(57)【要約】【課題】  駆動系動力源の回転角加速度発生に伴う車両偏向を抑制でき、発進時の走行安定性を向上させることができる車両用舵角制御装置を提供する。【解決手段】  動力源（エンジン６およびトランスミッション１０）の回転軸方向が車両前後方向へ配置された車両において、演算回路３は、回転軸Lの回転角加速度ω'Eにより生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ後輪９を転舵させる。【選択図】      図１
2007106274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源の回転軸方向が車両前後方向へ配置された車両において、
前記回転軸の回転角加速度により生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ操向輪を転舵する舵角制御手段を備え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、
前記舵角制御手段は、前記操向輪の舵角を、下記の式、
N＝TREAD×Kr×α
ただし、N＝ID×ω'E（ID：慣性モーメント，ω'E：回転角加速度）、TREADは重心〜操向輪軸間距離、Krは操向輪のタイヤコーナリング剛性、αは操向輪スリップ角である。
を満足するように設定することを特徴とする車両用舵角制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用舵角制御装置において、
前記舵角制御手段は、前記回転角加速度が車両前面視時計回りに発生する場合には前輪を左側へ転舵し、前記回転角加速度が車両前面視反時計回りに発生する場合には前輪を右側へ転舵することを特徴とする車両用舵角制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用舵角制御装置において、
前記舵角制御手段は、前記回転角加速度が車両前面視時計回りに発生する場合には後輪を右側へ転舵し、前記回転角加速度が車両前面視反時計回りに発生する場合には後輪を左側へ転舵する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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両発進時の車両姿勢を制御する車両用舵角制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両発進時の車両姿勢を制御する技術としては、例えば、発進時におけるタイヤ駆動力が車体に与えるピッチ方向のモーメントに対応して車体のピッチ運動に影響するサスペンションのばねや減衰を制御する車両の姿勢制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−２７６９５７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、発進時の駆動力が直接車体に与えるモーメントや力のみを考慮したものであるため、これに対する車体の挙動を抑制することができるが、駆動系の動力源が発進時に発生させる何らかの回転系の角加速度発生が車両挙動に影響を及ぼす点については考慮されていない。
【０００４】
つまり、特に動力源の駆動力が大きくなる車両発進時に駆動系動力源の回転系に角加速度が発生することにより、駆動系の反作用やモーメントが車体に作用し、これが４輪に輪荷重変動を発生させる。この輪荷重変動により、車両にヨーモーメントが付与され、車両に偏向が生じ、直進加速発進時の車両挙動が悪化するという問題があった。
【０００５】
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、駆動系動力源の回転角加速度発生に伴う車両偏向を抑制でき、直進加速発進時の走行安定性を向上させることができる車両用舵角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】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明では、
動力源の回転軸方向が車両前後方向へ配置された車両において、
