JPS63195067A - 車両用実舵角制御装置 - 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、前輪の操舵に応じて後輪を転舵するととも
に、後輪舵角を適正制御するようにした車両用実舵角制
御装置に関するものである。

（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のみ
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、従って、
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５９−１８８
１５３号において、目標とする運動性能を備える目標車
両モデル（規範モデル）を想定し、該目標車両モデルに
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
なわち目標車両モデルが呈する運動変数の値を求め、こ
の運動変数目標値を自車（制御対象車両）で実現するよ
うに、自車の車輪（前輪および後輪）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、自在に運動性能を制御
することができるのである。

さらに、本出願人は、上記の装置を改良して所望の横加
速度応答特性が得られるようにした装置を、先に、特願
昭６１−８２３５９号にて提案している。

この装置では、目標車両モデルを用いて横加速度の目標
値を定める一方、自車の運動性能を備える自車モデルに
より、自車の横加速度および他の運動変数の推定値をそ
れぞれ求め、そして、横加速目標値と内部出力フィード
バックとしての横加速度推定値との偏差および、内部状
態フィードバックとしての上記他の運動変数の推定値を
、最適レギュレータ理論により定めた所定のゲインをそ
れぞれに乗じた上で加え合わせ、それによって得た後輪
実舵角目標値に基づき後輪を舵角制御しており、この装
置によれば、内部フィードバックにより、外乱や環境変
化の影響を受けることなく、横加速度目標値を自車で実
現することができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、本願発明者らは、上記装置について、さらに
研究を重ねるうちに、次の改良点を見出した。

すなわち、上記装置では、横加速度特性が後輪非操舵の
通常の車両並であれば、極めて望ましい応答を得られる
のであるが、さらに、通常車両に対し、より機敏な走行
を行わせようとして、前記横加速度目標値のステアリン
グハンドル操舵量に対するゲインを後輪非操舵の場合よ
りも高く設定するためには、改良が必要となる。

この場合、目標車両モデルのゲインを決定する定数を大
きくすれば良いのであるが、このようにすると、第６図
に示すように、ステップ的に操舵量を変化させたときに
、所期においては、後輪が前輪に対し逆相に転舵され、
後輪コーナリングフォースが前輪コーナリングフォース
を一時的に上まわって、図中Ｂで示す自車の横加速度の
符号が図中Ａで示す横加速度目標値の符号と異符号にな
る状態、いわゆる逆応答が生ずることがあった。

そしてこの点についてさらに検討した結果、上記装置で
は、後輪実舵角δつに対する横加速度αの伝達関数が次
式 で表されるものとなることが判明した。

但し、Ｃ８・２に、・Ｉ２ Ｃ！”４ＫＦ・Ｋｌ−Ｌ Ｃ，、Ｉ’ｌ　−１２ ｖ″ であり、ここで、■２：自車のヨー慣性モーメントＭ　
：自車の車両質量 に、：　自車の前輪コーナリング パワー に８：　自車の後輪コーナリング パワー Ｌ２：自車の前車軸と重心との 間の距離 Ｌｍ　：自車の後車軸と重心との 間の距離 ■　：自車の車速 Ｓ　ニラプラス演算子 である。

従って、上記装置は、式（１）の右辺の分子第３項が負
債となることから非最小位相系となっており、これがた
め、後輪実舵角目標値を求めるためのゲインを最適レギ
エレータ理論を用いて計算する際の評価関数への重み付
けの施し方によっては、上述の逆応答が発生することが
ある。

この発明は、後輪コーナリングフォースが後輪実舵角に
対応して変化する点に鑑みて、運動変数の目標値および
推定値から逆応答の発生が予想される場合には後輪実舵
角の変化を規制する構成に上記装置を改良した車両用実
舵角制御装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の車両用実舵角制御装置は、ステアリ。

