JP5326019B2

JP5326019B2 - 後輪トー角制御装置

Info

Publication number: JP5326019B2
Application number: JP2012058265A
Authority: JP
Inventors: 泰堀内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-04-21
Also published as: JP2012148771A

Description

本発明は、後輪のトー角を変化させる後輪トー角可変車両において後輪トー角の制御に供される後輪トー角制御装置に関し、特に、ヨーレートと横加速度とに応じて後輪トー角を制御する技術に関する。

自動車は、直進走行中に横風を受けたり不整路等でタイヤ外力を受けたりすると直進しなくなるため、ドライバはハンドルを微妙に修正しながら運転を続ける。この問題を解決する手段として、パワーステアリングに補正反力を発生させて運転操作を助けるものや、前輪のアクティブ操舵や後輪操舵で直進性を向上させるもの、４ＷＳによるもの、そしてこれらの組み合わせ等が提案されている。

また、前輪アクティブ操舵としては、伝達率を可変制御する伝達率可変制御装置をステアリングホイールからステアリングギヤボックスに至る操舵系統に備えた車両において、転舵角に基づいて算出した横加速度と車体の実横加速度とから外乱による横加速度を求め、外乱による横加速度による車両挙動の変化を予測してこれを打ち消す補正操舵を行うように伝達率可変制御装置を作動させたものが提案されている（特許文献１参照）。

後輪操舵としても様々な制御手法が提案されており、例えば、車両が不安定となり易い操舵直後の走行安定性を確保するために、ドライバが前輪を操舵した際、操舵直後には旋回外側の後輪のみをトーインに変化させ、その後旋回内側の後輪のみをトーインに操舵することにより、旋回直後の走行安定性を高めるとともに、アンダステア特性が強くなりすぎることを防止したものが提案されている（特許文献２参照）。

特開平０５−７７７５１号公報特開平０８−２５４８２号公報

しかしながら、直進安定性を乱す外乱の着力点は必ずしも一定ではなく、外乱による車両の反応は横運動と回転運動とを複雑に伴っているため、これを抑制するための操作は複雑で、ドライバの負担を増大させる。そして従来技術の挙動制御は、基本的に車両の回転運動または横運動を抑制するものであるため、実際の外乱に対してはドライバの修正操舵が必要であり、完全に直進安定性を確保するものとはなっていなかった。

また、特許文献１に記載のステアリング制御装置では、伝達率可変制御装置を駆動したときに発生する操舵反力を打ち消すパワーステアリングを備えていなければ、ドライバが操舵トルクの増減による違和感を覚えたり、ドライバがステアリングホイールを確実に保持していない場合には、タイヤ側が操舵されずにステアリングホイール側だけが回転してしまったりするため、車両の挙動制御が困難である。例えパワーステアリングを備えてこの問題を解決したとしても、横力が発生する制御を行うため、直進走行時の制御誤差はそのまま車両挙動を不安定にさせる。

また、特許文献２に記載のトー角可変制御装置では、車両の旋回状態に基づいて後輪トー角を制御するため、直進走行時には制御装置が機能せず、直進走行時に横風等の外乱を受けた場合には車両の挙動が不安定になってしまう。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、直進走行時であっても外乱に対する直進走行性を有効に高めることのできる車両挙動制御を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、後輪トー角が可変制御される後輪トー角可変車両に設けられ、前記後輪トー角の制御に供される後輪トー角制御装置において、ヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、横加速度を検出する横加速度検出手段とを備え、車体に外力が働いているか否かを判定し、外力が働いていると判定された場合、当該外力の着力点が車体重心よりも前方であるか後方であるかを判定し、当該外力の着力点が車体重心よりも前方である場合には、前記ヨーレート検出手段の検出結果と前記横加速度検出手段の検出結果とに基づいて前記後輪トー角をトーイン側に制御し、当該外力の着力点が車体重心よりも後方である場合には、前記ヨーレート検出手段の検出結果と前記横加速度検出手段の検出結果とに基づいて前記後輪トー角をトーアウト側に制御するように構成する。

上記構成の後輪トー角制御装置においては、運転者による操舵に応じてステアリング系に印加されるパワーステアリング装置の補助トルクに対し、前記ヨーレート検出手段の検出結果と前記横加速度検出手段の検出結果とに基づいて、付加トルクを設定するようにするとよい。

本発明によれば、回転運動または横運動だけでなく、その両方についてこれを打ち消す操舵が可能となるため、従来の直進安定制御装置に比べて飛躍的に直進安定性を高めることができる。そして、回転運動と横運動との両方について挙動が制御されるため、修正操舵を殆ど行わずに直進走行が維持され、ドライバの負担が軽減される。また、制御誤差が生じたとしても、直進走行時のトーイン量またはトーアウト量の誤差から旋回力が発生することはないため、制御誤差がそのまま車両挙動を乱すようなことはない。

