JP3320824B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、運転者のステアリング
操舵に応じて後輪又は前輪を強制的に操舵制御して、車
両の運転性や安定性を高めるようにした車両の操舵装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両の操舵装置して、例
えば運転者のステアリング操作時には、前輪の操舵角に
対応する後輪の転舵比を車速に応じて決定し、該転舵比
で後輪を前輪操舵に合せて操舵制御するものが知られて
いるが、このものでは、運転者の意思に合致した操舵性
能を得ることが可能である反面、運転者がステアリング
を操作した直後の初期状態では、前輪と後輪とが同相に
なる場合が多いため、該初期状態での車両の回頭性が低
い憾みがあった。

【０００３】そのため、従来、例えば特開平１−２６２
２６８号公報に開示されるものでは、運転者のステアリ
ング操舵量に基いて車両の制御目標ヨーレイトを演算す
ると共に、車両のヨーレイトを実測し、このヨーレイト
の実測値と制御目標値との偏差に応じたフィードバック
制御量でもって後輪の操舵角をフィードバック制御する
ことにより、ステアリング操作直後の初期状態でもヨー
レイトを素早く発生させて、この初期状態での車両の回
頭性を高めている。しかし、この従来のフィードバック
制御では、ヨーレイトの実測値と制御目標値との偏差の
みに応じてフィードバック制御量を演算して後輪を操舵
制御する，１入力１出力制御系である関係上、ヨーレイ
トの偏差のみに対応した後輪操舵では、例えば車両の横
滑り角が大値の場合には小値の場合に比べて制御のハン
チングが生じ易く、このため制御のハンチングが生じ難
いよう制御ゲインを常に小値に設定する必要があり、そ
の結果、制御目標ヨーレイト値への速応性が高くないと
共に、実際ヨーレイトを制御目標値に精度良くは制御し
得ず、定常特性を高めるにも限界があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
先に、例えば特願平４−２３７４３７号等の明細書及び
図面において、上記のフィードバック制御に代えて、実
測ヨーレイトの状態フィードバック制御を採用すること
を提案している。このヨーレイトの状態フィードバック
制御は、車両のヨーレイトを実測する他、車両の複数の
状態変数，例えば車輪又は車両の横滑り角、前輪及び後
輪のコーナリングフォース等を車両の状態方程式及び出
力方程式に基いて推定して車両の運動状態を把握し、こ
れ等複数の状態変数を用いて車両の実際ヨーレイトを制
御目標値にするよう例えば後輪操舵角を最適制御する制
御系であって、多変数１出力制御系であるので、車両の
運動状態に合致したフィードバック制御量でもって後輪
等を操舵制御でき、ステアリング操作時当初の車両の回
頭性を向上できる等、制御の速応性及び定常特性のの双
方の向上を図ることが可能である。

【０００５】更に、本出願人は、上記の状態フィードバ
ック制御では、次の欠点があることに着目して以下の制
御を適用することを発明した。即ち、状態フィードバッ
ク制御では、車輪又は車両の横滑り角やコーナリングフ
ォース等の推定に際し、車速や車輪のコーナリングパワ
ーを定数として演算しているが、これ等は実際には変数
であり、後者の車輪のコーナリングパワーは路面の摩擦
係数やタイヤの空気圧に応じて変化するものであり、そ
の結果、車両の運動特性は図１３に示すように路面の摩
擦係数等の変化に応じて変化する。従って、予め設定し
た車両の運動特性の下では、制御の速応性及び定常特性
の向上を図り得るが、車速や路面の摩擦係数等の変化に
応じて車両の運動特性に大きな変化が生じると、車両の
横滑り角等の推定に誤差が生じて最適制御にズレが生
じ、その分、目標ヨーレイトへの速応性が低下すると共
に、車両の安定性は保証されなくなる。

【０００６】そこで、例えば制御系の一巡伝達関数が
「１」以下であることを全ての周波数領域に亘って満足
させて制御系の安定性の向上を図るＨ∞制御（例えば学
会誌「計測と制御」の第２９巻，第２号（１９９０年２
月）の第１１１頁〜第１１９頁参照）に着目して、車両
の特性変動に対する安定性，即ちロバスト安定性の向上
を図ることが考えられる。この前輪又は後輪操舵に対す
るＨ∞制御は、車両の定常特性及び速応性がステアリン
グ操舵の周波数として例えば１Ｈｚ以下の低周波数域で
要求され、１Ｈｚを越える高周波数域では車両の特性変
動時の安定性が要求されて、これ等要求が周波数領域で
異なる点から、同学会誌にも開示されるように混合感度
問題として捉え、前輪又は後輪の操舵に対する車両のヨ
ーレイト変化の周波数伝達関数の制御ゲイン特性とし
て、車両の定常特性及び速応性を与える性能目標指標
と、この性能目標指標とは相補感度関数の関係にある車
両の特性変動時の安定性を与える性能目標指標との２種
を設定し、低周波数域では前者を、高周波数域では後者
を重視して、制御ゲインを周波数軸で決定するものであ
る。従って、Ｈ∞制御を利用すれば、車両の特性変動が
あっても、その変動が設定許容幅の中であれば、常に車
両の速応性、定常性能及び安定性の全てを良好に制御し
得る。

