JP3139852B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

車両の操舵装置

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JP3139852B2 JP04262247A JP26224792A JP3139852B2 JP 3139852 B2 JP3139852 B2 JP 3139852B2 JP 04262247 A JP04262247 A JP 04262247A JP 26224792 A JP26224792 A JP 26224792A JP 3139852 B2 JP3139852 B2 JP 3139852B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/84Rear wheel steering; All wheel steerings

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヨーレートをパラメー
タとして前輪若しくは後輪を車両の回頭性が抑制される
ように転舵制御を行なう車両の操舵装置に関し、特に、
限界的な旋回操作が行われたときの操安性の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】車両の操舵装置、例えば後輪操舵装置
は、例えば特開平3−193558号のように、前輪舵
角に応じた所定の後輪舵角となるように後輪を転舵する
ようになっているが、この後輪転舵は、従来、車速やヨ
ーレート等に応じて設定されたところの所定の転舵比に
従った比例制御により行なわれている。所謂、車速感応
型若しくはヨーレートフィードバック制御型の後輪操舵
装置である。
【0003】即ち、一般に、ヨーレートフィードバック
制御型の後輪操舵装置では、車両の方向安定性を確保す
るため、車速の中高速領域においては転舵比が正、即
ち、同位相となるように制御されるのが一般的である
が、この制御は上記のように比例制御によるために、ハ
ンドル操舵の開始と同時に後輪が同位相側へ転舵される
こととなり、十分な回頭性が得られないという問題点が
あった。そこでこの問題を解消するために、例えば、特
開昭57−44568号や特開平2−249765号で
は、位相反転型の後輪操舵装置が提案されている。これ
は、車両のヨーレートを検出可能にし、前輪転舵の開始
直後は後輪を前輪と逆位相側に転舵し、その後はヨーレ
ートの発生に応じて同位相側に転舵するというものであ
り、所謂「ヨーレートフィードバックによる位相反転制
御」といわれ、回頭性及び方向安定性の両立を図ること
ができる。
【0004】特に、上述の特開平3−193558号で
は、図1に示すように、ハンドルの操舵速度θ'の絶対
値が大きくなればなるほど制御ゲインを上げている。即
ち、操舵角速度が低い領域では直進状態から転舵された
ときの回頭性を得るために、逆相側に後輪が転舵される
ことが確保される。そして、図1の特性のヨーレートフ
ィードバックの制御ゲインの設定では、ハンドル操作が
より早く行なわれたときは、制御ゲインをより大きくす
ることにより、転舵比を同相方向に増大するような補正
が行なわれることになる。この補正により回頭性よりも
走行安定性を重視するという制御が行なわれるのであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両の
運転条件は、場合によっては、ハンドル操作がパニック
的に行なわれるときがある。即ち、危険回避を行なうた
めの限界的なハンドル操作である。このような限界的な
ハンドル操作が行なわれたときに同相方向に後輪が転舵
されることは、 :前輪タイヤの路面グリップ力を越えた力がタイヤに
かかる。:回頭性が失われることになるので、ドライ
バに違和感を与える。
【0006】尚、上記問題は、後輪操舵制御(所謂、四
輪操舵制御)に限られたものではない。通常の前輪転舵
制御にヨーレートフィードバック制御を付加したような
車両においても発生する。このような車両では、急ハン
ドル操作が行なわれた場合には回頭性を抑制するような
