JPH01262268A - 車両の舵角制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両の舵角制御装置に関し、特に、自車の運
動性能が予め設定された規範モデルの運動性能となるよ
うに舵角を制御する車両の舵角制御装置に係り、制御の
安定性向上を意図した車両の舵角制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、機械リンク式のステアリング装置を備えた車両
では、操向ハンドルの操舵量に対応して前輪を転舵する
構成となっており、操舵特性はその車両の車両諸元によ
り一律に決定されている。

このため、運動性能は、車種毎に固有なものであり、運
動性能の変更は実際上不可能であった。

ところで、車両の使用環境は一様ではなく、環境や用途
に応じて最適な運動性能が求められる場合がある。この
ような場合、ユーザは車種を選択して必要とする運動性
能を求めるのが一般的であったが、近時、運動性能を自
在に変更できるような操舵系の制御システムを搭載した
車両が試みられている。

従来のこの種のシステムとしては、例えば、特開昭６２
−１５１６８号公報や特開昭６２−２４１７６９号公報
などに記載のものがある。

これらのものでは、目標とする運動性能を備えた仮想の
目標車両モデル（規範モデル）を想定し、この規範モデ
ルに関する車両諸元および運動方程式に基づいて、繰向
ハンドルの操舵量および車速に対応する運動状態量の目
標値、すなわち規範モデルが呈する仮想の運動状態量（
例えばヨーレート目標値）を求め、この運動状態量の目
標値を自車（当該システムを搭載した実際の車両）で実
現されるように、自車の車輪（前輪および後輪）の舵角
を制御するもので、 更に上記制御を詳述すると、車輪を転舵したときの自車
が呈する運動状態量（例えばヨーレート推定値）を、自
車の運動特性を備えた自車モデルから求め、このヨーレ
ート推定値と上述のヨーレート目標値との差を所定の演
算周期で積分演算して規範モデルの運動状態量と自車モ
デルの運動状態量とが一致するような操作量を決め、こ
の操作量に従って車輪を実際に転舵制御するものである
。

このような構成によれば、規範モデルを変更することに
より自在に運動性能を変更することができる。なお、上
述の制御にあたっては、システム設計の柔軟性や融通性
などを考慮し、通常、デジタルコンピュータを用いて所
定の制御周期毎に実行されるソフトウェア制御が行われ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のシステムにあっては、
所定の制御周期でソフトウェアを実行させ、必要な演算
処理を行う構成となっていたため、例えば、車両が極低
車速で走行している場合には、積分計算が正しく行われ
ないことがあり、この場合、正確な操作量が得られなか
ったり、操作量が不連続になったりして制御が不安定に
なるといった問題点があった。

（発明の目的） そこで本発明は、安定した積分演算が行われるような所
定の車速値を、積分演算の時間の間隔との兼ね合いから
決め、検出された車速が上記所定の車速以下になると、
制御パラメータに用いる車速情報を上記車速値に固定し
て制御の安定性を確保することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明による車両の舵角制御装置は上記目的達成のため
、車速を検出する車速検出手段ａと、操向ハンドルの操
舵入力を検出する操舵入力検出手段すと、目標とされる
運動性能を備えた規範モデルを予め設定する規範モデル
設定手段Ｃと、自車の運動性能を備えた自車モデルを予
め設定する自車モデル設定手段ｄと、車速および操舵入
力に基づいて前記規範モデルを参照し、制御対象車輪の
舵角を制御する際の目標制御値を演算する第１の演算手
段ｅと、車速および操舵入力に基づいて前記自車モデル
を参照し、制御対象車輪の舵角を制御する際の基本制御
値を演算する第２の演算手段ｆと、少なくとも第１およ
び第２の演算手段ｅ、ｆを所定の制御周期で起動する起
動手段ｇと、前記車速検出手段ａで検出された車速か所
定の車速以下にあるとき、前記第１および第２の演算手
段ｅ、ｆで用いられる車速を該所定の車速に固定する車
速固定手段りと、第１の演算手段ｅで演算された目標制
御値および第２の演算手段ｆで演算された基本制御値に
基づいて、制御対象車輪の舵角を制御する最終制御値を
演算する第３の演算手段ｉと、該第３の演算手段ｉの演
算結果に従って前輪あるいは後輪の何れか一方、若しく
は両方の舵角を操作する舵角操作手段ｊと、を備えてい
る。

