JP2022163628A - ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 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】 操作部材２０と、電動モータ５０が発揮する力によって車輪１０を転舵する転舵装置１４と、その転舵装置を制御するコントローラ６２とを備えて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を、電動モータへの供給電流に制限を設けつつ、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、車両の走行速度が設定速度未満であって、かつ、車輪の転舵動作が、転舵量が減少する向きの動作である場合に、車両の走行速度が設定速度以上である場合、および、車輪の転舵動作が転舵量が増加する向きの動作である場合と比較して、電動モータに供給される電流の制限を小さくするように構成する。電動モータの負担を小さくしつつも、当該ステアリングシステムの能力を充分に発揮させることができるのである。【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）が発生させる転舵力によって車輪を転舵する。転舵モータに過大な負荷を与えないことが望ましく、例えば、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、転舵装置の温度が所定温度以上となったときに、転舵モータへの供給電流を制限するようにされている。

特開２００４－３２２７１５号公報

しかしながら、転舵モータへの負荷に鑑みれば、転舵装置の温度が所定温度に上昇してからではなく、所定温度に達する前から転舵モータへの供給電流を制限することが望ましい。その一方で、常時制限すれば、当該ステアリングシステムの能力を充分には発揮できず、また、車両の挙動に関して運転者に違和感を与える可能性もある。つまり、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムにおける転舵モータへの供給電流の制限については、多分に改良の余地が残されており、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、
電動モータを有し、その電動モータが発揮する力によって車輪を転舵する転舵装置と、
その転舵装置を制御するコントローラと
を備えて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であって、
前記コントローラが、
前記電動モータへの供給電流に制限を設けつつ、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、
当該車両の走行速度が設定速度未満であって、かつ、車輪の転舵動作が、転舵量が減少する向きの動作である場合に、当該車両の走行速度が設定速度以上である場合、および、車輪の転舵動作が転舵量が増加する向きの動作である場合と比較して、前記電動モータに供給される電流の制限を小さ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、転舵量が減少する向きの動作、いわゆる、切り戻し動作が、車両の走行速度（以下、「車速」という場合がある）が低い状態で行われているときに、転舵モータに供給される電流（以下、「転舵電流」という場合がある）の制限が小さくされるため、転舵モータの負担を小さくしつつも、当該ステアリングシステムの能力を充分に発揮させることができるのである。

発明の態様

本発明における「設定速度」は、いわゆる据え切りと呼ばれる転舵動作が行われると認められる程度に、かなり低い速度に設定されることが望ましい。具体的には、例えば、数km/h程度に設定することが望ましい。そのように設定された設定速度未満の車速となっているときは、路面とタイヤとの間の摩擦力に打ち勝つために、転舵モータにある程度大きな力を発揮させることが望ましいことから、転舵モータへの供給電流の制限を比較的小さくすることが望ましい。逆に言えば、設定速度以上の車速では、転舵モータに大きな力を発揮させる必要があまりないため、設定速度未満であるときと比較して、転舵モータへの供給電流の制限を大きくすることが望ましく、制限を大きくしても、円滑な転舵動作を行わせることが可能となる。

また、「転舵量」とは、例えば、中立位置からの車輪の転舵角と考えることができる。車輪の転舵動作に関して言えば、「転舵量が減少する向きの動作」は、いわゆる「切り戻し動作」と呼ぶことができ、逆に、「転舵量が増加する向きの動作」は、いわゆる「切り増し動作」と呼ぶことができる。例えば、いわゆる据え切りの状態で、切り増し動作から切り戻し動作に切り換えた場合、切り戻し動作の開始の際には、タイヤの変形が戻ろうとする力の作用があるため、極度に大きな負荷が転舵モータにかかることはないと考えてよい。それに対して、車両がある程度の速度で走行している状態で切り増し動作を行い、ちょうど車速が設定車速未満となった状態で、切り戻し動作に切り換えた場合には、上記タイヤの変形が戻ろうとする力が殆ど作用しないため、転舵モータに比較的大きな電流を供給しないと、充分な切り戻し動作を行い得ない。充分な切り戻し動作が行えないと、充分な切り増し動作が行えない場合とは違い、運転者に与える違和感は、相当に大きいものとなる。そのことを考慮すると、据え切り状態での切り戻し動作の際には、転舵モータへの供給電流の制限を相当に小さくすることが望ましいのである。

