JPH05229448A - 舵角制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分解能が異なる複数の信号から選択された動
作検出信号をフィードバック信号として用いるサーボ系
に適用される舵角制御装置において、動作検出手段の分
解能の粗細にかかわらず騒音や電気的ノイズの減少を達
成すること。 【構成】 第１構成は、選択されている動作検出手段ｂ
またはｃの分解能に応じて演算される操作信号のゲイン
の大きさを変えるゲイン設定手段ｅを設け、分解能が粗
の時にゲインを低く分解能が細の時にゲインを高くする
手段とした。第２構成は、選択されている動作検出手段
ｂまたはｃの分解能に応じてローパスフィルタｇのカッ
トオフ周波数を変える手段とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分解能が異なる複数の
信号から選択された動作検出信号をフィードバック信号
として用いるサーボ系に適用される舵角制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、舵角制御装置としては、例えば、
特開平３−１２８７７０号公報に記載のものが知られ
て、同公報の第３図には、電源が入っていない状態では
バネ力によって後輪舵角の中立点を維持する舵角可変機
構が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の舵角制御装置にあっては、後輪舵角の中立点をバネ
力によって得ようとするものである為、電源投入後に後
輪舵角を制御する時、常にバネがモータの負荷となり、
消費電力が増加してしまう。

【０００４】一方、消費電力の低減のためにバネ無し舵
角可変機構を採用した場合には、電源投入時に後輪舵角
がどの位置にあるかわからない為、ラックやタイロッド
の位置等に設けられ、後輪舵角の絶対値を検出する絶対
角センサからのセンサ信号に基づいて電源投入時に後輪
舵角を中立位置に戻す。そして、一度、中立点に戻った
後は、モータ側に装着される相対角センサからの信号に
基づいて後輪舵角制御を行なう。

【０００５】しかし、絶対角センサを用いている中立舵
角制御時も相対角センサを用いている走行舵角制御時も
その制御ゲインは一定に固定されたままであり、通常、
中立点復帰後に行なわれる後輪舵角制御を主体としてゲ
インが設定される為、センサ分解能が粗い絶対角センサ
の使用時には、図１１のステップ応答シミュレーション
結果から分るように、モータ指令電流値が激しく振動す
る。この振動は舵角可変機構自体を振動させ、騒音を発
生させる。尚、センサ分解能が細かい相対角センサの使
用時には、図１２のステップ応答シミュレーション結果
から分るように、モータ指令電流値の変動は小さく、何
ら問題はない。

【０００６】また、センサ信号にローパスフィルタをか
けるようにした場合も、そのカットオフ周波数を相対角
センサの分解能に対して一定値で与えた場合には、絶対
角センサを使用する時にはカットオフ周波数が高過ぎ
て、上記と同様に振動問題が生じる。

【０００７】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、分解能が異なる複数の信号から選択され
た動作検出信号をフィードバック信号として用いるサー
ボ系に適用される舵角制御装置において、動作検出手段
の分解能の粗細にかかわらず騒音や電気的ノイズの減少
を達成することを第１の課題とする。

【０００８】粗分解能動作検出手段を使用している時の
騒音や電気的ノイズの減少と細分解能動作検出手段を使
用している時の応答性確保との両立を図ることを第２の
課題とする。

【０００９】動作検出手段の分解能の粗細にかかわらず
高応答を確保したまま騒音や電気的ノイズの減少を達成
することを第３の課題とする。

【００１０】舵角の中立点復帰制御において、極めて粗
分解能の動作検出手段を用いながら中立点復帰の応答性
及び収束性の向上と騒音や電気的ノイズの減少を達成す
ることを第４の課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るため本発明の舵角制御装置では、選択されている動作
検出手段の分解能に応じて演算される操作信号のゲイン
の大きさを変える手段とした。

【００１２】即ち、図１（Ａ）のクレーム対応図に示す
ように、操作信号に応じて動作する舵角可変機構ａと、
前記舵角可変機構ａの等価な動作状態を検出する分解能
が異なる少なくとも２つの粗分解能動作検出手段ｂ及び
細分解能動作検出手段ｃと、舵角制御状態に応じて使用
する動作検出手段を切り換える切換手段ｄと、切り換え
選択されている動作検出手段ｂまたはｃの分解能に応じ
てゲインの大きさを設定するゲイン設定手段ｅと、選択
されている動作検出手段からの動作検出信号をフィード
バック情報とし、設定されたゲインに基づいて前記操作
信号を演算する操作信号演算手段ｆとを備えていること
を特徴とする。

【００１３】上記第２の課題を解決するため本発明の舵
角制御装置では、ゲイン設定手段を動作検出手段の分解
能が粗の時にゲインを低く分解能が細の時にゲインを高
くする手段とした。

【００１４】即ち、図１（Ａ）のクレーム対応図に示す
ように、請求項１記載の舵角制御装置において、前記ゲ
イン設定手段ｅは、粗分解能動作検出手段ｂを使用する
ときはゲインを低く設定し、細分解能動作検出手段ｃを
使用するときはゲインを高く設定する手段であることを
特徴とする。

【００１５】上記第３の課題を解決するため本発明の舵
角制御装置では、選択されている動作検出手段の分解能
に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数を変える
手段とした。

