JP4604399B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールと前輪及び後輪が機械的に分離され、前輪及び後輪が独立に舵角制御される車両の操舵制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステアリングホイールと前輪及び後輪が機械的に分離され、前輪を操舵する為の操舵アクチュエータと後輪を操舵する為の操舵アクチュエータを備え、前輪と後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御することが可能なシステムがある。このようなシステムでは、ステアリングホイールの操作量に対する前輪と後輪の舵角の関係を任意に定めることができる。例えば、ステアリングホイールの操作量に対して前輪と後輪を逆相に操舵することによって、前輪のみを操舵する車両に対して車両旋回半径を小さくすることができる。また、前輪と後輪を同相に操舵することにより、高速時の進路変更を容易に行うことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の操舵制御装置においては、電動モータなどで構成される操舵アクチュエータの操舵速度には限界があるので、舵角の目標値の変化速度が高い場合には、実際の舵角に遅れが生じる場合がある。このような場合には、ドライバがステアリングホイールを一定の向きに操作していたとしても、車両旋回半径や車両横滑り角がオーバーシュート或いはアンダーシュートして変化することがあり、車両旋回半径と車両横滑り角の変化の向きがドライバの意図した向きと一時的に異なるので、ドライバに違和感を与えることがある、という問題がある。
【0004】
このような問題が発生する例として、まず、車両旋回半径の逆数がアンダーシュートして変化する例を示す。
【0005】
図3は、前輪の舵角(θf)と後輪の舵角(θr)をそれぞれ座標軸にとり、所定時間(ここでは、離散時間で操舵制御を実行する場合の1制御周期)で変化させることが可能な前輪と後輪の舵角の範囲をハッチングで示し、また、車両旋回半径の逆数(1/R)と車両横滑り角(β)の変化を示した図である。ここでは、前輪と後輪の舵角はともに車両前方に対して左向きの操舵を正としており、また、車両旋回半径は車両上に任意に定めた車両基準点(例えば、四輪の中心)の旋回半径とし、旋回中心が車両前方方向に対して左側にある場合に旋回半径を正、右側にある場合に旋回半径を負としている。尚、車両が直進する場合に旋回半径は無限大となるため演算の便宜上旋回半径の逆数を用いている。さらに、車両横滑り角は前記車両基準点における車両の進行方向と車両の前方方向のなす角とし、車両の進行方向が車両の前後方向の中心線に対して右側にずれる場合に車両横滑り角を正としている。車両旋回半径と車両横滑り角の定義を図15に示す。
【0006】
いま、図3において、前輪と後輪の現在の舵角がL点であり、1制御周期後の目標舵角がA点であるとすると、1制御周期後の舵角がA点に一致したと仮定すれば、車両旋回半径の逆数は現在の値とくらべて増加する。ところが、前輪の目標舵角が1制御周期で操舵可能な範囲を超えているので、1制御周期後の実際の舵角はA点ではなくM点となる。このため、実際の車両旋回半径の逆数は一時的に減少し、その後、舵角がA点に向かうことによって増加する。この場合、前輪と後輪の舵角速度、及び、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角は、時系列では図4(a)に示すように変化し、車両旋回半径の逆数がアンダーシュートすることがわかる。
【0007】
次に、車両横滑り角がオーバーシュートして変化する例を示す。
【0008】
いま、前述の図3において、1制御周期後の目標舵角がB点であるときには、前輪の目標舵角が1制御周期で操舵可能な範囲を超えているので、1制御周期後の実際の舵角はB点ではなくN点となる。このため、目標舵角に対応した車両横滑り角の変化量に対して実際の車両横滑り角の変化量は大きくなるので、車両横滑り角は目標舵角に対応した値より大きくなった後に、舵角がB点に向かうことによって減少する。この場合、車両横滑り角は時系列で図5(a)に示すように変化し、車両横滑り角がオーバーシュートすることがわかる。
【0009】
本発明はこのような問題点に着目し、ステアリングホイールと機械的に分離された前輪と後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御することが可能なシステムにおいて、操舵速度の限界によって舵角の目標値を実現できない場合においても、車両旋回半径と車両横滑り角の変化がドライバの意図した向きと一致し、ドライバに違和感を与えることがないような車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【0010】
【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、ステアリングホイールと機械的に分離された前輪及び後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御するためのアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置において、ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が前記アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段と、を備えたことを要旨とする。
