JP3578195B2

JP3578195B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP3578195B2
Application number: JP8692597A
Authority: JP
Inventors: 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: JPH10278824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルに連動し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】
従来の操舵制御装置の一例が、例えば特開平２−２３４８８０号に開示されている。この操舵制御装置は、転舵モータによって転舵系を変位駆動することにより、転舵系に連結された車輪を転舵させる機構となっている。そして、操舵軸の回転量から得られる目標転舵角と転舵輪の実転舵角との偏差に基づいて制御量（デューティ比）を求めて、この転舵モータの制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の操舵制御では、実転舵角と目標転舵角との偏差（舵角偏差）が減少するように転舵モータの制御が行われているが、舵角偏差が減少する際に、転舵系の動摩擦力と釣り合った位置で転舵が停止してしまい、舵角偏差はゼロとはならず、いわゆる定常偏差が残ることになる。従って、この間、転舵モータの駆動電流が出力され続けることとなり、電流消費が大きいものとなってしまう。また、転舵が一旦停止すると、動摩擦力よりも大きい静摩擦力が働くため、停止時よりも大きな制御量でないと転舵駆動が困難となり、この影響で車両の直進安定性が低下するおそれもあった。
【０００４】
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、転舵モータなどの転舵の駆動源の消費エネルギーを低減すると共に、車両の直進安定性を維持し得る操舵制御装置を提供することにある。
【０００５】
【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、操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段と、転舵輪を転舵駆動する転舵駆動手段と、転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、操作量と操舵量との偏差が所定値以下の場合に、転舵輪の転舵を抑止するように転舵駆動手段を駆動する第１制御と転舵駆動手段を非駆動状態とする第２制御とを所定の時間間隔で切り替えて、転舵駆動手段の駆動制御を行う制御手段とを備えて構成する。
【０００６】
制御手段によって、第１制御と第２制御とを切り替えて転舵駆動手段の駆動制御を行うので、第２制御の間、転舵駆動手段が非駆動状態となるため、転舵駆動手段での消費エネルギーが低減される。また、転舵駆動手段が非駆動状態となった際に外力の影響で転舵輪が転舵された場合にも、第１制御に切り替えられた際に転舵輪の転舵を抑止するように転舵駆動手段が駆動されるので、車両の直進安定性が維持される。
【０００７】
請求項２にかかる操舵制御装置は、操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段と、転舵輪を転舵駆動する転舵駆動手段と、転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、操作量と操舵量との偏差が所定値以下の場合に、転舵量が操作量に追従するように転舵駆動手段を駆動する第１制御と転舵駆動手段を非駆動状態とする第２制御とを所定の時間間隔で切り替えて、転舵駆動手段の駆動制御を行う制御手段とを備えて構成する。
【０００８】
