JP2020032779A - 旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両を適切に旋回可能な旋回制御装置を提供する。【解決手段】車両制御システム１は、ステアバイワイヤシステム９０、および、ブレーキシステム９１０を含む。ステアバイワイヤシステム９０は、ステアリングホイール９１と転舵輪９０１とが機械的に切り離されていて、ステアリングホイール９１の操舵状態に応じて転舵輪９０１を転舵させるためのトルクを発生させる転舵装置５００と、ステアリングホイール９１側に反力を付与する反力装置４００と、を備える。ブレーキシステム９１０は、左右輪の制動を独立に制御可能である。反力制御部１１は、左右輪の制動力の差である制動力差ΔＢｌｒを演算する制動差演算部を備え、反力モータ回転角θｒの絶対値が第１閾値θｔｈ１より大きい場合、車両９００の旋回半径が小さくなるように、左右輪に制動力差ΔＢｌｒをもたせる高旋回制御を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、旋回制御装置に関する。

従来、車両の操舵を制御する車両制御装置が知られている。例えば特許文献１では、端当てが生じ、さらに運転者が旋回力を与えようとステアリング操作を行っているとき、駆動力および制動力の左右配分を調整することで、小さな旋回半径で車両を回転させる。

特開２００９−１５４５９８号公報

特許文献１のような電動パワーステアリング装置の場合、端当て状態になると、ステアリングホイールは、操舵トルクが急激に大きくなる。すなわち、ステアリングホイールが非常に重い状態での運転者による力の入れ具合に応じて制御を行うため、ステアリングホイールが回転していないのに旋回状態が切り替わり、運転者に違和感を与える虞がある。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両を適切に旋回可能な旋回制御装置を提供することにある。

本発明の旋回制御装置は、車両制御システム（１）において、車両（９００）の旋回を制御するものである。車両制御システムは、ステアバイワイヤシステム（９０、９９０、９９１）、および、ブレーキシステム（９１０）を含む。ステアバイワイヤシステムは、操舵部材（９１）と転舵輪（９０１）とが機械的に切り離されていて、操舵部材の操舵状態に応じて転舵輪を転舵させるためのトルクを発生させる転舵装置（５００）と、操舵部材側に反力を付与する反力装置（４００）と、を備える。ブレーキシステムは、左右輪の制動力を独立に制御可能である。

旋回制御装置は、左右輪の制動力の差である制動力差を演算する制動差演算部（２１）を備え、操舵角度または操舵角度に換算可能な値の絶対値である操舵角度相当値が判定閾値より大きい場合、車両の旋回半径が小さくなるように左右輪に制動力差を持たせる高旋回制御を行う。これにより、転舵装置だけによる旋回よりも旋回半径を小さくでき、車両を適切に旋回させることができる。

第１実施形態による車両制御システムを示す概略構成図である。 第１実施形態によるステアバイワイヤシステムを示す概略構成図である。 第１実施形態による反力装置を示す断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 第１実施形態による転舵制御部を示すブロック図である。 第１実施形態による反力制御部を示すブロック図である。 第１実施形態による反力および制動力差を示す図である。 第１実施形態による旋回制御処理を説明するフローチャートである。 第２実施形態による反力制御部を示すブロック図である。 第２実施形態による反力指令演算マップを示す図である。 第３実施形態によるステアバイワイヤシステムを示す概略構成図である。 第３実施形態による旋回制御処理を説明するフローチャートである。 第４実施形態によるステアバイワイヤシステムを示す概略構成図である。 第４実施形態によるチルト角を説明する模式図である。 第４実施形態によるチルテレ制御部を説明するブロック図である。 第４実施形態による旋回制御処理を説明するフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明による旋回制御装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第１実施形態を図１〜図８に示す。図１に、ステアバイワイヤシステム９０、および、ブレーキシステム９１０を含む車両制御システム１を示す。

ブレーキシステム９１０は、一対の前輪である転舵輪９０１および一対の後輪９０２のそれぞれに設けられるブレーキアクチュエータ９１１、および、ブレーキ制御部９１５を備える。ブレーキ制御部９１５は、ブレーキアクチュエータ９１１を制御することで、転舵輪９０１および後輪９０２を構成する４つの車輪の制動力を個別に変更可能である。ブレーキシステム９１０は、左右輪の制動力を異ならせることが可能であれば、どのようなものを用いてもよい。また、ブレーキ制御部９１５は、図示しない車輪速センサから転舵輪９０１および後輪９０２の車輪速を取得し、車輪速に基づいて車速Ｖを演算する。

図２に示すように、ステアバイワイヤシステム９０は、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、トルクセンサ９４、ピニオンギア９６、ラック軸９７、タイロッド９８、ナックルアーム９９、反力装置４００、および、転舵装置５００を備える。反力装置４００は、反力制御ユニット４１０および反力モータ４８０を有する。転舵装置５００は、転舵制御ユニット５１０および転舵モータ５８０を有する。

ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２の一端に設けられる。ステアリングシャフト９２には、入力されるトルクを検出するトルクセンサ９４が設けられる。ステアリングシャフト９２は、ラック軸９７と、機械的に分離可能に設けられる。図２では、ステアリングシャフト９２とラック軸９７とが完全に分離されているが、ステアリングシャフト９２とラック軸９７との間に断接を切り替え可能なクラッチを設けてもよい。

ステアリングシャフト９２には、反力モータ４８０が接続される。反力モータ４８０は、運転者の操舵に応じた反力をステアリングホイール９１に与えることで、運転者に適切な操舵フィーリングを与える。

