JP2019131013A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリップ状態の誤検出を低減でき、操舵反力の制御においてロバスト性を向上することができるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を制御対象とした操舵制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、路面情報に基づいて路面軸力Ｆｅｒを演算する路面軸力演算部を備えている。制御装置は、ヨーレートγ及び横加速度ＬＡに基づいてラック軸に作用する横力Ｆｙを演算する第２推定軸力演算部Ｍ１０ａａｅを備えている。制御装置は、路面軸力Ｆｅｒと横力Ｆｙとに基づいてグリップ度Ｇｒを演算するグリップ度演算部Ｍ１０ａａｆを備えている。制御装置は、グリップ度Ｇｒに応じて操舵反力を可変する。【選択図】図４

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

特許文献１には、電動パワーステアリング装置におけるタイヤのグリップ状態（例えばタイヤのグリップが失われた度合いを示すグリップロス度）を検出し、このグリップロス度に応じて、操舵補助力を可変することが開示されている。

前記グリップロス度は、操舵トルクに基づいて算出されたアシストトルク、アシストトルクを付与する電動モータの慣性、及び摩擦力に基づいて算出された第１のセルフアライニングトルク（ＳＡＴａ）と、タイヤに働く横力とトレールとの積から得られる第２のセルフアライニングトルク（ＳＡＴｂ）の差を算出することにより得られている。

一方、ステアバイワイヤ式の操舵装置の操舵制御装置は、転舵輪とステアリング間の動力伝達が分離されているので、ステアリングホイール（ステアリング）に対して路面情報に基づいた操舵反力を反力アクチュエータにて付与するようにしている（特許文献２）。

特許文献２では、転舵輪に連結された転舵軸に作用する軸力に着目して、ステアリングの操舵角に基づいて得られる目標転舵角から算出された理想軸力と、路面情報から算出された路面軸力の配分に基づいて操舵反力を決定するようにしている。

ところで、特許文献２のような操舵制御装置では、路面軸力と理想軸力の差分でグリップ状態の検出を行い、その検出結果に基づいて、例えば、低μ路などによるグリップロスの影響を操舵者に反映させることが考えられる。

特開２００９−４０３４１号公報 特開２０１７−１６５２１９号公報

ここで、路面情報（例えば、転舵アクチュエータの駆動電流）は、実際の転舵輪と路面との間に発生している負荷状況を反映した成分である。一方、操舵角に基づく理想軸力は、例えば、転舵輪の交換や、或いは転舵輪の空気圧が変化したりすると、変化する軸力への影響が全く反映されない。このため、路面軸力と理想軸力の差分でグリップロス等によるグリップ状態の判定を行うと、誤検出する虞がある。

なお、特許文献１のグリップ状態の検出方法は、グリップロス度の検出に使用するパラメータに、例えば、アシストトルク等を使用しているため、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を制御対象とした操舵制御装置では、採用できない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、グリップ状態の誤検出を低減でき、操舵反力の制御においてロバスト性を向上することができるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を制御対象とした操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵制御装置は、ステアリングの操作に抗する操舵反力を付与する反力アクチュエータと、転舵輪と前記ステアリングとの間の動力遮断状態下で前記転舵輪を転舵軸を介して転舵する転舵アクチュエータとを備えたステアバイワイヤ式の操舵装置の前記転舵アクチュエータを前記ステアリングの操舵状態に応じて制御する転舵制御部と、前記操舵反力を演算する反力制御部と、を備えたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を制御対象とした操舵制御装置であって、前記反力制御部は、路面情報に基づいて第１推定軸力を演算する第１推定軸力演算部と、車両状態量に基づいて前記転舵軸に作用する第２推定軸力を演算する第２推定軸力演算部と、前記第１推定軸力と前記第２推定軸力とに基づいてグリップ度を演算するグリップ度演算部とを備え、前記反力制御部は、前記グリップ度に応じて前記操舵反力を可変するものである。

上記構成によれば、転舵輪の交換や、或いは転舵輪の空気圧が変化しても、グリップ状態の誤検出を低減し、操舵反力の制御においてロバスト性を向上する。
また、前記転舵輪のセルフアライニングトルクを前記第１推定軸力に相当するものとし、前記転舵輪に作用する横力を前記第２推定軸力に相当するものとしたとき、前記グリップ度は、セルフアライニングトルクを横力で除算することに相当する式で算出するようにしてもよい。

上記構成によれば、グリップ度が、セルフアライニングトルク／横力に相当する式で算出されることにより、容易にグリップ度を取得することができる。
また、前記横力は、車両に作用する前記車両状態量としての横加速度とヨーレートの微分値の加算値としてもよい。

上記構成によれば、横力を横加速度だけにした場合には、実際の軸力に対し、動き出し時の応答性が悪くなるが、横加速度にヨーレートの微分値を加算することにより、動き出し時の応答性を改善することができる。

また、前記反力制御部は、前記グリップ度に応じたゲインを算出し、このゲインに応じて前記操舵反力を可変することが好ましい。
上記構成によれば、反力制御部は、グリップ度に応じたゲインを取得することにより、容易にグリップ度に応じて操舵反力を可変することができる。

本発明によれば、グリップ状態の誤検出を低減でき、操舵反力の制御においてロバスト性を向上することができる効果を奏する。

一実施形態にかかる操舵制御装置及びその制御対象を示す図。 同実施形態にかかるブロック図。 同実施形態にかかる操舵角及び転舵角の閾値を示す図。 同実施形態にかかる軸力配分演算部を示すブロック図。 着力点に作用する横力、セルフアライニングトルク、及びニューマチックトレールの説明図。 スリップ角の変化に対する、横力、セルフアライニングトルク、及びニューマチックトレールの変化を示すグラフ。

