米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 車両 -> トヨタ自動車株式会社

発明の名称 車両の操舵制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−1365(P2007−1365A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−181690(P2005−181690)
出願日 平成17年6月22日(2005.6.22)
代理人 【識別番号】100107331
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 聡延
発明者 西川 智久 / 丹羽 悟
要約 課題
ヨーイングの瞬間中心を考慮に入れて操舵制御を行うことによって、旋回時の走行安定性及び乗り心地を向上することが可能な車両の操舵制御装置を提供する。

解決手段
車両の操舵制御装置は、車両の前輪及び後輪を各々独立に操舵制御するために好適に用いられる。瞬間中心選定手段は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置、即ち旋回時における横速度が「0」となるべき車両を含む平面上の位置を選定する。目標車体スリップ角算出手段は、瞬間中心選定手段によって選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように目標車体スリップ角を算出する。操舵角算出手段は、算出された目標車体スリップ角に基づいて前輪の操舵角と後輪の操舵角を算出する。上記の車両の操舵制御装置によれば、旋回時において瞬間中心が車速などの変化によって移動しないため、即ち瞬間中心が同一の位置に固定されるため、旋回時における車両安定性や乗り心地などが向上する。
特許請求の範囲
【請求項1】
ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する瞬間中心選定手段と、
選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように、目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、
算出された前記目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角の各々を算出する操舵角算出手段と、を備えることを特徴とする車両の操舵制御装置。
【請求項2】
前記瞬間中心選定手段は、車両の走行状態に基づいて、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定することを特徴とする請求項1に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項3】
前記走行状態は、前記車両の旋回状態であることを特徴とする請求項2に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項4】
前記車両の操舵角及び操舵角速度に基づいて、前記旋回状態が定常旋回状態であるか過渡状態であるかを判定する旋回状態判定手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項5】
前記走行状態は、前記車両の速度及びハンドル角であることを特徴とする請求項2に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項6】
旋回時の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段を備え、
前記操舵角算出手段は、前記目標ヨーレート及び前記目標車体スリップ角に基づいて、前記前輪の操舵角及び前記後輪の操舵角を算出することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項7】
前記目標車体スリップ角算出手段は、選定された前記位置において、旋回による速度の横方向成分と、重心回りの回転による速度とが等しく、且つ逆方向になるように前記目標車両スリップ角を算出することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の車両の操舵制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、前輪と後輪の操舵角を独立に制御可能な車両の操舵制御装置が知られている。例えば、特許文献1には、車両の旋回半径が旋回中心と側壁との距離よりも常に小さくなるように、前後の舵角比の制御を行う技術が記載されている。特許文献2には、車両の所定位置において横滑り角(スリップ角)が「0」となるように操舵制御を行う技術が記載されている。更に、特許文献3には、ヨーレートと横滑り角が目標軌跡に沿うように操舵制御を行う技術が記載されている。
【0003】
【特許文献1】特公平7−74004号公報
【特許文献2】特開平1−215672号公報
