JPH04349068A - 四輪操舵車両のモータ制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、後輪または前後輪に電
動モータをアクチュエータとするモータステアリング機
構を有し、ハンドル操作時に後輪または前後輪の舵角を
電動モータにより制御する四輪操舵車両のモータ制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動モータをアクチュエータとす
るステアリング機構を後輪に有する四輪操舵車両として
は、例えば、特開昭６１−４６７６６号公報に記載のも
のが知られているし、電動モータをアクチュエータとす
るステアリング機構を前後輪に有する四輪操舵車両とし
ては、例えば、特開昭６１−８９１７１号公報に記載の
ものが知られている。

【０００３】前者の従来出典には、ハンドル操作時にハ
ンドル操作量に応じて前後輪の舵角目標値を決め、この
舵角目標値を得るべく電動モータにより前後輪の舵角を
制御する内容が示され、後者の従来出典には、ハンドル
操作による前輪操舵時に前輪操舵角に応じて後輪舵角目
標値を決め、この後輪舵角目標値を得るべく電動モータ
により後輪の舵角を制御する内容が示されている。

【０００４】以上のような電動モータをアクチュエータ
とするモータステアリング機構では、下記に示すモータ
電流制御式によりモータ制御が行なわれる。

【０００５】 　　ＩＭ　＝Ｌ・θε−ｍ・　ｄ（θＭ）＋Ｋｐ　　Ｉ
Ｍ　：モータ電流　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｌ：比例定数　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　θε：目標値と追従値との偏差　　　
　　　ｍ：ダンピング定数　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ｄ（θＭ）：モータ回転角速度　　　　　　
　　　　Ｋｐ：フリクション補正定数

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
、後輪舵角を電動モータにより制御するモータステアリ
ング機構を有する四輪操舵車両において、後輪舵角の大
きさや車速等に応じて路面負荷が変化するにもかかわら
ず、モータ電流制御式の比例定数Ｌは固定値で与えてい
る為、図１１に示すように、後輪舵角が増加するに従っ
てヒステリシスが増大する特性を示す。

【０００７】例えば、後輪舵角（ストローク）に比例し
て路面負荷が発生すると考えた場合、舵角目標値と舵角
追従値とを一致させるには後輪舵角に比例したモータト
ルクを与える必要がある。ところが、上記モータ電流制
御式から明らかなように、モータ制御において制御応答
性を重視し、舵角目標値と舵角追従値との偏差に比例し
たモータ電流（モータトルク）を与えるようにしている
。従って、後輪舵角が大きな領域で舵角目標値に対し舵
角追従値が近づいて偏差が小さくなった場合、電動モー
タに与えられるモータトルクが小さくなるのに対し、路
面負荷は増大するという関係となり、後輪舵角が大きく
なればなるほど舵角目標値と舵角追従値とが次第に離れ
る。

【０００８】尚、図１１は前輪舵角に１：１で比例した
後輪舵角目標値を与える一例であり、後輪舵角の増大方
向と減少方向とでは、ラック＆ピニオン等の非可逆性ギ
アを用いた減速機構によるフリクション影響での定量的
なヒステリシスが発生する。

【０００９】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、後輪または前後輪に電動モータをアクチ
ュエータとするモータステアリング機構を有する四輪操
舵車両のモータ制御装置において、モータ制御応答性を
確保しながら、電動モータにより与えられる制御舵角が
増加するに従って増大するヒステリシスの低減によりモ
ータ制御精度の向上を図ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の四輪操舵車両のモータ制御装置では、基本的に
は舵角目標値と舵角追従値との偏差と比例定数とに基づ
くモータ電流制御とし、その比例定数を旋回時に路面反
力に基づいて発生する路面負荷に応じて変化させる手段
とした。