方向にヨーレートフィードバック制御が前輪転舵角に対
して行なわれるが、限界的なハンドル操作が行なわれた
場合には、上述の,の問題が同じように発生すると
考えられるからである。
【0007】そこで、本発明はこのような従来技術の欠
点を改善するためになされたもので、その目的は、転舵
開始時における回頭性の確保、そして操舵がより早く行
なわれる場合の走行をより安定させる方向への制御の確
保、そしてさらに操舵が限界的に行なわれた場合の回頭
性,旋回性能の確保が可能な車両の操舵装置を提案する
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】及び
【作用】上記課題を解決するための本発明の車両の操舵
装置は、ヨーレートをパラメータとして前輪若しくは後
を車両の回頭性が抑制されるように転舵制御を行なう
車両の操舵装置において、前輪の操舵角速度を検出する
検出手段と、ヨーレートゲインを前輪の操舵角速度の関
数として前もって設定して記憶し、前記検出手段により
検出された操舵角速度に対応するヨーレートゲインに応
じて転舵制御を行なう転舵制御手段とを具備し、前記関
数は、前記操舵角速度が大きくなるにつれて前記ヨーレ
ートゲインは増大し、前記操舵角速度が更に大きくなる
と減少する特性を有する。
【0009】
【実施例】以下添付図面を参照しながら本発明の操舵装
置を、車両の所謂「四輪操舵装置」であって、所謂「ヨ
ーレートフィードバック制御」を行なう後輪操舵装置に
適用した実施例について詳述する。尚、この実施例で
は、転舵比θSは、後輪の舵角θRに対する前輪の舵角θ
Fの比(=θR/θF)で定義される。 〈システム構成〉図2は、実施例の四輪操舵システムの
構成を示す。
【0010】図示のように、後輪操舵装置10は、前輪
12を転舵する前輪転舵機構14に伝達シャフト52を
介して機械的に連結され、この前輪転舵機構14による
前輪転舵と連動して、後輪16を前輪転舵機構14から
入力される前輪舵角θSに応じた所定の後輪の目標舵角
TGθRとなるよう転舵する後輪転舵機構18と、この
後輪転舵機構18内に設けられ、前輪舵角θFに対する
後輪舵角θRの比として表される転舵比θSの設定および
変更を行う転舵比可変機構20と、この転舵比可変機構
20を制御する制御ユニット22とを備えてなる。制御
ユニット22には、車速センサ24から車速V、前輪舵
角センサ26(ステアリングシャフトに設けられてい
る。)から前輪舵角θF、転舵比センサ28から転舵比
θS、ヨーレートセンサ25からのヨーレートψの各信
号が入力されるようになっている。
【0011】上記制御ユニット22による転舵比可変機
構20の制御は、中車速若しくは高車速領域において、
前輪12が舵角零から転舵されたとき、この前輪転舵の
開始直後は転舵比θSを負に、その後は該転舵比θSを正
にするように行われる所謂「位相反転制御」が行なわれ
る。図3は後輪転舵機構18を示す斜視図であり、図4
に、後輪転舵機構18内の転舵比可変機構20を図3の
V−V方向で詳細に示す。
【0012】図3に示すように、後輪転舵機構18は、
転舵比可変機構20と、油圧切換バルブ32と、後輪操
舵ロッド34と、変位伝達機構36と、油圧パワーシリ
ンダ38とを備えている。転舵比可変機構20は、出力
ロッド40と、ベベルギヤ42と、揺動軸部材44と、
振子アーム46と、連結ロッド48とを備えてなり、こ
れら各部材は図4に示すようにケース50に収容されて
いる。
【0013】出力ロッド40は、その軸線L3方向に摺
動可能にケース50に支持され、該軸L3方向にストロ
ーク変位することによって、変位伝達機構36を介して
後輪操舵ロッド34をその軸方向(車幅方向)に変位せ
しめ、これにより、該後輪操舵ロッド34の両端部に連
結された後輪を転舵するようになっている。ベベルギヤ
42は、出力ロッド40の軸線L3と同軸の軸線L1のま
わりに回転可能にケース50に支持されている。そし
て、該ベベルギヤ42と噛合する伝達シャフト52の後
端部のピニオン52aが、ハンドル30の操舵により回
転するのに伴って軸線L1まわりに回転するようになっ
ている。即ち、前輪舵角θFは、前輪転舵機構14から
伝達シャフト52を介して後輪転舵機構18に入力され
