(57)【要約】【課題】前輪補助舵角付与手段及び後輪補助舵角付与手段を備えた車両用舵角制御装置において、後輪補助舵角付与手段が失陥したとしても、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用舵角制御装置を提供すること。【解決手段】車両用舵角制御装置において、前後輪補助舵角制御手段は、後輪補助舵角付与手段が失陥しているかどうかを検出する失陥判断部を有し、後輪補助舵角付与手段が失陥していない時は、目標ヨーレイト及び目標横速度を算出し、算出された目標ヨーレイト及び目標横速度となるように指令信号を出力し、後輪補助舵角付与手段が失陥していると判断されたときは、目標ヨーレイトとなるように、目標横速度及び失陥時の後輪操舵角から目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角となるように前輪補助舵角付与手段に指令信号を出力することとした。【選択図】        図２
2004237930.tif 000002
【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、
前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段と、
後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段と、
検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角及び後輪補助舵角を算出し、前記前輪補助舵角付与手段及び前記後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力する前後輪補助舵角制御手段と、
を備えた車両用舵角制御装置において、
前記前後輪補助舵角制御手段は、後輪補助舵角付与手段が失陥しているかどうかを検出する失陥判断部を有し、
前記後輪補助舵角付与手段が失陥していない時は、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて目標ヨーレイト及び目標横速度を算出し、算出された目標ヨーレイト及び目標横速度となるように目標前輪舵角及び目標後輪舵角を演算し、演算された目標前後輪舵角となるように前記前輪補助舵角付与手段及び後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力し、
前記後輪補助舵角付与手段が失陥していると判断されたときは、前記目標ヨーレイトとなるように、前記目標横速度及び失陥時の後輪操舵角に基づく目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角となるように前記前輪補助舵角付与手段に指令信号を出力することを特徴とする車両用舵角制御装置。
【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前輪及び後輪に補助舵角を与える前後輪操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平５−１０５１０２号公報に開示された前後輪共に補助操舵を行う技術が提案されている。この従来技術では、検出されたハンドル操舵角に基づくフィードフォワード項と検出されたヨーレイトに基づくフィードバック項との加算値により前後輪に補助舵角を与えるよう構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の前後輪操舵制御装置にあっては、通常は前輪操舵と後輪操舵を用いることで、目標値としてヨーレイトと横速度を取ることが可能であるが、後輪操舵補助舵角付与手段が失陥した場合は、制御対象が１つしかなく、目標値として２つを制御することができないため、目標挙動を達成できないという問題があった。。
【０００４】
本発明は、上述の課題に鑑み、前輪補助舵角付与手段及び後輪補助舵角付与手段を備えた車両用舵角制御装置において、後輪補助舵角付与手段が失陥したとしても、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用舵角制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、前輪に補助舵角を付与する前輪補助舵角付与手段と、後輪に補助舵角を付与する後輪補助舵角付与手段と、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて車両モデルから前輪補助舵角及び後輪補助舵角を算出し、前記前輪補助舵角付与手段及び前記後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力する前後輪補助舵角制御手段と、を備えた車両用舵角制御装置において、前記前後輪補助舵角制御手段は、後輪補助舵角付与手段が失陥しているかどうかを検出する失陥判断部を有し、前記後輪補助舵角付与手段が失陥していない時は、検出されたハンドル操舵角及び車速に基づいて目標ヨーレイト及び目標横速度を算出し、算出された目標ヨーレイト及び目標横速度となるように目標前輪舵角及び目標後輪舵角を演算し、演算された目標前後輪舵角となるように前記前輪補助舵角付与手段及び後輪補助舵角付与手段に指令信号を出力し、前記後輪補助舵角付与手段が失陥していると判断されたときは、前記目標ヨーレイトとなるように、前記目標横速度及び失陥時の後輪操舵角に基づく目標前輪舵角を演算し、演算された目標前輪舵角となるように前記前輪補助舵角付与手段に指令信号を出力することで、上記課題を解決するに至った。
【０００６】
【発明の作用】