【０００７】しかしながら、本出願人が提案の上記ヨー
レイトのＨ∞制御では、車両の特性変動時の安定性を与
える性能目標指標に重点を置いた通常の出力フィードバ
ック系のＨ∞制御とした場合には、極めて良好なロバス
ト安定性が得られる反面、これに応じて定常偏差が増大
して車両の定常特性が低下し、車両の定常特性が極めて
良好には得られない憾みが生じる。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記の如きヨーレイトのＨ∞制御に
おいて、このＨ∞制御を極めてロバスト安定性の良好な
出力フィードバック制御系としつつ、車両の定常特性を
も極めて良好に確保する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、Ｈ∞制御の出力フィードバック制御系
に積分制御を付加する構成とする。

【００１０】つまり、請求項１記載の発明の具体的な解
決手段は、図１に示すように、車両の状態方程式及び出
力方程式、並びに前輪又は後輪の操舵に対する車両のヨ
ーレイト変化の周波数伝達関数の制御ゲイン特性として
車両の特性変動時の安定性を与える性能目標指標及び車
両の速応性及び定常特性を与える性能目標指標に基い
て、車両の実際ヨーレイトを制御目標ヨーレイトに状態
フィードバック制御する制御ゲインが、ロバスト安定性
が良いように設計された出力フィードバック系Ｈ∞制御
手段４６を備えると共に、車両の実際ヨーレイトと制御
目標ヨーレイトとの偏差を積分する積分器を備えた積分
制御手段５１と、上記出力フィードバック系Ｈ∞制御手
段４６の出力と積分制御手段５１の出力との双方に基い
て前輪又は後輪を操舵する操舵手段５２とを設ける構成
としている。

【００１１】加えて、請求項２記載の発明では、上記請
求項１記載の発明の積分制御手段５１の積分制御定数を
固定せず、車両の運動状態に応じて変更する構成とす
る。

【００１２】

【作用】以上の構成により、請求項１記載の発明では、
出力フィードバック系Ｈ∞制御手段４６による前輪又は
後輪の操舵制御によって車両の特性変動時の安定性が常
に極めて良好に確保される。しかも、この出力フィード
バック系Ｈ∞制御の下では、車両の実際ヨーレイトと制
御目標ヨーレイトとの間に定常偏差が生じるものの、積
分制御手段５１の積分器がその定常偏差を積分し、該積
分値と積分制御定数との積によっても前輪又は後輪が操
舵手段５２によって操舵制御されるので、定常偏差が少
くなって、定常特性が向上する。

【００１３】ここに、積分制御手段５１の積分制御定数
を変更するのみで車両の運動特性を比較的容易に所望特
性にチューニングできるので、多数の制御定数を変更し
て運動特性をチューニングする場合に比して、そのチュ
ーニングを簡単な構成で簡易に行い得る。

【００１４】更に、請求項２記載の発明では、上記積分
制御手段５１の積分制御定数が車両の運動状態に応じて
変更されるので、車両自体が有する前輪操舵に対するヨ
ーレイトの制御ゲインが車両運動状態に応じて変化して
も、積分制御手段５１の感度が常に最適値に調整され
て、定常特性が常に良好に確保される。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、出力フィードバック系Ｈ∞制御の外部ルー
プに積分制御を付加したので、ロバスト安定性と定常特
性との双方を極めて良好に確保できる効果を奏すると共
に、積分制御定数のみの変更により車両の運動特性のチ
ューニングを簡易に行うことができる。

【００１６】また、請求項２記載の発明によれば、積分
制御定数を固定せず、車両の運動状態に応じて変更した
ので、積分制御の感度を車両運動特性の変化に拘らず最
適として、定常特性を良好に確保できる効果を奏する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に関連する技術の車両の操舵装
置及び本発明の実施例を図２以下の図面に基いて説明す
る。

【００１８】図２は本発明に関連する車両の操舵装置の
概略平面図を示し、１はステアリング、２は左右の前
輪、３は左右の後輪、１０は上記ステアリング１の操作
により左右の前輪２、２を操舵する前輪操舵装置、２０
は該前輪操舵装置１０による前輪２、２の操舵に応じて
左右の後輪３、３を操舵する後輪操舵装置である。

【００１９】上記前輪操舵装置１０は、車体幅方向に配
置されたリレーロッド１１を有し、該ロッド１１の両端
部は各々タイロッド１２、１２及びナックルアーム１
３、１３を介して左右の前輪２、２に連結されている。
該リレーロッド１１には、ハンドル１の操作に連動して
該リレーロッド１１を左右に移動させるラック・アンド
・ピニオン機構１４が配置され、ステアリング１の操作
時にその操作量に応じた角度だけ左右の前輪２、２を操
舵する構成である。

