JPH06156299A - 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、小舵角時
及び舵角偏差が小さい時にハンチングが生じるのを防止
し、収束性を改善する。 【構成】 比例・微分制御系３０のゲインＧａＰ及びＧ
Ｄ１を、目標舵角ＡＧＬＡにほぼ比例して増大させる。
更に、比例・微分制御系３０の変換部３１Ａ，３１Ｂの
不感帯の幅を目標舵角ＡＧＬＡにほぼ比例して増大させ
る。目標舵角が小さい時には、不感帯が小さいので高精
度の位置決めができ、しかもゲインが小さいので、ハン
チングが生じにくい。目標舵角が大きい時には、ゲイン
が大きいので、制御の応答性が高い。不感帯が大きくな
ると位置決め精度は低下するが、目標舵角が大きい時に
は問題にならない。

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号公報及び特開昭６１−２０２９７７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）の操舵角やその他のセンサ信号に
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、補助操舵車輪の実舵角が目標舵角と一致
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、前記差分の変化量に比例した付
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】一般に、ドライバのハ
ンドル操作量が大きい時には、補助操舵車輪の操舵角も
大きくなるので、ドライバがハンドルを操作してから補
助操舵車輪の実舵角が目標舵角になるまでに時間がかか
る。この時間を短縮するためには、比例制御及び微分制
御のゲインを大きめに設定すればよい。しかしながら、
制御ゲインが大きいと、特に操舵角が比較的小さい時
に、補助操舵車輪の位置決め制御においてハンチングが
生じ易く、収束性が悪化する。

【０００５】また、ハンチングの発生を防止するには、
制御系に不感帯を設け、目標舵角と実舵角との偏差が小
さい時には制御を中止するのが効果的である。しかし、
不感帯が大きすぎると、ハンチングは発生しにくくなる
が、位置決め精度が低下するので、走行安定性が悪化す
る。

【０００６】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、位置決め精度を改善す
ることを課題とする。

【０００７】

【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；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、該入力値に基づいた付勢量を生成するとともに、
所定の不感帯よりも小さい入力値に対しては付勢量を零
にする不感帯処理を実施し、生成した付勢量を前記駆動
手段に印加する付勢量生成手段（３２，３３，３４，３
６）；該付勢量生成手段の入力値と付勢量との関係を定
めるゲインを、前記目標舵角の大きさに応じて自動的に
調整し、目標舵角の絶対値が小さい時には、それが大き
い時に比べて、前記ゲインを小さくする、ゲイン調整手
段（３９，６１）；及び前記付勢量生成手段の不感帯の
幅を前記目標舵角の大きさに応じて自動的に調整し、目
標舵角の絶対値が小さい時には、それが大きい時に比べ
て前記不感帯の幅を小さくする、不感帯調整手段（３
７）；を備える。

【０００８】また第２番の発明では、前記付勢量生成手
段は、入力値に比例する第１の付勢量を生成する比例制
御手段（５２）と、入力値の変化速度に応じて変化する
第２の付勢量を生成する微分制御手段（５１）を含み、
前記第１の付勢量と第２の付勢量とを加算した結果を前
記駆動手段に印加し、前記ゲイン調整手段（６１，３
９）は、比例制御手段及び微分制御手段の双方のゲイン
を、前記目標舵角の大きさに応じて自動的に調整し、目
標舵角の絶対値が小さい時には、それが大きい時に比べ
て、前記ゲインを小さくするように構成する。

【０００９】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。

【００１０】

【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、付勢量生成手段によって生成され、目
標舵角と実舵角との差分と、所定の制御ゲインに基づい
て決定される。そして制御ゲインは、ゲイン調整手段に
よって自動的に調整され、目標舵角の絶対値が小さい時
にはゲインが小さく、目標舵角の絶対値が大きい時には
ゲインも大きくなる。

【００１１】従って、例えばドライバのハンドル操作量
が大きい時には、目標舵角が大きくなるので、付勢量生
成手段の制御ゲインが大きくなり、付勢量が大きくなる
ので、補助操舵車輪の操舵速度が大きくなり、高い応答
性が得られる。また、ドライバのハンドル操作量が小さ
い時には、目標舵角が小さくなるので、付勢量生成手段
の制御ゲインが小さくなり、付勢量が小さくなるので、
補助操舵車輪の操舵速度が小さくなり、ハンチングが生
じにくくなる。目標舵角が小さい時には、操舵角度も小
さくなるので、速度が遅い場合でも短時間で補助操舵車
輪は目標舵角に位置決めされる。従って、制御の収束性
を悪化させることなく、制御の応答性を改善することが
できる。

