JP4816995B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作手段の操作に対する舵取り用車輪の転舵の関係を変更可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構の動作を制御するようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
このような構成の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールと舵取り機構との機械的な連結がないので、車両衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるとともに、舵取り機構の構成を簡素化および軽量化することができる。また、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダル等の他の操作手段の採用も可能である。
【０００３】
舵取り機構の動作は、コンピュータを含む制御装置によって制御されるようになっている。すなわち、ステアリングホイールの操作方向および操作角を検出する操作角センサからの検出信号が制御装置に入力されていて、制御装置は、その操作角センサからの入力信号に応じた舵取り用車輪の目標転舵角を定め、この目標転舵角に基づいて、駆動力発生源としての電動モータなどを含む操舵アクチュエータを制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、舵取り用車輪の転舵角を増大させる（舵取り用車輪を中立位置（車両直進時の位置）から離反させる）切込み操舵時と、舵取り用車輪の転舵角を減少させる（舵取り用車輪を中立位置に近づける）戻し操舵時とでは、舵取り用車輪が路面から受ける反力の方向と舵取り用車輪の転舵方向との関係が逆転する。すなわち、切込み操舵時には、路面反力の方向と舵取り用車輪の転舵方向とが反対であるのに対し、戻し操舵時には、路面反力の方向と舵取り用車輪の転舵方向とが同じである。
【０００５】
しかしながら、従来の車両用操舵装置では、切込み操舵時であるか戻し操舵時であるかにかかわらず、上述の舵角制御系による操舵アクチュエータの制御が行われている。このため、とくにステアリングホイールから運転者の手が放れた状態（手放し状態）での戻し操舵時に、操舵アクチュエータの過剰制御が行われて、ステアリングホイールの速度に対して舵取り用車輪の戻り転舵速度が大きくなり過ぎ、その結果、車両の挙動が不自然になる場合があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、ステアリングホイールなどの操作手段の操作に応じた良好な舵取り動作を実現できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２）と、上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２１）とを含み、上記制御態様変更手段は、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されていないときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定し、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されているときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角の時間微分値である目標転舵角速度に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定するものであることを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１０】
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時には、目標転舵角に基づく舵取り機構の制御が行われ、戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時には、目標転舵角速度に基づく舵取り機構の制御が行われる。目標転舵角速度は、操作手段の操作角に応じて設定される目標転舵角を時間微分して得られる値であり、操作手段の操作角の時間変化（操作速度）に対応する。ゆえに、目標転舵角速度に基づく制御では、操作手段の操作速度に対して舵取り用車輪の戻り転舵速度が大きくなり過ぎるというような過剰制御が行われるおそれがなく、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（６１）と、上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２１）とを含み、上記制御態様変更手段は、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されていないときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に応じたフィードフォワード制御値と当該目標転舵角に応じたフィードバック制御値との加算値に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定し、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されているときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に応じたフィードバック制御値に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定するものであることを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１２】
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時には、舵取り機構のフィードフォワード制御およびフィードバック制御が行われる。フィードバック制御に加えて、フィードフォワード制御が行われることにより、位相遅れなどを良好に補償することができ、操作手段の操作に対する舵取り動作の良好な追従性および応答性を発揮することができる。一方、戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時には、舵取り機構はフィードバック制御され、舵取り機構のフィードフォワード制御は行われない。これにより、過剰制御が防止され、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記車両用操舵装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（１５）と、この車速検出手段によって検出された車速に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置である。
この場合に、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど制御ゲインを小さな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、低速走行時には、良好な応答性で舵取り機構を動作させることができる一方、高速走行時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段（１３）と、この転舵角検出手段によって検出された転舵角に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用操舵装置である。
この場合に、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角検出手段によって検出される転舵角が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用の車輪が中立位置から大きく離反されている状態では、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、舵取り用車輪が中立位置の近傍にある状態（車両直進時）には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、舵取り用車輪の転舵角の時間変化率である転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段（１３，７２）と、この転舵角速度検出手段によって検出された転舵角速度に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用操舵装置である。
この場合に、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角速度検出手段によって検出される転舵角速度が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用車輪を高速転舵させる必要がある急操舵時には、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、比較的緩やかな操舵が行われている時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
