JPH0331070A - 車両舵角制御装置 - 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） 本発明は、操舵時に最適な車両動特性を得るべく前輪ま
たは後輪の少なくとも一方を補助転舵する車両舵角制御
装置に関する。

（従来の技術） 従来、車両用後輪舵角制御法としては、例えば［計測自
動制御学会論文集　Ｖｏｌ、２３．　Ｎｏ、８Ｊ　　（
昭和６２年８月発行）の第４８ページ〜第５４ページに
記載されている方法か知られている。

上記従来出典には、被制御量を、ヨーレートとした場合
、横加速度とした場合、ヨーレートと横加速度の線形結
合で定義されるＤ＊とした場合の３通りについての後輪
舵角制御法が示されているが、以下、ヨーレートの制御
系を例にとり説明する。

第１０図はアクチュエータの制御系として一般に良く知
られた積分型サーボ系を用いた場合のブロック図であり
、モータをアクチュエータとして持つシステムによく用
いられる。

この後輪舵角計算部では、従来出典に示されるように、
所望のヨーレート応答特性を持つ規範モデルの出力に実
際の車両の応答が一致するように後輪舵角目標値δ８を
出力する。そして、アクチュエータ制御部では、後輪実
舵角ろ、と状態変数である ｘ　ｐ　＝　［ろ８．δＲ］を用いて後輪実舵角ろ、を
後輪舵角目標値ろ、に近づけるようにアクチュエータを
駆動するようになっている。

尚、第１０図において、積分ゲインＫｉ及び比例ゲイン
Ｋｐは最適制御理論に従って設定されるのが一般的であ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような後輪舵角制御法にあっては、
後輪実舵角ろ８と状態変数ＸＰをフィードバック情報と
して取り込み、検出値である後輪実舵角ろ、を後輪舵角
目標値δ８に一致させるフィードバック制御のみにより
アクチュエータ制御を行なうようになっていた為、積分
ゲインＫｉ及び比例ゲインにｐを実用的な範囲では最も
良い性能が得られるように設定しても、ステップ操舵時
には、第１１図に示すように、後輪舵角理想値（点線特
性）に対する後輪実舵角（実線特性）の応答が遅れ、第
１２図に示すように、実際の車両のヨーレートψは、車
両の運動目標値の操舵角に対する伝達特性（以下、規範
モデルという）で設定される目標値からずれ、オーバシ
ュートにより振動的なふらつきが出るという課題を残し
ていた。

特に、油圧サーボ等により構成される高応答型のアクチ
ュエータの場合には、十分な応答性能か得られるが、モ
ータアクチュエータのようにイナーシャ（慣性）が大き
く、その動特性が無視出来ないようなものを用いた場合
には、前述の振動的なふらつきか大きく出る。

そこで、本出願人は、特願昭６３−１０７３１１号の出
願で、フィードバック制御に、アクチュエータによる制
御量の変化を予想してこれを打ち消すフィードフォワー
ド補償を加えて後輪実舵角制御系を構成することで、後
輪駆動アクチュエータの応答性能にかかわらず、操舵時
に後輪実舵角及び車両挙動のふらつきを防止する装置を
提案した。

しかし、この先行出願内容は、制御系が連続系の最適レ
ギュレータによる構成であり、後輪舵角目標値の１階微
分値と２階微分値を演算に含む為、目標値に後輪舵角を
追従させるには規範モデルを分母３次以上で分子０次の
形としなければならず規範モデルの形を自由に決めるこ
とができない。

この結果、アクチュエータのダイナミックスが十分に考
慮されない場合が出る。また、規範モデルの次数か高い
ので演算が複雑になり、演算容量の高いマイクロコンピ
ュータが必要となる。

本発明は、上述のような問題に着目してなされたものη
操舵時に前、後輪の少なくとも一方を補助転舵する車両
舵角制御装置において、制御のための演算を簡略化し、
アクチュエータの応答性能にかかわらずあらゆる車速に
おいて所望の応答を得ることができる装置を提供するこ
とを課題とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため本発明の車両舵角制御装置では
、制御系をディジタル制御系とし、このディジタル制御
系で、アクチュエータの動特性を考慮しながら目標値へ
の実転舵角の追従に実用上無視できる遅れを許容した演
算により制御する手段とした。