【0011】
請求項2記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項1記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限することを要旨とする。
【0012】
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記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比を一致するように舵角速度を制限する手段、であることを要旨とする。
【0013】
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記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、前輪の舵角速度と後輪の舵角速度との比が、前記前輪の目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と前記後輪の目標舵角に対する後輪舵角の追従誤差との比と一致するように舵角速度を制限する手段、であることを要旨とする。
【0014】
請求項5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4のいずれか1項記載の車両の操舵制御装置において、前記舵角速度制限手段は、車両の走行条件に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段と、前記推定した舵角速度の範囲内で前輪と後輪の舵角速度を制限する手段と、を備えたことを要旨とする。
【0015】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、ステアリングホイールと機械的に分離された前輪及び後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御するためのアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置において、ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が前記アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段と、を備えたことにより、前輪又は後輪の一方がアクチュエータの舵角速度限界により一時的に目標舵角に到達できない場合、他方の舵角速度を舵角速度制限手段により制限することができるようになり、前輪及び後輪の舵角バランスを崩してドライバに違和感を与えることを抑制できるという効果がある。
【0016】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限するようにしたので、操舵速度の限界を超えるような目標舵角が算出された場合でも、車両旋回半径と車両横滑り角を前記目標舵角に対応する値に向けてそれぞれ単調に変化させることが可能となったので、ドライバの違和感を更に小さく抑制することができる。
【0017】
例えば、前述した図3において、現在の前輪舵角及び後輪舵角が点Lであり1制御周期後の目標舵角が操舵可能範囲を超えるA点であるときに、請求項2記載の発明を適用し、1制御周期後の舵角が線分PQ上にあるように舵角速度を制限することによって、車両旋回半径の逆数(1/R)と車両横滑り角(β)を目標舵角に対応する値に向けて変化させることができる。
【0018】
この場合、車両旋回半径の逆数は時系列では図4(b)に示すように変化し、前述したようなアンダーシュートは生じない。したがって、ドライバの違和感を抑えることができる。また、図3において、1制御周期後の目標舵角がB点であるときに、請求項2記載の発明を適用し、1制御周期後の舵角が線分RS上にあるように舵角速度を制限することによって、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を目標舵角に対応する値に向けて変化させることができる。この場合、車両横滑り角は時系列では図5(b)に示すように変化し、前述したようなオーバーシュートは生じない。したがって、ドライバの違和感を抑えることができる。
【0019】
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比と一致するように舵角速度を制限するようにしたので、操舵速度の限界を超えるような目標舵角が算出された場合に、ドライバがステアリングホイールを操作する速度によらず車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を、目標舵角の変化に対応した軌道に沿って変化させることができるようになる。したがって、請求項2記載の発明にくらべてドライバの違和感の程度をより小さく抑えることができる。
【0020】
例えば、前述した図3において、現在の前輪舵角及び後輪舵角が点Lであり1制御周期後の目標舵角が操舵可能範囲を超える点Aであるときに、請求項3記載の発明を適用し、1制御周期後の舵角が点A’となるように舵角速度を制限することによって、車両旋回半径の逆数(1/R)と車両横滑り角(β)を、目標舵角の変化に対応した軌道に沿って変化させることができる。この場合、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角は時系列では図4(c)に示すように変化し、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を連動させて目標舵角に対応した値に追従させることができる。
