JP4635648B2 - 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、各種センサにより検出される車両状態量及び車両周囲の状況信号（車間距離や白線検知信号等）に基づいて、ステアリング操作によらず自動的に転舵輪の舵角（転舵角）を制御することにより、所謂レーンキープ等、車両の自動操縦を可能とする車両用操舵装置が提案されている。そして、こうした自動操舵機能を備えたものにおいては、その自動操縦自体の完成度はもとより、同制御の終了を速やかに運転者に知らしめることもまた重要な課題の一つとなっている。

例えば、上例のレーンキープでは、走行路の白線（マーキング）が途切れた場合等、明確なる状況信号の検知が不能となった場合に、その自動制御は終了する。従って、こうした場合、当然のことながら、その操縦（運転）は速やかに運転者に引き継がれなければならない。しかしながら、そもそも、こうした自動操縦機能は運転者の負担を軽減すべく導入されるものであり、自動操縦中の運転者に、自らが運転する時と同様の緊張感及び注意力は期待できない。このため、音響的又は視覚的な手法によりその終了を告知したとしても、聞き逃され、或いは見過ごされる可能性は否定できず、その対応の遅れによって車両が走行車線から逸脱してしまうおそれがある。そこで、従来、その自動操縦制御の終了時、ステアリングに振動等の触覚的信号を付与するものがある。そして、このような構成を採用することで、運転者に対しその自動制御の終了を速やかに知らしめることができるようになる（例えば、特許文献１参照）。

ところで、自動操舵システムには、上記のような自動操縦機能以外にも、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に基づいて、車両のヨーモーメントを制御すべく自動的に転舵輪の舵角（転舵角）を変更するものがある（アクティブ転舵制御、例えば、特許文献２参照）。そして、このようなアクティブ転舵制御には、上記自動操縦制御時とは、全く逆の要因によって引き起こされる問題がある。

即ち、アクティブ転舵制御により与えられる転舵輪の舵角は、通常、ステアリングの舵角（操舵角）に応じたものとならない。そのため、転舵輪に作用する路面反力もまたその操舵角に応じたものとはならず、ステアリングに運転者の想定と反する操舵反力が作用することになる。そして、アクティブ転舵制御は、基本的に運転者自らの運転中において、必要に応じて速やかに実行されるものであり、このとき、運転者は緊張感及び注意力の何れもが高い状態にある。従って、運転者は、そのアクティブ転舵制御時の操舵反力の変化に対して敏感に反応しやすく、その変動を操舵フィーリングの悪化として捉えるおそれがある。

そこで、従来、こうした操舵反力の変動に伴う操舵フィーリングの悪化を抑制すべく、路面反力に応じた操舵反力をステアリングに付与すべく制御される反力アクチュエータを備えた所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、路面反力を操舵反力として反映させる路面反力反映モードと、路面反力を反映させない解除モードとを有し、その車両状態に応じて、これら２つのモードを切り替え可能としたものがある（例えば、特許文献３参照）。そして、このような構成をアクティブ転舵制御時に適用することにより、上記のごとく、運転者の想定に反する操舵反力を付与することによる操舵フィーリングの悪化を防止することができるようになる。
特開２００４−２１０２７６号公報 特開２００２−２５４９６４号公報 特開２００３−１８２６１８号公報

しかしながら、上記従来例のごとく、単にステアリングへの路面反力の反映を解除する構成とした場合、その解除に伴って路面反力に相当する分だけ操舵反力が急激に減少することになる。このため、例えば、その操舵反力の減少により所謂舵抜け感が発生する等、却って操舵フィーリングの悪化を招くおそれがある。また、路面反力の反映を解除することで、運転者はアクティブ転舵制御の実行中であることを知りえなくなる。このため、例えば、車両がオーバーステア状態にある場合に、アクティブ転舵制御によってヨーモーメントの方向と逆方向の舵角、即ちカウンタステアをあてるよう制御しているにも関わらず、運転者がヨーモーメント方向にステアリングを切り続けるといった状況が想定される。そして、こうした場合には、そのアクティブ転舵制御の有効性が低下する、或いは転舵角が操舵角に対応する角度と離れることにより、アクティブ転舵制御の終了が遅れてしまうといった問題がある。

