JPH054268B2 - - Google Patents

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JPH054268B2
JPH054268B2 JP7384085A JP7384085A JPH054268B2 JP H054268 B2 JPH054268 B2 JP H054268B2 JP 7384085 A JP7384085 A JP 7384085A JP 7384085 A JP7384085 A JP 7384085A JP H054268 B2 JPH054268 B2 JP H054268B2
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steering
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Takeshi Ito
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

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操舵系制御装置に係
り、特に、定常旋回運動特性と過渡運動特性の両
者を制御しつつ、故障時の安全性を確保するよう
した車両用操舵系制御装置に関する。
(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−
147018号、特願昭59−188153号、特願昭59−
188158号等において、目標とする運動性能を備え
る目標車両を想定し、該目標車両に関する車両諸
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
なわち目標車両が呈する運動性能を表す運動変数
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
(前輪または後輪の少なくとも一方)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、上記の装置においては、車両の操舵
特性を、その定常旋回運動時と過渡運動時の両者
に亘つて自在に制御することができるのではある
が、前輪および後輪の両方あるいは一方の舵角を
制御することにより目標とする運動性能を実現し
ようとするものであるため、万が一にも制御系が
故障すると、急激に車両の挙動が変化してしまつ
たり、操舵不能となつたり(前、後輪とも制御す
る装置の場合)することが考えられた。
(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。
定常操舵ゲイン目標値設定手段101は、予め
設定された目標とする操舵特性に従つて、車速検
出手段100で検出される車速Vに対応する定常
操舵ゲインの目標値を設定する。
ステアリングギア比目標値演算手段102は、
前記定常操舵ゲイン目標値を自車が定常旋回運
動中において実現するためのステアリングギア比
目標値を、自車の車両諸元を用いた演算により
求める。
ステアリングギア比可変手段103は、自車の
実際のステアリングギア比を前記ステアリングギ
ア比目標値に設定する。
他方、運動変数目標値演算手段105は、予め
設定された目標とする運動性能を備える目標車両
に関する運動方程式および前記定常操舵ゲイン目
標値設定手段101で用いられる目標とする操舵
特性に基づいて、車速検出手段100で検出され
る車速Vとハンドル操舵角検出手段104で検出
されるステアリングハンドルの操舵角θSに対応し
た車両運動変数の目標値を求める。
後輪舵角目標値演算手段106は、前記運動変
数目標値と、前記ステアリングギア比目標値演
算手段102で用いられる自車の車両諸元および
同手段で求められた前記ステアリングギア比目標
値と、前記車速Vおよびステアリングハンドル
操舵角θSとから、前記運動変数目標値を自車で
実現するための後輪舵角の目標値Rを求める。
後輪転舵手段107は、前記後輪舵角目標値R
に後輪を転舵する。
(作用) 前記ステアリングギア比可変手段103によ
