JP2003137124A

JP2003137124A - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JP2003137124A
Application number: JP2001340288A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Shono; 彰一庄野; Takehiro Yanaka; 壮弘谷中; Morihiro Matsuda; 守弘松田; Akira Hasegawa; 晃長谷川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置にお
いて、操舵フィーリングを良好にする。【解決手段】電子制御装置５５は、操舵ハンドル１１
の回転に応じて操舵モータ１５の回転を制御する。操舵
モータ１５の回転力は、操舵力伝達機構１６、操舵出力
軸１７、ピニオンギヤ１８およびラックバー１９を介し
て左右前輪ＦＷ１，ＦＷに伝達されて、左右前輪ＦＷ
１，ＦＷを操舵する。電子制御装置５５は、操舵出力軸
１７に設けたトルクセンサ５３によって検出されたトル
クに応じて、反力モータ１４の回転を制御する。反力モ
ータ１４の回転力は、反力伝達機構１３を介して操舵ハ
ンドル１１に伝達されて、操舵ハンドル１１に操舵反力
を付与する。トルクセンサ５３は、ピニオンギヤ１８に
対して車輪と反対側に設けられているので、機械連結式
の操舵装置と同様な操舵反力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪を操舵するた
めの操作部と車輪との機械的な連結をなくして操作部の
操作に応じて車輪を操舵する車両の操舵装置、いわゆる
ステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置に係り、特に操
作部の操作に対する反力の付与制御を改良した車両の操
舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のステアバイワイヤ方式の
操舵装置においては、例えば特開２０００−１０８９１
４号公報に示されているように、操舵ハンドルの回転角
を検出して、同検出した回転角に応じて操舵モータを駆
動制御し、操舵モータの回転によりラックバーを軸線方
向に変位させて車輪を操舵するようにしている。また、
この操舵装置においては、操舵ハンドルに操舵反力を付
与するための反力モータを備え、ラックバーに作用する
軸力を検出して、同検出した軸力に応じて反力モータの
作動を制御し、車輪の操舵に伴う操舵反力が操舵ハンド
ルに付与されるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置にあっては、操舵モータの回転軸とラックバーとの間
には、回転運動を直線運動に変換するためのギヤ機構
（ラック・アンド・ピニオン機構）が設けられており、
このギヤ機構よりも車輪側部材に作用している力に対応
した操舵反力が操舵ハンドルに付与されることになる。
一方、従前の操舵ハンドルから車輪まで機械的に連結さ
れた操舵装置においては、操舵ハンドルには、車輪、ラ
ックバー、ギヤ機構（ラック・アンド・ピニオン機構）
および操舵軸を介して操舵反力が付与される。これらの
両操舵装置を比較すると、ステアバイワイヤ方式の操舵
装置においては、ギヤ機構よりも車輪側部材に作用して
いる力に対応した操舵反力が操舵ハンドルに付与される
点、すなわちギヤ機構による影響が反映されていない操
舵反力が操舵ハンドルに付与される点で、前記従前の操
舵装置とは異なる。これにより、前記従前の操舵装置を
有する車両の運転に慣れた運転者は、操舵ハンドルの操
作に違和感を覚え、操舵フィーリングが悪化する。

【０００４】

【発明の概略】本発明は、前記問題に対処するためにな
されたもので、その目的は、操舵フィーリングが良好な
車両の操舵装置を提供することにある。

【０００５】前記目的を達成するために、本発明の特徴
は、車輪を操舵するために操作される操作部と、操作部
の操作に対して反力を付与するための反力を発生する反
力アクチュエータと、操作部の操作に応じて車輪を操舵
するための回転力を発生する操舵アクチュエータと、操
舵アクチュエータによって回転駆動される回転軸と、回
転軸に回転運動を直線運動に変換するギヤ機構を介して
接続されて軸線方向の変位に応じて車輪を操舵するラッ
クバーとを備えた車両の操舵装置において、回転軸に付
与されるトルクを検出するトルク検出手段と、トルク検
出手段によって検出されたトルクに応じて反力アクチュ
エータの作動を制御して操作部に付与される反力を制御
する反力制御手段とを設けたことにある。この場合、前
記ギヤ機構は、例えばラック・アンド・ピニオン機構で
ある。

