JPH03176279A - 車両の後輪舵角制御装置 - 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舵角制御装置に係り、特に前輪に舵
角を生じさせるハンドル操舵に応じて後輪を補助操舵す
るものに関する。

〔従来の技術〕

従来、車両の走行中における運動性能、操縦性および安
定性を向上させるための後輪舵角制御装置が種り提案さ
れている。例えば、特開昭６０−１２４５７２号公報で
は、車重の変化、路面摩擦係数の変化等、走行条件に変
化がある場合にも対応できるようにするものとして、ハ
ンドル角あるいは前輪操舵角と車速とから操舵によって
当然性ずるべき車両に加わる目標ヨーレイトを算出し、
この目標ヨーレイトと車両の実挙動により生じる実ヨー
レイトとが常に一致するように後輪を操舵するいわゆる
ヨーレイトフィードバック制御によるものが提案されて
いる。このものにおいては、目標ヨーレイトに対して実
ヨーレイトが小のときは実ヨーレイトを大きくするよう
前輪の操舵方向とは逆方向に後輪を操舵（逆相操舵）し
、逆に目標ヨーレイトに対して実ヨーレイトが大のとき
は実ヨーレイトを小さくするよう前輪の操舵方向と同じ
方向に後輪を操舵（同相操舵）することによって目標と
するヨーレイトを得るものである。なお、ヨーレイトと
は操縦によって発生する車軸上方から見た車両重心点ま
わりの回転角速度（ヨー角速度）のことである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述のものは、ハンドル角を入力として車両
の目標ヨーレイトを算出する際に、ハンドル角に対応し
て定常的に車両に発生するヨーレイトを目標ヨーレイト
としている。そのため、例えばレーンチェンジ初期等に
運転者がハンドルをステップ状に操舵するような場合、
すなわち急速な旋回運動を要する操舵の過渡状態におい
ては、ヨーレイトフィードハ゛ツク潜Ｈ卸におけるヨー
レイト位相遅れが大となることから車両に発生するヨー
レイトのフィードバンク応答性が悪くなってしまう。操
舵後定常状態となればヨー角すなわち横すべり角は零と
なるものの、操舵初期の過渡状態においては零とするこ
とができず、運転者の操舵フィーリングに合わなくなっ
てしまうのである。

なお、この過渡状態でのヨーレイトのフィードバンク応
答性を向上させるためにヨーレイトフィードバンク制御
のフィードハックゲインを大きくとることも考えられる
が、その場合定常状態でのヨーレイトの安定性が損われ
てしまうという問題があり、適当でない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ハンド
ル操舵における過渡時の応答性と定常時の安定性を両立
して、より優れた車両の操縦安定性を得ることのできる
車両の後輪舵角制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、第１図の基本構成
に示す如く、 電気的指令値をうけて車両の後輪舵角を調整する後輪操
舵機構と、 少なくとも車速を検出する車速センサと、前輪操舵時の
前輪操舵角を検出する前輪操舵角センサと、車両に発生
するヨーレイト（ヨー角速度）を検出するヨーレイトセ
ンサとから成り、車両の走行状態を検出する走行状態検
出手段と、該走行状態検出手段にて検出された走行状態
に応じて、前記前輪操舵時の車両挙動の定常状態におけ
る目標ヨーレイトを算出する目標ヨーレイト演算手段と
、 該目標ヨーレイトと前記ヨーレイトセンサから検出され
た実ヨーレイトとの誤差を小さくするよう後輪の操舵角
指令位置を算出する後輪操舵角演算手段と、 該後輪操舵角指令位置に後輪を操舵位置決めするよう前
記後輪操舵機構に電気的指令値を発生する後輪位置決め
制御手段と を備え、いわゆるヨーレイトフィードバック制御を行う
装置において、 前記目標ヨーレイト演算手段で算出された目標ヨーレイ
トを出力する際に、前記前輪操舵時の車両挙動の過渡状
態における前記実ヨーレイトのフィードバック応答を補
正するべく、前記過渡状態においてのみ前記ヨーレイト
フィードバック制御のフィードバックゲインを大きくす
ると等価な伝達特性を前記目標ヨーレイトに持たせるよ
うにする過渡特性補正手段を備えるという技術的手段を
採用する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、後輪操舵機構３内に取付けられた直流
サーボモータ５は電気的制御装置６の電。

気前指令値信号を受けて正逆方向に回転し、減速ギア４
を通して油圧パワーアシスト付きラック・アンド・ピニ
オン機構３つまり操舵機構の入力軸（図示しないトーシ
ョンバー）に連結されている。

