JP2874474B2

JP2874474B2 - 四輪操舵制御装置

Info

Publication number: JP2874474B2
Application number: JP24437292A
Authority: JP
Inventors: 敏郎平井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH0692255A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステアリング操舵時に
後輪に所定の補助舵角を与える四輪操舵制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、四輪操舵制御装置としては、例え
ば、『ＭｏｔｏｒＦａｎ』（１９８７年９月発行）の２
８ページ〜２９ページに記載のものが知られている。

【０００３】この従来出典には、位相反転制御、つま
り、１次遅れ制御の考えをさらに進め、後輪を一瞬逆相
制御することでコーナリングフォースの発生をヨーの発
生方向に積極的に加えることで、ヨーレイトの立ち上が
りをさらに向上させる。そして、充分なヨーイングが得
られた後、後輪を同相側に反転し、ヨーレイトの増加を
抑え、車体横すべり角がつくのを止めて車体を安定させ
る技術が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の四輪操舵制御装置にあっては、１次遅れ時定数Ｔ_A
を含む下記の演算式により後輪舵角δ_r を算出して制御
を行なうようにしている為、下記に列挙するような問題
がある。

【０００５】δ_r ＝（Ｋ・θ＋τ₁・θ’＋τ₂・θ”）・
｛１／（１＋Ｔ_A・ｓ）｝Ｋ；定数 θ；ステアリング舵角 θ’；ステアリング
舵角微分値 θ”；ステアリング舵角２階微分値 τ₁,τ₂ ；車速等
により決まる変数ｓ；ラプラス演算子（１）１次遅れ時定数Ｔ_A をステアリングの切り始めに
自然な応答を得るべく大きな値による一定値に設定した
場合には、図６の点線特性に示すように、ステアリング
をステップ的に切った後の保舵状態でダンピング性に劣
り、後輪舵角の収束が遅れる。

【０００６】（２）上記問題を解決するために、ステア
リング舵角θが設定舵角θ₁ より小さい領域では１次遅
れ時定数Ｔ_A を大きな値に設定し、ステアリング舵角θ
が設定舵角θ₁ より大きい領域では１次遅れ時定数Ｔ_A
を小さな値に設定するというように、１次遅れ時定数Ｔ
_A をステアリング舵角θにより切り換えるようにした場
合、図６の実線特性に示すように、ステアリングの切り
始めに自然な応答と切った後の保舵状態での良好なダン
ピング性との両立を図ることができる。

【０００７】しかし、この場合、直進状態からの操舵入
力に対しては狙い通りの性能を得られるが、車線変更あ
るいは一定舵による旋回からの中立復帰時には大ステア
リング舵角からの切り始めに応答が急激になり、また、
小ステアリング舵角となる切り終りの領域でダンピング
性に劣るというように、逆の動きとなり違和感が出てし
まう。

【０００８】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、ステアリング操舵時に後輪に所定の補助
舵角を与える四輪操舵制御装置において、直進状態から
の操舵入力時と旋回状態からの操舵入力時のいずれの場
合にも自然な応答と良好なダンピング感の両立を図るこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の四輪操舵制御装置では、直進あるいは旋回から
の操舵入力の前期及び後期を正確に知ることができるヨ
ーレイト変化率に応じて時定数を変更することで後輪舵
角制御を行なう手段とした。

【００１０】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、後輪に外部からの指令により後輪舵角を与える後輪
舵角アクチュエータａと、ヨーレイト変化率を検出する
ヨーレイト変化率検出手段ｂと、直進あるいは旋回から
の操舵入力の前期域でのヨーレイト変化率なのか操舵入
力の後期域でのヨーレイト変化率なのかを区別する設定
値を予め決めておき、ヨーレイト変化率の絶対値が設定
値より小さい側で設定する時定数を、ヨーレイト変化率
の絶対値が設定値より大きい側で設定する時定数より大
きな値とする時定数設定手段ｃと、前記時定数設定手段
ｃにより設定された時定数を一次遅れ時定数として用い
た一次遅れ要素を含む後輪舵角演算式により制御目標と
する後輪舵角を演算する後輪舵角演算手段ｄと、前記後
輪舵角演算手段ｄにより演算された後輪舵角を得る制御
指令を前記後輪舵角アクチュエータａに出力する後輪舵
角制御手段ｅとを備えていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】直進あるいは旋回からの操舵入力の前期であっ
て、ヨーレイト変化率検出手段ｂにより検出されるヨー
レイト変化率の絶対値が直進あるいは旋回からの操舵入
力の前期域でのヨーレイト変化率なのか操舵入力の後期
域でのヨーレイト変化率なのかを区別する設定値より小
さい側では、時定数設定手段ｃにおいて、大きな値によ
る時定数に設定される。そして、後輪舵角演算手段ｄに
おいて、時定数設定手段ｃにより設定された時定数を用
いた所定の後輪舵角演算式により制御目標とする後輪舵
角が演算され、後輪舵角制御手段ｅにおいて、後輪舵角
演算手段ｄにより演算された後輪舵角を得る制御指令
が、後輪に外部からの指令により後輪舵角を与える後輪
舵角アクチュエータａに出力される。