即ち、第１図のクレーム対応図に示すように、運転者操
舵による操舵角を検出する操舵角検出手段ａと、車速を
検出する車速検出手段すと、補助転舵が行なわれる車輪
の実転舵角を検出する実転舵角検出手段Ｃと、前輪また
は後輪の少なくとも一方を補助転舵するアクチュエータ
ｄと、操舵角信号と車速信号を入力し第１の制御信号を
出力する第１信号演算部ｅと、実転舵角信号と車速信号
を入力し第２の制御信号を出力する第２信号演算部ｆと
、第１．第２の制御信号と車速信号を入力し前記アクチ
ュエータｄへの指令を決める第３の制御信号を出力する
第３信号演算部９とからなるディジタル系の補助転舵制
御信号演算手段りと、を備えている事を特徴とする。

（作　用） 操舵時には、ディジタル系の補助転舵制御信号演算手段
りにおいて、第１信号演算部ｅからは操舵角信号と車速
信号を入力し第１の制御信号が出力され、第２信号演算
部ｆからは実転舵角信号と車速信号を入力し第２の制御
信号が出力され、第３信号演算部９からは第１の制御信
号と第２の制御信号と車速信号を入力し第３の制御信号
が出力される。

そして、この第３の制御信号に基づき所望の補助転舵角
を得る指令がアクチュエータｄへ出力される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。

第２図は第１実施例の車両舵角制御装置を示すプロ・ン
ク図であり、前輪のハンドル操舵時に後輪をモータアク
チュエータで補助転舵するシステムである。

この第１実施例の車両舵角制御装置は、前輪操舵角ｅを
検出する操舵角センサ１と、車速Ｖを検出する車速セン
サ２と、実後輪転舵角に相当するモータ回転角Φを検出
するモータ回転角センサ３と、後輪を補助転舵するモー
タアクチュエータ４と、該モータアクチュエータ４の駆
動を後輪の転舵駆動に変換する後輪転舵機構５と、車速
信号（Ｖ）に応じて伝達特性を変更し、操舵角信号（θ
）を入力信号とする伝達特性ｅｕ（ｚ−“）のフィルタ
である第１信号演算部６と、車速信号（Ｖ）に応じて伝
達特性を変更し、モータ回転角信号（Φ）を入力信号と
する伝達特性５（Ｚ−’）のフィルタである第２信号演
算部７と、車速信号に応じィルタである第３信号演算部
８とからなるディジタルコントローラ９（補助転舵制御
信号演算手段）と、ディジタルコントローラ９からの電
流指令値工を電流工に変換するモータドライバー１０と
を備えている。

前記後輪転舵機構５は、第３図に示すように、モータア
クチュエータ４により駆動されるウオームギヤ５１と、
該ウオームギヤ５１に噛み合うウオームホイール５２と
、該ウオームホイール５２の回転軸位置に設けられたボ
ールスクリュー５３と、該ボールスクリュー５３に噛み
あうスクリューギヤ５４と、該スクリューギヤ５４が形
成されたタイロッド５５とを有し、接輪は前記タイロッ
ド５５のストロークに応じナックルアームを介して転舵
される。

次に、作用を説明する。

第４図は第１実施例装置を連続値制御系であられした制
御ブロック図である。

まず、制御対象となるモータドライバー１０゜アクチュ
エータモータ４．後輪転舵機構５の離散時間系でのモデ
リングは次の様に行なうことができる。

モータドライバー１０は電流指令値■アクチュエータモ
ータ４に電流■を流すが実用範囲で伝達特性は、 とみなすことができる。

次に、アクチュエータモータ４と転舵機構５は転舵機構
を第３図のような構成と考えると、運動方程式は近似的
に、 但し、■Ａ：モータアクチュエータ系の慣性■□＝に工
・工　　　　　　　　　　　　・・・（３）ＴＭ：モー
タトルク にＴ：モータのトルク定数 Ｔｄ：外乱トルク（車両コーナリングフォース、路面凹
凸によるノイズ等） ロ：効率 Φ：モータ回転角 のように表わせる。