「電動モータに供給される電流の制限」に関する態様として、例えば、最大許容電流を、小さくすることで、制限してもよく、また、例えば、制限のない場合の供給電流から、設定割合の供給電流を減じることで制限し、その割合を大きくすることで制限を大きくしてもよい。

なお、本発明における「電動モータに供給される電流の制限を小さくする」とは、全く制限しない状態をも含む概念である。本発明のステアリングシステムは、電動モータに供給される電流の制限の程度を、３段階以上に切り換えてもよい。例えば、車速が設定速度未満であって、かつ、切り戻し動作の場合に、電動モータに供給される電流の制限を最も小さくし（制限をせずに）、車速が設定速度未満であって、かつ、切り戻し動作ではない場合に、制限をある程度大きくし、車速が設定速度以上では、切り増し動作であるか否かに拘わらず、制限をさらに大きくするようにしてもよいのである。

車速が設定速度未満であって、かつ、車輪の転舵動作が、転舵量が減少する向きの動作である場合の制限は、転舵動作の全域に渡って行ってもよいが、例えば、車輪の転舵量が、最大転舵量（いわゆる転舵エンドとなる場合の転舵量である）に対する設定割合以上であるときだけに限定してもよい。具体的には、例えば、転舵量が、転舵エンドを１００%とした場合における４０～６０%以上となっているときに、転舵モータへの供給電流の制限を小さくしてもよいのである。

車速が設定速度未満であって、かつ、車輪の転舵動作が、転舵量が減少する向きの動作である状態がある程度長く継続している場合には、何らかの異常が発生している可能性がある。そのことを考慮すれば、例えば、その状態において、転舵モータの供給電流が、設定時間以上、設定電流以上であったときには、その供給電流を減少させることが望ましい。また、その状態において、電動モータへの供給電流の積算値が閾積算値以上であるときや、転舵モータの温度が高くなるときに転舵モータの供給電流を減少させることが望ましい。具体的には、例えば、当該コントローラの温度（例えば、ドライバの基板の温度）が閾温度以上であるときに、転舵モータの供給電流を減少させることが望ましい。

本発明のステアリングシステムでは、車速が設定速度より高いか低いかによって、電動モータに供給される電流の制限の程度が変更される。したがって、車速が設定速度近傍となっている状態は、制限の程度の変化の頻度が高くなる現象、すなわち、制御におけるハンチング現象が生じることが懸念される。そのことに鑑みれば、設定速度を、当該車両の走行速度が上昇しているときの値と、低下しているときの値とを異ならせることが望ましい。具体的には、例えば、当該車両の走行速度が上昇しているときの値が、低下しているときの値より高くなるように設定することが望ましい。

また、電動モータに供給される電流の制限の程度が変更されるとき、その変更が急激である場合には、その供給電流が急変する可能性がある、つまり、転舵力が急変する可能性がある。このような急変を避けるため、電動モータに供給される電流の制限の程度を変更するときは、つまり、切り換えるときは、その程度を連続的に変化させることが望ましい。

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。 転舵量と転舵力（転舵トルク）との関係を示すグラフである。 転舵モータへの供給電流の制限割合を示す表、供給電流の制限の程度が切り換わるときの最大許容電流の変化を模式的に示すグラフ、および、車速の変化に伴う制限割合の切り換わりを模式的に示すグラフである。 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。 転舵制御プログラムを構成する供給電流制限処理サブルーチンのフローチャートである。 供給電流制限処理の変形例についてのサブルーチンの一部分のフローチャートである。 転舵制御プログラムを構成する供給電流減少処理サブルーチン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。

