JPH0438419A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、操舵角検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ステアリングシャフトにロータリエンコーダを取り付け
、２相パルス信号をアップダウンカウントし、これをサ
ンプリングすることで操舵角（ハンドル角）の絶対値を
算出することかできる。操舵角の相対値を得るには直進
時、つまりハンドルが中立位置にある時の２相パルス信
号のカウント値が分かればよい。しかし、ロークリエン
コーダのみではハンドルの中立位置を知ることはできな
い。即ち、エンコーダには回転軸のセンタに合わせてパ
ルス信号を出力できるものもあるが、通常ハンドルは約
３回転する。

又、中立位置はキースイッチのオン後、−度は必ず算出
しなければならない。これは、キースイッチのオフ後、
ハンドルを動かせば、例えば前回のカウント値や中立位
置をバックアップしておいても次回のキースイッチをオ
ンした時には前回の値よりズしてしまっているからであ
る。

そこで、特開昭６１−２８８１１号公報には、操舵中立
ゾーン信号が検出されているときの操舵角信号の平均値
により中立位置を求めるようにしている。又、特開昭６
１−３８５１５号公報には、車両が直進状態に近づくに
つれてその時に検出された操舵角位置の重み付けを大き
くして中立位置が修正・更新するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報に示した装置では、限られた操舵角
内でしか中立位置が求められず、又、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困難であ
った。

この発明の目的は、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操舵
角検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図に示すように、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クリエンコーダＭ１と、左
車輪速を検出する左車輪速センサＭ２と、右車輪速を検
出する右車輪速センサＭ３と、前記左車輪速センサＭ２
による左車輪速と右車輪速センサＭ３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Ｍ４と、前記
ロータリエンコーダＭｌからの信号と、前記推定舵角算
出手段Ｍ４による推定舵角との間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Ｍ５とを備
えた操舵角検出装置をその要旨とするものである。

〔作用〕

本発明は、推定舵角算出手段Ｍ４が左車輪速センサＭ２
による左車輪速と右車輪速センサＭ３による右車輪速と
から推定舵角を算出し、中立位置算出手段Ｍ５がロータ
リエンコーダＭ１からの信号と、推定舵角算出手段Ｍ４
による推定舵角との位相差を考慮して操舵角の中立位置
を算出する。

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、左右の車輪に速度差が発生
し、この一連の動作においてハンドル操作に対し左右の
車輪に速度差が発生するまでの遅れを、例えば、−次遅
れの伝達特性等にて近似する。

〔実施例〕

以下、この発明を車両の後輪舵角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。

第２図において、後輪操舵機構ｌ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ｌ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しれを修正
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ｌＯに連結されて
いる。後輪１１はナックルアームｌＯによって左右方向
へ揺動自在に支持されている。

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ｒ（Ｉ
Ｊ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、この信号に基つ
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。サーホモータ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
に後輪実舵角か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。

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に出カする。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
舵角信号を制御装置３に出力する。ヨーレイトセンサ２
０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（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。

制御装置３を第３図に基づいて説明すると、制御装置３
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２
５〜２８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からの各信号を取り込み、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。

次に、このように構成した後輪舵角制御装置の作用を説
明する。

第４図にはマイコン２４のメイン処理ルーチンを示し、
第５図には車速センサ１５からのパルス信号による車速
パルス処理を示し、第６図には所定時間毎（例えば、Ｓ
ｍｓ毎）の割り込み処理ルーチンを示す。

第４図に示すように、マイコン２４は起動時にステップ
１０１で初期化し、ステップ１０２で各種処理を繰り返
し行う。

一方、第５図に示すように、マイコン２４はステップ２
０１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、第６図に示すように、マイコン２４はステップ
３００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ω５．ω８が計算
される。尚、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（ω、十ωＲ）／２として求めるよ
うにしてもよい。

そして、マイコン２４はステップ４００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５００で後輪実舵角θｒと実ヨーレートＷｓを算出す
る。

さらに、マイコン２４はステップ６００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第７図に示す。又、第８図に
は、第７図の前輪操舵角算出ルーチンの制御ブロック図
を示す。

第７図において、マイコン２４はステップ６０■で前輪
操舵角センサー６の読み取り操舵角θＳを取り込み、ス
テップ６０２で一次遅れの伝達特性を用いて操舵角θＳ
を演算する。即ち、次式にてθＣを演算する。

θＣ１−（１−ａ）・θｃ、、＋ａ＊θＳ。

ただし、ａは時定数から算出される定数、ｉは今回値、
１−１は前回値。

そして、マイコン２４はステップ６０３で左車輪速セン
サ２１による左車輪速ω、と右車輪速センサ２２による
右車輪速ω、とから次式にて推定舵角θを算出する。

θ ・　・　・　（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、■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イファク
タ。

この際、第９図に示すように、前輪舵角θｆはθｆ＝ｌ
／Ｒ−θｒ　　　・　・　・　（２）であり、又、第１
０図に示すように、旋回半径Ｒは 暖中士ωＬ ・　・　・　（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θｒ）θｒとして後
輪操舵による影響を無視している。

