JPH02220973A - 後輪舵角制御方法 - 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、車両の運動性能を向上させるため前輪操舵時
後輪も操舵する時の後輪舵角制御方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 後輪を操舵しない一般車両（ＺＷＳ車）においては、ス
テアリングホイールの操舵周波数ｆに対する車両のヨー
レートゲイン及び位相角特性が夫々第５図中イ２口で示
す如くになり、操舵周波数の上昇につれヨーレートゲイ
ンが大きく低下すると共にヨーイングの位相遅れが大き
くなって車両ヨ一応答の悪化を免れない。

そこで従来、実開昭６２−２３７７３号公報に記載の如
く、前輪操舵時後輪も操舵する技術が提案された。

この技術は、車両のヨーイングと横変位のみを考慮した
２自由度操安モデルを使用し、ヨー中心位置を制御する
ものであり、後輪舵角の制御伝達関数が理論上１次／１
次の形で表され、これが満足されるような後輪舵角を与
えるものであった。

（発明が解決しようとする課題） 従って従来技術は、ロールステアやコンプライアンスス
テアのような走行中の姿勢変化や外力によって生ずる所
謂サスペンションステアを考慮していなかった。このた
め第５図中ハ、二で示す如く操舵周波数の高い領域にお
いて、特にロールステア成分の影響により（コンプライ
アンスステア成分による影響は比較的小さい）後輪舵角
のゲインが大きくならず、尚ヨーレートゲインの変化及
び位相遅れが大きくて後輪操舵によるヨーダンピングの
向上代が小さかった。

本発明は、車両のヨーイング及び横変位だけでなくサス
ペンションステアをも考慮した３自由度操安モデルを用
いてヨー中心位置の制御を行うことにより上述の問題を
解決することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この目的のため本発明後輪舵角制御方法は、前輪操舵時
、後輪を操舵するに際し、前輪舵角のラプラス変換値を
δｆ（Ｓ）、後輪舵角のラプラス変換値をδｒ　（Ｓ）
　とすると、 δｒ（Ｓ）　　　　１＋Ｔ＋　Ｉ　Ｓ＋Ｔｔ−Ｓ”　＋
Ｔｓ・Ｓ３の制御伝達関数が満足されるような後輪舵角
を与えることを特徴とする。

（作　用） 前輪操舵時、後輪を操舵するに際し、後輪舵角δｒを前
輪舵角δｒに対し上記の制御伝達関数が満足されるよう
な値とすることで、車両のヨーイング及び横変位だけで
なくサスペンションステアをも考慮した３自由度操安モ
デルを用いてヨー中心位置の制御を行うこととなる。こ
のためサスペンションステア成分が後輪舵角の決定に当
り考慮されており、その影響を受けることがなく、操舵
周波数の高い領域において後輪操舵によるヨーダンピン
グの向上代が小さくなるのを防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基き詳細に説明する。

先ず第１図のｘ−ｙ座標系に示した２輪モデルにより本
発明後輪舵角制御方法の原理を説明する。

なお、ここで使用する記号説明を列挙すると次の通りで
ある。

Ｍ：車両質量 ■−ヨー慣性モーメント ■２：ロール慣性モーメント ２１：車両重心から前車軸迄の距離 ｊ２２：車両重心から後車軸迄の距離 ｉ、：車両重心からヨー中心迄の距離 Ｌｃｌ　：キャスタトレール ｔｐｒ　：　前輪のニューマチックトレールｔ□：後輪
のニューマチックトレール ｔ、：前輪間トレッド ｔ、：後輪間トレッド ｈ、：前輪間のロールセンタ地上高 ｈ１；後輪間のロールセンタ地上高 ｈｇ：車両重心地上高 ｈ：車両重心からロール軸線迄の距離 に９１ｔ：前輪ロール剛性 ＫＯｌ：後輪ロール剛性 Ｋｓｔ　ニステアリング剛性 αｔ：前輪減衰力 α、・後輪減衰力 ＣＲｔ　：前輪ロールステア係数 Ｃえ、：後輪ロールステア係数 Ｃ８，：前輪コンプライアンス係数 Ｃａｒ　：後輪コンプライアンス係数 Ｃ８：前２輪トータルコーナリングパワー０２：後２輪
トータルコーナリングパワ−Ｆ、： Ｆ２： Ｖ　： ｙ　： Ｙ３： ψ　： φ　； Ｓ　： Ｇ　： 第１ ：前輪実舵角 ：後輪実舵角 ニステアリングホイール切り角θに対応する前輪舵角（
ステアリングギヤ比がＮの時δ。−θ／Ｎ　） 前輪コーナリングフォース 後輪コーナリングフォース 車速 重心点横変位量 ヨー中心横変位量 ヨー角 ロール角 ラプラス演算子 後輪制御伝達関数 図において、 が成立し、又コーナリングフォースＦ、、　Ｆ、は夫々
次式で表される。

