JP2651593B2 - ４輪操舵車両の後輪制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、４輪操舵車両の後輪制御方法に関するもの
である。

従来の技術 前後輪を操舵可能とし高速走行時には前輪と同位相に
後輪を操舵して車両の操安性を向上させる４輪操舵の技
術は、特開昭55−91457号公報以来数多く発表されてい
る。

発明が解決しようとする課題 近年レジャー用にて、車両例えば乗用車の後部にキャ
ンピングカー等のトレーラを連結して走行すると言うケ
ースが増えつつある。

一般に車両自体としては操安性を向上させるためにス
テア特性をアンダステアに設定されているのが普通であ
るが、トレーラ連結点を後輪中心より後方に配置せざる
を得ない車両特に乗用車においては、トレーラ牽引時ス
タビリティファクタがトレーラ非牽引時にくらべて小と
なるのでステア特性はオーバステア側に変化し、このた
めトレーラ牽引車両では高速走行時操安性が低下すると
言う問題を有している。

本発明は前記したような４輪操舵車両において、トレ
ーラ牽引時の後輪操舵制御方法を提供し、その後輪操舵
制御方法によって上記のようなトレーラ牽引時の操安性
低下と言う従来の問題を解決しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、転舵係数をとして前輪舵角δｆに比例し
た後輪舵角δｒ＝δｆで後輪制御を行う４輪操舵車両
において、トレーラ牽引時の転舵係数ｔを、 （但し、Ａはトレーラ非牽引時のスタビリテイファク
タ、Atはトレーラ牽引時のスタビリテイファクタ、Ｖは
車速である。） なる式で求め、トレーラ牽引時はこの転舵係数にて前輪
舵角に比例した後輪舵角制御を行うことを特徴とするも
のである。

作 用 前述したようにトレーラ牽引時は非牽引時に比しステ
ア特性がオーバステア方向に変化しアンダステア傾向が
弱まるので、トレーラ牽引時に非牽引時と同等の操舵を
行うと舵を切り過ぎた状態となりスピンにつながる虞れ
があるが、上記のようなトレーラ牽引時の後輪の転舵係
数制御を行うことにより、トレーラ牽引時のステア特性
は非牽引時のステア特性と同じになり、トレーラ牽引時
の運転操作を容易とし安全性の向上をはかることができ
るものである。

実施例 以下本発明の実施例を付図を参照して説明る。

第１図はトレーラの牽引車両における４輪操舵機構の
一例を示す図であり、１はステアリングハンドル、２は
従来より公知の例えばラックピニオン形式等の前輪操舵
機構、３は前輪であり、ステアリングハンドル１から前
輪３に至る前輪操舵機構２には例えばステアリングシヤ
フトの回転角、ラックシャフトの摺動変位量等から前輪
３の操舵を検出する前輪舵角センサ４が設けられ、該前
輪舵角センサ４が検出した前輪舵角δｆの信号をコント
ロールユニット６にインプットする。５は車速センサで
あり、該車速センサ５が検出した車速Ｖの信号もコント
ロールユニット６にインプットされる。

７はトレーラ牽引状態が否かを検出しその検出信号を
コントロールユニット６にインプットするトレーラ牽引
センサであり、該トレーラ牽引センサ７としては図示の
ようにトレーラを連結したとき必ず結合されるストップ
ランプコネクタを使用するのが最も確実で且つ簡便であ
るが、運転者が手動で切換操作する手動スイッチを用い
ても良い。

コントロールユニット６は、上記各信号のインプット
に基づき、δｆ＝δｆなる式にて後輪舵各δｒを求
め、後輪操舵用アクチュエータ例えば電動モータ８に出
力信号を発してこれを作動させ、電磁クラッチ9,減速機
構10,リンク機構等よりなる後輪操舵機構11を介して後
輪12を転舵作動させ、後輪舵角を検出する後輪舵角セン
サ13の後輪舵角信号及びモータ回転速度を検出するモー
タ回転速度センサ14の回転速度信号におるフィードバッ
ク制御により後輪12を上記コントロールユニットが求め
た舵角δｒ通りに転舵させるようになっている。

上記式においては転舵係数であり、該転舵係数は
車速Ｖの関数として設定され、例えば低車速域では＜
０として後輪舵角δｒはマイナス値即ち前輪とは逆位相
に操舵され、中，高車速域では＞０として後輪は前輪
と同位相に操舵される。

上記のように前輪舵角δｆに比例した後輪舵角δｒで
後輪制御を行う４輪操舵車両において、トレーラ非牽引
時のスタビリティファクタＡは、前輪のみの２輪操舵車
両の場合と同じで、 であり、又トレーラ牽引時のスタビリティファクタAt
は、 で表わされる（上記（１），（２）式中の各記号は第２
図のトレーラ牽引車両の２輪モデル図及び記号説明表を
参照のこと）。

