JPH10264838A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転舵軸モータの制御ゲインが常に一定である
ため、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。 【解決手段】 ゲイン係数設定回路２８は、車速Ｖ、操
舵角Θ及び路面μで示される車両の走行状態に応じてゲ
イン係数Ｇｓを設定する。転舵軸モータ制御回路２６
は、設定されたゲイン係数Ｇｓを用いて、転舵変位量Ｘ
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１１
０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１１
０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１
００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】補正手段は、車速、舵角、路面μなどで示
される車両の走行状態に応じて、転舵制御信号を補正す
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。

【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１
３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１
８ａ，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２
２、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Ｇ
ｓ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は操舵変位キ゛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１
３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１４
ａ、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１４
ａ，１４ｂの転舵角に対応する転舵変位量Ｘと転舵軸１
３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Ｇ
ｓ３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。

【００２８】以上説明した実施形態では、ゲイン係数Ｇ
ｓを設定する際、車両の走行状態を示す値として、車速
Ｖ、操舵角Θ及び路面μの全てを考慮する場合を例示し
たが、いずれかの値、たとえば車速Ｖと操舵角Θとに基
づいてゲイン係数Ｇｓを設定することもできる。

【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、他の実施形態として、図５に示すよう
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こともできる。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キ゛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、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Ｇ
ｓ２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、２
８…ゲイン係数設定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵軸の回転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ることを特徴とする操舵制
   御装置。