JP3267788B2

JP3267788B2 - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JP3267788B2
Application number: JP1353694A
Authority: JP
Inventors: 満長岡; 陽子平田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH07215232A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の操舵装置に関
し、特に、運転者のステアリングホイール操舵に応じて
後輪又は前輪を強制的に操舵して車両の運転性や安定性
を高めるようにしたものの改良に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の車両の操舵装置とし
て、運転者のステアリングホイール操作時に前輪の操舵
角に対応する後輪の操舵角の比つまり操舵比を車速に応
じて決定し、該操舵比で後輪を前輪の操舵に合せて操舵
制御するものが知られている。このものでは、運転者の
意思に合致した操舵性能を得ることが可能である反面、
運転者がステアリングホイールを操作した直後の初期状
態では、前輪と後輪とが同相になる場合が多いため、該
初期状態での車両の回頭性が低い憾みがあった。

【０００３】そのため、従来、例えば特開平１−２６２
２６８号公報に開示されるものでは、運転者のステアリ
ングホイール操舵量に基づいて車両の制御目標ヨーレイ
トを演算するとともに、車両のヨーレイトを実測し、該
ヨーレイトの実測値と制御目標値との偏差に応じたフィ
ードバック制御量でもって後輪の操舵角をフィードバッ
ク制御することにより、ステアリングホイール操作直後
の初期状態でもヨーレイトを素早く発生させて、初期状
態での車両の回頭性を高めるようにしている。しかし、
この従来のフィードバック制御では、ヨーレイトの実測
値と制御目標値との偏差のみに応じて後輪操舵角のフィ
ードバック制御量を演算して後輪を操舵制御する、１入
力１出力制御系であるため、例えば車両の横滑り角が大
値の場合には小値の場合に比べて制御のハンチングが生
じ易くなる。このため、制御のハンチングが生じ難くな
るよう制御ゲインを常に小値に設定する必要があるが、
その場合、制御目標ヨーレイト値への速応性が悪くなる
とともに、実際ヨーレイトを制御目標値に精度良く制御
することができず、定常特性を高めるにも限界があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
先に、例えば特願平４−２３７４３７号等の明細書及び
図面において、上記のフィードバック制御に代えて、実
測ヨーレイトの状態フィードバック制御を採用すること
を提案している。このヨーレイトの状態フィードバック
制御は、車両のヨーレイトを実測する他、車両の複数の
状態変数、例えば車両の横滑り角、前輪及び後輪のコー
ナリングフォース等を車両の状態方程式及び出力方程式
に基づいて推定して車両の運動状態を把握し、これらの
状態変数を用いて車両の実際ヨーレイトを制御目標値に
するよう例えば後輪操舵角を最適制御するものである。
この制御系は多変数１出力制御系であるので、車両の運
動状態に合致したフィードバック制御量でもって後輪等
を操舵制御でき、ステアリングホイール操作時当初の車
両の回頭性を向上できる等、制御の速応性及び定常特性
の双方の向上を図ることが可能である。

【０００５】更に、本出願人は、上記の状態フィードバ
ック制御では、次のような欠点があることに着目し、こ
れを解消するためにＨ∞制御を適用することを発明し
た。すなわち、状態フィードバック制御では、車両の横
滑り角やコーナリングフォース等の推定に際し、車速や
車輪のコーナリングパワーを定数として演算している
が、これらは実際には変数であり、後者の車輪のコーナ
リングパワーは路面の摩擦係数やタイヤの空気圧に応じ
て変化するものである。従って、予め設定した車両の運
動特性の下では、制御の速応性及び定常特性の向上を図
り得るが、図１３に示すように車速や路面の摩擦係数等
の変化に応じて車両の運動特性に大きな変化が生じる
と、車両の横滑り角等の推定に誤差が生じて最適制御に
ズレが生じ、その分、目標ヨーレイトへの速応性が低下
するとともに、車両の安定性は保証されなくなる。

【０００６】そこで、例えば制御系の一巡伝達関数が
「１」以下であることを全ての周波数領域に亘って満足
させて、制御系の安定性の向上を図るＨ∞制御（例えば
学会誌「計測と制御」の第２９巻，第２号（１９９０年
２月）の第１１１頁〜第１１９頁参照）に着目して、車
両の特性変動に対する安定性，即ちロバスト安定性の向
上を図ることが考えられる。この前輪又は後輪操舵に対
するＨ∞制御は、車両の定常特性及び速応性がステアリ
ングホイール操舵の周波数として例えば１Ｈｚ以下の低
周波数域で要求され、１Ｈｚを越える高周波数域では車
両の特性変動時の安定性が要求され、これらの要求が周
波数領域で異なる点から、同学会誌にも開示されるよう
に混合感度問題として捉え、前輪又は後輪の操舵に対す
る車両のヨーレイト変化の周波数伝達関数の制御ゲイン
特性として、車両の速応性及び定常特性を与える性能目
標指標と、該性能目標指標とは相補感度関数の関係にあ
る車両の特性変動時の安定性を与える性能目標指標との
２種を設定し、低周波数域では前者を、高周波数域では
後者を重視して、制御ゲインを周波数軸で決定するもの
である。従って、Ｈ∞制御を利用すれば、車両の特性変
動があっても、その変動が設定許容幅の中であれば、常
に車両の速応性、定常性能及び安定性の全てを良好に制
御し得る。

