<第1の実施の形態>
以下、操舵制御装置をステアバイワイヤ方式の操舵装置に適用した第1の実施の形態を説明する。
図1に示すように、車両の操舵装置10は、ステアリングホイール11に連結されたステアリングシャフト12を有している。ステアリングシャフト12は操舵機構を構成する。また、操舵装置10は、車幅方向(図1中の左右方向)に沿って延びる転舵シャフト14を有している。転舵シャフト14の両端には、それぞれタイロッド15,15を介して左右の転舵輪16,16が連結されている。転舵シャフト14が直線運動することにより、転舵輪16,16の転舵角θwが変更される。
<操舵反力を発生させるための構成:反力ユニット>
また、操舵装置10は、操舵反力を生成するための構成として、反力モータ31、減速機構32、回転角センサ33、およびトルクセンサ34を有している。ちなみに、操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール11の操作方向と反対方向へ向けて作用する力(トルク)をいう。操舵反力をステアリングホイール11に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。
反力モータ31は、操舵反力の発生源である。反力モータ31としてはたとえば三相(U,V,W)のブラシレスモータが採用される。反力モータ31(正確には、その回転軸)は、減速機構32を介して、ステアリングシャフト12に連結されている。反力モータ31のトルクは、操舵反力としてステアリングシャフト12に付与される。
回転角センサ33は反力モータ31に設けられている。回転角センサ33は、反力モータ31の回転角θaを検出する。反力モータ31の回転角θaは、舵角(操舵角)θsの演算に使用される。反力モータ31とステアリングシャフト12とは減速機構32を介して連動する。このため、反力モータ31の回転角θaとステアリングシャフト12の回転角、ひいてはステアリングホイール11の回転角である舵角θsとの間には相関がある。したがって、反力モータ31の回転角θaに基づき舵角θsを求めることができる。
トルクセンサ34は、ステアリングホイール11の回転操作を通じてステアリングシャフト12に加わる操舵トルクThを検出する。トルクセンサ34は、ステアリングシャフト12における減速機構32よりもステアリングホイール11側の部分に設けられている。
<転舵力を発生させるための構成:転舵ユニット>
また、操舵装置10は、転舵輪16,16を転舵させるための動力である転舵力を生成するための構成として、転舵モータ41、減速機構42、および回転角センサ43を有している。
転舵モータ41は転舵力の発生源である。転舵モータ41としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。転舵モータ41(正確には、その回転軸)は、減速機構42を介してピニオンシャフト44に連結されている。ピニオンシャフト44のピニオン歯44aは、転舵シャフト14のラック歯14bに噛み合わされている。転舵モータ41のトルクは、転舵力としてピニオンシャフト44を介して転舵シャフト14に付与される。転舵モータ41の回転に応じて、転舵シャフト14は車幅方向(図中の左右方向)に沿って移動する。
回転角センサ43は転舵モータ41に設けられている。回転角センサ43は転舵モータ41の回転角θbを検出する。
ちなみに、操舵装置10は、ピニオンシャフト13を有している。ピニオンシャフト13は、転舵シャフト14に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト13のピニオン歯13aは、転舵シャフト14のラック歯14aに噛み合わされている。ピニオンシャフト13を設ける理由は、ピニオンシャフト44と共に転舵シャフト14をハウジング(図示略)の内部に支持するためである。すなわち、操舵装置10に設けられる支持機構(図示略)によって、転舵シャフト14は、その軸方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオンシャフト13,44へ向けて押圧される。これにより、転舵シャフト14はハウジングの内部に支持される。ただし、ピニオンシャフト13を使用せずに転舵シャフト14をハウジングに支持する他の支持機構を設けてもよい。
<制御装置>
また、操舵装置10は、制御装置50を有している。制御装置50は、各種のセンサの検出結果に基づき反力モータ31、および転舵モータ41を制御する。センサとしては、前述した回転角センサ33、トルクセンサ34および回転角センサ43に加えて、車速センサ501がある。車速センサ501は、車両に設けられて車両の走行速度である車速Vを検出する。
制御装置50は、反力モータ31の駆動制御を通じて操舵トルクThに応じた操舵反力を発生させる反力制御を実行する。制御装置50は操舵トルクThおよび車速Vに基づき目標操舵反力を演算し、この演算される目標操舵反力、操舵トルクThおよび車速Vに基づきステアリングホイール11の目標操舵角を演算する。制御装置50は、実際の舵角θsを目標操舵角に追従させるべく実行される舵角θsのフィードバック制御を通じて舵角補正量を演算し、この演算される舵角補正量を目標操舵反力に加算することにより操舵反力指令値を演算する。制御装置50は、操舵反力指令値に応じた操舵反力を発生させるために必要とされる電流を反力モータ31へ供給する。
制御装置50は、転舵モータ41の駆動制御を通じて転舵輪16,16を操舵状態に応じて転舵させる転舵制御を実行する。制御装置50は、回転角センサ43を通じて検出される転舵モータ41の回転角θbに基づきピニオンシャフト44の実際の回転角であるピニオン角θpを演算する。このピニオン角θpは、転舵輪16,16の転舵角θwを反映する値である。制御装置50は、前述した目標操舵角を使用して目標ピニオン角を演算する。そして制御装置50は、目標ピニオン角と実際のピニオン角θpとの偏差を求め、当該偏差を無くすように転舵モータ41に対する給電を制御する。
ここで、車両には、安全でより良い運転を実現するために運転者の運転操作を支援する運転支援システム、あるいはシステムが運転を代替する自動運転機能を実現する自動運転システムが搭載されることがある。この場合、車両においては、制御装置50と他の車載システムの制御装置との協調制御が行われる。協調制御とは、複数種の車載システムの制御装置が互いに連携して車両の動きを制御する技術をいう。車両には、たとえば各種の車載システムの制御装置を統括制御する上位制御装置500が搭載される。上位制御装置500は、その時々の車両の状態に基づき最適な制御方法を求め、その求められる制御方法に応じて各種の車載制御装置に対して個別の制御を指令する。
上位制御装置500は、制御装置50による操舵制御に介入する。上位制御装置500は、運転席などに設けられる図示しないスイッチの操作を通じて、自己の運転支援制御機能あるいは自動運転制御機能をオン(有効)とオフ(無効)との間で切り替える。
上位制御装置500は、たとえば車両に目標車線上を走行させるための指令値S*として付加角度指令値を演算する。付加角度指令値は、その時々の車両の走行状態に応じて、車両を車線に沿って走行させるために必要とされる操舵角の目標値(現在の操舵角に付加すべき角度)である。制御装置50は、上位制御装置500により演算される指令値S*を使用して反力モータ31および転舵モータ41を制御する。
また、上位制御装置500は、制御装置50に対する配分指令Srとしてフラグを生成する。フラグは、運転支援制御機能あるいは自動運転制御機能がオンであるかオフであるかを示す情報である。上位制御装置500は、運転支援制御機能あるいは自動運転制御機能がオンであるときにはフラグの値を「1」に、運転支援制御機能あるいは自動運転制御機能がオフであるときにはフラグの値を「0」にセットする。なお、配分指令Srは、車両の操舵状態を指示する外部指令に相当する。
<制御装置の詳細構成>
つぎに、制御装置50について詳細に説明する。
