JPS6343871A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両の前輪または後輪を電気的に操舵する装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

車両用操舵装置には、従来油圧機構を用いてサーボバル
ブを制御するもの、直流サーボモータやステップモータ
を利用したもの等、各種考案、開発されている。油圧機
構を用いてサーボバルブを制御するものやサーボモータ
を利用するものでは、目標とする操舵角と実操舵角の誤
差に比例した電流でサーボバルブやサーボモータを駆動
する場合が多く、いわゆるＰＩＤ制御、あるいは状態フ
ィードバンク制御等が用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これらの制御方式で応答性や制御精度を良くす
るには、誤差に比例した電流量を増加する等いわゆる制
御ゲインを上げる必要があるが、電源電圧が変化したり
操舵時の負荷トルクが変化したりした場合、目標操舵角
に対しオーバーシュート現象やハンチング現象（目標操
舵角付近での周期的な振れ）が発生し、走行中の車両に
とってこのオーバーシュートやハンチングは車両の運転
特性上不安定なものとなる。またオーバーシュートやハ
ンチングを無くするように制御すると、応答性や制御精
度が低下し、車輪の操舵が無意味のものとなったり、か
えって運動特性を悪くすることがある。この様な問題に
対してはＰＩＤ制御では各種信号をマイナーなループで
フィードバックして対策できるが、フィードバックする
べき信号によってはセンサーの追加や、回路等の追加で
システムや制御回路構成が大変複雑になり、所望する特
性に適合するためのパラメータが激増してしまう。

また状態フィードバック制御でも対象システムの正確な
システム同定が必要となり、システムのパラメータ変動
により前記ＰＴＤ制御同様オーバーシュートや応答遅れ
の問題が発生する。ここでも適応制御の手法を用いてリ
アルタイムのシステム同定により制御ゲイン等を逐次変
更することで対策できるが、ＰＩＤ制御同様システム構
成や制御回路が大変複雑化するという問題がある。

またステップモータを利用するものでも、モーり駆動回
路は複雑になり、また応答性を上げようとすれば脱調対
策でシステム構成や制御回路が複雑化してしまう。

本発明は上記点に鑑み、簡単なシステム構成、制御回路
を用いて、車両の走行安定性や操舵性を向上するために
、操舵応答性が良く、しかも精度良く、かつそのいかな
る場合でも目標操舵角に対し、オーバーシュートやハン
チングのない、ロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）な制御系を得
ることが可能な車両用操舵装置の提供を目的とするもの
である。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、第１図に示す様に 電気的指令値を受けて、車輪の操舵角を調整するサーボ
機構を備えた操舵機構（Ｍ９）と、車両の走行状態を検
出する状態検出手段（Ｍ　Ｉ　）と、 前記操舵機構の実操舵角を検出して実操舵角　゛（θｒ
）信号を出力する操舵角検出手段（Ｍ２）と、前記状態
検出器からの状態信号に応じて前記操舵機構の目標操舵
角（θｃ）を求める目標操舵角演算手段（Ｍ４）と、 前記目標操舵角（θｃ）と前記実操舵角（θｒ）とから
誤差（Ｘ１）を求める誤差演算手順（Ｍ６）と、 車輪の操舵角速度（Ｘ２）を求める操舵角速度検出手段
（Ｍ３）と、 前記誤差（Ｘ１）と前記操舵角速度（Ｘ２）に基づいて
、前記操舵機構が操舵終了状態にあるか否かを判別し、
操舵終了状態にあるとき終了状態信号を出力する操舵状
態判別手段（Ｍ５）と前記誤差（Ｘ１）と前記操舵角速
度（Ｘ２）とから両者が零へ収束すべく条件を満たず切
り換え関数を求め、かつ前記終了状態信号に応して前記
収束の速度を減少すべく出力を補正するとともに、前記
切り換え関数に基づいて求められる切り換え線に拘束さ
れつつ、前記誤差（Ｘ１）と前記操舵角速度（Ｘ２）を
零へ収束すべく電気的指令値を出力する制御手段（Ｍ７
）と、 前記制御手段からの電気的指令値に応じて前記サーボ機
構を駆動する駆動手段（Ｍ８）と、を備えることを特徴
とする。

