JP2023523116A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反力モータが故障した場合に、運転者が操舵部材を過度に切り込むことによって運転者の意図に反して操舵角が大きくなることを抑制する。【解決手段】反力アクチュエータ１５が２つの反力モータ１４（１４Ａ、１４Ｂ）を含み、反力モータ１４の１つが正常であり、他方の反力モータ１４の故障が検出された場合、制御装置１６は反力モー１４タの正常な１つの出力（Ｔｔａ）を所定の制限値（ＴＬ）まで漸減させる。【選択図】図３

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。

このようなステアバイワイヤ式の操舵装置において、転舵モータが故障した場合においても舵取りが困難となることを防止するべく、操舵機構の相異なる位置に１対に転舵モータが設けられたものが公知である（特許文献１）。この操舵装置では、制御装置は必要な転舵力を所定の比率にて配分して各転舵モータの出力目標値を決定する。一方の転舵モータが故障した場合、制御装置は故障側の転舵モータの出力を禁じ、非故障側の転舵モータの出力を増やすべく配分の比率を変更し、非故障側の転舵モータ単独での舵取りを行わせる。

特開平１０－２１８０００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の操舵装置では、反力アクチュエータとして１つの反力モータだけが設けられている。そのため、反力モータが故障した場合には、操舵部材に付与される操舵反力が急激に小さくなるために、運転者が操舵部材を過度に切り込み、運転者の意図に反して操舵角が大きくなる虞がある。

ここで、特許文献１に記載のモータを２つ設ける転舵アクチュエータの構成を反力アクチュエータに適用することが考えられる。この場合、一方の反力モータが故障したときには、他方の反力モータの出力が増加し、故障した反力モータの損失による不足分を補うことになる。その結果、運転者は残された反力モータにより、支障なく車両を操作することができる。しかしながら、運転者は、車両の操作を支障なく継続できることから、冗長性の失われた状態で運転を続けることが考えられる。そのような状態に於いて、他方の反力モータも故障することがあり得る。この場合には、やはり操舵部材に付与される操舵反力が急激に小さくなるために、運転者が操舵部材を過度に切り込み、運転者の意図に反して操舵角が大きくなる虞がある。

本発明は、このような背景に鑑み、反力モータが故障した場合に、運転者が操舵部材を過度に切り込むことによって運転者の意図に反して操舵角が大きくな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（１３）と、前記操舵操作に対する反力（Ｔ）を前記操舵部材に付与する少なくとも２つの反力モータ（１４）を含む反力アクチュエータ（１５）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（Ｔｔ）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（１６）とを備え、前記制御装置は、前記反力モータの故障を検出する故障検出部（３６）を備え、前記反力モータの１つが正常であり、他のすべての故障が検出された場合、前記反力モータの前記１つの出力（Ｔｔａ）を所定の制限値（ＴＬ）まで漸減させる。

この構成によれば、１つ以外の他のすべての反力モータが故障した後、旋回走行中に正常であった反力モータが失陥したとしても、反力モータの出力は所定の制限値まで漸減しており、急に操舵反力が無くなることがないため、運転者が操舵部材を過度に切り込むことが抑制される。

好ましくは、前記反力アクチュエータの通常の動作中には、前記制御装置は、前記反力モータを制御して、前記反力アクチュエータの出力を、前記反力モータにより所定の配分比をもって分担するとよい。

この構成によれば、いずれの反力モータが故障するかに関わらず、結果として生じる反力の減少は同じであり、また、そのようなときの反力の低下を最小限に抑えることができる。

好ましくは、前記制限値は、前記操舵部材に外力が加えられない状態で、前記反力アクチュエータが前記操舵部材を駆動可能な値（例えば、１Ｎｍ）以上であるとよい。

この構成によれば、反力アクチュエータは反力モータの正常な１つの出力によって操舵部材を駆動できる。そのため、旋回走行中に運転者が操舵部材から手を離したときに、セルフアライメントトルクによって車輪及び操舵部材が中立位置に戻るときのように、制御装置は反力アクチュエータを駆動することで操舵部材を中立位置へ戻すことができる。また、これにより操舵角及び転舵角がともに０°になることから、中立位置にある操舵部材から直進状態であることを運転者が認知し易い。

