JPH0285077A - 四輪操舵車の後輪制御方法 - 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］ 本発明は、四輪操舵車（以下ＪＷＳ車と呼ぶ）の操舵応
答特性を改善するための後輪転舵角の制御方法に関する
ものである。

具体的には、高い横加速度（横Ｇ）で旋回中の操舵応答
特性を改善する目的で、横加速度に応じて前後輪の転舵
比を可変とする制御を行うものである。

［従来の技術及び課題］ 前輪のみ操舵する車両（以下２ＷＳ車と呼ぶ）の操舵応
答特性について、まず考察する。

ＺＷＳ車では、直進時と旋回時でハンドル操舵に対する
ヨ一応答特性が同じではなく、旋回時に、しかも横加速
度が高いほどヨーレイトゲインは低下することが多い、
これは主として、前輪タイヤのコーナリングパワーが横
すべり角の増大に伴って、低下するという非線形な特性
によるためである。

このように、ＺＷＳ車の旋回時のヨ一応答は、前輪タイ
ヤの横すべり角に対する横力発生の特性に支配される。

車両の重量、ヨー慣性モーメント、ホイールベース、ト
レッド、タイヤ等の諸元は同じままで、旋回時のヨ一応
答特性を変えるには、前後サスペンションのロール剛性
配分やアライメント変化を調整する方法が一般的にとら
れる。しかし、この方法は、旋回時の車体の応答を受動
的に利用して、前後輪タイヤの横力発生特性を旋回状態
に応じて変えるという原理を応用しているので、ヨ一応
答を変えられる巾はそれほど大きくなく、かつ、車速や
横加速度等の各種の運動状態に応じてきめ細かく設計者
の希望する特性となるようにヨ一応答を設定する自由度
もない。

また、かなり高い横加速度の旋回状態では、前輪タイヤ
のコーナリングパワーはほとんど零に近くなり、ヨーレ
イトゲインも零に近くなるか、このときには、車体をヨ
一方向に回転させるために前輪が発生する横力がほぼ頭
打ち（飽和）になっているので、サスペンション細部の
調整を行っても、ヨ一応答はほとんど変化しない。

そして、ＪＷＳ車において、後輪の前輪に対する転舵比
を横加速度に応じて制御することが公知であり、前後輪
の同位相転舵での旋回状態において、高い横加速度では
転舵比を低い値に切換える方法もある（例えば特開昭６
０−１６６５６１号公報等参照）、シかし、このように
、ある一定値の横加速度で転舵比を低い値に切換える方
法では、高い横加速度までスムースなヨ一応答を得るこ
とはできない。

本発明は、以上の点を改善するために、前輪に加えて積
極的に後輪転舵角の制御を行うものである。

即ち、旋回中の横加速度の大きさに応じて、後輪の前輪
に対する転舵比を可変として、直進から高い横加速度の
旋回にいたる各種の旋回状態で、ヨ一応答の設定の自由
度を大巾に上げることを狙いとしている。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を達成すべく本発明は、操舵操作により転舵
される前輪と、前輪の転舵に応じて転舵される後輪と、
横加速度検出手段を備え、後輪の前輪に対する転舵比を
横加速度に応じて可変制御するＪＷＳ車において、 転舵比ｇ（■０）を ｆ　＋（Ｓｔ　ｏ）　−ｇ　（ダｏ）　ｘ　ｔ　ｚ（■
０）≧Ｏ（但し、ｆ、（シ０）＝　Ｃ（ｏ／　ｍ　（、
ｆ　＊（ダｏ）＝ｃｒ。

７ｍ１．ダ。は横加速度、Ｃｒｏ＋　Ｃｒｏは定常円旋
回状態での前後輪の等価コーナリングパワー、ｍｆ、ｍ
ｒ、は前後車軸上の等画質量）の範囲に設定したことを
特徴とする。

