JP2023519465A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアバイワイヤ式の車両２の操舵装置１において、駐車中に操舵部材１０の操舵角βが変化した場合に、運転者が予想した方向と異なる方向に車両２が急加速することを抑制する。【解決手段】制御装置１５は、転舵角αが操舵角βに対して所定関係から偏位している場合（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、転舵角αが操舵角βに対して所定関係に近付くように転舵アクチュエータ１２を駆動し（ＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ２０、ＳＴ２１）、且つ車速Ｖ又は加速度に上限値を設定する（ＳＴ７）。【選択図】図５

Description

本発明は、ステアバイワイヤ式の車両の操舵装置に関する。

運転者が操作するステアリングホイール等の操舵部材と、操舵部材から機械的に切り離され、車輪の転舵角を変化させる転舵機構とを有するステアバイワイヤ式の車両の操舵装置が公知である。転舵機構は、車輪の転舵角を変更するための駆動力を発生する転舵アクチュエータによって駆動される。操舵部材には、操舵操作に対する反力が反力アクチュエータによって付与される。このような操舵装置において、車両のイグニッションスイッチがオフにされた後に操舵部材が動かされ、操舵部材の操舵角が車輪の転舵角に対する所定関係から偏位した場合、イグニッションスイッチがオンになったときに、操舵部材の操舵角に対応するように車輪が転舵アクチュエータによって駆動されるものがある（例えば、特許文献１）。特許文献１によれば、車輪を転舵駆動するタイミングは、自動車が発進する前が好ましく、エンジンが始動する前が更に好ましい。

特開２００７－１５３１０９号公報

しかしながら、転舵アクチュエータが故障した場合や転舵アクチュエータのモータが過熱状態になった場合など、転舵アクチュエータの最大出力が低下することがある。そのような場合、特許文献１に記載の発明では、車輪が操舵部材の操舵角に対応する転舵角まで駆動される前に自動車が発進する。また、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込んだ場合、運転者が予想した方向と異なる方向に自動車が急加速する可能性がある。

本発明は、このような背景に鑑み、ステアバイワイヤ式の車両の操舵装置において、駐車中に操舵部材の操舵角が変化した場合に、運転者が予想した方向と異なる方向に車両が急加速することを抑制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ある実施形態は、車両（２）の操舵装置（１）であって、操舵操作を受け付ける操舵部材（１０）と、前記操舵部材から機械的に切り離され、車輪（３）を転舵するように構成された転舵機構（１１）と、前記操舵部材の操舵角（β）を検出する操舵角センサ（２１）と、前記車輪の転舵角（α）を検出する転舵角センサ（３２）と、前記転舵機構に駆動力を与える転舵アクチュエータ（１２）と、前記操舵部材に、前記操舵操作に対する反力を付与する反力アクチュエータ（１３）と、前記転舵角が前記操舵角に対して所定関係になるように前記転舵アクチュエータを駆動制御するとともに、前記反力が前記車輪の転舵状態に応じた値になるように前記反力アクチュエータを駆動制御する制御装置（１５）とを備え、前記制御装置は、前記転舵角が前記操舵角に対して前記所定関係から偏位している場合には（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、直ちに又は所定のトリガ条件が満たされたときに、前記転舵角が前記操舵角に対して前記所定関係に近付くように前記転舵アクチュエータを駆動し（ＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ２０、ＳＴ２１）、且つ車速（Ｖ）又は加速度に上限値を設定する（ＳＴ７）。

この構成によれば、転舵角記操舵角に対して前記所定関係から偏位している場合には車速Ｖ又は加速度に上限値が設定される。車速Ｖ又は加速度が上限値によって制限されることにより、運転者が予想した方向と異なる方向に車両が急加速することが抑制される。

好ましくは、前記制御装置は、前記転舵アクチュエータの最大出力を取得し（ＳＴ３）、前記転舵アクチュエータの前記最大出力が所定値以上である場合には（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定しない。

転舵角が操舵角に対して所定関係から偏位している場合に常に車速又は加速度に上限値が設定されると、車輪を操舵部材の操舵角に対応する転舵角まで駆動可能な場合であっても、運転者の意図に沿う加速が制限される。この構成によれば、転舵アクチュエータの最大出力が所定値以上である場合には車速又は加速度に上限値が設定されないため、運転者の意図に沿う加速が不要に制限されることを抑制できる。

好ましくは、前記制御装置は、前記転舵アクチュエータの前記最大出力に基づいて、所定時間内に変更可能な前記転舵角の最大変更量である最大補正角（αｃｍａｘ）を算出し（ＳＴ５）、前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であっても（ＳＴ４：Ｎｏ）、前記転舵角の前記所定関係に対する偏位量（αｄｅｖ）が前記最大補正角以下である場合には（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、前記制御装置は前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定しない。

この構成によれば、転舵角の所定関係に対する偏位量が最大補正角以下である場合には車速又は加速度に上限値が設定されないため、運転者の意図に沿う加速が不要に制限されることをより確実に抑制できる。

好ましくは、前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であり（ＳＴ４：Ｎｏ）、且つ、前記転舵角の前記所定関係に対する前記偏位量が前記最大補正角よりも大きい場合には（ＳＴ６：Ｎｏ）、前記制御装置は、前記最大出力が前記所定値以上になるか（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、前記偏位量が前記最大補正角以下になる（ＳＴ６：Ｙｅｓ）まで前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定する。

この構成によれば、運転者が予想した方向と車両の進行方向とを所定時間内に一致可能になるまでは車両の急加速を抑制し、運転者が予想した方向と車両の進行方向とを所定時間内に一致可能になった後には運転者の意図に沿う加速が可能になる。これにより、運転者の意図に沿う操舵と加速とを両立させることができる。

