JP2022149717A - ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧の降下への対処手段として実用性の高いステアバイワイヤ型のステアリングシステムを提供する。【解決手段】運転者によって操作される操作部材２０と、転舵モータ５０を有し、転舵モータ５０の力によって、車輪１０を転舵する転舵装置１４と、操作部材２０に操作反力を付与する操作反力付与装置２８と、転舵装置１４と操作反力付与装置２８とを制御するコントローラ６０、６２とを備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、コントローラ６０、６２が、操作部材２０の操作に応じた車輪１０の転舵を実現させるとともに、転舵モータ５０へ電流を供給する電源電圧が低い場合に、高い場合に比較して操作反力を大きくしつつ、車輪１０の転舵に対して大きな出力が必要な状況である大転舵出力状況下において、車輪１０の転舵に対して小さな出力しか必要とされない小転舵出力状況下に比較して、操作反力を大きくする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるステアバイワイヤ型のステアリングシステムに関する。

ステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、一般的に、運転者がステアリングホイール等の操作部材に加える操作力に依らずに、転舵装置が有する電動モータ（以下、「転舵モータ」という場合がある）の出力である転舵出力、すなわち、転舵装置の発揮する転舵力によって車輪を転舵する。そのため、転舵モータに電流を供給する電源の電圧が降下した場合には、その電源の負担が大きくなるため、その電源電圧の降下に対して何らかの処置を講じることが望ましい。そのことを考慮して、下記特許文献に記載されているステアリングシステムでは、上記電源の電圧が降下した場合に、ステアリング操作に対する反力である操作反力を操作部材に付与するための電動モータ（以下、「反力モータ」という場合がある）の力を利用して、転舵力を補助するように構成されている。

特開２００６－２２４７０９号公報

上記電源電圧の降下への対処手段（以下、「電圧降下対処手段」という場合がある）として、種々の手段が考えられる。例えば、電源電圧が降下した場合に、上記操作反力を大きくすることで、つまり、運転者による操作部材の操作感を重くすることで、転舵出力が過大となることを防止することができる。ところが、いたずらに操作反力を大きくすれば、比較的小さい転舵出力しか必要とされないときにも操作反力が大きくなり、適切な転舵が行われない、適切な操作感を運転者に与えることができないといった事態をも招きかねない。つまり、電圧降下対処手段には改良の余地が多分に残されており、何らかの改良を施すことによりステアバイワイヤ型のステアリングシステムの実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いステアバイワイヤ型のステアリングシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のステアリングシステムは、
運転者によって操作される操作部材と、
電動モータである転舵モータを有し、その転舵モータの力によって、車輪を転舵する転舵装置と、
前記操作部材に、それの操作に対する反力である操作反力を付与する操作反力付与装置と、
前記転舵装置と前記操作反力付与装置とを制御するコントローラと
を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
前記コントローラが、
前記操作部材の操作に応じた車輪の転舵を実現させるとともに、
前記転舵モータへ電流を供給する電源の電圧である電源電圧が低い場合に、高い場合に比較して、前記操作反力を大きくしつつ、車輪の転舵に対して大きな出力が必要な状況である大転舵出力状況下において、車輪の転舵に対して小さな出力しか必要とされない小転舵出力状況下に比較して、操作反力を大きくするように構成される。

本発明のステアリングシステムによれば、電源電圧と、転舵モータの出力である転舵出力（車輪を転舵するための力である「転舵力」と考えることもできる）との両方に依拠して操作反力が制御される。端的に言えば、電源電圧が比較的低く、かつ、大転舵出力状況下にあるときには、操作反力が比較的大きくされるものの、電源電圧が比較的高い場合や、小転舵出力状況下では、操作反力が過大となることが抑制される。そのため、本発明によれば、電源電圧の降下に適切に対処可能なステアバイワイヤ型のステアリングシステムが実現されることとなる。

発明の態様

本発明における「大転舵出力状況」，「小転舵出力状況」は、「必要な転舵出力についての状況」と総称することができ、相対的に程度の違いのある状況と考えることができる。これらの状況は、後に詳しく説明するが、例えば、転舵速度，操作部材の操作量に対する転舵量の比であるステアリングギヤ比，車両の走行速度である車速等によって認定すればよい。なお、大転舵出力状況，小転舵出力状況，必要な転舵出力についての状況は、「大転舵力状況」，「小転舵力状況」は、「必要な転舵力についての状況」と考えることもできる。

必要な転舵出力についての状況に関する具体的な態様を例示すれば、例えば、一般的に、転舵速度が高い程、転舵モータが発生させる力が大きくなることに鑑み、コントローラが、車輪の転舵量の変化速度である転舵速度が高い場合、低い場合を、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定するようにすればよい。この態様においては、大転舵出力状況は、必要な転舵出力が実際に大きい状況と、小転舵出力状況は、必要な転舵出力が実際に低い状況と、それぞれ考えることができる。「転舵速度」は、実際の転舵速度を採用しても、コントローラが、操作部材の操作に基づいて、車輪の転舵において目標となる転舵量である目標転舵量を決定するように構成されているのであれば、その目標転舵量の変化速度である目標転舵速度を採用しても、操作部材の操作の程度、具体的には、操作部材の操作量の変化速度である操作速度を採用してもよい。

