JP5228937B2 - 挙動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の旋回走行時に、車輪の転舵角を制御して実ヨーレートを目標ヨーレートに近づけることのできる挙動制御装置に関するものである。

一般に、車両が旋回走行するとき、ステアリングホイールの操舵過剰、または路面の滑りなどにより、車両の挙動がオーバーステア状態となることがある。このような車両のオーバーステアを抑制するための技術が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された車両は、ステアリングホイールの回転操作に応じて左右の前輪の転舵角が制御される構成であり、その際、ステアリングホイールによる操舵角を、操舵角補正装置により自動的に補正した転舵角にて、左右の前輪が転舵されるように構成されている。また、車両には電子制御装置が設けられており、電子制御装置には車速を示す信号、ヨーレートを示す信号、車体の横加速度を示す信号、ステアリングホイールの操舵角を示す信号などが入力される。

そして、ステアリングホイールの操舵角が所定値以上である場合は、車速および車体の横加速度等の信号から車体のヨーレート、つまり目標ヨーレートが求められる。そして、ヨーレートセンサにより求められる実ヨーレートと目標ヨーレートとが比較され、実ヨーレートを目標ヨーレートに近づけるように、実際の転舵角を自動的に低減する制御をおこなうことで、車両のオーバーステアを抑制する。また、車輪の転舵角を自動的に低減する制御をおこなっているときに、運転者がステアリングホイールを戻す操作、つまり、カウンターステアをおこなった場合は、車輪の操舵角を自動的に低減する制御の制御量を削減することが記載されている。なお、車両の旋回走行時におけるヨーレートを制御する挙動制御装置は、特許文献２にも記載されている。

特開２００７−１３１２９６号公報 特開平８−３３２９７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている挙動制御装置においては、外乱が発生したときの車両状態を修正するために、運転者がカウンターステアをおこなったときに、そのステアリングホイールの操舵角の減少に併せて、車輪の転舵角を制御する制御量が低減されると、運転者に違和感を与える虞があった。

この発明は上記事情を背景としてなされたものであって、実ヨーレートを目標ヨーレートに近づける制御をおこなう際に、車両の挙動に運転者が違和感を持つことを回避できる、挙動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、車両の運転者により操作されるステアリング装置の操舵角を求め、前記車両が旋回走行する際の目標ヨーレートを前記操舵角に基づいて求め、前記車両が旋回走行する際の実ヨーレートを前記目標ヨーレートに近づけるように、前記車両の車輪の転舵角を制御する挙動制御装置において、前記車両が旋回走行する際に外乱で発生した前記車両の挙動変化を修正するために、前記操舵角を減少させる方向に前記ステアリング装置を戻すカウンターステアがおこなわれたか否かを判断するカウンターステア判断手段と、このカウンターステア判断手段により前記ステアリング装置を戻すカウンターステアがおこなわれたと判断された場合は、その判断時点以前に求められていた目標ヨーレートを選択するヨーレート選択手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、車両が旋回走行している際に外乱で発生した車両の挙動変化を修正するために、操舵角を減少させる方向にステアリング装置を戻すカウンターステアがおこなわれた場合は、その判断時点以前に求められていた目標ヨーレートを選択し、実ヨーレートを目標ヨーレートに近づけるように、車輪の転舵角を制御することができる。したがって、外乱による操舵角の変化を用いて目標ヨーレートが求められることを防止でき、運転者の違和感を回避できる。

この発明の制御例を示すフローチャートである。 図１に示す制御例を実行可能な車両の概念図である。 図１のフローチャートの処理ステップで用いるテーブルの一例である。 図１のフローチャートの処理ステップで用いるテーブルの他の例である。 図１に示す制御例を実行可能な他の車両を示す概念図である。