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、アクティブ転舵制御時の良好な操舵フィーリングを確保するとともに、運転者に対しより確実に同制御の実行中であることを知らしめ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、転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、ステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータと、前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段と、前記検出される路面反力に応じた操舵反力を前記ステアリングに付与すべく制御される反力アクチュエータと、前記転舵アクチュエータ及び反力アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、ステアリング操作によらず自動的に前記転舵角を変更すべく前記転舵アクチュエータの作動を制御するアクティブ転舵制御機能を有する車両用操舵装置であって、前記制御手段は、前記アクティブ転舵制御時には、前記ステアリングに付与する操舵反力をアクティブ転舵制御の開始時の値に所定の波動成分を重畳した値とすべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、アクティブ転舵制御時に発生する操舵反力の変動を排除して良好な操舵フィーリングを確保することができる。また、波動成分の重畳によってステアリングが揺動することにより、同アクティブ転舵制御の実行中であることをより確実に運転者に知らしめることができる。従って、例えば、カウンタステア時等、アクティブ転舵制御によって、車両が運転者の想定と異なる挙動を示すような場合であっても、運転者は、その挙動がアクティブ転舵制御によるものであることを認識することができ、これにより、アクティブ転舵制御と逆行するステアリング操作の発生を未然に防止することができる。その結果、こうしたアクティブ転舵制御と逆行するステアリング操作によるアクティブ転舵制御の有効性低下やアクティブ転舵制御の終了遅れ等を効果的に抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記検出される路面反力の変化速度に応じて、前記波動成分の振幅又は周波数の少なくとも一方を変更すること、を要旨とする。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記検出される路面反力の変化速度が大であるほど、前記振幅を小とすること、を要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、前記検出される路面反力の変化速度が大であるほど、前記周波数を大とすること、を要旨とする。
上記各構成によれば、実行中のアクティブ転舵制御の状態を、効果的に運転者に告知することができ、運転者にさらなる安心感を与えることが可能になる。特に、請求項３の構成では、検出される路面反力の変化速度が大きいほど振幅を小さく、また請求項４の構成では、周波数を大きくするため、アクティブ制御量が大きな場合であっても、それによってステアリングがとられることがない。

本発明によれば、アクティブ転舵制御時の良好な操舵フィーリングを確保するとともに、運転者に対しより確実に同制御の実行中であることを知らしめ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、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（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に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング（ハンドル）２を含む操舵機構３と転舵輪４の舵角を変更するための転舵機構５とが機械的に非連結、即ちステアリング２と転舵輪４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である。

操舵機構３は、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト６と、ステアリング操作に伴うステアリング２の舵角、即ち操舵角θsを検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ７とを備えている。そして、転舵機構５は、操舵角センサ７により検出される操舵角θsに基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪４の舵角を発生させるための転舵アクチュエータ８を備えている。本実施形態では、転舵機構５は、タイロッド９及びナックルアーム１０を介して左右の転舵輪４を連結する転舵軸１２を有しており、転舵アクチュエータ８は、駆動源としてのモータ１３と該モータ１３の回転を転舵軸１２の往復動に変換する変換機構１４とを備えている。尚、本実施形態の転舵アクチュエータ８は、転舵軸１２と同軸配置されたブラシレスモータを有し、変換機構１４としてボール螺子機構を備えている。そして、この転舵アクチュエータ８により駆動された転舵軸１２の往復動が転舵輪４に伝達されることにより、同転舵輪４の舵角、即ち転舵角θtが変更されるようになっている。

また、本実施形態では、操舵機構３は、ステアリング操作によってステアリング２に印加される操舵トルクτを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ１６と、該検出された操舵トルクτ（及び後述する路面反力Ｆr）に応じた操舵反力をステアリング２に付与するための反力アクチュエータ１７とを備えている。反力アクチュエータ１７は、駆動源としてのモータ１８と、該モータ１８の回転を減速してステアリングシャフト６に伝達する減速機構１９とを備えている。尚、本実施形態では、反力アクチュエータ１７のモータ１８には、転舵アクチュエータ８のモータ１３と同様にブラシレスモータが採用されている。そして、反力アクチュエータ１７は、減速機構１９を介してモータ１８の発生するモータトルクをステアリングシャフト６に伝達することによりステアリング２に操舵反力を付与するようになっている。

本実施形態では、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７は、制御装置２０によりその作動が制御されている。詳述すると、転舵アクチュエータ８のモータ１３及び反力アクチュエータ１７のモータ１８は、制御装置２０と接続されており、各モータ１３，１８は、制御装置２０から供給される三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づいて回転する。そして、制御装置２０は、その駆動電力の供給を通じて各モータ１３，１８の回転を制御することにより、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７の作動を制御する。具体的には、制御装置２０は、上記操舵角センサ７及びトルクセンサ１６、並びに車速センサ２１の出力信号に基づいて操舵角θs、操舵トルクτ及び車速Ｖを検出する。また、転舵軸１２には、変位量センサ２２が設けられており、制御装置２０は、この変位量センサ２２の出力信号に基づいて転舵輪４の転舵角θtを決定する同転舵軸１２の軸方向の変位量Ｘを検出する。そして、制御装置２０は、その検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、転舵輪４の転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御し、操舵トルクτ及び車速Ｖ（並びに路面反力Ｆr）に基づいて、操舵反力を付与すべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する。

