JP4715351B2 - ステアリング制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ドライバによるステアリング操作に基づいて操舵軸に付加されるハンドル軸トルクの補正を行うことができるステアリング制御システムに関するものである。

走る、曲がる、止まるといった車両の運動特性は、デバイス（エンジンやステアリング、サスペンション、ブレーキほか車両メカ系）の動作点によって変化するとともに、路面の傾斜によっても変わる。このため、ドライバはその特性を知った上で予測的操作をしたり、挙動を把握して修正操作をしている。つまり、ドライバは車の特性変化に応じて適応する必要がある。具体的な例として下記のようなものがある。

１）デバイスからくる特性変化
一般的に、車両は、旋回曲率が大きいほど（横加速度が強いほど）弱アンダーステアとなるよう車両設計されている。例えば、重量配分、サスジオメトリ（幾何構造）、サスキネマティクス（力を受けたり動いたりしたときの特性変化）、タイヤ特性などから、このような車両設計が成される。このような車両設計が成されている場合、旋回中に更に深いカーブになると追加操舵が不足しがちになる。

２）走行条件からくる特性変化
車速に応じてヨーレートや横加速度の操舵応答性が変わる。図７は、車速を変えて同じ旋回軌跡を走行した場合に、車速に応じた操舵の変化を調べたものである。具体的には、車速に応じた操舵の変化として、ハンドル角、ヨーレートおよび横加速度の変化を示してある。

この図からも明らかなように、車速に応じてハンドル角、ヨーレートおよび横加速度が変化しており、車速が高くなるに連れてバネ上の固有振動数付近で振動的になっていることから、ドライバはそれに対応できるようにハンドル操作を行うことになる。

さらに、道路勾配によって前後輪の垂直荷重バランスが変わるためステア特性が変わる。例えば、登坂路の場合には前輪荷重が減るため、アンダーステアになりがちになり、降坂路の場合には前輪荷重が増えるため、オーバーステアになりがちになる。

また、ドライバは周辺の状況から最適な進路を決めハンドルを操作するにあたり、角度として入力するだけでなく操舵反力を通じて車両の運動や路面の状況をフィードバックしながら進路修正を図っている。

従来技術ではハンドルの角度またはそこから計算されたタイヤの舵角に着目し、発生する車両挙動（例：ヨーレート）の応答性を高めたり、車両安定性を向上させるよう前輪または後輪の舵角を補正すること、もしくは、ヨーレートを検出して制御に取り込むことが４ＷＳ（Four-wheel-steering）システムにて実現されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ドライバによるステアリング操作が為されたときに、ステアリングモータを作動させることでドライバが付与する力に対してアシスト力を加えることで、ハンドル軸トルクが発生させられるようになっている。このアシスト力を制御するものとして、車両のスピンやドリフトを検知したとき、それを防ぐ方向にアシスト力を補正するものもある。
特開平６−２９８１１２号公報

上記のように４ＷＳシステムによって車両安定性の向上等を図ることが可能であるが、これを実現するためには４ＷＳシステムという舵角調整デバイスが必要となるため、コストアップや車両重量の増加を招くことになる。

また、アシスト力の補正により、車両の運動限界付近では効果的にドライバの操作を誘導することができるが、通常の運転領域では何らアシスト力の補正が行われないため、反力と挙動の対応が適正化されることはない。

さらに、人間は周辺の状況を見て運転操作しており、８０％以上が視覚からくるものと言われている。このため、周辺環境の状態が異なると運転操作して車両と周辺環境との関係が変わっていくときの感じ方も変わってくる。

例えば、車両走行中、前方がカーブであるとか登降坂である場合、前方に車が存在する場合、道幅が狭い場合等、それぞれにおいて、同じ操作、同じ加減速もしくは同じ旋回を行ったとしても、ドライバが感じる車両の加速感や旋回感は異なったものとなる。車両の周囲の明るさや天候なども影響し、ドライバの注視エリアの距離によって感覚が変化する変化すると考えられる。

具体的には、車両の姿勢が傾斜するほど加減速感や旋回感を感じやすい。例えば、駆動でノーズアップすると加速感、ブレーキでノーズダイブすると減速感が強くなる。また、旋回でロールすると旋回感が強くなる。

そして、実際の加減速旋回挙動、そのときの車両の姿勢、および、それを引き起こしたドライバによる車両各部の操作それぞれの関係が、車両特性や道路環境の影響で変化するため、ドライバは適宜適応した修正操作を行わなければならない。

また、直進でのレーンチェンジでは回転運動より横移動的な挙動が期待される。これは旋回先でなく直進前方を優先してドライバが見ているためであり、この場合には旋回への期待度が小さいと考えられる。高速で後輪を前輪と同相方向に操舵する４ＷＳシステムではこの点での改善がなされるが、前方の環境を捉えて最適化されているわけではない。

本発明は上記点に鑑みて、ドライバの意図に合った車両挙動を実現し、修正操作の頻度低減および運転負荷軽減を図ることができるステアリング制御システムを提供することを目的とする。

また、操縦したときの手応えとドライバが感じる車両の運動感覚、更には運転により変化する環境刺激の対応の不均一さを無くすことができるステアリング制御システムを提供することも目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ステアリング制御システムにおいて、車速の検出を行う車速検出手段（７）と、車両の前方の道路環境の検出を行う環境情報検出手段（８）とを備える。そして、コントローラ（１０）に、操舵トルク検出手段（３）で検出された操舵トルク（Ｔｓ）に加えて車速検出手段（７）で検出された車速に応じて基本アシスト量（Ｔａ）を設定する基本アシスト量設定手段（１０ｂ）と、環境情報検出手段（８）での検出結果に基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めるトルク補正量設定手段（１０ｃ）と、基本アシスト量設定手段（１０ｂ）で設定された基本アシスト量（Ｔａ）およびトルク補正量設定手段（１０ｃ）で求められたトルク補正量（ΔＴ）に基づいてアシスト力（Ｔａ−ΔＴ）を求めるアシスト補正手段（１０ｄ）とを備えることを特徴としている。

このように、操舵トルクセンサ（３）の検出信号に基づいて車両運動状態を推定し、所望の特性となるようハンドル軸トルクを補正し、かつ、環境情報検出手段（８）での検出結果をハンドル軸トルクの補正に反映させるようにしている。これにより、環境情報に応じて、ドライバの意図に合った車両挙動を実現し、修正操作の頻度低減および運転負荷軽減を図ることが可能となる。

具体的には、環境情報検出手段（８）にて、車両の前方道路のカーブ状態、勾配、分岐合流交差の状態、幅、車両の周辺車両の状態、障害物の状態、天候、周辺視界状態の少なくとも１つを環境情報として検出し、このような環境情報に応じてトルク補正量（ΔＴ）を求める。

また、請求項１に記載の発明では、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、環境情報からドライバが車両の近くを見がちな状況である場合に、車両の近くを見がちな状況ではない場合と比べて、伝達特性の帯域を拡大するか、もしくは、固有振動数付近のゲインを増大させるようにトルク補正量（ΔＴ）を設定することを特徴としている。

このようにすれば、ドライバが近くを見がちな状況下と遠くを見がちな状況下とで旋回能力を変えることができ、ドライバの期待に即した車両運動を実現することが可能となる。

例えば、請求項２に示されるように、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、環境情報検出手段（８）から受け取った環境情報が、前方道路の曲率が現在位置よりも大きくなる場合、登坂になる場合、合流点・交差点が接近する場合、道幅が現在位置よりも狭くなる場合、周辺車両が接近してくる場合、障害物が接近してくる場合、悪天候、視界が悪くなる場合の少なくも１つを示している場合に、ドライバが車両の近くを見がちな状況であるものとする。

