JP2021115937A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールを介して運転者により適切な反力を伝達することができ、車両の安定性を向上させることが可能な操舵制御装置を提供する。【解決手段】車両１０のステアリングホイール１３に運転者の操作に対する反力を生じさせる反力アクチュエータ１６を制御するための操舵制御装置１００である。操舵制御装置１００は、車両１０のタイヤ１１のスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域における反力を、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域における反力よりも増大させる。【選択図】図１

Description

本開示は、操舵制御装置に関する。

従来からステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムのように、ステアリングホイール等の操作部材に対してアクチュエータからの力を与えることができる構成の車両用操舵装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された発明は、運転者に必要な情報を適切に伝達することができ、これにより、快適な運転環境を提供できる車両用操舵装置を提供することを目的としている（同文献、第０００８段落）。

上記の目的を達成するために、特許文献１は、運転者によって操作される操作部材の操作に応じて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構を作動させる車両用操舵装置を開示している（同文献、請求項１、第０００９段落）。この従来の車両用操舵装置は、アクチュエータと、少なくとも一つのセンサと、信号解析手段と、制御手段とを含む。アクチュエータは、運転者への情報伝達のために、操作部材に力を加える。少なくとも一つのセンサは、車両の運動に関わる物理量を検出し、検出結果に応じた検出信号を出力する。信号解析手段は、センサが出力する検出信号を解析し、解析結果を出力する。制御手段は、信号解析手段が出力する解析結果に基づいて、アクチュエータを制御する。

この構成によれば、車両の運動に関わる物理量（操作部材の操作、舵取り機構の動作、制動機構の動作、駆動系の動作、タイヤの負荷などについてのものを含む。）を検出するセンサの検出結果が解析され、その解析結果に基づいて、アクチュエータが制御される（同文献、第００１０段落）。より具体的には、たとえば、タイヤに加わる負荷の変化速度または変化加速度が大きいほど大きな反力がステアリングホイールを介して運転者に伝えられ、また、車速が大きいほど大きな反力がステアリングホイールを介して運転者に伝達される（同文献、第００２８段落）。

特開２００４−１５５２８２号公報

上記従来の車両用操舵装置では、車両のタイヤが路面に対してすべりを生じるすべり域において、すべりを生じない粘着域と比較して、タイヤに加わる負荷の変化速度または変化加速度が小さくなる。その結果、ステアリングホイールを介して運転者に伝達される反力が減少し、運転者によるステアリング操作が過剰になり、車両の安定性が低下するおそれがある。

本開示は、ステアリングホイールを介して運転者により適切な反力を伝達することができ、車両の安定性を向上させることが可能な操舵制御装置を提供する。

本開示の一態様は、車両のステアリングホイールに運転者の操作に対する反力を生じさせる反力アクチュエータを制御するための操舵制御装置であって、前記車両のタイヤのスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域における前記反力を、前記コーナリングフォース特性が線形となる線形領域における前記反力よりも増大させることを特徴とする操舵制御装置である。

本開示の上記一態様によれば、ステアリングホイールを介して運転者により適切な反力を伝達することができ、車両の安定性を向上させることが可能な操舵制御装置を提供することができる。

本開示に係る操舵制御装置の実施形態１を示す概略構成図。 図１に示す操舵制御装置の機能ブロック図。 図２の非線形度算出機能の詳細を示す機能ブロック図。 車両の横加速度と転舵トルクとの関係の一例を示すグラフ。 図３の学習機能の動作の一例を示すフロー図。 図２の反力算出機能の詳細を示す機能ブロック図。 実施形態１の操舵制御装置の動作を説明するグラフ。 本開示に係る操舵制御装置の実施形態２を示す概略構成図。 図８に示す操舵制御装置の機能ブロック図。 図９に示す操舵制御装置における転舵制御機能の動作を説明するフロー図。 実施形態２の操舵制御装置の動作の一例を説明するグラフ 実施形態３の操舵制御装置における反力算出機能の機能ブロック図。 図１２に示す反力算出機能の動作を説明するフロー図。 実施形態３の操舵制御装置を搭載した車両が走行する状態を示す平面図。 実施形態３の操舵制御装置の動作を説明するグラフ。

以下、図面を参照して本開示に係る操舵制御装置の実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示に係る操舵制御装置の実施形態１を示す概略構成図である。本実施形態の操舵制御装置１００は、たとえば、車両１０に搭載されたマイクロコントローラであり、ステアリングホイール１３に運転者による操作方向と反対方向の反力を生じさせる反力アクチュエータ１６を制御する。

図１に示す例において、車両１０は、たとえば、タイヤ１１と、速度センサ１２と、ステアリングホイール１３と、操舵角センサ１４と、転舵機構１５と、反力アクチュエータ１６と、加速度センサ１７と、通信バスライン１８と、操舵制御装置１００と、を備えている。タイヤ１１は、たとえば、左右の前輪が転舵機構１５によって転舵される操舵輪であり、左右の後輪が車両１０の図示を省略するエンジンやモータなどの動力源に動力伝達機構を介して連結された駆動輪である。

速度センサ１２は、たとえば、各々のタイヤ１１の回転速度に基づいて、車両１０の速度やヨーレートを検知する。ステアリングホイール１３は、車両１０の運転者によって操作される。車両１０は、たとえば、ステアバイワイヤシステムを搭載している。すなわち、ステアリングホイール１３は、たとえば、操舵輪であるタイヤ１１に対し、機械的に連結されていないか、または、機械的に連結された状態と、機械的な連結が解除された状態とを切り替え可能に構成されている。

操舵角センサ１４は、車両１０の運転者によって操作されたステアリングホイール１３の操舵角αおよび操舵角速度を検知する。転舵機構１５は、たとえば、操舵輪であるタイヤ１１を転舵させる転舵アクチュエータ１５ａと、この転舵アクチュエータ１５ａによるタイヤ１１の転舵角βを制御する転舵角制御ユニット１５ｂとによって構成されている。

反力アクチュエータ１６は、ステアリングホイール１３に車両１０の運転者の操作に対する反力を発生させる。加速度センサ１７は、車両１０の前後方向の加速度と、車両１０の横方向の加速度である横加速度Ａｓとを検知する。また、加速度センサ１７は、車両１０の加速度と姿勢角を検知する慣性センサであってもよい。

操舵制御装置１００は、通信バスライン１８を介して、速度センサ１２、操舵角センサ１４、反力アクチュエータ１６に接続されている。操舵制御装置１００は、通信バスライン１８を介して、車両１０の速度Ｖおよびヨーレート、ステアリングホイール１３の操舵角α、反力アクチュエータ１６が発生している反力としてのトルクＴｒなどを取得する。また、操舵制御装置１００は、加速度センサ１７から、車両１０の横加速度Ａｓを含む加速度を取得する。また、操舵制御装置１００は、転舵機構１５から、操舵輪であるタイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓと、タイヤ１１の転舵角βを取得する。

