JPH04193684A

JPH04193684A - 車両用四輪操舵装置

Info

Publication number: JPH04193684A
Application number: JP2332011A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Eguchi; 孝彰江口; Hiroshi Mori; 宏毛利
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-13
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2827507B2; DE4139009A1; US5412571A; DE4139009C2

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、走行状態に応じて目標の車両特性が得られる
ように前輪及び後輪を補助転舵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６３−２８７６７６号公報（
特願昭６２−１２Ｍ０１５号）及び特開平１−２０２５
７９号公報（特願昭６３−２５２２３号）に記載されて
いるようなものが知られている。

前者の従来公報には、後輪同相デイレイ制御を発展させ
、ドライバーの操舵入力に対する応答特性の向上範囲の
拡大を目指す後輪の２次／１次制御（位相反転制御）に
よる後輪転舵制御技術が示されている。

後者の従来公報には、ヨーレイト特性を１次遅れ系にし
旋回開始時に横加速度の発生をなめらかにすると共に、
ヨーの収れん性を良くすることで操舵応答特性の最適化
を目指すべく上記後輪転舵制御をさらの発展させた後輪
の２次／２次制御による後輪転舵制御技術が示されてい
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前者の従来装置にあっては、過渡的にも
定常的にも横すべり角を零となり、ヨーレイト、横加速
度の周波数特性は時定数が１次遅れ特性となり、人間の
運転感性とマツチするが、横すべり角を零とした場合に
は、限界域への挙動変化が激しい為適度な横すべり角を
設定する必要がある。しかしこの横すべり角の設定を行
なう為ヨーレイト、横加速度の周波数応答特性が共に２
次遅れ特性となり、収れん性やロール感の自然さを損な
う。

また、後者の従来装置にあっては、ヨーレイトの周波数
応答特性を１次遅れ系にできるが、横加速度の周波数応
答特性において高周波ケインが伸び位相遅れが小さくな
る。そして、ヨーレイトや横加速度変化をゆるやかにす
るべくヨーレイト定常ケインを低下させた場合、横すべ
り角のステップ応答特性において逆側成分が発生し、横
移動感や平行ロール感等の不自然な動きが出てしまう。

本発明は、上述のような点に着目してなされたもので、
前後輪を共に補助転舵する車両用四輪操舵装置において
、前輪操舵時に理想とする過渡応答特性を実現すること
を課題とする。

（課題を解決するだめの手段）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、ヨーレイト及び横加速度の周波数応答特性を１次遅
れ特性にすると共に、それぞれの位相遅れ時定数を任意
に設定できるように、前輪と後輪でそれぞれ２次／２次
制御を行なう手段とじた。

即ち、第１図のクレーム対応図に示すように、車両の走
行状態に応じて前輪１と後輪２の転舵角をそれぞれ制御
する前輪転舵角制御手段３と後輪転舵角制御手段４を備
えた車両用四輪操舵装置において、前記前輪転舵角制御
手段３は、前輪操舵入力のラプラス変換値をθ（Ｓ）と
し、前輪転舵角のラプラス変換値を６．、Ｓ、とした時
、の制御伝達関数で与えられる前輪転舵角δ、が得られ
る制御を行なう手段であり、前記後輪転舵角制御手段４は、前輪操舵入力のラプラス
変換値をθ、ｓ）　とし、後輪転舵角のラプラス変換値
をδ１，５１とした時、但し、Ｓニラプラス演算子に、に’、Ｔ　１．　Ｔ　Ｉ’、　Ｔ　２．　Ｔ　２”
、Ｔ＋、　Ｔｌ’、Ｔ２．Ｔ２”、車両諸元によって決
定される定数の制御伝達関数で与えられる後輪転舵角が得られる制御
を行なう手段であることを特徴とする。

（作　用）ハンドル操舵時には、前輪転舵角制御手段３において車
両諸元によって各定数に、Ｔ　１．　Ｔ　２．Ｔ１．Ｔ
２が求められ、これらを基に、前記（１）式の制御伝達
関数で与えられる前輪転舵角δ、となるように前輪１を
転舵する制御が行なわれる。

また、後輪転舵角制御手段４において車両諸元によって
各定数に’、　　Ｔ　１’、７２′、Ｔ、’、７２′が
求められ、これらを基に、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２を転舵
する制御が行なわれる。