今、外乱を無視すると電流Ｉに対するモータ回転角Φの
伝達関数は、 但し、Ｓは微分演算子 （４）式をＯ次ホールダを用いて離散化すると、を得る
。

今後　　に□／１．．Ｔ’／Ｎ＝　８　。

・・・（６） とかく。但し、Ｎはモータ回転角Φと後輪舵角δの比で
あり、アクチュエータのギヤ比やナックルアーム長等で
決めることができる。

以上まとめると、電流工に対する後輪舵角δの伝達関数
は、 と表わせる。

一方、操舵角θに対する後輪舵角δの目標伝達特性は次
のように与える。

操舵角θに対する車両のヨーレ一トφの運動の伝達特性
（規範モデル）を、 Ｔ：ｖｆ定数、Ｇ（Ｖ）：車速Ｖにより代わるゲインと
することを考える。

車両のヨーレート伝達特性は、 Ａ、（Ｖ）ψ＝８．（ｖ）θ十Ｂ、　（Ｖ）ろ但し、　
　Ａｔ（Ｖ）＝Ｓ’＋　　Ａｌ１ｍ５＋　　Ａｌ２（Ｖ
）・・・（１１） （１−２−’）２＝Ａ　（Ｚ−’） ・・・（８） Ｂ１（Ｖ）”ＢＩＩＳ　＋８，２（Ｖ）　　　　　　　
　　・＝（１２）Ｂ、、＝２にＦＬＦ／ＩＮＮ。

Ｂ、２（ｖ）＝４ＫＦにＲＬ／ＶＩＪＩ２Ｎθ８２　（
Ｖ）　＝８２　、　Ｓ　＋　８２２（Ｖ）　　　　　　
　　　−（＋３）Ｂ２１＝−２に＊ＬＪＩｚ ８２２　ｍ　”−４ＫＲＫＦＬ／ＶＩＪＩＺ但し、に１
．に。二前後輪コーナーリングパワーＬＦ、ＬＲ：前・
後軸−重心距離 Ｍ：車両質量 Ｉ２：車両ヨー慣性 ＮＯニステアリングギア比 Ｌ：ホイールベース であるから（１１）式において、ヨーレイトψが（１ｏ
）式に一致するには （１４）式により操舵角θに対する後輪舵角δの目標伝
達特性（ろ／θ）本を求めると、 但し、 Ａ、＋＝　（Ｂ２２（Ｖ）　Ｔ　＋　Ｂ２１）／　Ｂ２
＋・ＴＡ−２＝　　８７．／Ｂ２．・Ｔ Ｂｒｌ＝Ｇ（Ｖ）／Ｂ２１−Ｔ Ｂ、２＝　（Ｇ（Ｖ）Ａ、１（Ｖ）　−３１（Ｖ）’Ｔ
　）／Ｂ２＋・ｒＢ、３＝　（Ｇ（Ｖ）Ａｔ２（Ｖ）　
　Ｂ、（Ｖ）・Ｔ）／Ｂ２１・Ｔとなる。

次に、第４図の制御系において、操舵角θに対する実際
の後輪舵角δの伝達特性ができるだけ（１５）式の伝達
特性に近づくようにフィルタＢ。（Ｚ−’）。

Ｒ（Ｚ−’）　、　　Ｓ　（Ｚ−’）　（７）特性ヲキ
メル。

まず、（１５）式をＯ次ホールダを用いて離散化する。

ある車速Ｖにおいて、 ＡＣ（Ｚ−’）・　　１　＋Ａｃ１２−’＋ＡＣ２Ｚ−
’Ｂｃ（！−’）＝Ｂｃ＋　＋　ＢＣ２Ｚ−’　＋　Ｂ
Ｃ３Ｚ−’の形となる。Ａｃ　（Ｚ−’）、　Ｂｃ　（
Ｚ−’）をもとにＡ（Ｚ−’）Ｒ（Ｚ−’）＋Ｚ−’Ｂ
−（Ｚ）Ｓ（Ｚ−’）＝Ａｃ（Ｚ−’）−（１７）Ｂ、
（Ｚ−１）　＝ＢＣ（Ｚ−’）　　　　　　　　　　　
　・（１８）の２式を満足するように、ｅ、（ｚ−’）
、　　Ｒ（Ｚ−’）　。

