JP2940370B2 - 車両用補助舵角制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヨーレイトフィードバ
ック制御等により補助舵角を与える車両用補助舵角制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フィードフォワード制御＋ヨーレ
イトフィードバック制御により後輪に補助舵角を与える
車両用補助舵角制御装置としては、例えば、特開平２−
１８１６８号公報に記載の装置が知られている。

【０００３】この従来出典には、所望のヨーレイト応答
モデルである規範モデルを持ち、車速と操舵角と規範モ
デルを用いてヨーレイト目標値を決め、このヨーレイト
目標値に遅れ要素を介在させて得られた値をヨーレイト
フィードバック系で用いるヨーレイト推定値とすること
で、フィードバック系は主に外乱やパラメータ変動を吸
収する場合でのみ作動するようにした技術が開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の車両用補助舵角制御装置にあっては、ヨーレイトフ
ィードバック系でヨーレイト偏差に対応した後輪舵角フ
ィードバック目標値の算出処理において、算出された後
輪舵角フィードバック目標値の最大値を車速が大である
ほど小さい値に制限する舵角リミッタ処理が施されてい
たが、舵角リミッタ処理を介して得られる後輪舵角フィ
ードバック目標値には、滑らかではないつながりが発生
し、大きな外乱入力走行時やヨーレイト信号異常等の制
御系フェイル時で、舵角リミッタ処理が作動する時、目
標値の変動に伴うフィードバック制御を原因として車両
挙動の乱れが発生するという問題があった。

【０００５】すなわち、従来の舵角リミッタ処理手法
は、図１０に示すように、フィルタのない領域と、一
定の割合で増減する領域と、最大値を制限する領域
とに分けてしまう手法がとられていて、〜，〜
に滑らかではないつながりが発生する。

【０００６】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、その目的とするところは、ヨーレイトフ
ィードバック制御等により補助舵角を与える車両用補助
舵角制御装置において、舵角リミッタ処理が作動する目
標値の急変時につながり感のある車両挙動を確保するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、図１のクレーム対応図に示すように、車速
検出手段ａと、ステアリング舵角検出手段ｂと、車速検
出値とステアリング舵角検出値に基づいて自車に生じる
運動状態量を推定する運動状態量推定手段ｃと、推定さ
れる運動状態量と同種の運動状態量を検出する運動状態
量検出手段ｄと、運動状態量検出値と運動状態量推定値
との偏差を算出する運動状態量偏差算出手段ｅと、運動
状態量偏差に基づく補償により補助舵角フィードバック
目標値を算出する補助舵角フィードバック目標値算出手
段ｆと、補助舵角フィードバック目標値が得られる制御
指令を補助舵角アクチュエータｇに出力する補助舵角制
御手段ｈとを備えている車両用補助舵角制御装置におい
て、前記補助舵角フィードバック目標値算出手段ｆは、
算出された補助舵角フィードバック目標値の最大値を車
速に応じた値に制限すると共に、最大値と目標値の比率
が所定比率以上の領域では目標値が対数関数的に増加す
るように最大値と目標値との比率により対数関数を用い
て算出した値を補助舵角フィードバック目標値とする舵
角リミッタｆ１を有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】車両走行時、運動状態量推定手段ｃにおいて、
車速検出手段ａからの車速検出値とステアリング舵角検
出手段ｂからのステアリング舵角検出値に基づいて自車
に生じる運動状態量が推定され、運動状態量検出手段ｄ
において、推定される運動状態量と同種の運動状態量が
検出され、運動状態量偏差算出手段ｅにおいて、運動状
態量検出値と運動状態量推定値との偏差が算出され、補
助舵角フィードバック目標値算出手段ｆにおいて、運動
状態量偏差に基づく補償により補助舵角フィードバック
目標値が算出され、補助舵角制御手段ｈにおいて、補助
舵角フィードバック目標値が得られる制御指令が補助舵
角アクチュエータｇに出力される。上記補助舵角フィー
ドバック目標値算出手段ｆで補助舵角フィードバック目
標値を算出するにあたっては、舵角リミッタｆ１におい
て、算出された補助舵角フィードバック目標値の最大値
が車速に応じた値に制限されると共に、最大値と目標値
の比率が所定比率以上の領域では目標値が対数関数的に
増加するように最大値と目標値との比率により対数関数
を用いて算出した値が補助舵角フィードバック目標値と
される。

