JPS61175179A - 車両用舵角制御装置 - 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） この発明は、操舵時の車両の運動性能を自在に制御でき
るようにした車両用舵角制御装置に関し、特に、運動特
性に関与する運動変数のうちヨーイング運動と横方向運
動を適正に制御するようにした車両用舵角制御装置に関
する。

（従来の技術） 従来の、機械リンク式ステアリング装置を搭載した車両
は、ステアリングハンドルの操舵型に対応して前輪を転
舵する構成となっており、操舵に伴う運動性能は、その
車両の車両諸元により一律に決定され、運動性能は車種
毎に固有のものとなっている。

これに対し、本願出願人は、先に、特願昭５９−１８８
１５３号において、目標とする運動性能を備える目標車
両モデルを想定し、該目標車両モデルに関する車両諸元
と運動方程式に基づいて、ステアリングハンドル操舵量
と車速に対応する運動変数の目標値、すなわち目標車両
モデルが呈する運動性能を表わす運動変数値を求め、こ
の運動変数目標値を自車（当該装置を搭載した車両）で
実現するように、自車の車輪（前輪および後輪）の舵角
を制御する装置を提案している。

すなわち、この装置を用しに−れば、例えば自車がセダ
ン車タイプの車両であっても、目標車両モデルをスポー
ツ車タイプの車両に設定すれば、車体構造等がセダン車
タイプでありながら、スポーツ車の運動性能を保有させ
ることができる等、自在に運動性能を制御することがで
きるのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、本願発明者らは、上記装置について、さらに
研究を重ねるうちに、次のような改良点を見出した。

すなわち、車両の操安性の評価は、一般に、ヨーレート
と横加速度の各々の操舵応答性の良否を重視して行われ
、かつ、これらヨーレートと横加速度の相関性も重視さ
れる。

そして、操舵時における過渡運動状態および定常運動状
態の両状態において、横すべり角が小さいことが、操安
性を高くする条件になっており、理想的には、上記過渡
運動状態および定常運動状態に拘わらず、しかも車速変
化に無関係に、常に横すべり角が零であることが最良の
条件となる。

しかし、このように、常に横すべり角を零とすることは
、従来の車両では不可能なことである。

なぜなら、上述のように、常に横すべり角を零とするた
めの運動方程式の解を線形２自由度（ヨー、横）近似式
から導ひくと、 ψ’＝にθＳ　　　　　　　　　　　　・・・（１）α
＝ｋｖθ８　　　　　　　　　　　　・・・（２）（こ
こで、会はヨーレート、αは横加速度、θ８は操舵角、
■は車速である）となるＯ 上記式（１）　、　（２）が意味するところは、操舵角
θ８がある時間Δを秒間で０からある角度まで変化した
とすると、Δを秒後には、すでに釡＝ｌ（θ８なるヨー
レートが発生していることになる。これを通常の車両で
実現するには、応答遅わが全く無い転舵機構を具備する
か、あるいは、ヨー慣性モーメントが零の車体構造とす
る必要があり、事実上不可１指な条件となる０ （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０ ヨーイング運動目標値演算手段１０２は、予め設定され
た所望の運動性能を備える目標車両モデルに関する演算
により、ノ・ンドル操舵角検出手段１００で検出される
ステアリングツ１ンドルの操舵角θ８と、車速検出手段
１０１で検出される車速■に対応するヨーイング運動の
目標値ψを求める。

横方向運動目標値演算手段１０３は、ヨーイング運動目
標値演算手段１０２で求められたヨーイング運動目標値
ψに基づいて、車両の重心点横すベリ角が常に零となる
ような横方向運動の目標値Ｙを求める。

