JP2023032089A - 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】 通常作動において、操作部材１０に付与する付勢力ＴｑCを操作反力として機能させ（ＴｑC-A，ＴｑC-C，ＴｑC-L）、自動駐車等の自動転舵作動において、その付勢力によって車輪の転舵に応じた操作部材の動作を実現させるとともに（ＴｑC-M）、通常作動における付勢力の少なくとも一部（ＴｑC-C，ＴｑC-L）を発生させないようにする。自動転舵作動において、車輪の転舵に応じた適切な操作部材の動作が担保されることになる。【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に搭載されるステアリングシステムに関する。

昨今、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、駆動源を有する転舵装置によって、操作部材の操作に応じた車輪の転舵を実現するステアリングシステム、すなわち、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムの開発が進められている。ステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、操作部材の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に、反力付与装置、すなわち、付勢力を発生させて操作部材を付勢する付勢装置が設けられる。操作反力を付与するための付勢力として、例えば、下記特許文献に記載されているように、付勢装置は、いくつかの成分からなる付勢力を発生させ、状況に応じて、その成分の比率を変更することも検討されている。

特許第５９９４８６８号公報

ステアリングシステムにおいて、例えば、車両を自動駐車させる場合等、操作部材を操作することなく自動で車輪を転舵するような作動、すなわち、自動転舵作動が行われることがある。ステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、転舵される車輪と操作部材とが機械的に連結されていないため、自動転舵作動において、車輪の転舵に応じた操作部材の動作を実現させるために、上記付勢装置の付勢力を利用することが可能である。しかしながら、上記付勢装置は、本来、操作反力を付与すべく付勢力を発生させるための装置であるため、上述したいくつかの成分からなる付勢力を発生させると、自動転舵作動において、車輪の転舵に応じた適正な操作部材の動作が行われないことも予測される。言い換えれば、操作部材が不自然に動作する可能性もあるのである。そのような操作部材の動作は、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低下させることにもなりかねない。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、付勢力を発生させて前記操作部材を付勢する付勢装置と、車輪を転舵する転舵装置と、それら付勢装置と転舵装置と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、
通常作動において、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、前記付勢力を前記操作部材の操作に対する操作反力として機能させ、
前記操作部材の操作に依らずに車輪を転舵する自動転舵作動において、車輪の転舵に応じた前記操作部材の動作を前記付勢力によって実現させるとともに、前記通常作動における前記付勢力の少なくとも一部を発生させないように構成される。

本発明のステアバイワイヤ型のステアリングシステムによれば、自動転舵作動において、通常作動において操作反力として機能させられていた付勢装置による付勢力の少なくとも１つの成分が発生させられなくなるため、車輪の転舵に応じた適切な操作部材の動作が担保されることになる。

発明の態様

本発明のステアリングシステムにおける自動転舵作動は、その適用が特に限定されるものではないが、当該車両が、運転者の操作部材の操作に依らずに車輪が自動的に転舵される自動駐車に対して、好適である。また、当該車両の生産工場等の事業所内において、当該車両を自動走行させることによって搬送すること（以下、「自動走行搬送」という場合がある）も検討されており、本発明のステアリングシステムにおける自動転舵作動は、この自動走行搬送に対しても、好適である。

先に述べたように、付勢力は、種々の成分からなるものとすることができる。通常作動の場合、例えば、付勢力を、運転者による操作部材の操作をアシストするためのアシスト成分，運転者に与える操作部材の操作感を補償するための補償成分，車輪の転舵に対する転舵装置の負荷に基づく転舵負荷依拠成分を含むようにすることができる。

補足すれば、アシスト成分は、いわゆるパワーステアリングにおけるアシスト力に似た成分であり、例えば、運転者が操作部材に加える操作力が大きい程大きくなるような成分とすることができる。

補償成分は、例えば、操作部材を車両が直進する際の操作位置（以下、「中立位置」という場合がある）に復帰，維持させる成分である戻り補償成分，操作部材の操作における機械的な摩擦によるヒステリシス特性を模倣するためのヒステリシス補償成分，操作部材に生じる微振動を粘性的に抑制するためのダンピング補償成分，操作部材の操作開始時の引っ掛かり感や操作終わりの流れ感を抑制するための慣性補償成分等を含ませることができる。

転舵負荷依拠成分は、操作反力の中心的な成分と考えることができ、車輪を転舵するために必要な力である転舵力を運転者に体感させるための成分である。転舵負荷依拠成分は、いわゆる標準的なステアリングシステムにおいて左右の車輪を連結する転舵ロッド（「ラックバー」と呼ばれることもある）に作用する軸力に基づく成分と考えることができる。上記転舵力のみならず、車輪に路面から作用する力を、広く含んだ概念である。転舵負荷依拠成分は、先に説明したアシスト成分とは、概ね、力の作用する方向が逆方向となる。簡単に言えば、アシスト成分は、操作部材の操作方向と同じ方向に作用し、転舵負荷依拠成分は、操作部材の操作方向とは反対の方向に作用する。

転舵負荷依拠成分は、操作部材の操作量や車輪の転舵量に基づく理論上の成分である理論成分，転舵装置が駆動源として電動モータを有する場合におけるその電動モータへの供給電流に基づいて求めることができる実際の負荷を示す実負荷依拠成分，転舵エンドを感じさせるための転舵エンド依拠成分，転舵装置のヒステリシス特性に基づく転舵ヒステリシス依拠成分等、いくつかの成分を含ませることができる。

