JPS61238570A - 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、車両の操舵特性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、車速の変化に
無関係に定常横すべり角を一定と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２輪操舵車（前輪のみをステアリングハンドル操
作により操舵する通常車両を言う）は、前輪のみを操舵
するため、その操安性の改善には限界があった。

そこで、この操安性の改善策として、後輪の転・。

舵をも可能とした４輪操舵車において、後輪の舵角を制
御し、より理想的な操安性を得ることを可能とする技術
が先に提案されている。これは、昭和５９年に社団法人
自動車技術会から発行された「学術購演会前刷巣８４２
０５８　Ｊの８０７貝〜８１０頁１に記載されている。

一上記技術の内存は、車両の横加速度の位相遅れをなく
すために、定常横すべり角１３全β−０とするように後
輪舵角を制御しようとするものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の技術においては、定常横すべり角
β−０とするためＧこ、後輪舵角のみ全制御する構成と
したことＣ，：Ｘす、高速域（例えば、１１Ｊ　Ｏｋｍ
／ｈ以−ト）でβ＝０を実現しようとすると、後輪舵角
が犬さくなって、この結果、ヨーレートゲインが急速に
低下してし１う。

このため、車線変更等の操舵時に、必要以」−に大きく
操舵を行わなければならなくなり、操舵性が艮〈ない。

また、上６ピ技術は、定常旋回運動時（こおける制御を
目的としているため、車両の旋回動作が開始してから定
常旋回運動に至る１での過渡運動時には適正制御が行わ
れず、ステアリングハンドルの操舵直後の車体挙動が不
安定になることを免れな１い。

（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足手段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・出十
段１００で検出される車速Ｖに対応する定常操舵ケイン
の目標ｆ直Ｇを求める。

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ｎ及び車速に対応するとともＧこ、予
め目標績すべり角設定手段１０８で設定された車両の定
常横すべり角の目標値１を実現するためのステアリング
ギア比の目標値Ｎ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ｈ」使手段１０Ｂは、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たステ
アリングギア比目標値Ｎに設定する。

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足手・段１０１で用いら扛
る目標とする操舵特性に基づいて、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と前記車速Ｖとに対応する運動変数の目標値Ｍを求
める。

後輪舵角目標値演算手段１０６は、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
元及び、前記ステアリングギア比目標値演算手段１０２
で算出されるステアリングギア比目標値Ｎに基づいて、
前記運動変数目標値Ｍおよび前記定常横すべり角目標値
βを自車で実現するための後輪舵角の目標値外を求める
。

後輪転舵手段１０７は、自車の後輪舵角が前記後輪舵角
目標値ＪＲになるように後輪の転舵を行う。

（作　用） 定常操舵ゲイン目標値設定手段１０１と、ステアリング
ギア比目標値演算十段１０２およびステアリングギア比
可変手段１０Ｂによって、予め設定された目標操舵特性
および定常横すべり角目標値βを自車で実現するように
、自車のステアリンＩ。

グギア比の制御を行う。これは、主に定常旋回運動時に
おける自車の操舵特性制御に関与する。

また、運動変数目標値演算手段１０５と、後輪舵角目標
値演算手段１０６および後輪転舵手段１０７によって、
上記目標操舵特性および定常横、。

すべり角目標値βを自車で実現するようＧこ自車の後輪
舵角を制御する。この制御は、予め設定された運動性能
（操舵特性を含む全般的な運動性能）を備λ−る車両を
モデルとして行われ、従って、定常旋回運動時のみでな
く、過渡運動時の操舵特性をも適正制御することができ
る。

そして、目標とする操舵特性および定常横１べり角を自
車で実現するために、後輪舵角の制御とステアリングギ
ア比の制御の両制御を行うことで、前述【７た後輪舵角
の制御のみを行う装置のように、。

高速域で後輪舵角が必要以上に大きくなることがなく、
従って、ヨーレートゲインの低下を防止できる。これに
より、例えば、定常横すべり角βを、常にβ＝０とする
理想特性をも実現することができる。

（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［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り、ハンドル操舵角セン
ザ２で検出されるステアリングハンドル８の操舵角０ｓ
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Ｖ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Ｎと、後輪舵角
目標値δ□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゜１００
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ｌから供給されるステアリングギア比
目標値Ｎ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・・ンドル８の操
舵角０ｓが同一でも、上記ステアリングギア比目標値Ｎ
が太良い程、前輪９，１０の実舵角りが犬となる↓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１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り、油圧式ステアリング装置
７は、後輪転舵装置６Ｇこより制御される。この後輪転
舵装置６は、演算処理装＃１′から入力される後輪舵角
目標値δ、に対応して油圧式ステアリング装置Ｉｔ？へ
与える油圧を変化させ、後輪１１．１２の実舵角δ、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、特願昭５９−１８８１
５８号に記載されている）。

