(57)【要約】  少なくとも三つの被操舵輪を有する車両（１）の被操舵後輪（５）への旋回指令をモニタリングする装置及び方法（２９）であって、被操舵後輪（５）の舵角データ値がテンプレートと比較され、前記比較が、データ値を生成するコンピュータによって行なわれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも三つの被操舵輪を有する車両の後輪の操舵の制御をモニタリングする方法であって、被操舵後輪の舵角設定値をテンプレートと比較し、前記比較は設定値を生成するコンピュータによって行ない、前記テンプレートは前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の関数である方法。
【請求項２】
被操舵後輪舵角の静的設定値をテンプレートと比較する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
テンプレートが下限及び上限を含む、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
上限が、第１閾値以下のゼロ値を有し、第１閾値から第２閾値まで直線的に増加し、第２閾値を上回ると一定値を有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
第１閾値がゼロ値を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１閾値がゼロよりも大きい、請求項３又は４記載の方法。
【請求項７】
下限がゼロ値を有する、請求項３ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
下限が、第３閾値以下のゼロ値を有し、第３閾値から第４閾値まで直線的に増加し、第４閾値を上回ると一定値を有する、請求項３ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも三つの被操舵輪を有する車両（１）の被操舵後輪（５）の操舵制御をモニタリングするシステムであって、被操舵後輪の舵角設定値をテンプレートと比較する手段を備え、前記比較が、設定値を生成するコンピュータによって行なわれ、前記テンプレートが前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の関数であることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
テンプレートが不揮発性メモリに保存される、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陸上車両、特に車輪を有するモータ車両の制御システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ車両には、シャーシ、客室、及びサスペンション機構によってシャーシに接続される車輪群が設けられ、その被操舵前輪は車両の客室の運転者が操作するステアリングホイールによって制御される。
フランス特許出願公開第２６８１３０３号には、四つの被操舵車輪を有するモータ車両の後輪操舵制御装置が記載されており、この装置は、カム形成板と、後輪の旋回を制御する後側の操舵バーの縦軸を含む同一鉛直中央平面内に配置される二つのアイドラーとを備える。
【０００３】
この特許文献には更に、路上での車両の挙動を可能な限り最良にするために、ステアリングホイールの舵角の値が所定の閾値を下回る場合には、後輪を前輪と同じ方向に操舵し、舵角の値が該閾値を上回る場合には、前輪とは反対の方向に操舵することが記載されている。つまり、車両の「オーバーステア」現象が望ましいのは、舵角が相対的に大きい場合、例えば車両を車庫又は駐車場に駐車させる場合であり、同じように、「アンダーステア」現象が望ましいのは、車両が比較的高速で走行している場合のように舵角が相対的に小さい場合である。
それでも、比較的大雑把な構成のこのような装置では、車両の挙動に細かく作用させることはできない。
【０００４】
