JP2010030391A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の横方向運動に係る横加速度をフィードバックして車輪の転舵角を制御する車両の操舵装置において、制御系閉ループの発散による車体ロールを低減する。
【解決手段】 目標横加速度演算部１０１は、操舵角θｈと車速Ｖとに基づいて目標横加速度Ｇ＊を設定する。フィルタ処理部１０２は、目標横加速度Ｇ＊に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを小さくしたフィルタ処理を行って最終目標横加速度Ｇ＊’を設定する。実横加速度演算部１１４は、横加速度センサ３４により検出した横加速度Ｇから車体ロールによる横加速度成分Ｇｒを減算して実横加速度Ｇｘを求める。横加速度偏差演算部１０４は、最終目標横加速度Ｇ＊’と実横加速度Ｇｘとの偏差ΔＧを計算し、ＰＩ制御部１０５が偏差ΔＧに応じたフィードバック制御量を演算する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、横方向に加わる外乱に対して安定走行するように車輪を転舵制御する車両の操舵装置に関する。

従来から、横方向に加わる外乱に対して安定走行するように車輪を転舵制御する技術が知られている。例えば、特許文献１の車両用パワーステアリング装置においては、車速と、操舵角と、ヨーレイトと、車両の横方向運動に係る横加速度とから、車両の横方向外乱を推定し、その推定結果に基づいて、車両の横方向外乱を抑制するように操舵アシストトルクを補正する。車両の横方向運動に係る横加速度は、車幅方向の横加速度を検出する横加速度センサでは正確に検出できない。なぜなら、横加速度センサは、車体がロールしたときに車体とともに斜めに傾くため、重力加速度成分が車幅方向（傾いた車体の左右方向）の横加速度成分に含まれてしまうからである。以下、車体ロールによって横加速度センサの検出値に含まれる横加速度成分を、車体ロールによる横加速度成分と呼ぶ。そこで、特許文献１の装置においては、横加速度センサにて検出した横加速度から車体ロールによる横加速度成分を除去することにより、車両の横方向運動に係る横加速度を求めている。
特開２００５−２８０３６８号

しかしながら、車両の横方向運動に係る横加速度を求めるにあたって、車体ロールによる横加速度成分を除去しきれないと、横加速度を用いたフィードバック制御系の閉ループが発散してしまうことがある。この場合、車体が左右にフラフラとロールしてしまう。制御パラメータとして用いる横加速度に車体ロールによる横加速度成分が含まれていると、車体ロールが発生した場合には、横加速度成分を車両の横方向運動に係る横加速度と誤判断して車輪を転舵してしまう。この車輪転舵により、今度は、逆方向に新たな車体ロールが発生する。これにより、逆方向の車体ロールによる横加速度成分を、車両の横方向運動に係る横加速度と誤判断して車輪を逆方向に転舵してしまう。従って、車体ロールが車輪転舵を招き、車輪転舵が車体ロールを招くというサイクルを繰り返す。

車体ロールによる横加速度成分は、ゆっくりとした操舵操作による車体ロールに対しては除去できるが、速い車体ロールに対しては、車体ロール検知の応答遅れ等により完全に除去することが難しい。このため、操舵ハンドルが速く操舵された場合には、制御系閉ループの発散により車体ロールが発生する。この車体ロールは、特にロール共振周波数帯域において大きくなる。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、車両の横方向運動に係る横加速度を用いて車輪を転舵する車両の操舵装置において、制御系閉ループの発散による車体ロールを低減することを目的とする。

本発明の特徴は、車両を操舵するために操作される操舵ハンドルと、車輪を転舵する転舵アクチュエータと、車体の車幅方向に働く横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記車体のロールを検出するロール検出手段と、前記ロール検出手段により検出した車体ロールに基づいて、前記横加速度検出手段により検出した横加速度から車体ロールによる横加速度成分を除去して車両の横方向運動に係る実際の横加速度を算出する実横加速度算出手段と、前記操舵ハンドルの操作に応じて指令値を設定する指令値設定手段と、前記指令値設定手段により設定した指令値と、前記実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度とに基づいて前記転舵アクチュエータを駆動して前記車輪を転舵する転舵制御手段とを備えた車両の操舵装置において、前記指令値設定手段により設定した指令値に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行うフィルタ手段を備えたことにある。

