JP2019127237A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵感の低下を抑えることができる操舵制御装置を提供すること。【解決手段】ステアリングホイールに付与される操舵反力を発生させる操舵側モータ１４を備えるステアバイワイヤ式操舵装置を制御対象とし、操舵側モータ１４の動作を制御する操舵制御装置１において、ステアリングホイールの操舵角θhが仮想ラックエンドに到達し、ステアリングホイールが操舵中立に向けて切り戻される場合、操舵角θhに基づき演算される操舵速度を、操舵速度の目標値であって操舵角に応じて設定される目標操舵速度に一致させるように操舵側モータ１４をフィードバック制御する角速度制御部６９を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、操舵制御装置に関するものである。

従来、ラック軸がラックエンドに達する操舵限界に向けてステアリングホイールが切り込まれるときに、ステアリングホイールの操舵速度を減速させるトルクをモータに発生させる操舵制御装置が知られている（特許文献１）。そのため、ラック軸がラックエンドに到達する際の衝撃を緩和できる。

特開２００８−４９９１４号公報

ところでステアリングホイールの操舵速度が十分に減速されないままラックエンドに到達した場合、ラックエンドに到達する際の衝撃の反力によりステアリングホイールが戻されることがある。この場合、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵速度はいわゆる成り行きとなる。すなわち、ステアリングホイールの戻され方によってはステアリングホイールの操舵感が低下することがある。

本発明の目的は、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵感の低下を抑えることができる操舵制御装置を提供することである。

上記目的を達成し得る操舵制御装置は、ステアリングホイールに付与されるトルクを発生させるアクチュエータを備える操舵装置を制御対象とし、前記アクチュエータの動作を制御する操舵制御装置を前提としている。前記ステアリングホイールの操舵角が当該操舵角の操舵限界に到達し、当該操舵限界から前記ステアリングホイールが戻される場合、前記操舵角に換算可能な回転軸の回転角に基づき演算される当該回転角の角速度を、当該角速度の目標値であって前記回転角に応じて設定される目標角速度に一致させるように前記アクチュエータをフィードバック制御する角速度制御部を備える。

この構成によれば、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときに回転角に応じて設定される目標角速度に角速度を一致させるようにアクチュエータがフィードバック制御される。そのため、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときにステアリングホイールの操舵速度が成り行きとならないように制御される。したがって、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵感の低下を抑えることができる。

上記の操舵制御装置において、前記操舵角が前記操舵限界に近づくほど前記ステアリングホイールを前記操舵限界に向けて切り込み難くするように前記アクチュエータを制御する反力制御部を備えることが好ましい。

この構成によれば、ステアリングホイールが操舵限界に向けて切り込み難くなるため、ステアリングホイールが操舵限界に到達したときの衝撃を緩和できる。ひいては、当該衝撃が緩和されるため、当該衝撃によりステアリングホイールが戻され始めるときの操舵速度を抑えることができる。したがって、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵感の低下をより抑えることができる。

上記の操舵制御装置において、前記角速度制御部は、前記ステアリングホイールが前記操舵限界に向けて切り込まれる場合、前記角速度を当該角速度の目標値であって前記回転角に応じて設定される目標角速度に一致させるように前記アクチュエータをフィードバック制御することが好ましい。

この構成によれば、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときだけでなく、操舵限界に向けてステアリングホイールが切り込まれるときにもステアリングホイールの操舵速度が成り行きとならないように角速度制御部によりアクチュエータを制御することができる。したがって、より好適にステアリングホイールの操舵感の低下を抑えることができる。

上記の操舵制御装置において、前記ステアリングホイールが操舵方向における一方向に操舵されているときに正の値となり、前記ステアリングホイールが操舵方向における他方向に操舵されているときに負の値となる前記ステアリングホイールに付与される操舵トルク及び前記角速度とにより前記操舵限界から前記ステアリングホイールが戻されている状態であるか否かを判定する戻り判定部を更に備え、前記戻り判定部は、前記操舵トルクと前記角速度の乗算した結果が負の値であるとき、前記操舵限界から前記ステアリングホイールが戻される状態であると判定し、前記角速度制御部は、前記戻り判定部により前記操舵限界から前記ステアリングホイールが戻される状態であると判定されることを条件に、前記フィードバック制御を実施することが好ましい。

この構成によれば、操舵限界からステアリングホイールが戻される状態であるときに角速度制御部がフィードバック制御を実施する。すなわち、ステアリングホイールが操舵限界に向けて切り込まれる場合における角速度制御部によるフィードバック制御の介入をなくし、より自然なステアリングホイールの操舵速度の中で、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵感の低下を抑制できる。

本発明の操舵制御装置によれば、操舵限界からステアリングホイールが戻されるときの操舵感を向上させることができる。

ステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成図。 操舵制御装置の第１の実施形態のブロック図。 第１の実施形態の目標操舵角設定部のブロック図。 第１の実施形態の角速度制御部のブロック図。 第２の実施形態の操舵制御装置の角速度制御部のブロック図。 第３の実施形態の操舵制御装置の角速度制御部のブロック図。 第４の実施形態の操舵制御装置のブロック図。 変形例のステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成図。

＜第１の実施形態＞
以下、操舵制御装置の第１の実施形態を説明する。
図１に示すように、操舵制御装置１は、ステアリングホイール１１に付与されるトルクとしての操舵反力を発生させる操舵側アクチュエータ１３を備えるステアバイワイヤ式操舵装置２を制御対象としている。ステアバイワイヤ式操舵装置２は、運転者により操舵される操舵部３と、運転者による操舵部３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部５とを備えている。ステアバイワイヤ式操舵装置２は、操舵部３と転舵部５との間が機械的に分離した構造を有するリンクレスのステアバイワイヤ式操舵装置である。