舵角目標値演算手段１０４は、上記ヨーイング運動目標
値ψと横方向運動目標値Ｙ１および自車の車両諸元とか
ら、前輪および後輪の舵角の目標値δを求める。

そして、車輪転舵手段１０５は、上記車輪舵角目標値δ
に、前輪および後輪の各対応する車輪を転舵する。

（作用） ヨーイング運動目標値演算手段１０２と横方向運動目標
値演算手段１０８により、ヨーイング運動目標値ψと横
方向運動目標値Ｙとが求められ、これらの運動変数目標
値ψとＹを自車で実現すべく車輪の舵角目標値δが求め
られ、この舵角目標値δに車輪が転舵される０ ここで、上記横方向運動目標値Ｙは、車両の重心点横す
べり角が常に零となるような条件のもとで求められるこ
とから、本発明装置搭載車の重心点横すべり角は常に零
となるように制御されることになる０ （実施例） 本発明の一実施例の構成を第２図に示す０マイクロコン
ピユータ１は、車速センサ８で検出される車速Ｖと、ハ
ンドル操舵角センサ２で検出されるステアリングハンド
ル８の操舵角θ８を入力して、運動変数目標値の演算お
よび前輪舵角＠輪転舵装置４は、マイクロコンピュータ
１から与えられる前輪舵角目標値δ、のデータに基づい
て前輪９．ｌＯの転舵制御を行う装置であり、同様に、
後輪転舵装置１５は、マイクロコンピュータ１から与え
られる後輪舵角目標値δＲのデータに基づいて後輪１１
．１２の転舵制御を行う装置である。

前輪９，１０および後輪１１，１２を実際に転・舵する
のは、油圧式ステアリング装置６および７である。

上記前輪転舵装置４と後輪転蛇装Ｍ５、および油圧式ス
テアリング装置６，７は、例えば第３図に示すような構
成になっている。　　　　′油圧式ステアリング装置６
，７は、２つのピストン８２．１３を備え、両端がタイ
ロッド（図示略）に連結されたシャフト３１を、左右の
油圧室３４．３５の作動油圧に差を設けることによって
軸方向へ移動させることにより車輪の転舵を行う。

また、中央の室３７内には、バネ３６で左右逆方向に付
勢された反撥プレー）３８．３９が、シャフト３１に遊
嵌されており、これは、左右の油圧室３４．８５の作動
油圧が抜かれたときに、シャフト３１を元の中立位置に
復帰させるためのものである。

前・後輪転舵装置４，５は、ソレノイドドライバ２１．
！：、コントロールパルプ２２と、オイルポンプ２６と
、オイルタンク２７から構成されている０ コントロールバルブ２２は、油圧式ステアリング装置６
，７の左右の油圧室３４．３５に通ずる油路２８．２９
を備え、これらの油路２８，２９に流入する作動油量を
調整するスプールパルプ２５を具備している。このスプ
ールバルブ２５は、左右端が電磁ソレノイド２３．２４
に遊嵌しており、電磁ソレノイド２８．２４の磁力の大
小により、軸方向へ移動し、上記左右の油圧室３４゜３
５に与える作動油量を調整する０ ソレノイドドライバ２１は、マイクロコンピュータ１か
ら与えられる前・後輪舵角目標値δ、。

ｈに比例した電流信号を左右何れかの電磁ソレノイド２
３．２４に供給する０この場合、車輪の転舵方向によっ
て、電流を与える電磁ソレノイドを左右で切換えて制御
する。

第４図は、マイクロコンピュータ１で実行される処理を
示すフローチャートである０以下、このフローチャート
の説明とともに、本実施例の動作を説明する。

第４図に示す処理は、所定時間Δを毎に繰返し実行され
るもので、イグニッションスイッチがＯＮされて、電源
の供給がなされた時にイニシャライズが行われる。

ステップ４１の処理では、ハンドル操舵角センサ２と車
速センサ３からマイクロコンピュータｌに入力されるハ
ンドル操舵角θ８と車速Ｖの両データの読込みが行われ
る。

次に、ステップ４２の処理では、予めメモリ内に記憶さ
れている目標車両モデルに関する車両諸元の読出しが行
われる。この目標車両モデル（以下「目標車両」と略す
）は、ヨーイング運動および横方向運動について目標と
する特性を備える車両（実在の車両または仮空の車両の
何れでも良い）を想定したもので、この想定された車両
の車両諸元を目標車両諸元とする。

