JPH02189276A - 車両の後輪操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車両の後輪操舵装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、車両の４輪操舵装置として、車速と前輪舵角に応
じて後輪を操舵するものが知られている。

低速時には、舵角に応じて逆相に、高速時には舵角に応
じて同相に制御される。

ところが、このような制御の場合、旋回初期において、
ゆっくりとハンドルを操舵しながらコーナーをまわるよ
うな場合は、前輪と後輪の舵角量が異なるので、必要な
ヨーレートが発生して問題を生じないが、急激にハンド
ルを切るようにした場合には、高速で後輪は同相にある
ので、車両は斜めに進み、ヨーレートは抑制され、車両
の向きと進行方向とのなすスリップ角度βが０とならず
、運転者の向きを変えたいと言う要求が満たされない。

すなわち、初期操舵のときには、まず、向きを変え、そ
の後に同相となって安定することが望ましく、それによ
って常にスリップ角β−０が達成される。

そこで、上記要求を満たすように、 ＴＧθＲ−−ＫＦ−θＦ＋ＫＲ−Ｖ−φＴＧθＲ：後輪
の目標舵角 θＦ＝前輪の舵角 Ｖ二車速 必：ヨーレート ＫＦ、ＫＲ：例えばホイールベース 車両の重量、重心バラ ンスなどの車両の特性 によって定まる定数 に基づいて、後輪を転舵することが提案されている。な
お、ここで、ＫＶ、ＫＲは、次の式により決定される。

ＫＰ＝Ｃ＋／Ｃｚ ＫＲ＝ＷＶ／ｇ　　　（Ｃ２１２−ＣＩ　　Ｉ＋　）／
Ｖ＝ｗ／Ｃ２ｇ ＣＩ　、　　Ｃ２：コーナリングバワ Ｗ：重量 １１　二車両の重心と前輪車軸 との距離 １２　：車両の重心と後輪車軸 との距離 すなわち、前輪の舵角は逆相に、車速■及びヨーレート
必は同相に後輪を操舵する成分として働く。したがって
、低速時にはＶが小さく第２項の影響が小さく、逆相と
なるが、高速になると、車速Ｖ１ヨーレートが共に大き
くなり、第２項の影響が大きくなって同相となる。しか
しながら、旋回初期では、ヨーレートが未だ小さいので
、第２項の影響がそれほど大きくなく、逆ト目である。

ところで、例えば特開昭５７−４４５６８号公報に記載
されるように、横風などのカ乱による影響を補正するた
めに、ヨーレイトセンサの出力に応じて後輪を転舵する
ものは知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、そのようなものでは、ＫＦ　ＳＫＲを定数と
しているが、定数であると、実際に車両に適用するのが
困難となる。例えば低速時に、前輪の舵角は３５度程度
であるので、後輪が同程度操舵されると、すごく小回り
が効き、車両に尻振り現象が生じ、また、後輪が操舵さ
れない２輪操舵（２ＷＳ）に対する慣れから、違和感を
感じ、乗りにくい。

また、上記数式によれば、例えば急ブレーキにより車両
がロックされているような状態では、車速Ｖ−０で、逆
相となるが、実際の車速■は０ではないので、不安定方
向となるし、急減速時には車速Ｖは急激に減少して、不
安定方向へと変化していき、安定方向にしたいという運
転者の要求と一致しない。また、加速時にも、ホイール
スピンが生じているときなどに同様な問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、高速時を含
めて常にスリップ角β−０とできるとともに、いわゆる
尻振り現象を防止して低速時の使い勝手を向上できる車
両の後輪操舵装置を提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 請求項（１）の発明は、上記目的を達成するために、数
式 ％式％ ＴＧθＲ；後輪の目標舵角 θＦ＝前輪の舵角 ■：ボ速 φ：ヨーレート ＫＰ、ＫＲ：車両の特性によって定 まる係数 に基づいて後輪を転舵する転舵制御手段を有するものに
おいて、車両の諸条件を検出する条件検出手段と、上記
転舵制御手段及び条件検出手段に連係され車両の諸条件
、例えば車速、路面の摩擦係数、積載重量、舵角速度な
どにより係数ＫＰＳＫＲのうち少なくとも一方の係数を
変更させる変更手段とを有することを特徴とする 請求項（２の発明は、条件検出手段は車速センサに連係
され、変更手段は車速Ｖの増加゛とともに係数ＫＰ、Ｋ
ｌ？のうち少なくとも係数ＫＰを増加するように変更す
るものである。ＫＰのみを変化させると、低速状態で第
２項の影響が強くなり過ぎるので、ＫＲも車速の増加と
ともに増加するようにしてもよい。