第８図は、前記演算処理装置ｌ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ｌで実行さ
れる処理を示すフローチャートで１・・あり、所定時間
毎に繰返し実行される。

ステップ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・を用いる）の目標値Ｇが求
められる。

このＧは、以下の式（１）によって求められる。

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。およびホイールヘースＬｏである。これらＡ
。、Ｎｏ、Ｌｏ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Ｇが式の関係が
ある。ここで、Ａ１はスタビリテイファクタ、Ｎｏはス
テアリングギア比、Ｌｌはホイール１ベースである。

従って、右辺の０８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２８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
の自単におけるステアリングギア比の目標値Ｎを求める
演算が行われる。この演算は次の式（８）によって求め
られる。

この式（８）は、以下のようにして導かれた式である。

後輪の操舵が可能な車両の運動を横方向とヨーイングの
２自由度で近似した、定常状態の運動万機、、。

式は、 ＣＦ十（３Ｒ（＝　Ｈａα）　＝　−；ＭＶｆＯ７−−
−−　（４）ＬＦＣＦ＝ＬＲＣＲ・・・・・（５） ０、＝ＫＲ（δ、−β十ＬＲ昇／ｖ）・・・・−（７）
ここで、 ＣＦ：自車の前輪コーナリングフォースＯＲ：自車の後
輪コーナリングフォースＭ　：自車の車体質量 α　：自車の横加速度 β　：自車の（重心点の）横丁べり角 Ｐ　：自車のヨーレート δＲ：自車の後輪舵角 ｅＫＦ：自車のフロント等価コーナリングパワーＫＲ：
自車のリアコーナリングパワー Ｌ、：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 Ｎ　：自車のステアリングギア比 本実施例では、目標とする操舵特性を上記Ａ。

Ｎｏ、Ｌｏで決定しているとともに、定常横すべり角β
を車速変化に拘らず常にβ−０とすることを目標として
いることから、定常横１〜べり角目標値１β＝０が上記
式（８）の中に含１れている。

すなわち、上記式（０１，（７）のβに７（−ｏ　）を
代入することにより、式（６）、　（７）は次のように
沓＠直される。

０Ｒ＝ＫＲ（δ、＋Ｌ、Ｍ／ｖ　）　　　　　　・−−
−−−（ｏｆ従って、式（４）に式（５）を代入すると
、但し、Ｌは自車のホイールベースであり、Ｌ　＝　Ｌ
Ｉｉ、　＋　ＬＲである。

また、式（１０）に式（８）を代入すると、この式（１
１）を整理すると、 これに前記定常ヨーレートゲイン目標値Ｇを代入すれば
前記式（８）が得られる。

このように、ステアリングギア比目標値Ｎは、・定常ヨ
ーレートゲイン目標値Ｇを自車で実現する゛ためのステ
アリングギア比であるとともに、定常横すべり角目標値
１をも自車で実現するためのものでもある。

ステップ２５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２４で胱込んだハンドル操舵角θ　と前記ステップ
２１で読込んだ車速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Ｐとヨー角加速度目標値Ｐを算出するＯ　Ｉ・・
上記目標車両は、目標とする運動性能を備える車両を車
両諸元と運動万機式によって設定したシミュレーション
モデル（これを「目標車両モデル」とする）であり、変
数としてハンドル操舵角θ８と車速Ｖを与えることによ
り、これらθＳとＶに１゜対応する目標車両モデルの運
動状態が定まり、このときのヨーレートとヨー角加速度
を上記目標値Ｐ、Ｐとして設定するのである。

