車両の操舵装置
【目的】 前輪の操舵時に適正ヨーレイトを発生させて運転性の向上を図ると共に、前輪又は後輪の操舵を安定して行い、車両の安定性を良好に確保する。
【構成】 車輪の横滑り角に対する車輪のコーナリングフォースの変化が比例的である設定線形領域では、車両に制御目標ヨーレイトを発生させる状態フィードバック制御を行う。一方、コーナリングフォースの変化が比例しない設定非線形領域では、この設定非線形領域で後輪の操舵制御が安定な第２の制御則に基いて後輪を操舵制御する。設定線形領域の幅は、車両の運転状態、特に車速、車両に作用する横加速度、車輪の推定横滑り角、後輪又は前輪のコーナリングフォース、車重等に応じて変更される。従って、設定線形領域の幅を適切に設定しつつ、設定線形領域では狙い通りの車両の運転特性が得られると共に、設定非線形領域では車両の安定性を良好に確保できる。
【構成】 車輪の横滑り角に対する車輪のコーナリングフォースの変化が比例的である設定線形領域では、車両に制御目標ヨーレイトを発生させる状態フィードバック制御を行う。一方、コーナリングフォースの変化が比例しない設定非線形領域では、この設定非線形領域で後輪の操舵制御が安定な第２の制御則に基いて後輪を操舵制御する。設定線形領域の幅は、車両の運転状態、特に車速、車両に作用する横加速度、車輪の推定横滑り角、後輪又は前輪のコーナリングフォース、車重等に応じて変更される。従って、設定線形領域の幅を適切に設定しつつ、設定線形領域では狙い通りの車両の運転特性が得られると共に、設定非線形領域では車両の安定性を良好に確保できる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両のステアリング操舵状態に応じて後輪又は前輪を強制的に操舵制御して、車両の運転性や安定性を高めるようにした車両の操舵装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の車両の操舵装置して、ステアリング操作量に対応する前輪の操舵角に対して、後輪の転舵比を車速に応じて決定し、該転舵比で後輪を転舵制御するものが知られているが、このものでは、如何なる車速でも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１−２６２２６８号公報に開示されるものでは、運転者のステアリング操舵量に基いて車両の制御目標ヨーレイトを演算すると共に、車両のヨーレイトを実測し、この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、この初期状態での車両の回頭性を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記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フィードバック制御量を演算して、後輪を転舵制御している関係上、実際ヨーレイトを制御目標値に精度良く制御するにも限界がある。
【０００５】そこで、例えば、上記のフィードバック制御に代えて、状態フィードバック制御を採用することが考えられる。この状態フィードバック制御は、ヨーレイトの他、車両の複数の状態変数，例えば車輪の横滑り角、前輪及び後輪のコーナリングフォース等を推定して車両の運動状態を把握し、これ等複数の状態変数を用いて制御対象を制御するものであるので、上記車両の複数の状態変数を用いて車両に発生するヨーレイトを制御目標値にするよう、前輪又は後輪の操舵角をフィードバック制御すれば、常に車両に目標のヨーレイトを発生させることができ、ステアリング操作時当初の車両の回頭性を向上できる等、車両の運転性及び安定性に最適な制御が可能となる。
【０００６】その場合、状態フィードバック制御は、状態方程式として線形方程式を用い、該線形方程式に基いて車両の複数の状態量を推定している関係上、車両の運動特性が路面状態の変化等に起因して線形方程式から外れた非線形の運動となった車両の動特性の変化時には、上記推定する複数の状態量が最適値からずれを生じ、その結果、車両には制御目標ヨーレイトが発生せず、不安定になる憾みが生じる。そのため、例えば、状態フィードバック制御とは別途に、非線形領域において本質的に安定な第２の制御則を予め用意し、非線形領域では該第２の制御則を使用することにより、車両の動特性が線形領域から非線形領域に移行した際にも、車両の安定性を良好に確保することが考えられる。
【０００７】しかしながら、車両の動特性の線形領域及び非線形領域の範囲は明確には区別し得ず、また、車速や車両の状態によっては早期に車両の安定性を確保すべき場合等がある。このため、上記の考えにおいて、上記線形領域と非線形領域との範囲を予め固定設定しておく場合には、状態フィードバック制御と第２の制御則とが適確に切換わらず、その結果、第２の制御則で車両を良好に安定させる必要がある状況であっても、状態フィードバック制御が継続して車両が不安定になる場合が生じたり、逆に状態フィードバック制御を継続すべき状況であっても、第２の制御則に切換わって、狙い通りの車両運動特性が得られない憾みが生じる。
【０００８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記の通り前輪又は後輪の操舵制御に状態フィードバック制御と第２の制御則とを用い、該両制御を設定線形領域と設定非線形領域とで切換える場合に、この両制御間の切換えを車両の運転状態に応じて適確に行うことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明では、設定線形領域の幅を予め固定せず、車両の運転状態に応じて変更する構成とする。
【００１０】つまり、請求項１記載の発明の具体的な解決手段は、図１に示すように、前輪又は後輪をステアリングとは別途に操舵する操舵手段２０を設けるとともに、車輪の横滑り角に対して車輪のコーナリングフォースが比例的に変化する設定線形領域にあるか設定非線形領域にあるかを判別する領域判別手段３４と、少くとも車両の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対する目標制御量を演算し、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３０と、上記設定非線形領域において安定して前輪又は後輪を操舵制御できる第２の制御手段３１と、上記領域判別手段３４の出力を受け、車輪のコーナリングフォースが設定線形領域にあるとき上記状態フィードバック制御手段３０により上記操舵手段２０を制御し、車輪のコーナリングフォースが設定非線形領域にあるとき上記第２の制御手段３１により操舵手段２０を制御するよう前輪又は後輪の操舵制御を切換える制御切換手段３２とを設ける。更に、上記設定線形領域の幅を車両の運転状態に応じて変更する線形領域幅変更手段３３を設ける構成とする。
【００１１】また、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の発明の線形領域幅変更手段３３を特定して、設定線形領域の幅を、車速が高いとき縮小するもので構成している。
【００１２】更に、請求項３記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を他のものに特定し、設定線形領域の幅を、車両に作用する横加速度が大きいとき縮小するもので構成している。
【００１３】加えて、請求項４記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、車輪の横滑り角が大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成している。
【００１４】また、請求項５記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、車輪のコーナリングフォースが大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成する。
【００１５】更に、請求項６記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、後輪のコーナリングフォースに対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成する。