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、転舵モータ５０への供給電流を制限するための供給電流制限処理、および、転舵モータ５０への供給電流を強制的に減少させるための供給電流減少処理を実行する。以下に、基本的な転舵制御である基本転舵制御，反力制御，供給電流制限処理，供給電流減少処理について説明し、その後に、それらの制御のフローを簡単に説明する。

（ａ）基本転舵制御
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

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Ｉs^*に基づいて、転舵モータ５０に電流を供給する。

（ｂ）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）供給電流制限処理
当該ステアリングシステムの能力を充分に発揮させることに鑑みれば、充分に大きな転舵電流Ｉsの転舵モータ５０への供給を許容することが望ましい。しかしながら、上述のようにして決定された目標転舵電流Ｉs^*に基づいて転舵モータ５０に転舵電流Ｉsを供給する場合、目標供給電流Ｉs^*が大き過ぎて転舵モータ５０に対する負担が大きくなり過ぎることも考えられる。そこで、本ステアリングシステムでは、転舵ＥＣＵ６２は、特定のシチュエーションにおいて、転舵電流Ｉsを制限すべく、目標転舵電流Ｉs^*を制限する。

詳しく説明すれば、いわゆる据え切りと呼ばれる転舵動作は、路面とタイヤとの間の摩擦力が大きく影響し、車輪１０を転舵するために大きな転舵力が必要となる。そこで、転舵ＥＣＵ６２は、車速ｖが、転舵動作が据え切りとみなせる速度として設定された設定車速ｖ0以上となる場合には、目標転舵電流Ｉs^*を比較的大きく制限し、設定車速ｖ0未満となる場合には、充分なる転舵動作を担保すべく、その制限を小さくするようにしている。

図２に示すグラフは、転舵動作における転舵角θの変化と、転舵に必要な力、すなわち、必要転舵トルクＴqsの変化を示す。便宜的に、必要転舵トルクＴqsは、車輪１０を右方に転舵するためのトルクを正の値として、車輪１０を左方に転舵するためのトルクを負の値として表されており、転舵角θは、中立位置よりも右方に車輪１０が転舵されているときに正の値として、中立位置よりも左方に車輪１０が転舵されているときには負の値として表されている。したがって、このグラフにおける第１象限は、転舵角θが増加するように右方に車輪１０が転舵されている（切り増されている）領域と、第２象限は、右方に転舵された車輪１０の転舵角θが減少していく（切り戻されている）領域と、第３象限は、転舵角θが増加するように左方に車輪１０が転舵されている領域と、第４象限は、左方に転舵された車輪１０の転舵角θが減少していく領域となる。

グラフにおける実線は、据え切り状態、つまり、車速ｖが設定車速ｖ0未満となっている状態における転舵角θに対する必要転舵トルクＴqsの変化を示している。それに対して、破線は、車輪１０がある程度回転している状態で、つまり、車速ｖが設定車速ｖ0以上で、右側の転舵エンドまで車輪１０を切り増し転舵し、ちょうどその転舵エンドにおいて車速ｖが設定車速ｖ0未満となって、その後に、切り戻し転舵を行った様子を示している。

グラフにおける実線から解るように、据え切り状態では、切り増し転舵動作から切り戻し転舵動作に移行しても、タイヤの変形が比較的大きく残存する状態で切り戻し転舵動作が開始されるため、その切り戻し転舵動作の初期において、必要転舵トルクＴqsは大きくならない。それに対して、破線から解るように、車速ｖが設定車速ｖ0以上で切り増し転舵動作を行い、車速ｖが設定車速ｖ0未満となったときから切り戻し転舵を開始すると、残存するタイヤの変形は比較的小さいため、切り戻し転舵動作の初期における必要転舵トルクトルクＴqsが大きくなってしまう。後者のシチュエーションにおいて、目標供給電流Ｉs^*を制限すると、すなわち、充分なる転舵トルクが得られないと、切り増し転舵において制限する場合とは異なり、運転者に与える違和感は、相当に大きいものとなる。そのことを考慮すると、据え切り状態での切り戻し転舵動作の際には、転舵モータ５０への供給電流の制限を相当に小さくすること、端的に言えば、制限をしないことが望ましいのである。

