(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪の舵角に応じて後輪を操舵する後輪操舵装置において、
車両の後端の張出しを抑制する後端張出抑制制御手段と、
該後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、
後輪操舵の速度を後輪舵角の目標角速度を中心にヨーレイト変動速度差が許容範囲に入るような範囲に制限する後輪操舵速度制限手段とを備えることを特徴とする後輪操舵装置。
【請求項２】
前輪の舵角に応じて後輪を操舵する後輪操舵装置において、
車両の後端の張出しを抑制する後端張出抑制制御手段と、
後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、前輪と後輪が同相に操舵しないよう舵角を制限する同相舵角制限手段と、
後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、後輪操舵の速度を後輪舵角の目標角速度を中心にヨーレイト変動速度差が許容範囲に入るような範囲とする後輪操舵速度制限手段を備えていることを特徴とする後輪操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運動状態に応じ、前輪のみならず後輪をも操舵し車両の走行安定性等を向上することができる後輪操舵装置に関し、特に、低速走行時に車両の後部が車両の前部の走行軌跡の外側へはみ出す動作を防止する後輪張出抑制制御を行っている後輪操舵装置に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、運転者のステアリング操作による前輪の操舵に対応して後輪の操舵角を制御することにより、車両の走行安定性や小回り性を向上することができる後輪操舵制御装置が知られている。このような後輪操舵装置においては、前輪舵角や車両の状況に応じて、いかに最適な目標後輪舵角を設定するかが問題となる。例えば、刊行物「自動車の操舵系と操安性」（発行所：株式会社  山海堂、著者：カヤバ工業株式会社、第１刷発行日：平成８年９月１０日）の１９６頁の「7.5.3横すべり零化４ＷＳ制御」の欄（以下、「刊行物１」という。）によれば、車体スリップ角（車両の進行方向と車両の前後方向との偏差角）に着目し、常時この車体スリップ角を零にするように、所定車速以下では前輪舵角に比例して後輪舵角を逆相に制御して小回り性を確保しつつ、所定車速以上では前輪舵角に比例して後輪舵角を同相に制御することにより操安性に優れた理想の車両特性が得られることが記載されている（以下、本制御を「舵角比例制御」という。図１２参照。）。
【０００３】
刊行物１に記載された舵角比例制御においては、停止時から発進するような低速域の場合に、後輪が前輪に対して逆相に操舵されることにより、小回り性を向上させるものである。しかし、この場合、後輪の操舵角が大きいと、車両の後端（特に車両最後端部の肩部）が車両の前端の走行軌跡の外側に張り出すことになり、運転者が不用意にステアリングをきると、車両が車両横側にある障害物に接触しやすくなる。
【０００４】
そこで、このような車両後端の張り出しという問題を解消しつつ小回り性をも確保するため、刊行物「社団法人自動車技術会学術講演会前刷集８８２昭和６３−１０」の「１０５  ４ＷＳ車の張り出しを抑制する一制御手法」（以下、「刊行物２」という。）に記載されているような、車両の前端軌跡に車両の後端を追従させるように後輪舵角を制御する手法が提案されている。具体的には、車両前端の走行軌跡を所定のサンプリング距離ごとに記憶しておき、それらサンプル点のうち、その時点にて車両後端との距離が最も近い直近サンプル点での車両前端進行方向と車両後端の進行方向とが一致するように後輪舵角値を制御するものである。
【０００５】
また、本出願人は、特願２００１−２４２８４２号にて、２点を両端とする線分が車両の前後方向と平行となる２点のうち、車両前方側の点を前端点ｇ、車両後方側の点を後端点ｆに設定し、前端点ｇの走行軌跡を滑らかに平均化した平均化軌跡を演算し、後端点ｆが平均化軌跡の内側領域からはみ出さないように目標後輪舵角を制限するように目標後輪舵角を演算する発明を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような後端の張り出しを抑制する後端張出抑制制御を行っている後輪操舵制御装置においては、後輪の操舵角は，運転者のステアリング操作に必ずしも対応しない。例えば、車両の発進直後に後輪の舵角が零の状態で、大きく回り込もうとした場合、まず、通常の後輪舵角制御により、後輪は大きく前輪と逆相に操舵されようとする。ここで、後端の張出しを抑制するには、後輪が前輪と同相となればよい。しかし、前輪と後輪が同相となると車両が平行移動する感じとなり、運転者が旋回しようとしている意思に反するため、運転者は大きな違和感を感じてしまう。
【０００７】
これに対応するために、後端張出抑制制御において、前輪と後輪が同相となる状態を禁止することが考えられる。この場合、前輪と後輪は同相とはならないため、平行移動による運転者の違和感は防止できる。後端のはみ出しも、２輪操舵の車両と同じとなるため特に問題はない。しかし、この状態でしばらく走行すると、後端張出抑制制御が後輪を前輪と逆相に制御しようとして後輪の舵角を大きく切ることになる。このときの後輪の舵角量が大きいと、運転者は、この急な後輪の舵角制御に大きな違和感を持つことになる。
【０００８】
そこで、本発明においては、車両が低速時に、車両が平行に動くことによる運転者の違和感を解消することを第１の課題とする。
【０００９】
また、本発明においては、後端張出抑制制御による後輪の急激な操舵による運転者の違和感を解消することを第２の課題とする。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
