(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、後輪操舵角が制御上限に達したとしても、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前後輪操舵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に、前輪補助舵角への付与舵角の変化率を算出する前輪補助舵角変化率算出部と、後輪補助舵角付与手段の付与舵角が制限上限に達したかどうかを判断する後輪補助舵角制限上限判断部と、算出された前輪補助舵角を補正し、前記前輪補助舵角付与手段に出力する前輪補助舵角補正部を設け、前記前輪補助舵角補正部は、後輪補助舵角が制限上限に達し、かつ、前輪操舵角指令値の変化率の絶対値が所定の変化率よりも大きいときは、所定の変化率となる前輪補助舵角に補正した値を出力することとした。【選択図】　　　　図４
2004142617.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に、前記前輪補助舵角への付与舵角の変化率を算出する前輪補助舵角変化率算出部と、前記後輪補助舵角付与手段の付与舵角が制限上限に達したかどうかを判断する後輪補助舵角制限上限判断部と、算出された前輪補助舵角を補正し、前記前輪補助舵角付与手段に出力する前輪補助舵角補正部を設け、
前記前輪補助舵角補正部は、後輪補助舵角が制限上限に達し、かつ、前輪操舵角指令値の変化率の絶対値が所定の変化率よりも大きいときは、前記所定の変化率となる前輪補助舵角に補正した値を出力することを特徴とする車両用舵角制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の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を、前記後輪補助舵角が制限上限未満の時は、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目標ヨーレイト及び目標横速度を算出し、算出された前記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、
前記後輪補助舵角が制限上限に達したときは、目標値として目標ヨーレイトのみとし、後輪補助舵角を制限上限値として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手段とした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、後輪操舵角が制御上限に達した場合は、制御可能な舵角が前輪のみとなるため、前輪操舵角目標値が急変して運転者に違和感を与える可能性がある。
【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、後輪操舵角が制御上限に達したとしても、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に、前記前輪補助舵角への付与舵角の変化率を算出する前輪補助舵角変化率算出部と、前記後輪補助舵角付与手段の付与舵角が制限上限に達したかどうかを判断する後輪補助舵角制限上限判断部と、算出された前輪補助舵角を補正し、前記前輪補助舵角付与手段に出力する前輪補助舵角補正部を設け、前記前輪補助舵角補正部は、後輪補助舵角が制限上限に達し、かつ、前輪操舵角指令値の変化率の絶対値が所定の変化率よりも大きいときは、前記所定の変化率となる前輪補助舵角に補正した値を出力することで、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、後輪補助舵角が制限上限に達したときは、前輪操舵角指令値の変化率が所定の変化率となるように前輪補助舵角を与えることで、前輪操舵角目標値が急変したとしても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。尚、所定の変化率とは、運転者に違和感を与えることがない変化率であり、予め実験等によって求めた値でも良いし、車両の走行状態に応じて設定する値でも良い。
【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，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、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、操舵角度θ、車体速Ｖ及び車両パラメータから、車両の目標ヨーレイトψ’＊と目標横速度Ｖ＊ｙを決定する。
【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，後輪飽和時目標前輪舵角演算部３２３，後輪舵角飽和判断部３２４，目標前後輪舵角切換部３２５，及び目標前輪舵角補正部３２６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’＊と目標横速度Ｖ＊ｙ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から目標前輪舵角θ＊を決定する。
後輪飽和時目標前輪舵角演算部３２３は、車両の目標ヨーレイトψ’＊、目標横速度Ｖ＊ｙ、及び飽和時後輪舵角δ＊ｍａｘから後輪舵角飽和時目標前輪舵角θ＊δｍａｘを決定する。
後輪舵角飽和判断部３２４は、目標後輪舵角δ＊から後輪舵角が飽和しているかどうかの飽和判断フラグｆδｍａｘを決定する。
【００１６】