【００１６】即ち、図１（Ｂ）のクレーム対応図に示す
ように、操作信号に応じて動作する舵角可変機構ａと、
前記舵角可変機構ａの等価な動作状態を検出する分解能
が異なる少なくとも２つの粗分解能動作検出手段ｂ及び
細分解能動作検出手段ｃと、舵角制御状態に応じて使用
する動作検出手段を切り換える切換手段ｄと、切り換え
選択されている動作検出手段の分解能が粗いとカットオ
フ周波数を低く設定し、動作検出手段の分解能が細かい
とカットオフ周波数を高く設定したローパスフィルタｇ
と、選択されている動作検出手段ｂまたはｃからの出力
信号にローパスフィルタｇをかけた動作検出信号をフィ
ードバック情報として前記操作信号を演算する操作信号
演算手段ｈとを備えていることを特徴とする。

【００１７】上記第４の課題を解決するため本発明の舵
角制御装置では、請求項１記載の舵角制御装置におい
て、前記ゲイン設定手段ｅは、舵角中立点を横切る回数
に応じてゲインを変える手段であることを特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明の作用を説明する。

【００１９】舵角制御時には、舵角可変機構ａの等価な
動作状態を検出する分解能が異なる少なくとも２つの粗
分解能動作検出手段ｂ及び細分解能動作検出手段ｃの中
から、切換手段ｄにおいて、使用する動作検出手段が舵
角制御状態に応じて切り換えられ、ゲイン設定手段ｅに
おいて、切り換え選択されている動作検出手段ｂまたは
ｃの分解能に応じてゲインの大きさが設定される。そし
て、操作信号演算手段ｆにおいて、選択されている動作
検出手段からの動作検出信号をフィードバック情報と
し、制御応答を左右する設定ゲインに基づいて操作信号
が演算され、この操作信号に応じて舵角可変機構ａが動
作する。

【００２０】従って、切り換え選択されている動作検出
手段ｂまたはｃの分解能に応じてゲインの大きさが設定
されることにより、動作検出手段の分解能の粗細にかか
わらず騒音や電気的ノイズの減少が達成される。

【００２１】請求項２記載の発明の作用を説明する。

【００２２】ゲイン設定手段ｅにおいてゲインを設定す
るにあたっては、粗分解能動作検出手段ｂを使用すると
きはゲインが低く設定され、細分解能動作検出手段ｃを
使用するときはゲインが高く設定される。

【００２３】従って、粗分解能動作検出手段ｂを使用し
ている時に低ゲインに設定されることで騒音や電気的ノ
イズの減少が図られるし、細分解能動作検出手段ｃを使
用している時に高ゲインに設定されることで応答性確保
が図られる。

【００２４】請求項３記載の発明の作用を説明する。

【００２５】舵角制御時には、舵角可変機構ａの等価な
動作状態を検出する分解能が異なる少なくとも２つの粗
分解能動作検出手段ｂ及び細分解能動作検出手段ｃの中
から、切換手段ｄにおいて、使用する動作検出手段が舵
角制御状態に応じて切り換えられ、ローパスフィルタｇ
において、切り換え選択されている動作検出手段の分解
能が粗いとカットオフ周波数が低く設定され、動作検出
手段の分解能が細かいとカットオフ周波数が高く設定さ
れる。そして、操作信号演算手段ｈにおいて、選択され
ている動作検出手段ｂまたはｃからの出力信号に、制御
応答を変えることなく分解能の粗さを低減するローパス
フィルタｇをかけて動作検出信号が作り出され、この信
号をフィードバック情報として操作信号が演算され、こ
の操作信号に応じて舵角可変機構ａが動作する。

【００２６】従って、制御応答を変えることなく分解能
の粗さを低減するローパスフィルタｇのカットオフ周波
数を調整するようにしたことで、動作検出手段の分解能
の粗細にかかわらず高応答を確保したまま騒音や電気的
ノイズの減少が達成される。

【００２７】請求項４記載の発明の作用を説明する。

【００２８】舵角の中立点復帰制御において、ゲイン設
定手段ｅにより、舵角中立点を横切る回数に応じてゲイ
ンが変えられる。

【００２９】従って、例えば、中立点に対して左右のみ
しか分からないような極めて粗分解能の動作検出手段を
用いながらも中立点復帰時には、最初に高いゲインに設
定することで応答性が得られるし、その後、舵角中立点
を横切る回数に応じてゲインを低くしてゆくことで収束
性が得られることになる。また、操作信号の振動状態も
中立点域へ収束した後は、小さく抑えられることで騒音
や電気的ノイズの減少が達成されることになる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３１】（第１実施例）まず、構成を説明する。

【００３２】図２は請求項１及び請求項２記載の発明に
対応する第１実施例の後輪舵角制御システム（舵角制御
装置に相当）を示す全体システム図で、１はＤＣモー
タ、２はウォームギア、３はウォームホイール、４はラ
ック、５はラック変位センサ（粗分解能動作検出手段に
相当）、６はモータ回転角センサ（細分解能動作検出手
段に相当）、７はタイロッド、８はナックルアーム、９
はタイヤ、１０はコントローラ、１１はＰＷＭ電流制御
アンプである。尚、ＤＣモータ１，ウォームギア２，ウ
ォームホイール３，ラック４，タイロッド７，ナックル
アーム８によって舵角可変機構が構成されている。

【００３３】前記ＤＣモータ１の回転運動は、ウォーム
ギア２及びウォームホイール３を介してラック４の直進
運動に変換され、ラック４がタイロッド７を介してナッ
クルアーム８を押し引きすることによってタイヤ９の回
転運動に変換される。

