JP2009184484A - 操舵反力生成制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵フィーリングを向上することができる操舵反力生成制御装置を提供すること。
【解決手段】 角度センサ８と、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７と、操舵反力をコラムシャフト６に伝達する減速機構９１と、少なくとも操舵角に基づいて第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７を制御するコントロールユニット４を備え、コントロールユニット４は、操作系の操舵回転方向が逆転した時に、減速機構の伝達系の遊び部分で生じる打撃を抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵反力を生成し制御する操舵反力生成制御装置の技術分野に属する。

従来では、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムとして、操舵側への操舵入力を電気信号として転舵側へ伝達し、転舵モータにより転舵させ、操舵側では操作反力付与装置により操作反力を生成している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１５８６５号公報（第２−１４頁、全図）

しかしながら、従来にあっては、操作反力付与装置は、モータと歯車の組み合わせにより反力を生成して操舵系に伝達するため、バックラッシュの影響が問題となる。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、操舵フィーリングを向上することができる操舵反力生成制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、車両の転舵を行う転舵装置へ操作入力を電気信号で送る操舵装置の操作系に、操作入力の際に操舵感を反力として付与する操舵反力生成制御装置であって、前記操作系の操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵反力を生成する操舵反力生成手段と、前記操舵反力生成手段で生成した操舵反力を前記操作系に伝達する減速機構と、少なくとも前記操舵角に基づいて前記操舵反力生成手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記操作系の操舵回転方向が逆転した時に、前記減速機構の伝達系の遊び部分で生じる打撃を抑制する抑制制御手段を備えた、ことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、操舵フィーリングを向上することができる。

以下、本発明の操舵反力生成制御装置を実現する実施の形態を、請求項１〜４に係る発明に対応する実施例１と、請求項１〜５に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，６に係る発明に対応する実施例３と、請求項１，２，６，７に係る発明に対応する実施例４と、請求項１〜４，８，９に係る発明に対応する実施例５に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の操舵反力生成制御装置を備えたステアバイシステムのシステム構成を示す図である。
実施例１のステアバイシステム１は、操舵装置２、転舵装置３、コントロールユニット４を構成として備え、操舵装置２へのハンドル操作を電気信号として転舵装置３へ送り、転舵を行うシステムである。
操舵装置２は、ステアリングホイール５、コラムシャフト６、トルクセンサ７、角度センサ８、操舵反力生成装置９を備えている。

コラムシャフト６は、ステアリングコラムに回転自在に軸支され、取り付けられたステアリングホイール５への回転操作により回転する構造である。
トルクセンサ７は、ステアリングホイール５によるコラムシャフト６への回転トルクを検出し、検出結果をコントロールユニット４へ出力する。
角度センサ８は、コラムシャフト６の回転位置を検出し、検出結果をコントロールユニット４へ出力する。

操舵反力生成装置９は、プライマリーギア１１、第１セカンダリーギア１２、第２セカンダリーギア１３、第１モータピニオンギア１４、第２モータピニオンギア１５、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７を構成として備えている。
プライマリーギア１１は、コラムシャフト６の回転軸と同軸となるように、コラムシャフト６に対して鍔状に設けた歯車である。

第１セカンダリーギア１２は、大径部１２ａと小径部１２ｂを同軸に備えた２段歯車であり、小径部１２ｂをプライマリーギア１１と係合させる構成である。
第２セカンダリーギア１３は、大径部１３ａと小径部１３ｂを同軸に備えた２段歯車であり、小径部１３ｂをプライマリーギア１１と係合させる構成である。
なお、プライマリーギア１１に対して、対称な左右位置で小径部１３ａ，１３ｂが係合する配置にする。

第１反力生成モータ１６は、その出力軸に第１モータピニオンギア１４を設け、第１モータピニオンギア１４を第１セカンダリーギア１２の大径部１２ａに係合させる構成である。
第２反力生成モータ１７は、その出力軸に第２モータピニオンギア１５を設け、第２モータピニオンギア１５を第２セカンダリーギア１３の大径部１３ａに係合させる構成である。
なお、プライマリーギア１１、第１セカンダリーギア１２、第２セカンダリーギア１３により、減速機構９１が構成される。

次に転舵装置３は、ステアリングラック１８、ボールジョイント１９、２０、タイロッド２１、２２、転舵輪２３、２４、転舵モータ２５、転舵角センサ２６を構成として備えている。
ステアリングラック１８は、転舵モータ２５の出力部分と係合するラックであり、車両の車幅方向に移動可能な部材である。
ボールジョイント１９、２０は、接続角度が自在な球継ぎ手であり、ステアリングラック１８の両端でタイロッド２１、２２との接続する構造である。
タイロッド２１、２２は左右の転舵輪２３、２４に取り付けられ、ステアリングラック１８の転舵の動きを伝達する構成である。