目標前後輪舵角切換部３２５は、飽和判断フラグｆδｍａｘ、飽和時後輪舵角δ＊ｍａｘ、目標後輪舵角δ＊、目標前輪舵角θ＊、及び後輪舵角飽和時目標前輪舵角θ＊δｍａｘから切換後目標前輪舵角θ’＊及び補正後目標後輪舵角δ＊ｌｉｍを決定する。
【００１７】
目標前輪舵角補正部３２６は、飽和判断フラグｆδｍａｘ及び切換後目標前輪舵角θ’＊から補正後目標前輪舵角θ＊ｌｉｍを決定する。
【００１８】
前輪操舵コントローラ３４は、前輪の実舵角が補正後目標前輪舵角θ＊ｌｉｍ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。
【００１９】
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＊ｌｉｍ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。
【００２０】
〔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）
2004142617.tif 000003
ここで、
2004142617.tif 000004
（式２）
2004142617.tif 000005
である。
【００２１】
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）
2004142617.tif 000006
（式４）
2004142617.tif 000007
となる。
2004142617.tif 000008
【００２２】
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）
2004142617.tif 000009
ここで、
（式６）
2004142617.tif 000010
【００２３】
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）
2004142617.tif 000011
ここで、
（式８）
2004142617.tif 000012
【００２４】
以上から、車両パラメータ
2004142617.tif 000013
が求められる。
【００２５】
〔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。
【００２６】
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）
2004142617.tif 000014
【００２７】
目標横速度は、式７から下記式１０により表される。
（式１０）
2004142617.tif 000015
【００２８】
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）
2004142617.tif 000016
ただし、ｙｒａｔｅ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｏｍｅｇｎ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｚｅｔａ＿ｍａｐ，ｙｒａｔｅ＿ｚｅｒｏ＿ｍａｐはそれぞれ図１１，図１２，図１３及び図１４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】
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）
2004142617.tif 000017
ただし、ｖｙ＿ｇａｉｎ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｏｍｅｇｎ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｚｅｔａ＿ｍａｐ，ｖｙ＿ｚｅｒｏ＿ｍａｐはそれぞれ図１５，図１６，図１７及び図１８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。
【００３０】
〔目標出力値生成部３２における目標操舵角演算〕
（目標後輪舵角演算部３２１における目標後輪舵角演算）
目標ヨーレイト，目標横速度から目標後輪舵角δ＊を算出する。ここで、式１の２輪モデルから、下記式１３を得る。
（式１３）
2004142617.tif 000018
このモデルから下記式１４を得る。
（式１４）
2004142617.tif 000019
よって、目標後輪舵角δ＊は、下記式１５により表される。
（式１５）
2004142617.tif 000020
【００３１】
ただし、一般に後輪舵角には操舵角度に制限があるため、補正後目標後輪舵角を下記式により上限付きの値として下記式１６から得られる値とする。
（式１６）
2004142617.tif 000021
ここで、δ＊ｌｉｍは、後輪最大操舵角とする。
【００３２】
（後輪舵角飽和判断部３２４における後輪舵角飽和判断）
（式１７）
2004142617.tif 000022
【００３３】
（目標前輪舵角演算部３２２における目標前輪舵角演算）
目標ヨーレイト、横速度から目標前輪舵角θ＊を算出すると、下記式（１８）により表される。
（式１８）
2004142617.tif 000023
【００３４】
（後輪飽和時目標前輪舵角演算部３２３における後輪飽和時目標前輪舵角演算）
飽和判断フラグｆδｍａｘ＝１の場合は、後輪舵角の飽和によ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のみとすると飽和時後輪舵角δ＊ｍａｘから後輪舵角飽和時目標前輪舵角θ＊δｍａｘは下記式１９により表される（請求項２に対応）。
（式１９）
2004142617.tif 000024
