JP3580658B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの回動に応じて転舵輪を転舵させる操舵制御装置に関し、特に、操舵ハンドルに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、これらの連結機構を電気的制御装置で置換した操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような操舵制御装置の一例を図５に示す（特公平６−９８９３１）。操舵ハンドル１２０を取り付けた操舵軸１２１には操舵軸モータ１２２が設けられており、操舵軸モータ１２２によって操舵軸１２１を回転駆動することで操舵ハンドル１２０に操舵反力が付与される。また、転舵軸モータ１３０によって転舵軸１３２が回転駆動されると転舵軸先端のピニオン１３１と歯合したラック軸１３４が軸方向に沿って変位され、このラック軸１３４に連動して転舵輪１３３が転舵される。このとき、転舵変位量センサ１３７で検出される転舵量が、操舵角センサ１２３の検出結果を基に操舵変位量演算器１４４で演算された目標制御量と一致するように、転舵軸モータ制御回路１４１によって転舵軸モータ１３０が駆動制御される。また、同時に、この転舵の際に転舵軸１３２に与えられる転舵反力が転舵反力センサ１３８で検出されると共に操舵軸１２１に与えられる操舵力が操舵力センサ１２４で検出され、両センサ１２４、１３８で検出された操舵力と転舵反力との偏差に基づいて、操舵軸モータ制御回路１４０によって操舵軸モータ１２２が駆動され、操舵ハンドル１２０に付与される操舵反力の制御がなされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、フラッタやシミーなど、左右の転舵輪１３３のアンバランスや路面の凹凸などが原因となって、走行中に、転舵輪１３３、ラック軸１３４等を含むバネ下系に、ラック軸１３４の軸方向に沿った振動が発生した場合には、この振動に応じて転舵軸１３２に加わる転舵反力も変動するため、転舵反力センサ１３８の検出信号にはこの振動に応じた周波数成分が含まれることになる。
【０００４】
これに対し、操舵軸モータ１２２を駆動して操舵反力の制御を行う操舵軸モータ制御回路１４０には、操舵力センサ１２４の検出結果と転舵反力センサ１３８の検出結果とが与えられるため、転舵反力センサ１３８の検出信号中にバネ下系の振動に応じた周波数成分が含まれる場合には、このバネ下系の振動が操舵ハンドル１２０の周方向の振動として伝達されてしまう。特に、この振動に振動周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分が含まれる場合には、操舵ハンドル１２０を握る運転者に対して強い不快感を感じさせ、操舵感を低下させるおそれがあった。
【０００５】
また、このようにバネ下系が振動した場合には転舵軸１３２の変位量も変動するため、転舵変位量センサ１３７の検出信号にもこの振動に応じた周波数成分が含まれる。このとき、転舵変位量演算器１４５から転舵軸モータ制御回路１４１に与えられるフィードバック信号には、転舵軸１３２の変位量変動に応じた周波数成分が外乱として含まれるため、転舵制御系が不安定となり、転舵輪１３３の位置制御性が低下したり、この制御系が発振するおそれもあった。このような現象が発生すると転舵反力が変動するため、この様子を転舵反力センサ１３８が検出することとなり、前述したように、振動となって操舵ハンドル１２０に伝達されてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、このようなバネ下系で発生する振動のうち、特に運転者に不快感を与える周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の振動が操舵ハンドルに伝達されることを防止して、操舵感を向上させ得る操舵制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させると共に、転舵反力に応じた操舵反力を操舵ハンドルに付与する操舵制御装置において、操舵ハンドルに連結された操舵軸を回転駆動する操舵軸駆動手段と、操舵ハンドルから操舵軸に付与される操舵力を検出し、この操舵力に応じた第１の検出信号を出力する操舵力検出手段と、操舵軸と機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、転舵輪から転舵手段に付与される転舵反力を検出し、この転舵反力に応じた第２の検出信号を出力する転舵反力検出手段と、第２の検出信号中に含まれるばね下系の振動成分のうち、１２Ｈｚ〜１８Ｈｚの高周波成分を減衰させるフィルタ手段と、フィルタ手段を通過した第２の検出信号と第１の検出信号とに基づき、操舵軸駆動手段の駆動制御を行う操舵反力制御手段とを備えて構成する。
【０００８】