つぎに、この発明の制御を実行可能な車両の構成例を、図２に基づいて説明する。図２に示された車両Ａは、車輪、具体的には、左前輪１および右前輪２および左後輪３および右後輪４を有している。また、左前輪１のホイールには、その左前輪１を駆動する電動モータ５が取り付けられており、右前輪２のホイールには、その右前輪２を駆動する電動モータ６が取り付けられており、左後輪３のホイールには、その左後輪３を駆動する電動モータ７が取り付けられており、右後輪４のホイールには、その右後輪４を駆動する電動モータ８が取り付けられている。つまり、４個の車輪はいずれもインホイールモータ型の車輪である。車両Ａの車体には蓄電装置（図示せず）が搭載されており、蓄電装置から各電動モータに電力を供給して力行制御することができる。これとは逆に、車両Ａの惰力走行時に各電動モータで発電をおこない、その電力を蓄電装置に充電することもできる。前記蓄電装置としては、充電及び放電をおこなうことのできる二次電池、より具体的にはバッテリまたキャパシタを用いることができる。上記の車両Ａは、左右の車輪同士の間、または前輪と後輪との間で発生する駆動力配分を制御可能な四輪駆動車である。

また、左前輪１および右前輪２はサスペンション（図示せず）により支持されており、転舵角を変更可能に構成されている。その左前輪１および右前輪２の転舵角を制御するための舵角制御装置１２が設けられている。さらに図３に示すようにステアリングホイール２０が設けられており、そのステアリングホイール２０が舵角制御装置１２に動力伝達可能に接続されている。ステアリングホイール２０は運転者により操作されて回転軸を中心として所定角度範囲内で回転可能である。この舵角制御装置１２は、ステアリングホイール２０の回転力を、前輪の転舵力に変換する機構である。これにより、ステアリングホイール２０の操作力が左前輪１および右前輪２に伝達されて、各車輪の転舵角が変更される。また、舵角制御装置１２により、左前輪１および右前輪２の転舵角と、ステアリングホイール２０の操作量から求められる操舵角とを一致させる制御、または異ならせる制御をおこなうことができる。この舵角制御装置１２としては、例えば電動モータまたは油圧シリンダなどのアクチュエータを有するものが用いられる。なお、この種の舵角制御装置１２については、例えば、特開平６−３３６１７２号公報、特開平５−２４５５３号公報などに記載されているように公知であるため、その具体的な図示および説明を省略する。

さらに、舵角制御装置１２を制御する車両用電子制御装置（ＥＣＵ）９が設けられているとともに、各電動モータを制御するモータ用電子制御装置（ＥＣＵ）１０が設けられている。この車両用電子制御装置９には、ステアリングホイール２０の操作量を検知する操舵角センサの信号、ステアリングホイール２０に加えられる操作力（トルク）を検知するトルクセンサの信号、車両Ａの前後方向の加速度および横方向の加速度、および車両Ａの重心周りにおけるヨーレートを検出するセンサ１３の信号、車速を検知するセンサの信号、アクセル開度を検知するセンサの信号などが入力される。さらに、車両Ａにはナビゲーションシステム１４が搭載されている。このナビゲーションシステム１４は、車両Ａの現在位置を検知し、かつ、車両Ａの目的地を入力し、かつ、車両Ａの走行予定経路を検索する操作をおこなうことができる装置である。このナビゲーションシステム１４をコントロールする電子制御装置と、車両用電子制御装置９との間で信号の授受がおこなわれ、モータ用電子制御装置１０と車両用電子制御装置９との間で信号の授受がおこなわれる構成である。

つぎに、図２に示された車両Ａで実行される制御例を説明する。まず、車速およびアクセル開度に基づいて、車両Ａにおける目標駆動力が求められ、その目標駆動力に基づいて、各電動モータのトルクおよび回転数が制御される。また、車両Ａの走行中に、ステアリングホイール２０の操作量から操舵角が求められ、その操舵角に基づいて、左前輪１および右前輪２の転舵角が制御される。これにより、車両Ａが直進走行および旋回走行をおこなうことができる。さらに、この実施例では、車両Ａの走行中に、車両Ａの実ヨーレートを目標ヨーレートに近づけるために、ステアリングホイール２０の操作量に対応する操舵角と、前輪の操舵角とを一致または異ならせる制御をおこなうことができる。

つぎに、車両Ａの走行中、具体的には旋回走行中におこなわれる制御例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、規範（目標）ヨーレートγrefが、数式（１）に基づいて演算される（ステップＳ１）。
γref＝［Ｖ／｛（１＋ＫhrefＶ²）Ｌ｝］（θ／ｎ） ・・・（１）
ここで、Ｖは車速であり、Ｋhrefは目標スタビリティファクタであり、Ｌはホイルベースである。この目標スタビリティファクタは、車両Ａの旋回時における挙動を、オーバーステアまたはニュートラルステアまたはアンダーステアなどのステア特性とするための値である。