図２は、図１に示す操舵制御装置１００の機能ブロック図である。操舵制御装置１００は、たとえば、図示を省略する中央処理装置（ＣＰＵ）などの演算装置、主記憶装置、補助記憶装置、入出力装置、タイマーなどを備えたマイクロコントローラによって構成された電子制御装置またはその一部である。

操舵制御装置１００は、たとえば、操舵角取得機能１１０と、速度取得機能１２０と、横加速度取得機能１３０と、転舵トルク取得機能１４０と、非線形度算出機能１５０と、反力算出機能１６０と、を備えている。これら操舵制御装置１００の各機能は、たとえば、操舵制御装置１００において補助記憶装置に記憶されたデータベースを参照しながら、主記憶装置にロードされたプログラムを、演算装置によって周期的に実行することで実現することができる。

操舵角取得機能１１０は、操舵角センサ１４から運転者によるステアリングホイール１３の操舵角αを取得する。速度取得機能１２０は、速度センサ１２から車両１０の速度Ｖを取得する。また、速度取得機能１２０は、加速度センサ１７から取得した車両１０の前後方向の加速度の積分値から車両１０の速度Ｖを算出してもよい。横加速度取得機能１３０は、加速度センサ１７から車両１０の横加速度Ａｓを取得する。転舵トルク取得機能１４０は、転舵機構１５からタイヤ１１の転舵トルクＴｓを取得する。また、これら操舵角取得機能１１０、速度取得機能１２０、横加速度取得機能１３０、および転舵トルク取得機能１４０は、たとえば、取得した各情報の信号にフィルタ処理を施してノイズや外乱を除去し、取得した各情報の信頼性を向上させてもよい。

非線形度算出機能１５０は、コーナリングフォース特性の非線形度Ｄｎを算出する。ここで、コーナリングフォース特性とは、車両１０のタイヤ１１のスリップ角と横力との関係である。詳細については後述するが、本実施形態の操舵制御装置１００において、非線形度算出機能１５０は、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係に基づいて、コーナリングフォース特性の非線形度Ｄｎを算出する。

反力算出機能１６０は、操舵角取得機能１１０によって取得した操舵角αと、速度取得機能１２０によって取得した車両１０の速度Ｖと、非線形度算出機能１５０によって算出したコーナリングフォース特性の非線形度Ｄｎを入力とする。反力算出機能１６０は、操舵角α、速度Ｖ、および非線形度Ｄｎに基づいて、反力アクチュエータ１６によって発生させる反力としてのトルクＴｒの指令値を算出する。

反力算出機能１６０は、算出した反力としてのトルクＴｒの指令値を、たとえば、通信バスライン１８を介して反力アクチュエータ１６へ出力する。反力アクチュエータ１６は、たとえば、通信バスライン１８を介して入力されたトルクＴｒの指令値に応じて、運転者のステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒを発生させる。

図３は、図２の非線形度算出機能１５０の詳細を示す機能ブロック図である。図４は、車両１０の横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係の一例を示すグラフである。非線形度算出機能１５０は、たとえば、学習機能１５１と、基準転舵トルク算出機能１５２と、非線形判定機能１５３とを有している。

学習機能１５１は、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係を学習する。より詳細には、学習機能１５１は、たとえば、操舵角αと、車両１０の速度Ｖと、横加速度Ａｓと、転舵トルクＴｓと、前回の演算周期で算出された車両１０のコーナリングフォース特性の非線形度Ｄｎとを入力とする。学習機能１５１は、これらの入力に基づいて、転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓを横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓで除した変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）、すなわち、図４において実線Ｌ１で示す横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係の直線部分の傾きを出力する。

図４に示すように、車両１０の横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係は、車両１０のタイヤ１１のスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が線形となる線形領域では、コーナリングフォース特性と同様に線形となる。なお、転舵トルクＴｓは、転舵アクチュエータ１５ａの出力トルクである。また、車両１０の横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係は、コーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域では、コーナリングフォース特性と同様に非線形となる。

コーナリングフォース特性が線形となる線形領域は、タイヤ１１の横力が飽和する前の状態に対応する。コーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域は、タイヤ１１の横力が飽和した状態に対応する。図４に示す例において、横加速度Ａｓが所定の値Ａを超えると、転舵トルクＴｓが増加から減少に転じる。この領域は、タイヤ１１の横力が飽和した非線形領域であると推測される。このような横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係に着目し、学習機能１５１は、入力された横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係を学習する。

また、車両１０のアクセルまたはブレーキの操作に基づく加減速動作により、タイヤ１１に作用する垂直荷重が変化すると、タイヤ１１のコーナリングフォースおよびコーナリングパワーも変化する。さらに、路面の摩擦係数が変化すると、タイヤ１１のコーナリングフォース特性も変化する。このように、タイヤ１１のコーナリングフォースまたはコーナリングパワーが変化すると、図４に示すように、転舵トルクＴｓが増加から減少に転じる横加速度Ａｓの値Ａも変化することが考えられる。

したがって、学習機能１５１は、たとえば、操舵角αと、速度Ｖと、横加速度Ａｓと、転舵トルクＴｓと、線形領域または非線形領域の判定結果を入力として、転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を学習する。より詳細には、学習機能１５１は、たとえば、横加速度Ａｓが所定のしきい値以上であり、車両１０の速度Ｖが所定のしきい値以上であり、かつ、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域である場合に限り、図４のグラフにおける直線部分の傾きを学習する。

以下、図５を参照して、学習機能１５１の動作の一例を説明する。図５は、図３の学習機能１５１の動作の一例を示すフロー図である。学習機能１５１は、所定の周期で図５に示す開始から終了までの各処理を繰り返し実行する。学習機能１５１は、図５に示す処理を開始すると、まず、車両１０の横加速度Ａｓが所定のしきい値以上であるか否かの判定処理Ｐ１を実行する。

学習機能１５１は、判定処理Ｐ１において、車両１０の横加速度Ａｓが所定のしきい値以上である（ＹＥＳ）と判定すると、次の判定処理Ｐ２を実行する。また、学習機能１５１は、判定処理Ｐ１において、横加速度Ａｓが所定のしきい値より小である（ＮＯ）と判定すると、前回の処理までに学習した傾き、すなわち、転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を保持する処理Ｐ５を実行する。その後、学習機能１５１は、図５に示す処理を終了する。

すなわち、学習機能１５１は、車両１０の横加速度Ａｓが所定のしきい値より小である場合は、学習処理Ｐ４を実行しない。これにより、ステアリングホイール１３が直進に対応する中立点に位置するときの運転者の微小な操舵に対して学習処理Ｐ４を行うことが防止され、車両１０の直進走行時に転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を学習されるのを防止できる。

