JP2017024449A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
アシストトルクを発生させる電動機を備え、車両を旋回させるために操舵ハンドルを切り出した後、操舵ハンドルを切り戻すとき、運転者が操舵ハンドルから手を放しても操舵ハンドルの回転速度の大きさが過大となることを防ぐことが可能な電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】
切り戻し制御量を決定するとき、操舵ハンドルの目標回転速度（目標操舵角速度）を決定する処理において、運転者が操舵ハンドルに作用させる操舵トルクが大きくなるほど小さくなる係数を決定し、この係数と、操舵ハンドルの実際の回転角度である操舵角と、の積である仮想操舵角の絶対値が大きくなるほど目標操舵角速度の絶対値を大きな値に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、運転者の操舵操作を補助するためのアシストトルクを電動機によって発生させる車両の操舵装置に関する。

車両の運転者の操舵ハンドルに対する操作（即ち、操舵操作）を補助するアシストトルクの発生源として電動機を用いる電動パワーステアリング装置が普及している。例えば、従来の電動パワーステアリング装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼される。）は、基本アシスト制御量と補助制御量とを求め、それらに基づいて最終的なアシストトルクを決定している（例えば、特許文献１を参照。）。

基本アシスト制御量（「切り出しトルク」とも称呼される。）は、運転者が操舵角の絶対値を増加させる操作（「切り出し操作」とも称呼される。）をアシストするためのアシストトルクを決定する量であり、操舵トルク及び車速等に応じて決定される。補助制御量は、例えば、運転者が操舵ハンドルから手を離したり操舵ハンドルを滑らせたりする「切り戻し操作」を行うことにより、操舵ハンドルを中立位置（即ち、操舵角が「０」となる回転位置）へ戻している際のアシストトルクを決定する「切り戻し制御量」を含む。

より具体的に述べると、従来装置は、切り戻し操作が行われている期間、操舵角に基づいて目標操舵角速度を決定し、実際の操舵角速度（実操舵角速度）が目標操舵角速度に一致するように切り戻し制御量を決定する。ところが、操舵角が変化しないように運転者が操舵ハンドルを保持している「保舵状態」から運転者が操舵ハンドルから手を放す「手放し状態」に移行したとき、実操舵角速度が目標操舵角速度に対して一時的に過大となる（即ち、オーバーシュートする）という問題が発生する場合がある。

より具体的に述べると、保舵状態から手放し状態に移行した直後において、保舵トルク（（操舵ハンドルを保持するために発生していた操舵トルク）の絶対値が減少するので、基本アシスト制御量の絶対値は減少する。加えて、保舵状態から手放し状態に移行した直後においては、実操舵角速度が小さいので、実操舵角速度が目標操舵角速度から大きく乖離している。そのため、上述の切り戻し制御量は非常に大きい値となるので、実操舵角速度が急激に上昇する。その結果、上述のオーバーシュートが発生する。

そこで、従来装置は、保舵状態から手放し状態に移行したか否かを判定し、手放し状態に移行したと判定した直後の期間において、切り戻し制御量を小さくする補正演算処理を実行するようになっている。より具体的に述べると、従来装置は、実操舵角速度と目標操舵角速度との偏差Δωに所定のゲインを乗じた値を切り戻し基本制御量εsbとして算出する。更に、従来装置は、保舵状態から手放し状態への移行が検出された場合には偏差Δωが実質的にゼロになるまで、切り戻し基本制御量εsbの絶対値に係数Ｋを乗じた値Ｋ・｜εsb｜だけ切り戻し基本制御量εsbの大きさを小さくしている。

特開２００９−２６２６２２号公報

しかしながら、従来装置は、偏差Δωが実質的にゼロになるまで切り戻し基本制御量εsbを値Ｋ・｜εsb｜だけ小さくしているので、逆に実際の操舵角速度が目標操舵角速度に追従するまでの時間が長くなって操舵フィーリングが悪化する虞がある。

本発明はこのような問題に対処するために成された。即ち、本発明の目的の一つは、保舵状態から手放し状態への移行後において、実操舵角速度の大きさが過度に上昇することを防ぎつつ、適切な速度で実操舵角速度を目標操舵角速度に追従させることができる、車両の操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る車両の操舵装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、
操舵ハンドルの操舵角に応じて操舵輪の転舵角を変更させる転舵装置と、
前記操舵ハンドルと前記操舵輪との間のトルク伝達経路を構成する部材に、前記操舵ハンドルに対する操舵操作をアシストするためのアシストトルクを付与する電動機と、
前記トルク伝達経路を構成する部材の前記操舵ハンドルと前記電動機との間の部分に作用するトルクである操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、
前記電動機を制御することにより前記アシストトルクを発生させる制御部と、
を備える。

