JP2001130431A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作角センサおよび転舵角センサなどのオフセ
ット誤差を補正することにより、適切な舵取り制御を実
現する。 【解決手段】車両の停止状態において（Ｓ１のＹＥ
Ｓ）、ヨーレートセンサ１６のオフセット誤差をキャン
セルする（Ｓ２）。その後（Ｓ３のＹＥＳ）、走行時
（Ｓ１のＹＥＳ）に、ヨーレートγ＝０で（Ｓ４のＹＥ
Ｓ）、かつ、転舵角δが定常状態である（Ｓ６のＹＥ
Ｓ）という条件が、所定時間（ＴＨ回の制御周期分の時
間）以上にわたって継続したときに（Ｓ７，Ｓ８）、横
加速度センサ１５のオフセット誤差をキャンセルする
（Ｓ９）。その後（Ｓ５のＹＥＳ）、走行時（Ｓ１のＹ
ＥＳ）に、ヨーレートγ＝０（Ｓ４のＹＥＳ）、かつ、
横加速度Ｇy＝０（Ｓ１１のＹＥＳ）の条件が満たされ
たときに、操作角センサ１１および転舵角センサ１３の
オフセット誤差をキャンセルする（Ｓ１２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば、ステ
アリングホイールなどの操作手段の操作に対する舵取り
車輪の転舵の関係を変更しうる車両用操舵装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングホイールと舵取り車輪を転
舵するための舵取り機構との機械的な結合を無くし、ス
テアリングホイールの操作方向および操作量を検出する
とともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動
モータ等のアクチュエータからの駆動力を与えるように
した車両用操舵装置が提案されている（たとえば、特開
平９−１４２３３０号公報参照）。

【０００３】このような構成を採用することにより、舵
取り機構とステアリングホイールとを機械的に連結する
必要がないので、衝突時におけるステアリングホイール
の突き上げを防止できるとともに、舵取り機構の構成を
簡素化および軽量化することができる。また、ステアリ
ングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ス
テアリングホイール以外のレバーまたはペダル等の他の
操作手段の採用をも可能とすることができる。

【０００４】上記のような構成の車両用操舵装置におい
ては、ステアリングホイールの操作と舵取り機構の動作
との関係を電気的制御によって、自由に変更することが
できるので、車両の運転性能を飛躍的に向上できるもの
と期待されている。たとえば、ステアリングホイールの
操作トルクまたは操作角に対応する目標ヨーレートまた
は目標横加速度を求め、これらに基づいて舵取り機構の
動作を制御することによって、車両の姿勢制御を行うこ
とができ、操舵に対する車両の運動特性を最適化でき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ステアリン
グホイールの操作角を検出する操作角センサや舵取り車
輪の転舵角を検出する転舵角センサがオフセット誤差
（中点ずれ）を有していると、平坦な路面でステアリン
グホイールを中立位置に保持していても車両を直進させ
ることができなくなる。また、車両のヨーレートおよび
横加速度をそれぞれ検出するヨーレートセンサおよび横
加速度センサがオフセット誤差を有していれば、不要な
姿勢制御が実行されるおそれがある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、操作角センサおよび転舵角センサのオフ
セット誤差を補正することにより、適切な舵取り制御を
可能とした車両用操舵装置を提供することである。ま
た、この発明の他の目的は、ヨーレートセンサおよび／
または横加速度センサのオフセット誤差を補正すること
により、姿勢制御などのための適切な舵取り制御を可能
とした車両用操舵装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作手段
（１）の操作に応じて、この操作手段とは機械的に切り
離された舵取り機構（２，３）を駆動する車両用操舵装
置であって、操作手段の操作角を検出する操作角センサ
（１１）と、舵取り機構における転舵角を検出する転舵
角センサ（１３）と、車両のヨーレートを検出するヨー
レートセンサ（１６）と、車両の横加速度を検出する横
加速度センサ（１５）と、前記操作角センサ、転舵角セ
ンサ、ヨーレートセンサおよび横加速度センサの出力信
号に基づいて前記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御
手段（２０）と、車両の走行中に、前記ヨーレートセン
サにより検出されるヨーレートがほぼ零であり、かつ、
前記横加速度センサにより検出される横加速度がほぼ零
であることを条件に、前記操作角センサおよび転舵角セ
ンサの各オフセット誤差をキャンセルするオフセット補
正手段（２０，Ｓ１，Ｓ４，Ｓ１１，Ｓ１２）とを含む
ことを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内
の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を
表す。以下、この項において同じ。

