JP2009126380A - 操舵角補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補正された補正操舵角の微係数が、不感帯の両端において連続な微係数を与える操舵角補正装置を提供する。
【解決手段】原点０を中心として横軸上に±符号が異なるだけで所定の大きさの点Ａ_Ｌ〜Ａ_Ｒを第１の操舵角区間Ｒ_１（不感帯）として設定する。第１の操舵角区間Ｒ_１のプラス側の外側の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｒでは、点Ａ_Ｒよりやや右上の点Ｂ_Ｒを起点として、操舵角θの変化量と補正操舵角θ’の変化量との関係が１対１、つまり、傾きが＋１の直線ｌ_Ｒを設定してある。また、点Ａ_Ｒと点Ｂ_Ｒの中間に、点Ｂ_Ｒから直線ｌ_Ｒを横軸に向けて延長した線より左側で、かつ、点Ａ_ＲとＢ_Ｒ点とを結ぶ直線より下方で、θ’が正の所定の点Ｃ_Ｒを設定し、点Ａ_Ｒと点Ｃ_ＲとＢ_Ｒ点とを通り、両端が直線のスプライン補間を行なう。第１の操舵角区間Ｒ_１のマイナス側の外側の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｌでも同様に、原点０を中心に、点対称に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の操舵制御装置に用いられる操舵角補正装置に係り、特に、操向ハンドルの操舵角に応じて実際の制御に用いられる補正舵角を出力する操舵角補正装置に係る。

自動車等の車両において、例えば、特許文献１に記載されているような、操向ハンドルの操作量である操舵角の変化量に対する転舵輪の転舵角変化量の比である操舵伝達比を変化させて、車両の操舵特性を制御したり、オーバーステア状態やアンダーステア状態が過大になった場合のような車両の走行状態が不安定になったときに、転舵輪を修正転舵したりするアクティブ操舵機能を有する車両用の操舵制御装置が知られている。

そのような操舵制御装置においては、操舵角センサにより検出された操舵角にもとづいて転舵輪である前輪の目標転舵角を設定する過程で、操舵角の時間微分である操舵角速度を用いる比例制御（微分制御とも言う）を行なっている場合がある。

また、図４に示すように、特許文献２には操向ハンドル１１の操作に応じて、転舵輪である前輪１３，１３とともに後輪１５，１５も転舵させる車両用の四輪操舵装置が知られている。この例を少し詳しく説明する。
図４は特許文献２の図１に記載された四輪操舵装置の全体模式構成図である。図４に示すように、操向ハンドル１１と連結した前輪操舵装置１２で前輪１３，１３を転舵し、又、後輪操舵装置１４で後輪１５，１５を転舵する。前輪操舵装置１２は、ラックアンドピニオンギア機構を有し、操向ハンドル１１と前輪１３，１３とを機械的に連結する。

操向ハンドル１１には、操向ハンドル１１の操作量、つまり、操舵角を検出する主前輪舵角センサ１６（後記する実施形態における操舵角センサ１６Ａに対応する）が、又、前輪操舵装置１２には前輪１３，１３の舵角を検出する副前輪舵角センサ１７が取り付けられ、主前輪舵角センサ１６、副前輪舵角センサ１７がコントローラ１８（図４中では、ＥＣＵと表示）に接続されている。
なお、１９ａ、１９ｂは車速センサであり、車速センサ１９ａは、各車輪１３，１３，１５，１５の回転速度を、車速センサ１９ｂは、トランスミッションの出力軸の回転速度を検出する。
主前輪舵角センサ１６、副前輪舵角センサ１７の２系統、車速センサ１９ａ，１９ｂの２系統がそれぞれ用意されているのは故障診断のためである。

