JP2523187B2 - 車両の舵角制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車両の舵角制御装置、特にステアリングホイ
ールによる主操舵時前輪又は後輪の一方を補助操舵する
に当たって補助舵角を制御するのに有用な装置に関する
ものである。

（従来の技術） この種舵角制御装置は、演算により求めた目標舵角に
実舵角が一致するように閉ループに構成するが、一例と
して本願出願人が特願昭63−154308号により提案した第
７図の如きものがある。

第７図において、操舵アクチュエータは電流増幅器
と、電動モータと、ロータリエンコーダと、タコゼネレ
ータとで構成する。モータの回転量と舵角との比、つま
り単位舵角に対するモータ回転量の比Ｎに目標舵角δを
乗じて目標舵角に対応するモータ回転量θ_S0を求め、こ
のモータ回転量θ_S0にゲインk₂を乗じて求めた目標モー
タ回転量θ_S1を減算器に入力する。この減算器は目標モ
ータ回転量θ_S1からモータ回転補正量θ_C1,θ_C2,θ_C3を
減算してモータ回転量信号Ｉを出力し、この信号を受け
て電流増幅器が対応する駆動電流ｉをモータに供給し、
モータは電流ｉに応じた回転量θ_Ｍにより補助操舵を実
行する。

ロータリエンコーダはモータ回転量θ_Ｍ（実舵角）を
検出し、タコゼネレータはモータ回転速度αを検出す
る。検出されたモータ回転量θ_Ｍは一方で前記と同じゲ
インk₂を乗じられて補正量θ_C1となり、この補正量を減
算器に入力する。モータ回転速度αはゲインk₁を乗じら
れて補正量θ_C2となり、この補正量を減算器に入力す
る。検出されたモータ回転量θ_Ｍは他方で以下の如くに
補正量θ_C3の演算に供される。

即ち、モータ回転量信号（操舵アクチュエータ入力）
Ｉ及びモータ回転量（操舵アクチュエータ出力）θ_Ｍを
夫々、伝達特性Ｈの低域通過フィルター及び伝達特性H/
P₀（但しP₀操舵アクチュエータの伝達特性）のフィルタ
ーに通過させて別の減算器に入力し、この減算器は両入
力の差を補正量θ_C3とする。この操舵アクチュエータ入
出力に基づくモータ回転補正量θ_C3は外乱にともなう舵
角誤差を補償するための信号に相当し、外乱によっても
実施角が目標舵角からずれることのないようにし得る。

（発明が解決しようとする課題） しかし、過大な外乱等でモータ回転補正量θ_C3が大き
く、モータ回転信号Ｉが電流増幅器の電流最大値又はモ
ータのトルク最大値を越えるような値になると、モータ
が指令通りに機能し得ず、指令に対応した舵角制御がで
きないため、制御が不安定となっていた。例えば、第６
図に実線で示す目標舵角δに対し実舵角が点線ａで示す
如く目標と逆方向の舵角になることがある。

本発明は操舵アクチュエータ入出力に応じた補正書を
作る系統に、操舵アクチュエータが機能限界を越えた情
報を入力されることのないような工夫をして上述の問題
を解決することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この目的のための本発明は、目標舵角及び実舵角に応
じた第１信号を作る第１信号発生部と、操舵アクチュエ
ータの入出力間の差に応じた第２信号を作る第２信号発
生部と、第１信号及び第２信号間の差をとって前記操舵
アクチュエータの入力とする車両の舵角制御装置におい
て、 前記第２信号発生部への操舵アクチュエータ入力を、
操舵アクチュエータの機能限界に対応した値未満に制限
するリミッターを設けたものである。

（作 用） 第１信号発生部は目標舵角及び実舵角間の差に応じた
第１信号を作り、第２信号発生部は操舵アクチュエータ
の入出力に応じた第２信号を作る。操舵アクチュエータ
はこれら第１信号及び第２信号間の差を入力として機能
し、実舵角を目標舵角に持ち来すように舵角制御を行
う。よって、外乱等によっても実舵角が目標舵角ひ追従
し、制御の精度を高め得る。

