JP2825831B2

JP2825831B2 - 車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP2825831B2
Application number: JP1009484A
Authority: JP
Inventors: 啓隆金沢; 博志大村; 敦雄友田; 明洋古沢; 隆志中島; 政雄秀島
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH02189276A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は車両の後輪操舵装置に関するものである。

（従来の技術）従来、車両の４輪操舵装置として、車速と前輪舵角に
応じて後輪を操舵するものが知られている。低速時に
は、舵角に応じて逆相に、高速時には舵角に応じて同相
に制御される。

ところが、このような制御の場合、旋回初期におい
て、ゆっくりとハンドルを操舵しながらコーナーをまわ
るような場合は、前輪と後輪の舵角量が異なるので、必
要なヨーレートが発生して問題を生じないが、急激にハ
ンドルを切るようにした場合には、高速で後輪は同相に
あるので、車両は斜めに進み、ヨーレートは抑制され、
車両の向きと進行方向とのなすスリップ角度βが０とな
らず、運転者の向きを変えたいと言う要求が満たされな
い。

すなわち、初期操舵のときには、まず、向きを変え、
その後に同相となって安定することが望ましく、それに
よって常にスリップ角β＝０が達成される。

そこで、上記要求を満たすように、 TGθＲ＝−ＫF・θＦ＋ＫR・Ｖ・ TGθR:後輪の目標舵角 θF:前輪の舵角 V:車速 :ヨーレートＫF,KR：例えばホイールベース、車両の重量、重心バ
ランスなどの車両の特性によって定まる定数に基づいて、後輪を転舵することが提案されている。な
お、ここで、ＫF、ＫRは、次の式により決定される。

ＫF＝C₁/C₂ ＫR＝WV/g−（C₂l₂−C₁l₁）/V ≒W/C₂g C₁,C₂:コーナリングパワー W:重量 l₁ :車両の重心と前輪車軸との距離 l₂ :車両の重心と後輪車軸との距離すなわち、前輪の舵角は逆相に、車速Ｖ及びヨーレー
トは同相に後輪を操舵する成分として働く。したがっ
て、低速時にはＶが小さく第２項の影響が小さく、逆相
となるが、高速になると、車速Ｖ、ヨーレートが共に大
きくなり、第２項の影響が大きくなって同相となる。し
かしながら、旋回初期では、ヨーレートが未だ小さいの
で、第２項の影響がそれほど大きくなく、逆相である。

ところで、例えば特開昭57−44568号公報に記載され
るように、横風などの外乱による影響を補正するため
に、ヨーレイトセンサの出力に応じて後輪を転舵するも
のは知られている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、そのようなものでは、ＫF、ＫRを定数とし
ているが、定数であると、実際に車両に適用するのが困
難となる。例えば低速時に、前輪の舵角は35度程度であ
るので、後輪が同程度操舵されると、すごく小回りが効
き、車両に尻振り現象が生じ、また、後輪が操舵されな
い２輪操舵（2WS）に対する慣れから、違和感を感じ、
乗りにくい。

また、上記数式によれば、例えば急ブレーキにより車
両がロックされているような状態では、車速Ｖ＝０で、
逆相となるが、実際の車速Ｖは０ではないので、不安定
方向となるし、急減速時には車速Ｖは急激に減少して、
不安定方向へと変化していき、安定方向にしたいという
運転者の要求と一致しない。また、加速時にも、ホイー
ルスピンが生じているときなどに同様な問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、車両の不
安定化を防止して安定化させ得る車両の後輪操舵装置を
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）請求項（１）の発明は、上記目的を達成するために、数式 TGθＲ＝−ＫF・θＦ＋ＫR・Ｖ・ TGθR:後輪の目標舵角 θF:前輪の舵角 V:車速：ヨーレートＫF,KR：車両の特性によって定まる係数に基づいて後輪を転舵する転舵制御手段を有する車両の
後輪操舵装置を前提として、車両の諸条件を検出する条
件検出手段と、上記転舵制御手段及び条件検出手段に連
係され車両の諸条件、例えば車速、路面の摩擦係数、積
載重量、舵角速度などにより係数ＫF、ＫRのうち少なく
とも一方の係数を変更させる変更手段とを有するものと
する。そして、上記条件検出手段として車両の加減速を
検出するように構成し、上記変更手段として、車両の加
速時に車両の加速度が増大すると係数ＫFを減少させる
かあるいは係数ＫRを増加させる一方、車両の減速時に
車両の減速度が増大すると係数ＫFを減少させるかある
いは係数ＫRを増加させるとともにその減速時の係数ＫF
の減少量あるいは係数ＫRの増加量を上記加速時の係数
ＫFの減少量あるいは係数ＫRの増加量よりも大きくする
構成とするものである。