フランス特許出願公開第２８６４００１号（ルノー）は、車両用の後輪の操舵を制御する方法及びシステムを目的としている。前輪舵角、車両走行データ、及び前部後輪舵角設定値の関数として、現時点の後輪舵角設定値が決定される。この方法は、申し分のない方法であり、極めて急激且つ不十分な減衰、又は全く予期しない減衰の結果不適切になる車両応答に起因する制御不能の危険を小さくすることができる。
本出願人は、運転安全性を更に高めること、及びメモリ領域の破壊やアルゴリズムの設定ミス等の欠陥部品に起因して異常値が生じうる後輪舵角設定値をモニタリングすることが望ましいという知見を得た。ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントを完全に冗長にするという解決策が提供されているが、コストが非常に高く、扱いづらいものであることが判明している。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上に述べた装置の欠点を解決することを目的とする。
本発明の目的は、車両用の後輪の操舵制御システムに迅速に反応する際の安全性を高めるための、コストの安い方法である。
【０００６】
少なくとも三つの被操舵輪を有する車両の後輪の操舵制御をモニタリングする方法では、被操舵後輪の舵角設定値をテンプレートと比較し、前記比較は、設定値を生成するコンピュータによって行なう。
同じコンピュータが設定値を生成して、異常値の発生をモニタリングする。この構成は、非常にコストが低く、コンパクトであるので、舵角設定値を生成するコンピュータに容易に構築することができる。
【０００７】
一実施形態では、後輪の静的な舵角設定値をテンプレートと比較する。テンプレートは小さいメモリロケーションを占有するだけである。
一実施形態では、テンプレートは下限及び上限を含む。上限は、第１閾値以下のゼロ値を有することができ、第１閾値から第２閾値まで直線的に増加し、第２閾値を上回ると一定値を有する。第１閾値はゼロ値を有することができる。第１閾値はゼロよりも大きい値を有することができる。
【０００８】
一実施形態では、下限はゼロ値を有する。
一実施形態では、下限は、第３閾値以下のゼロ値を有し、第３閾値から第４閾値まで直線的に増加し、第４閾値を上回ると一定値を有する。第１閾値と第２閾値の間での上限の勾配、及び第３閾値と第４閾値の間での下限の勾配は同一とすることができる。
【０００９】
一実施形態では、第３閾値は第１閾値と第２閾値の間に位置する。第４閾値は第２閾値よりも大きくすることができる。
一実施形態では、テンプレートは前輪の舵角又はステアリングホイールの舵角の関数である。
【００１０】
一実施形態では、設定値がテンプレートから外れる場合にアラームが生成される。
一実施形態では、設定値がテンプレートに制限される。
【００１１】
少なくとも三つの被操舵輪を有する車両の後輪の操舵制御をモニタリングするシステムは、後輪の舵角設定値をテンプレートと比較する手段を備え、前記比較は、設定値を生成するコンピュータによって行なわれる。
一実施形態では、テンプレートは不揮発性メモリに保存される。
【００１２】
本発明によって、設定値を生成する手段の誤動作によって危険な設定値又は異常な設定値が生成されるリスクが小さくなることにより、車両の安全が高まる。
純粋に非限定的な例として示し、添付図面に説明する複数の実施形態の詳細な説明を分析することにより本発明に対する理解を深めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、制御システムを備えた車両の模式図である。
【図２】図２は、モニタリングシステムを備えた制御システムの論理図である。
【図３】図３は、舵角設定値の静的部分の計算値を示す曲線である。
【図４】図４は、テンプレートの一例を示す曲線である。
【図５】図５は、テンプレートの別の例を示す曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すように、車両１はシャーシ２と、二つの被操舵前輪３及び４と、二つの被操舵後輪５及び６とを備え、車輪はシャーシ２にサスペンション機構（図示せず）を介して接続されている。