ところで、過大な外乱等で操舵アクチュエータの入力
が機能限界を越えるようなものになると、リミッターが
第２信号発生部に向かう操舵アクチュエータ入力を機能
限界に対応した値に抑制する。これがため、かかる事態
の発生部も舵角制御が不安定となって実舵角の目標舵角
と逆方向の舵角になるように不都合をなくすことができ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図及び第２図は本発明装置の一実施例を示す。第
１図において、1L,1Rは夫々左右操舵輪で、これらを夫
々ナックルアーム2L,2Rにより転舵可能に支持する。ナ
ックルアーム2L,2R間をタイロッド３により連結し、こ
のタイロッドにボールナット４を螺合する。ボールナッ
ト４はその軸線方向位置を固定して回転自在に支持し、
ギヤ組５を介しモータ６の出力軸に駆動結合する。

コントローラ７は目標舵角δに応じたモータ回転量信
号Ｉを電流増幅器８に入力し、この増幅器はバッテリ９
からの電力で信号Ｉに応じた電流ｉをモータ６に供給す
る。モータ６は駆動電流ｉに対応た角度θ_Ｍだけ回転さ
れ、この回転をギヤ組５を経てボールナット４に伝え、
タイロッド３のストロークを介し操舵輪1L,1Rを目標舵
角δだけ転舵する。なお、ロータリエンコーダ10はモー
タ回転量θ_Ｍ（実舵角）を検出してコントローラ７にフ
ィードバックする。

第２図に示すように、モータ６、電流増幅器８及びロ
ータリエンコーダ10は操舵アクチュエータ11を構成す
る。又コントローラ７は乗算器12、減算器13、PID演算
器14、減算器15、リミッター16、低域通過フィルター1
7、フィルター18及び減算器19の機能ブロック別に示し
たが、演算周期Δｔ毎の瞬時Ｔ（ｎ）＝Δｔ×ｎ（ｎは
演算回数）の度に繰り返し以下の制御を行うものとす
る。

瞬時Ｔ（ｎ）毎に、乗算器12で目標舵角δ（ｎ）にギ
ヤ比Ｎを乗算してモータ目標回転数θ_Ｓ（ｎ）を求め
る。ここでギヤ比Ｎはモータ６の回転角とモータ６の回
転による舵角との比を表し、ギヤ組５の歯数比、ボール
ナット４のピッチ、ナックルアーム2L,2Rのアーム長に
より決まる定数である。従って、θ_Ｓ（ｎ）は目標舵角
δ（ｎ）を得るためのモータ６の理論上の回転角、つま
りモータ目標回転角に相当する。

演算器13はモータ目標回転角θ_Ｓ（ｎ）からロータリ
エンコーダ10による検出モータ回転角θ_Ｍ（ｎ）を演算
して偏差信号（第５信号）u₅＝θ_Ｓ（ｎ）−θ_Ｍ（ｎ）
を求める。PID演算器14はモータ回転角偏差信号u
₅（ｎ）から次のPID（Ｐは比例、Ｉは積分、Ｄは微分）
演算により上記の偏差をなくすための第１信号u₁（ｎ）
を求める。

∴u₁（ｎ）＝u₁（ｎ−１）＋K₀・u₅（ｎ） ＋K₁・u₅（ｎ）＋K₂・u₅（ｎ−１） 減算器15はこの第１信号u₁（ｎ）から第２信号u
₂（ｎ）を減算してモータ回転角信号Ｉ（ｎ）を求め
る。第２信号u₂（ｎ）は後で詳述するが、モータ６への
外乱T_dにともなうアクチュエータ11の入出力間のずれに
対応したモータ回転補正量を示す。モータ回転角信号Ｉ
（ｎ）は電流増幅器８をして、対応したモータ駆動電流
ｉ（ｎ）をモータ６に出力させ、モータ６はこの回転に
より操舵輪1L,1Rを転舵する。ところで、演算器13にお
いて舵角がフィードバック制御され、又減算器15におい
て外乱の補償がなされることから、舵角を目標舵角に正
確に一致させ得ると共に、このフィードバック制御を外
乱に影響されることなく遂行可能である。

