JPH0686226B2 - 舵角自動修正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は前輪と後輪とを操舵できる車両において、コー
ナリング時に前輪、後輪舵角を自動的に修正して、走行
安定性を高めるようにした装置に関する。

（従来の技術） 車両が比較的高速で旋回走行（コーナリング）する場合
に、ハンドルを切りすぎると旋回外側に車輪がスリップ
（横滑り）を起こし、コーナリング安定性が著しく損な
われることがある。

一般にこのような状態をコーナリング限界といい、この
コーナリング限界を越えた状態で運転することは、車両
の姿勢制御が不能になり、はなはだ危険である。

そこで、従来特開昭59−223569号公報により、車輪に作
用するセルフアライニングトルクとサイドフォースに基
づいて、これらの微分値からコーナリング限界を判定
し、運転者に警報を発するように装置が提案されてい
る。

第７図と第８図に、サイドフォースとスリップ角度、セ
ルフアライニングトルクとスリップ角度との関係をあら
わすが、まず第７図において、車輪の回転軸と直交する
方向に作用するサイドフォースと、これに対するスリッ
プ角度との関係は、スリップ角度が所定の範囲までは直
線的に比例して変化するが、それ以上になるとサイドフ
ォースに対してスリップ角度のみが著しく増大するよう
になり、この限界領域をコーナリング限界と称する。

また、車輪回転面の方向を進行方向に戻そうとするモー
メント、つまりステアリングの復元トルクであるセルフ
アライニングトルクとスリップ角度との関係は、第８図
のように、スリップ角度が増加するとある点まではセル
フアライニングトルクも増加するが、それを過ぎると減
少し、そのピーク点はコーナリング限界よりも小さいと
ころにある。

したがってこれらのことから、サイドフォースの微分値
を見ると、これが正の間はコーナリング限界内で、負に
なるとコーナリング限界をオーバーしていることが分か
り、これに対してセルフアライニングトルクの微分値が
正の間はコーナリング限界内で、正から負に変化する
と、コーナリング限界に近付いていることが分かる。

したがって車両がコーナリング限界を越えることのない
ように警告するためには、サイドフォースの微分値が正
で、セレフアライニングトルクの微分値が正から負に変
化したときにコーナリング限界に近いと判定すること
が、安全性を考慮すると実用的に言える。

そこで上記したように、両検出信号の微分値の正負から
コーナリング限界を判定するようにしたのである。

（発明が解決しようとする問題点） このようにして上記従来例では高速旋回走行時などにコ
ーナリング限界を判定し、これに基づいて運転者に警報
を発するようにしているのであるが、ところが、一般の
運転者はこのような警報を受けても、車両をコーナリン
グ限界から速やかに回復させるための運転操作が技術的
に難しいため、必ずしも適切な処置を取れないという問
題があった。

本発明はこのような問題に対し、コーナリング限界に近
付いたらこれをオーバーすることのないように、前輪、
後輪を自動的に転舵して、高速旋回走行の安定性を確保
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、第１図に示すように、前輪の方向を転
向する前輪アクチュエータ79と、前輪アクチュエータ79
に対する作動油の供給を選択的に制御する前輪制御弁77
と、後輪の方向を転向する後輪アクチュエータ80と、後
輪アクチュエータ80に対する作動油の供給を選択的に制
御する後輪制御弁78と、ハンドルの回転方向を検出する
手段70と、ハンドルの回転角度に応じて、前記前輪制御
弁77の作動を制御する前輪制御手段73と、各車輪の復元
力としてステアリングリンクに作用するセルフアライニ
ングトルクを実測値として検出する手段71と、各車輪に
作用するサイドフォースを実測値として検出する手段72
と、これら各検出信号の微分値を求める手段74と、各微
分値が互いに異符号のときにコーナリング限界であると
判断する手段75と、この実測判定結果に基づいて前輪側
が、コーナリング限界のときに後輪側を前輪側と逆位相
に転舵するように前記後輪制御弁78を作動させるととも
に、後輪側がコーナリング限界のときに前輪の転舵量を
減少させる方向に前記前輪制御弁77を修正作動させる舵
角修正手段76とを備えるようにした。

（作用） 通常の運転時にはハンドルの回転を検出して、前輪制御
手段73が前輪制御弁77を切換動作させ、これにより前輪
アクチュエータ79に圧油が送り込まれ、ハンドルと同方
向に前輪が転舵される。このとき後輪は後輪制御弁が中
立に保持されるので、通常の前輪転舵の車両と同様に、
中立位置に固定されている。