【００１１】即ち、図１のクレーム対応図に示すように
、後輪または前後輪に電動モータａをアクチュエータと
するモータステアリング機構ｂを有し、ハンドル操作時
に後輪または前後輪の舵角を電動モータにより制御する
四輪操舵車両において、前記ハンドル操作時に所望の舵
角目標値を演算する舵角目標値演算手段ｃと、電動モー
タａにより転舵される車輪の舵角追従値を検出する舵角
追従値検出手段ｄと、前記舵角目標値と舵角追従値との
偏差を演算する偏差演算手段ｅと、旋回時に路面反力に
基づいて発生する路面負荷相当値を検出する路面負荷相
当値検出手段ｆと、前記路面負荷相当値の増加に応じて
増加する比例定数を設定する比例定数設定手段ｇと、少
なくとも前記偏差と前記比例定数とに基づいてモータ電
流を演算するモータ電流演算手段ｈと、前記モータ電流
演算手段ｈにより得られたモータ電流を前記電動モータ
ａに印加するモータ駆動手段ｉとを備えていることを特
徴とする。

【００１２】

【作用】旋回走行時には、偏差演算手段ｅにおいて、舵
角目標値演算手段ｃによる舵角目標値と舵角追従値検出
手段ｄによる舵角追従値との偏差が演算され、比例定数
設定手段ｇにおいて、旋回時に路面反力に基づいて発生
する路面負荷相当値を検出する路面負荷相当値検出手段
ｆからの路面負荷相当値の増加に応じて増加する比例定
数が設定される。そして、モータ電流演算手段ｈにおい
て、偏差演算手段ｅからの偏差と比例定数設定手段ｇか
らの比例定数とに基づいてモータ電流が演算され、モー
タ駆動手段ｉにおいて、モータ電流演算手段ｈにより得
られたモータ電流が電動モータａに印加される。

【００１３】従って、ハンドル操作時には、舵角目標値
と舵角追従値との偏差と、旋回時に路面反力に基づいて
発生する路面負荷相当値に応じた比例定数とを用いてモ
ータ電流が制御されることになり、偏差が大きいほど高
電流値（高モータトルク）によるモータ電流が印加され
ることで高い応答性が得られると共に、旋回時に路面反
力に基づいて発生する路面負荷に応じて比例定数が設定
されることで、電動モータａにより与えられる制御舵角
が増加するに従って増大するヒステリシスの低減が図ら
れる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】構成を説明する。

【００１６】図２は本発明実施例の装置が適用された四
輪操舵車両のモータ制御装置を示す全体システム図であ
る。

【００１７】実施例の四輪操舵車両のモータ制御装置は
、図２に示すように、前輪１，２の操舵は、ステアリン
グハンドル３と機械リンク式ステアリング機構４によっ
て行なわれる。これは、例えば、ステアリングギア、ピ
ットマンアーム、リレーロッド、サイドロッド５，６、
ナックルアーム７，８等で構成される。

【００１８】そして、後輪９，１０の転舵は、電動式ス
テアリング装置１１（モータステアリング機構に相当）
によって行なわれる。この後輪９，１０間は、ラックシ
ャフト１２、サイドロッド１３，１４、ナックルアーム
１５，１６により連結され、ラック１２が内挿されたラ
ックチューブ１７には、減速機構１８とモータ１９（電
動モータに相当）とフェイルセーフソレノイド２０が設
けられ、このモータ１９とフェイルセーフソレノイド２
０は、車速センサ２１，前輪舵角センサ２２，ストロー
クセンサ２３，エンコーダ２４，ロードセル２５等から
の信号を入力するコントローラ２６により駆動制御され
る。

【００１９】図３は電動式ステアリング装置１１の具体
的構成を示す断面図で、ラック１２が内挿されたラック
チューブ１７はブラケットを介して車体に固定されてい
る。そして、ラック１２の両端部には、ボールジョイン
ト３０，３１を介してサイドロッド１３，１４が連結さ
れている。減速機構１８は、モータ１９のモータ軸に連
結されたモータピニオン３２と、該モータピニオン３２
に噛合するリングギア３３と、該リングギア３３に固定
されると共にラックギア１２ａに噛み合うラックピニオ
ン３５とによって構成されている。従って、モータ１９
が回転すると、モータピニオン３２→リングギア３３→
ラックピニオン３５へと回転が伝達され、回転するラッ
クピニオン３５とラックギア１２ａとの噛み合いにより
ラックシャフト１２が軸方向へ移動して後輪９，１０の
転舵が行なわれる。この後輪９，１０の転舵量は、ラッ
クシャフト１２の移動量、即ち、モータ１９の回転量に
比例する。