ることとなる。
【0014】揺動軸部材44は、出力ロッド40の軸線
3と同軸となる位置(図示の位置)を取り得る軸線L2
を有し、揺動ギヤ54に固設されている。この揺動ギヤ
54は、制御ユニット22によって制御されるサーボモ
ータ56の駆動により回転するウォーム58と噛合し
て、軸線L2と交差する紙面に垂直な軸線まわりに回動
し、これにより揺動軸部材44をも同時に回動せしめる
ようになっている。即ち、後に詳細な説明から明らかに
なるように、サーボモータ56はその回転角度位置によ
り転舵比を可変的に設定できる。
【0015】振子アーム46は、揺動軸部材44の軸線
2まわりに揺動可能に該揺動軸部材44に連結されて
いて、該振子アーム46の軸線L4が、揺動軸部材44
の回動軸線と揺動軸部材44の軸線L2との交点を通る
よう、揺動軸部材44への連結位置が定められている。
連結ロッド48は、出力ロッド40の軸線L3と平行な
軸線L5を有しており、上記出力ロッド40、ベベルギ
ヤ42および振子アーム46に連結されている。出力ロ
ッド40への連結は、出力ロッド40の端部に固設され
たレバー40aに連結ロッド48の一端部を螺着するこ
とによってなされ、ベベルギヤ42への連結は、ベベル
ギヤ42の軸線L1から距離γの点において該ベベルギ
ヤ42に形成された挿通孔42aに連結ロッド48の他
端部を挿通させることによってなされ、振子アーム46
への連結は、連結ロッド48の端部に全方向回転可能に
設けらたボールジョイント部材60の挿通孔60aに振
子アーム46を挿通させることによってなされている。
従って、連結ロッド48は、出力ロッド40に対しては
固定されているが、ベベルギヤ42に対しては軸線L5
方向(即ち軸線L3方向)に摺動可能であり、振子アー
ム46に対しては軸線L4方向(図示の状態では軸線L3
に直交する方向)に摺動可能である。なお、振子アーム
46の軸線L4は、揺動軸部材44の回動により軸線L2
の直交方向に対して傾き、この傾いた方向に振子アーム
46が摺動することとなるが、この場合においても軸線
3の直交方向の摺動成分を含み、かつ、ボールジョイ
ント部材60の回転作用により軸線L4と軸線L5との挾
角変化が吸収されるので、振子アーム46から連結ロッ
ド48へ伝達される力のうち軸線L3の直交方向の成分
は上記連結点において吸収され、該方向の相対移動が可
能となる。
【0016】このように、転舵比可変機構20における
振子アーム46と連結ロッド48との連結が、両者を軸
線L3の直交方向に相対移動となるようにしてなされて
いるので、振子アーム46が回動したときの該振子アー
ム46と連結ロッド48との連結点の軌跡は、軸線L3
を中心とする半径γの円筒の外周面上の円軌跡または楕
円軌跡となる。
【0017】図5は、揺動軸部材8の軸線L2を出力ロ
ッド40の軸線L3に対してθ傾けたとき(即ち、振子
アーム46の軸線L4を軸線L3の直交方向に対してθ傾
けたとき)の出力ロッド40の変位のようすをすめす図
である。同図から明らかなように、振子アーム46が左
右いずれの方向に揺動したとしても、その揺動量が等し
ければ振子アーム46と連結ロッド48との連結点の変
位は、軸線L3方向にそれぞれSであり、出力ロッド4
0と連結ロッド48は固定連結されているから出力ロッ
ド4の変位も軸線L3方向にそれぞれSとなる。
【0018】上述のように、図5に示す出力ロッド40
の左右変位量は、振子アーム46の揺動量が等しければ
それぞれSで互いに等しくなるが、この変位量S自体
は、ハンドル操舵量が同じであり、これに伴うベベルギ
ヤ42の回転量が同じであっても、θの大きさによって
変化する。従って、上記転舵比θSは、サーボモータ5
6の作動制御による揺動軸46の傾きθの大きさの設定
および変更により、設定および変更することができる。
さらに、揺動軸部材44は上記の如く反時計回りに傾か
せるのみならず時計回りにも傾かせることができ、この
時にはベベルギヤ42の回転に対する出力ロッド40の
移動方向が上記の場合と逆になる。これにより、ハンド
ルの操舵もしくは前輪に対し後輪を同位相にも逆位相に
も転舵させることができる。
【0019】上記転舵比可変機構20により設定および