好ましくは、前記操舵部材は、ステアリングシャフト（１８）の軸線周りに回転可能なステアリングホイール（１９）を含み、前記制限値は、運転者の片腕に相当する荷重が前記ステアリングホイールに作用したときのトルク（例えば、６．３５Ｎｍ）を相殺するのに必要な前記反力モータの前記出力よりも小さいとよい。

この構成によれば、制御装置が反力モータの正常な１つ出力を制限値に制御しているときに、運転者が片腕の荷重をステアリングホイールに加えると、ステアリングホイールは腕の荷重方向へ回転する。即ち、運転者は片腕の重量のみで、ステアリングホイールを回転させ得ることとなる。つまり、運転者は、両腕でステアリングホイールを把持するか、片腕でステアリングホイールを把持する場合には力で腕を支えなければならない。そのため、その状態で正常だった１つの反力モータが故障して操舵反力が無くなっても、運転者がステアリングホイールを過度に切り込むことが抑制される。

好ましくは、前記制御装置は、前記反力モータの前記１つの前記出力を前記制限値まで漸減させる際の減少率（Ｒ）を、車速（Ｖ）が高いほど小さく設定するとよい。

この構成によれば、高速走行時には低速走行時に比べて反力モータの出力の減少率が小さくなり、操舵部材が運転者の意図に反して操舵されることが抑制される。よって、車両の直線安定性が向上する。

好ましくは、前記制御装置は、前記車両の旋回走行中に、前記反力モータの前記１つの前記出力を前記制限値まで漸減させる際の減少率を直進走行中の前記減少率に比べて小さくするとよい。

車両の旋回走行中には運転者が操舵部材に操舵力を加えており、旋回走行中に操舵反力が素早く減少すると、運転者の操舵力と操舵反力との釣り合いが崩れ、操舵部材が切り込まれる虞がある。この構成によれば、旋回走行中には反力モータの出力の減少率が小さいため、操舵反力の減少に運転者が慣れやすく、意図しない操舵部材の切り込みが抑制される。

好ましくは、前記制御装置は、前記操舵角の絶対値（｜β｜）が所定値（βｔｈ）より大きいときのみに、前記反力モータの前記１つの前記出力を漸減させるとよい。

車両の直進走行中に反力モータの出力が減少すると、次に旋回を始める時（操舵角を所定値以上にした時）に、操舵反力が運転者の想定よりも小さくなっていることから、運転者が操舵部材を過度に切り込む虞がある。この構成によれば、直進走行中には反力モータの出力が減少しないため、次に旋回を始める時に、操舵部材の過度な切り込みが抑制される。

好ましくは、前記操舵部材を振動させる振動装置（１５）を更に備え、前記制御装置が前記振動装置の動作を制御するように構成され、前記制御装置は、前記車両の直進走行中に、前記振動装置を駆動して前記操舵部材を振動させる共に、前記反力モータの前記１つの前記出力を漸減させるとよい。

この構成によれば、車両の直進走行中においても、操舵部材が振動することによって操舵反力が減少していることを運転者に認識させることができる。

好ましくは、前記制御装置は、前記車両の直進走行中のみに前記振動装置を駆動し、前記振動装置を駆動している間は前記転舵角が変化しないように前記転舵アクチュエータを制御するとよい。

この構成によれば、車両の直進走行中に操舵部材の振動に起因して車両が蛇行することを防止できる。

以上の構成によれば、反力モータの１つが正常であり、他のすべてが故障した場合に、運転者が操舵部材を過度に切り込むことによって運転者の意図に反して操舵角が大きくなることを抑制できる。

