JP2006256346A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転舵機構に作用する逆入力応力を緩和して高い耐久性を確保することのできる車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】 制御装置は、転舵機構に作用する逆入力応力の大きさを判定する。そして、判定された逆入力応力の大きさ、詳しくはその大きさを示す逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０を超える場合には、転舵アクチュエータの制御、即ち転舵角の位置制御におけるフィードバックゲイン（Ｆ／Ｂゲイン）Ｋfbを低減する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関するものである。

近年、転舵輪とステアリング（ハンドル）とを機械的に分離し、検出されたステアリングの舵角（操舵角）に基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪の舵角（転舵角）を発生させるべく転舵アクチュエータの作動を制御する所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置が提案されている。

ところで、こうしたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置においては、通常、操舵角に基づき目標転舵角を演算し、その目標転舵角に実転舵角を追従させるべく転舵アクチュエータの作動が制御される。しかし、転舵輪とステアリングとが分離されているが故に、その転舵角の発生によって転舵輪に作用する路面反力はステアリングまで伝達されない。そのため、運転者がステアリングに作用する操舵反力を介して路面情報（ロードインフォメーション）を感じとることができないという問題がある。

そこで、従来、転舵輪に作用する路面反力を操舵反力としてステアリングに反映させるべく、ステアリングに印加される操舵トルク、及び転舵輪に作用する路面反力を検出し、その操舵トルク及び路面反力に応じた操舵反力をステアリングに付与すべく反力アクチュエータの作動を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、更に、車両の運転状態又は路面状態に応じてフィードバック制御の積分効果を増減し、その定常偏差を変動させることで、例えば凹凸の多い悪路走行時には、その積分効果を高めて円滑な操舵フィーリングを確保する等を行うものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−３４９２３号公報 特開２００４−２１００２４号公報

ところで、悪路走行時、転舵輪が路面上の凹凸を通過する際には、その突入及び脱出時に、転舵輪に対して瞬間的に大きな路面反力（逆入力応力）が印加される。ここで、従来型の転舵輪とステアリングとが機械的に連結されたステアリング装置であれば、その逆入力応力は機械的連結機構を介してステアリングに伝達され、同ステアリングが回転することによりその応力が吸収される。しかしながら、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置には、こうした凹凸通過時の逆入力応力を逃がす経路がなく、逆入力応力により生じた目標転舵角と実転舵角との偏差を低減すべく位置制御することで、転舵機構を構成する転舵アクチュエータ、及び転舵輪との間の連結部材（転舵軸やタイロッド、ナックルアーム等）には過大な応力が加わることになる。そして、この傾向は、上記従来例のごとく位置制御を強化することにより一層顕著なものとなる。このため、上記連結部材や同連結部材と転舵アクチュエータとを連結するボール螺子等には、従来型よりも高い強度が求められることになり、ひいては、その強度確保のために重量が増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、転舵機構に作用する逆入力応力を緩和して高い耐久性を確保することのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、転舵輪と機械的に分離されたステアリングを有する操舵機構と、ステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータを有する転舵機構と、前記転舵アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、目標転舵角に実転舵角を追従させるべく位置制御する車両用操舵装置であって、前記転舵機構に作用する逆入力応力の大きさを判定する逆入力応力判定手段を備え、前記制御手段は、前記判定された逆入力応力の大きさを示す逆入力応力判定値が所定の閾値を超える場合には、前記位置制御のフィードバックゲインを低減すること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記転舵輪と前記転舵アクチュエータとを連結する連結部材に作用する軸力を検出する軸力検出手段を備え、前記逆入力応力判定手段は、前記検出された軸力又は該軸力の変化速度の少なくとも一に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を要旨とする。

請求項３に記載の発明は、前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段を備え、前記逆入力応力判定手段は、前記検出された路面反力又は該路面反力の変化速度の少なくとも一に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記転舵輪と前記転舵アクチュエータとを連結する連結部材に作用する軸力を検出する軸力検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出された操舵角に基づき前記目標転舵角を演算するものであって、前記逆入力応力判定手段は、前記検出された軸力の変化速度に対する前記検出された操舵角の変化速度の比率に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を要旨とする。