請求項３に記載の発明では、環境情報検出手段（８）は、道路地図情報を記憶したナビゲーション装置を含み、環境情報として、道路地図情報として車両の前方道路の曲率を示す情報をトルク補正量設定手段（１０ｃ）に出力するようになっており、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、曲率に基づいて、カーブ度合を検出するカーブ度合検出手段（２１ｃ）を有していることを特徴としている。

このように、環境情報検出手段（８）がナビゲーション装置に記憶された道路地図情報から得られる車両の前方道路の曲率である場合に、カーブ度合検出手段（２１ｃ）にてカーブ度合いを求め、このカーブ度合いに基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めることができる。

請求項４に記載の発明では、環境情報検出手段（８）は、前方車両が存在するか否かを検出すると共に、該前方車両までの距離および該前方車両との相対速度を検出し、環境情報として距離および相対速度を示す情報をトルク補正量設定手段（１０ｃ）に出力するようになっており、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、距離および相対速度を示す情報に基づいて、前方車両への接近度合いを検出する接近度合検出手段（２１ｅ）を有していることを特徴としている。

このように、環境情報検出手段にて前方車両までの距離および相対速度を検出する場合に、接近度合検出手段（２１ｅ）にて接近度合いを求め、この接近度合いに基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めることができる。

請求項５に記載の発明では、環境情報検出手段（８）は、車両の前方道路の勾配を検出し、環境情報として、前方道路の勾配を示す情報をトルク補正量設定手段（１０ｃ）に出力するようになっており、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、勾配に基づいて、車両の荷重変動量を検出する荷重変動量検出手段（２１ｇ）を有していることを特徴としている。

このように、環境情報検出手段にて前方道路の勾配を検出する場合に、荷重変動量検出手段（２１ｇ）にて荷重変動量を求め、この荷重変動量に基づいてトルク補正量（ΔＴ）
を求めることができる。

具体的には、請求項６に示されるように、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、アシスト力に基づく車両挙動を演算する車両モデル（２０）とフィードバックゲイン（Ｆ）を求める状態フィードバックゲイン設定手段（２２）を有し、環境情報検出手段（８）の示す環境情報に基づいて状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にてフィードバックゲイン（Ｆ）を求め、また、車両モデル（２）と状態フィードバックゲイン設定手段（２２）で求められたフィードバックゲイン（Ｆ）を用いて、操舵トルク検出手段（３）で求められた操舵トルク（Ｔｓ）に基づき、トルク補正量（ΔＴ）を求めることができる。

この場合、請求項７に示されるように、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、環境情報検出手段（８）の示す環境情報に基づいて仮想荷重移動量（ΔＷｔ）を求めると共に、該仮想荷重移動量（ΔＷｔ）から応答定義パラメータ（ζ）を求め、さらに応答定義パラメータ（ζ）に基づき状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にてフィードバックゲイン（Ｆ）を求めることができる。

請求項８または１０に記載の発明では、ステアリング制御システムに車両の挙動を示す車両状態を検出する車両状態検出手段（９）を備える。そして、トルク補正量設定手段（１０ｃ）にて、環境情報検出手段（８）での検出結果に加えて、車両状態検出手段（９）での検出結果に基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めることを特徴としている。

このように、操舵トルクセンサ（３）の検出信号に基づいて車両運動状態を推定し、所望の特性となるようハンドル軸トルクを補正し、かつ、車両状態検出手段（９）での検出結果をハンドル軸トルクの補正に反映させるようにしている。これにより、車両状態に応じて、ドライバの意図に合った車両挙動を実現し、修正操作の頻度低減および運転負荷軽減を図ることが可能となる。

また、請求項１０に記載の発明では、車両状態検出手段（９）は、車両の旋回度合いを検出する旋回度合検出手段（２１ａ）を有し、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、旋回度合検出手段（２１ａ）での検出結果に基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めることを特徴としている。

このように、車両状態検出手段（９）にて車両の旋回度合いを検出する場合に、旋回度合検出手段（２１ａ）にて旋回度合いを求め、この旋回度合いに基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めることができる。

具体的には、旋回度合検出手段（２１ａ）は、車両の旋回度合いをハンドル角、ヨーレート、横加速度、左右車輪速度差、操舵力のいずれか１つから推定する。

さらに、請求項１０に記載の発明では、トルク補正量設定手段（１０ｃ）では、旋回度合検出手段（２１ａ）の検出結果より旋回度合いが強いほど操舵入力に対する車両挙動の伝達特性の帯域を拡大するか、もしくは、固有振動数付近のゲインを増大することを特徴としている。

このように、旋回度合いが強いほど操舵入力に対する車両挙動の伝達特性の帯域を拡大するか、もしくは、固有振動数付近のゲインを増大することで、車両のバネ上における固有振動数付近の特性を走行状態によらず均一にすることができる。これにより、ハンドルを介してドライバに返ってくる車両共振振動が減り、運転操作に与えるノイズが減少してハンドル修正をし易くすることができる。

これらの場合、請求項１１に示されるように、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、アシスト力に基づく車両挙動を演算する車両モデル（２０）とフィードバックゲイン（Ｆ）を求める状態フィードバックゲイン設定手段（２２）を有し、環境情報検出手段（８）の示す環境情報に基づいて状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にてフィードバックゲイン（Ｆ）を求め、また、車両モデル（２）と状態フィードバックゲイン設定手段（２２）で求められたフィードバックゲイン（Ｆ）を用いて、操舵トルク検出手段（３）で求められた操舵トルク（Ｔｓ）に基づき、トルク補正量（ΔＴ）を求めることができる。

この場合、請求項１２に示されるように、トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、環境情報検出手段（８）の示す環境情報に基づいて仮想荷重移動量（ΔＷｔ）を求めると共に、該仮想荷重移動量（ΔＷｔ）から応答定義パラメータ（ζ）を求め、さらに応答定義パラメータ（ζ）に基づき状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にてフィードバックゲイン（Ｆ）を求めることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態が適用されたステアリング制御システムについて説明する。図１は、本実施形態のステアリング制御システムの概略構成を示した斜視模式図である。また、図２は、ステアリング制御システムの主要部のブロック図を示したものである。以下、これらの図を参照して、本実施形態のステアリング制御システムについて説明する。

本実施形態で示されるステアリング制御システムは、電動式パワーステアリング（ＥＰＳ）と呼ばれるもので、図１に示されるように、ステアリング１、ステアリングシャフト２、操舵トルクセンサ３、モータ４、ステアリングギア機構５、ステアリングリンク機構６、車速センサ７、環境情報検出部８、車両状態検出部９およびコントローラ１０等を備えて構成され、操舵輪となる両前輪１１ａ、１１ｂの中心線に対する角度（操舵角）の調整を行う。

ステアリング１は、ドライバによって操作される。このステアリング１がドライバによって操作されることで、例えば図示しないステアリングコラムを介してステアリングシャフト２を回転させるようになっている。

ステアリングシャフト２は、ドライバのステアリング操作を操舵力として伝えるものである。ステアリングシャフト２は、ステアリング１側の部分（以下、上部シャフトという）２ａとステアリングギア機構５側の部分（以下、下部シャフトという）２ｂの２部位に分かれており、上部シャフト２ａにはドライバ操作によるトルクがそのまま伝えられ、下部シャフト２ｂには上部シャフト２ａに伝えられたトルクとモータ４によるアシスト力とが加算されたトルクが伝えられるようになっている。

