(57)【要約】【課題】  後進時における車両安定性を確保できる４輪転舵制御装置を提供する。【解決手段】  前輪１３，１３を転舵させる前輪転舵機構９と、後輪１５，１５を転舵させる後輪転舵機構１４と、ステアリングホイール１０の操舵角に応じて前輪転舵機構９と後輪転舵機構１４とを駆動制御する転舵制御コントローラ４と、を備えた４輪転舵制御装置において、転舵制御コントローラ４は、車両の後進時、車両が加速している場合には、前輪転舵の応答性を下げ、後輪転舵の応答性を上げる。【選択図】      図１
2005329752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪を転舵させる前輪転舵機構と、後輪を転舵させる後輪転舵機構と、ステアリング操舵角に応じて前輪転舵機構と後輪転舵機構とを制御する転舵制御手段と、を備えた４輪転舵制御装置において、
前記転舵制御手段は、車両の後進時、車両が加速している場合には、前輪転舵の応答性を下げ、かつ、後輪転舵の応答性を上げることを特徴とする４輪転舵制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の４輪転舵制御装置において、
前記転舵制御手段は、車両の後進時、車体速が所定の車体速閾値以上、かつステアリング操舵角が操舵角閾値よりも小さいとき、前輪転舵角をゼロとし、後輪転舵機構のみを駆動させて転舵制御を実施することを特徴とする４輪転舵制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の４輪転舵制御装置において、
前記転舵制御手段は、車両が加速している場合には、前記所定の車体速閾値を、第１車体速閾値とし、車両が減速している場合には、前記所定の車体速閾値を、前記第１車体速閾値よりも低い第２車体速閾値とすることを特徴とする４輪転舵制御装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の４輪転舵制御装置において、
前記転舵制御手段は、車両が減速している場合には、前輪転舵の応答性を上げ、かつ、後輪転舵の応答性を下げることを特徴とする４輪転舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前輪転舵機構と後輪転舵機構を備えた４輪転舵制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の４輪転舵制御装置では、車両の後進時および運転者操舵角が小さいとき、前輪転舵角と同相に後輪を転舵させることにより、ヨーレートの発生を抑制させている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１２４５３０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、上記従来技術にあっては、車両の後進時、ヨーレートの発生は抑えられるものの、特に加速時の操舵において、発生する車体スリップ角が大きくなり、車両安定性が損なわれるという問題があった。
【０００４】
上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、後進時における車両安定性を確保できる４輪転舵制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、前輪を転舵させる前輪転舵機構と、後輪を転舵させる後輪転舵機構と、ステアリング操舵角に応じて前輪転舵機構と後輪転舵機構とを制御する転舵制御手段と、を備えた４輪転舵制御装置において、
前記転舵制御手段は、車両の後進時、車両が加速している場合には、前輪転舵の応答性を下げ、かつ、後輪転舵の応答性を上げることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の４輪転舵制御装置にあっては、車両の後進時、車両が加速している場合には、前輪転舵の応答性を下げる一方、後輪転舵の応答性を上げるため、特に加速時において、発生する車体スリップ角を小さくできる。よって、従来技術と比較して、目標旋回軌跡に対するトレース性を向上させることができ、車両安定性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の４輪転舵制御装置を適用した車両のシステムブロック図である。
【０００９】
運転者操舵角センサ１は、パルスエンコーダ等を用いて運転者の操舵角を検出する。車速センサ２は、車体速（車速）を検出する。シフト位置検出装置３は、シフト位置を検出する。
【００１０】
転舵制御コントローラ（転舵制御手段）４は、操舵角、車体速およびシフト位置に基づいて、目標前輪舵角（目標前輪転舵角）および目標後輪舵角（目標後輪転舵角）を生成し、前輪転舵コントローラ５および後輪転舵コントローラ７に対し、生成した目標前輪舵角および目標後輪舵角を出力する。