また、例えば、コントローラが、操作部材の操作量に対する転舵量の比であるステアリングギヤ比を変更するように構成されていれば、そのステアリングギヤ比が高い場合、低い場合を、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定するようにしてもよい。ステアリングギヤ比が高い場合には、低い場合と比べて、操作部材の操作速度が同じであっても、転舵速度は高くなる。したがって、この態様においては、大転舵出力状況は、転舵速度が高くなりそうな状況、すなわち、必要な転舵出力が大きくなりそうな状況と、小転舵出力状況は、転舵速度が低くなりそうな状況、すなわち、必要な転舵出力が低くなりそうな状況と、それぞれ考えることができる。

さらに言えば、いわゆる据え切り時や、車庫入れ等、車速が相当に低い場合には、車輪の転舵に対して路面の摩擦の影響が大きい。つまり、路面の摩擦を考慮すれば、車速が低くなる程、大きな転舵出力が必要となる。そのことに鑑み、車速が低い場合、高い場合を、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定するようにしてもよい。この態様においても、大転舵出力状況は、必要な転舵出力が大きくなりそうな状況と、小転舵出力状況は、必要な転舵出力が低くなりそうな状況と、それぞれ考えることができる。なお、ステアリングギヤ比が、車速が低い場合に高い場合に比較して大きくなるようにされていれば、先に説明した理由から、車速が低い場合を、大転舵出力状況下であると、高い場合を、小転舵出力状況下であると認定することが可能である。

本発明における「電源電圧の高い場合」と「電源電圧の低い場合」，「大転舵出力状況」と「小転舵出力状況」は、いずれも相対的な概念である。したがって、本発明のステアリングシステムでは、例えば、例えば、電源電圧と、必要な転舵出力についての状況との一方若しくは両方に応じて連続的に操作反力を制御してもよい。また、何らかの閾値を挟んで、電源電圧が高いか低いか、および、大転舵出力状況であるか小転舵出力状況であるかを認定し、その認定に基づいて、操作反力を段階的に制御してもよい。その場合、電源電圧と必要な転舵出力についての状況との一方若しくは両方に対して、閾値を複数設定し、３段階以上に操作反力を制御してもよい。

本発明のステアリングシステムでは、電源電圧，必要な転舵出力についての状況という２つのパラメータに従って、操作反力が制御されると考えることができる。そのことに鑑みれば、操作反力を制御するための具体的な態様として、コントローラは、電源電圧の高低と、必要な転舵出力についての状況の程度とを項目軸としたマトリクス図に従って抽出された操作反力の程度に関する指標を用いて、操作反力を決定するようにしてもよい。この態様によれば、電源電圧の降下に適切に対処可能な操作反力の制御を、簡便に行うことができる。

実施例のステアリングシステムの全体構成を模式的に示す図である。 車速に対するステアリングギヤ比の変化を示すグラフである。、および、操作反力の程度に関する指標である反力トルク補正係数を抽出するためのマトリクス図である。 操作反力の程度に関する指標である反力トルク補正係数を抽出するためのマトリクス図である。 コントローラにおいて実行される転舵制御プログラムのフローチャートである。 コントローラにおいて実行される反力制御プログラムのフローチャートである。 反力制御プログラムを構成する反力トルク補正サブルーチンのフローチャートである。 変形例としての反力トルク補正サブルーチンの一部分のフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例であるステアリングシステムを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

［Ａ］ステアリングシステムのハード構成
車両に搭載される実施例のステアリングシステムは、図１に模式的に示すように、それぞれが転舵輪である左右２つの車輪１０を転舵するためのシステムであり、機械的に互いに独立した操作装置１２および転舵装置１４を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムである。

操作装置１２は、a）運転者によって操舵操作されるステアリング操作部材としてのステアリングホイール２０と、b）先端にそのステアリングホイール２０が取り付けられたステアリングシャフト２２と、c）そのステアリングシャフト２２を回転可能に保持するとともに、インパネリインフォースメント（図示を省略）に支持されるステアリングコラム２４と、d）そのステアリングコラム２４に支持された電動モータである反力モータ２６を力源として、操舵操作に対する反力である操作反力としての反力トルクＴqcを、ステアリングシャフト２２を介して、ステアリングホイール２０に付与する反力付与機構２８とを含んで構成されている。この反力付与機構２８は、減速機等を含む一般的な構造のものであるため、反力付与機構２８の具体的な構造についての説明は、省略する。なお、この反力付与機構２８は、操作反力付与装置として機能する。

