JP5325708B2 - 車両の後輪操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車（以下、単に車両と記す）のトー角を、車両の挙動に応じて制御することにより車両の走行安定性を改善するために構成された後輪操舵制御装置に関する。

自動車には、走行安定性の向上などを目的として車体の挙動を制御する各種の車両挙動制御装置が搭載されている。例えば、左右の後輪のトー角を個別に制御して旋回性能や走行安定性を向上させる後輪トー角制御（以下「ＲＴＣ」：Rear Toe Control と称す）を行うもの（特許文献１参照）が知られている。

ＲＴＣは、車速や前輪舵角、制動状態等の車両の運動状態に応じて後輪をトー角制御するとともに、トー角を、それぞれ車速や、前輪舵角に応じて段階的に変化させている。かかる技術によれば、低速走行時に車両の回頭性を高めるとともに高速走行時に走行安定性を高め、旋回時の車体の尻振りおよび制動時の走行安定性低下の効果的な防止が図られる。

特許第３１７９２７１号

ＲＴＣを搭載した車両では、舵角センサや車速等から算出された指示トー角に検出された実トー角を追従させる制御が実行される。一般的には指示トー角と実トー角との偏差に基づいて比例（Ｐ）フィードバック制御が実行され、後輪操舵をするためのアクチュエータを動作させる入力電圧が決定される。この入力電圧によってアクチュエータが操作されて、後輪操舵が実行される。Ｐ制御では制御系に定常的偏差が残る。そこで、ＲＴＣのフィードバック制御に積分（Ｉ）制御を取り入れたフィードバックＰＩ制御を適用すれば、この定常的偏差を解消することができると考えられる。

しかしながら、Ｉ制御は積分時間の影響によってある程度時間が経過しないと働かないため、ＲＴＣの挙動、変動によっては、このときの偏差の積分量が、過大なオーバーシュートや、追従性の低下の原因となっていた。

例えば、車両が旋回方向を変えてステアリングの切り返しが行われ、フィードバック制御の偏差の符号が変わるとき、Ｉ制御による偏差の積分量のためにＲＴＣの追従性が悪くなり、操舵の応答性を劣化させるおそれがある。また、アクチュエータ作動時の静止摩擦から動摩擦への変化によって大きな偏差が発生したときも、Ｉ制御による偏差の積分量のために過大なオーバーシュートを生じさせるおそれがある。さらに、指示トー角の変化速度が高いときには、瞬間的に指示トー角と実トー角との偏差が大きくなり、その後、通常の状態に戻る際にもＩ制御による偏差の積分量のために過大なオーバーシュートを生じさせるおそれがある。

本発明は前記背景を鑑みてなされたもので、指示トー角への実トー角の追従性を向上させ、過大なオーバーシュートとなることを抑制する車両の後輪操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両の左右後輪の指示トー角を設定する指示トー角設定手段と、前記車両の運動状態量を検出する状態量検出手段と、を備え、前記指示トー角と検出された実トー角との偏差に基づき操作量を算出し、この操作量に基づいて車両の左右後輪に設けられたアクチュエータを作動させることによってトー角を変化させる後輪操舵制御装置である。本装置は、前記偏差を積分する積分手段と、前記指示トー角、前記実トー角、もしくは前記偏差の変動に応じて前記積分手段の偏差の積分量を減少させる指令を行うリセット指令手段とを備えている。なお、ここでいうリセット指令手段のリセットとは、偏差の積分量をゼロにする場合に限定されず、偏差の積分量が減少することも含むものとしている。

前記構成によれば、過大なオーバーシュートや、追従性の低下の原因となる指示トー角、実トー角、もしくは偏差の変動発生を条件として、偏差の積分量を減少させることによって、指示トー角への実トー角の追従性を向上させ、過大なオーバーシュートとなることを抑制することができる。なお、偏差の積分量を減少させる手段は、系の特性に応じた手段を適用することができ、特に限定されない。

前記構成において、前記積分手段は、前記偏差の積分量をリセットするように構成することができる。この構成によれば、積分手段が偏差の積分量をリセットすることによって、指示トー角への実トー角の追従性を向上させ、過大なオーバーシュートとなることを抑制することができる。

前記構成において、前記状態量検出手段は、所定周期で前記偏差の正負符号を検出し、前記リセット指令手段は、検出された前記偏差の今回値の正負符号と、この今回値の一周期前に検出された前回値の正負符号とが異なるとき、前記積分手段に前記指令を行うように構成することができる。