り、定常旋回運動特性の制御がなされる。この制
御は、予め設定された操舵特性に基づき、車速V
に対応する定常操舵ゲインの目標値の求め、こ
のを自車で実現するためのステアリングギア比
の目標値を求めることによつて行われ、自車の
定常旋回運動時における定常操舵ゲインは、上記
目標値に略等しくなる。
他方、過渡運動特性の制御は、後輪転舵手段1
07による後輪舵角の制御によつて行われる。こ
の制御は、予め設定された目標とする運動性能を
備える目標車両に基づき、車速Vとハンドル操舵
角θSに対応する運動変数の目標値を求め、この
Mを自車で実現するための後輪舵角の目標値R
求めることによつて行われ、自車の過渡運転時に
おける運動変数は、上記目標値に略等しくな
る。
そして、上記運動変数目標値は、定常操舵ゲ
イン目標値設定手段101で用いられる目標操舵
特性に基づいて求められるので、ステアリングギ
ア比の制御と後輪舵角の制御によつて実現される
運動特性は互いに関連した特性となるため、定常
旋回運動と過渡運動との間の切替わる時に急激な
特性変化が生じることがない。
(実施例) 本発明の一実施例の構成を第2図に示す。
演算処理装置1は、マイクロコンピユータある
いは他の電気回路によつて構成されており、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θSと、車速センサ3で検出され
る本実施例装置搭載車(以下「自車」と言う)の
車速Vとを入力し、所定の演算を行つて、ステア
リングギア比目標値と、後輪舵角目標値Rを出
力する。
パワーステアリングコントローラ4は、前輪
9,10の転舵を行うパワーステアリング装置5
の作動油圧を制御することで、ステアリングギア
比Nを可変設定するもので、演算処理装置1から
供給されるステアリングギア比目標値の大小に
対応して、上記作動油圧を大小変化させる。すな
わち、ステアリングハンドル8の操舵角θSが同一
でも、上記ステアリングギア比目標値が大きい
程、前輪9,10の実舵角δFが小となるように制
御される。なお、パワーステアリング装置の油圧
制御を行う技術の一例としては、実開昭59−
24665号に示される装置がある。
後輪11,12は、油圧式ステアリング装置7
によつて転舵される構成となつており、油圧式ス
テアリング装置7は、後輪転舵装置6により制御
される。この後輪転舵装置6は、演算処理装置1
から入力される後輪舵角目標値Rに対応して油圧
式ステアリング装置7へ与える油圧を変化させ、
後輪11,12の実舵角δRが前記後輪舵角目標値
δRになるように油圧式ステアリング装置7の制御
を行う(詳細は、特眼昭59−188153号に記載され
ている)。
第3図および第4図は、上記演算処理装置1を
マイクロコンピユータを用いて構成した場合に、
この演算処理装置1で実行される処理を示すフロ
ーチヤートである。
第3図に示すステアリングギア比制御処理は、
一定時間毎に繰返し実行され、前記パワーステア
リングコントローラ4へ供給するためのステアリ
ングギア比目標値を求める処理を行う。
ステツプ21では、前記車速センサ2で検出され
る車速Vが読込まれ、次のステツプ22の処理によ
つて、前記読込んだ車速Vに対応する定常操舵ゲ
イン(本実施例では、定常ヨーレートゲインを用
いる)の目標値が求められる。
このは、以下の式(1)いよつて求められる。
=V/(0+A0V2)N0L0 ……(1) ここで、A0、N0、L0は、目標とする操舵特性
を備える車両を想定した場合において、この想定
した車両が備えるスタビリテイフアクタA0と、
ステアリングギア比N0、およびホイールベース
L0である。これらA0、N0、L0は、予めメモリ内
に記憶されており、上記演算を行うときに読出さ
れる。
なお、上記定常ヨーレートゲイン目標値が式
(1)で表わされる理由を次に述べる。
一般に、定常ヨーレート〓cpostは、ステアリン
グハンドル操舵角θSに比例して変化し、 〓cpost=V/(1+A1V2)N1L1θS ……(2) の関係がある。ここで、A1はスタビリテイフア
クタ、N1はステアリングギア比、L1はホイール
