JP2001334951A - 車両の前後輪舵角制御装置 - Google Patents

車両の前後輪舵角制御装置

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JP2001334951A JP2000295051A JP2000295051A JP2001334951A JP 2001334951 A JP2001334951 A JP 2001334951A JP 2000295051 A JP2000295051 A JP 2000295051A JP 2000295051 A JP2000295051 A JP 2000295051A JP 2001334951 A JP2001334951 A JP 2001334951A
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目標旋回中心位置の演算が容易で、車両の旋
回中に所定の旋回半径を実現しながら車両後端外側の張
り出し量を制限できる前後輪舵角制御をする。 【解決手段】 運転者のステアリング操作量に基づいた
目標旋回半径を算出し、車両の旋回中の車両後端外側の
張り出し量を制限するように、車両の旋回初期には目標
旋回中心位置を車両後端の延長線上とし、以降、旋回の
進行とともに目標旋回中心位置を徐々に車両前方方向に
移動させ、これらに基づいて前後輪舵角の指令値を算出
する。これにより、旋回初期における車両後端外側の張
り出し量を制限し、また、運転者に違和感を感じさせる
ことなく旋回中の車両の横滑り角と内輪差を小さくす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の前後輪舵角
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、特開平２−７４４７３号公報に記
載されているような車両の後輪舵角制御装置が知られて
いる。この従来の技術は、所定の回転半径を実現するよ
うに、運転者の操舵によって動作する前輪舵角に所定比
を乗算して算出した主後輪舵角に対して、車両後端部近
傍の定点Ｂが車両前端部近傍の定点Ａの軌跡の内側に入
るように後輪舵角を制限するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、主後輪舵角と後輪舵角の制限値と
を大小関係によって切り換える構成となっていたため
に、次のような問題点があった。
【０００４】図２５は従来技術をシミュレーションした
結果であるが、後輪舵角の切り換えの際に車両の横滑り
角やヨーレートが変化しており、このために運転者が違
和感を感じるという問題点があった。
【０００５】また、車両前端部近傍の定点Ａの軌跡を対
地座標で演算する必要があり、このために車両重心点の
演算と車両のヨー角とを演算する必要があって、演算が
複雑であるという問題点もあった。
【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、目標回転中心位置の演算が容易で、車
両の旋回中に所定の回転半径を実現しながら車両後端外
側の張り出し量を制限することができる車両の前後輪舵
角制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、前後輪の舵角をそれぞれ独立
に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置にお
いて、ステアリング操作量に基づいて、目標旋回半径を
算出する目標旋回半径算出手段と、前記目標旋回半径に
基づいて、車両の旋回中に車両後部外側の張り出し量を
制限するように車両が旋回中の目標旋回中心位置を車両
の前後方向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る直線上
として目標旋回中心位置を算出する目標旋回中心位置算
出手段と、前記目標旋回中心位置を実現するように、前
後輪舵角の指令値を算出する前後輪舵角指令値算出手段
とを備えて成ることを要旨とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する装置を
備えた車両の前後輪舵角制御装置において、ステアリン
グ操作量に基づいて、目標旋回半径を算出する目標旋回
半径算出手段と、前記目標旋回半径に基づいて、車両の
旋回中に車両後部外側の張り出し量を制限するように、
車両の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向
の軸線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以
降、旋回の進行とともに目標旋回中心位置を徐々に車両
前方方向に移動させて目標旋回中心位置を算出する目標
旋回中心位置算出手段と、前記目標旋回中心位置を実現
するように、前後輪舵角の指令値を算出する前後輪舵角
指令値算出手段とを備えて成ることを要旨とする。
【０００９】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２に記載の車両の前後輪舵角制御装置に
おいて、前記目標旋回中心位置算出手段は、車両の旋回
初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸線に直
交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋回の進
行とともに目標旋回中心位置を前輪車軸と後輪車軸の中
央の点を通り車軸と平行な直線上まで徐々に移動させる
ことを要旨とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２又は３記載の車両の前後輪舵角制御装
置において、前記目標旋回中心位置算出手段は、車両の
旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸線
に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、車両
外側の後端点の軌跡が旋回初期における車両外側の接線
と一致するように目標旋回中心位置を移動させることを
要旨とする。
【００１１】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載の
車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回中心
位置算出手段は、車両の旋回初期には目標旋回中心位置
を車両の前後方向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る
直線上とし、以降、旋回の進行とともに車両の移動量に
基づいて目標旋回中心位置を徐々に車両前方方向に移動
させることを要旨とする。
【００１２】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２ないし請求項５のいずれか１項記載の
車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回中心
位置算出手段は、車両の旋回初期には目標旋回中心位置
を車両の前後方向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る
直線上とし、以降、旋回の進行とともに車両重心点の移
動量と等しい距離だけ目標旋回中心位置を車両前方方向
に移動させることを要旨とする。
【００１３】請求項７記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２ないし請求項５のいずれか１項記載の
車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回中心
位置算出手段は、車両の旋回初期には目標旋回中心位置
を車両の前後方向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る
直線上とし、以降、旋回の進行とともに、車両重心点の
移動量を上限として目標旋回中心位置を車両前方方向に
移動させることを要旨とする。
【００１４】請求項８記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載の
車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回中心
位置算出手段は、車両の旋回初期には目標旋回中心位置
を車両の前後方向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る
直線上とし、以降、旋回の進行とともに車両の姿勢に基
づいて回転中心を徐々に車両前方方向に移動させること
を要旨とする。
【００１５】請求項９記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項２，３，４又は８記載の車両の前後輪舵
角制御装置において、前記目標旋回中心位置算出手段
は、車両の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後
