JP2023061058A - ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】車輪を転舵する転舵装置又は車両運動と、車輪の転舵との共振による車両の挙動の増大を抑制することができるステアリングシステムを提供する。【解決手段】本発明は、判定部５３により転舵関連周波数が共振周波数帯域内の数値であると判定された場合、制限制御を実行する転舵制御部５４を備え、当該制限制御は、実際の転舵角である実転舵角について、（ｉ）実転舵角が所定値で一定になるように、（ｉｉ）実転舵角の絶対値が規定値から漸減するように、（ｉｉｉ）実転舵角の周波数が共振周波数帯域外となるように、又は（ｉｖ）実転舵角の絶対値が目標転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように、前輪転舵装置３又は後輪転舵装置４を制御する制御である。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングシステムに関する。

車両のステアリングシステムにおいて、前輪を転舵するアクチュエータに伝達されるノイズを抑制して、ドライバによるステアリングホイールの操作と、アクチュエータによる転舵との干渉を抑制する技術が開発されている。例えば、特開２００２－３０２０５８号公報に記載の操舵制御装置では、カメラの画像情報に基づいて演算された目標ヨーレイトを低周波成分と高周波成分とに分離し、当該低周波成分により前輪操舵手段を制御し、当該高周波成分により後輪操舵手段を制御する。これにより、上記干渉を抑制している。

特開２００２－３０２０５８号公報

車両の挙動において、車輪を転舵する転舵装置又は車両運動と、車輪の転舵との間で共振が発生することが考えられる。共振が発生すると、例えば車両がドライバの想定よりも大きく旋回するなど、車両挙動が増大する側に、車両挙動に影響が出る可能性がある。上記操舵制御装置では、共振について考慮されておらず、挙動の増大抑制の観点で改良の余地がある。

本発明の目的は、車輪を転舵する転舵装置又は車両運動と、車輪の転舵との共振による車両の挙動の増大を抑制することができるステアリングシステムを提供することである。

本発明のステアリングシステムは、前輪を転舵する前輪転舵装置及び後輪を転舵する後輪転舵装置の少なくとも一方と、転舵要求に応じて前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する制御装置と、を備えるステアリングシステムであって、前記制御装置は、前記転舵要求に基づいて、目標転舵角を演算する目標演算部と、転舵に関する転舵変数の周波数である転舵関連周波数を演算する周波数演算部と、前記転舵関連周波数が所定の共振周波数帯域内の数値であるか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記転舵関連周波数が前記共振周波数帯域外の数値であると判定された場合、前記目標転舵角に基づいて前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する通常制御を実行し、前記判定部により前記転舵関連周波数が前記共振周波数帯域内の数値であると判定された場合、制限制御を実行する転舵制御部と、を備え、前記制限制御は、実際の転舵角である実転舵角について、（ｉ）前記実転舵角が所定値で一定になるように、（ｉｉ）前記実転舵角の絶対値が規定値から漸減するように、（ｉｉｉ）前記実転舵角の周波数が前記共振周波数帯域外となるように、又は（ｉｖ）前記実転舵角の絶対値が前記目標転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように、前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する制御である。

本発明によれば、予め設定された転舵に関する転舵変数（例えば、操作部材の操作角、自動運転における指示値、又は車輪の実際の転舵角等）の周波数が、所定の共振周波数帯域内の数値である場合、制限制御が実行される。制限制御（ｉ）によれば、目標転舵角にかかわらず実転舵角が一定になるように制御されるため、制御値（実転舵角）に揺れ（振幅）が発生せず、共振の発生は抑制される。制限制御（ｉｉ）によれば、目標転舵角にかかわらず実転舵角の絶対値が漸減するように制御されるため、制御値に揺れ（振幅）が発生せず、共振の発生は抑制される。

制限制御（ｉｉｉ）によれば、目標転舵角にかかわらず実転舵角の周波数が共振周波数帯域外となるように制御されるため、共振の発生は抑制される。制限制御（ｉｖ）によれば、実転舵角の絶対値が目標転舵角の直近の極値よりも小さくなるように制御されるため、共振が発生しても車両の揺れ自体を抑制することができる。このように、本発明によれば、車輪を転舵する転舵装置又は車両運動と、車輪の転舵との共振による車両の挙動の増大を抑制することができる。

本実施形態のステアリングシステムが搭載された車両の構成図である。 本実施形態の制限制御を説明するためのタイムチャートである。 本実施形態の実験結果を示すグラフである。 本実施形態の制御の流れの一例を示すフローチャートである。 制限制御の他の例を説明するためのタイムチャートである。

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１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、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。

図１に示すように、実施例のステアリングシステム１は、機械的に互いに独立した３つの装置、すなわち操作装置２、前輪転舵装置３、及び後輪転舵装置４を備えている。前輪転舵装置３は、一対の前輪１０Ｆを転舵する装置である。後輪転舵装置４は、一対の後輪１０Ｒを転舵する装置である。また、ステアリングシステム１は、さらに、主に前輪転舵装置３及び後輪転舵装置４を制御するステアＥＣＵ（「制御装置」に相当する）５を備えている。ステアリングシステム１は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムである。なお、以下、前輪１０Ｆと後輪１０Ｒとを総称して車輪１０という場合がある。また、駆動輪は例えば後輪１０Ｒである。