【０００７】ところで、上記の状態フィードバック制御
及びＨ∞制御では、いずれも車両の運動状態を把握する
ために車両の複数の状態量を推定しており、これら推定
状態量は、制御を適切に行う上で重要な要素であり、通
常、常識的な値になる。しかし、車両の運動状態が何か
の原因で一旦不安定な状態に陥ると、上記推定状態量も
異常な値となり、該推定状態量に基づく誤った制御によ
り車両の運動状態が更に不安定な状態に陥る虞がある。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、上記推定状態量が異常
な値になったとき、車輪の強制的な操舵を非操舵状態に
戻すことにより、異常な推定状態量に起因する誤制御を
防止して車両の安定性を向上し得る操舵装置を提供せん
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、車両の操舵装置として、車
輪をステアリングホイールとは別途に操舵する操舵手段
と、車両に発生する実際のヨーレイトを検出するヨーレ
イト検出手段と、上記車輪の操舵角を検出する操舵角検
出手段と、少なくとも上記両検出手段で検出された車両
の実際ヨーレイト及び車輪の操舵角に基づいて車両の推
定状態量を算出し、該推定状態量により実際ヨーレイト
が目標ヨーレイトに一致するよう上記操舵手段をフィー
ドバック制御する制御手段とを備えることを前提とす
る。そして、更に、上記推定状態量が所定値を越えた状
況を判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を受
け、推定状態量が所定値を越えたときに該推定状態量を
零にクリアするクリア手段とを備える構成とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明に従属し、その一つの構成要素である制御手段がＨ∞
制御をする構成とする。すなわち、上記制御手段を、少
なくとも車両の実際ヨーレイト及び推定横滑り角を車両
の状態量とする車両の状態方程式、並びに出力方程式に
基づいて車両の実際ヨーレイトを目標ヨーレイトに所定
の制御ゲインでもって状態フィードバック制御するよう
上記操舵手段を制御する状態フィードバック制御手段
と、車輪の操舵に対する車両のヨーレイト変化の周波数
伝達関数の制御ゲイン特性として、車両の特性変動時の
安定性を与える性能目標指標並びに車両の速応性及び定
常特性を与える性能目標指標の２種と、車輪の操舵角を
入力とする車両の状態方程式及び出力方程式とに基づい
て上記状態フィードバック制御手段の制御ゲインを算出
する制御ゲイン算出手段とによって構成する。

【００１１】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の発明に従属し、その一つの構成要素である制御手段
が状態フィードバック制御をする構成とする。すなわ
ち、上記制御手段を、少なくとも車両の実際ヨーレイト
及び推定横滑り角を車両の状態量とする車両の状態方程
式、並びに出力方程式に基づいて車両の実際ヨーレイト
を目標ヨーレイトに状態フィードバック制御するよう上
記操舵手段を制御する状態フィードバック制御手段によ
って構成する。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明に従属し、推定状態量が所定値を越えたときに該推定
状態量を零にクリアするときの一つの態様を示す。すな
わち、上記判定手段は、推定状態量が所定値を越えた状
況として、その超過時点及び超過量を判定するものであ
り、上記クリア手段は、該超過量に応じて、超過時点か
ら推定状態量を零にクリアするタイミングを変更するよ
うに設けられている。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明に従属し、上記クリア手段によるクリアのタイミング
の変更内容を具体的に示す。すなわち、クリア手段は、
超過量が所定値より大きいときは超過後直ちに推定状態
量を零にクリアし、超過量が所定値より小さいときは超
過後車両の走行状態が安定なものになった時点で推定状
態量を零にクリアするように設けられている。

【００１４】ここで、車両の走行状態が安定なものにな
った時点は、請求項６記載の発明の如く車両の直進時、
又は請求項７記載の発明の如く車両の停車時である。更
に、請求項８記載の発明は、車両の直進時の判定を、車
両の実際ヨーレイト、横加速度又はステアリングホイー
ル操舵角に基づいて行う構成とする。

【００１５】

【作用】上記の構成により、請求項１記載の発明では、
制御手段は、少なくとも車両の実際ヨーレイト及び車輪
の操舵角に基づいて車両の推定状態量を算出し、該推定
状態量により実際ヨーレイトが目標ヨーレイトに一致す
るよう上記操舵手段をフィードバック制御する。この制
御中に車両の運動状態が何かの原因で不安定な状態に陥
り、上記推定状態量が所定値を越えるときには、その状
況が判定手段により判定され、該判定手段の判定結果を
受けるクリア手段により推定状態量が零にクリアされ
て、車輪の強制操舵が行われていない状態に戻される。
これにより、異常に大きな推定状態量に基づく誤制御が
防止されることになる。

【００１６】請求項２記載の発明では、上記制御手段に
よる車輪の操舵制御がＨ∞制御により行われ、その制御
ゲインが車両の特性変動時の安定性を与える性能目標指
標と、車両の速応性及び定常特性を与える性能目標指標
との２種により定まる範囲内で設定されるので、車両の
安定性、速応性及び定常特性の全てが良好に確保され
る。

【００１７】また、請求項４記載の発明では、上記クリ
ア手段は、推定状態量が所定値を越えるときの超過量に
応じて、超過時点から推定状態量を零にクリアするタイ
ミングを変更する。例えば請求項５記載の発明の如く、
超過量が所定値より大きいときは超過後直ちに推定状態
量を零にクリアし、超過量が所定値より小さいときは超
過後車両の走行状態が安定なものになった時点で推定状
態量を零にクリアすることにより、車両の安定性がより
適切に確保される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１９】図１は本発明の第１実施例に係わる車両の
操舵装置の概略構成を示し、１はステアリングホイー
ル、２は左右の前輪、３は左右の後輪、１０は上記ステ
アリングホイール１の操作により左右の前輪２、２を操
舵する前輪操舵装置、２０は該前輪操舵装置１０による
前輪２、２の操舵に応じて左右の後輪３、３を操舵する
操舵手段としての後輪操舵装置である。