次に、コントロールユニット４の操舵反力生成制御のブロック構成を説明する。
図２は実施例１のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。図３はモータ補正駆動指令値演算部のブロック構成を示す説明図である。
コントロールユニット４は、自動車情報検出部２７、目標反力生成部４１、モータ駆動指令値演算部４２、モータ補正駆動指令値演算部４３、第１モータ最終駆動指令値演算部４４、第２モータ最終駆動指令値演算部４５を構成として備えている。
自動車情報検出部２７は、他のコントローラやセンサ、装置等から車速、路面状態、ヨーなどの自動車情報を取得、検出し、目標反力生成部４１へ出力する。

目標反力生成部４１は、自動車情報検出部２７からの自動車情報からハンドルにかかる目標反力を演算する。さらに具体的な例を示すと、操舵角度に比例した目標反力を生成する。
モータ駆動指令値演算部４２は、目標反力と操舵角度からモータ駆動指令値を演算し、モータにより反力トルクと与圧トルクを生成する。なお、演算結果は、第１モータ駆動指令値、第２モータ駆動指令値としてそれぞれ出力する。
モータ補正駆動指令値演算部４３は、矩形波状補正駆動指令値出力部４３１を備え、検出した操作力と目標反力の大小関係を比較し、操作力>目標反力の場合には、右方向への操舵、操作力<目標反力の場合には、左方向への操作として、左右への操舵の切り替わり時に補正駆動指令値を出力する。なお、この出力は、第１モータ補正駆動指令値、第２モータ補正駆動指令値としてそれぞれ行う。

第１モータ最終駆動指令値演算部４４は、第１モータ駆動指令値と第１モータ補正駆動指令値とを加算して第１モータ最終駆動指令値を演算し出力する。
第２モータ最終駆動指令値演算部４５は、第２モータ駆動指令値と第２モータ補正駆動指令値とを加算して第２モータ最終駆動指令値を演算し出力する。

作用を説明する。
[与圧トルクによる操舵フィーリングの向上作用]
図４は実施例１の操舵反力生成制御装置の動作説明図である。
実施例１では、モータ駆動指令値演算部４２による演算出力により与圧トルクが加えられる。
例えば、図４(a)に示すようなコラムシャフト６の回転停止中では、モータ駆動指令値演算部４２に入力される操舵角度の変化がないことから、コラムシャフト６の回転停止中であると判断される。この場合には、図４(a)に示すように、プライマリーギア１１の右回転方向に対しては、ギアの歯面が第１セカンダリーギア１２の小径部１２ｂの歯面と当接し、且つ与圧トルクが付与される。

また、プライマリーギア１１の左回転方向に対しては、ギアの歯面が第２セカンダリーギア１３の小径部１３ｂの歯面と当接し、且つ与圧トルクが付与される。
これにより、プライマリーギア１１は、どちらの回転方向に対してもギヤの歯の間で生じる間隙、つまりバックラッシュが生じていない状態に維持される。
そのため、この図４(a)の状態から、例えばプライマリーギア１１の右回転方向へドライバがステアリングホイール５に操舵入力を行うと、プライマリーギア１１から第１反力生成モータ１６の第１モータピニオンギア１４までのギアの歯の間の間隙がなくなるように歯同士が打撃する歯打ちと言われる現象が生じない。すでにギアの歯同士が当接した状態に維持されているからである。

そのため、バックラッシュと歯打ちによる違和感を生じることがなく、プライマリーギア１１の右回転に対して、適切な反力を与えることができ、操舵フィーリングが向上する。
なお、このプライマリーギア１１の右回転方向へドライバがステアリングホイール５に操舵入力を行う際には、第２反力生成モータ１７は、与圧トルクを発生させるようにして、プライマリーギア１１をあたかも右回転方向へ回転させるように第２セカンダリーギア１３の小径部１３ｂを回転させて、歯の間に間隙が生じないよう当接させる。
これにより、その後にプライマリーギア１１を左回転させる操作がドライバにより行われても、バックラッシュと歯打ちによる違和感を生じないようにしている。よって、操舵フィーリングが向上する。
プライマリーギア１１の左回転方向時の与圧トルクの作用については、方向が逆となるのみで、同じ作用となるため説明を省略する。

[補正トルクによる操舵フィーリングの向上作用]
図５、図６は実施例１の操舵反力生成制御装置の動作説明図である。図７は実施例１の操舵反力生成制御装置における操作力、目標反力、モータ最終駆動指令値のタイムチャートである。
実施例１では、さらにモータ補正駆動指令値演算部４３の矩形波状補正駆動指令値出力部４３１によりトルクセンサ７で検出する操作力１０１（図７(a)参照）と、目標反力生成部４１からの目標反力１０２（図７(a)参照）の大小関係が反転する時点で、矩形波状の補正駆動指令値を出力する。この補正駆動指令値は、図７(b)において示す、第１反力生成モータ１６の最終駆動指令値１０３における矩形波状の補正駆動指令値１０３ａ，１０３ｂのようになる。また、図７(b)において示す、第２反力生成モータ１７の最終駆動指令値１０４における矩形波状の補正駆動指令値１０４ａ，１０４ｂのようになる。この矩形波状の補正駆動指令値は、所定値を一定時間出力するものである。