前記制御部は、
（１）前記検出される操舵トルクに基づいて基本アシスト制御量を決定するとともに、
（２）前記操舵ハンドルが同操舵ハンドルの中立位置に向けて戻されている場合に前記検出される操舵角から求められる実操舵角速度を所定の目標操舵角速度に一致させるための戻し制御量を同実操舵角速度と同目標操舵角速度との偏差に基づいて決定し、
（３）前記基本アシスト制御量と前記戻し制御量とに応じて前記電動機を制御する。

更に、前記制御部は、
前記検出される操舵トルクの絶対値が大きいほど０に向けて小さくなる正の値である修正係数と、前記検出される操舵角と、の積である仮想操舵角の絶対値が大きいほど前記目標操舵角速度の絶対値が大きくなるように、前記目標操舵角速度を設定する。

本発明装置によれば、操舵ハンドルの操舵状態が保舵状態にある場合（即ち、実際の操舵角速度が略「０」であり、且つ、操舵トルクの絶対値が比較的大きな値である場合）、前記修正係数は「０」に近い値となるので、前記積である仮想操舵角も「０」に近い値となる。従って、操舵ハンドルが保舵状態にある場合、目標操舵角速度の絶対値は小さな値に設定される。

次に、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した場合、理論的にはトルクセンサにより検出される操舵トルクは直ちに「０」になる筈であるところ、実際には操舵ハンドルが有する慣性モーメントの作用により直ちに「０」にはならない。このため、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した直後から暫くの期間、前記修正係数も短時間ではあるが小さい値となるので、前記積である仮想操舵角は大きくならない。その結果、目標操舵角速度の絶対値は小さい値になる。

一方、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した場合、操舵角はセルフアライニングトルクによって「０」に向かって変化し始める。このとき、目標操舵角速度の絶対値が小さいので、戻し制御量は操舵角が「０」に向かって変化する際の速度を低下させるように作用する。従って、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した直後において操舵角速度が過大になることが回避される。更に、その後において、トルクセンサによって検出される操舵トルクが「０」に近づくにつれ、修正係数も徐々に増大し、その結果、前記積である仮想操舵角も増大する。よって、目標操舵角速度が実質的に操舵角に応じて変更されるようになる。その結果、適切な速度で実操舵角速度を変化させることができる。

本発明の実施形態に係る車両の操舵装置（本操舵装置）の概略図である。 操舵トルク及び車速と基本アシスト制御量（切り出しトルク）との関係を表したグラフである。 本操舵装置に係る各パラメータの変化を表したタイムチャートである。 仮想操舵角と目標操舵角速度との関係を表したグラフである。 操舵トルクと修正係数との関係を表したグラフである。 本操舵装置のＥＣＵが実行するアシスト制御処理ルーチンを示したフローチャートである。 本操舵装置のＥＣＵが戻し制御量（切り戻しトルク）を決定するために実行する処理を表した機能ブロック図である。 角速度差分の絶対値と戻し制御量との関係を表したグラフである。

（構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る車両の操舵装置（以下、「本操舵装置」とも称呼される。）について説明する。本操舵装置は、図１に示したように、操舵ハンドル１１、ステアリングシャフト１２、ピニオンギア１３、ラックバー１４、減速機１６、電動機１７、駆動回路１８及びＥＣＵ２０を含んでいる。

操舵ハンドル１１は、本操舵装置が搭載される車両の運転者によって同車両の進路（進行方向）を変更するために操作される。即ち、操舵ハンドル１１は、運転者によって操舵輪１５の転舵角を変更するために操舵される。

ステアリングシャフト１２の一端には操舵ハンドル１１が一体回転可能に接続されている。ステアリングシャフト１２の他端にはピニオンギア１３が一体回転可能に接続されている。従って、操舵ハンドル１１が回転すれば、ピニオンギア１３が回転するようになっている。便宜上、ステアリングシャフト１２は「トルク伝達経路を構成する部材」とも称呼される。

ピニオンギア１３は、ラックバー１４に形成されたラックギアと噛合している。ピニオンギア１３とラックバー１４とはラックアンドピニオン機構を構成している。このラックアンドピニオン機構によって、ピニオンギア１３の回転運動はラックバー１４の往復直線運動に変換される。便宜上、ピニオンギア１３とラックバー１４は「転舵装置」とも称呼される。

