JP4544025B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

近年、車速やヨーレイト等の車両状態量と車両の運動状態との関係をモデル化した車両モデル（車両運動モデル）に基づいて車両のヨーモーメントを制御すべく転舵輪の舵角（転舵角）を制御する所謂アクティブステア機能を備えた操舵制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献２に記載の車両用操舵装置では、車両モデルに基づいて、車両のヨーモーメントに関連する車両状態量の目標値（目標状態量、目標ヨーレイトや目標スリップ角等）を演算し、その目標状態量の値とセンサにより検出された実際の値（実際値）との比較により車両のステアリング特性（ステア特性）を判定する。そして、オーバーステア状態にある場合には、車両モデルに基づき演算される目標状態量の値と実際値との偏差に基づくフィードバック制御により、ヨーモーメントと逆方向に転舵角を変更するよう、即ち所謂カウンタステアをあてるように同転舵角を制御することで、車両姿勢の安定化を図るようになっている。
特開２００２−２５４９６４号公報 特開２００５−８８６４８号公報

ところで、凍結路等の低μ路においては、転舵角の変化に対する車両挙動の反応が鈍く、また車両姿勢を安定に保つことのできる安定領域、即ちヨーレイトを安定的に制御可能なその変化速度（ヨー角加速度）の範囲が極めて狭くなっている。従って、こうした凍結路における転舵角の変更は、ヨーレイトの変化速度を極力低く抑える、つまり車両姿勢の急激な変化を招かないように、速やかにその変更量を最小限に留めるように行うのが望ましい。

しかしながら、上記従来の構成では、このような目標状態量の値に対して実際値が速やかに追従しない環境においては、そのオーバーステア制御時に要する時間が長くなり、またそのカウンタ量（カウンタ方向への舵角変更量）も大きなものになりやすい。このため、ヨーレイトの変化速度が安定領域を超えて過大となる可能性があり、その過大なヨーレイト変化速度に起因するオーバーシュートの発生によって、車両姿勢の速やかなる安定化が図られないおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、低μ路においてもより高い車両安定性を確保することのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、転舵輪の転舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段の作動を制御する制御手段と、車両モデルに基づいて車両のヨーモーメントに関連する車両状態量の目標値を演算する車両モデル演算手段と、前記演算された目標値とその実際値との比較により前記車両のステア特性を判定するステア特性判定手段とを備え、前記制御手段は、前記車両がオーバーステア状態にある場合には、前記ヨーモーメントと逆方向の前記転舵角を発生させるべく前記駆動手段を作動させるオーバーステア制御を実行する車両用操舵装置であって、前記演算された目標値をその絶対値が小さくなるように補正する目標状態量補正手段を備え、前記制御手段は、前記補正された補正後の目標値と実際値との偏差に基づくフィードバック演算により、前記オーバーステア制御における制御目標成分を演算すること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記車両のヨーモーメントに関連する車両状態量は、ヨーレイト又はスリップ角の少なくとも何れか一方であること、を要旨とする。
上記各構成によれば、補正後の目標状態量は、本来の目標状態量よりもその値（絶対値）が小さくなるため、フィードバック演算に用いられる偏差は、本来の目標状態量を用いた場合の偏差よりも大きな値（絶対値）となる。従って、オーバーステア制御開始とともに、大きな値（絶対値）を有する制御目標成分が演算され、これによりそのカウンタ方向への転舵角変更の立ち上がりを早めて、同制御に要する時間を短く、及び最終的なそのカウンタ量を小さくすることができる。その結果、ヨーレイト変化速度を抑えつつ速やかにヨーレイトを変化させることができ、これにより過大なヨーレイト変化速度に起因するオーバーシュートを抑制して、迅速に車両姿勢を安定化させることができるようになる。