【００１１】
前輪転舵コントローラ５は、転舵制御コントローラ４から出力された目標前輪舵角と、前輪転舵アクチュエータ７からフィードバックされた実際の前輪実舵角（前輪転舵角）とに基づいて、前輪転舵アクチュエータ７に対し、舵角指令値を出力する。
【００１２】
後輪転舵コントローラ６は、転舵制御コントローラ４から出力された目標後輪舵角と、後輪転舵アクチュエータ８からフィードバックされた実際の後輪実舵角（後輪転舵角）とに基づいて、後輪転舵アクチュエータ８に対し、舵角指令値を出力する。
【００１３】
前輪転舵アクチュエータ７は、例えば、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸がコラムシャフト１１に連結されている。この前輪転舵アクチュエータ７は、前輪転舵コントローラ５からの舵角指令値に基づいて、前輪転舵機構９を駆動し、前輪転舵角（前輪舵角）に対するステアリング操舵角の比であるステアリングギア比（操舵角／転舵角）を可変に制御する。
【００１４】
ステアリングギヤ比の特性は、車体速に応じてあらかじめ設定された複数のギヤ比マップを変更することにより行われる。ギヤ比マップは、低〜中速域ではステアリングギヤ比（前輪１３，１３の転舵角に対するステアリングホイール１０の転舵角の比）を小さくして操舵応答をクイックにし、高速域ではステアリングギヤ比を大きくして操舵応答をスローにすることで、低〜中速域における軽く良好な操舵感と、高速域における緩やかで安定感のある操舵感を両立できるように設定されている。
【００１５】
後輪転舵アクチュエータ８は、前輪転舵アクチュエータ７と同様に、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸が後輪転舵機構１４のラック軸と連結されている。この後輪転舵アクチュエータ８は、転舵制御コントローラ４からの指令信号に基づいて、後輪転舵機構１４を駆動制御する。
【００１６】
前輪転舵機構９は、ステアリングホイール１０からコラムシャフト１１に入力された回転を、ラックアンドピニオン１２により車両の横方向運動に変換し、前輪１３，１３を転舵させる。後輪転舵機構９は、後輪転舵アクチュエータ８の入力を車両横方向運動に変換し、後輪１５，１５を転舵させる。
【００１７】
図２は、転舵制御コントローラ４のブロック図であり、転舵制御コントローラ４は、目標値生成部４１と目標出力値生成部４２とを備えている。
【００１８】
目標値生成部４１は、操舵角と車体速から、目標ヨーレートと目標横加速度を生成し、目標出力値生成部４２へ出力する。目標出力値生成部４２は、目標ヨーレートと目標横加速度から、目標前輪舵角と目標後輪舵角を生成し、前輪転舵コントローラ５および後輪転舵コントローラ６へ出力する。
【００１９】
図３は、目標値生成部４１の詳細を示すブロック図であり、目標値生成部４１は、車両モデル演算部４１１と、目標値演算部４１２とを備えている。車両モデル演算部４１１は、操舵角と車体速に基づいて車両パラメータを演算し、目標値演算部４１２へ出力する。目標値演算部４１２は、車両パラメータから目標ヨーレートと目標横加速度を演算し、目標出力値生成部４２へ出力する。
【００２０】
図４は、目標出力値生成部４２の詳細を示すブロック図であり、目標出力値生成部４２は、前進時目標前後輪舵角演算部４２１と、後進時目標前後輪舵角演算部４２２と、後進時制御切替判断部４２３とを備えている。
【００２１】
前進時目標前後輪舵角演算部４２１は、車両の目標ヨーレートと目標横加速度に基づいて、前進時の目標前輪舵角と目標後輪舵角を演算する。後進時目標前後輪舵角演算部４２２は、運転者操舵角と車体速とに基づいて、後進時の目標前輪舵角と目標後輪舵角を演算する。
【００２２】
後進時制御切替判断部４２３は、前進時目標前後輪舵角、後進時目標前後輪舵角、シフト位置から目標前後輪舵角を演算する。
【００２３】
次に、作用を説明する。
［前後輪目標舵角演算制御処理］
図５は、転舵制御コントローラ４で実行される前後輪目標舵角演算制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００２４】
ステップＳ１では、シフト位置検出装置３の出力から、シフト位置がリバース（バックギア）かどうかを判定する。YESの場合にはステップＳ２へ移行し、NOの場合には、ステップＳ７へ移行する。
【００２５】
ステップＳ２では、車速センサ２の出力から、前後加速度を推定し、ステップＳ３へ移行する。
【００２６】
ステップＳ３では、車両が減速中であるかどうかを判定する。YESの場合にはステップＳ４へ移行し、NOの場合にはステップＳ５へ移行する。
【００２７】
ステップＳ４では、車体速閾値をＶ0'（第２車体速閾値）に設定し、ステップＳ６へ移行する。
