(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後輪の夫々を転舵可能な転舵機構と、運転者のステアリング操作に応じて車両の目標旋回挙動を設定する旋回挙動設定手段と、該旋回挙動設定手段とは独立して車両の目標回頭方向を設定する回頭方向設定手段と、該回頭方向設定手段で設定した目標回頭方向に応じて前記旋回挙動設定手段で設定した目標旋回挙動を補正する補正手段と、該補正手段で補正した目標旋回挙動に応じて前後輪の目標転舵角を算出する算出手段と、該算出手段で算出した目標転舵角に応じて前記転舵機構を駆動制御する制御手段と、を備え、
車速に応じて変化する伝達関数を備え、
前記旋回挙動設定手段は、前記伝達関数と操舵角とに応じて車両の目標横運動及び目標ヨー運動を設定し、
前記補正手段は、車両を前記目標回頭方向に回頭させる分だけ、前記目標横運動を小さくし、且つ前記目標ヨー運動を大きくすることを特徴とする旋回挙動制御装置。
【請求項２】
前記旋回挙動設定手段は、操舵角に応じて車両の目標旋回挙動を設定することを特徴とする請求項１に記載の旋回挙動制御装置。
【請求項３】
車両の動特性をモデル化した第１の車両モデルを備え、
前記旋回挙動設定手段は、前記第１の車両モデルに従って、車両の目標横運動及び目標ヨー運動を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回挙動制御装置。
【請求項４】
車両の動特性をモデル化した第２の車両モデルを備え、
前記算出手段は、前記第２の車両モデルに従って、前後輪の目標転舵角を算出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の旋回挙動制御装置。
【請求項５】
前記算出手段は、車両の旋回挙動と前記目標旋回挙動との偏差が小さくなるように、前後輪の目標転舵角を算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の旋回挙動制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の旋回挙動制御装置を備えたことを特徴とする自動車。
【請求項７】
前後輪の夫々を転舵可能な転舵機構を備え、
車両の目標旋回挙動と目標回頭方向とを個別に設定し、前記目標回頭方向に応じて前記目標旋回挙動を補正し、補正した目標旋回挙動が達成されるように前記転舵機構を駆動制御し、
車速に応じて変化する伝達関数を備え、
前記目標旋回挙動として、前記伝達関数と操舵角とに応じて車両の目標横運動及び目標ヨー運動を設定し、
車両を前記目標回頭方向に回頭させる分だけ、前記目標横運動を小さくし、且つ前記目標ヨー運動を大きくすることを特徴とする旋回挙動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回挙動制御装置、これを備えた自動車、及び旋回挙動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
４輪操舵において、旋回時の車体の向き（回頭方向）を調整するために、幾何学的な目標旋回中心位置を設定し、これに基づいて後輪舵角を制御するものがあった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３４９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、あくまでも幾何学的な目標旋回中心位置を設定しているに過ぎず、車両の動特性を考慮していないので、過渡運動で不連続な舵角制御となり、旋回挙動が一定にならない可能性がある。
本発明の課題は、４輪操舵車両において、車両の動特性を考慮しつつ、旋回挙動を制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明に係る旋回挙動制御装置は、前後輪の夫々を転舵可能な転舵機構を備え、車両の目標旋回挙動と目標回頭方向とを個別に設定し、目標回頭方向に応じて目標旋回挙動を補正し、補正した目標旋回挙動が達成されるように転舵機構を駆動制御することを特徴とする。
また、車速に応じて変化する伝達関数を備え、目標旋回挙動として、伝達関数と操舵角とに応じて車両の目標横運動及び目標ヨー運動を設定し、車両を目標回頭方向に回頭させる分だけ、目標横運動を小さくし、且つ前記目標ヨー運動を大きくする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る旋回挙動制御装置によれば、車両の目標旋回挙動とは独立して目標回頭方向を設定することで、車両の動特性を考慮した値に設定することができ、この目標回頭方向に応じて目標旋回挙動を補正することで、目標回頭方向を達成可能な新たな目標旋回挙動に設定することができる。したがって、この目標旋回挙動に応じて前後輪の転舵角を制御することで、幾何学的に車両の回頭方向を制御するときのような、過渡運動での不連続な舵角制御を回避することができ、旋回挙動を安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
《構成》