本実施例では、上記目標車両諸元として、以下の車両諸
元を用いている。

工ｚ□：目標車両のヨー慣性 Ｍｏ：目標車両の卓体質麓 ＬＦ工：目標車両の前軸と重心間の距離ＬＲ□：目標車
両の後軸と重心間の距離Ｎ０：目標車両のステアリング
ギヤ比 ＫＦ□：目標車両の前輪のコーナリングパワーＫＲ１’
目標車両の後輪のコーナリングパワーそして、次のステ
ップ４８の処理では、上記目標車両諸元を用いて、ヨー
イング運動の目標値（本実施例では、ヨーレート÷とヨ
ー角加速度ψの目標値φ、φ）を求める演算を行う０こ
の演算は、以下の式に従って行われるＯ Ｍ□（※ｙ０＋÷、Ｖ　）　＝　２Ｃｊｙ□＋２０Ｂ、
　　　　・・・（３）工ｚ１ψ１　”　２ＬＦＩＣＦｌ
　−”ＲＩＣＲｌ　　　　　　”ｉ’）Ｃｙｔ＝Ｋｉｒ
ｘ（７−（Ｖｙｌ＋Ｌｙｌｉｌ）／Ｖ）　　−・・（５
）ＣＲｘ＝−ＫＲｘ（ｖｙｘ−ＬＲｘ９’ｘ）／ｖ　　
　　　　”直６）ψ　＝　ψ、　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　・・・（））ψ０ψ１　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（８）ここで、 ÷、：目標車両のヨーレート ψ、：目標車両のヨー角加速度 ｖｙ、　：目標車両のｙ軸方向速度 ■　＝目標車両のｙ軸方向横すべり加速度ＣＦｌ　’目
標車両の前輪コーナリングフォースＯＲ□＝目標車両の
後輪コーナリングフォースである。

上記（３）、（４）式は、目標車両における運動方程式
であり、これらの式を解くには、Δを毎に２回の積分演
算が必要であり、この積分演算は、例えば、Ａ（ｔ＋Δ
ｔ）＝Ａ（ｔ）＋Δｔ・＾（１）で表わされる矩形積分
法や、その他、ルンゲクッタ法等、要求される積分精度
に応じて適切な積分法を用いる。

そして、上記演算中には、横方向運動に関する運動方程
式も演算されるが、この演算によって求まる横方向運動
変数（Ｖｙ工やＶｙ、　）は、横すべり成分を含む値で
あるため、後述する舵角目標値δＦの演算には用いられ
ない。この横方向運動変数の目標値は、次のステップ４
４の処理によって決定される。

すなわち、上記ステップ４３で求められたヨーレート目
標値かとステップ４１で読込まれた車速Ｖとから、 α＝÷Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
９）なる演算によって、横加速度目標値αを求める。

また、（９）式が成立するときには、常にＶｙ、（＝α
−ψ□ｖ）＝０が成立つのでその積分値Ｖｙ工も「＝０
」となるから、ｙ軸方向加速度目標値ｖｙを「＝０」と
設定する。

次に、ステップ４５．４６．４７の処理は、上記のよう
にして、別々の演算によって求めた運動変数の目標値か
、ψとαを自車（本実施例搭載車両）の前、後輪舵角を
制御することで、自車の運動特性として実現する制御を
行う。

すなわち、ステップ４５の処理において、予めメモリ内
に記憶されている自車の車両諸元を読出し、ステップ４
６の処理により、自車車両諸元と上記運動変数目標値カ
、子、αとから、前、後輪の舵角目標値δＦ、δＲを求
め、これをステップ４７の処理で前輪転舵装置４および
後輪転舵装置５へ出力するのである。

