(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトを回転駆動するステアリング駆動手段と、
前記ステアリングシャフトの回転角度を角度検出値として出力するステアリング角度検出手段と、
前記ステアリングシャフトの目標角度と前記角度検出値に基づくステアリング角度との角度偏差に基づいて、前記ステアリングシャフトに印加すべき目標トルクを算出する目標トルク演算手段とを備え、
前記ステアリング駆動手段を介して前記目標トルクを前記ステアリングシャフトに印加して、前記ステアリング角度を前記目標角度と一致するように制御する車両のステアリング角度制御装置において、
前記ステアリング角度検出手段は、
前記ステアリングシャフトが回転可能な第１の角度範囲にわたって回転位置に比例した第１の角度検出値を出力する第１のポテンショメータと、
前記ステアリングシャフトの中立点を含み且つ前記第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲にわたって回転位置に比例した第２の角度検出値を出力する第２のポテンショメータとを含み、
前記目標トルク演算手段は、前記第１および第２の角度検出値に基づいて前記ステアリング角度を算出する角度演算処理部を含み、
前記角度演算処理部は、
前記第１の角度検出値が前記第２の角度範囲外にある場合には、前記第１の角度検出値を前記ステアリング角度として出力し、
前記第１の角度検出値が前記第２の角度範囲内にある場合には、前記第２の角度検出値を前記ステアリング角度として出力するとともに、
前記第１および第２の角度検出値を重み付けして合成するための重み付け合成手段を含み、
前記第１および第２の角度検出値が切り換えられる角度位置の近傍範囲においては、前記重み付け合成手段の出力値を前記ステアリング角度として出力し、
前記重み付け合成手段は、前記近傍範囲において相補的に且つ徐々に可変設定される第１および第２の重み付け係数を用い、前記第１および第２の角度検出値に前記第１および第２の重み付け係数をそれぞれ乗算して加算した値を出力し、
前記第１の重み付け係数は、前記第２の角度範囲外においては１に設定され、且つ前記第２の角度範囲内においては０に設定され、
前記第２の重み付け係数は、前記第２の角度範囲外においては０に設定され、且つ前記第２の角度範囲内においては１に設定されたことを特徴とする車両のステアリング角度制御装置。
【請求項２】
前記角度演算処理部は、
前記第１および第２の角度検出値の検出値偏差に基づいて、前記第１および第２のポテンショメータの間のオフセット誤差を算出するオフセット誤差演算手段と、
前記オフセット誤差を用いて前記第１および第２の角度検出値の少なくとも一方を補正する補正手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項３】
前記オフセット誤差演算手段は、前記検出値偏差のヒストグラムを算出するヒストグラム演算手段を含み、前記ヒストグラムのうちの出現頻度の最も多い検出値偏差を前記オフセット誤差として出力することを特徴とする請求項２に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項４】
前記オフセット誤差演算手段は、フィルタ処理手段を含み、相補的に設定された第１および第２のフィルタ係数を用い、前記検出値偏差の今回値および前回値に前記第１および第２のフィルタ係数をそれぞれ乗算して加算した値を、前記オフセット誤差として出力することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項５】
前記オフセット誤差演算手段は、前記検出値偏差の今回値と前回値との偏差が許容値以上の場合には、前記オフセット誤差の前回値を出力することを特徴とする請求項４に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項６】
前記オフセット誤差演算手段は、
前記第１の角度検出値が前記第２の角度範囲内にある場合には、前記検出値偏差に基づいて前記オフセット誤差を出力し、
前記第１の角度検出値が前記第２の角度範囲外にある場合には、前記検出値偏差の前回値を前記オフセット誤差として出力することを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれかに記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項７】
前記第２のポテンショメータは、前記第２のポテンショメータの１回転毎に同一値を繰り返すように前記第２の角度検出値を出力することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項８】
前記第１および第２の角度検出値に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角速度をステアリング角速度として算出するステアリング角速度演算手段を備え、
前記目標トルク演算手段は、前記ステアリングシャフトの目標角速度と前記ステアリング角速度との角速度偏差に基づいて前記目標トルクを算出することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項９】
前記ステアリング角速度演算手段は、
前記第１の角度検出値が前記第２の角度範囲外にある場合には、前記第１の角度検出値に基づいて前記ステアリング角速度を算出し、
前記第１の角度検出値が前記第２の角度範囲内にある場合には、前記第２の角度検出値に基づいて前記ステアリング角速度を算出することを特徴とする請求項８に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項１０】
前記ステアリング角速度演算手段は、
前記第１および第２の角度検出値から第１および第２のステアリング角速度をそれぞれ算出する第１および第２のステアリング角速度演算部と、
前記第１および第２のステアリング角速度を重み付けして合成するための重み付け合成手段とを含み、
前記第１および第２の角度検出値が切り換えられる角度位置の近傍範囲においては、前記重み付け合成手段の出力値を前記ステアリング角速度として算出することを特徴とする請求項９に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【請求項１１】
