(57)【要約】【課題】  ステアリング操舵角に対するタイヤの応答特性に適応し、駆動力配分によるヨーモーメントの制御応答性の良さを生かした制御を実現する。【解決手段】  ＥＣＵ１０３は、ステアリング操舵角の一次遅れ応答となる目標後輪転舵角を算出するとともに、ステアリング操舵角にハイパスフィルタをかけた応答と、さらにその出力を微分した応答との和の応答となる目標ヨーモーメントを算出する後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａと、算出された目標後輪転舵角に基づいて第２転舵機構１１１を駆動する後輪転舵角駆動部１０３ｄと、算出された目標ヨーモーメントに基づいて目標駆動力配分を算出する駆動力配分算出部１０３ｃと、算出された目標駆動力配分に基づいて右電動モータ１０４Ｒ，左電動モータ１０４Ｌを駆動する右モータ駆動部１０３ｅ，左モータ駆動部１０３ｆと、を有する。【選択図】      図２
2005206114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後輪の転舵角を変化させる後輪転舵機構と、
駆動輪の左右駆動力配分を変化させる駆動力配分手段と、
車両状態に応じて前記後輪転舵機構および駆動力配分手段を制御する制御手段と、
を備えた車両用転舵制御装置において、
前記制御手段は、
ステアリング操舵角の一次遅れ応答となる目標後輪転舵角を算出する目標後輪転舵角算出部と、
算出された目標後輪転舵角に基づいて前記後輪転舵機構を駆動する後輪転舵角駆動部と、
ステアリング操舵角にハイパスフィルタをかけた応答と、さらにその出力を微分した応答との和の応答となる目標ヨーモーメントを算出する目標ヨーモーメント算出部と、
算出された目標ヨーモーメントに基づいて目標駆動力配分を算出する駆動力配分算出部と、
算出された目標駆動力配分に基づいて前記駆動力配分手段を駆動する駆動輪駆動部と、
を有することを特徴とする車両用転舵制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用転舵制御装置において、
前記駆動力配分手段は、各駆動輪毎に付与され独立に駆動力を発生する電動モータであり、
運転者による加減速指令を検出する加減速指令検出手段を設け、
前記制御手段に、運転者による加減速指令から目標制駆動力を算出する目標制駆動力算出部を設け、
前記駆動力配分算出部は、算出された目標制駆動力と目標ヨーモーメントに基づいて目標駆動力配分を算出し、
前記駆動輪駆動部は、算出された目標駆動力配分に基づいて、各電動モータを駆動することを特徴とする車両用転舵制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用転舵制御装置において、
前記目標ヨーモーメント算出部は、目標ヨーモーメントに対し上限値および下限値を設定することを特徴とする車両用転舵制御装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の車両用転舵制御装置において、
前記目標後輪転舵角算出部および目標ヨーモーメント算出部は、車両の横すべり角がゼロとなる目標後輪転舵角および目標ヨーモーメントを算出することを特徴とする車両用転舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後輪を転舵させる後輪転舵機構と、駆動輪の左右駆動力配分を変化させる左右駆動力配分手段とを備えた車両用転舵制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用転舵制御装置としては、車速の上昇に応じて左右駆動力配分制御の比率よりも後輪転舵制御の制御比率を高くし、駆動トルクの大きさに応じて後輪転舵制御よりも左右駆動力配分制御の制御比率を高くすることで、旋回時において全走行領域に亘ってヨーモーメントの発生を促進し、車両挙動の安定化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２６３０４９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、後輪転舵制御と左右駆動力配分制御の制御比率を、車速あるいは駆動トルクに応じて決定しているため、各々の制御特性、すなわち後輪転舵でのタイヤの横力応答性と、左右駆動力配分制御でのタイヤの前後力応答性を考慮した制御を実現できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、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、ステアリング操舵角に対するタイヤの応答特性に適応し、駆動力配分によるヨーモーメントの制御応答性の良さを生かした制御を実現できる車両用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】