ベースである。
従つて、右辺のθSを変数とした場合の係数が定
常ヨーレートゲインであり、前記(1)式が求められ
る。
次に、ステツプ23の処理では、上記定常ヨーレ
ートゲインを自車(本実施例搭載車)で実現す
るための自車におけるステアリングギア比の目標
値を求める演算が行われる。この演算は次の式
(3)によつて求められる。
=Y+√Y2−4XZ/2X ……(3) ここで、 X=1+ABASEV2 Y=V/GL Z=M/2L2・2ξLR/KSV2 であり、さらに、 ABASE=−M/2L2・LFKF−LRKR/KFKR である。また、ここで用いる自車車両諸元は、 KF:自車の前輪コーナリングパワー(1輪分) KR:自車の後輪コーナリングパワー(1輪分) L:自車のホイールベース LF:自車の前軸と重心間の距離 LR:自車の後軸と重心間の距離 M:自車の車体質量 ξ:自車のトレール(キヤスタ+ニユーマチツ
ク) KS:自車のステアリング剛性 である。
なお、上記式(3)は、次のようにして導かれる。
車両のスタビリテイフアクタAは、フロント等
価コーナリングパワーをekFとすると、 A=−M/2L2・LFeKF−LRKR/eKFeKR ……(4) で表される。
ここで、フロント等価コーナリングパワーeKF
を補足説明する。一般に前輪実舵角は、タイヤか
らの復元モーメント2ξCF(CFは前輪コーナリング
フオース)に起因してコラムシヤフト等、ステア
リング系の捩れにより戻されるため、実際上θS
N1より小となる。この現象は車両の運動という
観点で見ると、前輪のコーナリングパワーが低下
したのとほぼ等価に扱われ、この場合の前輪のコ
ーナリングパワーをフロント等価コーナリングパ
ワーと呼ぶ。このフロント等価コーナリングパワ
ーは共立出版、阿部正人著「車両の運動と制御」
の第111頁乃至第112頁に記載されているように、 eKF=KF/1+2ξ/N2KSKF ……(5) であるから、(5)式を(4)式に代入して、 A=−M/2L2・LFKF−LRKR/KFKR+M/2L2
・2ξLR/KS・1/N2……(6) が得られ、右辺の第1項がABASEである。
ところで、前記(2)式から定常ヨーレートゲイン
(これを「G」とする)は、 G=〓cpost/θS =V/(1+A1V2)L1・1/N1 ……(7) ここで、自車についての関係に書替えると、 G=V/(1+AV2)L・1/N ……(8) となり、さらに、自車で上記定常ヨーレートゲイ
ン目標値を実現するのであるから(8)式のGに
を代入して変形すると、 (1+AV2)=V/G・L・1/N……(9) となる。この式(9)の両辺にN2を掛け、さらに、
前記式(6)を代入すると、 (1+ABASEV2)N2+M/2L2・2ξLR/KSV2 =V/G・LN ……(10) すなわち、 XN2−YN+Z=O ……(11) と表わせる。
従つて、式(11)からNを求めると、 N=Y±√Y2−4XZ/2X となり、N>Oであるから N=Y+√Y2−4XZ/2X ……(12) が得られる。この(12)式で求められるステアリング
ギア比Nが、上記定常ヨーレートゲイン目標値
を自車で実現するための自車のステアリングギア
比である。
こうして求められたステアリングギア比目標値
Nは、ステツプ25の処理によつて、パワーステア
リングコントローラ4へ出力される。これによ
り、パワーステアリング装置5の作動油圧が可変
制御されて、自社の実際のステアリングギア比N
が上記ステアリングギア比目標値に等しくなる
ように制御される。
また、ステツプ24の処理では、後述する後輪舵
角制御処理において用いられるフロント等価コー
ナリングパワーeKFの演算が行われ、このeKFは、
次式(13)のように、前記式(5)にを代入した演算式
から求められる。
eKF=KF/1+2ξ/2KNSKF ……(13) 次に、第4図に示す後輪舵角制御距離は、過渡
運動時においても上記目標とする操舵特性を忠実
に自車で実現できるように、後輪11,12の実
舵角δRを制御する処理であり、一定時間毎に繰返
し実行される。
ステツプ33の処理では、予め設定された目標と
する運動性能を備える目標車両に関する演算によ