実施形態に係る操舵装置の構成図 制御装置が実行する反力トルク制御のフロー図 操舵装置の動作の例を示すタイムチャート （Ａ）車速ゲイン、（Ｂ）舵角ゲインを示す、減少率設定用のゲインマップ 別の実施形態における舵角ゲインを示す減少率設定用のゲインマップ

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に操作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とを有する。転舵機構１１には、駆動力を与える２つの転舵モータ１２（第１転舵モータ１２Ａ、第２転舵モータ１２Ｂ）を含む転舵アクチュエータ１３が設けられている。以下、２つの転舵モータ１２の一方を区別することなく指す場合に、単に転舵モータ１２ということがある。操舵部材１０には、反力トルクＴを与える２つの反力モータ１４（第１反力モータ１４Ａ、第２反力モータ１４Ｂ）を含む反力アクチュエータ１５が設けられている。以下、２つの反力モータ１４の一方を区別することなく指す場合に、単に反力モータ１４ということがある。転舵アクチュエータ１３及び反力アクチュエータ１５は、制御装置１６によって動作を制御される。転舵アクチュエータ１３及び反力アクチュエータ１５は、転舵モータ１２及び反力モータ１４を複数備える冗長系とされている。制御装置１６も、それが複数設けられる冗長系とされてもよい。

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。

２つの反力モータ１４は電動モータであり、それぞれ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。反力モータ１４の少なくとも一方に電力が供給されて反力アクチュエータ１５が作動すると、反力モータ１４の出力（回転トルク）がステアリングシャフト１８に操舵反力として伝達される。反力モータ１４は回転トルクを発生させることにより、操舵操作に対する反力トルクＴを操舵部材１０に付与する。

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１５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１５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１５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、第１反力モータ１４Ａ及び第２反力モータ１４Ｂの回転角θを検出する２つの第１回転角センサ２３（２３Ａ、２３Ｂ）を有する。各第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。

２つの転舵モータ１２は電動モータであり、それぞれギヤを介してラック軸２６に連結されている。転舵モータ１２の少なくとも一方に電力が供給されて転舵アクチュエータ１３が作動すると、転舵モータ１２の出力（回転トルク）が左右方向の力に変換されてラック軸２６に駆動力として作用する。ラック軸２６が車幅方向に移動することにより、左右の前輪３の転舵角αが変化する。

操舵装置１は、２つの転舵モータ１２の回転角θを検出する２つの第２回転角センサ３１（３１Ａ、３１Ｂ）を有する。各第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１６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１６には、操舵角センサ２１、トルクセンサ２２、２つの第１回転角センサ２３、２つの第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１６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、各反力モータ１４の回転角θ、各転舵モータ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１６は、車速センサ３３、横加速度センサ３４に接続され、車速Ｖ、車体８の横加速度Ｇｙ等を取得する。

制御装置１６は、反力アクチュエータ１５及び転舵アクチュエータ１３に接続され、反力アクチュエータ１５（２つの反力モータ１４）及び転舵アクチュエータ１３（２つの転舵モータ１２）を制御する。制御装置１６は、操舵角βに応じて転舵アクチュエータ１３を制御し、且つ転舵角αに応じて反力アクチュエータ１５を制御する。

以下、制御装置１６のＳＢＷモードにおける制御を具体的に説明する。制御装置１６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１６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１６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）に基づいて各転舵モータ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１６は、偏差Δαに基づいて、転舵モータ１２のフィードバック制御を行う。制御装置１６は、第１転舵モータ１２Ａ及び第２転舵モータ１２Ｂのそれぞれの第１電流値Ａ１を、所定の配分比（例えば、５０％：５０％）となるように演算する。転舵アクチュエータ１３に供給される第１電流値Ａ１の合計値は、偏差Δαが大きいほど大きく、第１電流値Ａ１の合計値が大きくなるほど、転舵アクチュエータ１３の出力が大きくなり、転舵角αの変化速度が速くなる。

