(57)【要約】【課題】四輪操舵装置を装備した自動車において、操舵走行時における後輪の走行抵抗を減少する。【解決手段】車速と前輪操舵角とにより二輪モデルとして設定されたマッブ４２ａから後輪操舵角を求め、前輪操舵角と後輪操舵角とによる旋回半径を求め、旋回半径の旋回中心を中心として左右後輪がそれぞれ円周上を転動するように各後輪の転舵角を決定する後輪転舵角決定部４２を設け、その決定された各転舵角となるように、後輪制御部４１により、左右後輪を対応する各後輪転舵用アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒにより転舵制御する。操舵走行時に後輪を転舵した場合に、後輪の左右輪（内外輪）が同一の旋回中心となるように転舵されるため、旋回中心のずれによる走行抵抗の大小の違いが生じなくなり、左右輪間の摩耗差や燃費の悪化が低減され得る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪操舵角を検出する操舵角センサと、
車速を検出する車速センサと、
左右後輪をそれぞれ独立して転舵する各後輪転舵用アクチュエータと、
前記前輪操舵角と前記車速とに応じて予め設定されている後輪操舵角を決定する後輪操舵角決定手段と、
前記前輪操舵角と前記後輪操舵角とによる前記左右後輪の旋回中心を求め、かつ当該旋回中心に前記左右後輪の各旋回中心を一致させるように前記各後輪転舵用アクチュエータによる前記左右後輪の転舵を制御する後輪転舵制御手段とを有することを特徴とする四輪操舵装置。
【請求項２】
前記後輪操舵角決定手段が、四輪車を二輪車に置き換えた二輪モデルによる前輪操舵角から後輪操舵角を求めるマップを有することを特徴とする請求項１に記載の四輪操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の四輪を操舵可能な四輪操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の四輪操舵装置において、前輪の操舵系と後輪の操舵系とをリンクで連結して、前輪の操舵角に応じて後輪の操舵方向及び操舵角を変化させるようにしたものがあった。また、後輪の操舵系を独立したアクチュエータで駆動するようにして、ステアリング舵角（操舵角）と車速とに基づいて後輪の操舵方向及び操舵角を制御するようにしたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９０７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車の四輪操舵装置では、前輪操舵方向に対して後輪を逆方向に操舵することにより、後輪操舵機構が無いものに対して旋回半径を小さくすることができる。また、高速走行時の斜線変更では前輪と後輪とを同方向に操舵することにより素早くかつ安定した車線変更を行うことができる。
【０００５】
一方、後輪操舵機構が無い自動車では、後輪が車両前後方向の車軸に対して平行状態に回転するようになっており、左右後輪の各車軸の延長線は１直線上に重なるものが公知である。また、前輪操舵装置には、後輪車軸の延長線上に左右前輪の各旋回中心が一致して位置するようになるアッカーマン式の操舵機構が用いられている。
【０００６】
従来の四輪操舵装置において前後の操舵系がリンクで連結されているものがあり、その場合には、前輪の操舵角に対して後輪の転舵角は左右輪で同じになるものが公知である。しかしながら、そのような左右後輪の各転舵角が同じ場合には左右の後輪車軸の延長線が平行になるため、後輪の内外輪の旋回中心がずれると共に、逆方向に操舵する場合には後輪は本来の軌跡より内側の軌跡を通ることになり、後輪の走行抵抗が大きくかつ内輪の走行抵抗が外輪よりも大きくなって、後輪のタイヤの摩耗が左右輪で差が出たり、燃費の悪化を招いたりするという問題が生じる虞があった。
【０００７】
また、後輪の左右で転舵角が同じではないものの場合でも、上記したように前輪操舵角及び車速の入力条件に基づいて予め決められた関係で左右後輪が転舵されることにより、前輪の旋回中心に対して後輪の旋回中心はずれてしまい、上記と同様の問題がある。なお、同方向に転舵する場合にも、後輪の旋回中心が前輪の旋回中心に対して旋回半径が大きくなる側にずれるため、いずれの後輪操舵機構においても旋回中心のずれによる走行抵抗の違いが生じるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決して、四輪操舵装置を装備した自動車において、操舵走行時における後輪の走行抵抗を減少するために、本発明に於いては、前輪操舵角を検出する操舵角センサ（１４）と、車速を検出する車速センサ（１３）と、左右後輪（５Ｌ，５Ｒ）をそれぞれ独立して転舵する各後輪転舵用アクチュエータ（１１Ｌ，１１Ｒ）と、前記前輪操舵角と前記車速とに応じて予め設定されている後輪操舵角を決定する後輪操舵角決定手段（４２）と、前記前輪操舵角と前記後輪操舵角とによる前記左右後輪（５Ｌ，５Ｒ）の旋回中心を求め、かつ当該旋回中心に前記左右後輪（５Ｌ，５Ｒ）の各旋回中心を一致させるように前記各後輪転舵用アクチュエータ（１１Ｌ，１１Ｒ）による前記左右後輪（５Ｌ，５Ｒ）の転舵を制御する後輪転舵制御手段（４１）とを有するものとした。
