JP2927136B2 - 四輪操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、前輪操舵時にヨーレイ
トフィードバック制御により補助舵角を与える四輪操舵
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、前輪操舵時にヨーレイトフィード
バック制御により後輪に補助舵角を与える四輪操舵装置
としては、例えば、特開平３−９２４８２号公報に記載
の装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の四輪操舵装置にあっては、前輪の操舵角が小さいと
きに検出ヨーレイトを大きく反映させて目標操舵量を設
定する、すなわち、中立ステア領域でのみフィードバッ
クゲインを高める制御を行なう装置であるため、中立ス
テア領域での横風などの外乱に対し直進安定性を高める
ことができるが、高横加速度旋回時にはフィードバック
ゲインが低く設定されることになり、この高横加速度旋
回領域で制御応答の遅れにより、目標ヨーレイトに対し
実ヨーレイトがふらつき、収束性に劣るという問題があ
る。

【０００４】そこで、中立ステア〜高横加速度旋回まで
の全領域で一定の高いフィードバックゲインを設定する
と、中立ステア領域での外乱直進安定性と高横加速度旋
回領域での収束性を得ることができるが、最も多用され
る低〜中横加速度旋回領域において目標ヨーレイトと実
ヨーレイトとの偏差の発生に対して後輪舵角の切れ応答
が高くなり過ぎ、ドライバーに違和感を与えてしまう。

【０００５】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、その目的とするところは、前輪操舵時に
ヨーレイトフィードバック制御により補助舵角を与える
四輪操舵装置において、偏差の発生に対する定常補助舵
角量を決める値であるフィードバック比例ゲインを、横
加速度情報に基づいて判断される走行状況により設定す
ることで、中立ステア領域での外乱直進安定性向上と低
〜中横加速度旋回領域での違和感解消と高横加速度旋回
領域での収束性向上とを併せて達成することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の四輪操舵装置では、中立ステア領域と高横加速
度旋回領域とでフィードバック比例ゲインを高く設定
し、低〜中横加速度旋回領域ではフィードバック比例ゲ
インを低く設定し、この設定されたフィードバック比例
ゲインと算出された偏差による定常補助舵角量を用いて
補助舵角のヨーレイトフィードバック制御を行なう手段
とした。

【０００７】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、外部からの指令により少なくとも前後輪の一方に補
助舵角を与えることができる補助舵角アクチュエータａ
と、車速を検出する車速検出手段ｂと、ステアリング舵
角を検出するステアリング舵角検出手段ｃと、ヨーレイ
トを検出するヨーレイト検出手段ｄと、車速及びステア
リング舵角に応じた目標ヨーレイトを算出する目標ヨー
レイト算出手段ｅと、目標ヨーレイトと前記ヨーレイト
検出手段ｄからの実ヨーレイトとの偏差を算出する偏差
算出手段ｈと、前記偏差の発生に対する定常補助舵角量
を決める値であるフィードバック比例ゲインを、横加速
度情報に基づいて判断される走行状況が中立ステア領域
と高横加速度旋回領域とで高く設定し、旋回時に最も多
用される低〜中横加速度旋回領域で低く設定するフィー
ドバック比例ゲイン設定手段ｆと、設定されたフィード
バック比例ゲインと算出された偏差を掛け合わせて得ら
れる定常補助舵角量とする指令を前記補助舵角アクチュ
エータａに出力するヨーレイトフィードバック制御手段
ｇと、を備えている。

【０００８】

【作用】前輪操舵時には、目標ヨーレイト算出手段ｅに
おいて、車速検出手段ｂからの車速及びステアリング舵
角検出手段ｃからのステアリング舵角に応じた目標ヨー
レイトが算出され、偏差算出手段ｈにおいて、目標ヨー
レイトとヨーレイト検出手段ｄからの実ヨーレイトとの
偏差が算出される。

【０００９】一方、フィードバック比例ゲイン設定手段
ｆにおいて、偏差の発生に対する定常補助舵角量を決め
る値であるフィードバック比例ゲインが、横加速度情報
に基づいて判断される走行状況が中立ステア領域と高横
加速度旋回領域とで高く設定され、低〜中横加速度旋回
領域では低く設定される。

【００１０】そして、ヨーレイトフィードバック制御手
段ｇにおいて、設定されたフィードバック比例ゲインと
算出された偏差を掛け合わせて得られる定常補助舵角量
とする指令が補助舵角アクチュエータａに出力され、補
助舵角アクチュエータａの作動により少なくとも前後輪
の一方に補助舵角が与えられる。

