JPH06247330A - トルク感応式四輪操舵システムにおける後輪操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 後輪操舵用のアクチュエータの応答遅れを打
ち消すように後輪を操舵して、車両旋回時の安定性・収
束性を高める。 【構成】 アクチュエータ（モータ）の応答遅れによ
り、従来の後輪操舵制御が二次遅れ制御になっている点
に着目し、後輪舵角目標値δr を、前輪の操舵反力（ス
テアリングトルクＴr ）の一次進みの形で与えること
で、アクチュエータの応答遅れを打ち消して、後輪操舵
制御則を、全体として理想的な制御則である一次遅れ制
御に近付ける（Ｓ５〜Ｓ８）。この場合、後輪舵角目標
値δr は、δr ＝ｋ1(v)・Ｔr ＋ｋ2(v)・ｓ・Ｔr
で求められる。ここで、ｋ1(v)は車速感応トルク比例係
数、ｋ2(v)は車速感応トルク微分比例係数で、これらｋ
1(v)とｋ2(v)は車速Ｖの関数である。また、ｓ・Ｔr は
ステアリングトルクＴr の時間微分のラプラス変換であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、前輪の操舵反力に応じ
て後輪をモータ等のアクチュエータにより操舵するよう
にしたトルク感応式四輪操舵システム（４ＷＳ）におけ
る後輪操舵制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、この種の後輪操舵制御装置におい
ては、例えば、特開平３−１４８３７８号公報に示され
ているように、電動パワーステアリングに、操舵反力を
検出するステアリングトルクセンサを設け、このステア
リングトルクセンサの検出値に応じてモータで後輪を操
舵する方式が提案されている。この方式は油圧機器を使
用しないため、システムの軽量化・小型化や簡素化を実
現できる大きな利点がある。また、現在、電動パワース
テアリングは主に軽自動車や一部のスポーツ車に装着さ
れているため、これらの車種に対する後輪操舵方式とし
て、この方式が一番装着性がよいと考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、操舵反力を入力データとして後輪操舵制御を行う
方式では、次の（１）式で示すように、車両旋回中にお
ける操縦安定性を実現するための後輪舵角目標値δr の
制御則として、操舵反力であるステアリングトルクセン
サの検出値（以下「ステアリングトルク」という）Ｔr
に比例して一次遅れを入れた制御則が理想であると考え
られている。

【０００４】 δr ＝ｋ1 ・Ｔr ／（１＋τ・ｓ） ……（１） （ｋ1 ：比例定数、τ：一次遅れ時定数、ｓ：ラプラス演算子） この制御則を使って、後述する応答遅れのない理想的ア
クチュエータ（モータ）を使用した場合のトルク感応式
４ＷＳの旋回特性をシミュレーションしたものが図４
（ｂ）のグラフである。これは時速１００Ｋｍ／ｈでス
テアリングを約０．６秒で３０°切った場合の旋回特性
である。この際、ステアリングを切る動作は図４（ｂ）
の前輪舵角の曲線に表されている。

【０００５】これと同じ条件で２ＷＳの場合の旋回特性
をシミュレーションしたものが図４（ａ）のグラフであ
る。このグラフに示されている横Ｇ（横加速度）、前輪
コーナリングフォース、ヨー角速度、重心点横滑り角
は、図５に示されている物理量である。つまり、重心点
横滑り角βは、車両が実際に進んでいる方向（ベクトル
Ｖ）と車両中心軸とのずれ角であり、ヨー角速度ｄψ／
ｄｔは重心点を中心に車両が回転する角速度であり、横
Ｇ（ａy ）は車両重心点にかかる車両中心軸と９０°の
角度をなす方向の加速度であり、前輪コーナリングフォ
ースは左右の前輪にかかる車両中心軸から９０°の角度
をなす方向の力ＦflとＦfrの和である。この力がステア
リングトルクセンサに操舵反力Ｔr として検出される。

【０００６】図４（ａ）と（ｂ）とを比較すると、
（ａ）の２ＷＳの場合、ヨー角速度が大きく立ち上がっ
た後、大きく立ち下がってオーバーシュートが発生して
しまい、約１秒たって約０．９°／ｓぐらいの値に落ち
着くのがやっとである。一方、理想的なトルク感応式４
ＷＳの場合（ｂ）は、ヨー角速度の立ち上がりが滑らか
で、２ＷＳのようなオーバーシュートは発生せず、約
０．４秒で０．５°／ｓぐらいに落ち着くため、ドライ
バーは、２ＷＳのようなヨーによるオーバーシュートの
違和感を感じずに済み、車両動作も安定している。