（実施形態）
図１〜図６を参照して、以下、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を制御対象とした操舵制御装置にかかる一実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかる操舵装置においては、ステアリングホイール（ステアリング１０）が、ステアリング１０の操作に抗する力である反力を付与する反力アクチュエータ２０に接続されている。反力アクチュエータ２０は、ステアリング１０に固定されたステアリングシャフト２２、反力側減速機２４、反力側減速機２４に回転軸２６ａが連結された反力モータ２６、及び反力モータ２６を駆動するインバータ２８を備えている。ここで、操舵反力を操舵者に付与する反力モータ２６は、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）である。

反力モータ２６は、インバータ２８を介してバッテリ７２に接続されている。インバータ２８は、バッテリ７２の正極及び負極のそれぞれと反力モータ２６の３個の端子のそれぞれとの間を開閉する回路である。ステアリングシャフト２２は、クラッチ１２を介して転舵アクチュエータ４０のピニオン軸４２に連結可能とされている。

転舵アクチュエータ４０は、第１ラックアンドピニオン機構４８、第２ラックアンドピニオン機構５２、ＳＰＭＳＭ（転舵側モータ５６）及びインバータ５８を備えている。
第１ラックアンドピニオン機構４８は、所定の交叉角をもって配置された転舵軸としてのラック軸４６とピニオン軸４２とを備え、ラック軸４６に形成された第１ラック歯４６ａとピニオン軸４２に形成されたピニオン歯４２ａとが噛合されている。なお、ラック軸４６の両端には、タイロッドを介して転舵輪３０が連結されている。

第２ラックアンドピニオン機構５２は、所定の交叉角をもって配置されたラック軸４６及びピニオン軸５０を備えており、ラック軸４６に形成された第２ラック歯４６ｂとピニオン軸５０に形成されたピニオン歯５０ａとが噛合されている。

ピニオン軸５０は、転舵側減速機５４を介して、転舵側モータ５６の回転軸５６ａに接続されている。転舵側モータ５６には、インバータ５８が接続されている。なお、ラック軸４６は、ラックハウジング４４に収容されている。

なお、図１においては、インバータ５８を構成するＭＯＳ電界効果トランジスタ（スイッチング素子）の符号のうち転舵側モータ５６の３個の端子のそれぞれに接続されるものに、「ｕ，ｖ，ｗ」のそれぞれを付与し、また、上側アームに「ｐ」を、下側アームに「ｎ」を付与している。なお、以下では、「ｕ，ｖ，ｗ」を総括して「￥」と表記し、「ｐ，ｎ」を総括して「＃」と表記する。すなわち、インバータ５８は、バッテリ７２の正極と転舵側モータ５６の端子との間を開閉するスイッチング素子Ｓ￥ｐと、バッテリ７２の負極と転舵側モータ５６の端子との間を開閉するスイッチング素子Ｓ￥ｎとの直列接続体を備えて構成されている。そして、スイッチング素子Ｓ￥＃には、ダイオードＤ￥＃が逆並列接続されている。

ステアリング１０には、スパイラルケーブル装置６０が連結されている。スパイラルケーブル装置６０は、ステアリング１０に固定された第１ハウジング６２と、車体に固定された第２ハウジング６４と、第１ハウジング６２及び第２ハウジング６４によって区画された空間に収容されて且つ第２ハウジング６４に固定された筒状部材６６と、筒状部材６６に巻きつけられるスパイラルケーブル６８とを備えている。筒状部材６６には、ステアリングシャフト２２が挿入されている。スパイラルケーブル６８は、ステアリング１０に固定されたホーン７０と、車体に固定されたバッテリ７２等とを接続する電気配線である。

操舵制御装置（制御装置８０）は、反力アクチュエータ２０及び転舵アクチュエータ４０を備えた操舵装置を制御対象として操作することにより、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる制御を実行する。本実施形態では、反力アクチュエータ２０及び転舵アクチュエータ４０によってステアバイワイヤシステムを実現しており、制御装置８０は、通常、クラッチ１２を遮断状態に維持しつつ、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる制御を実行する。制御装置８０は、転舵制御部及び反力制御部の一例である。

この際、制御装置８０は、操舵側センサ９２によって検出される反力モータ２６の回転軸２６ａの回転角度θｓ０や、トルクセンサ９４によって検出されるステアリングシャフト２２に加わる操舵トルクＴｒｑｓを取り込む。また、制御装置８０は、転舵側センサ９０によって検出される転舵側モータ５６の回転軸５６ａの回転角度θｔ０や、車速センサ９６によって検出される車速Ｖを取り込む。また、制御装置８０は、横加速度センサ７４によって検出される横加速度ＬＡを取り込む。横加速度ＬＡとは、車両が旋回するとき進行方向（前後方向）に対する直交方向（左右方向）へ向けて車両重心に作用する加速度をいう。また、制御装置８０はヨーレートセンサ７６によって、検出されたヨーレートγを取り込む。

なお、制御装置８０は、インバータ５８において、スイッチング素子Ｓ￥ｎのそれぞれのソース側に接続されたシャント抵抗８６の電圧降下を電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗとして取得し、これらを参照する。また、制御装置８０は、車載のエンジン等の制御パターンの設定状態を示すドライブモードＤＭを取り込む。ドライブモードＤＭによっては、燃費やユーザーの要求に対する車両の走行への応答性（ダイレクト感）が異なる。例えば、ドライブモードＤＭには、燃費が高まるようにエンジン等の出力を適正化するＥＣＯモード、ＥＣＯモードと比較してユーザーの要求に対する上記応答性が高まるようにエンジン等の出力を適正化するノーマルモード、燃費に関係なくユーザーの要求に対する上記応答性が高まるようにエンジン等の出力を適正化するスポーツモード等が含まれる。このドライブモードＤＭは、ユーザーが操作可能に設けられるスイッチ９８によって切り替えられる。