【００２０】一方、後輪操舵装置２０は、上記と同様に
車体幅方向に配置されたリレーロッド２１を有し、該ロ
ッド２１の両端部は各々タイロッド２２、２２及びナッ
クルアーム２３、２３を介して左右の後輪３、３に連結
されている。該リレーロッド２１には、該ロッド２１を
中立位置に付勢するセンタリングバネ２２が配置されて
いると共に、ラック・アンド・ピニオン機構２３が配置
され、該機構２３には、クラッチ２４、減速機構２５、
及びモータ２６が連携されていて、クラッチ２４の締結
時にモータ２６の回転駆動によりラック・アンド・ピニ
オン機構２３を介してリレーロッド２１を車幅方向に移
動させて、後輪３，３をモータ２６の回転量に応じた角
度だけ操舵する構成である。

【００２１】上記モータ２６はコントロールユニット２
９により駆動制御される。該コントロールユニット２９
は、図３に示すように、少くとも車両の実際ヨーレイト
及び車輪又は車両の推定横滑り角を車両の状態量とする
車両の状態方程式及び出力方程式、並びに図８に示すよ
うに前輪又は後輪の操舵に対する車両のヨーレイト変化
の周波数伝達関数の制御ゲイン特性として車両の特性変
動時の安定性を与える性能目標指標Ｗ３及び車両の定常
特性及び速応性を与える性能目標指標Ｗ１に基いて、車
両の実際ヨーレイトを制御目標ヨーレイトｙｒｔに状態
フィードバック制御する制御ゲインが、ロバスト安定性
が良いように設計された出力フィードバック系Ｈ∞制御
手段４６と、同様に上記制御ゲインが定常偏差を零値に
するように設計されたサーボ系Ｈ∞制御手段４７と、該
出力フィードバック系Ｈ∞制御手段４６及びサーボ系Ｈ
∞制御手段４７を選択してモータ２６により後輪３の舵
角を操舵制御する選択手段４８とを備える。

【００２２】また、図３において、３５は車両に作用す
る横加速度を検出する横加速度センサ、３６は車両に作
用する実際ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ、３
７は前輪２の舵角を検出する前輪操舵角センサ、３８は
後輪３の舵角を検出する後輪舵角センサ、３９は車速を
検出する車速センサであって、これ等センサ３５〜３９
の検出信号は、上記コントロールユニット２９の出力フ
ィードバック系Ｈ∞制御手段４６及びサーボ系Ｈ∞制御
手段４７に入力されている。更に、同図において、４０
はステアリング操舵角を検出するステアリング操舵角セ
ンサであって、その検出信号は上記選択手段４８に入力
されている。

【００２３】次に、上記出力フィードバック系Ｈ∞制御
手段４６及びサーボ系Ｈ∞制御手段４７の具体的な構成
を図４及び図５の制御フローに従って説明する。図４に
おいて、ステップＳ１で例えば２０ｍｓｅｃの設定周期
毎の制御タイミングになる毎に、ステップＳ２において
先ず上記各センサ３６〜３９の検出信号に基いて車速Ｖ
ｓｐ、前輪操舵角Ｆｓｔｇ、後輪舵角Ｒｓｔｇ、車両旋
回時に発生しているヨーレイトｙｒ、及び車両に作用す
る横加速度Ｙｇの各車両の運動状態量を計測する。

【００２４】そして、ステップＳ３において、車両の制
御目標ヨーレイトｙｒｔを下記の演算式に基いて算出す
ると共に、この制御目標値ｙｒｔと実際ヨーレイトｙｒ
とのヨーレイト偏差ｅｎを下記式に基いて算出する。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここに、Ａはスタビリティーファクター、
Ｌは車両のホイールベースである。

【００２７】その後は、ステップＳ４において、Ｈ∞制
御のフィードバック制御量としての後輪３の舵角ｒをＨ
∞制御における下記の車両の状態方程式（１）及び出力
方程式（２）に基いて決定する。

【００２８】

【数２】

【００２９】ここに、Ｘｈは車両の複数の状態量に相当
する状態量（以下、本明細書の記載における「状態量」
はこれを意味する）であり、該車両の状態量は例えば車
輪又は車両の横滑り角、後輪の舵角及びその変化速度、
並びに前輪及び後輪のコーナリングフォース、車両に作
用するヨーレイトであり、これ等を上記両方程式により
推定する。

【００３０】また、上記車両の状態方程式（１）及び出
力方程式（２）の制御ゲインＡcl，Ｂcl，Ｃcl及びＤcl
は、図５に示す制御ゲイン決定フローに基いて予め算出
決定される。

【００３１】そして、ステップＳ５において、フィード
バック制御量としての後輪３の舵角を上記の状態方程式
（１）及び出力方程式（２）に基いて決定し、ステップ
Ｓ６でこの後輪舵角ｒを目標値として、モータ２６を駆
動制御して後輪３の舵角を操舵制御する。