図2に示すように、制御装置50は、反力制御を実行する反力制御部50a、および転舵制御を実行する転舵制御部50bを有している。
<反力制御部>
反力制御部50aは、舵角演算部51、操舵反力指令値演算部52、および通電制御部53を有している。
舵角演算部51は、回転角センサ33を通じて検出される反力モータ31の回転角θaに基づきステアリングホイール11の舵角θsを演算する。
操舵反力指令値演算部52は、操舵トルクTh、車速Vおよび舵角θsに基づき操舵反力指令値T*を演算する。操舵反力指令値演算部52は、操舵トルクThの絶対値が大きいほど、また車速Vが遅いほど、より大きな絶対値の操舵反力指令値T*を演算する。ちなみに、操舵反力指令値演算部52は、操舵反力指令値T*を演算する過程でステアリングホイール11の目標舵角θ*を演算する。操舵反力指令値演算部52については、後に詳述する。
通電制御部53は、操舵反力指令値T*に応じた電力を反力モータ31へ供給する。具体的には、通電制御部53は、操舵反力指令値T*に基づき反力モータ31に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部53は、反力モータ31に対する給電経路に設けられた電流センサ54を通じて、当該給電経路に生じる実際の電流値Iaを検出する。この電流値Iaは、反力モータ31に供給される実際の電流の値である。そして通電制御部53は、電流指令値と実際の電流値Iaとの偏差を求め、当該偏差を無くすように反力モータ31に対する給電を制御する(電流Iaのフィードバック制御)。これにより、反力モータ31は操舵反力指令値T*に応じたトルクを発生する。運転者に対して路面反力に応じた適度な手応え感を与えることが可能である。
<転舵制御部>
転舵制御部50bは、ピニオン角演算部61、ピニオン角フィードバック制御部62、通電制御部63を有している。
ピニオン角演算部61は、回転角センサ43を通じて検出される転舵モータ41の回転角θbに基づきピニオンシャフト44の実際の回転角であるピニオン角θpを演算する。転舵モータ41とピニオンシャフト44とは減速機構42を介して連動する。このため、転舵モータ41の回転角θbとピニオン角θpとの間には相関関係がある。この相関関係を利用して転舵モータ41の回転角θbからピニオン角θpを求めることができる。また、ピニオンシャフト44は、転舵シャフト14に噛合されている。このため、ピニオン角θpと転舵シャフト14の移動量との間にも相関関係がある。すなわち、ピニオン角θpは、転舵輪16,16の転舵角θwを反映する値である。
ピニオン角フィードバック制御部62は、操舵反力指令値演算部52により演算される目標舵角θ*を目標ピニオン角θp *として取り込む。また、ピニオン角フィードバック制御部62は、ピニオン角演算部61により演算される実際のピニオン角θpを取り込む。ピニオン角フィードバック制御部62は、実際のピニオン角θpを目標ピニオン角θp *(ここでは、目標舵角θ*に等しい。)に追従させるべくピニオン角θpのフィードバック制御(PID制御)を通じてピニオン角指令値Tp *を演算する。
通電制御部63は、ピニオン角指令値Tp *に応じた電力を転舵モータ41へ供給する。具体的には、通電制御部63は、ピニオン角指令値Tp *に基づき転舵モータ41に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部63は、転舵モータ41に対する給電経路に設けられた電流センサ64を通じて、当該給電経路に生じる実際の電流値Ibを検出する。この電流値Ibは、転舵モータ41に供給される実際の電流の値である。そして通電制御部63は、電流指令値と実際の電流値Ibとの偏差を求め、当該偏差を無くすように転舵モータ41に対する給電を制御する(電流値Ibのフィードバック制御)。これにより、転舵モータ41はピニオン角指令値Tp *に応じた角度だけ回転する。
<操舵反力指令値演算部>
つぎに、操舵反力指令値演算部52について詳細に説明する。
図3に示すように、操舵反力指令値演算部52は、加算器70、目標操舵トルク演算部71、トルクフィードバック制御部72、軸力演算部73、目標舵角演算部74、舵角フィードバック制御部75、および調停処理部76を有している。
加算器70は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThとトルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *とを加算することにより、ステアリングシャフト12に印加されるトルクとしての入力トルクTin *を演算する。
目標操舵トルク演算部71は、加算器70により演算される入力トルクTin *に基づき目標操舵トルクTh *を演算する。目標操舵トルクTh *とは、ステアリングホイール11に印加すべき操舵トルクThの目標値をいう。目標操舵トルク演算部71は、入力トルクTin *の絶対値が大きいほど、より大きな絶対値の目標操舵トルクTh *を演算する。
トルクフィードバック制御部72は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクTh、および目標操舵トルク演算部71により演算される目標操舵トルクTh *を取り込む。トルクフィードバック制御部72は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThを目標操舵トルクTh *に追従させるべく操舵トルクThのフィードバック制御(PID制御)を通じて第1の操舵反力指令値T1 *を演算する。
軸力演算部73は、目標舵角演算部74により演算される目標舵角θ*を目標ピニオン角θp *として取り込む。また、軸力演算部73は、電流センサ64を通じて検出される転舵モータ41の電流値Ib、および車速センサ501を通じて検出される車速Vを取り込む。軸力演算部73は、目標ピニオン角θp *、転舵モータ41の電流値Ib、および車速Vに基づき、転舵輪16,16を通じて転舵シャフト14に作用する軸力Faxを演算する。具体的には、つぎの通りである。
軸力演算部73は、目標ピニオン角θp *に基づき、転舵輪16,16を通じて転舵シャフト14に作用する軸力の理想値である理想軸力を演算する。軸力演算部73は、制御装置50の図示しない記憶装置に格納された理想軸力マップを使用して理想軸力を演算する。理想軸力は、目標ピニオン角θp *(あるいは目標ピニオン角θp *に所定の換算係数を乗算することにより得られる目標転舵角)の絶対値が増大するほど、また車速Vが遅いほど、より大きな絶対値に設定される。なお、車速Vは必ずしも考慮しなくてもよい。
また、軸力演算部73は、転舵モータ41の電流値Ibに基づき、転舵シャフト14に作用する推定軸力を演算する。ここで、転舵モータ41の電流値Ibは、路面状態(路面摩擦抵抗)に応じた外乱が転舵輪16に作用することに起因して目標ピニオン角θp *と実際のピニオン角θpとの間の差が発生することによって変化する。すなわち、転舵モータ41の電流値Ibには、転舵輪16,16に作用する実際の路面反力が反映される。このため、転舵モータ41の電流値Ibに基づき路面状態の影響を反映した軸力を演算することが可能である。推定軸力は、車速Vに応じた係数であるゲインを転舵モータ41の電流値Ibに乗算することにより求められる。
そして、軸力演算部73は、理想軸力に対する配分比率(ゲイン)、および推定軸力に対する配分比率をそれぞれ個別に設定する。軸力演算部73は、理想軸力および推定軸力に対してそれぞれ個別に設定される配分比率を乗算した値を合算することにより、軸力Faxを演算する。配分比率は、車両挙動、路面状態あるいは操舵状態が反映される各種の状態変数に応じて設定される。
目標舵角演算部74は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクTh、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *、軸力演算部73により演算される軸力Fax、および車速センサ501を通じて検出される車速Vを取り込む。目標舵角演算部74は、これら取り込まれる操舵トルクTh、第1の操舵反力指令値T1 *、軸力Faxおよび車速Vに基づき、ステアリングホイール11の目標舵角θ*を演算する。具体的には、つぎの通りである。