本願発明にあっては、後輪補助舵角付与手段の失陥時には、失陥時の実後輪舵角に基づき、ヨーレイト・横速度制御から前輪補助舵角付与手段を用いたヨーレイト制御に切り換えることで、車両の挙動制御を実行することが可能となり、車両挙動の安定性を高めることができる。
【０００７】
【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。
【０００８】
（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。
実施例の車両用操舵制御装置が適用される車両の前輪１Ｌ，１Ｒには、ハンドル２への操舵入力に基づき左右の前輪操舵機構３Ｌ，３Ｒを介して前輪１Ｌ，１Ｒを操舵するステアリングユニット４が設けられている。更に、前輪操舵アクチュエータ３７としてステアリングユニット４のラックチューブ（車体５に弾性体６を介して支持）をストロークさせることで前輪１Ｌ，１Ｒに補助舵角を与える前輪側油圧シリンダ７が設けられている。また、後輪操舵アクチュエータ３８として、後輪８Ｌ，８Ｒには、左右の後輪操舵機構９Ｌ，９Ｒを介して後輪８Ｌ，８Ｒに補助舵角を与える後輪側油圧シリンダ１０が設けられている。
【０００９】
前輪側油圧シリンダ７及び後輪側油圧シリンダ１０は、共通の油圧源ユニット１１を油圧源としている。この油圧源ユニット１１から前輪側フェールセーフバルブ１２及び前輪側サーボバルブ１３を介して制御圧を与えることで前輪側油圧シリンダ７が駆動する。また、油圧源ユニット１１から後輪側フェールセーフバルブ１４及び後輪側サーボバルブ１５を介して制御圧を与えることで後輪側油圧シリンダ１０が駆動する。尚、油圧源ユニット１１には、エンジン１６により駆動される油圧ポンプ１１ａ，アンロードバルブ１１ｂ，圧力スイッチ１１ｃ，アキュムレータ１１ｄ，リザーバ１１ｅから構成され、一定圧の作動油を供給する。
【００１０】
前輪側フェールセーフバルブ１２及び後輪側フェールセーフバルブ１４は、操舵制御コントローラ３０の指令に基づいてＯＮ／ＯＦＦの２位置が切り換えられる。また、前輪側サーボバルブ１３及び後輪側サーボバルブ１５は、操舵制御コントローラ３０からサーボアンプ１８，１９を介した指令に基づいて右操舵，保持，左操舵の３位置が切り換え制御される。
【００１１】
操舵制御コントローラ３０には、車両の実車速Ｖを検出する車速センサ２０（車速検出手段に相当），パルスエンコーダ等を用いて運転者の操舵角度θを検出する操舵角センサ２１（ハンドル操舵角検出手段に相当），エンジン回転数センサ２３，前輪側変位センサ２４，後輪側変位センサ２５（後輪側舵角検出手段に相当），ニュートラルスイッチ２６，クラッチスイッチ２７，ストップランプスイッチ２８からの検出信号が入力される。
【００１２】
図２は操舵制御コントローラ３０の構成を表すブロック図である。操舵制御コントローラ３０は、目標値生成部３１、目標出力値生成部３２、後輪操舵装置失陥判断部３３、前輪操舵コントローラ３４及び後輪操舵コントローラ３５から構成されている。
【００１３】
目標値生成部３１は、図３の目標値生成部３１の構成を表すブロック図に示すように、車両モデル演算部３１１と目標値演算部３１２から構成されている。
車両モデル演算部３１１は、操舵角度θと車体速Ｖから２輪モデルを用いて車両パラメータを演算する。車両パラメータの演算については後で詳細に説明する。
目標値演算部３１２は、車体速Ｖ、操舵角度θ、車両パラメータから車両の目標ヨーレイトψ’＊、及び目標横速度Ｖ＊ｙを演算する。
【００１４】
目標出力値生成部３２は、図４の目標出力値生成部３２の構成を表すブロック図に示すように、目標後輪舵角演算部３２１，目標前輪舵角演算部３２２から構成されている。
【００１５】
目標後輪舵角演算部３２１は、車両の目標ヨーレイトψ’＊，目標横速度Ｖ＊ｙ，失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌから目標後輪舵角δ＊を決定する。
目標前輪舵角演算部３２２は、車両の目標ヨーレイトψ’＊，目標横速度Ｖ＊ｙ，失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌ，及び後輪側変位センサ２５から検出される後輪操舵アクチュエータ出力角とから目標前輪舵角θ＊を決定する。
【００１６】
後輪操舵装置失陥判断部３３は、後輪操舵アクチュエータ３８のフェールに応じて失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌ（正常時：０，失陥時：１）を目標出力値生成部３２に出力する。
【００１７】
前輪操舵コントローラ３４は、前輪の実舵角が目標前輪舵角θ＊と一致するように前輪操舵アクチュエータ３７を制御する。
【００１８】
後輪操舵コントローラ３５は、後輪の実舵角が補正後目標前輪舵角δ＊と一致するように後輪操舵アクチュエータ３８を制御する。
【００１９】
〔車両モデル演算部３１１における車両モデル演算〕
車両モデル演算部３１１は、以下に示す車両モデルから、車両パラメータを演算する。
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレイトと横速度は、下記式１で表せる。
（式１）
2004237930.tif 000003
ここで、
2004237930.tif 000004
（式２）
2004237930.tif 000005
である。
【００２０】
状態方程式より前輪操舵に対するヨーレイト、横速度の伝達関数を求めると、下記式（３）及び式（４）で表される。
（式３）
2004237930.tif 000006
（式４）
2004237930.tif 000007
となる。
