JPS62203873A - 車両用実舵角制御装置 - 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、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
に係り、特に、車輪の転舵を行うアクチュエータの応答
遅れを補償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、車輪を、ステアリングハンドルとの機械リンクを
用いず、電気的制御回路によって駆動制御されるアクチ
ュエータを用いて転舵することで、車両の運動性能をコ
ントロールすることを可能とした装置が提案されている
（例えば、特開昭５９−１４８７７２号に示されるもの
がある）。

この従来装置は、ステアリングハンドルの操舵角に対応
する前・後輪の舵角の目標値を、予め設定された制御則
に従って決定し、油圧シリンダを用いたサーボ式アクチ
ュエータによって、前輪と後輪を上記舵角目標値に転舵
するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のようなアクチュエータは一一般に
、積分動作を行う一次遅れ系であるため、制御応答の遅
れが生じ、高速走行時における操縦性を低下させる要因
となる。

このため、上記アクチュエータの制御系に微分補償を施
すことによって、上記の遅れを解消することが考えられ
る。

ところが、上記舵角目標値の決定をマイクロコンピュー
タ等のディジタル回路を用いて行った場合、上記微分補
償を施す対象となる信号がディジタル信号であるため、
この信号を微視的に見ると、階段状をなしていることか
ら、この信号を通常の微分回路を用いて微分すると、離
散的な微分値信号となってしまい、制御が不正確なもの
になる。

すなわち、ディジタル回路を用いた制御系においては、
微分回路を用いて微分補償を行うことは困難である。

（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。

運動状態量目標値演算手段１０２は、目標とする運動性
能を備える目標車両モデルを用いて、操舵角検出手段１
００で検出されるステアリングハンドルの操舵角θ８お
よび車速検出手段１０１で検出される車速ＶＫ対応する
運動状態量の目標値Ａおよび該運動状態量の目標値Ａの
１階微分値に相当する値入を少なくとも１粗末める。

また、この運動状態量目標値演算手段１０２は、求める
運動状態量の目標値のうち少なくとも１つの任意の車速
における操舵角入力θ８に対する伝達関数が、当該伝達
関数の分母の次数が分子の次数よりも２次以上大きいも
のとして設定されている。

舵角目標値決定手段１０Ｂは、運動状態量の目標値Ａに
基づいて、該運動状態量の目標値Ａを自車で実現するの
に必要な、前輪または後輪の少なくとも一方の制御対象
車輪の実舵角の目標値ｊを決定する。

舵角速度目標値決定手段１０４は、値Ａに基づいて、核
値λを自車で実現するのに必要な、前記制御対象車輪の
実舵角速度の目樟値コを決定する。

実舵角制御手段１０５は、前記制御対象車輪の実舵角が
、実舵角の目標値７に一致するように、制御対象車輪を
実際に転舵する車輪転舵手段１０７の駆動を制御する。

実舵角速度制御手段１０６は、前記制御対象車輪の実舵
角速度が、実舵角速度の目標値１に一致するように、車
輪転舵手段１０？の駆動を制御する。

（作用） 本発明は、制御対象車輪の実舵角を、実舵角の目標値７
に一致させることで、運動状態量の目標値Ａを自車の運
動状態量とし【実現し、自車の運動性能を目標とする運
動性能に一致させることができる。

また、本発明は、制御対象車輪の実舵角速度を、実舵角
速度の目標値１に一致させることで、車輪転舵手段１０
７における応答遅れを補償するように車輪の転舵速度を
制御できる。

ここで、実舵角速度の目標値みは、上述したような、分
母の次数が分子の次数よりも２次以上大きい伝達関数を
備える運動状態量目標値演算手段１０２から求めた、運
動状態量の目標値の一階微分値に相当する値λから決定
されることで、本発明は、微分演算を用いずに微分補償
が行える。

（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ｌ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θ８と、車速
センサ８で検出される車速Ｖを入力し、所定の演算を行
って、前輪舵角目標値７Ｆと、前輪舵角速度目標値ＪＦ
と、後輪舵角目標値７　と、後輪舵角速度目標値ａＲを
出力する。