目標舵角演算部74は、第1の操舵反力指令値T1 *および操舵トルクThの総和である入力トルクTin *から軸力Faxをトルクに換算したトルク換算値(軸力に応じた操舵反力)を減算することにより、ステアリングホイール11に対する最終的な入力トルクTin *を求める。目標舵角演算部74は、最終的な入力トルクTin *から次式(A)で表される理想モデルに基づいて目標舵角θ*(目標操舵角)を演算する。この理想モデルは、ステアリングホイール11と転舵輪16,16との間が機械的に連結されている操舵装置を前提として、入力トルクTin *に応じた理想的な転舵角に対応するステアリングホイール11の舵角(操舵角)を予め実験などによりモデル化したものである。
Tin *=Jθ*′′+Cθ*′+Kθ* …(A)
ただし、「J」はステアリングホイール11およびステアリングシャフト12の慣性モーメントに対応する慣性係数、「C」は転舵シャフト14のハウジングに対する摩擦などに対応する粘性係数(摩擦係数)、「K」はステアリングホイール11およびステアリングシャフト12をそれぞればねとみなしたときのばね係数である。粘性係数Cおよび慣性係数Jは、車速Vに応じた値となる。また、「θ*′′」は目標舵角θ*の二階時間微分値、「θ*′」は目標舵角θ*の一階時間微分値である。
ちなみに、上位制御装置500による運転支援制御または自動運転制御の実行を通じて、指令値S*として付加角度指令値が演算される場合、指令値S*は目標舵角演算部74により演算される目標舵角θ*に加算される。この指令値S*が加算された最終的な目標舵角θ*は、軸力演算部73および舵角フィードバック制御部75へそれぞれ供給される。
舵角フィードバック制御部75は、舵角演算部51により演算される舵角θs、および目標舵角演算部74により演算される目標舵角θ*を取り込む。舵角フィードバック制御部75は、舵角演算部51により演算される実際の舵角θsを目標舵角θ*に追従させるべく舵角θsのフィードバック制御を通じて第2の操舵反力指令値T2 *を演算する。
調停処理部76は、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *、および舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *に基づき操舵反力指令値T*を演算する。
<調停処理部の比較例>
調停処理部76は、製品仕様などに応じて様々な構成が採用されるところ、ここではまず比較例として2つの構成を説明する。
図4に示すように、調停処理部76の第1の比較例は、スイッチ81を有している。スイッチ81は、データ入力として、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *、および舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *を取り込む。また、スイッチ81は、制御入力として、上位制御装置500により生成される配分指令Srとしてのフラグを取り込む。スイッチ81は、フラグの値に基づき、第1の操舵反力指令値T1 *および第2の操舵反力指令値T2 *のいずれか一方を通電制御部53へ供給する最終的な操舵反力指令値T*として設定する。スイッチ81は、配分指令Srとしてのフラグの値が「0」であるとき、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *を最終的な操舵反力指令値T*として通電制御部53へ供給する。スイッチ81は、配分指令Srとしてのフラグの値が「1」であるとき(より正確には、フラグの値が「0」ではないとき)、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *を最終的な操舵反力指令値T*として通電制御部53へ供給する。
図5に示すように、調停処理部76の第2の比較例は、スイッチ82および加算器83を有している。スイッチ82は、データ入力として、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *、および図示しない記憶装置に記憶された固定値である「0」を取り込む。また、スイッチ82は、制御入力として、上位制御装置500により生成される配分指令Srとしてのフラグを取り込む。スイッチ82は、フラグの値に基づき、第2の操舵反力指令値T2 *および固定値「0」のいずれか一方を選択する。スイッチ82は、配分指令Srとしてのフラグの値が「0」であるとき、固定値「0」を選択する。スイッチ82は、配分指令Srとしてのフラグの値が「1」であるとき(より正確には、フラグの値が「0」ではないとき)、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *を選択する。加算器83は、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *、およびスイッチ82により選択される固定値「0」または第2の操舵反力指令値T2 *を加算することにより最終的な操舵反力指令値T*を演算する。
このように、調停処理部76の第1の比較例によれば、最終的な操舵反力指令値T*として、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *、および舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *のいずれか一方が使用される。また、調停処理部76の第2の比較例によれば、最終的な操舵反力指令値T*として、第1の操舵反力指令値T1 *のみが使用される、もしくは第1の操舵反力指令値T1 *と第2の操舵反力指令値T2 *とを単に合算した値が使用される。すなわち、反力モータ31が発生するトルクは、第1の操舵反力指令値T1 *、および第2の操舵反力指令値T2 *のうち少なくとも第1の操舵反力指令値T1 *に基づくものとなる。
しかし近年では、制御装置50には、製品仕様あるいは将来の仕様変更に柔軟に対応するために、製品仕様に応じたより適切な操舵反力を発生させるために、たとえば反力モータ31のトルクを調整する余地を広げることが求められる。そこで、本実施の形態では、制御装置50として、つぎの構成を採用している。
<調停処理部>
図6に示すように、制御装置50の操舵反力指令値演算部52は、制御マネージャ91を有している。制御マネージャ91は、上位制御装置500により生成される配分指令Srとしてのフラグを取り込む。制御マネージャ91は、配分指令Srとしてのフラグの値に基づき、車両挙動、路面状態あるいは操舵状態が反映される複数種の状態変数に応じて、2つの配分比率DRm,DRaを演算する。配分比率DRmは、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *に対するものである。配分比率DRaは、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *に対するものである。
制御マネージャ91は、製品仕様などに基づき、2つの配分比率DRm,DRaの値を「0」〜「1」の範囲において、たとえば「0.1」刻みで設定することが可能である。ただし、制御マネージャ91は、2つの配分比率DRm,DRaの合計が「1」となるように、2つの配分比率DRm,DRaをそれぞれ設定する。ちなみに、状態変数としては、たとえばヨーレート、横加速度、舵角θs、ピニオン角θp、車速V、操舵速度、ピニオン角速度などが挙げられる。操舵速度は、舵角θsを微分することにより得られる。ピニオン角速度は、ピニオン角θpを微分することにより得られる。
また、調停処理部76は、2つの乗算器92,93、および加算器94を有している。
