JPH0319824B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、操舵時の車両の運動性能を自在に
制御できるようにした車両用舵角制御装置に関
し、特に、運動特性に関与する運動変数のうちヨ
ーイング運動と横方向運動を適正に制御するよう
にした車両用舵角制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の、機械リンク式ステアリング装置を搭載
した車両は、ステアリングハンドルの操舵量に対
応して前輪を転舵する構成となつており、操舵に
伴う運動性能は、その車両の車両諸元により一律
に決定され、運動性能は車種毎に固有のものとな
つている。

これに対し、本願出願人は、先に、特願昭59−
188153号において、目標とする運動性能を備える
目標車両モデルを想定し、該目標車両モデルに関
する車両諸元と運動方程式に基づいて、ステアリ
ングハンドル操舵量と車速に対応する運動変数の
目標値、すなわち目標車両モデルが呈する運動性
能を表わす運動変数値を求め、この運動変数目標
値を自車（当該装置を搭載した車両）で実現する
ように、自車の車輪（前輪および後輪）の舵角を
制御する装置を提案している。

すなわち、この装置を用いれば、例えば自車が
セダン車タイプの車両であつても、目標車両モデ
ルをスポーツ車タイプの車両に設定すれば、車体
構造等がセダン車タイプでありながら、スポーツ
車の運動性能を保有させることができる等、自在
に運動性能を制御することができるのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、本願発明者らは、上記装置につい
て、さらに研究を重ねるうちに、次のような改良
点を見出した。

すなわち、車両の操安性の評価は、一般に、ヨ
ーレートと横加速度の各々の操舵応答性の良否を
重視して行われ、かつ、これらヨーレートと横加
速度の相関性も重視される。

そして、操舵時における過渡運動状態および定
常運動状態の両状態において、横すべり角が小さ
いことが、操安性を高くする条件になつており、
理想的には、上記過渡運動状態および定常運動状
態に拘わらず、しかも車速変化に無関係に、常に
横すべり角が零であることが最良の条件となる。

しかし、このように、常に横すべり角を零とす
ることは、従来の車両では不可能なことである。

なぜなら、上述のように、常に横すべり角を零
とするための運動方程式の解を線形２自由度（ヨ
ー、横）近似式から導びくと、 〓＝Kθ_S ……(1) α＝KVθ_S ……(2) （ここで、〓はヨーレート、αは横加速度、θ_Sは
操舵角、Ｖは車速である）となる。

上記式(1)、(2)が意味するところは、操舵角θ_Sが
ある時間Δt秒間で０からある角度まで変化した
とすると、Δt秒後には、すでに〓＝Kθ_Sなるヨー
レートが発生していることになる。これを通常の
車両で実現するには、応答遅れが全く無い転舵機
構を具備するか、あるいは、ヨー慣性モーメント
が零の車体構造とする必要があり、事実上不可能
な条件となる。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、第１
図に示す手段を備える。

ヨーイング運動目標値演算手段１０２は、予め
設定された所望の運動性能を備える第１の目標車
両モデルに関する演算により、ハンドル操舵角検
出手段１００で検出されるステアリングハンドル
の操舵角θ_Sと、車速検出手段１０１で検出される
車速Ｖに対応するヨーイング運動の目標値を求
める。

横方向運動目標値演算手段１０３は、ヨーイン
グ運動目標値演算手段１０２で求められたヨーイ
ング運動目標値に基づいて、車両の重心点横す
べり角が常に零となるような横方向運動の目標値
Ｙを求める。

舵角目標値演算手段１０４は、上記ヨーイング
運動目標値と横方向運動目標値、および自車
の車両諸元とから、前輪および後輪の舵角の目標
値を求める。

そして、車輪転舵手段１０５は、上記車輪舵角
目標値に、前輪および後輪の各対応する車輪を
転舵する。

（作用） ヨーイング運動目標値演算手段１０２と横方向
運動目標値演算手段１０３により、ヨーイング運
動目標値と横方向運動目標値とが求められ、
これらの運動変数目標値とを自車で実現すべ
く車輪の舵角目標値が求められ、この舵角目標
値に車輪が転舵される。

ここで、上記横方向運動目標値は、車両の重
心点横すべり角が常に零となるような条件のもと
で求めらるれことから、本発明装置搭載車の重心
点横すべり角は常に零となるように制御されるこ
とになる。

（実施例） 本発明の一実施例の構成を第２図に示す。

マイクロコンピユータ１は、車速センサ３で検
出される車速Ｖと、ハンドル操舵角センサ２で検
出されるステアリングハンドル８の操舵角θ_Sを入
力して、運動変数目標値の演算および前輪舵角目
標値_Fと後輪舵角目標値_Rの演算を行う。

