JP3212183B2 - 後輪操舵装置の制御方法 - Google Patents

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、ＡＢＳ
制御等との協調制御に関する。

【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。ところで近年、車両にはＡＢＳ制御やトルク配分制
御の装置が装備され、低μ路での制動や加速等の場合に
車輪のロックやスリップを防止するように制御されるも
のがある。そこで例えばＡＢＳ制御されている場合に
は、その信号により滑り易い路面状態を判断することが
でき、このとき逆相舵角比例制御の状態に保持されてい
ると、逆相操舵によりかえって車両の挙動が不安定にな
ることがある。このためＡＢＳ等の制御が行われる場合
は、後輪操舵制御を安定側に保つように協調させること
が望まれる。

【０００５】従来、上記ＡＢＳ制御時の後輪操舵制御に
関して、例えば特開平２−２６２４７１号公報の先行技
術がある。この先行技術において、アンチスキッドブレ
ーキ作動時には第１舵角係数をそれより大きい値に設定
されている第２舵角係数に切換え、第１ヨーレート係数
をそれより大きい値に設定されている第２ヨーレート係
数に切換え、これら第２舵角係数と第２ヨーレート係数
を用いて目標後輪操舵角を算出して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、アンチスキッドブレーキ作動時に
舵角係数とヨーレート係数をいずれも特性の異なるもの
に切換える制御方法である。このため特に車速が小さい
場合は、切換え時の係数の変化が大きくて車両の挙動が
大きく変化する等の問題がある。

【０００７】本発明は、このような点に鑑み、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る後輪操
舵制御において、ＡＢＳ等の制御の際には常に車両の挙
動の小さい状態で車両を安定側に保つように協調するこ
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、路面状態に応じた車両制御
の制御信号が入力したか否かを判定し、制御信号が入力
した場合はハンドル角係数を時間経過により徐々に減少
する比例ゲインに切換え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、
例えばＡＢＳ制御されその制御信号が入力すると、ハン
ドル角係数として時間の関数で徐々に減少する比例ゲイ
ンに切換えることで、いかなる走行条件でも円滑にヨー
レートフィードバック制御の強い方向に移行する。この
ため低速域で逆相操舵することが無くなって、滑り易い
路面状態であっても車両の挙動の急変が確実に防止され
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、ＡＢＳ制御等が行わ
れる場合の協調制御について説明する。先ず、ハンドル
角係数ＫθとＡＢＳ制御の信号が入力する臨時比例ゲイ
ン算出部６２を有し、ＡＢＳ制御信号が入力すると、臨
時比例ゲインＫθ’に切換えて乗算部５４に出力する。
臨時比例ゲインＫθ’はＡＢＳ制御信号の入力直前のハ
ンドル角係数Ｋθｎと減少定数Ｇを乗算して算出する。
減少定数Ｇは時間の関数で徐々に減少する、例えば一時
遅れの定数であり、時定数Ｔ、ラプラス演算子ｓによ
り、Ｇ＝Ｔｓ／（１＋Ｔｓ）により設定される。そこで
臨時比例ゲインＫθ’を、 Ｋθ’＝Ｇ・Ｋθｎ、Ｇ＝Ｔｓ／（１＋Ｔｓ） により算出して出力するように構成される。

【００１８】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。

【００１９】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ＡＢＳ制御信号が入力したか否かを判定し、入力しな
い場合はステップＳ４に進みフラグをクリアする。その
後ステップＳ５に進み車速Ｖに応じてハンドル角係数Ｋ
θとヨーレート係数Ｋγを設定し、ステップＳ６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Ｓ
７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Ｓ８で目標後輪転舵速度ωｏを設定し、
ステップＳ９で目標後輪転舵速度ωｏと後輪舵角速度ω
ｒとの速度差ωｄを算出し、ステップＳ１０で速度差ω
ｄに応じた制御量Ｋｐを定め、ステップＳ１１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。

【００２０】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。

【００２１】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５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。