【０００９】したがって、舵角リミッタ処理で得られる
補助舵角フィードバック目標値は、滑らかでつながりの
ある値となり、大きな外乱入力走行時やヨーレイト信号
異常等の制御系フェイル時で舵角リミッタ処理が作動す
る時、つながり感のある緩やかな変化による車両挙動を
示す。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】構成を説明する。

【００１２】図２は本発明実施例の車両用補助舵角制御
装置が適用された四輪操舵車両を示す全体システム図で
ある。

【００１３】図２において、前輪１，２の操舵は、ステ
アリングハンドル３と機械リンク式ステアリング機構４
によって行なわれる。これは、例えば、ステアリングギ
ア、ピットマンアーム、リレーロッド、サイドロッド
５，６、ナックルアーム７，８等で構成される。

【００１４】そして、後輪９，１０の転舵は、電動式ス
テアリング装置１１（補助舵角アクチュエータｇに相
当）によって行なわれる。この後輪９，１０間は、ラッ
クシャフト１２、サイドロッド１３，１４、ナックルア
ーム１５，１６により連結され、ラック１２が内挿され
たラックチューブ１７には、減速機構１８とモータ１９
とフェイルセーフソレノイド２０が設けられ、このモー
タ１９とフェイルセーフソレノイド２０は、車速センサ
２１（車速検出手段ａに相当），前輪舵角センサ２２
（ステアリング舵角検出手段ｂに相当），リア舵角サブ
センサ２３，リア舵角メインセンサ２４，ヨーレイトセ
ンサ２５（運動状態量検出手段ｄに相当）等からの信号
を入力するコントローラ２６により駆動制御される。

【００１５】図３は電動式ステアリング装置１１の具体
的な構成を示す断面図である。

【００１６】図３において、ラック１２が内挿されたラ
ックチューブ１７はブラケットを介して車体に固定され
ている。そして、ラック１２の両端部には、ボールジョ
イント３０，３１を介してサイドロッド１３，１４が連
結されている。減速機構１８は、モータ１９のモータ軸
に連結されたモータピニオン３２と、該モータピニオン
３２に噛合するリングギア３３と、該リングギア３３に
固定されると共にラックギア１２ａに噛み合うラックピ
ニオン３５とによって構成されている。従って、モータ
１９のモータ軸が回転すると、モータピニオン３２→リ
ングギア３３→ラックピニオン３５へと回転が伝達さ
れ、回転するラックピニオン３５とラックギア１２ａと
の噛み合いによりラックシャフト１２が軸方向へ移動し
て後輪９，１０の転舵が行なわれる。この後輪９，１０
の転舵量は、ラックシャフト１２の移動量、即ち、モー
タ軸の回転量に比例する。

【００１７】前記ラックピニオン３５には、その回転量
により後輪舵角を検出するポテンショメータ構造のリア
舵角メインセンサ２４が設けられている。

【００１８】前記フェイルセーフソレノイド２０には、
ロックピン２０ａが進退可能に設けられていて、電子制
御系等のフェイル時には、ラックシャフト１２に形成さ
れたロック溝１２ｂにロックピン２０ａを嵌入させるこ
とでラックシャフト１２を、後輪９，１０が中立舵角位
置を保つ位置に固定するようにしている。