前記第２のポテンショメータは、前記第２のポテンショメータの１回転毎に同一値を繰り返すように前記第２の角度検出値を出力し、
前記ステアリング角速度演算手段は、
前記第２の角度検出値が直線的に変化する角度範囲においては、前記第２の角度検出値に基づいて前記ステアリング角速度を算出し、
前記第２の角度検出値が急変する角度の近傍範囲においては、前記第１の角度検出値に基づいて前記ステアリング角速度を算出することを特徴とする請求項８に記載の車両のステアリング角度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングシャフトの回転角度（ステアリング角度）を目標値に自動制御する車両のステアリング角度制御装置に関し、特に広いステアリング角度範囲にわたって制御精度を向上させた車両のステアリング角度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえば自動車技術会の学術講演前刷集９４４（１９９４−１０）に参照されるように、省人化による生産性の向上や作業改善などを目的として、無線操縦式構内専用車両（以下、「無線操縦車両」という）のステアリング角度を目標角度に自動制御する装置はよく知られている。
【０００３】
この種の無線操縦車両のステアリング角度を制御するためには、ステアリングシャフトの回転角度を絶対値として検出する必要があるが、現状では、ポテンショメータの検出電圧をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換して角度検出値としている。
【０００４】
また、同様の自動制御装置は、たとえば特開平９−２５８８２２号公報の車両用無線操縦装置や特開昭６１−１３１０６号公報の車両用操舵角検出装置などに参照することができる。
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載された従来装置は、ステアリング角度の制御精度および制御応答性が不足しているので、たとえば高速道路などの自動車専用道路における自動運転制御装置に適用しようとした場合に、十分な制御性が得られず、車線内走行を持続することが困難になるおそれがある。
【０００６】
また、ステアリング角度の制御精度および制御応答性を向上させるためには、ステアリング角度の検出精度を高める必要があるが、ポテンショメータを用いた場合にＡ／Ｄコンバータの分解能を高めようとすると、ノイズの影響を受け易くなってしまい、結局、検出精度を十分に向上させることはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両のステアリング角度制御装置は以上のように、ステアリング角度の制御精度および制御応答性が不足しているので、自動車専用道路における自動運転などに適用することができないという問題点があった。
【０００８】
また、ステアリング角度の制御精度および応答性を向上させるために、Ａ／Ｄコンバータの分解能を高めてポテンショメータの検出精度を高めようとすると、ノイズの影響を受け易くなり、結局、ステアリング角度の検出精度を十分に向上させることができないという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、全ステアリング角度に相当する第１の角度範囲では第１のポテンショメータの角度検出値を用い、ステアリング角度の中立点付近の狭い第２の角度範囲では分解能の高い第２のポテンショメータの角度検出値を用いて、広い範囲にわたって制御精度を向上させた車両のステアリング角度制御装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る車両のステアリング角度制御装置は、ステアリングシャフトを回転駆動するステアリング駆動手段と、ステアリングシャフトの回転角度を角度検出値として出力するステアリング角度検出手段と、ステアリングシャフトの目標角度と角度検出値に基づくステアリング角度との角度偏差に基づいて、ステアリングシャフトに印加すべき目標トルクを算出する目標トルク演算手段とを備え、ステアリング駆動手段を介して目標トルクをステアリングシャフトに印加して、ステアリング角度を目標角度と一致するように制御する車両のステアリング角度制御装置において、ステアリング角度検出手段は、ステアリングシャフトが回転可能な第１の角度範囲にわたって回転位置に比例した第１の角度検出値を出力する第１のポテンショメータと、ステアリングシャフトの中立点を含み且つ第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲にわたって回転位置に比例した第２の角度検出値を出力する第２のポテンショメータとを含み、目標トルク演算手段は、第１および第２の角度検出値に基づいてステアリング角度を算出する角度演算処理部を含み、角度演算処理部は、第１の角度検出値が第２の角度範囲外にある場合には、第１の角度検出値をステアリング角度として出力し、第１の角度検出値が第２の角度範囲内にある場合には、第２の角度検出値をステアリング角度として出力するとともに、角度演算処理部は、第１および第２の角度検出値を重み付けして合成するための重み付け合成手段を含み、第１および第２の角度検出値が切り換えられる角度位置の近傍範囲においては、重み付け合成手段の出力値をステアリング角度として出力し、重み付け合成手段は、近傍範囲において相補的に且つ徐々に可変設定される第１および第２の重み付け係数を用い、第１および第２の角度検出値に第１および第２の重み付け係数をそれぞれ乗算して加算した値を出力し、第１の重み付け係数は、第２の角度範囲外においては１に設定され、且つ第２の角度範囲内においては０に設定され、第２の重み付け係数は、第２の角度範囲外においては０に設定され、且つ第２の角度範囲内においては１に設定されたものである。
【００１２】
また、この発明の請求項２に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項１において、角度演算処理部は、第１および第２の角度検出値の検出値偏差に基づいて、第１および第２のポテンショメータの間のオフセット誤差を算出するオフセット誤差演算手段と、オフセット誤差を用いて第１および第２の角度検出値の少なくとも一方を補正する補正手段とを含むものである。
【００１３】
また、この発明の請求項３に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項２において、オフセット誤差演算手段は、検出値偏差のヒストグラムを算出するヒストグラム演算手段を含み、ヒストグラムのうちの出現頻度の最も多い検出値偏差をオフセット誤差として出力するものである。
