JPH07112826B2 - 四輪操舵車の後輪操舵制御方法 - Google Patents

四輪操舵車の後輪操舵制御方法

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JPH07112826B2
JPH07112826B2 JP59087094A JP8709484A JPH07112826B2 JP H07112826 B2 JPH07112826 B2 JP H07112826B2 JP 59087094 A JP59087094 A JP 59087094A JP 8709484 A JP8709484 A JP 8709484A JP H07112826 B2 JPH07112826 B2 JP H07112826B2
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steering
vehicle
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wheel steering
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ハンドルの回動による前輪の操舵に連動して
後輪をも操舵するようにした四輪操舵車の後輪操舵制御
方法に関する。
〔従来の技術〕
従来から、車両の操安性を向上させる方法として、ハン
ドルの回動操作に対するヨーレートの応答の位相ずれを
低減することが提案されており、特開昭57−15066号公
報には、これを、ハンドルの回動操作による前輪の操舵
に連動して後輪を操舵することにより実現しようとする
四輪操舵車の後輪操舵制御方法が示されている。ここで
は、後輪を前輪操舵角速度に比例して操舵することによ
り、ハンドルの回動操作に対するヨーレートの応答の位
相ずれをヨー運動に関係した車両の固有振動数ωn付近
にてゼロにしているが、同固有振動数ωnをはずれた周
波数においては前記位相ずれをゼロにできないという問
題、すなわち前記位相ずれをなくすことができないとい
う問題を持っている。特に、この位相ずれは、中高速走
行時においてハンドルの回動操作による車両の旋回に対
して操安性を悪化させる。
〔発明の目的〕
本発明は、かかる問題に着目してなされたもので、その
目的は、中高速走行中の車両のハンドルの回動操作に対
するヨーレートの応答の位相ずれを前記固有振動数ωn
付近だけではなく、全周波数領域にわたってゼロにし得
てすなわち全周波数領域にわたってなくすことができる
ようにして、車両の操安性をより一層向上させることの
できる四輪操舵車の後輪操舵制御方法を提供することに
ある。
〔発明の構成〕
上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、
前輪操舵角速度fに係数aを乗算した第1制御項a・
fと、前輪操舵角βfに係数kを乗算した第2制御項
k・βfとの和である制御舵角a・f+k・βfに後
輪を操舵する車両の中高速走行時における後輪操舵制御
方法において、前記第1制御項a・fが後輪を前輪の
操舵方向とは逆方向に操舵する項として作用するように
前記係数aの値を設定するとともに同係数aの絶対値が
車速の増加にしたがって減少するように同係数aの値を
設定し、かつ第2制御項k・βfが後輪を前輪の操舵方
向と同方向に操舵する項として作用するように前記係数
kの値を設定するとともに同係数kの絶対値が車速の増
加にしたがって増加するように同係数kの値を設定し
て、ハンドルの回動操作に対するヨーレートの応答の位
相ずれを車速とは無関係に全周波数領域にわたってなく
すようにしたことにある。
〔発明の作用・効果〕
上記のように構成した本発明においては、後輪を制御舵
角a・f+k・βfに制御するとともに、係数a,kの
値を上記のように設定して、ハンドルの回動操作に対す
るヨーレートの応答の位相ずれを車速とは無関係に全周
波数領域にわたってなくすようにしたので、車両の中高
速走行中においては車速が変化しても、あらゆる周波数
成分を有するハンドルの回動操作に対してヨーレートの