前記構成によれば、乗員がステアリングを切り返した否かを、偏差の今回値の正負符号と前回値の正負符号とを比較することによって判断し、ステアリング切り返し時に偏差の積分量を減少させる、もしくは偏差の積分量をリセットすることができるため、指示トー角への実トー角の追従性を向上させることができる。

前記構成において、前記状態量検出手段は、所定周期で前記実トー角を検出し、前記リセット指令手段は、検出された前記実トー角の今回値と、この今回値の一周期前に検出された前回値との差が所定のしきい値以上であるとき、前記積分手段に前記指令を行うように構成することができる。

前記構成によれば、アクチュエータ作動時の静止摩擦から動摩擦への変化が生じているか否かを判定して、偏差の積分量を減少させる、もしくは偏差の積分量をリセットすることができるため、過大なオーバーシュートとなることを抑制することができる。

前記構成において、前記指示トー角設定手段は、所定周期で前記指示トー角を設定し、前記リセット指令手段は設定された前記指示トー角の今回値と、この今回値の一周期前に検出された前回値との差が所定のしきい値以上であるとき、前記積分手段に前記指令を行うように構成することができる。

前記構成によれば、指示トー角の変化速度が高いときに瞬間的に指示トー角と実トー角との偏差が大きくなるか否かを判定して、偏差の積分量を減少させる、もしくは偏差の積分量をリセットすることができるため、過大なオーバーシュートとなることを抑制することができる。

本発明によれば、指示トー角への実トー角の追従性を向上させ、過大なオーバーシュートとなることを抑制する車両の後輪操舵制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる４輪自動車の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる制御装置要部の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態にかかるステアリング切り返しを条件としてリセット制御するフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかるアクチュエータ作動時の静止摩擦から動摩擦への変化を条件としてリセット制御するフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる指示トー角の変化速度が高いときに瞬間的に指示トー角と実トー角との偏差が大きくなることを条件としてリセット制御するフローチャートである。

以下、本発明にかかる後輪操舵制御装置を車両に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。

図１は実施形態に係る後輪操舵制御装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。車両Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ，３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、車両Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる後輪トー角制御装置１０Ｌ，１０Ｒとが備わっている。なお、アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは電動アクチュエータを適用することができる。

車両Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、前輪舵角センサ１４、ヨーレートセンサ１５、横加速度センサ１６の他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。なお、舵角センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪３の転舵角が算出される。横加速度センサ１６は車両の左右方向に作用する加速度を検出する。ここで、これらのセンサおよび後記するトー角センサ等は、車両の挙動にかかる車両状態量を検出する状態量検出手段を構成している。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等や、アクチュエータ１１と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を行う。

各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出するトー角センサ１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ設置されている。トー角センサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力することで、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させる。

このように構成された車両Ｖによれば、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右のアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば、車両Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。

図２は本実施形態における車両の制御装置要部の機能ブロック図である。本実施形態の後輪操舵制御装置は、ＥＣＵ１２によって実現できる。ＥＣＵ１２は、一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（ＣＰＵ）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

なお、図２では本実施形態にかかる要部を示しており、例えば、特許文献１に開示される、車両の左右後輪の指示トー角を設定する指示トー角設定手段と、前記車両の運動状態量を検出する状態量検出手段と、を備え、前記指示トー角と検出された実トー角との偏差に基づいて車両の左右後輪のトー角を変化させる後輪操舵制御装置の一般的な構成については説明を省略する場合がある。

図２を参照すると、ＥＣＵ１２の指示トー角設定部１１９は、例えば、入力インタフェース（図示せず）を介して、状態量検出部１１８となる横加速度センサ１６や筒内圧センサ（図示せず）等から車両の運動状態量を取得し、エンジントルクの推定、トランスミッションのギヤ比等に基づいて左右後輪５Ｌ，５Ｒの駆動力の推定を行い、この後輪駆動力の推定結果と横加速度センサ１６の検出結果とから、指示トー角θＴＤを算出する。なお、図２では、左後輪５Ｌもしくは右後輪５Ｒの一方を代表として示しているため左右を表す添字Ｌ，Ｒは付していない。