【００３４】前記ラック変位センサ５は、タイヤ９の舵
角をラック４の変位位置に対応した電圧値Δｘとして出
力する粗分解能の絶対角センサである。

【００３５】前記モータ回転角センサ６は、ロータリエ
ンコーダあるいはポテンショメータ等のようにＤＣモー
タ１の回転角度に直接対応した電圧値φ_M として出力す
る細分解能の相対角センサである。

【００３６】前記コントローラ１０は、後輪舵角指令値
演算部１０ａと、後輪舵角位置決めサーボ演算部１０ｂ
（操作信号演算手段に相当）と、センサ切換部１０ｃ
（切換手段に相当）と、ゲイン設定部１０ｄ（ゲイン設
定手段に相当）と、実モータ回転角度演算部１０ｅによ
り構成されている。

【００３７】前記後輪舵角指令値演算部１０ａは、操舵
角θと車速Ｖとから、例えば、特願平１−１６１１５７
号（特開平３−２５０７８号公報参照）のＰ７〜Ｐ９に
述べているような方法で後輪舵角指令値δ_R ^*を計算し、
さらに、後輪舵角指令値δ_R ^*をモータ回転角に換算した
モータ回転角指令値φ^* を計算する。

【００３８】前記後輪舵角位置決めサーボ演算部１０ｂ
は、モータ回転角指令値φ^* と実モータ回転角φからＤ
Ｃモータ１に流すべき電流指令値ｉ^* を演算し、ＰＷＭ
電流制御アンプ１１に入力する。

【００３９】前記センサ切換部１０ｃは、システム電源
投入時から後輪舵角中立復帰制御完了までラック変位セ
ンサ５からの電圧値Δｘを選択し、その後、モータ回転
角センサ６の電圧値φ_M に切り換える。

【００４０】前記ゲイン設定部１０ｄは、ラック変位セ
ンサ５からの電圧値Δｘを使用している時はゲインを低
くし、モータ回転角センサ６からの電圧値φ_M を使用し
ている時はゲインを高くして後輪舵角位置決めサーボ演
算部１０ｂに出力する。

【００４１】前記実モータ回転角度演算部１０ｅは、セ
ンサ切換部１０ｃで選択されている電圧値Δｘあるいは
φ_M をＡ／Ｄ変換により実モータ回転角φに変換する。

【００４２】前記ＰＷＭ電流制御アンプ１１は、モータ
電流ｉをモータ電流指令値ｉ^* に追従させるように動作
する。

【００４３】次に、作用を説明する。

【００４４】後輪舵角位置決めサーボ演算部１０ｂの制
御則として、ＰＩＤを用いた場合について説明する。図
３はデジタルＰＩＤ後輪舵角位置決めサーボ系のブロッ
ク図を示し、ＫＰは比例ゲイン，ＫＩは積分ゲイン，Ｋ
ｄは微分ゲインである。

【００４５】ＰＩＤコントローラの積分作用ＫＩ／S
（但し、S はラプラス演算子）は、多角形積分のｚ変換
ＫＩＴ（１＋ｚ^-1）／２（１−ｚ^-1）で近似できる（但
し、Ｔはサンプリング周期，ｚ^-1は遅れ演算子）。ま
た、微分作用Ｋｄ・Sは、Ｋｄ（１−ｚ^-1）／Ｔで近似で
きる。比例作用は、連続系のゲインＫＰをそのまま適用
できる。従って、図２の後輪操舵機構とＰＷＭ電流制御
アンプ１１の結合したものを制御対象Ｐ（ｚ^-1）とする
と、ＰＩＤコントローラを用いた後輪舵角位置決めサー
ボ系として図３を得る。

【００４６】ＰＩＤコントローラの設計は、制御される
システムの特性が仕様通りになるように、各ゲインＫ
Ｐ，ＫＩ，Ｋｄの値を決めることであるが、後輪舵角位
置決めサーボ系では、路面外乱等に対して影響を受けな
いことが望ましいため、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値
は比較的大きくしなければならない。

【００４７】そこで、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を
比較的大きめに設定し、センサ分解能を十分に細かくし
た場合のステップ応答シミュレーションを図４に示す。
次に、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値は同じでセンサ分
解能を比較的粗くした場合のステップ応答シミュレーシ
ョンを図５に示す。

【００４８】この両図の比較により、センサ分解能が粗
いと、電流指令値ｉ^*(k)は非常に振動的になることが図
５から分る。このような電流指令値ｉ^*(k)の振動は、騒
音あるいは電気的ノイズの原因となるために避けなけれ
ばならない。

【００４９】そこで、図５と同じ比較的粗いセンサ分解
能としながら、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を低く設
定した場合のステップ応答シミュレーションを図６に示
す。この場合、応答性は少しにぶくなるものの、電流指
令値ｉ^*(k)の振動レベルは図５に比べるとかなり低く抑
えられていることが分る。

【００５０】従って、本実施例のように粗分解能のラッ
ク変位センサ５と細分解能のモータ回転角センサ６とが
組み合せて用いられている場合、センサ選択部１０ｃに
よりラック変位センサ５が選択されている時は、ゲイン
設定部１０ｄにおいて各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を
低く設定することで、図６に示すように、電流指令値ｉ
^*(k)の振動レベルを低く抑えることができるし、また、
モータ回転角センサ６が選択されている時は、ゲイン設
定部１０ｄにおいて各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を比
較的高く設定することで、図４に示すように、電流指令
値ｉ^*(k)の振動レベルを低く抑えることができる。