【００１６】加えて、請求項７記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、前輪の操舵角が大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成する。
【００１７】また、請求項８記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、車重が重いとき設定線形領域の幅を拡大するもので構成する。
【００１８】
【作用】以上の構成により、請求項１記載の発明では、設定線形領域では状態フィードバック制御手段３０が制御切換手段３２により選択されて、操作手段２０により前輪又は後輪の操舵角が状態フィードバック制御されるので、車両に作用するヨーレイトが常に制御目標値に精度良く一致して、制御の狙い通りの良好な車両の運転特性が得られる。
【００１９】一方、設定非線形領域では、状態フィードバック制御手段３０に代えて、第２の制御手段３１が制御切換手段３２により選択される。その結果、前輪又は後輪の操舵角が第２の制御則に基いて安定して制御されるので、車両の運動が安定することになる。
【００２０】そして、設定線形領域の幅がその変更手段３３によって車両の運転状態に応じて変更されるので、設定線形領域の幅が常に適切になる。その結果、状態フィードバック制御と第２の制御則との切換えが車両の運転状態に応じて常に適確に行われることになる。
【００２１】特に、請求項２ないし請求項７記載の発明では、高車速時、横加速度が大きいとき、車輪の横滑り角が大きいとき、車輪のコーナリングフォースが大きいとき、後輪に対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき、又は前輪の操舵角が大きいときには、車両が不安定な状態に移行し易い状況であるものの、この状況では、設定線形領域の幅が縮小される。その結果、状態フィードバック制御から第２の制御則に早期に切換わるので、車両の安定性が良好に確保される。
【００２２】また、請求項８記載の発明では、車重が重い場合には、車両の安定性は良好な状況であって、この状況では設定線形領域の幅が拡大されて、状態フィードバック制御が比較的長く継続されるので、車両の安定性を良好に確保しつつ、狙い通りの車両の運転性能を発揮することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明の車両の操舵装置よれば、設定線形領域では状態フィードバック制御を選択して使用し、設定非線形領域では安定な第２の制御手段を選択して使用すると共に、設定線形領域の幅を車両の運転状態に応じて変更したので、状態フィードバック制御による狙い通りの車両の運動特性を実現して、車両の走行性能の向上を図ると共に、設定非線形領域での車両の安定性の向上を図ることができ、更に設定線形領域の幅を常に適切にして、状態フィードバック制御と第２の制御則との間の切換えを常に適確に行うことができる。
【００２４】特に、請求項２ないし請求項７記載の発明によれば、高車速時、横加速度が大きいとき、車輪の横滑り角が大きいとき、車輪のコーナリングフォースが大きいとき、後輪に対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき、又は前輪の操舵角が大きいときには、設定線形領域の幅を縮小して、第２の制御則での制御に早期に切換えたので、車両の安定性を早期且つ良好に確保できる。
【００２５】また、請求項８記載の発明によれば、車重が重くて車両の安定性が良好な場合には、設定線形領域の幅を拡大したので、状態フィードバック制御を可能な限り長く継続でき、狙い通りの車両の運転性能を長期に亘って確保することができる効果を奏する。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図２以下の図面に基いて説明する。
【００２７】図２は本発明に係る車両の操舵装置の概略平面図を示し、１はステアリング、２は左右の前輪、３は左右の後輪、１０は上記ステアリング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の転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。
【００２８】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１３、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、ハンドル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・アンド・ピニオン機構１４が配置され、ステアリング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を操舵する構成である。
【００２９】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２２が配置されていると共に、ラック・アンド・ピニオン機構２３が配置され、該機構２３には、クラッチ２４、減速機構２５、及びモータ２６が連携されていて、クラッチ２４の締結時にモータ２６の回転駆動によりラック・アンド・ピニオン機構２３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２４の回転量に応じた角度だけ操舵する構成である。
【００３０】上記モータ２６はコントロールユニット２９に駆動制御される。該コントロールユニット２９は、図３に示すように、内部に、モータ２６により後輪３の舵角を車両の状態が推定できる少くとも実際ヨーレイト及び車輪の横滑り角に基いて状態フィードバック制御（以下、ＬＱＧ制御という）するＬＱＧ制御手段３０と、第２の制御手段としての車速感応ＭＡＰ制御手段３１と、上記ＬＱＧ制御手段３０によるＬＱＧ制御と車速感応ＭＡＰ制御手段３１によるＭＡＰ制御とを選択的に切換える制御切換手段３２とを基本的に有する。上記車速感応ＭＡＰ制御手段３１は、車両が安定するように車速に応じて予め記憶したマップに基いて後輪３の制御すべき目標舵角を車速及び前輪操舵角に応じて一義的に決定して、後輪３の舵角を上記目標舵角にモータ２６により制御するものであり、従って、図５に示すように車輪の横滑り角βに対するコーナリングフォース特性において、コーナリングフォースの変化が横滑り角βに比例しない設定非線形領域でも制御が安定するものである。
【００３１】また、上記コントロールユニット２９には、車両に作用する横加速度を検出する横加速度センサ３５と、車両に作用するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ３６と、後輪３の舵角を検出する後輪舵角センサ３７と、前輪２の操舵角を検出する前輪操舵角センサ３８と、車速を検出する車速センサ３９とが各々入力されている。
【００３２】次に、上記コントロールユニット２９によるモータ２６の駆動制御を図４の制御フローに従って説明する。同図において、ステップＳ１で設定周期毎の制御タイミングになると、ステップＳ２で上記各センサ３６〜３９の検出信号に基いて車速Ｖｓ、前輪操舵角Ｆｓｔｇ、後輪舵角Ｒｓｔｇ、車両に発生しているヨーレイトψ、及び車両に作用する横加速度Ｙｇの各車両運動状態量を計測する。
【００３３】そして、ステップＳ３において下記式に基いて車両の制御目標ヨーレイトｙｒｔを算出する。
【００３４】
ここに、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。その後は、ステップＳ４で前輪操舵角センサ３８により検出した前輪操舵角Ｆｓｔｇの前回値と今回値とに基いて前輪操舵速度ｄｆを下記式より演算する。
【００３５】
ｄｆ＝｛Ｆｓｔｇ（ｎ）−Ｆｓｔｇ（ｎ−１）｝＊ｋ（ｋは比例定数である）