以上述べた成分は、通常作動において発生させることができる成分であるが、それに対して、自動転舵作動においては、車輪の転舵に応じた操作部材の動作を実現させるために、車輪の転舵に応じて操作部材を積極的に動作させるための成分として、積極動作成分を発生させることができる。この積極動作成分が、自動転舵作動における主たる付勢力となることが望ましい。そのことに鑑みれば、操作反力を構成する上記アシスト成分，補償成分，転舵負荷依拠成分等は、自動転舵作動における操作部材の適正な動作を阻害する可能性があるため、それらの成分の少なくとも一部、言い換えれば、積極動作成分を除く全ての成分のうちの少なくとも一部を、「自動転舵時非発生成分」として、自動転舵作動において発生させないことが望ましいのである。

積極動作成分は、例えば、車輪の転舵量に基づいて、その転舵量に応じた操作部材の操作量を、目標操作量として決定し、その目標操作量に対する実際の操作量の偏差に基づいて、フィードバック制御則に従って決定すればよい。

積極動作成分は、自動転舵作動においてのみ発生させる場合、その発生の有無によって、操作部材が急激に動作することが予想される。そのことに鑑みれば、積極動作成分は、自動転舵作動の開始時に漸増させ、通常動作への復帰時、つまり、自動転舵作動の終了時に漸減させることが望ましい。一方で、自動転舵作動の開始時において、自動転舵時非発生成分を急変させると、その急変によって、操作部材が急激に動作することが予想される。そのことを考慮すれば、自動転舵作動の開始時には、自動転舵時非発生成分を漸減させることが望ましい。

自動転舵時非発生成分の少なくとも一部を自動転舵作動において発生させない態様として、例えば、自動転舵作動において、自動転舵時非発生成分のうちの少なくとも一部の成分を維持させたまま、その少なくとも一部の成分を相殺するための成分（以下、「相殺成分」という場合がある）を積極動作成分に加えるようにすることもできる。より具体的な態様について説明すれば、自動転舵時非発生成分は、操作部材の動作に対して、つまり、操作部材の動く向きに対して、積極動作成分と同方向に作用する成分である同方向成分と、積極動作成分とは反対方向に作用する成分である反対方向成分とに区分することができる。自動転舵作動において反対方向成分を発生させないようにする場合、例えば、その反対方向成分と同じ大きさの成分を積極動作成分に加えることで、その反対方向成分を相殺することが可能である。

上記相殺成分を加える態様では、自動転舵作動の終了時に、その相殺成分を、相殺される少なくとも一部の成分とともに、即断、言い換えれば、急減させることで、その少なくとも一部の成分の残存による自動転舵作動の終了時の操作部材の不適切な動作を充分に軽減若しくは防止することが可能である。相殺される少なくとも一部の成分が、上記反対方向成分である場合には、自動転舵作動の終了時には、その反対方向成分を、上記同じ大きさの成分とともに、即断、言い換えれば、急減させることで、その反対方向成分の残存による自動転舵作動の終了時の操作部材の不適切な動作を充分に軽減若しくは防止することが可能である。上述の転舵負荷依拠成分は、反対方向成分であり、自動転舵作動が終了しても残存する蓋然性が高く、転舵負荷依拠成分を即断することによるメリットは大きい。

本発明のステアリングシステムのハード構成を模式的に示す図である。 本発明のステアリングシステムのコントローラの機能構成を示す機能ブロック図である。 コントローラの機能構成に含まれる第１～第３切換器を示すブロック図である。 通常作動と自動転舵作動とのそれぞれにおける操作部材への付勢力の各種成分の発生の有無を示す表である。 通常作動と自動転舵作動との間の切換りにおける操作部材への付勢力およびそれのいくつかの成分の変化を示すグラフである。

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バイワイヤ型の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
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、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムであり、大まかには、運転者によって操作される操作部材であるステアリングホイール１０とそのステアリングホイール１０に操作反力を付与するための反力アクチュエータ１２とを有する操作部１４と、車輪１６を転舵する転舵装置としての転舵アクチュエータ１８を有する転舵部２０と、反力アクチュエータ１２と転舵アクチュエータ１８とを制御するコントローラとしてのステアリング電子制御ユニット（以下、「ステアリングＥＣＵ」と略す場合がある）２２とを含んで構成されている。

操作部１４について説明すれば、ステアリングホイール１０は、ステアリングシャフト３０の先端部に固定されており、反力アクチュエータ１２は、力源としての反力モータ３２と、反力モータ３２のモータ軸に取付けられたウォーム３４とウォームホイール３６とからなる減速機構３８とを有しており、ウォームホイール３６がステアリングシャフト３０に取付けられている。反力アクチュエータ１２は、反力モータ３２のモータトルクに依存する付勢トルク（「付勢力」の下位概念である）Ｔｑ_Cを発生させ、その付勢トルクによって、ステアリングシャフト３０を介してステアリングホイール１０を付勢する付勢装置であり、その付勢トルクＴｑ_Cを、ステアリングホイール１０の操作に対する反力トルク（「操作反力」の下位概念である）Ｔｑ_Cとして機能させることで、反力付与装置として機能する。なお、付勢トルクＴｑ_Cは、主に反力トルクとして機能することから、以下、本明細書では、反力トルクＴｑ_Cと呼ぶ場合があることとする。

