両モデルである構成とするとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の車両の挙動制御装置によれば、目標前輪タイヤ横力と目標後輪タイヤ横力とをパラメータとしてフィードフォワード的に後輪舵角を設定する。したがって、フィードバック制御を行う必要がないため、簡易で迅速な後輪舵角の制御が可能であるとともに、車体スリップ角の推定を行う必要もないため、推定誤差などの影響を受けずに適切に後輪舵角を設定することができる。また、目標タイヤ横力設定手段を目標車両モデルとすることにより、様々な型式の車両モデルを任意に設定することが可能となり、適用する車両に即して適切に後輪舵角を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る車両の挙動制御装置の一実施形態について詳細に説明する。図１は実施形態に係る車両の挙動制御装置１の概略構成図である。挙動制御装置１は、車速Ｖを検出する車速センサ２およびステアリングホイールの操舵角θを検出する操舵角センサ３による検出信号に基づき、車両の平面挙動を規範モデルによる平面挙動に漸近させるべく後輪操舵装置４によって後輪舵角δｒを可変制御するものである。なお、後輪操舵装置４は、左右の後輪を独立して任意の方向へトー変化できる構成のものであってもよく、あるいは、進行方向に対して同一の方向へのみ左右の後輪を転舵できる構成のものであってもよく、これらはいずれも周知技術であるのでここでは機械系の構成についての説明は割愛する。
【００１１】
挙動制御装置１は、車速センサ２と、操舵角センサ３と、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インターフェース、各種ドライバ等から構成され、信号線を介して後輪操舵装置４や各センサ２，３等と接続されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、ＥＣＵ１０からの制御信号に基づいて後輪を転舵させる後輪転舵装置４とを備えている。ＥＣＵ１０は、各センサ２，３等の検出信号に基づいて左右後輪の目標後輪舵角δｒｔ（目標転舵制御量）を設定し、後輪操舵装置４に対して制御信号を出力する。
【００１２】
ＥＣＵ１０は、各種信号の入力に供される入力インターフェース１１と、操舵角センサ３が検出したステアリングホイールの操舵角θに基づいて前輪舵角δｆを算出する前輪舵角算出部１２と、車速センサ２が検出した車速Ｖおよび前輪舵角算出部１２が算出した前輪舵角δｆに基づき、目標車両モデルの各種パラメータを設定する目標車両モデル設定部１３と、車速センサ２や前輪舵角算出部１２、目標車両モデル設定部１３によって検出／算出／設定された各値に基づき、後輪転舵装置４に転舵させる目標後輪舵角δｒｔを設定する目標後輪舵角設定部１４（後輪転舵量設定手段）と、目標後輪舵角設定部１４によって設定された目標後輪舵角δｒｔに関する信号の出力に供される出力インターフェースとを主要構成要素としている。
【００１３】
図２は目標車両モデル設定部１３の概略構成図を示している。目標車両モデル１３は、目標車体スリップ角記憶部２１と、目標ヨーレイト記憶部２２と、タイヤスリップ角設定部２３と、目標タイヤ横力設定部２４と、目標車両挙動設定部２５とを備えている。さらに、目標車両挙動設定部２５は、目標車体スリップ角設定部３１と、目標ヨーレイト設定部３２とを備えている。
【００１４】
目標車体スリップ角記憶部２１は、後述するフローに従って設定した目標車体スリップ角βｔを記憶する。一方、目標ヨーレイト記憶部２２は、後述するフローに従って設定した目標ヨーレイトγｔを記憶する。目標タイヤスリップ角設定部２３は、目標車体スリップ角記憶部２１に記憶された前回値の目標車体スリップ角βｔｎ−１と、目標ヨーレイト記憶部２２に記憶された前回値の目標ヨーレイトγｔｎ−１と、前輪舵角δｆおよび車速Ｖとを用いて、目標前輪タイヤスリップ角βｆｔおよび目標後輪タイヤスリップ角βｒｔを設定する。目標タイヤ横力設定部２４は、目標タイヤスリップ角設定部２３によって設定された目標前輪タイヤスリップ角βｆｔに基づき、目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔを設定するとともに、目標タイヤスリップ角設定部２３によって設定された目標後輪タイヤスリップ角βｒｔに基づき、目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔを設定する。これら目標前輪タイヤ横力Ｙｆおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔは、制御信号に変換されて図１の目標後輪舵角設定部１４に対して出力される。
【００１５】