そして、本発明の特徴として、ステップＳ５において、ＬＱＧ制御とＭＡＰ制御とを切換える制御切換判定値となる前輪操舵速度ｄｆｏを決定する。この制御切換判定値ｄｆｏは、図６に示すように車速Ｖｓｐが高くなるほど低い値に設定されると共に、図７に示すように車両に作用する横加速度Ｙｇの絶対値｜Ｙｇ｜が大きくなるほど低い値に設定され、また、図８ないし図１１に示すように、後述する車輪の推定横滑り角βの絶対値｜β｜、後述する前輪又は後輪の推定コーナリングフォースｃｆｆ，ｃｆｒ、後輪の推定コーナリングフォースに対する前輪の推定コーナリングフォースの比率ｃｆｆ／ｃｆｒ、又は前輪の操舵角の絶対値｜ｆｓｔｇ｜が各々大きくなるほど低い値に設定される。更に、上記の制御切換判定値ｄｆｏは、図１２に示すように車重Ｗが重くなるほど高い値に設定される。
【００３６】その後は、ステップＳ６で上記前輪操舵速度ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜を制御切換判定値ｄｆｏと比較し、該前輪操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ未満（｜ｄｆ｜＜ｄｆｏ）の場合には、図５の設定線形領域にあると判断して、ステップＳ７〜Ｓ１０に進んでＬＱＧ制御を選択する一方、前輪操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ以上（ｄｆｏ≦｜ｄｆ｜）の場合には、図５の設定非線形領域にあると判断して、ステップＳ１１及びＳ１２で車速感応ＭＡＰ制御を選択する。
【００３７】そして、上記の判断の結果によりＬＱＧ制御が選択された場合は、先ずステップＳ７でオブザーバー（状態観測器）により車両の状態量及び車両の観測量を演算推定する。ここに、車両の状態量としては、車両の横滑り角β、後輪の舵角の変化速度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種を推定する。また、推定観測量としては、上記４種の推定状態量に、後輪の舵角Ｒｓｔｇ、及び車両に作用するヨーレイトｄψ／ｄｔを加えた６種を演算する。但し、後輪の舵角Ｒｓｔｇ及びヨーレイトｄψ／ｄｔは実測値を用いる。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をとして、下記の状態方程式及び出力方程式に基づく演算により行う。
【００３８】ｄｘｏｂ／ｄｔ＝Ａｏｂ＊ｘｏｂ＋Ｂｏｂ＊ｙ＋Ｊｏｂ＊ＲＦＢ（ｎ−１）
ｙｏｂ＝Ｃｏｂ＊ｘｏｂ＋Ｄｏｂ＊ｙここに、Ａｏｂ、Ｂｏｂ、Ｃｏｂ、Ｄｏｂ及びＪｏｂはオブザーバーゲイン、ＲＦＢはＬＱＧ制御量であり、ｙは実測ヨーレイトｄψ／ｄｔ及びＬＱＧ制御量ＲＦＢ値である。
【００３９】その後は、ステップＳ８でＬＱＧ制御量ＲＦＢを演算する。この演算は、先ず実測ヨーレイトｄψ／ｄｔと制御目標ヨーレイトｙｒｔとの偏差（ｄψ／ｄｔ−ｙｒｔ）の積分値Ｓｉｇを式Ｓｉｇ（ｎ）＝Ｓｉｇ（ｎ−１）＋（ｄψ／ｄｔ−ｙｒｔ）
に基いて算出した後、ＬＱＧ制御量ＲＦＢを上記積分値Ｓｉｇ及び推定観測量ｙｏｂを用いて下式ＲＦＢ＝−Ｆ＊ｙｏｂ−ＦＩ＊Ｓｉｇにて演算する。ここに、Ｆ，ＦＩは制御ゲインである。
【００４０】そして、上記の如くＬＱＧ制御量ＲＦＢが求まると、ステップＳ９でモータ２６への制御量Ｒを上記ＬＱＧ制御量ＲＦＢに設定して（Ｒ＝ＲＦＢ）、ステップＳ１０でこの制御量Ｒでもってモータ２６を駆動制御し、左右の後輪３，３を操舵制御する。
【００４１】一方、車速感応ＭＡＰ制御が選択された場合には、ステップＳ１１で同ステップに示す車速Ｖｓに対応するマップ上の比例定数ｒを算出した後、該算出した比例定数ｒに前輪操舵角Ｆｓｔｇを乗算してＭＡＰ制御量ＲＭＡＰを求める。そして、ステップＳ１２でモータ２６への制御量Ｒを上記ＭＡＰ制御量ＲＭＡＰに設定して（Ｒ＝ＲＭＡＰ）、ステップＳ１０でこの制御量Ｒでもてモータ２６を駆動制御し、左右の後輪３，３を操舵制御する。
【００４２】よって、上記図４の制御フローにおいて、ステップＳ６により、車輪の横滑り角βに対して車輪のコーナリングフォースが比例的に変化する設定線形領域にあるか設定非線形領域にあるかを判別する領域判別手段３４を構成している。また、ステップＳ５により、図５R>５の設定線形領域と設定非線形領域との境界となる車輪の横滑り角βｏを発生させる前輪操舵速度ｄｆｏを制御切換判定値とし、これを図６ないし図１２に示すように車速Ｖｓｐ、横加速度｜Ｙｇ｜、横車輪の横滑り角｜β｜、前輪又は後輪のコーナリングフォースｃｆｆ，ｃｆｒ、後輪に対する前輪のコーナリングフォースの比率ｃｆｆ／ｃｆｒ、前輪操舵角｜ｆｓｒｇ｜が各々大きくなるほど小値に変更設定し、車重Ｗが重くなるほど大値に変更設定して、図５の設定線形領域の幅を上記車速Ｖｓｐ等の車両の運転状態に応じて変更するようにした設定線形領域変更手段３３を構成している。
【００４３】したがって、上記実施例においては、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ未満で遅い（｜ｄｆ｜＜ｄｆｏ）場合には、車輪のコーナリングフォースは図５の設定線形領域にあって、後輪３，３の操舵角がＬＱＧ制御手段３０によりＬＱＧ制御される。この場合、車両の動特性は上記の状態方程式を満すので、オブザーバーによる状態量ｘｏｂ及び観測量ｙｏｂは正確に推定され、従って車両のヨーレイトは制御目標値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及び安定性の向上が図られる。
【００４４】これに対し、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ以上で速い（｜ｄｆ｜≧ｄｆｏ）場合には、車輪の横滑り角は図５の設定非線形領域にある。この場合、ＬＱＧ制御では、車両の動特性が上記状態方程式を満さず、オブザーバーによる状態量ｘｏｂ等に誤差が生じ易く、このため制御が不安定となって、車両の運動が不安定になる場合がある。しかし、この設定非線形領域では、制御切換手段３２がこの設定非線形領域で本来的に安定している第２の制御手段３１による車速感応ＭＡＰ制御を選択し、後輪３，３の操舵角が車速Ｖｓ及び前輪操舵角Ｆｓｔｇに応じた制御量ＲＭＡＰでもって制御されるので、車両の走行安定性が良好に確保される．しかも、前輪の操舵速度ｄｆが制御切換判定値ｄｆｏ未満で遅い場合には、運転者が車両を所望の方向に正確に導きたいと要求する場合であって、この場合には上記の通り後輪３のＬＱＧ制御によって車両に発生するヨーレイトが制御目標値ｙｒｔに精度良く一致するので、車両は運転者の要求通りに方向転換して、車両の運転性能の一層の向上を図ることができる。
【００４５】一方、前輪の操舵速度ｄｆが制御切換判定値ｄｆｏ以上に速い場合には、上記の通り後輪３の車速感応ＭＡＰ制御によって車両のヨーレイトが安定して発生するので、車両の安定性が向上する。この場合、発生するヨーレイトはＬＱＧ制御の場合に比して制御目標値ｙｒｔに精度良くは一致しなくなるが、運転者はさほど車両の方向転換角度の正確さを要求していないので、支障はない。
【００４６】その場合、高車速時には、車両のヨーレイトの発生の応答性が高くなり、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が低くても大きなヨーレイトが発生して、車両は不安定になり易い状況であるが、この場合には、制御切換判定値ｄｆｏが、高車速時ほど小値に設定されて、図５の設定線形領域が縮小されるので、早期に車速感応ＭＡＰ制御に切換移行して、車両の安定性が早期且つ良好に確保される。
【００４７】また、運転者のステアリングの操作時に車両に作用する横加速度｜Ｙｇ｜が増大した場合には、車両はアンダーステアー傾向となり、このためＬＱＧ制御による後輪３の操舵制御ではアンダーステアー傾向を補正して後輪３，３を前輪２，２とは逆位相に操舵し、車両の安定性が低下する。しかし、この場合には、図５の設定線形領域が縮小されて、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が低くても直ちにＭＡＰ制御に切換えられるので、車両の安定性が早期に確保される。
【００４８】更に、車輪の推定横滑り角｜β｜が大きい際には、車両の安定走行の限界に対する余裕代が減少し、不安定状態に陥り易い状況となるものの、この状況では、図５の設定線形領域が縮小されて、低い前輪操舵速度ｄｆで直ちに車速感応ＭＡＰ制御に切換えられるので、車両の安定性が早期に確保される。