【０００８】前記操作手段と舵取り機構との間には機械
的な結合が無く、操作手段の操作に対応して舵取り機構
が電気的に制御されるようになっていることが好まし
い。請求項１記載の発明によれば、車両の走行中に、ヨ
ーレートがほぼ零であり、かつ、横加速度がほぼ零であ
ることを条件に、操作角センサおよび転舵角センサの各
オフセット誤差がキャンセルされる。すなわち、ヨーレ
ートがほぼ零で、かつ、横加速度がほぼ零であれば、車
両が車幅方向に関して水平な路面を直進していると見な
すことができ、このときには、操作角および転舵角はい
ずれも中立位置に対応した値をとるはずである。そこ
で、車両の走行中に、上述の条件が満たされたときに、
操作角センサおよび転舵角センサのオフセット補正を実
行することとしている。

【０００９】オフセット補正後は、操作角および転舵角
の正確な検出が可能になるので、これらに基づいて舵取
り機構の駆動制御を適切に行うことができる。請求項２
記載の発明は、車両の停止状態において、前記ヨーレー
トセンサのオフセット誤差をキャンセルするヨーレート
オフセット補正手段（２０，Ｓ１，Ｓ２）をさらに含む
ことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置であ
る。前記オフセット補正手段は、前記ヨーレートオフセ
ット補正手段によって前記ヨーレートセンサのオフセッ
ト誤差がキャンセルされた後に、前記操作角センサおよ
び転舵角センサの各オフセット誤差をキャンセルするも
のであることが好ましい（Ｓ３）。

【００１０】請求項２の発明によれば、車両が停止状態
のときに、ヨーレートセンサのオフセット誤差が補正さ
れる。これにより、姿勢制御などのための舵取り制御を
適切に行うことが可能となる。とくに、ヨーレートセン
サのオフセット補正の後に、操作角センサおよび転舵角
センサのオフセット補正を実行することとすれば、これ
らのオフセット補正をより正確に行うことが可能とな
る。

【００１１】請求項３記載の発明は、車両の走行中に、
前記ヨーレートセンサが検出するヨーレートがほぼ零で
あり、かつ、前記転舵角センサが検出する転舵角が定常
状態であるときに、前記横加速度センサのオフセット誤
差をキャンセルする横加速度オフセット補正手段（２
０，Ｓ１，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ９）をさらに含むことを特徴
とする請求項１または２記載の車両用操舵装置である。
この場合に、横加速度オフセット補正手段は、ヨーレー
トがほぼ零であり、かつ、転舵角が定常状態である条件
が一定時間にわたって継続されたことを条件に、横加速
度センサのオフセット誤差をキャンセルするものである
ことが好ましい（Ｓ７，Ｓ８）。

【００１２】また、横加速度オフセット補正手段は、ヨ
ーレートがほぼ零であり、かつ、転舵角が定常状態であ
ることを条件に横加速度センサのオフセット誤差をキャ
ンセルする操作を複数回実行し、これにより横加速度セ
ンサのオフセット補正を完了するものであってもよい。
請求項３の発明によれば、横加速度センサのオフセット
補正を行えるので、姿勢制御などのための舵取り制御を
より適切に行うことができるようになる。

【００１３】なお、前記オフセット補正手段は、前記横
加速度オフセット補正手段によって前記横加速度センサ
のオフセット誤差がキャンセルされた後に、前記操作角
センサおよび転舵角センサの各オフセット誤差をキャン
セルするものであることが好ましい（Ｓ５）。さらに
は、前記オフセット補正手段は、前記ヨーレートオフセ
ット補正手段によるヨーレートセンサのオフセット補
正、および前記横加速度オフセット補正手段による横加
速度センサのオフセット補正が完了した後に、操作角セ
ンサおよび転舵角センサのオフセット補正を実行するも
のであることが好ましい（Ｓ３，Ｓ５）。

【００１４】これらの構成を採用することにより、操作
角センサおよび転舵角センサのオフセット補正をより正
確に行うことが可能になる。また、前記横加速度オフセ
ット補正手段は、ヨーレートセンサのオフセット誤差が
キャンセルされた後に、横加速度センサのオフセット誤
差をキャンセルするものであることが好ましい（Ｓ
３）。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成
を説明するための概念図である。この車両用操舵装置
は、ステアリングホイール（操作手段）１の回転操作に
応じて駆動される操舵用アクチュエータ２の動作をステ
アリングギア３によって前部左右車輪４（舵取り車輪）
の転舵運動に変換することによって、ステアリングホイ
ール１とステアリングギア３とを機械的に連結すること
なく、操舵を達成している。この場合に、操舵用アクチ
ュエータ２およびステアリングギア３などにより、舵取
り機構が構成されている。