前記回転軸の回転角加速度により生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ操向輪を転舵する舵角制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にあっては、動力源の回転軸の回転角加速度により生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ操向輪が転舵される。すなわち、発進時に動力源の回転系が発生させる角加速度が、動力源と車体との間で内力として閉じずに車体のロール方向モーメントが発生する条件としては、車体のロール軸方向と、駆動系の動力源の回転軸が略平行な車両の発進時固有の現象であることに着目し、これを舵角制御によるヨーモーメント制御で打ち消すことで、車両偏向を抑制するものである。この結果、駆動系動力源の回転角加速度発生に伴う車両偏向を抑制でき、直進加速発進時の走行安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用舵角制御装置を適用した車両の全体構成図、図２は実施例１の制御ブロック図である。図１に示すように、実施例１車両は、エンジン回転数センサ１と、操舵角センサ２と、演算回路（舵角制御手段）３と、後輪舵角制御信号発生回路４と、後輪舵角制御アクチュエータ５と、を備えている。
【００１０】
実施例１車両は、エンジン６が前縦置き配置で、トランスミッション１０に伝達されたエンジントルクは、プロペラシャフト１１を介してファイナルギヤ１２に伝達され、ドライブシャフト１３により後輪９へ伝達される。すなわち、実施例１車両は、駆動系の動力源（エンジン６およびトランスミッション１０）の回転軸Lが、車体の前後方向（略車体のロール軸方向）と一致する車両レイアウトとなっている。
【００１１】
エンジン回転数センサ１は、エンジン６の回転数を検出する。操舵角センサ２は、前輪７を転舵するハンドル８に入力されるドライバの操舵角を検出する。演算回路３は、エンジン回転数と操舵角とに基づいて、目標後輪舵角を算出する。後輪舵角制御信号発生回路４は、目標後輪舵角に基づいて後輪舵角制御信号を発生させる。後輪舵角制御アクチュエータ５は、後輪舵角制御信号に基づいて後輪９を転舵する。
【００１２】
演算回路３は、通常走行時、車速等に応じて後輪舵角を制御する通常制御を行う。この通常制御では、例えば、極低速走行時には後輪舵角を前輪舵角と逆相側へ転舵させ、高速走行時には後輪舵角を前輪舵角と同相側へ転舵させる制御を行う。これにより、極低速走行時の回頭性向上と、高速走行時の走行安定性向上とを図ることができる。
【００１３】
また、演算回路３は、車両の直進加速発進時には、エンジン６の回転角加速度により生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ、回転角加速度に比例して後輪９を転舵させる車両偏向抑制制御を行う。
【００１４】
次に、作用を説明する。
［車両偏向抑制制御処理］
図３は、実施例１の演算回路３で実行される車両偏向抑制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。
【００１５】
ステップS1では、エンジン回転数センサ１と操舵角センサ２の信号を計測し、ステップS2へ移行する。
【００１６】
ステップS2では、ステップS1で計測されたエンジン回転数ωEを微分することでエンジン６の回転角加速度（ω'E=ΔωE/Δt）を推定し、ステップS3へ移行する。
【００１７】
ステップS3では、ステップS1で計測された操舵角θが、ドライバの操舵入力がなされていないことを示す設定値内であるか否かを判定する。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S6へ移行する。
【００１８】
ステップS4では、ステップS2で推定されたエンジン回転角加速度ω'Eが設定値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS5へ移行し、NOの場合にはステップS6へ移行する。
【００１９】
ステップS5では、後述する式(3)を満足するような後輪スリップ角が得られるよう、後輪実舵角をエンジン回転角加速度ω'Eに比例させて作動し、リターンへ移行する。このとき、回転軸Lの回転角加速度が車両前面視時計回りに発生する場合には後輪９を右側に転舵し、回転角加速度が車両前面視反時計回りに発生する場合には後輪９を左側に転舵する。
【００２０】