詳しくは、制御装置８０は、中央処理装置（ＣＰＵ８２）及びメモリ８４を備えており、メモリ８４に記憶されたプログラムをＣＰＵ８２が実行することにより、反力アクチュエータ２０や転舵アクチュエータ４０が操作されることにより、操舵反力を操舵者に付与し、かつ、操舵角に応じた転舵輪３０の転舵が行われる。

図２に、制御装置８０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、メモリ８４に記憶されたプログラムをＣＰＵ８２が実行することで実現される処理の一部を、実現される処理の種類毎に記載したものである。

積算処理部Ｍ２は、操舵側センサ９２によって検出された回転角度θｓ０と転舵側センサ９０によって検出された回転角度θｔ０とを、０〜３６０°よりも広い角度領域の数値に変換して回転角度θｓ，θｔとする。例えば、ステアリング１０が車両を直進させる中立位置から右側または左側に最大限回転操作される場合、回転軸２６ａは、複数回転する。したがって、積算処理部Ｍ２では、例えば、ステアリング１０が中立位置にある状態から回転軸２６ａが所定方向に２回転する場合、出力値を７２０°とする。なお、積算処理部Ｍ２は、中立位置における出力値をゼロとする。

計量単位設定処理部Ｍ４は、積算処理部Ｍ２による処理が施された操舵側センサ９２の出力値に換算係数Ｋｓを乗算して操舵角θｈを算出し、積算処理部Ｍ２による処理が施された転舵側センサ９０の出力値に換算係数Ｋｔを乗算して、転舵角θｐを算出する。ここで、換算係数Ｋｓは、反力側減速機２４と反力モータ２６の回転軸２６ａとの回転速度比に応じて定められており、これにより、回転軸２６ａの回転角度θｓの変化量をステアリング１０の回転量に変換する。このため、操舵角θｈは、中立位置を基準とするステアリング１０の回転角度となる。また、換算係数Ｋｔは、転舵側減速機５４と転舵側モータ５６の回転軸５６ａとの回転速度比、及びピニオン軸５０とピニオン軸４２との回転速度比の積となっている。これにより、回転軸５６ａの回転量を、クラッチ１２が連結されていると仮定した場合におけるステアリング１０の回転量に変換する。

なお、図２における処理は、回転角度θｓ，θｔ、操舵角θｈ、及び転舵角θｐが所定方向の回転角度の場合に正、逆方向の回転角度の場合に負とする。例えば、積算処理部Ｍ２は、ステアリング１０が中立位置にある状態から回転軸２６ａが所定方向とは逆回転する場合に、出力値を負の値とする。ただし、これは、制御系のロジックの一例に過ぎない。特に、本明細書では、回転角度θｓ，θｔ、操舵角θｈ、及び転舵角θｐが大きいとは、中立位置からの変化量が大きいこととする。換言すれば、上記のように正負の値を取りうるパラメータの絶対値が大きいこととする。

反力トルク設定処理部Ｍ６は、操舵トルクＴｒｑｓに対して後述する第１ゲイン演算部Ｍ４０から取り込みした第１ゲインＫａを乗算して、反力トルクＴｒｑａ＊を設定する。なお、反力トルクＴｒｑａ＊は、操舵トルクＴｒｑｓが大きいほど大きい値に設定される。加算処理部Ｍ８は、反力トルクＴｒｑａ＊に操舵トルクＴｒｑｓを加算して出力する。

反力設定処理部Ｍ１０は、ステアリング１０の回転に抗する力である反力Ｆｉｒを設定する。詳しくは、反力設定処理部Ｍ１０は、ベース反力設定処理部Ｍ１０ａによって、ステアリング１０の操作に応じたベース反力Ｆｄを設定する一方、制限用反力設定処理部Ｍ１０ｂによって、ステアリング１０の回転量が許容最大値に近づく場合に、ステアリング１０が更に上限値側に操作されるのに抗する反力である制限用反力Ｆｉｅを設定する。そして、反力設定処理部Ｍ１０は、加算処理部Ｍ１０ｃによってベース反力Ｆｄと制限用反力Ｆｉｅとを加算し、これを反力Ｆｉｒとして出力する。偏差算出処理部Ｍ１２は、加算処理部Ｍ８の出力から反力Ｆｉｒを減算した値を出力する。

目標操舵角算出処理部Ｍ２０は、偏差算出処理部Ｍ１２の出力値に基づき、目標操舵角θｈ＊を設定する。ここでは、偏差算出処理部Ｍ１２の出力値Δと、目標操舵角θｈ＊とを関係づける以下の式（ｃ１）にて表現されるモデル式を利用する。

Δ＝Ｋｃ・Ｃ・θｈ＊’＋（Ｊ／Ｋｂ）・θｈ＊’’…（ｃ１）
上記の式（ｃ１）にて表現されるモデルは、ステアリング１０と転舵輪３０とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリング１０の回転に伴って回転する回転軸のトルクと回転角度との関係を定めるモデルである。上記の式（ｃ１）において、粘性係数Ｃは、操舵装置の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Ｊは、操舵装置の慣性をモデル化したものである。

ここで、粘性係数Ｃ及び慣性係数Ｊは、車速Ｖに応じて可変設定される。また、第２ゲインＫｂ及び第３ゲインＫｃは、後述する第２ゲイン演算部Ｍ４２及び第３ゲイン演算部Ｍ４４からそれぞれ取り込みしたものである。

