JP2704602B2

JP2704602B2 - 前輪ステアリング路面自動車のステアリング方法

Info

Publication number: JP2704602B2
Application number: JP6059841A
Authority: JP
Inventors: アッケルマンユルゲン
Original assignee: ドイッチェフォルシュングザンシュタルトフュルルフト− ウントラウムファールトアインゲトラゲネルフェライン
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: DE4307420C1; EP0614795A1; EP0614795B1; JPH06316272A; US5428536A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、前輪ステアリングに対
するヨー・レート信号の総合的なフィードバックによっ
て、ヨー運動が前車軸の横運動から減結合（ｄｅｃｏｕ
ｐｌｉｎｇ）される前輪ステアリングの路面自動車のス
テアリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】制御されているステアリング系では、運
転者が単にステアリングホイールを通じてステアリング
角を指令するものではない。反対に、ステアリング運動
にはステアリング力学の測定量のフイードバツクによっ
て生ずる項がつけ加えられる。それゆえ、ステアリング
角が（流体または電気による）動力によってセットされ
るような能動的なステアリング系が要求される。能動的
なステアリング系はすでに試験自動車でテストされてい
る。（例えば、Ｗ．Ｄａｒｅｎｂｅｒｇ，Ａｕｔｍａｔ
ｉｃｔｒａｃｋｉｎｇｏｆｍｏｔｏｒｖｅｈｉ
ｃｌｅｓ，Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｉｎｄｕｓｔｒｉｅ１
９８７，ｐａｇｅｓ１５５ｔｏ１５９を参照）

【０００３】能動的なステアリング系では、ステアリン
グ動力は普通、センサー信号と、例えばポテンシオメー
タのタップによって測定されるステアリングホイールの
位置情報の双方を処理するステアリング制御アルゴリズ
ムを有しているマイクロプロセッサによって制御されて
いる。路面自動車用にすでに生産されているセンサーは
ヨー・レートを測定するための振動ジャイロスコープで
ある。（Ｈ．ｉｎｏｕｅ，Ｈ．Ｈａｒａｄａａｎｄ
Ｙ．Ｙｏｋａｙａ，Ａｌｌ−ｗｈｅｅｌｓｔｅｅｒｉ
ｎｇｉｎｔｈｅＴｏｙｏｔａＳｏａｒｅｒ，Ｃ
ｏｎｇｒｅｓｓ“Ａｌｌ−ｗｈｅｅｌｓｔｅｅｒｉｎ
ｇｉｎａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓ”，Ｈａｕｓｄｅ
ｒＴｅｃｈｉｋ，Ｅｓｓｅｎ，３−４，１２，１９９
１を参照）。

【０００４】路面自動車ステアリング力学はステアリン
グホイール角から前車軸の横加速度への伝達関数によっ
て特性付けることができる。この様なステアリング伝達
関数はドイツ特許ＤＥ４０２８３２０により充分に
単純化された。ここではステアリング力学上のヨー運動
の影響が減結合（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって消去
される。

【０００５】しかしながら、知られている全てのステア
リング系ではステアリングホイール角から前車軸の横加
速度に対する伝達関数が運行速度とともに変化するの
で、現存のステアリング力学はなお、運行速度に依存し
ている。このことは練習中の運転者が運行速度によって
ステアリング力学が変化することを学び、かつ、そのこ
とに憤れなければならないし、経験を積んだ運転者もま
た誤った評価をする事に陥り易いことである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】それ故に、本発明の目
的はステアリング伝達関数が運行速度に無関係である前
輪ステアリングの路面自動車の操縦方法を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前輪ステアリン
グの路面自動車のステアリング方法を提案する。この自
動車の軸距を１（単位ｍ），操舵硬さ（ｃｏｒｎｅｒｉ
ｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓｓ）をＣｖ（単位Ｎ／ｒａ
ｄ），後車軸から重心までの距離を１ｈ（単位ｍ）そし
て質量をｍ（単位ｋｇ）とし、この自動車は前輪ステア
リングに対するヨー・レート信号の総合的なフィードバ
ックによってそのヨー運動が前車軸の横運動から減結合
されており、ステアリング伝達関数の予め定められた時
定数Ｔは利得係数ｋｐによって与えられ、因にｋｐ＝（ｍ・ｌｈ）／（Ｃｖ・ｌ・Ｔ）（単位ｓ／ｍ）減結合制御の比較入力（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｐｕ
ｔ）がＷｖであり、前輪軸での横加速度ａｖ（単位ｍ／
ｓ２）と運行速度ｖ（単位ｍ／ｓ）が測定されるとｗｖ＝ｋｐ（ａｖｓｏｌｌ−ａｖ）＋ａｖ／ｖ（単位１／ｓ）なる演算式がマイクロプロセッサーによって計算され
る。ここにａｖｓｏｌｌは測定されたステアリング角度
（δＬ）からコマンド変数（ｃｏｍｍａｎｄｖａｒｉ
ａｂｌｅ）として前置フィルターによって形成される。
本発明によれば、その解は本出願人のドイツ特許公告公
報第４０２８３２０Ｃ２に一致して、前輪ステア
リングへのジャイロスコープで測定されたヨー・レート
のフィードバックに基づいている。本発明では更に加速
度計が前輪軸の横加速度を測定するために用いられる。
その様な加速度計はすでに試験車において使用されてい
る。（例えばＢ．Ｌｏｓ，Ａ．Ｍａｔｈｅｉｓ，Ｊ．
Ｅ．ＮａｍｅｔＺａｎｄＲ．Ｅ．Ｓｍｉｔｈ，Ｄｅ
ｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａ
ｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓ
ｏｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｌｌ−ｗｈｅｅｌｓ
ｔｅｅｒｉｎｇ，ＶＤＩＲｅｐｏｒｔＮｏ．６５
０，Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ１９８７，ｐａｇｅ２３
９ｔｏ２５７を参照）従って、この発明を達成する
ために求められるこれらの構成部材は先行技術に属す
る。

