JPH04236320A - 車両用操舵角検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用操舵角検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用操舵角検出装置としては、
例えば特開昭６０−１５２７０号公報に開示されるもの
がある。この装置においては、左右車輪速に基づいて直
進状態と判断した場合、即ち車両の左右両車輪の平均速
度が基準速度を越え、かつ両車輪の速度差が所定値以下
状態でのみステアリングの推定中立位置を補正する。そ
してステアリングが所定量回転した状態、あるいは所定
の速度以下で走行している状態でのステアリングの推定
中立位置の補正を停止する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の装
置では、左右車輪速に基づいて直進状態が検出されたと
きにしか中立位置が求められなかった。即ち、車両旋回
中においては操舵角の中立位置を算出することが不可能
であった。さらに従来の装置では、直進状態でないにも
係わらず、スリップ等によって車輪速が乱れた場合、左
右両車輪の平均速度が基準速度を越え、かつ両車輪の速
度差が所定値以下の状態となる場合がある。このような
ときには、誤って直進状態と判断してしまう可能性があ
る。その結果、誤った中立位置を求めてしまい、正しい
制御が行われないという問題がある。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、直進に限らず車両旋回中においても精度よ
く操舵角の中立位置を算出することができるとともに、
車輪スリップ中において誤って操舵角の中立位置を算出
することが防止可能な車両用操舵角検出装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
の推定中立位置に対する相対的な操舵角を検出する相対
操舵角検出手段と、左車輪速を検出する左車輪速検出手
段と、右車輪速を検出する右車輪速検出手段と、前記左
車輪速検出手段による左車輪速と前記右車輪速検出手段
による右車輪速とから推定舵角を算出する推定舵角算出
手段と、前記左車輪速検出手段による左車輪速と前記右
車輪速検出手段による右車輪速とから車両の左右車輪の
スリップ状態を検出するスリップ検出手段と、前記相対
操舵角検出手段によって検出された相対的な操舵角と前
記推定舵角算出手段によって算出された推定舵角とに基
づいて、両者の位相差を考慮して操舵角の中立位置を算
出する中立位置算出手段と、前記スリップ検出手段によ
って、前記左右車輪の少なくともどちらか一方のスリッ
プ状態が検出されたとき、前記中立位置算出手段におけ
る中立位置の算出を中止する中止手段とを備えたことを
特徴とする車両用操舵角検出装置をその要旨とするもの
である。

【０００６】

【作用】本発明の車両用操舵角検出装置は、左車輪速検
出手段Ａ２と右車輪速検出手段Ａ３から検出された左右
車輪速により推定舵角算出手段Ａ６が推定舵角を算出す
る。また相対操舵角検出手段Ａ１がステアリングの推定
中立位置に対する操舵角の相対値を検出する。そして、
中立位置算出手段Ａ８が、推定舵角と操舵角の相対値と
に基づき、かつ両者の位相差を考慮して中立位置を算出
する。ここで、車輪にスリップが発生した場合には推定
舵角に誤差が生じ、誤った中立位置を算出してしまう恐
れがあるので、そのような状況下では、中止手段Ａ９に
よって操舵角の中立位置の算出を中止する。この中止手
段Ａ９は、スリップ検出手段Ａ７によって左右車輪の少
なくとも一方のスリップ状態が検出されたとき、上記の
算出を中止をするものである。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を車両の後輪操舵装置に具体
化した一実施例を図面にしたがって説明する。図２にお
いて、後輪操舵機構１内に取りつけられた直流サーボモ
ータ２は電気的制御装置（以下、「ＥＣＵ」と言う）３
の指令信号を受けて正逆方向に回転し、減速ギア４を通
して油圧パワーアシスト付ラック・アンド・ピニオン機
構つまり操舵機構１の入力軸（図示しないトーションバ
ー）の一端に連結されている。トーションバーの他端に
はピニオンギア５が装着されており、パワーピストン６
の一端に形成されたラック７と噛み合っている。即ち、
モータ２によりトーションバーの一端が回され、トーシ
ョンバーが捩れ、油圧バルブ８の絞り面積が変化し、ト
ーションバーの捩れを修正する方向に油圧を供給してパ
ワーピストン６を動かす機構となっている。パワーピス
トン６の両端は、それぞれタイロッド９を介してナック
ルアーム１０に連結されている。後輪１１はナックルア
ーム１０によって左右方向へ揺動自在に支持されている
。

