JP2825835B2

JP2825835B2 - 車両の後輪操舵装置

Info

Publication number: JP2825835B2
Application number: JP1034698A
Authority: JP
Inventors: 博志大村
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH02212275A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は自動車等の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、車速と前輪舵角と
に応じて後輪を操舵するものが知られており、低速時に
は、後輪が前輪舵角に応じて逆相に、また高速時には前
輪舵角に応じて同相にそれぞれ制御されるものである。

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、前輪と後輪と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、高速では後輪は同
相となるので、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いう要求が満たさ
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、の式に基づいて、後輪を転舵することが提案されてい
る。尚、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：コーナーリングパワー 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、また車速Ｖ及びヨー
レートは同相にそれぞれ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項の影響が小さくて
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、横風等の外乱による影響を補正するために、
ヨーレー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、車両の後退走行時
に、ヨーレートが前輪舵角θ_Hと逆相関係となり、ヨーレートが逆相成
分となるので、安定性の面で問題がある。

すなわち、後退走行時に、ヨーレートの向きは、ハン
ドル舵角方向とは逆になり、ヨーレートの増す方向へ後
輪を転舵してしまうため、後退走行時に比較的高い速度
となると、問題となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、車両の後
退走行時における安定性が良好となる車両の後輪操舵装
置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、請求項１の発明の解決手
段は、上記の式、つまり、の式による前進走行用の第１制御モードに基づき後輪を
転舵する転舵制御手段を備えた車両の後輪操舵装置が前
提である。

そして、上記転舵制御手段は、上記前進走行用の第１
制御モード以外に、ヨーレートの正負に関する符号を反
転させる安定走行用の第２制御モードを有する構成とす
る。さらに、車両の後退走行を検出する後退走行検出手
段と、該後退走行検出手段の出力を受け、後退走行時に
上記転舵制御手段による制御を上記前進走行用の第１制
御モードから上記安定走行用の第２制御モードに変更さ
せる変更手段とを具備するものとする。

また、請求項２の発明では、車両のヨーレートないし
該ヨーレートに関する値を検出するヨーレート検出手段
と、このヨーレート検出手段の出力を受け、ヨーレート
ないしヨーレートに関する値が大きくなるほど後輪舵角
を前輪の転舵方向と同相側に増大させる前進走行用の第
１制御モードに基づき後輪を転舵する転舵制御手段とを
備えた車両の後輪操舵装置が前提である。

そして、上記請求項１の発明と同様に、転舵制御手段
は、上記前進走行用の第１制御モード以外に、ヨーレー
トの正負に関する符号を反転させる安定走行用の第２制
御モードを有する構成とし、さらに、車両の後退走行を
検出する後退走行検出手段と、該後退走行検出手段の出
力を受け、後退走行時に上記転舵制御手段による制御を
上記前進走行用の第１制御モードから上記安定走行用の
第２制御モードに変更させる変更手段とを具備するもの
とする。

上記第２制御モードは、上記ヨーレートの正負に関す
る符号を反転させるもので、車両の後退走行時には、前
輪舵角に対し、検出されるヨーレートが逆相関係になる
のを、その正負の符号を反転させることで補正せんとす
るものである。

（作用）請求項１の発明では、車両の後退走行時に、上記の式
を用いる前進走行用の第１制御モードから安定走行用
の第２制御モードに変更される。また、請求項２の発明
では、車両の後退走行時に、ヨーレートないしヨーレー
トに関する値が大きくなるほど後輪舵角を前輪の転舵方
向と同相側に増大させる前進走行用の第１制御モードか
ら安定走行用の第２制御モードに変更される。そして、
上記第２制御モードでは、ヨーレートの正負に関する符
号が反転されるので、そのヨーレートが後輪の転舵に対
して安定方向に働くことになり、よって後退走行時にお
ける走行安定性が高められる。

（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及びタイロッド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及びタイロッド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図にその詳細を示すように、
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16a,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,16bを受け止める構成とされ、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。このクラッチ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
得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の正転或いは逆転により、リレー
ロッド12が第１図中左方或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或いは
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が切断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。

そして、車両の前進走行時には、後輪の転舵は基本的
に、次式（上記式と同じ）に基づいて行われる前進走
行用の第１制御モードとなる。

ここで、係数KF,KRは車両の特性によって定まる定数
であるが、車速に基づいて変更される変数としてもよ
い。変数とした場合の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、10
km/hを越えると徐々に大きくなり、30km/h付近で0.005
まで増加するように変更される。

これに対し、後退走行時の後輪の転舵は、安定性を高
めるために、安定走行用の第２制御モードとしての同相
制御によるモードとなる。すなわち、この安定走行用の
第２制御モードしては、上記数式による制御において、
ヨーレート、車速の増加が同相の安定方向に働けば問題
は生じないので、第２制御モードは、ヨーレートの正負に関する符号を反転させ、同相制御によるモード
としている。つまり、横Ｇセンサ33,34によって検出さ
れるヨーレート（又は横Ｇ）の符号を直接的に反転させ
て次式に示すようにしている。

