JP2606295B2 - 車両用実舵角制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車輪の実舵角を調整することで車両の運動
特性を制御する車両用実舵制御装置に関する。

（従来の技術） 従来から規範モデルで与えた所望の過渡応答を得る方
法は、各種提案されているし開示されていて、第７図〜
第９図に代表的な３方式を示す。いずれも、規範モデル
で与えた応答に実際のヨーレートを一致もしくは追従
させようとしたものである。

第７図は、一般的なフィードバック制御に基づくも
ので、特開昭61−27763号の実施例として示されてい
る。

この方式の場合、車両の性能を全てヨーレートを検
出するフィードバックセンサの依存し、フィードバック
センサの故障が車両として致命傷となるばかりでなく、
雪道，凍結路等の極端な環境変化に対し、閉ループ（フ
ィードバックループ）の安定性を確保するのが困難であ
る等、実用上の問題がある。

第８図は、特開昭61−67670号公報や特開昭61−115
776号公報等に示されるように、フィードフォワード方
式で、自車の動特性を予め車両運動力学モデルとして与
え、規範モデルで設定される目標値を実現するために必
要な舵角を計算する方式であり、制御系の安定性は補償
されている。この方式に場合、自車特性が正確にモデリ
ングされていれば、規範モデル通りの応答が得られるも
のの、横風外乱やモデリング誤差の要因となる環境変化
（パラメータ変動）に対しては無防備である。

第９図は、特開昭62−247979号公報に示されるよう
に、第８図で示すフォードフォワード方式を基本にフィ
ードバック補償を加えたもので、通常はフィードフォワ
ード系により車両の応答が規範モデルの応答と一致する
様に制御され、外乱やある程度のパラメータ変動は、フ
ィードバック系により吸収可能としている。

また、この制御系においては、特開昭62−247979号公
報の第２クレームや実施例に記載されているように、フ
ィードバック補償の舵角をリミッタで制限することによ
りフィードバックセンサの故障や極端な環境変化に対す
る安全性を確保出来るようにしている。

そして、この方式の特徴は、乾燥した舗装路等のコン
ディションの良好な路面では、フィードフォワード制御
で規範モデルとほぼ同様の応答を得られるようにし、性
能上フィードバック系の負担を軽くすることでフィード
バックゲインやリミッタの設定値を小さめに設定するこ
とが可能となり、フィードバック制御系を含む制御シス
テム全体の安定性を確保出来る点にある。

即ち、良好なコンディション下においては、フィード
フォワード制御のみで十分な性能が得られることがこの
方式の前提となっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、実際には、車両の動特性をマイクロコ
ンピュータ等で計算可能なように比較的簡単なモデルで
近似的に記述した場合、良好なコンディション下におい
てもモデル化誤差が生じる為、フィードフォワード補償
では実車両の応答と規範モデルの間に、特に位相特性の
面で差が出てしまうという問題がある。

上記問題点について、実験結果に基づき説明を加え
る。

フィードフォワード補償のみのの方式により後輪舵
角制御を実施した車速120km/hにおけるヨーレート周波
数応答試験結果を規範モデルと比較して第10図に示す。
尚、第10図で、実線は制御目標である規範モデルの特性
で、破線が四輪操舵制御を行なった実車両の特性であ
る。

この車両において、規範モデルは次の様に設定されて
いる。

但し、s:微粉オペレータ また、自車特性は良く知られた線形２自由度平面運動
モデルで近似されており、車両諸元値としては、次の値
が与えられている。

μ＝153.78kgf・s²/m I_Z＝225kgf・ｍ・s² L_F＝1.22m L_R＝1.428m eK_F＝4629.86kgf/rad K_R＝7592.4kgf/rad Ｎ＝17.6 第10図を見ると、実車のヨーレート周波数特性のうち
ゲインは規範モデルに近いものが得られているが、位相
特性は全周波数域で規範モデルに比べ遅れが大きくなっ
ている。

この主たる原因は、自車特性のモデル化誤差によるも
ので、第11図にはモデル化した自車特性を実線で、車両
の基本特性（４輪操舵制御を行なわないメカニカルな前
輪操舵状態での特性）の実測値を破線で示してあるが、
両者は位相特性の面で差が大きく、丁度この基本特性の
モデル化誤差が、第10図における四輪操舵制御時の規範
モデルと実車輪の特性との合に相当している。