【００２８】
ステップＳ５では、車体速閾値をＶ0（>Ｖ0'；第１車体速閾値）に設定し、ステップＳ６へ移行する。
【００２９】
ステップＳ６では、後述する車体速と運転者操舵角に応じたマップ（図６，７参照）から、前輪転舵ゲインおよび後輪転舵ゲインを検索し、ステップＳ８へ移行する。
【００３０】
ステップＳ７では、車両前進時の通常制御を実施し、リターンへ移行する。なお、通常制御では、目標ヨーレートと横速度から目標前輪舵角および目標後輪舵角を算出する。前進時の目標前輪舵角および目標後輪舵角の演算方法は後述する。
【００３１】
ステップＳ８では、運転者操舵角に前輪転舵ゲインを乗算して目標前輪舵角を演算するとともに、運転者操舵角に後輪転舵ゲインを乗算して目標後輪舵角を演算し、リターンへ移行する。
【００３２】
［前後輪目標舵角演算制御作動］
車両の前進時には、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ７へと進む流れとなり、ステップＳ７において、目標ヨーレートと横速度から目標前輪舵角および目標後輪舵角を算出する通常制御が実施される。
【００３３】
車両の後進時、かつ減速中の場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８へと進む流れとなる。すなわち、ステップＳ４において、車体速閾値がＶ0'に設定され、ステップＳ８において、運転者操舵角と図６，７のマップとから求まる前後輪転舵ゲインに基づいて、目標前輪舵角および目標後輪舵角が算出される。
【００３４】
後進時、かつ減速中以外の場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８へと進む流れとなる。すなわち、ステップＳ５において、車体速閾値がＶ0に設定され、ステップＳ８において、運転者操舵角と図６，７のマップとから求まる前後輪転舵ゲインに基づいて、後進時の目標前輪舵角および目標後輪舵角が算出される。
【００３５】
［後進時の前後輪転舵ゲイン］
図６は後進時の前輪転舵ゲインマップ、図７は後進時の後輪転舵ゲインマップである。
【００３６】
図６に示すように、前輪転舵ゲインは、車体速Ｖ0以下（減速時はＶ0'以下）のとき、すなわち低車速域では、操舵角にかかわらず一定値Ｇ0である。車体速Ｖ1のとき、操舵角がθ0まではゼロであり、それから操舵角が大きくなるに従って大きくなり、ある値以上で一定値Ｇ1（<Ｇ0）となる。車体速Ｖ2以上のとき、すなわち高車速域では、操舵角がθ1まではゼロであり、それから操舵角が大きくなるに従って大きくなり、ある値以上で一定値Ｇ2（<Ｇ1）となる。
【００３７】
図７に示すように、後輪転舵ゲインは、車体速Ｖ0以下（減速時はＶ0'以下）、すなわち低車速域では、操舵角にかかわらずゼロとなる。車体速Ｖ１のとき、操舵角がθ0までは一定値Ｇ3であり、それから操舵角が大きくなるに従って小さくなり、ある操舵角以上でゼロとなる。車体速Ｖ2以上のとき、すなわち高車速域では、操舵角がθ1までは一定値Ｇ3であり、それから操舵角が大きくなるに従って小さくなり、ある操舵角以上でゼロとなる。
【００３８】
［車両モデル演算］
以下に示す通り、車両パラメータを求める。
【００３９】
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレートと横加速度は、下記の式(1)で表せる。
式(1)
【数１】
2005329752.tif 000003
ここで、
【数２】
2005329752.tif 000004
式(2)
【数３】
2005329752.tif 000005
である。
【００４０】
状態方程式より前輪転舵に対するヨーレイト、横速度の伝達関数を求めると、下記の式(3)および式(4)で表される。
式(3)
【数４】
2005329752.tif 000006
式(4)
【数５】
2005329752.tif 000007
となる。
【数６】
2005329752.tif 000008
【００４１】
ヨーレイト伝達関数は、式(3)より、下記の式(5)と表される。
式(5)
【数７】
2005329752.tif 000009
ここで、
式(6)
【数８】
2005329752.tif 000010
【００４２】
同様に横速度伝達関数は、式(4)より、下記の式(7)と表される。
式(7)
【数９】
2005329752.tif 000011
ここで、
式(8)
【数１０】
2005329752.tif 000012
【００４３】
以上から、車両パラメータ
【数１１】
2005329752.tif 000013
が求められる。
【００４４】
［目標値生成］
1.目標値演算
車体速、車両パラメータと後述する目標特性パラメータから、目標ヨーレートと目標横速度を求める。
【００４５】