ラックバー１４の往復直線運動に伴って操舵輪１５の転舵角が変更される。即ち、操舵ハンドル１１の回転に従って、操舵輪１５の転舵角が変更される。

操舵ハンドル１１の回転角度は、操舵角θｒによって表される。操舵角θｒは、操舵ハンドル１１が中立位置Ｐｎよりも時計回りに回転しているときに正の値となり（即ち、θｒ＞０）、操舵ハンドル１１が中立位置Ｐｎよりも反時計回りに回転しているときに負の値となる（即ち、θｒ＜０）。従って、操舵ハンドル１１が中立位置Ｐｎにある場合の操舵角θｒはゼロ（「０」）である。操舵ハンドル１１が１回転以上回転すると、操舵角θｒの絶対値は３６０°よりも大きな値となる。

ステアリングシャフト１２には減速機１６が介装されている。電動機１７は、減速機１６を介してステアリングシャフト１２とトルク伝達可能に接続されている。従って、「電動機１７が発生させ減速機１６を介してステアリングシャフト１２に作用するアシストトルクＴａ」は、運転者が操舵ハンドル１１を操作するときのアシストトルク（アシスト力）となる。

電動機１７が、操舵角θｒを増加させる方向にトルクを発生させているとき、アシストトルクＴａは正の値となり（即ち、Ｔａ＞０）、電動機１７が操舵角θｒが減少する方向にトルクを発生させているとき、アシストトルクＴａは負の値となる（即ち、Ｔａ＜０）。

電動機１７は、三相（ｕ相、ｖ相、及び、ｗ相）ブラシレスモータである。電動機１７に供給される電力はインバータを含む駆動回路１８によって制御される。駆動回路１８はＥＣＵ２０によって制御される。

ＥＣＵ２０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３及びインタフェース等を含んでいる。ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１が実行するプログラム及びルックアップテーブル等を記憶している。ＲＡＭ２３は、データを一時的に記憶する。ＥＣＵ２０は、後述される操舵角センサ３１、トルクセンサ３２及び車速センサ３３等と接続されていて、これらのセンサ類の検出量を受信するようになっている。

操舵角センサ３１は、ステアリングシャフト１２に配設されている。操舵角センサ３１は、操舵角θｒを表す信号を出力する。前述したように、操舵ハンドル１１が中立位置Ｐｎにあるとき、操舵角θｒは「０」となる（θｒ＝０）。操舵角θｒが「０」であるとき、操舵輪１５の転舵角が「０」となり、このとき、本発明装置が搭載される車両は旋回することなく直進する。

ＥＣＵ２０は、操舵角θｒに基づいて「操舵角θｒの単位時間あたりの変化量である操舵角速度ωｒ」を算出する。この実際に算出される操舵角速度ωｒは、便宜上、「実操舵角速度ωｒ」とも称呼される。操舵角θｒが増加しているとき、実操舵角速度ωｒは正の値となり（即ち、ωｒ＞０）、操舵角θｒが減少しているとき、実操舵角速度ωｒは負の値となる（即ち、ωｒ＜０）。

トルクセンサ３２は、ステアリングシャフト１２の「操舵ハンドル１１と減速機１６との間の部分（トルク検出部）」に配設されている。トルクセンサ３２は、トルク検出部に作用している操舵トルクＴｓを表す信号を出力する。操舵ハンドル１１に対して操舵角θｒを増加させる方向にトルクが作用しているとき、操舵トルクＴｓは正の値となり（即ち、Ｔｓ＞０）、操舵角θｒを減少させる方向にトルクが作用しているとき、操舵トルクＴｓは負の値となる（即ち、Ｔｓ＜０）。
車速センサ３３は、本発明装置が搭載される車両の車速Ｖｓを表す信号を出力する。

（アシスト制御処理の概要）
本発明装置が搭載される車両の運転者は、その車両の進路（進行方向）を変更するとき、操舵ハンドル１１を中立位置Ｐｎから回転させる。即ち、運転者は、操舵角θｒの絶対値を「０」から増加させる切り出し操作を行う。これにより車両は旋回する。車両の運転者は、旋回中の車両の進行方向を直進方向へと変更するとき、操舵ハンドル１１の操舵角θｒの絶対値を減少させる切り戻し操作を行い、操舵ハンドル１１を中立位置Ｐｎに戻す。