【００５１】以上説明してきたように第１実施例の舵角
制御装置にあっては、粗分解能のラック変位センサ５が
選択されている時は、ゲイン設定部１０ｄにおいて各ゲ
インＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を低く設定し、細分解能のモ
ータ回転角センサ６が選択されている時は、ゲイン設定
部１０ｄにおいて各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を比較
的高く設定する装置とした為、センサ分解能の粗細にか
かわらず騒音や電気的ノイズの減少を達成したサーボ系
を構成することができるし、加えて、ラック変位センサ
５を使用している時の騒音や電気的ノイズの減少とモー
タ回転角センサ６を使用している時の応答性確保との両
立が図られる。

【００５２】（第２実施例）まず、構成を説明する。

【００５３】図２は請求項３記載の発明に対応する第２
実施例の後輪舵角制御システム（舵角制御装置に相当）
を示す全体システム図で、この第２実施例では比較的高
ゲインのまま一定とし、代わりに、選択されているセン
サ信号に応じてカット周波数を変えたローパスフィルタ
１０ｆによりフィルタリング処理を施すようにした例で
ある。つまり、ローパスフィルタ１０ｆでは、粗分解能
のラック変位センサ５が選択されている時は、カットオ
フ周波数を低く設定し、細分解能のモータ回転角センサ
６が選択されている時は、カットオフ周波数を高く設定
するようにしている。尚、他の構成は第１実施例と同様
であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略
する。

【００５４】次に、作用を説明する。

【００５５】後輪舵角位置決めサーボ演算部１０ｂの制
御則として、『第１０回適応制御シンポジウム』（平成
２年１月３１日〜２月２日：東京）での発表原稿である
「自動車用舵角可変機構のロバスト制御」で用いられて
いる手法と同様の手法を適用した例で、図８に後輪舵角
位置決めサーボ演算部１０ｂのブロック図を示す。

【００５６】後輪舵角位置決めサーボ系の制御対象とな
るＰＷＭ電流制御アンプ１１と、図７の後輪舵角機構の
連続系でのモデリングは、以下のように行なうことがで
きる。ＰＷＭ電流制御アンプ１１の遅れは十分小さいと
し、モータ位置決めサーボ系の実用周波数上でその伝達
特性を１とする。

【００５７】 Ｇi(S)＝ｉ(S) ／ｉ^*(S)≒１ …(1) 次に、コーナリングフォースやフリクション等をゼロと
すれば図７の後輪舵角機構の運動方程式は次式となる。

【００５８】 ｉ・Ｋ_T ＝Ｊφ”＋Ｄφ’ …(2) Ｋ_T ：モータトルク定数 φ”：モータ回転加速度
φ’：モータ回転速度 Ｊ：モータ軸換算舵角可変機構慣性 Ｄ：モータ軸
換算舵角可変機構粘性 (2) 式をラプラス変換してまとめると、 Ｐ(S) ＝φ(S) ／ｉ(S) ＝｛Ｋ_T/Ｊ｝／{S(S＋Ｄ／Ｊ} …(3) デジタルコントローラを構成するため、ゼロ次ホルダを
用いて(3) 式を離散化すると(4) 式となる。

【００５９】 Ｐ（ｚ^-1）＝（１−ｚ^-1）Ｚ［(1/S)・Ｐ(S) ］ ＝｛ｚ^-1(b_P0＋b_P1・ｚ^-1) ｝／｛１＋a_P1・ｚ^-1＋a_P2・ｚ^-2｝…(4) 但し、Ｚ：ｚ変換 （１−ｚ^-1）／S ：ゼロ次ホル
ダ (4) 式を書き換えると(5) 式になる。

【００６０】 Ｐ（ｚ^-1）＝［｛ｚ^-1(b_P0＋b_P1)｝／｛１＋a_P1・ｚ^-1＋a_P2・ｚ^-2｝］・［(b_P0 ＋b_P1・ｚ^-1）／(b_P0＋b_P1)］ …(5) 今、 Ｑ（ｚ^-1）＝(b_P0＋b_P1・ｚ^-1) ／Ｂ₀ …(6) Ｂ₀ ＝ b_P0＋b_P1 …(7) Ａ_P(ｚ^-1）＝１＋a_P1・ｚ^-1＋a_P2・ｚ^-2 …(8) とおけば、(5) 式は(9) 式となる。

【００６１】 Ｐ（ｚ^-1）＝［（ｚ^-1・Ｂ₀)/ Ａ_P(ｚ^-1）］・Ｑ（ｚ^-1） …(9) ここで、後輪舵角位置決めサーボ系の所望の特性を次式
で与える。

【００６２】 Ｇ_m(ｚ^-1）＝（１−ｚ^-1）Ｚ［(1/S)・Ｇ_m(S)］・Ｑ（ｚ^-1） ＝［｛ｚ^-1(b_m0＋b_m1・ｚ^-1) ｝／｛１＋a_m1・ｚ^-1＋a_m2・ｚ^-2｝］・ Ｑ（ｚ^-1） …(10) 但し、Ｇ_m(S)＝ω_n ²／（S²＋２ζω_nS＋ω_n ²） 図８でφ^*(k)からφ(k) までの伝達特性を(10)式の所望
の特性に一致させるゲイン導出は、以下のようにして行
なうことができる。

