JP2699082B2 - ４輪操舵車両の後輪制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、４輪操舵車両の後輪制御方法に関するもの
である。

従来の技術 前後輪を操舵可能とし高速走行時には前輪と同位相に
後輪を操舵して車両の操安性を向上させる４輪操舵の技
術は、特開昭55−91457号公報以来数多く発表されてい
る。

発明が解決しようとする課題 近年レジャー用にて、車両例えば乗用車の後部にキャ
ンピングカー等のトレーラを連結して走行すると言うケ
ースが増えつつある。

一般に車両自体としては操安性を向上させるためにス
テア特性をアンダステアに設定されているのが普通であ
るが、トレーラ連結点を後輪中心より後方に配置せざる
を得ない車両特に乗用車においては、トレーラ牽引時ス
タビリティファクタがトレーラ非牽引時にくらべて小と
なるのでステア特性はオーバステア側に変化し、このた
めトレーラ牽引車両では高速走行時操安性が低下すると
言う問題を有している。

本発明は前記したような４輪操舵車両において、トレ
ーラ牽引時の後輪操舵制御方法を提供し、その後輪操舵
制御方法によって上記のようなトレーラ牽引時の操安性
低下と言う従来の問題を解決しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、トレーラ非牽引時には転舵係数をkfとし前
輪横すべり角βｆに比例した後輪舵角δｒにてkf＝−δ
r/βｆなる式に基づいて後輪舵角制御を行う４輪操舵車
両において、上記トレーラ非牽引時の転舵係数kfに対し
トレーラ牽引時の転舵係数kftを、 （但し式の記号については第２図の記号説明表参照のこ
と） なる式で求め、トレーラ牽引時はこの転舵係数kftにて
前輪横すべり角に比例した後輪舵角制御を行うことを特
徴とするものである。

作 用 前述したようにトレーラ牽引時は非牽引時に比しステ
ア特性がオーバステア方向に変化しアンダステア傾向が
弱まるので、トレーラ牽引時に非牽引時と同等の操舵を
行うと舵を切り過ぎた状態となりスピンにつながる虞れ
があるが、上記のようなトレーラ牽引時の後輪の転舵係
数制御を行うことにより、トレーラ牽引時のステア特性
は非牽引時のステア特性と同じになり、トレーラ牽引時
の運転操作を容易とし安全性の向上をはかることができ
るものである。

実施例 以下本発明の実施例を付図を参照して説明する。

第１図はトレーラの牽引車両における４輪操舵機構の
一例を示す図であり、１はステアリングハンドル、２は
従来より公知の例えばラックピニオン形式等の前輪操舵
機構、３は前輪である。

４は前輪３に発生する横力（コーナリング・フォー
ス）を検出する横力センサであり、該横力センサ４が検
出した前輪横力CF₁の信号と車速センサ５が検出した車
速Ｖの信号は共にコントロールユニット６に入力され
る。

７はトレーラ牽引状態か否かを検出しその検出信号を
コントロールユニット６にインプットするトレーラ牽引
センサであり、該トレーラ牽引センサ７としては図示の
ようにトレーラを連結したとき必ず結合されるストップ
ランプコネクタを使用するのが最も確実で且つ簡便であ
るが、運転者が手動で切換操作する手動スイッチを用い
ても良い。

コントロールユニット６は、上記横力センサ４からの
前輪横力CF₁の信号から前輪横すべり角βｆを求め なる式で容易に求められる。但しK1は前輪のコーナリン
グパワである）、δｒ＝−kf・βｆなる式（但しkfは転
舵係数であり、該転舵係数kfは車速Ｖの関数として設定
される）にて後輪舵角δｒを演算し、後輪操舵用アクチ
ュエータ例えば電動モータ８に出力信号を発してこれを
作動させ、電磁クラッチ9,減速機構10,リンク機構等よ
りなる後輪操舵機構11を介して後輪12を転舵作動させ、
後輪舵角を検出する後輪舵角センサ13の後輪舵角信号及
びモータ回転速度を検出するモータ回転速度センサ14の
回転速度信号によるフィードバック制御により後輪12を
上記コントロールユニットが求めた舵角δｒ通りに転舵
させるようになっている。

上記前輪の横力を検出する横力センサ４としては、例
えば前輪操舵系統に公知の油圧式パワステアリング装置
を装備した車両であれば、該油圧式パワステアリング装
置のパワシリンダの左右油圧室の油圧差を検出する油圧
差検出手段を用い該油圧差から前輪横力を検出するのが
簡単であるが、その他ステアリングハンドル１の操舵ト
ルクを検出する公知の操舵力検出手段を用いこれから前
輪横力を検出する等、任意の手段が採用され得る。

上記のように前輪横すべり角βｆに比例した後輪舵角
δｒで後輪操舵制御を行う４輪操舵車両において、トレ
ーラ非牽引時のスタビリティファクタAfは、前輪のみの
２輪操舵車両のスタビリティファクタをＡとして、 であり、又トレーラ牽引時のスタビリティファクタAft
は転舵係数をkftとして、 で表わされる（上記（１），（２）式中の各記号は第２
図のトレーラ牽引車両の２輪モデル図及び記号説明表を
参照のこと）。

