JPH0547429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、予め設定された運動性能に従つて
自車の車輪の実舵角を制御するようにした車両用
実舵角制御装置に係り、特に、車輪の転舵を行う
アクチユエータの応答遅れを補償するようにした
車両用実舵角制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、車輪を、ステアリングハンドルとの機械
リングを用い、電気的制御回路によつて駆動制御
されるアクチユエータを用いて転舵することで、
車両の運動性能をコントロールすることを可能と
した装置が提案されている（例えば、特開昭59−
143772号に示されているものがある）。

この従来装置は、ステアリングハンドルの操舵
角に対応する前・後輪の舵角の目標値を、予め設
定された制御則に従つて決定し、油圧シリンダを
用いたサーボ式アクチユエータによつて、前輪と
後輪を上記舵角目標値に転舵するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のようなアクチユエータ
は、一般に、積分動作を行う一次遅れ系であるた
め、制御応答の遅れが生じ、高速走行時における
操縦性を低下させる要因となる。

このため、上記アクチユエータの制御系に微分
補償を施すことによつて、上記の遅れを解消する
ことが考えられる。

ところが、上記舵角目標値の決定をマイクロコ
ンピユータ等のデイジタル回路を用いて行つた場
合、上記微分補償を施す対象となる信号がデイジ
タル信号であるため、この信号を微視的に見る
と、階段状をなしていることから、この信号を通
常の微分回路を用いて微分すると、離散的な微分
値信号となつてしまい、制御が不正確なものにな
る。すなわち、デイジタル回路を用いた制御系に
おいては、微分回路を用いて微分補償を行うこと
は困難である。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、第１
図に示す手段を備える。

運動状態量目標値演算手段１０２は、目標とす
る運動性能を備える目標車両モデルを用いて、操
舵角検出手段１００で検出されるステアリングハ
ンドルの操舵角θ_sおよび車速検出手段１０１で検
出される車速Ｖに対応する運動状態量の目標値
および該運動状態量の目標値の１階微分値に相
当する値A〓を少なくとも１組求める。

また、この運動状態量目標値演算手段１０２
は、求める運動状態量の目標値のうち少なくとも
１つの任意の車速における操舵角入力θ_Sに対する
伝達関数が、当該伝達関数の分母の次数が分子の
次数よりも２次以上大きいものとして設定されて
いる。

舵角目標値決定手段１０３は、運動状態量の目
標値に基づいて、該運動状態量の目標値を自
車で実現するのに必要な、前輪または後輪の少な
くとも一方の制御対象車輪の実舵角の目標値を
決定する。

舵角速度目標値決定手段１０４は、値A〓に基づ
いて、該値A〓を自車で実現するのに必要な、前記
制御対象車輪の実舵角速度の目標値δ〓を決定する。

実舵角制御手段１０５は、前記制御対象車輪の
実舵角が、実舵角の目標値に一致するように、
制御対象車輪を実際に転舵する車輪転舵手段１０
７の駆動を制御する。

実舵角速度制御手段１０６は、前記制御対象車
輪の実舵角速度が、実舵角速度の目標値δ〓に一致
するように、車輪転舵手段１０７の駆動を制御す
る。

（作 用） 本発明は、制御対象象車輪の実舵角を、実舵角
の目標値に一致させることで、運動状態量の目
標値を自車の運動状態量として実現し、自車の
運動性能を目標とする運動性能に一致させること
ができる。

また、本発明は、制御対象車輪の実舵角速度
を、実舵角速度の目標値δ〓に一致させることで、
車輪転舵手段１０７における応答遅れを補償する
ように車輪の転舵速度を制御できる。

ここで、実舵角速度の目標値δ〓は、上述したよ
うな、分母の次数が分子の次数よりも２次以上大
きい伝達関数を備える運動状態量目標値演算手段
１０２から求めた、運動状態量の目標値の一階微
分値に相当する値A〓から決定されることで、本発
明は、微分演算を用いずに微分補償が行える。