応答の位相ずれがなくなる。その結果、車両の中高速走
行中においては、ハンドルを急に回動したり、同ハンド
ルをゆっくり回動したり、車速が変化しても、車両に発
生するヨーレートをハンドルの回動操作に対して時間遅
れなく対応させることができるので、車両の操安性を大
幅に向上させることができる。
このことを、ハンドルの回動操作により車両が直進状態
から定常円旋回状態に移行する場合を例にして説明して
おく。まず、ハンドルの回動操作の初期においては、第
2制御項k・βfが小さく前輪が操舵されていく過程に
おいて、後輪は第1制御項a・fに支配されて前輪の
操舵方向とは逆方向に操舵される。この後輪の操舵は、
車両のヨー運動をハンドルの回動方向に促進して車両に
発生するヨーレートの位相遅れをなくすので、車両の回
頭性(操縦性)が良好になる。一方、ハンドルの回動操
作から多少の時間が経過して前輪操舵角βfが増加し始
めると、第2制御項k・βfが作用し始め、この第2制
御項k・βfは後輪を前輪の操舵方向と同方向に操舵し
て、ハンドルの回動操作に対して車両に発生するヨーモ
ーメントを抑制するように作用するので、安定した車両
挙動が得られる。さらに時間が経過して、ハンドルの回
動角が目標値に近づくとハンドルの回動速度は減少し、
車両のヨー運動をハンドルの回動方向に促進する第1制
御項a・fが減少してゼロになる。これにより、車両
の回頭のし過ぎが抑止され、ハンドルの保持と同時に、
車両を定常円旋回状態に移行できる。この定常円旋回状
態への移行後には、第2制御項k・βfが後輪を前輪の
操舵方向と同方向に前輪操舵角βfに比例した舵角に保
持するので、車両はハンドルの操舵に対して低い感度で
ヨーレートを発生しながら旋回し続け、車両の走行安定
性が良好になる。そして、これらの一連の現象は、係数
a,kを車速に応じて変化させることにより車速が変化し
ても維持されるので、本発明によれば、中高速走行時に
おける車両の回頭性及び走行安定性が常に良好になる。
〔実施例〕
以下に本発明を図面に基づいて説明する。第1図は四輪
操舵車の操舵系を概略的に示した図であり、同操舵系に
おいては、ハンドル1を回動操作することにより、シャ
フト2、ピニオン3、ラックバー4、前輪ナックル5を
介して前輪タイヤ6が従来車と同様に操舵される。シャ
フト2には前輪操舵角βfおよび前輪操舵角速度fを
検出するセンサ7が取付けられていて、同センサ7から
の信号は車速uを検出するセンサ8からの信号と共に後
輪舵角演算器9に入力される。演算器9では前輪操舵角
βf、前輪操舵角速度fおよび車速uに基づいて後輪
操舵角βrが算出され、これが差動増幅器10に出力され
る。差動増幅器10は、後輪舵角検出器11で検出される後
輪実操舵角βroに対応する電圧と後輪演算操舵角βrに
対応する電圧との差(βr−βro)を増幅器12に出力
し、増幅された(βr−βro)を制御信号として電気油
圧サーボ弁13を制御する。サーボ弁13はエンジン等によ
って駆動される油圧ポンプ14で発生する油圧のオイルシ
リンダ15への給排を制御し、後輪ナックル16を介して後
輪タイヤ17の操舵角を制御する。上記のごとく、後輪実
操舵角βroは、前輪操舵角βf、前輪操舵角速度f及
び車速uに対応してフィードバック制御され、後述のご
とく、ハンドルの回動操作に対するヨーレートの応答の
位相ずれを生ずることなく車両を旋回運動させることが
可能となる。
しかして、ハンドル操作角に対する車両のヨーレートの
応答はよく知られている様に、伝達関数の形式で、次の
様に書ける。
(α0,β,ζn,ωnは車両により決まる定数、Sはラプ
ラス演算子) 上式(1)は分子に1次進め系、分母に2次遅れ系を有
しているため、全体としては1次遅れ系に相当する形と
なっており、高周波数領域での位相遅れが生じてしま
う。
従って、伝達関数▲G βf▼(s)の分子を2次進め
系 S2+2ζrωrS+ωr2 …(2) となる様に工夫し、しかも、 ζr=ζn …(3) ωr2=ωn2 …(4) の2つの条件を満足させることができれば、伝達関数▲
βf1▼(s)を下式(5)のように単なる比例要素