【特許文献3】特開平4−334660号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記した特許文献1乃至3に記載された技術では、旋回時における乗り心地や走行安定性に欠ける場合があった。
【0005】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ヨーイングの瞬間中心を考慮に入れて操舵制御を行うことによって、旋回時の走行安定性及び乗り心地を向上することが可能な車両の操舵制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の1つの観点では、車両の操舵制御装置は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する瞬間中心選定手段と、選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように、目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、算出された前記目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角を算出する操舵角算出手段と、を備える。
【0007】
上記の車両の操舵制御装置は、車両の前輪及び後輪を各々独立に操舵制御するために好適に用いられる。瞬間中心選定手段は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置、即ち旋回時における横速度が「0」となるべき車両を含む平面上の位置を選定する。目標車体スリップ角算出手段は、瞬間中心選定手段によって選定された前記位置がヨーイングの瞬間中心となるように目標車体スリップ角を算出する。そして、操舵角算出手段は、算出された目標車体スリップ角に基づいて前輪の操舵角及び後輪の操舵角を算出する。このように、車両の操舵制御装置は、車両の旋回時において、選定された位置が瞬間中心となるように前輪と後輪の各々に設定する操舵角を算出する。これにより、上記の車両の操舵制御装置によれば、旋回時において瞬間中心が車速などの変化によって移動しないため、即ち瞬間中心が同一の位置に固定されるため、旋回時における車両安定性や乗り心地などが向上する。
【0008】
上記の車両の操舵制御装置の一態様では、前記瞬間中心選定手段は、車両の走行状態に基づいて、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。
【0009】
この態様では、瞬間中心選定手段は、車両の走行状態に適した位置を、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置として選定することができる。これにより、車両の走行状態に応じた操縦性や安定性を得ることが可能となる。
【0010】
上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、前記走行状態は、前記車両の旋回状態とすることができる。
【0011】
この態様では、瞬間中心選定手段は、車両の旋回状態に基づいて、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。例えば、瞬間中心選定手段は、運転者によるハンドルを回す操作が継続中の旋回であるのか、或いは運転者によるハンドルを回す操作が終了したとき(即ち、ハンドルの角度が固定になったとき)の旋回であるのか、を考慮に入れてヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。即ち、瞬間中心選定手段は、旋回状態に応じた適切な位置に、旋回中心となるべき位置を移動させることができる。これにより、旋回時における車両の操縦性と安定性を更に向上させることができる。
【0012】
上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、前記車両の操舵角及び操舵角速度に基づいて、前記旋回状態が定常旋回状態であるか過渡状態であるかを判定する旋回状態判定手段を備える。
【0013】
この態様では、旋回状態判定手段は、車両の操舵角及び操舵角速度に基づいて、車両の旋回状態が定常旋回状態であるか過渡状態であるかを判定する。具体的には、旋回状態判定手段は、操舵角速度が「0」でないときは過渡状態であると判定し、操舵角速度が「0」であるときは定常旋回状態であると判定する。このように旋回状態判定手段によって判定された旋回状態に基づいて、瞬間中心選定手段は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する。これにより、旋回状態に対して適切な操縦性と安定性を得ることが可能となる。
【0014】
好適な1つの実施例では、前記走行状態は、前記車両の速度及びハンドル角とすることができる。
【0015】
上記の車両の操舵制御装置の他の一態様では、旋回時の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段を更に備え、前記操舵角算出手段は、前記目標ヨーレート及び前記目標車体スリップ角に基づいて、前記前輪の操舵角及び前記後輪の操舵角を算出する。
