JPH03227777A - 四輪操舵制御装置 - 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、乗用車、トレーラ、バスなどにおいて前輪の
操舵量と車速に応じて後輪を操舵する制御を行う四輪操
舵制御装置に関する。

従来の技術 近年自動車は単に速度や燃費など基本性能向上以外に乗
り心地を改善する工夫が多くなされている。たとえば各
種センサを取りつけ、そのセンサ出力によりサスペンシ
ョンや操舵を制御し、衝撃などのないスムーズな動きに
よる乗り心地改善の追求がなされている。また車輪の操
舵に関しては、操舵が効率的に行われるとともに、車速
に応じた後輪操舵の制御や、操舵方向の制御が行われ、
操縦性の向上と安定性が追求されている。

従来の四輪操舵制御装置の一例のブロック図を第６図に
示す。第６図に示すように車速センサ１１と、ステアリ
ング角センサ１２が装備され、その出力をコントローラ
１３に入力し、コントローラ１３はサーボアクチュエー
タ１４を制御し、後輪を操舵する構成となっている。

−船釣に四輪操舵する場合に、車速が低速のときはより
小さい回転半径を実現するために、後輪は前輪を操舵す
る方向と逆方向に制御する。また高速で走行時には車輌
の安定性を増すために、前輪の操舵方向と同じ方向に操
舵するのが良いとされている。

第６図ａ、ｂは一般的な四輪操舵の後輪の制御を示す関
係図であり、第６図ａはステアリング角が小さいときは
後輪の操舵角の制御は前輪と同じ方向に比例制御され、
ステアリング角が大きくなると逆方向に制御されること
を表わしている。これは高速走行ではステアリング角は
わずかな量しか動かさないのが一般的で、この場合は車
体の安定性を増す制御が必要であり、後輪の操舵角は前
輪と同じ方向に、！たステアリング角を大きく動かす状
態は低速で走行時に標準的におこり、より小さい回転半
径を得られるように後輪の操舵角を前輪と反対方向の向
きに制御していることを表わしている。

第２図すは車速による後輪制御の係数を示しており、低
速では逆方向、中高速では前輪と同方向に制御すること
を表わしている。この後輪操舵係数は一定の定数にかけ
合わされた後、第２図ａのグラフより求まる角度と加算
されたものが後輪操舵量となる。以上の演算がコントロ
ーラ１３で行われるとともに、コントローラ１３により
第２図に示す制御ルールに基づいた後輪操舵が、サーボ
アクチュエータ１４を制御することにより行われている
。

発明が解決しようとする課題 しかしながらこのような構成では車輛が走行している路
面の状態やタイヤの状態、または急な横風を受けた場合
など、その車輛の外的要因を無視した制御になっており
、そのため、後輪の制御量をひかえめにした制御であり
その機能を充分活用できず、また前記の外的要因により
車輌の挙動が安定性を損なう状態になってもそれを補正
する機能を有していなかったため、危険性をともなうか
、または乗り心地の悪化をともなっていた。

本発明は上記課題に留意し、操舵時に安定した、乗り心
地の良い走行が得られる四輪操舵制御装置を提供しよう
とするものである。

課題を解決するための手段 本発明の上記目的を達成するため、車輛などの搬送手段
に進行速度を検出する車速センサと、進路のステアリン
グ角度を検出するステアリング角センサと、角速度を検
出する角速度センサを取りつけ、搬送手段の後輪を操舵
するサーボアクチュエータと、このサーボアクチュエー
タを制御するコントローラとを搬送手段に塔載している
。さらに車速センサおよびステアリング角センサからの
出力信号により適切な後輪操舵を行う手段と、この後輪
操舵の結果、不都合な角速度、角加速度。

進行方向の角度が発生したことをリアルタイムで角速度
センサからの信号により演算処理し、再度後輪操舵を行
い補正する手段を有する構成となっている。このように
従来の四輪操舵制御装置に、車体に生じる角速度を検出
する角速度センサを付加し、角速度を検出しこのデータ
に対し比例値。

微分値、積分値を計算する機能すなわち、車体の角速度
、角加速度、進行方向の角度を検出する機能を有し、か
つ車速とステアリング角のデータから車体に生ずる角速
度の最も適切な値を計算する機能を有し、サーボアクチ
ュエータ駆動のあと車体に生じた角速度の比例値、微分
値、積分値が適切であるかの判断機能を有しこの判断に
よ・シ後輪操舵量を再制御する機能を持つものである。