【００１２】従って、直進あるいは旋回からの操舵入力
の前期には、大きな値による時定数により自然な応答に
より後輪舵角が与えられることになる。

【００１３】直進あるいは旋回からの操舵入力の後期で
あって、ヨーレイト変化率検出手段ｂにより検出される
ヨーレイト変化率の絶対値が直進あるいは旋回からの操
舵入力の前期域でのヨーレイト変化率なのか操舵入力の
後期域でのヨーレイト変化率なのかを区別する設定値よ
り大きい側では、時定数設定手段ｃにおいて、小さな値
による時定数に設定される。そして、後輪舵角演算手段
ｄにおいて、時定数設定手段ｃにより設定された時定数
を一次遅れ時定数として用いた一次遅れ要素を含む後輪
舵角演算式により制御目標とする後輪舵角が演算され、
後輪舵角制御手段ｅにおいて、後輪舵角演算手段ｄによ
り演算された後輪舵角を得る制御指令が、後輪に外部か
らの指令により後輪舵角を与える後輪舵角アクチュエー
タａに出力される。

【００１４】従って、直進あるいは旋回からの操舵入力
の後期には、小さな値による時定数により良好なダンピ
ング感を得る後輪舵角が与えられることになる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】構成を説明する。

【００１７】図２は実施例の四輪操舵制御装置を示す全
体システム図である。

【００１８】実施例の四輪操舵制御装置は、図２に示す
ように、前輪１，２の操舵は、ステアリングハンドル３
と機械リンク式ステアリング機構４によって行なわれ
る。これは、例えば、ステアリングギア、ピットマンア
ーム、リレーロッド、サイドロッド５，６、ナックルア
ーム７，８等で構成される。

【００１９】そして、後輪９，１０の転舵は、電動式ス
テアリング装置１１（後輪舵角アクチュエータに相当）
によって行なわれる。この後輪９，１０間は、ラックシ
ャフト１２、サイドロッド１３，１４、ナックルアーム
１５，１６により連結され、ラック１２が内挿されたラ
ックチューブ１７には、減速機構１８とモータ１９とフ
ェイルセーフソレノイド２０が設けられ、このモータ１
９とフェイルセーフソレノイド２０は、車速センサ２
１，前輪舵角センサ２２，ストロークセンサ２３，エン
コーダ２４，ロードセル２５，ヨーレイトセンサ２７等
からの信号を入力するコントローラ２６により駆動制御
される。

【００２０】前記電動式ステアリング装置１１では、モ
ータ１９が回転すると、ラックピニオンとラックギアと
の噛み合いによりラックシャフト１２が軸方向へ移動し
て後輪９，１０の転舵が行なわれる。この後輪９，１０
の転舵量は、ラックシャフト１２の移動量、即ち、モー
タ１９の回転量に比例する。

【００２１】作用を説明する。

【００２２】（イ）後輪舵角制御作動図３はコントローラ２６で行なわれる後輪舵角制御作動
の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップにつ
いて説明する。

【００２３】ステップ３０では、前輪舵角センサ２２か
らのセンサ信号に基づき求められたステアリング舵角θ
と、車速センサ２１からのセンサ信号により求められた
車速Ｖと、ヨーレイトセンサ２７からのセンサ信号によ
り求められたヨーレイトψ’とが入力される。

【００２４】ステップ３１では、ステップ３０で入力さ
れたヨーレイトψ’を時間微分することでヨージャーク
ψ”が演算される（ヨーレイト変化率検出手段に相
当）。

【００２５】ステップ３２では、ヨージャーク絶対値｜
ψ”｜が設定値ψ_o ”以下かどうかが判断される。

【００２６】ステップ３２でＹＥＳと判断された時は、
ステップ３３へ進み、大きな値Ｔ₁ が１次遅れ時定数Ｔ
_A として設定される。

【００２７】ステップ３２でＮＯと判断された時は、ス
テップ３４へ進み、小さな値Ｔ₀ が１次遅れ時定数Ｔ_A
として設定される。

【００２８】尚、ステップ３２〜ステップ３４は、時定
数設定手段に相当する。

【００２９】ステップ３５では、ステップ３３またはス
テップ３４で設定された１次遅れ時定数Ｔ_A を用いて下
記の式により後輪舵角δ_r が演算される（後輪舵角演算
手段に相当）。

