JP2016078689A

JP2016078689A - 後輪操舵装置

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Publication number: JP2016078689A
Application number: JP2014212938A
Authority: JP
Inventors: 好隆藤田; Yoshitaka Fujita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-05-16

Abstract

【課題】ドライバによる車両操作時の違和感を低減することができる後輪操舵装置を提供すること。
【解決手段】後輪操舵装置１は、車両１００が走行している路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定部９１と、車両１００における前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角を検出する操舵角センサ４と、リアカウンタ制御の実行中に、路面の摩擦係数が第１閾値未満で、かつ前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角の絶対値が第２閾値未満である条件を満たしたか否かを判定する条件判定部９３と、車両１００がオーバーステアの状態である場合にリアカウンタ制御における制御量を算出するとともに、条件判定部９３にて条件を満たしたと判定された場合に、算出する制御量を直前に算出した制御量に対して減少させる制御量算出部９４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、後輪操舵装置に関する。

従来、車両に搭載され、当該車両の旋回時における当該車両の挙動を安定化させるために、当該車両における後輪に舵角を付与するリアカウンタ制御を実行する後輪操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２８９６３７号公報

ここで、上述したような後輪操舵装置の搭載されていない車両が摩擦係数の低い路面（低μ路面）を走行する場合を想定する。
このような車両を運転するドライバは、例えば車両の右旋回時に後輪の横滑りが発生した場合には、車両の挙動を安定化させるために、カウンタステア操作（ハンドルを左方向に操作）を実施する。このカウンタステア操作により、車両は、左方向に横滑りしながら右旋回をすることとなる。すなわち、ドライバによるカウンタステア操作でのハンドルの操作方向（左方向への操作）と、車両の進行方向（左方向）とは、一致することとなる。

一方、上述した後輪操舵装置の搭載された車両が低μ路面を走行する場合には、以下の問題がある。
例えば車両の右旋回時に後輪の横滑りが発生した場合には、リアカウンタ制御が実行されるため、車両の挙動は収まることとなる。すなわち、ドライバは、カウンタステア操作を実施する必要がない。しかしながら、車両は、リアカウンタ制御により当該車両の挙動は収まるが、低μ路面であるため、上述した後輪操舵装置の搭載されていない車両での場合と同様に、左方向に横滑りしながら動くこととなる。このため、ドライバは、「カウンタステア操作を実施しておらずハンドルが真っ直ぐ（前輪の舵角が０°）若しくはハンドルを若干、右方向に操作しているにもかかわらず、車両が左方向に動く」という違和感を抱く、という問題がある。
このため、上述したようなドライバによる車両操作時の違和感を低減することができる技術が要望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ドライバによる車両操作時の違和感を低減することができる後輪操舵装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る後輪操舵装置は、車両に搭載され、当該車両がオーバーステアの状態である場合に当該車両における後輪に舵角を付与するリアカウンタ制御を実行する後輪操舵装置であって、前記車両が走行している路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定部と、前記車両における前輪の舵角を検出する前輪舵角検出部と、前記リアカウンタ制御の実行中に、前記路面の摩擦係数が第１閾値未満で、かつ前記前輪の舵角の絶対値が第２閾値未満である条件を満たしたか否かを判定する条件判定部と、前記車両が前記オーバーステアの状態である場合に前記リアカウンタ制御における制御量を算出するとともに、前記条件判定部にて前記条件を満たしたと判定された場合に、算出する前記制御量を直前に算出した前記制御量に対して減少させる制御量算出部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る後輪操舵装置は、リアカウンタ制御の実行中に、車両が走行している路面の摩擦係数が第１閾値未満で、かつ前輪の舵角の絶対値が第２閾値未満である条件を満たした場合に、算出する制御量（リアカウンタステア量）を直前に算出した制御量に対して減少させる。例えば、後輪操舵装置は、車両が低μ路面上で右または左に旋回をし、リアカウンタ制御を実行している際に、ドライバのハンドル操作により前輪の舵角が略０°になった場合には、算出する制御量を直前に算出した制御量に対して減少させ、最終的にリアカウンタ制御の実行を停止する。
このため、ドライバは、当該リアカウンタ制御の実行が停止した後、後輪操舵装置の搭載されていない車両が低μ路面を走行する場合と同様に、車両の挙動を安定化させるために、カウンタステア操作を実施することとなる。すなわち、ドライバによるカウンタステア操作でのハンドルの操作方向と、後輪の横滑りによる車両の進行方向とは、一致することとなる。
したがって、本発明に係る後輪操舵装置によれば、ドライバによる車両操作時の違和感を低減することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る後輪操舵装置が搭載された車両の構成を模式的に示した図である。図２は、図１に示した後輪操舵装置の動作を示すフローチャートである。図３は、車両が低μ路面上で曲線に沿って右旋回している様子を模式的に示す図である。図４Ａは、図３に示した車両に作用するヨーレート及び予測ヨーレートの挙動を示す図である。図４Ｂは、図４Ａに示したようにヨーレート及び予測ヨーレートが変化した場合での制御量の挙動を示す図である。

