JP2009179229A - 操舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】運転者が操向ハンドルを片手で操作している場合の、操舵フィーリングの低下を軽減する操舵システムを提供することを課題とする。
【解決手段】自動変速装置のセレクタレバー１０にタッチセンサ１０ａを備え、電動力付与手段を制御する操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者が自動変速装置のセレクタレバー１０に接触していることを、セレクタレバー１０に備わるタッチセンサ１０ａからの検出信号で検出する。そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算してダンパ補償値Ｉに積算し、電動力付与手段のダンピングゲインを大きくする
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の操舵を補助する電動力付与手段を含む操舵システムに関するものである。

車両の操舵システムは、電動機が操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減する電動力付与手段を含んでなる。このような電動力付与手段においては、操舵トルクと車速によって定まるベース信号を、ステアリング系のイナーシャ（慣性）とダンピング（粘性）によって補償し、この補償された信号を目標電流として電動機を制御する。

従来、電動力付与手段におけるダンピング、イナーシャ、および、ベース信号の各特性は、ベーステーブル、ダンパテーブル、および、事実上微分特性を備えるイナーシャテーブルを用いて演算される。
ここで、操舵トルク、車速および電動機角速度の関数である各テーブルの設定方法について検討する。ベーステーブルは、車速が速くなるほどゲインを低くし、かつ、不感帯を大きくして、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、車速の増大に応じてしっかりとした操舵トルクの手応え感を付与すると共に、中低車速域では、イナーシャテーブルを使って、電動機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フィーリングを付与する必要がある。

また、ダンピング制御では、高速走行時に路面反力が低下することから、電動機の速い回転速度での動きを抑制制御して、操舵フィーリングに安定感を与えるようにしている。そのために、ダンピング制御は、ダンピングゲインに対応する補償値で、目標電流を減衰または増幅する補正を行う。

このように構成される電動力付与手段において、車両の運転者に対する操舵フィーリングの更なる向上を図るため、例えば特許文献１には、自動変速装置のシフトポジション（走行レンジ）に対応して、電動力付与手段を駆動する電動機の目標電流の特性を変更する技術が開示されている。
特開平０８−２１６９０１号公報（段落００２０〜段落００２２参照）

しかしながら、例えば特許文献１に開示される技術では、同一の走行レンジにおいて、例えば運転者の体勢の変化に伴って発生する操舵フィーリングの低下を軽減することはできない。
例えば、運転者が操作子（例えば操向ハンドル）を片手で操作する片手運転をしている場合、車両が路面から受ける衝撃によってハンドル取られが発生し、操舵フィーリングが低下する場合がある。
そこで本発明は、運転者が操作子を片手で操作している場合の、操舵フィーリングの低下を軽減する操舵システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電動機が発生する補助トルクを転舵輪のステアリング系に伝達する電動力付与手段と、前記補助トルクを演算するとともに、当該補助トルクを発生するように前記電動機を制御する制御信号を演算する操舵制御手段と、前記ステアリング系の操作子を、運転者が片手で操作していることを検出する片手操作検出手段と、運転者が前記操作子を片手で操作していることを前記片手操作検出手段が検出しているときに、前記電動機が発生する補助トルクが小さくなるように前記制御信号を補正する補正手段と、を備えることを特徴とした。

請求項１に係る発明によると、操舵システムの操作子を運転者が片手で操作しているときに、補正手段は、電動機が発生する補助トルクが小さくなるように制御信号を補正することができる。

また、請求項２に係る発明は、前記操舵制御手段は、前記制御信号の基準となるベース信号を演算するベース信号演算部と、前記操作子の回転速度に基づいてダンパ補償値を演算するダンパ補償信号演算部と、を含み、前記ベース信号から前記ダンパ補償値を減算するように補償して前記制御信号を演算し、前記補正手段は、運転者が前記操作子を片手で操作していることを前記片手操作検出手段が検出しているときに、前記ダンパ補償値を大きくするように補正すること、および／または、前記ベース信号を減少するように補正すること、で前記補助トルクを小さくすることを特徴とした。

請求項２に係る発明によると、運転者が操作子を片手で操作しているとき、補正手段は、操作子の回転速度に基づいて演算されるダンパ補償値を大きくすること、および／または、制御信号の基準となるベース信号を減少することで制御信号を減少し、補助トルクを小さくすることができる。

また、請求項３に係る発明は、前記補正手段は、前記操舵システムが備わる車両が有する車速検出手段を介して当該車両の車速を検出し、前記車両の車速が大きいほど、前記ダンパ補償値の補正量、および／または、前記ベース信号の補正量、を大きくすることを特徴とした。

請求項３に係る発明によると、補正手段は、車速検出手段が検出する車両の車速が大きいほど、ダンパ補償値、および／または、ベース信号を大きく補正して、補助トルクの減少量を大きくすることができる。

