JPH1178826A - 運転操作支援制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステアリングホイールの操作量と旋回曲率と
の関係が、運転者の予期した範囲を逸脱しないように、
より一層的確に運転操作を支援し得る制御装置を提供す
る。 【解決手段】 前後力の左右輪への配分制御装置が設け
られた車両の運転操作支援制御装置において、前後力の
左右輪への配分制御が行われる車輪の等価摩擦円設定手
段と実横力対応値の推定手段とを有し、旋回時の実横力
対応値が等価摩擦円上での最大横力値を超えないよう
に、前後力を制限して左右輪へ配分するように構成す
る。このようにすれば、常にタイヤの横力が飽和しない
範囲での旋回が可能となるので、運転者の操舵量と車両
の実挙動とが大幅に食い違うことがなくなる。また運転
者の操舵力に対抗する操舵反力の発生装置をも有する場
合は、操舵輪の横力が飽和点に近づくと戻し方向への力
がステアリングホイールに加わるようにすることによ
り、過剰な操舵を抑制し、かつ戻し操舵が素速く行える
ようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、前後力、つまり駆
動力または制動力の左右輪への配分制御装置を備えた車
両の運転操作支援制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】旋回中に急加速したり急減速したりする
と、そのままの舵角では旋回曲率を維持できなくなるこ
とが良く知られている。例えば定常円旋回中に加速する
と、前輪荷重が減少して前輪の横力（コーナリングフォ
ースのこと、以下同）が低下するため、旋回円の曲率半
径が増大傾向となり、この反対に減速すると、前輪荷重
が増大して前輪の横力が高まるため、旋回円の曲率半径
が減少傾向となる。

【０００３】他方、前輪に舵角を与えてから車体にヨー
イングモーメントが発生するまでの応答遅れは、車体の
ヨーイング慣性質量が大きいほど大きくなるので、操舵
応答性は大型車ほど低くなる傾向にある。

【０００４】上記の如き旋回特性上の欠点は、左右輪へ
配分する前後力（駆動力または制動力のこと、以下同）
をその時の車両の運動状態量に応じて互いに異ならせる
ことにより、車体に発生するヨーイングモーメントを適
正化することで改善することができ、一部の市販車に
は、この前後力の左右輪への配分比制御による運転操作
支援制御装置が既に搭載されている（駆動力制御＝特開
平７−１７２７７号公報参照、制動力制御＝特開平７−
６９１９０号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、一般に熟練
した運転者ほど、経験的な判断に基づいて車両挙動の応
答遅れを予期した運転操作を行う傾向がある。そのた
め、前後力の左右輪への配分比制御で旋回応答性が高め
られていることを認識していないと、例えば高速コーナ
リングでステアリングホイールの切り増しを自ら行って
意図的にヨーイングモーメントを過度に発生させるよう
にしたり、早めに急ハンドルを切ったりすることがあり
得た。

【０００６】ところで、摩擦円理論によると、摩擦円を
仮に真円とした場合、タイヤの発生可能な最大グリップ
力Ｆｍａｘは、摩擦円の半径で与えられ、かつタイヤの
前後力Ｆｘ（駆動力または制動力）と横力Ｆｙ（コーナ
リングフォース）とのベクトル和、すなわち、 Ｆｍａｘ２＝Ｆｘ２＋Ｆｙ２ で表される。つまり、前後力Ｆｘが０ならば最大発生横
力Ｆｙは最大グリップ力Ｆｍａｘに等しく、前後力Ｆｘ
が増大するとそれに連れて最大発生横力Ｆｙは減少する
ことになる。そして横力Ｆｙが飽和点に達すると、ステ
アリングホイールの操作量（前輪舵角）に対する旋回曲
率が比例関係ではなくなる。

【０００７】従って、上記従来の運転操作支援制御によ
ると、運転者の過剰応答によって前輪舵角が旋回曲率に
対して過大になると、その舵角に応じたヨーイングモー
メントを発生させるために加わる前後力により、横力の
飽和点が低下することがあり得た。そのため、結果的に
は安定な旋回性が損なわれなかったとしても、車両挙動
自体は運転者の予測を外れたものにならないとも限らな
かった。これは、あらゆる場面において運転者の心理的
なストレスを払拭する上には不十分と言える。