【００２０】前記ラックピニオン３５には、その回転角
度を検出するエンコーダ２４のセンサー軸２４ａがカプ
ラ３６を介して連結されている。

【００２１】前記フェイルセーフソレノイド２０には、
ロックピン２０ａが進退可能に設けられていて、電子制
御系等のフェイル時には、ラックシャフト１２に形成さ
れたロック溝１２ｂにロックピン２０ａを嵌入させるこ
とでラックシャフト１２を、後輪９，１０が中立舵角位
置を保つ位置に固定するようにしている。

【００２２】作用を説明する。

【００２３】まず、電動モータをアクチュエータとする
モータステアリング機構では、下記に示すモータ電流制
御式によりモータ制御が行なわれる。 　　ＩＭ　＝Ｌ・θε−ｍ・　ｄ（θＭ）＋Ｋｐ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（１）　　　ＩＭ　：モータ電流　　　　　
　　　　　　　　　　　　　Ｌ：比例定数　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　θε：目標
値と追従値との偏差　　　　　　ｍ：ダンピング定数　
　　　　　　　　　　　　　　　　　ｄ（θＭ）：モー
タ回転角速度　　　　　　　　　　Ｋｐ：フリクション
補正定数即ち、モータステアリング機構において路面負
荷が後輪舵角に比例して増加する場合、図４に示すよう
に、路面負荷を模擬したバネ負荷を付加したモデルに置
き換えることができる。このモータステアリング機構モ
デルにおいてモータトルクに対するモータ電流値ＩＭ　
の静特性は、図５のように比例特性を示す。ここで、モ
ータトルクを目標値と追従値との偏差の大きさに応じて
与えるようにした場合、モータトルクをそのまま偏差に
置き換えることができるので、図６の特性に示すように
なり、静特性を考えた場合には、次式を得ることができ
る。

【００２４】 　　ＩＭ　＝Ｌ・θε＋Ｋｐ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　…（２）　加えて、モータへの駆動指令
に対する後輪舵角の応答を決める動特性は、油圧ステア
リング機構等に比べて応答性の良いモータステアリング
機構では減衰性を考えれば良い。そこで、減衰項である
｛−ｍ・　ｄ（θＭ）｝を上記（２）　式に加えること
で、（１）　式に示すモータ電流制御式を得ることがで
きる。尚、減衰力は舵角追従値変化速度に比例する関係
にあり、この舵角追従値変化速度としては、上記のよう
にモータ回転角速度を用いても、また、ストローク速度
を用いても良い。

【００２５】図７はコントローラ２６で行なわれるモー
タ制御作動の流れを示すフローチャートであり、以下、
各ステップについて説明する。

【００２６】ステップ７０では、各センサ２１〜２５か
ら入力信号が読み込まれる。

【００２７】ステップ７１では、車速センサ２１からの
車速Ｖと前輪舵角センサ２２からの前輪舵角θＦ　に基
づいて後輪舵角目標値θＲ＊が演算される（舵角目標値
演算手段に相当）。尚、後輪舵角目標値θＲ＊は、例え
ば、特開平１−２０２５７９号公報等に記載されている
ような手法により最適な旋回性能を得るべく求められる
。

【００２８】ステップ７２では、エンコーダ２４により
検出されたモータ回転角度θＭ　により後輪舵角追従値
θＲ　が演算される（舵角追従値演算手段に相当）。

【００２９】ステップ７３では、後輪舵角目標値θＲ＊
から後輪舵角追従値θＲ　を差し引いた絶対値により偏
差θεが演算される（偏差演算手段に相当）。

【００３０】ステップ７４では、今回の処理時にエンコ
ーダ２４により検出されたモータ回転角度θＭ　と、数
回前の処理時に検出された記憶モータ回転角度θＭＭに
基づいてモータ回転角速度ｄ（θＭ）が演算される。

