JP2827507B2 - 車両用四輪操舵装置 - Google Patents

車両用四輪操舵装置

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JP2827507B2
JP2827507B2 JP2332011A JP33201190A JP2827507B2 JP 2827507 B2 JP2827507 B2 JP 2827507B2 JP 2332011 A JP2332011 A JP 2332011A JP 33201190 A JP33201190 A JP 33201190A JP 2827507 B2 JP2827507 B2 JP 2827507B2
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    • B62D7/06Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
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    • B62D7/15Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/159Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition

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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、走行状態に応じて目標の車両特性が得られ
るのように前輪及び後輪を補助転舵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63−287676号公報(特願昭
62−121015号)及び特開平1−202579号公報(特願昭63
−25223号)に記載されているようなものが知られてい
る。
前者の従来公報には、後輪同相ディレイ制御を発展さ
せ、ドライバーの操舵入力に対する応答特性の向上範囲
の拡大を目指す後輪の2次/1次制御(位相反転制御)に
よる後輪転舵制御技術が示されている。
後者の従来公報には、ヨーレイト特性を1次遅れ系に
し旋回開始時に横加速度の発生をなめらかにすると共
に、ヨーの収れん性を良くすることで操舵応答特性の最
適化を目指すべく上記後輪転舵制御をさらの発展させた
後輪の2次/2次制御による後輪転舵制御技術が示されて
いる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、前者の従来装置にあっては、過渡的に
も定常的にも横すべり角を零となり、ヨーレイト,横加
速度の周波数特性は時定数が1次遅れ特性となり、人間
の運転感性とマッチするが、横すべり角を零とした場合
には、限界域への挙動変化が激しい為適度な横すべり角
を設定する必要がある。しかしこの横すべり角の設定を
行なう為ヨーレイト,横加速度の周波数応答特性が共に
2次遅れ特性となり、収れん性やロール感の自然さを損
なう。
また、後者の従来装置にあっては、ヨーレイトの周波
数応答特性を1次遅れ系にできるが、横加速度の周波性
応答特性において高周波ゲインが伸び位相遅れが小さく
なる。そして、ヨーレイトや横加速度変化ゆるやかにす
るべくヨーレイトと定常ゲインを低下させた場合、横す
べり角のステップ応答特性において逆側成分が発生し、
横移動感や平行ロール感等の不自然な動きが出てしま
う。
本発明は、上述のような点に着目してなされたもの
で、前後輪を共に補助転舵する車両用四輪操舵装置にお
いて、前輪操舵時に理想とする過渡応答特性を実現する
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、ヨーレイト及び横加速度の周波数応答特性を1次
遅れ特性にすると共に、それぞれの位相遅れ時定数を任
意に設定できるように、前輪と後輪でそれぞれ2次/2次
制御を行なう手段とした。
即ち、第1図のクレーム対応図に示すように、車両の
走行状態において前輪1と後輪2の転舵角をそれぞれ制
