JPS6328770A - 四輪操舵装置 - Google Patents

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】

この発明は、ステアリング操作に応じて、前輪に加えて
後輪をも所定方向に転舵するように構成された四輪操舵
装置に関し、後輪転舵作動の応答を最適化したものに関
する。

【従来の技術およびその問題点】

種々の状況に応じた最適な操向性能を達成するために、
前輪のみならず、後輪をも転舵させるように構成された
四輪操舵装置はすでに知られている。 このような四輪操舵車両において、あらゆる車速でのド
ライバビリティを最適化するためには、遠心力をほとん
ど考慮する必要のない低速時と、遠心力を考慮する必要
のある高速時とで、前輪の転舵角に対する後輪の転舵角
の比を表わす転舵比ｋを本願の第３図に示すように変化
させることが好ましいことが知られている。ここで転舵
比ｋが正の領域は前輪と逆方向に後輪が転舵される、い
わゆる逆位相であることを示し、転舵比ｋが負の領域は
前輪と同方向に後輪が転舵される、いわゆる同位相であ
ることを示す、これによると、低速時には後輪が逆位相
に転舵されるので、車体旋回中心が前方に移行して車体
中心を通る車幅方向線上に近づき、したがって車体のす
べり角がＯに近づくとともに旋回半径が前輪のみ転舵す
る場合に比べて小さくなる。そして高速時には、遠心力
の影響により前輪と路面との間にすべりが生じ、旋回中
心が前方に移行する傾向が生じるが、この傾向を後輪を
前輪と同方向に転舵することにより相殺し、旋回中心を
車体中心を通る車幅方向線上に近づけることができる。 通常、後輪を転舵する後輪転舵機構は、車速に応じて決
定される転舵比と、ステアリングセンサによって検出さ
れる前輪舵角とから目標後輪舵角を決定し、後輪の実舵
角がこの目標後輪舵角となるように制御駆動される。そ
してこの後輪転舵機構は、ステアリング操作による前輪
舵角の変化に対して遅れな（駆動されることが理想であ
るが、そのために後輪転舵機構を駆動するモータなどの
駆動手段の限界スピードを上げるだけでは、慣性による
オーバランが生じ、かえって後輪転舵機構の正確な制御
が阻害され、走行安定性が低下する場合が生じる。とく
に、高速域では、後輪転舵機構の駆動速度を高めたがた
めに後輪実舵角が目標後輪舵角を超えてしまうオーバラ
ンおよびそれに続く補正により後輪が不安定に揺れ動く
状況が現出すると、走行上非常に危険である。 逆に、低速でのＵターン時のように、前輪がすばやくか
つ大きく転舵される場合には、それに応じて後輪も応答
良く転舵されることこそ必要であり、急加速あるいは急
減速する場合には、転舵比の変化率が大きくなる状況に
あり、この場合にも後輪が応答よく転舵されることこそ
必要である。 さらに、とくに低速および中速域において、前輪が急速
に転舵されている状況および車体の加速度が大きい状況
においても、後輪が遺従性よく転舵されることが、四輪
操舵の利点を享受するために必要である。 このように、車速、前輪転舵速度、車体加速度により、
後輪転舵の応答性（追従性）が優先されるべき場合と、
後輪転舵の正確さが優先されるべき場合とがある。 この発明は、以上の事情のもとで考え出されたもので、
モータで駆動される後輪転舵機構を、後輪実舵角が目標
後輪舵角となるようにフィードバック制御する四輪操舵
装置において、モータの回転速度を状況に応じて変化さ
せ、あらゆる場合に四輪操舵の利点を最大限に享受でき
るようにすることをその課題とする。

