JPH01202581A - 前後輪操舵車輌に於ける後輪転舵角制御方法 - Google Patents

前後輪操舵車輌に於ける後輪転舵角制御方法

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JPH01202581A
JPH01202581A JP63212260A JP21226088A JPH01202581A JP H01202581 A JPH01202581 A JP H01202581A JP 63212260 A JP63212260 A JP 63212260A JP 21226088 A JP21226088 A JP 21226088A JP H01202581 A JPH01202581 A JP H01202581A
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修 古川
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    • B62D7/00Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14Steering 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

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

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】 [発明の目的] 〈産業上の利用分野〉 本発明は、可及的に狭い屈曲路を走行し得るように、前
後輪操舵車輌に於ける後輪の操舵角の最適な制御方法に
関する。
〈従来の技術〉 前輪のみが操舵可能な従来形式の4輪車輌に於ては、第
1図に示されるように、点0を中心とする旋回時に例え
ば前後の内輪2.3の軌跡4.5が一致せず、所謂内輪
差が発生する(尚、矢印Fは車輌の進行方向を示す)。
旋回時の外輪についても、内外輪の実質的な軸距に差が
あることがら内輪差よりもやや小さいものの、外側の前
輪及び後輪の軌跡の間にも内輪差と略同様の偏差が発生
する。そのため、狭隘箇所を車体1の前部が通過し得て
も車体1の後部が障害物に接触しがちとなり、狭い屈曲
路を通過しようとする時等の車輌の取回し性に問題があ
ることが知られている。
そこで、第2図に示されているように、前輪2と共に後
輪3を逆位相に同一角度転舵するような前後輪操舵車輌
が提案され、これによれば定常旋回時には前後輪の軌跡
4.5が一致することがら、従来形式の前輪のみを操舵
する車輌に比較して取回し性が大幅に改善される。
しかしながら、このような前後輪操舵車輌に於ても、内
輪差が0となるのは定常旋回時に限られ、第3図に示さ
れたように、車体1の位置が■の状態から■の状態に向
けて01を中心とする右回りの定常旋回を行なった後、
■により示される位置に向けて02を中心とする左回り
の定常旋回を行った場合、前後輪2.3の軌跡4.5は
、実線及び破線によりそれぞれ示されるように、旋回方
向を切り換えた時に一致せず、取回し性の改善効果が不
十分となる。実際には、操舵角が連続的に変化すること
となり、後輪は、前輪の軌跡に対して複雑に偏位した軌
跡」ユを運動することとなる。
〈発明が解決しようとする課題〉 このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、定常的な旋回時のみならず、過渡的な旋回時にあっ
ても前後輪が同一の軌跡を描くように前後輪操舵車輌に
於ける後輪の制御を行い、車輌の取回し性を最適化する
ことにある。
本発明の第2の目的は、前後輪操舵車輌に於いて前後輪
の軌跡を一致させるための簡便な方法を提供することに
ある。
本発明の第3の[1的は、前後輪操舵車輌に於いて、高
速域にあっては操縦安定性を確保し、低速域にあっては
車輌の取回し性を改善するような後輪の転舵角制御方法
を提供することにある。
[発明の構成] く課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、前後輪操舵車輌に
於ける後輪の転舵角制御方法であって、後輪が前輪の軌
跡を追従するように、後輪の位置に於ける前輪の軌跡の
接線方向に後輪の転舵方向を常に一致させ、或いは、各
時点に於ける後輪の転舵角を、前輪がその点にあった時
点の前輪の転舵角から、前記両時点間での車輌のヨー角
度変化を減算した値に、所定の修正係数を乗算して求め
ることを特徴とする後輪転舵角制御方法を提供すること