なお、ここでいう下部シャフト２ｂに発生させられるトルクがハンドル軸トルクに相当するものである。ステアリング制御システムには、本実施形態のように上部シャフト２ａに発生させられるトルクがモータ４によるアシスト力に加えられるようにハンドル軸トルクが発生させられる形態と、モータ４によるアシスト力だけでハンドル軸トルクが発生させられる形態があるが、いずれの形態に対しても本発明を適用することが可能である。

操舵トルクセンサ３は、操舵トルク検出手段に相当し、ステアリングシャフト２の連結部、つまり上部シャフト２ａと下部シャフト２ｂの間のねじれ角に応じた出力信号を発生させることで、操舵トルクＴｓを検出するものである。

モータ４は、アシスト力発生手段に相当するものであり、コントローラ１０からのモータ制御信号によって駆動され、下部シャフト２ｂに対してモータ制御信号に示されるモータトルクに応じたアシスト力を加えることで、下部シャフト２ｂにハンドル軸トルクを発生させるようになっている。

ステアリングギア機構５は、歯車の組み合わせ、例えばラックアンドピニオン型のもので構成され、下部シャフト２ｂに伝えられたハンドル軸トルク、つまり回転方向の力を下部シャフト２ｂに対して垂直方向の力に変換する。

ステアリングリンク機構６は、ステアリングギア機構５から伝えられる力をピットマンアームやタイロッドを介してステアリングナックルまで伝え、操舵輪となる左右の車輪１１ａ、１１ｂを同方向に向ける。

車速センサ７は、車速検出手段に相当し、ステアリング制御システムが搭載される車両の速度に応じた検出信号を出力するものである。この車速センサ７の検出信号がコントローラ１０に伝えられるようになっている。なお、ここでは車速センサ７を用いたが、車速を示すデータをコントローラ１０に伝えれば良いため、車輪速度センサを用いることもできるし、車速センサ７や車輪速度センサに基づいて車両に搭載された他のＥＣＵで車速が演算されている場合には、その演算結果そのものがコントローラ１０に伝えられるような形態とされていても構わない。

環境情報検出部８は、環境情報検出手段を構成するものであり、車両の前方の道路環境を検出するものである。道路環境としては、例えば、前方のカーブ状態、道路の傾斜（勾配、カント）、周辺車両状態（台数や距離、相対速度、位置関係など）、道路の分岐合流の状態、交差点や踏み切りの接近状態、道幅、障害物の状態、天候、周辺視界状態などが挙げられる。

この環境情報検出部８での検出結果は、モータ４によって発生させるアシスト力の調整を行うべきか否かの判別材料、例えば、ドライバが近場を見がちな状況である場合や危険度合いの高い場合などを示すものとして、コントローラ１０に伝えられるようになっている。

例えば、環境情報検出部８を、車載カメラや障害物センサ等で構成することができる。この場合、環境情報検出部８は、ステアリング制御システムが搭載された車両の前方の画像データを車載カメラで入手し、その画像データを解析することで自車両の周囲の環境情報を得たり、車両の前方に存在する先行車両などの障害物をセンサ、例えばレーザレーダなどで検出し、その検出結果から自車両の周囲の環境情報を得ることができる。また、環境情報検出部８は、車載カメラが入手した画像データを解析することによって自車両の周囲、特に前方車両が存在するか否か、また、存在する場合には自車両からその車両までの距離はどれだけか、さらには周囲に存在する車両の台数や各車両の自車両に対する相対速度、位置関係を求めることもできる。

また、環境情報検出部８を、例えばナビゲーション装置のように道路地図情報を記憶した記録媒体とすることもできる。この場合、環境情報検出部８は、記憶された道路地図情報そのもの、もしくは、道路地図情報から得られる情報を環境情報としてコントローラ１０に伝えることができる。

例えば、ナビゲーション装置には、道路地図情報として、道路に対応して付されるノードおよびセグメントが記憶されていると共に、道路勾配やカントがノードもしくはセグメントと対応付けられて記憶されている。それに加え、ナビゲーション装置には、道路地図情報として、道路の分岐合流に関する情報や交差点、踏み切り、道幅等の情報が記憶されている。これに基づき、環境情報検出部８は、ナビゲーション装置に一般的に備えられている自車位置検出機能から自車両が現在走行中の道路を割り出し、その道路のうち自車両が将来、例えば数秒後に走行するであろう場所の曲率を求め、その曲率を道路地図情報として、その場所の道路勾配やカント等の他の道路地図情報と共にコントローラ１０に伝えることができる。また、現在および将来の曲率情報から自車に対して曲がり易さを表す情報を求めることもできる。

さらに、環境情報検出部８を、例えば、加速度センサ等を有した構成とすることもできる。この場合、環境情報検出部８は、加速度センサ等によって検出される前後加速度に基づいて、周知の手法により、車両が現在走行中の道路の勾配（以下、現在の道路勾配という）を求め、これをコントローラ１０に伝えることができる。

その他にも、環境情報検出部８を、天候、周辺視界状況、自車がおかれている危険度合いなどを求めるものとして構成することができる。

なお、これらの情報については、各種センサを用いて得ることも可能であるが、例えば、路−車間通信や車−車間通信等、車外からの通信で得ることも可能である。

車両状態検出部９は、車両情報検出手段に相当し、車両挙動、具体的には車両の旋回状態を検出するものである。例えば、車両状態検出部９は、ハンドル角センサ、ヨーレートセンサ、横加速度センサ等によって構成され、これらの検出信号に基づいて旋回度合いを推定することで車両の旋回状態を検出できるようになっている。また、車両状態検出部９は、左右車輪速度差や操舵力に基づいて旋回状態を検出することもできる。例えば、左右車輪速度差は、車輪速度センサの検出信号に基づいて求められる各車輪１１ａ、１１ｂの車輪速度の差分を取ることで求められる。また、操舵力については、ハンドル操作に対する反力をセンサで検出したり、ハンドル軸の回転角とピニオン軸の回転角をモニタしてこれらの差を検出したり、もしくは、油圧式パワーステアリングであった場合の油圧をモニタしたりすることで、求めることが可能である。

コントローラ１０は、操舵トルクセンサ３、車速センサ７、環境情報検出部８および車両状態検出部９からの検出信号に基づいてモータ４を駆動するためのモータ制御信号を発生させるものである。

図２に示されるように、コントローラ１０は、位相補償部１０ａ、基本アシスト量設定部１０ｂ、車両モデルを用いたトルク補正量設定部１０ｃ、アシスト補正部１０ｄ、モータトルク制御部１０ｅおよびモータ駆動回路１０ｆを備えた構成とされている。

位相補償部１０ａは、操舵トルクセンサ３の検出信号によって示される操舵トルクＴｓの位相を進めるものであり、操舵系の安定性を高めるための位相補償を行うようになっている。

