JPH0357771A - 電動式独立型後輪転舵装置 - 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） この発明は車両の走行条件に応じて、左右後輪の転舵角
を個々に制御することにより、操舵安定性を向上させる
電動式独立型後輪転舵装置に関する． （従来の技術） 第８図に示した従来の後輪操舵装置は、ハンドルｌに固
定したハンドル軸１ａを、前輪ステアリング装置２の図
示していないラックとビニオンとの噛み合いを介して、
サイドロッド３、４に連結している． そして、上記ハンドル１を回すと、ハンドル１とともに
ハンドル軸１ａが回転し、この回転力が前輪ステアリン
グ装置２の上記ラックとピニオンとの噛み合いを介して
、サイドロッド３、４に伝達される。そしてサイドロッ
ド３、４は図面の左右いづれかの方向に移動するととも
に、このサイドロッド３、４に連結したナックルアーム
５、６を介して前輪７、８を転舵する。

また、上記前輪ステアリング装置２とは別に、電動ステ
アリング装置９を設けているが、この電動ステアリング
装置９は、モータ１０と、このモータ１０に連係させた
シャフトドライバｌ１と、モータｌＯに直結したエンコ
ーダ１２および電磁ブ″レーキｌ３とを主要素としてい
る．そして、上記モータ１０の図示していない出力軸を
シャフトドライバｌ１の図示していないシャフトに連係
させ、このシャフトの両端にサイドロッドｌ４、１５を
それぞれ連結している． そして、上記モータｌＯが回転すると、この回転力がシ
ャフトドライバ１１を介してサイドローツド１４、１５
に伝達される．そして、サイドロッドエ４、ｌ５は図面
の左右いずれかの方向に移動するとともに、このサイド
ロッドｌ４、ｌ５に連結したナックルアーム１６、ｌ７
を介して、後輪ｌ８、ｌ９を共に転舵する。

このようにした電動ステアリング装Ｍ９は，そのモータ
１０および電磁ブレーキ１３を、コントローラ２０に接
続する一方、このコントローラ２０には車速センサ２１
，前輪のサイドロッド４に設けた前輪舵角センサ２ａお
よびエンコーダｌ２を接続している． しかして、ハンドル１が回されて前輪７，８が転舵する
と、前輪舵角センサ２ａによって実際の前輪の転舵角を
検出するとともに、″車速センサ２ｌによって実際の車
速を検出し，これらの出力信号をコントローラ２０に入
力する。

そして、モータ１０は上記入力信号に応じて回転する．
また、モータ１０の回転とエンコーダｌ２がモータ１０
の実回転量を検出し、この出力信号をコントローラ２０
にフィードバックして、後輪舵角をフィードバック制御
している。

つまり、この後輪操舵装置では、モータ１０を連係させ
た単独の電動ステアリング装置９に、後輪１８、ｌ９を
共に連結し，コントローラ２０によって制御される上記
モータ１０の回転力を後輪ｌ８、ｌ９に伝達して、後輪
ｌ８、ｌ９の転舵を制御している． したがって、左右両後輪ｌ８、ｌ９は同一方向に同一角
度だけ転舵してしまう．そして、車速が低速のときには
後輪を前輪に対して逆位相に転舵する．又、車速か高速
のときには後輪を前輪に対して同位相に転舵する． 第９図は、コントローラ２０によって後輪ｌ８１９の転
舵を制御する際、前輪転舵角θｆと、車速Ｖとによって
後輪転舵角θｒが決められていることを示している． この図からも明らかなように、前輪転舵角θｆ以外は、
車速Ｖだけに依存して後輪転舵角θ『を決定している． （本発明が解決しようとする課題） 上記のようにした従来の後輪操舵装置では、前輪転舵角
θｆ以外は、車速Ｖだけに依存して後輪転舵角θｒを決
定しているので、微妙な走行条件の変化に対応した制御
をすることができない．例えば、ある一定値以上の速度
で直進している状態から、コーナーの入口にさしかかり
、ハンドルｌを転舵し、旋回を開始すると，後輪ｌ８、
ｌ９は前輪７、８と同位相に転舵する． このようにハンドルｌの切り始めに後輪が前輪と同位相
に転舵するので、車両全体は前輪を転舵した方向に進行
するが、なかなか回頭運動が始まらず、車両の姿勢は、
直進方向を向いたままの状態がしばらく続く。