請求項６記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２，６１）と、上記車両用操舵装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（１５）と、この車速検出手段によって検出された車速に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時と戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時とで、舵取り制御手段による舵取り機構の制御態様が変更される。これにより、操作手段の操作状態に応じた良好な舵取り動作を実現することができる。
上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど制御ゲインを小さな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、低速走行時には、良好な応答性で舵取り機構を動作させることができる一方、高速走行時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
請求項７記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２，６１）と、舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段（１３）と、この転舵角検出手段によって検出された転舵角に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時と戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時とで、舵取り制御手段による舵取り機構の制御態様が変更される。これにより、操作手段の操作状態に応じた良好な舵取り動作を実現することができる。
上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角検出手段によって検出される転舵角が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用の車輪が中立位置から大きく離反されている状態では、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、舵取り用車輪が中立位置の近傍にある状態（車両直進時）には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
請求項８記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２，６１）と、舵取り用車輪の転舵角の時間変化率である転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段（１３，７２）と、この転舵角速度検出手段によって検出された転舵角速度に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時と戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時とで、舵取り制御手段による舵取り機構の制御態様が変更される。これにより、操作手段の操作状態に応じた良好な舵取り動作を実現することができる。
上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角速度検出手段によって検出される転舵角速度が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用車輪を高速転舵させる必要がある急操舵時には、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、比較的緩やかな操舵が行われている時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００１６】
なお、上記車両用操舵装置が、上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２１）をさらに含む場合、上記無操作状態検出手段は、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角とこの目標転舵角の時間微分値である目標転舵角速度との符号が異なり、かつ、当該目標転舵角速度が所定速度以下である場合に、戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出するものであってもよい。
【００１７】
また、上記操作手段がステアリングホイールである場合、上記無操作状態とは、たとえば、運転者の手がステアリングホイールから放れている状態のように、ステアリングホイールに実質的な操舵トルクが与えられていない状態をいう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持された操舵軸５の車幅方向の直線運動に変換し、この操舵軸５の直線運動を前部左右車輪４（舵取り用車輪）の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。操舵アクチュエータ２および操舵軸５などにより、舵取り用の車輪４を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１９】
操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この電動モータの駆動力（出力軸の回転力）は、操舵軸５に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ機構）により、操舵軸５の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この操舵軸５の直線運動は、操舵軸５の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪４の転舵が達成される。
【００２０】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００２１】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８の回転角に対応する操作角δhを検出する操作角センサ１１が設けられている。また、回転シャフト８には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクＴを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。
一方、操舵アクチュエータ２の出力値を検出するために、舵取り用の車輪４の転舵角（実転舵角）δsを検出する転舵角センサ１３が設けられている。転舵角δsは、車輪４が中立位置（車両直進時の位置）にあるときを零として、たとえば、車輪４が中立位置から右方向に転舵されているときに正の値をとり、車輪４が中立位置から左方向に転舵されているときに負の値をとる。
【００２２】
操作角センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータを含む制御装置１４に接続されている。この制御装置１４には、さらに、車速Ｖを検出する車速センサ１５が接続されている。制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよび車速センサ１５によって検出される車速Ｖなどに基づき、駆動回路１８を介して、操舵アクチュエータ２を制御する。また、制御装置は、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよびトルクセンサ１２によって検出される操作トルクＴなどに基づき、駆動回路１９を介して、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力を発生するように反力アクチュエータ９を制御する。
【００２３】
図２は、制御装置１４による操舵アクチュエータ２の制御を説明するためのブロック図である。この実施形態において、制御装置１４は、目標転舵角δs*に基づいて操舵アクチュエータ２（駆動回路１８）を制御する舵角制御系と、目標転舵角速度δs'*に基づいて操舵アクチュエータ２を制御する舵角速度制御系とを実質的に有している。これらの舵角制御系および舵角速度制御系の各機能部は、制御装置１４に備えられているコンピュータによるプログラム処理によって実現される。
【００２４】
舵角制御系では、目標転舵角設定部２１において、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよび車速センサ１５によって検出される車速Ｖに応じた目標転舵角δs*が設定される。具体的には、目標転舵角δs*は、操作角δhに車速Ｖに応じた車速感応ギヤレシオＫδ(Ｖ)を乗じることによって設定される。目標転舵角設定部２１で設定された目標転舵角δs*は、フィードフォワード補償部２２に入力されるようになっている。フィードフォワード補償部２２は、目標転舵角δs*に所定のフィードフォワード制御ゲインＣFFを乗じて出力する。
