JP2874079B2

JP2874079B2 - 後輪操舵方法

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Publication number: JP2874079B2
Application number: JP16791593A
Authority: JP
Inventors: 信夫百瀬
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1993-07-07
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH0717421A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、四輪操舵（４ＷＳ）車
の操舵時における運転フィーリングを向上できる後輪操
舵方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】中高速域での車両旋回中に後輪を前輪と
同相側に操舵して、車両の操縦安定性などを向上させる
ことが知られている。又、この４ＷＳの利点を活かしつ
つ、操舵初期から定常旋回に至るまでの過渡状態での、
操舵に対する車体の追従遅れを低減すべく、前輪操舵に
対する後輪操舵動作のタイミングを遅らせる一次遅れ制
御や、旋回初期に後輪を一瞬逆相に操舵する位相反転制
御が提案されている。この種の４ＷＳ制御は、車両旋回
時における車体スリップ角を零にするような制御則を用
いたもので、操安性向上に寄与する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同相操
舵式の４ＷＳ車は操舵時に曲がり難く、又、一瞬逆相操
舵式の４ＷＳ車は操舵初期に尻流れ感があることが指摘
されている。この様に、４ＷＳ車の操舵時に運転者が違
和感をいだくことがある。そこで、本発明は、４ＷＳ車
の操舵時における違和感を解消して４ＷＳ車の運転フィ
ーリングを向上できる後輪操舵方法を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は、４ＷＳ
車における違和感の発生原因を究明すべく、各種車両の
走行テストを行った。この結果、４ＷＳ車と２ＷＳ車と
では操舵時に発生する後輪横速度の変化パターンが異な
り、又、後輪横速度変化パターンは４ＷＳ制御方法によ
っても異なることが判明した。

【０００５】即ち、ステップ操舵時の後輪横速度は、２
ＷＳ車と同相操舵式４ＷＳ車と同相・一瞬逆相操舵式４
ＷＳ車とで、図１に示すように相違する。２ＷＳ車で
は、後輪横速度は、図１に実線で示すように、ステップ
操舵以降、旋回円外側方向に作用し、又、後輪横速度の
大きさは、ステップ操舵直後に比較的緩慢に増大し、次
いで急増し、その後定常値に至る。これに対して、同相
操舵式４ＷＳ車では、図１に一点鎖線で示すように、後
輪横速度が、ステップ操舵直後には旋回円内側方向に作
用し、その後は旋回円外側方向に作用するという逆応答
現象が現れる。又、同相・一瞬逆相操舵式４ＷＳでは、
図１に破線で示すように、ステップ操舵時点において、
大きさが相当に大きくかつ旋回円外側方向に作用する後
輪横速度がステップ的に発生する。

【０００６】以上のように、同相操舵式および同相・一
瞬逆相操舵式の４ＷＳ車における違和感は、操舵時の後
輪横速度応答に関連があることが明らかになった。そこ
で、本願発明者は、下記第（１）式で表される制御則に
従って後輪を操舵する場合において、操舵時に運転者に
対して違和感を与えないための条件（具体的には、ステ
ップ操舵時に後輪横速度がステップ状に変化しないため
の条件、および、後輪横速度がステップ操舵直後に定常
値と反対方向に作用しないための条件）を検討した。

【０００７】δR＝ａδF＋ｂγ ・・・（１）ここで、δF及びδRは前輪舵角及び後輪舵角を夫々表
し、γはヨー角速度を表し、ａ及びｂは係数を表す。条
件検討のため、先ず、平面二自由度の車両モデルにおけ
る、後輪横加速度Ｙについて車両の運動方程式（下記第
（２）式）を立てた。

【０００８】

【外１】ここで、ｍは車両の質量、Ｖは車速、ｓはラプラス演算
子（複素数）、Ｋf，Ｋrは前輪および後輪コーナリング
パワーを夫々表す。又、ｌf，ｌrは前輪−重心間および
後輪−重心間距離、Ｉは車両のヨー慣性モーメントを表
す。なお、外乱安定性向上のため、ｂは正の値をとるこ
ととする。