【００１６】操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知
のブラシレスモータ等の電動モータにより構成すること
ができる。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエー
タ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７
の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換する運動変換機
構（ボールねじ機構など）を有する。ステアリングロッ
ド７の運動は、タイロッド８を介してナックルアーム９
に伝達され、このナックルアーム９の回動を引き起こ
す。これにより、ナックルアーム９に支持された車輪４
の転舵が達成される。

【００１７】ステアリングホイール１は、車体に対して
回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されてい
る。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール
１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ１９が
付設されている。具体的には、反力アクチュエータ１９
は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブ
ラシレスモータ等の電動モータにより構成することがで
きる。回転シャフト１０のステアリングホイール１とは
反対側の端部には、渦巻きばねなどからなる弾性部材３
０が車体との間に結合されている。この弾性部材３０
は、反力アクチュエータ１９がステアリングホイール１
にトルクを付加していないときに、その弾性力によっ
て、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させ
る。

【００１８】ステアリングホイール１の操作入力値を検
出するために、回転シャフト１０の回転角に対応する操
作角δhを検出するための操作角センサ１１が設けられ
ている。また、回転シャフト１０には、ステアリングホ
イール１に加えられた操作トルクＴを検出するためのト
ルクセンサ１２が設けられている。一方、操舵用アクチ
ュエータ２の出力値を検出するための出力値センサとし
て、車輪４の転舵角δを検出する転舵角センサ１３が設
けられている。この転舵角センサ１３は、操舵用アクチ
ュエータ２によるステアリングロッド７の作動量を検出
するポテンショメータなどで構成することができる。

【００１９】操作角センサ１１、トルクセンサ１２およ
び転舵角センサ１３は、コンピュータを含むステアリン
グ系制御装置２０（舵取り制御手段）に接続されてい
る。この制御装置２０には、さらに、車両の横加速度Ｇ
yを検出するための横加速度センサ１５と、車両のヨー
レートγを検出するヨーレートセンサ１６と、車速Ｖを
検出する速度センサ１４とが接続されている。なお、横
加速度Ｇyおよびヨーレートγに相関する変量として、
操作角δhと車速Ｖ以外に、たとえば、車輪速を検出す
るセンサを制御装置２０に接続してもよい。

【００２０】制御装置２０は、駆動回路２２，２３を介
して操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１９
とを制御する。より具体的には、制御装置２０は、操作
角センサ１１が検出する操作角δｈに対応した転舵角δ
が達成されるように操舵用アクチュエータ２を制御する
ための舵取り制御を実行する。さらに、制御装置２０
は、ヨーレートセンサ１６および横加速度センサ１５に
よってそれぞれ検出される車両のヨーレートγおよび横
加速度Ｇyに基づいて、車両の挙動の安定化のための姿
勢制御を、操舵用アクチュエータ２の駆動による舵取り
制御によって実現する。すなわち、たとえば、車両がス
ピンしそうになったような場合に、操舵用アクチュエー
タ２の制御によってすみやかにカウンターステア状態に
導くなどして、車両姿勢の立て直しを図る。

【００２１】図２は、この実施形態の特徴を説明するた
めのフローチャートであり、操作角センサ１１、転舵角
センサ１３、横加速度センサ１５およびヨーレートセン
サ１６のオフセット誤差を補正するために制御装置２０
が実行する処理を示している。制御装置２０は、図２に
示す処理を所定の制御周期（たとえば、約１０ミリ秒）
ごとに繰り返し実行する。制御装置２０は、速度センサ
１４が検出する車速Ｖが零か否か（あるいは、所定の低
速走行状態（たとえば、時速５km/h未満）かどうか。）
を調べることにより、車両が実質的に停止中かどうかを
判断する（ステップＳ１）。車両が停止状態であること
が検出されると、ヨーレートセンサ１６のオフセット誤
差を補正する（ステップＳ２）。すなわち、車両が停止
中であれば、ヨーレートγは零であるので、車両停止中
のヨーレートセンサ１６の出力データに対して値「０」
を割り当てる。これにより、以後、ヨーレートセンサ１
６はオフセット誤差を含まないヨーレートγを出力する
ことになる。