又、本発明においては前記した通りサスペンションステ
アをも考慮した３自由度操安モデルを用いることら、前
後輪実舵角δ１．δｒは夫々次式％式％ 々前後輪のコンプライアンスステア分、δｒは後輪演算
舵角である。一方、ヨー中心の横変位速度ハをＯにする
ことが後輪操舵の目的とすると、；、＝シー１．５Ｔｈ
＝。

、°、シ＝１３少　　−■ の関係式が成立する。

ここで、式を簡単にするため記号を以下の如（に単純化
する。

ｆ ａ　　＝ｌ　Ｉ−ｊｐｆ　　　　　　Ｃ１１ｌ　＝Ｃ＊
ｒ　”−１、。

ｂ’　　＝　ｌ　ｚ＋ｔｐｒ　　　　　　Ｃ＊ｚ＝Ｃ員
ｒ　’−ここで、上記実舵角の関係式をコーナリングフ
ォースの式に代入してラプラス変換すると、になり、■
を■〜■に代入すると、以下の関係式％式％ ＋（ｂｃ’ｚｃ＊ｚ−ａＣ；Ｃａｔ）φ−（ａＣ’、−
ｂＣ’、Ｇ）δ。

−■′ の如くになる。

上式を展開すると、 ここで弐を簡単にするため、 記号を以下 −Ｃ：（ａ＋　１３）　＋Ｃ； （ｆ、−ｂ） ＝　ａｃ’、　（ａ＋　１２　ｓ）　−ｂｃ’。

（Ａｓ−ｂ） −Ｃ’＋　（７７＋＋ａ　ｔ　＋）＋Ｃ’ｚ（η１−ｂ
　ｅ　＋）Ｇε　Ｉ　　　＝Ｃ葛 Ｃ＋ｕ十〇ｚ Ｃ糞２ 又、 ηｒ　　−１）Ｃｚ ｃｗｔ　　ａｃ：ｃｗｔ の如くに単純化し、 を行列の式にまと めると、 ＋　（Ｍ　ｊ！　３Ｓ＋ＭＶ＋　　　　　）　（ａＣ，
−ｂｃ’ｉＧ）更に、 （ｈＳ”＋ξＳ十にえ φ−ｈＭ　（１！　３Ｓ＋Ｖ）　　企 となる。

ここで弐を簡単にするため記号を以下 （１’ｚＳ”＋Ｑ’ Ｓ十にｔ φ＝　Ｍ　（ｌ　ｚｓ＋Ｖ）　Ｇ −・・−−一−■ と書換えることができる。

次に■。

■を■に代入 冨ＣＳ（ηＩ＋ａε、） ξ Ｑ′　；− ＝Ｃ；（η＋−ｂｅｔ） Ｋｔ　＝ ＣＩ’ｚＳ”＋Ｑ’ Ｓ＋ＫＷ （（ＰＳ＋Ｐ−３）−（Ｐ’！１＋Ｐ’６Ｓ）Ｇ　）＝
＝、（Ｍ　ｌ　ｓｓ＋Ｍν）　ＣＰ’＋　＋Ｐ’ｚＧ）
（Ｉ’、Ｓ”÷Ｑ′ Ｓ＋に’。