（実施例） 本発明の一実施例の構成を第２図に示す。

演算処理装置１は、マイクロコンピユータある
いは他の電気回路によつて構成されており、操舵
角センサ（操舵角検出手段）２で検出されるステ
アリングハンドル８の操舵角θ_sと、車速センサ
（車速検出手段）３で検出される車速Ｖを入力し、
所定の演算を行つて、前輪舵角目標値_Fと、前
輪舵角速度目標値δ〓_Fと、後輪舵角目標値_Rと、
後輪舵角速度目標値δ〓_Rを出力する。

前輪９，１０と後輪１１，１２は、油圧シリン
ダ（車輪転舵手段）６若しくは７で転舵され、ス
テアリングハンドル８との間の機械リンクは存在
しない。これらの油圧シリンダ６，７は、前輪転
舵装置（実舵角制御手段、実舵角速度制御手段）
４若しくは後輪転舵角装置（実舵角制御手段、実
舵角速度制御手段）５によつて制御される。

第４図は、上記後輪転舵装置５と油圧シリンダ
７の構成を示す図である。なお、前輪転舵装置４
と油圧シリンダ６の構成は、同様であるため図示
および説明は省略する。

油圧シリンダ７は、左右２つの油圧室４０，４
１を備えており、これらの油圧室４０，４１へ
は、油路３８，３９を介して作動油圧が供給され
る。

両油圧室４０，４１の油圧差は、制御バルブ３
４によつて制御され、この油圧差に対してピスト
ンロツド４２が変位する。このピストンロツド４
２の変位は、ナツクルアーム４５，４６に伝達さ
れて後輪１１，１２を転舵する。なお、３６はオ
イルポンプ、３７はリザーバ、４３と４４はリタ
ーンスプリングである。

そして、制御バルブ３４を制御回路３０で制御
することで、油圧シリンダ７の制御を行う。

制御回路３０へは、演算処理装置１から与えら
れる後輪舵角目標値_Rおよび後輪舵角速度目標
値δ〓_Rと、ストロークセンサ２３で検出される後輪
実舵角δ_Rおよび変位速度センサ２４で検出される
後輪実舵角速度δ〓_Rである。また、制御回路３０か
らは、電流コントローラ３３で形成された励磁電
流ｉを出力し、制御バルブ３４のソレノイド３５
へ与える。

上記ストロークセンサ２３は、実際には、ピス
トンロツド４２の変位量を検出するものではある
が、このピストンロツド４２の変位量は、後輪１
１，１２の実舵角との相関があるので、このスト
ロークセンサ２３の検出信号は、後輪実舵角の検
出信号とみなすことができる。同様に、変位速度
センサ２４の検出信号は、後輪実舵角速度の検出
信号とみなすことができる。なお、前輪実舵角δ_F
と前輪実舵角速度δ〓_Fは、第３図中に示すストロー
クセンサ２１と変位速度センサ２２で検出され
る。

制御回路３０内では、減算部３１で後輪舵角目
標値_Rと後輪実舵角δ_Rの差信号I_Aを求め、また、
減算部３２で後輪舵角速度目標値δ〓_Rと後輪実舵角
速度δ〓_Rの差信号I_Bを求める。

さらに、制御回路３０では、上記差信号I_Aと差
信号I_BにゲインK_PとK_Dを与えた後に加え合せて
電流目標値を形成する。この電流目標値は、
電流コントローラ３３へ与えられて、前記ソレノ
イド３５の励磁電流ｉに変換される。

演算処理装置１の構成を機能ブロツクで示すと
第３図のようになる。

ヨーイング運動目標値設定部（運動状態量目標
値演算手段）１ａは、予め設定された目標とする
運動性能を備える車両を、車両諸元や運動方程式
を用いた数学モデルとして設定し、この車両の数
学モデル（以下「目標車両モデル」と言う）に、
操舵角θ_Sと車速Ｖを与えたときに、この目標車両
モデルが呈する運動状態量のうち、ヨーイング運
動に関する運動状態量を、運動状態量の目標値と
する。本実施例では、目標車両モデルから求めた
ヨーレートとヨー角加速度を、それぞれヨーレー
ト目標値ψ〓とヨー角加速度目標値ψ¨としている。

