JPH07121701B2 - 車両用実舵角制御装置 - Google Patents

車両用実舵角制御装置

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JPH07121701B2
JPH07121701B2 JP61066848A JP6684886A JPH07121701B2 JP H07121701 B2 JPH07121701 B2 JP H07121701B2 JP 61066848 A JP61066848 A JP 61066848A JP 6684886 A JP6684886 A JP 6684886A JP H07121701 B2 JPH07121701 B2 JP H07121701B2
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steering
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【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って自車の車
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
に関する。
(従来の技術) 従来、特開昭60−229873号公報において、車両の運転性
能の向上を目的として、前輪をステアリングハンドルの
操作に対応して操舵することに加えて、後輪の舵角を調
整可能とし、後輪の舵角を前輪の舵角に対して一定の関
係を有して制御するようにした制御方法が提案されてい
る。
この制御方法は、ヨーレートの位相遅れを、その周波数
特性の全周波数領域で零にすることを目的としており、
具体的な目的達成手段としては、前輪の舵角をk倍した
値と前輪の舵角速度をa倍した値との和に対応させて後
輪の舵角を制御する方法を用いている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記従来例にあっては、ヨーレートの位
相特性のみに着目しているため、後輪舵角の調整動作
は、ヨーレートの位相遅れを零にすることのみに関して
行われている。
このため、後輪舵角の調整によって定常ヨーレートゲイ
ン(定常ヨーレートと前輪実舵角との比で表わされる)
は、従来の前輪総舵車の定常ヨーレートゲインの車速依
存性とは異なって来る。
このことを具体的に示したのが第7図である。
図中の実線Bで示す特性が、従来の前輪操舵車のもの、
破線Aで示す特性が前記従来例のものである。
同図から判るように、車速が70km/h以下の領域では、従
来例の制御方法ではゲイン過大となり、このとき、後輪
舵角は極めて大となる。このため、従来の前輪操舵車に
乗り慣れた運転車にとって違和感を与える。
また、このような事態を回避するために、ステアリング
ギア比を大とすることが考えられるが、このようにする
と逆に高速域でのゲインが大幅に低下し、これも運転性
能の低下を招く。
以上のことから、従来例の制御方法では、限られた車速
域においてのみ、操縦性を低下させずに位相遅れを零に
することができることになる。
(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。
ゲイン目標値演算手段103は車速検出手段101で検出され
る車速をもとに、予め設定した車速依存性を持つ車両運
動状態量のゲインの目標値を求める。
運動状態量目標値演算手段104は、操舵角検出手段100で
検出したステアリングハンドルの操舵角、および上記ゲ
インの目標値から、目標とする車両運転性能に対応した
上記車両運動状態量の目標値を求める。
運動状態量1階微分目標値演算手段105は、操舵角速度
検出手段102で検出したステアリングハンドルの操舵角
速度、および前記ゲインの目標値から、上記目標とする
車両運動性能に対応した前記車両運動状態量の1階微分
値に関する目標値を求める。
舵角目標値決定手段106は、自車の運動特性を数字モデ
ル化した自車モデルに、手段104で求めた前記車両運転
状態量の目標値、および手段105で求めた該運動状態量
の1階微分値に関する目標値を与えて、これら車両運動
状態量の目標値および該運動状態量の1階微分値に関す
る目標値を自車で実現するのに必要な前輪もしくは後輪
の何れかの舵角の目標値を決定する。
そして車輪転舵手段107は、上記の舵角目標値に向けて
対応車輪を転舵する。
(作用) 本発明においては、運転状態量目標値演算手段104が、