また、請求項４に係る発明は、前記片手操作検出手段は、自動変速装置の走行レンジを選択するために運転者が操作するセレクタレバーに、運転者が接触したことを検出するタッチセンサを含んで構成されることを特徴とした。

請求項４に係る発明によると、操舵制御手段は、運転者が自動変速装置のセレクタレバーに接触したことを検出することで、操作子を片手で操作していることを検出できる。

また、請求項５に係る発明は、前記片手操作検出手段は、手動変速装置のギアチェンジをするために運転者が操作するシフトノブに、運転者が接触したことを検出するタッチセンサを含んで構成されることを特徴とした。

請求項５に係る発明によると、操舵制御手段は、運転者が手動変速装置のシフトレバーに接触したことを検出することで、操作子を片手で操作していることを検出できる。

本発明によれば、運転者が操作子を片手で操作している場合の、操舵フィーリングの低下を軽減する操舵システムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態に係る操舵システムを適用した４輪の車両の全体概念図であり、図２は電動力付与手段の構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る操舵システム１００は、転舵輪である前輪１（１Ｌ、１Ｒ）を転舵させる操向ハンドル（操作子）３による操舵を電動機４で補助する電動力付与手段１１０、電動力付与手段１１０を制御する操舵制御ＥＣＵ（操舵制御手段）１３０、自動変速装置（オートマチックトランスミッション、以下、ＡＴと称する）の走行レンジを選択するために運転者が操作するセレクタレバー１０、セレクタレバー１０に運転者がタッチしたことを検出するタッチセンサ１０ａを含んで構成されている。
なお、手動変速装置（マニュアルトランスミッション、以下、ＭＴと称する）を備える車両Ｖの場合、ギアチェンジをするためのシフトノブ（図示せず）に、タッチセンサ１０ａが備わる構成としてもよい。
さらに、車両Ｖには後輪２（２Ｒ、２Ｌ）が備わる。

電動力付与手段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、電動力付与手段１１０は、操向ハンドル３の操作時に車両Ｖ（図１参照）の進行方向を変えることができる。
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、図示しないステアリングギアボックスに支持されている。

また、電動力付与手段１１０は、操向ハンドル３による操舵力を軽減するための補助操舵力（補助トルク）を電動力として付与する電動機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ている。

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の角速度であり、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（１）によって表現される。
Ｔ_Ｍ ^＊＝Ｔ_Ｍ−（ｃ_ｍｄθ_ｍ／ｄｔ＋Ｊ_ｍｄ^２θ_ｍ／ｄｔ^２）ｉ^２ ・・・（１）
ここで、ｉはウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとの減速比である。
（１）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_Ｓの関数として変化するｋ_Ａ（Ｖ_Ｓ）とする。この場合、Ａ_Ｈ＝ｋ_Ａ（Ｖ_Ｓ）×Ｔｓであるから、路面負荷であるピニオントルクＴｐは、次式（２）のように表される。
Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_Ｈ
＝Ｔｓ＋ｋ_Ａ（Ｖ_Ｓ）×Ｔｓ ・・・・・・・（２）
これより、操舵トルクＴｓは、次式（３）のように表現される。
Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋ_Ａ（Ｖ_Ｓ）） ・・・・・・・（３）

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_Ｓ）｝倍に軽減される。例えば、車速Ｖ_Ｓ＝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_Ｓ＝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トルクの手応え感に制御される。すなわち、車速Ｖ_Ｓ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安定した操舵トルクの手応え感が付与される。

また、アシスト量Ａ_Ｈは、電動機４の発生トルク（補助トルク）によりアシストされる量であって、電動機４の発生トルク（補助トルク）が大きいほど、アシスト量Ａ_Ｈは大きくなる。

また、電動力付与手段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Ｔ_Ｐ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、車両Ｖ（図１参照）の速度（車速）を検出する車速センサ（車速検出手段）Ｓ_Ｖとを備えている。
そして、操舵システム１００（図１参照）の操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動力付与手段１１０の機能部である電動機４を駆動制御する後記する電動力付与手段制御部１３０ａ（図３参照）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、電動力付与手段制御部１３０ａ（図３参照）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_ｍ（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図示しない回転子の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Ｔ_Ｐ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つの磁歪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、車速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。
そして、操舵制御ＥＣＵ１３０、電動機駆動回路２３および各センサにはバッテリなどの電源から電力が供給され（図示せず）、駆動する。

図１に戻って、セレクタレバー１０は、ＡＴを備える車両Ｖの走行レンジを選択するために運転者が操作するレバーであって、本実施形態においては、タッチセンサ１０ａを備える。
運転者がセレクタレバー１０を操作する場合、操向ハンドル３を片手で操作する片手運転をすることになる。すなわち、操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者がセレクタレバー１０に接触していることをタッチセンサ１０ａで検出することで、運転者がセレクタレバー１０を操作してシフト操作をしていると判定し、運転者が操向ハンドル３を片手運転していることを検出する。

