JP4604991B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に切り離したステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。

従来から、操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に切り離したステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置はよく知られている。このステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、ステアリングシャフトを介して操舵ハンドルに接続された反力トルク用電動モータを、操舵ハンドルの操舵操作に応じて駆動制御して、操舵ハンドルの操舵操作に対して反力トルクを付与している。また、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵用電動モータを駆動制御して、操舵ハンドルの操舵操作に応答して転舵輪を転舵している。

このようなステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置における反力トルクの制御においては、図９に示すように、目標反力トルク演算部１がハンドル操舵角θに基づいて目標反力トルクＴ＊を計算し、演算器２およびＰＩ制御演算部３からなるモータトルク指令値演算部が、計算された目標反力トルクＴ＊を制御入力とするとともに、ステアリングシャフトに作用している操舵トルクＴをフィードバック入力とする。そして、モータトルク指令値演算部が、前記両入力の差Ｔ＊−Ｔに応じて、目標反力トルクＴ＊がステアリングシャフトに付与されるようにするためのモータトルク指令値Ｔmcを計算して、このモータトルク指令値Ｔmcに応じて反力トルク用電動モータを駆動制御するようにしている。この場合、ＰＩ制御演算部３においては、通常、Ｇp・(Ｔ＊−Ｔ)なる比例項とＧi・∫(Ｔ＊−Ｔ)dtなる積分項との和をモータトルク指令値Ｔmc｛＝Ｇp・(Ｔ＊−Ｔ)＋Ｇi・∫(Ｔ＊−Ｔ)dt}としている。なお、Ｇp，Ｇiは、それぞれ比例項および積分項のゲインである（下記特許文献１参照）。
特開２００４−３４９２３号公報

しかしながら、操舵ハンドルがニュートラル位置近傍にある場合には、操舵トルクセンサによって検出される操舵トルクＴにオフセット量が含まれていることがある。そして、このオフセット量のために、操舵ハンドルがニュートラル位置にあって運転者が操舵ハンドルを操作していない状態、例えば操舵ハンドルから手を放している状態では、積分項Ｇi・∫(Ｔ＊−Ｔ)dtによる制御のために、操舵ハンドルが左右に回転することがある。次に、この現象を具体的に説明するが、その前に、操舵角θ、操舵トルクＴおよびモータトルク指令値Ｔmcの正負と操舵ハンドルの回転方向との関係を説明しておく。この場合、操舵角θは、正により操舵ハンドルの右方向への操舵を表し、負により左方向の操舵を表すものとする。操舵トルクＴは、操舵ハンドルの右方向操舵時にステアリングシャフトに作用するトルクを正として、操舵ハンドルの左方向操舵時にステアリングシャフトに作用するトルクを負とする。また、モータトルク指令値Ｔmcは、操舵ハンドルの右方向の操舵に対抗する反力トルクを発生する反力トルク用電動モータの回転方向を正とし、操舵ハンドルの左方向の操舵に対抗する反力トルクを発生する反力トルク用電動モータの回転方向を負とする。

いま、ステアリングシャフトに作用している操舵トルクＴが実際には「０」であっても、操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクＴは、絶対値の微小な負のオフセット量を有しているものとする。この場合、操舵角θが「０」すなわち操舵ハンドルがニュートラル位置にあって、目標反力トルクＴ＊が図１０に破線で示す特性のように「０」であっても、モータトルク指令値Ｔmcは、操舵トルクＴのフィードバック制御により最初絶対値の極めて小さな負の値（図１０(Ａ)の点Ｐo）となる。この場合、反力トルク用電動モータに対するフィードバック制御において、積分項がなければ、このモータトルク指令値Ｔmcは絶対値の極めて小さな値に保たれ続けるので問題ない。

しかし、積分項Ｇi・∫(Ｔ＊−Ｔ)dtによる積分演算により、ニュートラル位置のモータトルク指令値Ｔmcは時間経過に従って徐々に増加する（図１１参照）。この場合、図１０の微小なオフセット量は図１０(Ａ)の点Ｐoで示すように絶対値の微小な負の値であるので、モータトルク指令値Ｔmcは、時間経過に従ってその絶対値が多少大きな負の値（点Ｐ1参照）になる。この絶対値の多少大きな負の値となったモータトルク指令値Ｔmcは、操舵ハンドルを右方向に回転させる方向に反力トルク用電動モータを回転させようとする。いま、操舵ハンドルは運転者によって操作されていないので、前記反力用電動モータによって駆動されて操舵ハンドルは右方向に回転する。この場合、転舵輪を介した路面からの反力によって、操舵ハンドルが右方向に回転され続けることはなく、操舵ハンドルはニュートラル位置から右方向の小さな回転角位置（図１０(Ｂ)の点Ｐ2参照）で停止する。