また、パワーステアリング装置の補助トルクに対し付加トルクを設定することにより、ドライバの操舵（保舵力）が不適切で直進安定性が有効に発揮されない場合や、旋回走行時の制御誤差によってドライバの操舵が必要になった場合でも、ドライバは容易にステアリングを保持し、或いは容易に修正操舵を行うことができる。

後輪トー角制御装置を備えた自動車の概略構成図後輪トー角制御装置を備えた自動車の運動モデル図後輪トー角制御のフローチャート

≪実施形態の構成≫
＜自動車の全体構成＞
以下、図面を参照して、本発明に係る後輪トー角制御装置１１を備えた後輪トー角可変車両の一実施形態について詳細に説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、例えばタイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ符号の数字に左右を示す添字ｌまたはｒを付して、例えば、左側後輪５ｌ、右側後輪５ｒと記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５または後輪５ｌ，５ｒと記す。

図１は実施形態に係る後輪トー角制御装置１１を備えた自動車Ｖの概略構成を示す平面図である。自動車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、自動車Ｖは、手動操舵力を軽減すべくステアリング系に補助トルクを印加する電動パワーステアリング装置２１（ＥＰＳ）を備え、ステアリングホイール２２の操舵によって操向車輪としての前輪３を直接転舵する前輪操舵装置２０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電動アクチュエータ１２ｌ，１２ｒを伸縮駆動することにより、左右後輪５ｌ，５ｒのトー角θｌ，θｒを個別に変化させる後輪トー角制御装置１１とを備えている。

前輪操舵装置２０は、ステアリングシャフト２３を介してステアリングホイール２２に一体的に連結されたピニオン２４と、タイロッド２５等を介してその両端が左右の前輪左右の前輪３に連結され、ピニオン２４に噛合して車幅方向に往復動するラック軸２６とからなるラック・アンド・ピニオン機構と、手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生すべくラック軸２６に同軸的に設けられた電動機２７を備えた電動パワーステアリング装置２１とを主要構成要素としている。

ステアリングシャフト２３には、ステアリングホイール２２の操舵角を検出する操舵角センサ２９が設けられ、ピニオン２４の近傍には、ピニオン２４に作用する手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（図示省略）が設けられており、これらセンサの出力信号がＥＰＳ・ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２８に入力することにより、ＥＰＳ・ＥＣＵ２８が電動機２７に流れる電流を可変制御し、電動機２７に補助操舵力を発生させる。

一方、詳細な図示は省略するが、電動アクチュエータ１２は、車体１側に連結されたハウジングや、ハウジング内に収容されたモータ、減速機、台形ねじを用いた送りねじ機構、送りねじ機構の雌ねじ部材を構成するとともに、後輪５側に連結された出力ロッド等から構成されており、モータの回転運動を送りねじ機構でスラスト運動に変換することにより直線的に伸縮動する。なお、送りねじ機構は、ねじのリード角と摩擦角との関係によりセルフロック機能を備えており、出力ロッド側から入力があっても逆差動しない構造となっている。

また、自動車Ｖには、各種システムを統括制御するメインＥＣＵ８や、車体１に発生するヨーレートを検出するヨーレートセンサ９、車体１に働く横加速度を検出する横加速度センサ１０、車速センサ３０の他、図示しない種々のセンサが適所に設置されており、各センサの検出信号はメインＥＣＵ８に入力して車両の制御に供される。

メインＥＣＵ８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９，１０，２９，３０や、ＥＰＳ・ＥＣＵ２８、後述するＭＣＵ（Motor Control Unit）１３と接続されている。メインＥＣＵ８は、各センサ９，１０等の検出結果に基づいて目標とする後輪５のトー角θ_ＲＴＣを算出し、各電動アクチュエータ１２のストローク量を算出した上でＭＣＵ１３に対して駆動制御信号を出力することにより、後輪５ｌ，５ｒのトー制御を左右別々に行うことができる。

