JP2000108914A

JP2000108914A - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP2000108914A
Application number: JP28138198A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kawaguchi; 裕川口; Nobuyoshi Sugitani; 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2000-04-18
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: JP3593898B2

Abstract

(57)【要約】【課題】操舵反力を反力モータで付与する場合、その
制御量はハンドル操作に応じて決定しているため、挙動
変化によりタイヤに作用する外力の影響が操舵反力に反
映されない。【解決手段】下記の演算式をもとに反力モータ１１の
制御量Ｔｈを設定する。右辺第１項、第２項及び第３項
では、操舵角θに基づく操舵反力の制御量が設定され、
右辺第４項では、車両挙動を示すヨーレートγに基づく
制御量が設定されるため、車両の挙動変化によりタイヤ
に作用する外力の影響を操舵反力に反映させることがで
きる。Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ²θ／
ｄｔ² ＋Ｋｙ・γ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転舵輪を転舵駆動
するアクチュエータの駆動制御を行うことで、操舵ハン
ドルの操作に応じて転舵輪を転舵させる操舵制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】操舵ハンドルに連結された操舵軸と、転
舵輪を転舵させる転舵機構とを機械的に分離し、これら
の連動制御を電気的に行う操舵制御装置が提案されてい
る。例えば、特開平４−１３３８６０号では、図７に示
す制御システムが開示されており、操舵ハンドル１０１
の操作量をポテンショメータ１０２で検出し、その検出
結果をもとに、転舵装置１０３によってロッド１０４を
変位させて車輪１０５を転舵させる機構となっている。
また、操舵ハンドル１０１はステアリングシャフト１０
６を介してアクチュエータ１０７に連結されており、ア
クチュエータ１０７の駆動力により操舵反力が与えられ
る。この際、アクチュエータ１０７によって発生する操
舵反力Ｔは、下記の（Ａ）式に基づいて決定している。
なお、下記式中、θは操舵角、Ｍ₂、Ｍ₁、Ｍ₀は定数、
Ｍｃは操舵方向により符号の変化する定数である。

【０００３】Ｔ＝Ｍ₂・（ｄ²θ／ｄｔ²）＋Ｍ₁・（ｄθ／ｄｔ）＋Ｍ₀・θ±Ｍｃ …（Ａ）この（Ａ）式中、変化する状態量は操舵角θのみであ
り、操舵反力Ｔは操舵角θに応じて決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の走行
中、操舵ハンドルが操舵角の中立位置を通過する際に
は、横加速度やヨーレートなどのタイヤに作用する外力
が操舵に対して遅れて現れるため、この分、操舵後も操
舵反力Ｔは残ることになる。しかし、（Ａ）式では、こ
のような車両挙動による影響を考慮しておらず操舵反力
Ｔに反映されないため、運転者に操舵違和感を与えてし
まう。

【０００５】本発明はこのような課題を解決すべくなさ
れたものであり、その目的は、車両挙動を反映させた操
舵反力の制御を行うことができる操舵制御装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１にかかる
操舵制御装置は、操舵ハンドルの操作に応じて、転舵軸
を駆動するアクチュエータの駆動制御を行うことで、前
記転舵軸に連結された転舵輪の転舵制御を行う操舵制御
装置であって、操舵ハンドルの操舵角を検知する操舵角
検知手段と、車両の挙動状態を検知する挙動状態検知手
段と、操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力付与手段
と、操舵角検知手段で検知された操舵角に基づく制御量
と挙動状態検知手段で検知された車両の挙動状態に基づ
く制御量とをもとに、反力付与手段に対する制御量を設
定する制御量設定手段とを備えて構成する。

