JP2010184509A - 後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直進状態のカント路走行時において修正操舵による負担を解消する。
【解決手段】カーナビゲーションからの直進路情報ＲＳ信号により直進路走行を判定する直進判定部２２と、操舵角θsと車速Ｖとに基づいて、基準ヨーレイトγfを求めるフィードフォワード部２３と、規範ヨーレイトγsを求める規範モデル部２４と、規範ヨーレイトから実ヨーレイトγを減算するコンパレータ２５と、基準ヨーレイトにコンパレータの結果を加算する加算器２７と、加算値に基づいて後輪転舵角δrを求めて駆動制御するアクチュエータ駆動制御部２８とを設ける。直進状態のカント路走行時に直進させるべく操舵した場合に、操舵角に応じて後輪を転舵することにより、操舵角を０にしても車両を直進させることができるため、運転者はステアリングホイールをハンドルセンター位置にした操舵力を必要としない楽な状態で直進路を走行することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば四輪自動車の左右の後輪を転舵可能にした後輪操舵装置に関するものである。

従来、車両の旋回性などを向上させる目的で、後輪のトー角を制御する四輪操舵装置が種々提案されており、低速走行時には前輪と後輪とのトー角を逆位相にして最小回転半径を小さくすることができ、高速走行時には前輪と後輪とのトー角を同位相にしてコーナリングや車線変更などの際の操縦性を高めることができる。そのような四輪操舵装置における左右の後輪のトー角を独立に制御する技術として、例えば油圧機構によるアクチュエータを用いたものがある（例えば特許文献１参照）。

特公平６−９８９３７号公報

しかしながら、直進状態でもカント路（路肩に向けて傾斜している路面）走行時には車両が低い側に寄ってしまうという問題がある。そのため、運転者は道路に沿って直進させようとして傾斜の上側に向けてハンドルを切るという修正操舵をすることになり、ハンドル操作に負担が発生するという問題があった。

このような課題を解決して、直進状態のカント路走行時において修正操舵による負担を解消することを実現するために、本発明に於いては、ステアリングホイール（１８）の操舵角に応じて前輪（３Ｌ，３Ｒ）を転舵させる前輪操舵装置（９）と、後輪（５Ｌ，５Ｒ）を転舵させる後輪操舵装置（１１Ｌ，１１Ｒ）と、直進状態を判定する直進判定手段（２２）と、前記ステアリングホイール（１８）の操舵状態を検出すると共に、前記直進状態であると判定されかつ前記操舵状態が検出された場合には、当該操舵状態に応じて車両を直進させるように前記後輪操舵装置（１１Ｌ，１１Ｒ）による前記後輪（５Ｌ，５Ｒ）の転舵方向および転舵角を算出する直進時後輪操舵制御手段（２１）とを有するものとした。

特に、前記後輪（５Ｌ，５Ｒ）の転舵角が、制御サイクル毎に算出された値を加算して算出されると良い。

このように本発明によれば、直進状態のカント路走行時にはステアリングホイールを操舵して直進させようとする場合に、ステアリングホイールの操舵角に応じて後輪を転舵することにより、後輪の転舵により車両を直進状態にすることができるため、ステアリングホイールをハンドルセンターにした状態（操舵角が０度）で直進路を走行することができるため、運転者はステアリングホイールに対する操舵力を必要としない楽な状態で直進状態のカント路を走行することができる。

特に、後輪の転舵量を制御サイクル毎に加算して算出することにより、徐々に後輪を転舵しつつステアリングホイールの操舵量を減らしていく制御となり、円滑な操縦を行うことができる。

本発明が適用された後輪操舵装置を適用した自動車の概略構成図である。 本発明に基づく要部制御ブロック図である。 (a)自動車の後方から見たカント路を示す図であり、（ｂ）はカント路走行時の前後輪の制御要領を示す平面図である。 制御を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された後輪操舵装置としての後輪トー角可変制御装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。また、前後・左右・上下については車体１を基準とする。

図１に示されるように、自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ・３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。

また、自動車Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対応して車体１の適所にそれぞれ取り付けられた後輪操舵装置としての左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒとが設けられている。左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを駆動して後輪５Ｌ，５Ｒのトー角をそれぞれ独立に変化させる（制御する）ことができ、このようにして、アライメント角制御手段としての後輪トー角可変制御装置１０が設けられている。

自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２が設けられていると共に、車速センサ１３、操舵センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、横加速度センサ１６、その他種々のセンサ（図示せず）、またカーナビゲーション１８がそれぞれ適所に配設されている。各センサの検出信号と、カーナビゲーション１８からの道路情報（例えば直線路であるか否か）の信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に用いられる。なお、操舵センサ１４によりステアリングホイール８の操舵角（量）が検出されており、その検出値から前輪３の転舵角が算出される。

ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等と、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒと接続されている。またＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を行う。

