JP2021109602A - 車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面摩擦係数の変化を運転者に伝えつつ、操舵フィーリングの低下を抑制可能な車両用操向装置を提供する。【解決手段】推定ラック軸力ＦP及び実ラック軸力Ｆに基づき、車両が実際に走行している走行路の路面摩擦係数に関する指標値Ｉμを取得し、取得した指標値Ｉμに基づき、目標操舵トルクを算出するようにした。そして、算出した目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、操舵モータを動作させるようにした。【選択図】図１１

Description

本発明は、車両用操向装置に関する。

従来、ステアバイワイヤの車両において、路面摩擦係数の変化を操舵トルクに反映させて、運転者に伝える車両用操向装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の車両用操向装置では、路面から加えられるラック軸力を推定し、推定したラック軸力の値そのものを操舵トルクに加算することで、路面摩擦係数の変化を運転者に伝えている。

特開２０１７−２２６３１８号公報

しかし、特許文献１に記載の車両用操向装置では、推定したラック軸力の値そのものを操舵トルクに加算しているため、路面摩擦係数の変化だけでなく、凹凸走行時に発生する高周波の軸力による不快な振動も運転者に伝達され、操舵フィーリングの低下を生じる可能性がある。
本発明は、上記のような点に着目し、路面摩擦係数の変化を運転者に伝えつつ、操舵フィーリングの低下を抑制可能な車両用操向装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）ステアリングホイール及びステアリングホイールを駆動する操舵モータを備える操舵機構と、ラック軸、ラック軸を駆動する転舵アクチュエータ及びラック軸により転舵される操向輪を備える転舵機構とが、機械的に分離されているステアバイワイヤの車両の車両用操向装置であって、（ｂ）転舵機構の動作量に基づき、ラック軸に発生すると推定される推定ラック軸力を演算する推定ラック軸力演算部と、（ｃ）ラック軸に実際に発生している実ラック軸力を取得する実ラック軸力取得部と、（ｄ）推定ラック軸力及び実ラック軸力に基づき、車両が実際に走行している走行路の路面摩擦係数に関する指標値を取得する指標値取得部と、（ｅ）指標値に基づき、目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、（ｆ）目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、転舵アクチュエータを動作させる操舵トルク制御部とを備える車両用操向装置であることを要旨とする。

本発明の一態様によれば、例えば、高周波の実ラック軸力が発生しても、実ラック軸力及び推定ラック軸力を基に取得される路面摩擦係数に関する指標値が変動しないようにすることで、ラック軸力による操舵トルクの振動を防止できる。そのため、路面摩擦係数の変化を運転者に伝えつつ、操舵フィーリングの低下を抑制可能な車両用操向装置を提供できる。

本実施形態に係る車両用操向装置の構成を示す図である。 転舵機構の構成を示す図である。 トルクセンサの構成を示す図である。 ＥＣＵの内部構成を示す図である。 電流指令値演算部の内部構成を示す図である。 目標操舵トルク生成部の内部構成を示す図である。 推定ラック軸力演算部の内部構成を示す図である。 第１プロファイル値マップを示す図である。 第１車速ゲインマップを示す図である。 指標値算出部の内部構成を示す図である。 指標値マップを示す図である。 第１ブレンディングマップを示す図である。 第２ブレンディングマップを示す図である。 指標値修正部の動作を示す概念図であり、（ａ）は指標値を示す図であり、（ｂ）はピニオン入力軸の回転角度を示す図であり、（ｃ）はラック軸力を示す図である。 基本マップを示す図である。 第２トルク信号の線図例を示す図である。 ダンパゲインマップを示す図である。 静特性ゲインマップを示す図である。 ヒステリシスゲインマップを示す図である。 ダンピングゲインマップを示す図である。 本実施形態に係る車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図であり、（ａ）は操舵角を示す図であり、（ｂ）はラック軸力を示す図であり、（ｃ）は操舵トルクを示す図である。 本実施形態に係る車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図であり、（ａ）は操舵角を示す図であり、（ｂ）はラック軸力を示す図であり、（ｃ）は操舵トルクを示す図である。 従来の車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図であり、（ａ）は操舵角を示す図であり、（ｂ）はラック軸力を示す図であり、（ｃ）は操舵トルクを示す図である。 本実施形態に係る車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図であり、（ａ）は操舵角を示す図であり、（ｂ）はラック軸力を示す図であり、（ｃ）は操舵トルクを示す図である。 従来の車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図であり、（ａ）は操舵角を示す図であり、（ｂ）はラック軸力を示す図であり、（ｃ）は操舵トルクを示す図である。 変形例に係る静特性ゲインマップを示す図である。 変形例に係るヒステリシスゲインマップを示す図である。 変形例に係るダンピングゲインマップを示す図である。 変形例に係る車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図であり、（ａ）は操舵角を示す図であり、（ｂ）はラック軸力を示す図であり、（ｃ）は操舵トルクを示す図である。 変形例に係る転舵機構の構成を示す図である。 変形例に係る転舵機構の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る車両用操向装置の一例を、図１〜図３１を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

図１は、本実施形態に係る車両用操向装置の全体構成を示す図である。図２は、ラックアンドピニオン機構の構成を示す図である。本実施形態に係る車両用操向装置１は、図１に示すように、ステアリングホイール２及びステアリングホイール２を駆動する操舵モータ３を備える操舵機構４と、ラック軸５、ラック軸５を駆動する転舵アクチュエータ６及びラック軸５により転舵される操向輪７Ｌ、７Ｒを備える転舵機構８とが、機械的に分離されている車両（以下「ステアバイワイヤの車両」とも呼ぶ）に適用したものである。図１では、操舵機構４は、ステアリング軸９と、減速機構１０とを更に備えている。また、転舵機構８は、ピニオン入力軸１１と、ギア１２と、ロッド１３Ｌ、１３Ｒとを更に備えている。

また、本実施形態に係る転舵機構８は、図２に示すように、ラック軸５の外周に形成されたラック溝１４と、ラック溝１４に噛み合うとともに、転舵アクチュエータ６により回転駆動されるピニオンギア１５とを有し、転舵アクチュエータ６の駆動力をラック軸５の軸方向移動に変換するラックアンドピニオン方式のラック軸移動機構を形成している。

（車両用操向装置の全体構成）
図１に示すように、車両用操向装置１は、操舵機構４（ステアリングホイール２、操舵モータ３、ステアリング軸９、減速機構１０）と、転舵機構８（ラック軸５、転舵アクチュエータ６、操向輪７Ｌ、７Ｒ、ピニオン入力軸１１、ギア１２、ロッド１３Ｌ、１３Ｒ）と、トルクセンサ１６と、操舵角センサ１７と、角度センサ１８と、実ラック軸力取得部１９と、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０とを備えている。

ステアリングホイール２には、ステアリング軸９の一端側が接続されている。ステアリング軸９の他端側には、トルクセンサ１６の入力側が接続されている。トルクセンサ１６の出力側には、減速機構１０が連結されている。トルクセンサ１６は、図３に示すように、トーションバー１６ａと、トーションバー１６ａを挟むようにトーションバー１６ａの両端に取り付けられた２つの角度検出部１６ｂ、１６ｃと、乗算部１６ｄとからなり、トーションバー１６ａの一端側を入力とし、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバー１６ａの捩れ角Δθ（＝θ₂―θ₁）を２つの角度検出部１６ｂ、１６ｃで検出し、検出した捩れ角Δθに乗算部１６ｄで操舵トルク検出用の係数（−Ｋ_t）を乗算して、操舵トルクＴ（＝−Ｋ_t・Δθ）を検出する。角度検出部１６ｂ、１６ｃとしては、例えば、レゾルバを採用することができる。

また、捩れ角Δθ及び操舵トルクＴは、ＥＣＵ２０に出力される。図３は、トルクセンサ１６の内部構成の一例を示している。θ₁は、角度検出部１６ｂで検出されるトーションバー１６ａの上端の回転角度である。また、θ₂は、角度検出部１６ｃで検出されるトーションバー１６ａの下端の回転角度である。また、Ｋ_tは、トーションバー１６ａのバネ定数である。
減速機構１０は、操舵モータ３から出力される駆動トルクをトーションバー１６ａの下端側に伝達する。そして、操舵モータ３からの駆動トルクによって、運転者へ操舵反力の付与が可能となっている。なお、ステアリング軸９とピニオン入力軸１１とは、離間されている。