【0016】
この態様では、目標ヨーレート算出手段は、車両の走行状態などに基づいて目標ヨーレートを算出する。そして、操舵角算出手段は、算出された目標ヨーレートと目標車体スリップ角に基づいて、前輪の操舵角及び後輪の操舵角を算出する。これにより、車両は、所望の位置にヨーイングの瞬間中心が設定された状態で、適切な旋回を行うことが可能となる。
【0017】
上記の車両の操舵制御装置において好適には、前記目標車体スリップ角算出手段は、選定された前記位置において、旋回による速度の横方向成分と、重心回りの回転による速度とが等しく、且つ逆方向になるように前記目標車両スリップ角を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【0019】
[車両の構成]
まず、本発明の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両の全体構成について、図1を用いて説明する。
【0020】
図1は、車両の概略構成を示す模式図である。なお、図1は、上方から車両を観察した図であり、左が車両の前で、右が車両の後ろを示している。
【0021】
車両は、主に、エンジン1と、前輪2fR、2fLと、後輪2rR、2rLと、前輪用操舵シャフト3fと、後輪用操舵シャフト3rと、ハンドル4と、ハンドル角センサ5と、車速センサ6と、前輪用アクチュエータ7fと、後輪用アクチュエータ7rと、システムコントローラ10と、を備える。なお、以下の説明では、左右対称に配置された構成要素については、左右の区別が必要な場合は符号に「L」、「R」を付し、左右の区別が不要な場合は「L」、「R」を省略する。
【0022】
エンジン1は、燃焼室内の混合気を爆発させて、動力を発生する内燃機関である。エンジン1によって発生した動力は、図示しないトルクコンバータやトランスミッションやドライブシャフトなどを介して、前輪2f及び後輪2rの少なくともいずれかに伝達される。
【0023】
前輪2fは、前輪用操舵シャフト3fを介して前輪用アクチュエータ7fによって操舵角が制御される。後輪2rは、後輪用操舵シャフト3rを介して後輪用アクチュエータ7rによって操舵角が制御される。即ち、前輪2f及び後輪2rは、各々独立に操舵角が制御される(即ち、個別に転舵される)。
【0024】
ハンドル4は、運転者が車両を旋回させるために操作され、運転者による操舵力はステアリングシャフトを介して前輪用アクチュエータ7fに伝達される。運転者によるハンドル4を回転させた角度(ハンドル角)は、ハンドル角センサ5によって検出される。そして、ハンドル角センサ5が検出したハンドル角は、システムコントローラ10に検出信号S1として出力される。また、車速センサ6は車両の速度を検出し、検出した車速を検出信号S2としてシステムコントローラ10に出力する。
【0025】
前輪用アクチュエータ7f及び後輪用アクチュエータ7rは、システムコントローラ10によって決定された操舵角を制御信号S3f、S3rとして取得する。そして、前輪用アクチュエータ7f及び後輪用アクチュエータ7rは、前輪用操舵シャフト3fと後輪用操舵シャフト3rを介して、取得した操舵角によって前輪2f及び後輪2rをそれぞれ操舵する。
【0026】
システムコントローラ10は、所謂ECU(Electric Control Unit)などによって構成され、CPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インタフェイスなどを有している。システムコントローラ10は、ハンドル角センサ5から取得するハンドル角と、車速センサ6から取得する車速とに基づいて、前輪2f及び後輪2rの操舵角を決定する処理を行う。詳しくは、システムコントローラ10は、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置を選定する瞬間中心選定手段と、操舵時の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段と、瞬間中心選定手段によって選定された位置に基づいて目標車体スリップ角を算出する目標車体スリップ角算出手段と、前輪2fの操舵角及び後輪2rの操舵角を算出する操舵角算出手段として機能する。即ち、システムコントローラ10は操舵制御装置として機能する。
【0027】
なお、本明細書では、旋回時の横速度が「0」となる車両を含む平面上の位置を「瞬間中心」と呼ぶ。
【0028】
[システムコントローラの構成]
ここで、前述したシステムコントローラ10の具体的な構成について、図2を用いて説明する。
【0029】
図2は、システムコントローラ10の概略構成を示すブロック図である。システムコントローラ10は、目標ヨーレート算出部11と、目標車体スリップ角算出部12と、操舵角算出部13と、前輪操舵角指令値送信部14fと、後輪操舵角指令値送信部14rと、瞬間中心選定部15と、を備える。
【0030】
ハンドル角センサ5は、検出したハンドル角に対応する検出信号S1を、目標ヨーレート算出部11と瞬間中心選定部15に供給する。また、車速センサ6は、検出した車速に対応する検出信号S2を目標ヨーレート算出部11と、目標車体スリップ角算出部12と、操舵角算出部13と、瞬間中心選定部15に供給する。