学習機能１５１は、次の判定処理Ｐ２において、車両１０の速度Ｖがしきい値以上であるか否かを判定する。学習機能１５１は、この判定処理Ｐ２において、車両１０の速度Ｖがしきい値以上である（ＹＥＳ）と判定すると、次の判定処理Ｐ３を実行する。また、学習機能１５１は、この判定処理Ｐ２において、車両１０の速度Ｖが所定のしきい値より小である（ＮＯ）と判定すると、前回の処理までに学習した転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を保持する処理Ｐ５を実行する。その後、学習機能１５１は、図５に示す処理を終了する。

すなわち、学習機能１５１は、車両１０の速度Ｖが所定のしきい値より小である場合は、学習処理Ｐ４を実行しない。これにより、車両１０の停車中、徐行中、または、たとえば５［km/h］以下のクリープ走行中などに、転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を学習されるのを防止できる。これにより、たとえばノイズの多いデータが学習されるのを防止できる。

学習機能１５１は、次の判定処理Ｐ３において、車両１０のタイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域であるか否かを判定する。学習機能１５１は、非線形判定機能１５３の出力である線形領域か否か判定結果または後述するコーナリングフォース特性の非線形度に基づいて、車両１０のタイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域であるか否かを判定する。

学習機能１５１は、この判定処理Ｐ３において、車両１０のタイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域である（ＹＥＳ）と判定すると、次の学習処理Ｐ４を実行する。また、学習機能１５１は、この判定処理Ｐ３において、コーナリングフォース特性が非線形領域である（ＮＯ）と判定すると、前回の処理までに学習した転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を保持する処理Ｐ５を実行する。その後、学習機能１５１は、図５に示す処理を終了する。

すなわち、学習機能１５１は、コーナリングフォース特性が非線形領域である場合は、学習処理Ｐ４を実行しない。これにより、コーナリングフォース特性の非線形領域において非線形となる転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓとの関係が学習されるのを防止することができる。

また、たとえばタイヤ１１の垂直荷重の変化や路面の摩擦係数変化などにより、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係が変化してしまった場合は、学習時の分散が大きくなると考えられる。そのため、学習機能１５１は、分散が所定の値以上の場合は、学習処理Ｐ４を実行しないようにしてもよい。また、学習機能１５１は、分散が所定の値以上となる状態が所定の周期にわたって継続した場合、学習済みの値を消去し、再度、学習処理Ｐ４を行ってもよい。学習処理Ｐ４は、これらの処理を含んでもよい。

学習機能１５１は、学習処理Ｐ４において、入力された横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓに基づいて、遂次的に転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）、すなわち、図４に示す実線Ｌ１の直線部分の傾きを算出して更新する。

逐次的に傾きを求める手法の一例としては、逐次最小二乗法を採用することができる。より具体的には、図４に示すような横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓの時系列データから直線Ｌ２の原点付近の傾きを推定する場合を想定する。この場合、たとえばｙ＝θ・ζという関係を持つデータの入力ζと出力ｙからθを推定するためには、あるサンプルｋにおいて、以下の式（１）、（２）を逐次計算すればよい。
（出典： http://fujilab.k.u-tokyo.ac.jp/papers/2008/kanouSICE08.pdf 第４頁)

以上により、図５に示す各処理が終了する。また、学習機能１５１は、学習した転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）、すなわち、図４に示す実線Ｌ１の直線部分の傾きを、図３に示す基準転舵トルク算出機能１５２へ出力する。なお、学習機能１５１の出力の初期値は、車両１０の諸元に適合した尤もらしい値を予め設定しておくことができる。

基準転舵トルク算出機能１５２は、学習機能１５１の出力である転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）、すなわち図４に示す実線Ｌ１の直線部分の傾きと、車両１０の横加速度Ａｓを入力とする。基準転舵トルク算出機能１５２は、たとえば、転舵トルクＴｓと横加速度Ａｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）に、車両１０の横加速度Ａｓを乗じることで、基準転舵トルクＴｓｂを算出して出力する。

非線形判定機能１５３は、基準転舵トルク算出機能１５２の出力である基準転舵トルクＴｓｂと、転舵アクチュエータ１５ａの出力である転舵トルクＴｓとを入力とする。非線形判定機能１５３は、これらの入力に基づいて、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域であるか、または、コーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域であるかの判定を行う。また、非線形判定機能１５３は、たとえば、コーナリングフォース特性の非線形性の度合い、すなわちタイヤ１１がどれほどスリップしているかを表す指標である非線形度Ｄｎを算出する。

より具体的には、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルク算出機能１５２の出力である基準転舵トルクＴｓｂと、転舵アクチュエータ１５ａの出力である転舵トルクＴｓとの差ΔＴを算出する。ここで、基準転舵トルクＴｓｂは、図４において一点鎖線で示す直線Ｌ２上の点である。この直線Ｌ２は、図４において実線Ｌ１で表すように、学習機能１５１によって学習した横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係における直線部分を含んでいる。

したがって、転舵トルクＴｓが、学習機能１５１によって学習した横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係における直線部分の上にある場合には、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴは略ゼロになる。一方、横加速度Ａｓが増加して、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係が非線形になると、直線Ｌ２上の基準転舵トルクＴｓｂと、実線Ｌ１上の転舵トルクＴｓとの差ΔＴが増大する。

これにより、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴに基づいて、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域であるか、または、コーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域であるかの判定を行うことができる。すなわち、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴがしきい値以下である場合に、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域であると判定することができる。また、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴがしきい値を超えた場合に、コーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域であると判定することができる。

さらに、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴに基づいて、コーナリングフォース特性の非線形性の度合いである非線形度Ｄｎを算出することができる。より具体的には、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴを、非線形度Ｄｎとして算出することができる。また、非線形判定機能１５３は、基準転舵トルクＴｓｂと転舵トルクＴｓとの差ΔＴを正規化することで、非線形度Ｄｎを算出してもよい。この正規化は、たとえば、図４に実線Ｌ１で示すように、転舵トルクＴｓが上昇から減少に転じる臨界点における転舵トルクＴｓによって行うことができる。

非線形判定機能１５３による前周期の判定結果は、図３に示すように、学習機能１５１の入力とすることができる。この構成により、コーナリングフォース特性の線形領域と非線形領域との境界付近で、非線形判定機能１５３による判定結果の頻繁な変更を抑制することができる。

具体的には、たとえば、非線形判定機能１５３は、複数回にわたって実行した判定結果が同一であった場合に、判定結果を変更してもよい。これにより、後述する反力算出機能１６０によって算出される反力としてのトルクＴｒの指令値のハンチングを抑制することが可能になる。非線形判定機能１５３は、判定結果および非線形度Ｄｎを、図２に示すように、反力算出機能１６０へ出力する。

図６は、図２の反力算出機能１６０の詳細を示す機能ブロック図である。反力算出機能１６０は、たとえば、基準反力算出機能１６１と、追加反力算出機能１６２とを備えている。基準反力算出機能１６１は、車両１０の運転者によるステアリングホイール１３の操舵角αと、車両１０の速度Ｖとを入力とし、運転者の操作に対する基準反力としての基準トルクＴｒｂの指令値を算出する。