【００２５】
目標転舵角設定部２１において設定された目標転舵角δs*は、減算部２３にも入力されるようになっている。この減算部２３にはまた、転舵角センサ１３によって検出される実転舵角δsが入力されるようになっていて、減算部２３では、目標転舵角設定部２１から入力される目標転舵角δs*から転舵角センサ１３によって検出される実転舵角δsが減算されて、これらの偏差（δs*−δs）が求められる。減算部２３で求められた偏差（δs*−δs）は、フィードバック補償部２４に入力されるようになっている。フィードバック補償部２４は、減算部２３から入力される偏差（δs*−δs）に所定のフィードバック制御ゲインＣFBを乗じて出力する。
【００２６】
フィードバック補償部２４の出力値は、加算部２５において、フィードフォワード補償部２２の出力値と加算される。この加算部２５における加算結果、つまりフィードフォワード補償部２２の出力値とフィードバック補償部２４の出力値との和が、舵角制御系におけるアクチュエータ制御値とされる。
一方、舵角速度制御系では、舵角制御系の目標転舵角設定部２１で設定された目標転舵角δs*を時間微分して得られる目標転舵角速度δs'*が減算部３１に入力されるようになっている。減算部３１にはまた、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsを微分器４１において時間微分して得られる実転舵角速度δs'が入力されている。そして、減算部３１では、目標転舵角速度δs'*から実転舵角速度δs'が減算されて、これらの偏差（δs'*−δs'）が求められる。
【００２７】
減算部３１において求められた偏差（δs'*−δs'）は、舵角速度制御部３２に入力されるようになっている。舵角速度制御部３２は、減算部３１から入力される偏差（δs'*−δs'）に所定の舵角速度伝達関数Ｃδ’を乗じて出力する。この舵角速度制御部３２の出力値が、舵角速度制御系のアクチュエータ制御値とされる。
舵角制御系および舵角速度制御系において設定された各制御値は、手放し状態判断部５１の判断結果に応じて出力が切り替わる制御系切替部５２に入力されている。操舵アクチュエータ２の駆動回路１８は、制御系切替部５２が出力するアクチュエータ制御値に基づいて制御され、これにより、アクチュエータ制御値に応じた電流が操舵アクチュエータ２に供給される。
【００２８】
手放し状態判断部５１には、車速センサ１５によって検出される車速Ｖと、舵角制御系の目標転舵角設定部２１で設定された目標転舵角δs*と、この目標転舵角δs*を時間微分して得られる目標転舵角速度δs'*とが与えられている。手放し状態判断部５１は、車速Ｖ、目標転舵角δs*および目標転舵角速度δs'*に基づいて、舵取り用の車輪４の転舵角δsの絶対値を減少させる戻し操舵が行われている時に、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているか否かを判断する。
【００２９】
目標転舵角δs*と目標転舵角速度δs'*との符号が異なれば、目標転舵角δs*の絶対値は減少傾向にあることになるから、舵取り用の車輪４の転舵角δsの絶対値を減少させる戻し操舵が行われていると判断できる。一方、目標転舵角δs*と目標転舵角速度δs'*との符号が同じであれば、目標転舵角δs*の絶対値は増加傾向にあることになるから、舵取り用の車輪４の転舵角δsの絶対値を増大させる切込み操舵が行われていると判断できる。また、ステアリングホイール１から運転者の手が放れた状態で、ステアリングホイール１が中立位置に戻されるときの速度（ハンドル戻し速度）には車速Ｖごとに上限があり、このとき、操作角δhに応じて設定される目標転舵角δs*の時間微分値である目標転舵角速度δs'*が、そのハンドル戻し速度の上限値である最大ハンドル戻し速度を超えることはない。そこで、手放し状態判断部５１は、目標転舵角δs*と目標転舵角速度δs'*との符号が異なり、かつ、目標転舵角速度δs'*が車速Ｖに応じた最大ハンドル戻し速度以下である場合に、戻し操舵時にステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判断する。
【００３０】
手放し状態判断部５１において、切込み操舵が行われていると判断された場合、または、戻し操舵が行われているが、ステアリングホイール１が運転者によって操作されている（ステアリングホイール１から運転者の手が放れていない）と判断された場合には、制御系切替部５２は、上述の舵角制御系で設定されたアクチュエータ制御値を駆動回路１８に向けて出力する。これにより、ステアリングホイール１が運転者によって積極的に操作されている時には、操舵アクチュエータ２のフィードバック制御およびフィードフォワード制御が行われ、ステアリングホイール１の操作に対する操舵アクチュエータ２の動作の良好な追従性および応答性を発揮することができる。
【００３１】
一方、手放し状態判断部５１において、戻し操舵時にステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判断された場合には、制御系切替部５２は、上述の舵角速度制御系で設定されたアクチュエータ制御値を駆動回路１８に向けて出力する。これにより、手放し状態での戻し操舵時には、操舵アクチュエータ２が目標転舵角速度δs'に基づいてフィードバック制御されることになる。目標転舵角速度δs'*は、ステアリングホイール１の操作角δhに応じて設定される目標転舵角δs*を時間微分して得られる値であり、ステアリングホイール１の操作角δhの時間変化（ステアリングホイール１の回転速度）に対応する。ゆえに、目標転舵角速度δs'に基づくフィードバック制御では、ステアリングホイール１の回転速度に対して舵取り用車輪４の戻り転舵速度が大きくなり過ぎるというような操舵アクチュエータ２の過剰制御が行われるおそれがなく、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００３２】
図３は、この発明の他の実施形態を説明するためのブロック図である。この図３には、操舵アクチュエータ２の制御のための複数の機能部が示されている。これらの機能部のうち、上述の図２に示された機能部と同じものについては、詳細な説明を省略し、図２の場合と同一の参照符号を付している。
この実施形態では、手放し状態判断部５１において、ステアリングホイール１が運転者によって積極的に操作されていると判断された場合には、操舵アクチュエータ２の舵角フィードバック制御および舵角フィードフォワード制御が行われ、手放し状態での戻し操舵が行われていると判断された場合には、操舵アクチュエータ２の舵角フィードフォワード制御は行われず、操舵アクチュエータ２の舵角フィードバック制御のみが行われる。
【００３３】
具体的に説明すると、フィードフォワード補償部２２と加算部２５との間には、手放し状態判断部５１の判断結果に応じてオン／オフが切り替えられる出力制御スイッチ６１が介在されていて、この出力制御スイッチ６１がオンの状態で、フィードフォワード補償部２２の出力値が加算部２５に与えられるようになっている。
出力制御スイッチ６１は、手放し状態判断部５１において、切込み操舵が行われていると判断された場合、または、戻し操舵が行われているが、ステアリングホイール１が運転者によって操作されている（ステアリングホイール１から運転者の手が放れていない）と判断された場合にオンにされる。これにより、フィードフォワード補償部２２およびフィードバック補償部２４の出力値が加算部２５に入力され、これらの出力値の加算値に基づいて駆動回路１８が制御されることにより、操舵アクチュエータ２の舵角フィードバック制御および舵角フィードフォワード制御が達成される。舵角フィードバック制御に加えて、舵角フィードフォワード制御が行われることにより、位相遅れなどを良好に補償することができ、ステアリングホイール１の操作に対する操舵アクチュエータ２の動作の良好な追従性および応答性を発揮することができる。
【００３４】
一方、手放し状態判断部５１において、戻し操舵時にステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判断された場合には、出力制御スイッチ６１がオフに切り替えられ、加算部２５にはフィードバック補償部２４の出力値のみが入力されて、このフィードバック補償部２４の出力値に応じた駆動電流が操舵アクチュエータ２に供給される。これにより、手放し状態での戻し操舵時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御が防止され、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００３５】
また、この実施形態では、フィードフォワード補償部２２およびフィードバック補償部２４の各制御ゲインＣFF，ＣFBが、ゲイン設定部７１によって可変設定されるようになっている。