【0031】
目標ヨーレート算出部11は、取得したハンドル角と車速に基づいて目標ヨーレートを算出する。そして、ヨーレート算出部11は、算出した目標ヨーレートを信号S11として目標車体スリップ角算出部12と操舵角算出部13に供給する。
【0032】
瞬間中心選定部15は、取得したハンドル角と車速に基づいて、車両において瞬間中心となるべき位置を選定する(以下、選定した位置を「選定位置」と呼ぶ。)。即ち、瞬間中心選定部15は、走行状態に基づいて、旋回時の横速度が「0」となるべき車両を含む平面上の位置を選定する。瞬間中心選定部15は、選定位置を信号S15として目標車体スリップ角算出部12に供給する。なお、瞬間中心選定部15は、走行状態に基づいて選定される位置の代わりに、予め定められた位置又は運転者によって選択された位置などを選定位置として出力してもよい。
【0033】
目標車体スリップ角算出部12は、取得した目標ヨーレートと車速と選定位置に基づいて、目標車体スリップ角を算出する。より詳しくは、目標車体スリップ角算出部12は、瞬間中心選定部15によって選定された選定位置がヨーイングの瞬間中心となるように、目標車体スリップ角を算出する。即ち、目標車体スリップ角算出部12は、選定位置における旋回時の横速度が「0」となるように目標車体スリップ角を算出する。そして、目標車体スリップ角算出部12は、算出した目標車体スリップ角を信号S12として操舵角算出部13に供給する。
【0034】
操舵角算出部13は、取得した目標車体スリップ角と目標ヨーレートと車速に基づいて、前輪2fに対して設定すべき操舵角(以下、「前輪操舵角」と呼ぶ。)、及び後輪2rに対して設定すべき操舵角(以下、「後輪操舵角」と呼ぶ。)を算出する。そして、操舵角算出部13は、算出した前輪操舵角を信号S13fとして前輪操舵角指令値送信部14fに供給すると共に、算出した後輪操舵角を信号S13rとして後輪操舵角指令値送信部14rに供給する。
【0035】
前輪操舵角指令値送信部14fは、取得した前輪操舵角に対応する指令値S3fを前輪用アクチュエータ7fに供給する。また、後輪操舵角指令値送信部14rは、取得した後輪操舵角に対応する指令値S3rを後輪用アクチュエータ7rに供給する。そして、前輪用アクチュエータ7fは、取得した前輪操舵角によって前輪2fを操舵し、後輪用アクチュエータ7rは、取得した後輪操舵角によって後輪2rを操舵する。
【0036】
以上のように、本実施形態に係る操舵制御装置では、車両の旋回時において、選定位置が瞬間中心となるように前輪操舵角及び後輪操舵角を算出する。したがって、本実施形態に係る操舵制御装置によれば、旋回時において瞬間中心が車速などの変化によって移動しないため、即ち瞬間中心が同一の位置に固定されるため、車両安定性や乗り心地などが向上する。
【0037】
[目標車体スリップ角の算出方法]
次に、前述した目標車体スリップ角算出部が行う目標車体スリップ角算出方法について説明する。
【0038】
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る目標車体スリップ角算出方法について、図3を用いて説明する。図3は、旋回時における車両の状態を示す概略図である。
【0039】
車両は、例えば、旋回中心RCを中心とする旋回半径R(旋回中心RCから車両の重心Gまでの距離)の円周上を、車速V、ヨーレートγ、及び車体スリップ角βで旋回している。この場合、旋回中心RCから重心Gまでの車両の前後方向距離は、「X」である。この旋回中心RCから重心Gまでの前後方向距離Xと旋回半径Rとの間には、以下の式(1)が成り立つ。また、ヨーレートγと車速Vには、以下の式(2)が成り立つ。
【0040】
X=R×sin(β) 式(1)
V=γ×R 式(2)
ここで、目標ヨーレートγ_taの算出方法について説明する。目標ヨーレートγ_taは、システムコントローラ10内の目標ヨーレート算出部11が、ハンドル角MAと車速Vに基づいて算出する。具体的には、目標ヨーレート算出部11は、ハンドル角MA及び車速Vと、目標ヨーレートγとの関係を示すマップを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。
【0041】
図4は、目標ヨーレートγ_taの算出に用いるマップの一例を示している。図4は、横軸に車速Vを示し、縦軸にヨーレートゲインGγを示している。なお、ヨーレートゲインGγは、以下の式(3)によって表される。
【0042】
Gγ=γ/MA 式(3)
目標ヨーレート算出部11は、マップを用いて車速Vに対応するヨーレートゲインGγを決定し、決定されたヨーレートゲインGγからハンドル角MAを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。具体的には、目標ヨーレートγ_taは、式(3)を用いることによって「γ_ta=Gγ×MA」となる。
【0043】
