JP2007008242A - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 運転者の操舵トルクに基づいてアシストトルクを付与するパワーステアリング手段を備えた車両用操舵制御装置において、操舵トルクに応じた理想操舵角を算出する理想操舵角推定値算出手段と、運転者の操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、操舵トルクの周波数が高くなるほど小さくなる目標特性を設定する目標特性設定手段と、前記操舵トルクと前記理想操舵角に基づいて、操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、前記目標特性となるように、前記アシストトルクを制御する過渡アシストトルク制御手段と、車両の操舵角に対する車両挙動特性に基づいて、前記理想操舵角を変更する理想操舵角変更手段とを備えた。
【選択図】 図4
Description
図1は実施例1の車両制御システムを表すシステム構成図である。実施例1の車両には、車速を検出する車速センサ1と、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ2と、運転者の操舵角を検出する操舵角センサ7とが設けられている。
実施例1の車両には、運転者の操舵トルク、操舵角速度及び車速に基づいて第2ステアリングシャフトに定常アシストトルクを付与すると共に、後述する過渡アシストトルクを付与するパワーステアリングシステムが搭載されている。このパワーステアリングシステムは、低速CAN通信線100に接続され、車速センサ1、操舵角センサ7、前輪コントローラ4及び後輪コントローラ5から各種信号を送受信する。
実施例1の車両には、ある車速で運転者がある操舵角を発生させた場合には、操舵フィーリングや車両挙動特性としてこの程度のヨーレイトと横加速度を達成するのが最適であるという理論に基づき、前後輪に補助舵角が付与される4輪アクティブステアシステムが搭載されている。すなわち、ヨーレイトセンサや横加速度センサ等によるフィードバック制御系では、運転者の操舵意図を反映したものではなく、実際に発生した車両挙動に基づいて制御を開始するため、応答遅れを生じると共に、運転者の操舵意図に沿った最適な車両挙動特性を得られない。そこで、操舵角と車速に対しフィードフォワード制御によって車両挙動が発生する前に前後輪補助舵角が設定され、素早い応答を確保している。
前輪アクチュエータ41は、ステアリングホイールとラック&ピニオン機構との間のステアリングシャフト上に設けられている。ステアリングシャフトはステアリングホイールに接続された第1ステアリングシャフトと、ピニオンに接続された第2ステアリングシャフトから構成され、前輪側モータ42の駆動により、第1ステアリングシャフトの回転角に対する第2ステアリングシャフトの回転角を加減算可能に制御する。尚、この前輪アクチュエータは周知の技術であるため、説明を省略する。
後輪アクチュエータ51は、左右後輪5aの間に設けられている。左右後輪5aは平行リンクにより連結され、このリンクの一辺を後輪側モータ52により車幅方向に移動させると、平行リンクの弾性変形によって後輪5aに舵角が発生する。尚、この後輪アクチュエータは周知の技術であるため、説明を省略する。
CAN通信線100に接続された後輪コントローラ5では、CAN通信線100に接続された操舵角センサ7からの操舵角情報、及びCAN通信線100に接続された車速センサ1からの車速情報を受信し、目標値演算部504において、この2つの値に基づく目標前輪舵角と目標後輪舵角を演算する。目標前輪舵角は後輪コントローラ5からCAN通信線200を介して前輪コントローラ4に出力される。
(式1)
Tassist(s)=Tdr(s)・〔{Ref(s)/(k×Strg(s))}−1〕+Trk(s)
Tassist(s):過渡アシストトルク量
Tdr(s):定常アシスト込みのドライバの操舵トルク
Trk(s):操舵反力トルク
Ref(s):操舵トルクから操舵角への目標伝達関数
Strg(s):ラック軸推力から操舵角の伝達関数
k:トルクからラック軸力への変換係数
である。
(式2)
Ref(s)=(Gain×ωn 2)/(s2+2ζωns+ωn 2)
ζ:目標減衰係数
ωn:目標固有振動数
Gain:操舵トルク−前輪実舵角の実特性定常ゲイン
である。
(式3)
Gain[rad/Nm]=k[1/m]/(Gain_betaf_4WAS・Gain_Frk)
Gain_betaf_4WAS:単位操舵角あたりの前輪スリップ角ゲイン
Gain_Frk :単位前輪スリップ角あたりのラック反力ゲイン[N/rad]
である。
(式4)
Gain_Frk=((CP1[N/rad]×CT[m])/(NAL[m]×NAL効率))×2(2輪分)×SAT係数
CP1:前輪一輪分のコーナリングパワー
CT:キャスタートレール
NAL:ナックルアーム長
NAL効率:ナックルアームリンク効率
SAT係数:セルフアライニングトルク係数
である。
(式5)
Gain_betaf_4WAS={(Ratio_AFS)/N}−A
A=(Lf/Vx)・(Ratio_AFS×Gain_yaw_front+Ratio_RAS×Gain_yaw_rear)