操作装置１２は、ステアリングホイール２０の操作角δをステアリング操作量として検出する操作角センサ３０を有している。ちなみに、車両の直進状態においてステアリングホイール２０がとる姿勢を中立姿勢とした場合に、その中立姿勢からの回転角が、ステアリングホイール２０の操作角δである。また、ステアリングシャフト２２には、トーションバー３２が組み込まれており、そのトーションバー３２の捩じれ量に基づいて、運転者によってステアリングホイール２０に加えられる操作力としての操作トルクＴqoを検出するための操作トルクセンサ３４を有している。

車輪１０の各々は、ステアリングナックル４０を介して転向可能に車体に支持されている。転舵装置１４は、２つのステアリングナックル４０を共に回動させることで、２つの車輪１０を一体的に転舵する。転舵装置１４は、主要構成要素として、転舵アクチュエータ４２を有している。転舵アクチュエータ４２は、a）両端がリンクロッド４４を介して左右のステアリングナックル４０にそれぞれ連結されるステアリングロッド（一般的に、ラックバーと呼ばれるものである）４６と、b)そのステアリングロッド４６を左右に移動可能に支持するとともに、車体に固定的に保持されたハウジング４８と、c）電動モータである転舵モータ５０を駆動源として、ステアリングロッド４６を左右に移動させるためのロッド移動機構５２とを含んで構成されている。ロッド移動機構５２は、ステアリングロッド４６に螺設されたボール溝と、そのボール溝とベアリングボールを介して螺合するとともに転舵モータ５０によって回転させられるナットとによって構成されるボールねじ機構を主体とするものであり、一般的な構造のものであるため、ロッド移動機構５２についてのここでの詳しい説明は省略する。

転舵装置１４は、ステアリングロッド４６の中立位置（車両の直進状態において位置する位置）からの移動量を検出することで、車輪１０の転舵量としての転舵角θを検出するための転舵角センサ５４を有している。

操作装置１２の制御、詳しくは、反力トルクＴqcの制御、すなわち、操作装置１２の反力モータ２６の制御は、当該操作装置１２のコントローラである操作コントローラとしての操作電子制御ユニット（以下、「操作ＥＣＵ」と言う場合がある）６０によって実行される。操作ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータや、反力モータ２６のドライバ（反力モータ２６は３相ブラシレスモータであるため、具体的には、インバータである）等によって構成されている。

同様に、転舵装置１４の制御、詳しくは、転舵角θの制御、すなわち、転舵装置１４の転舵モータ５０の制御は、当該転舵装置１４のコントローラである転舵コントローラとしての転舵電子制御ユニット（以下、「転舵ＥＣＵ」と言う場合がある）６２によって実行される。転舵ＥＣＵ６２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータや、転舵モータ５０のドライバ（転舵モータ５０は３相ブラシレスモータであるため、具体的には、インバータである）等によって構成されている。なお、転舵ＥＣＵ６２は上記ドライバの温度Ｔ（厳密には、ドライバの基板の温度であるため、以下、「基板温度Ｔ」という場合がある）を検出するための温度センサ６４を有している。

本車両には、転舵モータ５０，反力モータ２６に電流を供給するための電源としてのバッテリ６６と、そのバッテリ６６の電圧Ｖを電源電圧として検出する電圧センサ６８とが配設されている。この電圧センサ６８は、転舵ＥＣＵ６２に接続されている。

後に詳しく説明するが、操作ＥＣＵ６０，転舵ＥＣＵ６２は、互いに情報を送受信しながら制御処理を実行する。そのため、操作ＥＣＵ６０，転舵ＥＣＵ６２は、通信線としてのＣＡＮ（car area network or controllable area network）７０に接続させられている。また、車両には、当該車両の走行速度である車速ｖを検出するための車速センサ７２が設けられており、その車速センサ７２も、ＣＡＮ７０に繋げられている。なお、車速センサ７２の代わりに、ブレーキシステムからの車速ｖに関する信号がＣＡＮ７０を流れるようにしてもよい。

［Ｂ］ステアリングシステムの制御
実施例のステアリングシステムでは、一般的なステアバイワイヤ型のステアリングシステムと同様に、操舵操作に応じた車輪の転舵制御（以下、単に「転舵制御」と略す場合がある）と、操作反力の制御（以下、単に「反力制御」という場合がある）とを実行する。但し、本実施例のステアリングシステムでは、上述の電圧降下対処手段として、反力制御において反力トルクＴqcを大きくするための補正処理を実行する。以下に、転舵制御，基本的な反力制御である基本反力制御，電源電圧降下対処手段について説明し、その後に、それらの制御のフローを簡単に説明する。

（ａ）転舵制御
転舵制御は、ステアリングホイール２０に対する操舵操作であるステアリング操作に応じた車輪１０の転舵を実現させるための制御であり、転舵ＥＣＵ６２によって実行される。操作ＥＣＵ６０は、操作角センサ３０を介し、操作部材の操作量として、ステアリングホイール２０の操作角δを検出しており、転舵ＥＣＵ６２は、操作ＥＣＵ６０からＣＡＮ７０を介して取得した操作角δに基づいて、次式に従って、その操作角δに、ステアリングギヤ比γを乗ずることによって、車輪１０の転舵角θの目標となる目標転舵角θ^*を決定する。
θ^*＝γ・δ

