JPH0220476A - 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、前輪が操舵される車両において、走行特性の
向上を図るべく後輪を転舵させる車両の後輪操舵装置に
関する。

（従来の技術） 車両の運転者は、一般に、ステアリング・ハンドル操舵
力、前輪操舵角、車両走行速度、車両におけるヨー角速
度及び横加速度等々の、車両の運動状態をあられず種々
な情報を得つつ車両を制御していることになるが、斯か
る運転者が得る情報の一つに、ヨー運動中心感覚がある
と考えられる。

ヨー運動中心感覚とは、車両の運転者が、自らが制御し
ている車両がヨー運動を起こしているとき、何れかの位
置にヨー運動中心を感じる感覚である。

このように車両の運転者によるヨー運動中心感覚によっ
て捉えられる車両のヨー運動中心について、簡略化のた
め、第６図に示される如くの、前輪及び後輪を夫々１個
ずつ備えた２輪車モデルにおいて考察すると、車両の方
向変化走行時において、瞬間回転中心ＩＣから車両にお
ける前後軸線ＣＬ（この場合、前輪ＦＷの中心と後輪Ｒ
Ｗの中心とを通るものとなる。）に垂線Ｐ　Ｌを下して
得られる前後軸線ＣＬと垂線ＰＬとの交点Ｐの位置、即
ち、車両の方向変化走行時における横すべり速度が零と
なる位置が、車両のヨー運動中心の位置どされると考え
ることができる。このような交点Ｐは、一般的には、前
後軸線ＣＬ上に位置する重心Ｇから離隅した位置をとる
ものとなる。そして、斯かる車両のヨー運動中心につい
ての考察は、…１輪及び後輪を夫々左右２個ずつ備える
４輪車にも同様に適用することができる。

以上の如くに考えられる車両のヨー運動中心の位置は、
車両の操縦性の観点からみれば、車両の方向変化走行時
において車両走行速度や前輪操舵角等が変化しても常時
一定の位置にあるようにされることが望ましく、それに
よって、運転者による車両の姿勢制御が容易となる利点
が得られる。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如くに、車両においては、ヨー運動中心の位置が
固定されることが望ましいのであるが、４輪車の・うち
の前輪操舵車（２輪操舵車）にあっては、その方向変化
走行時に、ヨー運動中心の位置は、前輪操舵操作が開始
された瞬間においては後輪の車軸付近にあり、その後前
輪操舵操作に応じて車両の方向が変化せしめられるに伴
って車両の前方側へと移動してしまう。また、４輪車の
うちの前輪操舵に応じて後輪が転舵される４輪操舵車に
ついては、例えば、特公昭６０−４４１８５号公報にも
示される如く、車両の旋回走行時に、車両の前後軸の方
向が旋回軌道に対する接線に一敗するように、換言すれ
ば、車両の重心におりる横すべり速度が零となるように
、前輪操舵に応じて後輪を、低速旋回状態においては前
輪に対して逆位相となるように、また、高速旋回状態で
は前輪番二対して同位相となるように転舵し、ヨー運動
中心の位置が車両の重心の位置におかれる結果となるよ
うにすることが提案されている。

しかしながら、このように前輪操舵に応じて後輪が転舵
される４輪操舵車にあっても、前輪操舵角が一定とされ
たもとでの旋回走行状態、即ち、定常旋回走行状態にお
いては、上述の如くの、ヨー運動中心の位置が車両の重
心の位置におかれる作用が得られるが、車両の車線変更
走行時等の、前輪操舵角が変化せしめられるもとでの方
向変化走行状態においては、瞬間回転中心の位置が大き
く変化し７、それに伴ってヨー運動中心の位置も車両の
前後方向に大きく変化してしまうことになる。