（操作装置）
操作装置２は、操作部材としてのステアリングホイール２１と、ステアリングシャフト２２と、ステアリングコラム２３と、反力付与機構２４と、操作角センサ２５と、を備えている。ステアリングホイール２１は、運転者によって操舵操作（ステアリング操作）される操作部材である。ステアリングシャフト２２は、先端にステアリングホイール２１が取り付けられたシャフト部材である。ステアリングコラム２３は、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）に支持される部材である。

反力付与機構２４は、ステアリングコラム２３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（以下「操作反力」ともいう）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２１に付与する機構である。反力付与機構２４は、減速機等を含む一般的な構造のものである。反力モータ２６には、回転角センサ２６ａが設けられている。操作角センサ２５は、ステアリング操作量としてステアリングホイール２１の操作角を検出するセンサである。

また、ステアリングシステム１では、一般的ないわゆるパワーステアリングシステムと同様、ステアリングシャフト２２に、トーションバー２７が組み込まれている。操作装置２は、トーションバー２７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２１に加えられる操作力としての操作トルクを検出するための操作トルクセンサ２８を有している。

（転舵装置）
車輪１０の各々は、サスペンション装置の一構成要素であるステアリングナックル９０を介して、転向可能に車体に支持されている。前輪転舵装置３は、ステアリングナックル９０を回動させることで、一対の前輪１０Ｆを一体的に転舵する。前輪転舵装置３は、主要構成要素として、転舵アクチュエータ３０を有している。

転舵アクチュエータ３０は、ステアリングロッド３１と、ハウジング３２と、ロッド移動機構３３と、を備えている。ステアリングロッド３１（「ラックバー」とも呼ばれる）は、両端がリンクロッド３４を介して左右のステアリングナックル９０にそれぞれ連結された部材である。ハウジング３２は、ステアリングロッド３１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部材である。

ロッド移動機構３３は、電動モータである転舵モータ３５を駆動源として、ステアリングロッド３１を左右に移動させるための機構である。ロッド移動機構３３は、ステアリングロッド３１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３５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る。一般的な構造のものであるため、ロッド移動機構３３についての詳しい説明は省略する。

転舵モータ３５には、回転角センサ３５ａ、及び自身に供給される電流を検出する電流センサ３５ｂが設けられている。また、前輪転舵装置３は、前輪１０Ｆの転舵角（転舵量）を検出するために、ステアリングロッド３１の中立位置からの左右それぞれへの移動量を検出する転舵角センサ３６を有している。このように、前輪転舵装置３は、ステアリングホイール２１の操作力から機械的に独立し、転舵モータ３５の力により前輪１０Ｆを転舵するステアバイワイヤ型の転舵装置を構成している。

後輪転舵装置４は、ステアリングナックル９０を回動させることで、一対の後輪１０Ｒを一体的に転舵する。後輪転舵装置４は、前輪転舵装置３と同様の構成を有している。すなわち、後輪転舵装置４は、転舵アクチュエータ３０に相当する転舵アクチュエータ４０を備えている。転舵アクチュエータ４０は、ステアリングロッド３１に相当するステアリングロッド４１と、ハウジング３２に相当するハウジング４２と、ロッド移動機構３３に相当するロッド移動機構４３と、転舵モータ３５に相当する転舵モータ４５と、を備えている。また、後輪転舵装置４は、リンクロッド３４に相当するリンクロッド４４を備えている。転舵モータ４５には、回転角センサ３５ａに相当する回転角センサ４５ａ、及び電流センサ３５ｂに相当する電流センサ４５ｂが設けられている。また、後輪転舵装置４は、後輪１０Ｒの転舵角（転舵量）を検出するために、後輪１０Ｒのステアリングロッド４１の中立位置からの左右それぞれへの移動量を検出する転舵角センサ４６を有している。

後輪転舵装置４は、ステアＥＣＵ５の制御により、前輪１０Ｆとは独立して後輪１０Ｒを転舵する。ステアＥＣＵ５の制御対象である後輪転舵装置４は、前輪転舵装置３同様、ステアリングホイール２１の操作力から機械的に独立し、転舵モータ４５の力により後輪１０Ｒを転舵するステアバイワイヤ型の転舵装置を構成している。後輪転舵装置４の詳細説明については、前輪転舵装置３の説明を参照できるため省略する。

（制御装置）
ステアＥＣＵ５は、ＣＰＵ及びメモリ等を備える電子制御ユニットである。ステアＥＣＵ５は、通信線の図示は省略するが、各装置及び各センサに通信可能に接続されている。車両内の通信には、ＣＡＮ（car area network or controllable area network）が用いられる。

ステアＥＣＵ５は、転舵要求、すなわち手動運転の場合におけるステアリングホイール２１の操作角に応じて、車輪１０を転舵するための転舵制御を実行する。ステアＥＣＵ５は、ステアリングホイール２１の操作角を、回転角センサ２６ａで検出された反力モータ２６の回転角に基づいて取得する。ステアＥＣＵ５は、操作角に基づいて、前輪１０Ｆの転舵角の目標となる目標前輪転舵角を決定する。