【００２２】車両が停止中でないと判断されると、ヨー
レートセンサ１６のオフセット誤差の補正が完了してい
るかどうかが判断される（ステップＳ３）。ヨーレート
センサ１６のオフセット誤差の補正が未了であれば、後
述する計数値Ｃを零にリセットして（ステップＳ１
０）、当該制御周期の処理を終了する。ヨーレートセン
サ１６のオフセット誤差の補正が完了している場合には
（ステップＳ３のＹＥＳ）、次に、横加速度センサ１５
のオフセット誤差の補正を行う。すなわち、ヨーレート
センサ１６が検出するヨーレートγがほぼ「０」かどう
かが調べられる（ステップＳ４）。ヨーレートγ＝０で
なければ、後述する計数値Ｃを零にリセットして（ステ
ップＳ１０）、当該制御周期の処理を終了する。

【００２３】ヨーレートγ＝０の場合には（ステップＳ
４のＹＥＳ）、横加速度センサ１５のオフセット補正が
完了しているかどうかが判断される（ステップＳ５）。
横加速度センサ１５のオフセット補正が未了である場合
には、転舵角δが定常状態かどうかが調べられる（ステ
ップＳ６）。この判断は、たとえば、転舵角δの時間微
分値δ′が一定時間（たとえば、１秒間）にわたってほ
ぼ零に保持されるかどうかを調べることによって行え
る。

【００２４】転舵角δが定常状態であると判断されると
（ステップＳ６のＹＥＳ）、このような判断が行われた
回数を表す計数値Ｃを１だけインクリメントする（ステ
ップＳ７）。そして、この計数値Ｃが予め定める定数Ｔ
Ｈ（たとえば、ＴＨ＝５）に達したかどうかが判断され
る（ステップＳ８）。計数値Ｃが定数ＴＨに達していな
い場合には、横加速度センサ１５のオフセット誤差の補
正を行わずに、当該制御周期の処理を終了する。また、
計数値Ｃが定数ＴＨに達している場合には、横加速度セ
ンサ１５のオフセット誤差の補正を行う（ステップＳ
９）。すなわち、制御装置２０は、横加速度センサ１５
の出力データに対して値「０」を割り当て、これによ
り、横加速度センサ１５のオフセット誤差をキャンセル
する。

【００２５】車両のヨーレートγが零で、かつ、転舵角
δの変化がなければ、車両は直進していることになる。
このとき、路面が車幅方向に関して水平であれば横加速
度Ｇyは零となるが、車幅方向に傾斜した路面を直進し
ている場合には、横加速度Ｇyは、零以外の値をとる。
そこで、この実施形態では、ヨーレートγ＝０で、か
つ、転舵角δが定常状態である状態が、一定回数分の時
間（ＴＨ回の制御周期分の時間）以上にわたって継続し
た場合に、車両が車幅方向に関して水平な路面を直進し
ている蓋然性が高いと判断して、横加速度センサ１５の
オフセット誤差を補正することとしている。

【００２６】ステップＳ６において、転舵角δが定常状
態でないと判断されると、計数値Ｃを零にリセットして
（ステップＳ１０）、当該制御周期における処理を完了
する。一方、ステップＳ５において、横加速度センサ１
５のオフセット補正が完了していると判断されると、横
加速度センサ１５により検出される横加速度Ｇyがほぼ
零かどうかが判断される（ステップＳ１１）。比較的大
きな横加速度Ｇyが検出されている場合には、その後の
処理を行わずに、当該制御周期の処理を完了する。

【００２７】横加速度Ｇyがほぼ零であると判断される
と（ステップＳ１１のＹＥＳ）、操作角センサ１１およ
び転舵角センサ１３のオフセット誤差がキャンセルされ
る（ステップＳ１２）。すなわち、そのときの操作角セ
ンサ１１および転舵角センサ１３の出力が、それぞれ、
操作角および転舵角の中点の値（通常は「０」）に割り
当てられる。このようにして、ヨーレートセンサ１６お
よび横加速度センサ１５のオフセット誤差が除去された
後に、ヨーレートγ＝０、かつ、横加速度Ｇy＝０の条
件が満たされた場合に、操作角センサ１１および転舵角
センサ１３のオフセット補正が行われることになる。

【００２８】ヨーレートγ＝０、かつ、横加速度Ｇy＝
０の場合には、車両は車幅方向に傾斜のない路面を直進
していると言える。この場合、ステアリングホイール１
は中立状態にあるはずであり、また、舵取り車輪４の転
舵角は零であるはずである。したがって、上記のような
条件が満足される場合に、操作角センサ１１および転舵
角センサ１３のオフセット誤差を適切にキャンセルする
ことができる。なお、ヨーレートγがほぼ零でない場合
は、車両は旋回していることになる。そして、たとえヨ
ーレートγ＝０の場合であっても、横加速度Ｇyがほぼ
零に等しくない場合には、路面が車幅方向に傾斜してい
る可能性があり、舵取り車輪４は、進行方向に対して一
定の転舵角で斜面の上方側に向けられているおそれがあ
る。

