JP4359315B2 - 車両の全輪操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、前輪の転舵角と車速にもとづいて、後輪の転舵角を作動制御する車両の全輪操舵装置に関し、特に前輪の転舵を補助する電動パワーステアリング装置を組合わせた車両の全輪操舵装置に関する。

後輪の転舵角の駆動制御（ＲＴＣ：Rear Toe Control）により、車両特性の制御を行う車両の全輪操舵装置において、ＲＴＣによる駆動制御が失陥する場合がある。その場合には、後輪を制御できず、後輪のトー角が固定される状態になるため、車両のヨーレートゲインに変化が生じてしまう。特に、トーアウトや逆相失陥といったヨーレートゲインの高い状態における失陥の場合には、車両が不安定になり易いので、車両の安定化を達成する必要がある。

ヨーレート等の車両特性をフィードバックして、そのフィードバックによる反力を用いて電動パワーステアリング装置による制御を行うことで、車両の安定化を達成する旨はすでに知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８１１１７号公報

しかし、特許文献１等の従来の技術では、ヨーレート等のフィードバックにおいて、単に車速毎にそのフィードバックによる反力値を決める構成としていた。そのため、本来、車両特性に合わせて設定すべきであるフィードバックによる反力値を適切に変えることができなかった。ＲＴＣによる駆動制御の失陥により、車両特性が変化してしまった場合には、車両が不安定になり易い状態になってしまうが、もはや従来の技術ではその変化に対応できず、車両の十分な安定化を達成することはできなかった。

そこで、本発明は、後輪の転舵角の駆動制御の失陥により車両が不安定になり易い状態でも、車両の安定化を達成することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも操舵トルクに応じて、電動機が補助トルクを発生し、該補助トルクを前輪のステアリング系に伝達する電動パワーステアリング装置と、少なくとも前輪の転舵角及び車速に基づいて左右の後輪の転舵角を制御する後輪転舵装置と、並びに前記電動パワーステアリング装置及び前記後輪転舵装置を制御する操舵制御装置とを備える車両の全輪操舵装置において、前記操舵制御装置は、前記車両のヨーレートを検知する手段と、前記後輪転舵装置の失陥状態を判断する手段と、前記失陥状態におけるヨーレートゲインを算出する手段と、前記ヨーレート、前記車速及び前記失陥状態におけるヨーレートゲインに基づいて前記失陥状態におけるヨーレートフィードバックトルク補正値を算出する手段と、前記補助トルクの目標値を、前記ヨーレートフィードバックトルク補正値で修正する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明により、後輪の転舵角の駆動制御の失陥により車両が不安定になり易い状態でも、車両の安定化を達成することができる。

以下、本発明の車両の全輪操舵装置を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。説明の際には、添付した図面を適宜参照する。なお、図１は本実施形態に係る全輪操舵装置を適用した４輪車両の概略図であり、図２は電動パワーステアリング装置の構成図であり、図３は左後輪側の後輪転舵装置の構成図であり、図４は後輪転舵装置のアクチュエータの構成図である。

１．全輪操舵装置の構成
図１に示すように、全輪操舵装置１００は、前輪１Ｌ・１Ｒを転舵させる操向ハンドル３による操舵を補助する電動パワーステアリング装置１１０、前輪１Ｌ・１Ｒの転舵角と車速に応じて後輪２Ｌ・２Ｒをそれぞれ独立に転舵させる後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒ、電動パワーステアリング装置１１０及び後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒを制御する操舵制御装置（以下、「操舵制御ＥＣＵ(Electronic Control Unit)」と称する。）１３０、車速センサＳ_Ｖ、ヨーレートセンサＳ_Ｙ、横加速度センサＳ_ＧＳなど各種センサを含んで構成されている。

２．電動パワーステアリング装置の構成
電動パワーステアリング装置１１０は、図２に示すように操向ハンドル３が設けられたメインステアリングシャフト３ａと、シャフト３ｃと、ピニオン軸７とが、２つのユニバーサルジョイント（自在継手）３ｂによって連結され、また、ピニオン軸７の下端部に設けられたピニオンギア７ａは、車幅方向に往復運動可能なラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９、９を介して左右の前輪１Ｌ・１Ｒが連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置１１０は、操向ハンドル３の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９、９は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸７はその上部・中間部・下部を軸受３ｄ・３ｅ・３ｆを介してステアリングギアボックス６に支持されている。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、操向ハンドル３による操舵力（操舵トルク）を軽減するための補助操舵力（補助トルク）を供給する電動機４を備えており、この電動機４の出力軸に設けられたウォームギア５ａが、ピニオン軸７に設けられたウォームホイールギア５ｂに噛合している。すなわち、ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとで減速機構が構成されている。また、電動機４の回転子と電動機４に連結されているウォームギア５ａ、ウォームホイールギア５ｂ、ピニオン軸７、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９、９などにより、ステアリング系が構成される。