ステアＥＣＵ５は、目標前輪転舵角に基づいて、転舵モータ３５の回転角の目標である目標回転角を決定する。ステアＥＣＵ５は、回転角センサ３５ａを介して、転舵モータ３５の実際の回転角（以下「実回転角」ともいう）を検出し、目標回転角に対する実回転角の偏差である回転角偏差を決定する。転舵モータ３５が発生させるトルクを転舵トルクと呼べば、ステアＥＣＵ５は、回転角偏差に基づくフィードバック制御則に従って、発生させるべき転舵トルクを決定する。

転舵モータ３５に供給される電流を転舵電流と呼べば、転舵トルクと転舵電流とは、概ね比例関係にある。その関係にしたがって、ステアＥＣＵ５は、決定された転舵トルクに基づいて、転舵モータ３５に供給すべき転舵電流を決定し、その転舵電流を、転舵モータ３５に供給する。

また、ステアＥＣＵ５は、操作角と車速情報とに基づいて、後輪１０Ｒの転舵角の目標となる目標後輪転舵角を決定する。車速は、例えば、各車輪１０に対して設けられた車輪速度センサ８２の検出結果に基づいて演算される。ステアＥＣＵ５は、前輪１０Ｆの転舵制御同様、目標後輪転舵角に基づいて、転舵アクチュエータ４０を制御する。ステアＥＣＵ５は、車速等の走行状況に応じて、前輪１０Ｆと後輪１０Ｒとを同位相又は逆位相に制御することができる。ステアＥＣＵ５は、必要に応じて後輪１０Ｒの転舵角を制御する。ステアＥＣＵ５は、転舵要求及び走行状況に応じて、前輪１０Ｆの転舵角のみを制御してもよい。

また、ステアＥＣＵ５は、運転者にステアリング操作に対する操作感を付与するための反力制御を実行する。ステアＥＣＵ５は、操作反力を、２つの成分である転舵負荷依拠成分ＦＳと、操作力依拠減少成分ＦＡとに基づいて決定する。転舵負荷依拠成分ＦＳは、前輪１０Ｆを転舵するために必要な転舵力（転舵モータ３５の転舵トルク）に関する成分であり、転舵モータ３５に供給されている転舵電流に基づいて決定される。詳しい説明は省略するが、転舵電流が大きい程、前輪１０Ｆの転舵負荷が大きいと認識され、転舵負荷依拠成分ＦＳが大きな値に決定される。

一方、操作力依拠減少成分ＦＡは、いわゆるパワーステアリングシステムにおける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システムでは、一般的に、操作トルクに応じたアシストトルクが、ステアリングシャフト２２に付与される。ステアＥＣＵ５は、操作トルクセンサ２８を介して、操作トルクを検出する。ステアＥＣＵ５は、操作反力に基づき、反力モータ２６に供給する電流である反力電流を決定し、その決定した反力電流を、反力モータ２６に供給する。

このように、ステアＥＣＵ５は、転舵制御を実行する転舵制御部と、反力制御を実行するなど操作装置２を制御する操作制御部と、を備えているといえる。なお、ステアＥＣＵ５は、複数のＥＣＵで構成されてもよい。例えば、ステアＥＣＵ５は、互いに通信可能に接続された、操作装置２を制御する操作ＥＣＵと、前輪転舵装置３を制御する前輪転舵ＥＣＵと、を制御する後輪転舵ＥＣＵと、を含んで構成されてもよい。また、ステアバイワイヤ型のステアリングシステム１における装置及びＥＣＵは、それぞれ冗長化されている。

（通常制御と制限制御）
ステアＥＣＵ５は、目標演算部５１と、周波数演算部５２と、判定部５３と、転舵制御部５４と、を備えている。目標演算部５１は、転舵要求に基づいて、目標転舵角を演算する。より詳細に、目標演算部５１は、転舵要求に基づいて、前輪１０Ｆの転舵角の目標値である目標前輪転舵角、及び後輪１０Ｒの転舵角の目標値である目標後輪転舵角を演算する。転舵要求は、例えば、ステアＥＣＵ５が受信した、ステアリングホイール２１の操作角（操作角センサ２５の検出値）、又は自動運転等における他のＥＣＵからの指示値（指示角）である。目標演算部５１は、例えば、検出された操作角及び操作トルクに基づいて、演算式やマップ等を利用して目標転舵角を算出する。

周波数演算部５２は、転舵に関する転舵変数の周波数である転舵関連周波数を演算する。転舵変数は、例えば、ステアリングホイール２１の操作角、自動運転等における他のＥＣＵからの指示値、又は実際の転舵角である実転舵角（転舵角センサ３６、４６の検出値）である。周波数演算部５２は、転舵変数の極値である変数極値を演算し、変数極値の発生から次の変数極値の発生までの時間（連続する変数極値間の時間）Ｔａに基づいて、転舵関連周波数を演算する。