上記第２の課題を解決する為に、本発明においては、請求項１に記載のように、前輪の舵角に応じて後輪を操舵する後輪操舵装置において、車両の後端の張出しを抑制する後端張出抑制制御手段と、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、後輪操舵の速度を後輪舵角の目標角速度を中心にヨーレイト変動速度差が許容範囲に入るような範囲に制限する後輪操舵速度制限手段とを備えた。これによれば、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行う際に、目標後輪操舵角の単位時間あたりの変化量が後輪舵角の目標角速度を中心にヨーレイト変動速度差が許容範囲を超えないように目標後輪操舵角の値が変更されるため、後端張出抑制制御による後輪操舵角の変更がゆっくりと行われる。
【００１２】
上記第１および第２の課題を解決するため、本発明においては、請求項２に記載のように、前輪の舵角に応じて後輪を操舵する後輪操舵装置において、車両の後端の張出しを抑制する後端張出抑制制御手段と、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、前輪と後輪が同相に操舵しないよう舵角を制限する同相舵角制限手段と、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、後輪操舵の速度を後輪舵角の目標角速度を中心にヨーレイト変動速度差が許容範囲に入るような範囲とする後輪操舵速度制限手段を備えた。これによれば、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、前輪と後輪が同相に操舵しない。また、後端張出抑制制御手段が働いていない状態では前輪と後輪の同相は許容される。また、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行う際に、目標後輪操舵角の単位時間あたりの変化量が、後輪舵角の目標角速度を中心に許容されるヨーレイト変動の速度差を超えないよう目標後輪操舵角の値が変更されるため、後端張出抑制制御による後輪操舵角の変更がゆっくりと行われる。
【００１３】
なお、上記の特定の範囲は予め与えられた所定値でもよいし、走行状態に応じて調整するようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る後輪操舵制御装置を含んだ車両の概念図である。車両１において、前輪３には、それぞれ前輪の車輪の回転速度を検出する車輪速センサ９が配設されている。この車輪速センサ９は、前輪３が所定角度回転するごとにパルスを発するものであり、このパルス数をカウントすることにより走行距離を求めることができるので、走行距離センサとしての機能を有している。車両後方には、後輪５を操舵するためのアクチュエータ１５が配設されている。アクチュエータ１５には、後輪５の実舵角量を検出する後輪舵角センサ１３が配設されている。前輪３を操舵するステアリング７には、前輪３の実舵角量を検出する前輪舵角センサ１１が配設されている。車両には、車両の変速機のシフト位置を検出するシフト位置センサ２３、車両１に発生しているヨーレートを検出するヨーレートセンサ１７、アクチュエータ１５を制御するためのコントローラ２１、車両のエンジンを起動するためのイグニッションスイッチ１９が取り付けられている。上記の前輪舵角センサ１１、後輪舵角センサ１３、車輪速センサ９、シフト位置センサ２３、ヨーレートセンサ１７及びイグニッションスイッチ１９の出力は、コントローラ２１に入力される。コントローラ２１は、これら各種センサの検出値に応じて目標後輪舵角を演算し、後輪の実舵角量が目標後輪舵角になるようにアクチュエータ１５に指令を与える。
【００１８】
次に、車両のモデル図である図１０を用いて、制御の概要を説明する。ここで、各角度については、紙面左回り方向を正とする角度として表現している。図１０において、点ｇは車両の前端点、点ｆは車両の後端点を示している。
【００１９】
点ａ，ｂ，ｃ，ｄは、前端点ｇの走行軌跡３０の上のサンプリング点であり、前端点ｇが点ｄ，ｃ，ｂ，ａ点の順に走行しており、点ａが最新サンプリング点で現在の前端点ｇの位置を示している。車輪速センサ９は前輪３の回転角度が所定角度となるごとにパルスを発し、最新サンプリング点は、車輪速センサ９がパルスを発信するたびに更新される。従って、これらサンプリング点間の距離であるサンプリング距離Ｄｘは、前輪３が所定角度回転したときの車両の走行距離に相当している。
【００２０】
曲線３２は、前端点ｇの実際の走行軌跡３０を円弧を用いて滑らかに平均化した平均化軌跡を表している。この平均化軌跡３２は、後述するようにサンプリング点の更新に伴い更新されていくようになっている。点ｅは、最新サンプリング点ａから平均化軌跡３２上を後端点ｆ方向へ向けて所定距離＝ｋ・Ｄx（ｋは、車両全長Ｌe／Ｄxの値を四捨五入した自然数であり、ｋ・Ｄxは、車両全長すなわち前端点ｇと後端点ｆとの距離にほぼ等しい距離になる）だけ戻った点であり、後端点ｆの平均化軌跡３２上の近傍点である。θfearは、近傍点ｅでの平均化軌跡上の前端点ｇの進行方向角を表している。なお、図１０においては、車両が進行方向左側に旋回しているので、前端点ｇの平均化軌跡３２の内側領域とは、平均化軌跡３２に対して進行方向の左側領域（図１０において左側）をいう。
【００２１】
θetは、最新サンプリング点ａと後端点ｆとを結んだ線分と最新サンプリング点ａと平均化軌跡上後端点近傍点ｅとを結んだ線分との偏差角である。偏差角θetは、図１０に示した状態にある場合は正の値として演算され、後端点ｆと平均化軌跡上後端点近傍点ｅとの位置関係が最新サンプリング点ａに対して逆転している状態にある場合には負の値として演算される。
【００２２】
もし、後端点の張り出しを防止しようとするなら、後端点ｆが平均化軌跡３２の内側領域を通過するように後輪の舵角を調整すればよい。本実施態様においては、後端点ｆが平均化軌跡３２の内側領域であり、かつ平均化軌跡３２に近づくように、すなわち、偏差角θetを減らすように、後輪舵角を調整する。
【００２３】