後輪転舵装置１４は、後輪転舵用のアクチュエータとしての電動機２０を有し、この電動機２０の回転軸がボールねじ機構等を介し左右の後輪１５，１５と接続する。電動機２０は、コントローラ１８に接続され、コントローラ１８から給電されて後輪１５，１５を転舵する。後輪操舵装置１４には、後輪１５，１５の舵角を検出する主後輪舵角センサ２２と副後輪舵角センサ２３とが設けられ、又、ボールねじ機構のねじ軸等に後輪１５，１５を中立位置に付勢するスプリング２１が取り付けられる。これらの主後輪舵角センサ２２、副後輪舵角センサ２３は、コントローラ１８に接続される。主後輪舵角センサ２２と、副後輪舵角センサ２３の２つ設けられているのは、故障診断のためである。

コントローラ１８は、図示しないマイクロコンピュータやインタフェース回路等から構成される制御部と、図示しないバッテリからの電力を前記制御部によりＰＷＭ制御されて、電動機２０を駆動する図示しない半導体スイッチのブリッジ回路等から構成されるモータ駆動回路を有している。前記した主前輪舵角センサ１６、副前輪舵角センサ１７、車速センサ１９ａ，１９ｂ、主後輪舵角センサ２２、副後輪舵角センサ２３や、電動機２０の駆動電流を検出する図示しない電流センサの信号は、前記したコントローラ１８の制御部に入力される。

このような四輪操舵装置においては、主前輪舵角センサ１６により検出された前輪舵角（実施形態における操舵角に対応）や、車速センサ１９ａからの車速にもとづいて、コントローラ１８の制御部において後輪舵角が制御される。例えば、後輪１５，１５の目標舵角を設定する過程で、前輪舵角の時間微分である前輪舵角速度を用いる場合がある。

ところで、操舵制御装置においては、通常、操向ハンドルの中立付近での操向ハンドルのふらつきによって、車両が左右にぶれることを防止するため、操向ハンドルの中立付近の操舵角の変化が実際の転舵輪の転舵角の変化として伝達されないように、図５に示すように不感帯を設けている（特許文献３参照）。
図５は、特許文献３における図６に対応するものであり、操舵角と目標制御量との関係を示すグラフである。
図５において、横軸は操舵角センサが検出する操舵角θの値を示し、縦軸は転舵輪の制御のために、検出された操舵角を補正して出力される目標制御量である補正操舵角θ’の値を示す。
特開２００６−１８２２４９号公報 特開平５−３９０４６号公報（図１参照） 特開平１０−２９１４８４号公報（図２参照）

しかしながら、前記した図５に示すような操舵角と補正操舵角の関係を示す補正関数は、不感帯の両端のａ_Ｌ，ａ_Ｒ点において、補正操舵角の微係数が不連続となり、補正操舵角の時間微分（操舵角速度）を制御パラメータに用いた車両の前輪の操舵制御や四輪操舵制御において、乗員に違和感を与える車両運動を生じるという問題があった。

そこで、本発明は、補正された補正操舵角の微係数が、不感帯の両端において連続な微係数を与える操舵角補正装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、操舵角センサの値を補正し、補正操舵角を出力する操舵角補正装置において、操舵角センサの値の変化量に対する補正操舵角の変化量の比が、操舵角センサの値のゼロ点においては緩やかであり、比が前記操舵角センサの値のゼロ点からずれるに応じて連続的に増加していることを特徴とする。

好ましくは、操舵角センサの値のゼロ点近傍で補正操舵角が０となる第１の操舵角区間を有し、第１の操舵角区間の外側の第２の操舵角区間では、操舵角センサの値のゼロ点から遠ざかるに応じて連続的に補正操舵角が増加するように、予めスプライン補間で補正操舵角を算出した補正関数データを記憶格納し、操舵角センサの値にもとづき、補正関数データを参照し、補正操舵角を出力することを特徴とする。

