JPS6167667A - 車両用操舵制御装置 - 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、通常の２輪操舵車両、あるいは４輪操舵車
両の操舵装置く利用され得るもので、特に、操舵時の車
両の運動性能を自由に制御できる車両用操舵制御装置に
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塔載した車両
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５運動変数は、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。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のように従来の車両にあっては、運
動性能を変更する罠は、車両諸元を変える必要があり、
例えば、セダン車でスポーツ車のような運動性能を持た
せることは困難であった。

・これは、スポーツ車の車両諸元はスポーツ車の車体構
造やタイヤ特性によって決定されるため、結局セダン車
とは言えない車体構造になってしまうためである。

また、競技用車両（ラリー車）の場合、加速性能と操舵
応答性との両者が優れていることが要求されるが、通常
、加速性能を向上させるには、エンジン排気量を大きく
するため、車体重簸が増大し、このため、操舵応答性が
低下してしまう。そこで、車体寸法を小さくして、ヨー
慣性を低減させることによって操舵応答性を向上させよ
５とすると、大型エンジンを塔載できなくなって、加速
性能を高めることができない。

このよりに、車両諸元によって、車両の運動性能が一律
に決まってしまうような従来の車両では、種々の不都合
を有している。

また、運動性能は、タイヤの摩耗やタイヤ交換によるタ
イヤ特性の変化や路面状態の変化により変わってしまう
が、従来の車両では、運動性能の変化に対し【は、運転
者の運転操作圧より対処するしかない状況である。

（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１本発明は、第１図に示す
如く、ステアリングハンドルの操舵量を検出するハンド
ル操舵量検出手段１００と、車速検出手段１０１と、所
望の車両諸元を用いた車両の運動方程式により、ステア
リンダハ／ドル操舵僕θ８および車速、■に対応する車
両の運動変数目標値Ｍを求める運動変数目標値演算手段
１０２と、運動変数目標値に基づいて、前輪あるいは後
輪の何れか一方を転舵する車輪転舵手段１０４とを備え
ている。

さらに、本発明は、前記運動変数目標値Ｍと同種の運動
変数の実際値Ｍを検出する運動変数実際値検出手段１０
Ｂを備えるとともに、運動変数実際値Ｍか運動変数実際
値盲に一致するように、前記前輪、後輪何れか一方の舵
角を補正する舵角補正手段１０５を具備している。

（作用） 運動変数目標値演算手段１０２において求められる運動
変数目標値ｉは、所望の車両諸元に基づいて求められる
ことから、例えば、本発明の装置を塔載する車両がセダ
ン車である場合に、スポーツ車の車両諸元を用いれば、
スポーツ車と同等の運動性能を持たせることができる。

また、運動変数実際値Ｍを検出して、これが運動変数目
標値ｉに一致するように前輪又は後輪の舵角を補正する
ことにより、タイヤ特性の変化等が生じても、所望した
運動性能は変化せず、常に同じ運動性能を維持すること
ができる。

（実施例） 本発明の第１実施例の概略構成を第２図に示す。

演算処理装置ｌは、アナログ演算回路あるいはマイクロ
コンピュータを用いたデジタル演算回路で構成され、ハ
ンドル操舵量センサ２で検出されるステアリングハンド
ル８の操舵量θ８と、車速センサ８で検出される車速■
、および２つの加速度センサｌＢ、１４で検出される前
輪の横方向加速度ｇｙと後輪の横方向加速度類の各情報
信号が入力され【いる。

前＃９．ＩＯは、従来車両と同様の機械リンク式ステア
リング装置６によって、ステアリングハンドル８の操舵
量に対応した舵角に転舵される。

そして、後輪１１．１２は、油圧式ステアリング装ｆｉ
ｆ’ｌｃよって転舵され、この油圧式ステアリング装置
７は、演算処理装置ｌかも与えられる制御情報信号ＳＲ
Ｋ基づいて後輪１１，１２０転舵制御を行５装置である
。