以上のことに鑑み、本ステアリングシステムでは、制限の程度としての制限割合を、ε（＞０）と、転舵モータ５０に最大許容される転舵電流Ｉsを、最大許容電流Ｉsmaxと、制限されない場合の最大許容電流Ｉsmaxを、非制限最大許容電流Ｉsmax0と、れぞれ定義すれば、転舵ＥＣＵ６２は、最大許容電流Ｉsmaxを、次式に従って決定する。
Ｉsmax＝Ｉsmax0・（１－ε）

そして、シチュエーションに応じた制限割合εの設定について説明すれば、図３（ａ）の表に示すように、転舵ＥＣＵ６２は、車速ｖが設定車速ｖ0以上の場合には、制限割合εを、β（例えば、１５％）とする。そして、転舵ＥＣＵ６２は、車速ｖが設定車速ｖ0未満の場合において、切り戻し転舵動作ではないときには、制限割合εを、α（＜β，例えば、１０％）とし、切り戻し転舵動作のときには、制限割合εを、０として、制限を加えないようにする。なお、以上の制限については、図２にも、模式的に表す。

上述のように決定された最大許容電流Ｉsmaxに基づいて、決定される目標転舵電流Ｉs^*が、最大許容電流Ｉsmaxを超える場合には、目標転舵電流Ｉs^*が最大許容電流Ｉsmaxとされる。

なお、車速ｖが設定車速ｖ0未満、かつ、切り戻し転舵動作のときの制限を、転舵範囲（左右の転舵エンドの間の領域）の一部にだけ行うことも可能である。具体的には、例えば、転舵角θ（目標転舵角θ^*でもよい）が閾転舵角θth以上となるときにだけ、制限割合εを０として制限を加えないようにし、転舵角θが閾転舵角θth未満となるときに、制限割合εをαとすればよい。閾転舵角θthは、任意に設定すればよいが、例えば、転舵範囲における中立位置からの６０%程度となる転舵角θを、閾転舵角θthとして設定すればよい。

また、制限割合εを用いて最大許容電流Ｉsmaxを決定し、その最大許容電流Ｉsmaxに基づいて目標転舵電流Ｉs^*を制限するのではなく、次式に従って、制限割合εを用いて目標転舵電流Ｉs^*を直接的に制限してもよい。
Ｉs^*＝Ｉs^*・（１－ε）

以上のような転舵モータ５０の供給電流の制限を行う場合、制限割合εがステップ的に切り換わることで、目標転舵電流Ｉs^*もステップ的に変化することが起きうる。ステップ的な目標転舵電流Ｉs^*の変化は、転舵力のステップ的な変化に繋がり、運転者に違和感を与えることにもなりかねない。そこで、本ステアリングシステムでは、転舵ＥＣＵ６２は、制限割合εの変更に対してフィルタ特性を適用すべく、図３（ｂ）のグラフに示すように、制限割合εが切り換わるときには、制限割合εを連続的に変化させ、最大許容電流Ｉsmaxを連続的に変化させるようにしている。言い換えれば、制限割合εを漸変させ、最大許容電流Ｉsmaxを漸変させるようにしているのである。ちなみに、グラフは、制限割合εを、制限がない状態、すなわち、０から、βに変更するときの最大許容電流Ｉsmaxの漸変の様子を示している。

また、以上のような転舵モータ５０への供給電流の制限を行う場合、車速ｖの設定車速ｖ0に対する高低によって、制限割合εが、αとβとの間、若しくは、０とβとの間で切り換わることになる。例えば、車速ｖが設定車速ｖ0近傍に維持されているときには、それらの切り換わりが頻繁に行われることが予測される。つまり、制御におけるいわゆるハンチング現象が生じる可能性が高いのである。このハンチング現象を防止するために、本ステアリングシステムでは、転舵ＥＣＵ６２は、車速ｖが増加しているときの設定車速ｖ0の値と、車速ｖが減少しているときの設定車速ｖ0の値とを、相違させている。つまり、車速ｖの変化に対する制限割合εの変化に、いわゆるヒステリシス特性が適用されているのである。具体的には、図３（ｃ）のグラフに示すように、車速ｖが増加しているときの設定車速ｖ0を、第１設定車速ｖ1に設定し、車速ｖが減少しているときの設定車速ｖ0を、ｖ1より低い第２設定車速ｖ2に設定している。ちなみに、グラフは、制限割合εが、αとβとの間で切り換わる様子を示している。

