JPH06340269A

JPH06340269A - 後輪操舵装置の制御方法

Info

Publication number: JPH06340269A
Application number: JP12923693A
Authority: JP
Inventors: Akira Takahashi; 明高橋; Minoru Hiwatari; 穣樋渡
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバッ
ク制御による後輪操舵制御において、路面μに応じて適
正に後輪操舵して、低μ路での安定性等を向上する。【構成】ヨーレート、車速の関数で同相方向に設定さ
れるヨーレート係数、ハンドル角、車速の関数で逆相方
向に設定されるハンドル角係数により目標後輪舵角を演
算し、この目標後輪舵角に基づいて後輪を自動的に操舵
する。そして車両走行中に常に路面状態に応じた路面μ
を推定し、路面μが低いほどヨーレート係数を増大補正
したり、またはハンドル角係数を零の方向に補正して、
ゲイン特性を同相方向に強くし、低μ路では後輪を常に
同相側に操舵して車両を安定側に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の４輪
操舵システム（４ＷＳ）において、後輪を電子的に操舵
する後輪操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、低μ路
の場合の安定化対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、後輪操舵制御は車速感応式であ
って、低速域では後輪を逆相操舵して小回り性能を向上
し、中高速域では後輪を同相操舵し、且つ車速に応じて
転舵比を可変制御して車両の安定性を図ることが基本に
なっている。ところで車両は路面状態、左右後輪の駆動
力やグリップ力の違い、横風等の外乱により、車体の垂
直軸回りのヨーイング運動（自転運動）を生じる。そし
てこれら外乱によりドライバの技量とは無関係に車両の
挙動が変化して、安定性を損なうことが知られている。

【０００３】ところで近年、車両のヨーイング運動のヨ
ーレート（回転角速度）を高い精度で直接検出するヨー
レートセンサが開発されてきている。このヨーレートセ
ンサによると、前輪操舵の場合のみならず、路面状態、
横風等の外乱に対する車両の挙動の変化も迅速に検出す
ることができる。このためヨーレートを積極的に用い、
逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制御によ
り後輪操舵して、急旋回や横風の場合も車両の安定性を
図る制御方法が提案されている。また外乱として路面μ
は、近年比較的高い精度で推定することが可能になって
きている。このため走行中に路面μを推定して、低μ路
の場合は後輪操舵の制御モードを変更することで、制動
時等の場合に未然に車両挙動の急変を防止する方法も提
案されている。

【０００４】従来、上記後輪操舵制御の低μ路対策に関
しては、例えば特開昭６１−２４１２７６号公報の先行
技術がある。この先行技術において、前後輪の舵角比を
車速の関数で設定し、この舵角比とハンドル角により後
輪操舵する制御系を前提とし、低μ路では舵角比を逆相
側が少なく同相側が多い特殊モードに切換えて、安定側
に操舵することが示されている。また路面μの検出に関
して、例えば特開平３−１２８７５５号公報の先行技術
において、制動時にＡＢＳ制御する際に基準車体速と基
準車輪速の偏差を求め、この偏差を所定値と比較して路
面μの大小を判別することが示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術の前者にあっては、ハンドル角とその比例ゲインによ
る制御系であるから、ハンドル角とヨーレートを用いた
制御系には適応できない。後者にあっては、路面μの検
出が制動時にのみ限定され、且つ路面μの値を細かく推
定できない等の問題がある。

【０００６】本発明は、このような点に鑑み、逆相舵角
比例制御とヨーレートフィードバック制御による後輪操
舵制御において、路面μに応じて適正に後輪操舵して、
低μ路での安定性等を向上することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、ヨーレート、車速の関数で同相方向に設定さ
れるヨーレート係数、ハンドル角、車速の関数で逆相方
向に設定されるハンドル角係数により目標後輪舵角を演
算し、この目標後輪舵角に基づいて後輪を自動的に操舵
する後輪操舵装置において、車両走行中に常に路面状態
に応じた路面μを推定し、路面μが低いほどヨーレート
係数を増大方向に、またはハンドル角係数を零の方向に
補正することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記制御方法による本発明では、車両走行時に
ヨーレート、ヨーレート係数、ハンドル角、ハンドル角
係数により目標後輪舵角が演算され、この目標後輪舵角
に基づき後輪操舵装置が作動する。このため車速、ハン
ドル角、または横風等の外乱により車両の挙動が変化す
る場合のヨーレートにより、後輪が所望の舵角等を得る
ように自動的に同相または逆相に操舵され、低速時の旋
回性、高速時と外乱に対する安定性が良くなる。一方、
滑りやすい低μ路の場合は、ヨーレート係数が増大方向
に補正されたり、またはハンドル角係数が零の方向に補
正されることで、ゲイン特性が同相方向に強くなる。こ
のためハンドル角が比較的大きかったり、車両の挙動が
少しでも変化する場合に、後輪を常に同相側に操舵する
ように制御される。そこで低μ路での車両が、スピンを
未然に防止して常に安定側に保持される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、車両の駆動系と４輪操舵系の概略
について説明する。先ず、車両１においてエンジン２が
クラッチ３、変速機４に連結され、変速機４の出力側が
フロントデフ５、車軸６等を介して前輪７に伝動構成さ
れる。また変速機４の出力側は、プロペラ軸８、リヤデ
フ９、車軸１０等を介して後輪１１にも伝動構成され、
４輪駆動走行する。また４輪操舵系として、前輪操舵装
置２０と後輪操舵装置３０を有する。