次に、図3に戻って、目標車体スリップ角β_taの算出方法について説明する。ここでは、瞬間中心選定部15が、符号Aで示す位置を瞬間中心となるべき位置として選定した場合について説明する。この場合、選定位置Aでは、式(4)に示すような旋回による速度Vaと、式(5)に示すような重心回りの回転による横速度Vayが生じる。なお、「Ra」は旋回中心RCから選定位置Aまでの距離を示し、「Xa」は重心Gから選定位置Aまでの距離を示している。
【0044】
Va=γ×Ra 式(4)
Vay=γ×Xa 式(5)
また、旋回中心RCから重心Gまでの前後方向距離Xと、重心Gから選定位置Aまでの距離Xaは、式(6)に示す関係を満たしている。なお、「βa」は選定位置Aにおける車体スリップ角を示している。
【0045】
X−Xa=Ra×sin(βa) 式(6)
上記の場合、選定位置Aが瞬間中心となるためには、即ち選定位置Aにおける横速度が「0」となるためには、重心回りの回転による横速度Vayと、旋回による速度Vaの横方向成分との大きさが等しく、逆向きになる必要がある。即ち、選定位置Aにおいて、以下の条件式(7)が成立する必要がある。
【0046】
Vay=Va×sin(βa) 式(7)
このとき、式(5)を条件式(7)に代入すると、即ち条件式(7)中の横速度Vayを式(5)を用いて消去すると、条件式(7)は条件式(8)に変形される。
【0047】
Va/γ=Xa/sin(βa) 式(8)
ここで、車体スリップ角βは、前述した式(1)、式(4)、及び式(6)を用いることにより、以下の式(9)のように表すことができる。
【0048】
β=sin−1(X/R)
=sin−1[{Ra×sin(βa)+Xa}/R]
=sin−1[{(Va/γ)×sin(βa)+Xa}/R] 式(9)
具体的には、式(9)の上段の式は、式(1)を「β」について解くことにより得られる。式(9)の中段の式は、「X」に式(6)を代入することにより得られる。また、式(9)の下段の式は、「Ra」に式(4)を代入することにより得られる。このようにして得られた式(9)の下段の式に条件式(8)を代入することにより、目標車体スリップ角βは以下の式(10)で表すことができる。
【0049】
β=sin−1(2×Xa/R)
=sin−1(2×Xa×γ/V) 式(10)
従って、先ほど算出した目標ヨーレートγ_taを用いると、目標車体スリップ角β_taは、以下の式(11)で表すことができる。
【0050】
β_ta=sin−1(2×Xa×γ_ta/V) 式(11)
目標車体スリップ角算出部12は、式(11)に重心Gから選定位置Aまでの距離Xa、目標ヨーレートγ_ta、及び車速Vを代入することにより、目標車体スリップ角β_taを得る。そして、目標車体スリップ角算出部12は、算出された目標車体スリップ角β_taを操舵角算出部13に供給する。
【0051】
操舵角算出部13は、前後輪アクティブ操舵の理論に基づいて、前輪操舵角δfと後輪操舵角δrを算出する。具体的には、操舵角算出部13は、上記のように算出された目標ヨーレートγ_taと目標車体スリップ角β_taと車速Vを用いて、前輪操舵角δf及び後輪操舵角δrを算出する。より詳しくは、操舵角算出部13は、以下の式(12)を用いて前輪操舵角δfを算出すると共に、以下の式(13)を用いて後輪操舵角δrを算出する。
【0052】
【数1】


【0053】
【数2】


なお、式(12)と式(13)中において、「ζ」はラプラス演算子を示し、「m」は車両の質量を示し、「L」は車両のホイールベースを示し、「Lf」は車両の重心Gから前輪2fのドライブシャフトまでの距離を示し、「Lr」は重心Gから後輪2rのドライブシャフトまでの距離を示し、「Kf」は前輪2fのコーナリングパワーを示し、「Kr」は後輪2rのコーナリングパワーを示し、「I」はヨー方向の慣性モーメントを示し、「δ」はハンドル角を示している(「δ」は、前述した「MA」に対応する)。
【0054】
次に、ヨーイングの瞬間中心となるべき位置として選定された位置の具体例について、図5を用いて説明する。なお、ここでは、走行状態に応じて選定位置を変えるのではなく、予め決定された位置に選定位置が固定されている場合について説明する。
【0055】
図5は、車両を上方から観察した概略図であり、上が車両の前を示し、下が車両の後ろを示している。図5(a)は、選定位置D1を、後輪2rにおける車軸の中心位置に設定した例について示している。この場合、旋回時において選定位置D1が瞬間中心となるように操舵制御することにより、後輪2rにおけるグリップ感が向上する。また、車両が概ね直進しているときに、選定位置D1を瞬間中心に維持することにより、直進時における小さな操舵(例えば、車線変更など)に対する安定感が向上する。
【0056】
図5(b)は、選定位置D2を、フロント席9R、9Lの中間、即ち運転者の隣(横)に設定した例について示している。この場合、旋回時において選定位置D2が瞬間中心となるように操舵制御することにより、運転者は旋回の中心に位置する感覚を覚える。そのため、旋回において運転者が覚えるスムーズ感が向上する。
【0057】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る目標車体スリップ角算出方法について説明する。
