JPH07329806A - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両の操舵制御装置において安価且つ確実な
手段で舵角値の初期設定を行う。 【構成】 目標舵角設定手段により制御対象の操舵輪に
対する目標舵角値を設定すると共に、測定手段（６０）
によって実舵角値を測定する。測定手段は切換スイッチ
（６２）を有し、スイッチ状態に応じて操舵輪の転舵方
向を検出する。舵角制御手段により操舵輪を中立方向に
徐々に操舵したとき、切換スイッチのスイッチ状態が変
化した位置が中立位置となる。これに応じ、中立補正手
段によって相対舵角センサ（６１）の中立位置の初期設
定を行なう。そして、舵角偏差演算手段において実舵角
値と目標舵角値との舵角偏差を演算し、この舵角偏差に
応じて、舵角制御手段を駆動し、操舵輪の舵角制御を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の操舵制御装置に
関し、特に、四輪車の前輪の舵角補正を行なう前輪操舵
装置や、後輪の舵角調整を行なう後輪操舵装置に好適な
操舵制御装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、四輪車の前輪の舵角補正を行
なう前輪操舵装置や、後輪の舵角調整を行なう後輪操舵
装置が知られており、例えば特開平２−２００５７３号
公報には、主操舵車輪の操舵角に応じて従操舵車輪を目
標操舵角に操舵制御する際に従操舵車輪の目標操舵角と
従操舵車輪の実操舵角と車速とによって電動機へのパル
ス電流のデューティ比を変化して従操舵車輪を操舵制御
させる四輪操舵制御装置が開示されている。

【０００３】そして、従操舵車輪の舵角を検出する手段
として、一般的に、精度は粗いが実舵角を直接検出し得
る絶対舵角センサと、高精度で舵角変化を検出し得る相
対舵角センサを組合せた測定手段が用いられている。絶
対舵角センサとしては、通常はポテンショメータが用い
られ、このポテンショメータによって、ロータリエンコ
ーダ等の相対舵角センサの出力の絶対値が設定され、絶
対値の設定後は相対舵角センサの出力によって舵角値を
求めることとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、舵角値の初
期設定用の絶対舵角を求めるためにのみ、上記のような
ポテンショメータを採用することはコスト的に問題であ
る。このため、絶対舵角センサとして安価なセンサを利
用し、ポテンショメータと同等の精度で初期設定を行い
得るようにすることが望まれていた。

【０００５】そこで、本発明は、車両の操舵制御装置に
おいて、安価且つ確実な手段で舵角値の初期設定を行い
得るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、制御対象の操舵輪に対する目標
舵角値を設定する目標舵角設定手段と、前記操舵輪の実
舵角値を測定する測定手段と、前記実舵角値と前記目標
舵角値の舵角偏差を演算する舵角偏差演算手段と、前記
舵角偏差に応じて前記操舵輪の舵角制御を行なう舵角制
御手段とを備えた車両の操舵制御装置において、前記測
定手段が、前記舵角制御手段による舵角制御作動に応じ
て前記操舵輪の舵角を相対的に検出する相対舵角センサ
と、前記操舵輪が中立位置に対して一方の方向に転舵し
ているときに第１のスイッチ状態となり、前記操舵輪が
中立位置に対して他方の方向に転舵しているときに第２
のスイッチ状態となる切換スイッチと、該切換スイッチ
のスイッチ状態に応じて前記操舵輪の転舵方向を検出
し、前記舵角制御手段により前記操舵輪を中立方向に徐
々に操舵し、前記切換スイッチのスイッチ状態が変化し
た位置を中立位置として前記相対舵角センサの出力の補
正を行なう中立補正手段とを備えたものである。

【０００７】上記中立補正手段において、車両の速度が
第１の所定速度以上であるときにのみ前記相対舵角セン
サの出力の補正を行なうように構成してもよい。

【０００８】また、上記中立補正手段において、車両の
速度が第２の所定速度以下であるときにのみ前記相対舵
角センサの出力の補正を行なうように構成してもよい。

【０００９】

【作用】上記の構成になる車両の操舵制御装置において
は、目標舵角設定手段により制御対象の操舵輪に対する
目標舵角値が設定されると共に、測定手段によって実舵
角値が測定される。測定手段においては、先ず切換スイ
ッチのスイッチ状態に応じて操舵輪の転舵方向が検出さ
れ、舵角制御手段により操舵輪が中立方向に徐々に操舵
される。そして、切換スイッチのスイッチ状態が変化し
た位置が中立位置とされ、中立補正手段によって相対舵
角センサの出力の補正が行なわれる。即ち、中立位置の
初期設定が行なわれる。而して、この後相対舵角センサ
の出力が実舵角値として舵角偏差演算手段に供給され、
舵角偏差演算手段において実舵角値と目標舵角値との舵
角偏差が演算される。この舵角偏差に応じて、舵角制御
手段が駆動され、操舵輪の舵角制御が行なわれる。

