JPH0367782A - 車両用四輪操舵装置 - 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、前輪転舵角に対する車両のヨーレイトの発生
特性が１次遅れの出力となる様に後輪を転舵制御する車
両用四輪操舵装置に関する。

（従来の技術） 従来、後輪転舵角制御手段を備えた車両用四輪操舵装置
としては、例えば、特開昭５９−１８６７７３号公報記
載されているようなものが知られている。

この従来公報には、車速と前輪転舵角とを入力情報とし
、中、高速領域で、前輪転舵開始から設定時間の間は後
輪を逆位相に転舵し、設定時間経過後は、後輪を同位相
に転舵する後輪転舵角制御手段が示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来装置にあっては、後輪転
舵角が車速と前輪転舵角のみの関数により制御される構
成となっていた為、予め目標として設定した車両特性通
りの制御が出来ないし、操舵過渡応答性・安定性の大幅
向上が実現出来ないという課題があった。

具体的には下記の特性が望めない。

■　ヨーレイト周波数応答性に関し、例えば、ヨーレイ
トゲインを高周波数域までフラット化したり、位相遅れ
を小とする等の目標を設定し、設定した目標をうまく実
現する事。

■　レーンチェンジ等においてステップ操舵をした際、
ハンドル切り始めのヨーレイトのオーバシュートを小さ
くする事。

そこで、本出願人は、特願昭６３−２５２２３号により
、前輪転舵角に対する車両のヨーレイトの発生特性が１
次遅れの出力となる様に後輪を転舵制御し、上記課題を
解決する手法を提案した。

例えば、この先行出願では、前輪転舵角のラプラス変換
値を６□１．後輪転舵角のラプラス変換値を６．。、と
した時、 但し、Ｓ；ラプラス演算子 に；ヨーレイト定常ゲイン Ｔ　Ｉｎ　Ｔ　２＊　Ｔ　Ｉｎ　Ｔ　２　：車両諸元、
車速により決まる定数 の演算系制御伝達関数により後輪転舵角が与えられる手
段が示されている。

しかしながら、前記（１）式で示される演算系制御伝達
関数には分母に２次の項を含み、１次の項の定数Ｔ１及
び２次の項の定数Ｔ２を車速により可変としなければな
らない為、演算の高速化が必要で、例えば、８ビツトの
マイクロコンピュータでは容量不足となる。

また、２次／２次の制御伝達関数による制御を的確に行
なう為には、非常に応答性の高いアクチュエータが必要
である。

本発明は、上記のような問題に着目してなされたもので
、前輪転舵角に対する車両のヨーレイトの発生特性が１
次遅れの出力となる様に後輪を転舵制御する車両用四輪
操舵装置において、車両のヨーレイト性能を目標ヨーレ
イト性能にほぼ近似させながら、システムの簡素化及び
演算の簡素化を図ることを課題とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため本発明の車両用四輪操舵装置で
は、アクチュエータ系に１次遅れをもたせると共に、演
算系の制御伝達関数を通常の操舵入力周波数域では影響
の小さい２次の項を削除して２次／１次の式とした。

即ち、車両の走行状態に応じて後輪の転舵角を制御する
後輪転舵角制御手段を備えた車両用四輪操舵装置におい
て、 前記後輪転舵角制御手段は、前輪転舵角のラプラス変換
値を６ｆｌｓｌｓ後輸転舵角のラプラス変換値を６７．
Ｓ、とした時、 １次遅れの出力となる様に制御を行なう手段である事を
特徴とする。

（作　用） ハンドル操舵時には、後輪転舵角制御手段において、車
両諸元、車速によって各定数Ｔ　Ｉｎ　Ｔ　２１Ｔ、、
Ｔが求められ、これらとヨーレイト定常ゲインＫを基に
、前記（２）式の制御伝達関数で与えられる後輪転舵角
δ、となるように後輪を転舵する制御が行なわれる。

この制御において、演算系の１次遅れ定数Ｔ。をＴ０＝
Ｔ、−Ｔとすると、 但し、Ｓニラプラス演算子 に：ヨーレイト定常ゲイン Ｔ　ｌ＋　Ｔ　２：車両諸元、車速により決まる定数Ｔ
０；演算系の１次遅れ定数 Ｔ　；アクチュエータ系の１次遅れ定数の制御伝達関数
による後輪転舵角が与えられ、前輪転舵角に対する車両
のヨーレイトの発生特性がとなり、アクチュエータ系の
１次遅れ定数下がある程度小さければ、 となる。