各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、リヤサスペンション７Ｌ，７Ｒにそれぞれ連結された出力ロッドの位置を検出するアクチュエータ変位センサ１７Ｌ，１７Ｒ（トー角センサ）がそれぞれ設けられており、アクチュエータ変位センサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力するようになっている。各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ出力ロッドを伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させることができる。

このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる。また、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。

次に、図２を参照して後輪操舵装置の制御要領について説明する。図２にはＥＣＵ１２における制御回路の一部となる直進時後輪操舵制御手段としての後輪操舵制御部２１が示されており、そのブロック構成は、ＩＣ回路により構成されたり、ＣＰＵのプログラムにより構成されたりして良いものである。

後輪操舵制御部２１には、カーナビゲーション１８からの直進路情報ＲＳと、操舵センサ１４からの操舵角θsと、車速センサ１３からの車速Ｖと、ヨーレイトセンサ１５からの実ヨーレイトγとの各信号が入力する直進判定部２２が設けられている。直進判定部２２では、直進路情報ＲＳの信号により直進路を走行中であるか否かを判定し、直進路走行中ではないと判定した場合には他の操舵角θsと車速Ｖと実ヨーレイトγとの各信号の直進判定部２２からの出力を行わない。なお、それら各信号は、後輪操舵制御部２１とは関係なく例えばサスペンション制御に使用されるようになっている。

直進判定部２２で直進カント路走行中であると判定された場合には操舵角θsと車速Ｖとの各信号はフィードフォワード部２３と規範モデル部２４とに入力する。フィードフォワード部２３では操舵角θsと車速Ｖとによりフィードフォワード制御の基準となる基準ヨーレイトγfを算出し、規範モデル部２４では操舵角θsと車速Ｖとに基づいて規範ヨーレイトγsを算出する。その規範ヨーレイトγsと実ヨーレイトγとがコンパレータ２５に入力する。コンパレータ２５では、規範ヨーレイトγsから実ヨーレイトγを減算し、その結果をフィードバック部２６に出力する。

フィードバック部２６では規範ヨーレイトγsと実ヨーレイトγとの減算結果からヨーレイトのフィードバック値γbを求めて加算器２７に出力する。加算器２７にはフィードフォワード部２３からの基準ヨーレイトγfが入力しており、加算器２７により基準ヨーレイトγfとフィードバック値γbとが加算される。加算器２７からの出力は差分ヨーレイトγdとしてアクチュエータ駆動制御部２８に入力する。アクチュエータ駆動制御部２８は差分ヨーレイトγdに基づいて後輪転舵角δrの制御信号を各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに出力する。また、直進判定部２２からの直進カント路判定信号がアクチュエータ駆動制御部２８に入力し、アクチュエータ駆動制御部２８ではその直進カント路判定信号が入力されている間は後記するようにアクチュエータ駆動出力を保持する。

次に、図３（ａ）に示されるように自動車Ｖがカント路Ｒｃを走行している場合の後輪操舵制御要領について図４のフロー図を参照して以下に説明する。先ずステップＳＴ１で直進路を走行名かであるか否かを判別する。この直進路の判定には、本図示例では上記したカーナビゲーション１８の道路情報により判定する。例えば、地図データから直線状の道路を走行中であると判断されたら直進路走行中であるとして、カーナビゲーション１８から直進路情報ＲＳの信号が直進判定部２２に入力され、一方、直進路情報ＲＳの信号が入力されない状態、すなわちステップＳＴ１で直進路を走行中ではないと判定された場合には本ルーチンを終了する。

ステップＳＴ１で直進路の走行状態であると判定された場合にはステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２では、加算器２７による差分ヨーレイトγdに基づいて後輪転舵角δrを算出する。

このステップＳＴ２での処理では、上記したように、フィードフォワード部２３でのフィードフォワード処理により操舵角θsと車速Ｖとに基づいて基準ヨーレイトγfを算出すると共に、規範ヨーレイトγsと実ヨーレイトγとの差分をフィードバック部２６を介してフィードバック値γｂとして求める。また、基準ヨーレイトγfとフィードバック値γbとを加算器２７で加算して差分ヨーレイトγdを求める。そして、アクチュエータ駆動制御部２８で、差分ヨーレイトγdに基づいて後輪５Ｌ，５Ｒの転舵方向と後輪転舵角δrを求める。なお、後輪転舵角δrの大きさは、一度にヨーレイトが０になる大きさよりも少し小さい値にしておくと良い。それにより急激な挙動が生じることのない円滑な制御を行うことができる。

次のステップＳＴ３では、今回ステップＳＴ２で算出された後輪転舵角δrと、前回の制御サイクルにおけるステップＳＴ２で算出された後輪転舵角δr(n-1)とを加算して、今回の後輪転舵制御に用いる後輪転舵角δrを求めてステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ４では、ステップＳＴ３で求められた後輪転舵角δrに後輪５Ｌ，５Ｒを転舵するべく各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに転舵駆動信号を出力し、本ルーチンを終了する。このように、アクチュエータ駆動制御部２８で制御する後輪転舵角δrの制御量は加算され、かつ加算された状態で保持される。