また、このヨーイング運動目標値設定部１ａ
は、上記ヨーレート目標値φ〓とヨー角加速度目標
値ψ¨の１階微分値に相当する値ψ¨，ψを求める。
なお、「・」は一階微分を表わし、「−」は、目標
値であることを示す。また、ヨーレート目標値ψ〓
の１階微分値は、ヨー角加速度目標値ψ¨になる。

本実施例では、上記ψ¨とψを微分によつて求め
ることはせず、以下の演算により求める。

ψ〓＝∫ψ¨dt …(1) ψ¨＝∫ψdt …(2) ψ＝Ｇ(V)・ω²θ_S−2ζω・ψ¨−ω²・ψ〓 …(3) 但し、Ｇ(v)は、目標車両モデルの定常ヨーレー
トゲイン、ζとωは、目標車両モデルのヨーイン
グ運動特性を設定するためのパラメータである。

このように、ψ〓，ψ¨，ψを微分演算を用いずに
求めることができるのは、上記目標車両モデルに
おける、ヨーレート目標値ψ〓の操舵角入力θ_Sに対
する伝達関数が以下の如くに設定されているから
である。

ψ〓(s)／θ_S(s)＝Ｇ(v)ω²／S²＋2ζωS＋ω² …(4) すなわち、伝達関数の分母の次数が分子の次数
よりも２次大きい。このため、ψ〓の２階微分値に
相当するψも微分要素を含まずに出力できる。

横運動目標値設定部（運動状態量目標値演算手
段）１ｂは、上記目標車両モデルが呈する運動状
態量のうち、横運動に関する運動状態量を、運動
状態量の目標値とする。本実施例では、目標車両
モデルから求めた横加速度と横方向速度を、それ
ぞれ横加速度目標値と横方向速度目標値_yと
している。

また、この横運動目標値設定部１ｂは、上記横
加速度目標値と横方向速度目標値_yの１階微
分値に相当する値α〓，V〓_yを求める。本実施例で
は、これらα〓とV〓_yを微分によつて求めることはし
ない。

，α〓，_y，V〓_yの具体的演算は以下の如くで
ある。

＝Ｖ・ψ〓 …(5) α〓＝Ｖ・ψ¨ …(6) _y＝０ …(7) V〓_y＝０ …(8) このように、α〓は、上記ヨー角加速度目標値ψ¨
から求めることができる。また、本実施例の目標
車両モデルの運動性能として、常に、横方向速度
と横方向並進加速度が零である特性が設定されて
いる。従つて、_yとV〓_yは共に零にされる。

ここで、上記目標車両モデルにおける、横加速
度目標値の操舵角入力θ_Sに対する伝達関数は、 α(s)／θ_S(s)＝Ｇ(v)・Ｖω²／S²＋2ζωS＋ω² …(9) であり、やはり、分母の方が分子よりも２次だけ
次数が大きい。

実舵角目標値決定部（舵角目標値決定手段）１
ｃと実舵角速度目標値決定部（舵角速度目標値決
定手段）１ｄは、自車の運動特性を自車の車両諸
元を用いて数学モデル化した自車モデルを備えて
いる。

上記実舵角目標値決定部１ｃは、上記ヨーレー
ト目標値ψ〓、ヨー角加速度目標値ψ¨、横加速度目
標値、横方向速度目標値_yを上記自車モデル
に与えて、これらの目標値を自車で実現するため
に必要な前輪と後輪の実舵角を求め、これらを前
輪舵角目標値_Fと後輪舵角目標値_Rとして出力
する。_Fと_Rを求める具体的な演算は以下の如
くである。_F ＝L_F／Ｖψ〓＋I_Z／2LK_Fψ¨＋１／Ｖ_y＋ML_R／2LK
_F…(10)_R ＝−L_R／Ｖψ〓−I_Z／2LK_Rψ¨＋１／Ｖ_y＋ML_F／2
LK_R…(11) ここで、 Ｌ：自車のホイールベース L_F：自車の前軸と重心間の距離 L_R：自車の後軸と重心間の距離 I_Z：自車のヨー慣性 K_F：自車の前輪コーナリングパワー K_R：自車の後輪コーナリングパワー Ｍ：自車の車体質量 であり、これらは自車の車両諸元（定数）であ
る。また、式(10)、(11)は、自車の運動方程式から導
き出されたものであり、自車の運動状態量の代わ
りに運動状態量の目標値を代入した形になつてい
る。

