JPH01244979A - 操舵比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両の操舵系におけるステアリングホイー
ルの回転角と転舵輪の転舵角との比、所謂操舵比を制御
するための操舵比制御装置に関し、特に、ヨーレイトゲ
インが急激に変化するような制御モードの切換時であっ
ても、操縦安定性を損なわないようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の操舵比制御装置としては、例えば、本出願人が先
に提案した、特開昭６１−２１５１６８号公報に記載さ
れたものがある。

この従来の技術は、操舵系の人力軸と出力軸との間に介
在し且つその入力軸及び出力軸の回転速度比を変更する
操舵比変更装置を差動歯車列で構成すると共に、その差
動歯車列に対する制御信号を入力軸の操舵速度及び車速
に応じて与えることにより、前記操舵比を変更できる幅
を種々の走行状況に対応できるようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の操舵比制御装置にあっては、
入力軸の操舵速度及び車速にのみ基づいて操舵比を制御
するような構成であったため、その操舵速度及び車速に
対応する操舵比の制御モードを複数設定して、更に多（
の状況に応じれるようにした場合、その制御モードを切
り換えるときに、操舵比が大幅に変化して、ヨーレイト
ゲインが大幅且つ急激に変化することがあった。

ここで、ヨーレイトゲインＡは、ヨーレイトをφ、操舵
角速度をθとすれば、下記（１１式で求めることができ
る。

Ａ＝φ／θ　　　　　　　　・・・（１１また、車速Ｖ
、ホイールベースＬ、安定係数Ｋ及び操舵比４間には下
記の（２）式の関係がある。

７７＝Ｖ／（ＡＬ（１＋ＫＶ”））　　・（２）このよ
うに、車速■が一定のときには、操舵比ηは、ヨーレイ
トゲインＡの関数になっている。

そして、上記（２）式を変形すると、下記（３）式のよ
うになる。

’Ａ＝Ｖ／（ηＬ（１＋ＫＶ”））　　　・・・（３）
この（３）式からも明らかなように、車速■が一定の状
態で制御モードを変更し、操舵比ηを急激に変化させる
と、ヨーレイトゲインＡの大幅且つ急激な変化が生じ、
車両のスピンモーメントが突然変化する。そのため、そ
の変化に運転者が適応できず、操縦安定性を損なう恐れ
もあるので、上記のように複数の制御モードを設定する
場合に各制御モード間の変化幅をさほど大きくできない
という未解決の課題があった。

この発明は、このような従来技術の未解決の課題に着目
してなされたものであり、例えば、舗装路走行時と山路
走行時等のような極端な走行状況の変化に対応できるよ
うに複数の制御モードを設定した場合であっても、その
制御モードが切り換わって操舵比が大幅に変化したとき
のヨーレイトゲインの急激な変化を防止することにより
、安全性に優れた操舵比制御装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、第１図の基本
構成図に示すように、車両の操舵系の入力軸及び出力軸
の回転速度比を制御信号に応じて変更する操舵比可変手
段と、前記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
前記入力軸の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段
と、複数の制御モードに切換可能で且つ制御モードにつ
いて前記車速検出手段の車速検出値及び前記操舵角速度
検出手段の操舵角速度検出値に応じた前記制御信号を決
定する制御信号決定手段と、前記制御モードを切り換え
る制御モード切換手段と、を備える操舵比制御装置にお
いて、前記制御モードを切り換える制御モード切換時に
、その切換前及び切換後の夫々の操舵比に対応する二つ
のヨーレイトゲインの変化幅を算出する変化幅算出手段
と、前記変化幅が所定幅以上であるときに前記操舵比の
変化速度が小さくなる方向に前記制御信号を補正する補
正手段とを設けた。

〔作用〕

車両の走行速度が車速検出手段で検出され、操舵系の人
力軸の操舵角速度が操舵角速度検出手段で検出される。

そして、これら各検出値に基づいた制御信号が制御手段
において決定されると共に、その制御信号に応じて操舵
比可変手段が操舵比（入力軸の回転速度／出力軸の回転
速度）を変更する。すると、例えば、走行路面上の障害
物が突然発見されて、運転者が急な操舵操作によってそ
れを避けようとした場合、そのときの操舵角速度に基づ
いて操舵比が小さくなるような制御信号が決定され、そ
の制御信号に応じて操舵比が変更されるから、ステアリ
ングホイールの回転に対して転舵輪が素早く応答して、
急な操舵操作が行われ、障害物を容易に避けることがで
きる。