つて、ステツプ31で読込んでハンドル操舵角θS
車速Vとに対応する運動変数の目標値、すなわ
ち、ヨーレート目標値〓とヨー角加速度目標値¨
を算出する。
上記目標車両は、目標とする運動性能を備える
車両を車両諸元と運動方程式によつて設定したシ
ミユレーシヨンモデル(これを「目標車両モデ
ル」とする)であり、変数としてハンドル操舵角
θSと車速Vを与えることにより、これらθSとVに
対応する目標車両の運動状態が求まり、このとき
のヨーレートとヨー角加速度を上記目標値〓、¨
として設定するものである。
これら〓、¨の演算に際し前記目標車両モデル
は、前輪操舵のみにより定常ヨーレートゲインが
前記ステアリングギア比制御処理で用いられた定
常ヨーレートゲイン目標値と同じになるよう設定
し、且つ操舵角入力に対するヨーレートの過渡応
答特性が車速によらず非振動的になるよう設定す
る。
ヨーレート過渡応答特性を車速によらず非振動
的とするための1つの解として、ニユートラルス
テアとなる条件、つまり目標車両モデルの前輪コ
ーナリングパワーをKF1、後輪コーナリングパワ
ーをKR1、目標車両モデルの前軸と重心間の距離
をLF1、後軸と重心間の距離をLR1とする時、KF1
=KR1且つLF1=LR1を設定する。
この条件のもとで目標車両モデルのヨーレート
ゲインG1を求めると、 G1=V/L1・N1 ……(14′) L1:目標車両モデルのホイールベース(L1=LF1
+LR1) N1:目標車両モデルのステアリングギア比 であり、このG1をに一致させるためにN1を車
速Vの関数とし、N1、L1を夫々次式のように与
える。
N1=N0(1+A0V2) L1=L0 ……(14″) 目標車両モデルの上記設定のもとで具体的に
は、以下に示す演算の繰り返しによつて〓、¨が
求められる。
式(17)のために N1=N0(1+A0V2) ……(14) 前回の式(21)で求めた¨1をもとにして 〓1=∫¨1・dt ……(15) 前回の式(21′)で求めたV〓y1をもとにして y1=∫V〓y1・dt ……(16) これら〓1y1と式(14)のN1を用いて βF1=θS/N1−(y1+LF11)/V ……(17) βR1=−(y1−LR11)/V ……(18) これらβF1、βR1を用いて CF1=KF1βF1 ……(19) CR1=KR1βR1 ……(20) これらCF1、CR1を用いて式(15)、(16)のために V〓y1={(2CF1+2CR1)/M1}〓1V ……(21′) ¨1=(2LF1CF1−2LR1CR1)/IZ1 ……(21) ¨=¨1 ……(22) 〓=〓1 ……(23) ここで、 N1:目標車両モデルのステアリングギア比 M1:目標車両モデルの車体質量 IZ1:目標車両モデルのヨー慣性 KF1:目標車両モデルの前輪コーナリングパワー KR1:目標車両モデルの後輪コーナリングパワー LF1:目標車両モデルの前軸と重心間の距離 LR1:目標車両モデルの後軸と重心間の距離 L1:目標車両モデルのホイールベース(L1=LF1
+LR1) Vy1:目標車両モデルの横方向速度 V〓y1:目標車両モデルの横方向加速度 βF1:目標車両モデルの前輪横すべり角 βR1:目標車両モデルの後輪横すべり角 CF1:目標車両モデルの前輪コーナリングフオー
ス CR1:目標車両モデルの後輪コーナリングフオー
ス 〓1:目標車両モデルのヨーレート ¨1:目標車両モデルのヨー角加速度 である。
上記式(22)、(23)に示されるように、目標車
両モデルのヨーレート〓1、ヨー角加速度¨1がヨ
ーレート目標値〓、ヨー角加速度目標値¨となる。
このようにして求められたヨーレート目標値〓
とヨー角加速度目標値¨を自車で実現するための
後輪舵角の目標値Rが次のステツプ34の処理によ
つて求められる。
この後輪舵角目標値Rの演算においては、自車
の操舵特性が、前記ステアリングギア比制御処理
において用いられる目標操舵特性に等しくなるよ
うに、前記ステアリングギア比目標値とフロン
ト等価コーナリングパワーeKFとを用い、かつ、
前記ステアリングギア比制御処理で用いた自車車
両諸元と同じ値の自車車両諸元を用いて演算が行
