JPS6341281A - 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
に関する。

（従来の技術） 従来、特開昭６０−２２９８７３号公報において、車両
の運動性能の向上を目的として、前輪をステアリングハ
ンドルの操作に対応して操舵することに加えて、後輪の
舵角を調整可能とし、後輪の舵角を前輪の舵角に対して
一定の関係を有して制御するようにした制御方法が提案
されている。

この制御方法は、ヨーレートの位相遅れを、その周波数
特性の全周波数領域で零にすることを目的としており、
具体的な目的達成手段としては、前輪の舵角をに倍した
値と前輪の舵角速度を３倍した値との和に対応させて後
輪の舵角を制御する方法を用いている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来例にあっては、ヨーレートの位
相特性のみに着目しているため、後輪舵角の調整動作は
、ヨーレートの位相遅れを例にすることのみに関して行
われている。

このため、後輪舵角の調整によって定常ヨーレートゲイ
ン（定常ヨーレートと前輪実舵角との比で表わされる）
は、従来の前輪操舵車の定常ヨーレートゲインの車速依
存性とは大きく異なって来る。

このことを具体的に示したのが第８図である。

図中の実線Ｂで示す特性が、従来の前輪操舵車のもの、
破線Ａで示す特性が前記従来例のものである。

同図から判るように、車速か７０ｋＩＩＩ／ｈ以下の領
域では、従来例の制御方法ではゲイン過大となり、この
とき、後輪舵角は極めて大となる。このため、従来の前
輪操舵車に乗り慣れた運転者にとって違和感を与える。

また、このような事態を回避するために、ステアリング
ギア比を大とすることが考えられるが、このようにする
と逆に高速域でのゲインが大幅に低下し、これも運転性
能の低下を招く。

以上のことから、従来例の制御方法では、限られた車速
域においてのみ、操縦性を低下させずに位相遅れを零に
することができることになる。

しかも、実際の車両の運動は、ヨー運動のみでなく、並
進運動も操向性能を決める比重が高いにも拘らず、上記
従来例では、並進運動の制御は行えなかった。

（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。

舵角目標値決定手段１０３は、操舵角検出手段１００で
検出されるステアリングハンドルの操舵角θｓと、操舵
角速度検出手段１０１で検出されるステアリングハンド
ルの操舵角速度θ゛、および車速検出手段１０２で検出
される車速■に基づいて、予め設定された目標ヨー運動
相当の運動性能および目標並進運動相当の運動性能を同
時に達成するのに必要な前輪及び後輪の舵角の目標値δ
１．δ８を決定する。

車輪転舵装置１０４は、前記舵角目標値δ１．δＲに対
応する車両の実舵角が前記舵角目標値δＦ、δ８になる
ように車輪を転舵する。

（作　用） 本発明は、前輪および後輪の舵角を調整し、予め設定さ
れた目標ヨー運動相当の運動性能と目標並進運動相当の
運動性能を同時に達成することで、全車速域で所望のヨ
ーレートゲインを得つつも、位相遅れを零とすることが
できるとともに、重心点の横速度（重心点検すべり角）
も、全車速域で所望のゲインを得つつも、位相遅れを零
にすることが可能となる。これにより、ヨー運動と並進
運動の両者の車速依存性を適正な特性にすることができ
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ＩＡ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θｓと、車
速センサ３で検出される車速■と、操舵角速度センサ１
３で検出されるステアリングハンドル８の操舵角速度θ
°Ｓを入力して、所定の演算を行って、前輪舵角目標値
δＦと後輪舵角目標値δＲを出力する。

前輪９．１０は、油圧式ステアリング装置６によって転
舵される構成となっており、ステアリングハンドル８と
前輪９．１０の間の機械リンクは存在しない。油圧式ス
テアリング装置６は、前輪転舵装置４によって制御され
る。この前輪転舵装置４は、演算処理装置ＩＡから入力
される前輪舵角目標値δＦ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
角が前記前輪舵角目標値δＦになるように油圧式ステア
リング装置６の制御を行う　（詳細は、特願昭５９−１
８８１５３号に記載されている）。

同様に、後輪１１　、１２も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、この油圧式ステ
アリング装置７は、後輪転舵装置５によって制御される
。この後輪転舵装置５は、演算処理装置ＩＡから入力さ
れる後輪舵角目標値δ８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
舵角が前記後輪舵角目標値δＲになるように油圧式ステ
アリング装置７の制御を行う。