【００１４】
また、この発明の請求項４に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項２または請求項３において、オフセット誤差演算手段は、フィルタ処理手段を含み、相補的に設定された第１および第２のフィルタ係数を用い、検出値偏差の今回値および前回値に第１および第２のフィルタ係数をそれぞれ乗算して加算した値を、オフセット誤差として出力するものである。
【００１５】
また、この発明の請求項５に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項４において、オフセット誤差演算手段は、検出値偏差の今回値と前回値との偏差が許容値以上の場合には、オフセット誤差の前回値を出力するものである。
【００１６】
また、この発明の請求項６に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項２から請求項５までのいずれか１項において、オフセット誤差演算手段は、第１の角度検出値が第２の角度範囲内にある場合には、検出値偏差に基づいてオフセット誤差を出力し、第１の角度検出値が第２の角度範囲外にある場合には、検出値偏差の前回値をオフセット誤差として出力するものである。
【００１７】
また、この発明の請求項７に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項１から請求項６までのいずれか１項において、第２のポテンショメータは、第２のポテンショメータの１回転毎に同一値を繰り返すように第２の角度検出値を出力するものである。
【００１８】
また、この発明の請求項８に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項１から請求項６までのいずれか１項において、第１および第２の角度検出値に基づいて、ステアリングシャフトの回転角速度をステアリング角速度として算出するステアリング角速度演算手段を備え、目標トルク演算手段は、ステアリングシャフトの目標角速度とステアリング角速度との角速度偏差に基づいて目標トルクを算出するものである。
【００１９】
また、この発明の請求項９に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項８において、ステアリング角速度演算手段は、第１の角度検出値が第２の角度範囲外にある場合には、第１の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出し、第１の角度検出値が第２の角度範囲内にある場合には、第２の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出するものである。
【００２０】
また、この発明の請求項１０に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項９において、ステアリング角速度演算手段は、第１および第２の角度検出値から第１および第２のステアリング角速度をそれぞれ算出する第１および第２のステアリング角速度演算部と、第１および第２のステアリング角速度を重み付けして合成するための重み付け合成手段とを含み、第１および第２の角度検出値が切り換えられる角度位置の近傍範囲においては、重み付け合成手段の出力値をステアリング角速度として算出するものである。
【００２１】
また、この発明の請求項１１に係る車両のステアリング角度制御装置は、請求項８において、第２のポテンショメータは、第２のポテンショメータの１回転毎に同一値を繰り返すように第２の角度検出値を出力し、ステアリング角速度演算手段は、第２の角度検出値が直線的に変化する角度範囲においては、第２の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出し、第２の角度検出値が急変する角度の近傍範囲においては、第１の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に関連した装置を概略的に示すブロック構成図であり、図２は図１内のコントローラ２０の具体的構成を示す機能ブロック図、図３および図４は図１内の第１および第２のポテンショメータ１１、１２（ステアリング角度検出手段）の出力特性を示す説明図である。
【００２３】
図１において、運転者により操作されるハンドル１のステアリングシャフト２には、ステアリングシャフト２を回転駆動するステアリング駆動手段として、モータ１０が設けられている。モータ１０は、パワーステアリング用の駆動手段としても用いられ得る。
【００２４】
モータ１０には、ステアリングシャフト２の回転角度θ（ステアリング角度）を検出するステアリング角度検出手段として、第１のポテンショメータ１１および第２のポテンショメータ１２が設けられている。
【００２５】
第１のポテンショメータ１１は、ステアリングシャフト２が回転可能な第１の角度範囲Ｄ１（たとえば、±９００°）にわたって回転位置に比例した第１の角度検出値θ１を出力する。
【００２６】
第２のポテンショメータ１２は、ステアリングシャフト２の中立点（０°）を含み且つ第１の角度範囲Ｄ１よりも狭い第２の角度範囲Ｄ２（たとえば、±１８０°）にわたって回転位置に比例した第２の角度検出値θ２を出力する。
第１および第２の角度検出値θ１、θ２は、マイクロコンピュータからなるコントローラ２０に入力される。
【００２７】
コントローラ２０は、第１、第２の角度検出値θ１、θ２のみならず、他の各種センサ（図示せず）からの運転情報などに基づいて、モータ１０の目標トルクを演算し、目標トルクに相当するモータ電流ｉＭをモータ１０に供給する。
【００２８】
図２において、コントローラ２０は、目標角度算出部２１、角度演算処理部２２、減算手段２３および出力バッファ２４を備えており、これらは、ステアリングシャフト２に印加すべき目標トルク（モータ電流ｉＭに相当）を算出する目標トルク演算手段を構成している。
【００２９】
目標角度算出部２１は、各種の運転情報に基づいてステアリングシャフト２の目標角度θｏを算出する。
角度演算処理部２２は、第１および第２の角度検出値θ１、θ２に基づいて、ステアリング角度θｄを最終的な検出値として出力する。
【００３０】