【００１０】前輪操舵装置２０は、ハンドル２１を有す
るステアリングシャフト２２が、油圧式の制御バルブ２
３とパワーシリンダ２４、ロッド２５、ナックルアーム
２６を介して前輪７に連結され、ハンドル操作により前
輪７を手動操舵するように構成される。後輪操舵装置３
０は、電動モータ３１を有し、このモータ３１が減速用
のウォームギヤ３２を介して偏芯軸３３に連結され、こ
の偏芯軸３３からリンク３４、レバー３５、ナックルア
ーム３６等を介して後輪１１に連結され、モータ駆動に
より後輪１１を自動操舵するように構成される。また異
常時にモータ電源を切った場合には、ウォームギヤ３２
の非可逆性により後輪１１を路面外力に対して所定の舵
角状態に保持する。

【００１１】制御系として、ハンドル角θを検出するハ
ンドル角センサ４０、ハンドル角速度ｄθを検出するハ
ンドル角速度センサ４１、後輪舵角Ｅｒを検出する後輪
舵角センサ４２、後輪舵角速度ωｒを検出する後輪舵角
速度センサ４３を有する。また車両の回頭状態に応じた
回転角速度のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ
４４を有する。更に、制御用車速Ｖを演算するため前左
車輪速Ｎｆｒを検出する前左車輪速センサ４５、後右車
輪速Ｎｒｌを検出する後右車輪速センサ４６を有し、こ
れらセンサ信号が制御ユニット５０に入力して電気的に
処理され、後輪の操舵方向、舵角、舵角速度に応じたモ
ータ信号をモータ３１に出力する。

【００１２】制御ユニット５０は、前左車輪速Ｎｆｒと
後右車輪速Ｎｒｌが入力する車速算出部５１を有し、制
御用の車速Ｖを、Ｖ＝（Ｎｆｒ＋Ｎｒｌ）／２により算
出する。車速Ｖはハンドル角係数設定部５２に入力し
て、ハンドル角係数Ｋθを車速Ｖの関数で設定し、同時
にヨーレート係数設定部５３に入力して、ヨーレート係
数Ｋγを同様に車速Ｖの関数で設定する。ここで乾燥路
面の高μ路の通常モードについて説明すると、ハンドル
角係数Ｋθが図３（ａ）の舵角ゲインマップのＫθ１の
ように車速全域で逆相であり、低中速域において車速Ｖ
が低いほど値の絶対値が減少変化する特性である。ヨー
レート係数Ｋγは、同図（ｂ）のヨーレートゲインマッ
プのＫγ１のように車速全域で同相であり、車速Ｖの上
昇に応じて緩やかに増大変化する特性である。そこでこ
のマップを参照して両係数Ｋθ、Ｋγを設定する。

【００１３】ハンドル角θとハンドル角係数Ｋθは乗算
部５４に入力して両者の乗算値Ｋθ・θを算出し、ヨー
レートγとヨーレート係数Ｋγも乗算部５５に入力して
両者の乗算値Ｋγ・γを算出する。これら２つの乗算値
Ｋθ・θ、Ｋγ・γは目標後輪舵角演算部５６に入力
し、目標後輪舵角ＥＴを、ＥＴ＝Ｋγ・γ＋Ｋθ・θ により算出する。従って、Ｋγ・γの項は車両を安定側
に保つ安定要素であり、Ｋθ・θの項は旋回を促進する
旋回要素である。