この操舵ハンドルの右方向への回転は微小な角度ではあるものの、操舵ハンドルを右方向に微小な操舵角θ1まで操舵したことと同等であり、この操舵角θ1に対応した目標反力トルクＴ＊が正の値として計算される（図１０(Ｃ)の破線参照）。そして、この正の目標反力トルクＴ＊は、操舵ハンドルを右方向に操舵した場合の反力トルクを発生させるものであるので、モータトルク指令値Ｔmcはある程度大きな正の値となる。また、この状態では、操舵ハンドルが操作されていないので、操舵トルクＴは操舵ハンドルを操作している場合に比べて減少し、モータトルク指令値Ｔmcは、図１０(Ｃ)の点Ｐ3で示すように前記点Ｐ2に対応した値よりも若干大きな値となる。この点Ｐ３に対応したモータトルク指令値Ｔmcにより、反力トルク用電動モータは操舵ハンドルを左方向に回転させる。以降、操舵ハンドルは、点Ｐ4，Ｐ5，Ｐ6・・で示すように、左右交互に運転者の操作とは無関係に回転してしまう。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、積分項を含む操舵トルクのフィードバック制御演算によって操舵ハンドルの操舵操作に対する反力トルクを付与するようにしたステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、操舵トルクセンサによって検出される操舵トルクにオフセット量が含まれていても、操舵ハンドルが運転者の操作とは無関係に左右に回転することがないようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、運転者によって回動操作される操舵ハンドルと、操舵ハンドルに接続されたステアリングシャフトに接続されて、操舵ハンドルの操舵操作に対して反力トルクを付与するための反力トルク用電動モータと、転舵輪を転舵するための転舵用電動モータと、操舵ハンドルの操舵操作に応じて反力トルク用電動モータを駆動制御して、操舵ハンドルの操舵操作に対して反力トルクの付与を制御する反力トルク付与制御手段と、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵用電動モータを駆動制御して、転舵輪を転舵制御する転舵制御手段とを備えたステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、反力トルク付与制御手段を、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、ステアリングシャフトに組み付けられて、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、操舵角センサによって検出された操舵角に基づいて目標反力トルクを計算する目標反力トルク演算部と、計算された目標反力トルクを制御入力とするとともに検出された操舵トルクをフィードバック入力として、両入力の差に応じて計算された目標反力トルクがステアリングシャフトに付与されるようにするためのモータトルク指令値であって、少なくとも前記差の積分項を含んだ演算によってモータトルク指令値を計算するモータトルク指令値演算部と、検出された操舵角を入力して、操舵ハンドルがニュートラル位置近傍にあるときにおける操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクのオフセット量を、入力した操舵角に基づいて算出された補正量によりキャンセルするキャンセル手段とにより構成したことにある。

この場合、キャンセル手段を、例えば、検出された操舵角の絶対値が所定の微小値の範囲内にあるとき、検出された操舵角に比例して変化するニュートラルトルク補正値を計算するニュートラルトルク補正値演算部と、計算されたニュートラルトルク補正値をモータトルク指令値演算部の演算においてフィードバック量が増加する側に加えるフィードバック量補正手段とで構成するとよい。

上記のように構成した本発明においては、キャンセル手段が、検出された操舵角を入力して、操舵ハンドルがニュートラル位置近傍にあるときにおける操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクのオフセット量を、操舵角センサによって検出された操舵角に基づいて算出された補正量によりキャンセルする。したがって、上記従来技術のように、操舵ハンドルがニュートラル位置近傍にあって、運転者が操舵ハンドルを操作していない状態にあっても、操舵トルクのオフセット量に起因した操舵ハンドルの左右への回転が回避される。

