JPH0325078A - 車両舵角制御装置 - 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） 本発明は、操舵時に最適な車両動特性を得るべく前輪ま
たは後輪の少なくとも一方を補助転舵する車両舵角制御
装置に関する。

（従来の技術） 従来、車両用後輪舵角制御，去としては、例えば「計測
自動制御学会論文集　Ｖｏｌ．２３，　Ｎｏ．８Ｊ　　
（昭和６２年８月発行）の第４８ページ〜第５４ページ
に記載されている方法か知られている。

上記従来出典には、被制御量を、ヨーレートとした場合
、横加速度とした場合、ヨーレートと横加速度の線形結
合で定義されるＤ＊とじた場合の３通りについての後輪
舵角制御法が示されているが、以下、ヨーレートの制御
系を例にとり説明する。

第１０図はアクチュエータの制御系として一般に良く知
られた積分型サーボ系を用いた場合のブロック図であり
、モータをアクチュエータとして持つシステムによく用
いられる。

この後輪舵角計算部では、従来出典に示されるように、
所望のヨーレート応答特性を持つ規範モデルの出力に実
際の車両の応答が一致するように後輸舵角目標値δ８を
出力する。そして、アクチュ工一夕制御部では、後輪実
舵角６Ｒと状態変数である ×２＝［δ８．δＩｌ］を用いて後輪実舵角ろ８を後輪
舵角目標値６Ｒに近づけるようにアクチュエータを駆動
するようになっている。

尚、第１０図において、積分ゲインＫｊ及び比例ゲイン
Ｋｐは最適制御理論に従って設定されるのが一般的であ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような後輸舵角制御法にあっては、
後輪実舵角６Ｒと状態変数ＸＰをフィードバック情報と
して取り込み、検出値である後輪実舵角δ８を後輸舵角
目標値δ８に一致させるフィードバック制御のみにより
アクチュエータ制御を行なうようになっていた為、積分
ゲインＫ１及び比例ゲインＫｐを実用的な範囲では最も
良い性能が得られるように設定しても、ステップ操舵時
には、第１１図に示すように、後輪舵角理想値（点線特
性）に対する後輪実舵角（実線特性）の応答が遅れ、第
１２図に示すように、実際の車両のヨーレートΦは、車
両の運動目標値の操舵角に対する伝達特性（以下、規範
モデルという）で設定される目標値からずれ、オーバシ
ュートにより振動的なふらつきが出るという課題を残し
ていた。

特に、油圧サーボ等により構成される高応答型のアクチ
ュエータの場合には、十分な応答性能が得られるが、モ
ータアクチュエータのようにイナーシャ（慣性）が大き
く、その動特性が無視出来ないようなものを用いた場合
には、前述の振動的なふらつきが大きく出る。

そこで、本出願人は、特願昭６３−１０７３１１号の出
願で、フィードバック制御に、アクチュエータによる制
御量の変化を予想してこれを打ち消すフィードフォワー
ド補償を加えて後輪実舵角制御系を構成することで、後
輪駆動アクチュエータの応答性能にかかわらず、操舵時
に後輪実舵角及び車両挙動のふらつきを防止する装置を
提案した。

しかし、この先行出願内容は、制御系が連続系の最適レ
ギュレー夕による構成となっている為、目標値に後輸舵
角を追従させるには規範モデルを分母３次以上で分子Ｏ
次の形としなければならず、規範モデルの形を自由に決
めることができない。

この結果、アクチュエータのダイナミックスが十分に考
慮されない場合が出る。また、規範モデルの次数が高い
ので演算が複雑になり、演算容量の高いマイクロコンピ
ュータが必要となる。

本発明は、上述のような問題に着目してなされたもので
、操舵時に前，後輪の少なくとも一方を補助転舵する車
両舵角制御装置において、制御のための演算を簡略化し
、アクチュエータの応答性能にかかわらず所望の応答を
得るきめ細かな制御ができる装置を提供することを課題
とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため本発明の車両舵角制御装置では
、制御系をディジタル制御系とし、このディジタル制御
系で微分；＾算を近似的に行なうことで、アクチュエー
タの動特性と規範モデルと車両動特性とを用いたトータ
ル的な制御をする手段とした。