【０００６】前記のように構成した本発明においては、
反力制御手段の作用により、ギヤ機構に対して車輪側と
は反対側に配置されている回転軸に作用するトルクに応
じた操舵反力が、操作部に付与される。したがって、本
発明によれば、ギヤ機構による影響を反映した操舵反力
が操舵ハンドルに付与されることになり、すなわち従前
の操舵ハンドルから車輪まで機械的に連結された操舵装
置における操舵反力と同様な操舵反力が操舵ハンドルに
付与されることになるので、前記従前の操舵装置を有す
る車両の運転に慣れた運転者も、操舵ハンドルの操作に
違和感を覚えることがなくなり、操舵フィーリングが良
好となる。

【０００７】また、本発明の他の特徴は、前記反力制御
手段を、前記トルク検出手段によって検出されたトルク
の高周波数成分を除去するローパスフィルタ処理手段を
有するように構成したことにある。

【０００８】これによれば、操舵ハンドルに付与される
操舵反力から、回転軸に作用しているトルクに含まれる
高周波数成分が除去される。その結果、路面の凹凸によ
るキックバック、タイヤのアンバランスに起因したフラ
ッタなどによる影響が除去され、操舵フィーリングがよ
り良好になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を用いて説明すると、図１は同実施形態に係る車
両の操舵装置を概略的に示している。

【００１０】この操舵装置は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２
を操舵するために、運転者によって回転操作される操作
部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンド
ル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸
１２はその下端にて反力伝達機構１３に接続されてい
る。反力伝達機構１３には、反力アクチュエータとして
の反力モータ１４が接続されている。この構成により、
反力モータ１４にて発生された反力が、反力伝達機構１
３および操舵入力軸１２を介して、操舵ハンドル１１に
伝達されるようになっている。

【００１１】また、この操舵装置は、操舵アクチュエー
タとしての操舵モータ１５を備えている。この操舵モー
タ１５の操舵力は、操舵力伝達機構１６、操舵出力軸１
７、ピニオンギヤ１８およびラックバー１９を介して左
右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。操舵力伝達機構１
６は、操舵モータ１５の回転力を操舵出力軸１７に伝達
して、操舵モータ１５の回転に応じて操舵出力軸１７を
回転させる。ピニオンギヤ１８は、操舵出力軸１７の下
端部に固定されていて、その回転によりラックバー１９
を軸線方向に変位させる。ラックバー１９は、その軸線
方向の変位に応じて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左右に操
舵する。

【００１２】また、この操舵装置においては、反力モー
タ１４、操舵モータ１５またはそれらの電気制御装置に
異常が発生した場合に、操舵ハンドル１１の回転操作を
左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に機械的に伝達することによ
り、操舵ハンドル１１の回転操作に応じて左右前輪ＦＷ
１，ＦＷ２を操舵することを可能にするために、反力伝
達機構１３と操舵力伝達機構１６とを機械的に連結させ
ておく連結部２１を有する。

【００１３】このような操舵装置における反力伝達機構
１３、操舵力伝達機構１６および連結部２１の具体的機
構について、一例を上げて説明しておく。この具体的機
構は、例えば図２に示すように、サンギヤ３１、リング
ギヤ３２、複数のプラネットギヤ３３およびプラネット
キャリア３４からなるプラネタリギヤ機構を備えてい
る。サンギヤ３１およびリングギヤ３２は、ハウジング
３５内に同軸かつ独立して回転可能に支持されている。
複数のプラネットギヤ３３は、プラネットキャリア３４
にそれぞれ回転可能に支持され、サンギヤ３１およびリ
ングギヤ３２にそれぞれ噛み合っている。

【００１４】サンギヤ３１には、トーションバー３６が
その一端にて同軸かつ一体回転するように接続されてい
る。このトーションバー３６はハウジング３５内に軸線
回りに回転可能に支持されていて、その他端は操舵入力
軸１２に一体回転するように接続されている。リングギ
ヤ３２の外周面上には、大ギヤ３２ａが設けられてい
る。この大ギヤ３２ａは、反力モータ１４の回転軸の先
端部に設けた小ギヤ１４ａと噛み合っている。これによ
り、反力モータ１４の回転は、小ギヤ１４ａ、大ギヤ３
２ａ、リングギヤ３２、プラネットギヤ３３、サンギヤ
３１およびトーションバー３６を介して操舵入力軸１２
に伝達される。したがって、これらの小ギヤ１４ａ、大
ギヤ３２ａ、リングギヤ３２、プラネットギヤ３３、サ
ンギヤ３１およびトーションバー３６が、図１の反力伝
達機構１３を構成する。