方向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、
以降、旋回の進行とともに、旋回初期の目標旋回中心位
置と車両外側の後端点との距離に車両のヨー角変化量を
乗算した距離だけ目標旋回中心位置を車両前方方向に移
動させることを要旨とする。
【００１６】請求項１０記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項２，３，４又は８記載の車両の前後輪
舵角制御装置前記目標旋回中心位置算出手段は、車両の
旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸線
に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋回
の進行とともに、旋回初期の目標旋回中心位置と車両外
側の後端点との距離に車両のヨー角変化量を乗算した距
離を上限として目標旋回中心位置を車両前方方向に移動
させることを要旨とする。
【００１７】請求項１１記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項２ないし請求項１０のいずれか１項記
載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回
中心位置算出手段は、車両の旋回初期には目標旋回中心
位置を、車両の後端部近傍の形状に応じて車両の前後方
向の軸線に直交しかつ車両の後端を通る直線上より前方
の位置とすることを要旨とする。
【００１８】請求項１２記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記
載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標旋回
中心位置算出手段は、車体固定座標によって目標旋回中
心位置を算出することを要旨とする。
【００１９】請求項１３記載の発明は、上記課題を解決
するため、前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独
立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置に
おいて、ステアリング操作量に基づいて、車両上の基準
点Ｐの目標旋回半径Ｒｅを算出する目標旋回半径演算手
段と、前記基準点Ｐの目標姿勢角βを算出する目標姿勢
角演算手段と、前記目標旋回半径Ｒｅと前記目標姿勢角
βに基づいて前後輪の目標転舵角を演算すると共に、目
標姿勢角βを大きくする間は、目標姿勢角一定の場合の
前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づ
く向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角βを小さ
くする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角
に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記
目標転舵角を補正し、演算する目標転舵角演算手段と、
を備えたことを要旨とする。
【００２０】請求項１４記載の発明は、上記課題を解決
するため、前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独
立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置に
おいて、ステアリング操作量に基づいて算出された車両
上の基準点Ｐの目標旋回半径Ｒｅと、前記基準点Ｐの目
標姿勢角βとに基づいて、前後輪の目標転舵角を演算す
ると共に、目標姿勢角を大きくする間は、目標姿勢角β
が一定の場合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車
両に近づく向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角
を小さくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転
舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに
前記目標転舵角を補正する目標転舵角演算手段と、を備
えたことを要旨とする。
【００２１】請求項１５記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項１３または請求項１４記載の車両の前
後輪舵角制御装置において、前記目標転舵角演算手段
は、転舵中心半径Ｒを、目標旋回半径Ｒｅと車両基準点
Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角の変化量δβ／δ
ｚに応じて略１／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δβ／δｚとし、か
つ、転舵中心仰角θを略βとする点Ｑを転舵中心点とす
るように目標転舵角を演算することを要旨とする。
【００２２】請求項１６記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項１３ないし請求項１５のいずれか１項
記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標姿
勢角演算手段は、基準点Ｐの移動距離δｚに対する目標
姿勢角変化量δβ／δｚが急変しないように目標姿勢角
を演算することを要旨とする。
【００２３】請求項１７記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項１３ないし請求項１６のいずれか１項
記載の車両の前後輪舵角制御装置において、車両上のあ
る点が一定距離移動するごとにパルスを出力する車速セ
ンサを少なくとも１つ有すると共に、前記目標転舵角演
算手段は、その車速センサのパルスに同期して演算を実
行することを要旨とする。
【００２４】請求項１８記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項１３ないし請求項１７のいずれか１項
記載の車両の前後輪舵角制御装置において、車両の移動
速度を検出する車速検出手段を備え、前記目標転舵角演
算手段は、車両がほぼ停止しているとみなせる状態にあ
っては、目標姿勢角の変化の向き及び割合によらず、転
舵中心半径ＲがＲｅと一致し、転舵中心仰角θがβとな
る点Ｑから目標転舵角を演算することを要旨とする。
【００２５】請求項１９記載の発明は、上記課題を解決
するため、請求項１３ないし請求項１８のいずれか１項
記載の車両の前後輪舵角制御装置において、前記目標転
舵角演算手段は、前記基準点Ｐの移動距離δｚに対する
転舵中心仰角θの変化量δθ／δｚの上限値を、目標姿
勢角と目標旋回半径Ｒｅに応じて制限するように目標転
舵角を演算することを要旨とする。
【００２６】次に、本明細書中で用いる用語の定義を図
２４を参照して明確にする。この定義は、特許請求の範
囲、課題解決手段、及び実施形態に適用されるものとす
る。 ◆車両の基準点Ｐ 車両上に固定された座標原点。車両上の任意の位置に基
準点を取ることができるが、通常、計算の容易なよう
に、前車軸の２等分点と後車軸の２等分点とを結ぶ線分
の２等分点を基準点に選ぶ。車両の重心点を基準点と選
んでもよい。
【００２７】◆車両固定座標 図２４に示すように、車両に固定して原点、ｘ，ｙ軸を
定めた座標。以下では、車両上の基準点（後述）を原点
にとり、ｘ軸を車両前方，ｙ軸を車両側方に図２４の通
りにとる。ここでｙ軸については、車両の旋回方向を正
にとるものとする（図２４では右旋回しているので、右
側を正にとる）。左旋回中には左側を正にとる。
【００２８】◆姿勢角 車両上の基準点（後述）の走行する向きに対する車両の
進行方向前方（図２４ｘ軸）の成す角βとし、車両旋回
周りの向きを正にとったものと定義する。図２４では右
旋回中なので右周り（時計周り）を正にとる。左旋回中
には左回り（反時計周り）を正にとる。
【００２９】◆転舵角 図２４で、ｘ軸と各車輪との成す角（前右輪の転舵角は
図示δｆｒ）。
【００３０】◆転舵中心 車両の前後輪転舵角を一定としたまま旋回した場合に、
旋回中心となる車両固定座標上の点。
【００３１】◆転舵中心半径 車両上の基準点（後述）と転舵中心との距離Ｒ。
【００３２】◆転舵中心仰角 車両上の基準点（後述）と転舵中心とを結ぶ線と、車両
上の基準点（後述）から車両横方向（ｙ軸と平行）に延
ばした線との成す角。車両進行方向への回転角を正にと
る（右旋回時は、反時計周りが正の向き。左旋回時は時
計周りが正の向き）。
【００３３】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、運転者の
ステアリング操作量に基づいた目標回転半径を算出し、
車両の旋回中の車両後端外側の張り出し量を制限するよ
うに目標回転中心位置を車両の前後方向の軸線に直交し
かつ車両の後端を通る直線（以下、「車両後端の延長
線」と記す）上として算出し、これらに基づいて前後輪