また、オーバーステア制御中に、運転者がカウンタ方向にステアリング操作を行うことによって、同制御の終了時、即ちニュートラルステアとなった時点において、既に目標状態量の値がカウンタ方向側に移っている場合には、上記のようなオーバーシュートが発生し反対方向のオーバーステアが発生する可能性がある。しかしながら、目標状態量の値が制御開始当初と反対側を示すものに移行した場合、フィードバック演算上のニュートラルステアとなるまでの経過時間は、ステア特性判定上のニュートラルステアとなるまでの経過時間よりも短くなる。従って、当初の方向のオーバーステアを解消するための制御が速やかに収束し、これにより、そのカウンタ方向のヨーレイト変化速度を抑えて、オーバーシュートによる反対方向のオーバーステアの発生を抑制することができる。更に、ステア特性判定では、補正前の目標状態量を用いて行うため、フィードバック演算上のニュートラルステアとなった時点からステア特性判定上のニュートラルステアとなるまでの間は、上記反対方向のオーバーステアを解消する方向に転舵角を変更すべく駆動手段が制御される。従って、当初の方向のオーバーステアを解消するための制御により生じた過剰なヨーレイト変化速度をいち早く打ち消して、それに起因するオーバーシュートを抑制し、反対方向のオーバーステアの発生を効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、路面の摩擦抵抗を推定する路面摩擦抵抗推定手段と、前記推定された摩擦抵抗に応じて変化する補正ゲインを演算するゲイン可変演算手段とを備え、前記目標状態量補正手段は、前記目標値に前記補正ゲインを乗ずることにより該目標値を補正すること、を要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記ゲイン可変演算手段は、前記推定された摩擦抵抗が低いほど、小さな前記補正ゲインを演算すること、を要旨とする。
上記各構成によれば、路面状態に応じて精度よく目標状態量を補正することができ、その結果、オーバーステア制御の過剰応答を抑えて良好な操舵フィーリングを維持しつつ、車両安定性能の更なる向上を図ることができる。特に、請求項４の構成を採用することで、路面の摩擦抵抗が低くなり、転舵角変化に対する車両挙動の反応がより鈍く、安定領域もより狭い環境にある状況ほど、その変化速度を抑えつつ速やかにヨーレイトを変化させることができ、これにより過大なヨーレイト変化速度に起因するオーバーシュートを抑制して、迅速に車両姿勢を安定化させることができるようになる。

本発明によれば、低μ路においてもより高い車両安定性を確保することが可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明をギヤ比可変システムを備えた車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のステアリング装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング（ハンドル）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラック＆ピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラック＆ピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。

本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）に対する転舵輪６の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７と、該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ８とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラック＆ピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ７は、第１シャフト９及び第２シャフト１０を連結する差動機構１１と、該差動機構１１を駆動するモータ１２とを備えている。そして、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラック＆ピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）する。

つまり、図２及び図３に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する転舵輪６の転舵角θtの比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる。そして、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ１２に対する駆動電力の供給を通じてギヤ比可変アクチュエータ７の制御を制御し、これにより操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比（ギヤ比）を制御する（ギヤ比可変制御）。

尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する転舵角θtのギヤ比」をオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる（転舵角θt大、図２参照）。そして、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる（転舵角θt小、図３参照）。そして、本実施形態では、ステア転舵角θtsが第１の舵角を構成し、ＡＣＴ角θtaが第２の舵角を構成する。

また、図１に示すように、ステアリング装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ１７と、該ＥＰＳアクチュエータ１７の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ１８とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１７は、その駆動源であるモータ２２がラック５と同軸に配置される所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ２２が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラック５に伝達される。そして、ＥＰＳＥＣＵ１８は、このモータ２２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ７を制御するＩＦＳＥＣＵ８、及びＥＰＳアクチュエータ１７を制御するＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）２３を介して接続されており、該車内ネットワーク２３には、車両状態量を検出するための複数のセンサが接続されている。具体的には、車内ネットワーク２３には、操舵角センサ２４、トルクセンサ２５、車輪速センサ２６ａ，２６ｂ、横Ｇセンサ２８、車速センサ２９、ブレーキセンサ３０、及びヨーレイトセンサ３１が接続されている。そして、上記各センサにより検出される複数の車両状態量、即ち操舵角θs、操舵トルクτ、車輪速Ｖtr，Ｖtl、転舵角θt、スリップ角θsp、車速Ｖ、ブレーキ信号Ｓbk、及びヨーレイトＲyは、車内ネットワーク２３を介してＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８に入力される。尚、本実施形態では、転舵角θtは、操舵角θsにラック＆ピニオン機構４のベースギヤ比を乗じた値、即ちステア転舵角θtsにＡＣＴ角θtaを加算することにより求められ、スリップ角θspは、横Ｇセンサ２８により検出される横方向加速度及びヨーレイトＲyに基づいて求められる。また、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介した相互通信により、制御信号の送受信を行う。そして、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介して入力された上記各車両状態量及び制御信号に基づいて、上記のギヤ比可変制御及びパワーアシスト制御を統合的に実行する。

次に、本実施形態のステアリング装置の電気的構成及び制御態様について説明する。
図４は、本実施形態のステアリング装置１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ制御信号を出力するマイコン３３と、モータ制御信号に基づいてモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路３４とを備えている。

尚、本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ７及びＥＰＳアクチュエータ１７の駆動源である各モータ１２，２２は、ともにブラシレスモータであり、駆動回路３４、及び後述するＥＰＳＥＣＵ１８の駆動回路４４は、入力されるモータ制御信号に基づいて、それぞれ対応するモータ１２，２２に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。また、以下に示す各制御ブロックは、マイコン３３（４３）が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

マイコン３３は、ＩＦＳ制御演算部３５、ギヤ比可変制御演算部３６、ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７を備え、これら各制御演算部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいてＡＣＴ角θtaの制御目標成分（及び制御信号）を演算する。