【００６３】今、図８でＨ（ｚ^-1），Ｈ（ｚ^-1）／Ｐ
₀(ｚ^-1）は無視して考える（これらは後述するロバスト
補償器であり、これから述べるゲイン導出演算とは独立
に設計できる）。

【００６４】図８で、 ｉ^*(k)＝｛１／Ｒ（ｚ^-1）｝・｛Ｂ'_m（ｚ^-1）Ｑ^*(k)−Ｌ（ｚ^-1）φ(k) ｝ …(11) φ(k) ＝Ｐ（ｚ^-1）・ｉ^*(k) ＝［｛ｚ^-1・ Ｂ₀ ｝／｛Ａ_P(ｚ^-1）｝］・Ｑ（ｚ^-1）・ ｉ^*(k)…(12) より、(11)式を(12)式に代入して整理すると、φ^*(k)か
らφ(k) までの伝達特性として(13)式を得る。

【００６５】 Ｇ（ｚ^-1）＝｛ｚ^-1・ Ｂ₀・Ｑ（ｚ^-1)・Ｂ'_m（ｚ^-1）｝／｛Ａ_P(ｚ^-1)・Ｒ（ｚ^-1 ）＋ｚ^-1・Ｂ₀・Ｑ（ｚ^-1)・Ｌ（ｚ^-1）｝ …(13) (13)式を所望の伝達特性(10)式に一致させるには、 Ｂ'_m（ｚ^-1）・Ｂ₀ ＝ b_m0＋b_m1・ｚ^-1 …(14) Ａ_P(ｚ^-1)・Ｒ（ｚ^-1）＋ｚ^-1・Ｂ₀・Ｑ（ｚ^-1)・Ｌ（ｚ^-1） ＝１＋a_m1・ｚ^-1＋a_m2・ｚ^-2 …(15) を満たす、Ｂ'_m( ｚ^-1），Ｒ（ｚ^-1），Ｌ（ｚ^-1）を求
めればよい。

【００６６】ここで、 Ｒ（ｚ^-1）＝１＋ｒｚ^-1 …(16) Ｌ（ｚ^-1）＝L₀＋L₁ｚ^-1 …(17) とおくと、(15)式の左辺は、 （１＋a_P1・ｚ^-1＋a_P2・ｚ^-2)(１＋ｒｚ^-1）＋ｚ^-1Ｂ｛(b_P0＋b_P1・ｚ^-1) ／Ｂ₀} ・（L₀＋L₁ｚ^-1） ＝１＋（a_P1+r+b_P0・L₀) ｚ^-1＋（a_P2+r・a_P1+b_P0・L₁+b_P1・L₀)ｚ^-2 ＋（r・a_P2+b_P1・L₁）ｚ^-3 …(18) 従って、(15)式の右辺との係数比較により、 a_P1+r+b_P0・L₀＝a_m1 …(19) a_P2+r・a_P1+b_P0・L₁+b_P1・L₀ ＝a_m2 …(20) r・a_P2+b_P1・L₁＝０ …(21) が得られ、(19),(20),(21)式を満たすｒ，L₀，L₁を下記
に求める。

【００６７】 L₁＝｛(a_m2-a_P2)・b_P0-(a_m1-a_P1)・b_P1}／{b_P0(-a_P1・b_P1/a_P2+b_P0)+b_P1 ²/a_P2 ｝ …(22) L₀＝(a_m1-a_P1+L₁・b_P1/a_P2)／b_P0 …(23) ｒ＝-L₁・b_P1 ／a_P2 …(24) 次に、外乱やパラメータ変動に対して低感度特性を得る
ためのロバスト補償器の説明をする。

【００６８】今、制御対象Ｐ（ｚ^-1）を次式であらわ
す。

【００６９】 Ｐ（ｚ^-1）＝Ｐ0(ｚ^-1）（１＋Δ）＋ｄｉ …(25) Δ：モデル化誤差 ｄｉ；外乱 (25)式であらわされる制御対象に対して図９のように補
償器を構成すると、モータ回転角φ(k) は(26)式にな
る。

【００７０】 φ(k) ＝｛（１＋Δ）／（１＋ΔＨｚ^-1）｝・Ｐ0(ｚ^-1）・｛Ｖ(k) ＋（１− Ｈ（ｚ^-1））・ｄｉ｝ …(26) Ｈ（ｚ^-1）：ローパスフィルタ（定常ゲイン１） 従って、Ｈ（ｚ^-1）の周波数特性が１とみなせる範囲で
次式が成立する。

【００７１】 φ(k) ≒Ｐ0(ｚ^-1）・Ｖ(k) …(27) 以上の説明から、Ｈ（ｚ^-1）のカットオフ周波数が高け
れば高いほど外乱に対してロバスト（頑強）になること
が分る。

【００７２】ところが、外乱に対するロバスト性を向上
させるためにＨ（ｚ^-1）のカットオフ周波数を高く設定
すると、センサ分解能が粗い場合、図１１に示すよう
に、電流指令値ｉ^*(k)が振動的になる。

【００７３】これは、図９で、Ｈ（ｚ^-1）／Ｐ0(ｚ^-1）
が微分的性質を有するフィルタとなるためである。ま
た、Ｈ（ｚ^-1）のカットオフ周波数を高くすればするほ
ど微分的性質が強くなってゆく。