（作用） 本発明では、検出された車速が所定の車速以下になると
、各種演算に用いられる車速情報が上記所定の車速に固
定される。

したがって、積分計算を含む各種演算が安定して行われ
る結果、操作量が正しく決定され、制御の安定性が確保
される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜４図は本発明に係る車両の舵角制御装置の一実施
例を示す図であり、４輪操舵システムを搭載した車両に
適用した例である。

まず、構成を説明する。第２図において、１は車速Ｖを
検出する車速センサ（車速検出手段ａ）、ＦＲ−ＦＬは
前輪であり、前輪ＦＲ，ＦＬは機械リンク式のステアリ
ング装置２を介して操向ハンドル３により操舵される。

操向ハンドル３の操舵入力は舵角センサ（操舵入力検出
手段ｂ）４により検出され、舵角センサ４は操舵入力に
応じた大きさの舵角信号θを出力する。

５はコントロールユニットであり、コントロールユニッ
ト５は規範モデル設定手段Ｃ１自車モデル設定手段ｄ、
第１の演算手段ｅ、第２の演算手段ｆ、起動手段ｇ、車
速固定手段りおよび第３の演算手段ｉとしての機能を有
し、例えばデジタルコンピュータで構成されている。な
お、トランジスタ等のハードロジックで構成してもよい
ことは勿論である。コントロールユニット５には、少す
くとも車速センサ１からの車速Ｖおよび舵角センサ４か
らの舵角信号θが入力されており、コントロールユニッ
ト５はタイマー割込み等に基づく所定の制御周期毎に、
後述の舵角制御プログラムを起動させて一度実行し、実
行の結果、後述の後輪舵角の操作量の指令値（最終制御
値）δ８を出力する。

６は転舵装置であり、転舵装置６はコントロールユニッ
ト５からの６８の大きさに比例した油圧を発生し、油圧
式ステアリング装置７に供給する。

油圧式ステアリング装置７は、供給油圧に応じた操作力
を発揮して後輪ＲＲ，ＲＬの舵角を操作する。上記転舵
装置６および油圧式ステアリング装置７は舵角操作手段
８を構成している。なお、舵角操作手段８としては、こ
れに限らず、例えばδ８に対応した大きさの電力を発生
し、この電力によってソレノイド等を駆動して操作力を
発揮するものであってもよい。また、舵角操作手段８は
前輪ＦＲ，ＦＬを操作するものであってもよく、あるい
は前輪ＦＲ１ＦＬおよび後輪ＲＲ１ＲＬの両方を操作す
るものであってもよい。

次に、作用を説明する。

第３図は舵角制御プログラムのフローチャートであり、
本プログラムは、所定の時間毎にタイマー割込みによっ
て一度起動され実行される。なお、以下の説明において
、各処理ステップをＰと略し、またＰに付した１、２・
・・・・・の添字でステップの順番を示す。

イグニッションキーがＯＮに回されてコントロールユニ
ット５に電源が供給されると、本プログラムが開始され
る。

まず、Ｐｌで車速Ｖおよび舵角信号θを読み込み、Ｐｔ
で読み込まれた■と所定の基準車速■。

とを比較する。

ここで、■。の大きさは、本プログラムの演算時間の間
隔（すなわち、ΔＴ）を考慮して後述の積分に相当する
近似式が正しく行われるような車速の大きさに相当する
もので、自車（本実施例が適用される車両）の車両諸元
から与えられるものである。

すなわち、ヨ一方向と横方向の２自由度で近似した４輪
操舵の車両モデル（本実施例における自車モデルに相当
する）において、連続する時間系の状態方程式は次式■
で表される。

・・・・・・■ 但し、 ２　　（Ｌ、”　　ＸｅＫ、＋Ｌ、”　　ＸＫ、）ａ　
Ｉ−ｍ− ａ　　＋Ｚ＝−一 ３、、＝　−− ２（ｅＫＦ　　＋ＫＲ） ａＺＺ＝　− ｂｌ＋””　　□ ■２ ＬＲＸＫＲ ｂ　＋ｚ＝−□ ｚ ｅＫｒ ｂ２．＝　　□ ２に、ｌ ｂ２□＝　□ である。また、 Ｌ、：前軸と重心間の距離 ＬＲ：後軸と重心間の距離 ＫＲ：後輪コーナリングパワー ｅＫ、：前輪等価コーナリングパワー ■２　：ヨー慣性 Ｍ　：車体重量 Ｎ　ニステアリングギア比 である。簡単のため上式■の各項を、 と置くと、上式■は次式■で表わされる。