［発明の原理］ 定常用旋回中にさらに微小な操舵を加えたときの車両の
ヨ一応答について、力学的な考察を行う。

ヨ一応答は一般的に、前後輪横力Ｆ１．Ｆｔを用いて。

で示す、ヨーモーメントによって支配される。

但し、Ｉ２二車両のヨー慣性モーメント、ｒ：ヨーレイ
ト、ａ：重心から前車軸までの距離、ｂ：重心から後車
軸までの距離。

今、車両は第１図に示す二輪車モデルとし、定常用旋回
中にあり、そのときのハンドル角δｓｗ。

に微小操舵Δδｇｗを瞬間的に加えたときの応答を考え
る。定常円旋回状態での前後輪横力なＦｌｏ。

Ｆ２ｏ、前後輪転舵角をδｆｏｒ　δ、０とし、微小操
舵に対応した前後輪横力及び前後輪転舵角の増量分をそ
れぞれΔＦｌｕΔＦ２、Δδ４．Δδ、とするとヨーモ
ーメントの釣合条件Ｆ１゜ａ＝Ｆ２゜ｂより 今、旋回状態の定常横加速度を９゜とすると。

Ｆ　Ｈｏ／　ｍ　（＝　Ｆ　２ｏ／　ｎｌ　ｒ＝ダ。（
３）の関係がある。但し、ｍ（＋　ｍｒは前後車軸トの
等画質量を表す。

今１前後輪タイヤのコーナリングフォースＦ。

Ｆ２をそれぞれｍｆ、ｍｒで除した値の変化をタイヤ横
すべり角に対して描くと、アンダーステア特性の車両で
は第２図のようになる。このとき　（３）式の定常状態
での前後輪タイヤ横すべり角は、点ｐｃ　、ｐ、て示さ
れる。

ｍ　、　＝　ｍ　ｂ　／　ｌ　、　ｍ　、　＝　ｍ　ａ
　／　ｌの関係から　（２）式は と表せられる。

微小操舵によって増す前後輪タイヤ横すべり角は、操舵
直後では前後輪の微小転舵角Δδｆ。

Δδ、に一致゛する。従って前後輪の横力の微小増加は
、 ΔＦ、＝ｃ、。−Δδｆ、ΔＦ　２　′ｔＣ、ｏ　＊Δ
δ、−＝　（４） 但　し、、Ｃｒ０＝（θ　Ｆ　１　、／　θ　α　ｓ　
　　）　　　、　　　Ｃ，０＝（θＦ、／θα２）は定
常円旋回状態での等価コーナリングパワーを表す（左右
輪の和）。

（４）を（２）に代入し、 の関係を用いると、 ・−（６） 但し、θδ１／θδ、は微小転舵時の前後舵角比を示す
。

（６）の式を（２）′の表現で置き換えると、操舵直後
のヨーモーメント（以下残存ヨーモーメントと呼ぶ）は
、 ・・・　（６）′ 操舵直後の微小時間Δを内にヨーレイトの増加する量を
Δｒとすると、 だから、 ・　Δ　δ。

・・・　（８） 従って、操舵直後の過渡的ヨーレイトゲインは、はぼ次
のようにみなせる。

・−（９） （Ｉｉ）　’式の残存ヨーモーメントと　（９）式の過
渡ｌＪｇコーレイ１へゲインは本質的には同じものであ
り、旋回中の操舵に対するヨ一応答はこれらの式をめや
すに評価できる。

実際に、車両のヨ一応答特性を設定する場合には、直進
時のヨーレイトゲインは、ハンドル角に対する前輪転舵
角のギヤ比ｎによって自由に設定てきるので、絶対値よ
りも、横加速度が増加するに一つれ、ヨ一応答特性がど
のような割合で変化するかが問題となる。

それ故、　　（６）’式、（９）式に共通となっている
、微分すれば得られ、第３図のように９０の関数になる
。

これらの関数を と置くと、（ｌＯ）は （ｉ）ＺＷＳ車の場合 ＺＷＳ車の場合には、後輪転舵角は常に零であるので、 に注目し、横加速度の増加により、どの程度の割合で変
化するかを考察する。

