(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールと機械的に分離された前輪及び後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御するためのアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置において、
ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、
前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が前記アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段と、
を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
【請求項２】
前記舵角速度制限手段は、
車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
【請求項３】
前記舵角速度制限手段は、
車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比を一致するように舵角速度を制限する手段、
であることを特徴とする請求項２記載の車両の操舵制御装置。
【請求項４】
前記舵角速度制限手段は、
前輪の舵角速度と後輪の舵角速度との比が、前記前輪の目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と前記後輪の目標舵角に対する後輪舵角の追従誤差との比と一致するように舵角速度を制限する手段、
であることを特徴とする請求項２記載の車両の操舵制御装置。
【請求項５】
前記舵角速度制限手段は、
車両の走行条件に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段と、
前記推定した舵角速度の範囲内で前輪と後輪の舵角速度を制限する手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールと前輪及び後輪が機械的に分離され、前輪及び後輪が独立に舵角制御される車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと前輪及び後輪が機械的に分離され、前輪を操舵する為の操舵アクチュエータと後輪を操舵する為の操舵アクチュエータを備え、前輪と後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御することが可能なシステムがある。このようなシステムでは、ステアリングホイールの操作量に対する前輪と後輪の舵角の関係を任意に定めることができる。例えば、ステアリングホイールの操作量に対して前輪と後輪を逆相に操舵することによって、前輪のみを操舵する車両に対して車両旋回半径を小さくすることができる。また、前輪と後輪を同相に操舵することにより、高速時の進路変更を容易に行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の操舵制御装置においては、電動モータなどで構成される操舵アクチュエータの操舵速度には限界があるので、舵角の目標値の変化速度が高い場合には、実際の舵角に遅れが生じる場合がある。このような場合には、ドライバがステアリングホイールを一定の向きに操作していたとしても、車両旋回半径や車両横滑り角がオーバーシュート或いはアンダーシュートして変化することがあり、車両旋回半径と車両横滑り角の変化の向きがドライバの意図した向きと一時的に異なるので、ドライバに違和感を与えることがある、という問題がある。
【０００４】
このような問題が発生する例として、まず、車両旋回半径の逆数がアンダーシュートして変化する例を示す。
【０００５】
図３は、前輪の舵角（θｆ）と後輪の舵角（θｒ）をそれぞれ座標軸にとり、所定時間（ここでは、離散時間で操舵制御を実行する場合の１制御周期）で変化させることが可能な前輪と後輪の舵角の範囲をハッチングで示し、また、車両旋回半径の逆数（１／Ｒ）と車両横滑り角（β）の変化を示した図である。ここでは、前輪と後輪の舵角はともに車両前方に対して左向きの操舵を正としており、また、車両旋回半径は車両上に任意に定めた車両基準点（例えば、四輪の中心）の旋回半径とし、旋回中心が車両前方方向に対して左側にある場合に旋回半径を正、右側にある場合に旋回半径を負としている。尚、車両が直進する場合に旋回半径は無限大となるため演算の便宜上旋回半径の逆数を用いている。さらに、車両横滑り角は前記車両基準点における車両の進行方向と車両の前方方向のなす角とし、車両の進行方向が車両の前後方向の中心線に対して右側にずれる場合に車両横滑り角を正としている。車両旋回半径と車両横滑り角の定義を図１５に示す。
【０００６】
いま、図３において、前輪と後輪の現在の舵角がＬ点であり、１制御周期後の目標舵角がＡ点であるとすると、１制御周期後の舵角がＡ点に一致したと仮定すれば、車両旋回半径の逆数は現在の値とくらべて増加する。ところが、前輪の目標舵角が１制御周期で操舵可能な範囲を超えているので、１制御周期後の実際の舵角はＡ点ではなくＭ点となる。このため、実際の車両旋回半径の逆数は一時的に減少し、その後、舵角がＡ点に向かうことによって増加する。この場合、前輪と後輪の舵角速度、及び、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角は、時系列では図４（ａ）に示すように変化し、車両旋回半径の逆数がアンダーシュートすることがわかる。