【００３０】δ_r ＝（Ｋ・θ＋τ₁・θ’＋τ₂・θ”）・
｛１／（１＋Ｔ_A・ｓ）｝Ｋ；定数 θ；ステアリング舵角 θ’；ステアリング
舵角微分値 θ”；ステアリング舵角２階微分値 τ₁,τ₂ ；車速等
により決まる変数ｓ；ラプラス演算子ステップ３６では、ステップ３５で演算された後輪舵角
δ_r が得られる制御指令（モータ電流）がモータ１９に
出力される（後輪舵角制御手段に相当）。

【００３１】尚、モータ１９へのモータ電流は、下記に
示すモータ電流制御式により与えられる。

【００３２】ＩM ＝Ｌ・θε−ｍ・ d(θM)＋ＫｐＩM ：モータ電流Ｌ：比例定数 θε：目標値と追従値との偏差ｍ：ダンピング定
数 d(θM)：モータ回転角速度Ｋｐ：フリクショ
ン補正定数（ロ）直進からの操舵入力時直進走行からコーナに入る場合のような直進からの操舵
入力時であって、図４の最上部に示すステアリング舵角
特性にように、ステアリング舵角θをステップ的に立ち
上げ、所定の舵角位置で保舵する時には、ヨーレイト
ψ’の発生状況は、図４の中下部のヨーレイト特性に示
すように、ステアリング舵角θの上昇に対しタイムラグ
を持って上昇する特性を示し、このヨーレイト変化率で
あるヨージャークψ”は、図４の最下部のヨージャーク
特性に示すように、ステアリング舵角θが上昇している
操舵入力の前期域では設定値ψ_o ”以下となり、ステア
リング舵角θがほぼ保舵されている操舵入力の後期域で
は設定値ψ_o ”を超える特性を示す。従って、１次遅れ
時定数Ｔ_A は、操舵入力の前期域で大きな値に設定さ
れ、操舵入力の後期域で小さな値に設定されるというよ
うに切り換えられ、この１次遅れ時定数Ｔ_A を用いて後
輪舵角δ_r が上記式により演算される。

【００３３】この結果、図４の後輪舵角特性及びヨーレ
イト特性に示すように、操舵入力の前期域で大きな値に
よる１次遅れ時定数Ｔ_A により自然な応答が得られ、操
舵入力の後期域で小さな値による１次遅れ時定数Ｔ_A に
より良好なダンピング性が得られることになる。

【００３４】比較対象として、例えば、１次遅れ時定数
Ｔ_A を操舵入力の前期域で自然な応答を得るべく大きな
値による一定値に設定した場合、図４の後輪舵角及びヨ
ーレイトの点線特性に示すように、操舵入力の後期にダ
ンピング性に劣り、後輪舵角ならびにヨーレイトがふら
つく。

【００３５】（ハ）旋回からの操舵入力時車線変更時や旋回からの中立復帰時等のように、旋回か
らの操舵入力時であって、図５の最上部に示すステアリ
ング舵角特性にように、ステアリング舵角θをステップ
的に下げ、ステアリング舵角θが零の位置で保舵する時
には、ヨーレイトψ’の発生状況は、図５の中下部のヨ
ーレイト特性に示すように、ステアリング舵角θの下降
に対しタイムラグを持って下降する特性を示し、このヨ
ーレイト変化率であるヨージャークψ”は、図５の最下
部のヨージャーク特性に示すように、ステアリング舵角
θが下降している操舵入力の前期域では設定値ψ_o ”以
下となり、ステアリング舵角θがほぼ零舵角位置で保舵
されている操舵入力の後期域では設定値ψ_o ”を超える
特性を示す。従って、１次遅れ時定数Ｔ_A は、操舵入力
の前期域で大きな値に設定され、操舵入力の後期域で小
さな値に設定されるというように切り換えられ、この１
次遅れ時定数Ｔ_A を用いて後輪舵角δ_r が上記式により
演算される。

【００３６】この結果、図５の後輪舵角特性及びヨーレ
イト特性に示すように、操舵入力の前期域で大きな値に
よる１次遅れ時定数Ｔ_A により自然な応答が得られ、操
舵入力の後期域で小さな値による１次遅れ時定数Ｔ_A に
より良好なダンピング性が得られることになる。

【００３７】比較対象として、例えば、ステアリング舵
角θが設定舵角θ₁ より小さい領域では１次遅れ時定数
Ｔ_A を大きな値に設定し、ステアリング舵角θが設定舵
角θ₁より大きい領域では１次遅れ時定数Ｔ_A を小さな
値に設定するというように、１次遅れ時定数Ｔ_A をステ
アリング舵角θにより切り換えるようにした場合、図５
の後輪舵角及びヨーレイトの点線特性に示すように、操
舵入力の前期域では応答が急激になり、また、操舵入力
の後期域ではダンピング性に劣るというように、違和感
が出てしまう。

