JPH06156301A - 四輪操舵車の後輪操舵角制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 四輪操舵車におけるヨーレートフィードバッ
クループを安定化させる。 【構成】 走行状態によって電動機特性が変動し、ヨー
レートフィードバックループの安定性が低下することの
対策として、各種センサーを用いて電動機特性の変動を
推定し、この推定に応じて最適に制御定数の補正や後輪
舵角比の可変を行うことにより、常にループの安定を確
保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両におい
て、車両の状態に応じて後輪を操舵する四輪操舵車の後
輪操舵角制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、四輪操舵装置は、例えば、特開平
１−２２６７５号公報に示されているように、所定の車
速値を境にして車両が所定の車速値より低速にて走行し
ている時、前輪と後輪の舵角比を後輪操舵角が前輪操舵
角に対し逆相になる値に設定し、又、車両が所定の車速
値より高速にて走行している時、舵角比を後輪操舵角が
前輪操舵角に対して同相になる値に設定するものが実用
化されている。

【０００３】四輪操舵車の主な利点は、前輪タイヤと後
輪タイヤのコーナリングフォースをほぼ同時に発生させ
ることができるため、ハンドル操作後の車両の横移動が
前輪操舵のみの車両より速いことである。すなわち、低
速では、前輪と後輪を逆相に適切な舵角比で操舵すると
早めに回転運動が始まり、高速では、前輪と後輪を同相
に適切な舵角比で操舵すると横加速度応答の遅れが減少
する。実用上の効果として、低速では小回り性の向上、
高速では緊急回避性の向上等が実現できる。

【０００４】さらに後輪の操舵角（目標後輪舵角）を決
定する方法として、後輪を前輪から独立し、ヨーレート
（車体重心回りの回転角速度）の検出手段を備え、車速
とハンドル角とヨーレートにより後輪を操舵し、横風や
悪路等の外乱要因によって車両の進路や向きに狂いが生
じても、これを補正するものが提案されている。しか
し、このようにヨーレートを検出してフィードバックす
る制御の場合、フィードバックループを構成する要素の
特性によっては、制御が不安定となり後輪が自励発振を
起こす。

【０００５】この１つの対策として、目標後輪舵角を設
定するために用いられる制御定数（ゲイン）を車速に応
じて変更し、制御系の安定性を確保するとともに操縦性
の低下を抑えるというゲインチューニングの手法が考え
られる。

【０００６】以下、添付図面を参照して、車速に応じた
ゲインチューニングを行った場合の上記四輪操舵車の後
輪操舵角制御装置の一例について説明する。

【０００７】図５に概略図を示す。前輪１３は、ハンド
ル９を回転させることにより前輪ギア１１を介して操舵
され、後輪１４は、コントローラ１０からの電流指令信
号に応じて電動機７により後輪ギア１２を介して操舵さ
れる。前輪１３または後輪１４が操舵されると車体重心
回りに回転運動が発生し、この回転の角速度（ヨーレー
ト）がヨーレートセンサ１によって検出される。一方、
車速センサ３で検出された車両の速度とハンドル角セン
サ２で検出されたハンドルの回転角が、インターフェイ
ス回路１５を通してコントローラ１０内に入力される。
コントローラ１０では、検出された車速とハンドル角と
実ヨーレート値に応じて操縦安定性を向上させるために
必要とされる目標後輪舵角１９（更には目標電動機位
置）を演算し、電動機７内のエンコーダから検出された
現在電動機位置が目標電動機位置に追従するように電動
機７に対して電流指令信号を出力している。