ＥＣＵ２０は、運転者による切り出し操作及び切り戻し操作をアシストするため、アシスト制御処理を実行し、電動機１７にアシストトルクＴａを発生させる。このアシストトルクＴａは、切り出し操作をアシストするための基本アシスト制御量（切り出しトルク）Ｔｉと、切り戻し操作をアシストするための戻し制御量（切り戻しトルク）Ｔｄと、の和である（即ち、Ｔａ＝Ｔｉ＋Ｔｄ）。戻し制御量Ｔｄは「補助制御量」とも称呼される。基本アシスト制御量Ｔｉを決定する処理は「基本制御」とも称呼され、戻し制御量Ｔｄを決定する処理は「切り戻しアシスト制御」とも称呼される。

ＥＣＵ２０は、基本制御を実行するとき、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいて基本アシスト制御量Ｔｉを決定する。操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓと基本アシスト制御量Ｔｉとの関係は図２に示される。図２から理解されるように、操舵トルクＴｓの絶対値が大きくなるほど基本アシスト制御量Ｔｉの絶対値は大きくなり、車速Ｖｓが大きくなるほど基本アシスト制御量Ｔｉの絶対値は小さくなる。図２に示される関係は、ルックアップテーブルの形式にてＲＯＭ２２に記憶されている。

一方、ＥＣＵ２０は、切り戻しアシスト制御を実行するとき、操舵角θｒ及び操舵トルクＴｓに基づいて目標操舵角速度ωｔを決定し、実際の操舵角速度（実操舵角速度）ωｒが目標操舵角速度ωｔと等しくなるように戻し制御量Ｔｄを「実操舵角速度ωｒと目標操舵角速度ωｔとの偏差Δω」に基づいてフィードバック制御によって決定する。切り戻しアシスト制御について図３のタイムチャートの例を参照しながら詳細に説明する。

図３（Ａ）の実線から理解されるように、本例において、操舵ハンドル１１は、時刻ｔ１まで操舵角θｒが正の回転角度θ１である状態にて運転者によって固定されている。即ち、操舵ハンドル１１は保舵状態にある。時刻ｔ１にて操舵ハンドル１１が手放し状態になると、操舵角θｒが減少し、時刻ｔ３にて操舵角θｒが「０」となっている。即ち、時刻ｔ３以降、操舵ハンドル１１の回転位置は中立位置Ｐｎにある。

ＥＣＵ２０は、後述する仮想操舵角θｉに基づいて目標操舵角速度ωｔを決定する。仮想操舵角θｉと目標操舵角速度ωｔとの関係は図４に示される。図４から理解されるように、仮想操舵角θｉの絶対値が大きくなるほど目標操舵角速度ωｔの絶対値が大きくなる。目標操舵角速度ωｔは、仮想操舵角θｉが正の値であるとき負の値となり、仮想操舵角θｉが負の値であるとき正の値となり、仮想操舵角θｉが「０」であるとき「０」となる。図４に示される関係は、ルックアップテーブルの形式にてＲＯＭ２２に記憶されている。

仮に、時刻ｔ１以降、仮想操舵角θｉの代わりに実際の操舵角θｒを図４の関係に適用して目標操舵角速度ωｔを決定すると、目標操舵角速度ωｔは、図３（Ｄ）の破線により示したようになる。即ち、目標操舵角速度ωｔは、時刻ｔ１にて「操舵角θｒである回転角度θ１」に対応する角速度ω１となり、その後、時刻ｔ３近づくに従い目標操舵角速度ωｔの絶対値は「０」へ向けて減少する。従って、時刻ｔ１において、実操舵角速度ωｒである「０」と、目標操舵角速度ωｔである角速度ω１と、が大きく乖離している。

その結果、実操舵角速度ωｒが目標操舵角速度ωｔに一致するように戻し制御量Ｔｄが決定されるので、図３（Ｂ）の破線によって示されるように、時刻ｔ１以降、実操舵角速度ωｒの絶対値が急速に上昇して一時的に過大となる。このため、時刻ｔ１の直後において実操舵角速度ωｒのオーバーシュートが発生する。なお、上述した図３（Ｂ）及び（Ｄ）以外の図３の各図における破線は、図３（Ｂ）及び（Ｄ）と同様に、仮想操舵角θｉの代わりに実際の操舵角θｒを図４の関係に適用して目標操舵角速度ωｔを決定した場合の各値の変化を表している。