以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態と記載）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。

〔車両の概略構成〕
図１は、本発明の実施の形態に係る後輪操舵装置１が搭載された車両１００の構成を模式的に示した図である。なお、図１では、車両１００の構成として、本発明の要部である後輪操舵装置１を主に図示している。
車両１００は、オーバーステアの状態である場合に、当該車両１００における左右の後輪Ｒ１，Ｒ２に舵角を付与するリアカウンタ制御を実行する後輪操舵装置１（図１）を備える。
ここで、車両１００における左右の前輪Ｆ１，Ｆ２は、図１に示すように、ドライバによって操作されるハンドル１１０に前輪操舵機構１２０を介して接続され、当該操作によるハンドル１１０の操舵角に応じて、舵角を機械的に変更する。
また、車両１００における左右の後輪Ｒ１，Ｒ２は、図１に示すように、後輪操舵装置１が接続され、当該後輪操舵装置１による制御の下、舵角を変更可能に構成されている。

〔後輪操舵装置の構成〕
後輪操舵装置１は、図１に示すように、後輪操舵機構２と、後輪操舵アクチュエータ３と、操舵角センサ４と、車速センサ５と、ヨーレートセンサ６と、第１加速度センサ７と、第２加速度センサ８と、コントローラ９とを備える。
後輪操舵機構２は、左右の後輪Ｒ１，Ｒ２に接続され、後輪操舵アクチュエータ３の駆動に伴って、左右の後輪Ｒ１，Ｒ２の舵角を変更する。
後輪操舵アクチュエータ３は、例えば油圧アクチュエータを用いて構成され、コントローラ９による制御の下、後輪操舵機構２を動作させる。

操舵角センサ４は、ドライバによるハンドル１１０の操舵角を、例えば、車両１００の右旋回を正、車両１００の左旋回を負として検出する。なお、ハンドル１１０の操舵角は、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αと等価である。このため、操舵角センサ４は、本発明に係る前輪舵角検出部としての機能を有する。
車速センサ５は、車両１００の走行速度である車速Ｖを検出する。
ヨーレートセンサ６は、車両１００に作用するヨーレートγを、例えば、車両１００の右旋回を正、車両１００の左旋回を負として検出する。
第１加速度センサ７は、車両１００に作用する前後加速度ｇ_Ｘを検出する。
第２加速度センサ８は、車両１００に作用する横加速度ｇ_Ｙを検出する。
そして、上述した各種センサ４〜８は、検出した前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角α、車速Ｖ、ヨーレートγ、前後加速度ｇ_Ｘ、及び横加速度ｇ_Ｙに応じた各信号をコントローラ９にそれぞれ出力する。

コントローラ９は、コンピュータを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を用いて構成され、各種センサ４〜８からの信号等に基づいて、後輪操舵機構２及び後輪操舵アクチュエータ３を介して、左右の後輪Ｒ１，Ｒ２に舵角を付与するリアカウンタ制御を実行する。このコントローラ９は、図１に示すように、路面摩擦係数推定部９１と、目標モーメント算出部９２と、条件判定部９３と、制御量算出部９４と、アクチュエータ制御部９５とを備える。

