JP2010058570A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の挙動状態に応じて転舵輪の転舵範囲を適切に変更することができる車両の操舵装置を提供すること。
【解決手段】 電子制御ユニット３６は、検出された実ヨーレートγとオーバーステア状態を判定するための目標ヨーレートγ*とを比較し、車両にオーバーステア状態が発生しているか否かを判定する。オーバーステア状態が発生していれば、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が機械的に転舵し得る最大の転舵範囲と車速Vに応じて制限される転舵範囲との差である転舵不足量δaを演算し、また、車体に発生した車体すべり角βを演算する。そして、これら転舵不足量δaおよび車体すべり角βを用いて、すべり角βを減少させる方向への前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵を許容する転舵範囲を決定する。これにより、効果的なカウンターステアが可能となり、オーバーステア状態の発生時の車両の旋回挙動を安定させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記操舵ハンドルの操作に対する前記転舵輪の転舵範囲を前記車速検出手段によって検出された車速の増大に伴って減少させて転舵輪を転舵させる転舵制御装置とを備えた車両の操舵装置に関する。

従来から、例えば、下記特許文献１に示されたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置は知られている。また、従来から、例えば、下記特許文献２に示された車両の操舵装置も知られている。これら従来の車両の操舵装置は、車両の車速が小さいとき操舵ハンドルの操舵角に対して転舵輪を大きく転舵させ、車両の車速が大きいとき操舵ハンドルの操舵角に対して転舵輪を小さく転舵させるようになっている。このように、車速に応じて転舵輪の転舵量を変更することにより、運転者が操舵ハンドルを持ち替えることなく操作して車両を所望の態様で旋回させるようになっている。
特開２００７−３２０３３３号公報 特開２００７−１３７４００号公報

ところで、一般的に、車両の操舵特性として、転舵輪が転舵されても意図した旋回半径よりも実際の旋回半径が大きくなるアンダーステア特性と、転舵輪が転舵されることによって意図した旋回半径よりも実際の旋回半径が小さくなるオーバーステア特性とを挙げることができる。特に、オーバーステア特性によって転舵輪を転舵させたときに車両が旋回しすぎるオーバーステア状態が発生した状況では、車両の旋回挙動が乱れやすくなる。このため、オーバーステア状態が発生した状況では、旋回に伴って車体に発生する車体すべり角が小さくなる方向に転舵輪を転舵させるカウンターステアを行い、車両の旋回挙動を安定させることが好ましい。

しかしながら、上記従来の車両の操舵装置のように、特に、車速が大きいときに転舵輪を小さく転舵させる場合には、転舵輪の転舵範囲が制限される。このため、車速が大きい状態で万が一オーバーステア状態が発生した場合には、カウンターステアによって車両の旋回挙動の幾分かの改善は得られるものの、十分に転舵輪を転舵させることができないために、より効果的なカウンターステアを行うことが難しい場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の挙動状態に応じて転舵輪の転舵範囲を適切に変更することができる車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記操舵ハンドルの操作に対する前記転舵輪の転舵範囲を前記車速検出手段によって検出された車速の増大に伴って減少させて転舵輪を転舵させる転舵制御装置とを備えた車両の操舵装置において、前記転舵制御装置が、旋回状態にある車両に発生して車両の旋回挙動を表す所定の物理量を検出する物理量検出手段と、前記検出された所定の物理量と前記検出された車速に基づいて決定される車両の目標旋回挙動を表す目標物理量とを比較して、車両の旋回挙動状態を判定する旋回挙動状態判定手段と、前記旋回挙動状態判定手段によって前記検出された所定の物理量が前記目標物理量よりも大きい車両の旋回挙動状態であると判定されると、機械的に決定される前記転舵輪の転舵し得る最大の転舵範囲に対する前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲との差分を演算する差分演算手段と、前記差分演算手段によって演算された前記差分を用いて、前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲を、前記検出された所定の物理量が前記目標物理量以下となる転舵輪の転舵範囲に変更する転舵範囲変更手段とを備えていることにある。この場合、前記車両の操舵装置が、例えば、前記操舵ハンドルと前記転舵輪との機械的な連結が解除されているステアリングバイワイヤ方式であるとよい。