【０００７】
次に、車両横滑り角がオーバーシュートして変化する例を示す。
【０００８】
いま、前述の図３において、１制御周期後の目標舵角がＢ点であるときには、前輪の目標舵角が１制御周期で操舵可能な範囲を超えているので、１制御周期後の実際の舵角はＢ点ではなくＮ点となる。このため、目標舵角に対応した車両横滑り角の変化量に対して実際の車両横滑り角の変化量は大きくなるので、車両横滑り角は目標舵角に対応した値より大きくなった後に、舵角がＢ点に向かうことによって減少する。この場合、車両横滑り角は時系列で図５（ａ）に示すように変化し、車両横滑り角がオーバーシュートすることがわかる。
【０００９】
本発明はこのような問題点に着目し、ステアリングホイールと機械的に分離された前輪と後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御することが可能なシステムにおいて、操舵速度の限界によって舵角の目標値を実現できない場合においても、車両旋回半径と車両横滑り角の変化がドライバの意図した向きと一致し、ドライバに違和感を与えることがないような車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、ステアリングホイールと機械的に分離された前輪及び後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御するためのアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置において、ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が前記アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項２記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比を一致するように舵角速度を制限する手段、であることを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項２記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、前輪の舵角速度と後輪の舵角速度との比が、前記前輪の目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と前記後輪の目標舵角に対する後輪舵角の追従誤差との比と一致するように舵角速度を制限する手段、であることを要旨とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、車両の走行条件に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段と、前記推定した舵角速度の範囲内で前輪と後輪の舵角速度を制限する手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ステアリングホイールと機械的に分離された前輪及び後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御するためのアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置において、ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が前記アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段と、を備えたことにより、前輪又は後輪の一方がアクチュエータの舵角速度限界により一時的に目標舵角に到達できない場合、他方の舵角速度を舵角速度制限手段により制限することができるようになり、前輪及び後輪の舵角バランスを崩してドライバに違和感を与えることを抑制できるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限するようにしたので、操舵速度の限界を超えるような目標舵角が算出された場合でも、車両旋回半径と車両横滑り角を前記目標舵角に対応する値に向けてそれぞれ単調に変化させることが可能となったので、ドライバの違和感を更に小さく抑制することができる。
【００１７】
例えば、前述した図３において、現在の前輪舵角及び後輪舵角が点Ｌであり１制御周期後の目標舵角が操舵可能範囲を超えるＡ点であるときに、請求項２記載の発明を適用し、１制御周期後の舵角が線分ＰＱ上にあるように舵角速度を制限することによって、車両旋回半径の逆数（１／Ｒ）と車両横滑り角（β）を目標舵角に対応する値に向けて変化させることができる。
【００１８】
この場合、車両旋回半径の逆数は時系列では図４（ｂ）に示すように変化し、前述したようなアンダーシュートは生じない。したがって、ドライバの違和感を抑えることができる。また、図３において、１制御周期後の目標舵角がＢ点であるときに、請求項２記載の発明を適用し、１制御周期後の舵角が線分ＲＳ上にあるように舵角速度を制限することによって、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を目標舵角に対応する値に向けて変化させることができる。この場合、車両横滑り角は時系列では図５（ｂ）に示すように変化し、前述したようなオーバーシュートは生じない。したがって、ドライバの違和感を抑えることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比と一致するように舵角速度を制限するようにしたので、操舵速度の限界を超えるような目標舵角が算出された場合に、ドライバがステアリングホイールを操作する速度によらず車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を、目標舵角の変化に対応した軌道に沿って変化させることができるようになる。したがって、請求項２記載の発明にくらべてドライバの違和感の程度をより小さく抑えることができる。