【００３２】次に、図５に示すＨ∞制御における制御ゲ
イン決定フローを説明する。先ず、ステップＳａで後輪
３の操舵に対する車両のヨーレイト変化の周波数伝達関
数の制御ゲイン特性としての車両の特性変動時の安定性
を与える性能目標指標Ｗ３を変更するための補正係数
（重み）Ｗｎを車速Ｖｓｐに応じて変更する。この変更
は、同ステップＳａに示す如く、車速Ｖｓｐの上昇に応
じて補正係数Ｗｎを大値に決定して行う。

【００３３】その後、ステップＳｂで上記車両の特性変
動時の安定性を与える性能目標指標Ｗ３を下記のラプラ
ス変数ｓの２次式に基いて決定する。

【００３４】

【数３】

【００３５】ここに、ａ及びｃは定数である。上記式に
基けば、図８に示すように、車両の特性変動時の安定性
を与える性能目標指標Ｗ３は、補正係数Ｗｎが大値のと
き低周波数側に変更され、補正係数Ｗｎが小値のとき高
周波数側に変更される。

【００３６】続いて、ステップＳｃで今度は後輪３の操
舵に対する車両のヨーレイト変化の周波数伝達関数の制
御ゲイン特性としての車両の速応性及び定常特性を与え
る図８に示す性能目標指標Ｗ１（但し、逆数表示）を下
記のラプラス変数ｓの３次式に基いて固定値に指定す
る。

【００３７】

【数４】

【００３８】ここに、ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，及びｈは定数で
ある。

【００３９】そして、ステップＳｄで、上記２つの性能
目標指標Ｗ３，Ｗ１を各々状態方程式に変換すると共
に、これ等両状態方程式と下記に示す車両の状態方程式
（３）及び出力方程式（４）の四者を１つの状態方程式
に合成し、この合成後の状態方程式を２つのリカッチ方
程式に分解し、この方程式をハミルトン行列により固有
値問題として解を求めることにより、車両の運動特性
（制御ゲイン特性）が、図８に実線で示すように一巡伝
達関数が０ｄｂとなる設定周波数（図８では０．３ｒａ
ｄ／ｓｅｃ）を越える高周波数域では上記安定性を与え
る性能目標指標Ｗ３の直下方に位置し、設定周波数
（０．３ｒａｄ／ｓｅｃ）以下の低周波数域では上記定
常特性等を与える性能目標指標Ｗ１の直上方に位置する
ように、Ｈ∞制御の制御ゲインＡcl〜Ｄclを求める。

【００４０】

【数５】

【００４１】ここに、車両の状態方程式（３）及び出力
方程式（４）において、ｄψ／ｄｔは車両のヨーレイ
ト、βは車両重心点における横滑り角、Ｃｆ及びＣｒは
各々前輪及び後輪のコーナリングフォース、δｒは後輪
の操舵角、ｌｆ及びｌｒは各々前後車軸と車両重心点と
の距離、Ｉは車両のヨーレイトに対する慣性モーメン
ト、ｍは車体質量、Ｖｓｐは車速、Ｇｙは車輪の横弾性
係数、Ｋｙｆ及びＫｙｒは各々前輪及び後輪のコーナリ
ングパワーである。ここで、車速Ｖｓｐは車速センサ３
９により検出された実際車速が用いられ、他は予め設定
された固定値である。

【００４２】その後は、ステップＳｅで上記求めたＨ∞
制御の制御ゲインを双一次変換手法により連続制御系か
らディジタル制御系に変更して、終了する。尚、上記各
制御ゲインＡcl〜Ｄclの決定は上記の逐次演算の他、車
両の運動状態に応じて予めマップに記憶した値を逐次読
出す方式でも可能である。

【００４３】ここに、Ｈ∞制御における上記図５の制御
ゲイン決定フローにおいて、出力フィードバック系Ｈ∞
制御手段４６では、各制御ゲインがロバスト安定性を重
視して設計されていて制御系の一巡伝達関数に積分要素
を含まず、その結果、図７ａに示すように、車両の特性
変動時の安定性を与える性能目標指標Ｗ３は高周波数域
で十分に低く設定される。一方、サーボ系Ｈ∞制御手段
４７では、各制御ゲインが定常偏差を零値にするように
設計されていて制御系の一巡伝達関数に積分要素を１個
ないし複数個備え、その結果、同図ｂに示すように、車
両の定常特性及び速応性を与える性能目標指標Ｗ１は、
同図ａの出力フィードバック系での同目標指標Ｗ１に対
して高く設定されるが、その分、車両の特性変動時の安
定性を与える性能目標指標Ｗ３は同図ａの出力フィード
バック系での同目標指標Ｗ３に対して高周波数域で高く
設定されることになる。