ステップS6では、車両偏向抑制制御を終了すると共に後輪実舵角を通常制御時の舵角に固定して通常制御へ移行し、リターンへ移行する。
【００２１】
［車両偏向抑制制御作動］
直進加速発進時には、図３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へと進む流れとなり、ステップS5では、後輪舵角がエンジン回転角加速度ω'Eにより生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ転舵される。
【００２２】
これにより、直進加速発進時に駆動輪である後輪９の左右駆動力差に起因する車両ヨーモーメント発生を、後輪舵角付加による横力のヨーモーメント発生により打ち消すことができ、車両偏向が抑制され、ドライバに与える違和感を低減できる。
【００２３】
直進加速発進時にドライバがハンドル操作を行った場合には、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS6へと進み、ステップS6では、ハンドル操作に伴い、車両偏向抑制制御を終了して通常制御へ移行する。
【００２４】
ドライバがアクセルペダルの踏み込みを停止した場合には、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS6へと進み、ステップS6では、エンジン回転角加速度ω'Eの消滅に伴い、車両偏向抑制制御を終了して通常制御へ移行する。
【００２５】
［駆動系の定常回転時における車体との力伝達の関係］
駆動系の定常回転時における車体との力伝達の関係について説明する。
駆動系の動力源の回転軸が車体の前後方向（略車体のロール軸方向）と一致する車両レイアウトとしては、図４に示すように、エンジンが前縦置き配置で、前輪が非駆動輪である後輪駆動車が考えられる。
【００２６】
この車両レイアウトにおいて、エンジンおよびトランスミッションは一体となって車体に支持されており、一定の駆動力を発生させて走行している車両の場合、エンジンが発生した駆動トルクは、トランスミッションを経由して、プロペラシャフトによってファイナルギヤへと伝達される。ファイナルギヤはファイナルギヤケースに収納されており、このファイナルギヤケースは、エンジンおよびトランスミッションと同様に車体に支持されている。エンジンおよびトランスミッションが一体となってマウントされている部分は、実際には３点以上で車体から支持されているのが一般的であるが、ここでは車体のロール方向への入力を説明しようとしているので、簡単のために、現象を変えない範囲で簡略化して、２点で支持している図としている。
【００２７】
図５は、エンジンおよびトランスミッションと、ファイナルギヤとの力のやり取りを行うファイナルギヤの部分の詳細図を示す。プロペラシャフトが伝達する駆動トルクをNDとすると、下記の式(1)、
ND＝R×FG  …(1)
ここで、Rは、作用力とプロペラシャフト回転軸間の距離（モーメントレバー）である。
の関係で規定されるギヤの接触力FGが、エンジンおよびトランスミッションとファイナルギヤケースとにそれぞれ作用と反作用力として働くことになる。
【００２８】
この作用反作用力は、エンジンおよびトランスミッションと、ファイナルギヤケースの支持点を通して車体のロール方向のねじりモーメントとして作用するが、向きが異なるため、結局は車体のねじり剛性によって吸収され、車体を剛体と想定した場合における剛体ロール運動は発生しない。
【００２９】
図６にエンジンおよびトランスミッションの車体支持点に作用する力（モーメント）の関係、図７にファイナルギヤケースの車体支持点に作用する力（モーメント）の関係を示す。ここで、図６の矢印Ａは、ファイナルギヤへの作用（駆動）トルク伝達によりエンジンおよびトランスミッションが車体に与える反作用力を示している。また、図７の矢印Ｂは、ファイナルギヤでのエンジンおよびトランスミッション系からの作用トルクを受けることにより、ファイナルギヤケースが車体に与える作用力を示している。
【００３０】
なお、ここでは、プロペラシャフトの回転方向、すなわち回転軸の回転方向を車両後方側から示した場合の車体に働く力の向きを示しているので、図４でプロペラシャフトの回転方向が異なる場合には、図６および図７における車体への作用力の方向も反対になる。
【００３１】
［駆動系の過渡回転時における車体との力伝達の関係］
駆動系の過渡回転時における車体との力伝達の関係について説明する。
