JPH04108082A - 前輪舵角制御装置 - 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） 本発明は前輪舵角制御装置に関し、特に、車両の前輪舵
角をアクティブに切り増し制御する前輪舵角制御装置に
関するものである。

（従来の技術） 運転者のステアリング操作に応して前輪を直接操舵する
と同時に、前輪をアクティブに補助操舵するか、または
前後輪を共にアクティブに補助操舵する（４ＷＳ車の場
合）ようにした車両の舵角制御については、既に、本出
願人により提案がなされている（特開昭６０−１６１２
６６号公報）。

４ＷＳの場合を含め、かかる前輪の補助操舵制御は、ス
テアリングホイールの操舵状態に基づいて前輪に対する
補助操舵制御値を演算し、これに従い前輪の補助操舵機
構を作動させることにより前輪を切り増し補助操舵する
ことができるもので、前輪を補助操舵しない車両と比較
して、車両に新たな特性をもたせることができる。即ち
、前輪の切り増し制御を採用すると、例えば車両旋回の
際、該補助操舵によりその分ヨーレイトを大きくし車両
の旋回性能の一層の向上を図れるなど、車両の運動性能
を高めることができる。

（発明が解決しようとする課題） 前輪の補助舵角制御は、かような機能を有するところ、
その場合の前輪操舵制御において、前輪の補助舵角につ
き、これをステアリングホイール変位角と変位角速度を
基に演算する構成を採用するときは、たとえステアリン
グ操舵量が同程度であっても、その速さ如何んで前輪に
発生するスリップ角の大きさは左右される。即ち、前輪
に発生するスリップ角がステアリングホイール回動の微
分により発生することとなり、そのため、ステアリング
操作開始時に、操舵力の立ち上がりが急激なものとなる
結果、これが操舵力変動につながる場合（第４図（Ｃ）
の特性（ロ）参照）もあり、従って、より一層の運動特
性、安定性の向上を図らんとすれば、この点でかかる前
輪舵角制御装置はなお改良の余地があるといえる。

本発明の目的は、前輪をステアリングホイールの操舵状
態に応して切り増し補助操舵可能な車両において、上述
のような操舵力変動を抑制し、低減することのできる前
輪舵角制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的のため本発明前輪舵角制御装置は第１図に概念
を示す如く、車両の前輪を補助操舵する前輪補助操舵機
構と、 ステアリングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検
出手段と、 前記補助操舵機構により前輪を前記ステアリングホイー
ルの操舵状態に応して切り増し補助操舵する場合に、ス
テアリングホイールの角度の１次以上の微分値に応じて
発生する補助制御舵角に対し遅れを付加する機能を有す
る前輪補助舵角制御手段とを具備してなるものである。

（作　用） ステアリング操作時、前輪補助舵角制御手段は、ステア
リングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検出手段
の検出操舵状態に応し前輪補助操舵機構をして前輪を切
り増し補助操舵するが、該補助操舵に際し、ステアリン
グホイールの角度の１次以上の微分値に応して発生する
補助制御舵角に対し遅れを付加する。

かかる遅れき付加により、ステアリングホイールの微分
値に応しても前輪補助舵角を制御する場合にあっても、
ステアリング操作開始時の急激な操舵力の増加、振動的
な操舵力変化はこれを抑制し得、操舵力特性としてはこ
れを前輪補助操舵を行わない車両のそれにできるだけ近
づけられるよう、他方前輪の切り増し補助操舵による木
質的機構はこれを維持できるよう、操舵力変動の低減を
可能ならしめる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第２図は本発明前輪舵角制御装置の一実施例で、■は前
輪、２は後輪を夫々示す。前輪１は夫々ステアリングホ
イール（ハンドル）３への操舵入力をステアリングギヤ
４を介して伝達することにより通常通り主操舵可能にす
ると共に、ステアリングギヤ４のケースを前輪補助操舵
機構中のアクチュエータ５によりストロークさせること
で主操舵角に対して最大α度までの補助操舵を可能とす
る。

また、本実施例では、前輪１だけでなく、後輪２も補助
操舵する場合の構成を示しており、後輪２は、後輪操舵
機構中のアクチュエータ６のストロークにより最大β度
までの補助操舵を可能とする。

ここで、本実施例では、α度〉β度と仮定する。

前・後輪補助操舵系には、上記アクチュエータ５．６の
他に、両系統に共通な圧力源としてのオイルポンプ７を
設け、更に分流弁１２、舵角制御弁１４、１５を設ける
。オイルポンプ７はリザーバ８内のオイルを吸入して主
回路９に吐出し、分流弁１２はこれにより主回路９上の
オイルを前輪補助操舵回路１０及び後輪補助操舵回路１
１に分配する。