請求項（３）の発明は、条件検出手段は加減速を険出し
、変更手段は車両の加減速に応じて係数ＫＦを減少させ
るかあるいは係数ＫＲを増加させるものである。

（作用） 請求項（１）の発明によれば、係数ＫＰＳＫｌ？のうち
少なくとも一方の係数を車両の諸条件（例えば車速、路
面の摩擦係数、車両の積載重量）により変更するので、
後輪の目標舵角が最適値に制御されることになる。

請求項（２）の発明によれば、係数Ｉ（ＦＳＩ（Ｉ？の
うち少なくとも係数Ｉ（Ｐを、車速Ｖの増加とともに増
加するように変更するので、車速Ｖの小さいときには、
後輪舵角が小さくなり、２輪操舵に近くなり、２輪操舵
に対する慣れからくる違和感がなくなり、尻振り現象が
抑制される。

請求項（３）の発明によれば、車両の加減速に応じて、
係数ＫＦを減少させるか、又は係数Ｉ（Ｒを増加させる
ので、同相となり、加減速時に安定方向となる。不安定
力向となるのが補正される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明する。

車両の後輪操舵装置の全体構成を示す第１図において、
ＩＬ、ＩＲはそれぞれ左右の前輪、２Ｌ。

２Ｒは左右の後輪であり、左右の前輪ＩＬ、ＩＲは前輪
転舵機＋ＭＡにより連係され、また左右の後輪２Ｌ、２
Ｒは後輪転舵機構Ｂにより連係されている。

前輪転舵機構Ａは、それぞれ、左右の一対のナックルア
ーム３Ｌ、３Ｒおよびタイロッド４Ｌ。

４Ｒと、該左右の一対のタイロッド４Ｌ、４Ｒ同士を連
結するリレーロッド５とから構成されている。この前輪
転舵機構Ａにはステアリング機構Ｃが連係されており、
ステアリング機構゛Ｃは、ラックアンドビニオン式とさ
れ、その構成要素であるピニオン６は、シャフト７を介
してハンドル８に連結されている。

これにより、ハンドル８を右に切るように操作をしたと
きには、リレーロッド５が第１図の左方向に変位し、ナ
ックルアーム３Ｌ、３Ｒがハンドル８の操作変位量すな
わちハンドル舵角に応じた分だけ同図の時計方向に転舵
される。同様に、ハンドル８を左に切る操作をしたとき
には、この操作変位量に応じて、左右の前輪ＩＬ、ＩＲ
が左へ転舵されることとなる。

後輪転舵機構Ａも、前輪転舵機構Ｂと同様に、左右の一
対のナックルアームＩＯＬ、ＩＯＲおよびタイロッドＩ
ＩＬ、ＩＩＲと、該左右の一対のタイロッドＩＩＬ、１
１Ｒ同士を連結するリレーロッド１２とを有し、このリ
レーロッド１２には中立保持手段１３が付設されている
。