好ましくは、前記制御装置は、前記転舵アクチュエータの前記最大出力に基づいて、所定時間内に変更可能な前記転舵角の最大変更量である最大補正角（αｃｍａｘ）を算出し（ＳＴ５）、前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であっても（ＳＴ４：Ｎｏ）、前記転舵角を中立点について前記操舵角と同じ側にするのに必要な補正量として与えられる同方向補正量（αｄｅｖｎ）が前記最大補正角以下である場合には（ＳＴ３６：Ｙｅｓ）、前記制御装置は前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定しない。

この構成によれば、転舵角を中立点について操舵角と同じ側にするのに必要な同方向補正量が前記最大補正角以下である場合には車速又は加速度に上限値が設定されないため、運転者の意図に沿う加速が不要に制限されることをより確実に抑制できる。

好ましくは、前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であり（ＳＴ４：Ｎｏ）、且つ、前記同方向補正量が前記最大補正角よりも大きい場合には（ＳＴ３６：Ｎｏ）、前記制御装置は、前記転舵角が前記操舵角に対して同方向になる（ＳＴ３１：Ｎｏ）か、前記最大出力が前記所定値以上になるか（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、前記同方向補正量が前記最大補正角以下になる（ＳＴ３６：Ｙｅｓ）まで前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定する。

この構成によれば、運転者が予想した方向と車両の進行方向とを所定時間内に同方向にできるようになるまでは車両の急加速を抑制し、運転者が予想した方向と車両の進行方向とを所定時間内に同方向にできるようになった後には運転者の意図に沿う加速が可能になる。これにより、運転者の意図に沿う操舵と加速とを両立させることができる。

以上の構成によれば、駐車中に操舵部材の操舵角が変化した場合に、運転者が予想した方向と異なる方向に車両が急加速することを抑制できる車両の操舵装置を提供できる。

実施形態に係る操舵装置の構成図 転舵アクチュエータの出力特性を示すグラフ 操舵部材の操舵角と前輪の転舵角との関係を示す図 操舵部材の操舵角と前輪の転舵角との関係を示すグラフ 制御装置が実行する位相合わせ制御の前半部のフロー図 制御装置が実行する位相合わせ制御の後半部のフロー図 転舵アクチュエータの最大出力と補正可能な最大補正角との関係図 パッシブ位相合わせによる転舵角の変化を示すタイムチャート アクティブ位相合わせによる転舵角の変化を示すタイムチャート 変形例に係る位相合わせ制御の前半部のフロー図

以下、本発明に係る車両２の操舵装置１の実施形態について説明する。図１に示すように、操舵装置１は、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式の車両操舵装置である。操舵装置１が設けられる車両２は、左右の前輪３及び左右の後輪（不図示）を備えた４輪自動車である。左右の前輪３は、転舵角αが変更可能にナックル７を介して車体８（図１において、下部の輪郭のみを表示）に支持され、転舵輪として機能する。転舵角αは、平面視において前輪３の前後方向に対する角度をいう。操舵装置１は、前輪３の転舵角αを変更する。

操舵装置１は、車体８に回転可能に設けられた操舵部材１０と、前輪３を転舵する転舵機構１１と、転舵機構１１に駆動力を与える転舵アクチュエータ１２と、操舵部材１０に反力トルクＴを与える反力アクチュエータ１３と、反力アクチュエータ１３及び転舵アクチュエータ１２を制御する制御装置１５とを有する。操舵装置１は、転舵アクチュエータ１２、反力アクチュエータ１３、及び制御装置１５をそれぞれ複数備える冗長系であってもよい。

操舵部材１０は、運転者による操舵操作を受け付ける。操舵部材１０は、車体８に回転可能に支持されたステアリングシャフト１８と、ステアリングシャフト１８の一端に設けられたステアリングホイール１９とを有する。ステアリングシャフト１８は車体８に設けられたステアリングコラム（不図示）に回転可能に支持され、その後端はステアリングコラムから後方に突出している。ステアリングホイール１９は、ステアリングシャフト１８の後端に結合され、ステアリングシャフト１８と一体に回転する。

反力アクチュエータ１３は電動モータであり、ギヤを介してステアリングシャフト１８に連結されている。反力アクチュエータ１３が駆動すると、その駆動力がステアリングシャフト１８に回転力として伝達される。反力アクチュエータ１３は、回転することによって操舵部材１０にトルクを与える。反力アクチュエータ１３が操舵操作に応じて操舵部材１０に与えるトルクを反力トルクＴという。

操舵装置１は、ステアリングシャフト１８の軸線を中心とした回転角を操舵角βとして検出する操舵角センサ２１を有する。操舵角センサ２１は公知のロータリエンコーダであってよい。また、操舵装置１は、ステアリングシャフト１８に加わるトルクを操舵トルクＴｓとして検出するトルクセンサ２２を有する。トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１８におけるステアリングホイール１９と反力アクチュエータ１３との間の部分に加わる操舵トルクＴｓを検出する。操舵トルクＴｓは、運転者によってステアリングホイール１９に加えられる操作トルクと、反力アクチュエータ１３によってステアリングシャフト１８に加えられる反力トルクＴとによって定まる。トルクセンサ２２は、磁歪式トルクセンサやひずみゲージ等の公知のトルクセンサ、又は反力アクチュエータ１３の電動モータに流れる電流値に基づいた推定値を利用したものであってよい。

操舵装置１は、反力アクチュエータ１３の回転角θを検出する第１回転角センサ２３を有する。第１回転角センサ２３は、公知のレゾルバやロータリエンコーダであってよい。

転舵機構１１は、車幅方向に延びるラック軸２６を有する。ラック軸２６は、車幅方向に移動可能にギヤハウジング（不図示）に支持されている。ラック軸２６の左右の端部は、タイロッド３０を介して左右の前輪３をそれぞれ支持するナックル７に接続されている。ラック軸２６が車幅方向に移動することによって、前輪３の転舵角αが変化する。転舵機構１１は、操舵部材１０から機械的に切り離されている。

