JP2955015B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
車両用操舵装置Info
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- JP2955015B2 JP2955015B2 JP2507006A JP50700690A JP2955015B2 JP 2955015 B2 JP2955015 B2 JP 2955015B2 JP 2507006 A JP2507006 A JP 2507006A JP 50700690 A JP50700690 A JP 50700690A JP 2955015 B2 JP2955015 B2 JP 2955015B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
- B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
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- Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、車両用操舵装置に関する。「車両」という
用語には、自動車、箱型自動車、貨物自動車、トレイラ
ー、トラクター、トレイラー及びセミトラック陸用車両
が含まれる。
用語には、自動車、箱型自動車、貨物自動車、トレイラ
ー、トラクター、トレイラー及びセミトラック陸用車両
が含まれる。
本発明の装置は、特に操舵可能な前輪及び後輪を備え
た自動車などの車両での使用に適している。
た自動車などの車両での使用に適している。
従来の車両は操舵可能な前輪と、車体に関しては操舵
不可能な後輪を備えていた。このような車両は、ステア
リング角度スリップとして知られる影響を受ける。この
ステアリング角度スリップは、車両が旋回走行を行った
ときに、車両旋回角が、操舵可能な車輪が回転した角度
である操舵角よりも小さくなる現象である。車両旋回角
及び操舵角は、走行する走路に接する車両の方向と平行
な車両の縦軸に関して測定される。
不可能な後輪を備えていた。このような車両は、ステア
リング角度スリップとして知られる影響を受ける。この
ステアリング角度スリップは、車両が旋回走行を行った
ときに、車両旋回角が、操舵可能な車輪が回転した角度
である操舵角よりも小さくなる現象である。車両旋回角
及び操舵角は、走行する走路に接する車両の方向と平行
な車両の縦軸に関して測定される。
ステアリング角度スリップは、従来の車両の回転軸が
その重心と一致しないことにより発生する。運転者の意
図する走路で車両を確実に走行させるためには、運転者
は常にステアリング角度を補正しなければならない。従
って、車両用操舵装置は開ループの機械装置である。
その重心と一致しないことにより発生する。運転者の意
図する走路で車両を確実に走行させるためには、運転者
は常にステアリング角度を補正しなければならない。従
って、車両用操舵装置は開ループの機械装置である。
ゆえに、開ループ制御装置を備えた従来の操舵装置よ
りもはるかに正確な車両用操舵装置が必要になる。
りもはるかに正確な車両用操舵装置が必要になる。
本発明に係る車両用操舵装置は、調整可能なステアリ
ング入力手段と、該ステアリング手段の要求入力に比例
した第１の電気制御信号を生成する手段と、該制御信号
に応じて車輪の操舵を行う手段と、車両の応答を検出す
る検出手段と、前記検出された応答に比例した第２の電
気制御信号を生成する手段と、前記第１及び第２電気制
御信号を比較して差分信号を生成する比較手段と、該差
分信号に応じて車輪を操舵させる手段とから構成され
る。
ング入力手段と、該ステアリング手段の要求入力に比例
した第１の電気制御信号を生成する手段と、該制御信号
に応じて車輪の操舵を行う手段と、車両の応答を検出す
る検出手段と、前記検出された応答に比例した第２の電
気制御信号を生成する手段と、前記第１及び第２電気制
御信号を比較して差分信号を生成する比較手段と、該差
分信号に応じて車輪を操舵させる手段とから構成され
る。
ステアリング角度スリップに関連する問題及び従来の
ステアリング装置の不正確さは、前後輪を有する車両に
操舵可能な前輪のように、操舵可能な後輪を設けること
により減じることが可能である。
ステアリング装置の不正確さは、前後輪を有する車両に
操舵可能な前輪のように、操舵可能な後輪を設けること
により減じることが可能である。
このような装置は現在よく知られており、機械装置及
び油圧装置として構成されている。例えば、EP−Ａ−02
25773及びUS−Ａ−4770264には４輪車両の後輪の操舵を
行う油圧装置が開示されている。
び油圧装置として構成されている。例えば、EP−Ａ−02
25773及びUS−Ａ−4770264には４輪車両の後輪の操舵を
行う油圧装置が開示されている。
しかし、このような後輪ステアリング装置の適切な制
御法則が確立されていなかったために、後輪ステアリン
グ装置が正確にかつ経済的に制御を行うことは今まで不
可能であった。
御法則が確立されていなかったために、後輪ステアリン
グ装置が正確にかつ経済的に制御を行うことは今まで不
可能であった。
けれども、本発明の装置は、特に４輪車両の後輪の操
舵を行うのに適している。
舵を行うのに適している。
以下、図面を用いて本発明の好適な一実施例を説明す
る。
る。
第1a、1b、1c、1d図は、車両用操舵装置の開ループ制
御の既知の原理を示す概略図及びグラフである。
御の既知の原理を示す概略図及びグラフである。
第２図は、操舵可能な前輪及び後輪を備えた車両用の
本発明にかかる操舵装置の概略平面図である。
本発明にかかる操舵装置の概略平面図である。
第3a、3b、3c図は、第２図の操舵装置で使用される閉
ループ制御の原理を示す概略図である。
ループ制御の原理を示す概略図である。
第４図は、第２及び第３図の操舵装置で使用される閉
ループ制御装置のブロック図である。
ループ制御装置のブロック図である。
第５図は、第4a図の制御装置における車両速度の関数