即ち、第１図のクレーム対応図に示すように、運転者操
舵による操舵角を検出する操舵角検出千段ａと、車速を
検出する車速検出手段ｂと、補助転舵が行なわれる車輪
の実転舵角を検出する実転舵角検出千段Ｃと、前輪また
は後輪の少なくとも一方を補助転舵するアクチュエータ
ｄと、操舵角信号と車速信号を入力し、定数か車速の関
数である第１フィルタｅと、実転舵角信号と車速信号を
入力し、定数が車速の関数である第２フィルタｆと、第
１フィルタ出力信号と第２フィルタ出力信号の減算を行
ない前記アクチュエータｄへの制御信号を算出する減算
器９とからなるディジタル系の補助転舵制御信号演算手
段ｈと、を備えている事を特徴とする。

（作　用） 操舵時には、ディジタル系の補助転舵制御信号演算手段
ｈにおいて、操舵角信号と車速信号を入力し、定数が車
速の関数である第１フィルタ出力信号が第１フィルタｅ
から出力され、実転舵角信号と車速信号を入力し、定数
が車速の関数である第２フィルタ出力信号が第２フィル
タｆから出力され、減算器９による第１フィルタ出力信
号と第２フィルタ出力信号の減算により補助転舵制御信
号の演算が行なわれる。

そして、この補助転舵制御信号に基づき所望の補助転舵
角を得る指令がアクチュエータｄへ出力される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。

第２図は第１実施例の車両舵角制御装置を示すブロック
図であり、前輪のハンドル操舵時に後輪をモータアクチ
ュエータで補助転舵するシステムである。

この第１実施例の車両舵角制御装置は、前輪操舵角Ｏを
検出する操舵角センサ１と、車速Ｖを検出する車速セン
サ２と、実後輪転舵角に相当するモータ回転角Φを検出
するモータ回転角センサ８と、後輪を補助転舵するモー
タアクチュエータ６と、該モータアクチュエータ６の駆
動を後輪の転舵駆動に変換する後輪転舵機構７と、操舵
角信号（０）と車速信号（Ｖ）を入力し、定数が車速Ｖ
の関数である第１信号を出力する第１信号演算部３（第
１フィルタ）と、モータ回転角信号（Φ）と車速信号（
Ｖ）を入力し、定数が車速Ｖの関数である第２信号を出
力する第２信号演算部４（第２フィルタ）と、第１信号
と第２信号の減算を行ない前記モータアクチュエータ６
へのモータトルク指令値Ｔ．．（電流指令値Ｉ）を算出
する減算器９とからなるディジタルコントローラ１０（
補助転舵制御信号演算手段）と、ディジタルコントロー
ラ１０からの電流指令値Ｉを電流Ｉに変換するモータド
ライバー５とを備えている。

前記後輪転舵機構７は、第３図に示すように、モータア
クチュエータ６により駆動されるウオームギャ７１と、
該ウォームギャ７１に噛み合うウオームホイール７２と
、該ウォームホイール７２の回転軸位置に設けられたビ
ニオンギャ７３と、該ピニオンギャ７３に噛みあうラッ
クギャ７４と、該ラックギャ７４が形成されたタイロツ
ド７５と、該タイロツド７５を中立舵角位置に保持する
センタリングバネ７６とを有し、後輪は前記タイロツド
７５のストロークに応じて転舵される。

