JP3755273B2

JP3755273B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP3755273B2
Application number: JP974898A
Authority: JP
Inventors: 裕川口; 伸芳杉谷; 亜起夫岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: JPH10264838A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵させる操舵制御装置に関し、特に、操舵ハンドルに結合した操舵軸と操向車輪を転舵する転舵機構とが機械的に分離され、これらの連結機構を電気的制御装置で置換した操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような操舵制御装置としては、例えば特開平２−８５０５９などに開示されており、その一般的な構成を図７に示す。ハンドル１０２の操舵角を操舵軸１０１に設けた操舵角センサ１０３で検出すると共に、モータを主要素とする反力機構１０４によって、操舵軸１０１に対して操舵反力を与える。また、転舵用のモータ１０５の回転は、減速機１０６を介してピニオン１０７に伝達され、このピニオン１０７と歯合したラック軸１０８が軸方向に変位駆動され、転舵輪１０９が転舵される。ラック軸１０８の変位量は転舵角センサ１１０によって検出され、操舵角センサ１０３の検出信号と共に、コントローラ１００に入力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成される操舵制御装置のコントローラ１００では、検出された操舵角をもとに得られる目標操舵角と、転舵角センサ１１０の検出結果から得られる実転舵角とが一致するように、モータ１０５のフィードバック制御を行っている。しかし、このフィードバック制御におけるゲインは、車両の走行状態に関わらず常に一定となるように設定されており、このため、車両の走行状態によっては、適切な操舵制御がなされていない場合があった。例えば、より大きなゲインが必要な状況にも関わらず、設定されたゲインが小さいと直進安定性が低下し、反対に、より小さなゲインが必要な状況にも関わらず、設定されたゲインが大きいと感度が上がり過ぎてモータ１０５や減速機１００などから音や振動が発生するおそれがあった。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、車両の走行状態に応じて適切な転舵制御を実施できる操舵制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明にかかる操舵制御装置は、操舵軸の回転角を検出する操舵角検出手段と、操舵軸と機械的に分離され転舵輪を転舵させる転舵手段と、操舵角検出手段の検出結果をもとに、転舵制御の目標となる目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、目標制御量に応じた転舵制御信号を転舵手段に出力して、転舵輪の転舵量が目標制御量となるように転舵手段を駆動制御する転舵制御手段と、車両の走行状態をもとに、出力される転舵制御信号を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、補正手段は、車速、操舵角、路面μで示される車両の走行状態に応じてゲインを設定し、このゲインを用いて転舵制御信号を補正する。ゲインは、車速、操舵角、路面μのそれぞれについて、それらが大きくなるほど転舵制御信号による制御量が大きくなるように設定される。このため、転舵制御手段は、走行状態に応じて適切に転舵手段を駆動制御できる。さらに、補正された転舵制御信号が転舵手段に出力されて転舵輪が転舵されたときに発生する転舵反力に応じて、操舵軸には操舵反力が発生される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【０００８】
図１に、本実施形態にかかる操舵制御装置の構成を概略的に示す。この操舵制御装置は、運転者が操作するマスタ部Ａ、車輪を操向させるスレーブ部Ｂ、及び、マスタ部Ａとスレーブ部Ｂとを電気的に制御する制御部Ｃで構成される。
【０００９】
マスタ部Ａは、操舵ハンドル１が取付けられた操舵軸２と、操舵軸２を回転駆動する操舵軸モータ３とを備えると共に、操舵軸２に対し、操舵軸２の操舵角Θを検出するための操舵角センサ４、及び、操舵力Ｔを検出するための操舵力センサ５を設けている。
【００１０】