【問題を解決するための手段】

上記の問題を解決するため、この発明では、次の技術的
手段を講じている。 ステアリング操作に応じて前輪を転舵する前輪転舵機構
と、前輪舵角センサと、車速センサと、モータで駆動さ
れる後輪転舵装置と、前輪舵角センサおよび車速センサ
からの信号が少なくとも入力され、上記モータに対する
制？ｔｌｌ信号を出力する制御装置とを備え、上記モー
タは、これに付設される回転位置検出器からの後輪実舵
角が上記制御装置によって決定される目標後輪舵角とな
るようにフィードバック制御される四輪操舵装置であっ
て、 上記制御装置は、車速■に応じた転舵比ｋを決定する転
舵比決定手段と、転舵比決定手段によって決定された転
舵比にと前輪舵角δｆとから目標後輪舵角θｒｒを決定
する目標後輪舵角決定手段と、上記後輪実舵角δｒが上
記目標後輪舵角θｒｒとなるようにモータを制御するモ
ータ制御手段と、下式によって算出されるモータ回転速
度に応じた回転速度にモータの回転を制御するモータ回
転速度制御手段とを備える。 ｖヶ＝ａ　　（Ｃべ　・α・δｆ＋ｋ・ω）ただし、ａ
　：定数 Ｃα　：転舵比にの車速Ｖにおける 変化率（加速度係数） α　：車体加速度 δｆ：前輸前輪 ｋ　：転舵比 ω　：前輪転舵速度

【作用】

上式のカッコ内第１項は、加速度係数Ｃｍと、車体加速
度αと、前輪舵角δｆの積となっている。 いま、仮に、第２項が０であるとすると、モータ回転速
度は、これら加速度係数、車体加速度、前輪舵角の積に
比例する。転舵比にと車速Ｖとが第３図に示す関係にあ
るとすると、この加速度係数Ｃへと車速Ｖとの関係は、
第４図に示すようになるから、転舵比ｋがＯ付近から急
加速する場合であって前輪舵角δｒが大きい場合には、
モータ回転速度ＶＯＣの絶対値が掻大値となる。モータ
回転速度■にの符号は、そのまま後輪転舵方向を示す。 ここでは、転舵比ｋについて同位相を負、逆位相を正と
しているから、かりに前輪が右方向に転舵されている場
合に前輪舵角の値を正とすると、上記モータ回転速度の
値が正であるときには後輪が左方向に転舵されることを
示す。 たとえば、転舵比ｋがＯである速度から前輪が右に転舵
され、正の加速度で加速すると、上記加速度係数が負で
あるから、モータ回転速度は負となる。したがってこの
場合、後輪は、比較的高速で右方向に転舵されることと
なる。これは、第３図に示すとおり、転舵比ｋが０であ
る速度から高速側は、この転舵比ｋが負に移行すること
と対応している。 逆に、転舵比ｋがＯである車速から前輪が右に転舵され
、かつ負の加速度があると、すなわち、減速すると、モ
ータ回転速度■ｐｔの符号は正となる。したがって、後
輪は、比較的低速で左方向に転舵されることとなる。 一方、等速走行をしている場合など、カッコ内第１項が
Ｏである場合には、モータ回転速度Ｖｐｔは、転舵比に
と、前輪転舵速度ωとの積に比例する。ωは、前輪が右
方向に転舵されているときに正の値をとるとすると、た
とえば、低速域で前輪が右方向にすばやく転舵されてい
る場合には、モータ回転速度Ｖにの符号は正となるから
、後輪は左方向に比較的高速で転舵されることとなる。

【効果】 以上のように、本発明によれば、後輪転舵機構の作動遅
れ、およびオーバランを防止することができ、あらゆる
状況において、四輪操舵制御の利点を理想に近い次元で
達成できる。