極値は、値の変化の傾きがプラスからマイナスに又はマイナスからプラスに変化したときの値であって、接線の傾き（微分値）が０になったときの値ともいえる。傾きがプラスからマイナスになったときの値が極大値であり、傾きがマイナスからプラスになったときの値が極小値である。周波数演算部５２は、例えば、転舵変数の変化の傾きに基づいて、変数極値を演算（検出）する。

周波数演算部５２には、検出された極値が変数極値であるか否かの判定基準として、傾きの正負の変化の他に、転舵変数の絶対値が閾値以上であり、且つ判定された極値とその次に判定された極値との差分が差分閾値以上であることが設定されている。これにより、ノイズによる変数極値の誤検出を抑制することができる。周波数ｆは周期Ｔの逆数である。連続する変数極値から変数極値までの時間Ｔａは、転舵変数の周期の半分と推定でき、時間Ｔａに基づいて転舵関連周波数は演算可能である。

判定部５３は、転舵関連周波数が所定の共振周波数帯域内の数値であるか否かを判定する。判定部５３には、所定の共振周波数帯域として、後述する制限制御の対象のアクチュエータ３０、４０の共振周波数帯域と、車両運動系の共振周波数帯域とが設定される。本実施形態では、制限制御の対象が後輪転舵装置４であるため、判定部５３には、少なくとも後輪転舵装置４のアクチュエータ４０の共振周波数帯域と、車両運動系の共振周波数帯域とが記憶されている。

車両運動系の共振周波数帯域は、運動中の車両での共振周波数帯域であり、例えば車速に応じて変化する。車両運動系の共振周波数は、例えば二次遅れ系のボード線図におけるゲイン（縦軸）が立つ周波数（横軸）といえる。ゲインはヨーレイト（又は横加速度）を操作角で割った値に相当する（ヨーレイト／操作角）。例えば、ステアリングホイール２１が左右に連続的に操作され、車両が左右に旋回すると、操作角の周波数がある周波数となったときに、車両の旋回（揺れ）が大きくなるときがある。このとき、操作角の周波数が車両運動系の共振周波数帯域内の数値に入ったといえる。車両運動系の共振周波数帯域は、車速ごとに設定されている。

アクチュエータ４０の共振周波数帯域は、例えば、転舵モータ４５に対するフィードバック制御を要因とする共振の周波数帯域である。この場合も、アクチュエータ４０の共振周波数は、例えば二次遅れ系のボード線図におけるゲイン（縦軸）が立つ周波数（横軸）といえる。フィードバック制御では、目標転舵角と実転舵角との差分に基づいて、当該差分が小さくなるように、転舵モータ４５に対する転舵電流（制御電流）が決定される。ステアＥＣＵ５での演算では、例えば、差分に所定の係数（パラメータ）が乗算されて、転舵電流が算出される。

モータのフィードバック制御では、一般に、入力が高周波になるほど、出力に遅れが生じる。このことから、ある周波数の入力が続くと、差分が大きくなって転舵電流が大きくなり、共振が発生する。アクチュエータ４０の共振周波数帯域は、例えば、フィードバック制御の演算における係数（パラメータ）を変えることで、変えることができる。アクチュエータ３０の共振周波数帯域の考え方についても、アクチュエータ４０と同様である。車両運動系の共振周波数帯域及びアクチュエータ３０、４０の共振周波数帯域は、予め実験やシミュレーションにより求めることができる。

本実施形態の判定部５３は、転舵関連周波数として、手動運転の場合はステアリングホイール２１の操作角の周波数を用い、自動運転の場合は指示値の周波数を用いる。判定部５３は、手動運転時、操作角センサ２５の検出値に基づいて、操作角の周波数がアクチュエータ４０の共振周波数帯域内の数値であるか否か、及び操作角の周波数が車両運動系の共振周波数帯域内の数値であるか否かを判定する。

転舵制御部５４は、判定部５３により転舵関連周波数が共振周波数帯域外の数値であると判定された場合、目標後輪転舵角に基づいて後輪転舵装置４を制御する通常制御を実行する。転舵制御部５４は、前輪転舵装置３に対しては、転舵関連周波数にかかわらず、目標前輪転舵角に基づいた制御である通常制御を実行する。

転舵制御部５４は、判定部５３により転舵関連周波数が共振周波数帯域内の数値であると判定された場合、制限制御を実行する。制限制御は、（ｉ）実転舵角が所定値で一定になるように、（ｉｉ）実転舵角が規定値から漸減するように、（ｉｉｉ）実転舵角の周波数が共振周波数帯域外となるように、又は（ｉｖ）実転舵角の絶対値が目標後輪転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように、後輪転舵装置４を制御する制御である。制限制御は、転舵関連周波数が共振周波数帯域外の数値となることで解除（停止）される。本例の制限制御は、実転舵角が所定値で一定となるように、後輪転舵装置４を制御する制御である。本例の所定値は、０に設定されている。

転舵制御部５４は、転舵関連周波数が所定の共振周波数帯域内の数値となった後、変数極値と判定した回数が極値判定閾値（ここでは３回）以上となった場合、目標後輪転舵角の絶対値が切替閾値以下になることを条件として、目標後輪転舵角を０で一定にする。切替閾値は、所定値（ここでは０）又は所定値付近の値に設定されている。極値判定閾値は、ステアリングホイール２１の緊急回避操作に対して、制限制御が実行されないように設定されている。