次に、作用を説明する。

第４図は第１実施例装置を連続値制御系であらわした制
御ブロック図である。

まず、制御対象となるモータドライバー５，アクチュエ
ータモータ６，後輪転舵機構７の連続時間系でのモデリ
ングは次の様に行なうことができる。

モータドライバー５は電流指令値エアクチュエータモー
タ６に電流工を流すが実用範囲で伝達特性は、 ■ 二＝１　　　　　・・・（１） ■ とみなすことができる。

次にモータ６と転舵機横７は転舵機構を第３図のような
構成とすると、運動方程式は近似的に、０：モータ軸換
算アクチュエータ粘性（Ｄ≧０）Ｋ：モータ軸換算アク
チュエータ剛性（Ｋ≧Ｏ）Ｔ，，：モータトルク（Ｔ．
＝Ｋｙ”Ｉ，Ｋｔ：ｌ’ルク定婁０Ｔｄ：路面からの外
乱 Φ：モータ回転角 ＮＲ：ギャ比 のように表わすことができる。今、外乱Ｔ，を無視する
と、モータトルクに対するモータ回転角Φの伝達関数Ｇ
　（Ｓ）は次のようになる。

達特性は次のように与える。（Φ＝６、・ＮＲ）操舵角
ｅに対する車両のヨーレートψの運動の伝達特性（規範
モデル）を、 但し、Ｔ：時定数 Ｇ（Ｖ）：車速Ｖにより変わるゲイン とすると、車両のヨーレート伝達特性は、Ａ　，　（Ｖ
）ψ＝８，（Ｖ）・ｅ十８２（Ｖ）・δ８　　　・・・
但し、Ａ＋（Ｖ）”Ｓ２＋Ａ＋＋（Ｖ）・Ｓ＋Ａ＋２（
Ｖ）Ｂ＋（Ｖ）”８＋＋・Ｓ＋８＋２（Ｖ）Ｂ２　（Ｖ
）　＝８２＋　−ｓ＋８２２　（Ｖ）？し、 ｅＫＦ：前輪等価コーナーリングパワーＫＲ：後輪コー
ナーリングバヮー Ｌ，，　Ｌ■：前、後軸一重心間距離 ＩＪ二車両質量 Ｉ２二車両ヨー慣性 ＮＯ＝ステアリングギャ比 Ｌ：ホイールベース長 （５） であるから、（５）式において、ヨーレートψが（４）
式に一致するには、 （６）式より操舵角Ｏに対する後輪舵角δ８の目標伝達
特性（δＲ／ｅ）’を求めると、 但し、 次に、第４図の制御系において、操舵角に対する実際の
後輪舵角の伝達特性ができるだけ（７）式の伝達特性に
近付くようにｆ．，ｆ，，β１β２．β３の値を決める
。

第４図でＸから６Ｆｌまでの伝達関数ＧｘδＲ（Ｓ）は
（８）式の分母と（７）式の分母を同一にするには、．
’．　　ｆ，＝Ａ、，・Ｊ−Ｄ　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（９）ｆｏ＝Ａｒ２・Ｊ　Ｋ　　　
　　　　　　　　　　　　　　−（１０）ところが（８
）式の分母は（７）式の分母と比べてＪ倍大きいので、
そのぶんをβ、，，βｒ２ｒＢｒ３に乗ずることで、（
７）式と第４図の制御系のモデルマッチが達成される。

．゜．β，＝Ｊｘ　ｌｌ，　，　　　　　　　　　　　
　　　・・・（１１）β２”ＪＸ　Ｂ，２−　（＋２） ａ３＝Ｊｘｉｌｌ，３　　　　　　　　　　　　　・・
・（１３）以上で連続値制御系のゲインは求められたが
、実際のディジタルコントローラを構成する際のゲイン
は例えば次のように求めることができる。

第５図に示すようにサンブラ手前の信号のラプラス変換
をＸ．　（Ｓ）とすると、それがサブリング周期Ｔでサ
ンプルされると、 となる。

よって、 ＧＴ　（Ｓ）　＝ｆ，＋ｆ　，８とすれば、？　　（　
ｘ＋’　（Ｚ）Ｊ　■：ｅＴＳ従って、○次ホールドの
出力Ｘ３（Ｓ）は、・・・（１４） −・・（２０） ０ＳをＳ＝０の近傍でマクローリン展開すると、１ ．゜．Δ　＝−（１−ｅ 丁 ＴＳ） 一方、サンプリング周！４＃Ｔが十分短い時Ｓ；Ｏの近
傍では、 従って、 （２０）式は の近似が十分よく成り立つ。

