JPH0220475A - 舵角制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車輪の舵角を制御する舵角制御装置に関し
、特に、制御対象の諸定数が変化した場合であっても、
所望の応答が得られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の舵角制御装置は、車輪の目標舵角をθ、ｌ１、舵
角可変機構及びアクチュエータで構成される制御対象の
伝達関数をＣ、（Ｓ）、フィードバックゲインをに、、
に、％車輪の実操舵角をθえ、実操舵角速度をθよとそ
れぞれした場合、第５図に示すようなブロック線図で表
すことができる。なお、Ｓはラプラス演算子である。

即ち、実操舵角θえの目標舵角θｌ、からの変位と、実
操舵角速度り、とに応じて制御対象Ｇｒ（Ｓ）に入力さ
れる制御信号が決定されるから、実操舵角θ、が目標舵
角θ□に素早く収束することができる。

ここで、フィードバックゲインＫｌ＋Ｋｆｆｉは、予め
計測した制御対象の諸定数を考慮しつつ、所望の応答性
を有する制御系となるように決定されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、例えば外気温等の外部環境の変化に伴っ
て、前記制御対象の諸定数が予め計測された値から変動
し、制御対象の特性が制御系の設計時とは異なってしま
うと、所望の応答性を得ることができなくなるため、実
操舵角の目標舵角への収束に時間がかかり、車両の走行
安定性が損なわれてしまうという未解決の課題があった
。

また、制御系の設計時に前記フィードバックゲインＫＩ
＋に２を大きくしておき、それによって制御系の応答性
が向上するようにしても、実操舵角の目標舵角に対する
オーバシュート量が大きくなるから制御系の安定性が損
なわれてしまうし、場合によっては、いつまでたっても
定常偏差が十分小さくならず実掻舵角が振動してしまう
危険性もあった。

この発明は、上記従来技術の未解決の課題に着目してな
されたものであり、外部環境が変化して制御系の諸定数
が変動してしまっても、応答性及び安定性を損なうこと
がない舵角制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、車輪に舵角を
発生ずる舵角可変機構及び制御信号に応じて前記舵角可
変機構を駆動するアクチュエータで構成される制御対象
を、前記制御信号を算出し出力するアクチュエータ制御
装置によって制御する舵角制御装置において、前記アク
チュエータ制御装置は、前記車輪の目標舵角が入力され
所望の応答を呈する特定モデルと、この特定モデルと並
列に前記目標舵角が入力され、伝達関数が前記特定モデ
ルの伝達関数を分子に持ち且つ前記制御対象の伝達関数
を分母に持つ前置補償器と、前記特定モデルの出力と前
記制御対象の出力点の差及び前記前置補償器の出力に基
づいて前記制御信号を算出する制御信号算出手段とを備
えた。

〔作用〕

目標舵角が入力され所望の応答を呈する特定モデルの出
力及び制御対象の出力の差と、目標舵角が入力され前記
特定モデルの伝達関数を分母ζこ持ち且つ制御対象の伝
達関数を分子に持つ前置補償器の出力とに基づき、制御
信号算出手段が、アクチュエータに対する制御信号を算
出する。

そして、アクチュエータに前記制御信号が供給されると
、このアクチュエータによって駆動される舵角可変機構
が駆動して、車輪に舵角が発生ずる。

ここで、例えば外部環境の変化に伴い制御対象の諸定数
が変動し、制御対象の出力と特定モデルの出力とに差が
生じても、この差に応じた制御信号が制御信号算出手段
で算出され、その差を修正するようなフィードバック制
御が行われるので、制御対象から所望の応答を得ること
ができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第４図は、本発明の一実施例を示すものであ
り、これは、本発明に係る舵角制御装置を、車両の後輪
操舵装置に適用した例である。

先ず、構成を説明する。第１図において、後輪操舵系の
一部をなすタイロッド２の端部（片端省略）には、ボー
ルジヨイント３及びナックルアーム４を介して、キング
ピン軸４ａを中心に転舵可能な後輪５が連結されている
。

タイロッド２の長手力向略中央部の夕（周部には、ウオ
ーム２ａが一体に形成されており、このウオーム２ａｔ
、−は、軸方向の移動が阻止された回動のみ可能なボー
ルナツト６が螺合している。