図１は、本発明の概略構成である。自動車１には、各車輪２ｉ（ｉ＝ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ）を個別に転舵可能な転舵機構３ｉが搭載されており、夫々を、例えばマイクロコンピュータで構成されたコントローラ４で駆動制御することにより、運転者のステアリング操作に応じたステアリング・バイワイヤを行う。
【０００７】
転舵機構３ｉは、電動モータの回転を、非可逆特性を有するハイポイドギアを介してラック＆ピニオンに伝達することで、車輪を転舵するように構成されている。
コントローラ４は、操舵角センサ５で検出するステアリングホイール６の操舵角と、車輪速センサ７で検出する各車輪速と、転舵角センサ８で検出する各転舵角とを入力し、後述する図２の駆動制御処理を実行する。
なお、コントローラ４は、ステアリング・バイワイヤを行う際、運転者のステアリング操作に対して適度な操舵反力を付与するために、ステアリング系統に接続された反力モータ９の駆動制御を行うものとする。
【０００８】
次に、コントローラ４で実行される駆動制御処理を、図２のフローチャートに従って説明する。
先ずステップＳ１では、操舵角、各車輪速、各転舵角などの各種データを読込む。
続くステップＳ２では、各車輪速に基づいて車速Ｖを算出する。
続くステップＳ３では、車速Ｖに応じて車両の伝達関数を設定する。設定するための要素として、静特性の成分には定常ゲインを含み、また動特性の成分には固有角周波数、減衰率、進み項などを含む。
【０００９】
続くステップＳ４では、伝達関数と操舵角とに応じて目標旋回挙動を設定する。
ここでは、横方向の並進運動（以下、横運動と称す）と、ヨー方向の回転運動（以下、ヨー運動と称す）とを平面２自由度の目標旋回挙動とし、目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)を設定する。この目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)が、進行方向（車両重心が描く旋回軌道）の目標値となり、目標横すべり角ＧS(s)が回頭方向（姿勢）の基準値となる。なお、目標横すべり角や目標ヨーレートの代わりに目標横速度や目標横加速度を設定してもよい。
【００１０】
続くステップＳ５では、操舵角や車速に応じて目標回頭方向αを設定する。これは、コントローラ４で演算しなくても、外部装置からの入力としてもよい。
続くステップＳ６では、下記のように、目標回頭方向αに応じて、目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)を補正して、新たな目標横すべり角ＧS(s)′及び目標ヨーレートＧY(s)′を設定する。すなわち、目標横すべり角ＧS(s)′から目標回頭方向αを減算すると共に、目標ヨーレートＧY(s)′に目標回頭方向αへの変化分（微分）ｓαを加算する。
【００１１】
【数１】
0004835189.tif 000002
【００１２】
ここでは、目標回頭方向αに応じた補正を行っているが、ヨーレート増加分γに応じた補正を行ってもよい。すなわち、下記のように、目標横すべり角ＧS(s)′からヨーレート増加分γの積分値∫γdtを減算すると共に、目標ヨーレートＧY(s)′にヨーレート増加分γを加算することと等価である。
【００１３】
【数２】
0004835189.tif 000003
【００１４】
続くステップＳ７では、目標横すべり角ＧS(s)′及び目標ヨーレートＧY(s)′に応じて各車輪２ｉの目標転舵角を算出する。
続くステップＳ８では、各目標転舵角に転舵角が一致するように、各転舵機構３ｉを駆動制御してから所定のメインプログラムに復帰する。
図３は、コントローラ４で実行される演算処理のブロック図である。
《作用》
次に、第１実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、前後輪の夫々を転舵可能な転舵機構３ｉを備え、車両の目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)と目標回頭方向αとを個別に設定し（ステップＳ４、Ｓ５）、目標回頭方向αに応じて目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を補正し（ステップＳ６）、補正した目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′が達成されるように転舵機構３ｉを駆動制御する（ステップＳ８、Ｓ９）。
【００１５】
すなわち、車両の目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)とは独立して目標回頭方向αを算出することで、車両の動特性を考慮した値に設定すると共に、この目標回頭方向αに応じて目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を補正することで、目標回頭方向αを達成可能な新たな目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に設定する。
このとき、操舵角に応じて目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を算出することで（ステップＳ４）、運転者のステアリング操作に応じた的確な進行方向を目標値とする。
【００１６】
