JP3091038B2 - 前後輪操舵車両の制御装置 - Google Patents

前後輪操舵車両の制御装置

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JP3091038B2 JP04350490A JP35049092A JP3091038B2 JP 3091038 B2 JP3091038 B2 JP 3091038B2 JP 04350490 A JP04350490 A JP 04350490A JP 35049092 A JP35049092 A JP 35049092A JP 3091038 B2 JP3091038 B2 JP 3091038B2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子制御式前後輪操舵
車両の制御装置に関し、特に車体に対する外乱および車
両の走行状態の変化に対する車両の運動特性を所望のも
のに近づけることが可能なように構成された前後輪操舵
車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両に作用する横加速度もしくはヨーレ
イトを検出し、これに応じて後輪を転舵して車両の運動
性を改善しようとする技術が提案されている（特開昭５
７−４４５６８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術に於て
は、車両の旋回運動によって発生するヨーレイトと、横
風などの外乱を受けることによって発生するヨーレイト
とを判別することができないため、ヨーレイトが発生す
ると一定の条件に従って後輪舵角が制御されるため、外
乱の抑制効果と旋回運動性能の確保との両立が困難であ
った。
【０００４】車速に応じてヨーレイトゲインを変えるこ
とで低速域での取り回し性向上と高速域での外乱抑制効
果の獲得とを図るものもあるが、車速によって車両の運
動特性が変化するため、違和感が伴うことを避けられな
い。
【０００５】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、車
体に対する外乱および車両の走行状態の変化に対する車
両の運動特性を所望のものに近づけることが可能なよう
に構成された前後輪操舵車両の制御装置を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明の請求項１によれば、ステアリングホイールを操舵す
ることによって舵角を与えられる前輪と、車両の走行状
態に応じて舵角を与えられる後輪とを有すると共に、ス
テアリングホイールの操舵角に対応した規範ヨーレイト
を設定する規範ヨーレイト設定部と、車両に作用する実
ヨーレイトを検出する実ヨーレイト検出部と、規範ヨー
レイトと実ヨーレイトとの偏差を演算する演算部と、該
演算部からの偏差に基づいて後輪舵角を制御するフィー
ドバック制御系とを有する前後輪操舵車両の制御装置に
おいて、フィードバック制御系に於ける規範ヨーレイト
の入力から実ヨーレイトの出力までの伝達関数の値が高
周波数領域で小さくなるようにし、且つ規範ヨーレイト
の入力からヨーレイト偏差の出力までの伝達関数の値が
低周波数領域で小さくなるようにしてなるものとするこ
とによって達成される。また請求項２によれば、ステア
リングホイールを操舵することによって舵角を与えられ
る前輪と、車両の走行状態に応じて舵角を与えられる後
輪とを有すると共に、ステアリングホイールの操舵角に
対応した規範ヨーレイトを設定する規範ヨーレイト設定
部と、車両に作用する実ヨーレイトを検出する実ヨーレ
イト検出部と、規範ヨーレイトと実ヨーレイトとの偏差
を演算する演算部と、該演算部からの偏差に基づいて後
輪舵角を制御するフィードバック制御系と、規範ヨーレ
イト設定部の伝達関数を考慮したフィードフォワード制
御系を有する前後輪操舵車両の制御装置において、フィ
ードフォワード制御系を、ステアリングホイールの操舵
角の増大に応じて後輪を逆位相転舵する成分を含むもの
とすることによって達成される。
【０００７】
【作用】請求項１の構成によれば、フィードバック制御
系における応答性が最適に設定されるので、外乱抑制効
果と制御系のノイズに対する安定性とを両立できる。そ
して請求項２の構成によれば、タイヤのコーナリングフ
ォースが飽和する非線形領域における運動性を改善でき
る。
【０００８】
