JP2717676B2

JP2717676B2 - 車両の後輪操舵制御装置

Info

Publication number: JP2717676B2
Application number: JP22773988A
Authority: JP
Inventors: 雅彦水野; 也寸志天野; 俊一土居; 秀樹楠
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1988-09-12
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH0277360A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、車両の後輪操舵装置に関するもので、更に
詳しくは、前後輪のタイヤスリップ角を車両の状態及び
ドライバーの操舵意志に応じて制御することにより、車
両の安定性と応答性との両立を可能にする車両の後輪操
舵装置に関するものである。

＜従来技術＞一般に車両の運動性能及び操縦安定性はドライバーの
ハンドル操作すなわち操舵入力に対する車両のヨーレー
ト（車両の上方からみてその重心回りに生ずる回転角速
度）または横加速度（車両の重心における車両進行方向
とは直角方向の加速度）の関係が重要な要素となってい
る。

そして車両は、横風や路面摩擦係数などの外乱に影響
されることなく、操舵入力に対応した素早い運動や、直
進走行時にその進路がドライバーの意志のままに直進す
るような安定性を確保されるのが理想である。

ところで、特開昭60−191876号公報には、車両に上記
のような安定性や応答性を持たせることを目的とした、
車両の横滑り角を状態観測器を用いて制御する装置が記
載されている。この装置では第２図に示すように前後輪
操舵角信号と車速信号と車両重量信号と車両ヨーレート
または横加速度信号とを検出し、これらの検出信号を状
態観測器に入力し、状態観測器に予め記憶された前後輪
操舵角と車両ヨーレートあるいは横加速度の間の車両モ
デルを基に車両横滑り角βを推定し、この状態観測器に
よって推定した車両横滑り角βを予め定めた目標の車両
横滑り角β_０と比較して、その偏差が零になるよう制御
信号を発生して、操舵輪以外の車輪を操舵するようにし
ている。

しかしながらこの従来技術では、車両の横滑り角を制
御することを目的としているために、車両の運動の根幹
をなすタイヤのスリップ角（横滑り角）については直接
制御されておらず、そのためにタイヤの能力を最大限に
引き出して車両運動を制御することができない。

ここで、タイヤスリップ角と車両の横滑り角について
第３図を用いて説明する。車両の横滑り角は、車両の前
後方向と車両の進行方向とのなす角で、従来、車両運動
の一つの評価の値として用いられている。タイヤスリッ
プ角は、タイヤの切られている方向と、そのタイヤ位置
での車両の進行方向とのなす角で、タイヤ４輪でそれぞ
れ値が異なる。特に、前輪と後輪とでは、車両のヨーレ
ートと重心から前後輪の車両前後方向への距離との積が
上記車両の横滑り角に加算され、なおかつ前輪と後輪と
の舵角が異なるために、従来は特殊な計測器（横速度計
など）を車両に搭載して測定した車両の横滑り角を評価
量としてきた。

また、上記制御方法では、車両を速く旋回させるため
にドライバーがハンドルを速く操作してもドライバーの
意志は車両の運動に反映されない。すなわち、ドライバ
ーが車両の運動に十分なほど操舵しても車両の横滑り角
やヨーレートが遅れて発生するために、どうしても操舵
し過ぎる傾向にある。

さらに状態観測器内に積分器を有するため、積分偏差
による誤差の累積によって制御が達成されない可能性が
ある。そして、この演算を行うためには非常に高い計算
能力を持つディジタル計算機が必要であり、そのために
システムが大規模なものになり車載が困難となる。

上記不具合は、車両の横滑り角の制御を行うことから
生じている。そこで、本発明者らは、制御の目的をタイ
ヤのスリップ角そのものの最適な制御とすることで、よ
り高い車両の応答性を確保できることに着眼し、本発明
を案出した。

＜発明の目的＞本発明は、横風や外乱などに対する車両の挙動修正能
力が高く、かつ操舵入力に対する車両の挙動変化の応答
性を高めるような制御を操舵系に与えることにより、最
適な補助操舵を可能とすることを目的とする。

＜発明の概要＞第１の発明は、車両の後輪操舵量を制御する後輪操舵
制御装置において、少なくとも車両の挙動量を検出する
挙動センサを具備するセンサ手段と、後輪を操舵する後
輪操舵アクチュエータ手段と、前後輪の少なくとも一方
の舵角と対応するタイヤのスリップ角との比を一定とす
るよう決定された状態フィードバックゲインを記憶する
基本ゲイン生成手段を具備する制御ゲイン演算手段と、
前記挙動センサより出力された挙動信号と前記記憶され
た状態フィードバックゲインとに基づき前記後輪操舵ア
クチュエータ手段の制御信号を生成する操舵量演算手段
とからなることを特徴とする。