急発進時等の、駆動系が回転角加速度を有する場合においては、上述した図６，７の関係でファイナルギヤを介してやり取りされて最終的に後輪の駆動トルクとして伝達されるトルクのほかに、トルクコンバータやクラッチ等によってプロペラシャフトとは分離した動力源内の回転系を加速させる（慣性モーメントを有する部分に回転角加速度を与える）ことにより、動力源の非回転側が受ける反動トルクが発生する。
【００３２】
この反動トルクは、動力源内の回転系を加速させることに伴うものなので、ファイナルギヤでの力（トルク）伝達には寄与しない。したがって、図８，９に示すように、エンジンおよびトランスミッションの支持部を介して車体に作用する力となる。図９の矢印Ｃは、エンジン回転部の角加速度発生による反作用トルクによりエンジンが車体に与える力を示している。この力は、ファイナルギヤケースから車体に作用する力（図１０参照）とはキャンセルされないため、車体を剛体ロールさせるモーメントとして作用する。
【００３３】
このロール方向モーメントは、車両としては、前輪および後輪の左右輪間でそれぞれ輪荷重移動を発生させることになる。この場合、荷重移動は、車両のサスペンションが有する前輪および後輪のロール剛性配分により決定され、ロール剛性配分に比例して、それぞれ前輪と後輪が輪荷重変化を発生させる。車両が駆動輪で発生できる最大の駆動力を出そうとする急発進時においては、最大駆動力は輪荷重依存性をもつため、駆動輪の左右荷重移動は、最大発生駆動力の左右差を発生し、この差が車両のヨーモーメントとなるため、直進発進加速のシーンにおいて、車両の直進性を妨げる効果を発生してしまう。
【００３４】
図１１は、エンジンにおける回転系の角加速度発生とその反動トルクとの関係を示す。回転部の慣性モーメントをIDとすると、アクセルペダル操作により、エンジンの回転数を上昇させようとする場合においては、下記の式(2)
N＝ID×ω'E  …(2)
ここで、ID：回転部の慣性モーメント
ω'E：回転角加速度
であらわされるようなトルクNを非回転部から回転部に与える必要がある。このトルクの反作用トルクはエンジンの非回転部に作用するため、エンジンマウント等の支持部を介して車体へと伝わることになる。
【００３５】
後輪駆動車での実際の値としては、
ID＝0.3kg・m2
程度が一般的と想定される。ここで、急発進を想定して、エンジン回転数を2,000rpmから6,000rpmへ0.5秒で上昇させる動作を行った場合、そのときの平均角加速度発生量は、約850rad/sec2となる。この値を上述の式(2)を用いて計算すると、エンジン非回転と非回転部間で作用するトルクは約250N-mとなる。このトルクはそのまま車体のロール方向のモーメントとなるため、これにより４輪間で発生する輪荷重を考えると、このトルクを車両のトレッドで割って得られる、
ΔFz＝250N・m/1.5m≒170N
が前後輪合わせた荷重移動量となる。前後輪の全ロール剛性（ばね分とスタビライザを合わせた量）の配分が前後で50%：50%だとすると、前後輪それぞれ、エンジンの回転が図８，９のように表示される場合には、輪荷重は右輪で約80N増加し、左輪で80N減少することになる。
【００３６】
［タイヤの駆動力特性］
図１２に、タイヤのスリップ比κに対する駆動力Fxの荷重依存性を示す。駆動力Fxは輪荷重に影響されるが、与えられた輪荷重の状態で発生可能な最大駆動力も輪荷重によって変化する。したがって、エンジン回転部の角加速度発生に伴う輪荷重移動により、駆動輪である後輪の輪荷重に左右差が発生している状態で、例えば最大駆動力で加速するような場合においては、左右輪で発生できる駆動力に差が生じるため、その差が車体に作用するヨーモーメントとなり、発進時における車両のヨー運動を生じさせることで、直進方向に発進しようとするドライバの操作感覚の違和感となる。
【００３７】
図１３は、図１２におけるタイヤ駆動力特性の、最大発生駆動力の輪荷重依存性をあらわしたものである。タイヤの特性として、輪荷重Fzの増加に伴い、駆動力Fxは増加する。上述した実際の数値例にすると、駆動輪の内輪相当側と外輪相当側での駆動力差は約10Nとなるので、これに駆動輪のトレッドを掛けると、一般的な車では、
10N＝1.5m×15N・m
程度のヨーモーメントが発進に伴い、操舵角がゼロでも発生することになる。このヨーモーメントを後輪舵角によってキャンセルするには、後輪のタイヤコーナリング剛性Krを1,200N/deg、重心〜後輪軸間距離TREADを1.4mとすると、下記の式(3)