斯かる点に鑑み、本発明は、運転者の操舵操作に従って
前輪が転舵される車両において、その方向変化走行時に
前輪操舵とは独立して後輪を転舵させる制御を行うこと
により、車両走行速度や前輪操舵角等が変化せしめられ
る状態のもとにおいても、車両のヨー運動中心の位置を
実質的に固定することができるようにされた車両の後輪
操舵装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る車両の後輪操舵
装置は、車両の後輪を転舵させる後輪操舵機構と、車両
上に定められた第１の点における横すべり速度、もしく
は、車両外に定められた第２の点についての仮りに車両
が第２の点を含むとしたもとでの横すべ速度を、直接的
もしくは間接的に求める横すべり検出手段と１、横すべ
り検□出手段の検出出力に応じて後輪操舵機構を作動さ
せる制御手段とを備えて構成され、制御手段が、車両が
その前輪操舵角の変化を伴う走行状態にあるとき、横ず
ベリ検出手段により求められる横すべり速度を零とずべ
（、後輪操舵機構に後輪転舵動作を行わせるものとされ
る。

（作　用） −」−述の如くの本発明に係る車両の後輪操舵装置にあ
っては、車両の前輪操舵角の変化を伴う方向変化走行時
に、制御手段による制御を受けた後輪転舵機構によって
、車両」二に定められた第１の点の横すべり速度、もし
くは、車両外に定められた第２の点の仮りに車両が第２
の点を含むとしたもとでの横すべり速度が零となるよう
に、後輪が転舵され、従って、車両の前輪操舵角の変化
を伴う方向変化走行状態のもとにおいても、車両のヨー
運動中心の位置が、第１の点もしくは第２の点の位置に
おかれることになる。それにより、車両の運転者は、車
両が旋回走行状態にあるとき、常時、ヨー運動中心が第
１の点もしくは第２の点の位置に固定された感覚を得る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明するや 第１図は、本発明に係る車両の後輪操舵装置の一例を、
それが適用された車両とともに示す。第１図に示される
車両においては、ステアリングホイール１１の操舵操作
に応じて、左右の前輪１２を転舵させる既知の構成を採
る前輪操舵機構１３と、左右の後輪１４を転舵させる後
輪操舵機構１５とが備えられている。

前輪操舵機構１３においては、ステアリングホイール１
１からの操舵力が、例えば、ラックアンドビニオン式を
採るステアリングギア機構１９により前輪転舵軸１８に
伝達されて前輪転舵軸１８が車幅方向に移動せしめられ
、その前輪転舵軸１８の車幅方向の移動が、タイロッド
１７を介して、前輪１２を回転可能に支持するとともに
ジヨイント部を介して車体により支持されたナックルア
ーム１６に伝達され、ナックルアーム１６がジョイン］
・部の廻りを回動せしめられるようにされており、その
結果、前輪１２の転舵が行われる。

また、後輪操舵機構１５は、前輪操舵機構１３における
ものと同様なナックルアーム２１．タイロッド２２及び
後輪転舵軸２４の他に、後輪転舵軸２４を中立位置に付
勢するコイルスプリングを有した中立位置復帰機構２５
．サーボモータ２６゜サーボモータ２６が発する駆動力
を後輪転舵軸２４に伝達して後輪転舵軸２４を車幅方向
に移動させる操舵力伝達用歯車機構２７．ザー・ボモー
タ２６と操舵力伝達用歯車機構２７との間に配設されて
操舵力伝達経路を遮断する電磁クラッチ２８、及び、後
輪転舵軸２４を中立位置から変位させた状態で保持する
ための電磁式の保舵用ブレーキ２９を有して構成されて
いる。そして、斯かる後輪操舵機構１５においては、電
磁フランチ２日が締結状態とされ、かつ、保舵用ブレー
キ２９が非作動状態とされたもとで、サーボモータ２６
が作動せしめられることにより、サーボモータ２６の回
転が操舵力伝達用歯車機構２７を介して、後輪転舵軸２
４に設けられたボールねし機構３１に伝達され、それに
より、後輪転舵軸２４が、中立位置復帰機構２５におけ
るコイルスプリングの弾力に抗して車幅方向に移動せし
められるようにされており、その結果、後輪１４の転舵
が行われる。

