JP3038930B2 - 四輪操舵車両のモータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、後輪または前後輪に電
動モータ及び非可逆性ギアをアクチュエータとするモー
タステアリング機構を有し、ハンドル操作時に後輪また
は前後輪の舵角を電動モータにより制御する四輪操舵車
両のモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動モータ及び非可逆性ギアをア
クチュエータとするステアリング機構を後輪に有する四
輪操舵車両としては、例えば、特開昭６１−４６７６６
号公報に記載のものが知られているし、電動モータをア
クチュエータとするステアリング機構を前後輪に有する
四輪操舵車両としては、例えば、特開昭６１−８９１７
１号公報に記載のものが知られている。

【０００３】前者の従来出典には、ハンドル操作時にハ
ンドル操作量に応じて前後輪の舵角目標値を決め、この
舵角目標値を得るべく電動モータにより前後輪の舵角を
制御する内容が示され、後者の従来出典には、ハンドル
操作による前輪操舵時に前輪操舵角に応じて後輪舵角目
標値を決め、この後輪舵角目標値を得るべく電動モータ
により前後輪の舵角を制御する内容が示されている。

【０００４】以上のような電動モータをアクチュエータ
とするモータステアリング機構では、下記に示すモータ
電流制御式によりモータ制御が行なわれる。

【０００５】ＩM ＝Ｌ・θε−ｍ・ d(θM)＋Ｋｐ ＩM ：モータ電流 Ｌ：比例定数 θε：目標値と追従値との偏差 ｍ：ダンピング定
数 d(θM)：モータ回転角速度 Ｋｐ：フリクショ
ン補正定数

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな四輪操舵車両のモータ制御装置で、電動モータ及び
ウォームギア等の非可逆性ギアをアクチュエータとする
装置にあっては、目標値に対して追従値が近づいてゆ
き、その偏差が所定以下になると、電動モータに印加す
る小電流値によるモータトルクより非可逆性ギア等によ
るフリクションが上回り、電動モータの動きが止まり、
ステアリング機構を動かしきれない状況が発生する。即
ち、図８に示すように、目標値の増減変化に対し追従値
はフリクションによるヒステリシスを持つ特性を示す。

【０００７】加えて、上記モータ電流制御式からも明ら
かなように、モータ電流ＩM は、目標値と追従値との偏
差θεに比例して印加されることで、直進走行時であっ
て目標値が零の時にもフリクションによるヒステリシス
分で追従値に所定の値を持つことになる為、直進走行時
でありながら小電流によるモータ電流ＩM を流し続ける
ことになる。

【０００８】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、後輪または前後輪に電動モータ及び非可
逆性ギアをアクチュエータとするモータステアリング機
構を有する四輪操舵車両のモータ制御装置において、直
進走行時における電力消費の無駄を解消すると共に電動
モータの耐久性を向上させることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の四輪操舵車両のモータ制御装置では、舵角目標
値に基づいて直進走行を判断し、直進走行時にはモータ
電流制御式での電流印加を中止し、強制的にモータ電流
をカットする手段とした。

【００１０】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、後輪または前後輪に電動モータａ及び非可逆性ギア
ｂをアクチュエータとするモータステアリング機構ｃを
有し、ハンドル操作時に後輪または前後輪の舵角を電動
モータａにより制御する四輪操舵車両において、前記ハ
ンドル操舵時に所望の舵角目標値を演算する舵角目標値
演算手段ｄと、電動モータａにより転舵される車輪の舵
角追従値を検出する舵角追従値検出手段ｅと、前記舵角
目標値と舵角追従値との偏差を演算する偏差演算手段ｆ
と、前記偏差に比例定数を掛け合わせた比例項を有する
モータ電流制御式に基づいてモータ電流を演算するモー
タ電流演算手段ｇと、前記モータ電流演算手段ｇにより
得られたモータ電流を前記電動モータａに印加するモー
タ駆動手段ｈと、前記舵角目標値が零の状態が所定時間
継続しているかどうかにより直進走行を判断する直進走
行判断手段ｉと、前記直進走行判断手段ｉにより直進走
行時であると判断された時には偏差の有無にかかわら
ず、強制的にモータ電流をカットする指令を前記モータ
駆動手段ｈに出力するモータ電流カット手段ｊとを備え
ていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】旋回走行時には、偏差演算手段ｆにおいて、舵
角目標値演算手段ｄによる舵角目標値と舵角追従値検出
手段ｅによる舵角追従値との偏差が演算され、モータ電
流演算手段ｇにおいて、偏差に比例定数を掛け合わせた
比例項を有するモータ電流制御式に基づいてモータ電流
が演算され、モータ駆動手段ｈにおいて、モータ電流演
算手段ｇにより得られたモータ電流が電動モータａに印
加される。