この発明においては、横加速度検出手段が車体の車幅方向に働く横加速度を検出し、ロール検出手段が車体のロールを検出する。実横加速度算出手段は、ロール検出手段により検出したロールに基づいて、横加速度検出手段により検出した横加速度から車体ロールによる横加速度成分を除去して車両の横方向運動に係る実際の横加速度を算出する。指令値設定手段は、操舵ハンドルの操作に応じて指令値を設定する。転舵制御手段は、指令値設定手段により設定した指令値と、実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度とに基づいて転舵アクチュエータを駆動して車輪を転舵する。

車両の横方向運動に係る実際の横加速度を用いて車輪を転舵制御する場合、つまり、車両横方向の外乱に対して車両を安定走行させる転舵制御を行う場合、車両の横方向運動に係る実際の横加速度を正しく検出する必要があるが、横加速度検出手段により検出した横加速度から車体ロールによる横加速度成分を適正に除去できないと、制御系閉ループの発散を招き車体ロールが発生するおそれがある。そこで、この発明においては、フィルタ手段を備え、このフィルタ手段により、指令値設定手段により設定した指令値に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行う。このため、指令値に含まれる周波数成分のうちロール共振周波数帯域の成分が減衰する。従って、ロール共振を発生させるような車輪の転舵が抑制される。この結果、本発明によれば、横風等の外乱を受けても安定走行を維持でき、しかも、制御系閉ループの発散による車体ロールの発生を抑制することができる。

本発明の他の特徴は、前記指令値設定手段は、少なくとも前記操舵ハンドルの操舵角に基づいて、車両の横方向運動に係る目標横加速度を前記指令値として設定する目標横加速度設定手段であり、前記フィルタ手段は、前記目標横加速度設定手段により設定した車両の横方向運動に係る目標横加速度に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行い、前記転舵制御手段は、前記実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度をフィードバックして、前記車両の横方向運動に係る実際の横加速度が、前記フィルタ手段によりフィルタ処理された目標横加速度と一致するように前記転舵アクチュエータを駆動して前記車輪を転舵することにある。

この発明においては、指令値設定手段としての目標横加速度設定手段が、少なくとも操舵ハンドルの操舵角に基づいて、車両の横方向運動に係る目標横加速度を設定する。フィルタ手段は、この目標横加速度に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行う。従って、目標加速度を表す信号に含まれる周波数成分のうちロール共振周波数帯域の成分が減衰する。転舵制御手段は、フィルタ処理された目標横加速度に対して、実際の横加速度をフィードバックして、実際の横加速度が目標横加速度と一致するように転舵アクチュエータを駆動して車輪を転舵する。従って、ロール共振を発生させるような車輪の転舵が抑制され、制御系閉ループの発散による車体ロールの発生を抑制することができる。また、操舵ハンドルの操舵角に基づいて車両の横方向運動に係る目標横加速度を設定するため、横風等の外乱に応答して車輪を自動転舵することができ、車両の安定走行を図ることができる。

本発明の他の特徴は、前記実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行う実横加速度フィルタ手段を備えたことにある。

この発明においては、実横加速度フィルタ手段が、実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行う。このため、フィードバックされる実際の横加速度を表す信号に含まれる周波数成分のうちロール共振周波数帯域の成分が減衰する。従って、目標横加速度と実際の横加速度との偏差についても、ロール共振周波数近傍で周期的に変化することが抑制される。この結果、一層、車体ロールの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係る車両の操舵装置のシステム構成を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、運転者によって操舵操作される操舵操作装置１０と、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を運転者の操舵操作に応じて転舵する転舵装置２０とを機械的に分離して備えたステアリングバイワイヤ方式を採用している。操舵操作装置１０は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端には減速機構を内蔵した反力発生用の操舵反力用電動モータ１３が組み付けられている。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸２１を備えている。この転舵軸２１の両端部には、タイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、転舵軸２１の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵軸２１の外周上には、図示しないハウジングに組み付けられた転舵用電動モータ２４が設けられている。転舵用電動モータ２４の回転は、ねじ送り機構２６により減速されるとともに転舵軸２１の軸線方向の変位に変換される。この転舵用電動モータ２４が本発明の転舵アクチュエータに相当する。