転舵アクチュエータ１２は、電動モータである。転舵アクチュエータ１２は、制御装置１５からの信号に基づいてラック軸２６を車幅方向に移動させ、左右の前輪３の転舵角αを変化させる。

操舵装置１は、転舵アクチュエータ１２の回転角θを検出する第２回転角センサ３１を有する。第２回転角センサ３１は、公知のレゾルバやロータリエンコーダであってよい。また、操舵装置１は、前輪３の転舵角αを検出する転舵角センサ３２を有する。本実施形態では、転舵角センサ３２は、ラック軸２６の車幅方向における位置であるラック位置を検出するラックストロークセンサであり、ラック位置に基づいて前輪３の転舵角αを検出する。

制御装置１５は、ＣＰＵやメモリ、プログラムを記憶した記憶装置等を含む電子制御装置である。制御装置１５には、操舵角センサ２１、トルクセンサ２２、第１回転角センサ２３、第２回転角センサ３１、転舵角センサ３２が接続されている。制御装置１５は、これらのセンサからの信号に基づいて、操舵角β、操舵トルクＴｓ、反力アクチュエータ１３の回転角θ、転舵アクチュエータ１２の回転角θ、転舵角αに対応した信号を取得する。また、制御装置１５は、車速センサ３３、変速ポジションセンサ３４に接続され、車速Ｖ、変速装置３５の変速ポジションＳＰ等を取得する。

変速装置３５は、車両２に搭載された走行駆動源から車輪への動力伝達モードを変更する装置である。例えば、車両２が走行駆動源として内燃機関を搭載している場合、変速装置３５は内燃機関から駆動輪への駆動力伝達モードを変更するトランスミッションである。また、車両２が走行駆動源として電気モータを搭載している場合、変速装置３５は電気モータから駆動輪への駆動力伝達モードを変更するパワーユニットである。

変速装置３５は、自動変速機である場合、駆動力伝達モードを示す変速ポジションＳＰとして、パーキングポジション「Ｐ」、ニュートラルポジション「Ｎ」、ドライブポジション「Ｄ」、リバースポジション「Ｒ」を備えている。ドライブポジション「Ｄ」は、１つのレンジを有していてもよく、１速（Ｌｏｗ）、２速などを含む複数のレンジを有していてもよい。変速装置３５は、手動変速機である場合、ニュートラルポジション「Ｎ」、ドライブポジション「Ｄ」、リバースポジション「Ｒ」を備えている。ドライブポジション「Ｄ」は、１速～５速などの複数のレンジを有している。以下、ドライブポジション「Ｄ」及びリバースポジション「Ｒ」を総称して、走行用ポジションということがある。

変速装置３５の変速ポジションＳＰは、シフトレバーやシフトボタン等の切替部材に対する運転者の切替操作によって切り替えられる。なお、シフトボタンは、タッチパネルディスプレイに表示される機能ボタンであってもよい。変速ポジションセンサ３４は、運転者によって切り替えられた変速装置３５の変速ポジションＳＰに対応した信号を取得する。制御装置１５を含む車両システムは、変速装置３５がパーキングポジション「Ｐ」又はニュートラルポジション「Ｎ」にある場合のみに、オン／オフを切り替えられるように構成されている。

制御装置１５は、反力アクチュエータ１３及び転舵アクチュエータ１２に接続され、反力アクチュエータ１３及び転舵アクチュエータ１２を制御する。制御装置１５は、操舵角βに応じて転舵アクチュエータ１２を制御し、且つ転舵角αに応じて反力アクチュエータ１３を制御する。

また、制御装置１５は、転舵アクチュエータ１２の出力特性を管理するように構成されている。図２は転舵アクチュエータ１２の出力特性を示すグラフである。図２に示すように、転舵アクチュエータ１２は、車両２が停止しているときに前輪３を転舵するのに必要な転舵トルクＴ１において、所定の速度（転舵角速度）で前輪３を転舵できる出力特性を有している。したがって、制御装置１５は、図２に示す出力を最大限に発揮するように転舵アクチュエータ１２を駆動することにより、車両２の停止中に前輪３を所定の速度で転舵することができる。転舵アクチュエータ１２は、前輪３を転舵するのに必要な転舵トルクが小さくなるほど高い（速い）転舵角速度を発揮する。

一方、転舵アクチュエータ１２に出力を最大限に発揮させることができない場合もある。例えば、電源系の故障時や、転舵アクチュエータ１２のデグラデーション状態時等である。デグラデーション状態とは、転舵アクチュエータ１２が過熱状態にあること等を理由に、転舵アクチュエータ１２の出力が制限された状態を意味する。このような場合のために、制御装置１５は転舵アクチュエータ１２に発揮させる出力を制限するべく、転舵アクチュエータ１２に発揮させることができる最大出力を取得する。この最大出力は、図２に示す転舵アクチュエータ１２の特性値よりも小さく、転舵アクチュエータ１２の使用状況や温度等に応じた可変値（例えば９０％や５０％等）である。最大出力は、センサの検出により取得されてもよく、推定により取得されてもよい。

以下、制御装置１５のＳＢＷモードにおける制御を具体的に説明する。制御装置１５は、操舵角センサ２１によって検出された操舵角βに基づいて、操舵角βに対して所定関係をなす目標転舵角αｔを演算する。制御装置１５は、例えば操舵角βに所定のギヤ比Ｋを掛けることによって目標転舵角αｔを演算するとよい（αｔ＝β×Ｋ）。ギヤ比Ｋは例えば０．０１～０．５であり、一例として０．１２５であるとよい。そして、制御装置１５は、転舵角αが目標転舵角αｔとなるように、目標転舵角αｔと転舵角αとの偏差Δα（＝αｔ－α）に基づいて転舵アクチュエータ１２に供給すべき第１電流値Ａ１を演算する。すなわち、制御装置１５は、偏差Δαに基づいて、転舵アクチュエータ１２のフィードバック制御を行う。偏差Δαが大きいほど、転舵アクチュエータ１２に供給される第１電流値Ａ１が大きくなり、転舵アクチュエータ１２の出力が大きくなり、転舵角αの変化速度が大きくなる。