転舵反力検出手段から出力される第２の検出信号中に含まれるバネ下系の振動成分のうち、フラッタやシミーなどに起因する周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分をフィルタ手段で減衰させる。これにより操舵反力制御手段には、このような高周波成分が減衰された第２の検出信号が与えられるため、このようなバネ下系の高周波振動に起因する反力変動が操舵ハンドルに伝達されることを防止できる。
【０００９】
また、請求項２にかかる操舵制御装置は、操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させると共に、転舵反力に応じた操舵反力を操舵ハンドルに付与する操舵制御装置において、操舵ハンドルに連結された操舵軸を回転駆動する操舵軸駆動手段と、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵角検出手段の検出結果をもとに転舵制御の目標となる目標制御量を演算し、演算された目標制御量に応じた制御量信号を出力する目標制御量演算手段と、操舵軸と機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、転舵輪の変位量を検出し、この変位量に応じた検出信号を出力する変位量検出手段と、この検出信号中に含まれるばね下系の振動成分のうち、１２Ｈｚ〜１８Ｈｚの高周波成分を減衰させるフィルタ手段と、フィルタ手段を通過した検出信号と制御量信号とに基づき、転舵手段の駆動制御を行う転舵制御手段とを備えて構成する。
【００１０】
変位量検出手段から出力される検出信号に含まれるバネ下系の振動成分のうち、フラッタやシミーなどに起因する周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分をフィルタ手段で減衰させる。これにより転舵制御手段には、このような高周波成分が減衰された検出信号が与えられるため、ハンドル操作に対する転舵輪の位置制御性が向上すると共に、このようなバネ下系の高周波振動が操舵ハンドルに伝達されることを防止できる。
【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１に、第１の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、運転者が操作するマスタ部Ａ、車輪を操向させるスレーブ部Ｂ、及び、マスタ部Ａとスレーブ部Ｂとを電気的に制御する制御部Ｃで構成される。
【００１３】
マスタ部Ａは、操舵ハンドル１が取り付けられた操舵軸２と、操舵軸２を回転駆動する操舵軸モータ３とを備えると共に、操舵軸２には、操舵軸２の操舵角Θを検出するための操舵角センサ４、及び、操舵力Ｔを検出するための操舵力センサ５を設けている。
【００１４】
スレーブ部Ｂは、転舵軸１３を変位駆動する際の駆動源となる転舵軸モータ１１を備えており、この転舵軸モータ１１と転舵軸１３との間には、転舵軸モータ１１の回転運動を直線運動に変換して転舵軸１３を軸方向に変位させる変換器１２を設けている。転舵軸１３の両端は、それぞれタイロッド１５ａ，１５ｂ及びナックルアーム１６ａ，１６ｂを介して操向車輪１４ａ，１４ｂに各々接続されており、転舵軸１３が軸方向に沿って変位することで、その変位量及び変位方向に応じて、各操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵がなされる機構となっている。タイロッド１５ａ，１５ｂには、左右の操向車輪１４ａ，１４ｂからそれぞれタイロッド１５ａ，１５ｂに付与される軸力（転舵反力）を検出し軸力に応じた検出信号を出力する転舵反力センサ１８ａ，１８ｂが取り付けられている。転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出信号は、それぞれローパスフィルタ１９ａ，１９ｂを介して後述する転舵反力演算器２４に与えられる。このローパスフィルタ１９ａ，１９ｂは、５Ｈｚ程度以下の低周波成分を通過させ、１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分を十分に減衰させる機能を有している。このようにローパスフィルタ１９ａ，１９ｂを介在させることで、転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出信号中に含まれる周波数成分のうち、フラッタやシミー等に起因する１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分を除去している。また、転舵軸１３には、この転舵軸１３の変位量を検出する転舵変位量センサ１７が設けられており、転舵軸１３の変位量を転舵変位量センサ１７で検出することで、操向車輪１４ａ，１４ｂの実転舵量が検知できる。
【００１５】
制御部Ｃは、操舵軸モータ３の駆動制御を行う操舵軸モータ制御回路２１、転舵軸モータ１１の駆動制御を行う転舵軸モータ制御回路２６を備えており、各演算器から与えられる演算結果をもとに、両モータの駆動制御を実施する。
【００１６】
