JPH0797028B2

JPH0797028B2 - 操舵角検出装置

Info

Publication number: JPH0797028B2
Application number: JP61100545A
Authority: JP
Inventors: 雅文中山; 節佳矢内; 真人吹野; 豊青山; 守恒中田; 智規矩
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS62257009A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、車両のステアリング機構における操舵角を
検出する操舵角検出装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の操舵角検出装置としては、例えば、この出願人が
先に出願したもので、特開昭60−176804号公報に記載さ
れているようなものがある。

このものは、車両のステアリング機構の操舵角に応じた
操舵角情報を出力する操舵角検出器と、該操舵角検出器
の操舵角情報を平均化して中立位置情報を算定する平均
化処理手段と、該平均化処理手段の中立位置情報と前記
操舵角検出器の操舵角情報との差値を演算する差値演算
手段と、を備えていることを特徴としており、操舵角の
相対変化量を平均化して中立位置情報を算定し、この中
立位置情報と現在の操舵角情報との差値に基づき操舵角
を検出することにより、操舵角検出器のステアリング機
構に対する取付位置を自由に選定できるようにしてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の操舵角検出装置になっ
ては、平均化処理手段で操舵角検出器から出力されるハ
ンドルを切っている時の操舵角情報をも含めた全ての操
舵角情報を平均化するようにしているので、実際の走行
路面では右カーブと左カーブとの頻度が必ずしも一致せ
ず、しかも旋回半径もまちまちであることにより、車両
の旋回時の操舵角情報も含めて平均化する場合には、例
えば左カーブに比べて右カーブが多い走行路を走行する
ときには、右旋回側の操舵角情報が多くなり、これらを
平均化して算出した操舵中立位置は、実際の操舵中立位
置から右旋回側に大きくずれることにより、正確な中立
位置情報を得ることができないという問題点があった。

この発明は、このような従来の不十分な点に着目してな
されたものであり、車両が旋回状態にあるか否かを操舵
トルク情報で判断し、ハンドルを切っていない直進走行
状態での操舵角情報のみに基づき平均化処理を実行して
操舵角の平均値を算出することにより、正確な中立位置
情報を得るようにした操舵角検出装置を提供することを
目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記不十分な点を解決するため、この発明は、第１図に
示す基本構成図のように、車両のステアリング機構にお
ける操舵角を検出する操舵角検出装置において、前記ス
テアリング機構の操舵角に応じた操舵角情報を出力する
操舵角検出器と、前記ステアリング機構に付与される操
舵トルクに応じた操舵トルク情報を出力する操舵トルク
検出器と、操舵トルク情報が予め設定した所定範囲内を
所定時間継続する安定状態であることを検出する安定状
態検出手段と、該安定状態検出手段で安定状態であるこ
とを検出したときに操舵角情報を平均化して中立位置情
報を算定する平均化処理手段と、この平均化処理手段の
中立位置情報と前記操舵角検出器の操舵角情報との差値
を演算する操舵角演算手段と、を備えていることを特徴
としている。

〔作用〕

而して、この発明では、ステアリング機構の、操舵角を
操舵角検出器で検出すると共に、操舵トルクを操舵トル
ク検出器で検出し、操舵トルク情報が予め設定した所定
範囲内を所定時間継続する安定状態であることを安定状
態検出手段で検出したときに、平均化処理手段により操
舵角検出値を平均化して中立位置情報を算定し、この中
立位置情報と現在の操舵角情報との差値に基づき操舵角
演算手段で操舵角を演算することにより、操舵角中立位
置の検出精度を向上させる。

〔実施例〕

以下、この発明を図示実施例に基づいて説明する。

第２図乃至第９図は、この発明の一実施例を示す図であ
る。

まず、構成を説明すると、第２図に示す１がステアリン
グシャフトであり、その上端にはステアリングホイール
２が取付けられていると共に、その下端には自在継手３
を介してピニオンシャフト４が連結されていて、このピ
ニオンシャフト４の下端に設けたピニオンがステアリン
グギヤボックス５の内部でラック軸６のラックと噛合し
ている。さらに、ラック軸６の両端にはタイロッド7,7
がそれぞれ揺動可能に連結されていて、各タイロッド7,
7の外端には、操舵輪である前輪８を回転自在に支持す
るナックル９がそれぞれ揺動可能に連結されている。

上記ステアリングホイール２、ステアリングシャフト
１、自在継手３、ピニオンシャフト４、ラック軸６、タ
イロッド７及びナックル９によってステアリング機構を
構成している。