変更された転舵比θSは、図2に示すように、揺動軸部
材44に取り付けられた転舵比センサ28により、揺動
軸部材44の傾きθに基づいて検出されるようになって
いる。次に、後輪転舵機構18における転舵比可変機構
20以外の部分について説明する。
【0020】まず、上記油圧切換バルブ32は、バルブ
ハウジング62と該ハウジング62内に該ハウジング6
2に対して上記出力ロッド40の軸線L3と平行な軸線
6方向に変位可能に収容されたスプール64とからな
っている。スプール52は変位伝達機構36を介して出
力ロッド40および後輪操舵ロッド34によって変位せ
しめられる。このスプール64の変位によって油圧パワ
ーシリンダ38への油圧の供給が制御される、つまり図
示のバルブハウジング62に対する中立位置から右方向
に変位すると油圧パワーシリンダ38の右油室66へ油
圧が供給され、左方向に変位すると油圧パワーシリンダ
38の左油室68へ油室が供給される。
【0021】上記後輪操舵ロッド34は上記室ロッド4
0の軸線L3と平行な車幅方向に伸び、かつその方向に
変位して図示しないタイロッド、ナックルアームを介し
て左右両端に連結された後輪を転舵するものであり、上
記変位は油圧パワーシリンダ38の油圧力によって行な
われる。また、この後輪操舵ロッド34にはセンタリン
グバネ70が設けられている。油圧切換バルブ32や油
圧パワーシリンダ38の油圧系に破損や故障が生じて油
圧パワーシリンダ38における油圧が消失した場合やこ
の後輪操舵装置10の機械系に破損や故障が生じ、それ
によって上記油圧系をドレンに開放して油圧パワーシリ
ンダ38における油圧を消失させた場合に、このセンタ
リングバネ70によって後輪操舵ロッド34を中立位置
に、つまり後輪が転舵されず直進状態にある位置に位置
決めし、いわゆるフェイルセーフを図るように構成され
ている。
【0022】上記油圧パワーシリンダ38は油圧縮力に
よって後輪操舵ロッド34を車幅方向に変位させるもの
であり、ピストン72が直接後輪操舵ロッド34に固設
され、このピストン72の左右には左右の油室68,6
6を形成するシール部材74,76が配設されている。
このシール部材74,76は油圧パワーシリンダ38の
ハウジング78に固定されかつ後輪操舵ロッド34とは
摺動可能である。
【0023】上記変位伝達機構36は、出力ロッド34
とスプール64と後輪操舵ロッド34とに係合し、上記
出力ロッド40の変位によって上記スプール64を所定
方向に変位させる方向に作動せしめられるとともに、該
スプール64の変位により生じる上記後輪操舵ロッド3
4の変位によって上記スプール64を上記と反対の方向
に変位させる方向に作動せしめられるように構成されて
いる。
【0024】すなわち、この変位伝達機構36は、縦レ
バーと横レバーからなる十字レバーで構成されており、
縦レバーの一端Aが出力ロッド40に、他端Bが後輪操
舵ロッド34に、横レバーの一端が斜体に固設された後
輪操舵装置10のケースに、他端Dが上記スプール64
に係合されている。上記係合端A,B,Dはそれぞれ出
力ロッド40、後輪操舵ロッド34およびスプール64
に対して軸線方向には移動不可能に、その他の方向には
移動可能にかつ回転可能に係合せしめられ、係合端Cは
ボールジョイントによって回転は可能にかつ移動は不可
能に係合されている。
【0025】上記出力ロッド40が軸線L3方向にスト
ローク変位することによって、変位伝達機構36を介し
て後輪操舵ロッド34をその軸方向に変位せしめ、これ
により、該後輪操舵ロッド34の両端部に連結された図
示しない後輪を転舵するようになっているが、その転舵
量伝達の作動原理は、本発明と直接関係がなく、またこ
れについては特開平1−273772号公報に詳述され
ているので、その詳細な説明は省略する。
【0026】以上詳述したように、本実施例に係る後輪
操舵装置10は、前輪転舵機構14に機械的に連結され
た後輪転舵機構18内に設けられた転舵比可変機構20
を制御することにより位相反転制御を行うようになって
いるので、前輪12が舵角零のときには後輪14を機械
的に確実に舵角零に保持することができる。 〈制御〉次に、本実施例の制御について説明する。
