JPH0218168A - 車両用実舵角制御装置 - 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、車輪の実舵角を調整することで車両の運動特
性を制御する車両用実舵角制御装置に関する。

（従来の技術） 従来から規範モデルで与えた所望の過渡応答を得る方法
は、各種提案されているし開示されていて、第７図〜第
９図に代表的な３方式を示す。

いずれも、規範モデルで与えた応答に実際のヨレートΦ
を一致もしくは追従させようとしたものである。

■　第７図は、一般的なフィードバック制御に基づくも
ので、特開昭６１−２７７６３号の実施例として示され
ている。

この方式の場合、車両の性能は全てヨーレートφを検出
するフィードバックセンサの依存し、フィトバックセン
サの故障が車両として致命傷となるばかりでなく、雪道
、凍結路等の極端な環境変化に対し、閉ループ（フィー
ドバックループ）の安定性を確保するのが困難である等
、実用上の問題がある。

■　第８図は、特開昭６１−６７６７０号公報や特開昭
６１−１１５７７６号公報等に示されるように、フィー
ドフォワード方式で、自車の動特性を予め車両運動力学
モデルとして与え、規範モデルで設定される目標値を実
現するために必要な舵角を計算する方式であり、制御系
の安定性は補償されている。この方式に場合、自車特性
が正確にモデリングされていれば、規範モデル通りの応
答が得られるものの、横風外乱やモデリング誤差の要因
となる環境変化（パラメータ変動）に対しては無防備で
ある。

■　第９図は、特開昭６２−２４７９７９号公報に示さ
れるように、第８図で示すフィードフオワド方式を基本
にフィードバック補償を加えたもので、通常はフィード
フォワード系により車両の応答が規範モデルの応答と一
致する様に制御され、外乱やある程度のパラメータ変動
は、ワイドバック系により吸収可能としている。

また、この制御系においては、特開昭６２−２４７９７
９号公報の第２クレームや実施例に記載されているよう
に、フィードバック補償の舵角をリミッタで制限するこ
とによりフィードバックセンサの故障や極端な環境変化
に対する安全性を確保出来るようにしている。

そして、この方式の特徴は、乾燥した舗装路等のコンデ
イションの良好な路面では、フィードフォワード制御で
規範モデルとほぼ同様の応答を得られるようにし、性能
上フィードバック系の負担を軽くすることでフィードパ
・ンクゲインやリミッタの設定値を小さめに設定するこ
とが可能となり、フィードバック制御系を含む制御シス
テム全体の安定性を確保出来る点にある。

即ち、良好なコンデイション下においては、ワイドフォ
ワード制御のみで十分な性能が得られることがこの方式
の前提となっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、実際には、車両の動特性をマイクロコン
ピュータ等で計算可能なように比較的簡単なモデルで近
似的に記述した場合、良好なコンデイション下において
もモデル化誤差が生じる為、フィードフォワード補償で
は実車両の応答と規範モデルの間に、特に位相特性の面
で差が出てしまうという問題がある。

上記問題点について、実験結果に基づき説明を加える。

フィードフォワード補償のみの■の方式により後輪舵角
制御を実施した車速１２０ｋｍ／ｈにおけるヨーレート
周波数応答試験結果を規範モデルと比較して第１０図に
示す。尚、第１０図で、実線は制御目標である規範モデ
ルの特性で、破線が四輪操舵制御を行なった実車両の特
性である。

この車両において、規範モデルは次の様に設定されてい
る。

但し、Ｓ：微分オペレータ Ｔφ＝０．０５ｓ　ｅ　ｃである。

また、自車特性は良く知られた線形２自由度平面運動モ
デルで近似されており、車両諸元値としては、次の値が
与えられている。

Ｌｌ　　：　１５３．７８ｋｇｆ−ｓ’／ｍＩ　ｚ　＝
２２５ｋｇｆ−ｍ−ｓ２ Ｌ　Ｆ　＝　Ｌ　２２ｍ Ｌ　Ｒ＝　１．４２８ｍ ｅＫＦ＝　４６２９．８６に９ｆ／ｒａｄＫ　Ｒ＝７５
９２．４ｋｇｆ／ｒａｄ Ｎ　　＝＋７．６・ 第１０図を見ると、実車のヨーレート周波数特性のうち
ゲインは規範モデルに近いものが得られているが、位相
特性は全周波数域で規範モデルに比べ遅れが大きくなっ
ている。