（作用）請求項（１）の発明によれば、車両の加減速度が増大
すると、係数ＫFが減少されるか、又は、係数ＫRが増加
されるため、加減速度の大きい加減速時には同相とな
り、加減速時に安定方向となる。これにより、不安定方
向となるのが補正される。特に、減速時には、係数ＫF
の減少量又は係数ＫRの増加量が加速時の係数ＫFの減少
量又は係数ＫRの増加量よりも大きくされ、すなわち、
加速時の場合よりも係数ＫF,KRの変更度合いが大きくさ
れるため、減速時にはより同位相側になり、特に急減速
時に車速Ｖが急激に減少して逆相傾向になることに起因
する不安定方向となるのが防止され、減速により安定方
向にしたいという運転者の要求に一致させて車両安定性
をより向上させることができるようになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明す
る。

車両の後輪操舵装置の全体構成を示す第１図におい
て、1L、1Rはそれぞれ左右の前輪、2L,2Rは左右の後輪
であり、左右の前輪1L,1Rは前輪転舵機構Ａにより連係
され、また左右の後輪2L,2Rは後輪転舵機構Ｂにより連
係されている。

前輪転舵機構Ａは、それぞれ、左右の一対のナックル
アーム3L,3Rおよびタイロッド4L,4Rと、該左右の一対の
タイロッド4L,4R同士を連結するリレーロッド５とから
構成されている。この前輪転舵機構Ａにはステアリング
機構Ｃが連係されており、ステアリング機構Ｃは、ラッ
クアンドピニオン式とされ、その構成要素であるピニオ
ン６は、シャフト７を介してハンドル８に連結されてい
る。

これにより、ハンドル８を右に切るように操作をした
ときには、リレーロッド５が第１図の左方向に変位し、
ナックルアーム3L,3Rがハンドル８の操作変位量すなわ
ちハンドル舵角に応じた分だけ同図の時計方向に転舵さ
れる。同様に、ハンドル８を左に切る操作をしたときに
は、この操作変位量に応じて、左右の前輪1L,1Rが左へ
転舵されることとなる。

後輪転舵機構Ａも、前輪転舵機構Ｂと同様に、左右の
一対のナックルアーム10L,10Rおよびタイロッド11L,11R
と、該左右の一対のタイロッド11L,11R同士を連結する
リレーロッド12とを有し、このリレーロッド12には中立
保持手段13が付設されている。

中立保持手段13は、第２図に詳細を示すように、車体
14に固定されたケーシングを有し、ケーシング15内には
一対のばね受け16a,16bが遊嵌されて、これらばね受け1
6a,16bの間に圧縮ばね17が配設されている。上記リレー
ロッド12はケーシング15を貫通して延び、このリレーロ
ッド12には一対のフランジ部12a,12bが間隔をおいて形
成され、該フランジ部12a,12bにより上記ばね受け16a,1
6bを受け止めする構成とされ、リレーロッド12は圧縮ば
ね17によって常時中立方向に付勢されている。圧縮ばね
17はコーナリング時のサイドフォースに打ち勝つだけの
ばね力を備えるものとされている。

上記後輪転舵機構Ｂは、後輪2L,2Rを転舵させる駆動
源としてのサーボモータ20に連係されている。リレーロ
ッド12とサーボモータ20との連係機構中には、クラッチ
22が介在されている。これによってクラッチ22によって
適宜サーボモータ20と後輪転舵機構Ｂとの連係を機械的
に切断しうる構成とされている。

以上の構成により、クラッチ22が接続状態にあるとき
には、サーボモータ20の正回転あるいは逆転により、リ
レーロッド12が第１図中左方あるいは右方へ変位して、
ナックルアーム10L,10Rがその回動中心を中心にして上
記サーボモータ20の回転量に応じた分だけ同図時計方向
あるいは反時計方向に転舵されることとなる。