【０００８】本発明は、このような従来技術の不都合を
改善するべくなされたものであり、その目的は、ステア
リングホイールの操作量と旋回曲率との関係が、運転者
の予期した範囲を逸脱しないように、より一層的確に運
転操作を支援し得る制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を果たす
ために、本発明においては、前後力の左右輪への配分制
御装置が設けられた車両の運転操作支援制御装置におい
て、前後力の左右輪への配分制御が行われる車輪の等価
摩擦円設定手段と実横力対応値の推定手段とを有し、旋
回時の実横力対応値が等価摩擦円上での最大横力値を超
えないように、前後力を制限して左右輪へ配分するよう
に構成するものとした。このようにすれば、常にタイヤ
の横力が飽和しない範囲での旋回が可能となるので、運
転者の操舵量と車両の実挙動とが大幅に食い違うことが
なくなる。また運転者の操舵力に対抗する操舵反力の発
生装置をも有する場合は、操舵輪の横力が飽和点に近づ
くと戻し方向への力がステアリングホイールに加わるよ
うにすることにより、過剰な操舵を抑制し、かつ戻し操
舵が素速く行えるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
例を参照して本発明の構成を詳細に説明する。

【００１１】図１及び図２は、本発明が適用される操舵
力制御装置及び左右輪への前後力配分制御装置の全体構
成を示している。なお、電動パワーステアリング装置並
びに左右輪への前後力配分制御装置自体は、既に市販車
にも搭載されている周知技術なので、ここでは機械系の
構成についての説明は割愛する。

【００１２】図１に示す操舵力制御装置は、ラック／ピ
ニオン式操舵装置のラック軸に作用する軸力Ｆｒｃを算
出するラック軸力演算手段１と、路面摩擦係数μを算出
する路面摩擦係数演算手段２と、路面摩擦係数μに基づ
いて等価摩擦円を設定する等価摩擦円設定手段３と、操
向車輪（前輪）の実横力Ｆｙを算出する横力演算手段４
と、例えば車速と吸気管負圧との関係から求めた駆動
力、或いはブレーキ液圧から求めた制動力に基づいて前
輪の実前後力Ｆｘを算出する前後力演算手段５と、等価
摩擦円データ、前輪実横力Ｆｙ、および前輪実前後力Ｆ
ｘから、ある時点の横力利用率ξを算出する横力利用率
演算手段６と、横力利用率ξに応じた操舵抵抗トルク指
令値Ｔｃを設定するための操舵抵抗トルク設定手段７
と、非駆動輪（後輪）の回転速度センサの出力で得た車
速Ｖ並びに操舵トルクセンサの出力で得たステアリング
ホイールを介してステアリングシャフトに作用する手動
操舵トルクＴｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｔａを
設定する操舵補助トルク設定手段８と、操舵抵抗トルク
指令値Ｔｃおよび操舵補助トルク指令値Ｔａに基づいて
電動機Ｍの出力を制御する電動機駆動制御手段９とから
なっており、操舵補助トルク指令値Ｔａに操舵抵抗トル
ク指令値Ｔｃを加算した値Ｔｍをもって、通常のパワー
ステアリング装置の電動機Ｍの出力制御を行うようにな
っている。

【００１３】図２に示す前後力配分制御装置は、例えば
ラック軸のストロークから得た前輪舵角δと、横加速度
ＹＧ及び車速Ｖとから、規範ヨーレイトγＭを算出する
ヨーレイト応答モデル演算手段１１と、規範ヨーレイト
γＭと実ヨーレイトγとの偏差に基づいて前後力の左右
輪差を演算する前後力配分比演算手段１２と、この前後
力に横力利用率ξに応じた制限を加える前後力制限手段
１３と、駆動力配分装置のクラッチ液圧または制動装置
のブレーキ液圧を制御する液圧制御手段１４とからなっ
ており、左右輪の前後力を互いに異ならせることで旋回
操作量に応じた理想的な旋回特性が得られるようにして
いる。なお、前後力配分比の演算は、例えばスロットル
弁の開弁速度を求め、アクセルペダルが踏み込まれてい
るならば加速の意志があるものと見なして駆動力の左右
配分比を求め、スロットル弁が閉弁傾向ならば、減速す
る意志があるものと見なして制動力の左右配分比を求め
るようになっている。