乗算器92は、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *と、制御マネージャ91により演算される配分比率DRmとを乗算することにより、配分比率DRmに応じた第1の操舵反力指令値T1m *を演算する。配分比率DRmは、車両挙動、路面状態あるいは操舵状態が反映される状態量に応じて都度設定される。
乗算器93は、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *と、制御マネージャ91により演算される配分比率DRaとを乗算することにより、配分比率DRaに応じた第2の操舵反力指令値T2a *を演算する。配分比率DRaは、車両挙動、路面状態あるいは操舵状態が反映される状態量に応じて都度設定される。
加算器94は、乗算器92により演算される第1の操舵反力指令値T1m *と、乗算器93により演算される第2の操舵反力指令値T2a *とを加算することにより、最終的な操舵反力指令値T*を演算する。
<第1の実施の形態の作用>
つぎに、第1の実施の形態の作用を説明する。
前述したように、制御マネージャ91は、2つの配分比率DRm,DRaの値を「0」〜「1」の範囲において「0.1」刻みで適宜設定することが可能である。このため、自動運転時および手動運転時において、制御マネージャ91によって演算される2つの配分比率DRm,DRaの値によって、最終的な操舵反力指令値T*に占める第1の操舵反力指令値T1 *および第2の操舵反力指令値T2 *の割合を、たとえば「T1 *:T2 *=100%:0%」〜「T1 *:T2 *=0%:100%」の範囲内で自由に変更することができる。
たとえば、運転支援あるいは自動運転が行われる場合、すなわち配分指令Srとしてフラグの値が「1」である場合、制御マネージャ91は、製品仕様などに応じて、たとえば配分比率DRaの値を「0.5(50%)」、配分比率DRmの値を「0.5(50%)」に設定するようにしてもよい。この場合、最終的な操舵反力指令値T*に占める第1の操舵反力指令値T1 *および第2の操舵反力指令値T2 *の割合はそれぞれ50%ずつとなる。
また、配分指令Srとしてフラグの値が「1」である場合、制御マネージャ91は、製品仕様などに応じて、配分比率DRaの値を「0.7(70%)」、配分比率DRmの値を「0.3(30%)」に設定するようにしてもよい。この場合、最終的な操舵反力指令値T*に占める第2の操舵反力指令値T2 *の割合は70%、第1の操舵反力指令値T1 *の割合は30%となる。
また、配分指令Srとしてフラグの値が「1」である場合、制御マネージャ91は、製品仕様などに応じて、配分比率DRaの値を「0.3(30%)」、配分比率DRmの値を「0.7(70%)」に設定するようにしてもよい。この場合、最終的な操舵反力指令値T*に占める第2の操舵反力指令値T2 *の割合は30%、第1の操舵反力指令値T1 *の割合は70%となる。
また、配分指令Srとしてフラグの値が「1」である場合、制御マネージャ91は、製品仕様などに応じて、配分比率DRaの値を「1」、配分比率DRmの値を「0」に設定するようにしてもよい。この場合、最終的な操舵反力指令値T*に占める第2の操舵反力指令値T2 *の割合は100%、第1の操舵反力指令値T1 *の割合は0%となる。すなわち、第2の操舵反力指令値T2 *がそのまま最終的な操舵反力指令値T*として使用される。
また、配分指令Srとしてフラグの値が「0」である場合、制御マネージャ91は、製品仕様などに応じて、配分比率DRaの値を「0」、配分比率DRmの値を「1」に設定するようにしてもよい。この場合、最終的な操舵反力指令値T*に占める第2の操舵反力指令値T2 *の割合は0%、第1の操舵反力指令値T1 *の割合は100%となる。すなわち、第1の操舵反力指令値T1 *がそのまま最終的な操舵反力指令値T*として使用される。
このように、先の第1の比較例または第2の比較例と同様に、自動運転時と手動運転時とにおいて、最終的な操舵反力指令値T*として、第1の操舵反力指令値T1 *と第2の操舵反力指令値T2 *とを切り替えるかたちで使用することもできる。
なお、制御装置50には、上位制御装置500から配分指令Srとしてフラグ(「0」または「1」)ではなく、自動運転率が供給されることも考えられる。この場合、制御マネージャ91は、運転支援あるいは自動運転の内容に応じた自動運転率に応じて2つの配分比率DRm,DRaの値を設定するようにしてもよい。自動運転率とは、車両の運転に対するシステムの関与の度合い(ここでは、操舵制御に対する上位制御装置500の介入度合い)を示す値をいう。技術レベルの高度化に応じて運転支援システムが複合化あるいは高度化されるにつれて、システムの運転への関与度合いが高まる。たとえば、自動運転率が100%であるとき、システムが完全に運転を代替する。逆に、自動運転率が0%であるとき、走行環境の認識、危険判断、および車両の運転操作(操舵、加減速など)を運転者がすべて行う。上位制御装置500は、たとえば自動運転率として「0(0%)〜1(100%)」の範囲の値を「0.1」刻みで設定する。
制御マネージャ91は、自動運転率の値をそのまま第2の操舵反力指令値T2 *に対する配分比率DRaとして設定する一方、制御装置50の記憶装置に格納された固定値である「1(100%)」から配分比率DRaとしての自動運転率の値を減算することにより、第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmを演算する。
たとえば自動運転率の値が「1(100%)」であるとき、第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmの値は「0(0%)」に設定される。また、自動運転率の値が「0.7(70%)」であるとき、第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmの値は「0.3(30%)」に設定される。また、自動運転率の値が「0.3(30%)」であるとき、第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmの値は「0.7(70%)」に設定される。また、自動運転率の値が「0(0%)」であるとき、すなわち運転支援制御機能あるいは自動運転制御機能がオフされている場合、第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmの値は「1(100%)」に設定される。
<第1の実施の形態の効果>
したがって、第1の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)前述したように、制御マネージャ91は、2つの配分比率DRm,DRaの値を「0」〜「1」の範囲において「0.1」刻みで適宜設定することが可能である。このため、自動運転時および手動運転時において、制御マネージャ91によって演算される2つの配分比率DRm,DRaの値によって、最終的な操舵反力指令値T*に占める第1の操舵反力指令値T1 *および第2の操舵反力指令値T2 *の割合を、たとえば「T1 *:T2 *=100%:0%」〜「T1 *:T2 *=0%:100%」の範囲内で自由に変更することが可能である。したがって、制御装置50によれば、反力モータ31のトルクを調整する余地を広げることができる。また、製品仕様に応じたより適切な操舵反力を発生させることができる。
<第2の実施の形態>
つぎに、操舵制御装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、調停処理部76の構成の点で第1の実施の形態と異なる。
図7に示すように、調停処理部76は、2つの乗算器92,93および加算器94に加えて、2つの徐変処理部95,96を有している。徐変処理部95は、制御マネージャ91と乗算器92との間の演算経路に設けられている。徐変処理部95は、制御マネージャ91により演算される配分比率DRmの変化に対して時間に対する徐変処理(徐々に変化させるための処理)を施す。徐変処理部96は、制御マネージャ91と乗算器93との間の演算経路に設けられている。徐変処理部96は、制御マネージャ91により演算される配分比率DRaの変化に対して時間に対する徐変処理を施す。