他方、上記クラッチ22が接続された状態にあるときに
は、上記中立保持手段13によって後輪2L,2Rは強制的に
中立位置に復帰され、この中立位置で保持されることと
なる。つまり、クラッチ22が断たれたときには、前輪1
L,1Rのみが転舵される、いわゆる2WSの車両ということ
になる。

後輪操舵の制御は、次式に基づいて行われることにな
る。

数式 TGθＲ＝−ＫF・θＦ＋ＫR・Ｖ・ TGθR:後輪の目標舵角 θF:前輪の舵角 V:車速 :ヨーレートなお、係数ＫF,KRは車速に基づいて変更される変数
で、車両の特性によって定まるが、具体的な一例を示す
と、ＫFは、例えば第３図に示すように、10km/h付近ま
では0.3であるが、10km/hを越えると車速Ｖの増加と共
に徐々に大きくなって１となる。一方、ＫRは、第４図
に示すように、10km/hを越えると徐々に大きくなり、30
km/h付近で0.005まで増加するように変更される。

上記制御をなすべく、コントロールユニットＵは、上
記数式に基づいて後輪を転舵する転舵制御手段101を有
し、さらに、車両の諸条件としての車速Ｖを検出する条
件検出手段102と、上記転舵制御手段101及び条件検出手
段102に連係され車両の諸条件により係数ＫF、ＫRを変
更させる変更手段103とを有する（第13図参照）。すな
わち、上記数式における係数ＫF、ＫRは、変更手段103
により車速に基づいて、前述した例えば第３図および第
４図に示すように変更せしめられる。

具体的には、第１図に示すように、ハンドル舵角セン
サ30、車速センサ31、サーボモータ20の回転位置を検出
するエンコーダ32、フロント横Ｇセンサ33及びリヤ横Ｇ
センサ34からの信号が入力され、コントロールユニット
Ｕでは、係数ＫF、ＫRを車速に応じて変化させつつ、ハ
ンドル舵角θＦ（前輪の舵角）、車速Ｖ及びヨーレート
に基づいて上記数式により目標後輪舵角TGθＲを演算
し、必要とする後輪操舵量に対応する制御信号がサーボ
モータ20に出力される。しかして、サーボモータ20の作
動が適正になされているか否かをエンコーダ32によって
常時監視しつつ、つまりフィードバック制御の下で後輪
2L,2Rの転舵がなされる。

上記制御は、フェイルセーフのために、その制御系が
二重構成とされている。

つまり、第５図に示すように、ハンドル舵角センサ30
に対して前輪舵角センサ35が付加され、車速センサ31に
対し車速センサ36が付加され、エンコーダ32に対してク
ラッチ22よりもリレーロッド12側の部材の機械的変位を
検出する後輪舵角センサ37が付加されて、これらセンサ
30,31,32,35,36,37において、対応するセンサの両者が
同一の値を検出したときにのみ後輪操舵を行うようにさ
れている。すなわち、上記センサ30〜32,35〜37におい
て、例えば車速センサ31で検出した車速と別の車速セン
サ36で検出した車速とが異なるときには、故障発生とい
うことでフェイルモード時の制御によって後輪2L,2Rを
中立位置に保持するようになってる。

上記両横Ｇセンサ33,34は、それぞれ車体の中心軸線
上に重心を挾んで前後に配設されて横Ｇの大きさを検出
し、ヨーレートの検出に用いるもので、両横Ｇセンサ
33,34の出力により次式で現在のヨーレートｎが算出
される。

_ｎ＝_n-1＋（G_F−G_R）t/l _n-1:前回のヨーレート G_F :フロント横Ｇセンサ33の出力 G_R :リヤ横Ｇセンサ34の出力 t:測定間隔 l:両横Ｇセンサの間隔なお、横Ｇセンサの代わりに、ヨーレートを直接検
出するヨーレートセンサを付加するようにすることもで
きる。

