JPS62143767A - 車両用操蛇系制御装置 - 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、自車の運動性能を、操舵系の状態量を制御
することで、予め設定された目標とする運動性能となる
ように制御する車両用操舵系制御装置に係り、特に、内
部フィードバック機能を備え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９２を塔載した車両
は、ステアリングツ・ンドルの操舵角に対応して前輪を
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。

このため、車両の運動性能の改善には、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「学術講演会前刷集８４２０５８Ｊ
の８０７頁〜８１０頁に記載されている。

上記技術の内容は、車両の操舵特性の改ＩＩ（定常横す
べり角βをβ＝０とする）のために、車両の運動状態量
の実際値を検出しくヨーレートセンサを用いて実際のヨ
ーレートを検出している）、この検出値をフィードバッ
クしつつ後輪舵角を制御するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来技術のように、車両の運動状態
量の実際値を検出してフィードバック制御量を行うもの
にあっては、運動状態量を検出するためのセンサが必要
であり、複数の運動状態量を検出するとなるとセンサの
取付はコストや精度等が問題になって来る。

特に、車両の場合には、振動等によって、上記センサに
よる検出信号中に、ノイズが混入し易いし、フィードバ
ック時の遅延要素も多くなる。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点な解決するために、本発明は、第１図に示す
手段を備える。

運動状態量目標値演算手段１００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モデルに基づいて、
操舵時に該目標車両モデルが呈する運動状態量を少なく
とも１つ求める。

操舵系状態量可変手段１０２は、制御量発生手段１０１
から発生する自車の操舵系の状態量の制御量百に対応し
て、自車の操舵系の状態量を変化させる。

自車運動状態量推定手段１０８は、自車の運動特性のう
ち、特に、自車のサスペンションの運動特性ヲシミュレ
ートするサスペンションモデル２よび自車のローリング
運動特性をシミュレートするローリングモデルとを備え
る車両モデル圧基づいて、前記制御量が与えられたとき
に自車の運動状態量がどのような値となるかを推定する
。

比較手段１０４は、前記運動状態量目標値演算手段１０
０で求められた目標車両モデルが呈する運動状態量Ｍと
、前記自車運動状態量推定手段１０３で推定された自車
の運動状態量推定値１とを、同種のもの同志で比較する
。

制御量補正手段１０５は、前記比較手段１０５による比
較結果に基づいて、前記目標車両モデルが呈する運動状
態量Ｍと自車の運動状態量推定値Ｍ　とか一致するよう
に、前記制御量発生手段１０１から発生する制御量Ｓを
補正する。

（作用） 運動状態量目標値演算手段１００で求められた運動状態
ｉＭ圧対し、自車運動状態量推定手段１０８で推定され
た自車の運動状態量推定値Ｃが一致するように、制御ｆ
Ｓが補正されることで、操舵系状ｏｆ可変手段１０２に
よって自車の操舵系の制御がなされ、これにより、自車
の運動性能は、目標とする運動性能に等しくなるように
制御される。

また、自車運動状態量推定手段１０１３は、自車の運動
特性を備える車両モデルを用いて自■の運動状態量を推
定によって求めることから、実際の自車の運動状態量を
センサを用いて検出する場合に比して、ノイズの混入の
鷹れがなく、しかも低コストで実現できる。

さらに、自車運動状態量推定手段１０Ｂにおけル車両モ
デルは、サスペンションモデルとローリングモデルを備
えることで、特に、自暇本来の運動特性が、車両の旋回
時のロール運動に起因するサスペンション揺動に関して
トー角やホイールセンタの軸方向変位の大きい特性であ
る場合であっても、目標とする運動性能を高い精度で実
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。

演算処理装置１は、マイクロコンピュータあるいは他の
電気回路洗よって構成されており、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８で検出される本実施例装置搭載車（以
下「自車」という）の車速Ｖを入力し、所定の演算を行
って、後輪舵角指令値δ、を出力する。

前輪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
角に対応した舵角に転舵される。

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５により制御される。この後輪転舵
装置５は、演算処理装置１から入力される後輪舵角指令
値δＲに対応して油圧式ステアリング装置７へ与える油
圧を変化させて、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
いるものと略同様である）。