即ち、後輪転舵角を決定するにあたって、演算系とアク
チュエータ系とのトータルシステムでの制御伝達関数（
２°）式の分母１分子には共にラプラス演算子Ｓに関し
て２次の項（Ｓ２）と１次の項（ｓ）と定数項とを含む
為、後輪は前輪転舵角δ、のみならず転舵角速度や転舵
角加速度に応じて制御されることになる。

従って、ヨーレイト特性のゲインフラット化、位相遅れ
の減少化、ステップ操舵時のオーバーシュートの防止等
が達成され、設定した目標ヨーレイト性能にほぼ近似す
るヨーレイト定常特性及びヨーレイト過渡特性を得るこ
とができる。

に１次の遅れをもたせている為、非常に応答性の高いア
クチュエータを必要とせず、システムの簡素化を図るこ
とができる。

は、２次／１次の演算式としている為、２次７２次の演
算式の場合のような演算の高速化を必要とせず、例えば
、８ビツトの容量をもつマイクロコンピュータでも十分
で演算を可能とすることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。

第１図は実施例の車両用四輪操舵装置を示し、左右の前
輪ＩＬ、ＩＲは、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されている。尚、前輪
転舵角δ、は、ステアリングホイール操舵角をＯ、ステ
アリングギヤ比をＮとすると、ろｔ　＝　ｅ　／　Ｎで
表される。

左右の後輪２Ｌ、２Ｒは、トランスバースリンク５Ｌ、
５日及びアッパーアームＳＬ、６Ｒを含むリヤサスペン
ション装置により車体のリヤサスペンションメンバ７に
懸架されていて、後輪転舵の目的のため左右のナックル
アーム８Ｌ、８日間をアクチュエータ９及びその両端の
サイドロッド１０Ｌ、ＩＯＲにより相互に連結させてい
る。

前記アクチュエータ９は、スプリングセンタ式復動液圧
シリンダとし、その２室が夫々管路１１Ｌ、ＩＩＲによ
り電磁比例式圧力制御弁１２に接続される。尚、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及びドレーン管路１６が夫
々接続されている。

前記電磁比例式圧力制御弁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
の管路１１Ｌ、ＩＩＲを無圧状態にし、ソレノイド１２
ＬのＯＮ時に通電量に比例した圧力を管路１１Ｌに供給
し、ソレノイド１２８のＯＮ時に通電量に比例した圧力
を管路１１Ｒに供給するものである。　る。

尚、アクチュエータ９と電磁比例式圧力制御弁１２とで
、後輪転舵制御システムのアクチュエータ系が構成され
、このアクチュエータ系には、前輪転舵角のラプラス変
換値を６□Ｓｌｒ後輸転舵角のラプラス変換値をろ２（
５）とした時、る１次遅れ特性をもたせている。

但し、Ｔはアクチュエータ系の１次遅れ定数であり、Ｓ
はラプラス演算子である。

前記ソレノイド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２図に示す如くデジタル演算回路１７ａ
と、デジタル入力検出回路１７ｂと、記憶回路１７ｃと
、Ｄ／Ａ変換器１７ｄと、駆動回路１７ｅとで構成され
ている。

前記コントローラ１７では、ステアリングホイール３の
操舵角ｅ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
タル入力検出回路１７ｂを経て入力し、デジタル演算回
路１７ａにおいて、これらの入力情報及び記憶回路１７
ｃの８０Ｍに格納されている定数や記憶回路１７ｃの８
ＡＭに一時記憶させている情報を基に下記の演算式を演
算し、演算結果に対応した後輪転舵角δ２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１７ｅにより後輪
転舵角δ２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、１２Ｒに電流ｉを供給すべきかを操舵
角ｅから決定し、対応する管路１１Ｌ又は１１８に電流
ｉ（後輪転舵角δ、）に応じた液圧を発生させる。アク
チュエータ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を介した後輪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。