次に、操舵反力用電動モータ１３、転舵用電動モータ２４の回転を制御する電気制御装置３０について説明する。電気制御装置３０は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２、車速センサ３３、横加速度センサ３４、ロールセンサ３５を備えている。操舵角センサ３１は、操舵ハンドル１１の操舵角を検出する操舵角検出手段であって、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の基準点からの回転角を検出して操舵角θｈを表す信号を出力する。

転舵角センサ３２は、転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段であって、転舵軸２１の基準点からの軸線方向の変位量を検出して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを表す信号を出力する。転舵用電動モータ２４のロータの回転角度は、転舵軸２１の軸線方向の移動量、つまり、転舵角δの変化量に対応した値をとる。従って、本実施形態における転舵角センサ３２は、転舵用電動モータ２４のロータの基準位置に対する回転角度を検出する相対角センサ（例えばレゾルバセンサ）と、基準位置を与えるための絶対角センサ（例えばエンコーダ）とを備え、この両センサにより得られた転舵用電動モータ２４の回転角度から転舵角δを検出する。

車速センサ３３は、車両の走行速度である車速Ｖを表す車速信号を出力する。横加速度センサ３４は、本発明の横加速度検出手段に相当するもので、車体に固定され車幅方向に働く横加速度Ｇを表す信号を出力する。横加速度センサ３４は、車両の横方向運動により発生する横加速度だけでなく、車体がロールにより左右に傾いたときには、車体と同じように左右に傾くため、重力加速度成分を車幅方向に働く横加速度として検出する。ロールセンサ３５は、本発明のロール検出手段に相当するもので、車体の前後軸周りの水平状態からの回転角度θｒを表す信号を出力する。このロールセンサ３５により検出される回転角度θｒをロール角θｒと呼ぶ。ロールセンサ３５は、例えば、レートジャイロで計測したロール角速度を時間で積分することにより車体のロール角θｒを検出する。

尚、上述した操舵角θｈ、実転舵角δ、横加速度Ｇ、ロール角θｒは、その方向を識別できるものであり、例えば、基準点に対して左方向に向いている、あるいは左方向に作用している場合には正の値で表され、右方向に向いている、あるいは右方向に作用している場合には負の値で表される。また、本明細書においては、方向を区別せずに検出値の大小関係について論じる場合には、その絶対値の大きさについて論じることにする。

また、電気制御装置３０は、互いに接続された操舵反力用電子制御ユニット（以下、操舵反力用ＥＣＵという）３６、転舵用電子制御ユニット（以下、転舵用ＥＣＵという）３７を備えている。操舵反力用ＥＣＵ３６には、操舵角センサ３１が接続されている。また、転舵用ＥＣＵ３７には、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２、車速センサ３３、横加速度センサ３４、ロールセンサ３５が接続されている。

この操舵反力用ＥＣＵ３６、転舵用ＥＣＵ３７は、それぞれＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とする。操舵反力用ＥＣＵ３６は、駆動回路３８を介して操舵反力用電動モータ１３を駆動制御する。転舵用ＥＣＵ３７は、駆動回路３９を介して転舵用電動モータ２４を駆動制御する。

駆動回路３８，３９内には、電動モータ１３，２４に流れる駆動電流をそれぞれ検出する電流センサ３８ａ，３９ａがそれぞれ設けられていて、電流センサ３８ａ，３９ａによって検出された駆動電流値信号はＥＣＵ３６，３７にそれぞれ供給される。