（ｌＯ）式のＣｔｏ／　ｍ　ｔ　＊　Ｃｒｏ／　ｍ　ｒ
は第２図のＦ＋　／ｍｅ　＋　Ｆ！　／ｍｒをタイヤ横
すべり角で従って。

となって、Ｊ（ν０）の変化は前輪タイヤのコーナリン
グパワーの変化に一致する。

即ち、Ｊは定常横加速度ダ。が増すにつれ。

徐々に減少し、第４図のようにダ。がａ、を越えるとＪ
は零となるため、ドライバーがハンドル操作を行っても
車両のヨー運動の制御は行えなくなる。

以上のように２ＷＳ車では、横加速度の増加に伴うヨ一
応答の変化は、前輪タイヤの横力特性に主に支配される
。

（ｉｉ）後輪を前輪と一定の比率にて比例転舵する４Ｗ
Ｓ車の場合 後輪を前輪と同位相に一定の比率で転舵すると、操舵に
対する横加速度応答の遅れが減少し、中高速走行でドラ
イバーにとって操舵が易しくなることは、既に知られて
いる。

このような、後輪転舵角の制御を行ったときには、 ＝ｆｌ（ダｏ）　−ｋ　ｘ　ｆ　２（ダｏ）　　　　　
（１７）となり、Ｊは第５図のｆ、（■０）とｋ　ｘ　
ｆ　２（Ｓ’　Ｏ）の差となり、第６図に示すようにな
る。

即ち、Ｊは定常横加速度ダ。がある値ａｋを超えると、
負になり、ヨ一応答の方向が逆転する。

このように、後輪を前輪と同位相に一定の比率で転舵す
る制御を行っただけでは、横加速度の増加に伴い、ヨ一
応答がスムースでない変化を起こす領域ができる。

（ｉｉ）本発明の効果：後輪の前輪に対する転舵比を横
加速度の大きさに応じて可変に制御するＪＷＳ車の場合 とすると。

であるから、 例えば、第７図のようにｇ（■０）を設定したとすると
、第８図に示すように、横加速度の増加に対して、Ｊ（
ＳＦ。）の減少する比率を少なくでき、高い横加速度ま
でスムースなヨー応答が得られる。

（ｉ）〜（ｉｉｉ）でそれぞれ得られたＪ（■０）のダ
。の増加に対する変化の割合を比較するため、ダ。−〇
のときのＪ（０）でそれぞれ割って無次元化したものを
描くと、第９図に示すようになる。

また１本発明では、希望とするＪ（■０）の目標値Ｊ。

（■０）が与えられたとき、その目標を達成するための
前後転舵比ｇ（ν。）の設定方法もきわめて簡単に行え
る。

（１９）式から ｆ、（ダｏ）−ｇ（ダｏ）ｘ　ｔ　ｉ（ダＯ）＝　Ｊ　
ｏ（ｙ　ｏ）・−（２０） この式をｇ（■０）について解くと、 この（２１）式のｇ（■０）によって、目標ヨ一応答Ｊ
Ｏ（■０）が達成できる。

（２１）式を用いるには、ｔｒｃ■０）、ｆ！（ν。）
をある程度正確に知る必要がある。しかし、実走中タイ
ヤのコーナリングパワーＣ１゜、ＣｒＯは路面状況によ
って変化したり、車両のサスペンション構成によって、
タイヤ単体の特性とは違うものになることも多い。

それ故、（２１）式をだいたいのめやすとして、ｇ（９
ｏ）の設定をまず行い、それから実走テストによってヨ
一応答を確認して、ｇ（■０）の詳細な調整を行うこと
が実際的と言える。

また、実走中に操舵に対するヨ一応答を常時実測し、こ
れと、望ましいヨ一応答の規範モデルに対する応答をコ
ンピュータの数値計算によって出したものと比較し、そ
の誤差に応じて、ｇ（■０）を調整するという「モデル
規範型適応制御」を行えば、制御の効果はさらに大きく
なる。

次に第１０図に示した定常円旋回中の四輪車における挙
動について解説する。ここで説明の簡単化のため、重心
から前後車軸までの距離が等しい四輪車を基にしている
。

■ＺＷＳ車の場合には、（１５）式のＪ（ν。）＝ｆ＋
（４ｉｏ）及び第４図のヨ一応答特性から、定常横加速
度Ｓ’ｏかａｆ未満（ダ６　＝ａ１　、　ａｉ＜ａ（）
では、第１１図（ａ）のように前輪横力Ｆ、が発生する
ものの、ダ０がａ、以上（ν。