操舵角フィードバック処理部Ｍ２２は、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操作量として、反力モータ２６が生成する反力トルクの目標値である目標反力トルクＴｒｑｒ＊を設定する。具体的には、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力とする比例要素、積分要素及び微分要素のそれぞれの出力値の和を、目標反力トルクＴｒｑｒ＊とする。

操作信号生成処理部Ｍ２４は、目標反力トルクＴｒｑｒ＊に基づき、インバータ２８の操作信号ＭＳｓを生成してインバータ２８に出力する。これは、例えば、目標反力トルクＴｒｑｒ＊に基づきｑ軸電流の指令値を設定し、ｄｑ軸の電流を指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄｑ軸の電圧指令値を設定する周知の電流フィードバック制御にて実現することができる。なお、ｄ軸電流はゼロに制御してもよいが、反力モータ２６の回転速度が大きい場合には、ｄ軸電流の絶対値をゼロより大きい値に設定し弱め界磁制御を実行してもよい。もっとも、低回転速度領域においてｄ軸電流の絶対値をゼロよりも大きい値に設定することも可能である。

舵角比可変処理部Ｍ２６は、目標操舵角θｈ＊に基づき、操舵角θｈと転舵角θｐとの比である舵角比を可変設定するための目標動作角θａ＊を設定する。加算処理部Ｍ２８は、目標操舵角θｈ＊に目標動作角θａ＊を加算することにより、目標転舵角θｐ＊を算出する。

転舵角フィードバック処理部Ｍ３２は、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊にフィードバック制御するための操作量として、転舵側モータ５６が生成する目標転舵トルクＴｒｑｔ＊を設定する。具体的には、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素、積分要素及び微分要素のそれぞれの出力値の和を、目標転舵トルクＴｒｑｔ＊とする。

操作信号生成処理部Ｍ３４は、目標転舵トルクＴｒｑｔ＊に基づき、インバータ５８の操作信号ＭＳｔを生成してインバータ５８に出力する。これは、操作信号生成処理部Ｍ２４による操作信号の生成処理と同様に行うことができる。最大値選択処理部Ｍ３６は、目標操舵角θｈ＊と目標転舵角θｐ＊とのうちの大きい方の値（最大値θｅ）を選択して出力する。

上記ベース反力設定処理部Ｍ１０ａは、目標転舵角θｐ＊を入力とする。一方、上記制限用反力設定処理部Ｍ１０ｂは、最大値θｅを入力として制限用反力Ｆｉｅを設定する。これは、ラック軸４６が軸方向に変位してラック軸４６の端部がラックハウジング４４（ラックストッパ）に接触する直前と、ステアリング１０がスパイラルケーブル６８から定まる上限値まで回転する直前との双方において、ステアリング１０に、操舵角の大きさをそれ以上大きくするのに抗する力を増加制御するための設定である。以下、これについて説明する。

図３に、操舵角θｈ及び転舵角θｐのそれぞれの上限値θｈＨ，θｐＨの関係を示す。図示されるように、本実施形態では、操舵角θｈの上限値θｈＨと転舵角θｐの上限値θｐＨとがほぼ等しい値となっている。これは、計量単位設定処理部Ｍ４による操舵角θｈ及び転舵角θｐの計量単位の設定によって実現したものである。本実施形態では、クラッチ１２が締結状態とされる場合に、ラック軸４６がラックハウジング４４に接触するまで軸方向に変位したときに、ステアリング１０を更にわずかに回転可能なように、スパイラルケーブル６８の長さにわずかにマージンを持たせてある。このため、計量単位設定処理部Ｍ４によって、操舵角θｈをステアリング１０の回転角度とし、転舵角θｐを目標動作角θａ＊をゼロと仮定したときのステアリング１０の回転角度とすることにより、操舵角θｈの上限値θｈＨと転舵角θｐの上限値θｐＨとがほぼ等しい値となる。

本実施形態では、操舵角θｈ及び転舵角θｐに共通閾値θｅｎを設けて、操舵角θｈが上限値θｈＨに達する前であって且つ転舵角θｐが上限値θｐＨに達する前にステアリング１０の反力を増加制御する。図２に示した制限用反力設定処理部Ｍ１０ｂは、最大値θｅと制限用反力Ｆｉｅとの関係を定めたマップを備えている。このマップは、最大値θｅの大きさが共通閾値θｅｎ以上となることでゼロよりも大きくなるものであり、特に、共通閾値θｅｎを超えてある程度大きくなると、人の力ではそれ以上の操作ができないほど大きい値が設定されている。なお、図２には、最大値θｅがゼロから所定の回転方向に大きくなるにつれて制限用反力Ｆｉｅが大きくなることのみを示したが、所定の回転方向とは逆方向に大きくなる場合であっても、制限用反力Ｆｉｅの絶対値は大きくなる。ただし、図２の処理における制限用反力Ｆｉｅは、所定の回転方向とは逆方向の場合には負となる。

図２に示すように、本実施形態において、反力設定処理部Ｍ１０は、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力が反映されるように、理想軸力Ｆｉｂ及び路面軸力Ｆｅｒを所定割合で配分した配分成分として、ベース反力Ｆｄを設定するための演算を実行する軸力配分演算部Ｍ１０ａａを備えている。この転舵輪３０に対して加えられる軸力は、転舵輪３０に対して路面から伝達される路面情報である。