【００３１】ステップ７５では、前輪舵角センサ２２か
らの前輪舵角θＦ　と車速センサ２１からの車速Ｖの関
数ｆ（θＦ，Ｖ）に基づいて比例定数Ｌが演算される（
比例定数設定手段に相当）。

【００３２】即ち、前輪舵角θＦ　と車速Ｖにより定ま
る横加速度によって発生する路面負荷を検出すると共に
、この路面負荷をそのまま比例定数Ｌとして設定してい
るもので、前輪舵角θＦ　に対する路面負荷及び比例定
数Ｌの関係は図８に示すように前輪舵角θＦ　の上昇に
従って立ち上がり勾配が小さくなるような特性であらわ
され、車速Ｖに対する路面負荷と比例定数Ｌの関係は図
９に示すように車速Ｖの上昇にほぼ一次の比例関数特性
であらわされる（路面負荷相当値検出手段に相当）。

【００３３】ステップ７６では、モータ電流ＩＭ　が上
記の式（１）　により演算される（モータ電流演算手段
に相当）。尚、ダンピング定数ｍ及びフリクション補正
定数Ｋｐは予め設定された固定値により与えても良いし
、車両諸元を検出して最適の値による可変値により与え
ても良い。

【００３４】ステップ７７では、ステップ７６で求めら
れたモータ電流ＩＭ　がモータ１９に出力される（モー
タ駆動手段に相当）。

【００３５】次に、実施例装置を搭載した四輪操舵車両
での旋回走行作用を説明する。

【００３６】旋回走行時には、ステップ７３において、
ステップ７１で求められた後輪舵角目標値θＲ＊とステ
ップ７２で求められた後輪舵角追従値θＲとの偏差θε
が演算され、ステップ７５において、ハンドル操作によ
る前輪舵角θＦ　と車速Ｖにより定まる横加速度によっ
て発生する路面負荷（路面反力）の増減に応じて増減す
る比例定数Ｌが設定される。そして、ステップ７６にお
いて、偏差θεと比例定数Ｌを掛け合わせた比例項を有
するモータ電流制御式（１）　に基づいてモータ電流Ｉ
Ｍ　が演算され、ステップ７７において、ステップ７６
により得られたモータ電流ＩＭ　がモータ１９に印加さ
れる。

【００３７】従って、ハンドル操作時には、後輪舵角目
標値θＲ＊と後輪舵角追従値θＲ　との偏差θεと、旋
回時に路面反力に基づいて発生する路面負荷に応じた比
例定数Ｌとを用いてモータ電流ＩＭ　が制御されること
になり、偏差θεが大きいほど高電流値（高モータトル
ク）によるモータ電流ＩＭが印加されることで高い応答
性が得られる。

【００３８】加えて、旋回時に路面反力に基づいて発生
する路面負荷に応じて比例定数Ｌが設定されることで、
図１０に示すように、モータ１９により与えられる後輪
舵角が増加するに従って増大する比例定数Ｌが与えられ
ることになり、後輪舵角目標値θＲ＊と後輪舵角追従値
θＲ　との偏差θεが小さくなってゆく領域で固定値に
よる比例定数Ｌを与えた場合に比べ後輪舵角追従値θＲ
の増大ゲインが高まり、従来技術のように後輪舵角の増
加に従って増大するヒステリシスが小さく抑えられ、後
輪舵角目標値θＲ＊と後輪舵角追従値θＲ　との高い一
致性が図られる。