転舵モータ５８０は、転舵輪９０１の転舵角を制御する。すなわち本実施形態では、転舵モータ５８０の回転により、ピニオンギア９６が回転する。ピニオン９６の回転運動は、ラックアンドピニオンにより、ラック軸９７の直線運動に変換される。ラック軸９７の両端には、タイロッド９８が設けられ、タイロッド９８がナックルアーム９９を引っ張ったり押したりすることで、転舵輪９０１の向きが変わる。これにより、一対の転舵輪９０１は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に転舵される。

反力装置４００は、モータ４８０の軸方向の一方側に反力制御ユニット４１０が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」である。転舵装置５００は、モータ５８０の軸方向の一方側に転舵制御ユニット５１０が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」である。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、反力装置４００および転舵装置５００を効率的に配置することができる。

反力装置４００および転舵装置５００の少なくとも一方は、モータと制御ユニットとが別途に設けられる「機電別体型」であってもよい。本実施形態では、反力装置４００と転舵装置５００の機械的な構成は同様であるので、以下、反力装置４００について説明する。もちろん、反力装置４００と転舵装置５００の機械的な構成は異なっていてもよい。

図３および図４に示すように、反力モータ４８０は、３相ブラシレスモータであり、ステータ８４０、ロータ８６０、および、これらを収容するハウジング８３０等を備える。

反力モータ４８０は、巻線組として、第１モータ巻線１８０および第２モータ巻線２８０を有する。２つのモータ巻線１８０、２８０は、電気的特性が同等であり、共通のステータ８４０に、互いに電気角を３０［ｄｅｇ］ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、モータ巻線１８０、２８０には、位相φが３０［ｄｅｇ］ずれた相電流が通電されるように制御される。通電位相差を最適化することで、出力トルクが向上する。また、６次のトルクリプルを低減することができる。さらにまた、位相差通電により、電流が平均化されるため、騒音、振動のキャンセルメリットを最大化することができる。また、発熱についても平均化されるため、各センサの検出値やトルク等、温度依存の系統間誤差を低減可能であるとともに、通電可能な電流量を平均化できる。

以下適宜、第１モータ巻線１８０の駆動制御に係る構成を第１系統、第２モータ巻線２８０の駆動制御に係る構成を第２系統とし、第１系統Ｌ１に係る構成を主に１００番台で付番し、第２系統Ｌ２に係る構成を主に２００番台で付番する。

ステータ８４０は、ハウジング８３０に固定されており、モータ巻線１８０、２８０が巻回される。ロータ８６０は、ステータ８４０の径方向内側に設けられ、ステータ８４０に対して相対回転可能に設けられる。

シャフト８７０は、ロータ８６０に嵌入され、ロータ８６０と一体に回転する。シャフト８７０は、軸受８３５、８３６により、ハウジング８３０に回転可能に支持される。シャフト８７０の反力制御ユニット４１０側の端部は、ハウジング８３０から反力制御ユニット４１０側に突出する。シャフト８７０の反力制御ユニット４１０側の端部には、検出対象としてのマグネット８７５が設けられる。

ハウジング８３０は、リアフレームエンド８３７を含む有底筒状のケース８３４、および、ケース８３４の開口側に設けられるフロントフレームエンド８３８を有する。ケース８３４とフロントフレームエンド８３８とは、ボルト等により互いに締結されている。リアフレームエンド８３７には、リード線挿通孔８３９が形成される。リード線挿通孔８３９には、モータ巻線１８０、２８０の各相と接続されるリード線１８５、２８５が挿通される。リード線１８５、２８５は、リード線挿通孔８３９から反力制御ユニット４１０側に取り出され、基板４７０に接続される。

反力制御ユニット４１０は、カバー４６０、カバー４６０に固定されているヒートシンク４６５、ヒートシンク４６５に固定されている基板４７０、および、基板４７０に実装される各種の電子部品等を備える。

カバー４６０は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、反力制御ユニット４１０の内部への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー４６０は、カバー本体４６１、および、コネクタ部４６２が一体に形成される。なお、コネクタ部４６２は、カバー本体４６１と別体であってもよい。コネクタ部４６２の端子４６３は、図示しない配線等を経由して基板４７０と接続される。コネクタ数および端子数は、信号数等に応じて適宜変更可能である。コネクタ部４６２は、反力装置４００の軸方向の端部に設けられ、モータ４８０と反対側に開口する。

基板４７０は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド８３７と対向して設けられる。基板４７０には、２系統分の電子部品が系統ごとに独立して実装されており、完全冗長構成をなしている。本実施形態では、１枚の基板４７０に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。

基板４７０の２つの主面のうち、モータ４８０側の面をモータ面４７１、モータ４８０と反対側の面をカバー面４７２とする。図４に示すように、モータ面４７１には、モータ巻線１８０、２８０の通電切り替えに係る駆動回路５７を構成するスイッチング素子１２１、２２１、回転角センサ８７６、カスタムＩＣ１５９、２５９等が実装される。回転角センサ８７６は、マグネット８７５の回転に伴う磁界の変化を検出可能なように、マグネット８７５と対向する箇所に実装される。

カバー面４７２には、コンデンサ１２８、２２８、インダクタ１２９、２２９、および、マイコン１７０、２７０等が実装される。コンデンサ１２８、２２８は、図示しないバッテリから入力された電力を平滑化する。また、コンデンサ１２８、２２８は、電荷を蓄えることで、モータ４８０への電力供給を補助する。コンデンサ１２８、２２８、および、インダクタ１２９、２２９は、フィルタ回路を構成し、バッテリを共用する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、反力装置４００からバッテリを共用する他の装置に伝わるノイズを低減する。なお、図示しない電源リレー、モータリレー、および、電流センサ等についても、モータ面４７１またはカバー面４７２に実装される。