この主たる原因は、自車特性のモデル化誤差によるもの
で、第１１図にはモデル化した自車特性を実線で、実車
両の基本特性（４１輪操舵制御を行なわないメカニカル
な前輪操舵状態での特性）の実測値を破線で示しである
か、両者は位相特性の面で差が大きく、Ｔ度この基本特
性のモデル化誤差が、第１０図における四輪操舵制御時
の規範モデルと実車両の特性との差に相当している。

■に示す方式にあっては、第１０図に示すように位相特
性において規範モデルと差があっても、第１１図に示す
ベース特性（２ＷＳ）に対する制御効果、即ち、性能面
上代という面から見るとゲイン特性はほぼフラットな特
性を示し、共振もほとんど見られず、位相特性も高周波
域の位相遅れが改善される等はぼ期待通りのものか得ら
れており、十分満足できる結果と言うことが出来る。

ところが、■に示す方式においては、フィードフォワー
ド制御部分が■方式と全く同様となっているので、フィ
ードフォワード系のみで位相特性において規範モデルと
上記の様な差を持っていると、これにフィードバック補
償を加えた場合、フィードパ・ンク系は位相特性をより
規範モデルに近づける様に作動し、操舵周波数が高い場
合に過渡的に大きな補助舵角が必要となり、良好なコン
デイション下ではほとんど補助舵角を必要としないとい
う■の方式のメリットが得られないという問題がある。

本発明は、このような問題に着目してなされたもので、
良好なコンデイション下ではほとんどフィードフォワー
ド系のみで所望の車両動特性が実現され、フィードバッ
ク系は主に外乱やパラメータ変動を吸収する場合のみに
作動するようにすることで、補助操舵量及びフィードバ
ックゲインを小さめに設定しても十分な性能が得られる
と共に、高い安全性を持つ制御システムを実現出来る車
両用実舵角制御装置の開発を課題とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明の車両用実舵角制御装
置では、規範モデル出力は仮想的目標値としてフィード
フォワード制御系に用い、この出力に所定の遅れを持た
せた値を真の目標値としてフィードパ・ンク制御系に用
いる手段とした。

即ち、第１図のクレーム対応図に示すように、運転者に
よる操舵指令Ｓ、を検出する操舵指令検出手段１００と
、車速Ｓ２を検出する車速検出手段１０１と、目標とす
る動特性を数学モデル化してなる規範モデルに前記操舵
指令Ｓ、及び車速の検出値Ｓ２を与え、自車で実現しよ
うとする運動状態量の第１の目標値Ｓ　３１を少なくと
も１種類以上求める運動状警世目標値演算手段１０２と
、前記第１の運動状態量目標値Ｓ　３１を自車で実現す
るために必要な前輪または接輪のうち少なくとも一方に
制御対象車輪の舵角の操作量の目標値Ｓ４を、自車の車
両諸元値と自車の運動特性に基づき決定する舵角操作量
目標値決定手段１０３と、前記第１の運動状態量目標値
Ｓ　３１を入力し、所定時間の遅れをもたせて第２の運
動状態量目標値Ｓ　３２を出力する遅れ要素１０８と、
自車に生じる運動状態量のうち前記運動状態量目標値Ｓ
　３＋と同種の運動状態量Ｓ５を検出する運動状態量検
出手段１０４と、前記第２の運動状態量目標値Ｓ　３２
と前記運動状態量検出値Ｓ５の差に対応して、前記舵角
操作量目標値Ｓ４°に対する補助操作Ｅｉ　Ｓ６を決定
する補助操作量決定手段１０５と、前記舵角操作量目標
値Ｓ４に前記補助操作量決定手段１０５からの補助操作
ｆｆ１ｓｓを加え合せて、舵角操作量目標値Ｓ４を修正
する目標値修正手段１０６と、該目標値修正手段１０６
で修正された後の修正舵角操作量目標値Ｓ７に従って前
記制御対象車輪の実舵角を調整する車輪実舵角調整手段
１０７と、を備えている手段とした。

（作　用） まず、運動状態量目標値演算手段１０２において、目標
とする動特性を数学モデル化してなる規範モデルに操舵
指令検出手段１００からの操舵指令Ｓ１及び車速検出手
段１０１からの車速の検出値Ｓ２を与え、自車で実現し
ようとする運動状態量の第１の目標値Ｓ　３１が少なく
とも１種類以上求められる。

そして、舵角操作量目標値決定手段１０３において、前
記求められた第１の運動状態量目標値Ｓ３に基づいて、
該運動状態量目標値Ｓ３１を自車で実現するために必要
な前輪または後輪のうち少な（とも一方に制御対象車輪
の舵角の操作量の目標値Ｓ４が決定される。

