JPH04242111A - 車両の操舵角検出装置 - 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】この発明は、車両の操舵角検出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロータリエンコーダを用いた車両の操舵
角検出装置においては、操舵角（ハンドル角）の相対位
置は正確に求めることができるが絶対位置を算出するこ
とはできない。そこで、絶対位置を求めるために走行中
の操舵角信号を平均化しこれを中立位置として補正を行
う方法（特開昭６１−２８８１１号公報）や車両の直進
状態を検出してその時の操舵角を中立位置とする方法（
特開昭６１−３８５１５号公報）が提案されている。 ところが、これらの方法では、イグニッションスイッチ
をオンした後にしばらくの間は操舵角の絶対位置が検出
できない。そのために、特開平２−８１７６８号公報で
はイグニッションスイッチをオフした時の操舵角と中立
位置の偏差量を記憶しておき、イグニッションスイッチ
をオンした時にこの偏差量より補正を始めるようにして
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
はイグニッションスイッチをオフした後にハンドルを動
かすと、イグニッションスイッチをオンした時には、新
たに操舵角の相対位置と中立位置とを求めるまでは操舵
角の絶対位置が検出できなかった。この発明の目的は、
キースイッチをオンしたときからすぐに操舵角の絶対位
置を検出できる操舵角検出装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、ハンドル操
作に伴い回転する被回転体に設けられ、被回転体の回転
を検出するインクリメントタイプのロータリエンコーダ
と、前記ロータリエンコーダからの信号に基づいて相対
操舵角を算出する相対操舵角算出手段と、車両の走行に
伴う前記相対操舵角算出手段による相対操舵角に基づい
て操舵角の中立位置を算出する中立位置算出手段とを備
えた車両の操舵角検出装置において、キースイッチがオ
フ操作されてもデータを保持する記憶手段に、前記中立
位置算出手段による操舵角の中立位置を記憶するととも
に、前記ロータリエンコーダ及び前記相対操舵角算出手
段を含む相対操舵角の算出系をキースイッチがオフ操作
されても継続して作動させるようにした車両の操舵角検
出装置をその要旨とするものである。

【０００５】

【作用】車両の走行に伴い中立位置算出手段がロータリ
エンコーダからの信号に基づいて操舵角の中立位置を算
出する。そして、キースイッチがオフ操作されると、中
立位置算出手段による操舵角の中立位置データが記憶手
段に記憶保持されるととともに、キースイッチがオフ操
作された状態においても相対操舵角算出手段が相対操舵
角の算出動作を継続する。よって、キースイッチが再び
オン操作されたときには、相対操舵角が分かるとともに
記憶手段にて操舵角の中立位置が分かる。

【０００６】

【実施例】以下、この発明を車両の後輪操舵制御装置に
具体化した一実施例を図面に従って説明する。図２にお
いて、後輪操舵機構１内に取り付けられた直流サーボモ
ータ２は電気的制御装置３の電気的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）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じれ、油圧バル
ブ８の絞り面積が変化し、トーションバーの捩じれを修
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。

【０００７】従って、図中のＡ矢印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じ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。電気的制御装置３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と制御装置３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はオイルタンクを示す。

【０００８】又、車両の前輪１９はステアリングホイー
ル（ハンドル）１８に対し機械的に連結され、ハンドル
操作にて前輪１９を操舵できるようになっている。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制御装置３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１
７に設けられている。即ち、図３に示すようにステアリ
ングシャフト１７に対し多数の歯を有する歯車１６ａが
固定されるとともに一対のホトインタラプタ１６ｂ，１
６ｃが近接位置にて配置されており、ホトインタラプタ
１６ｂ，１６ｃにて歯車１６ａの歯の通過を検知するも
のである。そして、前輪操舵角センサ１６（ホトインタ
ラプタ１６ｂ，１６ｃ）は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
号を制御装置３に出力する。

【０００９】図２において、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
を制御装置３に出力する。左車輪速センサ２１は前輪１
９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（右車輪速
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】制御装置３を図１に基づいて説明すると、
制御装置３は中立位置算出手段としてのマイクロコンピ
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を
備えている。さらに、制御装置３は、相対操舵角算出手
段としてのサブマイコン３３と、記憶手段としてのバッ
クアップメモリ３４と、バックアップ電源３５とを備え
ている。そして、バックアップ電源３５からの電力がサ
ブマイコン３３とバックアップメモリ３４と前輪操舵角
センサ１６（ホトインタラプタ１６ｂ，１６ｃ）と波形
整形回路２８とに供給され、これら電気部品がキースイ
ッチ（イグニッションスイッチ）３６のオン・オフに無
関係に常にバックアップされている。又、その他の電気
部品はキースイッチ（イグニッションスイッチ）３６を
介して車両用バッテリー３７と接続されている。