【００１４】次に路面摩擦係数μの推定方法、つまり路
面摩擦係数演算手段２の働きについて説明する。タイヤ
のコーナリングパワーＣｐは、図３に示すように、路面
摩擦係数μが低いほど減少するので、ラック／ピニオン
式操舵装置の場合、同一舵角でのラック軸力Ｆｒは、路
面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って路面摩
擦係数μは、前輪舵角δに対する実ラック軸力Ｆｒｃ
と、車両の設計値や実験による計測値の同定結果に基づ
いて内部モデルとして予め設定された基準ラック軸力Ｆ
ｒｍとを比較すれば推定できる。

【００１５】路面からの転舵抵抗につり合うラック軸力
Ｆｒは、ステアリングシャフト回りの粘性項、慣性項、
フリクション項およびモータＭ回りのフリクション項は
微小なので省略すると、ピニオンからのラック軸力Ｆｐ
とモータからのラック軸力Ｆｍとの和、すなわち、 Ｆｒ＝Ｆｐ＋Ｆｍ で表されるが、以下に図４を参照してラック軸力演算手
段１によるこの推定方法について説明する。

【００１６】先ず、ピニオンからのラック軸力Ｆｐは、
操舵トルクＴｓをピニオンのピッチ円半径ｒｐで割った
値、すなわち、 Ｆｐ＝Ｔｓ／ｒｐ で表されるので、ピニオン軸力演算手段２１に操舵トル
クセンサの出力Ｔｓを入力して得る。

【００１７】次にモータＭからのラック軸力Ｆｍは、モ
ータＭの出力軸トルクＴｍにモータ出力ギヤ比Ｎをかけ
た値、すなわち、 Ｆｍ＝Ｎ・Ｔｍ で表されるので、モータの電流Ｉｍを検出する電流セン
サ、並びに電圧Ｖｍを検出する電圧センサの出力をモー
タ軸力演算手段２２に入力して得る。

【００１８】ここでモータの出力軸トルクＴｍは次式で
与えられる。 但し、Ｋｔ：モータトルク定数 Ｉｍ：モータ電流 Ｊｍ：モータの回転部分の慣性モーメント（設計値・定
数） θｍ’：モータ角速度 θｍ”：モータ角加速度（モータ角速度θｍ’の微分
値） Ｃｍ：モータ粘性係数 Ｔｆ：フリクショントルク なお、モータ角速度θｍ’は、モータ逆起電力から次式
により求める。 θｍ’＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／Ｋｍ 但し、Ｖｍ：モータ電圧 Ｒｍ：モータ抵抗（設計値・定数） Ｋｍ：モータの誘導電圧定数

【００１９】または、ステアリングシャフトの回転角度
を検出する操舵角センサの出力θｓの微分値θｓ’から
次式により求める。 θｍ’＝（θｓ’−Ｔｓ’／Ｋｓ）Ｎ 但し、Ｋｓ：トルクセンサのばね定数 Ｔｓ’：操舵トルクの微分値

【００２０】以上により求めたピニオンからのラック軸
力Ｆｐとモータからのラック軸力Ｆｍとは、実用上は位
相補償フィルタ２３を通すことにより、Ｆｐ・Ｆｍ間の
位相ずれを補正すると良い。

【００２１】上記のようにして求めた実ラック軸力値Ｆ
ｒｃと予め設定されたモデルラック軸力値Ｆｒｍとか
ら、ステアリングホイール舵角θｓの増加に対する実並
びにモデルラック軸力の増加率を求め（図５参照）、車
両の応答が線形に近似した舵角範囲内において、実ラッ
ク軸力増加率ΔＦｒｃ／Δθｓと、モデルラック軸力増
加率ΔＦｒｍ／Δθｓとの比ΔＦｒｃ／ΔＦｒｍから、
予め設定された路面摩擦係数判定マップ（図６参照）を
参照して路面摩擦係数μを推定することができる。