徐変処理部95,96としては、つぎの(a1)または(a2)の構成が採用される。
(a1)徐変処理部95,96は、単位時間当たりの配分比率DRm,DRaの変化量を所定の制限値に制限する、いわゆる時間に対する変化量ガード機能を有すること。ただし、徐変処理部95,96は、操舵速度、目標操舵速度、操舵トルク、または操舵トルク微分値に応じて制限値を変更するようにしてもよい。たとえば徐変処理部95,96は、操舵速度が速いほど配分比率DRm,DRaをより速く変化させる一方、操舵速度が遅いほど配分比率DRm,DRaをより遅く変化させるように制限値を設定する。
(a2)徐変処理部95,96として、ローパスフィルタを採用すること。ただし、ローパスフィルタは、操舵速度、目標操舵速度、操舵トルク、または操舵トルク微分値に応じてカットオフ周波数を変更可能としてもよい。
したがって、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態における(1)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
(2)たとえば自動運転から手動運転へ切り替えられる場合、配分比率DRmが「0」から「1」へ切り替えられる一方、配分比率DRaが「1」から「0」へ切り替えられることに伴い、最終的な操舵反力指令値T*が第2の操舵反力指令値T2 *から第1の操舵反力指令値T1 *へ即時に変化するとき、操舵反力が急激に変化するおそれがある。これは、運転支援システムあるいは自動運転システムが車両に搭載される場合、反力モータ31が発生する操舵反力はステアリングホイール11の挙動に影響を及ぼすため、運転者によって手動運転が行われるときと、運転支援あるいは自動運転が行われるときとで、制御装置50が実行する反力制御に対する要求が異なることがあるからである。
この点、本実施の形態では、運転支援制御機能あるいは自動運転制御機能がオンとオフとの間で切り替えられる際、徐変処理部95,96による徐変処理の実行を通じて、配分比率DRm,DRaの急激な変化が抑制される。すなわち、操舵反力指令値T*、ひいてはステアリングホイール11に付与される操舵反力が急激に変化することが抑えられる。このため、運転支援あるいは自動運転と手動運転との間の切り替えをスムーズに行うことができる。換言すれば、第2の操舵反力指令値T2 *に基づく自動運転用の操舵反力と、第1の操舵反力指令値T1 *に基づく手動運転用の操舵反力との間で操舵反力を円滑に変化させることができる。したがって、運転者は操舵反力の変化に伴う違和感を覚えにくい。
<第3の実施の形態>
つぎに、操舵制御装置の第3の実施の形態を説明する。本実施の形態は、2つの配分比率DRm,DRaを変更する契機の点で第1の実施の形態と異なる。ちなみに、本実施の形態は、第2の実施の形態に適用することもできる。
図8に示すように、制御装置50は、異常検出部97を有している。異常検出部97は、回転角センサ33の異常およびトルクセンサ34の異常を検出する。異常検出部97は、回転角センサ33およびトルクセンサ34の異常の検出結果として、回転角センサ33およびトルクセンサ34が各々正常か異常かを示す異常検出信号Sdを生成する。なお、異常検出信号Sdは、回転角センサ33およびトルクセンサ34が異常である場合の車両の操舵状態を指示する外部指令に相当する。
制御マネージャ91は、異常検出信号Sdが回転角センサ33の異常を示すものであるとき、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmを「1」に、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *に対する配分比率DRaを「0」に設定する。これにより、最終的な操舵反力指令値T*に占める第1の操舵反力指令値T1 *の割合は100%、第2の操舵反力指令値T2 *の割合は0%となる。すなわち、第1の操舵反力指令値T1 *がそのまま最終的な操舵反力指令値T*として使用される。反力モータ31には、通電制御部53を通じて第1の操舵反力指令値T1 *に応じた電力が供給される。
制御マネージャ91は、異常検出信号Sdがトルクセンサ34の異常を示すものであるとき、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmを「0」に、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *に対する配分比率DRaを「1」に設定する。これにより、最終的な操舵反力指令値T*に占める第1の操舵反力指令値T1 *の割合は0%、第2の操舵反力指令値T2 *の割合は100%となる。すなわち、第2の操舵反力指令値T2 *がそのまま最終的な操舵反力指令値T*として使用される。反力モータ31には、通電制御部53を通じて第2の操舵反力指令値T2 *に応じた電力が供給される。
第2の操舵反力指令値T2 *は、反力モータ31の回転角θaに基づき演算される舵角θsを使用して求められる。このため、回転角センサ33が異常である場合、当該回転角センサ33を通じて検出される舵角θsの値、ひいては当該舵角θsを使用して演算される第2の操舵反力指令値T2 *が異常な値となるおそれがある。したがって、回転角センサ33の異常が検出された場合、当該回転角センサ33を通じて検出される反力モータ31の回転角θaの影響を受ける第2の操舵反力指令値T2 *を使用しないことが好ましい。この場合であれ、反力モータ31には第1の操舵反力指令値T1 *に応じた電力が供給されるため、反力モータ31は第1の操舵反力指令値T1 *に応じたトルクを発生することができる。
第1の操舵反力指令値T1 *は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThを使用して求められる。このため、トルクセンサ34が異常である場合、当該トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThの値、ひいては当該操舵トルクThを使用して演算される第1の操舵反力指令値T1 *が異常な値となるおそれがある。したがって、トルクセンサ34の異常が検出された場合、当該トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThの影響を受ける第1の操舵反力指令値T1 *を使用しないことが好ましい。この場合であれ、反力モータ31には第2の操舵反力指令値T2 *に応じた電力が供給されるため、反力モータ31は第2の操舵反力指令値T2 *に応じたトルクを発生することができる。
図8に二点鎖線で示すように、本実施の形態を先の第2の実施の形態に適用した場合、制御マネージャ91と乗算器92との間の演算経路には徐変処理部95が、制御マネージャ91と乗算器93との間の演算経路には徐変処理部96が設けられる。このため、回転角センサ33あるいはトルクセンサ34の異常が検出された場合、第2の操舵反力指令値T2 *に対する配分比率DRaあるいは第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmが「0」と「1」との間で切り替えられたときであれ、徐変処理部95,96による徐変処理の実行を通じて配分比率DRm,DRaの急激な変化が抑制される。このため、操舵反力指令値T*、ひいてはステアリングホイール11に付与される操舵反力が急激に変化することが抑えられる。
<第3の実施の形態の効果>
したがって、第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態における(1)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
