JP2502761B2 - 車両用四輪操舵装置 - Google Patents

車両用四輪操舵装置

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JP2502761B2
JP2502761B2 JP20255289A JP20255289A JP2502761B2 JP 2502761 B2 JP2502761 B2 JP 2502761B2 JP 20255289 A JP20255289 A JP 20255289A JP 20255289 A JP20255289 A JP 20255289A JP 2502761 B2 JP2502761 B2 JP 2502761B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、前輪転舵角に対する車両のヨーレイトの発
生特性が1次遅れの出力となる様に後輪を転舵制御する
車両用四輪操舵装置に関する。
(従来の技術) 従来、後輪転舵角制御手段を備えた車両用四輪操舵装
置としては、例えば、特開昭59−186773号公報記載され
ているようなものが知られている。
この従来公報には、車速と前輪転舵角とを入力情報と
し、中,高速領域で、前輪転舵開始から設定時間の間は
後輪を逆位相に転舵し、設定時間経過後は、後輪を同位
相に転舵する後輪転舵角制御手段が示されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来装置にあっては、後輪
転舵角が車速と前輪転舵角のみの関数により制御される
構成となっている為、予め目標として設定した車両特性
通りの制御が出来ないし、操舵過渡応答性・安定性の大
幅向上が実現出来ないという課題があった。
具体的には下記の特性が望めない。
ヨーレイト周波数応答性に関し、例えば、ヨーレイ
トゲインを高周波数域までフラット化したり、位相遅れ
を小とする等の目標を設定し、設定した目標をうまく実
現する事。
レーンチェンジ等においてステップ操舵をした際、
ハンドル切り始めのヨーレイトのオーバシュートを小さ
くする事。
そこで、本出願人は、特願昭63−25223号により、前
輪転舵角に対する車両のヨーレイトの発生特性が1次遅
れの出力となる様に後輪を転舵制御し、上記課題を解決
する手法を提案した。
例えば、この先行出願では、前輪転舵角のラプラス変
換値をδf(s),後輪転舵角のラプラス変換値をδr(s)
した時、 但し、s;ラプラス演算子 K;ヨーレイト定常ゲイン τ12,T1,T2;車両諸元,車速により決まる定数 の演算系制御伝達関数により後輪転舵角が与えられる手
段が示されている。
しかしながら、前記(1)式で示される演算系制御伝
達関数には分母に2次の項を含み、1次の項の定数T1
び2次の項の定数T2を車速により可変としなければなら
ない為、演算の高速化が必要で、例えば、8ビットのマ
イクロコンピュータでは容量不足となる。
また、2次/2次の制御伝達関数による制御を的確に行
なう為には、非常に応答性の高いアクチュエータが必要
である。
本発明は、上記のような問題に着目してなされたもの
で、前輪転舵角に対する車両のヨーレイトの発生特性が
1次遅れの出力となる様に後輪を転舵制御する車両用四
輪操舵装置において、車両のヨーレイト特性を目標ヨー
レイト性能にほぼ近似させながら、システムの簡素化及
び演算の簡素化を図ることを課題とする。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するため本発明の車両用四輪操舵装置
では、アクチュエータ系に1次遅れをもたせると共に、
演算系の制御伝達関数を通常の操舵入力周波数域では影
響の小さい2次の項を削除して2次/1次の式とした。
即ち、車両の走行状態に応じて後輪の転舵角を制御す
る後輪転舵角制御手段を備えた車輪用四輪操舵操におい
て、 前記後輪転舵角制御手段は、前輪転舵角のラプラス変
換値をδf(s),後輪転舵角のラプラス変換値をδr(s)
した時、 但し、s;ラプラス演算子 K;ヨーレイト定常ゲイン τ12;車両諸元,車速により決まる定数 T0;演算系の1次遅れ定数 T;アクチュエータ系の1次遅れ定数 の制御伝達関数による後輪転舵角が与えられ、前輪転舵