〔作動〕

本発明は上記構成によれば、目標操舵角（θｃ）と実操
舵角（θｒ）とから誤差（ＸＩ）、及び操舵角速度（Ｘ
２）を求め、制御手段Ｍ７にて、この誤差（Ｘ１）と操
舵角速度（Ｘ２）とから両者が零へ収束すべく条件を満
たす切り換え関数と、これに基づく切り換え線を求める
とともに、切り換え線に拘束されつつ、前記誤差（Ｘ１
）と前記操舵角速度（Ｘ２）を零に収束すべく電気的指
令値（Ｉ　ｆ）を出力し、これに応じて駆動手段（Ｍ８
）が操舵機構Ｍ９のサーボ機構を駆動して、車輪の操舵
角を調整することができる。ここで前記操舵機構が操舵
終了状態にあると、前記操舵状態判別手段が終了状態信
号を出力するので、この信号に応じて前記制御手段は、
前記切り換え関数による収束の速度を減少すべく補正す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明は、目標操舵角（θｃ）と実操舵
角（θｒ）との誤差（ＸＩ）、及び操舵角速度（Ｘ２）
が前記切り換え線に拘束されつつ零に向かって収束する
ため、応答性が良く、高精度で、しかも車輪に外乱等が
作用した場合であっても、実際の操舵角は目標操舵角（
θｃ）に列してオーバーシュートなく制御することがで
きる。

しかも制御手段は、操舵機構が操舵終了状態になると、
前記収束の速度を減少すべく補正を行うので、操舵終了
状態でのハンチング現象を防止することができるという
効果がある。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ここでは、
後輪の操舵に本発明を適用した４輪操舵車両の例を示す
。

第２図において、サーボ機構となる直流サーボモータ５
は電気的制御装置６の電気的指令値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
きランク・アンド・ピニオン機構３つまり操舵機構の入
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３ｂが装着され
ており、パワーピストン３ａの一端に形成されたラック
３Ｃと噛み合っている。すなわち、モータ５によりトー
ションバーの一端がまわされ、トーションバーがねじれ
、油圧バルブ４ａの絞り面積が変化し、トーションバー
のねじれを修正する方向に油圧を供給してパワーピスト
ン３ａを動かす機構となっている。パワーピストン３ａ
の両端は、各々クイロッド３ｂを介してナックルアーム
３Ｃに連結されている。後輪８はナックルアーム３Ｃに
よって左右方向へ揺動自在に支持されている。したがっ
て、図中の矢印方向にパワーピストン３ａが動くことで
、後輪８は左右に操舵される。トーションバーのねじれ
がなくなると油圧バルブ４ａの絞り面積は０となり、パ
ワーピストンを動かす油圧は０になる。

ここで後輪操舵角は、後輪操舵角センサ２によりパワー
ピストン３ａの位置を検出することで、パワーピストン
３ａの位置と後輪操舵角の関係より求めることができる
。またパワーピストン３ａの位置の変化率より後輪操舵
角速度も算出できる。

尚、７ａば油圧バルブ４ａを介してパワーピストン３ａ
に油圧を供給する油圧ポンプ、７ｂはオイルタンクを示
す。

１ａ〜ＩＣは車両の運転、走行状態を検出する状態検出
手段となるセンサであって、検出信号を電気的制御装置
６に出力する。１ａはステアリングホイール１０の回転
を検出して、前輪９の操舵角θに応じた前輪操舵角信号
を出力する前輪操舵角センサ、■ｂは車軸又は車輪の回
転速度を検出し車速■に応じた車速信号を出力する車速
センサ、ＩＣはジャイロ等で構成されて車両の重心を中
心とした車両の回転角速度（ヨーレイトθｙ）に応じた
ヨーレイト信号を出力するヨーレイトセンサである。

制御装置６を第３図のブロック図に基づいて説明する。

制御装置６は、車速センサ１ｂがらの車速信号を波形成
形してマイクロコンピュータ６゜に取り込むための波形
成形回路６Ｉと、後輪操舵角センサ２、前輪操舵角セン
サｌａ、ヨーレイトセンサ１ｃからの各信号を取り込む
ためのアナログバッファ６３と、アナログデジタル変換
を行うＡ／Ｄコンバータ６４と、マイクロコンピュータ
６０からの指令値信号に応じて直流サーボモータ５を駆
動する駆動回路１８０から構成される。