(3)異常が検出されたセンサ(33、34)の検出結果に基づく第1の操舵反力指令値T1 *あるいは第2の操舵反力指令値T2 *は最終的な操舵反力指令値T*の演算に使用されない。すなわち、異常が検出されたセンサの検出結果が最終的な操舵反力指令値T*に反映されることがなく、反力モータ31には正常なセンサの検出結果が反映された操舵反力指令値T*に応じた電力が供給される。したがって、2つのセンサのいずれか一方に異常が発生した場合であれ、反力モータ31が異常なトルクを発生することを抑制することができる。
(4)このように、センサ(33,34)に異常が発生したときと発生しないときとで、反力モータ31が発生するトルクに対する要求が異なることがある。本実施の形態によれば、異常検出部97により生成される異常検出信号Sdに基づき、第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmおよび第2の操舵反力指令値T2 *に対する配分比率DRaがそれぞれ設定される。このため、2つのセンサのいずれか一方に異常が発生したときと発生しないときとで、操舵反力指令値T*に反映させる最終的な第1の操舵反力指令値T1 *および第2の操舵反力指令値T2 *が変わる。すなわち、2つのセンサのいずれか一方に異常が発生したとき、反力モータ31が発生するトルクは、配分比率(DRm,DRa)に応じて変更される。したがって、2つのセンサの異常に対して適切に対応することができる。
<第4の実施の形態>
つぎに、操舵制御装置の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態は、2系統のコイルを有するモータの給電を制御する点で第1の実施の形態と異なる。
図9に示すように、反力モータ31は、ロータ31a、図示しないステータに巻回された第1の巻線群31bおよび第2の巻線群31cを有している。第1の巻線群31bは、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを有している。第2の巻線群31cも、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを有している。
反力制御部50aは、第1の巻線群31bおよび第2の巻線群31cに対する給電を系統ごとに独立して制御する。反力モータ31の全体としては、第1の巻線群31bにより発生するトルク、および第2の巻線群31cにより発生するトルクをトータルしたトルクを発生する。反力制御部50aは、第1の反力制御部50a1および第2の反力制御部50a2を有している。
第1の反力制御部50a1は、第1のトルクセンサ34aを通じて検出される操舵トルクTh1、車速センサ501を通じて検出される車速V、および回転角センサ33aを通じて検出される反力モータ31の回転角θa1を取り込み、これら操舵トルクTh1、車速Vおよび反力モータ31の回転角θa1を使用して第1の巻線群31bに対する給電を制御する。
第2の反力制御部50a2は、第2のトルクセンサ34bを通じて検出される操舵トルクTh2、車速センサ501を通じて検出される車速V、および回転角センサ33bを通じて検出される反力モータ31の回転角θa2を取り込み、これら操舵トルクTh2、車速Vおよび反力モータ31の回転角θa2を使用して第2の巻線群31cに対する給電を制御する。
第1の反力制御部50a1および第2の反力制御部50a2は、基本的には先の図2に示される第1の実施の形態の反力制御部50aと同様の構成を有している。
図10に示すように、第1の反力制御部50a1の操舵反力指令値演算部52a、および第2の反力制御部50a2の操舵反力指令値演算部52bは、それぞれ先の図3に示される第1の実施の形態と同様の構成を有している。ただし、図10では、操舵反力指令値演算部52a,52bの要部のみを示す。
操舵反力指令値演算部52aは、トルクフィードバック制御部72a、舵角フィードバック制御部75a、調停処理部76aおよび制御マネージャ91aを有している。トルクフィードバック制御部72aは、操舵トルクTh1を目標操舵トルクTh1 *に追従させるべく操舵トルクTh1のフィードバック制御を通じて第1の操舵反力指令値T1a *を演算する。舵角フィードバック制御部75aは、舵角θsを目標舵角θ1 *に追従させるべく舵角θsのフィードバック制御を通じて第2の操舵反力指令値T2a *を演算する。制御マネージャ91aは、先の第1の実施の形態と同様に、トルクフィードバック制御部72aにより演算される第1の操舵反力指令値T1a *に対する配分比率DRm1、および舵角フィードバック制御部75aにより演算される第2の操舵反力指令値T2a *に対する配分比率DRa1を演算する。調停処理部76aは、第1の操舵反力指令値T1a *に配分比率DRm1を乗じた値と、第2の操舵反力指令値T2a *に配分比率DRa1を乗じた値とを合算することにより、最終的な操舵反力指令値Ta *を演算する。
操舵反力指令値演算部52bは、トルクフィードバック制御部72b、舵角フィードバック制御部75b、調停処理部76bおよび制御マネージャ91bを有している。トルクフィードバック制御部72bは、操舵トルクTh2を目標操舵トルクTh2 *に追従させるべく操舵トルクTh2のフィードバック制御を通じて第1の操舵反力指令値T1b *を演算する。舵角フィードバック制御部75bは、舵角θsを目標舵角θ2 *に追従させるべく舵角θsのフィードバック制御を通じて第2の操舵反力指令値T2b *を演算する。制御マネージャ91bは、先の第1の実施の形態と同様に、トルクフィードバック制御部72bにより演算される第1の操舵反力指令値T1b *に対する配分比率DRm2、および舵角フィードバック制御部75bにより演算される第2の操舵反力指令値T2b *に対する配分比率DRa2を演算する。調停処理部76bは、第1の操舵反力指令値T1b *に配分比率DRm2を乗じた値と、第2の操舵反力指令値T2b *に配分比率DRa2を乗じた値とを合算することにより、最終的な操舵反力指令値Tb *を演算する。
また、第1の反力制御部50a1は異常検出部98aを、第2の反力制御部50a2は異常検出部98bを有している。異常検出部98aは、第1の反力制御部50a1の各部を含め第1の巻線群31bに対する給電系統の異常を検出し、当該異常の検出結果として異常検出信号Sd1を生成する。異常検出部98bは、第2の反力制御部50a2の各部を含め第2の巻線群31cに対する給電系統の異常を検出し、当該異常の検出結果として異常検出信号Sd2を生成する。これら異常検出部98a,98bは、生成される異常検出信号Sd1,Sd2を互いに授受するとともに、それぞれ対応する制御マネージャ91a,91bに送信する。なお、異常検出信号Sd1,Sd2は、第1の巻線群31bおよび第2の巻線群31cに対する給電系統が正常あるいは異常である場合の車両の操舵状態を指示する外部指令に相当する。
つぎに、第4の実施の形態の作用を説明する。ここでは、反力モータ31に発生することが要求されるトルクは、第1の巻線群31bにより発生するトルクと第2の巻線群31cにより発生するトルクとで半分ずつ賄われる。
第1の反力制御部50a1の制御マネージャ91aは、2つの異常検出信号Sd1,Sd2がいずれも正常を示すものである場合、2つの配分比率DRm1,DRa1の値をそれぞれ「0.5」に設定する。調停処理部76aは、第1の操舵反力指令値T1a *に配分比率DRm1を乗じた値と、第2の操舵反力指令値T2a *に配分比率DRa1を乗じた値とを合算することにより、操舵反力指令値Ta *を演算する。第1の巻線群31bには、操舵反力指令値Ta *に応じた電力が供給される。これにより、第1の巻線群31bは、操舵反力指令値Ta *に応じたトルクを発生する。
第2の反力制御部50a2の制御マネージャ91bは、2つの異常検出信号Sd1,Sd2がいずれも正常を示すものである場合、2つの配分比率DRm2,DRa2の値をそれぞれ「0.5」に設定する。調停処理部76aは、第1の操舵反力指令値T1b *に配分比率DRm2を乗じた値と、第2の操舵反力指令値T2b *に配分比率DRa2を乗じた値とを合算することにより、操舵反力指令値Tb *を演算する。第2の巻線群31cには、操舵反力指令値Tb *に応じた電力が供給される。これにより、第2の巻線群31cは、操舵反力指令値Tb *に応じたトルクを発生する。