また、高速走行時には、その車速に応じて操舵比が大き
くなるような制御信号が決定され、その制御信号に応じ
て操舵比が変更されるから、高速走行時に転舵輪が揺れ
すぎて車両がふらつくことは防止されるので、車両の直
進安定性を損なうことがない。

そして、例えば運転者によって操作された制御モード切
換手段により、制御手段の制御モードが切り換えられる
。すると、その各制御モードを適宜設定すれば、舗装路
走行時と山路走行時等のような極端な走行状況の変化で
あっても好適に対応することができる一方、その制御モ
ード切換持前後のヨーレイトゲインの変化幅が変化幅算
出手段において算出され、その変化幅が所定幅以上であ
るときには、補正手段が操舵比の変化幅が小さくなるよ
うに制御信号を補正するから、ヨーレイトゲインの急激
な変化は防止されるので、安全性が損なわれることはな
い。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図乃至第６図は、本発明の一実施例を示したもので
ある。

先ず、構成を説明すると、第２図において、−端にステ
アリングホイール１が連結された入力軸２の他端と、一
端に例えばランクアンドピニオン式ステ°アリング装置
のピニオン軸（図示せず）が連結された出力軸３の他端
とが、操舵比可変手段としての操舵比可変装置４を介し
て連結されている。

この操舵比可変装置４は、入力軸２と一体に回動する入
力側サンギヤ４ａと、出力軸３と一体に回動する出力側
サンギヤ４ｂと、前記入力側サンギヤ４ａに噛合する入
力側プラネタリギヤ４Ｃと、この入力側プラネタリギヤ
４Ｃと一体に同軸成形され且つ前記出力側サンギヤ４ｂ
に噛合する出力側プラネタリギヤ４ｄと、後述する可変
速モータの回動軸が連結され且つ前記両プラネタリギヤ
４ｃ、４ｄを移動させるプラネタリキャリヤ４ｅとで構
成されている。

５は入力軸２の操舵角を検出する操舵角センサであり、
入力軸２の回動位置を検出して操舵角に応じたパルス信
号でなる操舵角検出信号Ｄθを出力する。

６は車速を検出する車速検出手段としての車速センサで
あり、例えば、変速機の出力軸の回転数を検出して、こ
れに対応した周期パルス信号からなる車速検出信号ＤＶ
を出力する。

７はモード切換手段としてのモード切換スイッチであり
、このモード切換スイッチは、例えば運転席に設けられ
た複数の釦等で構成され、運転者がそのスイッチを操作
すると、選択されたモードに対応した切換信号ＳＷを出
力する。

８は、回動軸が前記プラネタリキャリヤ４ｅに連結され
た可変速モータであり、後述するコントローラから供給
される駆動電流Ｉ。に応じて回動するように構成されて
いる。

９は、上記可変速モータ８の回転速度を検出するエンコ
ーダであり、可変速モータ８の回転速度を検出に対応し
た周期パルス信号でなる回転速度検出信号ＮＭを出力す
る。

そして、これら操舵角センサ５．車速センサ６゜モード
切換スイッチ７及びエンコーダ９の各出力信号Ｄθ、Ｄ
Ｖ、ＳＷ及びＮＭは、コントローラ１０に供給される。

また、このコントローラ１０は、第３図に示すように°
、Ａ／Ｄ変換器等を有し且つ前記各検出信号が供給され
る入力回路１１と、Ｄ／Ａ変換器及び増幅回路等を有し
且つ前記可変速モータ８に対して駆動電流Ｉ。を出力す
る出力回路１２と、供給された検出信号や関数テーブル
等に基づいて駆動電流値Ｉ０を算出する演算処理装置１
３と、この演算処理装置１３での演算結果を逐次記憶す
るＲＡＭ及び処理過程において必要な関数テーブル等を
記憶しているＲＯＭ等から構成される装置置１４とを少
なくとも備えている。

次に、上記実施例の動作を説明する。

車両のイグニソションスイソチがオンになると、コント
ローラ１０及び各検出装置に電源が供給され、それら検
出装置の検出信号がコントローラ１０の入力回路１１に
供給される。