本第１の発明の作用及び効果は次のとおりである。セ
ンサ手段の挙動センサは、例えばヨー方向または／およ
び横方向の車両の変位、速度等の挙動量を検出する。一
方、基本ゲイン生成手段には、前輪舵角と前輪タイヤス
リップ角との比または後輪舵角と後輪タイヤスリップ角
との比の少なくとも一方が、一定となるよう状態フィー
ドバックゲインを決定し、基本ゲインとして記憶してお
く。操舵量演算手段は、検出された挙動量と前記状態フ
ィードバックゲインとに基づき制御信号を生成し、後輪
操舵アクチュエータ手段はその制御信号に基づいて後輪
を操舵制御する。したがって、時々刻々変化する車両の
挙動変化に応じて、舵角と対応するタイヤのスリップ角
との比が一定となるよう後輪が制御されるので、車両の
応答性を向上することができる。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記センサ
手段がハンドルの操舵速度を検出する操舵速度センサを
さらに有すると共に、前記制御ゲイン演算手段が前記検
出された操舵速度に応じて前記状態フィードバックゲイ
ンを補正する最適ゲイン演算手段をさらに有し、前記操
舵量演算手段は前記補正された状態フィードバックゲイ
ンに基づき前記制御信号を生成することを特徴とする。

本第２の発明の作用及び効果は次のとおりである。セ
ンサ手段の操舵速度センサは、ハンドルの操舵速度を検
出する。最適ゲイン演算手段は、検出されたハンドルの
操舵速度により、記憶された状態フィードバックゲイン
を補正する。後輪操舵の制御信号は、補正された状態フ
ィードバックゲインに基づき生成される。したがって、
ドライバーのハンドル操舵の意志に応じて車両の安定性
および応答性を向上することが可能となる。

本第３の発明の車両の後輪操舵制御装置は、第１図に
示すように車両の後輪操舵量を制御する後輪操舵制御装
置において、少なくともハンドルの操舵速度を検出する操舵速度セ
ンサI₁と、車速を検出する車速センサI₂と、車両の挙動
量を検出する挙動センサI₃とを具備するセンサ手段Ｉ
と、後輪を操舵する後輪操舵アクチュエータ手段IIIと、少なくとも前記検出された操舵速度に相当する信号と
車速に相当する信号とから車両の状態及びドライバーの
操舵意志が現在どの状態にあるかを判断して車両状態判
定値を出力する車両状態判定手段II₁₁と、前輪スリップ
角と前輪操舵角とで構成される項と後輪スリップ角と後
輪操舵角とで構成される項と後輪舵角で構成される項と
前記三つの項に掛かる重み係数とから成る評価関数に基
づき前記評価関数の重み係数に対応した状態フィードバ
ックゲインを演算する基本ゲイン生成手段II₁₂と、前記
状態フィードバックゲインを前記車両の状態及びドライ
バーの操舵意志を表わす車両状態判定値に応じて配分し
て最適ゲインを演算する最適ゲイン演算手段II₁₃とを具
備する制御ゲイン演算手段II₁と、前記挙動センサより
出力された挙動信号に前記演算された最適ゲインを掛け
て加え合わせ、前記後輪操舵アクチュエータ手段の制御
信号とする操舵量演算手段II₂とを具備する操舵制御手
段IIと、からなる。

このような構成上の特徴を有する本第３の発明の作用
及び効果について説明する。

操舵速度センサI₁において、ハンドルにおける操舵速
度を操舵速度に相当する信号に変換する。また、車速セ
ンサI₂において、車速を車速に相当する信号に変換す
る。同様に、挙動センサI₃において、車両の挙動変化量
を前記変化量に相当する信号に変換する。そして、これ
ら操舵速度センサI₁及び車速センサI₂及び挙動センサI₃
から出力された信号を入力する操舵制御手段IIにおい
て、まずハンドルの操舵速度や車速などに対する車両の
挙動を最適にするため、操舵速度信号や車速信号などを
車両状態判定手段II₁₁に入力し、前記信号より車両の状
態及びドライバーの操舵意志が現在どの状態にあるかを
判断して車両状態判定値を出力する。

一方、基本ゲイン生成手段II₁₂は、車両の前輪スリッ
プ角と前輪実舵角、後輪スリップ角と後輪実舵角、並び
に後輪舵角から構成される三つの項と、これら三つの項
に掛かる重み係数とから成る評価関数に基づいて算出し
た基本ゲインを出力する。この基本ゲインは、予め知ら
れている車両の前後輪のタイヤスリップ角と前後輪の舵
角との関係から、車両の安定性や速応性に応じて決定す
る。そして、最適ゲイン演算手段II₁₃が、基本ゲイン生
成手段II₁₂からの基本ゲインと前記車両状態判定手段II
₁₁からの車両状態判定値、すなわち車両の安定性や応答
性の要求度合とに基づいて、現在の車両の状態に最も適
したフィードバックゲインを演算し、最適ゲインとして
出力する。

