JP5086582B2 - 操舵制御システムおよび操舵制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵角を制御する操舵制御システムおよび操舵制御プログラムに関し、詳細には、ステアバイワイヤ技術を採用し、操舵輪ごとに独立してトルクを付与する車両において操舵角を制御する操舵制御システムおよび操舵制御プログラムに関する。

従来、車両のステアリングホイールと操舵輪との機械的接続をなくしたステアバイワイヤ（ＳＢＷ）という技術が知られている。ＳＢＷを採用した車両では、ステアリングホイールの操作量をセンサによって検出し、モータまたは油圧機構を用いてステアリングホイールの操作量に応じた操舵輪の転舵が行われる。
特開平７−１２５６４３号公報

従来の技術では、操舵輪を転舵するための動力源として、モータ、油圧機構などの転舵専用アクチュエータが必要であり、この結果、他の構造物のスペースに余裕がなくなり、操舵関連の設計上の制約となっていた。

本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、転舵専用アクチュエータを不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させた、ＳＢＷ式の操舵制御システムおよび操舵制御プログラムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックするロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御する操舵制御システムであって、車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部と、前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部と、車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部と、前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部と、前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部と、車両の転舵角と前記目標転舵角との差が基準値以下である場合に、ロックが必要であると判断するロック要否判断部と、前記ロック要否判断部の判断結果に基づいて、前記ロック機構を駆動制御することにより、前記ロック機構をロックまたはロック解除するロック機構駆動部と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によると、キングピン位置が操舵輪の接地中心と車両幅方向にオフセットしていることを利用して、左右の操舵輪に異なるトルクを付与することにより、転舵力を発生させることができる。すなわち、転舵専用アクチュエータによらずに、車両を転舵させることができる。また、左右の操舵輪に付与されるトルクを調整することにより、転舵専用アクチュエータによらずに、所望の転舵角を得ることができる。また、転舵専用アクチュエータを不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させることができる。
また、かかる構成によると、車両の転舵角と目標転舵角との差が基準値以下である場合、すなわち、車両の転舵角と目標転舵角とがほぼ等しい場合に、ロッド部をロックし、車両の転舵角と目標転舵角との差が基準値よりも大きい場合に、ロッド部をロック解除する。
したがって、転舵角の変更が不要な場合に、操舵輪の安定性を向上することができる。
また、ロッド部をロックした状態であっても、左右の操舵輪のトルク差により生じるヨーモーメントを利用して車体の向きを変えることができる。
また、前記目的を達成するため、請求項２に記載の発明は、ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックし、ロックする力を連続的または断続的に変更可能なロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御する操舵制御システムであって、車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部と、前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部と、車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部と、前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部と、前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部と、車両の転舵角と前記目標転舵角との差とロック係数とを関連付けたマップを有し、車両の転舵角と前記目標転舵角とに基づいて、ロック係数を設定するロック係数設定部と、前記ロック係数に基づいて前記ロック機構を駆動制御することにより、ロックする力を連続的または断続的に変更するロック機構駆動部と、を備えていることを特徴とする。
かかる構成によると、キングピン位置が操舵輪の接地中心と車両幅方向にオフセットしていることを利用して、左右の操舵輪に異なるトルクを付与することにより、転舵力を発生させることができる。すなわち、転舵専用アクチュエータによらずに、車両を転舵させることができる。また、左右の操舵輪に付与されるトルクを調整することにより、転舵専用アクチュエータによらずに、所望の転舵角を得ることができる。また、転舵専用アクチュエータを不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させることができる。
また、かかる構成によると、操舵の安定性、レスポンスを変化させることができる。
なお、ロック係数は、ロック機構をロックする力の程度に相関する係数である。例えば、ロック係数Ｋは、０〜１の値であり、Ｋ＝０がフリー状態（ロックを完全に解除した状態）、Ｋ＝１が完全ロック状態を示す係数である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の操舵制御システムであって、前記マップは、車両の転舵角と前記目標転舵角との差が大きいほどロック係数が小さくなり、車両の転舵角と前記目標転舵角との差が所定値以上ではロック係数が一定となるように設定されていることを特徴とする。

かかる構成によると、転舵角の変更幅が小さい場合には、主に左右の操舵輪のトルク差により生じるヨーモーメントにより車体の向きを変え、転舵角の変更幅が大きい場合には、主に左右の操舵輪のトルク差により生じるステアリング力により車体を転舵させるように、ヨーモーメントとステアリング力のバランスを調整することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の操舵制御システムであって、前記マップは、さらに車体速度とロック係数とを関連付けており、車体速度が大きいほどロック係数が大きくなるように設定されていることを特徴とする。

