JPS62210170A - 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、横風による車両運動変化を、車輪の実舵角
を調整することにより、自動的に排除するようにした車
両用実舵角制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の車両においては、車体横方向に吹く横風が在る場
合、車両が横風方向に力を受けるため、運転者は、進路
を維持するために、車両の横方向へのずれを観測しなが
ら、ステアリングハンドル操作を行う必要がある。

例えば、トンネルから抜は出た直後には、横風を急に受
けるため、ハンドルを取られる現象が生じることが知ら
れている。

このような横風の影響に対処するための技術として、特
開昭５９−２２３５６８号に示されるものがある。

この技術は、横風の強さを検出して、この検出値から横
風の影響度合を求め、この横風の影響度合に基づいて、
横風の到来方向へ操舵方向を向けさせるようにしたもの
である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記公報に示される技術は、横風によっ
て車体が流されることを防止することを主目的としてい
るため、車体の先頭を横風の到来方向へ向けるように前
輪の実舵角を補正するものに止まっている。

ところが、横風によって車体に加わる力は、車両重心点
を横方向へ押す力（横力）と、車体を車両重心点を中心
に回転させる力（ヨーイングモーメント）の他、ローリ
ングやピッチングを生じさせる力等に分けられ、特に、
横力とヨーイングモーメントが、車両の進路を変化させ
る力として働く。４ 従って、上記従来技術のように、車体先頭を横風方向へ
向ける制御では、常に、車両のヨーイング運動を調整す
ることになるため、例えば、前輪の実舵角を調整する装
置とした場合には、車体後部にのみ横風を受けたときや
、車体側面全体に横風を受けて車体が横方向へ平行移動
しているときには、車体先頭を横風の到来方向へ向けよ
うとすると、車両は、ヨーイング運動を行って、車体が
左右に揺動することになる。

このため、運転者は、自分で操舵した覚えのない操舵が
自動的に行われたことが体感され、違和感を覚える。

（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。

横風外乱検出手段１０１は、横風検出手段１００によっ
て検出される横風の強さに基づいて、横風によって車両
重心点に働く横力および車両重心点周りに働くヨーイン
グモーメントを求める。

車輪実舵角調整手段１０２は、横風外乱検出手段１０１
によって求められた横力とヨーイングモーメントに基づ
いて、横風によって車両重心点に働く横力および車両重
心点周りに働くヨーイングモーメントを打消すように、
後輪および前輪、あるいは、後輪の実舵角を可変調整す
る。

（作　用） 本発明は、横風の強さを検出して、この検出した横風の
強さに基づいて車両重心点に働く横力および車両重心点
周りに働くヨーイングモーメントを求め、これらの求め
られた横力とヨーイングモーメントに基づいて、後輪お
よび前輪、あるいは後輪の実舵角を可変調整することで
、上記横風により車両重心点に働く横力および車両重心
点周りに働くヨーイングモーメントを打消すように車両
運動を制御する。

これにより、本発明を搭載した車両は、横風を受けても
、自動的に、横風によって生じた横力およびヨーイング
モーメントを打消すことで、横風が無い状態と同じ操舵
特性で運転が可能になる。

また、本発明は、少なくとも後輪の実舵角を調整可能と
したことで、横風によって生じる横力を打消すためには
、後輪を前輪と同相に切ることで、車体を横方向へ平行
移動させることができるので、この動作によって上記横
力のみを打消すことができる。

（実施例） 本発明の第１実施例の構成を第２図に示す。

演算処理装置１＾は、車速センサ３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θ、と、車体の左右側面に各々取付
けられて横風の強さを検出する２つの横風センサ１５．
１６で検出される右横風強度りおよび左横風強度ＷＬを
入力して、運動状態量目標値の演算および前輪舵角目標
値Ｈ１と後輪舵角目標値りの演算を行う。

前輪転舵装置４は、演算処理装置ＩＡから与えられる前
輪舵角目標値子、のデータに基づいて、前輪９，１０の
転舵制御を行う装置であり、同様に、後輪転舵装置５は
、演算処理装置ＩＡから与えられる後輪舵角目標値τ、
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。