【0058】
第2実施形態においても、瞬間中心を考慮に入れて、目標車体スリップ角の算出が行われる。しかしながら、上記した第1実施形態では、瞬間中心となるべき位置として選定された選定位置を固定していたが、第2実施形態では、車両の旋回に応じて選定位置を移動する。具体的には、第2実施形態では、旋回状態に基づいて選定位置を移動させると共に、その移動された選定位置に基づいて目標車体スリップ角を算出する。なお、第2実施形態に係る目標車体スリップ角算出方法も、前述したコントローラ10によって実行される。
【0059】
図6を用いて、第2実施形態の基本概念について説明する。
【0060】
図6(a)、図6(b)は、それぞれ旋回時における車両の状態を示す概略図である。具体的には、図6(a)は符号Pで示す位置が選定位置である場合の図を示し、図6(b)は符号Qで示す位置が選定位置である場合の図を示す。ここでは、選定位置を、選定位置Pから選定位置Qに移動させる場合について説明する。なお、選定位置Pを移動における初期位置とし、選定位置Qを移動における最終位置とする。また、選定位置P及び選定位置Qは、瞬間中心選定部15によって選定される。
【0061】
まず、目標ヨーレート算出部11は、前述したように、マップを用いて車速Vに対応するヨーレートゲインGγを決定し、決定されたヨーレートゲインGγからハンドル角MAを用いて目標ヨーレートγ_taを算出する。具体的には、目標ヨーレートγ_taは、式(3)を用いることによって「γ_ta=Gγ×MA」となる。この場合、車速Vは、目標ヨーレートγ_taと旋回半径Rを用いると、「V=γ_ta×R」となる。
【0062】
ここで、選定位置Pにおける目標車体スリップ角βvp、及び選定位置Qにおける目標車体スリップ角βvqは、前述した式(11)を用いることにより、以下の式(14)及び式(15)で表される。
【0063】
βvp=sin−1(2×Lp×γ_ta/V) 式(14)
βvq=sin−1(2×Lq×γ_ta/V) 式(15)
なお、式(14)及び式(15)では、「Lp」は選定位置Pの場合の旋回中心RCから重心Gまでの前後方向距離を示し、「Lq」は選定位置Qの場合の旋回中心RCから重心Gまでの前後方向距離を示す。
【0064】
更に、目標車体スリップ角βvp、βvqは、式(16)及び式(17)で示す近似式を用いて表すことができる。
【0065】
βvp≒2×Lp×γ_ta/V 式(16)
βvq≒2×Lq×γ_ta/V 式(17)
ここで、初期位置における目標車体スリップ角(以下、単に「初期値」とも呼ぶ。)を「βstart」とし、最終位置における目標車体スリップ角(以下、単に「最終値」とも呼ぶ。)を「βend」とすると、上記の例の場合、「βstart=βvp」となり、「βend=βvq」となる。これらの初期値βstart及び最終値βendを用いると、目標車体スリップ角の移動量βmは、以下の式(18)で表される。
【0066】
βm=βend−βstart 式(18)
この場合、βstartからβendに達するまでの過程は、以下の式(19)で表すことができる。
【0067】
β_ta(t)=βm(t)+βstart 式(19)
式(19)において、「β_ta(t)」は、時刻tにおける目標車体スリップ角を示す。また、「βm(t)」は、時刻tにおいて、βstartに対して加算すべき値を示している。よって、βm(t)がβmに達したときに、β_ta(t)はβendになる。
【0068】
なお、図7は、式(19)中の「βm(t)」を決定する方法の具体例を説明するための図である。図7は、横軸に時間を示し、縦軸にβm(t)を示している。符号31、32、33で示す曲線及び線分は、βm(t)の時間変化の具体例を示している。符号31で示す線分によれば、時間に比例してβm(t)は上昇し、符号32で示す曲線によれば、βm(t)は即座にβmに達し、符号33で示す曲線によれば、βm(t)は緩やかにβmに達する。なお、上記では、βm(t)が徐々に時間変化する例を示したが、βm(t)を「0」から「βm」へとステップ関数的に変化させてもよい。
【0069】
なお、上記した目標車体スリップ角の初期値βstart、最終値βend、及び時刻tにおける目標車体スリップ角β_ta(t)は、前述した目標車体スリップ角算出部12によって算出される。
【0070】
このようにして、式(19)を用いて算出されたβ_ta(t)を、式(12)及び式(13)に代入することによって前輪操舵角δf及び後輪操舵角δrが得られる。具体的には、式(12)中の「β_ta」にβ_ta(t)を代入することによって前輪操舵角δfが得られ、式(13)中の「β_ta」にβ_ta(t)を代入することによって後輪操舵角δrが得られる。なお、前輪操舵角δf及び後輪操舵角δrの算出は、操舵角算出部13によって行われる。
【0071】
ここで、旋回状態に応じて選定中心を移動させる方法の具体例を、図8を用いて説明する。
【0072】