トーションバーの他端にはピニオンギア３ｂが装着され
ており、パワーピストン３ａの一端に形成されたラック
３ｃと噛み合っている。すなわち、モータ５によりトー
ションバーの一端がまわされ、トーションバーがねじれ
、油圧パルプ４ａの絞り面積が変化し、トーションバー
のねじれを修正する方向に油圧を供給してパワーピスト
ン３ａを動かす機構となっている。パワーピストン３ａ
の両端は、各々タイロッド３ｄを介してナックルアーム
３ｅに連結されている。後輪８はナックルアーム３ｅに
よって左右方向へ揺動自在に支持されている。

したがって、図中の矢印方向にパワーピストン３ａが動
くことで、後輪８は左右に操舵される。

トーションバーのねじれがなくなると油圧パルプ４ａの
絞り面積は０となり、パワーピストンを動かす油圧は０
となってパワーピストンは停止する。

ここで後輪操舵角センサ２は、パワーピストン３ａの位
置を検出し信号を出力する。電気的制御装置６は、この
信号に基づいて、パワーピストン３ａの位置と後輪実舵
角との関係から、後輪実舵角を求めるとともに、後輪実
舵角のその変化率より操舵角速度も求める。サーボモー
タ５を含む操舵機構３と制御装置６とによって、後輪操
舵角指令位置に後輪実舵角が一致するよう後輪を位置決
め制御する位置決めサーボ系を構成している。尚、７ａ
は油圧パルプ４ａを介してパワーピストン３ａに油圧を
供給する油圧ポンプ、７ｂはオイルタンクを示す。

ｌａ〜ＩＣは車両の運転、走行状態を検出する状態検出
手段となるセンサであって、検出信号を電気的制御装置
６に出力する。１ｂはステアリングホイール１０の回転
を検出して、前輪９の操舵角θ、に応じた前輪操舵角信
号を出力する前輪操舵角センサ、１ａは車軸又は車輪の
回転速度を検出し車速■に応じた車速信号を出力する車
速センサ、ｌｃはジャイロ等で構成されて車両の重心を
中心とした車両の回転角速度（ヨーレイ）　Ｗ　ａ　）
に応じたヨーレイト信号を出力するヨーレイトセンサで
ある。

制御装置６を第３図のブロック図に基づいて説明する。

制御装置６は、車速センサ１ａがらの車速信号を波形成
形してマイクロコンピュータ６゜に取り込むための波形
成形回路６１と、後輪操舵角センサ２、前輪操舵角セン
サ１ｂ、ヨーレイトセンサ１ｃからの各信号を取り込む
ためのアナログバッファ６３と、アナログデジタル変換
を行うＡ／Ｄコンバータ６４と、マイクロコンピュータ
６０からの電流指令値信号■、に応じた電流Ｉを直流サ
ーボモータ５に供給する駆動回路１８０がら構成される
。

次に制御装置６とマイクロコンピュータ６ｏの処理手順
を第４図に示すフローチャートに従って説明する。処理
は、第４図（ａ）のメイン処理、同図（ｂ）の定時割込
処理、同図（Ｃ）の車速パルス処理によって行われる。

まず、マイクロコンピュータ６０起動時にステップ６０
１にて初期化された後、ステップ６０２にて所定の各種
処理を繰返し行ｐメイン処理が実行される（第４図（ａ
）参照）。

そして、一定時間毎（例えばＳｍｓ毎）に第４図（ｂ）
に示す定時割込処理の割込みが行われ、ステップ６０３
からステップ６０７に示す処理が実行される。

ステップ６０３では、第４図（Ｃ）に示す車速パルス割
込処理で記憶された車速パルス幅において、車速センサ
１ａからの車速信号に基づいて車速■を算出する。なお
、第４図（Ｃ）に示す車速パルス割込処理は、ステップ
６０８にて前回のパルス割込が発生した時刻と今回の割
込発生時刻とから車速パルス幅を算出して記憶しておく
ものである。

次にステップ６０４にて前輪操舵各センサ１ｂ、ヨーレ
イトセンサｌｃ、後輪操舵角センサ２からＡ／Ｄコンバ
ータ６４を介して各種Ａ／Ｄ変換データを取り込み、前
輪操舵角すなわちハンドル角θ８、実ヨーレイトＷａ、
後輪実舵角θ、を算出する。