電動機４は、複数の界磁コイルを備えた固定子（図示せず）とこの固定子の内部で回動する回転子（図示せず）からなる３相ブラシレスモータであり、電気エネルギーを機械的エネルギー（Ｐ_Ｍ＝ωＴ_Ｍ）に変換するものである。ここで、ωは電動機４の回転速度であり、Ｔ_Ｍは電動機４の発生トルクである。また、発生トルクＴ_Ｍと実際に出力として取り出すことができる出力トルクＴ_Ｍ ^＊との関係は、次式によって表現される。（ｉ：ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとの減速比）
Ｔ_Ｍ ^＊＝Ｔ_Ｍ−（ｃ_ｍｄθ_ｍ／ｄｔ＋Ｊ_ｍｄ^２θ_ｍ／ｄｔ^２）ｉ^２・・・（１）
この式より、出力トルクＴ_Ｍ ^＊と電動機回転角θ_ｍとの関係は、電動機４の回転子の慣性モーメントＪ_ｍと粘性係数ｃ_ｍとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。

ここで、操向ハンドル３に加えられる操舵トルクをＴｓ、減速機構を介して倍力された電動機４の発生トルク（補助トルク）によりアシストするアシスト量Ａ_Ｈの係数を、例えば、車速Ｖの関数として変化するｋ_Ａ（Ｖ）とする。この場合、Ａ_Ｈ＝ｋ_Ａ（Ｖ）×Ｔｓであるから、路面負荷であるピニオントルクをＴｐは、
Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_Ｈ
＝Ｔｓ＋ｋ_Ａ（Ｖ）×Ｔｓ
となる。これより、操舵トルクＴｓは、
Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋ_Ａ（Ｖ））・・・（２）
と表現される。

したがって、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐ（負荷）の１／（１＋ｋ_Ａ（Ｖ））倍に軽減される。例えば、車速Ｖ＝０のときにｋ_Ａ（０）＝２ならば、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐの１／３の軽さに制御され、車速Ｖ＝１００ｋｍ／ｈのときに、ｋ_Ａ（１００）＝０ならば、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐと等しくなり、マニュアルステアリングと同等のしっかりとした重さの操舵感に制御される。すなわち、車速Ｖに応じて操舵トルクＴｓを制御することにより、低速走行時には軽やかに、高速走行時にはしっかりとした安定な操舵感が付与される。

また、一般的に操舵トルクＴｓは、
Ｔｓ＝Ｊ・ｄ^２θ_Ｓ／ｄｔ^２＋Ｃ・ｄθ_Ｓ／ｄｔ＋Ｋ（θ_Ｓ−θ_Ｆ）・・・（３）
となることがわかっている。
ここで、θ_Ｓは操舵回転角であり、θ_Ｆは、電動機回転角θ_ｍを減速機構の回転比ｎ_Ｍで除した値である。また、Ｊはステアリング系の慣性係数（イナーシャ）であり、Ｃはステアリング系の粘性係数（ダンパ）であり、Ｋはベース信号係数である。この式も（１）式と同様に車両特性や車両状態に無関係である。

このとき、操舵フィーリングを評価するにあたり、慣性モーメントの有無による操舵反力の差異に着目し、入力トルクと反力トルク（慣性トルク）との比Ｅｖを評価関数として慣性モーメントを評価することができる。この評価関数を用いた評価結果により、ステアリング系の慣性係数Ｊ、および、ステアリング系廻りの粘性を無視した点Ｅｖ０の周辺に操舵フィーリング評価の高い領域があることがわかった。
ここで、比Ｅｖは、
Ｅｖ＝Ｔｄｅｔ／Ｔｓ＝Ｋ（θ_Ｓ−θ_Ｆ）／Ｔｓ・・・（４）
である。これにより、ＴｓからＴｄｅｔ＝Ｋ（θ_Ｓ−θ_Ｆ）までの伝達関数のゲイン特性をＥｖ０以下とするような補償器Ｈ（Ｓ）を求めることができる。

Ｈ∞制御により求められる補償器は、対象モデルおよび周波数重み関数の次数により決まるため、通常のマイクロコンピュータでは実現困難な高い次数の補償器となる。そこで、ステアリング系を制御する上で必要な周波数帯に焦点を絞って補償器の次数を低減することにした。
例えば、零点・極をそれぞれ４個ずつ持つように、伝達関数Ｈｆ（Ｓ）を、
Ｈｆ（Ｓ）＝８．８８（Ｓ＋１４０）（Ｓ＋６５．１）（Ｓ＋３０．１）（Ｓ＋１．７７）／｛（Ｓ＋１７３０）（Ｓ＋２０９）（Ｓ＋３７．１）（Ｓ＋１５．６）｝
に設定することができる。なお、伝達関数Ｈｆ（Ｓ）のゲイン特性は微分特性を備えている。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、電動機４を駆動する電動機駆動回路２３と、レゾルバ２５と、ピニオン軸７に加えられるピニオントルクＴｐを検出するトルクセンサＳ_Ｔと、トルクセンサＳ_Ｔの出力を増幅する差動増幅回路２１と、車速センサＳ_Ｖとを備えている。そして、全輪操舵装置１００の操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動パワーステアリング装置１１０と不離一体の機能部である電動機４を駆動制御する、前輪転舵角制御部１３０ａ及び後輪転舵角制御部１３０ｂ（図５参照）を有している。

電動機駆動回路２３は、例えば、３相のＦＥＴブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、前輪転舵角制御部１３０ａからのＤＵＴＹ（ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ）信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機４を駆動するものである。また、電動機駆動回路２３は図示しないホール素子を用いて３相の電動機電流Ｉ（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）を検出する機能を備えている。レゾルバ２５は、電動機４の電動機回転角θ_ｍを検出し、角度信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものがある。