そこで、ＥＣＵ２０は、仮想操舵角θｉを算出し、その仮想操舵角θｉを図４に示される関係に適用して目標操舵角速度ωｔを決定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、図５に示した関係に実際の操舵トルクＴｓを適用して修正係数ｋを求める。図５に示される関係は、ルックアップテーブルの形式にてＲＯＭ２２に記憶されている。図５に示したルックアップテーブルによれば、修正係数ｋは、操舵トルクＴｓの絶対値が大きいほど小さくなる正の値として求められ、更に、操舵トルクＴｓが「０」であるとき「１」に設定される。

更に、ＥＣＵ２０は、下記の（１）式に示したように、操舵トルクＴｓの絶対値が大きくなるほど小さい値に設定される修正係数ｋを図５に示した関係に基づいて決定し、実際の操舵角θｒに修正係数ｋを乗じることによって仮想操舵角θｉを算出する。

θｉ＝ｋ×θｒ …（１）

例えば、時刻ｔ１以前において操舵角θｒが回転角度θ１に維持されるとき（即ち、保舵状態にあるとき）、操舵輪１５に作用するセルフアライニングトルクによって操舵ハンドル１１は中立位置Ｐｎに戻ろうとする。そのため、操舵角θｒを回転角度θ１に維持するためには運転者は操舵ハンドル１１に対して操舵角θｒが大きくなる方向にトルクを作用させる必要がある。即ち、操舵トルクＴｓが大きい状態が維持される。

操舵トルクＴｓが大きいと修正係数ｋは略「０」となるので、仮想操舵角θｉは略「０」となり、以て、仮想操舵角θｉを図４に示される関係に適用することによって決定される目標操舵角速度ωｔは略「０」となる。従って、保舵状態にあるとき（即ち、実操舵角速度ωｒが略「０」であるとき）、実操舵角速度ωｒと目標操舵角速度ωｔとは互いに略等しくなる。従って、実操舵角速度ωｒと目標操舵角速度ωｔとが等しいので、戻し制御量Ｔｄは「０」となる。

この結果、例えば、図３（Ｅ）の実線から理解されるように、操舵ハンドル１１が保舵状態にあるとき（即ち、時刻ｔ１に至るまで）、アシストトルクＴａは一定値となっている。操舵ハンドル１１が保舵状態にあるときのアシストトルクＴａは、戻し制御量Ｔｄが略「０」であるので、上記基本制御によって決定された基本アシスト制御量Ｔｉに等しい。

その後、時刻ｔ１にて操舵状態が保舵状態から手放し状態に変更されると、操舵トルクＴｓが減少するので基本アシスト制御量Ｔｉが減少する。加えて、操舵トルクＴｓの減少に従い修正係数ｋが「１」に向けて上昇し、以て、仮想操舵角θｉが実際の操舵角θｒに近づく。その結果、目標操舵角速度ωｔの絶対値も略「０」から次第に大きくなるので、目標操舵角速度ωｔと実操舵角速度ωｒとの偏差Δωも次第に大きくなる。よって、戻し制御量Ｔｄの大きさが次第に上昇する。

ただし、操舵状態が保舵状態から手放し状態に変更されると、操舵ハンドル１１はセルフアライニングトルクによって回転し始め、操舵角θｒは「０」に向かって変化し始める。このとき、理論的にはトルクセンサにより検出される操舵トルクＴｓは直ちに「０」になる筈であるところ、実際には操舵ハンドル１１及び「ステアリングシャフト１２の操舵ハンドル１１とトルク検出部との間の部分」が有する慣性モーメントの作用により直ちに「０」にはならない。このため、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した直後から暫くの期間（概略、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間の実線を参照。）、修正係数も比較的小さい値となるので、仮想操舵角θｉは実際の操舵角θｒに比べて大きくならない。その結果、図３の（Ｄ）の時刻ｔ１以降における実線により示されているように、目標操舵角速度ωｔの絶対値も比較的小さい値になる。

このとき、上述したように、目標操舵角速度ωｔの絶対値が比較的小さいので、図３の（Ｅ）の時刻ｔ１〜時刻ｔ２の実線により示されているように、戻し制御量Ｔｄは操舵角が「０」に向かって変化する際の速度を低下させるように作用する。即ち、ＥＣＵ２０は、実操舵角速度ωｒの絶対値が急上昇することを抑える「ブレーキ力」を電動機１７に発生させる。従って、図３の（Ｂ）の時刻ｔ１〜時刻ｔ２の実線により示されているように、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した直後において実操舵角速度ωｒの大きさが過大になることが回避される。