ステアリングハンドルの操舵角、およびゲインの目標値
から車両運動状態量の目標値を求めるに際して、また、
運動状態量1階微分目標値演算手段105が、ステアリン
グハンドルの操舵角速度、およびゲインの目標値から上
記車両運転状態量の1階微分値に関する目標値を求める
に際して、それぞれ用いるゲインの目標値を、 予め設定した目標とする車速依存性を持つようなゲイン
としたから、 車両運動性能の制御自由度を広くすることが可能とな
り、上記目標とする車両運動性能およびゲイン目標値の
設定次第で、例えば車両運動状態量がヨーレートである
場合において、該ヨーレートの位相遅れを全車速域で零
にしつつ、ヨーレートゲインを全ての車速域で過不足の
ない適正なものにすることができる。
(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、マイクロコンピュータあるいは他の
電気回路によって構成されており、操舵角センサ2で検
出されるステアリングハンドル8の操舵角θと、車速
センサ3で検出される車速Vと、操舵角速度センサ4で
検出されるステアリングハンドル8の操舵角速度
入力して、所定の演算を行って、後輪舵角目標値力
を出力する。
前輪9,10は従来車両と同様の機械リンク式ステアリング
装置6によって、ステアリングハンドル8の操舵量に対
応した舵角に転舵される。
後輪11,12は、油圧式ステアリング装置7によって転舵
される構成となっており、油圧式ステアリング装置7
は、後輪転舵装置5により制御される。この後輪転舵装
置5は、演算処理装置1から入力される後輪舵角目標値
に対応して油圧式ステアリング装置7へ与える油圧
を変化させ、後輪11,12の実舵角が前記後輪舵角目標値
になるように油圧式ステアリング装置7の制御を行
う(詳細は、特願昭59−188153号に記載されている)。
第3図は、上記演算処理装置1の構成を機能ブロックで
示した図である。同図に示すように、演算処理装置1
は、ヨーレート目標値演算部21と,ヨー角加速度目標値
演算部22、および自車モデル23とから構成されている。
ヨーレート目標値演算部21は、予め設定された目標値と
する運動性能に従って決められたヨーレートゲイン目標
値G(V)により、操舵角θが与えられたときに上記
目標とする運動性能におけるヨーレートを求め、これを
ヨーレート目標値 とする。
ここでは、一例として、上記目標とする運動性能とし
て、ヨーレートゲインが低速域で過大とならず、かつ、
高速域では過少とならないようなゲイン特性が設定され
ている場合を挙げる。
本実施例では、上記目標とするヨーレートゲイン特性
が、車速Vに対する2次元的データテーブルとしてメモ
リ内に格納されている。そいて、車速Vが入力される
と、この車速Vに対応するヨーレートゲインを上記デー
タテーブルから求め、これをヨーレートゲイン目標値G
(V)とする。
上記車速Vに対応して決定されたヨーレートゲイン目標
値G(V)は、ヨーレート目標値 の決定に用いられる。すなわち、 なる演算によって が決定される。
ヨー角加速度目標値演算部22は、上記ヨーレート目標値
演算部21で決定されたヨーレートゲイン目標値G(V)
と同一の値のヨーレートゲイン目標値G(V)を用い
て、操舵角速度に対応して目標とする運動性能上で
発生するヨー角加速度を求め、これをヨー角加速度目標
とする。具体的には、 は、以下の演算により決定される。
ここで、上記(1),(2)式から判るように、操舵角
速度は、操舵角θの一階微分値に相当することか
ら、求められたヨー角加速度目標値 は、ヨーレート目標値 の一階微分値に相当する。
自車モデル23は、自車(本実施例装置が搭載される車両
である)の本来の運動特性を、自車の車両諸元を用いて
数学モデル化したものである。
この自車モデル23を構成する運動状態変数のうちのヨー
レートおよびヨー角加速度に、上記ヨーレート目標値 およびヨー角加速度目標値 を代入して、後輪舵角を求める演算を行うことで、上記
ヨーレート目標値 およびヨー角加速度目標値 を自車で実現するのに必要な後輪の舵角が決まる。こう
して決められた後輪の舵角は、後輪舵角目標値とし
て、前記後輪転舵装置5へ与えられる。
この後輪舵角目標値の具体的演算の一例を以下に示
す。 =∫ydt ……(3) ここで、 Vy:横方向速度y :横方向並進加速度 M:車体質量 N:ステアリングギア比 IZ:ヨー慣性 qKF:前輪等価コーナリングパワー KR:後輪コーナリングパワー L:ホイールベース LF:前軸と重心間の距離 LR:後軸と重心間の距離 である。