トルクセンサＳ_Ｔは、ピニオン軸７に加えられるピニオントルクＴｐを検出するものであり、ピニオン軸７の軸方向２箇所に逆方向の異方性となるように磁性膜が被着され、各磁性膜の表面に検出コイルがピニオン軸７に離間して挿入されている。差動増幅回路２１は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した２つの磁性膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号Ｔを出力するものである。

車速センサＳ_Ｖは、車両の車速Ｖを単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速信号ＶＳを出力する。
操舵制御ＥＣＵ１３０の機能構成については、電動パワーステアリング装置１１０の制御および後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒの制御とまとめて後記する。

３．後輪転舵装置の構成
次に、図３及び図４を参照しながら後輪転舵装置の構成を説明する。
図３は左後輪側の後輪転舵装置を示す平面図であり、図４は後輪転舵装置のアクチュエータの構造を示す概略断面図である。

後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒは、車両の左右の後輪２Ｌ・２Ｒにそれぞれ取り付けられるものであり、図３では、左後輪２Ｌを例にとり後輪転舵装置１２０Ｌを示している。後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒは、アクチュエータ３０、後輪転舵駆動制御装置（以下、「後輪転舵駆動制御ＥＣＵ」と称する。）３７を備えている。なお、図３は、左側の後輪２Ｌのみを示しているが、右側の後輪２Ｒについても同様（対称）にして取り付けられている。

車体のリアサイドフレーム１１に略車幅方向に延びるクロスメンバ１２の車幅方向端部が弾性支持されている。そして、略車体前後方向に延びるトレーリングアーム１３の前端がクロスメンバ１２車幅方向端部近くで支持されている。トレーリングアーム１３の後端に後輪２Ｌが固定されている。

トレーリングアーム１３は、クロスメンバ１２に装着される車体側アーム１３ａと、後輪２Ｌに固定される車輪側アーム１３ｂとが、略鉛直方向の回動軸１３ｃを介して連結されて構成されている。これにより、トレーリングアーム１３が車幅方向へ変位することが可能となっている。

前記アクチュエータ３０は、その一端が車輪側アーム１３ｂの回転軸１３ｃから前方側の前端部にボールジョイント１６を介して取り付けられ、他端がクロスメンバ１２にボールジョイント１７を介して取り付けられている。

図４に示すように、アクチュエータ３０は、電動機３１、減速機構３３、送りねじ部３５などを備えて構成されている。
電動機３１は、正逆両方向に回転可能なブラシモータやブラシレスモータなどで構成されている。
減速機構３３は、例えば、２段のプラネタリギア（図示せず）などが組み合わされて構成されている。
送りねじ部３５は、円筒状に形成されたロッド３５ａと、スクリュー溝３５ｂが形成されてロッド３５ａの内部に挿入されるナット３５ｃと、スクリュー溝３５ｂと噛合してロッド３５ａを軸方向に移動可能に支持するスクリュー軸３５ｄとを備えて構成されている。スクリュー軸３５ｄは、減速機構３３および電動機３１とともに細長形状のケース本体３４内に収容され、減速機構３３の一端が電動機３１の出力軸と連結され、他端がスクリュー軸３５ｄと連結されている。
電動機３１からの動力が、減速機構３３を介してスクリュー軸３５ｄに伝達されてスクリュー軸３５ｄが回転することで、ロッド３５ａがケース本体３４に対して図示左右方向（軸方向）に伸縮自在に動作するようになっている。また、アクチュエータ３０にはブーツ３６が取り付けられて、外部からの埃や水などの異物が浸入しないようなっている。

また、アクチュエータ３０には、ロッド３５ａの位置（伸縮量）を検出するストロークセンサ３８が設けられている。このストロークセンサ３８は、例えば、マグネットが内蔵され、磁気を利用して位置を検出できるようになっている。このように、ストロークセンサ３８を用いて位置を検出することにより、後輪２Ｌ・２Ｒのトーイン、トーアウトの舵角（トー角）を個別に高精度に検出できるようになっている。

このように構成されたアクチュエータ３０は、ロッド３５ａの先端に設けられたボールジョイント１６がトレーリングアーム１３の車輪側アーム１３ｂ（図３参照）に回動自在に連結され、ケース本体３４の基端に設けられたボールジョイント１７がクロスメンバ１２（図３参照）に回動自在に連結されている。電動機３１の動力によってスクリュー軸３５ｄが回転してロッド３５ａが伸びる（図４の左方向）と、車輪側アーム１３ｂが車幅方向外側（図３の左方向）に押圧されて、後輪２Ｌが左方向に旋回し、またロッド３５ａが縮む（図４の右方向）と、車輪側アーム１３ｂが車幅方向内側（図３の右方向）に引かれて、後輪２Ｌが右方向に旋回する。

なお、アクチュエータ３０のボールジョイント１６が取り付けられる場所は、ナックルなど後輪２Ｌのトー角を変更できる位置であれば、車輪側アーム１３ｂに限定されるものではない。また、本実施形態において後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒはセミトレーリングアーム型独立懸架方式のサスペンションに対して適用した場合の例で示したが、それに限定されるものではなく、他の懸架方式のサスペンションにも適用できる。

また、アクチュエータ３０には、後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７が一体に構成されている。後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７は、アクチュエータ３０のケース本体３４に固定され、ストロークセンサ３８とコネクタなどを介して接続されて構成されている。
後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７には、車両に搭載された図示しないバッテリなどの電源から電力が供給される。また、操舵制御ＥＣＵ１３０、電動機駆動回路２３にも前記とは別系統でバッテリなどの電源から電力が供給される（図示せず）。