【００４９】加えて、前輪２又は後輪３の推定コーナリングフォース｜ｃｆｆ｜，｜ｃｆｒ｜が増大した場合には、車両の安定性に対する余裕度は減少するが、図５の設定線形領域の幅が縮小されるので、低い前輪操舵速度ｄｆで後輪３の操舵制御がＭＡＰ制御に切換わって、車両の安定性が良好に確保される。
【００５０】また、前輪２のコーナリングフォースに対して後輪３のコーナリングフォースｃｆｒが低下した場合，即ち後輪３に対する前輪２のコーナリングフォースの比率ｃｆｆ／ｃｆｒが大きくなった場合には、車両はオーバーステアー傾向となるが、図５の設定線形領域の幅が縮小されて、低い前輪操舵速度ｄｆで後輪３の操舵制御がＭＡＰ制御に切換わるので、車両の安定性は良好に確保される。
【００５１】更に、前輪の操舵角｜ｆｓｔｇ｜が増大している際には、車両のアンダーステアー傾向が増大している場合が多く、この場合にも、図５の設定線形領域の幅が縮小されて、低い前輪操舵速度ｄｆで後輪３の操舵制御がＭＡＰ制御に切換わるので、車両の安定性は良好に確保される。
【００５２】加えて、車重Ｗが重い場合には、車両の安定性は増しており、この場合には、制御切換判定値ｄｆｏが大値に設定されて図５の設定線形領域の幅が拡大される。その結果、比較的高い前輪操舵速度ｄｆまで後輪３の操舵制御としてＬＱＧ制御が継続されるので、車両の安定性を良好に確保しつつ、車両に制御目標ヨーレイトを精度良く発生させて、車両の良好な運転性能を長く確保することができる。
【００５３】図１３は他の実施例を示し、上記実施例では後輪３，３を後輪操舵装置２０を用いて操舵制御したのに代え、前輪２，２をステアリング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。
【００５４】すなわち、図１３の操舵装置では、上記図２R>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・アンド・ピニオン機構４０と、該機構４０を駆動するモータ４１とを設け、該モータ４１をコントロールユニット２９により駆動制御する構成である。その他の構成は、上記実施例と同様であるが、前輪を操舵する関係上、上記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、上記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。
【００５５】尚、以上の説明では、ＬＱＧ制御において、車両の推定観測量として６種、即ち車両の横滑り角β、後輪の舵角の変化速度ｄＲｓｔｇ／ｄｔ、前輪及び後輪ののコーナリングフォースＣｆｆ、Ｃｆｒ、後輪の舵角Ｒｓｔｇ、並びに車両に作用するヨーレイトｄψ／ｄｔ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、少くとも車両の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角の２種を観測すれば足りる。
【００５６】また、以上の説明では、第２の制御手段３１での制御則として車速感応ＭＡＰ制御を使用したが、この第２の制御則は、要はコーナリングフォースが比例的に変化しない設定非線形領域で安定して後輪３，３を制御し得るものであれば良く、例えばＭＡＰ制御以外のフィードフォワード制御、ファジィ制御、フィードバック制御等でも良いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明のブロック構成図である。
【図２】車両の後輪をも操舵する操舵装置の全体構成を示す図である。
【図３】後輪の操舵制御のブロック構成を示す図である。
【図４】後輪の操舵制御の制御フローを示す図である。
【図５】車輪の横滑り角に対するコーナリングフォース特性を示す図である。
【図６】車速に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図７】車両に作用する横加速度に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図８】車輪の横滑り角に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図９】前輪又は後輪のコーナリングフォースに対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１０】後輪のコーナリングフォースに対する前輪のコーナリングフォースの比率に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１１】前輪の操舵角に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１２】車重に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１３】他の実施例としての前輪を操舵する操舵装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ステアリング
３ 後輪（車輪）
２０ 後輪操舵装置
２６ モータ
２９ コントロールユニット
３０ ＬＱＧ制御手段（状態フィードバック制御手段）
３１ 車速感応制御手段（第２の制御手段）
３２ 制御切換手段
３３ 線形領域幅変更手段
３４ 領域判別手段
３５ 横加速度センサ
３６ ヨーレイトセンサ
３７ 後輪舵角センサ
３８ 前輪操舵角センサ
３９ 車速センサ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両のステアリング操舵状態に応じて後輪又は前輪を強制的に操舵制御して、車両の運転性や安定性を高めるようにした車両の操舵装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の車両の操舵装置して、ステアリング操作量に対応する前輪の操舵角に対して、後輪の転舵比を車速に応じて決定し、該転舵比で後輪を転舵制御するものが知られているが、このものでは、如何なる車速でも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１−２６２２６８号公報に開示されるものでは、運転者のステアリング操舵量に基いて車両の制御目標ヨーレイトを演算すると共に、車両のヨーレイトを実測し、この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、この初期状態での車両の回頭性を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記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フィードバック制御量を演算して、後輪を転舵制御している関係上、実際ヨーレイトを制御目標値に精度良く制御するにも限界がある。
【０００５】そこで、例えば、上記のフィードバック制御に代えて、状態フィードバック制御を採用することが考えられる。この状態フィードバック制御は、ヨーレイトの他、車両の複数の状態変数，例えば車輪の横滑り角、前輪及び後輪のコーナリングフォース等を推定して車両の運動状態を把握し、これ等複数の状態変数を用いて制御対象を制御するものであるので、上記車両の複数の状態変数を用いて車両に発生するヨーレイトを制御目標値にするよう、前輪又は後輪の操舵角をフィードバック制御すれば、常に車両に目標のヨーレイトを発生させることができ、ステアリング操作時当初の車両の回頭性を向上できる等、車両の運転性及び安定性に最適な制御が可能となる。
【０００６】その場合、状態フィードバック制御は、状態方程式として線形方程式を用い、該線形方程式に基いて車両の複数の状態量を推定している関係上、車両の運動特性が路面状態の変化等に起因して線形方程式から外れた非線形の運動となった車両の動特性の変化時には、上記推定する複数の状態量が最適値からずれを生じ、その結果、車両には制御目標ヨーレイトが発生せず、不安定になる憾みが生じる。そのため、例えば、状態フィードバック制御とは別途に、非線形領域において本質的に安定な第２の制御則を予め用意し、非線形領域では該第２の制御則を使用することにより、車両の動特性が線形領域から非線形領域に移行した際にも、車両の安定性を良好に確保することが考えられる。