（ｄ）供給電流減少処理
車速ｖが設定車速ｖ0未満であって切り戻し転舵動作がなされている状態（以下、「据え切り戻し転舵状態」という場合がある）が長い時間継続する場合、何らかの異常が発生している可能性があり、転舵電流Ｉsが大きくなる可能性が高い。そのことを考慮し、本ステアリングシステムでは、据え切り戻し転舵状態において、転舵ＥＣＵ６２は、転舵モータ５０の負担を減じるべく、転舵モータ５０に供給される電流を、すなわち、目標転舵電流Ｉs^*を、強制的に減少させる。

詳しく説明すれば、転舵ＥＣＵ６２は、据え切り戻し転舵状態において、限界電流Ｉslim以上の実転舵電流Ｉsが限界時間ｔlim以上供給されている場合に、目標転舵電流Ｉs^*を減少させる。また、転舵ＥＣＵ６２は、据え切り戻し転舵状態において、温度センサ６４によって検出された基板温度Ｔが閾温度Ｔth以上となった場合に、目標転舵電流Ｉs^*を減少させる。さらに、転舵ＥＣＵ６２は、据え切り戻し転舵状態において、実転舵電流Ｉs の積算値である実転舵電流積算値SumＩs を演算しており、その実転舵電流積算値SumＩs が、閾積算値SumＩsth以上となった場合に、目標転舵電流Ｉs^*を減少させる。

転舵ＥＣＵ６２は、上記目標転舵電流Ｉs^*の減少において、目標転舵電流Ｉs^*を、設定低減値Ｉs^*redまで減少させる。設定低減値Ｉs^*redは、先に説明した制限割合εがβであるときの最大許容電流値Ｉsmax0・（１－β）より小さく設定されている。なお、転舵ＥＣＵ６２は、急激な目標転舵電流Ｉs^*の変化を回避すべく、目標転舵電流Ｉs^*を漸減させる。

（ｅ）制御フロー
本ステアリングシステムでは、上述の供給電流制限処理および供給電流減少処理を含む転舵制御は、転舵ＥＣＵ６２が、図４にフローチャートを示す転舵制御プログラムを、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転舵制御の流れについて、簡単に説明する。

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、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、Ｓ１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Ｓ２において、その操作角δと設定されている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。Ｓ３では、転舵角センサ５４を介して、実転舵角θが検出され、Ｓ４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。そして、Ｓ５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、Ｓ６において、その必要転舵トルクに基づいて目標転舵電流Ｉs^*が決定される。

決定された目標転舵電流Ｉs^*に対して、Ｓ７において、供給電流制限処理が、Ｓ８において、供給電流減少処理が、それぞれ実行され、Ｓ９において、そのような処理を経た目標転舵電流Ｉs^*に基づいて転舵モータ５０に電流が供給さる。実転舵電流Ｉsは検出されており、Ｓ１０において、検出されている実転舵電流Ｉs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。

Ｓ７の供給電流制限処理は、図５にフローチャートを示す供給電流制限処理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、車速ｖが取得され、Ｓ２２において、その取得された車速ｖに基づいて、当該車両が増速中であるか否か、すなわち、車速ｖが増加中であるか否かが判定される。増速中である場合には、Ｓ２３において、制限割合εを変更するための設定速度ｖ0が、第１設定速度ｖ1に決定され、増速中ではない場合には、Ｓ２４において、設定速度ｖ0が、第１設定速度ｖ1よりも低く設定された第２設定速度ｖ2に決定される。