路面摩擦係数推定部９１は、車両１００が走行している路面の摩擦係数μを推定する。例えば、路面摩擦係数推定部９１は、摩擦円の大きさが路面の摩擦係数μに等価であることを利用し、以下の式（１）により、路面の摩擦係数μを推定する。

目標モーメント算出部９２は、車両１００の挙動を抑制する（車両１００を安定化させる）ための目標モーメントを算出する。なお、目標モーメントの算出方法は、種々の公知の方法を採用することができ、例えば、車両１００のスリップ角β及び予測スリップ角β_αＶの偏差Δβ、ヨーレートγ及び予測ヨーレートγ_αＶの偏差Δγ、及び横加速度ｇ_Ｙ及び予測横加速度ｇ_ＹαＶの偏差Δｇ_Ｙに基づいて、目標モーメントを算出することができる。
ここで、予測スリップ角β_αＶ、予測ヨーレートγ_αＶ、及び予測横加速度ｇ_ＹαＶは、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角α及び車速Ｖ等に基づいてそれぞれ予測された値である。
例えば、予測ヨーレートγ_αＶに対してヨーレートγが小さい場合には、車両１００は、アンダーステアの状態である。逆に、予測ヨーレートγ_αＶに対してヨーレートγが大きい場合には、車両１００は、オーバーステアの状態である。すなわち、ヨーレートγ及び予測ヨーレートγ_αＶの偏差Δγにより、言い換えれば、目標モーメントにより、車両１００がアンダーステアの状態またはオーバーステアの状態になっていることを判断することができる。

条件判定部９３は、低μ路面での制御条件を満たしたか否かを判定する。
具体的に、低μ路面での制御条件は、以下の第１〜第４の条件である。
第１の条件は、路面摩擦係数推定部９１にて推定された摩擦係数μが第１閾値（例えば、第１閾値＝０．１）未満であるという条件である。
第２の条件は、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αの絶対値が第２閾値（例えば、第２閾値＝１０°）未満であるという条件である。
第３の条件は、リアカウンタ制御の実行中であるという条件である。なお、リアカウンタ制御の実行中であるか否かは、リアカウンタ制御の実行中であることを示す制御中フラグがオン状態になっているか否かを確認することで判断することができる。なお、当該制御中フラグは、図示しないメモリに記憶されている。
第４の条件は、上述した第１〜第３の条件が一定時間（例えば、５００ms）継続しているという条件である。
すなわち、条件判定部９３は、上述した第１〜第４条件の全てを満たした場合に、低μ路面での制御条件を満たしたと判定する。

制御量算出部９４は、目標モーメント算出部９２にて算出された目標モーメントが所定のモーメント閾値より大きくなった場合に、当該目標モーメントに基づいて、リアカウンタ制御における制御量（リアカウンタステア量）を算出する。
また、制御量算出部９４は、条件判定部９３にて低μ路面での制御条件を満たしたと判定された場合には、算出する制御量を直前に算出した制御量に対して漸減する。
なお、制御量算出部９４は、制御量の算出を開始した時点で上述した制御中フラグをオン状態とし、算出した制御量が０になった時点で当該制御中フラグをオフ状態とする。

アクチュエータ制御部９５は、後輪操舵アクチュエータ３を駆動させ、後輪操舵機構２を介して、左右の後輪Ｒ１，Ｒ２の舵角を制御量算出部９４にて算出された制御量に応じた舵角に変化させる。

〔後輪操舵装置の動作〕
次に、上述した後輪操舵装置１の動作について説明する。
図２は、後輪操舵装置１の動作を示すフローチャートである。
先ず、目標モーメント算出部９２は、目標モーメントを算出する（ステップＳ１）。
続いて、制御量算出部９４は、ステップＳ１で算出された目標モーメントが所定のモーメント閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２）。
目標モーメントがモーメント閾値以下であると判断された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）には、後輪操舵装置１は、本制御フロー（図２）を終了する。なお、本制御フローは、所定の間隔で繰り返し実行されるものである。
一方、目標モーメントがモーメント閾値を超えたと判断した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）には、制御量算出部９４は、ステップＳ１で算出された目標モーメントに基づいて、リアカウンタ制御における制御量（リアカウンタステア量）を算出する（ステップＳ３）。