タッチセンサ１０ａは、とくに限定するものではなく、例えば静電容量の変化を検出するものなどがある。これは、運転者がタッチセンサ１０ａに接触することで、タッチセンサ１０ａがあらかじめ有する静電容量に運転者が有する静電容量が増加され、この静電容量の増加分を検出することで、タッチセンサ１０ａは、運転者が接触していることを検出できる。
その他、タッチセンサ１０ａには光学式や電波式のものなどがあり、適宜選択して使用すればよい。
タッチセンサ１０ａは、操舵制御ＥＣＵ１３０と信号線で接続され、セレクタレバー１０に運転者が接触していることを検出して、例えば電気信号からなる検出信号を、操舵制御ＥＣＵ１３０に入力する機能を有する。

次に、図３、図４を参照しながら操舵制御ＥＣＵの機能を説明する。図３は操舵システムの操舵制御ＥＣＵの概略構成図、図４の（ａ）は、べーステーブルに格納されているベース信号の特性関数を示すグラフ、（ｂ）は、ダンパテーブルの特性関数を示すグラフである。

操舵制御ＥＣＵ１３０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるマイクロコンピュータおよび周辺回路などから構成され、例えばＲＯＭに格納されるプログラムによって制御される。
図３に示すように操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動力付与手段１１０（図２参照）を制御する電動力付与手段制御部１３０ａ、及びシフト操作判定部７０を備えている。
電動力付与手段制御部１３０ａ、及びシフト操作判定部７０は、例えば、操舵制御ＥＣＵ１３０を制御するプログラムに組み込んだソフトウェアロジックで構成することができるが、これに限定されず、ハードウェアロジックによって構成してもよい。

（電動力付与手段制御部）
まず、図３を参照しながら適宜図２を参照して電動力付与手段制御部１３０ａについて説明する。
電動力付与手段制御部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。
なお、加算器６１、６２、６４、６５、積算器７１については後記する。

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、レゾルバ２５が出力する、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ＩＤとＱ軸電流ＩＱとをほぼ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 ^＊の目標信号である出力信号ＩＭ_１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とに基づいて参照することによって求められる。べーステーブル５１ａは、あらかじめ実験測定などによって設定し、例えばベース信号演算部５１を構成するソフトウエアロジックにデータとして組み込んでおけばよい。
また、ベース信号演算部５１をハードウエアロジックで構成する場合、例えばベース信号演算部５１に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。

ベース信号演算部５１（図３参照）は、図４の（ａ）に示すように、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、所定のトルク信号Ｔの値で出力はゲインＧ２で増加し、さらにトルク信号Ｔの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_Ｓ（車速信号ＶＳ）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_Ｓ（車速信号ＶＳ）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３に戻り、ダンパ補償信号演算部５２は、ステアリング系が有する粘性を補償するため、また車両Ｖ（図１参照）が高速走行時に、ステアリング系の中立点への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ωに対応するダンパテーブル５２ａを参照することによってステアリングダンパ機能を実現する。ダンパテーブル５２ａは、あらかじめ実験測定などによって設定し、例えばダンパ補償信号演算部５２を構成するソフトウエアロジックにデータとして組み込んでおけばよい。
また、ダンパ補償信号演算部５２をハードウエアロジックで構成する場合、例えばダンパ補償信号演算部５２に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。

図４の（ｂ）に示すように、ダンパテーブル５２ａの特性関数は、電動機４の角速度ωが増加するほど、ダンパ補償値Ｉが直線的に増加し、所定速度でダンパ補償値Ｉが急激に増加する特性を備えている。
また、車速信号ＶＳの値が高いほどゲインを大きくして、電動機４の角速度ω、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、車速信号ＶＳの値が高いほど、路面反力が小さくなることから、モータの速い動きを大きく制動して安定性を出すために、ダンパ補償信号演算部５２は、電動機４の角速度ω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３の中立点への収斂性を向上させ、車両Ｖ（図１参照）の走行を安定化させることができる。

再び図３に戻り、加算器６１は、ベース信号演算部５１が演算するベース信号Ｄ_Ｔからダンパ補償信号演算部５２の出力信号であるダンパ補償値Ｉを減算するものである。すなわち、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ベース信号Ｄ_Ｔからダンパ補償値Ｉを減算するように補償する。
そして、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して出力信号（制御信号）ＩＭ_１とするものである。