反力モータ３２は、３相のブラシレスモータであり、その反力モータ３２のモータ軸の回転位相、簡単に言えば、反力モータ３２の回転角（以下、「反力モータ回転角」と呼ぶ場合がある）θ_MCを検出するためのモータ回転角センサ４０を有している。また、ステアリングシャフト３０は、上下２つのシャフト部がトーションバー４２を介して連結された構造とされており、操作部１４には、そのトーションバー４２の捩じれ量を検出することで、運転者がステアリングホイール１０に加える操作トルク（「操作力」の下位概念である）Ｔｑ_Oを検出する操作トルクセンサ４４が設けられている。モータ回転角センサ４０によって検出された反力モータ回転角θ_MCの信号、および、操作トルクセンサ４４によって検出された操作トルクＴｑ_Oについての信号は、ステアリングＥＣＵ２２に送られる。

転舵部２０について説明すれば、転舵アクチュエータ１８は、左右に延びる転舵ロッド５０と、その転舵ロッド５０を左右に移動可能に保持するハウジング５２とを有している。転舵ロッド５０には、ボールねじ機構を構成するねじ溝５４が形成されており、このねじ溝５４と螺合するようにして、ベアリングボールを保持するナット５６がハウジング５２に回転可能かつ左右に移動不能に保持されている。ハウジング５２には、駆動源としての転舵モータ５８が配設されており、転舵モータ５８のモータ軸に取付けられたプーリ６０と、もう１つのプーリとして機能するナット５６の外周部とに、タイミングベルト６２が巻き掛けられている。転舵モータ５８のモータ軸の回転、すなわち、転舵モータ５８の回転によって、ナット５６が回転し、転舵ロッド５０が左右に移動する。転舵ロッド５０の左右の端部は、図示を省略するリングロッドを介して、左右の車輪１６をそれぞれ回転可能に保持するステアリングナックルのナックルアームに、それぞれ、連結されている。転舵ロッド５０の左右への移動に伴って、左右の車輪１６は、転向、すなわち、転舵されることになる。

転舵ロッド５０には、ラック６４が形成されており、そのラック６４と噛合する状態でピニオン軸６６がハウジング５２に回転可能に保持されている。それらラック６４，ピニオン軸６６は、ステアバイワイヤ型の本ステアリングシステムを構成する転舵アクチュエータ１８には、敢えて設ける必要がない。容易に理解できるように、ピニオン軸６６と、操作部１４のステアリングシャフト３０とを連結させれば、一般的なパワーステアリングシステムが実現されることになる。つまり、本ステアリングシステムは、一般的なパワーステアリングシステムを、多少の構造の変更によって構築されているのである。なお、転舵ロッド５０は、ラック６４が形成されていることにちなんで、ラックバーと呼ぶこともできる。

転舵モータ５８は、３相のブラシレスモータであり、その転舵モータ５８のモータ軸の回転位相、簡単に言えば、転舵モータ５８の回転角（以下、「転舵モータ回転角」と呼ぶ場合がある）θ_MSを検出するためのモータ回転角センサ６８を有している。モータ回転角センサ６８によって検出された転舵モータ回転角θ_MSの信号は、ステアリングＥＣＵ２２に送られる。

ステアリングＥＣＵ２２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等によって構成されるコンピュータと、反力モータ３２の駆動回路であるインバータと、転舵モータ５８の駆動回路であるインバータとを含んで構成されている。後に詳しく説明するが、本ステアリングシステムは、当該車両が自動駐車させられる際に、運転者のステアリングホイール１０の操作に依らずに車輪１６が自動的に転舵される自動転舵作動を実行する。この自動転舵作動を実行するために、ステアリングＥＣＵ２２は、自動駐車コントローラ７０に接続されている。また、ステアリングＥＣＵ２２は、当該車両の走行速度（以下、「車速」と略す場合がある）ｖを検出するための車速センサ７２から、その車速ｖに関する信号を入手する。

［Ｂ］コントローラの機能
本ステアリングシステムのコントローラであるステアリングＥＣＵ２２は、図２に示す機能ブロック図に示すような機能構成を有している。この機能構成は、コンピュータが所定のプログラムを実行することによって実現されるが、ＡＳＩＣ等の専用回路によって実現されてもよい。ステアリングＥＣＵ２２は、大まかには、反力制御部１００と、転舵制御部１０２との区分けすることができる。図に示す各構成要素に入力される、若しくは、各構成要素から出力させるものは、それらの多くが、トルク，それの成分，転舵角，操作角等の値を示す信号であるが、説明が冗長となることに考慮して、以下の説明では、各構成要素に、若しくは、各構成要素から、単に、トルク，それの成分，転舵角，操作角等が入力若しくは出力されると表現することとする。

（ａ）反力制御部
反力制御部１００は、付勢装置である反力アクチュエータ１２による付勢トルクＴｑ_C（反力トルクＴｑ_C）を制御する機能部であり、それぞれが付勢トルクＴｑ_Cの成分であるアシスト成分Ｔｑ_C-A，補償成分Ｔｑ_C-C，積極動作成分Ｔｑ_C-M，転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lを、それぞれ決定するアシスト成分決定部１０４，補償成分決定部１０６，積極動作成分決定部１０８，転舵負荷依拠成分決定部１１０を有している。