【００１１】波形整形回路２５〜２７は車速センサ１５
、左車輪速センサ２１、右車輪速センサ２２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、波形
整形回路２８は前輪操舵角センサ１６からの信号を波形
整形してサブマイコン３３に取り込ませる。つまり、右
操舵されると図４に示す信号を、又、左操舵されると図
５に示す信号を出力する。さらに、アナログバッファ２
９は後輪操舵角センサ１２とヨーレイトセンサ２０から
の各信号を取り込み、Ａ／Ｄコンバータ３０はその信号
に対しアナログデジタル変換を行いマイコン２４に出力
する。デジタルバッファ３１はブレーキスイッチ２３か
らの信号をラッチしてマイコン２４に出力する。さらに
、駆動回路３２はマイコン２４からの電流指令値信号Ｉ
ｆ　に応じた電流を直流サーボモータ２に供給する。

【００１２】又、バックアップメモリ３４には第１及び
第２記憶領域３４ａ，３４ｂが用意され、第１記憶領域
３４ａには前輪操舵角の中立位置θＮｍが記憶されると
ともに第２記憶領域３４ｂにはフラグＦが記憶されるよ
うになっている。尚、このフラグＦは「０」に初期設定
されているものである。さらに、マイコン２４はバック
アップメモリ３４と接続されるとともにサブマイコン３
３と接続されている。

【００１３】次に、このように構成した後輪操舵制御装
置の作用を説明する。図６にはサブマイコン３３の処理
ルーチンを示す。サブマイコン３３は前輪操舵角センサ
１６のホトインタラプタ１６ｂ，１６ｃからのパルス信
号においてエッジの立ち上がりを検出すると、ステップ
１０１で正転か否か判定し、正転であればステップ１０
２で前輪操舵角θｓ　に対応するカウント値を「１」イ
ンクリメントしてその値を記憶する。又、サブマイコン
３３はステップ１０１において逆転であるとステップ１
０３で前輪操舵角θｓ　に対応するカウント値を「１」
デクリメントして記憶する。

【００１４】図７にはマイコン２４のメイン処理ルーチ
ンを示し、図８にはマイコン２４の車速センサ１５から
のパルス信号による車速パルス処理を示し、図９にはマ
イコン２４の所定時間毎（例えば、５ｍｓ毎）の割り込
み処理ルーチンを示す。図７に示すように、マイコン２
４は起動時にステップ２０１で初期化し、ステップ２０
２で各種処理を繰り返し行う。

【００１５】一方、図８に示すように、マイコン２４は
ステップ３０１で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。そして、図９に示すように、マイコン２４
はステップ４００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の左右の車輪速ωＬ　
，ωＲ　が計算される。尚、本実施例では車速センサ１
５にて車速Ｖを求めたが、車速Ｖを（ωＬ　＋ωＲ　）
／２として求めるようにしてもよい。

【００１６】そして、マイコン２４はステップ５００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を介して各種Ａ／Ｄ変換データを取り
込み、ステップ６００で後輪実舵角θｒ　と実ヨーレー
トＷａ　を算出する。さらに、マイコン２４はステップ
７００で前輪操舵角（ハンドル角）θｓ　の算出ルーチ
ンを実行する。この前輪操舵角算出ルーチンを図１０，
１１に示す。

【００１７】第１０図において、マイコン２４はステッ
プ７０１でサブマイコン３３による前輪操舵角センサ１
６の読み取り操舵角θｓ　を取り込み、ステップ７０２
で一次遅れの伝達特性を用いて操舵角θｃ　を演算する
。即ち、次式にてθｃ　を演算する。

【００１８】

【数１】θｃ　ｉ　＝（１−ａ）・θｃ　ｉ−１　＋ａ
・θｓ　ｉ　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。そして、マイコン２４は
ステップ７０３で左車輪速センサ２１による左車輪速ω
Ｌ　と右車輪速センサ２２による右車輪速ωＲ　とから
次式にて推定舵角θＡ　を算出する。