制御装置１６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、両反力モータ１４に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、転舵角αの偏差Δαが大きいほど大きく設定される。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。制御装置１６は、目標反力トルクＴｔに基づいて、第１反力モータ１４Ａ及び第２反力モータ１４Ｂのそれぞれに発生させるべき配分反力トルクＴｔａ及びＴｔｂを演算する。反力モータ１４の故障が検出されていない場合、第１反力モータ１４Ａ及び第２反力モータ１４Ｂの配分反力トルクＴｔａ及びＴｔｂは、例えば、５０％：５０％の配分比となるように演算されるとよい。そして、制御装置１６は、演算した各配分反力トルクＴｔａ及びＴｔｂに基づいて、対応する反力モータ１４に供給すべき第２電流値Ａ２を演算する。反力モータ１４に供給される電流値（第１反力モータ１４Ａと第２反力モータ１４Ｂとの間で分配される第２電流値Ａ２）は、所定のマップを参照することによって決定ことができる。

制御装置１６は、各第２電流値Ａ２を対応する反力モータ１４に供給し、反力アクチュエータ１５に出力（回転トルク）を発生させる。反力アクチュエータ１５の出力は、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。

また制御装置１６は、反力モータ１４に供給する第２電流値Ａ２に、高周波にて交番的に正負反転する成分を付加することにより、ステアリングホイール１９に回転微振動を加えることができる。ステアリングホイール１９の回転微振動は、ステアリングホイール１９を把持する運転者への警報として利用される。このとき、反力アクチュエータ１５は操舵部材１０を振動させる振動装置として機能する。制御装置１６は反力アクチュエータ１５を振動装置として機能させるように制御する。

また、制御装置１６は、各転舵モータ１２及び各反力モータ１４の故障を検出する故障検出部３６を備えている。例えば、反力モータ１４のいずれかが故障すると反力トルクが半減する。それにより、いずれかの反力モータ１４が故障したことを検出することができる。１つの反力モータ１４の故障を検出した場合、故障検出部３６は、第１反力モータ１４Ａ及び第２反力モータ１４Ｂのそれぞれに順次トルク指令値を与えることで、個別に反力トルクＴを発生させ、適切な反力トルクＴが検出されるか否かに応じ、故障したのがいずれの反力モータ１４であるかを特定することができる。

図２は制御装置１６が実行する反力トルク制御のフロー図である。制御装置１６は、起動すると、次の反力トルク制御を実行する。制御装置１６はまず、各センサの出力を取得する（ステップＳＴ１）。次に制御装置１６は、転舵角αの偏差Δαに基づいて、両反力モータ１４に発生させるべき目標反力トルクＴｔ（合計値）を演算する（ステップＳＴ２）。制御装置１６は、故障検出部３６によって反力モータ１４の故障が検出されているか否かを判定する（ステップＳＴ３）。反力モータ１４の故障が検出されていない場合（ＳＴ３：Ｎｏ）、制御装置１６は、両反力モータ１４の配分比を、上記のように通常時の配分比である５０％：５０％に設定する（ステップＳＴ４）。

続いて、制御装置１６は、上記配分比になるような演算した各反力モータ１４の配分反力トルクＴｔａに基づいて、各反力モータ１４に供給すべき第２電流値Ａ２を演算する（ステップＳＴ５）。制御装置１６は、演算した第２電流値Ａ２を各反力モータ１４に供給する（ステップＳＴ６）。これにより、反力アクチュエータ１５の出力が、反力トルクＴとして操舵部材１０に付与される。ステップＳＴ６にて第２電流値Ａ２を出力した後、制御装置１６は上記手順を繰り返す。