そして、このボールナツト６には、その外周Ｇこ同回転
軸で固定されたアシスト歯車８ａと、このアシスト歯車
８ａに噛合し且つアクチーブ、エータとしての後輪操舵
用のモータ７の出力軸に固定された駆動歯車８ｂとによ
って構成された減速機構８を介して、そのモータ７の回
転力が伝達されるようになっており、モータ７の回転力
によってボールナツトＧが回転すると、このボールナＶ
１・６に噛合するウオーム２ａが一体に形成されたタイ
ロッド２が長手方向に移動し、その結果、後輪５に舵角
が発生ずる。

ここで、タイロッド２．ウオーム２　”　ｒ　ボールジ
ヨイント３．ナックルアーム４．ポールナツト６及び減
速機構８によって、舵角可変機構としての後輪操舵装置
ｌが構成される。

また、図示しない車体に支持された部材９と、タイ口・
７ド２に固定された部材２ｂとの間には、後輪５が直進
状態を維持するようにタイロッド２を付勢するコイルス
プリング１０と、タイロッド２の移動速度部ら後輪転舵
速度に応じた減衰力を発生ずるショックアブソーバ１１
とが介装されている。なお、第１図の図示しない右側に
位置するタイロッド２の他端近傍にも、上記と同様の構
成によって別のコイルスプリング及びシシソクアブソー
バが介装されている。

１２は図示しない前輪操舵系の操舵角を検出する舵角セ
ンサであり、ステアリングホイールの回動位置を検出し
て、その操舵角に応じた舵角検出信号θ、を出力する。

１３は車速を検出する車速センサであり、例えば、変速
機の出力軸の回転数を検出して、これに対応した周期パ
ルス信号からなる車速検出信号Ｖを出力する。

１４は、舵角センサ１２から供給される舵角検出信号θ
、及び車速センサ１３から供給される車速検出信号■に
基づいて、後輪５の目標舵角θえ。

を演算し出力する後輪舵角演算部であり、例えば、低速
走行時には前輪及び後輪５を逆用と（）て車両の旋回性
が向」二し且つ高速走行時には前輪及び後輪５を同相と
して車両の走行安定性が向上するような目標舵角θ１を
算出する。

１５は、例えばインタフェース回路やマ・イクロコンピ
エータ等を備えると共に、前記後輪舵角演算部１４から
供給される目標舵角θ８．と、モータ７の回動位置を出
力するロークリエンコーダ７ａから供給される検出信号
とに応じて、モータ７に対する制御信号を演算し出力す
るアクチュエータ制御装置としてのモータ制御装置であ
る。なお、モータ７から後輪５までの伝達機構は剛体と
みなされるので、ロータリエンコーダ７ａから供給され
る検出信号は、後輪５の実操舵角θ８及び実操舵角速度
υ８に対応する。

１６は、パルス幅変調回路２左回転用パワー素子及び右
回転用パワー素子等を侃′え、前記モータ制御装置１５
から供給される制御信号に応にてパルス幅変調制御を行
い、モータ７を駆動させる駆動回路である。

つまり、モータ制御装置１５が所定の演算を実行してモ
ータ７に対Ａる制御信号を算出すると、その制御信号に
応じて、駆動回路１６がパルス幅変調制御を行うから、
そのパルス幅に応じて左右何れかの回転用パワー素子が
モータ７に電流を供給し、その結果、モータ７に所定の
回転力が発生するので、上述したように後輪操舵装置１
が駆動されて後輪５に舵角が発生ずる。

第２図は、第１図に示す制御系のブロック線図を示して
おり、後輪操舵装置１及びモータ７によって制御対象が
構成されている。

モータ制御装置１５は、設計者が望む応答を呈する所定
モデル１５ａと、＠’ＩＩ補償器１５ｂと、制御対象に
対する制御信号を算出する制御信号算出部１５Ｃとで構
成されていて、所定モデル１５ａ及び前置補償器１５ｂ
には、前記目標舵角算出部で演算された目標舵角θ８．
が供給され、制御信号算出部１５ｃは、これら所定モデ
ルＩ　５　ａ及び前置補償器１５ｂの出力”！Ｈ，’／
ｖと、制御対象２０（後輪操舵装置１及びモータ７に対
応する）即ちロータリエンコーダ７ａから供給されるフ
ィードバック信号ｙ、とに基づき、制御装置に対する制
御信号即ちモータ７の駆動電流値ｊを算出する。