【０００７】しかしながら、車両の動特性の線形領域及び非線形領域の範囲は明確には区別し得ず、また、車速や車両の状態によっては早期に車両の安定性を確保すべき場合等がある。このため、上記の考えにおいて、上記線形領域と非線形領域との範囲を予め固定設定しておく場合には、状態フィードバック制御と第２の制御則とが適確に切換わらず、その結果、第２の制御則で車両を良好に安定させる必要がある状況であっても、状態フィードバック制御が継続して車両が不安定になる場合が生じたり、逆に状態フィードバック制御を継続すべき状況であっても、第２の制御則に切換わって、狙い通りの車両運動特性が得られない憾みが生じる。
【０００８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記の通り前輪又は後輪の操舵制御に状態フィードバック制御と第２の制御則とを用い、該両制御を設定線形領域と設定非線形領域とで切換える場合に、この両制御間の切換えを車両の運転状態に応じて適確に行うことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明では、設定線形領域の幅を予め固定せず、車両の運転状態に応じて変更する構成とする。
【００１０】つまり、請求項１記載の発明の具体的な解決手段は、図１に示すように、前輪又は後輪をステアリングとは別途に操舵する操舵手段２０を設けるとともに、車輪の横滑り角に対して車輪のコーナリングフォースが比例的に変化する設定線形領域にあるか設定非線形領域にあるかを判別する領域判別手段３４と、少くとも車両の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対する目標制御量を演算し、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３０と、上記設定非線形領域において安定して前輪又は後輪を操舵制御できる第２の制御手段３１と、上記領域判別手段３４の出力を受け、車輪のコーナリングフォースが設定線形領域にあるとき上記状態フィードバック制御手段３０により上記操舵手段２０を制御し、車輪のコーナリングフォースが設定非線形領域にあるとき上記第２の制御手段３１により操舵手段２０を制御するよう前輪又は後輪の操舵制御を切換える制御切換手段３２とを設ける。更に、上記設定線形領域の幅を車両の運転状態に応じて変更する線形領域幅変更手段３３を設ける構成とする。
【００１１】また、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の発明の線形領域幅変更手段３３を特定して、設定線形領域の幅を、車速が高いとき縮小するもので構成している。
【００１２】更に、請求項３記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を他のものに特定し、設定線形領域の幅を、車両に作用する横加速度が大きいとき縮小するもので構成している。
【００１３】加えて、請求項４記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、車輪の横滑り角が大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成している。
【００１４】また、請求項５記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、車輪のコーナリングフォースが大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成する。
【００１５】更に、請求項６記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、後輪のコーナリングフォースに対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成する。
【００１６】加えて、請求項７記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、前輪の操舵角が大きいとき設定線形領域の幅を縮小するもので構成する。
【００１７】また、請求項８記載の発明では、線形領域幅変更手段３３を、車重が重いとき設定線形領域の幅を拡大するもので構成する。
【００１８】
【作用】以上の構成により、請求項１記載の発明では、設定線形領域では状態フィードバック制御手段３０が制御切換手段３２により選択されて、操作手段２０により前輪又は後輪の操舵角が状態フィードバック制御されるので、車両に作用するヨーレイトが常に制御目標値に精度良く一致して、制御の狙い通りの良好な車両の運転特性が得られる。
【００１９】一方、設定非線形領域では、状態フィードバック制御手段３０に代えて、第２の制御手段３１が制御切換手段３２により選択される。その結果、前輪又は後輪の操舵角が第２の制御則に基いて安定して制御されるので、車両の運動が安定することになる。
【００２０】そして、設定線形領域の幅がその変更手段３３によって車両の運転状態に応じて変更されるので、設定線形領域の幅が常に適切になる。その結果、状態フィードバック制御と第２の制御則との切換えが車両の運転状態に応じて常に適確に行われることになる。
【００２１】特に、請求項２ないし請求項７記載の発明では、高車速時、横加速度が大きいとき、車輪の横滑り角が大きいとき、車輪のコーナリングフォースが大きいとき、後輪に対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき、又は前輪の操舵角が大きいときには、車両が不安定な状態に移行し易い状況であるものの、この状況では、設定線形領域の幅が縮小される。その結果、状態フィードバック制御から第２の制御則に早期に切換わるので、車両の安定性が良好に確保される。
【００２２】また、請求項８記載の発明では、車重が重い場合には、車両の安定性は良好な状況であって、この状況では設定線形領域の幅が拡大されて、状態フィードバック制御が比較的長く継続されるので、車両の安定性を良好に確保しつつ、狙い通りの車両の運転性能を発揮することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明の車両の操舵装置よれば、設定線形領域では状態フィードバック制御を選択して使用し、設定非線形領域では安定な第２の制御手段を選択して使用すると共に、設定線形領域の幅を車両の運転状態に応じて変更したので、状態フィードバック制御による狙い通りの車両の運動特性を実現して、車両の走行性能の向上を図ると共に、設定非線形領域での車両の安定性の向上を図ることができ、更に設定線形領域の幅を常に適切にして、状態フィードバック制御と第２の制御則との間の切換えを常に適確に行うことができる。
【００２４】特に、請求項２ないし請求項７記載の発明によれば、高車速時、横加速度が大きいとき、車輪の横滑り角が大きいとき、車輪のコーナリングフォースが大きいとき、後輪に対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき、又は前輪の操舵角が大きいときには、設定線形領域の幅を縮小して、第２の制御則での制御に早期に切換えたので、車両の安定性を早期且つ良好に確保できる。
【００２５】また、請求項８記載の発明によれば、車重が重くて車両の安定性が良好な場合には、設定線形領域の幅を拡大したので、状態フィードバック制御を可能な限り長く継続でき、狙い通りの車両の運転性能を長期に亘って確保することができる効果を奏する。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図２以下の図面に基いて説明する。
【００２７】図２は本発明に係る車両の操舵装置の概略平面図を示し、１はステアリング、２は左右の前輪、３は左右の後輪、１０は上記ステアリング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の転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。