即ち、操舵状態が保舵状態から手放し状態へと変化した時点から操舵トルクＴｓが「０」になるまでの間、仮想操舵角θｉの絶対値は実際の操舵角θｒの絶対値よりも小さい値となる。よって、目標操舵角速度ωｔの絶対値は、実際の操舵角θｒを図４に示される関係に適用することによって定まる値よりも小さな値に設定される。従って、保舵状態から手放し状態に移行したとき、仮想操舵角θｉに基づいて目標操舵角速度ωｔを決定することによって、図３（Ｂ）の実線に示されるように、実操舵角速度ωｒの絶対値の増大が緩慢となり、実操舵角速度ωｒのオーバーシュートを回避することができる。

操舵トルクＴｓが略「０」になると、係数ｋが略「１」となり、以て、仮想操舵角θｉは実際の操舵角θｒと略等しくなる。従って、実操舵角θｒが減少するほど目標操舵角速度ωｔの絶対値が小さい値に設定される。その結果、図３（Ｂ）の実線に示さているように、目標操舵角速度ωｔの絶対値は、最大値となった後、緩やかに減少する。その後、時刻ｔ３になると、操舵ハンドル１１が中立位置Ｐｎに戻り、切り戻し操作が終了する。

以上、切り戻し操作の開始時、保舵状態から手放し状態に直接移行する場合について説明したが、実際には、運転者は、「操舵ハンドル１１が回転しないように操舵ハンドル１１に比較的大きなトルクを加える保舵状態」から徐々に操舵トルクＴｓを弱めて操舵ハンドル１１を滑らせながら切り戻し操作を行う場合が多い。具体的には、運転者の期待する実操舵角速度ωｒの大きさ（絶対値）が、図３（Ｂ）の実線により示されている実操舵角速度ωｒの大きさ（即ち、手放し状態である場合の実操舵角速度ωｒの大きさ）よりも小さければ、運転者は、操舵ハンドル１１から手を放す代わりに操舵トルクＴｓを弱める。

例えば、操舵角θｒが回転角度θ１であるとき、運転者が操舵トルクＴｓを弱め、操舵ハンドル１１が回転を開始し、その後、操舵角θｒが回転角度θ２となったとき、手放し状態となる場合であっても、ＥＣＵ２０は、上述した場合と同様に目標操舵角速度ωｔを決定する。より具体的に述べると、運転者が操舵トルクＴｓを弱めて操舵ハンドル１１が回転を開始したとき、修正係数ｋは操舵ハンドル１１が保舵状態にあるときよりも大きくなる。その結果、仮想操舵角θｉは、保舵状態にあるときと比較して実際の操舵角θｒに近い値となり、以て、目標操舵角速度ωｔの絶対値が保舵状態にあるときと比較して大きな値となる。ただし、修正係数ｋは「１」より小さいので、目標操舵角速度ωｔの絶対値は、「回転角度θ２を図４に示される関係に適用して決定される目標操舵角速度ωｔである角速度ω２」の絶対値よりも大きくはならない。

一方、このとき、操舵ハンドル１１が回転を開始しているので（即ち、｜ωｒ｜＞０であるので）、目標操舵角速度ωｔと実操舵角速度ωｒとの偏差Δωは、実操舵角速度ωｒが「０」である場合と比較して小さい。従って、保舵状態から操舵トルクを弱めることによって操舵ハンドルが回転し始めた後に手放し状態に移行する場合であっても、実操舵角速度ωｒが急激に上昇することを防ぐことができる。

（具体的作動）
ＥＣＵ２０のＣＰＵ２１（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼される。）がアシスト制御を実行する際の具体的な作動を、図６にフローチャートにより表された「アシスト制御処理ルーチン」を参照しながら説明する。ＣＰＵは、本ルーチンを所定の時間が経過する毎に実行する。

即ち、適当なタイミングになると、ＣＰＵは、ステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進んで操舵トルクＴｓ、車速Ｖｓ及び操舵角θｒをそれぞれ対応するセンサから取得する。次いで、ＣＰＵは、ステップ６１０に進んで操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓを図２に対応するルックアップテーブルに適用することによって基本アシスト制御量Ｔｉを決定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ６１５に進み、操舵トルクＴｓ及び操舵角θｒに基づいて戻し制御量Ｔｄを決定する。ＣＰＵが実行する戻し制御量Ｔｄの決定処理について、図７を参照しながら詳細に説明する。

図７は、ＣＰＵが戻し制御量Ｔｄを決定するときに実行する機能ブロック（制御ブロック）を表している。図７に示される機能ブロックのそれぞれは、ＣＰＵによって実行される所定のプログラムに従った制御演算処理によって実現される。

