(57)【要約】【課題】  複数のアクチュエータを備えたステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置において、各アクチュエータ間の制御干渉を防止する。【解決手段】  ステアリングラック３を駆動する２つのモータ６，７と、このモータ６，７を制御するコントローラ１１とを備えた車両用操舵装置において、コントローラ１１は、各モータ６，７の発生すべき合計目標トルクを、前輪転舵角を含まないフィードフォワード分とそれ以外のフィードバック分との合計とし、かつ、フィードバック分が一つのモータ６のみに配分されるように、各モータ６，７への配分トルクを決定する。【選択図】      図１
2005225354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵入力を受けるハンドルと機械的に切り離された前輪転舵用ステアリングギアと、
この前輪転舵用ステアリングギアに連結され、前輪を操舵するトルクを発生する複数のアクチュエータと、
少なくともハンドル角と前輪転舵角を含む信号に応じた目標転舵角に基づき、前記複数のアクチュエータの発生すべき合計目標トルクおよびそれに応じた各アクチュエータへの配分トルクを決定するトルク決定手段と、
配分トルクに基づいて各アクチュエータの実トルクを制御するアクチュエータ駆動手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記トルク決定手段は、複数のアクチュエータの発生すべき合計目標トルクを、前輪転舵角を含まないフィードフォワード分とそれ以外のフィードバック分との合計とし、
かつ、フィードバック分が一つのアクチュエータのみに配分されるように、各アクチュエータへの配分トルクを決定することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
目標転舵角をδ*、目標転舵角δ*に対する実転舵角δの目標値応答をF(s)、制御対象モデルをP(s)、フィードバック制御器をC(s)としたとき、
前記トルク決定手段は、
合計目標トルクのフィードフォワード分を、F(s)／P(s)δ*×とし、
フィードバック分を、{F(s)×δ*−δ}×C(s)として各アクチュエータへのトルク配分を決定することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置において、
前輪転舵角を検出する前輪転舵角センサを、フィードバック分が配分されるアクチュエータの近接位置、またはそのアクチュエータに取り付けたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
車両の車速を検出する車速検出手段を設け、
前記トルク決定手段は、車速に応じて各アクチュエータに対するフィードフォワード分の配分を変化させることを特徴とする、車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用操舵装置において、
前記トルク決定手段は、各アクチュエータの配分が等しくなる方向にフィードフォワード分の配分を設定することを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドルと前輪転舵用ステアリングギアが機械的に切り離された、いわゆるステアバイワイヤ方式による車両用操舵装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の操舵制御装置は、操舵ハンドルの操作量に応じて転舵軸を変位駆動しているが、この際の駆動源となる転舵軸モータを２台備えており、２台の転舵軸モータを同時に駆動させることで、転舵軸を変位駆動している。
【０００３】
