JP4725132B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、が機械的に分離されたステアバイワイヤシステムによる操舵制御装置の技術分野に属する。

近年、ハンドルと操向輪との間の機械的な連結を解き、操舵系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステアバイワイヤ（以下、「SBW」と略称する。）システムを搭載した車両用操舵制御装置が提案されている。この種のSBWシステムでは、ハンドルと操向輪との間に機械的な連結がないため、例えば、ハンドル切り込み操作を行った場合、切り込み限界付近に達したら、ハンドルを介してドライバに端当て感を与える制御を行う必要がある。そこで、目標転舵角と実転舵角との舵角偏差が所定値以上である場合、操舵反力アクチュエータに最大反力を発生させ、機械的な端当て感を与える機能を実現するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８７３０８号公報

しかしながら、従来の操舵制御装置にあっては、舵角偏差が所定値以上になると一気に操舵反力アクチュエータにより最大反力を得る制御を行うものであるため、ドライバが切り込めない程度の大きな操舵反力トルクを出すには、大型の操舵反力アクチュエータを用いる必要があり、スペース的にもコスト的にも不利になる、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ステアバイワイヤ制御中のハンドル切り込み時、スペース的にもコスト的にも有利な小型の操舵反力アクチュエータを用いながらも、ハンドルを介してドライバに良好な端当て感を与えることができる操舵制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、が機械的に分離され、
前記操舵部と前記転舵部との間に設けられ、両者の機械的な分離・連結を可能とするバックアップ手段と、
前記ハンドルへの操舵状態に応じて転舵部に転舵トルクを付与する制御指令を前記転舵アクチュエータに出力する転舵トルク制御手段と、
前記操向輪の転舵状態に応じて操舵部に操舵反力トルクを付与する制御指令を前記操舵反力アクチュエータに出力する操舵反力制御手段と、
前記操舵部と前記転舵部を切り離してのステアバイワイヤ制御中にハンドル切り込み操作を行った場合、切り込み限界付近に達したら、ハンドルを介してドライバに端当て感を与える端当て制御を行う端当て制御手段と、
を備えた操舵制御装置において、
前記端当て制御手段は、前記端当て制御として、目標転舵角が前記操向輪の最大転舵角付近に達したら、前記バックアップ手段に対し機械的連結指示を出力するバックアップ制御と、機械的連結支持から機械的連結完了までの間、操舵反力トルクを経過時間にしたがって徐々に増大させる操舵反力トルク補正制御と、を行うことを特徴とする。

よって、本発明の操舵制御装置にあっては、端当て制御手段において、目標転舵角が最大転舵角付近に達したら、バックアップ手段に対し機械的連結指示を出力するバックアップ制御と、機械的連結支持から機械的連結完了までの間、操舵反力トルクを経過時間にしたがって徐々に増大させる操舵反力トルク補正制御とを行う。この結果、ステアバイワイヤ制御中のハンドル切り込み時、スペース的にもコスト的にも有利な小型の操舵反力アクチュエータを用いながらも、ハンドルを介してドライバに良好な端当て感を与えることができる。

以下、本発明の操舵制御装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の操舵制御装置が適用されたステアバイワイヤシステム（以下、「SBWシステム」という。）を示す全体構成図、図２は実施例１の操舵制御装置におけるバックアップクラッチの一例を示す断面図、図３は実施例１の操舵制御装置の全体システムを示す制御ブロック図である。実施例１の操舵制御装置は、(1)反力装置（操舵部）、(2)バックアップ装置（バックアップ手段）、(3)転舵装置（転舵部）、(4)制御コントローラにより構成されている。以下、それぞれの構成を詳しく説明する。

(1)反力装置
反力装置は、舵角センサ１，１と、エンコーダ２と、トルクセンサ３，３（操舵トルク検出手段）と、ホールＩＣ４と、反力モータ５（操舵反力アクチュエータ）と、を有して構成される。

前記舵角センサ１，１は、ハンドル６の操作角を検出する手段で、後述するケーブルコラム７とハンドル６とを結合するコラムシャフト８に設けられていて舵角センサ１と舵角センサ２との２つのトルクセンサにより二重系にて構成されている。つまり、舵角センサ１，１は、ハンドル６とトルクセンサ３，３との間に設置されており、トルクセンサ３，３の捩れによる角度変化の影響を受けることなく、操舵角を検出できるようになっている。この舵角センサ１，１には、アブソリュート型レゾルバ等を用いる。

前記トルクセンサ３，３は、前記舵角センサ１と反力モータ５との間に設置されていて、トルクセンサ１とトルクセンサ２との２つのトルクセンサにより二重系にて構成されている。トルクセンサ３，３は、例えば、軸方向に延在するトーションバーと、該トーションバーの一端に連結され、該トーションバーと同軸をなす第１軸と、該トーションバーの他端に連結され、該トーションバー及び第１軸と同軸を成す第２軸と、前記第１軸に固定された第１磁性体と、前記第２軸に固定された第２磁性体と、前記第１磁性体及び第２磁性体に対面するコイルと、該コイルを包囲し、前記第１磁性体及び第２磁性体と共に磁気回路を形成する第３磁性体とを有して構成される。そして、前記コイルはトーションバーに作用する捩れに基づく第１磁性体と第２磁性体との相対変位に対応してインダクタンスが変化し、該インダクタンスに基づく出力信号によりトルクを検出する。

前記反力モータ５は、ハンドル６に反力を与える操舵反力アクチュエータであり、前記コラムシャフト８を回転軸とする１ロータ・１ステータの電動モータで構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。この反力モータ５としては、ブラシレスモータが使用され、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ２とホールＩＣ４とを追加する。その場合は、ホールＩＣ４のみでもモータトルクを発生するモータ駆動は可能であるが、微細なトルク変動が発生し、操舵反力感が悪い。そこで、より繊細で滑らかな反力制御を行うため、コラムシャフト８の軸上にエンコーダ２を装着し、モータ制御を行うことで、微細なトルク変動を低減し、操舵反力感の向上を達成する。なお、エンコーダ２の代わりにレゾルバを用いても良い。

