JP3042236B2 - 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、操舵時に前後輪の少な
くとも一方に補助舵角を与える舵角制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、後輪に補助舵角を与える舵角制御
装置としては、例えば、第１０回「適応制御シンポジウ
ム」（平成２年１月３１日〜２月２日・東京）の際に発
表された資料である『自動車用アクチュエータのロバス
ト制御』に記載されているものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の舵角制御装置にあっては、所望の特性をＧｍ
（ｚ^-1）とした時、後輪舵角位置決めサーボ系の規範モ
デルＧ’ｍ（ｚ^-1）を次式で与えていた。

【０００４】 Ｇ’ｍ（ｚ^-1）＝Ｇｍ（ｚ^-1）・Ｑ（ｚ^-1） …（1) 但し、（１）式で、Ｇｍ（ｚ^-1）は、

【０００５】

【式２】 Ｚ；ｚ変換 ｚ^-1；遅れ演算子 ωn ；固有振動数 ｓ ；ラプラス演算子 ζ；減衰率 また、Ｑ（ｚ^-1）は、制御対象の離散値系伝達関数Ｇｐ
（ｚ^-1）を、

【０００６】

【式３】

【０００７】但し、Ｇｐ(s) は制御対象の連続系伝達関
数としたとき、

【０００８】

【式４】 となる。（１）式からわかるように、この場合の規範モ
デルは、所望の特性に対してＱ（ｚ^-1）の特性だけ遅れ
てしまう。

【０００９】また、Ｑ（ｚ^-1）は、従来例の制御系を構
成する場合、必要なフィルタであり、これを付加しなけ
れば、制御対象への入力信号が激しく振動してしまう
（参考文献「ロバスト適応制御入門」参照）。

【００１０】そこで、従来では、規範モデルの応答を所
望の応答に合わせるため、上記(3)式で表わされる連続
系伝達関数の固有振動数ωn と減衰率ζを変えて、(1)
式が所望の応答に近づくように試行錯誤を繰り返してい
た。

【００１１】本発明は、このような従来の問題点である
“Ｑ（ｚ^-1）による所望の特性に対する遅れ”に着目し
てなされたもので、操舵時に前後輪の少なくとも一方に
補助舵角を与える舵角制御装置において、固有振動数ω
n と減衰率ζを変える試行錯誤を繰り返すことなく、規
範モデルの応答と所望の応答をほぼ一致させることを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、舵角指令信号から舵角可変機構の動作状
態までの伝達特性を予め数式化した規範モデルを、連続
系の所望の伝達特性を離散化したときのゼロ点を無視し
た伝達特性と、舵角可変機構の連続系伝達特性を離散化
したときの舵角可変機構への入力信号の振動を抑えるフ
ィルタであるゼロ点を付加した伝達特性で指定する手段
とした。

【００１３】すなわち、図１のクレーム対応図に示すよ
うに、入力信号に応じて動作する舵角可変機構ａと、該
舵角可変機構ａの動作状態を検出する動作検出手段ｂ
と、舵角指令信号と前記動作検出手段ｂからの信号とか
ら前記入力信号を演算する演算部ｃとからなり、前記演
算部ｃは前記舵角指令信号から前記舵角可変機構ａの動
作状態までの伝達特性が予め数式化された伝達特性（以
下、規範モデルｄと記す）に追従するように前記入力信
号を演算する舵角制御装置において、前記規範モデルｄ
を、連続系の所望の伝達特性を離散化したときのゼロ点
を無視した伝達特性ｅと、前記舵角可変機構ａの連続系
伝達特性を離散化したときの舵角可変機構ａへの入力信
号の振動を抑えるフィルタであるゼロ点を付加した伝達
特性ｆで指定することを特徴とした。