操舵量演算手段II₂は、挙動センサI₃からの車両の挙
動変化量と最適ゲイン演算手段II₁₃からの最適ゲインと
を掛けて加え合わせて後輪操舵量を算出し、制御信号と
して出力する。後輪操舵アクチュエータ手段IIIはその
制御信号に基づいて後輪を操舵制御する。

本第３の発明は、前後輪のスリップ角と舵角との関係
から車両の安定性および応答性に応じて決めた基本ゲイ
ンと、車両の状態およびドライバーの操舵意志を表す車
両状態判定値とによって算出した最適フィードバックゲ
インに基づいて後輪を操舵する。すなわち、最適な後輪
操舵制御角は車両の挙動量を瞬時瞬時に検出し、車両の
安定性や応答性の要求度合によって最適ゲインを与える
ことにより、車両状態の瞬時状態フィードバック制御系
を構成することになり、ドライバーが操舵を行う車両に
対して状態フィードバックの係数を操舵速度および車速
によって最適な値に切り換えることにより、ドライバー
の操舵に対しても最適な前後輪スリップ角制御を行うこ
とができ、ひいては車両の安定性および応答性を向上す
ることが可能となる。

＜実施例＞以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。第４図は、本発明の一実施例の概要図を示すもので
ある。

センサ手段は、ドライバーによるハンドルＳの操舵角
δを検出し、その角速度を出力する操舵速度センサI₁
と、車両の変速機の出力軸に取付けられ、車速u₀を検出
して出力する車速センサI₂と、車両の重心回りの回転角
速度を検出するヨーレートセンサI₃₁と、車両の左右
並進方向の加速度を測定する横加速度センサI₃₂とか
らなる挙動センサI₃とからなり、上記各センサからの出
力信号は後述する操舵制御手段IIに入力される。なお、
本実施例では、ハンドルの操舵速度を直接検出するセン
サを用いたが、後述するマイクロコンピュータ200にお
いて入力したハンドル角δを微分することによりハンド
ル角速度を得ることもできる。

操舵制御手段IIは、制御ゲイン演算手段II₁と、操舵
量演算手段II₂とからなる。

制御ゲイン演算手段II₁は、前記操舵速度センサI₁よ
り出力される操舵角速度に相当する信号と前記車速セ
ンサI₂より出力される車速u₀に相当する信号を取り込む
入力部201と、前記入力部201で得られた操舵角速度信号
並びに車速信号に基づいて車両の状態を判別し最適なゲ
インを算出する演算処理部202と、最適なゲイン及び前
記演算処理部202の演算法を記憶している記憶部203と、
前記演算処理部202で選択された最適ゲインを出力する
出力部204とからなり、マイクロコンピュータ200により
構成される。

マイクロコンピュータ200で行う機能について第５図
に基づいて詳細に説明する。

イグニッションキーONの時にP1で初期化を行う。この
初期化のルーチンでは、各種センサの状態を検出して、
異常のチェック及び各初期値の設定をする。初期化ルー
チンP1が終了すると、操舵速度センサI₁より操舵角速度
に相当する信号を読み込む（P2）。この読み込んだ操
舵角速度の値と、予め設定された、操舵角速度が小さい
とき（例えば｜｜＜_１＝15deg/sec）W₁＝０とし、
操舵角速度が大きいとき（｜｜＞_２＝50deg/sec）W
₁＝１として、その間を連続的につないだ増加関数とか
らなり、係数W₁を算出する（P3）。

次に、車速センサI₂より車速u₀に相当する信号を読み
込む（P4）。そして、この車速の値と、予め設定され
た、車速が小さいとき（例えばu₀＜u₁＝40km/H）W₂＝１
とし、車速が大きいとき（u₀＞u₂＝120km/H）W₂＝０と
して、その間を連続的につないだ減少関数とから、係数
W₂を算出する（P5）。