または、操舵角センサの値のゼロ点近傍で補正操舵角が０となる第１の操舵角区間と、第１の操舵角区間の外側に第２の操舵角区間と、更に第２の操舵角区間の外側に操舵角センサの値の変化量に対する補正操舵角の変化量の比が一定となる第３の操舵角区間を有し、第２の操舵角区間内では、第１の区間と第３の区間とを３次のベジェ曲線で補正操舵角を予め内挿算出した補正関数データを記憶格納し、操舵角センサの値にもとづき、補正関数データを参照し、補正操舵角を出力することを特徴とする。

本発明の操舵角補正装置によれば、操舵角センサの値に応じて出力される補正操舵角が、操舵角センサの値のゼロ点近傍の不感帯の前後において連続で滑らかな関数とすることができ、操舵角の時間微分（操舵角速度）を制御パラメータとして用いる場合に、操舵角センサの値のゼロ点近傍の不感帯の前後を通過時にも、連続的に変化するので、操舵角速度比例制御ができる。また、その場合に、操舵角センサの値のゼロ点近傍の不感帯の前後を通過した場合に、車両挙動に違和感がなくなる。

以下に、本発明に係る操舵角補正装置の実施形態について図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る操舵角補正装置に用いられる、操舵角センサの値θと、操舵角センサの値θに応じた、実際の制御に用いられる補正操舵角θ’の関係を示す補正関数の第１の例のグラフである。
図１に示すように操舵角センサの値（以下、単に操舵角と称する）θを横軸に、実際の制御に用いられる補正操舵角θ’を縦軸にとる。そして、原点０を中心として横軸上に±符号が異なり、絶対値が同じ所定の大きさの点Ａ_Ｌ，Ａ_Ｒの間を第１の操舵角区間Ｒ_１として設定してある。第１の操舵角区間Ｒ_１は不感帯であり、対応する補正操舵角θ’＝０である。そして、第１の操舵角区間Ｒ_１のプラス側の外側の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｒでは、点Ａ_Ｒよりやや右上の点Ｂ_Ｒを起点として、操舵角θの変化量と補正操舵角θ’の変化量との関係が１対１、つまり、傾きが＋１の直線ｌ_Ｒを設定してある。

また、点Ａ_Ｒと点Ｂ_Ｒの中間に、点Ｂ_Ｒから直線ｌ_Ｒを横軸に向けて延長した線より左側で、かつ、点Ａ_Ｒと点Ｂ_Ｒとを結ぶ直線より下方で、θ’が正の所定の点Ｃ_Ｒを設定し、点Ａ_Ｒと点Ｃ_Ｒと点Ｂ_Ｒとを通り、両端が直線のスプライン補間を行なう。

同様に第１の操舵角区間Ｒ_１のマイナス側の外側の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｌでは、点Ａ_Ｌよりやや左下の点Ｂ_Ｌを起点として、操舵角θの変化量と補正操舵角θ’の変化量との関係が１対１、つまり、傾きが＋１の直線ｌ_Ｌを設定してある。
また、点Ａ_Ｌと点Ｂ_Ｌの中間に、点Ｂ_Ｌから直線ｌ_Ｌを横軸に向けて延長した線より右側で、かつ、点Ａ_Ｌと点Ｂ_Ｌとを結ぶ直線より上方で、θ’が負の所定の点Ｃ_Ｌを設定し、点Ａ_Ｌと点Ｃ_Ｌと点Ｂ_Ｌとを通り、両端が直線のスプライン補間を行なう。
なお、点Ａ_Ｒ，Ｃ_Ｒ，Ｂ_Ｒと点Ａ_Ｌ，Ｃ_Ｌ，Ｂ_Ｌとは、原点０を中心に回転対称の関係に設定してある。
点Ｃ_Ｌ，Ｃ_Ｒは、スプライン補間を滑らかに行なうための入力パラメータであり、点Ａ_Ｌ，Ａ_Ｒに接近させてそれぞれ設定することが望ましい。

