JPH06206560A

JPH06206560A - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JPH06206560A
Application number: JP23743692A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Nagaoka; 満長岡; Yoko Ogawa; 陽子小川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-07-26

Abstract

(57)【要約】【目的】前輪の操舵時に車両に発生するヨーレイトを
目標値に制御するように、前輪又は後輪を状態フィード
バック制御する場合に、車両の直進走行時に車両に生じ
る左右振動を抑制ないし解消する。【構成】状態フィードバック制御手段３０は車両に発
生するヨーレイトが目標値になるように、少くとも車両
の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角に基いて操舵
手段２０を状態フィードバック制御する。操舵角検出手
段３８は車両の前輪の操舵角を検出する。ゲイン補正手
段３３は、操舵角検出手段３８により検出した前輪操舵
角が小さいとき、状態フィードバック制御手段３０の制
御ゲインを小さく補正する。従って、状態変化の小さい
車両の直進走行時での状態フィードバック制御の制御量
を小値に制限できて、車両の左右の振動を低減ないし解
消できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のステアリング操
舵状態に応じて後輪又は前輪を強制的に操舵制御して、
車両の運転性や安定性を高めるようにした車両の操舵装
置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両の操舵装置して、ス
テアリング操作量に対応する前輪の操舵角に対して、後
輪の転舵比を車速に応じて決定し、該転舵比で後輪を転
舵制御するものが知られているが、このものでは、如何
なる車速でも運転者の意思に合致した操舵性能を得るこ
とが可能である反面、運転者がステアリングを操作した
当初の初期状態では、前輪と後輪とが同相になる場合が
多いため、該初期状態での車両の回頭性が低い憾みがあ
った。

【０００３】そのため、従来、例えば特開平１−２６２
２６８号公報に開示されるものでは、運転者のステアリ
ング操舵量に基いて車両の制御目標ヨーレイトを演算す
ると共に、車両のヨーレイトを実測し、このヨーレイト
の実測値と制御目標値との偏差に応じたフィードバック
制御量を演算し、該フィードバック制御量でもって後輪
の操舵角をフィードバック制御することにより、ステア
リング操作当初の初期状態でもヨーレイトを素早く発生
させて、この初期状態での車両の回頭性を高めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のフィードバック制御では、ヨーレイトの実測値と制
御目標値との偏差のみに応じてフィードバック制御量を
演算して、後輪を転舵制御している関係上、実際ヨーレ
イトを制御目標値に精度良く制御するにも限界がある。

【０００５】そこで、例えば、上記のフィードバック制
御に代えて、状態フィードバック制御を採用することが
考えられる。この状態フィードバック制御は、ヨーレイ
トの他、車両の複数の状態変数，例えば車輪の横滑り
角、前輪及び後輪のコーナリングフォース等を推定して
車両の運動状態を把握し、これ等複数の状態変数を用い
て制御対象を制御するものであるので、上記車両の複数
の状態変数を用いて車両に発生するヨーレイトを制御目
標値にするよう、前輪又は後輪の操舵角をフィードバッ
ク制御すれば、常に車両に目標のヨーレイトを発生させ
ることができ、ステアリング操作時当初の車両の回頭性
を向上できる等、車両の運転性及び安定性に最適な制御
が可能となる。

【０００６】その場合、状態フィードバック制御におい
て、その制御ゲインは、車両の状態の変化に対して素早
い応答性が得られるように、ある程度の大きさの適値に
固定設定することが一般的であるが、該制御ゲインを固
定設定する場合には、車両の直進走行時に次の憾みが生
じる。即ち、車両の直進走行時には、車両の状態量の変
化が小さく、このため、状態フィードバック制御による
車両の状態量の推定に誤差が生じ易く、その結果、固定
設定された制御ゲインが相対的に大きく影響して、車両
は車体幅方向の左右に繰返し振れて、左右の車体振動が
発生し乗心地性が低下する憾みが生じる。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記の通り前輪又は後輪の操舵制御
に状態フィードバック制御を用いる場合に、状態フィー
ドバック制御の制御ゲインを車両の走行状態に応じて適
宜変更して、車両の直進時での乗心地を改善することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の具体的な解決手段は、図１に
示すように、前輪又は後輪をステアリングとは別途に操
舵する操舵手段２０と、少くとも車両の実際ヨーレイト
及び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対
する目標制御量を演算し、車両の実際ヨーレイトを制御
目標ヨーレイトに状態フィードバック制御するよう上記
操舵手段２０を制御する状態フィードバック制御手段３
０とを設ける。更に、車両の前輪操舵角を検出する操舵
角検出手段３８と、該操舵角検出手段３８により検出さ
れた前輪操舵角が小さいとき、上記状態フィードバック
制御手段３０の制御ゲインを小さく補正するゲイン補正
手段３３とを設ける構成としている。