【００１４】ここでヨーレートγは車速全域で旋回や外
乱による車両回頭状態に応じて発生し、この係数Ｋγが
車速Ｖの増大関数の特性であるため、車速Ｖが大きいほ
どＫγ・γの値が大きくなる。ハンドル角θは一般に中
高速域では非常に小さく、このため係数Ｋθが逆相方向
に小さい特性でもＫθ・θの値は零付近になる。そこで
中高速域でヨーレートγが発生すると、Ｋγ・γの値に
より目標後輪舵角ＥＴは同相方向になって、安定性重視
で制御される。ハンドル角θの大きい低速域では逆相方
向のＫθ・θの値により旋回性重視で制御され、このと
きヨーレートγの同相方向のＫγ・γの値で安定側に補
正される。

【００１５】目標後輪舵角ＥＴと後輪舵角Ｅｒは偏差算
出部５７に入力して偏差ＥＤを、ＥＤ＝ＥＴ−Ｅｒによ
り算出する。この偏差ＥＤは目標後輪転舵速度設定部５
８に入力し、図３（ｃ）のマップにより偏差ＥＤに応じ
た目標後輪転舵速度ωｏを設定する。更に、目標後輪転
舵速度ωｏと後輪舵角速度ωｒは速度差算出部５９に入
力して速度差ωｄを、ωｄ＝ωｏ−ωｒにより算出す
る。そして速度差ωｄは制御量設定部６０に入力して、
速度差ωｄに応じた比例成分の制御量Ｋｐを設定し、駆
動部６１により制御量Ｋｐに応じた正転または逆転のモ
ータ電流Ｉをモータ３１に供給するように構成される。

【００１６】上記制御系において、低μ路の場合の安定
制御について説明する。先ず、低μ路において常に車両
挙動の安定性を得るように後輪操舵するには、路面μに
応じてハンドル角係数とヨーレート係数の一方または両
方を安定側に設定すれば良い。そこでハンドル角係数設
定部５２では、低μ路の場合として複数のハンドル角係
数Ｋθ２、Ｋθ３、・・が、図３（ａ）の破線のように
路面μが低いほど値を零に近付けた特性で設定される。
ヨーレート係数設定部５３でも、低μ路の場合として複
数のヨーレート係数Ｋγ２、Ｋγ３、・・が、同図
（ｂ）の破線のように路面μが低いほど値を増大した特
性で設定される。

【００１７】一方、路面μを高い精度で細かく推定する
手段として、車両の前後加速度Ｇｘを検出する前後Ｇセ
ンサ４７、車両の横加速度Ｇｙを検出する横Ｇセンサ４
８を有する。またこの実施例の４輪駆動車において、前
後輪トルク配分が可変制御される場合にそのトルク配分
制御装置４９を有する。これら前後加速度Ｇｘ、横加速
度Ｇｙ及び前後輪トルク配分αは路面μ推定部６２に入
力して、常に路面μを推定する。

【００１８】ここで前輪７と後輪１１の関係を２輪モデ
ルで示すと図６のようになり、重心に前後加速度Ｇｘと
横加速度Ｇｙが作用し、重心と前後輪の距離はＬｆ，Ｌ
ｒ、ホイールベースはＬである。そこで車重Ｗ、前後加
速度Ｇｘ、前後トルク配分αにより前輪前後力Ｘｆと後
輪前後力Ｘｒを求めると、Ｘｆ＝Ｗ・Ｇｘ・α、Ｘｒ＝Ｗ・Ｇｘ・（１−α）になる。また横加速度Ｇｙと前後輪の距離Ｌｆ，Ｌｒ，
Ｌにより前輪横力Ｙｆと後輪横力Ｙｒを求めると、Ｙｆ＝Ｗ・Ｇｙ・Ｌｒ／Ｌ、Ｙｒ＝Ｗ・Ｇｙ・Ｌｆ／
Ｌになる。

【００１９】また静止時の前輪接地荷重Ｗｆｏ、後輪接
地荷重Ｗｒｏ、重心高ｈを加えて前軸荷重Ｗｆと後軸荷
重Ｗｒを求めると、Ｗｆ＝Ｗｆｏ−Ｗ・Ｇｘ・ｈ／Ｌ、Ｗｒ＝Ｗｒｏ＋Ｗ
・Ｇｘ・ｈ／Ｌになる。そこで前輪前後力Ｘｆと前輪横力Ｙｆを前軸荷
重Ｗｆにより除算して、荷重移動の影響を除いた前輪の
前後力Ｘｆ／Ｗｆと、横力Ｙｆ／Ｗｆを算出する。そし
て図６のように摩擦円の理論を用い、前輪仮想路面μｆ
を両者の２乗和の平方根により求める。

