(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともヨーレート、車速の関数で同相方向に設定されるヨーレート係数、ハンドル角、車速の関数で逆相方向に設定されるハンドル角係数により目標後輪舵角を演算し、この目標後輪舵角に基づいてモータ駆動して後輪を操舵する後輪操舵装置において、
前輪舵角に応じて後輪を転舵する通常モードを、後輪転舵を運転者のマニュアル操作により行うマニュアルモードに切換えるモード切換スイッチと、
このモード切換スイッチを前記マニュアルモードに切換えた時に後輪を右方向に転舵する右切りスイッチ及び後輪を左方向に転舵する左切りスイッチとを設け、
低車速時に前記モード切換スイッチの切換え操作により前記マニュアルモードを判断すると、前記右切りスイッチまたは前記左切りスイッチの操作により前記目標後輪舵角にかかわらずモータ駆動して、後輪を任意にマニュアル操舵させ、
このマニュアルモードへの切換え後、マニュアル操舵による後輪舵角を設定後に車速が所定値に達した場合には、マニュアル操舵された後輪舵角と前記目標後輪舵角との加算により設定した後輪舵角に後輪を操舵させたのち、前記目標後輪舵角へ徐々に戻すことを特徴とする後輪操舵装置の制御方法。
【請求項２】
前記マニュアルモードへの切換え後、マニュアル操舵された後輪舵角が略最大値であり車速が所定値に達した場合には、マニュアル操舵された後輪舵角と前記目標後輪舵角との加算により設定した後輪舵角に後輪を操舵させたのち、前記目標後輪舵角へ徐々に戻すことを特徴とする請求項１に記載された後輪操舵装置の制御方法。
【請求項３】
前記目標後輪舵角へ徐々に戻す際には、加算されたマニュアル操舵によって設定された後輪舵角を、所定の割合で減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載された後輪操舵装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車等の車両の４輪操舵システム（４ＷＳ）において、後輪を電子的に操舵する後輪操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、極低速時のドライバのマニュアル操作による後輪操舵制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、後輪操舵制御は車速感応式であって、低速域では後輪を逆相操舵して小回り性能を向上し、中高速域では後輪を同相操舵し、且つ車速に応じて転舵比を可変制御して車両の安定性を図ることが基本になっている。また近年、車両のヨーイング運動のヨーレート（回転角速度）を高い精度で直接検出するヨーレートセンサが開発されてきている。このヨーレートセンサによると、前輪操舵の場合のみならず、路面状態、横風等の外乱に対する車両の挙動の変化も迅速に検出することができる。そこで車速に応じた逆相方向と同相方向の係数に更にハンドル角やヨーレートを加味して、逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制御で後輪操舵制御する傾向にある。
【０００３】
従って、極低速でハンドルを切る場合は後輪が逆相に操舵制御されて小回り性が向上し、きついカーブを回る場合やＵターンする場合に都合が良い。しかし車両の幅方向に余裕の無い車庫の出し入れや、狭い道路での縦列駐車等の場合には、必ずしも後輪の逆相操舵が好ましいとは言えない。
【０００４】
即ち、極低速時の旋回中心は、図６に示すように前輪７と後輪１１にそれぞれ直角な線の交点に設定される。このため前輪７に対して後輪１１が逆相操舵する場合は、旋回中心Ｐ１が車両の内側に近付いて設定され、小回り性は向上するが、旋回時に車両後端角部Ａがその軌跡Ｓ１のように側方に大きく飛び出す。また後輪１１が操舵しない２輪操舵と同じ場合は、旋回中心Ｐ２が後輪１１上に設定され、旋回半径は大きくなるが、車両後端角部Ａの飛び出しは軌跡Ｓ２のように減る。後輪１１が同相操舵する場合は、旋回中心Ｐ３が更に後方に設定され、車両後端角部Ａは軌跡Ｓ３のように側方に飛び出さなくなる。