中立保持手段１３は、第２図に詳細を示すように、車体
１４に固定されたケーシングを有し、ケーシング１５内
には一対のばね受け１６ａ　　１６ｂが遊嵌されて、こ
れらばね受け１６ａ、１６ｂの間に圧縮ばね１７が配設
されている。上記リレーロッド１２はケーシング１５を
貫通して延び、このリレーロッド１２には一対のフラン
ジ部１２ａ、１２ｂが間隔をおいて形成され、該フラン
ジ部１２ａ、１２ｂにより上記ばね受け１６ａ、１６ｂ
を受は止めする構成とされ、リレーロッド１２は圧縮ば
ね１７によって常時中立方向に付勢されている。圧縮ば
ね１７はコーナリング時のサイドフォースに打ち勝つだ
けのばね力を備えるものとされている。

上記後輪転舵機構Ｂは、後輪２Ｌ、２Ｒを転舵させる駆
動源としてのサーボモータ２０に連係されている。リレ
ーロッド１２とサーボモータ２０との連係機構中には、
クラッチ２２が介在されている。これによってクラッチ
２２によって適宜サーボモータ２０と後輪転舵機構Ｂと
の連係を機械的に切断しうる構成とされている。

以上の構成により、クラッチ２２が接続状態にあるとき
には、サーボモータ２０の正回転あるいいは逆転により
、リレーロッド１２が第１図中左方あるいは右方へ変位
して、ナックルアーム１０Ｌ、ＩＯＲがその回動中心を
中心にして上記サーボモータ２０の回転量に応じた分だ
け同図時計方向あるいは反時計方向に転舵されることと
なる。

他方、上記クラッチ２２が接続された状態にあるときに
は、上記中立保持手段１３によって後輪２Ｌ、２Ｒは強
制的に中立位置に復帰され、この中立位置で保持される
こととなる。つまり、クラッチ２２が断たれたときには
、前輪ＩＬ、ＩＲのみが転舵される、いわゆる２ＷＳの
車両ということになる。

後輪操舵の制御は、次式に基づいて行われることになる
。

数式 ％式％ ＴＧθＲ：後輪の目標舵角 θＦ＝前輪の舵角 ’Ｊ　：　ｊＪｉ速 ｔｊｔ：ヨーレート なお、係数Ｉ（Ｆ、Ｉ（Ｒは車速に基づいて変更される
変数で、車両の特性によって定まるが、具体的な一例を
示すと、ＫＦは、例えば第３図に示すように、１０ｋｍ
／ｂ付近までは０．３であるが、１０ｋｍ／ｈを越える
と車速Ｖの増加と共に徐々に大きくなって１となる。一
方、ＫＲは、第４図に示すように、１０ｋｍ／ｈを越え
ると徐々に大きくなり、３０ｋｍ／ｌ＋付近で０．００
５まで増加するように変更される。

上記制御をなすべく、コントロールユニットＵは、上記
数式に基づいて後輪を転舵する転舵制御手段１０１を有
し、さらに、車両の諸条件としての車速Ｖを検出する条
件検出手段１０２と、上記転舵制御手段１０１及び条件
検出手段１０２に連係され車両の諸条件により係数ＫＰ
ＳＫＲを変更させる変更手段１０３とを有する（第１３
図参照）。すなわち、上記数式における係数ＫＰ、ＫＲ
は、変更手段１０３により車速に基づいて、前述した例
えば第３図および第４図に示すように変更せしめられる
。

具体的には、第１図に示すように、ハンドル舵角センサ
３０、車速センサ３１、サーボモータ２０の回転位置を
検出するエンコーダ３２、フロント横Ｇセンサ３３及び
リヤ横Ｇセンサ３４からの信号が入力され、コントロー
ルユニットＵでは、係数ＫＰ、ＫＲを車速に応じて変化
させつつ、ハンドル舵角θＦ　（前輪の舵角）、車速Ｖ
及びヨーレート必に基づいて上記数式により目標後輪舵
角ＴＧ６１Ｒを演算し、必要とする後輪操舵量に対応す
る制御信号がサーボモータ２０に出力される。