ここで、ダンパ補償値Ｉをベース信号Ｄ_Ｔから減算する（減衰補正）とは、電動機４の回転方向と逆方向へ補正することを意味する。
したがって、通常操舵時のように、操舵トルクの方向と電動機４（図１参照）の回転方向が同じ場合には減算となるが、転舵輪である前輪１（図１参照）に発生するセルフアライニングトルクによって、操向ハンドル３（図１参照）が中立位置に戻されるような、操舵トルクの方向と電動機４の回転方向が逆方向の場合には加算になる。
さらに、横風、路面の段差などにより、操向ハンドル３が動かされる場合も、加算になる。

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、イナーシャテーブル５３ａを参照することによって、入力されるトルク信号Ｔに対応した出力信号を出力することができる。イナーシャテーブル５３ａは、あらかじめ実験測定などによって設定し、例えばイナーシャ補償信号演算部５３を構成するソフトウエアロジックにデータとして組み込んでおけばよい。
また、イナーシャ補償信号演算部５３をハードウエアロジックで構成する場合、例えばイナーシャ補償信号演算部５３に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。

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フィーリングを付与している。
また、ＦＦ（Front engine Front wheel drive）車やＦＲ（Front engine Rear wheel drive）車、ＲＶ（Recreation Vehicle）やセダンなどの車両特性や車速、路面などによって異なる操舵特性に対して、実用上十分な操舵フィーリングが付与される。

加算器６２の出力信号ＩＭ_１は、電動機４のトルクを規定する電流の目標信号である。
加算器６４は加算器６２の出力信号ＩＭ_１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ＤＵＴＹ信号（ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ）を生成する。
なお、２軸３相変換部５６およびＰＷＭ変換部５７には、電動機４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。

（シフト操作判定部）
さらに、本実施形態においては、操舵制御ＥＣＵ１３０にシフト操作判定部７０が備わる。
シフト操作判定部７０は、運転者によるセレクタレバー１０の操作を検出した場合に、運転者がシフト操作をしていると判定し、ダンパ補償信号演算部５２が演算するダンパ補償値Ｉに積算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算し、ダンパ補償値Ｉに積算することで、電動力付与手段１１０（図１参照）におけるダンピングゲインを大きくする。

運転者が操向ハンドル３（図１参照）を片手で操作する片手運転の場合、通常の運転（両手運転）に比べて、操向ハンドル３を押さえる力が弱いことから、車両Ｖ（図１参照）が路面から受ける衝撃等によってハンドルが取られる、いわゆるハンドル取られが発生しやすく、操舵フィーリングが低下する場合がある。そこで、本実施形態においては、操舵制御ＥＣＵ１３０が運転者の片手運転を検出し、ダンパ補償値Ｉを大きくするように補正することで、電動力付与手段１１０におけるダンピングゲインを大きくする。そして、ステアリングダンパ効果を高めて操向ハンドル３の中立点への収斂性を向上させてハンドル取られを軽減し、操舵フィーリングの低下を軽減する。

本実施形態においては、運転者がシフト操作をしている場合に片手運転を検出する構成とする。
そこで、操舵制御ＥＣＵ１３０にシフト操作判定部７０と積算器７１を備え、運転者がシフト操作をしていると判定するとともに、車速信号ＶＳに対応したダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算して積算器７１でダンパ補償値Ｉに積算し、ダンパ補償値Ｉを増大するように補正する。このように、ダンピングゲインを大きくする。
シフト操作判定部７０は、運転者がセレクタレバー１０に接触していることを検出する接触検出部７０ｂと、ダンパ補償値Ｉに積算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算する補正ゲイン演算部７０ａを含んで構成される。

補正ゲイン演算部７０ａは、セレクタレバー１０に運転者が接触していることを接触検出部７０ｂが検出したときに、ダンパ補償値Ｉに積算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算する機能を有する。
接触検出部７０ｂは、セレクタレバー１０に備わるタッチセンサ１０ａと信号線で接続され、運転者がセレクタレバー１０に接触している場合には、タッチセンサ１０ａが出力する、例えば電気信号の検出信号が入力される。
接触検出部７０ｂは、タッチセンサ１０ａからの検出信号が入力されると、セレクタレバー１０に運転者が接触していることを検出する。

そして、シフト操作判定部７０は、接触検出部７０ｂに入力されるタッチセンサ１０ａの検出信号に基づいて、運転者がシフト操作をしていると判定すると、補正ゲイン演算部７０ａによって、ダンパ補償信号演算部５２が演算するダンパ補償値Ｉに積算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算する。

ダンパ補正ゲインＩ_Ｇは、本実施形態においては、車両Ｖ（図１参照）に固有の値としてあらかじめ設定される値であり、例えば車速信号ＶＳに対応した値として演算することが考えられる。
図５は、車速信号とダンパ補正ゲインの関数の一例を示すグラフである。図５に示すように、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇを車速信号ＶＳに対応した変数とした場合、例えば車速信号ＶＳの上昇に対応して、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇを大きくする構成が考えられる。