≧ａｔ）になると、第１１図（ｂ）のようにＦ。

＝０となり、車両にヨーレイト変化が出なくなる。

■転舵比に一定の４ＷＳ車の場合は、（１７）式のＪ（
νｏ）＝　ｆ　、（４ｉ０）−ｋ　Ｘ　ｆ　２（■０）
及び第６図のヨ一応答特性から、前後輪の同位相転舵状
態において、ダ０かａｋ未満（νｏ　＝ａ１　、　ａ（
＜ａｌ　）で、第１２図（ａ）のように後輪横力Ｆ２も
発生し、Ｆ　ｔ　＞　Ｆ　２　＞　０となっているが、
ダ。がａｋ以上（ダ０≧Ｂｋ、ａｋ＜ａｔ〈ａ７）にな
ると、ヨ一応答が零または負の領域となる。

即ち、横加速度の増加に伴い、ヨ一応答がスムースな変
化をしない領域ができる。

つまりν。＝ａ１．で、第１２図（ｂ）のようにＦ　Ｉ
＝　Ｆ　２となり、ヨーレイト変化が出なくなること、
またν。＝ａ（で、第１２図（Ｃ）のようにＦ２のみ発
生してＦ１＝０となり、意図する旋回方向と逆方向にヨ
ーレイト変化が出てしまうこと、ざらにダ。がａ、以上
（ダ。≧ａ１）になると、第１２図（ｄ）のようにＦ、
＝Ｆ　２　＝　Ｏとなり、ヨーレイト変化が出なくなる
ことによる。

■本発明の後輪制御方法によるＪＷＳ車の場合には、（
１９）式のＪ（ν。）＝ｆ＋（■０）−ｇ（ダ０）×ｆ
２（ν。）及び第９図のヨ一応答特性から、ｆ＋（９ｏ
）−ｇ（９ｏ）ｘｆ＊（シ０）≧ｏであり、前後輪の同
位相転舵状態において、ダ。がａ、。

に達する（ダＯ”ａｉ　＋　ａｉ　＜ａ、　）まで。

第１３図（ａ）のようにＦ　Ｉ＞　Ｆ　２　＞　０とな
っており、意図する旋回方向にヨーレイト変化を発生さ
せることができる。このようにダ。が高い横加速度ａ、
、を超えて（ダ。≧ａ、、）から始めて第１３図（ｂ）
のようにＦ　ｔ　”　Ｆ　２工０となる。

従って従来の４ＷＳ車と比較して高い横加速度までスム
ースなヨ一応答を得ることかてきるものである。

［実施例］ 以下に第１４図以降に示した実施例につき説明する。

４ＷＳシステムの一例としての概略構成を示す第１４図
において、ｌはステアリングハンドル、３はフロントス
テアリングギヤ機構、９は前輪、１１は電動機（アクチ
ュエータ）、１３はリヤステアリングギヤ機構、１９は
後輪、２４，２５．２６，２７．２８は各種センサー、
２９は後輪制御装置（コントローラ）である、ステアリ
ングシャフト２のピニオン４とラック５によるフロント
ステアリングギヤ機構３が設けられ、ラックシャフト６
の両端にタイロッド７．７を介して前輪用ナックルアー
ム８，８が連結されている。また電動ａｌｌからピニオ
ンシャフト１２のピニオン１４とラック１５にょるリヤ
ステアリングギヤ機構１３が設けられ、ラックシャフト
１６の両端にタイロッド１７．１７を介して後輪用ナッ
クルアーム１８，１８が連結されている。電動機１１と
と二オンシャフト１２との間に傘歯車機構２１が設けら
れ、２２．２３は傘歯車である。そして前輪舵角センサ
ー２４．後輪舵角センサー２５、車速センサー２６、横
加速度センサ−２７、ヨーレイトセンサー２８が設けら
れている。

各種センサー２４，２５，２６，２７．２８の検出信号
がコントローラ２９に送られ、このコントローラ２９に
よってアクチュエータである電動機１１を駆動し、前輪
９，９の転舵に対応して以下の如く後輪１９．１９の転
舵を行う。