制御手段によって、第１制御と第２制御とを切り替えて転舵駆動手段の駆動制御を行うので、第２制御の間、転舵駆動手段が非駆動状態となるため、転舵駆動手段での消費エネルギーが低減される。また、第１制御に切り替えられた際に、転舵量が操作量に追従するような通常の転舵制御が実施されるので、車両の直進安定性が維持される。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１に第１の実施形態にかかる操舵制御装置の構成を概略的に示す。この操舵制御装置は、運転者が操作するマスタ部１０、転舵輪２１を転舵させるスレーブ部２０及びマスタ部１０とスレーブ部２０とを電気的に制御する制御部３０で構成される。
【００１１】
マスタ部１０は、操舵ハンドル１１が取り付けられた操舵軸１２と、操舵軸１２を回転駆動する操舵軸モータ１３とを備えると共に、操舵軸１２には、操舵ハンドル１１の操作量としての操舵角を検出する操舵角センサ１４と、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１５とを備えている。
【００１２】
スレーブ部２０は、転舵軸２２を変位駆動する際の駆動源となる転舵軸モータ２３を備えており、この転舵軸モータ２３と転舵軸２２との間には、転舵軸モータ２３の回転運動を直線運動に変換して転舵軸２２を軸方向に変位させる変換器２４を設けている。転舵軸２２の両側には、転舵輪２１から転舵軸２２側に付与される軸力（転舵反力）を検出する反力センサ２６を設けている。また、転舵軸２２には、この転舵軸２２の変位量を検出する転舵変位量センサ２５が設けられており、転舵軸２２の変位量と転舵輪２１の転舵量としての転舵角が対応するため、転舵軸２２の変位量を転舵変位量センサ２５で検出することで、転舵輪２１の転舵角を把握している。
【００１３】
制御部３０は、操舵軸モータ１３の駆動制御を行う反力制御部３１と、転舵軸モータ２３の駆動制御を行う転舵制御部３２とを備えている。反力制御部３１では、操舵トルクセンサ１５で検出された操舵トルクと反力センサ２６で検出された転舵反力とを基に、操舵ハンドル１１に付与する操舵反力を演算し、この演算結果に基づいて操舵軸モータ１３の駆動制御を行っている。転舵制御部３２では、操舵角センサ１４で検出された操舵角をもとに得られる目標転舵角θｔと、転舵変位量センサ２５の検出結果をもとに得られる転舵輪２１の実転舵角θｒとの偏差（舵角偏差）に基づいて、転舵軸モータ２３の駆動制御を行っている。
【００１４】
また、転舵制御部３２では、図２に示すように、舵角偏差がゼロに近い、予め規定された±θｓの範囲にある場合に、第１制御と第２制御とを交互に切り替えながら、転舵制御を行う。第１制御は、転舵輪２１の実転舵角θｒが目標転舵角θｔに追従するように転舵軸モータ２３の駆動制御を行う制御であり、第１制御が行われている間は、ｋ３を比例定数として、Ｉｏ＝ｋ３・（θｔ−θｒ）で表される駆動電流Ｉｏが転舵軸モータ２３へ供給される。また、第２制御も、転舵輪２１の実転舵角θｒが目標転舵角θｔに追従するように転舵軸モータ２３の駆動制御を行う制御であるが、｜θｔ−θｒ｜≪θｓの場合には、転舵軸モータ２３を非駆動状態とする制御であり、この間は、駆動電流Ｉｏ＝０となる。なお、この第１制御と第２制御とを切り替えるタイミングは、車速センサ４０で検出された車速Ｖに応じて設定される。
【００１５】
以下、図３のフローチャートを基に、転舵制御部３２で行われる転舵制御について説明する。なお、この制御処理は、イグニションスイッチがオンされることで開始され、所定時間毎（例えば、２ｍｓｅｃ．）に実行される。
【００１６】
まず、ステップ１０２で（以下、ステップを「Ｓ」と記す。）、目標操舵角θｔ、実転舵角θｒ及び車速Ｖの値がそれぞれ読み込まれる。
【００１７】
続くＳ１０４では、舵角偏差（θｔ−θｒ）とθｓの値が比較され、θｔ−θｒ＞θｓであれば、Ｓ１０６に進んで、転舵輪２１の実転舵角θｒが目標転舵角θｔに追従するように転舵軸モータ２３の駆動制御が実行される。すなわち、ｋ１を比例定数として、Ｉｏ＝ｋ１・（θｔ−θｒ＋θｓ）で表される駆動電流Ｉｏを転舵軸モータ２３へ供給する第２制御によって、転舵制御が実施される（図２参照）。
【００１８】
Ｓ１０４の判断で否定された場合には、Ｓ１０８に進み、θｔ−θｒ＜−θｓであるかが判断される。θｔ−θｒ＜−θｓの場合には、Ｓ１１０に進み、ｋ１を比例定数として、Ｉｏ＝ｋ１・（θｔ−θｒ−θｓ）で表される駆動電流Ｉｏを転舵軸モータ２３へ供給する第２制御によって、転舵制御が実施される（図２参照）。