前記したように、ダンパ補償信号演算部５２（図３参照）は、車速信号ＶＳの値が高いほどダンピングゲインを大きくして電動機４の角速度ωを抑制制御し、車両Ｖの走行の安定性を向上させている。
そこで、補正ゲイン演算部７０ａが演算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇも同様に、車速信号ＶＳの上昇に対応して大きくする。すなわち、車両Ｖ（図１参照）の車速が大きいほど、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇを大きくする。そして、ダンパ補償値Ｉにダンパ補正ゲインＩ_Ｇを積算して得られるダンピングゲインを大きくすることで、車速信号ＶＳの値が高いほどステアリングダンパ効果を高める構成とする。
ダンパ補償値Ｉは、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇが積算されることで補正されることから、車速信号ＶＳの上昇に対応してダンパ補正ゲインＩ_Ｇが大きくなると、ダンパ補償値Ｉの補正量は、車速信号ＶＳの上昇に伴って大きくなる。
すなわち、車両Ｖの車速が大きいほど、ダンパ補償値Ｉの補正量が大きくなる。

なお、図５に示される車速信号ＶＳとダンパ補正ゲインＩ_Ｇの関数は、一例を示したものであって、車速信号ＶＳとダンパ補正ゲインＩ_Ｇの関数を限定するものではない。
また、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇは一定値としてもよく、車両Ｖ（図１参照）に要求される特性に応じて、好適なダンパ補正ゲインＩ_Ｇを設定すればよい。

補正ゲイン演算部７０ａ（図３参照）が、車速信号ＶＳに対応したダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算する方法は限定されるものではないが、例えば、図３に示すように、車速信号ＶＳに対応するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを、あらかじめ実験測定などによって設定して補正ゲインテーブル７０ｃを作成し、シフト操作判定部７０を構成するソフトウエアロジックにデータとして組み込んでおけばよい。
また、シフト操作判定部７０をハードウエアロジックで構成する場合、シフト操作判定部７０に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。

そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ダンパ補償信号演算部５２が演算するダンパ補償値Ｉに、シフト操作判定部７０の補正ゲイン演算部７０ａが演算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを積算器７１で積算する。この場合、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇを１以上の値とすることで、ダンパ補償値Ｉを大きくするように補正でき、ダンピングゲインを大きくできる。
すなわち、シフト操作判定部７０と積算器７１が、請求項に記載の補正手段となり、ダンパ補償値Ｉを大きくするように補正することで、電動機４が発生する補助トルクが小さくなるように、制御信号である出力信号ＩＭ_１を補正する。

図６は、操舵制御ＥＣＵがダンピングゲインを補正するステップを示すフローチャートである。図６を参照して、操舵制御ＥＣＵ１３０がダンパ補償値Ｉにダンパ補正ゲインＩ_Ｇを積算して、ダンピングゲインを補正するステップを説明する（適宜図１〜図５参照）。

操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者がセレクタレバー１０を操作しない間は（ステップＳ１→Ｎｏ）、処理をしないが、運転者がセレクタレバー１０を操作している場合（ステップＳ１→Ｙｅｓ）、制御をステップＳ２に進める。
前記したように、操舵制御ＥＣＵ１３０にはシフト操作判定部７０が備わり、シフト操作判定部７０に含まれる接触検出部７０ｂには、運転者がセレクタレバー１０に接触しているときに、タッチセンサ１０ａから検出信号が入力される。
したがって、操舵制御ＥＣＵ１３０は、シフト操作判定部７０の接触検出部７０ｂに、タッチセンサ１０ａからの検出信号が入力されている場合に、運転者がセレクタレバー１０に接触していることを検出できる。
そして、操舵制御ＥＣＵ１３０のシフト操作判定部７０は、運転者がセレクタレバー１０に接触していることを接触検出部７０ｂが検出した場合に、運転者がセレクタレバー１０を操作して、シフト操作をしていると判定する。

運転者がセレクタレバー１０を操作する場合、操向ハンドル３を片手で操作する片手運転になる。すなわち、操舵制御ＥＣＵ１３０のシフト操作判定部７０は、運転者がセレクタレバー１０に接触していることを検出することで、運転者の片手運転を検出できる。
このことから、シフト操作判定部７０とタッチセンサ１０ａとが、請求項に記載の片手操作検出手段となる。

操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者がセレクタレバー１０を操作しているときに（ステップＳ１→Ｙｅｓ）、車速信号ＶＳを検出する（ステップＳ２）。
シフト操作判定部７０の補正ゲイン演算部７０ａには、車速信号ＶＳが入力されることから、操舵制御ＥＣＵ１３０は、補正ゲイン演算部７０ａを介して車速信号ＶＳを検出できる。

そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、シフト操作判定部７０の補正ゲイン演算部７０ａで、検出した車速信号ＶＳに対応するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算する（ステップＳ３）。
すなわち補正ゲイン演算部７０ａは、シフト操作判定部７０に組み込まれる補正ゲインテーブル７０ｃを参照して、入力された車速信号ＶＳに対応するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算する。

そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ダンパ補償信号演算部５２が演算するダンパ補償値Ｉに、補正ゲイン演算部７０ａが演算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを、積算器７１で積算する（ステップＳ４）。

このように、操舵制御ＥＣＵ１３０がダンピングゲインを補正するステップを、例えば操舵制御ＥＣＵ１３を制御するプログラムにサブルーチンとして組み込み、定期的（例えば、１００ｍｓｅｃなど、所定の時間間隔）に実行する構成とすればよい。

このように、本実施形態において、操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者がセレクタレバー１０を操作して、シフト操作をしていると判定した場合、車速信号ＶＳに対応するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算し、ダンパ補償信号演算部５２が演算するダンパ補償値Ｉに積算する。

運転者がセレクタレバー１０（図１参照）を操作しているときは、操向ハンドル３（図１参照）を片手で操作する片手運転になる。片手運転の場合、通常の運転（両手運転）に比べて、操向ハンドル３の操作が不安定になって、ハンドル取られが発生しやすくなり、操舵フィーリングが低下する場合がある。
本実施形態において、操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者がセレクタレバー１０に接触したことを検出してシフト操作を判定し、運転者の片手運転を検出する。そして、ダンパ補償値Ｉを大きくするように補正して、電動力付与手段１１０におけるダンピングゲインを大きくする。このことによって、操向ハンドル３の中立点への収斂性を向上させることができ、片手運転時におけるハンドル取られを軽減できる。そして、片手運転時においても操舵フィーリングの低下を軽減できるという優れた効果を奏する。

なお、本実施形態において、操舵制御ＥＣＵ１３０が片手運転を検出した場合に、ダンピングゲインを大きくするとしたが、例えば、図３に示すベース信号演算部５１が演算するベース信号Ｄ_Ｔを減少することによっても、ダンピングゲインを大きくするのと同等の効果を得ることができる。

すなわち、ベース信号Ｄ_Ｔが減少することで、電動機４（図１参照）が発生する、電動力付与手段１１０に対する補助トルクが小さくなる。このことによって、しっかりとした操舵トルクＴｓの手応え感が付与され、例えば運転者が片手運転をしている場合におけるハンドル取られを軽減でき、操舵フィーリングの低下を軽減できる。

図７は、ベース信号を補正する操舵制御ＥＣＵの概略構成図である。図７において、図３に示す操舵制御ＥＣＵ１３０の構成と同等の要素には同じ符号を付し、説明は適宜省略する。
図７に示すように、シフト操作判定部７０の補正ゲイン演算部７０ａは、ベース信号Ｄ_Ｔを補正するベース補正ゲインＤ_Ｇを演算する。そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、積算器７２で、補正ゲイン演算部７０ａが演算するベース補正ゲインＤ_Ｇを、ベース信号演算部５１が演算するベース信号Ｄ_Ｔに積算する構成とすればよい。

補正ゲイン演算部７０ａが、ベース補正ゲインＤ_Ｇを演算する方法は、ダンパ補償値Ｉに積算するダンパ補正ゲインＩ_Ｇ（図３参照）を演算する方法と同様に実現できる。すなわち、車速信号ＶＳに対応した好適なベース補正ゲインＤ_Ｇを、あらかじめ実験測定などによって設定して補正ゲインテーブル７０ｃを作成し、シフト操作判定部７０を構成するソフトウエアロジックにデータとして組み込んでおけばよい。
なお、ベース補正ゲインＤ_Ｇは一定値としてもよく、車両Ｖ（図１参照）に要求される特性に応じて、好適なベース補正ゲインＤ_Ｇを設定すればよい。

操舵制御ＥＣＵ１３０のシフト操作判定部７０は、接触検出部７０ｂに入力されるタッチセンサ１０ａからの検出信号によって、運転者がセレクタレバー１０に接触していることを検出し、運転者がシフト操作をしていると判定する。
そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、シフト操作判定部７０の補正ゲイン演算部７０ａで、検出した車速信号ＶＳに対応するベース補正ゲインＤ_Ｇを演算する。
すなわち補正ゲイン演算部７０ａは、シフト操作判定部７０に組み込まれる補正ゲインテーブル７０ｃを参照して、入力された車速信号ＶＳに対応するベース補正ゲインＤ_Ｇを演算する。