詳述すると、ＩＦＳ制御演算部３５には、操舵角θs、転舵角θt、車速Ｖ、車輪速Ｖtr，Ｖtl、ブレーキ信号Ｓbk、ヨーレイトＲy及びスリップ角θspが入力される。そして、ＩＦＳ制御演算部３５は、これらの車両状態量に基づいて、所謂アクティブステア機能、即ち車両モデルに基づき車両のヨーモーメントを制御するためのＡＣＴ角θtaの制御目標成分の演算、並びに関連する制御信号の演算を行う。具体的には、ＩＦＳ制御演算部３５は、アクティブステア機能を実現するためのＡＣＴ角θtaの制御目標成分としてＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*を演算する。そして、制御信号として車両のステア特性を示すＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stの演算を行う（ＩＦＳ制御演算）。

ここで、ヨー方向の車両姿勢は「ステア特性（ステアリング特性）」として表現される。ステア特性とは、運転者がステアリング操作を行ったときに、運転者の想定する車両旋回速度と実際の車両旋回速度との差異についての特性である。そして、想定する車両旋回速度よりも実際の車両旋回速度が大きい場合をオーバーステア（ＯＳ）、小さい場合をアンダーステア（ＵＳ）、その差異がない場合をニュートラルステア（ＮＳ）という。そして、この「運転者の想定する車両旋回速度」は、車両モデルでは目標ヨーレイトに置き換えることができ、車両が定常旋回状態にあり、そのステア特性がニュートラルステアである場合には、その旋回方向を車両進行方向と言い換えることもできる。

本実施形態では、ＩＦＳ制御演算部３５は、ステア特性がアンダーステアである場合に、転舵輪６の切れ角を小さくするための、またステア特性がオーバーステアである場合に、転舵輪６にヨーモーメントの方向と逆方向の舵角（カウンタステア）を与えるためのＡＣＴ角θtaの制御目標成分としてＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*を演算する。尚、ＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stについては、ＩＦＳ制御演算部３５における内部演算処理に用いられるとともに、車内ネットワーク２３を介してＥＰＳＥＣＵ１８に送信される（図１参照）。そして、ＥＰＳＥＣＵ１８によるパワーアシスト制御に用いられる。

ギヤ比可変制御演算部３６には、操舵角θs、転舵角θt及び車速Ｖが入力される。そして、ギヤ比可変制御演算部３６は、これらの車両状態量（及び制御信号）に基づいて、車速Ｖに応じてギヤ比を可変させるための制御目標成分としてギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*を演算する（ギヤ比可変制御演算）。

ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。尚、操舵速度ωsは、操舵角θsを微分することにより演算される（以下同様）。そして、ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７は、これら車速Ｖ及び操舵速度ωsに基づいて操舵速度に応じて、車両の応答性を向上させるための制御目標成分としてＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*を演算する（ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算）。

ＩＦＳ制御演算部３５、ギヤ比可変制御演算部３６及びＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７は、上記各演算により演算された各制御目標成分、即ちＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、ギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*、及びＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*を加算器３８ａに出力する。そして、この加算器３８ａにおいて、これらＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、ギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*、及びＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*が重畳されることによりＡＣＴ角θtaの制御目標であるＡＣＴ指令角θta*が演算される。

加算器３８ａにて演算されたＡＣＴ指令角θta*は、Ｆ／Ｆ制御演算部３９及びＦ／Ｂ制御演算部４０に入力される。また、Ｆ／Ｂ制御演算部４０には、モータ１２に設けられた回転角センサ４１により検出されるＡＣＴ角θtaが入力される。そして、Ｆ／Ｆ制御演算部３９は、入力されたＡＣＴ指令角θta*に基づくフィードフォワード演算により制御量εffを演算し、Ｆ／Ｂ制御演算部４０は、ＡＣＴ指令角θta*及びＡＣＴ角θtaに基づくフィードバック演算により制御量εfbを演算する。

Ｆ／Ｆ制御演算部３９及びＦ／Ｂ制御演算部４０は、演算された制御量εff及び制御量εfbを加算器３８ｂに出力する。そして、その制御量εff及び制御量εfbは、加算器３８ｂにおいて重畳され電流指令としてモータ制御信号出力部４２に入力される。そして、モータ制御信号出力部４２は、入力された電流指令に基づいてモータ制御信号を生成し駆動回路３４に出力する。

即ち、図５のフローチャートに示すように、マイコン３３は、車両状態量として上記各センサからセンサ値を取り込むと（ステップ１０１）、先ずＩＦＳ制御演算を行い（ステップ１０２）、続いてギヤ比可変制御演算（ステップ１０３）、及びＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算を行う（ステップ１０４）。そして、マイコン３３は、上記ステップ１０２〜ステップ１０４の各演算処理を実行することにより演算されたＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、ギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*、及びＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*を重畳し、これにより制御目標であるＡＣＴ指令角θta*を演算する。そして、マイコン３３は、この演算されたＡＣＴ指令角θta*に基づいてフィードフォワード演算（ステップ１０５）及びフィードバック演算（ステップ１０６）を行うことにより電流指令を演算し、その電流指令に基づいてモータ制御信号の出力を行う（ステップ１０７）。