基準反力算出機能１６１は、たとえば、操舵角αに対するばね成分、操舵角αの時間微分である操舵角速度に対する粘性成分、および摩擦成分などに基づいて、反力としてのトルクの指令値を算出する。また、基準反力算出機能１６１は、たとえば、車両１０の速度Ｖに応じて、ばね成分、粘性成分、および摩擦成分などの係数を変更することで、車両１０の速度Ｖに応じて、ステアリングホイール１３に運転者による操作に対する基準反力として発生させる基準トルクＴｒｂの指令値を変更することができる。

追加反力算出機能１６２は、非線形度算出機能１５０の出力である非線形度Ｄｎを入力として、基準反力算出機能１６１で算出された基準反力の指令値に加算する追加反力としての追加トルクＴｒａの指令値を算出する。追加反力算出機能１６２は、たとえば、非線形度Ｄｎの大きさに比例した追加トルクＴｒａの指令値を算出する。すなわち、追加反力算出機能１６２は、非線形度Ｄｎが大きいほど、追加トルクＴｒａの指令値を増大させ、非線形度Ｄｎが小さいほど、追加トルクＴｒａの指令値を減少させるように、追加トルクＴｒａの指令値を算出する。

より具体的には、追加反力算出機能１６２は、たとえば、非線形度Ｄｎに対して線形的または二次関数的に、追加反力としての追加トルクＴｒａの指令値を増加させるように設計することができる。なお、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形となる線形領域では、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係が線形となり、非線形度Ｄｎが略ゼロとなるため、追加反力算出機能１６２が算出する追加反力としての追加トルクＴｒａの指令値も略ゼロになる。

反力算出機能１６０は、図６に示すように、基準反力算出機能１６１の出力である基準反力としての基準トルクＴｒｂの指令値と、追加反力算出機能１６２の出力である追加反力としての追加トルクＴｒａの指令値とを加算する。これにより、反力算出機能１６０は、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒの指令値を出力する。

以下、本実施形態の操舵制御装置１００の作用を説明する。

たとえば、電動パワーステアリング装置では、運転者によるステアリングの操作力がアクチュエータによって補助され、ステアリングホイールと操舵輪との間の機械的な連結を介して操舵輪に伝達される。この場合、運転者は、たとえば、ステアリングホイールと操舵輪との間の機械的な連結を構成するステアリングコラムを通して、路面の摩擦係数や凹凸など、タイヤや路面の状態を感知して、車両を安定して走行させることが可能となる。

一方、ステアリングホイールとタイヤを転舵させる転舵機構とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムでは、運転者によるステアリングホイールの操舵角を検出して、操舵輪であるタイヤを制御する。この場合、運転者は、タイヤや路面の状態をステアリングホイールと操舵輪との間の機械的な連結を通して感知することができない。そのため、たとえば、タイヤの横力が飽和してコーナリングフォース特性が非線形になったときに運転者がステアリングホイールを過剰に操作してしまい、車両がアンダーステアの状態になるなど、車両を安定して走行させることが困難になるおそれがある。

そこで、本実施形態は、前述のように、車両１０のステアリングホイール１３に運転者の操作に対する反力を生じさせる反力アクチュエータ１６を制御するための操舵制御装置１００を提供している。この操舵制御装置１００は、車両１０のタイヤ１１のスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域における反力を、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域における反力よりも増大させる。

図７は、本実施形態の操舵制御装置１００の動作を説明するグラフである。図７の上のグラフは、横軸を時間ｔ［s］、縦軸を操舵角α［deg］として、車両１０の運転者の操作によるステアリングホイール１３の操舵角αが、おおむね一定の角速度［deg/s］で増加している状態を示している。図７の下のグラフは、横軸を時間ｔ［s］、縦軸を反力アクチュエータ１６が発生させるトルクＴｒ［Nm］とし、運転者の操作に対してステアリングホイール１３に発生する反力であるトルクＴｒが、操舵角αの増加にともなって増加する様子を示している。

図７の上のグラフのように、時刻ｔ１までの間、車両１０の運転者は、ステアリングホイール１３を一方向に回転させ、実線Ｌ３で示す操舵角αを一定の角速度で増加させている。時刻ｔ１までの間は、車両１０のタイヤ１１の横力は飽和せず、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域にある。この時刻ｔ１までの線形領域において、図７の下のグラフのように、操舵制御装置１００は、たとえば、反力アクチュエータ１６を制御して、実線Ｌ４で示す反力としてのトルクＴｒを、操舵角αと同様に線形に増加させる。

その後、時刻ｔ１において、何らかの原因により、車両１０のタイヤ１１の横力が飽和して、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域から非線形領域に移行したとする。すると、操舵制御装置１００は、反力アクチュエータ１６を制御して、図７の下のグラフのように、実線Ｌ４で示す時刻ｔ１以降の非線形領域における反力としてのトルクＴｒを、破線Ｌ５で示す線形領域における反力としてのトルクＴｒよりも増大させる。

これにより、運転者は、ステアリングホイール１３を回転させて操舵角αを増加させるために、反力としてのトルクＴｒに逆らって、より大きな力を加える必要が生じる。その結果、運転者は、ステアリングホイール１３の操作が重くなったことを感知し、操舵角αを増加させる操作を中止することができる。このように、操舵制御装置１００は、反力アクチュエータ１６によって運転者に伝達する反力を増大させることで、タイヤ１１のグリップの限界、すなわち、それ以上のタイヤ１１のパフォーマンス向上が困難な非線形領域にあることを、運転者に通知することができる。また、操舵制御装置１００は、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力を増大させることで、運転者が操舵角αを増加させようとする操作を抑制することもできる。

その結果、図７の上のグラフのように、時刻ｔ１以降の非線形領域において、反力としてのトルクＴｒを増大させた場合の実線Ｌ３で示す操舵角αは、反力としてのトルクＴｒを増大させなかった場合の破線Ｌ６で示す操舵角αと比較して減少する。これにより、たとえば、車両１０のタイヤ１１のコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域において、運転者がステアリングホイール１３の操舵角αを過剰に増加させることが防止され、車両１０がアンダーステアの状態になるのを抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、ステアリングホイール１３を介して運転者により適切な反力を伝達することができ、車両１０の安定性を向上させることが可能な操舵制御装置１００を提供することができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、たとえば図１および図２に示すように、車両１０の運転者の操作によるステアリングホイール１３の操舵角αを取得する。そして、操舵制御装置１００は、たとえば図７に示すように、タイヤ１１のスリップ角と横力との関係が非線形となる時刻ｔ１以降の非線形領域において、運転者のステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒを、操舵角αの増加に応じて増加させる。

