JP4929892B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて、前記反力アクチュエータを駆動制御して所定の反力を付与するとともに、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記転舵輪を非線形的に転舵する制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。

近年、この種のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置の開発は、積極的に行なわれるようになった。例えば、下記特許文献１には、運転者による操舵ハンドルの操作に対して転舵輪の目標転舵角を指数関数的に変化させるとともに、同操舵ハンドルの操作に対して比例関数的に変化する反力を付与する車両の操舵装置が示されている。そして、この従来の操舵装置においては、操舵ハンドルの中立位置近傍における回動に対する転舵輪の転舵量を低減して車両のふらつきを防止するとともに、操舵ハンドルの回動操作量を小さくして比例関数的に付与される反力の増大を抑制するようになっている。
特開２００６−８０３２号公報

ところで、上記従来のステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、運転者による操舵ハンドルの操作に対して転舵輪が指数関数的に（非線形的に）転舵制御され、反力が比例関数的に変化する。このため、特に、転舵輪を大きく転舵させる状況においては、操舵ハンドルの操作状態を微調整して転舵輪の転舵状態を修正することが難しくなる場合がある。

すなわち、転舵輪を大きく転舵させた状況では、運転者による操舵ハンドルの操作量（操舵角）に対して転舵輪の転舵角の変化量が大きくなる、言い換えれば、車両が容易に旋回し易い状態にあることに加えて、運転者は、操舵ハンドルの操作に対して付与される反力に抗して同操舵ハンドルを操作する必要がある。このため、特に、操舵ハンドルを切込み操作した状態から切戻し操作をする場合には、比較的大きな反力が付与されるため、操舵ハンドルが戻され易くなり、微調整が難しくなる。また、操舵ハンドルを保舵する場合には、運転者は大きな反力に抗して操舵ハンドルを保持する必要があり、負担が大きくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、運転者による操舵ハンドルの操作に対して転舵輪が非線形的に転舵制御される車両の操舵装置において、運転者による操舵ハンドル操作を容易にして、車両の運転を易しくした車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて、前記反力アクチュエータを駆動制御して所定の反力を付与するとともに、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記転舵輪を非線形的に転舵する制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記制御装置を、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、旋回状態にある車両に発生するヨーレートを計算するヨーレート計算手段と、運転者による前記操舵ハンドルの操作に対する車両の旋回容易性を表す指標であって、前記検出された操作入力値の変化に対する前記計算したヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインを計算するヨーレートゲイン計算手段と、運転者による前記操舵ハンドルの操作に対して付与する反力のヒステリシス特性を決定するためのヒステリシス幅を前記計算されたヨーレートゲインに基づいて計算するヒステリシス幅計算手段と、前記計算されたヒステリシス幅により決定されるヒステリシス特性を反映した目標反力を計算する反力計算手段と、前記計算された目標反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルの操作に対して同計算した目標反力を付与する反力制御手段とで構成したことにある。

これによれば、車両が容易に旋回する状態にあるか否か、言い換えれば、運転者による操舵ハンドルの操作に対して敏感に車両が旋回するか否かを評価できる指標であるヨーレートゲインに応じて、操舵ハンドルに付与する反力にヒステリシス特性を持たせることができる。また、ヒステリシス特性を決定するためのヒステリシス幅を前記ヨーレートゲインに基づいて計算することができる。そして、計算されたヒステリシス幅によって決定されるヒステリシス特性を反映した目標反力を計算することができる。これにより、運転者による操舵ハンドルの操作状態の変化（例えば、操舵ハンドルの切込み操作から切戻し操作への変更など）に応じて、付与する反力のヒステリシス特性を適切に設定することができる。したがって、車両が旋回し易い状況であっても、反力を適切に付与することができ、その結果、操舵ハンドルの操作を容易にして、車両の運転を易しくすることができる。

また、前記ヒステリシス幅計算手段は、車両が旋回し易くなることを表す前記計算されたヨーレートゲインの増大に伴って前記ヒステリシス幅を大きく計算するとよい。これによれば、車両が旋回し易くなること（すなわち旋回容易性）を表すヨーレートゲインの増大に伴って、言い換えれば、車両が旋回し易い状態へ移行するのに応じて、反力のヒステリシス特性を適切に設定することができる。このため、反力を適切に付与することができる。