ングハンドルの操舵量θ、を検出する掻舵量検出。

手段１０１と、 車速■を検出する車速検出手段１０２と、前記検出され
る操舵量θ、および車速Ｖに基づき、目標車両モデルの
運動に関する演算を行って、車両の運動に関する運動変
数の目標値Ｍ０を求める運動変数目標値演算手段１０３
と、 前記検出される操舵量θ、および車速Ｖと、後述の後輪
実舵角指令値δｒとに基づき、自車モデルの運動に関す
る演算を行って、前記運動変数目標値Ｍ。と同種の、車
両の運動に関する運動変数の推定値Ｍ０を求める運動変
数推定値演算手段１０４　と、 前記運動変数目標値１゜ど前記運動変数推定値Ｍ、との
偏差に基づき、前記運動変数目標値Ｍ０を自車で実現す
るための後輪実舵角目標値６″５を求める後輪実舵角目
標値演算手段１０５と、符号の場合には変化を規制され
た後輪実舵角指令値δｒを出力し、それ以外の場合には
前記後輪実舵角目標値δ１に一致する後輪実舵角指令値
δ１を出力する後輪実舵角指令値規制手段１０６と、 後輪を舵角制御して、該後輪の実舵角を前記後輪実舵角
指令値δｒに一敗させる後輪転舵手段１０７とを具えて
なる。

（作　用） かかる装置にあっては、運動変数目標値演算手段１０３
が求めた運動変数目標値Ｍ０と、運動変数推定値演算手
段１０４が求めた運動変数推定値Ｍ０との偏差に基づき
、後輪実舵角目標値演算手段１０５が運動変数目標値Ｍ
０を自車で実現するための後輪実舵角目標値δえを求め
、後輪実舵角指令値規制手段１０６が、通常は、前記δ
、に一致する後輪実舵角指令値δｒを出力し、そして、
このδ１に対応して、後輪転舵手段１０７が後輪を舵角
制御する。

一方、上記偏差が所定値よりも大で、かつ、還り、その
運動変数について逆応答の発生が予想される場合には、
後輪実舵角指令値規制手段１０６が、後輪実舵角指令値
δ１を、その変化を規制して出力し、これによって後輪
転舵手段１０７が後輪のさらなる転舵を規制される。

従ってこの装置によれば、目標車両モデルにおける、ス
テアリングハンドル操舵量に対する例えば横加速度等の
運動変数のゲインを高めても逆応答の発生を有効に防止
し得るので、通常車両よりも横加速度の応答性能を高め
ながらも、車両の走行安定性を確保した上で車両の運動
性能を所望のものとすることができる。

（実施例） 以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第２図はこの発明の車両用実舵角制御装置の一実施例を
示す構成図であり、図中１．２は自車（制御対象車両）
の左右前輪、３．４は自車の左右後輪を示す。

ここにおける左右前輪１．２は通常の機械リンク弐転舵
装置５によりステアリングハンドル６の操舵量に対応し
た舵角に転舵可能とし、一方、左右後輪３，４は、供給
油圧を制御する油圧制御装置７および、この油圧制御装
置７から作動油圧を供給される油圧式転舵装置８により
、油圧制御装置７に与える信号に応じて転舵可能とする
（詳細は、特開昭６１−６７６６５号公報を参照のこと
）。

そしてここでは、ステアリングハンドル６の、操舵量と
しての操舵角θ、を、操舵量検出手段１０１としての通
常の操舵角センサ９により検出するとともに、自車の車
速Ｖを、車速検出手段１０２としての通常の車速センサ
１０により検出して、これらの検出した操舵角θ５、車
速Ｖを、通常のマイクロコンピュータあるいは他の電気
回路からなる演算処理装置１１に入力する。

またここでは、演算処理装置１１が演算する後述の後輪
実舵角指令値δ１を、出力信号として油圧制御装置７に
与えて、後輪３，４の実舵角δえが上記後輪実舵角指令
値δ１に一致するように後輪３，４を舵角制御する。従
って、上記油圧制御装置７および油圧式転舵装置８は後
輪転舵手段１０７に相当する。