+(1/Vx)・(Ratio_AFS×Gain_Vy_front+Ratio_RAS×Gain_Vy_rear)
Gain_yaw_front:単位操舵角ヨーレイトゲイン
Gain_yaw_rear:単位後輪舵角ヨーレイトゲイン
Gain_Vy_front:単位操舵角横速度ゲイン
Gain_Vy_rear:単位後輪舵角横速度ゲイン
Ratio_AFS:単位操舵角あたり前輪舵角
Ratio_RAS:単位操舵角あたり後輪舵角
Lf:車両重心と前車軸間の距離
Vx:車速
である。
すなわち、過渡アシストトルク制御部312では、下記の論理構成に基づいて設定されている。
(ステップ1)運転者の操舵トルクが検出されると、その操舵トルクに応じた理想的な操舵角が得られるように過渡アシストトルク制御が行われる。よって、結果として得られる実際の操舵角は理想操舵角(もしくはそれに近しい値)となることを前提とできる。
(ステップ2)次に、実際の操舵角が理想操舵角となったときには、4輪アクティブステア制御ロジックを参照することによって、どの程度の補助舵角が与えられるか(仮想補助舵角推定値)が分かる。
(ステップ3)この仮想補助舵角推定値を用いれば、車両に発生するであろうスリップ角ひいては操舵反力トルクが算出できる。
次に、上記制御構成において、4輪アクティブステアシステムが失陥し、このシステムを停止した場合の処理について、図12のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ101では、操舵トルクと車速情報を読み込む。
ステップ102では、4輪アクティブステアシステムに異常が検出されたかどうかを判断し、異常が検出されたときはステップ107へ進み、それ以外のときはステップ103へ進む。尚、4輪アクティブステアシステムの異常は、前輪コントローラ4及び/又は後輪コントローラ5内で行われるフェールチェック処理等から失陥時制御部312fに対し、フェール信号が供給される。尚、具体的なフェールチェック処理としては、例えば、前輪側モータ42や後輪側モータ52の温度上昇の監視処理や、電流値の監視処理や、各種センサ等の監視処理が行われる。これら各監視処理の結果、4輪アクティブステアシステムにフェールが発生したと判断された場合には、フェール信号がパワーステアリングシステムに供給されると共に、所定のアクティブステア停止処理が実行された後、アクティブステアシステムが停止される。このとき、前後輪に補助舵角が与えられている状態で失陥した場合には、中立に戻した後、システムが遮断する。ただし、緊急停止した場合には、中立からずれた位置(オフセット角有り)で停止してもよく、特に限定しない。
ステップ103では、車速情報により操舵トルクに対する前輪実舵角の実特性を算出する。尚、このとき、図6のRatio_AFSと車速の関係を表すマップ、及び図7のRatio_RASと車速の関係を表すマップから車速情報に応じたゲインを設定する。
ステップ104では、車速情報及び操舵トルク情報に基づいて目標トルク特性を算出する。
ステップ105では、操舵トルク情報に基づいて理想操舵角を算出する。
ステップ106では、理想操舵角より仮想前後輪舵角を算出する。
ステップ107では、車速情報より操舵トルクに対する前輪実舵角の実特性を算出する。尚、このとき、失陥時制御部312fから操舵反力トルク推定値算出部312cに対しRatio_AFS=1,Ratio_RAS=0が出力される。
ステップ108では、車速情報及び操舵トルク情報に基づいて目標トルク特性を算出する。
ステップ109では、操舵トルク情報に基づいて理想操舵角を算出する。
ステップ110では、理想操舵角より仮想前後輪舵角を算出する。
ステップ111では、目標前後輪舵角より操舵反力トルク推定値を算出する。
ステップ112では、操舵反力トルク推定値と目標トルク特性を加算し、過渡アシストトルクを算出する。
次に、上記フローチャートに基づく作用について説明する。図13は高車速時において、実施例1の4輪アクティブステアシステムと過渡アシストトルク制御を備えた車両の車両特性と、4輪アクティブステアシステムが失陥した状態で4輪アクティブステアシステム正常時と同じ過渡アシストトルク制御を行った車両挙動特性とのシミュレーション結果を表すタイムチャートである。
2 トルクセンサ
3 アシストコントローラ
4 前輪コントローラ
5 後輪コントローラ
7 操舵角センサ
30 パワーステアリングユニット
31 パワーモータ
40 前輪操舵ユニット
50 後輪操舵ユニット
Claims (8)
- 運転者の操舵トルクに基づいてアシストトルクを付与するパワーステアリング手段を備えた車両用操舵制御装置において、
操舵トルクに応じた理想操舵角を算出する理想操舵角推定値算出手段と、
運転者の操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、操舵トルクの周波数が高くなるほど小さくなる目標特性を設定する目標特性設定手段と、
前記操舵トルクと前記理想操舵角に基づいて、操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、前記目標特性となるように、前記アシストトルクを制御する過渡アシストトルク制御手段と、