また、各種制御のために、コントロールユニットＵに
は、車高センサ39、雨滴センサ40、ブレーキスイッチ4
1、リバーススイッチ42およびアクセルスイッチ43から
の信号が入力され、また、図示していないが、オルタネ
ータのＬ端子からは発電の有無を表す信号が入力され
る。

上記車高センサ39は車高を検出するもので、それによ
り積載重量を間接的に検出するものである。雨滴センサ
40は雨滴を検出するもので、それにより路面の摩擦係数
μを間接的に検出するものである。ブレーキスイッチ41
はブレーキペダルを踏み込んだときにオン信号を出力す
るもので、リバーススイッチ42はシフトレバーがリバー
ス位置になったときにオン信号を出力するものであり、
アクセルスイッチ43はアクセル変化率が所定値以上にな
ったときにオン信号を出力するものである。

制御は、相互に連係されたメインコントローラ50Aお
よびサブコントローラ50Bの２つによってなされ、各コ
ントローラ50A,50Bには各種センサ30,37,39,40およびオ
ルタネータのＬ端子からの信号がアナログバッファ51お
よびA/Dコンバータ52を介してそれぞれに入力され、ま
たセンサ31,35,36およびスイッチ41,42,43からの信号が
デジタルバッファ53を介してそれぞれに入力され、ま
た、両横Ｇセンサ33,34からの信号が別のアナログバッ
ファ54およびA/Dコンバータ55を介してメインコントロ
ーラ50Aに入力されるようになっている。

他方、メインコントローラ50Aにおいて生成された信
号は、サーボアンプ61およびサーボドライバ62を介して
を介してサーボモータ20に出力され、目標後輪舵角とす
る。サーボモータ20の回転量はエンコーダ32によって検
出され、エンコーダ32からの信号がサーボアンプ61を介
してメインコントローラ50Aに入力され、サーボモータ2
0をフィードバック制御するようになっている。

また、両コントローラ50A,50Bからの信号がアンド回
路71,72に於いて比較され一致したときのみ、クラッチ7
3,74を連結して後輪の操舵が可能となるようにしてい
る。また、オア回路75においても比較され、両信号が不
一致のときには、ウォーニングランプ76が点灯するよう
になっている。

なお、この後輪操舵の制御は、オルタネータのＬ端子
からの信号がハイ（Hi）となったことを条件に開始され
るようになっている。

なお、同図中、77は5Vレギュレータを有すると共に異
常時のメインコントローラ50Aのリセットを行う電圧制
御回路、78はバッテリ、79はイグニッションスイッチ、
80はヒューズであるしたがって、上記の構成によれば、第６図に示すよう
に、ハンドル舵角θ_Ｆの時間的変化が同一でも、本願発
明の４輪操舵（4WS）の場合は、２輪操舵（2WS）の場合
（後輪舵角ゼロ）に比して、ヨーレートが小さくな
り、スリップ角βもほとんどゼロとなる。

また、上記コントロールユニットＵの条件検出手段10
1はアクセルスイッチ43及びブレーキスイッチ41にも連
係されて、加減速状態を検出するようにもなっており、
車速だけでなく、加減速に応じても、係数ＫF、ＫRを変
更するようになっている。すなわち、アクセルスイッチ
43よりの信号により条件検出手段101が加速状態を検出
したときには、変更手段102が、係数ＫRに補正値αを加
えてＫR＋αと変更し、補正値αを加速度に応じて徐々
に大きくし（第７図参照）、加速時に運転者の要求に一
致した安定方向とするようになっている。一方、減速時
にも、同様にすることができるが、減速時には加速時よ
りも補正値αの変化の度合を大きくするようにするのが
望ましい。また、その補正は、第７図に鎖線で示すよう
に、加減速度が所定値を越えたときから係数ＫRを、一
定の補正値α₁₀,α₁₁だけ大きくなるようにしてもよい
（α₁₀＜α₁₁）。なお、係数ＫFを変更する場合には、
係数ＫRの場合とは逆に補正値が小さくなるようにすれ
ばよい。

上記実施例では、係数ＫF、ＫRを車速や加減速に応じ
て変更するようにしているが、そのほか、積載重量、路
面の摩擦係数、ハンドル舵角速度などによって変更する
ようにしてもよい。