【００２０】一方、後輪に関しても、同様に後輪前後力
Ｘｒと後輪横力Ｙｒを後軸荷重Ｗｒにより除算して、荷
重移動の影響を除いた後輪の前後力Ｘｒ／Ｗｒと、横力
Ｙｒ／Ｗｒを算出する。そして図６のように摩擦円の理
論を用い、後輪仮想路面μｒを両者の２乗和の平方根に
より求める。そしてこれら前輪仮想路面μｆと後輪仮想
路面μｒのいずれか大きい方を選択し、路面利用率（例
えば０．９）で除算して路面μを求める。

【００２１】そして路面μの信号は両設定部５２，５３
に入力し、路面μに応じて各係数と共に制御モードを選
択する。即ち、高μ路では係数Ｋθ１とＫγ１による通
常モードａを選択する。また低μ路の場合は路面μの値
が小さいほど、係数Ｋθ２とＫγ２のモードｂ、係数Ｋ
θ３とＫγ３のモードｃ、・・を順次選択するように構
成される。

【００２２】次に、この実施例の作用を説明する。先
ず、エンジン２を運転し、変速機４の変速動力が駆動系
により前輪７と後輪１１に伝達することで、車両１が４
輪駆動で走行する。このときドライバがハンドル２１を
操作すると、前輪操舵装置２０により前輪７が転舵して
手動操舵される。また図４のフローチャートが所定時間
毎に実行して、走行、ハンドル操作、車両の回頭、路面
μ等の状態により後輪操舵制御される。

【００２３】即ち、後輪操舵制御ルーチンのステップＳ
１でハンドル角θ、ヨーレートγ、後輪舵角Ｅｒ、後輪
舵角速度ωｒ、前後加速度Ｇｘ、横加速度Ｇｙ、前後ト
ルク配分αを読込み、ステップＳ２で車速Ｖを算出す
る。そしてステップＳ３で上述の式により４輪駆動走行
中に路面μを推定する。

【００２４】従って、前後加速度Ｇｘと前後トルク配分
αで前後輪の前後力Ｘｆ，Ｘｒが、横加速度Ｇｙで前後
輪の横力Ｙｆ，Ｙｒがそれぞれ算出され、これらが前後
荷重配分βにより荷重移動の無い状態に修正される。そ
こで前後輪のタイヤは、常に所定の前後トルク配分のみ
による前後力と横力が作用した状態になって、前後輪の
２箇所で摩擦円による前輪仮想路面μｆと後輪仮想路面
μｒとが同一条件で演算される。そして仮想路面μｆ，
μｒのいずれか大きい方を選択することで、路面μがタ
イヤグリップを加味して高い精度で推定される。

【００２５】その後ステップ４でハンドル角係数Ｋθと
ヨーレート係数Ｋγを、路面μと車速の関数で設定す
る。そこで路面μの大きい高μ路では、ハンドル角係数
Ｋθとヨーレート係数Ｋγとして、図３（ａ）、（ｂ）
の係数Ｋθ１とＫγ１による通常モードａが選択され
る。

【００２６】またステップＳ５に進んで、目標後輪舵角
ＥＴをハンドル角θとその係数Ｋθ、ヨーレートγとそ
の係数Ｋγにより演算する。そしてステップＳ６で目標
後輪舵角ＥＴと後輪舵角Ｅｒとの偏差ＥＤを算出し、ス
テップＳ７で目標後輪転舵速度ωｏを設定し、ステップ
Ｓ８で目標後輪転舵速度ωｏと後輪舵角速度ωｒとの速
度差ωｄを算出する。その後ステップＳ９で速度差ωｄ
に応じた制御量Ｋｐを定め、ステップＳ１０で制御量Ｋ
ｐのモータ電流Ｉを出力してモータ３１を駆動する。

【００２７】このため後輪操舵装置３０では、モータ３
１によりウォームギヤ３２、偏芯軸３３が回転し、リン
ク３４、レバー３５が左右に揺動して後輪１１が自動的
に操舵される。この場合に後輪１１は同相または逆相
で、所望の舵角や舵角速度を得るように、逆相舵角比例
制御とヨーレートフィードバック制御される。

