JP2982594B2 - 車両用実舵角制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自車に生じている運動
状態量をフィードバック（Ｆ／Ｂ）する四輪操舵車両に
おいて、アクチュエータの伝達特性をＦ／Ｂ制御部に考
慮するようにした車両用実舵角制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用実舵角制御装置としては、
例えば、特開昭６１−１６６７７３号公報、特開昭６２
−１４９５６１号公報に記載のものが知られている。

【０００３】上記両公報には、舵角目標値補正手段又は
舵角目標値修正手段により、車輪転舵アクチュエータの
動的遅れを補償するように舵角目標値を補正して、車輪
転舵アクチュエータによって転舵される車輪の実舵角が
舵角目標値に遅れることなく一致するようにしたものが
示されている。

【０００４】即ち、これら両公報記載のものは、車輪転
舵アクチュエータに動的遅れがある場合、アクチュエー
タ入力信号にこの遅れを補償する信号が含まれるように
して、設計者が所望するアクチュエータの伝達特性を得
るようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術にあっては、アクチュエータの遅れ補償後の伝
達特性を１に設定することはアクチュエータの能力やエ
ネルギー的な観点等からいって不可能であって、一般的
にアクチュエータの伝達特性は、四輪操舵制御系を構成
する上で影響が少ないように設定されている。

【０００６】一方、車両運動状態量をＦ／Ｂするような
制御系（例えば、特開昭６２−２４７９７９号公報参
照）においては、運動状態量の目標値にアクチュエータ
の伝達特性が考慮されていない。このため、自車に外乱
（横風、路面μ変化、路面入力等）を受けていないのに
関わらず、高周波の操舵が入力されると、アクチュエー
タの動的遅れを補償した後とはいえ、運動状態量の目標
値と実際の車両運動状態量に誤差が生じ、この誤差に応
じた舵角量が舵角指令値に含まれることになる。

【０００７】これにより、車両の運動状態は設計者が所
望するものと異なるため、舵角指令値が大きくなり、油
圧アクチュエータでは流量不足、電動アクチュエータで
は入力電流や最大回転数の不足により車両の運動特性が
変化して操舵フィーリングが悪化するといった問題があ
った。

【０００８】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、車両運動状態
量のフィードバック制御系を持つ車両用実舵角制御装置
において、目標運動状態量推定部でアクチュエータ伝達
特性を考慮することで、高周波の操舵入力時に車両の運
動特性の変化による操舵フィーリングの悪化を防止する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の車両用実舵角制御装置では、図１のクレーム対
応図に示すように、ステアリングホイールのハンドル角
もしくは前輪舵角を検出する前輪舵角検出手段ａと、車
両走行中の速度を検出する車速検出手段ｂと、後輪舵角
を検出する後輪舵角検出手段ｃと、自車に生じる運動状
態量を検出する運動状態量検出手段ｄと、前記前輪舵角
検出手段ａより検出された操舵角信号と、前記車速検出
手段ｂより検出された車速信号に基づき、舵角操作量を
決定する舵角操作量決定手段ｅと、前記操舵角信号と、
前記車速信号と、前記後輪舵角検出手段ｃより検出され
た後輪舵角信号に基づき、前記運動状態量検出手段ｄよ
り検出された運動状態量検出値と同種の運動状態量であ
って、後述する車輪実舵角調整手段ｉを経過することで
得られる後輪舵角信号を推定演算に用いることにより車
輪実舵角調整手段ｉのアクチュエータ伝達特性が考慮さ
れた運動状態量推定値を演算する推定自車運動状態量演
算手段ｆと、前記運動状態量検出値と前記運動状態量推
定値との差に対応して、前記舵角操作量決定手段ｅより
決定された舵角操作量に対する補助操作量を決定する補
助操作量決定手段ｇと、前記舵角操作量に前記補助操作
量を加え合わせ、前記舵角操作量を修正する舵角操作量
修正手段ｈと、該舵角操作量修正手段ｈより修正された
後の修正舵角操作量により、制御対象車輪の実舵角を制
御する車輪実舵角調整手段ｉと、を備えていることを特
徴とする。