本ステアリングシステムの制御では、ステアリングホイール１０の操作量としての操作角θ_Oが用いられるため、反力制御部１００は、反力モータ３２のモータ回転角センサ４０によって検出された反力モータ回転角θ_MCを操作角θ_Oに換算する操作角換算部１１２を有している。操作角θ_Oと、反力モータ回転角θ_MCの積算量とは、減速機構３８の減速比に応じた関係にあるため、その減速比に基づいて換算が行われる。詳しい説明は省略するが、本ステアリングシステムは、ステアリングホイール１０の中立位置（車両が直進している状態における位置）からの操作角θ_Oを検出するためのセンサ（図示省略）を有しており、そのセンサの検出値に基づいて、操作角換算部１１２によって換算される操作角θ_Oのキャリブレーションが、所定のタイミングで実行される。

また、反力制御部１００は、自動転舵作動を行うために、車輪１６の転舵量としての転舵角θ_Sと操作角θ_Oとが特定ステアリングギヤ比γ₀となる状態における現時点での転舵角θ_Sに応じた操作角θ_Oを、目標操作角θ_O ^*として決定する目標操作角決定部１１４を有している。

上述した付勢トルクＴｑ_Cの各成分の決定について、順に説明すれば、アシスト成分Ｔｑ_C-Aは、いわゆるパワーステアリングにおけるアシスト力に似た成分であり、成分決定部１０４は、操作トルクセンサ４４によって検出された操作トルクＴｑ_O，車速ｖに基づいて、アシスト成分Ｔｑ_C-Aを決定する。簡単に言えば、操作トルクＴｑ_Oが大きい程大きい値に決定するとともに、車速ｖが高い場合には、ステアリングホイール１０の操作に対して運転者が受ける操作感（以下、「ステアリング操作感」若しくは単に「操作感」という場合がある）を重くすべく、小さな値に、車速ｖが低い場合には、操作感を軽くすべく、大きな値に決定される。アシスト成分Ｔｑ_C-Aの向きは、ステアリングホイール１０の操作の方向であるステアリング操作方向と同じ向きの成分となる。

補償成分Ｔｑ_C-Cには、ステアリングホイール１０を中立位置に復帰，維持させるための戻り補償成分，ステアリングホイール１０の操作における機械的な摩擦によるヒステリシス特性を模倣するためのヒステリシス補償成分，ステアリングホイール１０に生じる微振動を粘性的に抑制するためのダンピング補償成分，ステアリングホイール１０の操作開始時の引っ掛かり感や操作終わりの流れ感を抑制するための慣性補償成分が含まれ、補償成分決定部１０６は、それらの成分を決定し、それら決定された成分を足し合わせて補償成分Ｔｑ_C-Cを決定する。

具体的には、戻り補償成分は、操作トルクＴｑ_O，車速ｖ，操作角θ_O，その操作角θ_Oを微分して得られる操作速度θ_O’に基づいて決定され、端的に言えば、操作角θ_Oが中立位置から離れた値になる程大きな値に決定される。ヒステリシス補償成分は、操作角θ_O，車速ｖに基づいて、上記ヒステリシス特性が最適化されるように決定される。ダンピング補償成分は、車速ｖ，操作角θ_Oを微分して得られる操作速度θ_O’に基づいて、端的に言えば、操作速度θ_O’が高い程大きな値に決定される。慣性補償成分は、車速ｖ，操作速度θ_O’をさらに微分して得られる操作加速度θ_O”に基づいて、端的に言えば、操作加速度θ_O”が高い程大きな値に決定される。それら成分を足し合わせた補償成分Ｔｑ_C-Cの向きは、ステアリング操作方向に対して同方向にも反対方向にもなり得る。

転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、反力トルクの中心的な成分と考えることができ、大まかに言えば、車輪１６を転舵するために必要な力である転舵力を運転者に体感させるための成分である。転舵アクチュエータ１８の転舵ロッド５０にそれの軸方向に作用する力（軸力）に基づく成分と考えることもでき、上記転舵力のみならず、車輪１６に路面から作用する力をも、広く体感させるための成分である。転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、概ね、ステアリング操作方向とは反対方向の成分である。

詳しく言えば、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lには、ステアリングホイール１０の操作角θ_Oや車輪の転舵角θ_S等に基づく理論上の成分である理論成分，転舵アクチュエータ１８の実際の負荷に基づく実負荷依拠成分，車輪１６の転舵エンドを体感させるためのエンド依拠成分，転舵アクチュエータ１８の機械的摩擦のヒステリシス特性に基づく転舵ヒステリシス依拠成分が含まれ、転舵負荷依拠成分決定部１１０は、それらの成分を決定し、それら決定された成分を足し合わせて転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lを決定する。

具体的には、理論成分は、路面と車輪１６との摩擦を考慮しない成分であり、車輪１６が転舵されるべき転舵角θ_Sである目標転舵角θ_S ^*に基づいて、簡単に言えば、車輪１６のセルフアライニングトルクを考慮して、目標転舵角θ_S ^*が大きい程，車速ｖが高い程、大きな値に決定される。実負荷依拠成分は、転舵アクチュエータ１８の負荷が転舵モータ５８への供給電流である転舵電流Ｉ_Sに比例すると考えることができることから、その転舵電流Ｉ_Sに基づいて、その転舵電流Ｉ_Sが大きい程大きな値に決定される。エンド依拠成分は、目標転舵角θ_S ^*に基づき、その目標転舵角θ_S ^*が転舵エンドにある程度近づいたときに、急勾配で立ち上がるように決定される。転舵ヒステリシス依拠成分は、操作角θ_O，車速ｖに基づき、ヒステリシス特性が最適化されるように決定される。