【０００７】車両の挙動状態が変化すると、車両に作用
するヨーレートや横加速度が変化するとともに、ハンド
ル操舵トルク及び車体のロール角やロールレートも変化
する。また、車両の挙動状態が変化すると転舵輪に作用
する外力が変化するため、転舵軸に加わる軸力、転舵軸
を駆動するアクチュエータの負荷状態なども変化する。
従って、これらの検知結果は、いずれも車両の挙動状態
を示す状態量となるため、挙動状態検知手段ではこのよ
うなヨーレート、横加速度、軸力、負荷状態、操舵トル
ク、ロール角、ロールレートなどを検知する。また、制
御量設定手段で設定される制御量には、このような車両
の挙動状態に基づく制御量が含まれているため、車両の
挙動変化により転舵輪に作用する外力の影響を、反力付
与手段で付与される操舵反力に反映させることができ
る。

【０００８】請求項２にかかる操舵制御装置は、請求項
１における操舵制御装置において、車両の挙動状態に基
づく制御量を、車速に応じて変化させることを特徴とす
る。

【０００９】反力付与手段では、制御量設定手段で設定
された制御量に応じて操舵反力を発生するが、このとき
発生される操舵反力と操舵角との関係は、例えば図１に
示すようになる。この操舵角−操舵反力特性において、
操舵角の中立位置付近（操舵角＝０付近）における操舵
反力のヒステリシス幅は、車速が高くなると小さくなる
傾向にある。特に、高速走行中は、操舵角＝０付近での
ハンドル操作が大部分となり、この領域でのヒステリシ
ス幅の減少を抑制して、好適な操舵の安定感を与えるこ
とで、高速走行中の操縦安定性、ハンドル操作性を向上
させることができる。

【００１０】そこで、例えば、車速が高くなるに連れ、
車両の挙動状態に基づく制御量のゲインを増加させるこ
とで、反力付与手段に対する制御量の設定に際し、高車
速ほど、車両の挙動変化の影響をより強く反映させるこ
とができる。これにより、高速走行時における、このよ
うなヒステリシス幅の減少を抑制することも可能であ
り、高速走行時にも好適な操舵反力を発生して、高速走
行中の操縦安定性、ハンドル操作性を向上させることも
可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
添付図面を参照して説明する。

【００１２】図２に実施形態にかかる操舵制御装置の構
成を示す。この操舵制御装置は、運転者が操作する操舵
機構１０、車輪２１を転舵させる転舵機構２０、これら
操舵機構１０と転舵機構２０との連動制御を電気的に行
う制御装置３０を備えて構成する。

【００１３】操舵機構１０は、操舵反力を発生する反力
モータ１１を備えており、この反力モータ１１の出力軸
に操舵軸１２を連結し、操舵軸１２に対して操舵ハンド
ル１３を連結している。また、操舵軸１２には、操舵ハ
ンドル１３の操舵角を検出する操舵角センサ１４を設け
ている。さらに、後述する制御装置３０から出力された
制御量Ｔｈが与えられる駆動回路１５を備えており、駆
動回路１５は与えられた制御量Ｔｈに応じて反力モータ
１１を駆動させる。

【００１４】転舵機構２０は、車輪２１を転舵させる駆
動源となる転舵モータ２２を備えており、転舵モータ２
２によって、ラックハウジング２３ｈ内のラック軸２３
をその軸線方向に沿って変位駆動させる。また、ラック
軸２３の両側には、それぞれタイロッド２４、ナックル
アーム２５を介して車輪２１が連結されており、ラック
軸２３の変位量及び変位方向に応じて車輪２１の転舵が
なされる機構となっている。また、ラック軸２３のスト
ローク位置を検出する位置センサ２６の本体をラックハ
ウジング２３ｈに対して固定し、位置センサ２６の検出
ロッド２６ａをラック軸２３に接続しており、ラックハ
ウジング２３ｈに対するラック軸２３の変位量からラッ
ク軸２３のストローク位置を検出する。そして、ラック
軸２３のストローク位置が車輪２１の転舵角に対応する
ため、位置センサ２６によってラック軸２３のストロー
ク位置を検出することで、車輪２１の転舵角を検知して
いる。また、ラック軸２３には軸力センサ２９を設けて
おり、ラック軸２３に加わる軸力を検出している。さら
に、後述する制御装置３０から出力された制御量Ｔｗが
与えられる駆動回路２７を備えており、駆動回路２７は
与えられた制御量Ｔｗに応じて転舵モータ２２を駆動さ
せる。そして、駆動回路２７から転舵モータ２２に供給
される、転舵モータ２２の負荷電流を電流センサ２８に
よって検出している。