【００２０】
例えば、前述した図３において、現在の前輪舵角及び後輪舵角が点Ｌであり１制御周期後の目標舵角が操舵可能範囲を超える点Ａであるときに、請求項３記載の発明を適用し、１制御周期後の舵角が点Ａ’となるように舵角速度を制限することによって、車両旋回半径の逆数（１／Ｒ）と車両横滑り角（β）を、目標舵角の変化に対応した軌道に沿って変化させることができる。この場合、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角は時系列では図４（ｃ）に示すように変化し、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を連動させて目標舵角に対応した値に追従させることができる。
【００２１】
一方、請求項２記載の発明を適用した場合には、図４（ｂ）に示すように、車両旋回半径の逆数の方が目標舵角に対応した値の近傍まで早く追従しており、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の追従誤差の減少の仕方が異なる。よって、請求項３記載の発明を適用した場合には、請求項２記載の発明を適用した場合にくらべてドライバの違和感の程度をより小さく抑えることができる。
【００２２】
また、図３において、１制御周期後の目標舵角が点Ｂであるときには、１制御周期後の舵角が点Ｂ’となるように舵角速度を制限する。この場合、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角は時系列では図５（ｃ）に示すように変化し、上記と同様の効果が得られる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、前輪の舵角速度と後輪の舵角速度との比が、目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と後輪舵角の追従誤差との比と一致するように舵角速度を制限する。この発明は、舵角と目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と後輪舵角の追従誤差との比と、概ね一致する関係を利用したものである。この関係は、前輪と後輪の舵角から、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角への写像が概ね線形写像であることから導かれる。これは、前輪と後輪の舵角（ステアリングラックの移動量）に対する、車両旋回半径の逆数の変化及び車両横滑り角の変化が、それぞれ図１３及び図１４に示すような変化であることから明らかである。この発明によって、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の演算を行なわずに、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比を調整することができるようになったので、請求項３記載の発明にくらべて容易な演算で、請求項３記載の発明と概ね等しい効果を得ることができる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし請求項４記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、車両の走行条件に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段と、前記推定した舵角速度の範囲内で前輪と後輪の舵角速度を制限する手段と、を備えたことにより、走行条件により実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定するので、走行条件の変化によって舵角速度の範囲が変化した場合においても、適切な舵角速度の制限を行なうことができるという効果がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る車両の操舵制御装置の実施形態の全体構成を示すシステム構成図である。１は前輪、２は後輪、３は運転者が操作するステアリングホイール、４はステアリングホイールの操作量（角度）を検出するステアリング角度センサであり、例えば光学式エンコーダを使用してコラムシャフトの回転量を検出するものがある。５は前輪操舵アクチュエータ、７は後輪操舵アクチュエータであり、それぞれＤＣモータを有しウォームギアを介してモータの旋回運動をステアリングラックの左右運動に変換しその移動量を調整することで舵角を調整できる。また、１３はＤＣモータを駆動する駆動回路であり、Ｈブリッジで構成される。後述されるＥＣＵ１２から指令されるモータ電流を実現するようにＤＣモータの電流フィードバックがなされる。６は前輪の舵角を検出する舵角センサ、８は後輪の舵角を検出する舵角センサであり、それぞれステアリングラックの移動量を検出するポテンショ式のラックストロークセンサである。また、９は車両１１の速度検出する車速センサであり、例えば、各車輪の回転速度を計測する。１２は操舵制御装置をマイクロコンピュータを中心とした制御回路（ＥＣＵ）で構成したものであり、外部との情報の入出力や種類の演算を行なう。ＣＰＵ１２ａは演算を実行し、ＲＯＭ１２ｂは後述する制御プログラムや各種データ等を記憶している。ＲＡＭ１２ｃはプログラム実行中に一時的に情報の記憶を行なう。Ｉ／Ｏインターフェース１２ｄは外部のセンサ等からの情報の入力や、外部のアクチュエータを駆動するための信号の出力を行なう。