ステップ６０５では、後述するようにして、ステップ６
０４にて算出した各種データより後輪操舵角指令位置θ
。を算出する。

次のステップ６０６では、ステップ６０５にて算出され
た後輪操舵角指令位置θ、とステップ６０４にて算出さ
れた後輪実舵角θ、とに基づいて、その両者の差を無く
すべく一般に公知の後輪位置決めサーボ演算を行い、こ
の演算結果により次のステップ６０７では電流指令値信
号■、を算出し、直流サーボモータ５を駆動すべく駆動
回路１８０に出力する。

次に第５図に示すフローチャートに従って、後輪操舵角
指令位置θ。の算出（第４図（ト））のステップ６０５
）を詳細に説明する。

まず、ステップ６５１では、第４図（ｂ）のステップ６
０３．６０４にて算出された車速■、ハンドル角θ８か
ら、次の（１）式に基づいて定常時目標ヨーレイトＷｓ
を算出する。

ここで、Ｋｈは車両のアンダーステアあるいはオーバー
ステア特性を表わすスタビイリテイファクタで、通常一
定値として予め設定される値である。また、このスタビ
イリテイファクタＫｈは、第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ
）に示すように、車速■、ノｚ７ドル角θＳをパラメー
タとした関数値として決定することもできる。εは車両
のホイールベース、Ｎはステアリングギア比で、各々車
両諸元より決定されている。

次のステップ６５２では、ステップ６５１で算出した定
常時目標ヨーレイトを人力として、（２）式に示す伝達
関数Ｈ（ｓ）で定める過渡特性を持たせ、最終的な目標
ヨーレイ１−Ｗｉを算出する。

１’　　ｓ　　＋　　１ ここで、Ｋ１は過渡時のゲインを表わし、Ｋ１〉１に値
が設定されている。また、Ｔは時定数、Ｓはラプラス演
算子である。なお、（２）式は連続系の伝達特性で示さ
れているが、本例ではゼロ次ホールダによる厳密な離散
化を行って実現している。

以下、このステップ６５２での演算処理、すなわち（３
）式に示す処理方法について説明する。

Ｗｉ　（ｓ）＝Ｈ（ｓ）−Ｗｓ　（ｓ）　　・・・　（
３）まず、（３）式をサンプリングインターバルｈ（第
４囲い）に示す定時割込処理の周３ｔｌｌ）で離散化す
る。

以下、伝達関数Ｈ（ｓ）の入力をｕ　（ｓ）、出力をｙ
　（ｓ）として説明する。（３）式を状態方程式表現に
変換する。

であるから、 （４）式を離散化すると、 定数として扱うことができる。従って、ｘ、ｅ−’に＋
を適宜にスケーリングして、（５）式を演算することに
より伝達特性Ｈ（ｓ）の出力ｙ　（ｓ）を算出すること
ができる。すなわち、ｕ＝Ｗｓ、ｙ−Ｗｉとし、（５）
式を演算することで、定常時目標ヨーレイトＷｓから最
終的な目標ヨーレイトＷｉを算出できる。

次のステップ６５３では、第４図（ｂ）のステップ６０
４で算出した車両に実際に発生している実ヨーレイトＷ
ａとステップ６５２で算出した目標ヨーレイトＷｉとの
誤差ΔＷを式（６）に従って算出する。

ΔＷ＝Ｗａ−Ｗｉ　　　−（６） ステップ６５４では、ステップ６５３で算出した誤差Δ
Ｗとステップ６０３で算出した車速■より、（７）式に
従って後輪操舵角指令値θ。を算出する。

θ、−Ｆ（ΔＷ、Ｖ）　　　　・・・　（７）ここで、
Ｆ（ΔＷ　■）はヨーレイト誤差ΔＷと車速■をパラメ
ータとする関数であり、第７図（ａ）に示すように２次
元のマツプを検索して算出する様にしている。一般に車
速か中速域の場合式（１）に示すヨーレイトゲイン、す
なわち前輪舵角に対するヨーレイトの比は高くなるため
、第７図（ａ）に示すように、後輪操舵角指令値θ。は
、車速■に対して低速域では大きく、中速域では小さく
し、高速域ではゆるやかに大きくなる様に設定されてい
る。また、ヨーレイト誤差ΔＷに対しては、比例的に後
輪操舵角指令値θ、を設定している。なお、ヨーレイト
誤差ΔＷが極めて小さい領域（ΔＷ≦ΔＷ０）ではθ６
＝０とする。また、後輪操舵角指令値θ。は、第７図ら
）に示すように、単にヨーレイト誤差ΔＷから算出する
ようにしてもよい。