【００１４】ここで、前記舵角可変機構は、前記入力信
号から動作状態までの連続系伝達特性の相対次数を２以
上としても良い。

【００１５】また、前記舵角可変機構の連続系伝達特性
Ｇｐ(s)を０次／２次として、連続系の所望の伝達特性
Ｇrm(s) を０次／２次で指定した場合、これらを離散化
したときの伝達特性をそれぞれＧｐ（ｚ^-1）、Ｇrm（ｚ
^-1）とすると、規範モデルＧｍ（ｚ^-1）を次式で与える
ようにしても良い。すなわち、Ｇｐ（ｚ ^-1 ）は(4)式で
指定され、Ｇrm（ｚ ^-1 ）は(2)式で指定されている通り
であり、舵角位置決めサーボ系の規範モデルＧｍ
（ｚ ^-1 ）は、(8)式から零点を含む項を無視した(10)式
で表される次式で与えるようにしても良い。

【００１６】

【式５】

【００１７】

【作用】操舵時、演算部ｃにおいて、所定の制御則にし
たがって得られた舵角指令信号と、舵角可変機構ａの動
作状態を検出する動作検出手段ｂからの信号とに基づい
て、舵角指令信号から舵角可変機構ａの動作状態までの
予め数式化された規範モデルｄに追従するように入力信
号が演算される。そして、この入力信号に応じて舵角可
変機構ａを動作させることで補助舵角が与えられる。

【００１８】この演算部ｃでの演算において、連続系の
所望の伝達特性を離散化したときのゼロ点（規範モデル
を構成するときに消去可能）と、舵角可変機構ａの連続
系伝達特性を離散化したときのゼロ点（規範モデルを構
成するときに消去不可能）とがほぼ等しいという特徴を
利用し、規範モデルｄを、連続系の所望の伝達特性を離
散化したときのゼロ点を無視した伝達特性ｅと、舵角可
変機構ａの連続系伝達特性を離散化したときの舵角可変
機構ａへの入力信号の振動を抑えるフィルタであるゼロ
点を付加した伝達特性ｆで指定するようにしているた
め、連続系の所望の伝達特性を離散化した場合の伝達特
性と、規範モデルｄとをほぼ等しい形にすることがで
き、かつ、舵角可変機構ａの連続系伝達特性を離散化し
たときのゼロ点が、規範モデルｄに含まれているため、
従来通りの安定したモデルマッチングコントローラが構
成可能となる。この結果、従来手法のように固有振動数
ωn と減衰率ζを変える試行錯誤を繰り返すことなく、
規範モデルの応答と所望の応答をほぼ一致させることが
できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２０】まず、構成を説明する。

【００２１】図２は本発明実施例の後輪舵角制御装置を
示すシステムブロック図である。

【００２２】図２において、１は後輪舵角指令値演算部
であり、操舵角θと車速Ｖから、後輪舵角指令値δ_R ^*を
演算する。

【００２３】２は後輪舵角位置決め演算部（演算部ｃに
相当）であって、後輪舵角指令値演算部１からの後輪舵
角指令値δ_R ^*と、図外の後輪舵角センサ（動作検出手段
ｂに相当）からの後輪実舵角δ_R によりモータ電流指令
値ｉ^* を演算する。

【００２４】３は電流制御アンプで、モータ駆動式後輪
舵角操舵機構４（舵角可変機構ａに相当）のモータに流
れるモータ電流ｉをモータ電流指令値ｉ^* に追従させ
る。

【００２５】図３は前記後輪舵角位置決め演算部２の詳
細であり、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅはそれぞれ補
償器で、２ｆは電流リミッタである。

【００２６】次に、作用を説明する。

【００２７】［後輪舵角制御作用］後輪舵角指令値演算
部１は、例えば、本出願人が先に出願した特願平１−１
６１１５７号（特開平３−２５０７８号公報）の明細書
第７頁〜第９頁に述べている方法で、車速Ｖと操舵角θ
から車両の走行状況に応じた後輪舵角指令値δ_R ^*を演算
し、後輪舵角位置決め演算部２へ入力する。

【００２８】後輪舵角位置決め演算部２では、後輪舵角
指令値δ_R ^*と、後輪実舵角δ_R とから、後述する規範モ
デルに後輪実舵角δ_R を追従させるためのモータ電流指
令値ｉ^* を演算し、電流アンプ３に入力する。