また、車両Ａの旋回走行中に外乱（例えば後輪の横滑り）が発生してオーバーステア特性が強められた時、車両Ａの挙動を修正するために運転者がカウンターステアをおこなったか否かが判定される（ステップＳ２）。ここで、カウンターステアとは、ステアリングホイール２０が左右いずれかの向きに操舵されている状態から、そのステアリングホイール２０の操舵角を減少させる向きで回転する操作である。このステップＳ２では、運転者のステアリングホイール２０の操作状態および車両Ａの状態を総合的に判断する。このステップＳ２の判断にあたり、図３および図４に示すテーブルを用いる。

具体的には、図３のテーブルを用いて、θ×Ｇｙの値と、θ×ｄθ／ｄｔの値とに基づいて、ステアリングホイール２０の状態を判定する。ここで、θは、ステアリングホイール２０の操作量から求められる操舵角（以下、ステアリングホイール２０の操舵角と記す）であり、Ｇｙは、車両の横加速度であり、ｄθ／ｄｔは、ステアリングホイール２０の操舵角の時間微分値である。なお、ステアリングホイール２０の操舵角とは、中立位置を基準とする回転角であり、図３では、ステアリングホイール２０が左方向に回転されている場合の操舵角が例示されている。そして、θ×Ｇｙが零度を越え、かつ、θ×ｄθ／ｄｔが零度を越えている場合は、ステアリングホイール２０の左方向への操舵角が増加中（切り増し）である（ケース１）と判定する。また、θ×Ｇｙが零度を越え、かつ、θ×ｄθ／ｄｔが零度以下である場合は、ステアリングホイール２０が切り戻しされている（ケース２）と判定する。この切り戻しとは、切り増しされたステアリングホイール２０が、中立位置に向けて戻されていることを意味する。

これに対して、θ×Ｇｙが零度以下であり、かつ、θ×ｄθ／ｄｔが零度を越えている場合は、ステアリングホイール２０の切り返し（ケース３）と判定する。ここで、切り返しとは、前記切り戻しによりステアリングホイール２０が、中立位置を通過して右方向に操舵されたことを意味する。さらに、θ×Ｇｙが零度以下であり、かつ、θ×ｄθ／ｄｔが零度以下である場合は、カウンター戻し（ケース４）と判定する。ここで、カウンター戻しとは、右方向に切り返されたステアリングホイール２０が、中立位置に向けて左方向に回転されていることである。

また、図４のテーブルでは、ｙａｗ×ｄβ／ｄｔの値に基づいて、車両Ａの状態（ステア特性）を判定する。ここで、ｙａｗはヨーレートであり、ｄβ／ｄｔは、スリップ角βの時間微分値である。ここで、スリップ角βとは、車両Ａが直進する時における幅方向の中心線Ｘと、車両Ａが旋回する時における幅方向の中心線Ｙとのなす鋭角側の角度である。そして、ｙａｗ×ｄβ／ｄｔが零度以上である場合は、ヨーレートが増加し、かつ、スリップ角βが減少していると判定する。これは、車両Ａがアンダーステア（ＵＳ）傾向で旋回することを意味する。これに対して、ｙａｗ×ｄβ／ｄｔが零度未満である場合は、ヨーレートが増加し、スリップ角βが増加していると判定する。これは、車両Ａがオーバーステア（ＯＳ）傾向で旋回することを意味する。

前記のステップＳ２についで、ステアリングホイール２０がカウンターステア状態（カウンターステア実施中）であるか否かが判断される（ステップＳ３）。ここでは、図３のテーブルにおいて、ケース２またはケース３またはケース４のいずれかであると判定され、かつ、図４のテーブルにおいて、ｙａｗ×ｄβ／ｄｔが零未満であると判定されると、ステップＳ３で肯定的に判定され、これ以外の条件ではステップＳ３で否定的に判断される。

ステップＳ３で肯定的に判断された場合は、この制御ルーチンを前回実行したときに、ステップＳ３で肯定的に判断されたか否かが判断される（ステップＳ４）。このステップＳ４で否定的に判断された場合は、制御ルーチンの今回実行時にステップＳ１で求められた目標ヨーレートを保存（記憶）し（ステップＳ１１）、ステップＳ５に進む。このステップＳ５では、実ヨーレートを制御するための目標ヨーレートとして、ステップＳ１１で保存された目標ヨーレートを選択し、この制御ルーチンを終了する。これに対して、ステップＳ４で肯定的に判断された場合もステップＳ５に進む。