ピニオン入力軸１１の一端側には、ギア１２が連結されている。ギア１２は、転舵アクチュエータ６から出力される駆動トルクをピニオン入力軸１１の一端側に伝達する。転舵アクチュエータ６としては、例えば転舵モータを採用できる。また、ピニオン入力軸１１の他端側には、転舵機構８を構成するピニオンギア１５が形成されている。転舵機構８では、上述したように転舵アクチュエータ６の駆動力をラック軸５の軸方向移動に変換する。また、ラック軸５の両端には、ロッド１３Ｌ、１３Ｒが連結されている。ロッド１３Ｌ、１３Ｒそれぞれの端部には、ナックル（不図示）等を介して、操向輪７Ｌ、７Ｒが連結されている。これにより、転舵機構８は、ピニオン入力軸１１が回転すると、ロッド１３Ｌ、１３Ｒ及びナックル等を介して、操向輪７Ｌ、７Ｒの転舵角を変化させる。即ち、転舵アクチュエータ６から出力される駆動力によってピニオン入力軸１１の回転に従った操向輪７Ｌ、７Ｒの転舵が可能となっている。

操舵角センサ１７は、ステアリングホイール２の操舵角θを検出する。操舵角θは、ステアリングホイール２が中立位置よりも右方向に切られている場合に正値となる。また、中立位置よりも左方向に切られている場合に負値となる。また、角度センサ１８は、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_pを検出する。さらに、実ラック軸力取得部１９は、転舵機構８のラック軸５に実際に発生している軸方向の力（以下「実ラック軸力Ｆ」とも呼ぶ）を取得する。実ラック軸力Ｆは、操向輪７Ｌ、７Ｒ、ナックル、ロッド１３Ｌ、１３Ｒ等を介して路面から加えられる力である。検出された操舵角θ、回転角度θ_p及び実ラック軸力Ｆは、ＥＣＵ２０に出力される。実ラック軸力取得部１９としては、例えば、ラック軸５に発生する歪みを検出し、検出した歪みに基づき、実ラック軸力Ｆを検出するラック軸力センサを採用することができる。
また、ＥＣＵ２０には、車速センサ２１で検出された車速Ｖが出力される。また、ＥＣＵ２０には、車両用操向装置１が搭載される車両の各種電装品等に電力を供給するバッテリ２２から電力が供給される。バッテリ２２には、オルタネータ等で発電された電力が充電される。

ＥＣＵ２０は、図４に示すように、電流指令値演算部２３と、操舵トルク制御部２４とを備えている。
電流指令値演算部２３は、トルクセンサ１６から出力される操舵トルクＴ及び捩れ角Δθ、操舵角センサ１７から出力される操舵角θ、車速センサ２１から出力される車速Ｖ、並びに操舵モータ３が備えている回転角センサから出力されるモータ回転角θ_mに基づき、操舵モータ３を駆動させるための指令値である電流指令値Ｉ_ref1を算出する。電流指令値Ｉ_ref1は、操舵トルク制御部２４に出力される。電流指令値演算部２３の詳細については後述する。

操舵トルク制御部２４は、電流指令値演算部２３から出力される電流指令値Ｉ_ref1に基づき、目標操舵トルク算出部３６（図６参照）で算出した目標操舵トルクＴ_refと、トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴ、つまり、実際の操舵トルクＴとが等しくなるように操舵モータ３を動作させる。電流指令値Ｉ_ref1は、後述するように、目標操舵トルクＴ_refを基に算出される電流指令値である。操舵トルク制御部２４としては、操舵トルク制御部２４は、電流制限部２５と、減算部２６と、ＰＩ（Proportional-Integral）制御部２７と、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部２８と、インバータ２９とを備えるものを採用することができる。

電流制限部２５は、電流指令値演算部２３から出力される電流指令値Ｉ_ref1の最大電流を制限して制限電流指令値Ｉ_refｍを生成する。制限電流指令値Ｉ_refｍは、減算部２６に出力される。
減算部２６は、電流制限部２５から出力される制限電流指令値Ｉ_refｍから、操舵モータ３に流れている電流Ｉmを減算して偏差Ｉを算出する。偏差ＩはＰＩ制御部２７に出力される。
ＰＩ制御部２７は、減算部２６から出力される偏差Ｉを「０」とするための指令値である電圧制御指令値Ｖ_refを生成する。電圧制御指令値Ｖ_refは、ＰＷＭ制御部２８に出力される。
ＰＷＭ制御部２８は、ＰＩ制御部２７から出力される電圧制御指令値Ｖ_refに基づき、操舵モータ３を駆動させるＰＷＭ信号を算出する。ＰＷＭ信号は、インバータ２９に出力される。
インバータ２９は、ＰＷＭ制御部２８から出力されるＰＷＭ信号に従って、操舵モータ３を駆動する。

（電流指令値演算部の構成）
電流指令値演算部２３は、図５に示すように、右切り/左切り判定部３０と、目標操舵トルク生成部３１と、変換部３２と、捩れ角制御部３３とを備えている。
右切り/左切り判定部３０は、操舵モータ３が備える回転角センサから出力されるモータ回転角θ_mの時間微分値（以下、「モータ角速度ω_ｍ」とも呼ぶ）に基づき、操舵が右切りか左切りかを判定する。判定結果（以下、「操舵状態ＳＴ_s」とも呼ぶ）は、目標操舵トルク生成部３１に出力される。なおモータ角速度ω_ｍの代わりに操舵角θの時間微分値を用いてもよい。

目標操舵トルク生成部３１は、車速センサ２１から出力される車速Ｖ、操舵角センサ１７から出力される操舵角θ、トルクセンサ１６から出力される操舵トルクＴ、回転角センサから出力されるモータ回転角θ_m、右切り/左切り判定部３０から出力される操舵状態ＳＴ_s及び捩れ角制御部３３から出力される電流指令値Ｉ_ref1に基づき、目標操舵トルクＴ_refを生成する。目標操舵トルクＴ_refは、変換部３２に出力される。目標操舵トルク生成部３１としては、図６に示すように、推定ラック軸力演算部３４と、指標値取得部３５と、目標操舵トルク算出部３６とを備えるものを採用することができる。

推定ラック軸力演算部３４は、転舵機構８の動作量に基づき、転舵機構８のラック軸５に発生すると推定される推定ラック軸力を演算する。具体的には、角度センサ１８で検出したピニオン入力軸１１の回転角度θ_p（動作量）及び車速センサ２１で検出した車速Ｖに基づき、車両の走行路が予め定められた所定の摩擦係数の路面である場合に転舵機構８のラック軸５に作用すると推定される推定ラック軸力（以下、「ラック軸力プロファイル値Ｆ_P」とも呼ぶ）を算出する。また、本実施形態では、所定の摩擦係数の路面としては、ドライ路面を用いる。推定ラック軸力演算部３４としては、図７に示すように、絶対値算出部３７と、第１プロファイル値算出部３８と、第２プロファイル値算出部３９と、第３プロファイル値算出部４０と、第４プロファイル値算出部４１と、第５プロファイル値算出部４２と、絶対値算出部４３と、第１ゲイン算出部４４と、第２ゲイン算出部４５と、第３ゲイン算出部４６と、第４ゲイン算出部４７と、第５ゲイン算出部４８と、乗算部４９、５０、５１、５２、５３と合算部５４とを備えるものを採用することができる。

絶対値算出部３７は、角度センサ１８から出力されるピニオン入力軸１１の回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜を算出する。回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜は、第１プロファイル値算出部３８、第２プロファイル値算出部３９、第３プロファイル値算出部４０、第４プロファイル値算出部４１、及び第５プロファイル値算出部４２のそれぞれに出力される。
第１プロファイル値算出部３８は、図８に示した第１プロファイル値マップＭ₁を参照し、絶対値算出部３７から出力される回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜に基づき、ラック軸力のプロファイル値Ｐ₁を算出する。第１プロファイル値マップＭ₁は、ドライ路面を車速１０km/hで走行する車両で計測された、複数の回転角度θ_pにおけるラック軸力の計測値であるプロファイル値Ｐ₁を示すマップである。プロファイル値Ｐ₁は、乗算部４９に出力される。