【００２８】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１３、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、ハンドル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・アンド・ピニオン機構１４が配置され、ステアリング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を操舵する構成である。
【００２９】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２２が配置されていると共に、ラック・アンド・ピニオン機構２３が配置され、該機構２３には、クラッチ２４、減速機構２５、及びモータ２６が連携されていて、クラッチ２４の締結時にモータ２６の回転駆動によりラック・アンド・ピニオン機構２３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２４の回転量に応じた角度だけ操舵する構成である。
【００３０】上記モータ２６はコントロールユニット２９に駆動制御される。該コントロールユニット２９は、図３に示すように、内部に、モータ２６により後輪３の舵角を車両の状態が推定できる少くとも実際ヨーレイト及び車輪の横滑り角に基いて状態フィードバック制御（以下、ＬＱＧ制御という）するＬＱＧ制御手段３０と、第２の制御手段としての車速感応ＭＡＰ制御手段３１と、上記ＬＱＧ制御手段３０によるＬＱＧ制御と車速感応ＭＡＰ制御手段３１によるＭＡＰ制御とを選択的に切換える制御切換手段３２とを基本的に有する。上記車速感応ＭＡＰ制御手段３１は、車両が安定するように車速に応じて予め記憶したマップに基いて後輪３の制御すべき目標舵角を車速及び前輪操舵角に応じて一義的に決定して、後輪３の舵角を上記目標舵角にモータ２６により制御するものであり、従って、図５に示すように車輪の横滑り角βに対するコーナリングフォース特性において、コーナリングフォースの変化が横滑り角βに比例しない設定非線形領域でも制御が安定するものである。
【００３１】また、上記コントロールユニット２９には、車両に作用する横加速度を検出する横加速度センサ３５と、車両に作用するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ３６と、後輪３の舵角を検出する後輪舵角センサ３７と、前輪２の操舵角を検出する前輪操舵角センサ３８と、車速を検出する車速センサ３９とが各々入力されている。
【００３２】次に、上記コントロールユニット２９によるモータ２６の駆動制御を図４の制御フローに従って説明する。同図において、ステップＳ１で設定周期毎の制御タイミングになると、ステップＳ２で上記各センサ３６〜３９の検出信号に基いて車速Ｖｓ、前輪操舵角Ｆｓｔｇ、後輪舵角Ｒｓｔｇ、車両に発生しているヨーレイトψ、及び車両に作用する横加速度Ｙｇの各車両運動状態量を計測する。
【００３３】そして、ステップＳ３において下記式に基いて車両の制御目標ヨーレイトｙｒｔを算出する。
【００３４】
ここに、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。その後は、ステップＳ４で前輪操舵角センサ３８により検出した前輪操舵角Ｆｓｔｇの前回値と今回値とに基いて前輪操舵速度ｄｆを下記式より演算する。
【００３５】
ｄｆ＝｛Ｆｓｔｇ（ｎ）−Ｆｓｔｇ（ｎ−１）｝＊ｋ（ｋは比例定数である）
そして、本発明の特徴として、ステップＳ５において、ＬＱＧ制御とＭＡＰ制御とを切換える制御切換判定値となる前輪操舵速度ｄｆｏを決定する。この制御切換判定値ｄｆｏは、図６に示すように車速Ｖｓｐが高くなるほど低い値に設定されると共に、図７に示すように車両に作用する横加速度Ｙｇの絶対値｜Ｙｇ｜が大きくなるほど低い値に設定され、また、図８ないし図１１に示すように、後述する車輪の推定横滑り角βの絶対値｜β｜、後述する前輪又は後輪の推定コーナリングフォースｃｆｆ，ｃｆｒ、後輪の推定コーナリングフォースに対する前輪の推定コーナリングフォースの比率ｃｆｆ／ｃｆｒ、又は前輪の操舵角の絶対値｜ｆｓｔｇ｜が各々大きくなるほど低い値に設定される。更に、上記の制御切換判定値ｄｆｏは、図１２に示すように車重Ｗが重くなるほど高い値に設定される。
【００３６】その後は、ステップＳ６で上記前輪操舵速度ｄｆの絶対値｜ｄｆ｜を制御切換判定値ｄｆｏと比較し、該前輪操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ未満（｜ｄｆ｜＜ｄｆｏ）の場合には、図５の設定線形領域にあると判断して、ステップＳ７〜Ｓ１０に進んでＬＱＧ制御を選択する一方、前輪操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ以上（ｄｆｏ≦｜ｄｆ｜）の場合には、図５の設定非線形領域にあると判断して、ステップＳ１１及びＳ１２で車速感応ＭＡＰ制御を選択する。
【００３７】そして、上記の判断の結果によりＬＱＧ制御が選択された場合は、先ずステップＳ７でオブザーバー（状態観測器）により車両の状態量及び車両の観測量を演算推定する。ここに、車両の状態量としては、車両の横滑り角β、後輪の舵角の変化速度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種を推定する。また、推定観測量としては、上記４種の推定状態量に、後輪の舵角Ｒｓｔｇ、及び車両に作用するヨーレイトｄψ／ｄｔを加えた６種を演算する。但し、後輪の舵角Ｒｓｔｇ及びヨーレイトｄψ／ｄｔは実測値を用いる。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をとして、下記の状態方程式及び出力方程式に基づく演算により行う。
【００３８】ｄｘｏｂ／ｄｔ＝Ａｏｂ＊ｘｏｂ＋Ｂｏｂ＊ｙ＋Ｊｏｂ＊ＲＦＢ（ｎ−１）
ｙｏｂ＝Ｃｏｂ＊ｘｏｂ＋Ｄｏｂ＊ｙここに、Ａｏｂ、Ｂｏｂ、Ｃｏｂ、Ｄｏｂ及びＪｏｂはオブザーバーゲイン、ＲＦＢはＬＱＧ制御量であり、ｙは実測ヨーレイトｄψ／ｄｔ及びＬＱＧ制御量ＲＦＢ値である。
【００３９】その後は、ステップＳ８でＬＱＧ制御量ＲＦＢを演算する。この演算は、先ず実測ヨーレイトｄψ／ｄｔと制御目標ヨーレイトｙｒｔとの偏差（ｄψ／ｄｔ−ｙｒｔ）の積分値Ｓｉｇを式Ｓｉｇ（ｎ）＝Ｓｉｇ（ｎ−１）＋（ｄψ／ｄｔ−ｙｒｔ）
に基いて算出した後、ＬＱＧ制御量ＲＦＢを上記積分値Ｓｉｇ及び推定観測量ｙｏｂを用いて下式ＲＦＢ＝−Ｆ＊ｙｏｂ−ＦＩ＊Ｓｉｇにて演算する。ここに、Ｆ，ＦＩは制御ゲインである。
【００４０】そして、上記の如くＬＱＧ制御量ＲＦＢが求まると、ステップＳ９でモータ２６への制御量Ｒを上記ＬＱＧ制御量ＲＦＢに設定して（Ｒ＝ＲＦＢ）、ステップＳ１０でこの制御量Ｒでもってモータ２６を駆動制御し、左右の後輪３，３を操舵制御する。
【００４１】一方、車速感応ＭＡＰ制御が選択された場合には、ステップＳ１１で同ステップに示す車速Ｖｓに対応するマップ上の比例定数ｒを算出した後、該算出した比例定数ｒに前輪操舵角Ｆｓｔｇを乗算してＭＡＰ制御量ＲＭＡＰを求める。そして、ステップＳ１２でモータ２６への制御量Ｒを上記ＭＡＰ制御量ＲＭＡＰに設定して（Ｒ＝ＲＭＡＰ）、ステップＳ１０でこの制御量Ｒでもてモータ２６を駆動制御し、左右の後輪３，３を操舵制御する。
【００４２】よって、上記図４の制御フローにおいて、ステップＳ６により、車輪の横滑り角βに対して車輪のコーナリングフォースが比例的に変化する設定線形領域にあるか設定非線形領域にあるかを判別する領域判別手段３４を構成している。また、ステップＳ５により、図５R>５の設定線形領域と設定非線形領域との境界となる車輪の横滑り角βｏを発生させる前輪操舵速度ｄｆｏを制御切換判定値とし、これを図６ないし図１２に示すように車速Ｖｓｐ、横加速度｜Ｙｇ｜、横車輪の横滑り角｜β｜、前輪又は後輪のコーナリングフォースｃｆｆ，ｃｆｒ、後輪に対する前輪のコーナリングフォースの比率ｃｆｆ／ｃｆｒ、前輪操舵角｜ｆｓｒｇ｜が各々大きくなるほど小値に変更設定し、車重Ｗが重くなるほど大値に変更設定して、図５の設定線形領域の幅を上記車速Ｖｓｐ等の車両の運転状態に応じて変更するようにした設定線形領域変更手段３３を構成している。
