(57)【要約】      （修正有）【課題】前輪と後輪が同一の軌跡を通過するように操舵制御が可能な車両の操舵制御装置を提供する。【解決手段】車両の操舵制御装置１０は、車速検出手段６と、操舵角を検出する操舵角検出手段５と、車速及び操舵角に基づいて目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段１１と、車両の目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段１２と、目標ヨーレート及び目標車体スリップ角に基づいて、前輪２ｆの操舵角及び後輪２ｒの操舵角の各々を算出する操舵角算出手段１３と、を備える。詳しくは、目標車体スリップ角算出手段１２は、前輪２ｆ及び後輪２ｒが同一の軌跡を通過するように、目標車体スリップ角を算出する。したがって、上記の車両の操舵制御装置１０によれば、車両を目標ヨーレートに近づけることによって車両挙動の安定を維持しつつ、運転者が狙ったコースを正確にトレースしながら走行する感覚を向上させることが可能となる。【選択図】図２
2006347197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車速を検出する車速検出手段と、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記車速及び前記操舵角に基づいて、目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段と、
車両の目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、
前記目標ヨーレート及び前記目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角の各々を算出する操舵角算出手段と、を備え、
前記目標車体スリップ角算出手段は、前記前輪と前記後輪が同一の軌跡を通過するように前記目標車体スリップ角を算出することを特徴とする車両の操舵制御装置。
【請求項２】
前記目標車体スリップ角算出手段は、旋回中心から前記前輪の車軸上の中心点までの距離と、当該旋回中心から前記後輪の車軸上の中心点までの距離とが等しくなるように、前記目標車体スリップ角を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項３】
前記目標車体スリップ角算出手段は、前記車両の重心から前記前輪のドライブシャフトまでの距離Ｌｆと、前記重心から前記後輪のドライブシャフトまでの距離Ｌｒと、目標ヨーレートｒ_taと、車速Ｖと、を用い、演算式、
β_ta＝−｛（Ｌｆ−Ｌｒ）／２｝×（γ_ta／Ｖ）
に基づいて、目標車体スリップ角β_taを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、前輪と後輪の操舵角を独立に制御可能な車両の操舵制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、目標ヨーレートとなるように後輪を操舵制御する技術が記載されている。特許文献２には、車体後部の定点が重心点の軌跡を追従するように後輪を制御する技術が記載されている。更に、特許文献３には、車体の前後方向中心線上にある仮想的中央後輪が、車体の前後方向中心線上にある仮想的中央前輪の軌跡をなぞるように転舵する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２０８６８１号公報
【特許文献２】特開平１−２３３１７４号公報
【特許文献３】特公平７−８６５２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、上記した特許文献１乃至３に記載された技術では、後輪の軌跡を十分に考慮した操舵制御が行われていなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、前輪と後輪が同一の軌跡を通過するように操舵制御することが可能な車両の操舵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】
【０００６】
本発明の１つの観点では、車速を検出する車速検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記車速及び前記操舵角に基づいて、目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段と、車両の目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、前記目標ヨーレート及び前記目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角の各々を算出する操舵角算出手段と、を備え、前記目標車体スリップ角算出手段は、前記前輪と前記後輪が同一の軌跡を通過するように前記目標車体スリップ角を算出する。
【０００７】