図１１は、平均化軌跡３２が最新サンプリング点が変わる度に更新されていく様子を示した模式図である。車両の前端点ｇが時刻t1における前回のサンプリング点a1から距離Ｄxだけ走行し、時刻t0で新しいサンプリング点a0に移動した場合を示す。前回のサンプリング点では後端点ｆの近傍点はｅ1であり、平均化軌跡は３２(t1)であり、その長さはｋ・Ｄx、その中心角はｋ・θatoであったとする。サンプリング点が新しいサンプリング点a0に更新されたとき、平均化軌跡は３２(t1)から３２(t0)に、後端点の近傍点はｅ1からｅ0に更新される。
【００２４】
このとき、本実施態様では、後端点の近傍点ｅ0を前回の平均化軌跡３２(t1)上に置き、かつ、平均化軌跡３２(t0)を、サンプリング点a0と、後端点近傍点e0を両端とし、長さがｋ・Ｄxである円弧が最新サンプリング点ａ0での円弧として設定する。長さｋ・Ｄxは、平均化軌跡３２(t0)の中心角ｋ・θatに対応している。このようにすると、後端点の近傍点は、常に前端点の走行軌跡の内側領域になるように設定される。このような平均化軌跡３２の設定を行い、後端点ｆが平均化軌跡３２の内側領域を通過するように後輪の舵角を調整することにより、後端点の張り出しを防止できる。
【００２５】
次に、コントローラ２１の制御の詳細を、図２〜図９を用いて説明する。
【００２６】
図２はコントローラ２１が実行するメインルーチンである。イグニッションスイッチ１９がＯＮされるとメインルーチンがスタートし、ステップ１０１に進む。
【００２７】
ステップ１０１では、各諸変数の初期化処理が実行される。このステップ１０１の初期化処理の具体的な内容は図３に示すように、θfeao、θatoをいずれも０radの設定し、現在の時間をt0に設定する。また、現在の時間t0から所定値である初期車速パルス入力間隔時間Ｔd0を引いた時間をt1として設定する。さらに、後輪舵角センサ１３から検出した実後輪舵角δmをそれぞれ、変数δrlimits1、δrlimit、δrlimitst0に代入する。変数δrlimits1、δrlimitst0はそれぞれ、目標後輪舵角のスムージング処理された制限値（rad）を表す変数で、δrlimits1は演算周期における前回の値、δrlimitst0は時刻t0における値を示すものである。δrlimitは後輪舵角の制限値を表す変数である。初期化処理ではこれらのδrlimits1、δrlimits、δrlimitst0にすべて現在の実後輪舵角δmを与えておく。
【００２８】
初期化処理が実行されると、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２以降ステップ１１０までの処理は、その後繰り返しループ処理される。一方で、ループ処理が実行されている間に、車輪速センサ９からの出力パルスが入力されると、割込み処理として図４に示すような車速センサパルス入力処理が随時実行される。車速センサパルス入力処理ではサンプリング点の更新の処理が行われる。
【００２９】
車速センサパルス入力処理では、割り込み時刻t0における目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsをδrlimitst0に代入し、δrlimit1にδrlimitを代入し、時刻t1に時刻t0を、時刻t0に現在時刻を代入する。最新のサンプリング点の時刻がt0、１回前のサンプリング点の時刻がt1とされる。δrlimitsは、後述する後輪制限舵角スムージング演算処理等で演算される値である。この値をδrlimitst0に代入することにより、最新のサンプリング点における目標後輪舵角のスムージング処理された制限値をδrlimitst0として保持する。また、δrlimitは初期値においては実後輪舵角δmであるが、その後は、後述する後輪制限舵角演算処理等で演算される後輪舵角の制限値の演算値である。この値をδrlimit1に代入することにより、１回前のサンプリング点における後輪舵角の制限値δrlimit1として保持する。すなわち、最新のサンプリング点では、割り込み時時刻をt0、目標後輪舵角のスムージング処理された制限値をδrlimitst0とし、１回前のサンプリング点では、割り込み時刻をt1、後輪舵角の制限値をδrlimit1とする。このように、この割り込みが実行される毎にサンプリング点を更新していく。
【００３０】
ステップ１０２では、制御周期Ｔsが経過したか否かが判断され、制御周期Ｔsが経過していなければ経過するまで次の処理を保留する。この制御周期Ｔsは上記メインルーチンが一周するのに必要な時間より大きな値を入れておく。制御周期Ｔsが経過した段階で次のステップ１０３へ進む。ステップ１０３では、車輪速センサ９、前輪舵角センサ１１等の各種センサからの信号を取り込み、現在の車両の各状況を把握する。
【００３１】
ステップ１０４では、ステップ１０３にて入力された各種センサからの情報をもとに通常後輪舵角演算が行われる。通常後輪舵角演算とは、最適な目標後輪舵角を算出するにあたり基本となる制御則に基づいて、コントローラ２１が通常目標後輪舵角δrt0を算出する演算である。本実施形態においては基本となる制御則として、舵角比例制御を採用している。舵角比例制御とは、実前輪舵角δfに比例した値を目標後輪舵角に設定する方式である。さらに、ここでは、車速に応じて目標後輪舵角を変更している。具体的には、図５に示すように、車輪速センサ９の出力から求められる車速vに応じた後輪／前輪舵角比ratio_map(v)を図１２に示す後輪／前輪舵角比マップから求め、これに実前輪舵角δfをかけて通常目標後輪舵角δrt0を求める。後輪／前輪舵角比ratio_map(v)は、所定車速以下ではマイナス、所定車速以上でプラスの値に設定されている。よって、所定車速以下では、通常目標後輪舵角δrt0は実前輪舵角δfと逆相に演算され、所定車速以上では、通常目標後輪舵角δrt0は実前輪舵角δfと同相に演算されるようになっている。
【００３２】
ステップ１０５では、前述した割り込み処理である車速センサパルス入力処理があったかどうかが判断される。車速センサパルス入力処理があった場合には、ステップ１０６の後輪制限舵角演算に進み、車速センサパルス入力処理がなかった場合には、ステップ１０６を処理せずステップ１０７へ進む。すなわち、最新サンプリング点の更新があったときのみ、後輪制限舵角演算処理を行う。