つまり、コーナーの入口等の旋回運動の過渡期において
、ハンドルｌを転舵しているのに、車両はその転舵に見
合った回頭をなかなか開始しない。このため、運転者は
、ハンドル操舵に違和感を感じていた． また、一般に、減速時には、荷重が車両の前方へ移動す
るため、後輪の接地荷重が減少することが知られている
． この接地荷重の減少にともなうコーナリングフォースの
減少を補うため、左右の後輪を個別に転舵し、切り増せ
ばよいが、従来の装置では、電動ステアリング装置９に
後輪ｌ８、ｌ９を共に連結しているので、左右の後輪を
個別に転舵することができないという問題があった。

また，加速時には一般に、後輪の接地荷重が増加し、コ
ーナリングフォースも増加することが知られている． このため、従来の装置では、左右両後輪が同一方向に転
舵するので、わずかに後輪の転舵角が操舵安定性を保て
る範囲内の転舵角よりも大き過ぎただけで車両左右一方
の同一方向に向ってコーナリングフォースがよけいに発
生し，直進安定性が保たれていないという問題があった
。

さらに、旋回時、車両が横加速度をうけると、旋回外側
の接地荷重が増加し、その分だけ旋回側の接地荷重が減
少する。この接地荷重の増減により、旋回外側の車輪の
コーナリングフォースは、徐々に増加し、旋回内側の車
輪のコーナリングフォースは可及的に減少することが知
られている．このため、従来の装置のように、左右両後
輪を同一方向に同一角度だけ転舵しても、横加速度によ
って発生する左右両後輪のコーナリングフォースの増減
に適応した転舵角は得られず、安定した旋回特性を得る
ことができないという問題もあった。

この発明の目的は、このような微妙な走行条件に対応し
た後輪転舵角の制御を行なうことにより、直進性、旋回
性を向上させつつ、違和感のない操舵特性を発揮するこ
とができる電動式独立型後輪転舵装置を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達或するためにこの発明は、モータの回転
力を伝達して後輪を転舵する電動ステアリング装置と、
車両の走行条件を入力して上記モータの回転力を制御す
るコントローラとを設けた後輪操舵装置において、左右
の後輪の電動ステアリング装置として第１後輪転舵装置
と第２後輪転舵装置とを設けるとともに、車両のヨー角
速度を検出するヨー角速度センサと、車両の前後方向の
加速度を検出する前後加速度センサと、車両の横方向の
加速度を検出する横加速度センサとを設け上記コントロ
ーラでは上記ヨー角速度センサで検出した実際のヨー角
速度と車両等の走行条件によって求められる目標ヨー角
速度との差をフィードバックして、実際のヨー角速度が
、目標ヨー角速度と一致するように左右の後輪の舵角を
独立して制御することを特徴とした構威にしている．（
本発明の作用） 上記のように構成した本発明の装置では、コントローラ
において、車両の走行条件に応じて目標ヨー角速度を演
算し、この目標ヨー角速度と、実際のヨー角速度との偏
差を修正する偏差修正信号とを第１、２後輪転舵装置に
フィードバック出力する． 第１、２後輪転舵装置では、この偏差修正信号を受けて
モータを回転し、左右の後輪を独立して転舵する． また、このコントローラでは、前後加速度と横加速度と
に応じて出力信号を演算し、第１、２後輪転舵装置に出
力する． 第ｌ、２後輪転舵装置では、この出力信号を受けてモー
タを回転し、左右の後輪を独立して転舵する． （本発明の効果） この発明の装置によれば、ヨー角速度の偏差を修正する
偏差修正信号に応じて左右の後輪を独立して転舵するの
で、車両のヨー角速度を目標どおりに制御することがで
きるようになった。