【０００９】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明の操舵角検出手段３８に代え、車速を検
出する車速検出手段を設け、該車速検出手段により検出
された車速が高いときに、ゲイン補正手段３３により状
態フィードバック制御手段３０の制御ゲインを小さく補
正するように構成している。

【００１０】

【作用】以上の構成により、請求項１及び請求項２記載
の発明では、操作手段２０が状態フィードバック制御手
段３０により制御されて、前輪又は後輪の操舵角が状態
フィードバック制御されるので、車両に作用するヨーレ
イトが制御目標値に精度良く一致して、制御の狙い通り
の良好な車両の運転特性が得られる。

【００１１】その場合、運転者がステアリングを大きく
操作した車両の旋回状態等のように車両の状態変化が比
較的大きい際には、予め設定された状態フィードバック
制御の適値の制御ゲインでもって制御量が演算されるの
で、車両の大きな状態変化に対して制御量も大値に算出
されて、車両の大きな状態変化に対する状態フィードバ
ック制御の追随応答性が良好に確保され、車両には制御
目標ヨーレイトが素早く発生することになる。

【００１２】これに対し、前輪操舵角が小さいとき、及
び車速が高いとき，即ち車両の直進走行時には、状態フ
ィードバック制御手段３０の制御ゲインがゲイン補正手
段３３により小さく補正されるので、状態フィードバッ
ク制御量がこの直進走行時の状態変化の小さい状況に良
好に対応した小値となる。その結果、直進走行時に車両
に生じる左右方向の振動が小さく抑制ないし解消され
る。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び請求
項２記載の発明の車両の操舵装置によれば、前輪又は後
輪の操舵角制御として状態フィードバック制御を用いる
場合に、その制御ゲインを前輪操舵角が小さい際や車速
が高い際に小値に補正したので、車両の状態変化の大き
い際での状態フィードバック制御の追随応答性を良好に
確保しつつ、車両の直進走行時での車両の左右振動を有
効に抑制ないし解消でき、直進走行時での乗心地の向上
を図ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図２以下の図面に基
いて説明する。

【００１５】図２は本発明に係る車両の操舵装置の概略
平面図を示し、１はステアリング、２は左右の前輪、３
は左右の後輪、１０は上記ステアリング１の操作により
左右の前輪２、２を操舵する前輪操舵装置、２０は該前
輪操舵装置１０による前輪２、２の転舵に応じて左右の
後輪３、３を操舵する操舵手段としての後輪操舵装置で
ある。

【００１６】上記前輪操舵装置１０は、車体幅方向に配
置されたリレーロッド１１を有し、該ロッド１１の両端
部は各々タイロッド１２、１２及びナックルアーム１
３、１３を介して左右の前輪２、２に連結されている。
該リレーロッド１１には、ハンドル１の操作に連動して
該リレーロッド１１を左右に移動させるラック・アンド
・ピニオン機構１４が配置され、ステアリング１の操作
時にその操作量に応じた角度だけ左右の前輪２、２を操
舵する構成である。

【００１７】一方、後輪操舵装置２０は、上記と同様に
車体幅方向に配置されたリレーロッド２１を有し、該ロ
ッド２１の両端部は各々タイロッド２２、２２及びナッ
クルアーム２３、２３を介して左右の後輪３、３に連結
されている。該リレーロッド２１には、該ロッド２１を
中立位置に付勢するセンタリングバネ２２が配置されて
いると共に、ラック・アンド・ピニオン機構２３が配置
され、該機構２３には、クラッチ２４、減速機構２５、
及びモータ２６が連携されていて、クラッチ２４の締結
時にモータ２６の回転駆動によりラック・アンド・ピニ
オン機構２３を介してリレーロッド２１を車幅方向に移
動させて、後輪３，３をモータ２６の回転量に応じた角
度だけ操舵する構成である。