一方、図４に示すように、ＥＰＳＥＣＵ１８は、ＩＦＳＥＣＵ８と同様に、マイコン４３と、駆動回路４４とを備えている。マイコン４３は、アシスト制御部４５、トルク慣性補償制御部４６、ステアリング戻し制御部４７、及びダンパ補償制御部４８を備え、これら各制御部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいてモータ２２が発生するアシストトルクの制御目標成分を演算する。

詳述すると、アシスト制御部４５及びトルク慣性補償制御部４６には、それぞれ車速Ｖ及び操舵トルクτが入力される。そして、アシスト制御部４５は、ベースとなる制御目標成分として基本アシスト電流指令Ｉas*を演算し、トルク慣性補償制御部４６は、モータ２２の慣性を補償する制御目標成分である慣性補償電流指令Ｉti*を演算する。

ステアリング戻し制御部４７には、車速Ｖ、操舵トルクτ、及び転舵角θtが入力され、ダンパ補償制御部４８には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。そして、ステアリング戻し制御部４７は、ステアリング２の戻り特性を改善するための制御目標成分であるステアリング戻し電流指令Ｉsb*を演算し、ダンパ補償制御部４８は、高速走行時のパワーアシスト特性を改善するための制御目標成分であるダンパ補償電流指令Ｉdp*を演算する。

また、マイコン４３は、上記各制御部に加え、ＩＦＳ制御時のステアリングフィールを改善するためのＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算するＩＦＳトルク補償制御部４９を備えている。本実施形態では、ＩＦＳトルク補償制御部４９には、操舵トルクτ、操舵角θs及び操舵速度ωsとともに、上記ＩＦＳ制御演算部３５において演算されたＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、及びＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stが入力される。そして、ＩＦＳトルク補償制御部４９は、上記各車両状態量、ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*及びＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stに基づいてＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算する。

本実施形態では、上記ＩＦＳトルク補償ゲインＫifsは、アシスト制御部４５において演算された基本アシスト電流指令Ｉas*に乗ぜられ、その補正後の基本アシスト電流指令Ｉas**は、上記慣性補償電流指令Ｉti*、ステアリング戻し電流指令Ｉsb*、及びダンパ補償電流指令Ｉdp*とともに、加算器５０に入力される。そして、これらの各制御目標成分が重畳されることにより、モータ２２が発生するアシストトルクの制御目標である電流指令が演算される。

加算器５０において演算された電流指令は、モータ制御信号出力部５１に入力される。また、モータ制御信号出力部５１には、モータ２２に設けられた電流センサ５２及び回転センサ５３により検出される実電流及び回転角が入力される。そして、モータ制御信号出力部５１は、これら電流指令、実電流及び回転角に基づいてフィードバック制御を行うことによりモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路４４に出力する。

次に、ＩＦＳ制御演算部におけるＩＦＳ制御演算処理について詳述する。
図６は、ＩＦＳ制御演算部の制御ブロック図である。同図に示すように、ＩＦＳ制御演算部３５は、車両モデル演算部６１、跨ぎ路判定部６２、ステア特性演算部６３、ＯＳ制御演算部６５、ＵＳ制御演算部６６、制御ＯＮ／ＯＦＦ判定部６７、及びＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角演算部６８を備えている。

車両モデル演算部６１には、転舵角θt及び車速Ｖが入力される。そして、車両モデル演算部６１は、この転舵角θt及び車速Ｖに基づいて車両モデル演算を行い、車両のヨーモーメントに関連する車両状態量の目標値、即ち目標状態量としての目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0を演算する。尚、本実施形態の車両モデル演算部６１における車両モデル演算、即ち車両モデルに基づき転舵角θt及び車速Ｖから目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0を演算する方法については、例えば上述の特許文献１等を参考されたい。

跨ぎ路判定部６２には、車輪速Ｖtr，Ｖtl、転舵角θt、車速Ｖ、及びブレーキ信号Ｓbkが入力される。そして、跨ぎ路判定部６２は、これらの車両状態量に基づいて、車両が跨ぎ路、即ち車両の左右の車輪がそれぞれ路面抵抗の著しく異なる２つの路面（μスプリット路面）上にあるか否かの判定を行う。詳しくは、μスプリット状態における制動、即ちμスプリット制動状態にあるか否かの判定を行う（跨ぎ路判定）。

ステア特性演算部６３には、操舵角θs、車速Ｖ、及びヨーレイトＲy、並びに車両モデル演算部６１において演算された目標ヨーレイトＲy0が入力される。そして、ステア特性演算部６３は、これらの車両状態量に基づいて、車両のステア特性、即ち、車両がオーバーステア、アンダーステア、又はニュートラルステアの何れの状態にあるかを演算し、その特性を示すＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stを演算する（ステア特性演算）。尚、本実施形態では、ＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stは次式、Ｖal_st＝（Ｌ×Ｒy／Ｖ−θt）×Ｒy、Ｌ：ホイールベース、に基づくアナログ信号として出力される。