【0021】
一方、請求項2記載の発明を適用した場合には、図4(b)に示すように、車両旋回半径の逆数の方が目標舵角に対応した値の近傍まで早く追従しており、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の追従誤差の減少の仕方が異なる。よって、請求項3記載の発明を適用した場合には、請求項2記載の発明を適用した場合にくらべてドライバの違和感の程度をより小さく抑えることができる。
【0022】
また、図3において、1制御周期後の目標舵角が点Bであるときには、1制御周期後の舵角が点B’となるように舵角速度を制限する。この場合、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角は時系列では図5(c)に示すように変化し、上記と同様の効果が得られる。
【0023】
請求項4記載の発明によれば、請求項2記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、前輪の舵角速度と後輪の舵角速度との比が、目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と後輪舵角の追従誤差との比と一致するように舵角速度を制限する。この発明は、舵角と目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と後輪舵角の追従誤差との比と、概ね一致する関係を利用したものである。この関係は、前輪と後輪の舵角から、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角への写像が概ね線形写像であることから導かれる。これは、前輪と後輪の舵角(ステアリングラックの移動量)に対する、車両旋回半径の逆数の変化及び車両横滑り角の変化が、それぞれ図13及び図14に示すような変化であることから明らかである。この発明によって、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の演算を行なわずに、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比を調整することができるようになったので、請求項3記載の発明にくらべて容易な演算で、請求項3記載の発明と概ね等しい効果を得ることができる。
【0024】
請求項5記載の発明によれば、請求項1ないし請求項4記載の発明の効果に加えて、前記舵角速度制限手段は、車両の走行条件に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段と、前記推定した舵角速度の範囲内で前輪と後輪の舵角速度を制限する手段と、を備えたことにより、走行条件により実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定するので、走行条件の変化によって舵角速度の範囲が変化した場合においても、適切な舵角速度の制限を行なうことができるという効果がある。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る車両の操舵制御装置の実施形態の全体構成を示すシステム構成図である。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作量(角度)を検出するステアリング角度センサであり、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は前輪操舵アクチュエータ、7は後輪操舵アクチュエータであり、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舵角を調整できる。また、13はDC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。後述されるECU12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なされる。6は前輪の舵角を検出する舵角センサ、8は後輪の舵角を検出する舵角センサであり、それぞれステアリングラックの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、9は車両11の速度検出する車速センサであり、例えば、各車輪の回転速度を計測する。12は操舵制御装置を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、外部との情報の入出力や種類の演算を行なう。CPU12aは演算を実行し、ROM12b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。RAM12c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12d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。
【0026】
