(57)【要約】【課題】車両旋回時に後輪の舵角を制御した場合に、車両がスピンする可能性を抑える舵角制御装置を提供する。【解決手段】舵角制御装置１０は、前輪２２を操舵する操舵手段と、前輪２２の舵角を検出する操舵角センサ１４と、後輪２４を転舵する転舵アクチュエータ３２と、車速および前輪２２の舵角にもとづいて後輪２４の目標舵角を導出し、目標舵角になるよう転舵アクチュエータ３２を制御するＥＣＵ２０と、を備える。ＥＣＵ２０は、所定の車速以上である場合に、車両の横加速度が所定値になるときに前輪２２のコーナリングフォースが前輪２２の接地荷重となる後輪２４の目標舵角を導出し、目標舵角になるように転舵アクチュエータ３２を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪を操舵する操舵手段と、
前輪の舵角を検出する舵角検出手段と、
後輪を転舵する転舵アクチュエータと、
車速および前輪の舵角にもとづいて後輪の目標舵角を導出し、前記目標舵角になるよう前記転舵アクチュエータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、所定の車速以上である場合に、車両の横加速度が所定値になるときに前輪のコーナリングフォースと前輪の接地荷重とが所定の割合となる後輪の前記目標舵角を導出し、前記目標舵角になるように前記転舵アクチュエータを制御することを特徴とする舵角制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舵角制御装置に関し、特に舵角制御装置での車輪の舵角の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行中の車両の挙動を安定化させる技術が知られており、例えば、特許文献１には、前輪および後輪と、前輪および後輪の間に配置された一対の中間輪と、を有する車両において、各車輪に付与する制動力を調整することで、各車輪の接地力配分を調整し、車両を安定化させる技術が開示される。
【０００３】
また、一対の前輪および一対の後輪を有する車両において、車両の前後の車輪の舵角を制御し、旋回能力を向上させる四輪操舵技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１１／０４５８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前後に配置された車輪の舵角を制御する操舵技術において、後輪を前輪の舵角と逆相側に転舵させ、車両の旋回能力を向上させる技術がある。後輪を前輪の舵角と逆相側に転舵させた際に車速が高ければ、旋回中の車両に大きな横加速度が付与され、車両の走行状態が不安定になる可能性がある。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両旋回時に後輪の舵角を制御した場合に、車両の走行状態が不安定になる可能性を抑える舵角制御装置を提供することにある。
【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、本発明のある態様の舵角制御装置は、前輪を操舵する操舵手段と、前輪の舵角を検出する舵角検出手段と、後輪を転舵する転舵アクチュエータと、車速および前輪の舵角にもとづいて後輪の目標舵角を導出し、前記目標舵角になるよう前記転舵アクチュエータを制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、所定の車速以上である場合に、車両の横加速度が所定値になるときに前輪のコーナリングフォースが前輪の接地荷重となる後輪の前記目標舵角を導出し、前記目標舵角になるように前記転舵アクチュエータを制御する。
【０００８】
この態様によると、車両旋回時の横加速度が所定値に達した場合に、前輪のグリップ力が低下しつつも、前輪以外の車輪のグリップ力の低下を抑え、車両全体の走行状態がスピン状態になることを抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明により、車両旋回時に後輪の舵角を制御した場合に、車両の走行状態が不安定になる可能性を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の舵角制御装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】従来技術の後輪の転舵制御を説明するための図である。