【００１０】車両の速度が第１の所定速度以上、又は第
２の所定速度以下であるときにのみ相対舵角センサの補
正を行なうように構成した装置においては、車両が低速
域にあって補正制御に必要な駆動力が大であるときと、
車両が高速域にあって自動的な操舵制御を回避すべきと
きを除いた適切な制御領域で前記舵角制御手段が駆動さ
れ、中立補正制御が行なわれる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の操舵制御装置の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。本実施例は、車両の前
輪の操舵に応じて後輪を操舵する後輪操舵制御装置に係
る。図１は操舵制御装置を搭載した車両の全体構成を示
すもので、前輪１３，１４は前輪操舵機構１０によりス
テアリングホイール１９の回動操作に応じて操舵され
る。前輪操舵機構１０には、前輪１３，１４の舵角量を
検出する前輪舵角センサ１７が設けられており、その測
定データが電子制御ユニット２０に供給される。また、
車両の速度を検出する車速センサ９が設けられており、
その出力が電子制御ユニット２０に供給される。車速セ
ンサ９としては、一対のセンサによって二系統で車速検
出することとし、その平均値もしくは最大値を車速とし
て出力するように構成してもよく、このように構成する
ことによりセンサ異常を容易に検出することができる。

【００１２】後輪１５，１６には後輪操舵機構１８が接
続されており、モータ１２の回転に応じて操舵される。
本実施例ではモータ１２は三相のブラシレスモータで、
その軸方向端部には、モータ１２の回転角度を検出する
相対舵角センサ６１が設けられている。相対舵角センサ
６１としては、モータ１２の磁極の変化に応じて磁極信
号を出力する磁極センサを用いてもよいし、一般的なロ
ータリエンコーダを用いてもよいが、出力信号は相対的
な舵角値を表すことになる。また、図２及び図３に示す
ように後輪操舵軸たるラック軸５５には、ラック軸５５
の移動に応じて可動接点が二つの固定接点の何れかに当
接する切換スイッチ６２が設けられている。而して、相
対舵角センサ６１及び切換スイッチ６２によって後輪舵
角センサ６０が構成され、これにより後輪１５，１６の
実舵角が検出される。

【００１３】本実施例の後輪操舵機構１８は図２に示す
ように、ハウジング５１にカバー５２が固定されてお
り、このカバー５２と一体的にモータ１２のモータハウ
ジング５３が設けられている。図３に明らかなように、
ラック軸５５が車両の進行方向に対して直角に設けられ
ており、ラック軸５５の両端部はボールジョイント５８
を介して後輪のナックルアームに接続されている。ハウ
ジング５１の図３の右端にはチューブ５９が嵌着されて
おり、異なる長さのラック軸５５を設ける場合にも、チ
ューブ５７を交換することにより、ハウジング５１を変
更することなく対応することができる。ラック軸５５に
はラック５６が形成されており、このラック５６は、車
両の前後方向に延びるピニオン５７と噛合するように構
成されている。

【００１４】ラック軸５５の一端には段部５５ａが形成
されており、切換スイッチ６２はこの段部５５ａに当接
する方向に付勢されたレバー６２ａを有し、レバー６２
ａの揺動に応じて可動接点が二つの固定接点の何れか一
方に当接するように構成されている。即ち、切換スイッ
チ６２は、ラック軸５５の位置に応じて、レバー６２ａ
が段部５５ａの表面に当接したときと、ラック軸５５の
一般面に当接したときとで、後述するようにスイッチ状
態が異なるように構成されており、市販のリミットスイ
ッチを用いることとしてもよい。

【００１５】図３に示すように、モータ１２のモータ軸
１２ｓの先端にピニオン１２ｐが設けられており、この
ピニオン１２ｐにギヤ１２ｇが噛合し、ハイポイドギヤ
が構成されている。このハイポイドギヤは、モータ１２
のモータ軸１２ｓの回転をギヤ１２ｇの回転として伝え
るが、ラック軸５５側からギヤ１２ｇに回転力が加えら
れたときには、モータ１２のモータ軸１２ｓが回転しな
いように逆効率零になるように設定されている。

【００１６】上記モータ１２は電子制御ユニット２０か
らの信号によって制御されるように構成されている。即
ち、電子制御ユニット２０には、車速センサ９、前輪舵
角センサ１７、相対舵角センサ６１及び切換スイッチ６
２等の出力が供給され、これらの出力に応じてモータ１
２の回転量が設定され、モータ１２に制御信号が供給さ
れる。