例えば、図４(b)に示したプライマリーギア１１の右回転方向へ操作力（操舵トルク）Ａにより回転操作中で、第１反力生成モータ１６により操舵の反力Ｃを付与し、第２反力生成モータ１７により与圧トルクＢを付与している場合について説明する。
この状態から、操舵力Ａがプライマリーギア１１の左回転方向へと急激に逆転した場合、第１反力生成モータ１６はそれまでの反力Ｃの付与から与圧トルクＢへ切り替え、第２反力生成モータ１７はそれまでの与圧トルクＢの付与から反力Ｃの付与へ切り替わる（図５参照）。すると、急激な逆転を生じさせる操作力Ａに対して、第１反力生成モータ１６が出力する与圧トルクは、ギアの歯の間の間隙をなくす程度で小さいため、プライマリーギア１１の逆転に対して第１セカンダリーギア１２の回転速度が追いつかず、プライマリーギア１１の歯と第１セカンダリーギア１２の小径部１２ｂの歯が打撃を生じることになる（図６参照）。

これに対して実施例１では、上記説明のように、モータ補正駆動指令値演算部４３の矩形波状補正駆動指令値出力部４３１が、操作力１０１と目標反力１０２（図７(a)参照）の大小関係が反転することにより、操舵入力方向が逆転したことを判断し、その時点で、矩形波状の補正駆動指令値１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂを出力する。この矩形波状の補正駆動指令値１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂは、第１モータ最終駆動指令値演算部４４及び第２モータ最終駆動指令値演算部４５によって、その時点の最終駆動指令値１０３，１０４に加算される。そのため、操舵方向を急激に正転方向から逆転させても、直ぐにその時点で、矩形波状の補正駆動指令値により、プライマリーギア１１の逆転に対して第１セカンダリーギア１２の回転速度が追いつくのに充分な第１反力生成モータ１６の出力を得る。そのため、プライマリーギア１１と第１セカンダリーギア１２の小径部１２ｂの歯打ちは生じない。よって違和感を与えることがなく操舵フィーリングが向上する。

次に、効果を説明する。
実施例１の操舵反力生成制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)車両の転舵を行う転舵装置３へ操作入力を電気信号で送る操舵装置２の操作系に、操作入力の際に操舵感を反力として付与する装置であって、操作系の操舵角を検出する角度センサ８と、操舵反力を生成する第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７と、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７で生成した操舵反力をコラムシャフト６に伝達する減速機構９１と、少なくとも操舵角に基づいて第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７を制御するコントロールユニット４を備え、コントロールユニット４は、操作系の操舵回転方向が逆転した時に、減速機構の伝達系の遊び部分で生じる打撃を抑制するため、操舵フィーリングを向上することができる。

(2)上記(1)において、操舵装置２は、ステアリングホイール５を有するコラムシャフト６を操作として備え、操舵反力生成手段は、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７を設けるものとし、減速機構９１は、コラムシャフト６に取り付けたプライマリーギア１１を備え、プライマリーギア１１の二箇所の位置で歯車の伝達により第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７からの反力を伝達する構成としたため、操作系の操舵回転方向が逆転した際に、反力を与えない側の歯車において、減速機構の伝達系の遊び部分で打撃が生じないよう、反力を与えない側のモータを制御し、打撃を抑制して、違和感を生じさせることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。

(3)上記(2)において、車両の状態情報を取得する自動車情報検出部２７と、操舵系への操作力を検出するトルクセンサ７を設け、コントロールユニット４は、車両の状態情報と操舵角に基づいて目標反力を演算する目標反力生成部４１と、操舵角と目標反力に基づいて反力生成モータの駆動指令値を演算するモータ駆動指令値演算部４２と、抑制制御手段として設けられ、目標反力と操作力の大小関係が反転すると、操作系の操舵回転方向が逆転したと判断し、所定量の駆動指令値を所定時間、矩形波状に出力するモータ補正駆動指令値演算部４３と、モータ駆動指令値演算部４２からの駆動指令値とモータ補正駆動指令値演算部４３の駆動指令値を加算し、最終段としての反力生成モータの駆動指令値を演算する第１モータ最終駆動指令値演算部４４及び第２モータ最終駆動指令値演算部４５を備えたため、操作系の操舵回転方向が逆転すると、反力を与えない側の歯車において、減速機構の伝達系の遊び部分で打撃が生じないよう、反力を与えない側のモータを遊びがなくなる方向に、モータ補正駆動指令値演算部４３の補正駆動指令値により駆動し、打撃が生じないようにして、違和感を生じさせることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。

(4)上記(3)において、コントロールユニット４のモータ駆動指令値演算部４２は、プライマリーギア１１に対して、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７により、２箇所から挟み込む方向に与圧トルクを付与し、減速機構の伝達系の遊びの発生を抑制するため、バックラッシュと歯打ちによる違和感を生じないようにし、操舵フィーリングが向上することができる。

実施例２は、モータ補正駆動指令値演算部にハイパスフィルタを設けた例である。
図８は実施例２のモータ補正駆動指令値演算部のブロック構成を示す説明図である。
実施例２では、モータ補正駆動指令値演算部４３の矩形波状補正駆動指令値出力部４３１の後段にハイパスフィルタ４３２を設ける。
ハイパスフィルタ４３２は、高周波成分を通過させ、低周波成分を通過させない。
その他構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。