また、車速に応じて伝達関数を設定し（ステップＳ３）、この伝達関数と操舵角とに応じて目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)を算出することで（ステップＳ５）、車両の動特性を考慮した値に設定する。
また、目標横すべり角ＧS(s)′から目標回頭方向αを減算すると共に、目標ヨーレートＧY(s)′に目標回頭方向αへの変化分（微分）ｓαを加算することによって、新たな目標横すべり角ＧS(s)′及び目標ヨーレートＧY(s)′を算出することで（ステップＳ６）、目標回頭方向αを実現しつつ、目標とする旋回軌道は確実に維持する。
【００１７】
ところで、前輪操舵（２ＷＳ）では、後輪の向き＝車体の向きであるから、車速に応じて車両の横すべり角が変化する。すなわち、図４に示すように、前輪操舵では、コーナリング時に、低速であるほど車体は旋回外側に向き、高速になると車体は旋回内側を向くようになる。そのため、運転者はこうした特性を踏まえた上で、車速に応じて旋回軌道を予測しながらステアリング操作をしなければならず、慣れない運転者にとっては大きな不安要因となってしまう。
【００１８】
４輪操舵（４ＷＳ）では、こうした問題を大幅に改善することができる。すなわち、前後輪の夫々を操舵することで、図５に示すように、車両の進行方向に車体の向きを一致させることができるので、運転者は車両が通過するコースと目標コースとの差を容易に認識することが可能となる。
従来、車体の向きを調整する際に、例えば幾何学的な目標旋回中心位置を設定し、これに基づいて後輪舵角を制御する等、種々の提案がなされてきたが、車両の動特性を考慮しないと、過渡運動で不連続な舵角制御となり、旋回挙動が安定しない可能性がある。また、車両の運動が幾何学的な運動として表せない領域、例えば車速や横加速度が大きい領域では、車両が目標軌道を維持できなくなる可能性もある。
【００１９】
一方で、車両の横運動やヨー運動を目標値に追従させる技術があるが、あくまでも規範モデルに追従し所定の運動性能を実現させているに過ぎず、車両の進行方向と車体の向きが一律に決まってしまうので、結局、旋回軌道と独立して車体の向きを調整するには至っていない。
これに対して、本実施形態のように、車両の目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)とは独立して目標回頭方向αを算出することで、車両の動特性を考慮した値に設定することができ、この目標回頭方向αに応じて目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を補正することで、目標回頭方向αを達成可能な新たな目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に設定することができる。したがって、この目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に応じて前後輪の転舵角を制御することで、幾何学的に車両の回頭方向を制御するときのような、過渡運動での不連続な舵角制御を回避することができ、旋回挙動を安定させることができる。
【００２０】
《応用例》
なお、上記の第１実施形態では、各車輪２ｉの全てを個別に転舵可能な転舵機構３ｉを搭載しているが、少なくとも前後輪の夫々を転舵できればよいので、例えば、図６に示すように、前輪２ＦＬ・２ＦＲの舵角比を変更可能なギヤ比可変機構１０と、後輪２ＲＬ・２ＲＲを転舵可能な転舵機構１１とを設けることで、前後輪の夫々を転舵するような構成であっても、上記の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２１】
《効果》
以上より、ステップＳ４の処理が「旋回挙動設定手段」に対応し、ステップＳ５の処理が「回頭方向設定手段」に対応し、ステップＳ６の処理が「補正手段」に対応し、ステップＳ７の処理が「算出手段」に対応し、ステップＳ８の処理が「制御手段」に対応している。また、目標横すべり角ＧS(s)が「目標横運動」に対応し、目標ヨーレートＧY(s)が「目標ヨー運動」に対応している。
【００２２】
（１）前後輪の夫々を転舵可能な転舵機構３ｉを備え、車両の目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)と目標回頭方向αとを個別に設定し、この目標回頭方向αに応じて目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を補正し、補正した目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′が達成されるように転舵機構３ｉを駆動制御する。
このように、車両の目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)とは独立して目標回頭方向αを算出することで、車両の動特性を考慮した値に設定することができ、この目標回頭方向αに応じて目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を補正することで、目標回頭方向αを達成可能な新たな目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に設定することができる。したがって、この目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に応じて前後輪の転舵角を制御することで、幾何学的に車両の回頭方向を制御するときのような、過渡運動での不連続な舵角制御を回避することができ、旋回挙動を安定させることができる。