制御信号算出部１５ｃは、特定モデル１５ａの出力ｙ２
と制御対象２０からの信号ｙｒ　　（後輪５の実操舵角
θ２に対応）との差（ｙ１４　　ｙｒ）を演算する加算
器１５ｄと、この加算器１５ｄの出力（ｙ１４　ｙｒ）
が入力される調整器１５ｃと、前置補償器１５１）の出
力ｙＦと調整器１５ｅの出力Ｈ（Ｓ）本（ｙＨ−ＹＰ　
）とを加算して駆動電流値ｉを出力する加算器１５ｆと
を有している。

ここで、制御対象２０の運動方程式は、下記の＋１１及
び（２）式で表せる。

・・・・・・（１） 但し、 Ａ−Ｋｓ＊ｐ／Ｊ Ｂ　−（ＤＫＲＰ＋　Ｋｌｌ”Ｇ／　Ｒ，）　／　ＪＣ
＝Ｋｒ／Ｊ Ｘ□−θＲ：モータ７の角位置（ｒａｄ）Ｋ　３ＲＰ　
＝　Ｋ　ｓ＊／　（Ｎｉ＋　Ｘ　Ｎ＊□）２Ｋｓｓ：コ
イルスプリング１０のバネ定数（ｋｇｆ−ｍ／ｒａｄ） Ｎ□：減速機構８の減速率 Ｎ、ｚ：ボールナフト６及びウオーム２ａの減速率 Ｄｗｍｒ＝Ｄ□／（ＮえＩ　Ｘ　Ｎ　＠ｚ　）　”ＤＫ
Ｒ：ショックアブソーバ１１の粘性（ｋｇｆ−涜・Ｓ） Ｋ、；モータ７の逆起電力定数（ｖ−ｓ／ｒａａ）ＫＴ
　：モータ７のトルク定数　（ｋｇｆ−麟／Ａ）（ｋｇ
ｆｌ・５１） Ｊ、：モータ７の慣性モーメント ＪＧｌ：駆動歯車８ｂの慣性モーメントＪＧ！ニアシス
ト歯車８ａの慣性モーメントＪ６ｚ：ボールナット７の
慣性モーメントＪＴ　：後輪５部分の慣性モーメント ミニ電流　（Ａ） Ｇ：重力加速度　（ｍ／ｓ’） Ｒ８：モータ７の内部抵抗 である。

従って、この制御対象２０の伝達関数ＧＰ（Ｓ）は、下
記の（３）式のようになる。

このように、制御対象２０の伝達関数ＣＰ　（Ｓ）が二
次おくれ系であるから、後述する前置補償器１５ｂが構
成し易いように、特定モデル１５ａの状態法定式及び伝
達関数Ｇ　ｓ　（ｓ）を、それぞれ下記の（４１，（５
１及び（６）式のように設定する。

５ｃの状態方程式及び伝達関数Ｇｒ（Ｓ）は、それぞれ
下記の（？）、　＋８１及び（９）式のようになる。

Ｓ２＋２ξ（１３ｎＳ十ωＩ そして、前置補償器１５ｃは、自身の伝達関数ｃ　ｙ　
（ｓ）が、特定モデル１５ａの伝達関数ＧＭ（Ｓ）を分
子に持ち且つ制御対象の伝達関数ＣＰ　（Ｓ）を分母に
持つように設計されているため、前置補償器１Ｇｙ（Ｓ
）　−Ｇ、（Ｓ）／ＣＰ（Ｓ）　　　　　　　　　−・
−（９１また、フィードバックループを構成する制御信
号算出部１５ｅ内の調整器１５ｅは、実操舵角の定常偏
差をできるだけ小さくできるように、本実施例では、下
記のαω式に示すように、比例士積分要素とした。