(2)バックアップ装置
反力装置(1)と転舵装置(3)とを機械的に分離・連結を可能とするバックアップ装置は、ケーブルコラム７とバックアップクラッチ９により構成されている。

前記ケーブルコラム７は、前記バックアップクラッチ９が締結されるバックアップモード時、反力装置(1)と転舵装置(3)との間に介在する部材との干渉を避けて迂回しながらも、トルクを伝達するコラムシャフト機能を発揮する機械式バックアップ機構である。ケーブルコラム７は、２つのリールに端部がリールに固定された２本のインナーケーブルを互いに逆方向へ巻き付け、２つのリールケースに２本のインナーケーブルを内挿したアウターチューブの両端を固定することにより構成されている。

前記バックアップクラッチ９は、転舵装置(3)側に設けられ、実施例１では電磁クラッチを用いている。図２にバックアップクラッチ９の概要図を示す。本バックアップクラッチ９は、電磁クラッチと機械クラッチとの双方を持ち合わせており、クラッチ締結においては、電磁石のONによる初期摺動を摩擦板に与え、摩擦板により機械締結部のカムを移動させ、機械的な強度による締結とする。締結解除時は、電磁石をOFFし、機械締結部のカムを入出力のどちらか一方に動かすことで解除が可能である。そして、バックアップクラッチ９を締結することで、反力装置(1)からのトルクも転舵装置(3)側からのトルクもケーブルコラム７及びバックアップクラッチ９を介して伝達可能となる。

(3)転舵装置
転舵装置は、エンコーダ１０，１０、舵角センサ１１，１１、トルクセンサ１２，１２、ホールＩＣ１３、転舵モータ１４，１４（転舵アクチュエータ）、ステアリング機構１５、操向輪１６，１６とを有して構成される。

前記舵角センサ１１，１１とトルクセンサ１２，１２とは、前記バックアップクラッチ９が一端に取り付けられ、他端部にピニオンギヤが形成されたピニオンシャフト１７の軸上に設けられている。舵角センサ１１，１１としては、上記舵角センサ１，１と同様に二重系を成し、シャフトの回転数を検出するアブソリュート式レゾルバ等が用いられる。また、トルクセンサ１２，１２としては、上記トルクセンサ３，３と同様に二重系を成し、インダクタンスの変化によりトルクを検出するものが用いられる。そして、ピニオンギヤを介して下流側に舵角センサ１１，１１を配置し、上流側にトルクセンサ１２，１２を配置することで、舵角センサ１１，１１による転舵角検出に際してトルクセンサ１２，１２の捩りによる角度変化の影響を受けないようにしている。

前記転舵モータ１４，１４は、前記ピニオンシャフト１７上のバックアップクラッチ９とトルクセンサ１２，１２との中間位置に設けたウォームギヤに噛み合うピニオンギアをモータ軸に設けることで、モータ駆動時にピニオンシャフト１７に転舵トルクを付与するように構成されている。この転舵モータ１４，１４は二重系を成し、第一転舵モータ１４と第二転舵モータ１４を構成するブラシレスモータとしている。また、上記反力モータ５と同様に、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ１０，１０とホールＩＣ１３とを追加する。

前記ステアリング機構１５は、前記ピニオンシャフト１７の回転により左右の操向輪１６，１６を転舵させる舵取り機構であって、ラックチューブ１５ａ内に内挿され、前記ピニオンシャフト１７のピニオンギヤに噛み合うラックギヤが形成されたラックシャフト１５ｂと、この車両左右方向に延びるラックシャフト１５ｂの両端部に結合されたタイロッド１５ｃ，１５ｃと、一端が前記タイロッド１５ｃ，１５ｃに結合され、他端が操向輪１６，１６に結合されたナックルアーム１５ｄ，１５ｄと、を有して構成されている。

(4)制御コントローラ
制御コントローラは、電源１８により処理演算等を行う２つの制御コントローラ１９，１９により二重系が構成されている。

前記制御コントローラ１９は、図３に示すように、反力装置(1)の舵角センサ１，１、エンコーダ２、トルクセンサ３，３、ホールＩＣ４と、転舵装置(3)のエンコーダ１０，１０、舵角センサ１１，１１、トルクセンサ１２，１２、ホールＩＣ１３からの検出値が入力される。

前記制御コントローラ１９には故障診断部１９ａを有し、この故障診断部１９ａでは、SBW制御（クラッチ切り離しによるステアバイワイヤ制御）における転舵制御と反力制御の各故障診断と、EPS制御（クラッチ接続による電動パワーステアリング制御）における故障診断と、故障診断時におけるSBW制御からEPS制御への移行制御が診断される。

制御コントローラ１９には、故障診断部１９ａ以外に、反力指令値演算部１９ｂ、反力モータ駆動部１９ｃ、反力装置電流センサ１９ｄ、転舵指令値演算部１９ｅ、転舵モータ駆動部１９ｆ、転舵装置電流センサ１９ｇ，１９ｇ、制御コントローラ診断部１９ｈを有する。そして、両制御コントローラ１９，１９は、双方向通信線２０を介して互いに情報交換可能に接続されている。

なお、両制御コントローラ１９，１９には、ヨーレート／横Ｇセンサ２０（車両挙動量検出手段）と、車速を検出する車速センサ２１（車速検出手段）と、反力モータ５の温度を検出する反力モータ温度センサ２２（温度検出手段）と、から「端当て制御」で用いるセンサ情報が入力される。