減算手段２３は、目標角度θｏとステアリング角度θｄとの角度偏差Δθを算出し、出力バッファ２４は、角度偏差Δθを増幅（ゲインＫ１倍）して、ステアリングシャフト２の目標トルクに対応したモータ電流ｉＭをモータ１０（ステアリング駆動手段）に出力する。
【００３１】
これにより、コントローラ２０は、モータ１０を介して目標トルクをステアリングシャフト２に印加し、ステアリング角度θｄが目標角度θｏと一致するようにハンドル１を自動制御する。
【００３２】
図３、図４において、横軸はハンドル１（ステアリングシャフト２）の回転角度θであり、縦軸は各角度検出値（センサ出力電圧）θ１、θ２である。
図３において、第１の角度検出値θ１は、ステアリングシャフト２の全回転範囲となる広い第１の角度範囲Ｄ１（±９００°）にわたって線形な出力特性を有する。
【００３３】
図４において、第２の角度検出値θ２は、ステアリングシャフト２の中立点付近の狭い第２の角度範囲Ｄ２（±１８０°）にわたって線形な出力特性を有する。
ここでは、第２のポテンショメータ１２は、安価なセンサで構成され、１回転（３６０°）毎に同一値からなる第２の角度検出値θ２を繰り返し出力するものとする。
【００３４】
図３および図４から明らかなように、第１の角度検出値θ１は、ステアリングシャフト２の全回転領域をカバーしているが、ステアリングシャフト２の中立点付近においては、第１の角度検出値θ１よりも第２の角度検出値θ２の方が変化率が大きく分解能が高くなっている。
【００３５】
次に、図３および図４を参照しながら、図１および図２に示した装置の動作について説明する。
ステアリング角度制御によって車両の自動運転を行う場合、高速走行時の直進状態においては、ステアリングシャフト２が中立点付近に制御されるので、高い分解能のステアリング角度θｄが必要となる。
【００３６】
一方、低速走行時にハンドル１が大きく切られている状態においては、ステアリングシャフト２が中立点から大きく外れた回転位置に制御されるので、それほど高い分解能のステアリング角度θｄは要求されない。
【００３７】
また、一般に、ハンドル１の回転角度θの操作範囲は、左右両方向に対してそれぞれ２回転（±７２０°）程度であり、ステアリング角度検出手段は比較的広い角度範囲をカバーする必要がある。
【００３８】
したがって、ステアリング角度検出手段として、互いに異なる出力特性を有する第１のポテンショメータ１１と第２のポテンショメータ１２とが用いられる。第１のポテンショメータ１１は、ハンドル１の全回転領域に相当する第１の角度範囲Ｄ１（±９００°）をカバーする出力特性（図３参照）で第１の角度検出値θ１をコントローラ２０に出力する。
【００３９】
また、第２のポテンショメータ１２は、ハンドル１の中立点を含み且つ狭く限定された第２の角度範囲Ｄ２（±１８０°）にわたって、高い分解能の線形出力特性（図４参照）の第２の角度検出値θ２をコントローラ２０に出力する。
【００４０】
コントローラ２０内の角度演算処理部２２は、ハンドル１の回転角度θが大きく、第１の角度検出値θ１が第２の角度範囲Ｄ２（±１８０°）から逸脱している場合には、第１の角度検出値θ１をステアリング角度θｄとして出力する。
【００４１】
一方、ハンドル１の回転角度θが小さく、第１の角度検出値θ１が第２の角度範囲Ｄ２（±１８０°）内にある場合には、高速直進運転状態と見なされて、高い分解能が要求されるので、第２の角度検出値θ２をステアリング角度θｄとして出力する。
【００４２】
以下、コントローラ２０は、減算手段２３および出力バッファ２４を介して、モータ電流ｉＭをモータ１０に供給し、目標角度θｏと一致するように、ステアリング角度θｄをフィードバック制御する。
【００４３】
このように、ハンドル１の全回転領域をカバーする第１の角度検出値θ１に応じて、ハンドル１の回転角度θを検出するためのポテンショメータを切り換えることにより、中立点付近で精度がよく且つ全回転領域の角度範囲をカバーして、検出範囲の広さと分解能の両立を実現することができる。
【００４４】
また、一般に高分解能のポテンショメータは高価であり、コストアップを招くおそれがあるが、第２のポテンショメータ１２として、１回転毎に同じ検出値を繰り返す出力特性（図４参照）の汎用品を用いたので、安価に構成することができる。
【００４５】
上記装置では、第２の角度範囲Ｄ２の境界位置での第１および第２の角度検出値θ１、θ２を切り換え時に発生する不連続部分について考慮しなかったが、各ポテンショメータの検出値θ１、θ２は、センサ組み付け時の誤差などによりオフセットされるおそれがある。
【００４６】
したがって、角度検出値θ１、θ２の切り換え時にステアリング角度θｄが急変するので、フィードバック制御がうまく動作せずに、制御対象となるハンドル１の回転角度θが急変して振動するなど、不安定な制御状態を引き起こすおそれがある。
【００４７】
そこで、センサ切り換え時において、第１および第２の角度検出値θ１、θ２の切り換え部分をなめらかに変化させることが望ましい。
以下、各角度検出値θ１、θ２の切り換え部分をなめらかにしたこの発明の実施の形態１を図について説明する。
【００４８】
図５はこの発明の実施の形態１による角度演算処理部２２Ａを示す機能ブロック図であり、図６は角度演算処理部２２Ａ内の重み付け合成手段により用いられる第１および第２の重み付け係数Ｗ１およびＷ２の変化を示す説明図である。
【００４９】
図５において、角度演算処理部２２Ａは、第１の角度検出値θ１に重み付け係数Ｗ１を乗算する乗算手段２５と、第２の角度検出値θ２に重み付け係数Ｗ２を乗算する乗算手段２６と、各乗算手段２５および２６の乗算値を加算してステアリング角度θｄとして出力する加算手段２７とを備えている。
【００５０】
乗算手段２５、２６および加算手段２７は、第１および第２の角度検出値θ１、θ２を重み付けして合成するための重み付け合成手段を構成しており、各角度検出値θ１、θ２が切り換えられる角度位置の近傍範囲Ｄｎにおいて、重み付け合成されたステアリング角度θｄを出力する。
【００５１】
図６において、横軸はハンドル１の回転角度θ［°］、縦軸は各重み付け係数Ｗ１、Ｗ２の値（０〜１）を示している。
各角度検出値θ１、θ２が切り換えられる角度位置の近傍範囲Ｄｎは、たとえば、−１０８°を中心とした範囲（−１４４°〜−７２°）と、＋１０８°を中心とした範囲（７２°〜１４４°）とに設定される。
【００５２】
各乗算手段２５、２６で用いられる重み付け係数Ｗ１、Ｗ２は、近傍範囲Ｄｎ（図６参照）において、「０」から「１」の範囲で相補的に且つ徐々に可変設定される。