【０００９】上記第（２）式の導出に関して、例えば、
安部正人著「車両の運動と制御」共立出版、１９７９年
１０月２０日発行の第３７頁には、２ＷＳ車の車体スリ
ップ角βとヨー角加速度γと前輪舵角との関係式が記載
されている。この関係式において、第（１）式で表され
る後輪舵角δRを考慮すると共に、重心スリップ角βに
代えて後輪横速度Ｙ（＝Ｖβ−ｌrγ）を用いることに
より、第（２）式を得る。

【００１０】次に、第（２）式を整理して下記第（３）
式を得る。Ｙ＝（１／Δ）｛（αｓ＋β）δF｝・・・（３）ここで、 α＝２Ｖ²｛Ｋf（Ｉ−ｍｌfｌr）＋ａＫr（Ｉ＋ｍｌ
r²）｝ β＝２Ｖ［２ＫfＫr（ｌf＋ｌr）｛ａ（ｌf＋ｌr）＋ｂ
Ｖ｝−ｍＶ²（ｌfＫf−ａｌrＫr］ Δ＝ｍＩＶ²ｓ²＋２｛ｍ（ｌf²Ｋf＋ｌr²Ｋr＋ｂｌrＫr
Ｖ）＋Ｉ（Ｋf＋Ｋr）｝Ｖｓ＋４ＫfＫr（ｌf＋ｌr）
（ｌf＋ｌr＋ｂＶ）−２ｍ（ｌfＫf−ｌrＫr）Ｖ² 第（１）式で表される制御則に従って後輪を操舵する場
合に、ステップ操舵時に後輪横加速度にステップ変化が
生じないようにするには、前輪操舵角δFに対する後輪
横加速度Ｙの伝達関数｛（１／Δ）（αｓ＋β）｝の、
ラプラス演算子ｓに関する分子多項式（αｓ＋β）の次
数が、１次以下でなければならない。又、後輪横速度が
ステップ操舵直後に定常値と反対方向に作用するという
逆応答現象が生じないようにするには、上記伝達関数の
零点が、複素数平面（ｓ平面）の右半面上に存してはな
らない。

【００１１】即ち、例えば、伊藤正美著「自動制御概
論」昭晃堂，１９８９年７月２０日発行の第２１７〜２
１８頁に記載されているように、ある要素の伝達関数が
ｓ平面の右半面上に零点をもつと、その要素のインディ
シャル応答は応答の初期で、最終値と逆方向に振れた
り、正負反転を起こしたりするからである。上述の２つ
の条件は、αｓ＋β≠０が成立するときに満たされる。
又、後輪横速度Ｙの定常値は一般には負であるので、第
（３）式に徴して、β＜０であると考えられる。結局、
α≦０のとき、即ち下記第（４）式が成立するときに、
αｓ＋β≠０が成立することになる。

【００１２】ａ≦｛Ｋf（ｍｌfｌr−Ｉ｝／｛Ｋr（Ｉ＋ｍｌr²｝・・・（４）第（４）式中の変数（車両の諸元）に典型的な値を代入
すると、第（１）式右辺第１項の係数ａとして例えば−
０．０４８が求まる。従って、第（１）式に示す制御則
に従って、後輪操舵を行うことにより、ステップ操舵に
対する後輪横速度のステップ変化及び逆応答現象、ひい
ては４ＷＳ車における違和感を解消可能となる。

【００１３】本発明の後輪操舵方法は、上述の知見に基
づいて創案されたもので、前輪舵角および車両のヨー角
速度を検出する行程と、検出された前輪舵角と予め定め
た第１係数とに基づいて逆相後輪舵角を算出する行程
と、検出されたヨー角速度と予め定めた第２係数とに基
づいて同相後輪舵角を算出する行程と、逆相後輪舵角と
同相後輪舵角とから求まる目標後輪舵角に実際後輪舵角
が等しくなるように後輪を操舵する行程とを備え、第１
係数は、ステップ操舵に対して後輪横速度のステップ変
化および逆応答現象が発生しないような値に設定される
ことを特徴とする。

【００１４】好ましくは、第１係数の値の設定は、後輪
横速度およびヨー角速度についての、第１及び第２係数
と車両の諸元とにより表される車両の運動方程式を導出
する行程と、前輪舵角と後輪横速度との関係を表す伝達
関数を運動方程式から導出する行程と、伝達関数の分子
多項式の次数が一次以下になると共に伝達関数が複素平
面の右半面上で零点をとらないような値に、第１係数を
設定する行程とを含む。