図2は、本発明に係る車両の操舵制御装置の構成を示したブロック図である。操舵制御装置は、ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段201と、車両の走行条件としての車速に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段202と、前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が操舵アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段203と、舵角速度制限手段203により制限された舵角速度で舵角を制御する舵角制御手段204とを備えている。
【0027】
これら目標舵角算出手段201、舵角速度範囲推定手段202、舵角速度制限手段203、及び舵角制御手段204は、この順にすべてECU12内でCPU12aが実行するプログラムとして実現され、所定時間周期、例えば10[msec]周期で演算が実行される。
【0028】
次に、本発明における操舵制御の動作を説明する。
【0029】
目標舵角算出手段201では前輪と後輪の目標舵角の算出を行なう。舵角はステアリングラックの移動量と一対一に対応し、ステアリングラックの移動量を調整することによって舵角を制御することができるので、この実施形態として、前輪と後輪のステアリングラックの位置(以下、ラック位置)の目標値を算出する例を説明する。尚、ラック位置は前後輪ともに直進状態を0とし、車両前方に対して左方向に操舵する向きを正とする。以下、目標舵角算出手段201における演算を説明する。
【0030】
まず、ステアリング角度センサ4の出力に基づいてステアリングホイール3の操作量である角度θsを算出する。ここで、θsは直進状態で0とし、左方向に操作した場合を正とする。そして、θsに基づいて前輪と後輪の目標ラック位置を算出する。例えば、(1)式のように前輪の目標ラック位置δf*を算出する。ここで、例えばp=60/540とし、ステアリングホイールの角度が540[deg]のときに前輪の目標ラック位置を60[mm]とする。また、車速に基づいて予めROM12bに記憶した図16に示すようなテーブルデータを参照することによって、前後輪の操舵角度比を示すパラメータqを算出する。そして、パラメータqを用いて(2)式のように後輪の目標ラック位置δr*を算出する。尚、低速領域におけるパラメータqを負の値とすると、前輪に対して後輪を逆相に操舵することになり、車両旋回半径を小さくして小回りが利くようにすることができる。
【0031】
【数1】
δf*=p×θs …(1)
δr*=q×p×θs …(2)
尚、ステアリングホイールの角度と前輪及び後輪の目標舵角の関係はこれ以外の関係であってもよく、例えば、前輪と後輪の舵角に対する車両旋回半径と車両横滑り角の幾何学的な関係に基づいて、ステアリングホイールの角度と車両旋回半径及び車両横滑り角が所定の関係となるように前輪と後輪の目標舵角を算出する例が考えられる。
【0032】
舵角速度範囲推定手段202では、走行条件、例えば車速に応じて実際に操舵することが可能な舵角速度の範囲を前輪と後輪のそれぞれについて推定する。
【0033】
【外1】
まず、請求項2記載の発明を適用した例としては、車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限する。このためラック速度の上限値と下限値をともに一定値とする例が考えられる。
【0034】
【外2】
【数2】
また、請求項5記載の発明を適用した例としては、走行条件として車速に基づいて、前輪と後輪のラック速度の上限値及び下限値を算出する例が考えられる。これらの算出は、車速に基づいてROM12bに記憶させたテーブルデータを参照することによって行なう方法がある。このテーブルデータは、直進状態から目標ラック位置をステップ的に変化させた場合のラック速度の上限値及び下限値を車速を変化させて計測し、車速ごとのラック速度のデータに基づいて作成し、前輪の上限値テーブルと下限値テーブル、及び、後輪の上限値テーブルと下限値テーブルをROM12bに記憶させておけばよい。
【0035】
尚、車速0、即ち停止状態でのステアリング操作は、いわゆる「据え切り」状態となり、タイヤの摩擦が大きいので舵角速度の上限値及び下限値の絶対値は小さく、車速の増加に対して、舵角速度の上限値及び下限値の絶対値は増加する傾向となる。
【0036】
また、ラック速度は操舵モータの回転速度に応じた慣性によっても変化するので、車速に基づいて前述のテーブルデータを参照して算出した値に対して、操舵モータの回転速度に基づいて上限値及び下限値を補正する構成としてもよい。
【0037】
さらに、ラック速度は操舵負荷によって変化するので、走行条件として路面摩擦係数や輪荷重の変化に応じて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を舵角速度範囲推定手段202で推定し、この推定した舵角速度範囲で舵角速度制限手段203がラック速度を制限することも考えられる。
【0038】
路面摩擦係数の推定方法は、例えば計測自動制御学会誌“計測と制御”vol.39 No.10 2000掲載の「周期ゲイン型σ−修正法を用いた適応観測器による路面の判別」(川邊他)など多くの手法が提案されており、路面摩擦係数の推定値に基づいてラック速度の上限値及び下限値を補正することが考えられる。この場合、路面摩擦係数が大きいほどラック速度の上限値及び下限値の絶対値を小さくするように補正すればよい。
【0039】