次に第２信号u₂（ｎ）を説明する。リミッター16はモ
ータ回転角信号Ｉ（ｎ）（アクチュエータ入力）よりモ
ータ回転角リミット値I_L（ｎ）を求める。このリミット
値はモータ回転角信号Ｉ（ｎ）がアクチュエータ11の機
能限界に対応する値、例えば電流増幅器８の電流出力上
限値I_max未満なら、I_L（ｎ）＝Ｉ（ｎ）とし、モータ回
転角信号Ｉ（ｎ）がI_max以上なら1_L（ｎ）＝I_maxとする
ものである。このようにI_maxを越えることのないように
制限したモータ回転角リミット値I_L（ｎ）を伝達特性Ｈ
の低域通過フィルター17に通過させて、次の演算瞬時Ｔ
（ｎ＋１）のために第３信号u₃（ｎ＋１）を得る。ここ
で第３信号u₃（ｎ＋１）は （但し、B_H1＝１＋A_H1） により表される。一方、フィルター18は操舵アクチュエ
ータの伝達特性がP₀である時H/P₀の伝達関数を持つもの
とし、これにロータリエンコーダ10で検出したモータ回
転角θ_Ｍ（ｎ）、つまり操舵アクチュエータ出力を通過
させて、この出力に対応するアクチュエータ入力を示す
第４信号u₄（ｎ）を得る。この第４信号u₄（ｎ）は によって表わすことができる。

減算器19は第４信号u₄（ｎ）から第３信号u₃（ｎ）を
減算してアクチュエータ11の外乱T_dに基づく入出力間の
ずれに対応した第２信号u₂（ｎ）を作り、これを外乱に
対応したモータ回転補正量信号として減算器15に入力す
る。

以上により、アクチュエータ11は前述した如く外乱T_d
に影響されることなく、実舵角を目標舵角δ（ｎ）に持
ち来すフィードバック制御を遂行可能である。ところ
で、過大は外乱でアクチュエータ入力Ｉがアクチュエー
タ11の機能限界を越えるよえな値になると（Ｉ＞
I_max）、リミッタ16がI_L＝I_maxとなして第２信号u₂を抑
制する。これがため、次の演算サイクルではアクチュエ
ータ入力Ｉが機能限界の範囲に入ることとなり、舵角制
御が不安定になるのを防止し得る。例えば、目標舵角δ
が第６図に実線で示す如きものである場合に過大な外乱
が入力されたとしても、、実舵角は１点鎖線ｂで示す如
く舵角量が小さくなるだけで、目標と逆方向の舵角にな
ることはなく、安定上有利である。

第３図は第２信号u₂の発生方式の他の例を示す。本例
では、リミッター16からの信号I_Lを伝達関数が前記した
P₀であるフィルター20に通過させて、現在のアクチュエ
ータ入力で当然得られるべき目標のアクチュエータ出力
θ_ｉを求め、減算器21により実際のアクチュエータ出力
θ_Ｍと目標のアクチュエータ出力θ_ｉとの誤差θ_Ｄを求
める。この誤差はモータ６への外乱T_dに基づくもので、
これを伝達関数が前記したH/P₀であるフィルター22に通
過させて外乱分補正用の第２信号u₂を得る。

ここで、u₂を求めるに第３図より u₂＝（H/P₀）・θ_Ｍ−Ｈ・I_L である。次にI_Lから瞬時Ｔ（ｎ）のθ_ｉを次のように演
算する。

よって、 θ_ｉ（ｎ＋１）＝−A_P1・θ_ｉ（ｎ）−A_P2・θ_ｉ（ｎ−
１） ＋B_P1・I_L（ｎ）＋B_P2・I_L（ｎ−１） である。第２図におけるu₃と同様θ_ｉは瞬時Ｔ（ｎ）に
おいて次の演算瞬時Ｔ（ｎ＋１）に用いる値を演算して
おく。

次に、瞬時Ｔ（ｎ）のθ_Ｄを求めるに、 θ_Ｄ（ｎ）＝θ_Ｍ（ｎ）−θ_ｉ（ｎ） である。一方、瞬時Ｔ（ｎ）の第２信号u₂は であり、又θ_Ｄ（ｎ）は θ_Ｄ（ｎ）＝P₀・I_L（ｎ）−θ_Ｍ（ｎ） であるから、 となり、本例でも第２信号u₂第２図中の第２信号u₂に等
価であることが証された。