【実施例の説明】

以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。 第１図は、本発明が適用される四輪操舵車両の全体構成
図である。ここで前輪転舵機構１は、公知のものが使用
される。すなわち、ランク・ピニオン弐転舵機構の場合
、ステアリングホイール２とともに軸転するステアリン
グシャフト３の回転は、ギヤボックス４でラック杆５の
往復動に変換され、さらにこのラック杆５の動きは、両
端のタイロンドロ、６を介してナックルアーム７．７の
軸８．８を中心とした回動に変換され、このナックルア
ーム７．７の回動により、前輪９，９は上記軸８．８を
中心として転舵されるようになっている。 一方、後輪転舵ａ横１０は、マイクロコンピュータ１１
で構成される制御装置によってフィードバック制御され
るＤＣモータ１２と、このＤＣモータ１２の回転が入力
される公知のパワーステアリング装置１４とによって構
成される。マイクロコンビエータ１１には、制御のため
の入力として、前輪舵角センサ１５、車速センサ１６か
らの入力信号およびＤＣモータ１２の回転位置検出器１
７からのフィードバック信号が人力される。そしてこの
マイクロコンビエータ１１から、ＤＣモータ１２の駆動
回路１２ａに制御線が延びている。なお、この駆動回路
１２ａは、マイクロコンビエータ１１により、その起動
・停止、および、回転速度を制御することができるよう
になっている。 なお、上記回転位置検出器１７は、前輪舵角センサと同
等の公知のものを使用することができる。 上記パワーステアリング装置１４は、たとえば、公知の
ラック・ピニオン式のパワーステアリング装置を使用す
ることができる。すなわち、ギヤボックス２０の入力部
に付設されたコントロールバルブ部２１は、ポンプ２２
からの圧油を入力軸２３の回転方向に応じてギヤボック
ス２０内に形成される複動パワーシリンダ部２４に送り
、このパワーシリンダ部２４がラック杆２５の動きを支
援する。ラック杆２５の動きは、その両端に連結された
タイロフド２６．２６によってナックルアーム２７，２
７に伝達されてこのナックルアーム２７．２７を軸２８
．２８を中心として回転させ、これにより後輪２９．２
９は軸２８．２８を中心として所定方向に転舵される。 マイクロコンピュータ１１を含む以上の構成において、
実質的にプログラムによって実現される次の各手段が基
本的に構成される。 すなわち、その第一は、車速センサ１６からの車速情報
Ｖに応じた転舵比ｋを、第３図に示す車速・転舵比テー
ブルから読み出して決定する転舵比決定手段３０、その
第二は、上記転舵比決定手段３０によって決定された転
舵比にと、前輪舵角センサからの前輪舵角情報δｆとに
より、目標後輪舵角θｒｒを決定する目標後輪舵角決定
手段３１、その第三は、フィードバック信号、すなわち
後輪実舵角δｒが上記目標後輪舵角θｒｒとなるように
にＤＣモータを回転制御するモータ制御信号送出手段３
２である。 そして上記モータ制御信号送出手段３２は、次式によっ
て算出されるモータ回転速度■　に応じた回転速度でモ
ータを回転させための一モータ回転速度制御信号をも送
出する。 ＶＷ　−ａ　（Ｃｙ　　・α・δｆ＋ｋ・ω）−（Ａ）
ここで、Ｃｃｉ　は、第４図に示されるように速度■の
関数として表わされる転舵比にの、速度■につのである
。以下、これを加速度係数と呼ぶ。車速・加速度係数の
関係は、車速・転舵比テーブルに応じて一義的に定まる
ものであるから、車速・転舵比テーブルと同様、所定の
メモリに格納しておけばよい。そしてαは、車体の加速
度を示し、これは、たとえば、車速センサからの車速惰
ＩＩＶを時間について微分して得てもよいし、別途の加
速度センサからの加速度情報をマイクロコンピュータ１
１に入力して得てもよい、そしてδｒは前輪舵角、ｋは
転舵比、ωは前輪転舵速度を表わす。 このωも、前輪舵角センサ１５からの前輪舵角情報δｆ
を、時間について微分して得ることができる。 上記式（Ａ）は、次のようにして導出される。 すなわち、転舵比には、前輪舵角δｆに対する後輪舵角