従って、上記従来技術で示した後輪２の２次／２次制御
によるヨーレイトの定常ゲイン及びヨーレイトの１次遅
れ時定数の任意の設定に加え、前輪１の２次／２次制御
により横加速度の１次遅れ時定数の任意の設定が可能と
なる。

そこで、横加速度の１次遅れ時定数を所定に設定するこ
とで、横加速度周波数応答特性において後輪の２次／２
次制御だけで達成し得なかった高周波ゲインの低減を行
なうことができるし、横すべり角ステップ応答特性にお
いて横すべり角の逆側成分の発生を無くすことができる
。

即ち、操舵周波数が高周波域で前輪１の切り増し制御が
行なわれた場合、基本的にはヨーレイトの追従を良くし
て、旋回軌跡を変える時間がはやくなる。つまり、後輪
の過渡逆相と同じ効果を示すが、前輪側でヨーを発生さ
せる為、横加速度が逆側には発生せずチューニンク幅が
広くなる。

（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２図は実施例の車両用四輪操舵装置を示し、左右の前
輪＋ＯＬ、ＩＯＲは、ステアリングホイール１１により
ステアリングギヤ１２を介して操舵可能とされていると
共に、ステアリングギヤ１２のハウジングにフロントパ
ワーシリンダ１３が設けられ、ステアリングギヤ１２を
車体に支持する弾性体の撓み量の範囲内でだけステアリ
ンクギヤ１２を車幅方向にストロークさせ、補助前輪転
舵角ろ、を与えることが可能とされている。

左右の後輪１４Ｌ、＋４Ｒは、リヤパワーシリンダ１５
により補助後輪転舵角δ、を与えることが可能とされて
いる。

前記フロントパワーシリンダ１３及びリヤパワーシリン
ダ１５は、スプリンクセンタ式往復動液圧シリンダとさ
れ、ピストンにより画成されたそれぞれの２室に制御油
圧を送ることで、目標とする補助前輪転舵角δ、及び補
助後輪転舵角ろ、を得るようにしている。

両パワーシリンダ１３．１５の制御油圧系は、オイルポ
ンプ１６１分流弁１７．フロントコント口−ルバルフ１
８．フロント力ットオフバルフ１９、リヤコントロール
バルブ２０．　　リヤカットオフバルブ２１．リザーフ
タンク２２を有して構成されている。

前記フロントコントロールバルブ１８．フロント力ット
オフバルフ１９．リャコントロールバルフ２０．　　リ
ヤカットオフバルブ２１は、ソレノイド切換バルブ構造
であり、各バルブ１８，１９゜２０．２１には、バルブ
駆動制御をするコントローラ２３が接続されている。

前記コントローラ２３には、ハンドル角センサ２４から
のハンドル角信号、スイッチボックス２５からのスイッ
チ信号１図外の車速センサがらの車速パルス、図外のエ
ンジン回転数センサからのエンジン回転数信号９図外の
ＧセンサからのＧセンサ信号、ニュートラルスイッチ信
号、クラッチスイッチ信号、ストップランプスイッチ信
号等が入力される。

そして、コントローラ２３からフロントコントロールバ
ルブ１８への制御指令により、前輪操舵入力のラプラス
変換値をｅ、５．とし、補助前輪転舵角ろ、のラプラス
変換値を６□Ｓ、とした時、の制御伝達関数で与えられ
る補助前輪転舵角ろ。

が得られる前輪補助舵角制御が行なわれる。

又、コントローラ２３からリヤコントロールバルブ２０
への制御指令により、前輪操舵入力のラプラス変換値を
θ＋Ｓｌ　とし、補助後輪転舵角ろ、のラプラス変換値
をろ１，５）とした時、但し、Ｓニラプラス演算子に、にＺ　”　ｌ、　”　ｌ’Ｔ　Ｔ　２＋　７２’−
ＴＩ−ＴＩ’、Ｔ２．Ｔ２’　：車両諸元によって決定
される定数の制御伝達関数で与えられる補助後輪転舵角δ、が得ら
れる後輪補助舵角制御が行なわれる。

次に、作用を説明する。

まず、車両の過渡応答特性最適化という観点で仮想した
車両の操舵応答特性の理想の特性を定量化してあられす
と、第３図、第４図及び第５図に示すようになる。

ステップ操舵時の横すべり拘持性は、第３図に示すよう
に、旋回初期に横すべり角の発生が外側へスムーズに発
生し、定常盛回状態に入ったら検すへり角が振動的にな
らないことが必要である。