第２プロファイル値算出部３９は、第２プロファイル値マップＭ₂（不図示）を参照し、絶対値算出部３７から出力される回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜に基づき、ラック軸力のプロファイル値Ｐ₂を算出する。第２プロファイル値マップＭ₂は、ドライ路面を車速２０km/hで走行する車両で計測された、複数の回転角度θ_pのそれぞれにおけるラック軸力の計測値であるプロファイル値Ｐ₂を示すマップである。プロファイル値Ｐ₂は、乗算部５０に出力される。
第３プロファイル値算出部４０は、第３プロファイル値マップＭ₃（不図示）を参照し、絶対値算出部３７から出力される回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜に基づき、ラック軸力のプロファイル値Ｐ₃を算出する。第３プロファイル値マップＭ₃は、ドライ路面を車速４０km/hで走行する車両で計測された、複数の回転角度θ_pのそれぞれにおけるラック軸力の計測値であるプロファイル値Ｐ₃を示すマップである。プロファイル値Ｐ₃は、乗算部５１に出力される。

第４プロファイル値算出部４１は、第４プロファイル値マップＭ₄（不図示）を参照し、絶対値算出部３７から出力される回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜に基づき、ラック軸力のプロファイル値Ｐ₄を算出する。第４プロファイル値マップＭ₄は、ドライ路面を車速６０km/hで走行する車両で計測された、複数の回転角度θ_pのそれぞれにおけるラック軸力の計測値であるプロファイル値Ｐ₄を示すマップである。プロファイル値Ｐ₄は、乗算部５２に出力される。
第５プロファイル値算出部４２は、第５プロファイル値マップＭ₅（不図示）を参照し、絶対値算出部３７から出力される回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜に基づき、ラック軸力のプロファイル値Ｐ₅を算出する。第５プロファイル値マップＭ₅は、ドライ路面を車速１００km/hで走行する車両で計測された、複数の回転角度θ_pのそれぞれにおけるラック軸力の計測値であるプロファイル値Ｐ₅を示すマップである。プロファイル値Ｐ₅は乗算部５３に出力される。

絶対値算出部４３は、車速センサ２１から出力される車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜を算出する。車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜は、第１ゲイン算出部４４、第２ゲイン算出部４５、第３ゲイン算出部４６、第４ゲイン算出部４７、及び第５ゲイン算出部４８のそれぞれに出力される。
第１ゲイン算出部４４は、図９に示した第１車速ゲインマップＭ₆を参照し、絶対値算出部４３から出力される車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜に基づき、車速感度ゲインＧ₁を算出する。第１車速ゲインマップＭ₆は、車速Ｖが０km/hである場合に車速感度ゲインＧ₁が「０」となり、車速Ｖが０km/h〜１０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₁が「０」から「１」に近づき、車速Ｖが１０km/h〜２０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₁が「１」から「０」に近づき、車速Ｖが２０km/h以上である場合に車速感度ゲインＧ₁が「０」となるマップである。車速感度ゲインＧ₁は、乗算部４９に出力される。

第２ゲイン算出部４５は、第２車速ゲインマップＭ₇（不図示）を参照し、絶対値算出部４３から出力される車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜に基づき、車速感度ゲインＧ₂を算出する。第２車速ゲインマップＭ₇は、車速Ｖが１０km/h以下である場合に車速感度ゲインＧ₂が「０」となり、車速Ｖが１０km/h〜２０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₂が「０」から「１」に近づき、車速Ｖが２０km/h〜４０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₂が「１」から「０」に近づき、車速Ｖが４０km/h以上である場合に車速感度ゲインＧ₂が「０」となるマップである。車速感度ゲインＧ₂は、乗算部５０に出力される。

第３ゲイン算出部４６は、第３車速ゲインマップＭ₈（不図示）を参照し、絶対値算出部４３から出力される車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜に基づき、車速感度ゲインＧ₃を算出する。第３車速ゲインマップＭ₈は、車速Ｖが２０km/h以下である場合に車速感度ゲインＧ₃が「０」となり、車速Ｖが２０km/h〜４０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₃が「０」から「１」に近づき、車速Ｖが４０km/h〜６０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₃が「１」から「０」に近づき、車速Ｖが６０km/h以上である場合に車速感度ゲインＧ₃が「０」となるマップである。車速感度ゲインＧ₃は、乗算部５１に出力される。

第４ゲイン算出部４７は、第４車速ゲインマップＭ₉（不図示）を参照し、絶対値算出部４３から出力される車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜に基づき、車速感度ゲインＧ₄を算出する。第４車速ゲインマップＭ₉は、車速Ｖが４０km/h以下である場合に車速感度ゲインＧ₄が「０」となり、車速Ｖが４０km/h〜６０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₄が「０」から「１」に近づき、車速Ｖが６０km/h〜１００km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₄が「１」から「０」に近づき、車速Ｖが１００km/h以上である場合に車速感度ゲインＧ₄が「０」となるマップである。車速感度ゲインＧ₄は乗算部５２に出力される。

第５ゲイン算出部４８は、第５車速ゲインマップＭ₁₀（不図示）を参照し、絶対値算出部４３から出力される車速Ｖの絶対値｜Ｖ｜に基づき、車速感度ゲインＧ₅を算出する。第５車速ゲインマップＭ₁₀は、車速Ｖが６０km/h以下である場合に車速感度ゲインＧ₅が「０」となり、車速Ｖが６０km/h〜１００km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₅が「０」から「１」に近づき、車速Ｖが１００km/h〜１５０km/hである場合に車速Ｖが大きいほど車速感度ゲインＧ₅が「１」から「０」に近づき、車速Ｖが１５０km/h以上である場合に車速感度ゲインＧ₅が「０」となるマップである。車速感度ゲインＧ₅は乗算部５３に出力される。

乗算部４９は、第１プロファイル値算出部３８から出力されるプロファイル値Ｐ₁に、第１ゲイン算出部４４から出力される車速感度ゲインＧ₁を乗算する。以下同様に、乗算部５０は、第２プロファイル値算出部３９から出力されるプロファイル値Ｐ₂に、第２ゲイン算出部４５から出力される車速感度ゲインＧ₂を乗算する。また、乗算部５１は、第３プロファイル値算出部４０から出力されるプロファイル値Ｐ₃に、第３ゲイン算出部４６から出力される車速感度ゲインＧ₃を乗算する。さらに、乗算部５２は、第４プロファイル値算出部４１から出力されるプロファイル値Ｐ₄に、第４ゲイン算出部４７から出力される車速感度ゲインＧ₄を乗算する。また、乗算部５３は、第５プロファイル値算出部４２から出力されるプロファイル値Ｐ₅に、第５ゲイン算出部４８から出力される車速感度ゲインＧ₅を乗算する。また、乗算結果Ｐ₁・Ｇ₁、Ｐ₂・Ｇ₂、Ｐ₃・Ｇ₃、Ｐ₄・Ｇ₄、Ｐ₅・Ｇ₅のそれぞれは、合算部５４に出力される。

合算部５４は、乗算部４９〜５３のそれぞれから出力される乗算結果Ｐ₁・Ｇ₁、Ｐ₂・Ｇ₂、Ｐ₃・Ｇ₃、Ｐ₄・Ｇ₄、Ｐ₅・Ｇ₅を合算してラック軸力プロファイル値Ｆ_Pを算出する。ラック軸力プロファイル値Ｆ_Pは、指標値取得部３５（図６参照）に出力される。これにより、ラック軸力プロファイル値Ｆ_Pとして、ドライ路面を車速Ｖで且つピニオン角度θ_Pで走行する車両の転舵機構８のラック軸５に生じる実ラック軸力Ｆの推定値を算出する。

なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、プロファイル値マップＭ₁〜Ｍ₅として、１０km/h、２０km/h、４０km/h、６０km/h、１００km/hの５段階（種類）のプロファイル値マップを用いる例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、上記した５段階以外の段階（３段階、４段階、６段階等）のプロファイル値マップを用いる構成としてもよい。
また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_p（動作量）及び車速Ｖに基づき、推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）を算出する例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、回転角度θ_pに代えてラック軸５のストローク量（動作量）や転舵アクチュエータ６の駆動量（動作量）を用いる構成としてもよい。

図６に示すように、指標値取得部３５は、推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）及び実ラック軸力Ｆに基づき、車両が実際に走行している走行路の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ”を取得する。具体的には、実ラック軸力取得部１９で取得した実ラック軸力Ｆを、推定ラック軸力演算部３４で演算したラック軸力プロファイル値Ｆ_Pで除算した除算結果（Ｆ／Ｆ_P）に基づき、車両が実際に走行している走行路の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ” を取得する。指標値Ｉ_μ”は、目標操舵トルク算出部３６に出力される。指標値取得部３５としては、図１０に示すように、マップ記憶部５５と、除算結果取得部５６と、指標値算出部５７と、指標値修正部５８と、レートリミッタ部５９とを備えるものを採用できる。