【００１０】

【作用】旋回走行時等では、舵角操作量決定手段ｅにお
いて、前輪舵角検出手段ａより検出された操舵角信号
と、車速検出手段ｂより検出された車速信号に基づき、
フィードフォワード分の舵角操作量が決定される。

【００１１】一方、推定自車運動状態量演算手段ｆにお
いて、操舵角信号と、車速信号と、後輪舵角検出手段ｃ
より検出された後輪舵角信号に基づき、運動状態量検出
手段ｄより検出された運動状態量検出値と同種の運動状
態量の推定値が演算される。そして、補助操作量決定手
段ｇにおいて、運動状態量検出手段ｄからの運動状態量
検出値と運動状態量推定値の差に対応して、舵角操作量
決定手段ｅより決定された舵角操作量に対するフィード
バック分の補助操作量が決定される。

【００１２】そして、舵角操作量修正手段ｆにおいて、
フィードフォワード分の舵角操作量にフィードバック分
の補助操作量を加え合わせ、舵角操作量が修正される。

【００１３】これにより、制御対象車輪の実舵角は、外
乱に対応するフィードバック分の補助操作量によりフィ
ードフォワード分の舵角操作量が修正された後の修正舵
角操作量を得るように車輪実舵角調整手段ｉを駆動する
ことで制御される。

【００１４】この実舵角制御において、推定自車運動状
態量演算手段ｆでの運動状態量推定値の演算において、
車輪実舵角調整手段ｉを経過することで得られる後輪舵
角信号が用いられているため、車輪実舵角調整手段ｉの
アクチュエータ伝達特性がフィードバック制御中に考慮
されることとなり、横風，路面μ変化，路面入力等の外
乱の影響以外の要因で舵角操作量は修正されることな
く、高周波の操舵が入力されても車両の運動特性が変化
により操舵フィーリングが悪化することはない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】（第１実施例）まず、構成を説明する。

【００１７】図２は本発明実施例の全体構成を示す図で
ある。

【００１８】前輪１，２は、従来の機械リンク式ステア
リング装置により、ステアリングハンドル３により操舵
されている。また、後輪４，５は車輪実舵角調整装置で
ある車輪操舵用アクチュエータ６（車輪実舵角調整手段
ｉに相当）により操舵される構成になっている。

【００１９】７は、マイクロコンピュータあるいは他の
電気回路を用いて構成されているコントローラであっ
て、このコントローラ７には、操舵入力として、操舵角
センサ８（前輪舵角検出手段ａに相当）で検出されるス
テアリングハンドル３の操舵角信号θ、車速センサ９
（車速検出手段ｂに相当）で検出される車速信号Ｖ、後
輪舵角センサ１０（後輪舵角検出手段ｃに相当）で検出
される後輪舵角信号δ_RS、ヨー角速度センサ１１（運動
状態量検出手段ｄに相当）で検出されるヨー角速度信号
ｄψ_s （以下、ｄは１階微分を表し、ｄ² は２階微分を
表すものとする）が入力されている。そして、コントロ
ーラ７は、上記各入力に基づいて所定の演算処理を実行
して、後輪４，５の舵角目標値δ_R ^#（以下、＃は目標値
を表すものとする）を車輪操舵アクチュエータ６に出力
する。

【００２０】前記コントローラ７は、図３に示すよう
に、運動状態量目標値演算手段２１，舵角操作量目標値
決定手段２２（舵角操作量決定手段ｅに相当），補助舵
角決定部２３，目標値修正手段２４（舵角操作量修正手
段ｈに相当）を備えている。

【００２１】前記補助舵角決定部２３は、図４に示すよ
うに、推定自車運動状態量演算部３１（推定自車運動状
態量演算手段ｆに相当）と比較部３２と制御演算部３３
とを有して構成されており、比較部３２と制御演算部３
３は補助操作量決定手段ｇに相当する。

【００２２】次に、作用を説明する。

【００２３】［後輪舵角制御作動］図５はコントローラ
７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、以下、各ステップについて説明する。