具体的に説明すると、ゲイン設定部７１には、車速センサ１５によって検出される車速Ｖと、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsと、この転舵角δsを微分器７２において時間微分して得られる転舵角速度δs'とが入力されている。ゲイン設定部７１は、車速Ｖに応じた係数ＧV、転舵角δsに応じた係数Ｇδおよび転舵角速度δs'に応じた係数Ｇδ'を設定し、その設定した係数ＧV、係数Ｇδおよび係数Ｇδ'を基本ゲインＣFF0に乗じることによりフィードフォワード制御ゲインＣFFを設定する。また、係数ＧV、係数Ｇδおよび係数Ｇδ'を基本ゲインＣFB0に乗じることによりフィードバック制御ゲインＣFBを設定する。つまり、ゲイン設定部７１は、下記第(1)，(2)式に従って、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBをそれぞれ設定する。
【００３６】
ＣFF＝ＧV・Ｇδ・Ｇδ'・ＣFF0 ・・・・・・(1)
ＣFB＝ＧV・Ｇδ・Ｇδ'・ＣFB0 ・・・・・・(2)
車速Ｖに応じた係数ＧVは、図４に示すように、車速Ｖが大きくなるにつれて単調に小さくなるように設定される。これにより、車両が低速で走行している状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ大きな値に設定され、車両が高速で走行している状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ小さな値に設定される。したがって、低速走行時には、良好な応答性で操舵アクチュエータ２が駆動される一方、高速走行時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００３７】
転舵角δsに応じた係数Ｇδは、図５に示すように、転舵角δsが大きくなるにつれて単調に大きくなるように設定される。これにより、舵取り用の車輪４が中立位置から大きく離反されている状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ大きな値に設定され、良好な応答性で操舵アクチュエータ２が駆動される。一方、舵取り用の車輪４が中立位置の近傍にある状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ小さな値に設定される。ゆえに、車両直進時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００３８】
転舵角速度δs'に応じた係数Ｇδ'は、図６に示すように、転舵角速度δs'が大きくなるにつれて単調に大きくなるように設定される。これにより、舵取り用車輪４が高速で転舵されている時には、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ大きな値に設定され、舵取り用の車輪４が低速で転舵されている時には、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ小さな値に設定される。ゆえに、車輪４を高速転舵させる必要がある急操舵時には、良好な応答性で操舵アクチュエータ２が駆動される。一方、比較的緩やかな操舵が行われている時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００３９】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、この発明は、上述のようなステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムに限らず、操作手段の操作角と舵取り機構の転舵角との対応関係を変更することができる車両用操舵装置に対して広く適用することができる。たとえば、操作手段の操作角に対する舵取り機構の転舵角の比（ギヤ比）を変更可能な操舵装置（いわゆるバリアブル・ギヤレシオ・ステアリング（ＶＧＳ）システム）に適用することも可能である。
【００４０】
また、図３の説明で、ゲイン設置部７１は、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBを変更するとしたが、その他の、たとえば車速感応ギヤレシオＫδ(Ｖ)などの値を変更するようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】制御装置による操舵アクチュエータの制御を説明するためのブロック図である。
【図３】この発明の他の実施形態における操舵アクチュエータの制御を説明するためのブロック図である。
【図４】車速に応じた制御ゲインの変更について説明するための図である。
【図５】転舵角に応じた制御ゲインの変更について説明するための図である。
【図６】転舵角速度に応じた制御ゲインの変更について説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 操舵アクチュエータ
４ 車輪
５ 操舵軸
６ タイロッド
７ ナックルアーム
８ 回転シャフト
１１ 操作角センサ
１３ 転舵角センサ
１４ 制御装置
１５ 車速センサ
２１ 目標転舵角設定部
２２ フィードフォワード補償部
２３ 減算部
２４ フィードバック補償部
２５ 加算部
３１ 減算部
３２ 舵角速度制御部
４１ 微分器
５１ 手放し状態判断部
５２ 制御系切替部
６１ 出力制御スイッチ
７１ ゲイン設定部
７２ 微分器
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作手段の操作に対する舵取り用車輪の転舵の関係を変更可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構の動作を制御するようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
このような構成の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールと舵取り機構との機械的な連結がないので、車両衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるとともに、舵取り機構の構成を簡素化および軽量化することができる。また、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダル等の他の操作手段の採用も可能である。
【０００３】
舵取り機構の動作は、コンピュータを含む制御装置によって制御されるようになっている。すなわち、ステアリングホイールの操作方向および操作角を検出する操作角センサからの検出信号が制御装置に入力されていて、制御装置は、その操作角センサからの入力信号に応じた舵取り用車輪の目標転舵角を定め、この目標転舵角に基づいて、駆動力発生源としての電動モータなどを含む操舵アクチュエータを制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、舵取り用車輪の転舵角を増大させる（舵取り用車輪を中立位置（車両直進時の位置）から離反させる）切込み操舵時と、舵取り用車輪の転舵角を減少させる（舵取り用車輪を中立位置に近づける）戻し操舵時とでは、舵取り用車輪が路面から受ける反力の方向と舵取り用車輪の転舵方向との関係が逆転する。すなわち、切込み操舵時には、路面反力の方向と舵取り用車輪の転舵方向とが反対であるのに対し、戻し操舵時には、路面反力の方向と舵取り用車輪の転舵方向とが同じである。
【０００５】
しかしながら、従来の車両用操舵装置では、切込み操舵時であるか戻し操舵時であるかにかかわらず、上述の舵角制御系による操舵アクチュエータの制御が行われている。このため、とくにステアリングホイールから運転者の手が放れた状態（手放し状態）での戻し操舵時に、操舵アクチュエータの過剰制御が行われて、ステアリングホイールの速度に対して舵取り用車輪の戻り転舵速度が大きくなり過ぎ、その結果、車両の挙動が不自然になる場合があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、ステアリングホイールなどの操作手段の操作に応じた良好な舵取り動作を実現できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２）と、上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２１）とを含み、上記制御態様変更手段は、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されていないときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定し、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されているときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角の時間微分値である目標転舵角速度に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定するものであることを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１０】