としての定常状態横加速度ステアリングゲインの修正を
示すグラフである。
としての定常状態横加速度ステアリングゲインの修正を
示すグラフである。
第６図は、第２図の操舵装置で使用される閉ループ制
御装置の他の実施例を示すブロック図である。
御装置の他の実施例を示すブロック図である。
第７図は、入力フィルタを備えた閉ループ制御装置の
他の実施例を示すブロック図、 第８及び第９図は、第７図の入力フィルタの詳細を示
すブロック図である。
他の実施例を示すブロック図、 第８及び第９図は、第７図の入力フィルタの詳細を示
すブロック図である。
第1a、1b、1c、1d図は、車両の制御及び操舵を行う既
知の開ループ制御装置の構成及び特徴を示す概略図及び
グラフである。第1aから1d図には、操舵可能な前輪11、
12及び後輪13、14を有する車両10が例として示されてい
る。
知の開ループ制御装置の構成及び特徴を示す概略図及び
グラフである。第1aから1d図には、操舵可能な前輪11、
12及び後輪13、14を有する車両10が例として示されてい
る。
第1a図には、開ループ制御の原理が示されており、後
輪操舵角が要求される平均の前輪操舵角の固定関数にな
っている。後輪操舵角は車両の応答に影響されることが
なく、制御装置110は車両、タイヤ、道路の状態にそれ
ぞれ合わせて設計されなければならない。第1b図には、
操舵角比（即ち、後輪操舵角：前輪操舵角）を速度の関
数として表したグラフが示されている。
輪操舵角が要求される平均の前輪操舵角の固定関数にな
っている。後輪操舵角は車両の応答に影響されることが
なく、制御装置110は車両、タイヤ、道路の状態にそれ
ぞれ合わせて設計されなければならない。第1b図には、
操舵角比（即ち、後輪操舵角：前輪操舵角）を速度の関
数として表したグラフが示されている。
第1c図には、車両の速度が所定値の速度Vcを越えてい
るときの後輪13、14の位置が示されており、また第1d図
には車両の速度がVc以下のときの後輪13、14の位置が示
されている。
るときの後輪13、14の位置が示されており、また第1d図
には車両の速度がVc以下のときの後輪13、14の位置が示
されている。
つまり第1c及び第1d図は、第1b図で設定された車両10
の動作の概略図である。第1a図に示すような構成を用い
れば、車両の回動の中心が車両の重心21に近くなるとい
う利点が生じるが、要求前輪操舵角（βｆ）に対する車
両10の応答を全てに渡って確認することはないので、第
1aから第1d図の装置で車両を正確に制御することはでき
ない。
の動作の概略図である。第1a図に示すような構成を用い
れば、車両の回動の中心が車両の重心21に近くなるとい
う利点が生じるが、要求前輪操舵角（βｆ）に対する車
両10の応答を全てに渡って確認することはないので、第
1aから第1d図の装置で車両を正確に制御することはでき
ない。
第２図には、本発明に係る車両用操舵装置が示されて
いる。
いる。
また、第１図にも、操舵可能な前輪11、12及び後輪1
3、14を有する車両10が示されている。
3、14を有する車両10が示されている。
ステアリングコラム16には、ステアリングホイール15
である調節可能な操舵角入力手段が取り付けられてい
る。また、ステアリングコラム16には、検出手段17であ
る、例えば変換器、光学センサ、その他の適切な手段等
の第１の電気制御信号を生成する手段が取り付けられ、
ステアリングホイール15の回動が測定される。これによ
り、要求前輪操舵角（βｆ）、即ち運転者がステアリン
グホイール15を回動させる角度が求められる。ステアリ
ング検出手段17の出力は、マイクロプロセッサ等の制御
ユニット18に送られる。
である調節可能な操舵角入力手段が取り付けられてい
る。また、ステアリングコラム16には、検出手段17であ
る、例えば変換器、光学センサ、その他の適切な手段等
の第１の電気制御信号を生成する手段が取り付けられ、
ステアリングホイール15の回動が測定される。これによ
り、要求前輪操舵角（βｆ）、即ち運転者がステアリン
グホイール15を回動させる角度が求められる。ステアリ
ング検出手段17の出力は、マイクロプロセッサ等の制御
ユニット18に送られる。
車輪11、12、13、14は油圧アクチュエータ19により操
舵される。
舵される。
アクチュエータ19は、ピストンを有する複動式油圧シ
リンダで構成される従来の形式のものである。ピストン
の片側はシリンダの端壁の開口部を貫通して車輪のタイ
ロッドに接続しているので、ピストンの位置により、操
舵作用を得られる車輪11、12、13、14との間の機械的接
続が確立される。適切な作動油圧源からピストンの片側
へ流れて必要な操舵を行わせる作動流体は、サーボ弁に
より制御される。また、サーボ弁は制御ユニット18から
の制御信号に反応する。
リンダで構成される従来の形式のものである。ピストン
の片側はシリンダの端壁の開口部を貫通して車輪のタイ
ロッドに接続しているので、ピストンの位置により、操
舵作用を得られる車輪11、12、13、14との間の機械的接
続が確立される。適切な作動油圧源からピストンの片側
へ流れて必要な操舵を行わせる作動流体は、サーボ弁に
より制御される。また、サーボ弁は制御ユニット18から
の制御信号に反応する。
前輪11、12を、従来のようにステアリングホイール15
へ機械的に連結させて、機械的に制御してもよい。
へ機械的に連結させて、機械的に制御してもよい。
アクチュエータ19に軸対称となる前輪11、12及び前輪
13、14をそれぞれ使用して、単一のアクチュエータ19で
対の車輪を制御してもよいが、できれば個別のアクチュ
エータ19を使用して、各車輪11、12、13、14を１つずつ
制御するのが好ましい。
13、14をそれぞれ使用して、単一のアクチュエータ19で
対の車輪を制御してもよいが、できれば個別のアクチュ
エータ19を使用して、各車輪11、12、13、14を１つずつ
制御するのが好ましい。
車両10の重心21のできるだけ近くに、ジャイロメータ
またはその他の適切な機器などのヨー角速度センサ20で
ある車体の応答を検出する手段を取り付け、車両10のヨ