【０００５】
このため車庫入れ等の場合に後輪が逆相操舵すると、車両の前後端の角部が側方に飛び出して車庫の壁等に接触し易くなり、かえってハンドル操作することが難しくなる。そこで車庫入れ等の旋回時には、逆相舵角比例制御の通常モードの代りに他のモードを定め、ドライバの判断により車両の小回り性と旋回姿勢を任意に調整可能にマニュアル後輪操舵することが望まれる。
【０００６】
従来、上記後輪操舵制御において特殊モードを設定するものに関しては、例えば特開昭６１−２４１２７６号公報の先行技術がある。この先行技術において、滑り易い低μ路の場合は、後輪逆相転舵域を零または極めて小とした特殊モードに切換えて後輪操舵制御し、車両が急激に方向変換する際のスピン等の危険を回避することが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先行技術のものにあっては、特殊モードの場合に後輪の逆相操舵を大幅に制限する方法であるから、車庫入れ等の場合は小回り性が犠牲になって好ましく無い。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑み、極低速時に任意にマニュアル後輪操舵制御して、車庫入れや縦列駐車等を容易化することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、少なくともヨーレート、車速の関数で同相方向に設定されるヨーレート係数、ハンドル角、車速の関数で逆相方向に設定されるハンドル角係数により目標後輪舵角を演算し、この目標後輪舵角に基づいてモータ駆動して後輪を操舵する後輪操舵装置において、前輪舵角に応じて後輪を転舵する通常モードを、後輪転舵を運転者のマニュアル操作により行うマニュアルモードに切換えるモード切換スイッチと、このモード切換スイッチを前記マニュアルモードに切換えた時に後輪を右方向に転舵する右切りスイッチ及び後輪を左方向に転舵する左切りスイッチとを設け、低車速時に前記モード切換スイッチの切換え操作により前記マニュアルモードを判断すると、前記右切りスイッチまたは前記左切りスイッチの操作により前記目標後輪舵角にかかわらずモータ駆動して、後輪を任意にマニュアル操舵させ、このマニュアルモードへの切換え後、マニュアル操舵による後輪舵角を設定後に車速が所定値に達した場合には、マニュアル操舵された後輪舵角と前記目標後輪舵角との加算により設定した後輪舵角に後輪を操舵させたのち、前記目標後輪舵角へ徐々に戻すことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
上記制御方法による本発明では、車両走行時にヨーレート、ヨーレート係数、ハンドル角、ハンドル角係数により目標後輪舵角が演算され、この目標後輪舵角に基づき後輪操舵装置が作動する。このため車速、ハンドル角、または横風等の外乱により車両の挙動が変化する場合のヨーレートにより、後輪が所望の舵角等を得るように自動的に同相または逆相に操舵され、低速時の旋回性、高速時と外乱に対する安定性が良くなる。一方、極低速時で車両を車庫に出し入れする場合に、モード切換スイッチを操作するとマニュアルモードに切換わり、このとき例えば右切り走行する際に、ドライバの判断で左切りスイッチを操作すると後輪が左に任意に逆相操舵して、車両が急旋回する。また右切りスイッチを操作すると後輪が右に同相操舵して、旋回姿勢が直線化し、これらのマニュアル操舵により車両は狭路から横幅の狭い車庫に安全且つ容易に出し入れすることが可能になる。