【００２０】上記前輪操舵装置１０は、車体幅方向に配
置されたリレーロッド１１を有し、該ロッド１１の両端
部は各々タイロッド１２、１２及びナックルアーム１
３、１３を介して左右の前輪２、２に連結されている。
該リレーロッド１１には、ステアリングホイール１の操
作に連動して該リレーロッド１１を左右に移動させるラ
ック＆ピニオン機構１４が配置され、ステアリングホイ
ール１の操作時にその操作量に応じた角度だけ左右の前
輪２、２を操舵するように構成されている。

【００２１】一方、後輪操舵装置２０は、上記と同様に
車体幅方向に配置されたリレーロッド２１を有し、該ロ
ッド２１の両端部は各々タイロッド２２、２２及びナッ
クルアーム２３、２３を介して左右の後輪３、３に連結
されている。該リレーロッド２１には、該ロッド２１を
中立位置に付勢するセンタリングバネ２４が配置されて
いるとともに、ラック＆ピニオン機構２５が配置され、
該機構２５には、クラッチ２６、減速機構２７及びモー
タ２８が連携されていて、クラッチ２６の締結時にモー
タ２８の回転駆動によりラック＆ピニオン機構２５を介
してリレーロッド２１を車幅方向に移動させて、後輪
３，３をモータ２８の回転量に応じた角度だけ操舵する
ように構成されている。

【００２２】上記モータ２８の作動は、コントロールユ
ニット２９により制御される。該コントロールユニット
２９は、図２に示すように、その内部に、状態フィード
バック制御手段４１を備える。該制御手段４１は、少な
くとも車両の実際ヨーレイト及び推定横滑り角を車両の
状態量とする車両の状態方程式並びに出力方程式に基づ
いて車両の実際ヨーレイトを制御目標ヨーレイトに状態
フィードバック制御するように、モータ２８により後輪
３の操舵角を制御するものであり、この制御は、具体的
には図３の制御フローに基づいて行われる。また、コン
トロールユニット２９は、上記状態フィードバック制御
手段４１の状態方程式及び出力方程式の制御ゲインを図
４に示す制御ゲイン算出フローに基づいて算出する制御
ゲイン算出手段４２と、上記推定横滑り角等の推定状態
量が所定値を越えた状況を判定する判定手段４３と、該
判定手段４３の判定結果を受け、上記推定状態量が所定
値を越えたときに該推定状態量を零にクリアするクリア
手段４４とを備えている。

【００２３】また、図２において、３１は車両に作用す
る横加速度を検出する横加速度センサ、３２は車両に発
生する実際のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段
としてのヨーレイトセンサ、３３は後輪３の操舵角を検
出する操舵角検出手段としての後輪操舵角センサ、３４
は同じく前輪２の操舵角を検出する操舵角検出手段とし
ての前輪操舵角センサ、３５は車速を検出する車速セン
サ、３６は車両の走行路面の摩擦係数μを検出する路面
摩擦係数センサ、３７は車両の前後加速度を検出する前
後加速度センサであり、これら各種センサ３１〜３７の
検出信号は、いずれもコントロールユニット２９に入力
され、該コントロールユニット２９の制御に供される。

【００２４】次に、上記コントロールユニット２９によ
るモータ２８の制御を、図３の制御フローに従って説明
する。

【００２５】図３において、ステップＳ1 で例えば２０
ｍｓｅｃ等の所定周期毎の制御タイミングになるのを待
った後、ステップＳ2 において上記各種センサ３１〜３
７の検出信号に基づいて車速Ｖsp、前輪操舵角Ｆstg 、
後輪操舵角Ｒstg 、車両に発生している実際ヨーレイト
ｙr 、及び車両に作用する横加速度Ｙg 等車両の各運動
状態量を計測する。

【００２６】そして、ステップＳ3 で車両の目標ヨーレ
イトｙrt、及び該目標ヨーレイトｙrtと実際ヨーレイト
ｙr とのヨーレイト偏差ｅn を下記の式により、ｙrt＝｛Ｖsp／（１＋Ａ・Ｖsp²）｝×Ｆstg ／Ｌｅn ＝ｙrt−ｙr 算出する。但し、Ａはスタビリティーファクター、Ｌは
車両のホイールベースである。

【００２７】続いて、ステップＳ4 でＨ∞制御のフィー
ドバック制御量としての後輪３の操舵量ｒをＨ∞制御に
おける下記の車両の状態方程式（１）及び出力方程式
（２）に基づいて計算する。

【００２８】ｄＸh ／ｄｔ＝Ａcl・Ｘh ＋Ｂcl・ｅn …（１）ｒ＝Ｃcl・Ｘh ＋Ｄcl・ｅn …（２）但し、Ｘh は車両の複数の状態量に相当する内部状態量
であり、該車両の状態量は例えば車両の横滑り角、後輪
の舵角若しくはその変化速度、前輪及び後輪のコーナリ
ングフォース、又は車両に作用するヨーレイト等に対応
した量（但し、直接物理的な意味を持った状態量そのも
のではない）であり、これらを上記両方程式により推定
する。また、Ａcl，Ｂcl，Ｃcl及びＤclは制御ゲインで
あって、図４に示す制御ゲイン決定フローに基づいて予
め設定される。

【００２９】しかる後、ステップＳ5 で車両の推定状態
量Ｘh についてのリミッター値Ｘhlを設定する。該リミ
ッター値Ｘhlは、車速Ｖspに応じて設定されるものであ
って、低車速域ではＸh0で、車速Ｖspの増加に伴い次第
に小さくなる。

【００３０】そして、ステップＳ6 で上記推定状態量Ｘ
h の絶対値がリミッター値Ｘhlより大きいか否かを判定
し、その判定がＮＯのときには、そのままステップＳ10
で先に求めた制御量ｒでもって後輪３の操舵を制御す
る。一方、判定がＹＥＳのときには、ステップＳ7 で更
に推定状態量Ｘh の絶対値がリミッター値Ｘhlの１．５
倍の値より大きいか否かを判定する。この判定がＹＥＳ
のときには、直ちにステップＳ9 へ移行し、推定状態量
Ｘh を零に置換えて上記出力方程式（２）から後輪３の
操舵量ｒを算出した後、ステップＳ10で該制御量ｒでも
って後輪３の操舵を制御する。