操舵部３は、ステアリングホイール１１が一体回転可能に固定される回転軸としてのステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に操舵反力を付与する操舵側アクチュエータ１３とを備えている。操舵側アクチュエータ１３は、駆動源となる操舵側モータ１４と、操舵側モータ１４の回転を減速してステアリングシャフト１２に伝達する操舵側減速機１５とを備えている。

ステアリングホイール１１には、スパイラルケーブル装置２１が連結されている。スパイラルケーブル装置２１は、ステアリングホイール１１に固定された第１ハウジング２２と、車体に固定された第２ハウジング２３と、第２ハウジング２３に固定されるとともに第１ハウジング２２及び第２ハウジング２３によって区画された空間に収容された筒状部材２４と、筒状部材２４に巻きつけられるスパイラルケーブル２５とを備えている。筒状部材２４には、ステアリングシャフト１２が挿通されている。スパイラルケーブル２５は、ステアリングホイール１１に固定されたホーンスイッチを含む各種スイッチ２６と、車体に固定された車載電源２７等とを接続する電気配線である。そして、スパイラルケーブル２５の長さは、各種スイッチ２６と車載電源２７との間の距離よりも十分に長く設定されており、その長さに応じた範囲でステアリングホイール１１の回転を許容する。

転舵部５は、第１ピニオン軸３１と、第１ピニオン軸３１に連結されたラック軸３２と、ラック軸３２を往復動可能に収容するラックハウジング３３とを備えている。第１ピニオン軸３１とラック軸３２とは、所定の交差角をもって配置されている。第１ピニオン軸３１に形成された第１ピニオン歯３１ａとラック軸３２に形成された第１ラック歯３２ａとが噛み合うことによって第１ラックアンドピニオン機構３４が構成されている。第１ラックアンドピニオン機構３４によりラック軸３２は、その軸方向一端側が往復動可能に支持されている。ラック軸３２の両端には、ボールジョイント３５を介してタイロッド３６が連結されており、タイロッド３６の先端は、転舵輪４が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。

また、転舵部５には、第２ピニオン軸４２と、第２ピニオン軸４２を介してラック軸３２に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータ４１とを備えている。転舵側アクチュエータ４１は、駆動源となる転舵側モータ４３と、転舵側モータ４３の回転を減速して第２ピニオン軸４２に伝達する転舵側減速機４４とを備えている。第２ピニオン軸４２とラック軸３２とは、所定の交差角をもって配置されている。第２ピニオン軸４２に形成された第２ピニオン歯４２ａとラック軸３２に形成された第２ラック歯３２ｂとを噛み合うことによって第２ラックアンドピニオン機構４５が構成されている。

このように構成されたステアバイワイヤ式操舵装置２では、運転者によるステアリングホイール１１の操作に応じて転舵側アクチュエータ４１により第２ピニオン軸４２が回転駆動され、この回転が第２ラックアンドピニオン機構４５によりラック軸３２の軸方向の往復動に変換される。ひいては転舵輪４の転舵角が変更される。

操舵制御装置１は、操舵側アクチュエータ１３及び転舵側アクチュエータ４１に接続されており、これらの作動を制御する。なお、操舵制御装置１は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、各種制御が実行される。

操舵制御装置１には、車両の車速ＳＰＤを検出する車速センサ５１、及びステアリングシャフト１２に付与された操舵トルクＴｒｑを検出するトルクセンサ５２が接続されている。トルクセンサ５２は、ステアリングシャフト１２における操舵側減速機１５との連結部分よりもステアリングホイール１１側に設けられている。また、操舵制御装置１には、操舵部３の操舵量を示す検出値として操舵側モータ１４の回転角θsを検出する操舵側回転角センサ５３、及び転舵部５の転舵量を示す検出値として転舵側モータ４３の回転角θtを検出する転舵側回転角センサ５４が接続されている。そして、操舵制御装置１は、車速ＳＰＤ、操舵トルクＴｒｑ及び回転角θs，θtの各種状態量に基づいて操舵側モータ１４及び転舵側モータ４３の作動を制御する。なお、操舵トルクＴｒｑ及び回転角θs，θtは、ステアリングホイール１１を一方向（本実施形態では、右方向）に操舵した場合に正の値、他方向（本実施形態では、左方向）に操舵した場合に負の値として検出される。

操舵制御装置１の電気的構成について説明する。
図２に示すように、操舵制御装置１は、操舵側モータ制御信号Ｍsを出力する操舵側制御部６１と、操舵側モータ制御信号Ｍsに基づいて操舵側モータ１４に駆動電力を供給する操舵側駆動回路６２とを備えている。また、操舵制御装置１は、転舵側モータ制御信号Ｍｔを出力する転舵側制御部６３と、転舵側モータ制御信号Ｍｔに基づいて転舵側モータ４３に駆動電力を供給する転舵側駆動回路６４とを備えている。なお、本実施形態の操舵側駆動回路６２及び転舵側駆動回路６４には、複数のスイッチング素子を有する周知のＰＷＭインバータが採用されている。操舵側モータ制御信号Ｍs及び転舵側モータ制御信号Ｍｔは、操舵側駆動回路６２及び転舵側駆動回路６４の各スイッチング素子のオンオフ状態を規定するゲートオンオフ信号となっている。操舵制御装置１は、所定の演算周期ごとに、以下に説明する各制御ブロックに示される各演算処理を実行し、操舵側モータ制御信号Ｍs及び転舵側モータ制御信号Ｍｔを生成する。そして、操舵側モータ制御信号Ｍs及び転舵側モータ制御信号Ｍｔが操舵側駆動回路６２及び転舵側駆動回路６４に出力されることにより、各スイッチング素子がオンオフし、車載電源２７から操舵側モータ１４及び転舵側モータ４３に駆動電力がそれぞれ供給される。これにより、操舵側アクチュエータ１３及び転舵側アクチュエータ４１の作動が制御される。