車両１は操舵システム７を完備しており、この操舵システム７は、前輪３と４の間に配置されるラック８と、車両の運転者が操作するステアリングホイール（図示せず）から機械的又は電気的に受信される指令に応じて、ラック８を介して前輪３及び４の向きを決定することが可能なラックアクチュエータ９とを備える。
【００１５】
ここでは、操舵支援制御システム１０は、操作信頼性を高めるためにモニタリングすることが可能なシステムの例として提示される。この操舵支援制御システム１０は、制御ユニット１１と、例えばアクチュエータ９に配置される前輪３及び４の操舵位置のセンサ１２と、車両の速度Ｖを決定することができる前輪の回転速度のセンサ１３と、車両のヨーレート
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、即ち鉛直軸に沿った車両の重心を中心とする車両の旋回速度のセンサ１４と、車両の重心の横加速度のセンサ１５とを備える。
更に、システム１０は、後輪５及び６の舵角のセンサ１７及び１８と、前記後輪５及び６の向きを変えることができるアクチュエータ１９及び２０とを備える。とはいえ、舵角を検出し、後輪５及び６の向きを変化させるために、単一のセンサ１７及び単一のアクチュエータ１９を設けるだけでも十分である。位置センサ及び速度センサは、回転していない間は可動部品に固定される符号化装置と協働する、ホール効果センサ等の光センサ又は磁気センサとすることができる。
【００１６】
制御ユニット１１は、ランダムアクセスメモリと、リードオンリメモリと、中央ユニットと、センサから情報を受信して特にアクチュエータ１９及び２０へ命令を送ることを可能にする入力／出力インターフェースとを備えたマイクロプロセッサの形態で実現することができる。
具体的には、制御ユニット１１は、センサ１２ないし１４から送出される信号、特に車両速度Ｖ、ヨーレート
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及び前輪舵角α１の信号を受信する入力ブロック１２を含む。車両速度は、車輪アンチロックシステムのセンサによって測定される前輪又は後輪の速度の平均を取ることにより得られる。この場合、車輪一つに対して一つのセンサ１３が設けられ、車輪アンチロックシステムは、車両速度情報を供給する制御ユニット１１の入力に接続される出力を有する。別の構成では、各センサ１３は制御ユニット１１の入力に接続され、この場合制御ユニット１１は車輪速度の平均を計算する。
【００１７】
制御ユニット１１は状態観測装置２３も含み、測定されることがなく、且つ制御に必要な情報、とりわけ車両に加わる外乱を推定することができる。状態観測装置２３は、例えば遊びの無い二つの被操舵輪を有する車両モデルに基づいて、階段状に変化する外乱ｄが有限の期間に亘って車両のヨーレートに直接作用しうると仮定することにより構成することができる。アクチュエータの動作をモデル化した動力学を追加することができる。外乱によって拡張されたモデルに関連付けられる状態方程式は次式のように表わされる：
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上の式では、ｙは考察対象の出力を表わし、Ｍは車両の合計質量であり、Ｉｚは車両の重心を通過する鉛直軸を中心とする車両の慣性であり、Ｌ１は重心から前部アクスルまでの距離であり、Ｌ２は重心から後部アクスルまでの距離であり、ＬはＬ１＋Ｌ２に等しい車両のホイールベースであり、Ｄ１はフロントの横剛性であり、Ｄ２はリアの横剛性であり、α１は車両の長手方向軸と前輪の間の角度であり、α２は後輪の設定舵角であり、αｆ２は後輪の実際の舵角であり、Ｖは車両速度であり、
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はヨーレートであり、βは横滑り角、即ち車両の速度ベクトルが前記車両の長手方向軸となす角度であり、τはアクチュエータの応答時間である。
【００１８】
線形観測装置の従来の理論はこのモデルに基づいて展開される。状態観測装置２３によって車両の状態、及び車両に作用する外乱の全てを推定することが可能になる。従って、状態観測装置は次の方程式を使用することができる：