上記分流弁１２は、ツヤトルスプール１２ａをハネ１２
ｂ、　１２ｃにより中立位置Ｓ：弾支して構成するもの
とし、スプール１２ａの両端には圧力室１２ｄ、　１２
ｅを画成する。これらの圧力室１２ｄ、　１２ｅは、ス
プール１２ａに形成した径の異なるオリフィス１２ｆ、
　１２ｇを経て主回路９に通しさせると共に、同しくス
プール１２ａに形成した横孔１２ｈ、　１２ｉ及び出力
ポート１２ｊ１２ｋを経て補助操舵回路１１．１０に通
しさせる。しかして、横孔１２ｈ、　１２ｉは夫々圧力
室１２ｄ、　１２ｅの圧力に応動するスプール１２ａの
ストロークに応じて出力ポート１２ｊ、　１２にとの連
通度を加減され、以下の分流機能を果たすものとする。

即ち、例えば回路１０に着目すると、回路１０の要求流
量Ｑ、は、前輪補助操舵アクチュエータ５のピストン受
圧面積ＳＡとピストン移動速度Ｖとの積Ｑｒ　＝　Ｓ４
　ｘ　ｖで表わされ、更にアクチュエータ５のストロー
クをｄ、前輪操舵周波数をｆとすれば、移動速度はｖ＝
２πＸｆＸｄであるため、回路１０の要求流量Ｑ、はＱ
、＝ＳＡＸ２πＸｆＸｄとなる。また、回路１１の要求
流量Ｑ１についても同様にして求まり、ポンプ７の吐出
量Ｑ０をＱ０＝Ｑｆ＋Ｑ、とすると、所要要求流量Ｑ、
、Ｑ。

を得る分配比は、前記オリフィス１２ｇ、　１２ｆの径
をＱ、／Ｑ、、Ｑ、／Ｑ、に対応して設定することで得
られる。分流弁１２は、こうしてポンプ吐出量Ｑ、を回
路１０．１１へ要求流量Ｑ、、Ｑ、に分配して供給する
ことができる。更に、回路１０、または回路１１が流量
変化で圧力降下すると、分流弁１２のスプール１２ａが
図中右行または左行して横孔１２ｉまたは１２ｈの開度
を滅じ、流量分配比がくずれるのを防止し得て一系統の
圧力変動が他系統に影響するのを防くことができる。

舵角制御は、このように両系の圧力変動が相互に干渉し
合わないようになされた上記構成の下、舵角制御弁１４
．１５の制御によって行われる。

舵角制御弁１４．１５は、夫々圧力制御弁から構成され
、これらは補助操舵回路１０．１１及び共通なドレン回
路工３と、アクチュエータ５．６との間に介挿される。

前輪補助操舵用の舵角制御弁１４は、ソレノイド１４ａ
、　１４ｂのオフ時（非通電時）図示の中立位置となっ
て回路１０からのオイルを全量ドレン回路１３に戻し、
アクチュエータ５の両室５ａ、　５ｂを無圧状態に保つ
。この時、アクチュエータ５は内蔵ハネ５ｃ。

５ｄにより中立位置にされ、ステアリングギヤ４を前輪
１が補助操舵されない位置に保つ。ソレノイド１４ａの
オン時（通電時）、弁１４は室５ａを加圧し、室５ｂを
ドレンして、アクチュエータ５を伸長動作させ、ステア
リングギヤ４を図中右行させることにより前輪１を前記
α度以内で左転舵方向に補助操舵する。更に、弁１４は
、ソレノイド１４ｂのオン時（通電時）には、室５ｂを
加圧、室５ａをドレンしてアクチュエータ５を収縮動作
させ、ステアリングギヤ４を図中左行させることにより
前輪１をα度以内で右転舵方向に補助操舵する。

前輪１は、上述のような補助操舵機構よって補助操舵さ
れる。

後輪補助操舵用の舵角制御弁１５及びアクチュエータ６
の構成、並びにそれらの機能も、上記舵角制御弁１４及
びアクチュエータ５についてのものと同様であるため、
対応部分を同しサフィックスａ〜ｄを付して符号にて示
すにとどめ、その詳細説明を省略する。