５（Ｚ−’）を選ぶと第４図の系で伝達特性δ／θはと
なるので目標伝達特性８゜（ｚ−’）／ＡＣ（ｚ−’）
に対し、 とになるがザンブリング時間Ｔが十分に短い時、うに、
実用上無視できる徴かなおくれとしかならず、制御され
た車両のヨーレート応答は、（１０）式にほとんど一致
する（第６図）。

Ｒ（Ｚ−’）　、　　Ｓ　（Ｚ−’）は、例えばＲ（Ｚ
−’）　＝　１＋ｒ＋Ｚ Ｓ（Ｚ−’）　　＝Ｓ、＋５２Ｚ−’　　　　　　　　
　　　・・−（２０）とすることができ、この場合、 となる。（１５）式から明らかになるようにＡｒ、、Ａ
ｒ、。

Ｂｒ　ｌ、　Ｂｒ２．　Ｂｒ：＋、は車速Ｖによって変
化するので、Ａｃ＋＋Ａｃ２．Ｂｃ＋、Ｂｃｔ、Ｂｃａ
もそレニ応シテ変化シ、Ｓｔ、Ｓ２．ｒ＋、ＢＭ（Ｚ−
’）の各係数は予め車速Ｖのマツプとして記憶しておく
ことができる。

以上の係数を用いた制御アルゴリズムは第７図のように
なる。

次に、第２実施例について説明する。

第８図は第２実施例装置の制御ブロック図で、この実施
例は、第１実施例にロバスト補償器を追加し、外乱Ｔｄ
やアクチュエータのパラメータ変動に対する後輪舵角δ
への影響が小さくなるようにしたものである。

ここでＰｏはドライバ、モータ、アクチュエータのモデ
ルであり、 Ｈは低域フィルタであり、Ｐｏのｌ１ｌ（Ｚ−’）を含
ませで、 （但し、５Ｈ１＝＋＋Ａ＋＋） とすることによりＨ／Ｐ０は、 となり、Ｂ−（Ｚ−’）＝（＋＋Ｚ−’）／２　（７）
不安定０点の影響を受けないフィルタとすることができ
る。

モデルＰ０と、フィルタＨ／Ｐｏにより次のような効果
を得ることができる。

図中１から６までの伝達特性を求めると、但し、Ｐは、
ドライバ、モータ、アクチュエータの実際の伝達特性、
Ｔｄは、 であり、外乱Ｔｄの後輪舵角６に与える影響を表わす変
数である。ここで、低域フィルタの伝達特性が１である
ところでは（２４）式は、 となり、もしも外乱Ｔｄが加わっても、また下ライバ、
モータ、アクチュエータ等の特性がＰ。とじてモデル化
した時の特性と食い違っていても後輪舵角ろは影響を受
けないことが分かる。

実際には、低域フィルタＨのカットオフ周波数までの低
域では、）−１＝１なので後輪舵角δはほとんど外乱Ｔ
ｄやドライバ、モータ、アクチュエータ等の特性変化に
影響されない特性をうろことができる。

この第２実施例装置での制御アルゴリズムは第９図のよ
うに表わせる。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における制御の追加や変更等があ
っても本発明に含まれる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の車両舵角制御装置に
あっては、制御系をディジタル制御系とし、このディジ
タル制御系で、アクチュエータの動特性を考慮しながら
目標値への実転舵角の追従に実用上無視できる遅れを許
容した演算により制御する手段とした為、操舵時に前、
後輪の少なくとも一方を補助転舵する車両舵角制御装置
において、制御のための演算を簡略化し、演算に使用す
るマイクロコンピュータを簡単なものとすることができ
るという効果が得られる。