上記（１），（２）式より、トレーラ連結点が車両の
後輪中心より後方に位置する車両（例えば乗用車）にお
いては、At＜Ａとなってトレーラ牽引時には非牽引時に
比しオーバステアに近づく方向にステア特性が変わり、
トレーラ牽引時に非牽引時と同じように操舵すると舵の
切り過ぎとなり車両スピンにつながるおそれが生じる。

そこで本発明では、トレーラ非牽引時の後輪の転舵係
数に対しトレーラ牽引時の後輪の転舵係数ｔを下記
に示す式によって演算にて求め、トレーラ牽引時後輪舵
角δｒをδｒ＝ｔ・δｆなる式にて制御することによ
り、トレーラ牽引時のステア特性を非牽引時のステア特
性を非牽引時のステア特性と同じにし、これによりトレ
ーラ牽引時の運転操作の容易化と安全性の向上をはかっ
たものである。

即ち、前輪舵角δｆに比例した凍り舵角δｒで後輪操
舵制御を行う４輪操舵車両において、トレーラ非牽引時
の後輪転舵係数をとすると、該トレーラ非牽引時のス
テア特性δf/δf₀は次式で表わされる（但しδf₀はＶ≒
０のときの初期前輪舵角である）。

又上記のような４輪操舵車両でトレーラ牽引時の後輪
転舵係数をt,前輪舵角をδftとすると、トレーラ牽引
時のステア特性δft/δf₀は次式で表わされる。

ここでトレーラ非牽引時と牽引時のステア特性が変化
しないようにするためには、（３）式＝（４）式とし、 この（５）式から 従って、トレーラ牽引時には（６）式によってｔを
求め、この転舵係数ｔにより前輪舵角に比例した後輪
舵角制御を行うことによって、トレーラ牽引時も非牽引
時と変わらない定常的ステア特性とすることができる。

上記（６）式においてトレーラ非牽引時及び牽引時の
スタビリティファクタＡ及びAtは前記（１）式及び
（２）式に示すように、牽引車両側では、車両質量m₁,
ホイールベースl,前輪から車両重心までの距離l₁,後輪
から車両重心までの距離l₂,車両重心からトレーラ連結
点までの距離lh,前輪及び後輪の各コーナリングパワK₁
及びK₂、トレーラ即ち被牽引車両側では車両質量m₂,ホ
イールベースlt,車両重心からトレーラ輪までの距離l₄
等、それぞれと車両諸元から求められるものであり、コ
ントロールユニット６内に車両諸元記憶装置と転舵係数
演算装置を設け第３図に示すように、牽引車と被牽引車
の各車両諸元を入力装置ａより入力し、記憶装置b,cに
記憶させておくことにより、牽引，非牽引切換装置ｆ即
ちトレーラ牽引センサ７からトレーラ牽引信号が入力さ
れたとき転舵係数演算装置ｄが（１），（２）式で求め
られるA,Atと車速検出装置ｅ即ち車速センサ５から入力
される車速Ｖの情報より前記（６）式に基づきトレーラ
牽引時の後輪転舵係数ｔを演算にて求め、前輪舵角の
信号の入力時後輪操舵手段制御装置ｇが上記演算にて求
めた後輪転舵係数ｔにより前輪舵角に比例した後輪舵
角を求めて後輪操舵装置ｈのアクチュエータ即ち例えば
電動モータ８を作動させるべき出力信号を発し後輪舵角
制御を行うことによって、前述したようにトレーラ牽引
時も非牽引時と変わらない定常的ステア特性とすること
ができ、トレーラ牽引時の操安性の著しい向上をはかり
得るものである。

以下補足説明として、前輪舵角に比例して後輪舵角制
御を行う連結車両（４輪操舵車両＋トレーラ）における
前記（１）式及び（２）式（スタビリティファクタA,A
t）の誘導について、第２図の２輪モデルを参照して説
明する。

尚トレーラ連結点は当然１個であるが、第２図におい
ては説明しやすくするために牽引車両後部の連結点とト
レーラ前部の連結点とをｘ軸上に前後に別々に表わして
いる。

まず、次のモデルについて考える。トレーラ連結点に
おけるモーメントの伝達は無いものとし、各車輪にはコ
ーナリングフォースのみ作用すると仮定する。更に前後
輪転舵角δf,δｒ、重心点横すべり角β，β′、各車輪
の横すべり角βf,βr,βｔ、連結点折れ曲り角φはいず
れも微小として cosθ≒1,sinθ≒θ,tanθ≒θ とする。また定常走行＝０とする。

ここでx,x′軸方向の運動を無視して良いから車両の
横方向とヨーイング方向についてそれぞれつり合いを考
える。

牽引車部において、 ｙ軸方向の力のつり合いは、 m₁V（＋）＝2CF₁＋2CF₂＋Ｆ ……（11） ｚ軸まわりのモーメントのつり合いは、 I₁＝2l₁CF₁−2l₂CF₂−lhF ……（12） トレーラ部において、 ｙ′軸方向のつり合いは、 m₂V′（＋）＝2CF₃−Ｆ′ ……（13） ｚ′軸まわりのモーメントとのつり合いは、 I₂＝−2l₄CF₃−l₃F′ ……（14） 連結点では次の拘束条件が成り立つ。