ー角速度（ｒ）を測定する。ヨー角速度（ｒ）は重心21
を通る鉛直方向の軸まわりの車体10の回転角速度であ
る。ジャイロメータ20の出力も制御ユニット18に送られ
る。
またはその他の適切な機器などのヨー角速度センサ20で
ある車体の応答を検出する手段を取り付け、車両10のヨ
ー角速度（ｒ）を測定する。ヨー角速度（ｒ）は重心21
を通る鉛直方向の軸まわりの車体10の回転角速度であ
る。ジャイロメータ20の出力も制御ユニット18に送られ
る。
車両10には光学センサ等の車両速度センサー22が取り
付けられており、その出力は制御ユニット18に送られ
る。
付けられており、その出力は制御ユニット18に送られ
る。
適切な種類の車両加速度センサー23も車両10に設けら
れ、車両10の横加速度を測定するのに使用される。車両
加速度センサー23の出力は制御ユニット18に送られる。
れ、車両10の横加速度を測定するのに使用される。車両
加速度センサー23の出力は制御ユニット18に送られる。
制御ユニット18は、ステアリングコラム16でステアリ
ング検出手段17により測定された要求操舵角（βｆ）に
従って、サーボ弁及びアクチュエータ19を動作させる。
前輪11、12のステアリングはこの制御ユニット18からの
制御信号により行われる。
ング検出手段17により測定された要求操舵角（βｆ）に
従って、サーボ弁及びアクチュエータ19を動作させる。
前輪11、12のステアリングはこの制御ユニット18からの
制御信号により行われる。
後輪13、14の操舵も上記と同様に制御ユニット18から
の制御信号により行われるが、制御ユニット18をプログ
ラムして、検出手段17、20、22、23のうち少なくとも１
つを使用する様々な制御案を実現させ、アクチュエータ
19が後輪13、14の操舵作用を制御してもよい。
の制御信号により行われるが、制御ユニット18をプログ
ラムして、検出手段17、20、22、23のうち少なくとも１
つを使用する様々な制御案を実現させ、アクチュエータ
19が後輪13、14の操舵作用を制御してもよい。
開ループ制御装置を使用して、後輪13、14の操舵を制
御してもよいが、このような装置には車両10からのフィ
ードバックが不可能であるという大きな欠点があり、す
なわち操舵は前輪及び後輪のステアリング入力に対する
車両の応答が考慮されない。
御してもよいが、このような装置には車両10からのフィ
ードバックが不可能であるという大きな欠点があり、す
なわち操舵は前輪及び後輪のステアリング入力に対する
車両の応答が考慮されない。
閉ループまたは応答フィードバック制御装置を使用し
て、後輪13、14の操舵を制御すると、開ループ装置より
も優れたより迅速な車両10の制御及びハンドリング特性
が得られる。
て、後輪13、14の操舵を制御すると、開ループ装置より
も優れたより迅速な車両10の制御及びハンドリング特性
が得られる。
応答フィードバック制御装置は、装置変数の関数を比
較し、その差を制御手段として使用することにより、他
の装置変数に対するある装置変数の規定の関係を保つ制
御装置である。
較し、その差を制御手段として使用することにより、他
の装置変数に対するある装置変数の規定の関係を保つ制
御装置である。
開ループ制御と閉ループ制御の違いを、第1a、1b、1
c、1d図と第3a、3b、3c図とを比較して図示する。
c、1d図と第3a、3b、3c図とを比較して図示する。
第3a図には、閉ループ制御の原理が示されており、運
転者の入力は車両速度と無関係な要求車両応答になる。
後輪操舵角角（βｒ）は、要求車両応答と実際の車両応
答の誤差の関数であり、本装置を使用して車両応答を補
正することが可能である。また、後方操舵角（βｒ）を
求める際に使用される閉ループのアルゴリズムを利用し
て、車両の定常状態応答と同様に過渡応答を制御するこ
とができる。従って、装置が外乱に反応することによ
り、安定性と安全性が向上するので、運転者の操作負担
を軽減している。
転者の入力は車両速度と無関係な要求車両応答になる。
後輪操舵角角（βｒ）は、要求車両応答と実際の車両応
答の誤差の関数であり、本装置を使用して車両応答を補
正することが可能である。また、後方操舵角（βｒ）を
求める際に使用される閉ループのアルゴリズムを利用し
て、車両の定常状態応答と同様に過渡応答を制御するこ
とができる。従って、装置が外乱に反応することによ
り、安定性と安全性が向上するので、運転者の操作負担
を軽減している。
第3b図は、要求応答が実際の応答を下回ったとき（オ
ーバーステア）の配置を、また第3c図は要求応答が実際
の応答以上であるとき（アンダーステア）の配置ピスト
ンを示している。制御装置の実施例では、ヨー角速度
（ｒ）誤差ループを使用している。
ーバーステア）の配置を、また第3c図は要求応答が実際
の応答以上であるとき（アンダーステア）の配置ピスト
ンを示している。制御装置の実施例では、ヨー角速度
（ｒ）誤差ループを使用している。
ヨー角速度（ｒ）誤差ループ制御 本発明の実施例では、ステアリング検出手段17により
操舵角（βｆ）が測定され、この情報はマイクロプロセ
ッサ18に送られる。マイクロプロセッサ18は制御信号を
生成するようにプログラムされており、この制御信号は
後輪13,14に取り付けられた油圧アクチュエータ19を要
求前輪操舵角（βｆ）の関数として制御する信号であ
る。また、マイクロプロセッサ18はヨー角速度センサー
20により測定されたヨー角速度（ｒ）を応答過程を制御
するために用いている。後輪13、14は必要な後輪操舵角
（βｒ）まで回転する。第４図は制御装置のブロック図
であり、そのアルゴリズムは以下の通りである。
操舵角（βｆ）が測定され、この情報はマイクロプロセ
ッサ18に送られる。マイクロプロセッサ18は制御信号を
生成するようにプログラムされており、この制御信号は
後輪13,14に取り付けられた油圧アクチュエータ19を要
求前輪操舵角（βｆ）の関数として制御する信号であ
る。また、マイクロプロセッサ18はヨー角速度センサー
20により測定されたヨー角速度（ｒ）を応答過程を制御
するために用いている。後輪13、14は必要な後輪操舵角
