JP2614348B2

JP2614348B2 - 操舵角検出装置

Info

Publication number: JP2614348B2
Application number: JP2146417A
Authority: JP
Inventors: 博之平野; 嘉彦都築; 哲志長谷田; 明福島; 秀雄井上; 修武田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: EP0460582A3; JPH0438419A; EP0460582A2; DE69118964T2; DE69118964D1; US5343393A; EP0460582B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、操舵角検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ステアリングシャフトにロータリエンコーダを取り付
け、２相パルス信号をアップダウンカウントし、これを
サンプリングすることで操舵角（ハンドル角）の相対値
を算出することができる。操舵角の絶対値を得るには直
進時、つまりハンドルが中立位置にある時の２相パルス
信号のカウント値が分かればよい。しかし、ロータリエ
ンコーダのみではハンドルの中立位置を知ることはでき
ない。即ち、エンコーダには回転軸のセンタ合わせてパ
ルス信号を出力できるものもあるが、通常ハンドルは約
３回転する。

又、中立位置はキースイッチのオン後、一度は必ず算
出しなければならない。これは、キースイッチのオフ
後、ハンドルを動かせば、例えば前回のカウント値や中
立位置をバックアップしておいても次回のキースイッチ
をオンした時には前回の値よりズレてしまっているから
である。

そこで、特開昭61−28811号公報には、操舵中立ゾー
ン信号が検出されているときの操舵角信号の平均値によ
り中立位置を求めるようにしている。又、特開昭61−38
515号公報には、車両が直進状態に近づくにつれてその
時に検出された操舵角位置の重み付けを大きくして中立
位置が修正・更新するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報に示した装置では、限られた操舵
角内でしか中立位置が求められず、又、車両旋回中にお
いて精度よく操舵角の中立位置を算出することが困難で
あった。

この発明の目的は、直進に限らず車両旋回中において
も精度よく操舵角の中立位置を算出することができる操
舵角検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図に示すように、ハンドル操作に伴い
回転する被回転体に設けられ、被回転体の回転を検出す
るインクリメントタイプのロータリエンコーダM1と、左
車輪速を検出する左車輪速センサM2と、右車輪速を検出
する右車輪速センサM3と、前記左車輪速センサM2による
左車輪速と右車輪速センサM3による右車輪速とから推定
舵角を算出する推定舵角算出手段M4と、前記ロータリエ
ンコーダM1からの信号と、前記推定舵角算出手段M4によ
る推定舵角との間の位相差を考慮して操舵角の中立位置
を算出する中立位置算出手段M5とを備えた操舵角検出装
置をその要旨とするものである。

〔作用〕

本発明は、推定舵角算出手段M4が左車輪速センサM2に
よる左車輪速と右車輪速センサM3による右車輪速とから
推定舵角を算出し、中立位置算出手段M5がロータリエン
コーダM1からの信号と、推定舵角算出手段M4による推定
舵角との位相差を考慮して操舵角の中立位置を算出す
る。つまり、ハンドル操作を行うと、車輪に横力が発生
して車両にモーメントが発生し、左右の車輪に速度差が
発生し、この一連の動作においてハンドル操作に対し左
右の車輪に速度差が発生するまでの遅れを、例えば、一
次遅れの伝達特性等にて近似する。

〔実施例〕

以下、この発明を車両の後輪舵角制御装置に具体化し
た一実施例を図面に従って説明する。

第２図において、後輪操舵機構１内に取り付けられた
直流サーボモータ２は電気的制御装置３の電気的指令信
号を受けて正逆方向に回転し、減速ギア４を通して油圧
パワーアシスト付ラック・アンド・ピニオン機構つまり
操舵機構１の入力軸（図示しないトーションバー）に連
結されている。トーションバーの他端にはピニオンギア
５が装着されており、パワーピストン６の一端に形成さ
れたラック７と噛み合っている。即ち、モータ２により
トーションバーの一端が回され、トーションバーが捩じ
れ、油圧バルブ８の絞り面積が変化し、トーションバー
の捩じれを修正する方向に油圧を供給してパワーピスト
ン６を動かす機構となっている。パワーピストン６の両
端は、それぞれタイロッド９を介してナックルアーム10
に連続されている。後輪11はナックルアーム10によって
左右方向へ揺動自在に支持されている。