積極動作成分Ｔｑ_C-Mは、車輪１６を積極的に転舵するための成分であり、本ステアリングシステムでは、当該車両が自動駐車を行う際の自動転舵作動に対応した成分である。積極動作成分決定部１０８は、上述の目標操作角決定部１１４によって決定された目標操作角θ_O ^*に対する現時点の操作角θ_Oの偏差である操作角偏差Δθ_Oに基づいて、フィードバック制御則に従って、積極動作成分Ｔｑ_C-Mを決定する。具体的には、比例制御、すなわち、操作角偏差Δθ_Oの大きさに応じた大きさの成分として決定される。つまり、操作角偏差Δθ_Oが大きい程、大きな値に決定される。なお、積極動作成分Ｔｑ_C-Mは、ステアリングホイール１０が動作させられる方向と同じ方向の成分であり、概ね、アシスト成分Ｔｑ_C-Aに対する同方向成分と、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lに対する反対方向成分となる。

アシスト成分決定部１０４によって決定されたアシスト成分Ｔｑ_C-Aは、加算器１１６に入力され、補償成分決定部１０６によって決定された補償成分Ｔｑ_C-Cは、第１切換器１１８を介して、加算器１１６に入力される。積極動作成分決定部１０８によって決定された積極動作成分Ｔｑ_C-Mは、第２切換器１２０を介して、予備加算器１２２に入力され、転舵負荷依拠成分決定部１１０によって決定された転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、第３切換器１２４を介して、予備加算器１２２に入力される。予備加算器１２２では、入力された積極動作成分Ｔｑ_C-Mと転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lとが足し合わされ、その足し合わされた成分が、加算器１１６に入力される。加算器１１６では、入力されたアシスト成分Ｔｑ_C-A，補償成分Ｔｑ_C-C，積極動作成分Ｔｑ_C-Mと転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lとが足し合わされたものが合計され、その合計された成分が最終加算器１２６に入力される。転舵負荷依拠成分決定部１１０によって決定された転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、第３切換器１２４を介して、最終加算器１２６にも入力される。最終加算器１２６では、加算器１１６から入力された成分から、第３切換器１２４から入力された転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが減算され、その結果、付勢トルクＴｑ_Cが決定される。第１切換器１１８，第２切換器１２０，第３切換器１２４は、簡単に言えば、通常作動と自動転舵作動との切換りにおいて、成分の発生の有無を切り換えるための機能部である。

第１切換器１１８は、図３（ａ）に示すような機能構成を有している。具体的に説明すれば、第１切換器１１８は、作動モード判定器１２８，ゲイン切換スイッチ１３０，双方向変化量制限器１３２，乗算器１３４を含んで構成されている。作動モード判定器１２８には、自動駐車コントローラ７０から、自動転舵フラグＡＳＦのフラグ値と、操作トルクセンサ４４によって検出された操作トルクＴｑ_Oとが入力される。自動転舵フラグＡＳＦは、自動転舵が指示されている場合にフラグ値が“１”とされ（以下、「ＡＳＦ＝“１”」という場合がある）、自動転舵が指示されていない場合にフラグ値が“０”とされる（以下、「ＡＳＦ＝“０”」という場合がある）。作動モード判定器１２８は、ＡＳＦ＝“１”であり、かつ、操作トルクＴｑ_Oが閾操作トルクＴｑ_Oー_TH未満である、すなわち、ステアリングホイール１０が運転者によって操作されていないという２つの条件が充足した場合に、当該ステアリングシステムの作動が自動転舵作動であると判定し、それら２つの条件のうちの少なくともいずれかが充足しない場合に、当該ステアリングシステムの作動が通常作動であると判定する。

ゲイン切換スイッチ１３０は、作動モード判定器１２８による判定に基づき、自動転舵作動である場合に１を、通常作動である場合に０を、それぞれ出力する。双方向変化量制限器１３２は、ゲインＧの１から０への切換り、０から１への切換りにおいて、値の急変を防止する。具体的には、所定の時間ピッチ経過後のゲインＧの値が、経過前の値よりも所定値以上変化した場合に、そのゲインＧの変化をその所定値とする。双方向変化量制限器１３２を経たゲインＧは、乗算器１３４に入力される。乗算器１３４には、補償成分決定部１０６によって決定された補償成分Ｔｑ_C-Cも入力され、その乗算器１３４において、ゲインＧが補償成分Ｔｑ_C-Cに乗算され、その乗算された補償成分Ｔｑ_C-Cが、第１切換器１１８から出力される。

第２切換器１２０は、図３（ｂ）に示すような機能構成を有している。具体的に説明すれば、第２切換器１２０は、第１切換器１１８と同様の、作動モード判定器１２８，双方向変化量制限器１３２，乗算器１３４を含んで構成されている。第２切換器１２０も、ゲイン切換スイッチ１３６を有しているが、このゲイン切換スイッチ１３６は、第１切換器１１８のゲイン切換スイッチ１３０と異なり、自動転舵作動である場合に０を、通常作動である場合に１を、それぞれ出力する。積極動作成分決定部１０８によって決定された積極動作成分Ｔｑ_C-Mは、この第２切換器１２０による処理を経て、この第２切換器１２０から出力される。