【００３３】
ステップ１０６では、後輪制限舵角演算が行われる。この後輪制限舵角演算ルーチンでは、目標後輪舵角の制限値δrlimitが演算される。図６にその詳細を示す。尚、後輪制限舵角演算ルーチンにおいて、平均化軌跡上の前端点の進行方向角θfea及び平均化軌跡上の前端点の軌跡角θatのそれぞれの前回値θfeao及びθatoは、後述するステップ２０８において保存されている。
【００３４】
まずステップ２０１において、前端点の進行方向角θfeを、車体の絶対角θb、実前輪舵角δf、後輪舵角δr、重心から前輪までの車軸長Ｌf、重心から後輪までの車軸長Ｌr、ホイールベースＬ（＝Ｌf＋Ｌr）、重心から前端までの長さＬfe、ヨーレイトγ、車速ｖを用いて、次式により算出する。
【００３５】
（数１）
θfe＝θb＋Ｌr／Ｌ・δf＋Ｌf／Ｌ・δr＋Ｌfe・γ／ｖ
次に、ステップ２０２において、平均化軌跡上の前端点の軌跡角θatを、前端点の進行方向角θfe、平均化軌跡上の前端点の進行方向角の前回値θfeao、平均化軌跡上の前端点の軌跡角の前回値θatoを用いて、次式により算出する。
【００３６】
（数２）
θat＝f-1(sin(θfe−θfeao＋(k−1)・θato)＋(１−cos((k−1)・θato))／θato)
ただし、f(θ)＝(1−cos(k・θ))／θ)
この式により、図１１に示すような平均化軌跡の中心角ｋ・θatの平均値である軌跡角θatが求められる。
【００３７】
次に、ステップ２０３において、更新された最新サンプリング点ａ0における平均化軌跡上の前端点の進行方向角θfeaを、平均化軌跡上の前端点の進行方向角の前回値θfeao、平均化軌跡上の前端点の軌跡角θat、およびその前回値θatoを用いて、次式により算出する。
【００３８】
（数３）
θfea＝θfeao＋k・θat−(k−1)・θato
上記の数２式、数３式により、平均化軌跡上の前端点の軌跡角θat、進行方向角θfeaを求めることができたので、最新サンプリング点における平均化軌跡を特定できる。
【００３９】
次に、ステップ２０４において、後端点ｆ、前端点ｇ、平均化軌跡上の後端点の近傍点eのなす角である偏差角θetを、平均化軌跡上の前端点の進行方向角θfea、平均化軌跡上の前端点の軌跡角θat、車体の絶対角θbを用いて、次式により算出する。
【００４０】
（数４）
θet＝θfea＋k・θat／2−θb
次に、ステップ２０５において、平均化軌跡上であって後端点eの近傍点である前端点の進行方向角θfearを、平均化軌跡上の前端点の進行方向角θfeaから中心角ｋ・θatを引いて次式のように算出する。
【００４１】
（数５）
θfear＝θfea−ｋ・θat
次に、ステップ２０６において、後端点ｆの進行方向角θreの制限値θrelimitを、前端点の進行方向角θfearからＣ１・θatを引いて次式のように算出する。ここで、Ｃ１は所定の舵角制限のためのゲインであり、あらかじめ与えられた値である。
【００４２】
（数６）
θrelimit＝θfear−Ｃ１・θat
この制限値θrelimitに後端点ｆの進行方向角θreが一致するように目標後輪舵角を求めればよい。
【００４３】
次に、ステップ２０７において、ステップ２０６において算出したθrelimitを利用して、本ルーチンの最終演算対象である目標後輪舵角の制限値δrlimitを次式のように算出する。ここにおける算出式は、後端点ｆの進行方向角θreを制限値θrelimitに一致させるための後輪の舵角値を算出するものである。
【００４４】
（数７）
δrlimit＝Ｌ／(Ｌf＋Ｌre)・(θrelimit−θb)−(Ｌr−Ｌre)／(Ｌf＋Ｌre)・δf
すなわち、目標後輪舵角を目標後輪舵角の制限値δrlimitと一致するように後輪の舵角を制御すると、後端点ｆが平均化軌跡の内側領域を通ることとなり、後端点の張り出しが抑制できる。
【００４５】
最後にステップ２０８では、次のサンプリングにおける演算のための準備として、平均化軌跡上の前端点の進行方向角θfea及び平均化軌跡上の前端点の軌跡角θatを、それぞれ前回値θfeao及びθatoとして代入しておく。
【００４６】
ここで、ステップ２０７において算出された目標後輪舵角の制限値δrlimitの物理的意味について説明する。仮に、ステップ２０６において、−Ｃ１・θetの項がなくθrelimit＝θfearであったとすると、ステップ２０７において目標後輪舵角の制限値δrlimitは、後端点ｆの進行方向角θreが近傍点ｅ0における平均化軌跡上の前端点の進行方向角θfearに一致するような後輪舵角値として算出される。このように−Ｃ１・θetの項を省いて制限値δrlimitを算出しても、後端点ｆは平均化軌跡３２(t0)の内側領域からはみ出すことはない。しかし、図４に示すように、偏差角θetが存在する場合には、この偏差角θetを考慮した角度だけ後輪舵角の制限値を緩和して、後輪の舵角を大きくしても、後端点ｆが平均化軌跡である円弧３２(t0)の内側領域からはみ出さないようにすることができる。前述したように本演算ルーチンは、後輪舵角が前輪舵角とは逆相に演算される場合のみを想定しているので、後輪舵角の制限値を緩和できるのであればできるだけ緩和、すなわち、後輪舵角制限値の絶対値を大きくして、より小回り性を向上させることが望ましい。従って、ステップ２０６において、−Ｃ１・θetの項を追加することにより、後端点の進行方向角の制限値θrelimitを緩和して求め、緩和した後端点進行方向角の制限値θrelimitに後端点ｆにおける後端点進行方向角θreが一致するように目標後輪舵角の制限値δrlimitを演算することにより、目標後輪舵角の制限値δrlimitをできるだけ緩和している。
【００４７】
尚、Ｃを大きくすると、後端点ｆが平均化軌跡上に速やかに乗るように制御されるが、この場合、制御のハンチング等で後端点ｆが平均化軌跡の外側に一時的に出てしまうおそれがある。よって、Ｃの値は、車両の特性に合わせて適宜調整して設定するとよい。
【００４８】
以上ステップ２０８が実行されると、後輪制限舵角演算ルーチンは終了し、図２に示したメインルーチンに復帰する。次にはステップ１０７の後輪制限舵角スムージング演算ルーチンが実行される。