上記後輪転舵装置５、および油圧式ステアリング装置７
は、例えば第８図に示すような構成になっている。

油圧式ステアリング装置７は、２つのピストン８２．８
８を備え、両端がタイロッド（図示路）に連結されたシ
ャツ）８１を、左右の油圧室８４゜８６０作動油圧に差
を設けることＫよって軸方向へ移動させることにより車
輪の転舵を行５゜また、中央の室８７内には、バネ８６
で左右逆方向に付勢された反撥プレー）８８．８９が、
シャフト８１に遊嵌されており、これは、左右の油圧室
８４．８５の作動油圧が抜かれたときに、シ・ヤフト８
１を元の中立位置に復帰させるためのものである。

後輪転舵装置４．５は、ソレノイドドライバ２１と、コ
ントロールパルプ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７
の左右の油圧室８４．８５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
するスプールパルプ２５を具備している。このスプール
バルブｚ５は、左右端が電磁ソレノイド’ａＢ、２４に
遊嵌しており、電磁ソレノイド２８．２４の磁力の大小
により、軸方向へ移動し、上記左右の油圧室８４．８５
に与える作動油量を調整する。

ソレノイドドライバ２１は、演算処理装置ｌから与えら
れる制御情報信号ＳＲの値またはレベルに比例した電流
信号を左右何れかの電磁ソレノイド２８．２４に供給す
る。この場合、車輪の転舵方向によって、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。

上記演算処理装置ｌは、機能的な構成で示すとべ第４図
に示すよ５に１運動変数目標値演算部５１と、後輪コー
ナリングフォース目標値演算部５２と、後輪コーナリン
グフォース検出部５Ｂと、ＰＩ演算部５４で表わされる
。これらは１．アナログ演算回路で構成してもよいし、
マイクロコンピュータのソフトウェアによって構成して
もよい。

上記運動変数目標値演算部５１は、ハンドル操舵量θ８
と車速Ｖを入力して、車両の運動方程式からヨー角加速
度の目標値￥を算出する。

このときの演算には、所望の車両諸元が用いられ、これ
は、本実施例装置が塔載される車両（自軍）の車両諸元
であってもよいし、自軍の車両諸元とは異なる車両諸元
であってもよい。

ここでは、−例として、自軍がセダン基であるとして、
上記演算に用いる車両諸元には、スポーツ車（これを「
目標車両」とする）の車両諸元を用いるものとする。

本実施例では、目標車両諸元として、以下の車両諸元を
用いている。

工２□：目標車両のヨー慣性 Ｍ□　：目標車両の車体質量 ＬＦｌ：目標車両の前軸と重心間の距離ＬＲ１”目標車
両の後軸と重心間の距離ｅＫＦｘ　：目標車両の前輪の
等価コーナリングパワー（ステアリング剛性分を含む） Ｎ□　：目標車両のステアリングギヤ比ＫＲ□：目標車
両の後輪のコーナリングパワーこれらの車両諸元は、各
演算回路の定数として、あるいは、メモリに予め設定さ
れている。

そして、上記目標車両の車両諸元と、前記入力されたハ
ンドル操舵用θ８．車速Ｖとを用いて、以下の演算を行
う。

Ｍｘ（’；ｔ＋÷１　ｖ　）　堂２　ＣＦＩ　＋’２　
ＣＲＩ　　　　　・・・（”）ＣＦｌ　＝　ｅＫＦｌ　
’βＦ１　　　　　　　　　・（５）ＣＲ□−ＫＲ□・
β□、　　　　　　　　・・・（６）ψ２ψ１　　　　
　　　　　　　　　　・・・（７）ここで、 一０二目標車両のヨーレイト ψ□：目標車両のヨー角加速度 す□：目標車両の横方向速度 デ、二目標車両の横方向加速度 β２□二目標車両の前輪の横すべり角 β８□：目標車両の後輪の横すべり角 ＣＦ□二目標車両の前輪のコーナリングフォースＣ：目
標車両の後輪のコーナリングフォースｉ　：ヨー角加速
度目標値 である。

上記式（１）　、　（２１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、Δを毎に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）職Ａ（ｔＪ＋Δｔ・＾（ｔνで表わされる矩形積
分法や、その他、ルンゲクッタ法等、要求される積分精
度に応じて適切な積分法を用いる。

このようにして求められたヨー角加速度目標値・ψは、
ハンドル操舵量θ８と車速Ｖに対応する目標車両におけ
るヨー角加速度であり、この自軍とは異なる車両の運動
変数を自車で実現させようとするのが本実施例のねらい
である。