【００２９】以上のように、この実施形態によれば、次
のの処理をこの順序で行うことによって、ヨーレ
ートセンサ１６、横加速度センサ１５、操作角センサ１
１および転舵角センサ１３の各出力のオフセット誤差を
補正している。 車両の停止状態において、ヨーレートセンサ１６のオ
フセット誤差をキャンセルする。 走行時にヨーレートγ＝０で、かつ、転舵角δが定常
状態であるという条件が、所定時間（ＴＨ回の制御周期
分の時間）以上にわたって継続したときに、横加速度セ
ンサ１５のオフセット誤差をキャンセルする。 走行時にヨーレートγ＝０、かつ、横加速度Ｇy＝０
の条件が満たされたときに、操作角センサ１１および転
舵角センサ１３のオフセット誤差をキャンセルする。

【００３０】これにより、操作角δhに基づく操舵用ア
クチュエータ２の制御（舵取り制御）を良好に行うこと
ができ、また、ヨーレートセンサ１６および横加速度セ
ンサ１５の出力に基づく操舵用アクチュエータ２の制御
（姿勢制御のための舵取り制御）についても良好に行う
ことができる。以上、この発明の一実施形態について説
明したが、この発明は、他の形態でも実施することがで
きる。たとえば、上述の実施形態では、走行時にヨーレ
ートγ＝０で、かつ、転舵角δが定常状態であるという
条件が所定時間にわたって継続したときに、横加速度セ
ンサ１５のオフセット誤差をキャンセルすることとして
いるが、ヨーレートγ＝０で、転舵角δが定常状態であ
るという条件が満たされたときに、横加速度センサ１５
のオフセット誤差をキャンセルすることとして、このよ
うな横加速度センサ１５のオフセット誤差のキャンセル
操作が所定回数行われた後に、横加速度センサ１５のオ
フセット補正が完了したものと見なすようにしてもよ
い。

【００３１】また、上述の実施形態では、四輪車両の２
つの車輪が舵取り車輪として転舵可能な場合について説
明したが、４つの車輪の全てが転舵される四輪操舵シス
テムにこの発明を適用してもよい。また、上述の実施形
態では、操作手段としてステアリングホイール１が用い
られる例について説明したが、この他にも、レバーやペ
ダルなどの他の操作手段が用いられてもよい。

【００３２】これらの他にも、特許請求の範囲に記載さ
れた事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の
基本的な構成を説明するための概念図である。

【図２】ヨーレートセンサ、横加速度センサ、操作角セ
ンサおよび転舵角センサのオフセット誤差を補正するた
めの処理を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ２ 操舵用アクチュエータ １１ 操作角センサ １３ 転舵角センサ １４ 速度センサ １５ 横加速度センサ １６ ヨーレートセンサ ２０ ステアリング系制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高松 孝修 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 瀬川 雅也 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC01 DA03 DA04 DA15 DA23 DA24 DA29 DA33 DB05 DC03 DC09 DC33 EA01 EA04 EB11 EB12 EC22 EC29 GG01 3D033 CA02 CA12 CA14 CA17 CA21 CA27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操作手段の操作に応じて、この操作手段と
   は機械的に切り離された舵取り機構を駆動する車両用操
   舵装置であって、 操作手段の操作角を検出する操作角センサと、 舵取り機構における転舵角を検出する転舵角センサと、 車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサと、 車両の横加速度を検出する横加速度センサと、 前記操作角センサ、転舵角センサ、ヨーレートセンサお
   よび横加速度センサの出力信号に基づいて前記舵取り機
   構を駆動制御する舵取り制御手段と、 車両の走行中に、前記ヨーレートセンサにより検出され
   るヨーレートがほぼ零であり、かつ、前記横加速度セン
   サにより検出される横加速度がほぼ零であることを条件
   に、前記操作角センサおよび転舵角センサの各オフセッ
   ト誤差をキャンセルするオフセット補正手段とを含むこ
   とを特徴とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】車両の停止状態において、前記ヨーレート
   センサのオフセット誤差をキャンセルするヨーレートオ
   フセット補正手段をさらに含むことを特徴とする請求項
   １記載の車両用操舵装置。
3. 【請求項３】車両の走行中に、前記ヨーレートセンサが
   検出するヨーレートがほぼ零であり、かつ、前記転舵角
   センサが検出する転舵角が定常状態であるときに、前記
   横加速度センサのオフセット誤差をキャンセルする横加
   速度オフセット補正手段をさらに含むことを特徴とする
   請求項１または２記載の車両用操舵装置。