【００４３】したがって、上記実施例においては、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ未満で遅い（｜ｄｆ｜＜ｄｆｏ）場合には、車輪のコーナリングフォースは図５の設定線形領域にあって、後輪３，３の操舵角がＬＱＧ制御手段３０によりＬＱＧ制御される。この場合、車両の動特性は上記の状態方程式を満すので、オブザーバーによる状態量ｘｏｂ及び観測量ｙｏｂは正確に推定され、従って車両のヨーレイトは制御目標値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及び安定性の向上が図られる。
【００４４】これに対し、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が制御切換判定値ｄｆｏ以上で速い（｜ｄｆ｜≧ｄｆｏ）場合には、車輪の横滑り角は図５の設定非線形領域にある。この場合、ＬＱＧ制御では、車両の動特性が上記状態方程式を満さず、オブザーバーによる状態量ｘｏｂ等に誤差が生じ易く、このため制御が不安定となって、車両の運動が不安定になる場合がある。しかし、この設定非線形領域では、制御切換手段３２がこの設定非線形領域で本来的に安定している第２の制御手段３１による車速感応ＭＡＰ制御を選択し、後輪３，３の操舵角が車速Ｖｓ及び前輪操舵角Ｆｓｔｇに応じた制御量ＲＭＡＰでもって制御されるので、車両の走行安定性が良好に確保される．しかも、前輪の操舵速度ｄｆが制御切換判定値ｄｆｏ未満で遅い場合には、運転者が車両を所望の方向に正確に導きたいと要求する場合であって、この場合には上記の通り後輪３のＬＱＧ制御によって車両に発生するヨーレイトが制御目標値ｙｒｔに精度良く一致するので、車両は運転者の要求通りに方向転換して、車両の運転性能の一層の向上を図ることができる。
【００４５】一方、前輪の操舵速度ｄｆが制御切換判定値ｄｆｏ以上に速い場合には、上記の通り後輪３の車速感応ＭＡＰ制御によって車両のヨーレイトが安定して発生するので、車両の安定性が向上する。この場合、発生するヨーレイトはＬＱＧ制御の場合に比して制御目標値ｙｒｔに精度良くは一致しなくなるが、運転者はさほど車両の方向転換角度の正確さを要求していないので、支障はない。
【００４６】その場合、高車速時には、車両のヨーレイトの発生の応答性が高くなり、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が低くても大きなヨーレイトが発生して、車両は不安定になり易い状況であるが、この場合には、制御切換判定値ｄｆｏが、高車速時ほど小値に設定されて、図５の設定線形領域が縮小されるので、早期に車速感応ＭＡＰ制御に切換移行して、車両の安定性が早期且つ良好に確保される。
【００４７】また、運転者のステアリングの操作時に車両に作用する横加速度｜Ｙｇ｜が増大した場合には、車両はアンダーステアー傾向となり、このためＬＱＧ制御による後輪３の操舵制御ではアンダーステアー傾向を補正して後輪３，３を前輪２，２とは逆位相に操舵し、車両の安定性が低下する。しかし、この場合には、図５の設定線形領域が縮小されて、前輪の操舵速度｜ｄｆ｜が低くても直ちにＭＡＰ制御に切換えられるので、車両の安定性が早期に確保される。
【００４８】更に、車輪の推定横滑り角｜β｜が大きい際には、車両の安定走行の限界に対する余裕代が減少し、不安定状態に陥り易い状況となるものの、この状況では、図５の設定線形領域が縮小されて、低い前輪操舵速度ｄｆで直ちに車速感応ＭＡＰ制御に切換えられるので、車両の安定性が早期に確保される。
【００４９】加えて、前輪２又は後輪３の推定コーナリングフォース｜ｃｆｆ｜，｜ｃｆｒ｜が増大した場合には、車両の安定性に対する余裕度は減少するが、図５の設定線形領域の幅が縮小されるので、低い前輪操舵速度ｄｆで後輪３の操舵制御がＭＡＰ制御に切換わって、車両の安定性が良好に確保される。
【００５０】また、前輪２のコーナリングフォースに対して後輪３のコーナリングフォースｃｆｒが低下した場合，即ち後輪３に対する前輪２のコーナリングフォースの比率ｃｆｆ／ｃｆｒが大きくなった場合には、車両はオーバーステアー傾向となるが、図５の設定線形領域の幅が縮小されて、低い前輪操舵速度ｄｆで後輪３の操舵制御がＭＡＰ制御に切換わるので、車両の安定性は良好に確保される。
【００５１】更に、前輪の操舵角｜ｆｓｔｇ｜が増大している際には、車両のアンダーステアー傾向が増大している場合が多く、この場合にも、図５の設定線形領域の幅が縮小されて、低い前輪操舵速度ｄｆで後輪３の操舵制御がＭＡＰ制御に切換わるので、車両の安定性は良好に確保される。
【００５２】加えて、車重Ｗが重い場合には、車両の安定性は増しており、この場合には、制御切換判定値ｄｆｏが大値に設定されて図５の設定線形領域の幅が拡大される。その結果、比較的高い前輪操舵速度ｄｆまで後輪３の操舵制御としてＬＱＧ制御が継続されるので、車両の安定性を良好に確保しつつ、車両に制御目標ヨーレイトを精度良く発生させて、車両の良好な運転性能を長く確保することができる。
【００５３】図１３は他の実施例を示し、上記実施例では後輪３，３を後輪操舵装置２０を用いて操舵制御したのに代え、前輪２，２をステアリング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。
【００５４】すなわち、図１３の操舵装置では、上記図２R>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・アンド・ピニオン機構４０と、該機構４０を駆動するモータ４１とを設け、該モータ４１をコントロールユニット２９により駆動制御する構成である。その他の構成は、上記実施例と同様であるが、前輪を操舵する関係上、上記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、上記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。
【００５５】尚、以上の説明では、ＬＱＧ制御において、車両の推定観測量として６種、即ち車両の横滑り角β、後輪の舵角の変化速度ｄＲｓｔｇ／ｄｔ、前輪及び後輪ののコーナリングフォースＣｆｆ、Ｃｆｒ、後輪の舵角Ｒｓｔｇ、並びに車両に作用するヨーレイトｄψ／ｄｔ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、少くとも車両の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角の２種を観測すれば足りる。
【００５６】また、以上の説明では、第２の制御手段３１での制御則として車速感応ＭＡＰ制御を使用したが、この第２の制御則は、要はコーナリングフォースが比例的に変化しない設定非線形領域で安定して後輪３，３を制御し得るものであれば良く、例えばＭＡＰ制御以外のフィードフォワード制御、ファジィ制御、フィードバック制御等でも良いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明のブロック構成図である。
【図２】車両の後輪をも操舵する操舵装置の全体構成を示す図である。
【図３】後輪の操舵制御のブロック構成を示す図である。
【図４】後輪の操舵制御の制御フローを示す図である。
【図５】車輪の横滑り角に対するコーナリングフォース特性を示す図である。
【図６】車速に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図７】車両に作用する横加速度に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図８】車輪の横滑り角に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図９】前輪又は後輪のコーナリングフォースに対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１０】後輪のコーナリングフォースに対する前輪のコーナリングフォースの比率に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１１】前輪の操舵角に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１２】車重に対する制御切換操舵速度値特性を示す図である。