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時には、目標転舵角に基づく舵取り機構の制御が行われ、戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時には、目標転舵角速度に基づく舵取り機構の制御が行われる。目標転舵角速度は、操作手段の操作角に応じて設定される目標転舵角を時間微分して得られる値であり、操作手段の操作角の時間変化（操作速度）に対応する。ゆえに、目標転舵角速度に基づく制御では、操作手段の操作速度に対して舵取り用車輪の戻り転舵速度が大きくなり過ぎるというような過剰制御が行われるおそれがなく、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（６１）と、上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２１）とを含み、上記制御態様変更手段は、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されていないときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に応じたフィードフォワード制御値と当該目標転舵角に応じたフィードバック制御値との加算値に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定し、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されているときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に応じたフィードバック制御値に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定するものであることを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１２】
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時には、舵取り機構のフィードフォワード制御およびフィードバック制御が行われる。フィードバック制御に加えて、フィードフォワード制御が行われることにより、位相遅れなどを良好に補償することができ、操作手段の操作に対する舵取り動作の良好な追従性および応答性を発揮することができる。一方、戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時には、舵取り機構はフィードバック制御され、舵取り機構のフィードフォワード制御は行われない。これにより、過剰制御が防止され、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記車両用操舵装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（１５）と、この車速検出手段によって検出された車速に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置である。
この場合に、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど制御ゲインを小さな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、低速走行時には、良好な応答性で舵取り機構を動作させることができる一方、高速走行時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段（１３）と、この転舵角検出手段によって検出された転舵角に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用操舵装置である。
この場合に、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角検出手段によって検出される転舵角が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用の車輪が中立位置から大きく離反されている状態では、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、舵取り用車輪が中立位置の近傍にある状態（車両直進時）には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、舵取り用車輪の転舵角の時間変化率である転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段（１３，７２）と、この転舵角速度検出手段によって検出された転舵角速度に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用操舵装置である。
この場合に、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角速度検出手段によって検出される転舵角速度が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用車輪を高速転舵させる必要がある急操舵時には、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、比較的緩やかな操舵が行われている時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
請求項６記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２，６１）と、上記車両用操舵装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（１５）と、この車速検出手段によって検出された車速に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時と戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時とで、舵取り制御手段による舵取り機構の制御態様が変更される。これにより、操作手段の操作状態に応じた良好な舵取り動作を実現することができる。
上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど制御ゲインを小さな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、低速走行時には、良好な応答性で舵取り機構を動作させることができる一方、高速走行時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
請求項７記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２，６１）と、舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段（１３）と、この転舵角検出手段によって検出された転舵角に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時と戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時とで、舵取り制御手段による舵取り機構の制御態様が変更される。これにより、操作手段の操作状態に応じた良好な舵取り動作を実現することができる。
上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角検出手段によって検出される転舵角が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用の車輪が中立位置から大きく離反されている状態では、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、舵取り用車輪が中立位置の近傍にある状態（車両直進時）には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
請求項８記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作に応じて舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）を駆動する車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角（δｈ）に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段（１４）と、舵取り用車輪（４）の転舵角（δｓ）の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段（５１）と、この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段（５２，６１）と、舵取り用車輪の転舵角の時間変化率である転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段（１３，７２）と、この転舵角速度検出手段によって検出された転舵角速度に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段（７１）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作手段が運転者によって積極的に操作されている時と戻し操舵時に運転者による操作手段の操作が行われていない時とで、舵取り制御手段による舵取り機構の制御態様が変更される。これにより、操作手段の操作状態に応じた良好な舵取り動作を実現することができる。