【０００９】
これによれば、四輪操舵装置において、例えば低速時に小回り性を良くするために後輪を逆方向に転舵したり、高速時の車線変更時等における応答性を良くするために後輪を同方向に転舵したりする場合に、車両特性等により予め設定された前輪操舵角に対する後輪操舵角を求め、その後輪操舵角の旋回中心を旋回中心として後輪の左右の各転舵角を求めて左右後輪をそれぞれ異なる転舵角で転舵することから、後輪転舵時の左右輪（内外輪）間で走行抵抗の違いが生じることが抑制される。
【００１０】
特に、前記後輪操舵角決定手段（４２）が、四輪車を二輪車に置き換えた二輪モデルによる前輪操舵角から後輪操舵角を求めるマップ（４２ａ）を有すると良い。これによれば、前輪操舵角に対する後輪操舵角の算出を容易に行うことができ、装置の低廉化を促進し得る。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、操舵走行時に後輪を転舵した場合に、後輪の左右輪（内外輪）が同一の旋回中心となるように転舵されるため、旋回中心のずれによる走行抵抗の大小の違いが生じなくなり、左右輪間の摩耗差や燃費の悪化が低減され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用された後輪操舵装置を適用した自動車の概略構成図である。
【図２】左側リヤサスペンションを示す斜視図である。
【図３】図２の矢印III線から見た図である。
【図４】後輪転舵制御手段の概略構成図である。
【図５】本発明に基づく制御要領を示すフロー図である。
【図６】二輪モデルを用いた説明図である。
【図７】後輪を逆方向に転舵した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された後輪操舵装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。また、前後，左右，上下については車体１を基準とする。
【００１４】
図１に示されるように、自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された左右の前輪３Ｌ，３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された左右の後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。
【００１５】
また、自動車Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対応して車体１の適所にそれぞれ取り付けられた後輪転舵用アクチュエータとしての左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒとが設けられている。左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを駆動して後輪５Ｌ，５Ｒの転舵角をそれぞれ独立に変化させる（制御する）ことができ、このようにして、後輪操舵装置１０が設けられている。
【００１６】
次に、後輪５Ｌ，５Ｒの転舵角を可変にする構造の具体例について左側リヤサスペンションについて示す図２および図３を参照して説明する。図２は左側リヤサスペンション７Ｌの斜視図であり、図３は左側リヤサスペンション７Ｌの背面図である。なお、右側リヤサスペンションについても左右勝手違いだけで同一構造であって良いため、図２，３に対して、左側サスペンションであるが、Ｌ，Ｒを省略して説明する。
【００１７】
リヤサスペンション７は、ダブルウィッシュボーン式であって良く、後輪５を回転自在に支持するナックル２１と、ナックル２１を上下動可能に車体１に連結するアッパアーム２２およびロアアーム２３と、後輪５の転舵角を変化させるべくナックル２１と車体１との間に連結された電動アクチュエータ１１と、後輪５Ｌの上下動を緩衝する懸架スプリング付きダンパ２４等で構成されている。
【００１８】