かかる構成によると、低速走行時には、転舵により車体の向きを変えて小さな旋回半径を実現し、高速走行時には、転舵による車体の向きの変更を抑制することで車両安定性を確保しつつ、主として左右の操舵輪のトルク差によるヨーモーメントにより車体の向きを変えることができる。

また、前記目的を達成するため、請求項５に記載の発明である操舵制御プログラムは、ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックするロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御するためにコンピュータを、車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部、前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部、車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部、前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部、前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部、車両の転舵角と前記目標転舵角との差が基準値以下である場合に、ロックが必要であると判断するロック要否判断部、および、前記ロック要否判断部の判断結果に基づいて、前記ロック機構を駆動制御することにより、前記ロック機構をロックまたはロック解除するロック機構駆動部、として機能させることを特徴とする。

かかる構成によると、キングピン位置が操舵輪の接地中心と車両幅方向にオフセットしていることを利用して、左右の操舵輪に異なるトルクを付与することにより、転舵力を発生させることができる。すなわち、転舵専用アクチュエータによらずに、車両を転舵させることができる。また、左右の操舵輪に付与されるトルクを調整することにより、転舵専用アクチュエータによらずに、所望の転舵角を得ることができる。また、転舵専用アクチュエータを不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させることができる。
また、かかる構成によると、車両の転舵角と目標転舵角との差が基準値以下である場合、すなわち、車両の転舵角と目標転舵角とがほぼ等しい場合に、ロッド部をロックし、車両の転舵角と目標転舵角との差が基準値よりも大きい場合に、ロッド部をロック解除する。
したがって、転舵角の変更が不要な場合に、操舵輪の安定性を向上することができる。
また、ロッド部をロックした状態であっても、左右の操舵輪のトルク差により生じるヨーモーメントを利用して車体の向きを変えることができる。
また、前記目的を達成するため、請求項６に記載の発明である操舵制御プログラムは、ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックし、ロックする力を連続的または断続的に変更可能なロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御するためにコンピュータを、車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部、前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部、車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部、前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部、前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部、車両の転舵角と前記目標転舵角との差とロック係数とを関連付けたマップを用いて、車両の転舵角と前記目標転舵角とに基づいて、ロック係数を設定するロック係数設定部、および、前記ロック係数に基づいてロックする力を設定するように前記ロック機構を駆動制御することにより、ロックする力を連続的または断続的に変更するロック機構駆動部、として機能させることを特徴とする。
かかる構成によると、キングピン位置が操舵輪の接地中心と車両幅方向にオフセットしていることを利用して、左右の操舵輪に異なるトルクを付与することにより、転舵力を発生させることができる。すなわち、転舵専用アクチュエータによらずに、車両を転舵させることができる。また、左右の操舵輪に付与されるトルクを調整することにより、転舵専用アクチュエータによらずに、所望の転舵角を得ることができる。また、転舵専用アクチュエータを不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させることができる。
また、かかる構成によると、操舵の安定性、レスポンスを変化させることができる。
例えば、車両の転舵角と目標転舵角との差が小さいほどロック係数が大きくなるように設定すれば、転舵角の変更幅が小さい場合には、主に左右の操舵輪のトルク差により生じるヨーモーメントにより車体の向きを変え、転舵角の変更幅が大きい場合には、主に左右の操舵輪のトルク差により生じるステアリング力により車体を転舵させるように、ヨーモーメントとステアリング力のバランスを調整することができる。

本発明によれば、転舵専用アクチュエータ不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させた、ＳＢＷ式の操舵制御システムおよび操舵制御プログラムを提供することができる。

本発明の原理は、操舵輪の接地中心とキングピン位置とをあえて車両幅方向にオフセットさせ、そのキングピンオフセットを利用して車両の転舵角を制御する点にある。
以下、本発明の参考形態および実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、左右一対の構成において、左右の区別をつける際には、添字Ｌ，Ｒを付す。

（参考形態）
図１は、本発明の参考形態に係る操舵制御装置が適用された車両を示す模式図である。図２は、本発明の参考形態に係る操舵制御装置が適用された車両の操舵輪近傍の構造を説明するための図であり、操舵輪を下から見た図である。図３は、図２のＸ矢視図であり、操舵輪を後ろから見た図である。図４は、キングピンオフセットを利用した操舵輪の転舵を説明するための図である。図５は、キングピンオフセットによる操舵輪の転舵を説明するための図であり、（ａ）は、キングピンオフセットがゼロの場合を示す図、（ｂ）はキングピンオフセットがゼロではない場合を示す図である。図６は、本発明の参考形態に係る操舵制御部を示すブロック図である。なお、図４および図５は模式図であり、キングピンオフセットが誇張され、タイロッド１６ａ，１６ｂは簡略化されている。