【００３１】上記ステップＳ7 の判定がＮＯのとき、つ
まり推定状態量Ｘh がリミッター値Ｘhlより大きくリミ
ッター値Ｘhlの１．５倍の値より小さいときには、ステ
ップＳ8 で前輪の操舵角Ｆstg の絶対値が所定値Ｆl よ
り小さいか否かを判定する。ここで、上記所定値Ｆl は
微小値である。従って、ステップＳ8 の判定は、実質的
には車両の直進時か旋回時かを判別しているのである。
そして、車両の旋回時にはステップＳ10で先に求めた制
御量ｒでもって後輪３の操舵を制御する一方、車両の直
進時にはステップＳ9 へ移行し、推定状態量Ｘh を零に
置換えて上記出力方程式（２）から後輪３の操舵量ｒを
算出した後、ステップＳ10で該制御量ｒでもって後輪３
の操舵を制御する。

【００３２】図３の制御フローのうち、ステップＳ3 及
びＳ4 の計算は、状態フィードバック制御手段４１で行
われるものであって、該状態フィードバック制御手段４
１は、車両の実際ヨーレイトｙrt、車速Ｖsp及び前輪２
の操舵角Ｆstg に基づいて車両の内部状態量Ｘh を推定
するとともに、該内部状態量Ｘh から後輪３の操舵制御
量ｒを算出し、該制御量ｒによりモータ２８を作動させ
て後輪操舵を制御するように設けられている。

【００３３】また、ステップＳ5 の設定及びステップＳ
6 ，Ｓ7 の両判定は、判定手段４３で行われるものであ
って、該判定手段４３は、上記内部状態量Ｘh がリミッ
ター値Ｘhlを越えた時点及びその超過量（Ｘh −Ｘhl）
を判定するように設けられている。ステップＳ7 〜Ｓ9
の一連の制御は、クリア手段４４で行われるものであっ
て、該クリア手段４４は、上記超過量（Ｘh −Ｘhl）が
所定値（リミッター値Ｘhlの０．５倍の値）より大きい
ときは超過後直ちに内部状態量Ｘh を零にクリアし、超
過量が所定値より小さいときは超過後車両の走行状態が
安定な直進時になった時点で内部状態量Ｘh を零にクリ
アするように設けられている。

【００３４】次に、図４に示すＨ∞制御における制御ゲ
イン決定フローを説明する。

【００３５】図４において、先ず、ステップＳ11で後輪
３の操舵に対する車両のヨーレイト変化の周波数伝達関
数の制御ゲイン特性としての車両の特性変動時の安定性
を与える性能目標指標Ｗ3 を変更するための補正係数
（重み）Ｗn を車速Ｖspに応じて変更する。この変更
は、同ステップＳ11に示す如く、車速Ｖspの上昇に応じ
て補正係数Ｗn を大値に決定して行う。

【００３６】その後、ステップＳ12で上記車両の特性変
動時の安定性を与える性能目標指標Ｗ3 を下記のラプラ
ス変数ｓの２次式に基づいて決定する。

【００３７】Ｗ3 ＝（ｓ²＋Ｗn ・ｓ＋ｃ）／ａ但し、ａ及びｃは定数である。上記の式に基づけば、図
１１に示すように、車両の特性変動時の安定性を与える
性能目標指標Ｗ3 は、補正係数Ｗn が大値のとき低周波
数側に変更され、補正係数Ｗn が小値のとき高周波数側
に変更される。

【００３８】続いて、ステップＳ13で今度は後輪３の操
舵に対する車両のヨーレイト変化の周波数伝達関数の制
御ゲイン特性としての車両の速応性及び定常特性を与え
る図１１に示す性能目標指標Ｗ1 （但し、逆数表示）を
下記のラプラス変数ｓの３次式に基づいて固定値に指定
する。

【００３９】Ｗ1 ＝（ｇ・ｓ＋ｈ）／（ｓ³＋ｄ・ｓ²
＋ｅ・ｓ＋ｆ）但し、ｄ，ｅ，ｆ，ｇ及びｈは定数である。

【００４０】そして、ステップＳ14において、上記２つ
の性能目標指標Ｗ3 ，Ｗ1 を各々状態方程式に変換する
とともに、この両状態方程式と下記に示す車両の状態方
程式（３）及び出力方程式（４）の四者を１つの状態方
程式に合成し、この合成後の状態方程式を２つのリカッ
チ方程式に分解し、この方程式をハミルトン行列により
固有値問題として解を求めることにより、Ｈ∞制御の各
制御ゲインＡcl〜Ｄclを求める。

【００４１】

【数１】但し、車両の状態方程式（３）及び出力方程式（４）に
おいて、βは車両の重心点における横滑り角、Ｃf 及び
Ｃr は各々前輪及び後輪のコーナリングフォース、Ｒst
g は後輪の操舵角、ｌf 及びｌr は各々前後車軸と車両
重心点との距離、Ｉは車両のヨーレイトに対する慣性モ
ーメント、ｍは車体質量、Ｖ（前出のＶspと同じ）は車
速、Ｇy は車輪の横弾性係数、Ｋyf及びＫyrは各々前輪
及び後輪のコーナリングパワーである。ここで、車速Ｖ
は車速センサ３９により検出された実際の車速が用いら
れ、他は予め設定された固定値である。