【００１２】また本発明では、付勢量生成手段は不感帯
を有しており、この不感帯の幅が、不感帯調整手段によ
って自動的に調整され、目標舵角の絶対値が小さい時に
は不感帯幅を小さくし、目標舵角の絶対値が大きい時に
は不感帯幅も大きくする。不感帯レベルより小さい入力
値に対しては、付勢量生成手段が出力する付勢量は零に
なり、制御は中止されるので、不感帯レベルが大きく、
即ち不感帯幅が大きくなると、ハンチングがより生じに
くくなり、逆に不感帯レベルが小さく、即ち不感帯幅が
小さくなると、目標舵角と実舵角との誤差が小さくなる
まで制御が継続されるので、位置決め精度が向上する。

【００１３】目標舵角の絶対値が大きい時には、応答性
を改善するために、上述のように制御ゲインが大きめに
設定されるが、不感帯レベルも大きく設定されるので、
ハンチングは生じにくい。また目標舵角の絶対値が小さ
い時には、不感帯レベルが小さめに設定されるが、上述
のように制御ゲインも小さめに設定されるので、ハンチ
ングは生じにくく、不感帯レベルを小さくすることによ
り、位置決め精度が向上し、車輌の走行安定性が改善さ
れる。

【００１４】また第２番の発明では、付勢量生成手段が
比例制御手段と微分制御手段を含んでおり、ＰＤ（比例
・微分）制御が実施され、しかも比例制御と微分制御の
双方のゲインがゲイン調整手段で調整されるので、更に
高い応答性が得られる。

【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。

【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、前輪の実舵角の係数と、車速の係数とを掛け
ることにより生成される。実際には、前輪舵角センサＰ
Ｆによって検出される前輪舵角値を変換部２１に通して
実舵角の係数を生成し、実車速を変換部２２に通して実
車速の係数を生成し、掛算部２３によって実舵角の係数
と実車速の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。なお、
変換部２１，２２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２
１については横軸が入力、縦軸が出力を示し、変換部２
２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。変換部２１では、舵角の絶対値が所定より小さ
い範囲では出力値を零にする不感帯処理を実施してお
り、またその不感帯の幅を、実車速の大きさに応じて自
動的に調整している。またこの例では、車輪速センサＶ
Ｒ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を平均車速計算部４１で計算した
結果を実車速として利用している。

【００３３】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。

【００３４】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は、目標舵
角ＡＧＬＡを変換部６１に通した結果として得られる値
であり、簡単に言えばＡＧＬＡに比例して増大する変数
である。

【００３５】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ＧＤ１とを掛けた値が、微分制御
系５１の出力ＤＡＧＬＡとして得られる。微分ゲインＧ
Ｄ１は、目標舵角ＡＧＬＡを変換部３９に通した結果と
して得られる値であり、簡単に言えばＡＧＬＡに比例し
て増大する変数である。

【００３６】なお、変換部３１Ａ，３１Ｂ，３９及び６
１の各ブロック内に示すグラフは、各々の変換特性の概
略を示しており、横軸が入力値、縦軸が出力値を示して
いる。また変換部３９及び６１の特性の具体例を図１１
に示す。

【００３７】変換部３１Ａの変換特性を図６の上側に示
す。図６を参照して説明する。まず、入力値ΔＡＧＬ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ＥＴＨ２は０になり、Ｐ１ＰからＰ２Ｐまでの
範囲では、出力値ＥＴＨ２は入力値ΔＡＧＬに比例して
一定の傾きで変化し、Ｐ２Ｐを越えると出力値ＥＴＨ２
は一定値ＬＰに制限される。同様に入力値ΔＡＧＬ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ＥＴＨ２は０になり、Ｐ１ＮからＰ２Ｎまでの範
囲では、出力値ＥＴＨ２は入力値ΔＡＧＬ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ＥＴ
Ｈ２は一定値ＬＮに制限される。つまり、入力値のＰ１
ＮとＰ１Ｐとの間は不感帯であり、常にＥＴＨ２が０に
なるので、微分制御系の出力も０になる。なお、変換部
３１Ｂの特性も図６と同様の形になっている。

【００３８】この実施例では、変換部３１Ａ及び３１Ｂ
の不感帯は、調整可能になっており、図５に示す不感帯
調整部３７が、目標舵角ＡＧＬＡの大小に応じて自動的
に不感帯の幅を調整するように構成してある。実際には
図６の下側に示すように、ＡＧＬＡの絶対値に比例して
不感帯幅が大きくなるように調整される。

【００３９】つまりこの例では、目標舵角ＡＧＬＡの大
きさに応じて、微分制御系５１及び比例制御系５２の各
ゲインが自動的に調整され、同時に、微分制御系５１及
び比例制御系５２の各不感帯の幅も自動的に調整され
る。目標舵角ＡＧＬＡの絶対値が大きい時には各ゲイン
及び不感帯幅が大きくなる。目標舵角ＡＧＬＡの絶対値
が小さい時には各ゲイン及び不感帯幅も小さくなる。