この構成により、タイヤ１１のスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域において、運転者がステアリングホイール１３を回転させて操舵角αを増加させようとすると、より大きな反力としてのトルクＴｒを受ける。これにより、タイヤ１１の横力が飽和した非線形領域において、ステアリングホイール１３の操舵角αの増加を抑制し、車両１０の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、たとえば図１および図２に示すように、車両１０の横加速度Ａｓと、タイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓとを取得する。そして、操舵制御装置１００は、たとえば図４に示すように、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係が線形になる領域において横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓと転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を算出する。さらに、操舵制御装置１００は、たとえば図３に示すように、変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）に横加速度Ａｓを乗じた基準転舵トルクＴｓｂと、転舵トルクＴｓとの差に基づいて、コーナリングフォース特性の非線形度Ｄｎを算出する。

この構成により、車両１０の横加速度Ａｓと、タイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓとに基づいて、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の非線形性の程度を推定することが可能になる。コーナリングフォース特性は、前述のように、タイヤ１１のスリップ角と横力との関係である。しかし、タイヤ１１の横力を測定するためには、専用のセンサが必要となり、コストの増加、メンテナンス性の低下、構成の複雑化などの課題がある。また、タイヤ１１の変形などを検出するセンサによって、タイヤ１１の横力を正確に測定するのは、困難である。

これに対し、本実施形態の操舵制御装置１００は、前述の構成により、車両１０の横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとに基づいて、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の非線形度Ｄｎを算出することができる。そのため、操舵制御装置１００は、非線形度Ｄｎに基づいて、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の非線形性の程度を推定し、非線形性の程度に応じて反力アクチュエータ１６を制御することができ、運転者のステアリングホイール１３の操作に対して適切な反力を返すことができる。したがって、本実施形態の操舵制御装置１００によれば、タイヤ１１が非線形領域に移行するのを抑制することができ、タイヤ１１が非線形領域に移行した場合でも、車両１０の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、たとえば図６に示すように、車両１０の速度Ｖを取得して、速度Ｖと操舵角αに基づいて運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する基準反力としての基準トルクＴｒｂを算出する。また、操舵制御装置１００は、非線形度Ｄｎに基づいて、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する追加反力としての追加トルクＴｒａを算出する。そして、操舵制御装置１００は、これら基準反力と追加反力を加算することで、反力としてのトルクＴｒを算出する。

この構成により、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の線形領域では、非線形度Ｄｎが略ゼロになることで、追加トルクＴｒａが略ゼロになる。そのため、この線形領域では、操舵制御装置１００は、反力アクチュエータ１６により、速度Ｖと操舵角αに基づく基準トルクＴｒｂを、車両１０のステアリングホイール１３に、運転者の操作に対する反力として発生させる。一方、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の非線形領域では、追加トルクＴｒａは、非線形度Ｄｎの増加にともなって増加する。そのため、この非線形領域では、操舵制御装置１００は、反力アクチュエータ１６により、非線形度Ｄｎの増加にともなって増加する追加トルクＴｒａと、基準トルクＴｒｂとの和を、車両１０のステアリングホイール１３に、運転者の操作に対する反力として発生させる。これにより、操舵制御装置１００は、車両１０のタイヤ１１のスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域における反力を、コーナリングフォース特性が線形となる線形領域における反力よりも増大させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、たとえば図１および図３に示すように、車両１０の速度Ｖを取得する。そして、操舵制御装置１００は、たとえば図５に示すように、横加速度Ａｓがしきい値以上であり、かつ速度Ｖがしきい値以上であり、かつタイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域である場合に、学習処理Ｐ４を実行する。この学習処理Ｐ４は、横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓと転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓとの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を学習する処理である。

この構成により、本実施形態の操舵制御装置１００は、たとえば、図４に実線Ｌ１で示す横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係が線形になっている直線部分を含む直線Ｌ２の傾きを、適切な条件で学習することができる。この直線Ｌ２の傾きは、すなわち、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形となる線形領域における、横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓと転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓとの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）である。この変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を適切な条件で学習することで、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の非線形性の度合いを示す非線形度Ｄｎの精度を向上させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓと転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓとの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を、たとえば逐次最小二乗法によって算出する。この構成により、加速度センサ１７と転舵アクチュエータ１５ａから逐次的に得られる車両１０の横加速度Ａｓの時系列データと転舵トルクＴｓの時系列データに基づいて、横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓと転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓとの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を精度よく求めることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、前述のように、車両１０の横加速度Ａｓと、タイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓとを取得する。さらに、操舵制御装置１００は、前述のように、横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとの関係が線形になる領域において横加速度Ａｓの増加量ΔＡｓと転舵トルクＴｓの増加量ΔＴｓの変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）を算出する。さらに、操舵制御装置１００は、変化の割合（ΔＴｓ／ΔＡｓ）に横加速度Ａｓを乗じた基準転舵トルクＴｓｂと、転舵トルクＴｓとの差が、しきい値以下の場合に、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域であることを判定し、しきい値を超える場合に、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が非線形領域であることを判定する。

この構成により、車両１０の横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとに基づいて算出した非線形度Ｄｎによって、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域であるか、非線形領域であるかを判定することが可能になる。したがって、本実施形態の操舵制御装置１００によれば、タイヤ１１の横力を測定するための専用のセンサが不要になることにより、コストの低下、メンテナンス性の向上、および構成の簡略化などを実現することができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、前述のように、車両１０の横加速度Ａｓと、タイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓとを取得する。この場合、操舵制御装置１００は、たとえば図４に示すように、横加速度Ａｓが増加し、かつ転舵トルクＴｓが増加から減少へ転じた場合に、タイヤ１１のコーナリングフォース特性の線形領域から非線形領域への移行を検知することができる。

この構成により、車両１０の横加速度Ａｓと転舵トルクＴｓとに基づいて、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域であるか、非線形領域であるかを判定することが可能になる。したがって、本実施形態の操舵制御装置１００によれば、タイヤ１１の横力を測定するための専用のセンサが不要になることにより、コストの低下、メンテナンス性の向上、および構成の簡略化などを実現することができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００は、前述のように、ステアリングホイール１３とタイヤ１１を転舵させる転舵機構１５とが機械的に連結されていない場合に、ステアリングホイール１３に運転者の操作に対する反力を生じさせる。この構成により、ステアバイワイヤシステムを採用した車両１０において、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域から非線形領域に移行したことを、運転者のステアリングホイール１３の操作に対する反力によって、運転者に通知することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステアリングホイール１３を介して運転者により適切な反力を伝達することができ、車両１０の安定性を向上させることが可能な操舵制御装置１００を提供することができる。

［実施形態２］
次に、図８から図１１を参照して、本開示に係る操舵制御装置の実施形態２を説明する。図８は、本開示に係る操舵制御装置の実施形態２を示す概略構成図である。本実施形態の操舵制御装置１００Ａは、前述の実施形態１に係る操舵制御装置１００と同様に、車両１０Ａに搭載されたマイクロコントローラであり、ステアリングホイール１３に運転者による操作方向と反対方向の反力を生じさせる反力アクチュエータ１６を制御する。