一方、ステップＳＴ３にて反力モータ１４の故障が検出されている場合（ＳＴ３：Ｙｅｓ）、制御装置１６は、第１反力モータ１４Ａが故障しているか否かを判定する（ステップＳＴ７）。第１反力モータ１４Ａの故障が検出されている場合（ＳＴ７：Ｙｅｓ）、制御装置１６は、第１反力モータ１４Ａの配分比を０に設定する（ステップＳＴ８）。第１反力モータ１４Ａの故障が検出されていない場合（ＳＴ７：Ｎｏ）、制御装置１６は、第２反力モータ１４Ｂの配分比を０に設定する（ステップＳＴ９）。続いて、制御装置１６は、故障していない他方の反力モータ１４（以下、単に「正常な反力モータ１４」という）の配分比を、通常時の配分比である５０％から漸減させる漸減処理を実行する（ステップＳＴ１０）。ステップＳＴ１０にて正常な反力モータ１４の配分比を設定した後、制御装置１６は、上記のステップＳＴ５へ処理を進め、ステップＳＴ６で第２電流値Ａ２を出力した後、上記手順を繰り返す。ステップＳＴ１０において、制御フローがステップＳＴ５に進む前に、正常な反力モータ１４の出力が漸減される。この場合も、ステップＳＴ５で第２電流値Ａ２が演算され、ステップＳＴ６で第２電流値Ａ２が出力される。このプロセスは、反力アクチュエータ１５の出力が制限値ＴＬに到達し、この値に保たれるまで繰り返される。

制御装置１６がこのようにして反力トルク制御を実行することにより、反力モータ１４の出力である反力トルクＴは以下のように変化する。図３は、操舵装置１の動作の例を示すタイムチャートである。図３に示すように、正常に作動していた第１反力モータ１４Ａ及び第２反力モータ１４Ｂの一方（図示例では第１反力モータ１４Ａ）が、時点ｔ１にて故障する。制御装置１６の故障検出部３６は、時点２において、故障した反力モータ１４を特定する。故障した反力モータ１４を特定すると、制御装置１６は、故障した側の反力モータ１４の出力を０に設定し、正常な反力モータ１４の出力を５０％から所定の制限値ＴＬまで漸減させる漸減処理（ランプダウン処理）を開始する。漸減処理の進行により、正常な反力モータ１４の出力は時点ｔ３にて制限値ＴＬになる。時点ｔ３以降、制御装置１６は正常な反力モータ１４の出力を制限値ＴＬに維持する。制限値ＴＬは、正常な反力モータ１４の通常時の配分比、すなわち５０％よりも低ければよい。

このように、反力モータ１４の一方の故障が検出された場合、制御装置１６は正常な反力モータ１４の出力を所定の制限値ＴＬまで漸減させる。これにより、反力モータ１４の出力は時点ｔ３において所定の制限値ＴＬまで漸減しており、反力トルクの減少に慣れてくるため、その後に車両２の旋回走行中に正常な反力モータ１４が失陥したとしても、急に反力トルクＴが無くなることがない。そのため、運転者がステアリングホイール１９を過度に切り込むことが抑制される。

制限値ＴＬはここでは百分率で表されるが、通常の反力トルク値に対する百分率を意味する。具体的には、制限値ＴＬは、ステアリングホイール１９に、運転者による操舵トルク等の外力が加えられていない状態で、反力アクチュエータ１５がステアリングホイール１９を回転駆動可能な値以上であるとよい。操舵部材１０は回転操作時に回転摩擦を発生するため、この摩擦抵抗に打ち勝つ値として、制限値ＴＬは例えば１Ｎｍ以上であるとよい。また、制限値ＴＬは、運転者の片腕に相当する荷重がステアリングホイール１９に作用したときのトルクを相殺するのに必要な反力モータ１４の出力よりも小さいとよい。運転者の片腕の荷重が３．５ｋｇｆ、ステアリングホイール１９の半径が０．１８ｍとすると、運転者の片腕に相当する荷重がステアリングホイール１９に作用したときのトルクは、６．３５Ｎｍである。よって、制限値ＴＬは、１Ｎｍ以上且つ６．３５Ｎｍ未満であるとよい。