本ステアリングシステムは、ステアリングギヤ比可変機能を有している。ステアリングギヤ比γは、ステアリングホイール２０の操作角δに対する転舵角θの比であり、当該車両の走行速度である車速ｖに応じて、図２のグラフに示すように、車速ｖが高くなればなる程小さくなるように決定される。つまり、車速ｖが高くなれば、いわゆるスローに、車速が低くなれば、いわゆるクイックな状態が実現される。転舵ＥＣＵ６２は、車速センサ７２によって検出された車速ｖに基づいて、ステアリングギヤ比γを決定する。

転舵ＥＣＵ６２は、転舵角センサ５４を介して、実際の転舵量である実際の車輪１０の転舵角θ（以下、「実転舵角θ」という場合がある）を検出し、目標転舵角θ^*に対する実転舵角θの偏差である転舵角偏差Δθを、次式に従って認定する。
Δθ＝θ^*－θ
そして転舵ＥＣＵ６２は、転舵角偏差Δθに基づくフィードバック制御則に従って、つまり、次式に従って、車輪１０を目標転舵角θ^*に転舵するために必要な転舵トルクとして、必要転舵トルクＴqsを決定する。ちなみに、下記式の第１項，第２項，第３項は、それぞれ、比例項，積分項，微分項であり、Ｇp，Ｇi，Ｇdは、それぞれ、比例項ゲイン，積分項ゲイン，微分項ゲインである。
Ｔqs＝Ｇp・Δθ＋Ｇi・∫Δθｄｔ＋Ｇd・（ｄΔθ／ｄｔ）

転舵ＥＣＵ６２は、決定した必要転舵トルクＴqsに基づいて、次式に従って、転舵モータ５０に供給される電流である転舵電流Ｉsの目標となる目標転舵電流Ｉs^*を決定する。ちなみに、次式のＫsは、目標転舵電流をＩs^*を必要転舵トルクＴqsに基づいて決定するための転舵電流決定係数である。
Ｉs^*＝Ｋs・Ｔqs
そして、転舵ＥＣＵ６２は、決定した目標転舵電流をＩs^*に基づいて、転舵モータ５０に電流を供給する。

（ｂ）基本反力制御
反力制御は、運転者にステアリング操作に対する適切な操作感を感じさせるべく、操作反力である反力トルクを、ステアリングホイール２０に付与するための制御であり、操作ＥＣＵ６０によって実行される。基本反力制御においては、操作ＥＣＵ６０は、ステアリングホイール２０に付与すべき反力トルクである必要反力トルクＴqcを、２つの成分である転舵トルク依拠成分Ｔqcs，操作トルク依拠減少成分Ｔqcoに基づいて、次式に従って決定する。
Ｔqc＝Ｔqcs－Ｔqco

転舵トルク依拠成分Ｔqcsは、車輪１０を転舵するために実際に発揮されている転舵トルクＴqsに関する成分である。先に説明したように、実際の転舵トルクＴqsは、実際に転舵モータ５０に供給されている電流である実転舵電流Ｉs に比例するため、操作ＥＣＵ６０は、次式に従って、転舵トルク依拠成分Ｔqcsを決定する。なお、実転舵電流Ｉs は、転舵ＥＣＵ６２によって常時検出されてＣＡＮ７０を介して送られてくる情報に基づいて取得される。ちなみに、次式におけるＪsは、転舵トルク依拠成分Ｔqcsを決定するための反力トルク成分決定係数である。
Ｔqcs＝Ｊs・Ｉs

操作トルク依拠減少成分Ｔqcoは、いわゆるパワーステアリングの操作感を運転者に付与するための成分と考えることができる。パワーステアリングでは、一般的には、操作トルクＴqoに応じたアシストトルクを、ステアリングシャフト２２に付与するようにされている。そのアシストトルクを模すようにして、操作ＥＣＵ６０は、操作トルク依拠減少成分Ｔqcoを、次式に従って決定する。なお、操作ＥＣＵ６０は、操作トルクＴqoとして、トーションバー３２の捩じれ量に基づいて操作トルクセンサ３４によって検出された操作トルクＴqoを用いる。ちなみに、次式におけるＪoは、操作トルク依拠減少成分Ｔqcoを決定するための反力トルク成分決定係数であり、あたかも操作トルクＴqoが大きい程大きなアシスト力が発揮されているような操作感を実現するように設定されている。
Ｔqco＝Ｊo・Ｔqo

以上のようにして決定した必要反力トルクＴqcに基づき、操作ＥＣＵ６０は、反力モータ２６に供給される電流である反力電流Ｉcの目標となる目標反力電流Ｉc^*を、次式に従って決定する。ちなみに、次式のＫcは、目標反力電流をＩc^*を必要反力トルクＴqcに基づいて決定するための反力電流決定係数である。
Ｉc^*＝Ｋc・Ｔqc
そして、操作ＥＣＵ６０は、その決定した目標反力電流Ｉc^*に基づいて、反力モータ２６に電流を供給する。