そして、より具体的には、前記旋回挙動状態判定手段が前記検出された所定の物理量を用いて判定する前記車両の旋回挙動状態は、転舵輪を転舵させたときに車両が旋回しすぎるオーバーステア状態であり、前記転舵範囲変更手段は、前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲を、前記オーバーステア状態の発生に伴って車体に発生する車体すべり角を減少させる方向への前記転舵輪の転舵を許容する転舵範囲に変更するとよい。

この場合、より具体的には、前記物理量検出手段が検出する所定の物理量は、旋回状態にある車両に発生するヨーレートであり、前記旋回挙動状態判定手段は、前記検出されたヨーレートと、少なくとも前記検出された車速に応じて決定される目標ヨーレートとを比較し、前記検出されたヨーレートが前記目標ヨーレートよりも大きいとき、前記車両の旋回挙動状態が前記オーバーステア状態であると判定するとよい。

また、前記転舵範囲変更手段は、前記検出された車速が予め設定された所定の車速よりも大きいときに、前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲を前記検出された所定の物理量が前記目標物理量以下となる前記転舵輪の転舵範囲に変更するとよい。

また、前記転舵範囲変更手段は、前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲における中立位置を前記検出された所定の物理量が前記目標物理量以下となる前記転舵輪の転舵範囲における中立位置まで変更するとよい。

さらに、前記転舵制御装置が、前記転舵範囲変更手段によって前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲が変更されると、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記変更された前記転舵輪の転舵範囲内まで前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータ駆動制御手段を備えているとよい。

これらによれば、車速に応じて転舵輪の転舵範囲を減少させた場合であっても、旋回状態にある車両の旋回挙動状態、より具体的には、車両がオーバーステア状態であるときには、このオーバーステア状態を解消して車両の旋回挙動状態を安定させる方向に転舵輪を転舵させることを許容する転舵範囲に変更することができる。より具体的には、オーバーステア状態において車体に発生する車体すべり角を減少させる方向に転舵輪を転舵させることを許容する転舵範囲に変更することができる。

これにより、ある程度車速が大きい車速域で車両が走行しているときに、旋回に伴って万が一オーバーステア状態が発生しても、適切なカウンターステアによって転舵輪を十分に車体すべり角が減少する方向に転舵させることができる。したがって、車両の旋回挙動を良好に安定させることができる。

また、転舵輪の転舵範囲が変更されると、自動的に転舵アクチュエータを駆動制御してこの変更された転舵範囲まで転舵輪を転舵させることができる。これにより、例えば、運転者が積極的に操舵ハンドルを操作してカウンターステアを行わない場合であっても、転舵輪を自動的に車体すべり角が減少する方向に転舵させることができる。したがって、車両の旋回挙動を良好にかつ確実に安定させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係り、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、操舵入力軸１２の上端に固定されており、操舵入力軸１２の下端は電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ１３に接続されている。反力アクチュエータ１３は、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に対して反力を付与する。

また、この車両の操舵装置は、電動モータおよび減速機構からなる転舵アクチュエータ２１を備えている。この転舵アクチュエータ２１による転舵力は、転舵出力軸２２、ピニオンギア２３およびラックバー２４を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。この構成により、転舵アクチュエータ２１からの回転力は転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３の回転によりラックバー２４が軸線方向に変位して、このラックバー２４の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。

次に、これらの反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２、車速センサ３３、対地速度センサ３４およびヨーレートセンサ３５を備えている。

操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵入力軸１２すなわち操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出して操舵角θとして出力する。転舵角センサ３２は、転舵出力軸２２に組み付けられて、転舵出力軸２２の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対応）として出力する。なお、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。車速センサ３３は、車速Vを検出して出力する。対地速度センサ３４は、例えば、光や音響などを利用して、路面に対する車両の前後左右の速度Vx，Vyを検出して出力する。ヨーレートセンサ３５は、車両の実ヨーレートγを検出して出力する。なお、車両の前後左右の速度Vx，Vyは、車両の前方向および左方向の速度を正の値で表わし、車両の後方向および右方向の速度を負の値で表わす。また、実ヨーレートγは、左方向のヨーレートを正の値で表わし、右方向のヨーレートを負の値で表す。

これらの各センサ３１〜３５は、電子制御ユニット３６に接続されている。電子制御ユニット３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、後述する転舵範囲変更プログラムを含む各種プログラムの実行により反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット３６の出力側には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１を駆動制御するための駆動回路３７，３８がそれぞれ接続されている。駆動回路３７，３８内には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を検出するための電流検出器３７ａ，３８ａが設けられている。電流検出器３７ａ，３８ａによって検出された駆動電流は、両電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３６にフィードバックされている。