前輪９．ｌＯと後輪１１．１２は、油圧シリンダ６若し
くは７で転舵され、ステアリングハンドル８との間の機
械リンクは存在しない。これらの油圧シリンダ６．７は
、前輪転舵装置４若しくは後輪転舵装＃ＩＬ５によって
制御される。

第４１８１は、上記後輪転舵装置５と油圧シリンダ７の
構成を示す図である。なお、前輪転舵装置４と油圧シリ
ンダ６の構成は、同様であるため図示および説明は省略
する。

油圧シリンダ７は、左右２つの油圧室４０．４１を備え
ており、これらの油圧室４０．４１へは、油路８８，８
９を介して作動油圧が供給される。

両油圧室４０．４１の油圧差は、制御パルプ８４によっ
て制御され、この油圧差に対してピストンロンド４２が
変位する。このピストンロンド４２の変位は、ナックル
アーム４５．４６に伝達されて後輪１１　、ｌａを転舵
する。なお、８６はオイルポンプ、８７はリザーバ、４
８と４４はリターンスプリングである。

そして、制御パルプ８４を制御回路８０で制御すること
で、油圧シリンダフの制御を行う。

制御回路８０へは、演算処理袋＆１から与えられる後輪
舵角目標値ＪＲおよび後輪舵角速度目標値２Ｒと、スト
ロークセンサ２Ｂで検出される後輪実舵角ＪＲおよび変
位速度セ／す２４で検出される後輪実舵角速度ＪＲであ
る。また、制御回路８０からは、電流コントローラ８８
で形成された励磁電流１を出力し、制御パルプ８４のソ
レノイド８５へ与える。

上記ストロークセンサ２８は、実際には、ピストンロン
ド４３の変位量を検出するものではあるが、このピスト
ンロンド４２の変位量は、後輪１１．１２の実舵角との
相関があるので、とのストロークセンサ２８の検出信号
は、後輪実舵角の検出信号とみなすことができる。同様
に、変位速度センサ２４の検出信号は、後輪実舵角速度
の検出信号とみなすことができる。なお、前輪実舵角δ
　と前輪実舵角速度ふ、は、第８図中に示すストローフ
センサ２１と変位速度センサ２２で検出される。

制御回路３０内では、減算部８１で後輪舵角目標値７　
と後輪実舵角δＲの差イｇ号工Ａを求め、また、減算部
８２で後輪舵角速度目標値３Ｒと後輪実舵角速度シ　の
差信号工３を求める。

さらに、制御回路３０では、上記差信号工。と差信号工
８にゲイ／に、とＫＤを与えた後に加え合せて電流目標
値Ｔを形成する。この電流目標値Ｔは、電流コントロー
ラ８８へ与えられて、前記ソレノイド８５の励磁電流１
に変換される。

演算処理装置１の構成を機能ブロックで示すと第８図の
ようになる。

ヨーイング運動目標値設定部１ａは、予め設定された目
標とする運動性能を備える車両を、車両諸元や運動方程
式を用いた数学モデルとして設定し、この車両の数字モ
デル（以下「目標車両モデル」と言う）Ｋ１操舵角θ８
と車速Ｖを与えたときに、この目標車両モデルが呈する
運動状態量のうち、ヨーイング運動に関する運動状態量
を、運動状態量の目標値とする。本実施例では、目標車
両モデルから求めたヨーレートとヨー角加速度を、それ
ぞれヨーレート目標値鼻とヨー角加速度目標値￥として
いる。

また、このヨーイング運動目標値設定部１ａは、の１階
微分値に相当する値￥、°ｉを求める。なお、「・」は
−階微分を表わし、「−」は、目標値であることを示す
。また、ヨーレート目標値÷の１階微分値は、ヨー角加
速度目標値Ｖになる。