角に対する車両のヨーレイトの発生特性が1次遅れの出
力となる様に制御を行なう手段である事を特徴とする。
(作 用) ハンドル操舵時には、後輪転舵角制御手段において、
車両諸元,車速によって各定数τ12,T0,Tが求めら
れ、これらとヨーレイト定常ゲインKを基に、前記
(2)式の制御伝達関数で与えられる後輪転舵角δ
なるように後輪を転舵する制御が行なわれる。
この制御において、演算系の1次遅れ定数T0をT0=T1
−Tとすると、 となり、アクチュエータ系の1次遅れ定数Tがある程度
小さければ、 となる。
即ち、後輪転舵角を決定するにあたって、演算系とア
クチュエータ系とのトータルシステムでの制御伝達関数
(2′)式の分母、分子には共にラプラス演算子sに関
して2次の項(s2)と1次の項(s)と定数項とを含む
為、後輪は前輪転舵角δのみならず転舵角速度や転舵
角加速度に応じて制御されることになる。
従って、ヨーレイト特性のゲインフラット化、位相遅
れの減少化、ステップ操舵時のオーバーシュートの防止
等が達成され、設定した目標ヨーレイト性能にほぼ近似
するヨーレイト定常特性及びヨーレイト過渡特性を得る
ことができる。
また、アクチュエータ系の伝達関数 に1次の遅れをもたせている為、非常に応答性の高いア
クチュエータを必要とせず、システムの簡素化を図るこ
とができる。
また、演算系の伝達関数 は、2次/1次の演算式としている為、2次/2次の演算式
の場合のような演算の高速化を必要とせず、例えば、8
ビットの容量をもつマイクロコンピュータでも十分で演
算を可能とすることができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
第1図は実施例の車両用四輪操舵装置を示し、左右の
前輪1L,1Rは、ステアリングホイール3によりステアリ
ングギヤ4を介して転舵可能とされている。尚、前輪転
舵角δは、ステアリングホイール操舵角をθ、ステア
リングギヤ比をNとすると、δ=θ/Nで表される。
左右の後輪2L,2Rは、トランスバースリンク5L,5R及び
アッパーアーム6L,6Rを含むリヤサスペンション装置に
より車体のリヤサスペンションメンバ7に懸架されてい
て、後輪転舵の目的のため左右のナックルアーム8L,8R
間をアクチュエータ9及びその両端のサイドロッド10L,
10Rにより相互に連結させている。
前記アクチュエータ9は、スプリングセンタ式復動液
圧シリンダとし、その2室が夫々管路11L,11Rにより電
磁比例式圧力制御弁12に接続される。尚、この制御弁12
には、更にポンプ13及びリザーバタンク14を含む液圧源
の液圧管路15及びドレーン管路16が夫々接続されてい
る。
前記電磁比例式圧力制御弁12は、スプリングセンタ式
3位置弁とし、両ソレノイド12L,12RのOFF時の管路11L,
11Rを無圧状態にし、ソレノイド12のON時に通電量に比
例した圧力を管路11Lに供給し、ソレノイド12RのON時に
通電量に比例した圧力を管路11Rに供給するものであ
る。る。
尚、アクチュエータ9と電磁比例式圧力制御弁12と
で、後輪転舵制御システムのアクチュエータ系が構成さ
れ、このアクチュエータ系には、前輪転舵角のラプラス
変換値をδf(s),後輪転舵角のラプラス変換値をδr(s)
とした時、 の制御伝達関数式であらわされる1次遅れ特性をもたせ
ている。
但し、Tはアクチュエータ系の1次遅れ定数であり、
sはラプラス演算子である。
前記ソレノイド12L,12RのON,OFF及び通電量は、コン
トローラ17により電子制御し、このコントローラ17は第
2図に示す如くデジタル演算回路17aと、デジタル入力
検出回路17bと、記憶回路17cと、D/A変換器17dと、駆動
回路17eとで構成されている。
前記コントローラ17では、ステアリングホイール3の
操舵角θを検出する操舵角センサ18からの信号及び車速
Vを検出する車速センサ19からの信号を夫々、デジタル
入力検出回路17bを経て入力し、デジタル演算回路17aに
おいて、これらの入力情報及び記憶回路17cのROMに格納
されている定数や記憶回路17cのRAMに一時記憶させてい
る情報を基に下記の演算式を演算し、演算結果に対応し