δｒの比であるから、 δｒ＝ｋ・δｒ　　　　　　　　　・・・（Ｂ）と表わ
される０両辺を時間ｔについて微分すると、速度係数Ｃ
ひ　、車体加速度　α　、前輪転舵速度　ω　を表わす
から、上記後輪転舵速度に一定の係数ａを乗じて表わす
ことができるＤＣモータ回転速度Ｖｏｃは、上記式（Ａ
）のように表現されるのである。 この式は、前輪の転舵に対して後輪転舵に時間的遅れが
ないとした場合における当然の関係を示すとも言える０
本発明は、上記の関係式から算出されるＤＣモータ回転
速度に応じて、積掻的にＤＣモータの回転速度を制ｆＩ
ＩＬ、後輪転舵機構の作動後れをなくそうとするもので
ある。 次に、上記式（Ａ）によって演算される回転速度ＶＤＣ
に応じてＤＣモータが制御される場合の作用について説
明する。ここで、前輪舵角δｒが正の場合には前輪が右
に転舵されているものとする。上記式（Ａ）から明らか
なように、転舵比ｋが０に近い中速域にあるとき、また
は前輪転舵速度ωが小さいときは、カッコ内の第１項が
大きく影響する。すなわち、車体加速度α、および前輪
舵角δｆが大きいほど、モータ回転速度ＶＤｃは大きく
なる。そしてなおかつ、車体加速度αと前輪舵角を一定
とすると、第４図から分かるように、転舵比ｋが０の速
度において加速度係数の絶対値が掻大値を示す０以上の
ことから、前輪が大きく転舵した状態で転舵比ｋがＯで
ある速度から、急加速あるいは急減速する場合は、モー
タ回転速度■にが大きくなることとなる。 一方、定速走行時には、上記カッコ内筒１項が０となる
から、カッコ内第２項が大きく影響する。 すなわち、転舵比ｋ　の絶対値が大きい程、そして前輪
転舵速度ω　が大きい程、モータ回転速度■うＣが大き
くなる。 また、定数１が正であり、前輪が右方向に転舵されてい
る場合の前輪舵角δｆの値が正であるとすると、ＤＣモ
ータ回転速度■には、後輪を左方向に転舵すべき場合が
正となる。転舵比ｋが逆位相である場合に正としている
からである。 たとえば、転舵比ｋが正の低速域でゆっくり加速しなが
ら前輪を右に転舵する場合を考えると、上記式のカッコ
内筒１項はＯに近い負、カッコ内第２項は正であるから
、大全体の符号としては正となり、したがって、ＤＣモ
ータは、後輪が前輪に対して逆位相、すなわち左転舵す
るように上記式で算出された速度で回転させられること
になる。 また、転舵比が０に近い中速域から、前輪をゆっくり右
転舵しながら正加速する場合には、上記式のカッコ内第
１項が負、カッコ内筒２項が０に近い負となるから、大
全体としては負となり、したがってＤＣモータは、後輪
が前輪に対して同位相、すなわち右転舵するように上記
式で算出された速度で回転させられることになる。また
、転舵比ｋが０に近い中速域から、前輪をゆっくり右転
舵しながら減速する場合には、上記式のカッコ内第１項
が正、カッコ内筒２項が０に近い正となるから、大全体
としては正となり、したがってＤＣモータは、後輪が逆
位相、すなわち左方向に転舵するように上記式で算出さ
れた速度で回転させられることになる。 次に、本発明にかかる四輪操舵装置の制御の流れを、第
５図に示すフローチャートに沿って説明する。 まず、基本的には、車速センサ１６からの車速情！！！
Ｖを読み取るステップ（ＳＩＯｌ）、この車速情報Ｖに
基づいて車速・転舵比テーブルから転舵比ｋを読み出す
ステップ（３１０５）、および、前輪舵角センサ１５か
ら前輪舵角δｆを読み出すステップ（Ｓ　１０３）を経
て、目標後輪舵角θｒｒが決定される（Ｓ１０７）、そ
うして、本例では、上記式の演算に供するため、車体加
速度αを演算するステップ（Ｓ１０２）、前輪転舵速度
ωを演算するステップ（Ｓ　Ｉ　Ｏ４）を挿入している
。車体加速度α　は、たとえば、ストアしておいた前回
車速と、今回読み取った今回車速と、前回処理から今回
処理までにかかった時間とで演算することができる。ま
た、前輪転舵速度ωも同様に、ストアしておいた前回前