【００１５】プラネットキャリア３４は、ハウジング３
５内に軸線回りに回転可能に支持されたシャフト３７の
一端に一体的に接続されている。シャフト３７の他端
は、操舵出力軸１７に一体回転するように接続されてい
る。プラネットキャリア３４の外周上には出力ギヤ３８
が固定されており、同出力ギヤ３８はシャフト３９の外
周上に固定された中間ギヤ４１に噛み合っている。シャ
フト３９はハウジング３５内に軸線回りに回転可能に支
持されており、その外周上には入力ホイール４２も固定
されている。この入力ホイール４２には、操舵モータ１
５の回転軸の先端に設けたウォームギヤ１５ａが噛み合
っている。

【００１６】これにより、操舵モータ１５の回転は、ウ
ォームギヤ１５ａ、入力ホイール４２、シャフト３９、
中間ギヤ４１、出力ギヤ３８、プラネットキャリア３４
およびシャフト３７を介して操舵出力軸１７に伝達され
る。したがって、これらウォームギヤ１５ａ、入力ホイ
ール４２、シャフト３９、中間ギヤ４１、出力ギヤ３
８、プラネットキャリア３４およびシャフト３７が、図
１の操舵力伝達機構１６を構成する。なお、中間ギヤ４
１および出力ギヤ３８は偏心しており、左右前輪ＦＷ
１，ＦＷ２が中立位置近くにあるときのステアリングギ
ヤ比が大きくなるとともに、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が
左右に大きく操舵されるときのステアリングギヤ比が小
さくなるようになっている。

【００１７】また、ハウジング３５には、ロック機構４
３が組み付けられている。ロック機構４３は、反力モー
タ１４、操舵モータ１５、電気制御装置などの異常時
に、スプリングなどの付勢力によってロックピン４３ａ
を突出させてリングギヤ３２をハウジング３５に対して
ロックするものである。しかしながら、このロック機構
４３によるリングギヤ３２のロック状態については本発
明には直接関係しないので、説明を省略し、ロックピン
４３ａはロック機構４３内に常に収納されて、リングギ
ヤ３２は常に自由に回転するものとして説明する。

【００１８】なお、リングギヤ３２が自由な回転状態に
あって、操舵入力軸１２（トーションバー３６およびサ
ンギヤ３１）と操舵出力軸１７（シャフト３７およびプ
ラネットキャリア３４）との独立した回転が可能な状態
であっても、複数のプラネットギヤ３３は、サンギヤ３
１の回転およびプラネットキャリア３４の回転にそれぞ
れ連動して回転する。したがって、複数のプラネットギ
ヤ３３が、図１の反力伝達機構１３と操舵力伝達機構１
６とを機械的に連結させておく連結部２１に相当する。

【００１９】次に、これらの反力モータ１４および操舵
モータ１５の回転を制御する電気制御装置について説明
する。電気制御装置は、ハンドル回転角センサ５１、操
舵回転角センサ５２、トルクセンサ５３および車速セン
サ５４を備えている。

【００２０】ハンドル回転角センサ５１は、操舵入力軸
１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の基準位置か
らの回転角を検出してハンドル回転角θhとして出力す
る。操舵回転角センサ５２は、操舵出力軸１７に組み付
けられて、操舵出力軸１７の基準位置からの回転角を検
出して操舵回転角θwとして出力する。なお、ハンドル
回転角θhおよび操舵回転角θwは、中立位置を「０」と
し、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の
回転角を負の値でそれぞれ表す。トルクセンサ５３も、
操舵出力軸１７に組み付けられて、操舵出力軸１７に作
用するトルクを検出する。なお、トルクセンサ５３が組
み付けられる操舵出力軸１７の部分は捩れを伴うトーシ
ョンバーなどで構成しておくとよい。車速センサ５４
は、車速Ｖを検出して出力する。

【００２１】これらのセンサ５１〜５４は、電子制御装
置５５に接続されている。電子制御装置５５は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータ
を主要構成部品とするもので、図３および図５のプログ
ラムを所定の短時間ごとにそれぞれ繰返し実行して、反
力モータ１４および操舵モータ１５の作動をそれぞれ制
御する。電子制御装置５５の出力側には、反力モータ１
４および操舵モータ１５を駆動するための駆動回路５
６，５７がそれぞれ接続されている。