第1の反力制御部50a1の制御マネージャ91aは、異常検出信号Sd1が正常、異常検出信号Sd2が異常を示すものである場合、2つの配分比率DRm1,DRa1の値をそれぞれ本来の「0.5」に対して2倍の値である「1」に設定する。このため、調停処理部76aにより演算される操舵反力指令値Ta *は、2つの異常検出信号Sd1,Sd2がいずれも正常を示す正常時に比べて、2倍の値となる。第1の巻線群31bには、正常時の2倍の電力が供給されるため、第1の巻線群31bが発生するトルクも正常時の2倍となる。
第2の反力制御部50a2の制御マネージャ91bは、異常検出信号Sd1が正常、異常検出信号Sd2が異常を示すものである場合、2つの配分比率DRm2,DRa2の値をそれぞれ本来の「0.5」から「0」へ変更する。このため、調停処理部76aにより演算される操舵反力指令値Tb *は、「0」となる。第2の巻線群31cには電力が供給されないため、第2の巻線群31cが発生するトルクは「0」となる。しかし、第1の巻線群31bが正常時の2倍のトルクを発生するため、反力モータ31の全体として発生するトルクは正常時と同じである。
前述とは逆に、異常検出信号Sd1が異常、異常検出信号Sd2が正常を示すものである場合についても、制御マネージャ91a,91bによる配分比率DRm1,DRa1,DRm2,DRa2の調節を通じて、正常系統の巻線群が発生するトルクが正常時の2倍、異常系統の巻線群が発生するトルクが「0」とされる。
<第4の実施の形態の効果>
したがって、第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態における(1)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
(5)2つの給電系統のうちいずれか一方の系統に異常が発生した場合、制御マネージャ91a,91bによる配分比率DRm1,DRa1,DRm2,DRa2の調節を通じて、正常系統の巻線群が発生するトルクが正常時の2倍、異常系統の巻線群が発生するトルクが「0」とされる。このため、異常系統を使用しないことによってフェールセーフが図られるとともに、反力モータ31の全体として発生するトルクを正常時と同じレベルに維持することができる。
(6)2つの給電系統のうちいずれか1系統に異常が発生したときと発生しないときとで、各給電系統の巻線群(31b,31c)が発生するトルクに対する要求が異なることがある。本実施の形態によれば、異常検出部98a,98bが生成する異常検出信号Sd1,Sd2に基づき、系統数と同数の反力制御部(50a1,50a2)の各々において、第1の操舵反力指令値(T1a *,T1b *)、および第1の操舵反力指令値(T2a *,T2b *)の配分比率(DRm1,DRa1,DRm2,DRa2)がそれぞれ設定される。これにより、複数の給電系統のうちいずれか1系統に異常が発生したときと発生しないときとで、複数系統の巻線群の各々に対する指令値に反映させる最終的な第1の指令値および第2の指令値の値が変わる。すなわち、2つの給電系統のうちいずれか1系統に異常が発生したとき、反力モータ31が発生するトルクは配分指令に応じて変更される。したがって、2つの給電系統のうちいずれか1系統の異常に対して適切に対応することができる。
<第5の実施の形態>
つぎに、操舵制御装置の第5の実施の形態を説明する。本実施の形態は、操舵反力指令値演算部52の構成の点で第1の実施の形態と異なる。
図11に示すように、操舵反力指令値演算部52は、先の第1の実施の形態(図3参照)と同様に、制御マネージャ91,軸力演算部73、目標舵角演算部74、舵角フィードバック制御部75、および調停処理部76を有している。また、操舵反力指令値演算部52は、先の第1の実施の形態における目標操舵トルク演算部71およびトルクフィードバック制御部72に代えて、目標操舵反力演算部99を有している。目標操舵反力演算部99は、操舵トルクThおよび車速Vに基づき目標操舵反力を第1の操舵反力指令値T1 *として演算する。
ちなみに、目標操舵反力演算部99は、操舵トルクThおよび車速Vに加えて、軸力演算部73により演算される転舵シャフト14の軸力Faxを取り込み、これら取り込まれる操舵トルクTh、車速Vおよび軸力Faxに基づき目標操舵反力としての第1の操舵反力指令値T1 *を演算してもよい。また、目標操舵反力演算部99は、操舵トルクThおよび車速Vを取り込まず、軸力演算部73により演算される軸力Faxのみを取り込み、この取り込まれる軸力Faxに基づき目標操舵反力としての第1の操舵反力指令値T1 *を演算してもよい。
したがって、第5の実施の形態によれば、操舵トルクThのフィードバック制御を行わないタイプの制御装置50において、第1の実施の形態における(1)と同様の効果を得ることができる。
<第6の実施の形態>
つぎに、操舵制御装置をEPS(電動パワーステアリング装置)の制御装置に具体化した第6の実施の形態を説明する。なお、第1の実施の形態と同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。
EPSは、図1に示されるステアリングホイール11と転舵輪16,16との間が機械的に連結されている。すなわち、ステアリングシャフト12、ピニオンシャフト13および転舵シャフト14は、ステアリングホイール11と転舵輪16,16との間の動力伝達経路として機能する。ステアリングホイール11の回転操作に伴い転舵シャフト14が直線運動することにより、転舵輪16,16の転舵角θwが変更される。また、EPSは、図1に示される反力モータ31および転舵モータ41のいずれか一方と同じ位置に設けられるアシストモータを有している。アシストモータは、操舵補助力(アシスト力)を発生する。
図12に示すように、EPS100の制御装置101は、アシストモータ102に対する通電制御を通じて操舵トルクThに応じた操舵補助力を発生させるアシスト制御を実行する。制御装置101は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクTh、車速センサ501を通じて検出される車速V、アシストモータ102に設けられる回転角センサ103を通じて検出される回転角θmに基づき、アシストモータ102に対する給電を制御する。
制御装置101は、ピニオン角演算部111、アシスト指令値演算部112、および通電制御部113を有している。ピニオン角演算部111は、アシストモータ102の回転角θmを取り込み、この取り込まれる回転角θmに基づきピニオンシャフト13の回転角であるピニオン角θpを演算する。アシスト指令値演算部112は、操舵トルクThおよび車速Vに基づきアシスト指令値Tas *を演算する。アシスト指令値Tas *は、アシストモータ102に発生させるべき回転力であるアシストトルクを示す指令値である。通電制御部113は、アシスト指令値Tas *に応じた電力をアシストモータ102へ供給する。アシストモータ102に対する給電経路には、電流センサ114が設けられている。電流センサ114は、アシストモータ102へ供給される実際の電流の値である電流値Imを検出する。
つぎに、アシスト指令値演算部112の構成を詳細に説明する。
アシスト指令値演算部112は、アシストトルク演算部121、軸力演算部122、目標ピニオン角演算部123、ピニオン角フィードバック制御部(ピニオン角F/B制御部)124、制御マネージャ125、および調停処理部126を有している。