【００４０】例えば、ドライバのハンドル操作量が大き
い時には、目標舵角が大きくなるので、制御系のゲイン
が大きくなり、モ−タ付勢量が大きくなるので、後輪の
操舵速度が大きくなり、高い応答性が得られる。また、
ドライバのハンドル操作量が小さい時には、目標舵角が
小さくなるので、制御ゲインが小さくなり、モ−タ付勢
量が小さくなるので、後輪の操舵速度が小さくなり、ハ
ンチングが生じにくくなる。目標舵角が小さい時には、
操舵角度も小さくなるので、速度が遅い場合でも短時間
で補助操舵車輪は目標舵角に位置決めされる。従って、
制御の収束性を悪化させることなく、制御の応答性を改
善することができる。

【００４１】また、不感帯レベルより小さい入力値に対
しては、付勢量は零になり、制御は中止されるので、不
感帯幅が大きくなると、ハンチングがより生じにくくな
り、逆に不感帯幅が小さくなると、目標舵角と実舵角と
の誤差が小さくなるまで制御が継続されるので、位置決
め精度が向上する。また、目標舵角の絶対値が大きい時
には、応答性を改善するために、上述のように制御ゲイ
ンが大きめに設定されるが、不感帯レベルも大きく設定
されるので、ハンチングは生じにくい。また目標舵角の
絶対値が小さい時には、不感帯レベルが小さめに設定さ
れるが、上述のように制御ゲインも小さめに設定される
ので、ハンチングは生じにくく、不感帯レベルを小さく
することにより、位置決め精度が向上し、車輌の走行安
定性が改善される。

【００４２】図５に示す変換部３１Ａ，３１Ｂ及び不感
帯調整部３７に相当する、マイクロコンピュ−タＣＰＵ
の処理の内容を図７に示す。図７を参照して説明する。
不感帯調整処理（３７）では、まず、最新の目標値（Ａ
ＧＬＡ）を入力する。そして、予め定められた条件に従
って、微分制御系の変換部３１Ａの不感帯幅を調整し、
次に比例制御系の変換部３１Ｂの不感帯幅を調整する。
つまり、例えば図６におけるＰ２Ｎ，Ｐ１Ｎ，Ｐ１Ｐ及
びＰ２Ｐの値が調整される。

【００４３】微分制御の不感帯処理（３１Ａ）では、ま
ず、最新のパラメ−タを入力する。即ち、直前の不感帯
調整処理３７によって調整された最新の変数Ｐ２Ｎ，Ｐ
１Ｎ，Ｐ１Ｐ及びＰ２Ｐの値を入力する。そして、入力
値ΔＡＧＬの値をチェックして、それがどの領域に属す
るかを識別し、その結果に応じた計算を実施して出力値
ＥＴＨ２を求める。即ち、ΔＡＧＬ＞Ｐ２Ｐであれば、
上限値ＬＰをＥＴＨ２にストアし、Ｐ１Ｐ＜ΔＡＧＬ≦
Ｐ２Ｐであれば、（ΔＡＧＬ−Ｐ１Ｐ）×ｋ１をＥＴＨ
２にストアし、Ｐ１Ｎ≦ΔＡＧＬ≦Ｐ１Ｐであれば、Ｅ
ＴＨ２に０をストアし、Ｐ２Ｎ≦ΔＡＧＬ＜Ｐ１Ｎであ
れば、（ΔＡＧＬ−Ｐ１Ｎ）×ｋ１をＥＴＨ２にストア
し、ΔＡＧＬ＜Ｐ２Ｐであれば、下限値ＬＮをＥＴＨ２
にストアする（ｋ１は傾きの定数）。

【００４４】次の比例制御の不感帯処理（３１Ｂ）で
も、上記微分制御の場合と同様の処理を実行する。但
し、計算のパラメ−タは比例制御に割り当てられたもの
を使用する。

【００４５】再び図５を参照して説明を続ける。制御系
３０から出力される制御量ＨＰＩＤは、変換部４３を通
ってＨＰＩＤ２になり、更に変換部４４を通ってデュ−
ティ値ＤＵＴＹになる。変換部４３はリミッタとして機
能する。また変換部４４は、偏差舵角値からデュ−ティ
値への変換機能を有する。デュ−ティ値ＤＵＴＹは、パ
ルス幅変調（ＰＷＭ）部４５に入力される。パルス幅変
調部４５は、入力値に対応するデュ−ティのパルス信号
を生成し、ドライバＤＶ１に印加する。電気モ−タＭ１
が回転すると、その回転量に応じたパルスが磁極センサ
ＲＳから出力される。舵角変換部４６では、磁極センサ
ＲＳが出力する三相のパルスの位相から回転方向を識別
し、その方向に応じて加算方向又は減算方向にパルス数
を計数し、舵角を計算する。ここで計算される舵角は相
対的なものであるが、予め後輪舵角センサＰＲが出力す
る実舵角を利用して校正を実施しておき、実舵角と同一
の値が得られるように処理する。つまり、舵角変換部４
６は実舵角ＲＡＧＬを出力する。減算部４７は、目標舵
角ＡＧＬＡと実舵角ＲＡＧＬとの差分、即ち舵角偏差Δ
ＡＧＬを制御部３０に入力する。

