JP3344463B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents
車両用操舵制御装置Info
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62D5/0475—Controlling other elements
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Description
舵量と車輪の転舵量との間の伝達比を変化させる伝達比
可変機構を備えた車両用操舵制御装置に関する。
制御装置の一例が、例えば特開昭63−227472号
に開示されている。この中で開示されているように、伝
達比可変機構は駆動モータを備えており、操舵ハンドル
側に連結された入力軸とタイロッド側に連結された出力
軸とを所定のギヤ機構で連結し、このギヤ機構を駆動モ
ータで駆動することで、入力軸−出力軸間の回転量の伝
達比が変更可能な機構となっている。
出した駆動モータの回転位置が、操舵ハンドルの操舵角
と伝達比とをもとに演算された目標位置となるように制
御されている。
の偏差をもとに駆動モータの位置制御を実施しているの
で、急操舵後に操舵を停止した場合や操舵ハンドルの急
激な切り返し操作がなされた場合などには、残存する偏
差相当分だけ駆動モータが駆動する場合があった。この
一例を図8に示す。操舵ハンドルの急激な切り返し操作
が行われた場合、駆動モータの目標回転位置は実線で示
すように推移する。これに対し、操舵ハンドルを切り返
した時刻t1の時点では、点線で示す駆動モータの実際
の回転位置との間に、追従遅れによる偏差e1が残存し
ており、この後、操舵ハンドルの操舵方向が切り返され
ると、操舵トルクも切り返されるため、駆動モータの回
転方向と操舵トルクの方向が逆となって駆動モータの回
転をアシストする方向に作用し、駆動モータの回転速度
が急増する。そして、時刻t2で目標回転位置と駆動モ
ータの回転位置が一致して駆動モータの制御を中止しよ
うとしても、駆動モータの慣性と増速された駆動モータ
の回転速度により時刻t3において大きなオーバーシュ
ートe2が発生する。このような現象によって、操舵ハ
ンドルの操舵方向と車輪の転舵方向が一致しないなどの
ような操舵違和感を運転者に与える結果となっていた。
されたものであり、その目的は、このようなモータ慣性
によるオーバーシュートの発生を十分に抑制し、操舵感
を向上させることができる車両用操舵制御装置を提供す
ることにある。
車両用操舵制御装置は、アクチュエータによって伝達比
可変機構を駆動し、操舵量と転舵量との間の伝達比を変
化させる車両用操舵制御装置であって、車両の走行状態
に応じて伝達比を設定する伝達比設定手段と、操舵ハン
ドルの操舵速度を検知する操舵速度検知手段と、伝達比
設定手段で設定された伝達比と操舵速度検知手段で検知
された操舵速度とをもとに、アクチュエータの目標駆動
速度を設定する駆動速度設定手段と、駆動速度設定手段
で設定された目標駆動速度となるように、アクチュエー
タの速度制御を行う速度制御手段とを備えて構成する。
作する際の操舵速度の増減に応じ、アクチュエータの速
度制御が実施される。このため、例えば先の図8の例で
は、時刻t1に向かって操舵速度が減少するためアクチ
ュエータの駆動速度も減少し、時刻t1の時点では、操
舵速度がゼロとなるためアクチュエータの駆動速度もゼ
ロとなる。このため、モータ慣性によるオーバーシュー
トの発生が十分に抑制される。
請求項1にかかる車両用操舵制御装置において、目標駆
動速度を所定の範囲内の大きさに制限する制限手段をさ
らに備えて構成する。
駆動速度を制限することで、例えばアクチュエータの作
動限界速度によって規定することで、アクチュエータは
常に作動限界速度以下の範囲で速度制御されることにな
り、オーバーシュートの発生を確実に防止することがで
きる。
請求項2にかかる車両用操舵制御装置において、アクチ
ュエータの駆動速度を検知する駆動速度検知手段と、駆
動速度検知手段で検知された駆動速度と制限手段で制限
された目標駆動速度とをもとに故障を判定する故障判定
手段とをさらに備えて構成する。
範囲内の大きさに制限されているため、目標駆動速度と
検知された駆動速度との偏差は、所定の偏差よりも小さ
くなる。このため、故障判定手段では、例えばこの偏差
が所定値より大の場合に、制御系内に故障が発生したも
のと判定する。
つき、添付図面を参照して説明する。
構成を示す。
構30を介して連結されており、入力軸20には操舵ハ
ンドル10が連結されている。出力軸40は、ラックア
ンドピニオン式のギヤ装置50を介してラック軸51に
連結されており、ラック軸51の両側には車輪FW1、
FW2が連結されている。また、入力軸20には、操舵
ハンドル10の操舵速度を検出する操舵速度センサ21
を設けている。
軸40とをギヤ機構で連結し、このギヤ機構をアクチュ
エータとしてのサーボモータ31で駆動することで、入
力軸−出力軸間の回転量の伝達比が変更可能な機構とな