文＝ＡｘＸｘＢｘＵ　・・・・・・■ 一般に、デジタルコンピュータ等で制御のための演算を
行う場合には高速性が要求されるので、多くの場合、計
算時間を優先して近似計算が用いられる。

例えば、オイラー積分法を用いると、上式■は次式■■
のように置き換えられる。

Ｘ（Ｌｌ＝Ｘ（ｔ−ΔＴ）＋ΔＴ′Ｘ（ｔ−ΔＴ）・・
・・・・■ 文（Ｌ）　、＝　Ａ　Ｘ　（Ｌｌ　＋Ｂ　Ｕ　＜ｔ＋　
　・・・・・・■上式を書き直すと、 １（ｔ−ΔＴ）＝ＡＸ　（ｔ−ΔＴ） ＋ＢＵ　（ｔ−ΔＴ）　　・・・・・・■となり、 上式■、■より　′５Ｃ（ｔ−ΔＴ） を消去すると、 Ｘ＋−＋＝［ｎ＋ΔＴＡ］　Ｘ　（ｔ−ΔＴ）＋ΔＴＢ
Ｕ　（ｔ−ΔＴ）　　　・・・・・・■が得られる。こ
こで、 １Ｚｎ−Ａ’ｌ＝Ｏ・・・・・・■ 但し、Ａ’　　：　　［ｎ＋ΔＴＡ］ の解（極値）をそれぞれμ０、μ２とした場合に上式■
が安定した計算が行える条件を求めると、１μ、１く１
　かつ１μ２１く１ を満足するときがその条件となる。

次に、前式■に対して、以下に述べる一般的な車両の各
諸元値を与えた場合に、上式■が安定した計算が行える
ΔＴの最大値（ΔＴｍａｘ　）を求めると、その結果は
第４図のように示される。

諸元値 ｅ　Ｋ　ｙ　＝３７５０ｋｇ　ｆ　／　ｒａｄＫ　Ｒ＝
　５０００ｋｇ　ｒ　／　ｒａｄＭ　　＝１２５　ｋｇ
ｆ　Ｓ２／ｍ Ｉｚ　−２００ｋＨｆ−３”　　・ｍ Ｌ、　＝１　ｍ Ｌｍ　＝１．５　ｍ 第４図において、縦軸はΔＴ　ｍａｘを表わし、横軸は
車速■を表わしている。また、線（イ）はΔＴｍａｘの
値をそれぞれ変えた場合に、安定した計算が行えるため
の車速■の最小限界値と、この■に対応するΔＴｍａｘ
との交点を示す線であり、例えば、ΔＴｍａｘをＳｌ　
　（例えば、２０ｍ５）とした場合は、■≧Ｖ、（例え
ば、Ｖ、　＝７１ａｎ）のときに安定した計算が行え、
ΔＴｍａｘ＠Ｓｚとした場合は、■≧■２　（例えば、
Ｖ２　＝１７１ａｎ）のときに安定した計算が行えるこ
とが第４図から読み取れる。

したがって、前述した■。は、本プログラムの演算時間
の間隔（すなわち、八Ｔ）を考慮し、このΔＴが例えば
、上述のＳＩに相当するものであれば■。−Ｖ、とし、
また、Ｓ２に相当するものであればＶ。−■２とすれば
よい。あるいは、Ｓｌ、Ｓ２以外のＳｘであれば第４図
からＳｘに対応するＶｘを求め、■。＝Ｖｘとすればよ
い。

再び第３図において、Ｐ２で現在の■の大きさが■。以
下である場合には、安定した計算を行うための条件が満
足されていないので、Ｐ３でＶ−■。として現在の■を
■。に固定する。これにより、安定した計算を行うため
の条件が満たされ、以下の演算処理の解が正しく求めら
れる。