第８図に上記実施例の制御ブロック図を示す。

前輪操舵角すなわちハンドル角θ、と車速■とからヨー
レイトゲインを考慮して決定された定常状態での目標ヨ
ーレイトすなわち定常時目標ヨーレイトＷＳを式（１）
により算出し、この定常時目標ヨーレイトＷｓを人力と
して（２）式に示す一次の伝達関数Ｈ（ｓ）を通した信
号を最終的な目標ヨーレイトＷｉとして、実際に車両に
発生している実ヨーレイ）Ｗａとの誤差信号ΔＷから後
輪舵角θ。

を算出する。ここで、この−次の伝達特性Ｈ（ｓ）が車
両の旋回過渡時の特性補正を決定している。

次に、ハンドル角がステップ的に変化した場合を例にと
って、上記実施例の作用を第９図（ａ）〜（ｅ）を用い
て説明する。なお、第９図はハンドル角をステップ的に
操舵した場合の定常時目標ヨーレイトＷ、、最終的な目
標ヨーレイトＷｉ、後輪実舵角θ２、車両に発生する実
ヨーレイトＷ　ｓの特性を同一時間軸に並記したもので
ある。

ハンドル角が第９図（ａ）に示すようにステップ的に変
化した場合、前述の弐（１）により、定常時目標ヨーレ
イトＷｓは第９図ら）に示す如くハンドル角θ、に比例
したものとなる（ただし車速Ｖは一定とする）。

ハンドル角に比例してステップ的に変化した定常時目標
ヨーレイトＷ、は、過渡時の特性補正を決定する式（２
）に示す一次の伝達関数Ｈ（ｓ）を通すことにより、第
９図（Ｃ）に示す如く、過渡時に一次進み的な変化をし
、時定数Ｔで定常時目標ヨーレイｌ’　Ｗ　ｓに近づき
、やがて車両が定常状態に落ちつくと定常時目標ヨーレ
イトと一致するものとなる。

この様に変化させたものを最終的な目標ヨーレイトＷｉ
として、ヨーレイトフィードバック制御を行うと、ハン
ドル角操舵過渡時においてフィードバックゲインを大き
くとったことと等価となり、第９図（ｄ）に示す如く、
車両後輪は操舵過渡時にハンドル角と逆相方向に操舵さ
れ、過渡時の車両槽すべり角を零とすることができる。

また、車両が定常状態に落ちつく頃には、車両後輪はハ
ンドル角と同相に操舵され、ここでも車両の横すべり角
を零とすることができる。

第１Ｏ図（ａ）〜（ｄ）にステップ的に操舵させたハン
ドル角、そのハンドル角に応じた後輪実舵角θ１、車両
に発生する実ヨーレイ）　Ｗ　ａ、車両の横すべり角（
ヨー角）の特性を、同一時間軸上に並記する。なお、第
１０図において曲線Ａは上記実施例の特性線、曲線Ｂは
過渡時の特性補正を行わない従来のものの特性線である
。第１０図（Ｃ）、（ｄ）に示すように、上記実施例の
ものは従来のものに比べて、ハンドル角操舵過渡時のヨ
ーレイトの応答性が向上し、車両の横すべり角は過渡時
、定常時に拘らず零とすることができている。

従って、第８図のブロンク図に示すように、過渡特性を
補正する伝達関数Ｈ（ｓ）を通すことにより、車両操舵
の定常状態のみならず、過渡状態においても車両の横す
べり角を零とすることができ、車両に発生するヨーレイ
トの周波数特性が高周波領域で改善されて応答性がよく
なり、車両の操縦性・安定性をより向上させることがで
きる。

なお、上記実施例、第５図のステップ６５２の演算処理
における式（２）において、伝達特性Ｈ（ｓ）の過渡ゲ
インＫｌ　　（＞１）および時定数Ｔは予め設定された
一定値としていたが、第１１図（ａ）、０））に示すよ
うに車速■により補正するようにしてもよい。その場合
、さらに車速に応じた制御が可能となり、より運転者の
操舵フィーリングに合うものとすることができる。

さらに、他の実施例として第１２図の制御プロンク図に
示す様な構成としてもよい。このものはハンドル角（あ
るいはハンドル角および車速）に応じて予め設定された
前後輪操舵比を掛け、その結果を式（８）に示す一次遅
れの伝達特性Ｇ（ｓ）を通して、上記一実施例で説明し
た後輪操舵角指令値θ。に加うる様にしたものである。