上記の車両の操舵制御装置は、車両の前輪及び後輪を各々独立に操舵制御するために好適に用いられる。車両の操舵制御装置は、車速を検出する車速検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速及び操舵角に基づいて目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段と、車両の目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、目標ヨーレート及び目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角の各々を算出する操舵角算出手段と、を備える。詳しくは、目標車体スリップ角算出手段は、前輪及び後輪が同一の軌跡を通過するように、目標車体スリップ角を算出する。したがって、上記の車両の操舵制御装置によれば、車両を目標ヨーレートに近づけることによって車両挙動の安定を維持しつつ、運転者が狙ったコースを正確にトレースしながら走行する感覚（on-the-rail感）を向上させることが可能となる。
【０００８】
好適な１つの実施例では、前記目標車体スリップ角算出手段は、旋回中心から前記前輪の車軸上の中心点までの距離と、当該旋回中心から前記後輪の車軸上の中心点までの距離とが等しくなるように、前記目標車体スリップ角を算出することができる。言い換えると、目標車体スリップ角算出手段は、前輪の旋回半径と後輪の旋回半径とが等しくなるように、目標車体スリップ角を算出する。
【０００９】
好ましくは、前記目標車体スリップ角算出手段は、前記車両の重心から前記前輪のドライブシャフトまでの距離Ｌｆと、前記重心から前記後輪のドライブシャフトまでの距離Ｌｒと、目標ヨーレートｒ_taと、車速Ｖと、を用い、演算式、
β_ta＝−｛（Ｌｆ−Ｌｒ）／２｝×（γ_ta／Ｖ）
に基づいて、目標車体スリップ角β_taを算出する。
【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の好適な実施の形態について説明する。
【００１１】
［車両の構成］
まず、本発明の実施形態に係る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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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（即ち、個別に転舵される）。
【００１６】
ハンドル４は、運転者が車両を旋回させるために操作され、運転者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。運転者がハンドル４を回転させた角度（ハンドル角、操舵角）は、ハンドル角センサ５によって検出される。そして、ハンドル角センサ５が検出したハンドル角は、システムコントローラ１０に検出信号Ｓ１として出力される。また、車速センサ６は車両の速度（車速）を検出し、検出した車速を検出信号Ｓ２としてシステムコントローラ１０に出力する。このように、ハンドル角センサ５は操舵角検出手段として機能すると共に、車速センサ６は車速検出手段として機能する。
【００１７】
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、システムコントローラ１０によって決定された操舵角を制御信号Ｓ３ｆ、Ｓ３ｒとして取得する。そして、前輪用アクチュエータ７ｆ及び後輪用アクチュエータ７ｒは、前輪用操舵シャフト３ｆと後輪用操舵シャフト３ｒを介して、取得した操舵角によって前輪２ｆ及び後輪２ｒをそれぞれ操舵する。
【００１８】
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。システムコントローラ１０は、ハンドル角センサ５から取得するハンドル角と、車速センサ６から取得する車速とに基づいて、前輪２ｆ及び後輪２ｒの操舵角を決定し、前輪２ｆ及び後輪２ｒの操舵制御を実行する。詳しくは、システムコントローラ１０は、車速と操舵角に基づいて目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段と、車両の目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、目標ヨーレート及び目標車体スリップ角に基づいて、前輪２ｆの操舵角及び後輪２ｒの操舵角の各々を算出する操舵角算出手段として機能する。
【００１９】
［システムコントローラの構成］
ここで、前述したシステムコントローラ１０の具体的な構成について、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、システムコントローラ１０の概略構成を示すブロック図である。システムコントローラ１０は、目標ヨーレート算出部１１と、目標車体スリップ角算出部１２と、操舵角算出部１３と、前輪操舵角指令値送信部１４ｆと、後輪操舵角指令値送信部１４ｒと、を備える。
【００２１】
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に出力する。詳しくは、ハンドル角センサ５は、ハンドル角に対応する検出信号Ｓ１を、目標ヨーレート算出部１１に供給する。また、車速センサ６は、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に出力する。詳しくは、車速センサ６は、車速に対応する検出信号Ｓ２を、目標ヨーレート算出部１１、目標車体スリップ角算出部１２、及び操舵角算出部１３に供給する。
【００２２】
