JP4899411B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドルから操向輪に至る操舵系のいずれかの回転軸に回転トルクを付与する車両用操舵制御装置の技術分野に属する。

従来、ハンドルと操向輪との間に機械的なつながりがない、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（SBW）システムでは、操向輪の実転舵角が目標転舵角となるように転舵角センサの検出値を用いて指令転舵角を算出し、転舵モータを制御している。このSBWシステムでは、システムの立ち上がり時には、転舵角センサの検出値を初期位置として操向輪の角度制御を開始している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３７７１１号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、システムの立ち上がり時に操向輪の実転舵角がゼロではなく、かつ指令転舵角と実転舵角とが一致していない場合、指令転舵角に対し実転舵角が対応して動いてしまうため、ドライバがハンドル操作を行っていないにもかかわらず、操向輪の転舵角が変動す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、その目的とするところは、システムの立ち上がり時に実転舵角がゼロではなく、かつ指令転舵角と実転舵角とが一致していない場合の転舵角の変動を防止することができると共に、消費電流の抑制を図ることができる車両用操舵制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
ハンドルから操向輪に至る操舵系のいずれかの回転軸に回転トルクを付与するモータと、前記回転軸の回転角を検出する回転角検出手段と、前記回転角検出値が目標回転角となるように過去の回転角検出値を用いて前記モータを制御する絶対角制御を実行するモータ制御手段と、を備えた車両用操舵制御装置において、
前記ハンドルと前記操向輪とを機械的に非連結とし、
前記モータは、前記操向輪を転舵する転舵モータとし、
前記ハンドルの操舵角を所定時間保持するハンドル保持制御手段を備え、
前記モータ制御手段は、モータ制御開始時に検出された初期回転角値がゼロ以外のとき、所定時間が経過するまで、前記初期回転角値を維持するように前記モータを制御する相対角制御を実行すると共に、前記所定時間が経過するまで、前記絶対角制御の指令転舵角を演算し、前記所定時間経過後、前記指令転舵角に基づいて前記絶対角制御を実行する。

本発明にあっては、モータ制御開始時に検出された初期回転角値がゼロ以外のとき、所定時間が経過するまで、初期回転角値を維持するようにモータが制御されるため、転舵角の変動が防止できる。また、転舵角維持のみに消費する電流だけで済むため、転舵角の変動を伴う従来技術と比較して、消費電力を低減することができる。
この結果、システムの立ち上がり時に実転舵角がゼロではなく、かつ指令転舵角と実転舵角とが一致していない場合の転舵角の変動を防止することができると共に、消費電流の抑制を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
［全体構成］
図１は、実施例１の車両用操舵制御装置を適用したステア・バイ・ワイヤ（SBW）システムの構成図である。実施例１のSBWシステムは、ハンドル１と、トルクセンサ２と、操舵反力用モータ３と、操舵角センサ４と、転舵用モータ５と、転舵角センサ（回転角検出手段）６と、操舵反力装置用コントローラ７と、転舵装置用コントローラ８と、車速センサ９と、を備え、ハンドル１と左右前輪（操向輪）１０ａ，１０ｂとが機械的に切り離されている。

操舵角センサ４は、ハンドル１の操舵角（絶対操舵角）を算出し、転舵角センサ６は、前輪１０ａ，１０ｂの転舵角（絶対転舵角）を算出する。また、操舵反力用モータ３には、操舵反力用モータ３の回転角（相対操舵角）を検出する操舵反力用モータ回転角センサ１１が付設され、転舵用モータ５には、転舵用モータ５の回転角（相対転舵角）を検出する転舵用モータ回転角センサ１２が付設されている。

［制御構成］
図２は、実施例１の制御系を示すブロック図である。
操舵反力装置用コントローラ７には、操舵角検出手段である操舵角センサ４からの操舵角信号と、通信線１３を介してトルク検出手段であるトルクセンサ２からの操舵トルク信号および車速検出手段である車速センサ９からの車速信号とが入力される。転舵装置用コントローラ８には、転舵角検出手段である転舵角センサ６からの転舵角信号と、通信線１３を介してトルクセンサ２からの操舵トルク信号および車速センサ９からの車速信号とが入力される。