【０００８】従って、図中のＡ方向にパワーピストン６
が動くことで、後輪１１は左右に操舵される。そして、
トーションバーの捩れがなくなると油圧バルブ８の絞り
面積は「０」となり、パワーピストン６を動かす油圧は
「０」となって、パワーピストン６は停止する。ここで
、後輪操舵角センサ１２は、パワーピストン６の位置を
検出し信号を出力する。ＥＣＵ３は、この信号に基づい
て、パワーピストン６の位置と後輪実舵角との関係から
、後輪実舵角を求めるともに、後輪実舵角のその変化率
より操舵角速度も求める。サーボモータ２を含む操舵機
構１とＥＣＵ３とによって、後輪操舵角指令位置に後輪
実舵角が一致するように後輪１１を位置決め制御する位
置決めサーボ系を構成している。尚、１３は油圧バルブ
８を介してパワーピストン６に油圧を供給する油圧ポン
プ、１４オイルタンクを示す。

【０００９】車速センサ１５は車軸又は車輪の回転速度
を検出して車速Ｖに応じた車速信号をＥＣＵ３に出力す
る。前輪操舵角センサ１６はインクリメントタイプのロ
ータリーエンコーダよりなり、被回転体としてのステア
リングシャフト１７に設けられている。そして、ステア
リングホイール１８のハンドル操作に伴うステアリング
シャフト１７の回転を検出して前輪１９の操舵角θＳ　
に応じた前輪操舵角信号をＥＣＵ３に出力する。ヨーレ
イトセンサ２０はジャイロ等で構成され、車両の重心を
中心とした車両の回転角速度（ヨーレイトＷａ）に応じ
たヨーレイト信号をＥＣＵ３に出力する。左車輪速セン
サ２１は前輪１９の左車輪の回転速（左車輪速ωＬ　）
を検出し、右車輪速センサ２２は前輪１９の右車輪の回
転速（左車輪速ωＲ　）を検出する。ブレーキスイッチ
２３はＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御実
行中、もしくは、ブレーキペダル操作が行われるとオン
する。

【００１０】ＥＣＵ３を図３に基づいて説明すると、Ｅ
ＣＵ３はマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と
いう）２４と、波形整形回路２５〜２８と、アナログバ
ッファ２９と、Ａ／Ｄコンバータ３０と、デジタルバッ
ファ３１と、駆動回路３２とから構成されている。波形
整形回路２５〜２８は車速センサ１５、左車輪速センサ
２１、右車輪速センサ２２、前輪操舵角センサ１６から
の信号を波形整形してマイコン２４に取り込ませる。 又、アナログバッファ２９は後輪操舵角センサ１２とヨ
ーレイトセンサ２０からの各信号を読み込み、Ａ／Ｄコ
ンバータ３０はアナログデジタル変換を行う。デジタル
バッファ３１はブレーキスイッチ２３からの信号をラッ
チする。さらに、駆動回路３２はマイコン２４からの電
流指令値信号Ｉｆに応じた電流を直流サーボモータ２に
供給する。

【００１１】次に、このように構成した後輪操舵装置の
作用を説明する。図４にはマイコン２４のメイン処理ル
ーチンを示し、図５には車速センサ１５及び左右車輪速
センサ２１，２２からのパルス信号による車速パルス処
理を示し、図６には所定時間毎（例えば、５ｍｓ毎）に
実行される割り込み処理ルーチンを示す。