（βｒ）まで回転する。第４図は制御装置のブロック図
であり、そのアルゴリズムは以下の通りである。
βｒ＝KyG＊(βｆ＊Ky1−ｒ＊(Ky2＋kdr＊ｆ(Ｒ))) …（１） Ky1＝要求ヨー角速度である定常状態ゲインは動作
時の特定のアルゴリズムの関数である。
時の特定のアルゴリズムの関数である。
Ky2＝ヨー角速度フィードバックゲイン。これはヨ
ー角速度フィードバックの乗数であり、倍率として使用
される。
ー角速度フィードバックの乗数であり、倍率として使用
される。
KyG＝ヨー角速度誤差ループゲイン。KyGの値が大き
くなると、装置の最大実現可能応答の値が大きくなり、
また要求ヨー角速度と実際のヨー角速度の間の定常状態
誤差も小さくなる。しかし、ヨー角速度の行過ぎ量や揺
動が発生する可能性も高くなる。
くなると、装置の最大実現可能応答の値が大きくなり、
また要求ヨー角速度と実際のヨー角速度の間の定常状態
誤差も小さくなる。しかし、ヨー角速度の行過ぎ量や揺
動が発生する可能性も高くなる。
Kdr＝ヨー角加速度フィードバックループゲイン。
ヨー角加速度を用いて装置の安定性を向上させる。信号
は２つの軸方向の加速度計より生成されるか、あるいは
ヨー角速度信号を微分することにより生成される。
ヨー角加速度を用いて装置の安定性を向上させる。信号
は２つの軸方向の加速度計より生成されるか、あるいは
ヨー角速度信号を微分することにより生成される。
ｆ（Ｒ）＝（加速度を得るための）微分値。
従って、要求前輪操舵角（βｆ）はゲイン頂Ky1で乗
じた後のヨー角速度要求になる。
じた後のヨー角速度要求になる。
ヨー角速度センサー20は車両10全体のヨー角速度を測
定し、車両の実際の応答が要求応答（これはβｆの関数
である）と一致するかどうかチェックを行う。また２つ
の応答の誤差を用いて、マイクロプロセッサ18による計
算を制御する。
定し、車両の実際の応答が要求応答（これはβｆの関数
である）と一致するかどうかチェックを行う。また２つ
の応答の誤差を用いて、マイクロプロセッサ18による計
算を制御する。
ヨー角加速度フィードバックループ（Kdr）を用いる
と、ヨー角速度誤差ループゲイン（KyG）の臨界値が使
用されたときの装置の安定性が向上することが分かって
いる。
と、ヨー角速度誤差ループゲイン（KyG）の臨界値が使
用されたときの装置の安定性が向上することが分かって
いる。
ヨー角誤差制御装置は様々な方法を用いることがで
き、そのうち２つは上記に説明した通りである。第３の
方法はヨー角速度誤差である。この場合、３つの別個の
閉ループアルゴリズムが使用される。ヨー角誤差ループ
（Ky1）への出力は３つのアルゴリズムの合計である。
従って、アルゴリズムが関連ゲインをゼロに設定するこ
とによりそれぞれ別個に求めたり、３つのアルゴリズム
の合計である要求ヨー角速度を求めることができる。
き、そのうち２つは上記に説明した通りである。第３の
方法はヨー角速度誤差である。この場合、３つの別個の
閉ループアルゴリズムが使用される。ヨー角誤差ループ
（Ky1）への出力は３つのアルゴリズムの合計である。
従って、アルゴリズムが関連ゲインをゼロに設定するこ
とによりそれぞれ別個に求めたり、３つのアルゴリズム
の合計である要求ヨー角速度を求めることができる。
（ｉ） 定常走路要求 ヨー角速度誤差制御を行うこの装置では、制御ループ
への入力はヨー角速度（ｒ）及び速度センサー22で測定
された車両（Ｖ）の速度である。装置の等式は以下のよ
うに簡単に表される。
への入力はヨー角速度（ｒ）及び速度センサー22で測定
された車両（Ｖ）の速度である。装置の等式は以下のよ
うに簡単に表される。
βｒ＝KyG＊（rdem−ｒ＊Ky1） ……（２） このときrdem＝βｆ＊Ｖ＊Ky1 rdem＝要求ヨー角速度 r ＝測定ヨー角速度 V ＝車両速度 Ky1 ＝定常状態パスゲイン この装置では、要求前輪操舵角（βｆ）が補正されて
走路要求（パスディマンド）を表す。即ち、要求前輪操
舵角（βｆ）信号をゲイン項（Ky1）と車両速度で乗じ
ることにより、常に必要とされる車両進行走路の要求値
を表すヨー角速度要求（rdem）が求められる。
走路要求（パスディマンド）を表す。即ち、要求前輪操
舵角（βｆ）信号をゲイン項（Ky1）と車両速度で乗じ
ることにより、常に必要とされる車両進行走路の要求値
を表すヨー角速度要求（rdem）が求められる。
（ii） 定常横加速度要求 このアルゴリズムで高速時の横加速度が一定であるヨ
ー角速度（ｒ）を求め、車両の安定性を向上させる。
ー角速度（ｒ）を求め、車両の安定性を向上させる。
ヨー角速度誤差制御を行うこの装置でも、制御ループ
への入力はヨー角速度（ｒ）であるが、前輪操舵角（β
ｆ）が補正されて横加速度要求となる。車両の横加速度
（ny）は横加速度計23により測定される。従って、等式
（１）により特徴づけられる装置を補うことにより、以
下の装置の式が求められる。
への入力はヨー角速度（ｒ）であるが、前輪操舵角（β
ｆ）が補正されて横加速度要求となる。車両の横加速度
（ny）は横加速度計23により測定される。従って、等式
（１）により特徴づけられる装置を補うことにより、以
下の装置の式が求められる。
βｒ＝KyG＊（rdem−ｒ＊Ky1） ……（３） このときrdem＝βｆ＊Ky1/V また r ＝ny/V rdem＝要求ヨー角速度 r ＝測定ヨー角速度 ny ＝横加速度 V ＝車両速度 Ky1 ＝任意の定常状態横加速度ステアリングゲイ
ン（単位操舵角ごとの加速度） この場合、要求ヨー角速度（rdem）は車両速度（Ｖ）
に反比例しており、そのため速度がゼロのとき無限大に
なる。この状態を制御ユニット18で決定することはでき
ず、また低速度のとき後輪操舵角（βｒ）に急激な変化
が生じるため、速度（Ｖ）とKy1の関係は第５図のグラ
フの実線で示すような状態になるのが好ましい。即ち、
横加速度ステアリングゲイン（Ky1）の値は、非常に低
速な車両速度に対しては所定最大値（Kypg1）に限定さ
れる。
ン（単位操舵角ごとの加速度） この場合、要求ヨー角速度（rdem）は車両速度（Ｖ）
に反比例しており、そのため速度がゼロのとき無限大に