上記のよ５Ｋｔ、て求められたヨー角加速度目標値ψは
、このままでは、後輪舵角の制御に用（・られないため
、後輪舵角制御に用い易い運動変数に変換する必要があ
る。そこで、本実施例では、後輪舵角との相関性の高い
後輪のコーナリングフォースに変換している。

この変換は、後輪コーナリングフォース目標値演算部５
ｚで行われる。ここで行われる演算は以下の式で表わさ
れる。

Ｍ、（９，＋ｉ、ｖ）　−２ｃＦ２＋ｚｃＲ２・−（８
ＪＣＦ２−８ＫＦ２　’β、　　　　　　　　　−（１
０）ＣＲ１１１−（ＬＦＩ　ＣＦｌｌ−一ψ工２□）／
ＬＲ２・・・　（１１）ＣＲ−ＣＲＪ　　　　　　　　
　　　　　　　・・・　（１２）（但し、φ２−か、） 上記演算には、自軍の車両諸元と、自軍の運動変数が用
いられ、自軍車両諸元は以下に示すものが用いられる。

Ｍ２：自車の車体質量 Ｎ８：自軍のステアリフグギヤ比 工　：自軍のヨー慣性 Ｌ２．：自車の前軸と重心間の距離 ＬＲｓ　：自車の後軸と重心間の距離 ｅＫＦｚ　：自軍の前輪の等価コーナリングパワー（ス
テアリング剛性分を含む） また、 ＬＰ２　　：自車のヨーレイト ｔ２二自軍の横方向速度 Ｙ２：自車の横方向加速度 ＣＦ、：自車の前輪のコーナリングフォースＣＲ１１”
自軍の後輪のコーナリングフォースβＦＢ　”自軍の前
輪の横すべり角 ｃＲ：後輪のコーナリングフォース目標値このよ５Ｋし
て求められた後輪のコーナリングフォース目標値へは、
ＰＩ演算部５４へ送られる。

ＰＩ演算部６４には、後輪コーナリングフォース検出部
５８から、後輪のコーナリングフォース実際値ＣＲ＊も
入力されており、このＣＲ＊と前記愚のＰＩ演算結果を
出力外として後輪転舵装ｅ５へ供給する。

後輪コーナリングフォース検出部５８は、２つの加速度
センナ１８．１４から与えられる前輪の横方向加速夏作
と後輪の横方向加速度軸を用いて以下の演算を行う。

ＣＲ＊”　（（Ｍ２１！’　ｆ　ｇｒ　　”Ｚ２　）　
ｇＦ＋（Ｍ２　ｔ　ｆ　２＋　Ｉ　ｚ　２　）ｇＲ）／
２　（ｇｆ＋＃ｒ）２’　　　　　−（１Ｂ）ここで、
上記２つの加速度センナ１８．１４は、第５図に示すよ
うに、前輪９，１００車軸の中央位置と後輪１１．１２
の車軸の中央位置く取付けられており、加速度センサ１
８と車体６０の重心位［６１との距離がｌｆ１加速度セ
ンサ１４と重心位［６１との距離がｌ、であるとする。

そして、この場合には、リーＬＦ２　”　ｒ　”’　Ｌ
Ｒ２である。

このよ５Ｋして、演算処理装置ｆ１からは、上記ヨー角
加速度目標値￥を自軍で実現するための後輪コーナリン
グフォース目標値ＣＲのＰＩ演算結果ＳＲが出力され、
これに対応して後輪転舵装置５が、後輪の舵角を調整す
る。

そして、後輪の舵角調整に伴って、自軍の後輪コーナリ
ングフォースが変化する。この変化を２つの加速度セン
ナを用いズ検出するとともに、後輪コーナリングフォー
ス実際値ｄＲ＊とじてフィードバックすることにより、
後輪舵角は、後輪コーナリングフォース実際値ＣＲか、
後輪コーナリングフォース目標値ＣＲＫ一致するように
調整される０ このように、本実施例において、後輪コーナリングフォ
ース目標値への演算および同実際値ＣＲ＊のフィードバ
ックを行５構成とした理由は、フィードバック値（後輪
コーナリングフォース実際値＊ ・ＣＲ）と後輪舵角との間に、微分等の複雑な関係が無
いため、制御が容易になるからである。