図１に示すように、参考形態に係る操舵制御装置は、ステアバイワイヤ式の車両ＣＲの操舵を制御する装置であり、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒに独立してトルクを付与するモータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒと、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒを転舵可能に連結するロッド部１６と、操舵制御部（操舵制御システム）２０Ａと、を備えている。
操舵制御部２０Ａは、車両ＣＲの左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒに付与するトルクを制御することにより所望の制駆動力および転舵角を実現するためのものである。
操舵制御部２０Ａには、ステアリングセンサ３１と、アクセル操作量センサ３２と、ブレーキ操作量センサ３３と、転舵角センサ３４とが接続されている。
ステアリングセンサ３１は、ステアリングＳＴの操作量（ステアリング操作量）および操作方向（ステアリング操作方向）を検出するセンサである。アクセル操作量センサ３２は、アクセルペダルＡＰの操作量（アクセル操作量）を検出するセンサである。ブレーキ操作量センサ３３は、ブレーキペダルＢＰの操作量（ブレーキ操作量）を検出するセンサである。転舵角センサ３４は、車両ＣＲの転舵角α_ＣＲを検出するセンサである。
各センサ３１〜３４の検出結果は、操舵制御装置２０Ａに出力される。
操舵制御部２０Ａは、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力回路を備えており、各センサ３１〜３４からの入力と、ＲＯＭに記憶されたプログラムやデータに基づいて演算処理を行うことによって、後記する各種制御を実行する。

（キングピンオフセット）
図２および図３に示すように、本発明の操舵制御装置が適用される車両ＣＲは、ステアバイワイヤ技術が採用されており、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_ＲごとにモータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒを備えている。モータＭは、操舵輪ＴのホイールＷ内に設けられており、操舵輪Ｔに独立してトルクを付与する（インホイールモータ方式）。このモータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒが、操舵輪用モータの例である。
また、車両ＣＲは、ストラット式サスペンションを採用しており、操舵輪Ｔにロアアーム１１を介して連結されたスタビライザー１２と、ショックアブソーバユニット１３と、ラジアルロッド１４とが設けられている。
左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒを連結するロッド部１６は、中央のロッド１６ａと、ロッド１６ａと操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒとを連結するタイロッド１６ｂ，１６ｂと、を備えている。

かかるストラット式サスペンションを採用した車両ＣＲでは、ショックアブソーバユニット１３と車体とが連結される関節点（アッパーマウント部）Ａ１と、モータＭとロアアーム１１とが連結される関節点（ロアマウント部）Ａ２とを通る直線が、仮想キングピン軸Ｌである。
仮想キングピン軸Ｌは、操舵輪Ｔが転舵するときの回転中心軸である。
ここで、操舵輪Ｔの中心線の接地点（操舵輪Ｔの接地中心）Ｐ１と仮想キングピン軸Ｌの接地点（キングピン位置）Ｐ２との車両幅方向における幅を、キングピンオフセット（またはスクラブ半径）Ｒｏという。

図４および図５に示すように、キングピンオフセットがゼロである場合には、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒは、転舵時にタイヤ接地中心Ｐ１（＝Ｐ２）を軸に回るが（図５（ａ）に右の操舵輪Ｔ_Ｒについて図示）、キングピンオフセットがゼロでない場合には、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒは、転舵時にキングピン位置Ｐ２を軸に回り、タイヤ接地中心Ｐ１は移動（回転）する（図５（ｂ）に右の操舵輪Ｔ_Ｒについて図示）。本発明では、このタイヤ接地中心Ｐ１の回転を利用して車両ＣＲを転舵する。
従来の車両では、キングピンオフセットＲｏをできるだけなくすように設計されているのに対し、本発明が適用された車両では、キングピンオフセットＲｏを積極的に発生させ、このキングピンオフセットＲｏを車両の転舵に利用している。
本参考形態では、図３に示すように、操舵輪用モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒを、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒごとに設け、操舵輪用モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒの車両ＣＲの幅方向における幅Ｗ_Ｍを、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの車両ＣＲの幅方向における幅Ｗ_Ｔよりも小さくした（図３には、左側の構成のみ図示）。そして、操舵輪用モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒを、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒにすべて収容しているので、ロアアーム１１、ショックアブソーバユニット１３などから構成されるサスペンションジオメトリの自由度が向上し、キングピン位置Ｐ２のオフセット量の最適設定が行いやすくなっている。
特に本参考形態では、図３に示すように、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒとロッド部１６との連結部位（ロアマウント部Ａ２）は、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの内側端Ｌ_ＩＮよりも車両ＣＲの幅方向（左右方向）の内側寄りに設けられている。したがって、従来の車両よりも大きなキングピンオフセットを実現することができる。
また、キングピン位置Ｐ２を内側端Ｌ_ＩＮより車両ＣＲ寄りに位置するようにショックアブソーバユニット１３やロアアーム１１などを構成すれば、より効果的に転舵力を発生することができる。

