JPH06122373A - 車輌の自動補助操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車輌の自動補助操舵装置において、ハンチン
グを防止し、制御の応答性及び収束性を改善する。 【構成】 舵角偏差の変化速度に応じた制御量を出力す
る微分制御系５１のゲインとして、目標舵角の変化速度
に応じた値ＧＤ１と舵角偏差の変化速度に応じた値ＧＤ
２とを加算した結果を用いる。舵角偏差の大きさに応じ
た制御量を出力する比例制御系５２のゲインとして、舵
角偏差に応じた値ＧａＰを用いる。リミッタ２４の特性
を曲線的に変化させ、入力値の増大に対して出力値を徐
々に制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主操舵車輪の操舵に連
動して、補助操舵車輪の向きを自動的に調整する車輌の
自動補助操舵装置に関し、いわゆる自動車の４輪操舵シ
ステムに利用しうる。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術は、例えば、特開昭５
７−１１１７３号公報に開示されている。

【０００３】一般に、自動車の４輪操舵システムにおけ
る補助操舵車輪（通常は後輪）の操舵においては、主操
舵車輪（通常は前輪）の操舵角に応じて、目標舵角を設
定し、この目標舵角とセンサで検出した補助操舵車輪の
実舵角との差分に応じて、電気モ−タを付勢し、補助操
舵車輪の向きが目標舵角と一致するように制御してい
る。またこの種の制御系においては、通常、目標舵角と
実舵角との差分に比例した付勢量を生成する比例制御
と、前記差分の変化速度に比例した付勢量を生成する微
分制御とを実施している。微分制御を実施することによ
り、変化の速い目標舵角変化に対して制御系の応答速度
が改善される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな制御系では、それに印加される外乱によって、ハン
チングが生じ易い。即ち、車輌の通常走行中は車輪と路
面との摩擦抵抗が小さいので、制御系に印加される外乱
は比較的小さいが、例えば車庫入れのための運転中は、
停車もしくは徐行状態でハンドルが切られることにな
り、この時には車輪と路面との摩擦抵抗が非常に大きい
ため、それが制御系に比較的大きな外乱として印加され
ることになる。この外乱は、微分制御系の出力を不安定
にし、ハンチングの原因になる。

【０００５】この種のハンチングを防止するには、微分
制御系のゲインを非常に小さく設定しなければならない
が、微分制御系のゲインが小さいと、制御系の応答性が
悪化する。

【０００６】また、制御系の応答性を改善するために
は、比例制御系のゲインを大きめに設定すればよいが、
比例ゲインが過大であると、目標舵角と実舵角との差分
が小さくなった時に比例制御系の出力が過大になり、ハ
ンチングが生じ易くなり、制御の収束性が悪化する。

【０００７】従って本発明は、車輌の自動補助操舵装置
において、補助操舵車輪の操舵位置決め制御において、
ハンチングを防止するとともに、応答性と収束性を改善
することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の車輌の自動補助操舵装置は、主操舵車輪の
実舵角を検出する主操舵角検出手段（ＰＦ）；少なくと
も主操舵角検出手段の検出した実舵角に基づいて補助操
舵車輪の目標舵角を決定する、目標舵角設定手段（２
０）；補助操舵車輪の実舵角を検出する補助操舵角検出
手段（ＰＲ）；補助操舵車輪の向きを調整する補助操舵
角調整機構（１０）；該補助操舵角調整機構を駆動する
駆動手段（Ｍ１）；前記目標舵角設定手段が設定した目
標舵角と補助操舵角検出手段が検出した実舵角との差分
を入力値とし、該入力値に比例した第１の付勢量を生成
し、第１の付勢量を前記駆動手段に印加する比例制御手
段（３６）；前記目標舵角設定手段が設定した目標舵角
と補助操舵角検出手段が検出した実舵角との差分を入力
値とし、該入力値の変化速度に比例した第２の付勢量を
生成し、第２の付勢量を前記駆動手段に印加する微分制
御手段（３２，３３，３４）；前記目標舵角設定手段が
設定した目標舵角の変化速度に応じて変化し、該変化速
度が小さい時には、それが大きい時に比べて小さい値
を、第１の微分ゲインとして出力する第１の微分ゲイン
調整手段（３７，３８，３９）；前記目標舵角設定手段
が設定した目標舵角と補助操舵角検出手段が検出した実
舵角との差分の変化速度に応じて変化し、該変化速度が
小さい時には、それが大きい時に比べて小さい値を、第
２の微分ゲインとして出力する第２の微分ゲイン調整手
段（６２）；及び前記第１の微分ゲインと第２の微分ゲ
インとを加算し、その結果を前記微分制御手段に微分ゲ
インとして与える、加算手段（６３）；を備える。

