JPS6167669A - 車両用操舵制御装置 - 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、前・後輪の操舵が可能な４輪操舵車両の操
舵装置に利用され得るもので、特に、操舵時の車両の運
動性能を自由に制御できる車両用操舵制御装置に関する
。

（従来の技術） 従来の１機械リンク式ステアリング装置を塔載し九車両
は、ステアリングハンドルの操舵Ｒｋに対応して前輪を
転舵する構成となっており、操舵に伴う運動変数は、そ
の車両の車両諸元にエリー律に決定され、運動性能は、
車種毎に固有のものとなっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のように従来の車両にあっては、運
動性能を変更するには、車両諸元を変える必要があり１
例えば、セダン車でスポーツ車のような運動性能を持た
せることは困難であつ友。

これは、スポーツ車の車両諸元はスポーツ車の車体構造
やタイヤ特性に裏って決定される之め、結局セダン基と
は言えない本体構造になってしまう友めでろａｏ また、競技用車両（ラリー車）の場合、７ＪＯ速性能と
操舵応答性との両者が優れていることが要求されるが１
通常、加速性能を向上させるには、エンジン排気量を大
きくする几め、車体重量が増大し、この几め、操舵応答
性が低下してしまう。そこで、車体寸法を小さくして、
ヨー慣性を低減させることに裏って操舵応答性を向上さ
せようとすると、大型エンジンを塔載できなくなって、
加速性能を高めることができない。

このＬうに、車両諸元に１って、車両の運動性能が一律
に決まって（−まう工うな従来の車両では種々の不都合
を有している。

ま之、運動性能は、タイヤの摩耗やタイヤ交換によるタ
イヤ特性の変化や路面状態の変化にエフ変わってしまう
が、従来の車両では、運動性能の変化に対しては、運転
者の運転操作にエフ対処するしかない状況である。

（問題点を解決するｔめの手段） 上記問題点を解決するために１本発明は、第１図に示す
如く、ステアリングハンドルの操舵ｉｔ検出するハンド
ル操舵量検出手段１００と、車速検出手段１０１と、所
望の車両諸元を用いた車両の運動方程式により、ステア
リングハンドル操舵量θ８および車速ＶＫ対応する車両
の運動変数目標値Ｘを求める運動変数目標値演算手段１
０２と。

運動変数目標値Ｍに基づいて前輪を転舵する前輪転舵手
段１０４と、運動変数目標値Ｍに基づいて後輪を転舵す
る後輪転舵手段１０５を備えている。

さらに、本発明は、前記運動変数目標値Ｍと四徨の運動
変数の実際値ｍを検出する運動変数実際値検出手段１０
Ｂを備えるとともに、運動変数実際値ｍが運動変数目標
値Ｍに一致するように、前輪および後輪の舵角を補正す
る舵角補正手段１０６を具備している。

（作用） 運ｗＪＢ変数目標値演算手段１０２において求められる
運動変数目標値Ｍは、所望の車両諸元に基づいて求めら
れることから１例えば１本発明の装置を塔載する車両が
セダン基である場合に、スポーツ車の車両諸元を用いれ
ば、スポーツ車と同等の運動性能を持たせることができ
る。

また、運動変数実際値ｍｔ−検出して、これが運動変数
目標値Ｍに一致するように前・後輪舵角を補正すること
Ｋより、タイヤ特性の変化等が生じでも、所望した運動
性能は変化せず、常に同じ運動性能を維持することがで
きる。

（実施例）　　　　′ 本発明の一実施例の概略構成を第２図に示す。

演算処理装置ｌは、アナログ演算回路あるいはマイクロ
コンピュータを用いたデジタル演算回路で構成され、ハ
ンドル操舵量センサ２で検出されるステアリングハンド
ル８の操舵量θ　と、車速センサ８で検出される車速Ｖ
、および２つの加速度センサ６．７で検出される前輪の
横方向加速度りと後輪の横方向加速度ｙＲの各情報信号
が入力されている。

前輪１１．１２および後輪１８．１４は、油圧式ステア
リング装置９．１０によって転舵される構成となってお
り、油圧式ステアリング装置９．１０は、前輪転舵装置
４および後輪転舵装置５によって制御される。

上記前輪転舵手段番と後輪転舵装置５．および油圧式ス
テアリング装置９．ｌＯは、例えば第８図に示すような
構成になっている。

油圧式ステアリング装置９，１ｏは、２つのピストン８
２．８８を備え１両端がタイロッド（図示略）に連結さ
れたシャフト８１を、左右の油圧室１３４．８５の作動
油圧に差を設けることによって軸方向へ移動させること
により車輪の転舵を行う。