しかして、サーボモータ２０の作動が適正になされてい
るか否かをエンコーダ３２によって常時監視しつつ、つ
まりフィードバック制御の下で後輪２Ｌ、２Ｒの転舵が
なされる。

上記制御は、フェイルセーフのために、その制御系が二
重構成とされている。

つまり、第５図に示゛すように、ハンドル舵角センサ３
０に対して前輪舵角センサ３５が付加され、車速センサ
３１に対し車速センサ３６が付加され、エンコーダ３２
に対してクラッチ２２よりもリレーロッド１２側の部材
の機械的変位を検出する後輪舵角センサ３７が付加され
て、これらセンサ３０．３１．３２．３５，３６．３７
において、対応するセンサの両者が同一の値を検出した
ときにのみ後輪操舵を行うようにされている。すなわち
、上記センサ３０〜３２．３５〜３７において、例えば
車速センサ３１で検出した車速と別の車速センサ３６で
検出した車速とが異なるときには、故障発生ということ
でフェイルモード時の制御によって後輪２Ｌ、２Ｒを中
立位置に保持するようになってる。

上記両横Ｇセンサ３３，３４は、それぞれ車体の中心軸
線上に重心を挾んで前後に配設されて横Ｇの大きさを検
出し、ヨーレート必の検出に用いるもので、両横Ｇセン
サ３３，３４の出力により次式で現在のヨーレートψｎ
が算出される。

φｎ−φｎ−＋　＋　（ＧＦ−ＧＲ）ｔ／Ωｔｊｔｎ−
＋：前回のヨーレート ＣＦ＝フロント横Ｇセンサ３３の出力 ＧＲ：リャ描Ｇセンサ３４の出力 ｔ：１ｌＦＪ定間隔 ｇ：両横Ｇセンサの間隔 なお、横Ｇセンサの代わりに、ヨーレートφを直接検出
するヨーレートセンサを付加するようにすることもでき
る。

また、各種制御のために、コントロールユニットＵには
、車高センサ３９、雨滴センサ４０、ブレーキスイッチ
４１、リバーススイッチ４２およびアクセルスイッチ４
３からの信号が入力され、また、図示していないが、オ
ルタネータのし端子からは発電の有無を表す信号が人力
される。

上記車高センサ３９は車高を検出するもので、それによ
り積載重量を間接的に検出するものである。雨滴センサ
４０は雨滴を検出するもので、それにより路面の摩擦係
数μを間接的に検出するものである。ブレーキスイッチ
４１はブレーキペダルを踏み込んだときにオン信号を出
力するもので、リバーススイッチ４２はシフトレバ−が
リバース位置になったときにオン信号を出力するもので
あり、アクセルスイッチ４３はアクセル変化率が所定値
以上になったときにオン信号を出力するものである。

制御は、相互に連係されたメインコントローラ５０Ａお
よびサブコントローラ５０Ｂの２つによってなされ、各
コントローラ５０Ａ、５０Ｂには各挿センサ３０．３７
，３９．４０およびオルタネータのし端子からの信号が
アナログバッファ５１およびＡ／Ｄコンバータ５２を介
してそれぞれに入力され、またセンサ３１，３５．３６
およびスイッチ４１，４２．４３からの信号がデジタル
バッファ５３を介してそれぞれに入力され、また、両横
Ｇセンサ３３，３４からの信号が別のアナログバッファ
５４およびＡ／Ｄコンバータ５５を介してメインコント
ローラ５０Ａに入力されるようになっている。

他方、メインコントローラ５０Ａにおいて生成された信
号は、サーボアンプ６１およびサーボドライバ６２を介
してを介してサーボモータ２０に出力され、目標後輪舵
角とする。サーボモータ２０の回転量はエンコーダ３２
によって検出され、エンコーダ３２からの信号がサーボ
アンプ６１を介してメインコントローラ５０Ａに入力さ
れ、サーボモータ２０をフィードバック制御するように
なっている。