【００１５】制御装置３０には、操舵角センサ１４、位
置センサ２６、電流センサ２８、軸力センサ２９の検出
結果の他、車速を検出する車速センサ４１、車両の横方
向の運動状態としてのヨーレートを検出するヨーレート
センサ４２、車両に作用する横方向の加速度を検出する
横加速度センサ４３の検出結果が与えられ、これらの検
出結果をもとに、反力モータ１１及び転舵モータ２２の
駆動制御を実施している。

【００１６】ここで制御装置３０で実施する転舵モータ
２２の制御処理について、図３のフローチャートに沿っ
て説明する。

【００１７】このフローチャートは、イグニションスイ
ッチのオン操作によって起動する。まず、ステップ（以
下、ステップを「Ｓ」と記す）１０２に進んで、操舵角
センサ１４で検出された操舵角θ、車速センサ４１で検
出された車速Ｖ及び位置センサ２６で検出されたラック
軸２３の実ストローク位置Ｘｒをそれぞれ読み込む。

【００１８】続く１０４では、Ｓ１０２で読み込んだ操
舵角θと車速Ｖをもとに、車輪２１の転舵制御の目標と
なる、ラック軸２３の目標ストローク位置Ｘｔを設定す
る。この際、制御装置３０には、図４に示すように、操
舵ハンドル１３の操舵角θを車輪２１の転舵角θｗとし
て伝達する伝達比Ｇ（Ｇ＝操舵角θ／転舵角θｗ）の値
を、操舵角θと車速Ｖとに応じて規定した３次元マップ
を備えており、Ｓ１０２で読み込まれた操舵角θと車速
Ｖから、図４のマップをもとに検索し、操舵角θ及び車
速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定する。そして、設定された
伝達比Ｇと操舵角θとをもとに、（１／Ｇ）＊θを演算
し、その演算結果をラック軸２３の目標ストローク位置
Ｘｔとして設定する。

【００１９】なお、前述したようにラック軸２３のスト
ローク位置は車輪２１の転舵角に対応するため、「目標
ストローク位置」は車輪２１の「目標転舵角」と同義で
ある。

【００２０】続くＳ１０６では、Ｓ１０２で読み込んだ
ラック軸２３の実ストローク位置Ｘｒと、Ｓ１０４で設
定したラック軸２３の目標ストローク位置Ｘｔとをもと
に、転舵モータ２２に対する制御量Ｔｗを、下記の
（１）式に基づいて設定する。なお、（１）式中、Ｃ
ｐ、Ｃｄ、Ｃｉは、該当する制御量のゲインを示すゲイ
ン係数である。

【００２１】Ｔｗ＝Ｃｐ・（Ｘｔ−Ｘｒ）＋Ｃｄ・ｄ（Ｘｔ−Ｘｒ）／ｄｔ＋Ｃｉ・∫（Ｘｔ−Ｘｒ）ｄｔ …（１）Ｓ１０６において、転舵モータ２２に対する制御量Ｔｗ
が設定された後、Ｓ１０８に進み、Ｓ１０６で設定され
た制御量Ｔｗを駆動回路２７に対して出力し、駆動回路
２７は制御量Ｔｗをもとに転舵モータ２２を駆動する。

【００２２】このような処理を繰り返し実行すること
で、操舵ハンドル１３の操舵角θ、車速Ｖに応じた車輪
２１の転舵制御が継続して実行される。

【００２３】次に制御装置３０で実施する反力モータ１
１の制御処理について、図５のフローチャートに沿って
説明する。

【００２４】このフローチャートは、イグニションスイ
ッチのオン操作によって起動する。まず、Ｓ２０２に進
んで、操舵角センサ１４で検出された操舵角θ、ヨーレ
ートセンサ４２で検出されたヨーレートγをそれぞれ読
み込む。