【００４９】
ステップ１０７では、後輪制限舵角スムージング演算が行われる。目標後輪舵角の制限値δrlimitは、後輪制限舵角演算（図６のステップ２０７）にて演算されるが、この演算は図２のステップ１０５，１０６に示すように、車速センサパルスの入力が更新されたとき、すなわち、サンプリング点が更新されたときのみ実行される。よって、目標後輪舵角の制限値δrlimitはサンプリング点毎の数値となり、離散的になる。この値をそのまま目標舵角として採用すると、サンプリング点を過ぎた段階で、目標舵角が急に変更されることになる。低速走行時にはサンプリング間隔が長くなるので、目標舵角が離散的であると、後輪の操舵も離散的になり、フィーリングが悪くなる。そこで、離散的な目標後輪舵角の制限値δrlimitを補完した連続値である目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsを演算し、この値を後輪舵角の目標値として用いるようにしている。
【００５０】
後輪制限舵角演算ルーチンが終了すると、ステップ１０７の後輪制限舵角スムージング演算ルーチンが実行される。このルーチンの詳細を図８に示す。
【００５１】
図８において、ステップ４０１に示すように、目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsは、１制御周期前のスムージング処理された制限値δrlimits1に、特定の勾配（2δrlimit−δrlimit1−δrlimitst0）／(t0−t1)に制御周期Ｔsを乗算して算出される増分を加算していくことにより次式のように算出される。
【００５２】
（数８）
δrlimits＝δrlimits1＋Ｔs・（2δrlimit−δrlimit1−δrlimitst0）／(t0−t1)
この特定の勾配は、分数表記されており、分母は（t0−t1）、すわわち最新のサンプリング点の時刻t0と前回のサンプリング点の時刻t1との間のサンプリング間隔とし、分子は（２δrlimit−δrlimit1−δrlimitst0）＝（δrlimit−δrlimit1）＋（δrlimit−δrlimitst0）とする。すなわち、最新のサンプリング点における目標後輪舵角の制限値δrlimitと前回のサンプリング点における目標後輪舵角の制限値δrlimit1との偏差に、最新のサンプリング点における目標後輪舵角の制限値δrlimitと最新のサンプリング点における目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitst0との間の偏差を加えた値としている。よって、次回のサンプリング時には、目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsが目標後輪舵角の制限値δrlimitに近づくように調整される。
【００５３】
図１３は、この補間演算の過程を模式的に表現した図である。i点は１回前のサンプリング点（t1時）における目標後輪舵角の制限値δrlimit1、j点は最新サンプリング点（t0時）における目標後輪舵角の制限値δrlimit、ｋ点は最新サンプリング点（t0時）におけるスムージング処理された制限値δrlimitst0を示す。次回のサンプリング点でスムージング処理された制限値δrlimitsが目標後輪舵角の制限値に近づくには、最新サンプリング点（t0時）からさらに（t0−t1）だけ進んだときに、スムージング処理された制限値δrlimitsが線分i-jを延長した点mにきていればよい。よって、線分k-mの傾き（2δrlimit−δrlimit1−δrlimitst0）／(t0−t1)が勾配となるように、現在の目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsを定めてやればよい。
【００５４】
ステップ４０１が実行されると、次にステップ４０２に進む。ステップ４０２では、次の制御周期時にてステップ４０１を実行する際の準備として、１制御周期前のスムージング処理された制限値δrlimits1に現在のスムージング処理された制限値δrlimitsを代入しておく。
【００５５】
ステップ４０２が実行されると、後輪制限舵角スムージング演算ルーチンが終了する。そして図２のメインルーチンに復帰して、ステップ１０８の後輪舵角速度制限演算が実行されることになる。
【００５６】
ステップ１０８では、後輪舵角速度制限演算が行われる。ここでは、上記ステップで求められたスムージング処理された制限値δrlimitsの変化量をみて、その変化量の大きさに応じて制限値δrlimitsを補正する処理を行っている。尚、この中でスムージング処理された制限値δrlimitsの１制御周期前の値はδrlimits_oldとして後述するステップ６０８にて保存されている。
【００５７】
この処理の詳細は、図８に示すように、まず、ステップ６０１にて、制限値の微分値の最大許容量Drl_maxおよび制限値の微分値の最小許容量Drl_minを、車速vに応じた後輪／前輪舵角比ratio_map(v)、ステアリング角δswの微分値dδsw/dt、最大許容ヨーレイト変動速度差Gtmaxおよび後輪に対するヨーレイトゲインGrdr(0)を用いて、次式により求める。
【００５８】
（数９）
Drl_max＝ratio_map(v)・dδsw/dt＋Gtmax／Grdr(0)
（数１０）
Drl_min＝ratio_map(v)・dδsw/dt−Gtmax／Grdr(0)
ここは、ステアリング角δswの微分値dδsw/dtに後輪／前輪舵角比ratio_map(v)をかけて後輪舵角の目標角速度を求め、これを中心に上下に対してGtmax／Grdr(0)だけ振った範囲、すなわち、ヨーレイト変動速度差が許容範囲に入るような範囲を許容範囲とするものである。
【００５９】