このように制限値ＴＬが１Ｎｍ以上に設定されることにより、反力アクチュエータ１５は正常な反力モータ１４の出力によって操舵部材１０を駆動できる。そのため、旋回走行中に運転者がステアリングホイール１９から手を離したときに、セルフアライメントトルクによって前輪３及び操舵部材１０が中立位置に戻るときのように、制御装置１６は反力アクチュエータ１５を駆動することで操舵部材１０を中立位置へ戻すことができる。また、これにより操舵角β及び転舵角αがともに０°になることから、中立位置にあるステアリングホイール１９から直進状態であることを運転者が認知し易い。

また、制限値ＴＬが６．３５Ｎｍ未満に設定されることにより、制御装置１６が正常な反力モータ１４の出力を制限値ＴＬに制御しているときに、運転者が片腕の荷重をステアリングホイール１９に加えると、ステアリングホイール１９は腕の荷重方向へ回転する。即ち、運転者は片腕の重量のみで、ステアリングホイール１９を回転させ得ることとなる。つまり、運転者は、両腕でステアリングホイール１９を把持するか、片腕でステアリングホイール１９を把持する場合には力で腕を支えなければならない。そのため、その状態で正常な反力モータ１４が故障して反力トルクＴが無くなっても、運転者がステアリングホイール１９を過度に切り込むことが抑制される。

次に、漸減処理について詳細に説明する。制御装置１６は、正常な反力モータ１４の出力を漸減するに際し、出力の減少率Ｒを設定し、正常な反力モータ１４の出力を減少率Ｒに基づいて徐々に減少させる。ここで、減少率Ｒは、単位時間あたりに減少させる出力の大きさと定義される。減少率Ｒが大きいほど反力モータ１４の出力は速く減少し、減少率Ｒが小さいほど反力モータ１４の出力は遅く減少する。つまり、減少率Ｒが大きいほど、図３に「減少率Ｒ」として示す角度が大きく、５０％から制限値ＴＬに至るまでの時間Ｔ（Ｔ＝ｔ４－ｔ３）が短い。制御装置１６は、この減少率Ｒを、一定の値ではなく可変の値として設定する。制御装置１６は、例えば、減少率Ｒの一定の標準値として標準減少率ＲＳを５％／ｓｅｃに設定し、車両２の運動状態等を示す各種のパラメータに応じ、標準減少率ＲＳを変化させるようにして、減少率Ｒを演算するとよい。

具体的には、制御装置１６は次のようにして減少率Ｒを演算する。図４は、減少率設定用のゲインマップであり、（Ａ）は車速ゲインＧ１を、（Ｂ）は舵角ゲインＧ２を示している。図４（Ａ）に示すように、車速ゲインＧ１は、車速Ｖが高いほど小さくなるように設定されている。図４（Ｂ）に示すように、舵角ゲインＧ２は、操舵角βの絶対値｜β｜が大きいほど小さくなるように設定されている。舵角ゲインＧ２は、操舵角βの絶対値｜β｜が所定値βｔｈ以下のときは１に設定される。制御装置１６は、車速Ｖに基づいて車速ゲインマップから車速ゲインＧ１を設定し、操舵角βに基づいて舵角ゲインマップから舵角ゲインＧ２を設定する。制御装置１６は、標準減少率ＲＳに車速ゲインＧ１及び舵角ゲインＧ２を乗じることにより減少率Ｒを演算する。よって、車両２の旋回走行中の減少率Ｒは、車両２の直進走行中の減少率Ｒに比べて小さくなる。

このように制御装置１６は、正常な反力モータ１４の出力の減少率Ｒを、車速Ｖが高いほど小さく設定する。これにより、高速走行時には低速走行時に比べて反力モータ１４の出力の減少率Ｒが小さくなり、ステアリングホイール１９が運転者の意図に反して操舵されることが抑制される。つまり、操舵が軽くなる状態変化に運転者が慣れやすい。よって、車両２の直線安定性が向上する。