制御装置１５は、前輪３の転舵状態に応じて、具体的には偏差Δαに基づいて反力アクチュエータ１３が発生させるべき目標反力トルクＴｔを演算する。目標反力トルクＴｔはΔαに所定の係数を掛けることによって演算されるとよい。そして、制御装置１５は、演算した目標反力トルクＴｔに基づいて反力アクチュエータ１３に供給すべき第２電流値Ａ２を演算する。反力アクチュエータ１３に供給すべき第２電流値Ａ２は、目標反力トルクＴｔに基づいて所定のマップを参照することによって決定されるとよい。なお、他の実施形態では、制御装置１５は、偏差Δαに基づいて所定のマップを参照し、第２電流値Ａ２を決定してもよい。目標反力トルクＴｔ及び第２電流値Ａ２は、転舵角αの偏差Δαが大きいほど大きく設定される。

制御装置１５は、第２電流値Ａ２を反力アクチュエータ１３に供給し、反力アクチュエータ１３に駆動力を発生させる。反力アクチュエータ１３が発生した駆動力は、ステアリングシャフト１８に運転者の操作入力に抗する反力トルクＴとして加えられる。これにより、運転者は、操舵操作に対する反力（抵抗力）をステアリングホイール１９から受けることができる。

ところで、制御装置１５は車両２のイグニッションスイッチがオンのときに稼働し、イグニッションスイッチがオフになると稼働を停止する。したがって、イグニッションスイッチがオフの間は、操舵部材１０が操舵されて操舵角βが変化しても、前輪３の転舵角αは変化せず、反力トルクＴも発生しない。そのため、イグニッションスイッチがオフの間に、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとが上記所定のギヤ比関係でなくなることがある。以下、所定のギヤ比関係が加味された、互いに対応する両角度を位相という。このように転舵角αの位相が操舵角βの位相から偏位した不整合状態には複数のタイプがある。

図３は操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの位相関係を示す図である。図３に示すように、操舵角β及び転舵角αの位相が互いに偏位した状態（不整合状態）の状態には、操舵角β及び転舵角αの位相の方向が互いに逆の逆位相のタイプ（Ａ）と、操舵角β及び転舵角αの位相の方向が互いに同一の同位相のタイプ（Ｂ）とがある。ここで、操舵角β及び転舵角αの位相の一方のみが０である、又は０と見做せる所定の角度範囲にある場合（以下、単に「０である場合」という）は同位相の位相偏位に分類される。したがって、同位相のタイプ（Ｂ）には、操舵角βが０であり、転舵角αが０でないタイプ（Ｂ１）と、転舵角αの位相が操舵角βの位相よりも大きいタイプ（Ｂ２）と、転舵角αの位相が操舵角βの位相よりも小さいタイプ（Ｂ３）と、転舵角αが０であり、操舵角βが右又は左に０より大きいタイプ（Ｂ１）との４つがある。

図４は操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係を示すグラフである。図４に示すように、逆位相の１つのタイプ及び同位相の４つのタイプは、図４のグラフに示す通りである。

このようにイグニッションスイッチがオフの間には操舵角β及び転舵角αの位相関係が崩れ得ることから、制御装置１５は、イグニッションスイッチがオンになって起動すると、図５及び図６に示す位相合わせ制御を実行する。

図５は起動時に制御装置１５が実行する位相合わせ制御の前半部のフロー図であり、図６は後半部のフロー図である。図５に示すように、制御装置１５は起動すると、操舵角β及び転舵角αを取得し（ステップＳＴ１）、操舵角β及び転舵角αの位相が偏位しているか否かを判定する（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２では、操舵角β及び転舵角αの位相関係が所定のギヤ比関係から変化しているか（図３に示される斜めのギヤ比Ｋの線から外れているか）否かが判定される。操舵角β及び転舵角αの位相が整合している場合（ＳＴ２：Ｎｏ）、制御装置１５は本処理を終了する。

操舵角β及び転舵角αの位相が互いに偏位している場合（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、制御装置１５は、転舵アクチュエータ１２の最大出力を取得し（ステップＳＴ３）、最大出力が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。ここで、所定値は、車両２の停止中に前輪３を所定の速度で転舵できる値として予め設定された値であり、例えば９０％や８０％であってよい。所定値は、固定値であってもよく、車両２の状態に応じて変化する可変値であってもよい。

転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値未満である場合（ＳＴ４：Ｎｏ）、制御装置１５は、転舵アクチュエータ１２の最大出力に基づいて、車両２が停止している状態で所定時間内に変更可能な転舵角αの最大変更量である最大補正角αｃｍａｘを算出する（ステップＳＴ５）。この所定時間は、その時点（初回はイグニッションスイッチがオンになった時点）から車速Ｖが所定速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）に達するまでに要する時間として、車両２の状態に応じて設定される可変値である。所定時間は、イグニッションオン後に最も長く、変速ポジションＳＰがパーキングポジション「Ｐ」から走行用ポジションになるとより短く、車両２が走行を開始すると更に短くなるように設定される。ある時点における最大補正角αｃｍａｘは、例えば、図７に示すグラフのように設定されている。続いて制御装置１５は、転舵角αの操舵角βとの位相関係に対する偏位量αｄｅｖ、すなわち操舵角βにギヤ比Ｋを乗じた値との位相差が、上記の最大補正角αｃｍａｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ６）。