本実施例では、上記￥と°ふ°を微分によって求めるこ
とはせず、以下の演算により求める。

但し、Ｃ（ｖ）は、目標車両モデルの定常ヨーレートゲ
イン、ことωは、目標車両モデルのヨーイング運動特性
を設定するためのパラメータである。

このように、？　、’９’　ｒ　’９”を微分演算を用
いずに求めることができるのは、上記目標車両モデルに
おける、ヨーレート目標値かの操舵角入力θ３に対する
伝達関数が以下の如くに設定されているからである。

すなわち、伝達関数の分母の次数が分子の次数よりも２
次大きい。このため、小の２階微分値に相当する゛か°
も微分要素を含まずに出力できる。

横運動目標値設定部１ｂは、上記目標車両モデルが呈す
る運動状態量のうち、横運動に関する運動状態量を、運
動状態量の目標値とする。本実施例では、目標車両モデ
ルから求めた横加速度と横方向速度を、それぞれ横加速
度目標値ｉと横方向速度目標値■アとしている。

また、この横運動目標値設定部１ｂは、上記横加速度目
標値ｉと横方向速度目標値Ｖｙの１階微分値に相当する
値み、■アを求める。本実施例では、これら＆とｖｙを
微分によって求めることはしない。

ｉ、＆、ｖｙ、ｖｙの具体的演算は以下の如くである。

（１ｔ＝　ｖ−シ　　　　　　　　　　　　・・・　（
５）＆＝ｖ−￥　　　　　　　　　　　　・・・　（６
）Ｖ　　−Ｏ・−拳　（７） Ｖ　　−Ｏ・・・　（８） このようＫＳ＆は、上記ヨー角加速度目標値°〆から求
めることができる。また、本実施例の目標車両モデルの
運動性能として、常に、横方向速度と横方向並進加速度
が零である特性が設定されている。従って、ｖ７とＶｙ
は共に零にされる。

ここで、上記目標車両モデルにおける、横加速度目標値
ｉの操舵角入力θ８に対する伝達関数は、であり、やは
り、分母の方が分子よりも２次だけ次数が大きい。

実舵角目標値決定部ＩＣと実舵角速度目標値決定部１ｄ
は、自車の運動特性を自車の車両諸元を用いて数学モデ
ル化した自車モデルを備えている。

上記実舵角目標値決定部１ｃは、上記ヨーレート目標値
会、ヨー角加速度目標値°ゲ、横加速度目標０％、　ａ
　、横方向速度目標値ｖｙを上記自車モデルに与えて、
これらの目標値を自車で実現するために必要な前輪と後
輪の実舵角を求め、これらを前輪舵角目標値７　と後輪
舵角目標値へとして出力する。７Ｆと７Ｒを求める具体
的な演算は以下の如くである。

ここで、 Ｌ　；自車のホイールベース ＬＦ：自車の前軸と重心間の距離 ＬＲ：自車の後軸と重心間の距離 王、：自車のヨー慣性 ＫＦ：自車の前輪コーナリングパワー ＫＲ：自車の後輪コーナリングパワー Ｍ　：自車の車体質斂 であり、これらは自車の車両諸元（定数）である。

また、式（１ｏ）　、　０１）は、自車の運動方程式か
ら導き出されたものであり、自車の運動状態量の代わり
に運動状態量の目標値を代入した形になっている。

この実舵角目標値決定部１ｃにおける７、とへの操舵角
入力θ８に対する伝達関数は以下の如くである。

また、上記実舵角速度目標値決定部１ｄは、上記各運動
状態量の目標値の１階微分値に相当する値￥、°÷＋　
”　ｒ　Ｖ”ｆを、上記実舵角目標値決定部ＩＣにおけ
る自車モデルと同一の自車モデルに与のに必要な前輪舵
角速度と後輪舵角速度を求め、これらを前輪舵角速度目
標値ｂＦと後輪舵角速度目憚値穐として出力する。

