JPS62131877A - 車両用操舵系制御装置 - 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、操舵系の状態量を制御することで、自車の
操舵ゲインを制御するとともに、特に車両の旋回運動時
に操舵ゲインを適正制御するようにした車両用操舵系制
御装置に関する。

（従来の技術） 従来の車両は、ＵＳ　−Ｏ３特性（［ｌＳはアンダース
テア、Ｏ８はオーバーステアの略である）が、通常、弱
アンダーステアとなるように設計されている。

これは、 （１）高速域でステアリングハンドルの操舵角に対する
ヨーンイグ運動（ヨーレート）あるいは（黄方向運動（
横方向速度）の感度（以下「操舵ゲイン」と言う）が低
下して、安定性が向上し、運転し易いこと。

（２）横風や路面の不整、（黄方向傾斜等に対する耐性
（横方向力に対する揺動が少ないこと）が強いこと。

等の利点があるためである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のようにアンダーステア特性の車両
は、旋回運動時に車速か変化すると、旋回半径が増減し
てしまうため、運転者は、車線から車両が外れないよう
に、ステアリングハンドルを操作して操舵角を調整しな
ければならない。この操作は、旋回運動中に行わねばな
らないため運転者に緊張と煩わしさを与えるものである
。

従って、理想的なＩＪＳ−Ｏ３特性は、ニュートラルス
テア特性ということになるが、このニュートラルステア
特性を車体構造のみで実現することは困難である。

（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。

ハンドル操舵角検出手段１００はステアリングハンドル
の操舵角θＳを検出する。

第１の操舵ゲイン目標値決定手段１０２は、車速検出手
段１０１で検出される車速に対して所定の依存性をもつ
ように、第１の操舵ゲインの目標値Ｇ１を決定する。

制御量発生手段１０３は、前記ハンドル操舵角検出手段
１００からの検出値θＳに基づき、前記第１の操舵ゲイ
ン目標値Ｇ５、あるいは第２の操舵ゲイン目標値決定手
段１０６から発生する第２の操舵ゲイン目標値Ｇ２を自
車で実現するのに必要な自車の操舵系の状態量の制御量
Ｓを発生する。

操舵系状態量可変手段１０４は、前記制御量Ｓに対応し
て、自車の操舵系の状態量を変化させる。

旋回運動判別手段１０５は、ステアリングハンドルの操
舵角や車両のロール状態、更には暎加速度の発生状態等
に基づいて、車両が旋回運動中であるか否かを判別する
。

第２の操舵ゲイン目標値決定手段１０６は、旋回運動判
別手段１０５によって車両が旋回運動中であると判定さ
れる間は、前記第１の操舵ゲイン目標ｆ直Ｇ１とは異な
る車速依存性で第２の操舵ゲイン目１Ｍ　値Ｇ　２を決
定し、前記の第１の操舵ゲイン目標値Ｇ１に代替して前
記第２の操舵ゲイン目標値Ｇ２を前記制御量発生手段１
０３へ与える。

（作　用） 本発明は、直進走行時には、第１の操舵ゲイン目標値決
定手段１０２で決定される第１の操舵ゲイン目標値Ｇ、
によって操舵系の状態量が制御される。

このため、車両の旋回運動が開始されたときには、その
ときの車速に対して適正な操舵ゲインが生じるように操
舵系の状態量が制御される。

また、旋回運動中は、第２の操舵ゲイン目標値決定手段
１０６で決定される第２の操舵ゲイン目標値６□によっ
て操舵系の状態量が制御される。従って、例えば、第２
の操舵ゲイン目標値Ｇ２を車両がニュートラルステア特
性を有するような車速依存性（すなわち、車速依存度を
零とすれば良い）を持つように決定すれば、車両の操舵
系は、この第２の操舵ゲイン目標値Ｇ２を実現するよう
に制御されて、実際の自車のＵＳ　−Ｏ３特性はニュー
トラルステア特性となる。その他、第２の操舵ゲイン目
標値Ｇ２の車速依存性を自由に設定できるので、旋回運
動時の操舵特性を自在に制御することが可能になる。

（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、ハンドル操舵角セン
サ２（ハンドル操舵角検出手段）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（車速検出手段）で検出される車速■
とを入力し、所定の演算を行って、後輪舵角目標値δＲ
を出力する。