また、上記ピニオンシャフト４は、ウォームギヤ減速機
構を介して電動機10の回転軸に連結されている。電動機
10は、例えば直流サーボ電動機で構成され、その回転力
がウォームギヤ機構を、介してステアリング機構に伝達
され、これにより、操舵力に応じた操舵補助力が当該ス
テアリング機構に付与される。

さらに、前記ステアリングシャフト１には、操舵角を検
出して検出操舵角に応じた操舵角情報としての操舵角検
出信号D1,D2を出力する操舵角検出器11を関連設置して
いる。この操舵角検出器11の一例は、第３図に示すよう
に、ステアリングシャフト１に嵌合されてこれと一体に
回動し且つ外周部に等角間隔で穿設して複数のスリット
12aを有するスリット円板12と、このスリット円板12を
挟んで対向するフォトインタラプタ13とから構成されて
いる。ここで、フォトインタラプタ13は、前記スリット
12aを挟んで対向する２組の発光素子14,15及び受光素子
（図中略）を有し、これらがスリット12a間のピッチＰ
の1/4又はその整数倍のピッチを保って配設され、従っ
て、各受光素子から第４図に示すように、スリット12a
間のピッチＰの1/4分だけ互いに位相がずれた操舵角検
出信号D1,D2が出力される。

この場合、操舵角検出信号D1,D2の位相のずれ方向によ
ってステアリング機構の操舵方向を検出することができ
る。すなわち、検出信号D1が“0"（OFF）から“1"（O
N）に立ち上がる時点で検出信号D2が“0"であるとき、
又は、検出信号D1が“1"から“0"に立ち下がる時点で検
出信号D2が“1"であるときには、右切であることが判断
され、上記と逆の場合には、左切りであることが判断さ
れる。

16は、ステアリングシャフト１に関連設置され且つ当該
ステアリングシャフト１に入力される操舵トルクを検出
して検出操舵トルクに応じた操舵トルク情報としての操
舵トルク検出信号DTを出力する操舵トルク検出器であ
る。この操舵トルク検出器16は、例えばステアリングシ
ャフト１に固着したストレーンゲージで構成され、運転
者がステアリングホイール２を転舵操作することにより
ステアリングシャフト１に生じる捩れを検出し、その捩
れの大きさに応じたアナログ電圧からなる上記操舵トル
ク検出信号DTを出力する。

また、17は、車速を検出する車速検出器であり、例えば
変速機の出力軸の回転数を検出し、これに対応した周期
のパルス信号でなる車速情報としての車速検出信号DVを
出力する。

これら車速検出信号DV,操舵角検出信号D1,D2及び操舵ト
ルク検出信号DTは制御装置20に供給され、これらの入力
信号に基づき制御装置20が演算処理を実行する。

制御装置20には駆動回路18とバッテリー等の電源19とが
接続されていて、その主要部は、第５図に示すように、
例えば、マイクロコンピュータ21によって構成される。
このマイクロコンピュータ21は、インタフェース回路2
2、演算処理装置23及びRAM,ROM等の記憶装置24を含んで
構成され、インタフェース回路22には操舵角検出器11、
操舵トルク検出器16及び車速検出器17が接続されている
と共に、駆動回路18を介して前記電動機10が接続されて
いる。

また、演算処理装置23は、インタフェース回路22を介し
て操舵角検出信号D1,D2、操舵トルク検出信号DT及び車
速検出信号DVを読み込み、これらに基づき後述する演算
処理を実行する。さらに、記憶装置24は、演算処理装置
23の演算処理の実行に必要な所定のプログラムを記憶し
ていると共に、演算処理装置23の演算結果等を記憶す
る。そして、マイクロコンピュータ21は、具体的には第
６図に示すように、操舵角検出部25と、電動機10の駆動
制御部である補助力演算手段30とを兼用している。

操舵角検出部25は、操舵角検出器11の操舵角検出信号D
1,D2に基づき操舵方向を判定する操舵方向判定手段26
と、この操舵方向判定手段26の判定結果に基づきアップ
・ダウンカウントする計数手段27と、この計数手段27の
カウント情報と操舵トルク検出器16の操舵トルク情報で
ある操舵トルク検出信号DTとに基づいて操舵トルク検出
値がある一定値以下の時に前記カウント情報、すなわち
操舵角情報θ_０を所定時間毎に平均化して車両が直進状
態で走行するときのステアリング機構の中立位置を示す
中立位置情報θ_Ｃを算定する平均化処理手段28と、この
平均化処理手段28の中立位置情報θ_Ｃと計数手段27の操
舵角情報θ_０との差値を演算して操舵角検出情報θを算
出する操舵角演算手段29とを有している。