従って、図中のＡ矢印方向にパワーピストン６が動く
ことで、後輪11は作用に操舵される。そして、トーショ
ンバーの捩じれがなくなると油圧バルブ８の絞り面積は
「０」となり、パワーピストン６を動かす油圧は「０」
となってパワーピストン６は停止する。ここで、後輪操
舵角センサ12は、パワーピストン６の位置を検出し信号
を出力する。電気的制御装置３は、この信号に基づい
て、パワーピストン６の位置と後輪実舵角との関係か
ら、後輪実舵角を求めるとともに、後輪実舵角のその変
化率より操舵角速度も求める。サーボモータ２を含む操
舵機構１と制御装置３とによって、後輪操舵角指令位置
に後輪実舵角が一致するように後輪11を位置決め制御す
る位置決めサーボ系を構成している。尚、13は油圧バル
ブ８を介してパワーピストン６に油圧を供給する油圧ポ
ンプ、14はオイルタンクを示す。

車速センサ15は車軸又は車輪の回転速度を検出して車
速Ｖに応じた車速信号を制御装置３に出力する。前輪操
舵角センサ16はインクリメントタイプのロータリエンコ
ーダよりなり、被回転体としてのステアリングシャフト
17に設けられている。そして、ステアリングホイール18
のハンドル操作に伴うステアリングシャフト17の回転を
検出して前輪19の操舵角θｓに応じた前輪操舵角信号を
制御装置３に出力する。ヨーレイトセンサ20はジャイロ
等で構成され、車両の重心を中心とした車両の回転角速
度（ヨーレイトWa）に応じたヨーレイト信号を制御装置
３に出力する。左車輪速セン21は前輪19の左車輪の回転
速（左車輪速ω_Ｌ）を検出し、右車輪速センサ22は前輪
19の右車輪の回転速（右車輪速ω_Ｒ）を検出する。ブレ
ーキスイッチ23はABS（アンチロックブレーキシステ
ム）制御実行中、もしくは、ブレーキペダル操作が行わ
れるとオンする。

制御装置３を第３図に基づいて説明すると、制御装置
３はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）24
と、波形整形回路25〜28と、アナログバッファ29と、A/
Dコンバータ30と、デジタルバッファ31と、駆動回路32
とから構成されている。波形整形回路25〜28は車速セン
サ15、左車輪速センサ21、右車輪速センサ22、前輪操舵
角センサ16からの信号を波形整形してマイコン24に取り
込ませる。又、アナログバッファ29は後輪操舵角センサ
12とヨーレイトセンサ20からの各信号を取り込み、A/D
コンバータ30はアナログデジタル変換を行う。デジタル
バッファ31はブレーキスイッチ23からの信号をラッチす
る。さらに、駆動回路32はマイコン24からの電流指令値
信号Ifに応じた電流を直流サーボモータ２に供給する。

次に、このように構成した後輪舵角制御装置の作用を
説明する。

第４図にはマイコン24のメイン処理ルーチンを示し、
第５図には車速センサ15からのパルス信号による車速パ
ルス処理を示す、第６図には所定時間毎（例えば、5ms
毎）の割り込み処理ルーチンを示す。

第４図に示すように、マイコン24は起動時にステップ
101で初期化し、ステップ102で各種処理を繰り返し行
う。

一方、第５図に示すように、マイコン24はステップ20
1で前回のパルス割り込みが発生した時刻と今回の割り
込み発生時刻とから車速パルス幅を算出して記憶する。

そして、第６図に示すように、マイコン24はステップ
300で車速パルス割り込み処理で記憶された車速パルス
幅から車速Ｖを算出する。又、同様に、左車輪速センサ
21と右車輪速センサ22についても、その車輪速パルス幅
により前輪19の左右の車輪速ω_L,ω_Ｒが計算される。
尚、本実施例では車速センサ15にて車速Ｖを求めたが、
車速Ｖを（ω_Ｌ＋ω_Ｒ）/2として求めるようにしてもよ
い。

そして、マイコン24はステップ400で後輪操舵角セン
サ12とヨーレイトセンサ20からA/Dコンバータ30を介し
て各種A/D変換データを取り込み、ステップ500で後輪実
舵角θｒと実ヨーレートWsを算出する。

さらに、マイコン24はステップ600で前輪操舵角（ハ
ンドル角）θｓを算出するルーチンを実行する。この前
輪操舵角算出ルーチンを第７図に示す。又、第８図に
は、第７図の前輪操舵角算出ルーチンの制御ブロック図
を示す。

第７図において、マイコン24はステップ601で前輪操
舵角センサ16の読み取り操舵角θｓを取り込み、ステッ
プ602で一次遅れの伝達特性を用いて操舵角θｃを演算
する。即ち、次式にてθｃを演算する。

