JPH092315A - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標舵角値と実舵角値の舵角偏差が小さい時
でも適切な初期応答性を確保すると共に、止める側の制
御性も向上させる。 【構成】 目標舵角設定手段（２）により操舵輪の目標
舵角値を設定して、測定手段（６１，６２）によって操
舵輪の実舵角値を測定し、舵角偏差演算手段（２４）で
実舵角と目標舵角値との舵角偏差を演算を行い、デュー
ティ設定手段（３１）で設定したデューティに応じ舵角
制御手段（１２）を駆動し操舵角制御を行う。舵角偏差
が所定値以下の時には所定値を超える時に比べ、デュー
ティの増加割合を大に設定し、舵角偏差微分値が零以下
では舵角偏差微分手段による出力が零より大きい場合よ
りも小さな値にする特性を持たせる。

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う前輪操舵装
置や、後輪の舵角調整を行う後輪操舵装置に好適な操舵
制御装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、四輪車の前輪の舵角補正を行
う前輪操舵装置や、後輪の舵角調整を行う後輪操舵装置
が知られている。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
舵角に操舵制御する際に従操舵車輪の実操舵角と車速と
により電動モータへのパルス電流のデューティ比を変化
させ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。これにより高車速域においては従操舵車
輪を目標操舵角まで確実に操舵させると共に、低車速域
においては従操舵車輪に振動が発生するのを未然に防止
し、従操舵車輪を安定して操舵制御させるものである。
具体的には、同公報の第６図に示すように後輪の目標舵
角と実舵角の偏差が大となるに従ってデューティ比が増
大すると共に、この関係を車速によって変化させるよう
に構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載の四輪
操舵制御装置においては、目標舵角と実舵角の偏差が小
さいときにはデューティ比が小さいので、電動モータ等
のアクチュエータを駆動する電流が小さくなる。このた
め、静摩擦力が大きいアクチュエータでは起動が困難と
なるが、一旦起動が行われると、起動後にデューティが
大きくなりすぎ、停止させることが難しくなるといった
問題点があり、電動モータの動きが階段状になってい
た。

【０００４】そこで本発明は、車両の操舵制御装置にお
いて、目標舵角と実舵角の偏差が小さいときでも適切な
初期応答性を確保すると共に、一旦起動が行われた場合
でも所期値で電動モータが止められる装置を提供し、電
動モータの制御性を向上させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１においては、制御対象の操舵輪の
目標舵角値を設定する目標舵角設定手段（２１）と、前
記操舵輪の実舵角値を測定する測定手段（６１，６２）
と、該測定手段による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（３０）と、前記舵角
偏差演算手段による出力に応じてデューティを設定する
デューティ設定手段（３２）と、該デューティ設定手段
の出力に応じて前記操舵輪の舵角制御を行う舵角制御手
段とを備えた車両の操舵制御装置において、前記舵角偏
差演算手段による出力を微分する舵角偏差微分手段（３
１）を備え、前記デューティ設定手段は、前記舵角偏差
微分手段による出力が零より大きい場合には、前記舵角
偏差が所定値以下のときには該所定値を越えるときに比
べ、前記舵角偏差に対する前記デューティの増加割合を
大に設定し、前記舵角偏差微分手段による出力が零以下
のときには、前記デューティ設定手段による出力を前記
舵角偏差微分手段による出力が零より大きい場合よりも
小さな値にする特性を設けたことを特徴とする。

【０００６】また、請求項２においては、制御対象の操
舵輪の目標舵角値を設定する目標舵角設定手段（２１）
と、前記操舵輪の実舵角値を測定する測定手段（６１，
６２）と、該測定手段による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（３０）と、前
記舵角偏差演算手段による出力に応じてデューティを設
定するデューティ設定手段（３２）と、該デューティ設
定手段の出力に応じて前記操舵輪の舵角制御を行う舵角
制御手段とを備えた車両の操舵制御装置において、前記
デューティ設定手段による出力を微分するデューティ微
分手段（３１ａ）を備え、前記デューティ設定手段は、
前記デューティ微分手段による出力が零より大きい場合
には、前記舵角偏差が所定値以下のときには該所定値を
越えるときに比べ、前記舵角偏差に対する前記デューテ
ィの増加割合を大に設定し、前記デューティ微分手段に
よる出力が零以下のときには、前記デューティ設定手段
による出力を前記デューティ微分手段による出力が零よ
り大きい場合よりも小さな値にする特性を設けたことを
特徴とする。