【００１９】作用を説明する。

【００２０】［後輪舵角制御作動］図４はコントローラ
２６で行なわれる後輪舵角制御作動の流れを示すフロー
チャートであり、以下、各ステップについて説明する。

【００２１】ステップ４０では、車速Ｖとステアリング
舵角θと実ヨーレイトψ'sとリア舵角メインセンサ値δ
rsとが読み込まれる。

【００２２】ここで、実ヨーレイトψ'sは、ヨーレイト
センサ２５からのヨーレイトセンサ値Ｖψ' と、温度ド
リフトによる影響を取り除く検出ヨーレイト補正処理に
よって得られた最新のヨーレイトゼロ補正メモリ値Ｖ
ψ'om により算出される。

【００２３】ステップ４１では、車速Ｖとステアリング
舵角θを用いた位相反転ディレイ制御方式に基づく下記
の式により後輪舵角フィードフォワード目標値δRFF
^*（以下、＊は目標値を表すものとする。）が算出され
る。

【００２４】δRFF^*＝Ｋθ＋τθ＋τ’θ ステップ４２では、アクチュエータモデルを用い、後輪
舵角フィードフォワード目標値δRFF^*を与えた場合、実
際に後輪舵角アクチュエータが後輪を操舵する量である
後輪舵角推定値δRFF^#（以下、＃は推定値を表すものと
する。）が算出される。

【００２５】ここで、アクチュエータモデルは、後輪舵
角指令値に対し実際のアクチュエータを駆動させて得ら
れる実後輪舵角の伝達特性で与えられる。

【００２６】ステップ４３では、車両モデルを用い、車
速Ｖとステアリング舵角θと後輪舵角推定値δRFF^#を与
えての走行を想定した場合のヨーレイト推定値ψ'^#が算
出される。

【００２７】ここで、車両モデルとしては、例えば、線
形２自由度平面車両モデルが用いられる。

【００２８】ステップ４４では、ヨーレイトセンサモデ
ルを用い、ヨーレイト推定値ψ'^#から推定ヨーレイト
ψ's^# が算出される。

【００２９】ここで、ヨーレイトセンサモデルは、セン
サの周波数応答等のセンサ動特性の実験結果に基づく伝
達関数で与えられる。

【００３０】尚、ステップ４２〜４４は、運動状態量推
定手段ｃに相当する。

【００３１】ステップ４５では、実ヨーレイトψ'sと推
定ヨーレイトψ's^# との差によりヨーレイト偏差ψ'eが
算出される（運動状態量偏差算出手段ｅに相当）。

【００３２】ステップ４６では、一次遅れのフィルタを
構成するフィードバック補償器−１により、ヨーレイト
センサ２５の出力に含まれる高周波ノイズが除去され
る。

【００３３】このフィードバック補償器−１の入力信号
はψ'eであり、出力信号はψ'ec1である。

【００３４】ステップ４７では、１次／１次のフィルタ
を構成するフィードバック補償器−２により、外乱に対
する車両の過渡応答が調整される。

【００３５】詳しくは後述するが、このフィードバック
補償器−２の入力信号はψ'ec1と車速Ｖであり、出力信
号はψ'ec2である。

【００３６】ステップ４８では、フィードバック比例ゲ
インＫP によりフィードバック後輪舵角指令値δRFBO^*
が算出される。

【００３７】この比例ゲインの入力信号はψ'ec2と車速
Ｖであり、出力信号はδRFBO^* である。

【００３８】ステップ４９では、車速Ｖに応じて、フィ
ードバック後輪舵角指令値δRFBO^*の最大値を滑らかに
制限したフィードバック後輪舵角制限指令値δRFBL^* が
算出される（舵角リミッタｆ１に相当）。

【００３９】この舵角リミッタの入力信号はδRFBO^* と
車速Ｖであり、出力信号はδRFBL^* である。

【００４０】ステップ５０では、フィードバック後輪舵
角制限指令値δRFBL^* にヒステリシスを設け、フィード
バックによる微小なヨーレイトの振動を取り除いたフィ
ードバック後輪舵角制限指令値δRFBH^* が算出される。

【００４１】この微小変化吸収器の入力信号はδRFBL^*
と後輪舵角フィードバック目標値δRFB^*であり、出力信
号はδRFBH^* である。

【００４２】ステップ５１では、２次／２次のフィルタ
を構成するアクチュエータ位相補償器により、アクチュ
エータ制御系で設定されている伝達特性を希望する伝達
特性に変更して後輪舵角フィードバック目標値δRFB^*が
算出される。