そして、マイコン２４はステップ６０４でθＣハ とθ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。

木 θ。＋　＝　（１−ｂ）　・θｃ　、−、＋ｂ・θＣＩ
八本　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　△θｌ
”（ｌｂ）　　・θ、、＋ｂ　・θまただし、ｂはフィ
ルタ定数、ｉは今回値、ｉ−１は前回値。

△Ｘ マイコン２４はステップ６０５で推定舵角θと前輪操舵
角センサ１６による操舵角θＣとの差（＝θｃ＊−Ｐ）
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６０６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−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θの絶対値がθＭＡＸ以下で、かつ、車速Ｖが
Ｖ　ＬＯＷ〜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
か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６０７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。

θＮ＋＝（ｌｃ）・θＮ＋−、十ｃ・θＤＩただし、Ｃ
はフィルタ定数、ｉは今回値、ｉｌ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６０８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とする。一方、マイコン
２４はステップ６０６において補正条件が成立していな
いとステップ６０７の処理は行わない。

第６図において、マイコン２４はステップ７００で後輪
操舵角指令位置θＣ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。

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。

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θＣを算出する。

θｃ＝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。

マイコン２４はステップ８００で後輪操舵角指令位置θ
Ｃ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９００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２
１による左車輪速ω、と右車輪速センサ２２による右車
輪速ω、とから推定舵角θを算出するとともに、前輪操
舵角センサ１６（ロークリエンコーダ）からの信号の一
次遅れの伝達特性を用いて、推定舵角θ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−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。

又、推定舵角θを算出する際に、スタビリテイファクタ
Ｋを要素にしたので、より高精度に推定舵角が算出でき
る。

尚、この発明は上記実施例に限定されることなく、例え
ば、第７図中ステップ６０２において一次遅れの伝達特
性を用いて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；
ｒ２Ｊ以上の整数）の伝達特性で近似してもよい。この
とき、２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。

又、推定舵角の算出の際に、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。

又、第７図中ステップ６０６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
定誤差を小さくし、精度の良い中立位置算出が可能とな
る（　Ｉｓ　ｓｌ　　：ｉＥｌｗｇ、の判定を追加する
）。

又、前述した手順にてハンドル角の中立位置を算出し、
ハンドル角センサ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が算出されるま
では後輪制御を停止しておき、ニュートラル位置が最初
に算出され確定された時点よりニュートラル補正後のハ
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、ニュートラル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「ＯＪ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、−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
。

又、上記実施例では操舵角の中立位置を求める際には、
−次遅れの伝達関数（１／（Ｔｓ＋１））での時定数Ｔ
とステビリティファクタＫを固定値として中立位置θＮ
を算出したが、ＴとＫとを変数としてθＮを算出しても
よい。この場合の具体的構成例を以下に説明する。

第１１図に示す車両のモデルを考える。つまり、操舵角
θＳと中立位置θＮとの差であるθＳがステビリティフ
ァクタＫ（ゲイン）だけ増幅され、さらに、−次遅れの
伝達関数（１／（Ｔｓ＋１）；ただし、Ｓはラプラス演
算子）を用いて推定舵角θＴが近似できる。この際、次
のような離散化を行うことができる。

θ１　＝θ＋−＋　　＋ＴＯ・θ、−まただし、ＴＯは
サンプリング周期 ＝ａ’　　θ、−、＋ｂ−６５，、＋ｃ・　・　・　（
４） そして、このａ、ｂ、ｃを最小二乗法により推定して、
Ｔ、に、　　θＮを算出する。

つまり、第１２図に示すように、左車輪速センサ２１に
よる左車輪速ω、と右車輪速センサ２２による右車輪速
ω、とから次式にて推定舵角θＴを算出する。

そして、逐次推定法による最小二乗法により（４）式で
のａ、　　ｂ、　　ｃを求め、Ｔ、　Ｋ、　　θＮを算
出する。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、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
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は実施例の後輪操舵制
御装置の構成を示す図、第３図は電気的構成を示す図、
第４図はフローチャート、第５図はフローチャート、第
６図はフローチャート、第７図はフローチャート、第８
図は制御ブロック図、第９図は操舵の際の説明図、第１
０図は操舵の際の説明図、第１１図は別例の制御ブロッ
ク図、第１２図は別例の制御ブロック図である。 Ｍｌはロータリエンコーダ、Ｍ２は左車輪速センサ、Ｍ
３は右車輪速センサ、Ｍ４は推定舵角算出手段、Ｍ５は
中立位置算出手段。 特許出願人　　日本電装　　株式会社 トヨタ自動車　株式会社 代　理　人　　弁理士　恩１）連室（ほか１名）！４１
ＥＩ ［５！１ ｇ１ｉ６図 ホイールベース ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 左車輪速を検出する左車輪速センサと、 右車輪速を検出する右車輪速センサと、 前記左車輪速センサによる左車輪速と右車輪速センサに
   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、 前記ロータリエンコーダからの信号と、前記推定舵角算
   出手段による推定舵角との間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 を備えたことを特徴とする操舵角検出装置。