請求項５に記載の発明は、前記ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出された操舵角に基づき前記目標転舵角を演算するものであって、前記逆入力応力判定手段は、前記検出された路面反力の変化速度に対する前記検出された操舵角の変化速度の比率に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を要旨とする。

請求項６に記載の発明は、前記ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出された操舵角に基づき前記目標転舵角を演算するものであって、前記逆入力応力判定手段は、前記実転舵角の変化速度に対する前記検出された操舵角の変化速度の比率に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を要旨とする。

請求項７に記載の発明は、ステアリングに操舵反力を付与するための反力アクチュエータを備え、前記制御手段は、前記検出される路面反力に応じた前記操舵反力を前記ステアリングに付与すべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

請求項８に記載の発明は、ステアリングに操舵反力を付与するための反力アクチュエータと、前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出される路面反力に応じた前記操舵反力を前記ステアリングに付与すべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

上記各構成によれば、転舵機構に大きな逆入力応力が作用する場合には、目標転舵角に対する実転舵角の追従性が弱められ、これにより、同転舵機構に作用する逆入力応力を効果的に緩和することができる。従って、転舵機構を構成する転舵アクチュエータ及び転舵輪との間の連結部材に過大な負荷がかかるのを防止して、その耐久性を向上させることができ、ひいては転舵機構全体の軽量化を図ることができる。尚、逆入力応力の大きさの判定、即ち逆入力応力判定値の演算は、請求項２〜請求項６の何れかにより行うことができ、特に請求項４〜請求項６に記載の構成によれば、ステアリングの回転による緩和効果を含めて、転舵機構に作用する逆入力応力をより高精度に判定することができる。従って、請求項７や請求項８に記載の構成のように、逆入力として転舵輪に印加された路面反力が操舵反力としてステアリングに反映されるものにおいて極めて有効であり、これにより、フィードバックゲインの低減をより一層効果的なものとすることができる。

請求項９に記載の発明は、前記制御手段は、前記逆入力応力判定値が前記閾値を大きく超過するほど前記フィードバックゲインを小とすること、を要旨とする。
上記構成によれば、転舵機構に作用する逆入力応力が大きい場合ほど、目標転舵角に対する実転舵角の追従性を弱めることができ、より効果的にその緩和を図ることができる。

請求項１０に記載の発明は、前記制御手段は、前記低減したフィードバックゲインの値を所定時間を経過するまで保持すること、を要旨とする。
上記構成によれば、悪路走行時、連続して凹凸を通過する場合等、逆入力応力が断続的に変動する場合であっても、安定的に逆入力応力を緩和することができる。

請求項１１に記載の発明は、前記制御手段は、前記フィードバックゲインの低減後、該低減されたフィードバックゲインを時間経過とともに徐々に大とすること、を要旨とする。

上記構成によれば、目標転舵角に対する実転舵角の追従性の急峻な変動に伴う操舵フィーリングの悪化を防止することができる。

本発明によれば、転舵機構に作用する逆入力応力を緩和して高い耐久性を確保することが可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング（ハンドル）２を含む操舵機構３と転舵輪４の舵角を変更するための転舵機構５とが機械的に非連結、即ちステアリング２と転舵輪４とが機械的に分離された所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。

操舵機構３は、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト６と、ステアリング操作に伴うステアリング２の舵角、即ち操舵角θsを検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ７とを備えている。そして、転舵機構５は、操舵角センサ７により検出される操舵角θsに基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪４の舵角を発生させるための転舵アクチュエータ８を備えている。本実施形態では、転舵機構５は、タイロッド９及びナックルアーム１０を介して左右の転舵輪４を連結する転舵軸１２を有しており、転舵アクチュエータ８は、駆動源としてのモータ１３と該モータ１３の回転を転舵軸１２の往復動に変換する変換機構１４とを備えている。尚、本実施形態の転舵アクチュエータ８は、転舵軸１２と同軸配置されたブラシレスモータを有し、変換機構１４としてボール螺子機構を備えている。そして、この転舵アクチュエータ８により駆動された転舵軸１２の往復動が転舵輪４に伝達されることにより、同転舵輪４の舵角、即ち転舵角θtが変更されるようになっている。