舵角の指令値を算出する。これにより、目標回転中心位
置の演算が容易で、車両の旋回中に所定の回転半径を実
現しながら車両後端外側の張り出し量を制限することが
できる。
【００３４】請求項２記載の発明によれば、運転者のス
テアリング操作量に基づいた目標回転半径を算出し、車
両の旋回中の車両後端外側の張り出し量を制限するよう
に、車両の旋回初期には目標回転中心位置を車両後端の
延長線上とし、以降、旋回の進行とともに目標回転中心
位置を徐々に車両前方方向に移動させ、これらに基づい
て前後輪舵角の指令値を算出する。
【００３５】これにより、車両の旋回初期に目標回転中
心位置を車両後端の延長線上とするので、旋回初期にお
ける車両後端外側の張り出し量を制限することができ、
また、旋回の進行とともに目標回転中心位置を徐々に車
両前方方向に移動させるので、運転者に違和感を感じさ
せることなく旋回中の車両の横滑り角と内輪差を小さく
することができる。
【００３６】請求項３記載の発明によれば、請求項２の
発明の効果に加えて、車両の旋回初期に目標回転中心位
置を車両後端の延長線上とするので、旋回初期における
車両後端外側の張り出し量を制限することができ、ま
た、旋回の進行とともに目標回転中心位置を前輪車軸と
後輪車軸の中央の点を通り車軸と平行な直線上まで徐々
に移動させるので、運転者に違和感を感じさせることな
く旋回中の車両の横滑り角と内輪差を概ね０にすること
ができる。
【００３７】請求項４記載の発明によれば、請求項２又
は３の発明の効果に加えて、車両の旋回初期に目標回転
中心位置を車両後端の延長線上とするので、旋回初期に
おける車両後端外側の張り出し量を制限することがで
き、車両外側の後端点の軌跡が、旋回初期における車両
外側の接線と一致するように目標回転中心位置を移動さ
せるので、Ｕターン旋回に必要とする道幅が小さくな
る。
【００３８】請求項５記載の発明によれば、請求項２〜
４の発明の効果に加えて、車両の旋回の進行とともに車
両の移動量に基づいて目標回転中心位置を車両前方方向
に移動させるので、車両の移動量という比較的算出し易
い情報に基づいて目標回転中心位置を算出することがで
き、旋回中の車両の横滑り角等を制御することができ
る。
【００３９】請求項６記載の発明によれば、請求項２〜
５の発明の効果に加えて、車両重心の移動量という比較
的算出し易い情報に基づいて目標回転中心位置を算出す
ることができ、車両の旋回初期に目標回転中心位置を車
両後端の延長線上とするので、旋回初期における車両後
端外側の張り出し量を制限することができ、車両外側の
後端点の軌跡が、旋回初期における車両外側の接線と一
致するように目標回転中心位置を移動させるので、Ｕタ
ーン旋回に必要とする道幅が小さくなる。
【００４０】請求項７記載の発明によれば、請求項２〜
５の発明の効果に加えて、車両重心の移動量という比較
的算出し易い情報に基づいて目標回転中心位置を算出す
ることができ、車両の旋回初期に目標回転中心位置を車
両後端の延長線上とするので、旋回初期における車両後
端外側の張り出し量を制限することができ、車両外側の
後端点の軌跡が、旋回初期における車両外側の接線に対
して内側となるように目標回転中心位置を移動させるこ
とができる。
【００４１】請求項８記載の発明によれば、請求項２〜
５の発明の効果に加えて、車両の旋回の進行とともに車
両の姿勢に基づいて目標回転中心位置を車両前方方向に
移動させるので、車両の姿勢に基づくことによって旋回
中の横滑り角等を正確に制御することができる。
【００４２】請求項９記載の発明によれば、請求項２，
３，４又は８の発明の効果に加えて、車両のヨー角とい
う比較的算出し易い情報に基づいて目標回転中心位置を
算出することができ、車両の旋回初期に目標回転中心位
置を車両後端の延長線上とするので、旋回初期における
車両後端外側の張り出し量を制限することができ、車両
外側の後端点の軌跡が、旋回初期における車両外側の接
線と一致するように目標回転中心位置を移動させるの
で、Ｕターン旋回に必要とする道幅が小さくなる。
【００４３】請求項１０記載の発明によれば、請求項
２，３，４又は８の発明に効果に加えて、車両のヨー角
という比較的算出し易い情報に基づいて目標回転中心位
置を算出することができ、車両の旋回初期に目標回転中
心位置を車両後端の延長線上とするので、旋回初期にお
ける車両後端外側の張り出し量を制限することができ、
車両外側の後端点の軌跡が、旋回初期における車両外側
の接線に対して内側となるように目標回転中心位置を移
動させることができる。
【００４４】請求項１１記載の発明によれば、請求項２
〜１０の発明の効果に加えて、目標回転中心位置を車両
後端部近傍の形状に応じて車両後端の延長線上より前方
とするので、車両の形状に応じて車両後端外側の張り出
し量を制限しつつ、形状的に不必要な張り出し防止を行
なわないようにすることができる。
【００４５】請求項１２記載の発明によれば、請求項２
〜１１の発明の効果に加えて、車体固定座標によって目
標回転中心位置の算出を行なうので、対地座標によって
目標回転中心位置の算出を行なう場合に必要な重心位置
の演算やヨーレートの演算を行なう必要がないため、演
算量を軽減することができる。
【００４６】請求項１３記載の発明によれば、前後輪の
転舵角をそれぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前
後輪舵角制御装置において、目標転舵角演算手段を、目
標姿勢角βを大きくする間は、目標姿勢角一定の場合の
前後輪目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づ
く向きに前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角βを小さ
くする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角
に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記
目標転舵角を補正し、演算する手段とした。
【００４７】本発明者らの検討により、転舵中心を車両
進行方向前方（転舵中心仰角を大きくする向き）へ移動
させる場合には、車両の旋回半径は転舵中心半径よりも
大きくなり、逆に転舵中心を車両後方（転舵中心仰角を
小さくする向き）へ移動させる場合には、車両の旋回半
径は転舵中心半径よりも小さくなることがわかってい
る。この特性を予め考慮して補正を行なう本発明を適用
することで、目標姿勢角を変化させる間においても、車
両の実際の旋回方向を所望の旋回半径に近づくように実
現できる。
【００４８】また、目標姿勢角の変化に応じて、車両の
前後輪転舵角を補正することになるので、車両の旋回半
径Ｒｅと姿勢角βとを独立に実現できる効果を得ること
ができる。
【００４９】これを運転者から見れば、発進時に張り出
しを防止したまま、小さい旋回半径で回転できるので、
例えば狭い道でもＵターンが可能になるという効果があ
る。
【００５０】請求項１４記載の発明によれば、前輪の転
舵角と後輪の転舵角とをそれぞれ独立に制御する装置を
備えた車両の前後輪転舵角制御装置において、ステアリ
ング操作量に基づいて算出された車両上の基準点Ｐの目
標旋回半径Ｒｅと、前記基準点Ｐの目標姿勢角βとに基
づいて、前後輪の目標転舵角を演算すると共に、目標姿
勢角を大きくする間は、目標姿勢角βが一定の場合の目
標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに
前記目標転舵角を補正し、目標姿勢角を小さくする間
は、目標姿勢角βが一定の場合の目標転舵角に対して、
転舵中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角
を補正するようにしたので、請求項１３と同様の効果が
得られる。
【００５１】請求項１５記載の発明によれば、目標転舵
角演算手段において、転舵中心半径Ｒを、目標旋回半径
Ｒｅと車両基準点の移動距離δｚに対する目標姿勢角の
変化量δβ／δｚに応じて略、次に示す（１）式とし、
【数１】 １／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δβ／δｚ …（１１） かつ、転舵中心仰角を略βとする点Ｑを転舵中心とする
ように目標転舵角を演算するようにした。本発明者らの
検討により、車両の基準点Ｐの旋回半径Ｒｅと、転舵中
心半径Ｒと、車両基準点の移動距離δｚと、その間の車
両の姿勢角変化δβとの関係は、定量的に略（１）式で
表わされることがわかっている。また、車両基準点の姿
勢角は、転舵中心の移動に関わらず転舵中心仰角と略一
致することもわかっている。
【００５２】そこで、本発明にしたがって、これらの知
見を予め定量的に考慮することで、目標姿勢角を変化さ
せる間においても、車両の旋回半径が所望の旋回半径に
精度良く近づくように達成できる。同時に、目標姿勢角
の変化に応じて、車両の前後輪転舵角を補正することに
なるので、車両の旋回半径Ｒｅと姿勢角βとを独立によ
り精度良く実現できる効果を得ることができる。
【００５３】これを運転者から見れば、発進時に張り出
しを防止したまま、小さい旋回半径で回転できるので、