【００２９】電流制御アンプ３は、モーター駆動式後輪
舵角操舵機構４のモータ電流ｉをモータ電流指令値ｉ^*
に追従させる。

【００３０】以上の制御作用により、旋回安定性と旋回
応答性とを両立する最適な旋回性能を得るべく前輪操舵
時に後輪舵角が補助操舵される。

【００３１】［規範モデル及び補償作用］以下、本発明
の特徴である後輪舵角位置決め演算２を構成する場合に
用いる規範モデルと、後輪舵角指令値δ_R ^*に対する後輪
実舵角δ_R の応答を規範モデルに一致させる補償器（図
３の２ａ〜２ｃ，２ｄ〜２ｅ）について述べる。

【００３２】従来の規範モデルＧ’ｍ（ｚ^-1）は、所望
の特性を上記（２）式で指定した場合、下記の（１）式
で与えられていた。

【００３３】 Ｇ’ｍ（ｚ^-1）＝Ｇｍ（ｚ^-1）・Ｑ（ｚ^-1） …(1) （１）式を書き換えると（７）式となる。

【００３４】

【式６】 さらに、（７）を書き換えると（８）式となる。

【００３５】

【式７】 （８）式は、（１）及び（７）式の所望の特性Ｇｍ（ｚ
^-1）を零点を含む項と、含まない項とに分けて書き換え
たものである。

【００３６】ここで、Ｑ（ｚ^-1）は制御対象の零点を含
んだフィルタ（（５）式）であり、規範モデルの設定時
に省略できないが、所望の伝達特性Ｇｍ（ｚ^-1）中の零
点を含む項は無視しても構わない。なお、（８）式の零
点を含まない項が、請求項１における連続系の所望の伝
達特性を離散化したときのゼロ点を無視した伝達特性に
相当し、（８）式のＱ（ｚ ^-1 ）の項が請求項１における
舵角可変機構の連続系伝達特性を離散化したときの舵角
可変機構への入力信号の振動を抑えるフィルタであるゼ
ロ点を付加した伝達特性に相当する。

【００３７】また、これらのデジタルフィルタ、

【００３８】

【式８】 は構成が同じであり、どちらも連続系０次／２次（相対
次数２）の伝達特性をゼロ次ホールダを用いて離散化し
た時の離散値系伝達関数の分子多項式の係数を用いて構
成されるため、サンプリングタイムを十分小さくすれ
ば、（９），（５）式はほぼ同じ応答を示す。（参考文
献「ロバスト適応制御入門」参照。サンプリングタイム
を小さくしていった時、ｂm₁／ｂm₀，及びｂp₁／ｂp₀は
ともに−１に収束することが書かれている。）従って、
（８）式の所望の伝達特性の零点を含む項を無視した
（１０）式で表わされる規範モデルを用いれば、Ｑ（ｚ
^-1）による遅れを小さくでき、規範モデルの応答は、所
望の応答に近づく。

【００３９】

【式９】

【００４０】図４に、本規範モデルと従来の規範モデル
のステップ応答シミレーションを示す。

【００４１】従来の規範モデルでは、所望の応答θ_m に
対して、Ｑ（ｚ^-1）による遅れが生ずるため規範モデル
の応答θ_rmとの間に比較的大きな誤差ｅが見られる。

【００４２】一方、本規範モデルでは、所望の応答θ_m
と規範モデルの応答θ_rmとの誤差ｅが少ない。つまり、
図４のスケールでは所望の応答θ_m と規範モデルの応答
θ_rmとは略一致する。