図8は、車両を上方から観察した概略図であり、上が車両の前を示し、下が車両の後ろを示している。この場合、符号E1で示す位置が選定位置の初期位置であり、符号E2で示す位置が選定位置の最終位置である。具体的には、フロント席9R、9Lの中間、即ち運転者の隣(横)が初期位置として選定されており、後輪2rにおける車軸の中心位置が最終位置として選定されている。
【0073】
上記の場合、目標車体スリップ角算出部12は、旋回の初期の段階、即ち運転者がハンドル4を回している最中には(以下、この状態を「過渡状態」とも呼ぶ。)、運転者のハンドル操作などに応じて目標ヨーレートを算出する。具体的には、目標車体スリップ角算出部12は、車両が過渡状態にあるときには、運転者の隣(初期位置E1)に瞬間中心がくるように目標車体スリップ角β_taを算出する。詳しくは、目標車体スリップ角算出部12は、旋回状態が過渡状態であるときには、目標車体スリップ角の初期値βstartを、目標車体スリップ角β_taとして用いる。
【0074】
そして、目標車体スリップ角算出部12は、運転者によるハンドル4を回す操作が終了したとき、即ちハンドル角速度が「0」となったとき(以下、この状態を「定常旋回状態」とも呼ぶ。)、後輪2rにおける車軸の中心位置(最終位置E2)に瞬間中心が移動するように、目標車体スリップ角β_taを算出する。この場合、瞬間中心を初期位置E1から最終位置E2に移動させる際に設定される目標車体スリップ角β_taは、以下の式(20)によって表すことができる。なお、式(20)中の「Tβ」は車体スリップ角の時定数を示している。
【0075】
【数3】


上記の式(20)を、重心Gから初期位置E1までの距離L1、及び重心Gから最終位置E2までの距離L2を用いて変形すると、式(21)が得られる。なお、式(21)中の「Tγ」はヨーレートの時定数を示している。
【0076】
【数4】


目標車体スリップ角算出部12は、旋回状態が定常旋回状態であるときには、上記の式(20)又は式(21)を用いて目標車体スリップ角β_taを算出する。このようにして算出された目標車体スリップ角β_taに基づいて操舵制御することにより、瞬間中心は運転者の隣から後輪2rにおける車軸の中心位置へと移動する。以上により、旋回状態が過渡状態であるときには、運転者の隣に瞬間中心があるため、旋回におけるスムーズさ(回頭性)が向上する。そして、旋回状態が定常旋回状態にあるときには、後輪2rの車軸の中心位置に瞬間中心があるため、後輪2rのグリップ感が向上し、安定した走行が可能となる。
【0077】
なお、旋回状態が過渡状態であるか或いは定常旋回状態であるかの判定は、瞬間中心選定部15が行うことができる。この場合、瞬間中心選定部15は、車速センサ6から供給される車速Vと、ハンドル角センサ5から供給されるハンドル角δに基づいて、旋回状態に対する判定を行う。そして、瞬間中心選定部15は、旋回状態の判定結果に基づいて、車両において瞬間中心となるべき位置を選定する。このように、瞬間中心選定部15は、瞬間中心選定手段及び旋回状態判定手段として機能する。
【0078】
次に、上記のように選定位置を初期位置E1から最終位置E2へ移動する際に実行される処理について、図9を用いて説明する。図9は、前輪操舵角δf及び後輪操舵角δrを算出する際に行われる処理を示すフローチャートである。この処理は、システムコントローラ10によって、所定の周期で繰り返し実行される。簡単に説明すると、システムコントローラ10は、車両の旋回状態に基づいて目標車体スリップ角β_taを算出し、算出された目標車体スリップ角β_taに基づいて前輪操舵角δf及び後輪操舵角δrを算出する。
【0079】
まず、ステップS101では、システムコントローラ10の瞬間中心選定部15が、ハンドル角δが「0」であるか否かを判定する。言い換えると、ステップS101では、車両が旋回中であるか否かの判定が行われる。瞬間中心選定部15は、ハンドル角センサ5から供給されるハンドル角δに基づいて判定を行う。ハンドル角δが「0」である場合には(ステップS101;Yes)、旋回中ではないため処理は当該フローを抜ける。一方、ハンドル角δが「0」でない場合には(ステップS101;No)、旋回中であるため処理はステップS102に進む。この場合、旋回状態は過渡状態にある。
【0080】
ステップS102では、システムコントローラ10内の目標ヨーレート算出部11が、車速Vとハンドル角δに基づいて目標ヨーレートγ_taを算出すると共に、目標車体スリップ角算出部12が、車速Vとハンドル角δに基づいて目標車体スリップ角の初期値βstartと最終値βendを算出する。具体的には、目標車体スリップ角算出部12は、瞬間中心選定部15から選定位置の初期位置と最終位置とを取得することによって、初期値βstartと最終値βendを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップS103に進む。
【0081】
ステップS103では、操舵角算出部13が、目標車体スリップ角の初期値βstartと目標ヨーレートγ_taに基づいて、前輪操舵角δfと後輪操舵角δrを算出する。この場合、旋回状態が過渡状態にあるので、初期位置が瞬間中心となるようにするため、操舵角算出部13は、目標車体スリップ角の初期値βstartを用いて前輪操舵角δfと後輪操舵角δrを算出する。具体的には、操舵角算出部13は、式(12)及び式(13)における「β_ta」にβstartを代入することによって、前輪操舵角δfと後輪操舵角δrを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップS104に進む。