例えば狭い道でもＵターンが可能になるという効果があ
る。
【００５４】請求項１６記載の発明によれば、目標姿勢
角演算手段を、車両基準点移動距離δｚに対する目標姿
勢角変化量δβ／δｚが急変しないように目標姿勢角β
を演算するようにした。前後輪の転舵サーボ系は、慣性
系の位置制御であるので、所望のステップ的な目標位置
を直ちに実現することは不可能であり、必ず目標位置ま
で連続的に移動し最終的に目標位置を実現することにな
る。従って、目標位置が不連続に生成される場合には、
目標値に追従するまでの過渡状態においては車両旋回中
心が所望の位置に実現されないという不具合が生じる。
ところが、本発明のようにすれば、（１）式で１／Ｒｅ
が連続値で与えられる際に、δβ／δｚも急変しないよ
う値をとるので、１／Ｒも急変しない値として演算され
る。従って目標位置も急変しない値で演算されることに
なり、前述した不具合を回避することができる。
【００５５】請求項１７記載の発明によれば、目標転舵
角演算を車速センサのパルスに同期して実行するように
した。車速パルスは車両の移動距離毎に出力されるの
で、所定の車両基準点の移動量δｚに対する目標姿勢角
変化量δβに基づいて目標転舵角を演算するのが容易と
なる。つまり、時間同期で演算する場合には所定時間間
の移動距離を演算した上で目標転舵角を算出する必要が
あるが、特に基準点Ｐを車速センサ位置として本方式を
用いると移動距離は予め分かっているのでその分の演算
が不要となる。更に、時間同期で移動距離を演算し時間
内に発生するパルスの数から車速を求める方法の場合、
パルス数が少ない状況に応じては移動距離の測定精度が
悪化するが、本方式だとこれらへの対処を行なうまでも
なく、車速センサの分解能を最大限に生かした演算が可
能となる。
【００５６】請求項１８記載の発明によれば、目標転舵
角演算手段を、車両がほぼ停止しているとみなせる状態
にあっては、目標姿勢角の変化の向き及び割合に寄ら
ず、転舵中心半径Ｒが略Ｒｅと一致し、転舵中心仰角θ
が略βとなる点Ｑから演算するようにした。これによ
り、運転者が車両を停止させた状態で不連続的に車両の
動き（旋回半径および姿勢角）を変化させることができ
るようになった。
【００５７】請求項１９記載の発明によれば、目標転舵
角演算手段にいて、基準点Ｐの移動距離δｚに対する転
舵中心仰角θの変化量δθ／δｚの上限値を、目標姿勢
角と目標旋回半径Ｒｅに応じて制限するように目標転舵
角を演算するようにした。転舵中心半径Ｒの取り得る範
囲は、前後輪の転舵能力によって制約される（図２
３）。従って、（１）式に従って転舵中心半径Ｒを演算
する場合に旋回半径Ｒｅ，δβ／δｚの大きさによって
は、実現不可能なＲが演算され、結果として運転者の操
舵量に応じた旋回変形を実現できないという不都合が生
じる。本発明はこの点を考慮したものであり、実現可能
な範囲の転舵中心半径Ｒが導出されるようにδθ／δｚ
の大きさに制約を加えるようにしたので、先に述べた不
都合を回避することができるようになった。
【００５８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明に係る前後輪舵角制御
装置を適用した車両の第１実施形態の構成を示すシステ
ム構成図である。
【００５９】図１において、１は前輪、２は後輪、３は
運転者が操作するステアリングホイール、４はステアリ
ングホイールの操舵角を検出する操舵角センサであり、
例えば、エンコーダ式のセンサを使用してコラムシャフ
トの回転量を検出するものが採用される。５は前輪操舵
アクチュエータ、６は後輪操舵アクチュエータであり、
これらにはＤＣモータや誘導モータでステアリングシャ
フトを駆動するものが採用される。１３はこれらの操舵
アクチュエータ５，６を駆動する駆動回路である。７は
前輪舵角を検出する舵角センサ、８は後輪舵角を検出す
る舵角センサであり、これらには、例えば、ステアリン
グシャフトの回転量を検出するエンコーダ式のセンサが
採用される。
【００６０】９は車両１１の速度を検出する車速センサ
であり、例えば、各車輪の車輪速を計測する。１０は車
両１１のヨーレートを検出するヨーレートセンサであ
る。１２はマイクロコンピュータを中心とした制御回路
（ＥＣＵ）で構成した前後輪舵角制御装置であり、外部
との情報の入出力や種々の演算を行なう。その中のＣＰ
Ｕは演算を実行し、ＲＯＭは後述する制御プログラムや
各種データ等を記憶している。ＲＡＭはプログラム実行
中に一時的に情報の記憶を行なう。Ｉ／Ｏインターフェ
ースは外部のセンサ等からの情報の入力や、外部のアク
チュエータを駆動するための信号の出力を行なう。
【００６１】図２は本実施の形態の前後輪舵角制御装置
１２が実行する制御機能をブロック図にして示してい
る。本制御装置１２は、目標の旋回半径を算出する目標
旋回半径算出部２０１、目標の回転中心位置を算出する
目標旋回中心位置算出部２０２、目標旋回中心位置に基
づいて前後輪舵角の指令値を算出する前後輪舵角指令値
算出部２０３、そして前後輪舵角指令値に基づいて前後
輪舵角の制御を行なう前後輪舵角制御部２０４から構成
される。
【００６２】以下、本発明の一実施の形態の前後輪舵角
制御装置が実行する制御動作について説明する。この前
後輪舵角制御は所定のプログラムをマイクロコンピュー
タで実行することにより実現されるが、図３のフローチ
ャートには、本実施の形態で実行する制御法のメインル
ーチンが示してある。なお、この制御プログラムは、例
えば１０msec毎に繰り返し実行される。
【００６３】ステップ３０１においてステアリングホイ
ールの操舵角δを操舵角センサ４の出力に基づいて検出
し、ステップ３０２において車速Ｖを車速センサ９の出
力に基づいて検出し、ステップ３０３において目標旋回
半径ｔＲを算出し、ステップ３０４において目標旋回中
心位置を算出する。ここでは、車体固定座標系を図７に
示すように定め、目標旋回中心位置のＸ座標であるｔＸ
ｃを算出する。そして、ステップ３０５において前輪舵
角指令値δｆ及び後輪舵角指令値δｒを算出して処理を
終了する。
【００６４】目標旋回半径ｔＲの算出を行なうステップ
３０３における処理を説明する。ステアリングホイール
の操舵角δと、車速Ｖとに基づいて（２）式によって目
標旋回半径ｔＲを算出する。
【００６５】
【数２】 ここで、Ａは車両のスタビリティファクタ、Ｌはホイー
ルベース、Ｎはステアリングギア比に相当するものであ
り、また、操舵角δの絶対値が、例えば、５［deg］
（＝０．０８７３［rad］）より小さい場合には（２）
式の演算は行なわず、直進操作（前輪舵角、後輪舵角と
もに０［deg］）を行なう。また、操舵角δは左方向へ
のステアリング操作時に正、右方向へのステアリング操
作時に負となるようにし、したがって目標旋回半径ｔＲ
も計算上は、左方向への旋回時に正、右方向への旋回時
に負となる。ここで、（２）式で算出した目標旋回半径
に対して所定の係数を乗算して目標旋回半径ｔＲを算出
してもよいし、（２）式のような演算式ではなく、ステ
アリングホイールの操舵角δと車速Ｖとに基づいて予め
定めたマップデータを参照することによって目標旋回半
径ｔＲの算出を行なってもよい。すなわち、ステアリン
グホイールの操舵角δに対して目標旋回半径ｔＲが所望
の特性をもつように構成してよい。
【００６６】次に、目標旋回中心位置のＸ座標ｔＸｃの
算出を行なうステップ３０４における処理を説明する。
ここでは、目標旋回中心位置ｔＸｃは車体固定座標系で
演算を行なう。図４は目標旋回中心位置ｔＸｃの算出を
行なうルーチンのフローチャートである。
【００６７】ステップ４０１においてステアリングホイ
ールの操舵角δの絶対値を所定値ε（例えば、５［de
g］＝０．０８７３［rad］）と比較する。この比較にお
いて、操舵角δの絶対値の方が所定値εより大きけれ
ば、ステップ４０２において目標旋回中心位置ｔＸｃを
車両の後端のＸ座標ｂとし（すなわち、目標旋回中心位
置を車両後端の延長線上とする）、操舵角δの絶対値の
方が所定値εより小さければ、ステップ４０３において
直進操作（前輪舵角、後輪舵角ともに０［deg］）を行
なう。
【００６８】図５のフローチャートは、目標旋回中心位
置ｔＸｃの算出を行なう別の例を示している。ステップ
５０１において前記ステアリングホイールの操舵角δの
絶対値を所定値ε（例えば、５［deg］＝０．０８７３
［rad］）と比較する。操舵角δの絶対値の方が所定値
εより小さければ、ステップ５０２において直進操作
（前輪舵角、後輪舵角ともに０［deg］）を行なう。反
対に、操舵角δの絶対値の方が所定値εより大きけれ
ば、ステップ５０３において操舵角δの前回値δoldの
絶対値と所定値ε（例えば、５［deg］＝０．０８７３
［rad］）とを比較する。
【００６９】ステップ５０３の比較において操舵角の前
回値δoldの絶対値の方が所定値εより小さければ、ス
テップ５０４において目標旋回中心位置ｔＸｃを車両後
端のＸ座標ｂとし、ステップ５０５において車両移動量
の前回値ｈoldを０にする。一方、ステップ５０３にお
いて操舵角の前回値δoldの絶対値の方が所定値εより
大きければ、ステップ５０６において車両移動量ｈを演
算する。これは、車両移動量の前回値ｈoldに、車速Ｖ
