JPH0310970A - 車両の補助操舵装置 - 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） 本発明は車両の補助操舵装置、特に車両の運動（ヨーレ
ート等）を横風等の外乱や、路面摩擦係数及び積載荷重
に影響されることなく、操縦により狙っている定常的な
目標値及び過渡的な目標値にほぼ一致させるようにした
補助操舵装置に関するものである。

（従来の技術） 車両の補助操舵装置は例えば特開昭６１−６７６７０号
公報に記載の如くに構成し、前輪の主操舵時これにより
狙った車両の運動目標値を達成すべく前輪及び後輪の少
な（々も一方を補助的に操舵するものである。

上記文献に記載のものに代表される一般的な補助操舵装
置は後輪を補助操舵する場合概略第３図の如くに示すこ
とができる。即ち、運転者がステアリングホイールによ
り与える操舵角θは車両固有の前輪操舵によるヨーレー
ト実特性ＧＦを乗じて求まるヨーレートψＦを車両実ヨ
ーレートφの一部として与える。一方、後輪舵角Ｕは車
両固有の後輪操舵によるヨーレート実特性Ｇ、ｌから求
まるヨーレートφえを車両実ヨーレートφの残部として
与える。そして、車両には横風等の外乱ｄも作用し、こ
れら３者が合わさって車両の全体的な実ヨーレートφが
決定される。

そして後輪舵角Ｕは以下の通りに決定して与える。つま
り、設計時点で決めたゲインＫ（操舵角θが一定の定常
時のヨーレートゲインψ／θを決定する）にθを掛けて
定常状態の目標車両ヨーレートθ・Ｋを求め、これに同
じく設計時点で決めた過渡伝達関数Ｈ（操舵角θの変化
中における過渡時のヨーレートゲインψ／θを決定する
ものであり、例えば、後輪操舵系の一次遅れ時定数をτ
、わされるものがある）を掛けて過渡状態をも含めた目
標車両ヨーレートＫ・）（Ｑを求める。この目標車両ヨ
ーレートに−Ｈθを、後輪操舵によるヨーレート特性の
規範モデルＧＲＭ（Ｇ１１ｍとしては、例に入力する。

更に、前輪操舵によるヨーレート特性の規範モで表わさ
れるものがある）に操舵角θを掛けて計算上の車両ヨー
レートθ・　ＧＦｌｌを求めると共に、これを後輪操舵
によるヨーレート特性の規範モデルＧ□で除算して、 目標車両ヨーレートと計算上の車両ヨーレートとの差を
演算し、この差に応じた、換言すれば車両の計算上のヨ
ーレートを目標ヨーレートに一致させるための後輪舵角
Ｕを求めて与える。

第３図において、操舵角θに対する車両の実ヨーレート
φは次式で与えられる。

る圧雪路やウェット路を走行する時、或いは積載荷重が
変化した時等は、Ｇ、−ＧＦ、、＋ΔＦ　、　Ｇ、ｌ＝
Ｇ□＋ΔＲのようにΔＦ、ｌＪＲだけ実車のヨーレート
特性Ｇ、、Ｇ、が規範モデルのヨーレート特性Ｇ、□　
Ｇｏからずれてしまうし、横風等の外乱ｄが発生すると
、車両の実ヨーレートφは次式の如きものとなる。

＋　　Ｇ、θ＋ｄ　　　　　　　　・・・−・−−一−
−−−−・・・・−（１）この弐において、実車が規範
モデルに一致し、つまりＧＦ　−ＧＦ、、Ｇ、　＝　Ｇ
ＩＩ、で、且つ外乱がなくてｄ−０なら車両の実ヨーレ
ートψは ψ＝に−Ｈθ となり、実ヨーレートψを目標ヨーレートに−Ｈθに一
致させることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、通常の乾燥路とは路面摩擦係数の異な＋　（Ｇ
１＋ΔＦ）θ＋ｄ 十Ｇ、１１θ十ΔＦθ＋ｄ ＋ΔＦ　θ＋ｄ ・−・−・−・−・−（２） ■ Ｒｍ ＋　ｄＦ　＋ｄ＝ｄ’　とすると、 ψ閤に−Ｈθ＋ｄＲ−ｄ□＋ｄ、＋ｄ ＝に−Ｈθ＋ｄ゛　　・−一−−−・・〜−−−−−・
（３）となり、車両の実ヨーレートψが目標値に−Ｈθ
に対しｄ゛だけ誤差を持つこととなる。