【００４６】なお上記実施例においては、変換部３１Ａ
及び３１Ｂの処理を実行するのに、計算によって、変換
結果を求めているが、例えば全ての入力値と出力値との
関係をテ−ブルに記憶しておき、テ−ブルルックアップ
によって変換結果を得るように変更してもよい。

【００４７】また上記実施例では、制御の大部分をマイ
クロコンピュ−タＣＰＵのソフトウェアの実行によって
実現しているが、当然のことながら一般の論理回路やア
ナログ回路などで置き替えることも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、例えば
ドライバのハンドル操作量が大きい時には、目標舵角が
大きくなるので、付勢量生成手段の制御ゲインが大きく
なり、付勢量が大きくなるので、補助操舵車輪の操舵速
度が大きくなり、高い応答性が得られる。また、ドライ
バのハンドル操作量が小さい時には、目標舵角が小さく
なるので、付勢量生成手段の制御ゲインが小さくなり、
付勢量が小さくなるので、補助操舵車輪の操舵速度が小
さくなり、ハンチングが生じにくくなる。目標舵角が小
さい時には、操舵角度も小さくなるので、速度が遅い場
合でも短時間で補助操舵車輪は目標舵角に位置決めされ
る。従って、制御の収束性を悪化させることなく、制御
の応答性を改善することができる。

【００４９】また、付勢量生成手段の不感帯の幅が、不
感帯調整手段によって自動的に調整され、目標舵角の絶
対値が小さい時には不感帯幅が小さく、目標舵角の絶対
値が大きい時には不感帯幅も大きくなる。そして不感帯
レベルより小さい入力値に対しては、付勢量生成手段が
出力する付勢量は零になり、制御は中止されるので、不
感帯レベルが大きく、即ち不感帯幅が大きくなると、ハ
ンチングがより生じにくくなり、逆に不感帯レベルが小
さく、即ち不感帯幅が小さくなると、目標舵角と実舵角
との誤差が小さくなるまで制御が継続されるので、位置
決め精度が向上する。

【００５０】目標舵角の絶対値が大きい時には、応答性
を改善するために、上述のように制御ゲインが大きめに
設定されるが、不感帯レベルも大きく設定されるので、
ハンチングは生じにくい。また目標舵角の絶対値が小さ
い時には、不感帯レベルが小さめに設定されるが、上述
のように制御ゲインも小さめに設定されるので、ハンチ
ングは生じにくく、不感帯レベルを小さくすることによ
り、位置決め精度が向上し、車輌の走行安定性が改善さ
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】 変換部３１Ａの変換特性を示すグラフであ
る。

【図７】 マイクロコンピュ−タＣＰＵの処理の一部分
を示すフロ−チャ−トである。

【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】 変換部３９，６１の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 米 谷 正 弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

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、
   該入力値に基づいた付勢量を生成するとともに、所定の
   不感帯よりも小さい入力値に対しては付勢量を零にする
   不感帯処理を実施し、生成した付勢量を前記駆動手段に
   印加する付勢量生成手段；該付勢量生成手段の入力値と
   付勢量との関係を定めるゲインを、前記目標舵角の大き
   さに応じて自動的に調整し、目標舵角の絶対値が小さい
   時には、それが大きい時に比べて、前記ゲインを小さく
   する、ゲイン調整手段；及び前記付勢量生成手段の不感
   帯の幅を前記目標舵角の大きさに応じて自動的に調整
   し、目標舵角の絶対値が小さい時には、それが大きい時
   に比べて前記不感帯の幅を小さくする、不感帯調整手
   段；を備える、車輌の自動補助操舵装置。
2. 【請求項２】 前記付勢量生成手段は、入力値に比例す
   る第１の付勢量を生成する比例制御手段と、入力値の変
   化速度に応じて変化する第２の付勢量を生成する微分制
   御手段を含み、前記第１の付勢量と第２の付勢量とを加
   算した結果を前記駆動手段に印加し、前記ゲイン調整手
   段は、比例制御手段及び微分制御手段の双方のゲイン
   を、前記目標舵角の大きさに応じて自動的に調整し、目
   標舵角の絶対値が小さい時には、それが大きい時に比べ
   て、前記ゲインを小さくする、前記請求項１記載の車輌
   の自動補助操舵装置。