に演算周期ｄｔを乗算した値を加算することによって行
う。そして、ステップ５０７において車両後端のＸ座標
ｂに車両移動量ｈを加算することによって目標旋回中心
位置ｔＸｃを算出する。
【００７０】ここでは図８に示すように、旋回初期にお
いて車両外側後端点が車両外側の接線上を移動する（Ａ
１，Ａ２，…が直線Ａ１Ｃ上に乗る）ように、回転中心
のＸ座標と車両後端のＸ座標ｂの差が車両重心の移動量
と一致する（ＢＯ２＝Ｇ１Ｇ ２）と近似して目標旋回中
心位置を算出している。また、このｔＸｃの最終値を、
前輪車軸と後輪車軸の中央に相当するＸ座標とした場合
には、横滑り角と内輪差がほぼ０となる。
【００７１】図９及び図１０は本実施の形態を適用した
場合の車両の旋回をシミュレーションした結果である。
車両後端外側の張り出しがなくなり、旋回後半で車両横
滑り角が０になっていることが分かる。
【００７２】図６のフローチャートは、目標旋回中心位
置ｔＸｃの算出を行なうさらに別の例を示している。こ
の目標旋回中心位置の算出ルーチンでは、ステップ６０
１においてステアリングホイールの操舵角δの絶対値を
所定値ε（例えば、５［deg］＝０．０８７３［rad］）
と比較する。操舵角δの絶対値の方が所定値εより小さ
ければ、ステップ６０２において直進操作（前輪舵角、
後輪舵角ともに０［deg］）を行なう。操舵角δの絶対
値の方が所定値εより大きければ、ステップ６０３にお
いて操舵角δの前回値δoldの絶対値と所定値ε（例え
ば、５［deg］＝０．０８７３［rad］）とを比較する。
【００７３】ステップ６０３において操舵角の前回値δ
oldの絶対値の方が所定値εより小さければ、６０４に
おいて目標旋回中心位置ｔＸｃを車両の後端のＸ座標ｂ
とし、ステップ６０５において車両のヨー角の前回値θ
oldを０にする。
【００７４】一方、ステップ６０３において操舵角の前
回値δoldの絶対値の方が所定値εより大きければ、ス
テップ６０６において車両のヨー角θを演算する。ここ
では、ヨー角の前回値θoldに、ヨーレートセンサ１０
で検出したヨーレートyawに演算周期ｄｔを乗算したも
のを加算することによって、旋回を開始してからのヨー
角の変化量を演算する。そして、ステップ６０７におい
て目標旋回中心位置ｔＸｃを算出する。
【００７５】ここでは、図８に示すように、旋回初期に
おいて車両外側後端点が車両外側の接線上を移動する
（Ａ１，Ａ２，…が直線Ａ１Ｃ上に乗る）ように、回転
中心のＸ座標と車両の後端のＸ座標ｂとの差が図中の長
さＬにヨー角θを乗算した量と一致する（ＢＯ２＝Ｌ×
θ）と近似して、目標旋回中心位置を、車両の後端のＸ
座標ｂにＬ×θを加算することによって算出している。
また、このｔＸｃの最終値を、前輪車軸と後輪車軸の中
央に相当するＸ座標とした場合には、横滑り角と内輪差
とがほぼ０となる。
【００７６】図１１及び図１２はこのような制御方式を
適用した場合の車両の旋回をシミュレーションした結果
を示している。車両後端外側の張り出しがなくなり、旋
回後半で車両横滑り角が０になっていることが分かる。
【００７７】次に、図３のステップ３０５における前後
輪舵角指令値の算出を行なう処理を説明する。ここで
は、低車速域を考えて前後輪舵角と回転中心位置との幾
何学的な関係から前後輪舵角指令値を算出する方法を説
明する。なお、中高速域においては、車輪の横滑りが発
生するために幾何学的な関係があてはまらないので、車
速に基づいて補正することが必要となる。
【００７８】図７に示すように車体固定座標系の原点を
車両の重心点とし、車体固定座標系の回転中心を（Ｘ
ｃ，Ｙｃ）とすれば、まずＸｃは、
【数３】 となる。一方、Ｙｃは目標旋回半径ｔＲが正の値のと
き、すなわち、左回りであるときには、
【数４】 となり、目標旋回半径ｔＲが負の値のとき、すなわち、
右回りであるときには、
【数５】 となる。一方、目標旋回半径ｔＲと（Ｘｃ，Ｙｃ）の関
係は、
【数６】
【数７】 となる。
【００７９】以上の関係から、前輪舵角指令値δｆと後
輪舵角指令値δｒとを求めると、
【数８】
【数９】 及び、
【数１０】
【数１１】 となるので、（８）式〜（１１）式を用いて、目標旋回
半径ｔＲと目標旋回中心位置ｔＸｃとに基づいて前後輪
舵角の指令値を算出する。
【００８０】なお、上記のような演算式によらず、目標
旋回半径ｔＲと目標旋回中心位置ｔＸｃとに基づいて予
め算出したデータをマップデータとして記憶し、前後輪
舵角の指令値を算出してもよい。
【００８１】また、以上では車両形状を長方形と仮定し
て説明したが、車両形状が長方形と異なる場合には、目
標旋回中心位置の初期値を車両後端の延長線上より前方
の位置として、上記と同様の処理を行って目標旋回中心
位置の演算を行なえばよい。
【００８２】上記第１の実施形態では、車両旋回時の外
側への張り出しを抑えつつ、ドライバの操作する操舵角
に応じた旋回半径を実現することを狙いとしている。こ
の狙いを達成するに当たっては、転舵中心が車両固定座
標系にて固定されている間は、転舵中心半径が車両の旋
回半径に一致し、転舵中心仰角が車両の姿勢角に一致す
る、という特性を利用している。
【００８３】つまり、車両が動き始める時には、車両の
張り出しをなくすように（＝車両後端の姿勢角が０以下
となるように）転舵中心を車両後端の延長上（図２６の
点Ｓ１）とし、張り出しによる障害物への衝突が回避さ
れた後には車両の旋回半径が小さくなるように転舵中心
を車両中心の横（図２６点Ｆ１）とし、更にその間に
は、車両の挙動が連続するように車両の進行に従って転
舵中心を図２６の点Ｓ１から点Ｆ１まで徐々に移動させ
るようにしている。
【００８４】ところが第１実施形態では、転舵中心の移
動が車両の旋回半径に及ぼす影響を考慮していない為、
転舵中心を移動させている間は、ドライバの操作する転
舵角に関連付けられた所望の旋回半径を実現できないと
いった問題点があった。
【００８５】その例を示す為のシミュレーション条件を
図２７に、そのシミュレーション結果を図２８に示す。
ここで、車両上の基準点は、車両の中心としているが、
転舵中心を車両前方へ移動させている点Ｂから点Ｃの間
は、転舵中心半径を一定に保っているにも関わらず車両
の旋回半径がそれ以前より大きくなってしまっている。
【００８６】このように、第１実施形態では、車両の回
転半径を所望の値に一致させながら、車両の姿勢角を変
化させることができなかった。以下に説明する第２、第
３実施形態ではこの点を改善している。
【００８７】図１３は本発明の第２実施形態を採用した
車両の前後輪舵角制御装置の構成を示すシステム構成図
である。
【００８８】図１３において、１は前輪、２は後輪、３
は運転者が操作するステアリングホイール、４はステア
リングホイールの操舵角を検出する操舵角センサであ
り、例えば光学式エンコーダを使用してコラムシャフト
の回転量を検出するものがある。５および６は、それぞ
れ前輪の左右輪転舵アクチュエータ、７および８は、そ
れぞれ後輪の左右輪転舵アクチュエータである。それぞ
れＤＣモータを有し、ウォームギアを介してモータの旋
回運動をステアリングラックの左右運動に変換しその移
動量を調整することで前後左右輪の転舵角を調整でき
る。ここでモータは、ＤＣモータに限らず、誘導モータ
あるいはスイッチトリラクタンスモータなどでも良い
し、直接ステアリングラックの移動量を調整できるリニ
アモータであってもよい。
【００８９】２０・２１・２２・２３は各輪転舵用のＤ
Ｃモータを駆動する駆動回路であり、Ｈブリッジで構成
される。後述するＥＣＵ（１２）から指令されるモータ
電流を実現するようにＤＣモータの電流フィードバック
が成される。３１・３２・３３・３４は、それぞれ前後
左右輪のステアリングラック移動量を検出するポテンシ
ョ式のラックストロークセンサである。また、１４・１
５・１６・１７は車両１１の各車輪の回転速度を検出す
る車速センサである。各車輪の回転軸に取り付けられた
歯車の回転に応じ、溝から歯の位置に差し掛かる時にパ
ルスを出力するホールＩＣタイプのものなどがある。
【００９０】１２は、マイクロコンピュータを中心とし
た制御回路（ＥＣＵ）で構成したものであり、外部との
信号入出力や種々の演算を行なう。ＣＰＵは演算を実行
し、ＲＯＭは後述する制御プログラムや各種データ等を
記憶している。ＲＡＭはプログラム実行中に一時的に情
報の記憶を行なう。Ｉ／Ｏインターフェースは外部のセ
ンサ等からの情報の入力や、外部のアクチュエータを駆
動するための信号を行なう。また車速センサのパルス間
時間を計測するタイマなども備えている。
【００９１】図１４は、第２実施形態の前後輪舵角制御
装置の構成を示したブロック図である。前後輪舵角制御
装置は、ステアリング操作量である操舵角に基づいて目
標旋回半径を演算する目標旋回半径演算部１４０１と、
車両基準点の目標姿勢角を演算する目標姿勢角演算部１
４０２と、目標旋回半径および目標姿勢角に基づいて前
後輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算部１４０３
と、実転舵角を目標転舵角に一致するように調整する転
舵角調整部１４０４とを備えている。
【００９２】これらの前後輪舵角制御装置の構成要素
は、１４０１，１４０２，１４０３，１４０４の順にす