【００１２】従って、舵角目標値に舵角追従値を収束さ
せるフィードバック制御によりハンドル操舵時に後輪ま
たは前後輪に補助舵角が与えられることになり、最適な
旋回性能が達成される。

【００１３】直進走行時には、直進走行判断手段ｉにお
いて、舵角目標値が零の状態が所定時間継続しているか
どうかにより直進走行が判断され、モータ電流カット手
段ｊにおいて、偏差の有無にかかわらず、強制的にモー
タ電流をカットする指令がモータ駆動手段ｈに出力さ
れ、電動モータａへのモータ電流がカットされる。

【００１４】従って、電動モータａ及び非可逆性ギアｂ
をアクチュエータとするモータステアリング機構ｃで
は、フリクションによるヒステリシス影響により偏差が
出てしまいモータ電流制御式に基づいた場合において継
続的に印加されるモータ電流がカットされる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】構成を説明する。

【００１７】図２は本発明実施例の装置が適用された四
輪操舵車両のモータ制御装置を示す全体システム図であ
る。

【００１８】実施例の四輪操舵車両のモータ制御装置
は、図２に示すように、前輪１，２の操舵は、ステアリ
ングハンドル３と機械リンク式ステアリング機構４によ
って行なわれる。これは、例えば、ステアリングギア、
ピットマンアーム、リレーロッド、サイドロッド５，
６、ナックルアーム７，８等で構成される。

【００１９】そして、後輪９，１０の転舵は、電動式ス
テアリング装置１１（モータステアリング機構に相当）
によって行なわれる。この後輪９，１０間は、ラックシ
ャフト１２、サイドロッド１３，１４、ナックルアーム
１５，１６により連結され、ラック１２が内挿されたラ
ックチューブ１７には、減速機構１８（非可逆性ギアに
相当）とモータ１９（電動モータに相当）とフェイルセ
ーフソレノイド２０が設けられ、このモータ１９とフェ
イルセーフソレノイド２０は、車速センサ２１，前輪舵
角センサ２２，ストロークセンサ２３，エンコーダ２
４，ロードセル２５等からの信号を入力するコントロー
ラ２６により駆動制御される。

【００２０】図３は電動式ステアリング装置１１の具体
的構成を示す断面図で、ラック１２が内挿されたラック
チューブ１７はブラケットを介して車体に固定されてい
る。そして、ラック１２の両端部には、ボールジョイン
ト３０，３１を介してサイドロッド１３，１４が連結さ
れている。減速機構１８は、モータ１９のモータ軸に連
結されたモータピニオン３２と、該モータピニオン３２
に噛合するリングギア３３と、該リングギア３３に固定
されると共にラックギア１２ａに噛み合うラックピニオ
ン３５とによって構成されている。従って、モータ１９
が回転すると、モータピニオン３２→リングギア３３→
ラックピニオン３５へと回転が伝達され、回転するラッ
クピニオン３５とラックギア１２ａとの噛み合いにより
ラックシャフト１２が軸方向へ移動して後輪９，１０の
転舵が行なわれる。この後輪９，１０の転舵量は、ラッ
クシャフト１２の移動量、即ち、モータ１９の回転量に
比例する。

【００２１】前記ラックピニオン３５には、その回転角
度を検出するエンコーダ２４のセンサー軸２４ａがカプ
ラ３６を介して連結されている。

【００２２】前記フェイルセーフソレノイド２０には、
ロックピン２０ａが進退可能に設けられていて、電子制
御系等のフェイル時には、ラックシャフト１２に形成さ
れたロック溝１２ｂにロックピン２０ａを嵌入させるこ
とでラックシャフト１２を、後輪９，１０が中立舵角位
置を保つ位置に固定するようにしている。

【００２３】作用を説明する。

【００２４】まず、電動モータをアクチュエータとする
モータステアリング機構では、下記に示すモータ電流制
御式によりモータ制御が行なわれる。 ＩM ＝Ｌ・θε−ｍ・ d(θM)＋Ｋｐ …(1) ＩM ：モータ電流 Ｌ：比例定数 θε：目標値と追従値との偏差 ｍ：ダンピング定
数 d(θM)：モータ回転角速度 Ｋｐ：フリクショ
ン補正定数 即ち、モータステアリング機構において路面負荷が後輪
舵角に比例して増加する場合、図４に示すように、路面
負荷を模擬したバネ負荷を付加したモデルに置き換える
ことができる。このモータステアリング機構モデルにお
いてモータトルクに対するモータ電流値ＩM の静特性
は、図５のように比例特性を示す。ここで、モータトル
クは、路面負荷が後輪舵角に比例して増加する関係から
目標値と追従値との偏差に置き換えることができるの
で、図６の特性に示すようになり、静特性を考えた場合
には、次式を得ることができる。