第３切換器１２４は、図３（ｃ）に示すような機能構成を有している。具体的に説明すれば、第３切換器１２４は、第１切換器１１８と同様の作動モード判定器１２８，乗算器１３４、第２切換器１２０と同様のゲイン切換スイッチ１３６を含んで構成されている。第３切換器１２４も、変化量制限器を有しているが、第３切換器１２４が有する増加方向変化量制限器１３８は、ゲインＧの０から１への切換りにおいて、値の急変を防止するものの、ゲインＧの１から０への切換りにおいては、値の急変を許容するものとされている。

第３切換器１２４は、さらに、リセッタ１４０を有している。このリセッタ１４０には、転舵負荷依拠成分決定部１１０によって決定された転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lと、自動転舵フラグＡＳＦのフラグ値とが入力される。リセッタ１４０は、ＡＳＦ＝“０”となったときに、つまり、自動転舵が指示されなくなったときに、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lを、一旦、０にリセットし、その後の通常作動が開始される際に、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lを、０から漸増させる。リセッタ１４０からは、当該リセッタ１４０による処理がなされた転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが、乗算器１３４の他に、直接、最終加算器１２６に出力される。

最終加算器１２６から出力される付勢トルクＴｑ_Cは、反力通電制御部１４２に入力される。反力通電制御部１４２は、反力モータ３２の駆動回路（ドライバ）であるインバータを含んで構成されている。反力通電制御部１４２は、入力された付勢トルクＴｑ_Cに基づいて、反力モータ３２に供給すべき電流である反力電流Ｉ_Cを決定し、その反力電流Ｉ_Cを、インバータから反力モータ３２に供給する。

（ｂ）転舵制御部
転舵制御部１０２は、転舵装置である転舵アクチュエータ１８によって転舵される車輪１６の転舵角θ_Sを制御する機能部であり、目標転舵角決定部１５０，目標転舵角切換スイッチ１５２，転舵トルク決定部１５４，転舵通電制御部１５６を有している。

本ステアリングシステムの制御では、車輪１６の転舵量として、転舵角θ_Sが用いられるため、転舵制御部１０２は、転舵モータ５８のモータ回転角センサ６８によって検出された転舵モータ回転角θ_MSを転舵角θ_Sに換算する転舵角換算部１５８を有している。ちなみに、転舵角θ_Sは、車輪１６のトー角を採用してもよいが、本ステアリングシステムの制御では、上記ピニオン軸６６の回転角を採用している。転舵角θ_Sと、転舵モータ回転角θ_MSの積算量とは、所定の減速比、詳しくは、転舵モータ５８が含有する減速機，転舵アクチュエータ１８のボールねじ機構のリード角，ピニオン軸６６の径等によって決まる減速比に応じた関係にあるため、その減速比に基づいて換算が行われる。詳しい説明は省略するが、本ステアリングシステムは、車輪１６が直進状態にあるときのピニオン軸６６の回転位置からの回転角を検出するためのセンサ（図示省略）を有しており、そのセンサの検出値に基づいて、転舵角換算部１５８によって換算される転舵角θ_Sのキャリブレーションが、所定のタイミングで実行される。

目標転舵角決定部１５０は、反力制御部１００の操作角換算部１１２によって換算された操作角θ_Oに基づいて、転舵角θ_Sの制御目標である目標転舵角θ_S ^*を決定する。本ステアリングシステムは、ステアリングギヤ比γ、すなわち、転舵角θ_Sの操作角θ_Oに対する比を、車速ｖに応じて変更可能なシステムであり、目標転舵角決定部１５０は、操作角θ_Oと車速ｖとに基づいて、格納されているマップデータを参照して、目標転舵角θ_S ^*を決定する。ちなみに、ステアリングギヤ比γを変更する手法については、一般的なものであり、ここでの説明は省略する。

目標転舵角決定部１５０によって決定される目標転舵角θ_S ^*は、通常作動において採用されるが、先に説明した自動転舵作動においては、目標転舵角θ_S ^*は、自動駐車コントローラ７０から送られてくる信号に基づいた目標転舵角θ_S ^*が採用される。目標転舵角切換スイッチ１５２は、その採用する目標転舵角θ_S ^*を切り換えるためのスイッチである。詳しい説明は省略するが、目標転舵角切換スイッチ１５２は、反力制御部１００の第１切換器１１８が有する作動モード判定器１２８と同様の判定器を有し、その判定器による判定に従って、採用する目標転舵角θ_S ^*を切り換える。

転舵トルク決定部１５４は、車輪１６を転舵するために必要な転舵トルクＴｑ_Sを決定する機能部である。転舵トルクＴｑ_Sは、例えば、転舵モータ５８が発生させるべきトルクと考えることができる。具体的には、転舵角換算部１５８によって換算された現時点での実際の転舵角θ_Sと、目標転舵角θ_S ^*とに基づいて、目標転舵角θ_S ^*に対する転舵角θ_Sの偏差である転舵角偏差Δθ_Sを決定し、その転舵角偏差Δθ_Sに基づくＰＩＤフィードバック制御則に従って、転舵トルクＴｑ_Sを決定する。このフィードバック制御則に従う手法は、一般的なものであり、ここでの説明は省略する。