【００１７】図４は電子制御ユニット２０の構成を示す
もので、電子制御ユニット２０には車載のバッテリ４１
が接続されている。即ち、バッテリ４１が、ヒューズ及
び電源端子ＩＰ１を介してモータドライバ４４に接続さ
れると共に、ヒューズ、イグニッションスイッチ４２及
び電源端子ＩＰ２を介してモータドライバ４４及び定電
圧レギュレータ４３に接続されている。この定電圧レギ
ュレータ４３から定電圧Ｖｃｃが出力される。

【００１８】電子制御ユニット２０は、制御手段である
マイクロプロセッサ４５を有し、このマイクロプロセッ
サ４５は定電圧Ｖｃｃにより作動する。前述の前輪舵角
センサ１７及び後輪舵角センサ６０の検出信号が、イン
ターフェース４６を介してマイクロプロセッサ４５に入
力される。モータ１２の各相の端子は電子制御ユニット
２０のモータドライバ４４に接続されている。モータド
ライバ４４に対しては電源端子ＩＰ１及びＩＰ２から電
力が供給される。そして、マイクロプロセッサ４５から
モータドライバ４４に制御信号が出力される。

【００１９】後輪舵角センサ６０を構成する切換スイッ
チ６２は図４に示すように接点ＲＳ，ＬＳの二つの固定
接点を有し、ラック軸５５の位置に応じて可動接点ＭＳ
が何れかの接点に当接するように構成されている。即
ち、図６に示すように、後輪１５，１６の中立（ニュー
トラル）位置を基準にステアリングが右方向に操舵され
ているときには、接点ＲＳが閉成位置で接点ＬＳが開放
位置となっており、前者が低（Ｌ）レベルに後者が高
（Ｈ）レベルとなっている。逆に、ステアリングが左方
向に操舵されているときには接点ＲＳが開放位置（Ｈレ
ベル）で、接点ＬＳが閉成位置（Ｌレベル）となってい
る。従って、これらの接点ＲＳ，ＬＳのレベルが切換わ
る位置が中立位置を表すことになる。尚、切換スイッチ
６２としては接点ＲＳ，ＬＳの何れか一方のみを備えた
ものとしてもよいが、本実施例のように二つの接点を設
けることにより一方に断線等が生じた場合に故障検知が
容易であり、すぐに制御を停止することにより誤った制
御を防止することができる。

【００２０】マイクロプロセッサ４５においては、図５
に示す制御ブロック図に従って目標舵角が設定されると
共に、モータ１２のサーボ制御が行なわれる。先ず、目
標値設定部２１においては、例えば前輪１３，１４の操
舵角と車両の速度に応じて後輪１５，１６の目標舵角値
θａが設定される。具体的には、前輪舵角センサ１７の
出力に応じて設定される係数と車速センサ９の出力に応
じて設定される係数との積に基づいて目標舵角値θａが
設定される。

【００２１】例えば車両が低車速のときには、後輪１
５，１６が前輪１３，１４の操舵角に反比例して前輪１
３，１４とは反対方向に操舵されるように目標舵角値θ
ａが設定され、これにより車両の旋回半径が小さくな
る。また、車両が高速で走行中のときには、目標舵角値
θａが前輪１３，１４の操舵角に比例するように設定さ
れ、後輪１５，１６が前輪１３，１４と同じ方向に操舵
され、車両旋回時の操縦安定性が良好なものとなる。

【００２２】目標値設定部２１から出力される目標舵角
値θａは、微分部２２にて微分され、微分ゲイン設定部
２３において、微分値Ｄθａから所定の特性に従って微
分ゲインＧθａが求められる。微分値Ｄθａの絶対値が
所定値（例えば０．１２ｄｅｇ）以下の場合には微分ゲ
インＧθａは０に設定され、微分値Ｄθａの絶対値が所
定値（例えば０．４８ｄｅｇ）以上の場合には微分ゲイ
ンＧθａは所定値（例えば４）に設定される。従って、
図７に示すように、微分値Ｄθａの絶対値が０．１２乃
至０．４８ｄｅｇの範囲内にあるときには微分ゲインＧ
θａは０乃至４の値となる。

【００２３】一方、相対舵角センサ６１によってモータ
１２の回転角θｍが検出され、舵角変換部３３を介して
実舵角値θｒとして出力され、これが減算部２４に供給
される。相対舵角センサ６１の出力は前述のように相対
的な舵角値であり、実舵角値を表すものではないが、後
述するように舵角変換部３３にて切換スイッチ６２の出
力に応じて中立補正制御が行なわれるので、舵角変換部
３３からは実舵角値θｒが出力される。