【００２４】ステップ１０１では、一定時間経過したか
否かを判断され、「ＹＥＳ」ではステップ１０２に進
み、「ＮＯ」ではスタートに戻る。

【００２５】ステップ１０２では、前輪舵角センサ８よ
り検出される操舵角信号θ、車速センサ９より検出され
る車速信号Ｖ、後輪舵角センサ１０より検出される後輪
舵角信号δ_RS、ヨー角速度センサ１１より検出されるヨ
ー角速度信号ｄψ_S がコントローラ７に入力される。

【００２６】ステップ１０３では、操舵角信号θ及び車
速信号Ｖより車両目標運動状態量が算出される。

【００２７】この処理が実行される運動状態量目標値演
算手段２１は、予め設定された目標とする動特性を数学
モデル化したものであり、例えば、本実施例ではヨー角
速度の応答性についての規範モデルになっている。この
規範モデルは、操舵角信号θと車速信号Ｖを入力して、
自車で実現しようとするヨー角速度目標値ｄψ^# 及びヨ
ー角加速度目標値ｄ² ψ^# として出力する。尚、規範モ
デルは、例えば、特開昭６１−６７６７０号公報に記載
されている目標車両モデルの算出方法がある。

【００２８】ステップ１０４では、運動状態量目標値に
基づいて後輪舵角目標値δ_R1 ^# が算出される。

【００２９】この処理が実行される舵角操作量目標値決
定手段２２は、自車の動特性を数学モデル化した自車モ
デルを備えており、この自車モデルに運動状態量演算手
段２１より演算されたヨー角速度目標値ｄψ^# 及びヨー
角加速度目標値ｄ² ψ^# と操舵角信号θと車速信号Ｖを
入力して、ヨー角速度目標値ｄψ^# 及びヨー角加速度ｄ
² ψ^# を自車で実現するために必要な後輪舵角を決定す
る。この決定された後輪舵角は、後輪舵角目標値（舵角
操作量）δ_R1 ^# として目標値修正手段２４に出力され
る。以上のステップ１０３及びステップ１０４は舵角操
作量決定手段ｅに相当し、フィードフォワード分の後輪
舵角目標値δ_R1 ^# を算出する。

【００３０】ステップ１０５では、操舵角信号θ，車速
信号Ｖ及び後輪舵角信号δ_RSより推定自車ヨー角速度ｄ
ψ^$ （以下、＄は推定値を表すものとする）が算出され
る。この処理が実行される推定自車運動状態量演算部３
１では、推定自車ヨー角速度ｄψ^$ が以下の式によって
計算される。

【００３１】

【式１】

【００３２】ただし、 ａ₁₁＝−２（Ｌ_F ２ｅＫ_F ＋Ｌ_R ２Ｋ_R ）／Ｉ_Z Ｖ ａ₁₂＝−２（Ｌ_F ｅＫ_F −Ｌ_R Ｋ_R ）／Ｉ_Z Ｖ ａ₂₁＝−２（Ｌ_F ｅＫ_F −Ｌ_R Ｋ_R ）／Ｉ_Z Ｖ ａ₂₂＝−２（ｅＫ_F ＋Ｋ_R ）／ＭＶ ｂ₁₁＝２Ｌ_F ｅＫ_F ／Ｉ_Z ｂ₁₂＝−２Ｌ_R Ｋ_F ／Ｉ_Z ｂ₂₁＝２ｅＫ_F ／Ｍ ｂ₂₂＝２Ｋ_R ／Ｍである。

【００３３】なお、、 Ｌ_F ；前車軸から重心点までの距離 Ｌ_R ；後車軸から重心点までの距離 Ｉ_Z ；ヨー慣性モーメント ｅＫ_F ；前輪等価コーナリングパワー Ｋ_R ；後輪コーナリングパワー Ｍ；車両質量 Ｎ；ステアリング比である。

