JP2005313770A

JP2005313770A - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP2005313770A
Application number: JP2004134056A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 弘小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】路面状況が変化した場合であっても、車両の挙動を確実に安定させることができる操舵制御装置を提供する。
【解決手段】操舵制御装置１は、車両モデル演算部１１、タイヤ特性モデル演算部１２、および判定部１５を備えている。車両モデル演算部１１は、横Ｇなどの走行状態およびホイールベースなどの車両諸元によって、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙを求める。タイヤ特性モデル演算部１２は、接地荷重などの諸条件およびドライ路面におけるタイヤの種類に対応する定数Ａ０〜Ａ７によって、タイヤ特性モデルＭ＿Ｆｙを求める。判定部１５は、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデルＭ＿Ｆｙを比較し、両者の差がしきい値Ｑを超えるときに、操舵トルクの増減を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵制御装置に関する。

パワーステアリング装置を備える車両においては、ドライバが操作したステアリングの切れ角に対して、所定のトルクを付加する操舵制御を行い、ドライバの負担軽減を図っている。このような操舵制御では、たとえば検知特性として車速や操舵速度を選定し、選定した検知特性に対応した目標操舵トルクを設定して、実際の操舵トルクと目標操舵トルクとの差分を０にするように操舵制御している。ところが、操舵制御を行うにあたり、操舵輪の滑り角によって操舵反力が変化するものの、上記の操舵制御では、車両の挙動に乱れを起こす可能性があった。

このような問題に対して、特開２００３−１５４９６２号公報に開示された操舵反力制御装置では、操舵輪の路面に対する横滑り角を検出し、横滑り角が大きくなるにしたがって、操舵手段に付加する操舵トルクが大きくなるような制御を行っている。このような制御を行うことにより、タイヤの種別や磨耗状態、サスペンション形式、車重等の影響によらず、車両の挙動を安定させることができるというものである。
特開２００３−１５４９６２号公報

しかし、上記公報に開示された操舵反力制御装置では、操舵手段に付加する操舵トルクを大きくするにあたり、所定のマップに基づいた補正を行っている。このため、タイヤの種別等の影響を軽減することはできるものの、路面状況の変化に対して柔軟に対応することができない。このため、たとえば雪道などの路面抵抗が小さくなる場所などでは、車両の挙動の安定化を十分に得られないことが考えられるという問題があった。

そこで、本発明の課題は、路面状況が変化した場合であっても、車両の挙動を確実に安定させることができる操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る操舵制御装置は、走行中の車両の操舵制御を行う操舵制御装置において、走行中の車両の走行状態から、車両モデル式に基づいて、走行中の車両における車輪の車両モデル横力特性を求める車両モデル横力特性推定手段と、走行中の車両のタイヤ状態から、所定条件の路面を走行する車両のタイヤ特性モデル式に基づいて、タイヤ特性モデル横力特性を求めるタイヤ特性モデル横力特性算出手段と、車両モデル横力特性と、タイヤ特性モデル横力特性とを比較した結果に基づいて、操舵トルクの付加分を判定する判定手段と、を備えるものである。

本発明に係る操舵制御装置では、車両モデル式に基づいて推定した車両モデル横力特性と、所定条件の路面を走行するタイヤ特性モデル式に基づいて算出したタイヤ特性モデル横力特性とを比較することにより、操舵トルクの負荷分を判定している。ここで、所定条件の路面状況を走行する車両のタイヤ特性モデル式を用いているので、路面状況が変化した場合でも、その路面状況の変化に応じた操舵トルクを確実に付加することができる。したがって、雪道などの路面抵抗が小さい場所でも、車両の挙動の安定化を図ることができる。

また、車両モデル横力特性およびタイヤ特性モデル横力特性は、車両の操舵輪について比較する態様とすることができる。

車両の操舵輪は、実際の操舵が行われる車輪は、操舵制御による影響を直接受ける。このため、車両モデル横力特性およびモデルタイヤ特性を車両の操舵輪について比較することにより、簡素な処理によって安定した制御結果を得ることができる。