基本アシスト量設定部１０ｂは、位相補償部１０ａによって位相補償が行われた後の操舵トルクＴｓと、車速センサ７の検出信号が示す車速に基づいて、モータ４が加えるアシスト力の基本量に相当する基本アシスト量Ｔａを設定する。例えば、車速に対応して複数の特性曲線（操舵トルクＴｓ−基本アシスト量Ｔａの相関関係）が設定されているため、その時の車速から車速に対応した特性曲線が選択され、その選択された特性曲線に基づいて基本アシスト量Ｔａが設定される。具体的には、基本アシスト量Ｔａは、車速に関わらず、操舵トルクＴｓがある程度の大きさになるまでは比較的大きな割合で徐々に大きくされ、ある程度の大きさになるとそれ以上はあまり大きくならないような設定とされるが、さらに、車速が高いほど基本アシスト量Ｔａが小さく、逆に車速が低いほど基本アシスト量Ｔａが大きくなるような設定とされている。

車両モデルを用いたトルク補正量設定部１０ｃは、車両モデルを用いた状態フィードバックにより、車両状態や周辺環境に応じたトルク補正量ΔＴを求めるものである。すなわち、車両状況や周辺環境に応じてドライバが対応しなければならない修正操舵、言いかえれば操作負担をトルク補正によって低減すべく、その補正量を求めるのである。

図３は、トルク補正量設定部１０ｃが状態フィードバックを行う系として構成された場合のブロック図である。

トルク補正量設定部１０ｃは、例えば、状態フィードバックによる制御の一つとして良く知られている極配置を用いてトルク補正量ΔＴを求める。例えば、車両モデルの極には、車体のロールのような振動的な特徴をもつものがあり、こういった振動に寄与する極に着目し、それらを安定かつ目的とする応答が得られるところに配置するフィードバックゲインを求め、それに基づいてトルク補正量ΔＴが求められるようになっている。

例えば図３に示されるように、トルク補正量設定部１０ｃは、車両モデル２０と荷重演算部２１およびフィードバックゲイン設定部２２を有して構成される。

車両モデル２０は、車両旋回運動、車両ロール運動および操舵系運動による状態方程式を示したものである。図４（ａ）〜（ｃ）は、これら各運動中における各部の状態を表した図である。以下、これら各運動における運動方程式について説明する。

〔車両旋回運動について〕
図４（ａ）に示されるように、ヨー慣性モーメントＩｚ、前輪重心間距離Ｌｆ、後輪重心間距離 Ｌｒ、前後輪の発生横力をそれぞれＦｙｆ、Ｆｙｒ、ヨーレートγとすると、車体ヨー軸回りの運動方程式は、次式で表される。

（数１）
Ｉｚγ’＝ＬｆＦｙｆ−ＬｒＦｙｒ
次に、車両重量Ｍ、横加速度Ａｙとすると、車体横方向の運動方程式は次式で表される。

（数２）
ＭＡｙ＝Ｆｙｆ＋Ｆｙｒ
また、車体滑り角β、車速Ｖとすると、車体滑り角βの微分値は、次式で表される。

（数３）
β’＝Ａｙ／Ｖ−γ
さらに、路面摩擦係数μ、前後輪のコーナリングパワーＣｐｆ、Ｃｐｒ、 前後輪のタイヤ滑り角αｆ、αｒとして前後輪横力を表すと、前後輪の発生横力は、それぞれ次式で表される。

（数４）
Ｆｙｆ≒μＣｐｆαｆＦｚｆ＝Ｋｆαｆ
（数５）
Ｆｙｒ≒μＣｐｒαｒＦｚｒ＝Ｋｒαｒ
ここで前後輪舵角δｆ、δｒとして、前後輪のタイヤ滑り角αｆ、αｒは、次式で表すことができる。

（数６）
αｆ＝δｆ−Ｌｆγ／Ｖ−β
（数７）
αｒ＝δｒ＋Ｌｒγ／Ｖ−β
なお、上記モデルでは、左右輪を一体化した２輪モデルとしてあること、前後輪横力の飽和特性、荷重移動による横力の変化、路面μの固定値化、タイヤ前後力による運動変化、三角関数の近似、サスの影響（コンプライアンスステア等）を無視していること、等により、モデル簡略化を行っている。

〔車両ロール運動について〕
図４（ｂ）に示されるように、ロール慣性モーメントＩｘ、車両重量Ｍ、重心高ｈ、ロール中心高ｈｒ、前後輪のサスバネ定数をそれぞれｋｆ、ｋｒ、ダンパ定数をｃｆ、ｃｒ、重力加速度ｇ、前後輪トレッドをそれぞれｂｆ、ｂｒ、ロール角θｒとすると、次式が成り立つ。

（数８）
Ｉｘθｒ’’＝｛Ｍｇ（ｈ−ｈｒ）−ｋｆｂｆ²／４−ｋｒｂｒ²／４｝θｒ−（ｃｆｂｆ²／４＋ｃｒｂｒ²／４）θｒ’＋（ｈ−ｈｒ）（Ｆｙｆ＋Ｆｙｒ）
なお、このモデルでは、前後輪を一体化（ロール軸の概念を省略）した２輪モデルとしてあること、サス特性の線形近似、三角関数の近似を行っていること、等により、モデル簡略化を行っている。

〔操舵系運動について〕
図４（ｃ）に示されるように、モータトルクＴｍ、トーショントルクＴｓ、ピニオンギヤ比Ｎｐ、モータギヤ比Ｎｇ、ラック等質量Ｍｒ、モータ慣性モーメントＪｍ、前輪横力に比例近似したラック負荷ｋＦｙｆ、ピニオン角θｐとすると、次式が成り立つ。

（数９）
（Ｎｐ²Ｍｒ＋Ｎｇ²Ｊｍ）θｐ’’＝−（Ｎｐ²Ｃｒ＋Ｃｐ）θｐ’−ＮｐｋＦｙｆ＋Ｔｓ＋ＮｇＴｍ
なお、このモデルでは、シャフト、ウォームギヤ等の慣性を一体化（ステアリングホイールからのドライバ入力により等価慣性が低下している可能性あり）していること、ラックからタイヤ操舵までの慣性を一体化していること、セルフアライニングトルクの横力線形近似を行っていること、タイヤバネ特性を無視していること、等により、モデル簡略化を行っている。

以上の車両モデルから、θｐ、θｐ’、γ、β、θｒ、θｒ’を状態量とし、操舵トルクＴｓとモータ４でのアシスト力を実現するために必要なトルクＮｇＴｍ（モータトルクＴｍとギア比Ｎｇとの乗算値）を合わせたものを本モデルの入力、ステア軸トルクＴｃとすると、次のような６×６行数列式が得られる。

なお、この６×６行数列式において、Ａ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、次のように定義されるものである。

したがって、この６×６行数列式の各状態量ｘ（θｐ、θｐ’、γ、β、θｒ、θｒ’）に対して後述するような制御系の設計手法によって求めた所定の状態フィードバックゲインＦ（Ｆ１〜Ｋｎ）を乗じたものを求めることで、トルク補正量ΔＴを求めることが可能となる。

続いて、状態フィードバックゲインＦの求め方について説明する。

状態フィードバックゲインＦは、環境情報検出部８や車両状態検出部９から得られる環境情報や車両状態に基づいて設定される。なお、本実施形態では、これら環境情報検出部８や車両状態検出部９から得られる環境情報や車両状態の双方を用いて状態フィードバックゲインＦを求める場合について説明するが、必ずしも双方必要というわけではなく、いずれか一方のみであっても構わない。

例えば車両状態に相当する旋回度合いを用いて状態フィードバックゲインＦを求める場合、図３に示されるように、車両状態検出部９として、例えば車輪速度センサを用い、旋回度合い検出部２１ａにて車輪速度センサの検出信号で各車輪速度から左右車輪速度差を求め、これにより旋回度合いを推定することができる。具体的には、車輪速度から推定される横加速度の次元を持つ物理量を次式により求める。