ところで、車両２の旋回走行中には運転者がステアリングホイール１９に操舵トルクを加えており、旋回走行中に反力トルクＴが素早く減少すると、運転者の操舵トルクと反力トルクＴとの釣り合いが崩れ、ステアリングホイール１９が切り込まれる虞がある。本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように制御装置１６は、車両２の旋回走行中に、正常な反力モータ１４の出力の減少率Ｒを直進走行中の減少率Ｒに比べて小さくする。これにより、旋回走行中には反力モータ１４の出力の減少率Ｒが小さいため、反力トルクＴの減少に運転者が慣れやすく、意図しないステアリングホイール１９の切り込みが抑制される。

反力モータ１４の一方が故障し、車両２が直進している間、他方の反力モータ１４の出力が減少し続けた場合、その後に於ける旋回に際して（操舵角βの絶対値が所定の値βｔｈ以上の場合）、反力トルクＴが予想以上に低下していることとなることから、その旋回時にステアリングホイール１９を過度に回す可能性がある。

そこで、本実施形態では、制御装置１６は、反力アクチュエータ１５を制御して、操舵部材１０が振動装置として機能するようにする。例えば、反力モータ１４の１つが故障した場合、通常の反力モータ１４の出力に振動成分を重ね合わせることができる。その結果、運転者は、反力モータ１４の１つが故障したことを報知され、反力トルクＴが低下していることを認知でき、それにより、必要な措置を講じることが促される。

制御装置１６は、車両２の直進走行中のみに反力アクチュエータ１５を操舵部材１０に対する振動装置として駆動するとよい。そして制御装置１６は、振動装置として反力アクチュエータ１５を駆動している間は転舵角αが変化しないように転舵アクチュエータ１３を制御する。具体的には、制御装置１６は、転舵アクチュエータ１３の目標転舵角αｔの演算に用いる操舵角βにローパスフィルタ処理を行う。これにより、目標転舵角αｔが操舵角βの微小変化に応じて変化することが防止される。ただし、転舵アクチュエータ１３の制御方法はこれに限定されるものではない。制御装置１６がこのよう転舵アクチュエータ１３を制御することにより、車両２の直進走行中に操舵部材１０の振動に起因して車両２が蛇行することが防止される。

図５は本発明の別の実施形態を示す。この別の実施形態では、操舵角βが所定値βｔｈ以下の場合、即ち車両が実質的に直進している場合、舵角ゲインＧ２は実質的にゼロされる。操舵角βの絶対値|β|が所定値βｔｈを超えると、舵角ゲインＧ２は操舵角βの絶対値|β|の増大に応じて大きくなる。したがって、この代替実施形態では、操舵角βが所定値βｔｈ以下の場合、又は車両が実質的に直進している場合、反力トルクＴの減少率Ｒはゼロとされる。

その結果、直進時に反力モータ１４の出力が低下しないため、その後の旋回操作開始時にステアリングホイール１９が過度に回されることが防止される。一方、車両がある程度旋回している場合、反力トルクの減少率Ｒは比較的大きな値となってよい。コーナリング時に反力トルクＴが徐々に低下するのであれば、運転者は反力トルクＴの低下に慣れることができる。

本別実施形態でも、車両２の直進走行時にステアリングホイール１９に振動を付与することもできるが、本別実施形態では、直進走行時には反力トルクの低下が進行していないことから、制御装置１６が反力アクチュエータ１５を振動装置として作動させる必要はない。むしろ、直進走行時に反力アクチュエータ１５を振動装置として作動させ続けると、反力アクチュエータ１５が発熱することがあり、そのような事態を回避することができる。

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。上記実施形態では、反力アクチュエータ１５が２つの反力モータ１４を含んでいるが、反力アクチュエータ１５が３つ以上の反力モータ１４を含んでいてもよい。この場合、反力モータ１４の１つが正常であり、他のすべての故障が検出されたときに、制御装置１６は正常な１つの反力モータ１４の目標反力トルクＴｔを制限値ＴＬまで漸減させればよい。