【００１８】上記モータ２６はコントロールユニット２
９に駆動制御される。該コントロールユニット２９は、
図３に示すように、内部に、モータ２６により後輪３の
舵角を、車両の状態が推定できる少くとも実際ヨーレイ
ト及び車輪の横滑り角に基いて状態フィードバック制御
（以下、ＬＱＧ制御という）する状態フィードバック制
御手段としてのＬＱＧ制御手段３０と、車速感応ＭＡＰ
制御手段３１と、上記ＬＱＧ制御手段３０によるＬＱＧ
制御と車速感応ＭＡＰ制御手段３１によるＭＡＰ制御と
を選択的に切換える制御切換手段３２とを基本的に有す
る。上記車速感応ＭＡＰ制御手段３１は、制御が安定す
るように予め記憶したマップに基いて後輪３の制御すべ
き目標舵角を車速及び前輪操舵角に応じて比較的アンダ
ーステア傾向の強い特性になるように一義的に決定し
て、該目標舵角に後輪３の舵角をモータ２６により制御
するものであり、従って、図５に示すように車輪の横滑
り角βに対する車輪のコーナリングフォース特性におい
て、コーナリングフォースの変化が横滑り角βに比例し
ない非線形領域でも制御が安定するものである。

【００１９】また、図３に示すように、上記コントロー
ルユニット２９には、車両に作用する横加速度を検出す
る横加速度センサ３５と、車両に作用する実際ヨーレイ
トを検出するヨーレイトセンサ３６と、後輪３の舵角を
検出する後輪舵角センサ３７と、前輪２の操舵角を検出
する操舵角検出手段としての前輪操舵角センサ３８と、
車速を検出する車速検出手段としての車速センサ３９と
が各々入力される。

【００２０】次に、上記コントロールユニット２９によ
るモータ２６の駆動制御を図４の制御フローに従って説
明する。同図において、ステップＳ１で設定周期毎の制
御タイミングになると、ステップＳ２で上記各センサ３
６〜３９の検出信号に基いて車速Ｖｓ、前輪操舵角Ｆｓ
ｔｇ、後輪舵角Ｒｓｔｇ、車両に発生しているヨーレイ
トｄψ／ｄｔ、及び車両に作用する横加速度Ｙｇの各車
両の運動状態量を計測する。

【００２１】そして、ステップＳ３において下記式に基
いて車両の制御目標ヨーレイトｙｒｔを算出する。

【００２２】ここに、Ａはスタビリティーファクター、Ｌは車両のホ
イールベースである。その後は、ステップＳ４で前輪操
舵角センサ３８により検出した前輪操舵角Ｆｓｔｇの前
回値と今回値とに基いて前輪操舵速度ｄｆを下記式より
演算する。

【００２３】ｄｆ＝｛Ｆｓｔｇ（ｎ）−Ｆｓｔｇ（ｎ−１）｝＊ｋ（ｋは比例定数である）続いて、ステップＳ５において、車輪のコーナリングフ
ォースが図５に示す線形領域と非線形領域との境界の車
輪の横滑り角βｏを発生させる設定前輪操舵速度ｄｆｏ
と、実際の前輪操舵速度の絶対値｜ｄｆ｜とを比較して
行う。その結果、｜ｄｆ｜＜ｄｆｏの線形領域にある場
合には、ステップＳ６ないしＳ１１においてＬＱＧ制御
における後輪３の舵角制御量ＲＦＢを演算する。即ち、
先ずステップＳ６でオブザーバー（状態観測器）により
車両の状態量及び観測量を演算推定する。ここに、車両
の状態量としては、車両の横滑り角β、後輪の舵角の変
化速度ｄＲｓｔｇ／ｄｔ、前輪のコーナリングフォース
Ｃｆｆ、及び後輪のコーナリングフォースＣｆｒの４種
を推定する。また、車両の観測量としては、上記４種の
推定状態量に、後輪の舵角Ｒｓｔｇ、及び車両に作用す
るヨーレイトｄψ／ｄｔを加えた６種を演算推定する。
但し、後輪の舵角Ｒｓｔｇ及びヨーレイトｄψ／ｄｔは
実測値を用いる。ここに、上記車両の状態量及び観測量
の推定は、車両の推定状態量をｘｏｂ、車両の推定観測
量をｙｏｂとして、下記の状態方程式及び出力方程式に
基づく演算によって行うものである。

【００２４】ｄｘｏｂ／ｄｔ＝Ａｏｂ＊ｘｏｂ＋Ｂｏｂ
＊ｙ＋Ｊｏｂ＊ＲＦＢ（ｎ−１）ｙｏｂ＝Ｃｏｂ＊ｘｏｂ＋Ｄｏｂ＊ｙここに、Ａｏｂ、Ｂｏｂ、Ｃｏｂ、Ｄｏｂ及びＪｏｂは
オブザーバーゲイン、ＲＦＢはＬＱＧ制御量であり、ｙ
は実測ヨーレイトｄψ／ｄｔ及びＬＱＧ制御量ＲＦＢ値
である。

