(57)【要約】【課題】車両のロールステアの効果を得つつ、ドライバの入力する操舵角に対する車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を得ることができる車両操舵制御装置を提供する。【解決手段】車両操舵制御装置であって、操舵角の時間変化である操舵角速度が操舵閾値以上であるか否かを判定する操舵角速度判定部１３と、ロール角の時間変化であるロール角速度がロール閾値未満であるか否かを判定するロール角速度判定部１５と、操舵角速度が操舵閾値以上であると判定され、且つ、ロール角速度がロール閾値以上であると判定された場合に、式（１）を用いて車両のタイヤの目標ステア角を算出する目標ステア角算出部１６と、目標ステア角に基づいて、目標ステアリングギア比を算出するギア比算出部１７と、目標ステアリングギア比に基づいて、車両のステアリングギア比を制御するギア比制御部１８と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリングギア比を制御する車両操舵制御装置であって、
前記車両のドライバがステアリング部に入力した操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記車両の横加速度を検出する横加速度検出部と、
前記車両のロール角を検出するロール角検出部と、
前記操舵角検出部の検出結果に基づいて、前記操舵角の時間変化である操舵角速度が操舵閾値以上であるか否かを判定する操舵角速度判定部と、
前記ロール角検出部の検出結果に基づいて、前記ロール角の時間変化であるロール角速度がロール閾値未満であるか否かを判定するロール角速度判定部と、
前記操舵角速度が操舵閾値以上であると判定され、且つ、前記ロール角速度がロール閾値未満であると判定された場合に、下記の式（１）を用いて前記車両のタイヤの目標ステア角を算出する目標ステア角算出部と、
前記目標ステア角に基づいて、目標ステアリングギア比を算出するギア比算出部と、
前記目標ステアリングギア比に基づいて、前記車両のステアリングギア比を制御するギア比制御部と、
を備える、車両操舵制御装置。
δｔ＝α・Ｒ・θ−（β・ΔＡｙ−γ・Δφ・ｄδ／ｄφ）＋ε…（１）
但し、
δｔ：目標ステア角、
α、β、γ、ε：定数、
Ｒ：ステアリングギア比、
θ：操舵角、
Ａｙ：横加速度、
ΔＡｙ：横加速度の変化量、
φ：ロール角、
Δφ：ロール角の変化量、
ｄδ／ｄφ：ロールステア係数。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドライバの入力する操舵角に対する車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を確保することを目的としてサスペンション制御装置（特開２０１０−２４１３４５号公報）が知られている。このサスペンション制御装置では、ドライバの入力する操舵角に応じたタイヤのステア角の変化の速度より、車両の走行により生じるタイヤのステア角の変化の速度が大きい場合に、サスペンションのダンパの減衰力を調整して車両の姿勢変化を抑制することで、操舵角に対する車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を確保しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両の姿勢変化を抑制すると、カーブ進入時などにおいて車両のロール運動が抑制されてロールステアによる効果を活用できず、車両のコンプライアンスステア特性において横力コンプライアンスや横力ステアなどによる影響が大きくなり、車両のヨー方向の応答性が低下してしまう。
【０００５】
そこで、本技術分野では、車両のロールステアの効果を得つつ、ドライバの入力する操舵角に対する車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を得ることができる車両操舵制御装置を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、車両のステアリングギア比を制御する車両操舵制御装置であって、車両のドライバがステアリング部に入力した操舵角を検出する操舵角検出部と、車両の横加速度を検出する横加速度検出部と、車両のロール角を検出するロール角検出部と、操舵角検出部の検出結果に基づいて、操舵角の時間変化である操舵角速度が操舵閾値以上であるか否かを判定する操舵角速度判定部と、ロール角検出部の検出結果に基づいて、ロール角の時間変化であるロール角速度がロール閾値未満であるか否かを判定するロール角速度判定部と、操舵角速度が操舵閾値以上であると判定され、且つ、ロール角速度がロール閾値未満であると判定された場合に、下記の式（１）を用いて車両のタイヤの目標ステア角を算出する目標ステア角算出部と、目標ステア角に基づいて、目標ステアリングギア比を算出するギア比算出部と、目標ステアリングギア比に基づいて、車両のステアリングギア比を制御するギア比制御部と、を備える。