前輪９．１０は、周知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の操舵角θ、に対
応する舵角に転舵される。

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６により制御される。この後輪転舵
装置６は、演算処理装置１から入力される後輪舵角目標
値δ、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δ、が前記後輪
舵角目標値δ、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、前記演算処理装置１をマイクロコンビコータ
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り、所定時間毎に繰
返し実行される。

ステップ２１では、ハンドル操舵角センサ２と車速セン
サ３から演算処理装置１へ入力されるステアリングハン
ドル８の操舵角θ５と車速■の各データを読込む処理が
行われる。

次のステップ２２（旋回運動判別手段）では、読込んだ
ステアリングハンドル操舵角（以下「ハンドル操舵角」
と言う）θ５の大、きさが、所定値θ。

（＝Ｏ’）よりも小さいか否かを判別することで、車両
が直進走行状態にあるか、あるいは旋回運動状態にある
かを弁別する。

ここで、車両が直進走行中であると判定された場合（す
なわち１θ、１くθ。のとき）には、ステップ２３（第
１の操舵ゲイン目標値決定手段）の処理によって、後述
する目標車両モデルのステアリングギヤ比Ｎ、　（第１
の操舵ゲイン）を、ＮＩ＝Ｎ［＋（１＋ＫＩＶ２）　　
−（ｉ）なる演算によって決定する。

上記目標車両モデルは、目標とする運動性能を備える車
両モデルであり、目標とする運動性能を表わす特性式や
車両諸元等を、演算式（あるいは演算回路）や演算定数
（あるいは回路定数）によって設定したシミュレーショ
ンモデルである。

ここで、本実施例装置が搭載される車両、すなわち自車
は、機械構造上は、アンダーステア特性を有する車両で
あることが前提となっている。

そして、本実施例では、目標車両モデルを、自車と同タ
イプ（車種や車体重量等が略等しいもの）の車両であっ
て、かつ、ニュートラルステア特性等の目標とする運動
特性を備えた車両としている。

また、目標車両モデルは、前記式（１）のように、ステ
アリングギヤ比Ｎ、が、車速■の２乗に比例して増大す
るような特性を備えることになり、これは、車速■が高
くなる程、ハンドル操舵角θ、に対する車輪舵角比を小
さくして、高速域での操舵の安定性を図ったものである
。ステアリングギヤ比Ｎ１を増加させる事により、ハン
ドル操舵角θ。

に対する車輪舵角比を小さくすることは同一のハンドル
操舵人力量に対して発生する車両のヨーレートまたは横
加速度の量を低下させる事であり、換言すれば、低速域
では、操舵ゲインを高くして操舵応答性を良くし、高速
域では、操舵ゲインを低くして、安定感を増すようにす
ることを狙っている。つまり、ステアリングギヤ比Ｎ１
を決定することは操舵ゲインを決定することと等価であ
る。

さらに、本実施例では、上記式（１）のＮ。を、自車の
ステアリングギヤ比（後記するように、これをＮ２とす
る）としており、かつ、Ｋ、を自車の機構的構造で定ま
るスタビリティファククＡ２に設定（Ｋ。

−八。）としている。これによって、目標車両モデルの
定常旋回特性は、基本的には自車のスタビリティファク
クへ２であるかのようなヨーレートの大きさを示し、高
速域で操舵応答性を非振動的にすることは言うまでもな
く、更に、目標車両が有するニュートラルステア特性独
特の、高速域におけるヨーレート値の向上を、自車並に
下げて操舵感の安定性を確保することになる。

さらに、目標車両のヨー慣性ｒｚ＋は、自車のヨー慣性
（後記するように、これを１２２とする）よりも小さな
値に設定されている。これは、上記ステアリングギヤ比
Ｎ１の特性と相撲って、中低速域での操舵応答性を向上
させるためである。

他方、１θ、）≧θ。の場合、すなわち、ステアリング
ハンドル８の操舵がなされて、車両が旋回運動状態にあ
るときには、ステップ２３の処理は行われない。このと
きの、目標車両モデルのステアリングギヤ比Ｎ１は、１
θ、１≧θ。となる直前の値（第２の操舵ゲイン目標値
）に固定されることになる。この場合、ステップ２２の
ｒＮｏＪのルートが第２の操舵ゲイン目標値決定半没に
相当する。