操舵反力用ＥＣＵ３６は、操舵角センサ３１により検出した操舵角θｈに基づいて、目標操舵反力トルクＴ＊を計算し、目標操舵反力トルクＴ＊に応じた制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号）を駆動回路３８に出力することで、目標操舵反力トルクＴ＊に応じた駆動電流を操舵反力用モータ１３に流す。これにより、目標操舵反力トルクＴ＊に等しい操舵反力が操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に付与される。従って、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して適切な反力トルクが付与され、運転者は、この操舵反力を感じながら操舵ハンドル１１を快適に回動操作できる。こうした操舵反力トルクの制御は、操舵反力用ＥＣＵ３６がＲＯＭ等に記憶した制御プログラムを実行することにより行われる。

尚、目標操舵反力トルクＴ＊の計算にあたっては、例えば、操舵角θｈに比例するバネ反力トルク成分と、操舵角θｈを時間で微分した操舵角速度の大きさに比例する摩擦反力トルク成分と、操舵角速度を時間で微分した操舵角加速度に比例する粘性反力トルク成分とをそれぞれ計算し、各トルク成分を合算することにより求めることができる。

次に、転舵用ＥＣＵ３７により実施される転舵角制御について説明する。転舵用ＥＣＵ３７は、ＲＯＭ等に記憶した転舵制御プログラムを実行することにより、操舵角θｈに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するが、その制御モードを車速Ｖに応じて切り替える。転舵用ＥＣＵ３７は、車速センサ３３により検出した車速Ｖが基準速度Ｖ０未満となる場合には、第１制御モードを選択し、車速Ｖが基準速度Ｖ０以上の場合には第２制御モードを選択する。この場合、制御モードが頻繁に切り替わらないように、基準速度Ｖ０にヒステリシスを設けておく。

第１制御モードにおいては、転舵用ＥＣＵ３７は、操舵角θｈが増大するにしたがって増大する目標転舵角δ＊を設定し、転舵角センサ３２によって検出された転舵角δが目標転舵角δ＊と一致するように、両者の偏差（δ＊―δ）に比例した目標駆動電流値を計算する。そして、計算した目標駆動電流値に応じた制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号）を駆動回路３９に出力することで目標駆動電流を転舵用電動モータ２４に流す。これにより、転舵用電動モータ２４は、偏差（δ＊―δ）が「０」となるように駆動制御され、その回転により、ねじ送り機構２６を介して転舵軸２１を軸線方向に駆動する。この結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の操舵角θｈに応じた舵角に転舵される。

次に、第２制御モードについて説明する。この第２制御モードは、本発明の特徴部分に係るものであるので詳しく説明する。図２は、第２制御モードに係る転舵制御プログラムの実行によって実現される転舵用ＥＣＵ３７の機能を表す機能ブロック図である。

転舵用ＥＣＵ３７は、目標横加速度演算部１０１を備えている。目標横加速度演算部１０１は、図３に示すように、操舵角θｈと車速Ｖとに基づいて目標横加速度Ｇ＊を計算するための参照マップを記憶している。目標横加速度演算部１０１は、操舵角センサ３１により検出した操舵角θｈと車速センサ３３により検出した車速Ｖとを入力し、この参照マップを参照することにより目標横加速度Ｇ＊を計算する。目標横加速度Ｇ＊は、車両の横方向運動により発生する車体の横加速度の目標値である。この場合、目標横加速度Ｇ＊は、操舵角θｈの増加にしたがって増加するとともに、車速Ｖの増加にしたがって増加する。尚、本実施形態では、目標横加速度Ｇ＊を、参照マップを用いて計算するようにしたが、参照マップに代えて操舵角θｈおよび車速Ｖに応じて変化する目標横加速度Ｇ＊を定義した関数を記憶しておき、この関数を用いて目標横加速度Ｇ＊を計算するようにしてもよい。また、本実施形態においては、操舵角θｈと車速Ｖとにより目標横加速度Ｇ＊を計算するが、車速Ｖに関係させずに操舵角θｈのみから目標横加速度Ｇ＊を求めるようにしてもよい。この場合、単に操舵角θｈに正比例する目標横加速度Ｇ＊を求めるようにして転舵用ＥＣＵ３７の演算負担を軽くすることもできる。この目標横加速度演算部１０１は、本発明の目標横加速度設定手段（指令値設定手段）に相当する。

