JP3098124B2 - 後輪転舵装置の制御方法 - Google Patents

後輪転舵装置の制御方法

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JP3098124B2 JP04322645A JP32264592A JP3098124B2 JP 3098124 B2 JP3098124 B2 JP 3098124B2 JP 04322645 A JP04322645 A JP 04322645A JP 32264592 A JP32264592 A JP 32264592A JP 3098124 B2 JP3098124 B2 JP 3098124B2
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、前後輪操舵車両に於け
る後輪転舵装置の制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動制御技術に於ける外乱に対処するた
めのサーボ系の構成として、外乱の有無に応じて制御対
象の追従特性を独立して設定できるようにした制御シス
テムが知られている(計測制御学会論文集Vol.2
4、No.3「最適サーボ系の2自由度構成」参照)。
【0003】この従来の制御システムによれば、制御対
象の制御入力が飽和しない範囲で補償可能な外乱に対し
ては、比較的容易に所期の追従特性を得ることができ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、予め設定さ
れた後輪舵角モデルに基づく転舵指令値に従って電動機
などのアクチュエータによって後輪を転舵するように構
成された前後輪操舵車輌に於ける後輪転舵装置に上記制
御システムを適用しようとすると、後輪転舵装置の外乱
要素が、車速、転舵機構のフリクション、路面状態、並
びにタイヤ特性などによって複雑に変動するため、全て
の運転状況に対して理想的な追従特性を確保しようとす
ると、アクチュエータの出力容量を大きく設定せねばな
らないため、きわめて不経済にならざるを得なかった。
【0005】一方、本出願の発明者は、一般に、発生頻
度の低い据え切りを含む極低速域での操舵時の転舵抵抗
が通常負荷の2倍以上となり、通常走行負荷状態時の追
従性のみを考慮するならば、アクチュエータの出力容量
は比較的小さくて済むことに着目した。
【0006】本発明は、このような発明者の知見に基づ
いて案出されたものであり、その主な目的は、車両の運
転状態に応じて制御量を的確に加減することにより、制
御入力のマージン設定を比較的低レベルに抑えることの
できるように改善された前後輪操舵車輌に於ける後輪転
舵装置の制御方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、目標関数発生器からのフィードフォワード
制御量(目標舵角値θrt×フィードフォワードゲイン
Kf)、制御対象(後輪11の転舵量)からの状態フィ
ードバック制御量(実舵角値θr×フィードバックゲイ
ンKs1+転舵角速度dθr/dt×フィードバックゲ
インKs2)、および目標舵角値(θrt)と実舵角値
(θr)との偏差(e)の積分値(A)と制御対象から
の状態量(θr、dθr/dt)の積分打ち消し量(実舵
角θr×フィードバックゲインKz1+転舵角速度dθr
/dt×フィードバックゲインKz2)に基づいて得ら
れる積分演算制御量(v)を加算した値(u)を出力し
て後輪用転舵アクチュエータ(実施例中の電動モータ1
0)の駆動力制御を行うようにしてなる後輪転舵装置の
制御方法であって、前記アクチュエータの負荷(電動モ
ータ10の電流値など)を検出し、車両の運転状態(車
速など)に応じて持ち換えられるしきい値(図4)と負
荷検出値とを比較し、負荷検出値がしきい値を超えた状
態時にあっては積分演算制御量をカットすると共に、
分演算制御量のカット後に負荷検出値がしきい値を再び
下回った際には積分演算制御量の加算制御を徐々に復帰
させるようにしてなることを特徴とする後輪転舵装置の
制御方法を提供することによって達成される。
【0008】
【作用】このような構成によれば、比較的高い追従性が
要求されない運転状態に於ては積分演算制御量を敢えて
カットすることにより、アクチュエータの出力容量が小
さくても済むようになる。しかも負荷が低下した際に積
分演算制御量が再び加わる時の制御量の立ち上がりが緩
やかになり、円滑な追従特性が得られる。
【0009】
【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。
【0010】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。
【0011】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、アクチュエー
タとしての電動モータ10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11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。
【0012】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。
【0013】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。
【0014】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。
【0015】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。
【0016】先ず後輪11の実舵角θrを読み込み(ス
テップ1)、さらにこの値を微分して転舵角速度dθr
/dtを求める(ステップ2)。
【0017】次に車両の運転状態を判断するための変数
として、走行速度を読み込む(ステップ3)。そしてこ
の速度値をアドレスとする過負荷しきい値データをマッ
プ検索し、その時の速度に適合した過負荷しきい値を設
定する(ステップ4)。
【0018】次に、予め設定された後輪舵角モデルに基