この実舵角目標値決定部１ｃにおける_Fと_R
の操舵角入力θ_Sに対する伝潮達関数は以下の如く
である。

δ_F(s)／θ_S(s)＝Ｇ(v)・ω²｛I_Z／2LK_FＳ＋L_F／Ｖ＋VM
L_R／2LK_F｝／S²＋2ζωS＋ω² …(12) δ_R(s)／θ_S(s)＝Ｇ(v)・ω²｛−I_Z／2LK_RＳ−L_R／Ｖ＋
VML_F／2LK_R｝／S²＋2ζωS＋ω² …(13) また、上記実舵角速度目標値決定部１ｄは、上
記各運動状態量の目標値の１階微分値に相当する
値ψ¨，ψ，α〓，V〓_yを、上記実舵角目標値決定部１
ｃにおける自車モデルと同一の自車モデルに与え
て、これらψ¨，ψ，α〓，V〓_yを自車で実現するのに
必要な前輪舵角速度と後輪舵角速度を求め、これ
らを前輪舵角速度目標値〓_Fと後輪舵角速度目標値
δ〓_Rとして出力する。

δ〓_Fとδ〓_Rを求める具体的な演算は、以下の如くで
あり、前記(10)、(11)式中の運動状態量の目標値を、
上記ψ¨，ψ，α〓，V〓_yに置換えた形になつている。

δ〓_F＝L_F／Ｖψ¨＋I_Z／2LK_Fψ＋１／ＶV〓_y＋ML_R／2L
K_Fα〓 …(14) δ〓_R＝−L_R／Ｖψ¨−I_Z／2LK_Rψ＋１／ＶV〓_y＋ML_F／
2LK_Rα〓 …(15) そして、 ψ¨＝sψ〓，ψ＝sψ¨，α〓＝ｓ …(16) なる関係があるので、δ〓_Fとδ〓_Rの操舵角入力θ_Sに
対
する伝達関数は、 δ〓_F(s)／θ_s(s)＝Ｇ(v)ω²｛I_Z／2LK_Fs²＋L_F／Ｖｓ＋
VML_R／2LK_Fｓ｝／s²＋2ζω＋ω² …(17) δ〓_R(s)／θ_s(s)＝Ｇ(v)ω²｛−I_Z／2LK_Rs²−L_R／Ｖｓ
＋VML_F／2LK_Rｓ｝／s²＋2ζω＋ω² …(18) となる。従つて、式(12)と(17)および式(13)と(18)から
δ〓_F
＝sδ_F、δ〓_R＝ｓ_R …(19) の関係が成立する。

このようにして決定された、前輪舵角目標値
_Ｆ、後輪舵角目標値_R、前輪舵角速度目標値δ〓_F、
後輪舵角速度目標値δ〓_Rは、前輪転舵装置４若しく
は後輪転舵装置５へ与えられる。

前輪転舵装置４と後輪転舵装置５は、前述した
ように、同様の動作を行うので、ここでは、後輪
転舵装置５の動作と作用を代表して説明し、前輪
転舵装置４の説明は省略する。

後輪転舵装置５内の制御回路３０では、前述の
ように、_Rとδ_Rの差I_Aと、δ〓_Rとδ〓_Rの差I_Bが零と
な
るまで後輪１１，１２の転舵が行われる。

このような制御により、油圧シリンダ７によつ
て前記後輪舵角目標値_Rに後輪１１，１２を転
舵する際の応答遅れを、上記後輪舵角速度目標値
δ〓_Rを介入させることで補償することができる。こ
の点について具体的に説明する。