転舵用ＥＣＵ３７は、フィルタ処理部１０２を備えている。目標横加速度演算部１０１にて計算された目標横加速度Ｇ＊は、フィルタ処理部１０２に入力される。フィルタ処理部１０２は、車速Ｖに応じたフィルタ特性を有するフィルタを備えている。このフィルタは、図４に示すように、ロール共振周波数帯域（ロール共振周波数およびその近傍の周波数帯）のゲインを他の周波数帯域に比べて小さく設定したバンドエリミネートフィルタである。ロール共振周波数は、例えば、１Ｈｚ〜３Ｈｚ程度であって、車速が高くなるほど低くなる。フィルタ処理部１０２は、車速センサ３３から車速Ｖを入力し、この車速Ｖに応じたロール共振周波数帯が設定されたフィルタを用いて、目標横加速度Ｇ＊を表す信号に対してフィルタ処理を行う。これにより、目標横加速度Ｇ＊を表す信号に含まれる周波数成分のうちロール共振周波数帯域の成分が減衰する。フィルタ処理された目標横加速度Ｇ＊’がフォードバック制御系の最終的な横加速度の目標値となる。以下、この目標横加速度Ｇ＊’を最終目標横加速度Ｇ＊’と呼ぶ。尚、フィルタ処理部１０２は、本発明のフィルタ手段に相当する。

転舵用ＥＣＵ３７は、目標転舵角δ＊を計算するために、フィードフォワード演算部１０３、横加速度偏差演算部１０４、ＰＩ制御部１０５、目標転舵角演算部１０６を備えている。フィルタ処理部１０２によりフィルタ処理された最終目標横加速度Ｇ＊’は、フィードフォワード演算部１０３と横加速度偏差演算部１０４とに入力される。フィードフォワード演算部１０３は、最終目標横加速度Ｇ＊’と車速Ｖとを入力し、次式を用いて転舵角のフィードフォワード制御値δffを計算する。
δff＝Ｇ＊’（１＋Ｋｈ・Ｖ²）Ｌ／Ｖ²
ここでＫｈはスタビリティファクタ、Ｌはホイールベースである。

一方、横加速度偏差演算部１０４は、後述する実横加速度Ｇｘをフィードバックして入力し、最終目標横加速度Ｇ＊’と実横加速度Ｇｘとの偏差ΔＧ（Ｇ＊’−Ｇｘ）を計算する。計算された偏差ΔＧは、ＰＩ制御部１０５に入力される。ＰＩ制御部１０５は、次式のように、入力した偏差ΔＧに比例した比例項と偏差ΔＧを積分した積分項とを加算して、転舵角のフィードバック制御値Δδfbを計算する。
Δδfb＝Ｐ・ΔＧ＋Ｉ・∫ΔＧ・ｄｔ
従って、横加速度偏差演算部１０４とＰＩ制御部１０５とにより横加速度のフィードバック演算部を構成している。

フィードフォワード制御値δffおよびフィードバック制御値Δδfbは、目標転舵角演算部１０６に入力される。目標転舵角演算部１０６は、フィードフォワード制御値δffとフィードバック制御値Δδfbとを加算して目標転舵角δ＊（＝δff＋Δδfb）を計算する。

転舵用ＥＣＵ３７は、更に、転舵角偏差演算部１０７、目標電流演算部１０８、電流偏差演算部１０９、ＰＩ制御部１１０、ＰＷＭ電圧発生部１１１を備えている。目標転舵角演算部１０６にて計算された目標転舵角δ＊は、転舵角偏差演算部１０７に入力される。転舵角偏差演算部１０７は、転舵角センサ３２から転舵角δ（以下、実転舵角δと呼ぶ）を入力し、目標転舵角δ＊と実転舵角δとの偏差Δδ（δ＊−δ）を計算する。計算された偏差Δδは、目標電流演算部１０８に入力される。