上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段は、上記転舵角速度検出手段によって検出される転舵角速度が大きいほど制御ゲインを大きな値に設定するものであることが好ましい。この構成によれば、舵取り用車輪を高速転舵させる必要がある急操舵時には、良好な応答性で舵取り機構が駆動され、比較的緩やかな操舵が行われている時には、過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００１６】
なお、上記車両用操舵装置が、上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２１）をさらに含む場合、上記無操作状態検出手段は、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角とこの目標転舵角の時間微分値である目標転舵角速度との符号が異なり、かつ、当該目標転舵角速度が所定速度以下である場合に、戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出するものであってもよい。
【００１７】
また、上記操作手段がステアリングホイールである場合、上記無操作状態とは、たとえば、運転者の手がステアリングホイールから放れている状態のように、ステアリングホイールに実質的な操舵トルクが与えられていない状態をいう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持された操舵軸５の車幅方向の直線運動に変換し、この操舵軸５の直線運動を前部左右車輪４（舵取り用車輪）の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。操舵アクチュエータ２および操舵軸５などにより、舵取り用の車輪４を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１９】
操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この電動モータの駆動力（出力軸の回転力）は、操舵軸５に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ機構）により、操舵軸５の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この操舵軸５の直線運動は、操舵軸５の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪４の転舵が達成される。
【００２０】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００２１】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８の回転角に対応する操作角δhを検出する操作角センサ１１が設けられている。また、回転シャフト８には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクＴを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。
一方、操舵アクチュエータ２の出力値を検出するために、舵取り用の車輪４の転舵角（実転舵角）δsを検出する転舵角センサ１３が設けられている。転舵角δsは、車輪４が中立位置（車両直進時の位置）にあるときを零として、たとえば、車輪４が中立位置から右方向に転舵されているときに正の値をとり、車輪４が中立位置から左方向に転舵されているときに負の値をとる。
【００２２】
操作角センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータを含む制御装置１４に接続されている。この制御装置１４には、さらに、車速Ｖを検出する車速センサ１５が接続されている。制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよび車速センサ１５によって検出される車速Ｖなどに基づき、駆動回路１８を介して、操舵アクチュエータ２を制御する。また、制御装置は、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよびトルクセンサ１２によって検出される操作トルクＴなどに基づき、駆動回路１９を介して、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力を発生するように反力アクチュエータ９を制御する。
【００２３】
図２は、制御装置１４による操舵アクチュエータ２の制御を説明するためのブロック図である。この実施形態において、制御装置１４は、目標転舵角δs*に基づいて操舵アクチュエータ２（駆動回路１８）を制御する舵角制御系と、目標転舵角速度δs'*に基づいて操舵アクチュエータ２を制御する舵角速度制御系とを実質的に有している。これらの舵角制御系および舵角速度制御系の各機能部は、制御装置１４に備えられているコンピュータによるプログラム処理によって実現される。
【００２４】
舵角制御系では、目標転舵角設定部２１において、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよび車速センサ１５によって検出される車速Ｖに応じた目標転舵角δs*が設定される。具体的には、目標転舵角δs*は、操作角δhに車速Ｖに応じた車速感応ギヤレシオＫδ(Ｖ)を乗じることによって設定される。目標転舵角設定部２１で設定された目標転舵角δs*は、フィードフォワード補償部２２に入力されるようになっている。フィードフォワード補償部２２は、目標転舵角δs*に所定のフィードフォワード制御ゲインＣFFを乗じて出力する。
【００２５】
目標転舵角設定部２１において設定された目標転舵角δs*は、減算部２３にも入力されるようになっている。この減算部２３にはまた、転舵角センサ１３によって検出される実転舵角δsが入力されるようになっていて、減算部２３では、目標転舵角設定部２１から入力される目標転舵角δs*から転舵角センサ１３によって検出される実転舵角δsが減算されて、これらの偏差（δs*−δs）が求められる。減算部２３で求められた偏差（δs*−δs）は、フィードバック補償部２４に入力されるようになっている。フィードバック補償部２４は、減算部２３から入力される偏差（δs*−δs）に所定のフィードバック制御ゲインＣFBを乗じて出力する。
【００２６】
フィードバック補償部２４の出力値は、加算部２５において、フィードフォワード補償部２２の出力値と加算される。この加算部２５における加算結果、つまりフィードフォワード補償部２２の出力値とフィードバック補償部２４の出力値との和が、舵角制御系におけるアクチュエータ制御値とされる。
一方、舵角速度制御系では、舵角制御系の目標転舵角設定部２１で設定された目標転舵角δs*を時間微分して得られる目標転舵角速度δs'*が減算部３１に入力されるようになっている。減算部３１にはまた、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsを微分器４１において時間微分して得られる実転舵角速度δs'が入力されている。そして、減算部３１では、目標転舵角速度δs'*から実転舵角速度δs'が減算されて、これらの偏差（δs'*−δs'）が求められる。
【００２７】
減算部３１において求められた偏差（δs'*−δs'）は、舵角速度制御部３２に入力されるようになっている。舵角速度制御部３２は、減算部３１から入力される偏差（δs'*−δs'）に所定の舵角速度伝達関数Ｃδ’を乗じて出力する。この舵角速度制御部３２の出力値が、舵角速度制御系のアクチュエータ制御値とされる。
舵角制御系および舵角速度制御系において設定された各制御値は、手放し状態判断部５１の判断結果に応じて出力が切り替わる制御系切替部５２に入力されている。操舵アクチュエータ２の駆動回路１８は、制御系切替部５２が出力するアクチュエータ制御値に基づいて制御され、これにより、アクチュエータ制御値に応じた電流が操舵アクチュエータ２に供給される。
【００２８】
手放し状態判断部５１には、車速センサ１５によって検出される車速Ｖと、舵角制御系の目標転舵角設定部２１で設定された目標転舵角δs*と、この目標転舵角δs*を時間微分して得られる目標転舵角速度δs'*とが与えられている。手放し状態判断部５１は、車速Ｖ、目標転舵角δs*および目標転舵角速度δs'*に基づいて、舵取り用の車輪４の転舵角δsの絶対値を減少させる戻し操舵が行われている時に、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているか否かを判断する。