【００３４】そして、推定自車ヨー角速度ｄψ^$ の演算
には後輪舵角信号δ_RSを用いているので、車両操舵用ア
クチュエータ６の伝達特性が考慮されることになる。

【００３５】ステップ１０６では、ヨー角速度センサ１
１より検出されるヨー角速度信号ｄψ_S と推定ヨー角速
度ｄψ^$ より補助後輪舵角（補助操作量）δ_R2 ^# が算出
される。

【００３６】この処理が実行される補助舵角決定部２３
の比較部３２において、ヨー角速度信号ｄψ_S と推定ヨ
ー角速度ｄψ^$ との差ｅ（＝ｄψ_S −ｄψ^$ ）が求めら
れ、所定の伝達特性Ｈ（ｓ）を有する制御演算部３３に
おいて、この差ｅに対応した補助後輪舵角δ_R2 ^# が決定
される。この制御演算部３３は、例えば、比例制御、積
分制御、比例＋積分制御等のいずれかで構成されてい
る。

【００３７】以上のステップ１０５及びステップ１０６
は、フィードバック分の補助後輪舵角δ_R2 ^# を算出す
る。

【００３８】ステップ１０７では、後輪舵角目標値δ_R1
^# に補助後輪舵角δ_R2 ^# を加算して後輪舵角目標値δ_R1
^# の修正が行なわれる。

【００３９】ステップ１０８では、修正後の後輪舵角目
標値δ_R ^#（＝δ_R1 ^# ＋δ_R2 ^# ）が得られる指令が車輪実
舵角調整装置６に出力される。これらステップ１０７及
び１０８は、舵角操作量修正手段ｈに相当し、目標値修
正手段２４において実行される。

【００４０】［外乱等がない通常走行時］ステップ１０
３及びステップ１０４のフィードフォワード制御が安定
している状態では、ヨー角速度目標値ｄψ^# とヨー角加
速度目標値ｄ² ψ^# が精度良く、遅延なく自車で実現で
きるため、ｅ≒０、すなわち、ｄψ^# ≒ｄψ_s であり、
補助舵角δ_R2 ^# ≒０になる。これは、後輪４，５の実舵
角を舵角操作量目標値決定手段２２で決定した後輪舵角
目標値δ_R1 ^# のみで制御するフィードフォワード制御だ
げで行っていることに等しい。

【００４１】［外乱等が作用する走行時］ステップ１０
３及びステップ１０４のフィードフォワード制御は不安
定になるため、ステップ１０５及びステップ１０６のフ
ィードバック制御が行われ、ヨーー角速度信号ｄψ_S と
推定ヨー角速度ｄψ^$ との差ｅがｅ＞０となり、この差
ｅの大きさに応じた補助後輪舵角δ_R2 ^# が形成される。

【００４２】その際、推定ヨー角速度ｄψ^# の演算には
後輪舵角信号δ_RSが用いられているため、車輪操舵用ア
クチュエータ６の伝達特性が考慮されることになる。

【００４３】これにより、実際の車両運動状態量である
ヨー角速度ｄψ_S と車両運動状態量の目標値である推定
ヨー角速度ｄψ^# との誤差を非常に小さくすることがで
き、制御精度が向上する。

【００４４】［シミュレーション比較］図６及び図７は
本実施例と従来の方法との周波数応答試験シミュレーシ
ョン比較結果を示すものである。

【００４５】この比較では、フィードフォワード制御の
みによるものと、本発明のフィードフォワード制御＋フ
ィードバック制御（アクチュエータ伝達特性を考慮）
と、従来のフィードフォワード制御＋フィードバック制
御（アクチュエータ伝達特性を考慮していない）とを用
いた。

【００４６】その結果、従来の方法は制御目標（外乱が
ない時のフィードフォワード制御）に比べ、高周波でゲ
インと位相が急激に変化しており、ドライバーに違和感
を与えると考えられるが、本発明の方法では低周波から
高周波まで制御目標と非常に良く一致しており、ゲイン
や位相の急激な変化のない狙い通りの所望の制御系が構
成されていることがわかる。