【００３５】
（目標前輪舵角補正部３２６における前輪舵角補正処理）
目標後輪舵角δ＊が飽和した場合、車両運動の目標値がヨーレイト及び横速度からヨーレイトのみに制限されるため、目標値の変更により目標前輪舵角θ＊が急変する場合がある。目標前輪舵角の急変による車両挙動の急変を抑えるため、後輪舵角飽和時（ｆδｍａｘ＝１）には目標前輪舵角の変化率Δθ＊に対して下記式２０に示す変化率リミットを施す（請求項１に対応）。
（式２０）
2004142617.tif 000025
ここで、Δθ＊ｍａｘは変化率の制限値である。この変化率を越えない目標前輪舵角を算出し、前輪操舵コントローラ３４に指令信号を出力する。
【００３６】
図５は目標出力生成部の制御内容を表すフローチャートである。
ステップＳ１では、目標ヨーレイトψ’＊及び目標横速度Ｖ＊ｙを読み込む。
ステップＳ２では、目標後輪舵角δ＊を演算する。
ステップＳ３では、目標前輪舵角演算θ＊を行う。
ステップＳ４では、後輪舵角飽和時目標後輪舵角θ＊δｍａｘを演算する。
ステップＳ５では、後輪舵角が飽和したかどうかを判断し、飽和したときはｆδｍａｘ＝１にセットしてステップＳ６に進み、それ以外はステップＳ８に進む。
ステップＳ６では、目標前後輪舵角の切り換え演算を行う。
ステップＳ７では、目標前輪舵角補正処理を行う。
ステップＳ８では、目標前輪舵角及び目標後輪舵角を出力する。
ステップＳ９では、操舵制御を実行する。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態では、後輪舵角制御量が飽和した場合、目標ヨーレイトのみを用いて目標前輪操舵量を演算し、更に、前輪の補助操舵量の変化率にリミッタをかけることで滑らかに制御可能となり、目標運動量が変化しても前輪が急変することがなく滑らかに制御され、運転者に違和感を与えることがない。
【００３８】
図６〜図１０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。
車速１２０ｋｍ／ｈ、操舵角を図６に示すように±１００ｄｅｇ、０．５Ｈｚで与えた場合、目標ヨーレイトは図７に示すようになる。また、図８の目標後輪舵角のグラフにおいて（ａ）で示した領域は後輪舵角が飽和している。その場合、図９の目標前輪舵角に示すように、目標前輪舵角には変化率リミッタが施されており、変化率リミッタが無い場合に比べて舵角が滑らかに変化している（図中（ｂ））。この結果、図１０（ａ）に示すように、発生横Ｇが滑らかに変化しているのがわかる。特に領域Ａと領域Ｂにおいては、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、後輪舵角に制限がある場合は、従来制御では目標値の変更により車両の横加速度の急変が見られるのに対し、本発明の場合は滑らかに変化しており運転者に違和感を与えることがない。
【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、操舵制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図６】第１実施例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７】第１実施例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８】第１実施例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９】第１実施例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１０】第１実施例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実施例におけるヨーレイトパラメータを表すマップである。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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。
【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
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
３２３　　後輪飽和時目標前輪舵角演算部
３２４　　後輪舵角飽和判断部
３２５　　目標前後輪舵角切換部
３２６　　目標前輪舵角補正部
【図１】
2004142617.tif 000026
【図２】
2004142617.tif 000027
【図３】
2004142617.tif 000028
【図４】
2004142617.tif 000029
【図５】
2004142617.tif 000030
【図６】
2004142617.tif 000031
【図７】
2004142617.tif 000032
【図８】
2004142617.tif 000033
【図９】
2004142617.tif 000034
【図１０】
2004142617.tif 000035
【図１１】
2004142617.tif 000036
【図１２】
2004142617.tif 000037
【図１３】
2004142617.tif 000038
【図１４】
2004142617.tif 000039
【図１５】
2004142617.tif 000040
【図１６】
2004142617.tif 000041
【図１７】
2004142617.tif 000042
【図１８】
2004142617.tif 000043