第３図は、上記演算処理装置１＾の構成を機能ブロック
で示した図である。同図に示すように、演算処理装置Ｉ
Ａは、ヨーレート目標値演算部２１と、ヨー角加速度目
標値演算部２２と、横速度目標値演算部２３と、横方向
並進加速度目標値演算部２４、および舵角計算部２５か
ら構成されている。

ヨーレート目標値演算部２１は、予め設定された目標ヨ
ー運動（例えば、ヨーレートゲインが低速域で過大とな
らず、かつ、高速域では過少とならないようなゲイン特
性とする等）に基づいて設定されて車速の関数として与
えられるゲインＧ　ｐ　（ｖ）により、操舵角θｓが与
えられたときに上記目標ヨー運動に相当する運動性能に
おけるヨーレートを求め、これをヨーレート目標値ｉと
する。すなわち、 ψ＝Ｇψ（ｖ）・θｓ−・（１） なる関係によりψを決定する。

上記ゲインＧ　９１　（ｖ）は、車速の関数として与え
られており、予め各車速における適正な値（上記目標ヨ
ー運動を全車速域で得るための値）を求め、これらをデ
ータテーブルの形としてメモリ内に格納しである。そし
て、車速■が入力されると、この車速■に対応するデー
タを上記データテーブルから求め、これを上記ゲインＧ
　ｐ　（ｖ）として用いる。

ヨー角加速度目標値演算部２２は、上記ヨーレート目標
値演算部２１で求めたゲインＧ　５ｌｌｌ　（Ｖ）　と
同一のゲインＧｉ（ν）を用いて、操舵角速度θ°Ｓに
対応して目標とする運動性能上で発生するヨー角加速度
を求め、これをヨー角加速度目標値ψとする。

すなわち、 ττ ψ＝Ｇψ（ｖ）　　・θｓ　　　　　　−・（２）なる
関係によりψを決定する。

ここで、上記（１）、　（２１式から判るように、操舵
角速度ｄ３は、操舵角θｓの一階微分値に相当すること
から、求められたヨー角加速度目標値ψは、ヨーレート
目標値ψの一階微分値に相当する。

横速度目標値演算部２３は、予め設定された目標並進運
動に基づいて設定されて車速の関数として与えられるゲ
インＧＶｙ（ｖ）により、操舵角θｓが与えられたとき
に上記目標並進運動に相当する運動性能における横速度
を求め、これを横速度目標値］ｙとする。すなわち、 Ｖ、　＝ＧＶｙ（Ｖ）　　・θｓ　　　　　　−・−（
３）なる関係により］ｙを決定する。

上記ゲインＧＶｙ（ｖ）も、車速の関数として与えられ
ており、予め各車速における適正な値が求められてデー
タテーブルの形でメモリ内に格納されている。

横方向並進加速度目標値演算部２４は、上記横速度目標
値演算部２３で求めたゲインＧＶｙ　（ｖ）と同一のゲ
インＧＶｙ（ν）を用いて、操舵角速度■ｓに対応して
目標とする運動性能上で発生する横方向並進加速度を求
め、これを横方向並進加速度目標値Ｖ、とする。すなわ
ち、 Ｖ、　＝　ＧＶｙ　（ｖ）　　・θｓ　　　　　　　−
（４１なる関係により］ｙを決定する。

ここで、上記（３１，Ｔ４１式から、横方向並進加速度
目標値０ｙは、横速度目標値］ｙの一階微分値になって
いる。

舵角計算部２５は、自車（本実施例装置が搭載される車
両である）の本来の運動性能を、自車の車両諸元を用い
て数字モデル化したものである。

この自車の数字モデルを構成する運動状態変数のうち、
ヨーレート、ヨー角加速度、横速度、横方向並進加速度
に、上記ヨーレート目標値ψ、ヨー角加速度目標値ψ、
横速度目標値Ｖｙ−，横方向並進加速度目標値Ｖ、を代
入して、前輪舵角および後輪舵角を求める演算を行うこ
とで、上記ヨーレート目標値ψ、ヨー角加速度目標値ψ
、横速度目標値″′ｖｙ、横方向並進加速度目標値※、
を自車で実現するのに必要な前輪舵角および後輪舵角が
決まる。