により達成される。
〈作用〉 このようにして、常に車輌の内輪差をOl又は必要最少
限とすることができるため、運転者は前輪の位置のみに
注目して運転を行えばよい等、車輌の取回し性を大巾に
改善することができ、車体の大きさを意識してハンドル
操作を行う必要が無くなるため、車輌の運転が極めて容
易に行い得るようになる。
〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。
第4図は、本発明に基づく後輪の制御方法が適用された
前後輪操舵車輌の走行の状況を示すもので、車***置が
■、■、■により示されるように変化する場合に、前後
輪2.3の軌跡4.5が完全に−・致し、車輌の取回し
性が最適化されている。
第5図は、このような後輪の転舵角制御を実現すための
理論を示すもので、前輪2の描く軌跡4の曲線に沿って
距¥41を変数とする座標軸を想定する。前輪2が、こ
の曲線上の座標iに於ける点1)1にある時の車輌のヨ
ー角度をψ(i>とし、車体1に対する前輪2の転舵角
をδf(i)とし、同じく車体1に対する後輪3の転舵
角をδr(i)とする。この時、後輪3はPOの位置に
あり、POの座標をi−Δiとする。前輪2が点Poに
あった時の車輌のヨー角度は!(i−Δi)であって、
その時の前輪転舵角はδf(i−Δi)となる。
この時、点POに於ける前輪2の転舵方向と、後輪3の
転舵方向が絶対空間上で一致していればよい。即ち、 δr(i−Δi) 十 重(i−Δi)=  δr(i
)   十  ’中li>        (1)この
式から、後輪3の車体1に対する転舵角δr(i)は、 δr(i)  =  δf (i−Δi)+’LV(i
−Δi) −ψ(i>    (2)により与えられる
。頗ち、各点に於ける後輪3の転舵角は、その点に於け
る前輪2の転舵角からヨー角度の変化を減じた値に設定
すればよいことが分かる。
第6図はこのようなアルゴリズムに基づき後輪の転舵角
を制御し得る前後輪操舵車輌をモデル化して示すもので
、前輪2は、操舵輪6により操作される前輪用ステアリ
ングギヤボックス7により転舵され、後t13は、モー
タ9により操作される後輪用ステアリングギアボックス
8により転舵される。前輪2の転舵角は、舵角センサ1
1により検知されるが、このセンサ11の出力は制御用
コンピュータ10に供給され、後記するように後輪の転
舵角を決定するために用いられる。後輪用ステアリング
ギヤボックス8にも同様な舵角センサ12が付設され、
後輪3の転舵角が同じく制御用コンピュータ10に供給
されるが、この舵角センサ12の出力は、制御用コンピ
ュータ10により後輪の舵角を決定したときに、このよ
うな舵角を実現しようとするサーボ動作のために用いら
れる。
更に、前後輪の回転数を検出するための走行距離センサ
または車速センサ13a、13b、14a14bの出力
も制御用コンピュータ10に供給される。更に、車体の
ヨーレイトを検出するレイトジャイロ15及び車体の絶
対的な方位を検出する方位計16の出力も同じく制御用
コンピュータ10に供給される。
第7図は、式(2)により示されたアルゴリズムを実行
するための構成を機能的に示すブロック図である。例え
ば、走行距離センサ13a〜14bの出力に基づき走行
距離の演算を走行距離演算回路20により行い、その出
力iを遅延回路21に供給する。この遅延回路21には
、舵角センサ11により得られた前輪の転舵角δf(i
)が供給される。各時点に於ける前輪の転舵角はメモリ
22に一旦記憶され、Δiに相当する遅延時間の後に前
輪の転舵角δf(i−Δi)を遅延回路21から出力さ
せる。レイ1〜ジヤイロ15の出力であるヨーレイトr
を、前輪がPOからPlに至るまでの時間即ちi−Δi
からiに至る間の時間に亘って積分器23により積分し
、その結果を遅延回路21の出力から減じることにより
後輪の転舵角δr(i)を得る。ヨー角型の変化量を測
定するには、レイトジャイロ15に代えて方位計16に
より直接的に求めることもできる。また、レイ1〜ジヤ
イロ15と方位計16とを組み合わせ、レイトジャイロ
15の積分演算によるドリフトの影響と、方位計16の
精度の不十分さとを互いに補うようにすることもできる
また、前輪と後輪の軌跡上の距離の差Δiは車輌の軸距
(ホイールベース)にほぼ等しいとして、近似的な計算
を行うことによっても十分な効果を得ることができる。
次に、レイトジャイロや方位計を用いずにヨー角の変化
を推定する方法について述べる。
車輌の軸距(トレッド)をdとし、左右の車輪の回転数
から換算した走行距離をそれぞれΔiR1Δi[とする
と、ヨー角変化量Δ市は、Δ市 = (ΔiR−ΔiL