δｔ＝α・Ｒ・θ−（β・ΔＡｙ−γ・Δφ・ｄδ／ｄφ）＋ε…（１）
但し、
δｔ：目標ステア角、
α、β、γ、ε：定数、
Ｒ：ステアリングギア比、
θ：操舵角、
Ａｙ：横加速度、
ΔＡｙ：横加速度の変化量、
φ：ロール角、
Δφ：ロール角の変化量、
ｄδ／ｄφ：ロールステア係数。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両のロールステアの効果を得つつ、ドライバの入力する操舵角に対する車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る車両操舵制御装置を示すブロック図である。
【図２】車両操舵制御装置の制御を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）ドライバの入力した操舵角の時間変化の一例を示すグラフである。（ｂ）タイヤのステア角の時間変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）タイヤの発生力の時間変化を示すグラフである。（ｂ）タイヤのステア角の時間変化について、従来の場合と今回の制御実施の場合の対比を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る車両操舵制御装置を示すブロック図である。図１に示す車両操舵制御装置１００は、乗用車などの車両に搭載され、ドライバがステアリングホイール（ステアリング部）に入力する操舵角に応じてステアリングギア比を制御する。
【００１１】
［車両操舵制御装置の構成］
図１に示すように、車両操舵制御装置１００は、装置を統括的に制御するＥＣＵ１０を備えている。ＥＣＵ[Electronic Control Unit] １０は、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]、ＣＡＮ［Controller  Area  Network］通信回路などを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。
【００１２】
ＥＣＵ１０は、操舵角検出部１、横加速度検出部２、ロール角検出部３、車速検出部４、及びギア比可変ステアリング５に接続されている。
【００１３】
操舵角検出部１は、ドライバがステアリングホイールに入力する操舵角θを検出するセンサである。操舵角検出部１は、車両のステアリングシャフトに対して設けられ、ステアリングホイールの回転に応じた操舵角θを検出する。操舵角検出部１は、検出した操舵角θをＥＣＵ１０に送信する。
【００１４】
横加速度検出部２は、車両の横加速度Ａｙを検出するセンサである。横加速度検出部２は、検出した横加速度ＡｙをＥＣＵ１０に送信する。
【００１５】
ロール角検出部３は、車両のロール角φを検出するセンサである。ロール角検出部３としては、例えばジャイロセンサを用いることができる。ロール角検出部３は、検出したロール角φをＥＣＵ１０に送信する。
【００１６】
車速検出部４は、車両の車速Ｖを検出するセンサである。車速検出部４は、例えば自車両の車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフトなどに対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサが用いられる。車速センサは、検出した車速ＶをＥＣＵ１０に送信する。
【００１７】
ギア比可変ステアリング５は、ステアリングギア比Ｒをコントロールする制御装置である。ギア比可変ステアリング５は、操舵系を構成する各種のステアリングギアとステアリングギアを回転させるアクチュエータとを備え、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてステアリングギア比Ｒを変更する。以上説明した操舵角検出部１、横加速度検出部２、ロール角検出部３、車速検出部４、及びギア比可変ステアリング５は、周知の構成を採用することができる。
【００１８】
次に、ＥＣＵ１０の機能的構成について説明する。ＥＣＵ１０は、操舵角認識部１１、車両状態認識部１２、操舵角速度判定部１３、車速判定部１４、ロール角速度判定部１５、目標ステア角算出部１６、ギア比算出部１７、及びギア比制御部１８を有している。
【００１９】
操舵角認識部１１は、ドライバがステアリングホイールに入力した操舵角を認識する。操舵角認識部１１は、操舵角検出部１の検出結果に基づいて、ドライバの操舵角θを認識する。また、操舵角認識部１１は、操舵角検出部１の検出結果に基づいて、操舵角θの時間変化である操舵角速度ｄθ／ｄｔを認識する。
【００２０】