上記横風センサ１５．１６は、例えば、圧力センサを車
体側面に取付けて、車体側面に当たる横風の風圧を検出
する構成が考えられる。

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。

油圧式ステアリング装置６．７は、前輪転舵装置４ある
いは後輪転舵装置５により制御される。

前輪転舵装置４は、演算処理装置ＩＡから入力される前
輪舵角目標値７ｆＦに対応して油圧式ステアリング装置
６へ与える油圧を変化させ、前輪９゜１０の実舵角δ、
が前記前輪舵角目標値匠、に一致するように油圧式ステ
アリング装置６の制御を行う。

同様に、後輪転舵装置５は、演算処理装置１八から人力
される後輪舵角目標値汀、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δＲが、前記後輪舵角目標値Ｈ３に一致するよう
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ＩＡ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ＩＡで実
行される処理を示すフローチャートである。同図に示す
処理は、所定時間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されたときにイニシャライズが
行われる。

ステップ２１では、ハンドル操舵角センサ２から人力さ
れるハンドル操舵角θ、と、車速センサ３から人力され
る車速■と、横風センサ１５．１６から入力される右横
風強度６および左横風強度Ｗ。

の各データの読込みが行われる。

ステップ２２の処理では、予め設定された目標とする運
動性能を備える目標車両モデルに関する演算によって、
上記ハンドル操舵角θ５と車速■を目標車両モデルに与
えたときに目標車両モデルが呈する運動状態量のうち、
ヨーレート、ヨー角加速度、横加速度、横方向速度を求
め、これらをヨーレート目標値φ、ヨー角加速度目標値
ｊ、横方速度目標値冴、横方向速度目標値、とする。

上記目標車両モデルは、上記目標とする運動性能を備え
る車両を車両諸元や車両の運動方程式を用いて形成され
た数学モデルであり、モデルフォロイング制御における
規範モデルに和尚する。

なお、上記ヨーレート目標値７、ヨー角加速度目標値７
、横加速度目標値ａ１横方向速度目標値Ｖｙの具体的な
演算式は、特願昭５９−１８８１５８号に記載しである
ので参照されたい。

こうして、目標車両モデルに基づいて求められたヨーレ
ート目標値７、ヨー角加速度目標値７、横加速度目標値
ａ１横方向速度目標値７は、一時記憶されて、後述する
ステップ２４で実行される演算で利用される。

次のステップ２３では、前記右横風強度りと左横風強度
１１！、に基づいて、横風によって車両重心点に働く横
力Ｙｗ　と車両重心点用りに働くヨーイングモーメン）
Ｎｗを、以下の演算式によって求める。

ρ ＮＷ＝Ｃ，・−ＬＳ（Ｖ２＋Ｗ２）　　　　　　　　　
　　　　　　−（２）ここで、ＣＹとＣ，、は、各々、
車両形状等で決まる横力係数とヨーイングモーメント係
数であり、第４図に示すように、対気すべり角βＷ（＝
ａｒｃｔａｎ一）の関数として与えられる。また、Ｓは
車体の■ 前面面積、ρは空気密度、Ｌはホイールベースであり、
これらＳ、ρ、Ｌは既知の値である。

さらに、Ｗは、右横風強度りと左横風強度Ｗｔの何れか
大きい方の値である。

なお、上記Ｃ，，Ｃ，は、■とＷの２変数関数で与える
ことができ、また、ＹｗとＮｗは、Ｃ，ｆとＣ１と■と
Ｗによって求まるので、予め、ＹＷとＮｗを■とＷの２
変数関数として、これをデータテーブルにしてメモリに
格納しておくことも可能である。このようにすれば、上
記演算（１）、　　（２）を実行することが不要となり
、ＶとＷに対応するＹｗとＮｗを上記データテーブルか
ら拾い出すのみで処理が行え、演算の高速化が図れる。

次に、ステップ２４では、上記ステップ２２で求められ
たヨーレート目標値Ｖとヨー角加速度目標値７と横加速
度目標値ｉと横方向速度目標値Ｖｙを、自軍の運動特性
を数学モデル化した自軍モデルに与えることで、これら
の目標値（／　、＋ｉｆ’　、”、Ｖｙを自軍で実現す
るために必要な前輪舵角と後輪舵角を求め、これらを前
輪舵角目標値５Ｆ　と後輪舵角目標値Ｌ　とする。