【００２５】 ＩM ＝Ｌ・θε＋Ｋｐ …(2) 加えて、モータへの駆動指令に対する後輪舵角の応答を
決める動特性は、油圧ステアリング機構等に比べて応答
性の良いモータステアリング機構では減衰性を考えれば
良い。そこで、減衰項である｛−ｍ・ d(θM)｝を上記
(2) 式に加えることで、(1) 式に示すモータ電流制御式
を得ることができる。尚、減衰力は舵角追従値変化速度
に比例する関係にあり、この舵角追従値変化速度として
は、上記のようにモータ回転角速度を用いても、また、
ストローク速度を用いても良い。

【００２６】図７はコントローラ２６で行なわれるモー
タ制御作動の流れを示すフローチャートであり、以下、
各ステップについて説明する。

【００２７】ステップ７０では、各センサ２１〜２５か
ら入力信号が読み込まれる。

【００２８】ステップ７１では、車速センサ２１からの
車速Ｖと前輪舵角センサ２２からの前輪舵角θF に基づ
いて後輪舵角目標値θR*が演算される（舵角目標値演算
手段に相当）。尚、後輪舵角目標値θR*は、例えば、特
開平１−２０２５７９号公報等に記載されているような
手法により最適な旋回性能を得るべく求められる。

【００２９】ステップ７２では、エンコーダ２４により
検出されたモータ回転角度θM により後輪舵角追従値θ
R が演算される（舵角追従値演算手段に相当）。

【００３０】ステップ７３では、後輪舵角目標値θR*か
ら後輪舵角追従値θR を差し引いた絶対値により偏差θ
εが演算される（偏差演算手段に相当）。

【００３１】ステップ７４では、今回の処理時にエンコ
ーダ２４により検出されたモータ回転角度θM と、数回
前の処理時に検出された記憶モータ回転角度θMMに基づ
いてモータ回転角速度d(θM)が演算される。

【００３２】ステップ７５では、モータ電流ＩM が上記
の式(1) により演算される（モータ電流演算手段に相
当）。尚、比例定数Ｌ，ダンピング定数ｍ及びフリクシ
ョン補正定数Ｋｐは予め設定された固定値により与えて
も良いし、車両諸元を検出して最適の値による可変値に
より与えても良い。

【００３３】ステップ７６では、ステップ７１で求めら
れた後輪舵角目標値θR*が零である状態がto時間継続し
ているかどうかが判断される（直進走行判断手段に相
当）。

【００３４】ステップ７６でＹＥＳ、つまり、直進走行
時であると判断された場合には、ステップ７７へ進み、
モータ電流ＩM がＩM ＝０に設定される（モータ電流カ
ット手段に相当）。

【００３５】ステップ７６でＮＯ、つまり、旋回走行時
であると判断された場合、あるいは、ステップ７７でモ
ータ電流ＩM がＩM ＝０に設定された場合には、ステッ
プ７８へ進む。そして、ステップ７６→ステップ７８へ
進んだ場合には、ステップ７５で求められたモータ電流
ＩM がモータ１９に出力され、ステップ７７→ステップ
７８へ進んだ場合には、ステップ７５でのモータ電流Ｉ
M の演算にかかわらずモータ電流ＩM がカットされる
（モータ駆動手段に相当）。

【００３６】次に、実施例装置を搭載した四輪操舵車両
での旋回走行時及び直進走行時の作用を説明する。

【００３７】（イ）旋回走行時 旋回走行時には、ステップ７３において、後輪舵角目標
値θR*から後輪舵角追従値θR を差し引いた絶対値によ
り偏差θεが演算され、ステップ７５において、偏差θ
εに比例定数Ｌを掛け合わせた比例項を有するモータ電
流制御式(1) に基づいてモータ電流ＩM が演算され、ス
テップ７８において、ステップ７５での演算により得ら
れたモータ電流ＩM がモータ１９に印加される。

【００３８】従って、後輪舵角目標値θR*に後輪舵角追
従値θR を収束させるフィードバック制御によりハンド
ル操舵時に後輪９，１０に補助舵角が与えられることに
なり、後輪舵角目標値θR*を決定する時に狙った最適な
旋回性能が達成される。