また、中央の室３７ＦＦ３には、バネ８６で左右逆方向
に付勢された反撥グレート８８．８９が、シャツ）８１
に遊嵌されており、これは、左右の油圧室８４，８６の
作動油圧が抜かれたときに、シャフト８１を元の中立位
置に後置させるためのものである。

゛　前、後輪転舵装置番、５は、ソレノイドドライバ２
１と、コントロールバルブ２２（！：、オイルポンプｚ
６と、オイルタンク２７から構成されている。

コントロールバルブ２Ｓは、油圧式ステアリング装置９
，１０の左右の油圧室８４．８５に通ずる油路２８．２
９を備え、これらの油路２８，２９に流入する作動油量
を調整するスプールバルブ２６ｔ−具備している。この
スプールバルブ２５は、左右端が電磁ソレノイド２８．
２４に遊嵌しており、！磁ンレノイド８８．２４の磁力
の大小により、軸方向へ移動し、上記左右の油圧室８４
．８５に与える作動油量を調整する。

ソレノイドドライバｚ１は、演算処理装置１から与えら
れる信号ｓ、ＳＲの値またはレベルに比例した電流信号
を左右何れかの電磁ソレノイド８Ｂ、２４に供給する。

０の場合、車輪の転舵方向によって、電流を与える電磁
ソレノイドを左右で切換えて制御する。

上記演算処理装置１は、機能的な構成で示すと、第４図
のように、運動方程式演算部５１と、コーナリングフォ
ース目標値演算部５２と、コーナリングフォース検出部
５Ｂと、ｌ’Ｉ演算ｓ５４．５５で表わされる。これら
は、アナログ演算回路で構成してもよいし、マイクロコ
ンピュータのソフトウェアによって構成してもよい。

上記運動方程式演算部５１は、ハンドル操舵量θ　と車
速Ｖを入力して、車両の運動方程式からヨー角加速度の
目標値πと求心Ｇ（求心力Ｕ速度）ψ の目標値光を算出する。

このときの演算には、所望の車両諸元が用いられ、これ
は１本実施例装置が塔載される車両（自軍）の車両諸元
であってもよいし、自車の車両諸元とは異なる車両諸元
であってもよい。

ここでは、−例として、自軍がセダン車であるとして、
上記演算に用いる車両諸元には、スポーツ基（これを「
目標車両」とする）の車両諸元を用いるものとする。

本実施例では、目標車両諸元として、以下の車両諸元を
用いている。

工２□：目標車両のヨー慣性 りよ　＝目標車両のホイールペース Ｌｙ□：目標車両の前軸と重心間の距離ＬＲ□：目標車
両の後軸と重心間の距離靴□　：目標車両のギングビン
回り慣性　。

Ｋｓ□：目標車両のステアリング剛性 Ｎ１：目標車両のステアリングギヤ比 ＫＦユ　：目標車両の前輪のコーナリングパワーＫＲ１
”目標車両の後輪のコーナリングパワーこれらの車両諸
元は、各演算回路の定数として、あるいは、メモ’）Ｉ
ＩＣ予め設定されている。

そして、上記目標車両の車両諸元と、前記入力されたハ
ンドル操舵量θ６．車速Ｖとを用いて。

以下の演算を行う。

Ｍ□（’ｉ、＋φ□Ｖ　）”　２０Ｆ、＋　２０Ｒ，−
・−（１）工Ｚｌ　”１　＝”ＦｌｏＦｌ−２ＬＲＩＣ
Ｒ１・・”　”　　　　。

β２、＝δｆ□−（ｔ□＋ＬＦ、φ、）／Ｖ　　・・・
・（８）β、□−一（９□−ＬＲ□φ□）／Ｖ　　　・
・・・（４）’Ｆｌ　＝ＫＦｌβ、、　　　　　　−−
−−−（ｓ）’Ｒ１＝　ＫＲ工βＲエ　　　　　・・・
・・（６）φ＝ψ　　　　　　　　　　−−−−−（？
）−＝父、＋φ、■　　　　　　　　・・・・・（８）
ここで・ ÷、二目襟車両のヨーレイト ｉ　二目標車両のヨー角加速度 ９□：目標車両の横方向速度 ｙ工：目標車両の横方向加速度 β１、：目標車両の前輪の慣すべり角 β８、二目標車両の後輪の横すべり角 ＣＦ＋　”目標車両の前輪のコーナリングフォースＯＲ
＋　”目標車両の後輪のコーナリングフォース°°：ヨ
ー角加速度目標値 Ｙ′：求心Ｇ目標値 である。