上記舵角制御弁１４．１５の各ソレノイド１４ａ、　１
４ｂ１５ａ、　１５ｂはコントローラ１６によりオン／
オフ制御し、このコントローラ１６には、ステアリング
ホイール３の操舵角（ハンドル角）θを検出する舵角セ
ンサ１７からの信号、車速■を検出する車速センサ■８
からの信号、後輪側アクチュエータのストローク検出用
のストロークセンサ１９からの信号等を夫々入力する。

上記コントローラ１６は、入力検出回路と、演算処理回
路と、該演算処理回路で実行される舵角制御用のプログ
ラム及び演算結果等を格納する記憶回路と、舵角制御弁
１４．１５に制御信号を供給する出力回路等とで構成さ
れ、上記入力情報に基づき、前後輪補助舵角を演算し、
これに従って舵角制御弁１４．１５の各ソレノイド１４
ａ、　１４ｂ、　１５ａ及び１５ｂをオン、オフ制御す
る信号１．、、Ｉ、、、ｌ□及びＩ□を出力する。

ここで、上記舵角演算については、基本的には、ステア
リングホイールの操舵状態（ハンドル角θやハンドル角
速度θ等）、更にはまた車速Ｖ４こ応して前後輪の補助
制御舵角値δ２．δ、を演算すするが、例えばθの１次
微分値であるハンドル角速度θを後述の過渡制御舵角分
のパラメータとして使用する場合は夫々の演算は次式を
用いた方法で行うことができる。

δ　　＝＝に、（ｖ）Ｘθ−Ｔ　ｒ　（Ｗ）　×θ　　
　　　　　・（２）ここにに□９．．に□Ｖ、はθの乗
算係数で、ここでは夫々車速に応じて変化する比例定数
、Ｔｆ（ｖ、。

Ｔ、。、はθの乗算係数であって、同じくここでは夫々
車速に応じて変化する微分定数である。

これら（１）、　（２）式は、夫々第１項を比例項、第
２項を微分項とする位相反転制御演算式で、簡単に説明
すれば、操舵過渡期（θが小さくθが大きい期間）には
微分項をきかしてシャープさを得る一方、保舵期（θか
大きくθが小さい期間）には比例項をきかして安定性を
得るといった操舵特性を実現する演算式である。

コントローラ１６はまた、前輪の補助操舵角制御に関し
ては、前輪１をステアリングホイールの操舵状態に応じ
て切り増し補助操舵する場合に、前輪の補助操舵角がス
テアリングホイールの変位角速度にも応して演算される
構成であっても、ステアリング操作開始時の象、激な操
舵力の増加や振動的な操舵力変化等の操舵力変動を低減
できるように、ステアリングホイールの角度の１次以上
の微分値に応じて発生する補助制御舵角に対し、遅れを
付加するようになす。

即ち、上記（１）式でいえば１、前述のように、その第
１項は比例制御舵角δｆ９成分、第２項は過渡制御舵角
δｆ４成分を表わし、過渡制御舵角δｆｄはここではハ
ンドル角θの１次微分となっているが、このような微分
値に応じで発生する補助操舵角に対し遅れをもたせるよ
うにする。

上記の遅れを設けるための手法としては、過渡制御舵角
δｆ４がハンドル角の１次微分たるハンドル角速度θに
応じたものである場合には、例えば、ハンドル角の情報
からハンドル角速度を得る場合にＮ個平均値を用いる方
法によるものとすることができる。

第３図は、かかる手法によって遅れを付加するようにし
た舵角制御用の演算プログラムの一例を示す。本プログ
ラムは一定時間毎の定時割り込みで実行される。

まず、ステップ１００では舵角センサ１７からの信号に
よりハンドル角θを読み込み、ステップ１１０でハンド
ル角速度θを演算する。ここで、該演算については、例
えば５　ｍ５ｅｃ毎にハンドル角の読込みが実行される
とすれば、今回実行時の読込み値とＮ回前のプログラム
実行時での読込み値（記憶値）とを用い、次式に従って
θ値の演算を行う。

θ。−θ８ ここに、θ。がハンドル角についての今回読込み値、θ
８がＮ回前の読込み値である。

次にステップ１２０では、上記で演算して求めたハンド
ル角速度値θを前輪補助操舵角δ、演算における過度制
御舵角δｆｄ中のθ値に通用してδ。

値を算出し、ステップ１３０で舵角制御出力処理を実行
して本プログラムを終了する。

以上のような処理により前記の切り増し制御を実行する
ことで前輪補助操舵角に対し遅れが付加され、前輪補助
舵角制御を行う車両であっても、その操舵力特性を通常
車両の操舵力特性に近づけることが可能で、しかも、そ
の場合、前記の比例制御舵角と過渡制御舵角のうち、後
者の成分に対してだけ所要の遅れを容易に付加すること
ができる。

