JPH06135345A - 車輌の自動補助操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主操舵に対する補助操舵の応答性を高くし、
しかも外乱に対する補助操舵を円滑にする 【構成】 実舵角(θf)および車輌速度(Vs)に基づい
て、補助操舵車輪の主操舵対応の補助操舵第１舵角(G1・
θf)および目標ヨ−レ−ト(TYs)を決定し、目標ヨ−レ
−ト(TYs)に対する実ヨ−レ−ト(Ys)の偏差(TYs−Ys)を
算出し、偏差(TYs−Ys)に比例する補助操舵第２舵角(G2
・(TYs−Ys))，偏差(TYs−Ys)の微分値対応補助操舵第３
舵角(G3・dt(TYs−Ys)／dt)および偏差(TYs−Ys)の積分
値対応の補助操舵第４舵角(G4・∫(TYs−Ys)・dt)を決定
して、第１舵角(G1・θf)，第２舵角(G2・(TYs−Ys))，第
３舵角(G3・dt(TYs−Ys)／dt)および第４舵角(G4・∫(TYs
−Ys)・dt)の和を目標舵角(AGLA)として、後輪の舵角を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主操舵車輪の操舵に連
動して、補助操舵車輪の向きを自動的に調整する車輌の
自動補助操舵装置に関し、いわゆる自動車の４輪操舵シ
ステムに利用しうる。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の４輪操舵システムにお
ける補助操舵車輪（通常は後輪）の操舵においては、主
操舵車輪（通常は前輪）の操舵角および車速に応じて、
目標舵角を設定し、この目標舵角とセンサで検出した補
助操舵車輪の実舵角との差分に応じて、電気モ−タを付
勢し、補助操舵車輪の向きが目標舵角と一致するように
制御している。ところで操舵が急激であると、車輌の重
心軸（垂直線）廻りの回転（ヨ−角速度すなわちヨ−レ
−ト）が速く、これにより横滑りを生ずるなど操縦性が
損なわることがある。４輪操舵の場合には操舵性能が高
い分この横滑りを防止する技術が重要である。特開昭５
９−１０００６２号公報には、ヨ−角センサを車輌に備
えて、車輌のヨ−レ−トに対応して補助操舵を制御する
示唆があるが具体的な提示は見られない。特開昭６０−
１６１２５６号公報には、操舵角θに対するヨ−レ−ト
Ｙsの比（ヨ−レ−トゲイン；ここではＹs/θ）が、操
舵周波数（Ｈｚ）に対応して、それが１．０Ｈｚ前後で
最も大きく、それより小さい領域と大きい領域で小さく
なることが示されている。特開昭６０−１６１２５６号
公報には、安定した操縦性を得るためにはこのヨ−レ−
トゲインＹs/θを一定に維持するのが良いとして、ヨ−
レ−ト（ヨ−角速度）に対応する補助操舵量の関係を規
定する制御ゲインＫ１を車速の上昇につれて大きくする
とか、運転者の手動操作による指示で変更する示唆があ
る。

【０００３】一方、特開昭６０−１２４５７２号公報に
は、主操舵角Ｓおよび車速Ｆに対応して目標角速度（ヨ
−レ−ト）を算出し、かつヨ−レ−トセンサで実際のヨ
−レ−トを検知して、実際のヨ−レ−トが目標角速度に
合致するように、目標ヨ−レ−トに対する実測ヨ−レ−
トの偏差に比例して補助操舵量を定める補助操舵制御が
提案されている。しかし、主操舵角Ｓおよび車速Ｆに対
応した目標角速度すなわち運転状態に最適なヨ−レ−ト
の提示はない。特開昭６３−１９２６６７号公報には、
上記特開昭６０−１２４５７２号公報のヨ−レ−トフィ
−ドバック制御ではドライバの操舵からヨ−レ−ト発生
ならびに該ヨ−レ−トの検出までに時間遅れがありこれ
により操縦安定性は必ずしも改善されないとした上で、
上記時間遅れを算出してこれに対応して制御出力に遅れ
を与えるヨ−レ−トフィ−ドバック制御を提示してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記特開昭６０−１２
４５７２号公報および特開昭６３−１９２６６７号公報
に示唆があるような、主操舵角Ｓおよび車速Ｆに対応し
て目標角速度（ヨ−レ−ト）を算出し、かつヨ−レ−ト
センサで実際のヨ−レ−トを検知して、実際のヨ−レ−
トが目標角速度に合致するように、目標ヨ−レ−トに対
する実測ヨ−レ−トの偏差に比例して補助操舵量を定め
る補助操舵制御では、まず、主操舵角Ｓの変化→目標ヨ
−レ−トの変化→ヨ−レ−トの偏差→補助操舵量変化、
とい過程を経るので主操舵角Ｓの変化に対して補助操舵
の応答が遅い。したがって主操舵角が比較的に高速に操
作される場合主操舵に対する補助操舵の補助効果が低
い。のみならず、主操舵角が短時間で反転する場合に補
助操舵の遅れにより主操舵に対して補助操舵が逆効果を
もたらす。例えば横風等の外乱によるヨ−レ−トに対し
ては、ヨ−レ−トの偏差に比例した補助操舵であるの
で、補助操舵が過分になるとか過少になるとかして補助
操舵が振動（ハンチング；進行方向のふらつき）し易
い。すなわち補助操舵が円滑性に欠ける。