また、反力設定処理部Ｍ１０は、ベース反力Ｆｄの成分のうち、転舵輪３０に作用する軸力（転舵輪３０に伝達される伝達力）の理想値であって、路面情報が反映されない理想成分である理想軸力Ｆｉｂを算出する理想軸力演算部Ｍ１０ａｂを備えている。理想軸力演算部Ｍ１０ａｂは、目標転舵角θｐ＊に基づき、理想軸力Ｆｉｂを算出する。例えば、目標転舵角θｐ＊の絶対値が大きくなるにつれて理想軸力Ｆｉｂの絶対値が大きくなるように設定されている。

また、反力設定処理部Ｍ１０は、ベース反力Ｆｄの成分のうち、転舵輪３０に作用する軸力（転舵輪３０に伝達される伝達力）の推定値であって、路面情報が反映された路面成分である路面軸力Ｆｅｒを算出する路面軸力演算部Ｍ１０ａｃを備えている。路面軸力演算部Ｍ１０ａｃは、転舵側モータ５６の実電流値である電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを取得し、これにより算出されるｑ軸の電流ｉｑに基づき、路面軸力Ｆｅｒを算出する。ここで、路面軸力Ｆｅｒは、第１推定軸力に相当する。また、路面軸力演算部Ｍ１０ａｃは、第１推定軸力演算部の一例である。

また、ｑ軸の電流ｉｐの算出は、転舵側モータ５６の回転角度θｔ０に基づき、回転座標系であるｄｑ軸の座標系への変換処理によって実現することができる。そして、路面軸力演算部Ｍ１０ａｃは、ｑ軸の電流ｉｑに、所定の係数Ｋ１を乗算することによって路面軸力Ｆｅｒを算出する。ここで、所定の係数Ｋ１は、転舵側減速機５４のギア比や、ピニオン軸４２のトルクとラック軸４６の軸力との比、さらには、トルク定数に基づき設定されるものである。すなわち、ｑ軸の電流ｉｑに定数を乗算することによって、転舵側モータ５６のトルクが定まる。そして、転舵側モータ５６のトルクは、転舵側減速機５４等によって変換されてラック軸４６に加わる。このため、ｑ軸の電流ｉｑに所定の係数Ｋ１を乗算することによって、転舵側モータ５６によってラック軸４６に加えられる軸力を算出することができる。転舵側モータ５６によってラック軸４６に加えられる軸力と、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力とがつり合いの関係とみなせる場合、ｑ軸の電流ｉｑに基づき、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力を路面軸力Ｆｅｒとして推定することができる。この路面軸力Ｆｅｒは、少なくとも路面情報が反映された成分である。

図４に示すように、軸力配分演算部Ｍ１０ａａは、理想軸力Ｆｉｂと路面軸力Ｆｅｒとを配分するためのそれぞれの配分割合である配分ゲインＧｉｂ、配分ゲインＧｅｒを算出するゲイン演算部Ｍ１０ａａａを備えている。ゲイン演算部Ｍ１０ａａａは、車速Ｖと、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒと、ユーザーにより選択されるドライブモードＤＭとの関係を定めた３次元マップを備えており、ドライブモードＤＭ及び車速Ｖを入力とし、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒをマップ演算する。配分ゲインＧｉｂは車速Ｖが大きい場合に小さい場合よりも値が小さくなる一方、配分ゲインＧｅｒは車速Ｖが大きい場合に小さい場合よりも値が大きくなる。各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒは、例えば、ドライブモードＤＭが上記ＥＣＯモードや上記ノーマルモードの場合に、総和が１となるように値が設定されている。一方、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒは、例えば、ドライブモードＤＭが上記スポーツモードの場合に、総和が１を超えるように配分ゲインＧｅｒの値を大きくし、特に、車速Ｖが大きいほど配分ゲインＧｅｒの値を大きくするように設定されている。

そして、軸力配分演算部Ｍ１０ａａは、乗算処理部Ｍ１０ａａｂにより、理想軸力演算部Ｍ１０ａｂの出力値に配分ゲインＧｉｂを乗算する。また、軸力配分演算部Ｍ１０ａａは、乗算処理部Ｍ１０ａａｃにより、路面軸力演算部Ｍ１０ａｃの出力値に配分ゲインＧｅｒを乗算する。また、軸力配分演算部Ｍ１０ａａは、加算処理部Ｍ１０ａａｄにおいて、理想軸力Ｆｉｂに配分ゲインＧｉｂを乗算したものと、路面軸力Ｆｅｒに配分ゲインＧｅｒを乗算したものとを加算して、ベース反力Ｆｄを算出して出力する。

また、軸力配分演算部Ｍ１０ａａは、第２推定軸力演算部Ｍ１０ａａｅ及びグリップ度演算部Ｍ１０ａａｆを備えている。
第２推定軸力演算部Ｍ１０ａａｅは、ヨーレートγ及び横加速度ＬＡを入力して、下記式（ｃ２）により、第２推定軸力としての横力Ｆｙを演算する。ここで、ヨーレートγ及び横加速度ＬＡは、車両状態量の一例である。

横力Ｆｙ＝Ｋ１×横加速度ＬＡ＋Ｋ２×γ’…（ｃ２）
γ’は、ヨーレートγの微分値である。Ｋ１及びＫ２は、係数であり、試験値等により予め設定されている。

グリップ度演算部Ｍ１０ａａｆは、横力Ｆｙと路面軸力Ｆｅｒとを入力して、下記式（ｃ３）により、グリップ度Ｇｒを演算する。
グリップ度Ｇｒ＝（Ｋ３×路面軸力Ｆｅｒ）／（Ｋ４×横力Ｆｙ）…（ｃ３）
なお、Ｋ３及びＫ４は、係数であり、試験値等により予め設定されている。