前輪転舵装置４は、マイクロコンピユータ１か
ら与えられる前輪舵角目標値_Fのデータに基づ
いて前輪９，１０の転舵制御を行う装置であり、
同様に、後輪転舵装置５は、マイクロコンピユー
タ１から与えられる後輪舵角目標値_Rのデータ
に基づいて後輪１１，１２の転舵制御を行う装置
である。

前輪９，１０および後輪１１，１２を実際に転
舵するのは、油圧式ステアリング装置６および７
である。

上記前輪転舵装置４と後輪転舵装置５、および
油圧式ステアリング装置６，７は、例えば第３図
に示すような構成になつている。

油圧式ステアリング装置６，７は、２つのピス
トン３２，３３を備え、両端がタイロツド（図示
略）に連結されたシヤフト３１を、左右の油圧室
３４，３５の作動油圧に差を設けることによつて
軸方向へ移動させることにより車輪の転舵を行
う。

また、中央の室３７内には、バネ３６で左右逆
方向に付勢された反撥プレート３８，３９が、シ
ヤフト３１に遊嵌されており、これは、左右の油
圧室３４，３５の作動油圧が抜かれたときに、シ
ヤフト３１を元の中立位置に復帰させるためのも
のである。

前・後輪転舵装置４，５は、ソレノイドドライ
バ２１と、コントロールバルブ２２と、オイルポ
ンプ２６と、オイルタンク２７から構成されてい
る。

コントロールバルブ２２は、油圧式ステアリン
グ装置６，７の左右の油圧室３４，３５に通ずる
油路２８，２９を備え、これらの油路２８，２９
に流入する作動油量を調整するスプールバルブ２
５を具備している。このスプールバルブ２５は、
左右端が電磁ソレノイド２３，２４に遊嵌してお
り、電磁ソレノイド２３，２４の磁力の大小によ
り、軸方向へ移動し、上記左右の油圧室３４，３
５に与える作動油量を調整する。

ソレノイドドライバ２１は、マイクロコンピユ
ータ１から与えられる前・後輪舵角目標値_F，
δ_Rに比例した電流信号を左右何れかの電磁ソレ
ノイド２３，２４に供給する。この場合、車輪の
転舵方向によつて、電流を与える電磁ソレノイド
を左右で切換えて制御する。

第４図は、マイクロコンピユータ１で実行され
る処理を示すフローチヤートである。以下、この
フローチヤートの説明とともに、本実施例の動作
を説明する。

第４図に示す処理は、所定時間Δt毎に繰返し
実行されるもので、イグニツシヨンスイツチが
ONされて、電源の供給がなされた時にイニシヤ
ライズが行われる。

ステツプ41の処理では、ハンドル操舵角センサ
２と車速センサ３からマイクロコンピユータ１へ
入力されるハンドル操舵角θ_Sと車速Ｖの両データ
の読込みが行われる。

次に、ステツプ42の処理では、予めメモリ内に
記憶されている目標車両モデルに関する車両諸元
の読出しが行われる。この目標車両モデル（以下
「目標車両」と略す）は、ヨーイング運動および
横方向運動について目標とする特性を備える車両
（実在の車両または仮空の車両の何れでも良い）
を想定したもので、この想定された車両の車両諸
元を目標車両諸元とする。

本実施例では、上記目標車両諸元として、以下
の車両諸元を用いている。

I_Z1：目標車両のヨー慣性 M₁：目標車両の車体質量 L_F1：目標車両の前軸と重心間の距離 L_R1：目標車両の後軸と重心間の距離 N₁：目標車両のステアリングギヤ比 K_F1：目標車両の前輪のコーナリングパワー K_R1：目標車両の後輪のコーナリングパワー そして、次のステツプ43の処理では、上記目標
車両諸元を用いて、ヨーイング運動の目標値（本
実施例では、ヨーレート〓とヨー角加速度¨の目
標値〓，¨）を求める演算を行う。この演算は、
以下の式に従つて行われる。

M₁（V〓_y1＋〓₁V）＝2C_F1＋2C_R1 ……(3) I_Z1¨₁＝2L_F1C_F1−2L_R1C_R1 ……(4) C_F1＝K_F1｛θ_S／N₁−（V_y1＋L_F1〓₁）／Ｖ｝……(5
) C_R1＝−K_R1（V_y1−L_R1〓₁）／Ｖ ……(6) ¨＝¨₁ ……(7) 〓＝〓₁ ……(8) ここで、 〓₁：目標車両のヨーレート ¨₁：目標車両のヨー角加速度 V_y1：目標車両のｙ軸方向速度 V〓_y1：目標車両のｙ軸方向横すべり加速度 C_F1：目標車両前輪のコーナリングフオース C_R1：目標車両後輪のコーナリングフオース である。