【００１５】好ましくは、第２係数は、車両旋回時の重
心スリップ角が抑制されるような値に設定される。

【００１６】

【作用】ステップ操舵に対する後輪横速度のステップ変
化および逆応答現象が発生しないような値に、第１係数
が予め設定される。このため、例えば、後輪横速度及び
ヨー角速度についての車両の運動方程式が導出され、次
に、この運動方程式から、前輪舵角と後輪横速度との関
係を表す伝達関数が導出される。そして、伝達関数の分
子多項式の次数が一次以下になると共に伝達関数が複素
平面の右半面上で零点をとらないような値に、第１係数
が設定される。

【００１７】車両旋回時、前輪舵角及びヨー角速度が検
出される。次に、前輪舵角と第１係数とに基づいて逆相
後輪舵角が算出され、又、ヨー角速度と第２係数とに基
づいて同相後輪舵角が算出される。そして、逆相および
同相後輪舵角から算出した目標後輪舵角に実際後輪舵角
が等しくなるように後輪が操舵される。ヨー角速度が小
さい旋回初期は後輪は逆相に操舵され、その後のヨー角
速度の増大につれて後輪は同相に操舵される。

【００１８】本発明によれば、第１係数を上述の値に設
定したことから、ステップ操舵に対する後輪横速度の逆
応答現象として現れる従来の同相操舵式４ＷＳ車での違
和感およびステップ操舵に対する後輪横速度のステップ
変化として現れる従来の同相・一瞬逆相操舵式４ＷＳ車
での違和感が解消される。このため、操舵時の運転フィ
ーリングは、２ＷＳ車の運転フィーリングに類した自然
なものになる。

【００１９】又、本発明の特定の態様によれば、第２係
数は、車両旋回時の重心スリップ角が抑制されるような
値に設定され、これにより従来の４ＷＳ車と同様の操縦
安定性が担保される。

【００２０】

【実施例】図２を参照すると、自動車の左右の前輪１
L，１Rは、タイロッド３を介して前輪パワーステアリン
グ装置２に連結されている。この装置２は、後述の各種
要素と協働して、本発明の一実施例による後輪操舵制御
方法が適用される四輪操舵装置を成すもので、ステアリ
ングハンドル４によって作動されるラック・ピニオン機
構（図示略）と、これに連結され油圧シリンダからなる
前輪操舵アクチュエータ（図示略）とから構成されてい
る。

【００２１】前輪操舵アクチュエータは、ステアリング
ハンドル４によって作動される前輪操舵バルブ５を介し
て、ポンプユニット６の一方の油圧ポンプ７に接続され
ている。ポンプユニット６は、エンジン８によって駆動
される２連ポンプからなり、他方の油圧ポンプ９は、後
輪操舵バルブ１０を介して後輪操舵アクチュエータ１１
に接続されている。

【００２２】後輪操舵アクチュエータ１１も油圧シリン
ダからなり、該アクチュエータ１１のピストンロッド
は、タイロッド１２を介して左右の後輪１３L，１３Rに
連結されている。図２中、参照符号１４はリザーバタン
クを示す。前輪操舵アクチュエータは、ステアリングハ
ンドル４の操舵時の、前輪操舵バルブ５を介する油圧ポ
ンプ７からの作動油供給により、操舵方向に応じて作動
するようになっている。これに対して、後輪操舵アクチ
ュエータ１１の作動は、コントローラ１５によって制御
される。即ち、コントローラ１５は、ステアリングハン
ドル４が操舵されたとき、後輪操舵バルブ１０に車両走
行状態に適した作動制御信号を供給し、これにより、油
圧ポンプ９からバルブ１０を介して後輪操舵アクチュエ
ータ１１に供給される作動油圧を制御するようにしてい
る。

【００２３】上述の前後輪操舵アクチュエータ作動制御
に関連して、コントローラ１５は、各種のセンサやメー
タ類６１に対して電気的に接続されている。即ち、コン
トローラ１５には、車速センサ２６およびメータ類６１
からの車速Ｖや各種機器の作動状態を示すセンサ信号
と、ハンドル角センサ１６からのハンドル角θHを示す
センサ信号と、後輪操舵角センサ１７からの実後輪操舵
角δRaを示すセンサ信号と、ヨーレイトセンサ６０から
の、車両の実際のヨーレイト（車体重心まわりの自転運
動の速さ）Ｙを示すセンサ信号が供給されるようになっ
ている。

