JPH05310142A - 4輪操舵車両の制御方法及び装置 - Google Patents

4輪操舵車両の制御方法及び装置

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JPH05310142A
JPH05310142A JP14485992A JP14485992A JPH05310142A JP H05310142 A JPH05310142 A JP H05310142A JP 14485992 A JP14485992 A JP 14485992A JP 14485992 A JP14485992 A JP 14485992A JP H05310142 A JPH05310142 A JP H05310142A
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JP
Japan
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yaw rate
vehicle
wheel steering
angle
steering angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP14485992A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Matsuno
浩二 松野
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Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 前輪操舵角δf と車速Vと実ヨーレイトγの
情報からコントロールユニットが目的とする後輪舵角δ
r を求めて制御信号を発し後輪操舵を行う4輪操舵車両
において、横風等の外乱に対してドライバが修正操舵し
易く且つあまり高い緊張感を与えないような最適な車両
特性を得るように制御する。 【構成】 前輪操舵角δf と車速Vと車両諸元とから車
体横すべり角を0とするヨーレイト応答を前輪操舵角に
対する1次遅れ応答として演算し規範ヨーレイトγ0
するヨーレイトモデル41と、実ヨーレイトγと前輪操
舵角δf と後輪舵角δr とから車体横すべり角を推定す
る状態観測器42とを設け、γとγ0 の偏差γ−γ0
と、状態観測器の車体横すべり角推定値β0 ′に、最適
レギュレータを構成するようにリカッチ方程式の解とし
て求められたフィードバックゲインKγとKβ(共に車
速Vの関数となる)をそれぞれ掛け、これらを加算して
目標とする後輪舵角δr を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は前輪の操舵に伴い後輪の
操舵を行うようになっている4輪操舵車両の制御方法及
び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】4輪操舵車両において、4輪操舵によっ
て横風等の外乱に対する走行安定性を向上させるには、
ヨーレイト等を検出してフィードバック制御すれば良
い。そこで従来は基準値となる規範ヨーレイトをハンド
ル角と車速とから演算で求め、この基準値と実際のヨー
レイトとの差に応じて又は車両横gの偏差も加味して4
輪操舵の制御を行っている(特開昭63−41283号
公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにハンドル
角と車速とから演算されるヨーレイトの基準値だけを用
いた従来のフィードバック制御では、ハンドルを直進状
態に保持したまま横風を受けた場合、基準値となる規範
ヨーレイトは0となるから、横風によるヨーレイトの発
生を完全に抑えようとする制御となり、下記のような問
題が生じる。
【0004】第1に、横風で風下に流されているにもか
かわらず車体はもとの方向を向いたままとなり、ドライ
バにとって車体の動きがつかみにくくなり、その結果ド
ライバの修正操舵が的確に行われにくくなり、車線の保
持がかえって難しくなる。ドライバの修正し易さだけを
考えると、車体が風下方向に回頭し進行方向(風下方
向)と車体の向きとを一致させる(車体横すべり角を0
とする)方が良いが、これではドライバの緊張感が高く
なり過ぎやはり好ましくない。
【0005】第2に、横風によるヨーイングの発生を抑
えるには、後輪の踏ん張りを減らすために後輪を風下方
向に操舵しなければならないので、車両全体としての横
方向の踏ん張りが低下してしまう。又第3に後輪の操舵