以上の動作により、自軍のヨー角加速度は、演算により
求められた目標値￥に等しくなり、結果として１．自軍
は、目標車両と同等の運動性能を有することになる。

すなわち、前述のよ５に自車がセダン車であって、目標
車両がスポーツ車である場合には、自軍の車体構造等は
そのままで、運動性能はスポーツ車の性能にすることが
できるのである。

また、タイヤの摩耗等によるタイヤ特性の変化や路面状
態の変化が生じると、自軍の運動特性自体は変化する（
自軍の車両諸元が変化するため）が、上記演算処理装９
１では、コーナリングフォースの実際値岨　をフィード
バックしているため自軍の運動特性が変化しても、実際
の運動性能は、目標車両の運動性能に保たれ、常に同じ
運動性能で操縦できることＫなる。

次に１本発明の第２実施例を説明する。本実施例は、第
６図に示すように１前記第２図に示した第１実施例にお
ける演算処理装置１の構成に若干の変更を加えたもので
あり、他の構成は、第２図区示すものと同一である。

第６図において、運動変数目標値演算部５１とＰＩ演算
部５４は、前記第１実施例のものと同一の演算を行う。

そして、後輪コーナリングフォース目標値演算部５５は
、運動変数目標値演算部５１で求められるヨー角加速度
目標値￥と、コーナリングフォース目標値検出部５６で
求められる前輪コーナリングフォース実際値Ｃ１とに基
づいて後輪コーナリングフォース目標値顔を算出する。

この演算は以下の弐に従って行われる。

また、コーナリングフォース検出部５６は、前記式（１
Ｂ）と同一の演算により、後輪コーナリングフォース実
際値ＣＲ＊を求めるとともに、次式に従って、前輪コー
ナリングフォース実際値り　を算出する。

ＣＦ”　＝　（（Ｍ、ｇｒ２＋Ｉｚ、）　ｇＦ＋（Ｍｇ
ｙｇ、−Ｉｚｌ　）　ｇＲ）／２（す＋ｇｒ）Ｂ　　　
　　・・・　（１５）このよ５に、本実施例は、前記第
１実施例と同じく、後輪コーナリングフォース実際値へ
をフィードバックすることによって、運動性能の安定化
を図るとともに１さらに、操舵制御対象である後輪だゆ
でなく、操舵制御対象外の前輪におけるコーナリングフ
ォースの実際値を°もフィードバックすることによって
、操舵制御対象外の前輪に対しても制御の効果を及ぼす
ことができ、より一層の運動性能の安定化が期待できる
。これは、上記後輪コーナリングフォース目標値への演
算式（１４）中に、第１実施例の場合（式（１０））で
用いて−・た前輪の等価コーナリングパワー１３ＫＦ２
が省かれて、代わりに１前輪コーナリングパワー実際値
ＣＦ＊をフィードバックするため、タイヤ特性や路面状
態の変化に伴５、前輪罠係る車両諸元変化をより適正に
補正できるからである。

従って、本実施例は、直接の操舵制御対象車輪が後輪の
みであるにもかかわらず、あたかも前・後輪の両者の操
舵をフィードバック制御しているかのような効果を得る
ことができる。

なお、上記各実施例では、目標車両として自軍とは異な
る車種を設定した例を示したが、これは自軍を目標車両
としても良い（自動制御する場合には、運動性能が自由
に変えられるので、従来の機械リンク式ステアリング装
置を塔載した場合の運動性能を持たせるため、自車と同
型の従来車両を目標車両とする）。また、低空の車両（
理想とする運動性能を有する車両）を目標車両としても
よく、これによって、例えば、ラリー車において、大型
エンジンを塔載し、かつ操舵応答性を高めることも可能
となる。

また、目標車両として、ミツドシップ車を設定すること
も可能であり、ミツドシップ型ではない車両であっても
、ミツドシップ車と同等の運動性能を持たせることがで
きる。