また、輪荷重は加速時及び減速時に変化するので、車速変化(車両の加速度)に基づいてラック速度の上限値及び下限値を補正することが考えられる。この場合、加速時には、前輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を大きくするように補正する一方、後輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を小さくするように補正し、減速時には、前輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を小さくするように補正する一方、後輪のラック速度の上限値及び下限値の絶対値を大きくするように補正すればよい。
【0040】
舵角速度制限手段203では前輪と後輪の舵角速度の制限を行なう。この実施形態として、前輪と後輪のラック速度の制限を行なうために、前輪と後輪の目標ラック位置の補正を行なう例を説明する。
【0041】
まず、図6は、前輪と後輪の目標ラック位置をそれぞれ補正するか否かを判断する処理を示したフローチャートである。
【0042】
【外3】
この算出は、前輪と後輪の現在のラック位置δf及びδrと、目標舵角算出手段201で算出した前輪と後輪の目標ラック位置δf*及びδr*とに基づいて、式(7)〜式(8)を用いて行なう。ここで、Tsplは制御周期であり例えば10[msec]である。
【0043】
【数3】
次に、S602〜S604の処理によって、前輪及び後輪のそれぞれについて、必要ラック速度は実現範囲内かどうかを判定する。まず、S602において、前輪必要ラック速度は実現範囲内か否かを判定し、実現範囲内ならば、S603で後輪必要ラック速度は実現範囲内か否かを判定する。S602の判定で前輪必要ラック速度が実現範囲内でなければ、S604で後輪必要ラック速度は実現範囲内か否かを判定する。
【0044】
前輪と後輪ともに必要ラック速度がラック速度の上限値と下限値の範囲内にあると判断された場合は、S605において前輪と後輪の目標ラック位置の補正は行なわずに処理を終了し、また、前輪の必要ラック速度のみがラック速度の上限値と下限値の範囲内にあると判断された場合はS606において前輪の目標ラック位置を補正し、後輪の必要ラック速度のみがラック速度の上限値と下限値の範囲内にあると判断された場合はS607において後輪の目標ラック位置を補正し、前輪と後輪の必要ラック速度がともにラック速度の上限値と下限値の範囲外にあると判断された場合はS608において前輪或いは後輪の目標ラック位置を補正する。以下、S606〜S609における演算をそれぞれ説明する。
【0045】
尚、目標ラック位置の補正は、必要ラック速度がラック速度の上限値と下限値の範囲内にある場合には、1制御周期後のラック位置を目標ラック位置と一致させることができることを前提として行なう。尚、ラック位置のサーボ制御系の構成については後述する。
【0046】
まず、S606における前輪目標ラック位置の補正処理について説明する。
【0047】
図7は、S606における処理の第1の実施形態として、請求項2記載の発明を適用した例における前輪目標ラック位置の補正処理を示したフローチャートである。
【0048】
まず、S701において、現在の前輪と後輪のラック位置δf及びδrに基づいて、予めROM12bに記憶させた3次元マップデータを参照することによって、現在の車両旋回半径の逆数invR0と車両横滑り角beta0を算出する。この3次元マップデータは、前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角を実験的に計測し、図13に示すような車両旋回半径の逆数を算出するための3次元マップデータと、図14に示すような車両横滑り角を算出するための3次元マップデータを作成すればよい。
【0049】
尚、図15に示すように、車両旋回半径は四輪の中心における旋回半径とし、旋回中心が車両前方方向に対して左側にある場合に旋回半径を正、右側にある場合に旋回半径を負とする。また、車両横滑り角は四輪の中心における車両の進行方向と車両の前方方向のなす角とし、車両の進行方向が車両の前後方向の中心線に対して右側にずれる場合に車両横滑り角を正とする。
【0050】
S702では、前輪と後輪の目標舵角δf*及びδr*に基づいて、S701において前述した3次元マップデータを参照することによって、目標ラック位置に対応する車両旋回半径の逆数invR1と車両横滑り角beta1を算出する。
【0051】
S703では、1制御周期後の後輪ラック位置の推定値に基づいて、1制御周期後の車両旋回半径の逆数がinvR0からinvR1までの範囲となり、かつ、1制御周期後の車両横滑り角がbeta0からbeta1までの範囲となるような前輪のラック位置の範囲を算出する。
【0052】
【外4】
この1制御周期後の後輪ラック位置の推定値に基づいて、車両旋回半径の逆数がinvR0となる前輪ラック位置δf1と、車両横滑り角がbeta0となる前輪ラック位置δf2と、車両旋回半径の逆数がinvR1となる前輪ラック位置δf3と、車両横滑り角がbeta1となる前輪ラック位置δf4を、3次元マップデータを参照して算出する。この3次元マップデータは、S701の演算の説明において前述した前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて、車両旋回半径の逆数と後輪のラック位置を入力として前輪のラック位置を出力する3次元マップデータと、車両横滑り角と後輪のラック位置を入力として前輪のラック位置を算出する3次元マップデータを作成し、ROM12bに記憶させておく。