さらに、車両モデル横力特性およびタイヤ特性モデル横力特性は、車両の４輪について比較する態様とすることもできる。

さらに、車両モデル横力特性およびタイヤ特性モデル横力特性は、車両の４輪について比較することにより、さらに精度の高い操舵制御を行うことができ、車両の挙動のさらなる安定化を図ることができる。

他方、車両モデル横力特性を、自車の左右方向の加速度および回転速度に基づいて求める態様とすることができ、タイヤ特性モデル横力特性を、車輪に掛かる荷重、タイヤ切れ角、およびタイヤキャンバ角に基づいて求める態様とすることもできる。

これらの検出結果により、車両モデル横力特性およびタイヤ特性モデル横力特性を正確に算出することができる。

本発明に係る操舵制御装置によれば、路面状況が変化した場合であっても、車両の挙動を確実に安定させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略することがある。まず、本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る操舵制御装置のブロック構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る操舵制御装置１は、車両モデル横力特性推定手段である車両モデル演算部１１、タイヤ特性モデル横力特性算出手段であるタイヤ特性モデル演算部１２、車両諸元記憶部１３、タイヤ諸元記憶部１４、および判定部１５を備えている。また、操舵制御装置１には、Ｇセンサ２、ヨーレートセンサ３、荷重センサ４、操舵角センサ５、および変位センサ６が接続されている。

Ｇセンサ２は、自車の左右方向の加速度（横Ｇ）を検出しており、検出した横Ｇを操舵制御装置１における車両モデル演算部１１に出力している。ヨーレートセンサ３は、自車の回転する速度（ヨーレート）を検出しており、検出したヨーレートを操舵制御装置１における車両モデル演算部１１に出力している。

荷重センサ４は、自車における接地荷重を検出しており、検出した接地荷重を操舵制御装置１におけるタイヤ特性モデル演算部１２に出力している。操舵角センサ５は、ステアリング操作によって操舵されるステアリングシャフトの操舵角を検出しており、検出した操舵角を操舵制御装置１におけるタイヤ特性モデル演算部１２に出力している。タイヤ特性モデル演算部１２では、出力された操舵角から、タイヤ切れ角を求める。変位センサ６は、車輪のキャンバ角を検出しており、検出したキャンバ角をタイヤ特性モデル演算部１２に出力している。これらの接地荷重、操舵角、およびタイヤ切れ角は、走行中のタイヤ状態を示している。

操舵制御装置１における車両モデル演算部１１には、車両諸元記憶部１３が接続されている。車両諸元記憶部１３には、ホイールベース、車重、重心位置などの車両諸元が記憶されており、これらの車両諸元を車両モデル演算部１１に出力している。また、タイヤ特性モデル演算部１２には、タイヤ諸元記憶部１４が接続されている。

タイヤ諸元記憶部１４には、所定の路面条件、たとえばドライ路面で用いた場合の所定の定数Ａ０〜Ａ１７が、タイヤの種類ごとに記憶されている。タイヤ諸元記憶部１４は、車両が装着するタイヤの種類に対応する定数Ａ０〜Ａ１７をタイヤ特性モデル演算部１２に出力している。これらの定数Ａ０〜Ａ１７は、車両が装着するタイヤをドライ路面で使用した場合にタイヤに生じる横力を測定することによって求めたものである。

車両モデル演算部１１は、下記（１）式に示す横Ｇ算出式および下記（２）式に示すヨーレート算出式を記憶している。車両モデル演算部１１では、Ｇセンサ２から出力された横Ｇ、ヨーレートセンサ３から出力されたヨーレート、および車両諸元記憶部１３から出力された車両諸元と、記憶している横Ｇ算出式およびヨーレート算出式を用いて、タイヤに掛かる下記（３）式に示す車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙを算出している。また、車両モデル演算部１１は、算出した車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙを判定部１５に出力する。なお、本実施形態では、車両モデル横力特性として、操舵輪である前輪の横力特性を用いている。これらの（１）式〜（３）式が、本発明の車両モデル式である。