算出された指示トー角θＴＤから、アクチュエータ１１に配設されたトー角センサ１７によって検知され、入力インタフェース（図示せず）を介して、ＥＣＵ１２に送出された実トー角θＴＲが減算されて偏差ｅが算出される。偏差ｅはＦＢ制御器１２５に入力され、ＦＢ制御器１２５はこの偏差を解消する向きにアクチュエータ１１を駆動するために偏差に比例した駆動信号を出力インタフェース（図示せず）を介して発生する。これらが一般的な比例制御による後輪操舵制御装置のＦＢ制御要部の構成となっている。

本実施形態では、フィードバック制御による偏差への追従性を向上させるために、積分器１２４が設けられて、偏差に基づき積分項ICが算出される。この積分項ＩＣは、ＦＢ制御器１２５が出力した操作量ｕに加算されることによって、偏差を低減する修正操作量ｕｃがアクチュエータへ送出される。このようにＲＴＣのフィードバック制御に積分（Ｉ）制御を取り入れたフィードバックＰＩ制御を適用して、偏差の積分量をリセット制御して、この定常的偏差を解消する構成としている。ここで、リセット制御とは、偏差の積分量をゼロにする場合に限定されず、偏差の積分量が減少することも含むものとしている。

さらに、本実施形態は、ステアリング切り返し時に対応するリセット制御を行う第１リセット部１２１と、アクチュエータ作動時の静止摩擦から動摩擦への変化に対応するリセット制御を行う第２リセット部１２２と、指示トー角の変化速度が高いときに瞬間的に指示トー角と実トー角との偏差が大きくなることに対応するリセット制御を行う第３リセット部１２３と、から構成されるリセット制御器（リセット指令手段）１２０を備えている。

第１リセット部１２１、第２リセット部１２２、第３リセット部１２３は、図示しない入力インタフェースを介して各リセット部１２１，１２２，１２３に入力されたデータに基づき、リセットが適用されるべきか否かを判断し、リセットする必要があるときは、その旨の信号を積分器（積分手段）１２４に送出する。積分器１２４は、この信号を受けて、偏差ｅに基づき算出される積分項ＩＣをリセットする。なおリセット制御器１２０のプロセスの詳細については後記するが、これらのプロセスはＥＣＵ１２のメモリにプログラムとして格納することができ、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓを一周期とする）をもって繰り返し実行されるように構成することができる。

まず、ステアリング切り返し時に対応するリセット制御を行う第１リセット部１２１のプロセスについて図２および図３を参照して説明する。第１リセット部１２１は、指示トー角θＴＤと実トー角θＴＲとの偏差ｅを取得し（ステップＳ１０１）、偏差ｅの正負符号Ｍｅを取得する（ステップＳ１０２）。ここで正負符号Ｍｅとは、＋（プラス）もしくは−（マイナス）である。この正負符号ＭｅはＥＣＵ１２のメモリに記憶され、取得された今回値であるＭｅと一周期前の処理インターバルで取得された前回値Ｍｅｐが次のステップで用いられる。

次のステップでは、今回値Ｍｅと前回値Ｍｅｐとが異なるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。正負符号が異なる場合は、ステアリングの切り返しが行われたと推定される（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）。かかる状況においてアクチュエータは伸張から圧縮もしくは圧縮から伸張という反転する作動となり、反転時に偏差の符号の変化に伴うＩ制御による偏差の積分量のためにＲＴＣの追従性が悪くなるおそれがある。そこで、第１リセット部１２１は、リセットする旨の信号を積分器１２４に送出する（ステップＳ１０４）。積分器１２４は、かかる信号を受けて積分項ＩＣをリセットする（ステップＳ１０５）。なお、今回値Ｍｅと前回値Ｍｅｐとが同じ符号と判定された場合は（ステップＳ１０３：ＮＯ）、リセットは実行されず、本プロセスは終了される。

次に、アクチュエータ作動時の静止摩擦から動摩擦への変化に対応するリセット制御を行う第２リセット部１２２のプロセスについて図２および図４を参照して説明する。第２リセット部１２２は、トー角センサ１７が検出した実トー角θＴＲの信号を入力インタフェースを介して取得する（ステップＳ２０１）。この実トー角θＴＲはＥＣＵ１２のメモリに記憶され、取得された今回値であるθＴＲと一周期前の処理インターバルで取得された前回値θＴＲｐが次のステップで用いられる。