また、マニュアルモードから通常モードに復帰させるには、マニュアル操舵による後輪舵角を設定後に車速が所定値に達した場合には、マニュアル操舵された後輪舵角と目標後輪舵角との加算により設定した後輪舵角に後輪を操舵させたのち、目標後輪舵角へ徐々に戻す制御がなされて、非低速時のモード切換によって車輌挙動が急変するのを防ぐと同時に、モード切換直後における旋回性を良好にしている。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図２において、車両の駆動系と４輪操舵系の概略について説明する。先ず、車両１においてエンジン２がクラッチ３、変速機４に連結され、変速機４の出力側がフロントデフ５、車軸６等を介して前輪７に伝動構成される。また変速機４の出力側は、プロペラ軸８、リヤデフ９、車軸１０等を介して後輪１１にも伝動構成され、４輪駆動走行する。また４輪操舵系として、前輪操舵装置２０と後輪操舵装置３０を有する。
【００１２】
前輪操舵装置２０は、ハンドル２１を有するステアリングシャフト２２が、油圧式の制御バルブ２３とパワーシリンダ２４、ロッド２５、ナックルアーム２６を介して前輪７に連結され、ハンドル操作により前輪７を手動操舵するように構成される。後輪操舵装置３０は、電動モータ３１を有し、このモータ３１が減速用のウォームギヤ３２を介して偏芯軸３３に連結され、この偏芯軸３３からリンク３４、レバー３５、ナックルアーム３６等を介して後輪１１に連結され、モータ駆動により後輪１１を自動操舵するように構成される。また異常時にモータ電源を切った場合には、ウォームギヤ３２の非可逆性により後輪１１を路面外力に対して所定の舵角状態に保持する。
【００１３】
制御系として、ハンドル角θを検出するハンドル角センサ４０、ハンドル角速度ｄθを検出するハンドル角速度センサ４１、後輪舵角ＥＲを検出する後輪舵角センサ４２、後輪舵角速度ωｒを検出する後輪舵角速度センサ４３を有する。また車両の回頭状態に応じた回転角速度のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ４４、制御用車速Ｖを演算するため前左車輪速Ｎｆｒを検出する前左車輪速センサ４５と後右車輪速Ｎｒｌを検出する後右車輪速センサ４６を有する。
【００１４】
更に、前輪転舵角に応じて後輪を転舵する通常モードを、運転者の手動操作により行うマニュアルモードに切換るモード切換スイッチ４７、このモード切換スイッチ４７の切換えで後輪を右方向に転舵する右切りスイッチ４８及び左方向に転舵する左切りスイッチ４９を有する。これらセンサ及びスイッチ信号は制御ユニット５０に入力して電気的に処理され、後輪の操舵方向、舵角、舵角速度に応じたモータ信号をモータ３１に出力する。
【００１５】
制御ユニット５０は、前左車輪速Ｎｆｒと後右車輪速Ｎｒｌが入力する車速算出部５１を有し、制御用の車速Ｖを、Ｖ＝（Ｎｆｒ＋Ｎｒｌ）／２により算出する。車速Ｖはハンドル角係数設定部５２に入力して、ハンドル角係数Ｋθを車速Ｖの関数で設定し、同時にヨーレート係数設定部５３に入力して、ヨーレート係数Ｋγを同様に車速Ｖの関数で設定する。ハンドル角係数Ｋθは、図３（ａ）の舵角ゲインマップのように車速全域で逆相であり、低中速域において車速Ｖが低いほど値の絶対値が減少変化する特性である。ヨーレート係数Ｋγは、同図のヨーレートゲインマップのように車速全域で同相であり、車速Ｖの上昇に応じて緩やかに増大変化する特性である。そこでこのマップを参照して両係数Ｋθ、Ｋγを設定する。
【００１６】
ハンドル角θとハンドル角係数Ｋθは乗算部５４に入力して両者の乗算値Ｋθ・θを算出し、ヨーレートγとヨーレート係数Ｋγも乗算部５５に入力して両者の乗算値Ｋγ・γを算出する。これら２つの乗算値Ｋθ・θ、Ｋγ・γは目標後輪舵角演算部５６に入力し、目標後輪舵角ＥＴを、
【数１】
0003564612.tif 000002
により算出する。Ｋγ・γの項は車両を安定側に保つ安定要素であり、Ｋθ・θの項は旋回を促進する旋回要素である。
【００１７】