また、本発明の他の特徴は、ニュートラルトルク補正値演算部は、さらに、検出された操舵角の絶対値が所定の微小値の範囲から遠ざかるに従ってニュートラルトルク補正値の絶対値を徐々に小さくするようにしたことにある。これによれば、前記操舵角に応じた操舵トルクのオフセット量のキャンセル制御から、通常の操舵トルクに応じたフィードバック制御にスムーズに移行できるので、運転者が操舵ハンドルの操作に違和感を覚えることがなくなる。

以下、本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、運転者によって操舵操作される操舵操作装置１０と、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を前記運転者の操舵操作に応じて転舵する転舵装置２０とを機械的に分離したステアバイワイヤ方式を採用している。操舵操作装置１０は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１はステアリングシャフト１２の上端に固定され、ステアリングシャフト１２の下端には減速機構１３を介して反力トルク用電動モータ１４の出力軸が接続されている。反力トルク用電動モータ１４は、運転者による操舵ハンドル１１の操舵操作に対して反力トルクを付与するもので、その回転力が減速機構１３を介してステアリングシャフト１２に伝達されるようになっている。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸２１を備えている。この転舵軸２１の両端部には、タイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、転舵軸２１の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵軸２１には、転舵用電動モータ２４および減速機構を構成するボールねじ機構２５が組み付けられている。転舵用電動モータ２４は左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するもので、その回転がボールねじ機構２５によって減速されるとともに直線運動に変換されて転舵軸２１に伝達される。

次に、反力トルク用電動モータ１４および転舵用電動モータ２４の回転を制御する電気制御装置３０について説明する。電気制御装置３０は、操舵角センサ３１、操舵トルクセンサ３２、転舵角センサ３３および車速センサ３４を備えている。操舵角センサ３１は、ステアリングシャフト１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の基準位置からの回転角を検出してハンドル操舵角θとして出力する。なお、この操舵角センサ３１として、反力トルク用電動モータ１４内に設けた回転角センサを利用してもよい。この場合、ハンドル操舵角θは、基準位置を「０」とし、操舵ハンドル１１の右方向の回転角を正の値で表し、左方向の回転角を負の値で表す。操舵トルクセンサ３２は、ステアリングシャフト１２に組み付けられて、ステアリングシャフト１２に作用するトルクを検出して操舵トルクＴとして出力する。なお、操舵トルクＴは、操舵ハンドル１１の右方向の操舵時にステアリングシャフト１２に作用しているトルクを正で表し、操舵ハンドル１１の左方向の操舵時にステアリングシャフト１２に作用しているトルクを負で表す。

転舵角センサ３３は、転舵軸２１に組み付けられて、転舵軸２１の基準位置からの軸線方向の変位量を検出して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δとして出力する。なお、転舵角センサ３３として、転舵用電動モータ２４内に設けた回転角センサを利用するようにしてもよい。この場合、転舵角δは、基準位置を「０」とし、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の右方向の転舵角を正の値で表し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の左方向の転舵角を負の値で表す。車速センサ３４は、車速Ｖを検出して出力する。これらの操舵角センサ３１、操舵トルクセンサ３２、転舵角センサ３３および車速センサ３４は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）３５に接続されている。

ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、プログラムの実行によりモータトルク指令値Ｔmcおよびモータ回転角指令値δmcを計算して、同計算した指令値Ｔmc，δmcに対応した制御信号を駆動回路３６，３７に出力する。駆動回路３６は、前記モータトルク指令値Ｔmcに対応した制御信号に応じて反力トルク用電動モータ１４を駆動制御する。駆動回路３７は、モータ回転角指令値δmcに対応した制御信号に応じて転舵用電動モータ２４を駆動制御する。

次に、上記のように構成した実施形態の動作を図２の機能ブロック図を用いて説明する。この機能ブロック図は、プログラムの実行により実現されるＥＣＵ３５の機能をブロック図で表したものである。ＥＣＵ３５は、反力トルク用電動モータ１４を制御するためのトルク制御部Ｂ１０と、転舵用電動モータ２４を制御するための転舵制御部Ｂ２０を備えている。

トルク制御部Ｂ１０は、目標反力トルク演算部Ｂ１１、ニュートラルトルク補正値演算部Ｂ１２、ニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３、演算器Ｂ１４，Ｂ１５およびＰＩ制御演算部Ｂ１６を備えている。目標反力トルク演算部Ｂ１１は、ＥＣＵ３５内に予め用意された目標反力トルクテーブルを参照し、ハンドル操舵角θに応じた目標反力トルクＴ＊を計算する。目標反力テーブルは、図３に示すように、ハンドル操舵角θの増加に従って増加する目標反力トルクＴ＊を記憶している。なお、目標反力トルク演算部Ｂ１１は、目標反力テーブルに代えて、ハンドル操舵角θと目標反力トルクＴ＊との関係を示す関数を予め定義しておいて、前記関数を用いてハンドル操舵角θに応じた目標反力トルクＴ＊を計算するようにしてもよい。