τ　− ｃのｐ、Ｐ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ってψ、Ｐが求められ
る。

Ｎ１＝　Ｎｏ（１＋Ａ。Ｖ　）　　　　　　　・・−−
−（１４）Ｍ、＝　（？、＋ｐ、ｖ）−２Ｇ、、□＋２
０Ｒよ　　　・・・・・　（１５）■２、−０−２ＬＦ
ＩＣＦ１　　”ＬＩＲＩＣＲｌ　　　　・・・・・　（
Ｉ６）βＲ１＝−（Ｖ、−ＬＲｌｌ”、）／Ｖ　　・−
・−・（１８）ＯＦ、−ＫＦ、βＦ＋　　　　　　　　
　　・−・（ｔｏ）ＧＲｌ　−ＫＲ１βＲ１°°・・・
（２０）Ｓ’　＝　Ｐ、　　　　　　　　　　　　・甲
・（Ｑｉ）Ｓ’＝ｌ’１　　　　　　　　　　　　・・
山（２２）イ旦し、　ＬＦ□十ＬＲ□−り。　　　　・
・・・・（２８）ここで、 Ｎ□　：目標車両モデルのステアリングギア比　　　Ｍ
□　：目標車両モデルの車体質量 工２□：目標車両モデルのヨー慣性 ＬＦ□　：目標車両モデルの前軸と重心間の距離”Ｒｔ
　”目標車両モデルの後軸と重心間の距離Ｖ　：目標車
両モデルの横方向速度 ｔ　：目標車両モデルの横方向加速度 β、□　：目標車両モデルの前輪横すべり角β□、：目
標車両モデルの後輪横丁べり角０、：目標車両モデルの
前輪コーナリングフォースト・ＣＲ１”目標車両モデル
の後輪コーナリングフォース＃：目標車両モデルのヨー
レート 〆□　：目標車両モデルのヨー角加速度である。

上記式（２２）　、　（２１１）に示されるように、目
標車両　ル−ト目標値余、ヨー角加速度目標値Ｖとなる
。

そして、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ア比制御
処理で用いられる目標操舵特性（こ一致させ。

るために、目標車両モデルのステアリングギア比１Ｎ□
をＮ。とＡ。で表わし、目標車両モデルのホイールベー
ス（＝ＬＦ□＋”Ｒｕ　）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−とヨー角
加速度目標値Ｖ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７Ｒ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習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↓つて後輪舵角目標１直７Ｒ
が求められる。

ＭｃＱｙ＋？Ｖ）＝２０Ｆ＋２０Ｒ−・・・・（ｇ４）
βＦ＝？−（Ｖｙ＋　ＬＦＳ’）／Ｖ　　　・−＝　（
２５）０、、、＝ｅＫＦ−βＦ°°°゛°（２６）ＯＲ
＝　（ＬＦＯＦ−ドエ、）／ＬＲ・・・・・（２７）β
Ｒ＝Ｏｎ　／　Ｋｎ　　　　　　　　　　　・・・・・
（２８）１１Ｒ”β８＋（ｖｙ−ＬＲＰ）／ｖ　　　　
　　°曲（２９）但し。

Ｋｙ”　ＫＲ、ＬＦ＝　ＬＲ・・・・・（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１ついては、以前に記したの
で、ここでは省略する）。

工２：　　自車のヨー慣性 ｖｙ：　　自車の横方向速度 ％　：　自車の横方向加速度 βＦ　：自車の前輪横すべり角 β　：　自車の後輪横丁べり角 Ｒ ＣＩ！、　：　自車の前輪ｍｌ−ｌサナグフォースＯＲ
：　　自車の後輪コーナリングフォースそして、この後
輪舵角目標値への演算に用いられるステアリングギア比
目標値■は、目標操舵特性を自車に与えるためのもので
おるとともに、前記定常横すべり角目標値β（−〇）を
満足させる値であることから、後輪舵角目標値軸は、上
記一９Ｐを自由で実現ｊ−るとともに７をも実現するた
めの値Ｇこなる。

このよつＯこして求められた後輪舵角目標値軸は、後輪
転舵量［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□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ｆリノダ装置７へ供給すな。これにより、
後輪１１．１２の転舵角制御がイｆわれ６゜次しこ、本
実施例の効果を具体的Ｇこ説明するために、第４図のよ
うなステアリング−・ンドル操作がなされたときの実際
のヨーレートＰの変化と、　　。

（重心点の）横すべり角βの変化をそれぞれ第５′図お
よび第７図（こ示す。

第５図中の実線Ａで７ｒ＜　Ｔ特性が本実施例装置搭載
車のヨーレート変化を７Ｊ＜す特性であり、同図中の破
線Ｂで示す特性は、仮にステアリングギア比の制御のみ
を行う車両が存在する場合に４つ・ける当該車両のヨー
レート変化である。

同図から判明Ｔるように、本実施例装置搭載車は、定常
旋回運動時と過渡運動時の内時において安定（振動しな
いこと）したヨーレート変化が得１・られる（目標操舵
特性をヨーレート変化の安定したものに設定Ｌ７た場合
）。