【０００７】更に請求項３においては、制御対象の操舵
輪の目標舵角値を設定する目標舵角設定手段（２１）
と、前記操舵輪の実舵角値を測定する測定手段（６１，
６２）と、該測定手段による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（３０）と、前
記舵角偏差演算手段による出力に応じてデューティを設
定するデューティ設定手段（３２）と、該デューティ設
定手段の出力に応じて前記操舵輪の舵角制御を行う舵角
制御手段とを備えた車両の操舵制御装置において、前記
舵角制御手段による制御開始のみ前記デューティ設定手
段による出力に、所定のデューティを加算して出力する
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の構成の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の目標舵角値
が設定されると共に、測定手段によって前記操舵輪の実
舵角値が測定される。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、この偏差によ
りデューティ設定手段においてデューティが設定され、
このデューティに応じて舵角制御手段が駆動され、操舵
角の制御が行われる。デューティ設定手段において、舵
角偏差が所定値以下のときには所定値を超えるときに比
べ、舵角偏差に対するデューティの増加割合が大に設定
されるので、舵角偏差が小さいときにも舵角制御手段は
大きなデューティで制御される。従って静摩擦力が大の
アクチュエータを用いた場合であっても、初期の駆動力
を確保することができる。一方、舵角偏差微分手段によ
る出力値が零以下の場合には、デューティが最初急激に
減少し、その後は徐々に減少していく。このデューティ
の減少により電動モータに流れる電流の減少が起こり、
電動モータは回転数を落とし、停止方向に移行して停止
し易い状態となる。

【０００９】請求項２に示されるように、デューティ微
分手段による出力値が零以下の場合には、デューティが
最初急激に減少し、その後は徐々に減少していく。デュ
ーティの減少により電動モータに流れる電流の減少が起
こり、電動モータは回転数を落とし、停止方向に移行し
て停止し易い状態となる。

【００１０】また請求項３に示されるように、舵角制御
開始時のみ舵角偏差演算手段の出力に対応する値に、所
定値のデューティを加算して出力することにより、初期
の応答性が向上され、電動モータは動き易くなり制御性
が向上する。

【００１１】

【実施例】本実施例は車両の前輪の操舵に応じ後輪を操
舵する後輪操舵制御装置に関するものであり、図２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あ
り、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
ポテンショメータである前輪舵角センサ１７が設けられ
ており、その出力が電子制御ユニット２０に入力され
る。

【００１２】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
入力される。車速センサ９は、一対のセンサにより二系
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。

【００１３】後輪１５，１６には後輪舵角機構１８が接
続されており、電動モータ１２の回転に応じて操舵され
る。本実施例では電動モータ１２は三相のブラシレスモ
ータで、その軸方向端部には、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、電動モータ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が設けられ、出力信号は相対舵
角を表す。また、後輪１５，１６の舵角量を検出するポ
テンショメータの絶対舵角センサ６２が設けられ、相対
舵角センサ６１と絶対舵角センサ６２により後輪舵角セ
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。

【００１４】後輪操舵機構１８は図３に示されるよう
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と一体的に電動モータ１２のモータハウジ
ング５３及び相対舵角センサ６１が設けられている。図
４で明らかなように、ラック軸５５が車両の進行方向に
対して直角に設けられ、ラック軸５５の両端部はボール
ジョイント５８を介し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４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と噛み合うように構
成されている。

【００１５】図４に示すように、電動モータ１２のモー
タ軸１２ｓの先端にピニオン１２ｐが設けられており、
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軸１２
ｓ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、
電動モータ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構成されている。尚、このような構
成になる後輪操舵機構１８においては静摩擦力は小さい
が、設計あるいは組付によってはおおきな静摩擦力が生
じることもあり得る。

【００１６】電動モータ１２は電子制御ユニット２０か
らの信号により制御される。この電子制御ユニット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及び絶対舵角センサ６２からなる後輪舵角セン
サ６０等の出力が入力され、これらの出力に応じ、電動
モータ１２の回転量が設定される。

【００１７】図５は電子制御ユニット２０の構成を示す
ものであり、電子制御ユニット２０にはバッテリ４１が
接続される。このバッテリ４１は電源端子ＩＰ１を介し
モータドライバ４４に接続されると共に、イグニション
スイッチ４２、電源端子ＩＰ２を介しモータドライバ４
４及び定電圧Ｖｃｃを出力する定電圧レギュレータ４３
に接続される。

【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を有する。

【００１９】前述の車速センサ９、前輪舵角センサ１
７、後輪舵角センサ６０の信号がインターフェース４６
を介しマイクロプロセッサ４５に入力される。電動モー
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、このモータドライバは電源端子
ＩＰ１，ＩＰ２から電源が供給されている。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。