目標車体スリップ角設定部３１は、目標タイヤ横力設定部２４によって設定された目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔと、目標ヨーレイト記憶部２２に記憶された前回値の目標ヨーレイトγｔｎ−１とに基づき、今回値の目標車体スリップ角βｔｎとして目標車体スリップ角βｔを設定する。目標ヨーレイト設定部３２は、目標タイヤ横力設定部２４によって設定された目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔに基づき、今回値の目標ヨーレイトγｔｎとして目標ヨーレイトγｔを設定する。目標車体スリップ角βｔは目標車体スリップ角記憶部２１に記憶され、目標ヨーレイトγｔは、目標ヨーレイト記憶部２２に記憶されるとともに、図１の目標後輪舵角設定部１４に対して出力される。
【００１６】
図１の目標後輪舵角設定部１４は、車速センサ２によって検出された車速Ｖと、前輪舵角算出部１２によって算出された前輪舵角δｆと、目標車両モデル設定部１３によって設定された目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔ、目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔおよび目標ヨーレイトγｔとに基づき、目標後輪舵角δｒｔを設定し、出力インターフェース１５を介して後輪操舵装置４に対して制御信号を出力する。そして、後輪操舵装置４はこの制御信号に基づいて後輪を目標後輪舵角δｒｔに転舵する。
【００１７】
次に、実施形態に係る挙動制御装置１による後輪舵角設定手順について図３のフローチャートに従って説明する。ＥＣＵ１０は、車両がエンジンを始動すると、所定の割込み時間（例えば、１０ｍｓ）ごとに以下に示す後輪舵角設定処理を実行する。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、先ず、前輪舵角算出部１２において、操舵角センサ３が検出したステアリングホイールの操舵角θにステアリングギヤ比Ｎを乗じ、或いは格納されたマップを参照することにより、前輪舵角δｆを算出する（ステップ１）。次にＥＣＵ１０は、目標タイヤスリップ角設定部２３において、目標車体スリップ角記憶部２１に記憶された目標車体スリップ角βｔを前回値の目標車体スリップ角βｔｎ−１として読み込むとともに、目標ヨーレイト記憶部２２に記憶された目標ヨーレイトγｔを前回値の目標ヨーレイトγｔｎ−１とを読み込み（ステップ２）、下式（１），（２）を用いて目標前輪タイヤスリップ角βｆｔおよび目標後輪タイヤスリップ角βｒｔを算出、設定する（ステップ３）。
βｆｔ＝βｔｎ−１＋（ｌｆ／Ｖ）γｔｎ−１−δｆ    ・・・（１）
βｒｔ＝βｔｎ−１−（ｌｒ／Ｖ）γｔｎ−１    ・・・（２）
但し、ｌｆ：重心−前輪軸間距離、ｌｒ：重心−後輪軸間距離、である。
【００１９】
次にＥＣＵ１０は、目標タイヤ横力設定部２４において、目標前輪タイヤスリップ角βｆｔに基づき、予め格納された所定のタイヤモデルマップを参照することによって目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔを設定するとともに、目標後輪タイヤスリップ角βｒｔに基づき、予め格納された所定のタイヤモデルマップを参照することによって目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔを設定する（ステップ４）。
【００２０】
その後、ＥＣＵ１０は、目標車体スリップ角設定部３１において、下式（３）を用いて今回値の目標車体スリップ角βｔｎを算出、設定する（ステップ５）。
【数１】
2010089724.tif 000003
そして、ＥＣＵ１０は、設定した目標車体スリップ角βｔｎを目標車体スリップ角記憶部２１に書き込む（ステップ６）。
【００２１】
次にＥＣＵ１０は、目標ヨーレイト設定部３２において、下式（４）を用いて今回値の目標ヨーレイトγｔｎを算出、設定する（ステップ７）。
【数２】
2010089724.tif 000004
そして、ＥＣＵ１０は、設定した目標ヨーレイトγｔｎを目標ヨーレイト記憶部２２に書き込む（ステップ８）。
【００２２】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップ４で設定した目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔと、ステップ８で設定した目標ヨーレイトγｔｎとに基づいて、下式（５）を用いて目標後輪舵角δｒｔを算出、設定する（ステップ９）。
δｒ＝−Ｙｆｔ／Ｋｆ＋Ｙｒｔ／Ｋｒ−（ｌ／Ｖ）γｔｎ＋δｆ    ・・・（５）
但し、Ｋｆ：前輪タイヤのコーナリングパワー、Ｋｒ：後輪タイヤのコーナリングパワー、ｌ：ホイールベース（ｌｆ＋ｌｒ）、である。
【００２３】
ここで、上式（５）は以下のようにして導出される。すなわち、目標車両モデルのタイヤ横力と実際の車両のタイヤ横力とが同一であれば平面挙動も同一になるという考えに基づいて、線形領域における目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔと車両の平面挙動との関係について検討すると、目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔは、それぞれ下式（６），（７）で表すことができる。なお、式（６），（７）における右辺は、実際の車両の前輪および後輪のタイヤ横力をそれぞれ表している。