に示す方式にあっては、第10図に示すように位相特
性において規範モデルと差があっても、第11図に示すベ
ース特性（2WS）に対する制御効果、即ち、性能向上代
という面から見るとゲイン特性はほぼフラットな特性を
示し、共振もほとんど見られず、位相特性も高周波域の
位相遅れが改善される等ほぼ期待通りのものが得られて
おり、十分満足できる結果と言うことが出来る。

ところが、に示す方式においては、フィードフォワ
ード制御部分が方式と全く同様となっているので、フ
ィードフォワード系のみで位相特性において規範モデル
と上記の様な差を持っていると、これにフィードバック
補償を加えた場合、フィードバック系は位相特性をより
規範モデルに近づける様に作動し、操舵周波数が高い場
合に過渡的に大きな補償舵角が必要となり、良好なコン
ディション下ではほとんど補償舵角を必要としないとい
うの方式のメリットが得られないという問題がある。

本発明は、このような問題に着目してなされたもの
で、良好なコンディション下ではほとんどフィードフォ
ワード系のみで所望の車両動特性が実現され、フィード
バック系は主に外乱やパラメータ変動を吸収する場合の
みに作動するようにすることで、補償操舵量及びフィー
ドバックゲインを小さめに設定しても十分な性能を得ら
れると共に、高い安全性を持つ制御システムを実現出来
る車両用実舵角制御装置の開発を課題とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明の車両用実舵角制御
装置では、規範モデル出力は仮想的目標値としてフィー
ドフォワード制御系に用い、この出力に所定の遅れを持
たせた値を真の目標値としてフィードバック制御系に用
いる手段とした。

即ち、第１図のクレーム対応図に示すように、運転者
による操舵指令S₁を検出する操舵指令検出手段100と、 車速S₂を検出する車速検出手段101と、 目標とする動特性を数学モデル化してなる規範モデル
に前記操舵指令S₁及び車速の検出値S₂を与え、自車で実
現しようとするヨーイング運動及び横運動に関した少な
くとも１つの運動状態量の第１の目標値S₃₁を少なくと
も１種類以上求める運動状態量目標値演算手段102と、 前記第１の運動状態量目標値S₃₁を自車で実現するた
めに必要な前輪及び後輪のうち少なくとも一方の制御対
象車輪の舵角の操作量の目標値S₄を、自車の車両諸元値
と自車の運動特性に基づき決定する舵角操作量目標値決
定手段103と、 前記第１の運動状態量目標値S₃₁を入力し、所定時間
の遅れを持たせて第２の運動状態量目標値S₃₂を出力す
る遅れ要素108と、 自車に生じるヨーイング運動及び横運動に関して運動
状態量のうち前記少なくとも１つの運動状態量目標値S
₃₁と同種の運動状態量S₅を検出する運動状態量検出手段
104と、 前記第２の運動状態量目標値S₃₂と前記運動状態量検
出値S₅の差に対応して、前記舵角操作量目標値S₄に対す
る補助操作量S₆を決定する補助操作量決定手段105と、 前記舵角操作量目標値S₄に前記補助操作量決定手段10
5からの補助操作量を加え合わせて、舵角操作量目標値S
₄を修正する目標値修正手段106と、 該目標値修正手段で修正された後の修正舵角操作量目
標値S₇に従って前記制御対象車輪の実舵角を調整する車
輪実舵角調整手段107と、 を備えている手段とした。

（作 用） まず、運動状態量目標値演算手段102において、目標
とする動特性を数学モデル化してなる規範モデルに操舵
指令検出手段100からの操舵指令S₁及び車速検出手段101
からの車速の検出値S₂を与え、自車で実現しようとする
運動状態量の第１の目標値S₃₁が少なくとも１種類以上
求められる。

そして、舵角操作量目標値決定手段103において、前
記求められた第１の運動状態量目標値S₃₁に基づいて、
該運動状態量目標値S₃₁を自車で実現するために必要な
前輪または後輪のうち少なくとも一方に制御対象車輪の
舵角の操作量の目標値S₄が決定される。