次のステップ２４では、上記ステップ２１で読込んだハ
ンドル操舵角θ、と車速■に対応する運動変数の目標値
（本実施例では、ヨー角加速度の目標（直である）を、
上記目標車両モデルに関する演算から求める。

すなわち、目標車両モデルに上記操舵角θ８と車速■を
与えたときに、目標車両モデルが呈する運動状態量が求
まり、このうちのヨー角加速度を上記運動変数目標値と
するのである。

このヨー角加速度目標値逼は、横方向運動とヨーイング
運動の２自由度を持つ運動方程式を用いた演算により求
められる。以下に、その演算の内容を示す。

Ｍ、Ｃｙ＋　　＋；ｐ　＋Ｖ）　　＝２　ＣｐＩ＋２　
ＣＲＩ　　　　　・（２）Ｉ　Ｚ護　、　”２Ｌｐ、Ｃ
ｐ＋　　　２ＬＲ１−２ＬＲ１ＣＲＩ　　　・・・（３
）βＲ１＝　　（ＭＩ　　ＬＲＩ　９’　＋）／Ｖ・”
（５）ＣＦＩ”ＫＦＩ・βＦ１　　　　　　　　　・・
・（６）ＣＲＩ”ＫＲＩ・β、１　　　　　　　　　・
・・（７）ψ　＝φ１　　　　　　　　　　　　・・・
（８）ここで、 ｈＩ：目標車両モデルのヨー慣性 ）４□　：目標車両モデルの車体質量 ＬＦＩ：目標車両モデルの前軸と重心間の距離ＬＲＩ　
：目標車両モデルの後軸と重心間の距離に、１：目標車
両モデルの前輪のコーナリングパワＫＲＩ：目標車両モ
デルの後輪のコーナリングパワ乞：目標車両モデルのヨ
ーレート ψ１　：目標車両モデルのヨー角加速度９１：目標車両
モデルの横方向速度 ■＋＝目標車両モデルの横方向加速度 βＦＩ：目標車両モデルの前輪の横すべり角β２．；目
標車両モデルの後輪の横すべり角ＣＦＩ：目標車両モデ
ルの前輪のコーナリングフォース ＣＲＩ　：目標車両モデルの後輪のコーナリングフォー
スである。

また、目標車両モデルがニュートラルステア特性を保有
する車両とするためには、以下に示すように、このよう
な特性に関係のある車両諸元について、条件がつけられ
ている。

すなわち、 ＬＦＩ”ＬＲＩ　　　　　　　　　　　　　・・・（９
〕ＫＦＩ”ＫＲＩ　　　　　　　　　　　　・・・（１
０）となるように車両諸元が設定される。

この関係は、次のようにして導かれる。目標車両のスフ
ビリティファクタを八、とすると、目標車両諸元との間
には、 なる関係がある。そして、 Ａ１−〇のとき、ニュートラルステア特性、Ａ、〉０の
とき、アンダーステア特性、八ｌ　＜Ｏのとき、オーバ
ーステア特性、を呈することになる。

従って、上記式（１１）を”　＝　Ｏ”とするための−
条件として、上記（９）、　（１０）の関係が導き出さ
れる。

上記ヨー角加速度目標１直ゲは、ステアリングギヤ比が
Ｎ、のときの、ハンドル操舵角θ、と車速■に対応する
ヨーイング運動の状態量であり、車両動特性の目標値で
ある。

このようにして求められたヨー角加速度目標（直φは、
目標とする運動性能上のヨー角加速度であり、自車のヨ
ー角加速度を、このヨー角加速度目標値ψに一致させれ
ば、目標車両モデルの運動性能が自車で実現されること
になる。

本実施例では、上記ヨー角加速度目標値φを実現するた
めに、自車の後輪舵角を制御する。すなわち、次のステ
ップ２５（制御量発生手段）で、自車の車両諸元を用い
た演算、すなわち、自車本来の運動性能をシミュレート
したシミュレーションモデル（以下「自車モデル」と言
う）から、上記ヨー角加速度目標値Ｖを実現するのに必
要な後輪舵角、すなわち後輪舵角目標値δＲ（自車の掻
舵系の状態量）を算出する。この演算は以下の式に従っ
て行われる。