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上の式では、^は、値が推定値であることを示し、ｄは車両が受ける外乱であり、Ｋｏ（Ｖ）は車両速度の関数として変化する状態観測装置の調整パラメータである。四つの推定値
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は、制御ユニット１１の他の構成要素で使用可能な車両の状態の推定値を供給する。
制御ユニット１１は更に、過渡応答を計算するブロック２４を含む。ブロック２４は、α２−ｔｒａｎｓｉｅｎｔと呼ばれる後輪５及び６の舵角の制御値を計算し、この制御値によって、過渡応答の動態に作用することができる。計算は極配置技術によって行なうことができる。これについては、文献、Kautsky, J.及びN. K. Nicholsによる"Robust Pole Assignment in Linear State Feedbak"（Int. J. Control, 41 (1985)、1129-1155頁）を参照されたい。［ａ１（Ｖ）＋ｂ１（Ｖ）ｉ  ａ２（Ｖ）＋ｂ２（Ｖ）ｉ  ａ３（Ｖ）＋ｂ３（Ｖ）ｉ］が、外乱が無い上述のシステムの三つの極を表わし、ａ（Ｖ）及びｂ（Ｖ）が速度Ｖにおける各極の実部及び虚部にそれぞれ対応する場合、フィードバック系の極を
［Ｔｄｙｎ１１（Ｖ）．ａ１（Ｖ）＋Ｔｄｙｎ１２（Ｖ）．ｂ１（Ｖ）．ｉ
Ｔｄｙｎ２１（Ｖ）．ａ２（Ｖ）＋Ｔｄｙｎ２２（Ｖ）．ｂ２（Ｖ）．ｉ
Ｔｄｙｎ３１（Ｖ）．ａ３（Ｖ）＋Ｔｄｙｎ３２（Ｖ）．ｂ３（Ｖ）．ｉ］
に配置する補正係数Ｋ＝［Ｋ１（Ｖ）  Ｋ２（Ｖ）  Ｋ３（Ｖ）］を求める。
Ｔｄｙｎ１１、Ｔｄｙｎ１２、Ｔｄｙｎ２１、Ｔｄｙｎ２２、Ｔｄｙｎ３１、Ｔｄｙｎ３２は調整パラメータである（車両の過渡応答の車両速度Ｖに応じた変数）。
【００１９】
補正係数Ｋ（Ｖｏ）は、選択される各速度Ｖｏについて、前述の文献に記載される極配置法によって計算することができる。補正係数Ｋ（Ｖ）はその後、速度の関数として補間される。従って、制御変数は次式に従って得られる：
α２−Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ
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調整パラメータが１に等しい場合、車両の動的応答は変更されず、パラメータが１よりも大きい場合、車両の反応の俊敏性が高くなり、パラメータが１よりも小さい場合、車両の応答の俊敏性が低くなることに注目されたい。例示的調整として、次のように設定する。
Ｔｄｙｎ１１＝０．８
Ｔｄｙｎ１２＝０
Ｔｄｙｎ２１＝０．８
Ｔｄｙｎ２２＝０
Ｔｄｙｎ３１＝０．８
Ｔｄｙｎ３２＝０
【００２０】
このような調整によって、車両の動的応答を遅くし、車両のヨーレート及び横滑り角の揺らぎを無くすことができる。高速、例えば９０ｋｍ／ｈでは、この調整によって二車線変更の実行を最適化することができる。
制御ユニット１１は更に、α２−ｓｔａｔｉｃと呼ばれる静的制御を計算するブロック２５を含み、ブロック２５は入力として、センサ１２によって測定される前輪の舵角α１、ブロック２４で計算される係数Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３、並びにセンサ１３によって測定される車両速度Ｖを受信する。制御α２−ｓｔａｔｉｃによって、車両の静的応答に作用し、所定の回転角度でハンドルを少しずつ回した後に得られるヨーレートの安定させた値を変更することができる。結果は、後輪の操舵が不能な車両で得られる静的利得と比較することにより表現することができる。
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上の式では、Ｔｇｓは調整パラメータであり、この調整パラメータは、必要に応じて、速度Ｖの関数として変化させることができる。
【００２１】
過渡項及び安定化項を独立項とするために、次の補正をα２ｔｒａｎｓｉｅｎｔに対して行なう。
α２＝α２ｔｒａｎｓｉｅｎｔ−ＦＦ．α１
ここで利得「ＦＦ」は以下の数式によって定義される：