続くＳ２５において、据え切り動作となる車速ｖであるか否か、言い換えれば、車速ｖが設定車速ｖ0未満であるか否かが判定される。車速ｖが設定車速ｖ0未満である場合には、Ｓ２６において、転舵動作が、切り戻し動作であるか否か、すなわち、目標転舵角θ^*が減少しているか否かが判定される。転舵動作が切り戻し動作である場合には、Ｓ２７において、据え切り戻しフラグFLが、“１”とされ、Ｓ２８において、制限割合εが０とされる。据え切り戻しフラグFLは、車速ｖが設定車速ｖ0未満であり、かつ、目標転舵角θ^*が減少しているときに“１”とされ、それ以外のときには、“０”とされるフラグである。

Ｓ２６において転舵動作が切り戻し動作ではないと判定された場合には、Ｓ２９において、据え切り戻しフラグFLが“０”とされ、Ｓ３０において、制限割合εが、０より大きなαとされる。また、Ｓ２５において車速ｖが設定車速ｖ0以上であると判定された場合には、Ｓ３１において、据え切り戻しフラグFLが“０”とされ、Ｓ３２において、制限割合εが、αより大きなβとされる。

次に、Ｓ３３において、前回の当該プログラムの実行において決定された制限割合εである前回制限割合εpと、今回決定された制限割合εとが同じであるか否かが判定される。同じでない場合には、Ｓ３４において、制限割合εが増加したか減少したかが判定され、増加している場合には、Ｓ３５において、制限割合εを漸変させるための割合漸変値Δεが、正の値と、減少している場合には、Ｓ３６において、割合漸変値Δεが、負の値と、それぞれされる。そして、Ｓ３７において、前回制限割合εpに割合漸変値Δεが加算され、制限割合εが漸変させられる。その後、Ｓ３８において、今回の制限割合εが、前回制限割合εpとされる。Ｓ３３において前回制限割合εpと今回決定された制限割合εとが同じであると判定された場合には、Ｓ３４～Ｓ３７の処理はスキップされる。

続くＳ３９において、制限割合εに基づいて、先に説明したようにして、最大許容電流Ｉsmaxが決定され、Ｓ４０において、決定されている目標転舵電流Ｉs^*が、その最大許容電流Ｉsmaxよりも大きいか否かが判定される。目標転舵電流Ｉs^*が最大許容電流Ｉsmaxよりも大きい場合には、Ｓ４１において、目標転舵電流Ｉs^*が最大許容電流Ｉsmaxとされる。つまり、目標転舵電流Ｉs^*が制限されるのである。一方で、目標転舵電流Ｉs^*が最大許容電流Ｉsmax以下の場合は、Ｓ４１はスキップされる。このようにして、供給電流制限処理が終了させられる。

なお、先に説明したように、目標転舵角θ^*が閾転舵角θth以上となるときにだけ、制限割合εを０として制限を加えないようにし、目標転舵角θ^*が閾転舵角θth未満となるときに、制限割合εをαとする場合には、図６（ａ）のように、供給電流制限サブルーチンの一部を構成すればよい。具体的には、Ｓ２７の後に、Ｓ２７’の判定、つまり、目標転舵角θ^*が閾転舵角θth以上であるか否かの判定を追加し、目標転舵角θ^*が閾転舵角θth以上の場合に、Ｓ２８において、制限割合εが０と、目標転舵角θ^*が閾転舵角θth未満の場合に、Ｓ３０において、制限割合εがαとされるよう構成すればよい。

また、先に説明したように、最大許容電流Ｉsmaxに基づいて目標転舵電流Ｉs^*を制限するのではなく、制限割合εを用いて目標転舵電流Ｉs^*を直接制限するようにする場合には、図６（ｂ）のように、供給電流制限サブルーチンの一部を構成すればよい。具体的には、Ｓ３９～Ｓ４１に代えて、Ｓ３９’の処理を行うように構成すればよい。

Ｓ８の供給電流減少処理は、図７にフローチャートを示す供給電流減少処理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、Ｓ５１において、据え切り戻しフラグFLが“１”とされているか否かが判定される。据え切り戻しフラグFLが“１”とされている場合には、Ｓ５２において、実転舵電流積算値SumＩsが演算される。