転舵軸モータ制御回路２６には、転舵変位量演算器２２、目標制御量演算器２５の演算結果が与えられる。転舵変位量演算器２２は、転舵変位量センサ１７の検出結果をもとに転舵軸１３の変位量を転舵変位量Ｘとして求めると共に、転舵変位量Ｘに比例する制御量ｂＸ（ｂは操舵変位ギヤ比に相当する係数）に応じた制御量信号を出力する。目標制御量演算器２５は、操舵角センサ４で検出された操舵角Θから、転舵制御、すなわち操舵角に対応するように操向車輪１４ａ，１４ｂを転舵させる際の目標となる目標制御量θを演算し、目標制御量θに応じた制御量信号を出力する。転舵軸モータ制御回路２６は、転舵変位量演算器２２と目標制御量演算器２５とから与えられる制御量信号をもとに、操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵量が目標制御量θとなるように転舵軸モータ１１の駆動制御を行う。すなわち、転舵軸１３の制御変位量Ｍｓを（１）式によって算出し、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号を転舵軸モータ１１に出力する。なお、（１）式中、Ｇｓは転舵制御信号のゲインを示すゲイン係数である。
【００１７】
Ｍｓ＝Ｇｓ・（θ−ｂＸ） …（１）
また、操舵軸モータ制御回路２１には、操舵力演算器２３と転舵反力演算器２４との演算結果が与えられる。操舵力演算器２３は、操舵力センサ５の検出結果をもとに操舵軸２に付与された操舵力Ｔを演算すると共に、操舵力Ｔが付与された方向に操舵軸２を回転させるための制御量ａＴ（ａは操舵力ギヤ比に相当する係数）に応じた制御量信号を出力する。転舵反力演算器２４は、ローパスフィルタ１９ａ，１９ｂを通過した転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出信号を基に、転舵軸１３に付与された転舵反力Ｆを演算し、転舵反力Ｆに応じた反力信号を出力する。操舵軸モータ制御回路２１は、これら操舵力演算器２３及び転舵反力演算器２４から与えられる信号をもとに、操舵軸モータ３の回転制御量Ｍｍを下記の（２）式によって算出し、回転制御量Ｍｍに応じた反力制御信号を操舵軸モータ３に出力する。なお、（２）式中、Ｇｍは出力信号のゲインを示すゲイン係数である。
【００１８】
Ｍｍ＝Ｇｍ・（ａＴ−Ｆ） …（２）
ここで、このように構成される操舵制御装置の動作を概略的に説明する。車両が直進している状態から操舵ハンドル１が回転されこのとき演算された目標制御量がθであるとすると、式（１）により制御変位量Ｍｓが生じ、転舵軸モータ制御回路２６からは、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号が出力される。この転舵制御信号を受けて転舵軸モータ１１が作動し、転舵軸１３が変位して操向車輪１４ａ，１４ｂが転舵される。この操向車輪１４ａ，１４ｂの実転舵量に対応する転舵変位量Ｘが転舵変位量演算器２２を介して転舵軸モータ制御回路２６に与えられ、前出の（１）式に基づいて転舵軸モータ１１のフィードバック制御がなされる。そして、θ≒ｂＸとなった時点で転舵軸モータ１１の動作が停止する。
【００１９】
一方、操向車輪１４ａ、１４ｂが転舵されると転舵反力Ｆが発生するが、この際、シミーやフラッタなどにより、バネ下系に転舵軸１３の軸方向に沿う振動が発生している場合には、転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出結果も変動し、その検出信号中には振動周波数に応じた周波数成分が含まれる。この転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出信号中に含まれる周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分は、ローパスフィルタ１９ａ，１９ｂによって除去され、この後、転舵反力演算器２４に与えられる。転舵反力演算器２４では、このように高周波成分が除去された検出信号をもとに転舵反力Ｆが演算される。操舵軸モータ制御回路２１には、この演算された転舵反力Ｆと操舵力演算器２３によって演算された操舵力Ｔとが与えられ、前出の（２）式に基づいて操舵軸モータ３の駆動制御、すなわち操舵軸２に与えられる反力制御がなされ、ａＴ≒Ｆとなった時点で操舵軸モータ３の動作が停止する。この際、バネ下系の振動成分のうち１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分がローパスフィルタ１９ａ，１９ｂによって除去されており、この高周波成分の影響を排除して操舵軸モータ３の駆動制御が行われるため、バネ下系の高周波振動が操舵ハンドル１に伝達されることはない。
【００２０】
この後、この反力を上回る操舵力Ｔで操舵ハンドル１を回すと、操舵軸２の回転角が増加するため目標制御量θも増加する。このため、（１）式における制御変位量Ｍｓが増加して転舵軸１３が変位駆動される。転舵軸１３が変位すると転舵反力Ｆが増大するため、（２）式における回転制御量Ｍｍが変化して、操舵反力が増大するように操舵軸モータ３が再び回転駆動される。この動作の繰り返しにより、操舵ハンドル１の操舵角に対応した操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵角が得られると共に、転舵反力に応じた操舵反力が得られる。なお、操舵ハンドル１を戻す際にも同様に、操舵ハンドル１の戻し回転角に対応して操向車輪１４ａ、１４ｂの転舵角が追従すると共に、操舵ハンドル１の操舵力Ｔも転舵反力Ｆに対応して減少する。