また、前記反力計算手段は、前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力と前記計算されたヒステリシス幅に相当する所定の反力とを用いて目標反力を計算するとよい。この場合、前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力は、前記検出された操作入力値に対してべき乗関係にある反力であり、前記ヒステリシス幅に相当する反力は、前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する擬似的な摩擦トルクであるとよい。これらによれば、べき乗関係にある反力とヒステリシス幅に相当する摩擦トルクとを用いて目標反力を計算することができるため、適切に決定されたヒステリシス特性を確実に反映した反力を付与することができる。

また、前記反力計算手段は、例えば、前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力の基本変化特性に基づき、前記計算されたヒステリシス幅に相当する反力を加算または減算して前記目標反力を計算するとよい。この場合、前記反力計算手段は、例えば、運転者によって前記操舵ハンドルに対する操作入力値の絶対値が増大するときに前記反力の基本変化特性に対して前記ヒステリシス幅に相当する反力を加算し、前記操舵ハンドルに対する操作入力値の絶対値が変化しないまたは減少するときに前記反力の基本変化特性に対して前記ヒステリシス幅に相当する反力を減算して、前記目標反力を計算するとよい。

これらによれば、運転者による操舵ハンドルの切込み操作時においては、反力の基本変化特性に対してヒステリシス幅に相当する反力（擬似的な摩擦トルク）分を加えることによって、操舵ハンドルの過度の操作を抑制することができる。一方、運転者による操舵ハンドルの保舵操作または切戻し操作時においては、反力の基本変化特性に対してヒステリシス幅に相当する反力（擬似的な摩擦トルク）分を減ずることによって、操舵ハンドルの戻り易さを抑制することができる。したがって、操舵ハンドルの操作性を良好にして、車両の運転を易しくすることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記制御装置は、さらに、前記検出された操作入力値と予め定めた所定の非線形の関係にある前記転舵輪の目標転舵角を、前記検出された操作入力値を用いて計算する転舵角計算手段と、前記計算された目標転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された目標転舵角に転舵する転舵制御手段とを備えることにもある。この場合、前記予め定めた所定の非線形の関係は、例えば、前記検出された操作入力値に対してべき乗関係または指数関係である。

これらによれば、適切に決定されたヒステリシス特性を反映した反力が付与される状態で、運転者による小さな操舵ハンドルの操作に対して転舵輪を大きく転舵させることができる。したがって、運転者にとって良好な車両の旋回特性を確保しつつ、操舵ハンドルの操作を容易にして、車両の運転を易しくすることができる。

以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。

この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端は電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ１３に接続されている。反力アクチュエータ１３は、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に対して反力を付与する。

また、この操舵装置は、電動モータおよび減速機構からなる転舵アクチュエータ２１を備えている。この転舵アクチュエータ２１による転舵力は、転舵出力軸２２、ピニオンギア２３およびラックバー２４を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。この構成により、転舵アクチュエータ２１からの回転力は転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３の回転によりラックバー２４が軸線方向に変位して、このラックバー２４の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。

次に、これらの反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の回転を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２、車速センサ３３および横加速度センサ３４を備えている。

操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出して操舵角θとして出力する。転舵角センサ３２は、転舵出力軸２２に組み付けられて、転舵出力軸２２の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対応）として出力する。ここで、本明細書において、中立位置とは、車両が直進状態を維持するための操舵ハンドル１１、操舵入力軸１２、転舵出力軸２２および左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の位置をいう。そして、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。車速センサ３３は、車速Vを検出して出力する。横加速度センサ３４は、車両の実横加速度Gを検出して出力する。なお、実横加速度Gも、左方向の加速度を正の値で表し、右方向の加速度を負の値で表す。

これらのセンサ３１〜３４は、電子制御ユニット３５に接続されている。電子制御ユニット３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、プログラムの実行により反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット３５の出力側には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１を制御するための駆動回路３６，３７がぞれぞれ接続されている。駆動回路３６，３７内には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を検出するための電流検出器３６ａ，３７ａが設けられている。電流検出器３６ａ，３７ａによって検出された駆動電流は、両電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３５にフィードバックされている。

次に、上記のように構成した本実施形態の動作について、電子制御ユニット３５内にてコンピュータプログラム処理により実現される機能を表す図２の機能ブロック図を用いて説明する。電子制御ユニット３５は、操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δd（より詳しくは、補正目標転舵角δda）に転舵制御するための転舵制御部４０と、操舵ハンドル１１への反力付与を制御するための反力制御部５０とからなる。