Ｙｆｔ＝−Ｋｆ｛β＋（ｌｆ／Ｖ）γ−δｆ｝    ・・・（６）
Ｙｒｔ＝−Ｋｒ｛β−（ｌｒ／Ｖ）γ−δｒ｝    ・・・（７）
式（７）をβについて解き、式（６）に代入して整理すると、下式（８）が得られる。
Ｙｆｔ／Ｋｆ−Ｙｒｔ／Ｋｒ＝δｆ−δｒ−（ｌ／Ｖ）γ    ・・・（８）
さらに、式（８）をδｒについて整理することにより上式（５）が得られる。
式（５）からわかるように、目標車両モデルにおける目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔと実際の車両における前輪タイヤ横力および後輪タイヤ横力とを等価と考え、目標車両モデルの平面挙動の出力パラメータを目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔで与えることにより、車体スリップ角βを推定することなく目標後輪舵角δｒｔが求められる。
【００２４】
次に、実施形態に係る車両の挙動制御装置１の作用効果について図４を参照して説明する。図４は、高速直線走行中に運転者がダブルレーンチェンジ、すなわち飛び出してくる障害物を避けてすぐに元の車線に戻るような操作を行ったときの車両挙動の経時変化を示しており、（Ａ）は前輪舵角δｆを示し、（Ｂ）はヨーレイトγを示し、（Ｃ）は車体スリップ角βを示し、（Ｄ）は後輪舵角δｒを示している。なお、各グラフにおいて、実線は挙動制御装置１によって後輪舵角δｒが制御された実施形態に係る後輪操舵車両を示し、一点鎖線は後輪舵角δｒが可変制御されない従来の前輪操舵車両を示し、（Ｂ），（Ｃ）における破線は目標車両モデルを示している。
【００２５】
ダブルレーンチェンジ時の平面挙動を実現するために、実施形態に係る後輪操舵車両では、（Ａ）に実線で示すような前輪舵角δｆの操作が行われ、（Ｄ）に実線で示すような後輪舵角δｒの制御が行われる。一方、従来の前輪操舵車両では、後輪舵角δｒは（Ｄ）に一点鎖線で示すように０ｄｅｇのまま一定であり、前輪舵角δｆは（Ａ）に一点鎖線で示すような操作となる。
【００２６】
すると、（Ｂ）に示すように、ヨーレイトγは、実施形態に係る後輪操舵車両のものが特にレーンチェンジの終盤において従来の前輪操舵車両のものよりも目標車両モデルに漸近する。そして、（Ｃ）に示すように、車体スリップ角βは、実施形態に係る後輪操舵車両のものがレーンチェンジの全期間に亘って従来の前輪操舵車両のものよりも目標車両モデルに近似する。
【００２７】
このように、目標車両モデルの平面挙動の出力パラメータとして目標前輪タイヤ横力Ｙｆｔおよび目標後輪タイヤ横力Ｙｒｔを用いることにより、車体スリップ角βを推定することなく目標後輪舵角δｒｔを求めることができ、求めた目標後輪舵角δｒｔに従って後輪を転舵することにより、実際の車両の平面挙動を目標車両モデルのものに近似させることができる。
【００２８】
以上で実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるも
のではない。例えば、上記実施形態では、目標車両モデルを線形２輪モデルとしているが、非線形の車両モデルや、ロール運動など多自由度を考慮した車両モデルであってもよい。また、上記実施形態では、目標ヨーレイトγｔを目標車両モデル設定部１３における内部計算により求めているが、他の演算式を用いて求めたり、センサ値を用いたりしてもよい。
【００２９】
また、目標車両モデルが実際の車両と大きく異なる場合は、ＶＧＳ（Variablr Gear ratio Steering:可変ギヤステアリングシステム）におけるステアリングギヤ比Ｎを変更したり、ステアバイワイヤシステムを採用したりすることによって目標車両モデルに近づけることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態に係る挙動制御装置の概略構成図
【図２】目標車両モデル設定部の概略構成図
【図３】実施形態に係る後輪舵角設定手順を示すフローチャート
【図４】実施形態に係る挙動制御装置の作用説明図
【符号の説明】
【００３１】
１      挙動制御装置
２      車速センサ
３      操舵角センサ
４      後輪操舵装置
１０    ＥＣＵ
１３    目標車両モデル設定部
１４    目標後輪舵角設定部
δｆ    前輪舵角
δｒ    後輪舵角
δｒｔ  目標後輪舵角（目標転舵制御量）
βｔ    目標車体スリップ角
βｆｔ  目標前輪タイヤスリップ角
βｒｔ  目標後輪タイヤスリップ角
γｔ    目標ヨーレイト
Ｙｆｔ  目標前輪タイヤ横力
Ｙｒｔ  目標後輪タイヤ横力
【図１】
2010089724.tif 000005
【図２】
2010089724.tif 000006
【図３】
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【図４】
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