θc_i＝（１−ａ）・θc_i-1＋ａ・θs_i ただし、ａは時定数から算出される定数、ｉは今回
値、ｉ−１は前回値。

そして、マイコン24はステップ603で左車輪速センサ2
1による左車輪速ω_Ｌと右車輪速センサ22による右車輪
速ω_Ｒとから次式にて推定を算出する。

ただし、Ｎはステアリングギア比、ｌはホイールベー
ス、Ｗはトレッド、Ｖは車速、Ｋは車両のアンダーステ
アあるいはオーバーステア特性を表すスタビリティファ
クタ。

この際、第９図に示すように、前輪舵角θｆは θｆ＝l/R−θｒ・・・（２）であり、又、第10図に示すように、旋回半径Ｒはであるので、上記（２），（３）式を用いて上記（１）
式が導かれる。ただし、（１）式はθｆ≫θｒとして後
輪操舵による影響を無視している。

そして、マイコン24はステップ604でθｃとのローパスフィルタ処理を行う。即ち、次の処理を実行
する。

ただし、ｂはフィルタ定数、ｉは今回値、ｉ−１は前
回値。

マイコン24はステップ605で推定舵角と前輪操舵角センサ16による操舵角θｃ^＊との差を中立位置θＤとして算出する。

そして、マイコン24はステップ606で補正条件が成立
しているか否かを判断する。この補正条件の成立とは、
上記一次遅れが成り立つ運転状態及び車両運転特性が線
形で方程式にのる領域であることを意味する。即ち、推
定舵角の絶対値がθ_MAX以下で、かつ、車速ＶがV_LOW〜V_HIGHの
範囲内で、かつ、ブレーキスイッチ23によりブレーキ操
作が行われていない（アンチブレーキロックシステム制
御中でない）と、補正条件が成立しているものとする。
この補正条件が成立していると、マイコン24はステップ
607でθＤのローパスフィルタ処理を行い、最終的な中
立位置θＮを算出する。即ち、次の処理を実行する。

θN_i＝（１−ｃ）・θN_i-1＋ｃ・θD_i ただし、ｃはフィルタ定数、ｉは今回値、ｉ−１は前
回値。

このローパスフィルタ処理により車輪速に加わるノイ
ズが除去される。

その後、マイコン24はステップ608で前輪操舵角セン
サ16による操舵角θｓと最終中立位置θＮとの差（＝θ
ｓ−θＮ）を最終操舵角θとする。一方、マイコン24は
ステップ606において補正条件が成立していないとステ
ップ607の処理は行わない。

第６図において、マイコン24はステップ700で後輪操
舵角指令位置θ_ｒ ^＊を算出する。即ち、車速V,前輪の最
終操舵角θとから次式にて目標ヨーレイトWsを算出す
る。

ただし、Ｋはステビリティファクタ、ｌは車両とホイ
ールベース、Ｎはステアリング比。

そして、マイコン24は実ヨーレイトWaと目標ヨーレイ
トWsとの差ΔＷ（＝Wa−Ws）を算出し、次式にて後輪操
舵角指令値θ_ｒ ^＊を算出する。

θ_ｒ ^＊＝Ｆ（ΔW,V）ここで、Ｆ（ΔW,V）はヨーレイト差ΔＷと車速Ｖを
パラメータとする関係とする。

マイコン24はステップ800で後輪操舵角指令位置θ_ｒ
^＊と後輪実舵角θｒとに基づいてその両者の差を無くす
べく一般に公知の後輪位置決めサーボ演算を行い、この
演算結果によりステップ900で電流指令値信号Ifを算出
し、サーボモータ２を駆動すべく駆動回路32に出力す
る。

このように本実施例においては、マイコン24（推定舵
角算出手段及び中立位置算出手段）が左車輪速センサ21
による左車輪速ω_Ｌと右車輪速センサ22による右車輪速
ω_Ｒとから推定舵角を算出するとともに、前輪操舵角センサ16（ロータリエ
ンコーダ）からの信号の一次遅れの伝達特性を用いて、
推定舵角から操舵角の中立位置を算出するようにした。つまり、
ハンドル操作を行うと、車輪の横力が発生して車両にモ
ーメントが発生し、左右の前輪19に速度差が発生し、こ
の一連の動作においてハンドル操作に対し左右の前輪19
に速度差が発生するまでに遅れが発生するが、これが一
次遅れの伝達特性にて近似される。その結果、車両旋回
中において精度よく操舵角の中立位置を算出することが
できることとなる。