【００２４】図３に示すように、コントローラ１５は、
機能的には、ハンドル角センサ１６，後輪操舵角センサ
１７，車速センサ２６，ヨーレイトセンサ６０及びメー
タ類６１からのデータを受け取る入力部３０と、入力部
３０からのデータに基づいて車両の走行モードを判定す
るモード判定部３２とを備えている。モード判定部３２
は、ハンドル角θH，車速Ｖおよびメータ類からのデー
タに基づいて操舵モード（例えば、その制御の中止、後
輪の位相制御）を選択する機能を有している。更に、コ
ントローラ１５は、入力部３０およびモード判定部３２
からのデータに基づき、後輪操舵バルブ１０の作動制御
信号ＳRを算出する操舵バルブ作動制御部３４と、該制
御部３４で算出した作動制御信号ＳRを後輪操舵バルブ
１０に向けて出力する出力部３５とを備えている。

【００２５】操舵バルブ作動制御部３４は、入力部３０
及びモード判定部３２からの出力データに基づいて後輪
操舵バルブ作動制御信号ＳRを算出するもので、モード
判定部３２により後輪位相制御が選択された場合には、
ハンドル角θHおよびヨーレイトＹに基づいて後輪操舵
角δRを演算する。制御部３４は、その後輪操舵角演算
機能に関連して、図４に示すように構成されている。

【００２６】即ち、操舵バルブ作動制御部３４におい
て、ハンドル角データθHが逆相後輪舵角演算部５１に
供給され、又、ヨーレイトデータγが同相後輪舵角演算
部５２に供給される。逆相後輪舵角演算部５１では、第
１係数ａをステアリングギヤ比ρで除して得た値がハン
ドル角θHに乗じられ、これにより逆相後輪舵角δR1が
求められる。なお、第１係数ａとしては、車両の運動方
程式（第（２）式）から導出した伝達関数（第（３）式
に対応）の分子多項式の次数が一次以下になると共に伝
達関数が複素平面の右半面上で零点をとらないような値
たとえば−０．０４８に予め設定されたものが用いられ
る。第１係数ａは、制御部３４としてのコントローラ１
５に内蔵されたメモリ（図示略）に予め格納されてい
る。

【００２７】又、同相後輪舵角演算部５２では、第２係
数ｂがヨーレイトγに乗じられて、同相後輪舵角δR2が
求められる。第２係数ｂとしては、車両旋回時の重心ス
リップ角が抑制されるような値に予め設定されメモリに
格納されたものが用いられる。第２係数ｂは、車両に加
わる外乱たとえば横風、路面凹凸に対する車両の安定性
向上のため、正の値をとる。

【００２８】そして、加算部５３において、逆相後輪舵
角δR1と同相後輪舵角δR2とが加算され、これにより目
標後輪舵角δRが算出される。操舵バルブ作動制御部３
４は、斯く算出された目標後輪操舵角δRと後輪操舵角
センサ１７からの実後輪操舵角δRaとの偏差に応じた作
動制御信号ＳRを、出力部３５を介して、後輪操舵バル
ブ１０に向けて出力し、これにより、後輪操舵アクチュ
エータ１１は、後輪１３L，１３Rの実操舵角を後輪操舵
角δRに一致させるべく作動する。

【００２９】上述の後輪操舵によれば、ヨー角速度が小
さい旋回初期では、後輪舵角δRに対する逆相後輪舵角
δR1の寄与が大きく、従って、後輪１３L，１３Rは前輪
１L，１Rと逆相側に操舵される。ここで、逆相後輪舵角
δR1の算出に用いる第１係数ａは、ステップ操舵に対す
る後輪横速度のステップ変化および逆応答現象が生じな
いような値に設定されている。このため、ステップ操舵
したとき、後輪横速度は時間経過につれて図１に二点鎖
線で示すように変化する。換言すれば、ステップ操舵に
対する後輪横加速度の逆応答現象（図１に一点鎖線で示
す）として現れる従来の同相操舵式４ＷＳ車での違和感
およびステップ操舵に対する後輪横速度のステップ変化
（図１に破線で示す）として現れる従来の同相・一瞬逆
相操舵式４ＷＳ車での違和感が除去され、操舵時の運転
フィーリングが向上する。