)/d       (3)により推定することができ
る。これを用いて、δr (i)  −δf(i−Δi
)−Δv (4)から後輪転舵角を決定することもでき
る。
更に、次の式によりヨー角変位量を推定することもでき
る。
Δψ 二 ψ(i)  −重(i−Δ1)=(1/j2
)f(sf (i*) −sr (i*) l di *    (5)但し、
i*は積分を行うために用いる補助変数であり、βは前
出の軸距(ホイールベース)である。
この式から、 sr(i)  =  sf(i−Δ1)−(1/β>、
f<sf (i*) 一δr(i*))di*    (6)が導かれ、車輪
の回転速度及び前輪の転舵角のみから最適な後輪転舵角
を演算することができる。
即ち、第8図に示されている構成により、次のようにし
て、後輪転舵角を演算することができる。
先ず、走行距離センサ13a〜14bの出力に基づき走
行距離の演算を走行距離センサn30により行い、その
出力iを遅延回路31に供給する。
この遅延回路31には、舵角センサ11により得られた
前輪の転舵角δf (i)が供給される。各時点に於け
る前輪の転舵角はメモリ32に一旦記憶され、Δiに相
当する遅延時間の後に前輪の転舵角δf(i−Δi)を
遅延回路31から出力さぜる。積分器34の出力及び遅
延回路31の出力の和が後輪転舵角δr(i>として与
えられるが、積分器34の入力としては、後輪転舵角δ
r(i)から前輪転舵角δf (i)を減じたものに乗
算器33により所定の定数を乗算したものを用いる。
このようにして、車輌の収り回し性を大幅に改善するこ
とができるが、実際には各時間ステップ間の前輪及び後
輪の走行距離に差があることから、前記したようなアル
ゴリズムを実行しようとする場合に問題が生じる。即ち
、前輪の転舵角を、所定の時間スデップ毎、又は前輪の
所定の走行距離ステップ毎に記憶するが、後輪が、必ず
しも各スチップ毎に前輪が過去に占めた位置と同一の点
に位置するとは限らず、何等かの修正を加える必要があ
る。また、前記した実施例に於いては、車輌の、例えば
右車輪のみに着目してアルゴリズムを実行したが、周知
のように、車輌の左右輪の転舵角は一般的に異なってお
り、−mに、4つの車輪を常に同一の旋回中心を有する
ように転舵するのが望ましい。従って、右車輪の転舵角
のみに着目して実際の転舵を行なった場合には、運転者
に対して微妙な違和感を与える虞れがある。
第9図〜第15図について以下に説明する実施例は、こ
のような点を考慮したのものでる。
第9図は、前後の車輪がそれぞれsf、−srの転舵角
をもって転舵され、前輪が微少距離dsf、後輪が微少
距離dsr走行し、結果としてdψのヨー変化を引き起
した状態を示すもので、これから、 LdV=dsf sinδf−dsrsinδr  (
8a)dsfcosδf=dsrcO5δr     
(8b)(8b)式から、 dsr =(CO3δf/cosδr)d、sf   
(9a>また、(9a)式を(8a)式に代入すると、
av=(sinδf−cosδf tanδr)dsf
(9b) が得られる。
ここで、現在の前輪の位置を後輪が占めるまでにn−1
個の距離ステップを要するものとする。
従って、各距離ステップに於ける前後輪の転舵角及び車
輌の絶対空間座標に対するヨー角型がδ[(i) sr(i))  i= 1.・・・、n′XP(i) により与えられる。前記した実施例の場合と同様に、各
時点に於ける後輪の位置に於ける、前輪の過去の軌跡の
接線方向に後輪の転舵方向を常に一致させるためには、
各時点に於ける後輪の転舵角は、次の式により与えられ
る。
δr(n)−δf(1)−Σ cl′v(i)    
   (10)i=1 但し、d’+(i)=+ (i+1)−v(i)。
第10図は、実存する左右前後輪に加えて、仮想的な中
央前後輪を想定した場合に、各車輪の転舵角を車輌の旋
回中心Oと共に示す平面図である。
よく知られた幾何学的関係により、第10図を考慮して
、以下の(11)〜(16)式が得られる。
cotδfr= c o tδf−bf/2Lf  (
11)coLδrl=cotδf+bf/2Lf   
(12)c o tδrr−cOL8r十br/2Lr
 (13)cotδrl−cotδr−br/2Lr 
 (14)しanδr −janδf      (1
5)tanδf−tanδ’      (16)但し
、δ[−δrの場合を除く。
第11図は、本実施例のアルゴリズムを説明するための
フロー図である。各時点に於ける仮想前輪の舵角δf、
前輪走行距離S[及び仮想後輪の舵角δrから、くっ)