また、本実施形態では、操舵機構３は、ステアリング操作によってステアリング２に印加される操舵トルクτを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ１６と、該検出された操舵トルクτ（及び後述する路面反力Ｆr）に応じた操舵反力をステアリング２に付与するための反力アクチュエータ１７とを備えている。反力アクチュエータ１７は、駆動源としてのモータ１８と、該モータ１８の回転を減速してステアリングシャフト６に伝達する減速機構１９とを備えている。尚、本実施形態では、反力アクチュエータ１７のモータ１８には、転舵アクチュエータ８のモータ１３と同様にブラシレスモータが採用されている。そして、反力アクチュエータ１７は、減速機構１９を介してモータ１８の発生するモータトルクをステアリングシャフト６に伝達することによりステアリング２に操舵反力を付与するようになっている。

本実施形態では、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７は、制御装置２０によりその作動が制御されている。詳述すると、転舵アクチュエータ８のモータ１３及び反力アクチュエータ１７のモータ１８は、制御装置２０と接続されており、各モータ１３，１８は、制御装置２０から供給される三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づいて回転する。そして、制御装置２０は、その駆動電力の供給を通じて各モータ１３，１８の回転を制御することにより、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７の作動を制御する。具体的には、制御装置２０は、上記操舵角センサ７及びトルクセンサ１６、並びに車速センサ２１の出力信号に基づいて操舵角θs、操舵トルクτ及び車速Ｖを検出する。また、転舵軸１２には、変位量センサ２２が設けられており、制御装置２０は、この変位量センサ２２の出力信号に基づいて転舵輪４の転舵角θtを決定する同転舵軸１２の軸方向の変位量Ｘを検出する。そして、制御装置２０は、その検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、転舵輪４の転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御し、操舵トルクτ及び車速Ｖ（並びに路面反力Ｆr）に基づいて、操舵反力を付与すべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する。

次に、制御装置２０による転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７の制御態様について説明する。
図２は、本実施形態のステアリング装置１の制御ブロック図である。同図に示すように、制御装置２０は、転舵アクチュエータ８を制御するための第１ＥＣＵ２３と、反力アクチュエータ１７を制御するための第２ＥＣＵ２４とを備えている。そして、これら第１ＥＣＵ２３及び第２ＥＣＵ２４は、それぞれ各モータ１３，１８を制御するためのモータ制御信号を出力するマイコン２５，２６と、そのモータ制御信号に基づいて各モータ１３，１８に駆動電力を供給する駆動回路２７，２８とを備えている。尚、以下に示す、各マイコン２５，２６内の各制御ブロックは、これらマイコン２５，２６が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

先ず、転舵アクチュエータ８を制御する第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５の構成について説明する。マイコン２５は、転舵輪４の目標転舵角に対応する転舵軸１２の変位量指令Ｘ*を生成する変位量指令演算部３１と、その変位量指令Ｘ*及び検出された変位量Ｘに基づいて位置制御量εを演算する位置制御演算部３２と、その位置制御量εに基づいて駆動回路２７に出力するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部３３とを備えている。

変位量指令演算部３１には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、変位量指令演算部３１は、これら操舵角θs及び車速Ｖに基づいて変位量指令Ｘ*を生成し、その変位量指令Ｘ*を位置制御演算部３２に出力する。位置制御演算部３２には、この変位量指令Ｘ*とともに、変位量センサ２２により検出された変位量Ｘが入力される。そして、位置制御演算部３２は、これら変位量指令Ｘ*及び変位量Ｘに基づくフィードバック制御により位置制御量εを演算する。具体的には、位置制御演算部３２は、Ｆ／Ｂ演算部３４を有しており、Ｆ／Ｂ演算部３４は、変位量指令Ｘ*と変位量Ｘとの間の偏差ΔＸに基づくフィードバック制御演算（ＰＩ制御）を実行する。そして、位置制御演算部３２は、このＦ／Ｂ演算部３４の出力値を位置制御量εとしてモータ制御信号生成部３３に出力する。モータ制御信号生成部３３には、位置制御演算部３２により算出された位置制御量εとともに、電流センサ３５により検出された実電流値及び回転角センサ３６により検出されたモータ１３の回転角が入力される。そして、モータ制御信号生成部３３は、これら位置制御量ε、実電流値及び回転角に基づいてモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号を駆動回路２７に出力する。そして、そのモータ制御信号に応じた駆動電流がモータ１３に供給されることにより、転舵輪４の転舵角θtをその目標転舵角に追従させるべくモータ１３の回転、即ち転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている。