作用 上記構成の本発明の四輪操舵制御装置は、車速センサお
よびステアリング角センサの出力信号により、最も適切
と思われる後輪操舵角が前もって決められており、これ
に基づいた後輪操舵がまず行われる。この操作は乗り心
地が良く、かつ効率良く方向転換ができ、かつ安全面な
どを配慮して前もって設定された後輪操舵である。とこ
ろが、この前もって設定された操舵では考えられていな
い条件が発生した場合、たとえば路面の悪化、気象の悪
化、車体の一部故障など思いもよらない内外要因が発生
したときは、最も適切と思われた上記後輪操舵の後、車
輛などの搬送手段が思わしくない動きをすることになる
。

これを角速度センサで検出し、その圧力信号をそのまま
角速度信号として使用するとともに、微分して角加速度
信号として、また積分して進行方向の角度変化信号とし
て利用する。すなわち、車輛として乗り心地や安全面な
どから適切と思われる角速度、角加速度、進行方向の角
度変化などを前もって設定しておき、それより好ましく
ない変化が起ったとき、再びコントローラによりサーボ
アクチュエータを駆動し後輪操舵を行い、好ましくない
動きを補正している。

実施例 以下本発明による四輪操舵制御装置の一実施例を図面に
基づいて説明する。

まず本実施例に使用した角速度センサである音叉構造振
動型角速度センサについて第２図〜第４図を用いて説明
する。

角速度センサは第２図に示すような構造であり、主に４
つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニター素子、
第１および第２の検知素子で構成され、駆動素子１０１
と第１の検知素子１０３を第１の接合部材である接合部
１０６で直交接合した第１の振動ユニット１ｏ９と、モ
ニター素子１０２と第２の検知素子１０４を接合部１０
６で直交接合した第２の振動ユニット１１０とを第２の
接合部材である連結板１０７で連結し、この連結板１０
７を支持棒１０８で一点支持した音叉構造となっている
。

駆動素子１０１に正弦波電圧信号を与えると、逆圧電効
果により第１の振動ユニット１０９が振動を始め、音叉
振動により第２の振動ユニット１１０も振動を開始する
。したがってモニター素子１０２の圧電効果によって素
子表面に発生する電荷は駆動素子１０１へ印加している
正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子１０２に
発生する電荷を検出し、これが一定振幅になるように駆
動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコントロール
することにより安定した音叉振動を得ることができる。

なお、モニター素子１０２は、−定振幅制御が不要な場
合は、第２の駆動素子として駆動される。このセンサが
角速度に比例した出力を発生させるメカニズムを第３図
および第４図を用いて説明する。

第３図は第２図に示した角速度センサを上からみたもの
で、速度υで振動している検知素子１０３に角速度ωの
回転が加わると、検知素子１０３には「コリオリの力」
が生じる。この「コリオリの力」は速度υに垂直で大き
さは２ｍυωである（ｍは検知素子の先端の等酒質量で
ある）。検知素子１０３は音叉振動をしているので、あ
る時点で検知素子１０３が速度υで振動しているとすれ
ば、検知素子１０４は速度−〇で振動しており「コリオ
リの力」は−２ｍυωである。よって検知素子１０３，
１０４は第４図のように互いに「コリオリの力」が働く
方向に変形し、素子表面には圧電効果によって電荷が生
じる。ここでυは音叉振動によって生じる運動であり、
音叉振動がυ＝ａ・ｓｉｎωｏｔ ａ：音叉振動の振幅 ω。：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Ｆ　　＝ａ・ω−５ｉｎωｏｔ となり、角速度ωおよび音叉振幅色に比例しており、検
知素子１０３　、１０４を面方向に変形させる力となる
。したがって検知素子１０３　、１０４の表面電荷量Ｑ
は Ｑ　Ｏｃａ　Ｈω・１１１　ｎ　ωｏ　ｔとなり音叉振
幅ａが一定にコントロールされているとすれば、 Ｑｏｃω・Ｓｉｎω。ｔ となり検知素子１０３　、１０４に発生する表面電荷量
Ｑは角速度ωに比例した出力として得られ、この信号を
ω。ｔで同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が
得られる。なお、このセンナに角速度以外の並進運動を
与えても検知素子１ｏ３と検知素子１０４の２つの素子
表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時
、互に打ち消しあって出力は出ないようになっている。