【００１９】
Ｓ１０８の判断で否定された場合には、｜θｔ−θｒ｜≪θｓであり、前述した第１制御と第２制御との切替制御に移る。まず、Ｓ１１２に進んで、第１制御の開始から第２制御の終了までを１サイクルとし、この１サイクルの時間となる周期Ｔｉを算出する。この周期Ｔｉの算出は、Ｓ１０２で読み込んだ車速Ｖの値を基に、ｋ２を比例定数として、Ｔｉ＝ｋ２／Ｖとして算出する。このように周期Ｔｉは、車速に反比例する値として求められる。
【００２０】
続くＳ１１４では、周期Ｔｉの間に第１制御が実施される時間Ｔａと第２制御が実施される時間Ｔｂとが求められる（図４）。このとき、周期Ｔｉ間における第１制御の時間割合がａ％、第２制御の時間割合がｂ％として予め規定されており、第１制御が実施される時間Ｔａと第２制御が実施される時間Ｔｂとは、それぞれ、Ｔａ＝ａ・Ｔｉ、Ｔｂ＝ｂ・Ｔｉとして求められる。そして、続くＳ１１６では、ｋ３を比例定数として、Ｉｏ＝ｋ３・（θｔ−θｒ）で表される駆動電流Ｉｏを転舵軸モータ２３へ供給する第１制御と、Ｉｏ＝０とする第２制御とが、Ｓ１１４で算出された時間間隔で交互に切り替えられる。これにより、｜θｔ−θｒ｜≪θｓである間は、転舵軸モータ２３は間欠的に駆動されることになり、この間、転舵軸モータ２３の消費エネルギーが低減されると共に、第１制御によって転舵輪２１の転舵制御が実施されるため、車両の直進安定性を維持できる。
【００２１】
以上説明した第１の実施形態は、転舵軸モータ２３が２相モータ及び３相モータの場合に適用し得るが、転舵軸モータ２３が３相モータの場合には、以下に説明するような制御方式を採用することもできる。
【００２２】
以下、この第２の実施形態について説明する。図５（ａ）に、３相モータ（３相ブラシレスモータ）の構造を概略的に示す。中心部に位置する円筒形のロータ５１は永久磁石で構成されており、図中にそれぞれＮ、Ｓとして示すように、半円筒の一方がＮ極、他方がＳ極となっている。ロータ５１の外周部には、１２０゜間隔でヨーク５２ｕ、５２ｖ、５２ｗが設けられ、各ヨーク５２ｕ、５２ｖ、５２ｗには、３相の各相を形成するコイルＵ，Ｖ，Ｗが巻着されている。図５（ｂ）に示すようにコイルＵ，Ｖ，Ｗを結線し、矢印で示す方向に電流ｉを流すことにより、ヨーク５２ｕがＮ極に、ヨーク５２ｖがＳ極に、ヨーク５２ｗがＳ極にそれぞれ着磁される。図５（ａ）に示す状態では、Ｎ極に着磁されたヨーク５２ｕとロータ５１のＳ極の中心部とが対抗しており、引力により互いに引き合っている。また、ヨーク５２ｕ、５２ｗはＳ極に着磁されているので、対向するロータ５１のＮ極を回転させる力となるが、互いに逆向きの力となるため、Ｎ極を回転させる力は打ち消し合う。これにより、ヨーク５２ｕがロータ５１のＳ極を垂直に引く力のみが残り、この力が、ロータ５１を一定の回転位置に保持させる力となる。このように、対向するロータ５１の磁極とは逆の極となるように、各ヨーク５２をそれぞれ着磁させる電流を保持電流というものとする。
【００２３】
そこで、このような３相モータの特性を利用して、第１の実施形態で例示した｜θｔ−θｒ｜≪θｓの間に実施する第１制御と第２制御の切替制御の際に、第１制御に代えて、前述した保持電流を転舵軸モータ２３の駆動電流Ｉｏとして流す定回転位置制御を実施する。このようにすることで、第２制御の間は転舵軸モータ２３が非駆動状態となって、転舵軸モータ２３の消費エネルギーが低減される。また、第１制御に代わる定回転位置制御の間は、転舵輪２１の転舵を抑止するように転舵軸モータ２３が制御されるため、車両の直進安定性を維持でき、第１の実施形態の場合と同様な効果が得られる。なお、第２の実施形態のように第１制御に代えて保持電流を流す場合には、図３のフローチャートにおいてＳ１１６が図６に示すようになる。
【００２４】
以上説明した各実施形態では、θｔ−θｒ＞θｓ及びθｔ−θｒ＜−θｓの範囲で第２制御を実施し、｜θｔ−θｒ｜≪θｓの範囲で第１制御と第２制御、或いは定回転位置制御と第２制御とを切り替える例を示したが、たとえば、θｔ−θｒ＞θｓ及びθｔ−θｒ＜−θｓの範囲では第１制御を実施し、｜θｔ−θｒ｜≪θｓの範囲では、各実施形態で例示した切替制御を実施することもできる。