【０００５】本発明は、主操舵に対する補助操舵の応答
性を高くし、しかも外乱に対する補助操舵を円滑にする
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の車輌の自動補助
操舵装置は、主操舵車輪の実舵角を検出する主操舵角検
出手段(PF)；車輌のヨ−角速度(Ys)を検出するヨ−レイ
ト検出手段(YS)；車輌速度(Vs)を検出する車速検出手段
(ECU)；主操舵角検出手段(PF)が検出した実舵角(θf)お
よび車輌速度(Vs)に基づいて、補助操舵車輪の主操舵対
応の補助操舵第１舵角(G1・θf)を決定する、第１舵角算
出手段(22,23)；主操舵角検出手段(PF)が検出した実舵
角(θf)および車輌速度(Vs)に基づいて、目標ヨ−角速
度(TYs)を決定する、ヨ−角速度算出手段(51)；目標ヨ
−角速度(TYs)に対するヨ−レイト検出手段(YS)が検出
したヨ−角速度(Ys)の偏差(TYs−Ys)を算出する偏差算
出手段(52)；ヨ−角速度の偏差(TYs−Ys)に対応する補
助操舵第２舵角(G2・(TYs−Ys))を決定する第２舵角算出
手段(53,54)；ヨ−角速度の偏差(TYs−Ys)の微分値(dt
(TYs−Ys)／dt)に対応する補助操舵第３舵角(G3・dt(TYs
−Ys)／dt)を決定する第３舵角算出手段(55〜58)；ヨ−
角速度の偏差(TYs−Ys)の積分値(∫(TYs−Ys)・dt)に対
応する補助操舵第４舵角(G4・∫(TYs−Ys)・dt)を決定す
る第４舵角算出手段(59〜62)；補助操舵第１舵角(G1・θ
f)，第２舵角(G2・(TYs−Ys))，第３舵角(G3・dt(TYs−Y
s)／dt)および第４舵角(G4・∫(TYs−Ys)・dt)を含む目標
舵角(AGLA)を決定する第５舵角算出手段(63)；補助操舵
車輪の実舵角を検出する補助操舵角検出手段(RS)；補助
操舵車輪の向きを調整する補助操舵角調整機構(10)；補
助操舵角調整機構(10)を駆動する駆動手段(M1)；およ
び、該駆動手段(M1)を介して、第５舵角算出手段(63)が
決定した目標舵角(AGLA)に補助操舵角検出手段(RS)が検
出した実舵角が合致する方向に補助操舵角調整機構(10)
を駆動するサ−ボ制御手段(70)；を備える。

【０００７】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【０００８】

【作用】第１舵角算出手段(22,23)が、実舵角(θf)およ
び車輌速度(Vs)に基づいて補助操舵車輪の主操舵対応の
補助操舵第１舵角(G1・θf)を決定し、ヨ−角速度算出手
段(51)が、実舵角(θf)および車輌速度(Vs)に基づいて
目標ヨ−角速度(TYs)を決定し、偏差算出手段(52)が、
目標ヨ−角速度(TYs)に対するヨ−レイト検出手段(YS)
が検出したヨ−角速度(Ys)の偏差(TYs−Ys)を算出す
る。第２舵角算出手段(53,54)が、ヨ−角速度の偏差(TY
s−Ys)に対応する補助操舵第２舵角(G2・(TYs−Ys))を決
定し、第３舵角算出手段(55〜58)が、ヨ−角速度の偏差
(TYs−Ys)の微分値(dt(TYs−Ys)／dt)に対応する補助操
舵第３舵角(G3・dt(TYs−Ys)／dt)を決定し、しかも第４
舵角算出手段(59〜61)が、ヨ−角速度の偏差(TYs−Ys)
の積分値(∫(TYs−Ys)・dt)に対応する補助操舵第４舵角
(G4・∫(TYs−Ys)・dt)を決定する。そして第５舵角算出
手段(63)が、補助操舵第１舵角(G1・θf)，第２舵角(G2・
(TYs−Ys))，第３舵角(G3・dt(TYs−Ys)／dt)および第４
舵角(G4・∫(TYs−Ys)・dt)を含む目標舵角(AGLA)を決定
する。 例えば、目標舵角(AGLA)＝ 主操舵対応の補助操舵第１
舵角(G1・θf) ＋補助操舵第２舵角(G2・(TYs−Ys)) ＋補助操舵第３舵角(G3・dt(TYs−Ys)／dt) ＋補助操舵第４舵角(G4・∫(TYs−Ys)・dt) となる。

【０００９】そして、サ−ボ制御手段(７０)が、駆動手
段(M1)を介して、第５舵角算出手段が決定した目標舵角
(AGLA)に補助操舵角検出手段(PR)が検出した実舵角が合
致する方向に、補助操舵角調整機構(10)を駆動する。こ
れにより、主操舵角検出手段(PF)が検出した実舵角(θ
f)，ヨ−レイト検出手段(YS)が検出したヨ−角速度(Ys)
および車速検出手段(ECU)が検出した車輌速度(Vs)に対
応した目標舵角(AGLA)が決定されて、サ−ボ制御手段
(７０)により、補助操舵車輪の向きが目標舵角(AGLA)に
設定される。

【００１０】該目標舵角(AGLA)の一部分である、主操舵
対応の補助操舵第１舵角(G1・θf)が、主操舵が意図する
車両タ−ンを補助するものであり、主操舵に対して応答
が速いので主操舵に対する補助操舵の補助効果が高く、
主操舵角が短時間で反転する場合に補助操舵の遅れによ
り主操舵に対して補助操舵が逆効果をもたらすことがな
い。例えば横風等の外乱によるヨ−レ−トに対しては、
偏差の変化に対しては補助操舵第３舵角(G3・dt(TYs−Y
s)／dt)が速い速度で応答し、偏差の累積は補助操舵第
４舵角(G4・∫(TYs−Ys)・dt)が消去するので、補助操舵
が過分になるとか過少になるとかの問題はなくなり、補
助操舵が高く速い応答性で円滑に行なわれ、車両進行方
向がふらつかなくなる。したがって進行方向の安定性が
高く、車輌の操縦性が向上する。

【００１１】本発明の好ましい実施例では、第２〜４舵
角算出手段はそれぞれ、車輌速度(Vs)してそれが高いと
きには大きい重み付け値(G2〜G4)を算出しこれにより重
み付けを付した第２舵角，第３舵角および第４舵角を決
定するので、低車速（外乱の影響が小さい）では補助操
舵は主に主操舵を補助し、高車速（主操舵戻し遅れでふ
らつき易く、また外乱の影響が大きい）では、補助操舵
は主に主操舵や外乱による過大なヨ−レ−ト（横Ｇ）や
進行方向のふらつきを抑止する。したがって車速の如何
にかかわらず進行方向の安定性が高く車輌の操縦性が向
上する。