従って、前輪９，１０を前輪舵角目標値りに、また後輪
１１．１２を後輪舵角目標値りに転舵することで、自軍
の実際のヨーレート、ヨー角加速度、横加速度、横方向
速度は、各々、ヨーレート目標値７、ヨー角加速度目標
値７、横加速度目標値α、横方向速度目標値、に等しく
なる。すなわち、自軍の運動性能は、前記目標車両モデ
ルが備える目標とする運動性能に一致することになる。

そして、上記前輪舵角目標値５．と後輪舵角目標値Ｈ２
の演算は、上記横風の影響を打消すために必要な前輪と
後輪の転舵角を含むように設定されている。すなわち、
以下の演算によって５．と５２が決定される。

（：、＝　　（ＬＲ（Ｍｄ−ｙｗ）＋（Ｉｚ＃　　ＮＷ
））　　”・（３）Ｌ ＣＲ”　　　　（ＬＰ（Ｍｆｆ　　　Ｙｗ）　　　（Ｉ
ｚｔ　　　ＮＷ））　　　　”’（４）βｐ”Ｃｐ／Ｋ
ｐ　　　　　　　　　　　　　・・・（５）βＲ＝ＣＲ
／ＫＲ・・・（６） む＝βｐ＋　（Ｖｙ＋Ｌｐ７）／ｖ　　　　　−（７）
δ、＝βＲ＋　（Ｖｙ＋Ｌａｒ）　　／ｖ　　　　　−
（ｓ）ここで、 し、：前軸と重心間の距離 Ｌ８；後軸と重心間の距離 Ｍ　：車体重両 Ｉ２：　　ヨー慣性 βＦ：前輸前軸べり角 β□：後輸後軸べり角 ＣＦ：　前輪コーナリングフォース ＣＩｌ：　後軸コーナリングフォース ＫＦ：　前軸コーナリングパワー ＫＲ：　後輪コーナリングパワー である。

横風によって生じた横力ＹｗとヨーイングモーメントＮ
Ｗを打消すためには、これらＹｗ、Ｎ。

を差し引いた分だけ前後輪のタイヤにコーナリングフォ
ースを発生させれば良いので、上記式（３）。

（４）テ、Ｍ（ｚ　カらＹｗを引き、ｌ２Ｖｉから九を
引いて、前後輪のコーナリングフォースＣＰ、ＣＲＯ値
を修正するようにしである。

このようにして求められた前輪舵角目標値ＫＦと後輪舵
角目標値ＨＩＩは、ステップ２５で、前輪転舵装置４と
後輪転舵装置５へ出力される。

これにより、前輪９，１０の実舵角は、前輪舵角目標値
５Ｆ、に等しくなり、後輪１１．　１２の実舵角は、後
輪舵角目標値τ、に等しくなる。

したがって、自軍の運動性能は、前記目標とする運動性
能に一致する。このとき、横風が吹いていても、この横
風による影響が打消されているため、上記目標とする運
動性能の実現精度が横風によって変動することは無い。

すなわち、横風が吹いていても、車両の運動は、横風が
無いときと同じ特性で運動することになり、同一の車速
、同一のハンドル操舵角θ、で操舵が行われたときには
、横風の有無に拘らず、車両は同一の走行軌跡を描くこ
とになる。

しかも、本実施例は、後輪１１．１２の実舵角を調整で
きるため、後輪１１．１２を前輪９，１０と同相に切る
ことで、車両を横方向へ平行移動することができる。こ
れにより、横風によって生じる横力Ｙ１を打消すために
、車体先頭を左右に振ることなく、車体の進行方向を維
持したままで横力Ｙｗを打消すことができる。

次に、第５図に、本発明の第２実施例の構成を示す。

本実施例は、前輪９，１０を従来の機械リンク式のステ
アリング装置３０によって転舵し、後輪１１゜１２を油
圧式ステアリング装置７を用いて転舵するとともに、後
輪１１．１２の実舵角を調整して、目標とする運動性能
の実現および横風の影響排除を行うようにしたものであ
る。

