JPH0747968A - 車輌用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 横風の実際の相対風速及び相対風向に基づき
正確に補助操舵し、車輌の横風に対する走行安定性を更
に一層向上させる。 【構成】 横風の相対風速及び相対風向に基づき横風に
より車輌の重心に作用する横力若しくは重心周りのヨー
イングモーメントを推定装置Ｍ１により推定し、推定さ
れた横力若しくはヨーイングモーメントに基づき制御指
令値演算装置Ｍ２により制御指令値を演算し、アクティ
ブ操舵装置Ｍ３により制御指令値に応じて前輪若しくは
後輪を補助操舵する。風速検出装置Ｍ４及び風向検出装
置Ｍ５により車体表面に於ける風速及び風向を検出し、
予め求められた関係に基づきそれぞれ風速演算装置Ｍ６
及び風向演算装置Ｍ７により車体表面に於ける風速及び
風向より横風の相対風速及び相対風向を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輌の操舵
制御装置に係り、更に詳細には横風に対する車輌の安定
性を向上させる操舵制御装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輌の横風に対する安定性を
向上させる操舵制御装置の一つとして、例えば実開昭６
３−９８８７０号公報に記載されている如く、横風の風
速及び風向に基づき横風により車輌の重心に作用する横
力及び重心の周りのヨーイングモーメントを推定し、推
定された横力若しくはヨーイングモーメントに基づき運
動変数を求めて操舵角を制御するよう構成された車輌の
操舵制御装置が従来より知られている。

【０００３】かかる操舵制御装置によれば、車輌が走行
中に横風を受けると車輌が横風より受ける外乱が除去さ
れるよう操舵角が制御されるので、操舵制御装置が設け
られておらず横風に応じて操舵角が制御されない車輌の
場合に比して、特に車輌が高速走行時に比較的強い横風
を受ける場合等に於ける車輌の走行安定性を向上させる
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし如何に空力特性
に優れた車輌であっても、車輌に横風が当ると空気は車
輌の表面に沿って流れざるを得ないため、車輌の表面に
於て空気が流れる速度及び方向は横風の相対風速及び相
対風向（車速の影響を考慮した場合の車体に対する横風
の風速及び風向）とは一致しなくなる。また横風の風速
及び風向を検出する横風センサを車輌の表面より遠く離
れた位置に設けることはできない。そのため上述の従来
の操舵制御装置に於ては、横風の実際の相対風速及び相
対風向とは異なる風速及び風向に基づき操舵角が制御さ
れるので、必ずしも高精度に操舵角を制御することがで
きず、従って横風の影響を過不足なく確実に排除するこ
とができないという問題がある。

【０００５】本発明は、従来の操舵制御装置に於ける上
述の如き問題に鑑み、横風の実際の相対風速及び相対風
向に基づき前輪若しくは後輪を正確に補助操舵し、これ
により横風の影響を過不足なく確実に排除して車輌の横
風に対する走行安定性を更に一層向上させることができ
るよう改良された操舵制御装置を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、図１に示されている如く、横風の相対風速
及び相対風向に基づき横風により車輌の重心に作用する
横力若しくは前記重心の周りのヨーイングモーメントを
推定する推定手段Ｍ１と、推定された横力若しくはヨー
イングモーメントに基づき制御指令値を演算する制御指
令値演算手段Ｍ２と、前記制御指令値に応じて前輪若し
くは後輪を補助操舵するアクティブ操舵装置Ｍ３とを備
えた車輌の操舵制御装置にして、それぞれ車体表面に於
ける風速及び風向を検出する風速検出手段Ｍ４及び風向
検出手段Ｍ５と、予め求められた関係に基づきそれぞれ
前記車体表面に於ける風速及び風向より横風の相対風速
及び相対風向を演算する風速演算手段Ｍ６及び風向演算
手段Ｍ７とを有する操舵制御装置によって達成される。

【０００７】

【作用】図２に示されている如く、車輌が車速Ｖにて走
行している際にその進行方向に対し角度βo の方向より
風速Ｗの横風を受けると、車輌は停車中にその前方に対
し角度βw の方向より風速Ｖw の横風を受けた場合と等
価な状態になり、車輌には横力Ｆw 及びヨーイングモー
メントＭw が作用する。これらの横力Ｆw 及びヨーイン
グモーメントＭw は以下の如く表される。尚図２に於
て、Ｗ_x 及びＷ_y はそれぞれ風速Ｗの車輌前後方向及び
車輌横方向の成分を示している。

