JPS6280158A - 車両用操舵系制御装置 - 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、車両の運動性能を、操舵系の状態量を制御
することで、予め設定された目標とする運動性能となる
ように制御する車両用操舵系制御装置に係り、特に、輪
荷重の変化が生じても制御精度に影響を生じな（・よう
にした車両用操舵系制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の、機械リンク式ステアリング装置を搭載した車両
は、ステアリングハンドルの操舵角に対応して前輪を転
舵する構成となっており、操舵に伴う運動性能は、その
車両の車両諸元により一律に決定され、運動性能は、車
種毎に固有のものと、なっている。

これに対し、本願出願人は、先に、特願昭５９−１４７
０１８号、特願昭５９−１８８１５８号、特願昭５９−
１８８１５８号等において、目標とする運動性能を備え
る目標車両を想定し、該目標車両に関する車両諸元と運
動方程式に基づいて、ステアリングハンドル操舵角と車
速に対応する運動変数の目標値、すなわち目標車両が呈
する運動性能を表す運動変数値を求め、この運動変数目
標値を自車（当該装置を搭載した車両）で実現するよう
に、自車の車輪（前輪または後輪の少なくとも一方）の
舵角な制御する装置を提案している。

すなわち、この装置を用いれば、自在に運動性能を制御
することができるのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、本願発明者は、上記装置について、さらに研
究を重ねるうちに、次のような改良点を見出した。

すなわち、例えば、荷物専用車のように、車両の自重と
同程度の積載を行うと、車両諸元が太き、く変化する。

特に、車両の質量、重心点、慣性モーメントが変動する
とともに、輪荷重の変化によりタイヤ特性（殊に、コー
ナリングパワー）が変動してしまう。

ところが、上記先願に係る装置は、上記制御を行う際に
、予め設定された自車の車両諸元を用いて演算を行い、
上記車輪舵角の制御量を決定するのであるが、上記自車
の車両諸元が固定値であるため、前述したような荷重変
化に伴う実際の車両諸元の変化が生じても、上記制御は
、−律に行われ、制御精度が変動してしまう。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、第１図に示す
手段を備える。

運動変数目標値演算手段１０２は、予め設定された目標
とする運動性能を備える目標車両モデルに基づいて、ノ
ーンドル、操舵角検出手段１００で検出されるステアリ
ングツ翫ンドルの操舵角θｓ１および車速検出手段１０
１で検出される車速Ｖに対応する運動変数の目標値Ｍを
求める。

制御量発生手段１０３は、前記運動変数目標値λ（、お
よび自車の車両諸元により、運動変数目標値Ｍを実現す
るために必要な操舵系の状態量の制御量Ｓを発生する。

操舵系状態廿可変手段１０４は、前記制御量Ｓに対応し
て、自車の操舵系の状態量を変化させる。

車両諸元補正手段１０６は、輪荷重検出手段１０５で検
出される各車輪の輪荷重に応じて、前記制御量発生手段
１（Ｌ３で用いられる自車の車両諸元を補正する。

（作用） 輪荷重検出手段１０５および車両諸元補正手段１０６に
よって、車両に大きな荷重が加わり、運動特性が変化し
ても、輪荷重の変化から、上記荷重変化を推定して、制
御に用いる自車の車両諸元の値を、前記荷重変化後の実
際の車両諸元の値に補正することで、荷重変化に拘らず
、常に、予め設定した目標とする運動性能を有するよう
に操舵系の制御が行える。

、（実施例） 本発明の一実施例の構成を第２図に示す。

演算処理装置１は、マイクロコンピュータあるいは他の
電気回路によって構成されており、ハンドル操舵角セン
サ２で検出されるステアリングハンドル８の操舵角θ８
と、車速センサ８で検出される本実施例装置搭載車（以
下「自車」と言う）の車速ｖ１および前輪９．１０と後
輪１１．１２の各車輪に設けられた輪荷重センサ１８〜
１６で検出される左前輪荷重Ｗ□、右前輪筒ＮＷ２、左
後輪荷重Ｗ８、右後輪荷重Ｗ、を入力し、所定の演算を
行って、後輪舵角指令値δＲを出力する。

前輪９，１０は、従来車両と同様の機械リンク式ステア
リング装置６によって、ステアリングハンドル８の操舵
角に対応した舵角に転舵される。

後輪１１．１２は、油圧式ステアリング装置７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
７は、後輪転舵装置５により制御される。この後輪転舵
装置５は、演算処理装置ｌから入力される後輪舵角指令
値δＲに対応して油、圧式ステアリング装置７へ与える
油圧を変化させて、油圧式ステアリング装置７の制御を
行う（詳細は、特願昭５９−１８８１５８号に記載され
ているものと略同様である）。