目標電流演算部１０８は、目標転舵角δ＊と実転舵角δとの偏差Δδを入力して、それに比例した目標電流ｉ＊を計算する。この目標電流ｉ＊は、電動モータ２４に通電する目標電流値である。目標電流ｉ＊は、電流偏差演算部１０９に入力される。電流偏差演算部１０９は、目標電流演算部１０８により算出された目標電流ｉ＊と、電流センサ３９ａにより検出した電動モータ２４に流れる実際の電流ｉとを入力し、両者の偏差Δｉ（＝ｉ＊−ｉ）を算出する。電流偏差演算部１０９にて算出された偏差Δｉは、ＰＩ制御部１１０に入力される。

ＰＩ制御部１１０は、入力した偏差Δｉに比例した比例項と偏差Δｉを積分した積分項とを加算して、電動モータ２４を駆動するための目標電圧ｖ＊を計算する。つまり、偏差Δｉがゼロになるように目標電圧ｖ＊を計算する。ＰＩ制御部１１０により計算された目標電圧ｖ＊は、ＰＷＭ電圧発生部１１１に入力される。ＰＷＭ電圧発生部１１１は、目標電圧ｖ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号を駆動回路３９に出力する。駆動回路３９は、スイッチング素子から構成され、例えば、インバータ回路やＨブリッジ回路である。駆動回路３９は、ＰＷＭ制御電圧信号に対応したデューティ比でスイッチング素子をオンオフして、目標電圧ｖ＊を電動モータ２４に印加する。これにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、電動モータ２４の駆動力により転舵される。

こうして左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵されて車体が旋回する。これにより車体には、車両の横方向運動に係る横加速度が発生する。このとき車体がロールするため横加速度センサ３４も傾く。従って、車幅方向の横加速度を検出する横加速度センサ３４の検出値には、車体ロールによる横加速度成分が含まれる。転舵用ＥＣＵ３７は、横加速度偏差演算部１０４において、実横加速度Ｇｘをフィードバックして入力するが、横加速度センサ３４の検出値をそのまま実横加速度Ｇｘとして用いてしまうと車体ロールによる横加速度成分が含まれてしまい適正な転舵制御を行うことができない。そこで、転舵用ＥＣＵ３７は、車体ロールによる横加速度を除去して車両の横方向運動に係る実際の横加速度を算出するために、ロール横加速度成分演算部１１３と実横加速度演算部１１４とを備えている。

ロール横加速度成分演算部１１３は、ロールセンサ３５にて検出されたロール角θｒを入力し、このロール角θｒに係数Ｋを乗じることにより、ロール角θｒが大きくなるにしたがって増加する横加速度成分（車体ロールにより横加速度センサ３４の検出値に含まれる重力加速度成分）Ｇｒを計算する。実横加速度演算部１１４は、横加速度センサ３４にて検出された横加速度Ｇと、ロール横加速度成分演算部１１３により計算された横加速度成分Ｇｒとを入力し、横加速度Ｇから横加速度成分Ｇｒを減算することにより、車両の横方向運動に係る実際の横加速度Ｇｘ（実横加速度Ｇｘと呼ぶ）を算出する。この実横加速度Ｇｘは、横加速度偏差演算部１０４にフィードバックされ、横加速度偏差演算部１０４で目標横加速度Ｇ＊との偏差ΔＧの計算に用いられる。

尚、ロール横加速度成分演算部１１３と実横加速度演算部１１４とからなる構成が、本発明の実横加速度算出手段に相当する。また、フィードフォワード演算部１０３、横加速度偏差演算部１０４、ＰＩ制御部１０５、目標転舵角演算部１０６、転舵角偏差演算部１０７、目標電流演算部１０８、電流偏差演算部１０９、ＰＩ制御部１１０、ＰＷＭ電圧発生部１１１、駆動回路３９からなる構成が、本発明の転舵制御手段に相当する。