さらに、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ベース信号演算部５１が演算するベース信号Ｄ_Ｔに、補正ゲイン演算部７０ａが演算するベース補正ゲインＤ_Ｇを、積算器７２で積算する。
そして、例えばベース補正ゲインＤ_Ｇを０より大きく１以下の値とすることで、ベース信号Ｄ_Ｔを減少するように補正することができる。
また、ベース補正ゲインＤ_Ｇを、例えば車速信号ＶＳの上昇に伴って小さくするように設定することで、補正ゲイン演算部７０ａが演算するベース補正ゲインＤ_Ｇは、車速信号ＶＳの上昇に伴って小さくなる。このことによって、車速信号ＶＳが大きいほど、ベース信号Ｄ_Ｔとベース補正ゲインＤ_Ｇの積の減少率は大きくなる。換言すると、車両Ｖ（図１参照）の車速が大きいほど、ベース信号Ｄ_Ｔのベース補正ゲインＤ_Ｇによる補正量が大きくなる。
図７においては、シフト操作判定部７０と積算器７２が、請求項に記載の補正手段となり、ベース信号Ｄ_Ｔを減少するように補正することで、電動機４が発生する補助トルクが小さくなるように、制御信号である出力信号ＩＭ_１を補正する。

なお、本実施形態においては、ダンパ補償値Ｉ（図３参照）をダンパ補正ゲインＩ_Ｇ（図３参照）で補正する構成と、ベース信号Ｄ_Ｔ（図７参照）をベース補正ゲインＤ_Ｇ（図７参照）で補正する構成を別の構成としたが、同時に行う構成としてもよい。
すなわち、運転者がセレクタレバー１０（図７参照）に接触していることを接触検出部７０ｂ（図７参照）が検出した場合に、補正ゲイン演算部７０ａ（図７参照）は、ダンパ補償値Ｉを補正するダンパ補正ゲインＩ_Ｇを演算するとともに、ベース信号Ｄ_Ｔを補正するべース補正ゲインＤ_Ｇを演算する。そして、ダンパ補正ゲインＩ_Ｇを積算器７１（図３参照）でダンパ補償値Ｉに積算するとともに、ベース補正ゲインＤ_Ｇを積算器７２（図７参照）でベース信号Ｄ_Ｔに積算する構成であってもよい。

以上、本実施形態において、操舵制御ＥＣＵ１３０（図１参照）は、運転者がＡＴのセレクタレバー１０（図１参照）に接触していることを検出して片手運転を検出したが、片手運転を検出する方法は、これに限定されるものではない。
例えば、車両Ｖ（図１参照）に備わるＡＴが、運転者が任意に走行ギアを選択できるモード（いわゆるマニュアルモード）を有する場合、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ＡＴがマニュアルモードに設定されているときに片手運転を検出する構成としてもよい。

また、ＭＴを備える車両Ｖ（図１参照）の場合、前記したように、ギアチェンジに使用する図示しないシフトノブにタッチセンサ１０ａ（図１参照）を備え、操舵制御ＥＣＵ１３０（図１参照）は、運転者のシフトノブへの接触を検出することで、片手運転を検出してもよい。さらに、ＭＴを備える車両Ｖで運転者がギアチェンジする場合、クラッチペダルを操作することから、運転者がクラッチペダルを操作したことを検出するセンサ（図示せず）を備え、運転者がクラッチペダルを操作しているときに、操舵制御ＥＣＵ１３０が片手運転を検出する構成であってもよい。

その他、例えば操向ハンドル３（図１参照）にタッチセンサ１０ａ（図１参照）を備え、操舵制御ＥＣＵ１３０（図１参照）は、運転者が操向ハンドル３に片手のみ接触していることを検出して、片手運転を検出する構成であってもよい。

なお、運転者が一瞬だけ片手運転をするたびに、操舵制御ＥＣＵ１３０（図３参照）がダンパ補償値Ｉ（図３参照）、又はベース信号Ｄ_Ｔ（図３参照）を補正するように制御すると、運転者は違和感を覚える場合がある。また、一瞬の片手運転の場合、運転者は即時に通常の運転（両手運転）に戻すことができる。
そこで、本実施形態においては、セレクタレバー１０（図３参照）にタッチセンサ１０ａ（図３参照）を備えることで、一瞬の片手運転ではないことを検出する構成とした。
すなわち、操舵制御ＥＣＵ１３０は、運転者がセレクタレバー１０に接触したことで、運転者がセレクタレバー１０を操作する意図を有すると判定し、一瞬の片手運転ではないことを検出できる。

例えば、操向ハンドル３にタッチセンサ１０ａを備える場合、操舵制御ＥＣＵ１３０は、一瞬の片手運転か否かを即時に判定できない。
この場合、例えばカメラなどの撮像手段で運転者を撮像して画像処理し、運転者の片手が、例えばセレクタレバー１０に向かって動いたことを検出したときに、片手運転ではないと判定するなどの方法が考えられる。