【０００９】また第２番の発明では、前記目標舵角設定
手段が設定した目標舵角と補助操舵角検出手段が検出し
た実舵角との差分の大きさに応じて、前記比例制御手段
の比例ゲインを調整し、該差分が大きい時には、それが
小さい時に比べて比例ゲインを大きくする、比例ゲイン
調整手段（６１）を更に備える。

【００１０】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【００１１】

【作用】本発明では、補助操舵車輪を操舵駆動する駆動
手段の付勢量は、比例制御手段が出力する第１の付勢量
と微分制御手段が出力する第２の付勢量とを加算した結
果になる。即ちこの制御系では、ＰＤ（比例・微分）制
御が実施される。また、微分制御手段の微分ゲインは、
第１の微分ゲイン調整手段が出力する第１の微分ゲイン
と第２の微分ゲイン調整手段が出力する第２の微分ゲイ
ンとを加算した結果になる。第１の微分ゲインは、目標
舵角の変化速度に応じて変化し、該変化速度が小さい時
には、それが大きい時に比べて小さい値になる。また第
２の微分ゲインは、目標舵角と実舵角との差分の変化速
度に応じて変化し、該変化速度が小さい時には、それが
大きい時に比べて小さい値になる。

【００１２】例えば、車輪と路面との摩擦抵抗が大きい
と、制御系の負荷が大きいので、目標舵角に比べて実舵
角が遅れぎみになる。この時に微分制御のゲインが大き
いと、位置制御の行きすぎが生じ、ハンチングになる。
しかし本発明では、目標舵角の変化速度が小さくなった
時、つまりドライバによって操作されるハンドルの位置
が狙い位置に近づいた時には、第１の微分ゲインが小さ
くなるので、微分制御系から出力される第２の付勢量が
小さくなり、ハンチングの発生が防止される。但し、目
標舵角の変化速度と第１の微分ゲインとの相関を最適な
状態に決定するのは非常に難しい。例えば、目標舵角の
変化速度が小さい時に第１の微分ゲインを０にすると、
ハンドルの位置が狙い位置に近づいた時には、微分制御
系から出力される第２の付勢量が零になるので、結果的
に比例制御だけになり、実舵角が目標舵角に収束するの
に時間がかかる。

【００１３】しかし本発明では、目標舵角と実舵角との
差分の変化速度に応じて変化する第２の微分ゲインが、
第２の微分ゲイン調整手段から出力されるので、目標舵
角の変化速度が小さくなっても、目標舵角と実舵角との
差が大きく、実舵角が変化している間（未収束の時）
は、比較的大きな第２の微分ゲインが微分制御手段に印
加されるので、微分制御系から出力される第２の付勢量
は零にならない。これによって、制御の収束に要する時
間が短縮される。

【００１４】また第２番の発明では、更に、比例制御手
段の比例ゲインが、目標舵角と実舵角との差分の大きさ
に応じて調整される。即ち、差分が大きい時には比例ゲ
インが大きいので、制御系の応答性が良く、差分が小さ
い時には、比例ゲインが小さくなるので、ハンチングが
生じにくくなり収束性が改善される。

【００１５】

【実施例】自動車の４輪操舵システムに本発明を適用し
た実施例のシステム全体の構成を図１に示す。まず、図
１を参照してシステムの概略を説明する。前側の車輪Ｔ
ＦＬ及びＴＦＲは、ドライバがステアリングホイ−ルＷ
Ｈを回すことによって、手動で操舵することができる。
即ち、ステアリングホイ−ルＷＨが回転すると、それに
連結された軸ＳＳが回転し、図示しないラック＆ピニオ
ン機構を介して、軸ＳＳと連結されたロッドＦＳＲが左
右方向に移動する。ロッドＦＳＲの左右方向の移動に伴
なって、車輪ＴＦＬ及びＴＦＲの向きが変わる。

【００１６】一方、後側の車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの向き
も調整可能になっており、この操舵は前輪側の舵角に応
じて自動的に調整されるように構成されている。そのた
め、前輪側ステアリング機構の軸ＳＳ先端のピニオン近
傍には、ドライバのステアリングホイ−ル操作による、
前輪の操舵角を検出するための前輪舵角センサが設置さ
れている。また、後輪の操舵角は、車速に応じて調整す
ることが望ましいので、後側の車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの
近傍には、それぞれの車輪の回転速度を検出するための
車輪速センサＶＬ及びＶＲが設置されている。