過渡制御舵角δ□にのみ遅れをもたせるのは、前者の比
例制御舵角δ１ｐに関しては、δｆ、はステアリングギ
ヤ比が小さくなったことと等価であり、ハンドルを微小
舵でも速く動かした場合における過渡制御舵角δｔｄに
よる操舵力への影響が大きいのに比し、比例制御舵角δ
ｆｐによる操舵力変動は小さいので、かような見地から
、通常車両の操舵力特性に近づけるべく補助操舵角に対
し遅れを付加するにあたり、δｆ２には遅れをもたせず
、δ、。

のろに遅れを付加することとしたものである。

また、上記のような遅れの付加による本制御によって、
操舵力特性としては、前輪補助操舵機構を有しない通常
車両の操舵力特性に近づけることができる点については
、次のようにして説明することができる。

第４図は、直進から旋回へのステップ操舵の場合を例に
採って、そのときのステアリング操作に伴う諸量の変化
の様子を示している。同図（ａ）がハンドル操舵角の変
化を、また同図（ｂ）及び（Ｃ）が夫々前輪補助舵角及
びハンドル操舵力の変化を示すが、同図（ｂＬ　（Ｃ）
では、比較例として遅れを設けない場合の前輪補助操舵
制御によった場合の特性と対比して本制御による場合の
特性を示しである。

今、前輪の補助操舵を行わない通常車両でのステップ操
舵を考えると、かかる車両では、ハンドルの回動に応じ
て前輪舵角が発生し、それがタイヤのスリップ角となり
、セルファライニングトルク、コーナリングフォースが
発生するところ、そこにはコラム系、ステアリング系の
ガタ等で発生する遅れがある。このため、通常車両では
、操舵角と操舵力の位相差は成る範囲内に落ちつく。従
って、この場合は、ハンドル操作開始時の急激な操舵力
の変化は示さないことになる。

他方、前輪の補助操舵機構を有する車両の場合、ハンド
ル角の変位情報を基に前輪の補助操舵を行うと、前輪の
取り増し補助操舵によって旋回性能の向上を図ることが
できる反面、ハンドル角と前輪舵角の間に遅れが発生し
にくい。特に、δｆ４（過渡制御舵角）成分を制？Ｉｌ
量として含む場合は、ハンドルを微小舵でも速く動かす
と、それにより前輪に大きなスリップ角がつき、操舵力
が発生してしまい、操舵力変動が大きくなる。第４図（
ｂ）（Ｃ）に示すように、同図（ａ）のハンドル操作に
対し、遅れがない場合の制御では、前輪補助舵角δ、は
特性（イ）のように推移し、かつ、そのときの操舵力は
先に触れた如く特性（ＩＩ＋）のような立ち上がりの急
激なものとなるのである。

しかるに、本制御に従って遅れを付加する前輪舵角制御
によれば、ハンドル角の変位情報に基づいて前輪補助操
舵を行っても、前輪補助舵角δ。

及びハンドル操舵力については夫々同図（ｂ）、　（Ｃ
）の特性１．．１．Ｃに示すようなものとすることがで
き、遅れを設けることにより、前記特性（ロ）の場合の
ようなハンドル操作開始時のや激な操舵力の増加及びそ
の後の振動的な操舵力変化を防止することができる。こ
うして、操舵力特性を前記した通常車両による場合の特
性に近づけることができ、しかも上述の制御を過渡制御
舵角δｌｄ分のみに遅れをもたせることによって適切に
実現することができる。

第４図（ｄ）には、更に車両に発生するヨーレイトψの
様子が示されており、本制御の場合、上記遅れを設ける
のに伴い、特性！２．ｄのように、ヨーレイトの応答は
、遅れを設けない場合の特性（ハ）に示すものと比べる
と、多少純化するけれども、しかし、前輪補助操舵制御
を行わない２ＷＳ車と比べればその応答性は十分勝るも
のであり、前輪の切り増し補助操舵による本質的機能を
損うことにはならない。即ち、前輪補助操舵によるヨー
レイトの増加によって回頭性の向上を図りつつ、その場
合の操舵力変動の抑制もこれを同時に行うことができる
のである。