一方、反力アクチュエータ１７を制御する第２ＥＣＵ２４側のマイコン２６は、ステアリング２に付与する操舵反力の制御目標量、即ちモータ１８に供給する駆動電流の電流指令値として操舵反力指令Ｉq*を演算する操舵反力指令生成部４１と、この操舵反力指令Ｉq*に基づいて駆動回路２８に出力するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４２とを備えている。

また、本実施形態では、マイコン２６は、転舵輪４に作用する路面反力Ｆrを推定する路面反力推定演算部４３を備えており、操舵反力指令生成部４１は、この路面反力推定演算部４３により推定された路面反力Ｆrに基づいて操舵反力指令Ｉq*を演算する。即ち、本実施形態では、路面反力推定演算部４３により路面反力検出手段が構成されている。そして、その操舵反力指令Ｉq*に基づく駆動電力がモータ１８に供給、即ち反力アクチュエータ１７の作動が制御されることにより転舵輪４に作用する路面反力Ｆrに応じた（路面反力Ｆrの反映された）操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

詳述すると、本実施形態では、路面反力推定演算部４３には、上記変位量Ｘ及び電流センサ３５により検出されたモータ１３の実電流値、即ち転舵アクチュエータ８側のモータ１３に通電される実電流値が入力される。そして、路面反力推定演算部４３は、これら変位量Ｘ及び実電流値に基づいて転舵軸１２に作用する軸力を演算し、その軸力を転舵輪４に作用する路面反力Ｆrと推定する。操舵反力指令生成部４１には、この路面反力推定演算部４３により推定された路面反力Ｆrとともに、操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、操舵反力指令生成部４１は、これら操舵トルクτ、路面反力Ｆr、及び車速Ｖに基づいて操舵反力指令Ｉq*を演算し、その操舵反力指令Ｉq*をモータ制御信号生成部４２へと出力する。モータ制御信号生成部４２には、操舵反力指令Ｉq*とともに、電流センサ４４により検出された実電流値及び回転角センサ４５により検出されたモータ１８の回転角が入力される。そして、モータ制御信号生成部４２は、これら操舵反力指令Ｉq*、実電流値及び回転角に基づきモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路２８へと出力する。そして、このモータ制御信号に応じた電流値を有する駆動電流がモータ１８に供給されることにより、その操舵トルクτ、路面反力Ｆr、及び車速Ｖに応じた操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

（悪路走行時のフィードバックゲイン可変制御）
次に、本実施形態における悪路走行時のフィードバックゲイン可変制御について説明する。上述のように、悪路走行時、転舵輪が路面上の凹凸を通過する際には、その突入及び脱出時に、転舵輪に対して瞬間的に大きな路面反力（逆入力応力）が印加される。そして、この逆入力応力により生じた目標転舵角と実転舵角との偏差を低減すべく位置制御することで、転舵アクチュエータ、及び転舵輪との間の連結部材に過大な応力が加わることになる。

この点を踏まえ、本実施形態では、制御装置２０（第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５）は、転舵機構５、詳しくは同転舵機構５を構成する転舵アクチュエータ８（のボール螺子等）及び転舵輪４との間の連結部材（転舵軸１２やタイロッド９、ナックルアーム１０等）に作用する逆入力応力の大きさを判定する。そして、図３に示すように、判定された逆入力応力の大きさ、詳しくはその大きさを示す逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０を超える場合には、転舵アクチュエータ８の制御、即ち転舵角θtの位置制御におけるフィードバックゲイン（Ｆ／Ｂゲイン）Ｋfbを低減する。そして、目標転舵角に対する実転舵角の追従性を弱めることで、転舵機構５に作用する逆入力応力を緩和する。