【００１２】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１３】

【実施例】自動車の４輪操舵システムに本発明を適用し
た実施例のシステム全体の構成を図１に示す。まず、図
１を参照してシステムの概略を説明する。前側の車輪Ｔ
ＦＬ及びＴＦＲは、ドライバがステアリングホイ−ルＷ
Ｈを回すことによって、手動で操舵することができる。
即ち、ステアリングホイ−ルＷＨが回転すると、それに
連結された軸ＳＳが回転し、図示しないラック＆ピニオ
ン機構を介して、軸ＳＳと連結されたロッドＦＳＲが左
右方向に移動する。ロッドＦＳＲの左右方向の移動に伴
なって、車輪ＴＦＬ及びＴＦＲの向きが変わる。一方、
後側の車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの向きも調整可能になって
おり、この操舵は前輪側の舵角および車速に応じて自動
的に調整されるように構成されている。

【００１４】前輪側ステアリング機構の軸ＳＳ先端のピ
ニオン近傍には、ドライバのステアリングホイ−ル操作
による、前輪の操舵角を検出するための前輪舵角センサ
が設置されている。また、後輪の操舵角は、前輪の操舵
角および車速に応じて調整することが望ましいので、後
側の車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの近傍には、それぞれの車輪
の回転速度を検出するための車輪速センサＶＬ及びＶＲ
が設置されている。更に、車輌タ−ン時の進行方向のふ
らつきを抑制するヨ−レ−ト対応のフィ−ドバック舵角
補正制御を実施するため、ヨ−レ−トセンサＹＳが車輌
に搭載されている。

【００１５】後輪の操舵機構には電気モ−タＭ１があ
り、これを駆動することによって、ロッド１が左右方向
に移動し、後輪ＴＲＬ及びＴＲＲの向きが変わる。ま
た、電気モ−タＭ１が故障した場合に、後輪の操舵位置
を中央に戻すために、補助用の電気モ−タＭ２と電磁ク
ラッチＣＬが設けられている。後輪の操舵機構には、そ
の操舵角を検出するための後輪舵角センサＰＲが備わっ
ている。また電気モ−タＭ１には、その駆動軸の回転を
検出するセンサＲＳが備わっている。

【００１６】図２に後輪操舵機構１０の主要部分を示
し、そのIII−III線断面を図３に示す。図２は図３のII
−II線断面を示している。図２及び図３を参照しこの機
構を説明する。まず図２を参照すると、ロッド１は、左
端がボ−ルジョイント２Ｌを介して、左後輪の舵角を調
整するナックルア−ム３Ｌと接続され、右端がボ−ルジ
ョイント２Ｒを介して、右後輪の舵角を調整するナック
ルア−ム３Ｒと接続されている。またロッド１は、車体
に固定されたハウジング４の内部に支持されており、軸
方向つまり左右方向に移動自在になっている。ロッド１
が左右方向に移動すると、各ナックルア−ム３Ｌ，３Ｒ
が動き、左後輪及び右後輪の向きが変わる。ロッド１に
は、以下に説明する駆動力伝達機構を介して、電気モ−
タ（主モ−タ）Ｍ１が接続されており、Ｍ１を駆動する
ことによって、後輪の自動操舵が実施される。

【００１７】ロッド１にはラック１ａが形成してあり、
該ラック１ａにピニオンギア５ａが噛み合っている。図
３に示すように、ピニオンギア５ａが形成された回転子
５には、径の大きなウォ−ムホイ−ル５ｂも形成されて
いる。更にこのウォ−ムホイ−ル５ｂには、ウォ−ム６
ａが噛み合っている。再び図２を参照すると、ウォ−ム
６ａが形成された駆動軸６の左端には、電気モ−タＭ１
の駆動軸が結合されている。従って、電気モ−タＭ１を
駆動すると、その駆動力によってウォ−ム６ａが回転
し、それと噛み合ったウォ−ムホイ−ル５ｂが回転し、
ウォ−ムホイ−ル５ｂと同軸のピニオン５ａが回転し、
ラック１ａが左右方向に移動して後輪を操舵する。

【００１８】なお、ウォ−ム６ａとウォ−ムホイ−ル５
ｂとで構成されるウォ−ムギアにおいては、逆効率がゼ
ロになるように、つまりウォ−ム６ａの回転駆動により
ウォ−ムホイ−ル５ｂを動かすことはできるが、ウォ−
ムホイ−ル５ｂの回転によりウォ−ム６ａを動かすこと
はできないように構成してある。従って、路面からの反
力が大きい場合であっても、その力によってウォ−ムホ
イ−ル５ｂが回転することはないので、電気モ−タＭ１
に大きな外力が印加される恐れはない。

【００１９】駆動軸６の右側には、電磁クラッチＣＬを
備えるギア機構と電気モ−タ（副モ−タ）Ｍ２が設けら
れている。電気モ−タＭ２の駆動軸にはウォ−ム７が形
成されており、該ウォ−ム７にウォ−ムホイ−ル８ａが
噛み合っている。ウォ−ムホイ−ル８ａが形成された回
転子８は、中空に形成されており、その内側に回転子９
が配置されている。回転子８の内壁と回転子９の外周に
形成されたスプライン１２によって回転子８と回転子９
は係合しており、回転方向に対しては両者は連結され、
軸方向には両者は相対移動自在になっている。但し、外
側の回転子８は軸方向には動かないようにハウジング４
に支持されている。

【００２０】回転子８の小径部の外周に装着された圧縮
コイルスプリング１１が、内側の回転子９を右側（矢印
ＡＲ１方向）に常時付勢している。また回転子９に連結
された磁性体コア１３の近傍に電気コイル１４が配置し
てあり、電気コイル１４に通電すると、回転子９はスプ
リング１１の力に対抗して左側（矢印ＡＲ１と逆方向）
に移動する。回転子９には、その左端面に突出する形で
設けられた複数のピン１５が装着されており、駆動軸６
の右端に固着された連結板１６のフランジ部には、ピン
１５と対向する位置に穴１６ａが形成されている。