この場合、平均化処理手段28は、計数手段27の操舵角情
報θ_０を順次平均化して平均値θ_Ｎを算出し、これを擬
似的にステアリング機構の中立位置を表す中立位置情報
θ_Ｃとして記憶装置の所定記憶領域に記憶する。ここ
に、平均値θ_Ｎの算出方法としては、例えば、次式を適
用することができる。

θ_Ｎ＝α・θ_N-1＋β・θ_Ｎ ……（１）但し、α＋β＝１である。

また、操舵角演算手段29は、平均化処理手段28で算出し
た中立位置情報θ_Ｃと計数手段27の操舵角情報θ_０との
差値を演算するので、その演算結果は、ステアリング機
構の操舵方向を加味した実際の操舵状態を表す操舵角検
出情報θとなる。

さらに、補助力演算手段30は、操舵角検出部25からの操
舵角検出情報θと、操舵トルク検出器16からの操舵トル
ク情報DTと、車速検出器17からの車速情報DVとに基づい
て、操舵トルク情報Ｔが予め設定された所定の操舵トル
ク基準値Ａ以下で且つ車速情報Ｖが予め設定された所定
の車速基準値以下で走行しているとき即ち転舵操作が終
了してハンドルから手を放して直進走行状態に戻るとき
に、ステアリング機構を操舵角θが０となる中立位置へ
戻すように電動機10を回転駆動するための、例えば論理
値“1"の制御信号CSをインタフェース回路22及び駆動回
路18を介して電動機10に出力する。

次に、上記マイクロコンピュータ21の処理手順を、第７
図乃至第９図に従って説明する。

すなわち、マイクロコンピュータ21は、通常は他のメイ
ンプログラムを実行しており、操舵角検出器11の操舵角
検出信号D1,D2がインタフェース回路22に入力される
と、それらの例えば立ち上がり時点で、メインプログラ
ムに割込みをかけて、第７図に示す操舵方向判定割込処
理を実行する。

この割込処理は、まず、ステップで操舵角検出信号D
1,D2を読み込み、次のステップでは、検出信号D1が
“1"であるか否かを判定する。その判定の結果、検出信
号D1が“1"である場合には、ステップに移行して、操
舵角検出信号D2が“0"であるか否かを判定する。その判
定の結果、検出信号D2が“0"である場合には、ステップ
に移行して、計数手段27を“1"だけカウントアップす
る一方、検出信号D2が“1"である場合には、ステップ
に移行して、計数手段27を“1"だけカウントダウンして
から、それぞれメインプログラムに復帰する。

また、ステップでの判定結果が、検出信号D1が“0"で
ある場合には、ステップに移行して、検出信号D2が
“1"であるか否かを判定し、検出信号D2が“1"である場
合には前記ステップに移行する一方、検出信号D2が
“0"である場合には前記ステップに移行してから、そ
れぞれメインプログラムに復帰する。

ここで、上記ステップ乃至及びの処理によって操
舵方向判定手段26を構成していると共に、ステップ及
びの処理によって計数手段27を構成している。

次に、予め設定された所定のメインプログラムに対して
所定時間（例えば100msec）の間隔毎に、第８図に示す
操舵角演算割込処理が実行されると、まず、ステップ
で操舵トルク検出信号DTを読み込み、次のステップで
は、操舵トルク検出値Ｔの絶対値|T|が予め設定された
所定の操舵トルク基準値Ａ以下であるか否かを判定す
る。その判定の結果、絶対値|T|が基準値Ａより大きい
時には、操舵中であると判定して、ステップに移行し
て、操舵角情報の平均演算を行うために予め設定された
一定時間を管理するタイマをリセットし、これでタイマ
割込み処理を終了してメインプログラムに復帰する。

一方、ステップの判定結果が|T|≦Ａである場合に
は、ステップに移行して、前記タイマがセットされて
いるか否かを判定し、セットされていない時にはステッ
プに移行して、当該タイマをセットしてからステップ
に移行する一方、すでにセットされている時には直接
ステップに移行する。このステップでは、タイマの
内容であるタイマ値が予め設定された所定の基準時間Ｂ
以上であるか否かを判定する。その判定の結果、タイマ
値が基準時間Ｂ未満である時には、これでタイマ割込み
処理を終了してメインプログラムに復帰する一方、タイ
マ値が基準時間Ｂ以上である時には、ステップに移行
する。