詳述すると、図２に示すように、本実施形態では、マイコン２５は、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０を有しており、Ｆ／Ｂ演算部３４は、このＦ／Ｂゲイン可変演算部５０の出力するフィードバックゲインＫfbに基づいて上記フィードバック制御演算を実行する。そして、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、転舵機構５に作用する逆入力応力の大きさに基づいて、その出力するフィードバックゲインＫfbを可変する。

さらに詳述すると、本実施形態では、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、転舵機構５に作用する逆入力応力の大きさを判定する逆入力応力判定手段としての機能を有している。本実施形態では、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０には、ステアリング２の角速度ωs、及び上記推定（検出）された路面反力Ｆrの変化速度として、同路面反力Ｆrの微分値αＦr（時間微分値）が入力されるようになっており、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、これら角速度ωs及び路面反力Ｆrの微分値αＦrに基づいて逆入力応力判定値δを演算する。具体的には、路面反力Ｆrの微分値αＦr（絶対値）に対する角速度ωs（絶対値）の比率、即ち路面反力Ｆrの変化速度に対する操舵角θsの変化速度の比率に基づいて逆入力応力判定値δを演算する（δ＝|αＦr|／|ωs|）。そして、この逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０（例えば、５００Ｎ／ｄｅｇ）を超える場合に、Ｆ／Ｂ演算部３４に出力するフィードバックゲインＫfbを、通常値Ｋfb０から同通常値Ｋfb０よりも低い低減値Ｋfb１に可変する。

また、図４に示すように、本実施形態では、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、フィードバックゲインＫfbを低減した後、所定時間ｔ１（例えば１００ｍ秒）を経過するまでその値を低減後の値、即ち低減値Ｋfb１に保持する。そして、所定時間ｔ１の経過後は、同フィードバックゲインＫfbを低減値Ｋfb１から通常値Ｋfb０まで時間経過とともに徐々に大とする（徐変する）。

具体的には、図５のフローチャートに示すように、マイコン２５（Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０）は、先ず、既にフィードバックゲインＫfbを低減中であるか否か、即ち低減値Ｋfb１に保持しているか否かを判定する（ステップ１０１）。尚、本実施形態では、この低減中であるか否かの判定は、後述する保持フラグがセットされているか否かにより行われる。そして、低減中ではないと判定した場合（ステップ１０１：ＮＯ）には、逆入力応力判定値δを演算する（ステップ１０２）。

次に、マイコン２５は、上記ステップ１０２において演算された逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０を超えるか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０を超えると判定した場合（δ＞δ０、ステップ１０３：ＹＥＳ）には、タイマをリセット（ｔ＝０、ステップ１０４）、及び保持フラグをセット（ステップ１０５）した後、フィードバックゲインＫfbを通常値Ｋfb０から低減値Ｋfb１に低減する（ステップ１０６）。尚、上記ステップ１０１において、既に低減中であると判定した場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）には、マイコン２５は、上記ステップ１０２〜ステップ１０６の処理を実行することなく、以下に示すステップ１０８以降の処理を実行する。

また、上記ステップ１０３において、逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０以下である判定した場合（δ≦δ０、ステップ１０３：ＮＯ）、マイコン２５は、続いて、既にフィードバックゲインＫfbを徐変中であるか否かを判定する（ステップ１０７）。尚、この徐変中であるか否かの判定は、後述する徐変フラグがセットされているか否かにより行われる。そして、既に徐変中であると判定した場合（ステップ１０７：ＹＥＳ）には、マイコン２５は、ステップ１０４〜ステップ１１１以降の処理を実行することなくステップ１１２以降の処理を実行し、徐変中ではないと判定した場合（ステップ１０７：ＮＯ）には、上記ステップ１０４〜ステップ１０６、並びにステップ１０８以降の処理を実行しない。