【００２５】続くＳ２０４では、Ｓ２０２で読み込まれ
た操舵角θ及びヨーレートγをもとに、反力モータ１１
に対する制御量Ｔｈを設定する。この際、下記（２）式
をもとに、反力モータ１１に対する制御量Ｔｈを設定す
る。なお、（２）式中、Ｋｐ、Ｋｄ、Ｋｄｄ、Ｋｙは、
該当する制御量のゲインを示すゲイン係数である。

【００２６】Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ²θ／ｄｔ² ＋Ｋｙ・γ …（２）（２）式における右辺第１項、第２項及び第３項にかか
る演算により、操舵角θに基づく操舵反力の制御量が設
定される。第１項は操舵角θに応じた操舵反力を付与す
る項として作用し、第２項は操舵ハンドル１３の振動を
抑制する粘性項として作用し、第３項は反力モータ１１
の慣性モーメントの影響を抑制し、操舵ハンドル１３の
切り始めの操舵感を調節する慣性項として作用する。ま
た、右辺第４項は、ヨーレートセンサ４２で検出された
ヨーレートγに基づく項となっており、操舵角θに基づ
く第１項〜第３項で設定される制御量に対し、車両の挙
動状態としてのヨーレートγに基づく第４項で規定され
る制御量を加算することにより、反力モータ１１に対す
る制御量Ｔｈを設定している。

【００２７】このようにしてＳ２０４で反力モータ１１
に対する制御量Ｔｈを設定した後、Ｓ２０６に進み、設
定した制御量Ｔｈを駆動回路１５に対して出力し、駆動
回路１５は制御量Ｔｈをもとに反力モータ１１を駆動す
る。

【００２８】このような処理を繰り返し実行すること
で、操舵角θの変化に関連した操舵反力を付与すること
ができると共に、ヨーレートγが車両に作用した場合に
は、この際に車輪２１に加わる外力に応じた操舵反力を
作用させることができるため、車両の挙動状態を反映さ
せた操舵反力の制御を実施することができる。

【００２９】また、このように操舵反力に影響する、車
両の挙動状態を示す検出値としては、ヨーレートγの他
に横加速度センサ４３で検出される横加速度Ｇｙがあ
る。また、このような車両の挙動状態が変化すると、車
輪２１を介してラック軸２３に作用する軸力Ｆが変化
し、軸力Ｆの変化により転舵モータ２２の負荷電流Ｉが
変化する。さらに、車両の挙動状態が変化すると、ハン
ドル操舵トルク及び車体のロール角やロールレートも変
化する。従って、（２）式におけるヨーレートγに代え
て、これらの検出結果を採用して操舵反力の制御量Ｔｈ
を設定することもできる。そこで、代表として、横加速
度Ｇｙ、軸力Ｆ、負荷電流Ｉの各検出結果を用いた演算
式を（３）式、（４）式、（５）式として示す。なお、
（３）、（４）、（５）式中、Ｋｇ、Ｋｆ、Ｋｉはゲイ
ン係数であり、Ｓ２０２では、ヨーレートγに代えて、
それぞれが該当する検出結果を読み込む。

【００３０】Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ²θ／ｄｔ² ＋Ｋｇ・Ｇｙ …（３）Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ²θ／ｄｔ² ＋Ｋｆ・Ｆ …（４）Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ²θ／ｄｔ² ＋Ｋｉ・Ｉ …（５）さらに、他の実施形態としては、（２）式〜（５）式に
おける右辺第４項のゲイン係数を、車速Ｖに応じて設定
しても良い。一例として、図６に、ヨーレートγのゲイ
ン係数Ｋｙと車速Ｖとの関係を示す。図６では、車速Ｖ
が高いほど、ヨーレートγのゲイン係数Ｋｙが大きな値
となるように規定しており、他のゲイン係数Ｋｔ、Ｋ
ｇ、Ｋｆ、Ｋｉでも同様に、車速Ｖが高いほど、ゲイン
係数の値を増加させて設定する。このようにゲイン係数
を設定することで、車速Ｖが高いほど、車両の挙動変化
の影響をより強く反映させることができる。