なお、本発明では、キングピンオフセットＲｏが大きいほど、転舵力Ｆstrを発生させやすい。しかし、キングピンオフセットＲｏを大きくしすぎると、転舵時のタイヤＴｙの移動量が大きくなってしまうため、車両ＣＲにおいてタイヤＴｙが収容される部分（タイヤハウス）を大きくしなければならない。したがって、キングピンオフセットＲｏの大きさは、本発明が適用される車両ＣＲのサイズ、タイヤ半径Ｒｔ、ロアアーム長Ｒｎ、その他サスペンションジオメトリなどを考慮して適宜決定される。

車両ＣＲの走行時には、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_ＲのトルクＴ＿Ｌ，Ｔ＿Ｒが、路面とタイヤＴｙとの間で路面反力となり、駆動力Ｆｄ_Ｌ，Ｆｄ_Ｒを発生する（図４（ａ）に右の操舵輪Ｔ_Ｒについて図示）。駆動力Ｆｄ_Ｌ，Ｆｄ_Ｒは、下記式（１）（２）により表される。
Ｆｄ_Ｌ＝Ｔ＿Ｌ／Ｒｔ …式（１）
Ｆｄ_Ｒ＝Ｔ＿Ｒ／Ｒｔ …式（２）
ここで、Ｒｔはタイヤ半径（操舵輪ＴのタイヤＴｙの半径）である。

駆動力Ｆｄ_Ｌ，Ｆｄ_Ｒは、タイヤ接地中心Ｐ１に働き、キングピン位置Ｐ２を中心として操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒを転舵させるモーメントＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒを発生する（図４（ｂ）に右の操舵輪Ｔ_Ｒについて図示）。モーメントＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒは、下記式（３）（４）により表される。
Ｍ_Ｌ＝Ｆｄ_Ｌ・Ｒｏ …式（３）
Ｍ_Ｒ＝Ｆｄ_Ｒ・Ｒｏ …式（４）
ここで、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_ＲのキングピンオフセットＲｏが等しいとする。

タイロッド１６ｂ，１６ｂが操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒに垂直であるとして、モーメントＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒがタイロッド１６ｂ，１６ｂに作用する軸方向の力をステアリング力Ｆstr＿Ｌ，Ｆstr＿Ｒとすると（図４（ｃ）に右の操舵輪Ｔ_Ｒについて図示）、下記式（５）（６）が成立する。
Ｍ_Ｌ＝Ｆstr＿Ｌ・Ｒｎ …式（５）
Ｍ_Ｒ＝Ｆstr＿Ｒ・Ｒｎ …式（６）
ここで、Ｒｎはロアアーム長であり、操舵輪Ｔとタイロッド１６との連結点と、キングピン位置Ｐ２との車両前後方向の距離である。

したがって、式（１）〜（６）を用いて、ロッド部１６に作用するトータルの転舵力（ステアリング力）Ｆstrは、図２に示す方向に作用する力であり、下記式（７）（８）により表される。
Ｆstr＝ΔＴ×Ｒｏ／（Ｒｎ×Ｒｔ） …式（７）
ΔＴ＝Ｔ＿Ｒ−Ｔ＿Ｌ …式（８）
ここで、Ｒｏはキングピンオフセット、Ｒｎはロアアーム長、Ｒｔはタイヤ半径（操舵輪ＴのタイヤＴｙの半径）である。
また、ΔＴは左操舵輪Ｔ_ＬのトルクＴ＿Ｌと右操舵輪Ｔ_ＲのトルクＴ＿Ｒとの差であり、ここでは、図３における右向きがＦstrの正方向となるように設定されている。
すなわち、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの制駆動力（トルク）が等しい場合には、キングピンオフセットＲｏに起因する左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの転舵力は互いに打ち消しあうので、車両ＣＲに転舵力は発生しない。一方、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの制駆動力（トルク）が異なる場合には、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの転舵力に差が生じるので、車両ＣＲに転舵力が発生する。

なお、ストラット式サスペンション以外のサスペンション形式を採用した車両（操舵制御システム）であっても、仮想キングピン軸が存在するので、本参考形態のように積極的にキングピンオフセットを設定することが可能である。