【0082】
ステップS104では、瞬間中心選定部15が、ハンドル角速度(dδ/dt)が「0」であるか否かを判定する。即ち、ステップS104では、現在の旋回状態が過渡状態にあるか、或いは定常旋回状態にあるかを判定している。ハンドル角速度(dδ/dt)が「0」である場合には(ステップS104;Yes)、定常旋回状態にあるため、処理はステップS105に進む。この場合、ステップS105以降の処理で、瞬間中心を移動させるための処理が行われる。
【0083】
一方、ハンドル角速度(dδ/dt)が「0」でない場合には(ステップS104;No)、旋回状態は未だ過渡状態にあるため、処理は当該フローを抜ける。この場合には、旋回状態が定常旋回状態になるまで、初期位置が瞬間中心となるように操舵制御が行われる。即ち、目標車体スリップ角の初期値βstartを用いて算出された、前輪操舵角δfと後輪操舵角δrに基づく操舵制御が続行される。
【0084】
ステップS105では、目標車体スリップ角算出部12が、目標車体スリップ角の初期値βstartと最終値βendを用いて目標車体スリップ角β_taを算出する。例えば、目標車体スリップ角算出部12は、ステップS102において算出された初期値βstartと最終値βendを式(20)に代入することによって、目標車体スリップ角β_taを算出する。そして、処理はステップS106に進む。
【0085】
ステップS106では、操舵角算出部13が、目標車体スリップ角β_taと目標ヨーレートγ_taに基づいて、前輪操舵角δfと後輪操舵角δrを算出する。具体的には、操舵角算出部13は、ステップS102において算出された目標ヨーレートγ_ta、及びステップS105において算出された目標車体スリップ角β_taを、前述した式(12)及び式(13)に代入することによって前輪操舵角δfと後輪操舵角δrを算出する。こうして算出された前輪操舵角δfと後輪操舵角δrによって操舵制御することにより、瞬間中心は初期位置から最終位置へと移動する。そして、処理はステップS107に進む。
【0086】
ステップS107では、システムコントローラ10が、ハンドル角速度(dδ/dt)が「0」であるか否かを判定する。即ち、ステップS107では、運転者がハンドル4を更に回したか否かを判定している。ハンドル角速度(dδ/dt)が「0」である場合には(ステップS107;Yes)、ステップS107の判定を再度行なう。即ち、運転者によってハンドル4が操作されるまで、ステップS107の判定を行う。
【0087】
一方、ハンドル角速度(dδ/dt)が「0」でない場合には、運転者がハンドル4を回している最中であるため、処理は当該フローを抜ける。例えば、旋回から直進に変更する際や、異なる曲率のカーブを旋回する際などには、運転者はハンドル4を回すため、ハンドル角速度(dδ/dt)は「0」でなくなる。この場合、新たに算出された目標車体スリップ角の初期値βstartと最終値βendに基づいて、前輪操舵角δfと後輪操舵角δrが算出される。
【0088】
以上の処理を実行することにより、旋回状態が過渡状態であるときには、運転者によるハンドル操作に適した車両姿勢を得ることができると共に、旋回状態が定常旋回状態であるときには、後輪2rのグリップ感が向上し、安定した走行が可能となる。これにより、旋回における一連の過程において、車両の操縦性と安定性を更に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【図1】本発明の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両の概略構成を示す模式図である。
【図2】システムコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図3】第1実施形態の基本概念を説明するための図である。
【図4】目標ヨーレートを算出するために用いるマップの一例を示す図である。
【図5】瞬間中心として選定された位置の具体例を示す図である。
【図6】第2実施形態の基本概念を説明するための図である。
【図7】目標車体スリップ角を算出するために用いる値を説明するための示す図である。
【図8】選定中心を移動させる方法の具体例を示す図である。
【図9】選定位置を移動させたときの操舵角の算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【0090】
1 エンジン
2f 前輪
2r 後輪
4 ハンドル
5 ハンドル角センサ
6 車速センサ
7f 前輪用アクチュエータ
7r 後輪用アクチュエータ
10 システムコントローラ
11 目標ヨーレート算出部
12 目標車体スリップ角算出部
13 操舵角算出部




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013