JPH026272A - 車両用舵角制御装置 - 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］ この発明は、車両用舵角制御装置に関し、特に、路面等
から外乱が入力された場合であっても、車両安定性及び
制御特性が損なわれないようにしたものである。

〔従来の技術］ 従来の車両用舵角制御装置としては、例えば、第８図に
示すようなものがあり、これは、前輪操舵角及び車速に
応じて後輪を操舵する後輪舵角制御装置の制御系のブロ
ック線図を表している。

即ち、前輪操舵角θ及び車速■に応じて後輪の目標操舵
角？ｆＲを演算し出力する後輪舵角演算部５０と、この
後輪舵角演算部５０から出力された目標操舵角？ｆＲを
定数（Ｋｉｌｌ、　　Ｋ、　）倍する比例要素５１．５
２と、これら比例要素５１．５２の出力と後述する積分
要素の出力を定数倍した負のフィードバックとを加算す
る加算器５３と、この加算器５３の出力Ｔを定数（１／
ｌＫ１１）倍する比例要素５４と、この比例要素５４の
出力と後述する積分要素の出力を定数倍した負のフィー
ドバックとを加算する加算器５５と、この加算器５５の
出力ざえを積分する積分要素５６と、この積分要素５６
の出力θ３を加算器５３に負のフィードバツクする際に
定数（Ｋ２）倍する比例要素５７と、同積分要素５６の
出力θ、を加算器５５に負のフィードバックする際に定
数（ＤＫ、ｌ／ＩいＲ）倍する比例要素５８と、同積分
要素５６の出力汐えを積分する積分要素５９と、この積
分要素５９の出力δ□を加算器５３に負のフィードバッ
クする際に定数（Ｋｌ　）倍する比例要素６０と、同積
分要素５９の出力δ□を加算器５５に負のフィードバッ
クする際に定数（Ｋ　ｓ＋＋／　Ｉ　ＫＲ）倍する比例
要素６１とを備えており、積分要素５９の出力δ３か、
後輪に舵角を発生する後輪舵角可変装置を駆動する図示
しないアクチュエータの駆動量即ち後輪実操舵角に対応
する。なお、Ｓはラプラス演算子、Ｋ、、に、はゲイン
定数、Ｔ　ＫＲＩ　　Ｄ　ＫＩＩ＋　　Ｋ　！ＩＲはそ
れぞれホイール端に換算したアクチュエータの慣性、粘
性及びバネ定数である。

ここで、この制御系の伝達関数Ｇ　（Ｓ）は、下記の（
１）式のようになる。

ωｎ なお、ω０は固有角周波数、ξは減衰係数であり、それ
ぞれ下記の（２）及び（３）式のようになる。

ω。＝　（（ＫＲＩに３＋１）　／ＩＫＮ）　””　　
　・・・・・・（２）ξ　”’　（ＫＺ＋ＤＫＲ）　／
　（２Ｉ　ＫＲωｆｉ）　・・・・・・（３）従って、
この従来の後輪舵角制御装置では、前輪の操舵角θ及び
車速■に基づき、例えば低速走行時には前輪及び後輪を
逆相として車両の旋回性が向上し且つ高速走行時には前
輪及び後輪を同相として車両の走行安定性が向上するよ
うな目標舵角δ８が後輪舵角演算部５０で算出され、こ
の算出された目標舵角δ８と、後輪の実操舵角δ。及び
実操舵角速度θえのフィードバック信号とに応じた後輪
舵角制御が行われるから、実操舵角δ□が素早く目標舵
角６＊に収束するようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術の制御系にあっては、路面
等から伝達される外乱に対する補償手段が備えられてい
なかったため、例えば、コーナリングフォースＣ，ｌに
よる反力２ξＣＲや、路面摩擦係数μの変化等のさまざ
まな外乱ｑが入力されてしまうと、後輪舵角機構を駆動
するアクチュエータにその外乱の影響が伝わるので、転
舵輪がふらつき、走行中の車両が不安定になってしまう
という未解決の課題があった。

つまり、第８図に示すように、加算器５３の出力Ｔに外
乱ｑ　（Ｑ（Ｓ）　）がさらに加算されてしまうと、上
記従来の制御系の入力をＵ（Ｓ）、出力をＸ　（Ｓ）と
した場合、これらの関係は下記の（４）式のようになる
から、出力Ｘ　（Ｓ）即ち実操舵角δえが不安定となる
。