従って従来の補助操舵装置では、車両の運動（上記では
ヨーレート）が路面状況、積載荷重、横風等に応じて目
標値に対し誤差を生じ、例えば第４図の如き操舵角θの
入力に対しヨーレートψが乾燥路ではａで示す如く目標
値通りのものになるが、ウェット路ではｂで示す如＜ｄ
’の誤差をもったものになる。この傾向は、操舵角θを
一定にした定常状態だけでな（、操舵角θを変化させつ
つある過渡状態においても生ずる。この場合運転者は以
外な車両の運動に対しステア゛リングホイールの切戻し
、切増しによる操舵角θの変更で対処しなければならな
くなる。

本発明は車両の実際の運動値を検出して、これと定常目
標値との誤差に基づき定常状態で補助舵角を上記の問題
が生じないよう決定すると共に、過渡状態で車両の過渡
運動目標値が得られるよう補助舵角を決定することによ
り上述の問題を解決することを目的とする。

ところで、かかる補助舵角の決定方式では広範囲の操舵
周波数域に亘りこの目的を達成できるものでなく、例え
ば第４図に０１で示す如くウェット路でのヨーレート会
がなお目標値ａから若干ずれたものとなる０本発明はこ
の問題をも解消した補助操舵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） この目的のため本発明補助操舵装置は、前輪の主操舵時
、この前輪及び後輪の少なくとも一方を補助操舵するよ
うにした車両において、ステアリングホイール操舵角及
び車速から車両の定常運動目標値を設定する定常運動目
標値設定手段と、 車両の運動実際値を検出する運動実際値検出手段と、 補助舵角及び車速から補助操舵による理論上の運動伝達
関数を基に前記補助操舵による車両の運動推定値を求め
る運動推定手段と、 前記運動実際値及び運動推定値間の差を求める第１の減
算手段と、 この差を過渡運動伝達関数に対する低域通過型運動伝達
関数の比に乗じて低域通過誤差を求めるフィルターと、 前記定常運動目標値からこめ低域通過誤差を減算して車
両の運動誤差を求める第２の減算手段と、この運動誤差
を前記補助操舵による理論上の運動伝達関数に対する前
記過渡運動伝達関数の比を乗じて補助舵角を決定する補
助舵角決定手段とを設けてなるものである。

（作　用） 前輪θ主操舵時、この前輪及び後輪の少なくとも一方を
補助操舵するに際し、定常運動目標値設定手段はステア
リングホイール操舵角及び車速から車両の定常運動目標
値を設定する。そして第１の減算手段は、運動実際値検
出手段が検出した車両の運動実際値と、運動推定手段が
補助舵角及び車速から補助操舵による理論上の運動伝達
関数を基に求めた車両の運動推定値との差を求める。こ
の差は、前輪操舵及び外乱による車両の運動実際値と、
補助操舵による車両の運動実際値及び補助操舵による車
両の運動推定値間の差との和硫に相当し、フィルターは
この差を過渡運動伝達関数に対する低域通過型運動伝達
関数の比に乗じて低域通過誤差を求める。

第２の減算手段はこの低域通過誤差を上記運動目標値か
ら減算して車両の運動誤差を求める。この運動誤差は前
輪主操舵による車両の運動実際値及び運動目標値間の差
と、外乱による車両の運動値と、補助操舵による車両の
運動実際値及び推定値間の差との和硫に相当して、車両
の運動を目標からずらす原因にもとすく車両運動誤差の
総和を示す。

補助舵角決定手段はこの運動誤差を上記補助操舵による
理論上の運動伝達関数に対する上記過渡運動伝達関数の
比を乗じて補助舵角を決定し、この補助舵角により車両
の定常状態及び過渡状態での運動を路面状況や積載荷重
、又外乱に影響されることなく常時目標通りのものにす
る。

そして、上記の通り運動実際値と運動推定値との差をそ
のまま補助舵角の演算に資することなく、上記のフィル
ターで低域通過誤差を求め、これを補助舵角の演算に資
することとしたため、広い操舵周波数域に亘り上記の作
用効果、つまり車両の運動を目標通りのものにするとい
う作用効果を達成することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は後輪を補助操舵するようにした例を示し、図中
１はステアリングホイール操舵角θを検出する操舵角セ
ンサ、２は車速Ｖを検出する車速センサ、３はこれらか
らの入力情報を基に後輪舵角Ｕを決定するコントローラ
である。コントローラ３で決定された後輪舵角Ｕは車両
固有の後輪操舵系４に与えられたヨーレート実伝達特性
Ｇ、によって後輪操舵による実ヨーレートｙ＝Ｇ＋＋ｔ
ｌヲ車両に付与する。車両にはその他に車両固有の前輪
主操舵系１１に与えられたヨーレート実伝達特性Ｇ、と
操舵角θとから定まる前輪操舵による実ヨーレートψ、
＝Ｇ、θが付与され、更に外乱ｄによるヨーレートが与
えられており、これら３者が合わさって車両の全体的な
実ヨーレートφが決定される。