ｍＧ＝Ｙ_ｆ１＋Ｙ_ｆ２＋Ｙ_ｒ１＋Ｙ_ｒ２・・・（１）
但し、
ｍ：車両の質量（慣性質量）
Ｇ：横Ｇ
Ｙ_ｆ１：右前輪に働くコーナーフォース
Ｙ_ｆ２：左前輪に働くコーナーフォース
Ｙ_ｒ１：右後輪に働くコーナーフォース
Ｙ_ｒ２：左後輪に働くコーナーフォース
Ｉ＝ｌ_ｆ（Ｙ_ｆ１＋Ｙ_ｆ２）−ｌ_ｒ（Ｙ_ｒ１＋Ｙ_ｒ２）・・・（２）
但し、
Ｉ：ヨーレート
ｌ_ｆ：車両重心と前輪軸間の距離
ｌ_ｒ：車両重心と後輪軸間の距離
Ｖ＿Ｆｙ＝Ｙ_ｆ１＋Ｙ_ｆ２・・・（３）
タイヤ特性モデル演算部１２は、下記（４）式に示すタイヤ特性モデル式を記憶している。タイヤ特性モデル演算部１２では、荷重センサ４から出力された接地荷重、操舵角センサ５から出力された操舵角、および変位センサ６から出力されたキャンバ角と、下記（４）式から、タイヤ特性モデルにおける横力特性（以下「タイヤ特性モデル横力特性」という）Ｍ＿Ｆｙを算出している。また、タイヤ特性モデル演算部１２は、算出したタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙを判定部１５に出力する。なお、（４）式の詳細は後に説明する。

Ｍ＿Ｆｙ＝ＦＭＡＧＩＣ１＋ＳＶ１・・・（４）
判定部１５では、車両モデル演算部１１から出力された車両モデル横力特性およびタイヤ特性モデル演算部１２から出力されたタイヤ特性モデル横力特性とを比較し、補助操舵トルクを算出する。判定部１５には、車両モデル横力特性とタイヤ特性モデル横力特性との差の絶対値を比較した際のしきい値が記憶されている。また、判定部１５には、操舵トルク制御を行う際の操舵トルク初期値ＴＭ_０および操舵トルクを補正する際に、操舵トルク初期値に付加する付加トルクを求めるためのマップが記憶されている。

判定部１５では、車両モデル横力特性とタイヤ特性モデル横力特性とを比較し、その比較結果に基づいて、操舵トルクを補正するか否かを判断し、補正が必要であると判断したときには、その補正量を算出する。

以上の構成を有する本実施形態に係る操舵制御装置の制御手順について説明する。図２は、本実施形態に係る操舵制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

操舵制御を行うにあたり、Ｇセンサ２およびヨーレートセンサ３は、車両の挙動を検出する（Ｓ１）。ここでの車両の挙動には、車両の横Ｇおよびヨーレートが含まれる。Ｇセンサ２は、車両の挙動として検出した横Ｇを操舵制御装置１における車両モデル演算部１１に出力し、ヨーレートセンサ３は、検出したヨーレートを車両モデル演算部１１に出力する。また、車両諸元記憶部１３は、車両モデル演算部１１にホイールベース、車重、重心位置などの車両の諸元を出力する。

車両モデル演算部１１では、Ｇセンサ２およびヨーレートセンサ３から車両の挙動および車両諸元記憶部１３から出力された車両の諸元に基づいて、上記（１）式〜（３）式を用いて、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙを算出する（Ｓ２）。（１）式および（２）式において、車両の質量ｍは諸元として記憶され、車両の挙動として横ＧＧは検出されている。さらに、ヨーレートＩは、車両の挙動として検出され、車両重心と前輪軸間の距離ｌ_ｆおよび車両重心と後輪軸間の距離ｌ_ｒはホイールベースと車両重心とから算出される。

また、上記（１）式および（２）式では４つの変数を有しているが、前輪のコーナーフォース（Ｙ_ｆ１＋Ｙ_ｆ２）と後輪のコーナーフォース（Ｙ_ｒ１＋Ｙ_ｆ２）は求めることができる。したがって、（１）式および（２）式から、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙ（＝Ｙ_ｆ１＋Ｙ_ｆ２）を求めることができる。車両モデル演算部１１は、算出した車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙを判定部１５に出力する。