N＝TREAD×Kr×α  …(3)
より、後輪スリップ角（左右輪とも）αは約0.01degとなる。
【００３８】
［車両偏向抑制作用］
これに対し、実施例１では、動力系の回転軸Lに回転角加速度ω'Eが生じる直進加速発進時において、式(3)で設定される舵角に後輪９を保持させることにより、発進時の駆動力差ヨーモーメントを確実に打ち消すことができ、車両偏向に伴いドライバに与える違和感を防止できる。
【００３９】
また、動力系の回転軸Lの回転方向はあらかじめ定められているため、エンジン回転方向に応じた駆動力左右差のヨーモーメント発生方向と、車両偏向抑制時の後輪９の転舵方向とを関連付けることができる。よって、回転角加速度ω'Eの発生時には、回転角加速度ω'Eの発生方向を検出する必要がなく、その大きさのみをエンジン回転角センサ１により検出して後輪舵角を設定すればよいため、簡単な制御で車両偏向を確実に抑制することができる。
【００４０】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用舵角制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００４１】
(1) 動力源（エンジン６およびトランスミッション１０）の回転軸方向が車両前後方向へ配置された車両において、回転軸Lの回転角加速度ω'Eにより生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ後輪９を転舵する演算回路３を備える。よって、駆動系動力源の回転角加速度発生に伴う車両偏向を抑制でき、直進加速発進時の走行安定性を向上させることができる。
【００４２】
(2) 演算回路３は、後輪９の舵角を、式(3)を満足するように設定する。すなわち、後輪舵角を回転角加速度ω'Eに比例して発生させることで、車両加速発進時のヨーモーメントを後輪舵角によって確実にキャンセルすることができる。
【００４３】
(3) 演算回路３は、回転角加速度ω'Eが車両前面視時計回りに発生する場合には後輪９を右側へ転舵し、回転角加速度ω'Eが車両前面視反時計回りに発生する場合には後輪９を左側へ転舵する。よって、後輪舵角を制御する場合において、エンジン回転方向に応じた駆動力左右差のヨーモーメント発生方向と、後輪９の転舵方向とを関連付けて車両偏向抑制制御時の後輪転舵方向を限定することで、制御の容易化を図ることができる。
【実施例２】
【００４４】
まず、構成を説明する。
図１４は、実施例２の車両用舵角制御装置を適用した車両の全体構成図である。なお、図１４において、図１に示した実施例１と同一の構成部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
実施例２車両は、前輪舵角制御信号発生回路２１と、前輪舵角制御アクチュエータ２２と、を備えている。前輪舵角制御信号発生回路２１は、目標前輪舵角に基づいて前輪舵角制御信号を発生させる。前輪舵角制御アクチュエータ２２は、前輪舵角制御信号に基づいて前輪７を転舵する。
【００４６】
演算回路３は、車両の直進加速発進時には、エンジン６の回転角加速度により生じるヨーモーメントを打ち消す方向へ、回転角加速度に比例して前輪７を転舵させる車両偏向抑制制御を行う。
【００４７】
実施例２車両は、エンジン６が後縦置き配置で、トランスミッション１０に伝達されたエンジントルクは、プロペラシャフト１１を介してファイナルギヤ１２へ伝達され、ドライブシャフト１３により前輪７へ伝達される。すなわち、実施例２車両は、実施例１と同様に、駆動系の動力源（エンジン６およびトランスミッション１０）の回転軸Lが、車体の前後方向と一致する車両レイアウトとなっている。
【００４８】
次に、作用を説明する。
［車両偏向抑制作用］
実施例２の演算回路３では、直進加速発進時に回転角加速度ω'Eが発生した場合、実施例１の式(3)に基づき、回転軸Lの回転角加速度ω'Eが車両前面視時計回りに発生する場合には前輪７を左側に転舵し、回転角加速度ω'Eが車両前面視反時計回りに発生する場合には前輪７を右側に転舵する。なお、実施例２では、式(3)において、Krは前輪のタイヤコーナリング剛性、TREADは重心〜前輪軸間距離、αは前輪スリップ角となる。
【００４９】
