JP3212182B2

JP3212182B2 - 後輪操舵装置の制御方法

Info

Publication number: JP3212182B2
Application number: JP12923293A
Authority: JP
Inventors: 明高橋; 篤美禰; 穣樋渡
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JPH06340265A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の４輪
操舵システム（４ＷＳ）において、後輪を電子的に操舵
する後輪操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、ヨーレ
ートセンサ故障時の対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、後輪操舵制御は車速感応式であ
って、低速域では後輪を逆相操舵して小回り性能を向上
し、中高速域では後輪を同相操舵し、且つ車速に応じて
転舵比を可変制御して車両の安定性を図ることが基本に
なっている。ところで車両は路面状態、左右後輪の駆動
力やグリップ力の違い、横風等の外乱により、車体の垂
直軸回りのヨーイング運動（自転運動）を生じる。そし
てこれら外乱によりドライバの技量とは無関係に車両の
挙動が変化して、安定性を損なうことが知られている。

【０００３】ところで近年、車両のヨーイング運動のヨ
ーレート（回転角速度）を高い精度で直接検出するヨー
レートセンサが開発されてきている。このヨーレートセ
ンサによると、前輪操舵の場合のみならず、路面状態、
横風等の外乱に対する車両の挙動の変化も迅速に検出す
ることができる。このためヨーレートを積極的に用い、
種々の外乱に対しても車両の安定性を図るように後輪操
舵する制御方法が提案されている。

【０００４】ここでヨーレートセンサのヨーレートを用
いた後輪操舵制御では、ハンドル角の比例ゲインを操縦
性を加味して逆相方向に設定し、ヨーレートの比例ゲイ
ンを安定性を加味して同相方向に設定し、これら両者に
より目標後輪舵角を演算し、逆相舵角比例制御とヨーレ
ートフィードバック制御で後輪操舵することが考えられ
る。ところでこの制御方法によると、ヨーレートセンサ
が故障した場合は、車両を安定側に保つ同相制御を失
い、逆相制御モードに保持されて後輪が急激に逆相操舵
され、回頭性の過大によりスピンする等の不具合を招く
おそれがある。このためヨーレートセンサの故障時に
は、後輪操舵の変動を抑えて走行の安定性を保つように
フェイルセーフすることが望まれる。

【０００５】従来、上記ヨーレートを用いた後輪操舵制
御に関しては、例えば特開平２−１９３７７１号公報の
先行技術がある。この先行技術において、左右車輪の路
面μが異なる場合を対象とし、この状態で加減速してヨ
ーレートを発生した場合は、ヨーレートを低減するよう
に後輪操舵制御することが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、ヨーレートセンサが正常な場合の
ヨーレート低減制御であるから、ヨーレートセンサの故
障時のフェイルセーフには適応できない。

【０００７】本発明は、このような点に鑑み、ヨーレー
トを用いた後輪操舵制御において、ヨーレートセンサ故
障時に走行の安定性を保つようにフェイルセーフするこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、ヨーレートとヨーレート係数により設定され
る同相方向成分と、ハンドル角とハンドル角係数により
設定される逆相方向成分とに基づいて目標後輪舵角を演
算し、この目標後輪舵角に基づいて後輪を自動的に操舵
する後輪操舵装置において、ヨーレートを検出するヨー
レートセンサの故障の有無を判定し、センサ故障の場合
は故障直前のハンドル角と後輪舵角により比例ゲインを
算出し、この比例ゲインとハンドル角により目標後輪舵
角を算出して後輪操舵制御することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記制御方法による本発明では、車両走行時に
ヨーレート、ヨーレート係数、ハンドル角、ハンドル角
係数により目標後輪舵角が演算され、この目標後輪舵角
に基づき後輪操舵装置が作動する。このため車速、ハン
ドル角、または横風等の外乱により車両の挙動が変化す
る場合のヨーレートにより、後輪が所望の舵角等を得る
ように自動的に同相または逆相に操舵され、低速時の旋
回性、高速時と外乱に対する安定性が良くなる。一方、
ヨーレートセンサが故障すると、故障直前のハンドル角
と後輪舵角により比例ゲインを算出し、この比例ゲイン
とハンドル角により目標後輪舵角を算出して制御するよ
うに切換わることで、逆相方向のハンドル角係数により
後輪が急激に逆相操舵して車両の挙動が変化することが
防止される。そして故障後はハンドル角に対して後輪が
比例ゲインにより故障直前と同じ比例関係で操舵され、
車両の走行進路の安定性が確保される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、車両の駆動系と４輪操舵系の概略
について説明する。先ず、車両１においてエンジン２が
クラッチ３、変速機４に連結され、変速機４の出力側が
フロントデフ５、車軸６等を介して前輪７に伝動構成さ
れる。また変速機４の出力側は、プロペラ軸８、リヤデ
フ９、車軸１０等を介して後輪１１にも伝動構成され、
４輪駆動走行する。また４輪操舵系として、前輪操舵装
置２０と後輪操舵装置３０を有する。