【０００８】

【数１】Ｆw ＝ρ・Ｃs ・Ａ・Ｖw ² ／２

【数２】Ｍw ＝Ｆw ・ε ここに Ｃs ：空力横力係数 ρ ：空気の密度 ε ：車輌の重心Ｐと空力中心ＡＣとの間の距離 Ａ ：車輌の代表面積 Ｖw ：相対風速

【０００９】空気の密度ρは実質的に一定であり、車輌
の代表面積Ａ（例えば車輌の正面投影面積）は一定であ
る。また空力横力係数Ｃs は対気横すべり角βw 、即ち
横風の相対風向の関数であり、風洞試験により両者の関
係を求めることができる。従って横風の相対風速Ｖw 及
び相対風向βw を検出すれば横力Ｆw を求めることがで
きる。

【００１０】また車輌のホイールベースをＬとし、車輌
の中心Ｏと車輌の重心Ｐとの間の距離をδとし、空力ヨ
ーイングモーメント係数をＣy とすると、車輌の重心Ｐ
と空力中心ＡＣとの間の距離εは下記の数３にて表され
る。

【数３】ε＝Ｃy ・Ｌ／Ｃs −δ

【００１１】ホイールベースＬ及び距離δは一定であ
り、空力ヨーイングモーメント係数Ｃy は横風の相対風
向βw の関数であるので、車輌重心と空力中心との間の
距離εも横風の相対風向βw の関数であり、風洞試験に
より両者の関係を求めることができる。従って横風の相
対風速Ｖw 及び相対風向βw を検出すればヨーイングモ
ーメントＭw を求めることができる。

【００１２】更に車体表面に於ける横風の風速Ｖowと横
風の相対風速Ｖw との間及び車体表面に於ける横風の風
向βowと横風の相対風向βw との間にはそれぞれ一定の
関係があり、風洞試験によりこれらの関係を予め求める
ことができる。従って車体表面に於ける横風の風速Ｖow
及び風向βowを検出すれば、予め求められた関係に基づ
き横風の相対風速Ｖw 及び相対風向βw を正確に演算す
ることができ、横力Ｆw 及びヨーイングモーメントＭw
を正確に演算することができる。

【００１３】上述の如き構成によれば、それぞれ風速検
出手段Ｍ４及び風向検出手段Ｍ５により車体表面に於け
る風速及び風向が検出され、予め求められた関係に基き
それぞれ風速演算手段Ｍ６及び風向演算手段Ｍ７により
車体表面に於ける風速及び風向より横風の相対風速（Ｖ
w ）及び相対風向（βw ）が演算される。そしてかくし
て演算された横風の相対風速及び相対風向に基き推定手
段Ｍ１により車輌の重心に作用する横力（Ｆw ）若しく
は重心の周りのヨーイングモーメント（Ｍw ）が推定さ
れ、推定された横力若しくはヨーイングモーメントに基
づき制御指令値演算手段Ｍ２により制御指令値が演算さ
れ、アクティブ操舵装置Ｍ３により制御指令値に応じて
前輪若しくは後輪が補助操舵される。

【００１４】従って車体表面に於ける風速及び風向が検
出され、それらの風速及び風向がそれぞれ横風の相対風
速及び相対風向であるとして横力若しくはヨーイングモ
ーメントが演算される従来の操舵制御装置の場合に比し
て、横力若しくはヨーイングモーメントが正確に演算さ
れ、これにより従来に比して横風の影響が過不足なく確
実に排除される。

【００１５】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【００１６】図３は前輪用及び後輪用アクティブ操舵装
置を備えた車輌に適用された本発明による操舵制御装置
の一つの実施例を示す概略構成図、図４は図３に示され
た電子制御装置を示すブロック線図である。

【００１７】図３に於て、１０fr、１０fl、１０rr、１
０rlはそれぞれ右前輪、左前輪、右後輪、左後輪を示し
ている。右前輪１０fr及び左前輪１０flは車輌の運転者
により操作されるステアリングホイール１２、ステアリ
ングシャフト１４、ラックアンドピニオン式ステアリン
グ装置１６により操舵されると共に、後述の如く前輪用
アクティブ操舵装置１８により補助操舵されるようにな
っている。また右後輪１０rr及び左後輪１０rlは後述の
如く後輪用アクティブ操舵装置２２により操舵されるよ
うになっている。