【００１２】図４に示すように、マイコン２４は起動時
にステップ１０１０で初期化し、ステップ１０２０で各
種の処理を行う。一方、図５に示すように、マイコン２
４はステップ２０１０において、車速パルスおよび車輪
速パルスについて前回のパルス割り込みが発生した時刻
と今回の割り込み発生時刻とから車速パルス幅を算出し
て記憶する。

【００１３】そして、図６に示すように、マイコン２４
はステップ３０００で車速パルス割り込み処理で記憶さ
れた車速パルス幅から車速Ｖを算出する。又、同様に、
左車輪速センサ２１と右車輪速センサ２２についても、
その車輪速パルス幅により前輪１９の左車輪速ωＬ　，
右車輪速ωＲ　が計算される。なお、本実施例では車速
センサ１５にて車速Ｖを求めたが、車速Ｖを左右車輪速
ωＬ　，ωＲ　より（ωＬ　＋ωＲ　）／２として求め
るようにしてもよい。

【００１４】そして、マイコン２４はステップ４０００
で後輪操舵角センサ１２とヨーレイトセンサ２０からＡ
／Ｄコンバータ３０を介してＡ／Ｄ変換データを取り込
み、ステップ５０００で後輪実舵角θｒ　と実ヨーレイ
トＷａ　を算出する。次にステップ５５００において、
ブレーキスイッチ２３からの信号をデジタルバッファ３
１を介して取り込む。

【００１５】さらに、マイコン２４はステップ６０００
で前輪操舵角（ハンドル角）θＳ　を算出するルーチン
を実行する。この前輪操舵角算出ルーチンを図７に示す
。 又、図８には、図７の前輪操舵角算出ルーチンの制御ブ
ロック図を示す。図７において、マイコン２４はステッ
プ６１００で前輪操舵角センサ１６から出力されるパル
ス数をカウントすることにより、前輪操舵角θＳ　を算
出する。そして、ステップ６２００で算出された前輪操
舵角θＳ　から一次遅れの伝達特性を用いて一次遅れ操
舵角θＣ　を演算する。即ち、次式にて一次遅れ操舵角
θＣ　を演算する。

【００１６】

【数１】θＣｉ＝（１−ａ）・θＣｉ−１＋ａ・θＳｉ
ただし、ａは時定数から算出される定数、ｉは今回値、
ｉ−１は前回値を表す。そして、マイコン２４はステッ
プ６３００で一次遅れ操舵角θＣ　と左車輪速センサ２
１による左車輪速ωＬ　と右車輪速センサ２２による右
車輪速ωＲ　のローパスフィルタ処理を行う。即ち、次
の処理を実行する。

【００１７】

【数２】θＣｉ＊　＝（１−ｂ）・θＣｉ−１＊　＋ｂ
・θＣｉ

【００１８】

【数３】ωＬｉ＊　＝（１−ｂ）・ωＬｉ−１＊　＋ｂ
・ωＬｉ

【００１９】

【数４】ωＲｉ＊　＝（１−ｂ）・ωＲｉ−１＊＋ｂ・
ωＲｉただし、ｂはフィルタ定数、ｉは今回値、ｉ−１
は前回値を表す。また、アスタリスク（＊）はフィルタ
処理後であることを意味する。そして、マイコン２４は
ステップ６４００でフィルタ通過後の左右車輪速ωＬ　
＊　，ωＲ　＊　から次式にて推定舵角θｘ　＊　算出
する。

【００２０】

【数５】 　　ただし、Ｎはステアリングギア比、Ｌはホイールベ
ース、Ｗはトレッド、Ｖは車速、Ｋは車両のアンダース
テアあるいはオーバーステア特性を表すスタビリティフ
ァクタである。