（ｃ）電源電圧降下対処手段
転舵モータ５０に電流を供給するための電源であるバッテリ６６は、例えば、充電量が低下した場合、言い換えれば、残存電気量が減少した場合等において、電圧Ｖが降下し、その電圧Ｖは、充電量が少なくなればなる程大きく降下する。したがって、バッテリ電圧Ｖが降下した状態において、大きな転舵電流Ｉsを転舵モータ５０に供給することは、バッテリ６６の過度な負担ともなりかねず、また、バッテリ電圧Ｖが相当に降下した状態では、満足な転舵電流Ｉsを供給することができない。そこで、本ステアリングシステムでは、バッテリ電圧Ｖが低い場合に高い場合に比較して、操作反力、すなわち、ステアリングホイール２０に付与する反力トルクＴqcを大きくすることで、運転者によるステアリングホイール２０の操作に制限を加えるようにようにされている。

しかしながら、電源電圧Ｖが降下している場合に、常に反力トルクＴqcを大きくすると、不適切な事態を招きかねない。詳しく言えば、例えば、反力トルクＴqcが大きいと、ステアリング操作において運転者に引っ掛かり感（操作に対する阻害感）を与えることにもなり、安心な操作感が担保されないことが予想される。一方で、先に説明した転舵制御からも解るように、転舵角θの変化速度である転舵速度ｄθ、詳しくは、目標転舵角θ^*の変化速度である転舵速度ｄθ^*が高い場合、実転舵角θが追従し難く、上記転舵角偏差Δθが大きくなることで、転舵電流Ｉsが大きくなってしまう。つまり、転舵力（「転舵出力」と考えることもできる）である転舵トルクＴqsが大きくなってしまうのである。逆に言えば、転舵速度ｄθ^*が低い場合には、転舵電流Ｉsが大きくならず、つまり、転舵トルクＴqsは大きくならず、敢えて、反力トルクＴqcを大きくすることによるステアリング操作への制限を加える必要はないのである。

そこで、本ステアリングシステムでは、バッテリ電圧Ｖが低い場合に高い場合に比較して、操作反力、すなわち、ステアリングホイール２０に付与する反力トルクＴqcを大きくすることに加えて、転舵速度ｄθ^*が高い場合を、大転舵出力状況下であると認定し、その大転舵出力状況下において、転舵速度ｄθ^*が低い場合であると認定した小転舵出力状況下に比較して、反力トルクＴqcを大きくするようにされている。逆に言えば、小転舵出力状況下において、大転舵出力状況下と比較して、反力トルクＴqcが小さくなるようにされているのである。

詳しく説明すれば、本ステアリングシステムでは、操作ＥＣＵ６０は、次式に従って、反力トルクＴqcを大きくするための反力トルク補正係数Ｈを、上述のようにして決定された反力トルクＴqcに乗ずることによって、反力トルクＴqcを補正する。反力トルク補正係数Ｈは、操作反力の程度に関する指標として機能する。
Ｔqc＝Ｈ・Ｔqc

反力トルク補正係数Ｈは、図３（ａ）に示すように、横軸であるバッテリ電圧Ｖと、縦軸である転舵速度ｄθ^*とを２つの項目軸としたマトリクス図上に設定されている。言い換えれば、バッテリ電圧Ｖと転舵速度ｄθ^*とを２つのパラメータとして、それらのパラメータによって決定される。詳しく説明すれば、マトリクス図では、バッテリ電圧Ｖ，転舵速度ｄθ^*に関して、それぞれ３つの領域が設定されることで、９つの領域が設定されており、９つの領域のそれぞれに対応する反力トルク補正係数Ｈが設定されている。バッテリ電圧Ｖに関する３つの領域は、バッテリ電圧Ｖが第１閾電圧Ｖth1未満となる第１電圧領域Ｒv１、第１閾電圧Ｖth1以上第２閾電圧Ｖth2（第１閾電圧Ｖth1より高く設定されている）未満となる第２電圧領域Ｒv２，第２閾電圧Ｖth2以上となる第３電圧領域Ｒv３であり、転舵速度ｄθ^*に関する領域は、転舵速度ｄθ^*が第１閾速度ｄθ1以上となる第１転舵領域Ｒs１，第１閾速度ｄθ1未満第２閾速度ｄθ2（第１閾速度ｄθ1より低く設定されている）以上となる第２転舵領域Ｒs２，第２閾速度ｄθ2未満となる第３転舵領域Ｒs３である。

反力トルク補正係数Ｈは、１＋x1，１＋x2，１＋x3，１＋0（x1＞x2＞x3＞０）の４つが設定されており、その順で、値が小さくなる。つまり、値が大きい程、反力トルクＴqcが大きくなるような補正が行われる。ちなみに、１＋0は、実質的な補正が行われないことを意味している。