また、前輪の補助操舵角に対して遅れを付加するにあた
り、これを上述のようＱこハンドル角の情報からハンド
ル角速度を算出する場合にＮ個平均値を用いる方法を採
用したが、この方法を用いると、パルス式の舵角センサ
（ハンドル角センサ）を用いた場合に微分値の分解能を
向上できるという効果も得られる。即ち、センサとして
パルス発生型のステアリング用センサを使用した場合、
微分をＮ個平均化することで微分の分解能を向上できる
利点も併せ有する。

なお、上記例では、過渡制御舵角δｆ４については、ハ
ンドル角の１次微分によるものであるが、これは次のよ
うな高次微分の線形結合、即ちδｆｄ−Ｔｆ　θ十Ｔ’
ｆθ＋Ｔ″、θ＋（ただし、Ｔ　ｆ　＋　　Ｔ’、　Ｔ
ｌｌ、は夫々の乗算係数）であってもよい。即ち、比例
項を除く、１次、２次、３次、　　の微分値によるもの
に適用することができ、そのような態様でもよいことは
勿論である。

更に、ハンドル角の微分値に応して発生する補助制ｉＦ
Ｊ舵角に対し遅れを付加する方法としては、前記方法に
限らず、例えはデジタルフィルタにより遅らせることも
できる。

前輪補助舵角δ、をδｔ　＝　（Ｋ＊　＋Ｔｔ　ｓ）θ
とした場合（ただし、Ｋ、は比例定数たる乗算係数、Ｓ
はラプラス演算子）において、デジタルフィルタにより
遅らせる方法をとったときは、上記δ。

はラプラス変換式で書き表わすと次式のようになる。

ここに、ζ、　Ｗｎは夫々定数である。

上記のデジタルフィルタによる処理については、その基
本原理は自動制御技術等種々の分野において既知のもの
であって、（４）式の右辺カッコ内の第１項は遅れ系の
過渡特性を表わす遅れ伝達関数であり、ζ、　ｋｎは具
体的にはその遅れ要素の減衰率、固有角周波数を示し、
またＴ、はゲイン定数に相当することになる。従って、
上述のような伝達関数をもつ要素としてデジタルフィル
タを使用することムこよっても前輪の切り増し制御にお
いて遅れをもたせることができる。

なお、かかる方法によって遅れを付加するときは、上記
のようなフィルタを構成する場合に、共振周波数の位置
などを適宜に設計し、所要の特性が得られるよう系を構
成するものとする。

以上の方法による場合も、前記第３図で説明した方法に
よる場合と同様、操舵力変動を低減することができ、ま
た、遅れをもたせることで高周波のゲインが低下するた
め、ハンドル角に対する車両の動きにも高周波成分が小
さくなり、それ故唐突さが減り、自然な動きを実現する
ことができる。

（発明の効果） かくして本発明前輪舵角制御装置は上述の如く、前輪の
切り増し補助制御において前輪の補助舵角に対して操舵
開始時の急激な操舵力の増加等を抑制し得るよう適切な
遅れを付加することが可能で、前輪補助操舵機構を有す
る場合でも操舵力変動を低減することができ、車両の運
動性能、操縦性能の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明前輪舵角制御装置の概念図、第２図は本
発明前輪舵角制御装置の一実施例を示すシステム図、 第３図は同側でのコントローラの制御プログラムの一例
を示すフローチャート、 第４図はステアリング操作時の前輪補助操舵制御内容の
一例の説明に供するタイムチャートである。 １・・・前輪 ２・・・後輪 ３・・・ステアリングホイール ４・・・ステアリングギヤ ５・・・前輪補助操舵アクチュエータ ６・・・後輪補助操舵アクチュエータ ７・・・オイルポンプ １２・・・分流弁 １４、１５・・・舵角制御弁 １６・・・コントローラ １７・・・舵角センサ １８・・・車速センサ く凡′−Ｌ女ワ鋤叙 （零ミ量畢磁 く、＼！せｔ匍＠ ４畦ｑい一一！工 、口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車両の前輪を補助操舵する前輪補助操舵機構と、 ステアリングホィールの操舵状態を検出する操舵状態検
   出手段と、 前記補助操舵機構により前輪を前記ステアリングホィー
   ルの操舵状態に応じて切り増し補助操舵する場合に、ス
   テアリングホィールの角度の１次以上の微分値に応じて
   発生する補助制御舵角に対し遅れを付加する機能を有す
   る前輪補助舵角制御手段とを具備してなることを特徴と
   する前輪舵角制御装置。