【００４３】次に、後輪舵角指令値δ_R ^*から後輪実舵角
δ_R までの応答を本規範モデルＧ”ｍ（ｚ^-1）に一致さ
せるための補償器を導く。

【００４４】今、電流制御アンプ３と、モータ駆動式後
輪舵角操舵機構４を制御対象とし、この離散値系伝達関
数が次式で表わされるものとする。

【００４５】

【式１０】 （１１）式を書き換えると、（１２）式となる。

【００４６】

【式１１】 とすれば、（１２）式は、（１５）式となる。

【００４７】

【式１２】

【００４８】ここで、後輪舵角位置決めサーボ系の規範
モデルを次式で与える。

【００４９】

【式１３】

【００５０】図３で後輪舵角指令値δR^*から後輪実舵角
δRまでの伝達特性をＧ”ｍ（ｚ ^-1 ）に一致させる２
ａ，２ｂ，２ｃの補償器は以下のように求める。（但
し、図３で２ｄ，２ｅはロバスト補償器であり、これか
ら述べる２ａ，２ｂ，２ｃとは独立に設計できる。）
今、図３で２ａをＢｍ（ｚ^-1），２ｂを１／Ｒ
（ｚ^-1），２ｃをＬ（ｚ^-1）とおくと、ｉ* は次式とな
る（ｉｃは０として設計する）。

【００５１】

【式１４】 （１７）式を（１８）式に代入して整理すると、後輪舵
角指令値δ_R ^*から後輪実舵角δ_R までの伝達特性Ｇ（ｚ
^-1）として（１９）式を得る。

【００５２】

【式１５】 （１９）式を規範モデル（１６）式に一致させるには、 Ｂｍ（ｚ^-1）・（ｂp₀＋ｂp₁）＝（ｂm₀＋ｂm₁） …(20) Ａp(z^-1)・Ｒ(z^-1) ＋ｚ^-1(bp₀＋bp₁)・Ｑ(z^-1)・Ｌ(z^-1) ＝１＋ａm₁ｚ^-1＋ａm₂ｚ^-2 …(21) を満たす、Ｂｍ（ｚ^-1），Ｒ（ｚ^-1），Ｌ（ｚ^-1）を求
めれば良い。

【００５３】 ここで、Ｒ（ｚ^-1）＝１＋ｒ・ｚ^-1 …(22) Ｌ（ｚ^-1）＝ｌ₀ ＋ｌ₁ ・ｚ^-1 …(23) として、（２２），（２３）式を（２１）式に代入し、
（２１）式右辺と係数比較を行うと、結局ｒ，ｌ₀ ，ｌ
₁ は、

【００５４】

【式１６】 となる。またＢｍは、（２０）式より、

【００５５】

【式１７】 となる。

【００５６】次に、外乱やパラメータ変動に対して抵感
度特性を得るためのロバスト補償器（２ｄ，２ｅ）の説
明を行なう。

【００５７】図３で２ｄを定常ゲイン１のローパスフィ
ルタＨ（ｚ^-1），２ｅをＨ（ｚ^-1）／Ｇｐ（ｚ^-1）とす
る。

【００５８】今、仮に制御対象３，４に外乱やパラメー
タ変動がないとすれば、次式により、ｉｃはゼロとなる
ことがわかる。

【００５９】

【式１８】

【００６０】そこで、制御対象は、Ｇｐ（ｚ^-1）に対
し、外乱ｄｉとパラメータ変動△の影響を受け、次のよ
うにＧ’ｐ（ｚ^-1）に変化しているものとする。

【００６１】 Ｇ’ｐ（ｚ^-1）＝Ｇｐ（ｚ^-1）（１＋△）＋ｄｉ …(29) このとき、図３で、信号Ｖに対する後輪実舵角δ_R は次
式となる。

【００６２】

【式１９】

【００６３】従って、Ｈ（ｚ^-1）の周波数特性が１とみ
なせる範囲で次式が成立する。

【００６４】 δ_R ≒Ｇｐ（ｚ^-1）・Ｖ …(31) 以上の説明から、Ｈ（ｚ^-1）のカットオフ周波数が高け
れば図３のＶから後輪実舵角δ_R までの伝達特性は、パ
ラメータ変動，外乱によらずＧｐ（ｚ^-1）となることが
わかる。