詳しく説明すれば、バッテリ電圧Ｖが高い第３電圧領域Ｒv３では、上述のようにして決定された反力トルクＴqcがそのまま付与されることになるが、バッテリ電圧Ｖが第３電圧領域Ｒv３より低い第２電圧領域Ｒv２では、転舵速度ｄθ^*が低い第３転舵領域Ｒs３において、決定された反力トルクＴqcがそのまま付与されることになるが、転舵速度ｄθ^*が段階的に高くなる第２転舵領域Ｒs２，第１転舵領域Ｒs１では、決定された反力トルクＴqcよりも段階的に大きな反力トルクＴqcが付与される。そして、バッテリ電圧Ｖがさらに低い第１電圧領域Ｒv１では、第３転舵領域Ｒs３，第２転舵領域Ｒs２，第１転舵領域Ｒs１と転舵速度ｄθ^*が段階的に高くなるにつれて、第２電圧領域Ｒv２と比較してより大きく、かつ、上記決定された反力トルクＴqcよりも段階的に大きな反力トルクＴqcが付与されることになる。

上述のような反力トルクＴqcの補正処理によって、本ステアリングシステムでは、バッテリ電圧Ｖが比較的低く、かつ、大転舵出力状況下にあるときには、反力トルクＴqcが比較的大きくされるものの、バッテリ電圧Ｖが比較的高い場合や、小転舵出力状況下では、反力トルクＴqcが過大となることが抑制される。したがって、本ステアリングシステムは、電源電圧の降下に適切に対処可能なステアバイワイヤ型のステアリングシステムとされているのである。

なお、転舵速度ｄθ^*に代えて、例えば、ステアリングギヤ比γをパラメータとして採用し、そのステアリングギヤ比γの高さに応じて、反力トルクＴqcを補正してもよい。具体的に言えば、図３（ａ）に示すマトリクス図に代えて、図３（ｂ）のように設定されたマトリクス図を用いて、反力トルクＴqcを補正するのである。ちなみに、図３（ｂ）のマトリクス図では、第１閾ギヤ比γ1，第２閾ギヤ比γ2（＜γ1）によって、第１，第２，第３転舵領域Ｒs１，Ｒs２，Ｒs３が設定されている。つまり、ステアリングギヤ比γが高い場合、低い場合に、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定されるのである。ステアリングギヤ比γをパラメータとして採用した反力トルクＴqcの補正処理によれば、ステアリングギヤ比γが高くなることによって必要な転舵トルクＴqsが大きくなりそうな状況において、反力トルクＴqcが比較的大きくされることになる。

また、転舵速度ｄθ^*に代えて、例えば、車速ｖをパラメータとして採用し、その車速ｖの高さに応じて、反力トルクＴqcを補正してもよい。具体的に言えば、図３（ａ）に示すマトリクス図に代えて、図３（ｃ）のように設定されたマトリクス図を用いて、反力トルクＴqcを補正するのである。ちなみに、図３（ｃ）のマトリクス図では、第１閾車速ｖ1，第２閾車速ｖ2（＞ｖ1）によって、第１，第２，第３転舵領域Ｒs１，Ｒs２，Ｒs３が設定されている。つまり、路面の摩擦等を考慮して、車速ｖが低い場合、高い場合に、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定されるのである。車速ｖをパラメータとして採用した反力トルクＴqcの補正処理によれば、車速ｖが低くなることによって必要な転舵トルクＴqsが大きくなりそうな状況において、反力トルクＴqcが比較的大きくされることになる。

（ｄ）制御フロー
本ステアリングシステムでは、上述の転舵制御，電源電圧降下対処手段としての処理を含む反力制御は、それぞれ、転舵ＥＣＵ６２，操作ＥＣＵ６０が、図４，図５にフローチャートを示す転舵制御プログラム，反力制御プログラムを、短い時間ピッチ（例えば、数ｍ～数十ｍsec）で繰り返し実行することによって行われる。以下にそれらのプログラムに沿った処理を説明することで、本ステアリングシステムにおける制御の流れについて、簡単に説明する。

転舵ＥＣＵ６２によって実行される転舵制御プログラムに従う処理では、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す。他のステップも同様である。）において、車速センサ７２によって検出されＣＡＮ７０を介して送られてくる車速ｖについての情報に基づいて、当該車両の車速ｖが取得される。Ｓ２では、その車速ｖに基づいて、図２に示すようなマップを参照されて、ステアリングギヤ比γが決定される。

操作角センサ３０によって検出された操作角δについての情報は、操作ＥＣＵ６０から送信されてきており、Ｓ３において、その情報に基づいて操作角δが取得される。続くＳ４において、その操作角δと決定されたステアリングギヤ比γとに基づいて、目標転舵角θ^*が決定される。Ｓ５では、転舵角センサ５４を介して、実転舵角θが検出され、Ｓ６において、決定された目標転舵角θ^*と検出された実転舵角θとに基づいて、転舵角偏差Δθが認定される。