【００１７】電気モ−タＭ１を駆動することによって、
ロッド１が左右方向に移動し、車輪ＴＲＬ及びＴＲＲの
向きが変わる。また、電気モ−タＭ１が故障した場合
に、後輪の操舵位置を中央に戻すために、補助用の電気
モ−タＭ２と電磁クラッチＣＬが設けられている。後輪
の操舵機構には、その操舵角を検出するための後輪舵角
センサＰＲが備わっている。また電気モ−タＭ１には、
その駆動軸の回転を検出するセンサＲＳが備わってい
る。

【００１８】図２に後輪操舵機構１０の主要部分を示
し、そのIII−III線断面を図３に示す。図２は図３のII
−II線断面を示している。図２及び図３を参照しこの機
構を説明する。まず図２を参照すると、ロッド１は、左
端がボ−ルジョイント２Ｌを介して、左後輪の舵角を調
整するナックルア−ム３Ｌと接続され、右端がボ−ルジ
ョイント２Ｒを介して、右後輪の舵角を調整するナック
ルア−ム３Ｒと接続されている。またロッド１は、車体
に固定されたハウジング４の内部に支持されており、軸
方向つまり左右方向に移動自在になっている。ロッド１
が左右方向に移動すると、各ナックルア−ム３Ｌ，３Ｒ
が動き、左後輪及び右後輪の向きが変わる。ロッド１に
は、以下に説明する駆動力伝達機構を介して、電気モ−
タ（主モ−タ）Ｍ１が接続されており、Ｍ１を駆動する
ことによって、後輪の自動操舵が実施される。

【００１９】ロッド１にはラック１ａが形成してあり、
該ラック１ａにピニオンギア５ａが噛み合っている。図
３に示すように、ピニオンギア５ａが形成された回転子
５には、径の大きなウォ−ムホイ−ル５ｂも形成されて
いる。更にこのウォ−ムホイ−ル５ｂには、ウォ−ム６
ａが噛み合っている。再び図２を参照すると、ウォ−ム
６ａが形成された駆動軸６の左端には、電気モ−タＭ１
の駆動軸が結合されている。

【００２０】従って、電気モ−タＭ１を駆動すると、そ
の駆動力によってウォ−ム６ａが回転し、それと噛み合
ったウォ−ムホイ−ル５ｂが回転し、ウォ−ムホイ−ル
５ｂと同軸のピニオン５ａが回転し、ラック１ａが左右
方向に移動して後輪を操舵する。

【００２１】なお、ウォ−ム６ａとウォ−ムホイ−ル５
ｂとで構成されるウォ−ムギアにおいては、逆効率がゼ
ロになるように、つまりウォ−ム６ａの回転駆動により
ウォ−ムホイ−ル５ｂを動かすことはできるが、ウォ−
ムホイ−ル５ｂの回転によりウォ−ム６ａを動かすこと
はできないように構成してある。従って、路面からの反
力が大きい場合であっても、その力によってウォ−ムホ
イ−ル５ｂが回転することはないので、電気モ−タＭ１
に大きな外力が印加される恐れはない。

【００２２】駆動軸６の右側には、電磁クラッチＣＬを
備えるギア機構と電気モ−タ（副モ−タ）Ｍ２が設けら
れている。電気モ−タＭ２の駆動軸にはウォ−ム７が形
成されており、該ウォ−ム７にウォ−ムホイ−ル８ａが
噛み合っている。ウォ−ムホイ−ル８ａが形成された回
転子８は、中空に形成されており、その内側に回転子９
が配置されている。回転子８の内壁と回転子９の外周に
形成されたスプライン１２によって回転子８と回転子９
は係合しており、回転方向に対しては両者は連結され、
軸方向には両者は相対移動自在になっている。但し、外
側の回転子８は軸方向には動かないようにハウジング４
に支持されている。

【００２３】回転子８の小径部の外周に装着された圧縮
コイルスプリング１１が、内側の回転子９を右側（矢印
ＡＲ１方向）に常時付勢している。また回転子９に連結
された磁性体コア１３の近傍に電気コイル１４が配置し
てあり、電気コイル１４に通電すると、回転子９はスプ
リング１１の力に対抗して左側（矢印ＡＲ１と逆方向）
に移動する。回転子９には、その左端面に突出する形で
設けられた複数のピン１５が装着されており、駆動軸６
の右端に固着された連結板１６のフランジ部には、ピン
１５と対向する位置に穴１６ａが形成されている。