検出された連続する変数極値が２回の段階では、演算された転舵関連周波数が緊急回避操作に起因するものである可能性があり、転舵関連周波数が共振周波数帯域内の数値であっても、制限制御が実行せれずに、後輪転舵装置４の実転舵角は制限されない。そして、転舵関連周波数が共振周波数帯域内の数値であることを継続しながら３回目の変数極値が検出（判定）された場合、ステアＥＣＵ５において制限制御実行許可のフラグ（以下、制限フラグという）がオンされ、制限制御の実行が許可された状態となる。換言すると、１回目の変数極値と２回目の変数極値とで求められた転舵関連周波数が共振周波数帯域内であり、且つ２回目の変数極値と３回目の変数極値とで求められた転舵関連周波数が共振周波数帯域内である場合、制限フラグがオンされる。制限制御が緊急回避の妨げにならないように、極値判定閾値は、３以上の数値に設定されている。

なお、ステアＥＣＵ５は、１回目の変数極値と２回目の変数極値とで求められた転舵関連周波数が共振周波数帯域内であった場合、２回目の変数極値の検出から所定時間内に３回目の変数極値が検出されたことを条件として、制限フラグをオンするように構成されてもよい。この場合、２回目の変数極値と３回目の変数極値とで求められた転舵関連周波数が共振周波数帯域外であっても、３回目の変数極値の検出により制限フラグがオンされる。

制限フラグがオンされた状態で、目標転舵角の絶対値が切替閾値（ここでは０）以下になると、制御モードが通常制御から制限制御に変更され（すなわち制限制御が実行され）、目標後輪転舵角が０となる。制限制御中、目標後輪転舵角は０で維持される。切替閾値が制限制御での所定値及び所定値付近の値に設定されていることで、制限制御の開始により目標後輪転舵角が急に大きく変化することが抑制される。制限制御は、転舵関連周波数が共振周波数帯域外の数値になるまで継続される。

一例として、図２に示すように、ステアＥＣＵ５は、操作角の入力に対して、時間ｔ１で変数極値を検出し、時間ｔ２で次の変数極値を検出する。ステアＥＣＵ５は、入力された操作角の変数極値と次の変数極値との間の時間（ｔ２－ｔ１）を演算する。ステアＥＣＵ５は、この演算結果に基づいて、操作角の周波数を演算する。ステアＥＣＵ５は、操作角の周波数が所定の共振周波数帯域内の数値であるか否か、ここでは説明上の例としてアクチュエータ４０の共振周波数帯域内の数値であるか否かを判定する。実際には、アクチュエータ４０の共振周波数帯域と同様に、車両運動系の共振周波数帯域についても判定するが説明は省略する。

ステアＥＣＵ５は、操作角の周波数がアクチュエータ４０の共振周波数帯域内の数値である場合、当該判定における周波数の演算根拠となった変数極値の数を計測し、連続した変数極値の数が極値判定閾値に達した場合、制限制御を実行可能状態とする。この例では極値判定閾値が３回であるため、ステアＥＣＵ５は、２回連続で、操作角の周波数が同一対象の（ここではアクチュエータ４０の）共振周波数帯域内の数値であると判定した場合、制限フラグがオンされる。つまり、時間ｔ２で操作角の周波数がアクチュエータ４０の共振周波数帯域内の数値であると判定された後に、変数極値が検出された時間ｔ３において、時間ｔ２の変数極値から時間ｔ３の変数極値までの時間（ｔ３－ｔ２）が演算され、当該時間（ｔ３－ｔ２）に基づく操作角の周波数が前回判定と同じ対象（アクチュエータ４０）の共振周波数帯域内の数値であると判定された場合、制限フラグがオンされる。すなわち、この例では、時間ｔ３において制限フラグがオンされる。なお、時間ｔ３における目標極値（目標後輪転舵角の極値）が、制限制御実行前の目標極値の最新値（直近の目標極値）である。

制限フラグがオンされた状態で、目標後輪転舵角の絶対値が切替閾値（ここでは０）になると、制限制御が実行される（時間ｔ４）。制限制御により、操作角の周波数がアクチュエータ４０の共振周波数帯域外の数値と判定されるまで（すなわち時間ｔ４から時間ｔ７まで）、目標後輪転舵角が０となる。制限制御中、操作角の周波数が共振周波数帯域内の数値であるか否かの判定は、上記同様、極値判定閾値（連続する３つの極値）に基づいて実行される。すなわち、時間ｔ５、ｔ６に基づく周波数が共振周波数帯域外であり、且つ時間ｔ６、ｔ７に基づく周波数が共振周波数帯域外である場合、操作角の周波数は共振周波数帯域外の数値であると判定される。なお、制限制御中の極値判定閾値は、通常制御中の極値判定閾値とは異なる値でもよく、例えば２回であってもよい。