次に、制御装置６とマイクロコンピュータ６゜の処理手
順を第４図に基づく各手段として説明する。マイクロコ
ンピュータ６０は、状態検出器群１　（前輪操舵角セン
サｌａｓ車速センサ１ｂ、ヨーレイトセンサｌｃ）から
の状態信号に応じて後輪の目標操舵角θｃを算出する目
標操舵角演算手段６１０と、後輪操舵角センサ２がらの
信号により実際の後輪実操舵角θｒを算出する実操舵角
演算手段６１１と、後輪操舵角センサ２がらの信号の変
化率、つまり時間的微分値より操舵角速度Ｘ２を算出す
る操舵角速度演算手段６１２と、前記目標操舵角θｃと
実操舵角θｒから誤差Ｘ１を算出する誤差演算手段６１
３と、前記車速センサ１ｂからの車速信号等に応して、
後述する制御手段６５０での切り換え関数の係数Ｃを算
出補正する切り換え関数補正手段６１８と、前記誤差Ｘ
１と前記操舵角速度Ｘ２に基づいて操舵機構が操舵終了
状態か、又は操舵中にあるかを判定し、操舵終了状態に
あるとき終了状態信号を出力する操舵状態判別手段６１
９とから構成される。

制御手段６５０は、前記誤差Ｘ１と前記操舵角速度Ｘ２
とから両者が零へ収束すべく条件を満たす切り換え関数
Ｌｌ、、Ｌ２を求め、かつ前記操舵状態判定手段６１９
からの終了状態信号に応答して前記収束の速度を減少す
べく出力を補正するとともに１、この切り換え関数に基
づいて求められる切り換え線Ｚに拘束されつつ、前記誤
差Ｘ１と前記操舵角速度Ｘ２を零へ収束すべく電気的指
令値Ｉｆを駆動回路１８０へ出力する。

以下、上記各手段をより詳細に説明すると、目標操舵角
演算手段６１０は、第５図に示す様に車速■に応じて目
標操舵角θｃを算出する。尚、図中目標操舵角θｃが正
のときは、前後輪が同じ方向（同位相）へ操舵されるこ
とを示し、負のときは逆位相を示す。尚、第５図は前輪
操舵角θｆとヨーレイトθｙとがある値のときの関係を
示すものである。この目標操舵角θｃは、車速Ｖと前輪
操舵角θｆに応じて、前輪操舵角θｆに対する後輪目標
操舵角θｃの比（目標操舵比：θｃ／θｆ）が所定の比
になるように算出され、ヨーレイトセンサＩＣからのヨ
ーレイト値θｙから所望するヨーレイトゲイン（前輪操
舵角θｆに対するヨーレイト値θｙの比）が得られるよ
うに、補正されて求められる。実操舵角演算手段６１１
は、前記パワーピストン３ａの位置と後輪操舵角との対
応を予め測定して記憶したデータマツプに基づいて、あ
るいはこの対応を示す計算式に基づいて、パワーピスト
ン３ａの位置から実操舵角θｒを算出する。

切り換え関数補正手段６１８は、例えば第６図（ａｌに
示す様に車速Ｖに応じて係数Ｃ（正の定数）を算出する
。この様に係数Ｃは、車速■が所定速度■、までの低速
域では、はぼ一定で、■１から■２の中速域では車速Ｖ
の上昇に応じて増加し、所定速度１２以上の高速域では
減少する。尚、ここで係数Ｃは、後輪操舵を安定に制御
するための所定上限値Ｃ＋以下に設定されている。第６
図（ａｌの特性の他に、所望の車両運動特性が得られる
様に係数Ｃを自由に設定してもよい。例えば、より緻密
な制御を行うために、第６図Ｆｂ）に示す様な車速Ｖと
前輪操舵角速度θｆとに基づいて予め記憶された２次元
マツプから係数Ｃを求めてもよい。

このとき、前輪操舵角速度θｆはに前輪操舵角センサｌ
ａからの信号を微分することによって演算される。

操舵状態判別手段６１９は、誤差Ｘ１と操舵角速度Ｘ２
が、次の条件式 −ｅ≦Ｘ１≦ｅ　かつ−Ｖ≦Ｘ２≦ｖ（但し、ｅ、ｖは
微小な正の定数） を満足したときく第７図（ｂ）に示す）、すなわち後輪
の操舵角がほぼ目標操舵角に等しくなり、操舵角速度ｘ
２も小さくなった時点を操舵終了状態と判定して終了状
態信号を出力し、ＸＩ、Ｘ２が前記条件式を満足しない
間は、操舵中と判定するも−のである。尚、上述の操舵
終了状態としては、誤差ＸＩと操舵角速度Ｘ２が上記条
件式を満足したときとしたが、操舵角速度Ｘ２、又は誤
差Ｘ１のいずれか一方のみが上記を満足したときとして
もよい。

制御手段６５０は、ゲイン切り換え関数演算手段６１４
、基本項演算手段６１５、補正項演算手段６１６、最終
指令値演算手段６１７から構成される。ゲイン切り換え
関数演算手段６１４は、前記目標操舵角θｃと実操舵角
θｒとの誤差Ｘ１、操舵角速度Ｘ２、および係数Ｃとよ
り次式（１１，（２＋に示すゲイン切り換え関数Ｌｌ、
Ｌ２を算出する。

