(57)【要約】【課題】車両運動制御中に車速が変化したとしても、運転者に違和感を与えることなく車両の挙動を安定に制御可能な車両運動制御装置を提供すること。【解決手段】車両の後輪舵角を付与する後輪舵角付与手段と、操舵角検出値と、車速検出値と、予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数とに基づいて、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性になり得るための車両運動目標値を算出する車両運動目標値算出手段とを備えた車両運動制御装置において、車両運動目標値算出手段に、２輪操舵時の車両パラメータに基づく車速依存定数を算出する２輪操舵時車速依存定数算出部と、算出された２輪操舵時車速依存定数と予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数に基づいて車速依存定数を補間演算する補間演算部を設けたこととした。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車両の後輪舵角を付与する後輪舵角付与手段と、
後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段と、
前記操舵角検出値と、前記車速検出値と、予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数とに基づいて、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性になり得るための車両運動目標値を算出する車両運動目標値算出手段と、
前記車両運動目標値を実現するために必要な後輪舵角指令値を算出する後輪舵角指令値算出手段と、
前記検出された後輪舵角が前記後輪舵角指令値に一致するように前記後輪舵角付与手段に制御信号を与えるサーボ演算手段と、
を備えた車両運動制御装置において、
前記車両運動目標値算出手段に、２輪操舵時の車両パラメータに基づく車速依存定数を算出する２輪操舵時車速依存定数算出部と、算出された２輪操舵時車速依存定数と予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数に基づいて前記車速依存定数を補間演算する補間演算部を設けたことを特徴とする車両運動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪への操舵入力時等に車両の運動を制御する車両運動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この公報には、ハンドル操舵時の車両のヨーレイト等を制御し、ハンドル操舵時の車両の安定性を維持するようにしている。具体的には、操舵角と車速に基づき、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性となり得るための目標ヨーレイトを算出し、車両に発生するヨーレイトをこの目標値と一致させるために必要な後輪舵角指令値を車両諸元値に基づく運動方程式により算出し、後輪実舵角を後輪舵角指令値に追従させるように制御することによって、目標ヨーレイトに応じた車両のヨー運動となるようにしている。
【０００３】
目標ヨーレイトは、操舵角の変化に対する目標ヨーレイトの応答特性を１次・２次の伝達関数とし、車速依存定数を予め車速に応じて設定することで算出している。これにより、低速走行時のヨーレイトの操舵応答性を維持し、かつ、高速走行時に運転者に違和感を与えることのない操舵応答性と安定性とに優れた車両挙動を実現している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−００７０１０号公報（第４ページ参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の車両運動制御装置にあっては、車速依存定数を予め車速毎のマップとして飛び飛びの値として格納しており、目標ヨーレイト演算時の車速がマップ軸上の点に一致していない場合、マップ上の隣り合う点に基づき直線補間を行い、車速依存定数を算出している。よって、直線補間することにより生じる誤差が目標ヨーレイト等に影響し、結果的に後輪舵角にも影響が及ぶ可能性がある。したがって、旋回制動等、操舵中に車速が変化するような場合において、後輪舵角が所望の動き以外の動きとなることで、運転者に違和感を与える虞があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑み、車両運動制御装置において、車両運動制御中に車速が変化したとしても、運転者に違和感を与えることなく車両の挙動を安定に制御可能な車両運動制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、ハンドル操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、車両の後輪舵角を付与する後輪舵角付与手段と、後