図４は実施例１の操舵制御装置の制御コントローラ１９，１９による転舵制御を示す転舵制御ブロック図（転舵トルク制御手段）である。図５は実施例１の操舵制御装置の制御コントローラ１９，１９による反力制御を示す反力制御ブロック図（操舵反力制御手段）である。以下、図４及び図５に基づき、実施例１での「SBW制御」と「EPS制御」と「端当て制御」を説明する。

前記「SBW制御」での転舵制御は、図４に示すように、ハンドル６の操舵角に車速等に応じて設定されるギヤ比を乗算した目標転舵角と、転舵モータ１４の回転角から求めた実転舵角との偏差から指令電流値を求め、指令電流値を電流変換した後、ロバスト補償を施した指令電流により、転舵モータ１４を駆動する。
「SBW制御」での反力制御は、図５に示すように、ハンドル６の操舵角と車速と反力マップとにより目標反力トルク（操向輪１６，１６の転舵状態に応じたトルク）を設定し、トルクセンサ３から求めた実反力トルクとの偏差から指令電流値を求め、指令電流値を電流変換した後、ロバスト補償を施した指令電流により、反力モータ５を駆動する。

前記「EPS制御」では、図４に示すように、ハンドル６に入力される操舵トルクとアシストトルクマップとにより操舵アシストトルクを設定し、この操舵アシストトルクを電流変換した後、ロバスト補償を施した指令電流により、転舵モータ５を駆動する。このとき、反力モータ５の指令電流をゼロとし、駆動させないようにする。または、操舵アシストトルクを分担して、反力モータ５により操舵反力トルクを操舵トルクと同じ方向に発生させるようにする。なお、図４の転舵制御ブロック図において、第１スイッチSW1にて、「SBW制御」と「EPS制御」の切り替えを行う。

前記「端当て制御」では、操舵角度から生成される目標転舵角が、ラックストッパー端当て角付近に達した場合、バックアップクラッチ９の締結指示を出力すると共に、操舵反力トルクに加算する端当て反力トルク補正基準値を、ラックストッパー端当て角付近となってからの持続時間に応じて算出し、さらに、その端当て反力トルク補正値を、走行状態（操舵トルク、操舵角速度または転舵角速度、車両挙動量、車速、モータ温度等）によりゲイン調整して加算し、反力モータ５を駆動することで行われる。
なお、図４の転舵制御ブロック図において、端当て制御開始から所定時間、遅延タイマにてSBW制御を持続し、SBW制御からEPS制御へ移行する。また、図５の反力制御ブロック図において、第２スイッチSW2のON（端当て制御フラグ＝１）にて、端当て反力トルク補正値を付加する。また、第３スイッチSW3のON（クラッチ締結完了フラグ＝１）にて、イナーシャトルクを付加する。

次に、作用を説明する。

［全体制御処理］
図６は実施例１の制御コントローラ１９，１９にて実行される全体制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この処理は、所定の制御周期（例えば、10msec）で実行される。

ステップＳ１では、ステアバイワイヤシステムの状態を確認し、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では、ステップＳ１でのシステム状態確認に続き、ステアバイワイヤシステムが異常であるか否かを判断し、システム正常である場合にはステップＳ３へ移行し、EPS制御を維持できるレベルのシステム異常である場合にはステップＳ７へ移行し、EPS制御を維持できないレベルのシステム異常である場合にはステップＳ９へ移行する。

ステップＳ３では、ステップＳ２でシステム正常であるとの判断に続き、操舵角に基づき生成された目標転舵角がラックストッパー角付近に達したか否かが判断され、NOの場合はステップＳ４へ移行し、YESの場合はステップＳ６へ移行する。なお、この判断では、例えば、目標転舵角が、ラックストッパー角より僅かに手前の角度を超える範囲の角度域である場合に、目標転舵角がラックストッパー角付近に達したと判断される。

ステップＳ４では、ステップＳ３での目標転舵角がラックストッパー角付近に達していないとの判断に続き、バックアップクラッチ９の締結解放（OFF）を確認し、ステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのクラッチOFF確認に続き、通常のSBW制御が実行され、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ３での目標転舵角がラックストッパー角付近に達しているとの判断に続き、端当て制御（図７のフローチャート）を実行し、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ２でのEPS制御を維持できるレベルのシステム異常であるとの判断に続き、バックアップクラッチ９の締結（ON）を確認し、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、ステップＳ７でのクラッチON確認に続き、EPS制御が実行され、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ９では、ステップＳ２でのEPS制御を維持できないレベルのシステム異常であるとの判断に続き、SBW制御またはEPS制御を停止し、ステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ１０では、ステップＳ９での制御停止に続き、バックアップクラッチ９を締結（ON）し、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１１では、ステップＳ５またはステップＳ６またはステップＳ８またはステップＳ１０に続き、ステアバイワイヤシステムOFF（例えば、イグニッションOFF）か否かを判断し、NOの場合はステップＳ１へ戻り、YESの場合はエンドへ移行する。

［端当て制御処理］
図７は実施例１の制御コントローラ１９，１９にて実行される端当て制御処理（図６のステップＳ６）の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する（端当て制御手段）。

ステップＳ6-1では、バックアップクラッチ９に対する締結（ON）指示を出力し、ステップＳ6-2へ移行する。

ステップＳ6-2では、ステップＳ6-1でのクラッチON指示に続き、操舵角に基づき生成された目標転舵角がラックストッパー角付近に達したか否かが判断され、YESの場合はステップＳ6-3へ移行し、NOの場合はステップＳ6-11へ移行する。なお、この目標転舵角がラックストッパー角付近に達したか否かの判断内容は、上記全体処理のステップＳ３と同様である。

ステップＳ6-3では、ステップＳ6-2での目標転舵角がラックストッパー角付近に達しているとの判断に続き、バックアップクラッチ９の締結が完了したか否かが判断され、NOの場合はステップＳ6-4へ移行し、YESの場合はステップＳ6-12へ移行する。