このステップでは、後述する操舵角の平均化処理を実
行し、次のステップでは、同様に後述する操舵角演算
処理を実行し、しかる後、ステップに移行して、タイ
マをリセットしてから、メインプログラムに復帰する。
ここで、ステップS11〜ステップS15の処理が安定状態検
出手段に対応している。

上記ステップの平均化処理及びステップの操舵角演
算処理は、第９図に示すように、まず、ステップＡで
平均化処理手段28の演算結果である平均値で表される中
立位置情報θ_Ｃを読み出し、次いで、ステップＢで
（θ−θ₀/100）を演算して、その演算結果をθ_Ｃとし
て記憶装置の所定記憶領域に一時記憶する。次に、ステ
ップＣに移行して、計数手段27のカウント値θ_０を読
み込み、次いで、ステップＤで（θ₀/100）を演算し
てその演算結果をθ_Ｎとして記憶装置の所定記憶領域に
一時記憶する。

続いて、ステップＥに移行して、ステップＢ及びス
テップＤで記憶したθ_Ｃ及びθ_Ｎを読み出し、これら
を加算してその結果をθ_Ｃとする。次いで、ステップ
Ｆに移行して、ステップＥの演算結果を記憶装置の所
定記憶領域に新たな中立位置情報θ_Ｃとして記憶する。

次に、ステップＡに移行して、ステップＦで記憶し
た中立位置情報θ_Ｃ及び計数手段27のカウント値θ_０を
読み出し、（θ_Ｃ−θ_０）の演算を行って、その演算結
果を操舵角検出情報θとして記憶装置の所定記憶領域に
記憶してからメインプログラムに復帰する。

ここで、ステップＡ乃至Ｆの処理によって平均化処
理手段を構成していると共に、ステップＡ及びＢの
処理によって操舵角演算手段を構成している。

次に、作用について説明する。

今、車両が旋回走行状態にあって、ステアリング機構を
操舵中であるか又はある操舵角において保舵しているも
のとして、その操舵力Ｔ又は保舵力が基準値Ａ以上であ
るものとすると、第８図に示すように平均化処理は行わ
れない。そのため、平均化処理手段28は、計数回路27の
操舵角情報θ_０の読み込みを行わず、従前の平均値であ
る中立位置情報θ_Ｃを維持している。従って、この状態
では、操舵方向判定手段26及び計数手段27が作動され、
計数手段27の操舵角情報θ_０がステアリングホイール２
の操舵角及び操舵方向に応じた内容となるが、中立位置
情報θ_Ｃは更新されないため、中立位置情報θ_Ｃが不用
意に実際のステアリングホイール２の位置からずれるこ
とがない。

これらの状態から、旋回を終えることにより、運転者が
ステアリングホイール２を直進走行状態に戻し、その操
舵トルク情報Ｔが基準値Ａ未満に低下すると、平均化処
理手段28が作動され、第8,9図の平均値演算割込処理が
実行されるようになる。その結果、前記（１）式の演算
が行われ、そのときの平均値が中立位置情報θ_Ｃとして
記憶装置に記憶される。この場合の中立位置情報θ
_Ｃは、ハンドルを切っていない時の操舵角を平均化した
ものであるため、実際に車両が直進状態で走行するとき
のステアリング機構の中立位置に略一致した値となる。

而して、この実施例では、ハンドルを切っているか否か
を操舵トルク値で判断し、ハンドルを切っていないとき
の操舵角検出値を平均化して操舵角を検出するようにし
たため、誤差を少なくして精度の高い中立位置検出を行
うことができ、例えば、右カーブと左カーブの大きさや
頻度が違った場合にも中立位置がずれるという不具合を
なくすことができる。

第10図乃至第12図は、演算処理装置23による操舵角演算
処理の他の例をそれぞれ示すフローチャートである。

第10図に示すフローチャートは、第８図に示したフロー
チャートからステップを除去したものであり、この場
合には平均回数が多くなるため、より中立位置の検出精
度を向上させることができる。