アシストトルク演算部121は、操舵トルクThに基づいて第1のアシストトルクTas1 *を演算する。アシストトルク演算部121は、加算器131、目標操舵トルク演算部132、およびトルクフィードバック制御部133を有している。加算器131は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThとトルクフィードバック制御部133により演算される第1のアシストトルクTas1 *とを加算することにより、ステアリングシャフト12に印加されるトルクとしての入力トルクTin *を演算する。目標操舵トルク演算部132は、加算器131により演算される入力トルクTin *に基づき目標操舵トルクTh *を演算する。目標操舵トルク演算部132は、入力トルクTin *の絶対値が大きいほど、より大きな絶対値の目標操舵トルクTh *を演算する。トルクフィードバック制御部133は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクTh、および目標操舵トルク演算部132により演算される目標操舵トルクTh *を取り込む。トルクフィードバック制御部133は、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクThを目標操舵トルクTh *に追従させるべく操舵トルクThのフィードバック制御(PID制御)を通じて第1のアシストトルクTas1 *を演算する。
ちなみに、アシストトルク演算部121として、つぎの構成を採用してもよい。すなわち、アシストトルク演算部121は、操舵トルクThのフィードバック制御ではなく、操舵トルクThと第1のアシストトルクTas1 *との関係を車速Vに応じて規定する三次元マップを使用して、第1のアシストトルクTas1 *を演算する。アシストトルク演算部121は、操舵トルクThの絶対値が大きくなるほど、また車速Vが遅くなるほど、第1のアシストトルクTas1 *の絶対値をより大きな値に設定する。
軸力演算部122は、先の図3に示される第1の実施の形態の軸力演算部73と同様の機能を有している。軸力演算部122は、電流センサ114を通じて検出されるアシストモータ102の電流値Im、目標ピニオン角演算部123により演算される目標ピニオン角θp *、および車速センサ501を通じて検出される車速Vを取り込み、これらアシストモータ102の電流値Im、目標ピニオン角θp *、および車速Vに基づき、転舵シャフト14に作用する軸力Faxを演算する。
目標ピニオン角演算部123は、先の図3に示される第1の実施の形態の目標舵角演算部74と同様の機能を有している。目標ピニオン角演算部123は、アシストトルク演算部121により演算される第1のアシストトルクTas1 *、トルクセンサ34を通じて検出される操舵トルクTh、および軸力演算部122により演算される軸力Faxを使用して、先の式(A)で表される理想モデルに基づき目標ピニオン角θp *を演算する。
ピニオン角フィードバック制御部124は、先の図3に示される第1の実施の形態の舵角フィードバック制御部75と同様の機能を有している。ピニオン角フィードバック制御部124は、目標ピニオン角演算部123により算出される目標ピニオン角θp *およびピニオン角演算部111により算出される実際のピニオン角θpをそれぞれ取り込む。ピニオン角フィードバック制御部124は、実際のピニオン角θpが目標ピニオン角θp *に追従するように、ピニオン角θpのフィードバック制御としてPID(比例、積分、微分)制御を行う。すなわち、ピニオン角フィードバック制御部124は、目標ピニオン角θp *と実際のピニオン角θpとの偏差を求め、当該偏差を無くすように第2のアシストトルクTas2 *を演算する。
制御マネージャ125は、先の図6に示される第1の実施の形態の制御マネージャ91と同様の機能を有している。制御マネージャ125は、上位制御装置500により生成される配分指令Srとしてのフラグを取り込む。制御マネージャ125は、車両挙動、路面状態あるいは操舵状態が反映される複数種の状態変数に応じて、2つの配分比率DRas1,DRas2を演算する。配分比率DRas1は、アシストトルク演算部121により演算される第1のアシストトルクTas1 *に対するものである。配分比率DRas2は、ピニオン角フィードバック制御部124により演算される第2のアシストトルクTas2 *に対するものである。
調停処理部126は、先の図6に示される第1の実施の形態の調停処理部76と同様の機能を有している。調停処理部126は、第1のアシストトルクTas1 *に配分比率DRas1を乗じた値と、第2のアシストトルクTas2 *に配分比率DRas2を乗じた値とを合算することにより、最終的なアシスト指令値Tas *を演算する。
通電制御部113は、アシスト指令値Tas *に基づきアシストモータ102に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部113は電流センサ114を通じて検出される電流値Imを取り込む。そして通電制御部113は、電流指令値と実際の電流値Imとの偏差を求め、当該偏差を無くすようにアシストモータ102に対する給電を制御する。これにより、アシストモータ102はアシスト指令値Tas *に応じたトルクを発生する。すなわち、操舵状態に応じた操舵アシストが行われる。
したがって、第6の実施の形態によれば、ステアリングホイール11と転舵輪16,16との間の動力伝達を機械的に連結した操舵装置において、先の第1の実施の形態における(1)と同様の効果を得ることができる。すなわち、EPS100の制御装置101によれば、アシストモータ102のトルクを調整する余地を広げることができる。また、製品仕様に応じたより適切なアシスト力を発生させることができる。
<他の実施の形態>
なお、前記各実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第3の実施の形態において、制御マネージャ91は、異常検出信号Sdがトルクセンサ34の異常を示すものであるとき、トルクフィードバック制御部72により演算される第1の操舵反力指令値T1 *に対する配分比率DRmを「0」ではなく、本来値よりも小さい値に減少させるようにしてもよい。また、制御マネージャ91は、異常検出信号Sdが回転角センサ33の異常を示すものであるとき、舵角フィードバック制御部75により演算される第2の操舵反力指令値T2 *に対する配分比率DRaを「0」ではなく、本来値よりも小さい値に減少させるようにしてもよい。
・第4の実施の形態において、第1の反力制御部50a1の制御マネージャ91aは、異常検出信号Sd2が正常、異常検出信号Sd1が異常を示すものである場合、2つの配分比率DRm1,DRa1の値をそれぞれ「0」ではなく、「0」よりも大きな値、かつ本来値である「0.5」よりも小さい値へ減少させるようにしてもよい。第2の反力制御部50a2の制御マネージャ91bは、異常検出信号Sd1が正常、異常検出信号Sd2が異常を示すものである場合、2つの配分比率DRm2,DRa2の値をそれぞれ「0」ではなく、「0」よりも大きな値、かつ本来値である「0.5」よりも小さい値へ減少させるようにしてもよい。
・第1〜第5の実施の形態において、操舵装置10にクラッチを設けてもよい。この場合、先の図1に二点鎖線で示すように、ステアリングシャフト12とピニオンシャフト13とをクラッチ21を介して連結する。クラッチ21としては、励磁コイルに対する通電の断続を通じて動力の断続を行う電磁クラッチが採用される。制御装置50は、クラッチ21の断続を切り替える断続制御を実行する。クラッチ21が切断されるとき、ステアリングホイール11と転舵輪16,16との間の動力伝達が機械的に切断される。クラッチ21が接続されるとき、ステアリングホイール11と転舵輪16,16との間の動力伝達が機械的に連結される。
・第1〜第6の実施の形態において、上位制御装置500が、指令値S*として付加角度指令値ではなく付加トルク指令値を演算することも想定される。この場合、第1〜第5の実施の形態の操舵反力指令値演算部52および第6の実施の形態のアシスト指令値演算部112は、付加トルク指令値を付加角度指令値に変換し、この変換される付加角度指令値を使用するようにしてもよい。ただし、操舵反力指令値演算部52およびアシスト指令値演算部112には、付加トルク指令値を付加角度指令値に変換する変換部を設ける。