第３図は、上記演算処理装置１１を機能ブロックにて示
すものであり、ここで、横加速度目標値演算部２１は、
予め設定した目標とする運動性能を有する目標車両モデ
ルに関する以下の式の演算を行って、入力された操舵角
θ、と車速Ｖとに基づき、車両の運動に関する運動変数
の目標値１゜とじての横加速度目標値ｉを求め、これを
出力する。

尚、ここでは、目標車両モデルの横加速度伝達特性を、
次式 の、車速■の関数となる一次遅れ系として設定してあり
、上記の式（２）　、　（３）は、この式（４）から導
いたものである。但し、τは時定数、Ｇ　（Ｖ）は車速
Ｖに応じて変化するよう設定したゲインであり、このゲ
インＧ　（Ｖ）は、通常の車両よりも応答性を高め得る
よう大きめに設定する。

従って、この横加速度目標値演算部２１は運動変数目標
値演算手段１０３として機能する。

またここで、横加速度推定値演算部２２は、入力された
操舵角θ、および車速Ｖと、後述する後輪実舵角指令値
δｒとに基づき、自車の運動を以下の状態方程式および
出力方程式で表した自車モデルを用いて、車両の運動に
関する運動変数の推これらを出力する。

２（ＫＲ−Ｌｌｌ−ＫＦ　・　しＦ） ２（Ｋｍ−Ｌｌｌ−ＫＦ・ＬＰ） ２（ＫＲ＋ＫＦ） Ｉ２・Ｎ 門・Ｎ 門 であり、ここで、Ｎは自車のステアリングギヤ比、他は
前記と同様である。

従って、この横加速度推定値演算部２２は運動変数推定
値演算手段１０４として機能する。

このようにして求められた横加速度目標値ｉ、横加速度
推定値α、ヨーレート推定値φおよび横方向速度推定値
■、は後輪実舵角目標値演算部２３に入力され、この後
輪実舵角目標植演７算部２３は、最適レギュレータ理論
に基づき決定される最適制御ゲイ７に＋＋（Ｖ）、　Ｋ
＋ｚ（Ｖ）、　１ｈ（Ｖ）、　Ｋ：１（Ｖ）を用イテ、
内部出力フィードバック、内部状態フィードバックおよ
び目標車両モデルの運動変数のフィードフォワード補償
を行い、入力となる横加速度目標値ｉに、実際に自車に
生ずる横加速度が追従するように、後輪を舵角制御する
。

すなわち、この後輪実舵角目標値演算部２３は、モデル
フォロイング制御における前置補償器の働きをなすもの
であり、以下の式の演算を行って、後輪実舵角指令値八
を求める。

＾　　　　　＾　Ｌ（Ｖ）　　　Ａ− δＲ□Ｌ＋（Ｖ）　’　ＳＰ　’　＋Ｋｔｚ（Ｖ）　Ｉ
　Ｖ、＋　　　　　’　（（ｒ−（ｒ）＋Ｋｚ（Ｖ）　
　・　α　　　　　・・・　（７ンこの式（７）の右辺
第１項および第２項は、内部状態フィードバックとして
ヨーレート推定値ψおよび横方向速度推定値■アを与え
て制御を安定化させるための項、右辺第３項は横加速度
目標値ｉと内部出力フィードバックとしての横加速度推
定値αとの偏差を無くすための項、右辺第４項は運動変
数フィードフォワードとしての横加速度目標値τを与え
て過渡運動時の追従性を良好ならしめるための項である
。

また、上記各ゲインに＋＋（Ｖ）＋　Ｋ＋ｚ（Ｖ）、　
Ｋｇ（Ｖ）。

に、（Ｖ）は、前述したように、最適レギエレータ理論
に基づいて決められる最適制御ゲインであり、かつ、こ
れらは、車速■に依存するものである。

従って、本実施例では、各ゲインを車速■の関数として
、予め各車速毎の値をデータテーブルの形でメモリ内に
記憶しておき、車速Ｖが入力されたときに、このデータ
テーブルのルックアップにより各ゲインを決定する（詳
細は、特願昭６１−８２３５９号を参照のこと）。