さらに１目標車両の車両諸元を複数組記憶させておき、
運転者の好みＫより自由に目標車両を選・択する構成と
することもできる。

また、上記各実施例では、運動変数目標値として、ヨー
角加速度を求め、これをさらにコーナリングフォースに
変換する例を示したが、これは、フィードバックさせる
のに適当なセンナが有れば、ヨー角加速度をそのまま目
標値とし、この実際値を検出してフィードバック制御さ
せる構成でもよい。さらに、運動変数目標値として、上
記以外のもの、例えば、求心Ｇ（求心加速度）や横すべ
り角等を求める構成であってもよい。

ならびに、上記演算処理装置１で用いる運動方程式は、
等価の式であれば他の演算を用いてもよく、例えば、ス
テアリング系のグイナミクスを考慮した形とすれば、８
つの運動方程式になる（但し、この場合、積分演算が４
回になる）。

そしてさらに、上記各実施例では、前輪と後輪の両方が
操舵可能な４輪操舵車両に適用した例を示しであるが、
これは、前輪のみを操舵可能な通常の２輪操舵車両に適
用することも可能である。

この場合、ステアリングハンドルと前輪との間の機械リ
ンク式ステアリング装置に替えて、例えば〜上記実施例
で示したような油圧式ステアリング装置を用いて自動制
御可能とし、かつ、演、算処理装置１で行５演算では前
輪のコーナリングフォースの目標値を求めるとともに、
この実際値のフィードバックを行５構成罠すればよい。

このようＫすれば、後輪の転舵機構の分だけコストを低
減でき、構造も簡単化できる。

ただし、上記実施例のように後輪を制御する例では、も
しも装置に故障が生じても、前輪の操舵は従来どおり行
えるので、安全性の上では有利である。

（発明の効果ン 以上詳細に説明したように、本発明は、従来の車両では
、運動性能がその車両の車両諸元によって決まる固有の
ものであったのく対し、その車両諸元で決まる運動性能
とは異なる運動性能を、車体構造等に変更を与えること
なく、自由忙変えることができる。

これによって、例えば、通常車両にミツドシラ・プ車と
同等の運動性能を持たせたり、あるいは、大型エンジン
を塔載しつつも操舵応答性の高いラリー車を提供するこ
とも可能になる。

また、タイヤの摩耗等圧よるタイヤ特性変化や路面状態
の変化に対しても、常に同じ運動性能を維持することが
でき、操安性の向上を図ることが可能となる。

また、４輪操舵車に適用する場合には、付加部品が少な
く【済むため、コストや作業性の面で有利であるし、前
・後輪のうち何れか一方を操舵制御対象としているため
、装置の故障時等圧・安全性を摺ることはない。

表口面の簡単な説明 第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の第１実施例の構成図、第８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図中の演算処理装置の構成を機能
的に示すブロック図、 第５図は第２図中の加速度センナの取付位置を示す図、 第６図は本発明の第２実施例における演算処理装置の構
成を機能的に示すブロック図である。

１００・・・ハンドル操舵量検出手段 １０１・・・車速検出手段 ｌｏｇ・・・運動変数目標値演算手段 １０Ｂ・・・運動変数実際値検出手段 １０４・・・車輪転舵手段　　１０５・・・舵角補正手
段１・・・演算処理装置 ２・・・ハンドル操舵量センナ ８・・・車速センサ　　　　５・・・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
１８　、１４・・・加速度センサ ５１・・・運動変数目標値演算部 ５２　、５５・・・後輪コーナリングフォース目標値演
算部　　　　　　　　　　５４・・・ＰＩ演算部５８・
・・後輪コーナリングフォース検出部５６・・・コーナ
リングフォース検出部。

第２図 第３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量を検出するハンドル
   操舵量検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 所望の車両諸元を用いた車両の運動方程式 により、前記検出されるステアリングハンドル操舵量お
   よび車速に対応する車両の運動変数の目標値を求める運
   動変数目標値演算手段と、 前記運動変数目標値演算手段によつて求め られる運動変数目標値と同種の運動変数の実際値を検出
   する運動変数実際値検出手段と、前記求められた運動変
   数目標値に基づいて 前輪あるいは後輪の何れか一方の車輪を転舵する車輪転
   舵手段と、 前記検出される運動変数実際値が前記運動 変数目標値に一致するように、前輪あるいは後輪の前記
   何れか一方の車輪の舵角を補正する舵角補正手段とを備
   えることを特徴とする車両用操舵制御装置。