【００４２】その後、ステップＳ15で上記各制御ゲイン
Ａcl〜Ｄclを双一次変換手法により連続制御系からディ
ジタル制御系に変更して、終了する。尚、各制御ゲイン
Ａcl〜Ｄclの決定は上記の逐次演算の他、車両の運動状
態に応じて予めマップに記憶した値を逐次読出す方式で
も可能である。

【００４３】以上のような制御ゲイン決定フローの実行
は、制御ゲイン算出手段４２で行われるものであって、
該制御ゲイン算出手段４２は、後輪３の操舵に対する車
両のヨーレイト変化の周波数伝達関数の制御ゲイン特性
として、車両の特性変動時の安定性を与える性能目標指
標Ｗ3 並びに車両の速応性及び定常特性を与える性能目
標指標Ｗ1 の２種と、上記後輪３の操舵角Ｒstg を入力
とする車両の状態方程式（３）及び出力方程式（４）と
に基づいて、車両の運動特性（制御ゲイン特性）が図１
１に実線で示すように一巡伝達関数が０ｄｂとなる所定
周波数（図１１では６．２８ｒａｄ／ｓｅｃ（＝１Ｈ
Ｚ））を越える高周波数域では上記安定性を与える性能
目標指標Ｗ3 の直下方に位置し、所定周波数（１ｒａｄ
／ｓｅｃ）以下の低周波数域では上記定常特性等を与え
る性能目標指標Ｗ1 の直上方に位置するように、上記制
御ゲインＡcl〜Ｄclを算出するように設けられている。

【００４４】次に、上記第１実施例の作用・効果につい
て説明するに、後輪３の操舵制御がＨ∞制御により行わ
れることにより、車両の運動特性は図１１に実線で示す
ように、所定周波数（６．２８ｒａｄ／ｓｅｃ）を越え
る高周波数域では安定性を与える性能目標指標Ｗ3 の直
下方に位置し、１ｒａｄ／ｓｅｃ以下の低周波数域では
定常特性等を与える性能目標指標Ｗ1 の直上方に位置す
る。このため、図１２に示すＨ∞制御が行われない通常
の車両の運動特性に対して、６．２８ｒａｄ／ｓｅｃを
越える高周波数域では制御ゲインが小値となり、１ｒａ
ｄ／ｓｅｃ以下の低周波数域では制御ゲインは大値にな
る。この結果、上記高周波数域では、制御ゲインが小さ
い分、後輪操舵制御の発振が確実に防止されて車両の特
性変動に対する安定性が向上し、ロバスト安定性が向上
するとともに、低周波数域では運転者のステアリングホ
イール操作に応じて大値の制御ゲインでもって車両は素
早く応答し、かつ車両には目標ヨーレイトに対して偏差
の極く少ないヨーレイトが発生して、速応性及び定常特
性が向上することになる。

【００４５】そして、このようなＨ∞制御においては、
後輪３の操舵制御量ｒを算出する過程で車両の内部状態
量Ｘh を推定しているが、該内部状態量Ｘh は、車両の
運動状態が何かの原因で一旦不安定な状態に陥ると異常
に大きな値になり、これに基因する誤った制御により車
両の運動状態が更に不安定な状態に陥る虞がある。

【００４６】これに対し、本実施例においては、図１４
に示すように、上記内部状態量Ｘhがリミッター値Ｘhl
を越えると、該内部状態量Ｘh を零にクリアして制御量
ｒを算出するので、後輪３の操舵角Ｒstg が零の状態つ
まり前輪２のみ操舵される２輪操舵状態になる。この２
輪操舵状態は、運転者に違和感を与えることがないの
で、異常な内部状態量Ｘh に基づく誤制御を防止する上
で非常に実用的であり、制御の信頼性及び安全性等を高
めることができる。

【００４７】しかも、上記内部状態量Ｘh がリミッター
値Ｘhlを越えるときの超過量に応じて、超過時点から推
定状態量を零にクリアするタイミングが変更される。す
なわち、超過量が大きく制御量ｒの算出上の誤差が大き
くなるときには、超過後直ちに推定状態量を零にクリア
して２輪操舵状態にする一方、超過量が小さく制御量ｒ
の算出上の誤差がそれ程大きくならないときには、車両
の走行状態が安定な直進時になった時点で推定状態量を
零にクリアして２輪操舵状態にするので、車両の安定性
がより適切に確保することができる。

【００４８】ここで、車速Ｖspが高いときには、低いと
きに比べて運転者のステアリングホイール操作量は小さ
く、操舵角等に対応する内部状態量Ｘh も小さい値とな
る。本実施例では、これに対応して、上記リミッター値
Ｘhlは、車速Ｖspが高い程小さくなるように変更設定さ
れるので、異常な内部状態量Ｘh に基づく誤制御を的確
に防止することができる。

【００４９】図５及び図６はいずれも後輪操舵の制御フ
ローの変形例を示す。これらの制御フローは、基本的に
は図３の制御フローと同じであるが、図３中のステップ
Ｓ8に対応する、車両の走行状態が安定なものになった
時点の判断が異なる。

【００５０】すなわち、図５の制御フローでは、車速Ｖ
spが微小値Ｖl より小さい車両の停車時を車両の走行状
態が安定なものになった時点と判断する（ステップＳ
8'）。また、図６の制御フローでは、車両の実際ヨーレ
イトｙr の絶対値が微小値ｙrlより小さい車両の直進時
を車両の走行状態が安定なものになった時点と判断する
（ステップＳ8'' ）。

【００５１】図７は本発明の第２実施例に係わる車両の
操舵装置における制御系のブロック構成を示す。この第
２実施例の場合、コントロールユニット２９´は、モー
タ２８の作動を制御する制御手段として、少なくとも車
両の実際ヨーレイト及び推定横滑り角を車両の状態量と
する車両の状態方程式並びに出力方程式に基づいて車両
の実際ヨーレイトを制御目標ヨーレイトに状態フィード
バック制御する状態フィードバック制御手段５１のみを
備え、第１実施例の場合の如き制御ゲイン算出手段４２
を有していない。尚、制御系のその他の構成は、図２に
示す第１実施例の場合と同じであり、同一部材には同一
符号を付してその説明は省略する。