次のＳ７において、転舵角偏差Δθに基づくフィードバック制御則に従って、必要転舵トルクＴqsが決定され、Ｓ８において、その必要転舵トルクＴqsに基づいて目標転舵電流Ｉs^*が決定され、Ｓ９において、その目標転舵電流Ｉs^*に基づいて転舵モータ５０に電流が供給される。実転舵電流Ｉsは検出されており、Ｓ１０において、その検出されている実転舵電流Ｉsの情報、上記決定されたステアリングギヤ比γの情報、および、目標転舵角θ^*の変化速度として認定された転舵速度ｄθ^*の情報が送信されて、当該転舵制御プログラムに従う処理の１回の実行が終了する。

操作ＥＣＵ６０によって実行される反力制御プログラムに従う処理では、まず、Ｓ１１において、操作角センサ３０を介して操作角δが検出され、Ｓ１２において、その操作角δについての情報が、転舵ＥＣＵ６２に送信される。

次のＳ１３において、転舵ＥＣＵ６２から送られてくる情報に基づいて、実転舵電流Ｉsが取得され、Ｓ１４において、その実転舵電流Ｉsに基づいて、転舵トルク依拠成分Ｔqcsが、決定される。続くＳ１５において、操作トルクセンサ３４を介して操作トルクＴqoが検出され、Ｓ１６において、その操作トルクＴqoに基づいて、操作トルク依拠減少成分Ｔqcoが決定される。そして、Ｓ１７において、転舵トルク依拠成分Ｔqcsから操作トルク依拠減少成分Ｔqcoが減じられることによって、必要反力トルクＴqcが決定される。

続いて、Ｓ１８において、決定された必要反力トルクＴqcの補正処理が、図６にフローチャートを示す反力トルク補正サブルーチンが実行されることによって行われる。このサブルーチンに従う処理では、まず、Ｓ２１において、電圧センサ６８を介してバッテリ電圧Ｖが検出される。そして、Ｓ２２，Ｓ２３において、検出されたバッテリ電圧Ｖと第１閾電圧Ｖth1，第２閾電圧Ｖth2とを比較することによって、そのバッテリ電圧Ｖが、先に説明した第１電圧領域Ｒv１，第２電圧領域Ｒv２，第３電圧領域Ｒv３のいずれに属するかが判定される。バッテリ電圧Ｖが第１閾電圧Ｖth1未満である場合には、Ｓ２４において、電圧領域Ｒvが第１電圧領域Ｒv１と、バッテリ電圧Ｖが第１閾電圧Ｖth1以上第２閾電圧Ｖth2未満である場合には、Ｓ２５において、電圧領域Ｒvが第２電圧領域Ｒv２と、バッテリ電圧Ｖが第２閾電圧Ｖth2以上である場合には、Ｓ２６において、電圧領域Ｒvが第３電圧領域Ｒv３と、それぞれ判定される。

次のＳ２７において、転舵ＥＣＵ６２から送られてくる情報に基づいて、転舵速度ｄθ^*が取得される。そして、Ｓ２８，Ｓ２９において、転舵速度ｄθ^*と第１閾速度ｄθ1，第２閾速度ｄθ2とを比較することによって、その転舵速度ｄθ^*が、先に説明した第１転舵領域Ｒs１，第２転舵領域Ｒs２，第３転舵領域Ｒs３のいずれに属するかが判定される。転舵速度ｄθ^*に関する領域を転舵領域Ｒsとすれば、転舵速度ｄθ^*が第１閾速度ｄθ1以上である場合には、Ｓ３０において、転舵領域Ｒsが第１転舵領域Ｒs１と、転舵速度ｄθ^*が第１閾速度ｄθ1未満第２閾速度ｄθ2以上である場合には、Ｓ３１において、転舵領域Ｒsが第２転舵領域Ｒs２と、転舵速度ｄθ^*が第２閾速度ｄθ2未満である場合には、Ｓ３２において、転舵領域Ｒsが第３転舵領域Ｒs３と、それぞれ判定される。

続くＳ３３において、判定された電圧領域Ｒv，転舵領域Ｒsに基づいて、図３（ａ）にマトリクス図として示すマップデータを参照しつつ、反力トルク補正係数Ｈが抽出され、Ｓ３４において、決定されている必要反力トルクＴqcが補正される。このような補正処理を行って、反力トルク補正サブルーチンに従う処理が終了する。

反力トルク補正サブルーチンの実行の後、Ｓ１９において、補正後の必要反力トルクＴqcに基づいて、目標反力電流Ｉc^*が決定され、Ｓ２０において、その目標反力電流Ｉc^*に基づいて、反力モータ２６に電流が供給される。このようにして、当該反力制御プログラムに従う処理の１回の実行が終了する。