転舵通電制御部１５６は、転舵モータ５８の駆動回路（ドライバ）であるインバータを含んで構成されている。転舵通電制御部１５６は、決定された転舵トルクＴｑ_Sに基づいて、転舵モータ５８に供給すべき電流である転舵電流Ｉ_Sを決定し、その転舵電流Ｉ_Sを、インバータから転舵モータ５８に供給する。なお、ステアリングＥＣＵ２２は、供給される転舵電流Ｉ_Sを検出するための電流センサ１６０を有しており、この電流センサ１６０によって検出された転舵電流Ｉ_Sは、上述の転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lの決定に用いられる。

［Ｃ］通常作動と自動転舵作動とにおける付勢力とその切換
上述のような機能構成を有するステアリングＥＣＵ２２、詳しくは、それの反力制御部１００によって、付勢トルクＴｑ_Cは制御される。先に説明したように、本ステアリングシステムは、通常作動と、自動駐車における自動転舵作動とで、作動モードが切り換えられ、その切換に伴って、付勢トルクＴｑ_Cも切り換えられる。

詳しく説明すれば、上記の第１切換器１１８，第２切換器１２０，第３切換器１２４、および、予備加算器１２２，加算器１１６，最終加算器１２６の作用により、大まかには、図４の表に示すように、通常作動と自動転舵作動とで、付勢トルクＴｑ_Cの各成分であるアシスト成分Ｔｑ_C-A，補償成分Ｔｑ_C-C，積極動作成分Ｔｑ_C-M，転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lの発生の有無が切り換えられる。具体的には、アシスト成分Ｔｑ_C-Aは、通常作動と自動転舵作動とのいずれでも発生させられるが、補償成分Ｔｑ_C-C，転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、通常作動では発生させられるものの、自動転舵作動では発生させられず、逆に、積極動作成分Ｔｑ_C-Mは、通常作動では発生させられず、自動転舵作動において発生させられる。

特別に説明したいことは、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、自動転舵時非発生成分の少なくとも一部であり、積極動作成分Ｔｑ_C-Mに対する反対方向成分である。この転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、自動転舵作動において、単に、発生させられないのではなく、通常作動において最終加算器１２６に入力される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが、予備加算器１２２を介して、積極動作成分Ｔｑ_C-Mと一緒に加算器１１６に加えられることで、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが相殺され、その結果、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが発生させられくなることである。

図４の表から解るように、通常作動においては、アシスト成分Ｔｑ_C-A，補償成分Ｔｑ_C-C，転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lによって、付勢トルクＴｑ_Cが、運転者のステアリングホイール１０の操作に対する反力トルクＴｑ_Cとして、好適に機能する。それに対して、自動転舵作動においては、積極動作成分Ｔｑ_C-Mを含む付勢トルクＴｑ_Cによって、車輪１６の転舵角θ_Sに応じた操作角θ_Oとなるように、ステアリングホイール１０が適切に動作させられる。そして、補償成分Ｔｑ_C-C，転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが発生させられないことで、そのステアリングホイール１０の適切な動作が阻害させられない。逆に言えば、補償成分Ｔｑ_C-C，転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lによるステアリングホイール１０の不適切な動作が防止されることになる。なお、自動転舵作動において、アシスト成分Ｔｑ_C-Aは残存するが、アシスト成分Ｔｑ_C-Aは、運転者がステアリングホイール１０に加える操作トルクＴｑ_Oに基づく成分であり、運転者のステアリングホイール１０の操作を前提としない自動転舵作動においては、アシスト成分Ｔｑ_C-Aは、ステアリングホイール１０の動作に殆ど悪影響を与えない。総括すれば、本ステアリングシステムでは、積極動作成分Ｔｑ_C-Mを、自動転舵作動においてのみ発生させ、付勢トルクＴｑ_Cの複数の成分のうち積極動作成分Ｔｑ_C-Mを除くものの少なくとも一部を、自動転舵時非発生成分として、自動転舵作動において発生させないように構成されているのである。

また、第１切換器１１８，第２切換器１２０の双方向変化量制限器１３２の作用によって、通常作動から自動転舵作動への切換りの際、すなわち、自動転舵作動の開始時に、積極動作成分Ｔｑ_C-Mが、漸増させられ、補償成分Ｔｑ_C-Cが漸減させられる。同様に、自動転舵作動から通常作動への切換りの際、すなわち、自動転舵作動の終了時に、積極動作成分Ｔｑ_C-Mが、漸減させられ、補償成分Ｔｑ_C-Cが漸増させられる。それらによって、それらの切換りにおいて、付勢トルクＴｑ_Cの急変によるステアリングホイール１０の急激な動作が防止若しくは抑制される。

さらに言えば、第３切換器１２４の増加方向変化量制限器１３８の作用により、通常作動から自動転舵作動への切換りの際、すなわち、自動転舵作動の開始時に、補償成分Ｔｑ_C-Cと同様に、上述した相殺のために予備加算器１２２に入力される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lが漸増させられる。それに対して、第３切換器１２４のリセッタ１４０の作用により、自動転舵作動から通常作動への切換りの際、すなわち、自動転舵作動の終了時には、相殺のために予備加算器１２２に入力される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lも、最終加算器１２６に入力される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lも、即断、すなわち、０にリセットされる。端的に示せば、時間ｔの経過に対する最終加算器１２６および予備加算器１２２のそれぞれに入力される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lの変化，積極動作成分Ｔｑ_C-Mの変化，それらの成分を合計した合計付勢トルクＴｑ_Cの変化は、図５のグラフのようになる。ちなみに、最終加算器１２６に入力される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、反対方向成分であることが解りやすいように、負の値で示している。また、自動転舵作動における積極動作成分Ｔｑ_C-Mは、ステアリングホイール１０を動作させるのに必要充分な値とされており、転舵負荷依拠成分決定部１１０で決定される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、自動転舵作動の終了時点でも、相当の値が残存しているものとなっている。