【００２１】電気コイル１４を通電しない時には、スプ
リング１１の力によって回転子９が右方に移動するの
で、ピン１５と穴１６ａとの係合は生じない。しかし電
気コイル１４に通電すると、回転子９が左方に動きピン
１５が連結板１６のフランジ部に当接する。そして回転
子９が回転するとピン１５は穴１６ａの内部に押し込ま
れる。ピン１５が穴１６ａの内部に入ると、回転子９と
連結板１６とが確実に連結され、回転子９の回転力は連
結板１６を介して駆動軸６に伝達される。電気コイル１
４の通電を停止すれば、再びスプリング１１の力によっ
て回転子９が右方に移動するので、ピン１５と穴１６ａ
との係合は外れる。

【００２２】電気モ−タＭ２を駆動すると、ウォ−ム７
が回転し、それと噛み合ったウォ−ムホイ−ル８ａを介
して回転子８が回転する。回転子８の回転は、スプライ
ン１２を介して内側の回転子９に伝達される。電磁クラ
ッチＣＬの電気コイル１４が通電されていると、ピン１
５と連結板１６とが連結されるので、回転子９の回転が
駆動軸６に伝達され、駆動軸６が回転するので、電気モ
−タＭ１を駆動する場合と同様にして、後輪が操舵駆動
される。

【００２３】電気モ−タＭ２は、ウォ−ム７とウォ−ム
ホイ−ル８ａを介して駆動軸６に連結されるので、電気
モ−タＭ１の場合に比べて小さな力で駆動軸６を動かす
ことができる。逆に電気モ−タＭ１側からみると、電気
モ−タＭ２等は非常に大きな負荷になりうるが、電磁ク
ラッチＣＬをオフにすることによって、連結板１６と回
転子９とが分離されるので、実際の後輪操舵駆動時に
は、電気モ−タＭ２等の影響をなくすることができる。
また、減速比が大きいので電気モ−タＭ２による後輪操
舵系の動作速度はＭ１と比べるとかなり遅くなるが、こ
の実施例では、電気モ−タＭ２は装置の故障時に後輪操
舵系の向きを中央に戻すために利用されるので、高い応
答速度は不要である。

【００２４】図３を参照すると、ハウジング４に装着さ
れた位置センサ（ポテンショメ−タ）ＰＲのロ−タに結
合されたア−ム１７が回転子５に形成された穴に係合し
ている。この位置センサＰＲは後輪の舵角を検出するた
めに利用される。また図２に示すように、電気モ−タＭ
１には、その回動量を検出するセンサＲＳが備わってい
る。この実施例では、Ｍ１はブラシレスＤＣモ−タであ
り、センサＲＳは電気モ−タＭ１の磁極の移動を検出す
る磁極センサを構成している。このセンサＲＳは、電気
モ−タＭ１の回転に伴なって三相のパルス信号を出力す
る。

【００２５】次に、図８を参照して前輪舵角センサＰＦ
の取付部分の構造を説明する。図８は、前輪側ステアリ
ング機構の軸ＳＳの先端近傍、即ちステアリングギアボ
ックス部分を示しており、図９は図８のＡ−Ａ線断面を
示している。またＰＦのセンサ組体の構造を図１１に示
す。図８を参照すると、ロッドＦＳＲに形成されたラッ
ク７３と、ピニオン７２とによってラック＆ピニオン機
構が構成されている。また、入力軸ＳＳ側のピニオン７
２とパワ−ステアリングバルブ７１との間に、ウォ−ム
８２が設置されており、該ウォ−ム８２と噛み合う位置
にウォ−ムホイ−ル８１が設置されている。図９に示す
ように、ウォ−ムホイ−ル８１の軸８３が、前輪舵角セ
ンサＰＦに連結されている。図１０に示すように、前輪
舵角センサＰＦの内部には、ポテンショメ−タ基板８
６，ブラシホルダ８４及び摺動子８５が備わっており、
摺動子８５とポテンショメ−タ基板８６との当接位置に
は、抵抗皮膜が形成してある。入力軸ＳＳが回動し、ウ
ォ−ムホイ−ル８１が回動すると、軸８３が回動し、摺
動子８５とポテンショメ−タ基板８６上の抵抗皮膜との
当接位置が変わる。従って、入力操舵角に応じた電気信
号を前輪舵角センサＰＦから出力することができる。こ
の前輪舵角センサＰＦの検出特性の例を図１１に示す。

【００２６】この４輪操舵システムの電気回路の構成を
図４に示す。図４を参照すると、制御ユニットＥＣＵの
入力端子には、ヨ−レ−トセンサＹＳ，前輪舵角センサ
ＰＦ，後輪舵角センサＰＲ，後輪車輪速センサＶＬ，Ｖ
Ｒ，及び磁極センサＲＳが接続され、ＥＣＵの出力端子
には電気モ−タＭ１，Ｍ２及びソレノイド１４が接続さ
れている。この例では、前輪舵角センサＰＦ及び後輪舵
角センサＰＲは各々ポテンショメ−タであり、ヨ−レ−
トセンサＹＳはアナログ電圧信号を出力するので、それ
らが出力する信号は、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣを介して、マ
イクロコンピュ−タＣＰＵに印加される。また、後輪車
輪速センサＶＬ，ＶＲ，及び磁極センサＲＳが出力する
信号は、パルス信号なので、それらの信号は直接、マイ
クロコンピュ−タＣＰＵに印加される。また、各センサ
の故障（断線，ショ−ト，検出値異常等）を検出するた
めに、異常検出器Ｕ１が設けられており、前輪舵角セン
サＰＦ，後輪舵角センサＰＲ，後輪車輪速センサＶＬ，
ＶＲ，及び磁極センサＲＳの出力は、異常検出器Ｕ１に
も接続されている。マイクロコンピュ−タＣＰＵは、ド
ライバＤＶ１を介して、電気モ−タＭ１を駆動する。異
常検出器Ｕ１が異常を検出した場合には、ドライバＤＶ
１は付勢禁止状態に制御され、中立復帰制御回路Ｕ２に
中立復帰信号が印加される。中立復帰制御回路Ｕ２は、
異常検出器Ｕ１又はマイクロコンピュ−タＣＰＵから中
立復帰信号を受けると、ドライバＤＶ２を介して電気モ
−タＭ２を制御し、ドライバＤＶ３を介してソレノイド
１４を制御し、後輪操舵機構を中立位置に戻す。後輪操
舵機構が中立位置に戻ると、マイクロコンピュ−タＣＰ
Ｕが中立復帰完了信号を出力するので、中立復帰制御回
路Ｕ２は電気モ−タＭ２を停止する。なお、図４におい
てはマイクロコンピュ−タＣＰＵを１つのブロックのみ
で示してあるが、実際には、全体の処理能力を上げるた
め、独立した２つのマイクロコンピュ−タを組合せてＣ
ＰＵを構成してある。