【００３８】効果を説明する。

【００３９】直進あるいは旋回からの操舵入力の前期及
び後期を正確に知ることができるヨージャーク絶対値｜
ψ”｜が設定値ψ₀ ”以下の領域では１次遅れ時定数Ｔ
_A を大きな値とし、ヨージャーク絶対値｜ψ”｜が設定
値ψ₀ ”を超えた領域では１次遅れ時定数Ｔ_A を小さな
値とするというように、１次遅れ時定数Ｔ_A をヨージャ
ーク絶対値｜ψ”｜の大きさに応じて変更することで後
輪舵角制御を行なう装置とした為、直進状態からの操舵
入力時と旋回状態からの操舵入力時のいずれの場合にも
自然な応答と良好なダンピング感の両立を図ることがで
きる。

【００４０】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。

【００４１】例えば、実施例では、後輪舵角アクチュエ
ータとしてモータアクチュエータの例を示したが、油圧
パワーシリンダを用いた油圧アクチュエータ等であって
も良い。

【００４２】実施例では、後輪舵角制御として位相反転
制御を行なう例を示したが、１次遅れ時定数を含む後輪
舵角算出式による制御であれば、比例制御や位相遅れ制
御等のように、他の後輪舵角制御としても良い。

【００４３】実施例では、ヨーレイト変化率に応じて２
段階に１次遅れ時定数を変更する例を示したが、２段階
以上の多段階で変更する例であっても良いし、また、ヨ
ーレイト変化率に応じて無段階に１次遅れ時定数を変更
する例であっても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、ステアリング操舵時に後輪に所定の補助舵角を与え
る四輪操舵制御装置において、直進あるいは旋回からの
操舵入力の前期及び後期を正確に知ることができるヨー
レイト変化率を用い、直進あるいは旋回からの操舵入力
の前期域でのヨーレイト変化率なのか操舵入力の後期域
でのヨーレイト変化率なのかを区別する設定値を予め決
めておき、ヨーレイト変化率の絶対値が設定値より小さ
い側で設定する時定数を、ヨーレイト変化率の絶対値が
設定値より大きい側で設定する時定数より大きな値とす
る時定数設定手段と、時定数設定手段により設定された
時定数を一次遅れ時定数として用いた一次遅れ要素を含
む後輪舵角演算式により制御目標とする後輪舵角を演算
することで後輪舵角制御を行なう後輪舵角制御手段を設
けた為、直進状態からの操舵入力時と旋回状態からの操
舵入力時のいずれの場合にも自然な応答と良好なダンピ
ング感の両立を図ることが出来るという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の四輪操舵制御装置を示すクレーム対応
図である。

【図２】実施例の四輪操舵制御装置を示す全体システム
図である。

【図３】実施例装置のコントローラで行なわれる後輪舵
角制御作動の流れを示すフローチャートである。

【図４】実施例装置で直進からの操舵入力時のステアリ
ング舵角，後輪舵角，ヨーレイト，ヨージャークの各特
性を示すタイムチャートである。

【図５】実施例装置で旋回からの操舵入力時のステアリ
ング舵角，後輪舵角，ヨーレイト，ヨージャークの各特
性を示すタイムチャートである。

【図６】従来装置で直進からの操舵入力時のステアリン
グ舵角，後輪舵角，ヨーレイトの各特性を示すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

ａ後輪舵角アクチュエータｂヨーレイト変化率検出手段ｃ時定数設定手段ｄ後輪舵角演算手段ｅ後輪舵角制御手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】後輪に外部からの指令により後輪舵角を
与える後輪舵角アクチュエータと、ヨーレイト変化率を検出するヨーレイト変化率検出手段
と、直進あるいは旋回からの操舵入力の前期域でのヨーレイ
ト変化率なのか操舵入力の後期域でのヨーレイト変化率
なのかを区別する設定値を予め決めておき、ヨーレイト
変化率の絶対値が設定値より小さい側で設定する時定数
を、ヨーレイト変化率の絶対値が設定値より大きい側で
設定する時定数より大きな値とする時定数設定手段と、前記時定数設定手段により設定された時定数を一次遅れ
時定数として用いた一次遅れ要素を含む後輪舵角演算式
により制御目標とする後輪舵角を演算する後輪舵角演算
手段と、前記後輪舵角演算手段により演算された後輪舵角を得る
制御指令を前記後輪舵角アクチュエータに出力する後輪
舵角制御手段と、を備えていることを特徴とする四輪操舵制御装置。