（１）　　・・・　Ｌ１＝Ｃ−Ｘｉ−Ｘ２（２）・・・
　Ｌ２＝Ｌ１・Ｘｌ ここで係数Ｃは、前述切り換え関数補正手段６１８より
算出された係数である。

基本項演算手段６１５は、ゲイン切り換え関数Ｌ２の正
、負に基づいて次式（３１，’＋４１に示す基本項ｒｂ
を算出する。

＋３１　　・　　Ｌ２≧０の時　１ｂ＝ｃａ−Ｘｌ（４
）・・・　Ｌ　２　＜　Ｏ，の時　Ｉｂ＝Ｃ，ｂ−Ｘ２
ここで係数Ｇａ、Ｇｂは後輪を安定に制御するためにＧ
ａ＞０、Ｇｂ＜Ｑに設定される係数である。

補正項算出手段６１６は、ゲイン切り換え関数Ｌ１の正
、負に基づいて、次式［５１，（６１に示す補正項１ｍ
を算出する。補正項Ｉｎは電源電圧変動や操舵時の負荷
トルク変動等の外乱を補正するものであり、 （５１・Ｌｌ≧０の時　Ｉｍ＝Ｍ ＋６１　　・Ｌ　１　＜　Ｏの時　１　ｍ　＝　−Ｍこ
こで変数Ｍは、操舵状態に応じてＭ　ａ　＞　Ｍ　ｂ≧
Ｏなる定数Ｍａないし定数Ｍｂの範囲内の値をとり、通
常の操舵中は変数Ｍは定数Ｍａに設定され、前述した操
舵終了状態では前記切り換え関数による収束の速度を減
少すべく、小さな値の定数Ｍｂに補正される。ここで定
数Ｍａは、後輪操舵機構とサーボ機構等の後輪操舵制御
系に加わると予測される予測外乱値より大きい値に設定
されて外乱を抑制している。尚、上記予想外乱値は、車
輪が受けた外乱をサーボモータ５のモータ軸の回転に換
算した時に、この外乱を抑制すぺ（サーボモータ５に入
力すべき電流値に相当している。

最終指令値演算手段６１７は、前記基本項Ｉｆと前記補
正項１ｍに基づいて、次式（７）に示される最終指令値
Ｉｆを算出する。

（７）・　　Ｉｆ＝Ｉｂ＋Ｉｍ この指令値Ｉｆは、電流の指令値、つまりデユーティ比
として駆動回路１８０に出力される。

次に、上記制御手段６５０での全体的な作動について第
７図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）に基づいて説明する。

第７図（＋１１は、Ｘ軸に誤差Ｘ１、Ｙ軸に操舵角速度
Ｘ２をとった位相面軌跡を示す図であって、原点０は誤
差Ｘ１、操舵角速度ｘ２がともに零のとき、つまり目標
操舵角θｃを示し、実線Ｚはゲイン切り換え関数Ｌ１＝
０として求められる切り換え線を示し、第７図中）は第
７図ｔＭ＋の原点付近を拡大した位相面軌跡を示す図で
ある。第７図（ａ）の図中斜線部はＬ２＝Ｌ１・Ｘ１≧
Ｏの領域を示す。誤差Ｘ１と操舵角速度Ｘ２で定まる状
態が、この斜線領域にあるとき、基本項演算手段６１５
は、基本項１ｂをＩｂ＝Ｇａ−ＸＩとして算出し、その
他の領域になるときは、基本項ＩｂをＩ　ｂ＝Ｇｂ・Ｘ
ｌとして算出する。また前記状態がＬｌ（＝Ｃ・Ｘ　１
−Ｘ　２）≧０の領域にあるとき、つまり上記切り換え
線Ｚより下の領域にあるとき、補正項演算手段６１６は
補正項１ｍをＩｍ＝Ｍとし、上記切り換え線Ｚより上の
領域にあるときは、補正項１ｍをＩｍ＝−Ｍとして求め
る。