先ず、微分補償を行わない場合を仮定してみる
と、このときの後輪舵角目標値_Rに対する後輪
実舵角δ_Rの伝達関数（油圧シリンダ７のサーボ系
を考えた場合のもの）は、 δ_R(s)／δ_R(s)＝K_Pａ／Ｓ＋K_Pａ …(20) （但し、ａは定数、Ｓはラプラス演算子である）
となり、前述したように一次遅れ形である。この
ときのサーボ系をブロツク線図で示すと第５図の
ように表わされる。

これに対し、本実施例のサーボ系を等価なブロ
ツク線図で表わすと、第６図に示すようになる。
このサーボ系の後輪舵角目標値_Rに対する後輪
実舵角δ_Rの伝達関数は、 δ_R(s)／δ_R(s)＝K_DaS＋K_Pａ／（１＋K_Dａ）Ｓ＋K_Pａ
…（21） となり、前記(20)式に比較すると、速応性の改善が
なされていることが判る。すなわち、(20)式で表わ
されるサーボ系の微分補償を行つた場合と同一の
特性になる。

なお、K_Dａ≫１ととることができれば、δ_R(s)
_R(s)になり、極めて高い応答性が得られる。

第７図は、上記演算処理装置１をマイクロコン
ピユータを用いて構成した場合に、この演算処理
装置１で実行される処理を示すフローチヤートで
ある。この処理は、所定時間毎に繰返し実行され
るものである。

ステツプ６１，６２は運動状態量目標値演算手
段の用をなし、前記第３図中のヨーイング運動目
標値設定部１ａと横運動目標値設定部１ｂに相当
するものであり、前記式(1)〜(3)と(5)〜(8)の演算を
行う。

ステツプ６３は舵角目標値決定手段の用をな
し、前記第３図中の実舵角目標値決定部１ｃに相
当するものであり、前記式(10)、(11)の演算を行う。

ステツプ６４は舵角速度目標値決定手段の用を
なし、前記第３図中の実舵角速度目標値決定部１
ｄに相当するものであり、前記式(14)、(15)の演算を
行う。

ステツプ６５は、ステツプ６３，６４で決定し
た_F、_R、δ〓_F、δ〓_Rを、前輪転舵装置４と後輪転
舵装置５へ出力する処理である。

なお、上記実施例では、式(4)、(9)で示すよう
に、目標車両モデルの伝達関数の分母が分子より
も、２次だけ次数が高いものとした例を示した
が、これは、少なくとも22次の次数差を有する伝
達関数であれば良く、分母の次数が分子の次数よ
りも３次以上次数が高い伝達関数としても良い。

また、上記実施例では、前輪と後輪の両方の実
舵角を制御する例を示したが、本発明は、前輪あ
るいは後輪のいずれか一方のみの実舵角を制御す
る装置（例えば、特願昭59−188158号（特開昭61
−67670号参照）で示した装置が在る）に、本発
明を適用することができる。

（発賂明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、制御対
象車輪の実舵角を制御して、目標とする運動性能
を備える目標車両モデルから求めた運動状態量の
目標値を自車で実現することにより、自車の運動
性能を目標とする運動性能に一致させることがで
きる。

また、本発明は、上記目標車両モデルにおける
特定の運動状態量の目標値の任意の車速における
操舵角入力に対する伝達関数を、その分母の次数
が分子の次数よりも２次以上高い次数を有するよ
うに設定したことにより、該目標車両モデルに操
舵角入力を与えることで、微分演算をを要せず
に、上記運動状態量の目標値の一階微分値に相当
する値を求めることができる。