【００１１】前輪操舵装置２０は、ハンドル２１を有す
るステアリングシャフト２２が、油圧式の制御バルブ２
３とパワーシリンダ２４、ロッド２５、ナックルアーム
２６を介して前輪７に連結され、ハンドル操作により前
輪７を手動操舵するように構成される。後輪操舵装置３
０は、電動モータ３１を有し、このモータ３１が減速用
のウォームギヤ３２を介して偏芯軸３３に連結され、こ
の偏芯軸３３からリンク３４、レバー３５、ナックルア
ーム３６等を介して後輪１１に連結され、モータ駆動に
より後輪１１を自動操舵するように構成される。また異
常時にモータ電源を切った場合には、ウォームギヤ３２
の非可逆性により後輪１１を路面外力に対して所定の舵
角状態に保持する。

【００１２】制御系として、ハンドル角θを検出するハ
ンドル角センサ４０、ハンドル角速度ｄθを検出するハ
ンドル角速度センサ４１、後輪舵角Ｅｒを検出する後輪
舵角センサ４２、後輪舵角速度ωｒを検出する後輪舵角
速度センサ４３を有する。また車両の回頭状態に応じた
回転角速度のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ
４４を有する。更に、制御用車速Ｖを演算するため前左
車輪速Ｎｆｒを検出する前左車輪速センサ４５、後右車
輪速Ｎｒｌを検出する後右車輪速センサ４６を有し、こ
れらセンサ信号が制御ユニット５０に入力して電気的に
処理され、後輪の操舵方向、舵角、舵角速度に応じたモ
ータ信号をモータ３１に出力する。

【００１３】制御ユニット５０は、前左車輪速Ｎｆｒと
後右車輪速Ｎｒｌが入力する車速算出部５１を有し、制
御用の車速Ｖを、Ｖ＝（Ｎｆｒ＋Ｎｒｌ）／２により算
出する。車速Ｖはハンドル角係数設定部５２に入力し
て、ハンドル角係数Ｋθを車速Ｖの関数で設定し、同時
にヨーレート係数設定部５３に入力して、ヨーレート係
数Ｋγを同様に車速Ｖの関数で設定する。ハンドル角係
数Ｋθは、図３（ａ）の舵角ゲインマップのように車速
全域で逆相であり、低中速域において車速Ｖが低いほど
値の絶対値が減少変化する特性である。ヨーレート係数
Ｋγは、同図のヨーレートゲインマップのように車速全
域で同相であり、車速Ｖの上昇に応じて緩やかに増大変
化する特性である。そこでこのマップを参照して両係数
Ｋθ、Ｋγを設定する。

【００１４】ハンドル角θとハンドル角係数Ｋθは乗算
部５４に入力して両者の乗算値Ｋθ・θを算出し、ヨー
レートγとヨーレート係数Ｋγも乗算部５５に入力して
両者の乗算値Ｋγ・γを算出する。これら２つの乗算値
Ｋθ・θ、Ｋγ・γは目標後輪舵角演算部５６に入力
し、目標後輪舵角ＥＴを、ＥＴ＝Ｋγ・γ＋Ｋθ・θ により算出する。従って、Ｋγ・γの項は車両を安定側
に保つ安定要素であり、Ｋθ・θの項は旋回を促進する
旋回要素である。