次に、制御装置２０による転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７の制御態様について詳述する。
図２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、制御装置２０は、転舵アクチュエータ８を制御するための第１ＥＣＵ２３と、反力アクチュエータ１７を制御するための第２ＥＣＵ２４とを備えている。そして、これら第１ＥＣＵ２３及び第２ＥＣＵ２４は、それぞれ各モータ１３，１８を制御するためのモータ制御信号を出力するマイコン２５，２６と、そのモータ制御信号に基づいて各モータ１３，１８に駆動電力を供給する駆動回路２７，２８とを備えている。尚、以下に示す、各マイコン２５，２６内の各制御ブロックは、これらマイコン２５，２６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。

先ず、転舵アクチュエータ８を制御する第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５の構成について説明する。マイコン２５は、転舵輪４の制御目標角に対応する転舵軸１２の変位量指令Ｘ*を生成する変位量指令生成部３１と、その変位量指令Ｘ*及び検出された変位量Ｘに基づいて位置制御量εを演算する位置制御演算部３２と、その位置制御量εに基づいて駆動回路２７に出力するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部３３とを備えている。

変位量指令生成部３１には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、変位量指令生成部３１は、これら操舵角θs及び車速Ｖに基づいて変位量指令Ｘ*を生成し、その変位量指令Ｘ*を位置制御演算部３２に出力する。位置制御演算部３２には、この変位量指令Ｘ*とともに、変位量センサ２２により検出された変位量Ｘが入力される。そして、位置制御演算部３２は、これら変位量指令Ｘ*及び変位量Ｘに基づくフィードバック制御により位置制御量εを演算し、その位置制御量εをモータ制御信号生成部３３に出力する。モータ制御信号生成部３３には、位置制御演算部３２により算出された位置制御量εとともに、電流センサ３４により検出された実電流値及び回転角センサ３５により検出されたモータ１３の回転角が入力される。そして、モータ制御信号生成部３３は、これら位置制御量ε、実電流値及び回転角に基づいてモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号を駆動回路２７に出力する。そして、そのモータ制御信号に応じた駆動電流がモータ１３に供給されることにより、転舵輪４の転舵角θtをその制御目標角に追従させるべくモータ１３の回転、即ち転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている。

また、本実施形態では、変位量指令生成部３１は、ステアリング操作に応じた転舵角θtを発生させるための制御目標成分、即ち通常制御目標量Ｘn*を演算する通常制御演算部３６に加え、ステアリング操作によらず自動的に転舵角θtを変更するための制御目標成分であるアクティブ制御目標量Ｘa*を演算するアクティブ制御演算部３７を備えている。即ち、本実施形態の制御装置２０（第１ＥＣＵ２３）は、ステアリング操作によらず自動的に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御するアクティブ転舵機能を有している。

詳述すると、通常制御演算部３６には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、同通常制御演算部３６は、これら操舵角θs及び車速Ｖに基づいて通常制御目標量Ｘn*を演算する。一方、アクティブ制御演算部３７には、これら操舵角θs及び車速Ｖに加え、ヨーレイト等、その他複数の車両状態量γが入力される。尚、本実施形態では、アクティブ制御演算部３７には、車両状態量γとして、ヨーレイト、横方向加速度（横Ｇ）、スリップ角、車輪速差、ブレーキＯＮ信号等が入力される（図１参照）。そして、アクティブ制御演算部３７は、これらの車両状態量に基づいてアクティブ制御目標量Ｘa*を演算する。

具体的には、アクティブ制御演算部３７は、車両状態量γと車両の運動状態との関係をモデル化した車両モデルに基づいて車両のステアリング特性（オーバーステア／アンダーステア）を判定し、及び車両が所謂μスプリット制動状態（左右の車輪がそれぞれ摩擦抵抗μの著しく異なる２つの路面上にある状態での制動）にあるか否かを判定する。そして、アクティブ制御演算部３７は、そのステアリング特性をニュートラルステアに是正し、或いはその進行方向の偏向を抑制する等、そのヨーモーメントを積極的に制御すべく自動的に転舵角θtを変更するためのアクティブ制御目標量Ｘa*を演算する。尚、この場合における自動的な転舵角θtの変更には、例えば、ステアリング２の操作方向と逆向きに転舵角θtを変更する所謂カウンタステア等が含まれる。