なる。この状態を制御ユニット18で決定することはでき
ず、また低速度のとき後輪操舵角（βｒ）に急激な変化
が生じるため、速度（Ｖ）とKy1の関係は第５図のグラ
フの実線で示すような状態になるのが好ましい。即ち、
横加速度ステアリングゲイン（Ky1）の値は、非常に低
速な車両速度に対しては所定最大値（Kypg1）に限定さ
れる。
フィードバック制御の手段としてヨー角速度を使用す
る代わりに、横加速度誤差ループを基にして制御方法を
確立することが可能である。このような制御案を以下に
説明する。
る代わりに、横加速度誤差ループを基にして制御方法を
確立することが可能である。このような制御案を以下に
説明する。
横加速度誤差ループ この種の制御方法を第６図のブロック図に示す。図に
おいて、 βｒ＝K1G＊（βｆ＊K11−ny＊K12） ……（４） K11＝定常状態ゲイン K12＝横加速度フィードバックゲイン K1G＝横加速度誤差ループゲイン ny ＝車両横加速度 適切なループゲイン（K1G）が決定すると、このルー
プゲインを用いて要求前輪操舵角（βｆ）と要求横加速
度（ny）の関係を適切な状態にして、様々な制御を行
う。
おいて、 βｒ＝K1G＊（βｆ＊K11−ny＊K12） ……（４） K11＝定常状態ゲイン K12＝横加速度フィードバックゲイン K1G＝横加速度誤差ループゲイン ny ＝車両横加速度 適切なループゲイン（K1G）が決定すると、このルー
プゲインを用いて要求前輪操舵角（βｆ）と要求横加速
度（ny）の関係を適切な状態にして、様々な制御を行
う。
横加速度誤差ループ制御装置は、例えばヨー角速度ジ
ャイロメータと横加速度計とを備えた車両のフェールセ
ーフ予備制御装置として使用することができる。
ャイロメータと横加速度計とを備えた車両のフェールセ
ーフ予備制御装置として使用することができる。
ここに説明する装置は全てステアリング検出手段17で
測定された要求前輪操舵角（βｆ）を使用しているが、
ステアリングホイール15に備えられトルクを測定するト
ルク変換器もしくはステアリングホイール15の動きや位
置を測定するセンサとすることもまた可能である。マイ
クロプロセッサ18を適切に調整すれば、制御装置は角度
の他にもトルク、位置、動きなどの入力情報を使用する
ことができる。
測定された要求前輪操舵角（βｆ）を使用しているが、
ステアリングホイール15に備えられトルクを測定するト
ルク変換器もしくはステアリングホイール15の動きや位
置を測定するセンサとすることもまた可能である。マイ
クロプロセッサ18を適切に調整すれば、制御装置は角度
の他にもトルク、位置、動きなどの入力情報を使用する
ことができる。
周知のように、車両が前方に進んでいるときに突起物
に当たりサスペンション装置の衝撃がひどく、乗り心地
が悪くなってしまった場合、どの車輪も後方に動作する
ことができれば、車両の乗り心地は向上する。
に当たりサスペンション装置の衝撃がひどく、乗り心地
が悪くなってしまった場合、どの車輪も後方に動作する
ことができれば、車両の乗り心地は向上する。
車両の懸架装置に緩衝（コンプライアント）部材を車
両長手方向に使用すれば、車輪はこのように動作するこ
とが可能になるが、一般に車輪が後方に動作するとき
に、この動きにより車輪の操舵が行われないようにする
のが重要である。それは、このような車輪の操舵によ
り、好ましくない不安定性と制御特性が車両に生じるか
らである。
両長手方向に使用すれば、車輪はこのように動作するこ
とが可能になるが、一般に車輪が後方に動作するとき
に、この動きにより車輪の操舵が行われないようにする
のが重要である。それは、このような車輪の操舵によ
り、好ましくない不安定性と制御特性が車両に生じるか
らである。
既知の懸架装置はピボット点が正確に設計された多数
のリンクを配置した構造をとり、必要な動特性と縦方向
（及び横方向）の緩衝作用が得られるよう設計されてい
るので、製造コストが比較的高くなる。
のリンクを配置した構造をとり、必要な動特性と縦方向
（及び横方向）の緩衝作用が得られるよう設計されてい
るので、製造コストが比較的高くなる。
本発明の操舵装置の利点は特に、各車輪の動きが連続
的に検出・制御されるので、車輪の好ましくない動きが
補正されることにある。そのため、車両の懸架装置を非
常に正確に製造することなく、上記のような緩衝作用を
装置に備えることができる。従って、好ましくない操舵
などの車輪の誤った動きが補正されていれば衝撃を受け
た際の乗りごごち改善のための後方への動きを許すこと
ができる。
的に検出・制御されるので、車輪の好ましくない動きが
補正されることにある。そのため、車両の懸架装置を非
常に正確に製造することなく、上記のような緩衝作用を
装置に備えることができる。従って、好ましくない操舵
などの車輪の誤った動きが補正されていれば衝撃を受け
た際の乗りごごち改善のための後方への動きを許すこと
ができる。
入力フィルタ処理 第７から９図に示す「入力フィルタ」を取り入れるこ
とで、制御装置は改良される。前述の装置は、通常の道
路を走行する間、運転者に過剰に応答することが分かっ
ている。フィルタは運転者及び外乱に対する応答時間を
短縮させ、所望の車両応答を得られるよう運転者の入力
を形成することができる。
とで、制御装置は改良される。前述の装置は、通常の道
路を走行する間、運転者に過剰に応答することが分かっ
ている。フィルタは運転者及び外乱に対する応答時間を
短縮させ、所望の車両応答を得られるよう運転者の入力
を形成することができる。
入力フィルタは必要な車両性能を示し、また装置によ
って車両とタイヤの組合せを検出することができるが、
運転者の要求に応じた操作や道路の状態の変化を検出す
ることは感じ取ることはさほどできない。
って車両とタイヤの組合せを検出することができるが、
運転者の要求に応じた操作や道路の状態の変化を検出す
ることは感じ取ることはさほどできない。
入力フィルタは基本的には剛性と減衰性を備えた二次
フィルタである。これは、周波数及び減衰比で所望のヨ
ー角応答を定義する単純な車両モデルとして見なすこと
ができる。フィルタは制御アルゴリズムの上流の経路で