【００２５】その後は、ＬＱＧ制御における制御ゲイン
の値を決定することとし、ステップＳ７では前輪操舵角
の絶対値｜ｆｓｔｇ｜を微小値ｆｏと比較すると共に、
ステップＳ８では車速Ｖｓを高車速値Ｖｏと比較して、
｜ｆｓｔｇ｜≧ｆｏの大操舵角時、又はＶｓ≦Ｖｏの低
車速時には、ステップＳ９で後述する２つの制御ゲイン
Ｆ，ＦＩを適値Ｆｌ，ＦＩｌに設定する一方、｜ｆｓｔ
ｇ｜＜ｆｏの小操舵角時、又はＶｓ＞Ｖｏの高車速時に
は、ステップＳ１０で２種の制御ゲインＦ，ＦＩを各々
上記適値Ｆｌ，ＦＩｌよりも小値の値Ｆｓ，ＦＩｓ（Ｆ
ｓ＜Ｆｌ，ＦＩｓ＜ＦＩｌ）に設定する。

【００２６】そして、ステップＳ１１でＬＱＧ制御量Ｒ
ＦＢを演算する。この演算は、先ず実測ヨーレイトｄψ
／ｄｔと制御目標ヨーレイトｙｒｔとの偏差（ｄψ／ｄ
ｔ−ｙｒｔ）の積分量Ｓｉｇを式Ｓｉｇ（ｎ）＝Ｓｉｇ（ｎ−１）＋（ｄψ／ｄｔ−ｙｒ
ｔ）に基いて算出した後、ＬＱＧ制御量ＲＦＢを上記積分値
Ｓｉｇ、推定観測量ｙｏｂ、及び上記２種の制御ゲイン
Ｆ，ＦＩを用いて下式ＲＦＢ＝−Ｆ＊ｙｏｂ−ＦＩ＊Ｓｉｇにて演算する。

【００２７】その後は、ステップＳ１２で後輪の舵角制
御量Ｒを上記ステップＳ１１で演算したＬＱＧ制御量Ｒ
ＦＢに設定して（Ｒ＝ＲＦＢ）、ステップＳ１３でこの
制御量Ｒでもってモータ２６を駆動制御して、左右の後
輪３，３を操舵制御する。

【００２８】一方、上記ステップＳ５で｜ｄｆ｜≧ｄｆ
の非線形領域にある場合には、ステップＳ１４で車速感
応ＭＡＰ制御における後輪３の舵角制御量ＲＭＡＰを演
算することとして、先ず同ステップに示す車速Ｖｓｐに
対応するマップ上の比例定数ｒを算出した後、該算出し
た比例定数ｒに前輪操舵角ｆｓｔｇを乗算してＭＡＰ制
御量ＲＭＡＰを求める。

【００２９】その後、ステップＳ１５で後輪の舵角制御
量Ｒを上記ステップＳ１４で演算したＭＡＰ制御量ＲＭ
ＡＰに設定して（Ｒ＝ＲＭＡＰ）、ステップＳ１３で上
記制御量Ｒ（＝ＲＭＡＰ）でもってモータ２６を駆動制
御し、左右の後輪３，３を操舵制御する。

【００３０】よって、上記図４の制御フローにおいて、
ステップＳ６及びＳ１１により状態フィードバック制御
手段３０を構成している。また、ステップＳ７、Ｓ８及
びＳ１０により、前輪操舵角センサ３８により検出され
た前輪操舵角｜ｆｓｔｇ｜が設定値ｆｏ未満で小さいと
き、及び車速センサ３９により検出された車速Ｖｓが設
定値Ｖｏを越えて高いときには、上記状態フィードバッ
ク制御手段３０の２種の制御ゲインＦ，ＦＩを小さく補
正してＦｓ，ＦＩｓに設定するようにしたゲイン補正手
段３３を構成している。

【００３１】したがって、上記実施例においては、前輪
の操舵速度｜ｄｆ｜が設定値ｄｆｏ未満で遅い（｜ｄｆ
｜＜ｄｆｏ）場合には、車輪のコーナリングフォースは
線形領域にあって、後輪３，３の操舵角がＬＱＧ制御手
段３０によりＬＱＧ制御されるので、車両のヨーレイト
は制御目標値ｙｒｔに精度良く制御されて、狙い通りの
車両運動特性が得られ、車両の運転性能の向上が図られ
る。

【００３２】その場合、車両の旋回時等の車両の状態変
化が比較的大きい場合には、ＬＱＧ制御の２種の制御ゲ
インＦ，ＦＩが所定の適値Ｆｌ，ＦＩｌに設定されるの
で、ＬＱＧ制御量ＲＦＢも大値に設定されて、車両の比
較的大きな状態変化に良好に追随応答する。