量が大きくなる。
【0006】本発明は、上記のような従来装置の諸課題
に対処することを主目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、操舵角センサ
が検出した前輪操舵角δf と車速センサが検出した車速
Vと車両諸元とから車体横すべり角を0とするヨーレイ
ト応答を前輪操舵角に対する1次遅れ応答として演算し
規範ヨーレイトγ0 とする規範ヨーレイトモデルと、車
両運動のモデリングを基本としヨーレイトセンサが検出
した実ヨーレイトγと前輪操舵角δf および後輪舵角δ
r とから車体横すべり角を推定する状態観測器とを備
え、実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ0 の偏差γ−γ
0 と、状態観測器が推定した車体横すべり角推定値β
0 ′に、最適レギュレータを構成するようにリカッチ方
程式の解として求められたフィードバックゲインKγと
Kβ(共に車速Vの関数となる)をそれぞれ掛け、これ
らを加算して目標とする後輪舵角δr を求め、これを制
御信号として後輪操舵を行うことを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】上記のように、γ−γ0 にて横風等の外乱によ
って発生するヨーレイトを検出し、状態観測器によって
車体横すべり角を推定し、これらにKγ,Kβをそれぞ
れ掛けて、外乱によって生じたヨーレイトと車体横すべ
り角の割合を最適化する制御としたことにより、外乱に
対してドライバが修正操舵し易く且つあまり高い緊張感
を与えることのない最適な車両特性を得ることができ
る。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
【0010】図1は本発明を適用すべき4輪操舵車両の
概略を説明する図であり、この4輪操舵車両は、前輪操
舵角を検出する操舵角センサ1と、車速を検出する車速
センサ2と、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ3
と、これらセンサ類の検出信号に基づき目標とする後輪
操舵角を演算して制御信号を発するコントロールユニッ
ト4と、該コントロールユニット4の制御信号にて後輪
操舵を行うアクチュエータ,該アクチュエータの駆動力
を後輪に伝える駆動力伝達機構等よりなる後輪操舵装置
5とを備えている。
【0011】コントロールユニット4は、図2の概略ブ
ロック図に示すように、前輪操舵角δf ,車速V,車両
諸元より車体横すべり角を0とするヨーレイト応答を操
舵角に対する1次遅れとして演算し規範(目的)ヨーレ
イトγ0 として設定する規範ヨーレイトモデル41と、
車両運動のモデリングを基本としヨーレイトセンサ3が
検出した実ヨーレイトγと観測器のヨーレイト出力γ
0 ′の偏差をフィードバックして補正しながら車体横す
べり角を推定し車体横すべり角推定値β0 ′として出力
する状態観測器42と、実ヨーレイトγと規範ヨーレイ
トγ0 の偏差γ−γ0 と状態観測器42が推定した車体
横すべり角推定値β0 ′に、最適レギュレータを構成す
るようにリカッチ方程式の解として予め求められている
フィードバックゲインKγ,Kβ(Kγ, Kβは車速V
の関数となる)をそれぞれ掛けて目標とする後輪舵角δ
r を演算する最適レギュレータ決定部43とを備え、こ
の後輪舵角δr の指示にて後輪操舵装置5が作動し後輪
操舵が行われるようになっている。
【0012】以上の規範ヨーレイトモデル41と状態観
測器42と最適レギュレータ決定部43による制御の概
略は、図3のフローチャートに示す通りである。
【0013】以下上記規範ヨーレイトモデル41,状態
観測器42,最適レギュレータ決定部43のそれぞれの
演算の基礎となる車両の運動方程式について説明する。
【0014】図5に示すように、地上に固定した座標系
をX−Yとし、車両の重心点Pを原点とした車両に固定
した座標系をx−yとする。又鉛直軸まわりの角度は全
て反時計回りを正にとる。
【0015】車両が一定速度で運動していると仮定し、
X−Y座標に対するP点の位置ベクトルからその速度ベ
クトルは下記数1の(1)式で表される。
【0016】
【数1】
【0017】(1)式を微分することによりP点の加速
度ベクトルは下記数2の(5)式のように求められる。
【0018】
【数2】
【0019】車両は一定速度で運動しているので、V=
√(u2 +v2 )=一定である。このような場合、P点