【００５３】
すなわち、第１の重み付け係数Ｗ１は、第２の角度範囲Ｄ２の外側においては「１」に設定され、第２の角度範囲Ｄ２内においては「０」に設定される。
また、第２の重み付け係数Ｗ２は、第２の角度範囲Ｄ２の外側においては「０」に設定され、第２の角度Ｄ２内においては「１」に設定される。
【００５４】
これにより、使用センサが切り換えられても、各角度検出値θ１、θ２が瞬時に切り換えられることはなく、図６のように、一方の検出値から他方の検出値へと徐々に移行していく。したがって、重み付け後の各角度検出値の和をとれば、ステアリング角度θｄの変化量は著しく抑制される。
【００５５】
このように、角度演算処理部２２Ａに重み付け合成手段を設けることにより、各角度検出値θ１、θ２の切り換え時の変化が緩やかとなり、使用センサの切り換え位置（近傍範囲Ｄｎ）で発生する検出値の不連続部分は、なめらかに補正される。
【００５６】
したがって、角度検出誤差の発生原因となる２つのポテンショメータ１１および１２のオフセット誤差による影響が抑制され、実際の回転角度θと角度検出値（ステアリング角度）θｄとの関係をほぼ直線的にすることができる。
また、角度検出値の急変によるステアリング角度制御に対する悪影響を防止することができる。
【００５７】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、重み付け合成手段を用いてオフセット誤差の影響を軽減させたが、積極的にオフセット誤差を求めてオフセット誤差分を補正した値からステアリング角度θｄを算出してもよい。
【００５８】
以下、オフセット誤差分を補正したこの発明の実施の形態２を図について説明する。
図７はこの発明の実施の形態２による角度演算処理部２２Ｂを示すブロック図であり、図７において、角度演算処理部２２Ｂは、減算手段２８および加算手段２９を備えている。
【００５９】
減算手段２８は、オフセット誤差演算手段を構成しており、第１および第２の角度検出値θ１およびθ２の検出値偏差Δθｄを、第１および第２のポテンショメータ１１、１２の間のオフセット誤差として出力する。
【００６０】
加算手段２９は、検出値偏差Δθｄを用いてオフセット誤差を補正する補正手段を構成しており、検出値偏差Δθｄを第１の角度検出値θ１に加算してステアリング角度θｄを出力する。
【００６１】
図７においては、第１の角度検出値θ１を補正した場合を示しているが、角度演算処理部２２Ｂは、第１および第２の角度検出値θ１、θ２の少なくとも一方を補正することができる。
【００６２】
このように、オフセット誤差を補正してステアリング角度θｄを算出することにより、実際の回転角度θと角度検出値（ステアリング角度）θｄとの関係を直線的に補正することができ、第１および第２のポテンショメータ１１、１２の取り付け時の誤差成分による制御に対する悪影響を防止することができる。
【００６３】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、オフセット誤差に相当する検出値偏差Δθｄを無条件で算出したが、オフセット誤差を算出する際に統計処理を考慮して、ヒストグラムを用いてもよい。
【００６４】
以下、ヒストグラムを用いてオフセット誤差を算出したこの発明の実施の形態３を図について説明する。
図８はこの発明の実施の形態３による角度演算処理部２２Ｃを示すブロック図であり、図８において、角度演算処理部２２Ｃ内のオフセット誤差演算手段は、減算手段２８に加えて、ヒストグラム演算手段２８Ｃを備えている。
【００６５】
ヒストグラム演算手段２８Ｃは、検出値偏差Δθｄのヒストグラムを算出し、ヒストグラムのうちの出現頻度の最も多い検出値偏差Δθｄをオフセット誤差として加算手段２９に出力する。
【００６６】
このように、ヒストグラムを作成して、最も出現頻度の高い検出値偏差Δθｄをオフセット誤差（補正値）とすることにより、各角度検出値θ１、θ２に単発的なノイズが重畳されても、ノイズの影響で異常なステアリング角度θｄが算出されることはなく、制御の信頼性をさらに向上させることができる。
【００６７】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態３では、ノイズの影響を除去するためにヒストグラムを用いたが、フィルタ処理を用いてもよい。
以下、フィルタ処理を用いてオフセット誤差を算出したこの発明の実施の形態４を図について説明する。
【００６８】
図９はこの発明の実施の形態４による角度演算処理部２２Ｄを示すブロック図であり、図９において、角度演算処理部２２Ｄ内のオフセット誤差演算手段は、減算手段２８に加えて、フィルタ処理手段２８Ｄを備えている。
フィルタ処理手段２８Ｄは、オフセット誤差を算出する際に、オフセット誤差の前回値を用いた時間的なフィルタ演算を行う。
【００６９】
すなわち、フィルタ処理手段２８Ｄは、相補的に設定された第１および第２のフィルタ係数を用い、検出値偏差Δθｄの今回値および前回値に第１および第２のフィルタ係数をそれぞれ乗算して加算した値を、オフセット誤差として加算手段２９に出力する。
【００７０】
このように、時間的フィルタ処理した値をオフセット誤差（補正値）とすることにより、各角度検出値θ１、θ２に単発的なノイズが重畳されても、ノイズの影響で異常なステアリング角度θｄが算出されることはなく、制御の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態４では、フィルタ処理手段２８Ｄが無条件でフィルタ処理を実行したが、単発的な異常値をフィルタ処理に用いないようにしてもよい。
【００７２】
この場合、オフセット誤差演算手段内のフィルタ処理手段２８Ｄは、オフセット誤差を時間的にフィルタ処理する際に、前回値と大きく異なる値を除外して、フィルタ処理演算に関与させないようにする。
【００７３】
すなわち、フィルタ処理手段２８Ｄは、検出値偏差Δθｄ（オフセット誤差）が急変して、検出値偏差Δθｄの今回値と前回値との偏差が許容値以上となった場合には、オフセット誤差の前回値を保持し、この前回値をオフセット誤差（補正値）として出力する。
【００７４】
これにより、単発的なノイズの重畳により異常値が検出された場合でも、オフセット誤差が誤算出されて制御に悪影響をおよぼすのを防止することができる。
【００７５】
実施の形態６．