【００２４】電気コイル１４を通電しない時には、スプ
リング１１の力によって回転子９が右方に移動するの
で、ピン１５と穴１６ａとの係合は生じない。しかし電
気コイル１４に通電すると、回転子９が左方に動きピン
１５が連結板１６のフランジ部に当接する。そして回転
子９が回転するとピン１５は穴１６ａの内部に押し込ま
れる。ピン１５が穴１６ａの内部に入ると、回転子９と
連結板１６とが確実に連結され、回転子９の回転力は連
結板１６を介して駆動軸６に伝達される。電気コイル１
４の通電を停止すれば、再びスプリング１１の力によっ
て回転子９が右方に移動するので、ピン１５と穴１６ａ
との係合は外れる。

【００２５】電気モ−タＭ２を駆動すると、ウォ−ム７
が回転し、それと噛み合ったウォ−ムホイ−ル８ａを介
して回転子８が回転する。回転子８の回転は、スプライ
ン１２を介して内側の回転子９に伝達される。電磁クラ
ッチＣＬの電気コイル１４が通電されていると、ピン１
５と連結板１６とが連結されるので、回転子９の回転が
駆動軸６に伝達され、駆動軸６が回転するので、電気モ
−タＭ１を駆動する場合と同様にして、後輪が操舵駆動
される。

【００２６】電気モ−タＭ２は、ウォ−ム７とウォ−ム
ホイ−ル８ａを介して駆動軸６に連結されるので、電気
モ−タＭ１の場合に比べて小さな力で駆動軸６を動かす
ことができる。逆に電気モ−タＭ１側からみると、電気
モ−タＭ２等は非常に大きな負荷になりうるが、電磁ク
ラッチＣＬをオフにすることによって、連結板１６と回
転子９とが分離されるので、実際の後輪操舵駆動時に
は、電気モ−タＭ２等の影響をなくすることができる。
また、減速比が大きいので電気モ−タＭ２による後輪操
舵系の動作速度はＭ１と比べるとかなり遅くなるが、こ
の実施例では、電気モ−タＭ２は装置の故障時に後輪操
舵系の向きを中央に戻すために利用されるので、高い応
答速度は不要である。

【００２７】図３を参照すると、ハウジング４に装着さ
れた位置センサ（ポテンショメ−タ）ＰＲのロ−タに結
合されたア−ム１７が回転子５に形成された穴に係合し
ている。この位置センサＰＲは後輪の舵角を検出するた
めに利用される。また図２に示すように、電気モ−タＭ
１には、その回動量を検出するセンサＲＳが備わってい
る。この実施例では、Ｍ１はブラシレス交流モ−タであ
り、センサＲＳは電気モ−タＭ１の磁極の移動を検出す
る磁極センサを構成している。このセンサＲＳは、電気
モ−タＭ１の回転に伴なって三相のパルス信号を出力す
る。

【００２８】次に、前輪舵角センサＰＦの取付部分の構
造を説明する。図８は、前輪側ステアリング機構の軸Ｓ
Ｓの先端近傍、即ちステアリングギアボックス部分を示
しており、図９は図８のＡ−Ａ線断面を示している。ま
たＰＦのセンサ組体の構造を図１０に示す。図８を参照
すると、ロッドＦＳＲに形成されたラック７３と、ピニ
オン７２とによってラック＆ピニオン機構が構成されて
いる。また、入力軸ＳＳ側のピニオン７２とパワ−ステ
アリングバルブ７１との間に、ウォ−ム８２が設置され
ており、該ウォ−ム８２と噛み合う位置にウォ−ムホイ
−ル８１が設置されている。図９に示すように、ウォ−
ムホイ−ル８１の軸８３が、前輪舵角センサＰＦに連結
されている。図１０に示すように、前輪舵角センサＰＦ
の内部には、ポテンショメ−タ基板８６，ブラシホルダ
８４及び摺動子８５が備わっており、摺動子８５とポテ
ンショメ−タ基板８６との当接位置には、抵抗皮膜が形
成してある。入力軸ＳＳが回動し、ウォ−ムホイ−ル８
１が回動すると、軸８３が回動し、摺動子８５とポテン
ショメ−タ基板８６上の抵抗皮膜との当接位置が変わ
る。従って、入力操舵角に応じた電気信号を前輪舵角セ
ンサＰＦから出力することができる。

【００２９】このように、ピニオン７２とパワ−ステア
リングバルブ７１との間に設置したウォ−ム８２によっ
て入力軸ＳＳの回転を検出し、その回転位置の信号を前
輪舵角センサＰＦで出力することによって、ステアリン
グシャフトのねじれやジョイント部分のがた等の影響を
受けない、非常に正確な絶対舵角信号を得ることができ
る。この前輪舵角センサＰＦの検出特性の例を図１１に
示す。