また、両コントローラ５０Ａ、５０Ｂからの信号がアン
ド回路７１．７２に於いて比較され一致したときのみ、
クラッチ７３．７４を連結して後輪の操舵が可能となる
ようにしている。また、オア回路７５においても比較さ
れ、両信号が不一致のときには、ウオーニングランプ７
６が点灯するようになっている。

なお、この後輪操舵の制御は、オルタネータのし端子か
らの信号がハイ（Ｈｉ）となったことを条件に開始され
るようになっている。

なお、同図中、７７は５Ｖレギユレータを有すると共に
異常時のメインコントローラ５ＯＡのリセットを行う電
圧制御回路、７８はバッテリ、７９はイグニッションス
イッチ、８０はヒユーズである したがって、上記の構成によれば、第６図に示すように
、ハンドル舵角θＦの時間的変化が同一でも、本願発明
の４輪操舵（４ＷＳ）の場合は、２輪操舵−（２Ｗ　Ｓ
　）の場合（後輪舵角ゼロ）に比して、ヨーレート必が
小さくなり、スリップ角βもほとんどゼロとなる。

また、上記コントロールユニットＵの条件検出手段１０
１はアクセルスイッチ４３及びブレーキスイッチ４１に
も連係されて、加減速状態を検出するようにもなってお
り、車速だけでなく、加減速に応じても、係数ＫＰＳＫ
Ｒを変更するようになっている。すなわち、アクセルス
イッチ４３よりの信号により条件検出手段１０１が加速
状態を検出したときには、変更手段１０２が、係数ＫＲ
に補正値αを加えてＫＩ？＋αと変更し、補正値αを加
速度に応じて徐々に大きくシ（第７図参照）、加速時に
運転者の要求に一致した安定方向とするようになってい
る。一方、減速時にも、同様にすることができるが、減
速時には加速時よりも補正値αの変化の度合を大きくす
るようにするのが望ましい。また、その補正は、第７図
に鎖線で示すように、加減速度が所定値を越えたときか
ら係数ＫＲを、一定の補正値αＩｆｌ　、　　α１１け
大きくなるようにしてもよい（α１０　＜αＵ　）。な
お、係数ＫＦを変更する場合には、係数ＫＲの場合とは
逆に補正値が小さくなるようにすればよい。

上記実施例では、係数Ｉ（Ｉ’、Ｉ（Ｒを車速や加減速
に応じて変更するようにしているが、そのほか、積載重
量、路面の摩擦係数、ハンドル舵角速度などによって変
更するようにしてもよい。

すなわち、積載重量（例えば３００　ｋｇ程度）が増加
すると、第８図に示すように、前述した数式をそのまま
用いた補正なしの場合は、スリップ角βが時間の経過と
共に大きくなり、ゼロとならないが、積載重量Ｗについ
て補正すれば、スリップ角βは略ゼロとなる。

摩擦係数μが小さくなると、第９図（μｍ０゜５）と第
１０図（μｍ０．２）を比較すれば明らかなように、補
正をしないで上記数式をそのまま用いた場合、スリップ
角βの絶対値が大きくなるが、摩擦係数μに基づいて補
正してやると、スリップ角βを略ゼロにすることができ
る。

さらに、θＦはハンドル舵角で遅れはないといえるが、
ヨーレートφは車両の運動系として遅れを有しており、
θＦは逆相成分、φは同位相成分であることから、θＦ
に対する必の時間的遅れは操縦安定性に悪影響を与える
ので、ハンドル舵角速度に応じて変化する補正値γ１．
γ２をＩ（Ｐ、ＫＲにかけてすなわちＩ（Ｆ　・γ、、
ＫＩ？　・γ２と補正することが望ましい。