すなわち、Ｐ４では公知の演算方法により後輪舵角指令
値７丁が求められ、演算方法の具体例としては以下のと
おり示される。

目標車両モデル（規範モデル）は、目標とする運動性能
を表わす特性式や車両諸元等を演算式（あるいは演算回
路）や演算定数（あるいは回路定数）によって設定した
シミュレーションモデルであり、このようなシミュレー
ションモデルに舵角信号θおよび車速■を与えたときに
、目標車両モデルが呈する運転状態量が求められる。例
えば、目標車両モデルが呈するヨーレートを求めて、こ
れを運動状態量の目標制御値（ヨーレート目標値か）と
して出力する。このゐは、以下の演算によって求められ
る。

Ｉｘ＋７ｙ＋＝Ｎ＋　　Ｋｓ＋（θ−Ｎ、　　δＦ＋）
ＤＫＩみＦｌ　　２εＩＣＦｌ・・・・・・■Ｍ＋（Ｖ
＋　＋ゐ、Ｖ）　＝２　ＣＦｌ＋２　ＣＲＩ・・・・・
・■Ｉｚ　”ｊｙ＋　＝２　ＬＦＩＣＦＩ　　２　ＬＲ
ＩＣＲＩ　　　・・・・・・［相］β、１＝δＦ１−（
へ十ＬＦＩ■Ｉ）／Ｖ　　・・・・・・■β＋＋＋−（
？＋　　　Ｌ、Ｉｔ＜１＋＋　）　／Ｖ　　・・・・・
・＠ＣＦｌ＝ＫＦＩβＦ１　　・・・・・・０但し、 δＦＩ：目標車両モデルの前輪舵角（目標車両は２輪舵
角車であるものとする） ↓１　：目標車両モデルのヨーレート ｊ１　：目標車両モデルのヨー角加速度９１　：目標車
両モデルの横方向速度 ｙ１　：目標車両モデルの横方向加速度βＦｌ＝目標車
両モデルの前輪の横すべり角βＲ１＝目標車両モデルの
後輪の横すべり角Ｎｌ　：目標車両モデルのステアリン
グギア比ＣＦｌ：目標車両モデルの前輪のコーナリング
フォース ＣＲＩ：目標車両モデルの後輪のコーナリングフォース Ｉ２１：目標車両モデルのヨー慣性 Ｍ１　：目標車両モデルの車体重量 Ｌ１　：目標車両モデルのホイールベース上８：目標車
両モデルの前輪と重心間の距離ＬＲＩ：目標車両モデル
の後輪と重心間の距離■□二目標車両モデルのキングピ
ン回り慣性Ｋｓ、：目標車両モデルのステアリング剛性
ＤＫＩ：目標車両モデルのステアリング系粘性係数 このような演算により求められたφと自車のヨーレート
推定値Φ′（後述する）とによって、これらの間の差ｅ
　（ｅ＝↓−φ′）が求められ、ｅは積分される。この
ときの積分演算に際しては、前述の近似式〇が用いられ
る。そして、本実施例では、■が■。以下になった場合
、■＝■。に固定されるので、上記積分演算を安定して
行うことができる。

次に、積分演算で求められた値は、定数Ｋによってに倍
され、そのに倍された値が後輪舵角指令値Ｔ７となる。

１丁はＰ、で転舵装置６に出力され、転舵装置６は耳に
比例する大きさの油圧を油圧式ステアリング装置７に与
え、後輪ＲＬ、Ｒ１の舵角を変化させる。

なお、↓′は次のようにして求められる。す、なわち、
自車の後輪舵角がδえであるときに、自車のヨーレート
がどのような値になるかを演算により推定するもので、
自車の運動特性を表わす特性式（旧式■に相当）や自車
の車両諸元によって設定されたシミュレーションモデル
（自車モデル）を用いて行われ、例えば、以下の演算に
従って基本制御値としての↓′が求められる。