尚、デジタル演算回路１７ａで演算される式は、前輪転
舵角のラプラス変換値を６□９．後輪但し、Ｋ：ヨーレ
イト定常ゲイン Ｔ１．Ｔ２；車両諸元、車速により決まる定数Ｔ０；演
算系の１次遅れ定数 であられされる制御伝達関数である。

そして、後輪２Ｌ及び２Ｒに後輪転舵角が与えられ、前
輪転舵角６．に対する車両のヨーレイトφの発生特性が
１次遅れの出力となる様に制御を行なう装置としている
。

次に、作用を説明する。

まず、車両の目標性能を、前輪転舵角ろ、に対する車両
のヨーレイト特性が１次遅れの出力となる下記の伝達関
数あられされる特性を得る様に設定する。

但し、φ。：ベース車の定常ヨーレイトに、Ｔ；定数 Ｓニラプラス演算子 これに対し、車両の運動方程式は次式により表されるこ
とが知られている（第３図参照）。

車両質量をＭ、車両の横変位加速度をジ、車速をＶ、ヨ
ーレイトをψ、前輪のサイドフォースをＦｌ、後輪のサ
イドフォースをＦ２とすると、Ｍ　（ｙ　＋　Ｖ−＊）
　＝　Ｆ　＋　十Ｆ　２が求まり、車両のヨー慣性モー
ンメントをＩ、ヨー角加速度をφ、車両重心から前車軸
までの距離をａ、車両重心から後車軸までの距離をｂと
すると、 ■−φ＝ＢｅＦ、　　　ｂ”Ｆ。

が求まり、前後輪の等価コーナリングパワーを夫々Ｃ５
，Ｃ２、前輪転舵角を６１、後輪転舵角をが求まる。

そして、上記４種の運動方程式をラプラス変換し、上記
（３）式の目標車両特性を得るべく分母。

分子共にラプラス演算子Ｓに関して２次／２次の制御伝
達関数の形でまとめると、 ａ　ａ　＝　５＋　Ｃ，ｂＭ となる。

但し、βはホイールベース長で、β＝ａ＋ｂである。

但し、Ｓ；ラプラス演算子 に：ヨーレイト定常ゲイン Ｔ　Ｉｎ　Ｔ　２１　Ｔ　Ｉｎ　Ｔ２　；車両諸元、車
速により決まる定数 となる。

この（１）式において、Ｔ２・ｓ２の項のＴ、の数値は
、他の数値に比べて小さく、通常のハンドル操舵周波数
である１）１ｚ〜２）１ｚ程度では、影響がきわめて少
ないことに着目し、このＴ２・ｓ２の項を削除して得た
ものか下記の演算系の制御伝達関数（２°）であり、Ｔ
２・ｓ２の項を削除に伴なって設定ａ　　３　＝Ｃ２ｂ
Ｍｔ したのが下記のアクチュエータ系の制御伝達関数（２”
）である。

ここで、ヨーレイト特性１次遅れ系（ヨーレイトの１次
遅れ時定数５０ｍ５ｅｃ）を実現する具体例について説
明する。

＊車両諸元 ホイールベース　　　　　　　　２．５５ｍ前輪〜重心
間距離　　　　　　　１．０７ｍ質量　　　　　　　　
　　　　　１４６ｋｇ・ｓ’／ｍヨー慣性　　　　　　
　　　　　２０５ｋｇ−５２−ｒｎ前輪等価コーナリン
グパワー　　６９００ｋｇ／ｒａｄ後輪等価コーナリン
グパワー　　９２００ｋｇ／ｒａｄ＊理論制御 車速１２０ｋｍ／ｈの時で、ヨーレイト定常ゲインには
２ＷＳのままのに＝Ｏとすると、 本実施例制御 アクチュエータ系の遅れ定数Ｔ　＝　０．０８とすると
Ｔ　ｏ　”　Ｔ　＋　　Ｔ　＝０．４５９４　０．０８
＝０．３７９４Ｔ０・Ｔ　＝　０．３７９４Ｘ　０．０
Ｂ＝　０．０３０４となり、実施例制御での伝達関数は
、 となる。