【００２６】
図２は、本発明に係る車両の操舵制御装置の構成を示したブロック図である。操舵制御装置は、ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段２０１と、車両の走行条件としての車速に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段２０２と、前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が操舵アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段２０３と、舵角速度制限手段２０３により制限された舵角速度で舵角を制御する舵角制御手段２０４とを備えている。
【００２７】
これら目標舵角算出手段２０１、舵角速度範囲推定手段２０２、舵角速度制限手段２０３、及び舵角制御手段２０４は、この順にすべてＥＣＵ１２内でＣＰＵ１２ａが実行するプログラムとして実現され、所定時間周期、例えば１０［ｍｓｅｃ］周期で演算が実行される。
【００２８】
次に、本発明における操舵制御の動作を説明する。
【００２９】
目標舵角算出手段２０１では前輪と後輪の目標舵角の算出を行なう。舵角はステアリングラックの移動量と一対一に対応し、ステアリングラックの移動量を調整することによって舵角を制御することができるので、この実施形態として、前輪と後輪のステアリングラックの位置（以下、ラック位置）の目標値を算出する例を説明する。尚、ラック位置は前後輪ともに直進状態を０とし、車両前方に対して左方向に操舵する向きを正とする。以下、目標舵角算出手段２０１における演算を説明する。
【００３０】
まず、ステアリング角度センサ４の出力に基づいてステアリングホイール３の操作量である角度θｓを算出する。ここで、θｓは直進状態で０とし、左方向に操作した場合を正とする。そして、θｓに基づいて前輪と後輪の目標ラック位置を算出する。例えば、（１）式のように前輪の目標ラック位置δｆ*を算出する。ここで、例えばｐ＝６０／５４０とし、ステアリングホイールの角度が５４０［ｄｅｇ］のときに前輪の目標ラック位置を６０［ｍｍ］とする。また、車速に基づいて予めＲＯＭ１２ｂに記憶した図１６に示すようなテーブルデータを参照することによって、前後輪の操舵角度比を示すパラメータｑを算出する。そして、パラメータｑを用いて（２）式のように後輪の目標ラック位置δｒ＊を算出する。尚、低速領域におけるパラメータｑを負の値とすると、前輪に対して後輪を逆相に操舵することになり、車両旋回半径を小さくして小回りが利くようにすることができる。
【００３１】
【数１】
δｆ*＝ｐ×θｓ                    …（１）
δｒ*＝ｑ×ｐ×θｓ                …（２）
尚、ステアリングホイールの角度と前輪及び後輪の目標舵角の関係はこれ以外の関係であってもよく、例えば、前輪と後輪の舵角に対する車両旋回半径と車両横滑り角の幾何学的な関係に基づいて、ステアリングホイールの角度と車両旋回半径及び車両横滑り角が所定の関係となるように前輪と後輪の目標舵角を算出する例が考えられる。
【００３２】
舵角速度範囲推定手段２０２では、走行条件、例えば車速に応じて実際に操舵することが可能な舵角速度の範囲を前輪と後輪のそれぞれについて推定する。
【００３３】
【外１】
0004604399.tif 000002
まず、請求項２記載の発明を適用した例としては、車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限する。このためラック速度の上限値と下限値をともに一定値とする例が考えられる。
【００３４】
【外２】
0004604399.tif 000003
【数２】
0004604399.tif 000004
また、請求項５記載の発明を適用した例としては、走行条件として車速に基づいて、前輪と後輪のラック速度の上限値及び下限値を算出する例が考えられる。これらの算出は、車速に基づいてＲＯＭ１２ｂに記憶させたテーブルデータを参照することによって行なう方法がある。このテーブルデータは、直進状態から目標ラック位置をステップ的に変化させた場合のラック速度の上限値及び下限値を車速を変化させて計測し、車速ごとのラック速度のデータに基づいて作成し、前輪の上限値テーブルと下限値テーブル、及び、後輪の上限値テーブルと下限値テーブルをＲＯＭ１２ｂに記憶させておけばよい。
【００３５】
尚、車速０、即ち停止状態でのステアリング操作は、いわゆる「据え切り」状態となり、タイヤの摩擦が大きいので舵角速度の上限値及び下限値の絶対値は小さく、車速の増加に対して、舵角速度の上限値及び下限値の絶対値は増加する傾向となる。
【００３６】
また、ラック速度は操舵モータの回転速度に応じた慣性によっても変化するので、車速に基づいて前述のテーブルデータを参照して算出した値に対して、操舵モータの回転速度に基づいて上限値及び下限値を補正する構成としてもよい。
【００３７】
さらに、ラック速度は操舵負荷によって変化するので、走行条件として路面摩擦係数や輪荷重の変化に応じて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を舵角速度範囲推定手段２０２で推定し、この推定した舵角速度範囲で舵角速度制限手段２０３がラック速度を制限することも考えられる。
【００３８】