【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明が適用された車両用前後輪
操舵装置の全体構成を図式的に示している。ステアリン
グホイール１が一端に固着されたステアリングシャフト
２は、前輪転舵装置３の転舵ロッド４と機械的に連結さ
れている。この転舵ロッド４の両端は、左右前輪５を支
持する各ナックルアーム６にタイロッド７を介してそれ
ぞれ連結されている。
【００１０】車両の後部に配置された後輪転舵装置８
は、車幅方向に延在する転舵ロッド９を、電動モータ１
０で駆動するようになっている。そして転舵ロッド９の
両端は、前輪５側の転舵ロッド４と同様に、左右後輪１
１を支持するナックルアーム１２にタイロッド１３を介
してそれぞれ連結されている。
【００１１】前後両転舵装置３・８には、各転舵ロッド
４・９の位置を検知して各車輪５・１１の転舵量を測定
するために、舵角センサ１４・１５が装着されている。
また、ステアリングシャフト２には、ステアリングホイ
ール１の操舵量を検知するための舵角センサ１６が取り
付けられている。これに加えて、各車輪５・１１には、
それぞれ車速センサ１７が設けられ、車体の適所には、
横加速度センサ１８並びにヨーレイトセンサ１９が設け
られている。
【００１２】これらの各センサ１４〜１９は、電動モー
タ１０を駆動制御するコンピュータユニット２０に電気
的に接続されている。
【００１３】本装置に於ては、ステアリングホイール１
を運転者が操舵すると、前輪転舵装置３の転舵ロッド４
が機械的に駆動されて前輪５が転舵される。と同時に、
ステアリングホイール１の操舵量および転舵ロッド４の
移動量が、各舵角センサ１４〜１６を介してコンピュー
タユニット２０にそれぞれ入力される。そしてこれら前
輪転舵角、車速、横加速度、及びヨーレイトの各入力値
に基づいてコンピュータユニット２０が後輪１１の最適
転舵量を決定し、電動モータ１０を駆動して後輪１１を
転舵するようになっている。
【００１４】次にコンピュータユニット２０内における
制御フローについて図２及び図３を参照して説明する。
【００１５】先ず、ステアリングホイール１の操舵角θ
を読込む（ステップ１）。
【００１６】次に車速Ｖを読込み、かつ移動平均をとっ
てこのデータを平滑化する（ステップ２）。
【００１７】次に横加速度Ｇを読込み、かつ移動平均を
とるか或いはローパスフィルタをかけてこのデータを平
滑化する（ステップ３）。
【００１８】更にヨーレイトγを読込むが、このヨーレ
イトの値は、センサの特性から零点ドリフトが避けられ
ないので、車速の増大に応じてカットオフ周波数が小さ
くなる特性のハイパスフィルタ回路（図４−Ａ参照）、
車速の増大に応じて不感帯幅が狭くなる特性のヒステリ
シス回路（図４−Ｂ参照）、車速の増大に応じて非線形
部分のゲインが１に近づく特性の非線形回路（図４−Ｃ
参照）を通すことにより、ドリフト成分を信号から除去
した制御用ヨーレイトγcに変換する（ステップ４）。
なお、図４に示す各特性は、それぞれ車速の増大に応じ
て破線側へシフトするように設定されている。
【００１９】ステアリングホイールの操舵角θに対する
望ましいヨーレイトγm（規範ヨーレイト）を、車速Ｖ
並びに横加速度Ｇを加味して予め設定した関数式（式
１）に基づいて算出し（ステップ５）、これと制御用
（実）ヨーレイトγcとの偏差γeを演算する（ステップ
６）。
【００２０】 γm＝１／（Ｓ／２πｆ1＋１） ・（ｋ1(Ｇ)・ｋ2(Ｖ)）／（Ｓ／２πｆ2(Ｖ)＋１）・θ …式１ 但し、ｆ1、ｆ2：カットオフ周波数
【００２１】ところで、外乱のない理想状態に於けるヨ
ーレイトγは、ステアリング操舵角θの関数として与え
られる。従って、理想状態でのフィードフォワード制御
量は、 γ＝Ｐm・θ …式２ 但し、Ｐm：規範ヨーレイト設定部の伝達関数 が成り立つように設定すれば良い。これはフィードバッ
ク制御をかけずに規範ヨーレイトと実ヨーレイトとを互
いに一致させることができる状態である。
【００２２】ところが実際には、ステアリングホイール
を操舵してから実際に車体にヨーレイトが発生するまで
の間には、転舵装置や制御回路の伝達関数が介在するの
で、これを補償する必要がある。そこで、これらの伝達
関数を考慮したフィードフォワード制御量１を算出する
（ステップ７）。
【００２３】ここでフィードフォワード制御系でのヨー
レイトは、 γ＝θ・Ｎg・Ｐf＋θ・Ｃf・Ｃg・Ｐg・Ｐr …式３ が成立する。但し、 Ｎg：前輪転舵装置（フロントステアリングギヤボック