図８に示す例において、車両１０Ａは、操舵トルクセンサ１９を備える点と、転舵機構１５の転舵角制御ユニット１５ｂの機能が操舵制御装置１００Ａによって代替される点が、図１に示す車両１０と異なっている。操舵トルクセンサ１９は、運転者のステアリングホイール１３の操作による操舵トルクＴｄを検出して、通信バスライン１８を介して操舵制御装置１００Ａに出力する。車両１０Ａのその他の構成は、図１に示す車両１０と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図９は、図８に示す操舵制御装置１００Ａの機能ブロック図である。本実施形態の操舵制御装置１００Ａは、実施形態１に係る操舵制御装置１００と同様に、演算装置、主記憶装置、補助記憶装置、入出力装置、タイマーなどを備えたマイクロコントローラによって構成された電子制御装置またはその一部である。

操舵制御装置１００Ａは、たとえば、操舵角取得機能１１０と、速度取得機能１２０と、横加速度取得機能１３０と、非線形度算出機能１５０と、反力算出機能１６０とを備えている。これらの各機能は、前述の実施形態１の操舵制御装置１００における各機能と同様であるので、説明を省略する。

また、本実施形態の操舵制御装置１００Ａは、さらに、操舵トルク取得機能１７０と、転舵角取得機能１８０と、転舵制御機能１９０と、を有している。これらの各機能は、たとえば、操舵制御装置１００Ａにおいて補助記憶装置に記憶されたデータベースを参照しながら、主記憶装置にロードされたプログラムを、演算装置によって周期的に実行することで実現することができる。

操舵トルク取得機能１７０は、たとえば、操舵トルクセンサ１９によって検出された操舵トルクＴｄを、通信バスライン１８を介して取得する。転舵角取得機能１８０は、たとえば、転舵アクチュエータ１５ａから出力されたタイヤ１１の転舵角βを取得する。転舵制御機能１９０は、たとえば、操舵角α、操舵トルクＴｄ、転舵角β、および非線形度Ｄｎを入力とする。

図１０は、図９に示す転舵制御機能１９０の動作を説明するフロー図である。転舵制御機能１９０は、たとえば、図１０に示す開始から終了までの各処理を、所定の周期で繰り返し実行する。

転舵制御機能１９０は、図１０に示す処理フローを開始すると、まず、入力された情報に基づいて、基準転舵トルクＴｓｂを算出する処理Ｐ１１を実行する。具体的には、転舵制御機能１９０は、たとえば、操舵角αと転舵角βとの関係に基づいて、転舵角βを修正するために必要となる基準転舵トルクＴｓｂを算出する。操舵角αと転舵角βとの関係は、たとえば、疑似的なギヤ比などで定義して、操舵制御装置１００を構成する補助記憶装置などに記憶させておくことができる。これにより、基準転舵トルクＴｓｂを容易に算出することができる。

次に、転舵制御機能１９０は、非線形度算出機能１５０によって算出した非線形度Ｄｎに基づいて、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が非線形領域か否かの判定処理Ｐ１２を実行する。この判定処理Ｐ１２は、たとえば、非線形度Ｄｎがしきい値を超えているか否かを判定することによって行うことができる。

転舵制御機能１９０は、判定処理Ｐ１２において、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が非線形領域にない（ＮＯ）、すなわち線形領域にあると判定すると、図１０に示す処理フローを終了して、処理Ｐ１１で算出した基準転舵トルクＴｓｂを転舵トルクＴｓとして出力する。また、転舵制御機能１９０は、判定処理Ｐ１２において、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が非線形領域にある（ＹＥＳ）と判定すると、次の判定処理Ｐ１３を実行する。

転舵制御機能１９０は、判定処理Ｐ１３において、操舵トルクＴｄがしきい値以上であるか否かを判定する。この操舵トルクＴｄのしきい値は、たとえば、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域から非線形領域に移行したときの操舵トルクＴｄに、所定のマージンを持たせた値に設定することができる。

転舵制御機能１９０は、判定処理Ｐ１３において、操舵トルクＴｄがしきい値以上ではない（ＮＯ）、すなわちしきい値よりも小さいと判定すると、図１０に示す処理フローを終了して、処理Ｐ１１で算出した転舵トルクＴｓの指令値を出力する。また、転舵制御機能１９０は、判定処理Ｐ１３において、操舵トルクＴｄがしきい値以上である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ１４を実行する。

転舵制御機能１９０は、処理Ｐ１４において、操舵トルクＴｄの大きさに応じた追加転舵トルクＴｓａを算出し、処理Ｐ１１において算出した基準転舵トルクＴｓｂに追加転舵トルクＴｓａを加算した値を、転舵トルクＴｓとして出力する。また、転舵制御機能１９０は、処理Ｐ１４において、しきい値以上の操舵トルクＴｄがあらかじめ規定された一定時間にわたって継続した場合、処理Ｐ１１で算出した転舵トルクＴｓに逆方向のトルクを追加して、反力としてのトルクＴｒを減少させてもよい。以上により、図１０に示す処理フローが終了する。

以下、本実施形態の操舵制御装置１００Ａの作用を説明する。

図１１は、本実施形態の操舵制御装置１００Ａの動作の一例を説明するグラフである。図１１において、各グラフの横軸は、時間ｔ[s]である。また、図１１において、一番上のグラフは、縦軸が操舵角α[deg]であり、上から二番目のグラフは、縦軸が操舵トルクＴｄ[Nm]であり、上から三番目のグラフは、縦軸が反力としてのトルクＴｒ[Nm]であり、一番下のグラフは、縦軸が転舵角β[deg]である。

図１１の一番上のグラフのように、時刻ｔ１までの間、車両１０Ａの運転者は、ステアリングホイール１３を一方向に回転させ、実線Ｌ１１で示す操舵角αを一定の角速度で増加させている。時刻ｔ１までの間は、車両１０Ａのタイヤ１１の横力は飽和せず、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域にある。

この時刻ｔ１までの線形領域において、操舵制御装置１００Ａは、図１１の上から三番目のグラフのように、たとえば、反力アクチュエータ１６を制御して、実線Ｌ１３で示す反力としてのトルクＴｒを、操舵角αと同様に線形に増加させる。また、操舵制御装置１００Ａは、図１１の一番下のグラフのように、たとえば、転舵アクチュエータ１５ａを制御して、タイヤ１１の転舵角βを、操舵角αと同様に線形に増加させる。

その後、時刻ｔ１において、何らかの原因により、車両１０Ａのタイヤ１１の横力が飽和して、タイヤ１１のコーナリングフォース特性が線形領域から非線形領域に移行したとする。すると、操舵制御装置１００Ａは、反力アクチュエータ１６を制御して、図１１の上から三番目のグラフのように、実線Ｌ１３で示す時刻ｔ１以降の非線形領域における反力としてのトルクＴｒを、線形領域における反力としてのトルクＴｒよりも増大させる。