次に、ステップ６０２にて、スムージング処理された制限値δrlimitsの時間微分値dδrlimits/dtが制限値の微分値の最大許容量Drl_maxを超えたかどうかを調べる。また、ステップ６０３にて、スムージング処理された制限値δrlimitsの時間微分値dδrlimits/dtが制限値の微分値の最小許容量Drl_min回ったかどうかを調べる。スムージング処理された制限値δrlimitsの時間微分値dδrlimits/dtが制限値の微分値の最大許容量Drl_maxを超えている場合は、ステップ６０５にて、スムージング処理された制限値δrlimitsに、制限値の微分値の最大許容量Drl_maxに制御周期Ｔsをかけ、前回の値δrlimits_oldを加えたものを代入する。スムージング処理された制限値δrlimitsの時間微分値dδrlimits/dtが制限値の微分値の最小許容量Drl_minを回った場合には、ステップ６０４にて、スムージング処理された制限値δrlimitsに、制限値の微分値の最小許容量Drl_minに制御周期Ｔsをかけ、前回の値δrlimits_oldを加えたものを代入する。
【００６０】
（数１１）
δrlimits＝δrlimits_old＋Ts・Drl_max
（数１２）
δrlimits＝δrlimits_old＋Ts・Drl_min
次に、ステップ６０６にて、ステアリング角δswの符号と後輪操舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsの符号が一致するかどうかを判断する。一致した場合、ステップ６０７にて、スムージング処理された制限値δrlimitsに０（零）を代入する。つまり、前輪の操舵と後輪の操舵が同相になるようにスムージング処理された制限値δrlimitsが計算された場合は、スムージング処理された制限値δrlimitsを零とすることにより、後輪が同相に操舵されることを防止している。
【００６１】
最後に、ステップ６０８にて、次回の演算のために、δrlimits_oldに現在のスムージング処理された制限値δrlimitsを代入してこのサブルーチンを終了し、図２のメインルーチンに復帰する。
【００６２】
上記の後輪舵角速度制限演算では、後端張出抑制制御を行う場合の後輪の操舵速度を制限している。また、後端張出抑制制御を行う場合の前輪と後輪が同相操舵しないように後輪の舵角を制限している。
【００６３】
上記の後輪の操舵速度制限について、図１４を参照して説明する。図１４はステアリングを操舵した時のステア角速度dδdw/dtと後輪舵角速度dδrlimits/dtの特性を示すものである。中心の点線はdδrso/dt＝ratio_map(v)・dδsw/dtであり、ステアリング角δswの微分値dδsw/dtに後輪／前輪舵角比ratio_map(v)をかけて求めた後輪舵角の目標角速度を示す。後輪／前輪舵角比ratio_map(v)は、図１２に示すように低い車速では負の値となるので、点線の傾きはマイナスとなっている。また平行な２本の実線は、境界線dδrlimits/dt＝ratio_map(v)・dδsw/dt±Gtmax／Grdr(0)を示す。ステア角速度dδdw/dtと後輪舵角速度dδrlimits/dtが、平行な境界線の中にからでたときは後輪の操舵速度を制限するようにしている。例えば、運転者がステアリングを保持した状態でステア角速度が零の場合、後輪舵角速度は±dt−Gtmax／Grdr(0)の範囲に限定される。そして、ステア角速度の上下に反比例して後輪舵角速度の制限範囲が上下する。
【００６４】
後輪舵角速度制限演算が終了すると、ステップ１０９の目標後輪舵角制限演算が実行される。ここでは、コントローラ２１の最終的な演算対象である目標後輪舵角δrtが演算される。その詳細を図９に示す。ステップ５０１では、実前輪舵角δfが正又はゼロか否かが判断される。実前輪舵角δfが正又はゼロであれば、ステップ５０２へ進み、実前輪舵角δfが負であれば、ステップ５０３へ進む。ステップ５０２では、ステップ１０４にて演算された通常目標後輪舵角δrt0と、ステップ１０７にて演算された目標後輪舵角のスムージング処理された制限値δrlimitsのうち、符号を考慮した上で大きい方の値が目標後輪舵角δrtとして使用される。一方、ステップ５０３では、通常目標後輪舵角δrt0と、スムージング処理された制限値δrlimitsのうち、符号を考慮した上で小さい方の値が目標後輪舵角δrtとして使用される。
【００６５】
低車速で走行中は図１２に示すように後輪舵角は前輪と逆相に演算される。ここで、前輪が正方向に切られている場合は、後輪は負の方向に切られることになり、δrlimits及びδrt0は負又はゼロの値となっている。ここで、δrlimitsの絶対値よりδrt0の絶対値が小さい場合には、δrlimits＜δrt0＜０となり、より大きい通常目標後輪舵角δrt0がそのまま目標後輪舵角δrtとして使用される。また、δrlimitsの絶対値よりδrt0の絶対値が大きい場合には、δrt0＜δrlimits＜０となり、より大きいスムージング処理された制限値δrlimitsが目標後輪舵角δrtとして使用される。前輪が負方向に切られている場合は、後輪は正の方向に切られることになり、δrlimits及びδrt0は正の値となっている。ここで、δrlimitsの絶対値よりδrt0の絶対値が大きい場合には、０＜δrt0＜δrlimitsとなり、より小さい通常目標後輪舵角δrt0がそのまま目標後輪舵角δrtとして使用される。また、δrlimitsの絶対値よりδrt0の絶対値が小さい場合には、０＜δrlimits＜δrt0となり、より小さいスムージング処理された制限値δrlimitsが目標後輪舵角δrtとして使用される。高速走行中の場合には、後輪は前輪と同相となる。この場合、ステップ６０７にて、δrlimitsがステア角と同相の場合はδrlimits＝０とされ、常にδrlimitsの絶対値＜δrt0の絶対値となるので、通常目標後輪舵角δrt0がそのまま目標後輪舵角δrtとして使用される。
【００６６】
最後にステップ１１０では、後輪の舵角が目標後輪舵角δrtに等しくなるようにアクチュエータ１５を制御する。この制御は、後輪舵角センサ１３により実際の後輪５の操舵角を検出し、これが目標後輪舵角δrtに等しくなるようにＰＩＤ制御等を用いてサーボ制御するとよい。これにより、後輪５は、適切な舵角に制御され、低車速において車両後端の張り出しが防止されることになる。