とすることができ、前記位相ずれを完全にゼロとするこ
とが可能となる。
(α1,ζr,ωrは車両により決まる定数) 本発明では、上記を実現させるために、第1図の演算器
9において下式(6)の演算を行わせるものである。
βr=a・f+k・βf …(6) 上式(6)の係数a,kに必要とされる条件を以下に説明
する。
車両におけるロールの影響を無視した第4図の車両モデ
ルにおいて、車速をu、車両横速度をv、ヨーレートを
r、前輪操舵角をβf、後輪操舵角をβr、ホイールベ
ースをL、前輪と車両重心との距離をLf、後輪と車両重
心との距離をLrで表し、かつ前輪タイヤの一輪当りのコ
ーナリングパワをCf、後輪タイヤの一輪当りのコーナリ
ングパワをCr、車両重心まわりの慣性モーメントをIz、
車両質量をMとして、横方向及びヨーイング方向の運動
方程式をラプラス変換しマトリックスの形で表すと下式
(7)のようになる。
上式(7)の(V(s),R(s))の係数行列を とおいて、(V(s),R(s))について解くと となる。
従って、車両の横速度v、ヨーレートrの前輪操舵角β
fに対する伝達関数は、 となる。ここで、ヨーレートrの伝達関数▲G βf
(s)を具体的に示すと、 ただし α=−2aCrLrM/(MIz) となり、伝達関数の分母、分子ともにSの2次式で構成
できる。ここで、上式(3),(4)の条件を当てはめ
ると、係数a,kに関する連立方程式が求まり、これを解
くと、ハンドルの回動操作に対するヨーレートの応答の
位相ずれを完全にゼロとする係数a,kを求めることがで
きる。各係数a,kを具体的に解くと、下式(9),(1
0)のようになる。
すなわち、各係数a,kは車速uをパラメータとして、簡
略な形で示すと、下式(9)′,(10)′のようにな
る。
(A,B,C,D,Eは定数) なお、当然のことながら、上式(9)′,(10)′は簡
略化された車両モデルを用いて算出したものであるた
め、A,B,C,D,Eのパラメータ値は、車両の諸パラメータ
から、算出される厳密な値を取るのではなく、実験等で
修正した値を用いることになるが、車速uに対する各係
数a,kの変化の関数の形は上式(9)′,(10)′のま
まである。
従って、前輪操舵角βfをk倍した値と前輪操舵角速度
fをa倍した値の和に対応させて後輪操舵角βrを制
御するように、特に、各係数a及びkを車速uに応じて となるように変化させるようにすれば、あらゆるハンド
ルの回動操作に対するヨーレートの応答の位相ずれを完
全にゼロにすることが可能となり、車両の操安性を大幅
に向上させることができる。
また、第2図、第3図は、それぞれ各係数a,kの車速u
に対する値を、ある車両を例にして計算して示したもの
である。第2図に示すように、係数aは全車速域に渡っ
て後輪を前輪の操舵方向とは反対方向に操舵するための
負の値に設定されており、車速uが例えば0〜20Km/h程
度の極低車速域においては車速uの増加に従って係数a
の絶対値|a|は急激に増加する。そして、車速uが例え
ば20Km/h以上の極低車速域〜高車速域においては、車速
uの増加に従って係数aの絶対値|a|は徐々に減少す
る。また、第3図に示すように、係数kは、後輪を前輪
の操舵方向とは反対方向に操舵するための負の値から、
後輪を前輪の操舵方向と同方向に操舵するための正の値
に車速uの増加にしたがって変化するように設定されて
いる。車速uが例えば0〜60Km/h程度の極低車速域〜中
車速域においては、係数kは絶対値の大きな負の値から
「0」に車速uの増加に従って比較的急激に変化する。
車速uが例えば60Km/h程度以上の中高車速域において
は、係数kは「0」から絶対値の小さな正の値に比較的
緩やかに変化する。
そして、第3図から明らかなように低車速域では係数k
の値が負となるため、低車速時において小さい半径での
旋回が可能となり、低車速時の操縦性、安定性を向上さ
せることができる。また、前述のハンドルの回動操作に
対してヨーレートの位相ずれを完全にゼロにして車両の
操安性を大幅に向上させることを、操安性が特に問題と
なる中高速走行時にハンドルの回動操作によって車両が