Ｘ（Ｓ）　＝Ｇ（Ｓ）　Ｕ（Ｓ） ・・・・・・（４） また、比例ゲインに、、に、を大きくすることにより外
乱ｑに対して強い制御系を設計してもよいが、この場合
、固有角周波数ω１及び減衰係数ξがこれら比例ゲイン
に＋　、Ｋｚと共に変動するため（上記（２）及び（３
）式参照）、望ましい固有角周波数ω７及び減衰係数ξ
を有する制御系を実現することが困難になるし、実現で
きた場合であっても、低速走行中（車輪が少々ふらつい
ても安全な車速）に外乱に対する補償を実行すると、消
費するエネルギが大きくなるため不経済であった。

この発明は、上記従来技術における未解決の課題に着目
してなされたものであり、路面等から外乱が入力されて
も、車両の走行安定性を損なうことがない車両用舵角制
御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、車輪に舵角を
発生する舵角可変機構と、制御信号に応じて前記舵角可
変機構を駆動するアクチュエータと、車両の走行状況に
応じた前記制御信号を出力するアクチュエータ制御装置
と、を備えた車両用舵角制御装置において、前記アクチ
ュエータ制御装置に、前記アクチュエータの駆動を害す
る外乱をアクチュエータの駆動状態に基づいて補償する
外乱補償手段を設けた。また、前記外乱補償手段は、外
乱に対する補償の強さを走行状況に応じて可変とするこ
とも可能である。

なお、前記走行状況とは、車両の走行状態を表す総称で
あって、例えば、車両の走行速度や走行路面の摩擦係数
、さらには、転舵角、転舵角速度又は転舵角加速度等の
操舵状況等の種々の要素が含まれる。

〔作用〕

アクチュエータの駆動を害する外乱をアクチュエータの
駆動状態に基づいて補償する外乱補償手段を、このアク
チュエータに対する制御信号を出力するアクチュエータ
制御装置に設けたため、路面等から外乱が入力されても
、この外乱によるアクチュエータの挙動を補償するよう
にその外乱補償手段が作動するので、外乱の影響がアク
チュエータに伝わらなくなり、その結果、舵角可変機構
が安定し、車両の走行安定性が向上する。

また、外乱補償手段の外乱に対する補償の強さを、走行
状況に応じて可変とすれば、無駄なエネルギを消費する
ことがなくなり経済的な車両用舵角制御装置となる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第７図は、本発明の一実施例を示したもので
あり、これは、車両の後輪舵角制御装置に本発明を適用
した例である。

先ず、構成を説明する。第１図において、後輪操舵系の
一部をなすタイロッド２の端部（片端省略）には、ボー
ルジヨイント３及びナックルアーム４を介して、キング
ピン軸４ａを中心に転舵可能な後輪５が連結されている
。

タイロッド２の長手力向略中央部の外周部には、ウオー
ム２ａが一体に形成されており、このウオーム２ａには
、軸方向の移動が阻止された回動のみ可能なポールナツ
ト６が螺合している。

そして、このポールナツト６には、その外周に同回転軸
で固定されたアシスト歯車８ａと、このアシスト歯車８
ａに噛合し且つアクチュエータとしての後輪操舵用のモ
ータ７の出力軸に固定された駆動歯車８ｂとによって構
成された減速機構８を介して、そのモータ７の回転力が
伝達されるようになっており、モータ７の回転力によっ
てポールナツト６が回転すると、このポールナツト６に
噛合するウオーム２ａが一体に形成されたタイロッド２
が長手方向に移動し、その結果、後輪５に舵角が発生す
る。

ここで、タイロッド２．ウオーム２ａ、ボールジヨイン
ト３．ナックルアーム４．ポールナツト６及び減速機構
８によって、舵角可変機構としての後輪操舵装置１が構
成される。

また、図示しない車体に支持された部材９と、タイロッ
ド２に固定された部材２ｂとの間には、後輪５が直進状
態を維持するようにタイロッド２を付勢するコイルスプ
リングＩＯと、タイひラド２の移動速度即ち後輪転舵速
度に応じた減衰力を発生するショックアブソーバ１１と
が介装されている。なお、第１図の図示しない右側に位
置するタイロッド２の他端近傍にも、上記と同様の構成
によって別のコイルスプリング及びショックアブソーバ
が介装されている。