作用を説明する。
[補正トルクによる操舵フィーリングの向上作用]
図９は実施例２の操舵反力生成制御装置における操作力、目標反力、実反力、操舵角、操舵速、モータ最終駆動指令値のタイムチャートである。
実施例２では、矩形波状補正駆動指令値出力部４３１の出力がハイパスフィルタ４３２を通過して出力される。
つまり、矩形波状の補正駆動指令値をハイパスフィルタ４３２に通過させる。すると、図９(c)に第１モータの最終駆動指令値１１０、第２モータの最終駆動指令値１１１として示すように、ハンドル操舵方向を反転した瞬間（図９(a),(b)参照）のみ、作用する。これにより、操舵方向を急激に正転方向から逆転させても、直ぐにその時点で、瞬間的に補正駆動指令値により、プライマリーギア１１の逆転に対して第１セカンダリーギア１２の回転速度が追いつくのに充分な第１反力生成モータ１６の出力を得る。これによりバックラッシュの発生が抑制される。

さらに、ハイパスフィルタ４３２を通過させた駆動指令値であるので、瞬間的に大きな駆動指令値となった後は、補正により追加した分が直ぐに小さくなるため、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７の発熱量を低く抑えることになる(図９(c)参照）。
効果を説明する。実施例２の操舵反力生成制御装置にあっては、上記(1)〜(4)に加えて、以下の効果を有する。
(5)上記(3)又は(4)において、モータ補正駆動指令値演算部４３は、所定量の駆動指令値を所定時間、矩形波状の出力をハイパスフィルタ４３２に通過させて出力するため、減速機構の伝達系の遊び部分で打撃が生じないよう、反力を与えない側のモータを制御し、違和感を生じさせることがなく、操舵フィーリングを向上することができつつ、モータ発熱を抑制することができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。

実施例３は、モータをフィードフォワード制御にする例である。
構成を説明する。
図１０は実施例３のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。
実施例３のコントロールユニット４は、自動車情報検出部２７、角度センサ８、目標反力生成部４１、操舵速度演算部４６、モータ駆動指令値演算部４７を備えている。

操舵速度演算部４６は、角度センサ８で検出される操舵角度からハンドルの操舵速度を演算し、モータ駆動指令値演算部４７へ出力する。
モータ駆動指令値演算部４７は、目標反力と操舵速度から第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７の駆動指令値を演算する。なお、第１反力生成モータ１６は正の反力を生成するものとし、第２反力生成モータ１７は負の反力を生成するものとする。
自動車情報検出部２７、角度センサ８、目標反力生成部４１については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、モータ駆動指令値演算部４７のさらに詳細なブロック構成について説明する。
図１１は実施例２のモータ駆動指令値演算部のブロック構成を示す図である。
モータ駆動指令値演算部４７は、フィルタ４７１、第１目標モータトルク演算部４７２、第１目標モータ印加電圧演算部４７３、モータ回転速度演算部４７４、モータ逆起電圧演算部４７５、フィルタ４７６、第２目標モータトルク演算部４７７、第２目標モータ印加電圧演算部４７８、加算器４７９、加算器４８０、第１モータ駆動指令値演算部４８１、第２モータ駆動指令値演算部４８２を備えている。

フィルタ４７１は、目標反力生成部４１からの目標反力の正の値のみを通過させる。
第１目標モータトルク演算部４７２は、ギア比などで決定するモータトルクに対する反力のゲインをＧ１として、第１の目標モータトルクを演算する。つまり、目標トルク＝目標反力／Ｇ１を演算する。
第１目標モータ印加電圧演算部４７３は、目標モータトルクを、モータのトルク定数とモータ巻線抵抗値で除算して（割って）、目標モータ印加電圧を演算する。つまり、目標モータ印加電圧＝目標モータトルク／（モータトルク定数×巻線抵抗値）を演算する。

モータ回転速度演算部４７４は、ギア比などで決定するモータ回転速度に対するハンドル操舵速度のゲインをＧ２として、モータの回転速度を演算する。つまり、モータ回転速度＝操舵速度／Ｇ２を演算する。
モータ逆起電圧演算部４７５は、モータ回転速度に逆起電圧定数（トルク定数と同じ値）を乗算して（掛けて）逆起電圧を演算する。つまり、モータ逆起電圧＝モータ回転速度×逆起電圧定数を演算する。

フィルタ４７６は、目標反力生成部４１からの目標反力の負の値のみを通過させる。
第２目標モータトルク演算部４７７は、ギア比などで決定するモータトルクに対する反力のゲインをＧ１として、第１の目標モータトルクを演算する。つまり、目標トルク＝目標反力／Ｇ１を演算する。
第２目標モータ印加電圧演算部４７８は、目標モータトルクを、モータのトルク定数とモータ巻線抵抗値で除算して（割って）、目標モータ印加電圧を演算する。つまり、目標モータ印加電圧＝目標モータトルク／（モータトルク定数×巻線抵抗値）を演算する。