一方、遅れ要素１０日においては、前記第１の運動状態
量目標値Ｓ　３１を入力し、所定時間の遅れをもたせて
第２の運動状態量目標値Ｓ３２が出力される。

そして、補助操作量決定手段１０５においては、前記遅
れ要素１０８からの第２の運動状態量目標値Ｓ３．と、
運動状態量検出手段１０４からの運動状９Ｓ　ｓとを入
力し、両者の差に対応して、前記舵角操作量目標値Ｓ４
に対する補助操作量Ｓ６が決定される。

次いで、目標値修正手段１０６において、前記舵角操作
量目標値Ｓ４に前記補助操作量制限手段１０８からの補
助操作量Ｓ６を加え合せて、舵角操作量目標値Ｓ４が修
正される。

最後に、前記目標値修正手段１０６で修正された後の修
正舵角操作量目標値Ｓ７に従って車輪実舵角調整手段１
０７では前記制御対象車輪の実舵角が調整されることに
なる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

尚、この実施例は、所望のヨーレート応答モデル（規範
モデル）を設定し、車両の応答がこれに一致するように
後輪の舵角を与えるヨーレートモデル適合制御による車
両用後輪舵角制御装置である。

まず、構成を説明する。

第２図は実施例の車両用後輪舵角制御装置が適応された
車両を示す図であり、１はハンドル、２はステアリング
シャフト、３はフロントステアリングギヤユニ・ント、
４．５は前輪、６はリヤステアリングシリンダー　７．
８は後輪であり、前記前輪４．５はハンドル１の操作に
より転舵され、前記後輪７．８は油圧源９からの供給油
圧の制御により転舵される。

そして、後輪７．８の転舵角制御を行なう車両用後輪舵
角制御装置は、入力センサとして、操舵角センサ１０（
操舵指令検出手段）、車速センサ１１　（車速検出手段
）、ヨーレートセンサ１２（運動状態量検出手段）が設
けられ、電子制御回路として、デジタルマイクロコンピ
ュータを主体とするデジタル演算処理装置１３（運動状
態量目標値演算手段、舵角操作量目標値決定手段、遅れ
要素、補助操作量決定手段及び目標値修正手段を含む）
が設けられ、出力部材として、後輪転舵制御バルブ１４
が設けられている。

尚、前記リヤステアリングシリンダー６、油圧源９及び
後輪転舵制御バルブ１４により、請求の範囲でいう車輪
実舵角調整手段が構成される。

第３図はデジタル演算処理装置１３のブロック図であり
、予め設定された所望の動特性を数学モデル化した規範
モデルを持ち、操舵角θ５と車速Ｖを入力して自車で実
現しようとする第１ヨーレート目標値ψ、とヨー角加速
度目標値ψを出力する運動目標値演算部１３１と、 自車の動特性をモデル化した自車モデルを持ち、ヨーレ
ート目標値φとヨー角加速度目標値φと操舵角θ、と車
速Ｖとを与え、第１ヨーレート目標値φ１とヨー角加速
度目標値φを自車で実現するために必要な接輪舵角目標
値δｎｌを出力する舵角演算部１３２と、 前記運動目標値演算部１３１で求められた第１のヨーレ
ート目標値Ｉｊ／Ｉを入力し、所定の時間遅れを持たせ
て第２のヨーレート目標値φ２を出力する遅れ要素１３
３と、 前記遅れ要素１３３で求められた第２のヨーレート目標
値φ、と、ヨーレートセンサ１２で検出されたヨーレー
トψとの差ｅに対応して、前記後輪舵角目標値δ８１に
対する補助舵角δ８２を決定する補助舵角決定部１３４
と、 前記後輪舵角目標値δＲ１と補助舵角δＲ２とを入力し
て両者の加算により後輪舵角目標値＋５　Ｒ１を修正し
て後輪舵角修正目標値ろ□を出力する目標値修正部１３
５とを備えている。

次に、作用を説明する。

まず、デジタル演算処理装置１３で行なわれる後輪舵角
制御作動の流れを第５図に示すフローチャート図により
説明する。

尚、この制御作動は、先に第４図に示すように、イグニ
ッションスイッチをＯＮにした時点から第２のヨーレー
ト目標値ψ２の各書き換え記憶要素を含めてイニシャラ
イズ処理が行なわれ、この処理が終了後、タイマー管理
により所定の制御周期Δｔ　＝　２ｍ５ｅｃ毎に繰り返
し行なわれる。