【００２３】
（２）旋回挙動設定手段は、操舵角に応じて車両の目標旋回挙動を設定する。
これにより、運転者のステアリング操作に応じた的確な進行方向を目標値とすることができる。
（３）旋回挙動設定手段は、伝達関数と操舵角とに応じて車両の目標横運動ＧS(s)及び目標ヨー運動ＧY(s)を算出する。
これにより、車両の動特性を考慮した値に設定することができる。
（４）補正手段は、車両を目標回頭方向αに回頭させる分だけ、目標横運動ＧS(s)を小さくし、且つ目標ヨー運動ＧY(s)を大きくする。
これにより、目標回頭方向αを実現しつつ、目標とする旋回軌道は確実に維持することができる。
【００２４】
《第２実施形態》
《構成》
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、車両の動特性をモデル化した車両モデルを備えたものであって、前述したステップＳ４、Ｓ６、Ｓ７の処理を下記のように変更することを除いては、第１実施形態と同様の処理を実行する。
先ず、前記ステップＳ４では、下記のように、前輪操舵（２ＷＳ）の動特性をモデル化した線形２自由度モデルに従って、目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)を設定する。
【００２５】
【数３】
0004835189.tif 000004
【００２６】
なお、
【００２７】
【数４】
0004835189.tif 000005
【００２８】
ここで、Ｖは車速、Ａは車両のスタビリティファクタ、ｍは車両質量、ＩZは車両のヨー慣性モーメント、Ｃfは前輪等価コーナリングパワー、Ｃrは後輪等価コーナリングパワー、Ｌfは重心と前軸間の距離、Ｌrは重心と後軸間の距離、Ｌはホイールベースである。
また、前記ステップＳ６では、下記のように、目標回頭方向αに応じて、目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)を補正して、新たな目標横すべり角ＧS(s)′及び目標ヨーレートＧY(s)′を設定する。
【００２９】
【数５】
0004835189.tif 000006
【００３０】
また、前記ステップＳ７では、下記のように、自車両の動特性をモデル化した線形２自由度モデルに従って、前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出する。
【００３１】
【数６】
0004835189.tif 000007
【００３２】
図７は、コントローラ４で実行される演算処理のブロック図である。
《作用》
次に、第２実施形態の作用について説明する。
前輪操舵（２ＷＳ）の動特性をモデル化した車両モデルを備え、これに従って目標横すべり角ＧS(s)及び目標ヨーレートＧY(s)を算出することで（ステップＳ４）、２ＷＳの操舵フィーリングを演出し、運転者に与える違和感を抑制する。なお、目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)を変更するには、車両モデルの諸元を変更すればよく、操舵角に応じた目標旋回挙動ＧS(s)及びＧY(s)の伝達特性が一律に決定されることはない。
また、自車両の動特性をモデル化した車両モデルを備え、これに従って前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出することで（ステップＳ７）、ヨーレート、横加速度、横すべり角などの運動状態量を検出することなく、フィードフォワード的に前後輪の転舵角を駆動制御する。
【００３３】
例えば、図８に示すように、車速４０［km/h］で直進走行している状態から、操舵角を１８０［deg］まで増加させたときに（横加速度０.６Ｇ相当）、車体の回頭方向が旋回内側に３０［deg］まで向くように目標を設定したとする。このとき、図９に示すように、本発明の４ＷＳは、従来技術の４ＷＳに比べて、車両が幾何学的に旋回しない領域であっても、２ＷＳの旋回軌道と同等のコースを維持することができる。また、図１０に示す従来技術の４ＷＳに比べて、図１１に示す本発明の４ＷＳは、急激な舵角変化を抑制することができるので、転舵機構３ｉのモータ回転数を略半減させることができる。さらに、図１２に示すように、従来技術の４ＷＳに比べて、本発明の４ＷＳでは、ヨーレート及び横すべり角の推移が安定し、無駄な揺らぎを抑制することができるので、旋回挙動を安定させることができる。
【００３４】
《効果》
以上より、前輪操舵の動特性をモデル化した線形２自由度モデルが「第１の車両モデル」に対応し、自車両の動特性をモデル化した線形２自由度モデルが「第２の車両モデル」に対応している。
（１）車両の動特性をモデル化した第１の車両モデルを備え、旋回挙動設定手段は、第１の車両モデルに従って、車両の目標横運動ＧS(s)及び目標ヨー運動ＧY(s)を算出する。
これにより、車両モデルの旋回軌道となるように設定することができる。
【００３５】