【００４４】次に、コントローラ２９によるモータ２６
の制御を図６の制御フローに基いて説明する。スタート
して、ステップＳＡで設定周期毎の制御タイミングにな
る毎に、ステップＳＢにおいて車速Ｖｓｐ、前輪操舵角
Ｆｓｔｇ等の複数の車両の運動状態量を計測した後、ス
テップＳＣでヨーレイト偏差ｅｎを上記と同様に算出す
る。

【００４５】その後は、ステップＳＤでステアリング操
舵角センサ４０のステアリング操舵角ｆｓｔｇの絶対値
｜ｆｓｔｇ｜を微小値の設定値ｆＬと比較する。そし
て、｜ｆｓｔｇ｜≦ｆＬの直進時の場合には、車両の安
定性が望まれる状況と判断して、更にステップＳＥで実
際ヨーレイトｙｒを設定値ｙｒｏと比較すると共に、ス
テップＳＦでその時間的変化率Δｙｒを設定値Δｙｒｏ
と比較し、更にステップＳＧで車両の横加速度Ｙｇを設
定値Ｙｇｏと比較して、ｙｒ＜ｙｒｏ，Δｙｒ＜Δｙｒ
ｏ且つＹｇ＜Ｙｇｏの場合には、無風時と判断して、ロ
バスト安定性を高めるべく、ステップＳＨで出力フィー
ドバック系Ｈ∞制御手段４６によるモータ２６の作動制
御を選択する。

【００４６】一方、上記ステップＳＤで｜ｆｓｔｇ｜＞
ｆＬの運転者の意識的なステアリング操舵時には、車両
旋回時と判断して、実際ヨーレイトｙｒを制御目標値ｙ
ｒｔに精度良く一致させるべく、ステップＳＩでサーボ
系Ｈ∞制御手段４７によるモータ２６の作動制御を選択
する。また、｜ｆｓｔｇ｜≦ｆＬの直進時の場合であっ
ても、ステップＳＥ，ＳＦ，ＳＧでｙｒ≧ｙｒｏ，Δｙ
ｒ≧Δｙｒｏ又はＹｇ≧Ｙｇｏの場合には、定常的な横
風の作用時と判断して、制御目標値ｙｒｔに等しい実際
ヨーレイトｙｒを発生させるべく、ステップＳＩでサー
ボ系Ｈ∞制御手段４７によるモータ２６の作動制御を選
択する。

【００４７】よって、上記図６の制御フローにおいて、
ステップＳＤ〜ＳＩにより、ステアリング操舵角が設定
値未満（｜ｆｓｔｇ｜≦ｆＬ）の直進時には、原則とし
て出力フィードバック系Ｈ∞制御手段４６による後輪３
の操舵制御を選択し、｜ｆｓｔｇ｜＞ｆＬ）の旋回時に
は、サーボ系Ｈ∞制御手段４７による後輪３の操舵制御
を選択すると共に、上記｜ｆｓｔｇ｜≦ｆＬの直進時で
あっても、車両のヨーレイトが設定値以上（ｙｒ≧ｙｒ
ｏ），その変化率が設定値以上（Δｙｒ≧Δｙｒｏ），
又は車両の横加速度が設定値以上（Ｙｇ≧Ｙｇｏ）の場
合には、定常的な横風の作用時と判断して、サーボ系Ｈ
∞制御手段４７による後輪３の操舵制御を選択するよう
にした図３の選択手段４８を構成している。

【００４８】したがって、上記実施例においては、後輪
３のＨ∞制御により、車両の運動特性は図８に実線で示
すように、設定周波数（０．３ｒａｄ／ｓｅｃ）を越え
る高周波数域では安定性を与える性能目標指標Ｗ３の直
下方に位置し、０．３ｒａｄ／ｓｅｃ以下の低周波数域
では定常特性等を与える性能目標指標Ｗ１の直上方に位
置するので、図１２に示すＨ∞制御が行われない通常の
車両の運動特性に対して、０．３ｒａｄ／ｓｅｃを越え
る高周波数域では制御ゲインが小値となり、０．３ｒａ
ｄ／ｓｅｃ以下の低周波数域では制御ゲインは大値にな
る。従って、上記高周波数域では、制御ゲインが小さい
分、車両の特性変動に対する安定性が向上して、ロバス
ト安定性が向上すると共に、低周波数域では大値の制御
ゲインでもって速応性及び定常特性が向上することにな
る。

【００４９】その際、ステアリング操舵角が設定値未満
（｜ｆｓｔｇ｜≦ｆＬ）の直進時には、原則として出力
フィードバック系Ｈ∞制御手段４６による後輪３の操舵
制御が選択されて、この制御手段４６の車両の特性変動
時の安定性を与える性能目標指標Ｗ３が図７ａに示すよ
うに、高周波数域で十分低く設定されているので、該性
能目標指標Ｗ３以下に規制された車両の運動特性は、高
周波数域での応答性が低くなり、車両の特性変動や外乱
に対して安定性が良好なものとなり、ロバスト安定性が
極めて良くなる。この場合、車両の定常特性を与える性
能目標指標Ｗ１は、上記ロバスト安定性を与える性能目
標指標Ｗ３が低く設定されるのに応じて低周波数域でさ
ほど高くは設定されないことになるが、この低周波数
域，即ち通常走行時に運転者が行うステアリング操舵の
周波数域は、車両直進時には無関係であるので、問題は
ない。