【００２２】次に、上記のように構成した実施形態の動
作を説明する。図示しないイグニッションスイッチのオ
ンにより、電子制御装置５５は、図３の操舵制御プログ
ラムおよび図５の反力制御プログラムを所定の短時間ご
とにそれぞれ繰返し実行する。

【００２３】操舵制御プログラムの実行はステップ１０
０にて開始され、電子制御装置５５は、ステップ１０２
にて、ハンドル回転角センサ５１、操舵回転角センサ５
２および車速センサ５４から、ハンドル回転角θh、操
舵回転角θwおよび車速Ｖをそれぞれ入力する。次に、
ステップ１０４にて、ギヤ比テーブルを参照して、前記
入力した車速Ｖに対応したステアリングギヤ比Ｇを決定
する。ギヤ比テーブルは、電子制御装置５５内に予め用
意されたもので、ウォームギヤ１５ａ、入力ホイール４
２、中間ギヤ４１および出力ギヤ３８の各ギヤ比を考慮
して決められており、図４に示すように車速Ｖに対する
ステアリングギヤ比Ｇの変化特性を表している。

【００２４】前記ステップ１０４の処理後、電子制御装
置５５は、ステップ１０６にて、前記決定したステアリ
ングギヤ比Ｇおよび前記入力したハンドル回転角θhを
用いた下記数１の演算を実行することにより、目標操舵
回転角θw*を計算する。

【００２５】

【数１】

【００２６】次に、ステップ１０８にて、前記計算した
目標操舵回転角θw*および前記入力した操舵回転角θw
を用いた下記数２の演算の実行により、操舵モータ１５
の操舵制御量Ｔwを計算する。なお、下記数２中、Ｃp，
Ｃd，Ｃiは、各項の制御量のゲインを示す係数で、予め
電子制御装置５５内に記憶されている定数である。

【００２７】

【数２】

【００２８】前記ステップ１０８の処理後、電子制御装
置５５は、ステップ１１０にて前記計算した操舵制御量
Ｔwを駆動回路５７に出力して、ステップ１１２にてこ
の操舵制御プログラムの実行を終了する。そして、所定
時間の経過ごとに、電子制御装置５５は、前述した操舵
制御プログラムを繰返し実行して、前記操舵制御量Ｔw
を駆動回路５７に繰返し出力する。

【００２９】駆動回路５７は、前記計算した操舵制御量
Ｔwに対応した制御電流を操舵モータ１５に流すことに
より、操舵出力軸１７の操舵回転角θwが目標操舵回転
角θw*に等しくなるように操舵モータ１５の回転を制御
する。この操舵モータ１５の回転は、操舵力伝達機構１
６（ウォームギヤ１５ａ、入力ホイール４２、シャフト
３９、中間ギヤ４１、出力ギヤ３８、プラネットキャリ
ア３４およびシャフト３７）を介して操舵出力軸１７に
伝達されるので、操舵出力軸１７の回転角は目標操舵回
転角θw*に設定される。そして、この操舵出力軸１７の
回転は、ピニオンギヤ１８を介してラックバー１９に伝
達され、ラックバー１９が、軸方向に変位して左右前輪
ＦＷ１，ＦＷ２を前記目標操舵回転角θw*に対応した操
舵角に操舵する。

【００３０】次に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵に応
じた操舵反力を操舵ハンドル１１に付与する動作につい
て、図５の反力制御プログラムに沿って説明する。

【００３１】反力制御プログラムの実行はステップ２０
０にて開始され、電子制御装置５５は、ステップ２０２
にて、ハンドル回転角センサ５１、トルクセンサ５３お
よび車速センサ５４から、ハンドル回転角θh、トルク
Ｔrおよび車速Ｖをそれぞれ入力する。次に、ステップ
２０４にて、係数テーブルを参照して、前記入力した車
速Ｖに対応したトルク係数Ｋtを決定する。係数テーブ
ルは、電子制御装置５５内に予め用意されたもので、図
６に示すように、車速Ｖの増加に応じて増加するトルク
係数Ｋtの変化特性を表している。

【００３２】前記ステップ２０４の処理後、電子制御装
置５５は、ステップ２０６にて、前記入力したトルクＴ
rに高周波数成分を除去するローパスフィルタ処理を施
す。次に、ステップ２０８にて、前記入力したハンドル
回転角θh、前記決定したトルク係数Ｋtおよび前記ロー
パスフィルタ処理の施されたトルクＴr'を用いた下記数
３の演算を実行することにより、反力制御量Ｔhを計算
する。なお、下記数３中、Ｋ₁₁，Ｋ₁₂，Ｋ₁₃は、各項の
制御量のゲインを示す係数で、予め電子制御装置５５内
に記憶されている定数である。