路面摩擦係数の推定方法は、例えば計測自動制御学会誌“計測と制御”vol.39 No.10 2000掲載の「周期ゲイン型σ−修正法を用いた適応観測器による路面の判別」（川邊他）など多くの手法が提案されており、路面摩擦係数の推定値に基づいてラック速度の上限値及び下限値を補正することが考えられる。この場合、路面摩擦係数が大きいほどラック速度の上限値及び下限値の絶対値を小さくするように補正すればよい。
【００３９】
また、輪荷重は加速時及び減速時に変化するので、車速変化（車両の加速度）に基づいてラック速度の上限値及び下限値を補正することが考えられる。この場合、加速時には、前輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を大きくするように補正する一方、後輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を小さくするように補正し、減速時には、前輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を小さくするように補正する一方、後輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を大きくするように補正すればよい。
【００４０】
舵角速度制限手段２０３では前輪と後輪の舵角速度の制限を行なう。この実施形態として、前輪と後輪のラック速度の制限を行なうために、前輪と後輪の目標ラック位置の補正を行なう例を説明する。
【００４１】
まず、図６は、前輪と後輪の目標ラック位置をそれぞれ補正するか否かを判断する処理を示したフローチャートである。
【００４２】
【外３】
0004604399.tif 000005
この算出は、前輪と後輪の現在のラック位置δｆ及びδｒと、目標舵角算出手段２０１で算出した前輪と後輪の目標ラック位置δｆ*及びδｒ*とに基づいて、式（７）〜式（８）を用いて行なう。ここで、Ｔsplは制御周期であり例えば１０［ｍｓｅｃ］である。
【００４３】
【数３】
0004604399.tif 000006
次に、Ｓ６０２〜Ｓ６０４の処理によって、前輪及び後輪のそれぞれについて、必要ラック速度は実現範囲内かどうかを判定する。まず、Ｓ６０２において、前輪必要ラック速度は実現範囲内か否かを判定し、実現範囲内ならば、Ｓ６０３で後輪必要ラック速度は実現範囲内か否かを判定する。Ｓ６０２の判定で前輪必要ラック速度が実現範囲内でなければ、Ｓ６０４で後輪必要ラック速度は実現範囲内か否かを判定する。
【００４４】
前輪と後輪ともに必要ラック速度がラック速度の上限値と下限値の範囲内にあると判断された場合は、Ｓ６０５において前輪と後輪の目標ラック位置の補正は行なわずに処理を終了し、また、前輪の必要ラック速度のみがラック速度の上限値と下限値の範囲内にあると判断された場合はＳ６０６において前輪の目標ラック位置を補正し、後輪の必要ラック速度のみがラック速度の上限値と下限値の範囲内にあると判断された場合はＳ６０７において後輪の目標ラック位置を補正し、前輪と後輪の必要ラック速度がともにラック速度の上限値と下限値の範囲外にあると判断された場合はＳ６０８において前輪或いは後輪の目標ラック位置を補正する。以下、Ｓ６０６〜Ｓ６０９における演算をそれぞれ説明する。
【００４５】
尚、目標ラック位置の補正は、必要ラック速度がラック速度の上限値と下限値の範囲内にある場合には、１制御周期後のラック位置を目標ラック位置と一致させることができることを前提として行なう。尚、ラック位置のサーボ制御系の構成については後述する。
【００４６】
まず、Ｓ６０６における前輪目標ラック位置の補正処理について説明する。
【００４７】
図７は、Ｓ６０６における処理の第１の実施形態として、請求項２記載の発明を適用した例における前輪目標ラック位置の補正処理を示したフローチャートである。
【００４８】
まず、Ｓ７０１において、現在の前輪と後輪のラック位置δｆ及びδｒに基づいて、予めＲＯＭ１２ｂに記憶させた３次元マップデータを参照することによって、現在の車両旋回半径の逆数invＲ０と車両横滑り角beta０を算出する。この３次元マップデータは、前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角を実験的に計測し、図１３に示すような車両旋回半径の逆数を算出するための３次元マップデータと、図１４に示すような車両横滑り角を算出するための３次元マップデータを作成すればよい。
【００４９】
尚、図１５に示すように、車両旋回半径は四輪の中心における旋回半径とし、旋回中心が車両前方方向に対して左側にある場合に旋回半径を正、右側にある場合に旋回半径を負とする。また、車両横滑り角は四輪の中心における車両の進行方向と車両の前方方向のなす角とし、車両の進行方向が車両の前後方向の中心線に対して右側にずれる場合に車両横滑り角を正とする。
【００５０】
Ｓ７０２では、前輪と後輪の目標舵角δｆ*及びδｒ*に基づいて、Ｓ７０１において前述した３次元マップデータを参照することによって、目標ラック位置に対応する車両旋回半径の逆数invＲ１と車両横滑り角beta１を算出する。
【００５１】
Ｓ７０３では、１制御周期後の後輪ラック位置の推定値に基づいて、１制御周期後の車両旋回半径の逆数がinvＲ０からinvＲ１までの範囲となり、かつ、１制御周期後の車両横滑り角がbeta０からbeta１までの範囲となるような前輪のラック位置の範囲を算出する。
【００５２】
【外４】
0004604399.tif 000007