（１−（Ｔｇｓ（Ｖ））．（１＋Ｋ３（Ｖ））＋Ｔｇｓ（Ｖ）．（Ｋ１（Ｖ）．Ｇψ＋Ｋ２（Ｖ）．Ｇβ２）＋Ｋ２（Ｖ）
上の式では、
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である。
これによってα２ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ＝（１−Ｔｇｓ）．α１を保証することができる。
【００２２】
Ｔｇｓが１に等しい場合、車両の静的応答は変更されないので、操舵不能な後輪を備える車両の静的応答と同じである。係数Ｔｇｓの値が１よりも大きいと車両の静的応答が大きくなるのに対し、係数Ｔｇｓの値が１よりも小さいと車両の静的応答が小さくなる。速度９０ｋｍ／ｈの場合にＴｇｓ＝１．２と設定することができるので、車両の応答を一層直接的な応答とすることができ、従って二車線変更の実行を最適化することができる。
制御ユニット１１は、減算器２６、出力２７、及び単位遅延素子２８によって完成する。減算器２６は、当該減算器の正入力で、ブロック２４の制御出力α２−ｔｒａｎｓｉｅｎｔを受信し、当該減算器の負入力で、ブロック２５の制御出力α２−ｓｔａｔｉｃを受信する。減算器２６の出力の一方は制御ユニット１１の共通出力２７に接続され、他方は単位遅延素子２８に接続され、単位遅延素子２８の出力は状態観測装置２３の入力に接続されて、直前の時点における後輪の舵角を状態観測装置２３に供給する。
【００２３】
後輪操舵制御システムは、システム及び利得の動態の変更を可能にすることができ、よって静的利得、変数全体を速度の関数として調整することができるコントローラによって閉ループ構造となる。
この制御方法によって、ハンドルを少しずつ回す操作に対する車両の横方向応答の過渡部分を調整することが可能になる。具体的には、応答の速度だけでなく、応答の減衰も調整することができる。車両速度に応じた最終調整によって、二車線変更又は低速運転の実行の有効性及び容易性を最適化することができる。
【００２４】
この制御方法によって、ハンドルを少しずつ回す操作に対する車両の横方向応答の静的部分を調整することが可能になる。車両速度に応じた最終調整によって、例えば二車線変更及び／又は低速運転の実行の有効性及び容易性を最適化することができる。
車両の応答の静的部分及び動的部分は独立調整の主題を構成することができる。閉ループ構造によって、極めて高い精度及び堅牢性を確保することができる。一変形例として、開ループ構造を用いることができる。更に、前輪３及び４のアクチュエータ９の挙動と、後輪５及び６のアクチュエータ１９及び２０の挙動とを考慮することができる。前記パラメータは車両の最低限の性能、即ち操舵不能な後輪を備える車両の性能に関連しているので、パラメータの調整は迅速且つ直感的なものである。具体的には、１に等しい調整パラメータが車両の挙動を変えないのに対し、１よりも大きい調整パラメータは挙動の俊敏性を高め、且つ更に直接的に変化させ、この逆も正しい。
【００２５】
制御ユニット１１は、設定値の静的部分α２−ｓｔａｔｉｃをモニタリングするシステム２９を含む。設定値の動的部分α２−ｄｙｎａｍｉｃをモニタリングするシステムを実装することもできる。モニタリングシステム２９は、制御ユニット１１の付加メモリに保存され、制御ユニット１１のマイクロプロセッサ、又はマイクロプロセッサに接続される専用マイクロ回路が実行するソフトウェア部分の形態を採ることができる。モニタリングシステム２９は、静的部分α２−ｓｔａｔｉｃがテンプレートに一致するかどうかを判断し、テンプレートに一致しない場合にアラームを発する。アラームは外部装置（図示せず）に送信される。別の構成では、アラームにより、テンプレートによって規定される境界値で静的部分が置き換えられて、静的部分α２−ｓｔａｔｉｃが変更される。
各速度について、公称舵角設定値α２−ｓｔａｔｉｃが次式に従って計算される。
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上式中、α２ＮｏｎＳａｔｕｒ＝Ｋ（１−Ｔｇｓ）（α１−ｄ）であり（図３参照）、ここでＫは０≦Ｋ≦１を満たす形状因子であり、この形状因子は勾配ｓをポイントα１＝ｄに適用することにより計算され、ｄは後輪舵角がゼロの場合の死角領域である。α２ｍａｘは設定値の静的部分の最大値である。