御する前輪転舵角制御手段3と後輪転舵制御手段4を備
えた車両において、 前記前輪転舵角制御手段3は、前輪操舵入力のラプラ
ス変換値をθ(s)とし、前輪転舵角のラプラス変換値を
δr(s)とした時、 の制御関数で与えられる前輪転舵角が得られる制御を行
なう手段であり、 前記後輪転舵角制御手段4は、前輪操舵入力のラプラ
ス変換値をθ(s)とし、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,K′,τ1′,τ2′,T1,T1′,T2,T2′;車
両諸元によって決定される定数 の制御伝達関数で与えられる後輪転舵角が得られる制御
を行なう手段であり、 上記後輪の2次/2次制御伝達関数によりヨーレイトの
周波数応答特性を1次遅れ特性にし、後輪に対する定常
同相操舵角の与え方によりヨーレイトの定常ゲイン及び
ヨーレイトの1次遅れ時定数を任意に設定可能とし、 上記前輪の2次/2次制御伝達関数により横加速度の周
波数応答特性を1次遅れ特性にし、前輪に対する切り増
し方向の補助舵角の与え方により横加速度の1次遅れ時
定数を任意に設定可能とし、 ヨーレイトの定常ゲイン及び1次遅れ時定数を、旋回
開始時に横加速度の発生をなめらかにすると共にヨーの
収れんを自然に収める設定とし、横加速度の1次遅れ時
定数を、ヨーレイトの時定数より大とする設定としたこ
とを特徴とする。
(作 用) ハンドル操舵時には、前輪転舵角制御手段3において
車両諸元によって各定数K,τ12,T1,T2が求められ、
これらを基に、前記(1)式の制御伝達関数で与えられ
る前輪転舵角δとなるように前輪1を転舵する制御が
行なわれる。
また、後輪転舵角制御手段4において車両諸元によっ
て各定数K′,τ′,τ′,T1′,T2′が求められ、
これらを基に、前記(2)式の制御伝達関数で与えられ
る後輪転舵角δとなるように後輪2を転舵する制御が
行なわれる。
そして、上記(2)式に示す後輪2の2次/2次制御伝
達関数によりヨーレイトの周波数応答特性が1次遅れ特
性とされ、後輪2に対する定常同相操舵角の与え方によ
りヨーレイトの定常ゲイン及びヨーレイトの1次遅れ時
定数が任意に設定可能とされる。
また、上記(1)式に示す前輪1の2次/2次制御伝達
関数により横加速度の周波数応答特性が1次遅れ特性と
され、前輪に対する切り増し方向の補助舵角の与え方に
より横加速度の1次遅れ時定数が任意に設定可能とされ
る。
従って、前輪1の2次/2次制御伝達関数により横加速
度の1次遅れ時定数を設定することで、横加速度周波数
応答特性において後輪の2次/2次制御だけでは達成し得
なかった高周波ゲインの低減を行なうことができるし、
横滑り角ステップ応答特性において横すべり角の逆側成
分の発生を無くすことができる。
即ち、操舵周波数が高周波域で前輪1の切り増し制御
が行なわれた場合、基本的にはヨーレイトの追従を良く
して、旋回軌跡を変える時間がはやくなる。つまり、後
輪の過渡逆相と同じ効果を示すが、前輪側で切り増し制
御によりヨーを発生させる為、横加速度が逆側には発生
せずヨーレイトの定常ゲイン及び1次遅れ時定数のチュ
ーニング幅が広くなる。
そこで、ヨーレイトの定常ゲイン及び1次遅れ時定数
を、旋回開始時に横加速度の発生をなめらかにすると共
にヨーの収れんを自然に収める設定とし、横加速度の1
次遅れ時定数を、ヨーレイトの時定数より大とする設定
とする。
これによって、定常同相操舵角を与える後輪の2次/2
次制御により、ヨーレイトの定常ゲインを低下させるこ
とでヨーレイトや横加速度の変化がゆるやかにされ、前
輪に切り増し方向の転舵角を与える前輪の2次/2次制御
により、ヨーレイトの定常ゲイン低下に伴う横すべり角
のステップ応答特性における逆側成分の発生が抑えられ
る。つまり、ヨーレイト,横加速度,横すべり角のいず
れのステップ応答特性においてもオーバシュートのない
緩やかに変化する特性を示し、加えて、横加速度の1次
遅れ時定数をヨーレイトの時定数より大、つまり、横加
速度の位相遅れをヨーレイトより遅らせることで横加速
度とヨーレイトのバランスが保たれ、旋回トレース感が
向上し、前輪操舵時に理想とする過渡応答特性が実現さ