【図３】実施形態の後輪の転舵制御について説明するための図である。
【図４】従来技術の後輪の他の転舵制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
図１は、実施形態の舵角制御装置の概略構成を示す模式図である。舵角制御装置１０は、ハンドル１２、操舵角センサ１４、操舵軸１６、前輪ギア１８、ＥＣＵ２０、前輪２２、後輪２４、中間輪２６、駆動モータ２８、車速センサ３０、転舵アクチュエータ３２および舵角センサ３４を備える。
【００１３】
ハンドル１２は、運転者が操舵量を入力するために回転させる操舵部材として機能する。ハンドル１２は操舵軸１６を介して前輪２２に接続される。操舵角センサ１４は、運転者が入力した操舵量としてのハンドル１２の回転角を検出し、この検出値をＥＣＵ２０に対して出力する。
【００１４】
操舵角センサ１４は、ハンドル１２の操作量に応じた情報を検出する検出手段として機能する。ハンドル１２の操舵角（操作量）に応じて前輪の転舵角が変動するため、操舵角センサ１４は、前輪２２の舵角を検出する舵角検出手段としても機能する。前輪ギア１８は、操舵軸１６の回転動作を、前輪２２の転舵角を変化させる動作に変換する。なお、舵角検出手段として、前輪２２の転舵角を直接検出するセンサが設けられてもよい。
【００１５】
前輪２２と後輪２４の間には一対の中間輪２６が設けられる。中間輪２６には、中間輪２６を回転させる駆動モータ２８、および、中間輪２６の回転量を検出する車速センサ３０が設けられる。車速は左右の車速センサ３０の平均により算出されてよい。駆動モータ２８は、不図示のアクセルペダルの動作、すなわち運転者の操作量に応じてＥＣＵ２０により駆動を制御される。なお、各駆動モータ２８は、それぞれ個別に制御可能とされてよい。なお、中間輪２６は転舵せず、車両の直進方向に進むよう設定される。
【００１６】
後輪２４には転舵アクチュエータ３２および舵角センサ３４が設けられる。転舵アクチュエータ３２は、ＥＣＵ２０の制御により動作し、後輪２４を転舵する。舵角センサ３４は後輪２４の舵角を検出し、ＥＣＵ２０に送る。
【００１７】
ＥＣＵ２０は、各種センサの情報に基づいて、駆動モータ２８や転舵アクチュエータ３２を制御する。ＥＣＵ２０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを相互に接続するデータバスから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、前輪２２の操舵角センサ１４の検出結果および車速センサ３０の検出結果に基づいて後輪２４を転舵する制御を行う制御手段として機能する。ここで、前輪の舵角にもとづいて後輪の舵角を制御する技術を図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は、従来技術の後輪の転舵制御を説明するための図であり、前輪２２の舵角が大きい場合に、後輪２４を前輪２２と逆相側に転舵した状態を示す。なお、逆相側に転舵とは、図２に示すように、車両の直進方向Ｓを基準として、前輪２２が左方向に操舵している場合に、後輪２４を右方向、すなわち前輪２２と逆側に転舵することをいい、同相側に転舵とは、前輪２２が左方向に操舵している場合に、後輪２４も左方向、すなわち前輪２２と同じ側に転舵することをいう。
【００１９】
図２において、前輪２２が左方向に操舵され、後輪２４は前輪２２の逆相側に転舵されている。この後輪２４の転舵によって小回りができるものの、高速走行時において、前輪２２の操舵角に対するヨーレイトや横加速度が大きくなり、運転者が操舵しづらくなり、横加速度が限界域に達すると車両がスピンするおそれがある。
【００２０】