さらに、後輪操舵機構１５を構成するサーボモータ２６
．電磁クラツチ２８及び保舵用ブレーギ２９に対する動
作制御を行うためのコントロールユニット１００が備え
られている。コントロールユニット１００には、車両の
重心位置に配置された横加速度センサ３２から得られる
車両の重心における横加速度に応じた検出信号Ｓｇと、
車両の重心位置に関連して配置されたヨー角速度センサ
３４から得られる車両の重心におけるヨー角速度に応じ
た検出信号ＳＷと、車速センサ３６から得られる車両走
行速度に応じた検出信号Ｓ　ｖと、後輪操舵機構１５に
関連して配された舵角センサ３８から得られる後輪舵角
に応じた検出信号Ｓ［とが供給され、また、それに加え
て、サーボモータ２６等の制御に必要とされる他の検出
信号Ｓｘも供給される。

コントロールユニッ）１００は、上述の検出（を号Ｓｇ
、Ｓｗ、Ｓｖ、Ｓｒ及びＳｘに基づいて、所定の後輪操
舵制御条件、例えば、各センサの異常や後輪操舵機構１
５の故障が生じていないこと等の条件が成立していない
ことが検知される場合には、駆動信号Ｃｂ及びＣｅを夫
々保舵用ブレーキ２９及び電磁クラッチ２８に選択的に
供給して後輪１４を転舵させる制御を、行わないように
する。それに対し、後輪操舵制御条件が成立しているこ
とが検知される場合には、車両上の特定位置、例えば、
第２図に示される如くの、車両の前後軸線ＲＩ、上にお
４．する、重心Ｇ０の位置から予め設定された一定の距
離λ。だけ後方に位置する点Ｐ６における横すべり速度
を零にずべく、保舵用ブレーキ２９及び電磁クラッチ２
８に対する駆動信号ＣＩ）及びＣｅの供給を停止して後
輪１４を転舵させる制御を行うこととし、そのため目標
後輪舵角を算出する。

斯かる目標後輪舵角の算出は、目標後輪舵角をＴθｒ２
点Ｐ０における横すべり速度を１１　、、及び、制御定
数をｋとして、式：ＴＯｒ＝に一＋λに基づいて行われ
得るものとされるが、点Ｐ０における横すべり速度Ｕを
直接的に検出することは困難であるので、式：Ｔθｒ＝
に−ｕに代えて、式：Ｔθｒ＝ｋ・ω・　（λ。−λ）
　　　・・・（１）〔但し、ωは重心Ｇ０におけるヨー
角速度であり、λは方向変化走行状態にある車両に関す
る瞬間回転中心ＲＣから車両の前後軸線ＲＬに下した垂
線の前後軸線ＲＬとの交点Ｑ（ヨー運動中心）から重心
Ｇ０までの離隔距離であり、以下、ヨー運動半径という
。〕が用いられて行われる。

その際、重心Ｇ０におけるヨー角速度ωは、ヨー角速度
センサ３４からの検出信号Ｓｗに基づいて得られるが１
．ヨー運動半径λは、その直接的な計測は困難であるの
で、間接的に求められる。

即ち、ヨー運動半径λは、重心Ｇ０における横すべり角
βｇが比較的小である場合には、車両走行速度を■とし
て、式： ％式％（２） により算出でき、また、重心Ｇ。における横すべり角β
ｇは、それが比較的小である場合には、重心Ｇゆにおけ
る横すべり速度をＹｕとして、式：により算出できる。

そして、重心Ｇ、における横すべり速度Ｙｕは、重心Ｇ
。における横加速度をＹｇとして、式： ％式％） により算出できるので、横加速度センサ３２からの検出
信号Ｓｇに基づいて得られる重心Ｇ、における横加速度
Ｙｇ、　ヨー角速度センサ３４からの検出信号Ｓｗに基
づいて得られる重心Ｇ０におけるヨー角速度ω、車速セ
ンサ３６からの検出信号Ｓｖに基づいて得られる車両走
行速度■が用いられて算出される。

従って、横加速度センサ３２からの検出信号Ｓｇに基づ
いて重心Ｇ０における横加速度Ｙｇが。

ヨー角速度センサ３４からの検出信号Ｓｗに基づいて重
心Ｇ０におけるヨー角速度ωが、及び、車速センサ３６
からの検出信号Ｓｖに基づいて車両走行速度Ｖが夫々求
められ、上述の式（３）、　（２）及び（ｉ）が用いら
れることにより、目標後輪舵角をＴθｒが算出されるこ
とになる。