【００７４】そこで、Ｈ（ｚ^-1）のカットオフ周波数を
図１１の場合より低くした場合のステップ応答シミュレ
ーションを図１０に示す。尚、センサ分解能は図１１と
同じである。

【００７５】この場合、電流指令値ｉ^*(k)の波形を比べ
ると、図１０の振動振幅は、図１１の振動振幅より小さ
く抑えられていることが分る。

【００７６】従って、本実施例のように粗分解能のラッ
ク変位センサ５と細分解能のモータ回転角センサ６とが
組み合せて用いられている場合、センサ選択部１０ｃに
よりラック変位センサ５が選択されている時は、ローパ
スフィルタ１０ｆにおいてカットオフ周波数を低く設定
することで、図１０に示すように、電流指令値ｉ^*(k)の
振動レベルを低く抑えることができるし、また、モータ
回転角センサ６が選択されている時は、ローパスフィル
タ１０ｆにおいてカットオフ周波数を高く設定すること
で、図１２に示すように、電流指令値ｉ^*(k)の振動レベ
ルを低く抑えることができる。

【００７７】しかも、この第２実施例は、ＰＩＤコント
ローラの各ゲインを低くする第１実施例とは異なり、ロ
ーパスフィルタ１０ｆのカットオフ周波数を低くしての
応答性は変わらない。尚、応答性をにぶくするには、(1
0)式で示される所望の特性のＧ_m(S)のω_n （固有振動
数）を小さくすることが考えられるが、これを小さくす
ることでＰＩＤゲインを低くしたのと同じ効果が得ら
れ、ローパスフィルタ１０ｆのカットオフ周波数のみな
らず、ω_n を小さくして電流指令値ｉ^*(k)の振動レベル
を低く抑える手法を併用しても良い。

【００７８】以上説明してきたように第２実施例の舵角
制御装置にあっては、粗分解能のラック変位センサ５が
選択されている時は、ローパスフィルタ１０ｆのカット
オフ周波数を低く設定し、細分解能のモータ回転角セン
サ６が選択されている時は、ローパスフィルタ１０ｆの
カットオフ周波数を高く設定する装置とした為、センサ
分解能の粗細にかかわらず騒音や電気的ノイズの減少を
達成したサーボ系を構成することができるし、加えて、
使用しているセンサの分解能の粗細にかかわらず高応答
性を確保できる。

【００７９】尚、本実施例では、ロバスト補償器のロー
パスフィルタのみをセンサの分解能に応じて変えたが、
センサ信号にダイレクトにローパスフィルタを施す手法
も容易に考えられる。但し、その際は、サーボ系の安定
性が損なわれない範囲で、ローパスフィルタのカットオ
フ周波数を選ぶ必要がある。

【００８０】（第３実施例）本実施例は、分解能が粗い
センサとして、３つの値を出力するもの、即ち、中立
点，中立点に対して右，中立点に対して左を出力するセ
ンサを用いて、後輪舵角を中立点に復帰させる制御法に
ついて述べる。制御則は、第１実施例で用いたＰＩＤ制
御手法のゲインを低く設定したものを用いる。

【００８１】本実施例のようなセンサでは、中立点に対
して舵角が何度ずれているのか全く分からない。分かる
情報は、中立点に対して右に舵角がずれているのか左に
舵角がずれているかである。従って、センサ出力が右を
さしている時は舵角がθ_R(deg)，左をさしている時は舵
角がθ_L(deg)，中立点をさしている時は舵角が０(deg)
と決める。但し、舵角が中立点内に存在する範囲を±Δ
θ(deg) とし、舵角が±Δθ(deg) 内に入っている時、
センサ出力は０を示すものとする。以上のセンサの特性
を式で書くと次式となる。尚、φは後輪の実舵角であ
り、右舵角を正，左舵角を負とする。

【００８２】φ＝θ_R 但し、＋Δθ＜φ≦右側最大舵
角 φ＝０ 但し、−Δθ≦φ≦＋Δθ φ＝θ_L 但し、−Δθ＞φ≧左側最大舵角 以上のように、舵角が中立点に対して何度ずれた位置に
あるかは分からないが、中立点内にあるか、その右側、
左側にあるかが分かっているセンサを使用する時は、Ｐ
ＩＤコントローラに入力する後輪舵角の値を前述の式の
ように適当に与えれば、舵角を中立点に留めることが出
来る。しかし、θ_R やθ_L の与え方によっては、中立点
に戻るスピードが遅くなったり、応答が振動的になる
為、これらの値は試行錯誤的に決めなければならない。

【００８３】本実施例のシミュレーションを図１３に示
す。このシミュレーションは、イグニッションオン時
等、後輪舵角のイニシャライズで、舵角が0.1degずれて
いることを想定し（コントローラは0.1degずれているこ
とは分からない。）、これを中立点に戻す（即ち、0.1d
egのステップ応答となる。）場合のものである。

【００８４】（第４実施例）本実施例は、分解能が粗い
センサとして、２つの値を出力するもの、即ち、後輪舵
角が中立点に対して右，中立点に対して左にあることを
出力するセンサを用いて、後輪舵角を中立点に復帰させ
る制御法について述べる。制御則は、第１実施例で用い
たＰＩＤ制御手法のゲインを低く設定したものを用い
る。