（Ｐ’３４Ｐ１Ｓ）−（Ｍ　ｌ　３Ｓ＋ＭＶ）ｐ。

−ａｃ’ｔＭ１ｓ−Ｉ＋Ｃ？ （（Ｉ’ｚＳ”＋Ｑ’ Ｓ＋に’。

（Ｐ’ｓ＋Ｐ′ｈＳ）　＋　（Ｍ　ｌ　＊Ｓ＋ＭＶ）　
ＰＳ　）＝ｂＣ％Ｍ　ｊ！　ｓ＋Ｌｃ’ｚ の如くに単純化すると、 上式は夫々 ここで、式を簡単にするため記号を以下に−ｄｏ。／ｅ
ｏ。

ＴＩ　＝ｄａ＋／ｅｏ。

τｚ　　＝ｄｏｔ／ｅｏ。

τｓ　　＝ｄ６３／ｅ６゜ ＴＩ　−ｅａｔ／ｅｏ。

ｒ、　　−１３ｏｚ／Ｂｏ。

Ｔ３　−ｅｏ＊／ｅｇ。

の如くに単純化すると上記伝達関数Ｇの式はと書換える
ことができる。ちなみに、ε１．η１はロールステア係
数がかかる項であるため、ロールステアはに、τ１〜τ
１．Ｔ、〜Ｔ、の全ての項にかかることとなり、■弐で
示した３次／３次の伝達関数Ｇを満足するよう決定した
後輪舵角はサスベンジジンステアを予め考慮したもので
ある。よって、操舵周波数の高い領域において後輪操舵
によるヨーダンピングの向上化がサスペンシランステア
分だけ小さくなるのを防止することができる。

第２図はこの理論に基づく本発明の後輪舵角制御方法を
実施するのに用いる車両の操舵システムを例示し、図中
ＩＬ、　ＩＲは夫々左右前輪、２Ｌ、　２Ｒは夫々左右
後輪である。前輪ＩＬ、　ＩＲは夫々ステアリングホイ
ール３によりステアリングギヤ４を介して転舵可能とし
、前輪舵角δｒはステアリングホイール操舵角をθ、ス
テアリングギヤ比をＮとすると、δｒ−θ／Ｎで表わさ
れる。トランスバースリンク５Ｌ、　５Ｒ及びアッパア
ーム６Ｌ、　６Ｒを含むリヤサスベンジジン装置により
車体のリヤサスペンションメンバ７に懸架された後輪２
Ｌ、　２Ｒも転舵可能とし、この目的のため、後輪のナ
ックルアーム８Ｌ、　８Ｒ間をアクチュエータ９及びそ
の両端におけるサイドロッドＩＯＬ、　ＩＯＲにより相
互に連結する。

アクチュエータ９はスプリングセンタ式復動液圧シリン
ダとし１．その２室を夫々管路１１Ｌ、　ＩＩＲにより
電磁比例式圧力制御弁１２に接続する。この制御弁１２
には更にポンプ１３及びリザーバタンク１４を含む液圧
源の液圧管路１５及びドレン管路１６を夫々接続する。

制御弁１２はスプリングセンタ式３位置弁とし、両ソレ
ノイド１２Ｌ、　１２ＲのＯＦＦ時管路１１Ｌ。

１１Ｒを無圧状態にし、ソレノイド１２Ｌの０８時通電
量に比例した圧力を管路１１Ｌに供給し、ソレノイド１
２Ｒの０８時通電量に比例した圧力を管路１１１’ｌに
供給するものとする。

ソレノイド１２Ｌ、　１２ＲのＯＮ、　ＯＦＦ及び通電
量はコントローラ１７により電子制御し、このコントロ
ーラ１７は第３図に示す如くデジタル演算回路１７ａと
、デジタル人力検出回路１７ｂと、記憶回路１７ｃと、
Ｄ／Ａ変換器１７ｄと、駆動回路１７ｅとで構成する。

コントローラ１７には、ステアリングホイール３の操舵
角θを検出する操舵角センサ１８からの信号、及び車速
Ｖを検出する車速センサ１９からの信号を夫々、デジタ
ル人力検出回路１７ｂを経て入力する。