次に、上記のように構成した車両の操舵装置が運転者によって操作されたときの動作について説明する。運転者によって図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、電子制御ユニット３６は図示しないプログラムを実行して反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動を制御する。

すなわち、電子制御ユニット３６は、操舵角センサ３１によって検出された操舵ハンドル１１の操舵角θを入力するとともに、車速センサ３３によって検出された車速Vを入力する。そして、電子制御ユニット３６は、入力した操舵角θに応じて反力アクチュエータ１３の作動を制御することによって運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対する適切な反力を付与し、入力した操舵角θおよび車速Vに応じて転舵アクチュエータ２１の作動を制御することによって運転者が意図する態様で車両を旋回させるために左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させる。

具体的に説明すると、電子制御ユニット３６は、操舵角センサ３１から入力した検出操舵角θの絶対値に対して線形的（比例関数的）に変化する反力トルクTzを決定する。なお、反力トルクTzは、検出操舵角θの絶対値の増大に伴って増大する変化特性であるとよく、線形的な変化特性に代えて、例えば、検出操舵角θの絶対値の増大に対して非線形的（べき乗関数的または指数関数的）に増大する変化特性を採用することもできる。

そして、電子制御ユニット３６は、決定した反力トルクTzが操舵ハンドル１１に入力されるように、駆動回路３７を制御する。すなわち、電子制御ユニット３６は、駆動回路３７の電流検出器３７ａから反力アクチュエータ１３内の電動モータに流れる駆動電流を入力する。そして、電子制御ユニット３６は、操舵ハンドル１１（より詳しくは、操舵入力軸１２）に入力する反力トルクTzに対応した駆動電流が適切に流れるように駆動回路３７をフィードバック制御する。これにより、操舵ハンドル１１に対して反力トルクTzが付与されて、運転者は、適切な反力トルクTzすなわち反力を知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができる。

一方で、電子制御ユニット３６は、操舵角センサ３１から入力した検出操舵角θに応じて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを計算する。具体的には、電子制御ユニット３６は、検出操舵角θを入力すると、この入力した操舵角θに応じた左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを、例えば、下記式１に従って計算する。
δd＝(1＋Kh・V²)／V・L・γg・θ …式１
ただし、前記式１中のKhは予め決められたスタビリティーファクタ（定数）を示し、Vは車速センサ３３によって検出された車速を示し、Lは車両のホイールベース（定数）を示すものである。また、γgは車速センサ３３によって検出された車速Vにおけるヨーゲインを示し、θは操舵角センサ３１によって検出された操舵角を示すものである。

そして、電子制御ユニット３６は、入力した検出車速Vが小さい場合には、前記式１に従い操舵角θに対して大きな目標転舵角δdを計算する。一方、電子制御ユニット３６は、入力した検出車速Vが大きい場合には、前記式１に従い操舵角θに対して小さな目標転舵角δdを計算する。

このように目標転舵角δdを計算すると、電子制御ユニット３６は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が目標転舵角δdとなるように、駆動回路３８を制御する。すなわち、電子制御ユニット３６は、転舵角センサ３３によって検出された実転舵角δを入力するとともに駆動回路３８の電流検出器３８ａから転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を入力する。そして、電子制御ユニット３６は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δが目標転舵角δdと一致するまで電動モータを駆動させるために、駆動回路３８をフィードバック制御する。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が目標転舵角δdまで転舵されて、運転者は、車速Vに応じた態様で車両を旋回させることができる。

すなわち、車両が車速Vの小さな低速走行している状況では、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が大きく（素早く）転舵される。これにより、低速域においては、運転者が操舵ハンドル１１を持ち替えることなく、具体的には、１８０°未満の操舵ハンドル１１の回動操作によって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を大きく転舵させることができるため、操作負担を軽減しつつ車両の取り回し性を大幅に向上させることができる。

一方、車両が車速Vの比較的大きな中・高速走行している状況では、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が小さく（緩やかに）転舵される。これにより、中・高速域においては、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が急峻に転舵されることを防止することができ、旋回時における車両の挙動を安定させることができる。