【００２０】マイクロプロセッサ４５においては、図１
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、電動モータ１２のサーボ制御が行われる。目標値
設定部２１においては、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、目標値設定部２１において前輪舵
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】例えば車両を停止するときには、後輪１
５，１６が前輪１３，１４の操舵角に比例して前輪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。車両が高速で走行時には目標舵角値θａが前輪１
３，１４の操舵角に比例するように設定され、後輪１
５，１６が前輪１３，１４と同じ方向に操舵されるため
に車両旋回時の操縦安定性が確保される。

【００２２】上記のように設定された目標舵角値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からの所定の特性に従って微分ゲ
インＧθａが求められる。即ち、微分値Ｄθａの絶対値
が所定値（０．１２ｄｅｇ）以下の場合には微分ゲイン
Ｇθａは零に設定され、微分値Ｄθａの絶対値が所定値
（０．４８ｄｅｇ）以上の場合には微分ゲインＧθａは
所定値（４）に設定される。従って、図８に示すよう
に、微分値Ｄθａの絶対値が０．１２乃至０．４７ｄｅ
ｇの範囲にあるときには微分ゲインＧθａは０乃至４の
値となる。

【００２３】一方、相対舵角センサ６１により電動モー
タ１２の回転角θｍが検出され、舵角変換部３４を介し
て実舵角値θｒとして出力され、減算部２４に供給され
る。

【００２４】相対舵角センサ６１の出力は相対的な舵角
値であり、実舵角値を表すものではないが、舵角変換部
３４にて絶対舵角センサ６２の出力に基づき補正される
ので、舵角変換部３４からは実舵角値θｒが出力され
る。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６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を零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】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、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（１．５ｄｅ
ｇ）以上または所定の下限値（−１．５ｄｅｇ）以下に
ならないように設定される。この制御量Ｏｃは舵角偏差
微分手段である舵角偏差の微分部３１で微分され舵角偏
差微分値ＤＯｃが得られ、この舵角偏差微分値ＤＯｃと
制御量Ｏｃにより偏差−デューティ変換部３２にてデュ
ーティＤｙに変換され、パルス幅変調（ＰＷＭ）部３３
に供給される。このパルス幅変調部３３においてはデュ
ーティＤｙ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。

【００２７】上記偏差−デューティ変換部３２におい
て、例えば図９に実線で示す偏差−デューティ特性に基
づいてデューティＤｙが設定される。舵角偏差に対応し
た制御量Ｏｃに応じ、舵角偏差Ｏｃが所定値Ｋｃ以下で
は、所定値Ｋｃを超える場合に比べ、デューティＤｙの
増加割合が大となるように設定されている。所定値Ｋｃ
はアクチュエータが駆動を開始するときに生じる静摩擦
力を相殺する値に設定されることにより、舵角偏差が小
さい状態で電動モータ１２が静摩擦力に対して起動され
る場合においても所定の駆動電流が得られ、所期の駆動
力を確保することができる。このようにして、電動モー
タ１２を含むアクチュエータは適切な初期応答性が得ら
れる。更には、舵角偏差を微分した値ＤＯｃが零の時に
急激にデューティが減少し、その後は徐々にデューティ
が減少していく特性を設けることにより、電動モータに
流れる電流が急激に減少し、電動モータ１２の停止方向
へと状態が移行するために、電動モータ１２は止まり易
くなる。

【００２８】また図１０の第２の実施例に示されるよう
に、偏差−デューティ変換部３２において、偏差−デュ
ーティ特性に基づいてデューティＤｙが設定される。舵
角偏差に対応した制御量Ｏｃに応じ、舵角偏差Ｏｃが所
定値Ｋｃ以下では、所定値Ｋｃを超える場合に比べ、デ
ューティＤｙの増加割合が大となるように設定されてい
る。所定値Ｋｃはアクチュエータが駆動を開始するとき
に生じる静摩擦力を相殺する値に設定されることによ
り、舵角偏差が小さい状態で電動モータ１２が静摩擦力
に対して起動される場合においても所定の駆動電流が得
られ、所期の駆動力を確保することができる。このよう
にして、電動モータ１２を含むアクチュエータは適切な
初期応答性が得られる。更には、デューティＤｙを微分
した値ＤＤｙが零の時に急激にデューティが減少し、そ
の後は徐々にデューティが減少していく特性を設けるこ
とにより、電動モータに流れる電流が急激に減少し、電
動モータ１２の停止方向へと状態が移行するために、電
動モータ１２は止まり易くなる。