【0053】
そして、δf1とδf3を両端とする範囲と、δf2とδf4を両端とする範囲とが重なる範囲を求める。これが、1制御周期後の車両旋回半径の逆数がinvR0からinvR1までの範囲となり、かつ、1制御周期後の車両横滑り角がbeta0からbeta1までの範囲となるような前輪のラック位置の範囲である。例えば、図10において目標ラック位置が点Bである場合には、δf4以上δf3以下となる範囲である。
【0054】
【外5】
例えば、車両横滑り角が、目標舵角算出手段201で算出した目標ラック位置に対応した値beta1に最も近くなるように、前輪の新たな目標ラック位置を算出することが考えられる。この場合、図10において目標ラック位置が点Bである場合には、ラック位置が点Rとなるように前輪の新たな目標ラック位置をδf4とすればよい。
【0055】
また、これ以外の算出方法として、車両旋回半径の逆数が、目標舵角算出手段201で算出した目標ラック位置に対応した値invR1に最も近くなるように算出してもよいし、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角にそれぞれ所定の係数を乗算したものの和が、目標舵角算出手段201で算出した目標ラック位置に対応した値に最も近くなるように算出してもよい。
【0056】
次に、S606における前輪目標ラック位置の補正処理の第2の実施形態として、請求項3記載の発明を適用し、車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比と一致するように舵角速度を制限する例を説明する。この例では、1制御周期での車両旋回半径の逆数の変化と車両横滑り角の変化との比を、(invR1−invR0)と(beta1−beta0)との比と一致させるように、前輪の新たな目標ラック位置を算出することになる。
【0057】
まず、前輪のラック速度を上限値とした場合の、1制御周期後の車両旋回半径の逆数invR2と車両横滑り角beta2を算出する。
【0058】
【外6】
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、S701の演算で使用した3次元マップデータを参照してinvR2とbeta2を算出する。
【0059】
次に、前輪のラック速度を下限値とした場合の、1制御周期後の車両旋回半径の逆数invR3と車両横滑り角beta3を算出する。
【0060】
【外7】
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、S701の演算で使用した3次元マップデータを参照してinvR3とbeta3を算出する。
【0061】
次に、1制御周期での車両旋回半径の逆数の変化と車両横滑り角の変化との比が、(invR1−invR0)と(beta1−beta0)との比と一致するような、1制御周期後の車両旋回半径の逆数invR4と車両横滑り角beta4を算出する。これらの算出は式(9)〜式(12)を用いて行なう。
【0062】
【数4】
この式(9)〜式(12)の演算について、図11を用いて説明する。図11は、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を座標軸にとり、現在の車両旋回半径の逆数と車両横滑り角が点Aである場合に、1制御周期で変化させることが可能な車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の範囲をハッチングで示し、また、前輪と後輪のラック位置を破線で示したものである。いま、目標ラック位置に対応した車両旋回半径の逆数と車両横滑り角が点Bである場合に、前記invR4とbeta4は点Mの座標となる。
【0063】
ここで、点Mは直線ABと直線PQの交点であるから、点A、点B、点P、点Qの座標に基づいて、2直線の交点を求めることによって点Mの座標を算出することができる。(9)式〜(12)式は、点Aの座標(invR0,beta0)と、点Bの座標(invR1,beta1)と、点Pの座標(invR2,beta2)と、点Qの座標(invR3,beta3)とに基づいて、点Mの座標を算出するものである。
【0064】
そして、invR4とbeta4に基づいて、3次元マップデータを参照して前輪の新たな目標ラック位置を算出する。この3次元マップデータは、S701での処理の説明で前述した、前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて作成するもので、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を入力として前輪のラック位置を出力するものである。
【0065】
S606における前輪目標ラック位置の補正処理の第3の実施形態として、請求項4記載の発明を適用し、1制御周期での前輪と後輪のラック位置の変化量の比を、現在のラック位置を目標ラック位置まで変化させた場合の前輪と後輪のラック位置の変化量の比と一致させるように、前輪の新たな目標ラック位置の算出を行う例について説明する。
【0066】
【外8】
そして、このΔδrに基づいて式(13)を用いて算出したδf*’を前輪の新たな目標ラック位置とする。
【0067】
【数5】
次に、S607における後輪目標ラック位置の補正処理について説明する。
【0068】