ニュートラルトルク補正値演算部Ｂ１２は、ＥＣＵ３５内に予め用意されたニュートラルトルク補正値テーブルを参照し、ハンドル操舵角θに応じたニュートラルトルク補正値Ｔaを計算する。ニュートラルトルク補正値テーブルは、図４に示すように、ハンドル操舵角θの絶対値の小さな範囲内でハンドル操舵角θの増加に従って比例増加し、前記範囲外で一定値となるニュートラルトルク補正値Ｔaを記憶している。ニュートラルトルク補正値テーブルによって定義されるハンドル操舵角θは操舵ハンドル１１のニュートラル位置近傍の微小な角度であり、Δθは操舵トルクＴの補正領域の境界を示している。なお、ニュートラルトルク補正値演算部Ｂ１２は、ニュートラルトルク補正値テーブルに代えて、ハンドル操舵角θとニュートラルトルク補正値Ｔaとの関係を示す関数を予め定義しておいて、前記関数を用いてハンドル操舵角θに応じたニュートラルトルク補正値Ｔaを計算するようにしてもよい。

ニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３は、ニュートラルトルク補正値演算部Ｂ１２によって計算されたニュートラルトルク補正値Ｔaを入力して、入力したニュートラルトルク補正値ＴaにゲインＧを乗じて演算器Ｂ１４に出力する。ゲインＧは、ＥＣＵ３５内に予め用意されたゲインテーブルを参照することにより、ハンドル操舵角θを用いて計算される。ゲインテーブルは、図５に示すように、前記微小角Δθの範囲内で「１．０」に保たれ、前記微小角Δθの範囲を越えると、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が増加するに従って、「０．０」まで徐々に減少するゲインＧを記憶している。なお、ニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３は、ゲインテーブルに代えて、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜とゲインＧとの関係を示す関数を予め定義しておいて、前記関数を用いてハンドル操舵角θに応じたゲインＧを計算するようにしてもよい。このようなニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３の演算によって出力される信号値は、操舵ハンドル１１のニュートラル位置近傍において、ハンドル操舵角θに対して図６のように変化する。特に、補正領域内（｜θ｜≦Δθ）においてハンドル操舵角θの増加に従って徐々に増加し、補正領域を超えると「０，０」に向かって徐々に変化することに注目すべきである。

演算器Ｂ１４は、操舵トルクセンサ３２によって検出された操舵トルクＴと前記ニュートラルトルク補正ゲイン制御部の出力信号値Ｇ・Ｔaを加算して、演算器Ｂ１５に出力する。演算器Ｂ１５は、目標反力トルク演算部Ｂ１１にて演算された目標反力トルクＴ＊から演算器Ｂ１４からの出力信号値Ｔ＋Ｇ・Ｔaを減算してＰＩ制御演算部Ｂ１６に供給する。この演算器Ｂ１５の目標反力トルクＴ＊から出力信号値Ｔ＋Ｇ・Ｔaを減算することは、目標反力トルクＴ＊を制御入力することを意味するとともに、出力信号値Ｔ＋Ｇ・Ｔaをフィードバック入力することを意味する。そして、演算器Ｂ１４における操舵トルクＴに対するニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３からの出力信号値Ｇ・Ｔaの加算は、操舵ハンドル１１のニュートラル位置近傍において、検出操舵トルクＴによるフィードバック制御への影響をキャンセルすることを意味する。