次に、操舵側制御部６１について説明する。
操舵側制御部６１には、車速ＳＰＤ、操舵トルクＴｒｑ及び回転角θsが入力される。また、操舵側制御部６１には、操舵側駆動回路６２と操舵側モータ１４のモータコイルとの間の接続線６５に設けられた電流センサ６６により検出される操舵側モータ１４の電流値Ｉsが入力される。操舵側制御部６１は、車速ＳＰＤ、操舵トルクＴｒｑ、回転角θs及び電流値Ｉsの各種状態量に基づいて操舵側モータ制御信号Ｍsを生成して出力する。なお、操舵側モータ１４は、三相ブラシレスモータが採用されている。そのため、本来であれば接続線６５は操舵側モータ１４の各相のモータコイルにそれぞれ接続されるが、説明の便宜上、１つにまとめて図示している。

操舵側制御部６１は、目標操舵角θh*を演算する目標操舵角設定部７１と、目標操舵角θh*に基づいて操舵側目標電流値Ｉs*を演算する操舵側目標電流値演算部７２と、操舵側目標電流値Ｉs*に基づいて操舵側モータ制御信号Ｍsを生成する操舵側モータ制御信号生成部７３とを備えている。また、操舵側制御部６１は、操舵側モータ１４の回転角θsに基づいてステアリングホイール１１の操舵角θhを演算する操舵角演算部７４を備えている。さらに、操舵側制御部６１は、操舵角θhに基づき補正トルクＴω*を演算する角速度制御部６９を備えている。操舵角演算部７４は、入力される回転角θsを、例えばステアリングホイール１１の操舵中立から操舵側モータ１４の回転数をカウントすることにより、３６０°を超える範囲の絶対角に換算して取得する。そして、操舵角演算部７４は、この絶対角に換算された回転角に操舵側減速機１５の回転速度比に基づく換算係数Ｋｓを乗算することで操舵角θhを演算する。なお、操舵角θhは、請求項上の回転角の一例であり、ステアリングホイール１１の操舵中立を基準として一方向（本実施形態では、右方向）に操舵した場合に正の値、ステアリングホイール１１を他方向（本実施形態では、左方向）に操舵した場合に負の値として検出される。また、操舵中立とは、車両が直進しているときのステアリングホイール１１の位置のことである。また、目標操舵角θh*は、操舵角θhの目標値である。

図３に示すように、目標操舵角設定部７１は、操舵トルクＴｒｑが入力される入力トルク基礎成分演算部８１と、操舵反力を増加させる反力成分Ｆieを演算する反力制御部８２と、目標操舵角θh*を演算する目標操舵角演算部８３とを備えている。入力トルク基礎成分演算部８１は、操舵トルクＴｒｑの絶対値が大きいほど、大きな絶対値を有する入力トルク基礎成分（反力基礎成分）Ｔｂ*を演算する。入力トルク基礎成分Ｔｂ*は、加算器８４に出力される。加算器８４では、入力トルク基礎成分Ｔｂ*に操舵トルクＴｒｑが足し合わされることで入力トルクＴｒｑ*が演算される。

反力制御部８２は、目標操舵角θh*に基づいて同図に示すマップを参照することにより反力成分Ｆieを演算する。マップには、閾値角度θenが設定されており、目標操舵角θh*の絶対値が閾値角度θen以下の場合には、反力成分Ｆieとして「０」が演算され、目標操舵角θh*が閾値角度θenを超えると、絶対値が「０」よりも大きな反力成分Ｆieが演算される。なお、反力成分Ｆieは、目標操舵角θh*が閾値角度θenを超えてある程度大きくなると、人の力ではそれ以上切り込み操舵ができないほどに大きな絶対値となるように設定されている。換言すると、反力成分Ｆieは、ステアリングホイール１１が操舵限界に向けて近づくほどステアリングホイール１１を操舵限界に向けて切り込み難くするものである。

本実施形態の閾値角度θenは、転舵部５の機械的構成との関係において、ボールジョイント３５がラックハウジング３３に当接することでラック軸３２の軸方向の移動が規制される機械的なラックエンドよりも操舵中立側に設定された仮想ラックエンドに対し、さらに所定角度だけ操舵中立側に位置する仮想ラックエンド近傍での転舵対応角θpの値に設定されている。また、閾値角度θenは、操舵部３との機械的構成との関係において、スパイラルケーブル装置２１により最大限許容されるステアリングホイール１１の操舵角θhよりも操舵中立側に設定されている。つまり、本実施形態のステアバイワイヤ式操舵装置２では、仮想ラックエンド近傍が転舵部５の舵角限度として設定されるとともに、スパイラルケーブル装置２１により最大限許容されるステアリングホイール１１の操舵角θhに対応する位置が操舵部３の舵角限度として設定されており、第１ピニオン軸３１がステアリングシャフト１２に連結されていると仮定した場合、操舵部３の舵角限界よりも先に転舵輪４が舵角限度に到達する。なお、仮想ラックエンドが操舵限界の一例である。

加減算器８５には、反力制御部８２で演算される反力成分Ｆieとともに入力トルクＴｒｑ*及び角速度制御部６９により演算される補正トルクＴω*が入力される。加減算器８５において、入力トルクＴｒｑ*から反力成分Ｆieが減算された値に補正トルクＴω*が加算された補正入力トルクＴｒｑ**が目標操舵角演算部８３に出力される。

目標操舵角演算部８３は、補正入力トルクＴｒｑ**と目標操舵角θh*とを関係づけるモデル式を利用して、目標操舵角θh*を演算する。このモデル式は、ステアリングホイール１１と転舵輪４とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリングホイール１１の回転に伴って回転する回転軸のトルクと回転角との関係を定めて表したものであり、ステアバイワイヤ式操舵装置２の摩擦等をモデル化した粘性係数Ｃ、ステアバイワイヤ式操舵装置２の慣性をモデル化した慣性係数Ｊを用いて表したものである。なお、粘性係数Ｃ及び慣性係数Ｊは、車速ＳＰＤに応じて可変設定される。