の運動はu,vではなく、車両の横すべり角βで表した
方が便利である。βが小さければ下記数3の(6)式が
成り立つ。
【0020】
【数3】
【0021】これらの(6)式を(5)式に代入すると
次のようになる。
【0022】
【数4】
【0023】即ち車両重心点Pは、横すべり角βの微分
値と車両のヨーレイトγとの和に車速Vを掛けた大きさ
の車両進行方向に直角な加速度をもつと見做せる。
【0024】2輪モデル(図6参照)についての運動方
程式は、横すべり角βとヨーレイトγを変数として下記
数5の(8),(9)式のようになる。
【0025】
【数5】
【0026】ここで、コーナリングフォースがタイヤの
スリップ角βf ,βr に対して線形で扱える領域を考
え、Yf =2Kf βf ,Yr =2Kr βr (但しKf
r は1輪あたりの等価コーナリングパワを表す)を導
入し、(8),(9)式を展開すると数6のようにな
る。
【0027】
【数6】
【0028】以上が車両の基本的な運動方程式である。
【0029】(10),(11)式を状態変数表現で示
せば下記(12)式となる。
【0030】
【数7】
【0031】上記(12)式において、a11,a12,a
21,a22,b1 ,b2 ,c1 ,c2は、下記数8に示す
通りである。
【0032】
【数8】
【0033】本発明は、図4の制御ブロック線図に示す
ように、以上の車両の運動方程式に基づき、規範ヨーレ
イトモデル41,状態観測器42が前述したように規範
ヨーレイトγ0 ,車体横すべり角推定値β0 ′を演算
し、又最適レギュレータ決定部43が実ヨーレイトγと
規範ヨーレイトγ0 の偏差γ−γ0 と状態観測器が推定
した車体横すべり角推定値β0 ′にそれぞれゲインK
γ,Kβを掛けて後輪操舵角δr を求め、後輪舵角制御
を行うものである。
【0034】規範ヨーレイトモデル41は下記数9に示
す式にて、前輪操舵角δf に対し車体横すべり角を0と
するヨーレイト応答を操舵角に対する一次遅れとして演
算しこれを規範ヨーレイトγ0 とする。
【0035】
【数9】
【0036】尚図4において、g1 ,g2 は状態観測器
のフィードバックゲインであり、下記数10に示す式に
おいて、固有値の実部が負になる(即ち固有値を複素平
面の左半面に設定する)ようにg1 ,g2 を選択するこ
とにより、どんな初期値に対しても車体横すべり角推定
値β0 ′は真の車体横すべり角βに漸近していく。
【0037】
【数10】
【0038】次に、最適レギュレータ決定部43のフィ
ードバックゲインKγ, Kβの算出について説明する。
【0039】前後輪転舵に伴う車両応答の状態変数表現
は前記数7の(12)式となるが、このうち後輪舵角δ
r による車両の応答は下記数11の(13)式の状態変
数表現となる。
【0040】
【数11】
【0041】ここで評価関数Jを下記数12の(14)
式とすれば、リカッチ方程式を解くことにより、Jを最
小とする状態量フィードバックゲインKγ,Kβは車速
Vの関数として予め求めておくことができる。
【0042】尚(14)式において重み係数q1 ,q2
は実車チューニングにより決定するものとする。
【0043】
【数12】
【0044】上記のように、実ヨーレイトと規範ヨーレ
イトとの偏差により横風等の外乱によって発生したヨー
レイトを検出し、更に状態観測器により車体横すべり角
を推定し、最適レギュレータ制御によってこの外乱によ
って発生したヨーレイトと状態観測器が推定した車体横
すべり角との割り合いを最適化して後輪舵角の制御を行
うことにより、ドライバによる修正操舵まで含めて最適
な車両特性が得られるものである。
【0045】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、横風等の
外乱によって発生するヨーレイトと車体横すべり角の割
合を、ドライバによる修正操舵が容易で且つあまり大き
な緊張感を与えない範囲に最適制御することができ、又
後輪の風下方向への操舵量が減少するので、車両全体と
しての横方向の踏ん張りが維持できると共に、後輪操舵
装置のアクチュエータの負担の軽減をはかることができ
るもので、4輪操舵車両の機能向上に寄与するところ極
めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する4輪操舵車両の制御系統の概
略を示す説明図である。
【図2】本発明の実施例を示す概略ブロック図である。
【図3】本発明による制御態様の概略を示すフローチャ
ートである。