【００４７】なお、シミュレーションに用いた諸元値は
以下の様である。

【００４８】車両諸元 車両質量；Ｍ＝１４７０ｋｇ ヨー慣性モーメント；Ｉｚ＝２１５６ｋｇｍ² 前輪等価コーナリングパワー；ｅＫ_F ＝４６６１６Ｎ／
ｒａｄ 後輪コーナリングパワー；Ｋ_R ＝８１３４０Ｎ／ｒａｄ ホイールベース；Ｌ＝２．６１５ｍ 前車軸から重心点までの距離；Ｌ_F ＝１．１３８５ｍ 後車軸から重心点までの距離；Ｌ_R ＝１．４７６５ｍ ステアリングギヤ比；Ｎ＝１５．３ 制御目標車の諸元（モデル） スタビリティファクタ；Ａ_M ＝１．５＊１０^-3 ホイールベース；Ｌ_M ＝２．６１５ｍ ステアリングギヤ比；Ｎ＝１２．５ 後輪操舵用アクチュエータの諸元 慣性モーメント；Ｊ_mot ＝６．０＊１０^-5ｋｇｍ² 粘性摩擦係数；Ｄ_mot ＝１．０＊１０^-4Ｎｍｓ／ｒａｄ ばね定数；Ｋ_mot ＝３．０＊１０^-2Ｎｍ／ｒａｄ 電機子抵抗；Ｒ_mot ＝０．３Ω 電機子インダクタンス；Ｌ_mot ＝０．３ｍＨ トルク定数；Ｋ_Tmot＝２．９Ｎｍ／Ａ このように本実施例の車両用実舵角制御装置では、実際
の車両運動状態量であるヨー角速度信号ｄψ_S と車両運
動状態の目標値である推定ヨー角速度ｄψ^$ との差ｅに
対応して、舵角操作量目標値演算手段２２より決定され
た後輪舵角目標値δ_R1 ^# に対する補助後輪舵角δ_R2 ^# を
決定する比較部３２及び制御演算部３３を設けることと
し、しかも、推定自車運動状態量演算部３１における推
定ヨー角速度ｄψ^$ の演算において、後輪舵角センサ１
０より検出された後輪舵角信号δ_RSが用いられている
為、車両操舵用アクチュエータ６の伝達特性が考慮され
ることとなって、外乱の影響以外は後輪舵角目標値δ_R1
^# は補正されることなく、高周波の操舵が入力されて
も、車両の運動が大きく目標値からずれることはなくな
り、車両の運動特性が変化により操舵フィーリングが悪
化することはない。

【００４９】（第２実施例） 本実施例は、図８に示すように、１次進み制御（位相反
転制御）に車両運動状態量Ｆ／Ｂを施した系に本発明を
適用した例である。

【００５０】まず、構成を説明する。

【００５１】舵角操作量決定手段４１では、操舵角信号
θ，角速度ｄθ，角加速度ｄ² θ及び車速信号Ｖより後
輪舵角目標値（舵角操作量）δ_R1 ^# が決定され、この後
輪舵角目標値δ_R1 ^# は加算器４６（舵角操作量修正手段
ｈに相当）に出力される。尚、τ’，τ，ｋは車速関数
で与えられる定数である。

【００５２】推定自車運動状態量演算部４２（推定自車
運動状態量演算手段ｆに相当）では操舵角信号θ、車速
信号Ｖ及び後輪舵角信号δ_R より推定運動状態量ｘ^$ が
演算され、車両運動状態量検出手段４３（運動状態量検
出手段ｄに相当）では運動状態量ｘが検出される。

【００５３】比較器４４（補助操作量決定手段ｇに相
当）では推定運動状態量ｘ^$ と運動状態量ｘの差ｅが算
出され、制御演算部４５（補助操作量決定手段ｇに相
当）では、この差ｅに応じた補助後輪舵角δ_R2 ^# が決定
される。この補助後輪舵角δ_R2 ^# は、加算器４６におい
て後輪舵角目標値δ_R1 ^# に加えられ、この修正された後
輪舵角目標値δ_R ^#が操舵用アクチュエータ系４７（車輪
実舵角調整手段ｉに相当）に入力され、この操舵用アク
チュエータ系４７によって車両４８、具体的には後輪に
後輪舵角δ_R が与えられる。