４．操舵制御ＥＣＵの機能構成
次に、図５から図８を参照しながら操舵制御ＥＣＵの機能を説明する。
図５は操舵制御ＥＣＵと後輪転舵駆動制御ＥＣＵとの機能関係も示す操舵制御ＥＣＵ全体の機能ブロック図であり、図６はベース信号演算部およびダンパ補償信号演算部の特性を示す図であり、図７は図５におけるヨーレートフィードバックトルク補正演算部の詳細な機能ブロック図であり、図８はヨーレートフィードバックトルク補正演算部の特性を示す図である。

操舵制御ＥＣＵ１３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などを備えるコンピュータおよびプログラム、周辺回路などからなり、図５の機能構成図に記載される機能を実現する。
図５に示すように操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動パワーステアリング装置１１０を制御する前輪転舵角制御部１３０ａと、後輪２Ｌ・２Ｒのトー角を制御する後輪転舵角制御部１３０ｂを備えている。

４．１．前輪転舵角制御部
まず、図５、図６を参照しながら適宜図２を参照して前輪転舵角制御部１３０ａについて説明する。
前輪転舵角制御部１３０ａは、ベース信号演算部５１と、ダンパ補償信号演算部５２と、イナーシャ補償信号演算部５３と、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部５４と、Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部５５と、２軸３相変換部５６と、ＰＷＭ変換部５７と、３相２軸変換部５８と、電動機速度算出部６７と、励磁電流生成部５９とを備える。

３相２軸変換部５８は、電動機駆動回路２３が検出する、電動機４（図２参照）の３相電流ＩＵ・ＩＶ・ＩＷを、電動機４の回転子の磁極軸であるＤ軸と、このＤ軸に対して電気的に９０度回転した軸であるＱ軸との２軸に変換するものであり、Ｑ軸電流ＩＱは電動機４の発生トルクＴ_Ｍに比例し、Ｄ軸電流ＩＤは励磁電流に比例する。電動機速度算出部６７は、電動機４の角度信号θを微分演算して角速度信号ωを生成する。励磁電流生成部５９は、電動機４（図２参照）の励磁電流の目標信号を生成するが、必要に応じＤ軸電流とＱ軸電流とを略等しくすることにより、弱め界磁制御を行うことができる。

ベース信号演算部５１は、トルク信号Ｔと車速信号ＶＳとから出力トルクＴ_Ｍ ^＊の目標信号ＩＭの基準となるベース信号Ｄ_Ｔを生成する。この信号生成は、予め実験測定などによって設定されたべーステーブル５１ａをトルク信号Ｔと車速信号ＶＳとにもとづいて参照することによって行われ、図６（ａ）にべーステーブル５１ａに格納されているベース信号Ｄ_Ｔの関数を示す。ベース信号演算部５１は、トルク信号Ｔの値が小さいときはベース信号Ｄ_Ｔがゼロに設定される不感帯Ｎ１が設けられ、トルク信号Ｔの値がこの不感帯Ｎ１よりも大きくなるとゲインＧ１で直線的に増加する特性を備えている。また、ベース信号演算部５１は、所定のトルク値の範囲内では、出力はゲインＧ２で増加し、さらにトルク値が増加すると出力が飽和する特性を備えている。
また、一般に車両は、走行速度に応じて路面の負荷（路面反力）が異なるため、車速信号ＶＳによりゲインが調整される。車速ゼロの据え切り操作時が最も負荷が重く中低速では比較的負荷が軽くなる。このため、ベース信号演算部５１は、車速Ｖが大きく高速になるにしたがってゲイン（Ｇ１、Ｇ２）を低く、かつ、不感帯Ｎ１を大きく設定して、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与える。すなわち、車速Ｖの増大に応じてしっかりとした操舵トルクＴｓの手応え感が付与される。このとき、マニュアルステアリング領域においてもイナーシャ補償がなされることが必要である。

図５に戻り、ダンパ補償信号演算部５２は、ステアリング系が備える粘性を補償するため、また車両が高速走行時に収斂性が低下する際にこれを補償するステアリングダンパ機能を有するために設けられるものであり、角速度信号ωに基づいてダンパテーブル５２ａを参照することによって行われる。図６（ｂ）は、ダンパテーブル５２ａの特性関数を示す図であり、電動機４（図２参照）の回転速度ωが増加するほど補償値Ｉが直線的に増加し、所定速度で補償値が急激に増加する特性を備えている。また、車速信号ＶＳの値が高いほど、つまり、車速Ｖが大きいほど、ゲインを大きくして電動機４の回転速度、すなわち、転舵速度に応じて電動機４の出力トルクＴ_Ｍ ^＊を減衰させている。言い換えれば、電動機４に大きな電流が供給されて回転速度が速くなるのを回避するために、ダンパ補償信号演算部５２は、電動機４の回転速度を抑制制御している。このステアリングダンパ効果により、操向ハンドルの収斂性を向上させ、車両特性を安定化させることができる。

再び図５に戻り、加算器６１は、ベース信号演算部５１の出力信号Ｄ_Ｔからダンパ補償信号演算部５２の出力信号（補償値Ｉ）を減算するものであり、加算器６２は、加算器６１の出力信号とイナーシャ補償信号演算部５３の出力信号とを加算するものである。
なお、ベース信号演算部５１とダンパ補償信号演算部５２と加算器６１とでアシスト制御が行われる。