また、制御のサンプリング時間を短くしてきめ細かく制
御することでアクチュエータの応答性能にかかわらずあ
らゆる車速において所望の応答を得ることができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両舵角制御装置を示すクレーム対応
図、第２図は本発明第１実施例の車両舵角制御装置を示
すシステムブロック図、第３図は実施例装置での接輪転
舵機構の具体例を示す図、第４図は第１実施例装置の制
御ブロック図、第５図は目標伝達特性に対する誤差のス
テップ応答特性図、第６図は第１実施例装置でのステッ
プ操舵時における後輪舵角及びヨーレート特性図、第７
図は第１実施例装置での制御アルゴリズムを示すフロー
チャート、第８図は第２実施例装置の制御ブロック図、
第９図は第２実施例装置での制御アルゴリズムを示すフ
ローチャート、第１０図は従来の車両舵角制御装置を示
すブロック図、第１１図及び第１２図はモータアクチュ
エータを用い、かつ、従来のヨーレートのモデル適合制
御を適応した車両でのステップ操舵時における後輪実舵
角及びヨーレートの各特性図である。 ａ・・・操舵角検出手段 ｂ・・・車速検出手段 Ｃ・・−実転舵角検出手段 ｄ・・・アクチュエータ ｅ・・−第１信号演算部 ｆ・・・第２信号演算部 ９・・・第３信号演算部 ｈ・・・補助転舵制御信号演算手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）運転者操舵による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、 補助転舵が行なわれる車輪の実転舵角を検出する実転舵
   角検出手段と、 前輪または後輪の少なくとも一方を補助転舵するアクチ
   ュエータと、 操舵角信号と車速信号を入力し第１の制御信号を出力す
   る第１信号演算部と、実転舵角信号と車速信号を入力し
   第２の制御信号を出力する第２信号演算部と、第１、第
   ２の制御信号と車速信号を入力し前記アクチュエータへ
   の指令を決める第３の制御信号を出力する第３信号演算
   部とからなるディジタル系の補助転舵制御信号演算手段
   と、を備えている事を特徴とする車両舵角制御装置。 ２）前記第１信号演算部は、車速信号に応じて伝達特性
   を変更し操舵角信号を入力とする伝達特性Ｂ＿Ｍのフィ
   ルタであり、前記第２信号演算部は、車速信号に応じて
   伝達特性を変更し実転舵角信号を入力とする伝達特性Ｓ
   ＿Ｍのフィルタであり、前記第３信号演算部は、車速信
   号に応じて伝達特性を変更する伝達特性Ｒ＿Ｍ＾−＾１
   のフィルタである請求項１記載の車両舵角制御装置。 ３）各フィルタの伝達特性Ｂ＿Ｍ、Ｓ＿Ｍ、Ｒ＿Ｍ＾−
   ＾１は、ＡＲ＿Ｍ′＋Ｚ＾−＾ｄＢ＿−Ｓ＿Ｍ＝Ａ＿Ｃ
   Ｒ＿Ｍ＝Ｂ＋Ｒ＿Ｍ′、Ｂ＿Ｍ＝Ｂ＿Ｃ 但し、Ａ＿Ｃ、Ｂ＿Ｃはそれぞれ設計者が望む後輪舵角
   δの操舵角θに対する分母多項式と分子多項式（δ／θ
   ＝Ｂ＿Ｃ／Ａ＿Ｃ）、Ａ、Ｂはアクチュエータの伝達特
   性の分母多項式と分子多項式、Ｚ＾−＾１は時間遅れ演
   算子、ｄはムダ時間、Ｂ＿＋、Ｂ＿−は漸近安定多項式
   、即ち、Ｂ＝Ｂ＿＋・Ｂ＿− （アクチュエータの伝達特性）＝Ｚ＾−＾ｄ・Ｂ／Ａの
   関係を満たす事を特徴とする請求項２記載の車両舵角制
   御装置。