一方、遅れ要素108においては、前記第１の運動状態
量目標値S₃₁を入力し、所定時間の遅れをもたせて第２
の運動状態目標値S₃₂が出力される。

そして、補助操作量決定手段105においては、前記遅
れ要素108からの第２の運動状態量目標値S₃₂と、運動状
態量検出手段104からの運動状態量S₅とを入力し、両者
の差に対応して、前記舵角操作量目標値S₄に対する補助
操作量S₆が決定される。

次いで、目標値修正手段106において、前記舵角操作
量目標値S₄に前記補助操作量制限手段108からの補助操
作量S₆を加え合せて、舵角操作量目標値S₄が修正され
る。

最後に、前記目標値修正手段106で修正された後の修
正舵角操作量目標値S₇に従って車輪実舵角調整手段107
では前記制御対象車輪の実舵角が調整されることにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

尚、この実施例は、所望のヨーレート応答モデル（規
範モデル）を設定し、車両の応答がこれに一致するよう
に後輪の舵角を与えるヨーレートモデル適合制御により
車両用後輪舵角制御装置である。

まず、構成を説明する。

第２図は実施例の車両用後輪舵角制御装置が適応され
た車両を示す図であり、１はハンドル、２はステアリン
グシャフト、３はフロントステアリングギヤユニット、
4,5は前輪、６はリヤステアリングシリンダー、7,8は後
輪であり、前記前輪4,5はハンドル１の操作により転舵
され、前記後輪7,8は油圧源９からの供給油圧の制御に
より転舵される。

そして、後輪7,8の転舵角制御を行なう車両用後輪舵
角制御装置は、入力センサとして、操舵角センサ10（操
舵指令検出手段）、車速センサ11（車速検出手段）、ヨ
ーレートセンサ12（運動状態量検出手段）が設けられ、
電子制御回路として、デジタルマイクロコンピュータを
主体とするデジタル演算処理装置13（運動状態量目標値
演算手段，舵角操作量目標値検定手段，遅れ要素，補助
操作量決定手段及び目標値修正手段を含む）が設けら
れ、出力部材として、後輪転舵制御バルブ14が設けられ
いる。

尚、前記リヤステアリングシリンダー6,油圧源９及び
後輪転舵制御バルブ14により、請求の範囲でいう車輪実
舵角調整手段が構成される。

第３図はデジタル演算処理装置13のブロック図であ
り、予め設定された所望の動特性を数学モデル化した規
範モデルを持ち、操舵角θ_Ｓと車速Ｖを入力して自車で
実現しようとする第１ヨーレート目標値 を出力する運動目標値演算部131と、 自車の動特性をモデル化した自車モデルを持ち、ヨー
レート目標値 と操舵角θ_Ｓと車速Ｖとを与え、第１ヨーレート目標値 を自車で実現するために必要な後輪舵角目標値▲
▼を出力する舵角演算部132と、 前記運動目標値演算部131で求められら第１のヨーレ
ート目標値 を入力し、所定の時間遅れを持たせて第２のヨーレート
目標値 を出力する遅れ要素133と、 前記遅れ要素133で求められた第２のヨーレート目標
値 ヨーレートセンサ12で検出されたヨーレートとの差ｅ
に対応して、前記後輪舵目標値▲▼に対する補助
舵角▲▼を決定する補助舵角決定部134と、 前記後輪舵角目標値▲▼と補助舵角▲▼
とを入力して両者の加算により後輪舵角目標値▲
▼を修正して後輪舵角修正目標値▲▼を出力する目
標値修正部135とを備えている。

次に作用を説明する。

まず、デジタル演算処理装置13で行なわれる後輪舵角
制御作動の流れを第５図に示すフローチャート図により
説明する。

尚、この制御作動は、先に第４図に示すように、イグ
ニッショスイッチをONにした時点から第２のヨーレート
目標値 の各書き換え記憶要素を含めてイニシャライズ処理が行
なわれ、この処理が終了後、タイマー管理により所定の
制御周期Δｔ＝2msec毎に繰り返し行なわれる。