続いて、コントロールユニット１００は、上述の如くに
して目標後輪舵角］゛θｒを算出した後、算出された目
標後輪舵角Ｔ／７ｒと舵角センサ３８からの検出信号Ｓ
ｒに基づいて得られる後輪舵角θｒとの差Δθを算出し
、算出された差Δθの正負と値とに応じた制御信号Ｃｒ
ｎを形成して、制御信号Ｃｍを駆動回路部４０に供給す
る。それにより、駆動回路部４０から制御信号Ｃｍに応
じたモータ駆動信号ＣＭがサーボモータ２６に供給され
、サーボモータ２６が、モータ駆動信号ＣＭに応じて正
転もしくは逆転せしめられ、後輪舵角θｒが「１標後輪
舵角Ｔθｒに等しくなるように後輪１４が転舵される。

このようなコントロールユニット１００による後輪操舵
機構１５の制御が行われることにより、車両が、例えば
、第３図に示される如くに、走行基準点Ｄ　ｐから実線
で示される如くの車線変更部を含む走行進路Ｋに沿って
走行するものとされる場合には、走行基準点Ｄｐから車
両の重心までの車両の進路方向における距離Ｘ　（ｍ）
と車両の進路方向Ｇご直交する方向における車両の重心
の変位Ｚ（彌）との関係、及び、走行時間Ｔ　（ｓｅｃ
）と車両の前輪舵角θｆ　　（ｄｅｇ）、車両の重心に
おけるヨー角速度（Ｊ）　（ｄｅｇ／５ｅｃ）、車両の
後輪舵角θｒ　　（ｄｅｇ）、及び、ヨー運動半径λ（
耐の夫々との関係が、夫々、第４図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ及び
Ｅにおいて実線で示される如くのものとなることが、コ
ンピュータが用いられてのシミュレータ９ンにより確認
されている。

なお、斯かるシミニレ−ジョンは、車両の走行路面にお
ける摩擦係数μが０．８、車両走行速度■が１２０　（
ｋｍ／ｈ）に設定されたもとで行われたものであり、ま
た、第４図Ａ−Ｈにおいては、比較のため、前輪のみが
転舵されるものとされた２輪操舵中の場合の各関係が、
変位Ｚ、前輪舵角θｒ。

ヨー角速度ω、後輪舵角θｒ、及び、ヨー運動半径λに
換算されて、破線により示され、また、車再走行速度に
応じて前輪舵角に対する後輪舵角の比で表される操舵比
が変化せしめられる比例制御型の４輪操舵車の場合の各
関係が、変位Ｚ、前輪舵角θｆ、ヨー角速度ω、後輪舵
角θｒ、及び、ヨー運動半径λにＩ！！！！算されて、
−点鎖線で夫々示されている。

第４図Ａ〜Ｃから明らかなように、第１図に示される車
両の場合には、２輪操舵車の場合及び比例制御型の４輪
操舵車の場合に比して、車線変更時における前輪舵角θ
ｒは幾分大となるが、車線変更後におりる走行進路Ｋに
対する収束が速くなるとともにヨー角速度ωの変動幅が
小となり、また、第４図りに示される如く、比例制御型
の４輪操舵車の場合には、車両走行速度■が変化しない
限り、後輪舵角θｒは然程大なる変化を有することがで
きないが、第１図に示される車両の場合には、後輪舵角
θｒが前述の式（１）であられされる目標後輪舵角Ｔθ
ｒに一致せしめられるべく制御されるので、後輪舵角θ
ｒが大なる変化を有するものとされることになる。そし
て、後輪舵角θｒが第４図りに示される如くに変化せし
められることにより１、第４図已に示される如く、ヨー
運動半径λが、２輪Ｊｆｆｉ舵車の場合及び比例制御型
の４輪操舵車の場合においては極めて大きく変化するの
に対し・、第１図に示される車両の場合には、後輪操舵
の切換えが行われるヨー角速度ωが零とされる時点を含
むその前後の極めて短い期間を除いて、略一定値λ。に
保たれている。