操舵反力装置用コントローラ７は、モータ制御指令値算出手段と、モータ駆動手段と、指令転舵角算出手段と、を備えている。モータ制御指令値算出手段は、各入力信号から算出した指令操舵反力に基づいて、モータ制御指令値を算出する。モータ駆動手段は、モータ制御指令値から電流指令値を算出し、トルクセンサ２により検出された操舵トルクが目標操舵反力と一致するように、操舵反力制御用モータである操舵反力用モータ３を駆動する。指令転舵角算出手段は、各入力信号に基づいて、前輪１０ａ，１０ｂの指令転舵角（目標回転角）を算出する。

転舵装置用コントローラ８は、モータ制御指令値算出手段と、モータ駆動手段と、を備えている。モータ制御指令値算出手段は、各入力信号と指令転舵角とに基づいて、モータ制御指令値を算出する。モータ駆動手段は、モータ駆動指令値から電流指令値を算出し、転舵角センサ６により検出された実転舵角が指令転舵角に一致するよう、転舵角制御用のモータである転舵用モータ５を制御する（絶対転舵角制御）。

また、転舵装置用コントローラ８は、SBWシステムの立ち上がりの際、転舵角センサ６により得られた初期転舵角がゼロではないときにモータ制御が開始された場合には、所定時間Ta、初期転舵角を維持するように相対転舵角制御（相対角制御）で転舵用モータ５を制御し、これに並行して絶対転舵角制御の指令転舵角を求めておき、所定時間Ta経過後、絶対転舵角制御（絶対角制御）の指令転舵角を用いて転舵用モータ５の制御を行うように切り替える。

ここで、相対転舵角制御を継続する所定時間Taは、あらかじめ決めておいた転舵用モータ５のモータ制御の応答性が低いほど、または初期絶対転舵角の絶対値が大きいほど長くなるように設定する。

［転舵制御ロジック］
図３は、実施例１の転舵装置用コントローラ８におけるロバストモデルマッチング手法を採用した転舵角制御系ブロック図である。ここで、「ロバストモデルマッチング手法」とは、制御対象である車両の動特性を規範モデルにてあらかじめ設定し、モデル化誤差や外乱の影響を最小限に抑制しながら、あらかじめ設定された規範モデルに一致するように制御する手法をいう。

モデルマッチング補償器１４は、指令転舵角θtcと実転舵角θtを入力し、あらかじめ与えた所望の応答特性に一致させるモータ指令電流を出力するフィードフォワード補償器である。

ロバスト補償器１５は、制御対象への入力である指令電流と制御対象からの出力である実転舵角θtを取り込み、モデル化誤差を含む制御阻害要因を外乱として推定した外乱推定値Irbstを出力する外乱補償器である。

差分器１６は、モデルマッチング補償器１４からのモータ指令電流から、ロバスト補償器１５からの外乱推定値Irbstを差し引き、外乱をキャンセルした指令電流を生成する。

電流リミッター１７は、差分器１６からの指令電流が転舵用モータ５の定格となるリミット電流以下の場合は指令電流をそのまま制御対象の転舵用モータ５に出力し、リミット電流を超える場合にはリミット電流を制御対象の転舵用モータ５に出力する。

［相対転舵角制御処理］
図４は、実施例１の転舵装置用コントローラ８で実行される相対転舵角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（モータ制御手段に相当）。なお、この制御処理は、例えば、イグニッションキースイッチのON時等、SBWシステムの立ち上がりの際に開始される。

ステップS1では、車速センサ９から車速V、トルクセンサ２から操舵トルクTs、操舵反力装置用コントローラ７から操舵角センサ４により得られた操舵角θsに応じた指令転舵角θtc（ギア比を可変すると場合も考慮すると、θtc＝θs×Rstとなる。Rst:操舵/転舵間ギア比）、転舵角センサ６から絶対転舵角（転舵角）θta、を読み込み、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、ステップS1で読み込んだ絶対転舵角θtaの初期値である初期絶対転舵角（初期回転角値）θtafがゼロでないか否かの判定を行う。YESの場合にはステップS3へ移行し、NOの場合にはステップS8へ移行する。