そして、上記運動状態量の目標値の一階微分値
に相当する値を用いて、制御対象車輪の実舵角速
度の目標値を決定し、この実舵角速度の目標値に
制御対象車輪の実舵角速度を一致させることで、
本発明は、一次遅れ要素を有する制御対象車輪の
転舵手段の遅れを補償し、制御応答性の向上を図
ることができる。すなわち、本発明は、微分回路
を用いずにアクチユエータ制御系の微分補償を行
うことができる。これにより、デジタル演算回路
（マイクロコンピユータ等で構成されたものを含
む）を用いて本発明に係る装置を構成することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一
実施例の構成図、第３図は第２図中の演算処理装
置の構成を機能ブロツクで示す図、第４図は第２
図中の後輪転舵装置および油圧シリンダの構成
図、第５図は微分補償を行わない場合の後輪転舵
系のブロツク線図、第６図は第２図に示した実施
例における後輪転舵系のブロツク線図、第７図は
前記演算処理装置で実行される処理を示すフロー
チヤートである。 １００…操舵角検出手段、１０１…車速検出手
段、１０２…運動状態量目標値演算手段、１０３
…舵角目標値決定手段、１０４…舵角速度目標値
決定手段、１０５…実舵角制御手段、１０６…実
舵角速度制御手段、１０７…車輪転舵手段、１…
演算処理装置、１ａ…ヨーイング運動目標値設定
部（運動状態量目標値演算手段）、１ｂ…横運動
目標値設定部（運動状態量目標値演算手段）、１
ｃ…実舵角目標値決定部（舵角目標値決定手段）、
１ｄ…実舵角速度目標値決定部（舵角速度目標値
決定手段）、２…操舵角センサ（操舵角検出手
段）、３…車速センサ（車速検出手段）、４…前輪
転舵装置（実舵角制御手段、実施角速度制御手
段）、５…後輪転舵装置（実舵角制御手段、実施
角速度制御手段）、６，７…油圧シリンダ（前輪
転舵手段）、８…ステアリングハンドル、９，１
０…前輪、１１，１２…後輪、２１，２３…スト
ロークセンサ、２２，２４…変位速度センサ、３
０…制御回路、３３…電流コントローラ、３４…
制御バルブ、θ_S…操舵角、Ｖ…車速、ψ〓，ψ¨，
，
Ｖ_y…運動状態量の目標値、ψ¨，ψ，α〓，V〓_y…運
動
状態量の目標値の一階微分値に相当する値、_F
…前輪舵角目標値、_R…後輪舵角目標値、δ〓_F…
前輪舵角速度目標値、δ〓_R…後輪舵角速度目標値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステアリングハンドルの操舵角を検出する操
   舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 目標とする運動性能を備える目標車両モデルを
   用いて、前記操舵角および車速に対応する運動状
   態量の目標値および該運動状態量の目標値の１階
   微分値に相当する値を少なくとも１組求める運動
   状態量目標値演算手段と、 前記求められた運動状態量の目標値に基づい
   て、該運動状態量の目標値を自車で実現するのに
   必要な、前輪または後輪の少なくとも一方の制御
   対象車輪の実舵角の目標値を決定する舵角目標値
   決定手段と、 前記求められた運動状態量の目標値の１階微分
   値に相当する値に基づいて、該値を自車で実現す
   るのに必要な、前記制御対象車輪の実舵角速度の
   目標値を決定する舵角速度目標値決定手段と、 前記制御対象車輪を実際に転舵する車輪転舵手
   段と、 前記制御対象車輪の実舵角が、前記実舵角の目
   標値に一致するように、前記車輪転舵手段の駆動
   を制御する実舵角制御手段と、 前記制御対象車輪の実舵角速度が、前記実舵角
   速度の目標値に一致するように、前記車輪転舵手
   段の駆動を制御する実舵角速度制御手段とを具備
   するとともに、 前記運動状態量目標値演算手段は、求める運動
   状態量の目標値のうちの少なくとも１つの任意の
   車速における前記操舵角入力に対する伝達関数
   が、当該伝達関数の分母の次数が分子の次数より
   も２次以上大きいものとして設定されていること
   を特徴とする車両用実舵角制御装置。