（数１２）
Ｇｙｅｓｔ１＝（Ｖｗｒ＋Ｖｗｌ）・（Ｖｗｒ−Ｖｗｌ）／ｂｆ
ここで、Ｖｗｒ、Ｖｗｌは左右車輪速度、ｂｆは前輪トレッドである。

そして、旋回度合いに応じた仮想荷重移動量ΔＷｔは、第１仮想荷重移動量検出部２１
ｂでＧｙｅｓｔ１の絶対値|Ｇｙｅｓｔ１|の関数として求められる。例えば、旋回度合いが高いとき操舵に対する車両挙動のゲインが低下するため、そのゲイン低下を補う方向として仮想荷重移動量ΔＷｔは前輪寄りとなる。

また、例えば環境情報に相当するカーブ度合いを用いて状態フィードバックゲインＦを求める場合、図３に示されるように、カーブ度合い検出部２１ｃにより、環境情報検出部８にて曲率を求め、これによりカーブ度合いを推定することが可能である。例えば、車両前方数秒間毎の曲率をρｔ１、ρｔ２…ρｔｎとした場合に、２秒先を中心に重み付け平均した曲率は、次式のように表される。

（数１３）
ρｗ＝Σｗｉ・ρｔｉ
この曲率から推定される横加速度の次元を持つ物理量を次式で求める。

（数１４）
Ｇｙｅｓｔ２＝ρｗＶ²
そして、カーブ度合いに応じた仮想荷重移動量ΔＷｒは、第２仮想荷重移動量検出部２
１ｄにて、Ｇｙｅｓｔ２の絶対値|Ｇｙｅｓｔ２|の関数として求められる。例えば、カーブが急になるとき操舵に対する車両挙動のゲインが向上する方向として仮想荷重移動量ΔＷｒは前輪寄りとなる。

また、例えば環境情報に相当する接近度合いを用いて状態フィードバックゲインＦを求める場合、図３に示されるように、接近度合い検出部２１ｅにより、環境情報検出部８にて車間距離および相対速度を求め、これにより接近度合いを推定することが可能である。例えば、車間距離Ｄ、相対速度Ｖｒとすると、接触時間τは次式で求めることができる。

（数１５）
τ＝−Ｄ／Ｖｒ
接近度合いは上式１５の逆数である１／τで定義することで、接近時には正、離れるときには負となる情報に変換することができる。その接近度合い１／τに応じた仮想荷重移動量ΔＷｖは、第３仮想荷重移動量検出部２１ｆにて、１／τの関数として求められる。
例えば、接近して１／τが正になるほど仮想荷重移動量ΔＷｖは前輪寄りとなる。

なお、図３では、この他、荷重変動量検出部２１ｇにて道路勾配に応じた荷重変動量を求めたのち、第４仮想荷重移動量検出部２１ｈにて、道路勾配に応じた仮想荷重移動量ΔＷＮを求めているが、ここで示した以外にも、様々な車両状態や環境情報に基づいて、仮想荷重移動量を求めることが可能である。

続いて、このようにして求められた仮想荷重移動量ΔＷｔ、ΔＷｒ、ΔＷｖ・・のトータルの仮想荷重移動量ΔＷを次式により求める。

（数１６）
ΔＷ＝ΔＷｔ＋ΔＷｒ＋ΔＷｖ
このトータルの仮想荷重移動量ΔＷに基づき、設定指標検出部２１ｉにて、状態フィー
ドバック後の目標特性が帯域を広げたり減衰レベルを上下させるための応答定義パラメータのひとつとして例えば減衰定数（設計指標）ζを決定する。例えば、減衰定数ζが低いと旋回し易い側、高いと旋回し難い側とすることができる。このため、車両状態や環境情報に応じて、減衰定数ζを低くするか若しくは高くするかを予め設定しておいた特性マップが設定指標検出部２１ｉに記憶させられており、これに基づいて減衰定数ζが設定されるようになっている。応答定義パラメータとしては他に時定数τとか固有振動数ωｎ、整定時間Ｔなどといったもので表現してもよい。

その後、フィードバックゲイン設定部２２にて、決定された減衰定数ζに応じて予め設計しておいた状態フィードバックゲインＦの各要素Ｆ１〜Ｆｎが決まるようにする。なお、このときの状態フィードバックゲインＦは、車両モデルの状態量の数と入力変数の数の積だけ要素を持つことになる。

このとき、仮想荷重移動量ΔＷに基づくフィードバックゲインＦの設定は、以下の観点に基づいて行っている。

まず、走行環境の状態としてドライバが近場を見がちな状況下においては、そうでない時に比べて伝達特性の帯域を広くする、もしくは固有振動数付近のゲインを増大させる。

例えば、車速が低い場合、前方カーブの曲率が大きく（曲率半径が小さく）なる場合、登坂になる場合、合流点・交差点が接近する場合、道幅が狭くなる場合、周辺車両が接近する場合、障害物が接近する場合、悪天候、視界が悪くなる場合等に、走行環境の状態としてドライバが近場を見がちな状況下であるとして上記の特性としている。すなわち、車速が低い場合には、近くを見ようとするため、注視距離が短くなる。前方カーブの曲率が大きい場合には、カーブ内側接線付近の距離が近くなる。登坂の場合には、水平感覚を得るための視線と道路の接点が近くなる。合流点・交差点の接近もしくは周辺車両接近などの場合には、接近する視認対象を見るため注視距離が近くなる。また、悪天候、視界が悪くなる場合、例えば暗い場所、霧などでは、見える範囲が狭まる。このため、これらの状況下の場合に、上記特性としている。

また、車両挙動としてバネ上、バネ下の一つ以上の固有振動数付近の特性に着目して制御の操作量を決定する。例えば、バネ上の車両挙動は、ヨー運動、ロール運動、車体上下運動として示されることから、これらのうちのいずれか１つ以上の固有振動数付近に着目して制御の操作量を決定する。一方、バネ下の車両挙動は、タイヤ横力、タイヤ転舵挙動、ラック変位、ピニオン回転挙動として示されることから、これらのうちのいずれか１つ以上の固有振動数付近に着目して制御の操作量を決定する。

以上のようにして、状態フィードバックゲインＦを設定している。このとき、上述したように、環境情報から荷重移動量を求め、そこから減衰定数ζを求めることで状態フィードバックゲインＦを求めている。この求め方は、以下の考えに基づくものである。

環境情報に対して車両の運動特性を決めるにあたって特定の旋回方向に仕向けようとすると、ドライバの期待する旋回タイミングや旋回度合いとのズレが生じ易い。そこで過渡特性として曲がり易さ・曲がり難さを規定するために荷重移動というものを利用する。

接地荷重というものは、前輪に乗るほど操舵時の前輪横力発生は高く旋回力は高まり、逆に後輪に乗るほど後輪横力発生が高く車両安定に寄与する。従ってこの荷重の移動量をもって環境情報から解釈されるカーブ度合いや前方車両の接近度合いなどに対して望む車両旋回特性を規定すると、異なる情報を同じ次元（物理量）で評価できるようになるとともに、ドライバの運転操作に呼応した過渡特性を得やすい。