【００１５】ここでヨーレートγは車速全域で旋回や外
乱による車両回頭状態に応じて発生し、この係数Ｋγが
車速Ｖの増大関数の特性であるため、車速Ｖが大きいほ
どＫγ・γの値が大きくなる。ハンドル角θは一般に中
高速域では非常に小さく、このため係数Ｋθが逆相方向
に小さい特性でもＫθ・θの値は零付近になる。そこで
中高速域でヨーレートγを検出すると、Ｋγ・γの値に
より目標後輪舵角ＥＴは同相方向になって、安定性重視
で制御される。ハンドル角θの大きい低速域では逆相方
向のＫθ・θの値により旋回性重視で制御され、このと
きヨーレートγの同相方向のＫγ・γの値で安定側に補
正される。

【００１６】目標後輪舵角ＥＴと後輪舵角Ｅｒは偏差算
出部５７に入力して偏差ＥＤを、ＥＤ＝ＥＴ−Ｅｒによ
り算出する。この偏差ＥＤは目標後輪転舵速度設定部５
８に入力し、図３（ｂ）のマップにより偏差ＥＤに応じ
た目標後輪転舵速度ωｏを設定する。更に、目標後輪転
舵速度ωｏと後輪舵角速度ωｒは速度差算出部５９に入
力して速度差ωｄを、ωｄ＝ωｏ−ωｒにより算出す
る。そして速度差ωｄは制御量設定部６０に入力して、
速度差ωｄに応じた比例成分の制御量Ｋｐを設定し、駆
動部６１により制御量Ｋｐに応じた正転または逆転のモ
ータ電流Ｉをモータ３１に供給するように構成される。

【００１７】上記制御系において、ヨーレートセンサ故
障時のフェイルセーフについて説明する。先ず、ヨーレ
ートγが入力するセンサ故障判定部６２を有し、センサ
信号により故障の有無を判定する。ここでヨーレートセ
ンサ４４の出力特性は、例えば図４のように設定され、
正常時は１．５〜３Ｖである。このため１．５Ｖ以下ま
たは３Ｖ以上の場合に、センサの断線、暴走等の故障を
判定する。故障信号はウォーニングランプ６３に入力し
て点灯し、故障制御部６４に入力して故障時モードに切
換える。

【００１８】ここでヨーレートセンサ４４故障時は、ハ
ンドル角θのみによる制御となるため、図３（ａ）の逆
相のものに対して安定走行可能な別のハンドル角比例ゲ
インに変更する。即ち、故障直前のハンドル角θ’と後
輪舵角Ｅｒ’により臨時比例ゲインＫθ’を、Ｋθ’＝
Ｅｒ’／θ’により算出する。また図５に示す第１世代
の比例ゲインＫθ”を設定し、これら比例ゲインＫθ’
またはＫθ”を選択的に使用して目標後輪舵角ＥＴを算
出する。そして目標後輪舵角ＥＴが故障時の後輪舵角Ｅ
ｒ’を越えない限りにおいて、後輪操舵制御するように
構成される。

【００１９】次に、この実施例の作用を説明する。先
ず、エンジン２を運転し、変速機４の変速動力が駆動系
により前輪７と後輪１１に伝達することで、車両１が４
輪駆動で走行する。このときドライバがハンドル２１を
操作すると、前輪操舵装置２０により前輪７が転舵して
手動操舵される。また図６のフローチャートが所定時間
毎に実行して、走行、ハンドル操作、車両の回頭等の状
態により後輪操舵制御される。

【００２０】即ち、ステップＳ１でハンドル角θ、ヨー
レートγ、後輪舵角Ｅｒ、後輪舵角速度ωｒを読込み、
ステップＳ２で車速Ｖを算出する。そしてステップＳ３
でヨーレートセンサ４４の故障の有無を判定し、正常な
場合はステップＳ４に進み、直進走行認識フラグをクリ
アし、ステップＳ５でヨーレートセンサ故障フラグをク
リアする。その後ステップＳ６に進み車速Ｖに応じてハ
ンドル角係数Ｋθとヨーレート係数Ｋγを設定し、ステ
ップＳ７で目標後輪舵角ＥＴをハンドル角θとその係数
Ｋθ、ヨーレートγとその係数Ｋγにより演算する。そ
の後ステップＳ８で目標後輪舵角ＥＴと後輪舵角Ｅｒと
の偏差ＥＤを算出し、ステップＳ９で目標後輪転舵速度
ωｏを設定し、ステップＳ１０で目標後輪転舵速度ωｏ
と後輪舵角速度ωｒとの速度差ωｄを算出し、ステップ
Ｓ１１で速度差ωｄに応じた制御量Ｋｐを定め、ステッ
プＳ１２で制御量Ｋｐのモータ電流Ｉを出力してモータ
３１を駆動する。