上記式（１）、　（２）は目標車両における運動方程式
であり、これらの式を解くには、Δを毎に２回の積分演
算が必要であり、この積分演算は１例えば・ ・　１（ｔ＋Δｔ）＝Ａ（す＋Δｔ　−Ａ　（ｔ）で表
わされる矩形積分法や、その他・ルンゲクツタ法等、要
求される積分精度に応じて適切な積分法を用いる。

このようにして、求められたヨー角加速度目標値；と求
心Ｇ目標値ちは、・・ンドル操舵量θ８とψ 車速ＶＫ対応する目標車両におけるヨー角力ロ速度と求
心Ｇであり、これらの自車とは異なる車両の運動変数を
自軍で実現させようとするのが本実施例のねらいである
。

上記のようにして求められたヨー角加速度目標値：と求
心Ｇ目標値ＹＧは、このままでは、前・後ψ 輪舵角の制御に用いられないため、前・後輪舵角制御に
用い易い運動変数に変換する必要がある。

そこで１本実施例では、前・後輪舵角との相関性の高い
前・後輪のコーナリングフォースに変換シている。

この変換は、コーナリングフォース目標値演算部５２で
行われる。ここで行われる演算は以下の式で表わされる
。

ここで。

ＣＦ：前輪のコーナリングフォース目標値ＯＲ：後輪の
コーナリングフォース目標値り、自軍軍のホイールベー
ス Ｍ、：自車の車体質量 り２．：自車の前軸と重心間の距離 ＬＲ，：自車の後軸と重心間の距離 である。

このようにして求められた前輪のコーナリングフォース
目標値Ｇｙと後輪のコーナリングフォース目標値ＣＲは
、　ＰＩ演算回路５４．５５へ送られる。

ＰＩ演算回路５４．５５には、コーナリングフォース検
出部５Ｂから、前輪のコーナリングフォース実際値ＯＦ
と後輪のコーナリングフォース実際値へも入力されてお
り、前記Ｃ１とＯＲとのＰＩ演算結果を出力Ｓ、、ＳＲ
として前輪転舵装置４と後輪転舵装置５へ供給する、 コーナリングフォース検出部５Ｂは、２つの加速度セン
サ６．７から与えられる前輪の横方向加速度りと後輪の
横方向加速度１を用いて、以下の演算を行う。

ＣＦ＝　（（Ｍ２／ｒ＋　Ｉ、）ｆ、＋　ＣＨ３Ｉ、１
！。

−Ｉ、）　ｆＨ）／ｚｃｔ、＋ｔｒ）　　　・・−（１
１）Ｃ！Ｒ＝　（ＣＭ２１１１ｒＩｚｚ）　’ｙ＋　Ｃ
Ｈ２Ｉ１　＋工Ｚ２）　’Ｒ）　／２　（Ｉｆ　＋　％
）　　　””・（１２）ここで５上記２つの加速度セン
サ６、フは、第１図に示すように、前輪１１．１２のＳ
−軸の中央位置と後輪１８．１４の車軸の中央位置に取
付けられており、加速度センサ６と車体６０の重心位置
６１との距離がＩｆ、刃口速度センサ７と重心位置６１
との距離がノ、であるとする。そして、この場合には、
１１　＝　Ｌｙ、　、　ｌ工＝ＬＲ１である。

このようにして、演算処理装置ｌからは、上記で実現す
るためのコーナリングフォース目標値ＣＦ、ＯＲノＰ工
演算結果ＳＦ、ＳＲカ出力サす、コれに対応して前輪転
舵装置４と後輪転舵装置５が。

前・後輪の舵角を調整する。

そして、前・後輪舵角の調整に伴って、自軍のコーナリ
ング７オースが変化し、この変化を２つの加速度センサ
６．７で検出するとともに、コーナリングフォース実際
値ＣＦ、ＣＲとしてフィードバックすることＫより、前
・後輪舵角は、コーナリングフォース目標値ＣＦ、ＣＲ
にコーナリングフォース実際値Ｃ，，ａＲが一致するよ
うに調整されることになる。

このように１本実施例では、コーナリングフォースの目
標値演算とフィードバックを行う構成とした理由は、前
記式（１１）　、　（１２）で判るように、前°後輪の
フィードバック値（コーナリングフォース実際値）が互
いに影響されないことと、前・後輪舵角との間に、微分
等の複雑な関係が無いため制御が容易であるからである
。

以上の動作により、自軍のヨー角加速度および自軍の求
心Ｇは、演算により求められた目標値・・ψ とτに等しくなり、結果として、自車は、目標車両と同
等の運動性能を有することになる。すなわち、前述のよ
うに自軍がセダン基であって、目標車両がスポーツ車で
ある場合には、自軍の車体構造等はそのままで、運動性
能はスポーツ車の性能にすることができるのである。