ここで、ヨーレートγは車速全域で旋回や外乱による車両回頭状態に応じて発生し、この係数Ｋγが車速Ｖの増大関数の特性であるため、車速Ｖが大きいほどＫγ・γの値が大きくなる。ハンドル角θは一般に中高速域では非常に小さく、このため係数Ｋθが逆相方向に小さい特性でもＫθ・θの値は零付近になる。そこで中高速域でヨーレートγを検出すると、Ｋγ・γの値により目標後輪舵角ＥＴは同相方向になって、安定性重視で制御される。ハンドル角θの大きい低速域では逆相方向のＫθ・θの値により旋回性重視で制御され、このときヨーレートγの同相方向のＫγ・γの値で安定側に補正される。
【００１８】
目標後輪舵角ＥＴと後輪舵角Ｅｒは偏差算出部５７に入力して偏差ＥＤを、ＥＤ＝ＥＴ−Ｅｒにより算出する。この偏差ＥＤは転舵速度変換部５８に入力し、図３（ｂ）のマップにより偏差ＥＤに応じた転舵速度ωｏに変換する。
【００１９】
続いて、ハンドル角とヨーレートの速度成分について説明すると、ハンドル角速度ｄθとハンドル角係数Ｋθは乗算部６０に入力して両者の乗算値Ｋθ・ｄθを算出する。ヨーレートγは微分部６１に入力してヨーレートγを時間微分することでヨーレート微分値ｄγを算出し、このヨーレート微分値ｄγとヨーレート係数Ｋγが乗算部６２に入力して両者の乗算値Ｋγ・ｄγを算出する。これら２つの乗算値Ｋθ・ｄθ、Ｋγ・ｄγは目標後輪舵角速度演算部６３に入力し、目標後輪舵角速度ｄＥＴを、
【数２】
0003564612.tif 000003
により算出する。この目標後輪舵角速度ｄＥＴは付加転舵速度設定部６４に入力し、図３（ｃ）のマップにより目標後輪舵角速度ｄＥＴに応じた付加転舵速度ω１を設定する。そして転舵速度ωｏと付加転舵速度ω１は目標転舵速度算出部６５に入力して、目標転舵速度ωＴを、
【数３】
0003564612.tif 000004
により算出する。こうして付加転舵速度ω１を加味することで、ハンドル操作や車両挙動変化の状態に対して応答良く制御することが可能となる。
【００２０】
目標転舵速度ωＴと実際値としての後輪舵角速度ωｒは制御量設定部６６に入力し、先ず両者の偏差ωｄを求め、次いで偏差ωｄに応じた比例分と積分分の制御量Ｋｃを定める。そして駆動回路６７により制御量Ｋｃに応じた正転または逆転のモータ電流Ｉをモータ３１に供給するように構成される。
【００２１】
上記通常モード制御系において、更に極低速時のマニュアル後輪操舵制御系について説明する。先ず、車速Ｖとモード切換スイッチ４７、右切りスイッチ４８及び左切りスイッチ４９の信号が入力する低速モード制御部７０を有し、例えば１０ｋｍ／ｈの設定車速以下の極低速時にモード切換スイッチ４７をＯＮすると、マニュアルモードを判断する。そして右切りまたは左切りスイッチ４８，４９をＯＮすると、後輪舵角ＥＲをチェックしてその操作時間によりハンドル操作やヨーレート等とは無関係に、モータ３１を左右の転舵方向へ回して任意に後輪マニュアル操舵する。またモード切換スイッチ４７をＯＦＦすると、直ちに通常モードに復帰する。一方、設定車速以上になると、通常モードの目標後輪舵角に徐々に復帰して車両挙動の急変による不安定化を防ぐように構成される。
【００２２】
次に、この実施例の作用を説明する。先ず、エンジン２を運転し、変速機４の変速動力が駆動系により前輪７と後輪１１に伝達することで、車両１が４輪駆動で走行する。このときドライバがハンドル２１を操作すると、前輪操舵装置２０により前輪７が転舵して手動操舵される。
【００２３】