【００２２】路面摩擦係数μとタイヤの接地面に加わる
垂直荷重Ｗとの積でタイヤの最大グリップ力Ｆｍａｘが
与えられるので（Ｆｍａｘ＝μＷ）、タイヤと路面との
間の摩擦係数μが分かれば、タイヤの特性に基づいて予
め設定しておいた摩擦円基本形状と、横加速度値で補正
された旋回時の輪重値とに基づいて、摩擦円の大きさが
設定できる。この摩擦円上に前後力Ｆｘを置けば、その
時に発生可能な最大横力Ｆｙｍａｘが得られる。

【００２３】次に図７、８を参照して前輪２５の接地点
に加わる実横力Ｆｙの推定方法、つまり横力演算手段４
の働きについて説明する。先ず、実ラック軸力Ｆｒｃと
実横力Ｆｙとのつり合いは、次式で与えられる。 Ｆｒｃ・Ｌａ＝Ｆｙ・Ｔ・ｃｏｓδ すなわち、 Ｆｙ＝Ｆｒｃ・Ｌａ／Ｔ・ｃｏｓδ 但し、Ｌａ：ラック軸２６とキングピン軸２７との軸心
間距離（設計値・定数） Ｔ：トレール δ：前輪舵角

【００２４】ここでトレールＴは、ホイールアライメン
トの機械的な設定で定まるキャスタートレールＴｃに、
車速Ｖに応じて変化するニューマチックトレールＴｐ成
分を加えた値であり、予め設定したマップ２４をコンピ
ュータのメモリーに格納しておき、車速Ｖに基づいて検
索する。

【００２５】このようにして求めた実横力Ｆｙと摩擦円
から求めた最大横力Ｆｙｍａｘとから、横力利用率演算
手段６で次式から前輪の横力利用率ξを算出する。 ξ＝Ｆｙ／Ｆｙｍａｘ

【００２６】次いで、操舵抵抗トルク設定手段７に予め
設定されたマップを参照し、横力利用率ξに対応した操
舵抵抗トルクＴｃを求める。このマップは、横力利用率
ξが１までは横力利用率ξと共に増大する特性が与えら
れている。

【００２７】このようにして決定された操舵抵抗トルク
指令値Ｔｃを、操舵補助トルク設定手段８に予め設定さ
れたマップを車速Ｖと手動操舵トルクＴｓとに基づいて
検索して得られる通常のパワーステアリング装置の補助
操舵トルク指令値Ｔａに加算することによって得られた
制御指令値ＴｍでモータＭを制御することにより、路面
状況に応じて横力Ｆｙが限界近くなると（横力利用率ξ
が１近傍）、ステアリングホイールに加わる見掛け上の
セルフアライニングトルクを大きくするなどして素速い
切り戻し操作が損なわれない最適な補助操舵トルクが発
生するようにモータＭが駆動される。

【００２８】次に左右輪への前後力配分比制御について
図９を参照して説明する。先ず、車両の運動状態量（車
速Ｖ・横加速度ＹＧ・舵角δ）を読み込み（ステップ
１）、これらの値からヨーレイト応答モデル演算手段１
１で求めた規範ヨーレイトγＭと実ヨーレイトγとの偏
差に基づいて、前後力配分比演算手段１２にて左右輪の
前後力Ｆｘを演算する（ステップ２）。この時、スロッ
トル弁の開弁速度で駆動力配分制御を行うか、または制
動力配分制御を行うかを決定する。

【００２９】他方、路面摩擦係数演算手段２にてタイヤ
と路面間の摩擦係数μを演算し（ステップ３）、その値
と輪重推定値とに基づいて等価摩擦円設定手段３にて等
価摩擦円の形状と大きさとを設定する（ステップ４）。