ここで、例えば指令値や目標操舵角θｃが変化して、実
操舵角θｒと目標操舵角θｃとの誤差Ｘ１がＸＩＯとな
ると〔この状態は第７図（ａｌの状態、点ＰＩ　（ＸＩ
Ｏ，Ｏ）として示される〕、上述の演算に基づいて求め
られる最終指令値１ｆ（＝Ｇａ・Ｘ１＋Ｍ）に応じて駆
動回路１８０がサーボモータ５へ正電流（Ｉｆ＞Ｏ）を
通電し、操舵機構を操舵する。すると、後輪の操舵角速
度Ｘ２が零から急速に増加（加速）しつつ、誤差Ｘ１が
減少する。そして、切り換え線Ｚを越えた状態点Ｐ２に
至ると、基本項１ｂと補正項１ｍが各々Ｇｂ・Ｘｌと−
Ｍに切り換り、新たな指令値Ｉｆ（＝Ｇｂ−ＸＩ−Ｍ）
に応じた逆電流（Ｉｆ＜０）に変わり、状態点Ｐ３へ至
る。また切り換え線２を越えて状態点Ｐ３へ至ると、再
びＩｆ＝Ｇａ−Ｘ１＋Ｍに基づく正電流がサーボモータ
５へ通電され状態点Ｐ４へ至る。このように状態は切り
換え線Ｚに拘束された軌跡を描きながらオーバーシュー
ト無く、原点（０，Ｏ）へ、つまり目標操舵角θｃへ収
束するように制御される。また、電源電圧変動や他の原
因によりパラメータが変動して上記状態点Ｐｉ、Ｐ２よ
り軌跡がずれたとしても（図中点線で示す軌跡）、切り
換え線Ｚに到達する限り、この切り換え線Ｚに拘束され
ながら、オーバーシュート無く目標操舵角θｃへ収束制
御されることになる。

しかし、いかなるシステム状態でも、この切り換え線Ｚ
に状態点を到達させ、切り換え線Ｚに拘束させるために
は、補正項■ｍの値としての変数Ｍは、所定の大きな値
（電流）に設定されている必要がある。これは、電源電
圧変動や操舵時にモータに加わる負荷トルクの変動等の
外乱の最大値に見合った電流値（最大外乱をモータ軸で
換算したときモータに入力すべき電流値）より大きい値
に設定されている必要があり、このときの値が前述した
定数Ｍａである。一般に、モータの発生トルクはモータ
電流に比例し、これは実際に、状態点Ｐｉ（誤差Ｘ＋ｏ
）が発生したとき、応答良く制御するためには、モータ
はトーションバーを最大速度で回転する（ねじる）ため
の大きなトルクを発生する必要があることからもわかる
。しかし、状態点Ｐｎが切り換え線Ｚに拘束されて原点
（目標操舵角）付近に到達した時点では、モータの速度
は減速され、トーションバーをそれ以上ねじる必要は無
く、モータに加わる負荷トルクも減少する。このとき、
前述した操舵中の様に大きな値の定数Ｍａに基づいて電
流が流れ続ければ、軽負荷にもかかわらずモータには過
大トルクが発生して、ハンチング現象（目標操舵角付近
での周期的な振れ）が発生してしまう。従って、第７図
（ｂ）に示す斜線部分、つまり原点付近の操舵終了状態
（−ｅ≦Ｘ１≦ｅ、かつ−Ｖ≦Ｘ２≦ｖ）に状態点Ｐｎ
が入ったとき、前記操舵状態判別手段６１９が操舵終了
状態と判定し、補正項算出手段６１６が変数Ｍの値をハ
ンチングが発生しない程度の小さな値の定数Ｍｂ（零で
も良い）に切り換え、モータへの電流が減少し原点への
収束の速度を減少させる。従って、状態点Ｐｎが操舵終
了状態になると、切り換え線Ｚからの拘束から離れ、操
舵角速度Ｘ２が徐々に減少し、誤差Ｘ１が−ｅ　−ｅの
範囲に達するように制御されるため、誤差Ｘ１のハンチ
ングが防止できる。尚、第７図ｆｂ）の斜線部以外の部
分では操舵中と判定し、変数Ｍ＝Ｍａとするものである
。なお、この定数ｅ、ｖは操舵角の目標制御精度に応じ
て決定される。

ここで、補正項算出手段６１９での変数Ｍの値の切り換
えにあたって、操舵中の状態から操舵終了状態に変化し
たときは、Ｍ＝Ｍａより所定の時間Δｔ、毎に所定量ｍ
、づつ減少し、Ｍ＝Ｍｂに切り換える。また操舵終了状
態から操舵中の状態に変化したときは、Ｍ＝Ｍｂより所
定時間Δｔ２毎に所定量ｍ２づつ増加し、Ｍ＝Ｍａに切
り換える。これによって、定数Ｍの切り換えによる制御
の不連続性が回避されて、より滑らかな操舵角制御が可
能となる。なお、時間Δｔ１、Δｔ２および減少量ｍ１
、増加量ｍ２の値は、使用するモータ特性等によって決
定されるものである。