運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、操舵角センサ３１は操舵ハンドル１１の回転角である操舵角θを検出し、同検出した操舵角θを転舵制御部４０および反力制御部５０にそれぞれ出力する。転舵制御部４０においては、転舵角計算部４１が、検出された操舵角θに対してべき乗関数的に変化する目標転舵角δdを下記式１に従って計算する。
δd＝a・θ^I …式１

ただし、前記式１中の係数aは、車速Vに依存して変化する車速係数であり、図３に示すように、車速Vが小さい範囲内で「１」よりも大きく、車速Vが大きい範囲内で「１」よりも小さく、車速Vの増加に従って「１」を挟んで非線形に減少する特性を有している。また、前記式１中のθは、検出操舵角θの絶対値を表しており、検出操舵角θが正の値であれば係数aを正の値とするとともに検出操舵角θが負の値であれば係数aの値を前記正の値と同じ絶対値を有する負の値とする。さらに、前記式１中のIは、べき指数を表す定数であり、「１」よりも大きな値に設定されるものである。

したがって、前記式１に従って計算される目標転舵角δdは、車速Vが大きくなるに伴って、検出操舵角θに対して小さくなる。その結果、中高速域における車両の挙動安定性が良好に確保されるため、運転者は良好な操舵感覚を得ることができる。一方、前記式１に従って計算される目標転舵角δdは、車速Vが小さくなるに伴って、検出操舵角θに対して大きくなる。その結果、低速域において、小さな操舵角θで車両を容易に旋回させることができるため、運転者は良好な操舵感覚を得ることができる。

ここで、目標転舵角δdの計算においては、上述したべき乗関数によって計算されることに限定されるものではない。すなわち、操舵角θがある程度小さい範囲で変化するとき、言い換えれば、操舵ハンドル１１が中立位置近傍で回動されるときには計算される目標転舵角δdの変化量が小さくなり、操舵角θがある程度大きい範囲で変化するとき、言い換えれば操舵ハンドル１１が中立位置近傍外で回動されるときには計算される目標転舵角δdの変化量が大きくなる関数（例えば、指数関数など）を採用することができる。なお、前記式１の演算に代えて操舵角θに対する目標転舵角δdを記憶した図４に示すような特性の変換テーブルを用いて、目標転舵角δdを計算するようにしてもよい。

このように、計算された目標転舵角δdは、転舵角補正部４２に供給される。転舵角補正部４２は、転舵角計算部４１から目標転舵角δdを入力するとともに、車速センサ３３によって検出された車速Vおよび横加速度センサ３４によって検出された実横加速度Gをも入力しており、下記式２の演算を実行して入力した目標転舵角δdを補正して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋J・(Gd−G) …式２

ただし、前記式２中の係数Jは予め決められた定数であり、Gdは車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを変化させたときに発生する横加速度を実測したものである。また、係数Jおよび横加速度Gdは転舵角計算部４１から供給される目標転舵角δdが正であればそれぞれ正の値とされるとともに、供給される目標転舵角δdが負であればそれぞれ前記正の係数Jおよび横加速度Gdと同じ絶対値を有する負の値とされる。

これにより、車速Vで走行している車両が目標転舵角δdで旋回するときに発生する実横加速度Gが横加速度Gdに対して小さい場合には、補正目標転舵角δdaが大きくなる側に補正される。また、車速Vで走行している車両が目標転舵角δdで旋回するときに発生する実横加速度Gが横加速度Gdに対して大きい場合には、補正目標転舵角δdaが小さくなる側に補正される。この補正により、運転者が操舵ハンドル１１に入力した操舵角θに対する目標転舵角δdをより精度よく確保することができ、その結果、操舵角θにおける車両の旋回状態を精度よく確保することができる。

この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部４３に供給される。駆動制御部４３は、転舵角センサ３２によって検出された実転舵角δを入力し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵されるように転舵アクチュエータ２１内の電動モータの回転をフィードバック制御する。また、駆動制御部４３は、駆動回路３７から転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流も入力し、同電動モータに転舵トルクに対応した大きさの駆動電流が適切に流れるように駆動回路３７をフィードバック制御する。この転舵アクチュエータ２１内の電動モータの駆動制御により、同電動モータの回転は、転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３の回転によりラックバー２４が軸線方向に変位する。そして、このラックバー２４の軸線方向への変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は補正目標転舵角δdaに転舵される。