このことをより具体的に説明すると、ステアリングバイワイヤ方式を採用した車両の操舵装置においては、図２に示すように、検出車速Vの大きさに応じて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲が変化する。すなわち、低速域で車両が走行している場合には、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲が機械的に決定された左側エンド位置および右側エンド位置によって設定される転舵範囲となり、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が大きく（素早く）転舵される。そして、検出車速Vが増大するに伴って、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲は一様に狭くなり、高速域では図２に示したように最も小さな転舵範囲となるため、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が小さく（ゆっくりと）転舵される。

言い換えれば、ステアリングバイワイヤ方式を採用した車両の操舵装置においては、検出車速Vの大きさに応じて転舵範囲を変更することにより、低速域から高速域まで操舵ハンドル１１の回動操作範囲（具体的には、１８０°未満の操舵ハンドル１１の回動操作範囲）を変更することなく、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることができる。その結果、運転者は、常に同一の操作範囲内で操舵ハンドル１１を回動操作することにより、低速域における良好な車両の取り回し性と中・高速域における良好な挙動安定性とを享受することができる。

ところで、車両の操舵特性として、一般的に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵されても車両が旋回しにくい（意図した旋回半径よりも実際の旋回半径が大きくなる）特性すなわちアンダーステア特性と、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵されることによって車両が旋回しやすい（意図した旋回半径よりも実際の旋回半径が小さくなる）特性すなわちオーバーステア特性とがある。特に、オーバーステア特性により、車両が旋回しすぎる状態（オーバーステア状態）が発生した場合には、旋回に伴って車体に生じる車体すべり角が小さくなる方向に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させるカウンターステアを行うことにより、車両の挙動を安定させることができる。

しかしながら、上述のように、検出車速Vの増大に応じて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲を狭くする状況、特に、高速域で車両が走行していて転舵範囲が最も狭くなる状況において、万が一オーバーステア状態が発生した場合には、転舵範囲が制限されるために左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵量（転舵角）が不足し、効果的なカウンターステアを行うことができない可能性がある。このため、電子制御ユニット３６は、図３に示す転舵範囲変更プログラムを実行し、オーバーステア状態の発生に適切に対処できるようにする。以下、この転舵範囲変更プログラムを詳細に説明する。

運転者によって図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、電子制御ユニット３６（より詳しくは、ＣＰＵ）は、図３に示す転舵範囲変更プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。

すなわち、電子制御ユニット３６は、転舵範囲変更プログラムの実行をステップＳ１０にて開始し、ステップＳ１１にて、操舵角センサ３１、車速センサ３３、対地速度センサ３４およびヨーレートセンサ３５によって検出された各検出値、すなわち、操舵角θ、車速V、前後左右の速度Vx，Vyおよびヨーレートγを入力する。そして、電子制御ユニット３６は、各検出値を入力すると、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２においては、電子制御ユニット３６は、車両がオーバーステア状態であるか否かを判定する。具体的に説明すると、電子制御ユニット３６は、前記ステップＳ１１にてヨーレートセンサ３５から入力した実ヨーレートγの絶対値と、オーバーステア状態を判定するための目標ヨーレートγ*の絶対値とを下記式２に従って比較する。
｜γ｜−｜γ*｜＞γo …式２
ただし、前記式２中のγoは、実験的に予め設定された所定の正の定数である。また、目標ヨーレートγ*に関しては、例えば、車両の前後輪のコーナリングパワー、ヨーイング慣性モーメント、車速、転舵角などをパラメータとする周知の関係に基づいて予め実験的に定められるものである。このため、例えば、前記式１に従って検出車速Vに応じて計算される目標転舵角δdや転舵角センサ３２によって検出された実転舵角δを用い、電子制御ユニット３６がこの目標転舵角δdや実転舵角δに対応する目標ヨーレートγ*を設定するとよい。

そして、電子制御ユニット３６は、前記式２が成立すると、車両がオーバーステア状態であるために「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１３に進む。一方、前記式２が成立しなければ、車両はオーバーステア状態となっていないために「Ｎｏ」と判定してステップＳ１５に進み、転舵範囲変更プログラムの実行を一旦終了する。なお、この場合には、オーバーステア状態が発生していないため、図２に示した転舵範囲によって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることにより、車両を適切に旋回させることができる。そして、電子制御ユニット３６は、所定の短時間の経過後、ふたたび、ステップＳ１０にて転舵範囲変更プログラムの実行を開始する。