次に総合した結果に対して車両運動特性を決めるにあたり、車両モデルの入出力伝達特性を例えば近似的に２次系で表現した場合の減衰定数ζと関連づける。０＜ζの範囲で振動特性が規定され、０に近いほど立ち上がり時間が短くなる代わりに振動的となり、逆に大きくなるほど減衰が強まり安定化する。この減衰定数ζと、適当に設定された固有振動数（具体的には１〜３Ｈｚ）の組合せでできる２次伝達特性の極を車両モデルが持つように極配置によってＦＢゲイン（Ｆ）を予め計算しておき、ζとＦのテーブルとして備えておく。

こうして各種環境情報からＦＢゲインまでのロジックを構成し、所望の車両運動特性を実現する。そしてこの制御はドライバの運転操作に呼応するため、補正のタイミングが特にあるわけでなく運転操作を起点としており、意図と反する方向への挙動発生もない。ゆえに運転を阻害することなく意図に応じた車両挙動を実現することができるのである。

このようにして、状態フィードバックゲインＦが設定されると、この状態フィードバックゲインＦを用いて、上述した状態フィードバックに基づきトルク補正量ΔＴが求められる。

アシスト補正部１０ｄは、基本アシスト量設定部１０ｂで求められた基本アシスト量Ｔａに対して、トルク補正量設定部１０ｃで求められた補正量ΔＴを減算することにより、実際に発生させるべきアシスト力（＝Ｔａ−ΔＴ）を求めるものである。

モータトルク制御部１０ｅは、アシスト補正部１０ｄで求められたアシスト力を実現するためにモータ４に対して発生させるべきモータトルクＴｍを求めたあと、このモータトルクＴｍを発生させるためにモータ４に対して流すべき電流値の指令値Ｉｍ^*を求めると共に、実際にモータ４に対して流されている電流値（実際値）Ｉｍを受け取り、実際値Ｉｍが指令値Ｉｍ^*と一致するように、例えばＰＩ制御等を用いてモータ駆動回路１０ｆを駆動するものである。

モータ駆動回路１０ｆは、モータトルク制御部１０ｅによって制御されるもので、例えばトランジスタなどを有した構成とされ、モータ４に対して流す電流値の調整を行うものである。すなわち、モータトルク制御部１０ｅによってトランジスタがスイッチングされることで、モータ４に対して指令値Ｉｍ^*で示される電流を流すようになっている。また、このモータ駆動回路１０ｆは、モータ４に流された電流の実際値Ｉｍを検出し、それをモータトルク制御部１０ｅにフィードバックするようになっている。これに基づき、モータトルク制御部１０ｅは、上述したＰＩ制御等を実行するようになっている。

以上のようにして、本実施形態のステアリング制御システムが構成されている。次に、このステアリング制御システムの作動について説明する。

ドライバによりステアリング１が操作されると、それによってステアリングシャフト２が回転させられる。まず、上部シャフト２ａが回転させられると、それに応じたアシスト力が得られるように、操舵トルクセンサ３での検出信号から位相補償部１０ａ、基本アシスト量設定部１０ｂを経て、基本アシスト量Ｔａが求められる。

また、これと同時に、操舵トルクセンサ３、車速センサ７、環境情報検出部８および車両状態検出部９での検出結果に基づいて、トルク補正量設定部１０ｃにてトルク補正量ΔＴが求められる。

これにより、アシスト補正部１０ｄにて、基本アシスト量Ｔａとトルク補正量ΔＴからアシスト力（Ｔａ−ΔＴ）が求められ、モータトルク制御部１０ｅにて、そのアシスト力を得るためにモータ４に対して流すべき電流値の指令値Ｉｍ^*が求められる。そして、モータトルク制御部１０ｅがモータ駆動回路１０ｆを制御することにより、モータ４に対して指令値Ｉｍ^*で示される電流が流され、モータ４が駆動されることで下部シャフト２ｂに対して上部シャフト２ａから伝えられるトルクとモータ４によって伝えられたトルクを加算したものがハンドル軸トルクとして発生させられる。

このようにして、下部シャフト２ｂに対してハンドル軸トルクが加えられると、それがステアリングギア機構５およびステアリングリンク機構６を通じて左右車輪１１ａ、１１ｂに伝えられ、左右車輪１１ａ、１１ｂがハンドル軸トルクに応じた所望の操舵角となるように同方向に向けられることになる。

続いて、上記のように構成されたステアリング制御システムにより得られる効果について説明する。

本実施形態のステアリング制御システムによれば、ステアリング制御システムの内部状態、つまり操舵トルクセンサ３の検出信号に基づいて車両運動状態を推定し、所望の特性となるよう下部シャフト２ｂに発生させられるハンドル軸トルクを補正する。その上で、さらに環境情報検出部８および車両状態検出部９での検出結果をそのハンドル軸トルクの補正に反映させるようにしている。

具体的には、ハンドル軸トルクがヨーレート、ロール等、車両挙動として伝えられるまでの伝達特性の帯域を縮小・拡大したり、もしくはその伝達特性で示される固有振動数（伝達特性がピークとなる周波数）付近のゲインを調整したりしている。

図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）は、その様子の一例として伝達特性の帯域を縮小・拡大した場合を示したものであり、それぞれハンドル軸トルクからヨーレート、ロールまでの応答特性を表し、図５（ａ）および図６（ａ）は周波数に対するゲイン特性、図５（ｂ）および図６（ｂ）は周波数に対する位相特性として示してある。

これらの図中、一点差線は本実施形態のようなハンドル軸トルクの補正を行っていない場合、つまり基本特性を示している。また、二点鎖線は極配置により帯域、つまり定常状態から３ｄＢ低下するまでの範囲を拡大した場合の特性を示し、実線は極配置により帯域を縮小したときの特性（もしくは固有振動数付近の減衰を高め安定化を目指したときの特性）を示している。

このように、操舵トルクセンサ３の検出信号に基づいて車両運動状態を推定し、所望の特性となるよう下部シャフト２ｂに発生させられるハンドル軸トルクを補正しており、かつ、環境情報検出部８および車両状態検出部９での検出結果をハンドル軸トルクの補正に反映させ、ハンドル軸トルクがヨーレート、ロール等、車両挙動として伝えられるまでの伝達特性の帯域を縮小・拡大したり、固有振動数付近のゲインを調整することで、以下の効果が得られる。

１）操舵入力（操舵力）に対する車両の応答特性について
ステアリング１に一定トルク入力を加えた場合、車両のばね上もしくはばね下の一つ以上の固有振動数付近でアシスト力を減らすことにより、タイヤの切れ角さらには車両挙動が減少して振動を抑えることができる。

また、ステアリング１に対して一定角度入力を加えた場合、車両のばね上もしくはばね下の一つ以上の固有振動数付近でアシスト力を減らすことにより、ドライバへの反力を増やし、反力から挙動までの特性を減衰させることができるため、ドライバの感覚において負荷に対して挙動が出ない印象を与えることができる。

したがって、ドライバの操舵入力がトルクと角度によって規定されるものとするならば、これらにより、車両の安定化を図ることが可能になると共に、その安定化される状態をドライバに伝えること、つまりステアリング１を通じてドライバに対して車両運動に応じた手応えを感じさせることが可能となる。

一方、固有振動数付近のアシストを減少させた場合の効果は上記の通りであるが、車両の運動は上述したような特性変化をきたす為、減少させる一方でなく状況においては（旋回度合いが強いときなど）特性劣化したものを補う方向にすることが望ましい。これを実現するために、伝達特性の帯域を拡大したり劣化した帯域のゲインを増大するアシスト補正をすると好ましい。