【００２１】この際、図１１に示すように、前輪舵角θ
ｆ　は

【００２２】

【数６】θｆ　＝ｌ／Ｒ−θｒ　 であり、また図１２に示すように、旋回半径Ｒは、

【０
０２３】

【数７】

【００２４】であるので、数６，数７を用いて上記数５
が導かれる。ただし、数５はθｆ　≫θｒ　として後輪
操舵による影響を無視している。マイコン２４はステッ
プ６５００で推定舵角θＸ　＊　と一次遅れ操舵角θＣ
　＊　との差（＝θＣ　＊　−θＸ　＊　）を中立位置
θＤ　＊　として算出する。そしてマイコン２４はステ
ップ６６００で補正条件が許可になっているか否かを判
断する。

【００２５】この補正条件許可ルーチンを図９に示す。 図９ににおいて、ステップ６６１０では車速Ｖが下限値
ＶＬ　から上限値ＶＨ　の範囲内であるか否かが判断さ
れる。次にステップ６６２０では推定舵角θＸ　＊　の
絶対値｜θＸ　＊　｜が所定値θ１　以下であるか否か
が判断される。ステップ６６３０ではブレーキスイッチ
２３からの信号によりブレーキ操作がなされていないか
否かが判断される（アンチロックブレーキシステム制御
中でないか、またはブレーキ圧が所定値Ｐｂ以下との条
件であってもよい）。そして、ステップ６６４０では車
輪にスリップが生じていないか否かが判断され、これら
のステップにおいて全てＹＥＳと判断されれば、補正条
件が成立しステップ６６５０にて補正許可とする。一方
、ステップ６６１０〜６６４０において、どれか一つの
ステップでＮＯと判断されるとステップ６６６０に進み
、補正を停止する。

【００２６】ここでステップ６６４０のスリップ検出は
図１０のフローチャートで示される処理で行われる。図
１０のスリップ検出においては、ステップ６６４１で左
右車輪速変化率（微分値）の絶対値｜ｄωＬ　＊　｜，
｜ｄωＲ　＊　｜のいずれかが閾値Ｃ１　以上であるか
否かが判断される。次に、ステップ６６４２では左右車
輪速変化率の差の絶対値｜ｄωＬ　＊　−ｄωＲ　＊　
｜が閾値Ｃ２　以上であるか否かが判断される。ステッ
プ６６４１あるいはステップ６６４２においてＹＥＳと
判断されたとき、ステップ６６４６でフラグをオンにし
、ステップ６６４７においてフラグのオン状態を一定時
間ｔＫ　だけ保持させるためのタイマをセットし、ステ
ップ６６４８に進みスリップ中と設定する。ステップ６
６４１及びステップ６６４２においていずれもＮＯと判
断されたとき、ステップ６６４３に進み、フラグがオン
状態となってから一定時間ｔＫ　経過したか否かがタイ
マの状態をもとに判断される。ステップ６６４３におい
てＮＯと判断されると再びステップ６６４８に進んでス
リップ中と設定し、ＹＥＳと判断されるとステップ６６
４４に進んでフラグをオフとしステップ６６４５でスリ
ップ中でないと設定する。 このフローチャートでは一度フラグがオンになると、前
記２つの条件が満たされなくても（即ち、それぞれ閾値
Ｃ１　およびＣ２　未満）、ステップ６６４３において
フラグがオン状態となってから一定時間ｔＫ　経過して
いなければ、スリップ中という設定が保持される。これ
によってフラグのばたつき（チャタリング）が抑えられ
正しくスリップ中であることを検知することができる。

【００２７】補正条件が許可となると、マイコン２４は
ステップ６７００で中立位置θＤ　＊　のローパスフィ
ルタ処理を行い、最終的な中立位置θＮ　＊＊を算出す
る。即ち、次の処理を実行する。