以上の説明は、操作子である操向ハンドル３（図１参照）と転舵輪である前輪１（図１参照）が機械的に接続される電動力付与手段１１０（図１参照）を例にしたが、操向ハンドル３と前輪１が機械的に接続されない、いわゆるステアバイワイヤによる電動力付与手段にも本実施形態を適用できる。

また、本実施形態に係る電動力付与手段１１０（図１参照）は、操向ハンドル３（図１参照）に入力される操舵トルクの大きさに対応した補助トルクを発生するものであるが、これは限定されず、操向ハンドル３の操舵角と転舵輪である前輪１（図１参照）の転舵角（実舵角）との差に対応して補助トルクを発生する電動力付与手段にも、本実施形態を適用できる。

操向ハンドルを片手で操作する片手運転の場合、車両に路面から伝達される振動等によるハンドル取られが発生しやすく、このことによって操舵フィーリングが低下する場合がある。
本発明においては、操舵制御ＥＣＵが片手運転を検出した場合、例えばダンピングゲインを大きくして、電動機が発生する補助トルク（アシスト量）を小さくし、運転者が片手運転をしている場合のハンドル取られを軽減し、操舵フィーリングの低下を軽減できるという優れた効果を奏する。

本実施形態に係る操舵システムを適用した４輪車両の全体概念図である。 電動力付与手段の構成図である。 操舵システムの操舵制御ＥＣＵの概略構成図である。 （ａ）は、べーステーブルに格納されているベース信号の特性関数を示すグラフ、（ｂ）は、ダンパテーブルの特性関数を示すグラフである。 車速信号とダンパ補正ゲインの関数の一例を示すグラフである。 操舵制御ＥＣＵがダンピングゲインを補正するステップを示すフローチャートである。 ベース信号を補正する操舵制御ＥＣＵの概略構成図である。

符号の説明

３ 操向ハンドル（操作子）
４ 電動機（ステアリング系）
５ａ ウォームギア（ステアリング系）
５ｂ ウォームホイールギア（ステアリング系）
７ ピニオン軸（ステアリング系）
８ ラック軸（ステアリング系）
８ａ ラック歯（ステアリング系）
９ タイロッド（ステアリング系）
１０ セレクタレバー
１０ａ タッチセンサ（片手操作検出手段）
５１ ベース信号演算部
５２ ダンパ補償信号演算部
７０ シフト操作判定部（片手操作検出手段、補正手段）
７０ａ 補正ゲイン演算部
７０ｂ 接触検出部
７１、７２ 積算器（補正手段）
１００ 操舵システム
１１０ 電動力付与手段
１３０ 操舵制御ＥＣＵ（操舵制御手段）
Ｄ_Ｔ ベース信号
Ｄ_Ｇ ベース補正ゲイン
Ｉ ダンパ補償値
Ｉ_Ｇ ダンパ補正ゲイン
Ｓ_Ｖ 車速センサ（車速検出手段）
Ｖ 車両

Claims (5)

1. 電動機が発生する補助トルクを転舵輪のステアリング系に伝達する電動力付与手段と、
   前記補助トルクを演算するとともに、当該補助トルクを発生するように前記電動機を制御する制御信号を演算する操舵制御手段と、
   前記ステアリング系の操作子を、運転者が片手で操作していることを検出する片手操作検出手段と、
   運転者が前記操作子を片手で操作していることを前記片手操作検出手段が検出しているときに、前記電動機が発生する補助トルクが小さくなるように前記制御信号を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする操舵システム。
2. 前記操舵制御手段は、
   前記制御信号の基準となるベース信号を演算するベース信号演算部と、
   前記操作子の回転速度に基づいてダンパ補償値を演算するダンパ補償信号演算部と、を含み、前記ベース信号から前記ダンパ補償値を減算するように補償して前記制御信号を演算し、
   前記補正手段は、
   運転者が前記操作子を片手で操作していることを前記片手操作検出手段が検出しているときに、前記ダンパ補償値を大きくするように補正すること、および／または、前記ベース信号を減少するように補正すること、で前記補助トルクを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の操舵システム。
3. 前記補正手段は、
   前記操舵システムが備わる車両が有する車速検出手段を介して当該車両の車速を検出し、
   前記車両の車速が大きいほど、前記ダンパ補償値の補正量、および／または、前記ベース信号の補正量、を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の操舵システム。
4. 前記片手操作検出手段は、自動変速装置の走行レンジを選択するために運転者が操作するセレクタレバーに、運転者が接触したことを検出するタッチセンサを含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の操舵システム。
5. 前記片手操作検出手段は、手動変速装置のギアチェンジをするために運転者が操作するシフトノブに、運転者が接触したことを検出するタッチセンサを含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の操舵システム。

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