加算器４７９は、第１の目標モータ印加電圧にモータ逆起電圧を加算し、第１モータ駆動指令値演算部４８１へ出力する。
加算器４８０は、第２の目標モータ印加電圧にモータ逆起電圧を加算し、第２モータ駆動指令値演算部４８２へ出力する。
第１モータ駆動指令値演算部４８１は、第１の目標モータ印加電圧にモータ逆起電圧を加算したものから第１モータ駆動指令値を演算し、出力する。
第２モータ駆動指令値演算部４８２は、第１の目標モータ印加電圧にモータ逆起電圧を加算したものから第１モータ駆動指令値を演算し、出力する。
実施例３では、コントロールユニット４により以上のブロック構成でフィードフォワード制御を行う。

作用を説明する。
[操舵フィーリングの向上作用]
実施例３では、モータ駆動指令値演算部４７において、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７の駆動制御を行うための演算がなされる。この演算では、それぞれのモータに対して目標値を設定するが、実値との偏差を見ることなく、モータの逆起電圧を加算し考慮して出力される。この制御はフィードフォワード制御である。

このフィードフォワード制御では、モータ印加電圧に対する発生トルクの関係や、減速ギアのギア比などの値を予め求めておき、これらの値をプラント情報として反力の演算に使用する。そのため、非常に即応性に優れた制御となる。
操舵方向を急激に正転方向から逆転させると、第２反力生成モータ１７の側が反力を生成するように切り替わり、第１反力生成モータ１６の側は反力生成側から与圧トルクの出力へ切り替わる。この時、フィードフォワード制御により即応性よく駆動指令値が出力されることによって、プライマリーギア１１の逆転に対して第１セカンダリーギア１２の回転速度が充分に追いつくことになる。そのため、プライマリーギア１１と第１セカンダリーギア１２の小径部１２ｂの歯打ちは生じない。よって違和感を与えることがなく操舵フィーリングが向上する。

効果を説明する。実施例３の操舵反力生成制御装置では、上記(1),(2)に加えて以下の効果を有する。
(6)上記(2)において、車両の状態情報を取得する自動車情報検出部２７を設け、コントロールユニット４は、車両の状態情報と操舵角に基づいて目標反力を演算する目標反力生成部４１と、操舵角から操舵速度を演算する操舵速度演算部４６と、抑制制御手段を兼ね、目標反力と操舵速度からフィードフォワード制御演算により駆動指令値を演算するモータ駆動指令値演算部４７を備えたため、反力を与えない側の歯車において、減速機構の伝達系の遊び部分で打撃が生じないよう、反力を与えない側のモータを遊びがなくなる方向に、モータ駆動指令値演算部４７の補正駆動指令値によりフィードフォワード制御による即応性によって、打撃が生じないように駆動し、違和感を生じさせることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。

実施例４は、第１反力生成モータ、第２反力生成モータへの与圧トルクを与える手段として、それぞれのモータの駆動指令値に出力制限を行うようにした例である。
構成を説明する。
図１２は実施例４のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。
実施例４では、モータ駆動指令値演算部４７からの第１反力生成モータ、第２反力生成モータへのそれぞれに対する出力が、第１モータ与圧トルク生成部４８、第２モータ与圧トルク生成部４９を介して出力されるようにする。

第１モータ与圧トルク生成部４８は、例えば正回転方向に対して、第１反力生成モータ１６の最小値に制限を設けて、第１反力生成モータ１６により与圧トルクを与えるようにする。
第２モータ与圧トルク生成部４９は、例えば正回転方向に対して、第２反力生成モータ１７の最大値に制限を設けて、第２反力生成モータ１７により与圧トルクを与えるようにする。

作用を説明する。
[与圧トルクによる操舵フィーリングの向上作用]
図１３は実施例４の操舵反力生成制御装置における操作力、目標操作力、実反力、操舵角、操舵速、モータ最終駆動指令値のタイムチャートである。図１４は図１３(c)の一部拡大図である。
実施例４では、第１モータ与圧トルク生成部４８、第２モータ与圧トルク生成部４９により、それぞれの駆動指令値の最大値、最小値に制限を行うことにより、与圧トルクの付与を行う（図１３、図１４参照）。
なお、図１４に示すように、付与トルクはデューティ比として与える駆動指令値において、±８％程度与えるものとする。
このように与圧トルクの付与により、反力伝達系のギアはバックラッシュが生じていない状態に維持される。

そのため、例えばプライマリーギア１１の右回転方向へドライバがステアリングホイール５に操舵入力を行うと、プライマリーギア１１から第１反力生成モータ１６の第１モータピニオンギア１４までのギアの歯の間の間隙がなくなるように歯同士が打撃する歯打ちと言われる現象が生じない。すでにギアの歯同士が当接した状態に維持されているからである。そのため、バックラッシュと歯打ちによる違和感を生じることがなく、プライマリーギア１１の右回転に対して、適切な反力を与えることができ、操舵フィーリングが向上する。