2004237930.tif 000008
【００２１】
ヨーレイト伝達関数は、式３より下記式（５）と表される。
（式５）
2004237930.tif 000009
ここで、
（式６）
2004237930.tif 000010
【００２２】
同様に横速度伝達関数は、式（４）より下記式（７）と表される。
（式７）
2004237930.tif 000011
ここで、
（式８）
2004237930.tif 000012
【００２３】
以上から、車両パラメータ
2004237930.tif 000013
が求められる。
【００２４】
〔目標値演算部３１２における目標値演算〕
目標値演算部３１２における車速、車両パラメータと後述する目標値パラメータから目標ヨーレイトと目標横速度を求める。
【００２５】
目標ヨーレイトは、式５から下記式９により表される。
（式９）
2004237930.tif 000014
【００２６】
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
（式１０）
2004237930.tif 000015
【００２７】
ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記式１１で表される。
（式１１）
2004237930.tif 000016
ただし、ｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｏｍｅｇｎ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｚｅｔａ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｚｅｒｏ＿ｍａｐはそれぞれ図５，図６，図７及び図８に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００２８】
また、目標横速度のパラメータは、下記式１２で表される。
（式１２）
2004237930.tif 000017
ただし、ｖｙ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｏｍｅｇｎ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｚｅｔａ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｚｅｒｏ＿ｍａｐはそれぞれ図９，図１０，図１１及び図１２に示す車速に応じて設定されたマップから算出されるチューニングパラメータである。
【００２９】
（目標出力値生成部３２における目標前輪舵角及び目標後輪舵角演算）
〔目標後輪舵角演算部３２１における目標後輪舵角演算〕
図１３は目標後輪舵角演算部３２１の制御構成を表すブロック図である。失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌが１のときは、後輪操舵アクチュエータが失陥しているため、前輪操舵のみとなり、目標後輪舵角演算は行わない。一方、失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌが０のときは目標ヨーレイトψ’＊（ｓ），目標横速度Ｖ＊ｙから目標後輪舵角δ＊を算出する。
式（１３）
2004237930.tif 000018
から、
式（１４）
2004237930.tif 000019
よって、目標後輪舵角δ＊は
式（１５）
2004237930.tif 000020
となる。
【００３０】
〔目標前輪舵角演算部３２２における目標前輪舵角演算〕
図１４は目標前輪舵角演算部３２２の構成を表すブロック図である。失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌが０のときは、目標ヨーレイトψ’＊（ｓ），目標横速度Ｖ＊ｙから目標前輪舵角θ＊を算出すると下記式（１６）で表される。
式（１６）
2004237930.tif 000021
【００３１】
一方、失陥判断フラグ値Ｆｆａｉｌが１のときは、前輪操舵のみとなり制御可能な目標値が１つになるため、目標値をヨーレイトとするヨーレイト制御に変更する。
このとき、実後輪操舵角を後輪側変位センサ２５の出力値δｒから算出すると、下記式（１７）で表される。
式（１７）
2004237930.tif 000022
ここで、Ｎｒは変位量に対する後輪実舵角比である。
【００３２】
後輪操舵アクチュエータ失陥時の目標前輪舵角はヨーレイト制御時の状態方程式から下記式（１８）により表される。
式（１８）
2004237930.tif 000023
【００３３】
（後輪操舵装置失陥判断）
次に、後輪操舵装置失陥判断部３３について説明する。目標後輪舵角と後輪操舵アクチュエータの実舵角との乖離Δｆが閾値Ｓｆを一定時間Ｔｆ以上越えた場合は、後輪操舵アクチュエータ失陥と判断し、失陥判断フラグＦｆａｉｌを決定する。
乖離Δｆは下記式（１９）により表される
式（１９）
2004237930.tif 000024
【００３４】
ここで乖離Δｆが閾値Ｓｆを越えた時間をカウントするカウンタＣｆは、操舵制御コントローラ３０の計算周期をΔＴとすると、下記式（２０），（２１）で表される。
式（２０）
2004237930.tif 000025
式（２１）
2004237930.tif 000026
【００３５】
このとき、失陥判断フラグは、
Ｃｆ≧Ｔｆのとき、後輪操舵アクチュエータ失陥と判断し、下記式（２２）となる。
2004237930.tif 000027
Ｃｆ＜Ｔｆのとき、正常と判断し、下記式（２３）となる。
2004237930.tif 000028