ＯＳ制御演算部６５は、ヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１、スリップ角Ｆ／Ｂ演算部７２を備えており、これらヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１及びスリップ角Ｆ／Ｂ演算部７２は、それぞれ対応する車両状態量の実際値がその目標値に追従するようフィードバック演算を行う。そして、ＯＳ制御演算部６５は、これら各Ｆ／Ｂ演算部におけるフィードバック演算に基づいて、ステア特性がオーバーステアである場合のＡＣＴ角θtaの制御目標成分、即ちヨーモーメントと逆方向の舵角（カウンタステア）を発生させるための制御目標成分として、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算する（ＯＳ制御演算）。

また、ＩＦＳ制御演算部３５は、車両モデル演算部６１において演算された各目標状態量を、その値（絶対値）が小さくなるように補正する目標状態量補正演算部７３を備えている。本実施形態では、目標状態量補正演算部７３は、車両モデル演算部６１により演算された目標ヨーレイトＲy0を補正する目標ヨーレイト補正演算部７４と、目標スリップ角θsp0を補正する目標スリップ角補正演算部７５とにより構成されている。尚、本実施形態では、目標ヨーレイト補正演算部７４及び目標スリップ角補正演算部７５は、車両モデル演算部６１から入力される目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0に、それぞれ所定のゲインを乗ずることにより、その値（絶対値）が小さくなるように補正する。そして、ＯＳ制御演算部６５は、この目標状態量補正演算部７３において補正された補正後の目標ヨーレイトＲy0´及び目標スリップ角θsp0´に基づいてＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算する。

さらに詳述すると、ヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１には、ヨーレイトＲy、及び目標ヨーレイト補正演算部７４において補正された補正後の目標ヨーレイトＲy0´が入力され、ヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１は、その偏差ΔＲy´に基づいてフィードバック演算を行う。具体的には、ヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１は、偏差ΔＲy´に比例Ｆ／ＢゲインＫＰを乗ずることによりヨーレイト比例Ｆ／Ｂ指令角θRyp*を演算し、偏差ΔＲy´の微分量に微分Ｆ／ＢゲインＫＤを乗ずることによりヨーレイト微分Ｆ／Ｂ指令角θRyd*を演算する（ヨーレイトＦ／Ｂ演算）。同様に、スリップ角Ｆ／Ｂ演算部７２には、スリップ角θsp、及び目標スリップ角補正演算部７５において演算された補正後の目標スリップ角θsp0´が入力され、スリップ角Ｆ／Ｂ演算部７２は、その偏差Δθsp´にスリップ角Ｆ／ＢゲインＫslipを乗ずることにより、スリップ角Ｆ／Ｂ指令角θsp*を演算する（スリップ角Ｆ／Ｂ演算）。

これらヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１において演算されたヨーレイト比例Ｆ／Ｂ指令角θRyp*及びヨーレイト微分Ｆ／Ｂ指令角θRyd*、並びにスリップ角Ｆ／Ｂ演算部７２において演算されたスリップ角Ｆ／Ｂ指令角θsp*は、加算器７６に入力される。そして、ＯＳ制御演算部６５は、この加算器７６において、これらの各制御目標成分を重畳することにより、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算する（ＯＳ制御演算）。

尚、本実施形態のＯＳ制御演算部６５は、上記ヨーレイトＦ／Ｂ演算部７１及びスリップ角Ｆ／Ｂ演算部７２に加え、ヨー角Ｆ／Ｂ演算部７７を備えており、ヨー角Ｆ／Ｂ演算部７７は、上記跨ぎ路判定部６２における判定結果をトリガとして目標ヨー角θy0及びヨー角θyに基づくヨー角Ｆ／Ｂ演算を実行する。そして、ＯＳ制御演算部６５は、このヨー角Ｆ／Ｂ演算部７７において演算された所謂μスプリット制動時の安定性を確保するためのヨー角Ｆ／Ｂ指令角θy*が上記各制御目標成分に重畳された値を、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*として出力する。

ＵＳ制御演算部６６には、操舵角θs及び操舵速度ωs、並びにステア特性演算部６３において演算されたＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stが入力される。そして、ＵＳ制御演算部６６は、これら車両状態量に基づいてＵＳ制御時ＡＣＴ指令角θus*を演算する（ＵＳ制御演算）。