図１に示すように、反力制御ユニット４１０は反力制御部１１を有し、転舵制御ユニット５１０は転舵制御部６０を有する。反力制御部１１、転舵制御部６０およびブレーキ制御部９１５は、通信線９５０にて接続され、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等により、互いに情報を授受可能に構成される。ＣＡＮ以外の通信方式を用いてもよく、また、通信線９５０を用いない無線通信であってもよい。

反力制御部１１、転舵制御部６０およびブレーキ制御部９１５は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。反力制御部１１、転舵制御部６０およびブレーキ制御部９１５における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。本実施形態では、反力制御部１１は、マイコン１７０、２７０により構成される。以下、転舵制御および反力制御は、各系統にて同様であるので、以下、１系統分の制御について説明する。

図５に示すように、転舵制御部６０は、減算器６１、角度制御部６２、減算器６３、および、電流制御部６４等を備える。減算器６１は、転舵モータ５８０の回転角である転舵モータ回転角θｔを、反力モータ回転角換算値θｒ＿ｃから減算し、角度偏差Δθを演算する。反力モータ回転角換算値θｒ＿ｃは、反力モータ回転角θｒが転舵モータ回転角θｔと揃うように換算した値である。角度制御部６２は、所望の転舵角とすべく、角度偏差Δθが０に収束するように、転舵トルク指令値Ｔｔ^*を演算する。

減算器６３は、転舵トルク指令値Ｔｔ^*から、転舵モータ５８０からフィードバックされる転舵トルクＴｔを減算し、転舵トルク偏差ΔＴｔを演算する。電流制御部６４は、転舵トルク偏差ΔＴｔが０に収束するように、例えばＰＩ演算等により、電圧指令値を演算し、電圧指令値に応じた駆動信号を生成する。生成された駆動信号に基づいて、駆動回路６５を構成するスイッチング素子のオンオフ作動を制御することで、転舵トルク指令値Ｔｔ^*に応じたトルクが転舵モータ５８０から出力される。

図６に示すように、反力制御部１１は、基本指令演算部１４、反力生成制御部３１、高旋回制御実施判定部４１、制動差演算部４２、高旋回時反力演算部４３、加算器５１、５２、減算器５３および電流制御部５５等を備える。

基本指令演算部１４は、転舵トルクＴｔに基づき、基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*を演算する。反力生成制御部３１は、反力モータ４８０の回転角である反力モータ回転角θｒ、反力モータ４８０の回転角速度である反力モータ角速度ωｒ、および、反力モータ４８０の電流である反力モータ電流Ｉｒに基づき、付与反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ^*を演算する。

高旋回制御実施判定部４１は、高旋回制御を行うか否かを判定する。本実施形態では、転舵輪９０１の制動力を左右で異ならせることで転舵装置５００での旋回よりも旋回半径が小さくなるようにする制御を「高旋回制御」とする。高旋回制御実施判定部４１は、高旋回モードがオンであって、反力モータ回転角θｒが第１閾値θｔｈ１以上、操舵トルク｜Ｔｓ｜が操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈ以上、かつ、車速Ｖが所定範囲内のときに、高旋回制御を行う。

制動差演算部４２は、反力モータ回転角θｒに応じ、左右輪に与える制動力の差である制動力差ΔＢｌｒを演算する。演算された制動力差ΔＢｌｒは、高旋回時反力演算部４３およびブレーキ制御部９１５に出力される。ブレーキ制御部９１５は、演算された制動力差ΔＢｌｒとなるように、ブレーキアクチュエータ９１１を制御する。

高旋回時反力演算部４３は、高旋回制御が行われているときに付与する高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*を演算する。高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*は、高旋回制御が行われていないとき、すなわち制動力差ΔＢｌｒが０のとき、０とする。

加算器５１は、基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*と付与反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ^*とを加算し、通常反力トルク指令値Ｔｒ＿ｎ^*を演算する。加算器５２は、通常反力トルク指令値Ｔｒ＿ｎ^*に、高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*を加算し、反力トルク指令値Ｔｒ^*を演算する。

減算器５３は、反力トルク指令値Ｔｒ^*から、モータ４８０からフィードバックされる反力トルクＴｒを減算し、反力トルク偏差ΔＴｒを演算する。電流制御部５５は、反力トルク偏差ΔＴｒが０に収束するように、例えばＰＩ演算等により、電圧指令値を演算し、電圧指令値に応じた駆動信号を生成する。生成された駆動信号に基づいて、駆動回路５７を構成するスイッチング素子１２１、２２１（図４参照）のオンオフ作動を制御することで、反力トルク指令値Ｔｒ^*に応じたトルクが反力モータ４８０から出力される。

なお、図６では、反力モータ４８０のトルクをフィードバックし、トルクフィードバック制御により反力モータ４８０を制御するものとして説明したが、図５中に二点鎖線の矢印および括弧書きで示すように、電流フィードバック制御により反力モータ４８０の駆動を制御してもよい。転舵制御部６０における制御、および、第２実施形態についても同様である。

反力モータ回転角θｒに応じた反力および制動力差を図７に示す。図７では、横軸を反力モータ回転角θｒの絶対値、上段に反力トルク、下段に制動力差ΔＢｌｒを示す。第１閾値θｔｈ１は転舵装置５００にて旋回可能な最大角度であり、例えば電動パワーステアリング装置における「端当て」となる角度である。