本例では、この実ヨーレートφを本発明における運動実
際値検出手段としてのレートジャイロ５により検出し、
これを第１の減算手段である減算器６に人力する。減算
器６はコントローラ３の一部を構成し、従ってコントロ
ーラ３には操舵角θ及び車速■の他に実ヨーレートφを
も入力することとなる。

コントローラ３は減算器６に加えて、定常運動目標値設
定部７、後輪操舵のヨーレート伝達特性モデル８、第２
の減算手段としての減算器９、後輪舵角決定部１０、補
助舵角補正量演算部１２及び補助舵角補正手段としての
減算器１３を具える。

定常運動目標値設定部７は予め定めておいた車速■毎の
ゲインにと操舵角θとを乗じて、定常状態（操舵角θを
一定にしておく旋回状態）での車両の定常運動目標値（
定常ヨーレーＨｒ＝Ｋ・θを求め、これを減算器９に入
力する。

後輪操舵のヨーレート伝達特性モデル８は車速Ｖ毎の理
論上の後輪操舵によるヨーレート伝達特性Ｇ□と後輪舵
角Ｕとから後輪操舵による車両の運動（ヨーレート）推
定値Ｖｓ　＝　ｃＲ６［１を求め、これを減算器６に入
力する。減算器６はレートジャイロ５で検出した実ヨー
レートφから上記のヨーレート推定値ｙ、を減算して両
者の差ε。を求める。この差ε。は、前輪操舵及び外乱
による車両の運動実際値φｒ＋ｄと、後輪操舵による車
両の運動実際値ｙ及び運動推定値１１間の差Ｖ　　）’
ｓとの和硫に相当し、ε。＝φ、＋ａ＋　（ｙ−ｙ、）
で表される。

この差ε。をフィルター１４に通過させて低域通過誤差
εとなすが、この誤差εは予め設定しておいた車速Ｖ毎
の過渡運動伝達関数Ｈに対する低域通過型運動伝達関数
Ｌ（低域通過特性を持つ運動伝達関数で、時定数をτ、
とするとＬ＝１＋τ、・Ｓ で表わされる）の比に上記の差ε。を乗じて求まる値と
なる。

この低域通過誤差εは減算器９に入力され、減算器９は
前記の定常運動目標値ｒから上記の低域通過誤差εを減
じて運動誤差ｅを求める。この運動誤差ｅは前輪主操舵
による車両の運動実際値ψ。

及び運動目標値ｒ間の差と、外乱による車両の運動値ｄ
と、後輪操舵による車両の運動実際値ｙ及び推定値ｙ１
間の差Ｙ　　Ｙｓとの和硫に相当し、車両のヨーレート
を目標からずらす原因に基ずく車両運動誤差の総和を示
す。

後輪舵角決定部１０はこの運動誤差ｅと、予め設定して
おいた車速■毎の過渡伝達関数Ｈとから、過渡状態（操
舵角θを変化させながらの旋回状態）での過渡運動目標
値（過渡ヨーレート目標値）をも含めた運動誤差ｅをな
くすための目標ヨーレートＨｅを求め、これを後輪操舵
によるヨーレート伝達特性モデルＧ＊ｖａで除して後輪
舵角Ｕ１を演算する。

ところでこの後輪舵角Ｕ１を決定するに当り、車両のヨ
ーレートφを定常目標ヨーレートｒからずらす原因に基
ずく車両運動誤差の総和に応じ後輪舵角を決定すること
としたため、定常状態でのヨーレートψを路面状況や積
載荷重、又外乱に影響されることなく常時目標値ｒ通り
のものにすることができる。

一方補助舵角補正量演算部１２は、車速■毎の理論上の
前輪操舵によるヨーレート伝達特性Ｇ１及び車速Ｖ毎の
理論上の後輪操舵によるヨーレート伝達特性Ｇ□の比Ｇ
Ｆ−／ＧＲ−に操舵角θを掛けて、車両の過渡ヨーレー
ト実際値を過渡ヨーレート目標値に一致させるための補
助舵角補正量Ｕ！を求める。減算器１３は補助舵角Ｕ、
から補正量Ｕｚを差引いて最終的な補助舵角Ｕを求める
。

従って、この補助舵角Ｕによれば、定常状態のみならず
過渡状態でも、ヨーレートφを路面状況や積載荷重、又
外乱に影響さることなく前輪主操舵が狙いとする目標通
りのものにすることができる。