即ち、（１ａ）式と（２ａ）式とを比較した場合には、
ｓ２の定数が０．０２０５と０．０３０４というように
わずかに異なるだけである。

以上説明してきたように、実施例装置にあっては、下記
に列挙する特徴を合せて有する。

■　演算系とアクチュエータ系とのトータルシステムで
の制御伝達関数（２）式の分母１分子には共にラプラス
演算子Ｓに関して２次の項（Ｓ２）と１次の項（ｓ）と
定数項とを含む為、後輪２Ｌ。

２Ｒは前輪の転舵角のみならず転舵角速度や転舵角加速
度に応じて制御されるし、上記（１日）式と（２ａ）式
との比較から明らかな様に実施例制御は理論制御とほぼ
一致する制御となり、設定した目標ヨーレイト性能にほ
ぼ近似するヨーレイト定常特性及びヨーレイト過渡特性
を得ることができる。

特に、下記の点についての特性を実現することが出来る
。

ヨーレイト周波数特性として、ヨーレイトゲインの高周
波数域までのフラット化を実現出来る（第４図）。

ヨーレイト位相遅れの減少化を実現出来る（第５図）。

レーンチェンジ時等のステップ操舵時、ハンドル切り始
めの際のヨーレイトのオーバシュートを小さく出来る（
第６図）。

尚、第７図はステップ操舵時のハンドル操舵角特性で、
第８図１；はその時に前記ヨーレイトのオーバシュート
の低減を実現出来る後輪転舵角特性が示されていて、ハ
ンドル切り始めの時期には一時的に後輪２Ｌ、２Ｒが前
輪１Ｌ、１日と逆位相に切れ、その後、同位相に転じ、
更に、所定の時定数をもって後輪転舵角６、が零に収束
する。

■　アクチュエータ系の伝達関数、＋１．に１次の遅れ
をもたせている為、アクチュエータ９及び電磁比例式圧
力制御弁１２等によるアクチュエータ系は高応答である
ことを必要とせず、システム２次／１次の演算式として
いる為、２次／２次の演算式の場合のような演算の高速
化を必要とせず、例えば、８ビツトの容量をもつマイク
ロコンピュータでも十分で演算を可能とすることができ
る。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではない。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明にあっては、前輪転舵
角に対する車両のヨーレイトの発生特性が１次遅れの出
力となる様に後輪を転舵制御する車両用四輪操舵装置に
おいて、アクチュエータ系に１次遅れをもたせると共に
、演算系の制御伝達関数を通常の操舵入力周波数域では
影響の小さい２次の項を削除して２次／１次の式として
制御を行なう構成とした為、車両のヨーレイト性能を目
標ヨーレイト性能にほぼ近似させながら、システムの簡
素化及び演算の簡素化を図ることが出来るという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明実施例の車両用四輪操舵装置を示す全体
図、第２図は実施例装置の後輪転舵角制御系を示すブロ
ック図、第３図は車両の旋回時における運動モデル図、
第４図はハンドル操舵周波数に対するヨーレイトゲイン
特性図、第５図はハンドル操舵周波数に対するヨーレイ
ト位相遅れ特性図、第６図はステップ操舵時のヨーレイ
トタイムチャート図、第７図はステップ操舵時のハンド
ル操舵角特性図、第８図はステップ操舵時の後輪転舵角
のタイムチャート図である。 ＩＬ、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・・・アクチュエータ １２・・・電磁比例式圧力制御弁 １７・・・コントローフ １８・・・操舵角センサ １９・・・車速センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）車両の走行状態に応じて後輪の転舵角を制御する後
   輪転舵角制御手段を備えた車両用四輪操舵装置において
   、 前記後輪転舵角制御手段は、前輪転舵角のラプラス変換
   値をδ＿ｆ＿（＿Ｓ＿）、後輪転舵角のラプラス変換値
   をδ＿ｒ＿（＿Ｓ＿）とした時、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、ｓ；ラプラス演算子 Ｋ；ヨーレイト定常ゲイン ｔ＿１、ｔ＿２；車両諸元、車速により決まる定数Ｔ＿
   ０；演算系の１次遅れ定数 Ｔ；アクチュエータ系の１次遅れ定数 の制御伝達関数による後輪転舵角が与えられ、前輪転舵
   角に対する車両のヨーレイトの発生特性が１次遅れの出
   力となる様に制御を行なう手段である事を特徴とする車
   両用四輪操舵装置。