この転舵用ＥＣＵ３７においては、基本的には、操舵角θｈに応じた目標横加速度を設定し、車両の横方向運動により発生する横加速度が目標横加速度と一致するように左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御して、車両が横風等の外乱を受けても安定走行を維持できるようにしている。しかし、車両の横方向運動により発生する横加速度を検出する場合、横加速度センサ３４では、その検出値（横加速度Ｇ）に車体ロールによる横加速度成分が含まれてしまう。そこで、ロール横加速度成分演算部１１３においてロールセンサ３５により検出されるロール角θｒに応じた横加速度成分Ｇｒを計算し、実横加速度演算部１１４において横加速度センサ３４にて検出された横加速度Ｇから横加速度成分Ｇｒを減算することにより、実横加速度Ｇｘを求めている。

こうした制御系を構成した場合、車体ロールによる横加速度成分Ｇｒを除去しきれないと、車体ロールが発生したときに横加速度成分Ｇｒを横加速度として誤判断して、その分も含めて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵してしまい、新たな逆方向の車体ロールを発生させる。従って、図２に示す制御系の閉ループにおいて発散を招く。車体ロールによる横加速度成分Ｇｒは、ゆっくりとした操舵操作による車体ロールに対しては除去できるが、速い車体ロールに対しては、車体ロール検知の応答遅れ等により完全に除去することが難しい。このため、操舵ハンドル１１が速く操舵された場合には、制御系の閉ループの発散によるロールが発生する。このロールは、特にロール共振周波数帯域において大きくなる。

そこで、本実施形態においては、フィルタ処理部１０２において、目標横加速度Ｇ＊に対してロール共振周波数帯域のゲインを小さくしたフィルタ処理を行うことにより、目標横加速度Ｇ＊を表す信号に含まれる周波数成分のうちロール共振周波数帯域の成分を減衰させる。これにより、目標転舵角δ＊がロール共振周波数近傍で周期的に変化することが抑制される。つまり、ロール共振を発生させるような左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵を行わないように目標転舵角δ＊が設定される。

この結果、本実施形態の車両の操舵装置によれば、車両が横風等の外乱を受けても安定走行を維持でき、しかも、閉ループの発散による車体ロールの発生を抑制することができる。

以上、本実施形態の車両の操舵装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、図５に示すように、横加速度偏差演算部１０４と実横加速度演算部１１４との間にフィルタ処理部１１５を設けても良い。図５は、変形例としての第２制御モードに係る転舵制御プログラムの実行によって実現される転舵用ＥＣＵ３７の機能を表す機能ブロック図である。この変形例は、図２に示した実施形態のものに対してフィルタ処理部１１５を追加したもので、他の構成については図２の構成と同一である。このフィルタ処理部１１５は、フィルタ処理部１０２と同様に、ロール共振周波数帯域（ロール共振周波数およびその近傍の周波数帯）のゲインを他の周波数帯域に比べて小さく設定したフィルタを備える。フィルタ処理部１１５は、車速センサ３３から車速Ｖを入力し、車速Ｖに応じたロール共振周波数帯域が設定されたフィルタを用いて、実横加速度演算部１１４により計算された実横加速度Ｇｘを表す信号に対してフィルタ処理を行う。これにより実横加速度Ｇｘを表す信号におけるロール共振周波数帯域の成分が減衰する。

フィルタ処理部１１５は、フィルタ処理を行った後の実横加速度Ｇｘ’を最終的な実横加速度として横加速度偏差演算部１０４に出力する。このため、横加速度偏差演算部１０４にて計算される最終目標横加速度Ｇ＊’と実横加速度Ｇｘとの偏差ΔＧ（Ｇ＊’−Ｇｘ）がロール共振周波数近傍で周期的に変化することが抑制される。従って、ロール共振を発生させるような左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵を行わないように目標転舵角δ＊が設定される。この結果、閉ループの発散による車体ロールの発生を更に抑制することができる。尚、フィルタ処理部１１５は、本発明の実横加速度フィルタ手段に相当する。