通常制御演算部３６により算出された通常制御目標量Ｘn*、及びアクティブ制御演算部３７により算出されたアクティブ制御目標量Ｘa*は、加算器３８に入力される。そして、この加算器３８において、これら通常制御目標量Ｘn*及びアクティブ制御目標量Ｘa*が重畳された値が変位量指令Ｘ*として位置制御演算部３２に出力されるようになっている。

また、アクティブ制御演算部３７は、上記アクティブ転舵制御の実行（アクティブ転舵制御オン）及びその終了（アクティブ転舵制御オフ）を示すアクティブ転舵信号Ｓaを生成し、マイコン２５（第１ＥＣＵ２３）は、そのアクティブ転舵信号Ｓaを第２ＥＣＵ２４へと出力する。そして、このアクティブ転舵信号Ｓaに基づいて、後述するアクティブ転舵制御時の操舵反力波動制御が開始され、及び終了されるようになっている。尚、本実施形態では、アクティブ制御演算部３７は、演算されたアクティブ制御目標量Ｘa*の大きさに基づいてアクティブ転舵信号Ｓaを生成する。具体的には、アクティブ制御演算部３７は、アクティブ制御目標量Ｘa*の絶対値が予め設定された第１所定値以上の大きさとなる（詳しくはその変化量に基づいて推定される）場合にアクティブ転舵信号Ｓaを「ＯＮ」とし、その絶対値が予め設定された第２所定値以下となる場合にアクティブ転舵信号Ｓaを「ＯＦＦ」とする。

一方、反力アクチュエータ１７を制御する第２ＥＣＵ２４側のマイコン２６は、ステアリング２に付与する操舵反力の制御目標量、即ちモータ１８に供給する駆動電流の電流指令値として操舵反力指令Ｉq*を演算する操舵反力指令演算部４１と、この操舵反力指令Ｉq*に基づいて駆動回路２８に出力するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４２とを備えている。

また、本実施形態では、マイコン２６は、転舵輪４に作用する路面反力Ｆrを推定する路面反力推定演算部４３を備えており、操舵反力指令演算部４１は、この路面反力推定演算部４３により推定された路面反力Ｆrに基づいて操舵反力指令Ｉq*を演算する。即ち、本実施形態では、路面反力推定演算部４３により路面反力検出手段が構成されている。そして、その操舵反力指令Ｉq*に基づく駆動電力がモータ１８に供給、即ち反力アクチュエータ１７の作動が制御されることにより転舵輪４に作用する路面反力Ｆrに応じた（路面反力Ｆrの反映された）操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

詳述すると、本実施形態では、路面反力推定演算部４３には、上記変位量Ｘ及び電流センサ３４により検出された実電流値、即ち転舵アクチュエータ８側のモータ１３に通電される実電流値が入力される。そして、路面反力推定演算部４３は、これら変位量Ｘ及び実電流値に基づいて転舵軸１２に作用する軸力を演算し、その軸力を転舵輪４に作用する路面反力Ｆrと推定する。操舵反力指令演算部４１には、この路面反力推定演算部４３により推定された路面反力Ｆrとともに、操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、操舵反力指令演算部４１は、これら操舵トルクτ、路面反力Ｆr、及び車速Ｖに基づいて操舵反力指令Ｉq*を演算し、その操舵反力指令Ｉq*をモータ制御信号生成部４２へと出力する。モータ制御信号生成部４２には、操舵反力指令Ｉq*とともに、電流センサ４４により検出された実電流値及び回転角センサ４５により検出されたモータ１８の回転角が入力される。そして、モータ制御信号生成部４２は、これら操舵反力指令Ｉq*、実電流値及び回転角に基づき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２８へと出力する。そして、このモータ制御信号に応じた電流値を有する駆動電流がモータ１８に供給されることにより、その操舵トルクτ、路面反力Ｆr、及び車速Ｖに応じた操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