このように、駆動系を２系統備えることで、一方の転舵軸モータに故障が発生した場合にも、もう一方の転舵軸モータによって転舵軸を変位駆動することが可能であるため、操舵不能となる事態を回避している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−３８２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の操舵制御装置にあっては、２台の転舵軸モータの制御には、双方の転舵軸モータに対し、操舵ハンドルの操作量と転舵軸の変位量とに基づいて演算された同一の制御量が与えられるため、機械的な変位誤差や電気的な検出誤差等の影響により、２台の転舵軸モータの目標位置のずれが発生し、互いが他の制御を干渉するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、複数のアクチュエータ間の制御干渉を防止できる車両用操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の車両用操舵装置では、操舵入力を受けるハンドルと機械的に切り離された前輪転舵用ステアリングギアと、この前輪転舵用ステアリングギアに連結され、前輪を操舵するトルクを発生する複数のアクチュエータと、少なくともハンドル角と前輪転舵角を含む信号に応じた目標転舵角に基づき、前記複数のアクチュエータの発生すべき合計目標トルクおよびそれに応じた各アクチュエータへの配分トルクを決定するトルク決定手段と、配分トルクに基づいて各アクチュエータの実トルクを制御するアクチュエータ駆動手段と、を備えた車両用操舵装置において、
前記トルク決定手段は、複数のアクチュエータの発生すべき合計目標トルクを、前輪転舵角を含まないフィードフォワード分とそれ以外のフィードバック分との合計とし、
かつ、フィードバック分が一つのアクチュエータのみに配分されるように、各アクチュエータへの配分トルクを決定することを特徴とする。
【０００７】
ここで、各アクチュエータに対するフォードフォワード分の配分は自由であり、フィードバック分が配分されるアクチュエータに配分してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にあっては、合計目標トルクのフィードバック分を、一つのアクチュエータのみが受け持つため、アクチュエータ間の目標位置ずれが発生せず、複数のアクチュエータ間の制御干渉を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の車両用操舵装置を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のステアバイワイヤシステムを備えた車両の構成図である。
図１において、１はハンドル、２はハンドルの操舵量を検出するハンドル角センサ、３はステアリングラック、４はタイロッド、５はタイヤ（前輪）、６，７はモータ（アクチュエータ）、８，９はモータ６，７のトルクをステアリングラック３に伝達する変速機、１０はモータ６の回転軸に取り付けた回転角センサ、１１はモータ６，７の目標トルクを演算するコントローラ（トルク決定手段）、１２，１３は各モータ６，７の目標トルクにモータ６，７の実トルクを一致させるようにモータ電流を制御するドライバ（アクチュエータ駆動手段）である。モータ６とタイヤ５の回転の関係はあらかじめわかっているものとし、モータ６の回転角センサ１０は、転舵角（転舵量）δのセンサであるとする。
【００１１】
ハンドル１とステアリングラック３が機械的に連結していないことがステアバイワイヤの特徴であり、ステアリングラック３の変位、すなわちタイヤ５の実転舵角δは、ハンドル角θに基づいて制御される。
【００１２】
次に、作用を説明する。
［目標転舵角算出］
コントローラ１１による制御手順は以下のようになる。
まず、ハンドル角θに基づき目標転舵角δ*が計算される。下記の式(1)にその例を示す。
δ*＝G(v)・θ  …(1)
【００１３】
ここで、G(v)はステアリングギア比に相当する。vは車速を表しており、車速可変を示す。低速ではG(v)を大きくして操舵応答をクイックにし、操縦性を向上させる試みが検討されている。一方、高速ではG(v)を小さくして操舵応答をスローとし、走行安定性の向上を図る。また、動特性を持たせ、ハンドルに対する車両挙動の改善をめざす手法も検討されている。
【００１４】
［目標合計トルク算出］
次に、実転舵角δが目標転舵角δ*に一致するように、モータ６，７の発生すべきトルクの合計（転舵軸δまわり換算）を計算する。このサーボ系を実現するために、２自由度制御系を用いる。
【００１５】
２自由度制御系の構成を図２に示す。P(s)は制御対象のモデル、F(s)は目標転舵角δ*に対する実転舵角δの目標値応答である。F(s)・δ*を目標転舵角補正値δ**と表記する。C(s)はフィードバック制御器を表す。
【００１６】