【００２８】

【数８】θＮｉ＊＊＝（１−Ｃ）・θＮｉ−１＊＊＋Ｃ
・θＤｉ＊　ただし、Ｃはフィルタ定数、ｉは今回値、
ｉ−１は前回値を表す。その後、マイコン２４はステッ
プ６８００で前輪操舵角センサによる操舵角θＳ　と最
終中立位置θＮ　＊＊との差（＝θＳ　−θＮ　＊＊）
を最終操舵角θする。一方、マイコン２４はステップ６
６００において補正条件が成立していないとステップ６
７００の処理は行わなわず、即ち、中立位置θＮ　＊＊
の算出を行わずにステップ６８００へ進む。

【００２９】その後図６において、マイコン２４はステ
ップ７０００で後輪操舵角指令置θｒ　＊　を算出する
。ここにアスタリスク（＊）は指令値であることを意味
する。まず、車速Ｖ，前輪の最終操舵角θとから次式に
て目標ヨーレイトＷＳ　を算出する。

【００３０】

【数９】 ただし、Ｋはステビリティファクタ、Ｌは車両のホイー
ルベース、Ｎはステアリング比を表す。

【００３１】そして、実ヨーレイトＷａ　と目標ヨーレ
イトＷＳ　との差ΔＷ（＝Ｗａ　−ＷＳ　）を算出し、
次式にて後輪操舵角指令値θｒ　＊　を算出する。

【００３２】

【数１０】θｒ　＊　＝Ｆ（ΔＷ，Ｖ）ここで、Ｆ（Δ
Ｗ，Ｖ）はヨーレイト差ΔＷと車速Ｖをパラメータとす
る関数とする。マイコン２４はステップ８０００で後輪
操舵角司令値θｒ　＊と後輪実舵角θｒ　とに基づいて
その両者の差を無くすべく一般に公知の後輪操舵位置決
めサーボ演算を行い、この演算結果によりステップ９０
００で電流指令値信号Ｉｆを算出し、サーボモータ２を
駆動すべく駆動回路３２に出力する。

【００３３】このように本実施例においては、マイコン
２４（推定舵角算出手段及び中立位置算出手段）が左車
輪速センサ２１による左車輪速ωＬ　＊　と右車輪速セ
ンサ２１による右車輪速ωＲ　＊　とから推定舵角θＸ
　＊　を算出するとともに、前輪操舵角センサ１６から
の信号の一次遅れの伝達特性を用いて、推定舵角θＸ　
＊　から操舵角の中立位置を算出するようにした。つま
り、ハンドル操作を行うと、車輪に横力が発生して車両
にモーメントが発生し、左右の前輪１９に速度差が発生
し、この一連の動作においてハンドル操作に対し左右の
前輪１９に速度差が発生するまでに遅れが発生するが、
これが一次遅れの伝達特性にて近似される。その結果、
車両旋回中において精度よく操舵角の中立位置を算出す
ることができることとなる。

【００３４】尚、この発明は上記実施例に限定されるこ
となく、以下に説明する如く種々変形可能である。 ■．例えば、図７中ステップ６２００において一次遅れ
の伝達特性を用いて一次遅れ推定舵角θＣ　を算出した
が、ハンドル操作に対し左右の前輪１９に速度差が発生
するまでの遅れをＮ次（Ｎ；「２」以上の整数）の伝達
特性で近似してもよい。このとき、高次の伝達特性を用
いると、ハンドル角と推定舵角の位相差の推定誤差を少
なくすることができる。

【００３５】■．推定舵角の算出の際に、ローパスフィ
ルタ処理した後輪１１の切れ角θｒ　＊　をその要素と
して次式を用いて算出してもよい。

【００３６】

【数１１】 　　■．図９中で判定する補正条件に、ハンドル角速度
が設定値以下の場合に補正するという条件を追加するこ
とにより、ハンドル角と推定舵角の位相差の推定誤差の
影響を無くし、精度の良い中立位置算出が可能となる（
｜ｄθＳ　｜≦ΔθＭＡＸ　の判定を追加する）。