車両状態認識部１２は、車両の走行状態を認識する。ここでは、車両状態認識部１２は、車両の走行状態として車速Ｖ、横加速度Ａｙ、ロール角φ、及びロール角速度ｄφ／ｄｔを認識する。車両状態認識部１２は、車速検出部４の検出結果に基づいて、車両の車速Ｖを認識する。車両状態認識部１２は、横加速度検出部２の検出結果に基づいて、車両の横加速度Ａｙを認識する。車両状態認識部１２は、ロール角検出部３の検出結果に基づいて、車両のロール角φを認識する。
【００２１】
また、車両状態認識部１２は、ロール角検出部３の検出結果に基づいて、ロール角φの時間変化であるロール角速度ｄφ／ｄｔを認識する。なお、ＥＣＵ１０は、車両状態認識部１２の認識結果を一時的に記憶している。ＥＣＵ１０の外部に記憶用のデータベースを設けてもよい。
【００２２】
操舵角速度判定部１３は、操舵角認識部１１の認識した車両の操舵角速度の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が操舵閾値θｓ以上であるか否かを判定する。操舵閾値θｓは、予め設定された値である。操舵閾値θｓは、後述する目標ステア角の算出の手法を適用すべき状況であるか否かを判定するために用いられる。後述する車速閾値Ｖｓ及びロール閾値φｓも同様である。
【００２３】
以下、操舵角速度の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜を操舵角速度｜ｄθ／ｄｔ｜と表記する。操舵角速度｜ｄθ／ｄｔ｜が操舵閾値θｓ以上となる場合は下記の式（２）によって示すことができる。
｜ｄθ／ｄｔ｜≧θｓ…（２）
【００２４】
車速判定部１４は、車両状態認識部１２の認識した車両の車速Ｖが車速閾値Ｖｓ以上であるか否かを判定する。車速閾値Ｖｓは、予め設定された値である。車速Ｖが車速閾値Ｖｓ以上となる場合は下記の式（３）によって示すことができる。
Ｖ≧Ｖｓ…（３）
【００２５】
ロール角速度判定部１５は、車両状態認識部１２の認識した車両のロール角速度の絶対値｜ｄφ／ｄｔ｜がロール閾値φｓ未満であるか否かを判定する。ロール閾値φｓは、予め設定された値である。
【００２６】
以下、ロール角速度の絶対値｜ｄφ／ｄｔ｜をロール角速度｜ｄφ／ｄｔ｜と表記する。ロール角速度｜ｄφ／ｄｔ｜がロール閾値φｓ未満となる場合は下記の式（４）によって示すことができる。
｜ｄφ／ｄｔ｜＜φｓ…（４）
【００２７】
目標ステア角算出部１６は、車両の操舵角速度｜ｄθ／ｄｔ｜が操舵閾値θｓ以上であると判定され、車両の車速Ｖが車速閾値Ｖｓ以上であると判定され、且つ、車両のロール角速度｜ｄφ／ｄｔ｜がロール閾値φｓ未満であると判定された場合に、車両のタイヤの目標ステア角δｔを算出する。
【００２８】
目標ステア角算出部１６は、下記の式（１）を用いて、目標ステア角δｔを算出する。
δｔ＝α・Ｒ・θ−（β・ΔＡｙ−γ・Δφ・ｄδ／ｄφ）＋ε…（１）
但し、δｔ：目標ステア角、α、β、γ、ε：定数、Ｒ：ステアリングギア比、θ：操舵角、Ａｙ：横加速度、ΔＡｙ：横加速度の変化量、φ：ロール角、Δφ：ロール角の変化量、ｄδ／ｄφ：ロールステア係数である。
【００２９】
α、β、γ、εは任意の定数である。α、β、γはゼロ以外の任意の値を設定することができる。εはゼロを含む任意の値を設定することができる。ステアリングギア比Ｒは、現在の車両のステアリングギア比である。横加速度の変化量ΔＡｙは、ＥＣＵ１０に記憶されている前回の横加速度（横加速度検出部２が一つ前の検出タイミングにおいて検出した横加速度）と今回の横加速度との差分に相当する。
【００３０】
ロール角の変化量ΔＡｙは、ＥＣＵ１０に記憶されている前回のロール角（ロール角検出部３が一つ前の検出タイミングにおいて検出したロール角）と今回のロール角との差分に相当する。ロールステア係数ｄδ／ｄφは、車両に対して予め設定された値である。
【００３１】
ギア比算出部１７は、ステアリングギア比Ｒの目標となる目標ステアリングギア比Ｒｔを算出する。ギア比算出部１７は、例えば、下記の式（５）を用いて目標ステアリングギア比Ｒｔを算出する。
Ｒｔ＝δｔ／θ…（５）
【００３２】
ギア比制御部１８は、ギア比算出部１７の算出した目標ステアリングギア比Ｒｔに基づいて、車両のステアリングギア比Ｒを制御する。ギア比制御部１８は、ギア比可変ステアリング５に制御信号を送信することにより、車両のステアリングギア比Ｒを制御する。
【００３３】
［車両操舵制御装置の制御］
次に、本実施形態に係る車両操舵制御装置１００の制御について図面を参照して説明する。図２は、車両操舵制御装置１００の制御を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、例えば、車両の走行中に実行される。
【００３４】