測定された前輪操舵角及び旋回角に適用され、また閉ル
ープ性能に影響を与えることなく所望の車両応答をプロ
グラムすることができる。入力フィルタにより、運転者
は自分に必要な水準まで車両応答を調整することができ
るので、運転者が自在に設定することが可能である。一
般に運転者は、一般道路で使用する場合0.9の減衰比で
約４ヘルツの周波数を、また貨物車両で使用する場合は
0.65の減衰比で５から６ヘルツの周波数を好むことが分
かっている。しかし、これらの数値は運転者により変わ
る。また、制御装置のパラメータを最適状態にして、ど
の速度でも車両応答を同一にする運転者もいることがテ
ストで分かった。
フィルタである。これは、周波数及び減衰比で所望のヨ
ー角応答を定義する単純な車両モデルとして見なすこと
ができる。フィルタは制御アルゴリズムの上流の経路で
測定された前輪操舵角及び旋回角に適用され、また閉ル
ープ性能に影響を与えることなく所望の車両応答をプロ
グラムすることができる。入力フィルタにより、運転者
は自分に必要な水準まで車両応答を調整することができ
るので、運転者が自在に設定することが可能である。一
般に運転者は、一般道路で使用する場合0.9の減衰比で
約４ヘルツの周波数を、また貨物車両で使用する場合は
0.65の減衰比で５から６ヘルツの周波数を好むことが分
かっている。しかし、これらの数値は運転者により変わ
る。また、制御装置のパラメータを最適状態にして、ど
の速度でも車両応答を同一にする運転者もいることがテ
ストで分かった。
入力フィルタ周波数（IFKc）と入力フィルタ減衰比
（IFCc）が共にゼロでない場合、第８図の剛性と減衰性
を備えた二極フィルタを用いるのがよい。入力フィルタ
減衰比（IFCc）がゼロで、入力フィルタ周波数（IFKc）
がゼロではないときは、時定数を有する第９図の一極フ
ィルタを使用することができる。
（IFCc）が共にゼロでない場合、第８図の剛性と減衰性
を備えた二極フィルタを用いるのがよい。入力フィルタ
減衰比（IFCc）がゼロで、入力フィルタ周波数（IFKc）
がゼロではないときは、時定数を有する第９図の一極フ
ィルタを使用することができる。
このフィルタユニットを使用して、1Vmin以下の速度
（Ｖ）のときにおいて、第７図の「Ky1」および「入力
フィルタ」で示されるブロックにより定まるゲインを、
第５図のグラフの点線のようにする。低速度のときのゲ
インは、速度の一次関数である。速度０のときのゲイン
がKminである。またこれを用いれば車両の低速操縦性を
変化させることができる。これにより、後輪が前輪以上
に操舵することなく、また後方の操舵効果が前方より大
きくなることはない。もし、後方の操舵効果が前方の操
舵効果より大きくなってしまうと、前輪ステアリング入
力に応じた車両の動作が不適切なものになってしまう。
（Ｖ）のときにおいて、第７図の「Ky1」および「入力
フィルタ」で示されるブロックにより定まるゲインを、
第５図のグラフの点線のようにする。低速度のときのゲ
インは、速度の一次関数である。速度０のときのゲイン
がKminである。またこれを用いれば車両の低速操縦性を
変化させることができる。これにより、後輪が前輪以上
に操舵することなく、また後方の操舵効果が前方より大
きくなることはない。もし、後方の操舵効果が前方の操
舵効果より大きくなってしまうと、前輪ステアリング入
力に応じた車両の動作が不適切なものになってしまう。
高ゲインループ装置は、横風や分割μ状態などの車両
に加えられる外乱に応答し、これを補正することが可能
でなければならない。研磨された氷（0.1未満のμ）及
び雪（0.45以上のμ）の分割μ表面上で、ABS装置を備
えた車両を用い、上記の装置で試験を行ったところ、運
転者の操作負担と車両の乱れが４輪操舵で大きく減少
し、車両の安定性が向上する。このような状態で、例え
ば車両の定常直線走行運転者の要求応答と、車両がスピ
ンしているときに制動動作を行ったときなどの車輪への
分割μ表面の影響との差を車両制御装置が補正し、車両
を連続直線走行させる。この種類の装置をABS装置と併
用すれば、制動装置により生じるヨー角モーメントに対
して後輪操舵を行って反応させることが可能なので、ロ
ー選択装置を使用する必要がなくなる。
に加えられる外乱に応答し、これを補正することが可能
でなければならない。研磨された氷（0.1未満のμ）及
び雪（0.45以上のμ）の分割μ表面上で、ABS装置を備
えた車両を用い、上記の装置で試験を行ったところ、運
転者の操作負担と車両の乱れが４輪操舵で大きく減少
し、車両の安定性が向上する。このような状態で、例え
ば車両の定常直線走行運転者の要求応答と、車両がスピ
ンしているときに制動動作を行ったときなどの車輪への
分割μ表面の影響との差を車両制御装置が補正し、車両
を連続直線走行させる。この種類の装置をABS装置と併
用すれば、制動装置により生じるヨー角モーメントに対
して後輪操舵を行って反応させることが可能なので、ロ
ー選択装置を使用する必要がなくなる。
従って、閉ループ制御案を応用することにより、運転
者の通常の要求以上に車両応答を上げることができる。
また、車両のあらゆる運転速度において車両操縦特性を
一定に保ち、更に外乱及び、アクティブサスペンション
やABSなどの他の装置との相互作用に応じた車両の制御
と安定性を向上させ、極端な状態での車両の安全性を高
めることができる。
者の通常の要求以上に車両応答を上げることができる。
また、車両のあらゆる運転速度において車両操縦特性を
一定に保ち、更に外乱及び、アクティブサスペンション
やABSなどの他の装置との相互作用に応じた車両の制御
と安定性を向上させ、極端な状態での車両の安全性を高
めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者 バーク デビッド イギリス国 ノーフォーク州 エヌアー ル14 ８イーゼット ノーウィッチ （番地なし） グループ ロータス ピ ーエルシー (56)参考文献 特開 昭60−161266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−88665（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−225462（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−193773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−1517（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−194920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 7/14 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (18)
- 【請求項１】調整可能なステアリング入力手段と、 前記ステアリング入力手段の要求入力に比例した第１の
電気信号を生成する手段と、 前記第１の電気信号に応じて車燐の操舵を行う手段と、 車両の応答を検出する手段と、 前記検出された応答に比例した第２の電気信号を生成す
る手段と、 前記第１および第２の電気信号を比較し、比較結果より
差分信号を生成する手段と、 前記差分信号に応じて車輪を操舵する手段と、 を備え、 さらに、前記比較手段によって前記第１の電気信号が第
２の電気信号と比較される前に前記第１の電気信号を濾
波し、少なくともある車速域において、前記比較手段に
入力する第１の電気信号の値を制限するフィルタ手段を
有する、車両用操舵装置。 - 【請求項２】請求の範囲１に記載の車両用操舵装置であ
って、前記フィルタ手段は２極フィルタを有する、車両
用操舵装置。 - 【請求項３】請求の範囲１に記載の車両用操舵装置であ
って、前記フィルタ手段は単一極フィルタを有する、車
両用操舵装置。 - 【請求項４】請求の範囲１から３のいずれかに記載の車
両用操舵装置であって、前記フィルタ手段は、運転者に
よって調整可能であり、これによって運転者は運転者の
入力要求に車両の周波数応答を合わせることができる、
車両用操舵装置。 - 【請求項５】請求の範囲１から４のいずれかに記載の車
両用操舵装置であって、前記ステアリング入力手段は回
動可能であり、前記第１の電気信号を生成する手段はス
テアリング入力手段の回動角度を計測する手段を有す
る、車両用操舵装置。 - 【請求項６】請求の範囲１から５のいずれかに記載の車
両用操舵装置であって、車両応答を検出する前記検出手
段は、車両のヨー角速度を計測し、それに比例した電気
制御信号を生成する、車両用操舵装置。 - 【請求項７】請求の範囲６に記載の車両用操舵装置であ
って、ヨー角速度に比例した前記電気信号を、前記比較
手段が前記第１の電気信号と比較することができるよう
に処理し、この比較結果に基づく差分信号を生成する手
段を有する、車両用操舵装置。 - 【請求項８】請求の範囲１から７のいずれかに記載の車
両用操舵装置であって、車両の速度を計測し、これに比
例した電気制御信号を生成する手段を有する、車両用操
舵装置。 - 【請求項９】請求の範囲８に記載の車両用操舵装置であ
って、車両の速度に応じて変更される倍率で前記第１の
電気信号を修正する処理を行う手段を有する、車両用操
舵装置。 - 【請求項１０】請求の範囲１から９のいずれかに記載の
車両用操舵装置であって、車両の応答を検出する前記検
出手段は、車両の横加速度を計測し、これに比例した電
気信号を生成する手段を含む、車両用操舵装置。 - 【請求項１１】請求の範囲10に記載の車両用操舵装置で
あって、車両の横加速度に比例した前記電気信号と前記
第１の電気信号とを前記比較手段で比較できるように処
理する手段と、この比較結果による差分信号を生成する
手段を有する、車両用操舵装置。 - 【請求項１２】請求の範囲１から11のいずれかに記載の
車両用操舵装置であって、車両の応答を検出する前記検
出手段は、車両のヨー角加速度を計測し、それに比例す
る電気信号を生成する手段を有する、車両用操舵装置。 - 【請求項１３】請求の範囲12に記載の車両用操舵装置で
あって、車両のヨー角加速度に比例した前記電気信号と
前記第１の電気信号とを前記比較手段で比較できるよう
に処理する手段と、その比較結果による差分信号を生成
する手段を有する、車両用操舵装置。 - 【請求項１４】請求の範囲１から13のいずれかに記載の
車両用操舵装置であって、前記車両用操舵装置は少なく
とも一つの前輪と少なくとも一つの後輪を有する車両の
後輪を操舵することが可能である車両用操舵装置。 - 【請求項１５】少なくとも一つの操舵可能な前輪と少な
くとも一つの操舵可能な後輪を有する車両用操舵装置で
あって、 前輪を操舵するための操舵可能な第１の車輪に機械的に
結合されたステアリングホイールと、 前記ステアリングホイールの回動位置に比例した第１の
電気信号を生成する手段と、 車両の応答を検出する検出手段と、 検出された応答に比例する第２の電気信号を生成する手
段と、 前記第１および第２の電気信号を比較し、その比較結果
による差分信号を生成する比較手段と、 前記差分信号に応じて前記後輪を操舵する手段と、を備
え、 前記比較手段によって前記第１の電気信号が第２の電気
信号と比較される前に前記第１の電気信号を濾波し、少
なくともある車速域において、前記比較手段に入力する
第１の電気信号の値を制限するフィルタ手段を有する、
車両用操舵装置。 - 【請求項１６】請求の範囲15に記載の車両用操舵装置で
あって、前記フィルタ手段は２極フィルタを有する、車
両用操舵装置。 - 【請求項１７】請求の範囲15に記載の車両用操舵装置で
あって、前記フィルタ手段は単一極フィルタを有する、
車両用操舵装置。 - 【請求項１８】請求の範囲15から17のいずれかに記載の
車両用操舵装置であって、前記フィルタ手段は、運転者
によって調整可能であり、それによって運転者は、運転
者の入力要求に車両の周波数応答を合わせることができ
る、車両用操舵装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB898913212A GB8913212D0 (en) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | A wheeled vehicle steering system |