【００８５】本実施例のようなセンサでは、第３実施例
におけるセンサと異なり、舵角中立点の範囲が存在しな
い為（第３実施例では、中立点は±Δθと定義し
た。）、第３実施例と同じ手法を用いると、舵角の振動
状態が止まらなくなる恐れがある（第３実施例は、±Δ
θの範囲では、舵角が中立点とみなされる為、電流指令
値はこのときゼロとなるが、本実施例でのセンサでは、
中立点信号が無く、電流指令値がゼロとならない為、リ
ミットサイクルに陥ってしまう）。

【００８６】そこで、電流値をある小さな範囲に収束さ
せる為、本実施例では、舵角が中立点を横切る回数に応
じてゲインを変更する手法を用いる。

【００８７】今、舵角が中立点を横切る回数をｎ，セン
サ信号をθ_R （舵角が中立点より右側），θ_L （舵角が
中立点より左側）とする。ｎはθ_R とθ_L が切り換わる
回数を測ればよい。

【００８８】また、ＰＩＤコントローラに入力する舵角
設定値をθ₀ ，θ₁ ，θ₂ ，…，θ_n，…θ_k （θ₀ ＞
θ₁ ＞θ₂ ＞…＞θ_n ＞…θ_k ≧０）とする。

【００８９】最初に、センサがθ_R を出力したとする
（ｎ＝０）。このとき舵角は＋θ₀(deg)であるとしてＰ
ＩＤコントローラに入力する。ＰＩＤコントローラは、
＋θ₀(deg)を中立点に戻すための電流値を計算し、ＰＷ
Ｍアンプに出力する。次のサンプル時点で、センサ出力
がθ_R であれば、＋θ₁ をそのままＰＩＤコントローラ
に入力し、ｎ＝０とする。もし、センサ出力が、θ_L と
なっていれば、ｎ＝１とする。ｎ＝１であればＰＩＤコ
ントローラに入力する舵角設定値を−θ₁ とする。|-θ
₁|は |θ₀|より小さい値であるから、ＰＩＤコントロー
ラの電流指令値は、|θ₀|のときより小さくなる。

【００９０】これらのことを繰り返してゆけば、舵角は
中立点近傍へ収束し、電流指令値の振動を小さく抑える
ことが出来る。

【００９１】図１４に本実施例の演算フローチャートを
示す。

【００９２】図１５に本実施例のシミュレーション結果
を示す。シミュレーションは、今までのものと同様、イ
グニッションオン時の後輪舵角のイニシャライズで、舵
角が0.1deg中立点からずれていることを想定し、これを
中立点に戻す場合のものである。シミュレーション結果
により、舵角は、ほぼ0.25sec で0.1degに収束している
（中立点に戻っている）。また、電流指令値の振動状態
も0.3sec以後は小さく問題とならない。

【００９３】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。

【００９４】例えば、センサ分解能の粗細に対し第１実
施例ではゲインの変更を行ない、第２実施例ではカット
オフ周波数の変更を行なう例を示したが、第１実施例と
第２実施例との組み合せ例としても良い。

【００９５】第３実施例と第４実施例では、後輪舵角セ
ンサの分解能が粗い方のセンサとして、具体的な数値が
分からないもの，中立点，中立点に対して左右，また
は，中立点に対して左右のみしか分からないセンサを用
いて後輪舵角を中立点に戻す方法について述べた。これ
らの実施例では、センサ側のゲインを変更する方法を用
いて記述してきたが、センサ側のゲインは一定で、コン
トローラ側のゲインを変更しても同じ効果が得られる。
即ち、第３実施例では、θ_R を１，θ_L を−１，±Δθ
を０とし、コントローラのゲインを適当に設定すればよ
く、第４実施例では、θ_R を１，θ_L を−１として、ｎ
に応じてコントローラのゲインを変えてやればよく、こ
れによって、コントローラのゲインをセンサ分解能に応
じて変えることになる。

【００９６】また、以上述べてきた実施例では、舵角中
立点復帰にモータ回転角センサ（細分解能）は全く用い
ていなかったが、このセンサからモータ回転数に関する
情報を得ることが出来る。例えば、モータ回転数φ'(K)
は、以下の式で計算出来る。 φ'(K)＝｛φ(K) −φ(K-1) ｝／Ｔ そこで、φ'(K)にあるゲインＫV を乗じてこれをフィー
ドバック信号に追加して電流指令値を演算すれば、ダン
ピング特性が向上し、オバシュートの無い安定した中立
復帰が出来る。

【００９７】

【発明の効果】請求項１記載の本発明にあっては、分解
能が異なる複数の信号から選択された動作検出信号をフ
ィードバック信号として用いるサーボ系に適用される舵
角制御装置において、選択されている動作検出手段の分
解能に応じて演算される操作信号のゲインの大きさを変
えるゲイン設定手段を設けた為、動作検出手段の分解能
の粗細にかかわらず騒音や電気的ノイズの減少を達成す
ることができるという効果が得られる。

【００９８】請求項２記載の本発明にあっては、ゲイン
設定手段を動作検出手段の分解能が粗の時にゲインを低
く分解能が細の時にゲインを高くする手段とした為、粗
分解能動作検出手段を使用している時の騒音や電気的ノ
イズの減少と細分解能動作検出手段を使用している時の
応答性確保との両立を図ることができるという効果が得
られる。