図２に示すように、操舵側目標電流値演算部７２には、減算器７５において目標操舵角θh*から操舵角θhが差し引かれた角度偏差Δθhが入力される。操舵側目標電流値演算部７２は、角度偏差Δθhに基づき操舵角θhを目標操舵角θh*にフィードバック制御するための制御量として、操舵側モータ１４が発生させる操舵反力に対応した駆動電流の目標値である操舵側目標電流値Ｉs*を演算する。

操舵側モータ制御信号生成部７３には、操舵側目標電流値Ｉs*、回転角θs、及び電流値Ｉsが入力される。操舵側モータ制御信号生成部７３は、これら各状態量に基づいてｄｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより操舵側駆動回路６２に出力する操舵側モータ制御信号Ｍsを演算する。これにより、操舵側モータ制御信号Ｍsに応じた駆動電力が操舵側駆動回路６２から操舵側モータ１４に出力され、操舵側モータ１４の作動が制御される。

次に、転舵側制御部６３について説明する。
転舵側制御部６３には、回転角θt及び目標操舵角θh*が入力される。また、転舵側制御部６３には、転舵側駆動回路６４と転舵側モータ４３のモータコイルとの間の接続線６７に設けられた電流センサ６８により検出される転舵側モータ４３の電流値Ｉtが入力される。転舵側制御部６３は、回転角θt、目標操舵角θh*及び電流値Ｉtの各種状態量に基づいて転舵側モータ制御信号Ｍtを生成して出力する。なお、転舵側モータ４３は、三相ブラシレスモータが採用されている。そのため、本来であれば接続線６７は転舵側モータ４３の各相のモータコイルにそれぞれ接続されるが、説明の便宜上、１つにまとめて図示している。

転舵側制御部６３は、目標操舵角θh*に基づいて転舵側目標電流値Ｉt*を演算する転舵側目標電流値演算部１０２と、転舵側目標電流値Ｉt*に基づいて転舵側モータ制御信号Ｍtを生成する転舵側モータ制御信号生成部１０３とを備えている。また、転舵側制御部６３は、転舵側モータ４３の回転角θtに基づいて転舵輪４の転舵角に換算可能な回転軸である第１ピニオン軸３１の転舵対応角θpを演算する転舵対応角演算部１０１を備えている。転舵側制御部６３は、入力される回転角θtを、例えば操舵中立からの転舵側モータ４３の回転数をカウントすることにより、３６０°を超える範囲の絶対角に換算して取得する。そして、転舵対応角演算部１０１は、この絶対角に換算された回転角に転舵側減速機４４の回転速度比、及び第１及び第２ラックアンドピニオン機構３４，４５の回転速度比に基づく換算係数Ｋtを乗算して転舵対応角θpを演算する。つまり、転舵対応角θpは、第１ピニオン軸３１がステアリングシャフト１２に機械的に連結されていると仮定した場合におけるステアリングホイール１１の操舵角θhと基本的に一致する。

転舵側目標電流値演算部１０２には、減算器１０４において目標操舵角θh*から転舵対応角θpが差し引かれた角度偏差Δθpが入力される。そして、転舵側目標電流値演算部１０２は、角度偏差Δθpに基づき転舵対応角θpを目標操舵角θh*にフィードバック制御するための制御量として、転舵側モータ４３が発生させる転舵力に対応した駆動電流の目標値である転舵側目標電流値Ｉt*を演算する。つまり、本実施形態では、転舵対応角θpの目標値は、操舵角θhの目標値である目標操舵角θh*と等しく、操舵角θhと転舵対応角θpとの比である舵角比が一定に設定される。

転舵側モータ制御信号生成部１０３には、転舵側目標電流値Ｉt*、回転角θt、及び電流値Ｉtが入力される。転舵側モータ制御信号生成部１０３は、転舵側目標電流値Ｉｔ*、回転角θt及び電流値Ｉtの各種状態量に基づいてｄｑ座標系における電流フィードバック制御を実施することにより転舵側駆動回路６４に出力する転舵側モータ制御信号Ｍｔを生成する。これにより、転舵側モータ制御信号Ｍtに応じた駆動電力が転舵側駆動回路６４から転舵側モータ４３に出力され、転舵側モータ４３の作動が制御される。

ここで、上記のステアバイワイヤ式操舵装置２において、ステアリングホイール１１の目標操舵角θh*が閾値角度θenを超えてさらにステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに向けて切り込まれる場合、反力制御部８２により「０」よりも大きい絶対値を有する反力成分Ｆieが演算されるため、ステアリングホイール１１を仮想ラックエンドに向けて切り込み難くなる。しかし、ステアリングホイール１１の操舵状況によっては、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに到達することが考えられる。そのため、仮想ラックエンドに到達した際の衝撃の反力によりステアリングホイール１１が戻されるときに跳ね返り感が出てしまいステアリングホイール１１の操舵感が低下することが考えられる。本実施形態では、この跳ね返り感を抑制するための構成として、操舵制御装置１に角速度制御部６９が設けられている。

図４に示すように、角速度制御部６９には、操舵角θhが入力される。角速度制御部６９は、操舵角θhに応じて演算される角速度としての操舵速度ωhを、操舵速度ωhの目標値である目標角速度としての目標操舵速度ωh*に一致させるように操舵側モータ１４をフィードバック制御するための補正トルクＴω*を演算する。角速度制御部６９は、操舵角θhに応じて目標操舵速度ωh*を演算するためのゲインＫを演算するゲイン演算部９１と、操舵角θhを微分することにより操舵速度ωhを演算する微分器９２と、補正トルクＴω*を演算する補正トルク演算部９３とを備えている。