っている。また、このサーボモータ31には、サーボモ
ータ31の回転速度を検出する回転速度センサ32を設
けている。
1で検出された操舵速度θhv、回転速度センサ32で
検出されたサーボモータ31の回転速度θpv及び車速
センサ60で検出された車速Vの各検出結果が与えら
れ、これらの検出結果をもとに伝達比を設定し、設定し
た伝達比に応じてサーボモータ31の回転速度を制御し
ている。
舵制御装置70は、伝達比設定部71、目標速度制限部
72、補償器73及び故障判定部74を備えている。
の関係を示すマップから、車速センサ60で検出された
車速Vをもとにマップ検索し、車速Vに応じた伝達比G
(G=操舵入力量/転舵出力量)を設定する。そして、
設定された伝達比Gと、操舵速度センサ21で検出され
た操舵速度θhvとをもとに、サーボモータ31の目標
回転速度θmvが、θmv=G・θhvとして演算さ
れ、この演算結果が目標速度制限部72に与えられる。
の目標回転速度θmvが予め設定した最大回転速度以上
とならないように制限するリミッタとしての機能を有し
ている。この最大回転速度は、サーボモータ31の性能
特性をもとに設定される。例えば、サーボモータ31
が、図3に示す負荷トルクT−回転数N特性を有してい
る場合には、路面から受ける最大の反力(負荷トルク)
を予め想定しTmaxとして規定すると、図3のグラフよ
り回転数(回転速度)の最大値はNmaxとして求まる。
目標速度制限部72では、図4に示すように、目標回転
速度θmvが±Nmaxの範囲内となるように制限し、制
限された値をθsmvとして出力する。
出力された目標回転速度θsmvと、回転速度センサ3
2によって検出されたサーボモータ31の回転速度θp
vとの偏差ev(ev=θsmv−θpv)が与えられ
る。この補償器73では、PID制御のパラメータを適
切に設定することで得られた伝達関数C(s)を用い、
Is=C(s)・evを演算し、サーボモータ31に与
える制御信号Isを決定する。なお、式中の「s」はラ
プラス演算子である。
定された伝達比をもとに操舵ハンドル10の操舵速度θ
hvに応じて、サーボモータ31の速度制御を実施す
る。これにより、例えば図5に示すように、時刻t3の
時点で操舵ハンドル10を切り返す急激な切り返し操作
を行った場合を想定すると、サーボモータ31の目標回
転速度θmvは、時刻t3に向かって次第に減少し、時
刻t3の時点ではθmv=0となるため、サーボモータ
31の実際の回転速度は、時刻t3に向かって次第に減
少し、時刻t3の時点でゼロとなるように制御される。
従って、このような急激な切り返しや急操舵後に操舵を
停止した場合にも、操舵速度に基づくサーボモータ31
の回転速度制御を実施することで、位置制御を実施した
場合のような残存偏差の影響を排除でき、モータ慣性に
よるオーバーシュートの発生を十分に抑制することがで
きる。
与えられる。故障判定部74では、この制御系に故障が
発生したか否かの判定を行う。先に説明した目標速度制
限部72において目標回転速度が制限されているため、
目標回転速度θsmvとサーボモータ31の回転速度θ
pvとの偏差evは、所定の範囲内の値となるはずであ
る。そこで、故障判定部74では、所定のしきい値と偏
差evとを比較し、偏差evの値がしきい値より大の場
合には、この制御系に故障が発生しているものと判定
し、警告ランプを点灯させる等の処理を行い、運転者に
故障の発生を知らせる。
0の構成を示す。なお、図1と同一の構成要素には同一
の参照番号を付して示し、説明は省略する。
角を検出する操舵角センサ22を設け、伝達比可変機構
30のサーボモータ31には、サーボモータ31の回転
角を検出する回転角センサ33を設けている。
2、回転角センサ33及び車速センサ60の各検出信号
が与えられ、これらの検出信号をもとに伝達比を設定
し、設定した伝達比に応じてサーボモータ31の速度制
御を実施している。
舵制御装置80は、伝達比設定部81、目標速度制限部
82、補償器83、N点ずれ判定部84、故障判定部8
5、微分器86、87及び積分器88、89を備えてい
る。
の関係を示すマップから、車速センサ60で検出された
車速Vをもとにマップ検索し、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と操舵角セン
サ22で検出された操舵角θhとをもとに、サーボモー
タ31の目標回転位置を示す目標回転角θmの値が、θ
m=G・θhとして演算される。この演算結果は微分器
86に与えられ、サーボモータ31の目標回転速度θm
vに変換される。
速度制限部72と同様に、目標回転速度θmvがサーボ
モータ31の性能特性をもとに設定された最大回転速度
以下となるように制限するリミッタとして機能する。微
分器86から出力された目標回転速度θmvは、この目
標速度制限部82に入力され、最大回転速度以下の値に
制限された後、目標回転速度θsmvとして出力され
る。
ボモータ31の回転角θpは、微分器87に与えられ
て、サーボモータ31の回転速度θpvに変換される。