【００２１】このため後輪操舵装置３０では、モータ３
１によりウォームギヤ３２、偏芯軸３３が回転し、リン
ク３４、レバー３５が左右に揺動して後輪１１が自動的
に操舵される。この場合に後輪１１は同相または逆相
で、所望の舵角や舵角速度を得るように、逆相舵角比例
制御とヨーレートフィードバック制御される。

【００２２】従って、発進等の低速時にハンドル２１を
大きく切ると、目標後輪舵角ＥＴがＫθ・θの値により
負になり、後輪１１が逆相操舵して小回り旋回される。
このとき急旋回したり、路面μにより車両が回頭してヨ
ーレートγが大きくなると、Ｋγ・γの値により後輪１
１の逆相操舵が減少補正され、車両の挙動が安定化され
る。中高速時の旋回では目標後輪舵角ＥＴが主としてＫ
γ・γの値により正になって後輪１１が同相操舵され、
このため旋回時の車両の安定性が良くなる。この場合の
ハンドル角θ、ヨーレートγ、両係数Ｋθ、Ｋγ、目標
後輪舵角ＥＴの関係を示すと、図７のようになる。また
横風等の外乱で車両が左右に急激に回頭すると、ヨーレ
ートγが大きく増減変化してこの車両１の挙動変化が迅
速に検出される。そしてＫγ・γの値により後輪１１は
車両１が回頭するにもかかわず同相状態を保持するよう
に操舵される。このため車両１は横風により流されない
ように安定して対向した姿勢になり、且つスムースに元
の進路に戻る。

【００２３】一方、ヨーレートセンサ４４が故障する
と、ステップＳ３からステップＳ１３に進み直進走行認
識フラグをチェックし、ステップＳ１４でヨーレートセ
ンサ故障フラグをチェックし、ステップＳ１５に進みウ
ォーニングランプ６３を点灯する。そしてステップＳ１
６で故障直前のハンドル角θ’と後輪舵角Ｅｒ’とによ
りハンドル角θの臨時比例ゲインＫθ’を算出し、ステ
ップＳ１７でこの臨時比例ゲインＫθ’とハンドル角θ
により目標後輪舵角ＥＴを算出する。その後ステップＳ
１８で目標後輪舵角ＥＴと故障時の後輪舵角Ｅｒ’を比
較して、目標後輪舵角ＥＴの方が小さい場合はステップ
Ｓ１９に進む。そしてハンドル角θの絶対値を零付近の
設定値θｓと比較し、零より大きい場合はステップＳ８
以降に進む。そこで図８のように旋回のピークを過ぎた
時点ｔ１で故障した場合は、後輪１１がハンドル角θに
対して臨時比例ゲインＫθ’により故障前と同じ比例関
係で実線のように操舵される。このため一点鎖線のよう
に逆相操舵して車両の挙動が急激に変化することが防止
され、故障後も略同一の進路を保って走行が安定化する
ようにフェイルセーフされる。

【００２４】ステップＳ１８で目標後輪舵角ＥＴが故障
時の後輪舵角Ｅｒ’より大きくなると、ステップＳ１９
に進んで故障時の後輪舵角Ｅｒ’に制限される。このた
め図８の時点ｔ２で故障した場合は、後輪１１が破線の
ように制限して操舵され、後輪１１の操舵量が増大する
場合の危険性が未然に防止される。そしてステップＳ２
０でハンドル角θが零に戻ったことを判定すると、ステ
ップＳ２１に進み図５の比例ゲインＫθ”を用いて目標
後輪舵角ＥＴを算出し、ステップＳ２２で直進走行認識
フラグを、ステップＳ２３でヨーレートセンサ故障フラ
グを各々セットする。そこでこれ以降はステップＳ１３
からステップＳ２１に進んで比例ゲインＫθ”による第
一世代の制御モードに保持され、後輪１１がハンドル角
θのみにより適正に操舵制御される。またステップＳ１
４からステップＳ１７に進むことでヨーレートセンサ４
４の故障後は、後輪舵角Ｅｒ’，臨時比例ゲインＫθ’
の設定は１回だけ行っている。