【０００８】次に、コントローラ１０内での具体的な処
理について説明する。コントローラ１０内では、サンプ
リング周期毎に、検出されたハンドル角に（比例制御）
定数Ｋｕを乗じた（比例演算）値と、ハンドル角の差分
値に（微分制御）定数Ｋｖを乗じた（微分演算）値と、
検出された実ヨーレート値に（比例制御）定数Ｋｍを乗
じた（比例演算）値と、実ヨーレート値の差分値に（微
分制御）定数Ｋｎを乗じた（微分演算）値の合計値で目
標後輪舵角１９を設定し、この目標後輪舵角１９に後輪
１４の操舵量を追従させるために必要とされる目標電動
機位置を求め、この目標に対して電動機７の位置制御が
行われる。ただし、目標後輪舵角を設定する際に用いら
れる各制御定数（Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｍ、Ｋｎ）は、検出さ
れた車速に応じて決定（マップ等から検索）される。ま
た、電動機７の位置制御は、求められた目標電動機位置
に電動機７内のエンコーダから検出された現在電動機位
置が追従するように、目標電動機位置と現在電動機位置
の偏差値に（比例制御）定数Ｋｐを乗じた（比例演算）
値と、偏差値の差分値に（微分制御）定数Ｋｄを乗じた
（微分演算）値と、偏差値の積算値に（積分制御）定数
Ｋｉを乗じた（積分演算）値の合計値で電流指令値を演
算し、インターフェイス回路１５を通して電流指令信号
として電動機７に加えることにより行われる。

【０００９】このような処理を通して、従来、車速によ
る車体特性の変動（理論的にも求まる）を考慮し、上記
各制御定数を車速に応じて変更することにより、全車速
領域における制御系（ヨーレートフィードバックを含
む）の安定性と操縦安定性の確保を行っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く車速による車体特性の変動だけでは制御系全体の変
動が十分考慮されているとはいえず、特に、路面や車両
の状態等による負荷変動で大きく変化する電動機特性が
考慮されていないため、負荷変動により電動機の特性が
変化した場合、自励発振に至らないまでも制御の安定性
が失われ、車両の操縦安定性や安全性が低下する。逆
に、各制御定数の変更を制御系全体の特性変動を（電動
機特性の変動等も）考慮して車速に応じて変更（チュー
ニング）することにより、制御系全体として車速に対す
る安定性を向上させることができるが、このゲインチュ
ーニングの手法は特性変動の要因が車速以外にもある場
合には、チューニングが複雑になり安定性の向上が難し
い。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明では、第１の手段として、基本的なセンサ
（車両の速度を検出する車速センサ、車両のヨーレート
を検出するヨーレートセンサ、ハンドルの回転角を検出
するハンドル角センサ）に、タイヤと路面間の摩擦係数
μを検出するμ検出センサ、路面の勾配を検出する傾斜
センサ、車両の前後方向や横方向の加速度を検出する加
速度センサ、後輪のタイヤ荷重を検出する輪荷重セン
サ、前輪や後輪の操舵角を検出する舵角センサ等を追加
し、制御装置内に、これらのセンサ信号により電動機に
かかる負荷を推定する処理または回路を設ける。

【００１２】第２の手段として、制御装置内に、車速セ
ンサで検出した車両の速度、ハンドル角センサで検出し
たハンドルの回転角とその差分値、ヨーレートセンサで
検出した車両の実ヨーレート値とその差分値から目標後
輪舵角を演算するために用いられる制御定数を、第１の
手段で推定された負荷に応じて変更する処理または回路
を設ける。

【００１３】第３の手段として、後輪を操舵する電動機
と後輪操舵機構の間に、電動機の回転角と後輪操舵角の
比（後輪舵角比）を、第１の手段で推定された負荷に応
じて可変する機構を設ける。

【００１４】第４の手段として、制御装置内に、設定さ
れた目標後輪舵角と後輪舵角比から決定される目標電動
機位置と、現在の電動機位置より、電動機への電流指令
値を演算する処理または回路を設ける。

【００１５】第５の手段として、制御装置内に、車速セ
ンサで検出した車両の速度、ハンドル角センサで検出し
たハンドルの回転角とその差分値、ヨーレートセンサで
検出した車両の実ヨーレート値とその差分値から目標後
輪舵角を演算するために用いられる制御定数を、第４の
手段で演算された電流指令値に応じて変更する処理また
は回路を設ける。