そこで実施形態のＥＣＵ２０は、所定の車速以上において、車両に働く横加速度が所定の限界値である場合に前輪２２のコーナリングフォースが前輪２２の接地荷重と所定の割合になるように後輪２４目標舵角を設定し、転舵アクチュエータ３２を制御する。車輪のコーナリングフォースは、車輪の進行方向と直角の向きに発生する力であり、車輪のスリップ角に比例して増加する。また、コーナリングフォースの上限は車輪と路面の間の摩擦係数μに車輪の接地荷重を乗じたもので、μ＝１である場合はコーナリングフォースと接地荷重が等しくなる。車輪のスリップ角が増大し、コーナリングフォースが上限に達してから、その角度以上に車輪のスリップ角を増大させると、コーナリングフォースは低下し、いわゆるグリップ力が低下した状態になる。つまり車両に働く横加速度が所定の限界値に達する際に後輪２４の舵角制御により、前輪２２のコーナリングフォースが接地荷重と所定の割合（μにより定まる上限）となり、グリップ力が低下して滑り出すように車体スリップ角の制御を行う。このように前輪２２を他の車輪よりも先に滑らせるようにすると車両はドリフトアウト状態となり、他の輪が先に滑るスピン状態となるよりも安定した挙動となる。また実施形態ではμ＝１に合わせて、コーナリングフォースの上限＝接地荷重として所定の割合を固定した態様を説明するが、摩擦係数μに応じてコーナリングフォースの上限が変化するため、検知した摩擦係数μに応じて制御してもよい。
【００２１】
図３は、実施形態の後輪２４の転舵制御について説明するための図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、車両の横加速度が所定の限界値である場合に前輪２２のコーナリングフォースが前輪２２の接地荷重と等しくなるように算出したものであり、図３（ａ）は、前輪２２の舵角δｆと車速との関係を示し、図３（ｂ）は、後輪２４の舵角δｒと車速との関係を示し、図３（ｃ）は、前輪２２と後輪２４の舵角比ｋを示す。なお、舵角がゼロのとき車両直進方向であることを示し、左方向への舵角をマイナス、右方向への舵角をプラスとして示す。図３（ａ）では、右方向への舵角を示し、左方向への舵角は省略する。また、この態様では、前輪２２の舵角δｆにハンドル１２の操舵角を用いており、操舵角は、±π／２ラジアンを上限としている。
【００２２】
以下に示す式（１）では、横加速度Ａｙの限界値を設定する。横加速度Ａｙの限界値は、限界値より横加速度Ａｙが大きくなれば車両がスピンや横転をする可能性が上昇し始める値、または、限界値より横加速度Ａｙが小さくなれば車両がスピンや横転をする可能性がほとんどなくなる値であって、重心位置やトレッドなどの車両諸元、サスペンション特性などを考慮して定められる値である。
【数１】
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γ：ヨーレート、Ｖ：車速、Ｋｆ・Ｋｃ・Ｋｒ：コーナリングスティッフネス（またはコーナリングパワー）、ｌｆ・ｌｃ・ｌｒ：重心から車輪までの距離、ｍ：車両質量、β：車体のスリップ角、βｆ：前輪のスリップ角、Ｃｐ：単位荷重当りのコーナリングステッィフネス、ｅｆ：操舵系剛性によるコーナリングステッィフネスの低下率。
【００２３】
以下に示す式（２）では、前輪２２のコーナリングフォースと前輪２２の接地荷重とが所定の割合になるように設定している。
【数２】
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【００２４】
式（１）と式（２）を連立方程式として解き、前輪２２の舵角δｆ、δｒ＝ｋδｆとなる舵角比ｋを算出する。舵角比ｋは、ＥＣＵ２０に予め記憶される。ＥＣＵ２０は、舵角比ｋを数式で記憶してもよく、テーブル形式で記憶してもよい。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、車速センサ３０の検出結果が所定の車速Ｖ１以上であれば、操舵角センサ１４から取得した前輪２２の舵角δｆに図３（ｃ）に示す舵角比ｋを乗算して後輪２４の目標舵角δｒを導出し、導出した後輪２４の目標舵角δｒになるように転舵アクチュエータ３２の駆動を制御する。所定の車速Ｖ１は、それ以下では前輪のコーナリングフォースが接地荷重に等しくなるδｆが存在しない速度である。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｃ）では、所定の車速Ｖ１以上の舵角および舵角比を示す。図３（ａ）には、限界値での前輪２２が滑り始める、前輪２２の舵角δｆと車速の関係が示される。車速が上昇するにつれて滑り始める舵角δｆが小さくなる。車速Ｖ２より大きくなると、舵角δｆはほぼ一定である。
【００２７】
図３（ｂ）には、前輪２２が滑りはじめるときの後輪２４の舵角δｒが示される。車速が低い場合は逆相側の舵角δｒにて制御され、車速Ｖ１において逆相側のほぼ最大限の舵角となっており、車速Ｖ２にて逆相側から同相側に切り替わる。この例では車速Ｖ２は、約時速３７ｋｍである。