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段と、前記操舵角検出値と、前記車速検出値と、予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数とに基づいて、車両の平面挙動に関する応答特性が所定の応答特性になり得るための車両運動目標値を算出する車両運動目標値算出手段と、前記車両運動目標値を実現するために必要な後輪舵角指令値を算出する後輪舵角指令値算出手段と、前記検出された後輪舵角が前記後輪舵角指令値に一致するように前記後輪舵角付与手段に制御信号を与えるサーボ演算手段と、を備えた車両運動制御装置において、前記車両運動目標値算出手段に、２輪操舵時の車両パラメータに基づく車速依存定数を算出する２輪操舵時車速依存定数算出部と、算出された２輪操舵時車速依存定数と予め車速毎のマップとして設定した車速依存定数に基づいて前記車速依存定数を補間演算する補間演算部を設けたことで、上記課題を解決するに至った。
【０００８】
【発明の作用】
本願発明にあっては、２輪操舵時の車両パラメータ特性に基づいて車速依存定数を補間演算することで、車速が変化したとしても、制御指令値の変動を抑制することが可能となり、運転者に違和感を与えることなく安定した操舵制御を達成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車両用操舵制御装置の実施形態について実施例をもとに説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００１０】
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例における基本構成を示す全体システム図である。図中、左右の後輪（非操舵輪）２Ｌ，２Ｒを機械的に転舵する舵角可変機構（補助操舵手段）３と、この舵角可変機構３を駆動制御する制御装置４とを備えている。
【００１１】
舵角可変機構３は、左右の後輪２Ｌ，２Ｒに取り付けたナックルアーム５Ｌ，５Ｒ間に、キングピン軸６Ｌ，６Ｒ及びボールジョイント７Ｌ，７Ｒを介してタイロッド８に形成された滑りねじ９に、外周面に外歯を形成したナット１０が螺合され、このナット１０の外歯にステップモータからなる駆動モータ１１の回転軸に取り付けられた外歯１２が噛合された構成を有し、駆動モータ１１を回転駆動することによりタイロッド８が左右方向に移動して後左右輪が転舵されるようになっている。なお、１３はタイロッド８を中立位置に復帰させるリターンスプリングである。
【００１２】
図２は制御装置４の機能ブロック図を表したものである。図２に示すように、制御装置４には、前輪舵角センサ１４からの前輪舵角検出値θ、及び車速センサ１６からの車速検出値Ｖをもとに、車両運動目標値としての目標ヨーレイトψ’＊と、目標ヨー角加速度ψ’’＊とを算出する車両運動目標値設定部（車両目標値算出手段）４１が設けられている。また、車両運動目標値設定部４１からの目標ヨーレイトψ’＊及び目標ヨー角加速度ψ’’＊と、前輪舵角検出値θ及び車速検出値Ｖとを基に、目標後輪舵角δ＊を算出する目標後輪舵角演算部４２が設けられている。また、後輪舵角センサ１７からの後輪舵角検出信号δと、前記目標後輪舵角δ＊とが一致するような制御信号を後輪操舵アクチュエータ３へ供給する後輪舵角サーボ演算部４３が設けられている。
【００１３】
車両運動目標値設定部４１では、次式に示す前輪舵角検出値と目標ヨーレイトψ’＊との間の伝達関数に基づいて、前輪舵角検出値θに対する、車両運動目標値としての目標ヨーレイトψ’＊を算出する。
（式１）
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なお、式１において、Ｇψ’，ωｎ，ｎ１及びζは車速依存定数であって、Ｇψ’はヨーレイトゲイン、ωｎは固有角周波数、ｎ１は零点相当値、ζは減衰係数である。これらの車速依存定数は、予め設定した車速と車速依存定数との対応を表す制御マップに基づいて設定される。
【００１４】
図６は車速Ｖに対するヨーレイトゲインＧψ’の関係を表すマップである。この車速依存定数は、操舵角θの変化に対するヨーレイトψ’の応答特性において、ヨーレイトゲインＧψ’は定常ゲイン、すなわち、操舵角に対する定常的なヨーレイトを特定し、固有角周波数ωｎはその振動周波数を特定し、零点相当値ｎ１は操舵角の変化に対するヨーレイトの立ち上がりの速さ、つまり、ヨーレイトの立ち上がり特性を特定し、減衰係数ζは収束の速さ、つまり、ヨーレイトの収束性を特定している。したがって、車速依存定数を所定の応答特性となり得る値に設定し、設定した車速依存定数と前記式（１）とに基づき算出した目標ヨーレイトψ’＊の応答特性は、所定の応答特性となる。
【００１５】
よって、車速依存定数を車速に応じて設定することにより、目標ヨーレイトψ’＊の応答特性は、車速に応じて異なる応答特性となり、また、ヨーレイトゲインＧψ’，固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１，減衰係数ζを個別に変更することによって、例えば定常ゲインのみ、或いは振動周波数のみが異なる応答特性を得ることができる。