次のステップでは実トー角の今回値θＴＲから前回値θＴＲｐが減算され、差ｄθＴＲが算出される（ステップＳ２０２）。算出された差ｄθＴＲは所定のしきい値ｄθＴＲｔｈと比較される（ステップＳ２０３）。ここで所定のしきい値ｄθＴＲｔｈは、アクチュエータ作動時の静止摩擦から動摩擦への変化を判定するものであり、変化が生じていても絶対量が小さければ後輪操舵制御への影響は少ないためにしきい値が設けられている。

差ｄθＴＲが所定のしきい値ｄθＴＲｔｈと同じか、または大きい場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、第２リセット部１２２は、リセットする旨の信号を積分器１２４に送出する（ステップＳ２０４）。積分器１２４は、かかる信号を受けて積分項ＩＣをリセットする（ステップＳ２０５）。なお、差ｄθＴＲが所定のしきい値ｄθＴＲｔｈより小さい場合は（ステップＳ２０３：ＮＯ）、リセットは実行されず、本プロセスは終了される。

次に、指示トー角の変化速度が高いときに瞬間的に指示トー角と実トー角との偏差が大きくなることに対応するリセット制御を行う第３リセット部１２３のプロセスについて図２および図５を参照して説明する。第３リセット部１２３は、ＥＣＵ１２が算出した指示トー角θＴＤを取得する（ステップＳ３０１）。この指示トー角θＴＤはＥＣＵ１２のメモリに記憶され、取得された今回値であるθＴＤと一周期前の処理インターバルで取得された前回値θＴＤｐが次のステップで用いられる。

次のステップでは指示トー角の今回値θＴＤから前回値θＴＤｐが減算され、差ｄθＴＤが算出される（ステップＳ３０２）。算出された差ｄθＴＤは所定のしきい値ｄθＴＤｔｈと比較される（ステップＳ３０３）。ここで所定のしきい値ｄθＴＲｔｈは、指示トー角の変化速度が高いときに瞬間的に指示トー角と実トー角との偏差が大きくなることに伴うＩ制御による偏差の積分量のために過大なオーバーシュートとなるか否かを判定するものであり、変化が生じていても絶対量が小さければ後輪操舵制御への影響は少ないためにしきい値が設けられている。

差ｄθＴＤが所定のしきい値ｄθＴＤｔｈと同じか、または大きい場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、第３リセット部１２３は、リセットする旨の信号を積分器１２４に送出する（ステップＳ３０４）。積分器１２４は、かかる信号を受けて積分項ＩＣをリセットする（ステップＳ３０５）。なお、差ｄθＴＤが所定のしきい値ｄθＴＤｔｈより小さい場合は（ステップＳ３０３：ＮＯ）、リセットは実行されず、本プロセスは終了される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

Ｖ 自動車
１ 車体
３ 前輪
５ 後輪
１０ 後輪トー角制御装置
１１ アクチュエータ
１２ ＥＣＵ
１６ 横加速度センサ
１７ トー角センサ
１１９ 指示トー角設定部
１２０ リセット制御器
１２１ 第１リセット部
１２２ 第２リセット部
１２３ 第３リセット部
１２４ 積分器
１２５ ＦＢ制御器

Claims (3)

1. 車両の左右後輪の指示トー角を所定周期で設定する指示トー角設定手段と、前記車両の実トー角を所定周期で検出するトー角センサとを備え、前記指示トー角と検出された実トー角との偏差に基づき操作量を算出し、当該操作量に前記偏差を積分した積分量を加えた操作量に基づいて車両の左右後輪に設けられたアクチュエータを作動させることによってトー角を変化させる後輪操舵制御装置であって、
   検出された前記実トー角の今回値と、この今回値の一周期前に検出された前回値との差が前記アクチュエータの作動時の静止摩擦から動摩擦への変化を判定する所定のしきい値以上であるときには、前記積分量を減少あるいはゼロにする指令を行うリセット指令手段を備えることを特徴とする後輪操舵制御装置。
2. 前記リセット指令手段は、更に、検出された前記偏差の今回値の正負符号と、この今回値の一周期前に検出された前回値の正負符号とが異なるときには、前記積分量を減少あるいはゼロにする指令を行うことを特徴とする請求項１に記載の後輪操舵制御装置。
3. 前記リセット指令手段は、更に、設定された前記指示トー角の今回値と、この今回値の一周期前に検出された前回値との差が所定のしきい値以上であるときには、前記積分量を減少あるいはゼロにする指令を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の後輪操舵制御装置。

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