【００２８】
図３（ｃ）に示す舵角比ｋは、δｒ＝ｋδｆという関係であるから、図３（ｂ）に示す後輪２４の舵角δｒと同じく車速Ｖ２で負から正の値に切り替わる。図３（ｃ）に示すように、車速Ｖ１ではｋ＝−１であり、車速Ｖ２以下の低速では常に後輪２４を逆相に転舵するため、前輪２２の舵角δｆが大きくなっても前輪のスリップ角が大きくなりすぎることはなく、所定の横加速度が車体にかかるまでドリフトアウトすることなく旋回することができる。また、車速Ｖ２以上では後輪２４を前輪２２と同相で制御するためアンダーステアとしながら、前輪２２のスリップ角を大きくすることで所定の横加速度が車体にかかる際にコーナリングフォースが上限に達するようにしている。その結果、前輪２２のグリップ力が低下し、車両がスピンすることなくドリフトアウトするように制御できる。
【００２９】
図４は、従来技術の後輪の他の転舵制御を説明するための図であり、前輪２２の舵角が小さい場合に、後輪２４を前輪２２と同相側に転舵した状態を示す。
【００３０】
図４に示すように、前輪２２の舵角が小さい場合、後輪２４は前輪２２と同相側、かつ、前輪２２の舵角より小さく転舵されている。この場合、各車輪は矢印方向のコーナリングフォース（摩擦力）を受ける。前輪２２の舵角は後輪２４の舵角より大きいため、前輪２２のコーナリングフォースＣｆは、後輪２４のコーナリングフォースＣｒより大きくなる。車体スリップ角βがついてるため中間輪２６のコーナリングフォースＣｃは、前輪２２および後輪２４と逆側の方向である。
【００３１】
このとき前輪２２のスリップ角が大きくなり、各車輪の中でコーナリングフォースの最大値が最も先に出てしまう。所定の車速以下でこのような後輪２４の転舵制御を実行した場合、前輪２２が滑り、小回りができなくなる可能性がある。
【００３２】
そこで、図３で不図示の車速Ｖ１以下では、δｒ＝−δｆとなるように制御される。つまり、ＥＣＵ２０は、車速が数ｋｍ程度と低速である場合に、前輪２２に対して後輪２４を単純な逆相で転舵する制御を実行する。また車速Ｖ１以上Ｖ２以下では転舵比ｋにもとづき逆相で転舵する制御を実行する。これにより図４の従来技術に対して前輪２２のスリップ角が大きくなりすぎず、所定の車速以下の低速で所定の横加速度が発生するまでは前輪２２がグリップを失わず、車両が小回りできる。また車速Ｖ２以上では転舵比ｋにもとづき後輪２４を同相に転舵する制御を実行する。これにより、車両をアンダーステアとしながら、前輪２２のスリップ角を大きくして、挙動が不安定となる所定の横加速度が車体にかかる際に前輪２２のコーナリングフォースが上限に達してグリップ力が低下し、車両がスピンすることなくドリフトアウトする。なお後輪２４を転舵する実行条件として前輪２２が所定の角度以上転舵しているか判定してよい。これにより、操舵の中立位置付近の車両の応答ゲインを下げることができ、運転しやすくなる場合がある。
【００３３】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００３４】
実施形態ではひし形の頂点に車輪を配置した態様の車両を用いて説明したが、その車両に限定されない。たとえば、前輪に操舵機構、後輪に転舵アクチュエータを有する前輪２輪、後輪２輪の通常の車両であってもよい。
【００３５】
舵角比ｋは、車両走行中の路面の状況に応じて補正して用いてよい。たとえば路面が凍ってる場合や路面が濡れてる場合では、摩擦係数μが下がり、コーナリングフォースの上限値が低くなるため、その分を補正する。数式２の値を補正して方程式を解いた舵角比ｋに変更すればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  舵角制御装置、  １２  ハンドル、  １４  操舵角センサ、  １６  操舵軸、  １８  前輪ギア、  ２０  ＥＣＵ、  ２２  前輪、  ２４  後輪、  ２６  中間輪、  ２８  駆動モータ、  ３０  車速センサ、  ３２  転舵アクチュエータ、  ３４  舵角センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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