イナーシャ補償信号演算部５３は、ステアリング系の慣性による影響を補償するものであり、トルク信号Ｔがイナーシャテーブル５３ａを参照することによって演算され、格納されているテーブルの伝達関数Ｈｆ（Ｓ）は、例えば、
Ｈｆ（Ｓ）＝８．８８（Ｓ＋１４０）（Ｓ＋６５．１）（Ｓ＋３０．１）（Ｓ＋１．７７）／｛（Ｓ＋１７３０）（Ｓ＋２０９）（Ｓ＋３７．１）（Ｓ＋１５．６）｝
である。

また、イナーシャ補償信号演算部５３は、電動機４の回転子の慣性による応答性の低下を補償している。言い換えれば、電動機４は正回転から逆回転に、または、逆回転から正回転に回転方向を切り替える際、慣性によってその状態を持続させようとするので直ぐには回転方向が切り替わらない。そこで、イナーシャ補償信号演算部５３は、電動機４の回転方向の切り替わりが操向ハンドル３の回転方向が切り替わるタイミングに一致するように制御している。このようにして、イナーシャ補償信号演算部５３は、ステアリング系の慣性や粘性による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵感を付与している。
また、ＦＦ（Front engine Front wheel drive）やＦＲ（Front engine Rear wheel drive）車、ＲＶ（Recreation Vehicle）やセダンなどの車両特性や車速、路面などの車両状態によって異なる操舵特性に対して、実用上十分な特性が付与される。

加算器６２の出力信号ＩＭ_１は、電動機４（図２参照）のトルクを規定するＱ軸電流の目標信号である。
加算器６３は、出力信号ＩＭ_１に対して、ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２から出力される、現在の前輪の転舵角（タイヤ角とも言う）δとヨーレートγなどに応じて設定されるヨーレートゲインを反映し、ヨーレートγ、車速Ｖにもとづいて算出されるヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙ（以下、単に「補正値Ｉ_Ｙ」と称する場合がある。）を減算して、出力信号ＩＭ_２を加算器６４に出力する。
ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２の詳細な説明は後記する。

加算器６４は出力信号ＩＭ_２からＱ軸電流ＩＱを減算し、偏差信号ＩＥを生成する。Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部５４は、偏差信号ＩＥが減少するように、Ｐ（比例）制御およびＩ（積分）制御を行う。
加算器６５は、励磁電流生成部５９の出力信号からＤ軸電流ＩＤを減算するものである。Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部５５は、加算器６５の出力信号が減少するようにＰＩ帰還制御を行う。

２軸３相変換部５６は、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部５４の出力信号ＶＱとＤ軸（磁極軸）ＰＩ制御部５５の出力信号ＶＤとの２軸信号を３相信号ＵＵ・ＵＶ・ＵＷに変換する。ＰＷＭ変換部５７は、３相信号ＵＵ・ＵＶ・ＵＷの大きさに比例したパルス幅のＯＮ／ＯＦＦ信号［ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号］であるデューティ信号（ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ）を生成する。
なお、２軸３相変換部５６、及びＰＷＭ変換部５７は、電動機４（図２参照）の角度信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

４．２．後輪転舵角制御部
次に、図５、図７及び図８を参照しながら後輪転舵角制御部１３０ｂについて説明する。図５に示すように後輪転舵角制御部１３０ｂは、前輪転舵角演算部６８、後輪目標転舵角診断部７３、後輪目標転舵角演算部７１、ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２を有する。

４．２．１．前輪転舵角演算部
前輪転舵角演算部６８は、レゾルバ２５から出力される回転角から前輪の転舵角δを算出し、後輪目標転舵角演算部７１とヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２に入力する。
後輪目標転舵角演算部７１は、車速信号ＶＳと、前輪１Ｌ・１Ｒの転舵角δとその転舵角速度に比例する電動機４の回転速度ωとから後輪２Ｌ・２Ｒのそれぞれのトー角の目標値を生成する。この目標値生成は、予め設定された後輪転舵角テーブル７１ａを転舵角δ、車速ＶＳ、回転速度ωとにもとづいて参照することによって行なわれる。
車速が所定の低速の範囲では、転舵角δに応じて後輪２Ｌ・２Ｒが逆位相に、小回りがしやすいように各後輪のトー角の目標値が生成される。

前記所定の低速の範囲を超える高速の範囲では、回転速度ωの絶対値が所定の値以下で、かつ、転舵角δが左右の所定の範囲以内の場合は、転舵角δに応じて同位相に各後輪のトー角の目標値が設定される。つまり、レーンチェンジにおける横すべり角βを小さくするように各後輪のトー角の目標値が設定される。しかし、前記所定の低速の範囲を超える高速の範囲で、回転速度ωの絶対値が所定の値を超えるか、または、転舵角δが左右の所定の範囲を超える場合は、転舵角δに応じた逆位相に各後輪のトー角の目標値が設定される。後輪目標転舵角演算部７１で生成されたトー角の目標値はヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２と後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒのそれぞれの後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７に入力される。
なお、後輪目標舵角演算部７１で生成されるトー角の目標値は、アッカーマン・ジャントのジオメトリに従うようになっている。

４．２．２．ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２
ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２の詳細な構成を、図７を参照しながら説明する。ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２は、ヨーレートゲイン算出部７２ａ、ヨーレートフィードバックトルク補正値算出部７２ｂ、ヨーレートフィードバックマップ７２ｃを備えている。