ステップS3では、相対転舵角制御を行う所定時間Taを算出し、ステップS4へ移行する。ここで、所定時間Taは、あらかじめ決めておいた転舵用モータ５の制御の応答性が低いほど、また初期絶対転舵角θtafの絶対値が大きいほど、長くなるように設定する。

ステップS4では、相対転舵角制御開始時点からの時間tsを算出し、ステップS5へ移行する。例えば、制御周期をtc、制御演算回数をncとしたとき、この間の時間tsは、tc×ncとなる。

ステップS5では、ステップS4で算出された時間tsがステップS3で設定された所定時間Ta以下であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS6へ移行し、NOの場合にはステップS8へ移行する。

ステップS6では、相対転舵角制御と絶対転舵角制御とでそれぞれ指令転舵角を算出し、ステップS7へ移行する。ここで、指令転舵角θtcは、操舵角θsに応じたものではなく、相対転舵角制御ではゼロを指令転舵角とし、絶対転舵角制御では初期絶対転舵角θtafを指令転舵角とする。

ステップS7では、ステップS6の相対転舵角制御で算出された指令転舵角（＝０）を使用して転舵用モータ５の制御を行い、ステップS4へ移行する。

ステップS8では、絶対転舵角制御のみで指令転舵角を算出し、ステップS9へ移行する。上述したように、指令転舵角θtcは、ステップS1で読み込んだ初期絶対転舵角θtafを使用する。このとき、基本的には制御開始から所定時間Taが経過するまでの間は、操舵角（ハンドル角度）の維持を行うため、指令転舵角θtcの変動は発生しないが、所定時間Ta経過前後の差分があるしきい値以上の場合には、指令転舵角に例えばローパスフィルタを通すなどして指令転舵角θtcの変動を抑制する処理を施す。

ステップS9では、ステップS8の絶対転舵角制御で算出された指令転舵角を使用して転舵用モータ５の制御を行い、リターンへ移行する。

［相対転舵角制御作動］
SBWシステムの立ち上がりの際、転舵角センサ６により得られた初期絶対転舵角がゼロではないときにモータ制御が開始された場合には、図４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S5で所定時間Taが経過するまで、ステップS6→ステップS7→ステップS4→ステップS5→ステップS6という流れが繰り返され、ステップS7では、指令転舵角θtcをゼロとする相対転舵角制御が実施される。よって、前輪１０ａ，１０ｂの転舵角は、システム立ち上がり時の初期転舵角に維持される。

制御開始から所定時間Taが経過した場合には、ステップS5→ステップS8→ステップS9へと進み、ステップS8では、相対転舵角制御を終了して絶対転舵角制御のみで指令転舵角θtafが算出され、ステップS9では、指令転舵角θtcを初期絶対転舵角θtafとする絶対転舵角制御が実施される。

次に、作用を説明する。
［相対転舵角制御作用］
ハンドルと操向輪とが機械的に切り離された、いわゆるステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムでは、転舵側（前輪側）の制御には、舵角位置制御が採用され、SBWシステムの立ち上がり時には転舵側に設けられた転舵角センサ（変位量センサ）によりその舵角位置を初期値として位置制御を開始している。

したがって、SBWシステムの立ち上がり時に実転舵角がゼロではなく、かつ指令転舵角と実転舵角とが一致していない場合には、その指令転舵角に対して実転舵角が対応して動いてしまう。また指令転舵角と実転舵角とが一致している場合であっても、システムの立ち上がり時には制御で使用される内部変数が全てゼロであり、現在の情報が入力されたとしても過去値の情報はゼロのままであるため、算出される電流値が不適当なものとなって角度が変動してしまう。

例えば、図３に示したようなロバスト補償などの過去値を用いて転舵制御を行うSBWシステムでは、システムの立ち上がり時、指令転舵角がゼロとなるので、実転舵角がゼロ以外のある角度となっている場合、ロバスト補償によって実転舵角を指令転舵角に一致させる方向へ電流値が補償され、モータが駆動されてしまう。