すなわち、補正値γ１は、ハンドル舵角速度θＦが速く
なるに連れてＩ（Ｆを小さくし、後輪が逆相方向へ急に
操舵されるのを抑制し、ヨーレートが大きくなるのを待
つようになっている（第１１図参照）。補正値γ２は、
舵角速度θＦが速いときはＩ（Ｒを大きくしてヨーレー
トの立ち上がりの遅れ分をカバーすることができるよう
になっている（第１２図参照）。

（発明の効果） 請求項（１）の発明は、上記のように、係数Ｉ（Ｐ、Ｋ
Ｒのうち少なくとも一方の係数を車両の諸条件により変
更するので、後輪の［Ｉ標舵角が最適値に制御される。

請求項（２）の発明は、係数Ｉ（Ｐ、Ｉ（１？のうち少
なくとも係数ＫＦを、車速Ｖの増加とともに増加するよ
うに変更させるので、車速Ｖの小さいときには、後輪舵
角が小さくなり、２輪操舵に近くなり、慣れからの違和
感がなくなり、また、いわゆる尻振り現象が抑制される
。

請求項（３）の発明は、車両の加減速に応じて、係数Ｋ
Ｆを減少させるか、又は係数ＫＲを増加させるので、加
減速時に同位相となるようになり、安定方向に制御され
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は車両の後輪操舵
装置、第２図は中立保持手段の拡大断面図、第３図およ
び第４図はＫＦおよびＫｌ？の変化の説明図、第５図は
制御系のブロック図、第６図は２ＷＳの場合と比較して
示すタイムチャート、第７図は加減速状態での補正値を
示す図、第８図乃至第１０図はそれぞれ積載重量及び路
面の摩擦係数の影響を示すタイムチャート、第１１図及
び第１２図はハンドル舵角速度に対する補正値の説明図
、第１３図はコントロールユニットのブロック図である
。 Ｕ・・・・・・コントロールユニット ３０・・・・・・ハンドル舵角センサ ３１．３６・・・・・−車速センサ ３３．３４・・・・・・横Ｇセンサ ３５・・・・・・前輪舵角センサ ４１・・・・・・ブレーキスイッチ ４３・・・・・・アクセルスイッチ ］０１・・・・・・転舵角制御手段 １０２・・・・・・条件検出手段 １０３・・・・・・変更手段 Ｕ・・・・・・コントロールユニット ３０・・・・・・ハンドル舵角センサ ３１．３６・・・・・・車速センサ ３３３４・・・・・・溝Ｇセンサ ３５・・・・・・前輪舵角センサ ４１・・・・・・ブレーキスイッチ ４３・・・・・・アクセルスイッチ １０１・・・・・・転舵角制御手段 １０２・・・・・・条件検出手段 １０３・・・・・・変更手段 第２図 車速■ 第３図 車速　■ 第４図 馴 第６図 加速度（５雇理度） 第７図 箒１３図 大→ 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）数式 ＴＧθＲ＝−ＫＦ・θＦ＋ＫＲ・Ｖ・■ ＴＧθＲ：後輪の目標舵角 θＦ：前輪の舵角 Ｖ：車速 ■：ヨーレート ＫＦ、ＫＲ：車両の特性によって定 まる係数 に基づいて後輪を転舵する転舵制御手段を有するものに
   おいて、車両の諸条件を検出する条件検出手段と、上記
   転舵制御手段及び条件検出手段に連係され車両の諸条件
   により係数ＫＦ、ＫＲのうち少なくとも一方の係数を変
   更させる変更手段とを有することを特徴とする車両の後
   輪操舵装置。
2. （２）条件検出手段は車速センサに連係され、変更手段
   は車速Ｖの増加とともに係数ＫＦ、ＫＲのうち少なくと
   も係数ＫＦを増加するように変更するところの請求項（
   １）記載の車両の後輪操舵装置。
3. （３）条件検出手段は加減速を検出し、変更手段は車両
   の加減速に応じて係数ＫＦを減少させるかあるいは係数
   ＫＲを増加させるところの請求項（１）記載の車両の後
   輪操舵装置。