【００３３】

【数３】

【００３４】この反力制御量Ｔhは、左右前輪ＦＷ１，
ＦＷ２の操舵に応じた反力を操舵ハンドル１１に付与す
るものである。そして、前記数３において、第１項は、
ハンドル回転角θhに応じた操舵反力を付与する項とし
て作用する。第２項は、操舵ハンドル１１の振動を抑制
する項として作用する。第３項は、反力モータ１４の慣
性モーメントの影響を抑制して、操舵ハンドル１１の切
り始めの操舵感を調節する慣性項として作用する。ま
た、第４項は、路面から左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２、ラッ
クバー１９、ピニオンギヤ１８および操舵出力軸１７を
介して入力される操舵反力を付与する項として作用す
る。

【００３５】前記ステップ２０８の処理後、ステップ２
１０にて、前記計算した反力制御量Ｔhを駆動回路５６
に出力して、ステップ２１２にてこの反力制御プログラ
ムの実行を終了する。そして、所定時間の経過ごとに、
電子制御装置５５は、前述して反力制御プログラムを繰
返し実行して、反力制御量Ｔhを駆動回路５６に繰返し
出力する。

【００３６】駆動回路５６は、反力制御量Ｔhに対応し
た制御電流を反力モータ１４に流すことにより、反力制
御量Ｔhに対応した反力が操舵ハンドル１１に付与され
るように反力モータ１４の回転を制御する。この反力モ
ータ１４の回転は、反力伝達機構１３（小ギヤ１４ａ、
大ギヤ３２ａ、リングギヤ３２、プラネットギヤ３３、
サンギヤ３１およびトーションバー３６）を介して操舵
入力軸１２に伝達されるので、操舵ハンドル１１には反
力制御量Ｔhに対応した反力が付与される。

【００３７】前記作動説明のように、ステップ２０８に
て前記数３の演算の実行により反力制御量Ｔhを計算す
るとともに、ステップ２１０の処理により操舵ハンドル
１１に対して前記計算した反力制御量Ｔhに対応した反
力を付与するようにした。したがって、操舵ハンドル１
１には、同操舵ハンドル１１の操作および左右前輪ＦＷ
１，ＦＷ２の操舵に応じた適正な反力が付与されるの
で、操舵フィーリングが良好になる。特に、前記数３の
第４項は、トルクセンサ５３によって検出されたトルク
Ｔrに基づくもので、このトルクＴrは、トーションバー
３６、すなわちピニオンギヤ１８およびラックバー１９
からなるギヤ機構に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２とは
反対側に位置する操舵出力軸１７に作用しているトルク
である。したがって、上記実施形態によれば、ギヤ機構
による影響が反映された操舵反力が操舵ハンドル１１に
付与されることになり、すなわち従前の操舵ハンドルか
ら車輪まで機械的に連結された操舵装置における操舵反
力と同様な操舵反力が操舵ハンドルに付与されることに
なるので、前記従前の操舵装置を有する車両の運転に慣
れた運転者も、操舵ハンドルの操作に違和感を覚えるこ
とがなくなり、操舵フィーリングが良好となる。

【００３８】また、この数３の反力制御量Ｔhの計算に
利用されるトルクは、検出トルクＴrをステップ２０６
にてローパスフィルタ処理したトルクＴr'であるので、
操舵ハンドル１１に付与される操舵反力は、操舵出力軸
１７に作用しているトルクＴrに含まれる高周波数成分
を除去したものとなる。その結果、上記実施形態によれ
ば、路面の凹凸によるキックバック、タイヤのアンバラ
ンスに起因したフラッタなどによる影響が除去され、操
舵フィーリングがより良好になる。

【００３９】次に、上記ローパスフィルタ処理する対象
を変更した上記実施形態の変形例について説明する。こ
の変形例においては、上記図５の反力制御プログラムに
代えて、図７の反力制御プログラムが実行される。