づいて決定された後輪舵角の目標値θrtと実舵角値θr
との偏差eを求める(ステップ5)。
【0019】次に、後輪転舵用電動モータ10の電流値
などから後輪11の転舵負荷を検出し(ステップ6)、
これをステップ4にて設定した所定のしきい値と比較す
る(ステップ7)。この結果、しきい値以下の場合は現
状が通常負荷状態と判断し、前回の偏差積算値A1に今
回の偏差eを加算した値に偏差積算値Aを更新する(ス
テップ8)。
【0020】次に積分項演算値v、即ち積分演算制御量
を求めるが、この場合の積分項演算値vは、 v=積分ゲインKi×(偏差積算値A+実舵角θr×フィ
ードバックゲインKz1+転舵角速度dθr/dt×フィ
ードバックゲインKz2) で与えられる(ステップ9)。
【0021】この積分項演算値vは、偏差の大小に対す
る制御量を適切に設定し、追従性を高めるために与える
ものであり、特に、状態量のフィードバック項(実舵角
θr×フィードバックゲインKz1+転舵角速度dθr/d
t×フィードバックゲインKz2)を偏差の積分値(A)
に加算することにより、外乱が存在した時の応答特性を
調整している。
【0022】次に高負荷フラグを確認する(ステップ1
0)。ここで前回の処理に於て高負荷状態でなかった場
合、すなわち低負荷状態が継続している時の制御指令値
uは、 u=(積分項演算値v−設定初期積分項演算値v0) +(目標舵角値θrt×フィードフォワードゲインKf +実舵角値θr×フィードバックゲインKs1 +転舵角速度dθr/dt×フィードバックゲインKs
2) で与えられる(ステップ11)。
【0023】ここで外乱もモデル化誤差もない理想状態
のみを想定するならば、後輪舵角モデルに基づく後輪舵
角目標値θrtと実舵角θrとは互いに一致するので、偏
差積算値Aはきわめて小さい値になる。従って、積分項
演算値vも小さくなり、フィードフォワードゲインKf
とフィードバックゲインKsとの設定のみで追従性と安
定性とを概ね確保し得る。
【0024】この指令値uを電動モータ10へ出力し、
かつ偏差積算値A1をセットする(ステップ12)。
【0025】一方、ステップ7で高負荷状態と判断され
た場合は、高負荷フラグをセットし(ステップ13)、
かつ偏差積算値Aをクリヤーし(ステップ14)、即ち
積分演算制御量の出力をキャンセルする。
【0026】そしてこの場合の指令値uは、 u=目標舵角値θrt×フィードフォワードゲインKf +実舵角値θr×フィードバックゲインKs1 +転舵角速度dθr/dt×フィードバックゲインKs2 で与えられる。これにより、過負荷状態時の制御入力が
制限される。
【0027】さて、転舵反力が過大になる状態は、据え
切りを含む極低速時の転舵に限られるので、取り回し性
は重要であるが、操縦性はさほど重要でなく、俊敏な追
従性は実質的に要求されない。そこで本発明に於ては、
路面から後輪に加わる負荷が所定値以上の時には、目標
舵角値θrtと実舵角値θrとの偏差eを無視した形での
指令値をアクチュエータに与えるようにして、むしろ電
動機出力が低くても済むようにしている。
【0028】しかもこの過負荷状態を判別するためのし
きい値を走行速度に応じて持ち換えることにより(図4
参照)、高い応答性が要求されない低速時には早期に積
分演算制御量を指令値uからカットして、より一層の出
力損出の抑制が可能となるようにすると共に、高速時に
は高い応答性が得られるようにしている。
【0029】他方、ステップ10の高負荷フラグの確認
にて前回は高負荷であったことが判別された場合には、
ステップ9で求めた積分項演算値vを初期値v0として
設定し(ステップ16)、かつ高負荷フラグをリセット
する(ステップ17)。
【0030】これにより、高負荷状態時に積分演算制御
量がキャンセルされた指令値で制御されていた状態か
ら、負荷が再び低くなった時点で積分演算制御量が加算
された際に、低負荷に切り替わった時点の積分項演算値
を初期値v0として保持し、以後これを積分項演算値v
から減算してゆくので、積分項に関する制御量が徐々に
復帰することとなり、負荷状態の切替え点で追従特性が
急変することが防止される。
【0031】
【発明の効果】このように本発明の構成によれば、外乱
の有無に応じて追従性と安定性とを両立できる2自由度
の最適サーボ系を構成したうえで、過大負荷に対しては
制御量を意図的に制限して過度な追従を抑制することが
できるので、通常走行時の操舵制御特性を劣化させるこ
とがなく、しかも据え切り時に無用な舵角を後輪に与え
ずに済む。即ち本発明は、制御装置を小型化してコスト
の増大を抑制するうえに多大な効果を奏するものであ
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】しきい値と速度との関係を表す概念的なグラ
フ。
【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 117:00 137:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 6/00 B62D 7/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標関数発生器からのフィードフォワー
    ド制御量、制御対象からの状態フィードバック制御量、
    および目標舵角値と実舵角値との偏差の積分値と制御対
    象からの状態量の積分打ち消し量とに基づいて得られる
    積分演算制御量を加算した値を出力して後輪用転舵アク
    チュエータの駆動力制御を行うようにしてなる後輪転舵
    装置の制御方法であって、 前記アクチュエータの負荷を検出し、 車両の運転状態に応じて持ち換えられるしきい値と前記
    負荷検出値とを比較し、 前記負荷検出値が前記しきい値を超えた状態時にあって
    は前記積分演算制御量をカットすると共に、前記積分演算制御量をカットした後に 前記負荷検出値が
    前記しきい値を再び下回った際には前記積分演算制御量
    の加算制御を徐々に復帰させるようにしてなることを特
    徴とする後輪転舵装置の制御方法。
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