実施例２では、動力系の回転軸Lに回転角加速度ω'Eが生じる直進加速発進時において、式(3)で設定される舵角に前輪７を保持させることにより、発進時の駆動力差ヨーモーメントを確実に打ち消すことができ、車両偏向に伴いドライバに与える違和感を防止できる。
【００５０】
次に効果を説明する。
実施例２の車両用舵角制御装置にあっては、実施例１の効果(1)，(2)に加え、以下の効果が得られる。
【００５１】
(4) 演算回路３は、回転角加速度ω'Eが車両前面視時計回りに発生する場合には前輪７を左側へ転舵し、回転角加速度ω'Eが車両前面視反時計回りに発生する場合には前輪７を右側へ転舵する。よって、前輪舵角を制御する場合において、エンジン回転方向に応じた駆動力左右差のヨーモーメント発生方向と、前輪７の転舵方向とを関連付けて車両偏向抑制時の前輪転舵方向を限定することで、制御の容易化を図ることができる。
【００５２】
（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１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２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。
【００５３】
例えば、実施例１ではエンジンが前縦置き配置の後輪駆動車、実施例２ではエンジンが後縦置き配置の前輪駆動車について説明したが、本発明は、動力源の回転軸が車両前後方向へ配置されたエンジン縦置きの車両であれば、４輪駆動車や前後輪舵角可変システムを搭載した車両にも適用可能である。また、車両の動力源として電動モータを用いた電気自動車や、ハイブリッド車にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１の車両用舵角制御装置を適用した車両の全体構成図である。
【図２】実施例１の制御ブロック図である。
【図３】実施例１の演算回路３で実行される車両偏向抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】エンジン前縦置き、後輪駆動車のレイアウトである。
【図５】エンジンおよびトランスミッションと、ファイナルギヤとの力のやり取りを行うファイナルギヤの部分の詳細図である。
【図６】エンジンおよびトランスミッションの車体支持点に作用する力（モーメント）の関係を示す図である。
【図７】ファイナルギヤケースの車体支持点に作用する力（モーメント）の関係を示す図である。
【図８】駆動系の過渡回転時における車体との力伝達の関係を示す車両の平面図である。
【図９】駆動系の過渡回転時におけるエンジンおよびトランスミッションの車体支持点に作用する力（モーメント）の関係を示す図である。
【図１０】駆動系の過渡回転時におけるファイナルギヤケースの車体支持点に作用する力（モーメント）の関係を示す図である。
【図１１】エンジンにおける回転系の角加速度発生とその反動トルクとの関係を示す図である。
【図１２】タイヤのスリップ比に対する駆動力の荷重依存性を示す図である。
【図１３】タイヤ駆動力特性の、最大発生駆動力の輪荷重依存性をあらわす図である。
【図１４】実施例２の車両用舵角制御装置を適用した車両の全体構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  エンジン回転数センサ
２  操舵角センサ
３  演算回路
４  後輪舵角制御信号発生回路
５  後輪舵角制御アクチュエータ
６  エンジン
７  前輪
８  ハンドル
９  後輪
１０  トランスミッション
１１  プロペラシャフト
１２  ファイナルギヤ
１３  ドライブシャフト
【図１】
2007106274.tif 000003
【図２】
2007106274.tif 000004
【図３】
2007106274.tif 000005
【図４】
2007106274.tif 000006
【図５】
2007106274.tif 000007
【図６】
2007106274.tif 000008
【図７】
2007106274.tif 000009
【図８】
2007106274.tif 000010
【図９】
2007106274.tif 000011
【図１０】
2007106274.tif 000012
【図１１】
2007106274.tif 000013
【図１２】
2007106274.tif 000014
【図１３】
2007106274.tif 000015
【図１４】
2007106274.tif 000016