ステップａでは、操舵角θ５と車速Ｖが読み込まれる。

ステップｂでは、運動目標値演算部１３１において、所
望の規範モデルに対し、操舵角θ５と車速Ｖを入力して
自車で実現しようとする第１のヨレート目標値φ、とヨ
ー角加速度目標値ψが演算により求められる。

ステップＣでは、舵角演算部１３２において、第１のヨ
ーレート目標値ψ１とヨー角加速度目標値ψと操舵角θ
５と車速Ｖとを与え、第１のヨーレート目標値φ１とヨ
ー角加速度目標値ψを自車で実現するために必要な後輪
舵角目標値δ８．が自車モデルに基づいて求められる。

ステップｄでは、ヨーレートセンサ１２からヨレートφ
が入力される。

ステ・ンブｅでは、補助舵角決定部１３４において、前
記遅れ要素１３３で求められた第２のヨーレート目標値
＋ｊ／２（２０）と、ヨーレートセンサ１２で検出され
たヨーレートφとの偏差ｅ　（＝φ２　（２０）−φ１
）が求められる。

尚、第２のヨーレート目標値φ２　（２０）は、第１の
ヨーレート目標値φ１に対して２０回の制御周期遅れた
値、即ち、４０ｎ＋ｓｅｃ前の値である。

ステップｆでは、偏差ｅに対応して、補助舵角決定部１
３４において前記後輪舵角目標値δＲ１に対する補助舵
角δ８２が決定される。

尚、演算式は、δＩ＋、＝Ｈ（Ｓ）　・ｅである。

ステップ９では、目標値修正部１３５において、前記後
輪舵角目標値ろ８．と補助舵角δＲ２とを入力して両者
の加算により後輪舵角目標値６．１を修正し後輪舵角修
正目標値δＲ（＝６□、＋ろＲ２）が求められる。

ステップｈでは、今回の制御周期で読み込まれた第１の
ヨーレート目標値φ、か第２のヨーレート目標値φ２（
０）に、また、先に記憶されている第２のヨーレート目
標値が、ψ２（０）−ψ２（＋）、・・・ｌＪ’２（１
９）→φ２　（２０）というように１づつ書き換えられ
る。

ステップ１では、後輪舵角修正目標値δ８が出力される
。

次に、基本的な後輪舵角制御動作について説明する。

操舵角θ５．車速Ｖを入力し、規範モデルを持つ運動目
標値演算部１３１と、自車モデルを持つ舵角演算部１３
２により後輪舵角目標値δ８．を計算するフィードフォ
ワード制御系及び第２のヨーレート目標値φ、とヨーレ
ート検出値φの偏差ｅに応じて補助舵角δＲ２を計算す
るフィードバック制御系の基本動作は、従来出典で示し
た特開昭６２−２４７９７９号公報に記載の内容と同様
であり、外乱や環境変化等によりフィードフォワード制
御系が不安定になる場合には、フィードバック制御系に
よってフィードフォワード制御の補助を行なうことで、
常に安定した制御を行なうことが出来る。

本発明の特徴である遅れ要素１３３の作用について第４
図及び第６図を用いて説明する。

本実施例においては、遅れ要素１３３としてムダ時間を
用いており、第１０図に示したフィードフォワード補償
のみの実験結果に比べて４０ｍ５ｅＧに設定しである。

この様に設定した場合、遅れ要素１３３を介した第２の
ヨーレート目標値ψ２は、第７図の１点鎖線（ゲインは
実線）で示した特性となり、ゲイン、位相共にフィード
フォワード補償のみの実車特性と極めて近くなる。

従って、実施例の後輪舵角制御装置では、フィードバッ
ク系に遅れ要素１３３を採用した為、良好なコンデイシ
ョン下では、フィードバックによる補助操舵量は極めて
小さくでき、フィードフォワード系に補助的にフィード
バック補償を加えた上記■の方式（フィードフォワード
＋フィードバック型）の制御メリットが最大に発揮出来
る。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における制御の追加や変更等があ
っても本発明に含まれる。

例えば、実施例では、後輪の舵角を制御する装置を示し
たが、前後輪共に舵角の制御をする４輪操舵車にも適応
出来る。

また、車両の動特性をヨーレイトによりみる制御例を示
したが、車両の動特性を横加速度によりみる例や、ヨー
レートと横加速度の線形結合でみる例等であっても勿論
良い。