スレーブ部Ｂは、転舵軸１３を変位駆動する際の駆動源となる転舵軸モータ１１を備えており、この転舵軸モータ１１と転舵軸１３との間には、転舵軸モータ１１の回転運動を直線運動に変換して転舵軸１３を軸方向に変位させる変換器１２を設けている。転舵軸１３の両端は、それぞれタイロッド１５ａ，１５ｂ及びナックルアーム１６ａ，１６ｂを介して操向車輪１４ａ，１４ｂに各々接続されており、転舵軸１３が軸方向に沿って変位することで、その変位量及び変位方向に応じて、各操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵がなされる機構となっている。タイロッド１５ａ，１５ｂには、左右の操向車輪１４ａ，１４ｂからそれぞれタイロッド１５ａ，１５ｂに付与される軸力（転舵反力）を検出する転舵反力センサ１８ａ，１８ｂが取り付けられている。また、転舵軸１３には、この転舵軸１３の変位量を検出する転舵変位量センサ１７が設けられており、転舵軸１３の変位量を転舵変位量センサ１７で検出することで、操向車輪１４ａ，１４ｂの実転舵量が検知できる。
【００１１】
制御部Ｃは、操舵軸モータ３の駆動制御を行う操舵軸モータ制御回路２１、転舵軸モータ１１の駆動制御を行う転舵軸モータ制御回路２６を備えており、各演算器から与えられる演算結果などをもとに、両モータの駆動制御を実施する。
【００１２】
操舵軸モータ制御回路２１には、操舵力演算器２３及び転舵反力演算器２４の演算結果が与えられる。操舵力演算器２３は、操舵力センサ５の検出結果をもとに操舵軸２に付与された操舵力Ｔを演算すると共に、操舵力Ｔが付与された方向に操舵軸２を回転させるための制御量ａＴ（ａは操舵力ギヤ比に相当する係数）を演算する。転舵反力演算器２４は、転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出結果をもとに、転舵軸１３に付与された転舵反力Ｆを演算する。操舵軸モータ制御回路２１は、これら操舵力演算器２３と転舵反力演算器２４との演算結果をもとに、操舵軸２の回転制御量Ｍｍを下記の（１）式によって算出し、回転制御量Ｍｍに応じた駆動制御信号を操舵軸モータ３に出力する。なお、（１）式中、Ｇｍは駆動制御信号のゲインを示すゲイン係数である。
【００１３】
Ｍｍ＝Ｇｍ・（ａＴ−Ｆ） …（１）
また、転舵軸モータ制御回路２６は、制御変位量Ｍｓを下記の（２）式によって算出し、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号を転舵軸モータ１１に出力して転舵軸モータ１１の駆動制御を行う。なお、（２）式中、Ｇｓは転舵制御信号のゲインを示すゲイン係数であり、後に説明するように、このＧｓは、車両の走行状態に応じて設定される。
【００１４】
Ｍｓ＝Ｇｓ・（θ−ｂＸ） …（２）
転舵軸モータ制御回路２６には、転舵変位量演算器２２、目標制御量演算器２５の演算結果が与えられると共に、ゲイン係数設定回路２８で設定されたゲイン係数Ｇｓを示す信号が与えられる。転舵変位量演算器２２は、転舵変位量センサ１７の検出結果をもとに転舵軸１３の変位量を転舵変位量Ｘとして求めると共に、転舵変位量Ｘに比例する制御量ｂＸ（ｂは操舵変位ギヤ比に相当する係数）を出力する。この係数ｂは、例えば図２に示すグラフに基づき車速Ｖに応じて設定されるが、車速Ｖによらず固定値とすることもできる。
【００１５】
目標制御量演算器２５は、操舵角センサ４で検出された操舵角Θから、転舵制御、すなわち操舵角に対応するように操向車輪１４ａ，１４ｂを転舵させる際の目標となる目標制御量θを演算する。ゲイン係数設定回路２８には、車両の走行状態を示す情報として、車速センサ２７で検出された車速Ｖ、操舵角センサ４で検出された操舵角Θが入力されると共に、路面μの算出用に転舵反力Ｆと転舵変位量Ｘとが入力される。そして、転舵反力Ｆと転舵変位量Ｘから算出された路面μ、車速Ｖ及び操舵角Θに基づいて、ゲイン係数Ｇｓが設定される。転舵軸モータ制御回路２６は、これら転舵変位量演算器２２及び目標制御量演算器２５の演算結果と、ゲイン係数設定回路２８で設定されたゲイン係数Ｇｓとに基づき、操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵量が目標制御量θとなるように転舵軸モータ１１の駆動制御を行う。すなわち、転舵軸１３の制御変位量Ｍｓを（２）式によって算出し、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号を転舵軸モータ１１に出力する。
【００１６】
ここで、このように構成される操舵制御装置の動作を概略的に説明する。車両が直進している状態から操舵ハンドル１が回転されこのとき演算された目標制御量がθであるとすると、式（２）により制御変位量Ｍｓが生じ、転舵軸モータ制御回路２６からは、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号が出力される。この転舵制御信号を受けて転舵軸モータ１１が作動し、転舵軸１３が変位して操向車輪１４ａ，１４ｂが転舵される。この操向車輪１４ａ，１４ｂの実転舵量に対応する転舵変位量Ｘが転舵変位量演算器２２を介して転舵軸モータ制御回路２６に与えられ、前出の（２）式に基づいて転舵軸モータ１１のフィードバック制御がなされる。そして、θ≒ｂＸとなった時点で転舵軸モータ１１の動作が停止する。