【００２１】
このようにして操舵制御がなされるが、ここで制御部Ｃで行われる処理について、図２のフローチャートに基づいて概略的に説明する。なお、このフローチャートは、イグニッ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。
【００２２】
まず、ステップ１００（以下、「ステップ」を「Ｓ」と記す）において、予めＲＯＭに記憶されたａ、ｂ、Ｇｍ及びＧｓの各値が読み込まれ、初期設定がなされる。続くＳ１０２において、操舵角Θ、操向車輪の１４ａ、１４ｂの転舵角に対応する転舵変位量Ｘ、操舵力演算器２３で演算された操舵力Ｔ及び転舵反力演算器２４で演算された転舵反力Ｆがそれぞれ読み込まれる。なお、この転舵反力Ｆは、高周波成分が除去された転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出信号をもとに算出された値であり、バネ下系で発生した高周波振動の影響が転舵反力の演算結果に反映されることはない。続くＳ１０４において、読み込まれた操舵角Θをもとに、この操舵角に対応する目標制御量θが演算される。続くＳ１０６では、Ｓ１０４で演算された目標制御量θと、Ｓ１００及びＳ１０２で読み込まれた各値を用いて、前出の（１）式より制御変位量Ｍｓが算出されると共に、前出の（２）式より回転制御量Ｍｍが算出される。そして、Ｓ１０８において、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号が転舵軸モータ１１に出力されるとともに、回転制御量Ｍｍに応じた反力制御信号が操舵軸モータ３に出力される。
【００２３】
制御部Ｃでは、このような制御処理を所定時間間隔で繰り返し実行することで操舵制御を行っている。
【００２４】
以上説明した第１の実施形態では、転舵変位量センサ１７の出力をフィードバックすることにより転舵軸モータ１１の駆動制御を行う場合を例示したが、このようなフィードバック制御が行われる場合に限定するものではない。例えば、転舵軸モータ１１をステップモータで構成し、このステップモータの回転量を目標制御量θに応じて算出し、この算出結果に基づいてステップモータの回転を制御してもよく、このような場合には、フィードバック制御は不要となる。
【００２５】
次に、第２の実施形態にかかる操舵制御装置の構成を図３に示す。図中、図１と同一の機能を有する構成には同一の参照符号を付して示し、説明は省略する。
【００２６】
操向車輪１４ａ，１４ｂ等を含むバネ下系が振動した場合には、転舵軸１３の変位量も変動するため、転舵変位量センサ１７の検出信号にもこの振動に応じた周波数成分が含まれる。転舵変位量センサ１７の検出信号をもとに、転舵軸モータ１１によって転舵軸１３が変位駆動され、その結果発生する転舵反力Ｆが転舵反力センサ１８ａ，１８ｂによって検出され、操舵反力の制御に反映される。従って、転舵軸１３の変位量を検出する転舵変位量センサ１７の検出信号中に、前述したような周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分が含まれている場合には、この周波数成分に応じた振動が操舵ハンドル１に伝達されてしまう。
【００２７】
そこで この第２の実施形態では、第１の実施形態におけるローパスフィルタ１９ａ，１９ｂに代えて、ローパスフィルタ１９ｃを備えている。このローパスフィルタ１９ｃは、５Ｈｚ程度以下の低周波成分を通過させ、１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分を十分に減衰させる機能を有しており、転舵変位量センサ１７の後段に設けることで、転舵変位量センサ１７の検出信号中に含まれる周波数成分のうち、周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分を除去している。
【００２８】
このように、ローパスフィルタ１９ｃによって、転舵変位量センサ１７の検出信号中に含まれる高周波成分を除去することで、転舵軸モータ制御回路２６には、高周波成分の影響を排除した演算結果が与えられることとなるため、ハンドル操作に対する操向車輪１４ａ，１４ｂの位置制御性が向上すると共に、このようなバネ下系の高周波振動に起因する操向車輪１４ａ，１４ｂの変位量変動が操舵ハンドル１に伝達されることを防止できる。
【００２９】
以上説明した各実施形態では、ローパスフィルタ１９ａ，１９ｂと、ローパスフィルタ１９ｃとを個々に備える例をそれぞれ示したが、図４に第３の実施形態として示すように、ローパスフィルタ１９ａ，１９ｂとローパスフィルタ１９ｃとの双方を備えて構成することもできる。このように構成することで、バネ下系で発生した高周波振動が反力制御に及ぼす影響をより一層低減させることができる。