また、実施例では、遅れ要素でのムダ時間を固定時間に
設定したものを示したが、実車両においては、タイヤの
遅れ等は車速により変化するので、運動目標値演算部か
らの出力φ、とフィードフォワード制御のみを行なった
場合の実車ヨーレートφの位相差は車速により変化する
。

従って、遅れ要素のムダ時間Ｔの最適値は、車速により
変化することになり、この点から、ムダ時間Ｔを車速Ｖ
の関数として与えると、全車速域で最大の効果が得られ
る。

また、補助操舵量を小さい値による固定値もしくは車速
に対応した値で制限するリミッタを付加した制御システ
ムとした場合には、フィードバックセンサの故障等に対
してより安全性の高いシステムにすることが出来る。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の車両用実舵角制御装
置にあっては、運動目標値である運動状態量目標値演算
手段からの規範モデル出力をそのまま用いてフィードフ
ォワード制御を行ない、この規範モデル出力に遅れを持
たせた第２目標値と実際値との偏差に応じて補助的にフ
ィードバック補償を加える手段とした為、良好なコンデ
イション下ではほとんどフィードフォワード系のみで所
望の車両動特性が実現され、フィードバック系は主に外
乱やパラメータ変動を吸収する場合のみに作動し、補助
操舵量及びフィードバックゲインを小さめに設定しても
十分な性能が得られると共に、高い安全性を持つ制御シ
ステムを実現出来るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用実舵角制御装置を示すクレーム
対応図、第２図は本発明実施例の車両用後輪舵角制御装
置を適応した車両を示す全体図、第３図は実施例の車両
用後輪舵角制御装置のデジタル演算処理装置を示すフロ
ック図、第４図は実施例のデジタル演算処理装置でのイ
ニシャライズ処理を示すフローチャート図、第５図は実
施例のデジタル演算処理装置での後輪舵角制御処理作動
の流れを示すフローチャート図、第６図は実施例装置に
よるヨーレート特性図、第７図は従来フィードバック型
の実舵角制御装置のシステムブロック図、第８図は従来
フィードフォワード型の実舵角制御装置のシステムブロ
ック図、第９図は従来フィードバック＋フィードフォワ
ード型の実舵角制御装置のシステムブロック図、第１０
図はフィードフォワード制御方式によるヨーレート特性
図、第１１図は前輪操舵装置によるヨーレート特性図で
ある。 １００・・−操舵角検出手段 ０１・・・車速検出手段 ０２・・−運動状態量目標値演算手段 ０３・・・舵角操作量目標値決定手段 ０４・・・運動状態量検出手段 ０５・・・補助操作量決定手段 ０６・・・目標値修正手段 ０７・・・車輪実舵角調整手段 ０８・−・遅れ要素 ・・・操舵指令 ２・・・車速 ３、・・・第１の運動状態量目標値 ３２・・・第２の運動状態量目標値 ４・−・舵角操作量目標値 ５・・・運動状態量検出値 ６・・・補助操作量 ７・・・修正舵角操作量目標値

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）運転者による操舵指令を検出する操舵指令検出手段
   と、 車速を検出する車速検出手段と、 目標とする動特性を数学モデル化してなる規範モデルに
   前記操舵指令及び車速の検出値を与え、自車で実現しよ
   うとする運動状態量の第１の目標値を少なくとも１種類
   以上求める運動状態量目標値演算手段と、 前記第１の運動状態量目標値を自車で実現するために必
   要な前輪または後輪のうち少なくとも一方に制御対象車
   輪の舵角の操作量の目標値を、自車の車両諸元値と自車
   の運動特性に基づき決定する舵角操作量目標値決定手段
   と、 前記第１の運動状態量目標値を入力し、所定時間の遅れ
   をもたせて第２の運動状態量目標値を出力する遅れ要素
   と、 自車に生じる運動状態量のうち前記運動状態量目標値と
   同種の運動状態量を検出する運動状態量検出手段と、 前記第２の運動状態量目標値と前記運動状態量検出値の
   差に対応して、前記舵角操作量目標値に対する補助操作
   量を決定する補助操作量決定手段と、 前記舵角操作量目標値に前記補助操作量決定手段からの
   補助操作量を加え合せて、舵角操作量目標値を修正する
   目標値修正手段と、 該目標値修正手段で修正された後の修正舵角操作量目標
   値に従って前記制御対象車輪の実舵角を調整する車輪実
   舵角調整手段と、 を備えている事を特徴とする車両用実舵角制御装置。