【００３９】（ロ）直進走行時 直進走行時には、ステップ７７において、後輪舵角目標
値θR*が零の状態が所定時間to継続しているかどうかに
より直進走行が判断され、ステップ７７において、偏差
θεの有無にかかわらず、モータ電流ＩM がＩM ＝０に
設定され、ステップ７８においてモータ１９に印加され
ているモータ電流が強制的にカットされる。

【００４０】従って、直進走行時にはモータ電流がカッ
トされることになり、モータ電流制御式(1) に基づいた
制御とする場合に比べ電力消費の削減が図られると共
に、モータ１９への常時電流印加によるモータ１９の耐
久性劣化が防止される。

【００４１】即ち、モータ１９及び非可逆性ギアである
減速機構１８をアクチュエータとする電動式ステアリン
グ装置１１では、図８に示すように、フリクションによ
るヒステリシス影響により後輪舵角目標値θR*が零であ
っても偏差θεが出てしまいモータ電流制御式(1) に基
づいた場合において継続的に所定のモータ電流ＩM が印
加されることになる。

【００４２】以上説明してきたように、実施例にあって
は、後輪９，１０側にモータ１９及び非可逆性ギアであ
る減速機構１８をアクチュエータとする電動式ステアリ
ング装置１１を有する四輪操舵車両のモータ制御装置に
おいて、後輪舵角目標値θR*に基づいて直進走行を判断
し、直進走行時にはモータ電流制御式(1) での電流印加
を中止し、強制的にモータ電流をカットする装置とした
為、直進走行時における電力消費の無駄を解消すると共
にモータ１９の耐久性を向上させることができる。

【００４３】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。

【００４４】例えば、実施例では、後輪のみにモータス
テアリング機構を採用した適用例を示したが、前後輪に
モータステアリング機構を採用したものであっても良
い。

【００４５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明にあって
は、後輪または前後輪に電動モータ及び非可逆性ギアを
アクチュエータとするモータステアリング機構を有する
四輪操舵車両のモータ制御装置において、舵角目標値に
基づいて直進走行を判断し、直進走行時にはモータ電流
制御式での電流印加を中止し、強制的にモータ電流をカ
ットする手段とした為、直進走行時における電力消費の
無駄を解消すると共に電動モータの耐久性を向上させる
ことが出来るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の四輪操舵車両のモータ制御装置を示す
クレーム対応図である。

【図２】実施例のモータ制御装置が適用された四輪操舵
車両を示す全体システム図である。

【図３】実施例装置の電動式ステアリング装置の具体的
構成を示す断面図である。

【図４】電動式ステアリング装置の台上モデル図であ
る。

【図５】電動式ステアリング装置でのモータトルクに対
するモータ電流値特性図である。

【図６】電動式ステアリング装置での目標値と追従値と
の偏差に対するモータ電流値特性図である。

【図７】実施例装置のコントローラで行なわれるモータ
制御作動の流れを示すフローチャートである。

【図８】電動モータ及び非可逆性ギアをアクチュエータ
とするモータステアリング機構での目標値に対する追従
値のヒステリシス特性図である。

【符号の説明】

ａ 電動モータ ｂ 非可逆性ギア ｃ モータステアリング機構 ｄ 舵角目標値演算手段 ｅ 舵角追従値検出手段 ｆ 偏差演算手段 ｇ モータ電流演算手段 ｈ モータ駆動手段 ｉ 直進走行判断手段 ｊ モータ電流カット手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00 B62D 7/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後輪または前後輪に電動モータ及び非可
   逆性ギアをアクチュエータとするモータステアリング機
   構を有し、ハンドル操作時に後輪または前後輪の舵角を
   電動モータにより制御する四輪操舵車両において、 前記ハンドル操舵時に所望の舵角目標値を演算する舵角
   目標値演算手段と、 電動モータにより転舵される車輪の舵角追従値を検出す
   る舵角追従値検出手段と、 前記舵角目標値と舵角追従値との偏差を演算する偏差演
   算手段と、 前記偏差に比例定数を掛け合わせた比例項を有するモー
   タ電流制御式に基づいてモータ電流を演算するモータ電
   流演算手段と、 前記モータ電流演算手段により得られたモータ電流を前
   記電動モータに印加するモータ駆動手段と、 前記舵角目標値が零の状態が所定時間継続しているかど
   うかにより直進走行を判断する直進走行判断手段と、 前記直進走行判断手段により直進走行時であると判断さ
   れた時には偏差の有無にかかわらず、強制的にモータ電
   流をカットする指令を前記モータ駆動手段に出力するモ
   ータ電流カット手段と、 を備えていることを特徴とする四輪操舵車両のモータ制
   御装置。