【００５２】次に、上記コントロールユニット２９´に
よるモータ２８の制御を、図８及び図９に示す制御フロ
ーに従って説明する。

【００５３】図８において、先ず、スタートして、ステ
ップＳ21で所定周期毎の制御タイミングになるのを待っ
た後、ステップＳ22で各種センサ３１〜３７の検出信号
に基づいて車速Ｖsp、前輪操舵角Ｆstg 、後輪舵角Ｒst
g 、車両に発生している実際ヨーレイトｙr 、及び車両
に作用する横加速度Ｙg 等車両の各運動状態量を計測す
る。

【００５４】続いて、ステップＳ23でリミッター値Ｘl
を設定する。このリミッター値Ｘlは、図３のステップ
Ｓ5 の場合と同様に、車速Ｖspに応じて設定される。
尚、リミッター値Ｘl は、後述する車両の各状態量に相
当して設定されるものであり、各リミッター値をＸl
（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）と表す。

【００５５】そして、ステップＳ24で車両の目標ヨーレ
イトｙrtを下記の式により、ｙrt＝｛Ｖsp／（１＋Ａ・Ｖsp²）｝×Ｆstg ／Ｌ算出する。但し、Ａはスタビリティーファクター、Ｌは
車両のホイールベースである。

【００５６】その後、ステップＳ25でオブザーバー（状
態観測器）により車両の状態量及び観測量を推定する。
ここで、車両の状態量は、車両の横滑り角β、後輪操舵
角の変化速度ｄＲstg ／ｄｔ、前輪のコーナリングフォ
ースＣff、及び後輪のコーナリングフォースＣfrの４種
である。また、車両の観測量は、上記４種の推定状態量
に、後輪の操舵角Ｒstg と車両に作用するヨーレイトｙ
r とを加えた６種である。但し、後輪の操舵角Ｒstg 及
びヨーレイトｙr は実測値を用いる。

【００５７】上記車両の状態量及び観測量の推定は、車
両の推定状態量をＸob、車両の推定観測量をＹobとし
て、下記の状態方程式（５）及び出力方程式（６）を解
くことで、ｄＸob／ｄｔ＝Ａob・Ｘob＋Ｂob・ｙ＋Ｊob・ｒ（ｎ−１） …（５）Ｙob＝Ｃob・Ｘob＋Ｄob・ｙr …（６）行われる。但し、Ａob、Ｂob、Ｃob、Ｄobｂ及びＪobは
オブザーバーゲイン、ｒ（ｎ−１）は前回のＬＱＧ制御
量であり、ｙr は車両の実際ヨーレイトである。

【００５８】続いて、ステップＳ26で上記推定状態量Ｘ
obが先に設定したリミッター値Ｘlより大きいか否かを
判定し、この判定がＹＥＳのときはステップＳ28でリミ
ッター超過フラグｆを１にセットする。

【００５９】そして、図９において、ステップＳ31でリ
ミッター超過フラグｆが１にセットされているか否かを
判定する。この判定がＮＯのとき、つまり各推定状態量
Ｘob（ｉ）がいずれもリミッター値Ｘl （ｉ）を越えて
いないときには、直ちにステップＳ35へ移行する。

【００６０】一方、上記ステップＳ31の判定がＹＥＳの
とき、つまり推定状態量Ｘobがリミッター値Ｘl を越え
ているときには、ステップＳ32で前輪２の操舵角Ｆstg
の絶対値が所定値Ｆl より小さいか否かを判定する。こ
こで、上記所定値Ｆl は微小値である。従って、ステッ
プＳ32の判定は、実質的には車両の直進時か旋回時かを
判別しているのである。そして、車両の直進時には、ス
テップＳ33で推定状態量Ｘobを零に置換え、ステップＳ
34でリミッター超過フラグｆを０にリセットした後、ス
テップＳ35へ移行する一方、車両の旋回時にはそのまま
ステップＳ35へ移行する。

【００６１】そして、ステップＳ35以降においては、Ｌ
ＱＧ制御における制御ゲインの値を決定する。すなわ
ち、ステップＳ35で前輪操舵角の絶対値｜Ｆstg ｜を微
小値Ｆo と比較するとともに、ステップＳ36で車速Ｖsp
を高車速値Ｖo と比較し、｜Ｆstg ｜≧Ｆo の大操舵角
時でかつＶsp≦Ｖo の低車速時には、ステップＳ37で２
種の制御ゲインＧ，ＧI を各々所定値Ｇl ，ＧIlに設定
する一方、｜Ｆstg ｜＜Ｆo の小操舵角時、又はＶsp＞
Ｖo の高車速時には、ステップＳ38で２種の制御ゲイン
Ｇ，ＧI を各々上記所定値値Ｇl ，ＧIlより小さい所定
値Ｇs ，ＧIs（Ｇs ＜Ｇl ，ＧIs＜ＧIl）に設定する。

【００６２】そして、ステップＳ39でＬＱＧ制御量ｒを
演算する。この演算は、先ず実測ヨーレイトｙr と制御
目標ヨーレイトｙrtとの偏差（ｙr −ｙrt）の積分量Ｓ
igを下記の式により、Ｓig（ｎ）＝Ｓig（ｎ−１）＋（ｙr −ｙrt）算出した後、ＬＱＧ制御量ｒを上記積分値Ｓig、推定観
測量Ｙob及び上記２種の制御ゲインＧ，ＧI を用いて下
記の式により、ｒ＝−Ｇ・Ｙob−ＧI ・Ｓig 演算する。