なお、上記実施の形態２〜５では、オフセット誤差の算出条件として、回転角度θ（ステアリング角度）を考慮しなかったが、オフセット誤差の算出に適した角度範囲（すなわち、中立点付近）のときのみに、オフセット誤差を算出してもよい。
【００７６】
この場合、オフセット誤差演算手段は、第１の角度検出値θ１が第２の角度範囲Ｄ２内（±１８０°）にある場合には、検出値偏差Δθｄに基づいてオフセット誤差を出力し、第１の角度検出値θ１が第２の角度範囲Ｄ２の外側にある場合には、オフセット誤差の前回値を出力する。
【００７７】
このように、ハンドル１の中立点付近のみでオフセット誤差（補正値）を演算することにより、異常なオフセット誤差の算出を防止し、制御への悪影響を防止することができる。
【００７８】
実施の形態７．
なお、上記実施の形態１〜６では、ステアリング角度θｄのみをフィードバック制御に用いて、ステアリング角速度ωを考慮しなかったが、ステアリング角度θｄに加えて、ステアリング角速度ωをフィードバック制御に用いてもよい。
【００７９】
以下、ステアリング角速度ωをフィードバック制御したこの発明の実施の形態７を図について説明する。
図１０はこの発明の実施の形態７によるコントローラ２０Ｅを示す機能ブロック図であり、図１０において、コントローラ２０Ｅは、前述（図２参照）の構成に加えて、角速度演算処理部３０、出力バッファ３１および減算手段３２を備えている。
【００８０】
角速度演算処理部３０は、ステアリング角速度演算手段を構成しており、第１および第２の角度検出値θ１、θ２に基づいて、ステアリングシャフト２の回転角速度をステアリング角速度ωとして算出する。
角速度演算処理部３０は、たとえば、第１の角度検出値θ１と遅延処理後の第１の角度検出値との差分値に基づいてステアリング角速度ωを算出する。
【００８１】
また、目標トルク演算手段を構成する減算手段３２は、ステアリングシャフトの目標角速度（Ｋ１・Δθ）と、出力バッファ３１を介したステアリング角速度（Ｋ２・ω）との角速度偏差（＝Ｋ１・Δθ−Ｋ２・ω）に基づいて、目標トルクに相当したモータ電流ｉＭを算出する。
【００８２】
一般に、ステアリング角度制御において、ステアリング角速度ωをフィードバック制御に加えた方が制御性がよいことが知られている。
したがって、図１０のように、ステアリング角速度ωをフィードバック制御することにより、さらに制御を安定させることができる。
【００８３】
実施の形態８．
なお、上記実施の形態７では、ステアリング角速度ωの演算に用いられる角度検出値の条件を考慮しなかったが、ステアリング角速度ωの演算に適した角度検出値からステアリング角速度ωを算出してもよい。
【００８４】
一般に、ステアリング角速度ωの算出に際しては、できるだけ分解能の高い角度検出値を用いることが望ましく、第２の角度検出値θ２の差分値を用いることにより、分解能の高いステアリング角速度ωを算出することができる。
【００８５】
すなわち、角速度演算処理部３０は、第１の角度検出値θ１が第２の角度範囲Ｄ２の外側にある場合には、第１の角度検出値θ１に基づいてステアリング角速度ωを算出する。
【００８６】
一方、第１の角度検出値θ１が第２の角度範囲Ｄ２内にある場合には、第２の角度検出値θ２が有効となるので、角速度演算処理部３０は、第２の角度検出値θ２に基づいてステアリング角速度ωを算出する。
このように、可能な限り、第２の角度検出値θ２を用いることにより、高分解能のステアリング角速度ωを算出することができる。
【００８７】
実施の形態９．
なお、上記実施の形態８では、各角度検出値θ１、θ２の切り換え時におけるステアリング角速度ωの算出値の急変について考慮しなかったが、重み付け合成手段を用いて徐々に切り換えるようにしてもよい。
【００８８】
以下、ステアリング角速度ωに対して重み付け合成手段を用いたこの発明の実施の形態９を図について説明する。
図１１はこの発明の実施の形態９による角速度演算処理部３０Ｆの具体的構成を示すブロック図である。
【００８９】
図１１において、角速度演算処理部３０Ｆは、各角度検出値θ１、θ２をそれぞれ遅延処理するデジタルディレイ回路３３、３４と、遅延処理する前後の各角度検出値θ１、θ２の差分値Δθ１、Δθ２を算出する減算手段３５、３６と、各差分値Δθ１、Δθ２に重み付け係数Ｗ３、Ｗ４を乗算する乗算手段３７、３８と、乗算手段３７、３８の各出力値Ｗ３・Δθ１、Ｗ４・Δθ２を加算してステアリング角速度ωとして出力する加算手段３９とを備えている。
【００９０】
デジタルディレイ回路３３および減算手段３５は、第１の角度検出値θ１から差分値Δθ１（第１のステアリング角速度）を算出する第１のステアリング角速度演算部を構成している。
【００９１】
デジタルディレイ回路３４および減算手段３６は、第２の角度検出値θ２から差分値Δθ２（第２のステアリング角速度）を算出する第２のステアリング角速度演算部を構成している。
【００９２】
乗算手段３７、３８および加算手段３９は、各差分値Δθ１、Δθ２（第１および第２のステアリング角速度）を重み付けして合成するための重み付け合成手段を構成しており、各角度検出値θ１、θ２が切り換えられる角度位置の近傍範囲Ｄｎにおいては、加算手段３９の出力値をステアリング角速度ωとして算出する。
【００９３】
このように、角速度演算処理部３０Ｆに重み付け合成手段を設けることにより、各角度検出値θ１、θ２の切り換え時におけるステアリング角度ωの算出値の変化が緩やかとなり、不連続部分による制御の悪影響を防止することができる。
【００９４】
実施の形態１０．
なお、上記実施の形態７では、第２の角度範囲Ｄ２内のみにおいて、第２の角度検出値θ２をステアリング角速度ωの算出に用いたが、前述（図４参照）のように出力値を繰り返す形式の第２のポテンショメータ１２を用いた場合には、繰り返される各角度範囲内（直線的に変化する範囲内）において第２の角度検出値θ２を用いてもよい。
【００９５】
この場合、角速度演算処理部３０は、第２の角度検出値θ２が直線的に変化する各角度範囲においては、第２の角度検出値θ２に基づいてステアリング角速度を算出する。
【００９６】
しかし、図４から明らかなように第２の角度検出値θ２は１回転毎に急変するので、角速度演算処理部３０は、第２の角度検出値θ２が急変する角度位置の近傍範囲Ｄｎにおいては、第１の角度検出値θ１に基づいてステアリング角速度ωを算出する。
【００９７】
すなわち、角速度演算処理部３０は、第１の角度検出値θ１に基づいて、第２の角度検出値θ２が急変する角度位置の近傍範囲Ｄｎであるか否かを判定し、近傍範囲Ｄｎであると判定されれば第１の角度検出値θ１を用い、近傍範囲Ｄｎでないと判定されれば、第２の角度検出値θ２を用いる。