尚、第７図（ａｌにおいてオーバーシュートがある場合
を一点鎖線Ｒで示す。点線Ｒで示す様に、状態点Ｐ２で
上述した如く制御を行わない場合には、誤差Ｘ１は正か
ら一旦零になった後、再び負、零、正を繰り返した後、
原点へ収束する。つまり目標操舵角を一旦超えてオーバ
ーシュートした後、再び逆方向へオーバーシュートして
いることが分かる。

次に第７図（Ｃ）に基づいて、ゲイン切り換え関数Ｌ１
の係数Ｃを切り換え関数補正手段６１８で補正した時を
説明する。係数Ｃをこれより大きな係数Ｃ’　　（Ｃ’
＞Ｃ＞Ｏ）に補正すると、前記切り換え線Ｚは傾きの大
きい切り換え線Ｚ′になる。

すると状態点Ｐ１は、前述状態点Ｐ２を超えて切り換え
線Ｚ′に拘束される状態点Ｑ３に至り、その後状態点Ｑ
４．Ｑ５と切り換え線Ｚ′に拘束されながら原点に至る
。つまり状態点Ｑ３は前記状態点Ｐ２に比べて、操舵角
速度Ｘ２が大きく、誤差Ｘ１が小さい状態であるため、
Ｐｌから原点（目標操舵角）への制御時間が短くなり、
応答性が向上する。このように車両の走行・運転状態に
応じて係数Ｃを大きく、又は小さく補正すると、その状
態に対応した適切な応答速度を得ることができる。

次に、サーボモータ５の駆動回路１８０を第８図に基づ
いて説明する。上記最終指令値演算手段６１７からの指
令値がＩｆ＞０で、モータ５を正転するときは、第１端
子ａに高レベル、第２端子すに低レベル、第３端子Ｃに
は指令値Ｉｆの絶対値１■ｆ１に比例したデユーティ比
の０Ｎ−ＯＦＦパルスの電流指令値が供給される。また
、Ｉｆ〈０でモータ５を逆転する時は、第１．第２端子
ａ、ｂにともに低レベルが供給され、第３端子Ｃには上
記電流指令値が供給される。

駆動回路１８０の作動を次に説明する。例えばＩｆ＞０
のとき端子ａは高レベルであるから、インバータ１８１
の出力は低レベルとなり、トランジスタ１８２はＯＦＦ
、）ランジスタ１８３もＯＦＦを維持する。一方、トラ
ンジスタ１８４はＯＮされることによりトランジスタ１
８５もＯＮを維持している。また端子すは低レベルであ
るから、トランジスタ１８６，１８７はＯＦＦとなり、
トランジスタ１８８はＯＦＦを維持している。従って出
力端子ｍにはトランジスタ１８５を通してのみバッテリ
ー電圧■８が出力されている。ここで端子Ｃにデユーテ
ィ比パルスを加えると、デユーティ比パルスのＯＮ（高
レベル）−ＯＦＦ　（低レベル）に供なってトランジス
タ１８９，１９０゜１９１も０Ｎ−ＯＦＦを繰り返し、
トランジスタ１９１がＯＮしたとき、出力端子ｍ、モー
タ５、出力端子ｎ、トランジスタ１９１という経路でモ
−タには正電流が流れる。また、トランジスタ１９１が
ＯＮからＯＦＦしたときにも、モータのコイル内に残っ
ている電流（エネルギー）が、ダイオード１９２、トラ
ンジスタ１８５、出力端子ｍ、モータ５、出力端子ｎよ
り形成されるループ内をモークコイルのインダクタンス
に応じた所定時間、正電流として流れ続ける。この結果
モータ５に実際に流れる平均電流■は端子Ｃに加えられ
たデユーティ比パルスのデユーティ比（ＯＮ−デユーテ
ィ比）に比例したものとなる。また、Ｉ　ｆ＜Ｏのとき
は、前述の各トランジスタがＯＮ、ＯＦＦ反転し、出力
端子ｎにバッテリー電圧ＶＢが発生する。そして端子す
に加えられたデユーティ比パルスの○Ｎ−０ＦＦに供な
い最終的にトランジスタ１８８が０Ｎ−ＯＦＦＬ、モー
タ５にはデユーティ比（ＯＮ−デユーティ比）に比例し
た負電流が流れるものである。（なおトランジスタ１８
８のデユーティ比ＯＦＦ時にはダイオード１９３、トラ
ンジスタ１８３を通してモータコイル内の残留電流が流
れる）。すなわちこの駆動回路１８０を用いることによ
り、第９図に示す様に電流指令値Ｉｆに比例した平均電
流Ｉがモータ電流としてモータ５に供給される。