第４図及び第５図は、演算処理装置１３内部での処理手
順を示したフローチャートである。

先ず、第４図ステソプ■において、モード切換スイッチ
７から切換信号ＳＷが入力されているか否かを判断して
、その信号が入力されていないときには、モードの切り
換えを実行する必要がないのでステップ■に移行する。

ステップ■では、車速センサ６、操舵角センサ５及びエ
ンコーダ９からの入力信号ＤＶ、Ｄθ及びＮＭを読み込
み、記憶装置１４の所定記憶領域に記憶する。

次いで、ステップ■に移行して、前記ステップ■で読み
込んだ検出信号に基づいて、車速■、操舵角速度ｄ及び
可変速モータの回転速度ω。を算出する。なお、操舵角
速度６は、前回の処理で検出された操舵角検出値Ｄθと
今回の処理で検出された同値との差値から求めている。

次いで、ステップ■に移行して、現在の制御モードを示
している状態変数Ｍが「１」であるか否かを判定する。

なお、この実施例では、モード■及びモード■という二
つの制御モードを有しており、状態変数ＭがｒｌＪのと
きには現在の制御モードがモードＩであり、また状態変
数Ｍが「２」のときには現在の制御モードがモード■で
あることを表している。

そして、このステップ■の判定がｒＹＥＳＪであるとき
には、ステップ■に移行し、第６図（ａｌの鎖線に示す
ようなモードＩのときの車速■に対する操舵比η１の関
数テーブルを参照し前記ステップ■で算出した速度Ｖに
基づいた操舵比η１を求めると共に、第６図（ｂ）の１
￥線に示すようなモードＩのときの操舵角速度θに対す
る操舵比η２の関数テーブルを参照して前記ステップ■
で算出した操舵角速度θに基づいた操舵比η２を求め、
これら操舵比η８．η２の平均値（η、＋η２）／２を
目標操舵比η８とする。

一方、前記ステップ■での判定が「ＮＯ」の場合には、
ステップ■に移行して、第６図（ａ）及び（ｂｌの実線
で示されるモードＨにおける関数テーブルを参照し、車
速■及び操舵角速度ｔに基づいた操舵比η３．η２を求
め、これら操舵比η１．η２の平均値（η、十η２）／
２を目標操舵比η８とする。

次いで、ステップ■に移行して、前記ステップ■で算出
した可変速モータ、即ち、プラネタリキャリヤ４ｅの回
転速度ω。に基づいて、現在の操舵比η°を算出する。

ここで、入力軸２０回転速度をω１．出力軸の回転速度
をω。、操舵比可変装置４の各ギヤ４ａ〜４ｄの歯数を
夫々Ｚ、〜Ｚｄとすれば、これらの間には下記（４）式
のような関係がある。

ω。＝ＺＸω＋＋（ＩＺ）Ｘω、　・・・（４）但し、
Ｚｍ（Ｚｍ　Ｘ　Ｚｃ　）　／　（Ｚｂ　Ｘ　Ｚａ　）
とする。

また、入力軸２の回転速度をω１は前記ステップ■で求
めた操舵角速度−に等しいから、現在の操舵比η”は、
下記の（５）式のように表せる。

η′＝ω■／ω０ ＝θ／（ＺＸｔ＋（１−Ｚ）ＸωＣ） ・・・（５） そして、ステップ■で上記（５）式に基づいて現在の操
舵比η′が求まったら、ステップ■に移行して、前記ス
テップ■又はステップ■で求めた目標操舵比ηＨに基づ
き且つ前記ステップ■で求めた現在の操舵比η“をフィ
ードバック的に考慮して、現在の操舵比が目標操舵比η
８となるような駆動電流Ｉ０を求める。

次いで、ステップ■に移行して、前記ステップ■で求め
た駆動電流■。を出力回路１２から可変速モータ８に供
給して、操舵比を変更する。

次いで、ステップ［相］に移行して、前記ステップ■又
はステップ■で求めた目標操舵比η８をη。

に代入する。このステップ［相］の処理を終えたら、再
びステップ■からの一連の処理を実行する。

一方、ステップ■での判定が「ＹＥＳ」、即ち、モード
切換処理を行う場合には、ステップ０に移行して、第５
図に示すサブルーチン処理を実行する。

先ず、ステップ＠で、車速センサ６、操舵角センサ５及
びモード切換スイッチ７からの入力信号、ＤＶ、Ｄθ及
びＳＷを読み込み、ステップ［相］に移行して、前記ス
テップ■の処理と同様に、車速■及び操舵角速度θを算
出する。