【００１８】尚前輪用及び後輪用アクティブ操舵装置の
構造自体は本発明の要旨をなすものではないのでこれら
についての詳細な説明を省略するが、前輪用アクティブ
操舵装置１８は例えば特開平１−１３６８７３号公報に
記載された前輪補助操舵機構の如く、前輪のラックバー
１６Ａを車輌横方向に駆動することにより前輪を補助操
舵し得るよう構成されている限り任意の構造のものであ
ってよい。また後輪用アクティブ操舵装置２２は従来の
四輪操舵装置の後輪操舵機構の如く、例えば後輪のステ
アリングリンケージ部材２２Ａを車輌横方向に駆動する
ことにより後輪を操舵し得るよう構成されていてよい。

【００１９】図示の実施例に於ては、ステアリングシャ
フト１４には前輪の操舵角θf を検出する操舵角センサ
２４が設けられており、このセンサの出力は電子制御装
置２６へ供給されるようになっている。また電子制御装
置２６には車速センサ２８により検出された車速Ｖを示
す信号、それぞれ風速センサ３０及び風向センサ３２に
より検出された車体の表面に於ける横風の相対風速Ｖow
及び相対風向βowを示す信号、大気圧センサ３４により
検出された大気圧Ｐa を示す信号も入力されるようにな
っている。

【００２０】図４に詳細に示されている如く、電子制御
装置２６はマイクロコンピュータ３８を含み、マイクロ
コンピュータ３８はＣＰＵ４０と、ＲＯＭ４２と、ＲＡ
Ｍ４４と、入力ポート装置４６と、出力ポート装置４８
とを有し、これらは双方向性のコモンバス５０により互
いに接続されている。入力ポート装置４６には操舵角セ
ンサ２４により検出された前輪の操舵角θf を示す信号
等が入力されるようになっている。入力ポート装置４６
はそれに入力された信号を適宜に処理し、ＲＯＭ４２に
記憶されている制御プログラムに基くＣＰＵ４０の指示
に従い、ＣＰＵ及びＲＡＭ４４へ処理された信号を出力
するようになっている。

【００２１】ＲＯＭ４２は図５に示されたシグナルフロ
ーに基づく制御プログラム及び図６乃至図１０に示され
たグラフに対応するマップを記憶している。ＣＰＵ４０
はＲＯＭ４２に記憶された制御プログラムに基き後述の
如く種々の演算及び信号の処理を行うようになってい
る。出力ポート装置４８はＣＰＵ４０の指示に従い駆動
回路５２を経て前輪用アクティブ操舵装置１８へ制御指
令電流Ｉf を出力し、また駆動回路５４を経て後輪用ア
クティブ操舵装置２２へ制御指令電流Ｉr を出力するよ
うになっている。

【００２２】尚図６に示されたグラフは車体の表面に於
ける横風の風向βowと横風の相対風向βw との間の関係
を示しており、図７に示されたグラフは車体の表面に於
ける横風の風向βowと風速補正係数αとの間の関係を示
している。また図８及び図９に示されたグラフはそれぞ
れ横風の相対風向βw と空力横力係数Ｃs との間の関係
及び横風の相対風向βw と空力ヨーイングモーメント係
数Ｃy との間の関係を示しており、図１０に示されたグ
ラフは大気圧Ｐa と空気の密度ρとの間の関係を示して
いる。またこれらのグラフに示された関係は風洞試験等
により予め実験的に求められたものであり、特に図６乃
至図９に於ては風向βow及びβw が正の場合についての
み図示されているが、図６、図８、図９のグラフに示さ
れた関係については風向が負の領域は図示の関係に対し
原点の周りに対称であり、図７のグラフに示された関係
については風向が負の領域は縦軸に対し図示の関係とは
対称である。

【００２３】次に図５に示されたシグナルフローチャー
トを参照して図示の実施例の作動について説明する。尚
電子制御装置２６による制御は図３には示されていない
イグニッションスイッチが閉成されることにより開始さ
れる。