このようにして、車両のバネ上における固有振動数付近の特性を走行状態によらず均一にすることで、ハンドルを介してドライバに返ってくる車両共振振動が減り、運転操作に与えるノイズが減少してハンドル修正をし易くすることができる。

したがって、カーブ走行中に更に車両が走行予定の道路の曲率が増したとき（カーブがきつくなったとき）を例にとれば、補正によって旋回能力が改善されるため、ドライバの期待に即した車両運動を実現することが可能となる。

２）前方の道路環境に応じた操舵入力に対する車両の応答特性について
環境情報を反映してハンドル軸トルクの補正を行っているため、前方の道路環境に応じた操舵入力に対する車両の応答特性を調整することが可能となる。

例えば、旋回側の応答を早めたい状況下では操舵入力（操舵力）に対する車両の伝達特性の帯域を拡大し、横移動的な挙動にしたい状況下では帯域を縮小したり、もしくは、固有振動数付近のゲインを縮小させる。

これにより、ドライバが前方の道路環境の変化に対して操舵するときの反力変化がドライバの期待する感覚と合ってハンドルによる操縦性を向上させることが可能となる。

また、道路環境としてドライバが近くを見がちな状況下では旋回側の応答性を早く、逆に遠くを見るとき（近くを見がちな状況下の逆の場合）は遅くすることもできる。

このようにしても、上記と同様の効果が得られると共に、ドライバが近くを見がちな状況下と遠くを見がちな状況下とで旋回能力を変えることができ、ドライバの期待に即した車両運動を実現することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態で説明した環境変化に対する操舵制御の考え方は、反力制御に限らず舵角制御においても適用できる。この場合において、車両特性として旋回能力が低下する状況下や走行環境の状態として旋回が要求されるときは、操舵入力から車両運動への応答性を上げるようにすればよい。

また、本発明でいうステアリング制御システムとしては、下部シャフト２ｂに対してアシスト力を加えるコラム式やピニオン式についてだけでなく、ラック位置でアシスト力を加えるものも挙げられる。具体的には、ラックにボールネジが切られ、その回りでモータが回転することでアシスト力を加えるものや、ラックに別の歯が切られて別のピニオンがウォームホイールとウォームおよびモータで回されることでアシスト力を加えるようなものにも、本発明を適用することができる。

本実施形態のステアリング制御システムの概略構成を示した斜視模式図である。 図１に示すステアリング制御システムのブロック図である。 図１に示すステアリング制御システムのコントローラ１０におけるトルク補正量設定部１０ｃが状態フィードバックを行う系として構成された場合のブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、車両旋回運動中、車両ロール運動中および操舵系運動中における各部の状態を表した図である。 ハンドル軸トルクからヨーレート、ロールまでの応答特性を表した図であって、（ａ）は、周波数に対するゲイン特性図、（ｂ）は、周波数に対する位相特性図である。 ハンドル軸トルクからヨーレート、ロールまでの応答特性を表した図であって、（ａ）は、周波数に対するゲイン特性図、（ｂ）は、周波数に対する位相特性図である。 車速を変えて同じ旋回軌跡を走行した場合に、車速に応じた操舵の変化を調べた特性図である。

符号の説明

１…ステアリング、２…ステアリングシャフト、２ａ…上部シャフト、２ｂ…下部シャフト、３…操舵トルクセンサ、４…モータ、５…ステアリングギア機構、６…ステアリングリンク機構、７…車速センサ、８…環境情報検出部、９…車両状態検出部、１０…コントローラ、１０ａ…位相補償部、１０ｂ…基本アシスト量設定部、１０ｃ…トルク補正量設定部、１０ｄ…アシスト補正部、１０ｅ…モータトルク制御部、１０ｆ…モータ駆動回路、１１ａ、１１ｂ…前輪、２０…車両モデル、２１…荷重演算部、２１ａ…旋回度合検出部、２１ｂ…仮想荷重移動量検出部、２１ｃ…カーブ度合検出部、２１ｄ…仮想荷重移動量検出部、２１ｅ…接近度合検出部、２１ｆ…仮想荷重移動量検出部、２１ｇ…荷重変動量検出部、２１ｈ…仮想荷重移動量検出部、２１ｉ…設定指標検出部、２２…フィードバックゲイン設定部。

Claims (12)