一方、前記ステップＳ３で否定的に判断された場合は、この制御ルーチンを前回実行したときに、ステップＳ３で肯定的に判断されたか否かが判断される（ステップＳ２１）。このステップＳ２１で否定的に判断された場合は、この制御ルーチンを終了し、ステップＳ２１で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１で用いた数式（１）により目標ヨーレートを求め（ステップＳ２２）、この制御ルーチンを終了する。そして、この実施例では、実ヨーレイトを、ステップＳ５またはステップＳ２２で求められた目標ヨーレートに近づけるように、舵角制御装置１２により前輪の転舵角が制御される。なお、図３および図４のテーブルでは車両Ａが左旋回する例が示されているが、車両Ａが右旋回する場合も図１の制御を実行できる。この場合は、図３および図４のテーブルで説明したステアリングホイール２０の操舵方向は、右と左とが逆になる。

また、図１の制御例では、車両Ａが旋回走行しているときに、外乱によって車両Ａのオーバーステア特性が強められ、その挙動を修正しようとして運転者がステアリングホイール２０をカウンターステアした場合は、その時点以前のルーチンで求められていた目標ヨーレートを用いて、実ヨーレートが制御がされる。なお、前記「その時点以前」には、その時点自体も含まれる。したがって、外乱によるステアリングホイール２０の操舵角の変化が、目標ヨーレートの算出データとして用いられることを防止でき、運転者の違和感を回避することができる。

つぎに、図１の制御例を実行可能な車両の構成例を図５に基づいて説明する。図５において、図１の構成と同じ構成部分については、図１と同じ符号を付してある。図５の車両Ｂは、エンジン１５に変速機１６が動力伝達可能に接続され、その変速機１６には、プロペラシャフト１７を介在させてデファレンシャル１８が動力伝達可能に接続されている。このデファレンシャル１８に左後輪３および右後輪４が接続されている。このデファレンシャル１８は、左後輪３および右後輪４に伝達する動力の分配比を制御可能に構成されている。ここで、左右の車輪、または前後輪に伝達するトルク配分を制御可能なデファレンシャルは、例えば、特開平５−３０１５７３号公報、特開平６−９２１５７号公報などに記載されているように公知であるため、その構成の図示および説明を省略する。

また、デファレンシャル１８から左右の後輪に伝達されるトルクの配分を制御するデフ用電子制御装置１９が設けられており、そのデフ用電子制御装置１９と車両用電子制御装置９との間で信号の授受がおこなわれる構成である。このように、図５に示された車両Ｂは、左右の後輪に伝達するトルク配分を制御することの可能な二輪駆動車である。この図５に示された車両Ｂにおいても、図１の制御例を実行可能である。

ここで、図１に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ３が、この発明のカウンターステア判断手段に相当し、ステップＳ４およびステップＳ１１およびステップＳ５が、この発明のヨーレート選択手段に相当する。また、ステアリングホイール２０が、この発明のステアリング装置に相当し、左前輪１および右前輪２が、この発明の車輪（操舵輪）に相当する。

１…左前輪、 ２…右前輪、 ２０…ステアリングホイール、 Ａ，Ｂ…車両。

Claims (1)

1. 車両の運転者により操作されるステアリング装置の操舵角を求め、前記車両が旋回走行する際の目標ヨーレートを前記操舵角に基づいて求め、前記車両が旋回走行する際の実ヨーレートを前記目標ヨーレートに近づけるように、前記車両の車輪の転舵角を制御する挙動制御装置において、
   前記車両が旋回走行する際に外乱で発生した前記車両の挙動変化を修正するために、前記操舵角を減少させる方向に前記ステアリング装置を戻すカウンターステアがおこなわれたか否かを判断するカウンターステア判断手段と、
   このカウンターステア判断手段により前記ステアリング装置を戻すカウンターステアがおこなわれたと判断された場合は、その判断時点以前に求められていた目標ヨーレートを選択するヨーレート選択手段と
   を備えていることを特徴とする挙動制御装置。

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