【００６７】
上述した本発明に係る後輪操舵装置の実施形態によれば以下の効果を奏する。すなわち、コントローラ２１が、車両の後端点ｆが前端点ｇの走行軌跡を滑らかに平均化した平均化軌跡３２等の内側領域からはみ出さないように目標後輪舵角δrtを制限するので、車両１が低速域にて走行中に前輪３に対し後輪５が逆相操舵されていても、前端点ｇの平均化軌跡３２等に対して後端点ｆがその外側領域に張り出さないように目標後輪舵角δrtが制限され、車両後端点ｆの張り出しの問題を解消することが可能となる。
【００６８】
また、前端点ｇの走行軌跡３０を滑らかに平均化した平均化軌跡３２等に基づいて目標後輪舵角δrtを制限しているので、前端点の走行軌跡３０が乱れるような場合においても、その乱れの影響が目標後輪舵角δrtの演算結果に反映されにくくなる。従って、本発明によれば、より車両の旋回性を向上させることが可能となるのである。
【００６９】
さらには、目標後輪舵角制限値δrlimitsを演算するにあたり、平均化軌跡上後端点近傍点ｅと車両の後端点ｆとの偏差に関連する緩和量である偏差角θetを考慮して演算している。従って、当該偏差が発生している場合には、目標後輪舵角制限値δrlimitsの絶対値をより大きく設定できる方向に演算することができる。よって、前輪３に対し後輪５が逆相操舵されている場合には、確実に車両１の後端点ｆの張り出しの問題を解消しつつ、より小回り性を向上することが可能となる。
【００７０】
加えて、平均化軌跡である円弧３２を更新する際には、最新サンプリング点が更新された時点で前回演算した円弧３２の情報と最新サンプリング点の情報のみに基づいて行うことができる。従って、平均化軌跡である円弧３２を演算するにあたり、コントローラ２１は、最新のサンプリング点ａの情報のみを記憶しておけばよく、過去の複数のサンプリング点の情報まで記憶しておく必要がない。また、円弧３２よって走行軌跡３０を近似しているので、円弧特有の幾何学的特性を利用することができ、多項式近似等の複雑な手法に比して簡易に平均化軌跡を演算することができる。よって、コントローラ２１が必要なワークスペースやメモリ容量を節約することができるとともに、演算速度が向上する。
【００７１】
また、目標後輪舵角の制限値δrlimitを連続値であるスムージング処理された制限値δrlimitsに補間演算するにあたり、少なくとも過去のサンプリング点入力時点t1にて演算された制限値δrlimit1のみならず最新サンプリング点入力時点t0におけるスムージング処理された制限値δrlimitsをも考慮に入れて、最新サンプリング点入力時点t0以降次回サンプリング点入力時点までの現在のスムージング処理された制限値δrlimitsを演算するので、補間演算された結果である現在のスムージング処理された制限値δrlimitsは、過去の制限値の増減傾向及び過去における制限値δrlimitとスムージング処理された制限値δrlimitsとの偏差をも考慮に入れた信頼性の高い値となる。
【００７２】
さらには、前端点ｇ及び後端点ｆは、それぞれ車両１の最前端部及び最後端部に設定されている。従って、車両後端の張り出しにより車両横側の障害物に最も接触しやすい車両の最後端部が、車両の最前端部に係わる平均化軌跡３２に対して外側に張り出すことがなくなり、車両後端の張り出しによる車両横側の障害物への接触をより確実に防止することが可能となる。
【００７３】
尚、車両の形状によっては、前端点ｇよりも前方や左右方向に張出した形状の付属物、後端点ｆよりも後方や左右方向に張出した形状の付属物があることがわかっている場合は、前端点ｇや後端点ｆをその付属物の端部の位置に置き換えて計算すればよい。
【００７４】
以上、説明したように、本実施態様の後輪操舵装置は、前輪の舵角に応じて後輪を操舵する装置であり、後輪の制限舵角を演算する後輪制限舵角演算ルーチン１０６、この演算値をスムージングする後輪制限舵角スムージング演算ルーチン１０７、後輪の通常目標後輪舵角を制限値に規制する目標後輪舵角制限演算ルーチン１０９および実際に後輪の操舵を行う後輪操舵アクチュエータ駆動ステップ１１０とから構成される後端張出抑制制御手段を備えている。
【００７５】
また、後端張出抑制制御手段の制限値の微分値である後輪操舵の速度dδrlimits/dtを特定の範囲ratio_map(v)・dδsw/dt±Gtmax／Grdr(0)に制限するステップ６０１〜６０４から構成させる後輪操舵速度制限手段を備えている。よって、スムージング処理された制限値δrlimitsは、更に、その微分値である変化速度が特定の範囲ratio_map(v)・dδsw/dt±Gtmax／Grdr(0)から外れないように制限されるので、ステアリング操作に対して、後輪が大きな変化を起こすことがない。
【００７６】
図１５は、２ＷＳ車両（後輪舵角はゼロ）、舵角比例制御、後端張出抑制制御、及び本発明の実施形態による制御を採用した場合において、ステアリング角５４５°（左）（前輪左舵角３８．９３°）、車速５km/h一定にてＵターンを想定した場合の車両のシミュレーション結果をそれぞれ示している。なお、本発明の実施形態による制御を採用した場合における発進時の実後輪舵角δｍはゼロになっているものとする。これは、エンジン停止時に、運転者がステアリングを操舵した場合、停止前の走行軌跡に沿って後輪を操舵すると、あらぬ方向に動きかねないからである。
【００７７】
図１５の結果から明らかなように、ｃの部分で目標後輪舵角δrt0が急激に変化しているのに対し、本発明の実施形態による制御を採用した場合は、ｄに示すように目標後輪舵角δrt0の変化が緩やかになっている。
【００７８】
更に、後端張出抑制制御手段の制限値がステアリング角δsと同相であるとき、後端張出抑制制御手段の制限値を無効化することにより、後端張出抑制制御手段が後端の張出しを抑制するよう後輪の操舵を行っている場合に、前輪と後輪が同相に操舵しないよう舵角を制限するステップ６０６〜６０７より構成される同相舵角制限手段を備えている。これにより、後端張出抑制制御による車両の平行移動はおこらない。
【００７９】