１２は図示しない前輪操舵系の操舵角を検出する舵角セ
ンサであり、ステアリングホイールの回動位置を検出し
て、その操舵角に応じた舵角検出信号θを出力する。

１３は車速を検出する車速センサであり、例えば、変速
機の出力軸の回転数を検出して、これに対応した周期パ
ルス信号からなる車速検出信号Ｖを出力する。

１４は、舵角センサ１２から供給される走行状況（操舵
状況）としての舵角検出信号θ及び車速センサ１３から
供給される走行状況としての車速検出信号Ｖに基づいて
、後輪５の目標舵角δ８を演算し出力する後輪舵角演算
部であり、例えば、低速走行時には前輪及び後輪５を逆
相として車両の旋回性が向上し且つ高速走行時には前輪
及び後輪５を同相として車両の走行安定性が向上するよ
うな目標舵角？ｆＲを算出する。

１５は、例えばインタフェース回路やマイクロコンピュ
ータ等を備えると共に、前記後輪舵角演算部１４から供
給される目標舵角′？ｆＲと、モータ７の回動位置を出
力するロークリエンコーダ７ａから供給される検出信号
に基づいて求められる後輪の実操舵角δ８．操舵角速度
δえとに応じて、モータ７に対する制御信号を演算し出
力するアクチュエータ制御装置としてのモータ制御装置
である。

１６は、パルス幅変調回路、左回転用パワー素子及び右
回転用パワー素子等を備え、前記モータ制御装置１５か
ら供給される制御信号に応じてパルス幅変調制御を行い
、モータ７を駆動させる駆動回路である。

つまり、モータ制御装置１５が所定の演算を実行してモ
ータ７に対する制御信号を算出すると、その制御信号に
応じて、駆動回路１６がパルス幅変調制御を行うから、
そのパルス幅に応じて左右何れかの回転用パワー素子が
モータ７に電流を供給し、その結果、モータ７に所定の
回転力が発生するので、上述したように後輪操舵装置１
が駆動されて後輪５に舵角が発生する。

第２図は、この制御系のブロック線図を表しており、図
中、Ｓはラプラス演算子、Ｋ、、に、はゲイン定数、Ｚ
はゲイン係数、Ｉ　ＫＲ＋　Ｄ　ＫＲ＋　Ｋ　ＳＲはそ
れぞれホイール端に換算したモータ７の慣性。

粘性及びバネ定数である。なお、上述した従来技術の制
御系（第８図）と同様の要素には、同じ符号を付し、そ
の重複した説明は省略する。

即ち、第２図の制御系において、破線内に示す構成が本
発明の外乱補償手段としての外乱補償部２０であり、ア
クチュエータ即ちモータ７の駆動状態としての後輪実操
舵角δえを定数（Ｋ３１１）倍する比例要素２１と、同
モータ７の他の駆動状態としての後輪操舵角速度汐やを
定数（ＤｘＲ）倍する比例要素２２と、同後輪操舵角速
度汐えを定数（ＩＫＲ）倍する比例要素２３と、加算器
２４と、この加算器２４の出力を積分する積分要素２５
と、この積分要素２５の出力及び比例要素２３の出力を
加算する加算器２６と、この加算器２６の出力を係数（
Ｚ）倍する比例要素２７とを備えている。

なお、加算器２４は、比例要素２１．２２及び比例要素
２７の各出力値の負のフィードバックと、加算器５３の
出力値及び比例要素２７の出力値を加算する加算器６２
の出力値Ｔの正のフィードバックとが供給され、これら
を加算して出力するようになっている。

そして、前記積分要素２５及び比例要素２７によって一
次フィルタが構成され、この比例要素２７のゲイン係数
Ｚは、後述するようにフィルタの帯域幅に対応し、この
外乱補償部２０の外乱に対する強さを決定する係数であ
って、前輪操舵系の操舵角検出値θ及び車速検出値■に
応じて可変であり、下記の（５）式に基づいて決定され
る。