従って、この後輪実舵角目標値演算部２３は後輪実舵角
目標値演算手段１０５として機能し、ここで求められた
後輪実舵角指令値乙は、横加速度目標値Ｉおよび横加速
度推定値αとともに、後輪実舵角指令値規制手段１０６
としてのリミッタ２４に入力される。

このリミッタ２４は、次式 ％式％（８） の演算を行って、横加速度の目標値αと推定値αとの偏
差の大きさく絶対値）εを求めるとともに、それらαと
αとの積（α・α）の符号の正負を調べてτとαとが相
互に異符号（例えばＫ＞Ｏでα＜０）であるか否かを判
断し、偏差の大きさεが所定値ε。よりも大で、かつ、
横加速度目標値フと横加速度推定値αとが異符号の場合
以外には、後輪実舵角目標値δ５に等しい値の後輪実舵
角指令値δｒを出力する。そして、この一方、ε〉ε。

で、かつ、α・α〈Ｏである場合には、後輪実舵角指令
値δ１を後輪実舵角目標値δ□に一致させて変化させる
と横加速度の逆応答が生ずるおそれがあることから、後
輪実舵角指令値δｒを変化させずホールドして出力する
。

尚ここで、偏差の大きさεが所定値ε。以上の場合とい
う条件を附加しであるのは、横加速度推’＞ 定値αが横加速度目標値αに追従して正常に変化してい
る場合でも、横加速度推定値妄がＯを通過して逆符号に
変化する際には、偏差εが極めて小さい状態で、横加速
度の目標値にと推定値αとが異符号になることがあり、
これを判別して制御精度を高めるためである。

以上述べた装置によれば、自車の横加速度が、横加速度
目標値フに一致することｋなり、目標車両モデルが保有
する運動特性を自車で実現できることになる。

そして、操舵初期の横加速度の逆応答を防止し、安定走
行を図ることができる。

第４図は、本実施例装置を搭載した車両の操舵時の後輪
実舵角と横加速度の変化を示す特性図である。

同図から判るように、操舵、初期に、横加速度の目標値
τと推定値αとが異符号となり、かつそれらの偏差が所
定値よりも大きくなっても、リミッタ２４が作動して後
輪実舵角δ８の変化を規制しており、これにより、後輪
のコーナリングフォースの増加が抑制されて、横加速度
の逆応答が生じなくなっている（図では特性Ａが横加速
度目標値１の、また特性Ｂが自車の実際の横加速度αの
変化をそれぞれ表している）。

また、本実施例は、上述のように、出力フィードバック
、状態フィードバック、目標車両モデルの運動変数のフ
ィードフォワード補償を行うことで、外乱や環境変化に
影響されることなく横加速度目標値τを実現できる。

第５図は、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ｌで実行される
処理を示すフローチャートであり、この処理は所定時間
Δを毎に繰返し実行される。

ここでは、先ずステップ３１にてステアリングハンドル
の操舵角θ３と車速■とを入力し、次に、横加速度目標
値演算部２１に相当するステップ３２゜３３で、式（２
）　、　（３）の演算を順次に行って横加速度目標値フ
を求める。

引続くステップ３４．３５は横加速度推定値演算部２２
に相当し、ここでは、式（５）を書変えた以下の式 そして、後輪実舵角目標値演算部２３に相当するステッ
プ３６．３７では、メモリ内にあらかじめ書込んでおい
たデータテーブルから、車速■に対応するゲイ７Ｋｌｌ
（Ｖ）、　に＋ｚ（ｖ）、　Ｋ２（Ｖ）ｌおよびに：＋
（Ｖ）を読出し、これらを用いて式（７）の演算を行っ
て後輪実舵角目標値δ１を求める。