またハンドル操作による車両走行時に、ハンドル角θ、ハンドル角速度ｄθ、ヨーレートγ、後輪舵角ＥＲ、後輪舵角速度ωｒが検出され、車速Ｖとヨーレート微分値ｄγが算出される。制御ユニット５０では、車速Ｖに応じてハンドル角係数Ｋθとヨーレート係数Ｋγが設定され、これら係数Ｋθ，Ｋγと、ハンドル角θ、ヨーレートγ及びそれらの速度ｄθ，ｄγにより目標とする後輪舵角ＥＴと後輪舵角速度ｄＥＴが算出され、これに基づく転舵速度ωｏと付加転舵速度ω１により目標転舵速度ωＴが算出される。そして目標転舵速度ωＴと後輪舵角速度ωｒにより制御量Ｋｃを定め、この制御量Ｋｃに応じたモード電流Ｉが出力してモータ３１が駆動される。このため後輪操舵装置３０では、モータ３１によりウォームギヤ３２、偏芯軸３３が回転し、リンク３４、レバー３５が左右に揺動する。そして後輪１１が、同相または逆相で所望の舵角や舵角速度を得るように、逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制御して自動的に操舵される。
【００２４】
従って、発進等の低速時にハンドル２１を大きく切ると、目標後輪舵角ＥＴがＫθ・θの値により負になり、後輪１１が逆相操舵して小回り旋回される。このとき急旋回したり、路面μにより車両が回頭してヨーレートγが大きくなると、Ｋγ・γの値により後輪１１の逆相操舵が減少補正され、車両の挙動が安定化される。中高速時の旋回では目標後輪舵角ＥＴが主としてＫγ・γの値により正になって後輪１１が同相操舵され、このため旋回時の車両の安定性が良くなる。また横風等の外乱で車両が左右に急激に回頭すると、ヨーレートγが大きく増減変化してこの車両１の挙動変化が迅速に検出される。そしてＫγ・γの値により後輪１１は車両１が回頭するにもかかわらず同相状態を保持するように操舵され、このため車両１は横風により流されないように安定した姿勢になり、且つスムースに元の進路に戻る。
【００２５】
次いで、極低速で車庫入れする場合の制御を、図４のフローチャートを用いて説明する。先ず、ステップＳ１で車速Ｖ、通常モードの目標後輪舵角ＥＴＯを読込み、ステップＳ２で車速Ｖをチェックして、１０ｋｍ／ｈ以下の極低速の場合はステップＳ３へ進む。そしてモード切換スイッチ４７の操作をチェックして、スイッチＯＮの場合はステップＳ４へ進んでマニュアルモードを判断する。そこで先ず右切りスイッチ４８の操作をチェックし、スイッチＯＮの場合はステップＳ５へ進み、スイッチＯＦＦの場合はステップＳ８へ進んで左切りスイッチ４９の操作をチェックする。
【００２６】
ここで例えば図５のように、車庫７１の直前の狭路７２で略直角に位置する車両１を、右切り前進走行して車庫入れする場合は、左切りスイッチ４９をＯＮする。するとステップＳ８からステップＳ９へ進んで後輪舵角ＥＲを最大値の−２ｄｅｇと比較し、最大値以下の場合はステップＳ１０で目標後輪転舵速度ωＴを設定し、ステップＳ１１でモータ３１を一定速度で左転舵方向へ回す。そしてスイッチ４９から指を離すと、ステップＳ８からステップＳ１２へ進みモータストップして所定の後輪舵角ＥＲだけ左にマニュアル操舵される。また後輪舵角ＥＲが最大値になった場合も、ステップＳ９からステップＳ１２へ進んでモータストップし、ステップＳ１３でこの場合の後輪舵角ＥＲをマニュアルモード解除時のパラメータＥＲ１とする。このため右切り走行する際に後輪１１は逆相操舵され、車両１は狭路７２において旋回半径の小さい状態で有効に急旋回し、車庫７１と略同じ向きになって前方がその内部に入る。
【００２７】
こうして車両１の前方が車庫７１の内部に入った後は、右切りスイッチ４８をＯＮする。するとステップＳ４からステップＳ５へ進んで最大値の２ｄｅｇと比較し、最大値以下ではステップＳ６へ進み同様に目標後輪転舵速度ωＴを設定し、ステップＳ７でモータ３１を一定速度で右転舵方向へ回す。そしてスイッチ４８から指を離すと、ステップＳ４からステップＳ８を介しステップＳ１２へ進んでモータストップし、所定の後輪舵角ＥＲだけ右にマニュアル操舵され、ステップＳ１３でこの場合の後輪舵角ＥＲをマニュアルモード解除時のパラメータＥＲ１とする。このため今度は後輪１１が同相操舵され、車両１は旋回半径が非常に大きくなって旋回姿勢が直線化し、後端角部が狭い車庫７１の側壁に接触することが防止される。こうして車両１を狭路７２から横幅の狭い車庫７１に入れる場合に、ハンドルの切り返しや車両１の車庫壁への接触を回避して安全且つ容易に車庫入れされる。