上記の実施態様においては、後端張出抑制制御を他の方法、例えば、走行軌跡を平均化しないで張出しを調べる方法や、００１−２４２８４２号の第２実施態様にて提案した、平均化軌跡を複数に分割する方法等、で代用してもかまわない。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１及び請求項３の発明によれば、車両が低速時に、車両が平行に動くことによる運転者の違和感を解消できる。
【００８１】
請求項２及び請求項３の発明によれば、後端張出抑制制御による後輪の急激な操舵による運転者の違和感を解消できる。
【００８２】
請求項４の発明によれば、後輪の操舵によるヨーレイト変動が許容される速度差以内となるため、運転者の違和感を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る後輪操舵装置を含んだ四輪操舵車両の概念図である。
【図２】コントローラが実行するメインルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における初期化処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における割り込み処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における通常後輪舵角演算処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態における後輪制限舵角演算処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態における後輪制限舵角スムージング演算処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態における後輪舵角速度制限演算処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態における目標後輪舵角制限演算を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態における車両の運動を示すモデル図である。
【図１１】平均化軌跡が最新サンプリング点が変わる度に更新されていく様子を示した模式図である。
【図１２】舵角比例制御における後輪／前輪舵角比マップを示した図である。
【図１３】本発明の実施形態における補間演算の過程を模式的に表現した図である。
【図１４】本発明の実施形態におけるステア角速度dδdw/dtと後輪舵角速度dδrlimits/dtの特性を示すグラフである。
【図１５】車両運動シミュレーションを行なった場合の、車速ｖと、目標後輪舵角δrt、及びステアリング角の推移をそれぞれ示したグラフである。
【符号の説明】
１  車両
３  前輪
５  後輪
７  ステアリング
９  車輪速センサ
１１  前輪舵角センサ
１３  後輪舵角センサ
１７  ヨーレートセンサ
１９  イグニッションスイッチ
２１  コントローラ
２３  シフト位置センサ
３０  実際の走行軌跡
３０  走行軌跡
３２  曲線
３２  平均化軌跡
ａ，ａ0，ａ1，b，c，d  サンプリング点
Ｃ１  所定の舵角制限のためのゲイン
Drl_max  制限値の微分値の最大許容量
Drl_min  制限値の微分値の最小許容量
Ｄｘ  サンプリング距離
dδdw/dt  ステア角速度
dδrlimits/dt  後輪舵角速度
e，ｅ0，ｅ1  平均化軌跡上の後端点の近傍点
ｇ  前端点
Grdr(0)  後輪に対するヨーレイトゲイン
Gtmax  最大許容ヨーレイト変動速度差
ｋ・θat，ｋ・θato  平均化軌跡の中心角
Ｌ  ホイールベース
Ｌe／Ｄx  車両全長
Ｌf  重心から前輪までの車軸長
Ｌfe  重心から前端までの長さ
Ｌr  重心から後輪までの車軸長
ratio_map(v)  後輪／前輪舵角比
t0  最新サンプリング点の時刻
t1  １回前のサンプリング点の時刻
Ｔd0  初期車速パルス入力間隔時間
Ｔs  制御周期
v  車速
γ  ヨーレイト
δf  実前輪舵角
δm  実後輪舵角
δr  後輪舵角
δrlimit  最新サンプリング点における目標後輪舵角の制限値
δrlimit1  １回前のサンプリング点における目標後輪舵角の制限値
δrlimits  スムージング処理された制限値
δrlimits1  １制御周期前のスムージング処理された制限値
δrlimitst0  最新サンプリング点におけるスムージング処理された制限値
δrt，δrt0  通常目標後輪舵角
δsw  ステアリング角
θat，θato  平均化軌跡上の前端点の軌跡角
θb  車体の絶対角
θet  偏差角
θfe  前端点の進行方向角
θfea，θfeao  平均化軌跡上の前端点の進行方向角
θfear  平均化軌跡上であって後端点eの近傍点である前端点の進行方向角
θre  後端点の進行方向角
θrelimit  後端点の進行方向角の制限値
ステップ１０６  後輪制限舵角演算
ステップ１０７  後輪制限舵角スムージング演算ルーチン
ステップ１０８  後輪舵角速度制限演算
ステップ１０９  目標後輪舵角制限演算
【図１】
0003972711.tif 000002
【図２】
0003972711.tif 000003
【図３】
0003972711.tif 000004
【図４】
0003972711.tif 000005
【図５】
0003972711.tif 000006
【図６】
0003972711.tif 000007
【図７】
0003972711.tif 000008
【図８】
0003972711.tif 000009
【図９】
0003972711.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003972711.tif 000012
【図１２】
0003972711.tif 000013
【図１３】
0003972711.tif 000014
【図１４】
0003972711.tif 000015
【図１５】
0003972711.tif 000016