次に、上記ステップ１０６においてフィードバックゲインＫfbを低減し、又は上記ステップ１０１において既に低減中であると判定した場合には、マイコン２５は、次にタイマをインクリメントし（ｔ＝ｔ＋１，ステップ１０８）、続いて所定時間ｔ１を経過したか否かを判定する（ステップ１０９）。そして、所定時間ｔ１を経過したと判定した場合（ｔ≧ｔ１、ステップ１０９：ＹＥＳ）には、保持フラグをリセットし（ステップ１１０）、徐変フラグをセットする（ステップ１１１）。尚、ステップ１０９において、まだ所定時間ｔ１を経過していないと判定した場合（ｔ＜ｔ１、ステップ１０９：ＮＯ）には、所定時間ｔ１を経過したと判定するまで、定時割り込み毎に上記ステップ１０１、ステップ１０８及びステップ１０９の処理を実行する。

次に、ステップ１１１において徐変フラグをセットし、又は上記ステップ１０７において既に徐変中であると判定した場合、マイコン２５は、フィードバックゲインＫfbを低減値Ｋfb１から通常値Ｋfb０まで徐々に増加させるＦ／Ｂゲイン徐変制御を実行する（ステップ１１２）。そして、マイコンこのＦ／Ｂゲイン徐変制御によりフィードバックゲインＫfbが通常値Ｋfb０まで回復したか否かを判定し（ステップ１１３）、通常値Ｋfb０まで回復したと判定した場合（Ｋfb＝Ｋfb０、ステップ１１３：ＹＥＳ）には、徐変フラグをリセットし一連のフィードバックゲイン可変制御を終了する（ステップ１１４）。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）制御装置２０（第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５）は、転舵機構５に作用する逆入力応力の大きさを判定する。そして、判定された逆入力応力の大きさ、詳しくはその大きさを示す逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０を超える場合には、転舵アクチュエータ８の制御、即ち転舵角θtの位置制御におけるフィードバックゲイン（Ｆ／Ｂゲイン）Ｋfbを低減する。

このような構成とすれば、転舵機構５に大きな逆入力応力が作用すると判定された場合には、目標転舵角に対する実転舵角の追従性が弱められ、これにより、同転舵機構５に作用する逆入力応力を効果的に緩和することができる。即ち、「車輪の取り付けガタ」の大きな馬車ほど壊れにくいのと同様の原理である。従って、転舵機構５を構成する転舵アクチュエータ８（のボール螺子等）及び転舵輪４との間の連結部材（転舵軸１２やタイロッド９、ナックルアーム１０等）に過大な負荷がかかるのを防止して、その耐久性を向上させることができ、ひいては転舵機構全体の軽量化を図ることができる。

（２）Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、路面反力Ｆrの微分値αＦr（絶対値）に対する角速度ωs（絶対値）の比率、即ち路面反力Ｆrの変化速度に対する操舵角θsの変化速度の比率に基づいて逆入力応力判定値δを演算する（δ＝|αＦr|／|ωs|）。

このような構成とすれば、転舵機構５に作用する逆入力応力をより高精度に判定することができる。即ち、本実施形態では、ステアリング２には、路面反力Ｆrに応じた操舵反力が付与されるため、逆入力として転舵輪４に印加された路面反力Ｆrが操舵反力としてステアリング２に反映されることによりステアリング２が回転することがある。そして、このような場合には、その操舵角θsの変動に伴い目標転舵角が実転舵角に近づくため、転舵機構５に作用する逆入力応力は比較的小さなものとなり、フィードバックゲインＫfbを低減する必要性は減少する。この点、上記構成とすることで、こうしたステアリング２の回転による緩和効果を含めて、精度良く逆入力応力を判定することができ、その結果、フィードバックゲインＫfbの低減をより一層効果的なものとすることができる。

（３）Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、フィードバックゲインＫfbを低減した後、所定時間ｔ１を経過するまでその値を低減後の値、即ち低減値Ｋfb１に保持する。このような構成とすれば、悪路走行時、連続して凹凸を通過する場合等、逆入力応力が断続的に変動する場合であっても、安定的に逆入力応力を緩和することができる。