また上記実施形態では、通常時に、制御装置１６が両反力モータ１４の配分比を５０％：５０％に設定しているが、６０％：４０％や、７０％：３０％等に設定してもよい。この場合、一方の反力モータ１４が故障したときに、制御装置１６が正常な反力モータ１４の配分比を５０％に設定した後に、その出力を所定の制限値ＴＬまで漸減させるとよい。或いは、配分比が小さい方の反力モータ１４が故障した場合に、制御装置１６が正常な反力モータ１４の出力をその値から漸減させてもよい。また、両転舵モータ１２の配分比も、５０％：５０％に限定されるものではない。

また、減少率Ｒは、各現電流値に比例する減少の割合として定義することもでき、その場合の減少率Ｒは指数関数的減衰定数によって表すことができる。

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
１３ ：転舵アクチュエータ
１４ ：反力モータ
１４Ａ ：第１反力モータ
１４Ｂ ：第２反力モータ
１５ ：反力アクチュエータ（振動装置）
１６ ：制御装置
１８ ：ステアリングシャフト
１９ ：ステアリングホイール
２１ ：操舵角センサ
３２ ：転舵角センサ
３３ ：車速センサ
３４ ：横加速度センサ
３６ ：故障検出部
Ｒ ：減少率
Ｔ ：反力トルク（反力）
ＴＬ ：制限値
Ｔｔ ：目標反力トルク
Ｔｔａ ：配分反力トルク（出力）
Ｖ ：車速
α ：転舵角
β ：操舵角
βｔｈ ：所定値
｜β｜ ：操舵角の絶対値

Claims (9)

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、
   前記操舵操作に対する反力を前記操舵部材に付与する少なくとも２つの反力モータを含む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、前記反力モータの故障を検出する故障検出部を備え、前記反力モータの１つが正常であり、他のすべての故障が検出された場合、前記反力モータの前記１つの出力を所定の制限値まで漸減させる車両の操舵装置。
2. 前記反力アクチュエータの通常の動作中には、前記制御装置は、前記反力モータを制御して、前記反力アクチュエータの出力を、前記反力モータにより所定の配分比をもって分担する請求項１に記載の車両の操舵装置。
3. 前記制限値は、前記操舵部材に外力が加えられない状態で、前記反力アクチュエータが前記操舵部材を駆動可能な値以上である請求項１に記載の車両の操舵装置。
4. 前記操舵部材は、ステアリングシャフトの軸線周りに回転可能なステアリングホイールを含み、
   前記制限値は、運転者の片腕に相当する荷重が前記ステアリングホイールに作用したときのトルクを相殺するのに必要な前記反力モータの前記出力よりも小さい請求項３に記載の車両の操舵装置。
5. 前記制御装置は、前記反力モータの前記１つの前記出力を前記制限値まで漸減させる際の減少率を、車速が高いほど小さく設定する請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
6. 前記制御装置は、前記車両の旋回走行中に、前記反力モータの前記１つの前記出力を前記制限値まで漸減させる際の減少率を直進走行中の前記減少率に比べて小さくする請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
7. 前記制御装置は、前記操舵角の絶対値が所定値より大きいときのみに、前記反力モータの前記１つの前記出力を漸減させる請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
8. 前記操舵部材を振動させる振動装置を更に備え、前記制御装置が前記振動装置の動作を制御するように構成され、
   前記制御装置は、前記車両の直進走行中に、前記振動装置を駆動して前記操舵部材を振動させる共に、前記反力モータの前記１つの前記出力を漸減させる請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の車両の操舵装置。
9. 前記制御装置は、前記車両の直進走行中のみに前記振動装置を駆動し、前記振動装置を駆動している間は前記転舵角が変化しないように前記転舵アクチュエータを制御する請求項８に記載の車両の操舵装置。

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