こうして車両モデル式によって車両モデル横力特性を求める一方、荷重センサ４は、車両の接地荷重を検出し、操舵制御装置１におけるタイヤ特性モデル演算部１２に出力する。また、操舵角センサ５は、ステアリングの操舵角を検出し、操舵制御装置１におけるタイヤ特性モデル演算部１２に出力する。タイヤ特性モデル演算部１２では、出力されたステアリングの操舵角からタイヤ切れ角を算出する。さらに、変位センサ６は、キャンバ角を検出し、操舵制御装置１におけるタイヤ特性モデル演算部１２に出力する。

また、タイヤ諸元記憶部１４は、タイヤ特性モデル演算部１２に対して、タイヤの種類に対応する定数Ａ０〜Ａ１７を出力し、タイヤ特性モデル演算部１２は、これらの定数Ａ０〜Ａ１７を読み込む（Ｓ３）。タイヤ特性モデル演算部１２では、タイヤの接地荷重、タイヤ切れ角、キャンバ角、および定数Ａ０〜Ａ１７を用いて、上記（４）式で示されるモデル式によって、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙを求める（Ｓ４）。

タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙは、上記（４）式が用いられるが、上記（４）式は、以下の条件式によって求められる。

ＦＭＡＧＩＣ１＝Ｄ１*sin（Ｃ１*atn（Ｂ１*Ｘ１−Ｅ１*（Ｂ１*Ｘ１−atan（Ｂ１*Ｘ１））））
Ｃ１＝Ａ０
Ｄ１＝（Ａ１*Ｆｚ^２＋Ａ２*Ｆｚ）*（１．０−Ａ１５*γ^２）*μ
ＢＣＤ１＝Ａ３*sin（２*atan（Ｆｚ／Ａ４））*（１．０−Ａ５*abs（γ））
Ｂ１＝ＢＣＤ１／（Ｃ１*Ｄ１）
ＳＨ１＝（Ａ８*Ｆｚ＋Ａ９＋Ａ１０*γ）*Ｆｚ
ＳＶ１＝Ａ１１*Ｆｚ^２＋Ａ１２*Ｆｚ＋（Ａ１３*Ｆｚ^２＋Ａ１４*Ｆｚ）*γ
Ｘ１＝ＳＡ＋ＳＨ１
Ｅ１＝（Ａ６*Ｆｚ＋Ａ７）−（Ａ１６*γ＋Ａ１７）*sign（Ｘ１）
但し、上記の条件式において、Ｆｚは接地荷重、γはキャンバ角、ＳＡはタイヤ切れ角である。

上記の上記の条件式から、上記（４）式によって、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙを求める。タイヤ特性モデル演算部１２は、算出したタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙを判定部１５に出力する。

このようにして、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙが算出されたら、判定部１５において、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙの差の絶対値｜ΔＦｙ｜を算出する。それから、下記（５）式により、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙの差の絶対値｜ΔＦｙ｜が所定のしきい値Ｑを超えるか否かを判断する（Ｓ５）。

｜ΔＦｙ｜＝｜（Ｖ＿Ｆｙ）−（Ｍ＿Ｆｙ）｜＞Ｑ・・・（５）
その結果、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙの差の絶対値｜ΔＦｙ｜がしきい値Ｑを超えていない場合には、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙは、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙに近似した状態にあると考えられる。タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙは、既知の路面であるドライ路面を走行する際の横力を示すものであるので、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙを用いた操舵制御を行うことにより、車両の挙動を非常に安定したものとすることができる。

したがって、この場合には、判定部１５に記憶される操舵トルク初期値ＴＭ_０を用いた制御を行うことにより、車両の挙動を安定させることができる。したがって、判定部１５では、付加トルクを与えることなく、操舵トルクとして設定された操舵トルク初期値ＴＭ_０を用いて、操舵トルク制御を行うと判断する。

一方、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙの差の絶対値｜ΔＦｙ｜がしきい値Ｑを超えている場合には、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙは、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙと大きく異なることになる。この状態では、操舵トルクの調整を行わないと、車両の挙動が安定しない状態となる。この場合には操舵トルクの制御を行うが、操舵トルクの制御を行うにあたり、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙとタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙとの差を求める（Ｓ６）。