【００４０】この反力制御プログラムにおいては、上記
ステップ２０６の処理が削除され、電子制御装置５５
は、ステップ２０８aにおいて、前記入力したハンドル
回転角θhおよびトルクＴr、並びに前記決定したトルク
係数Ｋtを用いた下記数４の演算を実行することによ
り、反力制御量Ｔhを計算する。なお、下記数４中の係
数Ｋ₁₁，Ｋ₁₂，Ｋ₁₃も、各項の制御量のゲインを示す係
数で、予め電子制御装置５５内に記憶されている定数で
ある。そして、ステップ２２０にて前記計算した反力制
御量Ｔhをローパスフィルタ処理し、ステップ２１０ａ
にてこのローパスフィルタ処理の施された反力制御量Ｔ
h'を駆動回路５７に出力する。

【００４１】

【数４】

【００４２】そして、駆動回路５６が、反力制御量Ｔh'
に対応した制御電流を反力モータ１４に流すことによ
り、前記実施形態の場合と同様に、操舵ハンドル１１に
は反力制御量Ｔh'に対応した反力が付与される。したが
って、この場合も、操舵ハンドル１１には、同操舵ハン
ドル１１の操作および左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵に
応じた適正な反力が付与されるので、操舵フィーリング
が良好になる。また、ステップ２２０のローパスフィル
タ処理により反力制御量Ｔhの高周波数成分が除去され
るので、この変形例によっても、路面の凹凸によるキッ
クバック、タイヤのアンバランスに起因したフラッタな
どによる影響が除去され、操舵フィーリングがより良好
になる。

【００４３】また、上記実施形態および変形例におい
て、ハンドル回転角θhと操舵回転角θwは同じ値になる
ように制御される。したがって、前記反力制御量Ｔhを
計算するためのステップ２０８，２０８ａにおける数
３，４において、ハンドル回転角θhに代えて操舵回転
角θwを用いるようにしてもほぼ同一の結果が得られ
る。

【００４４】次に、路面摩擦係数μを推定して、左右前
輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵制御量Ｔwを推定路面摩擦係数
μに応じて変更制御する上記実施形態の変形例について
説明する。この場合、図１に破線で示すように、駆動回
路５７内に操舵モータ１５に流れる電流値Iを検出する
電流センサ５７ａを設ける。また、電子制御装置５５
は、上記図３の操舵制御プログラムに代えて、図８に示
す操舵制御プログラムを実行する。

【００４５】この操舵制御プログラムの実行はステップ
１５０にて開始され、電子制御装置５５は、ステップ１
５２にて、ハンドル回転角センサ５１、操舵回転角セン
サ５２、車速センサ５４および電流センサ５７ａから、
ハンドル回転角θh、操舵回転角θw、車速Ｖおよび電流
値Ｉをそれぞれ入力する。次に、ステップ１５４にて、
操舵回転角θwの絶対値｜θw｜が所定値θo以上である
かを判定することにより、車両が旋回中であるか否かを
判定する。また、ステップ１５６にて、今回、前回、前
々回などの処理時の操舵回転角θwを比較することによ
り、車両が定常旋回中であるか否かを判定する。この場
合、前記各操舵回転角θwの変化が小さいとき、車両が
定常旋回中であると判定される。

【００４６】いま、車両が定常旋回中であれば、ステッ
プ１５４，１５６にて共に「Ｙｅｓ」と判定し、ステッ
プ１５８にて電流値Ｉを高周波数成分を除去するために
ローパスフィルタ処理する。このローパスフィルタ処理
により、電流値Ｉのノイズ成分が除去されるとともに、
過渡的な電流値Ｉの変化も除去される。前記ステップ１
５８の処理後、ステップ１６０にて路面摩擦係数テーブ
ルを参照して、操舵回転角θwおよび電流値Iに対応した
路面摩擦係数μを計算するとともに、以前の路面摩擦係
数μを新たに計算した路面摩擦係数μに更新する。

【００４７】路面摩擦係数テーブルは、電子制御装置５
５内に予め用意されたもので、図９に示すように、複数
種類の路面摩擦係数（例えば、μ＝0.6，0.4，0.2）に
対して操舵回転角θwに応じた電流値Iの変化特性を３次
元マップ形式で記憶している。この変化特性は、路面摩
擦係数μが大きくなるに従って、操舵モータ１５を回転
させるためのモータ駆動電流が大きくなることに基づい
ている。そして、路面摩擦係数μの具体的な計算におい
ては、操舵回転角θwと電流値Iとによって決まる図９の
座標上位置を特定し、同座標位置の両側に位置する曲線
の２つの路面摩擦係数を用いた補間演算により、路面摩
擦係数μを計算する。