これにより、運転者は、ステアリングホイール１３を回転させて操舵角αを増加させるために、反力としてのトルクＴｒに逆らって、より大きな力を加える必要が生じる。その結果、運転者が操舵角αを増加させようとする操作が抑制され、図１１の一番上のグラフに示す操舵角αの増加が緩やかになる。しかし、この時刻ｔ１以降の非線形領域においても、図１１の上から二番目のグラフにおいて実線Ｌ１２で示すように、運転者が操舵トルクＴｄを増加させている。

この場合、操舵制御装置１００Ａは、たとえば、転舵制御機能１９０による判定処理Ｐ１３において、操舵トルクＴｄがしきい値以上であると判定し、前述の処理Ｐ１４を実行する。これにより、操舵制御装置１００Ａは、操舵トルクＴｄの大きさに応じた追加転舵トルクＴｓａを算出し、前述の処理Ｐ１１において算出した転舵トルクＴｓに追加転舵トルクＴｓａを加算した値を、転舵トルクＴｓとして出力する。

以上のように、本実施形態の操舵制御装置１００Ａは、運転者の操作によるステアリングホイール１３の操舵トルクＴｄを取得し、非線形領域において操舵トルクＴｄがしきい値以上である場合に、タイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓを増加させる。この構成により、たとえば、図１１の上から二番目のグラフのように、時刻ｔ１以降の非線形領域における操舵トルクＴｄの増加を検知し、転舵角βを増加させたいという運転者の意図を、車両１０Ａの制御に反映させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００Ａは、たとえば、図１１の上から二番目のグラフのように、時刻ｔ１以降の非線形領域において、しきい値以上の操舵トルクＴｄが一定時間にわたって継続した場合に、反力としてのトルクＴｒを減少させる。この構成により、運転者がステアリングホイール１３の、転舵角βを増加させたいという運転者の意図を、車両１０Ａの制御に反映させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置１００Ａは、運転者の操作によるステアリングホイール１３の操舵角αと、タイヤ１１の転舵角βとを取得する。そして、操舵制御装置１００Ａは、操舵角αと転舵角βとの関係に基づいて基準転舵トルクＴｓｂを算出する。さらに、操舵制御装置１００Ａは、非線形領域において転舵トルクＴｓがしきい値以上である場合に、操舵トルクＴｄの大きさに応じた追加転舵トルクＴｄａを算出し、基準転舵トルクＴｄｂに追加転舵トルクＴｄａを加算した値を転舵トルクＴｓとして出力する。

この構成により、タイヤ１１を転舵させるための転舵トルクＴｓを増加させることができ、図１１の一番下のグラフのように、時刻ｔ１以降の非線形領域において、実線Ｌ１４で示す転舵角βを増加させることができる。したがって、運転者がステアリングホイール１３の、転舵角βを増加させたいという運転者の意図を、車両１０Ａの制御に反映させることができる。

以上説明したように、本実施形態の操舵制御装置１００Ａによれば、前述の実施形態１の操舵制御装置１００と同様の効果を奏することができるだけでなく、運転者の操作を優先させ、運転者の操作を車両１０Ａの制御に反映させることができる。

［実施形態３］
次に、図１から図５を援用し、図１２から図１５を参照して、本開示に係る操舵制御装置の実施形態３を説明する。本実施形態の操舵制御装置は、図１２に示す反力算出機能１６０Ａの構成が、前述の実施形態１に係る操舵制御装置１００の反力算出機能１６０と異なっている。本実施形態の操舵制御装置のその他の構成は、前述の実施形態１の操舵制御装置１００と同様であるので、同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態の操舵制御装置において、反力算出機能１６０Ａは、追加反力算出機能１６２に非線形度Ｄｎに加えて、操舵角センサ１４によって検出されたステアリングホイール１３の操舵角αが入力される。

図１３は、図１２に示す反力算出機能１６０Ａの動作を説明するフロー図である。本実施形態の操舵制御装置は、図１３に示す処理フローを、所定の周期で繰り返し実行する。反力算出機能１６０Ａは、まず、実施形態１の反力算出機能１６０と同様に、追加反力算出機能１６２により、追加反力としての追加トルクＴｒａを算出する処理Ｐ２１を実行する。

反力算出機能１６０Ａは、次に、操舵角速度を算出する処理Ｐ２２を実行する。この処理Ｐ２２において、追加反力算出機能１６２は、たとえば、操舵角αの時間微分値である操舵角速度を算出して、次の判定処理Ｐ２３に進む。この判定処理Ｐ２３において、追加反力算出機能１６２は、前の処理Ｐ２２で算出した操舵角速度が、しきい値以上であるか否かを判定する。

この判定処理Ｐ２３において、追加反力算出機能１６２は、操舵角速度が、しきい値以上ではない（ＮＯ）と判定すると、処理Ｐ２１で算出した追加トルクＴｒａを出力とし、図１３に示す処理フローを終了する。一方、この処理Ｐ２３において、追加反力算出機能１６２は、操舵角速度が、しきい値以上である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ２４を実行する。

処理Ｐ２４において、追加反力算出機能１６２は、操舵角速度の大きさに基づいて、処理Ｐ２１で算出した追加反力としての追加トルクＴｒａを低減する。ここで、追加トルクＴｒａを低減する処理Ｐ２４は、たとえば、処理Ｐ２２で算出した操舵角速度にゲインを乗じた値を、追加トルクＴｒａから減算する処理である。以上により、図１３に示す処理フローが終了する。

次に、本実施形態の操舵制御装置の作用を説明する。

図１４は、本実施形態の操舵制御装置を搭載した車両１０が複数の車線を有する道路を走行している状態を示す平面図である。図１５は、本実施形態の操舵制御装置の動作を説明するグラフである。図１５の上のグラフにおいて、横軸は、時間[s]であり、縦軸は、ステアリングホイール１３の操舵角α[deg]である。図１５の下のグラフにおいて、横軸は時間ｔ[s]であり、縦軸は、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒ[Nm]である。

図１４に示すように、車両１０が走行する中央の車線に隣接する左車線から、他の車両２０が車両１０の前方で中央の車線に割り込んできた場合を想定する。この場合、車両１０の運転者は、他の車両２０との衝突を回避するために、ステアリングホイール１３を急操作する緊急回避を行うことが考えられる。

このような緊急回避時のステアリングホイール１３の急操作では、運転者の操作によるステアリングホイール１３の操舵角αが、緊急回避に必要な操舵角に対して過大になることがある。操舵角αが過大になると、タイヤ１１の転舵角βが過大になり、高速走行中の車両１０のタイヤ１１の横力が飽和して、コーナリングフォース特性が線形領域から非線形領域に移行し、車両１０の走行が不安定になるおそれがある。