【００２５】
また、切替制御を開始する条件は、｜θｔ−θｒ｜≪θｓの場合に限定するものではなく、例えば図２に示すように±θｓの範囲よりも広い±θｓ’の範囲内、すなわち｜θｔ−θｒ｜≪θｓ’の条件で前述した切替制御を開始してもよい。
【００２６】
さらに、周期Ｔｉに対して一定の割合で第１制御と第２制御の時間を定め、周期Ｔｉを車速Ｖに応じて変化させる場合を例示したが、第１制御及び第２制御の継続時間を車速Ｖに応じて直接設定することもできる。なお、第１制御及び第２制御の継続時間を車速Ｖによらず一定の値に設定することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる操舵制御装置によれば、第１制御と第２制御とを切り替えて転舵駆動手段の駆動制御を行う制御手段を備えたので、第２制御の間、転舵駆動手段が非駆動状態となるため、転舵駆動手段での消費エネルギーを低減させることが可能となる。また、第１制御に切り替えれた際に転舵輪の転舵を抑止するように転舵駆動手段が駆動されるので、車両の直進安定性を維持することが可能となる。
【００２８】
請求項２にかかる操舵制御装置によれば、第１制御と第２制御とを切り替えて転舵駆動手段の駆動制御を行う制御手段を備えたので、第２制御の間、転舵駆動手段が非駆動状態となるため、転舵駆動手段での消費エネルギーを低減させることが可能となる。また、第１制御に切り替えられた際に、転舵量が操作量に追従するような通常の転舵制御が実施されるので、車両の直進安定性を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】第１制御及び第２制御における、転舵軸モータに供給される駆動電流と舵角偏差との関係を示すグラフである。
【図３】転舵制御を示すフローチャートである。
【図４】周期Ｔｉと、第１制御が実施される時間Ｔａ及び第２制御が実施される時間Ｔｂとの関係を示す説明図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、３相モータの構成を示す説明図である。
【図６】第２の実施形態に応じた、図３のフローチャートの変更箇所を示す図である。
【符号の説明】
１０…マスタ部、１１…操舵ハンドル、１２…操舵軸、１３…操舵軸モータ、１４…操舵角センサ（操舵量検出手段）、１５…操舵トルクセンサ、２０…スレーブ部、２１…転舵輪、２２…転舵軸、２３…転舵軸モータ（転舵駆動手段）、２５…転舵変位量センサ（転舵量検出手段）、３０…制御部、３１…反力制御部、３２…転舵制御部（制御手段）。

Claims

操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、
前記操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段と、
前記転舵輪を転舵駆動する転舵駆動手段と、
前記転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
前記操作量と前記操舵量との偏差が所定値以下の場合に、前記転舵輪の転舵を抑止するように前記転舵駆動手段を駆動する第１制御と前記転舵駆動手段を非駆動状態とする第２制御とを所定の時間間隔で切り替えて、前記転舵駆動手段の駆動制御を行う制御手段とを備える操舵制御装置。
操舵ハンドルに連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、
前記操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段と、
前記転舵輪を転舵駆動する転舵駆動手段と、
前記転舵輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
前記操作量と前記操舵量との偏差が所定値以下の場合に、前記転舵量が前記操作量に追従するように前記転舵駆動手段を駆動する第１制御と前記転舵駆動手段を非駆動状態とする第２制御とを所定の時間間隔で切り替えて、前記転舵駆動手段の駆動制御を行う制御手段とを備える操舵制御装置。