従って、上述の如くのコントロールつ一ニット１００に
よる後輪操舵機構１５の制御が行われることにより、車
両の車線変更状態等の前輪舵角θｒが変化せしめられる
もとでの方向変化走行状態においても、ヨー角速度ωが
零とされる時点を含むその前後の極めて短い期間を除い
て、ヨー運動中心となる交点Ｑが、車両の前後軸線ＲＬ
」二に設定された重心Ｇ。から距離λ。だけ後方に位置
する点Ｐ。に一致せしめられて、斯かる点Ｐ０における
横すべり速度＋１が略零にされることになる。それゆえ
、車両の運転車は、車両が常に点Ｐ０を中心としてヨー
運動を起すよ・うな感覚を得ることになり、車両の操縦
性の向上が図られる。さらには、車両の走行時に外乱が
生じても、後輪１４が転舵されることによってそれが自
動修正されるという利点も得られる。

なお、ヨー角速度ωが零とされる時点を含むその前後の
極めて短い期間においては、車両に実質的な姿勢変化が
生じないので、その間に交点Ｑが点Ｐ。に一致せしめら
れなくとも、車両の操縦性に対する別設の悪影響はない
。

また、横すべり速度Ｕが零とされるべく設定される点Ｐ
、は、上述の如くに車両における前後軸線ＲＬ上の位置
に設定される必要はなく、車両上の他の任意の位置に設
定され得るものであり、さらには、点Ｐ０が車両外の位
置に設定されてもよく、その際には、仮に車両が点Ｐ。

を含むものとされたとしたもとで、点Ｐ０の横すべり速
度Ｕが考察される。但し、車両の運転者にとって車両が
最も安定した動作を行うように感じられるのは、点Ｐ、
が運転者の位置より若干後方に設定された場合であると
考えられる。

上述の如くの制御を行うコントロールユニッ１〜１００
は、例えば、マイクロコンピュータが用いられて構成さ
れるが、斯がる場合におけるマイクロコンピュータが実
行するプログラムの一例ヲ第５図のフローチャートを参
照して説明する。

第５図のフローチャートで示されるプログラムにおいて
は、スタート後、プロセス１０１において検出信号Ｓｇ
、Ｓｗ、Ｓｖ、Ｓｒ及びＳｘを取り込み、続くデイシジ
ョン１０２において後輪操舵制御条件が成立しているか
否かを判断し、後輪操舵側１２１１条件が成立している
と判断された場合には、プロセス１０３において、車両
の重心Ｇ６における横すべり速度Ｙｕを、検出信号Ｓｇ
、　Ｓｗ及びＳｖから夫々求められる重心Ｇ０における
横加速度Ｙｇ９重心Ｇ、におけるヨー角速度ω及び車両
走行速度■を用いて、式：Ｙｕ＝／（Ｙｇω・Ｖ）ｄｔ
、により算出する。続いて、プロセス１０４において、
重心Ｇ０における横すべり角βｇを、プロセス１０３に
おいて算出された横すべり速度Ｙｕと検出信号Ｓｖから
求められた車両走行速度Ｖとを用いて、式二 Ｙｕ βｇ−□ により算出し、次に、プロセス１０５において、ヨー運
動半径λを、プロセス１０４において算出された横すべ
り角βｇと検出信号Ｓｗから求められた重心Ｇ０におけ
るヨー角速度ωとを用いて、弐： ω により算出し、プロセス１０６に進む。

プロセス１０６においては、目標後輪舵角Ｔθｒを、プ
ロセス１０５で算出されたヨー運動半径λ及び検出信号
Ｓｗから求められた重心Ｇ。におけるヨー角速度ωを用
いて、式：Ｔθｒ　＝ｋ・ω（λ０−λ）により算出す
る。そして、プロセス１０７において、目標後輪舵角Ｔ
θｒから、検出信号Ｓｒに基づいて求められる後輪舵角
θｒを減じて差Δθを算出し、続くプロセス１０８にお
いて、ブ１１セス１０７で算出された差Δθに応じた制
御信号Ｃｍを駆動回路部４０に送出し、後輪舵角θｒを
目標後輪舵角Ｔθｒに一敗させる制御を行って、元に戻
る。