【００３０】この４輪操舵システムの電気回路の構成を
図４に示す。図４を参照すると、制御ユニットＥＣＵの
入力端子には、前輪舵角センサＰＦ，後輪舵角センサＰ
Ｒ，後輪車輪速センサＶＬ，ＶＲ，及び磁極センサＲＳ
が接続され、ＥＣＵの出力端子には電気モ−タＭ１，Ｍ
２及びソレノイド１４が接続されている。この例では、
前輪舵角センサＰＦ及び後輪舵角センサＰＲは各々ポテ
ンショメ−タであり、アナログ電圧信号を出力するの
で、それらが出力する信号は、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣを介
して、マイクロコンピュ−タＣＰＵに印加される。ま
た、後輪車輪速センサＶＬ，ＶＲ，及び磁極センサＲＳ
が出力する信号は、パルス信号なので、それらの信号は
直接、マイクロコンピュ−タＣＰＵに印加される。ま
た、各センサの故障（断線，ショ−ト，検出値異常等）
を検出するために、異常検出器Ｕ１が設けられており、
前輪舵角センサＰＦ，後輪舵角センサＰＲ，後輪車輪速
センサＶＬ，ＶＲ，及び磁極センサＲＳの出力は、異常
検出器Ｕ１にも接続されている。マイクロコンピュ−タ
ＣＰＵは、ドライバＤＶ１を介して、電気モ−タＭ１を
駆動する。異常検出器Ｕ１が異常を検出した場合には、
ドライバＤＶ１は付勢禁止状態に制御され、中立復帰制
御回路Ｕ２に中立復帰信号が印加される。中立復帰制御
回路Ｕ２は、異常検出器Ｕ１又はマイクロコンピュ−タ
ＣＰＵから中立復帰信号を受けると、ドライバＤＶ２を
介して電気モ−タＭ２を制御し、ドライバＤＶ３を介し
てソレノイド１４を制御し、後輪操舵機構を中立位置に
戻す。後輪操舵機構が中立位置に戻ると、マイクロコン
ピュ−タＣＰＵが中立復帰完了信号を出力するので、中
立復帰制御回路Ｕ２は電気モ−タＭ２を停止する。な
お、図４においてはマイクロコンピュ−タＣＰＵを１つ
のブロックのみで示してあるが、実際には、全体の処理
能力を上げるため、独立した２つのマイクロコンピュ−
タを組合せてＣＰＵを構成してある。

【００３１】この４輪操舵システムの主要制御系の具体
的な構成を図５に示す。なお、この制御系の大部分の処
理はマイクロコンピュ−タＣＰＵのソフトウェアの実行
によって実現されており、一方のマイクロコンピュ−タ
が後輪の目標舵角ＡＧＬＡを生成し、もう一方のマイク
ロコンピュ−タがＡＧＬＡを入力して後輪操舵機構の位
置決めサ−ボ制御を実行するように構成してある。

【００３２】まず、後輪の目標舵角ＡＧＬＡを生成する
処理について説明する。簡単に言えば、この目標舵角Ａ
ＧＬＡは、前輪の実舵角と、車速に対する後輪比例係数
とを掛けることにより生成される。実際には、前輪舵角
センサＰＦによって検出される前輪舵角値をギア比で割
ることで（２１）実舵角を生成し、制御車速を変換部２
２に通して制御車速に対する後輪比例係数を生成し、掛
算部２３によって実舵角と制御車速に対する後輪比例係
数を掛けた結果を、リミッタ部２４で処理した後、目標
舵角ＡＧＬＡとして出力している。変換部２１はギア比
（Ｎ）で割ることで前輪実舵角で求まる。なお、２２及
びリミッタ部２４の各ブロック内に示すグラフは、各々
の変換特性を示しており、変換部２２については横軸が
車速、縦軸が出力値を示し、リミッタ部２４については
横軸が入力値、縦軸が出力値を示している。またこの例
では、車輪速センサＶＲ及びＶＬが検出した車輪速の平
均値、即ち（ＶＲの速度＋ＶＬの速度）／２と、Ｔ／Ｍ
車速より制御車速を演算（４１）して利用している。

【００３３】リミッタ部２４の入出力特性は、正確には
図６に示すようになっている。即ち、入力値の絶対値が
比較的小さい範囲では、入力値と出力値とが比例関係に
あり、入力値の絶対値が非常に大きい領域では、出力値
が上限値又は下限値に固定され、両者の境界、つまり出
力値が上限値又は下限値に近い領域では、出力値が上限
値又は下限値に近づくにつれて、特性の傾きの係数（出
力値の変化量／入力値の変化量）が小さくなるように、
変化している。