マップ記憶部５５は、指標値マップＭ₁₁、第１ブレンディングマップＭ₁₂、及び第２ブレンディングマップＭ₁₃を記憶している。指標値マップＭ₁₁は、図１１に示すように、複数の数値範囲それぞれに対応付けられた指標値Ｉ_μを示すマップである。複数の数値範囲としては、例えば、互いに隣接する第１数値範囲Ｒ₁、第２数値範囲Ｒ₂、第３数値範囲Ｒ₃、第４数値範囲Ｒ₄、第５数値範囲Ｒ₅、第６数値範囲Ｒ₆、及び第７数値範囲Ｒ₇を用いることができる。各数値範囲Ｒ₁〜Ｒ₇の大小関係は、第１数値範囲Ｒ₁＜第２数値範囲Ｒ₂＜第３数値範囲Ｒ₃＜第４数値範囲Ｒ₄＜第５数値範囲Ｒ₅＜第６数値範囲Ｒ₆＜第７数値範囲Ｒ₇、という順番となっている。

第１数値範囲Ｒ₁は、「極低μ路面」の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、数値「０．２」）に対応付けられている。以下同様に、第２数値範囲Ｒ₂は、「極低μ路面」と「低μ路面」との間の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、第２数値範囲Ｒ₂内において数値が大きくなるほど「０．２」から「０．４」に近づく数値）に対応付けられている。さらに、第３数値範囲Ｒ₃は、「低μ路面」の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、数値「０．４」）に対応付けられている。また、第４数値範囲Ｒ₄は、「低μ路面」と「ドライ路面」との間の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、第４数値範囲Ｒ₄内において数値が大きくなるほど「０．４」から「０．８」に近づく数値）に対応付けられている。さらに、第５数値範囲Ｒ₅は、「ドライ路面」の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、数値「０．８」）に対応付けられている。また、第６数値範囲Ｒ₆は、「ドライ路面」と「高μ路面」との間の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、第６数値範囲Ｒ₆内において数値が大きくなるほど「０．８」から「１．２」に近づく数値）に対応付けられている。さらに、第７数値範囲Ｒ₇は、「高μ路面」の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μ（例えば、数値「１．２」）に対応付けられている。

なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、「極低μ路面」の指標値を「０．２」、「低μ路面」の指標値を「０．４」、「ドライ路面」の指標値を「０．８」、「高μ路面」の指標値を「１．２」とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、「極低μ路面」の指標値を「１」、「低μ路面」の指標値を「２」、「ドライ路面」の指標値を「３」、「高μ路面」の指標値を「４」とする構成としてもよい。また、路面摩擦係数の段階として、「極低μ路面」、「低μ路面」、「ドライ路面」、「高μ路面」の４段階以外の段階を用いてもよい。

第１ブレンディングマップＭ₁₂は、図１２に示すように、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜が０degである場合に第１ゲインＧ₆が「０」となり、回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜の増加に応じて第１ゲインＧ₆が増加して「１．０」に漸近する第１ゲインＧ₆を示すマップである。また、第２ブレンディングマップＭ₁₃は、図１３に示すように、車速Ｖが０km/hである場合に第２ゲインＧ₇が「０」となり、車速Ｖの増加に応じて第２ゲインＧ₇が増加して「１．０」に漸近する第２ゲインＧ₇を示すマップである。

除算結果取得部５６は、実ラック軸力取得部１９から出力される実ラック軸力Ｆを、推定ラック軸力演算部３４から出力されるラック軸力プロファイル値Ｆ_Pで除算する。除算結果（Ｆ/Ｆ_P）は、指標値算出部５７に出力される。その際、「０」近傍値や「０」での除算を回避するため、ラック軸力プロファイル値Ｆ_Pが所定値（例えば、０．０１）以下であると判定した場合には、ラック軸力プロファイル値Ｆ_Pとして所定値（０．０１）を用いる。図１０には、除算結果（Ｆ/Ｆ_P）を出力するための、除算結果取得部５６の内部構成の一例が示されている。

指標値算出部５７は、マップ記憶部５５が記憶している指標値マップＭ₁₁を参照し、除算結果取得部５６から出力される除算結果（Ｆ/Ｆ_P）が複数の数値範囲Ｒ₁〜Ｒ₇の何れに属するかを判定する。そして、属すると判定された数値範囲Ｒ₁〜Ｒ₇に対応付けられている指標値Ｉ_μを取得する。なお、第２、第４、第６数値範囲Ｒ₂、Ｒ₄、Ｒ₆に属すると判定された場合には、Ｆ/Ｆ_Pに対応する指標値Ｉ_μを取得する。指標値Ｉ_μは、指標値修正部５８に出力される。

指標値修正部５８は、角度センサ１８から出力されるピニオン入力軸１１の回転角度θ_pが小さいほど、又は車速センサ２１から出力される車速Ｖが小さいほど、指標値取得部３５から出力される指標値Ｉ_μを「ドライ路面」の路面摩擦係数に関する指標値「０．８」に近い数値に修正する。修正後の指標値（指標値Ｉ_μ’）は、レートリミッタ部５９に出力される。
なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_pが小さい場合や、車速Ｖが小さい場合に、指標値Ｉ_μを「ドライ路面」の路面摩擦係数に関する指標値「０．８」に近い数値に修正する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_pが所定値以下となった場合や、車速Ｖが所定値以下となった場合に、指標値Ｉ_μを、回転角度θ_pが所定値以下となったと判定される直前の数値や、車速Ｖが所定値以下となったと判定される直前の数値に維持させる構成としてもよい。

図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、指標値修正部５８の動作を説明する。図１４（ａ）は、ドライ路面、すなわち、摩擦係数に関する指標値Ｉ_μが「０．８」である路面を車両が走行しているときに、運転者が操舵を行った場合の指標値Ｉ_μ’（レートリミッタ部５９に入力される指標値）の変化を示している。図１４（ａ）では、点線が指標値修正部５８を備える構成とした場合の指標値Ｉ_μ’を示し、実線が指標値修正部５８を備えない構成とした場合の指標値Ｉ_μ’を示している。また、図１４（ｂ）は、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_ｐの変化を示している。また、図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）に示したようにピニオン入力軸１１の回転角度θ_ｐを０deg周辺で揺動させたときの、実ラック軸力Ｆの変化と、推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）の変化とを示している。図１４（ｃ）では、点線が実ラック軸力Ｆの変化を示し、実線が推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）の変化を示している。

指標値修正部５８を備えない構成とした場合、つまり指標値算出部５７が算出した指標値Ｉ_μを指標値Ｉ_μ’（レートリミッタ部５９に入力される指標値）とする場合、図１４（ａ）の実線に示すように指標値Ｉ_μ’に間欠的に大きな変化が発生する。この変化は、図１４（ｂ）に示すように、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜が比較的小さな領域で発生している。これは、回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜が小さい領域では、ヒステリシスの影響により、推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）が正確に計算できないことに起因する。

これに対し、指標値修正部５８を備える構成とした場合、図１４（ａ）の点線に示すようにレートリミッタ部５９に入力される指標値Ｉ_μ’が大きく変化しない。これは、指標値修正部５８が、ピニオン入力軸１１の回転角度θ_ｐの絶対値｜θ_p｜が小さい領域において、指標値Ｉ_μをドライ路面の路面摩擦係数に関する指標値「０．８」に近い数値に修正するためである。
指標値修正部５８としては、絶対値算出部６０と、第１ゲイン算出部６１と、第２ゲイン算出部６２と、指標値修正実行部６３とを備えるものを採用できる。
絶対値算出部６０は、角度センサ１８から出力されるピニオン入力軸１１の回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜を算出する。回転角度の絶対値｜θ_p｜は第１ゲイン算出部６１に出力される。

第１ゲイン算出部６１は、マップ記憶部５５が記憶している図１２に示した第１ブレンディングマップＭ₁₂を参照し、絶対値算出部６０から出力される回転角度θ_pの絶対値｜θ_p｜に対応する第１ゲインＧ₆を算出する。第１ゲインＧ₆は、指標値修正実行部６３に出力される。
第２ゲイン算出部６２は、マップ記憶部５５が記憶している図１３に示した第２ブレンディングマップＭ₁₃を参照し、車速センサ２１から出力される車速Ｖに対応する第２ゲインＧ₇を算出する。第２ゲインＧ₇は、指標値修正実行部６３に出力される。