図２に示すように、車両操舵制御装置１００のＥＣＵ１０は、Ｓ１０として、操舵角速度判定部１３により車両の操舵角速度｜ｄθ／ｄｔ｜が操舵閾値θｓ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、車両の操舵角速度｜ｄθ／ｄｔ｜が操舵閾値θｓ以上ではないと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）、今回の処理を終了する。その後、ＥＣＵ１０は、所定時間の経過後に再びＳ１０から処理を繰り返す。ＥＣＵ１０は、車両の操舵角速度｜ｄθ／ｄｔ｜が操舵閾値θｓ以上であると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２に移行する。
【００３５】
Ｓ１２において、ＥＣＵ１０は、車速判定部１４により車両の車速Ｖが車速閾値Ｖｓ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、車両の車速Ｖが車速閾値Ｖｓ以上ではないと判定された場合（Ｓ１２：ＮＯ）、今回の処理を終了する。その後、ＥＣＵ１０は、所定時間の経過後に再びＳ１０から処理を繰り返す。ＥＣＵ１０は、車両の車速Ｖが車速閾値Ｖｓ以上であると判定された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、Ｓ１４に移行する。
【００３６】
Ｓ１４において、ＥＣＵ１０は、ロール角速度判定部１５により車両のロール角速度｜ｄφ／ｄｔ｜がロール閾値φｓ未満であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、車両のロール角速度｜ｄφ／ｄｔ｜がロール閾値φｓ未満ではないと判定された場合（Ｓ１４：ＮＯ）、今回の処理を終了する。その後、ＥＣＵ１０は、所定時間の経過後に再びＳ１０から処理を繰り返す。ＥＣＵ１０は、車両のロール角速度｜ｄφ／ｄｔ｜がロール閾値φｓ未満であると判定された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ１６に移行する。
【００３７】
Ｓ１６において、ＥＣＵ１０は、目標ステア角算出部１６により目標ステア角δｔを算出する。目標ステア角算出部１６は、上述した式（１）を用いて目標ステア角δｔを算出する。その後、ＥＣＵ１０は、Ｓ１８に移行する。
【００３８】
Ｓ１８において、ＥＣＵ１０は、ギア比算出部１７により目標ステアリングギア比Ｒｔを算出する。ギア比算出部１７は、上述した式（６）を用いて目標ステアリングギア比Ｒｔを算出する。その後、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０に移行する。
【００３９】
Ｓ２０において、ＥＣＵ１０は、ギア比制御部１８により車両のステアリングギア比Ｒを制御する。ギア比制御部１８は、ギア比算出部１７の算出した目標ステアリングギア比Ｒｔに基づいて、ギア比可変ステアリング５に制御信号を送信することにより、車両のステアリングギア比Ｒを制御する。その後、ＥＣＵ１０は、所定時間の経過後に再びＳ１０から処理を繰り返す。
【００４０】
［車両操舵制御装置の作用効果］
以上説明した本実施形態に係る車両操舵制御装置１００によれば、上述した式（１）を用いて目標ステアリングギア比Ｒｔを算出し、この目標ステアリングギア比Ｒｔに基づいて車両のステアリングギア比Ｒを制御することで、従来のサスペンション制御装置のように車両の姿勢変化を抑制して車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を確保する場合と比べて、車両のロールステアの効果を得つつ、ドライバの入力する操舵角に対する車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を得ることができる。
【００４１】
以下、図面を参照して車両操舵制御装置１００の作用効果について説明する。図３（ａ）は、ドライバの入力した操舵角の時間変化の一例を示すグラフである。図３（ａ）の縦軸は操舵角θ、横軸は時間である。
【００４２】
図３（ｂ）は、タイヤのステア角の時間変化を示すグラフである。図３（ｂ）の縦軸はタイヤのステア角、横軸は時間である。図３（ｂ）に示すタイヤのステア角の時間変化は、図３（ａ）に示す操舵角θの時間変化に対応している。
【００４３】
図３（ｂ）に、車両が静止中の場合におけるステア角の時間変化を破線、車両が走行中の場合におけるステア角の時間変化を実線で示す。図３（ｂ）に示す範囲Ｐは、非線形なステア角変化が生じた範囲を示している。
【００４４】
なお、車両が静止中の場合は、タイヤがエアターンテーブル上に配置されている状況とし、タイヤを切る際の路面の摩擦は無いものとする。この場合、図３（ｂ）の範囲Ｐに示すように、車両の走行中には操舵系を構成するブッシュなど様々な部品の撓みなどの影響により非線形なステア角変化が発生する。
【００４５】