【００１７】
一方、操向車輪１４ａ、１４ｂが転舵されると転舵反力Ｆが発生するため、操舵軸モータ制御回路２１には、この転舵反力Ｆを示す信号と操舵力Ｔに応じた制御量ａＴとが与えられ、前出の（１）式に基づいて操舵軸モータ３の駆動制御、すなわち操舵軸２に与えられる反力制御がなされる。そして、ａＴ≒Ｆとなった時点で操舵軸モータ３の動作が停止する。
【００１８】
この後、この反力を上回る操舵力Ｔで操舵ハンドル１を回すと、操舵軸２の回転角が増加するため目標制御量θも増加する。このため、（２）式における制御変位量Ｍｓが増加して転舵軸１３が変位駆動される。転舵軸１３が変位すると転舵反力Ｆが増大するため、（１）式における制御変位量Ｍｓが変化して、操舵反力が増大するように操舵軸モータ３が再び回転駆動される。この動作の繰り返しにより、操舵ハンドル１の操舵角に対応した操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵角が得られると共に、転舵反力に応じた操舵反力が得られる。なお、操舵ハンドル１を戻す際にも同様に、操舵ハンドル１の戻し回転角に対応して操向車輪１４ａ、１４ｂの転舵角が追従すると共に、操舵ハンドル１の操舵力Ｔも転舵反力Ｆに対応して減少する。
【００１９】
このようにして操舵制御がなされるが、ここで、転舵軸モータ制御回路２６で行われる制御処理について詳述する。この転舵軸モータ制御回路２６では、前述したように、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号を転舵軸モータ１１に出力しているが、この駆動制御信号のゲインを示すゲイン係数Ｇｓを可変とし、車速Ｖ、操舵角Θ、路面μなどで表される車両の走行状態に応じてゲイン係数Ｇｓを設定している。これは以下の理由に基づくものである。転舵反力Ｆのうち、操向車輪１４ａ、１４ｂに装着されたタイヤから受ける反力（タイヤ反力）は、同じ転舵角においても、車速Ｖ、操舵角Θ、路面μなどで表される車両の走行状態に応じて異なる。そこで、転舵軸モータ１１の制御変位量Ｍｓもこれらの走行状態に応じて変化させることで、制御の応答性と安定性を高めている。
【００２０】
以下、転舵軸モータ制御回路２６で行われる制御処理を、図３のフローチャートを基に説明する。なお、この制御処理は、イグニションスイッチがオンされることで開始される。
【００２１】
まず、ステップ１０２（以下、「ステップ」を「Ｓ」と記す）において、操舵角Θ、転舵変位量Ｘ、車速Ｖ及び転舵反力Ｆが読み込まれる。
【００２２】
続くＳ１０４では、まず、操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵角に対応する転舵変位量Ｘと転舵軸１３の軸力（転舵反力Ｆ）との関係から路面μの値がマップ検索され、この後、検索された路面μに応じたゲイン係数Ｇｓ１が図４（ａ）のグラフに基づいて設定される。図４（ａ）のグラフで示されるように、路面μの値が低い場合にはタイヤ発散が出やすいので、ゲイン係数Ｇｓ１が小さな値に設定され、路面μの値が高い場合にはタイヤ反力が大きくなるので、ゲイン係数Ｇｓ１が大きな値に設定される。このように設定することで、同じ変位偏差量によって制御することができる。
【００２３】
続くＳ１０６では、車速Ｖに応じたゲイン係数Ｇｓ２が図４（ｂ）のグラフに基づいて設定されると共に、図２に基づいて車速Ｖに応じた係数ｂが設定される。車速Ｖの値が大きい場合には、ゲイン係数Ｇｓ２を大きな値に設定して、直進安定性を確保する。また、車速Ｖの値が小さい場合には、ゲイン係数Ｇｓ２を小さな値に設定して、転舵軸モータ１１や変換器１２などからの音・振動の発生を抑制する。
【００２４】
続くＳ１０８では、操舵角Θに応じたゲイン係数Ｇｓ３が図４（ｃ）のグラフに基づいて設定される。図４（ｃ）のグラフで示されるように、操舵角Θが小さい場合にはタイヤ発散が出やすいのでゲイン係数Ｇｓ３は小さな値に設定され、操舵角Θが大きい場合にはタイヤ反力も大きくなるのでゲイン係数Ｇｓ３は大きな値に設定される。このように設定することで、同じ変位偏差量によって制御することができる。
【００２５】
続くＳ１１０では、Ｓ１０４〜Ｓ１０８で設定した各ゲイン係数Ｇｓ１、Ｇｓ２及びＧｓ３を基に、（２）式におけるゲイン係数ＧｓがＧｓ＝Ｇｓ１・Ｇｓ２・Ｇｓ３として算出される。このようにして、ゲイン係数Ｇｓは、路面μ、車速Ｖ、操舵角Θで表される車両の走行状態を勘案して設定される。
【００２６】