【００３６】
図１５は従来技術に基づいたシミュレーション結果を表す図であり、図１６は上記構成に基づいたシミュレーション結果を表す図である。
圧雪路にて、車速６０ｋｍ／ｈ、レーンチェンジを想定した走行条件である。運転者操舵角計算は、ドライバモデルとして広く知られている、横変位及びヨーレイトをフィードバックし目標軌跡を追従するように運転者が操舵を行う前方注視点ドライバモデルを使用した。
【００３７】
このシミュレーションにおいて、図１５（ａ），図１６（ｂ）は運転者操舵角と前輪制御操舵角を表す。また、図１５（ｂ），図１６（ｂ）は実後輪舵角を表す。また、図１５（ｃ），図１６（ｃ）は目標ヨーレイトと発生ヨーレイトの関係を表す。また、図１５（ｄ），図１６（ｄ）は車両重心点軌跡を表す。
【００３８】
図１５（ｂ），図１６（ｂ）に示すように時刻ｔ１において、後輪操舵アクチュエータが失陥し、後輪舵角δにおいて固定された場合を比較する。
図１５に示す従来技術では、後輪舵角がδにおいて固定されると、目標ヨーレイトに対する発生ヨーレイトが大きく離れ、運転者の操舵角も不安定で、車両の安定性が損なわれてしまう。
【００３９】
これに対し、本願発明では、後輪操舵アクチュエータが失陥した場合には、ヨーレイト，横速度制御からヨーレイト制御に切り換え、実後輪舵角を考慮した制御を実行することが可能になり、目標ヨーレイトに対する発生ヨーレイトが追従可能となり、車両の安定性を保つことが可能となる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、前後輪の操舵アクチュエータとして油圧式のものを用いているが、例えば特開平１１−９１６０９号公報に開示されるような電動式のアクチュエータを用いることも可能である。
【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、目標出力値生成部の構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図６】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図７】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図８】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図９】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１０】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１１】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１２】第１実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１３】第１実施例における、目標後輪舵角演算部の構成を表すブロック図である。
【図１４】第１実施例における、目標前輪舵角演算部の構成を表すブロック図である。
【図１５】従来技術におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【図１６】本願発明におけるシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
１Ｌ，１Ｒ    前輪
２    ハンドル
３Ｌ，３Ｒ    前輪操舵機構
４    ステアリングユニット
５    車体
６    弾性体
７    前輪側油圧シリンダ
８Ｌ，８Ｒ    後輪
９Ｌ，９Ｒ    後輪操舵機構
１０    後輪側油圧シリンダ
１１    油圧源ユニット
１２    前輪側フェールセーフバルブ
１３    前輪側サーボバルブ
１４    後輪側フェールセーフバルブ
１５    後輪側サーボバルブ
１６    エンジン
１８，１９    サーボアンプ
２０    車速センサ
２１    操舵角センサ
２３    エンジン回転数センサ
２４    前輪側変位センサ
２５    後輪側変位センサ
２６    ニュートラルスイッチ
２７    クラッチスイッチ
２８    ストップランプスイッチ
３０    操舵制御コントローラ
３１    目標値生成部
３２    目標出力値生成部
３３    後輪操舵装置失陥判断部
３４    前輪操舵コントローラ
３５    後輪操舵コントローラ
３７    前輪操舵アクチュエータ
３８    後輪操舵アクチュエータ
３１１    車両モデル演算部
３１２    目標値演算部
３２１    目標後輪舵角演算部
３２２    目標前輪舵角演算部
【図１】
2004237930.tif 000029
【図２】
2004237930.tif 000030
【図３】
2004237930.tif 000031
【図４】
2004237930.tif 000032
【図５】
2004237930.tif 000033
【図６】
2004237930.tif 000034
【図７】
2004237930.tif 000035
【図８】
2004237930.tif 000036
【図９】
2004237930.tif 000037
【図１０】
2004237930.tif 000038
【図１１】
2004237930.tif 000039
【図１２】
2004237930.tif 000040
【図１３】
2004237930.tif 000041
【図１４】
2004237930.tif 000042
【図１５】
2004237930.tif 000043
【図１６】
2004237930.tif 000044