【００２７】この４輪操舵システムの主要制御系の具体
的な構成を図５に示す。なお、この制御系の大部分の処
理はマイクロコンピュ−タＣＰＵのソフトウェアの実行
によって実現されており、一方のマイクロコンピュ−タ
が後輪の目標舵角ＡＧＬＡを生成し、もう一方のマイク
ロコンピュ−タがＡＧＬＡを入力して後輪操舵機構の位
置決めサ−ボ制御（後輪操舵を目標操舵に合致させるフ
ィ−ドバック制御）を実行するように構成してある。

【００２８】まず、後輪の目標舵角ＡＧＬＡを生成する
処理について説明する。簡単に言えば、前輪の実舵角θ
ｆに車速Ｖｓ対応の係数（ゲイン）Ｇ１を乗算して主操
舵対応の第１舵角Ｇ１・θｆを算出し、かつ、前輪の実
舵角θｆと車速Ｖｓに対応して目標ヨ−レ−トＴＹsを
算出してこの目標値ＴＹsに対する実測ヨ−レ−トＹｓ
の偏差ＴＹs−Ｙsを算出し、この偏差ＴＹs−Ｙsに比例
する第２舵角Ｇ２・（ＴＹｓ−Ｙｓ）を算出し、偏差Ｔ
Ｙs−Ｙsの微分値に比例する第３舵角Ｇ３・ｄ（ＴＹｓ
−Ｙｓ）／ｄｔを算出し、かつ偏差ＴＹs−Ｙsの積値に
比例する第４舵角Ｇ３・∫（ＴＹｓ−Ｙｓ）ｄｔを算出
する。そしてこれらの和 AGLA＝G1・θf＋G2・(TYs-Ys)＋G3・d(TYs-Ys)/dt＋G3・∫(TYs-Ys)dt を後輪操舵の目標舵角とする。

【００２９】詳しくは、前輪舵角センサＰＦによって検
出される前輪舵角値に、変換部２１Ａ，２１Ｂに通して
低角度値は０に過大角度は飽和値に、不感帯処理および
リミット処理を施して、検出舵角値を制御演算用の舵角
値θｆに変換し、一方、車速Ｖｓに対応するゲインＧ１
を変換部２２で算出し、掛算部２３によって制御演算用
の舵角値（変換値）θｆに車速対応ゲインＧ１を乗算し
て実舵角対応の補助操舵第１舵角を算出する。

【００３０】また、舵角値θｆおよび車速Ｖｓに対応す
る目標ヨ−レ−トＴＹｓを変換部５１で次のように算出
する。 TYs＝〔Vs/(1＋Ka・Vs²)〕・{〔(1−K(Vs)〕/N・L}・θf・
{〔a(Vs)・T・S＋1〕/(T・S＋1)} ここで、 Vs:車速, θf:舵角値, Ka:スタビリティファクタ, N :ギア比, L :ホィ-ルベ-ス, T :時定数, S :ラプラス演算子, a(Vs):微分ゲイン, K(Vs):後輪転舵率。

【００３１】この目標値ＴＹｓに対するヨ−レ−トセン
サＹＳによって検出されるヨ−レ−トＹsの偏差ＴＹｓ
−Ｙｓを、減算部５２で算出し、車速Ｖｓに対応してそ
れが高いと大きいゲインＧ２を変換部５３で算出して、
乗算部５４で第２舵角Ｇ２・（ＴＹｓ−Ｙｓ）を算出す
る。

【００３２】また、ヨ−レ−ト偏差ＴＹｓ−Ｙｓを遅延
部５５に通し、減算部５６で現在の偏差ＴＹｓ−Ｙｓよ
りある微小時間前の偏差を減算した値（微分値）ｄ（Ｔ
Ｙｓ−Ｙｓ）／ｄｔを得て、また車速Ｖｓに対応してそ
れが高いと大きいゲインＧ３を変換部５７で算出して、
乗算部５８で第３舵角Ｇ３・ｄ（ＴＹｓ−Ｙｓ）／ｄｔ
を算出する。

【００３３】更に、加算部５６で、ヨ−レ−ト偏差ＴＹ
ｓ−Ｙｓに遅延部６５を通して微小時間前の偏差累算値
を加算して偏差積分値∫（ＴＹｓ−Ｙｓ）ｄｔを得て、
また車速Ｖｓに対応してそれが高いと大きいゲインＧ４
を変換部７１で算出して、乗算部６２で第４舵角Ｇ４・
∫（ＴＹｓ−Ｙｓ）ｄｔを算出する。