【００３４】次に後輪操舵機構の位置決めサ−ボ制御に
ついて説明する。この制御系の主要部３０は、基本的に
はＰＤ（比例・微分）制御系を構成しており、目標舵角
ＡＧＬＡと、検出された実舵角ＲＡＧＬとの偏差ΔＡＧ
Ｌに応じた制御量を出力するように構成してある。微分
制御系５１の出力ＤＡＧＬＡと比例制御系５２の出力Ｐ
ＡＧＬＡとが加算部３５で加算され、制御量ＨＰＩＤと
して出力される。

【００３５】比例制御系５２においては、入力値ΔＡＧ
Ｌは変換部３１Ｂを通ってＥＴＨ３に変換され、掛算部
３６で比例ゲインＧａＰと掛算され、その結果が出力Ｐ
ＡＧＬＡになる。この例では、ゲインＧａＰとして、Ｅ
ＴＨ３を変換部６１に通した結果を利用している。変換
部６１では、図７に示すような変換を実施しており、生
成されるゲインＧａＰは、ＥＴＨ３の絶対値に比例して
増大するようになっている。

【００３６】微分制御系５１においては、入力値ΔＡＧ
Ｌは変換部３１Ａを通ってＥＴＨ２に変換され、減算部
３３において、入力値ＥＴＨ２（最新の値）と遅延部３
２を通った入力値ＥＴＨ２（所定時間前の値）との差分
が計算され、それによってＥＴＨ２の変化速度、即ち微
分値ＳＥＴＨ２が得られる。掛算部３４では、微分値Ｓ
ＥＴＨ２と微分ゲインとを掛けた値が、微分制御系５１
の出力ＤＡＧＬＡとして得られる。

【００３７】ここで使用する微分ゲインは、目標舵角Ａ
ＧＬＡに基づいて決定されるゲイン変数ＧＤ１と、舵角
偏差ΔＡＧＬに基づいて決定されるゲイン変数ＧＤ２と
を加算部６３で加算した結果である。減算部３８におい
ては、入力値ＡＧＬＡ（最新の値）と遅延部３７を通っ
た入力値ＡＧＬＡ（所定時間前の値）との差分が計算さ
れ、それによってＡＧＬＡの変化速度、即ち微分値ＳＡ
ＧＬＡが得られ、微分値ＳＡＧＬＡを変換部３９に通し
た結果が、ゲイン変数ＧＤ１になる。また減算部３３に
おいては、入力値ＥＴＨ２（最新の値）と遅延部３２を
通った入力値ＥＴＨ２（所定時間前の値）との差分が計
算され、それによってＥＴＨ２の変化速度、即ち微分値
ＳＥＴＨ２が得られ、微分値ＳＥＴＨ２を変換部６２に
通した結果が、ゲイン変数ＧＤ２になる。なお、変換部
３１Ａ，３１Ｂ，３９及び６２の各ブロック内に示すグ
ラフは、各々の変換特性を示しており、横軸が入力値、
縦軸が出力値を示している。

【００３８】変換部３９及び６２の変換特性を、それぞ
れ図１２及び図１３に示す。まず図１２を参照して説明
する。まず、入力値ＳＡＧＬＡの値が正の領域に注目す
ると、０からＰ１Ｐまでの範囲では出力値ＧＤ１は０に
なり、Ｐ１ＰからＰ２Ｐまでの範囲では、出力値ＧＤ１
は入力値ＳＡＧＬＡに比例して一定の傾きで変化し、Ｐ
２Ｐを越えると出力値ＧＤ１は最大値Ｇmax に制限され
る。同様に入力値ＳＡＧＬＡの値が負の領域に注目する
と、０からＰ１Ｎまでの範囲では出力値ＧＤ１は０にな
り、Ｐ１ＮからＰ２Ｎまでの範囲では、出力値ＧＤ１は
入力値ＳＡＧＬＡの絶対値に比例して一定の傾きで変化
し、Ｐ２Ｎより小さくなると出力値ＧＤ１は最大値Ｇma
x に制限される。