【００２９】更には、図１１の第３の実施例に示される
ように、舵角変換部３４の出力θｒが零でないとき、つ
まり電動モータ１２が起動時であるは否かを検出部３４
ａにより検出し、選択部３２ａにおいてデューティに一
定のデューティαを加算するか否かを選択する。このよ
うに検出部３４ａで電動モータ１２が動き始めた時に選
択部３２ａが切り換わり電動モータ起動時のみ一定のデ
ューティαを加算してデューティを出力することによ
り、初期制御性を向上させてもよいし、偏差−デューテ
ィ特性として図９に二点鎖線で示すように設定してもよ
い。同特性によれば、僅かでも舵角偏差が生じたときに
は、直ちに所定のデューティ値Ｋｄとされ、その後は従
来例と同じ傾きで増加する。

【００３０】このようにして、モータドライバ４４によ
り、供給されるパルス信号Ｐｗに応じて電動モータ１２
がサーボ制御されて駆動される。尚、上記ＰＤ制御に積
分項を追加してもよく、また電動モータ１２の回転角θ
ｍは電源電圧の変動によっても変化するため、バッテリ
電圧を測定し、その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。

【００３１】

【発明の効果】本発明においては、舵角制御手段によっ
て制御対象の操舵輪に対する操舵角の制御が行われ、舵
角制御量は実舵角値と目標舵角値との舵角偏差が演算さ
れ、デューティ設定手段において、舵角偏差が所定値以
下のときには所定値を超えるときに比べ舵角偏差に対す
るデューティの割合が大に設定されるように構成されて
いるため、舵角偏差が小さいときにも舵角制御手段を大
きなデューティで制御し所期の駆動力を確保することが
でき、従って静摩擦力が大きい場合にも適切な所期応答
性が得られると共に、一旦電動モータが駆動され始めて
も止まり易くなるために制御性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例における電動モータのサー
ボ制御に係わる制御ブロック図である。

【図２】 本発明の一実施例における車両の操舵制御装
置の全体構成図である。

【図３】 本発明の一実施例における後輪操舵機構の正
面図である。

【図４】 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５】 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６】 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７】 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８】 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９】 本発明の一実施例における偏差−デューティ
変換部の入出力特性を示すグラフである。

【図１０】 本発明の第２の実施例における電動モータ
のサーボ制御に係わる制御ブロック図である。

【図１１】 本発明の第３の実施例における電動モータ
のサーボ制御に係わる制御ブロック図である。

【符号の説明】

９ 車速センサ １２ 電動モータ 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 微分部 ３２ 偏差−デュ
ーティ変換部 ３３ パルス幅変調部（ＰＷＭ） ３４ 舵角変換部 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 絶対舵角センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象の操舵輪の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、該測定手段による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
   角偏差演算手段による出力に応じてデューティを設定す
   るデューティ設定手段と、該デューティ設定手段の出力
   に応じて前記操舵輪の舵角制御を行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、前記舵角偏差演算
   手段による出力を微分する舵角偏差微分手段を備え、前
   記デューティ設定手段は、前記舵角偏差微分手段による
   出力が零より大きい場合、前記舵角偏差が所定値以下の
   ときには該所定値を越えるときに比べ、前記舵角偏差に
   対する前記デューティの増加割合を大に設定し、前記舵
   角偏差微分手段による出力が零以下の場合には、前記デ
   ューティを前記舵角偏差微分手段による出力が零よりも
   大きい場合よりも小さな値にすることを特徴とする車両
   の操舵制御装置。
2. 【請求項２】 制御対象の操舵輪の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、該測定手段による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
   角偏差演算手段による出力に応じてデューティを設定す
   るデューティ設定手段と、該デューティ設定手段の出力
   に応じて前記操舵輪の舵角制御を行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、前記デューティ設
   定手段による出力を微分するデューティ微分手段を備
   え、前記デューティ設定手段は、前記デューティ微分手
   段による出力が零より大きい場合、前記舵角偏差が所定
   値以下のときには該所定値を越えるときに比べ、前記舵
   角偏差に対する前記デューティの増加割合を大に設定
   し、前記デューティ微分手段による出力が零以下の場合
   には、前記デューティを前記デューティ微分手段による
   出力が零よりも大きい場合よりも小さな値にすることを
   特徴とする車両の操舵制御装置。
3. 【請求項３】 制御対象の操舵輪の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、前記舵角偏差演算手
   段による出力に応じてデューティを設定するデューティ
   設定手段と、該デューティ設定手段の出力に応じて前記
   操舵輪の舵角制御を行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、前記デューティ設定手段は前記
   舵角制御手段による制御開始時のみ前記舵角偏差演算手
   段の出力に対応する値に、所定値のデューティを加算し
   て出力することを特徴とする車両の操舵制御装置。