次いで、ステップ０に移行して、前記ステップ＠で読み
込んだ切換信号ＳＷが「１」であるか否かを判定する。

ここで、切換信号ＳＷは「１」又はｒＱＪのデジタル信
号であり、制御モード切換時に、モード■からモードＩ
に切り換えるときには「１」が入力され、モード■から
モードＩに切り換えるときには「０」が入力されるよう
になっている。

従って、このステップ■の判定がｒＹＥＳ、の場合には
、ステップ■に移行して、状態変数Ｍを「１」とし、次
いでステップ［相］に移行して、前記ステップ■と同様
の処理を実行して、目標操舵比η８を算出する。また、
前記ステップ■での判定が「ＮＯ」の場合には、ステッ
プＯに移行して、状態変数Ｍを「２」とし、次いでステ
ップ［相］に移行して、前記ステップ■と同様の処理を
実行して、目標操舵比η８を算出する。

次いで、ステップ［相］に移行して、前記（３）式に基
づいて、目標操舵比η８に対応するヨーレイトゲインＡ
９を算出し、続いてステップ［相］に移行し、前記（３
）式に基づいて前記ステップ［株］で設定した前回の処
理における目標操舵比η。に対応したヨーレイトゲ・イ
ンＡ０を算出する。

次いで、ステップ■に移行して、前記ステップ［相］及
びステップ［相］で算出されたヨーレイトゲインＡｓ、
Ａｏに基づいて、ヨーレイトゲインの変化幅ΔＡを、下
記の（６）式に基づいて算出する。

ΔＡ＝ｌＡＮ　　Ａ６　　ｌ　　　　　・・・（６）そ
して、ステップ０に移行して、前記ステップ■で算出さ
れた変化幅ΔＡが、所定値αよりも大きいか否かを判定
する。ここで、ΔＡがα以下であれば、制御モードを徐
々に切り換える必要はないと判断されて、このサブルー
チン処理を終えて、第４図の処理に復帰する。

また、このステップ０でΔＡがαよりも大きいと判断さ
れた場合には、ヨーレイトゲインが急激且つ大幅に変化
して危険なので、これを防止するために、以下のステッ
プ０乃至ステップ［相］の処理を実行する。

即ち、ステップ０で、カウント変数Ｔを、所定値ｋに設
定する。

次いで、ステップ［相］に移行して、下記の（７）式に
基づいて、目標操舵比η８°を算出する。

η８′＝η。＋Δη／Ｔ　　　　・・・（７）但し、Δ
η＝η８−η。である。

次いで、ステップ＠に移行して、回転速度検出信号ＮＭ
を読み込み、続いてステップ［相］に移行して、前記ス
テップ■と同様の処理を実行して、現在の操舵比η′を
求める。

次いで、ステップ０に移行して、前記ステップ■と同様
の処理を実行して、駆動電流Ｉ０を求めて、続いてステ
ップ［相］に移行し、前記ステップ０で求めた駆動電流
Ｉ。を出力回路１２から可変速モータ８に供給して、操
舵比を変更する。

次いで、ステップ０に移行して、カウント変数Ｔを１デ
クリメントし、ステップ［相］でこのカウント変数Ｔが
［０」であるか否かを判定する。そして、このカウント
変数Ｔが「０」になるまで、上記ステップ［相］乃至ス
テップ［相］を実行し、ステップ［相］の判定がｒＹＥ
Ｓ、となったら、第４図の処理に復帰する。

ここで、前記操舵角センサ５及び前記ステップ■によっ
て操舵角速度検出手段が構成され、前記ステップ［相］
乃至ステップＯによって変化幅算出手段が構成され、前
記ステップ０乃至ステップ［相］によって制御信号補正
手段が構成される。

このように、上記実施例では、制御モード切換時の処理
において、その切換前後におけるヨーレイトゲインの変
化幅ΔＡが所定値αを越える場合には、ステップ［相］
乃至ステップ［相］の処理を所定回数繰り返し実行する
ので、目標操舵比η８′は、ステップ＠或いはステップ
［相］で求められた目標操舵比η、に徐々に近づいてい
くから、操舵比が急激に変化することはなく、その結果
、ヨーレイトゲインの急激且つ大幅な変化が防止される
。