効果を説明する。実施例４の操舵反力生成制御装置にあっては、上記(1),(2),(6)の効果に加えて、以下の効果を有する。
(7)コントロールユニット４は、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７のそれぞれの駆動指令値の最小値及び最大値に制限を設けるようにして与圧トルクを付与する第１モータ与圧トルク生成部４８、第２モータ与圧トルク生成部４９を備えたため、バックラッシュと歯打ちによる違和感を生じないようにし、操舵フィーリングが向上することができる。

実施例５は、ステアリングホイールの切り返し操作を行った際に、操作力の微分（変動値）からその値に応じた補正駆動指令値を出力した例である。
構成を説明する。
図１５は実施例５のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。
操作力微分値演算部５０は、ステアリングホイール５の操作力を微分した値を演算する。

モータ補正駆動指令値演算部４３は、検出した操作力と目標反力の大小関係を比較し、操作力>目標反力の場合には、右方向への操舵、操作力<目標反力の場合には、左方向への操作として、左右への操舵の切り替わり時に補正駆動指令値を出力する。なお、補正駆動指令値の大きさは、操作力微分値演算部５０からの操作力の微分値に比例させるよう補正駆動指令値を演算する。
また、補正駆動指令値の出力は、第１モータ補正駆動指令値、第２モータ補正駆動指令値としてそれぞれ行う。

図１６は実施例５における補正駆動指令値演算例を示すグラフ図である。
図１６では、横軸に操作力の微分値、縦軸に補正駆動指令値（デューティ比）を取ると、その関係を直線状に設定する。つまり、操作力の微分値に補正駆動指令値を比例させている。

作用を説明する。なお、与圧トルクによる操作フィーリングの向上作用については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
[補正トルクによる操舵フィーリングの向上作用]
図１７は実施例５の操舵反力生成制御装置における操作力、目標反力、モータ最終駆動指令値、操作力微分値のタイムチャートである。図１８は補正駆動指令値の演算内容を示す説明図である。

実施例５では、モータ補正駆動指令値演算部５１により、トルクセンサ７で検出する操作力１２１（図１７(a)参照）と、目標反力生成部４１からの目標反力１２２（図１７(a)参照）の大小関係が反転する時点で、矩形波状の補正駆動指令値を出力する。この補正駆動指令値は、図１７(b)において示す、第１反力生成モータ１６の最終駆動指令値１２３における矩形波状の補正駆動指令値１２３ａ、１２３ｂのようになる。また、図１７(b)において示す、第２反力生成モータ１７の最終駆動指令値１２４における矩形波状の補正駆動指令値１２４ａ、１２４ｂのようになる。

さらに、矩形波状の補正駆動指令値１２３ａ、１２４ａの大きさは、図１７(c)に示す操作力の微分値１２５のその時点の値ｗ２の値を、図１８の操作力の微分値と補正駆動指令値の比例関係を参照して、補正駆動指令値の値を決定する。矩形波状の補正駆動指令値１２３ｂ、１２４ｂの大きさは、図１７(c)に示す操作力の微分値１２５のその時点の値ｗ１の値を、図１８を参照して補正駆動指令値の値を決定する。ここでは、補正駆動指令値１２３ａ、１２４ａは大きな値、補正駆動指令値１２３ｂ、１２４ｂは小さな値となっている。
なお、図１８のDuty、-Dutyは、補正駆動指令値を一定とした値である。

ここで、ステアリングホイール５の切り返し操作が遅い場合、補正駆動指令値１２３ｂ、１２４ｂのように、補正駆動指令値をちいさくすることで、モータの発熱、消費電力を抑える。次に、ステアリングホイール５の切り返し操作が早い場合、補正駆動指令値１２３ａ、１２４ａのように、補正駆動指令値を大きくすることで、急な切り返し操作の場合でも、確実にバックラッシュの発生を防ぐ。
なお、切り返し操作の早い、遅いは、操作力の微分値により確実に判断される。
また、演算した補正駆動指令値は正負の値となるが、第１反力生成モータ１６、第２反力生成モータ１７にそれぞれ正負逆の駆動指令値を印加する。

図１９は実施例５の試験結果の操作力、目標反力、操作力微分力、最終駆動指令値のタイムチャートである。
図１９に示すように具体的な試験結果においても、補正駆動指令値１２３ａ、１２３ｂ、１２４ａ、１２４ｂ（図１９(c)参照）は、値を操作力微分値１２５に比例するものとなっており、強弱している。
この強弱により、速い操作にはより速い応答にでき、遅い操作には、モータ発熱の抑制、消費電力の抑制が行えることがわかる。
なお、図１９(d)は比較のために行った、矩形波状の駆動指令値の所定値を一定にした場合の最終駆動指令値である。

効果を説明する。実施例５の操舵反力生成制御装置にあっては、上記(1),(2),(3),(4)の効果に加えて、以下の効果を有する。

(8)上記(3)又は(4)において、検出した操作力を微分する操作力微分値演算部５０を設け、モータ補正駆動指令値演算部５１は、ステアリングホイール５の操舵回転方向が逆転したと判断した際、矩形波状に出力する駆動指令値の所定値を、操作力の微分値に応じた値にするため、ステアリングホイール５の切り返し操作が遅い場合、モータの発熱、消費電力を抑えることができ、ステアリングホイール５の切り返し操作が早い場合、急な切り返し操作の場合でも、確実にバックラッシュの発生を防ぐことができる。