また、指令転舵角と実転舵角とがゼロ以外のある角度で一致している場合であっても、指令転舵角、実転舵角とも過去値であるため、電流値に補償がかかり、モータが駆動されてしまう。図５は、従来のSBWシステムで制御開始時の実転舵角がゼロではなく、かつ指令転舵角と実転舵角とが一致していない場合の、指令転舵角と実転舵角との関係を示す図であり、図を見れば明らかなように、従来技術では、制御開始時点から実転舵角の角度変動が発生しているのがわかる。

また、これに対して制御終了時にメモリに全データを記憶しておき、制御開始時にそれを初期値として設定する方法も考えられるが、例えば、非制御時に前輪が動いた場合には、メモリに記憶した情報は使えず、角度変動が起きてしまう。特に、メカニカルバックアップ機構付きのSBWシステムの場合には、制御終了でバックアップクラッチがONされてハンドルと前輪とが機械的に連結されるため、その後ドライバがハンドルを動かしたとき、前輪も転舵してしまう。

これに対し、実施例１では、転舵角センサ６により得られる初期絶対転舵角θtafがゼロ以外のときモータ制御が開始された場合には、所定時間Ta、初期絶対転舵角θtafを維持するように転舵用モータ５を制御する相対転舵角制御を実行する。これにより、図６に示すように、所定時間Ta初期絶対転舵角θtaf（20[rad]）が維持され、実転舵角の変動を防止できると共に、消費電流が転舵角維持のみに消費される電流だけで済むため、転舵角の変動が発生する従来技術に比べ、消費電流を小さく抑えることができる。

また、実施例１では、上記相対転舵角制御と並行して絶対転舵角制御の指令転舵角θtcを求めておき、所定時間Ta経過後、絶対転舵角制御の指令転舵角θtcを用いて転舵用モータ５の制御を行う。すなわち、システムの立ち上がりの制御開始時には転舵用モータ回転角センサ１２により得られた相対転舵角による制御で初期変動を抑え、所定時間Ta経過後には転舵角センサ６により得られた絶対転舵角を用いて制御を行うため、絶対転舵角に応じた位置制御が可能となる。

［モータ制御応答性に応じた相対転舵角制御時継続間設定作用］
実施例１では、所定時間Taを転舵用モータ５のモータ制御の応答性が低いほど長く設定している。すなわち、モータ制御の応答性が低いほど、絶対転舵角制御の指令転舵角θtcの初期変動が収まるまでの時間が長くなるため、所定時間Taを固定値とせず、モータ制御の応答性に応じて可変することにより、通常制御（絶対転舵角制御で算出される指令転舵角を使用する）への切り替えを最短で行うことが可能となる。

［初期絶対転舵角に応じた相対転舵角制御継続時間設定作用］
さらに、実施例１では、所定時間Taを初期絶対転舵角θtafの絶対値が大きいほど長く設定する。すなわち、初期絶対転舵角θtafの絶対値が大きいほど、絶対転舵角制御の指令転舵角θtcの初期変動が大きいため、所定時間Taを固定値とせず、初期絶対転舵角θtafの絶対値に応じて可変することにより、通常制御（絶対転舵角制御で算出される指令転舵角θtcを使用する）への切り替えを最短で行うことが可能となる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 前輪１０ａ，１０ｂに転舵トルクを付与するモータ（転舵用モータ５）と、前輪１０ａ，１０ｂの転舵角を検出する転舵角センサ６と、実転舵角が指令転舵角となるように過去の実転舵角を用いてモータを制御する絶対転舵角制御を実行するモータ制御手段と、を備えた車両用操舵制御装置において、モータ制御手段は、モータ制御開始時に検出された初期絶対転舵角θtafがゼロ以外のとき、所定時間Taが経過するまで、指令転舵角θtcをゼロとした相対転舵角に基づいてモータを制御する相対転舵角制御を実行する。よって、実転舵角の変動を防止できると共に、消費電流が転舵角維持のみに消費する電流だけで済むため、転舵角の変動を伴う従来技術に比べ、消費電流を小さく抑えることができる。