操作角の周波数がアクチュエータ４０の共振周波数帯域外の数値であると判定されると（時間ｔ７）、ステアＥＣＵ５は、制限制御における目標値である制限目標転舵角を、制限していない目標後輪転舵角に徐々に近づける切替処理を実行する。制限目標転舵角が目標後輪転舵角と一致すると（時間ｔ８）、通常制御が開始される。この例では、制御モードは、切替処理を挟んで制限制御から通常制御に切り替わる。時間ｔ８から通常制御が実行され、引き続き操作角の周波数と共振周波数帯域とが比較される。上記の制御は、転舵関連周波数と車両運動系の共振周波数帯域との比較においても同様である。なお、時間ｔ７における制限目標転舵角と目標転舵角との差が所定の復帰判定閾値以下である場合、ステアＥＣＵ５は、切替処理を実行することなく、制御モードを制限制御から通常制御に切り替えても良い。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、転舵に関する転舵変数の周波数が、所定の共振周波数帯域内の数値である場合、制限制御が実行される。本実施形態の制限制御によれば、目標後輪転舵角にかかわらず後輪１０Ｒの実転舵角が一定になるように制御されるため、制御値（実転舵角）に揺れ（振幅）が発生せず、共振の発生は抑制される。つまり、本実施形態によれば、車輪を転舵する転舵装置又は車両運動と、車輪の転舵との共振による車両の挙動の増大を抑制することができる。

また、制限制御において、実転舵角が０で一定となるように後輪１０Ｒが制御される。これにより、後輪１０Ｒが前輪１０Ｆの転舵による車両の挙動の妨げになることが抑制される。すなわち、前輪１０Ｆの実転舵角が目標前輪転舵角に応じて制御され、後輪１０Ｒの実転舵角が０で一定になることで、前輪１０Ｆで目標転舵角を達成しつつ、後輪１０Ｒでの共振を抑制することができる。このように、転舵制御部５４は、前輪転舵装置３に対しては転舵関連周波数にかかわらず通常制御を実行し、後輪転舵装置４に対しては転舵関連周波数と共振周波数帯域とに基づいて通常制御及び制限制御を選択的に実行するように構成されている。この構成によれば、車両の応答性と挙動の安定性の両立が可能となる。

図３のグラフには、前輪転舵装置３及び後輪転舵装置４を備える車両で、後輪転舵装置４に対して制限制御を実行する第１車両の測定値（ひし形マーク：リアステアあり且つ対策あり）と、後輪転舵装置４に対して制限制御を実行しない第２車両の測定値（四角マーク：リアステアあり且つ対策なし）と、前輪転舵装置３のみを備える第３車両の測定値（三角マーク：リアステアなし）とがプロットされている。図３において、横軸が転舵関連周波数としての操作角の周波数で、縦軸が横加速度／操作角であり、縦軸の値が大きいほど車両の揺れ（挙動）が大きいといえる。ここでの制限制御は、上記した本実施形態の制限制御である。

図３の測定結果によれば、第１車両と第２車両とで比較すると、転舵関連周波数が特定の周波数より大きい領域において、第１車両（制限制御あり）の測定値は第２車両（制限制御なし）の測定値よりも小さく、第３車両と同様の値となっている。第２車両では操作角の周波数が共振周波数帯域に入った後に共振が発生し、それより大きい周波数において横加速度／操作角が大きくなっている。第１車両では、制限制御が実行されるため、操作角の周波数が共振周波数帯域に入っても共振が抑制され、それより大きい周波数において横加速度／操作角は第３車両同様に小さくなっている。このように、制限制御が実行されることで、車両の挙動の増大を抑制することができる。

また、所定値が０であるため、制限制御において、実転舵角の絶対値は、目標後輪転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなる。これにより、仮に共振が発生したとしても、制御の絶対値が目標値よりも小さく抑制されるため、車両の挙動の増大は抑制される。また、本実施形態では、変数極値の発生から次の変数極値の発生までの時間に基づいて、転舵関連周波数が演算される。これにより、実際の入力値に応じた周波数を演算することができる。

（制御の流れの一例）
制御の流れの一例について図３を参照して説明する。ステアＥＣＵ５は、条件Ａとして、現状が通常制御中（非制限制御中）であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。条件Ａが充足されている場合すなわち現状が通常制御中である場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、ステアＥＣＵ５は、条件Ｂとして、転舵関連周波数が共振周波数帯域内の数値（共振周波数の判定下限値≦転舵関連周波数≦共振周波数の判定上限値）であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。

条件Ｂが充足されている場合、すなわち転舵関連周波数が共振周波数帯域内の数値である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、ステアＥＣＵ５は、条件Ｃとして、条件Ｂを充足しつつ連続する変数極値の数が極値判定閾値に達したか否か、ここでは連続する３つの変数極値に対して条件Ｂが充足されたか否かを判定する（Ｓ１０３）。ステアＥＣＵ５は、後述するカウントフラグがオンされていた場合、ステップＳ１０３において条件Ｃが充足したと判定する。