また、タイヤの摩耗等によるタイヤ特性の変化や路面状
態の変化が生じると、自軍の運動特性自体は変化する（
自軍の車両諸元が変化するため）が、上記演算処理装置
１では、コーナリングフォースの実際値ＯＦ、ＣＲをフ
ィードバックしているため、自車の運動特性が変化して
も、実際の運動性能は、目標車両の運動性能に保たれ、
常に同じ運動性能で操縦できることになる。これは、上
記演算処理装置ｌで行われる演算中に、自軍の車両諸元
を用いていないことにも起因している。

なお、上記実施例では、目標車両として自軍とは異なる
車種を設定した例を示したが、これは、自軍を目標車両
としても良い（電子制御する場合には、運動性能が自由
に変えられるので、従来の機械リンク式ステアリング装
置を塔載した場合の運動性能を持たぜるため、自車と同
社の従来車両を目標車両とする）、また、仮受の車両（
理想とする運動性能を有する車両）を目標車両としても
よく、これによって、例えば、ラリー車において、大型
エンジンを塔載し、かつ操舵応答性を高めることも可能
となる。

また、目標車両として、ミツドシップ基を設定すること
も可能であり、ミツドシップ型ではない車両であっても
、ミツドシップ基と同等の運動性能を持たせることがで
きる。

さらに、目標車両の車両諸元を複数記憶させておき、運
転者の好みにより自由に目標車両を選択する構成とする
こともできる。

また、上記実施例では、運動変数目標値として。

ヨー角加速度と求心Ｇを求め、これらをさらにコーナリ
ングフォースに変換する例を示しであるが、これは、フ
ィードバックさせるのに適当なセンサが有れば、ヨー角
加速度と求心Ｇをそのまま目標値とし、これらの実際値
を検出することくよってフィードバック制御させる構成
であってもよい。

さらに、“目標値としては、上記以外の運動変数。

例えば、横すべり角等を目標値として求めるものでも良
い。

ならびに、上記演算処理装置ｌで用いる運動方程式は１
等価の式であれば他の演算を用いてもよく１例えば、ス
テアリング系のダイナミックスを考慮した形とすれば、
８つの運動方程式になる（但し、この場合１ｇ分演算が
４回になる）。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように１本発明は、従来の車両では
、運動性能がその車両の車両諸元によって決まる固有の
ものであったのに対し、その車両諸元で決まる運動性能
とは異なる運動性能を、本体構造等に変更を与えること
なく、自由に変えることができる。

これによって、例えば１通常車両にミツドシップ班と同
等の運！ＩＩＩＪ性能を持たせたり、あるいは。

大型エンジンを塔載しつつも操舵応答性の高いラリー車
を提供することも可能になる。

また、タイヤの摩耗等によるタイヤ特性変化や　□路面
状態の変化に対しても、常に同じ運動性能を維持するこ
とができ、操安性の向上を図ることが一可能とな°る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロン、り図。 第２図は本発明の一実施例の構成図。 第３図は第２図中の前輪転舵装置と後輪転舵装置および
油圧式ステアリング装置の構成図、第４図は第２図中の
演算処理装置の構成を機能的に示すブロック図、 第５図は第２図中の加速度センサの取付位置を示す図で
ある。 １００・・・ハンドル操舵量検出手段 １０１・・・車速検出手段 １０２・・・運動変数目標値演算手段 １０Ｂ・・・運動変数実際値検出手段 １０４・・・前輪転舵手段　　１０５・・・後輪転舵手
段７！ｆ開日ａ（ｉｌ−６７６６９（６’）第３図 λドテワγリシク”」ドＥｌ 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステアリングハンドルの操舵量を検出するハンドル
   操舵量検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 所望の車両諸元を用いた車両の運動方程式 により、前記検出されるステアリングハンドル操舵量お
   よび車速に対応する車両の運動変数の目標値を求める運
   動変数目標値演算手段と、 前記運動変数目標値演算手段によつて求め られる運動変数目標値と同種の運動変数の実際値を検出
   する運動変数実際値検出手段と、前記求められた運動変
   数目標値に基づいて 前輪を転舵する前輪転舵手段と、 前記求められた運動変数目標値に基づいて 後輪を転舵する後輪転舵手段と、 前記検出される運動変数実際値が前記運動 変数目標値に一致するように、前輪および後輪の舵角を
   補正する舵角補正手段とを備えることを特徴とする車両
   用操舵制御装置。