ステップＳ１３においては、電子制御ユニット３６は、図２に示したように検出車速Vに応じて変更（制限）される転舵範囲内での左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵制御（以下、この制御を通常制御という）におけるニュートラル位置（すなわち中立位置）からの最大転舵角δmaxと、ニュートラル位置から左側エンド位置（または右側エンド位置）までの左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が機械的に転舵し得る最大タイヤ角ΔMAXとの差分（以下、この差分を転舵不足量δaという）を演算する。以下、この転舵不足量δaの演算を詳細に説明する。

上述したように、車両が低速域で走行している場合の左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲はニュートラル位置から左側エンド位置（または右側エンド位置）までの転舵範囲となり、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は操舵ハンドル１１の回動操作に対して最大タイヤ角ΔMAXまで転舵することができる。そして、検出車速Vが予め設定された所定の車速Voよりも大きくなる中・高速域で車両が走行している場合には、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最大転舵角δmaxは最大タイヤ角ΔMAXよりも小さくなる。すなわち、図４に示すように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最大転舵角δmaxは、検出車速Vが所定の車速Voよりも大きくなると、最大タイヤ角ΔMAXよりも小さくなり、転舵不足量δaが生じるようになる。

ここで、検出車速Vが所定の車速Voよりも大きいときの左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の最大転舵角δmaxは、前記式１における操舵角θに対して予め決められた操舵ハンドル１１の最大操舵角θmaxを代入した下記式３によって表すことができる。
δmax＝(1＋Kh・V²)／V・L・γg・θmax …式３
したがって、検出車速Vが所定の車速Voよりも大きいときに生じる転舵不足量δaは、検出車速Vを用いて前記式３に従って計算される最大転舵角δmaxと、予め決められた最大タイヤ角ΔMAXとからなる下記式４に従って計算される。
δa＝ΔMAX−δmax …式４
そして、電子制御ユニット３６は、前記式４に従って転舵不足量δaを計算すると、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４においては、電子制御ユニット３６は、現在、車両に発生しているオーバーステア状態に対処するためのカウンターステアが適切に行えるように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲を変更する。以下、具体的に説明する。

上述したように、車両にオーバーステア状態が発生した場合には、カウンターステアにより、旋回に伴って発生する車体すべり角が小さくなるように左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させて車両の挙動を安定させることが有効である。このため、電子制御ユニット３６は、現在、車体に発生している車体すべり角βを計算する。具体的には、電子制御ユニット３６は、前記ステップＳ１１にて対地速度センサ３４から入力した車両前後方向の速度Vxと車両左右方向の速度Vyとを用いた下記式５に従って車体すべり角βを計算する。
β＝tan^-1(Vy／Vx) …式５
なお、車体すべり角βの計算に関しては種々の方法を採用することができ、車両前後方向の速度Vxと車両左右方向の速度Vyを用いることに代えて、例えば、車両に搭載された加速度センサによって検出された車両の前後方向の加速度を加速度Gxとし、車両の左右方向の加速度を加速度Gyとして前記式５を変形して計算することも可能である。

そして、電子制御ユニット３６は、計算した車体すべり角βに応じて、図２で示した通常制御における制限された転舵範囲の大きさを維持した状態でニュートラル位置を補正して変更する。具体的には、電子制御ユニット３６は、図５に示すように、車体すべり角βの絶対値の変化に対するニュートラル位置の補正量δoの変化特性を表すテーブルを参照して、計算した車体すべり角βの絶対値に対応する補正量δoを計算する。なお、補正量δoは、図５に示すように、車体すべり角βの絶対値の増加に対して前記ステップＳ１３にて計算した転舵不足量δaまで変化する特性を有する。

このように、ニュートラル位置の補正量δoを計算すると、電子制御ユニット３６は、このニュートラル位置の補正量δoを用いた下記式６に従い、時々刻々と変化する車体すべり角βに対応して変化するニュートラル位置δc_newを決定する。
δc_new＝δc_old−sign(γ)・δo …式６
ただし、前記式６中のδc_oldは前回までのプログラムの実行によって決定されたニュートラル位置を表す。また、前記式６中のsign(γ)は実ヨーレートγの符号関数を表すものであって、車両の左旋回すなわち実ヨーレートγが正のときsign(γ)は「＋」となり、車両の右旋回すなわち実ヨーレートγが負のときsign(γ)は「−」となる。

このように、ニュートラル位置δc_newを決定することにより、例えば、高速域において万が一車両にオーバーステア状態が発生した場合であっても、適切なカウンターステアを行うことができる。このことを具体的に例を挙げて説明する。