例えば第４図の如き操舵人力θに対し、ヨーレートψが
目標に対しｄ′だけずれるようなウェット路においても
、ヨーレート会を定常状態か過渡状態かにかかわらずｃ
２で示す如く乾燥路での特性（目標特性）ａとほぼ同じ
に保つことができる。

この事実を、前記（２）、　（３）式で用いたと同符号
により証明すると、ヨーレートψは 但し、　Ｄ″”　　ｄ　ｒ　＊　＋　ｄ　Ｆ　＋　ｄで
表わされる。ここで前記した通りに定義される過渡伝達
関数Ｈの定常ゲインを１になるように設定しておけば、
０以上１／τ（τは１次遅れ時定数）以下の操舵周波数
域でＨ−１となるため、上式において であり、 ψζに−Ｈθ となし得て、定常状態でヨーレートψを路面状況や積載
荷重、又外乱等に影響されることなく目標値に−Ｈθに
保ち得ることが証された。

又、操舵周波数によっては第４図の特性Ｃ２が０１にず
れることがあるが、本発明においてはフィルター１４の
追加によって、操舵周波数に関係なくＣｔ特性を保つこ
とができる。以下にその理論説明を行う。

全操舵周波数域に亘って、差ε。を打消し、ΔＦ、ΔＲ
，ｄの影響を受けることなく実ヨーレートψを目標値に
−Ｈθに一致させるには低域通過誤差εを ε；ε。／Ｈ のように与えればよい。なぜならば 一〇 であるからである。しかし、この式には微分が含まれる
ので、フィルターとして構成できない。よって、）（−
１の代りにフィルター特性１＋τ、　・　Ｓ のフィルターを用いた。

よって第１図においては、 の負帰還を減算器９に施こすこととなり、発生するヨー
レートは τ、＜＜τとすれば、０以上１／τ以下において目標と
するヨーレート特性が十分大きなゲインを有する周波数
域においてＬζ１となるから、車両のヨーレートが発生
するほぼ全操舵周波数域においてφζに−Ｈθが成立す
る。よってヨーレートφを全操舵周波数域で車両特性の
変動や外乱に影響されることなく目標値に−Ｈθにほぼ
一致させ得ることが証された。

なお、第１図における要部は第２図のようなブロック図
に等価であり、かかる構成にても同様の目的を達成する
ことができる。

（発明の効果） かくして本発明補助操舵装置は上述の如く、車両の運動
実際値と運動目標値との間の運動誤差に応じて補助舵角
を決定する構成としたから、定常状態で車両の運動を路
面状況や積載荷重、又外乱に影響されることなく常時目
標通りのものにし得る。又、運動実際値と運動目標値と
の差をそのまま補助舵角の演算に資することなく、フィ
ルターに通して低域通過誤差を求め、これを補助舵角の
演算に資することとしたため、広い操舵周波数域に亘り
上記の作用効果を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明補助操舵装置のブロック線図、第２図は
本発明の他の例を示す要部ブロック線図、 第３図は従来の補助操舵装置を示すブロック線図、 第４図は本発明装置によるヨーレートの時系列変化を従
来装置によるそれと比較して示すタイムチャートである
。 １・・・操舵角センサ　　　２・・・車速センサ３・・
・コントローラ　　　４・・・後輪操舵系５・・・レー
トジャイロ（運動実際値検出手段）６・・・減算器（第
１の減算手段） ７・・・定常運動目標値設定部 ８・・・後輪操舵のヨーレート伝達特性モデル（運動推
定手段） ９・・・減算器（第２の減算手段） １０・・・後輪舵角決定部　　１１・・・前輪主操舵系
１２・・・補助舵角補正量演算部 １３・・・減算器（補助舵角補正手段）１４・・・フィ
ルター 手　　続　　補　　正　　書 平成２年　１月３０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、前輪の主操舵時、この前輪及び後輪の少なくとも一
   方を補助操舵するようにした車両において、 ステアリングホィール操舵角及び車速から車両の定常運
   動目標値を設定する定常運動目標値設定手段と、 車両の運動実際値を検出する運動実際値検出手段と、 補助舵角及び車速から補助操舵による理論上の運動伝達
   関数を基に前記補助操舵による車両の運動推定値を求め
   る運動推定手段と、 前記運動実際値及び運動推定値間の差を求める第１の減
   算手段と、 この差を過渡運動伝達関数に対する低域通過型運動伝達
   関数の比に乗じて低域通過誤差を求めるフィルターと、 前記定常運動目標値からこの低域通過誤差を減算して車
   両の運動誤差を求める第２の減算手段と、この運動誤差
   を前記補助操舵による理論上の運動伝達関数に対する前
   記過渡運動伝達関数の比を乗じて補助舵角を決定する補
   助舵角決定手段とを具備してなることを特徴とする車両
   の補助操舵装置。