＜セルフアライニングトルクＳＡＴと横力Ｆｙとの関係＞
図５及び図６を参照してセルフアライニングトルクＳＡＴと横力Ｆｙとの関係について説明する。

図５は、スリップ角が付いている転舵輪の接地面を上から見た図である。転舵輪の向きに向かう中心線ｘが元々の転舵輪の向きを示しており、転舵輪の進行方向はこれに対して線αで示している。図５において、Ａ点が転舵輪の接地開始点で、Ｂ点が接地終了点とすると、スリップ角分だけ、トレッド面が路面に引きずられて中心線ｘから線αのラインに沿ってずれて撓む。このトレッド面がずれて撓んだ領域をハッチングで示している。この撓んだ領域のうち、Ａ点側の領域が粘着域であり、Ｂ点側の領域が滑り域である。そして、このようにスリップ角で旋回したときの転舵輪の接地面の着力点には、横力Ｆｙが働き、このとき、鉛直軸周りのモーメントがセルフアライニングトルクＳＡＴとなる。なお、図５において、転舵輪の接地中心と着力点間の距離がニューマチックトレールであり、ニューマチックトレールとキャスタトレールの和がトレールである。

図６は、スリップ角の変化に対する、横力、セルフアライニングトルク、及びニューマチックトレールの変化を示している。
同図に示すように旋回中の転舵輪において、スリップ角が小さい領域では、横力Ｆｙのリニアな上昇に従ってセルフアライニングトルクＳＡＴもリニアに増加し、スリップ角が大きくなってくると、セルフアライニングトルクＳＡＴは次第に減少する。ここで、旋回時の軸力をセルフアライニングトルクＳＡＴと捉えると、セルフアライニングトルクＳＡＴと横力Ｆｙの関係は、図５に示すように、転舵輪と路面との接地中心から横力の着力点までのニューマチックトレールに相当するパラメータで表現できる。

すなわち、
ＳＡＴ＝横力Ｆｙ×ニューマチックトレール…（ｃ４）
という関係式が成り立つ。

ここで、セルフアライニングトルクＳＡＴが、「軸力≒路面からの反力」と考えると、転舵側モータ５６の駆動電流（すなわち、電流ｉｑ）に基づく路面軸力Ｆｅｒ（第１推定軸力）がセルフアライニングトルクＳＡＴを近似的に表現しているといえる。

また、横力Ｆｙについては、横力Ｆｙ（転舵輪３０に発生している力）≒車両横向きに発生している力と置き換えて、横力Ｆｙを横加速度ＬＡによって近似的に表現することができる。なお、横加速度ＬＡだけでは、実際の軸力に対し、動き出し時の応答性が不足するため、応答性を改善するためにヨーレートγの微分を加算して、前記式（ｃ２）が得られる。

上記式（ｃ４）と式（ｃ２）とにより、グリップ度は、下式のように表わすことができる。
グリップ度Ｇｒ＝セルフアライニングトルクＳＡＴ／横力Ｆｙ
＝（Ｋ３×第１推定軸力）／（Ｋ４×第２推定軸力）…（ｃ３）
このように、グリップ度Ｇｒは、セルフアライニングトルクＳＡＴ／横力Ｆｙで表わすことができるとともに、（転舵側モータ５６の駆動電流に基づく軸力成分）／（車両状態量に基づく軸力成分）と表わすこともできる。

図２に示すように上記のように演算して得られたグリップ度Ｇｒは、第１ゲイン演算部Ｍ４０、第２ゲイン演算部Ｍ４２及び第３ゲイン演算部Ｍ４４に出力される。
第１ゲイン演算部Ｍ４０は、グリップ度Ｇｒと、前記第１ゲインＫａとの関係を定めたマップを備えている。このマップは、例えば、グリップ度Ｇｒが小さい場合は、第１ゲインが大きく、グリップ度Ｇｒが大きくなると第１ゲインＫａが小さくなるように設定されているが、この関係に限定するものではない。例として、グリップ度Ｇｒが小さい場合は、第１ゲインＫａが小さく、グリップ度Ｇｒが大きくなると、第１ゲインＫａが大きくなるように設定してもよい。演算された第１ゲインＫａは、前記反力トルク設定処理部Ｍ６に出力され、反力トルクＴｒｑａ＊に乗算される。これにより、第１ゲインＫａに応じて反力トルクＴｒｑａ＊が変化し、操作反力が変化する。

第２ゲイン演算部Ｍ４２は、グリップ度Ｇｒと、前記第２ゲインＫｂとの関係を定めたマップを備えている。このマップは、例えば、グリップ度Ｇｒが小さい場合は、第２ゲインＫｂが大きく、グリップ度Ｇｒが大きくなると第２ゲインＫｂが小さくなるように設定されているが、この関係に限定するものではない。例として、グリップ度Ｇｒが小さい場合は、第２ゲインＫｂが小さく、グリップ度Ｇｒが大きくなると、第２ゲインＫｂが大きくなるように設定してもよい。演算された第２ゲインＫｂは、前記目標操舵角算出処理部Ｍ２０に出力され、慣性係数Ｊの逆数に乗算される。これにより第２ゲインＫｂに応じて慣性項が変化し、操舵反力が変化する。