【００９８】
これにより、第２の角度検出値θ２の急変による制御への悪影響を回避することができる。
また、不安定領域では第１の角度検出値θ１を用いることにより、新たな部品を付け加えることなく、ハンドル１の全回転領域にわたって分解能の高いステアリング角速度ωを算出することができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項１によれば、ステアリングシャフトを回転駆動するステアリング駆動手段と、ステアリングシャフトの回転角度を角度検出値として出力するステアリング角度検出手段と、ステアリングシャフトの目標角度と角度検出値に基づくステアリング角度との角度偏差に基づいて、ステアリングシャフトに印加すべき目標トルクを算出する目標トルク演算手段とを備え、ステアリング駆動手段を介して目標トルクをステアリングシャフトに印加して、ステアリング角度を目標角度と一致するように制御する車両のステアリング角度制御装置において、ステアリング角度検出手段は、ステアリングシャフトが回転可能な第１の角度範囲にわたって回転位置に比例した第１の角度検出値を出力する第１のポテンショメータと、ステアリングシャフトの中立点を含み且つ第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲にわたって回転位置に比例した第２の角度検出値を出力する第２のポテンショメータとを含み、目標トルク演算手段は、第１および第２の角度検出値に基づいてステアリング角度を算出する角度演算処理部を含み、角度演算処理部は、第１の角度検出値が第２の角度範囲外にある場合には、第１の角度検出値をステアリング角度として出力し、第１の角度検出値が第２の角度範囲内にある場合には、第２の角度検出値をステアリング角度として出力するとともに、第１および第２の角度検出値を重み付けして合成するための重み付け合成手段を含み、第１および第２の角度検出値が切り換えられる角度位置の近傍範囲においては、重み付け合成手段の出力値をステアリング角度として出力し、重み付け合成手段は、近傍範囲において相補的に且つ徐々に可変設定される第１および第２の重み付け係数を用い、第１および第２の角度検出値に第１および第２の重み付け係数をそれぞれ乗算して加算した値を出力し、第１の重み付け係数は、第２の角度範囲外においては１に設定され、且つ第２の角度範囲内においては０に設定され、第２の重み付け係数は、第２の角度範囲外においては０に設定され、且つ第２の角度範囲内においては１に設定された、使用される角度検出値をなめらかに切り換えるようにしたので、ハンドルの全回転領域をカバーするとともに中立点付近で精度を向上させることができ、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、使用角度検出値の切り換え時の急変による悪影響を抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０１】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、角度演算処理部は、第１および第２の角度検出値の検出値偏差に基づいて、第１および第２のポテンショメータの間のオフセット誤差を算出するオフセット誤差演算手段と、オフセット誤差を用いて第１および第２の角度検出値の少なくとも一方を補正する補正手段とを含み、各角度検出値と回転角度との関係が直線的になるようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、使用角度検出値の切り換え時のオフセット誤差による悪影響を防止した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０２】
また、この発明の請求項３によれば、請求項２において、オフセット誤差演算手段は、検出値偏差のヒストグラムを算出するヒストグラム演算手段を含み、ヒストグラムのうちの出現頻度の最も多い検出値偏差をオフセット誤差として出力するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、単発的なノイズの重畳による悪影響を抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０３】
また、この発明の請求項４によれば、請求項２または請求項３において、オフセット誤差演算手段は、フィルタ処理手段を含み、相補的に設定された第１および第２のフィルタ係数を用い、検出値偏差の今回値および前回値に第１および第２のフィルタ係数をそれぞれ乗算して加算した値を、オフセット誤差として出力するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、ノイズの重畳による悪影響を抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０４】
また、この発明の請求項５によれば、請求項４において、オフセット誤差演算手段は、検出値偏差の今回値と前回値との偏差が許容値以上の場合には、オフセット誤差の前回値を出力するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、ノイズの重畳による悪影響を抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０５】
また、この発明の請求項６によれば、請求項２から請求項５までのいずれか１項において、オフセット誤差演算手段は、第１の角度検出値が第２の角度範囲内にある場合には、検出値偏差に基づいてオフセット誤差を出力し、第１の角度検出値が第２の角度範囲外にある場合には、検出値偏差の前回値をオフセット誤差として出力するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、正確なオフセット誤差を算出してオフセット誤差による悪影響を最適に抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０６】
また、この発明の請求項７によれば、請求項１から請求項６までのいずれか１項において、第２のポテンショメータは、第２のポテンショメータの１回転毎に同一値を繰り返すように第２の角度検出値を出力するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、コストアップを抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０７】