この１制御周期後の後輪ラック位置の推定値に基づいて、車両旋回半径の逆数がinvＲ０となる前輪ラック位置δｆ１と、車両横滑り角がbeta０となる前輪ラック位置δｆ２と、車両旋回半径の逆数がinvＲ１となる前輪ラック位置δｆ３と、車両横滑り角がbeta１となる前輪ラック位置δｆ４を、３次元マップデータを参照して算出する。この３次元マップデータは、Ｓ７０１の演算の説明において前述した前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて、車両旋回半径の逆数と後輪のラック位置を入力として前輪のラック位置を出力する３次元マップデータと、車両横滑り角と後輪のラック位置を入力として前輪のラック位置を算出する３次元マップデータを作成し、ＲＯＭ１２ｂに記憶させておく。
【００５３】
そして、δｆ１とδｆ３を両端とする範囲と、δｆ２とδｆ４を両端とする範囲とが重なる範囲を求める。これが、１制御周期後の車両旋回半径の逆数がinvＲ０からinvＲ１までの範囲となり、かつ、１制御周期後の車両横滑り角がbeta０からbeta１までの範囲となるような前輪のラック位置の範囲である。例えば、図１０において目標ラック位置が点Ｂである場合には、δｆ４以上δｆ３以下となる範囲である。
【００５４】
【外５】
0004604399.tif 000008
例えば、車両横滑り角が、目標舵角算出手段２０１で算出した目標ラック位置に対応した値beta１に最も近くなるように、前輪の新たな目標ラック位置を算出することが考えられる。この場合、図１０において目標ラック位置が点Ｂである場合には、ラック位置が点Ｒとなるように前輪の新たな目標ラック位置をδｆ４とすればよい。
【００５５】
また、これ以外の算出方法として、車両旋回半径の逆数が、目標舵角算出手段２０１で算出した目標ラック位置に対応した値invＲ１に最も近くなるように算出してもよいし、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角にそれぞれ所定の係数を乗算したものの和が、目標舵角算出手段２０１で算出した目標ラック位置に対応した値に最も近くなるように算出してもよい。
【００５６】
次に、Ｓ６０６における前輪目標ラック位置の補正処理の第２の実施形態として、請求項３記載の発明を適用し、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比と一致するように舵角速度を制限する例を説明する。この例では、１制御周期での車両旋回半径の逆数の変化と車両横滑り角の変化との比を、（invＲ１−invＲ０）と（beta１−beta０）との比と一致させるように、前輪の新たな目標ラック位置を算出することになる。
【００５７】
まず、前輪のラック速度を上限値とした場合の、１制御周期後の車両旋回半径の逆数invＲ２と車両横滑り角beta２を算出する。
【００５８】
【外６】
0004604399.tif 000009
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、Ｓ７０１の演算で使用した３次元マップデータを参照してinvＲ２とbeta２を算出する。
【００５９】
次に、前輪のラック速度を下限値とした場合の、１制御周期後の車両旋回半径の逆数invＲ３と車両横滑り角beta３を算出する。
【００６０】
【外７】
0004604399.tif 000010
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、Ｓ７０１の演算で使用した３次元マップデータを参照してinvＲ３とbeta３を算出する。
【００６１】
次に、１制御周期での車両旋回半径の逆数の変化と車両横滑り角の変化との比が、（invＲ１−invＲ０）と（beta１−beta０）との比と一致するような、１制御周期後の車両旋回半径の逆数invＲ４と車両横滑り角beta４を算出する。これらの算出は式（９）〜式（１２）を用いて行なう。
【００６２】
【数４】
0004604399.tif 000011
この式（９）〜式（１２）の演算について、図１１を用いて説明する。図１１は、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を座標軸にとり、現在の車両旋回半径の逆数と車両横滑り角が点Ａである場合に、１制御周期で変化させることが可能な車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の範囲をハッチングで示し、また、前輪と後輪のラック位置を破線で示したものである。いま、目標ラック位置に対応した車両旋回半径の逆数と車両横滑り角が点Ｂである場合に、前記invＲ４とbeta４は点Ｍの座標となる。
【００６３】
ここで、点Ｍは直線ＡＢと直線ＰＱの交点であるから、点Ａ、点Ｂ、点Ｐ、点Ｑの座標に基づいて、２直線の交点を求めることによって点Ｍの座標を算出することができる。（９）式〜（１２）式は、点Ａの座標（invＲ０，beta０）と、点Ｂの座標（invＲ１，beta１）と、点Ｐの座標（invＲ２，beta２）と、点Ｑの座標（invＲ３，beta３）とに基づいて、点Ｍの座標を算出するものである。
【００６４】
そして、invＲ４とbeta４に基づいて、３次元マップデータを参照して前輪の新たな目標ラック位置を算出する。この３次元マップデータは、Ｓ７０１での処理の説明で前述した、前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて作成するもので、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を入力として前輪のラック位置を出力するものである。
【００６５】