第３ゲイン演算部Ｍ４４は、グリップ度Ｇｒと、前記第３ゲインＫｃとの関係を定めたマップを備えている。このマップは、例えば、グリップ度Ｇｒが小さい場合は、第３ゲインＫｃが大きく、グリップ度Ｇｒが大きくなると第３ゲインＫｃが小さくなるように設定されているが、この関係に限定するものではない。例として、グリップ度Ｇｒが小さい場合は、第３ゲインＫｃが小さく、グリップ度Ｇｒが大きくなると、第３ゲインＫｃが大きくなるように設定してもよい。演算された第３ゲインＫｃは、前記目標操舵角算出処理部Ｍ２０に出力され、粘性係数Ｃに乗算される。これにより、第３ゲインＫｃに応じて粘性項が変化し、操舵反力が変化する。 上記のように構成された操舵制御装置によれば、転舵輪３０のグリップ度が好適に算出されることにより、グリップ状態に応じた操舵反力が操舵者に付与される。

以上説明した本実施形態によれば、以下に示す作用及び効果を奏する。
（１）本実施形態では、制御装置８０（反力制御部）は、路面情報に基づいて路面軸力Ｆｅｒ（第１推定軸力）を演算する路面軸力演算部Ｍ１０ａｃ（第１推定軸力演算部）を備えている。また、制御装置８０（反力制御部）は、ヨーレートγ及び横加速度ＬＡ（車両状態量）に基づいてラック軸４６（転舵軸）に作用する横力Ｆｙ（第２推定軸力）を演算する第２推定軸力演算部Ｍ１０ａａｅを備えている。また、制御装置８０（反力制御部）は、路面軸力Ｆｅｒ（第１推定軸力）と横力Ｆｙ（第２推定軸力）とに基づいてグリップ度Ｇｒを演算するグリップ度演算部Ｍ１０ａａｆを備えている。そして、制御装置８０（反力制御部）は、グリップ度Ｇｒに応じて操舵反力を可変する。この結果、転舵輪の交換や、或いは転舵輪の空気圧が変化しても、グリップ状態の誤検出を低減でき、操舵反力の制御においてロバスト性を向上することができる。

（２）また、本実施形態では、転舵輪３０のセルフアライニングトルクＳＡＴを第１推定軸力に相当するものとし、転舵輪３０に作用する横力Ｆｙを第２推定軸力に相当するものとしたとき、グリップ度Ｇｒは、セルフアライニングトルクを横力で除算することに相当する式で算出する。この結果、グリップ度Ｇｒの算出は、セルフアライニングトルクＳＡＴに関連した量と横力により、容易に算出することができる。

（３）また、本実施形態では、横力Ｆｙは、車両に作用する車両状態量としての横加速度ＬＡとヨーレートγの微分値との加算値としている。この結果、本実施形態によれば、横加速度ＬＡだけにした場合には、実際の軸力に対し、動き出し時の応答性が悪くなるが、横加速度ＬＡにヨーレートγの微分値を加算することにより、動き出し時の応答性を改善することができる。

（４）また、本実施形態では、制御装置８０（反力制御部）は、グリップ度Ｇｒに応じたゲイン（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ）を算出し、このゲイン（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ）に応じて操舵反力を可変するようにした。

この結果、本実施形態によれば、反力制御部は、グリップ度に応じたゲインを取得してこのゲインを反力制御の処理に採用することにより、容易にグリップ度に応じて操舵反力を可変することができる。

なお、本発明の実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態において、路面軸力Ｆｅｒは、ｑ軸の電流ｉｑに基づき演算されるものに限らない。転舵輪３０に加えられる軸力を、例えば、ラック軸４６に軸力を検出できる圧力センサ等を用いて直接的に検出し、その検出結果を路面軸力Ｆｅｒとして用いるようにしてもよい。

・各実施形態において、反力モータ２６や転舵側モータ５６としては、ＳＰＭＳＭに限らず、例えばＩＰＭＳＭを用いてもよい。
・各実施形態において、転舵アクチュエータ４０としては、ラックアシスト型であれば、例えば、ラック軸４６の同軸上に転舵側モータ５６を配置するものや、ラック軸４６に平行に転舵側モータ５６を配置するもの等であってもよい。

・前記実施形態において、制御装置８０としては、ＣＰＵ８２やメモリ８４の他、専用のハードウェア（ＡＳＩＣ）を設けるようにしてもよい。そして、ＣＰＵ８２の一部の処理については、ハードウェア処理とし、ハードウェアからＣＰＵ８２が取得するようにしてもよい。

・前記実施形態では、グリップ度に応じたゲインとして、Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃとしたが、これら全てのゲインを採用することに限定するものではなく、少なくともいずれか１つを採用するようにしてもよい。

・前記実施形態ではクラッチ１２を備えたステアバイワイヤ式の操舵装置に具体化したが、クラッチを備えていないステアバイワイヤ式の操舵装置に具体化してもよい。
・各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒは、ドライブモードＤＭに関係なく、総和が１となるように値が設定されていてもよい。この場合、ゲイン演算部Ｍ１０ａａａは、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒの何れかをマップ演算し、得られた配分ゲインを１から減算することによって残りの配分ゲインを算出するようにしてもよい。また、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒは、総和が１未満となるように値が設定されていてもよい。このように、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒの設定の方法を変更することで、様々な操舵フィーリングを実現することができる。

・各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒを算出するためのパラメータとしては、操舵角θｈ、転舵角θｐ、車両の重心点を通る鉛直軸回りの回転角速度（所謂、ヨーレート）、左右の転舵輪３０に対してそれぞれ設けられる車輪速センサの車輪速差等のパラメータをドライブモードＤＭや車速Ｖの替わりに用いるようにしてもよい。これらドライブモードＤＭや車速Ｖを含むパラメータは、単独で用いるようにしてもよいし、任意に組み合わせて用いるようにしてもよい。また、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒは、ＧＰＳ等から得られる情報に基づき、算出されるようにしてもよい。このように、重要視したいパラメータを任意に選択して、操舵フィーリングを調整することができ、操舵フィーリングの調整の自由度を高めることができる。