続いて、条件判定部９３は、低μ路面での制御条件（上述した第１〜第４の条件の全て）を満たしたか否かを判定する（ステップＳ４）。
低μ路面での制御条件を満たしていないと判定された場合（ステップＳ４：Ｎｏ）には、後輪操舵装置１は、ステップＳ６に移行する。
一方、低μ路面での制御条件を満たしたと判定された場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）には、制御量算出部９４は、ステップＳ１で算出された目標モーメントに関係なく、算出する制御量を直前に算出した制御量に対して漸減する（ステップＳ５）。この後、後輪操舵装置１は、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ５の後、アクチュエータ制御部９５は、後輪操舵アクチュエータ３を駆動させ、左右の後輪Ｒ１，Ｒ２の舵角をステップＳ５で漸減した制御量に応じた舵角に変化させる（ステップＳ６）。また、低μ路面での制御条件を満たしていないと判定された場合（ステップＳ４：Ｎｏ）には、アクチュエータ制御部９５は、後輪操舵アクチュエータ３を駆動させ、左右の後輪Ｒ１，Ｒ２の舵角をステップＳ３で算出された制御量に応じた舵角に変化させる（ステップＳ６）。
そして、ステップＳ６の後、後輪操舵装置１は、本制御フローを終了する。

〔従来の動作との対比〕
次に、図２に示した後輪操舵装置１の動作（低μ路面での制御条件を満たした場合での動作）による制御量（リアカウンタステア量）の挙動について、図３及び図４を参照しながら、従来の動作と対比する。
図３は、車両１００が低μ路面上で曲線Ｃに沿って右旋回している様子を模式的に示す図である。図４Ａは、図３に示した車両１００に作用するヨーレートγ（図４Ａでは実線で表現）及び予測ヨーレートγ_αＶ（図４Ａでは一点鎖線で表現）の挙動を示す図である。図４Ｂは、図４Ａに示したようにヨーレートγ及び予測ヨーレートγ_αＶが変化した場合での制御量の挙動を示す図である。なお、図４Ｂでは、車両１００がオーバーステアの状態にある場合での制御量のみを図示している。

状態ＳＴ１（図３）は、車両１００を右旋回させるためにドライバ５がハンドル１１０を大きく右方向に操作した状態である。すなわち、この状態ＳＴ１は、図４Ａに示すように予測ヨーレートγ_αＶが最も大きくなった時間ｔ１での状態に相当する。この状態ＳＴ１では、図４Ａに示すように予測ヨーレートγ_αＶに対してヨーレートγが小さいため、車両１００は、アンダーステアの状態になっている。

状態ＳＴ１の後、ドライバ５がハンドル１１０を戻し始める（前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αの絶対値を小さくし始める）と、予測ヨーレートγ_αＶは、減少し始める。そして、時間ｔ２を境に、予測ヨーレートγ_αＶに対してヨーレートγが大きい状態となる。すなわち、時間ｔ２以降、車両１００は、オーバーステアの状態になっている。

そして、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ヨーレートγ及び予測ヨーレートγ_αＶの偏差Δγが所定値を超えた（目標モーメントがモーメント閾値を超えた（ステップＳ２：Ｙｅｓ））時間ｔ３で、後輪操舵装置１は、制御量を算出し始める（ステップＳ３）。