条件Ｃが充足されている場合、すなわち条件Ｂを充足しつつ連続する変数極値の数が極値判定閾値に達した場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、ステアＥＣＵ５は、条件Ｄとして、目標後輪転舵角が所定値（ここでは０）に達したか否かを判定する（Ｓ１０４）。目標後輪転舵角が０となり条件Ｄが充足されると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ステアＥＣＵ５は、制限制御を開始し、カウントフラグをオフする（Ｓ１０５）。

一方、条件Ｃが充足されていないと（Ｓ１０３：Ｎｏ）、ステアＥＣＵ５は、カウントフラグをオンする（Ｓ１０６）。また、ステップＳ１０２で条件Ｂが充足されていないと（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ステアＥＣＵ５は、カウントフラグをオフする（Ｓ１０７）。なお、ステアＥＣＵ５が、条件Ｂを充足した連続する変数極値の数を計測するカウント機能を用いる場合、例えば、ステップＳ１０６はカウント数を増加させる処理を含み、ステップＳ１０５、Ｓ１０７はカウントをリセットする処理を含む。

条件Ａが充足されていない場合すなわち現状が制限制御中である場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、ステアＥＣＵ５は、条件Ｅとして、転舵関連周波数が共振周波数帯域外（転舵関連周波数＜共振周波数の判定下限値、又は転舵関連周波数＞共振周波数の判定上限値）の数値であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。条件Ｅが充足されている場合、すなわち転舵関連周波数が共振周波数帯域外の数値である場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、ステアＥＣＵ５は、条件Ｆとして、制限目標転舵角と目標後輪転舵角との差が復帰判定閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１０９）。

条件Ｆが充足されている場合、すなわち制限目標転舵角と目標後輪転舵角との差が復帰判定閾値以下である場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、ステアＥＣＵ５は、制限制御を完了し、通常制御を開始する（Ｓ１１０）。すなわち、条件Ｆが充足されると、ステアＥＣＵ５は、制御モードを制限制御から通常制御に切り替える。一方、条件Ｆが充足されていない場合、すなわち制限目標転舵角と目標後輪転舵角との差が復帰判定閾値より大きい場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、ステアＥＣＵ５は、切替処理を実行し、制限目標転舵角が目標後輪転舵角に徐々に近づくように制限目標転舵角を変化させて、制限目標転舵角と目標後輪転舵角とが一致した時点で、通常制御を開始する（Ｓ１１１）。これにより、目標値の急激な変化が抑制される。ステアＥＣＵ５は、このような処理を繰り返し実行する。なお、上記フローでは代表的に「共振周波数」と記載しているが、これはアクチュエータの共振周波数又は車両運動系の共振周波数と読み替えることができる。

（その他）
上記制限制御（ｉ）では、実転舵角が所定値で一定になるように、後輪転舵装置４を制御する。さらに、所定値の絶対値は、実転舵角の絶対値が目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように設定されている。本実施形態のように、所定値は、一例として、０に設定される。

制限制御は、上記に限られない。以下に制限制御のその他の例について説明する。ステアＥＣＵ５は、制限制御（ｉｉ）において、図５に示すように、実転舵角の絶対値が規定値から漸減するように、後輪転舵装置４を制御してもよい。これによっても、制御値に揺れ（振幅）が発生せず、共振の発生は抑制される。また、この例では、規定値が目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように設定されているため、より車両の挙動の増大を抑制することができる。図５のように、制限制御では、漸減により実転舵角が０になると、制限フラグが解除されるまで実転舵角が０で一定になるように制御してもよい。つまり、制限制御（ｉｉ）の実行後、制限制御（ｉ）が実行されてもよい。このように、ステアＥＣＵ５は、制限制御中、制限制御のやり方（種類）を変更してもよい。

また、ステアＥＣＵ５は、制限制御（ｉｉｉ）において、実転舵角の周波数が共振周波数帯域外となるように、後輪転舵装置４を制御してもよい。これにより、制御値の周波数も共振周波数帯域外となり、共振の発生は抑制される。ただし、制限制御（ｉｉｉ）では、操作角と実転舵角とがずれる可能性が相対的に高いため、ドライバの操作感の観点では他の制限制御が好ましい。

また、ステアＥＣＵ５は、制限制御（ｉｖ）において、実転舵角の絶対値が目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように、後輪転舵装置４を制御してもよい。これにより、周波数が変わらずに共振が発生したとしても、車両の揺れ（挙動）の大きさが小さくなる。このように、本構成によれば、後輪転舵装置４又は車両運動と、車輪の転舵との共振による車両の挙動の増大を抑制することができる。

また、本実施形態を含む上記制限制御（ｉ）～（ｉｖ）は、前輪転舵装置３に対して実行可能である。例えば、ステアＥＣＵ５は、前輪転舵装置３に制限制御を実行し、後輪転舵装置４に通常制御を実行することも可能である。ステアＥＣＵ５は、制限制御の開始条件が満たされると、前輪転舵装置３及び後輪転舵装置４の一方に制限制御を実行し、前輪転舵装置３及び後輪転舵装置４の他方に通常制御を実行するように構成されてもよい。また、車両が前輪転舵装置３のみを備える場合、ステアＥＣＵ５が前輪転舵装置３に対して制限制御を実行したとしても、制限制御の種類によっては操作角と実転舵角とにずれが生じ得るが、車両の挙動を抑制することができる。