これに対して、車両の旋回走行時に、セルフアライニン
グトルク検出手段71とサイドフォース検出手段72からの
信号により、この微分値の符号からコーナリング限界判
定手段75が、コーナリング限界に近付いたかあるいはそ
うでないかを判断する。

この判断結果、前輪側がコーナリング限界に近付いたと
きは、アンダーステアの傾向が強くなるので、これを打
ち消すために舵角修正手段76の出力により後輪制御弁78
が後輪を前輪とは逆位相に転舵し、また後輪側がコーナ
リング限界に近付いたときはオーバーステアの傾向が強
くなるので、前輪制御弁77を介してハンドルを戻す方向
に前輪を転舵する。

このように本発明では、セルフアライニングトルク及び
サイドフォースを実測値として検出し、コーナリング限
界に近付いたら、コーナリング限界をオーバーしないよ
うに自動的に、然も正確且つ確実に後輪の転舵を修正す
ることができるので、高速旋回走行時の走行安定性を著
しく向上させることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は概略構成図であり、図中1A、1Bは前輪、2A、2B
は後輪、３は前輪側ステアリングリンク、４は後輪側ス
テアリングリンクであり、それぞれ前輪アクチュエータ
としてのパワーシリンダ５と、後輪側アクチュエータと
してのパワーシリンダ６により駆動される。

ハンドル７は前輪側ステアリングリンク３に機械的に連
動すると共に、このハンドル７にはその操作方向並びに
トルクを検出するセンサ８が取付られる。

前輪側と後輪側の操舵角を、それぞれパワーシリンダ
５、６の変位量から検出するための舵角センサ９と10が
設けられる。

また、車両の旋回走行時のコーナリング限界を判定する
ために、まず、各車輪に作用するサイドフォース（SF）
を検出するものとして、第３図にも示すように、各車輪
13のスピンドル11にかかる軸荷重を検出する歪みゲージ
12をそれぞれ設け、これらを第２図において、前輪と後
輪のサイドフォースセンサ14A、14B、14C、14Dとする。

旋回時に作用するサイドフォースはスピンドル11の軸方
向の荷重として作用するので、これを検出することによ
り、サイドフォースの大きさを測定できる。

さらに車輪のセルフアライニングトルクを検出するため
に、車輪の復元力としてステアリングリンク３、４にか
かる軸応力を検出する歪みゲージからなるセルフアライ
ニングトルクセンサ15A、15Bを設ける。

セルフアライニングトルクは車輪を元の状態、つまり中
立状態に戻そうとするトルクであり、旋回時にこの復元
トルクはステアリングリンク３、４に軸方向の応力とし
て作用するので、これを検出することにより、どの程度
のセルフアライニングトルクが発生しているかが判断で
きる。

これら各センサからの検出信号はマイクロコンピュータ
などで構成される制御回路16に入力し、制御回路16はこ
れらに基づいて前記パワーシリンダ５、６の動作を制御
する前輪用制御弁18と後輪用制御弁19を電磁的に駆動制
御すると同時に、必要に応じて警報器17を作動させる。

すなわち、制御回路16は通常は前輪側のみをハンドル７
の操作方向、操作トルクに応じて切換制御し、通常の前
輪操舵のパワーステアリングと同等の制御を行うが、車
輪にかかるセルフアライニングトルクとサイドフォース
の時間微分値の符号を判定して、異符号になったときは
コーナリング限界に近付いていると判断し、前輪、後輪
の舵角を修正動作するように、運転者の意志とは関係な
く、自動的に舵角制御を行うようになっている。

上記前輪用、後輪用制御弁18と19は電磁弁であって、制
御信号により切換作動し、パワーシリンダ５、６の作動
方向を制御回路16からの信号で自由に制御する。

前輪用パワーシリンダ５の左右の油室には前輪用ポンプ
20Aからの圧油が前記前輪用制御弁18を介して選択的に
供給され、また後輪用パワーシリンダ６の左右の油室に
は後輪用ポンプ20Bからの圧油が後輪用制御弁19を介し
て選択的に供給される。

なお、後輪用パワーシリンダ６は、中立スプリング24の
働きにより、後輪用制御弁19が中立状態にあるときは、
自動的に中立位置に復帰し、かつその状態を保持し、こ
の場合には前輪操舵の機能を安定して発揮させるように
構成されている。

図中21A、21Bはそれぞれ供給油圧を調整するリリーフバ
ルブ、22は戻り油が還流されるタンクである。

次ぎに制御回路16における制御動作を、第６図のフロー
チャートにしたがって具体的に説明する。

なお、以下の説明において、サイドフォース（SF）とセ
ルフアライニングトルク（SAT）の、操舵方向との関係
は、具体的には第５図の矢印で示す方向を正として、こ
れと反対方向は負として説明する。