ステップａでは、操舵角θ_Ｓと車速Ｖが読み込まれ
る。

ステップｂでは、運動目標値演算部131において、所
望の規範モデルに対し、操舵角θ_Ｓと車速Ｖを入力して
自車で実現しようとする第１のヨーレート目標値 が演算により求められる。

ステップｃでは、舵角演算部132において、第１のヨ
ーレート目標値 とヨー角加速度目標値 と操舵角θ_Ｓと車速Ｖとを与え、第１のヨーレート目標
値 を自車で実現するために必要な後輪舵角目標値▲
▼が自車モデルに基づいて求められる。

ステップｄでは、ヨーレートセンサ12からヨーレート
が入力される。

ステップｅでは、補助舵角決定部134において、前記
遅れ要素133で求められた第２のヨーレート目標値 ヨーレートセンサ12で検出されたヨーレートとの偏差 が求められる。

尚、第２のヨーレート目標値 第１のヨーレート目標値 に対して20回の制御周期遅れた値、即ち、40msec前の値
である。

ステップｆでは、偏差ｅに対応して、補助舵角決定部
134において前記後輪舵角目標値▲▼に対する補
助舵角▲▼が決定される。

尚、演算式は、▲▼＝Ｈ（ｓ）・ｅである。

ステップｇでは、目標値修正部135において、前記後
輪舵角目標値▲▼と補助舵角▲▼とを入力
して両者の加算により後輪舵角目標値▲▼を修正
し後輪舵角修正目標値▲▼（＝▲▼＋▲
▼）が求められる。

ステップｈでは、今回の制御周期で読み込まれた第１
のヨーレート目標値 が第２のヨーレート目標値 また、先に記憶されている第２のヨーレート目標値が、 というように１づつ書き換えられる。

ステップｉでは、後輪舵角修正目標値▲▼が出力
される。

次に、基本的な後輪舵角制御動作について説明する。

操舵角θ_S,車速Ｖを入力し、規範モデルを持つ運動目
標値演算部131と、自車モデルを持つ舵角演算部132によ
り後輪舵換目標値▲▼を計算するフィードフォワ
ード制御系及び第２のヨーレート目標値 とヨーレート検出値の偏差ｅに応じて補助舵角▲
▼を計算するフィードバック制御系の基本動作は、従
来出典で示した特開昭62−247979号公報に記載の農用と
同様であり、外乱や環境変化等によりフィードフォワー
ド制御系が不安定になる場合には、フィードバック制御
系によってフィードフォワード制御の補助を行なうこと
で、常に安定した制御を行なうことが出来る。

本発明の特徴である遅れ要素133の作用について第４
図及び第６図を用いて説明する。

本実施例においては、遅れ要素133としてムダ時間を
用いており、第10図に示したフィードフォワード補償の
みの実験結果に比べて40msecに設定してある。 この様
に設定した場合、遅れ要素133を介した第２のヨーレー
ト目標値 第６図の１点鎖線（ゲインは実線）で示した特性とな
り、ゲイン，位相共にフィードフォワード補償のみの実
車特性と極めて近くなる。

従って、実施例の後輪舵角制御装置では、フィードバ
ック系に遅れ要素133を採用した為、良好なコンディシ
ョン下では、フィードバックによる補助操舵量は極めて
小さくでき、フィードフォワード系に補助的にフィード
バック補助を加えた上記の方式（フィードフォワード
＋フィードバック型）の制御メリットが最大に発揮出来
る。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体
的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明
の要旨が逸脱しない範囲における制御の追加や変更等が
あっても本発明に含まれる。

例えば、実施例では、後輪の舵角を制御する装置を示
したが、前後輪共に舵角の制御をする４輪操舵車にも適
応出来る。

また、車両の動特性をヨーレイトによりみる制御例を
示したが、車両の動特性を横加速度によりみる例や、ヨ
ーレートと横加速度の線形結合でみる例等であっても勿
論良い。

また、実施例では、遅れ要素でのムダ時間を固定時間
に設定したものを示したが、実車両においては、タイマ
の遅れ等は車速により変化するので、運動目標値演算部
からの出力 とフィードフォワード制御のみを行なった場合の実車ヨ
ーレートの位相差は車速により変化する。