これに対し、同じ目標操舵特性を実現しようとしても、
ステアリングギア比のみを制御する場合には、過渡運動
時の実現精度が悪いため、ヨ〜し１−ト変化が安定しな
い。

また、定常横すべり角βについても、本実施例装置搭載
車は、第６図中の実線Ｃで示すように、定常旋回運動時
には、忠実に定常横すべり角目標値ａ（−〇）を自車で
実現していることが判る。　・これ（こ対［〜、）二ｍ
２ステアリングギア比のみを制御御する車両では、ｌｂ
ｊ図中二点釦線Ｅで示Ｔように、横１−べり角の制御は
殆んど行えず、また、前述した先行技術のように後輪舵
角のみを制御−「る車両では、同図中一点鎖線１〕で示
すよう番こ、ヨーレート変化の安定性ケ重祝クーると定
常横丁べり角目標値の実現精度が悪くなってし甘う。

なお、上記実施例では、演算に用いる車両諸元が固定（
例乏、ば、出荷時における各車両諸元の値に設定される
）となっている例を示したが、こｔし・・・は、例えば
フロント等価コーナリングパワーｅＫＦは、ステアリン
グギア比変化Ｇこ伴って変化させたり、おるいは、前、
後輪コーナリングパワーＫｉｒ。

ＫＲを、路面状態変化やタイヤの消耗度に対応して変化
させたりすれば、より一層、目標操舵特性・の実現精度
が向上する。

捷だ、ステアリングギア比目標値Ｎは、その都度前記の
ような演舞から求める方式の他、予め複数の車速Ｖの値
に対して求めておいたデータをデータテーブルとして装
備させ、テーブル・ルックアップ処理（こよってＮを求
めるようにすれば演算□速度を迅速化させることができ
る。定常ヨーレートゲイン目標値Ｇｃこついても同様の
ことがｂえる。

（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
特性および定常横すべり角を自重で実現するために、ス
テアリングギア比の制御と後輪舵角の制御の両制御を行
うようにしたことにより、定常旋回運動時と過渡運動時
の内時において、車速変化に拘らず、忠実に目標操舵特
性を自車で実現１・・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
在に制御できる。

また、後輪舵角制御のみを行う場合のように、高速域で
目標とする定常横１べり角を実現するた・めに必要な後
輪転舵量が大きくなり過ぎて、ヨーレートの低下を招く
ような事態の発生を防止でき、操安性の向上を図ること
かで＠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、　　　　□８Ｆ、
８図は同実施例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４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５図は第４図に示すスデアリングノ・ンドル操舵角変
化がなされたときの前記実施例装置搭載車におけるヨー
レート変化を示す特性図、第６図は同じく横すべり角の
変化を示Ｔ特性図である。 １（ｌｆｌ・・・車速検出手段 １０１・・・定常操舵ゲイン目標値設定手段１０２・・
・ステアリングキア比目標値演算手段１（１８・・・ス
テアリングギア比可変手段１０４・・・ハンドル操舵角
検出十段 １０５・・・運動変数目＋ｙＡ値演算手段１０６・・・
後輪舵角目標餉演算手段 １０７・・・後輪転舵手段　　１０８・・・目標横丁べ
り角設定手段 ｌ・・・演算処理装置 ３・・・ハンドル操舵角センザ ８・・・車速センサ ４・・・バワースデ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 ？・・・油圧式ステアリング装置 ８・・・ステアリングハンドル ９、ｌＯ・・・前輪　　　　　１１．１．２・・・後輪
θＳ・・・ハンドル操舵角　Ｖ・・・ＩＦ速Ｗ・・・ス
テアリングキア比目標値 ４・・・後輪舵角目標値 −・・・ヨーレート目標値（運動変数目標値）Ｖ・・・
ヨー角加速朋目標値（運動変数目標値）ｎ・・・定常ヨ
ーレートゲイン目標値（定常操舵ゲイン□目標値） １・・・定常横丁べり角目標値

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、 車両の定常横すべり角の目標値を設定する目標横すべり
   角設定手段と、 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及び車速に対応するとともに
   、予め設定された車両の前記定常横すべり角の目標値を
   実現するための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と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及び前記
   ステアリングギア比目標値演算手段で算出されるステア
   リングギア比目標値に基づいて、前記運動変数目標値お
   よび前記定常横すべり角の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車両用操舵系制
   御装置。 ２、前記横すべり角の目標値は略零に設定することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の車両用操舵系制御
   装置。