た後輪転舵角δに関するデジタル信号をD/A変換器17d
によりアナログ信号に変換する。このアナログ信号は駆
動回路17eにより後輪転舵角δに対応した電流iに変
換され、制御弁12に供給される。
この際、コントローラ17は、制御弁12のいずれのソレ
ノイド12L,12Rに電流iを供給すべきかを操舵角θから
決定し、対応する管路11L又は11Rに電流i(後輪転舵角
δ)に応じた液圧を発生させる。アクチュエータ9
は、この液圧に応じた方向へ又はこの液圧に応じた距離
だけストロークし、サイドロッド10L及び10Rを介した後
輪2L及び2Rを対応方向へ演算結果に応じた角度だけ転舵
することができる。
尚、デジタル演算回路17aで演算される式は、前輪転
舵角のラプラス変換値をδf(s),後輪転舵角のラプラス
変換値をδr(s)とした時、 但し、K;ヨーレイト定常ゲイン τ12;車両諸元,車速により決まる定数 T0;演算系の1次遅れ定数 であらわされる制御伝達関数である。
そして、後輪2L及び2Rに後輪転舵角が与えられ、前輪
転舵角δに対する車両のヨーレイトの発生特性が1
次遅れの出力となる様に制御を行なう装置としている。
次に、作用を説明する。
まず、車両の目標性能を、前輪転舵角δに対する車
両のヨーレイト特性が1次遅れの出力となる下記の伝達
関数あらわされる特性を得る様に設定する。
但し、0;ベース車の定常ヨーレイト K,τ;定数 s;ラプラス演算子 これに対し、車両の運動方程式は次式により表される
ことが知られている(第3図参照)。
車両質量をM、車両の横変位加速度を、車速をV、
ヨーレイトを、前輪のサイドフォースをF1、後輪のサ
イドフォースをF2とすると、 M(+V・)=F1+F2 が求まり、車両のヨー慣性モーメントをI、ヨー角加速
度を、車両重心から前車軸までの距離をa、車両重心
から後車軸までの距離をbとすると、 I・=a・F1−b・F2 が求まり、前後輪の等価コーナリングパワーを夫々C1,C
2、前輪転舵角をδ、後輪転舵角をδ、車両の横変
位加速度をとすると、 が求まる。
そして、上記4種の運動方程式をラプラス変換し、上
記(3)式の目標車両特性を得るべく分母,分子共にラ
プラス演算子sに関して2次/2次の制御伝達関数の形で
まとめると、 となる。
但し、lはホイールベース長で、l=a+bである。
そして、上記(4)の理論式を簡略化すると、 但し、s;ラプラス演算子 K;ヨーレイト定常ゲイン τ12,T1,T2;車両諸元,車速により決まる定数 となる。
この(1)式において、T2・s2の項のT2の数値は、他
の数値に比べて小さく、通常のハンドル操舵周波数であ
る1Hz〜2Hz程度では、影響がきわめて少ないことに着目
し、このT2・s2の項を削除して得たものが下記の演算系
の制御伝達関数(2′)であり、T2・s2の項を削除に伴
なって設定したのが下記のアクチュエータ系の制御伝達
関数(2″)である。
ここで、ヨーレイト特性1次遅れ系(ヨーレイトの1
次遅れ時定数50msec)を実現する具体例について説明す
る。
*車両諸元 ホイールベース 2.55m 前輪〜重心間距離 1.07m 質量 146kg・s2/m ヨー慣性 205kg・s2・m 前輪等価コーナリングパワー 6900kg/rad 後輪等価コーナリングパワー 9200kg/rad *理論制御 車速120km/hの時で、ヨーレイト定常ゲインKは2WSの
ままのK=0とすると、 *実施例制御 アクチュエータ系の遅れ定数T=0.08とすると T0=T1−T=0.4594−0.08=0.3794 T0・T=0.3794×0.08=0.0304 となり、実施例制御での伝達関数は、 となる。
即ち、(1a)式と(2a)式とを比較した場合には、s2
の定数が0.0205と0.0304というようにわずかに異なるだ
けである。
以上説明してきたように、実施例装置にあっては、下
記に列挙する特徴を合せて有する。
演算系とアクチュエータ系とのトータルシステムで
の制御伝達関数(2)式の分母,分子には共にラプラス
演算子sに関して2次の項(s2)と1次の項(s)と定
数項とを含む為、後輪2L,2Rは前輪の転舵角のみならず
転舵角速度や転舵角加速度に応じて制御されるし、上記
(1a)式と(2a)式との比較から明らかな様に実施例制