【００５０】これに対し、ステアリング操舵角が設定値
以上（｜ｆｓｔｇ｜＞ｆＬ）の旋回時には、サーボ系Ｈ
∞制御手段４７による後輪３の操舵制御が選択されて、
この制御手段４７の定常特性を与える性能目標指標Ｗ１
が図７ｂに示すように、低周波数域で高く設定されてい
るので、車両の実際ヨーレイトｙｒが制御目標値ｙｒｔ
に精度良く一致して、運転者のステアリング操舵に応じ
て車両は良好に反応し、旋回時の車両の運動性能が向上
する。

【００５１】しかも、上記ステアリング操舵角が設定値
未満（｜ｆｓｔｇ｜≦ｆＬ）の直進時であっても、車両
のヨーレイトが設定値以上（ｙｒ≧ｙｒｏ），その変化
率が設定値以上（Δｙｒ≧Δｙｒｏ），又は車両の横加
速度が設定値以上（Ｙｇ≧Ｙｇｏ）の場合、即ち例えば
定常的な横風の作用時には、サーボ系Ｈ∞制御手段４７
による後輪３の操舵制御が選択されて、車両の実際ヨー
レイトｙｒが制御目標値ｙｒｔに精度良く一致するの
で、定常的な横風の作用時であっても車両を良好に直進
させることができる。

【００５２】図９は図３に示した選択手段４８による操
舵制御の切換えを滑らかに行うようにしたものである。
すなわち、同図の制御フローでは、ステップＳＤで｜ｆ
ｓｔｇ｜≦ｆＬの直進時には、先ずステップＳＪで実際
のヨーレイトｅｎに応じて上記状態方程式（１）及び出
力方程式（２）に基いて出力フィードバック系Ｈ∞制御
でのフィードバック制御量（後輪操舵角）Ｕ∞´を演算
する。そして、ステップＳＫで出力フィードバック系Ｈ
∞制御への切換完了フラグｆ１の値を判別し、ｆ１＝０
の切換過渡時には、ステップＳＬで実際の後輪操舵角Ｕ
と上記フィードバック制御量Ｕ∞´との偏差の絶対値｜
Ｕ−Ｕ∞´｜を微小値Ｕｏと比較し、｜Ｕ−Ｕ∞´｜≧
Ｕｏの大偏差の際では、ステップＳＭでフィードバック
制御量の演算に使用するヨーレイト偏差ｅを上記制御偏
差｜Ｕ−Ｕ∞´｜に基いて下記の演算式により小値に補
正する。

【００５３】

【数６】

【００５４】ここに、Ｇは比例定数である。

【００５５】次いで、ステップＳＨで上記偏差ｅに基い
た出力フィードバック系Ｈ∞制御の制御量でもって後輪
３を操舵制御し、次回ステップＳＬで制御量偏差が｜Ｕ
−Ｕ∞´｜≧Ｕｏの大偏差を維持している場合には、上
記の動作を繰返すが、｜Ｕ−Ｕ∞´｜＜Ｕｏの小偏差に
なれば、制御の切換完了と判断して、ステップＳＮで完
了フラグｆ１をｆ１＝１に設定し、次回ステップＳＫか
らＳＯに進んで制御量の演算に使用する偏差を実際偏差
ｅｎに設定し、ステップＳＨでこの実際偏差ｅｎに応じ
て出力フィードバック系Ｈ∞制御の制御量を演算し、こ
の制御量で後輪３を操舵制御し、ステップＳＰでサーボ
系Ｈ∞制御への切換完了フラグｆ２をｆ２＝０に設定す
る。

【００５６】同様に、ステップＳＤで｜ｆｓｔｇ｜＞ｆ
Ｌのステアリング操舵時には、ステップＳＱで実際のヨ
ーレイトｅｎに応じたサーボ系Ｈ∞制御でのフィードバ
ック制御量（後輪操舵角）Ｕｓ´を演算した後、ステッ
プＳＲでサーボ系Ｈ∞制御への切換完了フラグｆ２がｆ
２＝０の切換過渡時には、ステップＳＳで実際の後輪操
舵角Ｕと上記サーボ系でのフィードバック制御量Ｕｓ´
との偏差の絶対値｜Ｕ−Ｕｓ´｜を微小値Ｕｏと比較
し、｜Ｕ−Ｕｓ´｜≧Ｕｏの大偏差の際では、ステップ
ＳＴでフィードバック制御量の演算に使用するヨーレイ
ト偏差ｅをその制御偏差｜Ｕ−Ｕｓ´｜に基いて下記の
演算式により小値に補正する。