Ｚ＝に３　ｘθ＋ＫＶ　Ｘ　Ｖ　　　　　　・−・・・
（５）ただし、Ｋ、及びＫｖは比例定数である。

次に、上記実施例の作用を説明する。

今、路面から後輪５等を介してモータ７に伝達された外
乱をｑ（第３図参照）とすると、この制御系の運動方程
式は下記の（６）式のようになる。

Ｔ＋ｑ＝ＩＫＲざえ＋ＤＫｊｌ夕え＋ＫＳＲδえ　・・
・（６）ここで、上記（６）式に、下記の（７）式に示
す外乱補償値ｖ７を加えて、外乱ｑを除去する（第４図
参照）。

Ｖｙ＝ｑ ＝Ｔ　　ｒｘｉざＲＩ）Ｋ＋ｔδえ−ＫＳＲδ８・・・
（７）しかし、後輪操舵角加速度とＲの検出は困難であ
るので、本実施例では、後輪操舵角速度汐、をローパス
フィルタの中に取り込んで擬似的に後輪操舵角加速度と
Ｒを算出する。

従って、外乱補償値■７として、下記の（８）式に示す
外乱補償値Ｖ、”を利用する（第５図参照）。

Ｖア’　＝　　　　（Ｔ−Ｉｘ＊８Ｒ−ＤＫＲ汐Ｒ−Ｋ
ＳＲδＲ）Ｓ＋Ｚ ＝Ｚ／　（Ｓ＋Ｚ）ＸＶＴ　　　　　・・・・・・（８
）この（８）式の（Ｚ／　（Ｓ＋ｚ））（第５図破線）
が−次フィルタ３０であり、この−次フィルタ３０の周
波数特性は第６図に示すようになるから、外乱ｑの周波
数がフィルタ帯域幅Ｚに比べて低い所では外乱補償値ｖ
７とｙＴ＋　が略一致する。

従って、上記（６）式に上記（８）式に示す外乱補償値
ＶＴ”を加える本実施例の制御系（第２図参照）におい
ては、下記の（９）式に示すように、運動方程式から外
乱が削除されたことと等価となる。

Ｔ　＋　ｑ　＋　Ｖ　ｒ　　””　Ｔ　十ｑ　＋　Ｖ　
ｔ＝Ｉ　ＫＲ６＊　＋　Ｄｘ＊汐□＋ＫＳＲδ□＋（Ｔ
−Ｉ。ざえ−Ｄ□６＊　　Ｋｓｉ６ｍ　）−Ｔ　　　　
　　　　　　　　　　　・・・・・・（９）つまり、第
２図に示すような制御系を備える本実施例においては、
路面から外乱ｑが入力された場合であっても、外乱補償
部２０がその外乱ｑを補償するため、外乱に対して強い
後輪舵角制御装置となる。

第７図は、後輪舵角制御装置の制御系に所定の外乱を与
えた場合の後輪舵角及びヨーレートの変動のシミュレー
ト結果を、外乱補償部を備える装置と備えない装置とを
比較して表したグラフである。即ち、後輪５に、第７図
（ａ）に示すようなトルク外乱ｑが入力されると、外乱
補償部２０を備える本実施例の後輪舵角制御装置では、
舵角の変動は殆どないが（第７図（ｂ）　Ｌ　Ｉ参照）
、外乱補償部を備えない装置では、目標舵角から大きく
ずれてしまい（第７図（ｂ）　Ｌ　！参照）、車両の走
行安定性が損なわれてしまう。また、そのときのヨーレ
ートの変化も、外乱補償部を備える装置では、目標値か
らの変動は僅かであり且つ素早く目標値に収束するが（
第７図（ＣＩ　Ｌ　３参照）、備えていない装置では、
目標値からの変動が大きく且つ収束にも長い時間を必要
とする（第７図（ｃｌ　Ｌ　ａ参照）。このシミュレー
ト結果からも、外乱補償部２０を備える本実施例の後輪
舵角制御装置が、外乱に対して強い補償力を有すること
が判る。

また、第２図に示す制御系の伝達関数Ｇ’（Ｓ）は、下
記の００式のようになる。

Ｓ十Ｚ ＝　Ｇ　（Ｓ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・（１（１）つまり、外乱補償部２０は、制
御系の伝達関数Ｇ　（Ｓ）に何ら影響を与えていないか
ら、外乱補償部２０によって制御系の制御特性が損なわ
れないので、望ましい固有角周波数ω７や減衰係数ξ等
を有する制御系とすることができる。