制御ＯＮ／ＯＦＦ判定部６７には、車速Ｖ、操舵角θs、ヨーレイトＲy、及びＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_stが入力される。そして、制御ＯＮ／ＯＦＦ判定部６７は、上記ＯＳ制御演算部６５で演算されたＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*に基づくオーバーステア制御（ＯＳ制御）、又はＵＳ制御演算部６６で演算されたＵＳ制御時ＡＣＴ指令角θus*に基づくアンダーステア制御（ＵＳ制御）を行うか否かを判定し、その判定結果を制御ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓcとして出力する（制御ＯＮ／ＯＦＦ判定）。

ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角演算部６８には、ＯＳ制御演算部６５により演算されたＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*及びＵＳ制御演算部６６により演算されたＵＳ制御時ＡＣＴ指令角θus*、並びに制御ＯＮ／ＯＦＦ判定部６７の出力する制御ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓcが入力される。そして、ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角演算部６８は、入力された制御ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓcが「ＯＳ制御ＯＮ」を示すものである場合には、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を、制御ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓcが「ＵＳ制御ＯＮ」を示すものである場合には、ＵＳ制御時ＡＣＴ指令角θus*をＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*として出力する（ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角演算）。尚、本実施形態では、制御ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓcが「ＮＳ」、即ちニュートラルステアであることを示すものである場合には、ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角演算部６８は、ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*を「０」とする。

次に、ＩＦＳ制御演算部における上記各制御演算の処理手順について説明する。
図７のフローチャートに示すように、ＩＦＳ制御演算部３５は、先ず、車両モデル演算を実行し（ステップ２０１）、次に跨ぎ路判定を実行する（ステップ２０２）。そして、ステア特性演算を実行する（ステップ２０３）。

次に、ＩＦＳ制御演算部３５は、上記ステップ２０１の車両モデル演算において演算された各目標状態量、即ち目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0を補正する（目標状態量補正演算、ステップ２０４）。そして、その補正後の目標ヨーレイトＲy0´及び目標スリップ角θsp0´に基づいて、ヨーレイトＦ／Ｂ演算及びスリップ角Ｆ／Ｂ演算を実行することにより、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算する（ＯＳ制御演算、ステップ２０５）。尚、上記ステップ２０２にてμスプリット制動状態にある旨の判定がなされた場合には、その判定結果をトリガとしてヨー角Ｆ／Ｂ演算が実行される。

次に、ＩＦＳ制御演算部３５は、ＵＳ制御演算を実行することによりＵＳ制御時ＡＣＴ指令角θus*を演算し（ステップ２０６）、続いて制御ＯＮ／ＯＦＦ判定を実行する（ステップ２０７）。そして、ステップ２０７の判定結果に基づいて、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*又はＵＳ制御時ＡＣＴ指令角θus*（又は０）をアクティブステア機能を実現するための制御目標成分、即ちＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*として出力する（ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角演算、ステップ２０８）。

（作用・効果）
次に、上記のように構成された本実施形態のステアリング装置の作用・効果について説明する。

図８は、低μ路におけるオーバーステア制御時、詳しくはその制御中に運転者がカウンタ方向（ヨーレイトＲyの方向（＋）に対して逆方向（−））にステアリング操作を行った場合の目標ヨーレイトＲy0及びヨーレイトＲyの推移を示す波形図である。尚、同図において、波形ＭはヨーレイトＲyの推移を、波形Ｍ０は目標ヨーレイトＲy0の推移を、波形Ｍ０´は補正後の目標ヨーレイトＲy0´の推移を示している。また、以下、説明の便宜上、ヨーレイトＲy（目標ヨーレイトＲy0，Ｒy0´）についてのみ説明するが、その傾向はスリップ角θsp（目標スリップ角θsp，θsp´）についても同様であることはいうまでもない。

上述のように、低μ路では、転舵角θtの変化に対する車両挙動の反応が鈍く、また車両姿勢を安定に保つことのできる安定領域、即ちヨーレイトＲyを安定的に制御可能なその変化速度（ヨー角加速度）の範囲が極めて狭くなっている。従って、上記オーバーステア制御によってカウンタ方向のＡＣＴ角θtaを与えても、その目標状態量（目標ヨーレイトＲy0，スリップ角θsp0）の値に対しその実際の値（実際値、ヨーレイトＲy，スリップ角θsp）が速やかに追従せず、結果として、同制御時に要する時間は長く、またそのカウンタ量（カウンタ方向への舵角変更量）も大きなものになりやすい。このため、ヨーレイトＲyの変化速度が安定領域を超えて過大となる可能性があり、その過大なヨーレイト変化速度に起因するオーバーシュートの発生によって、車両姿勢の速やかなる安定化が図られないおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態のステアリング装置１は、車両モデル演算部６１により演算された目標状態量（目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0）を、その値（絶対値）が小さくなるように補正する目標状態量補正演算部７３を備えている。そして、ＯＳ制御演算部６５は、目標状態量補正演算部７３により補正された補正後の目標状態量（目標ヨーレイトＲy0´及び目標スリップ角θsp0´）の値と実際値（ヨーレイトＲy及びスリップ角θsp）との偏差に基づくフィードバック演算により、オーバーステア制御のためのＡＣＴ角θtaの制御目標成分であるＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算する（図６参照）。