【０００７】一方、横Ｇについて言えば、２ＷＳは約１
秒たって約０．４２Ｇぐらいに落ち着くのがやっとであ
るが、理想的なトルク感応式４ＷＳの場合、約０．７秒
で約０．２６Ｇぐらいに落ち着くため、ドライバーが受
ける横Ｇも小さく、車両動作も安定している。また、重
心点横滑り角は２ＷＳは０．６秒で−１°発生している
が、理想的なトルク感応式４ＷＳの場合は、ほとんどゼ
ロで車両進行方向が車両中心軸と一致した素直な旋回特
性となっている。このように、図４（ｂ）に示す理想的
なトルク感応式４ＷＳでは、２ＷＳと比べて操縦性・安
定性が著しく向上した旋回特性となることが分かる。

【０００８】しかしながら、前述した従来の後輪操舵制
御方式では、図６に示すように、モータ制御部１０→モ
ータ１７→後輪操舵機構１８を通して後輪が操舵される
ため、後輪には前述した（１）式で求められる後輪舵角
目標値δr に対して必ず応答遅れが発生する。特に、モ
ータ１７のサーボ応答特性が大きくきいてくるため、図
６に示す構成では、実際には図７に示すように二次遅れ
の応答となってしまう。このアクチュエータ応答遅れを
考慮に入れて、図４と同じ条件で旋回特性をシミュレー
ションしたグラフが図３（ａ）である。この場合、ヨー
角速度は２ＷＳと比べて小さく抑えられてはいるが、図
４（ｂ）と比べたら大きくオーバーシュートしてしま
い、安定性・収束性に欠けていることが分かる。また、
横Ｇについても２ＷＳよりは小さく抑えられているが、
オーバーシュート気味になり、これも安定性・収束性に
欠けていることが分かる。同様に、重心点横滑り角もオ
ーバーシュート的に出ていることが分かる。

【０００９】要するに、前述した（１）式で示される一
次遅れを入れた後輪操舵制御則を実車に適用しても、実
際には、図４（ｂ）のようにはならず、アクチュエータ
（モータ）を含めた後輪操舵機構特有の応答遅れが発生
するため、この応答遅れにより、理想的な後輪操舵状態
（図４（ｂ）参照）からのずれが発生して、図３（ａ）
に示すように車両旋回時の安定性・収束性が悪くなって
しまい、ドライバーに違和感を与えてしまうという問題
が発生する。従って、従来知られている一次遅れを入れ
た後輪操舵則は、このアクチュエータ（モータ）を使う
限り、期待するほどの効果が得られないことが分かる。

【００１０】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、後輪操舵用のアクチュエ
ータの応答遅れを、最初から考慮に入れて、これを補正
する形で後輪を操舵することができて、車両旋回時の安
定性・収束性を飛躍的に高めることができるトルク感応
式４ＷＳにおける後輪操舵制御装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のトルク感応式４ＷＳにおける後輪操舵制御
装置は、後輪を操舵するためのアクチュエータと、前輪
の操舵反力を検出する操舵反力検出手段とを備え、この
操舵反力検出手段の検出値に応じて前記アクチュエータ
を制御して前記後輪を操舵するようにしたものにおい
て、前記アクチュエータに対してその応答遅れを打ち消
すように一次進み制御を行なうように構成したものであ
る。

【００１２】

【作用】本発明は、アクチュエータの応答遅れにより、
従来の後輪操舵制御が二次遅れ制御になっている点に着
目し、アクチュエータに対して、後輪舵角目標を、前輪
の操舵反力（操舵反力検出手段の検出値）の一次進みの
形で与えることにより、アクチュエータの応答遅れを打
ち消して、後輪操舵制御則を、制御系全体として理想的
な制御則［図４（ｂ）］である一次遅れ制御に近付け
る。これにより、図３（ａ）に示すような従来のトルク
感応式４ＷＳにおける車両旋回時の安定性・収束性の悪
さが、図３（ｂ）に示すように、著しく改善され、ほぼ
理想的な後輪操舵制御となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。左右の前輪１１Ｌ，１１Ｒは、例えばラック＆
ピニオン式の電動パワーステアリング装置１２により操
舵される。この電動パワーステアリング装置１２には、
ステアリングシャフト１３とハンドル１４が設けられ、
ステアリングシャフト１３には、操舵反力検出手段たる
ステアリングトルクセンサ１５が設けられている。