アッパアーム２２およびロアアーム２３の各基端部はそれぞれゴムブッシュジョイント２５，２６を介して車体１に上下方向に回動自在に連結され、アッパアーム２２およびロアアーム２３の各先端部はそれぞれボールジョイント２７，２８を介してナックル２１の上下部に転舵可能に連結されている。懸架スプリング付きダンパ２４は、上端が車体１に結合され、下端がゴムブッシュジョイント３１を介してナックル２１の上部に連結されている。
【００１９】
このようにして左側リヤサスペンションが構成されており、公知の四輪独立式サスペンションと同様に左後輪５Ｌは他の車輪とは独立して路面変化に追従可能である。また、右後輪５Ｒも同じである。
【００２０】
また、電動アクチュエータ１１の一端がゴムブッシュジョイント２９を介して車体１に連結され、その他端がゴムブッシュジョイント３０を介してナックル２１の後部に連結されている。このような構成を採ることにより、電動アクチュエータ１１の出力ロッドが伸長駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向外側に回動することから、後輪５の転舵角は車両進行方向に対して内向き（トーイン側）に変化する。逆に、電動アクチュエータ１１の出力ロッドが収縮駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向内側に回動することにより、後輪５の転舵角は車両進行方向に対して外向き（トーアウト側）に変化する。
【００２１】
このように本発明によるサスペンションは、電動アクチュエータ１１を駆動することにより転舵角（トー角）を変えることができる。なお、電動アクチュエータ１１を中立位置にした状態でトー角をパッシブ制御する公知の独立式サスペンションと同じジオメトリで組み立てられている。
【００２２】
そして、自動車Ｖには、図１に示されるように、各種システムを統括制御すると共に後輪転舵制御手段としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２が設けられていると共に、車速を検出する車速センサ１３、前輪３Ｌ，３Ｒを転舵するステアリングホイール８による操舵方向及び操舵角を検出する操舵角センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、横加速度センサ１６、その他種々のセンサ（図示せず）がそれぞれ適所に配設されている。各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に用いられる。ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等と、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒ及びアクチュエータ変位センサ１７Ｌ，１７Ｒと接続されている。
【００２３】
ＥＣＵ１２には、図４に示されるように、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを制御する後輪制御部４１と、車速センサ１３による車速と操舵角センサ１４による操舵角との検出結果に応じて左右後輪５Ｌ，５Ｒの転舵角を決定する後輪転舵角決定手段としての後輪転舵角決定部４２とが設けられている。後輪転舵角決定部４２は、車速と操舵角とに応じて二輪モデルによる後輪操舵角を求めるためのマップ４２ａを有している。そして、後輪制御部４１は、マップ４２ａを用いて求められた後輪操舵角に基づいて左右後輪５Ｌ，５Ｒの各転舵角を算出し、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で左右後輪５Ｌ，５Ｒの各転舵角制御を行う。
【００２４】
各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、リヤサスペンション７Ｌ，７Ｒにそれぞれ連結された出力ロッドの位置を検出するアクチュエータ変位センサ１７Ｌ，１７Ｒ（転舵角センサ）がそれぞれ設けられている。アクチュエータ変位センサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２（後輪制御部４１）に入力するようになっており、ＥＣＵ１２により電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ出力ロッドを伸縮動し、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することができ、後輪５Ｌ，５Ｒの転舵角を正確に変化させることができる。なお、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる。
【００２５】