【００２４】而して、減算部２４においては、目標舵角
値θａから実舵角値θｒが減算され、舵角偏差Δθａが
求められる。この舵角偏差Δθａは舵角偏差不感帯付与
部２５を介して以下のように処理される。

【００２５】舵角偏差不感帯付与部２５は、図８に示す
ように、舵角偏差Δθａの絶対値が所定値α以下の場合
に出力の舵角偏差値θｄを０として処理するものであ
り、これにより舵角偏差Δθａの値が小さいときには制
御が停止するように構成されている。このようにして求
められた舵角偏差値θｄは、微分部２６及び比例部２８
に送られる。比例部２８では舵角偏差値θｄに所定の比
例ゲインが乗算され、比例項Ｐｓが得られる。また、微
分部２６では舵角偏差値θｄが微分され、舵角偏差微分
値Ｄθｄが得られる。

【００２６】この舵角偏差微分値Ｄθｄに対し、微分ゲ
イン設定部２３にて設定された微分ゲインＧθａが乗算
部２７にて乗算され、微分項Ｄｓが得られる。そして、
比例項Ｐｓと微分項Ｄｓが加算部２９にて加算され、舵
角制御量、即ち舵角値θｃが得られる。

【００２７】舵角値θｃは舵角偏差リミッタ３０により
舵角制限がかけられる。舵角偏差リミッタ３０は、例え
ば図９に示すように舵角値θｃに比例して制御量Ｏｃが
設定されると共に、制御量Ｏｃが所定の上限値（例えば
１．５ｄｅｇ）以上または所定の下限値（例えば−１．
５ｄｅｇ）以下にならないように設定される。この制御
量Ｏｃは偏差−デューティ変換部３１にてデューティＤ
ｙに変換され、パルス幅変調（ＰＷＭ）部３２に供給さ
れる。このパルス幅変調部３２においてはデューティＤ
ｙに応じたパルス信号Ｐｗが形成され、モータドライバ
４４に出力される。

【００２８】而して、モータドライバ４４により、これ
に供給されるパルス信号Ｐｗに応じて、モータ１２がサ
ーボ制御され回転駆動される。尚、上記ＰＤ制御に積分
項を追加することとしてもよい。また、モータ１２の回
転角θｍは電源電圧の変動によっても変化するので、バ
ッテリ電圧を測定し、バッテリ電圧に応じてパルス信号
Ｐｗを補正するようにしてもよい。

【００２９】前述のように、本実施例においては、相対
舵角センサ６１と切換スイッチ６２から成る後輪舵角セ
ンサ６０によって、後輪１５，１６の中立位置を検出す
ると共に舵角値を測定し得るように構成されている。図
１０は切換スイッチ６２によって実舵角値θｒの初期設
定を行なうフローチャートを示すもので、先ずステップ
１０１において車速Ｖｂが所定速度Ｖ１及びＶ２（但
し、Ｖ１＜Ｖ２）の範囲内にあるか否かが判定され、こ
の範囲内にある場合のみ次段のステップに進む。

【００３０】即ち、所定速度Ｖ１（例えば２０ｋｍ／
ｈ）以下では補正制御時に後輪１５，１６を操舵するた
めに必要な駆動力が大である。本実施例では、この領域
での中立補正制御は行なわれないように設定されてお
り、同様に操舵制御自体を所定速度Ｖ１以下では行なわ
ないように構成すれば、モータ１２を小型にすることが
できる。また、所定速度Ｖ２（例えば６０ｋｍ／ｈ）以
上では走行安定性の確保が優先され、この領域では補正
制御のために後輪１５，１６が自動的に転舵されるとい
うことはない。

【００３１】更に、ステップ１０２において車速Ｖｂが
所定速度Ｖ３（但し、Ｖ３＜Ｖ１）以下か否かが判定さ
れ、所定速度Ｖ３（例えば１５ｋｍ／ｈ）以下であれば
ステップ１０３にて操舵停止とされステップ１０１に戻
る。尚、最初の処理ではステップ１０１にて車速Ｖｂが
所定速度Ｖ１以上と判定されているので、ステップ１０
２では当然車速Ｖｂが所定速度Ｖ３を超えておりステッ
プ１０４に進むが、ステップ１０４，１０５を経てステ
ップ１０２に戻る場合に所定速度Ｖ３以下となっておれ
ばステップ１０３にて操舵停止とされる。即ち、この制
御作動にヒステリシスを持たせている。