輪舵角と、今回読み取った今回前輪舵角と、前回処理か
ら今回処理までにかかった時間とで演算することができ
る。そして、加速度係数ＣＣｉは、今回車速■に応じて
、上述の車速・加速度係数テーブルから読み出される。 そして次に、上記加速度係数Ｃｄ　、車体加速度α　、
前輪舵角δｒ、転舵比ｋ、および、前輪転舵速度ωから
、上記式（Ａ）によってＤＣモータ回転速度Ｖ９ｃが算
出され（Ｓ１０８）、ＤＣモータがフィードバック制御
される（Ｓ１０９）。これは、さらに具体的には、ＤＣ
モータ１２に付設された回転位置検出センサ１７から送
られる後輪実舵角δｒをあられすフィードパ・ツク情移
が上記目標後輪舵角θｒｒと一敗した時点でＤＣモータ
駆動回路１２ａに停止信号を送ることにより行なわれる
。 もちろん、この発明の範囲は上述した実施例に限定され
ることはない、たとえば、実施例では、車速■に対する
転舵比ｋを決定するために、あらかじめメモリに記憶さ
せた車速・転舵比テーブルから読み出すという手法を採
用しているが、その他に、転舵比ｋを車速■の関数とし
て表現し、計算により転舵比を求めるようにしてもよい
、このようにする場合、加速度係数Ｃ慎　も、上記の関
数の測定車速における微係数を演算するという手法によ
って求めることができる。 また、転舵比には、本願の第３図に示すように車速のみ
をパラメータとして決定する場合のほか、特願昭６０−
６７２７３号公報の第４図に示されているように、車速
と前輪舵角をパラメータとして決定する場合もある。し
たがって、転舵比ｋを決定するためのデータテーブルも
、第３図に示すものに限定されない。 また、実施例では、後輪転舵機構ｌＯとして、モータ１
２の回転が入力されるラック・ピニオン式のパワーステ
アリング機構１４を組み合せて構成しているが、この後
輪転舵機構１０は、モータ１２で駆動されるようになっ
ておれば、どのような構成でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部の構成を示す機能ブロッ
ク図、第２図は本発明が適用される四輪操舵車両の全体
構成図、第３図は車速■と転舵比・ｋとの関係の一例を
示すグラフ、第４図は車速Ｖと加速度係数Ｃｍとの関係
の一例を示Ｊグラフ、第５図は制御の流れの一例を示す
７Ｌ＋−チャートである。 １・・・前輪転舵機構、１０・・後輪転舵機構、１１・
・・制？３１１装置、１２・・・モータ、１５−・前輪
舵角センサ、１６・・・車速センサ、３０・・・転舵比
決定手段、３１・・・目標後輪舵角決定手段、３２・・
・モータ制御信号送出手段（モータ制御手段、モータ回
転速度制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリング操作に応じて前輪を転舵する前輪転
   舵機構と、前輪舵角センサと、車速センサと、モータで
   駆動される後輪転舵装置と、前輪舵角センサおよび車速
   センサからの信号が少なくとも入力され、上記モータに
   対する制御信号を出力する制御装置とを備え、上記モー
   タは、これに付設される回転位置検出器からの後輪実舵
   角が上記制御装置によって決定される目標後輪舵角とな
   るようにフィードバック制御される四輪操舵装置であっ
   て、 上記制御装置は、車速ｖに応じた転舵比ｋを決定する転
   舵比決定手段と、転舵比決定手段によって決定された転
   舵比ｋと前輪舵角δｆとから目標後輪舵角θｒｒを決定
   する目標後輪舵角決定手段と、上記後輪実舵角δｒが上
   記目標後輪舵角θｒｒとなるようにモータを制御するモ
   ータ制御手段と、下式によって算出されるモータ回転速
   度に応じた回転速度にモータの回転を制御するモータ回
   転速度制御手段とを備えることを特徴とする、四輪操舵
   装置。 Ｖ＿Ｄ＿Ｃ＝ａ（Ｃα・α・δｆ＋ｋ・ω）ただし、 ａ：定数 Ｃα：転舵比ｋの車速ｖにおける変化率（加速度係数） α：車体加速度 δｆ：前輪舵角 ｋ：転舵比 ω：前輪転舵速度