(9)上記(8)において、モータ補正駆動指令値演算部５１は、操作力の微分値に比例して前記所定値が大きくなる図１６に示すグラフデータを記憶し、ステアリングホイール５の操舵回転方向が逆転したと判断した際、矩形波状に出力する駆動指令値の所定値を、図１６に示すグラフデータから演算するため、予め設定された操作力の微分値に応じた適切な値にして、ステアリングホイール５の切り返し操作が遅い場合、モータの発熱、消費電力を抑えることができ、ステアリングホイール５の切り返し操作が早い場合、急な切り返し操作の場合でも、確実にバックラッシュの発生を防ぐことができる。

以上、本発明の操舵反力生成制御装置を実施例１〜実施例５に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、反力生成モータは、３基以上を設ける構成であってもよい。
また例えば、減速機構は、さらに多くのギアを用いて減速させるものであってもよい。

実施例１の操舵反力生成制御装置を備えたステアバイシステムのシステム構成を示す図である。 実施例１のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。 モータ補正駆動指令値演算部のブロック構成を示す説明図である。 実施例１の操舵反力生成制御装置の動作説明図である。 実施例１の操舵反力生成制御装置の動作説明図である。 実施例１の操舵反力生成制御装置の動作説明図である。 実施例１の操舵反力生成制御装置における操作力、目標操作力、モータ最終駆動指令値のタイムチャートである。 実施例２のモータ補正駆動指令値演算部のブロック構成を示す説明図である。 実施例２の操舵反力生成制御装置における操作力、目標反力、実反力、操舵角、操舵速、モータ最終駆動指令値のタイムチャートである。 実施例３のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。 実施例２のモータ駆動指令値演算部のブロック構成を示す図である。 実施例４のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。 実施例４の操舵反力生成制御装置における操作力、目標反力、実反力、操舵角、操舵速、モータ最終駆動指令値のタイムチャートである。 図１３(c)の一部拡大図である。 実施例５のステアバイシステムのコントロールユニットにおける操舵反力生成制御のブロック構成を示す説明図である。 実施例５における補正駆動指令値演算例を示すグラフ図である。 実施例５の操舵反力生成制御装置における操作力、目標反力、モータ最終駆動指令値、操作力微分値のタイムチャートである。 実施例５における補正駆動指令値の演算内容を示す説明図である。 実施例５の試験結果の操作力、目標反力、操作力微分力、最終駆動指令値のタイムチャートである。

符号の説明

１ ステアバイシステム
２ 操舵装置
３ 転舵装置
４ コントロールユニット
５ ステアリングホイール
６ コラムシャフト
７ トルクセンサ
８ 角度センサ
９ 操舵反力生成装置
１１ プライマリーギア
１２ 第１セカンダリーギア
１２ａ 大径部
１２ｂ 小径部
１３ 第２セカンダリーギア
１３ａ 大径部
１３ｂ 小径部
１４ 第１モータピニオンギア
１５ 第２モータピニオンギア
１６ 第１反力生成モータ
１７ 第２反力生成モータ
１８ ステアリングラック
１９ ボールジョイント
２１ タイロッド
２２ タイロッド
２３ 転舵輪
２４ 転舵輪
２５ 転舵モータ
２６ 転舵角センサ
２７ 自動車情報検出部
４１ 目標反力生成部
４２ モータ駆動指令値演算部
４３ モータ補正駆動指令値演算部
４３１ 矩形波状補正駆動指令値出力部
４３２ ハイパスフィルタ
４４ 第１モータ最終駆動指令値演算部
４５ 第２モータ最終駆動指令値演算部
４６ 操舵速度演算部
４７ モータ駆動指令値演算部
４７１ フィルタ
４７２ 第１目標モータトルク演算部
４７３ 第１目標モータ印加電圧演算部
４７４ モータ回転速度演算部
４７５ モータ逆起電圧演算部
４７６ フィルタ
４７７ 第２目標モータトルク演算部
４７８ 第２目標モータ印加電圧演算部
４７９ 加算器
４８０ 加算器
４８１ 第１モータ駆動指令値演算部
４８２ 第２モータ駆動指令値演算部
４８ 第１モータ与圧トルク生成部
４９ 第１モータ与圧トルク生成部
５０ モータ駆動指令値演算部
５１ モータ補正駆動指令値演算部
９１ 減速機構
１０１ （操作力の）グラフ線
１０２ （目標反力の）グラフ線
１０３ （第１反力生成モータの最終駆動指令値の）グラフ線
１０４ （第２反力生成モータの最終駆動指令値の）グラフ線
１０３ａ （補正駆動指令値の部分の）グラフ線部分
１０３ｂ （補正駆動指令値の部分の）グラフ線部分
１０４ａ （補正駆動指令値の部分の）グラフ線部分
１０４ｂ （補正駆動指令値の部分の）グラフ線部分
１０５ （操作力の）グラフ線
１０６ （目標反力の）グラフ線
１０７ （実反力の）グラフ線
１０８ （操作角度の）グラフ線
１０９ （操舵速度の）グラフ線
１１０ （第１反力生成モータの最終駆動指令値の）グラフ線
１１１ （第２反力生成モータの最終駆動指令値の）グラフ線
１１２ （操作力の）グラフ線
１１３ （目標反力の）グラフ線
１１４ （実反力の）グラフ線
１１５ （操作角度の）グラフ線
１１６ （操舵速度の）グラフ線
１１７ （第１反力生成モータの最終駆動指令値の）グラフ線
１１８ （第２反力生成モータの最終駆動指令値の）グラフ線
Ａ 操作力
Ｃ 反力
Ｂ 与圧トルク