このため、コーナーの入口でもハンドルを切りはじめる
とただちに回頭を始め、操舵の違和感がなくなった． また、前後加速度と横加速度とに応じて演算した出力信
号によって、左右の後輪を独立して転舵するので、加、
減速時や旋回時等、微妙な走行条件の変化にも対応でき
るようになった。

例えば、減速時、減少した後輪の接地荷重を補うように
左右の後輪を個別に転舵することができる。

また、加速時、左右の後輪が個別に転舵されるので、コ
ーナリングフォースが車両左右一方の方向に発生するこ
とがな〈なり、直進安定性が保たれるようになった。

さらに、旋回時、横加速度に応じ、左右の後輪の転舵角
を個別に制御することができるので、左右両後輪のコー
ナリングフォースの増減に適応した左右両後輪の転舵角
が得られ、安定した旋回特性を得ることができる。

本発明の装置では、このように、微妙な走行条件の変化
に対応した制御をすることができるので，直進性、旋回
性を向上させつつ、違和感のない操舵特性を発揮するこ
とができる． （本発明の実施例） 第１、２図に示したこの発明の実施例では、後輪を転舵
する電動ステアリング装置として、後輪１８、１９にナ
ックルアームｌ６、１７、操舵リンク部材２９．３０を
介して第１後輪転舵装置Ｓｌ　．第２後輪転舵装置Ｓｒ
をそれぞれ個別に連結している． そして、上記両後輪転舵装置Ｓｌ　，ｓｒには、第１、
２モータ２２、２３をそれぞれ設けている。

この第１、２モータ２２、２３の出力軸２４ａ、２４ｂ
（７）先端には、ウォーム２５、２６を設けている． また、上記両後輪転舵装置Ｓ，，Ｓ，には、ウォーム２
５、２６とかみ合う歯を形成したウォームホイール２７
、２８をそれぞれ設けている。

そして、このウォームホイール２７．２８の偏心位置に
は、ポールジョイントを介して，上記操舵リンク部材２
９、３０を接続している．コントローラＰから左、右後
輪出力信号ＩＭＩ，ＩＭＦが、第１、２後輪転舵装置Ｓ
．，Ｓ，に入力すると、第１、２モータ２２．２３が駆
動する．この第１、２モータ２２、２３の回転力は、出
力軸２４ａ、２４ｂ、ウォーム２５、２６、ウォームホ
イール２７、２８、操舵リンク部材２９、３０を介して
、ナックルアームｌ６、１７を回動させる． このナックルアームｌ６、ｌ７の回動により、後輪ｌ８
、１９の転舵が個々に行なわれる。

また、ハンドル１を転舵し、この転舵力がハンドル軸１
ａ、前輪ステアリング装置２，サイドロフド３、４、ナ
ックルアーム５、６を介して、前輪７、８を転舵する構
成は従来の装置と同様である。

この前輪７、８の転舵角は、前輪のサイドロッド４に設
けた前輪舵角センサ２ａによって検出され、前輪転舵角
信号θｆとなる． この前輪転舵角信号θｆは、車速センサ２１で検出され
た車速信，号■とともに、コントローラＰに送られる． 本発明の実施例の装置では、さらに２車両の前後加速度
を検出する前後加速度センサ３ｌと，車両の横加速度を
検出する横加速度センサ３２と、車両のヨー角速度を検
出するヨー角速度センサ３３とを設け、それぞれ検出し
た前後加速度信号Ｘ、横加速度信号ｙ、ヨー角速度信号
番をコントローラＰに出力するように構成している．ま
た、上記第１、２後輪転舵装置ｓｉ，ｓ，の近傍には左
右後輪の舵角を検出する左、右後輪舵角センサ３４、３
５を設けている．この左右後輪舵角センサ３４、３５で
検出された左右後輪舵角信号θｌ、θ『は、コントロー
ラＰに送られる．次に本発明の装置の核心であるコント
ローラＰにおける制御について詳述する． コントローラＰにおける制御では、まず後輪転舵角目標
値演算部４０において，左右後輪転舵角目標信号θｌ、
θｒを演算する．この左右後輪転舵角目標信号θ１、θ
，は次の第（１）（２）式で与えられる。正負の方向は
前後輪転舵角、ヨー角速度とも右回転（時計回り）を正
とする． ，　γ σｌ＝ｋθｒ＋ａ（ψ−ψ） ＋ｂｌ讐１＋ｃｌＶＩ　　・・・（１）否，＝ｋθｆ＋
ａ（千一岳） −ｂｌ貰１−ｃｌｙｌ・・・（２） 左右後輪転舵角比較部４ｌ、４２ではこの左右後輪転舵
角目標信号θｌ、θｒと、実際の左右後輪転舵角を検出
した上記左右転舵角信号θ１、θｒとの偏差を次の第（
３）　（４）式のように演算する。