われる。
具体的には、以下の演算によつて後輪舵角目標
Rが求められる。
前回式(30)で求めたV〓yをもとにして Vr=∫V〓y・dt ……(24) このVr、前記、前記〓を用いて βF=θS/N−(Vy+LF〓)/V ……(25) このβFと前記eKFを用いて CF=eKF・βF ……(26) このCFと前記¨を用いて CR=(LFCF−1/2¨IZ)LR……(27) このCRを用いて βR=CR/KR ……(28) このβR、上記Vy、前記〓を用いて 8R=BRyLR〓)/V ……(29) 式(24)のために上記CF、CRおよび〓を用いて V〓y=(2CF+2CR)/M−〓V ……(30) ここで用いられる自車の車両諸元および自車の
運動変数は、次のものである(但し、前記ステア
リングギア比制御処理で用いている自車車両諸元
については、以前に記したので、ここでは省略す
る)。
IZ:自車のヨー慣性 Vy:自車の横方向速度 V〓y:自車の横方向加速度 βF:自車の前輪横すべり角 βR:自車の後輪横すべり角 CF:自車の前輪コーナリングフオース CR:自車の後輪コーナリングフオース このようにして求められた後輪舵角目標値R
は、後輪転舵装置6へ供給される。そして、後輪
転舵装置6は、与えられた後輪舵角目標値Rに後
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7へ供給する。これによ
り、後輪11,12の転舵角制御が行われる。
このように、本実施例装置は、目標とする操舵
特性を忠実に自車で実現するようにステアリング
ギア比と後輪舵角を制御するとともに、定常旋回
運転時には、ステアリングギア比の制御を主に行
うことで、また、過渡運動時には、後輪舵角の制
御を主に行うことにより、定常旋回運動時と過渡
運動時の両時において、目標操舵特性を実現でき
ることになる。
また、後輪舵角の制御は、ステアリングギア比
の制御で用いられる目標操舵特性に基づき、か
つ、同じ自車車両諸元を用いているため、定常旋
回運動時と過渡運動時の操舵特性が異なる特性と
なることが避けられ、スムーズな旋回動作が行え
る。
特に、ステアリングギア比の制御に関連して求
められたフロント等価コーナリングパワーを用い
て後輪舵角制御が行われることで、ステアリング
ギア比の変化に伴う自車の運転特性の変化を補償
することができ、より適正な後輪舵角制御が行え
る。
本実施例の効果をより具体的に説明するため
に、第5図のようなステアリングハンドル操作が
なされたときの後輪の実舵角δRの変化と、実際の
ヨーレート〓の変化をそれぞれ第6図および第7
図に示す。
第6図中の実線Aで示す特性が本実施例装置搭
載車の後輪実舵角δRの変化特性であり、同図中の
破線Bで示す特性は、先願に係る後輪のみを制御
する車両の後輪実舵角の変化特性である。
先願に係る車両では、ヨーレートの変化特性
は、本実施例装置搭載と同様に、定常旋回運動時
と過渡運動時の両時において安定(第7図中の実
線Cで示す特性のように非振動的であること)し
ているが、同じハンドル操舵角θSにおいて、本実
施例装置搭載車よりも後輪の転舵量が大となる。
このため、万が一にも装置が故障して、後輪の
転舵が行えない状態(後輪実舵角δRが0となつた
とき)となると、急激な車体挙動の変化が生じる
ことが考えられる。
これに対して、本実施例装置搭載車にあつて
は、後輪の転舵量が総じて小さいため、上記のよ
うな事態が発生しても車体挙動はそれほど大きく
変化せずに済む。
また、ステアリングギア比のみを制御する車両
の場合には、第7図中の破線Dで示す特性のよう
に、過渡運動時の操舵特性制御が行えないため、
定常旋回運動に至るまでのヨーレート変化が振動
的となつてしまうが、本実施例装置搭載車は、前
述したように、定常旋回運動時および過渡運動時
共に安定したヨーレート変化特性が得られる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明は、目標と
する操舵特性を自車で実現するために、ステアリ
ングギア比と後輪舵角を制御するようにしたこと