上記目的を達成するため、本発明にあっては、後輪の転舵角を変化させる後輪転舵機構と、駆動輪の左右駆動力配分を変化させる駆動力配分手段と、車両状態に応じて前記後輪転舵機構および駆動力配分手段を制御する制御手段と、を備えた車両用転舵制御装置において、前記制御手段は、ステアリング操舵角の一次遅れ応答となる目標後輪転舵角を算出する目標後輪転舵角算出部と、算出された目標後輪転舵角に基づいて前記後輪転舵機構を駆動する後輪転舵角駆動部と、ステアリング操舵角にハイパスフィルタをかけた応答と、さらにその出力を微分した応答との和の応答となる目標ヨーモーメントを算出する目標ヨーモーメント算出部と、算出された目標ヨーモーメントに基づいて目標駆動力配分を算出する駆動力配分算出部と、算出された目標駆動力配分に基づいて前記駆動力配分手段を駆動する駆動輪駆動部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、後輪転舵はステアリング操舵角の一次遅れ応答となり、駆動輪の左右駆動力配分は、ステアリング操舵角にハイパスフィルタをかけた応答と、さらにその出力を微分した応答との和の応答となる。すなわち、後輪転舵および駆動力配分の応答性を、ステアリング操舵角に対するタイヤの応答特性に適応させることができ、駆動力配分によるヨーモーメントの制御応答性の良さを生かした制御を実現できる。
【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、本発明の車両用転舵制御装置を適用した電気自動車のシステム構成図である。
【０００９】
実施例１の左右輪独立駆動車１０１は、左右前輪１０２ＦＲ，１０２ＦＬを各々駆動する左右電動モータ（駆動力配分手段）１０４Ｒ，１０４Ｌと、左右前輪１０２ＦＲ，１０２ＦＬを転舵させる第１転舵機構１０６と、左右後輪１０２ＲＲ，１０２ＲＬを転舵させる第２転舵機構（後輪転舵機構）１１１とを備えている。
【００１０】
ＥＣＵ（制御手段）１０３は、車両状態により目標後輪転舵角と目標ヨーモーメントを算出し、第２転舵機構１１１および左右電動モータ１０４Ｒ，１０４Ｌへの指令値を算出し、指令値に基づいて第２転舵機構１１１と左右電動モータ１０４Ｒ，１０４Ｌを駆動する。
【００１１】
ＥＣＵ１０３に入力される車両状態としては、例えば、車速センサ１０５（左右車輪速センサ１０５Ｒ，１０５Ｌ）の出力と、操舵角センサ１０８の出力と、ブレーキペダルセンサ１０９の出力と、アクセルペダルセンサ１１０の出力が入力される。ブレーキペダルセンサ１０９とアクセルペダルセンサ１１０とで、運転者による加減速指令を検出する加減速指令検出手段が構成されている。
【００１２】
車速センサ１０５は、車両の車速を検出する。操舵角センサ１０８は、第１操舵機構１０６に対する、運転者によるステアリングホイール１０７の入力角である操舵角を検出する。ブレーキペダルセンサ１０９は、運転者のブレーキペダル踏み込み量を検出する。アクセルペダルセンサ１１０は、運転者のアクセルペダル踏み込み量を検出する。
【００１３】
図２は、ＥＣＵ１０３の制御ブロック図である。
ＥＣＵ１０３は、後輪転舵角およびヨーモーメント算出部（目標後輪転舵角算出部および目標ヨーモーメント算出部）１０３ａと、目標制駆動力算出部１０３ｂと、駆動力配分算出部１０３ｃと、後輪転舵角駆動部１０３ｄと、左右モータ駆動部（駆動輪駆動部）１０３ｅ，１０３ｆとを備えている。
【００１４】
後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａは、車速センサ１０５と操舵角センサ１０８の各出力から、車両運動の横すべり角がゼロとなるような目標制駆動力指令値を算出し、駆動力配分算出部１０３ｃと後輪転舵角駆動部１０３ｄに出力する。なお、目標制駆動力の算出方法については後述する。
【００１５】
目標制駆動力算出部１０３ｂは、アクセルペダルセンサ１１０とブレーキペダルセンサ１０９の各出力から、車両全体としての制駆動力を算出し、駆動力配分算出部１０３ｃに出力する。
ここでは、例えば、目標ヨーモーメントをM、目標制駆動力をF、左右前輪の目標駆動力をそれぞれFl，Frとすると、
M=llFf
F=Fl+Fr  …(11)
を満たす左右輪の目標駆動力を算出すればよい。ここでllは車体中心から左前輪までのトレッド長、lrは車体中心から右前輪までのトレッド長である。
【００１６】
駆動力配分算出部１０３ｃは、後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａと目標制駆動力算出部１０３ｂの各出力に基づき、各駆動輪の駆動力を算出し、右モータ駆動部１０３ｅと左モータ駆動部１０３ｆに出力する。
【００１７】
後輪転舵角駆動部１０３ｄでは、後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａで算出された後輪転舵角に基づいて、第２転舵機構１１１を駆動する。右モータ駆動部１０３ｅと左モータ駆動部１０３ｆは、駆動力配分算出部１０３ｃにより算出された各駆動輪の駆動力に基づいて、駆動輪を駆動する。