Δθｌ＝０１　−０１・・・（３） Δθ『　＝ｏｒ　−ｏｒ　・・・（４）この偏差を左右
後輪出力制御部４３、４４に出力することにより、目的
に適合する制御を行なうものである． 次に第（１）（２）式の各項について説明する。

まず、第（１）（２）式の第１項目の車速依存出力信号
ｋＯｆは、車速依存出力信号演算部３６において演算さ
れる． 車速依存出力信号演算部３６には、上記前輪舵角センサ
２ａで検出された前輪転舵角信号ｏｆと、車速センサ２
ｌで検出した車速信号■とが入力している。そして、こ
の車速依存出力信号演算部３６には、上記車速信号■に
応じて変化する速度定数ｋがあらかじめ登録されている
。

例えば、速度定数ｋは、第３図に示すように車速信号Ｖ
に依存するようにしている。

この速度定数ｋを上記前輪転舵角信号ｏｆにかけ合わせ
る演算を行なうことにより，車速依存出力信号ｋθｆが
決定される． この車速依存出力信号ｋθｆが左右後輪転舵角目標信号
０１、θ，に含まれていることにより、果す役目は、車
速か一定速度以下では、後輪が前輪と逆位相に転舵する
ように制御することである。

そして、車速が一定速度以上．では、後輪が前輪と同位
相に転舵するように制御される。

ここまでの制御は従来の装置と同様である．において演
算される。

ヨー角速度偏差演算部３７には、上記前輪転舵角信号ｏ
ｆと、ヨー角速度センサ３３で検出されたヨー角速度信
号ψと、車速信号Ｖとが入力している。

そして、このヨー角速度演算部３７には、上記車速信号
■に応じて変化する速度定数ａがあらかじめ登録されて
いる。

この速度定数ａは、例えば、第４図に示すようなもので
あるが、その制御目的や車両特性に応じてどのような値
を採用しても良いことは当然である。

γ また、目標ヨー角速度ψは次の第５式に示されるように
、車速■と前輪転舵角θｆとによって決定される。例え
ば次の第（５）式に示すような演算を行なう。

つり ψ＝（１−　ｋ）Ｖ／Ｌ（１＋ＡＶ２　）　●θｆ・・
・（５）なお、第（５）式中のＬ．Ａは、車両諸元によ
って定まる定数である． そして、上記ヨー角速度信号ψと，目標ヨー角γ 速度ψとの差に上記速度定数ａを乗じ、ヨー角速ａ　　
　′；′ 度偏差修正信号ａ（ψ−ψ）が演算されることとなる． ・　７ このヨー角速度偏差修正信号ａ（ψ一ψ）を用いて，後
輪を制御することにより，実際のヨー角速度信号ψと目
標ヨー角速度ψとの差をフィードバックすることとなり
、車両の回頭角の遅れを無くすことができるようになる
。

次に（１）（２）式の第３項目の前後加速度出力信号ｂ
１〈１は、前後加速度出力演算部３８で演算される． 前後加速度出力演算部３８には、上記前後加速度センサ
で検出した車両の前後加速度信号Ｘと車速センサで検出
した車速信号Ｖとが入力している． そして、この前後加速度出力演算部３８には、上記車速
信号Ｖに応じて変化する速度定数ｂがあらかじめ登録さ
れている。