れる。
(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2図は実施例の車両用四輪操舵装置を示し、左右の
前輪10L,10Rは、ステアリングホイール11によりステア
リングギヤ12を介して操舵可能とされていると共に、ス
テアリングギヤ12のハウジングにフロントパワーシリン
ダ13が設けられ、ステアリングギア12を車体に支持する
弾性体の撓み量の範囲内でだけステアリングギヤ12を車
幅方向にストロークさせ、補助前輪転舵角δを与える
ことが可能とされている。
左右の後輪14L,14Rは、リヤパワーシリンダ15により
補助後輪転舵角δを与えることが可能とされている。
前記フロントパワーシリンダ13及びリヤパワーシリン
ダ15は、スプリングセンタ往復動液圧シリンダとされ、
ピストンにより画成されたそれぞれの2室に制御油圧を
送ることで、目標とする補助前輪転舵角δ及び補助後
輪転舵角δを得るようにしている。
両パワーシリンダ13,15の制御油圧系は、オイルポン
プ16,分流弁17,フロントコントロールバルブ18,フロン
トカットオフバルブ19,リヤコントロールバルブ20,リヤ
カットオフバルブ21,リザーブタンク22を有して構成さ
れている。
前記フロントコントロールバルブ18,フロントカット
オフバルブ19,リヤコントロールバルブ20,リヤカットオ
フバルブ21は、ソレノイド切換バルブ構造であり、各バ
ルブ18,19,20,21には、バルブ駆動制御をするコントロ
ーラ23が接続されている。
前記コントロール23には、ハンドル角センサ24からの
ハンドル角信号,スイッチボックス25からのスイッチ信
号,図外の車速センサからの車速パルス,図外のエンジ
ン回転数センサからのエンジン回転数信号,図外のGセ
ンサからのGセンサ信号,ニュートラルスイッチ信号,
クラッチスイッチ信号,ストップランプスイッチ信号等
が入力される。
そして、コントローラ23からフロントコントロールバ
ルブ18への制御指令により、前輪操舵入力のラプラス変
換値をθ(s)とし、補助前輪転舵角δのラプラス変換
値をδf(s)とした時、 の制御伝達関数で与えられる補助前輪転舵角δが得ら
れる前輪補助舵角制御が行なわれる。
又、コントローラ23からリヤコントロールバルブ20へ
の制御指令により、前輪操舵入力のラプラス変換値をθ
(s)とし、補助後輪転舵角δのラプラス変換値をδ
r(s)とした時、 但し、s;ラプラス演算子 K,K′,τ1′,τ2′,T1,T1′,T2,T2′;車
両諸元によって決定される定数 の制御伝達関数で与えられる補助後輪転舵角δが得ら
れる後輪補助舵角制御が行なわれる。
次に、作用を説明する。
まず、車両の過渡応答特性最適化という観点で仮想し
た車両の操舵応答特性の理想の特性を定量化してあらわ
すと、第3図,第4図及び第5図に示すようになる。
ステップ操舵時の横すべり角特性は、第3図に示すよ
うに、旋回初期に横すべり角の発生が外側へスムーズに
発生し、定常旋回状態に入ったら横すべり角が振動的に
ならないことか必要である。
横すべり角の発生が上記のようになるには、ヨーレー
トψ及び横加速度αの周波数応答特性が、第4図及び第
5図に示すように、1次遅れ系となることが必要であ
る。
即ち、理想とする過渡応答特性を実現するには、下記
の5つの条件を同時に満足することが必要である。
a.限界域へのスムーズな移行の為、過度な横すべり角が
必要。
→限界検知性や限界コントロール性が向上する。
b.横すべり角の発生は旋回外側へスムーズに発生するこ
とが必要。
→旋回姿勢へスムーズに移行することができる。
c.横すべり角が振動的ではなく収れん性が良いことが必
要。
→旋回中にフラツキのない安定感が得られる。
d.ヨーレイト特性は、1次遅れ系が理想。
→適度な位相遅れと、共振ピークのないダイピングの
良さと、高周波ゲインを低減し過敏さを抑える。
e.横加速度特性は、1次遅れ系で、且つ、その時定数が
ヨーレイトの時定数の2倍程度であることが理想(T2
2・T1)。
→横加速度の位相遅れをヨーレイトより遅れせること
でバランスが保たれ、旋回トレース感が向上する。又、
横加速度の高周波ゲインを低減することで過敏な動きが