従って、（１５）式のＸ３（Ｓ）は、 と近似され、 結局、サンプル（！！制御装置の近似伝達関数として．
’．ｆ．”＝ｆ．−Ａ，，・Ｊ−Ｋ Ｇｌｌ　（ｓ）　＝ａ３＋８２ｓ十〇　５２も同様に、 ・・・（２４） （Ｊ（Ｓ）：Ｉｌ３＋β２Ｓ＋β，Ｓ２β３＝ａ３ゝ １ β２＝０２’−　　　Ｔｅｌ３” ２ １ β１：β，本−Ｔ−１ｌｚ本＋　　　　７２・β３Ｉ６ ．゜．β３●＝β３”Ｊ・＝０，３ １ｌ β，車：１１，＋Ｔ（β２＋−　　Ｔｌｈ）−１２・β
，２６ １ エβｌ＋Ｔβ２＋−β，７２ ３ １ ＝Ｊβ，＋＋ＴＪｆｌ，２＋　　［ｌ３７’３ 従って、 Ｇｆ”　（Ａ）＝ｆｏ＃＋ｆ，’−４ ？ｉｌｌ　（Δ）＝８３本＋８２’・Δ十８１事・Δ２
＋−Ｚ Δ＝■　より Ｔ 〜車　　　　　　〜車　　〜率　　　　　　　　　車　
　　　　＄　　　　１−ＺＯｆ（Ｚ）＝ｆ，＋ｆ１Ｚ−
’＝ｆ．　＋ｆｌ−　　，〜寧　　ネ　１ ．’．ｆ０＝ｆ．＋−ｆＩ車 Ｔ 〜車　　　　１ ｆ　　＝−一・ｆ，ネ・２ Ｔ 〜傘　　　　　〜率　〜事 Ｇｔｌ　（Ｚ）　＝Ｂｖ＋８２−ｚ 〜車　　　　　　　ネ　　ネ　　　　傘’＋４＋・Ｚ−
’＝Ｌ”ｊ２Δ＋むΔ２・・・（３９） ・・・（２７） ・・・（２８） ・・・（２９） ・・・（３０） ・・・（３２） ・・・（３３） ・・・（３４） ・・・（３５） ・・・（３６） ・・・（３７） ・・・（３８） ？用いた離散値制御系の制御ブロック図は第６図のよう
になる。

以上説明してきたように、第１実施例の車両舵角制御装
置では、操舵時に後輪を補助転舵するにあたって、制御
系をディジタル制御系とし、このディジタル制御系で微
分演算を近似的に行なうことで、アクチュエータである
モータ６の動特性と規範モデルと車両動特性とを用いた
トータル的な制御をする装置とした為、制御のための演
算を簡略化し、慣性を無視できないモータ６をアクチュ
工一夕としているにもかかわらず所望の応答により後輪
実舵角６■を得ることができる。

ちなみに、第γ図に前輪操舵角ｅに対する後輪実舵角ろ
８と後輪舵角目標値δ８＊のシミュレーション結果を示
すが、非常に近似した結果が得られた。

第８図に第２実施例の車両用舵角制御装置の離散値制御
系の制御ブロック図を示す。

この第２実施例は、第１実施例装置にロバスト補償器を
付加し、外乱やアクチュエータのパラメータ変動に対し
後輪実舵角６Ｒへの影響が小さくなるようにしたもので
ある。