【００３４】なお、変換部２１Ａのブロック内に示すグ
ラフは、車速Ｖｓに対応した不感帯値（幅値）を示し、
車速Ｖｓに対応する不感帯値がブロック２１Ａから読み
出されて変換部２１Ｂに与えられる。変換部２１Ｂで
は、変換特性（グラフ）の不感帯幅を、与えられたもの
に設定して、前輪舵角（検出値）を制御演算用の舵角値
（変換値）に変換する。変換部２２のゲイン（グラフ）
は、車速Ｖｓが設定値のとき０、設定値未満では負値、
設定値を越える値では正値であり、負値は前輪舵角に対
して後輪舵角を逆極性（向きが反対）とする目標舵角
（ＡＧＬＡ）を生成する。正値は前輪舵角に対して後輪
舵角を同極性（向きが同じ）とする目標舵角（ＡＧＬ
Ａ）を生成する。車輌タ−ンが時計廻りの場合の前輪の
向き（角度）を正値としそのとき発生するヨ−レ−トの
極性を正すると、車輌タ−ンが時計廻りの場合目標ヨ−
レ−トＴＹｓは正値となる。主舵角が零（目標ヨ−レ−
トＴＹｓ＝０）のとき、外乱により車輌が時計廻りの方
向の方向ずれを生ずるとき、正値の実測ヨ−レ−トＹｓ
が現われ、これにより負値のヨ−レ−ト偏差が現われ、
これが補助操舵を、反時計廻りの車輌タ−ンをもたらす
方向に操作することになる。すなわち加算部６３に与え
られる乗算部２３，５４，５６，６２の出力は正，又は
負値であり、加算部６３は、正／負値の目標舵角（ＡＧ
ＬＡ：正又は負）をフィ−ドバック制御部７０に出力す
る。目標舵角ＡＧＬＡが正値であるとこれは後輪の時計
廻り方向の操舵を指示し、負値は反時計方廻り方向の操
舵を指示する。

【００３５】なお、検出車速Ｖｓは、この実施例では、
車輪速センサＶＲ及びＶＬが検出した車輪速の平均値、
即ち（ＶＲの速度＋ＶＬの速度）／２であり、これは平
均車速計算部４１が算出する。

【００３６】次にフィ−ドバック制御部７０について説
明する。この制御部７０は、基本的にはＰＤ（比例・微
分）制御系を構成しており、目標舵角ＡＧＬＡと、検出
された実舵角ＲＡＧＬとの偏差ΔＡＧＬに応じた制御量
を出力するように構成してある。微分制御系７１の出力
ＤＡＧＬＡと比例制御系７２の出力ＰＡＧＬＡとが加算
部３５で加算され、制御量ＨＰＩＤとして出力される。

【００３７】比例制御系７２においては、入力値ΔＡＧ
Ｌは変換部３１Ｂを通ってＥＴＨ３に変換され、掛算部
３６で比例ゲインＧａ１７と掛算され、その結果が出力
ＰＡＧＬＡになる。この例では、ゲインＧａ１７は定数
である。

【００３８】微分制御系７１においては、入力値ΔＡＧ
Ｌは変換部３１Ａを通ってＥＴＨ２に変換され、減算部
３３において、入力値ＥＴＨ２（最新の値）と遅延部３
２を通った入力値ＥＴＨ２（所定時間前の値）との差分
が計算され、それによってＥＴＨ２の変化速度、即ち微
分値ＳＥＴＨ２が得られる。掛算部３４では、微分値Ｓ
ＥＴＨ２と微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮとを掛けた値
が、微分制御系７１の出力ＤＡＧＬＡとして得られる。

【００３９】微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮは、この例
では、目標舵角ＡＧＬＡの微分値（変化速度）に基づい
て決定される変数である。即ち、減算部３８において、
入力値ＡＧＬＡ（最新の値）と遅延部３７を通った入力
値ＡＧＬＡ（所定時間前の値）との差分が計算され、そ
れによってＡＧＬＡの変化速度、即ち微分値ＳＡＧＬＡ
が得られ、微分値ＳＡＧＬＡを変換部３９に通した結果
が、微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮになる。なお、変換
部３１Ａ，３１Ｂ及び３９の各ブロック内に示すグラフ
は、各々の変換特性を示しており、横軸が入力値、縦軸
が出力値を示している。

【００４０】変換部３１Ａの変換特性を図６に示す。図
６を参照して説明する。まず、入力値ΔＡＧＬの値が正
の領域に注目すると、０からＰ１Ｐまでの範囲では出力
値ＥＴＨ２は０になり、Ｐ１ＰからＰ２Ｐまでの範囲で
は、出力値ＥＴＨ２は入力値ΔＡＧＬに比例して一定の
傾きで変化し、Ｐ２Ｐを越えると出力値ＥＴＨ２は一定
値ＬＰに制限される。同様に入力値ΔＡＧＬの値が負の
領域に注目すると、０からＰ１Ｎまでの範囲では出力値
ＥＴＨ２は０になり、Ｐ１ＮからＰ２Ｎまでの範囲で
は、出力値ＥＴＨ２は入力値ΔＡＧＬに比例して一定の
傾きで変化し、Ｐ２Ｎより小さくなると出力値ＥＴＨ２
は一定値ＬＮに制限される。つまり、入力値のＰ１Ｎと
Ｐ１Ｐとの間は不感帯であり、常にＥＴＨ２が０になる
ので、微分制御系の出力も０になる。なお、変換部３１
Ｂの特性も図６と同様の形になっている。

【００４１】この実施例では、変換部３１Ａ及び３１Ｂ
の不感帯は、調整可能になっており、図５に示す不感帯
調整部４２が、車速Ｖｓの大小に応じて自動的に不感帯
の幅を調整するように構成してある。実際には図６に示
すように、実線で示す中速及び高速の時の特性に比べ
て、仮想線で示す低速の時の特性では、不感帯の幅が大
きくなるように調整される。

【００４２】例えば、自動車を車庫入れする場合のよう
に低速の時には、不感帯範囲の幅が大きくなるので、ド
ライバが頻繁にステアリングホイ−ルを操作したとして
も、小さい舵角変化には反応しないので、後輪の操舵頻
度が低下し、従って後輪の操舵駆動に要するエネルギ−
が低減される。しかし、通常走行時のように車速が中速
又は高速の時には、不感帯範囲の幅が小さくなるので、
目標舵角と実舵角との差が低速時に比べて小さくなり、
後輪の操舵位置決め精度が高くなるので、高い走行安定
性が得られる。