次に、本発明に基づく後輪転舵角の制御要領を図５に示す概略フロー図により説明する。なお、制御の主体はＥＣＵ１２であり、特に断らない限りＥＣＵ１２での処理となる。先ずステップＳＴ１ではステアリングホイール８の操舵により操舵角センサ１４で検出されたハンドル舵角が入力され、次のステップＳＴ２では車速センサ１３で検出された車速が入力される。
【００２６】
次のステップＳＴ３では、ステップＳＴ１，ＳＴ２での処理で読み込まれた車速とハンドル舵角とに応じた後輪操舵角θｒをマップ４２ａから求める。マップ４２ａには、予め制御対象となる自動車の特性に合わせて二輪モデルとして設計された車速及びハンドル舵角に応じた後輪操舵角θｒが書き込まれている。なお、ハンドル舵角は、そのまま用いてマップ４２ａとして作成しても良いが、前輪３Ｌ，３Ｒの両転舵角の平均転舵角に換算する処理部を設け、その平均転舵角を用いたマップ４２ａを作成しても良い。いずれにしても、ハンドル舵角と前輪平均転舵角とは同じものを指すものとする。
【００２７】
マップ４２ａにおけるハンドル舵角及び車速と後輪操舵角θｒとの関係では、例えば、小回り性が望まれる低車速では後輪を逆方向に操舵すると共に、ハンドル舵角に比例して後輪操舵角θｒを増大しかつ最大ハンドル舵角で最大後輪操舵角となるようにし、レーンチェンジ等で安定性を向上させる高車速では後輪を同方向に操舵すると共に、ハンドル舵角に比例して後輪操舵角θｒを増大するが、その最大値は低車速時における最大後輪操舵角よりは小さくする。
【００２８】
ステップＳＴ３でマップ４２ａから後輪操舵角θｒを求めたら、次のステップＳＴ４では、前輪操舵角θｆと後輪操舵角θｒとによる旋回半径Ｒを算出する。旋回半径Ｒは、二輪モデル化した図６に示されるように、前輪３と後輪５との各車軸の延長線同士が交わる交点を旋回中心Ｃｔとして、その旋回中心Ｃｔと車体の中心Ｃｖとの距離として良い。
【００２９】
次のステップＳＴ５では、ステップＳＴ４で求めた旋回半径Ｒから左右後輪５Ｌ，５Ｒの各転舵角θｒｌ，θｒｒを算出する。左右後輪５Ｌ，５Ｒが旋回中心Ｃｔを中心としかつ旋回中心ｃＴから各後輪５Ｌ，５Ｒの接地中心部分にそれぞれ至る各円周上をそれぞれ軌跡として旋回するように、左後輪５Ｌの転舵角θｒｌと右後輪５Ｒの転舵角θｒｒとがそれぞれ算出される。
【００３０】
そして、ステップＳＴ６で、ステップＳＴ５で算出された各転舵角θｒｌ，θｒｒになるように電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを駆動制御して、左右後輪５Ｌ，５Ｒを各転舵角θｒｌ，θｒｒにする（図７）。図に示されるように、内輪となる左後輪５Ｌの転舵角θｒｌの方が外輪となる右後輪５Ｒの転舵角θｒｒより大きい。
【００３１】
これにより、左右後輪５Ｌ，５Ｒは、旋回中心Ｃｔを中心とし、かつ旋回中心Ｃｔから各後輪５Ｌ，５Ｒまでの長さの異なる大小の半径による円周上をそれぞれ転動するようになる。左右後輪５Ｌ，５Ｒにおいて、内輪側は小さな半径（図７のＲｓ）の円の接線方向に向くように転舵され、外輪側は大きな半径（図７のＲｂ）の円の接線方向に向くように転舵されることにより、左右のタイヤ４Ｌ，４Ｒ間に走行抵抗の違いが生じないようになる。したがって、左右のタイヤ４Ｌ，４Ｒの各摩耗に差が生じることもなく、燃費の悪化も抑制される。
【００３２】
なお、上記説明では、旋回半径Ｒを二輪モデルにおける旋回中心Ｃｔから車体１の中心Ｃｖまでの距離としたが、左右前輪３Ｌ，３Ｒ間の中点までの距離や、左右後輪５Ｌ，５Ｒ間の中点までの距離として算出しても良い。
【００３３】
また、小回り性を実現するために後輪５Ｌ，５Ｒを逆方向に転舵した場合について説明したが、高車速時における後輪５Ｌ，５Ｒを同方向に転舵した場合についても同様である。同方向に転舵する場合には旋回中心は逆方向に転舵する場合よりも後輪５Ｌ，５Ｒから遠くに位置するため、旋回半径が大きくなり、左右の後輪５Ｌ，５Ｒ間での転舵角の違いは小さいが、旋回半径を考慮して左右の転舵角に違いを設けることにより、上記と同様の作用効果を奏し得る。
【符号の説明】
【００３４】
５Ｌ，５Ｒ  後輪
１１Ｌ，１１Ｒ  後輪転舵用アクチュエータ
１３  車速センサ
１４  操舵角センサ
４１  後輪転舵制御部（後輪転舵制御手段）
４２  後輪操舵角決定部（後輪操舵角決定手段）
４２ａ  マップ
【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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【図７】
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