輪荷重センサ１８〜１６には、各車輪９〜１２のサスペ
ンションの変位量を検出するサスペンションストローク
センサを用いている。

第８図および第４図は、前記演算処理装置１をマイクロ
コンピュータを用（・て構成した場合に、この演算処理
装置ｌで実行される処理を示すフローチャートである。

同図に示す処理は、所定時間毎に繰返し実行されるもの
で、イグニッションスイッチがＯＮされたときに、イニ
シャライズが行われる。

ステップ２１の処理では、）・ンドル操舵角センサ２か
ら入力されるノ・ンドル操舵角θＳと、車速センサ８か
ら入力される車速■の両データの読込みが行われる。

ステップ２２の処理では、予め設定された目標とする運
動性能を備える目標車両モデルに関する演算によって、
上記ハンドル操舵角θ８と車速■とに対応する運動変数
の目標値、すなわち、ヨー角加速度の目標値￥を算出す
る。

上記目標車両モデルは、目標とする運動性能を備える車
両を、車両諸元と運動方程式によって設定したシミュレ
ーションモデルであり、変数としてハンドル操舵角θ８
と車速Ｖを与えることにより、これらθＳとＶに対応す
る目標車両モデルの運動状態が求まり、このときのヨー
角加速度を上記目標値￥とするのである。

なお、上記ヨー角加速度目標値Ｖの演算については、通
常車両の運動方程式から解を求める方式と同様である（
特願昭５９−１８８１５８号に具体的演算式を示しであ
るので参照されたい）。

次に、ステップ２８では、第４図に示す別ルーチンによ
って補正がなされた自車の車両諸元を読込む。本実施例
では、自車の質＃Ｍ１自車の重心点のヨー慣性モーメン
トＩｚ１自車の前軸と重心点間の距離ＬＦ−，自車の後
軸と重心点間の距離ＬＲ１自車の前輪コーナリングパワ
ーＫＢｒ　１自車の後輪コーナリングパワーＫＲＯ値が
補正される。この補正処理については後述する。

次のステップ２４では、上記ステップ２２で求められた
ヨー角加速度目標値Ｖを自車で実現するために必要な自
車の後輪舵角な求める演算を行う。

この演算は、自車の車両諸元によって自車の運動性能を
備えるシミュレーションモデル（以下「自車モデルコと
称す）が設定されており、この自車モデルに、上記ヨー
角加速度目標値蔓を代入することで（その他、ハンドル
操舵角θ８と車輪７ｖも用いる）、自車モデルのヨー角
加速度が￥のときの後輪舵角がどのような値となって−
・るかを求めるものである。なお、この演算も前記特願
昭５９−１８８１５８号に示しである。

ここで用いられる自車の車両諸元のうち、自車の質量Ｍ
１自車の重心点のヨー慣性モーメントエｚ１自車の前軸
と重心間の距離ＬＦ１自車の後軸と重心間の距離ＬＲ１
自車の前輪コーナリングパワーＫＦ１自車の後輪コーナ
リングパワーＫＲＯ値は、前記ステップ２８で読込んだ
補正済みの値を用い、る。その他の自車の車両諸元は、
例えば、車両の出荷時における値を固定値として予めメ
モリ内に記憶しておき、これを読出して演算に用いる。

そして、ステップ２５により、上記後輪舵角指令値へを
後輪転舵装置５へ出力する。

後輪転舵装置５は、後輪１１．１２の実舵角を、後輪舵
角指令値７Ｒにするために必要な作動油圧を油圧式ステ
アリング装置Ｉ１１．７へ供給する。

これにより、後輪１１．１２の実舵角は、後輪舵角指令
値７ＲＫ等しくなり、このときの自車の実際のヨー角加
速度は、ヨー角加速度目標値γに等しくなる。すなわち
、目標とする運動性能を自車で実現することができる。

しかも、本実施例では、自車の積載荷重が変化した場合
に、この荷重変化に伴って変動した実際の自車の車両諸
元と同じになるように、ステップ２４で用いられる自車
の車両諸元を補正することで、積載荷重が変化しても、
常に同じ運動特性で操舵ができる。すなわち、積載荷重
の変化に拘らず、常に目標とする運動性能の実現精度が
同じに、　なる。

次に、上記積載荷重変化に応じて自車の車両諸元を補正
する処理を、第４図に示すフローチャートに従って説明
する。

ステップ８１では、車速センサ８の出力を読込んで、車
速ｖ−０か否か、すなわち、車両が停車中であるか否か
を判別する。ここで、■＞０１すなわち、車両が走行中
であると判定されたときには、自車の車両諸元の補正は
行わない。これは、各車輪に加わる輪荷重が、走行時に
は変動してしまうので、正確な輪荷重を求めるには、停
車中に行う必要があるためである。