【００１１】したがって、前輪操舵時にヨーレイトフィ
ードバック制御により補助舵角を与えるにあたって、中
立ステア領域では、フィードバック比例ゲインが高く設
定されることで、外乱に対しこの影響を排除するように
応答良く補助舵角が与えられ、外乱直進安定性が向上す
る。

【００１２】また、低〜中横加速度旋回領域では、フィ
ードバック比例ゲインが低く設定されることで、目標ヨ
ーレイトと実ヨーレイトとの偏差の発生に対し低応答で
補助舵角が与えられ、ドライバーに対し違和感を与える
ことが解消される。

【００１３】また、高横加速度旋回領域では、フィード
バック比例ゲインが高く設定されることで、実ヨーレイ
トが目標ヨーレイトにすみやかに収束するように応答良
く補助舵角が与えられ、実ヨーレイトのふらつきが抑え
られ、ヨーレイト収束性が向上する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】構成を説明する。

【００１６】図２は本発明実施例の四輪操舵装置が適用
された車両を示す全体システム図である。

【００１７】図２において、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。

【００１８】そして、後輪９，１０の転舵は、電動式ス
テアリング装置１１（補助舵角アクチュエータａ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１９とフェイルセーフソレノイド２０は、車速センサ
２１（車速検出手段ｂに相当），前輪舵角センサ２２
（ステアリング舵角検出手段ｃに相当），リア舵角サブ
センサ２３，リア舵角メインセンサ２４，ヨーレイトセ
ンサ２５（ヨーレイト検出手段ｄに相当）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。

【００１９】図３は電動式ステアリング装置１１の具体
的な構成を示す断面図である。

【００２０】図３において、ラック１２が内挿されたラ
ックチューブ１７はブラケットを介して車体に固定され
ている。そして、ラック１２の両端部には、ボールジョ
イント３０，３１を介してサイドロッド１３，１４が連
結されている。減速機構１８は、モータ１９のモータ軸
に連結されたモータピニオン３２と、該モータピニオン
３２に噛合するリングギア３３と、該リングギア３３に
固定されると共にラックギア１２ａに噛み合うラックピ
ニオン３５とによって構成されている。従って、モータ
１９のモータ軸が回転すると、モータピニオン３２→リ
ングギア３３→ラックピニオン３５へと回転が伝達さ
れ、回転するラックピニオン３５とラックギア１２ａ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
タ軸の回転量に比例する。

【００２１】前記ラックピニオン３５には、その回転量
により後輪舵角を検出するポテンショメータ構造のリア
舵角メインセンサ２４が設けられている。

【００２２】前記フェイルセーフソレノイド２０には、
ロックピン２０ａが進退可能に設けられていて、電子制
御系等のフェイル時には、ラックシャフト１２に形成さ
れたロック溝１２ｂにロックピン２０ａを嵌入させるこ
とでラックシャフト１２を、後輪９，１０が中立舵角位
置を保つ位置に固定するようにしている。

【００２３】作用を説明する。

【００２４】［後輪舵角制御作動］図４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
チャートであり、以下、各ステップについて説明する。

【００２５】ステップ４０では、車速Ｖとステアリング
舵角θと実ヨーレイトψ'Sとリア舵角メインセンサ値δ
rSとが読み込まれる。

【００２６】ステップ４１では、車速Ｖとステアリング
舵角θにより、フィードフォワード後輪舵角δrF/Fの演
算に用いられる比例ゲインＫ，微分ゲインτ、２回微分
ゲインτ’がマップにより読み込まれる。

【００２７】ステップ４２では、フィードフォワード後
輪舵角δrF/Fが下記の式により算出される。

【００２８】δrF/F＝Ｋ・θ＋τ・θ’＋τ’・θ” θ’；ステアリング舵角微分値 θ”；ステアリング舵
角２回微分値 ステップ４３では、車速Ｖとステアリング舵角θにより
算出される目標ヨーレイト定常値ψ'MO と予め設定され
た遅れ時定数TOにより下記の式で目標ヨーレイトψ'Mが
算出される（目標ヨーレイト算出手段ｅに相当）。

【００２９】 ψ'M＝ψ'MO ／（１＋TO・Ｓ） Ｓ；ラプラス演算子 ステップ４４では、目標ヨーレイトψ'Mと実ヨーレイト
ψ'Sとの偏差εが算出される（偏差算出手段ｈに相
当）。

【００３０】ステップ４５では、車速Ｖとステアリング
舵角θに応じてフィードバック比例ゲインＫP 及びフィ
ードバック微分ゲインＫD がマップに基づいて設定され
る（フィードバック比例ゲイン設定手段ｆに相当）。