ステップ３８〜４２は、リミッタ２４に相当する処理で
あり、ここでは、ステップ３８で式（８）を用いて横加
速度の目標値フと推定値αとの偏差の大きさεを求め、
ステップ３９．４０で、偏差の大きさεが所定値ε。よ
りも大で、かつ、横加速度の目標値にと推定値αとが相
互に異符号であるか否かを判断し、この結果が否であれ
ば、ステップ４１で後輪実舵角指令値δｒを今回求めた
後輪実舵角指令値八と等しくし、上記判断の結果が正で
あれば、ステップ４２にて後輪実舵角指令値δ１を、Δ
を時間以前の前回この処理を実行した際に求めた後輪実
舵角目標値δ、に等しくする。すなわち、この後者の場
合には、後輪実舵角指令値δｔの変　化を規制する。

その後は、このようにして決定した後輪実舵角指令値δ
ｒをステップ４３にて出力し、リターンする。

かかる処理によれば、第３図の構成と同様の作用効果を
達成することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明においては、
例えば、運動変数としてヨーレートや横方向速度を用い
ることも可能であり、この場合には、自車のヨーレート
や横方向速度を所望のものとすることができる。

（発明の効果） かくして、この発明の車両用実舵角制御装置によれば、
目標車両モデルにおける、ステアリングハンドル操舵量
に対する横加速度のゲインを高めても、逆応答の発生を
有効に防止し得るので、後輪を操舵しない通常車両より
も横加速度の応答性能を高めながらも、車両の安定走行
性を確保した上で車両の運動性能を所望のものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の概念図、 第２図はこの発明の装置の一実施例を示す構成図、 第３図は第２図中の演算処理装置の構成を示すブロック
線図、 第４図は上記実施例の作用を示す特性図、第５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６図は先願に係る装置の動作を示す特性図である。 １０１・・・扱舵量検出手段　１０２・・・車速検出手
段１０３・・・運動変数目標値演算手段 １０４・・・運動変数推定値演算手段 １０５・・・後輪実舵角目標値演算手段１０６・・・後
輪実舵角指令値規制手段１０７・・・後輪転舵手段 ３．４・・・後輪 ６・・・ステアリングハンドル ７・・・油圧制御装置　　　８・・・油圧式転舵装置９
・・・操舵角センサ　　　１０・・・車速センサ１１・
・・演算処理装置 δ３・・・ステアリングハンドルの操舵量（操舵角）■
・・・車速　　　　　　　Ｍｏ・・・運動変数目標値Ｍ
０・・・運動変数推定値 τ・・・横加速度目標値　　舎・・・横加速度推定値δ
、・・・後輪実舵角目標値 δ１・・・後輪実舵角指令値

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステアリングハンドルの操舵量を検出する操舵量検
   出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 前記検出される操舵量および車速に基づき、目標車両モ
   デルの運動に関する演算を行って、車両の運動に関する
   運動変数の目標値を求める運動変数目標値演算手段と、 前記検出される操舵量および車速と、後述の後輪実舵角
   指令値とに基づき、自車モデルの運動に関する演算を行
   って、前記運動変数目標値と同種の、車両の運動に関す
   る運動変数の推定値を求める運動変数推定値演算手段と
   、 前記運動変数目標値と前記運動変数推定値との偏差に基
   づき、前記運動変数目標値を自車で実現するための後輪
   実舵角目標値を求める後輪実舵角目標値演算手段と、 前記偏差が所定値より大でかつ前記運動変数目標値と前
   記運動変数推定値とが相互に異符号の場合には変化を規
   制された後輪実舵角指令値を出力し、それ以外の場合に
   は前記後輪実舵角目標値に一致する後輪実舵角指令値を
   出力する後輪実舵角指令値規制手段と、 後輪を舵角制御して、該後輪の実舵角を前記後輪実舵角
   指令値に一致させる後輪転舵手段とを具えてなる車両用
   実舵角制御装置。