一方、反力制御部５０においては、操舵角センサ３１からの検出操舵角θを用いて、反力トルク計算部５１が反力トルクTzを計算する。すなわち、反力トルク計算部５１は、下記式３によって表される反力トルクの基本変化特性に基づき、運転者による操舵ハンドル１１の回動に伴って操舵角θの絶対値が増大する操作（以下、この操作を切込み操作という）がされていれば下記式４に従って反力トルクTzfを計算し、操舵角θの絶対値が変化しない（以下この操作を保舵操作という）や操舵角θの絶対値が減少する操作（以下、この操作を切戻し操作という）がされていれば下記式５に従って反力トルクTzrを計算する。
Tz＝b・θ^K …式３
Tzf＝Tz＋Tf＝b・θ^K＋Th …式４
Tzr＝Tz−Tf＝b・θ^K−Th …式５

ただし、前記式３〜５中の係数bは、予め決められた定数である。また、前記式３〜５中のθは、検出操舵角θの絶対値を表しており、検出操舵角θが正の値であれば係数bを負の値とするとともに検出操舵角θが負の値であれば係数bの値を前記負の値と同じ絶対値を有する正の値とする。さらに、前記式１中のKは、べき指数を表す定数であり、「１」よりも小さな値に設定されるものである。

また、前記式４，５中のThは、反力アクチュエータ１３によって発生し得る操舵システムの擬似的な摩擦トルクを表すものであり、ヨーレート計算部５２、ヨーレートゲイン計算部５３および摩擦トルク計算部５４における各計算処理によって決定されるものである。以下、ヨーレート計算部５２、ヨーレートゲイン計算部５３および摩擦トルク計算部５４における各計算処理について詳細に説明する。

上述したように、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、同操作に伴って検出される操舵角θに対して目標転舵角δdがべき乗関数的にすなわち非線形に変化するように計算される。このように計算される目標転舵角δdに左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させて車両を旋回させる場合においては、操舵角θの絶対値が増大するに伴って目標転舵角δdの変化量が大きくなるために車両が旋回しやすくなり、運転者による車両の旋回制御が難しくなる場合がある。このような車両の旋回制御の難しさは、運転者による操舵操作に対する車両の旋回し易さ、より具体的には、運転者によって操舵ハンドル１１に入力された操舵角θの変化に対して車両の発生するヨーレートの変化量（以下、この変化量をヨーレートゲインという）の大きさを用いて評価することができる。

このため、ヨーレート計算部５２は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じて車両に発生するヨーレートγを計算する。具体的に説明すると、車両に発生するヨーレートγは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵状態に応じて発生するものであり、一般的に操舵角θに対して非線形的に変化するものである。このため、ヨーレート計算部５２は、操舵角センサ３１から検出操舵角θを入力するとともに、車速センサ３３から検出車速Vを入力して、下記式６に従ってヨーレートγを計算する。
γ＝c・θ^m …式６

ただし、前記式６中の係数cは、前記式１中の係数aと同様に、車速Vに依存して変化する車速係数であり、図３に示すように、車速Vが小さい範囲内で「１」よりも大きく、車速Vが大きい範囲内で「１」よりも小さく、車速Vの増加に従って「１」を挟んで非線形に減少する特性を有している。また、前記式６中のθも、検出操舵角θの絶対値を表しており、検出操舵角θが正の値であれば係数cを正の値とするとともに検出操舵角θが負の値であれば係数cの値を前記正の値と同じ絶対値を有する負の値とする。さらに、前記式１中のmは、べき指数を表す定数であり、「１」よりも大きな値に設定されるものである。そして、ヨーレート計算部５２は、計算したヨーレートγをヨーレートゲイン計算部５３に供給する。

ヨーレートゲイン計算部５３は、操舵角θの変化に対するヨーレートγの変化量、言い換えれば、車両の旋回し易さ（旋回容易性）を表す指標としてのヨーレートゲインYrを計算する。すなわち、ヨーレートゲイン計算部５３は、ヨーレート計算部５２によって供給されたヨーレートγを入力した検出操舵角θで微分する下記式７に従って、ヨーレートゲインYrを計算する。
Yr＝dγ／dθ＝c・m・θ^(m−1)＝d・θ^(m−1) …式７
ただし、前記式７中の係数dは、車速係数cとべき指数mとの積である。前記式７によれば、図５に概略的に示すように、操舵角θの絶対値の増大に伴ってヨーレートゲインYrの絶対値が大きくなる傾向、言い換えれば、車両に発生するヨーレートγの変化量が大きくなって車両が旋回しやすい傾向となることが理解できる。そして、ヨーレートゲイン計算部５３は、計算したヨーレートゲインYrを摩擦トルク計算部５４に供給する。