こうして決められた前輪舵角および後輪舵角は、前輪舵
角目標値δ２および後輪舵角目標値δＲとして、前記前
輪転舵装置４および後輪転舵装置５へ与えられる。

これらの前輪舵角目標値δＦと後輪舵角目標値δＲの具
体的演算は以下の如（である。

α＝　　Ｖ、　　＋　　Ｖ　−、Ｓｌ）　　　　　　　
　　　　　　　　−（５）Ｋ＋ｔ ここで、 ｉ：横加速度の目標値 Ｌ：ホイールベース ＬＦ：前軸と重心間の距離 ＬＲ：後軸と重心間の距離 Ｍ：車体重量 ＣＦ：前輪コーナリングフォース ＣＩＩ：後輪コーナリングフォース ■２：ヨー慣性 である。

こうして決定された前輪舵角目標値δＦおよび後輪舵角
目標値δＲは、前記式（５）〜（９）から判るように、
上記ヨー運動の目的値ψ、ψと並進運動の目標値Ｖ、、
Ｖ、を同時に発生させる舵角である。

従って、前輪９．１０の実舵角が前輪舵角目標値δ。

に一致し、後輪１１．１２の実舵角が後輪舵角目標値δ
Ｒに一致するように、前輪９，１０および後輪１１゜１
２の転舵が行われることにより、自車のヨー運動と並進
運動は、前記目標ヨー運動と目標並進運動と、横速度目
標値Ｖ、の一階微分値である横方向並進加速度目標値；
Ｖｙを、ｉおよび］ｙと同時に、同一ゲインＧ　ＩＩ　
（ｖ）およびＧＶｙ　（ｖ）で発生させることで、車輪
の転舵アクチュエータ（油圧シリンダ６．７）の−次遅
れを補償し、ヨーレート変化の位相遅れおよび横速度変
化の位相遅れを共に零とすることができる。

第４図は、上記演算処理装置ＩＡをマイクロコンピユー
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。この処理は
、所定時間毎に繰返し実行される。

ステップ３１〜３３は、第３図中のヨーレート目標値演
算部２１、ヨー角加速度目標値演算部２２、横速度目標
値演算部２３、横方向並進加速度目標値演算部２４に相
当し、前記ゲインＧｊ（ν）とＧＶｙ　（ｖ）の決定お
よび前記式（１）〜（４）の演算を行う。

ステップ３４．３５は、第３図中の舵角計算部２５に相
当し、前記式（５）〜（９）の演算および前輪舵角目標
値δＦと後輪舵角目標値δＲの出力を行う。

なお、上記式（１１〜（９）の演算を、操舵角θｓと操
舵角速度θ°、を変数として前輪舵角目標値δＦおよび
後輪舵角目標値δ８を求める式に書き直すと、δＦ　＝
ａ（ｖ）θｓ＋ｂ（ν）θｓ　　　　　・−・−０１６
８−ｃ（ν）θｓ　＋　ｄ（ｖ）　　θｓ　　　　　　
−ａυの形になる。

ここで、 であり、 Ｋｒ：前輪コーナリングパワー ＫＲ：後輪コーナリングパワー である。

従って、上記可変係数ａ（ｖ）、　ｂ（ｖ）、　ｃ（ｖ
）、　ｄ（ｖ）を式（転）〜αつの関係から予め求めて
おき、これらの値を車速■によって決まるデータテーブ
ルとしてメモリ内に格納しておけば、処理を簡潔にする
ことができる（この例を第２実施例とする）。

第５図は、第２図中の演算処理装置ＩＡを、本実施例の
処理を実行するように構成した場合のブロック線図であ
る。

各演算部４１〜４４は、各々上記可変係数ａ（ｖ）、ｂ
（ｖ）。

ｃ（ｖ）、　ｄ（ｖ）のうちの一つを、車速Ｖに対応し
てテ゛−タテ−プルから求める。そして、演算部４１は
ａ（ｖ）　・θ５、演算部４２はｂ（ｖ）　・’；　ｓ
　、演算部４３はｃ（ｖ）　・θｓ、演算部４４はｄ（
ｖ）　・ｆｌ　ｓを出力する。

そして、演算部４１と４２の出力が加算されて前輪舵角
目標値δＦとなり、演算部４３と４４の出力が加算され
て後輪舵角目標値δ８となる。

このようにして求められた前輪舵角目標値δ。

と後輪舵角目標値δ８は、前記第１実施例と同じく、目
標ヨー運動と目標並進運動を実現するための前輪舵角と
後輪舵角であり、これらの舵角目標値δ１．δ８に前輪
と後輪を転舵すれば、前記第１実施例と同一の効果が得
られる。