従って、遅れ要素のムダ時間Ｔの最適値は、車速によ
り変化することになり、この点から、ムダ時間Ｔを車速
Ｖの関数として与えると、全車速域で最大の効果が得ら
れる。

また、補助操舵量を小さい値による固定値もしくは車
速に対応した値で制限するリミッタを付加した制御シス
テムとした場合には、フィードバックセンサの故障等に
対してより安全性の高いシステムにすることが出来る。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の車両用実舵角制御
装置にあっては、自車で実現しようとするヨーイング運
動及び横運動に関した少なくとも１つの運動状態量の第
１の目標値、つまり、運動状態量目標値演算手段からの
規範モデル出力をそのまま用いてフィードフォワード制
御を行ない、この規範モデル出力に遅れを持たせた第２
の目標値と実際値との偏差に応じて補助的にフィードバ
ック補償を加える手段とした為、良好なコンデション下
ではほとんどフィードフォワード系のみで所望の車両動
特性が実現され、フィードバック系は主に外乱やパラメ
ータ変動を吸収する場合のみに作動し、補助操舵量及び
フィードバックゲインを小さめの設定しても十分な性能
が得られると共に、高い安全性を持つ制御システムを実
現出来るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用実舵角制御装置を示すクレーム
対応図、第２図は本発明実施例の車両用後輪舵角制御装
置を適応した車両を示す全体図、第３図は実施例の車両
用後輪舵角制御装置のデジタル演算処理装置を示すブロ
ック図、第４図は実施例のデジタル演算処理装置でのイ
ニシャライズ処理を示すフローチャート図、第５図は実
施例のデジタル演算処理装置での後輪舵角制御処理作動
の流れを示すフローチャート図、第６図は実施例装置に
よるヨーレート特性図、第７図は従来フィードバック型
の実舵角制御装置のシステムブロック図、第８図は従来
フィードフォワード型の実舵角制御装置のシステムブロ
ック図、第９図は従来フィードバック＋フィードフォワ
ード型の実舵角制御装置のシステムブロック図、第10図
はフィードフォワード制御方式によるヨーレート特性
図、第11図は前輪操舵装置によるヨーレート特性図であ
る。 100……操舵角検出手段 101……車速検出手段 102……運動状態量目標値演算手段 103……舵角操作量目標値決定手段 104……運動状態量検出手段 105……補助操作量決定手段 106……目標値修正手段 107……車輪実舵角調整手段 108……遅れ要素 S₁……操舵指令 S₂……車速 S₃₁……第１の運動状態量目標値 S₃₂……第２の運動状態量目標値 S₄……舵角操作量目標値 S₅……運動状態量検出値 S₆……補助操作量 S₇……修正舵角操作量目標値

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転者による操舵指令を検出する操舵指令
   検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 目標とする動特性を数学モデル化してなる規範モデルに
   前記操舵指令及び車速の検出値を与え、自車で実現しよ
   うとするヨーイング運動及び横運動に関した少なくとも
   １つの運動状態量の第１の目標値を少なくとも１種類以
   上求める運動状態量目標値演算手段と、 前記第１の運動状態量目標値を自車で実現するために必
   要な前輪及び後輪のうち少なくとも一方の制御対象車輪
   の舵角の操作量の目標値を、自車の車両諸元値と自車の
   運転特性に基づき決定する舵角操作量目標値決定手段
   と、 前記第１の運動状態量目標値を入力し、所定時間の遅れ
   を持たせて第２の運動状態量目標値を出力する遅れ要素
   と、 自車に生じるヨーイング運動及び横運動に関した運動状
   態量のうち前記少なくとも１つの運動状態量目標値と同
   種の運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、 前記第２の運動状態量目標値と前記運動状態量検出値の
   差に対応して、前記舵角操作量目標値に対する補助操作
   量を決定する補助操作量決定手段と、 前記舵角操作量目標値に前記補助操作量決定手段からの
   補助操作量を加え合わせて、舵角操作量目標値を修正す
   る目標値修正手段と、 該目標値修正手段で修正された後の修正舵角操作量目標
   値に従って前記制御対象車輪の実舵角を調整する車輪実
   舵角調整手段と、 を備えている事を特徴とする車両用実舵角制御装置。