(2) モータ制御手段は、所定時間Taが経過するまで、絶対転舵角制御の指令転舵角θtcを演算し、所定時間Ta経過後、指令転舵角θtcに基づいて絶対転舵角制御を実行するため、所定時間Ta経過後には転舵角センサ６により得られた絶対転舵角を用いて制御を行うため、絶対転舵角に応じた位置制御が可能となる。

(3) モータ制御手段は、初期絶対転舵角θtafが大きいほど、所定時間Taを長く設定するため、初期絶対転舵角θtafの絶対転舵角が大きいほど、絶対転舵角制御の指令転舵角θtcの初期変動が大きくなるのに対し、通常制御（絶対転舵角制御で算出される指令転舵角θtcを使用する）への切り替えを最短で行うことが可能となる。

(4) モータ制御手段は、モータ制御手段の制御応答性が低いほど、所定時間Taを長く設定するため、モータ制御の応答性が低いほど、絶対転舵角制御の指令転舵角θtcの初期変動が収まるまでの時間が長くなるのに対し、通常制御への切り替えを最短で行うことが可能となる。

実施例２は、相対転舵角制御時に操舵反力用モータを用いて操舵角を維持する例である。

まず、構成を説明する。
実施例２の操舵反力装置用コントローラ７は、相対転舵角制御が行われているとき、操舵反力用モータ（反力付与手段）３により通常の操舵反力制御時よりも大きな操舵反力トルクを出力し、操舵角を維持する。このとき、操舵反力トルクは、トルクセンサ２により得られるドライバの操舵トルクが大きいほど、大きくなるように操舵反力用モータ３を制御する。
なお、全体構成については図１に示した実施例１と同様であるため、図示並びに説明を省略する。

［転舵制御ロジック］
図７は、実施例２の転舵装置用コントローラ８におけるロバストモデルマッチング手法を採用した転舵角制御系ブロック図である。

フィードフォワード補償器２１は、指令転舵角θtcを入力し、あらかじめ与えた所望の応答特性に一致させるフィードフォワード電流Iffを出力する。規範モデル２２は、指令転舵角θtcに対し、理想転舵角θtc_refを出力する。差分器２３は、規範モデル２２からの理想転舵角θtc_refから実転舵角θtを差し引いた偏差を出力する。

フィードバック補償器２４は、差分器２３からの偏差に応じたフィードバック電流Ifbを出力する。加算器２５は、フィードフォワード補償器２１からのフィードフォワード電流Iffにフィードバック補償器２４からのフィードバック電流Ifbを加算し、外乱やモデルのパラメータ誤差をキャンセルした指令電流を生成する。

すなわち、実施例２では、応答性を改善させるためのフィードフォワード補償器２１と規範モデル２２との偏差をなくし安定性を向上させるためのフィードバック補償器２４とで構成された２自由度制御系の転舵制御ロジックにより転舵用モータ５が制御される。

［相対転舵角制御処理］
図８は、実施例２の操舵反力装置用コントローラ７と転舵装置用コントローラ８で実行される相対転舵角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、図４に示した実施例１と同一の処理を行うステップには、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ステップS11では、ステップS6の相対転舵角制御で算出された指令転舵角（＝０）を使用して転舵用モータ５の制御を行いつつ、操舵角θsを維持するように操舵反力用モータ３を制御し、ステップS4へ移行する（ハンドル保持制御手段に相当）。ここで、操舵角維持のための操舵反力トルクThは、通常制御時の操舵反力トルクよりも大きくなるように（図９）、かつ、ステップS1で得られた操舵トルクTsに比例して大きくなるように設定する（図１０）。

ステップS12では、ステップS8の絶対転舵角制御で算出された指令転舵角θtcを使用して転舵用モータ５の制御を行いつつ、操舵角維持のための操舵反力トルクThを徐々に小さくして通常の操舵反力トルクに近づけ、リターンへ移行する。