【００１８】
次に、作用を説明する。
［目標後輪転舵角および目標ヨーモーメント算出制御処理］
図３は、ＥＣＵ１０３で実行される目標後輪転舵角および目標ヨーモーメント算出制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００１９】
ステップS300では、車両のイグニッションキースイッチのONなどにより、本システムが起動され、ステップS301へ移行する。
【００２０】
ステップS301では、車速センサ１０５と操舵角センサ１０８より、車速と操舵角とを入力し、ステップS302へ移行する。実施例１では、駆動輪でない後輪１０２ＲＲ，１０２ＲＬに取り付けた車速センサ１０５（車輪速センサ１０５Ｌ，１０５Ｒ）の平均を車速として算出している。
【００２１】
ステップS302では、操舵角と車速に基づいて、車両運動の横すべり角がゼロになるような後輪の目標後輪転舵角および駆動力配分による目標ヨーモーメントを算出し、ステップS303へ移行する。
【００２２】
ステップS303では、ブレーキペダルセンサ１０９およびアクセルペダルセンサ１１０より、運転者のアクセルペダル操作量とブレーキペダル操作量を入力し、ステップS304へ移行する。
【００２３】
ステップS304では、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作量に基づいて、車両挙動としての目標制駆動力Fを算出し、ステップS305へ移行する。
【００２４】
ステップS305では、目標制駆動力Fおよび目標ヨーモーメントMに基づいて、駆動輪毎の目標制駆動力Fｌ，Fｒを算出し、ステップS306へ移行する。
【００２５】
ステップS306では、第２転舵機構１１１に後輪転舵角の指令値を算出するとともに、駆動輪毎の指令値を算出して右電動モータ１０４Ｒと左電動モータ１０４Ｌに出力し、ステップS301へ移行する。
【００２６】
［車両運動の横すべり角がゼロとなる指令値の算出］
ここで、車両運動の横すべり角がゼロとなる目標後輪転舵角と目標ヨーモーメントの算出方法について説明する。
【００２７】
車両の運動方程式は、
mV(γ+β')=Cf{δf-(lf/V)γ-β}+Cr{δr+(lr/V)γ-β}  …(1)
Iγ'=lfCf{δf-(lf/V)γ-β}-lrCr{δr+(lr/V)γ-β}+M  …(2)
で表される。ここで、m：車両質量、V：車速、γ：ヨーレート、β：横すべり角、Ｃｆ：前輪のコーナリングパワー、Ｃｒ：後輪のコーナリングパワー、δｆ：前輪操舵角、δｒ：後輪転舵角、ｌｆ：車両重心点から前輪までのホイールベース、ｌｒ：車両重心点から後輪までのホイールベース、Ｉ：車両のヨー慣性モーメント、Ｍ：駆動力配分によるヨーモーメント、である。
【００２８】
式(1)，(2)よりγを消去して整理すると、
{A(Cf+Cr+mVs)-B(Cflf-Crlr)}β=(A-Blf)Cfδf+(A+Blr)Crδr-BM  …(3)
となる。ここで、
s：ラプラス演算子、
A=Cflf2+Crlr2+IVs、B=Cflf-Crlr+mV2
である。
【００２９】
今ここで、δr=k(s)δf、M=0として、前輪操舵角がいかなる値でも、車両の横すべり角がゼロとなるためには、
{(A-Blf)Cf+(A+Blr)Crk(s)}δf=0  …(4)
となればよいので、前輪操舵角に応じて決まる後輪転舵角の伝達関数は、
k(s)=-(A-Blf)/(A+Blr)・(Cf/Cr)  …(5)
となる。A，Bに前出の式を代入して整理すると、
k(s)=k0/(1+τs)-τs/(1+τs)・(Cf/Cr)  …(6)
ただし、
k0=[{CfCrlr(lf+lr)}-CflfmV2/{CfCrlf(lf+lr)+CrlrmV2}]
τ=IV/{Cflf(lf+lr)+lrmV2}
である。
【００３０】
したがって、式(6)より、前輪操舵角に対する後輪転舵角の応答は、前輪操舵角とは逆相のハイパスフィルターをかけたような応答と、前輪操舵角と同相のローパスフィルターをかけたような応答の和として出力される。
【００３１】
ここで、後輪転舵角の応答は、式(6)の右辺第１項までとして、第２項の応答分を駆動力配分によるヨーモーメントで付加することを考える。式(3)の右辺第２項および第３項と式(6)より、
M=k'(s)δfとすると、
(A+Blr)Crk(s)=(A+Blr)Cr{k0/(1+τs)}-Bk'(s)  …(7)
となり、A，Bに前出の式を代入して整理すると、
k'(s)=(k'0+Crlr){τs/(1+τs)}+{ττ's2/(1+τs)}  …(8)
ただし、
k'0=(Cflf2+Crlr2)/(Cflf-Crlr+mV2)、τ'=IV/(Cflf-Crlr+mV2)
となる。
【００３２】
前輪操舵角に対する駆動力配分によるヨーモーメントの応答は、前輪操舵角にハイパスフィルターをかけたような応答と、さらにこの応答を１階微分した応答の和として出力される。