目標ヨーレートは、
式(9)
【数１２】
2005329752.tif 000014
となる。
【００４６】
目標横速度は、
式(10)
【数１３】
2005329752.tif 000015
となる。
【００４７】
2.目標特性決定
ここで、目標ヨーレイトのパラメータは、下記の式(11)で表される。
式(11)
【数１４】
2005329752.tif 000016
ただし、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_mapは、各制御に応じて設定するチューニングパラメータである。
【００４８】
また、目標横速度のパラメータは、下記の式(12)で表される。
式(12)
【数１５】
2005329752.tif 000017
ただし、vy_gain_map，vy_omegn_map，vy_zeta_map，vy_zero_mapは、各制御に応じて設定するチューニングパラメータである。
【００４９】
［目標舵角演算］
1.前進時目標前後輪舵角演算
目標ヨーレート、横速度から前進時の目標前輪舵角θf*と目標後輪舵角δf*を算出する。
式(13)
【数１６】
2005329752.tif 000018
から、
式(14)
【数１７】
2005329752.tif 000019
【００５０】
よって、目標後輪舵角δf*および目標前輪舵角θf*は、下記の式(15)，式(16)となる。
【数１８】
2005329752.tif 000020
【００５１】
2.後進時目標前後輪舵角演算
運転者操舵角θから後進時の目標前輪舵角および目標後輪舵角を算出する。
後進時の目標前輪舵角θb*および目標後輪舵角δb*は、
式(17)
θb*＝θ×Gain_Front
式(18)
δb*＝θ×Gain_Rear
【００５２】
ここで、Gain_FrontとGain_Rearは、車体速Ｖと前後加速度Ａに応じて図６，７に示したマップにより設定される前輪および後輪転舵ゲインである。なお、各車体速のマップ間は、線形補間とする。
【００５３】
車体速がある車体速Ｖ1以上、かつ運転者操舵角がある操舵角θ0以下のとき、前輪転舵ゲインGain_Frontはゼロとなり、車体速がＶ0以下または運転者操舵角がθ0以上のとき後輪転舵ゲインGain_Rearはゼロとなる。ただし、この車体速閾値Ｖ0は、減速時には運転者の操舵切り過ぎ防止のため、その他の場合よりも小さい値Ｖ0'に変化することで、転舵ゲインの変化を緩やかにする。
【００５４】
図８，９は、加速時および減速時の前輪および後輪転舵ゲインの変化の様子を示す図であり、前輪転舵ゲインは、図８に示すように、加速時には減速時よりも小さな値となる。一方、後輪転舵ゲインは、図９に示すように、加速時には減速時よりも大きな値となる。すなわち、加速時には前輪転舵の応答性が低められると同時に後輪転舵の応答性が高められる。また、減速時には前輪転舵の応答性が高められると同時に後輪転舵の応答性が低められる。
【００５５】
減速時の判定は、車体速Ｖから前後加速度Ａを求め、以下のように判定する。
式(19)
Ａ＝（Ｖi−Ｖi-1）／ΔＴ
Ａ≧０のとき加速時と判断し、Ａ<０のとき減速時と判断する。
【００５６】
3.後進時制御切替判断部
前進時目標前後輪舵角θf*,δf*および後進時目標前後輪舵角θb*,δb*、シフト位置Ｐsftから目標前後輪舵角θ*,δ*を求める。シフト位置Ｐsftから前進時と後進時とを判断し、
式(20)
前進時：θ*＝θf*  ，δ*＝δf*
式(21)
後進時：θ*＝θb*  ，δ*＝δb*
と切り替える。
【００５７】
［加速度に応じた前後輪目標舵角演算制御作用］
例えば、特開昭６１−９２９６４号公報に記載の車両用操舵装置では、車両の後進時には、進行方向に対して後方となる前輪が転舵されるため、操舵時に発生する車体スリップ角が、前進時よりも大きくなり、前進時と比較して車両安定性が悪い。また、前進時とは異なる運転感覚となるため、運転者に違和感を与える。
【００５８】
また、上記従来装置では、後進時には前進時よりも前輪実舵角に対する運転者操舵角の比（ステアリングギア比）を大きくし、操舵応答性を低くしているため、運転者操舵角に対する車両挙動の変化量は、前進時と比較して小さくなるが、前輪実舵角に対する車両挙動という観点でみると効果がない。また、上述の問題点を解決できない。
【００５９】
一方、特開平５−１２４５３０号公報に記載の４輪転舵制御装置では、後進および運転者操舵角が小さいとき、前輪実舵角と同相に後輪を操舵することにより、ヨーレートの発生を抑制する技術が開示されている。
【００６０】
しかしながら、この従来装置にあっては、ヨーレートの発生は抑えられるものの、発生する車体スリップ角が前進時と比較して大きくなってしまうため、車両挙動の不安定化を招く。また、運転者に与える違和感も払拭できない。
【００６１】