【００５７】

【数７】

【００５８】その後は、ステップＳＩで上記偏差ｅに基
いたサーボ系Ｈ∞制御の制御量でもって後輪３を操舵制
御することを繰返し、次回ステップＳＳで制御量偏差が
｜Ｕ−Ｕｓ´｜＜Ｕｏの小偏差になれば、ステップＳＵ
で切換完了フラグｆ２をｆ２＝１に設定した後、ステッ
プＳＶで制御量の演算に使用する偏差を実際偏差ｅｎに
設定して、ステップＳＩでこの実際偏差ｅｎに応じたサ
ーボ系Ｈ∞制御の制御量を演算し、この制御量で後輪３
を操舵制御し、ステップＳＷで出力フィードバック系Ｈ
∞制御への切換完了フラグｆ１をｆ１＝０に設定する。

【００５９】よって、上記図９の制御フローのステップ
ＳＪ〜ＳＷにより、選択手段４８による前輪又は後輪の
操舵制御の選択切換時に、実際後輪操舵角と制御量との
偏差Ｕ−Ｕ∞´，Ｕ−Ｕｓ´に応じた値を演算し、この
値分だけフィードバック制御量の演算に使用するヨーレ
イト偏差ｅを実際偏差ｅｎよりも小値に設定することを
繰返して、制御の選択切換の前後の後輪３の操舵制御を
滑らかに繋ぐようにした連係手段５０を構成している。

【００６０】したがって、本技術においては、制御の選
択切換時に、実際後輪舵角と制御量とが一致するまでの
間は、ヨーレイト偏差ｅｎが小値に補正され、この補正
値ｅに基いて選択切換後の制御のフィードバック制御量
Ｕ∞又はＵｓが演算されて、後輪舵角が徐々に変化する
ので、この制御の選択切換時でのワインドアップ現象が
有効に抑制されて、制御の切換えをスムーズに行うこと
ができる。

【００６１】尚、本技術では、実際後輪操舵角と制御量
との偏差Ｕ−Ｕ∞´，Ｕ−Ｕｓ´に応じて制御量演算用
ヨーレイト偏差ｅを小値に補正したが、その他、設定値
づつ小値に補正してもよいのは勿論である。

【００６２】図１０は請求項１及び請求項２記載の発明
の実施例を示す。本実施例では、サーボ系Ｈ∞制御手段
４８に代え、出力フィードバック制御系の外ループに積
分制御を付加する構成としたものである。

【００６３】すなわち、図１０においては、ステップＳ
ａで設定周期毎の制御タイミングになる毎に、ステップ
Ｓｂにおいて車速Ｖｓｐ、前輪操舵角Ｆｓｔｇ等の複数
の車両の運動状態量を計測した後、ステップＳｃでヨー
レイト偏差ｅｎを上記と同様に算出する。

【００６４】その後は、ステップＳｄで上記ヨーレイト
偏差ｅｎを下式により積分して積分値Ｓｉｇを求め、

【００６５】

【数８】

【００６６】ステップＳｅで積分制御定数ｉを車両の運
動状態としての車速Ｖｓｐが高いほど小値に変更設定す
る。

【００６７】その後は、ステップＳｆにおいて上記図３
の出力フィードバック系Ｈ∞制御手段４６と同様の出力
フィードバック系Ｈ∞制御によりフィードバック制御量
ｕを演算し、ステップＳｇで後輪舵角量ｒを下記式に基
いて上記出力フィードバック系Ｈ∞制御による制御量ｕ
と、上記積分値Ｓｉｇ及び積分制御定数ｉとに基いて算
出する。

【００６８】

【数９】

【００６９】そして、ステップＳｈで上記後輪舵角量ｒ
になるようモータ３を操舵制御して、ステップＳａに戻
る。

【００７０】よって、上記図１０の制御フローのステッ
プＳｄ及びＳｅにより、車両の実際ヨーレイトｙｒと制
御目標ヨーレイトｙｒｔとの偏差ｅｎを積分する積分器
を備え、その積分値Ｓｉｇと積分制御定数ｉとにより積
分制御するようにした積分制御手段５１を構成してい
る。また、同制御フローのステップＳｇにより、出力フ
ィードバックＨ∞制御手段の出力（制御量）ｕと積分制
御手段５１の出力（Ｓｉｇ×ｉ）との双方に基いて、こ
れ等の加算値により後輪３を操舵するようにした操舵手
段５２を構成している。

【００７１】したがって、本実施例においては、出力フ
ィードバック系Ｈ∞制御により、その車両の特性変動時
の安定性を与える性能目標指標Ｗ３が図７ａに示すよう
に高周波数域で十分に低く設定されて、高周波数域での
制御ゲインが小値であるので、ロバスト安定性が極めて
良好に保証される。