【００４８】前記ステップ１６０の処理後、ステップ１
６２にて、ギヤ比テーブルを参照して、前記更新した路
面摩擦係数μおよび車速Ｖに対応したステアリングギヤ
比Ｇを計算する。このステアリングギヤ比テーブルは、
電子制御装置５５内に予め用意されたもので、図１０に
示すように、複数種類の路面摩擦係数（例えば、μ＝0.
6，0.4，0.2）に対して車速Ｖに応じて変化するステア
リングギヤ比Ｇを３次元マップ形式で記憶している。こ
の場合、路面摩擦係数μが小さくなり、また車速Ｖが大
きくなるに従って、ステアリングギヤＧは大きくすなわ
ち安定側の値になるように定められている。そして、ス
テアリングギヤ比Ｇの具体的計算においては、車速Ｖに
よって決まる線上であって、前記ステップ１６０の処理
によって計算した路面摩擦係数μに対応したステアリン
グギヤ比Ｇを補間演算により計算する。

【００４９】そして、上述した図３のステップ１０６〜
１１０と同様なステップ１６４〜１６８の処理により、
目標操舵回転角θw*の計算処理、操舵制御量Ｔwの計算
処理および操舵制御量Ｔwの出力処理をそれぞれ実行し
て、ステップ１７０にてこの操舵制御プログラムの実行
を終了する。したがって、上記実施形態の場合と同様
に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はステップ１６４の処理に
よって計算した目標操舵回転角θw*に操舵される。

【００５０】一方、車両が定常旋回中でない場合には、
ステップ１５４またはステップ１５６のいずれかにて
「Ｎｏ」と判定される。そして、ステップ１６２以降の
処理が実行される。この場合、前述したステップ１６０
の処理によって前回に更新された路面摩擦係数μが利用
されて、ステアリングギヤ比Ｇおよび目標操舵回転角θ
w*が計算されて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が前記計算し
た目標操舵回転角θw*に操舵される。

【００５１】前記作動説明のように、この変形例におい
ては、前記ステップ１５８，１６０の処理により、操舵
モータ１５に流れる電流値Ｉに応じて路面摩擦係数μが
計算され、ステップ１６２のステアリングギヤ比Ｇの決
定においては、路面摩擦係数μが小さくなるに従ってス
テアリングギヤ比Ｇが車両の安定側である大きな値に設
定される。したがって、この変形例によれば、車両の走
行安全性が良好になる。

【００５２】なお、操舵モータ１５に流れる電流値Iと
トルクＴrはほぼ比例するので、この変形例における電
流値Ｉに代えて、トルクセンサ５３によって検出された
トルクＴrを用いることもできる。すなわち、図８にて
括弧書きで示したように、ステップ１５２，１５８，１
６０における電流値Iを検出トルクＴrで置換しても、前
記変形例と同様に車両の走行安定性が良好となる。

【００５３】また、ハンドル回転角θhと操舵回転角θw
とはほぼ同じであるので、前記ステップ１５４，１５
６，１６０の処理における操舵回転角θwを、ハンドル
回転角θhで置換することもできる。これによっても、
前記変形例とほぼ同等な効果が期待できる。

【００５４】次に、前記推定路面摩擦係数μに応じて操
舵制御量Ｔwの微分係数Ｃdを変更するようにした変形例
について説明する。この場合、電子制御装置５５は、上
記図８の操舵制御プログラムに代えて、図１１に示す操
舵制御プログラムを実行する。

【００５５】この操舵制御プログラムの実行もステップ
１５０にて開始され、電子制御装置５５は、ステップ１
５２にて、前記と同様に、ハンドル回転角θh、操舵回
転角θw、車速Ｖおよび電流値Ｉをそれぞれ入力する。
そして、ステップ１８０にてステアリングギヤ比Ｇを決
定するとともに、ステップ１８２にて目標操舵回転角θ
w*を計算する。ただし、この場合には、路面摩擦係数μ
を考慮することなく、上記実施形態の図３のステップ１
０４，１０６の処理と同様な処理により、ステアリング
ギヤ比Ｇおよび目標操舵回転角θw*を計算する。

【００５６】前記ステップ１８２の処理後、前述したス
テップ１５４〜１６０の処理により、路面摩擦係数μを
計算するとともに更新する。そして、ステップ１８４に
て、微分係数テーブルを参照して、前記更新した路面摩
擦係数μに応じて上記数２における微分係数Ｃdを決定
する。この微分係数テーブルは電子制御装置５５内に予
め用意されたもので、図１２に示すように、路面摩擦係
数μの増加に従って増加する微分係数Ｃdを記憶してい
る。