【００１６】

【作用】第１の手段によれば、近年のセンシング技術の
向上に伴い、電動機に負荷変動を与える種々の要因に関
連した物理量の大きさを容易に検出することが可能とな
り、制御装置内では、これらのセンサ信号から総合的、
且つ正確に電動機の負荷を推定することができる。

【００１７】第１と第２の手段によれば、制御装置内
で、車速センサで検出した車両の速度、ハンドル角セン
サで検出したハンドルの回転角とその差分値、ヨーレー
トセンサで検出した車両の実ヨーレート値とその差分値
から目標後輪舵角を演算するために用いられる制御定数
を、推定された負荷に応じて変更することにより、電動
機の負荷変動に起因する電動機特性の変化が制御系に及
ぼす悪影響を改善できる。

【００１８】第１と第３の手段によれば、後輪を操舵す
る電動機と後輪操舵機構の間に、電動機の回転角と後輪
操舵角の比（後輪舵角比）を可変する機構を設け、推定
された負荷に応じてこの後輪舵角比を可変して電動機の
負荷が一定になるように制御することにより、電動機特
性の変化を抑え制御系の安定が図れる。

【００１９】第１と第３と第４と第５の手段によれば、
前記第１と第３の手段による作用に加え、制御装置内
で、車速センサで検出した車両の速度、ハンドル角セン
サで検出したハンドルの回転角とその差分値、ヨーレー
トセンサで検出した車両の実ヨーレート値とその差分値
から目標後輪舵角を演算し、この目標後輪舵角と後輪舵
角比から決定される目標電動機位置と、現在の電動機位
置より、電動機への電流指令値を演算する。この演算さ
れた電流指令値が電動機への制御入力の最大値を超えた
場合には、前記第１と第２の手段の作用と同様に、目標
後輪舵角を演算するための制御定数を演算された電流指
令値に応じて変更することにより、第１と第３の手段の
みを用いた場合に比べ、電動機への制御入力の飽和に起
因する電動機特性の変化が制御系に及ぼす悪影響を改善
できる。

【００２０】

【実施例】（実施例１）以下、添付図面を参照して本発
明の実施例について説明する。

【００２１】図１に本発明の第１の実施例の四輪操舵車
の後輪操舵角制御装置の概略図を示す。前輪１３は、ハ
ンドル９を回転させることにより前輪ギア１１を介して
操舵され、後輪１４は、コントローラ１０からの電流指
令信号に応じて電動機７により後輪ギア１２を介して操
舵される。前輪１３または後輪１４が操舵されると車体
重心回りに回転運動が発生し、この回転の角速度（ヨー
レート）がヨーレートセンサ１によって検出される。一
方、車速センサ３で検出された車両の速度とハンドル角
センサ２で検出されたハンドルの回転角が、インターフ
ェイス回路１５を通してコントローラ１０内に入力され
る。コントローラ１０では、検出された車速とハンドル
角と実ヨーレート値に応じて操縦安定性を向上させるた
めに必要とされる目標後輪舵角１９（更には目標電動機
位置）を演算し、電動機７内のエンコーダから検出され
た現在電動機位置が目標電動機位置に追従するように電
動機７に対して電流指令信号を出力している。