以上述べた第４図の手段に基づいて、制御装置の作動を
説明する。まず目標操舵角演算手段６１０が状態検出器
群１の信号より目標（後輪）操舵角θｃを算出し、実操
舵角演算手段６１１、操舵角速度演算手段６１２が後輪
操舵角センサ２からの信号より各々実操舵角θｒ、操舵
角速度Ｘ２を算出し、また誤差演算手段６１３が目標操
舵角θｃと実操舵角θｒとの誤差を算出する。また切り
換え関数補正手段６１８が状態検出器群１に応じて係数
Ｃを求める。操舵状態判別手段６１９が前記誤差Ｘ２と
操舵角速度Ｘ２から操舵終了状態、又は操舵中かを判別
する。次に制御手段６５０のゲイン切り換え関数演算手
段６１４が誤差Ｘ１、操舵角速度Ｘ２、係数Ｃから切り
換え関数ＬＬ。

Ｌ２を求め、基本項演算手段６１５は上記関数Ｌ２に基
づいて基本項Ｉｂを求めるとともに、補正項演算手段６
１６が上記関数Ｌ１に基づいて、また操舵状態判別手段
６１９からの信号に基づいて補正項１ｍを求め、最終的
に最終指令値演算手段６１７が上記基本項１ｂと補正項
Ｉｍより指令値Ｉｆを求めて駆動回路１８０に出力し、
駆動回路１８０がサーボモータ５に平均電流Ｉを出力し
て操舵機構３を操舵することになる。以上述べたところ
で、第７図（ｂ）に示した様に、操舵状態が操舵終了状
態になると、補正項１ｂの変数Ｍが小さな価の変数Ｍｂ
に補正されるため、モータへの電流が減少し、目標操舵
角へ収束する速度が減少するので、目標操舵角付近での
ハンチングを防止することが可能となる。

また、以上述べたところで、第６図（ａ）又は第６図（
ｂｌに示す様に係数Ｃを車速■、または車速Ｖと前輪操
舵角速度θｆ等に応じて補正することにより、第７図（
Ｃ）に示した様に、制御の応答速度を適切に変更するこ
とができる。従って、低速域には低応答、中速域には高
応答、高速域では安全上から低応答にする等の制御が任
意に変更することができるので、運転者の操舵感覚との
マツチングが容易にしかも任意に可能となる。また上述
した様に状態（Ｘｌ、Ｘ２）は切り換え線に拘束されつ
つ、目標操舵角θｃに収束制御するため、目標操舵角θ
ｃに対してオーバーシュートがなく、外乱及びパラメー
タ変化に強い（ロバストな）高精度な操舵機構の制御が
可能である。