その後に、現在の車両の状態やドライバーの操舵状態
を判断する係数Ｍを算出する（P6）。この係数ＭはＭ＝
W₁・W₂という式によって求める。

そして、この求めた係数Ｍに従って現在の車両状態や
ドライバーの操舵位置に適合する最適なゲインG₁、G₂、
G₃、G₄を次の式により算出する（P7）。

G_i＝（１−Ｍ）×G_i0＋Ｍ×G_i1 ここで、G_i0、G_i1はそれぞれ係数ＭがＭ＝０、Ｍ＝１
の時の最適なゲインを示し、ｉはそれぞれ１〜４を表
す。

この状態フィードバックゲインG_i0、G_i1は最適レギュ
レータ理論に基づいて決められる最適制御ゲインで、以
下の原理によって求められる。

重量ｍ、ヨー慣性モーメントIzの車両（４輪操舵車）
のヨー方向、横方向の２自由度の運動方程式は以下のよ
うに表される。

m・＝２（F_f＋F_r）（１） Iz・＝２（a_f・F_f−a_r・F_r）（２） F_f＝−c_f・β_ｆ（３） F_r＝−c_r・β_ｒ（４）＝ｖ・cos（ψ）＋u₀・sin（ψ） ≒ｖ＋u₀・ψ （７）＝ｒ（８）但し、上述の記号は以下の通りである。

a_f ：車両の前軸と重心間の距離 a_r ：車両の後軸と重心間の距離 c_f ：車両の前輪のコーナリングパワー c_r ：車両の後輪のコーナリングパワー F_f ：車両の前輪のコーナリングフォース F_r ：車両の後輪のコーナリングフォース y ：車両の横変位 v ：車両の横速度 ψ ：車両のヨー角 r ：車両のヨーレート β_f :前輪のスリップ角 β_r :後輪のスリップ角 δ_f :車両の前輪舵角 δ_r :車両の後輪舵角指令値 u₀ ：車速_r :車両の実後輪舵角また、後輪の舵角指令に対する実舵角の遅れを考慮す
ると以下の式で表わされる。

_ｒ（Ｓ）＝Gd（Ｓ）・δ_ｒ（Ｓ）但し、Ｓはラプラス演算子を表わす。

ここで、Gd（Ｓ）は実際の後輪操舵系の遅れを示す式
で、一次遅れ系、二次遅れ系、むだ時間などの遅れを既
述するラプラス演算である。

これらすべての状態を考慮して、車両の横方向および
ヨー方向の運動のみに着目すると、上述の式は、次の状
態方程式の形に書き表される。

＝Ａ・ｘ＋b_f・δ_ｆ＋b_r・δ_ｒただし、ｘ＝（y,，ψ，，_ｒ）さて、車両の運動を考えると、車速が速い場合には一
般に横方向の運動をヨー運動より優先させることにより
車両の安定性を向上することができ、また車速が遅い場
合にはヨー運動を横方向の運動に対して優先して発生さ
せることにより車両の応答性を向上させることが出来
る。

ところで、車両の横方向の運動をヨー方向の運動に優
先させて発生させるには、車両のスリップ角をヨーレー
トよりも多く発生させる必要があるが、ハンドル角に対
してあまり急激に横方向の速度を与えるように、すなわ
ち車両横滑り角を与えるためにタイヤのスリップ角を大
きくすると、車両は安定性を欠くことになる。また、ド
ライバーの操舵に対する車両の応答性を上げる意味から
はタイヤのスリップ角はハンドル角に比例させて発生さ
せた方がよい。

そこで、本実施例では車両のハンドル角に比例してタ
イヤのスリップ角を増加させるように制御することによ
り上記不都合をなくすようにし、かつ車速に応じ、前輪
のタイヤスリップ角と後輪のタイヤスリップ角の割合を
変化させるようにして車両の安定性及び応答性を向上さ
せている。

すなわち、制御の目的を車両の前後輪のスリップ角を
コントロールすることと考えると、後輪を制御するため
の評価関数Ｊは以下のように記述される。

ここで、上述の評価関数Ｊの第一項にあたる（β_ｆ−
k₁・δ_ｆ）は前輪舵角に比例して前輪のスリップ角を与
えるための評価項で、β_f/δ_ｆ＝k₁になるように前輪の
スリップ角を制御する。同様に、第二項にあたる（β_ｒ
−k₂・_ｒ）は後輪の実舵角に比例して後輪スリップ角
を与えるための評価項で、β_r/_ｒ＝k₂になるように後
輪のスリップ角を制御する。

この評価関数を用いることにより、車両の後輪は車両
の状態に応じた最適な舵角でかつ後輪操舵機構の遅れを
考慮して制御される。

この評価関数から後輪の操舵ゲインを決定するには、
前輪舵角をステップ入力と仮定して最適レギュレータ理
論を適用することによりゲインを決定することが出来
る。これを解く方法は、例えば計測自動制御学会論文集
「線形多変数系に対するモデル追従形サーボコントロー
ラの設計」（vol.18−1,p8〜14,1982）を参照すればよ
い。

ところで、上記制御理論を用いて車両を制御する場
合、評価関数Ｊの重みｆ、ｇ、ｈによって制御効果に変
わる。すなわち、重みｆやｇを大きくすると前後輪の舵
角の係数倍と各々のスリップ角の差をできる限り小さく
することとなり、舵角が切られているときはスリップ角
が一定になるよう制御され、また舵角がほとんど切られ
ていないときは前後輪のスリップ角をできる限り小さく
するように制御されることとなり、これは車両を外乱に
対して安定させるのに効果がある。反対に重みｈを大き
くすると、後輪を操舵するエネルギー量（操舵量）を小
さくするように制御することになり、これによって実際
の車両における制御量のエネルギーの制約を式に置き換
えることができる。