ヨーレートゲイン算出部７２ａは、車速Ｖ、ヨーレートγ、前輪の転舵角δ、及び後記する後輪目標転舵角診断部７３から受信する失陥信号αに基づいて、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌの失陥状態におけるヨーレートゲインＧ_Ｙを算出する。このヨーレートゲインＧ_Ｙの算出は、失陥信号αを受信したことにより、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥状態にあると判断された場合に開始され、車速Ｖ、ヨーレートγ及び前輪の転舵角δに基づいて行われる。つまり、ヨーレートゲイン算出部７２ａは、失陥状態において目標とするヨーレートを定めるために、車速Ｖを適宜変えつつ、前輪の転舵角δ及びヨーレートγとの関係からヨーレートゲインＧ_Ｙを算出する。算出したヨーレートゲインＧ_Ｙは、ヨーレートフィードバックトルク補正値算出部７２ｂに出力され、後記する補正値Ｉ_Ｙの算出に用いられる。また、算出したヨーレートゲインＧ_Ｙは、ヨーレートフィードバックマップ７２ｃに出力され、当該マップの作成及び更新に用いられる。

ヨーレートフィードバックトルク補正値算出部７２ｂは、車速Ｖ、ヨーレートγ、ヨーレートゲインＧ_Ｙ、及び失陥信号αに基づいて、電動パワーステアリング装置１１０によるアシスト力の反力として作用するヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙを算出する。このヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙの算出は、失陥信号αを受信したことにより、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥状態にあると判断された場合に開始され、車速Ｖ、ヨーレートγ及びヨーレートゲインＧ_Ｙに基づいて行われる。つまり、ヨーレートフィードバックトルク補正値算出部７２ｂは、出力信号ＩＭ_１（図５参照）で規定される電動機４（図２参照）のトルクを、失陥状態に応じて補正するために、入力されたヨーレートγに対し、車速Ｖに応じて定められているヨーレートフィードバックマップ７２ｃを参照してヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙを算出する。算出したヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙは、電動機４（図２参照）のトルクの補正電流として、加算器６３に出力される。

ヨーレートフィードバックマップ７２ｃは、ヨーレートγとヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙとの対応関係をヨーレートゲインＧ_Ｙ及び車速Ｖによって規定したものである。図８に、その対応関係を定めたヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２の特性を一例として示す。

図８（ａ）において、原点Ｏを含む所定の範囲内では、ヨーレートγが正方向に増加するにつれてヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙは所定の傾きをもって直線的に増加している。ヨーレートゲインＧ_Ｙはその傾きを定める値である。なお、ヨーレートγの正方向とは、コーナリングする車両を上から見た場合に、車両の旋回方向への回転角の変化する速度の向きが、その回転角の変化の向きと同じであることをいい、その速度が増大する状態にあることを意味する。
ヨーレートγが正方向に増加して所定の範囲内を超えた場合には、ヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙは増加することなく一定の値を維持するように設定する。このように設定することで、電動機４（図２参照）のトルクに対する過度の補正を抑制し、パワーステアリング装置１１０によるアシスト制御の機能を確保する。

図８（ａ）の直線の傾きは、車速Ｖが増大するにつれて大きくなる。つまり、ヨーレートフィードバックトルクは車速Ｖの増大に伴い大きくなるように設定する。このように設定して、車両が高速で走行する場合には、走行安定性を重視するために、電動機４（図２参照）のトルクの反力となるヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙを大きくしてパワーステアリング装置１１０によるアシスト力を小さくし、操向ハンドル３（図１参照）の操舵を重くさせる。また、車両が低速で走向する場合には、操向ハンドル３（図１参照）の操舵感を重視するために、補正値Ｉ_Ｙを小さくしてパワーステアリング装置１１０によるアシスト力を大きくし、操向ハンドル３（図１参照）の操舵を軽くさせる。

ある車速Ｖの条件において、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥した状態でのヨーレートゲインＧ_Ｙが、失陥していない、正常時（図８（ｂ）参照）の状態でのヨーレートゲインＧ_Ｙ０に比べて大きくなった場合には、図８（ｂ）の（Ａ）のようにヨーレートフィードバックトルクを大きくし、車両の走行安定性を高くする。反対に失陥した状態でのヨーレートゲインＧ_Ｙが、失陥していない、正常時（図８（ｂ）参照）でのヨーレートゲインＧ_Ｙ０に比べて小さくなった場合には、図８（ｂ）の（Ｂ）のようにヨーレートフィードバックトルクを小さくし、操舵力を軽くすることで操作性（操縦性）を向上させる。

４．２．３．後輪目標転舵角診断部
次に後輪目標転舵角診断部７３について説明する。後輪目標転舵角診断部７３は後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒの後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７の後記する自己診断部８１ｄ（図９参照）から失陥信号αを受信したとき、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥状態にあると判断する。そして、後輪目標転舵角診断部７３はその判断に応じて、ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２に対し、失陥信号αとともに、ヨーレートフィードバックトルクの補正演算をして、補正信号（補正値Ｉ_Ｙ）を出力するように指令する。また、後輪目標転舵角診断部７３は、失陥信号αをベース信号演算部５１にも送信し、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌの失陥状態に応じたベース信号Ｄ_Ｔに関する演算をすることが可能である。