【００２８】そこで発進等の低速時にハンドル２１を大
きく切ると、目標後輪舵角ＥＴがＫθ・θの値により負
になり、後輪１１が逆相操舵して小回り旋回される。こ
のとき急旋回したり、路面μにより車両が回頭してヨー
レートγが大きくなると、Ｋγ・γの値により後輪１１
の逆相操舵が減少補正され、車両の挙動が安定化され
る。中高速時の旋回では目標後輪舵角ＥＴが主としてＫ
γ・γの値により正になって後輪１１が同相操舵され、
このため旋回時の車両の安定性が良くなる。この場合の
ハンドル角θ、ヨーレートγ、両係数Ｋθ、Ｋγ、目標
後輪舵角ＥＴの関係を示すと、図５のようになる。また
横風等の外乱で車両が左右に急激に回頭すると、ヨーレ
ートγが大きく増減変化してこの車両１の挙動変化が迅
速に検出される。そしてＫγ・γの値により後輪１１は
車両１が回頭するにもかかわず同相状態を保持するよう
に操舵される。このため車両１は横風により流されない
ように安定して対向した姿勢になり、且つスムースに元
の進路に戻る。

【００２９】一方、雪道等の滑り易い路面では、ステッ
プＳ３でその路面状態に応じて路面μが小さくなり、ス
テップＳ４でハンドル角係数Ｋθとヨーレート係数Ｋγ
として、例えば図３（ａ）、（ｂ）の係数Ｋθ３とＫγ
３によるモードｃを選択する。そこで車速全域で同相側
のヨーレート係数Ｋγは増大補正され、逆相側のハンド
ル角係数Ｋθは減少補正され、ゲイン特性が全体的に同
相方向に強くなる。このためハンドル２１を比較的大き
く切っても、目標後輪舵角ＥＴの値は正になる。また制
動時等において車両の挙動が少しでも変化してヨーレー
トγを発生すると、目標後輪舵角ＥＴの値が同様に正に
なり、後輪１１を常に同相側に操舵するように制御され
る。そこで低μ路において車両１がタイヤグリップ力の
低下で回頭し易い状態であるにもかかわらず、後輪１１
の同相制御により回頭が抑制される。これにより車両１
のスピン等の挙動の急変が未然に防止され、車両１の姿
勢が常に安定側に保持される。

【００３０】また路面μがあまり小さくなくて、車両ス
ピンの危険も少ない路面状態では、図３（ａ）、（ｂ）
の係数Ｋθ２とＫγ２によるモードｂを選択して、ゲイ
ン特性の補正も少ない。このため低中速域では、逆相舵
角による旋回性が或る程度確保される。

【００３１】以上、本発明の実施例として、路面μによ
りヨーレート係数とハンドル角係数の両方のゲイン特性
を同相側に補正する方法について説明したが、いずれか
一方のゲイン特性を補正するだけでも良い。またゲイン
特性を補正する場合に、補正係数を用いることもでき
る。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制御によ
り後輪を自動的に操舵する後輪操舵装置において、車両
の走行中路面μを推定し、路面μが低くなるとハンドル
角係数とヨーレート係数の一方または両方のゲイン特性
を同相方向に補正するので、低μ路での車両の安定性が
向上する。路面μは路面状態に応じて細かく推定し、路
面μに応じてゲイン特性を可変して補正するので、路面
μに対して常に適正に後輪操舵することができる。ゲイ
ン特性を補正する制御方法であるから、制御も容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る後輪操舵装置の制御方法に適した
制御系を示すブロック図である。

【図２】車両の駆動系と４輪操舵系の概略を示す構成図
である。

【図３】ハンドル角係数、ヨーレート係数、目標後輪転
舵速度のマップを示す図である。

【図４】モード選択制御と後輪操舵制御を示すフローチ
ャートである。

【図５】左右旋回時の後輪操舵の状態を示す図である。

【図６】路面μの推定に使用する説明図である。

【符号の説明】

３０後輪操舵装置３１電動モータ４０ハンドル角センサ４４ヨーレートセンサ５０制御ユニット５２ハンドル角係数設定部５３ヨーレート係数設定部５６目標後輪舵角演算部６２路面μ推定部

───────────────────────────────────────────────────── 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 111:00 113:00 117:00 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヨーレート、車速の関数で同相方向に設
定されるヨーレート係数、ハンドル角、車速の関数で逆
相方向に設定されるハンドル角係数により目標後輪舵角
を演算し、この目標後輪舵角に基づいて後輪を自動的に
操舵する後輪操舵装置において、車両走行中に常に路面
状態に応じた路面μを推定し、路面μが低いほどヨーレ
ート係数を増大方向に、またはハンドル角係数を零の方
向に補正することを特徴とする後輪操舵制御装置の制御
方法。