【００３０】
【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、転舵反力検出手段から出力される第２の検出信号中に含まれる高周波成分を減衰させるフィルタ手段を備えるので、この第２の検出信号中に含まれるバネ下系の振動成分のうち、フラッタやシミーなどに起因する周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分を除去することが可能となる。従って、操舵反力制御手段によって、このような高周波成分が除去された第２の検出信号をもとに反力制御が行われるため、操舵ハンドルを握る運転者に対し、特に不快感を与えるバネ下系の高周波振動が操舵ハンドルに伝達されることを防止でき、操舵感を向上させることが可能となる。
【００３１】
また、請求項２にかかる操舵制御装置によれば、変位量検出手段から出力される検出信号に含まれる高周波成分を減衰させるフィルタ手段を備えるので、この検出信号中に含まれるバネ下系の振動成分のうち、フラッタやシミーなどに起因する周波数１２Ｈｚ〜１８Ｈｚ程度の高周波成分を除去することが可能となる。従って、転舵制御手段によって、高周波成分が除去された検出信号をもとに転舵制御がおこなわれるため、ハンドル操作に対する転舵輪の位置制御性を向上させることが可能となり、この結果、バネ下系の高周波振動が操舵ハンドルに伝達されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】制御部で行われる制御処理を概略的に示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第３の実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の操舵制御装置を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
Ａ…マスタ部、Ｂ…スレーブ部、Ｃ…制御部、１…操舵ハンドル、２…操舵軸、３…操舵軸モータ、４…操舵角センサ、５…操舵力センサ、１１…転舵軸モータ、１３…転舵軸、１４ａ，１４ｂ…操向車輪（転舵輪）、１７…転舵変位量センサ（変位量検出手段）、１８ａ，１８ｂ…転舵反力センサ、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…ローパスフィルタ（フィルタ手段）、２５…目標制御量演算器、２１…操舵軸モータ制御回路（操舵反力制御手段）、２６…転舵軸モータ制御回路（転舵制御手段）。

Claims (2)

1. 操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させると共に、転舵反力に応じた操舵反力を前記操舵ハンドルに付与する操舵制御装置において、
   前記操舵ハンドルに連結された操舵軸を回転駆動する操舵軸駆動手段と、
   前記操舵ハンドルから前記操舵軸に付与される操舵力を検出し、この操舵力に応じた第１の検出信号を出力する操舵力検出手段と、
   前記操舵軸と機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、
   前記転舵輪から前記転舵手段に付与される転舵反力を検出し、この転舵反力に応じた第２の検出信号を出力する転舵反力検出手段と、
   前記第２の検出信号中に含まれるばね下系の振動成分のうち、１２Ｈｚ〜１８Ｈｚの高周波成分を減衰させるフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段を通過した前記第２の検出信号と前記第１の検出信号とに基づき、前記操舵軸駆動手段の駆動制御を行う操舵反力制御手段とを備える操舵制御装置。
2. 操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させると共に、転舵反力に応じた操舵反力を前記操舵ハンドルに付与する操舵制御装置において、
   前記操舵ハンドルに連結された操舵軸を回転駆動する操舵軸駆動手段と、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵角検出手段の検出結果をもとに転舵制御の目標となる目標制御量を演算し、演算された目標制御量に応じた制御量信号を出力する目標制御量演算手段と、
   前記操舵軸と機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、
   前記転舵輪の変位量を検出し、この変位量に応じた検出信号を出力する変位量検出手段と、
   前記検出信号中に含まれるばね下系の振動成分のうち、１２Ｈｚ〜１８Ｈｚの高周波成分を減衰させるフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段を通過した前記検出信号と前記制御量信号とに基づき、前記転舵手段の駆動制御を行う転舵制御手段とを備える操舵制御装置。

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