ステップＳ6-4では、ステップＳ6-3でのバックアップクラッチ９の締結が完了していないとの判断に続き、端当て持続時間ｔがカウントアップ（ｔ＝ｔ＋Δt：Δtは１制御起動時間）され、ステップＳ6-5へ移行する。つまり、端当て持続時間ｔは、バックアップクラッチ９に対する締結指示の開始時点からバックアップクラッチ９の締結が完了するまでカウントアップされる。

ステップＳ6-5では、ステップＳ6-4での端当て持続時間のカウントアップに続き、端当て持続時間ｔがSBW制御持続時間未満か否かが判断され、YESの場合はステップＳ6-6へ移行し、NOの場合はステップＳ6-7へ移行する。
ここで、SBW制御持続時間は、最大の持続時間をバックアップクラッチ９の締結完了時点までとし、操舵角速度（反力装置舵角センサ１からの舵角センサ値を微分処理することで算出）が速いほど短く、操舵トルク（反力装置トルクセンサ３により検出）が大きいほど短く、操向輪１６，１６に入力される外力（転舵装置トルクセンサ１２により検出）が大きいほど長く設定される。

ステップＳ6-6では、ステップＳ6-5での端当て持続時間ｔ<SBW制御持続時間との判断に続き、転舵制御側でSBW制御を持続し、ステップＳ6-8へ移行する。

ステップＳ6-7では、ステップＳ6-5での端当て持続時間ｔ≧SBW制御持続時間との判断に続き、転舵制御側でSBW制御からEPS制御へ切り替え、EPS制御での転舵トルク値を出力し、ステップＳ6-8へ移行する。

ステップＳ6-8では、ステップＳ6-6またはステップＳ6-7に続き、操舵トルク、操舵角速度または転舵角速度、車速、ヨーレートまたは横Ｇ、モータ温度を読み込み、ステップＳ6-9へ移行する。

ステップＳ6-9では、ステップＳ6-8での車両状態を示す各パラメータの読み込みに続き、端当て持続時間ｔ、操舵トルクＴ、操舵角速度dθh/dtまたは転舵角速度dθt/dt、ヨーレートまたは横Ｇ、車速Ｖ、モータ温度Tmpにより端当て反力トルク補正値ΔＴを下記の手法にて算出し、ステップＳ6-10へ移行する。

・反力トルク補正基準値ΔTO（図８）
端当て持続時間ｔに対する端当て反力トルク補正基準値ΔTOは、端当て持続時間ｔを図８に示す端当て反力トルク補正値マップに照合することで求められる。この端当て反力トルク補正値マップは、クラッチ締結時間と、モータ出力容量から、時間とともに増大する出力トルク特性として設定している。

・操舵トルクゲインGT（図９）
操舵トルクＴに対する端当て反力トルク補正値の操舵トルクゲインGTは、図９に示すように、操舵トルクＴが設定値以下の領域では、操舵トルクＴが大きいほど大きな値により与え、操舵トルクＴが設定値を超えると１により与える。

・舵角速度ゲインGdθh（図１０）
操舵角速度dθh/dtまたは転舵角速度dθt/dtに対する端当て反力トルク補正値の舵角速度ゲインGdθhは、図１０に示すように、操舵角速度dθh/dtまたは転舵角速度dθt/dtが設定値以下の領域では、操舵角速度dθh/dtまたは転舵角速度dθt/dtが大きいほど大きな値により与え、操舵角速度dθh/dtまたは転舵角速度dθt/dtが設定値を超えると１を与える。

・車両挙動量ゲインGdY（図１１）
ヨーレートまたは横Ｇに対する端当て反力トルク補正値の車両挙動量ゲインGdYは、図１１に示すように、ヨーレートまたは横Ｇが設定値以下の領域では、ヨーレートまたは横Ｇが大きいほど大きな値により与え、ヨーレートまたは横Ｇが設定値を超えると１を与える。

・車速ゲインGV（図１２）
車速Ｖに対する端当て反力トルク補正値の車速ゲインGVは、図１２に示すように、車速Ｖが設定車速以下の領域では１とし、車速Ｖが設定車速を超えると車速Ｖが高くなるほど小さい値により与える。そして、車速が高い領域（例えば、VO＝40km/h以上）では、車速ゲインGVをゼロとする。

・モータ温度ゲインGTmp（図１３）
モータ温度Tmpに対する端当て反力トルク補正値のモータ温度ゲインGTmpは、図１３に示すように、モータ温度Tmpが設定温度以下の領域では１とし、モータ温度Tmpが設定温度を超えるとモータ温度Tmpが高くなるほど徐々に小さくなる値により与える。

以上の値から、端当て反力トルク補正値ΔＴは、
ΔＴ＝ΔTO×GT×Gdθh×GdY×GV×GTmp
の式により算出される。

ステップＳ6-10では、ステップＳ6-9での端当て反力トルク補正値算出に続き、この端当て反力トルク補正値ΔＴを出力し、ステップＳ6-2へ戻る。
つまり、反力制御側では、制御周期毎の目標反力トルクに反力トルク補正値ΔＴを加算することで、端当て持続時間ｔの間は、時間の経過にしたがって反力トルクを増大補正する反力制御が行われる。

ステップＳ6-11では、ステップＳ6-2での目標転舵角がラックストッパー角付近に達していないとの判断に続き、端当て持続時間ｔがｔ＝０とされ、終了に移行する。

ステップＳ6-12では、ステップＳ6-3でのバックアップクラッチ９の締結が完了したと判断に続き、端当て持続時間ｔがｔ＝０とされ、ステップＳ6-13へ移行する。

ステップＳ6-13では、ステップＳ6-12での端当て持続時間ｔ＝０のセットに続き、転舵制御側でEPS制御での転舵トルク値の出力を継続し、ステップＳ6-14へ移行する。