また、上記実施形態では、制限制御において、目標転舵角を修正（制限）した制限目標転舵角に基づいて、実転舵角の制御が行われている。制限制御中の実転舵角の制御はこれに限られない。例えば、転舵制御部５４は、制限制御において、転舵モータ４５の演算上のパラメータを変更してもよい。制限制御中の実転舵角の制御は、例えば、目標転舵角と実転舵角との差分を、転舵モータ４５に供給する転舵電流に変換する演算において、差分に乗算する係数（パラメータ）を変更することによっても実現できる。

また、本発明によれば、制限制御において実転舵角が所定状態になるように制御されるため、ステアリングシステムがステアバイワイヤ型でなく、例えばパワーステアリング型のように操作と車輪とが機械的に連動するシステムにおいても適用可能である。例えば、パワーステアリング型のステアリングシステムにおいて、制限制御中、通常制御と比較して、操作角に対するアシスト力を小さくすることで、共振による挙動の増大は抑制できる。また、例えば、前輪転舵装置及び後輪転舵装置の一方がパワーステアリング型で、前輪転舵装置及び後輪転舵装置の他方がステアバイワイヤ型であってもよい。例えば、前輪転舵装置がパワーステアリング型で、後輪転舵装置がステアバイワイヤ型であって、制限制御の対象が後輪転舵装置であってもよい。制限制御の対象を、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムとすることで、ドライバの操作への影響を考慮することなく、より自由に実転舵角を制限することが可能となる。本発明は、例えば、操作手段（ステアリングホイール）の操作と車輪の転舵角の制御とが独立したステアリングシステム（例えば、可変ギヤ比ステアリング：ＶＧＲＳ）に適用可能である。

１：ステアリングシステム、３：前輪転舵装置、３５：転舵モータ、４：後輪転舵装置、４５：転舵モータ、５：ステアＥＣＵ（制御装置）、５１：目標演算部、５２：周波数演算部、５３：判定部、５４：転舵制御部。

Claims (9)

1. 前輪を転舵する前輪転舵装置及び後輪を転舵する後輪転舵装置の少なくとも一方と、
   転舵要求に応じて前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する制御装置と、
   を備えるステアリングシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記転舵要求に基づいて、目標転舵角を演算する目標演算部と、
   転舵に関する転舵変数の周波数である転舵関連周波数を演算する周波数演算部と、
   前記転舵関連周波数が所定の共振周波数帯域内の数値であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により前記転舵関連周波数が前記共振周波数帯域外の数値であると判定された場合、前記目標転舵角に基づいて前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する通常制御を実行し、前記判定部により前記転舵関連周波数が前記共振周波数帯域内の数値であると判定された場合、制限制御を実行する転舵制御部と、
   を備え、
   前記制限制御は、実際の転舵角である実転舵角について、（ｉ）前記実転舵角が所定値で一定になるように、（ｉｉ）前記実転舵角の絶対値が規定値から漸減するように、（ｉｉｉ）前記実転舵角の周波数が前記共振周波数帯域外となるように、又は（ｉｖ）前記実転舵角の絶対値が前記目標転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さくなるように、前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する制御である、
   ステアリングシステム。
2. 前記周波数演算部は、前記転舵変数の極値である変数極値を演算し、前記変数極値の発生から次の前記変数極値の発生までの時間に基づいて、前記転舵関連周波数を演算する、
   請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 前記制限制御は、前記実転舵角が前記所定値で一定になるように、前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する制御であり、
   前記所定値の絶対値は、前記実転舵角の絶対値が前記目標転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さい、
   請求項１又は２に記載のステアリングシステム。
4. 前記所定値は０である、請求項３に記載のステアリングシステム。
5. 前記制限制御は、前記実転舵角の絶対値が規定値から漸減するように、前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する制御であり、
   前記規定値の絶対値は、前記実転舵角の絶対値が前記目標転舵角の極値である目標極値の最新値の絶対値よりも小さい、
   請求項１又は２に記載のステアリングシステム。
6. 前記制御装置の制御対象である前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置は、操作部材の操作力から機械的に独立し、転舵モータの力により車輪を転舵するステアバイワイヤ型の転舵装置を構成する、
   請求項１～５の何れか一項に記載のステアリングシステム。
7. 前記転舵制御部は、前記制限制御において、前記目標転舵角を修正した制限目標転舵角に基づいて、前記前輪転舵装置又は前記後輪転舵装置を制御する、
   請求項１～６の何れか一項に記載のステアリングシステム。
8. 前記転舵制御部は、前記制限制御において、前記転舵モータの演算上のパラメータを変更する、
   請求項６に記載のステアリングシステム。
9. 前記転舵制御部は、前記前輪転舵装置に対しては前記転舵関連周波数にかかわらず前記通常制御を実行し、前記後輪転舵装置に対しては前記転舵関連周波数と前記共振周波数帯域とに基づいて前記通常制御及び前記制限制御を選択的に実行する、
   請求項１～８の何れか一項に記載のステアリングシステム。

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