すなわち、積載重量（例えば300kg程度）が増加する
と、第８図に示すように、前述した数式をそのまま用い
た補正なしの場合は、スリップ角βが時間の経過と共に
大きくなり、ゼロとならないが、積載重量Ｗについて補
正すれば、スリップ角βは略ゼロとなる。

摩擦係数μが小さくなると、第９図（μ＝0.5）と第1
0図（μ＝0.2）を比較すれば明らかなように、補正をし
ないで上記数式をそのまま用いた場合、スリップ角βの
絶対値が大きくなるが、摩擦係数μに基づいて補正して
やると、スリップ角βを略ゼロにすることができる。

さらに、θ_Ｆはハンドル舵角で遅れはないといえる
が、ヨーレートは車両の運動系として遅れを有してお
り、θ_Ｆは逆相成分、は同位相成分であることから、
θ_Ｆに対するの時間的遅れは操縦安定性に悪影響を与
えるので、ハンドル舵角速度に応じて変化する補正値γ
₁,γ_２をＫF、ＫRにかけてすなわちＫF・γ_１、ＫR・γ
_２と補正することが望ましい。

すなわち、補正値γ_１は、ハンドル舵角速度_Ｆが速
くなるに連れてＫFを小さくし、後輪が逆相方向へ急に
操舵されるのを抑制し、ヨーレートが大きくなるのを待
つようになっている（第11図参照）。補正値γ_２は、舵
角速度_Ｆが速いときはＫRを大きくしてヨーレートの
立ち上がりの遅れ分をカバーすることができるようにな
っている（第12図参照）。

（発明の効果）以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、
車両の加減速度が増大すると、係数ＫFを減少させる
か、又は、係数ＫRを増加させるようにしているため、
加減速度の大きい加減速時には同相となり、加減速時に
安定方向にすることができる。これにより、不安定方向
となるのを補正することができる。しかも、減速時に
は、加速時の場合よりも係数ＫF,KRの変更度合いを大き
くするようにしているため、より同相側になり、特に急
減速時に車速Ｖが急激に減少して逆相傾向になることに
起因する不安定方向となるのを防止し、減速により安定
方向にしたいという運転者の要求に一致させて車両安定
性をより向上させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は車両の後輪操舵
装置、第２図は中立保持手段の拡大断面図、第３図およ
び第４図はＫFおよびＫRの変化の説明図、第５図は制御
系のブロック図、第６図は2WSの場合と比較して示すタ
イムチャート、第７図は加減速状態での補正値を示す
図、第８図乃至第10図はそれぞれ積載重量及び路面の摩
擦係数の影響を示すタイムチャート、第11図及び第12図
はハンドル舵角速度に対する補正値の説明図、第13図は
コントロールユニットのブロック図である。Ｕ……コントロールユニット 30……ハンドル舵角センサ 31,36……車速センサ 33,34……横Ｇセンサ 35……前輪舵角センサ 41……ブレーキスイッチ 43……アクセルスイッチ 101……転舵角制御手段 102……条件検出手段 103……変更手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古沢明洋広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者中島隆志広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者秀島政雄広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭63−207772（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−146779（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−241775（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−18367（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 7/14 B62D 6/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】数式 TGθＲ＝−ＫF・θＦ＋ＫR・Ｖ・ TGθR:後輪の目標舵角 θF:前輪の舵角 V:車速：ヨーレートＫF,KR：車両の特性によって定まる係数に基づいて後輪を転舵する転舵制御手段を有する車両の
後輪操舵装置において、車両の諸条件を検出する条件検出手段と、上記転舵制御手段及び条件検出手段に連係され検出され
た車両の諸条件により係数ＫF,K Rのうち少なくとも一
方の係数を変更させる変更手段とを有し、上記条件検出手段は車両の加減速を検出するように構成
され、上記変更手段は、車両の加速時に車両の加速度が増大す
ると係数ＫFを減少させるかあるいは係数ＫRを増加させ
る一方、車両の減速時に車両の減速度が増大すると係数
ＫFを減少させるかあるいは係数ＫRを増加させるととも
に、その減速時の係数ＫFの減少量あるいは係数ＫRの増
加量を上記加速時の係数ＫFの減少量あるいは係数ＫRの
増加量よりも大きくするように構成されていることを特徴とする車両の後輪操舵装置。