ところで、前述の式（５）及び（６）より、前後輪の
スリップ角は車速によって変化する。前述の式および第
３図より、車速に関係なく同量の操舵角を与えると、車
両の旋回半径が一定であるならば車両に加わる遠心力
は、車速が高くなるほど大きくなり、前述の式（５）及
び（６）の関係からタイヤのスリップ角が大きくなる。
反対に、車速が小さいときは車両に加わる遠心力が小さ
くなり、タイヤのスリップ角の量は少なくなる。実際の
車両運動では、車両のオーパーステア特性やアンダース
テア特性により、またタイヤのスリップ角に対する横力
の発生が線形範囲を逸脱したりしているために、遠心力
の大きさが車速によって変化したり、同心円上の旋回が
不可能であったりするが、運動の傾向は上記の線形式
（１）〜（８）でほぼ記述できる。

これらのことを考慮して、車速の遅い場合にヨー運動
を横方向の運動に対して優先させて発生させ、かつ車速
の速い場合に横方向の運動をヨー運動より優先させて発
生させるような前記目的を達成するように考えると、車
速の遅いときや操舵速度の速いときに重みｆを大きくし
て重みｇを小さくし、車速の高いときや操舵速度の遅い
ときには重みｆおよびｇを大きくすることで対応がとれ
る。また、操舵速度の大きいときはドライバーが速く車
両を動かしたいことが多いため、それを満たすように前
記重みをより大きくするように評価関数を設定する。

すなわち、プログラムP6で与えられるゲインG_i0、G_i1
は、それぞれ車速が非常に高く操舵速度の遅い場合のゲ
インと車速が低く操舵速度の非常に速い場合のゲインの
値に対応しており、これらゲインは上記評価関数の重み
ｆ、ｇをそれぞれ大きくしたとき、また重みｆを大き
く、ｇを小さくしたときに対応する。

次に、プログラムP7で求められたゲインG_i（ｉ＝１〜
４）を係数設定器210、211、212、213に出力する（P
8）。

このプログラムP8を実行した後実行する流れはプログ
ラムP2に戻り、これを繰り返す。

記憶部203には前述の_１、_２、u₁、u₂の外に、係
数Ｍが０の場合の最適なゲインの値G₁₀、G₂₀、G₃₀、G₄₀
と、係数Ｍが１の場合の最適なゲインの値G₁₁、G₂₁、G
₃₁、G₄₁、及びプログラムP1〜P8を記憶させておく。

操舵量演算手段II₂は４個の係数設定器210、211、21
2、213と、２個の一次遅れフィルタ214、215と、積分回
路216と、３個の加算器217、218、219とからなる。

一次遅れフィルタ214は、前記ヨーレートを表す信
号からヨー角ψに相当する擬似ヨー角を表す信号を出力するものである。また、一次遅れフィ
ルタ215は横加速度に相当する信号を入力して横速度
に相当する擬似横速度を表す信号を出力し、さらに積分回路216はその擬似横
速度を表す信号を積分して擬似横変位を出力するものであ
る。これら一次遅れフィルタ214、215の作用及び効果を
以下に示す。

第６図（ａ）に示すように、一般にヨーレートから
ヨー角ψまたは横加速度から横速度を求めるために
は積分回路101を通過させる。しかしながら、前記ヨー
レートセンサI₃₁および横速度センサI₃₂において生ずる
若干のノイズの影響でヨー角ψ及び横速度に定常偏差
が生じる可能性がある。そこで、前記積分回路101の後
段に第６図（ｂ）に示すような効果を持つハイパスフィ
ルタ102を具備することにより、前記定常偏差をなくす
ことが可能となる。ところで、第６図（ｂ）に示したブ
ロック図は等価的に第６図（ｃ）の様に一次遅れフィル
タ103および係数設定器104によって置換することが可能
である。そこで、本実施例では前記積分回路101とハイ
パスフィルタ102とを一次遅れフィルタ103と係数設定器
104とに置き換え、前述の効果を持たせるようにした。

係数設定器210はヨーレートのフィードバックゲインG
₁を、係数設定器211はヨー角のフィードバックゲインG₂
を、係数設定器212は横速度のフィードバックゲインG₃
を、係数設定器213は横変位のフィードバックゲインG₄
を各々の入力信号に掛け合わせて出力する。加算器217は係数設定器210お
よび211の出力を加算し、加算器218は係数設定器212および213の出力を加算し、さらに加算器219は加算器217および218の出
力を加算してを後輪操舵角に相当する制御信号δ_ｒとして出力する。