【００３９】同様に、図１３においては、入力値ＳＥＴ
Ｈ２の値が０からＰ３Ｐまでの範囲では出力値ＧＤ２は
０になり、Ｐ３ＰからＰ４Ｐまでの範囲では、出力値Ｇ
Ｄ２は入力値ＳＥＴＨ２に比例して一定の傾きで変化
し、Ｐ４Ｐを越えると出力値ＧＤ２は最大値Ｇ２ｍに制
限される。また入力値ＳＥＴＨ２の値が０からＰ３Ｎま
での範囲では出力値ＧＤ２は０になり、Ｐ３ＮからＰ４
Ｎまでの範囲では、出力値ＧＤ２は入力値ＳＥＴＨ２の
絶対値に比例して一定の傾きで変化し、Ｐ４Ｎより小さ
くなると出力値ＧＤ２は最大値Ｇ２ｍに制限される。

【００４０】再び図５を参照して説明する。この実施例
においては、制御系３０が微分制御系５１と比例制御系
５２を含んでいる。微分制御系５１のゲインは、目標舵
角ＡＧＬＡの変化速度（微分値）に応じて変化する係数
ＧＤ１と、舵角偏差ΔＡＧＬの変化速度（微分値）に応
じて変化する係数ＧＤ２とを加算した結果になる。ま
た、変換部３９及び６２の変換特性（図１２，図１３）
から分かるように、目標舵角ＡＧＬＡの変化速度が小さ
い時には係数ＧＤ１が小さくなり、舵角偏差ΔＡＧＬの
変化速度が小さい時には係数ＧＤ２が小さくなる。

【００４１】例えば、車輪と路面との摩擦抵抗が大きい
と、制御系の負荷が大きいので、目標舵角に比べて実舵
角が遅れぎみになる。この時に微分制御のゲインが大き
いと、位置制御の行きすぎが生じ、ハンチングになる。
しかし実施例では、目標舵角の変化速度が小さくなった
時、つまりドライバによって操作されるハンドルの位置
が狙い位置に近づいた時には、変換部３９によって微分
ゲイン（ＧＤ１）が小さくなるので、微分制御系から出
力される付勢量が小さくなり、ハンチングの発生が防止
される。しかし、目標舵角の変化速度と微分ゲインとの
相関を最適な状態に決定するのは非常に難しい。例え
ば、目標舵角の変化速度が小さい時に微分ゲインを０に
すると、ハンドルの位置が狙い位置に近づいた時には、
微分制御系から出力される付勢量が零になるので、結果
的に比例制御だけになり、実舵角が目標舵角に収束する
のに時間がかかる。

【００４２】しかし実施例では、目標舵角と実舵角との
差分の変化速度に応じて変化する第２の微分ゲインＧＤ
２が、変換部６２から出力されるので、目標舵角の変化
速度が小さくなっても、目標舵角と実舵角との差が大き
く、実舵角が変化している間（未収束の時）は、比較的
大きな第２の微分ゲインが生成されるので、微分制御系
５１から出力される付勢量は零にならない。これによっ
て、制御の収束に要する時間が短縮される。

【００４３】また、比例制御系５２のゲインＧａＰは、
舵角偏差ＥＴＨ３に応じて決定され、変換部６１は、舵
角偏差ＥＴＨ３の絶対値が大きくなるに従って、自動的
にゲインＧａＰを大きくする。即ち、舵角偏差が大きい
時には比例ゲインが大きいので、制御系の応答性が良
く、舵角偏差が小さい時には、比例ゲインが小さくなる
ので、ハンチングが生じにくくなり収束性が改善され
る。

【００４４】また図６に示すように、リミッタ部２４の
特性は、入力値と出力値とが比例する領域と出力値が制
限される領域との境界部分において、特性の傾きが徐々
に変化し、滑らかな曲線を形成している。このようなリ
ミッタ制御を実施する理由は次の通りである。

【００４５】一般的なリミッタの処理においては、入力
値に一定の係数を掛けて出力値を求め、出力値が予め定
めた上限値を越えた時に、出力値を上限値に置き替える
ような制御が実施されるが、出力値が上限値を越える範
囲で入力値（舵角）が変化するような場合、入力値が変
化しても出力値（目標舵角）の変化は生じない。従っ
て、目標舵角の変化速度や舵角偏差の変化速度に応じた
制御量を生成する微分制御系を設けてあっても、微分制
御系の出力は零になるので、制御系の応答が遅くなる。
しかし図６のような滑らかな特性曲線に従って、出力値
を制限すれば、入力値の比較的大きな値に対しても、そ
の変化が出力値に影響を及ぼし、微分制御系の出力が現
われることになる。このため、大きい舵角範囲での目標
舵角変化に対して、制御系の応答性が改善される。

【００４６】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、目標舵角
の変化速度に応じて微分ゲインを調整する第１の微分ゲ
イン調整手段（３７，３８，３９）と舵角偏差の変化速
度に応じて微分ゲインを調整する第２の微分ゲイン調整
手段（６２）を設けることによって、補助操舵車輪の操
舵位置決め制御において、ハンチングの発生が防止さ
れ、応答性と収束性も改善される。。