このように、不感帯の第１の操舵角区間Ｒ_１の外に、不感帯の直線Ａ_Ｌ−Ａ_Ｒから滑らかにかつ一様に補正操舵角θ’の＋側に増加する第２の操舵角区間Ｒ_２Ｒと、不感帯の直線Ａ_Ｌ−Ａ_Ｒから滑らかにかつ一様に補正操舵角θ’の−側に増加する第２の操舵角区間Ｒ_２Ｌを設定することができる。

図２の（ａ）は、本実施形態に係る操舵角補正装置に用いられる、操舵角センサの値θと、操舵角センサの値θに応じた、実際の制御に用いられる補正操舵角θ’の関係を示す補正関数の第２の例のグラフであり、（ｂ）は（ａ）の不感帯の右端近傍の拡大図である。
図２に示すように操舵角θを横軸に、実際の制御に用いられる補正操舵角θ’を縦軸にとる。そして、原点０を中心として横軸上に±符号が異なり、絶対値が同じ所定の大きさの点〈Ａ_Ｌ〉，〈Ａ_Ｒ〉の間を第１の操舵角区間Ｒ_１として設定してある。第１の操舵角区間Ｒ_１は不感帯であり、対応する補正操舵角θ’＝０である。
なお、図２においては、横軸θ、縦軸θ’の座標で表示したベクトル表示の点とし、ベクトル表示を示すため、例えば、点Ａ_Ｌのベクトル符号表示は〈Ａ_Ｌ〉と明細書中の文章では表示し、明細書中の数式や図面中では符号Ａ_Ｌの上に右→を付してベクトル符号表示とする。

そして、第１の操舵角区間Ｒ_１のプラス側の外側に所定の幅の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｒを設け、第２の操舵角区間Ｒ_２Ｒのプラス側の外側の第３の操舵角区間Ｒ_３Ｒでは、点〈Ａ_Ｒ〉よりやや右上の点〈Ｂ_Ｒ〉を起点として、操舵角θの変化量と補正操舵角θ’の変化量との関係が１対１、つまり、傾きが＋１の直線ｌ_Ｒを設定してある。

また、点〈Ａ_Ｒ〉と点〈Ｂ_Ｒ〉の中間に、点〈Ｂ_Ｒ〉から直線ｌ_Ｒを横軸に向けて延長した線より左側で、かつ、点〈Ａ_Ｒ〉と〈Ｂ_Ｒ〉点とを結ぶ直線より下方で、θ’が正の所定の点〈Ａ’_Ｒ〉，〈Ｂ’_Ｒ〉を設定し、点〈Ａ_Ｒ〉，〈Ｂ_Ｒ〉を通る３次のベジェ曲線を引く。
ここで、点〈Ｐ〉は前記した点〈Ａ_Ｒ〉，〈Ｂ_Ｒ〉を通る３次のベジェ曲線上の点である。

ベジェ曲線上の点〈Ｐ〉は、以下のように決まる。

であり、点〈Ａ’_Ｒ〉，〈Ｂ’_Ｒ〉，〈Ｂ_Ｒ〉は操舵角θの不感帯の端の点〈Ａ_Ｒ〉の前後で補正操舵角θ’が滑らかに変化するように適宜設定されるパラメータである。
ここでは、ａ_ｙ＝０，γ_０＝０である。

同様に第１の操舵角区間Ｒ_１のマイナス側の外側の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｌでは、点Ａ_Ｌよりやや左下の点Ｂ_Ｌを起点として、操舵角θの変化量と補正操舵角θ’の変化量との関係が１対１、つまり、傾きが＋１の直線ｌ_Ｌを設定してある。