Claims (9)

1. 車両の転舵を行う転舵装置へ操作入力を電気信号で送る操舵装置の操作系に、操作入力の際に操舵感を反力として付与する操舵反力生成制御装置であって、
   前記操作系の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   操舵反力を生成する操舵反力生成手段と、
   前記操舵反力生成手段で生成した操舵反力を前記操作系に伝達する減速機構と、
   少なくとも前記操舵角に基づいて前記操舵反力生成手段を制御する制御手段と、 を備え、
   前記制御手段は、
   前記操作系の操舵回転方向が逆転した時に、前記減速機構の伝達系の遊び部分で生じる打撃を抑制する抑制制御手段を備えた、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵反力生成制御装置において、
   前記操舵装置は、ステアリングホイールを有するコラムシャフトを操作系として備え、
   前記操舵反力生成手段は、反力生成モータを二基設けるものとし、
   前記減速機構は、前記コラムシャフトに取り付けたプライマリーギアを備え、前記プライマリーギアの二箇所の位置で歯車の伝達により前記反力生成モータからの反力を伝達する構成とした、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
3. 請求項２に記載の操舵反力生成制御装置において、
   車両の状態情報を取得する車両情報取得手段と、
   前記操舵系への操作力を検出する操作力検出手段を設け、
   前記制御手段は、
   前記車両の状態情報と操舵角に基づいて目標反力を演算する目標反力生成手段と、
   前記操舵角と前記目標反力に基づいて前記反力生成モータの駆動指令値を演算するモータ駆動指令値演算手段と、
   前記抑制制御手段として設けられ、前記目標反力と前記操作力の大小関係が反転すると、前記操作系の操舵回転方向が逆転したと判断し、所定量の駆動指令値を所定時間、矩形波状に出力するモータ補正駆動指令値演算手段と、
   前記モータ駆動指令値演算手段からの駆動指令値と前記モータ補正駆動指令値演算手段の駆動指令値を加算し、最終段としての前記反力生成モータの駆動指令値を演算するモータ最終駆動指令値演算手段と、
   を備えた、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
4. 請求項３に記載の操舵反力生成制御装置において、
   前記制御手段のモータ駆動指令値演算手段は、
   前記プライマリーギアに対して、２つの前記反力生成モータにより、２箇所から挟み込む方向に与圧トルクを付与し、前記減速機構の伝達系の遊びの発生を抑制する、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の操舵反力生成制御装置において、
   前記モータ補正駆動指令値演算手段は、
   所定量の駆動指令値を所定時間、矩形波状の出力をハイパスフィルタに通過させて出力する、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
6. 請求項２に記載の操舵反力生成制御装置において、
   車両の状態情報を取得する車両情報取得手段を設け、
   前記制御手段は、
   前記車両の状態情報と操舵角に基づいて目標反力を演算する目標反力生成手段と、
   前記操舵角から操舵速度を演算する操舵速度演算手段と、
   前記抑制制御手段を兼ね、前記目標反力と前記操舵速度からフィードフォワード制御演算により駆動指令値を演算するモータ駆動指令値演算手段と、
   を備えた、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
7. 請求項６に記載の操舵反力生成制御装置において、
   前記制御手段は、
   二基の反力生成モータのそれぞれの駆動指令値の最小値及び最大値に制限を設けるようにして与圧トルクを付与する与圧トルク生成手段を備えた、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。
8. 請求項３又は請求項４に記載の操舵反力生成制御装置において、
   検出した操作力を微分する操作力微分演算手段を設け、
   前記モータ補正駆動指令値演算手段は、前記操作系の操舵回転方向が逆転したと判断した際、矩形波状に出力する駆動指令値の所定値を、操作力の微分値に応じた値にすることを特徴とする操舵反力生成制御装置。
9. 請求項８に記載の操舵反力生成制御装置において、
   前記モータ補正駆動指令値演算手段は、
   操作力の微分値に比例して前記所定値が大きくなるグラフデータを記憶するデータ記憶手段を備え、
   前記操作系の操舵回転方向が逆転したと判断した際、矩形波状に出力する駆動指令値の所定値を、前記グラフデータから演算する、
   ことを特徴とする操舵反力生成制御装置。

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