これに対し、実施例１の４輪転舵制御装置では、車両が加速している場合には、後輪転舵ゲインを大きくし、前輪転舵ゲインを小さくする。すなわち、後輪転舵の応答性を上げ、かつ前輪転舵の応答性を下げることにより、車体スリップ角を抑制して目標旋回軌跡に対するトレース性を向上させ、車両挙動の安定化を図っている。
【００６２】
図１０は、車速30km/h、操舵sin波（振幅18°、周波数1Hz）を入力したときの、運転者操舵角、前輪実舵角および後輪実舵角であり、(a)は従来車両の前進時、(b)は従来車両の後進時、(c)は実施例１の４輪転舵制御装置を適用した車両の後進時を示す。また、図１１は、そのときのヨーレートおよび車体スリップ角を示す。
【００６３】
従来車両の後進時は、前進時と同様に、前輪実舵角を変化させているため、図１１(b)に示すように、車体スリップ角が大きく、かつ、前進時と大きさが異なるため、運転者に違和感を与えてしまう。
【００６４】
これに対し、図１１(c)に示すように、実施例１の４輪転舵制御装置を適用した車両では、発生するヨーレートは従来車両の同じであるが、車体スリップ角が従来車両の前進時と同程度に抑えられるため、図１１(a)に示す前進時と同様の車両挙動を実現でき、運転者の違和感を解消できる。
【００６５】
次に、効果を説明する。
実施例１の４輪転舵制御装置にあっては、下記の効果が得られる。
【００６６】
(1) 転舵制御コントローラ４は、車両の後進時、車両が加速している場合には、前輪転舵の応答性を下げ、後輪転舵の応答性を上げるため、操舵時の車体スリップ角を小さくでき、後進時の車両安定性が高められる。
【００６７】
(2) 転舵制御コントローラ４は、車両の後進時、車体速が車体速閾値Ｖ1以上、かつ運転者操舵角がθ0よりも小さいとき、前輪転舵角をゼロとし、後輪のみを転舵させるため、後進直進時、特に加速時のおける車両安定性をより高めることができる。また、前進時とほぼ同一の車両挙動を実現でき、運転者が前進時と同様の感覚で運転できる。
【００６８】
(3) 転舵制御コントローラ４は、車両が減速している場合には、前輪転舵の応答性を上げ、後輪転舵の応答性を下げるため、目標後輪舵角の変化を緩やかにして運転者の予期しない車両挙動の急変を防止できる。
【００６９】
(4) 転舵制御コントローラ４は、車両が減速している場合には、車体速閾値Ｖ0よりも低い車体速閾値Ｖ0'を設定するため、減速時における前輪および後輪転舵ゲインの変化を緩やかにし、運転者の操舵切り過ぎを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１の４輪転舵制御装置を適用した車両のシステムブロック図である。
【図２】転舵制御コントローラ４のブロック図である。
【図３】目標値生成部４１の詳細を示すブロック図である。
【図４】目標出力値生成部４２の詳細を示すブロック図である。
【図５】転舵制御コントローラ４で実行される前後輪目標舵角演算制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】前進時の前輪転舵ゲインマップである。
【図７】前進時の後輪転舵ゲインマップである。
【図８】後進時の前輪転舵ゲインマップである。
【図９】後進時の後輪転舵ゲインマップである。
【図１０】実施例１の転舵制御作用を示す説明図である。
【図１１】実施例１の転舵制御作用を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  運転者操舵角センサ
２  車速センサ
３  シフト位置検出装置
４  転舵制御コントローラ
４１  目標値生成部
４１１  車両モデル演算部
４１２  目標値演算部
４２  目標出力値生成部
４２１  前進時目標前後輪舵角演算部
４２２  後進時目標前後輪舵角演算部
４２３  後進時制御切替判断部
５  前輪転舵コントローラ
６  後輪転舵コントローラ
７  前輪転舵アクチュエータ
８  後輪転舵アクチュエータ
９  前輪転舵機構
１０  ステアリングホイール
１１  コラムシャフト
１２  ラックアンドピニオン
１３  前輪
１４  後輪転舵機構
１５  後輪
【図１】
2005329752.tif 000021
【図２】
2005329752.tif 000022
【図３】
2005329752.tif 000023
【図４】
2005329752.tif 000024
【図５】
2005329752.tif 000025
【図６】
2005329752.tif 000026
【図７】
2005329752.tif 000027
【図８】
2005329752.tif 000028
【図９】
2005329752.tif 000029
【図１０】
2005329752.tif 000030
【図１１】
2005329752.tif 000031