【００４３】このアクチュエータ位相補償器の入力信号
はδRFBH^* であり、出力信号はδRFB^*である。

【００４４】尚、ステップ４６〜５１は、補助舵角フィ
ードバック目標値算出手段ｆに相当する。

【００４５】ステップ５２では、後輪舵角フィードフォ
ワード目標値δRFF^*と後輪舵角フィードバック目標値δ
RFB^*との和により後輪舵角目標値δR^*が算出される。

【００４６】ステップ５３では、リア舵角メインセンサ
値δrsとロバストモデルマッチング手法を用いて後輪舵
角目標値δR^*が得られる指令（ＰＷＭによるモータ制御
電流）が出力される（補助舵角制御手段ｈに相当）。

【００４７】［ヨーレイトフィードバック補償］図５は
コントローラ２６のヨーレイトフィードバック補償部を
示すブロック図で、このヨーレイトフィードバック補償
部は、車両制御用Ｆ／Ｂ補償器−１と、車両制御用Ｆ／
Ｂ補償器−２と、比例ゲインと、舵角リミッタと、微小
変化吸収器と、ＡＣＴＲ位相補償器とによって構成され
ていて、以下、舵角リミッタについて説明する。

【００４８】＊舵角リミッタ 舵角リミッタでのフィードバック後輪舵角指令値δRFBO
^* に対する制限方法は、車速Ｖに応じたフィードバック
後輪舵角最大値δRFBM^* の６０％までは特に制限するこ
とはせず、６０％以上は対数関数カーブを用いて徐々に
制限を加えるような形式としている。

【００４９】図６は舵角リミッタで行なわれる舵角リミ
ッタ処理作動の流れを示すフローチャートで、以下、各
ステップについて説明する。

【００５０】ステップ６０では、比例ゲインからのフィ
ードバック後輪舵角指令値δRFBO^*が入力される。

【００５１】ステップ６１では、車速Ｖに応じたフィー
ドバック後輪舵角最大値δRFBM^* が図７に示すマップｆ
MAP_RFBM（Ｖ）から求められる。

【００５２】ステップ６２では、フィードバック後輪舵
角指令値δRFBO^* とフィードバック後輪舵角最大値δRF
BM^* の比ｄRFBPが算出される。

【００５３】ステップ６３では、ステップ６２で算出さ
れた比ｄRFBPが０．６以上かどうかが判断される。

【００５４】ステップ６４では、ｄRFBP＜０．６の時、
比ｄRFBPがそのままフィードバック後輪舵角指令制限比
ｄRFBPL とされる。

【００５５】ステップ６５では、ｄRFBP≧０．６の時、
ステップ枠内に記載の比ｄRFBPを用いた演算式により、
対数関数カーブにより滑らかに変化するフィードバック
後輪舵角指令制限比ｄRFBPL が算出される。

【００５６】尚、この比ｄRFBPとフィードバック後輪舵
角指令制限比ｄRFBPL との関係を予め算出しておき、図
８に示すようにマップｆMAP_RFBP（ｄRFBP）として設定
しておけば、ステップ６３〜ステップ６５の処理に代え
て、ステップ６２で算出された比ｄRFBPとマップｆMAP_
RFBP（ｄRFBP）によりフィードバック後輪舵角指令制限
比ｄRFBPL を求めることもできる。

【００５７】ステップ６６では、ステップ６４あるいは
ステップ６５で算出されたフィードバック後輪舵角指令
制限比ｄRFBPL と、ステップ６１で求められたフィード
バック後輪舵角最大値δRFBM^* とによって、フィードバ
ック後輪舵角制限指令値δRFBL^* が算出される。