４．３．後輪転舵駆動制御ＥＣＵ
次に、図９の機能ブロック図を参照しながら後輪転舵駆動制御ＥＣＵの詳細について説明する。
図９に示すように、後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７はアクチュエータ３０を駆動制御する機能を有し、制御部８１と電動機駆動回路８３とで構成されている。また、各後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７は、操舵制御ＥＣＵ１３０と通信線を介して接続され、他方の後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７とも通信線を介して接続されている。

制御部８１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを有して構成され、目標電流算出部８１ａ、補正電流設定部８１ｂ、電動機制御信号生成部８１ｃ、自己診断部８１ｄを備えている。
目標電流算出部８１ａは、操舵制御ＥＣＵ１３０の後輪目標転舵角演算部７１から入力される後輪２Ｌ（または後輪２Ｒ）のトー角の目標値の信号にもとづいて、目標電流信号を算出して、加算器８１ｅを介して電動機制御信号生成部８１ｃに出力する。目標電流信号とは、アクチュエータ３０を所望の作動量（後輪２Ｌ・２Ｒを所望のトー角にする伸縮量）に設定するのに必要な電流信号であり、参照信号として補正電流設定部８１ｂにも入力される。
補正電流設定部８１ｂは、トー角の目標値信号とストロークセンサ３８から入力される位置情報と参照信号である目標電流信号とにもとづいて、目標電流が指示するトー角に対する偏差から目標電流信号を補正するための補正電流信号を加算器８１ｅに出力する。加算器８１ｅは、補正電流信号を目標電流信号から減算し、補正後の目標電流信号を電動機に出力する。
このように目標電流算出部８１ａからの目標電流信号を補正することにより、後輪２Ｌ（または２Ｒ）の転舵に要する電流値が車速Ｖ、路面環境、車両の運動状態、タイヤの磨耗状態などによって変化するのをフィードバックして、目標のトー角に設定制御することができる。

電動機制御信号生成部８１ｃは、目標電流算出部８１ａから加算器８１ｅを介して目標電流信号が入力され、電動機駆動回路８３に電動機制御信号を出力する。この電動機制御信号は、電動機３１に供給する電流値と電流を流す方向を含む信号である。
電動機駆動回路８３は、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)のブリッジ回路などで構成され、電動機制御信号に基づいて電動機３１に電動機電圧を印加する。

また、図９に示すように、本実施形態の車両の全輪操舵装置１００では、制御部８１の自己診断部８１ｄが、ストロークセンサ３８の位置情報や電動機駆動回路８３の状態の信号、目標電流算出部８１ａからの目標電流信号、及び補正電流設定部８１ｂからの補正電流信号を受信し、また、自分が所属していない他方の後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７からの失陥信号αを受信をしていないかチェックする。つまり、自身の後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７に対応する電動機３１や電動機駆動回路８３が健全に動いているか否かを示す信号を受信して監視しているとともに、他方の後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７に対応する電動機３１や電動機駆動回路８３が健全に動いているか否かを示す信号を監視している。自己診断部８１ｄは、監視した信号から、電動機３１、ストロークセンサ３８、電動機駆動回路８３、目標電流算出部８１ａ、又は補正電流設定部８１ｂの少なくとも１つが健全に動いていない失陥状態にあると判断すれば、自己診断部８１ｄは、自分が属している後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７ではない他方の後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７の自己診断部８１ｄに失陥信号αを送る。また、操舵制御ＥＣＵ１３０の後輪目標転舵角診断部７３にも信号線を通じて失陥信号αを送信する。自己診断部８１ｄが判断する、健全に動いていない失陥状態とは、例えば、例えば、目標電流信号に対応するトー角に対して、ストロークセンサ３８の示すトー角が所定値以上離れている状態が所定時間以上継続している状態をいう。電動機３１の過熱などによるアクチュエータ３０転舵機能低下により、このような状態が起こりうる。

本実施形態では、後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７に目標電流を算出させるとともに、アクチュエータ３０と一体に構成し、操舵制御ＥＣＵ１３０と別個に配置して構成することで、ストロークセンサ３８からの検出値（位置情報）を操舵制御ＥＣＵ１３０に戻すことなく後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７内で位置制御および電流制御のフィードバック処理が可能になる。よって、後輪転舵装置１２０Ｌ・１２０Ｒ側のみでフィードバックループが形成されるので、個々のアクチュエータ３０のバラツキに合わせて設定が可能になり（操舵制御ＥＣＵ１３０に合わせて設定しなくても済み）、処理速度を上げることが可能になる。つまり、操舵制御ＥＣＵ１３０は、各後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７に対してどれだけ移動してほしいのかという指示を出さず、目標トー角の信号を出力するだけで良いので、操舵制御ＥＣＵ１３０の負荷を最小にすることが可能になる。また、これにより、車両の種類に応じた操舵力を持つアクチュエータ３０に対応した電動機駆動回路８３を有する後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７への交換が容易になる。

また、アクチュエータ３０の電動機３１と操舵制御ＥＣＵ１３０とを接続すると、フィードバックループが非常に長くなり、フィードバックループが長くなることによって位相遅れが大きくなり、制御精度が低下するという問題がある。これに対して、本実施形態では、後輪転舵駆動制御ＥＣＵ３７の制御部８１自身が目標電流を算出できるようにしたので、フィードバックループを最短にすることが可能になり、制御精度を向上できるようになる。