また、第４図に示すように、これらSFとSATは、操舵時
間の時間微分値をとっても、前述した第７図、第８図と
同じような傾向を示すので、つまり、サイドフォースの
時間微分値が正の範囲において、セルフアライニングの
微分値が正から負に符号が反転したときは、コーナリン
グ限界に近付いていると判定することができるので、実
際にはこれらの時間微分値を用いてコーナリング限界を
判定することにする。

まず、第６図Ａのルーチンにおいてステップ30で、サイ
ドフォースセンサ14A、14Bの検出値から求めた前輪側の
SF（ただし左右輪の合計値を意味する、以下同じ）と、
同じくセルフアライニングトルクセンサ15Aの検出値か
ら求めた前輪側のSATとを、それぞれ微分した微分値の
正負を判断し、異符号のときは前記したように、コーナ
リング限界に近付いていると判断し、また同符号のとき
はコーナリング限界に達していない判断する。

またステップ31では同様にして後輪側のSFとSATの検出
値を微分して、その時間微分値の正負から、後輪側のコ
ーナリング限界を判断する。

いずれも同符号のときはコーナリング限界に達していな
いため、ステップ32により、後輪2A、2Bは中立状態に保
持し、前輪1A、1Bはハンドル７の操作に応じて通常のパ
ワーステアリング動作を行う。

つまり、前輪1A、1Bはハンドル７の操作を感知する操舵
センサ８の出力に基づいて、その操作方向に前輪用パワ
ーシリンダ５を作動させるように、前輪用制御弁18を切
換動作させる。

これに対しも後輪2A、2Bは中立状態を保持するように、
後輪用制御弁19が中立位置に保持され、この結果通常の
運転状態では、普通の前輪操舵が行なわれるのであり、
運転者に対してとくに操舵感覚の違和感を与えることは
ない。

次ぎにステップ30で前輪側がコーナリング限界に近いと
判断されたときは、第６図Ｂのルーチンに移行する。

ステップ33において、前輪側限界検出の警報を発するの
であり、具体的には運転席に設置した警報機17を作動さ
せる。ステップ34で前輪側のSFが正かどうから前輪の転
向方向を判定し、正の場合（第５図の矢印方向、つまり
前輪が右回り）はステップ35で後輪を前輪とは逆位相、
つまり左回りにΔθ゜だけ転舵する。

この後輪転舵は、後輪用制御弁19を作動させつつ、実際
の舵角を舵角センサ10で検出しながら所定の角度Δθ゜
だけ後輪が転舵されるように制御する。

これに対して前記SFが負の場合は、前輪が左回りに転舵
されているときであるから、後輪をステップ36でΔθ゜
だけ右回りに転舵する。

この転舵角度Δθ゜は前輪がコーナリング限界に近付い
たときに、これを安定的に回避するのに必要な値で、急
激な転舵は安定性を損なうので、適切な微小値に設定さ
れる。

そしてこの状態をステップ37でΔｔ秒間だけホールドす
る。つまり、前輪側がコーナリング限界に近いときは、
アンダーステアが強くなるので、それを打ち消すよう
に、後輪を前輪とは逆位相に転舵するのである。

このように修正動作を行ったら、次ぎに第６図Ｃのルー
チンに移行して、後輪の転舵の結果、前輪のSFとSATが
どう変化したかを、ステップ38により判断する。

つまり、SFとSATの微分値が同符号になってコーナリン
グ限界から回復したかどうかを判断するのであり、回復
しない場合は再びステップ33に戻り修正動作を繰り返
す。

これに対してコーナリング限界から回復した場合には、
こんど修正動作した後輪を元の状態に復帰、つまり中立
状態に戻すために、ステップ39で後輪舵角が中立位置に
あるかどうかを判断し、中立にない場合はステップ40で
前輪のSFの合計値を見て、合計値が正の場合は、ステッ
プ41で後輪をΔθ゜だけ右回りに転舵して中立側に戻
す。またSFが負の場合はステップ42で後輪を中立位置に
戻すためにΔθ゜だけ左回りに転舵する。

このようにして前輪がコーナリング限界を脱したら、転
舵した後輪を元の中立位置に戻すのであり、完全に中立
状態に復帰したら、ステップ43で前輪限界検出の警報を
解除、つまり警報器の作動を停止する。

一方、ステップ31で後輪側のコーナリング限界に近付い
ていることが判断されたときは、第６図Ｄのルーチンに
おいて、後輪限界検出の警報を発する。

まずサイドフォースの方向を判定するために、ステップ
45で後輪のSFが正であるかどうかを判断し、第４図の右
方向にサイドフォースが作用しているときは、ステップ
46で前輪をΔθ゜左回りに転舵し、また左方向にサイド
フォースが作用しているときはステップ47で右回りにΔ
θ゜転舵する。