（２）車両の動特性をモデル化した第２の車両モデルを備え、算出手段は、第２の車両モデルに従って、前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出する。
これにより、ヨーレート、横加速度、横すべり角などの運動状態量を検出する手段を必要とせずに、フィードフォワード的に前後輪の転舵角を駆動制御することができる。
その他の作用効果は前述した第１実施形態と同様である。
【００３６】
《第３実施形態》
《構成》
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
この第３実施形態は、車両の旋回挙動と目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′との偏差が小さくなるように、前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出するものである。
すなわち、図１３に示すように、実際の横すべり角及びヨーレートを検出し、この検出値と目標値ＧS(s)′及びＧY(s)′との偏差にフィードバックゲインを乗じて、目標値ＧS(s)′及びＧY(s)′を補正することを除いては、第２実施形態と同様の処理を実行する。
【００３７】
《作用》
次に、第３実施形態の作用について説明する。
単に目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に応じて前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出するのではなく、目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′と実際の旋回挙動との偏差に応じて、目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′に更に調整を加えることで、目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′を最適化し、より適切な目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出する。
【００３８】
《応用例》
なお、上記の第３実施形態では、目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′をフィードバック補正しているが、最終的に目標転舵角δf(s)及びδr(s)をフィードバック補正できればよいので、目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′と実際の旋回挙動との偏差に応じて、直接、目標転舵角δf(s)及びδr(s)をフィードバック補正する構成であっても、上記の第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
《効果》
（１）算出手段は、車両の旋回挙動と目標旋回挙動ＧS(s)′及びＧY(s)′との偏差が小さくなるように、前後輪の目標転舵角δf(s)及びδr(s)を算出する。
これにより、フィードバック的に前後輪の転舵角を駆動制御することができる。
その他の作用効果は前述した第２実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態の概略構成である。
【図２】駆動制御処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のブロック図である。
【図４】２ＷＳの特性を示すグラフである。
【図５】４ＷＳの特長を説明する図である。
【図６】他の実施例を示す概略構成である。
【図７】第２実施形態のブロック図である。
【図８】計算条件の一例を示したタイムチャートである。
【図９】旋回軌跡を示したグラフである。
【図１０】従来技術の転舵状態を示したタイムチャートである。
【図１１】本発明の転舵状態を示したタイムチャートである。
【図１２】ヨーレート及び車体スリップ角を示したタイムチャートである。
【図１３】第３実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  自動車
２ＦＬ〜２ＲＲ  車輪
３ＦＬ〜３ＲＲ  転舵機構
４  コントローラ
５  操舵角センサ
６  ステアリングホイール
７  車輪速センサ
８  転舵角センサ
９  反力モータ
１０  ギヤ比可変機構
１１  転舵機構
【図１】
0004835189.tif 000008
【図２】
0004835189.tif 000009
【図３】
0004835189.tif 000010
【図４】
0004835189.tif 000011
【図５】
0004835189.tif 000012
【図６】
0004835189.tif 000013
【図７】
0004835189.tif 000014
【図８】
0004835189.tif 000015
【図９】
0004835189.tif 000016
【図１０】
0004835189.tif 000017
【図１１】
0004835189.tif 000018
【図１２】
0004835189.tif 000019
【図１３】
0004835189.tif 000020