【００４３】図５に示す変換部２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ
及び不感帯調整部２１Ａ，４２Ｂに相当する、マイクロ
コンピュ−タＣＰＵの処理の内容を図７に示す。図７を
参照して説明する。不感帯調整処理（４２）では、ま
ず、最新の実車速を入力する。そして、まず車速Ｖｓに
対応したブロック２１Ｂ用の不感帯幅値を読出し、同様
に車速Ｖｓに対応したブロック３１Ａ，３１Ｂ用の不感
帯幅値を読出し、各変換ブロック（グラフ）の不感帯幅
（変換特性）を定める（２１Ａ，４２）。つまり、変換
部３１Ａに関しては、例えば図６におけるＰ２Ｎ，Ｐ１
Ｎ，Ｐ１Ｐ及びＰ２Ｐの値を定める。

【００４４】次に、まず舵角変換部２１Ｂで検出舵角を
制御演算用の舵角に変換する（２１Ｂ）。そして微分制
御系の変換部３１Ａで、偏差ΔＡＧＬを微分演算用偏差
ＥＴＨ２に変換する。

【００４５】微分制御の変換処理（３１Ａ）では、ま
ず、最新のパラメ−タを入力する。即ち、直前の不感帯
調整処理４２によって調整された最新の変数Ｐ２Ｎ，Ｐ
１Ｎ，Ｐ１Ｐ及びＰ２Ｐの値を入力する。そして、入力
値ΔＡＧＬの値をチェックして、それがどの領域に属す
るかを識別し、その結果に応じた計算を実施して出力値
ＥＴＨ２を求める。即ち、ΔＡＧＬ＞Ｐ２Ｐであれば、
上限値ＬＰをＥＴＨ２にストアし、Ｐ１Ｐ＜ΔＡＧＬ≦
Ｐ２Ｐであれば、（ΔＡＧＬ−Ｐ１Ｐ）×ｋ１をＥＴＨ
２にストアし、Ｐ１Ｎ≦ΔＡＧＬ≦Ｐ１Ｐであれば、Ｅ
ＴＨ２に０をストアし、Ｐ２Ｎ≦ΔＡＧＬ＜Ｐ１Ｎであ
れば、（ΔＡＧＬ−Ｐ１Ｎ）×ｋ１をＥＴＨ２にストア
し、ΔＡＧＬ＜Ｐ２Ｐであれば、下限値ＬＮをＥＴＨ２
にストアする（ｋ１は傾きの定数）。ＥＴＨ２の値が、
偏差ΔＡＧＬの微分演算用の変換値である。

【００４６】次の比例制御の不感帯処理（３１Ｂ）で
も、上記微分制御の場合と同様の処理を実行する。但
し、計算のパラメ−タは比例制御に割り当てられたもの
を使用する。前記舵角変換部２１Ｂでの、検出舵角の制
御演算用の舵角への変換（２１Ｂ）の内容も同様であ
る。

【００４７】再び図５を参照して説明を続ける。加算器
３５から出力される制御量ＨＰＩＤは、変換部４３を通
ってＨＰＩＤ２になり、更に変換部４４を通ってデュ−
ティ値ＤＵＴＹになる。変換部４３はリミッタとして機
能する。また変換部４４は、偏差舵角値からデュ−ティ
値への変換機能を有する。デュ−ティ値ＤＵＴＹは、パ
ルス幅変調（ＰＷＭ）部４５に入力される。パルス幅変
調部４５は、入力値に対応するデュ−ティのパルス信号
を生成し、ドライバＤＶ１に印加する。電気モ−タＭ１
が回転すると、その回転量に応じたパルスが磁極センサ
ＲＳから出力される。舵角変換部４６では、磁極センサ
ＲＳが出力する三相のパルスの位相から回転方向を識別
し、その方向に応じて加算方向又は減算方向にパルス数
を計数し、舵角を計算する。ここで計算される舵角は相
対的なものであるが、予め後輪舵角センサＰＲが出力す
る実舵角を利用して校正を実施しておき、実舵角と同一
の値が得られるように処理する。つまり、舵角変換部４
６は実舵角ＲＡＧＬを出力する。減算部４７は、目標舵
角ＡＧＬＡと実舵角ＲＡＧＬとの差分、即ち舵角偏差Δ
ＡＧＬを制御部３０に入力する。

【００４８】なお上記実施例においては、変換部２１
Ａ，２１Ｂ，２２，３１Ａ，３１Ｂ，５１〜６３の処理
を実行するのに、計算によって、変換結果を求めている
が、例えば全ての入力値と出力値との関係をテ−ブルに
記憶しておき、テ−ブルルックアップによって変換結果
を得るように変更してもよい。

【００４９】また上記実施例では、制御の大部分をマイ
クロコンピュ−タＣＰＵのソフトウェアの実行によって
実現しているが、当然のことながら一般の論理回路やア
ナログ回路などで置き替えることも可能である。