また、この発明の請求項８によれば、請求項１から請求項６までのいずれか１項において、第１および第２の角度検出値に基づいて、ステアリングシャフトの回転角速度をステアリング角速度として算出するステアリング角速度演算手段を備え、目標トルク演算手段は、ステアリングシャフトの目標角速度とステアリング角速度との角速度偏差に基づいて目標トルクを算出するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、制御性を安定させた車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０８】
また、この発明の請求項９によれば、請求項８において、ステアリング角速度演算手段は、第１の角度検出値が第２の角度範囲外にある場合には、第１の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出し、第１の角度検出値が第２の角度範囲内にある場合には、第２の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、高精度な角速度検出値に基づいて制御性をさらに安定させた車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１０９】
また、この発明の請求項１０によれば、請求項９において、ステアリング角速度演算手段は、第１および第２の角度検出値から第１および第２のステアリング角速度をそれぞれ算出する第１および第２のステアリング角速度演算部と、第１および第２のステアリング角速度を重み付けして合成するための重み付け合成手段とを含み、第１および第２の角度検出値が切り換えられる角度位置の近傍範囲においては、重み付け合成手段の出力値をステアリング角速度として算出するようにしたので、広い範囲にわたって制御精度を向上させるとともに、制御性を安定させ且つ角速度検出値の急変による悪影響を抑制した車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【０１１０】
また、この発明の請求項１１によれば、請求項８において、第２のポテンショメータは、第２のポテンショメータの１回転毎に同一値を繰り返すように第２の角度検出値を出力し、ステアリング角速度演算手段は、第２の角度検出値が直線的に変化する角度範囲においては、第２の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出し、第２の角度検出値が急変する角度の近傍範囲においては、第１の角度検出値に基づいてステアリング角速度を算出するようにしたので、コストアップを招くことなく、広い範囲にわたって制御精度を向上させ且つ制御性を安定させた車両のステアリング角度制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に関連した装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１内のコントローラ２０の具体的構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図１内の第１のポテンショメータの出力特性を示す説明図である。
【図４】図１内の第２のポテンショメータの出力特性を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による角度演算処理部を示す機能ブロック図である。
【図６】図５内の角度演算処理部内の重み付け合成手段により用いられる第１および第２の重み付け係数の変化を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による角度演算処理部を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３による角度演算処理部を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態４による角度演算処理部を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態７によるコントローラを示す機能ブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態９による角速度演算処理部の具体的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ハンドル、２  ステアリングシャフト、１０  モータ（ステアリング駆動手段）、１１、１２  第１、第２のポテンショメータ（ステアリング角度検出手段）、２０、２０Ｅ  コントローラ（目標トルク演算手段）、２２、２２Ａ〜２２Ｄ  角度演算処理部、２３  減算手段、２５、２６  乗算手段（重み付け合成手段）、２７  加算手段（重み付け合成手段）、２８  減算手段（オフセット誤差演算手段）、２８Ｃ  ヒストグラム演算手段、２８Ｄ  フィルタ処理手段、２９  加算手段（補正手段）、３０、３０Ｆ  角速度演算処理部（ステアリング角速度演算手段）、３２  減算手段、３３、３４  デジタルディレイ回路（第１、第２のステアリング角速度演算部）、３５、３６  減算手段（第１、第２のステアリング角速度演算部）、３７、３８  乗算手段（重み付け合成手段）、３９  加算手段（重み付け合成手段）、Ｄ１  第１の角度範囲、Ｄ２  第２の角度範囲、Ｄｎ  近傍範囲、ｉＭ  モータ電流、Ｗ１、Ｗ２  第１、第２の重み付け係数、θ  回転角度、θ１、θ２  第１、第２の角度検出値、θｏ  目標角度、θｄ  ステアリング角度、Δθ  角度偏差、Δθｄ  検出値偏差（オフセット誤差）、Ｋ１・Δθ  目標角速度、ω  ステアリング角速度。
【図１】
0003625391.tif 000002
【図２】
0003625391.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003625391.tif 000009
【図９】
0003625391.tif 000010
【図１０】
0003625391.tif 000011
【図１１】
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