前記した式（１）を、点〈Ａ_Ｌ〉，〈Ｂ_Ｌ〉を通る３次のベジェ曲線上の点〈Ｐ〉にも同様に適用でき、第１の操舵角区間Ｒ_１のマイナス側の外側に所定の幅の第２の操舵角区間Ｒ_２Ｌを設け、第２の操舵角区間Ｒ_２Ｌのマイナス側の外側の第３の操舵角区間Ｒ_３Ｌでは、点〈Ａ_Ｌ〉よりやや右下の点〈Ｂ_Ｌ〉を起点として、操舵角θの変化量と補正操舵角θ’の変化量との関係が１対１、つまり、傾きが＋１の直線ｌ_Ｌを設定してある。
また、点〈Ａ_Ｌ〉と点〈Ｂ_Ｌ〉の中間に、点〈Ｂ_Ｌ〉から直線ｌ_Ｌを横軸に向けて延長した線より右側で、かつ、点〈Ａ_Ｌ〉と〈Ｂ_Ｌ〉点とを結ぶ直線より上方で、θ’が負の所定の点〈Ａ’_Ｌ〉，〈Ｂ’_Ｌ〉を設定し、点〈Ａ_Ｌ〉，〈Ｂ_Ｌ〉を通る３次のベジェ曲線を引く。
ただし、点〈Ａ_Ｌ〉，〈Ａ’_Ｌ〉，〈Ｂ’_Ｌ〉，〈Ｂ_Ｌ〉は、原点０に対して、点〈Ａ_Ｒ〉，〈Ａ’_Ｒ〉，〈Ｂ’_Ｒ〉，〈Ｂ_Ｒ〉それぞれと回転対称の点である。

このように３次のベジェ曲線を点〈Ａ_Ｒ〉，〈Ｂ_Ｒ〉間、又は点〈Ａ_Ｌ〉，〈Ｂ_Ｌ〉間に引くことにより、それぞれのベジェ曲線は、点〈Ａ_Ｒ〉，〈Ａ_Ｌ〉において直線Ａ_Ｌ−Ａ_Ｒに接し、点〈Ｂ_Ｒ〉，〈Ｂ_Ｌ〉において直線ｌ_Ｒ又は直線ｌ_Ｌに接する形となり、操舵角θの変化に対して補正操舵角θ’の変化は滑らかになる。

図３は、本実施形態の操舵角補正装置を適用した四輪操舵装置のコントローラの機能ブロック構成の一部を示した図である。
例えば、前記した特許文献２に記載された四輪操舵装置（図４参照）において、コントローラ１８に代えてコントローラ１８Ａとして、図３に示すような機能ブロックを含めることで、例えば、後輪目標舵角のような制御量を算出でき、その過程で制御量を滑らかに変化させることができる。

図３を用いて具体的に説明する。コントローラ１８Ａは、マイクロコンピュータや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリや、周辺回路、モータ駆動回路等を含んで構成され、ＲＯＭに記憶された四輪操舵用プログラム及び操舵角θに対する補正操舵角θ’を算出するプログラムをマイクロコンピュータがメモリから読み出して四輪操舵の制御を実行する。

そして、コントローラ１８Ａは、機能構成として、図示しない操向ハンドルのハンドル軸に設けられて操舵角θを検出する操舵角センサ１６からの信号にもとづいて、前記した図１又は図２に示したような、不感帯の前後で滑らかな補正操舵角θ’を出力する操舵角補正部（操舵角補正装置）１８ａと、その出力された補正操舵角θ’を時間微分して操舵角速度θ’ｄを算出する操舵角速度算出部１８ｂと、車速Ｖを検出する車速センサ１９ａからの信号にもとづいて、前記したＲＯＭに予め記憶されたデータテーブルを参照してゲインＫを算出するゲイン算出部１８ｃと、算出された操舵角速度θ’ｄと算出されたゲインＫと乗じて制御量θ’ｄ・Ｋを算出する乗算器１８ｄとを含んでいる。
そして、得られた制御量θ’ｄ・Ｋを図４に示すように後輪の目標舵角の決定に用いる。