【００３２】ステップ１０４においては、相対舵角セン
サ６１の出力に応じてラック軸５５が中立方向に徐々に
駆動制御される。この間に切換スイッチ６２のスイッチ
状態に変化があるか否かが判定され（ステップ１０
５）、変化ありと判定されたときには中立位置を横切っ
たことになるので、その位置を基準にステップ１０６に
て中立補正（相対舵角センサ６１の出力が０とされる）
が行なわれた後、ステップ１０７に進み通常の操舵制御
が行なわれる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明において
は、測定手段が相対舵角センサと切換スイッチを具備
し、切換スイッチのスイッチ状態に応じて操舵輪の中立
位置が検出され、中立補正手段によって相対舵角センサ
の中立補正が行なわれ、舵角値の初期設定が行なわれる
ように構成されているので、ポテンショメータを必要と
することなく、安価で確実に舵角値の初期設定を行なう
ことができる。

【００３４】更に、車両の速度が第１の所定速度以上で
あるときにのみ相対舵角センサの補正を行なうようにし
た装置によれば、中立補正制御に伴う駆動力を最小限に
抑えることができ、舵角制御手段は小型且つ安価に構成
することができる。

【００３５】また、車両の速度が第２の所定速度以下で
あるときにのみ相対舵角センサの補正を行なうように構
成した装置にあっては、車両が高速域にあって自動的な
操舵制御を回避すべきときには中立補正制御が行われな
いので、高速安定性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る車両の操舵制御装置の
全体構成図である。

【図２】本発明の一実施例における後輪操舵機構の正面
図である。

【図３】本発明の一実施例における後輪操舵機構の部分
断面図である。

【図４】本発明の一実施例における電子制御ユニットの
回路構成図である。

【図５】本発明の一実施例におけるモータのサーボ制御
に係る制御ブロック図である。

【図６】本発明の一実施例における切換スイッチのスイ
ッチ状態を示す特性図である。

【図７】本発明の一実施例における微分ゲイン設定部の
入出力特性を示すグラフである。

【図８】本発明の一実施例における舵角偏差不感帯付与
部の入出力特性を示すグラフである。

【図９】本発明の一実施例における舵角偏差リミッタの
入出力特性を示すグラフである。

【図１０】本発明の一実施例における中立補正制御作動
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

９ 車速センサ １２ モータ １７ 前輪舵角センサ ２０ 電子制御ユニット ２２ 微分部 ２３ 微分ゲイン設定部 ２４ 減算部 ２５ 舵角偏差不感帯付与部 ２６ 微分部 ２７ 乗算部 ２８ 比例部 ２９ 加算部 ３０ 舵角偏差リミッタ ３１ 偏差−デューティ変換部 ３２ パルス幅変調部 ３３ 舵角変換部 ４１ バッテリ ４３ 定電圧レギュレータ ４４ モータドライバ ４５ マイクロプロセッサ ４６ インターフェース ６０ 後輪舵角センサ ６１ 相対舵角センサ ６２ 切換スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象の操舵輪に対する目標舵角値を
   設定する目標舵角設定手段と、前記操舵輪の実舵角値を
   測定する測定手段と、前記実舵角値と前記目標舵角値の
   舵角偏差を演算する舵角偏差演算手段と、前記舵角偏差
   に応じて前記操舵輪の舵角制御を行なう舵角制御手段と
   を備えた車両の操舵制御装置において、前記測定手段
   が、前記舵角制御手段による舵角制御作動に応じて前記
   操舵輪の舵角を相対的に検出する相対舵角センサと、前
   記操舵輪が中立位置に対して一方の方向に転舵している
   ときに第１のスイッチ状態となり、前記操舵輪が中立位
   置に対して他方の方向に転舵しているときに第２のスイ
   ッチ状態となる切換スイッチと、該切換スイッチのスイ
   ッチ状態に応じて前記操舵輪の転舵方向を検出し、前記
   舵角制御手段により前記操舵輪を中立方向に徐々に操舵
   し、前記切換スイッチのスイッチ状態が変化した位置を
   中立位置として前記相対舵角センサの出力の補正を行な
   う中立補正手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記中立補正手段は、前記車両の速度が
   第１の所定速度以上であるときにのみ前記相対舵角セン
   サの出力の補正を行なうように構成したことを特徴とす
   る請求項１記載の車両の操舵制御装置。
3. 【請求項３】 前記中立補正手段は、前記車両の速度が
   第２の所定速度以下であるときにのみ前記相対舵角セン
   サの出力の補正を行なうように構成したことを特徴とす
   る請求項１記載の車両の操舵制御装置。