JPS61232964A - 車両用操舵系制御装置 - 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、操舵時の車両の運動性能を自在に制御でき
るようにし九車両用操舵系制御装置に係多、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に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
舵する構成となっており、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っている。

これに対し、本願出願人は、先に、特願昭５９−１４７
０１８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
タイプの車両であっても、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ζこおいては、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って自在
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へとするものであるため、万が
−にも制御系が故障すると、急激に車両の挙動が変化し
てしまった）、操舵不能となったシ（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って、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Ｇ
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Ｇｔ−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Ｈ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θ８
に対応する運動変数の目標値ＩＱ−求める０ 後輪舵角目標値演算手段１０６は、前記運動変数目標値
ｉ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とから、前記運動変数目標値ｉ
を実現するための後輪舵角の目標値δＲを求める。

後輪転舵手段１０７は、前記後輪舵角目標値δＲ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によシ、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′￥ｉｔ−求め、このｉを自車で実現するた
めのステアリングギア比の目標値Ｎを求めることによっ
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Ｇ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１０７によ
る後輪舵角の制御によって行われる。

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Ｍを求め、このｉを自車で実現
するための後輪舵角の目標値４を求めることによって行
われ、自車の過渡運動時における運動変数は、上記目標
値ＫＧこ略等しくなる。

そして、上記運動変数目標値ｉは、定常操舵ゲイン目標
値設定手段】０】で用いられる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
御によっ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り時
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Ｏ演算処理装置
１は、マイクロコンピュータあるいは他の電気回路によ
って構成されておシ、ノ為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θ３と、車速セ
ンサ８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■とを入力し、所定の演算を行って、ス
テアリングギア比目標値ｉと、後輪舵角目標値４を出力
する０ 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
目標値百の大小番こ対応して、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θ
Ｓが同一でも、上記ステアリングギア比目標値Ｎが大き
い程、前輪９，１０の実舵角δＦが大となるように制御
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によって
転舵される構成となっておシ、油圧式ステアリング装置
フは、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δＲ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
舵角目標値殊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、特願昭５９−１８８１５８号に記
載されている）０ 第８図および第４図は、上記演算処理装置１をマイクロ
コンピュ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ャートである。

第８図１こ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Ｎ
を京める処理を行う０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、次のステップ２２
の処理によって、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上用い
る〕の目標値Ｇが求められる０ この万は、以下の式（１）によって求められるＱ■ Ｇ＝□　　　　　・・・（１） （１＋Ａ。Ｖ　　）ＮｏＬ。

ここで、Ａｏ、Ｎｏ、Ｌｏ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ァクタＡ。と、ステアリングギア
比Ｎ。、およびホイールベースＬｏである。これらＡｏ
、　Ｎｏ、　Ｌｏは、予めメモリ内に記憶されておシ、
上記演算全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Ｇが式（１）で
表わされる理由を次に述べる。

一般に、定常ヨーレート会。。ｎｓｔは、ステアリング
ハンドルの操舵角θＳに比例して変化し、■ ψｃｏｎｓｔ　”　　　　　　　　　　θｓ　　　　’
・・（２）・（１＋　ＡＩＶ　）　ＮＩＬ。

の関係がある０ここで、Ａｏはスタビリテイファクタ、
Ｎ　はステアリングギア比、Ｌｏはホイールベースであ
る。

従って、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、ステップ２３の処理では、上記定常ヨーレートゲ
インＧ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ｉを求める演算が
行われる。この演算は次の式（３）によって求められる
。

ここで、 Ｘ　−（１＋　ＡＢＡＳＥ　Ｖ”　）　Ｎ”であシ、ざ
らに、 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 ＫＲ：自車の後輪コーナリングパワー 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（キャスターニューマチック） 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ァクタＡは、フロント等価コーナ
リングパワーをｅＫＦとすると、で表わされる。

ここで、 であるから、（５）式を（４）式に代入して、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ｒＧＪとする）は、 灸。。ｎ５ｔ Ｇ＝□ ｓ ・・・（７） （１＋ＡＩＶ”）ＬＩＮ。

ここで、自車についての関係に書替えると、とな多、さ
らに、自車で上記定常ヨーレートゲイン目標値Ｇｔ−実
現するのであるから（８）式のＧに百を代入して変形す
ると、 となる０この式（９）の両辺にＭ３を掛け、さらに、前
記式（６）を代入すると、 すなわち、 ＸＮ　−ＹＮ　＋　Ｚ　＝　Ｏ−（１１）と表わせる。

従って、式（１１）からＮを求めると、Ｘ となり、Ｎ）Ｏであるから Ｙ＋Ｙ”−４ＸＺ 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Ｇｔ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
テップ２５の処理によって、″パワーステアリングコン
トローラ４へ出力される。これによシ、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、自車の実際の
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
Ｎに等しくなるように制御される。

また、ステップ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ｅＫＨの演算が行われ、この６ＫＦは、次式（１８）
のように、前記式（５）にＮを代入した演算式から求め
られる。

次に、第４図に示す後輪舵角制御処理は、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
きるよう番こ、後輪１１．１２の実舵角ａＲを制御する
処理であシ、一定時間毎に繰返し実行される。

ステップ８８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って、ステッ
プ３１で読込んだハンドル操舵角θ８と車速Ｖとに対応
する運動変数の目標値、すなわち、ヨーレート目標値会
とヨー角加速度目標値： ψ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をこよって設定したシミュレーショ
ンモデル（これを［目標車両モデノ１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
求まシ、このときのヨーレートとヨー角加速度を上記目
標値小、°≠として設定するのである。