続くＳ５３において、実転舵電流Ｉsが、限界電流Ｉslim以上であるか否かが判定される。実転舵電流Ｉsが限界電流Ｉslim以上の場合には、Ｓ５４において、タイムカウンタｔが、当該プログラムの実行ピッチに等しいカウントアップ値Δｔだけカウントアップされ、Ｓ５５において、タイムカウンタｔが、限界時間ｔlimに到達したか否かが判定される。

タイムカウンタｔが、限界時間ｔlimに到達していない場合には、Ｓ５６において、基板温度Ｔが、温度センサ６４によって検出され、Ｓ５７において、その基板温度Ｔが、閾温度Ｔth以上であるか否かが判定される。基板温度Ｔが閾温度Ｔth未満の場合には、Ｓ５８において、実転舵電流積算値SumＩsが閾積算値SumＩsth以上であるか否かが判定され、実転舵電流積算値SumＩsが閾積算値SumＩsth未満である場合には、供給電流減少処理が終了させられる。

Ｓ５５においてタイムカウンタｔが限界時間ｔlimに到達したと判定された場合，Ｓ５７において基板温度Ｔが閾温度Ｔth以上であると判定された場合、Ｓ５８において実転舵電流積算値SumＩsが閾積算値SumＩsth以上であると判定された場合には、Ｓ５９において、目標転舵電流Ｉs^*を漸減させるべく、減少中における当該プログラムの前回の実行時のその目標転舵電流Ｉs^*である前回目標転舵電流Ｉs^*pから、減少値ΔＩs^*が減じられる。そして、Ｓ６０において、目標転舵電流Ｉs^*が設定低減値Ｉs^*red以下となっているか否かが判定される。目標転舵電流Ｉs^*が設定低減値Ｉs^*red以下となっている場合には、Ｓ６１において、目標転舵電流Ｉs^*が設定低減値Ｉs^*redとされ、目標転舵電流Ｉs^*が設定低減値Ｉs^*red以下となっていない場合には、目標転舵電流Ｉs^*は、減少値ΔＩs^*が減じられたままの値とされる。そして、Ｓ６２において、目標転舵電流Ｉs^*が、前回目標転舵電流Ｉs^*pとされて、供給電流減少処理が終了させられる。

Ｓ５１において、据え切り戻しフラグFLが“０”とされていると判定された場合、実質的には、目標転舵電流Ｉs^*が減少させられず、Ｓ６３において、タイムカウンタｔ，実転舵電流積算値SumＩsがリセットされて、供給電流減少処理が終了させられる。

本ステアリングシステムでは、反力制御は、操作ＥＣＵ６０が、図８にフローチャートを示す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、こ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反力制御の流れについて、簡単に説明する。

反力制御プログラムに従う処理では、まず、Ｓ７１において、操作角センサ３０を介して操作角δが検出され、Ｓ７２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Ｓ７３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、Ｓ７４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Ｓ７５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、Ｓ７６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、Ｓ７７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。

続くＳ７８において、決定された必要反力トルクＴqcに基づいて、目標反力電流Ｉc^*が決定され、Ｓ７９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。

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〕 ６４：温度センサ ７０：ＣＡＮ〔通信線〕 ７２：車速センサ

Claims (1)

1. 運転者によって操作される操作部材と、
   電動モータを有し、その電動モータが発揮する力によって車輪を転舵する転舵装置と、
   その転舵装置を制御するコントローラと
   を備えて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であって、
   前記コントローラが、
   前記電動モータへの供給電流に制限を設けつつ、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、
   当該車両の走行速度が設定速度未満であって、かつ、車輪の転舵動作が、転舵量が減少する向きの動作である場合に、当該車両の走行速度が設定速度以上である場合、および、車輪の転舵動作が転舵量が増加する向きの動作である場合と比較して、前記電動モータに供給される電流の制限を小さくするように構成されたステアリングシステム。

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