即ち、図８に示すように、補正後の目標ヨーレイトＲy0´は、本来の目標ヨーレイトＲy0よりもその値（絶対値）が小さくなるため、ヨーレイトＦ／Ｂ演算に用いられるその偏差ΔＲy´（ヨーレイトＲyとの偏差）は、本来の目標ヨーレイトＲy0を用いた場合の偏差ΔＲyよりも大きな値（絶対値）となる。従って、オーバーステア制御開始とともに、大きな値（絶対値）を有するＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*が出力されることになり、これによりそのカウンタ方向のＡＣＴ角θtaの立ち上がりを早めて、同制御に要する時間を短く、及び最終的なそのカウンタ量を小さくすることができる。その結果、その変化速度を抑えつつ速やかにヨーレイトＲyを変化させることができ、これにより過大なヨーレイト変化速度に起因するオーバーシュートを抑制して、迅速に車両姿勢を安定化させることができるようになる。

また、同図に示すように、オーバーステア制御中に、運転者がカウンタ方向にステアリング操作を行うことによって、同制御の終了時、即ち目標ヨーレイトＲy0の値と実際のヨーレイトＲyの値とが一致しニュートラルステアとなった時点（同図中のニュートラルポイントＰn、経過時間ｔn）で、既に目標ヨーレイトＲy0がカウンタ方向側に移っている場合がある。そして、このような場合、ヨーレイトＲyの変化量が大きく、また同制御に要する時間も長くなることから、ヨーレイト変化速度も大きくなりやすく、その過大なヨーレイト変化速度によって、反対方向のオーバーステアが発生するおそれがある。

しかしながら、補正後の目標ヨーレイトＲy0´は、その絶対値が小さくなるように補正されるため、目標ヨーレイトＲy0の方向が反対側に移行した場合、ヨーレイトＦ／Ｂ演算上のニュートラルステアとなるニュートラルポイントＰn´、即ち補正後の目標ヨーレイトＲy0´の値と実際のヨーレイトＲyの値とが一致するまでの経過時間ｔn´は、ステア特性判定（ステア特性演算及び制御ＯＮ／ＯＦＦ判定）上のニュートラルポイントＰnとなるまで経過時間ｔnよりも短くなる。従って、当初の方向（同図中（＋）方向）のオーバーステアを解消するための制御が速やかに収束し、これにより、そのカウンタ方向（同図中（−）方向）のヨーレイト変化速度を抑えて、そのオーバーシュートによる反対方向（同図中（−）方向）のオーバーステアの発生を抑制することができる。

更に、ステア特性判定は、補正前の目標ヨーレイトＲy0を用いて行うことから、ヨーレイトＦ／Ｂ演算上のニュートラルポイントＰn´からステア特性判定上のニュートラルポイントＰnまで、即ち経過時間ｔn´から経過時間ｔnまでの間は、上記反対方向のオーバーステアを解消する方向（同図中（＋）方向）にＡＣＴ角θtaを発生させるＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*が出力される。これにより、当初の方向（同図中（＋）方向）のオーバーステアを解消するための制御により生じた過剰なヨーレイト変化速度をいち早く打ち消して、それに起因するオーバーシュートを抑制し、反対方向のオーバーステアの発生を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明をギヤ比可変アクチュエータ７のＡＣＴ角θtaを変更することにより、アクティブステア機能を実現するステアリング装置１に具体化したが、これに限らず、転舵輪とステアリングとが機械的に分離された所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、ステアリング装置１は、モータ２２を駆動源とするＥＰＳアクチュエータ１７を備えることとしたが、パワーアシスト装置は、油圧式でもよい。また、パワーアシスト装置を備えない車両用操舵装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、車両モデル演算部６１及び目標状態量補正演算部７３は、ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ８側のＩＦＳ制御演算部３５に設けられることとした。しかし、これらの双方又は何れか一方が、ＥＰＳＥＣＵ等、ＩＦＳＥＣＵ８の外部に設けられる構成であってもよい。

・本実施形態では、車両モデル演算部６１は、目標状態量として目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0を演算する。そして、ＯＳ制御演算部６５は、目標状態量補正演算部７３において補正された補正後の目標ヨーレイトＲy0´に基づくヨーレイトＦ／Ｂ演算、及びその補正後の目標スリップ角θsp0´に基づくスリップ角Ｆ／Ｂ演算を行うことによりＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算することとした。しかし、これに限らず、ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*は、補正後の目標ヨーレイトＲy0´又は補正後の目標スリップ角θsp0´の何れか一方により行われることとしてもよい。また、ＯＳ制御演算部６５は、ヨーレイト及びスリップ角以外の車両のヨーモーメントに関連する車両状態量に基づくフィードバック演算によりＯＳ制御時ＡＣＴ指令角θos*を演算し、目標状態量補正演算部は、その目標状態量を補正する構成としてもよい。