ステップＳ6-14では、ステップＳ6-13でのEPS制御での転舵トルク値出力に続き、反力制御側でバックアップクラッチ９のイナーシャトルクを残すためイナーシャトルク値を反力モータ５に出力し、終了に移行する。

［「SBW制御」から「端当て制御」への移行作用］
システム正常時、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、ステップＳ４では、バックアップクラッチ９の締結解放による反力装置(1)と転舵装置(3)との機械的分離を確認し、ステップＳ５では、ハンドル６への操舵状態に応じて転舵装置(3)に転舵トルクを付与する制御指令を転舵モータ１４に出力する転舵トルク制御と、操向輪１６，１６の転舵状態に応じて反力装置(1)により操舵反力トルクを付与する制御指令を反力モータ５に出力する操舵反力制御と、を行う「SBW制御」が実行される。

そして、「SBW制御」中にハンドル６の切り込み操作を行った場合、切り込み限界付近、つまり、操舵角度から生成される目標転舵角がラックストッパー端当て角付近に達したら、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ６へと進み、ステップＳ６では、ハンドル６を介してドライバに端当て感を与える制御を行う「端当て制御」が実行される。

この「端当て制御」とは、操舵部と転舵部とがステアリングコラムシャフト等により常時機械的に連結された一般にステアリングシステムで、図１４に示すように、ハンドル角を上げてゆく切り込み操作を行った場合、ラックストッパーへの到達により、ハンドル角の変化がラックストッパー角相当θmaxにて頭打ち状態となり、ドライバに対しラックストッパーへの到達を知らせる機能を、操舵部と転舵部とが機械的に切り離された状態での「SBW制御」中に行う制御をいう。

実施例１の「端当て制御」では、まず、操舵角度から生成される目標転舵角がラックストッパー端当て角付近に達したとの判断に基づき、図７のフローチャートのステップＳ6-1において、バックアップクラッチ９の締結指示が出力される。

次に、反力制御作用を説明すると、バックアップクラッチ９の締結指示出力から締結完了までの間は、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ6-2→ステップＳ6-3→ステップＳ6-4→ステップＳ6-5→ステップＳ6-6（またはステップＳ6-7）→ステップＳ6-8→ステップＳ6-9→ステップＳ6-10へと進む流れが繰り返され、ステップＳ6-9では、操舵反力トルクに加算する端当て反力トルク補正値ΔＴを算出し、ステップＳ6-10では、端当て反力トルク補正値ΔＴを得る電流を加算した出力による反力制御が行われる。
そして、バックアップクラッチ９の締結完了が確認されると、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ6-2→ステップＳ6-3→ステップＳ6-12→ステップＳ6-13→ステップＳ6-14→終了という流れとなり、ステップＳ6-14では、バックアップ機構のイナーシャ分のトルクを残す制御が行われる（図１５の点線特性）。

次に、転舵制御作用を説明すると、バックアップクラッチ９の締結指示出力からの端当て持続時間ｔがSBW制御持続時間に達するまでの間は、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ6-2→ステップＳ6-3→ステップＳ6-4→ステップＳ6-5→ステップＳ6-6→ステップＳ6-8→ステップＳ6-9→ステップＳ6-10へと進む流れが繰り返され、ステップＳ6-6では、所定時間、SBW制御の転舵トルクが持続される。
そして、端当て持続時間ｔがSBW制御持続時間を超えてバックアップクラッチ９の締結が完了するまでの間は、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ6-2→ステップＳ6-3→ステップＳ6-4→ステップＳ6-5→ステップＳ6-7→ステップＳ6-8→ステップＳ6-9→ステップＳ6-10へと進む流れが繰り返され、ステップＳ6-7では、EPS制御でのアシストトルクが付与される。
そして、バックアップクラッチ９の締結完了が確認されると、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ6-2→ステップＳ6-3→ステップＳ6-12→ステップＳ6-13→ステップＳ6-14→終了という流れとなり、ステップＳ6-13では、EPS制御でのアシストトルクの付与制御が継続される。

なお、ドライバが「端当て制御」の途中にて、ハンドル戻し操作を行ったことで、目標転舵角がラックストッパ角付近に達していないとの判断されたら、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ6-2→ステップＳ6-11→終了へと進み、図６の全体処理に移り、ステップＳ６から、ステップＳ１１→ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５へ移行して、「端当て制御」から「SBW制御」へと復帰する。

［端当て制御作用］
従来のSBW制御における「端当て制御」は、例えば、図１６に示すように、転舵角度がラックストッパー付近になると、目標反力トルクを通常のSBW制御での反力トルクTOから最大反力トルクTmaxとする制御を行い、図１５の実線特性に示すように、ラックストッパー到達の直後に、反力トルクＴをドライバが切り込み操作を行うことができないレベルまで立ち上げることで行われていた。
したがって、切り込めないトルクを反力として持たせるためには、大型の反力アクチュエータが必要であってた。また、機械的な端当て感ではないため、ドライバが意図してより大きな切り込み操作力を加えると、切り込めてしまう場合があるという問題があった。

これに対し、実施例１の操舵制御装置では、「端当て制御」は、操舵角度から生成される目標転舵角がラックストッパー端当て角付近に達したとの判断に基づき、バックアップクラッチ９の締結指示を出力すると共に、バックアップクラッチ９の締結指示から締結完了までの間は、図１７の点線または１点鎖線特性に示すように、転舵状態に応じた操舵反力トルクTOに加算する端当て反力トルク補正基準値ΔTOを、ラックストッパー端当て角付近となってからの持続時間ｔに応じて算出し、さらに、走行状態（操舵トルク、操舵角速度または転舵角速度、車両挙動量、車速、反力モータ温度等）によりゲイン調整して端当て反力トルク補正値ΔＴを算出し、操舵反力トルクTOに、端当て反力トルク補正値ΔＴを得る電流を加算した出力により反力モータ５を駆動することで行われる。