Ｖ′＝Ｖ＋lhφ≒Ｖ ……（15） Ｖ′β′＝l₃′＝Ｖ（β＋φ）−lh （16） ＝−′ ……（17） Ｆ′≒Ｆ ……（18） 前輪横すべり角 後輪横すべり角 トレーラ輪横すべり角 さらにコーナリングフォースCF₁,CF₂,CF₃はコーナリ
ングパワをそれぞれK₁,K₂,K₃とすると、 （11），（13），（18）式よりF,F′を消去すると、 m₁V（＋）＋m₂V′（＋′）−２（CF₁＋CF₂＋CF
₃）＝０ 上式に（22）〜（24）式を代入して さらに、（15）〜（17）式を代入して整理すると、 （11），（14），（18）式よりF,F′を消去すると、 I₂′＋m₁l₃V（＋）＋2l₄CF₃−2l₃（CF₁＋CF₂）＝
０ 上式に（22）〜（24）式を代入して さらに、（15）〜（17）式を代入して整理すると、 （12），（13），（18）式よりF,F′を消去すると、 I₁−m₂lhV′（′＋′）−2l₁CF₁＋2l₂CF₂＋2lhCF
₃＝０ 上式に（21）〜（24）式を代入して さらに、（15）〜（17）式を代入して整理すると、 以上、（25），（26），（27）式が車体座標系におけ
る連結車両（牽引車両＋トレーラ）の運動方程式であ
る。

次に定常円旋回とステア特性について考える。

定常円旋回においては、 ＝０ …重心点の横すべり角一定 ＝０ …ヨー角速度一定 ，＝０…相対角一定 である。（25）〜（27）式に代入してマトリックスで表
現すると次のようになる。

旋回半径をＲとすると、 ここで定常円旋回では＝０だから 次に牽引車両後輪を転舵係数ｔとして、 δｒ＝ｔδｆ ……（32） で制御するものとすると、（29）式は ここで（33）式を Δ・ｘ＝ｙ・δｆ とおくと、 （33）式をについて解くと、 ここで（31），（34）式を代入してδｆについて整理
すると、 但し （Ｖ≒0,ｔ＝０）とする。

（35）式から前輪舵角比例式４輪操舵車両のトレーラ
牽引時のスタビリティファクタAtは、 （35）式は前記（４）式となり、（36）式は前記
（２）式となる。

前輪舵角比例式４輪操舵車両単体（トレーラ非牽引状
態）では、トレーラに関する項を削除して、非牽引時の
転舵係数をとして、同様の方法から（（35）式，（3
6）式でm₂＝０とおいても良い。）、 スタビリティファクタＡは、 （37）式は前記（３）式となり、（38）式は前記
（１）式となる。

上記のようにしてスタビリティファクタＡ及びAtを導
くことができる。

尚本発明は第１図に示す後輪操舵装置に限らず、前輪
舵角δｆに対し後輪舵角δｒをδｒ＝δｆにて比例的
に制御する任意構成の後輪操舵装置に適用可能であるこ
とは言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明によれば、前輪舵角に比例した後
輪舵角制御を行う４輪操舵車両において、トレーラを牽
引する場合に牽引時の定常的ステア特性が非牽引時の定
常的ステア特性となるように後輪舵角制御を行うことに
より、トレーラ牽引時も非牽引時と同じハンドル操作に
て充分安全なる走行を行うことができ、操縦安定性の著
しい向上をはかり得るもので、実用上多大の効果をもた
らし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用すべき４輪操舵車両の後輪操
舵装置の一例を示す平面説明図、第２図はトレーラ牽引
４輪操舵車両の２輪モデル図、第３図は本発明における
後輪舵角制御回路例を示すブロック図である。 １……ステアリングハンドル、３……前輪、４……前輪
舵角センサ、５……車速センサ、６……コントロールユ
ニット、７……トレーラ牽引センサ、８……電動モー
タ、11……後輪操舵機構、12……後輪、13……後輪舵角
センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前輪舵角δｆに対し後輪舵角δｒを、δｒ
   ＝δｆなる式にて比例的に制御する４輪操舵車両にお
   いて、上記後輪転舵係数に対しトレーラ牽引時の転舵
   係数ｔを、 （但し、Ａはトレーラ非牽引時のスタビリテイファク
   タ、Atはトレーラ牽引時のスタビリテイファクタ、Ｖは
   車速である。） なる式で求め、トレーラ牽引時には該後輪転舵係数ｔ
   にて前輪舵角に比例した後輪舵角制御を行うことを特徴
   とする４輪操舵車両の後輪制御方法。