角速度演算部４１は、操舵角θｒを時間に対して微分して実操舵角速度ωｒ（＝ｄθ／ｄｔ）を算出する。
絶対値演算部４２は、操舵トルクＴｓの絶対値｜Ｔｓ｜を算出する。
マップ適用部４３は、操舵トルクＴｓの絶対値｜Ｔｓ｜を図５に対応するルックアップテーブルに適用して修正係数ｋを決定する。

乗算演算部４４は、操舵角θｒに修正係数ｋを乗じて仮想操舵角θｉを算出する。
マップ適用部４５は、仮想操舵角θｉを図４に対応するルックアップテーブルに適用して目標操舵角速度ωｔを決定する。

差分演算部４６は、目標操舵角速度ωｔと実操舵角速度ωｒとの差分である角速度差分（偏差）Δωを算出する（即ち、Δω＝ωｔ−ωｒ）。
絶対値演算部４７は、角速度差分Δωの絶対値｜Δω｜を算出する。

マップ適用部４８は、角速度差分Δωの絶対値｜Δω｜を図８に示された、絶対値｜Δω｜と、戻し制御量Ｔｄの大きさ（絶対値）と、の関係に適用することによって戻し制御量Ｔｄの大きさを決定する。図８に示される関係は、ルックアップテーブルの形式にてＲＯＭ２２に記憶されている。図８から理解されるように、角速度差分Δωの絶対値｜Δω｜が大きくなるほど戻し制御量Ｔｄの絶対値は大きな値となる。

符号演算部４９は、角速度差分Δωの符号を抽出する。具体的には、角速度差分Δωが正の値であれば「１」を出力し、角速度差分Δωが負の値であれば「−１」を出力する。
乗算演算部５１は、「戻し制御量Ｔｄの大きさ」に「角速度差分Δωの符号」を乗じることによって戻し制御量Ｔｄを算出する。

ガード処理演算部５２は、戻し制御量Ｔｄの急激な変化を抑えるため、ステップ６１５が前回実行されたときに決定された戻し制御量Ｔｄの値と、今回決定される戻し制御量Ｔｄの値と、の差分を所定値以内に抑える。具体的には、「ガード処理演算部５２が前回出力した戻し制御量Ｔｄの値」と「乗算演算部５１が今回出力した戻し制御量Ｔｄの値（今回値）」と間の差分が所定値を越える場合、ガード処理演算部５２は、その差分が所定値となるように今回値を修正する。

戻し制御量Ｔｄが決定されると、ＣＰＵは、図６のステップ６２０に進んで基本アシスト制御量Ｔｉと戻し制御量Ｔｄの和であるアシストトルクＴａを算出する。次いで、ＣＰＵは、ステップ６２５に進んで電動機１７がアシストトルクＴａに等しいトルクを発生させるために必要な電流Ｉｔを周知の方法により決定する。換言すれば、電動機１７のｕ相、ｖ相、及び、ｗ相のそれぞれに電流Ｉｔに等しい電流が流れたとき、電動機１７はアシストトルクＴａに等しいトルクを発生する。

次いでＣＰＵは、ステップ６３０に進んで、電動機１７の各相（ｕ相、ｖ相、及び、ｗ相）に電流Ｉｔに等しい電流が流れるように周知の方法により駆動回路１８を制御する。次いで、ＣＰＵは、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本発明装置は、
操舵ハンドル１１の操舵角θｒに応じて操舵輪１５の転舵角を変更させる転舵装置（ピニオンギア１３及びラックバー１４）と、
前記操舵ハンドルと前記操舵輪との間のトルク伝達経路を構成する部材（ステアリングシャフト１２）に、前記操舵ハンドルに対する操舵操作をアシストするためのアシストトルクＴａを付与する電動機１７と、
前記トルク伝達経路を構成する部材の前記操舵ハンドルと前記電動機との間の部分に作用するトルクである操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ３２と、
前記操舵ハンドルの操舵角θｒを検出する操舵角センサ３１と、
前記検出される操舵トルクに基づいて基本アシスト制御量を決定するとともに（ステップ６０５及びステップ６１０）、前記操舵ハンドルが同操舵ハンドルの中立位置に向けて戻されている場合に前記検出される操舵角θｒから求められる実操舵角速度ωｒを所定の目標操舵角速度ωｔに一致させるための戻し制御量Ｔｄを同実操舵角速度と同目標操舵角速度との偏差（角速度差分Δω）に基づいて決定し（ステップ６１５、図７）、前記基本アシスト制御量と前記戻し制御量とに応じて前記電動機を制御する（ステップ６２０〜ステップ６３０）ことにより前記アシストトルクを発生させる制御部（ＥＣＵ２０）と、
を備える車両の操舵装置において、
前記制御部は、
前記検出される操舵トルクの絶対値が大きいほど０（ゼロ）に向けて小さくなる正の値である修正係数ｋと、前記検出される操舵角θｒと、の積（ｋ・θｒ）である仮想操舵角θｉの絶対値が大きいほど前記目標操舵角速度の絶対値が大きくなるように、前記目標操舵角速度を設定する（図４及び図７のマップ適用部４５を参照。）、
操舵装置である。