ＰＩ制御演算部Ｂ１６は、演算器Ｂ１５の出力信号値Ｔ＊−(Ｔ＋Ｇ・Ｔa)を用いた下記式１のＰＩ制御演算の実行によりモータトルク指令値Ｔmcを計算する。
Ｔmc＝Ｋp1・{Ｔ＊−(Ｔ＋Ｇ・Ｔa)}＋Ｋi1・∫{Ｔ＊−(Ｔ＋Ｇ・Ｔa)}dt …式１
前記式１において、Ｋp1はＰＩ制御演算における比例項の予め決められたゲインであり、Ｋi1はＰＩ制御演算における積分項の予め決められたゲインである。そして、ＰＩ制御演算部Ｂ１６は、このモータトルク指令値Ｔmcに従い、駆動回路３６を介して反力トルク用電動モータ１４を駆動制御する。この駆動制御により、反力トルク用電動モータ１４は作動して、減速機構１３を介してステアリングシャフト１２に反力トルクを付与する。したがって、運転者はこの反力トルクを受けながら操舵ハンドル１１を回動操作することになる。

この場合、モータトルク指令値Ｔmcは、基本的には、検出したハンドル操舵角θに基づいて計算された目標反力トルクＴ＊を制御入力とするとともに、検出したハンドル操舵トルクＴをフィードバック入力とするＰＩ制御則に従って決められる。したがって、基本的には、ステアリングシャフト１２に前記目標反力トルクＴ＊が付与され、運転者はこの目標反力トルクＴ＊を感じながら操舵ハンドル１１を回動操作する。

また、操舵ハンドル１１がニュートラル位置近傍にあって、ハンドル操舵角θが図６の補正領域内にある場合には、ニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaがフィードバック入力である操舵トルクＴに加算されて、検出操舵トルクＴに含まれるオフセット量のフィードバック制御への影響をキャンセルする。具体的には、操舵ハンドルがニュートラル位置近傍にあり、運転者が操舵ハンドル１１から手を離している状態で、検出操舵角θがほぼ「０」であるとする。この場合、目標反力トルク演算部Ｂ１１で計算される目標反力トルクＴ＊はほぼ「０」である。しかし、検出操舵トルクＴにオフセット量が含まれていると、このオフセット量がＰＩ制御演算部Ｂ１６における積分項の演算により無視できなくなり、モータトルク指令値Ｔmcが反力トルク用電動モータ１４を駆動するために有効な値となり始める可能性がある。その結果、上記背景技術で説明したように、操舵ハンドル１１が、ニュートラル位置近傍で運転者による操作とは無関係に、左右に回転し始める事態が発生する可能性がある。

しかし、上記実施形態によれば、ニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaが検出操舵トルクＴの前記オフセット量をキャンセルするように作用する。すなわち、本実施形態の場合、このオフセット量を含む検出操舵トルクＴが負（または正）であることは、方向としては、運転者が操舵ハンドル１１を左方向（右方向）に回動操作したことに対応している。そして、この場合の目標反力トルクＴ＊はほぼ「０」であるので、前記オフセット量を含む検出操舵トルクＴは、前記操舵ハンドル１１を右方向（または左方向）に回転させるように作用する。一方、ニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３から出力されるニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaは、図４〜６のグラフからも理解できるように、操舵ハンドル１１の右方向（または左方向）の回転に対しては正（または負）の値を示す。そして、このニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaは演算器Ｂ１４にて操舵トルクＴに加算され、前記検出操舵トルクＴの負（または正）の値をキャンセルするように作用する。

また、別の見方をすれば、操舵ハンドル１１の右方向（または左方向）の回転に対して正（または負）の値を示すニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaは、演算器Ｂ１５の減算により、正負が反転してＰＩ制御演算部Ｂ１６に入力される。このことは、操舵ハンドル１１が右方向（または左方向）に回転されると、前記ニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaが操舵ハンドル１１を左方向（または右方向）すなわち逆方向に回転させるように作用する。このような理由により、操舵ハンドル１１がニュートラル位置近傍にあって、運転者によって操作されていない状態で、検出操舵トルクＴにオフセット量が含まれていても、ＰＩ制御の積分項により、上記従来の装置のように、操舵ハンドル１１が運転者により操作とは無関係に左右に回転するような事態を回避できる。

また、操舵ハンドル１１が運転者によって操舵操作される場合において、操舵ハンドル１１の操舵角θが図６の補正領域を超えて補正外領域に入る場合には、ニュートラルトルク補正値ゲイン制御部Ｂ１３によりゲインＧは「１．０」から徐々に「０．０」まで変化する（図５参照）。したがって、この場合には、ニュートラルトルク補正制御量Ｇ・Ｔaは徐々に正又は負の値から「０．０」まで徐々に変化し（図６参照）、操舵トルクＴのオフセット量に対するキャンセル作用が徐々に減少する。その結果、ハンドル操舵角θに応じた操舵トルクＴのオフセット量のキャンセル制御から、操舵トルクを用いた通常のフィードバック制御にスムーズに移行させることができ、運転者の操舵ハンドル１１の操舵操作に対する急激な変化を避けることができ、運転者は操舵ハンドル１１の操舵操作に違和感をもつことがなくなる。