【０００８】

【実施例】以下本発明を、ヨー・レートと車軸の横加速
度のフィードバックが示されている図面の信号フローチ
ャートを参照しながら説明してゆく。初めに、本発明の
方法についての理論を説明する。ここで、制御器につい
ての計算はマイクロプロセッサーで行われる。

【０００９】ドイツ特許公告公報第４０２８３２０
Ｃ２において、ステアリング動力を含んでいる前車輪
によって舵取りされる自動車のステアリング力学は次の
式で表現される（ＤＥ４０２８３２０の（２
１）式参照）。：

【数１】ここで状態量は以下のものを示す。ａｖ：前車軸の横加速度ｒ：ヨー・レート δｖ：前輪のステアリング角

【００１０】入力量ｕはステアリング動力に対する入力
信号である。このモデルの係数は：Ｃ＝Ｃｖ・ｌ／ｍ・ｌｈｄ１１＝−Ｃ／ｖｄ２１＝（Ｃｈ・ｌｈ−Ｃｖ・ｌｖ）／ｍ・ｌｖ・ｌｈ（２）ｄ２２＝−Ｃｈ・ｌ／ｍ−ｖ・ｌｖｄ２３＝Ｃｈ／ｍ・ｌｖここでＣｖ（Ｃｈ）：前（後）における操舵硬さ（ｃｏｒｎｅ
ｒｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）ｌｖ（ｌｈ）：前
（後）車軸から重心までの距離ｌ：軸距（ｌ＝ｌｖ−ｌｈ）ｍ：（摩擦係数μによって規格化された）自動
車の質量ｖ：運行速度

【００１１】ドイツ特許公告公報第４０２８３２０
ｃ２において、減結合（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ）された
制御法則（ｃｏｎｔｒｏｌｌａｗ）ｕ＝Ｗｖ−ｒ（３）が導入される。（この参照入力（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
ｉｎｐｕｔ）Ｗｖはドイツ特許公告公報第４０２８３
２０ｃ２においてはｒｓｏｌｌとして示されてい
る。）今、式（３）を式（１）に代入することにより次
式が得られる：

【数２】

【００１２】式（４）に従うモデルを減結合することに
より、次の２つのサブモデルに分解される。

【数３】ヨー運動を示す式（６）に従うサブシステムは常に安定
している。これに関連して、本出願人のドイツ特許出願
に係るｐ４２０６６５４．９に注目されたい。それ
においては後輪の付加的なステアリングの助力と後輪ス
テアリングのヨー・レートの全く特殊なフィードバック
によって、ヨー運動の固有の値が速度と無関係になり、
所望の減衰を予め定めることが出来る。

【００１３】運転者が軌道に沿った車両の横誘導を生じ
させるところの（５）式に従うサブシステムが以下に検
討される。前軸の横加速度ａｖと運行速度ｖは、測定さ
れ、そして制御法則Ｗｖ＝ｋｐ（ａｖｓｏｌｌ−ａｖ）＋ａｖ／ｖ（７）は（５）式に従うこのシステムの参照入力（ｒｅｆｅｒ
ｅｎｃｅｉｎｐｕｔ）Ｗｖにフィードバックされた。
ａｖｓｏｌｌは横加速度ａｖの参照入力である。これは
例えばステアリングホイールのポテンシオメータのタッ
プによって直接にもしくは前置フィルターによって作ら
れる。因子ｋｐは自由に選択できる利得因子である。

【００１４】今、もし（７）式が（５）式に代入され、
（２）式に従ってｄｌｌとＣの値が計算されたなら、次
式が得られる。

【数４】ここでＣ＝Ｃｖ・ｌ／ｍ・ｌｈである。この微分方
程式（８）は自動車の運行速度に無関係となる。結合さ
れた伝達関数は次式によってａｖ（ｓ）とａｖｓｏｌｌ
（ｓ）に結合する。