【００６５】前述した２ａ，２ｂ，２ｃの補償器は制御
対象の伝達特性がＧｐ（ｚ^-1）であるときのみ後輪舵角
指令値δ_R ^*から後輪実舵角δ_R までの伝達特性をＧ”ｍ
（ｚ^-1）に一致させるものであるから、ロバスト補償器
を付加することによって、制御対象に外乱，パラメータ
変動があっても、後輪舵角指令値δ_R ^*から後輪実舵角δ
_R までの伝達特性をＧ”ｍ（ｚ^-1）に一致させることが
できるようになる。

【００６６】以上説明してきたように、この発明の実施
例によれば、その構成を舵角指令値δ_R ^*から実舵角δ_R
までの伝達特性を（１０）式の形で指定したため、従来
では規範モデルの応答を所望の応答に合わせるため、
（３）式で表される連続系伝達関数の固有振動数ωn ，
減衰率ζを変えて、（１）式が所望の応答に近付くよう
に試行錯誤を繰り返したが、本発明の実施例を用いれば
このような試行錯誤なしに規範モデルの応答と、所望の
応答をほぼ一致させることができるという効果が得られ
る。

【００６７】上記のように、本実施例では、後輪のみを
補助操舵する例を示したが、前輪を補助操舵したり前後
輪を補助操舵するシステムにも適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明にあっ
ては、操舵時に前後輪の少なくとも一方に補助舵角を与
える舵角制御装置において、舵角指令信号から舵角可変
機構の動作状態までの伝達特性を予め数式化した規範モ
デルを、連続系の所望の伝達特性を離散化したときのゼ
ロ点を無視した伝達特性と、舵角可変機構の連続系伝達
特性を離散化したときの舵角可変機構への入力信号の振
動を抑えるフィルタであるゼロ点を付加した伝達特性で
指定する手段としたため、固有振動数ωn と減衰率ζを
変える試行錯誤を繰り返すことなく、規範モデルの応答
と所望の応答をほぼ一致させ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】本発明の舵角制御装置を示すクレーム対応図で
ある。

【図２】本発明実施例の後輪舵角制御装置のシステムブ
ロック図である。

【図３】実施例装置の後輪舵角位置決め演算部の詳細図
である。

【図４】本発明実施例と従来の規範モデルのステップ応
答シミュレーション特性図である。

【符号の説明】

ａ 舵角可変機構 ｂ 動作検出手段 ｃ 演算部 ｄ 規範モデル ｅ ゼロ点を無視した伝達特性 ｆ ゼロ点を付加した伝達特性

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 - 6/04 B62D 7/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号に応じて動作する舵角可変機構
   と、該舵角可変機構の動作状態を検出する動作検出手段
   と、舵角指令信号と前記動作検出手段からの信号とから
   前記入力信号を演算する演算部とからなり、前記演算部
   は前記舵角指令信号から前記舵角可変機構の動作状態ま
   での伝達特性が予め数式化された伝達特性（以下、規範
   モデルと記す）に追従するように前記入力信号を演算す
   る舵角制御装置において、 前記規範モデルを、連続系の所望の伝達特性を離散化し
   たときのゼロ点を無視した伝達特性と、前記舵角可変機
   構の連続系伝達特性を離散化したときの舵角可変機構へ
   の入力信号の振動を抑えるフィルタであるゼロ点を付加
   した伝達特性で指定することを特徴とした舵角制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の舵角制御装置において、 前記舵角可変機構は、前記入力信号から動作状態までの
   連続系伝達特性の相対次数が２以上であることを特徴と
   した舵角制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の舵角制御装置において、 前記舵角可変機構の連続系伝達特性Ｇｐ (s)を０次／２
   次として、連続系の所望の伝達特性Ｇrm(s) を０次／２
   次で指定した場合、これらを離散化したときの伝達特性
   をそれぞれＧｐ（ｚ^-1）、Ｇrm（ｚ^-1）とすると、規範
   モデルＧｍ（ｚ^-1）を次式で与えることを特徴とした舵
   角制御装置。