この小、￥の演算においては、前記目標車両モデルの操
舵特性が、前記ステアリングギア比制御処理で用いられ
た目標操舵特性と同一の特性となるように設定されてい
る。

具体的には、以下に示す演算によ゛つて金、蔓が求めら
れる。

Ｎ、　＝　Ｎｏ（１＋ＡｏＶ　）　　　　　　・（１４
）ａ、（ｔｙ１＋金、ｖ）＝　２ｃ、＋２ｃＲ，、−（
１５）ＩＺＩ　’ｊ）’ｚ　＝　２Ｌ、１ＯＦＩ　　２
　ＬＲＩ　（３Ｒ１＝・（１６）β８、＝　−（Ｖ、、
−ＬＲ１小□）　／Ｖ　　　・（１８）ＣＦ工＝　ＫＦ
□βＦエ　　　　　　　　　　　・・・（１９）ＣＲ１
＝　ＫＲ１βＲ１−（２０） ：、。

ψ＝ψｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（２１）τ　　　。

ψ＝ψｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（２２）但し、　ＬＦｌ　＋　ＬＲｌ　”　ＬＯ・・
・（２８）ここで、 Ｎｏ：目標車両モデルのステアリングギア比翼０：目標
車両モデルの車体質量 工ｚ□：目標車両モデルのヨー慣性 Ｌｙ工：目標軍両モデルの前軸と重心間の距離ＬＲ□二
目標車両モデルの後軸と重心間の距離■　：目標車両モ
デルの横方向速度 ｌ ｔ　：目標車両モデルの横方向加速度 βＦｌ　’目標車両モデルの前輪横すベシ角βＲ１’目
標車両モデルの後輪横すべり角、ＣＦｔ’目標車両モデ
ルの前輪コーナリングフォース ＯＲ□：目標車両モデルの後輪コーナリングフォ−ス φｌ　：目標車両モデルのヨーレート モ：目標車両モデルのヨー角加速度 である。

上記式（ｚｇ）　、　（２１１１）に示されるように、
目標車−レート目標値金、ヨー角加速度目標値φ°とな
る。

ソシテ、式（１４）と（２８）で示されるように、目標
車両モデルの操舵特性を、前記ステアリングギヤ比制御
処理で用いられる目標操舵特性に一致させる喪めに、目
標車両モデルのステアリングギア比Ｎ１をＮｏとＡｏで
表わし、目標車両モデルのホイールベース（＝Ｌｙ１　
＋　”Ｒ１）をり。に等しく置いている。

このようにして求められたヨーレート目標値会とヨー角
加速度目標値φ°を自車で実現するための後輪舵角の目
標値４が次のステップ８４の処理によって求められる。

この後輪舵角目標値４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１こ、前記ステアリ
ングギア比目標値Ｎとフロント等価コーナリングパワー
ｅＫｙ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、以下の演算によって後輪舵角目標値δＲが
求められる。

Ｍ　（Ｍｙ　＋　９’　Ｖ　）　＝２　Ｇｙ　＋　２Ｏ
Ｒ・”　（２４）Ｏｙ　ｗ　ｅＫｌｒ　・β、　　　　
　　　　　　　−（２６）ＯＲ＝　（Ｌ、Ｏ，−一ψＩ
ｚ　）　／　ＬＲ−（２７）βＲ＝ＯＲ／ＫＲ・・・（
２８） ’Ｒ−βＲ＋　（Ｖｙ　　ＬＲｑ　）／Ｖ　　　　＝−
（２９）但し、 Ｋｙ＝ＫＨ、Ｌｙ冨ＬＢｔ　　　　　　　・・・（８０
）ここで用いられる自車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
し九ので、ここでは省略する）０工ｚ：自車のヨー慣性 ｖｙ：自車の横方向速度 ■ｙ：自車の横方向加速度 βＦ：自車の前輪横すベシ角 βＲ：自車の後輪横すべり角 ＣＦ：自車の前輪コーナリングフォースＣＲ：自車の後
輪コーナリングフォースこのようにして求められた後輪
舵角目標値δＲ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δ
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。これによシ、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、定常旋回運動時には、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シ、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。

ま九、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Ｉこ関連して求められ
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
自車の運動特性の変化を補償することができ、よシ適正
な後輪舵角制御が行える。

本案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ψの変化音
それぞれ第６図８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の変化特性であシ、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
例装置搭載車と同様に、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シも後輪の転舵
量が大となる。

このため、万が−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Ｏとなったとき）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っては、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図中の破線り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ってしまうが、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。従って、
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ζこ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
制御によって操舵系を制御することによシ、万が−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ャート、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 １０６・・・後輪舵角目標値演算手段 １０フ・・・後輪転舵手段 １・・・演算処理装置 ２・・・ハンドル操舵角センサ ８・・・車速センサ ト・・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θ
ｓ、・・・ハンドル操舵角　Ｖ・・・車速ｉ・・・ステ
アリングギア比目標値 δＲ・・・後輪舵角目標値 ψ・・・ヨーレート目標値（運動変数目標値）７； ψ・・・ヨー角加速度目標値（運動変数目標値）ｉ・・
・定常ヨーレートゲイン目標値（定常操舵ゲイン目標値
） ｅＫｙ・・・フロント等価コーナリングパワー第２図

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に対応するステアリングギア
   比の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
   関する運動方程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と車速に対応する運動変
   数の目標値を求める運動変数目標値演算手段と、 前記求められた運動変数目標値および前記ステアリング
   ギア比目標値演算手段で用いられる自車の車両諸元とか
   ら、前記求められた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、 前記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単両用操舵系制
   御装置。