【００２５】尚、ヨーレートセンサ４４が正常に戻った
場合は、ハンドル角θが零でヨーレートγも零の場合
に、元の制御に復帰すれば良い。制御系の遅れを考慮し
て進み補償する場合は、ハンドル角速度も加味すれば良
い。

【００２６】またセンサ故障時にハンドル角θを切り足
す場合の制御においては、後輪舵角Ｅｒ’を固定とし、
ハンドル角θのみを順次新しい値を用いて臨時比例ゲイ
ンＫθ’を更新し、更新した比例ゲインＫθ’とハンド
ル角θにより目標後輪舵角ＥＴを算出しても良い。この
制御でも後輪舵角の増大が実質的に制限されて、安定性
が確保される。さらに実施例の中では、ヨーレートセン
サの故障時のほぼ直進走行の際に第１世代の後輪操舵と
することを説明したが、目標後輪舵角を零としても良
い。以上、本発明の実施例について説明したが、これの
みに限定されない。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制御によ
り後輪を自動的に操舵する後輪操舵装置において、ヨー
レートセンサ故障時には故障直前のハンドル角と後輪舵
角による臨時比例ゲインに切換えるように制御するの
で、逆相のハンドル角係数で車両の挙動が変化すること
が防止され、臨時比例ゲインにより安定した走行状態を
確保できる。センサ故障後は後輪舵角の増大を制限する
ので、車両の安定性が一層増す。ハンドル角が零に戻っ
た後はハンドル角のみによる適正な制御モードになるの
で、後輪をハンドル角と車速により適確に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る後輪操舵装置の制御方法に適した
制御系を示すブロック図である。

【図２】車両の駆動系と４輪操舵系の概略を示す構成図
である。

【図３】ハンドル角係数、ヨーレート係数、目標後輪転
舵速度のマップを示す図である。

【図４】ヨーレートセンサの出力特性を示す図である。

【図５】第一世代のハンドル角比例ゲインを示す図であ
る。

【図６】ヨーレートセンサの正常と故障の場合の後輪操
舵制御を示すフローチャートである。

【図７】左右旋回時の後輪操舵の状態を示す図である。

【図８】ヨーレートセンサ故障時の後輪操舵の状態を示
す図である。

【符号の説明】

３０後輪操舵装置３１電動モータ４０ハンドル角センサ４４ヨーレートセンサ５０制御ユニット５２ハンドル角係数設定部５３ヨーレート係数設定部５６目標後輪舵角演算部６２故障判定部６４故障制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ６２Ｄ 117:00 Ｂ６２Ｄ 117:00 137:00 137:00 (56)参考文献特開平２−262471（ＪＰ，Ａ) 特開平５−8746（ＪＰ，Ａ) 特開平２−204180（ＪＰ，Ａ) 特開平３−178879（ＪＰ，Ａ) 特開平４−135976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 - 6/06 B62D 7/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ヨーレートとヨーレート係数により設定
される同相方向成分と、ハンドル角とハンドル角係数に
より設定される逆相方向成分とに基づいて目標後輪舵角
を演算し、この目標後輪舵角に基づいて後輪を自動的に
操舵する後輪操舵装置において、ヨーレートを検出する
ヨーレートセンサの故障の有無を判定し、センサ故障の
場合は故障直前のハンドル角と後輪舵角により比例ゲイ
ンを算出し、この比例ゲインとハンドル角により目標後
輪舵角を算出して後輪操舵制御することを特徴とする後
輪操舵装置の制御方法。
【請求項２】センサ故障時にハンドル角が零に戻った
以降は、比例ゲインを車速の関数で設定して目標後輪舵
角を算出することを特徴とする請求項１記載の後輪操舵
装置の制御方法。
【請求項３】センサ故障時にハンドル角が増大する場
合に、後輪舵角が故障直前のものより増大しないように
制限するか、または後輪舵角を故障直前のものに固定し
た状態で新しいハンドル角により比例ゲインを更新する
ことを特徴とする請求項１記載の後輪操舵装置の制御方
法。