【００３０】その後、ヨー角速度が増大するにつれて、
同相後輪舵角δR2の寄与分が増大し、従って、後輪１３
L，１３Rは前輪１L，１Rと同相側に操舵される。ここ
で、同相後輪舵角δR2の算出に用いられる第２係数ｂ
は、車両旋回時の定常重心スリップ角が従来の４ＷＳ車
の場合と同等に抑制されるような値に設定されている。
このため、車両の操縦安定性は従来の４ＷＳ車の場合と
同等になる。

【００３１】本発明は上記実施例に限定されず、種々に
変形可能である。例えば、実施例では、実際の後輪舵角
δRaと目標後輪舵角δRとの偏差に従って後輪舵角をフ
ィードバック制御するようにしたが、後輪舵角を目標値
δRにオープンループ制御しても良い。又、逆相および
同相後輪舵角δR1，δR2を路面μなどの車両運転パラメ
ータに応じて補正するようにしても良い。

【００３２】

【発明の効果】上述のように、本発明の後輪操舵方法
は、ステップ操舵に対する後輪横速度のステップ変化お
よび逆応答現象が生じないような値に設定した第１係数
と前輪舵角とに基づいて逆相後輪舵角を算出すると共に
第２係数とヨー角速度とに基づいて同相後輪舵角を算出
し、実際後輪舵角が逆相および同相後輪舵角に基づいて
算出した目標後輪舵角になるように後輪を操舵するよう
にしたので、ステップ操舵に対する後輪横速度のステッ
プ変化および逆応答現象として現れる操舵時の違和感を
除去でき、従って、操舵時の運転フィーリングを向上で
きる。

【００３３】又、車両の運動方程式から導出される伝達
関数の分子多項式の次数が一次以下になると共に伝達関
数が複素平面の右半面上で零点をとらないような値に設
定する本発明の特定の態様によれば、第１係数を、ステ
ップ操舵に対する後輪横速度のステップ変化及び逆応答
現象を防止可能な値に確実に設定できる。更に、車両旋
回時の重心スリップ角が抑制されるような値に第２係数
を設定する本発明の特定の態様によれば、車両の操縦安
定性を担保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した４ＷＳ車、従来の同相操
舵式４ＷＳ車、従来の同相・一瞬逆相操舵式４ＷＳ車お
よび２ＷＳ車の夫々においてステップ操舵が行われたと
きの後輪横速度の時間経過に伴う変化を示すグラフであ
る。

【図２】本発明の一実施例による後輪操舵方法を実施す
るための四輪操舵装置を装備した自動車を示す概略図で
ある。

【図３】図２のコントローラを詳細に示す機能ブロック
図である。

【図４】図３の操舵バルブ作動制御部としてのコントロ
ーラの、後輪操舵角演算機能に関連する構成を示す機能
ブロック図である。

【符号の説明】

４ステアリングハンドル１５コントローラ１６ハンドル角センサ５１逆相後輪舵角演算部５２同相後輪舵角演算部５３加算部６０ヨーレイトセンサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前輪舵角および車両のヨー角速度を検出
する行程と、前記検出された前輪舵角と予め定めた第１係数とに基づ
いて逆相後輪舵角を算出する行程と、前記検出されたヨー角速度と予め定めた第２係数とに基
づいて同相後輪舵角を算出する行程と、前記逆相後輪舵角と前記同相後輪舵角とから求まる目標
後輪舵角に実際後輪舵角が等しくなるように、後輪を操
舵する行程とを備え、前記第１係数は、ステップ操舵に対する後輪横速度のス
テップ変化および逆応答現象が発生しないような値に設
定されることを特徴とする後輪操舵方法。
【請求項２】前記第１係数の値の設定は、後輪横速度
およびヨー角速度についての、前記第１及び第２係数と
車両の諸元とにより表される車両の運動方程式を導出す
る行程と、前輪舵角と後輪横速度との関係を表す伝達関
数を前記運動方程式から導出する行程と、前記伝達関数
の分子多項式の次数が一次以下になると共に前記伝達関
数が複素平面の右半面上で零点をとらないような値に、
前記第１係数を設定する行程とを含むことを特徴とする
請求項１に記載の後輪操舵方法。
【請求項３】前記第２係数は、車両旋回時の重心スリ
ップ角が抑制されるような値に設定されることを特徴と
する請求項１に記載の後輪操舵方法。