図8はS607における処理の第1の実施形態として、請求項2記載の発明を適用した例における処理を示したフローチャートである。まず、S801及びS802での処理は、S701及びS702での処理とそれぞれ等しい。
【0069】
S803では、1制御周期後の実際の前輪のラック位置の推定値に基づいて、1制御周期後の車両旋回半径の逆数がinvR0からinvR1までの範囲となり、かつ、1制御周期後の車両横滑り角がbeta0からbeta1までの範囲となるような後輪のラック位置の範囲を算出する。
【0070】
【外9】
この1制御周期後の前輪のラック位置の推定値に基づいて、車両旋回半径の逆数がinvR0となる後輪ラック位置δr1と、車両横滑り角がbeta0となる後輪ラック位置δr2と、車両旋回半径の逆数がinvR1となる後輪ラック位置δr3と、車両横滑り角がbeta1となる後輪ラック位置δr4を、3次元マップデータを参照することによって算出する。
【0071】
この3次元マップデータは、S701において前述した前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて、車両旋回半径の逆数と前輪のラック位置を入力として後輪のラック位置を出力する3次元マップデータと、車両横滑り角と前輪のラック位置を入力として後輪のラック位置を出力する3次元マップデータを作成し、ROM12bに記憶させておく。
【0072】
そして、δr1とδr3を両端とする範囲と、δr2とδr4を両端とする範囲とが重なる範囲を求める。
【0073】
【外10】
次に、S607における後輪目標ラック位置の補正処理の第2の実施形態として、請求項3記載の発明を適用し、1制御周期での車両旋回半径の逆数の変化と車両横滑り角の変化との比を、(invR1−invR0)と(beta1−beta0)との比と一致させるように、後輪の新たな目標ラック位置を算出する例を説明する。
【0074】
まず、後輪のラック速度を上限値とした場合の、1制御周期後の車両旋回半径の逆数invR2と車両横滑り角beta2を算出する。
【0075】
【外11】
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、S701の演算で使用した3次元マップデータを参照してinvR2とbeta2を算出する。
【0076】
次に、後輪のラック速度を下限値とした場合の、1制御周期後の車両旋回半径の逆数invR3と車両横滑り角beta3を算出する。
【0077】
【外12】
そして、この前輪と後輪のラック位置に基づいて、S701の演算で使用した3次元マップデータを参照してinvR3とbeta3を算出する。
【0078】
次に、式(9)〜式(12)を用いてinvR4とbeta4を算出し、このinvR4とbeta4に基づいて、3次元マップデータを参照して後輪の新たな目標ラック位置を算出する。この3次元マップデータは、S701での処理の説明で前述した、前輪と後輪のラック位置に対する車両旋回半径と車両横滑り角の計測データに基づいて作成するもので、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を入力として後輪のラック位置を出力するものである。
【0079】
次に、S607における後輪目標ラック位置の補正処理の第3の実施形態として、請求項4記載の発明を適用し、1制御周期での前輪と後輪のラック位置の変化量の比を、現在のラック位置を目標ラック位置まで変化させた場合の前輪と後輪のラック位置の変化量の比と一致させるように、後輪の新たな目標ラック位置の算出を行う例について説明する。
【0080】
【外13】
そして、このΔδfに基づいて式(14)を用いて算出したδr*’を、後輪の新たな目標ラック位置とする。
【0081】
【数6】
次に、S608における前輪目標ラック位置或いは後輪目標ラック位置の補正処理について説明する。
【0082】
図9はS608における処理の実施形態を示したフローチャートであり、1制御周期での前輪と後輪のラック位置の変化量の比を、現在のラック位置を目標ラック位置まで変化させた場合の前輪と後輪のラック位置の変化量の比と一致させるように、前輪或いは後輪の新たな目標ラック位置を算出する。
【0083】
まず、S901では、式(15)を用いて前輪の目標舵角の暫定値δf0を算出する。
【0084】
【数7】
【外14】
【数8】
舵角制御手段204では前輪と後輪の舵角の位置制御を行なう。この実施形態として、前輪と後輪のラック位置の制御を行なうために、前輪及び後輪の操舵モータに対して図12に示すようなサーボ制御系を構成する例について説明する。
【0085】
1202は、実際のラック位置と目標ラック位置に基づいて操舵モータの電流指令値を演算し、ラック位置のフィードバック制御を行なうブロックである。フィードバックの制御の方法としてはPID制御やモデル規範型制御等が一般的であり、ここでの詳細な説明は省略する。1203は、前記電流指令値に基づいて操舵モータの電流制御を行なうブロックであり、PWM制御などが一般的であるがここでの詳細な説明は省略する。1204は、制御対象である操舵モータの動特性、すなわち、電流値に対するモータ回転角(位置)の動特性を表すブロックである。また、1205は、操舵モータのギア比とウォームギア比に基づいて定まる、操舵モータの回転角(位置)に対するステアリングラック位置の関係を示したブロックである。
【0086】