【００９９】請求項３記載の本発明にあっては、分解能
が異なる複数の信号から選択された動作検出信号をフィ
ードバック信号として用いるサーボ系に適用される舵角
制御装置において、選択されている動作検出手段の分解
能に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数を変え
る手段とした為、動作検出手段の分解能の粗細にかかわ
らず高応答を確保したまま騒音や電気的ノイズの減少を
達成することができるという効果が得られる。

【０１００】請求項４記載の本発明にあっては、ゲイン
設定手段を舵角中立点を横切る回数に応じてゲインを変
える手段とした為、舵角の中立点復帰制御において、極
めて粗分解能の動作検出手段を用いながら中立点復帰の
応答性及び収束性の向上と騒音や電気的ノイズの減少を
達成することが出来るという効果が得られる。

【０１０１】特に、本発明は、サーボ系の特性を悪化さ
せずに、指令値が振動的になることを抑えることがで
き、分解能が異なる２つ以上の動作検出信号をフィード
バック信号として用いるサーボ系の性能向上を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の舵角制御装置を示すクレーム対応図で
ある。

【図２】第１実施例の後輪舵角制御システムを示す全体
システム図である。

【図３】第１実施例装置でのデジタルＰＩＤ後輪舵角位
置決めサーボ系を示すブロック図である。

【図４】大きなゲインで、かつ、細かいセンサ分解能で
ある場合の後輪舵角のステップ応答シミュレーション図
（Ａ）及び電流指令値のステップ応答シミュレーション
図（Ｂ）である。

【図５】大きなゲインで、かつ、粗いセンサ分解能であ
る場合の後輪舵角のステップ応答シミュレーション図
（Ａ）及び電流指令値のステップ応答シミュレーション
図（Ｂ）である。

【図６】小さなゲインで、かつ、粗いセンサ分解能であ
る場合の後輪舵角のステップ応答シミュレーション図
（Ａ）及び電流指令値のステップ応答シミュレーション
図（Ｂ）である。

【図７】第２実施例の後輪舵角制御システムを示す全体
システム図である。

【図８】第２実施例の舵角制御装置での後輪舵角位置決
めサーボ演算部を示すブロック図である。

【図９】第２実施例の後輪舵角位置決めサーボ演算部に
適用されたロバスト補償器を示すブロック図である。

【図１０】粗いセンサ分解能で、かつ、カットオフ周波
数を低く設定した場合の後輪舵角のステップ応答シミュ
レーション図（Ａ）及び電流指令値のステップ応答シミ
ュレーション図（Ｂ）である。

【図１１】粗いセンサ分解能である場合の後輪舵角のス
テップ応答シミュレーション図（Ａ）及び電流指令値の
ステップ応答シミュレーション図（Ｂ）である。

【図１２】細かいセンサ分解能である場合の後輪舵角の
ステップ応答シミュレーション図（Ａ）及び電流指令値
のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）である。

【図１３】第３実施例で後輪舵角中立復帰時のステップ
応答シミュレーション図（Ａ）及び電流指令値のステッ
プ応答シミュレーション図（Ｂ）である。

【図１４】第４実施例で後輪舵角中立復帰時の電流値指
令演算処理を示すフローチャートである。

【図１５】第４実施例で後輪舵角中立復帰時のステップ
応答シミュレーション図（Ａ）及び電流指令値のステッ
プ応答シミュレーション図（Ｂ）である。

【符号の説明】

ａ 舵角可変機構 ｂ 粗分解能動作検出手段 ｃ 細分解能動作検出手段 ｄ 切換手段 ｅ ゲイン設定手段 ｆ 操作信号演算手段 ｇ ローパスフィルタ ｈ 操作信号演算手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作信号に応じて動作する舵角可変機構
   と、 前記舵角可変機構の等価な動作状態を検出する分解能が
   異なる少なくとも２つの粗分解能動作検出手段及び細分
   解能動作検出手段と、 舵角制御状態に応じて使用する動作検出手段を切り換え
   る切換手段と、 切り換え選択されている動作検出手段の分解能に応じて
   ゲインの大きさを設定するゲイン設定手段と、 選択されている動作検出手段からの動作検出信号をフィ
   ードバック情報とし、設定されたゲインに基づいて前記
   操作信号を演算する操作信号演算手段と、 を備えていることを特徴とする舵角制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の舵角制御装置において、 前記ゲイン設定手段は、粗分解能動作検出手段を使用す
   るときはゲインを低く設定し、細分解能動作検出手段を
   使用するときはゲインを高く設定する手段であることを
   特徴とする舵角制御装置。
3. 【請求項３】 操作信号に応じて動作する舵角可変機構
   と、 前記舵角可変機構の等価な動作状態を検出する分解能が
   異なる少なくとも２つの粗分解能動作検出手段及び細分
   解能動作検出手段と、 舵角制御状態に応じて使用する動作検出手段を切り換え
   る切換手段と、 切り換え選択されている動作検出手段の分解能が粗いと
   カットオフ周波数を低く設定し、動作検出手段の分解能
   が細かいとカットオフ周波数を高く設定したローパスフ
   ィルタと、 選択されている動作検出手段からの出力信号にローパス
   フィルタをかけた動作検出信号をフィードバック情報と
   して前記操作信号を演算する操作信号演算手段と、 を備えていることを特徴とする舵角制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の舵角制御装置において、 前記ゲイン設定手段は、舵角中立点を横切る回数に応じ
   てゲインを変える手段であることを特徴とする舵角制御
   装置。