【0027】図6,図7,図8は後輪転舵制御のための
コントロールユニット22において行なわれる機能ブロ
ック図である。同図に示された制御システムへの主な入
力信号は、車速センサ24に検出された車速Vと、ヨー
レートセンサ25により検出されたヨーレート信号ψ
と、前輪のハンドル舵角θFである。これらの信号を入
力してコントロールユニット22は、目標転舵比信号θ
SLを出力する。ただし、θSLは目標転舵比θSを、図8
のリミッタにおいてリミット補正したものであるから、
コントロールユニット22の主な演算はθSを演算する
ことである。
【0028】ここで図6,図7,図8に示された制御論
理を下記に表す。即ち、 θS=G4・f4(v) …(1) −G1・f1(v)・θFSC …(2) +G2・K2(θF)・J2(|θ'F|)・f2(v)・θFYW …(3) −G3・K3(θF)・f3(v)・θFVC …(4) 通常、センサは特有のオフセット特性やヒステリシス特
性を有する。そこで、図6,図7,図8において、ヨー
レート信号ψ、ハンドル舵角信号θFは、夫々、図6の
(b)においてオフセット処理され(c)でヒステリシ
ス処理が施され、図7の(h)においてオフセット処理
され(l)でヒステリシス処理が施される。そこで、便
宜上、上記式において、信号ψ,θFをオフセット処理
しヒステリシス処理したものを改めてψ,θFと表示す
る。
【0029】上記式において、第1項は基礎項である。
また、第2項は舵角補正項、第3項はヨーレート補正
項、第4項は舵角速度補正項である。本発明を後輪操舵
制御に適用した場合の特徴は、図6の(g)に示したよ
うに、ヨーレートに対して舵角速度θ'Fを変数とした制
御ゲインJ2が効かされるということである。
【0030】上記式において、(3)式のヨーレート補
正項における舵角速度感応ゲインJ 2は常に正の値を取
るように設定されているために、同相方向への増大方向
の補正として効くということである。このJ2の舵角速
度の絶対値|θ'F|に対する特性を図9に示す。図9に
示すように、制御ゲインJ2は、|θ'F|が0から|θ'
F0|までの間は“1”を保ち、|θ'F0|〜|θ'F1|の
間は増加し、|θ'F1|〜|θ'F2|の間は1以上の値を
保持し、|θ'F2|〜|θ'F3|の間は減少し、|θ'F3
|以上については1未満の値を保持するという特性を有
する。
【0031】|θ'F|が0から|θ'F0|までの間はJ2
が“1”を保つことにより、舵角速度の変動によるヨー
レートフィードバック制御を効かなくしている。これに
より、旋回初期の(1)式による逆相方向の位相反転制
御が効いてくる。|θ'F|が|θ'F0|〜|θ'F1|の
間、即ち、ハンドルを比較的早く切ったときは、J2
増加することによりヨーレートフィードバック制御は同
相方向に効いてくるので安定性が増す。
【0032】更に、ハンドルを急激に切ったような領
域、即ち、|θ'F1|〜|θ'F2|の間は1以上の値を保
持することにより、逆相方向への急激な補正制御を抑制
する。また、更にハンドルを急激に切ったような領域、
即ち、|θ'F2|〜|θ'F3|の間はJ2を減少させるこ
とにより、危険回避動作を補助するために回頭性を向上
させる。しかし、|θ'F|が|θ'F3|を越えるような
領域では更に逆相側に補正することは回頭性能が過剰に
なることから、1未満の値を維持する。 〈変形〉本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
が可能である。
【0033】例えば、上記実施例では、制御ゲインJ2
の特性は階段状であったが、図10のような滑らかな特
性であってもよい。また、上記実施例は本発明を後輪操
舵に適用したものであったが、本発明は前輪操舵におい
てヨーレートフィードバック制御を適用するような車両
についても適用可能である。これは、ヨーレートフィー
ドバック制御がヨーレートの発生に伴って回頭性を抑え
るような方向での補正を行なうことであり、前輪操舵の
車両において操舵速度が極めて高いような場合には、即
ち限界的なハンドル操作を行なったような場合には、転
舵比を同相方向へ補正する制御を抑制することが好まし
いからである。