【００５８】ステップ６７では、ステップ６６で求めら
れたフィードバック後輪舵角制限指令値δRFBL^* が微小
変化吸収器に出力される。

【００５９】［後輪舵角制御作用］走行時の後輪舵角制
御作用は、図４に示すフローチャートにしたがって実行
される。

【００６０】すなわち、ステップ４１において、車速Ｖ
とステアリング舵角θを用いた位相反転ディレイ制御方
式に基づく式により後輪舵角フィードフォワード目標値
δRFF^*が算出される。

【００６１】一方、ステップ４２〜ステップ４４におい
て、各モデルを用い自車に生じる推定ヨーレイトψ's^#
が算出され、ステップ４５において、ヨーレイトセンサ
２５からのヨーレイトセンサ値Ｖψ' に基づく実ヨーレ
イトψ'sと推定ヨーレイトψ's^# との差であるヨーレイ
ト偏差ψ'eが算出され、ステップ４６〜ステップ５１に
おいて、ヨーレイト偏差ψ'eに基づく補償により後輪舵
角フィードバック目標値δRFB^*が算出される。

【００６２】そして、ステップ５２において、後輪舵角
フィードフォワード目標値δRFF^*と後輪舵角フィードバ
ック目標値δRFB^*との和により後輪舵角目標値δR^*が算
出され、ステップ５３において、後輪舵角目標値δR^*が
得られる制御指令が電動式ステアリング装置１１のモー
タ１９に出力される。

【００６３】上記ステップ４６〜ステップ５１でヨーレ
イト偏差ψ'eに基づくフィードバック補償を行なうにあ
たっては、ステップ４９において、比例ゲインからのフ
ィードバック後輪舵角指令値δRFBO^* を入力する舵角リ
ミッタでの処理（図６）によりフィードバック後輪舵角
制限指令値δRFBL^* とされる。

【００６４】すなわち、車速Ｖに応じたフィードバック
後輪舵角最大値δRFBM^* が図７に示すマップｆMAP_RFBM
（Ｖ）から求められ、フィードバック後輪舵角指令値δ
RFBO^*とフィードバック後輪舵角最大値δRFBM^* の比ｄR
FBPが、０．６未満の線形域では比ｄRFBPがそのままフ
ィードバック後輪舵角指令制限比ｄRFBPL とされ、０．
６以上の飽和域では対数関数カーブにより滑らかに変化
するフィードバック後輪舵角指令制限比ｄRFBPL とさ
れ、フィードバック後輪舵角指令制限比ｄRFBPL とフィ
ードバック後輪舵角最大値δRFBM^* とによって、フィー
ドバック後輪舵角制限指令値δRFBL^* が算出される。

【００６５】したがって、大きな外乱入力走行時やヨー
レイト信号異常等の制御系フェイル時で舵角リミッタ処
理が作動する時、図９に示すように、舵角リミッタ処理
で得られるフィードバック後輪舵角制限指令値δRFBL^*
は、滑らかでつながりのある値となり、このフィードバ
ック後輪舵角制限指令値δRFBL^* に基づくフィードバッ
ク制御を行なっても後輪舵角が急変することなく、つな
がり感のある緩やかな変化による車両挙動を示す。

【００６６】尚、後輪舵角変化に対する車両挙動の乱れ
は、車速Ｖが高車速であるほど大きくなるが、この点に
関しては、車速Ｖが高車速であればあるほどフィードバ
ック後輪舵角最大値δRFBM^* を小さな値に制限している
ことで、低車速から高車速まで安定して車両挙動の急変
が抑えられることになる。

【００６７】次に、効果を説明する。

【００６８】フィードフォワード制御＋ヨーレイトフィ
ードバック制御により後輪舵角を与える車両用補助舵角
制御装置において、ヨーレイト偏差ψ'eに基づくフィー
ドバック補償を行なうにあたって、車速Ｖに応じてフィ
ードバック後輪舵角最大値δRFBM^* を制限すると共に、
指令値と最大値との比ｄRFBPが０・６以上の領域では対
数関数カーブにより滑らかに変化するフィードバック後
輪舵角制限指令値δRFBL^* を算出する舵角リミッタを設
けた装置としたため、大きな外乱入力走行時やヨーレイ
ト信号異常等の制御系フェイル時のように、舵角リミッ
タ処理が作動する目標値の急変時、つながり感のある車
両挙動を確保することができる。