第８図は、上記演算処理装置１で行われる制御を示すブ
ロック線図である。

目標車両モデル演算部ｚ１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モデルに関する演算を行っ
て、前記ステアリングハンドルの操舵角（以下「ハンド
ル操舵角」とする）θＳと車速Ｖとに対応するヨーレー
ト目標償金を求める。

前記目標車両モデルは、目標とする運動性能を表わす特
性式や車両諸元等を演算式（あるいは演算回路）や演算
定数（あるいは回路定数）によって設定したシミュレー
ションモデルであり、上記ハンドル操舵角θＳと車速Ｖ
を与えたときに、目標車両モデルが呈する運動状悪童が
求められる。本実施例では、目標車両モデルが呈するヨ
ーレートを求めて、これを運動状ａｔの目標値、すなわ
ちヨーレート目標値ψとして出力する。

上記ヨーレート目標値小は、以下の演算によって求めら
れる。

工ＫＬδＦｌ　”　ＮＩＫＳｌ　（θ５−Ｎ１δＦｌ）
−”Ｋｌ”Ｆｔ　”ξＩＣＦエ　　　・・・・・（１）
Ｍ　１　＜　Ｙ　ｌ　＋　ψｔｖ　＞　＝２０Ｆ　１　
＋　２０ＲＩ　　　　＝”・・（２）工ｚｌ”ｌ　＝　
２ＬＦＩＣｐ□−ｚＬＲＩＣＲｌ　　　　＋＋＋＋＋　
ｆａｌ”Ｆｌ”δＦ０−（テ、＋ＬＦ１÷、）　／Ｖ　
　　　−・−・−（４）βＲ１”　−（Ｙｌ　−”Ｒ１
÷、）／ｖ・・・・・・（５）ＣＦ□＝ＫＦｌβＦエ　
　　　　　　　　　・・・・・・（６）ＯＲ□＝　ＫＲ
□βＲエ　　　　　　　　　　　・・・・・・（７）ψ
＝ψ１　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（８
）ここで δ１、：目標車両モデルの＠輪舵角（目標車両は２輪操
舵車であるものとする） 小、　：目標車両モデルのヨーレート ≠、二目ｒ票車両モデルのヨー角加速度テ、：目標車両
モデルの横方向速度 ■エ　：目標車両モデルの横方向加速度βＦよ：目標車
両モデルの前輪の横すべり角βＲ１’目標車両モデルの
後輪の横すべり角Ｎエ　：目標車両モデルのステアリン
グギア比ＯＦ□：目標車両モデルの前輪のコーナリング
フォース ｃＲｌ　”目標車両モデルの後輪のコーナリングフォー
ス エ、□二目標車両モデルのヨー慣性 Ｍエ　：目標車両モデルの置体重量 Ｌエ　：目標車両モデルのホイールベースＬＦよ：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工に□二目標車両モデルのキン
グピン回り慣性ＫＳｌ’目標車両モデルのステアリング
岬１性ＤＫ工：目標屯画モデルのステアリング系粘性係
数である。

このような演算により求められたヨーレート目標値小は
、減算器２２に入力され、自車モデル演算部２４から出
力される１厄のヨーレート推定値ψ　との間で差（ｉ−
ｉ”）が求められる。

そして、減算器２２の出力は、後輪舵角指令値発生部２
８に入力され、定板Ｋによって上記（÷−Ｃ）かに倍さ
れ、この値Ｋ（ｉ−ｉ”）が後輪舵角指令値δ、として
、前記後輪転舵装置５へ与えられる。

これより、後輪転舵装置５は、与えられた後輪舵角指令
値δＲの値に比例する大きさの作動油圧を油圧式ステア
リング装置７へ与え、後輪の実舵角を変化させる。

上記自車モデル演算部２４は、後輪舵角指令値に、自車
のヨーレートがどのような値になるかを演算により推定
し、演算結果をヨーレート推定値Ｃとして出力する。

このヨーレート推定償金“の演算は、自車の運動特性を
表わす特性式や自車の車両諸元（例えば、車両の出荷時
の状態における車両諸元を用いる）によって設定された
自車のシミュレーションモデル（以下「自車モデル」と
言う）を用いて行われる。この自車モデルは、自車のサ
スペンションの運動特性ヲシミュレートするサスペンシ
ョンモデルと、自車のローリング運動特性をシミュレー
トするローリングモデルとを備えている。