この速度定数ｂは例えば、第５図に示すようなものであ
るが、その制御目的や車両特性に応じてどのような値を
採用しても良いことは当然である。

そして、上記入力した前後加速度信号の絶対値を取り、
上記速度定数ｂを乗じることにより、前後加速度出力信
号ｂｌｘｌを決定している．次に第（１）（２）式の第
４項目の横加速度出力信号Ｃ１ｙｌは、横加速度出力演
算部３９で演算される． 横加速度出力演算部３９には、上記横加速度センサで検
出した車両の横加速度信号ｙと車速センサで検出した車
速信号Ｖとが入力している。

そして、この横加速度出力演算部３９には、上記車速信
号Ｖに応じて変化する速度定数Ｃがあらかじめ登録され
ている。

この速度定数Ｃは例えば、第６図に示すようなものであ
るが、その制御目的や車両特性に応じてどのような値を
採用しても良いことは当然である． そして、上記入力した横加速度信号の絶対値を取り、上
記速度定数Ｃを乗じることにより、横加速度出力信号ｃ
ｌｙｌを決定している。

なお、この実施例では、第４〜６図に示した速度定数ａ
．ｂ．Ｃはその特性を似ているものとしているが、伺等
相関関係を有するものではないことは当然である． このようにして演算された左右後輪転舵角目標信号ｅｌ
　、Ｏｒは、左右後輪転舵角比較部４１．４２に出力さ
れる。

左右後輪転舵角比較部４１．４２では、左右後輪舵角セ
ンサ３４、３５で検出した実際の左右後輪舵角信号ａｌ
．　　δｒと上記左右後輪転舵角目標信号０（　，Ｏｒ
　との偏差Δ０１、ΔＯｒを演算しこの偏差Δ０１、Δ
Ｏｒを左右後輪出力制御部４３、４４へ出力する。

左右後輪出力制御部４３、４４では、この偏差を用いて
次の第（Ｅｉ）　（７）式のような演算を行ない、左右
出力値Ｉ　Ｍｌ．　　Ｉ　Ｎｒを決定する。

ＩＮ＋＝ｌΔθ１＋ｍｄΔθｌ／ｄｔ ＋ｎｆΔθ＋　　ｄ　ｔ　　　　　　−（６）ＩＭｒ＝
ｌΔθｒ　＋ｍｄΔθ，／ｄｔ＋ｎｆΔθ，ｄｔ　　　
　　　・・・（７）上記（Ｅｉ）　（７）式のうち、各
項の係数文、ｍ．　　ｎは、それぞれ車両諸元によって
定まる定数である。

そして、第１項の文Δθ１　（交Δ０＋）は、偏差に比
例した電流を出力する項であり、目標値と実際の舵角と
の偏差が大きい場合にこの偏差に比例した大きい電流を
出力し、両者が一致すれば、電流はＯとなるものである
。

第２項のｍｄΔｆ）ｌ／ｄｔ（ｍｄΔθ，／ｄｔ）は、
偏差の微分値に比例した電流を出力する項であり、モー
タのロータ慣性等による遅れを補償するためのものであ
る。

第３項のｎｆΔθｌｄｔ　（ｎｆΔθ，ｄｔ）は、偏差
の積分値に比例した電流を出力する項であり、外力やフ
リクションにより、定常的な偏差が生じた場合、これを
打ち消すためのものである． このようにして演算された左右出力値ＩＭＩ．ＩＭＦは
、上記第１、２後輪転舵装置Ｓ＋，Ｓｒに出力される． そして第１、２後輪転舵装置Ｓ，，Ｓ，では、この左右
出力値Ｉ　Ｍｌ．　　Ｉ　Ｈｒによって、第１．　２モ
ータ２２、２３が回転し、後輪ｌ８、ｌ９が所望の舵角
まで転舵される． 次に第７図を用いて走行条件のパターンごとに（１）　
（２）式によって決定される舵角について説明する． ここで、左右後輪舵角θｌ、θ，の欄の−は左転舵を、
＋は右転舵を示している。