ゲイン演算部９１は、操舵角θhに基づいて同図に示すマップを参照することによりゲインＫを演算する。マップには、反力制御部８２と同様の閾値角度θenが設定されている。マップは、操舵角θｈの絶対値が閾値角度θen以下であるときにゲインＫが一定であり、操舵角θhの絶対値が閾値角度θenから仮想ラックエンドに対応する操舵角θreに向かうほど徐々にゲインＫが小さくなる特性を有している。そのため、ゲイン演算部９１は、操舵角θhの絶対値が閾値角度θen以下の場合に、ゲインＫとして「１」を演算し、操舵角θhが閾値角度θenを超える場合に、ゲインＫとして「１」よりも小さな値を演算し、操舵角θhが仮想ラックエンドに対応する操舵角θreとなる場合に、ゲインＫとして「０」を演算する。

補正トルク演算部９３には、減算器９５において乗算器９４によりゲインＫと操舵速度ωhとを乗算することにより演算される目標操舵速度ωh*から操舵速度ωhを差し引くことにより演算される角速度偏差Δωhが入力される。補正トルク演算部９３は、角速度偏差Δωhに基づき操舵速度ωhを目標操舵速度ωh*に一致させるように操舵側モータ１４から発生させるトルクに対応した補正トルクＴω*を演算する。なお、ゲインＫは、操舵角θhの絶対値に応じて設定されているため、目標操舵速度ωh*も操舵角θhの絶対値が閾値角度θen以下である場合に、操舵速度ωhと同等の値が演算され、操舵角θhの絶対値が閾値角度θenを超える場合に、徐々に目標操舵速度ωh*の絶対値が小さくなるように演算され、操舵角θhが仮想ラックエンドに対応する操舵角θreとなる場合に、目標操舵速度ωh*として「０」が演算される。

ここで、ゲインＫの特性の技術的意義について説明する。
ゲインＫは、仮想ラックエンド近傍（閾値角度θenと仮想ラックエンドに対応する操舵角θreとの間の領域）において、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに向けて切り込まれている場合、操舵速度ωhが徐々に小さくなるように設定されている。また、ゲインＫは、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに到達することにより戻されている場合、ステアバイワイヤ式操舵装置２の操舵側減速機１５等のギヤの摩擦によって跳ね返り感が抑制できる程度の操舵速度ωhとなるように目標操舵速度ωh*が設定されるように設定されている。すなわち、本実施形態のゲインＫを用いて演算された補正トルクＴω*は、仮想ラックエンド近傍において、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに向けて切り込まれている場合、操舵速度ωhが徐々に小さくなるように操舵側モータ１４に発生させるトルクとして設定されている。また、補正トルクＴω*は、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに到達することによりステアリングホイール１１が戻されている場合、操舵側減速機１５等のギヤの摩擦により跳ね返り感が抑制できる程度に操舵速度ωhが十分に小さくなるように操舵側モータ１４に発生させるトルクとして設定されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるときに目標操舵速度ωh*に操舵速度ωhを一致させるように操舵側アクチュエータ１３がフィードバック制御される。そのため、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるときにステアリングホイール１１の操舵速度ωhが成り行きとならないように制御される。具体的には、本実施形態においてはステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに到達し、戻されるときの操舵速度ωhを小さくするように角速度制御部６９により操舵側アクチュエータ１３が制御されるため、ステアリングホイール１１の跳ね返り感を抑制することができる。したがって、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるときの操舵感の低下を抑えることができる。

（２）ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに向けて切り込み難くなるため、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに到達したときの衝撃を緩和できる。ひいては、当該衝撃が緩和されるため、当該衝撃によりステアリングホイール１１が戻され始めるときの操舵速度ωを抑えることができる。したがって、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるときの操舵感の低下をより抑えることができる。

（３）仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるときだけでなく、仮想ラックエンドに向けてステアリングホイール１１が切り込まれるときにもステアリングホイール１１の操舵速度ωが成り行きとならないように角速度制御部６９により操舵側アクチュエータ１３（操舵側モータ１４）を制御することができる。したがって、より好適にステアリングホイール１１の操舵感の低下を抑えることができる。

＜第２の実施形態＞
以下、操舵制御装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されているときの跳ね返り感を抑制することができる。第１の実施形態との相違点は、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されているときだけ角速度制御部６９による操舵側アクチュエータ１３のフィードバック制御を実施する点であり、この点について主に説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明する。

図５に示すように、角速度制御部６９は、戻り判定部９６を更に備えている。戻り判定部９６には、操舵速度ωh及び操舵トルクＴｒｑが入力されている。戻り判定部９６は、ステアリングホイール１１が切り戻されているときには「１」を、ステアリングホイール１１が切り込まれているときには「０」を出力し、乗算器９７において角速度偏差Δωhに乗算される。すなわち、角速度制御部６９は、戻り判定部９６によりステアリングホイール１１が切り戻されていると判定されることを条件にフィードバック制御する。

ここで、戻り判定部９６によるステアリングホイール１１の切り込み及び戻りの判定について説明する。
ステアリングホイール１１が例えば操舵中立を基準として一方向（本実施形態では、右方向）に操舵されている状態を考える。すなわち、操舵トルクＴｒｑの値が正の値であるときを考える。この状態でステアリングホイール１１が例えば仮想ラックエンドに向けて切り込まれているとすると、操舵角θhが操舵中立を基準として一方向に大きくなる。すなわち、微分器９２により演算される操舵速度ωhは正の値となる。そのため、操舵トルクＴｒｑ及び操舵速度ωhを乗算した結果は、正の値となる。また、ステアリングホイール１１が例えば仮想ラックエンドに到達することにより戻されている場合、ステアリングホイール１１を仮想ラックエンドに向けて切り込んでいる状態を維持するために操舵トルクＴｒｑが正の値となるが、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるため操舵角θhの絶対値が小さくなる。すなわち、微分器９２により演算される操舵速度ωhは負の値となる。そのため、操舵トルクＴｒｑ及び操舵速度ωhを乗算した結果は、負の値となる。