【００７２】しかも、後輪３の操舵に対する制御量ｒ
は、上記出力フィードバック系Ｈ∞制御による制御量ｕ
に積分制御量Ｓｉｇ×ｉを加算した値であるので、定常
特性を与える性能目標指標Ｗ１が図７ａで高く設定でき
なくても、運転者が通常走行時に行うステアリング操舵
の周波数域（１Ｈｚ以下）で定常偏差が零値になって、
車両の実際ヨーレイトが制御目標値に精度良く一致し、
ステアリング操舵に対する車両の運動性能が向上する。

【００７３】ここに、車両の運動特性をチューニングす
るに際しては、積分制御手段５１の積分制御定数ｉのみ
を変更すればよいので、上記サーボ系Ｈ∞制御のように
多数個の制御ゲインを変更する場合に比して、そのチュ
ーニングを極めて容易に行うことができる。

【００７４】図１１は他の実施例を示し、以上の実施例
では後輪３，３を後輪操舵装置２０を用いて操舵制御し
たのに代え、前輪２，２をステアリングとは別途に電気
的に操舵制御するものに適用したものである。

【００７５】すなわち、図１１の操舵装置では、上記図
２に示す後輪操舵装置２０を備えず、前輪操舵装置１０
と並列に、リレーロッド１１に配置したラック・アンド
・ピニオン機構５０と、該機構５０を駆動するモータ５
１とを設け、該モータ５１をコントロールユニット２９
により駆動制御する構成である。その他の構成は、上記
実施例と同様であるが、前輪を操舵する関係上、上記実
施例の後輪操舵で後輪を前輪と逆位相に操舵制御する場
合には本実施例では前輪の操舵角を増す側に操舵制御
し、上記実施例で後輪を同位相に操舵制御する場合には
本実施例では前輪の操舵角を減す側に操舵制御すればよ
い。

【００７６】尚、以上の説明では、後輪操舵角の状態フ
ィードバック制御において、車両の推定観測量として６
種、即ち車輪の横滑り角、後輪の舵角及びその変化速
度、前輪及び後輪のコーナリングフォース、並びに車両
に作用するヨーレイトを用いて車両の状態を正確に観測
したが、車両の状態を観測するには、少くとも車両の実
際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角の２種を観測すれ
ば足りる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明のブロック構成図である。

【図２】車両の後輪をも操舵する操舵装置の全体構成を
示す図である。

【図３】後輪の操舵制御のブロック構成を示す図であ
る。

【図４】後輪の操舵制御の制御フローチャートを示す図
である。

【図５】Ｈ∞制御の制御ゲインを決定するためのフロー
チャート図である。

【図６】出力フィードバック系Ｈ∞制御とサーボ系Ｈ∞
制御との選択切換を示す制御フローチャート図である。

【図７】出力フィードバック系Ｈ∞制御とサーボ系Ｈ∞
制御との性能目標指標Ｗ１，Ｗ３の説明図である。

【図８】Ｈ∞制御による後輪操舵に対する車両の運動特
性の周波数伝達関数のゲイン特性を示す図である。

【図９】本発明に関連する技術の制御フローチャート図
である。

【図１０】請求項１及び請求項２記載の発明の実施例を
示す制御フローチャート図である。

【図１１】車両の前輪をステアリング操作とは別途に操
舵する操舵装置の全体構成を示す図である。

【図１２】Ｈ∞制御を行わない場合の後輪操舵に対する
車両の運動特性の周波数伝達関数のゲイン特性を示す図
である。

【図１３】路面の摩擦係数が変化した場合に後輪操舵に
対する車両の運動特性の周波数伝達関数のゲイン特性が
変化する様子の説明図である。

【符号の説明】

１ ステアリング ３ 後輪（車輪） ２６ モータ ２９ コントロールユニット ４０ ステアリング操舵角センサ ４６ 出力フィードバック系Ｈ∞制御手段 ４７ サーボ系Ｈ∞制御手段 ４８ 選択手段 ５０ 連係手段 ５１ 積分制御手段 ５２ 操舵手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 Ｂ６２Ｄ 137:00 (56)参考文献 特開 平４−27667（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−293671（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−143772（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−353076（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 - 6/06 B62D 7/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の状態方程式及び出力方程式、並び
   に前輪又は後輪の操舵に対する車両のヨーレイト変化の
   周波数伝達関数の制御ゲイン特性として車両の特性変動
   時の安定性を与える性能目標指標及び車両の速応性及び
   定常特性を与える性能目標指標に基いて、車両の実際ヨ
   ーレイトを制御目標ヨーレイトに状態フィードバック制
   御する制御ゲインがロバスト安定性が良いように設計さ
   れた出力フィードバック系Ｈ∞制御手段と、 車両の実際ヨーレイトと制御目標ヨーレイトとの偏差を
   積分する積分器を備えた積分制御手段と、 上記出力フィードバックＨ∞制御手段の出力と積分制御
   手段の出力との双方に基いて前輪又は後輪を操舵する操
   舵手段と を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 【請求項２】 積分制御手段の積分制御定数は、車両の
   運動状態に応じて変更される ことを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。