指標値修正実行部６３は、第１ゲイン算出部６１から出力される第１ゲインＧ₆と、第２ゲイン算出部６２から出力される第２ゲインＧ₇とのうちから小さいほうのゲインを選択する。続いて、選択されたゲイン（以下、「選択ゲインＧ₈」とも呼ぶ）を、指標値算出部５７から出力される指標値Ｉ_μに乗算する。また同時に、選択ゲインＧ₈から生成したゲイン（１−Ｇ₈）を、「ドライ路面」の路面摩擦係数に関する指標値「０．８」に乗算する。そして、それらの乗算結果Ｇ₈・Ｉ_μ、（１−Ｇ₈）・０．８を合算し、合算結果Ｇ₈・Ｉ_μ＋（１−Ｇ₈）・０．８を、修正後の指標値Ｉ_μ’とする。指標値Ｉ_μ’は、レートリミッタ部５９に出力される。図１０には、指標値Ｉ_μ’を出力するための指標値修正実行部６３の内部構成の一例が示されている。

レートリミッタ部５９は、指標値修正実行部６３から出力される指標値Ｉ_μ’の変化速度が上限値を超えないように指標値Ｉ_μ’を修正する。修正後の指標値Ｉ_μ’（以下、「指標値Ｉ_μ”」とも呼ぶ）は、目標操舵トルク算出部３６（図６参照）に出力される。図１０には、指標値Ｉ_μ”を出力するための、レートリミッタ部５９の内部構成の一例が示されている。

図６に示すように、目標操舵トルク算出部３６は、車速センサ２１で検出した車速Ｖ、操舵角センサ１７で検出した操舵角θ、右切り/左切り判定部３０で判定した操舵状態ＳＴ_s及び指標値取得部３５で取得した指標値Ｉ_μ”に基づき、操舵トルクＴの目標値である目標操舵トルクＴ_refを算出する。目標操舵トルクＴ_refは、変換部３２（図５参照）に出力される。目標操舵トルク算出部３６としては、目標操舵トルク算出部３６は、操舵トルク算出部６４と、ゲイン設定部６５と、目標操舵トルク算出実行部６６とを備えるものを採用することができる。

操舵トルク算出部６４は、車速センサ２１で検出した車速Ｖ、操舵角センサ１７で検出した操舵角θ及び右切り/左切り判定部３０で判定した操舵状態ＳＴ_sに基づき、予め定められた所定の摩擦係数の路面（ドライ路面）を車速Ｖで且つ操舵角θで走行する非ステアバイワイヤの車両に生じる操舵トルクを算出する。非ステアバイワイヤの車両とは、操舵機構４と転舵機構８とが機械的に結合している車両である。操舵トルクは、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。操舵トルク算出部６４としては、操舵トルク算出部６４は、基本マップ部６７と、ヒステリシス補正部６８と、ダンピング補正部６９とを備えるものを採用できる。

基本マップ部６７は、図１５に示した基本マップＭ₁₄を参照して、操舵角センサ１７から出力される操舵角θ、及び車速センサ２１から出力される車速Ｖに基づき、ドライ路面を車速Ｖで且つ操舵角θで走行する非ステアバイワイヤの車両に生じる操舵トルクを示すためのトルク信号（以下「第１トルク信号Ｔ_ref1」とも呼ぶ）を生成する。基本マップＭ₁₄では、トルク信号_Ｔref1が、操舵角θの絶対値｜θ｜が増加するにつれて増加するとともに、車速Ｖが増加するにつれて増加する。第１トルク信号Ｔ_ref1は目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。

ヒステリシス補正部６８は、操舵角センサ１７から出力される操舵角θ、及び右切り/左切り判定部３０で判定した操舵状態ＳＴ_sに基づき、下記（１）式に従って、ドライ路面を車速Ｖで且つ操舵角θで走行する非ステアバイワイヤの車両に生じる操舵トルクを示すためのトルク信号（以下、「第２トルク信号Ｔ_ref2」とも呼ぶ）を算出する。第２トルク信号Ｔ_ref2は、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。なお、下記（１）式では、ｘ＝θ、ｙ＝Ｔ_ref3、ａ＞１、ｃ＞０、Ａ_ｈｙｓ＝ヒステリシス幅である。

右切り操舵から左切り操舵、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際に、最終座標（ｘ１，ｙ１）の値に基づき、切り替え後の式（１）の「ｂ」に以下の式（２）を代入する。これにより、切り替え前後の連続性が保たれる。

上記（２）式は、上記（１）式中のｘにｘ１を、ｙ_Ｒ及びｙ_Ｌにｙ１を代入することにより導出することができる。
「ａ」として１より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数「ｅ」を用いた場合、上記（１）式及び（２）式は下記（３）式及び（４）式となる。

上記（３）式及び（４）式でＡ_ｈｙｓ＝１Ｎm、ｃ＝０．３と設定し、０degから開始し、＋５０deg、−５０degの操舵をした場合の、ヒステリシス補正された第２トルク信号Ｔ_ref2の線図例を図１６に示す。即ち、ヒステリシス補正部６８からの第２トルク信号Ｔ_ref2は０の原点→Ｌ１（細線）→Ｌ２（破線）→Ｌ３（太線）のようなヒステリシス特性を示すものとなる。

ダンピング補正部６９は、微分部７０、ダンパゲイン部７１及び乗算部７２を備えている。
微分部７０は、操舵角センサ１７から出力される操舵角θを微分して舵角速度ω_ｈを算出する。舵角速度ω_ｈは、乗算部７２に出力される。また、ダンパゲイン部７１は、図１７に示したダンパゲインマップＭ₁₅を参照して、車速センサ２１から出力される車速Ｖに基づき、ダンパゲインＤを生成する。ダンパゲインマップＭ₁₅では、車速Ｖが増加するにつれてダンパゲインＤが緩やかに増加する。ダンパゲインＤは、乗算部７２に出力される。また、乗算部７２は、微分部７０から出力される舵角速度ω_ｈに、ダンパゲイン部７１から出力されるダンパゲインＤを乗算して、ドライ路面を車速Ｖで且つ操舵角θで走行する非ステアバイワイヤの車両に生じる操舵トルクを示すためのトルク信号（以下、「第３トルク信号Ｔ_ref3」とも呼ぶ。）を生成する。第３トルク信号Ｔ_ref3は、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。

ゲイン設定部６５は、指標値取得部３５から出力される指標値Ｉ_μ”に基づき、操舵トルク算出部６４で算出されたトルク信号Ｔ_ref1、Ｔ_ref2、Ｔ_ref3に乗算するゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を設定する。具体的には、ゲインマップを参照し、指標値Ｉ_μ”に応じたゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を取得する。設定したゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁は、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。ゲイン設定部６５としては、マップ記憶部７３と、静特性ゲイン設定部７４と、ヒステリシスゲイン設定部７５と、ダンピングゲイン設定部７６とを備えるものを採用することができる。

マップ記憶部７３は、指標値取得部３５から出力される指標値Ｉ_μ”に応じたゲインを示すゲインマップを記憶している。ゲインマップは、図１８、図１９、図２０に示すように、指標値Ｉ_μ”が小さいほどゲインを小さくするマップである。ゲインマップとしては、静特性ゲインマップＭ₁₆、ヒステリシスゲインマップＭ₁₇、ダンピングゲインマップＭ₁₈が用いられる。

静特性ゲインマップＭ₁₆は、図１８に示すように、指標値Ｉ_μ”の増加に応じてゲイン（以下、「静特性ゲインＧ₉」とも呼ぶ）が増加して第１所定値Ｎ₁に漸近するマップである。以下同様に、ヒステリシスゲインマップＭ₁₇は、図１９に示すように、指標値Ｉ_μ”の増加に応じてゲイン（以下、「ヒステリシスゲインＧ₁₀」とも呼ぶ）が増加して第２所定値Ｎ₂に漸近するマップである。さらに、ダンピングゲインマップＭ₁₈は、図２０に示すように、指標値Ｉ_μ”の増加に応じてゲイン（以下、「ダンピングゲインＧ₁₁」とも呼ぶ）が増加して第３所定値Ｎ₃に漸近するマップである。各所定値Ｎ₁〜Ｎ₃の大小関係は、第２所定値Ｎ₂＜第１所定値Ｎ₁＜第３所定値Ｎ₃、という順番となっている。