【図4】本発明における制御ブロック線図である。
【図5】地上に固定した座標系X−Yと車両の重心点P
を原点とした車両に固定した座標系x−yとの関係を示
す図である。
【図6】車両の運動を2輪モデルで示した図である。
【符号の説明】
1 操舵角センサ 2 車速センサ 3 ヨーレイトセンサ 4 コントロールユニット 5 後輪操舵装置 41 規範ヨーレイトモデル 42 状態観測器 43 最適レギュレータ決定部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 前輪操舵角を検出する操舵角センサと、
    車速を検出する車速センサと、車体のヨーレイトを検出
    するヨーレイトセンサと、これらのセンサの検出値から
    目的とする後輪舵角を演算して制御信号を発するコント
    ロールユニットと、このコントロールユニットの制御信
    号に基づき後輪操舵を行う後輪操舵装置とを有する4輪
    操舵車両であって、上記コントロールユニットに、前輪
    操舵角と車速と車両諸元とから車体横すべり角をゼロと
    するヨーレイト応答を前輪操舵角に対する1次遅れ応答
    として演算し規範ヨーレイトとして設定する規範ヨーレ
    イトモデルと、車両運動のモデリングを基本とし前輪操
    舵角とヨーレイトセンサが検出した実ヨーレイトおよび
    後輪舵角から車体横すべり角を推定する状態観測器とを
    設け、最適レギュレータを構成するようにリカッチ方程
    式の解として求められ車速の関数となるフィードバック
    ゲインを、上記実ヨーレイトと規範ヨーレイトモデルが
    演算した規範ヨーレイトとの偏差と、状態観測器が推定
    した車体横すべり角推定値とにそれぞれ掛け、目標とす
    る後輪舵角を演算にて求めることを特徴とする4輪操舵
    車両の制御方法。
  2. 【請求項2】 前輪操舵角を検出する操舵角センサと、
    車速を検出する車速センサと、車体のヨーレイトを検出
    するヨーレイトセンサと、これらのセンサの検出値から
    目的とする後輪舵角を演算して制御信号を発するコント
    ロールユニットと、このコントロールユニットの制御信
    号に基づき後輪操舵を行う後輪操舵装置とを有する4輪
    操舵車両であって、上記コントロールユニットに、前輪
    操舵角と車速と車両諸元とから車体横すべり角をゼロと
    するヨーレイト応答を前輪操舵角に対する1次遅れ応答
    として演算し規範ヨーレイトとして設定する規範ヨーレ
    イトモデルと、車両運動のモデリングを基本とし前輪操
    舵角とヨーレイトセンサが検出した実ヨーレイトおよび
    後輪舵角から車体横すべり角を推定する状態観測器とを
    設け、且つ最適レギュレータを構成するようにリカッチ
    方程式の解として求められ車速の関数となるフィードバ
    ックゲインを、上記実ヨーレイトと規範ヨーレイトモデ
    ルが演算した規範ヨーレイトとの偏差と、状態観測器が
    推定した車体横すべり角推定値とにそれぞれ掛け、これ
    らを加算して目標とする後輪舵角を求める最適レギュレ
    ータ決定部を上記コントロールユニットに設けたことを
    特徴とする4輪操舵車両の制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0947412A3 (de) * 1998-03-28 2001-11-28 DaimlerChrysler AG Steuereinrichtung zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines vierrädrigen Fahrzeugs
JP2009143535A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Hyundai Motor Co Ltd 横安定制御方法及びそのための横安定制御装置
US20120029772A1 (en) * 2009-08-25 2012-02-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steering control apparatus
JP2021014221A (ja) * 2019-07-15 2021-02-12 トヨタ自動車株式会社 車両用外乱対処システム

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