このようにして後輪がコーナリング限界にあるときは、
オーバーステアが強くなるので、ハンドル７を戻す方向
に前輪を修正転舵するのである。

この場合、前輪の修正転舵量は前記と同じように、旋回
特性を急激に変更することのない範囲で適切に設定され
る。

ステップ48ではこの状態をΔｔ秒間ホールドし、その
後、再びステップ49でSFとSATの微分値の符号を判断し
する。

この符号が同符号になっていれば、後輪コーナリング限
界を脱したと判断して、ステップ50で後輪限界検出の警
報を停止するし、同符号になっていないときは、依然と
してコーナリング限界に近いわけであるから、ステップ
44に戻ってそれ以降の動作を繰り返し、前輪をさらにハ
ンドル７を戻す方向に修正転舵する。

前輪を運転者のハンドル操作に反して戻すことにより、
運転者にはハンドルへのキックバックのように感じられ
るが、その時点では予め運転者に後輪のコーナリング限
界が警報されており、運転者が慌ててハンドル７を切り
直すなどの誤操作を避けることができる。

（発明の効果） このようにして本発明では、通常はハンドルの回転方向
を検出して、ハンドル回転角度に応じて前記前輪制御弁
の作動を制御する一方、車輪のセルフアライニングトル
クと、同じくサイドフォースとの微分値から、これらの
符号判別によりこれらが互いに異符号のときにコーナリ
ング限界であると判定し、この判定結果に基づいて前輪
側がコーナリング限界のときに後輪側を前輪側と逆位相
に転舵するように前記後輪制御弁を作動させると共に、
後輪側がコーナリング限界のときに前輪の転舵量を減少
させる方向に前記前輪制御弁を修正作動させるようにし
たため、旋回走行時に前輪側がコーナリング限界に近付
くと、自動的に後輪を逆位相に転舵して、また後輪側が
コーナリング限界に近付いたときはハンドルを戻すよう
に前輪を転舵することにより、それぞれコーナリング限
界をオーバーすることを回避し、高速旋回走行時などの
旋回安定性を向上させることができる。

また、通常の運転時には後輪は中立状態に保持されるの
で、運転感覚としては普通の前輪操舵と何等変わること
がなく、運転者に違和感を与えることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は実施例を示
す概略構成図、第３図は車輪に対してのセンサ取付状態
を示す断面図、第４図は旋回中のサイドフォースとセル
フアライニングトルクとの発生状態を示す特性図、第５
図はサイドフォースとセルフアライニングトルクとの発
生方向と符号の関係を定義する説明図、第６図Ａ〜第６
図Ｄは前輪と後輪の舵角修正動作を示すフローチャー
ト、第７図はサイドフォースとスリップ角度の関係を示
す特性図、第８図はセルフアライニングトルクとスリッ
プ角度の関係を示す特性図である。 1A,1B……前輪、2A,2B……後輪、3,4……ステアリング
リンク、5,6……パワーシリンダ、７……ハンドル、８
……操舵トルクセンサ、9,10……舵角センサ、14A〜14D
……サイドフォースセンサ、15A,15B……セルフアライ
ニングトルクセンサ、16……制御回路、17……警報器、
18,19……制御弁、20A,20B……ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前輪の方向を転向する前輪アクチュエータ
   と、前輪アクチュエータに対する作動油の供給を選択的
   に制御する前輪制御弁と、後輪の方向を転向する後輪ア
   クチュエータと、後輪アクチュエータに対する作動油の
   供給を選択的に制御する後輪制御弁と、ハンドルの回転
   方向を検出する手段と、ハンドルの回転角度に応じて、
   前記前輪制御弁の作動を制御する前輪制御手段と、各車
   輪の復元力としてステアリングリンクに使用するセルフ
   アライニングトルクを実測値として検出する手段と、各
   車輪に作用するサイドフォースを実測値として検出する
   手段と、これら各検出信号の微分値を求める手段と、各
   微分値が互いに異符号のときにコーナリング限界である
   と判断する手段と、この実測判定結果に基づいて前輪側
   が、コーナリング限界のときに後輪側を前輪側と逆位相
   に転舵するように前記後輪制御弁を作動させるととも
   に、後輪側がコーナリング限界のときに前輪の転舵量を
   減少させる方向に前記前輪制御弁を修正作動させる舵角
   修正手段とを備えたことを特徴とする舵角自動修正装
   置。