この−次遅れの伝達特性Ｇ（ｓ）の実現は、上述のステ
ップ６５２での演算と同様に、ゼロ次ホールダによる厳
密な離散化を行うことで達成できる。

なお、この−次遅れの伝達特性Ｇ（ｓ）の時定数Ｔは、
上述の一実施例と同様に車速■に応じて補正するように
してもよく、また、目標ヨーレイト算出時の伝達特性Ｈ
（ｓ）の時定数と同一であってもよい。

この第１２図に示すものは、車両の横すべり角をさらに
小さくするとともに、車両走行条件に変動の少ない定常
走行時において、車両旋回時の車両横すべり角を小さく
すると共に、高速走行時の前輪操舵角に対してヨーレイ
トが増大することを抑制することができ、さらに車両の
操縦性と安定性を両立させることができる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したよう本発明によれば、ハンドル操舵にお
ける過渡時の応答性と定常時の安定性を両立して、より
優れた車両の操縦安定性を得ることのできるという優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成図、第２図は本発明の一実施
例を示す模式構成図、第３図は電気的制御装置６を示す
電気回路構成図、第４図（ａ）〜（Ｃ）および第５図は
マイクロコンピュータ６０の処理手順を示すフローチャ
ート、第６図（ａ）〜（Ｃ）はスタビイリティファクタ
Ｋｈの設定方法を説明する特性図、第７図（ａ）、　（
ｂ）は後輪操舵角指令値θ。の決定方法を説明する特性
図、第８図は本発明一実施例における制御ブロック図、
第９図（ａ）〜（ｅ）はハンドル角の変化に対応した定
常時目標ヨーレイ）　Ｗ　ｓ　。 角の変化に対応した後輪舵角、車両ヨーレイト。 車両横すべり角の変化特性図、第１１図（ａ）、　（ｂ
）は各々過渡ゲインに１３時定数Ｔの車速■による補正
を示す特性図、第１２図は本発明の他の実施例における
制御ブロック図である。 １ａ・・・車速センサ、ｌｂ・・・前輪操舵角センサ。 １ｃ・・・ヨーレイトセンサ、２・・・後輪操舵角セン
サ。 ３・・・後輪操舵機構、４・・・減速ギア、４・・・直
流サーボモータ。 ６・・・電気的制御回路。 ８・・・後輪 ９・・・ 前輪。 ０・・・ステアリングホイール。 ６０・・・マイ クロコンピユータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的指令値をうけて車両の後輪舵角を調整する
   後輪操舵機構と、 少なくとも車速を検出する車速センサと、前輪操舵時の
   前輪操舵角を検出する前輪操舵角センサと、車両に発生
   するヨーレイト（ヨー角速度）を検出するヨーレイトセ
   ンサとから成り、車両の走行状態を検出する走行状態検
   出手段と、 該走行状態検出手段にて検出された走行状態に応じて、
   前記前輪操舵時の車両挙動の定常状態における目標ヨー
   レイトを算出する目標ヨーレイト演算手段と、 該目標ヨーレイトと前記ヨーレイトセンサから検出され
   た実ヨーレイトとの誤差を小さくするよう後輪の操舵角
   指令位置を算出する後輪操舵角演算手段と、 該後輪操舵角指令位置に後輪を操舵位置決めするよう前
   記後輪操舵機構に電気的指令値を発生する後輪位置決め
   制御手段と を備え、いわゆるヨーレイトフィードバック制御を行う
   装置において、 前記目標ヨーレイト演算手段で算出された目標ヨーレイ
   トを出力する際に、前記前輪操舵時の車両挙動の過渡状
   態における前記実ヨーレイトのフィードバック応答を補
   正するべく、前記過渡状態においてのみ前記ヨーレイト
   フィードバック制御のフィードバックゲインを大きくす
   ると等価な伝達特性を前記目標ヨーレイトに持たせるよ
   うにする過渡特性補正手段を備えることを特徴とする車
   両の後輪舵角制御装置。
2. （２）前記過渡特性補正手段によって前記目標ヨーレイ
   ト演算手段で算出された目標ヨーレイトに持たせる前記
   伝達特性を、Ｈ（ｓ）＝（Ｋ＿１Ｔｓ＋１）／（Ｔｓ＋
   １）、（Ｋ＿１＞１）であらわされる一次進みの伝達特
   性として設定したことを特徴とする請求項１記載の車両
   の後輪舵角制御装置。
3. （３）前記走行状態検出手段にて検出された走行状態に
   応じて、前記過渡特性補正手段によって前記目標ヨーレ
   イト演算手段で算出された目標ヨーレイトに持たせる前
   記伝達特性を補正するようにしたことを特徴とする請求
   項１または２に記載の車両の後輪舵角制御装置。