尚、第１４図では完全電子制御タイプの４ＷＳシステム
を例示したが１本発明の後輪制御は機械式（ギヤ比可変
機構付き等）子電子ハイブリッドタイプの４ＷＳシステ
ムについても成立するものである。

そして後輪制御の信号処理の流れを第１５図に示した。

本発明は前述の（１９）式のＪ（■０）＝　ｆ　＋（ν
。）−ｇ（■０）Ｘ　ｆ　２（Ｓ’。）に基づき後輪制
御を行うものであり、前記第９図から、ｆ、（ダｏ）ｇ
（■０）×ｆｚ（■０）≧０となっている。

まず第１案の制御は第１６図から第１９図に示すように
して行う。

即ち、第１６図において、ステップ（Ｐｌ）にて横加速
度ダ。、ハンドル角（前輪舵角）θｒを読込み、次のス
テップ（Ｐ２）で横加速度ν。をアドレスとして転舵比
ｋを第１７図のデータテーブルｌからマツプ検索する。

そして次のステップ（Ｐ３）にて転舵比にと前輪舵角θ
２に基づき後輪目標舵角θ８ｏを決定して、次のステッ
プ（Ｐ４）で後輪転舵を指令する。

さらに第１８図に示す後輪転舵ルーチンにおいては、ス
テップ（ｐ＋＋）で後輪実舵角θ７を読込み、次のステ
ップ（ｐ＋ｚ）にて目標舵角θＲＯから実舵角θ７を減
じて偏差Δθ７を算出する。そして次のステップ（Ｐｌ
３）にて偏差Δθ８をアドレスとして第１９図のデータ
テーブル２からデユーティ−Ｄをマツプ検索して、次の
ステップ（Ｐｌ４）で偏差ΔＯＲとデユーティ−Ｄに基
づきアクチュエータ１１を駆動する。

このような後輪制御によって例えば前後輪の同位相転舵
状態において、前記第１３図のように横加速度ダ。が前
記第９図のａ、に達するまで、意図する旋回方向にヨー
レイト変化を発生させることができ、従来の４ＷＳ車と
比較して高い横加速度までスムースなヨ一応答を得るこ
とができる。

尚、横加速度の検出としては、実施例のようにセンサー
２７により直接検出するものの他、車速と舵角により演
算にてダ０を求めるようにしても良い。

また第２案の制御は第２０図及び第２１図に示すように
して行うものである。

即ち、第２０図において、ステップ（Ｐ２１）にて横加
速度ダ。、ハンドル角（前輪舵角）θ、及び車速Ｖを読
込み、次のステップ（ｈ２）で車速■をアドレスとして
転舵比に′を第２１図のデータテーブル３からマツプ検
索する。そして次のステップ（Ｐ２３）において、車速
Ｖが前後輪の逆位相領域（低速域）または同位相領域（
中高速域）のいずれにあるかを判別する。つまり逆位相
領域と同位相領域との境界車速Ｖｌ（第２１図参照）以
下の車速Ｖでは（低速、逆位相領域）、ステップ（Ｐ２
４）にて転舵比に′と後輪実舵角ＯＩｌから目標舵角θ
ＲＯを決定する一方、境界車速Ｖ、を超える車速Ｖでは
（中高速、同位相領域）、次のステップ（ｐｚｓ）にて
横加速度ダ。をアドレスとして転舵比ｋを前記第１７図
のデータテーブル１からマツプ検索する。

そして次のステップ（Ｐｉｓ）において、転舵比にと前
記転舵比に′とを比較判別する。つまりｋかに′以上で
は、前記ステップ（Ｐ２４）の処理を行う一方、ｋかに
′未満の場合には、次のステップＣＰ！？）にて転舵比
にと後輪実舵角θ８から目標舵角θ鰐０を決定する。こ
のようにしてステップ（Ｐ２．）またはステップ（Ｐ２
ッ）で決定された目標舵角θ□。に基づき次のステップ
（Ｐ２ａ）で後輪転舵を指令する。