出力された目標回転速度θsmvと、微分器87から出
力されたサーボモータ31の回転速度θpvとの偏差e
v(ev=θsmv−θpv)が与えられ、Is=C
(s)・evを演算し、サーボモータ31に与える制御
信号Isが決定される。
速度θmvは、積分器88に与えられ、サーボモータ3
1の目標回転角θmに変換される。この変換された目標
回転角θmと、回転角センサ33で検出されたサーボモ
ータ31の実際の回転角θpとが、N点ずれ判定部84
に入力される。
がゼロとなったタイミングなどで、この目標回転角θm
と回転角θpとの値を比較する。この結果、両値が不一
致の場合には、操舵ハンドル10の中立位置(N点)
と、車輪FW1、FW2の中立位置とが相違しているこ
とになる。このため、両値の差が所定の範囲を超えてい
る場合に、操舵ハンドル10のN点ずれを示す警告ラン
プを点灯させるなどの処理を実行し、運転者にN点ずれ
が発生していることを知らせる。なお、操舵ハンドル1
0の中立位置と車輪FW1、FW2の中立位置とに多少
のずれが発生している場合であっても、車両の舵取り自
体には何ら支障となることはない。
目標回転速度θsmvは、積分器98に与えられ、サー
ボモータ31の目標回転角θm’に変換される。この変
換された目標回転角θm’と、回転角センサ33で検出
されたサーボモータ31の実際の回転角θpとが、故障
判定部85に与えられる。
発生したか否かの判定を行う。先に説明した目標速度制
限部82において目標回転速度が制限されているため、
制限後に積分器98を介して得られた目標回転角θm’
と、サーボモータ31の実際の回転角θpとの偏差は、
所定の範囲内の値となるはずである。そこで、故障判定
部85では、この偏差が所定のしきい値より大の場合に
は、この制御系に故障が発生しているものと判定し、警
告ランプを点灯させる等の処理を行い、運転者に故障の
発生を知らせる。このようにして角度位置に基づき制御
系の故障を判定する。
機構30を駆動するアクチュエータとしてサーボモータ
31を例示したが、この他にもステッピングモータなど
の他のモータでアクチュエータを構成することもでき
る。この場合、目標速度制限部72、82では、路面か
ら受ける最大の反力(負荷トルク)を想定し、採用され
たモータに関する、負荷トルクT−回転数N特性をもと
に、想定した負荷トルクに応じたモータ回転数の最大値
を決定し、決定した最大値以下となるようにモータの回
転速度を制限する。
し、車速Vに応じて伝達比Gを設定する場合を例示した
が、この他にも、車両の走行状態として車速Vと入力角
θhを検出し、車速Vと入力角θhに応じて伝達比Gを
設定することもできる。
度を制限する場合を例示したが、目標速度制限部72に
代え、操舵速度センサ21の出力値が所定レベルを超え
た場合に出力値が飽和するように、操舵速度センサ21
自体に飽和特性を持たせることもできる。
車両用操舵制御装置によれば、駆動速度設定手段によ
り、操舵ハンドルの操舵操舵速度に応じてアクチュエー
タの目標駆動速度を設定し、設定した目標駆動速度とな
るように、速度制御手段によってアクチュエータの速度
制御を実施する構成を採用した。このため、操舵ハンド
ルの操舵速度に応じてアクチュエータの駆動速度が制御
されることとなり、従来のように位置偏差に基づいてア
クチュエータの駆動制御を実施した場合に比べ、急激な
切り返し時などに発生するモータ慣性によるオーバーシ
ュートを十分に抑制することができ、操舵感を向上させ
ることが可能となる。
る。
の関係を示す特性図である。
である。
すグラフである。
を示すブロック図である。
ク図である。
る、目標回転位置(実線)と駆動モータの回転位置(点
線)との関係を示すグラフである。
0…操舵制御装置、71、81…伝達比設定部、72、
82…目標速度制限部、100、200…操舵装置。
Claims (3)
- 【請求項1】 アクチュエータによって伝達比可変機構
を駆動し、操舵量と転舵量との間の伝達比を変化させる
車両用操舵制御装置であって、 車両の走行状態に応じて前記伝達比を設定する伝達比設
定手段と、 操舵ハンドルの操舵速度を検知する操舵速度検知手段
と、 前記伝達比設定手段で設定された伝達比と前記操舵速度
検知手段で検知された操舵速度とをもとに、前記アクチ
ュエータの目標駆動速度を設定する駆動速度設定手段
と、 前記駆動速度設定手段で設定された目標駆動速度となる
ように、前記アクチュエータの速度制御を行う速度制御
手段とを備える車両用操舵制御装置。 - 【請求項2】 前記目標駆動速度を所定の範囲内の大き
さに制限する制限手段をさらに備える請求項1記載の車
両用操舵制御装置。 - 【請求項3】 前記アクチュエータの駆動速度を検知す
る駆動速度検知手段と、 前記駆動速度検知手段で検知された駆動速度と前記制限
手段で制限された目標駆動速度とをもとに故障を判定す
る故障判定手段とをさらに備える請求項2記載の車両用
操舵制御装置。
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