【００２２】次に、コントローラ１０内での具体的な処
理について説明する。コントローラ１０内では、サンプ
リング周期毎に、検出されたハンドル角に（比例制御）
定数Ｋｕを乗じた（比例演算）値と、ハンドル角の差分
値に（微分制御）定数Ｋｖを乗じた（微分演算）値と、
検出された実ヨーレート値に（比例制御）定数Ｋｍを乗
じた（比例演算）値と、実ヨーレート値の差分値に（微
分制御）定数Ｋｎを乗じた（微分演算）値の合計値で目
標後輪舵角１９を設定し、この目標後輪舵角１９に後輪
１４の操舵量を追従させるために必要とされる目標電動
機位置を求め、この目標に対して電動機７の位置制御が
行われる。一方、検出された車速、ハンドル角、実ヨー
レート値に加え、μ検出センサ４からの路面との摩擦係
数μ、傾斜センサ５からの路面の勾配、後輪舵角センサ
６からの後輪操舵角の情報から、電動機７にかかる負荷
の大きさを推定し、この（推定）値に応じて目標後輪舵
角１９を設定する際に用いられる各制御定数（Ｋｕ、Ｋ
ｖ、Ｋｍ、Ｋｎ）が決定される。また、電動機７の位置
制御は、求められた目標電動機位置に電動機７内のエン
コーダから検出された現在電動機位置が追従するよう
に、目標電動機位置と現在電動機位置の偏差値に（比例
制御）定数Ｋｐを乗じた（比例演算）値と、偏差値の差
分値に（微分制御）定数Ｋｄを乗じた（微分演算）値
と、偏差値の積算値に（積分制御）定数Ｋｉを乗じた
（積分演算）値の合計値で電流指令値２２を演算し、イ
ンターフェイス回路１５を通して電流指令信号として電
動機７に加えることにより行われる。このような処理
（制御定数の変更：適応制御）をフィードバックループ
の中に挿入することにより、制御系の特性が変動しても
その影響を補償することが可能となり、制御系全体とし
ての安定性を確保するとともに操縦安定性の向上が図れ
る。

【００２３】（実施例２）図２に本発明の第２の実施例
の四輪操舵車の後輪操舵角制御装置の概略図を示す。前
輪１３は、ハンドル９を回転させることにより前輪ギア
１１を介して操舵され、後輪１４は、コントローラ１０
からの電流指令信号に応じて電動機７により後輪舵角比
可変機構８と後輪ギア１２を介して操舵される。前輪１
３または後輪１４が操舵されると車体重心回りに回転運
動が発生し、この回転の角速度（ヨーレート）がヨーレ
ートセンサ１によって検出される。一方、車速センサ３
で検出された車両の速度とハンドル角センサ２で検出さ
れたハンドルの回転角が、インターフェイス回路１５を
通してコントローラ１０内に入力される。コントローラ
１０では、検出された車速とハンドル角と実ヨーレート
値に応じて操縦安定性を向上させるために必要とされる
目標後輪舵角１９を、更には後輪舵角比に応じて目標後
輪舵角１９から目標電動機位置を演算し、電動機７内の
エンコーダから検出された現在電動機位置が目標電動機
位置に追従するように電動機７に対して電流指令信号を
出力している。

【００２４】次に、コントローラ１０内での具体的な処
理について説明する。コントローラ１０内では、サンプ
リング周期毎に、検出されたハンドル角に（比例制御）
定数Ｋｕを乗じた（比例演算）値と、ハンドル角の差分
値に（微分制御）定数Ｋｖを乗じた（微分演算）値と、
検出された実ヨーレート値に（比例制御）定数Ｋｍを乗
じた（比例演算）値と、実ヨーレート値の差分値に（微
分制御）定数Ｋｎを乗じた（微分演算）値の合計値で目
標後輪舵角１９を設定し、この目標後輪舵角１９に後輪
１４の操舵量を追従させるために必要とされる目標電動
機位置を求め、この目標に対して電動機７の位置制御が
行われる。ただし、目標後輪舵角を設定する際に用いら
れる各制御定数（Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｍ、Ｋｎ）は、検出さ
れた車速に応じて決定（マップ等から検索）される。一
方、検出された車速、ハンドル角、実ヨーレート値に加
え、μ検出センサ４からの路面との摩擦係数μ、傾斜セ
ンサ５からの路面の勾配、後輪舵角センサ６からの後輪
操舵角の情報から、電動機７にかかる負荷の大きさを推
定し、この（推定）値に応じて電動機の回転角と後輪操
舵角の比（後輪舵角比）を図４に示すように可変（負荷
が大きい場合は後輪舵角比を小さくして出力トルクを稼
ぐ）させて、常に電動機７にかかる負荷が一定になるよ
うに後輪舵角比可変機構８を制御している。また、電動
機７の位置制御は、求められた目標電動機位置に電動機
７内のエンコーダから検出された現在電動機位置が追従
するように、目標電動機位置と現在電動機位置の偏差値
に（比例制御）定数Ｋｐを乗じた（比例演算）値と、偏
差値の差分値に（微分制御）定数Ｋｄを乗じた（微分演
算）値と、偏差値の積算値に（積分制御）定数Ｋｉを乗
じた（積分演算）値の合計値で電流指令値２２を演算
し、インターフェイス回路１５を通して電流指令信号と
して電動機７に加えることにより行われる。このような
処理（後輪舵角比の変更）をフィードバックループの中
に挿入することにより、路面や車両の状態により電動機
の出力軸にかかる負荷が変動しても、電動機と出力軸の
間に後輪舵角比可変機構を設け、出力軸にかかる負荷に
応じて後輪舵角比を制御して電動機にかかる負荷を一定
にすることにより、電動機特性の変動を抑えることが可
能となり、制御系全体としての安定性を確保するととも
に操縦安定性の向上が図れる。