ちなみに、操舵角補正部１８ａは、操舵角θと補正操舵角θ’の対応関係が定義されたマップ、テーブル、又は関数の形の情報（補正関数データ）を用いて、操舵角θを入力として補正操舵角θ’を出力することで、補正操舵角算出を行なうことができる。

この結果、本実施形態によれば、操舵角θに対して不感帯の前後で出力される補正操舵角θ’が滑らかに変化するので、補正操舵角の時間微分も滑らかとなり、前記した補正操舵角の時間微分、つまり操舵角速度にもとづいて四輪操舵制御における後輪の目標舵角を決定する場合に、後輪の目標舵角を操舵角の不感帯の前後においても連続的に滑らかな値に決定することができる。そして、そのように制御された後輪の舵角により車両の挙動が滑らかになり、乗員に違和感を与えることがない。
なお、本実施形態では前記した特許文献１の四輪操舵装置を例に説明したが、それに限定されるものではなく、左右の後輪１５，１５を独立に転舵する後輪操舵装置を備える四輪操舵装置にも適用できる。

また、このように補正操舵角を不感帯の前後で滑らかに出力する本発明は、前輪をアクティブ操舵する操舵制御装置やステア・バイ・ワイヤ方式の操舵制御装置において、制御量として操舵角速度を用いる場合にも適用でき、四輪操舵の場合と同様に、そのように制御された前輪の舵角により、不感帯の前後における車両挙動が滑らかになり、乗員に違和感を与えることがない。

なお、本実施形態においては、操舵角補正装置を、コントローラ１８Ａの機能の一部として説明したが、それに限定されることは無く、例えば、操舵角センサ１６Ａと一体に、マイクロコンピュータやメモリ、インタフェース回路等を組み合わせて、補正操舵角を出力するようにしても良い。

実施形態に係る操舵角補正装置に用いられる、操舵角センサの値θと、操舵角センサの値θに応じた、実際の制御に用いられる補正操舵角θ’の関係を示す補正関数の第１の例のグラフである。 （ａ）は、実施形態に係る操舵角補正装置に用いられる、操舵角センサの値θと、操舵角センサの値θに応じた、実際の制御に用いられる補正操舵角θ’の関係を示す補正関数の第２の例のグラフであり、（ｂ）は（ａ）の不感帯の右端近傍の拡大図である。 実施形態の操舵角補正装置を適用したコントローラの機能ブロック構成の一部を示した図である。 特許文献２に記載の四輪操舵装置を説明する機能ブロック図である。 従来の操舵角θに対する補正操舵角θ’の関係を示す補正関数のグラフである。

符号の説明

１１ 操向ハンドル
１２ 前輪操舵装置
１３ 前輪
１４ 後輪操舵装置
１５ 後輪
１６ 主前輪舵角センサ（操舵角センサ）
１６Ａ 操舵角センサ
１８，１８Ａ コントローラ
１８ａ 操舵角補正部（操舵角補正装置）
１８ｂ 操舵角速度算出部
１８ｃ ゲイン算出部
１８ｄ 乗算器
１９ａ 車速センサ

Claims (2)

1. 操舵角センサの値を補正し、補正操舵角を出力する操舵角補正装置において、
   前記操舵角センサの値の変化量に対する前記補正操舵角の変化量の比が、前記操舵角センサの値のゼロ点においては緩やかであり、前記比が前記操舵角センサの値のゼロ点からずれるに応じて連続的に増加していることを特徴とする操舵角補正装置。
2. 前記操舵角センサの値のゼロ点近傍で前記補正操舵角が０となる第１の操舵角区間を有し、前記第１の操舵角区間の外側の第２の操舵角区間では、前記操舵角センサの値のゼロ点から遠ざかるに応じて連続的に前記補正操舵角が増加するように、予めスプライン補間で補正操舵角を算出した補正関数データを記憶格納し、
   前記操舵角センサの値にもとづき、前記補正関数データを参照し、前記補正操舵角を出力することを特徴とする請求項１に記載の操舵角補正装置。

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