Ｈ（Ｓ）　＝　（Ｋｌ　十Ｋｚ　、”ｓ）　　　　　　
−−−−−−（１０）但し、Ｋ、及びに２は、それぞれ
フィー　ドパツクゲイン定数である。

従って、モータ７に加わる電流は、下記の００式のよう
に表せる。

１　（Ｓ）　−Ｙ、（Ｓ）　＋　Ｈ（Ｓ）　（Ｙ、（Ｓ
）−ＹＰ（Ｓ）　）・・・・・・ａｌｌ 次に、上記実施例の作用を説明する。

第３図及び第４図は、上記実施例で説明した舵角制御装
置と第５図に示す従来の舵角制御装置によって、特開昭
６１−６７６７０号公報に記載された４輪操舵車を制御
した場合の後輪舵角の変動（第３．４図（ａ））及びヨ
ーレートの変り１（第３゜４図（ｂ））のシミュレーシ
ョン結果を表しており、第３図は制御対象のパラメータ
変動が起こっていない場合、第４図はパラメータ変動が
起こった場合である。なお、図中、Ｏは目標舵角の軌跡
、十は上記実施例の舵角制御装置による出力の軌跡、Δ
は従来の舵角制御装置による出力の軌跡をそれぞれ表し
ている。

ここで、シミュレーションに使用した各定数は下記のよ
うになっている。

く車両諸元〉 車両質量：Ｍ＝１２５（ｋｇ） 前輪の等価コーナリングパワ・− ：　ｅｋｆ　＝　３７５０　（ｋｇ　ｆ　／ｒａｄ）後
輪のコーナリングパワー ：　ｋｆ＝　６０００　　（ｋｇ　ｆ　／ｒａｄ）車両
のヨー慣性モーメント ：　Ｉ　ｚ　＝　２００　　　Ｃｋｇｆ−ｍ・ｓ）車両
重心点から前車軸までの距離 ：ＬＦ＝１．０　　（ｒｎ） 車両重心点から後車軸までの距離 ：Ｌｒ−１．５　　（ｍ） ステアリングギヤ比：Ｎ＝２０ くヨーレーｉ・制御モデル〉・ スタビリテイファクタ：　Ａｓ　＝２．Ｏｘ　１０−’
時定数：ｒ−０．０５ 〈制御対象の諸元〉 ＮＲ＋＝４０／ｌ　５ Ｎｕｚ＝　２２０ Ｋｓａｒ　　＝１．７８　Ｑｘ　１　０−”ＤＩ［ｌｌ
！＝　　＝７．２２２　ｘ　１　０−’に、　　＝５．
９５Ｘ　１　０−２ Ｋｔ　　＝５．８３　ｘ　］、　　０−”Ｒ，＝０．１
３２ Ｊ＝８．１６０Ｘ１０−’ Ｇ　＝　９．８ くモータ部のモデル〉 ωイー６０ ξ　−０，５ 〈フィードバンクゲイン〉 従来： に＋　＝−Ｊ／ＫＴ（Ｋ３ＩＰ／ＫＴ−ωｆｉ″）−−
５，０３８ に、　＝Ｊ／にア（（Ｄｘ＊ｒ＋に、”Ｇ／れ）／Ｊ−
２ξω８）＝４゜４３７ 本実施例： に、＝２００ に、＝１０ なお、第４図のシミニレ−ジョン結果は、外気温上昇に
より、モータ７の逆起電圧定数に、及びトルク定数ＫＴ
が１程度割減少し、内部抵抗Ｒ。

が１割程度増加した場合を想定して行ったものである。

先ず、パラメータ変動を起こしていない場合のシミュレ
ーション結果について説明する。

第３図から明らかなように、本実施例の舵角制御装置の
出力は、従来の舵角制御装置と同様に、後輪舵角及びヨ
ーレートの目標値に応答性よく追従しており定常偏差も
十分小さくなっている。

ここで、制御対象２０のパラメータが設計時と同一であ
り、その伝達関数が変化していなければ、第２図に示す
制御系の伝達関数Ｇ　（Ｓ）は、下記の（２）式に示す
よ・うになる。

＝Ｃ，（Ｓ）　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・０乃このように、制御対象２０のパラメータが変
動していなければ、第２図に示す全制御系の伝達関数Ｇ
　（Ｓ）は所望の応答を呈する特定モデル１５ａの伝達
関数Ｇ）１（Ｓ）と等価となるから、この特定モデル１
５ａの設計を適宜行えば、応答性及び安定性に優れた制
御系を実現することができる。