【００１６】
図３は、車両運動目標値設定部４１の構成を表すブロック図である。後輪舵角指令値演算部４２において、目標ヨー角加速度ψ’’＊を必要としていることから、目標ヨー角加速度ψ’’＊を算出した後、これを積分処理して目標ヨーレイトψ’＊を算出する。尚、図中のＢ０，Ｂ１，Ｆ０，Ｆ１は次式に基づき算出した値である。
Ｂ０＝ωｎ２
Ｂ１＝２ζωｎ
Ｆ０＝ｎ１ωｎ２
Ｆ１＝ωｎ２−Ｂ１・Ｆ１
【００１７】
後輪舵角指令値演算部４２では、目標ヨーレイトψ’＊，及び目標ヨー角加速度ψ’’＊と、操舵角センサ１４からの操舵角検出値θ及び車速センサ１６からの車速検出値Ｖとを基に、下記式（２）に基づいて、に自由度車両運動方程式の逆計算によって、目標ヨーレイトψ’＊に実際のヨーレイトを一致させ得る後輪舵角を算出し、これを目標後輪舵角δ＊とする。
（式２）
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ただし、
Ｖｙ：車両横速度
βＦ：前輪横滑り角
βＲ：後輪横滑り角
ＬＦ：前車軸から車両重心点までの距離
ＬＲ：後車軸から車両重心点までの距離
ＣＦ：前輪のコーナリングフォース
ＣＲ：後輪のコーナリングフォース
ＫＲ：車両の後輪のコーナリングパワー
ｅＫＦ：車両の前輪の等価コーナリングパワー（前輪のコーナリングパワーであるが、ステアリング剛性の影響によるステアリング角に対するコーナリングパワー低下分も加味した値）
ＩＺ：車両のヨー慣性モーメント
Ｍ：車両の重量
Ｎ：ステアリングギヤ比
である。
【００１８】
後輪舵角サーボ演算部４３では、後輪舵角指令値δ＊と後輪舵角センサの後輪舵角検出信号δとの偏差に基づいて、ロバストモデルマッチング制御を用いたサーボ演算を行い、後輪操舵アクチュエータ４に制御信号を出力する。
【００１９】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。図４は、車両運動制御コントローラ４が行う処理手中を示すフローチャートである。なお、この処理は、所定制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００２０】
ステップ１０１では、操舵角センサ１４からの操舵角検出値θ、車速センサ１６からの車速検出値Ｖ、後輪舵角センサ１７からの後輪舵角検出信号δを読み込む。
【００２１】
ステップ１０２では、予め設定した車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照し、車速に対応するヨーレイトゲインＧψ’，減衰係数ζ，固有角周波数ωｎ，零点相当値ｎ１を設定する。図５に示すように、マップは所定車速毎に設けられた値を持っているため、検出された車速がマップ上の所定車速以外のポイントにあるときは、当該車両の２ＷＳ特性に基づく補間演算によりマップ間の値を求めることで、各車速依存定数を設定する。尚、詳細については後述する。
【００２２】
ステップ１０３では、設定した車速依存定数と前記式（１）と、操舵角検出値θとに基づいて目標ヨーレイトψ’＊を算出する。
【００２３】
ステップ１０４では、算出した目標ヨーレイトψ’＊に実際のヨーレイトψ’を一致させることの可能な後輪舵角指令値δ＊を前記式（２）に基づいて算出する。
【００２４】
ステップ１０５では、後輪舵角指令値δ＊と、後輪舵角検出値δとの偏差に基づいて、例えばロバストモデルマッチング制御を落ちいたサーボ演算を行い、後輪操舵アクチュエータ３に出力する制御信号を算出する。
【００２５】
（車速依存定数算出における補間演算処理）
次に、ステップ１０２について詳細に説明する。各車速依存定数を設定する際に直線補間を用いることで誤差が生じ、結果的に運転者に違和感を与える虞がある。この現象について説明する。ここで、簡略化するため、車速依存定数を２ＷＳ（後輪を転舵しない）車両の持つ車速依存定数と同じ値に設定していると仮定する。図６の車速Ａ以下の領域では、車速依存定数に基づいて算出される目標ヨーレイトψ’＊は２ＷＳで生じるヨーレイト特性に等しくなるため、この目標ヨーレイトψ’＊に基づいて算出される目標後輪舵角δ＊は０となるはずである。
【００２６】
しかし、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップは所定車速毎に値を有しているため、各車速ポイント間の値は直線補間で求めており、図７のマップ拡大図に示すように、厳密には２ＷＳ特性と一致しない領域が存在する。例えば車速ａ１のときの実際の２ＷＳ特性と補間による特性との差ΔＧψ’はｐとなり、車速ａ２のときの差ΔＧψ’は０となり、また車速ａ３のときの差ΔＧψ’はｑ（＞ｐ）となる。このため、目標ヨーレイトψ’＊が２ＷＳ車両で生じるヨーレイト特性と異なり、誤差ｐやｑに対応して目標ヨーレイトψ’＊を実現するように、ある値を持った（０以外）後輪舵角指令値δ＊が算出される。
【００２７】