【００１９】

【数２】

【００２０】・・・（１） 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。

【００２１】この際、図１２に示すように、前輪舵角θ
ｆ　は

【００２２】

【数３】θｆ　＝Ｌ／Ｒ−θｒ　　　　　・・・（２）
であり、又、図１３に示すように、旋回半径Ｒは

【００
２３】

【数４】

【００２４】・・・（３） であるので、上記（２），（３）式を用いて上記（１）
式が導かれる。ただし、（１）式はθｆ　がθｒ　に対
し十分大きく後輪操舵による影響を無視している。

【００２５】そして、マイコン２４はステップ７０４で
操舵角θｃ　と推定舵角θＡ　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。

【００２６】

【数５】θｃｉ’＝（１−ｂ）・θｃｉ−１’＋ｂ・θ
ｃｉ

【００２７】

【数６】θＡｉ’＝（１−ｂ）・θＡｉ−１’＋ｂ・θ
Ａｉただし、ｂはフィルタ定数、ｉは今回値、ｉ−１は
前回値。マイコン２４はステップ７０５で推定舵角θＡ
　’と前輪操舵角センサ１６による操舵角θｃ　’との
差（＝θｃ　’−θＡ　’）を中立位置θＤ　として算
出する。

【００２８】そして、マイコン２４はステップ７０６で
補正条件が成立しているか否かを判断する。この補正条
件の成立とは、上記一次遅れが成り立つ運転状態及び車
両運転特性が線形で方程式にのる領域であることを意味
する。即ち、推定舵角θＡ　’の絶対値がθＭＡＸ　以
下で、かつ、車速ＶがＶＬＯＷ　〜ＶＨＩＧＨの範囲内
で、かつ、ブレーキスイッチ２３によりブレーキ操作が
行われていない（アンチブレーキロックシステム制御中
でない）と、補正条件が成立しているものとする。この
補正条件が成立していると、マイコン２４はステップ７
０７で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
。

【００２９】

【数７】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。このローパスフィルタ処理により車輪速に加わるノ
イズが除去される。その後、マイコン２４はステップ７
０８で今回の中立位置θＮ　ｉ　を中立位置θＮ　’と
して記憶するとともにステップ７０９で今回の中立位置
θＮ　ｉ　をバックアップメモリ３４の第１記憶領域３
４ａに中立位置θＮ　ｍ　として記憶する。さらに、マ
イコン２４はステップ７１０でバックアップメモリ３４
の第２記憶領域３４ｂのフラグＦを「１」にする。そし
て、マイコン２４はステップ７１１で前輪操舵角センサ
１６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、即ち、操舵角
の絶対位置とする。一方、マイコン２４はステップ７０
６において補正条件が成立していないと、ステップ７１
２でバックアップメモリ３４の第２記憶領域３４ｂのフ
ラグＦが「１」となっているか否か判定し、Ｆ＝１なら
ばステップ７１３でバックアップメモリ３４の第１記憶
領域３４ａの中立位置θＮ　ｍ　を中立位置θＮ　’と
し、ステップ７１１で前輪操舵角センサ１６による操舵
角θｓ　と最終中立位置θＮ　’との差（＝θｓ　−θ
Ｎ　’）を最終操舵角（操舵角の絶対位置）θとする。

【００３０】次に、図９において、マイコン２４はステ
ップ８００で後輪操舵角指令位置θｒａを算出する。即
ち、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。

【００３１】

【数８】

【００３２】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。

【００３３】そして、マイコン２４は実ヨーレイト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θｒａを算出する。θ
ｒａ＝Ｆ（ΔＷ，Ｖ）ここで、Ｆ（ΔＷ，Ｖ）はヨーレ
イト差ΔＷと車速Ｖをパラメータとする関係とする。

【００３４】次に、マイコン２４はステップ９００で後
輪操舵角指令位置θｒａ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１００
０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。ここで、キースイ
ッチ３６がオン操作されている状態からキースイッチ３
６がオフ操作され、その後再びキースイッチ３６がオン
操作されたときの動作を説明する。