横すべり角の発生が上記のようになるには、ヨ−レート
ψ及び横加速度Ｑの周波数応答特性か、第４図及び第５
図に示すように、１次遅れ系となることが必要である。

即ち、理想とする過渡応答特性を実現するには、下記の
５つの条件を同時に満足することが必要である。

ａ　限界域へのスムーズな移行の為、適度な横すべり角
が必要。

一眼界検知性や限界コントロール性が向上する。

ｂ　横すべり角の発生は旋回外側へスムーズに発生する
ことが必要。

→旋回姿勢へスムーズに移行することができる。

Ｃ９横すべり角が振動的ではなく収れん性が良いことが
必要。

一旋回中にフラツキのない安定感が得られる。

ｄ　ヨーレイト特性は、１次遅れ系が理想。

−適度な位相遅れと、共振ピークのないダンピングの良
さと、高周波ゲインを低減し過敏さを抑える。

ｅ　横加速度特性は、１次遅れ系で、且つ、その時定数
がヨーレイトの時定数の２倍程度であることが理想（Ｔ
、；２・Ｔ、）。

一横加速度の位相遅れをヨーレイトより遅れせることで
バランスが保たれ、旋回トレース感が向上する。又、横
加速度の高周波ゲインを低減することで過敏な動きが抑
えられ、ロールモートを自然にする。

次に、第６図に基づき後輪２次／１次制御と、後輪２次
／２次制御と、上記（１）、　（２）式による前・後輪
２次／２次制御の性能比較を行なう。

［後輪２次／１次制御］制御仕様は、重心点種すべり角を過渡、定常の全域で零
とする後輪２次／１次制御をヘースとし、車両性能のバ
ランスをとったものである。

この制御の場合、限界とのつながりを良くする為、適度
な横すべり角をつけている。その為、ヨーレート及び横
加速度の周波数応答特性は２次遅れ系となる。

ヨーレートのステップ応答特性をみると、少しダンピン
クが悪化するがバランスは良い。

横加速度のステップ応答特性をみると、ベース制御に比
べ変化が少し抑えられ、ロール感もバランスしている。

検すへり角のステップ応答特性をみると、切り始めの時
に模すへり角が逆側（旋回内側）へ発生し、また、検す
へり角に少しのフラツキがでることで、収れん性やロー
ル感の自然さが十分ではない。

「後輪２次／２次制御ｌ］制御仕様は、横加速度の発生をなめらかにすると共に、
ヨーの収れんを自然に収める後輪舵角を与えるようにし
ている。

この場合、定常同相操舵角の与え方によりヨーレイトの
定常ゲイン及び１次遅れ時定数は任意に設定可能である
。

従って、ヨーレイトの周波数応答特性は１次遅れ系とな
るが、横加速度の周波数応答特性は、１次遅れ系ではな
く、少し高周波ゲインがのびる特性を示す。

ステップ応答特性をみると、ヨーレイト、横加速度、横
すべり角のいずれもオーバシュートのないゆるやかに変
化する特性を示すことで、ヨーの収れん性が良くなる。

しかし、横加速度の周波数応答特性において高周波ゲイ
ンがのびることでステップ操舵時等において不自然な動
きをし、旋回トレース感やロール感が劣る。

そこで、定常同相操舵を増して点線特性に示すように、
ヨーレイトの定常ゲインを下げて横加速度変化を緩やか
にし、ロール感の自然さを出すようにすることができる
が、この場合、横すべり角のステップ応答特性に示すよ
うに、切り始めの時に横すべり角が逆側（旋回内側）の
発生量が増大し、横移動感や平行ロール感が出てくる。

［前・後輪２次／２次制御］制御仕様のうち後輪制御仕様については、上記後輪２次
／２次制御の仕様と同様であり、前輪制街仕様について
は、制御無しの場合に比べ切り増し方向に補助舵角を与
える制御仕様としている。

この場合、後輪側において定常同相操舵角の与え方によ
りヨーレイトの定常ゲイン及び１次遅れ時定数は任意に
設定可能であるし、前輪側において切り増し量の与え方
により横加速度の１次遅れ時定数は任意に設定可能であ
る。

ヨーレイト及び横加速度の周波数応答特性をみた場合、
いずれも１次遅れ系であり、実線特性においては、横加
速度側の時定数をヨーレイトの時定数のほぼ２倍として
いる。