［相対転舵角制御作動］
SBWシステムの立ち上がりの際、転舵角センサ６により得られた初期絶対転舵角がゼロではないときにモータ制御が開始された場合には、図４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S5で所定時間Taが経過するまで、ステップS6→ステップS11→ステップS4→ステップS5→ステップS6という流れが繰り返され、ステップS11では、ハンドル１の操舵角θsを維持しつつ、指令転舵角θtcをゼロとする相対転舵角制御が実施される。よって、前輪１０ａ，１０ｂの転舵角は、システム立ち上がり時の初期転舵角に維持される。また、操舵角θsの維持により、操舵角θsと転舵角（初期絶対転舵角θtaf）との中立ズレが抑制される（図９）。

制御開始から所定時間Taが経過した場合には、ステップS5→ステップS8→ステップS12へと進み、ステップS8では、相対転舵角制御を終了して絶対転舵角制御のみで指令転舵角θtafが算出され、ステップS12では、操舵反力トルクThを徐々に通常の値に戻しつつ、指令転舵角θtcを初期絶対転舵角θtafとする絶対転舵角制御が実施される。

次に、作用を説明する。
［相対転舵角制御時の操舵角維持作用］
実施例２では、相対転舵角制御を実施している所定時間Taは操舵角θsを維持する。すなわち、通常操舵角に応じて算出される指令転舵角θtcが相対転舵角制御をしている間は初期絶対転舵角θtafとなるので、操舵角θsを維持することにより、操舵角θsと初期絶対転舵角θtafとのズレ分（Nズレ）を抑えることが可能となる。相対転舵角制御はシステムの立ち上がり時に行う処理で基本的に停車した状態であるため、操舵角θsを意図的に維持した場合でも運転に支障を来すことはない。

このとき、操舵トルクTsが大きいほど、操舵反力トルクThを大きくすることで、ドライバの操舵力にかかわらず、操舵角θsを維持してNズレを抑制することが可能となる。逆に操舵トルクTsが小さい場合には、操舵反力トルクThも小さくて済むため、操舵反力側で消費されるエネルギーを少なくすることができる。

そして、実施例２では、相対転舵角制御開始から所定時間Taが経過し、絶対転舵角制御へ移行する際、操舵反力トルクThを徐々に通常時の値に戻していくため、相対転舵角制御から絶対転舵角制御へ切り替える際の操舵反力の変動を抑制することができる。

また、操舵反力用モータ３を用いて操舵角維持を行っているため、操舵角θsの維持に既存のSBWシステムで用いられる操舵反力用モータ３を使用することで、操舵角維持のための新たなシステムを省くことができる。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(4)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(5) ハンドル１と前輪１０ａ，１０ｂとを機械的に非連結とし、モータは、前輪１０ａ，１０ｂを転舵する転舵用モータ５とし、ハンドル１の操舵角θsを所定時間Ta保持するハンドル保持制御手段（ステップS11）を備えるため、相対転舵角制御時における操舵角θsと初期絶対転舵角θtafとの中立ズレを抑制することができる。

(6) ハンドル保持制御手段は、操舵反力用モータ３の操舵反力トルクThにより操舵角θsを維持するため、既存のSBWシステムで用いられる操舵反力用モータ３を使用することで、操舵角維持のための新たなシステムを省き、コストアップを伴うことなく相対転舵角制御時の中立ズレを抑制することができる。

(7) 操舵反力用モータ３は、ドライバの操舵トルクTsが大きいほど、操舵反力トルクThを大きくするため、ドライバの操舵力にかかわらず、Nズレを抑制することができると共に、操舵反力用モータ３の電流消費量を最小限に抑えることができる。

実施例３は、相対転舵角制御時にバックアップ手段を用いて操舵角を維持する例である。

まず、構成を説明する。
［全体構成］
図１１は、実施例３の車両用操舵制御装置を適用したSBWシステムの構成図であり、実施例３のSBWシステムは、図１に示した実施例１の構成に対し、バックアップ手段としてメカニカルバックアップ機構３０を追加している。