図５のグラフを参照しつつ説明すれば、自動転舵作動において、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、先に説明したように、相殺され、その転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lの変化は、積極動作成分Ｔｑ_C-Mによるステアリングホイール１０の動作に、悪影響を与えない。転舵負荷依拠成分決定部１１０で決定される転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lは、例えば、自動駐車において車輪１６が中立位置に位置させられたとしても、タイヤの変形等によって、何某か残存する可能性が高い。その残存する成分によって、自動転舵作動から通常作動に切換ったときに、ステアリングホイール１０に、不要な、つまり、不適切な動作が生じる虞がある。本ステアリングシステムでは、自動転舵作動の終了時に、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lを０にリセットするため、転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lの残存による上記不要な動作は生じない。なお、自動転舵作動中に、上記相殺によって、付勢トルクＴｑ_Cにおける転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lを０にしていることから、自動転舵作動の終了時に転舵負荷依拠成分Ｔｑ_C-Lをいきなり０にリセットしても、そのリセットが、付勢トルクＴｑ_Cに影響を与えないのである。

１０：ステアリングホイール〔操作部材〕 １２：反力アクチュエータ〔付勢装置〕 １４：操作部 １６：車輪 １８：転舵アクチュエータ〔転舵装置〕 ２０：転舵部 ２２：ステアリング電子制御ユニット（ステアリングＥＣＵ）〔コントローラ〕 ３２：反力モータ ４０：モータ回転角センサ ４４：操作トルクセンサ ５０：転舵ロッド ５８：転舵モータ ６８：モータ回転角センサ ７０：自動駐車コントローラ ７２：車速センサ １００：反力制御部 １０２：転舵制御部 １０４：アシスト成分決定部 １０６：補償成分決定部 １０８：積極動作成分決定部 １１０：転舵負荷依拠成分決定部 １１２：操作角換算部 １１４：目標操作角決定部 １１６：加算器 １１８：第１切換器 １２０：第２切換器 １２２：予備加算器 １２４：第３切換器 １２６：最終加算器 １２８：作動モード判定器 １３０：ゲイン切換スイッチ １３２：双方向変化量制限器 １３４：乗算器 １３６：ゲイン切換スイッチ １３８：増加方向変化量制限器 １４０：リセッタ １４２：反力通電制御部 １５０：目標転舵角決定部 １５２：目標転舵角切換スイッチ １５４：転舵トルク決定部 １５６：転舵通電制御部 １５８：転舵角換算部 １６０：電流センサ

Claims (8)

1. 運転者によって操作される操作部材と、付勢力を発生させて前記操作部材を付勢する付勢装置と、車輪を転舵する転舵装置と、それら付勢装置と転舵装置と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、
   通常作動において、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、前記付勢力を前記操作部材の操作に対する操作反力として機能させ、
   前記操作部材の操作に依らずに車輪を転舵する自動転舵作動において、車輪の転舵に応じた前記操作部材の動作を前記付勢力によって実現させるとともに、前記通常作動における前記付勢力の少なくとも一部を発生させないように構成されたステアリングシステム。
2. 前記自動転舵作動が、車両が自動駐車する際に行われる当該ステアリングシステムの作動である請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 前記付勢力が、複数の成分を含み、その複数の成分のうちの１つが、車輪の転舵に応じて前記操作部材を積極的に動作させるための積極動作成分であり、
   前記コントローラが、前記積極動作成分を、前記自動転舵作動においてのみ発生させ、前記複数の成分のうちの前記積極動作成分を除くものの少なくとも一部である自動転舵時非発生成分を、前記自動転舵作動において発生させないように構成された請求項１または請求項２に記載のステアリングシステム。
4. 前記複数の成分に、運転者による前記操作部材の操作をアシストするためのアシスト成分と、運転者に与える前記操舵部材の操作感を補償するための補償成分と、車輪の転舵に対する前記転舵装置の負荷に基づく転舵負荷依拠成分とが含まれる請求項３に記載のステアリングシステム。
5. 前記コントローラが、
   前記積極動作成分を、前記自動転舵作動の開始時に漸増させ、前記自動転舵作動の終了時に漸減させるように構成された請求項３または請求項４に記載のステアリングシステム。
6. 前記コントローラが、
   前記自動転舵時非発生成分を、前記自動転舵作動の開始時に漸減させるように構成された請求項３ないし請求項５のいずれか１つに記載のステアリングシステム。
7. 前記コントローラが、
   前記自動転舵作動において、前記自動転舵時非発生成分のうちの少なくとも一部の成分を維持させたまま、その少なくとも一部の成分を相殺するための成分を前記積極動作成分に加えるように構成された請求項３ないし請求項６のいずれか１つに記載のステアリングシステム。
8. 前記コントローラが、
   前記自動転舵作動の終了時点において、前記少なくとも一部の成分を相殺するための成分を、前記少なくとも一部の成分とともに、即断させるように構成された請求項７に記載のステアリングシステム。

Images