【図１３】他の実施例としての前輪を操舵する操舵装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ステアリング
３ 後輪（車輪）
２０ 後輪操舵装置
２６ モータ
２９ コントロールユニット
３０ ＬＱＧ制御手段（状態フィードバック制御手段）
３１ 車速感応制御手段（第２の制御手段）
３２ 制御切換手段
３３ 線形領域幅変更手段
３４ 領域判別手段
３５ 横加速度センサ
３６ ヨーレイトセンサ
３７ 後輪舵角センサ
３８ 前輪操舵角センサ
３９ 車速センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 前輪又は後輪をステアリングとは別途に操舵する操舵手段を備えるとともに、車輪の横滑り角に対して車輪のコーナリングフォースが比例的に変化する設定線形領域にあるか設定非線形領域にあるかを判別する領域判別手段と、少くとも車両の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対する目標制御量を演算し、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と、上記設定非線形領域において安定して前輪又は後輪を操舵制御できる第２の制御手段と、上記領域判別手段の出力を受け、車輪のコーナリングフォースが設定線形領域にあるとき上記状態フィードバック制御手段により上記操舵手段を制御し、車輪のコーナリングフォースが設定非線形領域にあるとき上記第２の制御手段により操舵手段を制御するよう前輪又は後輪の操舵制御を切換える制御切換手段と、上記設定線形領域の幅を車両の運転状態に応じて変更する線形領域幅変更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】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車速が高いとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項３】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車両に作用する横加速度が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項４】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車輪の横滑り角が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項５】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車輪のコーナリングフォースが大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項６】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、後輪のコーナリングフォースに対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項７】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、前輪の操舵角が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項８】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車重が重いとき拡大するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項１】 前輪又は後輪をステアリングとは別途に操舵する操舵手段を備えるとともに、車輪の横滑り角に対して車輪のコーナリングフォースが比例的に変化する設定線形領域にあるか設定非線形領域にあるかを判別する領域判別手段と、少くとも車両の実際ヨーレイト及び車輪の推定横滑り角に基いて前輪又は後輪操舵に対する目標制御量を演算し、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と、上記設定非線形領域において安定して前輪又は後輪を操舵制御できる第２の制御手段と、上記領域判別手段の出力を受け、車輪のコーナリングフォースが設定線形領域にあるとき上記状態フィードバック制御手段により上記操舵手段を制御し、車輪のコーナリングフォースが設定非線形領域にあるとき上記第２の制御手段により操舵手段を制御するよう前輪又は後輪の操舵制御を切換える制御切換手段と、上記設定線形領域の幅を車両の運転状態に応じて変更する線形領域幅変更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】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車速が高いとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項３】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車両に作用する横加速度が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項４】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車輪の横滑り角が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項５】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車輪のコーナリングフォースが大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項６】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、後輪のコーナリングフォースに対する前輪のコーナリングフォースの比率が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項７】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、前輪の操舵角が大きいとき縮小するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項８】 線形領域幅変更手段は、設定線形領域の幅を、車重が重いとき拡大するものであることを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図８】
【図１０】
【図５】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図８】
【図１０】
【図５】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開平６−２０６５６３
【公開日】平成６年（１９９４）７月２６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−２３７４４８
【出願日】平成４年（１９９２）９月４日
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【公開日】平成６年（１９９４）７月２６日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）９月４日
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
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