【００５０】以上に説明した実施例によれば、例えば自
動車を車庫入れする場合のように低速の時には、変換部
２１Ｂ，３１Ａおよび３１Ｂの不感帯幅が大きくなるの
で、ドライバが頻繁にステアリングホイ−ルを操作した
としても、中立位置近傍の小さい舵角変化には反応しな
いので、また、小さな偏差（目標舵角−後輪検出舵角）
には反応しないので、補助操舵車輪の操舵頻度が低下
し、従って補助操舵車輪の操舵駆動に要するエネルギ−
が低減される。しかし、車速Ｖｓが次第に上昇するにつ
れて不感帯幅が小さくなり、例えば通常走行時のように
車速が中速又は高速の時には、不感帯幅が小さく、中立
位置近傍の小さい舵角変化に反応しまた小さな偏差（目
標舵角−後輪検出舵角）に反応して、後輪自動操舵が行
なわれる。高速であるほど車両方向変更のための操舵量
は少いが、これに対して敏感に後輪自動操舵が行なわ
れ、特に、小さな偏差（目標舵角−後輪検出舵角）に反
応する後輪自動操舵（横風や路面傾斜等により発生する
ヨ−レ−トに反応する進行方向ずれを抑制する後輪自動
操舵）が効果を表わす。加えて、フィ−ドバック制御部
７０がＰＤ制御を行なうので、更には微分（Ｄ）項のゲ
インを目標舵角の変化速度（微分値）に対応して変換部
３９で、変化速度の絶対値が大きいときには大きいゲイ
ンに定めるので、目標舵角の速い変化のとき、すなわち
速い応答が必要なときには、より大きな自動操舵量を出
力することになり、運転状態の速い変化に対しての応答
性が高い。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、目標舵角
(AGLA)の一部分である、主操舵対応の補助操舵第１舵角
(G1・θf)が、主操舵が意図する車両タ−ンを補助するも
のであり、主操舵に対して応答が速いので主操舵に対す
る補助操舵の補助効果が高く、主操舵角が短時間で反転
する場合に補助操舵の遅れにより主操舵に対して補助操
舵が逆効果をもたらすことがない。例えば横風等の外乱
によるヨ−レ−トに対しては、偏差の変化に対しては補
助操舵第３舵角(G3・dt(TYs−Ys)／dt)が速い速度で応答
し、偏差の累積は補助操舵第４舵角(G4・∫(TYs−Ys)・d
t)が消去するので、補助操舵が過分になるとか過少にな
るとかの問題はなくなり、補助操舵が高く速い応答性で
円滑に行なわれ、車両進行方向がふらつかなくなる。し
たがって進行方向の安定性が高く、車輌の操縦性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のシステム全体の構成を示
すブロック図である。

【図２】 図１に示す後輪操舵機構１０の主要部分を示
す断面図である。

【図３】 図２のIII−III線断面を示す断面図である。

【図４】 図１に示すシステムの電気回路の構成を示す
ブロック図である。

【図５】 図４に示す制御系ＥＣＵの詳細な機能構成を
示すブロック図である。

【図６】 図５に示す変換部３１Ａの変換特性を示すグ
ラフである。

【図７】 図４に示すマイクロコンピュ−タＣＰＵの処
理の一部分を示すフロ−チャ−トである。

【図８】 図１に示す前輪のステアリングギアボックス
部分を示す縦断面図である。

【図９】 図８のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】 図９のＡ−Ａ線拡大断面図であり、前輪舵
角センサ組体を示す。

【図１１】 図１０に示す前輪舵角センサＰＦの特性を
示すグラフである。

【符号の説明】

１：ロッド １ａ：ラック ２Ｌ，２Ｒ：ボ−ルジョイント ３Ｌ，３Ｒ：ナ
ックルア−ム ４：ハウジング ５：回転子 ５ａ：
ピニオンギア ５ｂ：ウォ−ムホイ−ル ６：駆動軸 ６ａ：
ウォ−ム ７：ウォ−ム ８，９：回転子 ８ａ：
ウォ−ムホイ−ル １０：後輪操舵機構 １１：圧縮コイルスプリン
グ １２：スプライン １４：電気コイル １５：
ピン １６：連結板 １６ａ：穴 Ｍ１，Ｍ２：電気モ−タ ＲＳ：磁極セン
サ ＰＦ：前輪舵角センサ ＰＲ：後輪舵角
センサ ＶＲ，ＶＬ：後輪車輪速センサ ＣＬ：電磁クラ
ッチ ＹＳ：ヨ−レ−トセンサ ＥＣＵ：制御ユ
ニット ＣＰＵ：マイクロコンピュ−タ ＤＶ１〜ＤＶ
３：ドライバ ＡＤＣ：Ａ／Ｄ変換器 ＴＦＬ，ＴＦＲ，ＴＲＬ，ＴＲＲ：車輪 ＷＨ：ステアリングホイ−ル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上 原 康 生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主操舵車輪の実舵角を検出する主操舵角検
   出手段；車輌のヨ−角速度を検出するヨ−レイト検出手
   段；車輌速度を検出する車速検出手段；主操舵角検出手
   段が検出した実舵角および車輌速度に基づいて、補助操
   舵車輪の主操舵対応の補助操舵第１舵角を決定する、第
   １舵角算出手段；主操舵角検出手段が検出した実舵角お
   よび車輌速度に基づいて、目標ヨ−角速度を決定する、
   ヨ−角速度算出手段；目標ヨ−角速度に対するヨ−レイ
   ト検出手段が検出したヨ−角速度の偏差を算出する偏差
   算出手段；ヨ−角速度の偏差に対応する補助操舵第２舵
   角を決定する第２舵角算出手段；ヨ−角速度の偏差の微
   分値に対応する補助操舵第３舵角を決定する第３舵角算
   出手段；ヨ−角速度の偏差の積分値に対応する補助操舵
   第４舵角を決定する第４舵角算出手段；補助操舵第１舵
   角，第２舵角，第３舵角および第４舵角を含む目標舵角
   を決定する第５舵角算出手段；補助操舵車輪の実舵角を
   検出する補助操舵角検出手段；補助操舵車輪の向きを調
   整する補助操舵角調整機構；補助操舵角調整機構を駆動
   する駆動手段；および、 該駆動手段を介して、第５舵角算出手段が決定した目標
   舵角に補助操舵角検出手段が検出した実舵角が合致する
   方向に補助操舵角調整機構を駆動するサ−ボ制御手段；
   を備える、車輌の自動補助操舵装置。
2. 【請求項２】第２〜４舵角算出手段はそれぞれ、車輌速
   度に対応する重み付け値を算出しこれにより重み付けを
   付した第２舵角，第３舵角および第４舵角を決定する、
   請求項１記載の車輌の自動補助操舵装置。