今、高速域で走行している車両が右方向に旋回を開始し、その結果、車両にオーバーステア状態が発生した状況を想定する。この状況においては、車両が右方向に旋回しているため、車両に発生する実ヨーレートγは右方向に発生しており、車体に発生する車体すべり角βの方向は車両左方向となる。したがって、この状況において、車両に発生したオーバーステア状態に対処するためには、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左方向にカウンターステアする必要がある。

ここで、今、車両が右方向に旋回しているため、電子制御ユニット３６がヨーレートセンサ３５から入力する実ヨーレートγは負の値である。したがって、前記式６に従うと、ニュートラル位置δc_newは、ニュートラル位置δc_oldが「０」であれば「＋δo」となる。すなわち、この場合には、図６に示すように、ニュートラル位置δc_newは車両の左方向に「＋δo」だけ変更され、この変更されたニュートラル位置を中心とした左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲は通常制御における転舵範囲の大きさと同一となるように維持される。このように、ニュートラル位置を変更することにより、通常制御の場合に比して、車両左方向への左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲を増大させることができるため、右旋回している車両に発生したオーバーステア状態に対処するための左方向へのカウンターステアを適切に行うことができる。

また、オーバーステア状態が発生した状況であっても、ニュートラル位置を中心とした左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲の大きさは通常制御の場合と同一となるように維持されるため、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して通常制御と同様に緩やかに転舵される。したがって、運転者が積極的に操舵ハンドル１１を回動操作してカウンターステアを行う場合であっても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が急峻に転舵されることがなく、操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両の挙動が乱れることを防止することができる。

一方で、電子制御ユニット３６は、例えば、運転者がカウンターステアを行うための操舵ハンドル１１の回動操作に遅れが生じた場合であっても、転舵アクチュエータ２１を作動させて車体すべり角βが減少する方向に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させる（所謂、アクティブカウンターステアさせる）ことができる。したがって、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作を好適にアシストすることができて、車両の挙動を安定させることができる。さらに、例えば、運転者が積極的にカウンターステアを行わない場合であっても、車両に発生したオーバーステア状態に対処して、電子制御ユニット３６はアクティブカウンターステアによって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を適切な方向に転舵させることができ、車両の挙動を安定させることができる。

以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、通常制御によって検出車速Vに応じて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲を減少させた場合であっても、車両がオーバーステア状態であるときには、このオーバーステア状態を解消して車両の旋回挙動状態を安定させる方向に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることを許容する転舵範囲に変更することができる。より具体的には、オーバーステア状態において車体に発生する車体すべり角βを減少させる方向に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることを許容する転舵範囲に変更することができる。

これにより、ある程度車速が大きい中・高速域で車両が走行しているときに、旋回に伴って万が一オーバーステア状態が発生しても、適切なカウンターステアによって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を十分に車体すべり角βが減少する方向に転舵させることができる。したがって、車両の旋回挙動を良好に安定させることができる。

また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲が変更されると、自動的に転舵アクチュエータ２１を駆動制御してこの変更された転舵範囲まで左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることができる。これにより、例えば、運転者が積極的に操舵ハンドル１１を操作してカウンターステアを行わない場合であっても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を自動的に車体すべり角βが減少する方向に転舵させることができる。したがって、車両の旋回挙動を良好にかつ確実に安定させることができる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、操舵入力軸１２と転舵出力軸２２とが相対回転可能な操舵装置としてステアリングバイワイヤ方式の操舵装置を採用し、車両にオーバーステア状態が発生した場合にカウンターステアが確実に行えるように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲を変更するように実施した。しかし、操舵入力軸と転舵出力軸とが相対回転可能な操舵装置として、例えば、伝達比を車速に応じて変更する電動モータ（転舵アクチュエータに相当）を備えた伝達比可変方式の操舵装置を採用し、車両にオーバーステア状態が発生した場合にカウンターステアが確実に行えるように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵範囲を変更することも可能である。

このような伝達比可変方式の操舵装置においても、運転者が操舵ハンドルを持ち替えることなく、電動モータを駆動させることによって低速域で運転者による操舵ハンドルの回動操作に対して転舵輪を大きく（素早く）転舵させ、中・高速域で運転者による操舵ハンドルの回動操作に対して転舵輪を小さく（緩やかに）転舵させることができる。したがって、この伝達比可変方式の操舵装置においても、上記実施形態のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置と同様に、車両に万が一オーバーステア状態が発生した場合には、転舵輪の転舵量（転舵角）が不足して効果的なカウンターステアを行えない可能性がある。