【００３５】キースイッチ３６がオン操作されていると
、マイコン２４が図７，８，９，１０，１１に示す処理
を実行するとともにサブマイコン３３が図６の処理を実
行している。この状態からキースイッチ３６がオフ操作
されてもサブマイコン３３は図６のカウント処理を継続
する。又、キースイッチ３６のオフ時にバックアップメ
モリ３４に中立位置θＮｍを記憶している。そして、再
びキースイッチ３６がオン操作されるとマイコン２４は
図１１でのステップ７０６において車速が「０」なので
補正条件を満たしていないものとして、ステップ７１３
でバックアップメモリ３４の中立位置θＮｍを中立位置
θＮ　’としてステップ７１１で操舵角θｓ　と最終中
立位置θＮ　’との差（＝θｓ　−θＮ　’）を最終操
舵角（操舵角の絶対位置）θを求め、以後の処理にて後
輪１１の操舵を行う。

【００３６】このように本実施例においては、前輪操舵
角センサ１６（インクリメントタイプのロータリエンコ
ーダ）と波形整形回路２８とサブマイコン３３（相対操
舵角算出手段）とバックアップメモリ３４（記憶手段）
とをバックアップ電源３５にてバックアップして、バッ
クアップメモリ３４を、キースイッチ３６がオフ操作さ
れてもデータを保持するようにし、マイコン２４（中立
位置算出手段）による操舵角の中立位置θＮｍをバック
アップメモリ３４に記憶するとともに、前輪操舵角セン
サ１６及びサブマイコン３３を含む相対操舵角の算出系
Ｍ（図１参照）をキースイッチ３６がオフ操作されても
継続して作動させるようにした。つまり、車両の走行に
伴いマイコン２４がサブマイコン３３による相対操舵角
に基づいて操舵角の中立位置を算出し（ステップ７０５
）、キースイッチ３６がオフ操作されてもマイコン２４
による操舵角の中立位置データがバックアップメモリ３
４に記憶保持されるととともに、キースイッチ３６がオ
フ操作された状態においてもサブマイコン３３が相対操
舵角の算出動作を継続する。よって、キースイッチ３６
が再びオン操作されると、相対操舵角が分かるとともに
バックアップメモリ３４にて操舵角の中立位置が分かり
、キースイッチ３６をオンしたときからすぐに操舵角の
絶対位置θを検出できることとなる。

【００３７】尚、この発明は上記実施例に限定されるこ
となく、例えば、バックアップメモリ３４は不揮発性メ
モリを使用してもよい。又、サブマイコン３３の代わり
にハード（回路構成）にてキースイッチ３６がオフのと
きにカウント動作を続行させてもよい。さらに、相対操
舵角の算出系はキースイッチオン時にはバッテリー３７
から電力の供給を受け、キースイッチオフ時にはバック
アップ電源３５から電力の供給を受けるように切り換え
てもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
キースイッチをオンしたときからすぐに操舵角の絶対位
置を検出できる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の後輪操舵制御装置の電気的構成を示す
図である。

【図２】後輪操舵制御装置の構成を示す図である。

【図３】前輪操舵角センサを説明するための図である。

【図４】前輪操舵角センサの出力信号を波形整形した後
の信号を示す図である。

【図５】前輪操舵角センサの出力信号を波形整形した後
の信号を示す図である。

【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】フローチャートである。

【図９】フローチャートである。

【図１０】フローチャートである。

【図１１】フローチャートである。

【図１２】操舵の際の説明図である。

【図１３】操舵の際の説明図である。

【符号の説明】

１６　　前輪操舵角センサ １７　　被回転体としてのステアリングシャフト２４　
　中立位置算出手段としてのマイコン３３　　相対操舵
角算出手段としてのサブマイコン３４　　記憶手段とし
てのバックアップメモリ３６　　キースイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハンドル操作に伴い回転する被回転体
   に設けられ、被回転体の回転を検出するインクリメント
   タイプのロータリエンコーダと、前記ロータリエンコー
   ダからの信号に基づいて相対操舵角を算出する相対操舵
   角算出手段と、車両の走行に伴う前記相対操舵角算出手
   段による相対操舵角に基づいて操舵角の中立位置を算出
   する中立位置算出手段とを備えた車両の操舵角検出装置
   において、キースイッチがオフ操作されてもデータを保
   持する記憶手段に、前記中立位置算出手段による操舵角
   の中立位置を記憶するとともに、前記ロータリエンコー
   ダ及び前記相対操舵角算出手段を含む相対操舵角の算出
   系をキースイッチがオフ操作されても継続して作動させ
   るようにしたことを特徴とする車両の操舵角検出装置。