すなわち、バックアップ機構を連結するバックアップクラッチ９は、入出力軸の締結までに機械的・電気的な固有時定数を持ち、締結指示から締結完了までには、固有時定数により決まる所定時間を要する。
よって、このバックアップクラッチ９の締結指示から締結完了までの間、「端当て制御」を行い、図１７の実線特性に示すように、操舵反力アクチュエータである反力モータ５により端当て反力トルクを与え、バックアップクラッチ９の締結後に生じるラックストッパーの機械的な操舵反力につなぐようにしている。

また、例えば、通常走行時に必要な操舵反力トルクとしては、5Nm程度であり、反力モータ出力は短時間であれば、通常トルクの２倍程度まで出力できるため、端当て付近の持続時間に応じて、5Nm＋αとしてモータトルクを増大させることができる。

したがって、実施例１での「端当て制御」では、ドライバの切り込み操作力が徐々に大きくなる反力で受けられ、時間経過と共にハンドルの動きが鈍くなるという端当て感から機械的な反力トルクに移行する端当て感をドライバに与える。この結果、ステアバイワイヤ制御中のハンドル切り込み時、スペース的にもコスト的にも有利な小型の反力モータ５を用いながらも、ハンドルを介してドライバに良好な端当て感を与えることができる。

［端当て制御後のトルク残し作用］
上記のように、反力制御とバックアップクラッチ９の締結制御による「端当て制御」を実行した場合、バックアップクラッチ９の締結が完了したら、機械的な端当てが保証されているため、反力モータ５への出力も転舵モータ１４への出力もゼロにすることが可能である。しかし、バックアップクラッチ９の締結完了後、反力モータ５と転舵モータ１４の出力をゼロにすると、「端当て制御」から「SBW制御」に戻る際、反力モータ５と転舵モータ１４の応答が遅くなり、ドライバが意図しない切り込みや切り戻しがある。

これに対し、実施例１の操舵制御装置では、バックアップクラッチ９の締結完了が確認されると、走行条件によっては、短時間だけ端当てとなる場合があるので、反力モータ５及び転舵モータ１４の出力を操舵状況に応じて戻りやすいトルクを残しておく制御が行われる。

反力モータ５では、図１８に示すように、反力装置(1)を構成するハンドル６とケーブルコラム７とバックアップクラッチ９のイナーシャ分の反力トルクを発生させておく（イナーシャトルク）。バックアップ切り離し時には、バックアップクラッチ９を機械的に解除するためにトルクを与える必要がある。よって、反力モータ５に上記イナーシャトルクを残しておくことで、機械的な結合解除をし易くできる。また、反力モータ５の立ち上がりも速くできる。

転舵モータ１４では、図１９に示すように、操舵トルクに応じたEPS制御によるアシストトルクを発生させておく。

この反力モータ５及び転舵モータ１４のトルク残しによって、端当て制御後、すぐにドライバがハンドル６を戻すような場合、バックアップクラッチ９を締結解除した時に反力モータ５によるトルク発生の遅れによる操舵反力の抜けや、転舵モータ１４のトルク発生の遅れによる切り戻し転舵遅れといった、操舵違和感を低減させることができる。

［端当て制御時の転舵制御作用］
実施例１の操舵制御装置では、転舵モータ１４は、ラックストッパー端当て角付近に達してから、所定時間だけSBW転舵制御を持続し、図１９に示すように、転舵トルクを発生したままとしている。なお、実施例１では遅延タイマにより切替え信号を遅らせ、所定時間を設定しているが、これに限られることはない。

所定時間の最大値は、バックアップクラッチ９の締結が完了するまでの時間とする。この所定時間は、操舵角速度が速いほど短く、操舵トルクが大きいほど短く、操向輪１６，１６に入力される外乱が大きいほど長く設定する。

これによって、ラックストッパー端当て角となった際に、バックアップクラッチ９の締結が完了されるまでの間、ドライバがハンドル６を切り戻すような場合でも、SBW転舵制御が継続されているので、転舵トルクの変動を抑制でき、かつ、ドライバがハンドル６をそのまま切る場合には、転舵トルクを早期に低下できるので、電力消費を低減でき、転舵モータ１４の劣化を抑制することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の操舵制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) ハンドル６と反力モータ５を有する操舵部と、操向輪１６，１６と転舵モータ１４を有する転舵部と、が機械的に分離され、前記ハンドル６への操舵状態に応じて転舵部に転舵トルクを付与する制御指令を前記転舵モータ１４に出力する転舵トルク制御手段と、前記操向輪１６，１６の転舵状態に応じて操舵部に操舵反力トルクを付与する制御指令を前記反力モータ５に出力する操舵反力制御手段と、前記操舵部と前記転舵部を切り離してのSBW制御中にハンドル切り込み操作を行った場合、切り込み限界付近に達したら、ハンドル６を介してドライバに端当て感を与える制御を行う端当て制御手段と、を備えた操舵制御装置において、前記端当て制御手段は、前記操向輪１６，１６の転舵角が最大転舵角付近に達したら、前記操舵反力制御手段により付与する操舵反力トルクの補正を開始し、補正開始からの経過時間にしたがって徐々に操舵反力トルクを増大するため、SBW制御中のハンドル切り込み時、スペース的にもコスト的にも有利な小型の反力モータ５を用いながらも、ハンドル６を介してドライバに良好な端当て感を与えることができる。