まず、P(s)の導出法の一例を示す。 転舵軸まわりのモデルを下記の式(2)で近似する。
Td＝Id・s２δ＋Cd・sδ＋ξNf(s)/Df(s)・δ  …(2)
ここで、sはラプラス演算子で微分を表し、Tdは、モータ６，７のトルクの合計（転舵軸まわり換算値）、Idはモータ６，７、変速機８，９、ステアリングラック３、タイロッド４、タイヤ５を含む前輪転舵装置の転舵軸まわりの慣性モーメント、Cdは転舵装置の転舵軸まわりの粘性係数である。また、ξはキャスタートレール、Nf(s)/Df(s)は転舵角δから前輪横力（左右２輪合計）までの伝達関数である。
【００１７】
これを伝達関数表現すると、下記の式(3)に現れるP(s)が得られる。
δ＝[Df(s)/{Id・s２＋Cd・s＋ξNf(s)}]・Td＝P(s)・Td  …(3)
F(s)は例えば、１次遅れ特性が上げられる。それを伝達関数で書くと、下記の式(4)となる。
F(s)＝１/(Ta・s＋１)  …(4)
ここで、Taは遅れ時間を表す。目標転舵角δ*が時刻ゼロでステップ上に変化した時の目標転舵角補正値δ**の応答を図３に示す。
【００１８】
フィードバック制御器C(s)は、P(s)に基づいて最適レギュレータ等を用いて設計される。この設計法は公知技術であり、ここでの説明を省略する。
【００１９】
次に、上記２自由度制御系の動作を説明する。実際の制御対象をP０(s)で表し、それを含むシステム全体を示すブロック図を、図４に示す。
【００２０】
今、P０(s)がP(s)に完全に一致したと仮定する。そのとき、実転舵角δは下記の式(5)を満たすことが判る。
ｙ＝F(s)/P(s)・P０(s)・δ*＝F(s)・δ*  …(5)
その結果、フィードバック制御器C(s)の入力はゼロとなる。まとめると、プラントのモデル化が正確であると、フィードバック分はかからないことになる。逆に述べると、フィードバック分はプラントのモデル化誤差を補償していることになる。
【００２１】
モータ６，７の目標トルク（転舵軸δまわり換算）の合計は、F(s)/P(s)の出力と、C(s)の出力の和となる。前者をフィードフォワード分、後者をフィードバック分と呼ぶことにする。
【００２２】
［目標トルク配分］
次に、目標トルク（合計値）の配分について説明する。配分例を図５に示す。図５中のαはモータ６（回転角センサ有り）が受け持つフィードフォワード分の割合を表す。
【００２３】
図６に示すように、このαを車速によって変えてもよい。この割合の設定例を示す。
ある車速でフィードバック分の電力とフィードフォワード分の電力の比が、
ｘ：１−ｘ（ただしｘ>0.5）
であり、フィードフォワード分の分担が多いとあらかじめ試運転等により判っているとする。
【００２４】
そのとき、フィードフォワード分の割合αを、下記の式(6)のように設定する。
α＝(１−２・ｘ)/(２−２・ｘ)  …(6)
また、フィードバック分の分担が多いときには、αをゼロに設定する。
【００２５】
［目標トルク配分作用］
図２に示したように、フィードフォワード分は、F(s)/P(s)・δ*で与えられる。目標転舵角δ*は、式(1)に示したように、ドライバのハンドル操作により得られるものであり、転舵角が変化しても変わらない。よって、図５のように、モータ７の配分トルクをフィードフォワード分の一部のみとすることで、モータ７の目標回転角が存在しなくなるため、従来のようなモータ間の目標回転角のずれが発生せず、干渉が発生しない。
【００２６】
さらに、フィードバック分は回転角センサ（転舵角センサ）１０を有するモータ６で行われているため、フィードバックゲインを大きく設定しても発散しにくい。これはセンサ１０とアクチュエータであるモータ６の間に、ギア等によるガタがないためである。
【００２７】
また、目標転舵角δ*は、式(1)で明らかなように、ハンドル操作によって生成されるため、フィードフォワード成分F(s)/P(s)・δ*には正負を繰り返すノイズ成分は含まれない。そのため、たとえ、フィードフォワード成分を担当するモータ７とステアリングラック３にガタが存在したとしても、往き返りが少ない分、ガタの影響を抑えることができる。
【００２８】
［車速に応じたフィードフォーワード分の配分作用］
フィードフォワード分のモータ６への配分αを、車速によって変える効果を説明する。フィードバック分はモデル化誤差によって発生する。式(2)にモデルの例を示したが、一般に低速据え切りや車体持ち上げによるセンタリングトルク等、モデル化は困難であり、かつ、車速に依存して変化するものが多い。