ステアリングホイール１１が例えば操舵中立を基準として他方向（本実施形態では、左方向）に操舵されている状態を考える。すなわち、操舵トルクＴｒｑの値が負の値であるときを考える。この状態でステアリングホイール１１が例えば仮想ラックエンドに向けて切り込まれているとすると、操舵角θhが操舵中立を基準として他方向に大きくなる。すなわち、微分器９２により演算される操舵速度ωhは負の値となる。そのため、操舵トルクＴｒｑ及び操舵速度ωhを乗算した結果は、正の値となる。また、ステアリングホイール１１が例えば仮想ラックエンドに到達することにより戻されている場合、ステアリングホイール１１を仮想ラックエンドに向けて切り込んでいる状態を維持するために操舵トルクＴｒｑが負の値となるが、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるため操舵角θhの絶対値が大きくなる。すなわち、微分器９２により演算される操舵速度ωhは正の値となる。そのため、操舵トルクＴｒｑ及び操舵速度ωhを乗算した結果は、負の値となる。

すなわち、戻り判定部９６は、操舵トルクＴｒｑ及び操舵速度ωhを乗算した結果が正である場合に、ステアリングホイール１１を仮想ラックエンドに向けて切り込んでいる状態であることを判定し、操舵トルクＴｒｑ及び操舵速度ωを乗算した結果が負である場合に仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されている状態であることを判定する。

本実施形態によれば、上記（１），（２）の効果に加え、以下の効果が得らえる。
（４）仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻される状態であるときに角速度制御部６９がフィードバック制御を実施する。すなわち、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに向けて切り込まれる場合における角速度制御部６９によるフィードバック制御の介入をなくし、より自然なステアリングホイール１１の操舵速度ωの中で、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されるときの操舵感の低下を抑制できる。

＜第３の実施形態＞
以下、操舵制御装置の第３の実施形態について説明する。本実施形態については、第１及び第２の実施形態と同様に仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されているときの跳ね返り感を抑制することができる。第２の実施形態との相違点は、目標操舵速度ωh*が操舵角θhに応じて直接的に設定されている点であり、この点について主に説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明する。

図６に示すように、角速度制御部６９において、第１及び第２の実施形態のゲイン演算部９１が目標操舵速度演算部１１１に代替されている。
目標操舵速度演算部１１１は、操舵角θhに基づいて同図に示すマップを参照することにより目標操舵速度ωh*を演算する。マップは、操舵角θｈが正の値の場合に目標操舵速度ωh*が正の値に設定され、操舵角θhが負の値の場合に目標操舵速度ωh*が負の値に設定されている。マップには、反力制御部８２と同じ閾値角度θenが設定されている。マップは、操舵角θhの絶対値が閾値角度θen以下であるときに目標操舵速度ωh*の絶対値が一定であり、操舵角θhの絶対値が閾値角度θenから仮想ラックエンドに対応する操舵角θreに向かうほど徐々に目標操舵速度ωh*の絶対値が小さくなる特性を有している。そのため、目標操舵速度演算部１１１は、操舵角θhの絶対値が閾値角度θen以下の場合、目標操舵速度ωh*として絶対値ωcを演算し、操舵角θhが閾値角度θenを超える場合、目標操舵速度ωh*として絶対値ωcよりも小さい値を演算し、操舵角θhが仮想ラックエンドに対応する操舵角θreとなる場合、目標操舵速度ωh*として「０」を演算する。

ここで、目標操舵速度ωh*は、第１及び第２の実施形態と同様に、仮想ラックエンド近傍において、仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されている場合に、ステアバイワイヤ式操舵装置２の操舵側減速機１５等のギヤの摩擦によって跳ね返り感が抑制できる操舵速度ωhとなるように設定されている。

＜第４の実施形態＞
以下、操舵制御装置の第４の実施形態を説明する。本実施形態は、第１、第２及び第３と同様に仮想ラックエンドからステアリングホイール１１が戻されているときの跳ね返り感を抑制することができる。第１、第２及び第３の実施形態との相違点は、操舵制御装置１の制御対象が操舵部３と転舵部５との間が機械的に連結された電動パワーステアリング操舵装置である点であり、この点について主に説明する。なお、前述した実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明する。

図７に示すように、操舵制御装置１は、操舵側モータ１４に代替して、ステアリングホイール１１に付与されるアシストトルクを発生させるアシストモータ１２４の作動を制御する。

操舵制御装置１は、アシストトルク基礎成分演算部１２１と、電流指令値演算部１２２とを備えている。アシストトルク基礎成分演算部１２１には、操舵トルクＴｒｑ及び車速ＳＰＤが入力される。アシストトルク基礎成分演算部１２１は、操舵トルクＴｒｑ及び車速ＳＰＤに基づいてアシストトルク基礎成分Ｔa1*を演算する。

角速度制御部６９は、操舵角θhに基づいて補正トルクＴω*を演算する。ここで、角速度制御部６９は、第１、第２及び第３の実施形態における角速度制御部６９のいずれを適用してもよい。反力制御部８２は、操舵角θhに応じて反力成分Ｆieを演算する。本実施形態における反力成分Ｆieは、アシスト力を低減させる成分である。換言すると、反力成分Ｆieは、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに向けて近づくほどステアリングホイール１１を操舵限界に向けて切り込み難くするものである。

加減算器１２３により、アシストトルク基礎成分Ｔa1*に対して補正トルクＴω*を加算し、反力成分Ｆieを減算することにより補正アシストトルクＴa*が演算される。
電流指令値演算部１２２では、補正アシストトルクＴa*に基づいてアシストモータ１２４を駆動させるための目標電流指令値Ｉ*を演算される。この目標電流指令値Ｉ*に基づいて前述した操舵側モータ制御信号生成部７３及び操舵側駆動回路６２を制御し、ひいてはアシストモータ１２４の作動を制御する。

このような電動パワーステアリング操舵装置であっても第１、第２及び第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記の各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・第２及び第３の実施形態において、戻り判定部９６では、操舵角θhと操舵トルクＴｒｑの微分値とによりステアリングホイール１１が切り戻されているか否かを判定してもよい。また、上記の各実施形態において、ステアリングホイール１１の操舵方向として一方向を右方向、他方向を左方向としていたが、一方向を左方向、他方向を右方向としてもよい。