即ち、高速時における車速に応じた高い操縦応答性と良
好なヨ一応答性及び、低速時における小廻り性の向上が
得られる。

このような舵角、横加速度及び車速に対応したきめ細か
い転舵比可変の後輪制御によれば、前記第１３図の同位
相転舵状態において特にヨ一応答の向上のために必要と
なる、横加速度ダ。が前記第９図のａ、に達するまで、
意図する旋回方向にヨーレイト変化を発生させることが
でき、同位相転舵領域での高い横加速度までスムースな
ヨー応答を得ることができる。

尚、以上のフローチャートでは省略したが、第１５図の
ブロック図に示したようにコントローラ２９において、
検出されたヨーレイトｒからヨ一応答を解析し、補正し
て前記（２１）式に基づきｇ（■０）を計算し、さらに
後輪転舵角を計算してアクチュエータ１１を駆動を行う
ものである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、後輪の前輪に対する転舵
比を横加速度に応じて可変制御する４ＷＳ車において、
ｆ、（■０）−ｇ（■０）ｘ　ｆ　ｚ（■０）≧０に従
って後輪制御を行うため、従来よりも高い横加速度まで
スムースなヨ一応答を得ることができ、直進から高い横
加速度の旋回にいたる各種の旋回状態で、ヨ一応答の設
定の自由度を大巾に上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１３図までは本発明の詳細な説明するため
のもので、第１図は操舵応答の二輪車モデルの平面図、
第２図は定常円旋回中の前後輪の単位質量当たりのコー
ナリングフォースの特性図、第３図は同コーナリングパ
ワーの特性図、第４図はＺＷＳ車の場合のヨ一応答の特
性図、第５図は転舵比一定の４ＷＳ車の場合の横加速度
関数の特性図、第６図は同ヨ一応答の特性図、第７図は
本発明の４ＷＳ車の場合の転舵比関数の特性図、第８図
は同ヨ一応答の特性図、第９図はＺＷＳ車及び転舵比一
定ＪＷＳ車と本発明ＪＷＳ車とのヨ一応答を比較した特
性図、第１Ｏ図は定常円旋回中の四輪車の平面図、第１
１図（ａ）及び（ｂ）はＺＷＳ車の挙動を説明する各平
面図。 第１２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）及び（ｄ）は
転舵比一定４ＷＳ車の挙動を説明する各平面図、第１３
図（ａ）及び（ｂ）は本発明ＡＷＳ車の挙動を説明する
各平面図、第１４図から第２１図までは本発明の原理を
適用した実施例を説明するためのもので、第１４図は４
ＷＳ装置の一例としての概略構成図、第１５図は後輪制
御のブロック図、第１６図は第１案を説明する後輪転舵
のフローチャート。 第１７図はデータテーブル１のマツプ、第１８図は後輪
転舵ルーチンのフローチャート、第１９図はデータテー
ブル２のマツプ、第２０図はさらに第２案を説明する後
輪転舵のフローチャート、第２１図はデータテーブル３
のマツプである。 尚１図面中、ｌはステアリングハンドル、３はフロント
ステアリングギヤ機構、９は前輪、１１はアクチュエー
タ、１３はリヤステアリングギヤ機構、１９は後輪、２
４．２５は舵角センサー２６は車速センサー、２７は横
加速度センサ−２８はヨーレイトセンサー、２９はコン
トローラである。 特許比

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 操舵操作により転舵される前輪と、前輪の転舵に応じて
   転舵される後輪と、横加速度検出手段を備え、後輪の前
   輪に対する転舵比を横加速度に応じて可変制御する四輪
   操舵車において、 転舵比ｇ（■＿０）を ｆ＿１（■＿０）−ｇ（■＿０）×ｆ＿２（■＿０）≧
   ０（但し、ｆ＿１（■＿０）＝Ｃ＿ｆ＿０／ｍ＿ｆ、ｆ
   ＿２（■＿０）＝Ｃ＿ｒ＿０／ｍ＿ｒ、■＿０は横加速
   度、Ｃ＿ｆ＿０、Ｃ＿ｒ＿０は定常円旋回状態での前後
   輪の等価コーナリングパワー、ｍ＿ｆ、ｍ＿ｒは前後車
   軸上の等価質量）の範囲に設定したことを特徴とする四
   輪操舵車の後輪制御方法。