車両が停車中であると判定されたときには、ステップ８
２により、各輪荷重センサ１８〜１６で検出される左前
輪荷重Ｗ、　、右前輪荷重Ｗ２、左後輪荷重Ｗ３、右後
輪荷重Ｗ、の各データの読込みを行う。

そして、次のステップ８８では、上記読込まれた各輪荷
重Ｗ□〜Ｗ、に基づいて、自車の車両諸元の補正を行う
。この補正処理は、以下のようにして行われる。

先ず、自車の質ｉＭは、各輪荷重の総和によって求めら
れる。従って、 Ｍ＝１ミ、Ｗｌ　　　　　　　　　　°−（１１なる演
算を行って自車の質Ｈｙを求め、この値を一時記憶して
おく。

次に、重心点Ｇの変動によって、前軸と重心間の距離Ｌ
Ｆおよび後軸と重心間の距離ＬＲが変化するので、これ
らＬＦ　、　ＬＲ’ａ’求める。

第５図から明らかなように、自車のホイールベースをＬ
とすれば、 である。ここで、自車を２輪操舵車として近似すれば、
上記（２）式のように、車両の左側の前後車輪の輪荷重
について考察すれば十分であるが、更に正確な値を求め
ようとすれば、 ｉ：１” 、なる演算によってＬＦを求めれば良い。図中の００は
、非積載時の重心点である。

また、後軸と重心間の距離ＬＲは、 ＬＲ＝Ｌ　　　Ｌｐ　　　　　　　　　　　　　　　　
　”’　　体）で求まる。第５図中のＷＬ＆′！、積載
荷重である。

次に、自車のヨー慣性モーメントエｚを求める演算につ
いて説明する。

今、積載荷重Ｗ、が何もないときの各車輪の輪荷重を、
左前輪９、右前輪１０、左後輪１１、後輪１２の順に、
Ｗ　ＳＷ　１Ｗ　ＳＷ　とすると、積載荷重Ｗ、が加わ
ったときの各車輪の輪荷重の増加分は、 ΔＷ工＝ｗ、−ｗ□。　　　　　　　　　　・・・　（
５）ΔＷ２””２　　　”２０　　　　　　　　　　　
・・・　（６）ΔＷ８＝　Ｗ８−　Ｗ８ｏ・−ｆ７） ３ｗ４＝　ｗ、　−ｗ、。　　　　　　　　　　−−−
（８１であり、かつ１ 、ミ□ΔＷ工＝Ｗ、　　　　　　　　　　・・・（９）
である。従って、第６図に示すように、積載荷重ＷＬの
重心Ｇｗと車両重心０間の距離をＬＷ１〜と前軸間の距
離をり、とすると、 ＬＷ　＝　Ｌｇ　　Ｌｌｒ　　　　　　　　　・・・（
１１）で求められる。

このときの自車のヨー慣性モーメントエ２は、非積載時
の自車のヨー慣性モーメントを工２゜とじ、積載物のヨ
ー慣性モーメントを工Ｚｗとすれば、工ｚ　−工Ｚｏ　
十ＩＺＷ　十ＷＬＬＷ　　　　　−（１２）で求められ
る。ここで’　■ｚｗは、 で表わされる。但し、 ｍ：微小体積ｄＶの質量 ｅ：積載物の重心点から微小体積ｄＶまでの距離 である。

ここで、貨物専用車（トラックやタンクローリ−車等）
の場合、積載物は一種類であることが多く、その密度は
一定であると擬制することができるし、積載物の形状は
、貨物室または夕／り等の形状で略決定されることから
’　ＩＺＷは、積載物の質量Ｗ　と形状因子に１（貨物
室、荷台、タンク等り の形状により決まる定数）によって、 ＝　ｗ、・Ｋｏ　　　　　　　　　　　・・・　（１４
）で求められる。

従って、ステップ８８では、上記（１４）式によって■
２を求める。すなわち、Ｗ、については、前記（９１式
で求められるし、Ｋ１については、生産過程で用途別に
予めメモリ内に記憶させるか、あるいは、受注時に、積
載物の種類に応じてメモリに、４Ｆ込むようにすれば良
い。

次に、前輪コーナリングパワーＫｙと後輪コーナリング
パワーＫＲの決定について説明する。

タイヤ横すべり角βと前輪コーナリングパワーＫＦ−後
輪コーナリングパワーＫＨとは、第７図に示すような関
係があり、輪荷重Ｗが増加すると、特性曲線の傾きが増
大する。すなわち、輪荷重Ｗが増大するとコーナリング
パワーも増大する。