【００１４】一方、左右の後輪１６Ｌ，１６Ｒは、アク
チュエータたるモータ１７により後輪操舵機構１８を介
して操舵される。モータ１７には、回転角を検出するロ
ータリエンコーダ等のモータ回転角センサ１９が設けら
れ、また、後輪操舵機構１８には、後輪舵角を検出する
後輪舵角センサ２０が設けられている。これら後輪舵角
センサ２０，モータ回転角センサ１９，ステアリングト
ルクセンサ１５及び車速センサ２１から出力される信号
は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２２に入
力される。

【００１５】このＥＣＵ２２のＲＯＭ（図示せず）に
は、図２に示す４ＷＳ制御プログラムが記憶されてお
り、車速Ｖがしきい値（例えば４０ｋｍ／ｈ）以上のと
きに、モータ１７を制御して後述する４ＷＳ制御を実行
するようになっている。また、ＥＣＵ２２は、システム
異常を検出したときに、それを警告ランプ２３によって
ドライバーに警告するようになっている。

【００１６】本実施例では、後輪舵角目標値δr を次の
（２）式により算出する。 δr ＝ｋ1(v)・Ｔr ＋ｋ2(v)・ｓ・Ｔr ……（２） ここで、ｋ1(v)は車速感応トルク比例係数、ｋ2(v)は車
速感応トルク微分比例係数であり、これらｋ1(v)とｋ2
(v)は車速Ｖの関数である。また、ｓ・Ｔr はステアリ
ングトルクＴr の時間微分をラプラス変換したものであ
る。

【００１７】この（２）式を採用した趣旨は、次の通り
である。即ち、モータ１７の応答遅れにより、従来の後
輪操舵制御が二次遅れ制御になっている点に着目し、後
輪舵角目標値δr を、前輪１１Ｌ，１１Ｒの操舵反力
（ステアリングトルクＴr ）の一次進みの形で与えるこ
とにより、モータ１７の応答遅れを打ち消して、後輪操
舵制御則を、制御系全体として理想的な制御則［図４
（ｂ）］である一次遅れ制御に近付けるものである。

【００１８】要するに、二次遅れ要素の伝達関数１／
｛（ｓ＋ζ）・（ｓ＋η）｝を一次遅れ要素の伝達関数
１／（ｓ＋ζ）に変換するために、下記の（３）式のよ
うに、二次遅れ要素の伝達関数に一次進み要素の伝達関
数（ｓ＋η）を掛け合わせることで、全体として一次遅
れ要素の伝達関数になるという関係を利用するものであ
る。 １／｛（ｓ＋ζ）・（ｓ＋η）｝×（ｓ＋η）＝１／（ｓ＋ζ） ……（３） この場合、後輪舵角目標値δr を、ステアリングトルク
Ｔr の一次進みの形で与えるためには、前述した（２）
式のようにステアリングトルクＴr とこのステアリング
トルクＴr の時間微分値ｓ・Ｔr とを線形結合すれば良
い。

【００１９】このような思想に基づいて導き出された本
実施例の後輪操舵制御則（２）式を用いて、図３（ａ）
と同じ条件で旋回特性をシミュレーションしたグラフが
図３（ｂ）である。（２）式の車速感応トルク比例係数
ｋ1(v)と車速感応トルク微分比例係数ｋ2(v)を適切に選
択することによって、図３（ａ）に示された従来の収束
性の悪さが著しく改善され、図４（ｂ）の理想制御状態
に近づいていることが分かる。例えば、ヨー角速度は、
未だオーバーシュート特性が若干残っているが，図３
（ａ）よりも大きく改善され、オーバーシュート特性が
ほとんど問題にならないレベルにまで抑え込まれてい
る。また、横Ｇ曲線は、オーバーシュートがほぼ完全に
抑えられ、ほとんど図４（ｂ）の横Ｇ曲線と同じ状態と
なっている。また、重心点横滑り角は、ほとんどゼロで
素直な動作特性が実現されている。これらの事から、本
実施例の後輪操舵制御則では、モータ１７の応答遅れが
ない理想的なトルク感応式４ＷＳに近い４ＷＳ制御を実
現できることが分かる。

【００２０】次に、ＥＣＵ２２による４ＷＳ制御の内容
を図２のフローチャートに従って説明する。まず、まず
ステップＳ１でイニシャルチェックを行った後、ステッ
プＳ２で車速センサ２１から出力される車速信号を読み
込んで、車速Ｖを求める。この後、車速Ｖがしきい値
（例えば４０ｋｍ／ｈ）以上であるか否かを判断し、し
きい値より低速の場合には、以下の４ＷＳ制御を実行せ
ずに、ステップＳ２に戻る。