メカニカルバックアップ機構３０は、バックアップケーブル３１とバックアップケーブル用クラッチ３２とから構成されている。クラッチ３２の接続によりメカニカルバックアップ機構３０が連結し、バックアップケーブル３１を介してハンドル１と前輪１０ａ，１０ｂとが機械的に連結される。クラッチ３２の解放によりメカニカルバックアップ機構３０が非連結となり、ハンドル１と前輪１０ａ，１０ｂとが機械的に分離する。

メカニカルバックアップ機構３０は、SBWシステムが正常に作動している場合には非連結とされ、モータの故障等、SBWシステムに異常が発生したときに連結される。これにより、SBWシステムが作動していない場合の、ドライバのハンドル操作による前輪１０ａ，１０ｂの転舵が可能となる。

また、実施例３では、相対転舵角制御時にメカニカルバックアップ機構３０を連結し、ハンドル１と前輪１０ａ，１０ｂとを機械的に連結し、前輪１０ａ，１０ｂを転舵する際の路面反力をハンドル１に伝達することで、ハンドル１の操舵角を維持する。

［制御構成］
図１２は、実施例３の制御系を示すブロック図であり、図２に示した実施例１の制御構成と異なる点のみ説明する。
操舵反力装置用コントローラ７および転舵装置用コントローラ８は、クラッチ３２の接続・解放を行うバックアップケーブル連結手段を備えている。バックアップケーブル連結手段は、SBWシステムが正常に作動している場合には、クラッチ３２を解放し、SBWシステムに異常が発生した場合には、クラッチ３２を接続する。また、操舵反力装置用コントローラ７および転舵装置用コントローラ８は、SBWシステムの立ち上がり時に相対転舵角制御から絶対転舵角制御に移行するまでの間の所定時間、クラッチ３２を接続する。

実施例３の相対転舵角制御は、図８に示した実施例２と同様であるが、ステップS11において、メカニカルバックアップ機構３０を連結し、操舵角θsを維持する（ハンドル保持制御手段）。相対転舵角制御開始から所定時間Taが経過した後、ステップS12において、メカニカルバックアップ機構３０を非連結とする。

図１３は、相対転舵角制御開始から絶対転舵角制御移行時のメカニカルバックアップ機構３０の状態を示すタイムチャートで、時点tcsで相対転舵角制御が開始したとき、メカニカルバックアップ機構３０が連結し、時点tcsから所定時間Taが経過したとき、メカニカルバックアップ機構３０が非連結となる。

次に、作用を説明する。
［相対転舵角制御時の操舵角維持作用］
実施例３では、相対転舵角制御を開始したとき、メカニカルバックアップ機構３０が連結され、ハンドル１と前輪１０ａ，１０ｂとが機械的に連結される。さらに、このとき、前輪１０ａ，１０ｂには、相対転舵角制御により初期絶対転舵角θtafを維持するように転舵用モータ５のトルクが作用している。よって、ハンドル１を通常の停止時よりも十分に重くすることができるため、路面状況やドライバの操舵トルクTsにかかわらず、操舵角θsを維持することができる。

また、操舵角θsの維持にSBWシステムのメカニカルバックアップ機構３０を用いているため、既存のシステムの流用により新たなシステムを設ける手間およびコストを省くことができる。

次に、効果を説明する。
実施例３の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(4)、実施例２の効果(5)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(8) ハンドル１と前輪１０ａ，１０ｂとを機械的に分離・連結するメカニカルバックアップ機構３０を備え、ハンドル保持制御手段（ステップS11）は、メカニカルバックアップ機構３０の連結により操舵角θsを維持する。よって、路面状況やドライバの操舵トルクTsにかかわらず、相対転舵角制御時における操舵角θsと初期絶対転舵角θtafとのズレ分（Nズレ）を抑えることが可能となる。また、メカニカルバックアップ機構３０の連結により操舵角θsを維持するため、既存のSBWシステムを用いることができ、操舵角維持のための新たなシステムの追加を省くことができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１〜３に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１〜３では、前輪１０ａ，１０ｂの相対転舵角を転舵用モータ回転角センサ１２から算出する例を示したが、絶対転舵角から求めてもよい。