５．まとめ
以上説明したように、本実施形態によれば、電動パワーステアリング装置１１０を用いた全輪操舵装置１００を適用した車両において、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥状態にあって車両が不安定になったとしても、電動パワーステアリング装置１１０によるその失陥状態に応じたアシスト制御を行うことで車両の安定化を達成することができる。ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２において、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥状態にあるときのヨーレートゲインＧ_Ｙを算出して学習しておき、そのヨーレートゲインＧ_Ｙを用いて算出したヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙを加算器６３に入力し、電動パワーステアリング装置１１０によるアシスト力の反力として作用するように制御するからである。

特に、元々ヨーレートゲインの高い車両においては、操向ハンドル３（図１参照）の操舵入力が大きくなれば、より大きなヨーレートが発生するので車両が不安定に陥り易い。失陥状態にある場合は尚更である。そこで、電動パワーステアリング装置１１０によるアシスト力の反力として作用するヨーレートフィードバックトルク補正値Ｉ_Ｙを定めるヨーレートゲインＧ_Ｙを増大させることで、アシスト力を抑え、操向ハンドル３（図１参照）の操舵入力を小さくすることで、このような車両であっても、車両の安定化を実現することができる。

なお、上記した形態は、本発明を実施するための最良のものであるが、かかる形態に限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲内において、その実施形式を種々変形することが可能である。

例えば、上記形態のように、失陥状態にある車両のヨーレートに関するフィードバックトルクの補正値を用いて補助トルクを補正する代わりに、失陥状態にある車両の、横加速度、横すべり角等の車両特性を現すパラメータに関するフィードバックトルクの補正値を用いて補助トルクを補正するようにしても良い。

また、ヨーレートフィードバックトルク補正演算部７２における、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌが失陥状態にあるという判断は、失陥信号αの受信だけでなく、後輪目標転舵角演算部７１で生成されたトー角の目標値を用いて判断しても良い。つまり、失陥信号αの受信において、後輪転舵装置１２０Ｒ・１２０Ｌで設定されたトー角がその目標値に達していない場合には失陥状態にあると判断しても良い。

本実施形態に係る全輪操舵装置を適用した４輪車両の概略図である。 電動パワーステアリング装置の構成図である。 左後輪側の後輪転舵装置の構成図である。 後輪転舵装置のアクチュエータの構成図である。 操舵制御ＥＣＵと後輪転舵駆動制御ＥＣＵとの機能関係も示す操舵制御ＥＣＵ全体の機能ブロック図である。 ベース信号演算部およびダンパ補償信号演算部の特性を示す図である。 ヨーレートフィードバックトルク補正演算部の詳細な機能ブロック図である。 ヨーレートフィードバックトルク補正演算部の特性を示す図である。 後輪転舵駆動制御ＥＣＵの機能ブロック図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２Ｌ、２Ｒ 後輪
３ 操向ハンドル
４ 電動機
Ｓ_ＧＳ 横加速度センサ
Ｓ_Ｔ 操舵トルクセンサ
Ｓ_Ｖ 車速センサ
Ｓ_Ｙ ヨーレートセンサ
１１ リアサイドフレーム
１２ クロスメンバ
１３ トレーリングアーム
１３ａ 車体側アーム
１３ｂ 車輪側アーム
１３ｃ 回転軸
１６、１７ ボールジョイント
２３ 電動機駆動回路
３０ アクチュエータ
３１ 電動機
３３ 減速機構
３４ ケース本体
３５ 送りねじ部
３５ａ ロッド
３５ｂ スクリュー溝
３５ｃ ナット
３５ｄ スクリュー軸
３６ ブーツ
３７ 後輪転舵駆動制御ＥＣＵ
３８ ストロークセンサ
１００ 全輪操舵装置
１１０ 電動パワーステアリング装置
１２０Ｌ、１２０Ｒ 後輪転舵装置
１３０ 操舵制御ＥＣＵ
１３０ａ 前輪転舵角制御部
１３０ｂ 後輪転舵角制御部
６１、６２、６３、６４、６５ 加算器
６８ 前輪転舵角演算部
７１ 後輪目標転舵角演算部
７２ ヨーレートフィードバックトルク補正演算部
７２ａ ヨーレートゲイン算出部
７２ｂ ヨーレートフィードバックトルク補正値算出部
７２ｃ ヨーレートフィードバックマップ
７３ 後輪目標転舵角診断部

Claims (1)

1. 少なくとも操舵トルクに応じて、電動機が補助トルクを発生し、該補助トルクを前輪のステアリング系に伝達する電動パワーステアリング装置と、少なくとも前輪の転舵角及び車速に基づいて左右の後輪の転舵角を制御する後輪転舵装置と、並びに前記電動パワーステアリング装置及び前記後輪転舵装置を制御する操舵制御装置とを備える車両の全輪操舵装置において、
   前記操舵制御装置は、
   前記車両のヨーレートを検知する手段と、
   前記後輪転舵装置の失陥状態を判断する手段と、
   前記前輪の転舵角、前記ヨーレート及び前記車速に基づいて、前記失陥状態におけるヨーレートゲインを算出する手段と、
   前記ヨーレート、前記車速及び前記失陥状態におけるヨーレートゲインに基づいて前記失陥状態におけるヨーレートフィードバックトルク補正値を算出する手段と、
   前記補助トルクの目標値を、前記ヨーレートフィードバックトルク補正値で修正する手段と、
   を備えることを特徴とする車両の全輪操舵装置。
   

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