御は理論制御とほぼ一致する制御となり、設定した目標
ヨーレイト性能にほぼ近似するヨーレイト定常特性及び
ヨーレイト過渡特性を得ることができる。特に、下記の
点についての特性を実現することが出来る。
・ ヨーレイト周波数特性として、ヨーレイトゲインの
高周波数域までのフラット化を実現出来る(第4図)。
・ ヨーレイト位相遅れの減少化を実現出来る(第5
図)。
・ レーンチェンジ時等のステップ操舵時、ハンドル切
り始めの際のヨーレイトのオーバシュートを小さく出来
る(第6図)。
尚、第7図はステップ操舵時のハンドル操舵角特性
で、第8図にはその時に前記ヨーレイトのオーバシュー
トの低減を実現出来る後輪転舵角特性が示されていて、
ハンドル切り始めの時期には一時的に後輪2L,2Rが前輪1
L,1Rと逆位相に切れ、その後、同位相に転じ、更に、所
定の時定数をもって後輪転舵角δが零に収束する。
アクチュエータ系の伝達関数 に1次の遅れをもたせている為、アクチュエータ9及び
電磁比例式圧力制御弁12等によるアクチュエータ系は高
応答であることを必要とせず、システムの簡素化を図る
ことができる。
演算系の伝達関数 は、2次/1次の演算式としている為、2次/2次の演算式
の場合のような演算の高速化を必要とせず、例えば、8
ビットの容量をもつマイクロコンピュータでも十分で演
算を可能とすることができる。
以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体
的に構成はこの実施例に限られるものではない。
(発明の効果) 以上説明してきたように、本発明にあっては、前輪転
舵角に対する車両のヨーレイトの発生特性が1次遅れの
出力となる様に後輪を転舵制御する車両用四輪操舵装置
において、アクチュエータ系に1次遅れをもたせると共
に、演算系の制御伝達関数を通常の操舵入力周波数域で
は影響の小さい2次の項を削除して2次/1次の式として
制御を行なう構成とした為、車両のヨーレイト性能を目
標ヨーレイト性能にほぼ近似させながら、システムの簡
素化及び演算の簡素化を図ることが出来るという効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の車両用四輪操舵装置を示す全体
図、第2図は実施例装置の後輪転舵角制御系を示すブロ
ック図、第3図は車両の旋回時における運動モデル図、
第4図はハンドル操舵周波数に対するヨーレイトゲイン
特性図、第5図はハンドル操舵周波数に対するヨーレイ
ト位相遅れ特性図、第6図はステップ操舵時のヨーレイ
トタイムチャート図、第7図はステップ操舵時のハンド
ル操舵角特性図、第8図はステップ操舵時の後輪転舵角
のタイムチャート図である。 1L,1R……前輪 2L,2R……後輪 3……ステアリングホイール 4……ステアリングギヤ 5L,5R……トランスバースリンク 6L,6R……アッパアーム 7……リヤサスペンションメンバ 9……アクチュエータ 12……電磁比例式圧力制御弁 17……コントローラ 18……操舵角センサ 19……車速センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の走行状態に応じて後輪の転舵角を制
    御する後輪転舵角制御手段を備えた車両用四輪操舵装置
    において、 前記後輪転舵角制御手段は、前輪転舵角のラプラス変換
    値をδf(s),後輪転舵角のラプラス変換値をδr(s)とし
    た時、 但し、s;ラプラス演算子 K;ヨーレイト定常ゲイン τ12;車両諸元,車速により決まる定数 T0;演算系の1次遅れ定数 T;アクチュエータ系の1次遅れ定数 の制御伝達関数による後輪転舵角が与えられ、前輪転舵
    角に対する車両のヨーレイトの発生特性が1次遅れの出
    力となる様に制御を行なう手段である事を特徴とする車
    両用四輪操舵装置。
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CN110418725B (zh) * 2017-03-15 2022-12-27 Agc株式会社 带后视镜的车辆用夹层玻璃

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