車両の操舵角に対する車両挙動特性に基づいて、前記理想操舵角を変更する理想操舵角変更手段と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1に記載の車両用操舵制御装置において、
前輪に補助舵角を付与し、所望の車両挙動特性を達成する前輪補助舵角付与手段と、
前記補助舵角付与手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常が検出されたときは、前記前輪補助舵角付与手段を停止する停止手段と、
を設け、
前記理想操舵角変更手段は、前記前輪補助舵角付与手段の異常が検出されたときは、前記前輪補助舵角付与手段により達成する車両挙動特性に近づくように前記理想操舵角を変更することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1または2に記載の車両用操舵制御装置において、
後輪に補助舵角を付与し、所望の車両挙動特性を達成する後輪補助舵角付与手段と、
前記補助舵角付与手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常が検出されたときは、前記補助舵角付与手段を停止する停止手段と、
を設け、
前記理想操舵角変更手段は、前記後輪補助舵角付与手段の異常が検出されたときは、前記後輪補助舵角付与手段により達成する車両挙動特性に近づくように前記理想操舵角を変更することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 運転者の操舵トルクに基づいてアシストトルクを付与するパワーステアリング機構を備えた車両用操舵制御装置において、
操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、操舵トルクの周波数が高くなるほど小さくなる目標特性を設定する目標特性設定手段と、
操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、前記目標特性となるように、前記アシストトルクを制御する過渡アシスト制御手段と、
車両の操舵角に対する車両挙動特性に基づいて、前記目標特性を変更する目標特性変更手段と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項4に記載の車両用操舵制御装置において、
前輪に補助舵角を付与し、所望の車両挙動特性を達成する前輪補助舵角付与手段と、
前記補助舵角付与手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常が検出されたときは、前記前輪補助舵角付与手段を停止する停止手段と、
を設け、
前記目標特性変更手段は、前記前輪補助舵角付与手段の異常が検出されたときは、前記前輪補助舵角付与手段により達成する車両挙動特性に近づくように前記目標特性を変更することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項4または5に記載の車両用操舵制御装置において、
後輪に補助舵角を付与し、所望の車両挙動特性を達成する後輪補助舵角付与手段と、
前記補助舵角付与手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常が検出されたときは、前記補助舵角付与手段を停止する停止手段と、
を設け、
前記目標特性変更手段は、前記後輪補助舵角付与手段の異常が検出されたときは、前記後輪補助舵角付与手段により達成する車両挙動特性に近づくように前記目標特性を変更することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 運転者の操舵トルクに基づいてアシストトルクを付与するパワーステアリング手段を備えた車両用操舵制御方法において、
操舵トルクに応じた理想操舵角を算出し、運転者の操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、操舵トルクの周波数が高くなるほど小さくなる目標特性を設定し、前記操舵トルクと前記理想操舵角に基づいて、操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が前記目標特性となるように、前記アシストトルクを制御する過渡アシストトルク制御を行い、車両の操舵角に対する車両挙動特性に基づいて前記理想操舵角を変更することを特徴とする車両用操舵制御方法。 - 運転者の操舵トルクに基づいてアシストトルクを付与するパワーステアリング機構を備えた車両用操舵制御装置において、
操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、操舵トルクの周波数が高くなるほど小さくなる目標特性を設定し、操舵トルクに対する車両挙動または操舵角の特性が、前記目標特性となるように、前記アシストトルクを制御する過渡アシスト制御を行い、車両の操舵角に対する車両挙動特性に基づいて前記目標特性を変更することを特徴とする車両用操舵制御方法。
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