(2) 前記操舵部と前記転舵部との間に、両者の機械的な分離・連結を可能とするバックアップクラッチ９を設け、前記端当て制御手段は、操舵角度から生成される目標転舵角がラックストッパー端当て角付近に達したら、前記バックアップクラッチ９に対し機械的連結指示を出力するバックアップ制御を行うと共に、機械的連結指示から機械的連結完了までの間、操舵反力トルクを経過時間にしたがって徐々に増大させる操舵反力トルク補正制御を行うため、バックアップクラッチ９の締結応答遅れ時間を利用し、徐々に増大する操舵反力トルクから、切り込みを許容しないバックアップクラッチ９の締結による機械的な操舵反力へとつながる良好な端当て感をドライバに与えることができる。

(3) 前記操舵部に入力される操舵トルクを検出する反力装置トルクセンサ３を設け、前記端当て制御手段は、操舵トルク検出値が大きいほど、操舵反力トルクの増大補正量を大きくするため、操舵トルクが小さいほど端当て反力が小さく、操舵トルクが大きいほど端当て反力が大きくなるというように、操舵トルクに応じた端当て反力を得ることができる。

(4) 前記操舵部の操舵角速度dθh/dtまたは前記転舵部の転舵角速度dθt/dtを検出する舵角速度検出手段を設け、前記端当て制御手段は、前記舵角速度検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を大きくするため、操舵角速度や転舵角速度が小さいほど端当て反力が小さく、操舵角速度や転舵角速度が大きいほど端当て反力が大きくなるというように、操舵角速度や転舵角速度に応じた端当て反力を得ることができる。

(5) 車両挙動量を検出するヨーレート／横Ｇセンサ２０を設け、前記端当て制御手段は、前記車両挙動量検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を大きくため、端当て制御時に車両挙動が不安定なほど操向輪１６，１６が動かないように操舵反力が大きくされ、車両挙動を安定にすることができる。

(6) 車両の車速を検出する車速センサ２１を設け、前記端当て制御手段は、車速検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を小さくするため、車速が高いほど操向輪１６，１６に作用するセルフアライニングトルクが小さくなるラックストッパー角付近の機械的な反力に合わせることができる。

(7) 前記反力モータ５の温度を検出する反力モータ温度センサ２２を設け、前記端当て制御手段は、前記反力モータ５の温度検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を小さくするため、過熱による反力モータ５の故障を防止することができる。

(8) 前記操舵反力トルク制御手段は、前記バックアップクラッチ９による機械的連結が完了した後、操舵反力トルクを、端当て制御時に比べて絞りながらも所定トルクだけ残すため、バックアップクラッチ９を切り離して「端当て制御」から「SBW制御」に復帰する場合、操舵反力の抜けといった操舵違和感を低減することができる。

(9) 前記操舵反力トルク制御手段は、前記バックアップクラッチ９による機械的連結が完了した後、前記操舵部のイナーシャ分による操舵反力トルクを残すため、バックアップクラッチ９を切り離して「端当て制御」から「SBW制御」に復帰する場合、応答の良い反力モータ５のトルク発生により、操舵反力の抜けを防止できる。

(10) 前記転舵トルク制御手段は、前記バックアップクラッチ９による機械的連結が完了した後、転舵トルクを、端当て制御時に比べて絞りながらも所定トルクだけ残すため、バックアップクラッチ９を切り離して「端当て制御」から「SBW制御」に復帰する場合、切り戻し転舵遅れといった操舵違和感を低減することができる。

(11) 前記操舵部に入力される操舵トルクを検出する反力装置トルクセンサ３を設け、前記転舵トルク制御手段は、前記バックアップクラッチ９による機械的連結が完了した後、反力装置トルク検出値に応じたEPS制御のアシストトルクを残すため、「SBW制御」から「EPS制御」へのスムーズな切り替えを確保しながら、応答の良い転舵モータ１４のトルク発生により、切り戻し転舵遅れを防止することができる。

(12) 前記転舵トルク制御手段は、前記バックアップクラッチ９へ機械的連結指示が出力された時点からバックアップクラッチ９の機械的連結の完了時点までを最大時間とする所定時間、SBW制御の転舵トルクをそのまま持続するため、バックアップクラッチ９の締結が完了されるまでの間、ドライバがハンドル６を切り戻す場合の転舵トルクの変動抑制と、ドライバがハンドル６をそのまま切る場合の消費電力低減と、の両立を図ることができる。

以上、本発明の操舵制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、操舵トルク、操舵角速度または転舵角速度、車両挙動量、車速、反力モータ温度によりゲイン調整して端当て反力トルク補正値を算出する例を示したが、実施例１で示した以外の状態量に基づき、端当て反力トルク補正値を算出するようにしても良いし、また、ゲイン調整等を行うことなく、持続時間に対して予め決められた特性（図８）のみにしたがって端当て反力トルク補正値を一義的に与えるようにしても良い。

第１実施例では、バックアップクラッチによる機械的連結が完了した後、操舵部のイナーシャ分による操舵反力トルクと、EPS制御のアシストトルクによる転舵トルクを残す例を示したが、残すトルクとしては、イナーシャ分トルクやアシスト分トルクに限られることなく、要するに、「端当て制御」から「SBW制御」へ復帰する際のトルク発生の応答性を確保することができるトルクであれば、予め定めた固定トルクとするものであっても本発明に含まれる。また、操舵反力トルクと、転舵トルクのどちらか一方を残すようにしても良い。

実施例１では、ケーブルコラムとバックアップクラッチとをバックアップ手段とするステアバイワイヤシステムに適用した操舵制御装置の例を示したが、操舵部と転舵部と機械的に分離・連結が可能とされるバックアップ手段を備えたシステムであれば、実施例１以外のステアバイワイヤシステムにも適用することができる。