後輪アクチュエータ手段IIIは、前記操舵制御手段II
から出力された信号を後輪転舵角に変換するもので、駆
動手段III₁と油圧アシスト機構III₂と後輪操舵機構III₃
とからなる。

駆動手段III₁は、増幅器310とステッピングモータ311
とからなる。

増幅器310は、操舵制御手段IIより出力された操舵制
御信号、すなわち後輪転舵角に相当する信号を入力して
アクチュエータ駆動信号に変換してステッピングモータ
311に出力し、ステッピングモータ311は入力信号に基づ
き後述するようにサーボ弁324を駆動制御するととも
に、ギアボックス335を介してロッド334を左右に駆動す
る。

油圧アシスト機構III₂は、油圧ポンプ321と、油圧を
一定の圧力に保すためのリリーフ弁322と、前記油圧ポ
ンプ321で生ずる油圧の変動を抑えるためのアキュムレ
ータ323と、ステッピングモータ311により駆動され油圧
ピストン336への油供給方向を決定するサーボ弁324と、
油圧ピストン336に油圧を供給するための油供給路325
と、油圧ピストン336から排出される油とリリーフ弁322
からの漏れ油とを回収する油回収路326と、この油圧ア
シスト機構で使用する油を貯蔵する油タンク327とから
なる。

後輪操舵機構III₃は、後輪331と、ナックル332、ナッ
クルアーム333、ロッド334、ギアボックス335、及び油
圧ピストン336とからなる。

後輪331はナックル332によって車体に転舵可能に支持
され、ナックルアーム333の間をロッド334と油圧ピスト
ン336で連結する。また、ステッピングモータ311は、増
幅器310からの後輪操舵角に相当する信号によって制御
され、サーボ弁324を駆動すると共にギアボックス335を
介してロッド334を左右に駆動する。これらの機構によ
ってステッピングモータ311は増幅器310からの信号に応
じてロッド334を左右に動かすと共に、油供給路325から
の蓄圧された油をサーボ弁324を動かすことにより油圧
ピストン336の室に供給すると共に他方の室を油回収路3
26により油タンク327に通じさせ、前記油圧ピストン336
を駆動させ、ステッピングモータ311に加わる力を補助
し、後輪311を左右に転舵することが可能となる。

前輪操舵機構IVは前輪41と、ステアリングリンケージ
42と、ロッド43と、ラック44と、ピニオン45とからな
り、前記前輪41はステアリングリンケージ42によって車
体に転舵可能なように支持され、これらステアリングリ
ンケージ42間をロッド43とラック44で連結する。これら
の機構によって前輪41はハンドルＳを転舵することによ
りピニオン45が回転し、このピニオン45の回転をラック
44で直線運動に変換してロッド43を左右に動かし、ステ
アリングリンケージ42を介して前輪41は左右に操舵され
る。

上記構成からなる本発明の作用及び効果は以下の通り
である。

操舵速度センサI₁はハンドルＳの操舵速度を検出し、
挙動センサII₃に属するヨーレートセンサII₃₁は車両の
ヨーレートを、また、横加速度センサII₃₂は車両の左
右並進方向の加速度をそれぞれ検出する。

制御ゲイン演算手段II₁の入力部201には操舵角速度
に相当する信号および車速u₀に相当する信号が入力され
る。

一方、操舵量演算手段II₂ではヨーレートに相当す
る信号と、一次遅れフィルタ214を経て擬似ヨー角を表す信号、及び横加速度に相当する信号から一次遅
れフィルタ215を経て擬似横速度を表す信号と、積分回路216を経て擬似横変位を表す
信号とに分けられる。

前述の制御ゲイン演算手段II₁の入力部201では、その
入力に基づいて車両の状態を判別する。すなわち、車速
u₀が大きいか小さいか、あるいは操舵角速度が大きい
か小さいかをドライバーによる評価値に対応する各々０
から１の間を連続的に変化する係数W₁、W₂に置き換え、
以下の要領で状態を判別する。

（Ｉ）もし、車速u₀が大きいならば安定性を高める。

（II）もし、車速u₀が大きくなければ以下のルールに従
う。

（III）もし、操舵角速度｜｜が大きいならば応答性
を高める。

（IV）もし、操舵角速度｜｜が小さいならば安定性を
高める。

ここで、応答性を高めるとは、ハンドルの操舵に対し
て前後輪のタイヤスリップ角を最適に発生させ、それに
よって車速の速い場合はヨー運動よりも横方向の運動を
優先させるように、また車速の遅い場合はヨー運動を最
適に制御して障害物等の緊急回避のためのクイックレー
ンチェンジのような急操舵をした場合に速やかに進路変
更をすることを示す。また車両の安定性を高めるとは、
前後輪のタイヤスリップ角を小さくし、かつ横方向の運
動やヨー運動に対して速やかに元の状態に復帰する様な
運動を達成すること、例えば車両に横風等の外乱が与え
られた場合に速やかに進路を保持することを示してい
る。