【００２４】風向センサ３２により検出された車体の表
面に於ける横風の風向βowを示す信号は演算器６０及び
６２へ供給され、演算器６０により図６に示されたグラ
フに対応するマップに基づき横風の相対風向βw が演算
され、演算器６２により図７に示されたグラフに対応す
るマップに基づき横風の風速補正係数αが演算される。
相対風向βw を示す信号は演算器６４及び６６へ供給さ
れ、演算器６４により図８に示されたグラフに対応する
マップに基づき空力横力係数Ｃs が演算され、演算器６
６により図９に示されたグラフに対応するマップに基づ
き空力ヨーイングモーメント係数Ｃy が演算される。

【００２５】空力横力係数Ｃs を示す信号は係数器６８
及び演算器７０へ供給され、空力ヨーイングモーメント
係数Ｃy を示す信号は演算器７０へ供給される。係数器
６８により空力横力係数Ｃs と車輌の代表面積（車輌の
正面投影面積）Ａとの積Ｃs・Ａが演算され、その積を
示す信号は乗算器７２及び７４へ供給される。また演算
器７０により空力横力係数Ｃs 及び空力ヨーイングモー
メント係数Ｃy に基づき下記の数４に従って車輌の重心
と空力中心との間の距離εが演算され、その距離を示す
信号は乗算器７４へ供給され、乗算器７４の出力は乗算
器７６へ供給される。尚数４に於て、Ｌは車輌のホイー
ルベースであり、δは車輌の中心Ｏと車輌の重心Ｐとの
間の距離である。

【数４】ε＝Ｃy ・Ｌ／Ｃs −δ

【００２６】演算器６２により演算された風速補正係数
αを示す信号及び風速センサ３０により検出された車体
の表面に於ける横風の風速Ｖowを示す信号は乗算器７８
へ供給され、乗算器７８により風速補正係数αと風速Ｖ
owとの積として横風の相対風速Ｖw が演算され、相対風
速Ｖw を示す信号は演算器８０へ供給される。また大気
圧センサ３４により検出された大気圧Ｐa を示す信号は
演算器８２へ供給され、演算器８２により図１０に示さ
れたグラフに対応するマップに基づき空気の密度ρが演
算される。密度ρを示す信号は演算器８０へ供給され、
演算器８０により下記の数５に従って横風による動圧Ｑ
が演算され、演算器８０の出力は乗算器７２及び７６へ
供給される。

【数５】Ｑ＝ρ・Ｖw ² ／２

【００２７】尚図５には示されていないが、演算器８２
による空気の密度ρの演算は、車輌の走行に伴う空気の
密度の変化の影響を受けないよう、車速センサ２８によ
り検出される車速Ｖが０である状況に於て大気圧センサ
３４により検出される大気圧Ｐa に基づいて行われる。

【００２８】乗算器７２の出力、即ち横風による横力Ｆ
w （＝Ｑ・Ａ・Ｃs ）及び乗算器７６の出力、即ち横風
によるヨーイングモーメントＭw （＝Ｆw ・ε）は制御
指令値演算装置８４へ供給され、制御指令値演算装置８
４により横力Ｆw 若しくはヨーイングモーメントＭw に
基づき前輪用アクティブ操舵装置１８及び後輪用アクテ
ィブ操舵装置２２に対する制御指令値が演算されると共
に制御指令値に対応する制御信号Ｉf 及びＩr がそれぞ
れアクティブ操舵装置１８及び２２へ出力され、これに
より横風による外乱が相殺されるよう前輪１０fr及び１
０fl若しくは後輪１０rr及び１０rlが操舵される。

【００２９】尚横力Ｆw 若しくはヨーイングモーメント
Ｍw に基づく制御指令値の演算自体は本発明の要旨をな
すものではないので、これについての詳細な説明を省略
するが、制御指令値の演算は車輌に対する横風の影響が
排除されるよう横力若しくはヨーイングモーメントに基
づき演算される限り任意の態様にて演算されてよく、例
えば横力に基づく前輪のアクティブ操舵装置１８及び後
輪のアクティブ操舵装置２２に対する制御指令値はそれ
ぞれ本願出願人の出願にかかる特願平４−３５７４５０
号の明細書及び図面に記載された第一の実施例及び第二
の実施例に従って演算されてよい。

【００３０】かくして図示の実施例に於ては、風速セン
サ３０及び風向センサ３２よりそれぞれ車体の表面に於
ける横風の風速Ｖow及び風向βowが検出され、演算器６
０及び６２により風向βowに基づきそれぞれ図６及び図
７に示されたグラフに対応するマップより横風の相対風
向βw 及び風速補正係数αが演算され、乗算器７８より
風速補正係数αと風速Ｖowとの積として横風の相対風速
Ｖw が演算され、横風の相対風速Ｖw 及び相対風向βw
に基づき横力Ｆw 及びヨーイングモーメントＭw が演算
される。