【００３０】ステップ２の演算結果に基づいて左右輪へ
の前後力配分制御を実行する（ステップ５）。

【００３１】上記の前後力Ｆｘを発生した際の等価摩擦
円上での横力利用率ξを横力利用率演算手段６で演算す
る（ステップ６）。この横力利用率ξを１と比較し（ス
テップ７）、その結果、横力利用ξが１を下回る場合
（最大横力＞実横力）は、横力Ｆｙに余裕があると見な
されるので、左右輪への前後力配分制御をそのまま継続
する。

【００３２】他方、横力利用ξが１以上の場合（最大横
力≦実横力）は、横力Ｆｙが飽和傾向にあるので、それ
以上の前後力Ｆｘを加えるとむしろステアリングホイー
ルの操舵角と車両の旋回円曲率とが比例しなくなるの
で、各輪の前後力Ｆｘを制限する（ステップ８）。この
制限については、横力利用率ξの逆数を用いたり、一定
の減少率で漸減させるようにしたりするなど、種々の手
法が考えられるが、要するに 等価摩擦円を参照するこ
とで最大グリップ力Ｆｍａｘが分かるので、横力Ｆｙと
前後力Ｆｘとのベクトル和が最大グリップ力Ｆｍａｘ以
下となるように、左右の駆動力あるいは制動力を制限す
れば良い。

【００３３】なお、実ラック軸力Ｆｒｃ並びに実横力Ｆ
ｙは、上記の計算によらずに操舵系の適所にロードセル
を設け、その出力から求めるようにしても良い。また旋
回性の限界の指標としてコーナリングフォースを用いる
例を述べたが、コーナリングフォースは旋回中の遠心力
につり合う求心力に相当する力なので、これはある曲率
の円を旋回可能な横加速度値に置き換えることもでき
る。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明によれば、運転者の操
舵量を基準にして、タイヤの横力が摩擦円内に止まるよ
うに前後力を制限するので、高い操舵応答性を確保した
上で運転者の意志を阻害しない旋回特性を実現し得る。
従って、運転者の負担を軽減する上に多大な効果を奏す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるパワーステアリング装置の
制御系の概略構成図。

【図２】本発明による前後力配分制御装置の制御系の概
略構成図。

【図３】コーナリングパワーと路面摩擦係数との関係線
図。

【図４】ラック軸力演算手段のブロック図。

【図５】舵角に対するラック軸力の増加線図。

【図６】路面摩擦係数の判定マップ。

【図７】横力演算手段のブロック図。

【図８】横力演算に関わる説明図。

【図９】本発明による前後力配分制御に係わるフロー
図。

【符号の説明】

１ ラック軸力演算手段 ２ 路面摩擦係数演算手段 ３ 等価摩擦円設定手段 ４ 横力演算手段 ５ 前後力演算手段 ６ 横力利用率演算手段 ７ 操舵抵抗トルク設定手段 ８ 操舵補助トルク設定手段 ９ モータ駆動制御手段 １１ ヨーレイト応答モデル演算手段 １２ 前後力配分比演算手段 １３ 前後力制限手段 １４ 液圧制御手段 ２１ ピニオン軸力演算手段 ２２ モータ軸力演算手段 ２３ 位相補償フィルタ ２４ トレールマップ ２５ 前輪 ２６ ラック軸 ２７ キングピン軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回時に左右輪の前後力を互いに異なら
   せることで車体にヨーイングモーメントを発生させるべ
   く、前後力の左右輪への配分制御装置を備えた車両の運
   転操作支援制御装置であって、 前後力の配分制御が行われる車輪の等価摩擦円設定手段
   と実横力対応値の推定手段とを有し、 実横力対応値が等価摩擦円上での最大横力値を超えない
   範囲に前後力を制限して左右輪へ配分することを特徴と
   する運転操作支援制御装置。
2. 【請求項２】 運転者の操舵力に対抗する操舵反力の発
   生装置をも有し、操舵輪の実横力対応値が等価摩擦円上
   での最大横力値に近づくに連れて前記操舵反力を増大さ
   せることを特徴とする請求項１に記載の運転操作支援制
   御装置。