そして、上記実施例では、−次フィルタ３０の帯域幅Ｚ
即ち外乱補償部２０の外乱に対する補償の強さを、走行
状況としての操舵角検出値θ及び車速検出値Ｖに応じ、
上記（５）式に基づいて可変としたため、低車速又は直
進状態等のように外乱が発生し難い状態では、無駄な電
力を消費しないので、経済的な後輪舵角制御装置となる
。

また、上記実施例では、後輪操舵装置１を構成するタイ
ロッド２と車体側の部材９との間に、コイルスプリング
１０及びショックアブソーバ１１を介装させているため
、上述した制御系の特性に加えて、さらに後輪舵角の変
動を抑えられると共に、目標舵角への収束性を良好にす
ることができるし、モータ７やモータ制御装置１゛５が
故障し後輪舵角制御が実行不可能になった場合であって
も、コイルスプリング１０の付勢力とショックアブソー
バ１１の減衰力によって後輪操舵装置１を安定させるこ
とができる。

なお、上記実施例では、本発明を後輪舵角制御装置に適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではな（、前輪操舵系の舵角制御装置とすることもでき
る。

また、上記実施例においては、後輪５の目標舵角δ８を
、前輪の操舵角θ及び車速Ｖに基づいて算出する場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、こ
れに代えて又はこれと共に、例えば、前輪の転舵速度や
前輪操舵系に発生する操舵トルク、さらには、走行路面
の摩擦係数等の他の走行状況を考慮して目標舵角を算出
してもよい。

さらに、上記実施例では、前輪の操舵角θ及び車速Ｖに
応じ、上記（５ン式に従って外乱補償部２０の外乱に対
する補償の強さ即ち一次フィルタ３０の帯域幅Ｚを可変
としてか、これに限定されるものではなく、この操舵角
θ及び車速Ｖに代えて又はこれと共に、上記目標舵角を
決定する際と同様に他の走行状況を考慮することも可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の車両用舵角制御装置にあ
っては、舵角可変機構を駆動するアクチュエータの制御
装置に、アクチュエータの駆動を害する外乱をアクチュ
エータの駆動状態に基づいて補償する外乱補償手段を設
けたため、路面等からの外乱が入力されても、外乱補償
手段がその外乱を補償するので、外乱に対して強い車両
用舵角制御装置とすることができ、その結果、車両の走
行安定性を向上させることができるし、また、外乱補償
手段の外乱に対する補償の強さを走行状況に応じて可変
とすれば、無駄なエネルギを消費しなくなるから、経済
的な車両用舵角制御装置とすることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はこの
実施例の制御系を示すブロック線図、第３図はこの制御
系の運動方程式を説明するブロック線図、第４図は第３
図のブロック線図に外乱補償値を加えたブロック線図、
第５図は外乱補償部を説明するブロック線図、第６図は
外乱補償部の一部をなす一部フィルタの周波数特性を示
すボード線図、第７図は本実施例の効果を説明するグラ
フであり、同図（ａ）は後輪トルク外乱、同図（ｂｌは
後輪舵角の変動、同図（Ｃ）は車両のヨーレートの変動
をそれぞれ示している。第８図は従来例の制御系を示す
ブロック線図である。 １・・・後輪操舵装置（舵角可変機構）、２・・・タイ
ロッド、６・・・ポールナツト、５・・・後輪、７・・
・モータ（アクチュエータ）、１２・・・舵角センサ、
１３・・・車速センサ、１５・・・モータ制御装置（ア
クチュエータ制御装置）、２０・・・外乱補償部（外乱
補償手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）車輪に舵角を発生する舵角可変機構と、制御信号
   に応じて前記舵角可変機構を駆動するアクチュエータと
   、車両の走行状況に応じた前記制御信号を出力するアク
   チュエータ制御装置と、を備えた車両用舵角制御装置に
   おいて、 前記アクチュエータ制御装置に、前記アクチュエータの
   駆動を害する外乱をアクチュエータの駆動状態に基づい
   て補償する外乱補償手段を設けたことを特徴とする車両
   用舵角制御装置。
2. （２）前記外乱補償手段は、外乱に対する補償の強さを
   走行状況に応じて可変とした請求項（１）記載の車両用
   舵角制御装置。