【0034】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ヨーレ
ートをパラメータとして前輪若しくは後輪を車両の回頭
性が抑制されるように転舵制御を行なう際に、前輪の操
舵角速度を検出し、ヨーレートゲインを前輪の操舵角速
度の関数として前もって設定して記憶し、検出された操
舵角速度に対応するヨーレートゲインに応じて転舵制御
を行なうと共に、この関数は、操舵角速度が大きくなる
につれてヨーレートゲインは増大し、操舵角速度が更に
大きくなると減少する特性を有する。
【0035】従って、このような特性を有する関数にし
たがってヨーレートフィードバック制御が行なわれるた
めに、転舵開始時における回頭性の確保、そして操舵が
より早く行なわれる場合の走行をより安定させる方向へ
の制御の確保、そしてさらに操舵が限界的に行なわれた
場合の回頭性,旋回性能の確保が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の問題点を説明するグラフ図。
【図2】本発明の好適な実施例である四輪操舵システム
の全体構成を説明する図。
【図3】図2に示した実施例の後輪転舵装置の主要部分
の構成を説明する図。
【図4】図2に示した実施例の転舵比可変機構の主要部
分の構成を説明する図。
【図5】図3の転舵比可変機構の動作原理を説明する
図。
【図6】実施例の制御論理を示す機能ブロック図。
【図7】実施例の制御論理を示す機能ブロック図。
【図8】実施例の制御論理を示す機能ブロック図。
【図9】制御ゲインJ2の特性を示すグラフ図。
【図10】制御ゲインJ2の変形特性を示すグラフ図。
【符号の説明】
18 後輪転舵機構、 20 転舵比可変機構、 22 制御ユニット、 25 ヨーレートセンサ 24 車速センサ 31 油圧リリース回路、 56 ステップモータ、 83 開閉バルブ、 70 ブレーキスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B62D 137:00 (72)発明者 隈部 重文 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 実開 昭64−1056(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 6/00 B62D 7/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヨーレートをパラメータとして前輪若し
    くは後輪を車両の回頭性が抑制されるように転舵制御を
    行なう車両の操舵装置において、 前輪の操舵角速度を検出する検出手段と、 ヨーレートゲインを前輪の操舵角速度の関数として前も
    って設定して記憶し、前記検出手段により検出された操
    舵角速度に対応するヨーレートゲインに応じて転舵制御
    を行なう転舵制御手段とを具備し、 前記関数は、前記操舵角速度が大きくなるにつれて前記
    ヨーレートゲインは増大し、前記操舵角速度が更に大き
    くなると減少する特性を有することを特徴とする車両の
    操舵装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の車両の操舵装置におい
    て、前記関数はハンドル舵角速度補正項を有し、このハ
    ンドル舵角速度補正項は操舵角速度が所定の第1の速度
    値まではこの補正が効かないような所定の第1のゲイン
    値を有し、舵角速度が前記第1の速度値から第2の速度
    値までは増加し、舵角速度が前記第2の速度値から第3
    の速度値までは一定のゲイン値を保ち、舵角速度が前記
    第3の速度値から第4の速度値までは所定のゲイン値を
    維持することを特徴とする車両の操舵装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の車両の操舵装置におい
    て、前記関数はハンドル舵角速度の絶対値を変数とする
    ことを特徴とする車両の操舵装置。
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