・各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒについて、車速Ｖとの関係は変更可能である。例えば、配分ゲインＧｉｂは、車速Ｖが大きいほど小さい値となるものであってもよい。また、配分ゲインＧｅｒは、車速Ｖが大きいほど大きい値となるものであってもよい。すなわち、車両の仕様や車両の使用環境等に応じて、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒについて、車速Ｖとの関係を設定することができる。

・ドライブモードＤＭの種類は、車両の仕様等に応じて増減させてもよい。この場合、ドライブモードＤＭの種類に応じてマップが備えられていればよい。また、ドライブモードＤＭは、ユーザーにより選択される構成でなくてもよく、例えば、車両の走行状態やユーザーの操作等に応じて、制御装置８０（車両側）で自動的に選択される構成でもよい。

・前記実施形態において、理想軸力Ｆｉｂは、目標操舵角θｈ＊や操舵トルクＴｒｑｓや車速Ｖ等、目標転舵角θｐ＊以外のパラメータに基づき、算出される等、他の方法で演算されるようにしてもよい。

・前記実施形態において、路面軸力Ｆｅｒは、上記ヨーレートや上記車速の変化に基づき、算出される等、他の方法で推定演算されるようにしてもよい。
・前記実施形態では、反力設定処理部Ｍ１０から、制限用反力設定処理部Ｍ１０ｂを削除してもよい。

・目標操舵角算出処理部Ｍ２０や目標転舵角算出処理部Ｍ４８において、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Ｋを用いた、所謂、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。

・前記実施形態において、最大値選択処理部Ｍ３６では、操舵角θｈ及び転舵角θｐの一対のパラメータを閾値との比較対象としたが、これに限らない。例えば、４輪操舵車において、前輪側の転舵角と後輪側の転舵角と、操舵角との３つのパラメータであってもよい。この場合、最大値選択処理部Ｍ３６では、３つのパラメータの最大値θｅを選択すればよい。さらに、４輪操舵車において、４つの転舵輪のそれぞれの転舵角がそれぞれ異なるものとなる場合、４つの転舵角と、１つの操舵角との５つのパラメータであってもよい。

・前記実施形態において、最大値選択処理部Ｍ３６では、１つのパラメータのみを閾値との比較対象としてもよい。例えば、スパイラルケーブル６８に余裕を持たせ、いかなる舵角比であっても転舵角θｐを転舵角閾値以下に制御すれば、スパイラルケーブル６８が延びきることがないなら、転舵角θｐのみをパラメータとしてもよい。また、スパイラルケーブル６８に余裕がなく、いかなる舵角比であっても操舵角θｈを操舵角閾値以下に制御すれば、ラック軸４６がラックハウジング４４に接触することがないなら、操舵角θｈのみをパラメータとしてもよい。

・前記実施形態では、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２において、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力とする比例要素及び微分要素の各出力値の和や、比例要素のみによって、反力アクチュエータ２０の操作量（目標反力トルクＴｒｑｒ＊）を算出するものであってもよい。また、各実施形態では、転舵角フィードバック処理部Ｍ３２，Ｍ５０において、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素及び微分要素の各出力値の和や、比例要素のみによって、転舵アクチュエータ４０の操作量（目標転舵トルクＴｒｑｔ＊）を算出するものであってもよい。

１０…ステアリング、１２…クラッチ、２０…反力アクチュエータ、
２２…ステアリングシャフト、２６…反力モータ、２８…インバータ、
３０…転舵輪、４０…転舵アクチュエータ、４２…ピニオン軸、
４６…ラック軸（転舵軸）、５６…転舵側モータ、５８…インバータ、
７４…横加速度センサ、７６…ヨーレートセンサ、
８０…制御装置（転舵制御部、反力制御部）、８２…ＣＰＵ、８４…メモリ、
９０…転舵側センサ、９２…操舵側センサ、９４…トルクセンサ、
９６…車速センサ、９８…スイッチ、
Ｍ１０ａｃ…路面軸力演算部（第１推定軸力演算部）、
Ｍ１０ａａｅ…第２推定軸力演算部、
Ｍ１０ａａｆ…グリップ度演算部。

Claims (4)

1. ステアリングの操作に抗する操舵反力を付与する反力アクチュエータと、転舵輪と前記ステアリングとの間の動力遮断状態下で前記転舵輪を転舵軸を介して転舵する転舵アクチュエータとを備えたステアバイワイヤ式の操舵装置の前記転舵アクチュエータを前記ステアリングの操舵状態に応じて制御する転舵制御部と、前記操舵反力を演算する反力制御部と、を備えたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を制御対象とした操舵制御装置であって、
   前記反力制御部は、
   路面情報に基づいて第１推定軸力を演算する第１推定軸力演算部と、
   車両状態量に基づいて前記転舵軸に作用する第２推定軸力を演算する第２推定軸力演算部と、
   前記第１推定軸力と前記第２推定軸力とに基づいてグリップ度を演算するグリップ度演算部とを備え、
   前記反力制御部は、前記グリップ度に応じて前記操舵反力を可変する操舵制御装置。
2. 前記転舵輪のセルフアライニングトルクを前記第１推定軸力に相当するものとし、前記転舵輪に作用する横力を前記第２推定軸力に相当するものとしたとき、前記グリップ度は、セルフアライニングトルクを横力で除算することに相当する式で算出する請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記横力は、車両に作用する前記車両状態量としての横加速度とヨーレートの微分値との加算値としている請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記反力制御部は、前記グリップ度に応じたゲインを算出し、このゲインに応じて前記操舵反力を可変する請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の操舵制御装置。