図４（ａ）は、タイヤの発生力の時間変化を示すグラフである。図４（ａ）の縦軸はタイヤの発生力（横力及び上下力）、横軸は時間である。図４（ａ）に示すタイヤの発生力は、図３（ａ）に示す操舵角θの時間変化に対応している。
【００４６】
図４（ａ）に、タイヤに発生する横力を実線、タイヤに発生する上下力を破線で示す。図４（ａ）に示すように、車両の走行中においてカーブ進入時などの操舵の過渡段階（操舵角速度が発生している段階）では、タイヤの上下力は横力よりも遅れて発生する。タイヤの上下力によって生じるロールステアの影響が、図３（ｂ）の範囲Ｐにおいて現れている。
【００４７】
図４（ｂ）は、タイヤのステア角の時間変化について、従来の場合と今回の制御実施の場合の対比を示すグラフである。図４（ｂ）の各軸は図３（ｂ）と同じである。図４（ｂ）に示すタイヤのステア角の時間変化も、図３（ａ）に示す操舵角θの時間変化に対応している。図４（ｂ）において、タイヤの上下力と横力の遅れを考慮しない従来の手法によるタイヤのステア角を破線、本実施形態に係る車両操舵制御装置１００の制御を実施した場合のタイヤのステア角を実線で示す。
【００４８】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る車両操舵制御装置１００の制御を実施した場合には、図３（ａ）に示すドライバの操舵角θに対して、タイヤのステア角の応答の線形性を確保することができる。ここで、説明のため再び式（１）を以下に示す。
δｔ＝α・Ｒ・θ−（β・ΔＡｙ−γ・Δφ・ｄδ／ｄφ）＋ε…（１）
【００４９】
上記の式（１）において、右辺の第１項（α・Ｒ・θ）は現在のステア角に対応している。右辺の第２項（β・ΔＡｙ）は横加速度に比例するステア角に対応している。右辺の第３項（γ・Δφ・ｄδ／ｄφ）はいわゆるロールステア角に対応している。なお、第４項（ε）は任意の定数である。
【００５０】
上記の式（１）によれば、ドライバが操舵角θを入力してタイヤの横力が生じても、タイヤの上下力が発生するまでは、第３項の値がゼロとなる。そして、タイヤの上下力が発生してからは、車両のロールステア角として目標ステア角δｔの算出に反映することができる。このように、車両操舵制御装置１００では、上述した式（１）を用いることにより、操舵の過渡期においてタイヤの横力に遅れて発生する上下力も考慮して目標ステアリングギア比Ｒｔを算出することができるので、車両のロールステアの効果を得つつ、ドライバの入力する操舵角に対するタイヤのステア角の応答の線形性、すなわち車両の横加速度及びヨーレートの変化の線形性を得ることができる。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。例えば、車両操舵制御装置１００は、必ずしも車速判定部１４を備える必要はない。この場合、図２のフローチャートにおけるＳ１２の判定も省略することができる。
【００５２】
［変形例］
本実施形態に係る車両操舵制御装置１００の変形例について説明する。上述した式（１）に代えて、下記の式（６）を用いても同様の効果を得ることができる。
δｔ＝α・Ｒ・θ−（β・ΔＦｙ・ｄδ／ｄＦｙ−γ・Δφ・ｄδ／ｄφ）＋ε…（６）
但し、δｔ：目標ステア角、α、β、γ、ε：定数、Ｒ：ステアリングギア比、θ：操舵角、Ｆｙ：タイヤの横力、ΔＦｙ：タイヤの横力の変化量、ｄδ／ｄＦｙ：横力ステア係数、φ：ロール角、Δφ：ロール角の変化量、ｄδ／ｄφ：ロールステア係数。
【００５３】
タイヤの横力Ｆｙは、タイヤに発生する横力である。タイヤの横力Ｆｙは、タイヤの横力を検出する横力検出部（横力センサ）によって検出することができる。横力検出部は、周知の構成を採用することができる。タイヤの横力の変化量ΔＦｙは、ＥＣＵ１０に記憶されている前回の横力（横力検出部が一つ前の検出タイミングにおいて検出した横力）と今回の横力との差分に相当する。横力ステア係数ｄδ／ｄＦｙは、車両に対して予め設定された値である。
【００５４】
車両操舵制御装置１００は、上記の式（６）を採用する場合、横加速度検出部２に代えて、横力検出部を備えていればよい。車両状態認識部１２は、車両の走行状態の一つとしてタイヤの横力Ｆｙを認識する。
【符号の説明】
【００５５】
１…操舵角検出部、２…横加速度検出部、３…ロール角検出部、４…車速検出部、５…ギア比可変ステアリング、１０…ＥＣＵ、１１…操舵角認識部、１２…車両状態認識部、１３…操舵角速度判定部、１４…車速判定部、１５…ロール角速度判定部、１６…目標ステア角算出部、１７…ギア比算出部、１８…ギア比制御部、１００…車両操舵制御装置。
【図１】
2018070034.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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