本操舵装置によれば、操舵状態が「保舵状態」から「手放し状態」に直接移行して戻し操作を行う場合、及び、保舵状態から操舵トルクを弱めることによる戻し操作を行う場合の何れであっても、操舵角速度の大きさが急激に上昇することを防ぐことができる。加えて、本操舵装置は、従来装置のように保舵状態から手放し状態に移行したか否かを判定する処理、及び、手放し状態に移行したときに補正演算処理を算出する処理を実行する必要がない。そのため、本操舵装置によれば、簡易な処理によって操舵角速度が急激に上昇することを防ぎ、以て、実操舵角速度を理想的な目標操舵角速度に一致させられるので、操舵フィーリングを向上さることができる。

以上、本発明に係る車両の操舵装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、ＥＣＵ２０は、本実施形態において、電動機１７の各相に電流Ｉｔに等しい電流が流れるように駆動回路１８を制御していた。即ち、ＥＣＵ２０は、電流Ｉｔに関してフィードフォワード制御を実行していた。しかし、本操舵装置は、電動機１７の各相を流れる実際の電流を検出する電流センサを備え、ＥＣＵ２０は、電流Ｉｔと各相を流れる実際の電流との差分に基づいて駆動回路１８を制御するフィードバック制御を実行しても良い。

加えて、ＥＣＵ２０は、本実施形態において、アシストトルクＴａ（目標値）を決定し、更に、アシストトルクＴａを実現する電流Ｉｔ（目標値）を決定していた。即ち、ＥＣＵ２０は、アシストトルクＴａに関してフィードフォワード制御を実行していた。しかし、本操舵装置は、電動機１７が実際に発生させているトルクＴｒを検出するトルクセンサを備え、ＥＣＵ２０は、アシストトルクＴａと実際のトルクＴｒとの差分に基づいて駆動回路１８を制御するフィードバック制御を実行しても良い。

加えて、本実施形態において、電動機１７は、ステアリングシャフト１２にアシストトルクＴａを作用させていた。即ち、電動機１７が発生させるトルクによってステアリングシャフト１２が回転させられていた。しかし、電動機１７はラックバー１４にアシストトルクＴａを作用させても良い。即ち、電動機１７が発生されるトルクによってラックバー１４の往復直線運動が発生するように操舵装置が構成されても良い。この場合、ラックバー１４は、ステアリングシャフト１２と同様に「トルク伝達経路」に含まれる。

１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ピニオンギア、１４…ラックバー、１５…操舵輪、１６…減速機、１７…電動機、１８…駆動回路、ＥＣＵ…２０。

Claims (1)

1. 操舵ハンドルの操舵角に応じて操舵輪の転舵角を変更させる転舵装置と、
   前記操舵ハンドルと前記操舵輪との間のトルク伝達経路を構成する部材に、前記操舵ハンドルに対する操舵操作をアシストするためのアシストトルクを付与する電動機と、
   前記トルク伝達経路を構成する部材の前記操舵ハンドルと前記電動機との間の部分に作用するトルクである操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記検出される操舵トルクに基づいて基本アシスト制御量を決定するとともに、前記操舵ハンドルが同操舵ハンドルの中立位置に向けて戻されている場合に前記検出される操舵角から求められる実操舵角速度を所定の目標操舵角速度に一致させるための戻し制御量を同実操舵角速度と同目標操舵角速度との偏差に基づいて決定し、前記基本アシスト制御量と前記戻し制御量とに応じて前記電動機を制御することにより前記アシストトルクを発生させる制御部と、
   を備える車両の操舵装置において、
   前記制御部は、
   前記検出される操舵トルクの絶対値が大きいほど０に向けて小さくなる正の値である修正係数と、前記検出される操舵角と、の積である仮想操舵角の絶対値が大きいほど前記目標操舵角速度の絶対値が大きくなるように、前記目標操舵角速度を設定する、
   操舵装置。

Images