べてＥＣＵ（１２）内で実現される。車両上の基準点Ｐ
は車両上のどこにとっても同様に説明できるので、以下
では基準点Ｐを車両の中心（前後のトレッド中心を結ん
だ線の中間点）として適用例を説明する。
【００９３】１４０１では、ステアリングホイールの回
転角検出値ＳＴに応じた目標旋回半径Ｒｅを演算する。
目標旋回半径Ｒｅについては、図１６に示すように予め
ステアリングホイールの回転角に対するテーブルの形で
ＲＯＭ内に記憶させておき、そのテーブルを参照するこ
とで演算する。この時、車両直進状態における旋回半径
は無限大に対応するので、テーブル値は図１６のように
目標旋回半径の逆数値として入力すると都合が良い。本
演算は１０ｍｓ毎に行ない、目標旋回半径Ｒｅを１０ｍ
ｓ毎に出力する。
【００９４】１４０２では、車両の周囲状況に応じた目
標姿勢角βを演算する。この例においては、車両上の基
準点を車両中心とした時、図１７に示すように、車両停
止状態からの基準点Ｐの移動距離ｚに応じて転舵中心を
車両後端延長上点Ｓ１（図２６）から点Ｆ１までを０ま
で移動させるように生成している。
【００９５】ここで、請求項１６の発明を適用する際に
は、図１７のように目標姿勢角βが車両の移動に対して
変化するように生成すれば良い。基準点Ｐの移動距離ｚ
を求めるに当たっては、予め各輪の移動距離を演算す
る。各輪の移動距離は、パルス当たりの車両移動距離を
車速センサのパルス間時間で除算することで各輪の移動
速度を求め、それを時間積分することで求める。
【００９６】或いは、車速センサのパルス発生数にパル
ス当たりの車輪移動距離を乗じた値を積算して求めても
良い。今、車速センサは各輪に合計４つ備え付けられて
いるが、基準点Ｐをそれらの車輪の中心としているた
め、４つそれぞれの車速センサ出力から演算した移動距
離の平均値を基準点Ｐの移動距離ｚとして簡易的に演算
する。
【００９７】なお、目標旋回半径Ｒｅおよび目標姿勢角
βの演算については、このようなもの以外にも、自動駐
車システムのように周囲の障害物状況を検出しながら、
自動的に駐車場への進入を行なえるように目標旋回半径
および目標姿勢角を演算するものでも良い。
【００９８】１４０３では、目標旋回半径Ｒｅおよび目
標姿勢角βを実現する為の目標転舵中心（点Ｑ）を求
め、次にその目標転舵中心を実現する各輪の目標転舵角
（前左輪δｆｌ＊、前右輪δｆｒ＊、後左輪δｒｌ＊、
後右輪δｒｒ＊）を演算する。
【００９９】図１５は、本実施形態の前後輪舵角制御装
置の動作を説明する概略フローチャートである。まず、
ステアリング操舵角を検出し（ステップ１５０１）、次
いで車速を検出する（ステップ１５０２）。そしてステ
アリング操舵角に基づいて車両の目標旋回半径を演算し
（ステップ１５０３）、目標姿勢角を演算し（ステップ
１５０４）、最後に目標転舵角を演算する（ステップ１
５０５）。
【０１００】以下に、目標転舵中心（点Ｑ）を特定する
ための転舵中心半径Ｒおよび転舵中心仰角θを演算する
例をフローチャート１（図１９）およびフローチャート
２（図２０）で説明する。フローチャート１は、左旋回
時には右前輪の車輪速センサのパルス立ち上がりに同期
して演算を実行し、右旋回時およびほぼ直進状態である
時には、左前輪の車輪速センサのパルス立ち上がりに同
期して演算を実行する。フローチャート２は、１０ｍｓ
毎に演算がなされる。
【０１０１】フローチャート１では、車両が動いている
状態における転舵中心を演算することになる。ステップ
１９０１では、現ＪＯＢでの基準点進行距離ｚとその前
のＪＯＢでの基準点進行距離ｚoldから、１ＪＯＢ間に
車両が進行した距離ｄｚを
【数１２】 ｄｚ＝ｚ−ｚold …（１２） 式（１２）で求める。
【０１０２】ここで、左旋回時には基準点Ｐを右前輪の
車輪速センサ位置とし、右旋回時およびほぼ直進状態で
ある時には、基準点Ｐを左前輪の車輪速センサ位置とす
れば、ｄｚ値は予めパルス発生間隔に応じて定まった距
離に対応するので、（式１２）を演算する必要は無い。
【０１０３】ステップ１９０２では、目標姿勢角演算手
段にて演算された目標姿勢角βと１ＪＯＢ前にステップ
１９０６で演算した転舵中心仰角θoldから、１ＪＯＢ
前からの目標転舵中心の仰角ｄθを
【数１３】ｄθ＝β−θold …（１３） 式（１３）で求める。
【０１０４】ステップ１９０３では、１ＪＯＢ目の時点
での転舵中心仰角θoldから、その時に実現し得る最小
の転舵中心半径Ｒminを演算する。Ｒminは、図２３の点
Ｖと点Ｐとの距離であり、予め実験的にθに対するテー
ブルデータとしてＲmin値を測定しておきＲＯＭに格納
し、そのテーブルを表引きすることによって演算するこ
とができる。
【０１０５】ステップ１９０４では、転舵中心半径の最
小値Ｒminを考慮した上で、目標旋回半径Ｒｅを実現で
きるような転舵中心仰角変化ｄθの最大値を次式で演算
する。
【０１０６】
【数１４】 ｄθmax＝（１／Ｒmin−１／Ｒｅ）＊ｄｚ …（１４） そして、ステップ１９０５では、その値で転舵中心仰角
の変化ｄθを制約する。
【０１０７】ステップ１９０６では、最終的な目標姿勢
角βを演算すると共に、転舵中心仰角θを転舵中心仰角
の変化ｄθ値から演算する。
【０１０８】最後にステップ１９０７にて転舵中心半径
Ｒを
【数１５】 Ｒ＝１／（ｄθ／ｄｚ＋１／Ｒｅ） …（１５） で演算し、本ルーチンを終了する。
【０１０９】ここで請求項１５については、ステップ１
９０６，１９０７にて実現しており、請求項１７につい
ては、本フローチャート１を車速パルスの発生に同期さ
せることで適用しており、請求項１９については、ステ
ップ１９０３・１９０４・１９０５にて実現している。
【０１１０】また、請求項１３を適用する例としてはス
テップ１９０７を次のようにするものがある。基準点Ｐ
の移動距離δｚに対する目標姿勢角変化量が正の値の時
には、転舵中心半径Ｒを目標旋回半径Ｒｅより小さい値
として対応づけ、基準点Ｐの移動距離δｚに対応する目
標姿勢角変化量が負の値の時には、転舵中心半径Ｒを目
標旋回半径Ｒｅより大きい値として対応づけたデータを
ＲＯＭに格納し、そのデータを表引きすることでＲを導
出する。
【０１１１】フローチャート２（図２０）では、車両が
ほぼ停止している状態、或いは、旋回の向きを変えた時
における転舵中心を演算することになる。ステップ２０
０１では、所定時間（Ｔ１）車速パルスが発生しないか
否かを判定し、発生しない場合にはステップ２００２に
進む。ここで、Ｔ１は車速１ｋｍ／ｈの時のパルス発生
間隔とする。更にステップ２００１では、運転者による
ステアリング操作量から車両に要求する旋回中心が右か
ら左、或いはその逆に変化したことを検出するとステッ
プ２００２に進む。なお、いずれにも該当しない場合に
は、本ルーチンを終了する。
【０１１２】ステップ２００２では転舵中心仰角を直ち
に目標姿勢角βとし、ステップ２００３では転舵中心半
径Ｒを直ちに目標旋回半径Ｒｅとし、本ルーチンを終了
する。
【０１１３】フローチャート２によって、本発明の請求
項１８が実現される。
【０１１４】次に目標転舵中心（点Ｑ）から各輪の目標
転舵角（前左輪δｆｌ＊、前右輪δｆｒ＊、後左輪δｒ
ｌ＊、後右輪δｒｒ＊）を演算する例を説明する。各輪
の転舵角（前左輪δｆｌ、前右輪δｆｒ、後左輪δｒ
ｌ、後右輪δｒｒ）をそれぞれ調整可能な範囲で変化さ
せた時の各輪転舵角と転舵中心との関係を実験的に求め
ておく。このとき、４輪の転舵角に対して転舵中心は一
意に決まるが、逆に転舵中心を定めた時には４輪転舵角
の組み合わせは一意に決まらず、組み合わせの自由度が
存在する。
【０１１５】そこで、それらの自由度の中で、図２１に
示すように各輪と転舵中心とを結ぶ線と各輪の向きとが
直交するように各輪の転舵角を決定した場合の組み合わ
せに近い各輪転舵角を転舵中心に対して対応づける。
【０１１６】ただし、転舵中心が車両より十分離れてい
る場合（車両がほぼ直進する場合）には、車両の直進安
定性が十分保たれるようなトーインを実現するような組
み合わせを選択し対応づける。このような対応づけをす
ることで、車両を低速で走行させるときの走行抵抗を小
さくし、走行に必要なエネルギーを抑えることができ
る。また、各輪のタイヤの滑り角も小さくなるので、タ
イヤ滑り音を抑えるという効果も得られる。
【０１１７】このように、取り得る範囲の転舵中心に対
して、各輪の転舵角（前左輪δｆｌ、前右輪δｆｒ、後
左輪δｒｌ、後右輪δｒｒ）をそれぞれ対応づけたデー
タをＲＯＭ内に格納し、そのデータを表引きすることで
目標転舵中心点Ｑに対する各輪の目標転舵角（前左輪δ
ｆｌ＊、前右輪δｆｒ＊、後左輪δｒｌ＊、後右輪δｒ
ｒ＊）を演算する。
【０１１８】ここで、転舵中心は、各輪転舵角だけでは
なく車両の速度に応じても変化する為、その影響を予め
実験的に求めておき前記ＲＯＭデータとして持たせ、車
速に対しても表引きするとなお良い。
【０１１９】ステップ１４０４では、各輪の転舵角（前
左輪δｆｌ、前右輪δｆｒ、後左輪δｒｌ、後右輪δｒ
ｒ）が目標転舵角δｆｌ＊、δｆｒ＊、δｒｌ＊、δｒ
ｒ＊と一致するように２０・２１・２２・２３のＤＣモ
ータ駆動回路に指令する電流指令値を演算する。ここ
で、各ストロークセンサ検出値と各輪転舵角との関係を