続くＳ１１２では、Ｓ１１０で算出されたゲイン係数Ｇｓを用いて、（２）式によって変位制御量Ｍｓが算出されると共に、Ｓ１１４ではこの変位制御量Ｍｓに応じた転舵制御信号が転舵軸モータ１１に対して出力される。
【００２７】
この後、Ｓ１１６でイグニッションスイッチがオフされたかが判断され、イグニッションスイッチがオンである場合には、Ｓ１０２に戻り同様の処理動作が繰り返し実行され、イグニッションスイッチがオフの場合には、この転舵軸モータ制御回路２６の制御処理が終了する。
【００２９】
また、先に説明した実施形態では、図３のフローチャートのＳ１０６において、車速Ｖに対するゲイン係数Ｇｓ２の設定例として、図４（ｂ）に基づく場合を例示したが、参考例として、図５に、車速Ｖの増加に伴ってゲイン係数Ｇｓ２が小さな値となるように設定する場合のグラフを示す。図５に基づくことにより、車速Ｖの値が大きい場合にはタイヤの振動発散が生じやすいので、安定性を高めるためゲイン係数Ｇｓ２が小さな値に設定され、車速Ｖの値が小さい場合には応答性を高めるためゲイン係数Ｇｓ２が大きな値に設定される。
【００３０】
さらに係数ｂを車速Ｖに応じて設定せず固定値とする場合の制御処理は、例えば図６に示すフローチャートに沿って実行される。すなわち、イグニションスイッチがオンされることで開始され、まずＳ１００に進み、予めＲＯＭに記憶された操舵変位ギヤ比に相当する係数ｂ（固定値）が読み込まれる。続くＳ１０２以降の処理は、図３に示すフローチャートと同様な処理が実行されるが、この例では係数ｂが固定値とされているため、Ｓ１０６では図４（ｂ）に基づき車速Ｖに応じたゲイン係数Ｇｓ２のみが設定される。
【００３１】
また、本実施形態では、転舵変位量センサ１７の出力をフィードバックすることにより転舵軸モータ１１の駆動制御を行う場合を例示したが、このようなフィードバック制御が行われる場合に限定するものではない。例えば、転舵軸モータ１１をステップモータで構成し、このステップモータの回転量を目標制御量θに応じて算出し、この算出結果に基づいてステップモータの回転を制御してもよく、このような場合には、フィードバック制御は不要となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる操舵制御装置によれば、転舵制御手段から出力される転舵制御信号を、補正手段によって車両の走行状態に応じて補正することとしたので、車両の走行状態に応じて適切な転舵制御を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】車速Ｖと係数ｂとの関係を示すグラフである。
【図３】転舵軸モータ制御回路で行われる制御処理を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は路面μとゲイン係数Ｇｓ１との関係を示すグラフ、（ｂ）は車速Ｖとゲイン係数Ｇｓ２との関係を示すグラフ、（ｃ）は舵角Θとゲイン係数Ｇｓ３との関係を示すグラフである。
【図５】他の実施形態にかかる、車速Ｖとゲイン係数Ｇｓ２との関係を示すグラフである。
【図６】他の実施形態にかかる、転舵軸モータ制御回路で行われる制御処理を示すフローチャートである。
【図７】従来の操舵制御装置を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
Ａ…マスタ部、Ｂ…スレーブ部、Ｃ…制御部、１…操舵ハンドル、２…操舵軸、３…操舵軸モータ、４…操舵角センサ、５…操舵力センサ、１１…転舵軸モータ、１３…転舵軸、１４ａ，１４ｂ…操向車輪（転舵輪）、２５…目標制御量演算器、２６…転舵軸モータ制御回路、２８…ゲイン係数設定回路。

Claims

操舵軸の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操舵軸と機械的に分離され、転舵輪を転舵させる転舵手段と、
前記操舵角検出手段の検出結果をもとに、転舵制御の目標となる目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、
前記目標制御量に応じた転舵制御信号を前記転舵手段に出力して、前記転舵輪の転舵量が前記目標制御量となるように前記転舵手段を駆動制御する転舵制御手段と、
車両の走行状態をもとに、出力される前記転舵制御信号を補正する補正手段とを備えており、
前記補正手段は、車両の走行状態を示す車速・操舵角及び路面μをもとに設定されるゲインを用いて前記転舵制御信号を補正するもので、車速・操舵角及び路面μのそれぞれについて、それらが大きくなるほど前記転舵制御信号による制御量を大きくするように前記ゲインを設定し、
補正された前記転舵制御信号が前記転舵手段に出力されて前記転舵輪が転舵されたときに発生する転舵反力に応じて前記操舵軸に操舵反力を発生させる操舵反力発生手段をさらに備えていることを特徴とする操舵制御装置。