（操舵制御部）
図６に示すように、操舵制御部（操舵制御システム）２０Ａは、機能部として、目標転舵角設定部２１と、目標トルク差設定部２２と、目標制駆動力設定部２３と、目標トルク設定部２４と、モータ駆動部２５と、を備えている。

目標転舵角設定部２１は、ステアリングセンサ３１により検出されたステアリング操作量およびステアリング操作方向を取得し、取得されたステアリング操作量およびステアリング操作方向に基づいて、目標転舵角αｍを設定する。
目標転舵角αｍは、車両ＣＲの転舵角の制御目標値である。この目標転舵角αｍは、従来のラック＆ピニオン機構、油圧機構などからなる転舵専用アクチュエータと同じ操舵感となるように設定されてもよく、車体速度に応じてゲインを調整するように設定されてもよい。
設定された目標転舵角αｍは、目標トルク差設定部２２に出力される。

目標トルク差設定部２２は、目標転舵角αｍと転舵角センサ３４により検出された実際の転舵角α_ＣＲ（図１参照）とに基づいて、実際の転舵角α_ＣＲを目標転舵角αｍに一致させるように、目標トルク差ΔＴｍを設定する。本参考形態において、目標トルク差設定部２２は、実際の転舵角α_ＣＲと目標転舵角αｍとの差Δα（＝α_ＣＲ−αｍ）を用いたＰＩ制御により目標トルク差ΔＴｍを算出する。
目標トルク差ΔＴｍと差Δαとの関係は、下記式（９）により表される。
ΔＴｍ＝ｋｐ・Δα＋ｋｉ∫Δαｄｔ …式（９）
ここで、ｋｐは比例ゲイン、ｋｉが積分ゲインであり、これらは事前テストなどにより予め設定される。
目標トルク差ΔＴｍは、車両ＣＲが目標とする左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒのトルク差であり、下記式（１０）により表される。
ΔＴｍ＝Ｔｍ＿Ｒ−Ｔｍ＿Ｌ …式（１０）
設定された目標トルク差ΔＴｍは、目標トルク設定部２４に出力される。
なお、ＰＩ制御に限らず他の制御方法を用いてもよい。

目標制駆動力設定部２３は、アクセル操作量センサ３２により検出されたアクセル操作量とブレーキ操作量センサ３３により検出されたブレーキ操作量とに基づいて、目標制駆動力Ｔｍ＿totalを設定する。
目標制駆動力Ｔｍ＿totalは、車両ＣＲの制駆動力（トルク）の制御目標値である。
設定された目標制駆動力Ｔｍ＿totalは、目標トルク設定部２４に出力される。

目標トルク設定部２４は、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの目標トルクＴｍ＿Ｌ，Ｔｍ＿Ｒを設定する。
目標トルクＴｍ＿Ｌ，Ｔｍ＿Ｒは、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒに付与するトルクの制御目標値である。ここで、左操舵輪Ｔ_Ｌの目標トルクＴｍ＿Ｌおよび右操舵輪Ｔ_Ｒの目標トルクＴｍ＿Ｒにより、目標トルク差ΔＴｍおよび目標制駆動力Ｔｍ＿totalは、下記式（１１）（１２）により表される。
ΔＴｍ＝Ｔｍ＿Ｒ−Ｔｍ＿Ｌ …式（１１）
Ｔｍ＿total＝Ｔｍ＿Ｒ＋Ｔｍ＿Ｌ …式（１２）
したがって、目標トルクＴｍ＿Ｌ，Ｔｍ＿Ｒは、下記式（１３）（１４）により表される。
Ｔｍ＿Ｌ＝（Ｔｍ＿total−ΔＴｍ）／２ …式（１３）
Ｔｍ＿Ｒ＝（Ｔｍ＿total＋ΔＴｍ）／２ …式（１４）
設定された目標トルクＴｍ＿Ｌ，Ｔｍ＿Ｒは、モータ駆動部２５に出力される。

モータ駆動部２５は、目標トルクＴｍ＿Ｌ，Ｔｍ＿Ｒに基づいてモータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒを駆動制御する。モータ駆動部２５は、モータＭ_Ｌのトルクが目標トルクＴｍ＿Ｌと一致するように、かつ、モータＭ_Ｒのトルクが目標トルクＴｍ＿Ｒと一致するように、各モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒをフィードバック制御する。本参考形態では、モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒとして三相ブラシレスモータが採用されており、モータ駆動部２５は、ｄｑ変換によるベクトル制御を実行する。これにより、車両ＣＲの運転者が意図した駆動力Ｔｍ＿totalと転舵角α_ＣＲとが同時に得られる。すなわち、ΔＴｍが生じるような出力指令によって、式（７）に示す転舵力Ｆstrが発生する。