なお、第５図において、前記第２図に示した第１実施例
と同一構成部分には同一符号を付して説明は省略する。

本実施例では、演算処理装置ＩＡで制御される車輪が後
輪１１．１２のみであるため、制御に用いる演算の内容
が上記第１実施例の場合とは異なる。

第６図は、上記演算処理装置ＩＢをマイクロコンピュー
タで構成した場合に、この演算処理装置ＩＢで実行され
るフローチャートである。同図に示す処理は、所定時間
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されたときにイニシャライズが行われる。

ステップ３１は、前記第３図中のステップ２１と同−の
処理を実行する。

ステップ３２は、前記第３図中のステップ３２と略同様
の処理を実行し、目標車両モデルから、ヨーレート目標
値７とヨー角加速度目標値ｊを求める。

このステップ３２で実行される具体的演算内容は、特願
昭５９−１８８１５８号に記載しであるものと同一であ
る。

ステップ３３は、前記第３図中のステップ２３と同一の
処理を実行する。

ステ　プ３４では、自軍モデルに、上記ステップ３２で
求めたヨーレート目標値７とヨー角加速度目標値Ｊと、
ステップ３３で求めた横風によって生じた車両重心点の
横力Ｙｗと車両重心点周りのヨーイングモーメン＋−Ｎ
、を与え（車速Ｖとハンドル操舵角θ５も与える）、目
標とする運動性能を、横風の影響に拘らず、一定の実現
精度で、自車の運動性能として実現するために必要な後
輪舵角目標値″ｌＲを決定する。

この後輪舵角目標値りを算出するための具体的な演算は
以下の如くである。

Ｖｙ　＝　ｒ　ｖ　−ｄｔ　　　　　　　　　　　　　
　・・・（９）θＳ βＦ＝　　−−（Ｖｙ−［、ｐ　　ｔ）　　　／ｖ　　
　　　　−ＱｒＪＣＦ＝ｅＫＦ・β、　　　　　　　　
　　　　　　−ａｌ）βＲ＝ＣＲ／ＫＲ・・・０３） α−（２ＣＦ＋２ＣＩｌ＋Ｙｗ）　／Ｍ　　　　　　　
　、−（ｍＶ、＝α−■−７・・・αω τ、＝　β□＋（Ｖｙ　　ＬＲＺ７）　　／ｖ　　　　
　　　　・・・αωここで、 Ｎ　ニステアリングギア比 ｅＫｐ　：前輪等価コーナリングパワーであり、他の要
素は前記第１実施例のものと同じである。

横風によって生じた横力ＹＷとヨーイングモーメントＮ
ｗを打消すために、後輪のタイヤに発生するコーナリン
グフォースＣ８を決定する際に、上記式〇２１に示すよ
うに、１２匁からＮｗを差し引くようにしており、また
、横方向速度ｖｙおよび横方向並進加速度ｖｙの推定演
算（９）、　（ｉ５）には、式０４）に示すように、横
力Ｙ、を前後輪コーナリングフォースＣ，、Ｃ，に加え
て演算された横加速度ａが用いられている。

そして、ステップ３５では、ステップ３４で決定された
後輪舵角目標値丁８を後輪転舵装置５へ出力する。

なお、上記各実施例では、横風の影響を打消すように、
前輪舵角目標値５Ｐや後輪舵角目標値７ｆＲに、その修
正成分を含ませるようにしているが、横風センサ１５．
１６の検出精度のバラツキや自車モデルの誤差等により
、修正量が過大となることも考えられる。

従って、上記ステップ２３あるいはステップ３３で求め
た横力ＹｗとヨーイングモーメントＮ、に調整用のゲイ
ンＫｙ　、　ＫＮ　（０＜ＫＹ　、　ＫＮ≦１）を掛け
て、Ｋ、Ｙ、とに、Ｎヨをステップ２４あるいはステッ
プ３４へ与えれば、上記修正量を適宜に減少させて修正
過大となることを防止できる。