・第１、第２及び第３の実施形態では、目標操舵角θh*が閾値角度θenを超えると、反力成分Ｆieに基づいて操舵反力が増大されるようにしたが、例えば反力制御部８２に操舵角θhや転舵対応角θpを入力し、操舵角θhや転舵対応角θpが閾値角度θenを超える場合に反力成分Ｆieにより操舵反力を増大させてもよい。また、例えば目標転舵対応角または転舵対応角θpが閾値角度θenを超える場合に反力成分Ｆieに基づいて操舵反力を増大させてもよい。また、第４の実施形態でも同様に、転舵対応角θpが閾値角度θenを超える場合にアシスト力を低減させる反力成分Ｆieを演算してもよい。なお、目標転舵対応角とは、舵角比を可変設定させる場合に目標操舵角θh*に基づき設定される転舵対応角θpの目標値である。

さらに、第１、第２及び第３の実施形態では、操舵角θhと転舵対応角θpとの舵角比を可変させる構成を採用してもよい。この場合、目標操舵角θh*及び操舵角θhのいずれか一方と、目標転舵対応角及び転舵対応角θpのいずれか一方との大小比較を行い、大きな方が閾値角度θenを超える場合に反力成分Ｆieにより操舵反力を増大させてもよい。

・第１、第２及び第３の実施形態では、閾値角度θenを仮想ラックエンド近傍での転舵対応角θpの値に設定した。しかし、これに限らず、例えば仮想ラックエンド近傍での転舵対応角θpの絶対値が操舵部３の舵角限度での操舵角θhの絶対値よりも大きい場合には、閾値角度θenを操舵部３の舵角限度よりも操舵中立側に位置する操舵角θhに設定してもよい。

・上記の各実施形態において、反力制御部８２を割愛してもよい。このようにした場合は、仮想ラックエンドがない状態となるため操舵限界を以下のように変更してもよい。
第１、第２及び第３の実施形態において、反力制御部８２が割愛されて、仮想ラックエンドがない状態では、ステアリングホイール１１及びステアリングシャフト１２の操舵限界が無くなってしまう。そのため、操舵部３のステアリングシャフト１２に対して、その回転を機械的に規制する回転規制部を設ける。回転規制部は、ステアバイワイヤ式操舵装置２の製品仕様に応じて設定されるステアリングホイール１１の回転数を規定するものである。この場合、ステアリングホイール１１の回転数の限界となる操舵エンドに到達し、回転規制部により回転が規制された位置を操舵限界とする。このとき、操舵限界はスパイラルケーブル装置２１により最大限許容されるステアリングホイール１１の操舵角θhに対応する位置よりも操舵中立側、すなわち操舵エンド近傍に設定されている。

第４の実施形態において、反力制御部８２が割愛されて、仮想ラックエンドがない状態では、ボールジョイント３５がラックハウジング３３に当接することでラック軸３２の軸方向の移動が規制される機械的なラックエンドに対応する位置を操舵限界とする。

・上記の各実施形態において、操舵角θhを例えばステアリングシャフト１２に設けられる舵角センサにより直接検出してもよく、また転舵対応角θpを例えば第１ピニオン軸３１に設けられる舵角センサにより直接検出してもよい。

・第１、第２及び第３の実施形態では、操舵制御装置１の制御対象となるステアバイワイヤ式操舵装置２を、操舵部３と転舵部５とを分離した構造を有するリンクレスのステアバイワイヤ式操舵装置としていたが、クラッチにより操舵部３と転舵部５とを機械的に連結可能なステアバイワイヤ式操舵装置としてもよい。

例えば、図８に示すように、操舵部３と転舵部５との間には、クラッチ１３１が設けられている。クラッチ１３１は、入力側中間軸１３２を介してステアリングシャフト１２に連結されるとともに、出力側中間軸１３３を介して第１ピニオン軸３１に連結されている。そして、操舵制御装置１からの制御信号によりクラッチ１３１が解放状態となることで、ステアバイワイヤ式操舵装置２は、ステアバイワイヤモードとなり、クラッチ１３１が締結状態となることでステアバイワイヤ式操舵装置２は、電動パワーステアリングモードとなる。

・第２及び第３の実施形態において、戻り判定部９６により出力される「０」または「１」の出力値は、乗算器９７により角速度偏差Δωhに乗算されていたが、例えば、補正トルクＴω*に乗算してもよい。

・第１、第２及び第３の実施形態において、操舵側目標電流値演算部７２では、角度偏差Δθhに基づき操舵側目標電流値Ｉs*を演算していたが、これに限らない。例えば、操舵側目標電流値演算部７２に、目標操舵角設定部７１により演算される入力トルク基礎成分（反力基礎成分）Ｔｂ*をさらに入力し、操舵側目標電流値Ｉs*を演算してもよい。具体的には、操舵側目標電流値演算部７２は、角度偏差Δθhに基づき操舵角θhが目標操舵角θh*に一致するようにするためのトルク補正値を演算する。操舵側目標電流値演算部７２は、入力された入力トルク基礎成分Ｔｂ*に対してトルク補正値を加算し、新補正入力トルクを演算する。操舵側目標電流値演算部７２は、新補正入力トルクに基づき操舵側目標電流値Ｉs*を演算する。

・第１、第２及び第３の実施形態において、ゲイン演算部９１及び目標操舵速度演算部１１１に設定されている閾値角度θenを、反力制御部８２の閾値角度θenに一致させずに適宜ずらしてもよい。例えば、ゲイン演算部９１及び目標操舵速度演算部１１１に設定される閾値角度をより仮想ラックエンドに対応する操舵角θreに近づけてもよい。また、仮想ラックエンドに対応する操舵角θreから操舵中立に向けてずらしてもよい。