第11図に示すフローチャートは、操舵途中でステアリン
グホイール２から手を離した状態の補正も行うようにし
たものであり、そのため、第８図のフローチャートのス
テップ乃至ステップの処理を廃止する一方、ステッ
プの後にステップ乃至ステップを設けている。す
なわち、ステップは、操舵トルク情報Ｔの検出トルク
絶対値|T|が０に近い値であるか否かを判定し、このス
テップの判定結果が|T|≒０であるときには、ステッ
プに移行して、前記タイマをセットしてから、ステッ
プに移行する一方、前記ステップの判定結果が|T|
≠０であるときには直接ステップに移行して、タイマ
の値が第２の基準時間Ｃ以上であるか否かを判定するよ
うにしている。

この実施例の場合には、短時間の操舵途中のステアリン
グ手離し時の操舵角情報も無視するようにしているた
め、手離し状態があっても操舵角検出誤差をより小さく
することができる。

また、第12図に示すフローチャートは、この割込処理が
開始されると、その直後から平均化演算を実行するよう
にしたものであり、この場合には処理ステップ数が少な
いため、この操舵角演算処理が占めるマイクロコンピュ
ータ21の作動時間の割合を少なくすることができ、その
分他の計算を行うことができるから、マイクロコンピュ
ータ21に余裕を持たせることができる。

なお、上記実施例においては、平均化処理手段28が計数
手段27の操舵角情報θ_０を読み込む毎に（１）式に基づ
いて平均化を行うようにしたが、これに限定されるもの
ではなく、計数手段27の操舵角情報θ_０を所定数順次更
新しながら記憶装置24に記憶し、この記憶装置24に記憶
された各操舵角情報を単純平均して平均値を演算するよ
うにしてもよい。

また、上記実施例では、操舵角検出器11としてフォトイ
ンタラプタ13を適用した場合について説明したが、これ
に限らずポテンショメータ等の操舵角に応じた電圧その
他のアナログ検出信号を発生する操舵角検出器であって
もよく、その検出信号をA/D変換してマイクロコンピュ
ータ21に供給し、そのデジタル検出データを平均化する
ように構成してもよい。この場合には、操舵方向判定手
段26及び計数手段27を省略することができる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、操舵角検
出器と、操舵トルク検出器と、操舵トルク情報が予め設
定した所定範囲内を所定時間継続する安定状態であるこ
とを検出する安定状態検出手段と、該安定状態検出手段
で安定状態であることを検出したときに操舵角情報を平
均化して中立位置情報を算定する平均化処理手段と、中
立位置情報と操舵角情報との差値を演算する操舵角演算
手段と、を備えて操舵角検出器を構成するようにしたた
め、操舵トルク情報が所定範囲内に所定時間継続した安
定状態にあるときのみ中立位置情報が算定されることに
なり、ステアリングの組付け誤差、トーイン量の左右輪
差、タイヤのユニシティ，プライステア等に影響される
ことなく、操舵中立位置を高精度で検出することがで
き、従って、例えば右カーブと左カーブの大きさや頻度
が違った場合やスラローム走行を行った場合でも中立位
置がずれることがないという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構成を示すブロック図、第２図
はこの発明の一実施例を示す概略構成図、第３図は操舵
角検出器の一例を示す平面図、第４図はその検出信号を
示す信号波形図、第５図はこの発明に係わる制御装置を
示すブロック図、第６図は同じくマイクロコンピュータ
の具体的構成を示すブロック図、第７図乃至第12図はマ
イクロコンピュータの処理手順をそれぞれ示すフローチ
ャートである。１……ステアリングシャフト、２……ステアリングホイ
ール、10……電動機、11……操舵角検出器、16……操舵
トルク検出器、20……制御装置、21……マイクロコンピ
ュータ、22……インタフェース回路、23……演算処理装
置、24……記憶装置、25……操舵角検出部、26……操舵
方向判定手段、27……計数手段、28……平均化処理手
段、29……操舵角演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青山豊神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者中田守恒神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者規矩智神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭61−28811（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のステアリング機構における操舵角を
検出する操舵角検出装置において、前記ステアリング機
構の操舵角に応じた操舵角情報を出力する操舵角検出器
と、前記ステアリング機構に付与される操舵トルクに応
じた操舵トルク情報を出力する操舵トルク検出器と、操
舵トルク情報が予め設定した所定範囲内を所定時間継続
する安定状態であることを検出する安定状態検出手段
と、該安定状態検出手段で安定状態であることを検出し
たときに操舵角情報を平均化して中立位置情報を算定す
る平均化処理手段と、この平均化処理手段の中立位置情
報と前記操舵角検出器の操舵角情報との差値を演算する
操舵角演算手段と、を備えていることを特徴とする操舵
角検出装置。