Ｓ６０６における前輪目標ラック位置の補正処理の第３の実施形態として、請求項４記載の発明を適用し、１制御周期での前輪と後輪のラック位置の変化量の比を、現在のラック位置を目標ラック位置まで変化させた場合の前輪と後輪のラック位置の変化量の比と一致させるように、前輪の新たな目標ラック位置の算出を行う例について説明する。
【００６６】
【外８】
0004604399.tif 000012
そして、このΔδｒに基づいて式（１３）を用いて算出したδｆ*’を前輪の新たな目標ラック位置とする。
【００６７】
【数５】
0004604399.tif 000013
次に、Ｓ６０７における後輪目標ラック位置の補正処理について説明する。
【００６８】
図８はＳ６０７における処理の第１の実施形態として、請求項２記載の発明を適用した例における処理を示したフローチャートである。まず、Ｓ８０１及びＳ８０２での処理は、Ｓ７０１及びＳ７０２での処理とそれぞれ等しい。
【００６９】
Ｓ８０３では、１制御周期後の実際の前輪のラック位置の推定値に基づいて、１制御周期後の車両旋回半径の逆数がinvＲ０からinvＲ１までの範囲となり、かつ、１制御周期後の車両横滑り角がbeta０からbeta１までの範囲となるような後輪のラック位置の範囲を算出する。
【００７０】
【外９】
0004604399.tif 000014
この１制御周期後の前輪のラック位置の推定値に基づいて、車両旋回半径の逆数がinvＲ０となる後輪ラック位置δｒ１と、車両横滑り角がbeta０となる後輪ラック位置δｒ２と、車両旋回半径の逆数がinvＲ１となる後輪ラック位置δｒ３と、車両横滑り角がbeta１となる後輪ラック位置δｒ４を、３次元マップデータを参照することによって算出する。
【００７１】
この３次元マップデータは、Ｓ７０１において前述した前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて、車両旋回半径の逆数と前輪のラック位置を入力として後輪のラック位置を出力する３次元マップデータと、車両横滑り角と前輪のラック位置を入力として後輪のラック位置を出力する３次元マップデータを作成し、ＲＯＭ１２ｂに記憶させておく。
【００７２】
そして、δｒ１とδｒ３を両端とする範囲と、δｒ２とδｒ４を両端とする範囲とが重なる範囲を求める。
【００７３】
【外１０】
0004604399.tif 000015
次に、Ｓ６０７における後輪目標ラック位置の補正処理の第２の実施形態として、請求項３記載の発明を適用し、１制御周期での車両旋回半径の逆数の変化と車両横滑り角の変化との比を、（invＲ１−invＲ０）と（beta１−beta０）との比と一致させるように、後輪の新たな目標ラック位置を算出する例を説明する。
【００７４】
まず、後輪のラック速度を上限値とした場合の、１制御周期後の車両旋回半径の逆数invＲ２と車両横滑り角beta２を算出する。
【００７５】
【外１１】
0004604399.tif 000016
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、Ｓ７０１の演算で使用した３次元マップデータを参照してinvＲ２とbeta２を算出する。
【００７６】
次に、後輪のラック速度を下限値とした場合の、１制御周期後の車両旋回半径の逆数invＲ３と車両横滑り角beta３を算出する。
【００７７】
【外１２】
0004604399.tif 000017
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、Ｓ７０１の演算で使用した３次元マップデータを参照してinvＲ３とbeta３を算出する。
【００７８】
次に、式（９）〜式（１２）を用いてinvＲ４とbeta４を算出し、このinvＲ４とbeta４に基づいて、３次元マップデータを参照して後輪の新たな目標ラック位置を算出する。この３次元マップデータは、Ｓ７０１での処理の説明で前述した、前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて作成するもので、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を入力として後輪のラック位置を出力するものである。
【００７９】
次に、Ｓ６０７における後輪目標ラック位置の補正処理の第３の実施形態として、請求項４記載の発明を適用し、１制御周期での前輪と後輪のラック位置の変化量の比を、現在のラック位置を目標ラック位置まで変化させた場合の前輪と後輪のラック位置の変化量の比と一致させるように、後輪の新たな目標ラック位置の算出を行う例について説明する。
【００８０】
【外１３】
0004604399.tif 000018
そして、このΔδｆに基づいて式（１４）を用いて算出したδｒ*’を、後輪の新たな目標ラック位置とする。
【００８１】
【数６】
0004604399.tif 000019
次に、Ｓ６０８における前輪目標ラック位置或いは後輪目標ラック位置の補正処理について説明する。
【００８２】
図９はＳ６０８における処理の実施形態を示したフローチャートであり、１制御周期での前輪と後輪のラック位置の変化量の比を、現在のラック位置を目標ラック位置まで変化させた場合の前輪と後輪のラック位置の変化量の比と一致させるように、前輪或いは後輪の新たな目標ラック位置を算出する。
【００８３】
まず、Ｓ９０１では、式（１５）を用いて前輪の目標舵角の暫定値δｆ０を算出する。
【００８４】
【数７】
0004604399.tif 000020
【外１４】
0004604399.tif 000021
【数８】
0004604399.tif 000022