第２閾値θｔｈ２は、左右輪の制動力差にて旋回可能な最大角度である。第１閾値θｔｈ１と第２閾値θｔｈ２との間の領域は、転舵と制動力差との両方を作動させるもよい。第１閾値θｔｈ１を転舵装置５００の限界とせず、転舵装置５００の限界よりも小さい値に設定し、転舵装置５００の限界に到達する前から制動力差による旋回を併用してもよい。

反力モータ回転角θｒが第１閾値θｔｈ１より小さい場合、操舵角度θｓに応じた旋回を転舵装置５００にて実現可能であるので、制動力差ΔＢｌｒを０とする。反力モータ回転角θｒが第１閾値θｔｈ１以上の場合、制動力差ΔＢｌｒを所定値αとする。なお、反力モータ回転角θｒが第１閾値θｔｈ１と第２閾値θｔｈ２との間にて所定値αとなるように、高旋回要求角度θｈに応じて制動力差ΔＢｌｒを増加させてもよい。本実施形態では、反力モータ回転角θｒの絶対値から第１閾値θｔｈ１を減算した値を、高旋回要求角度θｈ（式（１）参照）とする。

θｈ＝｜θｒ｜−θｔｈ１ ・・・（１）

また、制動力差ΔＢｌｒによる高旋回制御が行われているとき、高旋回制御が行われていないときよりもステアリングホイール９１が重くなるように、高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*に応じたトルクが上乗せされる。高旋回制御の開始前後で反力トルクをステップ的に変化させることで、高旋回制御が行われていることを、運転者に体感的に提示可能である。本実施形態では、高旋回要求角度θｈが大きくなるほど、ステアリングホイール９１が重くなるように、反力トルクＴｒを大きくする。本実施形態では、高旋回要求角度θｈが大きくなるほど高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*が大きくなるようにすることで、反力トルクＴｒを増加させる。

第２閾値θｔｈ２は、制動力差ΔＢｌｒでの旋回の限界である。そこで、反力モータ回転角θｒが第２閾値θｔｈ２以上の場合、高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*を、運転者によりステアリングホイール９１を操舵不能な程度に大きな値とする。これにより、これ以上の操舵が不能であることが運転者に提示される。

本実施形態の旋回制御処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、反力制御部１１にて所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。ここでは、全ての処理を反力制御部１１にて行うものとして説明しているが、少なくとも一部の処理を転舵制御部６０、ブレーキ制御部９１５または他の制御部にて行うようにしてもよい。また、反力制御部１１に替えて、第２実施形態の反力制御部１２としてもよい。第３実施形態および第４実施形態も同様である。

Ｓ１０１では、高旋回制御実施判定部４１は、高旋回モードが有効か否かを判断する。ここではユーザにより操作される高旋回モードを許容するか否かに係るスイッチ操作状況に応じて判断する。高旋回モードが有効でないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、以下の処理を行わない。高旋回モードが有効であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、高旋回制御実施判定部４１は、反力モータ角度θｒが第１閾値θｔｈ１より大きいか否かを判断する。反力モータ角度θｒが第１閾値θｔｈ１以下であると判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、以下の処理を行わず、転舵装置５００にて車両９００を旋回させる。反力モータ角度θｒが第１閾値θｔｈ１より大きいと判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行する。

Ｓ１０３では、高旋回制御実施判定部４１は、トルクセンサ９４により検出される操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈ（例えば５［Ｎｍ］）より大きいか否かを判断する。操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈは、ユーザが高旋回を所望していることが判定可能な程度の値に設定される。操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、以下の処理を行わない。操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈより大きいと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、高旋回制御実施判定部４１は、車速Ｖが所定範囲内か否かを判断する。所定範囲は、制動力差による高旋回モードを実施可能な範囲であって、例えば４［ｋｍ／ｈ］より大きく、３０［ｋｍ／ｈ］未満の範囲とする。車速Ｖが所定範囲内ではないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、以下の処理を行わない。車速Ｖが所定範囲内であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０５では、反力制御部１１は、左右輪の制動力差を用いて車両９００を旋回させている高旋回モードであることをユーザに通知する。通知方法は、例えばインスツルメントパネルへの表示や音声での通知等、どのようであってもよい。

Ｓ１０６では、高旋回モードであるので、反力制御部１１は、ステアリングホイール９１の操舵が重くなるように、反力制御を切り替える。具体的には、通常反力トルク指令値Ｔｒ＿ｎ^*に高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*を加算する。

Ｓ１０７では、制動差演算部４２は、演算された制動力差ΔＢｌｒをブレーキ制御部９１５に出力する。ブレーキ制御部９１５では、制動力差ΔＢｌｒとなるように、ブレーキアクチュエータ９１１を制御する。

本実施形態では、操舵角度θｓが転舵装置５００で旋回可能な角度以上の場合、左右輪の制動力に差を持たせることで、転舵装置５００による旋回よりも旋回半径を小さくする。これにより、狭いスペースでの駐車や狭い路地でのＵターン等がしやすくなる。また、操舵角度θｓが転舵装置５００で旋回可能な角度より小さい場合、左右輪の制動力による旋回を行わないようにすることで、運転者の違和感を軽減可能である。

ここで、転舵と制動の協調動作について説明する。制動は、転舵と比較し、車両運動に対する応答性が早い。また、運転者は、自身のステアリング操作だけでなく、ヨーを感じながら運転している。そのため、緊急回避やレーンチェンジなど、車両９００の向きや走行するコースを変えるために、運転者の過渡的なステアリング操作に対して過渡的に制動を動作させることで、運転者に違和感なく転舵と制動とを協調させることができる。さらに、転舵によるヨーの発生を制動により速くすることや、転舵の限界を制動で補完することで、運転者のステアリング操作と車両運動とをより近づけることができる。