上記（１），（２）式より、一般的にはkf＝kftであ
るとAft＜Afとなって、トレーラ牽引時には非牽引時に
比しオーバステアに近づく方向にステア特性が変わり、
トレーラ牽引時に非牽引時と同じように操舵すると舵の
切り過ぎとなり車両スピンにつながるおそれが生じる。

そこで本発明では、前輪横すべり角に比例した後輪舵
角制御を行う４輪操舵車両において、トレーラ非牽引時
の転舵係数kfに対しトレーラ牽引時の後輪の転舵係数kf
tを下記に示す式により演算にて求め、トレーラ牽引時
後輪舵角δｒをδｒ＝−kft・βｆにて制御することに
より、トレーラ牽引時と非牽引時の定常的ステア特性を
同じにし、これによりトレーラ牽引時の運転操作の容易
化と安全性の向上をはかったものである。

即ち、前輪横すべり角βｆに比例した後輪舵角δｒで
後輪操舵制御を行う４輪操舵車両において、トレーラ非
牽引時のステア特性は （但しδｆは前輪舵角，δf₀はＶ≒０のときの初期前輪
舵角） であり、トレーラ牽引時のステア特性は （但しδftはトレーラ牽引時の前輪舵角） で表わされる。

ここでトレーラ非牽引時と牽引時のステア特性が変化
しないためには、（３）式と（４）式とをイクオールと
して Af＝Aft ……（５） であれば良く、前記（１），（２）式を用いて（５）式
を解くと、 従って、トレーラ牽引時には（６）式によってkftを求
め、この転舵係数kftにより前輪横すべり角に比例した
後輪舵角制御を行うことによって、トレーラ牽引時も非
牽引時と変わらない定常時ステア特性とすることができ
る。

上記（６）式において、各記号は第２図の記号説明表
に記載しているように、牽引車量及びトレーラの各車両
諸元として定まっている数値であり、コントロールユニ
ット６内に車両諸元記憶装置と転舵係数演算装置を設け
ることにより容易に演算できるものである。

即ち、第３図に示すように、牽引車と被牽引車の各車
両諸元を入力装置ａより入力し、記憶装置b,cに記憶さ
せておくことにより、牽引，非牽引切換装置ｆ即ちトレ
ーラ牽引センサ７からトレーラ牽引信号が入力されたと
き、転舵係数演算装置ｄが、車速検出装置ｅ即ち車速セ
ンサ５から入力される車速Ｖの情報より決定されるトレ
ーラ非牽引時の転舵係数kfと、記憶装置（ｂ），（ｃ）
に記憶している車両諸元とに基づき前記（６）式にてト
レーラ牽引時の転舵係数kftを求め、前輪横すべり角β
ｆの発生時後輪操舵手段制御装置ｇが上記演算にて求め
た転舵係数kftと上記βｆとからβｆに比例した後輪舵
角δｒを求めて後輪操舵装置ｈのアクチュエータ即ち例
えば電動モータ８を作動させるべき出力信号を発し後輪
舵角制御を行うことによって、前述したようにトレーラ
牽引時も非牽引と変わらない定常時ステア特性とするこ
とができ、トレーラ牽引時の操安性の著しい向上をはか
り得るものである。

尚本発明は第１図に示す後輪操舵装置に限らず、前輪
横すべり角βｆに対し後輪舵角δｒを比例的に制御する
任意構成の後輪操舵装置に適用可能である。

以下補足説明として、前輪横すべり角に比例して後輪
舵角制御を行う連結車両（４輪操舵車両＋トレーラ）に
おける前記（１）式及び（２）式（スタビリティファク
タAf,Aft）の誘導について、第２図の２輪モデルを参照
して説明する。

尚トレーラ連結点は当然１個であるが、第２図におい
ては説明しやすくするために牽引車両後部の連結点とト
レーラ前部の連結点とをｘ軸上に前後に別々に表わして
いる。

まず、次のモデルについて考える。トレーラ連結点に
おけるモーメントの伝達は無いものとし、各車輪にはコ
ーナリングフォースのみ作用すると仮定する。更に前後
輪転舵角δf,δｒ、重心点横すべり角β，β′、各車輪
の横すべり角βf,βr,βｔ、連結点折れ曲り角φはいず
れも微小として cos θ≒1,sin θ≒θ,tan θ≒θ とする。また定常走行＝０とする。

ここではx,x′軸方向の運動を無視して良いから車両
の横方向とヨーイング方向についてそれぞれつり合いを
考える。

牽引車部において、 ｙ軸方向の力のつり合いは、 m₁V（＋）＝2CF₁＋2CF₂＋Ｆ ……（11） ｚ軸まわりのモーメントのつり合いは、 I₁＝2l₁CF₁−2l₂CF₂−lhf ……（12） トレーラ部において、 ｙ′軸方向の力とつり合いは、 m₂V′（′＋′）＝2CF₃−Ｆ′ ……（13） ｚ′軸まわりのモーメントのつり合いは、 I₂′＝−2l₄CF₃−l₃F′ ……（14） 連結点では次の拘束条件が成り立つ。