従って、予め輪荷重とコーナリングパワーとの関係を、
データテーブルあるいは関数としてメモリに記憶してお
き、このデータテーブルのルックアップ処理あるいは関
数の演算によって、前輪荷重Ｗ□、Ｗ２から前輪コーナ
リングパワーＫＦを、後輪荷重”８１　”４から後輪コ
ーナリングパワーＫＲを求める。

輪荷重とコーナリングパワーとの関係は、タイヤ横すべ
り角βに対するコーナリングパワーの線形性が十分であ
るとしたときには、例えば、第８図のような特性となる
。

なお、上記実施例では、制御対象としての操舵系の状態
骨として、後輪舵角を制御する例を示したが、この他に
、前輪舵角と後輪舵角の両者を制御するもの（特願昭５
９−１８８１５８号で提案済）、ステアリングギヤ比を
制御するもの（特願昭６０−　？３Ｌ３９号で提案済）
等の自車モデルを用いて操舵系の制御を行う装置に、同
様にして適用することができる。

また、上記実施例では、自車の車両諸元の補正を、車両
が停車中に行う例を示したが、これは、イグニッション
スイッチをＯＮにしたときにのみ　。

行うよ５Ｋしても良い。この場合には、前記第４図中の
ステップ８１の処理の代わりに、イグニッションスイッ
チがＯＦＦからＯＮに切換えられたことを判別する処理
を実行するようにすれば良い。

このようにすることで、処理時間の負担を軽減し、他の
処理にあてることができる。特に、荷物専用車では、主
に荷重変化が生じるときは、荷物の積み降ろしによるも
のであり、しかも、荷物の積み降ろし時は、エンジンを
停止させて行うのが通常であるので、上述の処理とする
ことは有効で・ある。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、各車輪の輪荷重
を検出し、この輪荷重に応じて、操舵系の制御に用いる
自車の車両諸元の補正を行うようにしたことＫより、例
えば、車両に大きな荷重が加わり、運動特性が変化して
も、この運動特性変化に合わせて、制御に用いる自車の
車両諸元を荷重変化後の実際の車両諸元と同じ値に補正
することができる。

これにより、荷重変化に拘らず、常に、予め設定した目
標とする運動性能を有するように操舵系の制御が行え、
荷重変化に拘らず、常に同じ運動特性で操舵が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の一実施例の構成図、 第８図および第４図は同実施例における演算処理装置で
実行される処理を示すフローチャート、第５図は積載時
の重心点の移動および輪荷重を・示す図、 第６図は積載物の重心点とその関係を示す図、第７図は
タイヤ横すべり角とコーナリングパワーの関係を示す特
性図、 第８図は輪荷重とコーナリングパワーの関係を示す特性
図である。 １００・・・ハンドル操舵角検出手段 １０１・・・車速検出手段 １０２・・・運動変数目標値演算手段 １０８・・・制御量発生手段 １０４・・・操舵系状態量可変手段 １０５・・・輪荷重検出手段　１０６・・・車両諸元補
正手段１・・・演算処理装置 ２・・・ハンドル操舵角センサ ８・・・車速センサ　　　　５・・・後輪転舵装置７・
・・油圧式ステアリング装置 ９．１０・・・前輪　　　　　１１　、１２・・・後輪
１８〜１６・・・輪荷重センサ θＳ・・・ハンドル操舵角　　Ｖ・・・車速６Ｂ”’後
輪舵角指令値　・・・ヨー角加速度目標値、Ｗ□・・・
左前輪荷重　　　Ｗ２・・・右前輪荷重Ｗ８・・・左後
輪荷重　　　　Ｗ、・・・右後輪荷重特許出頭人　　日
産自動車株式会社 ｆ−，，＋− 代理人弁理士　　　杉　　村　　暁　　秀　い、ｉ’ｉ
：、１゛　こ′シ 第５図 第６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角を検出するハンドル
   操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 予め設定された目標とする運動性能を備える目標車両モ
   デルに基づいて、前記ステアリングハンドルの操舵角お
   よび車速に対応する運動変数の目標値を求める運動変数
   目標値演算手段と、 前記求められた運動変数目標値および自車の車両諸元に
   より、前記運動変数目標値を実現するために必要な操舵
   系の状態量の制御量を発生する制御量発生手段と、 前記制御量に対応して、自車の操舵系の状態量を変化さ
   せる操舵系状態量可変手段と、 各車輪の輪荷重を検出する輪荷重検出手段と、前記検出
   される各車輪の輪荷重に応じて、前記制御量発生手段で
   用いられる自車の車両諸元を補正する車両諸元補正手段
   とを具備することを特徴とする車両用操舵系制御装置。 ２、前記車両諸元補正手段は、イグニッションスイッチ
   投入時あるいは、停車時における輪荷重に応じて前記車
   両諸元の補正を行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の車両用操舵系制御装置。