例えば特許文献１のような電動パワーステアリング装置では、運転者のステアリング操作を倍力してラックストロークを動かして転舵輪を転舵させる構成である。また、駐車やＵターン時など、特定の位置まで低速、かつ、大舵角で車両９００を動かすような場合、運転者はヨーを意識することが少ない。そのため、この状態にて制動を動作させると、運転者のステアリング操作と車両９００の動きとが不一致となるため、制動と転舵とを協調動作させると、運転者に違和感を与える虞がある。また、特許文献１では、ステアリングホイールが限界位置まで操舵されている状態であって、ステアリングホイールが動かない状態にて運転者がステアリングホイールに加えた力で制御を行うため、適切な制御を行えない虞がある。

一方、本実施形態の旋回制御処理は、ステアバイワイヤシステム９０に適用される。ステアバイワイヤシステム９０では、ステアリングホイール９１と転舵輪である転舵輪９０１とを機械的に分離可能であり、転舵および制動の両方を運転者のステアリング操作に応じて制御する構成としている。すなわち、操舵角度θｓに応じ、転舵および制動差を制御するとともに、反力装置４００により運転者に提示する反力を制御することで、運転者に車両９００の動作状態を提示しつつ、運転者のステアリング操作と車両９００の挙動を一致させることができる。これにより、運転者の違和感なく転舵と制動とを協調動作させることができる。

以上説明したように、本実施形態の反力制御部１１は、車両制御システム１において、車両９００の旋回を制御するものである。車両制御システム１は、ステアバイワイヤシステム９０、および、ブレーキシステム９１０を含む。ステアバイワイヤシステム９０は、ステアリングホイール９１と転舵輪９０１とを機械的に切り離し可能であって、ステアリングホイール９１の操舵状態に応じて転舵輪９０１を転舵させるためのトルクを発生させる転舵装置５００と、ステアリングホイール９１側に反力を付与する反力装置４００と、を備える。ブレーキシステム９１０は、左右輪の制動を独立に制御可能である。

反力制御部１１は、左右輪の制動力の差である制動力差ΔＢｌｒを演算する制動差演算部２１を備え、反力モータ回転角θｒの絶対値が第１閾値θｔｈ１より大きい場合、車両９００の旋回半径が小さくなるように、左右輪に制動力差ΔＢｌｒをもたせる高旋回制御を行う。本実施形態では、第１閾値θｔｈ１は、転舵装置５００による転舵の限界に応じて設定される。これにより、転舵装置５００だけによる旋回よりも旋回半径を小さくでき、車両を適切に旋回可能であるので、狭いスペースでの駐車や狭い路地でのＵターンがしやすくなる。

また、ステアバイワイヤシステム９０では、転舵輪９０１とステアリングホイール９１とが機械的に切り離されているので、転舵輪９０１の転舵角度が最大となっても、ステアリングホイール９１をさらに回転させることができる。そのため、操舵角度θｓに基づき、操舵角度θｓが大きい場合に制動差による高旋回制御を行うことで、運転者の違和感を低減可能である。

高旋回制御を行っている場合、高旋回制御を行っていない場合よりも、ステアリングホイール９１に付与する反力を大きくする。詳細には、反力制御部１１は、高旋回時反力演算部４３を有し、高旋回制御が行われている場合、高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*を演算し、通常反力トルク指令値Ｔｒ＿ｎ^*に高旋回時反力トルク指令値Ｔｒ＿ｄ^*を加算した値を反力トルク指令値Ｔｒ^*とする。これにより、高旋回制御時、高旋回制御を行っていない場合よりステアリングホイール９１が重くなるので、高旋回制御が行われていることを適切に運転者に提示することができる。

第１閾値θｔｈ１より大きい第２閾値θｔｈ２を設定する。本実施形態では、第２閾値θｔｈ２は、制動力差ΔＢｌｒによる転舵の限界に応じて設定される。反力モータ回転角θｒが第２閾値θｔｈ２より大きい場合、反力モータ回転角θｒが第２閾値θｔｈ２以下の場合よりも、ステアリングホイール９１側に付与する反力をさらに大きくする。例えば、反力モータ回転角θｒが第２閾値θｔｈ２より大きい場合に付与される反力をステアリングホイール９１を操舵不能な程度に大きくすることで、旋回半径をこれ以上小さくできないことを運転者に適切に提示することができる。

運転者により入力される操舵トルクＴｓの絶対値が操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈより大きい場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、高旋回制御を許容する。換言すると、操舵トルクＴｓの絶対値が操舵トルク判定閾値Ｔｓ＿ｔｈ以下の場合、高旋回制御を行わない。本実施形態では、トルクセンサ９４の検出値に基づいて判定する。

また、車速Ｖが所定範囲内の場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、高旋回制御を許容する。換言すると、車速Ｖが所定範囲外の場合、高旋回制御を行わない。これにより、高旋回制御を適切に実施することができる。

本実施形態では、反力制御部１１が「旋回制御装置」、ステアリングホイール９１が「操舵部材」に対応する。また、反力モータ回転角θｒが「操舵角度相当値」、第１閾値θｔｈ１が「判定閾値」および「第１判定閾値」、第２閾値θｔｈ２が「第２判定閾値」に対応する。

（第２実施形態）
第２実施形態を図９および図１０に示す。本実施形態の反力制御部１２は、基本反力演算部１５、反力生成制御部３２、高旋回制御実施判定部４１、制動差演算部４２、高旋回時反力演算部４３、加算器５１、５２、減算器５３および電流制御部５５等を備える。