【００２９】
目標転舵角δs*と目標転舵角速度δs'*との符号が異なれば、目標転舵角δs*の絶対値は減少傾向にあることになるから、舵取り用の車輪４の転舵角δsの絶対値を減少させる戻し操舵が行われていると判断できる。一方、目標転舵角δs*と目標転舵角速度δs'*との符号が同じであれば、目標転舵角δs*の絶対値は増加傾向にあることになるから、舵取り用の車輪４の転舵角δsの絶対値を増大させる切込み操舵が行われていると判断できる。また、ステアリングホイール１から運転者の手が放れた状態で、ステアリングホイール１が中立位置に戻されるときの速度（ハンドル戻し速度）には車速Ｖごとに上限があり、このとき、操作角δhに応じて設定される目標転舵角δs*の時間微分値である目標転舵角速度δs'*が、そのハンドル戻し速度の上限値である最大ハンドル戻し速度を超えることはない。そこで、手放し状態判断部５１は、目標転舵角δs*と目標転舵角速度δs'*との符号が異なり、かつ、目標転舵角速度δs'*が車速Ｖに応じた最大ハンドル戻し速度以下である場合に、戻し操舵時にステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判断する。
【００３０】
手放し状態判断部５１において、切込み操舵が行われていると判断された場合、または、戻し操舵が行われているが、ステアリングホイール１が運転者によって操作されている（ステアリングホイール１から運転者の手が放れていない）と判断された場合には、制御系切替部５２は、上述の舵角制御系で設定されたアクチュエータ制御値を駆動回路１８に向けて出力する。これにより、ステアリングホイール１が運転者によって積極的に操作されている時には、操舵アクチュエータ２のフィードバック制御およびフィードフォワード制御が行われ、ステアリングホイール１の操作に対する操舵アクチュエータ２の動作の良好な追従性および応答性を発揮することができる。
【００３１】
一方、手放し状態判断部５１において、戻し操舵時にステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判断された場合には、制御系切替部５２は、上述の舵角速度制御系で設定されたアクチュエータ制御値を駆動回路１８に向けて出力する。これにより、手放し状態での戻し操舵時には、操舵アクチュエータ２が目標転舵角速度δs'に基づいてフィードバック制御されることになる。目標転舵角速度δs'*は、ステアリングホイール１の操作角δhに応じて設定される目標転舵角δs*を時間微分して得られる値であり、ステアリングホイール１の操作角δhの時間変化（ステアリングホイール１の回転速度）に対応する。ゆえに、目標転舵角速度δs'に基づくフィードバック制御では、ステアリングホイール１の回転速度に対して舵取り用車輪４の戻り転舵速度が大きくなり過ぎるというような操舵アクチュエータ２の過剰制御が行われるおそれがなく、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００３２】
図３は、この発明の他の実施形態を説明するためのブロック図である。この図３には、操舵アクチュエータ２の制御のための複数の機能部が示されている。これらの機能部のうち、上述の図２に示された機能部と同じものについては、詳細な説明を省略し、図２の場合と同一の参照符号を付している。
この実施形態では、手放し状態判断部５１において、ステアリングホイール１が運転者によって積極的に操作されていると判断された場合には、操舵アクチュエータ２の舵角フィードバック制御および舵角フィードフォワード制御が行われ、手放し状態での戻し操舵が行われていると判断された場合には、操舵アクチュエータ２の舵角フィードフォワード制御は行われず、操舵アクチュエータ２の舵角フィードバック制御のみが行われる。
【００３３】
具体的に説明すると、フィードフォワード補償部２２と加算部２５との間には、手放し状態判断部５１の判断結果に応じてオン／オフが切り替えられる出力制御スイッチ６１が介在されていて、この出力制御スイッチ６１がオンの状態で、フィードフォワード補償部２２の出力値が加算部２５に与えられるようになっている。
出力制御スイッチ６１は、手放し状態判断部５１において、切込み操舵が行われていると判断された場合、または、戻し操舵が行われているが、ステアリングホイール１が運転者によって操作されている（ステアリングホイール１から運転者の手が放れていない）と判断された場合にオンにされる。これにより、フィードフォワード補償部２２およびフィードバック補償部２４の出力値が加算部２５に入力され、これらの出力値の加算値に基づいて駆動回路１８が制御されることにより、操舵アクチュエータ２の舵角フィードバック制御および舵角フィードフォワード制御が達成される。舵角フィードバック制御に加えて、舵角フィードフォワード制御が行われることにより、位相遅れなどを良好に補償することができ、ステアリングホイール１の操作に対する操舵アクチュエータ２の動作の良好な追従性および応答性を発揮することができる。
【００３４】
一方、手放し状態判断部５１において、戻し操舵時にステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判断された場合には、出力制御スイッチ６１がオフに切り替えられ、加算部２５にはフィードバック補償部２４の出力値のみが入力されて、このフィードバック補償部２４の出力値に応じた駆動電流が操舵アクチュエータ２に供給される。これにより、手放し状態での戻し操舵時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御が防止され、違和感のない自然な車両挙動を実現することができる。
【００３５】
また、この実施形態では、フィードフォワード補償部２２およびフィードバック補償部２４の各制御ゲインＣFF，ＣFBが、ゲイン設定部７１によって可変設定されるようになっている。
具体的に説明すると、ゲイン設定部７１には、車速センサ１５によって検出される車速Ｖと、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsと、この転舵角δsを微分器７２において時間微分して得られる転舵角速度δs'とが入力されている。ゲイン設定部７１は、車速Ｖに応じた係数ＧV、転舵角δsに応じた係数Ｇδおよび転舵角速度δs'に応じた係数Ｇδ'を設定し、その設定した係数ＧV、係数Ｇδおよび係数Ｇδ'を基本ゲインＣFF0に乗じることによりフィードフォワード制御ゲインＣFFを設定する。また、係数ＧV、係数Ｇδおよび係数Ｇδ'を基本ゲインＣFB0に乗じることによりフィードバック制御ゲインＣFBを設定する。つまり、ゲイン設定部７１は、下記第(1)，(2)式に従って、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBをそれぞれ設定する。
【００３６】
ＣFF＝ＧV・Ｇδ・Ｇδ'・ＣFF0 ・・・・・・(1)
ＣFB＝ＧV・Ｇδ・Ｇδ'・ＣFB0 ・・・・・・(2)
車速Ｖに応じた係数ＧVは、図４に示すように、車速Ｖが大きくなるにつれて単調に小さくなるように設定される。これにより、車両が低速で走行している状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ大きな値に設定され、車両が高速で走行している状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ小さな値に設定される。したがって、低速走行時には、良好な応答性で操舵アクチュエータ２が駆動される一方、高速走行時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００３７】
転舵角δsに応じた係数Ｇδは、図５に示すように、転舵角δsが大きくなるにつれて単調に大きくなるように設定される。これにより、舵取り用の車輪４が中立位置から大きく離反されている状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ大きな値に設定され、良好な応答性で操舵アクチュエータ２が駆動される。一方、舵取り用の車輪４が中立位置の近傍にある状態では、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ小さな値に設定される。ゆえに、車両直進時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００３８】
転舵角速度δs'に応じた係数Ｇδ'は、図６に示すように、転舵角速度δs'が大きくなるにつれて単調に大きくなるように設定される。これにより、舵取り用車輪４が高速で転舵されている時には、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ大きな値に設定され、舵取り用の車輪４が低速で転舵されている時には、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBがそれぞれ小さな値に設定される。ゆえに、車輪４を高速転舵させる必要がある急操舵時には、良好な応答性で操舵アクチュエータ２が駆動される。一方、比較的緩やかな操舵が行われている時には、操舵アクチュエータ２の過剰制御による車両のふらつきなどを抑制することができる。