コントローラ１７のデジタル演算回路１７ａはこれら入
力情報を基に以下の如くに後輪舵角を演算する。

即ち、先ず記憶回路１７ｃ内の第４図に対応するテーブ
ルデータから検出車速■に応じた制御定数に、τ１〜τ
１．Ｔ、〜Ｔ３をルックアップし、これらを基に前記■
式から伝達関数Ｇを演算する。次で、検出操舵角θに対
応した前輪舵角δｒ＝θ／Ｎを求め、これと伝達関数Ｇ
とを乗じて後輪舵角δ。

＝δｒ・Ｇを演算し、演算結果に対応した後輪舵角δｒ
に関するデジタル信号をＤ／Ａ変換器１７ｄによりアナ
ログ信号に変換する。このアナログ信号は駆動回路１７
ｅにより後輪舵角δｒに対応した電流ｉに変換され、制
御弁１２に供給される。

この際コントローラ１７は制御弁１２のいずれのソレノ
イド１２Ｌ又は１２Ｒに電流ｉを供給すべきかを操舵角
θから決定し、対応する管路１１シ又はＩＩＲに電流ｌ
　（演算後輪舵角δ１）に応じた液圧を発生させる。ア
クチエエータ９はこの液圧に応じた方向へ又この液圧に
応じた距離だけストロークし、サイドロッドＩＯＬ及び
ＩＯＲを介して後輪２Ｌ及び２Ｒを対応方向へ演算結果
に応じた角度だけ転舵することができる。

ところで前述した処から明らかなように、前記０式は車
両のヨーイング及び横変位のみならず、サスペンショス
テアをも考慮した３自由度操安モデルを用いて３次／３
次の伝達関数となっており、これが満足されるよう上記
の如くに求めた後輪舵角δ２はサスペンションステア分
が予め加味されている。よってかかる後輪舵角制御によ
れば、後輪舵角のゲインがサスペンションステア分だけ
低く抑えられるような問題を生ずることがなく、ヨーレ
ートゲイン特性及び位相特性が夫々第５図中ホ、へで示
す如きものとなり、操舵周波数域が高い領域においても
ヨーレートゲインの変化及び位相遅れを小さ（保つこと
ができ、後輪操舵によるヨーダンピングの向上化を大き
くし得る。

しかして上記実施例をそのまま採用すると、高速演算の
コンピュータやデジタルフィルタ等が必要になり、制御
回路が複雑且つ高価になる。そこで制御回路の簡単化及
び低廉化を図るため以下の如くに前記伝達関数の近似式
を求め、これに基き後輪舵角を制御することもできる。

後輪操舵油圧系の１次遅れ時定数をＴとすると、後輪舵
角の油■式に（１土Ｔ−３）を乗じて前輪舵角δｒに対
応する後輪舵角演算値δｒの伝達関数Ｇをとし、２次進
みに近似化する。上式は５項が小さいから （Ｔ＋Ｓ＋ＴｚＳ”＋Ｔ：＋Ｓ”） ＋（Ｔ＋Ｓ＋ＴｚＳ”＋ＴｔＳ’）” （Ｔ＋Ｓ＋ＴｚＳ”＋ＴｓＳ’）’　　−・−−−−−
−−−−−）と書換えられ、更にこの式は と書換えることができる。この式におけるｓ、　ｓ”Φ
係数を夫々簡単のためτ、τ′に単純化すると、上式は δ。

で表され、従って の伝達関数が成立する。この近似式の制御定数Ｋ。

τ、τ′を例示すると第６図の如くであり、このような
制御定数のもと上記の近似式が満足されるような後輪舵
制御を行うと、ヨーレートゲイン特性及び位相角特性は
夫々第７図（第５図と同符号は同等の特性）中ト、チの
如くになる。しかして、近似式は前記算出の過程でラプ
ラス演算子Ｓの高次項を無視したため、特性ト、チの如
く高操舵周波数域で理論特性ホ、へとの誤差が大きい。