（アクティブ転舵制御時の操舵反力波動制御）
次に、本実施形態の制御装置２０によるアクティブ転舵制御時の操舵反力波動制御について説明する。図３は、アクティブ転舵制御時の操舵角θsと転舵角θtとの関係、及びその際の路面反力Ｆrを反映させた場合の操舵反力の変化を示す波形図、そして、図４は、操舵反力波動制御を行った場合の操舵反力Ｆhの変化を示す波形図である。尚、図３において、曲線ｍは操舵角θsの変化を示す操舵角曲線、曲線ｎは転舵角θtの変化を示す転舵角曲線である。また、説明の便宜のため、同図中、操舵角と転舵角との間の比率（伝達比）を補正した上で、操舵角曲線と転舵角曲線とを重ねて記載するものとする。

上述のように、アクティブ転舵制御時に発生する路面反力Ｆrは、多くの場合、その操舵角θsに応じたものとならず、こうした路面反力Ｆrを操舵反力Ｆhに反映させることとすれば、その操舵反力Ｆhは、運転者の想定と異なるものとなる。例えば、図３に示すように、アクティブ転舵制御により所謂カウンタステアをあてるべく転舵角θtを変更する場合において、転舵輪４に作用する路面反力Ｆrを操舵反力Ｆhに反映させるとすれば、その操舵反力Ｆhは、同制御の開始直後（図中領域αに示す部分）及び終了直前（図中領域βに示す部分）において大きく変動する。これは、開始直後には、転舵角θtが、操舵角θsの方向（運転者によるステアリング操作方向）と逆方向に向かって大きく変更され、その終了時には、ステアリング操作方向と同方向に向かって大きく変更される。即ち、同図に示すように、操舵角θの変化（曲線ｍ：操舵角曲線）と転舵角θtの変化（曲線ｎ：転舵角曲線）とが一致しなくなるためである。そして、こうした操舵反力Ｆhの変動が運転者の想定範囲にないことは明らかであり、その変動を操舵フィーリングの悪化として捉えるおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態の制御装置２０は、図４に示すように、こうしたアクティブ転舵制御時には、ステアリング２に付与する操舵反力Ｆhの値を、その開始時の値（保持値Ｆ０）に所定の波動成分を重畳した値とすべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する（操舵反力波動制御）。そして、これにより、アクティブ転舵制御時に発生する操舵角θsと対応しない路面反力Ｆrに基づく操舵反力Ｆhの変動を排除するとともに、波動成分の重畳によってステアリング２を揺動させることにより、同アクティブ転舵制御の実行中であることを運転者に知らしめることができるようになっている。

詳述すると、図２に示すように、本実施形態では、第２ＥＣＵ２４側のマイコン２６は、同操舵反力指令演算部４１がアクティブ転舵制御の開始時に出力した操舵反力指令Ｉq*を保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶し、その保持操舵反力指令Ｉq_s*を出力する操舵反力指令保持部４７と、所定の波動成分としての波動制御量Ｉq_w*を出力する波動制御量演算部４８とを備えている。

操舵反力指令保持部４７には、操舵反力指令演算部４１により演算された操舵反力指令Ｉq*とともに、第１ＥＣＵ２３（アクティブ制御演算部３７）の出力するアクティブ転舵信号Ｓaが入力されるようになっており、同操舵反力指令保持部４７は、このアクティブ転舵信号Ｓaが「ＯＮ」となった時の操舵反力指令Ｉq*を保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶する。即ち、操舵反力指令保持部４７は、アクティブ転舵制御が開始された時点の操舵反力指令Ｉq*を保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶する。そして、操舵反力指令保持部４７は、入力されるアクティブ転舵信号Ｓaが「ＯＦＦ」、即ちアクティブ転舵制御が終了するまでその保持操舵反力指令Ｉq_s*を出力する。

一方、本実施形態では、波動制御量演算部４８には、路面反力推定演算部４３により推定（検出）された路面反力Ｆrの微分値αＦrが入力されるようになっている。そして、図５に示すように、波動制御量演算部４８は、この入力される路面反力Ｆrの微分値αＦr、即ち検出される路面反力Ｆrの変化速度に応じて、その出力する波動制御量Ｉq_w*の振幅Ａ及び周波数ｆを変更するようになっている。