【数５】の関係によってａｖ（ｓ）およびａｖｓｏｌｌ（ｓ）に
リンクする。

【００１５】この様にして、運転者によりステアリング
ホイールを経由して与えられる信号ａｖｓｏｌｌによ
り、前車軸の横加速度は、１次のローパスフィルターを
通して影響される。このローパスフィルターの時定数は
次式で与えられる。Ｔ＝（ｍ・ｌｈ）／（Ｃｖ・ｌ・ｋｐ）（１０）所望の時定数Ｔはｋｐ＝（ｍ・ｌｈ）／（Ｃｖ・ｌ・Ｔ）の関係にあるから、ステアリングの速やかな反応はロー
パスフィルターの時定数を小さく選ぶことによって確実
にすることが出来る。

【００１６】式（３）および式（７）による２つのフィ
ードバックの相互関連は図面に示されている信号のフロ
ーチャートに記載されている。信号のフローチャートに
おいて測定されたステアリングホイール角δＬは前直フ
ィルター１に適用される。前述したように前置フィルタ
ー１の出力信号ａｖｓｏｌｌはしたがつて、加算器２に
おいて差し引かれた横加速度メンバーａｖに対する参照
入力である。ステアリング伝達関数の時定教Ｔはｋｐで
示されるユニット３にセットされる。ユニット３に従う
その先の加算器４において、速度ｖの逆数と横加速度ａ
ｖの積即ち（１／ｖ）・ａｖが加えられる結果、加算器
４の出力において式（７）に従う参照入力Ｗｖが得られ
る。

【００１７】３番目の加算器５においてヨー・レートｒ
は参照入力ｗｖから差し引かれ、３番目の加算器５の出
力においてステアリング動力６に対する入力信号として
必要とされる入力量ｕが得られる。総合的なステアリン
グ動力の出力においてδｖなる量は前輪のステアリング
角に対応して表れる。ステアリング角δｖは実際の自動
車が記述されるステアリング力学７の微分方程式を通し
て前車軸の横加速度ａｖとヨー・レートｒにリンクして
いる。

【００１８】前述のブロック７の出力値、即ち、（ジャ
イロスコーブで測定される）ヨー・レート・ｒおよび
（加速度計で測定される）前車軸の横加速度ａｖの形の
ステアリング力学は加算器１および３それぞれに対する
図面に示される方法で適用される。

【００１９】

【発明の効果】本発明の制御方法によれは、前輪ステア
リングに対しての横加速度フィードバックによってステ
アリング伝達関数が運行速度に完全に無関係であること
が得られる。さらに、制御器における係数調整によって
ステアリング伝達関数のポールの位置を所望の位置に固
定することが出来る。このことは運転者に対して操縦を
より容易にすることになり、かつ、同時に道路の安全性
に寄与することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前輪ステアリング路面自動車のステア
リング方法におけるヨー・レートのフィードバックおよ
び車軸の横加速度を含む信号のフローチャートである。

【符合の説明】

１前置フィルタ２，４，５加算器３利得手段６ステアリング動力調整系７ステアリング力学系

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸距１（単位ｍ），操舵硬さＣｖ（単位
Ｎ／ｒａｄ），後車輪から重心までの距離１ｈ（単位
ｍ）および質量ｍ（単位ｋｇ）である前輪ステアリング
の路面自動車のステアリング方法において、ステアリングホイールの角度信号δＬ（単位ｒａｄ）を
検出する角度センサー、車速信号ｖ（単位ｍ／ｓ）を検
出する速度計、自動車のヨー角回転速度に比例したヨー
信号ｒ（単位ｒａｄ／ｓ）を検出するジャイロスコー
プ、前軸の横加速度に比例した信号ａｖ（単位ｍ／ｓ
２）を検出する加速度計を有し、ステアリングホイール
の角度信号δＬから処理コマンド変量であるａｖｓｏｌ
ｌを作るための調整手段、入力信号ｕに従って前輪ステ
アリングの角度をδｖに制御するアクチュエータとｒ，
ｖ，ａｖ，ａｖｓｏｌｌと利得要素ｋｐを取り込んでそ
れらからｕを作り出すマイクロプロセッサとを備えてお
り、該マイクロプロセッサにより、まず、参照入力Ｗｖを次
式Ｗｖ＝ｋｐ（ａｖｓｏｌｌ−ａｖ）＋ａｖ／ｖにより計算し、ついで調節手段の入力信号となるｕを次
式ｕ＝Ｗｖ−ｒを計算することにより得て、前輪ステアリング角をδｖ
に制御することで、ヨー信号ｒの総合的なフィードバッ
クにより、ヨー運動が前軸の横運動から独立し、前輪ス
テアリングが自動車のスピードに影響されないようにし
たことを特徴とするステアリング方法。