1. ドライバにより操作されるステアリング（１）と、
   上部シャフト（２ａ）および下部シャフト（２ｂ）を有して構成され、前記ステアリング（１）への操舵入力により前記上部シャフト（２ａ）に対してトルクが伝えられると、該上部シャフト（２ａ）に伝えられるトルクに応じて前記下部シャフト（２ｂ）に対してハンドル軸トルクが発生させられるように構成されたステアリングシャフト（２）と、
   前記上部シャフト（２ａ）と前記下部シャフト（２ｂ）の間のねじれ角に応じた出力信号を発生させることで操舵トルク（Ｔｓ）の検出を行う操舵トルク検出手段（３）と、
   制御信号に基づいて駆動され、アシスト力を発生させることで前記ハンドル軸トルクを発生させるアシスト力発生手段（４）と、
   前記ハンドル軸トルクを該下部シャフト（２ｂ）に対して垂直方向の力に変換するステアリングギア機構（５）と、
   前記ステアリングギア機構（５）から伝えられる力に基づいて、操舵輪となる左右の車輪（１１ａ、１１ｂ）を同方向に向けるように構成されたステアリングリンク機構（６）と、
   前記操舵トルク検出手段（３）で検出される前記操舵トルク（Ｔｓ）に基づいて、前記モータ（４）に対して前記制御信号を出力するコントローラ（１０）とを備えてなる車両に搭載されるステアリング制御システムにおいて、
   前記車両における車速の検出を行う車速検出手段（７）と、
   前記車両の前方の道路環境の検出を行う環境情報検出手段（８）とを備え、
   前記コントローラ（１０）は、
   前記操舵トルク検出手段（３）で検出された前記操舵トルク（Ｔｓ）に加えて前記車速検出手段（７）で検出された前記車速に応じて基本アシスト量（Ｔａ）を設定する基本アシスト量設定手段（１０ｂ）と、
   前記環境情報検出手段（８）での検出結果に基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めるトルク補正量設定手段（１０ｃ）と、
   前記基本アシスト量設定手段（１０ｂ）で設定された基本アシスト量（Ｔａ）および前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）で求められた前記トルク補正量（ΔＴ）に基づいて前記アシスト力（Ｔａ−ΔＴ）を求めるアシスト補正手段（１０ｄ）とを有した構成とされており、
   前記環境情報検出手段（８）は、前記車両の前方道路のカーブ状態、勾配、分岐合流交差の状態、幅、前記車両の周辺車両の状態、障害物の状態、天候、周辺視界状態の少なくとも１つを前記環境情報として検出し、
   前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記環境情報検出手段（８）から受け取った前記環境情報が、前記ドライバが前記車両の近くを見がちな状況を示すものであった場合には、前記車両の近くを見がちな状況ではない場合に比べて、操舵入力に対する車両挙動の伝達特性の帯域を拡大するか、もしくは、固有振動数付近のゲインを増大させるように前記トルク補正量（ΔＴ）を設定することを特徴とするステアリング制御システム。
2. 前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記環境情報検出手段（８）から受け取った前記環境情報が、前方道路の曲率が現在位置よりも大きくなる場合、登坂になる場合、合流点・交差点が接近する場合、道幅が現在位置よりも狭くなる場合、周辺車両が接近してくる場合、障害物が接近してくる場合、悪天候、視界が悪くなる場合の少なくも１つを示している場合に、前記ドライバが前記車両の近くを見がちな状況であるものとすることを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御システム。
3. 前記環境情報検出手段（８）は、道路地図情報を記憶したナビゲーション装置を含み、前記環境情報として、前記道路地図情報として前記車両の前方道路の曲率を示す情報を前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）に出力するようになっており、
   前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記曲率に基づいて、カーブ度合を検出するカーブ度合検出手段（２１ｃ）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のステアリング制御システム。
4. 前記環境情報検出手段（８）は、前方車両が存在するか否かを検出すると共に、該前方車両までの距離および該前方車両との相対速度を検出し、前記環境情報として前記距離および相対速度を示す情報を前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）に出力するようになっており、
   前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記距離および相対速度を示す情報に基づいて、前記前方車両への接近度合いを検出する接近度合検出手段（２１ｅ）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のステアリング制御システム。
5. 前記環境情報検出手段（８）は、前記車両の前方道路の勾配を検出し、前記環境情報として、前記前方道路の勾配を示す情報を前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）に出力するようになっており、
   前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記勾配に基づいて、前記車両の荷重変動量を検出する荷重変動量検出手段（２１ｇ）を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のステアリング制御システム。
6. 前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記アシスト力による車両挙動を演算する車両モデル（２０）とフィードバックゲイン（Ｆ）を求める状態フィードバックゲイン設定手段（２２）を有し、前記環境情報検出手段（８）の示す前記環境情報に基づいて前記状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にて前記フィードバックゲイン（Ｆ）を求め、前記車両モデル（２）と前記状態フィードバックゲイン設定手段（２２）で求められた前記フィードバックゲイン（Ｆ）を用いて、前記操舵トルク検出手段（３）で求められた前記操舵トルク（Ｔｓ）に基づき、前記トルク補正量（ΔＴ）を求めるようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のステアリング制御システム。
7. 前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記環境情報検出手段（８）の示す前記環境情報に基づいて仮想荷重移動量（ΔＷｔ）を求めると共に、該仮想荷重移動量（ΔＷｔ）から応答定義パラメータ（ζ）を求め、さらに前記応答定義パラメータ（ζ）に基づき前記状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にて前記フィードバックゲイン（Ｆ）を求めることを特徴とする請求項６に記載のステアリング制御システム。
8. 前記車両の挙動を示す車両状態を検出する車両状態検出手段（９）を備え、
   前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）にて、前記環境情報検出手段（８）での検出結果に加えて、前記車両状態検出手段（９）での検出結果に基づいて前記トルク補正量（ΔＴ）を求めることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のステアリング制御システム。
9. 前記車両状態検出手段（９）は、前記車両の旋回度合いを検出する旋回度合検出手段（２１ａ）を有し、
   前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）では、前記旋回度合検出手段（２１ａ）の検出結果より前記旋回度合いが強いほど前記操舵入力に対する車両挙動の伝達特性の帯域を拡大するか、もしくは、固有振動数付近のゲインを増大することを特徴とする請求項８に記載のステアリング制御システム。
10. ドライバにより操作されるステアリング（１）と、
    上部シャフト（２ａ）および下部シャフト（２ｂ）を有して構成され、前記ステアリング（１）への操舵入力により前記上部シャフト（２ａ）に対してトルクが伝えられ、該上部シャフト（２ａ）に伝えられるトルクに応じて前記下部シャフト（２ｂ）に対してハンドル軸トルクが発生させられるように構成されたステアリングシャフト（２）と、
    前記上部シャフト（２ａ）と前記下部シャフト（２ｂ）の間のねじれ角に応じた出力信号を発生させることで操舵トルク（Ｔｓ）の検出を行う操舵トルク検出手段（３）と、
    制御信号に基づいて駆動され、アシスト力を発生させることで前記ハンドル軸トルクを発生させるモータ（４）と、
    前記ハンドル軸トルクを該下部シャフト（２ｂ）に対して垂直方向の力に変換するステアリングギア機構（５）と、
    前記ステアリングギア機構（５）から伝えられる力に基づいて、操舵輪となる左右の車輪（１１ａ、１１ｂ）を同方向に向けるように構成されたステアリングリンク機構（６）と、
    前記操舵トルク検出手段（３）で検出される前記操舵トルク（Ｔｓ）に基づいて、前記モータ（４）に対して前記制御信号を出力するコントローラ（１０）とを備えてなる車両に搭載されるステアリング制御システムにおいて、
    前記車両における車速の検出を行う車速検出手段（７）と、
    前記車両の挙動を示す車両状態を検出する車両状態検出手段（９）とを備え、
    前記コントローラ（１０）は、
    前記操舵トルク検出手段（３）で検出された前記操舵トルク（Ｔｓ）に加えて前記車速検出手段（７）で検出された前記車速に応じて基本アシスト量（Ｔａ）を設定する基本アシスト量設定手段（１０ｂ）と、
    前記車両状態検出手段（９）での検出結果に基づいてトルク補正量（ΔＴ）を求めるトルク補正量設定手段（１０ｃ）と、
    前記基本アシスト量設定手段（１０ｂ）で設定された基本アシスト量（Ｔａ）および前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）で求められた前記トルク補正量（ΔＴ）に基づいて前記アシスト力（Ｔａ−ΔＴ）を求めるアシスト補正手段（１０ｄ）とを有した構成とされており、
    前記車両状態検出手段（９）は、前記車両の旋回度合いを検出する旋回度合検出手段（２１ａ）を有し、前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記旋回度合検出手段（２１ａ）での検出結果に基づいて前記トルク補正量（ΔＴ）を求め、
    前記旋回度合検出手段（２１ａ）は、前記車両の旋回度合いをハンドル角、ヨーレート、横加速度、左右車輪速度差、操舵力のいずれか１つから推定し、
    前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）では、前記旋回度合検出手段（２１ａ）の検出結果より前記旋回度合いが強いほど前記操舵入力に対する車両挙動の伝達特性の帯域を拡大するか、もしくは、固有振動数付近のゲインを増大することを特徴とするステアリング制御システム。
11. 前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記アシスト力による車両挙動を演算する車両モデル（２０）とフィードバックゲイン（Ｆ）を求める状態フィードバックゲイン設定手段（２２）を有し、前記環境情報検出手段（８）の示す前記環境情報に基づいて前記状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にて前記フィードバックゲイン（Ｆ）を求め、前記車両モデル（２）と前記状態フィードバックゲイン設定手段（２２）で求められた前記フィードバックゲイン（Ｆ）を用いて、前記操舵トルク検出手段（３）で求められた前記操舵トルク（Ｔｓ）に基づき、前記トルク補正量（ΔＴ）を求めるようになっていることを特徴とする請求項１０に記載のステアリング制御システム。
    
12. 前記トルク補正量設定手段（１０ｃ）は、前記環境情報検出手段（８）の示す前記環境情報に基づいて仮想荷重移動量（ΔＷｔ）を求めると共に、該仮想荷重移動量（ΔＷｔ）から応答定義パラメータ（ζ）を求め、さらに前記応答定義パラメータ（ζ）に基づき前記状態フィードバックゲイン設定手段（２２）にて前記フィードバックゲイン（Ｆ）を求めることを特徴とする請求項１１に記載のステアリング制御システム。

Images