実施例１の車両用操舵制御装置を適用したステア・バイ・ワイヤ（SBW）システムの構成図である。 実施例１の制御系を示すブロック図である。 実施例１の転舵装置用コントローラ８におけるロバストモデルマッチング手法を採用した転舵角制御系ブロック図である。 実施例１の転舵装置用コントローラ８で実行される相対転舵角制御処理の流れを示すフローチャートである。 従来のSBWシステムで制御開始時の実転舵角がゼロではなく、かつ指令転舵角と実転舵角とが一致していない場合の、指令転舵角と実転舵角との関係を示す図である。 実施例１の相対転舵角制御作用を示す指令転舵角と実転舵角との関係図である。 実施例２の転舵装置用コントローラ８におけるロバストモデルマッチング手法を採用した転舵角制御系ブロック図である。 実施例２の操舵反力装置用コントローラ７と転舵装置用コントローラ８で実行される相対転舵角制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の相対転舵角制御時における操舵角θsと操舵反力トルクThとの関係を示す図である。 実施例２の相対転舵角制御時における操舵トルクTsに対する操舵反力トルクThの設定方法を示す図である。 実施例３の車両用操舵制御装置を適用したSBWシステムの構成図である。 実施例３の制御系を示すブロック図である。 相対転舵角制御開始から絶対転舵角制御移行時のメカニカルバックアップ機構３０の状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ ハンドル
２ トルクセンサ
３ 操舵反力用モータ
４ 操舵角センサ
５ 転舵用モータ
６ 転舵角センサ
７ 操舵反力装置用コントローラ
８ 転舵装置用コントローラ
９ 車速センサ
１０ａ，１０ｂ 前輪
１１ 操舵反力用モータ回転角センサ
１２ 転舵用モータ回転角センサ
１３ 通信線
１４ モデルマッチング補償器
１５ ロバスト補償器
１６ 差分器
１７ 電流リミッター
２１ フィードフォワード補償器
２２ 規範モデル
２３ 差分器
２４ フィードバック補償器
２５ 加算器
３０ メカニカルバックアップ機構
３１ バックアップケーブル
３２ バックアップケーブル用クラッチ
３２ クラッチ

Claims (6)

1. ハンドルから操向輪に至る操舵系のいずれかの回転軸に回転トルクを付与するモータと、前記回転軸の回転角を検出する回転角検出手段と、前記回転角検出値が目標回転角となるように過去の回転角検出値を用いて前記モータを制御する絶対角制御を実行するモータ制御手段と、を備えた車両用操舵制御装置において、
   前記ハンドルと前記操向輪とを機械的に非連結とし、
   前記モータは、前記操向輪を転舵する転舵モータとし、
   前記ハンドルの操舵角を所定時間保持するハンドル保持制御手段を備え、
   前記モータ制御手段は、モータ制御開始時に検出された初期回転角値がゼロ以外のとき、所定時間が経過するまで、前記初期回転角値を維持するように前記モータを制御する相対角制御を実行すると共に、前記所定時間が経過するまで、前記絶対角制御の指令転舵角を演算し、前記所定時間経過後、前記指令転舵角に基づいて前記絶対角制御を実行することを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記モータ制御手段は、前記初期回転角値が大きいほど、前記所定時間を長く設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記モータ制御手段は、前記モータ制御手段の制御応答性が低いほど、前記所定時間を長く設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記ハンドルに操舵反力を付与する操舵反力付与手段を備え、
   前記ハンドル保持制御手段は、前記反力付与手段の操舵反力により前記操舵角を維持することを特徴とする車両用操舵制御装置。
5. 請求項４に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記ハンドル保持制御手段は、ドライバの前記ハンドルへの入力トルクが大きいほど、前記操舵反力を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
6. 請求項５に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記ハンドルと前記操向輪とを機械的に分離・連結するバックアップ手段を備え、
   前記ハンドル保持制御手段は、前記バックアップ手段の連結により前記操舵角を維持することを特徴とする車両用操舵制御装置。

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