【００６３】その後、ステップＳ40で上記制御量ｒでも
ってモータ２８を作動させて後輪３の操舵を制御する。

【００６４】以上の制御フローのうち、ステップＳ24，
Ｓ25及びＳ39の計算等は、状態フィードバック制御手段
５１で行われるものであって、該状態フィードバック制
御手段５１は、車両の実際ヨーレイトｙrt、車速Ｖsp及
び前輪２の操舵角Ｆstg に基づいて車両の状態量Ｘob及
び観測量Ｙobを推定するとともに、これらの推定量から
後輪３の操舵制御量ｒを算出し、該制御量ｒによりモー
タ２８を作動させて後輪操舵を制御するように設けられ
ている。また、ステップＳ27の判定は、判定手段４３で
行われるものであって、該判定手段４３は、上記推定状
態量Ｘobがリミッター値Ｘl を越えたときを判定するよ
うに設けられている。ステップＳ31〜Ｓ34の一連の制御
は、クリア手段４４で行われるものであって、該クリア
手段４４は、上記推定状態量Ｘobがリミッター値Ｘl を
越えたとき車両の走行状態が安定な直進状態になった時
点で内部状態量Ｘh を零にクリアするように設けられて
いる。

【００６５】次に、上記第２実施例の作用・効果を説明
するに、後輪３，３の操舵角が状態フィードバック（Ｌ
ＱＧ）制御されるので、車両の実際ヨーレイトＹr は目
標ヨーレイトＹrtに精度良く制御されて、狙い通りの車
両運動特性が得られ、車両の運転性能の向上が図られ
る。この場合、車両の旋回時等の車両の状態変化が比較
的大きい場合には、ＬＱＧ制御の２種の制御ゲインＧ，
ＧI が所定値Ｇl ，ＧIlに設定されるので、ＬＱＧ制御
量ｒも大値に設定されて、車両の比較的大きな状態変化
に良好に追随応答する。一方、前輪操舵角Ｆstg が所定
値Ｆo 以下の小さいとき、又は車速Ｖspが所定値Ｖo 以
上の高速走行時、即ち車両の直進走行時には、車両の状
態変化が小さい状況であって、この状況では、ＬＱＧ制
御の２種の制御ゲインＧ，ＧI が上記所定値Ｇl ，ＧIl
ではＬＱＧ制御量ｒが相対的に過大となり、車両は左右
に微小振動することになるが、上記ＬＱＧ制御の２種の
制御ゲインＧ，ＧI が上記所定値Ｇl ，ＧIlよりも小値
の値Ｇs ，ＧIsに設定され、ＬＱＧ制御量ｒもそれに応
じて小値となるので、車両の微小な左右振動は生じず、
車両は安定して直進することになり、従って車両の運転
性及び乗心地性を向上させることができる。

【００６６】そして、このようなＬＱＧ制御において
は、後輪３の操舵制御量ｒを算出する過程で車両の状態
量Ｘobを推定しているが、該推定状態量Ｘobは、車両の
運動状態が何かの原因で一旦不安定な状態に陥ると異常
に大きな値になり、これに基因する誤った制御により車
両の運動状態が更に不安定な状態に陥る虞がある。

【００６７】これに対し、本実施例においては、上記推
定状態量Ｘobがリミッター値Ｘl を越えると、車両の走
行状態が安定な直進状態になった時点で該推定状態量Ｘ
obを零にクリアして制御量ｒを算出するので、後輪３の
操舵角Ｒstg が零の状態つまり前輪２のみ操舵される２
輪操舵状態になり、運転者に違和感を与えることがな
く、異常な内部状態量Ｘh に基づく誤制御を防止するこ
とができ、制御の信頼性及び安全性等を高めることがで
きる。

【００６８】図１０は本発明の第３実施例に係わる車両
の操舵装置を示す。上述した第１及び第２実施例では、
いずれも後輪３，３を後輪操舵装置２０で操舵制御した
のに対し、第３実施例では、前輪２，２をステアリング
ホイールとは別途に電気的に操舵制御するものに適用し
たものである。

【００６９】すなわち、第３実施例の場合、操舵装置
は、図２に示す後輪操舵装置２０を備えず、前輪操舵装
置１０と並列に、リレーロッド１１に配置したラック＆
ピニオン機構７１と、該機構７１を駆動するモータ７２
とを設け、該モータ７２の作動をコントロールユニット
２９により制御するように構成されている。操舵装置の
その他の構成は、上述の第１実施例と同様であるが、前
輪を操舵する関係上、第１実施例の後輪操舵で後輪を前
輪と逆位相に操舵制御する場合には本実施例では前輪の
操舵角を増す側に操舵制御し、第１実施例で後輪を同位
相に操舵制御する場合には本実施例では前輪の操舵角を
減す側に操舵制御すればよい。

【００７０】尚、以上の説明では、後輪操舵の状態フィ
ードバック制御において、車両の推定状態量として車両
の横滑り角、後輪の操舵角及びその変化速度、前輪及び
後輪のコーナリングフォース、並びに車両に作用するヨ
ーレイトを用いて車両の状態を正確に観測したが、車両
の状態を観測するには、少なくとも車両の実際ヨーレイ
ト及び車両の横滑り角の２種を観測すれば足りる。

【００７１】また、上記第１及び第２実施例では、推定
状態量Ｘh ，Ｘobを零にクリアする際のしきい値として
のリミッター値Ｘhl，Ｘl を車速Ｖspに応じて変更する
ようにしたが、車速Ｖsp以外の車両の走行状態、例えば
車両の加減速度、ヨーレイト、路面摩擦係数等に応じて
上記リミッター値Ｘhl，Ｘl を変更するようにしても良
い。