そして、この自車モデル演算部２４では、以下の演算を
行う。

６＊　＝　ｆ’；、＊　ａｔ　　　　　　　　・・・（
９）ｖｙ＊　づｖ、傘ｄｔ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　−（１０）−二層“ｄｔ　　　　　　　・・
・（１１）ψ本　　：、５小傘ｄｔ　　　　　　　　　
　　　　　　　　・・・　（１２）βＲ０”’Ｒ−（Ｖ
ｙ″−ＬＲ２９”　）／Ｖ　　　　　−・−（１４）Ｃ
Ｆｉ　＝　ＫＦ’ｓ　（βＦＯ＋ＲＦψ”＋ＳＦ（＄”
　、ｐ”　）／Ｖ　）−（１５）ＣＲｇ　”　ＫＲｓ　
（ＩＲ０＋ＲＲ＄”　＋ＳＲ（ψ”　、ｐ”）／Ｖ）−
（１８）φ＊　＝　（Ｄ−Ｍａ”ｙ″＋ｉ”Ｖ）　−ｃ
ｏｊ”−Ｋｏψ）／Ｉエ　　　　　　　　　　　・・・
（１９）ここで り、、　：自車モデルの前軸と重心間の距離ＬＲ２’自
車モデルの後軸と重心間の距離Ｍ２：自屯モデルの車体
重量 Ｎ、：自車モデルのステアリングギヤ比■、２：自車モ
デルのヨー慣性 Ｏｙｓ　：自車モデルの前輪コーナリングフォースＣＲ
２”自車モデルの後輪コーナリングフォースに、、：自
車モデルの前輪コーナリングパワーＫＲｇ　’自車モデ
ルの後輪コーナリングパワーＤ　：自車モデルのロール
センタと重心間の距離 Ｋｏ：自車モデルのロール剛性 Ｃｏ：自車モデルのロール減衰係数 工、：自車モデルのロール慣性 Ｖ“：自車モデルの横方向速度の推定値Ｑ“　：自車モ
デルの横方向並進加速度の推定値Ｃ：自車モデルのヨー
レートの推定値 ψ　、自車モデルのヨー角加速度の推定値ψ　：自車モ
デルのロール角 ψ　：自車モデルのロール角速度の推定値ψ　：自車モ
デルのロール角加速度の推定値ＲＦ：自車モデルの前輪
のロールステア係数ＲＲ：自車モデルの後輪のロールス
テア係数Ｓｙ（ψ１，９！、＊）：自車モデルの前輪の
ホイールセンタの変位速度 ＳＲ（φ＊、Ｆ＊）　：自車モデルの後輪のホイールセ
ンタの変位速度 βＦ”ロール運動を考慮しない場合の自車モデルの前輪
横すべり角 βＲ０二ロール運動を考慮しない場合の自車モデルの後
輪横すべり角 である。

上記式（１９）の数学モデルがローリングモデルであり
、上記後輪舵角目標値／ＪＲに自車の後輪１１゜１ｚを
転舵したと仮定した場合の自車のロール角加速度を推定
する。

マタ、サスペンションモデルとしては、上記ｓＦ（ψ“
、ｔｐ”＞とＳＲ（ψ“、Ｃ）をロール角速度の推定償
金“とロール角の推定値ψ“Ｋ対応して求めるデータテ
ーブルを設けると共に、上記ＲＦとＲＲを設定している
。

このデータテーブルは、自車の前輪のホイールセンタ変
位速度と後輪のホイールセンタ変位速度と、自車のロー
ル角との関係を、自車のサスペンション特性（キャンバ
角やトー角等を考慮したサスペンションジオメトリ−）
に従って求め、この関係をデータテーブルとしたもので
ある。