直進状態から定常円旋回状態に移行する場合を例にして
説明しておく。
まず、ハンドルの回動操作の初期においては、後輪の制
御操舵角βr=a・f+k・βf中の第2制御項k・
βfが小さく前輪が操舵されていく過程において、後輪
は第1制御項a・fに支配されて前輪の操舵方向とは
逆方向に操舵される。この後輪の操舵は、車両のヨー運
動をハンドルの回動方向に促進して車両に発生するヨー
レートの位相遅れをなくすので、車両の回頭性(操縦
性)が良好になる。一方、ハンドルの回動操作から多少
の時間が経過して前輪操舵角βfが増加し始めると、第
2制御項k・βfが作用し始め、この第2制御項k・β
fは後輪を前輪の操舵方向と同方向に操舵して、ハンド
ルの回動操作に対して車両に発生するヨーモーメントを
抑制するように作用するので、安定した車両挙動が得ら
れる。さらに時間が経過して、ハンドルの回動角が目標
値に近づくとハンドルの回動速度は減少し、車両のヨー
運動をハンドルの回動方向に促進する第1制御項a・
fが減少してゼロになる。これにより、車両の回頭のし
過ぎが抑止され、ハンドルの保持と同時に、車両を定常
円旋回状態に移行できる。この定常円旋回状態への移行
後には、第2制御項k・βfが後輪を前輪の操舵方向と
同方向に前輪操舵角βfに比例した舵角に保持するの
で、車両はハンドルの操舵に対して低い感度でヨーレー
トを発生しながら旋回し続け、車両の走行安定性が良好
になる。そして、これらの一連の現象は、係数a,kを車
速に応じて変化させることにより車速が変化しても維持
されるので、上記実施例によれば、中高速走行時におけ
る車両の回頭性及び走行安定性が常に良好になる。
なお、各係数a,kは、第2図及び第3図から明らかなよ
うに低車速域にて非常に大きい値となるため、実用面で
問題となる可能性が強い。従って、低車速域では各係数
a,kを上式(9)′,(10)′の関数形をとらず、小さ
な値に固定する等の修正方法も当然のことながら考えら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するに用いられる四輪操舵車の操
舵系を概略的に示す構成図、第2図及び第3図は各係数
a,kの具体的な数値例を示すグラフ、第4図は各係数a,k
を算出するために用いた車両モデル図である。 符号の説明 1……ハンドル、6……前輪タイヤ、7,8……センサ、
9……後輪舵角演算器、10……差動増幅器、11……後輪
舵角検出器、12……増幅器、13……電気油圧サーボ弁、
14……油圧ポンプ、15……オイルシリンダ、17……後輪
タイヤ、βf……前輪操舵角、βr……後輪操舵角、u
……車速、a,k……係数。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】前輪操舵角速度fに係数aを乗算した第
    1制御項a・fと、前輪操舵角βfに係数kを乗算し
    た第2制御項k・βfとの和である制御舵角a・f+
    k・βfに後輪を操舵する車両の中高速走行時における
    後輪操舵制御方法において、前記第1制御項a・fが
    後輪を前輪の操舵方向とは逆方向に操舵する項として作
    用するように前記係数aの値を設定するとともに同係数
    aの絶対値が車速の増加にしたがって減少するように同
    係数aの値を設定し、かつ第2制御項k・βfが後輪を
    前輪の操舵方向と同方向に操舵する項として作用するよ
    うに前記係数kの値を設定するとともに同係数kの絶対
    値が車速の増加にしたがって増加するように同係数kの
    値を設定して、ハンドルの回動操作に対するヨーレート
    の応答の位相ずれを車速とは無関係に全周波数領域にわ
    たってなくすようにしたことを特徴とする四輪操舵車の
    後輪操舵制御方法。
JP59087094A 1984-04-27 1984-04-27 四輪操舵車の後輪操舵制御方法 Expired - Lifetime JPH07112826B2 (ja)

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