・本実施形態では、目標状態量補正演算部７３（目標ヨーレイト補正演算部７４及び目標スリップ角補正演算部７５）は、車両モデル演算部６１から入力される目標状態量（目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0）に、それぞれ所定のゲインを乗ずることにより、その値（絶対値）が小さくなるように補正することとした。しかし、これに限らず、図９に示すように、ＩＦＳ制御演算部８０に、路面の摩擦抵抗μを推定する路面摩擦抵抗推定演算部８１、及びその推定された摩擦抵抗μに応じて変化する補正ゲインＫvを演算するゲイン可変演算部８２を設ける。そして、目標状態量演算部８３は、目標状態量（目標ヨーレイトＲy0及び目標スリップ角θsp0）にその補正ゲインＫvを乗ずることにより、同目標状態量を補正する構成としてもよい。これにより、路面状態に応じて精度よく目標状態量を補正することができ、その結果、オーバーステア制御におけるＡＣＴ角θtaの過剰応答を抑えて良好な操舵フィーリングを維持しつつ、車両安定性能の更なる向上を図ることができる。尚、路面の摩擦抵抗μの推定は、例えば、駆動輪と従動輪との間の車輪速差等から推定すればよい。

また、この場合、図１０に示すように、路面の摩擦抵抗μが低いほど補正ゲインＫvを小さくする構成とするとよい。このような構成とすれば、摩擦抵抗μが低くなり、転舵角変化に対する車両挙動の反応がより鈍く、安定領域もより狭い環境にあるほど、その変化速度を抑えつつ速やかにヨーレイトＲyを変化させることができ、これにより過大なヨーレイト変化速度に起因するオーバーシュートを抑制して、迅速に車両姿勢を安定化させることができるようになる。

ステアリング装置の概略構成図。 ギヤ比可変制御の説明図。 ギヤ比可変制御の説明図。 ステアリング装置の制御ブロック図。 ＩＦＳＥＣＵにおける演算処理の態様を示すフローチャート。 ＩＦＳ制御演算部の制御ブロック図。 ＩＦＳ制御演算部おけるＩＦＳ制御演算処理の態様を示すフローチャート。 低μ路におけるオーバーステア制御時の目標ヨーレイト及び実ヨーレイトの推移を示す波形図。 別例のＩＦＳ制御演算部の概略構成図。 補正ゲイン可変の態様を示す説明図。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリング、６…転舵輪、７…ギヤ比可変アクチュエータ、８…ＩＦＳＥＣＵ、３５，８０…ＩＦＳ制御演算部、６１…車両モデル演算部、６３…ステア特性演算部、６５…低速時補正ゲイン演算部、６７…制御ＯＮ／ＯＦＦ判定部、７３，８３…目標状態量補正演算部、８１…路面摩擦抵抗推定演算部、８２…ゲイン可変演算部、Ｒy…ヨーレイト、Ｒy0，Ｒy0´…目標ヨーレイト、θsp…スリップ角、θsp0，θsp0´…目標スリップ角、θt…転舵角、θts…ステア転舵角、θta…ＡＣＴ角、θifs*…ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角、θos*…ＯＳ制御時ＡＣＴ指令角、Ｖal_st…ＯＳ／ＵＳ特性値、Ｓc…制御ＯＮ／ＯＦＦ信号、Ｋv…補正ゲイン、μ…摩擦抵抗。

Claims (4)

1. 転舵輪の転舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段の作動を制御する制御手段と、車両モデルに基づいて車両のヨーモーメントに関連する車両状態量の目標値を演算する車両モデル演算手段と、前記演算された目標値とその実際値との比較により前記車両のステア特性を判定するステア特性判定手段とを備え、前記制御手段は、前記車両がオーバーステア状態にある場合には、前記ヨーモーメントと逆方向に前記転舵角を変更すべく前記駆動手段を作動させるオーバーステア制御を実行する車両用操舵装置であって、
   前記演算された目標値をその絶対値が小さくなるように補正する目標状態量補正手段を備え、
   前記制御手段は、前記補正された補正後の目標値と実際値との偏差に基づくフィードバック演算により、前記オーバーステア制御における制御目標成分を演算すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記車両のヨーモーメントに関連する車両状態量は、ヨーレイト又はスリップ角の少なくとも何れか一方であること、を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   路面の摩擦抵抗を推定する路面摩擦抵抗推定手段と、
   前記推定された摩擦抵抗に応じて変化する補正ゲインを演算するゲイン可変演算手段とを備え、
   前記目標状態量補正手段は、前記目標値に前記補正ゲインを乗ずることにより該目標値を補正すること、を特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項３に記載の車両用操舵装置において、
   前記ゲイン可変演算手段は、前記推定された摩擦抵抗が低いほど、小さな前記補正ゲインを演算すること、を特徴とする車両用操舵装置。

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