上記(3)、(4)式は、目標車両における運動方程式
であり、これらの式を解くには、Δt毎に２回の
積分演算が必要であり、この積分演算は、例え
ば、 Ａ（ｔ＋Δt）＝Ａ(t)＋Δt・A〓(t) で表わされる矩形積分法や、その他、ルンゲクツ
タ法等、要求される積分精度に応じて適切な積分
法を用いる。

そして、上記演算中には、横方向運動に関する
運動方程式も演算されるが、この演算によつて求
まる横方向運動変数（V_y1やV〓_y1）は、横すべり
成分を含む値であるため、後述する舵角目標値
_Ｆの演算には用いられない。この横方向運動変数
の目標値は、次のステツプ44の処理によつて決定
される。

すなわち、上記ステツプ43で求めらたヨーレー
ト目標値〓とステツプ41で読込まれた車速Ｖとか
ら、 ＝〓V ……(9) なる演算によつて、横加速度目標値を求める。

また、(9)式が成立するときには、常にV〓_y1（＝
α−〓₁V）＝０が成立つのでその積分値V_y1も「＝
０」となるから、ｙ軸方向加速度目標値_yを
「＝０」と設定する。

次に、ステツプ45、46、47の処理は、上記のよ
うにして、別々の演算によつて求めた運動変数の
目標値〓，¨とを自車（本実施例搭載車両）の
前、後輪舵角を制御することで、自車の運動特性
として実現する制御を行う。

すなわち、ステツプ45の処理において、予めメ
モリ内に記憶されている自車の車両諸元を読出
し、ステツプ46の処理により、自車車両諸元と上
記運動変数目標値〓，¨，とから、前、後輪の
舵角目標値_F，_Rを求め、これをステツプ47の
処理で前輪転舵装置４および後輪転舵装置５へ出
力するのである。

上記ステツプ45で読出される自車車両諸元は、
以下に示すものである。

I_Z2：自車のヨー慣性 M₂：自車の車体質量 L_F2：自車の前軸と重心間の距離 L_R2：自車の後軸と重心間の距離 L₂：自車のホイールベース K_F2：自動の前輪のコーナリングフオース K_R2：自動の後輪のコーナリングフオース そして、ステツプ46で実行される演算は以下の
如くである。

C_F2＝１／2L₂（M₂L_R2＋I_Z2¨） ……(10) C_R2＝１／2L₂（M₂L_F2−I_Z2¨） ……(11) β_F2＝C_F2／K_F2 ……(12) β_R2＝C_R2／K_R2 ……(13) _F＝β_F2＋（_y−L_F2〓）／Ｖ ……(14) _R＝β_R2＋（_y−L_R2〓）／Ｖ ……(15) ここで、 C_F2：自車の前輪コーナリングパワー C_R2：自車の後輪コーナリングパワー β_F2：自動の前輪の横すべり角 β_R2：自動の後輪の横すべり角 である。

そして、上記式（14）、（15）で求められた前輪
舵角目標値_Fと後輪舵角目標値_Rが、ステツプ
47の処理により出力され、前輪転舵装置４と後輪
転舵装置５は、与えられた舵角目標値_Fあるい
は_Rに前輪９，１０あるいは後輪１１，１２を
転舵するために必要な作動油圧を油圧式ステアリ
ング装置６，７へ供給し、これにより、前輪９，
１０および後輪１１，１２の転舵が行われる。

以上の制御動作により、自車のヨーイング運動
は、目標車両におけるヨーイング運動特性に等し
くなり、かつ自車の横方向運動は、重心点横すべ
り角βが零となるように制御される。

これは、横加速度目標値が、前記(9)式を満足
する値であり、かつ、ｙ軸方向速度目標値_y＝
０として演算が行われることから得られる作用で
ある。すなわち、＝〓Vであれば、重心点横す
べり角速度β〓は、 β〓＝α／Ｖ−ψ〓（＝V_y／Ｖ） で表わされるから、αにを代入（または、V〓_y
に_y（＝０）の微分値（＝０）を代入）すれば、
β〓＝０となるため、この積分値である重心点横す
べり角βも「＝０」となる。

従つて、例えば、第５図に示すような急操舵を
行つた場合、ヨーレートの変化は、第６図中の特
性ａに示すように、全く舵角制御を行わない従来
車両におけるヨーレート変化特性（同図中の特性
ｂで示す）に比べて応答性が良好である。

ここで、先願例装置のように、重心点横すべり
角を常に零とする制御を行わないで舵角制御を行
う装置を搭載した車両においては、ヨーレート変
化は、本実施例装置搭載車と同じく特性ａのよう
な良い応答性が得られるが、横方向加速度につい
て見てみると、第７図に示すように、先願例装置
搭載車における横方向加速度の変化特性は、図中
の特性ｄで示すように、従来車両における特性
（図中の特性ｅで示す）に比べれば、非振動的で
はあるが、本実施例装置搭載車の特性（図中の特
性ｃで示す）に比べると、やや発生が緩慢であ
る。