【００２６】
パラメータＴｇｓは必ず正であり、速度によってのみ変化する。Ｔｇｓ＝１の場合、静的設定値α２−ｓｔａｔｉｃ＝０であり、この状態は、定常状態では、ヨーレートが安定化された後では２輪駆動車両と同じ状態である。
静的な舵角設定値をチェックする場合、モニタリングシステム２９は舵角設定値の符号及び絶対値を個別に検証する。
【００２７】
第１の実施形態によれば、符号は次式に従って決定される。
０＜Ｔｇｓ＜１の場合、ｓｉｇｎ（α２−ｓｔａｔｉｃ）＝ｓｉｇｎ（α１）    （１）
Ｔｇｓ＞１の場合、ｓｉｇｎ（α２−ｓｔａｔｉｃ）＝−ｓｉｇｎ（α１）    （２）
Ｔｇｓ＝１の場合、α２−ｓｔａｔｉｃ≒０    （３）
従って、これらの三つの関係式の内の一つが満たされない場合、誤差が通知される。
【００２８】
静的な舵角設定値の絶対値をモニタリングするために、モニタリングシステム２９は、前記値の上限及び下限を表わす直線を設定する。
上限：｜α２ｕｐｐｅｒ  ｂｏｕｎｄ｜＝｜（１−Ｔｇｓ）α１｜＋ｂ１    （４）
下限：｜α２ｌｏｗｅｒ  ｂｏｕｎｄ｜＝｜（１−Ｔｇｓ）α１｜＋ｂ２    （５）
上式中、ｂ１＝−（１−Ｔｇｓ）＊ｄであり、ｂ２は、下限が上限と平行となり、且つ以下の式で定義される曲線の接線となるように計算される。
｜α２−ｓｔａｔｉｃ  ｎｏｍｉｎａｌ｜  （図４参照）
従って、Ｔｇｓ≠１が成り立つ全ての場合において、モニタリングシステム２９は、以下の関係を検証し、
｜（１−Ｔｇｓ）α１｜＋ｂ２≦｜α２−ｓｔａｔｉｃ｜≦｜（１−Ｔｇｓ）α１｜＋ｂ１    （６）
更に、Ｔｇｓ≒０の場合、モニタリングシステム２９は設定値が小さいことを検証する。
α２−ｓｔａｔｉｃ≒０    （７）
【００２９】
モニタリングシステム２９は、公称値に対する所定の偏差Δにより、計算設定値が上限及び下限によって定義されるテンプレートに一致しないことが示唆される場合、誤差を通知する。
通知によって、この方法は、検出が必要な偏差が０．３°を超える場合、実際の運転状況の約９５％において良好に作動する。更に、残りの状況は速度が５５ｋｍ／ｈ未満の場合に発生するので危険ではない。
【００３０】
この方法を安全目的に利用するためには、前輪の舵角、車両速度、及び安全値Ｔｇｓ＝ｆ（Ｖ）に関する信頼性の高い情報がリアルタイムで利用できなければならない。
【００３１】
第２の実施形態は、情報Ｔｇｓ＝ｆ（Ｖ）の必要を無くすることを目的とし、この実施形態は、リアルタイムで利用可能でなければならないこの情報が安全でない場合に有用となりうる。
Ｔｇｓの代わりに、Ｔｇｓの最大値及び最小値と、Ｔｇｓの符号が変わる速度とを使用する。
【００３２】
各速度について、モニタリングシステム２９は図５のテンプレートを設定する。
つまり、Ｔｇｓ＞１の場合、モニタリングシステム２９は、
０≦｜α２−ｓｔａｔｉｃ｜≦｜（１−Ｔｇｓｍａｘ）α１｜    （８）
であることを検証する。
【００３３】
０＜Ｔｇｓ＜１の場合、モニタリングシステム２９は、
０≦｜α２−ｓｔａｔｉｃ｜≦｜（１−Ｔｇｓｍｉｎ）α１｜    （９）
であることを検証する。
Ｔｇｓ≒１の場合、モニタリングシステム２９は設定値が小さいことを検証する：
｜α２−ｓｔａｔｉｃ｜≒０    （１０）
【００３４】
α１及びＶは入力における安全な情報であるが、値ＴｇｓｍａｘとＴｇｓｍｉｎ、及びＴｇｓの符号が変わる速度のみがテンプレートの計算に使用されるので、この制御方法を実行するために、もはやパラメータＴｇｓ＝ｆ（Ｖ）をリアルタイムで利用し、安全な値とする必要がない。
この実施形態では、α２の符号を、第１のモードに関して前述したようにチェックする。
【００３５】
従って、この実施形態により、粗さ及び堅牢性が高まる。
本発明によって、低コストの手段を利用して、後輪を操舵するための設定値の安全性を高めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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