【００２２】一方、雪道等の低μ路での走行時にブレー
キ操作した場合に、車速Ｖが図６の一点鎖線のように急
激に低下すると、ＡＢＳ制御して車速Ｖが緩やかに低下
するように補正され、これにより車輪ロックが防止され
る。このときその制御信号が入力することで、ステップ
Ｓ３からステップＳ１２に進んでフラグをチェックし、
最初はステップＳ１３に進んでＡＢＳ制御直前のハンド
ル角係数Ｋθｎを読出し、ステップＳ１４でこのハンド
ル角係数Ｋθｎと減少定数Ｇにより臨時比例ゲインＫ
θ’を算出する。その後ステップＳ１５で臨時比例ゲイ
ンＫθ’を零付近の設定値ａと比較して、設定値ａより
大きい場合はステップＳ５に進み、ハンドル角係数の代
りに臨時比例ゲインＫθ’に切換える。そこでＡＢＳ制
御開始後は逆相側の臨時比例ゲインＫθ’が、図６のよ
うに車速Ｖやその変化に関係無く、常に時間の経過に伴
い一時遅れで滑らかに減少した特性になる。

【００２３】従って、ＡＢＳ制御による車速低下時に、
同相側のヨーレート係数Ｋγは、図３（ａ）の特性によ
り図６のように車速Ｖの低下に応じて徐々に小さくなる
が、逆相側の臨時比例ゲインＫθ’は、時間の関数でヨ
ーレート係数Ｋγより大きく減少する。そしてハンドル
角θと臨時比例ゲインＫθ’の乗算値Ｋθ’・θ、ヨー
レートγとその係数Ｋγの乗算値Ｋγ・γより目標後輪
舵角ＥＴを演算して後輪操舵制御される。このためこの
滑り易い路面状態でドライバが仮にハンドルを切って
も、Ｋθ’・θの値は非常に小さくなって影響しなくな
り、主としてＫγ・γの値のみにより、後輪１１が車両
を挙動変化の小さい状態で安定側に保つように操舵さ
れ、ヨーレートフィードバック制御が強められる。そこ
で滑り易い路面での制動時にＡＢＳ制御される場合は、
更に後輪操舵制御により車両１の挙動が安定化した状態
を保つように協調され、制動時の車両挙動の急変が未然
に防止される。

【００２４】そしてステップＳ１５で臨時比例ゲインＫ
θ’が零になったことを判定すると、ステップＳ１６に
進んでフラグをセットして上述の制御を終了する。また
ＡＢＳ制御が解除すると、ステップＳ３からステップＳ
４以降に進んで、元の後輪操舵制御に復帰する。

【００２５】以上、本発明の実施例について説明した
が、滑り易い路面で前後輪のトルク配分を制御してスリ
ップ防止する場合にも同様に適応できる。またヨーレー
トセンサの故障時に一時的に採用することもでき、この
場合は故障直後の車両の挙動の急変を有効に防止するこ
とができる。更に、臨時比例ゲインは時間のみならず車
速の関数で減少しても良い。

【００２６】

【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、ＡＢ
Ｓ等の制御を行う場合はハンドル角の逆相側の比例ゲイ
ンを徐々に減少するように制御するので、ヨーレートフ
ィードバック制御が強められて、滑り易い路面での車両
挙動を有効に安定した状態に保つことができる。ＡＢＳ
等の制御が開始すると、そのときのハンドル角係数を時
間の関数で減少させる臨時比例ゲインに切換えるので、
いかなる走行条件でも逆相側の比例ゲインを確実に減少
することができる。また切換え時の比例ゲインが常に滑
らかに変化するので、車両の挙動が変化することがな
い。

【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】通常とＡＢＳ制御時の後輪操舵制御を示すフロ
ーチャートである。

【図５】左右旋回時の後輪操舵の状態を示す図である。

【図６】ＡＢＳ制御の場合の車速、比例ゲインの状態を
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 臨時比例ゲイン算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 117:00 Ｂ６２Ｄ 117:00 137:00 137:00 (56)参考文献 特開 平５−8746（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−303070（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271073（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−310471（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−189276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 - 6/06 B62D 7/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、路面状態に応じた車両
   制御の制御信号が入力したか否かを判定し、制御信号が
   入力した場合はハンドル角係数を時間経過により徐々に
   減少する比例ゲインに切換えることを特徴とする後輪操
   舵装置の制御方法。
2. 【請求項２】 比例ゲインは、制御信号入力時の値から
   一時遅れで徐々に減少させ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。