また、デイシジョン１０２において、後輪操舵制御条件
が成立していないと判断された場合には、プロセス１１
１において、他の制御プログラムを実行して九番こ戻る
。

なお、上述の例においては、横加速度Ｙｇ、　　ヨー角
速度ω及び車両走行速度Ｖ等を検出してヨー運動半径λ
を得、得られたヨー運動半径λを用いて目標後輪舵角Ｔ
θｒを、式：Ｔθｒ＝ｋ・ω・（λ。−λ）により設定
するようにされているが、本発明に係る車両の後輪操舵
装置は必ずしもそのようにされる必要はなく、例えば、
車両の前後軸線ＲＬに沿って重心Ｇ。から距離λ。だけ
離隔した点Ｐ０における横ずベリ角βＣを計測し、■標
後輪舵角］゛θ［を式：Ｔθｒ＝ｋ・βＣ・■より算出
するようにされてもよく、また、点Ｐ０における横すべ
り速度Ｕを直接計測することにより求め、あるいは、横
すべり速度Ｕを式：ｕ＝／（Ｙｇ−ω・Ｖ）ｄｔ−ω・
λ。に基づいて算出して、目標後輪舵角Ｔθｒを式：Ｔ
θｒ＝ｋ　−ｕにより算出するようにされてよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る車両の後輪
操舵装置によれば、運転者め操舵操作に従って前輪が転
舵される車両において、前輪操舵角の変化を伴う方向変
化走行時に、制御手段による制御を受けた後輪転舵機構
によって、車両上に設定された点の横すべり速度、もし
くは、車両外に設定された点の仮りに車両がその実際に
は車両外の点を含むとしたもとでの横すべり速度が零と
なるように、後輪が転舵される。従って、車両の前輪操
舵角の変化を伴う方向変化走行状態のもとにおいでも、
車両のヨー運動中心の位置が、車両−［−もしくは車両
外に多め設定された点の位置におかれることになり、車
両の運転者は、車両が方向変化走行状態にあるとき、常
時、ヨー運動中心が車両上もしくは車両外の一定の位置
に固定された感覚を得ることができで、車両の操縦性の
向上が図られることになる。また、走行中の車両に対す
る外乱が発生しても、車両の姿勢が自動修正されるとい
う利点も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車両の後輪操舵装置の一例を、そ
れが適用された車両とともに示す概略構成図、第２図は
第１図に示される例における構成及び動作の説明に供さ
れる概念図、第３図は第１図に示される例の動作及び作
用の説明に供される図、第４図Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ及び
Ｅは第１図に示される例の作用の説明に供される特性図
、第５図は第１図に示されるコントロールユニットにマ
イクロコンビ５７−タが用いられた場合における、斯か
るマイクロコンピュータが実行するプログラムの一例を
示すフローチャート、第６図は車両のヨー運動中心の説
明に供される概念図である。 図中、１１はステアリングホイール、１２は前輪、１４
は後輪、１５は後輪操舵機構、２６はサーボモ・−タ、
３２は横加速度センサ、３４はヨー角速度センザ、３６
は車速センサ、３８は舵角センサ、１００はコントロー
ルユニットである。 特許出願人　　　マツダ株式会社 第１ 図 １５：後輪操陀機構２６：サーボモータ第４図 Ｔ（ｓｅｅ） ｐ ０ｍ ０ｍ ０ｍ Ｔ（ｓｅｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　車両の後輪を転舵させる後輪操舵機構と、上記車両上
   に定められた第１の点における横すべり速度、もしくは
   、上記車両外に定められた第２の点についての仮りに上
   記車両が該第２の点を含むとしたもとでの横すべり速度
   を、直接的もしくは間接的に求める横すべり検出手段と
   、 上記車両が該車両における前輪の操舵角の変化を伴う走
   行状態にあるとき、上記横すべり検出手段により求めら
   れる横すべり速度を零とすべく、上記後輪操舵機構に後
   輪転舵動作を行わせる制御手段と、 を具備して構成される車両の後輪操舵装置。