転舵角αの偏位量αｄｅｖが最大補正角αｃｍａｘよりも大きい場合、（ＳＴ６：Ｎｏ）、制御装置１５は、車速Ｖに上限値を設定する車速制限を行い（ステップＳＴ７）、図６のステップＳＴ８に処理を進める。例えば、制御装置１５は車速Ｖの上限値に１０ｋｍ／ｈを設定する。一方、ステップＳＴ４の判定で、転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値以上である場合（Ｙｅｓ）及び、ステップＳＴ６の判定で、転舵角αの偏位量αｄｅｖが最大補正角αｃｍａｘ以下である場合（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、制御装置１５は車速制限を行うことなく図６のステップＳＴ８に処理を進める。これにより、ステップＳＴ４又はステップＳＴ６の判定がＹｅｓにまるまで、車両２は上限値よりも高い車速Ｖで走行することができなくなる。なお、ステップＳＴ２の判定がＮｏになることによっても車速制限は解除されるが、通常はステップＳＴ２の判定がＮｏになる前にステップＳＴ６の判定がＹｅｓにまる。

このように、操舵角β及び転舵角αの位相が偏位している状態で（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値未満であり（ＳＴ４：Ｎｏ）、且つ転舵角αの偏位量αｄｅｖが最大補正角αｃｍａｘよりも大きい（ＳＴ６：Ｎｏ）場合には、車速Ｖが制限される。車速Ｖの制限は、転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値まで回復するか、車速Ｖが所定速度に達する前に転舵角α及び操舵角βの位相を整合可能と判定できるまで、継続される。これにより、運転者が意図する方向と異なる方向へ車両２が高速で進むことが抑制される。

続いて図６に示すように、制御装置１５は車速Ｖを取得し（ステップＳＴ８）、車両２が走行中であるか否かを判定する（ステップＳＴ９）。具体的には、制御装置１５は、車速Ｖが所定の閾値Ｖｔｈよりも高い場合に車両２が走行中であると判定し、それ以外の場合は車両２が停止していると判定する。車両２が停止していると判定された場合（ＳＴ９：Ｎｏ）、制御装置１５は、操舵角β及び転舵角αに基づいて位相偏位のタイプを確認し（ステップＳＴ１０）、位相偏位のタイプが逆位相であるか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。

位相偏位のタイプが逆位相である場合（ＳＴ１１：Ｙｅｓ）、制御装置１５は変速ポジションＳＰを取得し（ステップＳＴ１２）、変速ポジションＳＰがドライブポジション「Ｄ」又はリバースポジション「Ｒ」であるか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。運転者がまだシフト切替操作を行っておらず、変速ポジションＳＰがパーキングポジション「Ｐ」又はニュートラルポジション「Ｎ」である場合（ＳＴ１３：Ｎｏ）、及び、ステップＳＴ１１でＮｏと判定された場合、制御装置１５は操舵角速度βｄｏｔを取得する（ステップＳＴ１４）。制御装置１５は、操舵角速度βｄｏｔが０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］である、又は０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］と見做せる所定の速度範囲にある（以下、単に「０である」という）か否かを判定する（ステップＳＴ１５）。

操舵角速度βｄｏｔが０である場合（ＳＴ１５：Ｙｅｓ）、制御装置１５は上記処理を繰り返す。操舵部材１０が運転者によって操舵され、操舵角速度βｄｏｔが０でない場合（ＳＴ１５：Ｎｏ）、制御装置１５は、パッシブ位相合わせを実行する（ステップＳＴ１６）。ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせは、操舵部材１０が操舵されている間に（ＳＴ１５：Ｎｏ）操舵角β及び転舵角αの位相を近付けるように、転舵アクチュエータ１２及び反力アクチュエータ１３の少なくとも一方を駆動する制御である。ここで、「操舵角β及び転舵角αの位相を近付ける」とは、操舵角βと転舵角αとを所定関係（上記のギヤ比関係）に近付けることを意味する。本実施形態では、制御装置１５は操舵角β及び転舵角αの位相を合わせるために転舵アクチュエータ１２を駆動する。

ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせでは、制御装置１５は、操舵部材１０が操作されたことをトリガにして（ＳＴ１５：Ｎｏ）、操舵角β及び転舵角αの位相を近付けるように転舵アクチュエータ１２を駆動する。このように、操舵部材１０が操作されたことをトリガにして転舵角αが操舵角βに対して位相を近付けるため、運転者が意識していないときに前輪３が転舵されることが抑制される。

図８は、パッシブ位相合わせによる転舵角αの変化を示すタイムチャートである。図８に示すように、パッシブ位相合わせでは、制御装置１５は、操舵角βに応じて設定される目標転舵角αｔと転舵角αとの偏差Δα（＝αｔ－α）が徐々に小さくなるように転舵アクチュエータ１２を駆動する。操舵部材１０が転舵角αの位相に近付く向きに操舵されている場合であっても、操舵部材１０の操舵速度が所定の操舵速度以上である場合には、制御装置１５は、操舵部材１０の操舵方向と同じ方向に前輪３が転舵されるように転舵アクチュエータ１２を駆動する。

図６に戻り、ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせでは、制御装置１５は、操舵部材１０が操作されなくなったことをトリガにして（ＳＴ１５：Ｙｅｓ）上記処理を繰り返す、すなわち、転舵アクチュエータ１２の駆動を停止する。これにより、操舵部材１０が操作されていない間は転舵角αが一定に保たれるため、運転者が違和感を覚えることが抑制される。

運転者がシフト切替操作を行い、変速ポジションＳＰがドライブポジション「Ｄ」又はリバースポジション「Ｒ」になると、ステップＳＴ１３の判定がＹｅｓになり、制御装置１５は逆位相合わせを行う（ステップＳＴ１７）。逆位相合わせは、操舵部材１０が操舵されているか否かに関わらず、操舵角β及び転舵角αの位相を互いに近付けて同位相にするように、転舵アクチュエータ１２及び反力アクチュエータ１３の少なくとも一方を駆動する制御である。