上記の（Ｉ）から（IV）までのロジックを、ここでは
係数Ｍ＝W₁×W₂という演算により実行し、係数Ｍすなわ
ち寄与度指数を決定する。この係数Ｍに従って最適なゲ
イン値G₁〜G₄を決定する。

係数Ｍ＝０に対応するG₁₀、G₂₀、G₃₀、G₄₀、係数Ｍ＝
１に対応するG₁₁、G₂₁、G₃₁、G₄₁は、予め記憶部203に
記憶されており、最適なゲインの値は演算処理部202で
演算する。

そして、これら演算された最適なゲインの値、すなわ
ち制御ゲイン演算手段II₁の出力部204からの最適ゲイン
出力G_i（ｉ＝１〜４）は、操舵量演算手段II₂の４個の
係数器210、211、212、213へ入力され、各々の信号への最適ゲインを与える。

操舵量演算手段II₂の加算器219では上記ヨーレート信
号と最適なゲインG₁とを掛け合わせた信号G₁・と、
擬似ヨー角信号と最適なゲインG₂とを掛け合わせた信号と、擬似横速度信号と最適なゲインG₃とを掛け合わせた信号と、擬似横変位信号と最適なゲインG₄とを掛け合わせ
た信号G₄・とを加算することによりフィードバック信
号を後輪アクチュエータ手段IIIに出力する。

駆動手段III₁は、操舵量演算手段II₂からの操舵制御
信号によって、油圧アシスト機構III₂を駆動し後輪操舵機構
III₃を作動させ、所定の操舵制御を行うのである。

すなわち、本実施例では車両の前後輪のタイヤスリッ
プ角を制御することにより、車速が比較的遅くハンドル
の操舵速度が速いときには前後輪のスリップ角が大きく
なるように制御して車両の応答性を向上し、車速が比較
的大きくハンドルの操舵速度が比較的小さい場合は車両
の安定性を向上するために前後輪のスリップ角を小さく
するように制御して車両の安定性を向上する。

これらの動作により、ドライバーがハンドルを速く操
舵したときは車両を速く旋回させたい意志があるとして
車両のハンドル操舵に対する応答性を向上するように後
輪を操舵し、またハンドルをほとんど操舵しない状態で
はドライバーが車両の状況を変化させたくないと判断し
て車両の安定性を向上するように後輪を操舵するため、
横風や轍などの外乱に大して安定性の高い車両を提供す
ることが可能となる。すなわち、車両の状態およびドラ
イバーの意志に応じて、最適な車両の応答性と安定性と
の両立を可能にする。

また、車両の最適な状態フィードバックの係数を決定
する際に予め後輪の操舵の応答特性を考慮して係数を設
定することが出来るため、車両の後輪の応答遅れによる
操舵安定性の低下を未然に防ぐことが可能となり、より
一層操縦安定性が向上できる。

＜変形例＞上記実施例では述べなかったが、車両の状態を判定す
る車両状態判定手段II₁₁に取り込まれる信号は、ハンド
ル角速度信号，車速信号のみならず挙動センサI₃から発
生する挙動量信号や路面の状態などの外部環境状態セン
サより発生する信号を取り込んでもよい。

例えば、挙動センサI₃からの挙動量信号を取り込んだ
場合は係数W₁、W₂の他に係数W₃を設け、挙動変化が著し
く大きい場合は係数W₃を０とし、挙動変化が少ないとき
はW₃＝１として、この間を連続的に補間して係数W₃を決
定し、係数Ｍの算出方法をＭ＝W₁・W₂・W₃ とすることで対応できる。

その結果、挙動変化が著しく大きくなるような状態、
すなわちタイヤのグリップ力の低下時や積載荷重の変化
に伴う車両運動の変化にも追従させることが可能とな
り、より一層、車両の安定性や応答性を向上できる。

同様に、上記車両状態判定手段に路面センサからの信
号を加えるならば、路面状態が滑り易い状態の時（例え
ば路面とタイヤの間の摩擦係数μがμ＜0.3の時）係数W
₄をW₄＝０とし、路面の状態がよいとき（μ＞0.8）W₄＝
１とし、その間を連続的に補間して係数W₄を決定し、こ
のW₄を上記係数Ｍに掛け合わせることで対応することが
出来る。