【００３９】以上説明してきたように、実施例にあって
は、後輪９，１０側にモータ１９をアクチュエータとす
る電動式ステアリング装置１１を有する四輪操舵車両の
モータ制御装置において、基本的には後輪舵角目標値θ
Ｒ＊と舵角追従値θＲ　との偏差θεに比例定数Ｌを掛
け合わせた比例項を有するモータ電流制御式（１）　に
基づくモータ電流制御とし、その比例定数Ｌを旋回時に
路面反力に基づいて発生する路面負荷に応じて変化させ
る装置とした為、モータ制御応答性を確保しながら、モ
ータ１９により与えられる後輪舵角が増加するに従って
増大するヒステリシスの低減によりモータ制御精度の向
上を図ることができる。

【００４０】以上、実施例を図面により説明してきたが
、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があっ
ても本発明に含まれる。

【００４１】例えば、実施例では、後輪のみにモータス
テアリング機構を採用した適用例を示したが、前後輪に
モータステアリング機構を採用したものであっても良い
。

【００４２】実施例では、路面負荷相当値検出手段とし
て、前輪舵角と車速により演算で求める例を示したが、
後輪に加わる路面負荷を直接検出するロードセルからの
信号により求めたり、横加速度センサからの信号により
求めたり、前輪舵角と車速に後輪舵角を加えて求めるよ
うな例としても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、後輪または前後輪に電動モータをアクチュエータと
するモータステアリング機構を有する四輪操舵車両のモ
ータ制御装置において、基本的には舵角目標値と舵角追
従値との偏差と比例定数とに基づくモータ電流制御とし
、その比例定数を旋回時に路面反力に基づいて発生する
路面負荷に応じて変化させる手段とした為、モータ制御
応答性を確保しながら、電動モータにより与えられる制
御舵角が増加するに従って増大するヒステリシスの低減
によりモータ制御精度の向上を図ることが出来るという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の四輪操舵車両のモータ制御装置を示す
クレーム対応図である。

【図２】実施例のモータ制御装置が適用された四輪操舵
車両を示す全体システム図である。

【図３】実施例装置の電動式ステアリング装置の具体的
構成を示す断面図である。

【図４】電動式ステアリング装置の台上モデル図である
。

【図５】電動式ステアリング装置でのモータトルクに対
するモータ電流値特性図である。

【図６】電動式ステアリング装置での目標値と追従値と
の偏差に対するモータ電流値特性図である。

【図７】実施例装置のコントローラで行なわれるモータ
制御作動の流れを示すフローチャートである。

【図８】前輪舵角に対する路面負荷及び比例定数の関係
特性図である。

【図９】車速に対する路面負荷及び比例定数の関係特性
図である。

【図１０】実施例技術での前輪舵角に対する後輪舵角の
目標値特性図及び追従値特性図である。

【図１１】従来技術での前輪舵角に対する後輪舵角の目
標値特性図及び追従値特性図である。

【符号の説明】

ａ　　電動モータ ｂ　　モータステアリング機構 ｃ　　舵角目標値演算手段 ｄ　　舵角追従値検出手段 ｅ　　偏差演算手段 ｆ　　路面負荷相当値検出手段 ｇ　　比例定数設定手段 ｈ　　モータ電流演算手段 ｉ　　モータ駆動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　後輪または前後輪に電動モータをアク
   チュエータとするモータステアリング機構を有し、ハン
   ドル操作時に後輪または前後輪の舵角を電動モータによ
   り制御する四輪操舵車両において、前記ハンドル操作時
   に所望の舵角目標値を演算する舵角目標値演算手段と、
   電動モータにより転舵される車輪の舵角追従値を検出す
   る舵角追従値検出手段と、前記舵角目標値と舵角追従値
   との偏差を演算する偏差演算手段と、旋回時に路面反力
   に基づいて発生する路面負荷相当値を検出する路面負荷
   相当値検出手段と、前記路面負荷相当値の増加に応じて
   増加する比例定数を設定する比例定数設定手段と、少な
   くとも前記偏差と前記比例定数とに基づいてモータ電流
   を演算するモータ電流演算手段と、前記モータ電流演算
   手段により得られたモータ電流を前記電動モータに印加
   するモータ駆動手段と、を備えていることを特徴とする
   四輪操舵車両のモータ制御装置。