ス）のギヤ比 Ｐf：前輪に舵角を与えてから車体にヨーレイトが発生
するまでの実伝達関数 Ｃf：フィードフォワード制御部１の伝達関数 Ｃg：ギヤボックス位相遅れ補償部の伝達関数 Ｐg：後輪転舵装置の伝達関数 Ｐr：後輪に舵角を与えてから車体にヨーレイトが発生
するまでの実伝達関数 従って、式２及び式３から、 Ｐm＝Ｎg・Ｐf＋Ｃf・Ｃg・Ｐg・Ｐr が成立する。即ち、 Ｃf＝（Ｐm−Ｎg・Ｐf）／（Ｃg・Ｐg・Ｐr） が成立するようにフィードフォワード制御部１の伝達関
数を設定すれば、フィードバック制御を加えずに規範ヨ
ーレイトと実ヨーレイトとを互いに一致させることがで
きる。
【００２４】他方、舵角が増大するほどタイヤのコーナ
リングフォースが飽和し、また車速が増大するほど同様
にコーナリングフォースが飽和するため、ステアリング
操舵角とヨーレイトとの関係は、操舵角が増大するに連
れてヨーレイトの非線形性が強くなる。特に車速が増大
するに連れて特性が図５の点線で示す側へ移行してアン
ダーステア傾向がより強くなる。そこで大舵角時の回頭
性を高めるべく、ステアリング操舵角に応じた逆位相転
舵角（図６参照）を後輪に与えるためのフィードフォワ
ード制御量２を算出する（ステップ８）。これにより、
図５に示した非線形性が改善される。
【００２５】このようにして求めた２つのフィードフォ
ワード制御量を合算し（ステップ９）、これに車速に対
応した所定のリミッタをかける（ステップ１０）。
【００２６】さて、規範ヨーレイトと実ヨーレイトとの
偏差が零の場合には、上記フィードフォワード制御のみ
で所望の運動特性が得られる。しかしながら、車両重量
やタイヤの特性によって伝達関数は変化するので、規範
ヨーレイトを誤差なく設定することは困難であり、また
路面や横風などの外乱要素も不定である。そこでこれを
フィードバック制御によって補正する。
【００２７】車両の応答が規範ヨーレイトに一致するよ
うに、実ヨーレイトと規範ヨーレイトとの偏差に応じた
フィードバック制御量を算出し（ステップ１１）、かつ
これに所定のリミッタをかける（ステップ１２）。
【００２８】ここで規範ヨーレイトの入力から偏差が出
力するまでの伝達関数Ｓ（ｊω）の値、および規範ヨー
レイトの入力から実ヨーレイトが出力するまでの伝達関
数Ｔ（ｊω）の値は、外乱抑制性、及びロバスト安定性
を得るうえには、共に小さい、つまり出力応答性が低い
ことが望ましい。ところがフィードバック制御系全体を
見た場合、両者間には、Ｓ（ｊω）＋Ｔ（ｊω）＝１、
即ち一方を鋭敏にすると他方が鈍くなるという関係があ
るので、本質的な両立は不可能である。そこでヨーレイ
ト変化の外乱による影響が低周波数であり、ノイズによ
る影響が高周波数であることに着目し、ヨーレイト検出
信号の周波数に対応して各伝達関数を図７及び図８のよ
うに設定することにより、外乱抑制性とロバスト安定性
との両立を図っている。即ち、低周波数、つまりヨーレ
イト変化が緩慢な領域（一般に直進状態を表す）では、
偏差の出力応答性を低くして（図７参照）横風や轍など
の影響で発生したヨーレイトに対する後輪転舵が過敏に
なることを抑制し、高周波数、つまりヨーレイトの変化
が俊敏になればなるほど、規範ヨーレイトの入力に従っ
て後輪が転舵されて実ヨーレイトが出力するまでの出力
応答性を低くして（図８参照）アクチュエータの過剰な
応答を抑制することにより、後輪の転舵を適正化し、こ
れをもってヨーレイトの収束性を高めて車両の安定性を
確保するようにしている。
【００２９】なお、図２に於ては、 Ｓ（ｊω）＝１／（１＋Ｃb・Ｐr） Ｔ（ｊω）＝Ｐr・Ｃb／（１＋Ｃb・Ｐr） で与えられる。但し、 Ｃb：フィードバック制御部の伝達関数
【００３０】フィードフォワード制御量とフィードバッ
ク制御量とを合算して後輪舵角制御量を算出し（ステッ
プ１３）、かつこれを図９に示す特性を有する位相遅れ
補償回路を通すことによって後輪転舵装置の応答遅れを
補償し（ステップ１４）、後輪転舵アクチュエータ制御
装置に後輪舵角の目標値としての制御量を出力する（ス
テップ１５）。
【００３１】なお、規範ヨーレイトが線形領域にだけ対
応していると、非線形領域での偏差が過大になり、ステ
ップ８にて出力する逆位相転舵量が過大になって運転者
が違和感を覚えるので、図１０に示すように、規範ヨー
レイトのステアリング操舵角に対する定常ゲインを横加
速度の増大に応じて減少させ、これを補正するようにし