【００３３】
したがって、前輪操舵角δf応じた目標後輪転舵角δr*および目標ヨーモーメントM*は、下記の式(9)，(10)で算出される。
δr*=k0/(1+τs)δf  …(9)
M*=[(k0'+Crlr){τs/(1+τs)}+ττ's2/(1+τs)]δf  …(10)
【００３４】
以上の方法により、後輪転舵にはゆっくりとした応答、駆動力配分では速い応答を分担することができる。これは、図４に示すように、タイヤの横力・前後力の操舵角入力に対する応答性は、前後力はほとんど遅れなく立ち上がるのに対し、横力は前後力よりも遅れて立ち上がる特性に適応することになる。
【００３５】
すなわち、後輪転舵に対する車両挙動の応答性はタイヤが発生する横力に依存し、駆動力配分によるヨーモーメントはタイヤが発生する前後力に依存するので、後輪転舵にはゆっくりした応答、駆動力配分では速い応答を分担することはタイヤ特性に合ったものということができる。ただし、式(8)において、特に第２項が不安定な出力になりやすいため、ヨーモーメントの目標値の算出時は上限および下限値を設定する必要がある。
【００３６】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用転舵制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００３７】
(1) ＥＣＵ１０３は、後輪１０２ＲＲ，１０２ＲＬの転舵をステアリング操舵角の一次遅れ応答とし、前輪１０２ＦＲ，１０２ＦＬの左右駆動力を、ステアリング操舵角にハイパスフィルタをかけた応答と、さらにその出力を微分した応答との和の応答となるように制御する。すなわち、後輪転舵および駆動力配分の応答性を、ステアリング操舵角に対するタイヤの応答特性に適応させることができ、駆動力配分によるヨーモーメントの制御応答性の良さを生かした制御を実現できる。
【００３８】
(2) ＥＣＵ１０３は、目標制駆動力算出部１０３ｂにより算出された目標制駆動力と、後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａにより算出された目標ヨーモーメントに基づいて目標駆動力配分を算出する駆動力配分算出部１０３ｃを備え、右モータ駆動部１０３ｅ，左モータ駆動部１０３ｆにより、右電動モータ１０４Ｒ，左電動モータ１０４Ｌを駆動するため、運転者の加減速意志に適応した後輪転舵制御および駆動力配分制御を実現できる。
【００３９】
(3) 後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａは、目標ヨーモーメントに対し上限値および下限値を設定するため、駆動力配分による目標ヨーモーメントが実現不可能な値となるのを防止できる。
【００４０】
(4) 後輪転舵角およびヨーモーメント算出部１０３ａは、車両の横すべり角がゼロとなる目標後輪転舵角および目標ヨーモーメントを算出するため、車両の進行方向と車両の向いている方向とが常にほぼ一致する、すなわち車体スリップ角がほぼゼロとなるような車両挙動を実現できる。
【００４１】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４２】
例えば、実施例１では、本発明の車両用転舵制御装置を電気自動車に適用し、駆動力配分手段として２つの電動モータを設けた例を示したが、本発明は、エンジン駆動力を左右駆動輪に配分する差動制限装置を備えた車両にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１の電気自動車のシステム構成図である。
【図２】ＥＣＵの制御ブロック図である。
【図３】ＥＣＵで実行される目標後輪転舵角および目標ヨーモーメント算出制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】ステアリング操舵に対するタイヤの応答特性図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  左右輪独立駆動車
１０２ＦＲ  右前輪
１０２ＦＬ  左前輪
１０２ＲＲ  右後輪
１０２ＲＬ  左後輪
１０３ａ  ヨーモーメント算出部
１０３ｂ  目標制駆動力算出部
１０３ｃ  駆動力配分算出部
１０３ｄ  後輪転舵角駆動部
１０３ｅ  右モータ駆動部
１０３ｆ  左モータ駆動部
１０４Ｒ  右電動モータ
１０４Ｌ  左電動モータ
１０５Ｒ  右車輪速センサ
１０５Ｌ  左車輪速センサ
１０６  第１操舵機構
１０７  ステアリングホイール
１０８  操舵角センサ
１０９  ブレーキペダルセンサ
１１０  アクセルペダルセンサ
１１１  第２転舵機構
【図１】
2005206114.tif 000003
【図２】
2005206114.tif 000004
【図３】
2005206114.tif 000005
【図４】
2005206114.tif 000006