【００３１】ここで、フィードバック比例ゲインＫP と
は、後輪の定常舵角量を決める値で、大きいとそれだけ
後輪は切れる。また、フィードバック微分ゲインＫD と
は、過渡的な舵角量を決める値で、ドライバーの違和感
を取り除くチューニング代として使われる。

【００３２】このフィードバック比例ゲインＫP の設定
は、例えば、車速が１００km/hの時、図５に示すマップ
に基づき、中立ステア領域と高横加速度旋回領域では比
例ゲインＫP が高い値に設定され、低〜中横加速度旋回
領域では比例ゲインＫP が低く設定される。なお、比例
ゲインＫP は段階的な値で与えられるのではなく、滑ら
かに変化する値で与えられる。また、マップは所定の車
速毎に設定されていて、マップの存在しない中間車速で
は補間法などにより比例ゲインＫP が演算される。

【００３３】このフィードバック微分ゲインＫD の設定
は、例えば、車速が１００km/hの時、図６に示すマップ
に基づき、中立ステア領域と高横加速度旋回領域では微
分ゲインＫD が高い値に設定され、低〜中横加速度旋回
領域では微分ゲインＫD が低く設定される。なお、微分
ゲインＫD は段階的な値で与えられるのではなく、滑ら
かに変化する値で与えられる。また、微分ゲインマップ
を設定することなく、例えば、ＫD ＝０．０８×ＫP の
式により微分ゲインＫD を与えるようにしても良い。

【００３４】ステップ４６では、前記偏差εと偏差微分
値ε’と比例ゲインＫP と微分ゲインＫD に基づいて下
記の式によりフィードバック後輪舵角δrF/Bが算出され
る。 δrF/B＝ＫP・ε＋ＫD・ε’ ステップ４７では、ステップ４６でのフィードバック後
輪舵角δrF/Bの値が、０．４ｄｅｇ以下かどうかが判断
される。

【００３５】ステップ４８では、ステップ４７によりδ
rF/B＞０．４ｄｅｇであると判断された時、フィードバ
ック後輪舵角δrF/Bが、δrF/B＝０．４ｄｅｇに上限規
定される。

【００３６】ステップ４９では、フィードフォワード後
輪舵角δrF/Fとフィードバック後輪舵角δrF/Bとの和に
より後輪舵角目標値δrMが算出される。

【００３７】ステップ５０では、ステップ４８での後輪
舵角目標値δrMがモータ回転目標値THi に変換される。

【００３８】ステップ５１では、リア舵角メインセンサ
値δrSがモータ回転実際値THNOに変換される。

【００３９】ステップ５２では、モータ制御電流ＩM が
モータ回転目標値THi とモータ回転実際値THNOにより算
出される。

【００４０】ステップ５３では、出力指令に応じてＰＷ
Ｍのデューティ比が制御され、モータ制御電流ＩM が出
力される。

【００４１】なお、ステップ４６〜ステップ５３は、ヨ
ーレイトフィードバック制御手段ｇに相当する。

【００４２】［中立ステアでの走行時］図７のタイムチ
ャートの上３段の特性に示すように、ステアリング舵角
θを中立位置に保舵したままの高速走行時で、一時的に
横風を受けた場合を例にとる。まず、Ｋ・θ＋τ・θ’
＋τ’・θ”の式で与えられるフィードフォワード後輪
舵角δrF/Fは、θ，θ’，θ”＝０であるため、図７の
上から４段目の特性に示すように、δrF/F＝０となる。

【００４３】次に、フィードバック後輪舵角δrF/Bは、
ステアリング舵角θを中立位置に保舵していることで目
標ヨーレイトψ'Mはゼロであるが、横風により実ヨーレ
イトψ'Sが発生することで、目標ヨーレイトψ'Mと実ヨ
ーレイトψ'Sとの偏差εが生じる。そして、図５及び図
６のマップにより比例ゲインＫP 及び微分ゲインＫDは
大きな値が与えられる。

【００４４】よって、ＫP・ε＋ＫD・ε’で与えられるフ
ィードバック後輪舵角δrF/Bは、図７の上から５段目の
特性に示すように、横風の入力に応じた舵角となる。

【００４５】したがって、横風を受けた場合、後輪舵角
目標値δrMは、δrM＝δrF/Bで与えられることになり、
実ヨーレイトψ'Sの発生状況をみると、図７の最下段の
特性に示すように、ヨーレイトフィードバック制御を行
なわない場合の点線特性に示す実ヨーレイトψ'Sの発生
に比べて、ヨーレイトフィードバック制御を行なった場
合には、実線特性に示すように、実ヨーレイトψ'Sの発
生が低く抑えられ、ハッチングで示す部分が効果代とし
てあらわれる。