ステップＳＴ１２の逆位相合わせは、ステップＳＴ８の判定にて、変速ポジションＳＰがパーキングポジション「Ｐ」又はニュートラルポジション「Ｎ」からドライブポジション「Ｄ」又はリバースポジション「Ｒ」に変更されたことをトリガにして開始される。つまり、変速ポジションＳＰがパーキングポジション「Ｐ」から走行用ポジションになったことを条件にして、制御装置１５が逆位相合わせを開始する。逆位置合わせは、この条件が満たされた直後に開始されてもよく、所定の遅れをもって開始されてもよい。

このように、運転者が変速ポジションＳＰをパーキングポジション「Ｐ」又はリバースポジション「Ｒ」から走行用ポジションへ変化させたことをトリガにして、制御装置１５はステップＳＴ１２の逆位相合わせを行い、転舵角α及び操舵角βの位相を互いに近付ける。そのため、運転者に発進意思があるときに、転舵角α及び操舵角βの位相を互いに近付けることができる。

本実施形態では、制御装置１５は操舵角β及び転舵角αの位相を同位相にするために転舵アクチュエータ１２を駆動する。本実施形態の逆位相合わせ（ＳＴ１７）では、制御装置１５は、目標転舵角αｔを０°（中立位置）に設定して転舵アクチュエータ１２を駆動し、転舵角αが目標転舵角αｔに一致して、転舵角αの位相が操舵角βの位相と同位相になると、転舵アクチュエータ１２の駆動を停止する。ただし、目標転舵角αｔは、０°から、操舵角βの位相に一致する値の範囲内であれば如何なる値に設定されてよい。

この転舵アクチュエータ１２の駆動停止は、操舵角βの方向と転舵角αの方向とが互いに同一になったこと（ＳＴ１１：Ｎｏ）をトリガにして行われる。これにより、操舵部材１０が操作されない場合（ＳＴ１５：Ｙｅｓ）でも、転舵角α及び／又は操舵角βが必要以上に変化することなく、車両２が運転者の意思と異なる方向へ発進する状態が解消される。

ステップＳＴ１７の逆位相合わせは、ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせとは異なり、操舵部材１０が操作されたか否かを問わずに行わる。そのため、操舵角βの方向と転舵角αの方向とが互いに逆である場合には（ＳＴ１１：Ｙｅｓ）、操舵部材１０の操作に関わらずに、変速ポジションＳＰがパーキングポジション「Ｐ」又はニュートラルポジション「Ｎ」から走行用ポジションへ変化した直後に転舵角α及び操舵角βの位相を互いに近付けることができる。

制御装置１５がステップＳＴ１７にて逆位相合わせを実行すると、その後はステップＳＴ１１において、位相偏位のタイプが同位相と判定される（ＳＴ１１：Ｎｏ）。この場合、制御装置１５は、処理をステップＳＴ１４に進め、操舵部材１０が操舵されていない間に（ＳＴ１５：Ｎｏ）操舵角β及び転舵角αの位相を合わせるパッシブ位相合わせ（ＳＴ１６）を実行する。

また、ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせは、操舵角βの方向と転舵角αの方向とが互いに逆である場合に（ＳＴ１１：Ｙｅｓ）、変速ポジションＳＰがパーキングポジション「Ｐ」又はニュートラルポジション「Ｎ」にある状態で（ＳＴ１３：Ｎｏ）操舵部材１０が操作されたこと（ＳＴ１５：Ｎｏ）をトリガにして行われる。このように、操舵角βの方向と転舵角αの方向とが互いに逆である場合には、操舵部材１０の操作をトリガにすることで、運転者に違和感を与えることなく、転舵角α及び操舵角βの位相を互いに近付けることができる。

ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせによって操舵角β及び転舵角αの位相合わせが完了することなく、車両２が発進すると、ステップＳＴ９において、車両２が走行中であると判定される（ＳＴ９：Ｙｅｓ）。

この場合、制御装置１５は、操舵角速度βｄｏｔを取得し（ステップＳＴ１８）、操舵角速度βｄｏｔが０であるか否かを判定する（ステップＳＴ１９）。操舵角速度βｄｏｔが０である場合（ＳＴ１９：Ｙｅｓ）、制御装置１５はアクティブ位相合わせを実行する（ステップＳＴ２０）。アクティブ位相合わせは、車両２の発進後（ＳＴ９：Ｙｅｓ）、運転者が操舵部材１０を操舵しなくても（ＳＴ１９：Ｙｅｓ）、操舵角β及び転舵角αの位相がゆっくり合うように、転舵アクチュエータ１２及び反力アクチュエータ１３の少なくとも一方を駆動する制御である。本実施形態では、制御装置１５は操舵角β及び転舵角αの位相を合わせるために転舵アクチュエータ１２を駆動する。

このように、操舵部材１０が操作されたか否かを問わずに、制御装置１５がステップＳＴ２０のアクティブ位相合わせを実行することにより、操舵部材１０が操作されなくても、運転者が意図する方向と異なる方向へ車両２が高速で進むことが抑制される。アクティブ位相合わせが実行されることにより、車両２の発進後には必ず操舵角β及び転舵角αの位相が整合し、ステップＳＴ２の判定がＮｏになることで位相合わせ制御が終了する。よって、車速Ｖの上限値は解除される。

図９は、アクティブ位相合わせによる転舵角αの変化を示すタイムチャートである。図９に示すように、車速Ｖが所定の閾値Ｖｔｈよりも高くなると、制御装置１５がアクティブ位相合わせを開始し、操舵角β及び転舵角αの位相偏位が小さくなるように、転舵アクチュエータ１２を駆動する。

この際、制御装置１５は、目標転舵角αｔと転舵角αとの偏差Δαに基づいて算出する第１電流値Ａ１に対し、通常時の転舵角制御に比べて転舵角αの変化速度を低下させるための減速ゲインＧを乗じ、転舵アクチュエータ１２を駆動する。これにより、転舵角αの変化速度は通常時に比べて遅くなり、車両２が運転者の予期せぬ挙動をとることが抑制される。