【００２１】一方、車速Ｖがしきい値以上になると、ス
テップＳ３の判断が「ＹＥＳ」となり、ステップＳ４に
進み、４ＷＳ制御を次のようにして実行する。まず、ス
テップＳ４でステアリングトルクセンサ１５の出力値で
あるステアリングトルクＴrを読み込み、ステップＳ５
で、後輪舵角目標値δr を前述した（２）式により算出
する。

【００２２】この後、ステップＳ６で、モータ回転角セ
ンサ１９の出力値を読み込んで、モータ１７の現在位置
が後輪舵角目標値δr と一致しているか否かを判断し
（ステップＳ７）、一致していない場合（「ＮＯ」の場
合）には、ステップＳ８に移行し、後輪舵角目標値δr
に応じてモータ１７の位置決め制御を行い、モータ１７
の位置を後輪舵角目標値δr に一致させる。この際、モ
ータ１７の位置はモータ回転角センサ１９で検出しても
良いし、モータ回転角センサ１９と後輪舵角センサ２０
とを併用して信頼性を向上させるようにしても良い。一
方、ステップＳ７で「ＹＥＳ」の場合、即ち、モータ１
７の現在位置が後輪舵角目標値δr と一致している場合
には、モータ１７の位置を変える必要がないので、モー
タ位置決め制御（ステップＳ８）を実行せずに、ステッ
プＳ９に進む。

【００２３】このステップＳ９では、システム異常のチ
ェックを行い、正常ならば、ステップＳ２に戻って、上
述した４ＷＳ制御を続行するが、異常が発見された場合
にはステップＳ１０に進んで、モータ１７を停止させて
４ＷＳ制御を中止し、警告ランプ２３を点灯して（ステ
ップＳ１１）、ドライバーに警告する。

【００２４】以上説明した本実施例によれば、モータ１
７の応答遅れにより、従来の後輪操舵制御が二次遅れ制
御になっている点に着目し、後輪舵角目標値δr を、ス
テアリングトルクＴr の一次進みの形で与えるようにし
たので、モータ１７の応答遅れを打ち消して、後輪操舵
制御則を、制御系全体として理想的な制御則［図４
（ｂ）］である一次遅れ制御に近付けることができて、
車両旋回時の安定性・収束性を飛躍的に高めることがで
きる。

【００２５】尚、本実施例では、アクチュエータとして
モータ１７を用いたが、二次遅れの応答性を持つアクチ
ュエータを用いた４ＷＳであれば、本発明を同様に適用
できることは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、アクチュエータに対してその応答遅れを打ち
消すように一次進み制御を行なうようにたので、後輪操
舵制御則を、制御系全体として理想的な制御則［図４
（ｂ）］である一次遅れ制御に近付けることができて、
車両旋回時の安定性・収束性を飛躍的に高めることがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す４ＷＳシステム全体の
概略構成図

【図２】４ＷＳ制御の流れを示すフローチャート

【図３】（ａ）従来のアクチュエータ応答遅れを入れた
場合のトルク感応式４ＷＳの旋回特性を示すグラフと、
（ｂ）アクチュエータ応答遅れを打ち消す本実施例の後
輪制御則を用いたトルク感応式４ＷＳの旋回特性を示す
グラフ

【図４】（ａ）２ＷＳの旋回特性を示すグラフと、
（ｂ）応答遅れのない理想的なアクチュエータを使った
場合のトルク感応式４ＷＳの旋回特性を示すグラフ

【図５】車両旋回時に発生する各種物理量を説明する図

【図６】制御系のブロック線図

【図７】従来のモータ応答特性を示す図

【符号の説明】

１１Ｌ，１１Ｒ…前輪、１２…電動パワーステアリング
装置、１５…ステアリングトルクセンサ（操舵反力検出
手段）、１６Ｌ，１６Ｒ…後輪、１７…モータ（アクチ
ュエータ）、１８…後輪操舵機構、１９…モータ回転角
センサ、２０…後輪舵角センサ、２１…車速センサ、２
２…ＥＣＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後輪を操舵するためのアクチュエータ
   と、前輪の操舵反力を検出する操舵反力検出手段とを備
   え、この操舵反力検出手段の検出値に応じて前記アクチ
   ュエータを制御して前記後輪を操舵するようにしたトル
   ク感応式四輪操舵システムにおける後輪操舵制御装置に
   おいて、 前記アクチュエータに対してその応答遅を打ち消すよう
   に一次進み制御を行なうように構成したことを特徴とす
   るトルク感応式四輪操舵システムにおける後輪操舵制御
   装置。