【００２５】本実施例に用いた後輪舵角比可変機構は、
図６に示すように低車速側ほど後輪舵角比を大きくして
電動機にかかる負荷を低減することにより電動機の小型
化を図った四輪操舵車の後輪操舵角制御装置において既
に考案されているが、この場合の目的は電動機の小型化
であり、小型化による応答性の劣化を犠牲にしている。
本実施例では、車速のみならず他の要因に対しても電動
機にかかる負荷を一定にし電動機特性の変動を抑えるこ
とが目的となり、電動機の性能は十分に高いことが前提
となる。このため、電動機の大きさは必然的に大きいも
のとなりがちである。

【００２６】（実施例３）図３に本発明第３の実施例の
四輪操舵車の後輪操舵角制御装置の概略図を示す。本実
施例では、上記実施例の課題となる電動機の小型化を図
るため、第１の実施例と第２の実施例を組合せ、第１の
実施例における各制御定数の変更を電動機の位置制御に
用いられる電流指令値に応じて変更する構成としたもの
である。その他の構成及び処理は、第１および第２の実
施例と同様なので省略する。

【００２７】小型化による応答性の劣化の主要因は、後
輪舵角比を小さくした場合の必要な回転量の増加による
電流指令信号の飽和である。演算された電流指令値が電
流指令信号（電動機への制御入力）の最大値を越えた場
合はリミットされ、このことにより電動機特性が急激的
に低下する。そこでこの電動機特性の低下を第１の実施
例と同様の方法で補償することにより、制御系の安定性
を確保しながら電動機の小型化を図ることが可能とな
る。

【００２８】尚、上記３つの実施例では、電動機負荷を
推定するのに車速、ハンドル角、ヨーレート値、路面の
勾配、路面との摩擦係数μ、後輪の操舵角の情報を用い
たが、更に、荷重の移動等を考慮すると、タイヤ荷重、
前後加速度、横加速度、サスペンション剛性などの情報
も必要となる。しかし、直接電動機の負荷を検出する良
い方法があれば、検出値を用いるのが最適である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、車両や
路面の状態等により制御系（ヨーレートフィードバック
ループを含む）を構成する各要素（コントローラ、電動
機、車体、センサ等）の特性が変動した場合に、電動機
特性の変動に注目し、制御定数の変更や後輪舵角比を可
変する手段を用いて、他の要素の特性変動とは独立に、
特性変動の補償や抑制を行うことにより、制御系として
の安定性をよりきめ細かに制御でき、これにより安全性
が増すとともに、操縦安定性の向上も図ることができ
る。また、電動機の小型化も容易に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の四輪操舵車の後輪操舵
角制御装置の概略図