■ｙ′（乞）＝Ｖｙ’　　（を−八Ｔ）十Δｒ−ｙｙ’
・・・・・・０ ゐ　（１）　＝ゐ’　　（を−ΔＴ）＋ΔＴ−；’ｔｔ
＋・・・・・・■ θ βｒ　＝　　　　　　（Ｖｙ’　（ｔ）　　　ＬＦ　企
’　（Ｌ）　）　／　Ｖ・・・・・・［相］ βに＝δＲ（Ｖ）”　ｔｔ＋　　　ＬＲ！’　＜ｔ＋　
）　／Ｖ・・・・・・＠ ＣＦ＝ｅＫＦ　・β、　　・・・・・・■ＣＲ＝Ｋｌｌ
　　・β、　　　・・・・・・■Ｖ　”！’　（Ｌ）　
＝　（２Ｃｙ　＋２　ＣＲ）　ｇ／Ｍ　　Ｖ・Φ′・・
・・・・［相］ ’ｉｚ’　（ｃ、＝２　（ＣＦ　ＬＦ　　Ｃ，ＩＬ＋＋
　）　／　Ｉｚ・・・・・・０但し、 ｖｙ’　　：自車モデルの横すべり速度の推定値ΔＴ：
演算時間の間隔 β、二自車モデルの前輪実舵角 βＲ：自車モデルの後輪実舵角 ＬＦ　二自車モデルの前軸と重心間の距離ＬＲ：自車モ
デルの後軸と重心間の距離Ｍ　：自車モデルの車体重量 Ｎ　：自車モデルのステアリングギヤ比Ｉ２　：自車モ
デルのヨー慣性 ＣＦ：自車モデルの前輪コーナリングフォースＣＲ：自
車モデルの後輪コーナリングフォースｅＫ、：自車モデ
ルの前輪コーナリングパワーに、：自車モデルのコーナ
リングパワーこのように本実施例では、デジタルコンピ
ュータで積分に相当する近似計算（例えばオイラー積分
）を含む各種演算を行うに際し、その演算パラメータと
なる現在の車速■の大きさが、演算時間の間隔ΔＴで決
められる所定の車速値■。以下となったとき、上記■を
■。の値に固定している。

したがって、積分に相当する近似計算が安定して行われ
、正しい計算結果が得られるようになり、その結果、操
作量（了Ｔ）が連続して正しく決定され、制御の安定性
が確保される。

（効果） 本発明によれば、検出された車速か所定の車速以下にな
ると、各種演算に用いられる車速情報が上記所定の車速
に固定されるので、特に、積分計算を安定して行うこと
ができる。したがって、操作量を連続して正しく決定で
き、制御の安定性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜４図は本発明に係
る車両の舵角制御装置の一実施例を示す図であり、第２
図はその全体構成図、第３図はその舵角制御プログラム
のフローチャート、第４図はそのΔＴ　ｍａｘと■とを
パラメータとして■。を求めるためのグラフである。 １・・・・・・車速センサ（車速検出手段）、４・・・
・・・舵角センサ（操舵入力検出手段）、５・・・・・
・コントロールユニット（規範モデル設定手段、自車モ
デル設定手段、第１の演算手段、第２の演算手段、起動
手段、車速固定手段、第３の演算手段）、 ８・・・・・・舵角操作手段。 特　許　出　願　人　　日産自動車株式会社可理人弁理
士　有我軍一部 第２図 ＦＬ　　　　ＦＲ ン 、・　　ラ　　β Ｌ′ＸＲ 第３図 ■貼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）車速を検出する車速検出手段と、 ｂ）操向ハンドルの操舵入力を検出する操舵入力検出手
   段と、 ｃ）目標とされる運動性能を備えた規範モデルを予め設
   定する規範モデル設定手段と、 ｄ）自車の運動性能を備えた自車モデルを予め設定する
   自車モデル設定手段と、 ｅ）車速および操舵入力に基づいて前記規範モデルを参
   照し、制御対象車輪の舵角を制御する際の目標制御値を
   演算する第１の演算手段と、 ｆ）車速および操舵入力に基づいて前記自車モデルを参
   照し、制御対象車輪の舵角を制御する際の基本制御値を
   演算する第２の演算手段と、 ｇ）少なくとも第１および第２の演算手段を所定の制御
   周期で起動する起動手段と、 ｈ）前記車速検出手段で検出された車速が所定の車速以
   下にあるとき、前記第１および第２の演算手段で用いら
   れる車速を該所定の車速に固定する車速固定手段と、 ｉ）第１の演算手段で演算された目標制御値および第２
   の演算手段で演算された基本制御値に基づいて、制御対
   象車輪の舵角を制御する最終制御値を演算する第３の演
   算手段と、ｊ）該第３の演算手段の演算結果に従って前
   輪あるいは後輪の何れか一方、若しくは両方の舵角を操
   作する舵角操作手段と、 を備えたことを特徴とする車両の舵角制御装置。