参考形態に係る操舵制御装置によると、転舵専用アクチュエータによらずに、車両ＣＲを転舵させることができる。また、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒに付与されるトルクを調整することにより、所望の転舵角α_ＣＲを得ることができる。したがって、転舵専用アクチュエータを不要とすることによって操舵関連の設計上の自由度を向上させることができる。また、ステアバイワイヤ技術が採用されているので、ステアリングＳＴと操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒとの機械的接続をなくし、車両設計上の自由度をより高めることができる。

（第一の実施形態）
続いて、本発明の第一の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両について、参考形態との相違点を中心に説明する。図７は、本発明の第一の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両を示す模式図である。図８は、本発明の第一の実施形態に係るロック機構を説明するための模式図である。図９は、本発明の第一の実施形態に係る操舵制御部を示すブロック図である。

図７に示すように、第一の実施形態に係る操舵制御装置は、操舵制御部２０Ａに代えて操舵制御部（操舵制御システム）２０Ｂを備えている。また、第一の実施形態に係る操舵制御装置は、ロック機構１７をさらに備えている。
ロック機構１７は、ロッド部１６をロックすることにより、転舵角α_ＣＲを固定するための機構であり、操舵制御部２０Ｂにより駆動制御される。

（ロック機構）
図８に示すように、ロック機構１７は、ロッド１６ａをピストンロッドとする油圧シリンダ機構であり、ロッド１６ａの隔壁部１６ｃにより二つの室に区画されたシリンダ１７ａと、区画された二つの室を接続する油路１７ｂと、油路１７ｂに設けられた電磁弁１７ｃと、を備えている。
シリンダ１７ａおよび油路１７ｂには、油液が充填されており、シリンダ１７ａが車体に固定されている。電磁弁１７ｃは、開放状態と遮断状態とを切換可能な弁である。
電磁弁１７ｃが開放状態である場合には、油液が油路１７ｂを介してシリンダ１７ａの二つの室を移動可能となるので、ロッド１６ａが左右に移動可能となり、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒが転舵可能となる。
電磁弁１７ｃが遮断状態である場合には、油液が油路１７ｂを介してシリンダ１７ａの二つの室を移動できなくなるので、ロッド１６ａが左右に移動できなくなり、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒがロックされる。
かかる電磁弁１７ｃの制御は、後記するロック機構駆動部２７により実行される。

（操舵制御部）
図９に示すように、第一の実施形態に係る操舵制御部（操舵制御システム）２０Ｂは、機能部として、ロック要否判断部２６と、ロック機構駆動部２７と、をさらに備えている。

本実施形態において、目標転舵角設定部２１により設定された目標転舵角αｍは、ロック要否判断部２６にも出力されており、転舵角センサ３４により検出された車両ＣＲの転舵角α_ＣＲは、ロック要否判断部２６にも出力されている。

ロック要否判断部２６は、車両ＣＲの実際の転舵角α_ＣＲと目標転舵角αｍとに基づいて、ロック機構１７によりロッド部１６をロックする必要があるか否かを判断する。ロック要否判断部２６は、車両ＣＲの実際の転舵角α_ＣＲと目標転舵角αｍとの差Δα（＝α_ＣＲ−αｍ）が基準値α_ＴＨ以下である場合に、ロッド部１６をロックする必要があると判断する。
かかる基準値α_ＴＨは、予め設定・記憶されている、基準値α_ＴＨは、一定の値であってもよく、車体速度に相関して変化する値であってもよい。
判断結果は、ロック機構駆動部２７に出力される。

ロック機構駆動部２７は、判断結果に基づいて、ロック機構１７を駆動制御する。ロック機構駆動部２７は、ロックが必要であると判断された場合に、ロッド１６ａをロックするようにロック機構１７を駆動制御し、ロックが不要であると判断された場合に、ロッド１６ａをロック解除するようにロック機構１７を駆動制御する。

第一の実施形態に係る操舵制御装置によると、車両直進時のような転舵角α_ＣＲの変更が不要な場合に、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの安定性を向上することができる。
また、本発明では、比較的大きな旋回半径でよい場合には、ロッド部１６をロックした状態であっても、左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒのトルク差ΔＴにより生じるヨーモーメントを利用して車体の向きを変えることができる。

（第二の実施形態）
続いて、本発明の第二の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
図１０は、本発明の第二の実施形態に係る操舵制御部を示すブロック図である。図１１は、ロック係数の選択用マップである。