また、車速Ｖは、通常は、スピードメータ用の車速セン
サを用いて検出されるが、上記横力Ｙｗとヨーイングモ
ーメン）Ｎｗを求める際に用いる車速■としては、車体
前後方向に流れる気流の速度ｖａを検出するセンサを設
けて、このセンサで検出される速度ｖａ、すなわち、車
両の対気速度を用いるようにすれば、一層精度の良い横
力ＹｗとヨーイングモーメントＮｗを算出することがで
きる。

さらに、上記各実施例では、車両の運動性能を目標とす
る運動性能に一致させるように車輪実舵角を制御する装
置に本発明を適用した例を示したが、本発明は、このよ
うな例に限定されず、例えば、通常の前輪操舵車に、後
輪を転舵できる装置を搭載し、横風の影響を打消すため
のみに必要な後輪舵角の目標値を決定する演算処理装置
を用いて後輪を制御するようなものでも良い。

何れにしろ、本発明を適用する場合には、少なくとも後
輪が転舵可能な車両であれば、その車両の車輪実舵角制
御の中に、本発明による横風の影響を打消す制御を組込
むことができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、横風の強さを検
出して、この検出した横風の強さに基づいて車両重心点
に働く横力および車両重心点周りに働くヨーイングモー
メントを求め、これらの求められた横力とヨーイングモ
ーメントに基づいて、後輪および前輪、あるいは後輪の
実舵角を可変調整することで、上記横風により車両重心
点に働く横力および車両重心点周りに働くヨーイングモ
ーメントを打消すように車両運動を制御する。

これにより、本発明を搭載した車両は、横風を受けても
、自動的に、横風によって生じた横力およびヨーイング
モーメントを打消すことで、横風が無い状態と同じ操舵
特性で運転が可能になる。

従って、運転者は、横風による影響を考慮することなく
、通常の操舵を行えば良く、例えば、前述したトンネル
脱出直後に、車両が横風で流されることが防止できる。

また、本発明は、少なくとも後輪の実舵角を調整可能と
したことで、横風によって生じる横力を打消すためには
、後輪を前輪と同相に切ることで、車体を横方向へ平行
移動させることができるので、この動作によって上記横
力のみを打消すことができる。

従って、本発明は、上記従来例のような横風の影響に対
抗させて車体先頭を左右に振るような動作ではなく、従
来のように、車体を重心点用りに回転させる力（ヨーイ
ングモーメント）と、車体を横方向へ平行移動させる力
（横力）を調整することで、横風が無い状態と同一の旋
回運動を車両に行わせることができ、横風が吹いても、
車両が運転者の意に反して左右に揺動することがなく、
運転者は通常の操舵を行えば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の第１実施例の構成図、第３図は第２図
中の演算処理装置で実行される処理を示すフローチャー
ト、 第４図は同実施例における演算で用いられる横力係数と
ヨーイングモーメント係数の対気すべり角に対する関係
を示す図、 第５図は本発明の第２実施例の構成図、第６図は第５図
中の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・・・横風検出手段　　１０１・・・横風外乱検
出手段１０２・・・車輪実舵角調整手段 １人、　ＩＢ・・・演算処理装置 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１
５、１６・・・横風センサ　　■・・・車速θ８・・・
ハンドル操舵角　１ＩｉＲ・・・右横風強度町・・・左
横風強度　　　Ｌ・・・前輪舵角目標値匠□・・・後輪
舵角目標値　Ｙｗ・・・車両重心点の横力Ｎｗ・・・車
両重心点周りのヨーイングモーメント第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車体横方向に流れる横風の強さを検出する横風検出
   手段と、 該横風検出手段によって検出される横風の強さに基づい
   て、横風によって車両重心点に働く横力および車両重心
   点周りに働くヨーイングモーメントを求める横風外乱検
   出手段と、 該横風外乱検出手段によって求められた横力とヨーイン
   グモーメントに基づいて、前記横風によって車両重心点
   に働く横力および車両重心点周りに働くヨーイングモー
   メントを打消すように、後輪および前輪、あるいは、後
   輪の実舵角を可変調整する車輪実舵角調整手段とを具備
   することを特徴とする車両用実舵角制御装置。