これに対して、伝達比可変方式の操舵装置において、上記実施形態の転舵範囲変更プログラムを実行することにより、オーバーステア状態が発生したときの転舵輪の転舵範囲を適切に変更することができる。したがって、伝達比可変方式の操舵装置においても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。

さらに、上記各実施形態においては、転舵アクチュエータ２１を用いて転舵出力軸２２を回転させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ２１を用いてラックバー２４をリニアに変位させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。 通常制御における転舵輪の転舵範囲を説明するための図である。 図１の電子制御ユニットによって実行される転舵範囲変更プログラムを示すフローチャートである。 転舵不足量を説明するための図である。 ニュートラル位置を変更するための補正量と車体すべり角との関係を示すグラフである。 オーバーステア状態が発生したときの転舵輪の転舵範囲の変更を説明するための図である。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…反力アクチュエータ、２１…転舵アクチュエータ、２２…転舵出力軸、３１…操舵角センサ、３２…転舵角センサ、３３…車速センサ、３４…対地速度センサ、３５…ヨーレートセンサ、３６…電子制御ユニット

Claims (7)

1. 車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記操舵ハンドルの操作に対する前記転舵輪の転舵範囲を前記車速検出手段によって検出された車速の増大に伴って減少させて転舵輪を転舵させる転舵制御装置とを備えた車両の操舵装置において、前記転舵制御装置が、
   旋回状態にある車両に発生して車両の旋回挙動を表す所定の物理量を検出する物理量検出手段と、
   前記検出された所定の物理量と前記検出された車速に基づいて決定される車両の目標旋回挙動を表す目標物理量とを比較して、車両の旋回挙動状態を判定する旋回挙動状態判定手段と、
   前記旋回挙動状態判定手段によって前記検出された所定の物理量が前記目標物理量よりも大きい車両の旋回挙動状態であると判定されると、機械的に決定される前記転舵輪の転舵し得る最大の転舵範囲に対する前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲との差分を演算する差分演算手段と、
   前記差分演算手段によって演算された前記差分を用いて、前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲を、前記検出された所定の物理量が前記目標物理量以下となる転舵輪の転舵範囲に変更する転舵範囲変更手段とを備えていることを特徴とする車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記旋回挙動状態判定手段が前記検出された所定の物理量を用いて判定する前記車両の旋回挙動状態は、転舵輪を転舵させたときに車両が旋回しすぎるオーバーステア状態であり、
   前記転舵範囲変更手段は、
   前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲を、前記オーバーステア状態の発生に伴って車体に発生する車体すべり角を減少させる方向への前記転舵輪の転舵を許容する転舵範囲に変更することを特徴とする車両の操舵装置。
3. 請求項２に記載した車両の操舵装置において、
   前記物理量検出手段が検出する所定の物理量は、旋回状態にある車両に発生するヨーレートであり、
   前記旋回挙動状態判定手段は、前記検出されたヨーレートと、少なくとも前記検出された車速に応じて決定される目標ヨーレートとを比較し、前記検出されたヨーレートが前記目標ヨーレートよりも大きいとき、前記車両の旋回挙動状態が前記オーバーステア状態であると判定することを特徴とする車両の操舵装置。
4. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記転舵範囲変更手段は、
   前記検出された車速が予め設定された所定の車速よりも大きいときに、前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲を前記検出された所定の物理量が前記目標物理量以下となる前記転舵輪の転舵範囲に変更することを特徴とする車両の操舵装置。
5. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記転舵範囲変更手段は、
   前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲における中立位置を前記検出された所定の物理量が前記目標物理量以下となる前記転舵輪の転舵範囲における中立位置まで変更することを特徴とする車両の操舵装置。
6. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記転舵制御装置が、
   前記転舵範囲変更手段によって前記検出された車速に応じて減少させた前記転舵輪の転舵範囲が変更されると、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記変更された前記転舵輪の転舵範囲内まで前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータ駆動制御手段を備えていることを特徴とする車両の操舵装置。
7. 前記操舵ハンドルと前記転舵輪との機械的な連結が解除されている請求項１に記載した車両の操舵装置。

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