また、本実施例は、演算処理装置ＩＡで行う演算が前記
式〇〇、０υだけで済むため、演算時間が短縮でき、応
答性と制御精度が向上する。

本実施例の制御をマイクロコンピュータを用いて行う場
合には、第６図に示す処理を実行すれば良い。

ステップ５１で操舵角θｓ．操舵角速度θ°３．車速■
を入力し、ステップ５２で、車速Ｖに対応する可変係数
ａ（ｖ）、　ｂ（ｖ）、　ｃ（ｖ）、　ｄ（ｖ）をデー
タテーブルから求め、ステップ５３で前記式αω、　Ｃ
１１）の演算を行って、前輪舵角目標値δＦと後輪舵角
目標値δ７を決定し、ステップ５４でδＦとδ７を出力
する。

以上の処理を繰返し実行する。

次に、第７図に本発明の第３実施例を示す。

本実施例は、前輪が機械リンク式ステアリング装置によ
って操舵される車両で、前記第１実施例と同様の制御を
行うことを目的とするものである。

従って、本実施例の構成は、第７図に示すように、機械
リンク式ステアリング装置１６に、前輪９゜１０の舵角
の増減を行う補舵装置１５を設けたものとなっている。

この補舵装置１５は、駆動装置工４によって駆動され、
演算処理装置ＩＢから与えられる前輪補舵量ΔδＦに対
応する角度だけ前輪９，１０の舵角を増減する。

その他の構成（演算処理装置１Ｂを除く）は、第２図に
示した第１実施例と同一である（同一構成部分には同一
符号を付しである）。

そして、本実施例の場合には、運転者によるステアリン
グハンドル８の操舵量に対応する角度だけ、前輪９．１
０は機械リンクにより転舵されていることから、この運
転者の操舵による前輪の操舵角（以下「マニュアル操舵
角δＦＭＪという）の補舵量ΔδＦを決定する。すなわ
ち、演算処理装置ＩＢでは、マニュアル操舵角δＦと補
舵量ΔδＦの和が、前記第１実施例における前輪舵角目
標値δ１となるように、補舵ｆｆｉ、ｄδＦを決定する
。

Ｎはステアリングギア比）の関係があることから、第３
図中の舵角計算部２５あるいは、第４図中のステップ３
４において、第１実施例で実行される演算式（８）の代
わりに以下の演算を実行する。

但し、ｅＫ、は前輪等価コーナリングパワーである。

そして、δＦの代わりにΔδＦを出力する。

以上の制御により、本実施例は、第１実施例と同様の効
果を有することになる。また、本実施例は、前輪の機械
リンク式ステアリング装置を残しであることから、演算
処理装置ＩＢの故障等によって補舵量ΔδＦや後輪舵角
目標値δ８が出力されな（なっても、運転者は、マニュ
アル操作によって操舵を続行できるので、フェールセー
フを図ることが可能である。

また、前記第２実施例の制御を、上記第３実施例で示し
た補舵装置１５を備える車両に適用することも可能であ
る（この例を第４実施例とする）。

すなわち、前記式叩とαＥは、マニュアル操舵角δ２，
４を考慮に入れると、 −・−〇η 一一一〇の と表わされるので、第５図中の演算部４１ではａ（ｖ）
′・θｓ、演算部４２ではｂ（ｖ）’−θ°、を出力す
るようにし、また、第６図中のステップ５２では、ａ（
ｖ）とｂ（ｖ）の代わりにａ（ｖ）’とｂ（ｖ）　’を
求めるようにすれば良い。