【００３１】以上説明した実施形態では、（２）式〜
（５）式における右辺第４項の符号を「＋」として例示
したが、「−」とすることも可能である。これは、操舵
角θと各検出結果との位相差を考慮したものである。

【００３２】例えば、右辺第４項が操舵角θに対して位
相遅れを持った検出結果（操舵トルク以外の検出結果）
に基づく演算項の場合には、符号を「＋」とすること
で、操舵角−操舵反力特性（図１参照）における操舵反
力のヒステリシス幅が小さくなって、車両挙動が変化し
た際の操舵応答性が向上するように作用する。また、符
号を「−」とすることで、このヒステリシス幅が大きく
なって車両挙動が変化した際の操舵安定性が向上するよ
うに作用する。従って、符号を「−」とした場合、
（２）式〜（５）式における右辺第４項のゲイン係数
を、車速Ｖの増加に伴って増加させることで、先の図１
で示したように、車速Ｖが高くなるに連れて、操舵反力
のヒステリシス幅が小さくなる傾向を抑制することがで
き、高速走行中の舵角中立位置付近において、好適な操
舵反力を付与することができ、おもに操舵角中立位置付
近でのハンドル操作となる高速走行時の操作性を向上さ
せることができる。

【００３３】これに対し、右辺第４項が操舵角θに対し
て位相が進んだ検出結果（操舵トルク）に基づく演算項
の場合には、符号を「＋」とすることで、このヒステリ
シス幅が大きくなって車両挙動が変化した際の操舵安定
性が向上するように作用し、符号を「−」とすること
で、このヒステリシス幅が小さくなって、車両挙動が変
化した際の操舵応答性が向上するように作用する。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、各請求項にかかる
操舵制御装置によれば、制御量設定手段では、操舵角検
知手段で検知された操舵角に基づく制御量と挙動状態検
知手段で検知された車両の挙動状態に基づく制御量とを
もとに、反力付与手段に対する制御量を設定するので、
車両の挙動変化により転舵輪に作用する外力の影響を操
舵反力に反映させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】操舵角−操舵反力特性を示す図である。

【図２】操舵制御装置の全体的な構成を示すブロック図
である。

【図３】転舵モータの駆動制御を示すフローチャートで
ある。

【図４】操舵角θ及び車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定す
るマップである。

【図５】反力モータの駆動制御を示すフローチャートで
ある。

【図６】車速Ｖとゲイン係数Ｋｙとの関係を規定したマ
ップである。

【図７】従来の操舵制御装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１０…操舵機構、１１…反力モータ、１４…操舵角セン
サ、２０…転舵機構、２１…車輪（転舵輪）、２２…転
舵モータ（アクチュエータ）、２６…位置センサ、２８
…電流センサ、２９…軸力センサ、３０…制御装置、４
１…車速センサ、４２…ヨーレートセンサ、４３…横加
速度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D032 CC02 CC08 CC12 DA01 DA03 DA04 DA23 DA29 DA33 DA64 DB02 DC03 DC08 DD06 DE10 EA01 EB11 EB12 EC23 EC29 GG01 3D033 CA11 CA12 CA13 CA14 CA17 CA20 CA21 CA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵ハンドルの操作に応じて、転舵軸を
駆動するアクチュエータの駆動制御を行うことで、前記
転舵軸に連結された転舵輪の転舵制御を行う操舵制御装
置であって、前記操舵ハンドルの操舵角を検知する操舵角検知手段
と、車両の挙動状態を検知する挙動状態検知手段と、前記操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力付与手段
と、前記操舵角検知手段で検知された操舵角に基づく制御量
と前記挙動状態検知手段で検知された車両の挙動状態に
基づく制御量とをもとに、前記反力付与手段に対する制
御量を設定する制御量設定手段とを備える操舵制御装
置。
【請求項２】前記車両の挙動状態に基づく制御量を、
車速に応じて変化させる請求項１記載の操舵制御装置。