次に、制御対象２０のパラメータが、上述し７たように
変動した場合のシミュ１／−ジョン結果について説明す
る。

第４図から明らかなように、従来の舵角制御装置では、
制御装置の設計時とは制御対象の伝達関数が異なってし
まうため、過去の制御対象に基づいて設定されたフィー
ドバンクゲインに、、に、ば、現在の制御対象に対して
は不的確な値となるから、フィードバックループの作用
による制御対象への人力信号が不的確な値になってしま
い、その結果、制御対象の安定性即ち車両の走行安定性
や走行安全性が損なわれてしまう。

一方、本実施例の舵角制御装置では、モータ制御装置Ｉ
５が、目標舵角θ１１５に対する特定モデル１５ａの出
力’ＩＨと制御対象２０の出力ｙＰとの差（ｙｓ　　ｙ
ｐ）に基づいてフィードバック制御を行うから、制御対
象２０の出力ｙＰが特定モデル１５ａの出力ｙ、を追従
するようになる。その結果、第４図（ａｌ及びｆｂｌに
示ずような好適な出力を得ることができる。

また、本実施例の舵角制御装置にあっては、制御対象２
０のパラメータ変動だけではなく、制御系に種々の外乱
が入力された場合であっても、制御対象２０の出力ｙ、
が特定モデル１５ａの出力’／Ｈを追従するため、所望
の応答を得ることができる。

なお、上記実施例では、本発明を後輪舵角制御装置に適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、前輪操舵系の舵角制御装置に適用することも
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の舵角制御装置によれば、
車輪に舵角を発生ずる舵角可変機構及びこの舵角可変機
構を駆動するアクチュエータで構成されるｆｆ１ｌＪ　
？８対象を、前記車輪の目標舵角が入力され所望の応答
を呈する特定モデルと、この特定モデルと並列に前記目
標舵角が入力され、伝達関数が前記特定モデルの伝達関
数を分子に持ち且つ前記制御対象の伝達関数を分母に持
つ前号補１ｆｌ器と、前記特定モデルの出力と前記制御
対像の出力との差及び前記前置補償器の出力に基づいて
前記制御信号を算出する制御信号算出手段とを備えたア
クチュエータ制御装置によって制御するよう−こしたた
め、定常状態における制御特性を１員なうことなく、例
えば外部環境の変化に伴って制御対象のパラメータが変
動した場合や制御系に種々の外乱が入力された場合であ
っても、制御対象の出力が特定モデルの出力を追従する
ようになるから、制御対象から所望の応答が得られると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体を示す構成図、第２図
はこの実施例の制御系を示すブロック線図、第３図及び
第４図は、この実施例と従来例とによるシミニレ−ジョ
ン結果を比較して示したグラフであり、第３図は制御対
象にパラメータ変動が起こっていない場合、第４図は制
御対象にパラメータ変動が起こ、っている場合であり、
第３６４図（・１）は後輪舵角の変化を、同図（ｂ）は
車両のヨーレートの変化をそれぞれ示している。第５図
は従来例の制御系を示したブロック線図である。 １・・・後輪操舵装置、５・・・後輪、７・・・モータ
（アクチュエータ）、１５・・・モータ制御装置（アク
チュエータ制御装置）、１５ａ・・・特定モデル、１５
ｂ・・・前置補償器、１５ｃ・・・制御信号算出部、２
゜・・・制御対象。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車輪に舵角を発生する舵角可変機構及び制御信号
   に応じて前記舵角可変機構を駆動するアクチュエータで
   構成される制御対象を、前記制御信号を算出し出力する
   アクチュエータ制御装置によって制御する舵角制御装置
   において、 前記アクチュエータ制御装置は、前記車輪の目標舵角が
   入力され所望の応答を呈する特定モデルと、この特定モ
   デルと並列に前記目標舵角が入力され、伝達関数が前記
   特定モデルの伝達関数を分子に持ち且つ前記制御対象の
   伝達関数を分母に持つ前置補償器と、前記特定モデルの
   出力と前記制御対象の出力との差及び前記前置補償器の
   出力に基づいて前記制御信号を算出する制御信号算出手
   段と、を備えたことを特徴とする舵角制御装置。