具体的には、本実施形態では、波動制御量演算部４８は、路面反力Ｆrの微分値αＦrと波動制御量Ｉq_w*の振幅Ａとが関係付けられたマップ４８ａ、及び同微分値αＦrと波動制御量Ｉq_w*の周波数ｆとが関係付けられたマップ４８ｂを有している（図６（ａ）（ｂ）参照）。より具体的には、マップ４８ａにおいて、振幅Ａは、微分値αＦrが大となるほど小となるように設定されている（約０．２〜０．５Ｎｍ）。また、マップ４８ｂにおいて、周波数ｆは、微分値αＦrが大となるほど大となるように設定されている（約５〜２０Ｈｚ）。そして、波動制御量演算部４８は、これらのマップ４８ａ，４８ｂに基づいて、出力する波動制御量Ｉq_w*の振幅Ａ及び周波数ｆを決定する。即ち、本実施形態では、波動制御量演算部４８は、検出される路面反力Ｆrの変化速度（路面反力Ｆrの微分値αＦr）が大きいほど、振幅Ａが小さく周波数ｆの高い波動制御量Ｉq_w*を出力し、路面反力Ｆrの変化速度（路面反力Ｆrの微分値αＦr）が小さいほど、振幅Ａが大きく周波数ｆの低い波動制御量Ｉq_w*を出力する。

本実施形態では、波動制御量演算部４８の出力する波動制御量Ｉq_w*は、操舵反力指令保持部４７の出力する保持操舵反力指令Ｉq_s*とともに加算器４９に入力され、同加算器４９において保持操舵反力指令Ｉq_s*に重畳される。そして、その重畳後の波動操舵反力指令Ｉq_s**は、操舵反力指令演算部４１の出力する操舵反力指令Ｉq*、及びアクティブ転舵信号Ｓaとともに、出力切替部５０に入力される。そして、出力切替部５０は、アクティブ転舵信号Ｓaが「ＯＦＦ」の場合には、操舵反力指令演算部４１が出力する操舵反力指令Ｉq*をモータ制御信号生成部４２に出力し、アクティブ転舵信号Ｓaが「ＯＮ」の場合には、保持操舵反力指令Ｉq_s*に波動制御量Ｉq_w*が重畳された波動操舵反力指令Ｉq_s**をモータ制御信号生成部４２に出力する。

即ち、図７のフローチャートに示すように、マイコン２６は、先ず、センサ値（車両状態量）として変位量Ｘ、実電流値Ｉs、操舵トルクτ、操舵角θs、及び車速Ｖを取得し（ステップ１０１）、続いて路面反力Ｆrの推定（ステップ１０２）、及びその路面反力Ｆrに応じた操舵反力Ｆhをステアリングに付与するための操舵反力指令Ｉq*の演算を実行する（ステップ１０３）。

次に、マイコン２６は、第１ＥＣＵ２３側から入力されるアクティブ転舵信号Ｓaが「ＯＮ」であるか否か、即ち上記アクティブ転舵制御が「オン」であるか否かを判定する（ステップ１０４）。そして、その判定が「オン」である場合（Ｓa＝ＯＮ、ステップ１０４：ＹＥＳ）には、続いて操舵反力波動制御が実行されているか否か、即ち既に実行中であるか否かを判定する（ステップ１０５）。尚、実行中であるか否かの判定は、後述する実行フラグがセットされているか否かにより行われる。そして、マイコン２６は、このステップ１０５において、実行中ではない、即ち操舵反力波動制御の開始時であると判定した場合（ステップ１０５：ＮＯ）には、実行フラグをセットし（ステップ１０６）、その時点の操舵反力指令Ｉq*を保持値、即ち保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶する（ステップ１０７）。尚、上記ステップ１０５において、既に実行中であると判定した場合（ステップ１０５：ＹＥＳ）には、マイコン２６は、上記ステップ１０６，１０７の処理を実行することなく、以下に示すステップ１０８以降の処理を実行する。

次に、マイコン２６は、上記ステップ１０２において推定（検出）された路面反力Ｆr、詳しくはその微分値αＦrに基づいて、波動成分として、その微分値αＦr、即ち路面反力Ｆrの変化速度に応じた振幅Ａ及び周波数ｆを有する波動制御量Ｉq_w*を演算する（ステップ１０８）。そして、この波動制御量Ｉq_w*を上記ステップ１０７において記憶された保持値（操舵反力指令Ｉq*）に重畳し（ステップ１０９）、その重畳された波動値（波動操舵反力指令Ｉq_s**）に基づくモータ制御信号を駆動回路２８へと出力する（ステップ１１０）。

一方、上記ステップ１０４において、ステップ１０４における判定が「オフ」であると判定した場合（Ｓa＝ＯＦＦ、ステップ１０４：ＮＯ）、マイコン２６は、続いて実行中であるか否かを判定する（ステップ１１１）。そして、このステップ１１１において、実行中であると判定した場合（ステップ１１１：ＹＥＳ）には、実行フラグをリセットし（ステップ１１２）、上記ステップ１０３において演算された操舵反力指令Ｉq*、即ち現在の路面反力Ｆrが反映された現在値に基づくモータ制御信号を駆動回路２８に出力する（ステップ１１３）。尚、上記ステップ１１１において、実行中ではないと判定した場合（ステップ１１１：ＮＯ）には、上記ステップ１１２を実行することなく、ステップ１１３において、現在値（操舵反力指令Ｉq*）に基づくモータ制御信号を駆動回路２８に出力する。