【００５４】以上のように構成された本実施例の車両用
実舵角制御装置にあっては、作用及び効果については、
前記第１実施例のものと変わるところはない。

【００５５】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。

【００５６】例えば、実施例では、車両の運動状態量の
目標値にヨー角速度を適用した例を示したが、横加速度
の目標値、横方向速度の目標値、あるいは複数種類の運
動状態量の目標値（例えば、ヨー角速度の目標値と横方
向速度の目標値の２種類等）であっても良い。

【００５７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、車両運動状態量のフィードバック制御系を持つ車両
用実舵角制御装置において、操舵角信号と、車速信号
と、後輪舵角検出手段より検出された後輪舵角信号に基
づき、運動状態量検出手段より検出された運動状態量検
出値と同種の運動状態量であって、車輪実舵角調整手段
を経過することで得られる後輪舵角信号を推定演算に用
いることにより車輪実舵角調整手段のアクチュエータ伝
達特性が考慮された運動状態量推定値を演算する推定自
車運動状態量演算手段と、運動状態量検出値と運動状態
量推定値の差に対応して、舵角操作量決定手段より決定
された舵角操作量に対する補助操作量を決定する補助操
作量決定手段とを備えた装置としたため、目標運動状態
量推定部でアクチュエータ伝達特性が考慮されることに
なり、高周波の操舵入力時に車両の運動特性の変化によ
る操舵フィーリングの悪化を防止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】本発明の車両用実舵角制御装置のクレーム対応
図である。

【図２】本発明第１実施例の車両用実舵角制御装置が適
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】本発明第１実施例装置のコントローラのブロッ
ク図である。

【図４】本発明第１実施例装置のコントローラの補助舵
角決定部詳細図である。

【図５】本発明第１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６】本発明第１実施例制御と従来制御とのヨーレー
トゲインに対する周波数応答試験シミュレーション比較
結果図である。

【図７】本発明第１実施例制御と従来制御との位相に対
する周波数応答試験シミュレーション比較結果図であ
る。

【図８】本発明第２実施例装置のコントローラのブロッ
ク図である。

【符号の説明】

ａ 前輪舵角検出手段 ｂ 車速検出手段 ｃ 後輪舵角検出手段 ｄ 運動状態量検出手段 ｅ 舵角操作量決定手段 ｆ 推定自車運動状態量演算手段 ｇ 補助操作量決定手段 ｈ 舵角操作量修正手段 ｉ 車輪実舵角調整手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (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】 ステアリングホイールのハンドル角もし
   くは前輪舵角を検出する前輪舵角検出手段と、 車両走行中の速度を検出する車速検出手段と、 後輪舵角を検出する後輪舵角検出手段と、 自車に生じる運動状態量を検出する運動状態量検出手段
   と、 前記前輪舵角検出手段より検出された操舵角信号と、前
   記車速検出手段より検出された車速信号に基づき、舵角
   操作量を決定する舵角操作量決定手段と、 前記操舵角信号と、前記車速信号と、前記後輪舵角検出
   手段より検出された後輪舵角信号に基づき、前記運動状
   態量検出手段より検出された運動状態量検出値と同種の
   運動状態量であって、後述する車輪実舵角調整手段を経
   過することで得られる後輪舵角信号を推定演算に用いる
   ことにより車輪実舵角調整手段のアクチュエータ伝達特
   性が考慮された運動状態量推定値を演算する推定自車運
   動状態量演算手段と、 前記運動状態量検出値と前記運動状態量推定値との差に
   対応して、前記舵角操作量決定手段より決定された舵角
   操作量に対する補助操作量を決定する補助操作量決定手
   段と、 前記舵角操作量に前記補助操作量を加え合わせ、前記舵
   角操作量を修正する舵角操作量修正手段と、 該舵角操作量修正手段より修正された後の修正舵角操作
   量により、制御対象車輪の実舵角を制御する車輪実舵角
   調整手段と、 を備えていることを特徴とする車両用実舵角制御制御装
   置。