上記ステップ４５で読出される自車車両諸元は、以下に
示すものである。

工、、：自車のヨー慣性 Ｍ、：自車の車体質量 ＬＦｇ　’自車の前軸と重心間の距離 ＬＲ１’自車の後軸と重心間の距離 Ｌ２：自車のホイールベース Ｋｙｓ　：自車の前輪のコーナリングフォースＫＲｇ　
：　自車の後輪のコーナリングフォースそして、ステッ
プ４６で実行される演算は以下の如くであるＯ ＣＦｇ　＝　÷（Ｍ、ＩＪＲ，（Ｘ　＋　Ｉｚ、ｉ　）
　　　−・（ｔｏ）一　１　　　　　　　　　　　　・
・・（１１）’ＩＩ　　２Ｌ、　鳩”Ｆ１ａ−工Ｚ２讐
）βハ＝Ｃｙｓ／Ｋｙｚ　　　　　　　　　　　・・・
（１２）βＲｇ　＝　’Ｒ１／　ＫＲｓ　　　　　　　
　　　　　・・−（１８）δＦ＝βＦ！！＋（ｖｙ−Ｌ
Ｆｉｌｌφ）／Ｖ　　　　　・（１４）δＲ＝βＲｚ”
（ｖｙ−ＬＲｇφ）／Ｖ　　　　　・（Ｉｌｌ）ここで
、 ＧＦ２　：自車の前輪コーナリングパワーＣＲ２’自車
の後輪コーナリングパワーβＦｇ　’自車の前輪の横す
べり角 βＲ１’自車の後輪の横すべり角 である。

そして、上記式（１４）　、　（１６）で求められた前
輪舵角目標値δＦと後輪舵角目標値δＲが、ステップ４
７の処理により出力され、前輪転舵装置４と後輪転舵装
置５は、与えられた舵角目標値δＦあるいはδＲに前輪
９，１０あるいは後輪１１．１２を転舵するために必要
な作動油圧を油圧式ステアリング装Ｒ６，７へ供給し、
これにより、前輪９゜１０および後輪１１．１２の転舵
が行われる０以上の制御動作により、自車のヨーイング
運動は、目標車両におけるヨーイング運動特性に等しく
なり、かつ自車の横方向運動は、重心点横すべり角βが
零となるように制御される０ これは、横加速度目標値αが、前記（９）式を満足する
値であり、かつ、ｙ軸方向速度目標値ｖｙ＝。

として演算が行われることから得られる作用である。す
なわち、α＝φＶであれば、重心点横すべり角速度）は
、 にｖｙ（＝ｏ）の微分値（＝０）を代入）すれば、β＝
０となるため、この積分値である重心点横すべり角βも
「＝０」となる。

従って、例えば、第５図に示すような急操舵を行った場
合、ミーレートの変化は、第６図中の特性ａに示すよう
に、全く舵角制御を行わない従来車両におけるミーレー
ト変化特性（同図中の特性すで示す）に比べて応答性が
良好である。

ここで、先願側装置のように、重心点横すべり角を常に
零とする制御を行わないで舵角制御を行う装置を搭載し
た車両においては、ヨーレート変化は、本実施例装置搭
載車と同じく特性ａのような良い応答性が得られるが、
横方向加速度について見てみると、第７図に示すように
、先願側装置搭載車における横方向加速度の変化特性は
、図中の特性ｄで示すように、従来車両における特性（
図中の特性ｅで示す）に比べれば、非振動的ではあるが
、本実施例装置搭載車の特性（図中の特性Ｃで示す）に
比べると、やや発生が緩慢である。