実施例１の操舵制御装置が適用されたステアバイワイヤシステムを示す全体構成図である。 実施例１の操舵制御装置が適用されたステアバイワイヤシステムで用いられるバックアップクラッチの位置例を示す概要図である。 実施例１の操舵制御装置においてSBW制御に用いる制御構成を示す制御ブロック図である。 実施例１の操舵制御装置における転舵制御ブロック図である。 実施例１の操舵制御装置における反力制御ブロック図である。 実施例１の制御コントローラにて実行される全体制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の制御コントローラにて実行される端当て制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の端当て制御で用いられる端当て反力トルク補正値マップを示す特性図である。 実施例１の端当て制御で用いられる端当て反力トルク補正値の操舵トルクゲイン特性図である。 実施例１の端当て制御で用いられる端当て反力トルク補正値の舵角速度ゲイン特性図である。 実施例１の端当て制御で用いられる端当て反力トルク補正値の車両挙動量ゲイン特性図である。 実施例１の端当て制御で用いられる端当て反力トルク補正値の車速ゲイン特性図である。 実施例１の端当て制御で用いられる端当て反力トルク補正値のモータ温度ゲイン特性図である。 ハンドル切り込みによる端当て時のハンドル角変化の一例を示すタイムチャートである。 ハンドル切り込みによる端当て時における従来の反力トルク特性と実施例１の反力特性とを比較した比較特性図である。 従来例の転舵角度に対する端当て反力トルク特性図である。 実施例１でのハンドル切り込み時における時間軸に対する端当て反力トルク特性とハンドルに働く操舵反力トルク特性とを示す図である。 実施例１での端当て制御における反力トルク特性図である。 実施例１での端当て制御における転舵トルク特性図である。

符号の説明

１ 舵角センサ
２ エンコーダ
３ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
４ ホールＩＣ
５ 反力モータ（操舵反力アクチュエータ）
６ ハンドル
７ ケーブルコラム（バックアップ手段）
８ コラムシャフト
９ バックアップクラッチ（バックアップ手段）
１０ エンコーダ
１１ 舵角センサ
１２ トルクセンサ
１３ ホールＩＣ
１４ 転舵モータ（転舵アクチュエータ）
１５ ステアリング機構
１６，１６ 操向輪
１７ ピニオンシャフト
１８ 電源
１９ 制御コントローラ
２０ ヨーレート／横Ｇセンサ（車両挙動量検出手段）
２１ 車速センサ（車速検出手段）
２２ 反力モータ温度センサ（温度検出手段）

Claims (11)

1. ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、が機械的に分離され、
   前記操舵部と前記転舵部との間に設けられ、両者の機械的な分離・連結を可能とするバックアップ手段と、
   前記ハンドルへの操舵状態に応じて転舵部に転舵トルクを付与する制御指令を前記転舵アクチュエータに出力する転舵トルク制御手段と、
   前記操向輪の転舵状態に応じて操舵部に操舵反力トルクを付与する制御指令を前記操舵反力アクチュエータに出力する操舵反力制御手段と、
   前記操舵部と前記転舵部を切り離してのステアバイワイヤ制御中にハンドル切り込み操作を行った場合、切り込み限界付近に達したら、ハンドルを介してドライバに端当て感を与える端当て制御を行う端当て制御手段と、
   を備えた操舵制御装置において、
   前記端当て制御手段は、前記端当て制御として、目標転舵角が前記操向輪の最大転舵角付近に達したら、前記バックアップ手段に対し機械的連結指示を出力するバックアップ制御と、機械的連結支持から機械的連結完了までの間、操舵反力トルクを経過時間にしたがって徐々に増大させる操舵反力トルク補正制御と、を行うことを特徴とする操舵制御装置。
2. 請求項１に記載された操舵制御装置において、
   前記操舵部に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設け、
   前記端当て制御手段は、前記操舵トルク検出値が大きいほど、前記操舵反力トルクの増大補正量を大きくすることを特徴とする操舵制御装置。
3. 請求項１または２に記載された操舵制御装置において、
   前記操舵部の操舵角速度または前記転舵部の転舵角速度を検出する舵角速度検出手段を設け、
   前記端当て制御手段は、前記舵角速度検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を大きくすることを特徴とする操舵制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載された操舵制御装置において、
   車両挙動量を検出する車両挙動量検出手段を設け、
   前記端当て制御手段は、前記車両挙動量検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を大きくすることを特徴とする操舵制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載された操舵制御装置において、
   車両の車速を検出する車速検出手段を設け、
   前記端当て制御手段は、前記車速検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を小さくすることを特徴とする操舵制御装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載された操舵制御装置において、
   前記操舵反力アクチュエータの温度を検出する温度検出手段を設け、
   前記端当て制御手段は、前記操舵反力アクチュエータの温度検出値が高いほど、操舵反力トルクの増大補正量を小さくすることを特徴とする操舵制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載された操舵制御装置において、
   前記操舵反力トルク制御手段は、前記バックアップ手段による機械的連結が完了した後、操舵反力トルクを、端当て制御時に比べて絞りながらも所定トルクだけ残すことを特徴とする操舵制御装置。
8. 請求項７に記載された操舵制御装置において、
   前記操舵反力トルク制御手段は、前記バックアップ手段による機械的連結が完了した後、前記操舵部のイナーシャ分による操舵反力トルクを残すことを特徴とする操舵制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載された操舵制御装置において、
   前記転舵トルク制御手段は、前記バックアップ手段による機械的連結が完了した後、転舵トルクを、端当て制御時に比べて絞りながらも所定トルクだけ残すことを特徴とする操舵制御装置。
10. 請求項９に記載された操舵制御装置において、
    前記操舵部に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設け、
    前記転舵トルク制御手段は、前記バックアップ手段による機械的連結が完了した後、操舵トルク検出値に応じた操舵補助制御のアシストトルクを残すことを特徴とする操舵制御装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載された操舵制御装置において、
    前記転舵トルク制御手段は、前記バックアップ手段へ機械的連結指示が出力された時点からバックアップ手段の機械的連結の完了時点までを最大時間とする所定時間、ステアバイワイヤ制御の転舵トルクをそのまま持続することを特徴とする操舵制御装置。

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