こうした上記一連の処理によって、通常時（非アクティブ転舵制御時）には、操舵反力指令演算部４１の出力する操舵反力指令Ｉq*に基づく駆動電力がモータ１８に供給され、これにより、現在の路面反力Ｆrが反映された操舵反力Ｆhがステアリング２に付与される。また、アクティブ転舵制御時には、操舵反力指令保持部４７の出力する保持操舵反力指令Ｉq_s*に波動制御量演算部４８の出力する波動制御量Ｉq_w*が重畳された波動操舵反力指令Ｉq_s**に基づく駆動電力がモータ１８に供給される。そして、これにより同アクティブ転舵制御の開始時点の値に所定の波動成分が重畳された値を有する操舵反力Ｆhがステアリング２に付与されるようになっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）制御装置２０は、アクティブ転舵制御時には、ステアリング２に付与する操舵反力Ｆhの値を、その開始時の値（保持値Ｆ０）に所定の波動成分を重畳した値とすべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する（操舵反力波動制御）。このような構成とすれば、アクティブ転舵制御時に発生する操舵角θsと対応しない路面反力Ｆrに基づく操舵反力Ｆhの変動を排除して良好な操舵フィーリングを確保することができる。また、波動成分の重畳によってステアリングが揺動することにより、同アクティブ転舵制御の実行中であることをより確実に運転者に知らしめることができる。従って、例えば、カウンタステア時等、アクティブ転舵制御によって、車両が運転者の想定と異なる挙動を示すような場合であっても、運転者は、その挙動がアクティブ転舵制御によるものであることを認識することができ、これにより、アクティブ転舵制御と逆行するステアリング操作の発生を未然に防止することができる。その結果、こうしたアクティブ転舵制御と逆行するステアリング操作によるアクティブ転舵制御の有効性低下やアクティブ転舵制御の終了遅れ等を効果的に抑制することができるようになる。

（２）波動制御量演算部４８は、入力される路面反力Ｆrの微分値αＦr、即ち検出される路面反力Ｆrの変化速度に応じて、その出力する波動成分としての波動制御量Ｉq_w*の振幅Ａ及び周波数ｆを変更する。このような構成とすれば、実行中のアクティブ転舵制御の状態を、効果的に運転者に告知することができ、運転者にさらなる安心感を与えることが可能になる。特に、本実施形態では、波動制御量演算部４８は、検出される路面反力Ｆrの変化速度（路面反力Ｆrの微分値αＦr）が大きいほど、振幅Ａが小さく周波数ｆの高い波動制御量Ｉq_w*を出力し、路面反力Ｆrの変化速度（路面反力Ｆrの微分値αＦr）が小さいほど、振幅Ａが大きく周波数ｆの低い波動制御量Ｉq_w*を出力する。従って、アクティブ制御量が大きな場合には、振幅Ａが小さく周波数ｆが高くなるため、それによってステアリングがとられることもない。

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、制御手段としての制御装置２０は、転舵アクチュエータ８を制御するための第１ＥＣＵ２３と、反力アクチュエータ１７を制御するための第２ＥＣＵ２４とを備えることとした。しかし、これに限らず、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７を制御する制御手段は、第１ＥＣＵ２３及び第２ＥＣＵ２４に相当するものが各々別体に設けられた構成であってもよい。

・本実施形態では、制御装置２０は、検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、転舵輪４の転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御することとした。しかし、これに限らず、転舵アクチュエータ８は、少なくとも操舵角θsに基づいて制御されるものであればよい。また、制御装置２０は、操舵トルクτ及び車速Ｖ（並びに路面反力Ｆr）に基づいて、操舵反力を付与すべく反力アクチュエータ１７の作動を制御することとしたが、路面反力Ｆrに応じた操舵反力を付与可能なものであれば、路面反力Ｆr以外のパラメータは、操舵トルクτ及び車速Ｖに限るものではない。

・本実施形態では、路面反力推定演算部４３は、変位量センサ２２により検出された変位量Ｘ及び転舵アクチュエータ８の駆動源であるモータ１３の実電流値に基づいて転舵軸１２に作用する軸力を演算し、その軸力を転舵輪４に作用する路面反力Ｆrと推定することとした。しかし、これに限らず、路面反力Ｆrの推定には、位置制御演算部３２により算出された位置制御量εを用いる構成としてもよい。