すなわち、 （イ）第７図のパターンＡ．Ｈに示したように、車速が
低速のときには、左右両後輪の転舵方向を前輪の転舵方
向に対して逆相にするようにしている． このパターンＡ．Ｂにおいては、第（１）（２）式中の
第２、３、４項の値は、ほとんどＯに近い場合を示し、
第１項の出力信号ｋθｆが目標値のほとんどを占め、転
舵角をθとしている。

（ｒ１）第７図のパターンＣ，Ｄに示したように車速が
上り、車両に横Ｇが働いている場合には、左右両後輪の
転舵方向を前輪の転舵方向に対して同相に制御するとと
もに、α度だけ左右両後輪をトーイン側に向けるように
している。

つまり、このパターンＣ，Ｄにおいては、（１）　（２
）式中の５ＩＪｌ項の出力信号ｋθｆによる転舵角θと
第４項の出力信号ｃｌｙｌによる転舵角αとがほとんど
の舵角を支配しているといえる．これにより、横Ｇを受
けた場合にも旋回外側の車輪のコーナリングパワーが増
加するので、左右両後輪全体として、安定した旋回がで
きるコーナリングパワーを発生させることができる。

（ハ）第７図のパターンＥ−Ｈに示したように、車両の
ヨー角速度の不足が発生した場合には、このヨー角速度
偏差を修正する方向に上記Ａ−Ｃのパターンの転舵角か
らさらにβ度転舵が行なわれるこれにより、車両の進行
方向に車両前部の向いている方向が一致し、ヨー角速度
偏差はなくなるので、口頭性能が向上する。又、ヨー角
速度の過剰が発生した場合は、方向は逆になるが考え方
は同じである。

（二）第７図のパターンＩ，Ｊでは、直進時に加速また
はブレーキ等による減速が車両に働いた場合、左右両後
輪をトーイン側にγ度向けて、コーナリングパワーを増
加させるとともに、直進性を向上させている。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜７図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は全体図、第２図は回路を示すブロック図、第３図は
車速と車速定数ｋとの関係を示す図、第４図は車速と車
速足数ａとの関係を示す図、第５図ほ車速と車速定数ｂ
との関係を示す図、第６図は車速と車速定数Ｃとの関係
を示す図、第７図はコントローラが演算する後輪転舵角
のパターン表、第８、９図は従来の装置を示すもので第
８図は従来の後輪操舵装置を示す回路図、第９図は前輪
転舵角θ『と車速Ｖと後輪転舵角θとの関係を示す図で
ある。 Ｐ・・・コントローラ、３ｌ・・・前後加速度センサ、
３２・・・左右加速度センサ、３３・・・ヨー角速度セ
ンサ、Ｓ１・・・第１後輪転舵装置、Ｓｒ・・・第２後
輪転舵装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モータの回転力を伝達して後輪を転舵する電動ステアリ
   ング装置と、車両の走行条件を入力して上記モータの回
   転力を制御するコントローラとを設けた後輪操舵装置に
   おいて、左右の後輪の電動ステアリング装置として第１
   後輪転舵装置と第２後輪転舵装置とを設けるとともに、
   車両のヨー角速度を検出するヨー角速度センサと、車両
   の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサと、車
   両の横方向の加速度を検出する横加速度センサとを設け
   、上記コントローラでは上記ヨー角速度センサで検出し
   た実際のヨー角速度と車両等の走行条件によって求めら
   れる目標ヨー角速度との差をフィードバックして、実際
   のヨー角速度が、目標ヨー角速度と一致するように左右
   の後輪の舵角を独立して制御すること、および前後、左
   右方向の加速度の大きさに応じて左右両後輪全体として
   安定した旋回ができるコーナリングパワーを発生させる
   ことができるように左右の後輪の舵角を独立して制御す
   ることを特徴とする電動式独立型後輪転舵装置。