こうして決定された後輪舵角目標値は、前記式
(3)〜(5)から判るように、ヨーレート目標値 を発生させるための後輪舵角であり、かつ、ヨー角加速
度目標値 、およびこれら の変化に伴う横方向運動Vy,を考慮したものにな
る。
従って、後輪11,12の実舵角が後輪舵角目標値に一
致するように、後輪11,12の転舵が行われることによ
り、自車のヨーレートおよびヨー角加速度は、ヨーレー
ト目標値 およびヨー角加速度目標値 に一致することになる。
これにより、自車のヨーレートの位相遅れは、全車速域
で零となり、また自車のヨーレートゲインは、前記ヨー
レートゲイン目標値G(V)に一致し、予め設定された
ヨーレートゲイン特性が位相遅れなく得られることにな
る。
第4図は、上記演算処理装置1をマイクロコンピュータ
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ャートである。この処理は、所
定時間毎に繰返し実行される。
ステップ31〜33は、第3図中のヨーレート目標値演算部
21およびヨー角加速度目標値演算部22に相当し、前記ヨ
ーレートゲインG(V)の決定および前記式(1),
(2)の演算を行う。
ステップ34,35は、第3図中の自車モデル23に相当し、
前記式(3)〜(5)の演算および後輪舵角目標値
の出力を行う。
なお、ステップ33と34の処理をまとめて行うことも可能
であり、例えば、ステップ32の実行の後に、以下の演算
を行う。
Vy=∫ydt ……(6) また、上記式(6)〜(8)のVyS,の各項の係
数は、車速Vによって決まることから、 のような車速の関数を決め、これらa(V)〜f(V)
を車速Vに対するデータテーブルとしてメモリに格納し
ておくこともできる。
そして、上記ステップ31,32の処理の後に、上記各デー
タテーブルから、車速Vに対応するa(V)〜f(V)
を求め、これらを係数として以下の演算を行えば、短い
演算時間で後輪舵角目標値を決定できる。
Vy=∫ydt ……(9) =a(V)Vy+b(V)θ+c(V) ……
(10)R d(V)Vy+e(V)θ+f(V)……(11) さらに、上記式(9)〜(11)の演算をフィルターを用
いて等価な処理に置換えることができる。すなわち、上
記式(9)〜(11)を整理して、θの2入力に
対する出力の伝達特性をラプラス演算子Sを用いて
表わすと、 となる。ここで、 A=−a(V) B=e(V) C=−e(V)a(V)+d(V)b(V) D=f(V) E=−f(V)a(V)+d(V)c(V) と置けば、 のような分子と分母がそれぞれ1次の簡単なフィルター
になる。
ここで、上記式(13)で表わされる伝達特性を備えるフ
ィルターを実際に構成する場合には、フィルターの各係
数A〜Eが車速Vによって変化するので、Z変換を施し
てディジタルフィルターとして構成する。
従って、この実施例の場合の演算処理装置1の構成を機
能ブロックで示せば第5図のようになる。また、フロー
チャートで表わすと第6図のようになる。
第1フィルタ41は前記式(13)の右辺第1項に相当し、
第2フィルタ42は第2項に相当する。また、第1,第2フ
ィルタ41,42は、各々、A〜Eのデータテーブルを備え
ており、入力される車速Vに対応して係数を決める。
第6図中のステップ52は、ステップ51づ読込んだデータ
のうち、車速Vに基づいて、A〜Eのデータテーブルの
ルックアップによって係数A〜Eを決定する。
ステップ53は、ステップ52で決定した係数A〜Eを前記
式(13)へ与えて伝達特性を決める。
ステップ54は、ステップ53で決められた伝達特性に入力
としてステップ51で読込んだ操舵角θと操舵角速度
を与えて、後輪舵角目標値を求める。この
ステップ55で後輪転舵装置5へ与えられる。
このように、フィルターを用いて後輪舵角目標値を決定
するようにすれば、演算時間が大幅に短縮できる。
また、伝達特性は、式(13)で示されるように、前記式
(1)〜(5)の演算と等価なものとなっているため、
このフィルターを用いて構成した実施例においても、全
車速域でヨーレートの位相遅れを無くすとともに、予め
設定されたヨーレートゲイン特性を自車で実現できる。
なお、上記実施例では、後輪舵角を調整して、車両の運
動性能を制御する例を示したが、同様にして、前輪舵角
を調整して同じ効果を得ることもできる。この場合に
は、前輪のステアリング装置に、前輪舵角を増減する補
舵装置を取付けて、上記実施例で求めた後輪舵角目標値