基本反力演算部１５は、高旋回制御が行われているか否かに応じ、基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*の演算を異ならせる。本実施形態では、高旋回制御が行われているか否かに応じ、基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*の演算に用いるマップを切り替える。

図１０のマップは、横軸を入力、縦軸を出力とし、高旋回制御が行われていない場合を実線、高旋回制御が行われている場合を破線とする。ここで、出力は、反力トルク指令に係る値であるので、負の絶対値が大きくなるほど、ステアリングホイール９１が重くなるような反力トルクが付与される。

基本反力演算部１５は、入力を転舵トルクＴｔ、出力を基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*とし、入力される制動力差ΔＢｌｒに応じてマップを切り替える。具体的には、制動力差ΔＢｌｒが０、すなわち高旋回制御が行われていない場合、実線のマップを用い、制動力差ΔＢｌｒが０より大きい、すなわち高旋回制御が行われている場合、破線のマップを用いて基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*を演算する。

反力生成制御部３２は、角度基準反力トルク演算部３２１、角速度基準反力トルク演算部３２２、および、加算器３２３を有する。角度基準反力トルク演算部３２１、および、角速度基準反力トルク演算部３２２は、基本反力演算部１５と同様、入力される制動力差ΔＢｌｒに応じてマップを切り替える。

具体的には、図１０に示すように、角度基準反力トルク演算部３２１は、入力を反力モータ回転角θｒとし、制動力差ΔＢｌｒが０、すなわち高旋回制御が行われていない場合、実線のマップを用い、制動力差ΔＢｌｒが０より大きい、すなわち高旋回制御が行われている場合、破線のマップを用いて、角度基準反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ１^*を演算する。

また、角速度基準反力トルク演算部３２２は、入力を反力モータ角速度ωｒとし、制動力差ΔＢｌｒが０、すなわち高旋回制御が行われていない場合、実線のマップを用い、制動力差ΔＢｌｒが０より大きい、すなわち高旋回制御が行われている場合、破線のマップを用いて、角速度基準反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ２^*を演算する。加算器３２３は、角度基準反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ１^*と、角速度基準反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ２^*とを加算し、付与反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ^*を演算する。これにより、高旋回制御が行われているとき、高旋回制御が行われていないときよりも、操舵を重くすることができる。

ここでは、基本反力演算部１５、角度基準反力トルク演算部３２１および角速度基準反力トルク演算部３２２が同じマップを使うものとして説明したが、マップは演算部ごとに異なっていてもよい。また、マップ演算に替えて、制動力差ΔＢｌｒに応じてゲインを切り替えるようにしてもよい。また、マップやゲインの切り替えは、制動力差ΔＢｌｒに替えて、反力モータ回転角θｒに応じて行ってもよい。また、操舵部材９１と転舵輪９０１が機械的に切り離されている構成においては、機械的に連結されている場合と違い、基本反力は同程度にしたまま付与反力トルクを大きくすることができるなど、基本反力と付与反力トルクを独立に設定できるため、機械的に連結されるシステムよりも転舵と制動の協調動作を運転者に提示しやすい。

本実施形態では、反力装置４００は、反力モータ４８０を有する。反力制御部１２は、反力モータ４８０の回転角である反力モータ回転角θｒ、および、反力モータ４８０の回転速度である反力モータ角速度ωｒの少なくとも一方に基づいて付与反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ^*を演算する反力生成制御部３２を備える。反力生成制御部３２は、高旋回制御を行っているとき、高旋回制御を行っていない場合よりも、付与反力トルク指令値Ｔｒ＿ｃ^*が大きくなるように、演算を異ならせる。

また、転舵装置５００は、転舵モータ５８０を有する。反力制御部１１は、転舵モータ５８０のトルクである転舵トルクＴｔに基づいて、基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*を演算する基本反力演算部１５を備える。基本反力演算部１５は、高旋回制御を行っているとき、高旋回制御を行っていない場合よりも基本反力トルク指令値Ｔｒ＿ｂ^*が大きくなるように、演算を異ならせる。これにより、反力をより適切に制御することができる。ここで、高旋回制御を行っているか否かに応じ、マップやゲインを切り替えることが「演算を異ならせる」ことに対応する。

（第３実施形態）
第３実施形態を図１１および図１２に示す。本実施形態のステアバイワイヤシステム９９０は、第１実施形態のステアバイワイヤシステム９０の各構成に加え、力センサ９５を備える。力センサ９５は、運転者の操作によりステアリングシャフト９２の左右方向に加えられた力Ｆを検出する。本実施形態では、力センサ９５により検出される力は、回転方向以外の上下方向や、ステアリングホイール９１を押すまたは引く方向に加わる力であってもよい。

旋回制御処理を図１２に示す。本実施形態の旋回制御処理は、図８中のＳ１０３に替えて、Ｓ１１３である点が異なる。Ｓ１１３では、反力制御部１１は、力センサ９５により検出される力の絶対値｜Ｆ｜が力判定閾値Ｆｔｈ（例えば５［Ｎ］）より大きいか否かを判断する。力判定閾値Ｆｔｈは、ユーザが高旋回を所望していることが判定可能な程度の値に設定される。力の絶対値｜Ｆ｜が力判定閾値Ｆｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、以下の処理を行わない。力の絶対値｜Ｆ｜が力判定閾値Ｆｔｈより大きいと判断された場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行し、Ｓ１０４にて肯定判断されれば、高旋回制御が実施される。