この現象は、一定の車速では運転者に与える違和感はない（たとえ後輪舵角が生じても微少かつ一定値なので影響が少ない）。しかしながら、車速が変化する場合には、後輪舵角が変動する（２ＷＳ特性との誤差が大きくなったり小さくなったりする：ｐ→０→ｑもしくはｑ→０→ｐを補償するために変動）ため、運転者が違和感を感じる虞がある。
【００２８】
そこで、車速と車速依存定数との対応を表す制御マップを参照する際、２ＷＳの車両パラメータを利用した補間演算を行うことで、上記誤差による影響を抑えるようにした。２ＷＳの車両パラメータを用いて、車速Ｖに対するヨーレイトゲインは下記式（３）により表される。
（式３）
Ｇ２ＷＳψ’（Ｖ）＝〔１．０／（１．０＋Ａ・Ｖ・Ｖ）〕・｛Ｖ／｛Ｎ・（ＬＦ＋ＬＲ）｝｝
ただし、Ａはスタビリティファクタであり、下記式（４）により表される。
（式４）
Ａ＝−〔Ｍ・（ＬＦ／ｅＫＦ−ＬＲ・ＫＲ）／｛２．０・（ＬＦ＋ＬＲ）２・ｅＫＦ・ＫＲ｝〕
【００２９】
図５は２ＷＳの車両パラメータを利用した補間演算処理を表すフローチャートである。
【００３０】
ステップ２０１では、車速検出値Ｖを１０ｎ＋ｖ０の値に変換する。
【００３１】
ステップ２０２では、２ＷＳのヨーレイトゲインＧ２ＷＳψ’（１０ｎ）に対するヨーレイトゲインＧψ’（１０ｎ）の比率ｋ（ｎ）と、２ＷＳのヨーレイトゲインＧ２ＷＳψ’（１０（ｎ＋１））に対するヨーレイトゲインＧψ’（１０（ｎ＋１））の比率ｋ（ｎ＋１）を算出する。
【００３２】
ステップ２０３では、車速検出値Ｖにおける比率ｋｖを下記式により算出する。
ｋｖ＝｛ｖ０・ｋ（ｎ＋１）＋ｖ１・ｋ（ｎ）｝
ただし、ｖ０＋ｖ１＝１０とする。
【００３３】
ステップ２０４では、補間ヨーレイトゲインＧψ’を下記式により算出する。Ｇψ’＝Ｇ２ＷＳψ’（Ｖ）・ｋｖ
【００３４】
上記処理内容を図８を用いて説明する。まず、車速検出値Ｖを１０ｎ＋ｖ０の値に変換し、１０ｎ及び１０（ｎ＋１）における２ＷＳのヨーレイトゲインＧ２ＷＳψ’を演算し、更にマップ上のヨーレイトゲインＧψ’を読み込む。これらのヨーレイトゲインから、１０ｎにおける２ＷＳ／マップ比率ｋ（ｎ）と、１０（ｎ＋１）における２ＷＳ／マップ比率ｋ（ｎ＋１）を算出する。
【００３５】
次に、これらの比率から、１０ｎと１０（ｎ＋１）の間に存在するｖ０における２ＷＳのヨーレイトゲインと補間ヨーレイトゲインの比率ｋｖを算出する。ここで、車速検出値Ｖにおける２ＷＳヨーレイトゲインは計算により算出できるため、この２ＷＳヨーレイトゲインＧ２ＷＳψ’（Ｖ）と比率ｋｖを用いて、補間ヨーレイトゲインを算出する。
【００３６】
以上説明したように、２ＷＳの車両パラメータを利用した補間演算処理を行うことで、車速依存定数を補完して得られる定数値がきわめて自然なカーブを描くことが可能となる。また、２ＷＳと同じ特性を指示した速度域では、定数マップを補間した結果が、２ＷＳのパラメータから演算した値に一致するようになるため、後輪舵角指令値として確実に０を算出することができる。
【００３７】
よって、２ＷＳの車両パラメータに基づく車速依存定数の補間演算を行うことで、各マップのポイント間の値を直線補間することで起因する車両挙動への悪影響を抑えることができる（請求項１に対応）。
【００３８】
（その他の実施例）
以上、第１実施例について説明してきたが、本発明は上述の構成に限られるものではなく、例えば、前輪に補助舵角を付与する前輪舵角付与手段を備えた車両に適用してもよいし、さらに、左右制動輪のブレーキ液圧差を用いて車両のヨーレイトを制御可能なブレーキ制御手段を備えた車両に適用してもよい。これらの車両に本願発明の車速依存定数補間処理を適用することで、制御目標値（例えば目標ヨーレイトや目標横速度等）が急激に変動することがなく、さらに安定した車両運動制御を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における基本構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例における、操舵制御コントローラの構成を表すブロック図である。
【図３】第１実施例における、目標値生成部の構成を表すブロック図である。
【図４】第１実施例における、操舵制御を表すフローチャートである。
【図５】第１実施例における、車速依存定数の補間演算処理を表すフローチャートである。
【図６】第１実施例における、車速−ヨーレイトゲインマップである。
【図７】車速−ヨーレイトゲインマップの拡大図である。
【図８】第１実施例における、車速依存定数の補間演算処理を説明する説明図である。
【符号の説明】
１Ｌ，１Ｒ    前輪
２Ｌ，２Ｒ    後輪
３    後輪操舵アクチュエータ
４    制御装置
８    タイロッド
１１    駆動モータ
１４    操舵角センサ
１６    車速センサ
１７    後輪舵角センサ
４１    車両運動目標値設定部
４２    後輪舵角指令値演算部
４３    後輪舵角サーボ演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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