【００２８】
また車両１を車庫７１から出す場合は、上述と逆にスイッチ操作しながら走行すれば良い。そして車両１を出した後にモード切換スイッチ４７をＯＦＦすると、ステップＳ３からステップＳ１４へ進み通常モードの目標後輪舵角ＥＴＯを目標後輪舵角ＥＴにして直ちにマニュアルモードから通常モードに復帰し、ステップＳ１５へ進んで通常制御する。このためハンドル２１を切り戻すと、後輪１１も元に戻る。
【００２９】
また車両１を車庫７１から出した際に車速Ｖが、１０ｋｍ／ｈ以上に上昇すると、ステップＳ２からステップＳ１６へ進んで時間の経過状態をチェックし、例えば０．１秒以内の場合はステップＳ１８へ進み、目標後輪舵角ＥＴを通常モードの目標後輪舵角ＥＴＯにマニュアルモード解除時のパラメータＥＲ１を加算して設定し、ステップＳ１５で通常制御する。そして０．１秒を経過すると、ステップＳ１６からステップＳ１７へ進みマニュアルモード解除時のパラメータＥＲ１を所定の割合で減少する。こうしてこの場合も通常モードに復帰するが、車両走行中に通常モードの目標後輪舵角ＥＴに徐々に復帰することで、車両挙動の急変が防止される。
【００３０】
尚、左切りやバックで車庫入れする場合、縦列駐車等の場合にも、スイッチ操作して同様にマニュアル後輪操舵制御することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施例について説明したが、これのみに限定されない。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によると、逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制御により後輪を自動的に操舵する後輪操舵装置において、極低速時にモード切換スイッチの操作によりマニュアルモードを判断すると、右切りスイッチまたは左切りスイッチの操作により目標後輪舵角にかかわらずモータ駆動して、後輪を任意にマニュアル操舵するので、車両の小回り性と旋回姿勢を調整することができ、このため狭路から狭い車庫の出し入れや縦列駐車を安全且つ容易に行うことができる。モード切換スイッチ、右切りスイッチ及び左切りスイッチを追加するだけであるから、構造も簡素化する。また、非低速時におけるマニュアルモードから通常モードへの復帰に際しては、モード切換によって車輌挙動が急変するのを防ぐと同時に、モード切換直後における旋回性を良好に確保することができる。
【００３３】
また後輪操舵の小回り性の機能をマニュアルモードでのマニュアル操作で担うようにすれば、ハンドル角やその角速度のセンサが不要になる。このためシステムの大幅なコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る後輪操舵装置の制御方法に適した制御系を示すブロック図である。
【図２】車両の駆動系と４輪操舵系の概略を示す構成図である。
【図３】ハンドル角係数とヨーレート係数を設定するマップ、転舵速度に変換するマップ、付加転舵速度を設定するマップを示す図である。
【図４】マニュアルモードのマニュアル後輪操舵制御を示すフローチャートである。
【図５】車庫入れ状態を示す図である。
【図６】極低速時の後輪操舵に対する旋回中心を示す説明図である。
【符号の説明】
３０  後輪操舵装置
３１  電動モータ
４０  ハンドル角センサ
４４  ヨーレートセンサ
５０  制御ユニット
５２  ハンドル角係数設定部
５３  ヨーレート係数設定部
５６  目標後輪舵角演算部
７０  低速モード制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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