本実施形態では、ステアバイワイヤシステム９９０は、ステアリングホイール９１の操舵方向とは異なる方向に加わる力を検出する力センサ９５をさらに備える。力センサ９５の検出値の絶対値｜Ｆ｜が力判定閾値Ｆｔｈより大きい場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、高旋回制御の実施を許容する。通常の回転方向とは異なる方向の力が検出されたときに、制動力差による高旋回を実施することで、制御の切り替えがユーザにわかりやすくなる。

（第４実施形態）
第４実施形態を図１３および図１４に示す。本実施形態のステアバイワイヤシステム９９１は、第１実施形態のステアバイワイヤシステム９０の各構成に加え、チルトアンドテレスコピック機構９６０を備える。チルトアンドテレスコピック機構９６０は、チルトアクチュエータ９６１、テレスコピックモータ９６２、および、チルテレ制御部９６５等を有する。チルトアクチュエータ９６１はチルト角θｔｉの調整に用いられ、テレスコピックモータ９６２は、テレスコピック機構の調整に用いられる。本実施形態では、チルトアクチュエータ９６１およびテレスコピックモータ９６２は、ブラシ付きモータである。

図１４に示すように、チルト角θｔｉは、チルト角調整スイッチで決められた初期角度θｉｎｉｔからの変化量であり、例えば図示しないチルト角センサにより検出される。図１５に示すように、チルテレ制御部９６５は、減算器９６６および電流制御部９６７等を有する。減算器９６６は、式（２）にてチルト角θｔｉに基づいて換算されたチルトトルク指令値Ｔｔｉ^*から、チルトアクチュエータ９６１からフィードバックされるトルクを減算し、トルク偏差を演算する。電流制御部９６７は、トルク偏差が０に収束するように、電流制御を行い、駆動信号を生成する。生成された駆動信号に基づいて、駆動回路９６８を構成するスイッチング素子のオンオフ作動を制御することで、チルトアクチュエータ９６１の駆動を制御する。

Ｔｔｉ^*＝｜Ｋ×θｔｉ｜ ・・・（２）

高旋回モードがオフのとき、ゲインＫを十分に大きな値とし、チルトアクチュエータ９６１は、運転者によるステアリングホイール９１の操作によりチルト角θｔｉが変わらないようなトルクを出力する。高旋回モードがオンのとき、高旋回モードがオフのときよりもゲインＫを小さい値とし、チルトアクチュエータ９６１は、運転者によりチルト角θｔｉを変更可能であって、チルト角θｔｉが大きくなるほど重くなるようなトルクを出力する。

旋回制御処理を図１６に示す。本実施形態の旋回制御処理は、図８中のＳ１０３に替えて、Ｓ１２３である点が異なる。Ｓ１２３では、反力制御部１１は、チルト角の絶対値｜θｔｉ｜がチルト角判定閾値θｔｉ＿ｔｈ（例えば１５［ｄｅｇ］）より大きいか否かを判断する。チルト角判定閾値θｔｉ＿ｔｈは、ユーザが高旋回を所望していることが判定可能な程度の値に設定される。チルト角の絶対値｜θｔｉ｜がチルト角判定閾値θｔｉ＿ｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ１２３：ＮＯ）、以下の処理を行わない。チルト角の絶対値｜θｔｉ｜がチルト角判定閾値θｔｉ＿ｔｈより大きいと判断された場合（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行し、Ｓ１０４にて肯定判断されれば、高旋回制御が実施される。

ステアバイワイヤシステム９９１は、ステアリングホイール９１の位置を変更可能なチルトアクチュエータ９６１を有するチルトアンドテレスコピック機構９６０をさらに備える。本実施形態では、チルトアクチュエータ９６１が「アクチュエータ」に対応する。また、チルトアンドテレスコピック機構９６０の駆動状態に応じて高旋回制御を許容するか否かを判定する（Ｓ１２３）。本実施形態では、チルト角θｔｉが「チルトアンドテレスコピック機構の駆動状態」に対応する。このように構成しても、上記実施形態、特に第３実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、操舵角度相当値が反力モータ回転角であり、反力モータ回転角が第１閾値より大きい場合、制動力差を用いた高旋回制御を行う。他の実施形態では、操舵角度相当値は、反力モータ回転角に限らず、操舵角度に換算可能な値であれば、例えば転舵角等、どのような値であってもよい。また、操舵角度そのものであってもよい。

他の実施形態では、例えば、制動力差をブレーキ制御部にて演算する、といった具合に、高旋回制御に係る各種演算処理は、反力制御部、転舵制御部およびブレーキ制御部のいずれにて行われてもよい。すなわち、上記実施形態では、反力制御部を「旋回制御装置」としたが、他の実施形態では、反力制御部、転舵制御部、ブレーキ制御部、および、これ以外の制御装置のうちの１つ、または、複数により、旋回制御装置が構成されていてもよい。

上記実施形態では、転舵輪である前輪にて、左右輪に制動力差を持たせることで、高旋回制御を行う。他の実施形態では、前輪および後輪、または後輪の左右輪に制動力差を持たせることで、高旋回制御を行うようにしてもよい。

第２実施形態では、基本反力トルク指令値、角度基準反力トルク指令値および角速度基準反力トルク指令値の演算において、高旋回制御を行っているときと、行っていないときとで、異なるマップを用いることで、演算を異ならせている。他の実施形態では、基本反力トルク指令値、角度基準反力トルク指令値および角速度基準反力トルク指令値の少なくとも一部は、高旋回制御を行っている場合と行っていない場合とで、同じ演算としてもよい。

第４実施形態では、チルト角に基づいて高旋回制御を行うか否かを判定してもよい。他の実施形態では、チルト角に替えて、チルトアクチュエータの回転角度、テレスコピックモータの回転角度、または、テレスコピック機構のストロークを「チルトアンドテレスコピック機構の駆動状態」とし、これらの少なくとも一部に基づいて高旋回制御を行うか否かを判定してもよい。