一方、転舵制御部Ｂ２０は、目標転舵角演算部Ｂ２１、演算器Ｂ２２およびＰＩ制御演算部Ｂ２３を備えている。目標転舵角演算部Ｂ２１は、ＥＣＵ３５内に予め用意された目標転舵角テーブルを参照し、ハンドル操舵角θに応じた目標転舵角δ＊を計算する。目標転舵角テーブルは、図７に示すように、ハンドル操舵角θの増加に従って非線形増加する目標転舵角δを記憶している。また、目標転舵角演算部Ｂ２１は、前記計算した目標転舵角δ＊を車速Ｖに応じて補正する。目標転舵角演算部Ｂ２１は、ＥＣＵ３５内に予め用意された車速係数テーブルを参照し、車速Ｖに応じた車速係数Ｋvを計算する。車速係数テーブルは、図８に示すように、車速Ｖが「０．０」から増加するに従って、「１．０」を挟んで減少する車速係数Ｋvを記憶している。そして、目標転舵角演算部Ｂ２１は、前記計算した目標転舵角δ＊に前記計算した車速係数Ｋvを乗じて、車速Ｖに応じて補正した新たな目標転舵角δ＊を出力する。

なお、目標転舵角演算部Ｂ２１は、目標転舵角テーブルに代えて、ハンドル操舵角θと目標転舵角δ＊との関係を示す関数を予め定義しておいて、前記関数を用いてハンドル操舵角θに応じた目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。また、車速係数Ｋvに関しても、車速係数テーブルに代えて、車速Ｖと車速係数Ｋvとの関係を示す関数を予め定義しておいて、前記関数を用いて車速Ｖに応じた車速係数Ｋvを計算するようにしてもよい。また、上記目標転舵角δ＊の演算においては、ハンドル操舵角θに対して非線形に変化する目標転舵角δ＊を計算するようにしたが、ハンドル操舵角θに対して線形に変化する目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。さらに、車速係数Ｋvによる目標転舵角δ＊の補正を省略してもよい。

このようにして計算された目標転舵角δ＊は演算器Ｂ２２に供給される。演算器Ｂ２２は、転舵角センサ３３から検出転舵角δを入力しており、前記目標転舵角δ＊から検出転舵角δを減算してＰＩ制御演算部Ｂ２３に供給する。この演算器Ｂ２２の目標転舵角δ＊から検出転舵角δを減算することは、目標転舵角δ＊を制御入力することを意味するとともに、検出転舵角δをフィードバック入力することを意味する。

ＰＩ制御演算部Ｂ２３は、演算器Ｂ２２の出力信号値δ＊−δを用いた下記式２のＰＩ制御演算の実行によりモータ回転角指令値δmcを計算する。
δmc＝Ｋp2・(δ＊−δ)＋Ｋi2・∫(δ＊−δ)dt …式２
前記式２において、Ｋp2はＰＩ制御演算における比例項の予め決められたゲインであり、Ｋi2はＰＩ制御演算における積分項の予め決められたゲインである。そして、ＰＩ制御演算部Ｂ２３は、このモータ回転角指令値δmcに従い、駆動回路３７を介して転舵用電動モータ２４を駆動制御する。この駆動制御により、転舵用電動モータ２４は作動して、ボールねじ機構２５を介して転舵軸２１を軸線方向に駆動して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δ＊に転舵する。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、運転者の操舵ハンドル１１の左右への回動操作に応じて左右に転舵される。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、反力トルク用電動モータ１４および転舵用電動モータ２４の制御において、ＰＩ制御演算部Ｂ１６，Ｂ２３によるＰＩ制御を採用するようにした。しかし、本発明は、反力トルク用電動モータ１４の制御において少なくとも積分項を有する制御に適用されるものである。したがって、これらのＰＩ制御に代えて、ＰＩＤ制御を採用してもよい。この場合、上記式１，２のＰＩ制御演算に、さらに微分項Ｋd1・d{Ｔ＊−(Ｔ＋Ｇ・Ｔa)}／dtおよびＫd2・d(δ＊−δ)／dtをそれぞれ加えて、モータトルク指令値Ｔmcおよびモータ回転角指令値δmcを計算すればよい。なお、前記Ｋd1，Ｋd2は、ＰＩＤ制御演算における微分項の予め決められたゲインである。