【００７２】

【発明の効果】以上の如く、本発明における車両の操舵
装置によれば、少なくとも車両の実際ヨーレイト及び車
輪の操舵角に基づいて車両の推定状態量を算出し、該推
定状態量により実際ヨーレイトが目標ヨーレイトに一致
するようにフィードバック制御するときに上記推定状態
量が所定値を越えると、該推定状態量が零にクリアされ
て、車輪の強制操舵が行われていない状態に戻されるの
で、異常に大きな推定状態量に基づく誤制御を防止する
ことができ、車両の安定性を高めることができる。

【００７３】特に、請求項２記載の発明によれば、車輪
の操舵制御がＨ∞制御により行われ、その制御ゲインが
車両の特性変動時の安定性を与える性能目標指標と、車
両の速応性及び定常特性を与える性能目標指標との２種
により定まる範囲内で設定されるので、車両の安定性、
速応性及び定常特性の全てが良好に確保できるという効
果をも有する。

【００７４】また、請求項４記載の発明によれば、上記
推定状態量が所定値を越えるときの超過量に応じて、超
過時点から推定状態量を零にクリアするタイミングが変
更されるので、車両の安定性をより高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる車両の操舵装置の
全体構成を示す概略構成図である。

【図２】同操舵装置における制御系のブロック構成図で
ある。

【図３】後輪の操舵制御のフローチャート図である。

【図４】Ｈ∞制御の制御ゲインを決定するためのフロー
チャート図である。

【図５】後輪の操舵制御の変形例を示す図３相当図であ
る。

【図６】同じく他の変形例を示す図３相当図である。

【図７】第２実施例を示す図２相当図である。

【図８】後輪の操舵制御のフローチャートの部分図であ
る。

【図９】同じく部分図である。

【図１０】第３実施例を示す図１相当図である。

【図１１】Ｈ∞制御に使用する２種の性能目標指標Ｗ1
，Ｗ3 を示す図である。

【図１２】Ｈ∞制御を行わない場合の後輪操舵に対する
車両の運動特性の周波数伝達関数のゲイン特性を示す図
である。

【図１３】路面の摩擦係数が変化した場合に後輪操舵に
対する車両の運動特性の周波数伝達関数が変化する様子
の説明図である。

【図１４】内部状態量Ｘh の時間経過に伴う変化を示す
図である。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２前輪３後輪２０後輪操舵装置（操舵手段）２８モータ２９，２９´ コントロールユニット３２ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出
手段）３３後輪操舵角センサ（操舵角検出手
段）３４前輪操舵角センサ（操舵角検出手
段）４１，５１状態フィードバック制御手段４２制御ゲイン算出手段４３判定手段４４クリア手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ６２Ｄ 113:00 Ｂ６２Ｄ 113:00 137:00 137:00 (56)参考文献特開平４−362472（ＪＰ，Ａ) 特開平４−27667（ＪＰ，Ａ) 特開平７−17420（ＪＰ，Ａ) 特開平５−314397（ＪＰ，Ａ) 特開平４−135976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 - 6/06 B21B 37/00 F02D 41/40 B60T 8/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪をステアリングホイールとは別途に
操舵する操舵手段と、車両に発生する実際のヨーレイトを検出するヨーレイト
検出手段と、上記車輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、少なくとも上記両検出手段で検出された車両の実際ヨー
レイト及び車輪の操舵角に基づいて車両の推定状態量を
算出し、該推定状態量により実際ヨーレイトが目標ヨー
レイトに一致するよう上記操舵手段をフィードバック制
御する制御手段と、上記推定状態量が所定値を越えた状況を判定する判定手
段と、該判定手段の判定結果を受け、推定状態量が所定値を越
えたときに該推定状態量を零にクリアするクリア手段と
を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】上記制御手段は、少なくとも車両の実際
ヨーレイト及び推定横滑り角を車両の状態量とする車両
の状態方程式、並びに出力方程式に基づいて車両の実際
ヨーレイトを目標ヨーレイトに所定の制御ゲインでもっ
て状態フィードバック制御するよう上記操舵手段を制御
する状態フィードバック制御手段と、車輪の操舵に対す
る車両のヨーレイト変化の周波数伝達関数の制御ゲイン
特性として、車両の特性変動時の安定性を与える性能目
標指標並びに車両の速応性及び定常特性を与える性能目
標指標の２種と、車輪の操舵角を入力とする車両の状態
方程式及び出力方程式とに基づいて上記状態フィードバ
ック制御手段の制御ゲインを算出する制御ゲイン算出手
段とからなる請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項３】上記制御手段は、少なくとも車両の実際
ヨーレイト及び推定横滑り角を車両の状態量とする車両
の状態方程式、並びに出力方程式に基づいて車両の実際
ヨーレイトを目標ヨーレイトに状態フィードバック制御
するよう上記操舵手段を制御する状態フィードバック制
御手段である請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項４】上記判定手段は、推定状態量が所定値を
越えた状況として、その超過時点及び超過量を判定する
ものであり、上記クリア手段は、該超過量に応じて、超
過時点から推定状態量を零にクリアするタイミングを変
更するように設けられている請求項１記載の車両の操舵
装置。
【請求項５】上記クリア手段は、超過量が所定値より
大きいときは超過後直ちに推定状態量を零にクリアし、
超過量が所定値より小さいときは超過後車両の走行状態
が安定なものになった時点で推定状態量を零にクリアす
るように設けられている請求項４記載の車両の操舵装
置。
【請求項６】車両の走行状態が安定なものになった時
点は、車両の直進時である請求項５記載の車両の操舵装
置。
【請求項７】車両の走行状態が安定なものになった時
点は、車両の停車時である請求項５記載の車両の操舵装
置。
【請求項８】車両の直進時の判定は、車両の実際ヨー
レイト、横加速度又はステアリングホイール操舵角に基
づいて行われる請求項６記載の車両の操舵装置。