【００３９】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、この発明は、上述のようなステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムに限らず、操作手段の操作角と舵取り機構の転舵角との対応関係を変更することができる車両用操舵装置に対して広く適用することができる。たとえば、操作手段の操作角に対する舵取り機構の転舵角の比（ギヤ比）を変更可能な操舵装置（いわゆるバリアブル・ギヤレシオ・ステアリング（ＶＧＳ）システム）に適用することも可能である。
【００４０】
また、図３の説明で、ゲイン設置部７１は、フィードフォワード制御ゲインＣFFおよびフィードバック制御ゲインＣFBを変更するとしたが、その他の、たとえば車速感応ギヤレシオＫδ(Ｖ)などの値を変更するようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】制御装置による操舵アクチュエータの制御を説明するためのブロック図である。
【図３】この発明の他の実施形態における操舵アクチュエータの制御を説明するためのブロック図である。
【図４】車速に応じた制御ゲインの変更について説明するための図である。
【図５】転舵角に応じた制御ゲインの変更について説明するための図である。
【図６】転舵角速度に応じた制御ゲインの変更について説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 操舵アクチュエータ
４ 車輪
５ 操舵軸
６ タイロッド
７ ナックルアーム
８ 回転シャフト
１１ 操作角センサ
１３ 転舵角センサ
１４ 制御装置
１５ 車速センサ
２１ 目標転舵角設定部
２２ フィードフォワード補償部
２３ 減算部
２４ フィードバック補償部
２５ 加算部
３１ 減算部
３２ 舵角速度制御部
４１ 微分器
５１ 手放し状態判断部
５２ 制御系切替部
６１ 出力制御スイッチ
７１ ゲイン設定部
７２ 微分器
Claims (8)
- 車両の操向のための操作手段の操作に応じて舵取り機構を駆動する車両用操舵装置であって、
上記操作手段の操作角に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段と、
舵取り用車輪の転舵角の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段と、
この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段と、
上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段とを含み、
上記制御態様変更手段は、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されていないときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定し、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されているときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角の時間微分値である目標転舵角速度に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定するものであることを特徴とする車両用操舵装置。 - 車両の操向のための操作手段の操作に応じて舵取り機構を駆動する車両用操舵装置であって、
上記操作手段の操作角に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段と、
舵取り用車輪の転舵角の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段と、
この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段と、
上記操作手段の操作角に応じて、舵取り用車輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段とを含み、
上記制御態様変更手段は、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されていないときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に応じたフィードフォワード制御値と当該目標転舵角に応じたフィードバック制御値との加算値に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定し、上記無操作状態検出手段によって上記無操作状態が検出されているときは、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を、上記目標転舵角設定手段によって設定された目標転舵角に応じたフィードバック制御値に基づいて上記舵取り機構を制御するという態様に設定するものであることを特徴とする車両用操舵装置。 - 上記車両用操舵装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段と、
この車速検出手段によって検出された車速に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段と
をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置。 - 舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
この転舵角検出手段によって検出された転舵角に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段と
をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用操舵装置。 - 舵取り用車輪の転舵角の時間変化率である転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段と、
この転舵角速度検出手段によって検出された転舵角速度に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段と
をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用操舵装置。 - 車両の操向のための操作手段の操作に応じて舵取り機構を駆動する車両用操舵装置であって、
上記操作手段の操作角に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段と、
舵取り用車輪の転舵角の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段と、
この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段と、
上記車両用操舵装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段と、
この車速検出手段によって検出された車速に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。 - 車両の操向のための操作手段の操作に応じて舵取り機構を駆動する車両用操舵装置であって、
上記操作手段の操作角に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段と、
舵取り用車輪の転舵角の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段と、
この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段と、
舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
この転舵角検出手段によって検出された転舵角に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。 - 車両の操向のための操作手段の操作に応じて舵取り機構を駆動する車両用操舵装置であって、
上記操作手段の操作角に基づいて、上記舵取り機構を駆動制御する舵取り制御手段と、
舵取り用車輪の転舵角の絶対値を減少させるための戻し操舵時における上記操作手段の無操作状態を検出する無操作状態検出手段と、
この無操作状態検出手段の検出結果に応じて、上記舵取り制御手段による上記舵取り機構の制御態様を変更する制御態様変更手段と、
舵取り用車輪の転舵角の時間変化率である転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段と、
この転舵角速度検出手段によって検出された転舵角速度に基づいて、上記舵取り制御手段の制御ゲインを設定する手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
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