【００２９】
よって、モデル化誤差によって発生するフィードバック分は、車速依存性があると言える。今、フィードバック分がフィードフォワード分よりも小さいのであれば、フィードフォワード分の一部（割合α）をモータ６に分担させた方が、モータの小型化、発熱防止、耐久性の面でメリットがあると言える。すなわち、車速毎にフィードバック分とフィードフォワード分の比率をあらかじめ試運転等で求め、それに基づいて図５のように配分αを車速vにより変えることはメリットがあると言える。
【００３０】
次に、式(6)の意味を説明する。今、式６にもとづくモータ６の電力配分βを計算する。図５と式(6)より、
β＝(１−ｘ)・α＋ｘ＝(１−ｘ)・(１-２・ｘ)/(２−２・ｘ)＋ｘ＝0.5  …(7)
すなわち、モータ６とモータ７の配分が等しくなる。これにより、より一層、モータの有効利用が図れることになる。
【００３１】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
【００３２】
(1) コントローラ１１は、合計目標トルクを、前輪転舵角を含まないフィードフォワード分とそれ以外のフィードバック分とから決定し、かつ、フィードバック分がモータ６のみに配分されるように各モータ６，７への配分トルクを決定するため、モータ６，７間の制御干渉を防止できる。
【００３３】
(2) コントローラ１１は、合計目標トルクのフィードフォワード分を、F(s)／P(s)δ*×とし、フィードバック分を、{F(s)×δ*−δ}×C(s)として各モータ６，７へのトルク配分を決定する。すなわち、目標転舵角δ*はドライバのハンドル操作により得られるものであり、転舵角δが変化しても変わらない。よって、モータ７の配分トルクをフィードフォワード分の一部のみとすることにより、モータ７の目標回転角が存在しなくなるため、従来のようなモータ間の目標回転角のずれが発生せず、制御干渉を防止できる。
【００３４】
(3) 回転角センサ１０を、合計目標トルクのフィードバック分が配分されるモータ６の回転軸に取り付け、回転角センサ１０とモータ６の間にギア等によるガタを無くしたため、フィードバックゲインを大きく設定した場合でも、制御が発散しにくい。よって、フィードバックゲインを大きく設定して制御の応答性を高めることができる。
【００３５】
(4) コントローラ１１は、車速に応じて各モータ６，７に対するフィードフォワード分を変化させるため、フィードバック分よりも大きなフィードフォワード分を各モータで分担することにより、モータの小型化、発熱防止および耐久性向上を達成できる。
【００３６】
(5) コントローラ１１は、各モータ６，７の配分が等しくなる方向にフィードフォワード分の配分を設定するため、各モータの負担を均等にすることで、より一層、モータの有効利用が図られる。
【００３７】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、例えば、実施例１では、２つのモータを用いた例を説明したが、モータの個数は２つに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１のステアバイワイヤシステムを備えた車両の構成図である。
【図２】実施例１の２自由度制御系の構成図である。
【図３】実転舵角δの目標値応答を示す図である。
【図４】２自由度系のシステム全体を示すブロック図である。
【図５】目標トルク（合計値）の配分例を示す図である。
【図６】車速に応じたフィードフォワード分配分の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ハンドル
２  ハンドル角センサ
３  ステアリングラック
４  タイロッド
５  タイヤ
６，７  モータ
８，９  変速機
１０  回転角センサ
１１  コントローラ
１２，１３  ドライバ
【図１】
2005225354.tif 000003
【図２】
2005225354.tif 000004
【図３】
2005225354.tif 000005
【図４】
2005225354.tif 000006
【図５】
2005225354.tif 000007
【図６】
2005225354.tif 000008