左右の電動アクチュエータ１２には、近接配置されたマグネットの位置を差動変圧から検出することによって各電動アクチュエータ１２のストローク量を検出するストロークセンサ１６ｌ，１６ｒが設定されており、ＭＣＵ１３は、メインＥＣＵ８から出力された駆動制御信号に基づいて電動アクチュエータ１２を駆動制御するとともに、ストロークセンサ１６によって検出されたストローク量に基づいて電動アクチュエータ１２のフィードバック制御を行うことにより、メインＥＣＵ８が算出したストローク量だけ伸縮動して後輪５ｌ，５ｒを所望のトー角θ_ＲＴＣへと変化させる。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１２ｌ，１２ｒを同時に対称的に変位させることにより、左右後輪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、左右の電動アクチュエータ１２ｌ，１２ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、左右後輪５ｌ，５ｒを左右に転舵することも可能である。例えば自動車Ｖは、操縦安定性を高めるべく、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、加速時には後輪５をトーアウトに、制動時には後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時には後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時には後輪５を前輪舵角と逆相にトー変化（転舵）させる。

≪実施形態の車両の運動≫
次に、自動車Ｖに外力Ｆｐが働いたときの車両の運動について説明する。図２は後輪トー角制御装置１１を備えた自動車Ｖの運動モデルを示す平面図である。図２に示すように、横風等による外力Ｆｐが車体重心ＣＧから距離Ｌｐの位置に働いたときに、横力および回転力についてこれと釣り合う前後のタイヤの横力Ｆは、次式で表される。
Ｆｐ＝−Ｆｆ−Ｆｒ・・・（１）
Ｌｐ・Ｆｐ＝−Ｌｆ・Ｆｆ＋Ｌｒ・Ｆｒ・・・（２）
なお、
Ｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ・・・（３）
である。
但し、Ｆｐ：外力、Ｆｆ：前輪タイヤの横力、Ｆｒ：後輪タイヤの横力、Ｌｐ：車体重心ＣＧからの距離、Ｌ：ホイールベース、Ｌｆ：車体重心ＣＧから前輪車軸までの距離、Ｌｒ：車体重心ＣＧから後輪車軸までの距離である。これを変形すると、以下のようになる。
Ｆｆ＝−（１／Ｌ）・Ｌｐ・Ｆｐ−（Ｌｒ／Ｌ）・Ｆｐ・・・（４）
Ｆｒ＝＋（１／Ｌ）・Ｌｐ・Ｆｐ−（Ｌｆ／Ｌ）・Ｆｐ・・・（５）

また、ヨーレートγの微分値γ’および横加速度αｙは、次式としてセンシングすることができる。
（Ｌｐ・Ｆｐ）／Ｉ＝γ’・・・（６）
Ｆｐ／ｍ＝αｙ・・・（７）
但し、Ｉ：車両ヨー慣性回転質量、γ：ヨーレート、γ’：ヨーレートの微分値、ｍ：車両質量、αｙ：横加速度である。

後輪５のトー角θ_ＲＴＣによって後輪５に発生する横力Ｆｒは、次式のように表される。なお、下式の根拠については、本願出願人によって出願された特願２００６−２３１５４３を参照されたい。
Ｆｒ＝−Ｋ・Ｋｒ・αｙ・θ_ＲＴＣ・・・（８）
但し、Ｋ：ロール剛性係数、Ｋｒ：後輪５のコーナリングパワーである。
従って、後輪５のトー角θ_ＲＴＣは下式を満足する必要がある。
−Ｋ・Ｋｒ・αｙ・θ_ＲＴＣ＝（１／Ｌ）・（Ｉ・γ’−Ｌｆ・ｍ・αｙ）・・・（９）
これを整理すると次式のようになる。

したがって、

の場合、すなわち、Ｌｐ＞０の場合、後輪５をトーイン側に制御し、

の場合、すなわち、Ｌｐ＜０の場合、後輪５をトーアウト側に制御すれば外乱に対する車両挙動の変化を抑制することができる。また、積分制御としてγ’をγに、αｙを∇βに置き換えて制御することも可能である。

そして、上記式（６），（７）より、パワーステアリングの付加トルクＴ_ＥＰＳは、次式のように表される。
Ｔ_ＥＰＳ＝−Ｋ_ＥＰＳ（Ｉ・γ’＋Ｌｒ・ｍ・αｙ）・・・（１１）
但し、Ｋ_ＥＰＳ：キャスタートレールおよびホイールベースＬより決まる比例定数である。通常の自動車では、Ｌｆ＜Ｌｒであることが多く、その場合、Ｆｆの方向はαｙの逆向きとなる。

≪実施形態の制御フロー≫
次に、本実施形態の制御フローについて説明する。図３は実施形態に係る後輪トー角可変式の自動車Ｖによる後輪トー角制御手順を示すフローチャートである。自動車Ｖ走行を開始始動すると、すなわち車速Ｖ＞０となると、所定のインターバルをもって以下の後輪トー角設定処理を行う。