Ｖ′＝Ｖ＋lhφ≒Ｖ ……（15） Ｖ′β′＋l₃′＝Ｖ（β＋φ）−lh ……（16） ＝−′ ……（17） Ｆ′≒Ｆ ……（18） 前輪横すべり角 後輪横すべり角 トレーラ輪横すべり角 さらにコーナリングフォースCF₁,CF₂,CF₃はコーナリ
ングパワをそれぞれK₁,K₂,K₃とすると、 （11），（13），（18）式よりF,F′を消去すると、 m₁V（＋）＋m₂V′（′＋′） −２（CF₁＋CF₂＋CF₃）＝０ 上式に（22）〜（24）式を代入して さらに、（15）〜（17）式を代入して整理すると、 （11），（14），（18）式よりF,F′を消去すると、 I₂′＋m₁l₃V(＋)＋2l₄CF₃−2l₃(CF₁＋CF₂)＝０ 上式に（22）〜（24）式を代入して さらに、（15）〜（17）式を代入して整理すると、 （12），（13），（18）式よりF,F′を消去すると、 I₁−m₂lhV′（′＋′）−2l₁CF₁＋2l₂CF₂ ＋2lhCF₃＝０ 上式に（22）〜（24）式を代入して さらに、（15）〜（17）式を代入して整理すると、 以上、（25），（26），（27）式が車体座標系におけ
る連結車両（牽引車両＋トレーラ）の運動方程式であ
る。

次に定常円旋回とステア特性について考える。

定常円旋回においては、 ＝０ …重心点の横すべり角一定 ＝０ …ヨー角速度一定 ，＝０ …相対角一定 である。（25）〜（27）式に代入してマトリックスで表
現すると次のようになる。

旋回半径をＲとすると、 ここで定常円旋回では＝０だから 次に牽引車両後輪を転舵係数kfとして、 但し、kf＞０（同相操舵） で制御するものとすると、（29）式は ここで（33）式を Δ・ｘ＝ｙ・δｆ とおくと、 （33）式をについて解くと、 ここで（31），（34）式を代入してδｆについて整理す
ると、 （35）式から前輪横すべり角比例式４輪操舵車両のトレ
ーラ牽引時のスタビリティファクタAftは、 トレーラ牽引時の転舵係数をkftとおくと、（35）式
は前記（４）式となり、（36）式は前記（２）式とな
る。

前輪横すべり角比例式４輪操舵車両単体（トレーラ非
牽引状態）では、トレーラに関する項を削除して、同様
の方法から（（35）式，（36）式でm₂＝０とおいても良
い。）、 スタビリティファクタAfは、 （37）式は前記（３）式となり、（38）式は前記（１）
式となる。

上記のようにしてスタビリティファクタAf及びAftを
導くことができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、前輪横すべり角に比例
した後輪舵角制御を言う４輪操舵車両において、トレー
ラを牽引する場合に牽引時の定常的ステア特性が非牽引
時の定常的ステア特性となるように後輪舵角制御を行う
ことにより、トレーラ牽引時も非牽引時と同じハンドル
操作にて充分安全なる走行を行うことができ、操縦安定
性の著しい向上をはかり得るもので、実用上多大の効果
をもたらし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用すべき４輪操舵車両の後輪操
舵装置の一例を示す平面説明図、第２図はトレーラ牽引
４輪操舵車両の２輪モデル図、第３図は本発明における
後輪舵角制御回路例を示すブロック図である。 １……ステアリングハンドル、３……前輪、４……前輪
横力センサ、５……車速センサ、６……コントロールユ
ニット、７……トレーラ牽引センサ、８……電動モー
タ、11……後輪操舵機構、12……後輪、13……後輪舵角
センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トレーラ非牽引時には転舵係数をkfとし前
   輪横すべり角βｆに比例した後輪舵角δｒにてkf＝−δ
   r/βｆなる式に基づいて後輪操舵制御を行う４輪操舵車
   両において、上記トレーラ非牽引時の転舵係数kfに対し
   トレーラ牽引時の転舵係数kftを下記式にて求め、トレ
   ーラ牽引時には該転舵係数kftにて前輪横すべり角βｆ
   に比例した後輪舵角制御を行うことを特徴とする４輪操
   舵車両の後輪制御方法。 但し、牽引車両において、 m₁は車両質量、ｌはホイールベース、l₁は前輪から車両
   重心までの距離、l₂は後輪から車両重心までの距離、lh
   は車両重心からトレーラ連結点までの距離、K₁は前輪コ
   ーナリングパワ、K₂は後輪コーナリングパワ。 トレーラにおいて、 m₂は車両質量、ltはホイールベース、l₃はトレーラの連
   結点から車両重心までの距離、l₄は車両重心からトレー
   ラ輪までの距離。