又、推定舵角を算出する際に、スタビリティファクタＫを要素にした
ので、より高精度に推定舵角が算出できる。

尚、この発明は上記実施例に限定されることなく、例
えば、第７図中ステップ602において一次遅れの伝達特
性を用いてθｃを算出したが、ハンドル操作に対し左右
の前輪19に速度差が発生するまでの遅れをＮ次（N;
「２」以上の整数）の伝達特性で近似してもよい。この
とき、高次の伝達特性を用いると、ハンドル角の推定舵
角の位相差の推定誤差を少なくすることができる。

又、推定舵角の算出の際に、後輪11の切れ角θｒをそ
の要素として次式を用いて算出してもよい。

又、第７図中ステップ606で判定する補正条件にハン
ドル角速度が設定値以下の場合に補正するという条件を
追加することによりハンドル角と推定舵角の位相差の推
定誤差を小さくし、精度の良い中立位置算出が可能とな
る。（｜s|_MAXの判定を追加する）。

又、前述した手順にてハンドル角の中立位置を算出
し、ハンドル角センサの値から中立位置補正後のハンド
ル角θを用いて後輪制御を行うが、車両のイグニッショ
ンキーがオンされ最初にハンドル角中立位置が算出され
るまでは後輪制御を停止しておき、ニュートラル位置が
最初に算出され確定された時点よりニュートラル補正後
のハンドル角θを用いて後輪制御を始める。ただし、こ
の際、車両が旋回中であると後輪が急転舵され危険であ
るため、ニュートラル位置が最初に算出された時点から
所定時間は算出された後輪指令値に所定時間かけて
「０」から「１」に変化する定数をかけて後輪指令値と
し後輪の急転舵を防止する。又、あるいは、一旦直進状
態を検出して直進状態から後輪制御を開始するようにし
てもよい。

又、上記実施例では操舵角の中立位置を求める際に
は、一次遅れの伝達関数（1/（Ts＋１））での時定数Ｔ
とステビリティファクタＫを固定値として中立位置θＮ
を算出したが、ＴとＫとを変数としてθＮを算出しても
よい。この場合の具体的構成例を以下に説明する。

第11図に示す車両のモデルを考える。つまり、操舵角
θｓと中立位置θＮとの差である▲▼がステビリテ
ィファクタＫ（ゲイン）だけ増幅され、さらに、一次遅
れの伝達関数（1/（Ts＋１）；ただし、ｓはラプラス演
算子）を用いて推定舵角が近似できる。この際、次のような離散化を行うことが
できる。

そして、このa,b,cを最小二乗法により推定して、T,
K,θＮを算出する。

つまり、第12図に示すように、左車輪速センサ21によ
る左車輪速ω_Ｌと右車輪速センサ22による右車輪速ω_Ｒ
とから次式にて推定舵角θＴを算出する。

そして、逐次推定法による最小二乗法により（４）式
でのa,b,cを求め、T,K,θＮを算出する。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、車両旋回中に
おいて精度よく操舵角の中立位置を算出することができ
る優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は実施例の後輪操舵制
御装置の構成を示す図、第３図は電気的構成を示す図、
第４図はフローチャート、第５図はフローチャート、第
６図はフローチャート、第７図はフローチャート、第８
図は制御ブロック図、第９図は操舵の際の説明図、第10
図は操舵の際の説明図、第11図は別例の制御ブロック
図、第12図は別例の制御ブロック図である。 M1はロータリエンコーダ、M2は左車輪速センサ、M3は右
車輪速センサ、M4は推定舵角算出手段、M5は中立位置算
出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 111:00 113:00 (72)発明者長谷田哲志愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者福島明愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者井上秀雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者武田修愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平２−195224（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−91512（ＪＰ，Ａ) 特開平１−250715（ＪＰ，Ａ) 実開平１−170070（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンドル操舵角を検出する操舵角検出セン
サと、左車輪速を検出する左車輪速センサと、右車輪速を検出する右車輪速センサと、前記左車輪速センサによる左車輪速と前記右車輪速セン
サによる右車輪速とから推定舵角を算出する推定舵角算
出手段と、前記操舵角検出センサの信号と、前記推定舵角算出手段
による推定舵角との間の位相差を考慮して前記ハンドル
操舵角の中立位置を算出する中立位置算出手段と、を備えたことを特徴とする操舵角検出装置。