第８図で、Ｈ　（Ｚ）はローバスフィルタ、Ｇｍ（Ｚ）
はアクチュエータモデルである。

但し、Ｇｍ（Ｚ）はＧＰ（Ｓ）　＝１／（ＪＳ２＋ＯＳ
＋Ｋ）を０次ホールダで離散化したものである。

第９図に外乱を与えたときのシミュレーション結果を示
すが、ロバスト補償にまり外乱に対する後輪実舵角δ。

への影響が小さく抑えられていることがわかる。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における制御の追加や変更等があ
っても本発明に含まれる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の車両舵角制御装置に
あっては、制御系をディジタル制御系とし、このディジ
タル制御系で微分演算を近似的に行なうことで、アクチ
ュエータの動特性と規範モデルと車両動特性とを用いた
トータル的な制御をする手段とした為、操舵時に前，後
輪の少なくとも一方を補助転舵する車両舵角制御装置に
おいて、制御のための演算を簡略化し、アクチュエータ
の応答性能にかかわらず所望の応答を得るきめ細かな制
御ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両舵角制御装置を示すクレーム対応
図、第２図は本発明第１実施例の車両舵角制御装置を示
すシステムブロック図、第３図は実施例装置での後輪転
舵機構の具体例を示す図、第４図は第１実施例装置の連
続値制御系における制御ブロック図、第５図は離散値制
御系でのサンプリングブロック図、第６図は第１実施例
装置の離散値制御系における制御フロック図、第７図は
第１実施例装置でのシミュレーション結果特性図、第８
図は第２実施例装置での離散値制御系における制御ブロ
ック図、第９図は第２実施例装置でのシミュレーション
結果特性図、第１０図は従来の車両舵角制御装置を示す
フロック図、第１１図及び第１２図はモータアクチュエ
ータを用い、かつ、従来のヨーレートのモデル適合制御
を適応した車両でのステップ操舵時における後輪実舵角
及びヨーレートの各特性図である。 ａ・・・操舵角検出手段 ｂ・・・車速検出手段 Ｃ・・・実転舵角検出手段 ｄ・・・アクチュエータ ｅ・・・第１フィルタ ｆ・・・第２フィルタ ９・・・減算器 ｈ・・・補助転舵制御信号演算手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）運転者操舵による操舵角を検出する操舵角検出手段
   と、 車速を検出する車速検出手段と、 補助転舵が行なわれる車輪の実転舵角を検出する実転舵
   角検出手段と、 前輪または後輪の少なくとも一方を補助転舵するアクチ
   ュエータと、 操舵角信号と車速信号を入力し、定数が車速の関数であ
   る第１フィルタと、実転舵角信号と車速信号を入力し、
   定数が車速の関数である第２フィルタと、第１フィルタ
   出力信号と第２フィルタ出力信号の減算を行ない前記ア
   クチュエータへの制御信号を算出する減算器とからなる
   ディジタル系の補助転舵制御信号演算手段と、 を備えている事を特徴とする車両舵角制御装置。 ２）アクチュエータの伝達特性を（Ｂ＿Ｐ）／（Ａ＿Ｐ
   ）とし、設定される実転舵角δの操舵角θに対する伝達
   特性を（Ｂ＿Ｃ）／（Ａ＿Ｃ）とした場合、第１フィル
   タの伝達特性Ｆ＿１と第２フィルタの伝達特性Ｆ＿２と
   が下記の関係 Ｆ＿１＝（Ｂ＿Ｃ）／（Ｂ＿Ｐ）Ｆ＿２＝（Ａ＿Ｃ−Ａ
   ＿Ｐ）／（Ｂ＿Ｐ）を満たす事を特徴とする請求項１記
   載の車両舵角制御装置。 ３）前記伝達特性（Ｂ＿Ｃ）／（Ａ＿Ｃ）が、車両諸元
   もしくは車両動特性と車速とから設定される事を特徴と
   する請求項２記載の車両舵角制御装置。 ４）前記伝達特性（Ｂ＿Ｃ）／（Ａ＿Ｃ）が、車速と操
   舵角に基づき設計者により任意に設定される事を特徴と
   する請求項２記載の車両舵角制御装置。