ところで、前記式３によって表される反力トルクTzの基本変化特性によれば、べき指数mが１未満の値に設定されるため、反力トルクTzは、操舵ハンドル１１の中立位置近傍にて操舵角θの変化に対して大きな変化量で変化し、中立位置近傍外にて操舵角θの変化に対して小さな変化量で変化する特性を有する。この場合、運転者が操舵ハンドル１１を切込み操作する場合を想定すると、ヨーレートゲインYrの値が大きくなる操舵角θの範囲まで運転者は容易に操舵ハンドル１１を回動操作し得る。また、運転者が切込み操作した後に操舵ハンドル１１を保舵操作する場合や切戻し操作する場合を想定すると、運転者はヨーレートゲインYrの値が大きい状態である程度大きな反力トルクTzに抗した操舵トルクで保舵操作または切戻し操作を行う必要がある。

したがって、摩擦トルク計算部５４は、ヨーレートゲイン計算部５３から供給されたヨーレートゲインYrに応じて変化する摩擦トルクThを計算する。ここで、摩擦トルクThは、反力トルクTzfと反力トルクTzrとによって操舵ハンドル１１に付与される反力のヒステリシスを形成する、より具体的には、この形成されるヒステリシスの特性を決定するヒステリシス幅に相当する反力である。

摩擦トルク計算部５４は、図６に示すように、供給されたヨーレートゲインYrの絶対値が小さいには、ヒステリシス幅を小さくするために小さな値（下限値）の摩擦トルクThを計算し、ヨーレートゲインYrの絶対値の増大に伴ってヒステリシス幅を大きくするために大きな値（上限値）まで変化する摩擦トルクThを計算する。そして、計算した摩擦トルクを反力トルク計算部５１に供給する。

そして、反力トルク計算部５１においては、切込み操作時には、前記式４に従って反力トルクTzに対して供給された摩擦トルクThを加算することによって反力トルクTzfを計算し、操舵ハンドル１１の過度の回動操作を抑制する。一方、保舵操作および切戻し操作時には、前記式５に従って反力トルクTzから供給された摩擦トルクThを減算することによって反力トルクTzrを計算し、操舵ハンドル１１の保舵操作および回動操作を容易にする。

具体的に説明すると、反力トルク計算部５１は、図７に示すように、操舵ハンドル１１が切込み操作されている場合には、図中破線で示す基本変化特性としての反力トルクTzに対して摩擦トルクThを加算し、反力トルクTzよりも大きな切込み操作時の反力トルクTzfを計算する。一方、操舵ハンドル１１が保舵操作または切戻し操作されている場合には、反力トルクTzから摩擦トルクThを減算し、反力トルクTzよりも小さな切戻し操作時の反力トルクTzrを計算する。この場合、反力トルクTzに対して摩擦トルクThが加算または減算されるため、摩擦トルクThは、切込み操作時の反力トルクTzfと切戻し操作時の反力トルクTzr間におけるヒステリシス幅に相当する。

そして、上述したように、ヨーレートゲインYrが小さいとき、言い換えれば、操舵角θの絶対値が小さいときには、摩擦トルクThが小さな値に計算されるため、ヒステリシス幅も小さくなる。また、ヨーレートゲインYrが大きいとき、言い換えれば、操舵角θの絶対値が大きいときには、摩擦トルクThが大きな値に計算されるため、ヒステリシス幅も大きくなる。このように、摩擦トルクThの大きさすなわちヒステリシス幅の大きさを操舵角θの絶対値の大きさに応じて変化させることによって反力のヒステリシス特性を適切に決定することができ、このヒステリシス特性に基づいて操舵ハンドル１１に付与する反力トルクTzf，Tzrを適切に計算することができる。