また、上記実施形態においては、転舵軸２１に組み付けた転舵用電動モータ２４によってボールねじ機構２５を介して転舵軸２１を軸線方向に駆動することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵軸２１をラックバーで構成し、ラックバーのラック歯にピニオンギヤを噛み合わせ、ピニオンギヤを電動モータにより減速機構を介して軸線周りに回転させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。 コンピュータプログラムの実行によって図１の電子制御ユニットにて実現される機能を表す機能ブロック図である。 ハンドル操舵角と目標反力トルクとの関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角とニュートラルトルク補正値との関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角の絶対値とゲインとの関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角に対するニュートラルトルク補正制御量の変化を示すタイムチャートである。 ハンドル操舵角と目標転舵角との関係を示すグラフである。 車速と車速係数との関係を示すグラフである。 操舵反力トルクの発生をＰＩ制御法によって制御する従来の制御装置の機能ブロック図である。 (Ａ)〜(Ｃ)は、従来のＰＩ制御法により、検出操舵トルクのオフセット量に起因したニュートラル位置付近における操舵ハンドルの左右回転の発生を説明するための説明図である。 従来のＰＩ制御法の積分項により、検出操舵トルクのオフセット量に起因してモータトルク指令値が増加することを説明するための説明図である。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１３…反力トルク用電動モータ、２０…転舵装置、２４…転舵用電動モータ、３１…操舵角センサ、３２…操舵トルクセンサ、３５…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、Ｂ１０…トルク制御部、Ｂ１１…目標反力トルク演算部、Ｂ１２…ニュートラルトルク補正値演算部、Ｂ１３…ニュートラルトルク補正値ゲイン制御部、Ｂ１４，Ｂ１５…演算部、Ｂ１５…ＰＩ制御演算部。

Claims (3)

1. 運転者によって回動操作される操舵ハンドルと、
   操舵ハンドルに接続されたステアリングシャフトに接続されて、操舵ハンドルの操舵操作に対して反力トルクを付与するための反力トルク用電動モータと、
   転舵輪を転舵するための転舵用電動モータと、
   操舵ハンドルの操舵操作に応じて前記反力トルク用電動モータを駆動制御して、操舵ハンドルの操舵操作に対して反力トルクの付与を制御する反力トルク付与制御手段と、
   操舵ハンドルの操舵操作に応じて前記転舵用電動モータを駆動制御して、転舵輪を転舵制御する転舵制御手段とを備えたステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記反力トルク付与制御手段を、
   操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記ステアリングシャフトに組み付けられて、前記ステアリングシャフトに作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
   前記操舵角センサによって検出された操舵角に基づいて目標反力トルクを計算する目標反力トルク演算部と、
   前記計算された目標反力トルクを制御入力とするとともに前記検出された操舵トルクをフィードバック入力として、両入力の差に応じて前記計算された目標反力トルクが前記ステアリングシャフトに付与されるようにするためのモータトルク指令値であって、少なくとも前記差の積分項を含んだ演算によってモータトルク指令値を計算するモータトルク指令値演算部と、
   前記検出された操舵角を入力して、操舵ハンドルがニュートラル位置近傍にあるときにおける前記操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクのオフセット量を、前記入力した操舵角に基づいて算出された補正量によりキャンセルするキャンセル手段とにより構成したことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記キャンセル手段を、
   前記検出された操舵角の絶対値が所定の微小値の範囲内にあるとき、前記検出された操舵角に比例して変化するニュートラルトルク補正値を計算するニュートラルトルク補正値演算部と、
   前記計算されたニュートラルトルク補正値を前記モータトルク指令値演算部の演算においてフィードバック量が増加する側に加えるフィードバック量補正手段とで構成した車両の操舵装置。
3. 請求項２に記載した車両の操舵装置において、
   前記ニュートラルトルク補正値演算部は、さらに、前記検出された操舵角の絶対値が前記所定の微小値の範囲から遠ざかるに従って前記ニュートラルトルク補正値の絶対値を徐々に小さくするようにした車両の操舵装置。

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