静特性ゲイン設定部７４は、マップ記憶部７３が記憶している図１８に示した静特性ゲインマップＭ₁₆を参照し、指標値取得部３５から出力される指標値Ｉ_μ”に基づき、静特性ゲインＧ₉を生成する。静特性ゲインＧ₉は、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。
ヒステリシスゲイン設定部７５は、マップ記憶部７３が記憶している図１９に示したヒステリシスゲインマップＭ₁₇を参照し、指標値取得部３５から出力される指標値Ｉ_μ”に基づき、ヒステリシスゲインＧ₁₀を生成する。ヒステリシスゲインＧ₁₀は、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。

ダンピングゲイン設定部７６は、マップ記憶部７３が記憶している図２０に示したダンピングゲインマップＭ₁₈を参照し、指標値取得部３５から出力される指標値Ｉ_μ”に基づき、ダンピングゲインＧ₁₁を生成する。ダンピングゲインＧ₁₁は、目標操舵トルク算出実行部６６に出力される。
目標操舵トルク算出実行部６６は、操舵トルク算出部６４で算出した操舵トルク（トルク信号Ｔ_ref1、Ｔ_ref2、Ｔ_ref3）に、ゲイン設定部６５で設定したゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を乗算して、目標操舵トルクＴ_refを算出する。目標操舵トルクＴ_refは、変換部３２に出力される。目標操舵トルク算出実行部６６としては、乗算部７７、７８、７９と、合算部８０とを備えるものを採用できる。

乗算部７７は、基本マップ部６７から出力される第１トルク信号Ｔ_ref1に静特性ゲイン設定部７４から出力される静特性ゲインＧ₉を乗算する。また、乗算部７８は、ヒステリシス補正部６８から出力される第２トルク信号Ｔ_ref2にヒステリシスゲイン設定部７５から出力されるヒステリシスゲインＧ₁₀を乗算する。さらに乗算部７９は、ダンピング補正部６９から出力される第３トルク信号Ｔ_ref3にヒステリシスゲイン設定部７５から出力されるダンピングゲインＧ₁₁を乗算する。乗算結果Ｔ_ref1・Ｇ₉、Ｔ_ref2・Ｇ₁₀、Ｔ_ref3・Ｇ₁₁は合算部８０に出力される。
合算部８０は乗算部７７〜７７から出力される乗算結果Ｔ_ref1・Ｇ₉、Ｔ_ref2・Ｇ₁₀、Ｔ_ref3・Ｇ₁₁を合算して目標操舵トルクＴ_refとする。目標操舵トルクＴ_refは変換部３２に出力される。

なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、目標操舵トルク算出実行部６６が、第１トルク信号Ｔ_ref1、第２トルク信号Ｔ_ref2、第３トルク信号Ｔ_ref3のそれぞれにゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を乗算し、それらの乗算結果Ｔ_ref1・Ｇ₉、Ｔ_ref2・Ｇ₁₀、Ｔ_ref3・Ｇ₁₁を合算する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、第１トルク信号Ｔ_ref1、第２トルク信号Ｔ_ref2、第３トルク信号Ｔ_ref3を合算し、その合算値にゲインを乗算する構成としてもよい。

変換部３２は、目標操舵トルク生成部３１から出力される目標操舵トルクＴ_refに、トルクセンサ１６のトーションバー１６ａのバネ定数Ｋ_ｔの逆数の符号を反転した係数（−１／Ｋ_ｔ）を乗算して目標捩れ角Δθ_refを生成する。目標捩れ角Δθ_refは捩れ角制御部３３に出力される。
捩れ角制御部３３は、トルクセンサ１６から出力される捩れ角Δθが、変換部３２から出力される目標捩れ角Δθ_refと等しくなるような電流指令値Ｉ_ref1を算出する。電流指令値Ｉ_ref1は電流制限部２５に出力される。これにより、電流指令値Ｉ_ref1として、目標操舵トルクＴ_refと実際の操舵トルクＴとが等しくなるように操舵モータ３を動作させる指令値が算出される。

なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、電流指令値演算部２３が、変換部３２から出力される目標捩れ角Δθ_refとトルクセンサ１６から出力される捩れ角Δθとが等しくなるような電流指令値Ｉ_refを算出する例を示したが他の構成を採用することもできる。例えば、目標操舵トルク生成部３１から出力される目標操舵トルクＴ_refとトルクセンサ１６から出力される操舵トルクＴとが等しくなるような電流指令値Ｉ_ref1を算出する構成としてもよい。

さらに、ＥＣＵ２０は、図４に示すように、転舵制御部８１を備えている。
転舵制御部８１は、操舵角センサ１７から出力される操舵角θ、角度センサ１８から出力されるピニオン入力軸１１の回転角度θ_p、及び車速センサ２１から出力される車速Ｖに基づき、操向輪７Ｌ、７Ｒの転舵角が、非ステアバイワイヤの車両に適用した場合における転舵角と等しくなるように、転舵アクチュエータ６に操向輪７Ｌ、７Ｒを転舵させる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）及び実ラック軸力Ｆに基づき、車両が実際に走行している走行路の路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μを取得するようにした。そして、取得した指標値Ｉ_μに基づき、目標操舵トルクＴ_refを算出するようにした。それゆえ、例えば、高周波の実ラック軸力Ｆが発生しても、実ラック軸力Ｆ及び推定ラック軸力を基に取得される路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μが変動しないようにすることで、ラック軸力による操舵トルクＴの振動を防止できる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、複数の数値範囲Ｒ₁〜Ｒ₇それぞれに対応付けられた指標値Ｉ_μを示す指標値マップＭ₁₁（図１１参照）を参照し、実ラック軸力Ｆを推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）で除算した除算結果（Ｆ/Ｆ_p）が、複数の数値範囲Ｒ_i(例えば、Ｒ₁、Ｒ₃、Ｒ₅、Ｒ₇)の何れに属するかを判定するようにした。そして、判定された数値範囲Ｒ₁〜Ｒ₇に対応付けられている指標値Ｉ_μを取得するようにした。それゆえ、例えば、高周波の実ラック軸力Ｆが発生しても、実ラック軸力Ｆの除算結果が１つの数値範囲Ｒ_i(Ｒ₁、Ｒ₃、Ｒ₅及びＲ₇の何れか)に留まっていれば、留まっている数値範囲Ｒ_iに対応する指標値が維持され、実ラック軸力Ｆによる操舵トルクＴの振動を防止することができる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、指標値Ｉ_μ’の変化速度の上限値をレートリミッタ部５９で制限するようにした。それゆえ、操舵トルクＴの変化を滑らかにすることができる。また、滑らかさの度合いを、レートリミッタ部５９が制限する変化速度の上限値を変更することで調整できる。そのため、操舵フィーリング設計の自由度を向上できる。

図２１（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、所定の操舵角θで操舵している間に、車両が低μ路面に進入した場合に、運転者が感じる操舵フィーリングの変化について説明する。図２１（ａ）は、所定の角度に維持されている操舵角θを示している。また、図２１（ｂ）は、車両が低μ路面に進入する前と進入した後の、実ラック軸力Ｆの変化を示している。また、図２１（ｃ）は、図２１（ｂ）に示したように実ラック軸力Ｆが変化した場合の、操舵トルクＴの変化を示している。図２１（ｃ）では、点線が実ラック軸力Ｆを操舵トルクＴに加算する車両用操向装置（以下、「従来の車両用操向装置」とも呼ぶ）で演算される操舵トルクＴの変化を示し、実線が本実施形態に係る車両用操向装置１で演算される操舵トルクＴの変化を示している。

従来の車両用操向装置、つまり、実ラック軸力Ｆを操舵トルクＴに加算する車両用操向装置を搭載した車両では、図２１（ａ）に示すように、所定の操舵角を維持した状態で、車両が低μ路面に進入すると、図２１（ｂ）に示すように、実ラック軸力Ｆが急激に低下し、図２１（ｃ）の点線に示すように、実ラック軸力Ｆの低下に従って操舵トルクＴが急激に低下する。それゆえ、運転者が感じる操舵フィーリングは低μ路面への進入にともなって急激に変化する。

これに対し、本実施形態に係る車両用操向装置１を搭載した車両では、図２１（ａ）に示すように、所定の操舵角を維持した状態で、車両が低μ路面に進入すると、従来の車両用操向装置と同様に、図２１（ｂ）に示すように、実ラック軸力Ｆが急激に低下するが、レートリミッタ部５９によって実現される操舵トルクＴの変化を滑らかにする機能により、図２１（ｃ）の実線に示すように、操舵トルクＴは実ラック軸力Ｆの変化に比べて緩やかに変化する。これにより、低μ路面への進入時に運転者が感じる操舵フィーリングの急激な変化を抑制できる。