また、ゲイン演算部９１及び目標操舵速度演算部１１１は、操舵角θhに応じてゲインＫまたは目標操舵速度ωh*を演算していたが、これに限らない。例えば、回転角θs，θtを、操舵中立を基準に換算した操舵側モータ１４の絶対角、または転舵側モータ４３の絶対角、または目標操舵角θh*に応じてゲインＫまたは目標操舵速度ωh*を演算してもよい。この場合、例えば、ゲインＫが「１」よりも小さくなる、もしくは目標操舵速度ωh*が絶対値ωcよりも小さくなり始める操舵側モータ１４の絶対角、または転舵側モータ４３の絶対角、または目標操舵角θh*の閾値角度を、操舵角θhの閾値角度θenに対応したものに適宜変更する。また、上記の操舵側モータ１４の絶対角または転舵側モータ４３の絶対角は、絶対角センサにより検出してもよい。

さらに、ゲイン演算部９１及び目標操舵速度演算部１１１のゲインＫ及び目標操舵速度ωh*の特性は、図５及び図６に示した特性に限らず変更してもよい。例えば、仮想ラックエンド近傍（閾値角度θenと仮想ラックエンドに対応する操舵角θreとの間の領域）におけるゲインＫ及び目標操舵速度ωh*の変化勾配をより大きくし、ステアリングホイール１１が仮想ラックエンドに切り込まれたときにより早く操舵速度ωhが小さくなるように設定してもよい。

・上記の各実施形態において、角速度制御部６９は、目標操舵速度ωh*に操舵速度ωhを一致させるようにフィードバック制御していたが、これに限らない。例えば、角速度制御部６９は、操舵側モータ１４の回転軸の回転角θsに基づき演算される角速度としてのモータ角速度ωmを、モータ角速度ωmの目標値である目標角速度としての目標モータ角速度ωm*に一致させるようにフィードバック制御してもよい。目標モータ角速度ωm*は、例えば、上記したゲインＫとモータ角速度ωmを乗算して決定する。

・第１、第２及び第３の実施形態において、目標操舵角演算部８３により補正入力トルクＴｒｑ**と目標操舵角θh*とを関係づけるモデル式を使用していたが、具体的に、本モデル式では、目標操舵角θh*を微分して得られる目標操舵速度を使用している。第１、第２及び第３の実施形態の角速度制御部６９では、ゲイン演算部９１により演算されるゲインＫに対して操舵速度ωを乗算することで、目標操舵速度ωh*を演算する、またはマップにより目標操舵速度ωh*を演算していたが、モデル式に使用されている目標操舵速度と操舵速度ωとの角速度偏差に基づいて補正トルクＴω*を演算してもよい。

また、モデル式としては、サスペンションやホールアライメント等の仕様によって決定されるバネ係数Ｋdを用いた、いわゆるバネ項を追加してモデル化したモデル式を用いるようにしてもよい。

・上記の各実施形態では、角速度制御部６９は、操舵側制御部６１に設けられていたが、これに限らず、角速度制御部６９を操舵側制御部６１及び転舵側制御部６３と分けて設けてもよい。また、角速度制御部６９を転舵側制御部６３に設けてもよい。さらに、上記の変形例のモデル式を使用する場合においては、目標操舵角演算部８３に角速度制御部６９を設けてもよい。

・第１、第２及び第３の実施形態では、第１ラックアンドピニオン機構３４によりラック軸３２は、その軸方向一端側が往復動可能に支持されているが、例えば、第１ピニオン軸３１を割愛し、第１ラックアンドピニオン機構３４を割愛してもよい。この場合、ラックハウジング３３の内部にラック軸を支持するラックブッシュ等を設けてもよい。

１…操舵制御装置、２…ステアバイワイヤ式操舵装置、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…操舵側アクチュエータ、６９…角速度制御部、８２…反力制御部、９６…戻り判定部、θh…操舵角、ωh…操舵速度、ωh*…目標操舵速度、ωm…モータ角速度、ωm*…目標モータ角速度、Ｆie…反力成分、Ｔｒｑ…操舵トルク。

Claims (4)

1. ステアリングホイールに付与されるトルクを発生させるアクチュエータを備える操舵装置を制御対象とし、前記アクチュエータの動作を制御する操舵制御装置において、
   前記ステアリングホイールの操舵角が当該操舵角の操舵限界に到達し、当該操舵限界から前記ステアリングホイールが戻される場合、前記操舵角に換算可能な回転軸の回転角に基づき演算される当該回転角の角速度を、当該角速度の目標値であって前記回転角に応じて設定される目標角速度に一致させるように前記アクチュエータをフィードバック制御する角速度制御部を備える
   操舵制御装置。
2. 前記操舵角が前記操舵限界に近づくほど前記ステアリングホイールを前記操舵限界に向けて切り込み難くするように前記アクチュエータを制御する反力制御部を備える
   請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記角速度制御部は、前記ステアリングホイールが前記操舵限界に向けて切り込まれる場合、前記角速度を当該角速度の目標値であって前記回転角に応じて設定される目標角速度に一致させるように前記アクチュエータをフィードバック制御する
   請求項１または請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記ステアリングホイールが操舵方向における一方向に操舵されているときに正の値となり、前記ステアリングホイールが操舵方向における他方向に操舵されているときに負の値となる前記ステアリングホイールに付与される操舵トルク及び前記角速度とにより前記操舵限界から前記ステアリングホイールが戻されている状態であるか否かを判定する戻り判定部を更に備え、
   前記戻り判定部は、前記操舵トルクと前記角速度の乗算した結果が負の値であるとき、前記操舵限界から前記ステアリングホイールが戻される状態であると判定し、前記角速度制御部は、前記戻り判定部により前記操舵限界から前記ステアリングホイールが戻される状態であると判定されることを条件に、前記フィードバック制御を実施する
   請求項１または請求項２に記載の操舵制御装置。