この問題解決のためには、前記近似式中の各環インが第
８図に示す如くであり、高い操舵周波数域で近似式によ
る特性が理論特性からずれることから、制御定数τ′を
大きくするのが有効である。

ちなみに、τ′を第６図の２．５倍に補正した場合、ヨ
ーレートゲイン特性及び位相角特性が夫々第７図中トチ
からり、ヌへと変化し、理論特性ホ、への近似精度を極
めて高くすることができることを確かめた。

（発明の効果） かくして本発明後輪舵角制御方法は上述の如く、車両の
ヨーイング及び横変位だけでなくサスペンションステア
をも考慮した３自由度操安モデルを用いて目標とする車
両の運動性能が得られるよう後輪舵角を決定することか
ら、この決定に当りサスペンションステア成分が加味さ
れていることとなり、サスペンションステア成分の影響
を受けて後輪操舵によるヨーダンピングの向上化が高操
舵周波数域で小さくなるのを防止することができる。

又特に請求項２の如く、２次進みに近似化した伝達関数
に基き後輪舵角を決定すれば、高速演算のコンピュータ
やデジタルフィルタ等が不要となり、制御回路を簡単且
つ安価なものとし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明後輪舵角制御方法で用いる伝達関数を求
めるのに使用した２輪モデル図、第２図は本発明方法の
実施に用いる後輪操舵システムを例示するシステム図、 第３図は同システムにおけるコントローラのブロック線
図、 第４図は伝達関数における制御定数を例示する線図、 第５図は本発明の後輪舵角制御によるヨーレートゲイン
特性及び位相角特性を、後輪操舵を行わない車両の特性
及び従来の後輪舵角制御による特性と比較して示す特性
図、 第６図は伝達関数の近似式における制御定数を例示する
線図、 第７図は近似式に基（後輪舵角制御によるヨーレートゲ
イン特性及び位相角特性を示す特性図、第８図は近似式
中の各項による後輪舵角ゲインを個別に示す線図である
。 ＬＬ、　ＩＲ・・・前輪　　　　　２Ｌ、　２Ｒ・・・
後輪３・・・ステアリングホイール ４・・・ステアリングギヤ ５Ｌ、　５Ｒ・・・トランスバースリンク６Ｌ、　６Ｒ
・・・アッパアーム ７・・・リヤサスペンションメンバ ９・・・アクチエエータ １２・・・電磁比例式圧力制御弁 １７・・・コントローラ　　　１８・・・操舵角センサ
１９・・・車速センサ 第３図 第４図 第５図 ｏ、ｓ　　　　　　　ｔ、。 棟Ｍ月ＨシＩと数ｆ′ζＨｚフ ２．０ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、前輪操舵時、後輪を操舵するに際し、前輪舵角のラ
   プラス変換値をδ＿ｆ（Ｓ）、後輪舵角のラプラス変換
   値をδ＿ｒ（Ｓ）とすると、 δ＿ｒ（Ｓ）／δ＿ｆ（Ｓ）＝（Ｋ＋τ＿１・Ｓ＋τ＿
   ２・Ｓ＾２＋τ＿３・Ｓ＾３）／（ｌ＋Τ＿１・Ｓ＋Τ
   ＿２・Ｓ＾２＋Τ＿３・Ｓ＾３）但し、 （Ｋ、τ＿１、τ＿２、τ＿３、Τ＿１、Τ＿２、Τ＿
   ３：車速の関数 Ｓ：ラプラス演算子 の制御伝達関数が満足されるような後輪舵角を与えるこ
   とを特徴とする後輪舵角制御方法。 ２、請求項１において、前記制御伝達関数の近似式 δ＿ｒ（Ｓ）／δ＿ｆ（Ｓ）＝（Ｋ＋τ・Ｓ＋τ’・Ｓ
   ＾２）／（ｌ＋Τ・Ｓ）但し （Ｋ、τ、τ’：車速の関数 Τ：後輪操舵系の１次遅れ時定数 が満足されるような後輪舵角を与える後輪舵角制御方法
   。