４と１Ｒを求める具体的な演算は、以下の如くであり、
前記（１０）　、　（１１）式中の運動状態量の目つて
いる。

そして、 ψ−８ψ　、ψ＝Ｓψ、α−３α　　　　　・・・　　
（１６）なる関係があるので、シＦとＪＲの操舵角入力
θ８に対する伝達関数は、 となる。従って、式（１２）と（１７）および式（１８
）と（１８）から の関係が成立する。

このようにして決定された、前輪舵角目標値万・、後輪
舵角目標値ＪＲ％前輪舵角速度目輝値ＪＦ％後輪舵角速
度目標値３Ｒは、前輪転舵装置基若しくは後輪転舵装置
５へ与えられる。

前輪転舵装置４と後輪転舵装置５は、前述したように、
同様の動作を行うので、ここでは、後輪転舵装置５の動
作と作用を代表して説明し、前輪転舵装置ｋ、４の説明
は省略する。

後輪転舵装［５内の制御回路８０では、前述のように、
７Ｒと軸の差与と、咳とＪＲの差工８が零となるまで後
輪１１，１２０転舵が行われる。

このような制御により、油圧シリンダクによって前記後
輪舵角目標値へに後輪１１．１２を転舵する際の応答遅
れを、上記後輪舵角速度目標鎖部を介入させることで補
償することができる。

この点について具体的に説明する。

先ず、微分補償を行わない場合を仮定してみると、この
ときの後輪舵角目標値７Ｒに対する後輪実舵角ＪＲの伝
達関数（油圧シリンダ７のサーボ系を考えた場合のもの
）は、 （但し、ａは定数、Ｓはラプラス演算子である）となり
、前述したように一次遅れ形である。このときのサーボ
系をブロック線図で示すと第５図のように表わされる。

これに対し、本実施例のサーボ系を等価なブロック線図
で表わすと、第６図に示すようになる。

このサーボ系の後輪舵角目標値ＪＲＫ対する後輪実舵角
δＲの伝達関数は、 となり、前記（２０）式に比較すると、連応性の改善が
なされていることが判る。すなわち、（２０）式で表わ
されるサーボ系の微分補償を行った場合と同一の特性に
なる。

なお、ＫＤａ〉１ととることができれば１δ（５１コａ
Ｒ（８１になり、極めて高い応答性が得られる。

第７図は、上記演算処理装置ｌをマイクロコンピュータ
を用いて構成した場合に１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ものである。

ステップ６１．６２は、前記第８図中のヨーイング運動
目標値設定部１ａと横運動目標値設定部ｌｂに相当する
ものであり、前記式（１）〜（８）と（５）〜（８）の
演算を行５゜ ステップ６８は、前記第８囚中の実舵角目標値決定部ｌ
ｃに相当するものであり、前記式（１０）　。

（１１）の演算を行う。

ステップ６４は、前記第８図中の実舵角速度目標値決定
部１ｄに相当するものであり、前記式（１４）　、　（
１５）の演算を行う。

ステップ６５は、ステップ６８．６４で決定した７Ｆ１
７Ｒ’　”Ｆ”　”Ｒを、前輪転舵装置番と後輪転舵装
ｆ５へ出力する処理である。

なお、上記実施例では、式（４）、（９）で示すように
、目標車両モデルの伝達関数の分母が分子よりも、２次
だけ次数が高いものとした例を示したが、これは、少な
くとも２次の次数差を有する伝達関数であれば良く、分
母の次数が分子の次数よりも８次以上次数が高い伝達関
数としても良い。

また、上記実施例では、前輪と後輪の両方の実舵角を制
御する例を示したが、本発明は、前輪あるいは後輪のい
ずれか一方のみの実舵角を制御する装置（例えば、特願
昭５９−１８８１５８号で示した装置が在る）に、本発
明を適用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように１本発明は、制御対象車輪の
実舵角を制御して、目標とする運動性能を備える目標車
両モデルから求めた運動状態量の目標値を自車で実現す
ることにより、自車の運動性能を目標とする運動性能に
一致させることができる。