また、本実施形態においては、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置に適用したものであるが、ステアリングギヤ比を自在に調整可能なギヤ比可変操舵装置に適用することもできる。また、本実施形態においては、ロール角を検出するにあたり、レートジャイロで計測したロール角速度を積分して求めるロールセンサ３５を設けたが、例えば、フリージャイロで直接計測するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、操舵角θｈと車速Ｖとにより目標横加速度Ｇ＊を設定したが、目標横加速度Ｇ＊の設定にあたっては、少なくとも操舵角θｈを用いるものであれば、他のパラメータを組み合わせても良い。また、操舵角θｈのみから目標横加速度Ｇ＊を設定してもよい。

また、本実施形態においては、操舵ハンドル１１の操作に応じて設定される指令値として目標横加速度Ｇ＊を用いているが、実横加速度Ｇｘが車輪の転舵角に影響を与える制御形態であれば、指令値として他の制御パラメータを使用することもできる。また、車速に応じて転舵制御を第１制御モードと第２制御モードとに切り替えているが、制御モードを切り替える必要はなく、また、第１制御モードにおいても、種々の転舵制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の全体システム構成図である。 転舵用ＥＣＵによって実行される転舵制御処理を表すブロック図である。 操舵角と車速とに基づいて目標横加速度を算出するための参照マップである。 フィルタ特性を表すグラフである。 変形例としての転舵用ＥＣＵによって実行される転舵制御処理を表すブロック図である。

符号の説明

１０…操舵操作装置、１１…操舵ハンドル、２０…転舵装置、２４…転舵用電動モータ、３０…電気制御装置、３１…操舵角センサ、３１…転舵角センサ、３３…車速センサ、３４…横加速度センサ、３５…ロールセンサ、３６…操舵反力用ＥＣＵ、３７…転舵用ＥＣＵ、１０１…目標横加速度演算部、１０２…フィルタ処理部、１０３…フィードフォワード演算部、１０４…横加速度偏差演算部、１０５…ＰＩ制御部、１０６…目標転舵角演算部、１０７…転舵角偏差演算部、１１３…ロール横加速度成分演算部、１１４…実横加速度演算部、１１５…フィルタ処理部。

Claims (3)

1. 車両を操舵するために操作される操舵ハンドルと、
   車輪を転舵する転舵アクチュエータと、
   車体の車幅方向に働く横加速度を検出する横加速度検出手段と、
   前記車体のロールを検出するロール検出手段と、
   前記ロール検出手段により検出した車体ロールに基づいて、前記横加速度検出手段により検出した横加速度から車体ロールによる横加速度成分を除去して車両の横方向運動に係る実際の横加速度を算出する実横加速度算出手段と、
   前記操舵ハンドルの操作に応じて指令値を設定する指令値設定手段と、
   前記指令値設定手段により設定した指令値と、前記実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度とに基づいて前記転舵アクチュエータを駆動して前記車輪を転舵する転舵制御手段と
   を備えた車両の操舵装置において、
   前記指令値設定手段により設定した指令値に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行うフィルタ手段を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記指令値設定手段は、少なくとも前記操舵ハンドルの操舵角に基づいて、車両の横方向運動に係る目標横加速度を前記指令値として設定する目標横加速度設定手段であり、
   前記フィルタ手段は、前記目標横加速度設定手段により設定した車両の横方向運動に係る目標横加速度に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行い、
   前記転舵制御手段は、前記実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度をフィードバックして、前記車両の横方向運動に係る実際の横加速度が、前記フィルタ手段によりフィルタ処理された目標横加速度と一致するように前記転舵アクチュエータを駆動して前記車輪を転舵することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
3. 前記実横加速度算出手段により算出した車両の横方向運動に係る実際の横加速度に対して、ロール共振周波数帯域のゲインを他の周波数帯域よりも小さく設定したフィルタによりフィルタ処置を行う実横加速度フィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の車両の操舵装置。

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