状態ＳＴ２，ＳＴ３（図３）は、ドライバによるハンドル操作により、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αの絶対値が第２閾値（例えば、第２閾値＝１０°）未満となった（予測ヨーレートγ_αＶが所定の閾値未満となった）時間ｔ４〜ｔ５間での状態に相当する。
本実施の形態に係る後輪操舵装置１は、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αの絶対値が第２閾値未満となった時間ｔ４で、低μ路面での制御条件を満たしたと判定する（ステップＳ４）。そして、後輪操舵装置１は、図４Ｂに実線で示したように、時間ｔ４で制御量を漸減し始め（ステップＳ５）、時間ｔ５で制御量を０にする。なお、制御量の漸減を開始してから制御量を０にするまでの時間（時間ｔ４〜時間ｔ５）は、車両１００のヨーイング周波数（１〜１．５Ｈｚ）に基づいて設定することが好ましい。例えば、時間ｔ４から時間ｔ５までの時間は、４００ｍｓとすることが好ましい。
一方、従来の後輪操舵装置は、図４Ｂに一点鎖線で示したように、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αの絶対値が第２閾値未満となった時間ｔ４以降も、目標モーメントに基づく制御量の算出を継続する。

状態ＳＴ４（図３）は、車両１００の右旋回が終了した状態である。すなわち、この状態ＳＴ４は、図４Ａに示すように、予測ヨーレートγ_αＶ及びヨーレートγの双方が０になった時間ｔ６での状態に相当する。
従来の後輪操舵装置は、図４Ｂに一点鎖線で示したように、時間ｔ４以降、当該時間ｔ６まで制御量の算出を継続する。

以上説明した本実施の形態に係る後輪操舵装置１は、リアカウンタ制御の実行中に、車両１００が走行している路面の摩擦係数μが第１閾値（例えば、第１閾値＝０．１）未満で、かつ、前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αの絶対値が第２閾値（例えば、第２閾値＝１０°）未満である条件を満たした場合に、算出する制御量を直前に算出した制御量に対して漸減する。例えば、図３、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、後輪操舵装置１は、車両１００が低μ路面上で右旋回をし、リアカウンタ制御を実行している際に、ドライバのハンドル操作により前輪Ｆ１，Ｆ２の舵角αが略０°になった場合には、リアカウンタ制御における制御量を漸減し、リアカウンタ制御の実行を停止する。
このため、ドライバは、当該リアカウンタ制御の実行が停止した後、後輪操舵装置１の搭載されていない車両が低μ路面を走行する場合と同様に、車両１００の挙動を安定化させるために、カウンタステア操作を実施することとなる。すなわち、ドライバによるカウンタステア操作でのハンドルの操作方向と、後輪Ｒ１，Ｆ２の横滑りによる車両１００の進行方向とは、一致することとなる。
したがって、本実施の形態に係る後輪操舵装置１によれば、ドライバによる車両操作時の違和感を低減することができる、という効果を奏する。

（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態では、低μ路面での制御条件を満たした場合に、制御量を直前に算出した制御量に対して漸減していたが、これに限られない。例えば、当該制御条件を満たした時点で、制御量を０にする構成（リアカウンタ制御の実行を停止する構成）を採用しても構わない。
また、制御フローは、上述した実施の形態で説明したフローチャート（図２）における処理の順序に限られず、矛盾のない範囲で変更しても構わない。

１後輪操舵装置
９１路面摩擦係数推定部
９３条件判定部
９４制御量算出部
１００車両
Ｆ１，Ｆ２前輪
Ｒ１，Ｒ２後輪

Claims

車両に搭載され、当該車両がオーバーステアの状態である場合に当該車両における後輪に舵角を付与するリアカウンタ制御を実行する後輪操舵装置であって、
前記車両が走行している路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定部と、
前記車両における前輪の舵角を検出する前輪舵角検出部と、
前記リアカウンタ制御の実行中に、前記路面の摩擦係数が第１閾値未満で、かつ前記前輪の舵角の絶対値が第２閾値未満である条件を満たしたか否かを判定する条件判定部と、
前記車両が前記オーバーステアの状態である場合に前記リアカウンタ制御における制御量を算出するとともに、前記条件判定部にて前記条件を満たしたと判定された場合に、算出する前記制御量を直前に算出した前記制御量に対して減少させる制御量算出部とを備える
ことを特徴とする後輪操舵装置。