次に、図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、本実施形態に係る車両用操向装置１を搭載した車両がドライ凹凸路面に進入した場合に、運転者が感じる操舵フィーリングの変化を説明する。図２２（ａ）は、０deg周辺の所定の角度から切り戻されて０degに維持される操舵角θの変化を示している。また、図２２（ｂ）は、実ラック軸力Ｆの変化を示している。また、図２２（ｃ）は、図２２（ｂ）に示したように実ラック軸力Ｆが変化した場合の、操舵トルクＴを示している。また、図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、従来の車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図である。図２３（ａ）は、０degに維持されている操舵角θを示している。また、図２３（ｂ）は、実ラック軸力Ｆの変化を示している。また、図２３（ｃ）は、図２３（ｃ）に示したように実ラック軸力Ｆが変化した場合の、操舵トルクＴの変化を示している。

従来の車両用操向装置、つまり、実ラック軸力Ｆを操舵トルクＴに加算する車両用操向装置を搭載した車両では、図２３（ａ）に示すように、０degに操舵角を維持した状態で、車両がドライ凹凸路面に進入すると、図２３（ｂ）に示すように、実ラック軸力Ｆが小刻みに変動し、図２３（ｃ）に示すように、実ラック軸力Ｆの小刻みな変動に従って操舵トルクＴが小刻みに変動する。これにより、高周波の不快な振動が運転者に伝達される。それゆえ、運転者が感じる操舵フィーリングは、ドライ凹凸路面への進入にともなって振動的に変化（悪化）する。

これに対し、本実施形態に係る車両用操向装置１を搭載した車両では、図２２（ａ）に示すように、０degの操舵角を維持した状態で、車両がドライ凹凸路面に進入すると、従来の車両用操向装置と同様に、図２２（ｂ）に示すように、実ラック軸力Ｆが小刻みに変動するが、レートリミッタ部５９によって実現される操舵トルクＴの変化を滑らかにする機能と、指標値マップＭ₁₁によって実現される操舵トルクＴの振動を防止する機能とにより、図２２（ｃ）に示すように、操舵トルクＴは実ラック軸力Ｆの変化に比べて緩やかに変化する。それゆえ、不快な振動が運転者に伝達されることを防止できる。これにより、ドライ凹凸路面への進入時に運転者が感じる操舵フィーリングの振動的な変化（操舵フィーリングの悪化）を抑制できる。

次に、図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、本実施形態に係る車両用操向装置１を搭載した車両がドライ路面から低μ路面に進入した後、低μ凹凸路面に進入した場合について説明する。図２４（ａ）は、所定の角度の周辺で僅かに変動している操舵角θの変化を示している。また、図２４（ｂ）は、車両が低μ路面に進入する前と進入した後、低μ凹凸路面に進入する前と進入した後の、実ラック軸力Ｆの変化を示している。また、図２４（ｃ）は、図２４（ｂ）に示したように実ラック軸力Ｆが変化した場合の、操舵トルクＴの変化を示している。また、図２５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、従来の車両用操向装置を搭載した車両の動作を示す概念図である。図２５（ａ）は、所定の角度周辺で僅かに変動している操舵角θの変化を示している。また、図２５（ｂ）は、車両が低μ路面に進入する前と進入した後、低μ凹凸路面に進入する前と進入した後の、実ラック軸力Ｆの変化を示している。また、図２５（ｃ）は、図２５（ｂ）に示したように実ラック軸力Ｆが変化した場合の、操舵トルクＴの変化を示している。

従来の車両用操向装置、つまり、実ラック軸力Ｆを操舵トルクＴに加算する車両用操向装置を搭載した車両では、図２５（ａ）に示すように、所定の操舵角を維持した状態で、車両が低μ路面に進入した後、低μ凹凸路面に進入すると、図２５（ｂ）に示すように、実ラック軸力Ｆの急激な低下及び小刻みな変動を生じ、図２５（ｃ）に示すように、操舵トルクＴの急激な低下及び小刻みな変動が発生する。すなわち、路面摩擦係数の変化による実ラック軸力Ｆの変動及び凹凸路走行による実ラック軸力Ｆの変動の両方が操舵トルクＴにそのまま反映される。

これに対し、本実施形態に係る車両用操向装置１を搭載した車両では、図２４（ａ）に示すように、所定の操舵角を維持した状態で、車両が低μ路面に進入した後低μ凹凸路面に進入すると、従来の車両用操向装置と同様に、図２４（ｂ）に示すように、実ラック軸力Ｆの急激な低下及び小刻みな変動を生じるが、レートリミッタ部５９によって実現される操舵トルクＴの変化を滑らかにする機能と、指標値マップＭ₁₁によって実現される操舵トルクＴの振動を防止する機能とにより、図２４（ｃ）に示すように操舵トルクＴは実ラック軸力Ｆの変化に比べて緩やかに変化する。これにより、路面摩擦係数の変化による実ラック軸力Ｆの変動及び凹凸路走行による実ラック軸力Ｆの変動が操舵トルクＴにそのまま反映されることを防止できる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、所定の摩擦係数の路面を車速Ｖで且つ操舵角θで走行する非ステアバイワイヤの車両に生じる操舵トルク（トルク信号Ｔ_ref1、Ｔ_ref2、Ｔ_ref3）を算出し、また、指標値Ｉ_μ”に基づきゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を設定するようにした。そして、算出した操舵トルク（Ｔ_ref1、Ｔ_ref2、Ｔ_ref3）にゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を乗算することで、目標操舵トルクＴ_refを算出するようにした。それゆえ、目標操舵トルクＴ_refをより適切に算出でき、走行路の路面摩擦係数の変化を運転者により適切に伝えることができる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、指標値Ｉ_μに応じたゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を示すゲインマップＭ₁₆、Ｍ₁₇、Ｍ₁₈を参照し、実ラック軸力Ｆや回転角度θ_pを基に取得される路面摩擦係数に関する指標値Ｉ_μに応じたゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を取得するようにした。それゆえ、指標値Ｉ_μに応じたゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を容易に取得することができる。
また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、ゲインマップＭ₁₆、Ｍ₁₇、Ｍ₁₈において、指標値Ｉ_μ”が小さいほどゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を小さくするようにした。それゆえ、走行路の路面摩擦係数の変化を運転者により適切に伝えることができる。

（変形例）
（１）なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、ゲインマップＭ₁₆、Ｍ₁₇、Ｍ₁₈において、指標値Ｉ_μ”が小さいほどゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を小さくする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図２６、図２７、図２８に示すように、指標値Ｉ_μ”が小さいほどゲインＧ₉、Ｇ₁₀、Ｇ₁₁を大きくする構成としてもよい。これにより、例えば、車両が低μ路面に進入し、タイヤが滑ったときに、図２９に示すように、操舵トルクＴが大きくなるため、操舵角θの増大が抑制され、タイヤがより滑る方向に操舵されることを防止できる。

（２）また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、指標値取得部３５が、図１１に示した指標値マップＭ₁₁を参照し、実ラック軸力Ｆを推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）で除算した除算結果（Ｆ/Ｆ_p）を基に指標値Ｉ_μを取得する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１１に示した指標値マップＭ₁₁に代えて、実ラック軸力Ｆと、推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）と、指標値Ｉ_μとの関係を示す制御マップを予め用意しておき、その制御マップを参照し、実ラック軸力Ｆ及び推定ラック軸力（ラック軸力プロファイル値Ｆ_P）を基に指標値Ｉ_μを取得する構成としてもよい。

（３）また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、転舵機構８が、ラックアンドピニオン方式のラック軸移動機構を備える例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図３０に示すように、転舵機構８が、ラック軸５の外周に形成された第１螺子溝８３と、ラック軸５が貫通され転舵アクチュエータ６により回転駆動されるボール螺子ナット８４と、ボール螺子ナット８４の内周に形成された第２螺子溝８５と、第１螺子溝８３及び第２螺子溝８５を対向させて形成した螺旋状のボール軌道内に配設された複数のボール８６とを有し、転舵アクチュエータ６の駆動力をラック軸５の軸方向移動に変換するボール螺子方式のラック軸移動機構を備える構成としてもよい。ボール螺子方式のラック軸移動機構を備える構成とする場合、転舵アクチュエータ６としては、例えば、電流指令値Ｉ_ref1に基づきボール螺子ナット８４を回転させる転舵モータを採用することができる。