【００６９】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。

【００７０】例えば、実施例では、後輪のみに補助舵角
を与える補助舵角制御装置の例を示したが、前輪のみあ
るいは前後輪に補助舵角を与えるような補助舵角制御装
置にも適用することができる。

【００７１】実施例では、運動状態量としてヨーレイト
を用いる例を示したが、横速度や横加速度やこれらを複
合的に表したヨー運動量を用いるようにしてもよい。

【００７２】実施例では補助舵角アクチュエータとし
て、電動式ステアリング装置を用いる例を示したが、油
圧や空圧式ステアリング装置であっても適用できる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、ヨーレイトフィードバック制御等により補助舵角を
与える車両用補助舵角制御装置において、補助舵角フィ
ードバック目標値算出手段を、算出された補助舵角フィ
ードバック目標値の最大値を車速に応じた値に制限する
と共に、最大値と目標値の比率が所定比率以上の領域で
は目標値が対数関数的に増加するように最大値と目標値
との比率により対数関数を用いて算出した値を補助舵角
フィードバック目標値とする舵角リミッタを有する手段
としたため、舵角リミッタ処理が作動する目標値の急変
時につながり感のある車両挙動を確保することができる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用補助舵角制御装置を示すクレー
ム対応図である。

【図２】実施例の車両用補助舵角制御装置が適用された
四輪操舵車両を示す全体システム図である。

【図３】実施例装置の電動式ステアリング装置の断面図
である。

【図４】実施例装置のコントローラで行なわれる後輪舵
角制御作動の流れを示すフローチャートである。

【図５】実施例装置のヨーレイトフィードバック補償部
を示すブロック図である。

【図６】ヨーレイトフィードバック補償部の舵角リミッ
タで行なわれる舵角リミッタ処理作動の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図７】車速に対するフィードバック後輪舵角最大値マ
ップ図である。

【図８】指令値と最大値の比に対するフィードバック後
輪舵角指令制限比マップ図である。

【図９】実施例装置での指令値の舵角制限状況を示すタ
イムチャート図である。

【図１０】従来装置での指令値の舵角制限状況を示すタ
イムチャート図である。

【符号の説明】

ａ 車速検出手段 ｂ ステアリング舵角検出手段 ｃ 運動状態量推定手段 ｄ 運動状態量検出手段 ｅ 運動状態量偏差算出手段 ｆ 補助舵角フィードバック目標値算出手段 ｆ１ 舵角リミッタ ｇ 補助舵角アクチュエータ ｈ 補助舵角制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (56)参考文献 特開 平２−18168（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−14973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113652（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 7/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車速検出手段と、 ステアリング舵角検出手段と、 車速検出値とステアリング舵角検出値に基づいて自車に
   生じる運動状態量を推定する運動状態量推定手段と、 推定される運動状態量と同種の運動状態量を検出する運
   動状態量検出手段と、 運動状態量検出値と運動状態量推定値との偏差を算出す
   る運動状態量偏差算出手段と、 運動状態量偏差に基づく補償により補助舵角フィードバ
   ック目標値を算出する補助舵角フィードバック目標値算
   出手段と、 補助舵角フィードバック目標値が得られる制御指令を補
   助舵角アクチュエータに出力する補助舵角制御手段とを
   備えている車両用補助舵角制御装置において、 前記補助舵角フィードバック目標値算出手段は、算出さ
   れた補助舵角フィードバック目標値の最大値を車速に応
   じた値に制限すると共に、最大値と目標値の比率が所定
   比率以上の領域では目標値が対数関数的に増加するよう
   に最大値と目標値との比率により対数関数を用いて算出
   した値を補助舵角フィードバック目標値とする舵角リミ
   ッタを有することを特徴とする車両用補助舵角制御装
   置。