【図２】本発明の第２の実施例の四輪操舵車の後輪操舵
角制御装置の概略図

【図３】本発明の第３の実施例の四輪操舵車の後輪操舵
角制御装置の概略図

【図４】後輪舵角比の可変内容の説明図

【図５】従来例１における四輪操舵車の後輪操舵角制御
装置の概略図

【図６】従来例２における四輪操舵車の後輪操舵角制御
装置の概略図

【符号の説明】

１ ヨーレートセンサ ２ ハンドル角センサ ３ 車速センサ ４ μ検出センサ ５ 傾斜センサ ６ 後輪舵角センサ ７ 電動機（エンコーダ内蔵） ８ 後輪舵角比可変機構（舵角比センサ内蔵） ９ ハンドル １０ コントローラ（制御装置） １１ 前輪ギア １２ 後輪ギア １３ 前輪 １４ 後輪 １５ データ変換用インターフェイス回路（Ａ／Ｄ、Ｄ
／Ａ、整形回路等） １６ 電動機負荷の推定処理 １７ 制御定数の変更処理 １８ 目標後輪舵角の演算処理 １９ 目標後輪舵角 ２０ 目標電動機位置の演算処理 ２１ 電流指令値の演算処理 ２２ 電流指令値 ２３ 後輪舵角比の変更処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 113:00 121:00 131:00 133:00 137:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の速度を検出する車速センサと、車両
   のヨーレートを検出するヨーレートセンサと、ハンドル
   の回転角を検出するハンドル角センサと、前記各センサ
   信号に応じて後輪舵角指令信号を出力する制御装置と、
   前記後輪舵角指令信号に基づき後輪を操舵する電動機を
   具備する車両の四輪操舵装置において、前記制御装置内
   で、前記３つのセンサと、タイヤと路面間の摩擦係数μ
   を検出するμ検出センサ、路面の勾配を検出する傾斜セ
   ンサ、車両の前後方向や横方向の加速度を検出する加速
   度センサ、後輪のタイヤ荷重を検出する輪荷重センサ、
   前輪や後輪の操舵角を検出する舵角センサの中から少な
   くとも２つ以上のセンサ信号を用いることにより前記後
   輪を操舵する電動機にかかる負荷を推定し、車速センサ
   で検出した車両の速度、ハンドル角センサで検出したハ
   ンドルの回転角とその差分値、ヨーレートセンサで検出
   した車両の実ヨーレート値とその差分値から目標後輪舵
   角を演算するために用いられる制御定数を、前記推定さ
   れた負荷に応じて変更することを特徴とする四輪操舵車
   の後輪操舵角制御装置。
2. 【請求項２】車両の速度を検出する車速センサと、車両
   のヨーレートを検出するヨーレートセンサと、ハンドル
   の回転角を検出するハンドル角センサと、各センサ信号
   に応じて後輪舵角指令信号を出力する制御装置と、前記
   後輪舵角指令信号に基づき後輪を操舵する電動機と、電
   動機の回転角と後輪操舵角の比（後輪舵角比）を可変す
   る機構を具備する車両の四輪操舵装置において、前記制
   御装置内で、前記３つのセンサと、タイヤと路面間の摩
   擦係数μを検出するμ検出センサ、路面の勾配を検出す
   る傾斜センサ、車両の前後方向や横方向の加速度を検出
   する加速度センサ、後輪のタイヤ荷重を検出する輪荷重
   センサ、前輪や後輪の操舵角を検出する舵角センサの中
   から少なくとも２つ以上のセンサ信号を用いることによ
   り前記後輪を操舵する電動機にかかる負荷を推定し、前
   記電動機の回転角と後輪の操舵角の比（後輪舵角比）
   を、前記推定された負荷に応じて変更することを特徴と
   する四輪操舵車の後輪操舵角制御装置。
3. 【請求項３】車速センサで検出した車両の速度、ハンド
   ル角センサで検出したハンドルの回転角とその差分値、
   ヨーレートセンサで検出した車両の実ヨーレート値とそ
   の差分値から目標後輪舵角を演算するために用いられる
   制御定数を、推定された負荷に替えて制御装置内で演算
   された電動機への電流指令値に応じて変更することを特
   徴とする請求項１及び２記載の四輪操舵車の後輪操舵角
   制御装置。