このように計算された反力トルクTzf，Tzrは、駆動制御部５５に供給される。駆動制御部５５は、駆動回路３６から反力アクチュエータ１３内の電動モータに流れる駆動電流を入力し、同電動モータに反力トルクTzf，Tzrに対応した駆動電流が流れるように駆動回路３６をフィードバック制御する。この反力アクチュエータ１３内の電動モータの駆動制御により、同電動モータは、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に反力トルクTzf，Tzrを付与する。これにより、運転者は、操舵ハンドル１１の回動操作状態に応じた適切な反力を知覚することができる。

すなわち、運転者が操舵ハンドル１１を切込み操作している場合には、反力トルクTzfが付与されるため、運転者は、適度に大きな反力を知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができる。このため、例えば、ヨーレートゲインYrが大きくなる状況であっても、操舵ハンドル１１の過度な回動操作が抑制されるため、車両を適切に旋回させることができる。一方、運転者が操舵ハンドル１１を保舵操作または切戻し操作している場合には、反力トルクTzrが付与されるため、運転者は適度に小さな反力を知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができる。このため、例えば、ヨーレートゲインYrが大きい状態すなわち操舵角θの絶対値が大きい状態から操舵ハンドル１１を切戻し操作する場合であっても、大きな反力によって操舵ハンドル１１が戻されにくくなるため、車両を適切に旋回させることができる。

以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、車両が容易に旋回する状態にあるか否か、言い換えれば、運転者による操舵ハンドルの操作に対して敏感に車両が旋回するか否かを評価できる指標としてのヨーレートゲインYrに応じて、操舵ハンドル１１に付与する反力としての反力トルクTzf，Tzr間にヒステリシス特性を持たせることができる。また、このヒステリシス特性を決定するためのヒステリシス幅すなわち摩擦トルクThをヨーレートゲインYrに基づいて計算することができる。そして、計算されたヒステリシス幅すなわち摩擦トルクThによって決定されるヒステリシス特性を反映した反力トルクTzf，Tzrを計算することができる。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の操作状態の変化、例えば、操舵ハンドルの切込み操作から切戻し操作への変更などに応じて、付与する反力のヒステリシス特性を適切に設定することができる。したがって、車両が旋回し易い状況であっても、反力を適切に付与することができ、その結果、操舵ハンドル１１の操作を容易にして、車両の運転を易しくすることができる。

また、容易に計算可能なヨーレートγおよび操舵角センサ３１による検出操舵角θを用いて、指標としてヨーレートゲインYrを計算することができる。したがって、指標としてヨーレートゲインYrを採用することによって、車両の旋回容易性を容易にかつ正確に判断することができる。

また、ヨーレートゲインYrの増大に伴ってヒステリシス幅に相当する摩擦トルクThを大きく計算することができる。これにより、車両が旋回し易い状態へ移行するのに応じて、反力トルクTzf，Tzr間のヒステリシス特性を適切に設定することができるため、操舵ハンドル１１に対して適切な反力を付与することができる。

さらに、運転者による操舵ハンドル１１の切込み操作時においては、反力の基本変化特性としての反力トルクTzに対してヒステリシス幅に相当する摩擦トルクThを加えることによって、操舵ハンドル１１の過度の操作を抑制することができる。一方、運転者による操舵ハンドル１１の保舵操作時および切戻し操作時においては、反力トルクTzに対してヒステリシス幅に相当する摩擦トルクThを減ずることによって、操舵ハンドル１１の戻り易さを抑制することができる。したがって、操舵ハンドルの操作性を良好にして、車両の運転を易しくすることができる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、前記式３に従って計算される反力トルクTzを基本変化特性として定めておき、前記式４，５に従い、反力トルクTzに対して摩擦トルクThを加算または減算することによって、反力トルクTzf，Tzrを計算するように実施した。この場合、例えば、切込み操作時の反力トルクTzfを基本変化特性として定めておき、切戻し操作時の反力トルクTzrを、反力トルクTzfから摩擦トルクThを減算することによって計算して実施することも可能である。あるいは、例えば、切戻し操作時の反力トルクTzrを基本変化特性として定めておき、切込み操作時の反力トルクTzfを、反力トルクTzrから摩擦トルクThを加算することによって計算して実施することも可能である。このように、反力トルクTzf，Tzrを計算して実施した場合においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、ヨーレート計算部５２が車両に発生したヨーレートγを、検出操舵角θおよび検出車速Vを用いて計算するように実施した。この場合、例えば、図１にて破線で示すように、車両にヨーレートセンサ３８が設けられていれば、同ヨーレートセンサ３８によって検出されたヨーレートγをヨーレートゲイン計算部５３に供給するようにしてもよい。この場合においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、ヨーレートγと横加速度Gとの間には、検出車速Vを用いた下記式８に示す関係が成立するため、ヨーレート計算部５２が下記式８に従ってヨーレートγを計算するように実施することも可能である。
γ＝G／V …式８
この場合においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。