なお、両実施例におけるPID演算によれば、モータ回
転角の実際値θ_Ｍと目標値θ_Ｓの比、つまり舵角制御装
置ほ伝達特性が となりゲインK₀,K₁,K₂を適切に選ぶことによりθ_Ｓに対
するθ_Ｍの応答性を確保することができる。

第４図は本発明の更に他の例を示し、本例ではモータ
目標回転角θ_Ｓ（目標舵角指令）を伝達特性Ｅの前置補
償器23に通過させて第６信号u₆し、モータ回転角θ
_Ｍ（実舵角信号）を伝達特性Ｇのフィルター24に通過さ
せて第７信号とし、減算器25で第６信号u₆から第２信号
u₂及び第７信号u₇減算して得た値を第１信号u₁とする。
そして、この第１信号を伝達関数が1/Fのフィルター26
に通過させてアクチュエータ11及びリミッター16に供給
する。

本例では舵角制御装置の伝達特性θ_M/θ_Ｓが となり、伝達関数E,1/F,Gを以下に説明する如きものと
することで、θ_Ｍをθ_Ｓに対し十分小さな遅れで追従さ
せることができる。

Ｆ（Z^-1）A_P（Z^-1） ＝A_M（Z^-1）−B_P（Z^-1）Ｇ（Z^-1）・Z^-1 なお、前記本発明の着想に基づくリミッター16は第５
図に示す如く、第７図のシステムにもそのまま適用して
同様の目的を達成することができる。この場合、モータ
回転速度αは点線で囲ったループの極をk₁,k₂によるフ
ィードバックで所望の値にすることができる。

（発明の効果） かくして本発明舵角制御装置は上述の如く、過大は外
乱等でこれに対応するよう操舵アクチュエータの入力Ｉ
が機能限界を越えるようにものになると、リミッター16
が第２信号（u₂）発生部に向かう操舵アクチュエータ入
力Ｉを機能限界に対応した値Imaxに抑制するよう構成し
たから、かかる事態の発生時も舵角制御が不安定になっ
て実舵角が目標舵角と逆方向の舵角になるような不都合
をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明舵角制御装置の一実施例を示すシステム
図、 第２図は同例におけるコントローラのブロック線図、 第３図乃至第５図は夫々本発明の他の３例を示す第２図
と同様なブロック線図、 第６図は本発明装置と従来装置とで比較して目標舵角に
対する実舵角の時系列変化を示すタイムチャート、 第７図は従来装置のブロック線図である。 1L,1R……操舵輪、３……タイロッド ４……ボールナット、６……モータ ７……コントローラ、８……電流増幅器 10……ロータリエンコーダ 11……操舵アクチュエータ 12……乗算器 13,15,19,21,25……減算器 14……PID演算器、16……リミッター 17……低域通過フィルター 18,20,22,24……フィルター 23……前置補償器

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】目標舵角及び実舵角間の差に応じた第１信
   号を作る第１信号発生部と、操舵アクチュエータの入出
   力に応じた第２信号を作る第２信号発生部と、第１信号
   及び第２信号間の差をとって前記操舵アクチュエータの
   入力とする車両の舵角制御装置において、 前記第２信号発生部への操舵アクチュエータ入力を、操
   舵アクチュエータの機能限界に対応した値未満に制限す
   るリミッターを設けたことを特徴とする車両の舵角制御
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第２信号発生部は
   前記リミッターからの信号を通過させて第３信号とする
   伝達特性Ｈの低減通過フィルターと、前記操舵アクチュ
   エータの伝達特性をP₀とした時H/P₀の伝達特性で操舵ア
   クチュエータ出力を通過させて第４信号とするフィルタ
   ーと、第３信号及び第４信号の差をとって第２信号とす
   る減算器とで構成した車両の舵角制御装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、第１信号発生部
   は目標舵角及び実舵角間の差を第５信号とする減算器
   と、この第５信号にゲインＫ を乗じて第１信号とするPID演算器とで構成した車両の
   舵角制御装置。
4. 【請求項４】請求項１又は２において、第１信号発生部
   は目標舵角指令を所定の伝達特性で通過させて第６信号
   とする前置補償器と、実舵角信号を所定の伝達特性で通
   過させて第７信号とするフィルターと、第６及び第７信
   号間の差を第１信号とする減算器とで構成した車両の舵
   角制御装置。