【００４６】このように、中立ステア領域では、フィー
ドバック比例ゲインＫP 及びフィードバック微分ゲイン
ＫD が高く設定されることで、外乱に対しこの影響を排
除するように応答良く後輪舵角が与えられ、外乱直進安
定性が向上する。

【００４７】［低〜中横加速度旋回時］一般道路などで
の低速旋回時などのように、大きな横加速度の発生がな
い低〜中横加速度旋回時について説明する。

【００４８】まず、Ｋ・θ＋τ・θ’＋τ’・θ”の式
で与えられるフィードフォワード後輪舵角δrF/Fは、ス
テアリング舵角θやステアリング舵角微分値θ’（ステ
アリング速度）やステアリング舵角２回微分値θ”（ス
テアリング加速度）に応じた舵角となる。

【００４９】次に、フィードバック後輪舵角δrF/Bは、
車速Ｖやステアリング舵角θに応じた目標ヨーレイト
ψ'Mが与えられることで、目標ヨーレイトψ'Mと実ヨー
レイトψ'Sとの偏差εが生じる。そして、図５及び図６
のマップにより比例ゲインＫP及び微分ゲインＫD は小
さな値が与えられる。よって、ＫP・ε＋ＫD・ε’で与え
られるフィードバック後輪舵角δrF/Bは、偏差εの発生
に対して応答の遅れた舵角となる。

【００５０】したがって、後輪舵角目標値δrMは、通常
のフィードフォワード後輪舵角δrF/Fと偏差εの発生に
対して低応答のフィードバック後輪舵角δrF/Bとの和に
より与えられることになる。

【００５１】この結果、低〜中横加速度旋回中に実ヨー
レイトを変化させるような横風などを受けたとしても、
高応答で後輪舵角が変化することがなく、ドライバーに
対し違和感を与えることが解消される。

【００５２】［高横加速度旋回時］図８のタイムチャー
トの上２段の特性に示すように、高速走行を保ったまま
でステアリング舵角θをステップ的に高速で切った場合
を例にとる。

【００５３】まず、Ｋ・θ＋τ・θ’＋τ’・θ”の式
で与えられるフィードフォワード後輪舵角δrF/Fは、ス
テアリング舵角θやステアリング舵角微分値θ’やステ
アリング舵角２回微分値θ”に応じた舵角となり、図８
の上から３段目の特性に示すように、ステアリング舵角
入力にほぼ比例した特性で与えられる。

【００５４】次に、フィードバック後輪舵角δrF/Bは、
ステップ操舵により目標ヨーレイトψ'Mが急激に高まる
のに対し実ヨーレイトψ'Sの発生が遅れることで、ステ
ップ操舵初期において、目標ヨーレイトψ'Mと実ヨーレ
イトψ'Sとに大きな偏差εが生じる。そして、図５及び
図６のマップにより比例ゲインＫP 及び微分ゲインＫD
は大きな値が与えられる。よって、ＫP・ε＋ＫD・ε’で
与えられるフィードバック後輪舵角δrF/Bは、図８の上
から４段目の特性に示すように、ステップ操舵初期領域
で急激に上昇した後、ゆっくりと低下し、その後、一定
舵角を保つような舵角特性となる。

【００５５】したがって、高横加速度旋回時には、後輪
舵角目標値δrMは、δrM＝δrF/F＋δrF/Bで与えられる
ことになり、実ヨーレイトψ'Sの発生状況をみると、図
８の最下段の特性に示すように、ヨーレイトフィードバ
ック制御を行なわない場合は点線特性に示すように実ヨ
ーレイトψ'Sのふらつきを持って発生するのに比べて、
ヨーレイトフィードバック制御を行なった場合には、実
線特性に示すように、実ヨーレイトψ'Sのふらつきが抑
えられる。

【００５６】このように、高横加速度旋回領域では、ヨ
ーレイトフィードバックゲインである比例ゲインＫP 及
び微分ゲインＫD が高く設定されることで、実ヨーレイ
トψ'Sが目標ヨーレイトψ'Mにすみやかに収束するよう
に応答良く後輪舵角が与えられ、実ヨーレイトψ'Sのふ
らつきが抑えられ、ヨーレイト収束性が向上する。