従って、上記の理想とする過渡応答特性を実現すること
ができる。例えば、適度な横すべり角を持ち、ヨーの収
れん性も良いという上記後輪２次／２次の感覚に加えて
、横すべり角の初期逆側変化が無い為、フロントの向き
がスッと気持良く動く感覚が実現できるし、また、ゲイ
ンの調整を、後輪定常同相項で行なっても、横加速度変
化は自由に設定できる為、ケインと横移動感、ロール感
を最適にチューニングできる。

尚、点線特性は横加速度の１次遅れ時定数のみを小さく
した場合であり、この場合には、横加速度変化が急にな
る傾向を示し、後輪２次／２次制御に近い傾向となる。

以上説明してきたように、実施例の車両用四輪操舵装置
にあっては、ヨーレイト及び横加速度の周波数応答特性
を１次遅れ特性にすると共に、それぞれの位相遅れ時定
数を任意に設定できるように、前輪と後輪でそれぞれ２
次／２次制御を行なう装置とした為、前輪操舵時に理想
とする過渡応答特性を実現することが出来るという効果
が得られる。

ちなみに、上記要求性能であるａ、ｂ、ｃ、ｄ。

ｅの５項目について、性能評価（チューニング自由度）
を概念的にあられしたのが第７図であり、前・後輪２次
／２次制御が５項目全てについて最もバランスがとれて
高いチューニング自由度を発揮することが解る。

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、前後輪を
共に補助転舵する車両用四輪操舵装置において、ヨーレ
イト及び横加速度の周波数応答特性を１次遅れ特性にす
ると共に、それぞれの位相遅れ時定数を任意に設定でき
るように、前輪と後輪でそれぞれ２次／２次制御を行な
う手段とした為、前輪操舵時に理想とする過渡応答特性
を実現す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図は本発明の車両用四輪操舵装置を示すクレーム対
応図、第２図は実施例の車両用四輪操舵装置を示す全体
システム図、第３図はステップ操舵時に理想とする過渡
応答特性を得る横すべり角の発生特性図、第４図は理想
とする過渡応答特性を得るヨーレイトの周波数応答特性
図、第５図は理想とする過渡応答特性を得る横加速度の
周波数応答特性図、第６図は３種の制御仕様における周
波数応答特性及びステップ応答特性の比較図、第７図は
３種の制御仕様における性能評価比較グラフを示す四で
ある。＋ＯＬ、ＩＯＲ・・・前輪１１・・・ステアリングホイール１２・−・ステアリングギヤ１３・・・フロントパワーシリンダ＋４Ｌ、１４Ｒ・・・後輪１５・・・リヤパワーシリンダ１８・・・フロントコントロールバルブ２０・・−リヤ
コントロールバルブ２３・・・コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】１）車両の走行状態に応じて前輪と後輪の転舵角をそれ
ぞれ制御する前輪転舵角制御手段と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、前記前輪転舵角制御手段は、前輪操舵入力のラプラス変
換値をθ＿（＿Ｓ＿）とし、前輪転舵角のラプラス変換
値をδ＿ｆ＿（＿Ｓ＿）とした時、（δ＿ｆ＿（＿Ｓ＿））／（θ＿（＿Ｓ＿））＝（Ｋ＋
ｔ＿１・ｓ＋ｔ＿２・ｓ＾２）／（１＋Ｔ＿１・ｓ＋Ｔ
＿２・ｓ＾２）の制御伝達関数で与えられる前輪転舵角
が得られる制御を行なう手段であり、前記後輪転舵角制御手段は、前輪操舵入力のラプラス変
換値をθ＿（＿Ｓ＿）とし、後輪転舵角のラプラス変換
値をδ＿ｒ＿（＿Ｓ＿）とした時、（δ＿ｒ＿（＿Ｓ＿））／（θ＿（＿Ｓ＿））＝（Ｋ’
＋ｔ＿１・ｓ＋ｔ＿２’・ｓ＾２）／（１＋Ｔ＿１’・
ｓ＋Ｔ＿２’・ｓ＾２）但し、ｓ；ラプラス演算子Ｋ、Ｋ’、ｔ＿１、ｔ＿１’、ｔ＿２、ｔ＿２’、Ｔ＿
１、Ｔ＿１’、Ｔ＿２、Ｔ＿２’；車両諸元によって決
定される定数の制御伝達関数で与えられる後輪転舵角が得られる制御
を行なう手段であることを特徴とする車両用四輪操舵装
置。