Ｒ２（Ｖ２＋’Ｔｈ　２Ｖ）　　＝２ＣＦ２＋２Ｃ１１
２・（１２）ＣＦ２−ｅＫ、２・βＦ２　　　　　　　
　　・（１４）そして、 δ、＝βＲ２＋（Ｖ。−ＬＲ２：２）／Ｖ　　　　　・
（１７）但し、金、＝（ｐ２である。

ここで、 Ｉｚ２：自車モデルのヨー慣性 Ｓ）２；自車モデルの車体重量 ＬＦ２　：自車モデルの前軸と重心間の距離ＬＲ２：自
車モデルの後軸と重心間の距離ｅｋ、２：自車モデルの
フロント等価コーナリングパワー ＫＲ２：　自車モデルの後輪コーナリングパワーφ２　
：自車モデルのヨーレート ９２　：自車モデルの横方向速度 ν２　：自車モデルの横方向加速度 βＦ２：自車モチ′ルの前輪の１黄すべり角βＲ２；自
車モデルの後輪の横すべり角ＣＦ２　：自車モデルの前
輪のコーナリングフォースＣＲ２：自車モデルの後輪の
コーナリングフォースである。

また、ｅｋ、−２は、自車のステアリング剛性ＫＳ２＝
！：自車のトレールξ２を含むもので、 で表わされる（但し、ＫＦ２は自車の前輪のコーナリン
グパワー）０ このような演算によって求められた後輪舵角目標値δ、
は、次のステップ２６の処理によって後輪転舵装置５　
（操舵系状態量可変手段）へ入力される。

後輪転舵装置５は、与えられた後輪舵角目標１直δ、に
後輪１１．１２を転舵するために必要な作動油圧を油圧
式ステアリング装置７へ供給し、これにより、後輪１１
．１２の転舵が行われる。

以上の制御により、本実施例装置の搭載車は、以下に説
明するような運動を行うことになる。

第４図は、本実施例装置搭載車の車速■と、目標車両モ
デルのステアリングギヤ比Ｎ１と、ハンドル損舵角θ、
の関係を時間を横軸として示した図である。

同図に示すように、車両は、１ｏ−１２の間では直進走
行状態にあり、ｔ２〜ｔ、の間では旋回運動を行ってい
る。

１ｏ−１，では、車速■が増加して、直進加速状態にあ
る。この間では、車速■に対して前記（１）式で示す依
存性を持つようにステアリングギヤ比Ｎ、が決定される
。

ｔ、〜ｔ２では、車速■が一定の直進走行状態であるた
め、ステアリングギヤ比Ｎ１も一定となる。

時点ｔ２から車両は旋回運動を開始するため、ステアリ
ングギヤ比Ｎ、ｌ−！ｌθ、１≧θ。となったときに前
記ステップ２３で求められた値に固定される。

従って、時点ｔ２で運転者がステアリングハンドル８を
操舵した際のステアリングギヤ比は、前記（１）式によ
って決まる値となり、その時点の車速■の大きさに対応
した適正値となる。これは、前述したように、後輪舵角
を制御することによって実現される。

時点ｔ２以後は、旋回運動力集＆了するまで、ステアリ
ングギヤ比Ｎｌの値は、旋回運動が開始した時点ｔ２に
おける値に固定され続ける。すなわち、ｔ２〜ｔ、の間
は、ステアリングギヤ比Ｎ１は車速■の変化に拘らず一
定となるような依存性を有する（すなわち、依存度を零
とする）ように車両運動が制御される。

従って、ｔ３〜ｔ４のように、旋回運動中に加速がなさ
れても、ステアリングギヤ比Ｎ１は一定、すなわち、操
舵ゲインは一定となる。このため、運転者がステアリン
グハンドル８の操舵角θ、を一定に保持していれば、こ
の間の車両の旋回半径（よ、車速か変化しても一定にな
る。これはすなわち、ニュートラルステア特性である。

そして、旋回運動が終了した時点ｔ、で、再びステアリ
ングギヤ比Ｎ、を車速に応じて決定する動作が開始され
る。

なお、上記実施例では、車両の旋回運動中における、目
標車両モデルのステアリングギヤ比Ｎ、を車速■の変化
に拘らず一定に保持するような車速依存性を有するよう
にした例を示したが、本発明は、これに限らず、他の車
速依存性を備えるようにすることも可能である。