その結果、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙが、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙよりも大きい場合には、ステアリングの操作量に対して、車輪に付与されるトルクが大きくなっている。この場合には、図３に示すマップ１を選択し（Ｓ７）、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙの差ΔＦｙをマップ１に参照して、負の付加トルクΔＴＭを求める。

一方、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙが、タイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙよりも小さい場合には、ステアリングの操作量に対して、車輪に付与されるトルクが小さくなっている。この場合には、図３に示すマップ２を選択し（Ｓ８）、車両モデル横力特性Ｖ＿Ｆｙおよびタイヤ特性モデル横力特性Ｍ＿Ｆｙの差ΔＦｙをマップ１に参照して、正の付加トルクΔＴＭを求める。

こうして、マップ１またはマップ２を用いて付加トルクΔＴＭを求めたら、下記（６）式に示すように、操舵トルク初期値ＴＭ_０に付加トルクΔＴＭを加算することにより、操舵トルクＴＭを求める。このようにして求めた操舵トルクＴＭを用いて、操舵トルク制御を行う。

ＴＭ＝ＴＭ_０＋ΔＴＭ・・・（６）
上記（６）式によって求められた操舵トルクＴＭを用いた操舵制御を行うことにより、タイヤ特性モデル横力特性に対応する操舵トルクと同様の操舵トルクによって、操舵制御を行うことができる。したがって、ドライ路面での操舵制御と同等の操舵制御を行うことができるので、路面状況が異なる場合であっても車両の挙動の安定化を図ることができる。

このように、本実施形態に係る操舵制御装置１においては、車両モデル横力特性を求め、ドライ路面を走行する状態にあるタイヤ特性モデル横力特性と比較して、操舵制御を行っている。このため、雪道などの悪条件の路面上を走行する場合でも、ドライ路面を走行する場合と同様の条件で操舵制御を行うことができるので、車両の挙動を安定させる操舵制御を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態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い。たとえば、上記実施形態では、車両モデル横力特性とタイヤ特性モデル横力特性とを、操舵輪である前輪についてのみ求めて比較しているが、４輪のすべてについて車両モデル横力特性とタイヤ特性モデル横力特性とを求めて比較することもできる。また、上記実施形態では、車両がドライ路面を走行した場合に基づいてモデルタイヤ横力を求めるようにしているが、ドライ路面でなく、路面状況が既知である路面であれば、他の路面を走行した場合に基づいてモデルタイヤ横力を求めるようにすることもできる。

操舵制御装置のブロック構成図である。操舵制御装置の制御手順を示すフローチャートである。車両モデル横力特性およびタイヤ特性モデル横力特性の差と付加トルクとの関係を示すマップである。

符号の説明

１…操舵制御装置、２…Ｇセンサ、３…ヨーレートセンサ、４…荷重センサ、５…操舵角センサ、６…変位センサ、１１…車両モデル演算部、１２…タイヤ特性モデル演算部、１３…車両諸元記憶部、１４…タイヤ諸元記憶部、１５…判定部。

Claims

走行中の車両の操舵制御を行う操舵制御装置において、
走行中の車両の走行状態から、車両モデル式に基づいて、走行中の車両における車輪の車両モデル横力特性を求める車両モデル横力特性推定手段と、
走行中の車両のタイヤ状態から、所定条件の路面を走行する車両のタイヤ特性モデル式に基づいて、タイヤ特性モデル横力特性を求めるタイヤ特性モデル横力特性算出手段と、
前記車両モデル横力特性と、前記タイヤ特性モデル横力特性とを比較した結果に基づいて、操舵トルクの付加分を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする操舵制御装置。
前記車両モデル横力特性および前記タイヤ特性モデル横力特性は、車両の操舵輪について比較する請求項１に記載の操舵制御装置。
前記車両モデル横力特性および前記タイヤ特性モデル横力特性は、車両の４輪について比較する請求項１に記載の操舵制御装置。
前記車両モデル横力特性を、自車の左右方向の加速度および回転速度に基づいて求める請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の操舵制御装置。
前記タイヤ特性モデル横力特性を、車輪に掛かる荷重、タイヤ切れ角、およびタイヤキャンバ角に基づいて求める請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の操舵制御装置。