【００５７】前記微分係数Ｃdの決定後、ステップ１６
６にて、前記と同様に、上記数２を用いた操舵制御量Ｔ
wを計算する。ただし、この操舵制御量Ｔwの計算におい
ては、前記ステップ１８４の処理によって決定した微分
係数Ｃdが利用される。他の係数Ｃp，Ｃiに関しては、
前記場合と同様に、電子制御装置５５に予め記憶された
定数が用いられる。そして、ステップ１６８にて前記と
同様に操舵制御量Ｔwを出力して、ステップ１７０にて
この操舵制御プログラムの実行を終了する。したがっ
て、上記実施形態の場合と同様に、左右前輪ＦＷ１，Ｆ
Ｗ２はステップ１６４の処理によって計算した目標操舵
回転角θw*に操舵される。

【００５８】この変形例においても、前記ステップ１５
８，１６０の処理により、操舵モータ１５に流れる電流
値Ｉに応じて路面摩擦係数μが計算される。そして、ス
テップ１８４の処理により、路面摩擦係数μが小さくな
るに従って、微分係数Ｃdが車両の安定側である小さな
値に設定される。したがって、この変形例によっても、
車両の走行安全性が良好になる。

【００５９】なお、この変形例においても、前述の場合
と同様に、図１１にて括弧書きで示したように、ステッ
プ１５２，１５８，１６０における電流値Iを検出トル
クＴrで置換しても、前記変形例と同様に車両の走行安
定性が良好となる。また、前記ステップ１５４，１５
６，１６０の処理における操舵回転角θwを、ハンドル
回転角θhで置換することもできる。さらに、前述のよ
うにして推定した路面摩擦係数μに応じて、ステアリン
グギヤ比Ｇおよび微分係数Ｃdの両者を変更するように
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の
概略図である。

【図２】図１の一点鎖線で囲んだ機構部分の一例を示
す断面図である。

【図３】図１の電子制御装置によって実行される操舵
制御プログラムのフローチャートである。

【図４】車速とステアリングギヤ比との関係を示すグ
ラフである。

【図５】図１の電子制御装置によって実行される反力
制御プログラムのフローチャートである。

【図６】車速とトルク係数との関係を示すグラフであ
る。

【図７】前記実施形態の変形例に係る反力制御プログ
ラムのフローチャートである。

【図８】前記実施形態の他の変形例に係る操舵制御プ
ログラムのフローチャートである。

【図９】操舵回転角、電流値および路面摩擦係数の関
係を示すグラフである。

【図１０】車速、ステアリングギヤ比および路面摩擦
係数の関係を示すグラフである。

【図１１】前記実施形態の他の変形例に係る操舵制御
プログラムのフローチャートである。

【図１２】路面摩擦係数と微分係数との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操
舵入力軸、１３…反力伝達機構、１４…反力モータ、１
５…操舵モータ、１６…操舵力伝達機構、１７…操舵出
力軸、１８…ピニオンギヤ、１９…ラックバー、５１…
ハンドル回転角センサ、５２…操舵回転角センサ、５３
…トルクセンサ、５４…車速センサ、５５…電子制御装
置、５７ａ…電流センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田守弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者長谷川晃愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA03 DA15 DA23 EB05 EB12 EC23 EC31 3D033 CA13 CA16 CA17 CA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪を操舵するために操作される操作部
と、前記操作部の操作に対して反力を付与するための反
力を発生する反力アクチュエータと、前記操作部の操作
に応じて車輪を操舵するための回転力を発生する操舵ア
クチュエータと、前記操舵アクチュエータによって回転
駆動される回転軸と、前記回転軸に回転運動を直線運動
に変換するギヤ機構を介して接続されて軸線方向の変位
に応じて車輪を操舵するラックバーとを備えた車両の操
舵装置において、前記回転軸に付与されるトルクを検出するトルク検出手
段と、前記トルク検出手段によって検出されたトルクに応じて
前記反力アクチュエータの作動を制御して前記操作部に
付与される反力を制御する反力制御手段とを設けたこと
を特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】前記請求項１に記載した車両の操舵装置に
おいて、前記反力制御手段は、前記トルク検出手段によって検出
されたトルクの高周波数成分を除去するローパスフィル
タ処理手段を有することを特徴とする車両の操舵装置。