【００３３】これに対し、前輪操舵角ｆｓｔｇが設定値
ｆｏ以下の小さいとき、又は車速Ｖｓが微速値Ｖｏ以上
の高速走行時、即ち車両の直進走行時は、車両の状態変
化が小さい状況であって、この状況では、ＬＱＧ制御の
２種の制御ゲインＦ，ＦＩが上記所定の値Ｆｌ，ＦＩｌ
ではＬＱＧ制御量ＲＦＢが相対的に過大となり、車両は
左右に微小振動することになるが、上記ＬＱＧ制御の２
種の制御ゲインＦ，ＦＩが上記所定の値Ｆｌ，ＦＩｌよ
りも小値の値Ｆｓ，ＦＩｓに設定され、ＬＱＧ制御量Ｒ
ＦＢもそれに応じて小値となるので、車両の微小な左右
振動は生じず、車両は安定して直進することになり、従
って車両の運転性及び乗心地性を向上させることができ
る。

【００３４】図６は他の実施例を示し、上記実施例では
後輪３，３を後輪操舵装置２０を用いて操舵制御したの
に代え、前輪２，２をステアリングとは別途に電気的に
操舵制御するものに適用したものである。

【００３５】すなわち、図６の操舵装置では、上記図２
に示す後輪操舵装置２０を備えず、前輪操舵装置１０と
並列に、リレーロッド１１に配置したラック・アンド・
ピニオン機構４０と、該機構４０を駆動するモータ４１
とを儲け、該モータ４１をコントロールユニット２９に
より駆動制御する構成である。その他の構成は、上記実
施例と同様であるが、前輪を操舵する関係上、上記実施
例の後輪操舵で後輪を前輪と逆位相に操舵制御する場合
には本実施例では前輪の操舵角を増す側に操舵制御し、
上記実施例で後輪を同位相に操舵制御する場合には本実
施例では前輪の操舵角を減す側に操舵制御すればよい。

【００３６】尚、以上の説明では、ＬＱＧ制御におい
て、車両の推定観測量として６種、即ち車両の横滑り角
β、後輪の舵角の変化速度ｄＲｓｔｇ／ｄｔ、前輪及び
後輪ののコーナリングフォースＣｆｆ、Ｃｆｒ、後輪の
舵角Ｒｓｔｇ、並びに車両に作用するヨーレイトｄψ／
ｄｔを用いて車両の状態を正確に観測したが、車両の状
態を観測するには、少くとも車両の実際ヨーレイト及び
車輪の推定横滑り角の２種を観測すれば足りる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明のブロック構成図である。

【図２】車両の後輪をも操舵する操舵装置の全体構成を
示す図である。

【図３】後輪の操舵制御のブロック構成を示す図であ
る。

【図４】後輪の操舵制御の制御フローを示す図である。

【図５】車輪の横滑り角に対するコーナリングフォース
特性を示す図である。

【図６】前輪を操舵する操舵装置の全体構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ステアリング３後輪（車輪）２０後輪操舵装置２６モータ２９コントロールユニット３０ＬＱＧ制御手段（状態フィードバッ
ク制御手段）３３ゲイン補正手段３５横加速度センサ３６ヨーレイトセンサ３７後輪舵角センサ３８前輪操舵角センサ（操舵角検出手
段）３９車速センサ（車速検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 117:00 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前輪又は後輪をステアリングとは別途に
操舵する操舵手段と、少くとも車両の実際ヨーレイト及
び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対す
る目標制御量を演算し、車両の実際ヨーレイトを制御目
標ヨーレイトに状態フィードバック制御するよう上記操
舵手段を制御する状態フィードバック制御手段と、車両
の前輪操舵角を検出する操舵角検出手段と、該操舵角検
出手段により検出された前輪操舵角が小さいとき、上記
状態フィードバック制御手段の制御ゲインを小さく補正
するゲイン補正手段とを備えたことを特徴とする車両の
操舵装置。
【請求項２】前輪又は後輪をステアリングとは別途に
操舵する操舵手段と、少くとも車両の実際ヨーレイト及
び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対す
る目標制御量を演算し、車両の実際ヨーレイトを制御目
標ヨーレイトに状態フィードバック制御するよう上記操
舵手段を制御する状態フィードバック制御手段と、車速
を検出する車速検出手段と、該車速検出手段により検出
された車速が高いとき、上記状態フィードバック制御手
段の制御ゲインを小さく補正するゲイン補正手段とを備
えたことを特徴とする車両の操舵装置。