| GB8913212.0 | 1989-06-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04505737A JPH04505737A (ja) | 1992-10-08 |
| JP2955015B2 true JP2955015B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=10658122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2507006A Expired - Lifetime JP2955015B2 (ja) | 1989-06-08 | 1990-05-08 | 車両用操舵装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5348111A (ja) |
| EP (1) | EP0487529B1 (ja) |
| JP (1) | JP2955015B2 (ja) |
| CA (1) | CA2057871C (ja) |
| DE (1) | DE69012133T2 (ja) |
| ES (1) | ES2063355T3 (ja) |
| GB (1) | GB8913212D0 (ja) |
| WO (1) | WO1990014980A1 (ja) |
Families Citing this family (51)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4217634C1 (ja) * | 1992-05-28 | 1993-07-08 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De | |
| US5734570A (en) * | 1992-08-04 | 1998-03-31 | Lotus Cars Limited | Wheeled vehicle steering system for steering the rear wheels of a vehicle |
| GB9216547D0 (en) * | 1992-08-04 | 1992-09-16 | Lotus Car | A wheeled vehicle steering system |
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| US6199874B1 (en) | 1993-05-26 | 2001-03-13 | Cornell Research Foundation Inc. | Microelectromechanical accelerometer for automotive applications |
| KR950017622A (ko) * | 1993-12-14 | 1995-07-20 | 전성원 | 4륜 조향 시스템 |
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| US5742507A (en) | 1994-11-25 | 1998-04-21 | Itt Automotive Europe Gmbh | Driving stability control circuit with speed-dependent change of the vehicle model |
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| US5774821A (en) | 1994-11-25 | 1998-06-30 | Itt Automotive Europe Gmbh | System for driving stability control |
| US5710704A (en) | 1994-11-25 | 1998-01-20 | Itt Automotive Europe Gmbh | System for driving stability control during travel through a curve |
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| US5694321A (en) | 1994-11-25 | 1997-12-02 | Itt Automotive Europe Gmbh | System for integrated driving stability control |
| US5701248A (en) | 1994-11-25 | 1997-12-23 | Itt Automotive Europe Gmbh | Process for controlling the driving stability with the king pin inclination difference as the controlled variable |
| US5732377A (en) | 1994-11-25 | 1998-03-24 | Itt Automotive Europe Gmbh | Process for controlling driving stability with a yaw rate sensor equipped with two lateral acceleration meters |
| US5710705A (en) | 1994-11-25 | 1998-01-20 | Itt Automotive Europe Gmbh | Method for determining an additional yawing moment based on side slip angle velocity |
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