減速ゲインＧは、車速Ｖに応じて変化するように設定されるとよい。具体的には、減速ゲインＧは車速Ｖが低いときに比較的大きな値に設定され、車速Ｖが高いほど、転舵角αの変化速度が遅くなるように小さな値に設定される。これにより、車速Ｖが低く転舵角αの変化が車両挙動に与える影響が小さいときには、比較的速い速度で転舵角αを変化させ、車両挙動に与える影響が大きい高車速のときには転舵角αの変化を抑制することができる。これにより、車両２が予期しない挙動をとることがより確実に抑制される。

再び図６に戻り、車両２の走行中に（ＳＴ９：Ｙｅｓ）操舵部材１０が運転者によって操舵され、操舵角速度βｄｏｔが０でない場合（ＳＴ１９：Ｎｏ）、制御装置１５は、パッシブ位相合わせを実行する（ステップＳＴ２１）。ステップＳＴ２１のパッシブ位相合わせは、操舵部材１０が操舵されていない間に（ＳＴ１９：Ｎｏ）操舵角β及び転舵角αの位相を合わせるように、転舵アクチュエータ１２及び反力アクチュエータ１３の少なくとも一方を駆動する制御である。本実施形態では、制御装置１５は操舵角β及び転舵角αの位相を合わせるために転舵アクチュエータ１２を駆動する。

ステップＳＴ２１のパッシブ位相合わせでは、制御装置１５は、操舵部材１０が操作されているときに行われるアクティブ位相合わせ（ＳＴ２０）に比べて転舵角αの変化速度が速くなるように、転舵アクチュエータ１２を駆動する。これにより、運転者が車両２の挙動を予期し易い操舵操作中には速い変化速度で転舵角αが変化し、早期に操舵角β及び転舵角αの位相を整合させることができる。

ステップＳＴ１６のパッシブ位相合わせ、ステップＳＴ２０のアクティブ位相合わせ、及び、ステップＳＴ２１のパッシブ位相合わせにより、操舵角β及び転舵角αの位相が整合し、ステップＳＴ２の判定がＮｏになると、位相合わせ制御は終了する。

次に、このように構成された実施形態に係る操舵装置１の作用効果について説明する。

図５に示すように、制御装置１５は、その起動時に転舵角αが操舵角βに対して所定関係から偏位している場合（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、図６のステップＳＴ９、ステップＳＴ１５及びステップＳＴ１７のトリガ条件が満たされたときに、転舵角αが操舵角βに対して所定関係に近付くように転舵アクチュエータ１２を駆動し（ＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ２０、ＳＴ２１）、且つ車速Ｖに上限値を設定する（ＳＴ７）。このように車速Ｖが上限値によって制限されることにより、運転者が予想した方向と異なる方向に車両２が急加速することが抑制される。

制御装置１５は、その起動時に転舵アクチュエータ１２の最大出力を取得し（ＳＴ３）、転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値以上である場合には（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、車速Ｖに上限値を設定しない。そのため、運転者の意図に沿う加速が不要に制限されることが抑制される。

制御装置１５は、起動時に転舵アクチュエータ１２の最大出力に基づいて、所定時間内に変更可能な転舵角αの最大変更量である最大補正角αｃｍａｘを算出する（ＳＴ５）。そして、転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値未満であっても（ＳＴ４：Ｎｏ）、転舵角αの所定関係に対する偏位量αｄｅｖが最大補正角αｃｍａｘ以下である場合には（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、制御装置１５は車速Ｖに上限値を設定しない。そのため、運転者の意図に沿う加速が不要に制限されることがより確実に抑制される。

転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値未満であり（ＳＴ４：Ｎｏ）、且つ、転舵角αの所定関係に対する偏位量αｄｅｖが最大補正角αｃｍａｘよりも大きい場合には（ＳＴ６：Ｎｏ）、制御装置１５は、最大出力が所定値以上になるか（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、偏位量αｄｅｖが最大補正角αｃｍａｘ以下になる（ＳＴ６：Ｙｅｓ）まで車速Ｖに上限値を設定する。そのため、運転者が予想した方向と車両２の進行方向とを所定時間内に一致可能になるまでは車両２の急加速を抑制し、運転者が予想した方向と車両２の進行方向とを所定時間内に一致可能になった後には運転者の意図に沿う加速が可能になる。これにより、運転者の意図に沿う操舵と加速とが両立する。

次に、図１０を参照して、本発明に係る操舵装置１の変形例について説明する。なお、本変形例は、位相合わせ制御の手順の一部が上記実施形態と相違し、他は上記実施形態と同一である。以下、上記実施形態と相違する点を説明する。

図１０は、変形例に係る位相合わせ制御の前半部のフロー図である。なお、位相合わせ制御の後半部は上記実施形態の図６と同じである。図１０に示すように、制御装置１５は、ステップＳＴ２において操舵角β及び転舵角αの位相が互いに偏位している（Ｙｅｓ）と判定した後、操舵角β及び転舵角αに基づいて、位相偏位のタイプが逆位相であるか否かを判定する（ステップＳＴ３１）。そして制御装置１５は、位相偏位のタイプが逆位相である場合（ＳＴ３１：Ｙｅｓ）にステップＳＴ３に処理を進める一方、位相偏位のタイプが逆位相でない場合（ＳＴ３１：Ｎｏ）には図６のステップＳＴ８に処理を進める。すなわち、位相偏位のタイプが逆位相でない場合には、ステップＳＴ７において車速Ｖが制限されることはない。