【００３７】■．前述した手順にて、ハンドル角の中立
位置θＮ　＊＊と操舵角θＳ　の値から、中立位置補正
後のハンドル角θを用いて後輪制御を行うが、車両のイ
グニッションキーがオンされ最初にハンドル角中立位置
θＮ　＊＊が算出されるまでは、後輪制御を停止してお
き、ハンドル角中立位置が最初に算出され確定された時
点より中立位置補正後のハンドル角θを用いて後輪制御
を始める。 ただしこの際、車両が旋回中であると後輪が急転舵され
危険であるため、ハンドル角中立位置が最初に算出され
た時点から所定時間は、算出された後輪指令値に所定時
間かけて「０」から「１」に変化する定数をかけて後輪
指令値とし後輪の急転舵を防止する。又あるいは、一旦
直進状態を検出して直進状態から後輪制御を開始するよ
うにしてもよい。

【００３８】■．スリップ中か否かを判断する方法にお
いて、本実施例では左右車輪速の変化率を用いてスリッ
プ検出をしていたが、車体速度と車輪速の差を検出して
、両者の差が所定値以上になったらスリップと判断する
方法を用いてもよい。なお、本実施例においては、前輪
操舵角センサが相対操舵角検出手段、左車輪速検出セン
サが左車輪速検出手段、右車輪速検出センサが右車輪速
検出手段、図７のフローチャートのステップ６１００〜
６４００が推定舵角算出手段、図１０のフローチャート
がスリップ検出手段、図７のフローチャートのステップ
６５００，６７００，６８００が中立位置算出手段、図
９のフローチャートが中止決定手段にそれぞれ相当する
。

【００３９】

【効果】以上詳述したように本発明によれば、左右車輪
速に基づいて推定操舵角を算出し、この推定舵角と検出
した相対的な操舵角とから両者の位相差を考慮して操舵
角の中立位置を算出し、さらに車輪速に基づいて車輪の
スリップ状態を検出し、スリップ中は中立位置の算出を
中止しているために、例えば、四輪駆動車のように加速
スリップが発生する駆動輪の車輪速からも操舵角の中立
位置が正しく検出できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図である。

【図２】実施例の後輪操舵制御装置の構成を示す図であ
る。

【図３】電気的構成を示す図である。

【図４】フローチャートである。

【図５】フローチャートである。

【図６】フローチャートである。

【図７】フローチャートである。

【図８】制御ブロック図である。

【図９】操舵の際の説明図である。

【図１０】操舵の際の説明図である。

【図１１】別例の制御ブロック図である。

【図１２】別例の制御ブロック図である。

【符号の説明】

Ａ１　　　　相対操舵角検出手段 Ａ２　　　　左車輪速検出手段 Ａ３　　　　右車輪速検出手段 Ａ６　　　　推定舵角算出手段 Ａ７　　　　スリップ検出手段 Ａ８　　　　中立位置算出手段 Ａ９　　　　中止手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ステアリングの推定中立位置に対する
   相対的な操舵角を検出する相対操舵角検出手段と、左車
   輪速を検出する左車輪速検出手段と、右車輪速を検出す
   る右車輪速検出手段と、前記左車輪速検出手段にて検出
   した左車輪速と前記右車輪速検出手段にて検出した右車
   輪速とから所定演算式に従って推定舵角を算出する推定
   舵角算出手段と、前記左車輪速検出手段にて検出した左
   車輪速と前記右車輪速検出手段にて検出した右車輪速と
   から車両の左右車輪のスリップ状態を検出するスリップ
   検出手段と、前記相対操舵角検出手段によって検出され
   た相対的な操舵角と前記推定舵角算出手段によって算出
   された推定舵角とに基づいて、両者の位相差を考慮して
   操舵角の中立位置を算出する中立位置算出手段と、前記
   スリップ検出手段によって、前期左右車輪の少なくとも
   どちらか一方のスリップ状態が検出されたとき、前記中
   立位置算出手段における中立位置の算出を中止する中止
   手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵角検出装置
   。