また、例えば、図３１に示すように、転舵機構８は、ラック軸５の外周に固着されたピストン８７と、ラック軸５が貫通されたシリンダーチューブ８８と、ピストン８７及びシリンダーチューブ８８の間に形成され転舵アクチュエータ６により圧油が供給される一対の油圧室８９、９０とを有し、転舵アクチュエータ６の駆動力をラック軸５の軸方向移動に変換する油圧方式のラック軸移動機構を備える構成としてもよい。油圧方式のラック軸移動機構を備える構成とする場合、転舵アクチュエータ６としては、例えば、電流指令値Ｉ_ref1に基づき油圧室８９、９０に圧油を供給する油圧ポンプを採用することができる。

（４）また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、実ラック軸力取得部１９を、ラック軸５の歪みを基に実ラック軸力Ｆを検出するラック軸力センサを用いて構成する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、転舵アクチュエータ６が転舵モータである場合、転舵モータ（電動機）が発生するトルクに基づき実ラック軸力Ｆを算出する構成としてもよい。電動機に発生するトルクの取得方法としては、例えば、電動機へ供給される電流を基に算出する方法を採用できる。電動機へ供給される電流は、例えば、公知の電流センサを用いて取得できる。また、例えば、電動機への電流指令値を基に算出する構成としても良い。

また、例えば、転舵機構８が油圧方式のラック軸移動機構である場合、実ラック軸力取得部１９を、油圧室８９、９０に供給される作動油の圧力に基づき実ラック軸力Ｆを算出する構成としてもよい。作動油の圧力は、例えば、公知の圧力センサを用いて算出することができる。

１…車両用操向装置、２…ステアリングホイール、３…操舵モータ、４…操舵機構、５…ラック軸、６…転舵アクチュエータ、７Ｌ、７Ｒ…操向輪、８…転舵機構、９…ステアリング軸、１０…減速機構、１１…ピニオン入力軸、１２…ギア、１３Ｌ、１３Ｒ…ロッド、１４…ラック溝、１５…ピニオンギア、１６…トルクセンサ、１６ａ…トーションバー、１６ｂ…角度検出部、１６ｃ…角度検出部、１６ｄ…乗算部、１７…操舵角センサ、１８…角度センサ、１９…実ラック軸力取得部、２０…ＥＣＵ、２１…車速センサ、２２…バッテリ、２３…電流指令値演算部、２４…操舵トルク制御部、２５…電流制限部、２６…減算部、２７…ＰＩ制御部、２８…ＰＷＭ制御部、２９…インバータ、３０…左切り判定部、３１…目標操舵トルク生成部、３２…変換部、３３…角制御部、３４…推定ラック軸力演算部、３５…指標値取得部、３６…目標操舵トルク算出部、３７…絶対値算出部、３８…第１プロファイル値算出部、３９…第２プロファイル値算出部、４０…第３プロファイル値算出部、４１…第４プロファイル値算出部、４２…第５プロファイル値算出部、４３…絶対値算出部、４４…第１ゲイン算出部、４５…第２ゲイン算出部、４６…第３ゲイン算出部、４７…第４ゲイン算出部、４８…第５ゲイン算出部、４９、５０、５１、５２、５３、５４…合算部、５５…マップ記憶部、５６…除算結果取得部、５７…指標値算出部、５８…指標値修正部、５９…レートリミッタ部、６０…絶対値算出部、６１…第１ゲイン算出部、６２…第２ゲイン算出部、６３…指標値修正実行部、６４…操舵トルク算出部、６５…ゲイン設定部、６６…目標操舵トルク算出実行部、６７…基本マップ部、６８…ヒステリシス補正部、６９…ダンピング補正部、７０…微分部、７１…ダンパゲイン部、７２…乗算部、７３…マップ記憶部、７４…静特性ゲイン設定部、７５…ヒステリシスゲイン設定部、７６…ダンピングゲイン設定部、７７、７８、７９…乗算部、８０…合算部、８１…転舵制御部、８３…第１螺子溝、８４…ボール螺子ナット、８５…第２螺子溝、８６…ボール、８７…ピストン、８８…シリンダーチューブ、８９、９０…油圧室

Claims (10)

1. ステアリングホイール及び前記ステアリングホイールを駆動する操舵モータを備える操舵機構と、ラック軸、前記ラック軸を駆動する転舵アクチュエータ及び前記ラック軸により転舵される操向輪を備える転舵機構とが、機械的に分離されているステアバイワイヤの車両の車両用操向装置であって、
   前記転舵機構の動作量に基づき、前記ラック軸に発生すると推定される推定ラック軸力を演算する推定ラック軸力演算部と、
   前記ラック軸に実際に発生している実ラック軸力を取得する実ラック軸力取得部と、
   前記推定ラック軸力及び前記実ラック軸力に基づき、前記車両が実際に走行している走行路の路面摩擦係数に関する指標値を取得する指標値取得部と、
   前記指標値に基づき、目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
   前記目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、前記操舵モータを動作させる操舵トルク制御部とを備える車両用操向装置。
2. 前記転舵機構は、前記ラック軸の外周に形成されたラック溝と、前記ラック溝に噛み合うとともに、前記転舵アクチュエータにより回転駆動されるピニオンギアとを有し、前記転舵アクチュエータの駆動力を前記ラック軸の軸方向移動に変換するラックアンドピニオン方式のラック軸移動機構を備える請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記転舵機構は、前記ラック軸の外周に形成された第１螺子溝と、前記ラック軸が貫通され前記転舵アクチュエータにより回転駆動されるボール螺子ナットと、前記ボール螺子ナットの内周に形成された第２螺子溝と、前記第１螺子溝及び前記第２螺子溝を対向させて形成した螺旋状のボール軌道内に配設された複数のボールとを有し、前記転舵アクチュエータの駆動力を前記ラック軸の軸方向移動に変換するボール螺子方式のラック軸移動機構を備える請求項１に記載の車両用操向装置。
4. 前記転舵機構は、前記ラック軸の外周に固着されたピストンと、前記ラック軸が貫通されたシリンダーチューブと、前記ピストン及び前記シリンダーチューブの間に形成され前記転舵アクチュエータにより圧油が供給される一対の油圧室とを有し、前記転舵アクチュエータの駆動力を前記ラック軸の軸方向移動に変換する油圧方式のラック軸移動機構を備える請求項１に記載の車両用操向装置。
5. 複数の数値範囲それぞれに対応付けられた指標値マップを備え、
   前記指標値取得部は、前記指標値マップを参照し、前記実ラック軸力を前記推定ラック軸力で除算した除算結果が前記複数の数値範囲の何れに属するかを判定し、判定された数値範囲に対応付けられている前記指標値を取得する指標値算出部を備える請求項１から４の何れか１項に記載の車両用操向装置。
6. 前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサを備え、
   前記目標操舵トルク算出部は、
   前記操舵角センサで検出した操舵角及び車速に基づき、予め定められた所定の摩擦係数の路面を当該車速で且つ当該操舵角で走行する、前記ステアリングホイールと前記転舵機構とが機械的に結合している車両に生じる操舵トルクを算出する操舵トルク算出部と、
   前記指標値取得部で取得した前記指標値に基づき、ゲインを設定するゲイン設定部と、
   前記操舵トルク算出部で算出した操舵トルクに前記ゲイン設定部で設定したゲインを乗算することで、前記目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出実行部とを備える請求項１から５の何れか１項に記載の車両用操向装置。
7. 前記指標値に応じた前記ゲインを示すゲインマップを備え、
   前記ゲイン設定部は、前記ゲインマップを参照し、前記指標値取得部で取得した前記指標値に応じた前記ゲインを取得する請求項６に記載の車両用操向装置。
8. 前記ゲインマップは、前記指標値が小さいほど前記ゲインを小さくする請求項７に記載の車両用操向装置。
9. 前記ゲインマップは、前記指標値が小さいほど前記ゲインを大きくする請求項７に記載の車両用操向装置。
10. 前記指標値取得部は、前記ステアリングホイールの操舵角が小さいほど、又は車速が小さいほど、前記指標値算出部で取得した前記指標値をドライ路面の路面摩擦係数に関する指標値に近い数値に修正する指標値修正部を備える請求項５に記載の車両用操向装置。

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