ステップＳＴ３～ステップＳＴ５は上記実施形態と同じ処理である。ステップＳＴ５の後、制御装置１５は、転舵角αの位相を操舵角βの位相と同位相にする、すなわち転舵角αを中立点について操舵角βと同じ側にするのに必要な補正量として与えられる同方向補正量αｄｅｖｎを算出し、この同方向補正量αｄｅｖｎが最大補正角αｃｍａｘ以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ３６）。同方向補正量αｄｅｖｎは、転舵角αの０°（中立位置）からの偏位角度である。

同方向補正量αｄｅｖｎが最大補正角αｃｍａｘよりも大きい場合、（ＳＴ３６：Ｎｏ）、制御装置１５は、車速Ｖに上限値を設定する車速制限を行い（ステップＳＴ７）、図６のステップＳＴ８に処理を進める。一方、ステップＳＴ６の判定で、同方向補正量αｄｅｖｎが最大補正角αｃｍａｘ以下である場合（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、制御装置１５は車速制限を行うことなく図６のステップＳＴ８に処理を進める。

本変形例ではこのように、転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値未満であっても（ＳＴ４：Ｎｏ）、転舵角αを操舵角βと同方向にするのに必要な同方向補正量αｄｅｖｎが最大補正角αｃｍａｘ以下である場合には（ＳＴ３６：Ｙｅｓ）、制御装置１５は車速Ｖに上限値を設定しない。そのため運転者の意図に沿う加速が不要に制限されることがより確実に抑制される。

転舵アクチュエータ１２の最大出力が所定値未満であり（ＳＴ４：Ｎｏ）、且つ、同方向補正量αｄｅｖｎが最大補正角αｃｍａｘよりも大きい場合には（ＳＴ３６：Ｎｏ）、制御装置１５は、転舵角αが操舵角βに対して同方向になるか（ＳＴ３１：Ｎｏ）、最大出力が所定値以上になるか（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、同方向補正量αｄｅｖｎが最大補正角αｃｍａｘ以下になる（ＳＴ３６：Ｙｅｓ）まで車速Ｖに上限値を設定する。そのため、運転者が予想した方向と車両２の進行方向とを所定時間内に同方向にできるようになるまでは車両２の急加速を抑制し、運転者が予想した方向と車両２の進行方向とを所定時間内に同方向にできるようになった後には運転者の意図に沿う加速が可能になる。これにより、運転者の意図に沿う操舵と加速とが両立する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記の実施形態では、ステップＳＴ７において、制御装置１５が車速Ｖに上限値を設定して車速制限を行ったが、制御装置１５は車両２の加速度に上限値を設定して車両２の加速度制限を行ってもよい。これによっても、運転者が予想した方向と異なる方向に車両２が大きな加速度をもって動くことが抑制される。また、制御装置１５は、その起動時に直ちに（ステップＳＴ２以降、且つステップＳＴ８前に）転舵アクチュエータ１２を駆動してもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度、手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更することができる。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ ：操舵装置
２ ：車両
３ ：前輪
１０ ：操舵部材
１１ ：転舵機構
１２ ：転舵アクチュエータ
１３ ：反力アクチュエータ
１５ ：制御装置
２１ ：操舵角センサ
３２ ：転舵角センサ
α ：転舵角
αｄｅｖ：偏位量
αｄｅｖｎ：同方向補正量
αｃｍａｘ：最大補正角
β ：操舵角
Ｖ ：車速

Claims (6)

1. 車両の操舵装置であって、
   操舵操作を受け付ける操舵部材と、
   前記操舵部材から機械的に切り離され、車輪を転舵するように構成された転舵機構と、
   前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記車輪の転舵角を検出する転舵角センサと、
   前記転舵機構に駆動力を与える転舵アクチュエータと、
   前記操舵部材に、前記操舵操作に対する反力を付与する反力アクチュエータと、
   前記転舵角が前記操舵角に対して所定関係になるように前記転舵アクチュエータを駆動制御するとともに、前記反力が前記車輪の転舵状態に応じた値になるように前記反力アクチュエータを駆動制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記転舵角が前記操舵角に対して前記所定関係から偏位している場合には、直ちに又は所定のトリガ条件が満たされたときに、前記転舵角が前記操舵角に対して前記所定関係に近付くように前記転舵アクチュエータを駆動し、且つ車速又は加速度に上限値を設定する車両の操舵装置。
2. 前記制御装置は、前記転舵アクチュエータの最大出力を取得し、前記転舵アクチュエータの前記最大出力が所定値以上である場合には、前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定しない請求項１に記載の車両の操舵装置。
3. 前記制御装置は、前記転舵アクチュエータの前記最大出力に基づいて、所定時間内に変更可能な前記転舵角の最大変更量である最大補正角を算出し、
   前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であっても、前記転舵角の前記所定関係に対する偏位量が前記最大補正角以下である場合には、前記制御装置は前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定しない請求項２に記載の車両の操舵装置。
4. 前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であり、且つ、前記転舵角の前記所定関係に対する前記偏位量が前記最大補正角よりも大きい場合には、前記制御装置は、前記最大出力が前記所定値以上になるか、前記偏位量が前記最大補正角以下になるまで前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定する請求項３に記載の車両の操舵装置。
5. 前記制御装置は、前記転舵アクチュエータの前記最大出力に基づいて、所定時間内に変更可能な前記転舵角の最大変更量である最大補正角を算出し、
   前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であっても、前記転舵角を中立点について前記操舵角と同じ側にするのに必要な補正量として与えられる同方向補正量が前記最大補正角以下である場合には、前記制御装置は前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定しない請求項２に記載の車両の操舵装置。
6. 前記転舵アクチュエータの前記最大出力が前記所定値未満であり、且つ、前記同方向補正量が前記最大補正角よりも大きい場合には、前記制御装置は、前記転舵角が前記操舵角に対して同方向になるか、前記最大出力が前記所定値以上になるか、前記同方向補正量が前記最大補正角以下になるまで前記車速又は前記加速度に前記上限値を設定する請求項５に記載の車両の操舵装置。

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