式を用いてヨー角の変化量6重を求める。続いて、仮想
前輪舵角δf、前輪走行距離の変化量dsf及びヨー角
の変化量6重を各距離ステップi−1、・・・、n毎に
記憶する。
ここで、後輪の位置s r(n)が、前輪の過去の位置
P1に一致した状態から1ステップ進行した場合(Qn
 −Qn+1 > 、後輪の新たな位置Qn+1が、前
輪の次の位置P2を越える場合と越えない場合とがある
が、前者の場合には、第12図に示したように、新たな
演算サイクルに於ける前輪走行圧@sfの最初のステッ
プ長d s f(1)として、dsf(1)−dsr(
1)        (17a>を用いると良い。この
場合には、データ点のシフトは行われず、演算を行うデ
ータ点の数が1つ増える。
後者の場合、即ち後輪の新たな位置Qn+1が前輪の次
の位置P2を越えない場合、第13図に示したように、
新たな演算サイクルに於ける前輪走行圧f@ s fの
最初のステップ長d s f(1)として、dsf(1
)−dsr(1)+dsf(2)   (17b)を用
いると良い。このとき、元の5r(1)はクリアされ、
各データ点は1つ新しい点にシフトされる。
ここで、(9)式に於いて、ヨー角変化が、前輪走行距
離のステップ長の変化に依存することから、第12図に
示した場合にあっては、新たな演算サイクルに於ける6
重(1)として、d市(1) X ((d 5f(1)−d 5r(1)) /d 5
f(1))(18a> を用い、第13図に示した場合にあっては、新たな演算
サイクルに於けるdNIF(1)として、6重(2) x (1−(dsr(1)−dsf(1)) /dsf
(1))(18b) を用いると良い。
このようにして、(10)式により、各時点に於ける仮
想後輪の転舵角δrを求める。このとき、車輌が停止し
ているときや、速度の遅いときに、メモリーがオーバー
フローするのを防ぐために、ある一定距離以上走行しな
いとデータを収り込まないよう制限を設ける。また、イ
ニシャルデータとして、前輪舵角ゼロ、ヨー角ゼロ、前
輪走行距離としてホイールベース長が、それぞれ設定さ
れており、発進時及び後退時には、内部データをイニシ
ャライズするようになっている。
前記したように、前後の左右輪は、仮想前後輪と同一の
旋回中心を有する角度に転舵されなければならない。そ
こで、仮想中央前後輪の舵角δf、δrを求め、次に(
11)弐〜(16)式により左右前輪の舵角δf1、δ
fr及び左右後輪の舵角δr1及びδrrを算出し、実
際の車輪をこれらの値により与えられる角度に転舵する
第14図はこのようなアルゴリズムに基づき前後輪の転
舵角を制御し得る前後輪操舵車輌をモデル化して示すも
ので、前輪102.103及び後輪104.105は、
それぞれ独立した転舵用モータ106・〜109により
転舵され、各転舵用モータは、モータドライバ111を
介して、制御用コンピュータ110により制御される。
各車輪102〜105の転舵角、操舵輪116の操舵角
、車体101のヨーレイト、車体101の絶対的な方位
及び車速が、転舵角センサ112〜115、操舵角セン
サ117、レイトジャイロ118、方位計119、車速
センサ120によりそれぞれ検出され、それらの出力信
号が制御用コンピュータ110に供給される。
一般に、前後輪の軌跡が一致するように後輪を操舵する
必要があるのは、低速で8字、クランク等の複雑な道を
走行する場合に限られる。そこで、低速時のみ前後輪の
軌跡が同一となるように後輪を制御し、ある一定車速以
上ではこの制御を適用しないようにすることが考えられ
る。第15図は、車速に対する舵角ゲインの一例を示す
。極低速時には、前後輪の軌跡が同一となるように2輪
モデルの後輪舵角指令値をそのまま出力するが、車速が
上がるに従い、■の領域のようなゲインを設け、後輪舵
角を小さくし、車輌が急激に旋回するのを防ぐ。その他
の速度領域■、■では、車速に応じて前輪舵角に対する
後輪の舵角比を決定すれば、既存の車速応動型4輪操舵
車の動作を得ることができる。また、車速に限らず、操
舵輪に於ける操舵角に対して後輪舵角を決定すれば舵角
応動型4輪操舵車の動作を得ることができる。更に後輪
舵角をゼロに固定すれば通常の前2輪操舵車と同じ結果
を得ることができる。
〈発明の効果〉 このように本発明によれば、比較的簡単なアルゴリズム
に基づき後輪を転舵することにより車輌の取回し性を大
幅に改善することができ、その効果は極めて大である。
更に、本発明は4輪乗用車のみならず、種々の産業用或
いは土木用車輌、トレーラ、その他4輪以上の複数の車
輪を有する前後車輪操舵車輌に広く応用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は前輪のみが操舵可能である従来形式の車輌に於