具体的には、このデータテーブルは、φ４と−によって
ＳＦ（ψ“、−勺およびＳＲ（ψ＊　、ｔｐ＊　＞が求
められるような二次元的データテーブルである。このよ
うに、ψ“とφ“からＳｙ　、　ＳＲを決める理由は、
次の如くである。

ロール角ψは、ホイールセンタの車軸方向変位との間に
第４図に示すような関係がある。

そして、あるロール角φＡのときのホイールセンタの変
位速度Ｓは、ψＡにおけるロール角速度φＡが知られた
とぎに求められる。すなわち、図中のベクトルで示すよ
うな関係でψ□、φＡからＳが求められるのである。

前記式（１Ｂ）　、　（１４）で求められる前輪横すべ
り角βＦ０と後輪横すべり角βＲ０は、ロール運動を考
慮しない値である。

ここで、タイヤのコーナリングフォースは、コーナリン
グパワーとタイヤ横すべり角で決まるものである。とこ
ろで、車両旋回時には、前述した様にサスペンションの
揺動に応じてトー角やホイールセンタの軸方向変位が発
生する為、前記タイヤ横すべり角が変化する。従って前
記コーナリングフォースに、ロール運動により発生する
トー角変化、つまりロールステア量に対応したロールス
テア成分およびホイールセンタの軸方向変位量に対応し
たサスペンション運動成分を含ませることで、ヨーレー
ト推定値φ“を、ローリングによるトー角変化およびロ
ーリング時ホイールセンタが軸方向に変化するというサ
スペンション運動を考慮した値にすることができる。

従って、前記式（１５）　＃　（１６）に示されるよう
に、前輪コーナリングフォースＣＦｌと後輪コーナリン
グフォースＣＲｇの演算中に、ロールステア成分Ｒｙｔ
ｐ″とＲＲＣｌおよびサスペンション運動成分ＳＦ（ψ
”　、ｊ勺／ＶとＳＲ（ψ゛、ｔｐ″）／ｖが入ってい
る。

前輪ロールステア係数ＲＦと後輪ロールステア係！＆Ｒ
Ｒは、ロール角ψに対するβＦ０あるいはβＲ０の補正
係数であり、予め、演算により相互の関係を求め、この
結果からＲＦ、ＲＲを決定しておく。

但し、ロールステアの非線形性が強い場合には、ロール
角ψとＲ，、ＲＲの関係をデータテーブルにして、上記
（１２）式で求められたロール角推定値ψ“に対応する
値を求めるようにすれば、より精度が向上する。

上記サスペンション運動成分Ｓｙ（φ“、Ｉｌ）＊）／
ｖトＳＲ（ψ１．ｔｐ＊）／ｖは、それぞれ、ロール軸
に対する前輪の横すべり角βＷＦと、ロール軸に対する
後輪の横すべり角βＷＲに等しい。

すなわち、第５図に示すように、サスペンションの揺動
（置体のロールに伴うもの）によって、ホイールセンタ
が車軸方向にＳで変位し、このときの車速がＶであった
とすると、タイヤは、ロール軸Ｒ６（すなわち、車両の
Ｘ軸）に対して、／Ｗの角度で横すべりを生じているこ
とＫなる。

ここで、１ｗ　＝　ｔａｎ　　（Ｓ／Ｖ）であり、βＷ
ユＳ／Ｖと近似できるので、上記ＳＦ（ψ°“諜５／ｖ
とＳＲ（ψ“、≠”）／Ｖが、β訂とβＷＲＫ等しいも
のであることになる。

このような演算で求められた自車のヨーレート推定値小
本は、前記減算器２２と後輪舵角指令値発生部ｚ８とで
行われる比例制御における負帰還量となる。

従って、後輪舵角指令値δＲは、前記ヨーレート目標償
金に自車のヨーレート推定値Ｃが一致して、（ψ−ψ　
）−０となるまで出力され、後輪１１．１２０転舵が行
われる。

そして、（ψ−ψ　）＝０となったときに、後輪の転舵
は停止し、このときの自車の実際のヨーレートは、ヨー
レート目標償金に等しくなる。すなわち、自車の運動性
能が、目標車両モデルが保有する目標とする運動性能に
等しくなる。