メインＥＣＵ８は先ず、車体１に外力Ｆｐが働いているか否かを判定する（ステップ１）。外力Ｆｐが働いているか否かは、操舵角センサ２９や車速センサ３０等から算出される規範ヨーレートとヨーレートセンサ９によって検出された実ヨーレートとの差を監視することにより判定される。

ステップ１で外力なし（Ｎｏ）と判定された場合、メインＥＣＵ８は後輪５のトー角θ_ＲＴＣを０度に設定し（ステップ２）、電動パワーステアリング装置２１の付加トルクＴ_ＥＰＳを式１１に従って設定する。なお、外力なしと判定された場合、付加トルクＴ_ＥＰＳは０となる。そしてメインＥＣＵ８は上記手順を繰り返す。一方、ステップ１で外力あり（Ｙｅｓ）と判定された場合、メインＥＣＵ８は次に、車体重心ＣＧから外力Ｆｐの着力点までの距離Ｌｐを算出し、Ｌｐが０より大きいか否か、すなわち外力Ｆｐの着力点が車体重心ＣＧよりも前方であるか否かを判定する（ステップ３）。

ステップ３でＬｐが０よりも大きい場合（外力Ｆｐの着力点が車体重心ＣＧよりも前方の場合）（Ｙｅｓ）、メインＥＣＵ８は後輪５のトー角θ_ＲＴＣを式１０に従ってトーイン側に設定し（ステップ４）、ステップ３でＬｐが０よりも小さい場合（外力Ｆｐの着力点が車体重心ＣＧよりも後方の場合）（Ｎｏ）、メインＥＣＵ８は後輪５のトー角θ_ＲＴＣを式１０に従ってトーアウト側に設定する（ステップ５）。そしてステップ１で外力なし（Ｎｏ）と判定された場合と同様に、式１１に従って付加トルクＴ_ＥＰＳを設定し（ステップ６）、上記手順を繰り返す。

このように、上記した式に従って後輪５のトー角θ_ＲＴＣおよび電動パワーステアリング装置２１の付加トルクＴ_ＥＰＳを設定することにより、外力Ｆｐによる回転運動（ヨーレートγ）および横運動（横加速度αｙ）の一方だけでなく、その両方が打ち消されるため、従来の直進安定制御装置に比べて著しく高い直進安定性が実現される。そして、ドライバがステアリングホイール２２を確実に保持していれば電動パワーステアリング装置２１の付加トルクＴ_ＥＰＳは車両の挙動に影響しないことは従来技術と変わりないが、後輪５をトー角制御しても直進走行時には旋回力を発生しないため、直進走行時の制御誤差がそのまま車両挙動を乱すようなことはない。そして、回転運動と横運動との両方について挙動が制御され、修正操舵を殆ど行う必要がなく直進走行が維持されるため、ドライバの負担が軽減される。

また、電動パワーステアリング装置２１の補助トルクに対し付加トルクＴ_ＥＰＳが設定されることにより、ドライバの操舵（保舵力）が不適切で直進安定性が有効に発揮されない場合や、旋回走行時の制御誤差によってドライバの操舵が必要になった場合でも、ドライバは容易にステアリングホイール２２を保持し、或いは容易に修正操舵を行うことができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば幅広く変形実施できることは言うまでもない。

Ｖ自動車
１車体
２，４タイヤ
３前輪
５後輪
８ＥＣＵ
９ヨーレートセンサ
１０横加速度センサ
１１後輪トー角制御装置
１２電動アクチュエータ
１３ＭＣＵ
２０前輪操舵装置
２１電動パワーステアリング装置

Claims

後輪トー角が可変制御される後輪トー角可変車両に設けられ、前記後輪トー角の制御に供される後輪トー角制御装置であって、
ヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
横加速度を検出する横加速度検出手段と
を備え、
車体に外力が働いているか否かを判定し、外力が働いていると判定された場合、当該外力の着力点が車体重心よりも前方であるか後方であるかを判定し、当該外力の着力点が車体重心よりも前方である場合には、前記ヨーレート検出手段の検出結果と前記横加速度検出手段の検出結果とに基づいて前記後輪トー角をトーイン側に制御し、当該外力の着力点が車体重心よりも後方である場合には、前記ヨーレート検出手段の検出結果と前記横加速度検出手段の検出結果とに基づいて前記後輪トー角をトーアウト側に制御することを特徴とする後輪トー角制御装置。
運転者による操舵に応じてステアリング系に印加されるパワーステアリング装置の補助トルクに対し、前記ヨーレート検出手段の検出結果と前記横加速度検出手段の検出結果とに基づいて、付加トルクを設定することを特徴とする、請求項１に記載の後輪トー角制御装置。