舵角制御手段２０４では前輪と後輪の舵角の位置制御を行なう。この実施形態として、前輪と後輪のラック位置の制御を行なうために、前輪及び後輪の操舵モータに対して図１２に示すようなサーボ制御系を構成する例について説明する。
【００８５】
１２０２は、実際のラック位置と目標ラック位置に基づいて操舵モータの電流指令値を演算し、ラック位置のフィードバック制御を行なうブロックである。フィードバックの制御の方法としてはＰＩＤ制御やモデル規範型制御等が一般的であり、ここでの詳細な説明は省略する。１２０３は、前記電流指令値に基づいて操舵モータの電流制御を行なうブロックであり、ＰＷＭ制御などが一般的であるがここでの詳細な説明は省略する。１２０４は、制御対象である操舵モータの動特性、すなわち、電流値に対するモータ回転角（位置）の動特性を表すブロックである。また、１２０５は、操舵モータのギア比とウォームギア比に基づいて定まる、操舵モータの回転角（位置）に対するステアリングラック位置の関係を示したブロックである。
【００８６】
ところで、サーボ制御系を１２０２〜１２０５のブロックで構成した場合には、目標値に対してサーボ制御の遅れが生じるため、１２０１に示すような前置補償器を構成してこのサーボ制御の遅れを補償する。いま、ｒからｙの伝達関数が連続時間系でＡ（ｓ）／Ｂ（ｓ）であらわせたとすると、前置補償器の伝達関数を式（１７）に示すようにする。
【００８７】
【数９】
0004604399.tif 000023
ここで、次数ｎは伝達関数がプロパーとなるように選択し、τは十分に小さい値（τ≪１）とする。また、実際のサーボ制御は離散時間系を構成するので、この伝達関数を離散化して使用する。このようにラック位置のサーボ制御系を構成することによって、ラック速度の上限値と下限値の範囲内においては１制御周期後の目標ラック位置と実際のラック位置を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の操舵制御装置の実施形態の全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】前輪と後輪の舵角に対する車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の関係を示す図である。
【図４】前輪と後輪の舵角速度及び車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の時系列変化を示す図である。
【図５】前輪と後輪の舵角速度及び車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の時系列変化を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の全体動作を説明するフローチャートである。
【図７】実施形態における前輪目標ラック位置の補正処理を説明するフローチャートである。
【図８】実施形態における後輪目標ラック位置の補正処理を説明するフローチャートである。
【図９】実施形態における前輪目標ラック位置と後輪目標ラック位置の補正処理を説明するフローチャートである。
【図１０】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の関係を、前輪と後輪のステアリングラック移動量を座標軸にとって示す図である。
【図１１】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の関係を、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を座標軸にとって示す図である。
【図１２】本発明の実施形態における舵角のサーボ制御系を示すブロック図である。
【図１３】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両旋回半径の逆数の変化を示す図である。
【図１４】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両横滑り角の変化を示す図である。
【図１５】車両旋回半径と車両横滑り角の定義を示す図である。
【図１６】後輪目標ラック位置を算出する為のパラメータｑと車速の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…前輪
２…後輪
３…ステアリングホイール
４…ステアリング角度センサ
５…前輪操舵アクチュエータ
６…前輪舵角センサ
７…後輪操舵アクチュエータ
８…後輪舵角センサ
９…車速センサ
１１…車両
１２…操舵制御装置（ＥＣＵ）
１３…駆動回路
２０１…目標舵角算出手段
２０２…舵角速度範囲推定手段
２０３…舵角速度制限手段
２０４…舵角制御手段
【図１】
0004604399.tif 000024
【図２】
0004604399.tif 000025
【図３】
0004604399.tif 000026
【図４】
0004604399.tif 000027
【図５】
0004604399.tif 000028
【図６】
0004604399.tif 000029
【図７】
0004604399.tif 000030
【図８】
0004604399.tif 000031
【図９】
0004604399.tif 000032
【図１０】
0004604399.tif 000033
【図１１】
0004604399.tif 000034
【図１２】
0004604399.tif 000035
【図１３】
0004604399.tif 000036
【図１４】
0004604399.tif 000037
【図１５】
0004604399.tif 000038
【図１６】
0004604399.tif 000039