第二の実施形態に係る操舵制御装置は、ロック機構１７に代えてロック機構１８を備えている。
ロック機構１８は、ロッド１６ａをロックする力を連続的に設定可能な機構である。
ロック機構１８は、ロック機構１７の電磁弁１７ｃをリニアソレノイド弁と交換することにより実現可能であるので、詳細な説明を省略する。

（操舵制御部）
図１０に示すように、第二の実施形態に係る操舵制御部（操舵制御システム）２０Ｃは、ロック要否判断部２６に代えてロック係数設定部２８を備えている。また、操舵制御部２０Ｃは、車体速度算出部２９をさらに備えている。

本実施形態において、目標転舵角設定部２１により設定された目標転舵角αｍは、ロック係数設定部２８にも出力されており、転舵角センサ３４により検出された車両ＣＲの転舵角α_ＣＲは、ロック係数設定部２８にも出力されている。

車体速度算出部２９は、モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒのトルクに基づいて車体速度Ｖ_ＣＲを算出する。モータＭ_Ｌ，Ｍ_Ｒのトルクは、操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒの車輪速度に相関している。駆動輪の車輪速度に基づいて車体速度Ｖ_ＣＲを算出する手法は公知であり、車体速度算出部２９は、かかる手法を用いて車体速度Ｖ_ＣＲを算出する。
算出された車体速度Ｖ_ＣＲは、ロック係数設定部２８に出力される。

ロック係数設定部２８は、車体速度Ｖ_ＣＲと車両ＣＲの実際の転舵角α_ＣＲと目標転舵角αｍとに基づいて、ロック係数Ｋを設定する。
設定されたロック係数Ｋは、ロック機構駆動部２７に出力される。

ロック機構駆動部２７は、ロック係数Ｋに基づいて、かかるロック係数Ｋを実現するようにロック機構１８を駆動制御する。

ここで、ロック係数Ｋについて、より詳細に説明する。ロック係数設定部２８は、車両ＣＲの実際の転舵角α_ＣＲと目標転舵角αｍとの差Δα（＝α_ＣＲ−αｍ）および車体速度Ｖ_ＣＲとロック係数Ｋとの関係を図１１に示すようなロック係数の選択用マップとして予め記憶している。
ロック係数Ｋは、０〜１の値であり、Ｋ＝０がフリー状態（ロックを完全に解除した状態）、Ｋ＝１が完全ロック状態を示す係数である。
かかるロック係数Ｋを導入すると、ロッド部１６に作用する転舵力（ステアリング力）Ｆstrは、下記式（１５）により表される。
Ｆstr＝（１−Ｋ）×ΔＴ×Ｒｏ／（Ｒｎ×Ｒｔ） …式（１５）
すなわち、ロック係数Ｋを調整することにより、トルク差ΔＴとステアリング力Ｆstrとの関係を連続的に調整することができる。

本実施形態では、差Δαが大きいほどロック係数Ｋが小さくなり、かつ、車体速度Ｖ_ＣＲが大きくなるほどロック係数Ｋが大きくなるように設定されている。また、差Δαが所定値Δα_ＴＨ以上ではロック係数Ｋが車体速度Ｖ_Ｃごとに一定となるように設定されている。
したがって、低速走行時（車体速度Ｖ_ＣＲ小）には、転舵により車体の向きを変えて小さな旋回半径を実現し、高速走行時（車体速度Ｖ_ＣＲ大）には、転舵による車体の向きの変更を抑制することで車両安定性を確保しつつ、主として左右の操舵輪Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｒのトルク差ΔＴによるヨーモーメントにより車体の向きを変えることができるようになっている。

なお、図１１のマップは、モータＭの出力性能、ステアリングＳＴの操作フィーリング、車両ＣＲの構造によって決まる運動特性などに応じて設定される。モータＭの出力性能によってヨーモーメントを非常に大きくできる場合や車両ＣＲの安定性を重視する場合には、図１１の線の傾きを浅くしたり、Δαが小さいところに線の折れ部を設定したりすることが望ましい。

第二の実施形態に係る操舵制御装置によると、車両ＣＲの状況に応じて、操舵の安定性、レスポンスを変化させることができる。
ここで、レスポンスとは、ステアリングＳＴを操作してから車体の向きが変わるまでの応答性、および、ステアリングＳＴの操作量（切れ角）と車体の向きが変わる量の比率のことである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、車両の操舵輪は、前輪に限定されず、後輪であってもよく、前輪および後輪がともに操舵輪であってもよい。

また、第二の実施形態に係る操舵制御部２０Ｃにおいて、車体速度算出部２９を省略し、ロック係数設定部２８がロック係数Ｋを差Δαのみによって設定する構成であってもよい。