また、本発明は、上記目標車両モデルにおける特定の運
動状態量の目標値の任意の車速における操舵角入力に対
する伝達関数を、その分母の次数が分子の次数よりも２
次以上高い次数を有するように設定したことにより、該
目標車両モデルに操舵角入力を与えることで、微分演算
を要せずに１上記運動状態量の目標値の一階微分値に相
当する値を求めることができる。

そして、上記運動状態量の目標値の一階微分値に相当す
る値を用い℃、制御対象車輪の実舵角速度の目標値を決
定し、この実舵角速度の目標値に制御対象車輪の実舵角
速度を一致させることで、本発明は、−次遅れ要素を有
する制御対象車輪の転舵手段の遅れを補償し、制御応答
性の向上を図ることができる。すなわち、本発明は、微
分回路を用いずにアクチュエータ制御系の微分補償を行
うことができる。これにより、デジタル演算回路（マイ
クロコンピュータ等で構成されたものな含む）を用いて
本発明に係る装置を構成することが可能である。

【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８図は第２図中の演算処理装置の構成を機能ブロック
で示す図、 第４図は第２図中の後輪転舵装置および油圧シリンダの
構成図、 第５図は微分補償を行わない場合の後輪転舵系のブロッ
ク酬図、 第６図は第２図に示した実施例におげろ後輪転舵系のブ
ロック線図、 Ｗ、７図は前記演算処理装置で実行される処理を示すフ
ローチャートである。 １００・・・操舵角検出手段　１０１・・・車速検出手
段１０２・・・運動状態量目標値演算手段１０Ｂ・・・
舵角目標値決定手段 １０４・・・舵角速度目標値決定手段 １０５・・・実舵角制御手段 １０６・・・実舵角速度制御手段 １０７・・・車輪転舵手段 １・・・演算処理装置　　　２・・・操舵角センサ８・
・・車速センサ　　　　４・・・前輪転舵装置５・・・
後輪転舵装置　　　６，７・・・油圧シリンダ８・・・
ステアリングハンドル ９．１０・・・前輪　　　　　１１　、１２・・・後輪
２１　、　ｌ・・・ストロークセンサ ２２　、２４・・・変位速度センサ ８０・・・制御回路　　　　　８８・・・電流コントロ
ーラ８４・・・制御パルプ θ８・・・操舵角　　　　　　Ｖ・・・車速÷　ｙ、α
、ｖｙ・・・運動状態量の目標値分値に相当する値 り・・・前輪舵角目標値 ７Ｒ・・・後輪舵角目標値 り・・・前輪舵角速度目標値 ａＨ・・・後輪舵角速度目標値 第１図 第４図 第５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操舵角検
   出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 目標とする運動性能を備える目標車両モデルを用いて、
   前記操舵角および車速に対応する運動状態量の目標値お
   よび該運動状態量の目標値の１階微分値に相当する値を
   少なくとも１組求める運動状態量目標値演算手段と、 前記求められた運動状態量の目標値に基づいて、該運動
   状態量の目標値を自車で実現するのに必要な、前輪また
   は後輪の少なくとも一方の制御対象車輪の実舵角の目標
   値を決定する舵角目標値決定手段と、 前記求められた運動状態量の目標値の１階微分値に相当
   する値に基づいて、該値を自車で実現するのに必要な、
   前記制御対象車輪の実舵角速度の目標値を決定する舵角
   速度目標値決定手段と、前記制御対象車輪を実際に転舵
   する車輪転舵手段と、 前記制御対象車輪の実舵角が、前記実舵角の目標値に一
   致するように、前記車輪転舵手段の駆動を制御する実舵
   角制御手段と、 前記制御対象車輪の実舵角速度が、前記実舵角速度の目
   標値に一致するように、前記車輪転舵手段の駆動を制御
   する実舵角速度制御手段とを具備するとともに、 前記運動状態量目標値演算手段は、求める運動状態量の
   目標値のうち少なくとも１つの任意の車速における前記
   操舵角入力に対する伝達関数が、当該伝達関数の分母の
   次数が分子の次数よりも２次以上大きいものとして設定
   されていることを特徴とする車両用実舵角制御装置。