目標ヨーレート算出部１１は、取得したハンドル角と車速に基づいて目標ヨーレートを算出する。そして、ヨーレート算出部１１は、算出した目標ヨーレートを信号Ｓ１１として、目標車体スリップ角算出部１２及び操舵角算出部１３に供給する。
【００２３】
目標車体スリップ角算出部１２は、取得した車速と目標ヨーレートに基づいて、目標車体スリップ角を算出する。具体的には、目標車体スリップ角算出部１２は、前輪２ｆと後輪２ｒが同一の軌跡（経路）を通過して車両が旋回するように、目標車体スリップ角を算出する。言い換えると、目標車体スリップ角算出部１２は、前輪２ｆが通過した軌跡と同一の軌跡を後輪２が通過するように、車両に対して設定すべき目標車体スリップ角を算出する。そして、目標車体スリップ角算出部１２は、算出した目標車体スリップ角を信号Ｓ１２として操舵角算出部１３に供給する。
【００２４】
操舵角算出部１３は、取得した車速と目標ヨーレートと目標車体スリップ角に基づいて、前輪２ｆに対して設定すべき操舵角（以下、「前輪操舵角」と呼ぶ。）、及び後輪２ｒに対して設定すべき操舵角（以下、「後輪操舵角」と呼ぶ。）を算出する。そして、操舵角算出部１３は、算出した前輪操舵角を信号Ｓ１３ｆとして前輪操舵角指令値送信部１４ｆに供給すると共に、算出した後輪操舵角を信号Ｓ１３ｒとして後輪操舵角指令値送信部１４ｒに供給する。
【００２５】
前輪操舵角指令値送信部１４ｆは、取得した前輪操舵角に対応する指令値Ｓ３ｆを前輪用アクチュエータ７ｆに供給する。また、後輪操舵角指令値送信部１４ｒは、取得した後輪操舵角に対応する指令値Ｓ３ｒを後輪用アクチュエータ７ｒに供給する。そして、前輪用アクチュエータ７ｆは、取得した前輪操舵角に基づいて前輪２ｆを操舵し、後輪用アクチュエータ７ｒは、取得した後輪操舵角に基づいて後輪２ｒを操舵する。
【００２６】
［操舵角制御方法］
次に、本実施形態に係る操舵角制御方法について具体的に説明する。
【００２７】
本実施形態では、前輪２ｆと後輪２ｒが旋回時に同一の軌跡を通過するように、操舵制御を行う。図３は、前輪２ｆと後輪２ｒが同一の軌跡を通過する場合の車両の様子を示す図である。この場合、車両が符号４１で示す位置にあるときには、右の前輪２ｆＲと後輪２ｒＲが曲線３１上に位置すると共に、左の前輪２ｆＬと後輪２ｒＬが曲線３２上に位置している。同様に、車両が符号４２で示す位置にあるときも、右の前輪２ｆＲと後輪２ｒＲが曲線３１上に位置すると共に、左の前輪２ｆＬと後輪２ｒＬが曲線３２上に位置している。このように、前輪２ｆと後輪２ｒが同一の軌跡を通過して車両が旋回した場合、運転者は、狙ったコースを正確にトレースしながら走行する感覚（所謂、「on-the-rail感」）を覚える。
【００２８】
次に、目標車体ヨーレート、目標車体スリップ角、前輪操舵角、及び後輪操舵角の算出方法について、図４を用いて説明する。図４は、旋回時における車両の状態を示す概略図である。
【００２９】
車両は、例えば、旋回中心ＲＣを中心とする旋回半径Ｒ（旋回中心ＲＣから車両の重心Ｇまでの距離）の円周上を、車速Ｖ及びヨーレートγで旋回している。この場合、ヨーレートγと車速Ｖには、以下の式（１）が成り立つ。
【００３０】
Ｖ＝γ×Ｒ    式（１）
ここで、目標ヨーレートγ_taの算出方法について説明する。目標ヨーレートγ_taは、システムコントローラ１０内の目標ヨーレート算出部１１が、ハンドル角ＭＡと車速Ｖに基づいて算出する。具体的には、目標ヨーレート算出部１１は、ハンドル角ＭＡ及び車速Ｖと、目標ヨーレートγとの関係を示すマップを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。
【００３１】
図５は、目標ヨーレートγ_taの算出に用いるマップの一例を示している。図５は、横軸に車速Ｖを示し、縦軸にヨーレートゲインＧγを示している。なお、ヨーレートゲインＧγは、以下の式（２）によって表される。
【００３２】
Ｇγ＝γ／ＭＡ    式（２）
目標ヨーレート算出部１１は、マップを用いて車速Ｖに対応するヨーレートゲインＧγを決定し、決定されたヨーレートゲインＧγからハンドル角ＭＡを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。具体的には、目標ヨーレートγ_taは、式（２）を用いることによって「γ_ta＝Ｇγ×ＭＡ」となる。
【００３３】
次に、目標車体スリップ角の算出方法について具体的に説明する。
【００３４】
前輪２ｆと後輪２ｒが同一の軌跡を通過している場合には、旋回中心ＲＣから前輪２ｆの車軸上の中心点までの距離Ｒ１（前輪２ｆの旋回半径）と、旋回中心ＲＣから後輪２ｒの車軸上の中心点までの距離Ｒ２（後輪２ｒの旋回半径）とが等しくなる。この場合、前輪２ｆの車軸上の中心点と後輪２ｒの車軸上の中心点とを結ぶ線分Ａに対して、旋回中心ＲＣを通る直線が垂直に交わる点Ｐは、線分Ａにおける中点に一致する。なお、図４においては、説明の便宜上、旋回中心ＲＣから前輪２ｆの中心点までの距離を「Ｒ１」として示し、旋回中心ＲＣから後輪２ｒの中心点までの距離を「Ｒ２」として示している。即ち、図４は、前輪２ｆ及び後輪２ｆを、それぞれの車軸上の中心点上に位置させた図を示している。
【００３５】
以上より、前輪２ｆ及び後輪２ｒが同一の軌跡を通過するようにするためには、前輪２ｆの旋回半径Ｒ１と、後輪２ｆの旋回半径Ｒ２とを等しくする必要がある。言い換えると、点Ｐが線分Ａの中点に位置する必要がある。具体的には、重心Ｇから点Ｐまでの距離Ｘが、以下の条件式（３）を満たす必要がある。