本発明の参考形態に係る操舵制御装置が適用された車両を示す模式図である。 本発明の参考形態に係る操舵制御装置が適用された車両の操舵輪近傍の構造を説明するための図であり、操舵輪を下から見た図である。 図１のＸ矢視図であり、操舵輪を後ろから見た図である。 キングピンオフセットを利用した操舵輪の転舵を説明するための図である。 キングピンオフセットによる操舵輪の転舵を説明するための図であり、（ａ）は、キングピンオフセットがゼロの場合を示す図、（ｂ）はキングピンオフセットがゼロではない場合を示す図である。 本発明の参考形態に係る操舵制御部を示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係る操舵制御装置が適用された車両を示す模式図である。 本発明の第一の実施形態に係るロック機構を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る操舵制御部を示すブロック図である。 本発明の第二の実施形態に係る操舵制御部を示すブロック図である。 ロック係数の選択用マップである。

符号の説明

１７，１８ ロック機構
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 操舵制御部（操舵制御システム）
２１ 目標転舵角設定部
２２ 目標トルク差設定部
２３ 目標制駆動力設定部
２４ 目標トルク設定部
２５ モータ駆動部
２６ ロック要否判断部
２７ ロック機構駆動部
２８ ロック係数設定部
２９ 車体速度算出部
Ｍ モータ（操舵輪用モータ）
Ｔ 操舵輪

Claims (6)

1. ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックするロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御する操舵制御システムであって、
   車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部と、
   前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部と、
   車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部と、
   前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部と、
   前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部と、
   車両の転舵角と前記目標転舵角との差が基準値以下である場合に、ロックが必要であると判断するロック要否判断部と、
   前記ロック要否判断部の判断結果に基づいて、前記ロック機構を駆動制御することにより、前記ロック機構をロックまたはロック解除するロック機構駆動部と、
   を備えていることを特徴とする操舵制御システム。
2. ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックし、ロックする力を連続的または断続的に変更可能なロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御する操舵制御システムであって、
   車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部と、
   前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設
   定部と、
   車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部と、
   前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部と、
   前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部と、
   車両の転舵角と前記目標転舵角との差とロック係数とを関連付けたマップを有し、車両の転舵角と前記目標転舵角とに基づいて、ロック係数を設定するロック係数設定部と、
   前記ロック係数に基づいて前記ロック機構を駆動制御することにより、ロックする力を連続的または断続的に変更するロック機構駆動部と、
   を備えていることを特徴とする操舵制御システム。
3. 前記マップは、車両の転舵角と前記目標転舵角との差が大きいほどロック係数が小さくなり、車両の転舵角と前記目標転舵角との差が所定値以上ではロック係数が一定となるように設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の操舵制御システム。
4. 前記マップは、さらに車体速度とロック係数とを関連付けており、車体速度が大きいほどロック係数が大きくなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の操舵制御システム。
5. ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックするロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御するためにコンピュータを、
   車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部、
   前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部、
   車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部、
   前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部、
   前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部、
   車両の転舵角と前記目標転舵角との差が基準値以下である場合に、ロックが必要であると判断するロック要否判断部、および、
   前記ロック要否判断部の判断結果に基づいて、前記ロック機構を駆動制御することにより、前記ロック機構をロックまたはロック解除するロック機構駆動部、
   として機能させることを特徴とする操舵制御プログラム。
6. ロッド部により転舵可能に連結された左右の操舵輪に独立してトルクを付与する操舵輪用モータと、前記ロッド部をロックし、ロックする力を連続的または断続的に変更可能なロック機構と、を備え、前記操舵輪の接地中心とキングピン位置とが車両幅方向にオフセットしたステアバイワイヤ式の車両の操舵を制御するためにコンピュータを、
   車両のステアリングの操作量に基づいて車両の目標転舵角を設定する目標転舵角設定部、
   前記目標転舵角に基づいて前記左右の操舵輪の目標トルク差を設定する目標トルク差設定部、
   車両のアクセルの操作量およびブレーキの操作量に基づいて車両の目標制駆動力を設定する目標制駆動力設定部、
   前記目標トルク差および前記目標制駆動力に基づいて、前記左右の操舵輪の目標トルクを設定する目標トルク設定部、
   前記目標トルクに基づいて前記操舵輪用モータを駆動制御するモータ駆動部、
   車両の転舵角と前記目標転舵角との差とロック係数とを関連付けたマップを用いて、車両の転舵角と前記目標転舵角とに基づいて、ロック係数を設定するロック係数設定部、および、
   前記ロック係数に基づいてロックする力を設定するように前記ロック機構を駆動制御することにより、ロックする力を連続的または断続的に変更するロック機構駆動部、
   として機能させることを特徴とする操舵制御プログラム。

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