従って、本実施例の場合、演算処理装置１Ｂで求められ
る補舵量ΔδＦは、 ΔδＦ＝ａ（ν）′・θｓ＋ｂ（ν）′・θ８　　・−
側なる演算で求められることになる。

本実施例は、前記第２実施例と同一効果を呈するととも
に、前記第３実施例のようにフェールセーフ効果を存す
ることになる。

なお、一般に、車両運動性能上、重心点の横すべり角は
常に零であることが望ましいとさている。

従って、上記各実施例において、目標並進運動を、さら
に、重心点の横すべり角が、車速に拘らず常に零となる
特性とすることができる。

これは、前記ゲインＧＶｙ　（ｖ）　、あるいは、横速
度］、と横方向並進加速度を、車速Ｖに拘らず、常時零
に設定するような処理を実行すれば良い。

（発明の効果） 本発明は、前輪および後輪の舵角を調整し、予め設定さ
れた目標ヨー運動相当の運動性能と目標並進運動相当の
運動性能を同時に達成することで、全車速域で所望のヨ
ーレートゲインを得つつも、位相遅れを零とすることが
できるとともに、重心点の横速度（重心点検すべり角）
も、全車速域で所望のゲインを得つつも、位相遅れを零
にすることが可能となる。これにより、ヨー運動と並進
運動の両者の車速依存性を適正な特性にすることができ
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の構成例を機能ブロッ
クで示す図、 第４図は上記演算処理装置で実行される処理の一例を示
すフローチャート、 第５図は上記演算処理装置の他の構成例を機能ブロック
で示す図、 第６図は上記演算処理装置で実行される処理の他の例を
示すフローチャート、 第７図は本発明のさらに他の構成例を示す図、第８図は
ヨーレートゲイン特性の例を示す図である。 １００・・・操舵角検出手段 １０１・・・操舵角速度検出手段 １０２・・・車速検出手段 １０３・・・舵角目標値決定手段 １０４・・・車輪転舵装置　　ＬＡ、　ＩＢ・・・演算
処理装置２・・・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
３・・・操舵角速度センサ　θｓ・・・操舵角θ°５・
・・操舵角速度　　　■・・・車速ψ・・・ヨーレート
目標値　ψ・・・ヨー角加速度目標値ｖｙ・・・横速度
目標値 ■、・・・横方向並進加速度目標値 ＧＦ　（ｖ）　ｒ　Ｇｖ　ｙ　（ν）・・・ゲインδＦ
・・・前輪舵角目標値　δ１・・・後輪舵角口標値Δδ
Ｆ・・・補舵量 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図 車埋

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、 ステアリングハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速
   度検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 前記操舵角、操舵角速度および車速の検出値に基づいて
   、予め設定された目標ヨー運動相当の運動性能および目
   標並進運動相当の運動性能を同時に自車で達成するのに
   必要な前輪及び後輪の舵角の目標値を決定する舵角目標
   値決定手段と、前記舵角目標値に対応する車輪の実舵角
   が前記舵角目標値となるように車輪を転舵する車輪転舵
   装置とを具備することを特徴とする車両用実舵角制御装
   置。 ２、前記舵角目標値決定手段は、 前記操舵角の検出値を入力として、前記予め設定された
   目標ヨー運動に基づいて設定されて車速の関数で与えら
   れるゲインＧ■を用いて、ヨーレート目標値を決定する
   ヨーレート目標値決定手段と、 前記操舵角速度の検出値を入力として、前記ゲインＧ■
   を用いてヨー角加速度目標値を決定するヨー角加速度目
   標値決定手段と、 前記操舵角の検出値を入力として、前記予め設定された
   目標並進運動に基づいて設定されて車速の関数で与えら
   れるゲインＧ＿Ｖ＿ｙを用いて横速度目標値を決定する
   横速度決定手段と、 前記操舵角速度の検出値を入力として、前記ゲインＧ＿
   Ｖ＿ｙを用いて横方向並進加速度目標値を決定する横方
   向並進加速度目標値決定手段と、 前記ヨーレート目標値、ヨー角加速度目標値、横速度目
   標値、および横方向並進加速度と、自車の車両諸元を用
   いて、前輪および後輪の舵角の目標値を算出する舵角目
   標値演算手段とを具備してなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の車両用実舵角制御装置。 ３、前記舵角目標値決定手段は、 前記予め設定された目標ヨー運動に基づいて設定される
   ゲインＧ■および前記予め設定された目標並進運動に基
   づいて設定されるゲインＧ＿Ｖ＿ｙに起因して決定され
   て予め車速の関数として与えられた可変係数ａ（ｖ）、
   ｂ（ｖ）、ｃ（ｖ）、ｄ（ｖ）を前記操舵角の検出値θ
   ＿ｓおよび操舵角速度の検出値■＿ｓに乗することによ
   って、前輪舵角目標値δ＿Ｆおよび後輪舵角目標値δ＿
   Ｒを、 δ＿Ｆ＝ａ（ｖ）θ＿ｓ＋ｂ（ｖ）■＿ｓ δ＿Ｒ＝ｃ（ｖ）θ＿ｓ＋ｄ（ｖ）■＿ｓ なる関係から決定することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の車両用実舵角制御装置。