上記制御をなすべく、コントロールユニットＵは、横
Ｇ（すなわちヨーレート）を検出するフロント及びリヤ
横Ｇセンサ33,34の出力を受け車両の不安定挙動を抑制
するように上記式による前進走行用の第１制御モード
に基づき後輪を転舵する転舵制御手段101を有し、さら
に、後退走行検出手段としてのリバーススイッチ42から
の信号を受け、後退走行時に、前進走行用の第１制御モ
ードから安定走行用の第２制御モードとしての同相制御
によるモードに、前記転舵制御手段101による制御を変
更させる変更手段102を有する（第６図参照）。すなわ
ち、転舵制御手段101は、前進走行用の第１制御モード
と、後退走行時に用いられる安定走行用の第２制御モー
ドとを制御モードとして有し、前進走行時には第１制御
モードを選択してそれに基づき後輪の転舵するが、後退
走行時には第２制御モードを選択して安定走行となるよ
うに後輪の転舵を行うようになっている。

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、前進走行時に、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、そのフェイルセーフのために、制御系が
二重に設けられた構成とされている。

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いる。

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の出力に基
づいて次式により現在のヨーレートが算出される。

尚、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及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
るものである。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
る。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及
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及びオルタ
ネータのＬ端子からの信号がアナログバッファ51及び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及びスイッチ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及び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及びサーボドライバ62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20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において比較され、一致したときのみ、クラッ
チ73,74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。

尚、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。

また、同図中、77は5Vレギュレータを有するとともに
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、車両の後退走行時
には、リバーススイッチ42からの信号を受けたコントロ
ールユニットＵの変更手段102によって、前進走行用の
第１制御モード（上記式による制御）から安定走行用
の第２制御モード（上記式の同相制御によるモード）
に変更させられるので、ヨーレートと前輪舵角とが逆相
の関係になることの影響がなくなり、車両の後退走行時
における走行安定性が確保される。

尚、上記実施例では、安定走行用の第２制御モードし
て、上記数式による制御において、ヨーレートの正負に関する符号を反転させ、同相制御によるモード
としているが、ヨーレートの符号が反転したことと結果
として同じになるように、ヨーレートに関する係数KRの
符号を反転させて次式に示すようにしてもよい。

また、その他、第２制御モードとしては、所定車速以
下では２輪操舵を行うが、該所定車速を越えると、より
安定性を高めるために同相となる制御を行うモードを用
いることもできる。また、所定車速以上では安定性を確
保するように２輪操舵を行うが、所定車速未満では、速
度Ｖが小さいことから上記数式による制御においてヨー
レートや横Ｇ等の影響が余り問題とならないので、上記
数式による逆相の制御として、小回り性能の確保を図る
モードを用いることもできる。

（発明の効果）請求項１の発明では、上記のように、後退走行時に
は、上記の式による前進走行用の第１制御モードとは異
なり、ヨーレートの正負に関する符号を反転させる安定
的な第２制御モードとなるように構成した。また、請求
項２の発明では、後退走行時には、ヨーレートないしヨ
ーレートに関する値が大きくなるほど後輪舵角を前輪の
転舵方向と同相側に増大させる前進走行用の第１制御モ
ードから、ヨーレートの正負に関する符号を反転させる
安定的な第２制御モードとなるように構成した。したが
って、これらの発明によると、車両の後退走行時に後輪
の転舵角が安定側となるように制御され、その後退走行
時における走行安定性が確保される。

【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図及び
第４図はKF及び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 42…リバーススイッチ（後退走行検出手段） 101…転舵角制御手段 102…変更手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】の式による前進走行用の第１制御モードに基づき後輪を
転舵する転舵制御手段を備えた車両の後輪操舵装置にお
いて、上記転舵制御手段は、上記前進走行用の第１制御モード
以外に、ヨーレートの正負に関する符号を反転させる安
定走行用の第２制御モードを有しており、車両の後退走行を検出する後退走行検出手段と、該後退走行検出手段の出力を受け、後退走行時に上記転
舵制御手段による制御を前進走行用の第１制御モードか
ら安定走行用の第２制御モードに変更させる変更手段と
を具備することを特徴とする車両の後輪操舵装置。
【請求項２】車両のヨーレートないし該ヨーレートに関
する値を検出するヨーレート検出手段と、上記ヨーレート検出手段の出力を受け、ヨーレートない
しヨーレートに関する値が大きくなるほど後輪舵角を前
輪の転舵方向と同相側に増大させる前進走行用の第１制
御モードに基づき後輪を転舵する転舵制御手段とを備え
た車両の後輪操舵装置において、上記転舵制御手段は、上記前進走行用の第１制御モード
以外に、ヨーレートの正負に関する符号を反転させる安
定走行用の第２制御モードを有しており、車両の後退走行を検出する後退走行検出手段と、該後退走行検出手段の出力を受け、後退走行時に上記転
舵制御手段による制御を前進走行用の第１制御モードか
ら安定走行用の第２制御モードに変更させる変更手段と
を具備することを特徴とする車両の後輪操舵装置。