【００３６】
Ｘ＝Ｌ／２−Ｌｆ    式（３）
なお、式（３）中の「Ｌ」は、車両のホイールベースを示し、「Ｌｆ」は車両の重心Ｇから前輪２ｆのドライブシャフトまでの距離を示している。また、ホイールベースＬは、重心Ｇから前輪２ｆのドライブシャフトまでの距離Ｌｆと、重心Ｇから後輪２ｒのドライブシャフトまでの距離Ｌｒを用いると、以下の式（４）で表される。
【００３７】
Ｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ    式（４）
ここで、車体スリップ角βは、重心Ｇから点Ｐまでの距離Ｘ及び旋回半径Ｒを用いて、以下の式（５）によって表される。
【００３８】
Ｒ×sinβ＝Ｘ    式（５）
前輪２ｆ及び後輪２ｒを同一の軌跡を通過させるためには、車体スリップ角βは、条件式（３）で示される条件を満たす必要がある。即ち、車体スリップ角βは、式（５）に条件式（３）を代入することによって得られる式（６）を満たす必要がある。
【００３９】
Ｒ×sinβ＝Ｌ／２−Ｌｆ    式（６）
ここで、式（６）を車体スリップ角βについて解くと、式（７）が得られる。
【００４０】
β＝sin−１｛（Ｌ／２−Ｌｆ）／Ｒ｝    式（７）
更に、式（７）を、式（１）と式（４）を用いて変形すると、以下の式（８）が得られる。
【００４１】
β＝sin−１［｛（Ｌｆ＋Ｌｒ）／２−Ｌｆ｝／（Ｖ／γ）］
＝sin−１［−｛（Ｌｆ−Ｌｒ）／２｝×（γ／Ｖ）］      式（８）
以上より、目標車体スリップ角β_taは、前述のようにして算出された目標ヨーレートγ_taを式（８）に代入することによって、以下の式（９）で表される。
【００４２】
β_ta＝sin−１［−｛（Ｌｆ−Ｌｒ）／２｝×（γ_ta／Ｖ）］    式（９）
この場合、目標車体スリップ角β_taは、式（１０）で示す近似式を用いて表すことができる。
【００４３】
β_ta≒−｛（Ｌｆ−Ｌｒ）／２｝×（γ_ta／Ｖ）    式（１０）
目標車体スリップ角算出部１２は、上記の式（１０）に、重心Ｇから前輪２ｆのドライブシャフトまでの距離Ｌｆと、重心Ｇから後輪２ｒのドライブシャフトまでの距離Ｌｒと、目標ヨーレートγ_taと、車速Ｖを代入することによって、目標車体スリップ角β_taを算出する。そして、目標車体スリップ角算出部１２は、算出された目標車体スリップ角β_taを操舵角算出部１３に供給する。
【００４４】
次に、前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒの算出方法について説明する。前輪操舵角δｆと後輪操舵角δｒは、前後輪アクティブ操舵の理論に基づいて、操舵角算出部１３によって算出される。具体的には、操舵角算出部１３は、上記のように算出された目標ヨーレートγ_taと目標車体スリップ角β_taを用いて、前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒを算出する。より詳しくは、操舵角算出部１３は、以下の式（１１）を用いて前輪操舵角δｆを算出すると共に、以下の式（１２）を用いて後輪操舵角δｒを算出する。
【００４５】
【数１】
2006347197.tif 000003
【００４６】
【数２】
2006347197.tif 000004
【００４７】
なお、式（１１）と式（１２）中において、「ζ」はラプラス演算子を示し、「ｍ」は車両の質量を示し、「Ｋｆ」は前輪２ｆのコーナリングパワーを示し、「Ｋｒ」は後輪２ｒのコーナリングパワーを示し、「Ｉ」はヨー方向の慣性モーメントを示し、「δ」はハンドル角を示している（「δ」は、前述した「ＭＡ」に対応する）。
【００４８】
以上のようにして得られた前輪操舵角δｆ及び後輪操舵角δｒに基づいて操舵制御することにより、車速などに影響を受けることなく、前輪２ｆ及び後輪２ｒを同一の軌跡を通過させることができる。言い換えると、前輪２ｆの旋回半径と後輪２ｒの旋回半径を、旋回中などにおいて常に等しくすることができる。したがって、本実施形態に係る操舵制御装置によれば、車両を目標ヨーレートに近づけることによって車両挙動の安定を維持しつつ、運転者が狙ったコースを正確にトレースしながら走行する感覚（on-the-rail感）を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両の概略構成を示す模式図である。
【図２】システムコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図３】前輪と後輪が同一の軌跡を通過する場合の車両の様子を示す図である。
【図４】本実施形態に係る操舵制御方法を説明するための図である。
【図５】目標ヨーレートを算出するために用いるマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
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
１１  目標ヨーレート算出部
１２  目標車体スリップ角算出部
１３  操舵角算出部
【図１】
2006347197.tif 000005
【図２】
2006347197.tif 000006
【図３】
2006347197.tif 000007
【図４】
2006347197.tif 000008
【図５】
2006347197.tif 000009