【００４７】また第２番の発明によれば、舵角偏差の大
きさに応じて比例ゲインを調整する比例ゲイン調整手段
（６１）を設けることによって、制御系の応答性が更に
改善され、ハンチングも防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のシステム全体の構成を示すブロック
図である。

【図２】 後輪操舵機構１０の主要部分を示す断面図で
ある。

【図３】 図２のIII−III線断面を示す断面図である。

【図４】 システムの電気回路の構成を示すブロック図
である。

【図５】 図４の制御系の詳細な構成を示すブロック図
である。

【図６】 リミッタ部２４の変換特性を示すグラフであ
る。

【図７】 変換部６１の変換特性を示すグラフである。

【図８】 前輪のステアリングギアボックス部分を示す
縦断面図である。

【図９】 図８のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】 前輪舵角センサ組体を示す縦断面図であ
る。

【図１１】 前輪舵角センサＰＦの特性を示すグラフで
ある。

【図１２】 変換部３９の変換特性を示すグラフであ
る。

【図１３】 変換部６２の変換特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１：ロッド １ａ：ラック ２Ｌ，２Ｒ：ボ−ルジョイント ３Ｌ，３Ｒ：ナ
ックルア−ム ４：ハウジング ５：回転子 ５ａ：
ピニオンギア ５ｂ：ウォ−ムホイ−ル ６：駆動軸 ６ａ：
ウォ−ム ７：ウォ−ム ８，９：回転子 ８ａ：
ウォ−ムホイ−ル １０：後輪操舵機構 １１：圧縮コイルスプリン
グ １２：スプライン １４：電気コイル １５：
ピン １６：連結板 １６ａ：穴 Ｍ１，Ｍ２：電気モ−タ ＲＳ：磁極セン
サ ＰＦ：前輪舵角センサ ＰＲ：後輪舵角
センサ ＶＲ，ＶＬ：後輪車輪速センサ ＣＬ：電磁クラ
ッチ ＥＣＵ：制御ユニット ＣＰＵ：マイク
ロコンピュ−タ ＤＶ１〜ＤＶ３：ドライバ ＡＤＣ：Ａ／Ｄ
変換器 ＴＦＬ，ＴＦＲ，ＴＲＬ，ＴＲＲ：車輪 ＷＨ：ステアリングホイ−ル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足 立 英 明 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主操舵車輪の実舵角を検出する主操舵角
   検出手段；少なくとも主操舵角検出手段の検出した実舵
   角に基づいて補助操舵車輪の目標舵角を決定する、目標
   舵角設定手段；補助操舵車輪の実舵角を検出する補助操
   舵角検出手段；補助操舵車輪の向きを調整する補助操舵
   角調整機構；該補助操舵角調整機構を駆動する駆動手
   段；前記目標舵角設定手段が設定した目標舵角と補助操
   舵角検出手段が検出した実舵角との差分を入力値とし、
   該入力値に比例した第１の付勢量を生成し、第１の付勢
   量を前記駆動手段に印加する比例制御手段；前記目標舵
   角設定手段が設定した目標舵角と補助操舵角検出手段が
   検出した実舵角との差分を入力値とし、該入力値の変化
   速度に比例した第２の付勢量を生成し、第２の付勢量を
   前記駆動手段に印加する微分制御手段；前記目標舵角設
   定手段が設定した目標舵角の変化速度に応じて変化し、
   該変化速度が小さい時には、それが大きい時に比べて小
   さい値を、第１の微分ゲインとして出力する第１の微分
   ゲイン調整手段；前記目標舵角設定手段が設定した目標
   舵角と補助操舵角検出手段が検出した実舵角との差分の
   変化速度に応じて変化し、該変化速度が小さい時には、
   それが大きい時に比べて小さい値を、第２の微分ゲイン
   として出力する第２の微分ゲイン調整手段；及び前記第
   １の微分ゲインと第２の微分ゲインとを加算し、その結
   果を前記微分制御手段に微分ゲインとして与える、加算
   手段；を備える、車輌の自動補助操舵装置。
2. 【請求項２】 前記目標舵角設定手段が設定した目標舵
   角と補助操舵角検出手段が検出した実舵角との差分の大
   きさに応じて、前記比例制御手段の比例ゲインを調整
   し、該差分が大きい時には、それが小さい時に比べて比
   例ゲインを大きくする、比例ゲイン調整手段を更に備え
   る、前記請求項１記載の車輌の自動補助操舵装置。