なお、転舵速度ｄθ^*に代えて、ステアリングギヤ比γをパラメータとして必要反力トルクＴqcを補正する場合には、反力トルク補正サブルーチンのＳ２７～Ｓ３２の処理に代えて、図７（ａ）に示すＳ２７’～Ｓ３２’の処理を実行すればよい。この処理について詳しく説明すれば、Ｓ２７’において、転舵ＥＣＵ６２から送られてくる情報に基づいて、ステアリングギヤ比γが取得される。そして、Ｓ２８’，Ｓ２９’において、ステアリングギヤ比γと第１閾ギヤ比γ1，第２閾ギヤ比γ2とを比較することによって、そのステアリングギヤ比γが、先に説明した第１転舵領域Ｒs１，第２転舵領域Ｒs２，第３転舵領域Ｒs３のいずれに属するかが判定される。ステアリングギヤ比γに関する領域を転舵領域Ｒsとすれば、ステアリングギヤ比γが第１閾ギヤ比γ1以上である場合には、Ｓ３０’において、転舵領域Ｒsが第１転舵領域Ｒs１と、ステアリングギヤ比γが第１閾ギヤ比γ1未満第２閾ギヤ比γ2以上である場合には、Ｓ３１’において、転舵領域Ｒsが第２転舵領域Ｒs２と、ステアリングギヤ比γが第２閾ギヤ比γ2未満である場合には、Ｓ３２’において、転舵領域Ｒsが第３転舵領域Ｒs３と、それぞれ判定される。ちなみに、Ｓ３３の反力トルク補正係数Ｈの抽出の際には、図３（ｂ）にマトリクス図として示すマップデータが参照される。

また、転舵速度ｄθ^*に代えて、車速ｖをパラメータとして必要反力トルクＴqcを補正する場合には、反力トルク補正サブルーチンのＳ２７～Ｓ３２の処理に代えて、図７（ｂ）に示すＳ２７”～Ｓ３２”の処理を実行すればよい。この処理について詳しく説明すれば、Ｓ２７”において、車速ｖが取得される。そして、Ｓ２８”，Ｓ２９”において、車速ｖと第１閾車速ｖ1，第２閾車速ｖ2とを比較することによって、その車速ｖが、先に説明した第１転舵領域Ｒs１，第２転舵領域Ｒs２，第３転舵領域Ｒs３のいずれに属するかが判定される。車速ｖに関する領域を転舵領域Ｒsとすれば、車速ｖが第１閾車速ｖ1未満である場合には、Ｓ３０”において、転舵領域Ｒsが第１転舵領域Ｒs１と、車速ｖが第１閾車速ｖ1以上第２閾車速ｖ2未満である場合には、Ｓ３１”において、転舵領域Ｒsが第２転舵領域Ｒs２と、車速ｖが第２閾車速ｖ2以上である場合には、Ｓ３２”において、転舵領域Ｒsが第３転舵領域Ｒs３と、それぞれ判定される。ちなみに、Ｓ３３の反力トルク補正係数Ｈの抽出の際には、図３（ｃ）にマトリクス図として示すマップデータが参照される。

１０：車輪 １２：操作装置 １４：転舵装置 ２０：ステアリングホイール〔ステアリング操作部材〕 ２６：反力モータ ２８：反力付与機構〔操作反力付与装置〕 ３０：操作角センサ ３４：操作トルクセンサ ４２：転舵アクチュエータ ５０：転舵モータ ５２：ロッド移動機構 ５４：転舵角センサ ６０：操作電子制御ユニット（操作ＥＣＵ）〔操作コントローラ〕 ６２：転舵電子制御ユニット（転舵ＥＣＵ）〔転舵コントローラ〕 ６６：バッテリ〔電源〕 ６８：電圧センサ ７２：車速センサ

Claims (5)

1. 運転者によって操作される操作部材と、
   電動モータである転舵モータを有し、その転舵モータの力によって、車輪を転舵する転舵装置と、
   前記操作部材に、それの操作に対する反力である操作反力を付与する操作反力付与装置と、
   前記転舵装置と前記操作反力付与装置とを制御するコントローラと
   を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
   前記コントローラが、
   前記操作部材の操作に応じた車輪の転舵を実現させるとともに、
   前記転舵モータへ電流を供給する電源の電圧である電源電圧が低い場合に高い場合に比較して前記操作反力を大きくしつつ、車輪の転舵に対して大きな出力が必要な状況である大転舵出力状況下において、車輪の転舵に対して小さな出力しか必要とされない小転舵出力状況下に比較して、操作反力を大きくするように構成されたステアリングシステム。
2. 前記コントローラが、
   車輪の転舵量の変化速度である転舵速度が高い場合、低い場合を、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定するように構成された請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 前記コントローラが、
   前記操作部材の操作量に対する転舵量の比であるステアリングギヤ比を変更するとともに、
   ステアリングギヤ比が高い場合、低い場合を、それぞれ、大転舵出力状況下、小転舵出力状況下であると認定するように構成された請求項１に記載のステアリングシステム。
4. 前記コントローラが、
   車速が低い場合、高い場合を、それぞれ、大転舵出力状況下、大転舵出力状況下であると認定するように構成された請求項１に記載のステアリングシステム。
5. 前記コントローラが、
   電源電圧の高低と、必要な転舵出力についての状況の程度とを項目軸としたマトリクス図に従って抽出された操作反力の程度に関する指標を用いて、操作反力を決定するように構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のステアリングシステム。

Images