ところで、サーボ制御系を1202〜1205のブロックで構成した場合には、目標値に対してサーボ制御の遅れが生じるため、1201に示すような前置補償器を構成してこのサーボ制御の遅れを補償する。いま、rからyの伝達関数が連続時間系でA(s)/B(s)であらわせたとすると、前置補償器の伝達関数を式(17)に示すようにする。
【0087】
【数9】
ここで、次数nは伝達関数がプロパーとなるように選択し、τは十分に小さい値(τ≪1)とする。また、実際のサーボ制御は離散時間系を構成するので、この伝達関数を離散化して使用する。このようにラック位置のサーボ制御系を構成することによって、ラック速度の上限値と下限値の範囲内においては1制御周期後の目標ラック位置と実際のラック位置を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両の操舵制御装置の実施形態の全体構成を示すシステム構成図である。
【図2】本発明の操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図3】前輪と後輪の舵角に対する車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の関係を示す図である。
【図4】前輪と後輪の舵角速度及び車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の時系列変化を示す図である。
【図5】前輪と後輪の舵角速度及び車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の時系列変化を示す図である。
【図6】本発明の実施形態の全体動作を説明するフローチャートである。
【図7】実施形態における前輪目標ラック位置の補正処理を説明するフローチャートである。
【図8】実施形態における後輪目標ラック位置の補正処理を説明するフローチャートである。
【図9】実施形態における前輪目標ラック位置と後輪目標ラック位置の補正処理を説明するフローチャートである。
【図10】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の関係を、前輪と後輪のステアリングラック移動量を座標軸にとって示す図である。
【図11】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両旋回半径の逆数と車両横滑り角の関係を、車両旋回半径の逆数と車両横滑り角を座標軸にとって示す図である。
【図12】本発明の実施形態における舵角のサーボ制御系を示すブロック図である。
【図13】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両旋回半径の逆数の変化を示す図である。
【図14】前輪と後輪のステアリングラック移動量に対する車両横滑り角の変化を示す図である。
【図15】車両旋回半径と車両横滑り角の定義を示す図である。
【図16】後輪目標ラック位置を算出する為のパラメータqと車速の関係を示す図である。
【符号の説明】
1…前輪
2…後輪
3…ステアリングホイール
4…ステアリング角度センサ
5…前輪操舵アクチュエータ
6…前輪舵角センサ
7…後輪操舵アクチュエータ
8…後輪舵角センサ
9…車速センサ
11…車両
12…操舵制御装置(ECU)
13…駆動回路
201…目標舵角算出手段
202…舵角速度範囲推定手段
203…舵角速度制限手段
204…舵角制御手段
Claims (5)
- ステアリングホイールと機械的に分離された前輪及び後輪の舵角をそれぞれ独立に位置制御するためのアクチュエータを備えた車両の操舵制御装置において、
ステアリングホイールの操作量に基づいて前輪及び後輪のそれぞれの目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、
前輪又は後輪の一方の目標舵角に到達するための舵角速度が前記アクチュエータにより実現可能な舵角速度を超える場合に、他方の目標舵角に到達するための舵角速度を制限する舵角速度制限手段と、
を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。 - 前記舵角速度制限手段は、
車両旋回半径と車両横滑り角が、前記目標舵角に対応する車両旋回半径と車両横滑り角に向けてそれぞれ単調に変化する範囲に、前輪と後輪の舵角速度を制限することを特徴とする請求項1記載の車両の操舵制御装置。 - 前記舵角速度制限手段は、
車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比が、現在の舵角を目標舵角まで変化させた場合の車両旋回半径の逆数の変化速度と車両横滑り角の変化速度との比を一致するように舵角速度を制限する手段、
であることを特徴とする請求項2記載の車両の操舵制御装置。 - 前記舵角速度制限手段は、
前輪の舵角速度と後輪の舵角速度との比が、前記前輪の目標舵角に対する前輪舵角の追従誤差と前記後輪の目標舵角に対する後輪舵角の追従誤差との比と一致するように舵角速度を制限する手段、
であることを特徴とする請求項2記載の車両の操舵制御装置。 - 前記舵角速度制限手段は、
車両の走行条件に基づいて、前輪と後輪のそれぞれに対して実際に操舵することができる舵角速度の範囲を推定する舵角速度範囲推定手段と、
前記推定した舵角速度の範囲内で前輪と後輪の舵角速度を制限する手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の車両の操舵制御装置。
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