第３実施形態では、操舵トルクに替えて力センサの値を用い、第４実施形態では、操舵トルクに替えてチルト角を用いて高旋回制御を行うか否かを判定する。他の実施形態では、操舵トルク、力センサの値、チルトアンドテレスコピック機構の駆動状態を組み合わせて高旋回制御を行うか否かを判定してもよい。また、図８中のＳ１０１〜Ｓ１０４の処理は、順番の入れ替えてもよいし、一部の処理を省略してもよい。図１２および図１６も同様である。

上記実施形態では、Ｓ１０１では、高旋回制御実施判定部４１は、高旋回モードが有効か否かを判断する。ここではユーザにより操作される高旋回モードを許容するか否かに係るスイッチ操作状況に応じて判断するとしたが、シフトレバーがリアに入っている際は高旋回モードを有効と判断することとしても良い。

上記実施形態では、車速が所定範囲の時のみ高旋回制御を行うとしたが、高旋回制御中は車速を制限し、一度車速が０になったら高旋回制御に入って車速を制限し、再び車速が０になったら高速旋回制御から抜け出し車速の制限をやめるとしても良い。

上記実施形態では、反力モータおよび転舵モータが３相ブラシレスモータであり、チルトアクチュエータおよびテレスコピックモータがブラシ付きモータである。他の実施形態では、反力モータ、転舵モータ、チルトアクチュエータおよびテレスコピックモータには、どのようなモータを用いてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・車両制御システム
１１・・・反力制御部（旋回制御装置）
２１・・・制動差制御部
９０、９９０、９９１・・・ステアバイワイヤシステム
９１・・・ステアリングホイール（操舵部材）
４００・・・反力装置 ４８０・・・反力モータ
５００・・・転舵装置 ５８０・・・転舵モータ
９００・・・車両

Claims (11)

1. 操舵部材（９１）と転舵輪（９０１）とが機械的に切り離されていて、前記操舵部材の操舵状態に応じて前記転舵輪を転舵させるためのトルクを発生させる転舵装置（５００）と、前記操舵部材側に反力を付与する反力装置（４００）と、を備えるステアバイワイヤシステム（９０、９９０、９９１）、および、左右輪の制動力を独立に制御可能であるブレーキシステム（９１０）を含む車両制御システム（１）において、車両（９００）の旋回を制御するものであって、
   前記左右輪の制動力の差である制動力差を演算する制動差演算部（２１）を備え、
   操舵角度または前記操舵角度に換算可能な値の絶対値である操舵角度相当値が判定閾値より大きい場合、前記車両の旋回半径が小さくなるように前記左右輪に前記制動力差をもたせる高旋回制御を行う旋回制御装置。
2. 前記高旋回制御を行っている場合、高旋回制御を行っていない場合よりも前記操舵部材側に付与する反力を大きくする請求項１に記載の旋回制御装置。
3. 前記判定閾値を第１判定閾値とし、前記第１判定閾値より大きい第２判定閾値を設定し、
   前記操舵角度相当値が前記第２判定閾値より大きい場合、前記操舵角度相当値が前記第２判定閾値以下の場合よりも、前記操舵部材側に付与する反力をさらに大きくする請求項２に記載の旋回制御装置。
4. 前記第２判定閾値は、前記制動力差による転舵の限界に応じて設定される請求項３に記載の旋回制御装置。
5. 前記判定閾値は、前記転舵装置による転舵の限界に応じて設定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の旋回制御装置。
6. 前記反力装置は、反力モータ（４８０）を有し、
   前記反力モータの回転角、および、前記反力モータの回転速度の少なくとも一方に基づいて付与反力トルク指令値を演算する反力生成制御部（３１、３２）を備え、
   前記反力生成制御部（３２）は、前記高旋回制御を行っているとき、前記高旋回制御を行っていない場合よりも前記付与反力トルク指令値が大きくなるように演算を異ならせる請求項１〜５のいずれか一項に記載の旋回制御装置。
7. 前記転舵装置は、転舵モータ（５８０）を有し、
   前記転舵モータのトルクである転舵トルクに基づいて、基本反力トルク指令値を演算する基本反力演算部（１４、１５）を備え、
   前記基本反力演算部（１５）は、前記高旋回制御を行っているとき、前記高旋回制御を行っていない場合よりも前記基本反力トルク指令値が大きくなるように演算を異ならせる請求項１〜６のいずれか一項に記載の旋回制御装置。
8. 運転者により入力される操舵トルクの絶対値が操舵トルク判定閾値より大きい場合、前記高旋回制御の実施を許容する請求項１〜７のいずれか一項に記載の旋回制御装置。
9. 車速が所定範囲内の場合、前記高旋回制御の実施を許容する請求項１〜８のいずれか一項に記載の旋回制御装置。
10. 前記ステアバイワイヤシステムは、前記操舵部材の操舵方向とは異なる方向に加わる力を検出する力センサ（９５）をさらに備え、
    前記力センサの検出値の絶対値が力判定閾値より大きい場合、前記高旋回制御の実施を許容する請求項１〜９のいずれか一項に記載の旋回制御装置。
11. 前記ステアバイワイヤシステムは、前記操舵部材の位置を変更可能なアクチュエータ（９６１、９６２）を有するチルトアンドテレスコピック機構（９６０）をさらに備え、
    前記チルトアンドテレスコピック機構の駆動状態に応じて前記高旋回制御を許容するか否かを判定する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の旋回制御装置。

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