で、定常旋回運動時と過渡運動時の両時におい
て、車速変化に拘らず、忠実に目標操舵特性を自
車で実現することができる。従つて、目標操舵特
性を自由に設定することで、車両の操舵特性を自
在に制御することができる。
また、後輪舵角制御とステアリングギア比制御
の2つの制御によつて操舵系を制御することによ
り、万が一にも本発明装置に故障が生じても、車
両挙動が大きく変化することがなく、安全性を確
保することができる。
【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図および第4図は第2図中
の演算処理装置において実行される処理を示すフ
ローチヤート、第5図は旋回動作時のステアリン
グハンドル操舵角変化の一例を示す図、第6図は
第5図に示すステアリングハンドル操舵角変化が
なされたときの本発明装置搭載車における後輪の
実舵角変化を示す特性図、第7図は同じくヨーレ
ート変化を示す特性図である。 100……車速検出手段、101……定常操舵
ゲイン目標値設定手段、102……ステアリング
ギア比目標値演算手段、103……ステアリング
ギア比可変手段、104……ハンドル操舵角検出
手段、105……運動変数目標値演算手段、10
6……後輪舵角目標値演算手段、107……後輪
転舵手段、1……演算処理装置、2……ハンドル
操舵角センサ、3……車速センサ、4……パワー
ステアリングコントローラ(ステアリングギア比
可変手段)、5……パワーステアリング装置、6
……後輪転舵装置、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、θS……ハンドル操舵
角、V……車速、……ステアリングギア比目標
値、R……後輪舵角目標値、〓……ヨーレート目
標値(運動変数目標値)、¨……ヨー角加速度目
標値(運動変数目標値)、……定常ヨーレート
ゲイン目標値(定常操舵ゲイン目標値)、eKF
…フロント等価コーナリングパワー。

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、 予め設定された目標とする操舵特性に従つて前
    記車速に対応する定常操舵ゲインの目標値を設定
    する定常操舵ゲイン目標値設定手段と、 前記定常操舵ゲイン目標値を自車が定常旋回運
    動中において実現するためのステアリングギア比
    の目標値を、前記定常操舵ゲイン目標値および車
    速に基づいて、自車の車両諸元を用いた演算によ
    り求めるステアリングギア比目標値演算手段と、 自車の実際のステアリングギア比を前記演算に
    より求められたステアリングギア比目標値に設定
    するステアリングギア比可変手段と、 予め設定された目標とする運動性能を備える目
    標車両に関する運動方式および前記定常操舵ゲイ
    ン目標値設定手段で用いられる目標とする操舵特
    性に基づいて、前記ステアリングハンドルの操舵
    角および車速に対応した車両運動変数の目標値を
    求める運動変数目標値演算手段と、 該手段で求められた運動変数目標値、前記ステ
    アリングギア比目標値演算手段で用いられる自車
    の車両諸元並びに該手段で求められた前記ステア
    リングギア比目標値、前記ステアリングハンドル
    の操舵角、および前記車速から、前記運動変数目
    標値を実現するための後輪舵角の目標値を求める
    後輪舵角目標値演算手段と、 該手段で求められた後輪舵角目標値に、後輪を
    転舵する後輪転舵手段とを具備することを特徴と
    する車両用操舵系制御装置。
JP7384085A 1985-04-08 1985-04-08 車両用操舵系制御装置 Granted JPS61232964A (ja)

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JP7384085A JPS61232964A (ja) 1985-04-08 1985-04-08 車両用操舵系制御装置

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