なお、上記実施例では、ヨーレートの目標償金と推定値
Ｃを用いる例を示したが、これは、他の運動状態量、例
えば、横すべり角あるいは横加速度等を対象とするもの
でも良い。

また、操舵系の制御対象となる状態量として、後輪の舵
角を対象とした例を上記実施例に示したが、これは、前
輪の舵角あるいは、前輪と後輪の両者の舵角を対象とし
たり、若しくは、車輪のコーナリングフォース等を制御
対象としても良い。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、予め設定された
目標とする運動性能を、自車の操舵系の状態量を制御す
ることで自車の運動性能として実現できることによって
、車両の運動性能を自在に制御することが可能である。

また、上記目標とする運動性能の実現精度の向上のため
に必要な、自車の運動状態量のフィードバックに際し、
センサによる実測値のフィードバックに代替して、自車
の運動特性を備える自車モデルを用いて、自車の運動状
態量を推定してフィードバックするようにしたことによ
り、センサによる実測値のフィードバックの場合のよう
な車両の撮動等に起因するノイズが混入することがなく
、また、センナを設けるのに必要なコストも不要となる
。さらに、センサによる実測値を演算に用いるために適
当な信号にするための信号処理の困難さにおいても、本
発明は、このような困難が生じることがなく、処理が容
易である。

また、本発明は、上記自車モデルに、自車のサスペンシ
ョンモデルとローリングモデルヲ備エサせたことで、サ
スペンション揺動に伴って、自車モデルの運動特性が実
際の自車の運動特性から太き（外れることがなく、目標
の運動特性の実現精度をサスペンション揺動時において
も高（保つことができる。

【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８ＩｇＪは第２図中の演算処理装置において行われる
制御を示すブロック線図、 第４図はホイールセンタの変位速度Ｓとロール角ψおよ
びロール角速度の関係を示す図、第５図はホイールセン
タの変位速度Ｓおよび車速とロール軸に対するタイヤ横
すべり角βＷの関係を示す図である。 １００・・・運動状態量目標値演算手段１０１・・・制
御量発生手段 １０２・・・操舵系状態量可変手段 １０Ｂ・・・自車運動状態量推定手段 １０４・・・比軸手段　　　　１０５・・・制御量補正
手段１・・・演算処理装置　　　２・・〕・ンドル操舵
角センサ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 ９．１０・・・前輪　　　　　１１　、１２・・・後輪
２１・・・目標車両モデル演算部 ２２・・・減算器 ２３・・・後輪舵角指令値発生部 ２４・・・自車モデル演算部 θＳ・・・ハンドル操舵角　　Ｖ・・・車速小・・・ヨ
ーレート目標値（運動状態量目標値）Ｃ・・・ヨーレー
ト推定値（自車の運動状態量推定値） δ。・・・後輪舵角指令値（操舵系の状態量の制御量）
特許出願人　日産自動車株式会社 第２図 第３図 墨 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め設定された目標とする運動性能を備える目標車
   両モデルに基づいて、操舵時に該目標車両モデルが呈す
   る運動状態量を少なくとも１つ求める運動状態量目標値
   演算手段と、 自車の操舵系の状態量の制御量を発生する制御量発生手
   段と、 前記制御量に対応して、自車の操舵系の状態量を変化さ
   せる操舵系状態量可変手段と、 自車の運動特性のうち、特に、自車のサスペンションの
   運動特性をシミュレートするサスペンションモデルおよ
   び自車のローリング運動特性をシミュレートするローリ
   ングモデルとを備える車両モデルに基づいて、前記制御
   量が与えられたときに自車の運動状態量がどのような値
   になるかを推定する自車運動状態量推定手段と、 前記運動状態量目標値演算手段で求められた目標車両モ
   デルが呈する運動状態量と、前記自車運動状態量推定手
   段で推定された自車の運動状態量推定値とを、同種のも
   の同士で比較する比較手段と、 該比較手段によって比較が行われる前記目標車両モデル
   が呈する運動状態量と自車の運動状態量推定値とが一致
   するように、前記制御量発生手段から発生する制御量を
   補正する制御量補正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。