ている。
【００３２】
【発明の効果】このように本発明によれば、フィードバ
ック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせるこ
とにより、外乱抑制効果と操縦安定性とを広い走行速度
域に於てきわめて高いレベルで両立することができる。
また制御系の伝達関数の適正化により、応答性と安定性
との両立が可能である。しかもタイヤのコーナリングフ
ォースが飽和する領域での車両応答特性を向上し得るの
で、全車速域でのステアリング特性のニュートラル化を
達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された前後輪操舵装置付き車両の
全体構成図。
【図２】本発明の制御則のブロック図。
【図３】本発明の制御のフロー図。
【図４】ヨーレイトセンサのドリフト補償回路の特性線
図。
【図５】ヨーレイトゲインとステアリングホイール操舵
角との関係線図。
【図６】ステアリングホイール操舵角と後輪舵角との関
係線図。
【図７】規範ヨーレイト入力からヨーレイト偏差出力ま
での周波数応答特性線図。
【図８】規範ヨーレイト入力からヨーレイト出力までの
周波数応答特性線図。
【図９】後輪転舵装置の応答特性補償線図。
【図１０】横加速度に対する規範ヨーレイトゲインの補
正線図。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール ２ ステアリングシャフト ３ 前輪転舵装置 ４ 転舵ロッド ５ 左右前輪 ６ ナックルアーム ７ タイロッド ８ 後輪転舵装置 ９ 転舵ロッド １０ 電動モータ １１ 左右後輪 １２ ナックルアーム １３ タイロッド １４〜１６ 舵角センサ １７ 車速センサ １８ 横加速度センサ １９ ヨーレイトセンサ ２０ コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (56)参考文献 特開 平４−325381（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−331669（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 7/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステアリングホイールを操舵することに
    よって舵角を与えられる前輪と、車両の走行状態に応じ
    て舵角を与えられる後輪とを有すると共に、前記ステア
    リングホイールの操舵角に対応した規範ヨーレイトを設
    定する規範ヨーレイト設定部と、車両に作用する実ヨー
    レイトを検出する実ヨーレイト検出部と、前記規範ヨー
    レイトと前記実ヨーレイトとの偏差を演算する演算部
    と、該演算部からの偏差に基づいて前記後輪舵角を制御
    するフィードバック制御系とを有する前後輪操舵車両の
    制御装置であって、 前記フィードバック制御系に於ける規範ヨーレイトの入
    力から実ヨーレイトの出力までの伝達関数の値が高周波
    数領域で小さくなるようにし、且つ規範ヨーレイトの入
    力からヨーレイト偏差の出力までの伝達関数の値が低周
    波数領域で小さくなるようにしてなる ことを特徴とする
    前後輪操舵車両の制御装置。
  2. 【請求項２】 ステアリングホイールを操舵することに
    よって舵角を与えられる前輪と、車両の走行状態に応じ
    て舵角を与えられる後輪とを有すると共に、前記ステア
    リングホイールの操舵角に対応した規範ヨーレイトを設
    定する規範ヨーレイト設定部と、車両に作用する実ヨー
    レイトを検出する実ヨーレイト検出部と、前記規範ヨー
    レイトと前記実ヨーレイトとの偏差を演算する演算部
    と、該演算部からの偏差に基づいて前記後輪舵角を制御
    するフィードバック制御系と、前記規範ヨーレイト設定
    部の伝達関数を考慮したフィードフォワード制御系とを
    有する前後輪操舵車両の制御装置であって、 前記フィードフォワード制御系が、前記ステアリングホ
    イールの操舵角の増大に応じて後輪を逆位相転舵する成
    分を含むことを特徴とする前後輪操舵車両の制御装置。
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