ける車輪の軌跡を示す。 第2図は通常の4輪操舵車輌に於ける車輌の軌跡を示す
。 第3図は通常の4輪操舵車輌に於ても非定常の旋回を行
う場合に前後輪の軌跡間に偏差が発生することを示す説
明図である。 第4図は本発明に基づき後輪を転舵する車輌に於ける前
後車輪の軌跡を示す説明図である。 第5図は本発明に基づく後輪の制御方法を説明するため
のモデル図である。 第6図は本発明に基づく方法が適用される前後輪操舵車
輌の概略的な構造を示す平面図である。 第7図及び第8図は本発明に基づく後輪の制御方法を実
施するための異なる実施例を示すブロック図である。 第9図は前後輪の舵角、ヨー角、前後輪の走行距離の関
係を得るための幾何学的説明図である。 第10図は本発明に基づく転舵方法を説明するための模
式的平面図である。 第11図は仮想的中実軸を用いる本発明に基づく後輪の
制御方法を示すフロー図である。 第12図及び第13図は、前後輪走行距離のステップ長
の違いによる演算実行上の問題を回避する方法を示すた
めのダイヤグラム図である。 第14図は本発明に基づく方法の異なる実施例が適用さ
れる前後輪操舵車輌の概略的な構造を示す平面図である
。 第15図は後輪の転舵角を車速に応じて所定の割合で修
正を行なう方法を示すためのグラフである。 1・・・車体      2・・・前輪3・・・後輪 
     4.5・・・軌跡6・・・操舵輪 7.8・・・ステアリングギヤボックス9・・・モータ
     10・・・コンピュータ11.12・・・舵
角センサ 13a、13b、14a、14b ・・・走行距離センサ 15・・・レイトジャイロ16・・・方位計20・・・
走行距離演算回路 21・・・遅延回路   22・・・メモリ23・・・
積分器    30・・・走行距離演算回路31・・・
遅延回路   32・・・メモリ33・・・乗算器  
  34・・・積分器101・・・車体    102
.103・・・前輪104.105・・・後輪 106〜109・・・転舵用モータ 110・・・コンピュータ 111・・・モータドライバ 112〜115・・・転舵角センサ 116・・・操舵輪   117・・・操舵角センサ1
18・・・レイトジャイロ 119・・・方位計   120・・・車速センサ特 
許 出 願 人  本田技研工業株式会社代   理 
  人  弁理士 大 島 陽 −第1図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図 第12図 第13図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)前後輪操舵車輌に於ける後輪の転舵角制御方法で
    あつて、 後輪が前輪の軌跡を追従するように、前記後輪の位置に
    於ける前記前輪の軌跡の接線方向に前記後輪の転舵方向
    を常に一致させることを特徴とする後輪転舵角制御方法
  2. (2)左右一対の車輪からなる前後輪を備える前後輪操
    舵車輌に於ける後輪の転舵角制御方法であって、 仮想的中央後輪が仮想的中央前輪の軌跡を追従するよう
    に、前記仮想的中央後輪の位置に於ける前記仮想的中央
    前輪の軌跡の接線方向に前記仮想的中央後輪の転舵方向
    を常に一致させ、前記中央前後輪により与えられる車輌
    の旋回中心に対して直交するように前記左右前後輪を転
    舵することを特徴とする後輪転舵角制御方法。
  3. (3)前記前輪の軌跡の接線方向に転舵されるべき前記
    後輪の、各時点に於ける転舵角を、前記前輪がその点に
    あった時点の前輪の転舵角から、前記両時点間での車輌
    のヨー角度変化を減算して求めることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項若しくは第2項に記載の後輪の転舵角
    制御方法。
  4. (4)前後輪操舵車輌に於ける後輪の転舵角制御方法で
    あって、 各時点に於ける後輪の転舵角を、前輪がその点にあった
    時点の前輪の転舵角から、前記両時点間での車輌のヨー
    角度変化を減算した値に、所定の修正係数を乗算して求
    めることを特徴とする後輪の転舵角制御方法。
JP63212260A 1987-09-16 1988-08-26 前後輪操舵車輌に於ける後輪転舵角制御方法 Expired - Fee Related JPH078652B2 (ja)

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