【００３１】従って演算器６０、６２及び乗算器７８に
より車体の表面に於ける風速及風向に基づき横風の相対
風速及び相対風向が演算されず、風速センサ３０及び風
向センサ３２によりそれぞれ検出された車体表面の風速
Ｖow及び風向βowがそれぞれ横風の相対風速Ｖw 及び相
対風向βw であるとして横力及びヨーイングモーメント
が演算される場合に比してこれらの値を実際の横力及び
ヨーイングモーメントに対応する値として正確に演算す
ることができ、これにより従来に比して横風による影響
を有効且適切に排除することができる。

【００３２】また図示の実施例によれば、空気の密度ρ
は大気圧センサ３４により検出される大気圧Ｐa に基づ
き図１０に示されたグラフに対応するマップより演算器
８２により演算されるようになっているので、空気の密
度が一定であると仮定して横力やヨーイングモーメント
が演算される場合に比して、これらの値を実際の値に正
確に対応して演算することができ、これにより天候の変
化や高度が変化しても横風の影響を有効に且適切に排除
することができる。

【００３３】尚上述の実施例に於ては、横力Ｆw 及びヨ
ーイングモーメントＭw の両方が演算されるようになっ
ているが、これらの一方のみが演算され、アクティブ操
舵装置１８若しくは２２に対する制御指令値は横力Ｆw
又はヨーイングモーメントＭw の一方にのみ基づき演算
されてもよく、またアクティブ操舵装置は必ずしも前輪
及び後輪の両者に設けられる必要はなく、前輪又は後輪
の一方にのみ設けられてもよい。

【００３４】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、車体表面に於ける風速及び風向がそれぞれ
横風の相対風速及び相対風向であるとして横力若しくは
ヨーイングモーメントが演算される従来の操舵制御装置
の場合に比して、横力若しくはヨーイングモーメントを
正確に演算することができ、これにより横風の影響を過
不足なく確実に排除し、従来に比して横風に対する車輌
の走行安定性を更に一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車輌用操舵制御装置の構成を特許
請求の範囲の記載に対応させて示す説明図である。

【図２】車輌が走行中に横風を受けた状態を示す説明図
である。

【図３】本発明による車輌用操舵制御装置の一つの実施
例を示す概略構成図である。

【図４】図３に示された電子制御装置を示すブロック線
図である。

【図５】前輪及び後輪が横風に応じてアクティブ操舵装
置により補助操舵されるよう構成された実施例のシグナ
ルフローを示すフローチャートである。

【図６】車体の表面に於ける横風の風向βowと横風の相
対風向βw との間の関係を示すグラフである。

【図７】車体の表面に於ける横風の風向βowと風速補正
係数αとの間の関係を示すグラフである。

【図８】横風の相対風向βw と空力横力係数Ｃs との間
の関係を示すグラフである。

【図９】横風の相対風向βw と空力ヨーイングモーメン
ト係数Ｃy との間の関係を示すグラフである。

【図１０】大気圧Ｐa と空気の密度ρとの間の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０…車輪 １６…ラックアンドピニオン式ステアリング装置 １８…前輪用アクティブ操舵装置 ２２…後輪用アクティブ操舵装置 ２４…操舵角センサ ２６…電子制御装置 ２８…車速センサ ３０…風速センサ ３２…風向センサ ３４…大気圧センサ ３８…マイクロコンピュータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横風の相対風速及び相対風向に基づき横風
   により車輌の重心に作用する横力若しくは前記重心の周
   りのヨーイングモーメントを推定する推定手段と、推定
   された横力若しくはヨーイングモーメントに基づき制御
   指令値を演算する制御指令値演算手段と、前記制御指令
   値に応じて前輪若しくは後輪を補助操舵するアクティブ
   操舵装置とを備えた車輌の操舵制御装置にして、それぞ
   れ車体表面に於ける風速及び風向を検出する風速検出手
   段及び風向検出手段と、予め求められた関係に基づきそ
   れぞれ前記車体表面に於ける風速及び風向より横風の相
   対風速及び相対風向を演算する風速演算手段及び風向演
   算手段とを有する操舵制御装置。