そのため、例えば、旋回時等に故意又は誤って制御モー
ドが切り換わっても、車両のスピンモーメントが急激に
変化することはないので、安全性や操縦性が損なわれる
ことはないし、さらには、操舵比可変装置を構成する各
ギヤ間にバックラッシュが起きにくくなるので、装置の
耐久性や信頼性が向上する。

また、例えば、走行路面上の障害物が突然発見されて、
運転者が急な操舵操作によってそれを避けようとした場
合、そのときの操舵角速度に基づいて操舵比が小さくな
るような制御信号が決定され、その制御信号に応じて操
舵比が変更されるから、ステアリングホイールの回転に
対して転舵輪が素早く応答して、急な°操舵操作が行わ
れ、障害物を容易に避けることができる。

そして、高速走行時には、その車速に応じて操舵比が大
きくなるような制御信号が決定され、その制御信号に応
じて操舵比が変更されるから、高速走行時に転舵輪が揺
れすぎて車両がふらつくことは防止されるので、車両の
直進安定性を損なうことがない。

さらに、モード■、モード■という複数の制御モードを
有しているので、例えば、車両の掲載状態や路面の摩擦
状態等によって、極端に走行状態が変化するような場合
であっても幅広く対応できる操舵比制御装置とすること
ができる。

なお、上記実施例においては、制御モードを二つ設定し
た場合について説明したが、制御モードの設定数は任意
であり、制御モードを二つ以上設定してもよいことは勿
論である。

また、上記実施例においては、操舵比可変装置４を′Ｍ
星歯車機構で構成した場合について説明したが、これに
限定されることなく、例えば、差動歯車装置を適用する
ことも可能である。

［発明の効果〕 以上説明したように、この発明にあっては、複数の制御
モードを有する操舵比制御装置において、その制御モー
ドを切り換えるときに、その切換前後のヨーレイトゲイ
ンの変化幅が所定幅以上である場合には、操舵比が徐々
に切り換わるような構成としたため、操舵比が急激に変
化することがなくなってヨーレイトゲインの急激且つ大
幅な変化が防止されるから、旋回時等に故意又は誤って
制御モードが切り換わっても、車両のスピンモーメント
が急激に変化することはないので、安全性や操縦性が損
なわれることはないし、さらには、操舵比可変手段を歯
車列で構成しても、ギヤ間にバックラッシュが起きにく
くなるので、装置の耐久性や信転性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示す構成図、第３図はコントローラ
のブロック図、第４図はコントローラ内部での処理手順
を示したフローチャート、第５図は第４図のサブルーチ
ン処理を示したフローチャート、第６図（ａｌはモード
別の車速と操舵比との関係を示した対応特性図、第６回
出）はモード別の操舵角速度と操舵比との関係を示した
対応特性図である。 １・・・ステアリングホイール、２・・・入力軸、３・
・・出力軸、４・・・操舵比可変装置、５・・・操舵角
センサ、６・・・車速センサ、７・・・モード切換スイ
ッチ、８・・・可変速モータ、ｌＯ・・・コントローラ
。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　森　　　哲　也 代理人　弁理士　内　蒋　嘉　昭 代理人　弁理士　清　水　　　正 第２図 第 蟲迷Ｖ ６図 （ｂ） ｊ桑舟亡Ａ辺（Ｌ・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両の操舵系の入力軸及び出力軸の回転速度比を
   制御信号に応じて変更する操舵比可変手段と、前記車両
   の走行速度を検出する車速検出手段と、前記入力軸の操
   舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、複数の制御
   モードに切換可能で且つ制御モードについて前記車速検
   出手段の車速検出値及び前記操舵角速度検出手段の操舵
   角速度検出値に応じた前記制御信号を決定する制御信号
   決定手段と、前記制御モードを切り換える制御モード切
   換手段と、を備える操舵比制御装置において、前記制御
   モードを切り換える制御モード切換時に、その切換前及
   び切換後の夫々の操舵比に対応する二つのヨーレイトゲ
   インの変化幅を算出する変化幅算出手段と、前記変化幅
   が所定幅以上であるときに前記操舵比の変化速度が小さ
   くなる方向に前記制御信号を補正する補正手段と、を設
   けたことを特徴とする操舵比制御装置。