実験的に求めておき、その関係づけデータを予めＲＯＭ
に格納しておき表引きすることで、各輪の転舵角をスト
ロークセンサ３１・３２・３３・３４の検出値から各転
舵角検出値を演算する。
【０１２０】電流指令値は、各輪でその転舵角検出値が
目標転舵角と一致するようにフィードバック演算する。
フィードバック演算の方法としては、ＰＩＤ制御やスラ
イディングモード制御やモデル規範型制御などがある
が、いずれも一般的に良く知られているものであるの
で、ここでは詳細の説明を割愛する。
【０１２１】このような実施形態で制御システムを構成
し、図２７の条件でシミュレーションした結果を図１８
に示す。点Ｂから点Ｃの間においても車両の旋回半径を
一定に保ちながら姿勢角を徐々に変化させることが達成
できている。
【０１２２】なお、以上では４輪の転舵角をそれぞれ独
立に調整できる機構を備える車両の場合について説明し
たが、前輪あるいは後輪あるいは前後輪において、左右
の転舵角を独立に調整できない機構の場合でも適用でき
る。
【０１２３】図２２は、前後輪共に、左右の転舵角を独
立に調整できない機構を備える車両に本発明を適用した
第３実施形態の構成を示す。
【０１２４】図２２において、４５・４６は、それぞれ
左右の転舵角を同時に調整するアクチュエータであり、
ＤＣモータを有しウォームギアを介してラックストロー
クを左右に移動させることができる。本発明をこのよう
な機構に適用する場合は、前述の第２実施形態のなか
で、目標転舵角演算手段と転舵角調整手段とを次のよう
に変更すれば良い。
【０１２５】目標転舵角演算については、前述同様に目
標転舵中心を演算した上で、その転舵中心を実現する前
後のストローク量を演算するようにすれば良い（このと
き、目標値は転舵角ではなく、転舵角と対応したストロ
ーク量となるのが実質的には何ら不都合はない）。実験
的に予め転舵中心に対する前後輪ストローク量を計測し
ておき、そのデータをＲＯＭに格納し、そのデータを表
引きすることで前後輪の目標ストローク量（前輪ＳＴｆ
＊、後輪ＳＴｒ＊）を演算する。前述したように車速の
影響もＲＯＭデータとして格納し、車速に対しても表引
きするとなお良い。
【０１２６】このように構成することで、転舵角調整手
段については、前後のストロークセンサ検出値と前後輪
の目標ストローク量（前輪ＳＴｆ＊、後輪ＳＴｒ＊）と
が一致するように各輪でフィードバック制御を行なう。
フィードバック制御の方法としては、やはりＰＩＤ制御
やスライディングモード制御やモデル規範型制御などが
あるが、詳細の説明を割愛する。
【０１２７】同様に、前輪あるいは後輪のみが、左右の
転舵角を独立に調整できない機構についても同様に適用
でき、前輪が運転者のステアリング操作量に応じて機械
的に一意に決まり、後輪のみがステアリング操作量と独
立に調整できる機構についても同様に適用できる。その
ような場合にも、機構に応じて、目標転舵角演算手段と
転舵角調整手段を前述の変更例に従って同様に構成すれ
ば良い。
【０１２８】また、目標姿勢角は、予めマップ化したデ
ータとしてメモリに記憶しておき、これを用いるように
してもよい。
【０１２９】以上、車両が前進している場合について説
明してきたが、車両が後退している場合には後退方向を
ｘ軸正の向きにとることで同様に実現できる。車両の前
進と後退との判別については、例えば自動変速機を備え
運転者によって前進後退指令を選択できる車両にあって
は、前進指令が成されている間は車両が前進しているも
のと判別し、後退指令が成されている間は車両が後退し
ているものと判別すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である車両の前後輪舵角
制御装置を適用した車両駆動制御系の構成を示すシステ
ム構成図である。
【図２】第１の実施形態の車両の前後輪舵角制御装置の
構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態における前後輪舵角制御のメ
インルーチンのフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態における目標回転中心位置の
算出を行なうルーチンの１例のフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態における目標回転中心位置の
算出を行なうルーチンの別の例のフローチャートであ
る。
【図６】第１の実施の形態における目標回転中心位置の
算出を行なうルーチンのさらに別の例のフローチャート
である。
【図７】車体固定座標を説明する説明図である。
【図８】目標回転中心位置の移動を説明する説明図であ
る。
【図９】第１の実施の形態における前後輪操舵制御のシ
ミュレーションによる車両移動軌跡を示す説明図であ
る。
【図１０】第１の実施の形態における前後輪操舵制御の
シミュレーションによる舵角、車両横滑り角、ヨーレー
トの変化を示すグラフである。
【図１１】第１の実施の形態における前後輪操舵制御の
別のシミュレーションによる車両移動軌跡を示す説明図
である。
【図１２】第１の実施の形態における前後輪操舵制御の
別のシミュレーションによる舵角、車両横滑り角、ヨー
レートの変化を示すグラフである。
【図１３】第２実施形態の前後輪舵角制御装置を適用し
た車両の構成を説明するシステム構成図である。
【図１４】第２実施形態の前後輪舵角制御装置の構成を
示すブロック図である。
【図１５】第２実施形態の動作を説明する概略フローチ
ャートである。
【図１６】目標旋回半径の生成例を示す図である。
【図１７】目標姿勢角の生成例を示す図である。
【図１８】第２実施形態のシミュレーション結果を示す
図である。
【図１９】第２実施形態の目標転舵中心を演算するフロ
ーチャート１である。
【図２０】第２実施形態の目標転舵中心を演算するフロ
ーチャート２である。
【図２１】各輪の転舵角演算方法を説明する図である。
【図２２】第３の実施形態を説明する図である。
【図２３】転舵中心の取り得る範囲を説明する図であ
る。
【図２４】本発明で使用する用語の定義を説明する図で
ある。
【図２５】従来例における前後輪操舵制御のシミュレー
ションによる舵角、車両横滑り角、ヨーレートの変化を
示すグラフである。
【図２６】第１実施形態の制御方式を示す図である
【図２７】第１実施形態の問題点を説明する為のシミュ
レーションの条件例を示す図である。
【図２８】第１実施形態の問題点を説明する為のシミュ
レーション結果例を示す図である。
【符号の説明】
１ 前輪 ２ 後輪 ３ ステアリングホイール ４ 操舵角センサ ５ 前輪操舵アクチュエータ ６ 後輪操舵アクチュエータ ７ 舵角センサ ８ 舵角センサ ９ 車速センサ １０ ヨーレートセンサ １２ 前後輪舵角制御装置 １３ 駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｄ 137:00 Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者 高橋 伸孝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC12 DA03 DA04 DA06 DA22 DA23 DA24 DA32 DA33 DA95 DB06 DB12 DC02 DC04 DC33 DC34 DD01 DD02 DD17 EA05 EA06 EB04 EC22 GG01 3D034 CA03 CC09 CD02 CD04 CD07 CD10 CD12 CD13 CE02 CE05 CE13

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する
    装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、 ステアリング操作量に基づいて、目標旋回半径を算出す
    る目標旋回半径算出手段と、 前記目標旋回半径に基づいて、車両の旋回中に車両後部
    外側の張り出し量を制限するように車両が旋回中の目標
    旋回中心位置を車両の前後方向の軸線に直交しかつ車両
    の後端を通る直線上として目標旋回中心位置を算出する
    目標旋回中心位置算出手段と、 前記目標旋回中心位置を実現するように、前後輪舵角の
    指令値を算出する前後輪舵角指令値算出手段とを備えて
    成る車両の前後輪舵角制御装置。
  2. 【請求項２】 前後輪の舵角をそれぞれ独立に制御する
    装置を備えた車両の前後輪舵角制御装置において、 ステアリング操作量に基づいて、目標旋回半径を算出す
    る目標旋回半径算出手段と、 前記目標旋回半径に基づいて、車両の旋回中に車両後部
    外側の張り出し量を制限するように、車両の旋回初期に
    は目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸線に直交しか
    つ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋回の進行とと
    もに目標旋回中心位置を徐々に車両前方方向に移動させ
    て目標旋回中心位置を算出する目標旋回中心位置算出手