・また、制御装置２０は、推定された路面反力Ｆrを用いて反力アクチュエータの作動を制御することとしたが、路面反力Ｆrは、歪みゲージ等を用いて転舵軸１２に作用する軸力を検出する等、路面反力Ｆrを直接的に検出する構成としてもよい。

・また、変位量Ｘは、必ずしも変位量センサ２２により検出することはなく、回転角センサ３５により検出されるモータ１３の回転角から推定する構成としてもよい。
・本実施形態では、波動制御量演算部４８は、検出される路面反力Ｆrの変化速度（路面反力Ｆrの微分値αＦr）が大きいほど、振幅Ａが小さく周波数ｆの高い波動制御量Ｉq_w*を出力し、路面反力Ｆrの変化速度（路面反力Ｆrの微分値αＦr）が小さいほど、振幅Ａが大きく周波数ｆの低い波動制御量Ｉq_w*を出力することとした。しかし、これに限らず、路面反力Ｆrの変化速度に応じて振幅Ａ又は周波数ｆの一方を変更する構成としてもよい。即ち振幅Ａ又は周波数ｆの少なくとも何れかを変更する構成であってもよい。また、路面反力Ｆrの変化速度が大きいほど振幅Ａを大きくする、或いは周波数ｆを低くする等、その変更する形態はどのようなものであってもよい。

・本実施形態では、振幅Ａの変更幅を約０．２〜０．５Ｎｍとし、周波数ｆの変更幅を約５〜２０Ｈｚとした。しかし、これに限らず、周波数ｆの変更幅を１００Ｈｚ程度まで拡張する等、これら振幅Ａ又は周波数ｆの変更幅は、任意に設定してもよい。

・本実施形態では、本発明を所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に具体化したが、これに限らず、反力アクチュエータを備えたものであれば、ステアリングと転舵輪が機械的に連結されたもの、例えば、伝達比可変装置付きの車両用操舵装置等に具体化してもよい。

ステアリング装置の概略構成図。 ステアリング装置の制御ブロック図。 アクティブ転舵制御時に路面反力を反映させた場合の操舵反力の変化を示す波形図。 操舵反力波動制御を行った場合の操舵反力の変化を示す波形図。 波動成分として重畳される波動制御量の波形図。 （ａ）（ｂ）マップの概略構成図。 操舵反力波動制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリング（ハンドル）、３…操舵機構、４…転舵輪、５…転舵機構、６…ステアリングシャフト、７…操舵角センサ、８…転舵アクチュエータ、１２…転舵軸、１６…トルクセンサ、１７…反力アクチュエータ、２０…制御装置、２１…車速センサ、２２…変位量センサ、２３…第１ＥＣＵ、２４…第２ＥＣＵ、２５，２６…マイコン、３１…変位量指令演算部、５０…出力切替部、γ…車両状態量、θs…操舵角、θt…転舵角、τ…操舵トルク、Ｖ…車速、Ｘ…変位量、Ｘ*…変位量指令、Ｘn*…通常制御目標量、Ｘa*…アクティブ制御目標量、ε…位置制御量、Ｆr…路面反力、αＦr…微分値、Ｆh…操舵反力、Ｓa…アクティブ転舵信号、Ｉq*…操舵反力指令、Ｉq_s*…保持操舵反力指令、Ｉq_w*…波動制御量、Ｉq_s**…波動操舵反力指令、Ａ…振幅、ｆ…周波数。

Claims (4)

1. 転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、ステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させるべく制御される転舵アクチュエータと、前記転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段と、前記検出される路面反力に応じた操舵反力を前記ステアリングに付与すべく制御される反力アクチュエータと、前記転舵アクチュエータ及び反力アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、ステアリング操作によらず自動的に前記転舵角を変更すべく前記転舵アクチュエータの作動を制御するアクティブ転舵制御機能を有する車両用操舵装置であって、
   前記制御手段は、前記アクティブ転舵制御時には、前記ステアリングに付与する操舵反力をアクティブ転舵制御の開始時の値に所定の波動成分を重畳した値とすべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、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、
   前記制御手段は、前記検出される路面反力の変化速度に応じて、前記波動成分の振幅又は周波数の少なくとも一方を変更すること、を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記検出される路面反力の変化速度が大であるほど、前記振幅を小とすること、を特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記検出される路面反力の変化速度が大であるほど、前記周波数を大とすること、を特徴とする車両用操舵装置。

Images