これに対し、本実施形態の操舵制御装置は、図１３の処理Ｐ２１から処理Ｐ２２に示すように、運転者の操作によるステアリングホイール１３の操舵角速度を取得する。さらに、本実施形態の操舵制御装置は、図１３の判定処理Ｐ２３から処理Ｐ２４に示すように、操舵角速度が規定のしきい値を超えた場合に、車両１０の運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力の増加率を、規定の上限値に制限する。

たとえば、図１４の斜線ハッチングで示す領域Ｒにおいて、車両１０のタイヤ１１のコーナリングフォース特性が、線形領域から非線形領域に移行したとする。すると、本実施形態の操舵制御装置は、たとえば図１５に示すように、時刻ｔ１で操舵角速度が規定のしきい値を超えるまでの間、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒを増加させる。これにより、運転者は、車両１０のタイヤ１１のコーナリングフォース特性が、線形領域から非線形領域に移行したことを、ステアリングホイール１３の操作に対する反力を通して感知することができる。

また、本実施形態の操舵制御装置は、たとえば図１５に示すように、時刻ｔ１で操舵角速度が規定のしきい値を超えると、車両１０の運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力の増加率を、規定の上限値に制限する。これにより、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒが急激に増加することが防止され、ステアリングホイール１３の操舵角αが急激に減少することが防止される。

そのため、運転者によるステアリングホイール１３の操作に対する反力としてのトルクＴｒが急激な増加と減少を繰り返すことが防止され、緊急回避時の運転者の不安感を取り除き、ステアリングホイール１３の操作をより容易にすることができる。したがって、本実施形態の操舵制御装置によれば、ステアリングホイール１３を介して運転者により適切な反力を伝達することができ、車両１０の安定性を向上させることができる。

以上、図面を用いて本開示に係る操舵制御装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

たとえば、本開示の操舵制御装置は、従来の電動パワーステアリングシステムを採用する車両にも適用することができる。この場合、アシストモータの出力と車両の横加速度の関係を、前述の学習機能と同様に学習し、基準トルクと転舵トルクの差に基づいて非線形度を算出する。この非線形度に基づいて、車両のタイヤが線形領域にあると判定した場合に、従来と同様にアシスト量を付与する。また、非線形度に基づいて、車両のタイヤが非線形領域にあると判定した場合に、アシストモータの出力トルクを減少させ、モータによるアシスト量を減少させることで、運転者のステアリングホイールの操作に対する反力を増加させることが可能になる。これにより、車両の走行時の安定性を向上させることができる。

１０：車両
１１：タイヤ
１３：ステアリングホイール
１５：転舵機構
１６：反力アクチュエータ
１００：操舵制御装置
１００Ａ：操舵制御装置
Ａｓ：横加速度
Ｔｄ：操舵トルク
Ｔｒ：トルク（反力）
Ｔｒａ：追加トルク（追加反力）
Ｔｒｂ：基準トルク（基準反力）
Ｔｓ：転舵トルク
Ｔｓａ：追加転舵トルク
Ｔｓｂ：基準転舵トルク
Ｖ：速度
α：操舵角
β：転舵角
ΔＡｓ：横加速度の増加量
ΔＴｓ：転舵トルクの増加量
ΔＴｓ／ΔＡｓ：変化の割合

Claims (13)

1. 車両のステアリングホイールに運転者の操作に対する反力を生じさせる反力アクチュエータを制御するための操舵制御装置であって、
   前記車両のタイヤのスリップ角と横力との関係であるコーナリングフォース特性が非線形となる非線形領域における前記反力を、前記コーナリングフォース特性が線形となる線形領域における前記反力よりも増大させることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記運転者の操作による前記ステアリングホイールの操舵角を取得し、
   前記非線形領域において前記操舵角の増加に応じて前記反力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記車両の横加速度と、前記タイヤを転舵させるための転舵トルクとを取得し、
   前記横加速度と前記転舵トルクとの関係が線形になる領域において前記横加速度の増加量と前記転舵トルクの増加量の変化の割合を算出し、
   前記変化の割合に前記横加速度を乗じた基準転舵トルクと、前記転舵トルクとの差に基づいて、前記コーナリングフォース特性の非線形度を算出することを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記車両の速度を取得して、前記速度と前記操舵角に基づいて前記運転者による前記ステアリングホイールの操作に対する基準反力を算出し、
   前記非線形度に基づいて、前記運転者による前記ステアリングホイールの操作に対する追加反力を算出し、
   前記基準反力と前記追加反力を加算することで前記反力を算出することを特徴とする請求項３に記載の操舵制御装置。
5. 前記車両の速度を取得し、
   前記横加速度がしきい値以上であり、かつ前記速度がしきい値以上であり、かつ前記コーナリングフォース特性が前記線形領域である場合に、前記変化の割合を学習することを特徴とする請求項３に記載の操舵制御装置。
6. 前記変化の割合を逐次最小二乗法によって算出することを特徴とする請求項５に記載の操舵制御装置。
7. 前記車両の横加速度と、前記タイヤを転舵させるための転舵トルクとを取得し、
   前記横加速度と前記転舵トルクとの関係が線形になる領域において前記横加速度の増加量と前記転舵トルクの増加量の変化の割合を算出し、
   前記変化の割合に前記横加速度を乗じた基準転舵トルクと、前記転舵トルクとの差がしきい値以下の場合に前記線形領域であることを判定し、前記差が前記しきい値を超える場合に前記非線形領域であることを判定することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
8. 前記車両の横加速度と、前記タイヤを転舵させるための転舵トルクとを取得し、
   前記横加速度が増加し、かつ前記転舵トルクが増加から減少へ転じた場合に、前記線形領域から前記非線形領域への移行を検知することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
9. 前記運転者の操作による前記ステアリングホイールの操舵トルクを取得し、
   前記非線形領域において前記操舵トルクがしきい値以上である場合に、前記タイヤを転舵させるための転舵トルクを増加させることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
10. 前記非線形領域において前記しきい値以上の前記操舵トルクが一定時間にわたって継続した場合に、前記反力を減少させることを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
11. 前記運転者の操作による前記ステアリングホイールの操舵角と、前記タイヤの転舵角とを取得し、
    前記操舵角と前記転舵角との関係に基づいて基準転舵トルクを算出し、
    前記非線形領域において前記操舵トルクが前記しきい値以上である場合に、前記操舵トルクの大きさに応じた追加転舵トルクを算出し、前記基準転舵トルクに前記追加転舵トルクを加算した値を前記転舵トルクとして出力することを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
12. 前記運転者の操作による前記ステアリングホイールの操舵角速度を取得し、
    前記操舵角速度が規定のしきい値を超えた場合に、前記反力の増加率を規定の上限値に制限することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
13. 前記ステアリングホイールと前記タイヤを転舵させる転舵機構とが機械的に連結されていない場合に、前記反力を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。

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