の代わりに、前輪の補舵角の目標値を求めて前輪を
転舵させるようにすれば良い。
また、上記実施例では、ヨーレートゲイン特性を適正特
性に制御する例を示したが、本発明は、他の運動状態
量、例えば、横方向速度、横すべり角、横加速度等の運
動状態量の特性を適正特性に制御することもできる。こ
の場合には、上記実施例におけるヨーレートゲイン目標
値G(V)の特性を、所望の特性に置換えることで実現
できる。
(発明の効果) 本発明による車両用実舵角制御装置は、ステアリングハ
ンドルの操舵角、およびゲイン目標値から車両運動状態
量の目標値を求め、また、ステアリングハンドルの操舵
角速度、およびゲインの目標値から上記車両運動状態量
の1階微分値に関する目標値を求め、そしてゲインの目
標値を、予め設定した目標とする車速依存性を持つよう
なゲインとしたから、 車両運転性能の制御自由度を広くすることが可能とな
り、上記目標とする車両運転性能およびゲイン目標値の
設定次第で、例えば車両運転状態量がヨーレートである
場合において、該ヨーレートの位相遅れを全車速域で零
にしつつ、ヨーレートゲインを全ての車速域で過不足の
ない適正なものにすることができる。
【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例を機能ブロッ
クで示す図、 第4図は上記演算処理装置で実行される処理の一例を示
すフローチャート、 第5図は上記演算処理装置の他の構成例を機能ブロック
で示す図、 第6図は上記演算処理装置で実行される処理の他の例を
示すフローチャート、 第7図はヨーレートゲイン特性の例を示す図である。 100……操舵角検出手段 101……車速検出手段 102……操舵角速度検出手段 103……ゲイン目標値演算手段 104……運動状態量目標値演算手段 105……運動状態量1階微分目標値演算手段 106……舵角目標値決定手段 107……車輪転舵手段、1……演算処理装置 2……操舵角センサ、3……車速センサ 4……操舵角速度センサ、5……後輪転舵装置 7……油圧式ステアリング装置 8……ステアリングハンドル 9,10……前輪、11,12……後輪 θ……操舵角、……操舵角速度 V……車速、……後輪舵角目標値 G(V)……ヨーレートゲイン目標値

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車速を検出する車速検出手段と、 該手段で検出される車速をもとに、予め設定した車速依
    存性を持つ車両運転状態量のゲインの目標値を求めるゲ
    イン目標値演算手段と、 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、 該手段で検出した操舵角および前記ゲインの目標値か
    ら、目標とする車両運転性能に対応した前記車両運転状
    態量の目標値を求める運動状態量目標値演算手段と、 ステアリングハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速
    度検出手段と、 該手段で検出した操舵角速度および前記ゲインの目標値
    から、前記目標とする車両運動性能に対応した前記車両
    運動状態量の1階微分値に関する目標値を求める運動状
    態量1階微分目標値演算手段と、 自車の運動特性を数字モデル化した自車モデルに、前記
    車両運動状態量の目標値および該運動状態量の1階微分
    値に関する目標値を与えて、これら車両運動状態量の目
    標値および該運動状態量の1階微分値に関する目標値を
    自車で実現するのに必要な前輪もしくは後輪の何れかの
    舵角の目標値を決定する舵角目標値決定手段と、 該舵角目標値に向けて対応車輪を転舵する車輪転舵手段
    とを具備する ことを特徴とする車両用実舵角制御装置。
  2. 【請求項2】前記運動状態量目標値演算手段、運動状態
    量1階微分目標値演算手段、および舵角目標値決定手段
    は、前記予め設定した目標とする車速依存性を持つ車両
    運動状態量のゲインの目標値に従って決定される伝達関
    数を有し、前記車両、操舵角、および操舵角速度を入力
    され、前記舵角の目標値を出力するフィルターで構成し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の車両
    用実舵角制御装置。
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