以上、圧電バイモルフ素子で説明したが、一般の圧電素
子でも同様な機能を有することは言うまでもない。

第１図は本発明の上記、角速度センサを用いた一実施例
であり、第１図に示すように、車輛などの搬送手段に取
りつけられた車速センサ１と、ステアリング角センサ２
と、角速度センサ６と、これらのセンサ出力によりサー
ボアクチュエータ４を制御するコントローラ３とからな
り、コントローラ３は、車速センサ１およびステアリン
グ角センサ２の出力信号により適切な後輪操舵を行う手
段ムロと角速度センサの出力信号により上述の後輪操舵
の結果の補正のため再度適切な後輪操舵を行う手８Ｂ７
を含むものである。つぎに、これらの各構成要素の互い
の関連動作を説明する。

角速度センサ６は車輛などの車体に対し地面に垂直な軸
上に取付けられ車体の向きの変化を検出する。前記した
通りこの角速度センサ６は並進運動量は検出しないため
車体の振動や横方向１前後方向の加速度に対し感度がき
わめて低く車体の角速度のみを正確に検出できる。しか
し前記音叉振動の周波数は車体に生ずる振動の周波数よ
り充分高い周波数に設定した方が良く、車の振動が０〜
２００Ｈｚ付近までであることから２００Ｈ２以上の周
波数が望ましい。

コントローラ３は車速センサ１とステアリング角センサ
２の出力信号による車速とステアリング角によって前も
って設定された適当な後輪操舵量を算出しサーボアクチ
ュエータ４を駆動する。この制御については従来例で述
べたものと同じであり１手段人６で行われる。さらにコ
ントローラ３には上記制御によって車体に生ずる角速度
、角加速度、および進行方向の角度変化に対し最も理想
的な値を計算もしくは記憶データから取り出し得る機能
を有する手段Ｂ７を備えている。この理想値と角速度セ
ンサ６が検出した角速度の比例値。

微分値、積分値を計算したものすなわち、角速度。

角加速度、進行方向の角度変化とを比較しそのずれを求
め、このずれの貴に応じてコントローラ３により後輪操
舵量を再制御することができる。たとえば手段ムロによ
る後輪操舵の後、路面がすべりやすくなっており、予想
以上に車体が回転してしまった場合や高速で進路変更を
行った後、車体が蛇行してしまう場合や、路面の凹凸や
横風によって車体が運転者の意志によらず向きを変えて
しまった場合などが手段Ｂ７による再制御による後輪操
舵ですみやかにもとの安定な状態にもどすことができる
。

なお、角速度センサの取付は方向や位置、数などはその
目的、精度によって変化することは言うまでもない。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明によれば、路面状
態、タイヤの状態、横風などの外的要因に影響されず理
想的な四輪操舵が可能である。したかって操縦性、安定
性が高い制御装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の四輪操舵制御装置のブロッ
ク図、第２図は本発明の一実施例に使用した音叉構造振
動型角速度センサの斜視図、第３図および第４図は同セ
ンサの動作説明図、第６図は従来の四輪操舵制御装置の
一例を示すブロック図、第６図は四輪操舵の基本的制御
を示す関係図である。 １・・・・・・車速センサ、２・・・・・・ステアリン
グ角センサ、３・・・・・・コントローラ、４・・・・
・・サーボアクチュエータ、６・・・・・・角速度セン
サ、６・・・・・・手段ム、７・・・・・・手段Ｂ０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）車輛などの搬送手段の進行速度を検出する車速セ
   ンサと、前記搬送手段の進路のステアリング角度を検出
   するステアリング角センサと、前記搬送手段に取りつけ
   られた角速度センサと、前記搬送手段の後輪を操舵する
   サーボアクチュエータと、前記サーボアクチュエータを
   制御するコントローラとを具備し、前記コントローラに
   は前記車速センサおよびステアリング角センサからの出
   力信号により適切な後輪操舵を行う手段と、前記車速セ
   ンサおよびステアリング角センサによる後輪操舵の結果
   、発生する角速度、角加速度、および進行方向の角度変
   化を前記角速度センサにより検出するとともに演算処理
   し、後輪操舵量の補正を行う手段とを有する四輪操舵制
   御装置。
2. （２）角速度センサが、駆動用圧電素子と、検知用圧電
   素子と、前記、駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子と
   を振動方向が直交するように積み上げ接合する第１の接
   合部材と、前記接合された素子の一対を音叉構造に接合
   する第２の接合部材とを具備したものである請求項１記
   載の四輪操舵制御装置。