抑えられ、ロールモードを自然にする。
次に、第6図に基づき後輪2次/1次制御と、後輪2次
/2次制御と、上記(1),(2)式による前・後輪2次
/2次制御の性能比較を行なう。
[後輪2次/1次制御] 制御仕様は、重心点横すべり角を過渡,定常の全域で
零とする後輪2次/1次制御をベースとし、車両性能のバ
ランスをとったものである。
この制御の場合、限界とのつながりを良くする為、適
度な横すべり角をつけている。その為、ヨーレート及び
横加速度の周波数応答特性は2次遅れ系となる。
ヨーレートのステップ応答特性をみると、少しダンピ
ングが悪化するがバランスは良い。
横加速度のステップ応答特性をみると、ベース制御に
比べ変化が少し抑えられ、ロール感もバランスしてい
る。
横すべり角のステップ応答特性をみると、切り始めの
時に横すべり角が逆側(旋回内側)へ発生し、また、横
すべり角に少しのフラツキができことで、収れん性やロ
ール感の自然さが十分ではない。
[後輪2次/2次制御] 制御仕様は、横加速度の発生をなめらかにすると共
に、ヨーの収れんを自然に収める後輪舵角を与えるよう
にしている。
この場合、定常同相操舵角の与え方によりヨーレイト
の定常ゲイン及び1次遅れ時定数は任意に設定可能であ
る。
従って、ヨーレイトの周波数応答特性は1次遅れ系と
なるが、横加速度の周波数応答特性は、1次遅れ系では
なく、少し高周波ゲインがのびる特性を示す。
ステップ応答特性をみると、ヨーレイト,横加速度,
横すべり角のいずれもオーバシュートのないゆるやかに
変化する特性を示すことで、ヨーの収れん性が良くな
る。しかし、横加速度の周波数応答特性において高周波
ゲインがのびることでステップ操舵時等において不自然
な動きをし、旋回トレース感やロール感が劣る。
そこで、定常同相操舵を増して点線特性に示すよう
に、ヨーレイトの定常ゲインを下げて横加速度変化を緩
やかにし、ロール感の自然さを出すようにすることがで
きるが、この場合、横すべり角のステップ応答特性に示
すように、切り始めの時に横すべり角が逆側(旋回内
側)の発生量が増大し、横移動感や平行ロール感が出て
く。
[前・後輪2次/2次制御] 制御仕様のうち後輪制御仕様については、上記後輪2
次/2次制御の仕様と同様であり、前輪制御仕様について
は、制御無しの場合に比べ切り増し方向に補助舵角を与
える制御仕様としている。この場合、後輪側において定
常同相操舵角の与え方によりヨーレイトの定常ゲイン及
び1次遅れ時定数は任意に設定可能であるし、前輪側に
おいて切り増し量の与え方により横加速度の1次遅れ時
間定数は任意に設定可能である。
ヨーレイト及び横加速度の周波数応答特性をみた場
合、いずれも1次遅れ系であり、実線特性においては、
横加速度側の時定数をヨーレイトの時定数のほぼ2倍と
している。
従って、上記の理想とする過渡応答特性を実現するこ
とができる。例えば、適度な横すべり角を持ち、ヨーの
収れん性も良いという上記後輪2次/2次の感覚に加え
て、横すべり角の初期逆側変化が無い為、フロントの向
きがスッと気持良く動く感覚が実現できるし、また、ゲ
インの調整を、後輪定常同相項で行なっても、横加速度
変化は自由に設定できる為、ゲインと横移動感,ロール
感を最適にチューニングできる。
尚、点線特性は横加速度の1次遅れ時定数のみを小さ
くした場合であり、この場合には、横加速度変化が急に
傾向を示し、後輪2次/2次制御に近い傾向となる。
以上説明してきたように、実施例の車両用四輪操舵装
置にあっては、ヨーレイト及び横加速度の周波数応答特
性を1次遅れ特性にすると共に、それぞれに位相遅れ時
定数を任意に設定できるように、前輪と後輪でそれぞれ
2次/2次制御を行なう装置とした為、前輪操舵時に理想
とする過渡応答特性を実現することが出来るという効果
が得られる。
ちなみに、上記要求性能であるa,b,c,d,eの5項目に
ついて、性能評価(チューニング自由度)を概念的にあ
らわしたのが第7図であり、前・後輪2次/2次制御が5
項目全てについて最もバランスがとれて高いチューニン
グ自由度を発揮することが解る。
以上、実施例を図面に基づいて説明したきたが、具体