さらに、上記実施形態においては、転舵アクチュエータ２１を用いて転舵出力軸２２を回転させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ１３を用いてラックバー２３をリニアに変位させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。

本発明の実施形態の車両の操舵装置の概略図である。 本発明の第１実施形態に係り、図１の電子制御ユニットにて実行されるコンピュータプログラム処理を機能的に表す機能ブロック図である。 車速と車速係数の関係を示すグラフである。 操舵角と目標転舵角の関係を示すグラフである。 操舵角とヨーレートゲインの関係を示すグラフである。 ヨーレートゲインと摩擦トルクの関係を示すグラフである。 操舵角と反力トルクとの関係を説明するためのグラフである。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…反力アクチュエータ、２１…転舵アクチュエータ、２２…転舵出力軸、３１…操舵角センサ、３２…転舵角センサ、３３…車速センサ、３４…横加速度センサ、３５…電子制御ユニット、３８…ヨーレートセンサ、４０…転舵制御部、４１…転舵角計算部、４２…転舵角補正部、４３…駆動制御部、５０…反力制御部、５１…反力計算部、５２…ヨーレート計算部、５３…ヨーレートゲイン計算部、５４…摩擦トルク計算部、５５…駆動制御部

Claims (8)

1. 車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力を付与するための反力アクチュエータと、転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて、前記反力アクチュエータを駆動制御して所定の反力を付与するとともに、前記転舵アクチュエータを駆動制御して前記転舵輪を非線形的に転舵する制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記制御装置を、
   前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
   旋回状態にある車両に発生するヨーレートを計算するヨーレート計算手段と、
   運転者による前記操舵ハンドルの操作に対する車両の旋回容易性を表す指標であって、前記検出された操作入力値の変化に対する前記計算したヨーレートの変化量を表すヨーレートゲインを計算するヨーレートゲイン計算手段と、
   運転者による前記操舵ハンドルの操作に対して付与する反力のヒステリシス特性を決定するためのヒステリシス幅を前記計算されたヨーレートゲインに基づいて計算するヒステリシス幅計算手段と、
   前記計算されたヒステリシス幅により決定されるヒステリシス特性を反映した目標反力を計算する反力計算手段と、
   前記計算された目標反力に応じて前記反力アクチュエータを制御して前記操舵ハンドルの操作に対して同計算した目標反力を付与する反力制御手段とで構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記ヒステリシス幅計算手段は、
   車両が旋回し易くなることを表す前記計算されたヨーレートゲインの増大に伴って前記ヒステリシス幅を大きく計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
3. 請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記反力計算手段は、
   前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力と前記計算されたヒステリシス幅に相当する所定の反力とを用いて目標反力を計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
4. 請求項３に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記反力計算手段は、
   前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力の基本変化特性に基づき、前記計算されたヒステリシス幅に相当する反力を加算または減算して前記目標反力を計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
5. 請求項４に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記反力計算手段は、
   運転者によって前記操舵ハンドルに対する操作入力値の絶対値が増大するときに前記反力の基本変化特性に対して前記ヒステリシス幅に相当する反力を加算し、前記操舵ハンドルに対する操作入力値の絶対値が変化しないまたは減少するときに前記反力の基本変化特性に対して前記ヒステリシス幅に相当する反力を減算して、前記目標反力を計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
6. 請求項３に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記検出された操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力は、
   前記検出された操作入力値に対してべき乗関係にある反力であり、
   前記ヒステリシス幅に相当する反力は、
   前記反力アクチュエータによって付与される反力を形成する擬似的な摩擦トルクであることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
7. 請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記制御装置は、さらに、
   前記検出された操作入力値と予め定めた所定の非線形の関係にある前記転舵輪の目標転舵角を、前記検出された操作入力値を用いて計算する転舵角計算手段と、
   前記計算された目標転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された目標転舵角に転舵する転舵制御手段とを備えることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
8. 請求項７に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
   前記予め定めた所定の非線形の関係は、
   前記検出された操作入力値に対してべき乗関係または指数関係であることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。

Images