【００５７】次に、効果を説明する。

【００５８】（１）前輪１，２の操舵時にヨーレイトフ
ィードバック制御により後輪９，１０に補助舵角を与え
る四輪操舵装置において、中立ステア領域と高横加速度
旋回領域とで比例ゲインＫP 及び微分ゲインＫD を高く
設定し、低〜中横加速度旋回領域では比例ゲインＫP 及
び微分ゲインＫD を低く設定し、この設定された比例ゲ
インＫP 及び微分ゲインＫD と目標ヨーレイトψ'Mと実
ヨーレイトψ'Sを用いて後輪舵角のヨーレイトフィード
バック制御を行なう装置としたため、中立ステア領域で
の外乱直進安定性向上と低〜中横加速度旋回領域での違
和感解消と高横加速度旋回領域での収束性向上とを併せ
て達成することができる。

【００５９】（２）フィードバック後輪舵角δrF/Bとし
て付与する値に上限値（δrF/B＝０．４ｄｅｇ）を設定
して上限を規定する装置としているため、後輪舵角の大
きな変動により車両挙動が急変するのを防止することが
でき、ドライバーに対し後輪舵角制御システム搭載によ
る違和感を与えない。

【００６０】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。

【００６１】例えば、実施例では、電動アクチュエータ
を用いた四輪操舵装置の例を示したが、油圧アクチュエ
ータによる四輪操舵装置にも適用することができる。

【００６２】実施例では、後輪のみを補助操舵する例を
示したが、前後輪共に補助操舵する装置にも適用するこ
とができる。

【００６３】実施例では、比例ゲインＫP 及び微分ゲイ
ンＫD を車速とステアリング舵角に応じてマップにより
与えたが、横加速度センサ等からの横加速度情報に基づ
いてマップや演算式により与えるようにしても良い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、前輪操舵時にヨーレイトフィードバック制御により
補助舵角を与える四輪操舵装置において、中立ステア領
域と高横加速度旋回領域とでフィードバック比例ゲイン
を高く設定し、低〜中横加速度旋回領域ではフィードバ
ック比例ゲインを低く設定し、この設定されたフィード
バック比例ゲインと算出された偏差による定常補助舵角
量を用いて補助舵角のヨーレイトフィードバック制御を
行なう手段としたため、中立ステア領域での外乱直進安
定性向上と低〜中横加速度旋回領域での違和感解消と高
横加速度旋回領域での収束性向上とを併せて達成するこ
とができ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】実施例の四輪操舵装置が適用された車両を示す
全体システム図である。

【図３】実施例装置の電動式ステアリング装置の断面図
である。

【図４】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５】ヨーレイトフィードバック比例ゲイン特性図で
ある。

【図６】ヨーレイトフィードバック微分ゲイン特性図で
ある。

【図７】中立ステアを保ったままの高速走行時に横風を
受けた時のフィードフォワード後輪舵角特性，フィード
バック後輪舵角特性及び実ヨーレイト特性を示すタイム
チャートである。

【図８】高速走行を保ったままでのステップ的な操舵に
より高横加速度が発生する旋回時のフィードフォワード
後輪舵角特性，フィードバック後輪舵角特性及び実ヨー
レイト特性を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

ａ 補助舵角アクチュエータ ｂ 車速検出手段 ｃ ステアリング舵角検出手段 ｄ ヨーレイト検出手段 ｅ 目標ヨーレイト算出手段 ｆ フィードバック比例ゲイン設定手段 ｇ ヨーレイトフィードバック制御手段ｈ 偏差算出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 7/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からの指令により少なくとも前後輪
   の一方に補助舵角を与えることができる補助舵角アクチ
   ュエータと、 車速を検出する車速検出手段と、 ステアリング舵角を検出するステアリング舵角検出手段
   と、 ヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、 車速及びステアリング舵角に応じた目標ヨーレイトを算
   出する目標ヨーレイト算出手段と、目標ヨーレイトと前記ヨーレイト検出手段からの実ヨー
   レイトとの偏差を算出する偏差算出手段と、 前記偏差の発生に対する定常補助舵角量を決める値であ
   るフィードバック比例ゲインを、横加速度情報に基づい
   て判断される走行状況が 中立ステア領域と高横加速度旋
   回領域とで高く設定し、旋回時に最も多用される低〜中
   横加速度旋回領域で低く設定するフィードバック比例ゲ
   イン設定手段と、 設定されたフィードバック比例ゲインと算出された偏差
   を掛け合わせて得られる定常補助舵角量とする指令を前
   記補助舵角アクチュエータに出力するヨーレイトフィー
   ドバック制御手段と、 を備えていることを特徴とする四輪操舵装置。