（４）Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０は、所定時間ｔ１の経過後は、同フィードバックゲインＫfbを低減値Ｋfb１から通常値Ｋfb０まで時間経過とともに徐々に大とする（徐変する）。このような構成とすれば、目標転舵角に対する実転舵角の追従性の急峻な変動に伴う操舵フィーリングの悪化を防止することができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、制御手段としての制御装置２０は、転舵アクチュエータ８を制御するための第１ＥＣＵ２３と、反力アクチュエータ１７を制御するための第２ＥＣＵ２４とを備えることとした。しかし、これに限らず、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７を制御する制御手段は、第１ＥＣＵ２３及び第２ＥＣＵ２４に相当するものが各々別体に設けられた構成であってもよい。

・本実施形態では、制御装置２０は、検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、転舵輪４の転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御することとした。しかし、これに限らず、転舵アクチュエータ８は、少なくとも操舵角θsに基づいて制御されるものであればよい。また、制御装置２０は、操舵トルクτ及び車速Ｖ（並びに路面反力Ｆr）に基づいて、操舵反力を付与すべく反力アクチュエータ１７の作動を制御することとしたが、路面反力Ｆrに応じた操舵反力を付与可能なものであれば、路面反力Ｆr以外のパラメータは、操舵トルクτ及び車速Ｖに限るものではない。

・本実施形態では、路面反力推定演算部４３は、変位量センサ２２により検出された変位量Ｘ及び転舵アクチュエータ８の駆動源であるモータ１３の実電流値に基づいて転舵軸１２に作用する軸力を演算し、その軸力を転舵輪４に作用する路面反力Ｆrと推定することとした。しかし、これに限らず、路面反力Ｆrの推定には、位置制御演算部３２により算出された位置制御量εを用いる構成としてもよい。

・また、制御装置２０は、推定された路面反力Ｆrを用いて反力アクチュエータの作動を制御することとしたが、路面反力Ｆrは、歪みゲージ等を用いて転舵軸１２作用する軸力を検出する等、路面反力Ｆrを直接的に検出する構成としてもよい。

・また、変位量Ｘは、必ずしも変位量センサ２２により検出することはなく、回転角センサ３６により検出されるモータ１３の回転角から推定する構成としてもよい。
・本実施形態では、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０が逆入力応力判定手段としての機能を有することとした。しかし、これに限らず、Ｆ／Ｂゲイン可変演算部５０はＦ／Ｂゲイン可変手段としての機能のみを有することとし、逆入力応力判定手段は、別体に設けてもよい。尚、この場合、マイコン２５内に限らず、制御装置２０内、更には制御装置２０の外部に設けることとしてもよい。

・本実施形態では、路面反力Ｆrの微分値αＦr（絶対値）に対する角速度ωs（絶対値）の比率、即ち路面反力Ｆrの変化速度に対する操舵角θsの変化速度の比率に基づいて逆入力応力判定値δを演算する（δ＝|αＦr|／|ωs|）こととした。しかし、これに限らず、路面反力Ｆr又は路面反力Ｆrの変化速度（微分値αＦr）の少なくとも一に基づき逆入力応力判定値δを演算することとしてもよく、また、実転舵角（転舵角θt）の変化速度に対する操舵角θsの変化速度の比率に基づいて逆入力応力判定値δを演算する構成としてもよい。さらに、推定（検出）された路面反力Ｆrに代えて、転舵軸１２等、転舵機構５を構成する連結部材に作用する軸力を用いてもよい。この場合、路面反力推定演算部４３を軸力検出手段とすることができる。尚、上記比率は、その逆数を用いてもよい、即ちδ´＝|ωs|／|αＦr|としてもよく、この場合には「閾値を超える」とは、閾値を下回る場合となることはいうまでもない。

・本実施形態では、逆入力応力判定値δが所定の閾値δ０を超える場合に、フィードバックゲインＫfbを、通常値Ｋfb０から同通常値Ｋfb０よりも低い低減値Ｋfb１に可変することとした。しかし、これに限らず、逆入力応力判定値δが閾値δ０を大きく超過するほど、フィードバックゲインＫfbを小とする構成としてもよい。これにより、転舵機構５に作用する逆入力応力が大きい場合ほど、目標転舵角に対する実転舵角の追従性を弱めることができ、より効果的にその緩和をすることができる。