これに対し、本実施例装置搭載車は、第８図中
の特性ｆで示すように、重心点横すべり角が常に
零であるため（同図中の特性ｇは先願例装置搭載
車、特性ｈは従来車両の場合を示す）、第７図に
示す特性ｃの如く、横加速度の応答性も高くな
る。

なお、上記実施例では、前輪９，１０および後
輪１１，１２の両者を油圧式ステアリング装置
６，７を用いて転舵を行う構造の四輪操舵車に本
発明を適用した例を示したが、この他に、前輪
９，１０を、従来の機械リンク式ステアリング装
置を用いて転舵する車両にも適用することは可能
である。

この場合、第９図に示すように、後輪１１，１
２は、上記実施例と同様に、油圧式ステアリング
装置７を用いて転舵を行うようにし、前輪９，１
０は、機械リンク式ステアリング装置１４によ
り、ステアリングハンドル８の操舵に連動して転
舵がなされるとともに、補助転舵装置１３を設け
て、運動特性制御を行うための前輪舵角目標値
_Ｆに前輪舵角が一致するように補正する構造とす
ることが考えられる。

このときの前輪舵角の補正量Δδ_Fは、上記実施
例において、第４図中のステツプ46で実行される
演算のうち、式（12）と式（14）の演算を次のよ
うな演算式（16）と（17）に変更すれば良い。

β_F2＝C_F2／eK_F ……（16） Δδ_F＝β_F2＋（_y2−L_F3〓）／Ｖ−θ_S／N₂……（1
7） ここで、 eK_F2：自車のフロント等価コーナリングパワー N₂：自車のステアリングギヤ比 であり、eK_F2は、ステアリング剛性をK_S、トレ
ールをξとした場合、 eK_F2＝K_S／１＋2ζ／N²／₂K_SK_F で表わされる。

このようにすれば、上記実施例と同様の動作を
行うことに等しくなり、同じ効果が得られる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、目標車
両に関する演算からヨーイング運動の目標値を求
め、このヨーイング運動の目標値を用いて重心点
横すべり角が常に零となるような横方向運動の目
標値を求めて、これらの目標値を実現するように
車輪舵角を制御するようにしたことによつて、車
両の運動性能を自在に制御することができ、か
つ、従来車両では実現不可能な、重心点横すべり
角を常に零とする理想的な運動性能を具備する車
両を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一
実施例の構成図、第３図は第２図中の前輪転舵装
置と後輪転舵装置および油圧式ステアリング装置
の構成図、第４図は第２図中のマイクロコンピユ
ータによつて実行される処理を示すフローチヤー
ト、第５図〜第８図は第２図に示す実施例装置搭
載車における運動特性を従来車両および先願例装
置搭載車両と比較して示す特性図、第９図は本発
明の他の実施例の構成図である。 １００……ハンドル操舵角検出手段、１０１…
…車速検出手段、１０２……ヨーイング運動目標
値演算手段、１０３……横方向運動目標値演算手
段、１０４……舵角目標値演算手段、１０５……
車輪転舵手段、１……マイクロコンピユータ、２
……ハンドル操舵角センサ、３……車速センサ、
４……前輪転舵装置、５……後輪転舵装置、６，
７……油圧式ステアリング装置、８……ステアリ
ングハンドル、９，１０……前輪、１１，１２…
…後輪、〓……ヨーレート目標値、ψ¨……ヨー角
加速度目標値、……横加速度目標値、_F……
前輪舵角目標値、_R……後輪舵角目標値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステアリングハンドルの操舵角を検出するハ
   ンドル操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 予め設定された所望の運動性能を備える目標車
   両モデルに関する演算により、前記ステアリング
   ハンドルの操蛇角と車速に対応するヨーイング運
   動の目標値を求めるヨーイング運動目標値演算手
   段と、 該ヨーイング運動目標値演算手段で求められた
   ヨーイング運動目標値に基づいて、車両の重心点
   横すべり角が常に零となるような横方向運動の目
   標値を求める横方向運動目標値演算手段と、 前記求められたヨーイング運動目標値と横方向
   運動目標値および自車の車両諸元とから、前輪お
   よび後輪舵角の各目標値を求める舵角目標値演算
   手段と、 前記求められた各車輪舵角目標値に、前輪およ
   び後輪の各対応する車輪を転舵する車輪転舵手段
   とを具備することを特徴とする車両用舵角制御装
   置。 ２ 前記ヨーイング運動目標値演算手段は、少な
   くともヨーレートの目標値〓を求めるとともに、
   前記横方向運動目標値演算手段は、前記ヨーレー
   ト目標値〓と前記車速検出手段で検出される車速
   Ｖとから、＝〓Ｖなる演算により、横加速度の
   目標値を求めることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の車両用舵角制御装置。