    段と、 前記目標旋回中心位置を実現するように、前後輪舵角の
    指令値を算出する前後輪舵角指令値算出手段とを備えて
    成る車両の前後輪舵角制御装置。
  3. 【請求項３】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋
    回の進行とともに目標旋回中心位置を前輪車軸と後輪車
    軸の中央の点を通り車軸と平行な直線上まで徐々に移動
    させることを特徴とする請求項２に記載の車両の前後輪
    舵角制御装置。
  4. 【請求項４】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、車
    両外側の後端点の軌跡が旋回初期における車両外側の接
    線と一致するように目標旋回中心位置を移動させること
    を特徴とする請求項２又は３記載の車両の前後輪舵角制
    御装置。
  5. 【請求項５】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋
    回の進行とともに車両の移動量に基づいて目標旋回中心
    位置を徐々に車両前方方向に移動させることを特徴とす
    る請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載の車両の
    前後輪舵角制御装置。
  6. 【請求項６】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋
    回の進行とともに車両重心点の移動量と等しい距離だけ
    目標旋回中心位置を車両前方方向に移動させることを特
    徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項記載の
    車両の前後輪舵角制御装置。
  7. 【請求項７】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋
    回の進行とともに、車両重心点の移動量を上限として目
    標旋回中心位置を車両前方方向に移動させることを特徴
    とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項記載の車
    両の前後輪舵角制御装置。
  8. 【請求項８】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋
    回の進行とともに車両の姿勢に基づいて回転中心を徐々
    に車両前方方向に移動させることを特徴とする請求項２
    ないし請求項４のいずれか１項記載の車両の前後輪舵角
    制御装置。
  9. 【請求項９】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車両
    の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の軸
    線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、旋
    回の進行とともに、旋回初期の目標旋回中心位置と車両
    外側の後端点との距離に車両のヨー角変化量を乗算した
    距離だけ目標旋回中心位置を車両前方方向に移動させる
    ことを特徴とする請求項２，３，４又は８記載の車両の
    前後輪舵角制御装置。
  10. 【請求項１０】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車
    両の旋回初期には目標旋回中心位置を車両の前後方向の
    軸線に直交しかつ車両の後端を通る直線上とし、以降、
    旋回の進行とともに、旋回初期の目標旋回中心位置と車
    両外側の後端点との距離に車両のヨー角変化量を乗算し
    た距離を上限として目標旋回中心位置を車両前方方向に
    移動させることを特徴とする請求項２，３，４又は８記
    載の車両の前後輪舵角制御装置。
  11. 【請求項１１】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車
    両の旋回初期には目標旋回中心位置を、車両の後端部近
    傍の形状に応じて車両の前後方向の軸線に直交しかつ車
    両の後端を通る直線上より前方の位置とすることを特徴
    とする請求項２ないし請求項１０のいずれか１項記載の
    車両の前後輪舵角制御装置。
  12. 【請求項１２】 前記目標旋回中心位置算出手段は、車
    体固定座標によって目標旋回中心位置を算出することを
    特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記
    載の車両の前後輪舵角制御装置。
  13. 【請求項１３】 前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれ
    ぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御
    装置において、 ステアリング操作量に基づいて、車両上の基準点Ｐの目
    標旋回半径Ｒｅを算出する目標旋回半径演算手段と、 前記基準点Ｐの目標姿勢角βを算出する目標姿勢角演算
    手段と、 前記目標旋回半径Ｒｅと前記目標姿勢角βに基づいて前
    後輪の目標転舵角を演算すると共に、目標姿勢角βを大
    きくする間は、目標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵
    角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく向きに前記目
    標転舵角を補正し、目標姿勢角βを小さくする間は、目
    標姿勢角一定の場合の前後輪目標転舵角に対して、転舵
    中心点Ｑが車両から遠ざかる向きに前記目標転舵角を補
    正し、演算する目標転舵角演算手段と、 を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。
  14. 【請求項１４】 前輪の転舵角と後輪の転舵角とをそれ
    ぞれ独立に制御する装置を備えた車両の前後輪舵角制御
    装置において、 ステアリング操作量に基づいて算出された車両上の基準
    点Ｐの目標旋回半径Ｒｅと、前記基準点Ｐの目標姿勢角
    βとに基づいて、前後輪の目標転舵角を演算すると共
    に、 目標姿勢角を大きくする間は、目標姿勢角βが一定の場
    合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両に近づく
    向きに前記目標転舵角を補正し、 目標姿勢角を小さくする間は、目標姿勢角βが一定の場
    合の目標転舵角に対して、転舵中心点Ｑが車両から遠ざ
    かる向きに前記目標転舵角を補正する目標転舵角演算手
    段と、 を備えたことを特徴とする車両の前後輪舵角制御装置。
  15. 【請求項１５】 前記目標転舵角演算手段は、転舵中心
    半径Ｒを、目標旋回半径Ｒｅと車両基準点Ｐの移動距離
    δｚに対する目標姿勢角の変化量δβ／δｚに応じて略
    １／Ｒ＝１／Ｒｅ＋δβ／δｚとし、かつ、転舵中心仰
    角θを略βとする点Ｑを転舵中心点とするように目標転
    舵角を演算することを特徴とする請求項１３または請求
    項１４記載の車両の前後輪舵角制御装置。
  16. 【請求項１６】 前記目標姿勢角演算手段は、前記基準
    点Ｐの移動距離δｚに対する目標姿勢角変化量δβ／δ
    ｚが急変しないように目標姿勢角を演算することを特徴
    とする請求項１３ないし請求項１５のいずれか１項記載
    の車両の前後輪舵角制御装置。
  17. 【請求項１７】 車両上のある点が一定距離移動するご
    とにパルスを出力する車速センサを少なくとも１つ有す
    ると共に、前記目標転舵角演算手段は、その車速センサ
    のパルスに同期して演算を実行することを特徴とする請
    求項１３ないし請求項１６のいずれか１項記載の車両の
    前後輪舵角制御装置。
  18. 【請求項１８】 車両の移動速度を検出する車速検出手
    段を備え、 前記目標転舵角演算手段は、車両がほぼ停止していると
    みなせる状態にあっては、目標姿勢角の変化の向き及び
    割合によらず、転舵中心半径ＲがＲｅと一致し、転舵中
    心仰角θがβとなる点Ｑから目標転舵角を演算すること
    を特徴とする請求項１３ないし請求項１７のいずれか１
    項記載の車両の前後輪舵角制御装置。
  19. 【請求項１９】 前記目標転舵角演算手段は、前記基準
    点Ｐの移動距離δｚに対する転舵中心仰角θの変化量δ
    θ／δｚの上限値を、目標姿勢角と目標旋回半径Ｒｅに
    応じて制限するように目標転舵角を演算することを特徴
    とする請求項１３ないし請求項１８のいずれか１項記載
    の車両の前後輪舵角制御装置。
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