例えば、第５図に示すように、旋回運動中の車速の増減
変化量が所定１直Ｖ。以上となった場合には、前記（１
）式とは異なるＮ＋＝Ｎｏ（１＋に＋Ｖ２）　　−αに
よる車速依存性に従って目標車両モデルのステアリング
ギヤ比Ｎ１を決定するようにすることも考えられる。

このように車両運動を制御することで、車速Ｖの変化量
かり。を越えた時点Ｌ５から以降のＮ１の変化は図中の
一点鎖線で示すように車速■に対応して変化する。

例えば、同図のように、左右の旋回運動が連続して行わ
れるときに、旋回方向が反転する時点ｔ６でステアリン
グギヤ比Ｎ１が式（１）に従って変更されるため、この
ときに、前記実施例のように、Ｎ１を旋回運動中は全て
一定にする場合（図中の実線で示す）には、次の旋回運
動に入る際のＮ１の値が急激に変化し、右旋回時と左旋
回時の操舵ゲインが大幅に異なってしまうことになる。

これに対し、上述の制御によって図中の一点鎖線で示す
ようにＮ１を決定すれば、時点ｔ６におけるＮ１の変化
が大となることがなく、安定した旋回運動が行える。

また、上記実施例では、制御対象としての操舵系の状態
量として、後輪舵角を制御する例を示したが、この他に
、前輪舵角と後輪舵角の両者を制御するものく特願昭５
９−１８８１５３号で提案済）、ステアリングギヤ比を
制御するもの（特願昭６０−７３８３９号で提案済）等
の他、車速（対地車速）に基づいて操舵系の制御を行う
装置に、同様にして適用することができる。当然、上記
実施例のような目標車両モデルを用いて操舵ゲインの目
標値を求める構成に限定されることはなく、目標車両モ
デルを持たない演算処理装置であっても実現できる。

尚、上述した各実施例では、旋回運動状態の判断を、ハ
ンドル操舵角検出手段の検出値を用いて行なっているが
、これに限る事なく、車両のロールや、（黄加速度の発
生状態より旋回運動状態を判断しても良い。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、直進走行時と旋
回運動時とで異なる車速依存性の操舵ゲイン目標値を決
定し、該決定された操舵ゲイン目標値を自車で実現する
ように自車の操舵系の状態量を制御するように構成した
ことによって、旋回運動時の運動特性を自在に制御でき
る。

これにより、従来車両では、実現できなかったニュート
ラルステア特性を実現することが可能となる。

【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において実行される処
理を示すフローチャート、 第４図は同実施例装置の動作を説明するための車速とス
テアリングギヤ比とハンドル操舵角の変化を示す図、 第５図は本発明の他の実施例を説明するための車速とス
テアリングギヤ比とハンドル操舵角の変化を示す図であ
る。 １００・・・ハンドル操舵角検出手段 １０１・・・車速検出手段 １０２・・・第１の操舵ゲイン目標値決定手段１０３・
・・制御量発生手段 １０４・・・操舵系状態量可変手段 １０５・・・旋回運動判別手段 １０６・・・第２の操舵ゲイン目標値決定手段■・・・
演算処理装置　２・・・ハンドル操舵角センサ３・・・
車速センサ　　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 θ、・・・ハンドル操舵角　■・・・車速Ｇ１　・・・
第１の操舵ゲイン目標値 Ｇ２・・・第２の操舵ゲイン目標値 Ｓ・・・制御量 φ　・・・ヨー角加速度目標値 １・・・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

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、 所定の依存性をもって前記車速に依存する 第１の操舵ゲインの目標値を決定する第１の操舵ゲイン
   目標値決定手段と、 前記ハンドル操舵角検出手段からの検出値 に基づき前記操舵ゲインの目標値を自車で実現するのに
   必要な自車の操舵系の状態量の制御量を発生する制御量
   発生手段と、 前記制御量に対応して、自車の操舵系の状 態量を変化させる操舵系状態量可変手段と、車両が旋回
   運動中であるか否かを判別する 旋回運動判別手段と、 該旋回運動判別手段によって、車両が旋回 運動中であると判定される間は、前記第１の操舵ゲイン
   目標値とは異なる車速依存性で第２の操舵ゲイン目標値
   を決定し、前記第１の操舵ゲイン目標値に代替して、前
   記第２の操舵ゲイン目標値を前記制御量発生手段へ与え
   る第２の操舵ゲイン目標値決定手段とを具備することを
   特徴とする車両用操舵系制御装置。