・本実施形態では、Ｆ／Ｂ演算部３４は、フィードバック制御演算としてＰＩ制御（比例・積分制御）を実行することとしたが、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）を実行することとしてもよい。そして、フィードバックゲイン可変制御においては、フィードバックゲインとして比例項ゲイン、積分項ゲイン、微分項ゲインの何れを可変することとしてもよい。

ステアリング装置の概略構成図。 ステアリング装置の制御ブロック図。 フィードバックゲイン可変制御の態様を示す説明図。 同じくフィードバックゲイン可変制御の態様を示す説明図。 フィードバックゲイン可変制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリング（ハンドル）、３…操舵機構、４…転舵輪、５…転舵機構、６…ステアリングシャフト、７…操舵角センサ、８…転舵アクチュエータ、１２…転舵軸、１７…反力アクチュエータ、２０…制御装置、２１…車速センサ、２２…変位量センサ、２３…第１ＥＣＵ、２５…マイコン、３２…位置制御演算部、θs…操舵角、ωs…角速度、θt…転舵角、Ｆr…路面反力、αＦr…微分値、Ｘ…変位量、Ｘ*…変位量指令、ΔＸ…偏差、Ｋfb…フィードバックゲイン（Ｆ／Ｂゲイン）、Ｋfb０…通常値、Ｋfb１…低減値、δ…逆入力応力判定値、δ０…閾値。

Claims (11)

1. 転舵輪と機械的に分離されたステアリングを有する操舵機構と、ステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータを有する転舵機構と、前記転舵アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、目標転舵角に実転舵角を追従させるべく位置制御する車両用操舵装置であって、
   前記転舵機構に作用する逆入力応力の大きさを判定する逆入力応力判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記判定された逆入力応力の大きさを示す逆入力応力判定値が所定の閾値を超える場合には、前記位置制御のフィードバックゲインを低減すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記転舵輪と前記転舵アクチュエータとを連結する連結部材に作用する軸力を検出する軸力検出手段を備え、
   前記逆入力応力判定手段は、前記検出された軸力又は該軸力の変化速度の少なくとも一に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段を備え、
   前記逆入力応力判定手段は、前記検出された路面反力又は該路面反力の変化速度の少なくとも一に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、を特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記転舵輪と前記転舵アクチュエータとを連結する連結部材に作用する軸力を検出する軸力検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出された操舵角に基づき前記目標転舵角を演算するものであって、
   前記逆入力応力判定手段は、前記検出された軸力の変化速度に対する前記検出された操舵角の変化速度の比率に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出された操舵角に基づき前記目標転舵角を演算するものであって、
   前記逆入力応力判定手段は、前記検出された路面反力の変化速度に対する前記検出された操舵角の変化速度の比率に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出された操舵角に基づき前記目標転舵角を演算するものであって、
   前記逆入力応力判定手段は、前記実転舵角の変化速度に対する前記検出された操舵角の変化速度の比率に基づいて前記逆入力応力の大きさを判定すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項５に記載の車両用操舵装置において、
   ステアリングに操舵反力を付与するための反力アクチュエータを備え、
   前記制御手段は、前記検出される路面反力に応じた前記操舵反力を前記ステアリングに付与すべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
8. 請求項４又は請求項６に記載の車両用操舵装置において、
   ステアリングに操舵反力を付与するための反力アクチュエータと、
   前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出される路面反力に応じた前記操舵反力を前記ステアリングに付与すべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
9. 請求項１〜請求項８のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記逆入力応力判定値が前記閾値を大きく超過するほど前記フィードバックゲインを小とすること、を特徴とする車両用操舵装置。
10. 請求項１〜請求項９のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
    前記制御手段は、前記低減したフィードバックゲインの値を所定時間を経過するまで保持すること、を特徴とする車両用操舵装置。
11. 請求項１〜請求項１０のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
    前記制御手段は、前記フィードバックゲインの低減後、該低減されたフィードバックゲインを時間経過とともに徐々に大とすること、を特徴とする車両用操舵装置。

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