尚、上述実施例においては、本発明を後輪の操舵に適用
したが前輪の操舵に適用してもよいことは言うまでもな
い。また、上述の操舵角速度Ｘ２は後輪操舵角センサ２
からの信号に基づいて演算したが、これと別に油圧パワ
ーアシスト付きラック・アンド・ピニオン機構３のピニ
オンギヤ３ｂの回転速度から求めてもよい。また操舵機
構としては、パワーアシスト付きラック・アンド・ピニ
オン機構の入力軸をサーボモータ５で駆動したが、パワ
ーアシスト付きランク・アンド・ピニオン機構の油圧バ
ルブ４ａの代りにサーボバルブを用いてこれを直接的に
制御してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示す模式構成図、第３図は電気的制御装
置（６）を示す電気回路構成図、第４図はマイクロコン
ピュータ（６０）の手順を示すブロック図、第５図は車
速（Ｖ）に対する目標操舵角（θｃ）を示す特性図、第
６図（ａ）、　（ｂ）は各々車速■、車速Ｖと前輪操舵
角速度θｆに対する切り換え関数りの係数Ｃを示す特性
図、第７図（ａｔ、　（ｂｌ、　（ｃ）はＸ軸に誤差（
Ｘ１）、Ｙ軸に操舵角速度（Ｘ２）をとった位相面軌道
を示す図、第８図は駆動回路（１８０）の詳細を示す回
路図、第９図は電流指令（ｉｌｆに対するモータ電流を
示す特性図である。 １ａ・・・前輪操舵角センサ、１ｂ・・・車速センサ。 １ｃ・・・ヨーレイトセンサ、２・・・後輪操舵角セン
サ。 ４・・・減速ギア、５・・・直流サーボモータ、６・・
・電気的制御装置、８・・・後輪、９・・・前輪、Ｍｌ
・・・状態検出手段、Ｍ２・・・操舵角検出手段、Ｍ３
・・・操舵角速度検出手段、Ｍ４・・・目標操舵角演算
手段、Ｍ５・・・操舵状態判別手段、Ｍ６・・・誤差演
算手段、Ｍ７・・・制御手段、Ｍ８・・・駆動手段、Ｍ
９・・・操舵機構。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 第５図 庫止 （ａ） 前輪撞蛇商１区６１ ／Ｊ−□７； （ｂ） 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的指令値を受けて、車輪の操舵角を調整する
   サーボ機構を備えた操舵機構と、 車両の走行状態を検出する状態検出手段と、前記操舵機
   構の実操舵角を検出して実操舵角（θｒ）信号を出力す
   る操舵角検出手段と、前記状態検出器からの状態信号に
   応じて前記操舵機構の目標操舵角（θｃ）を求める目標
   操舵角演算手段と、 前記目標操舵角（θｃ）と前記実操舵角（θｒ）とから
   誤差（Ｘ１）を求める誤差演算手順と、車輪の操舵角速
   度（Ｘ２）を求める操舵角速度検出手段と、 前記誤差（Ｘ１）と前記操舵角速度（Ｘ２）に基づいて
   、前記操舵機構が操舵終了状態にあるか否かを判別し、
   操舵終了状態にあるとき終了状態信号を出力する操舵状
   態判別手段と 前記誤差（Ｘ１）と前記操舵角速度（Ｘ２）とから両者
   が零へ収束すべく条件を満たす切り換え関数を求め、か
   つ前記終了状態信号に応じて前記収束の速度を減少すべ
   く出力を補正するとともに、前記切り換え関数に基づい
   て求められる切り換え線に拘束されつつ、前記誤差（Ｘ
   １）と前記操舵角速度（Ｘ２）を零へ収束すべく電気的
   指令値を出力する制御手段と、 前記制御手段からの電気的指令値に応じて前記サーボ機
   構を駆動する駆動手段と、 を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. （２）前記制御手段は、前記切り換え関数Ｌ１、Ｌ２を
   、次式 Ｌ１＝Ｃ・Ｘ１−Ｘ２、Ｌ２＝Ｌ１・Ｘ１ （但し、ＣはＣ＞０なる係数）より算出する切り換え関
   数演算手段と、 前記誤差（Ｘ１）と前記切り換え関数Ｌ２とから前記サ
   ーボ機構への電気的指令値の基本項（Ｉｂ）を次式 （ａ）Ｌ２≧０のときＩｂ＝Ｇａ・Ｘ１ （ｂ）Ｌ２＜０のときＩｂ＝Ｇｂ・Ｘ１ （但し、Ｇａ、Ｇｂは係数）より算出する基本項演算手
   段と、 前記切り換え関数Ｌ１から前記サーボ機構への電気的指
   令値の補正項（Ｉｍ）を次式 （ａ）Ｌ１≧０のときＩｍ＝Ｍ （ｂ）Ｌ１＜０のときＩｍ＝−Ｍ （但し、ＭはＭ≧０なる変数）により算出するとともに
   、前記操舵状態判定手段からの終了状態信号に応じて前
   記変数Ｍを小さくすべく補正する補正項演算手段と、 前記基本項（Ｉｂ）と前記補正項（Ｉｍ）とから前記電
   気的指令値の最終指令値Ｉｆ（Ｉｆ＝Ｉｂ＋Ｉｍ）を算
   出する最終指令値演算手段を備えることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の車両用操舵装置。
3. （３）前記操舵状態判別手段は、前記誤差（Ｘ１）と、
   前記操舵角速度（Ｘ２）とが共に所定の範囲に入ったと
   き、すなわち、 −ｅ≦Ｘ１≦ｅかつ−ｖ≦Ｘ２≦ｖ（但し、ｅ、ｖはｅ
   ＞０、ｖ＞０なる定数）となったときを、操舵終了状態
   と判定し、それ以外のときを操舵中と判定することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の車両
   用操舵装置。
4. （４）前記補正項演算手段で算出される前記変数Ｍは、
   前記操舵状態判別結果が、操舵中から操舵終了状態に変
   化したときは、Ｍ＝Ｍａから所定時間毎に所定量づつ減
   少してＭ＝Ｍｂ（Ｍａ＞Ｍｂ≧０）とすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項または第３項のいず
   れかに記載の車両用操舵装置。