これに対し、本実施例装置搭載車は、第８図中の特性ｆ
で示すように、重心点横すべり角が常に零であるため（
同図中の特性ｇは先願側装置搭載車、特性りは従来車両
の場合を示す）、第７図に示す特性Ｃの如く、横加速度
の応答性も高くなるＯ′なお、上記実施例では、前輪９
，１０および後輪１１．１２の両者を油圧式ステアリン
グ装置６゜７を用いて転舵を行う構造の四輪操舵車に本
発明を適用した例を示したが、この他に、前輪９゜１０
を、従来の機械リンク式ステアリング装置を用いて転舵
する車両にも適用することは可能である０ この場合、第９図に示すように、後輪１１゜１２は、上
記実施例と同様に、油圧式ステアリング装置フを用いて
転舵を行うようにし、前輪９゜１０は、機械リンク式ス
テアリング装置１４により、ステアリングハンドル８の
操舵に連動して転舵がなされるとともに、補助転舵装置
１８を設けて、運動特性制御を行うための前輪舵角目標
値δＦに前輪舵角が一致するように補正する構造とする
ことが考えられる◇ このときの前輪舵角の補正量ΔδＦは、上記実施例にお
いて、第４図中のステップ４６で実行される演算のうち
、式（１２）と式（１４）の演算を次のような演算式（
１６）と（１つに変更すれば良い。

βＦｌ　＝　ＣＦｌｙ／　ｅＫＦ　　　　　　　　　　
−＝　（１６）ここで、 ｅＫＦ、　：自車のフロント等価コーナリングパワーＮ
２：自車のステアリングギヤ比 であり、ｅＫＦ、、は、ステアリング剛性をＫＢｌ　ト
レールをξとした場合、 で表わされる。

このようにすれば、上記実施例と同様の動作を行うこと
に等しくなり、同じ効果が得られるＯ（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、目標車両に関す
る演算からヨーイング運動の目標値を求め、このヨーイ
ング連動の目標値を用いて重心点横すべり角が常に零と
なるような横方向運動の目標値を求めて、これらの目標
値を実現するように車輪舵角を制御するようにしたこと
によって、車両の運動性能を自在に制御することができ
、かつ、従来車両では実現不可能な、重心点横すベリ角
を常に零とする理想的な連動性能を具備する車両を提供
することができる０

【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図中の前輪転舵装置と後輪転舵装置および
油圧式ステアリング装置の構成図・第４図は第２図中の
マイクロコンピュータによって実行される処理を示すフ
ローチャート、第５図〜第８図は第２図に示す実施例装
置搭載車における運動特性を従来車両および先願側装置
搭載車両と比較して示す特性図、 第９図は本発明の他の実施例の構真図である０１００・
・ハンドル操舵角検出手段 １０１・・・車速検出手段 １０２・・・ヨーイング運動目標値演算手段１０３・・
横方向運動目標値演算手段 １０４・・・舵角目標値演算手段 １０５・・車輪転舵手段 １・・・マイクロコンピュータ ２・・・ハンドル操舵角センサ ３・・・車速センサ ４・・・前輪転舵装置 ５・・・後輪転舵装置 ６．７・・・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 金・・・ヨーレート目標値 嬌　ヨー角加速度目標値 Ｅ・・横加速度目標値 り　前輪舵角目標値 δ、　後輪舵角目標値 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 第３図 第５図 ハ 第６図 第７図 第８図 第９図

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ハンドル
   操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 予め設定された所望の運動性能を備える目標車両モデル
   に関する演算により、前記ステアリングハンドルの操舵
   角と車速に対応するヨーイング運動の目標値を求めるヨ
   ーイング運動目標値演算手段と、 該ヨーイング運動目標値演算手段で求められたヨーイン
   グ運動目標値に基づいて、車両の重心点横すべり角が常
   に零となるような横方向運動の目標値を求める横方向運
   動目標値演算手段と、前記求められたヨーイング運動目
   標値と横方向運動目標値および自車の車両諸元とから、
   前輪および後輪舵角の各目標値を求める舵角目標値演算
   手段と、 前記求められた各車輪舵角目標値に、前輪および後輪の
   各対応する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舵角制御装置。 ２、前記ヨーイング運動目標値演算手段は、少なくとも
   ヨーレートの目標値■を求めるとともに、前記横方向運
   動目標値演算手段は、前記ヨーレート目標値■と前記車
   速検出手段で検出される車速りとから、＠α＠＝■Ｖな
   る演算により、横加速度の目標値＠α＠を求めることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の車両用舵角制
   御装置。