その他、各種信号を同様に車両状態判定手段に取り込
むことが可能である。

さらに、上記実施例では、車両の後輪操舵装置に本発
明の操舵制御方法を適用したが、車両の前後輪の操舵装
置に前記操舵制御方法を適用することも可能である。

この場合、前輪操舵機構にはコンピュータからの信号
に応じて前輪を転舵する前輪補助操舵機構が加えられ、
かつ実施例の中で述べた制御ゲイン演算手段で求められ
るゲインG_iは、前輪用と後輪用の２種類が存在し、かつ
そのゲインを決める評価関数の中に前輪の舵角のみの項
を加えることで容易に算出することが出来る。この場
合、上記実施例との相違点についてのみのべると、係数
Ｍ＝０に対応する前輪および後輪のゲインと、係数Ｍ＝
１に対応する前輪および後輪のゲインとは、予め制御ゲ
イン演算手段II₁の記憶部203に記憶されており、前後輪
の各々最適なゲインは演算処理部202で演算される。こ
れら演算された最適なゲインは、制御信号演算手段II₂
に出力され、その結果演算されるフィードバック信号に
より前輪補助操舵機構並びに後輪操舵機構を作動させ、
所定の操舵制御を行う。これにより、前輪をも直接タイ
ヤのスリップ角を制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による後輪操舵制御装置の原理図、第２
図は従来の操舵制御装置の概略図、第３図は前後輪の舵
角とタイヤスリップ角の関係を示す図、第４図は本発明
による後輪操舵装置の具体的な実施例の概略図、第５図
はマイクロコンピュータのフローチャート、第６図は本
発明の実施例で使用した１次遅れフィルタの原理図であ
る。Ｉ……センサ手段、 I₁……操舵速度センサ、 I₂……車速センサ、 I₃……状態検出センサ、 I₄……挙動センサ、 II……操舵制御手段、 II₁……制御ゲイン演算手段、 II₁₁……車両状態判定手段、 II₁₂……基本ゲイン生成手段、 II₁₃……ゲイン変更手段、 II₂……操舵量演算手段、 III……後輪アクチュエータ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 131:00 137:00 (72)発明者楠秀樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内審査官藤井昇 (56)参考文献特開昭61−41676（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−85277（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の後輪操舵量を制御する後輪操舵制御
装置において、少なくとも車両の挙動量を検出する挙動センサを具備す
るセンサ手段と、後輪を操舵する後輪操舵アクチュエータ手段と、前後輪の少なくとも一方の舵角と対応するタイヤのスリ
ップ角との比を一定とするよう決定された状態フィード
バックゲインを記憶する基本ゲイン生成手段を具備する
制御ゲイン演算手段と、前記挙動センサより出力された挙動信号と前記記憶され
た状態フィードバックゲインとに基づき前記後輪操舵ア
クチュエータ手段の制御信号を生成する操舵量演算手段
とからなることを特徴とする車両の後輪操舵制御装置。
【請求項２】前記センサ手段がハンドルの操舵速度を検
出する操舵速度センサをさらに有すると共に、前記制御
ゲイン演算手段が前記検出された操舵速度に応じて前記
状態フィードバックゲインを補正する最適ゲイン演算手
段をさらに有し、前記操舵量演算手段は前記補正された
状態フィードバックゲインに基づき前記制御信号を生成
することを特徴とする請求項（１）に記載の車両の後輪
操舵制御装置。
【請求項３】車両の後輪操舵量を制御する後輪操舵制御
装置において、少なくともハンドルの操舵速度を検出する操舵速度セン
サと、車速を検出する車速センサと、車両の挙動量を検
出する挙動センサとを具備するセンサ手段と、後輪を操舵する後輪操舵アクチュエータ手段と、少なくとも前記検出された操舵速度に相当する信号と車
速に相当する信号とから車両の状態及びドライバーの操
舵意志が現在どの状態にあるかを判断して車両状態判定
値を出力する車両状態判定手段と、前輪スリップ角と前
輪操舵角とで構成される項と後輪スリップ角と後輪操舵
角とで構成される項と後輪舵角で構成される項と前記三
つの項に掛かる重み係数とから成る評価関数に基づき前
記評価関数の重み係数に対応した状態フィードバックゲ
インを演算する基本ゲイン生成手段と、前記状態フィー
ドバックゲインを前記車両の状態及びドライバーの操舵
意志を表わす車両状態判定値に応じて配分して最適ゲイ
ンを演算する最適ゲイン演算手段とを具備する制御ゲイ
ン演算手段と、前記挙動センサより出力された挙動信号
に前記演算された最適ゲインを掛けて加え合わせ、前記
後輪操舵アクチュエータ手段の制御信号とする操舵量演
算手段とを具備する操舵制御手段とからなり、車両の前後輪のスリップ角を車両の状態及び
ドライバーの操舵意志に応じて最適に制御することを特
徴とする車両の後輪操舵制御装置。