直進路で図３（ａ）に示されるようなカント路Ｒｃを走行すると、カント路Ｒｃに入る前にステアリングホイール８を直進状態（θs＝０）にしていた場合には自動車Ｖはカント路Ｒｃの低位側（路肩側）にずれて行くようになる。それに対しては、運転者は直進路に沿って直進走行させるべく図３（ｂ）に示されるように、ステアリングホイール８を矢印の向きに操舵して前輪３Ｌ，３Ｒを転舵させる（転舵角δf）。この状態のままで自動車Ｖを直進路に対して直進走行させることができるが、ステアリングホイール１８を少し操舵した状態に保持する必要があるため、操縦の違和感が生じる。

直進カント路を走行中（直進路情報ＲＳの信号入力）に傾斜の影響を受けて自動車Ｖが低位側に移動するのを運転者が感じて修正操舵が行われた場合には、図３（ｂ）の二点鎖線で示されるように前輪３Ｌ，３Ｒが転舵されかつ後輪５Ｌ，５Ｒが直進状態（δr＝０）で走行することができる。それに対して、本後輪転舵装置によれば、前輪３Ｌ，３Ｒの操舵により、基準ヨーレイトγfと規範ヨーレイトγsとが発生し、その規範ヨーレイトγsから実ヨーレイトγを減算した結果に基づいて求められたフィードバック値γｂを基準ヨーレイトγfに加算して、その加算値に応じて後輪５Ｌ，５Ｒが転舵される。

操舵角θsが生じている間は後輪５Ｌ，５Ｒが転舵されるが、操舵量を減らしていくに連れて転舵量も低減し、最終的にステアリングホイール８を直進状態（ハンドルセンター）にすることができる。なお、規範ヨーレイトγsに対して実ヨーレイトγの方が小さく、フィードバック値γbが０ではない場合には、基準ヨーレイトγfに何らかのフィードバック値γsが加算される。規範ヨーレイトγsと実ヨーレイトγとが一致した場合にはフィードバック値γsは０になるが、いずれにしても、加算結果（γd＝γf＋γb）に基づいて後輪５Ｌ，５Ｒを図３（ｂ）の実線に示されるように転舵させる。この転舵方向は前輪３Ｌ．３Ｒの転舵方向とは逆方向である。

前輪３Ｌ，３Ｒの操舵角θsが生じておりかつ後輪５Ｌ，５Ｒが転舵されている場合には自動車Ｖがカント路Ｒｃの高位側に移動しようとするため、運転者はステアリングホイール１８をハンドルセンター側に戻す操舵を行うことになる。この時の図４による制御サイクルで求められる後輪転舵角δrは、操舵角θsの減少により基準ヨーレイトγfも減少するため前回よりも小さくなり、その結果小さな値となる加算結果γdが前回の値に加算される。それにより、さらにステアリングホイール１８を戻して、図３（ｂ）の実線に示されるように前輪３Ｌ，３Ｒの転舵角δfが０になり、後輪５Ｌ，５Ｒは最終的な転舵角δrに転舵された状態に保持されて、最終的にステアリングホイール１８をハンドルセンターにすることができる。これにより、直進路に応じたステアリングホイール１８の操舵状態となり、運転者は違和感を感じることなく操縦することができる。また、前輪３Ｌ，３Ｒが直進状態となることから、前輪３Ｌ，３Ｒからのステアリングホイール１８に対するアライメント・トルクが感じられなくなり、直進を保つために常にステアリングホイール１８を操舵した状態に保持しなくてはならないという負担も無くなる。

なお、規範モデル部２４での規範ヨーレイトγsの算出において、操舵角θsの０度近傍の所定範囲０度にして、ハンドルセンター付近の僅かな動きに対して不感帯を設けると良い。これにより、僅かな操舵に対しても規範ヨーレイトγsが出力されて、修正のための後輪転舵角δrの値が初期に大きくなってしまうことを防止できる。

３Ｌ，３Ｒ 前輪
５Ｌ，５Ｒ 後輪
９ 前輪操舵装置
１１Ｌ，１１Ｒ 後輪操舵装置
１８ ステアリングホイール
２１ 後輪操舵制御部（後輪操舵制御手段）
２２ 直進判定部（直進判定手段）

Claims (2)

1. ステアリングホイールの操舵角に応じて前輪を転舵させる前輪操舵装置と、
   後輪を転舵させる後輪操舵装置と、
   直進状態を判定する直進判定手段と、
   前記ステアリングホイールの操舵状態を検出すると共に、前記直進状態であると判定されかつ前記操舵状態が検出された場合には、当該操舵状態に応じて車両を直進させるように前記後輪操舵装置による前記後輪の転舵方向および転舵角を算出する直進時後輪操舵制御手段とを有することを特徴とする後輪操舵装置。
2. 前記後輪の転舵角が、制御サイクル毎に算出された値を加算して算出されることを特徴とする請求項１に記載の後輪操舵装置。

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