的な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、前後輪
共に補助転舵する車両用四輪操舵装置において、後輪の
2次/2次制御伝達関数によりヨーレイトの周波数応答特
性を1次遅れ特性にし、後輪に対する定常同相操舵角の
与え方によりヨーレイトの定常ゲイン及びヨーレイトの
1次遅れ時定数を任意に設定可能とし、前輪の2次/2次
制御伝達関数により横加速度の周波数応答特性を1次遅
れ特性にし、前輪に対する切り増し方向の補助舵角の与
え方により横加速度の1次遅れ時定数を任意に設定可能
とし、ヨーレイトの通常ゲイン及び1次遅れ時定数を、
旋回開始時に横加速度の発生をなめらかにすると共にヨ
ーの収れんを自然に収める設定とし、横加速度の1次遅
れ時定数を、ヨーレイトの時定数より大とする設定とし
た為、ヨーレイト,横加速度,横すべり角のいずれのス
テップ応答特性においてもオーバシュートのない緩やか
に変化する特性を示し、しかも、横加速度とヨーレイト
のバランスが保たれ、前輪操舵時に理想とする過渡応答
特性を実現す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図は本発明の車両用四輪操舵装置を示すクレーム対
応図、第2図は実施例の車両用四輪操舵装置を示す全体
システム図、第3図はステップ操舵時に理想とする過渡
応答特性を得る横すべり角の発生特性図、第4図は理想
とする過渡応答特性を得るヨーレイトの周波数応答特性
図、第5図は理想とする過渡応答特性を得る横加速度の
周波数応答特性図、第6図は3種の制御仕様における周
波数応答特性及びステップ応答特性の比較図、第7図は
3種の制御仕様における性能評価比較グラフを示す図で
ある。 10L,10R……前輪 11……ステアリングホイール 12……ステアリングギヤ 13……フロントパワーシリンダ 14L,14R……後輪 15……リヤパワーシリンダ 18……フロントコントロールバルブ 20……リヤコントロールバルブ 23……コントローラ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B62D 113:00 127:00 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B62D 7/14 B62D 6/00

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前輪と後輪の転舵
    角をそれぞれ制御する前輪転舵角制御手段と後輪転舵角
    制御手段を備えた車両において、 前記前輪転舵角制御手段は、前輪操舵入力のラプラス変
    換値をθ(s)とし、前輪転舵角のラプラス変換値をδ
    f(s)とした時、 の制御関数で与えられる前輪転舵角が得られる制御を行
    なう手段であり、 前記後輪転舵角制御手段は、前輪操舵入力のラプラス変
    換値をθ(s)とし、後輪転舵角のラプラス変換値をδ
    r(s)とした時、 但し、s;ラプラス演算子 K,K′,τ1′,τ2′,T1,T1′,T2,T2′;車
    両諸元によって決定される定数 の制御伝達関数で与えられる後輪転舵角が得られる制御
    を行なう手段であり、 上記後輪の2次/2次制御伝達関数によりヨーレイトの周
    波数応答特性を1次遅れ特性にし、後輪に対する定常同
    相操舵角の与え方によりヨーレイトの定常ゲイン及びヨ
    ーレイトの1次遅れ時定数を任意に設定可能とし、 上記前輪の2次/2次制御伝達関数により横加速度の周波
    数応答特性を1次遅れ特性にし、前輪に対する切り増し
    方向の補助舵角の与え方により横加速度の1次遅れ時定
    数を任意に設定可能とし、 ヨーレイトの定常ゲイン及び1次遅れ時定数を、旋回開
    始時に横加速度の発生をなめらかにすると共にヨーの収
    れんを自然に収める設定とし、横加速度の1次遅れ時定
    数を、ヨーレイトの時定数より大とする設定としたこと
    を特徴とする車両用四輪操舵装置。
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