JP5286982B2 - 車両用操舵制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動転舵制御機能を備えた車両用操舵制御装置に関する。

従来の車両用操舵制御装置では、ハンドル操作によらず自動的に操向輪の転舵角を制御するレーンキープ等の自動転舵制御時、操舵角を操向輪の転舵角に応じて設定された操舵角とすることで、操舵角と車両挙動との不一致を回避し、運転者に与える違和感を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２６４３７４号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、ハンドルには操向輪の転舵角に応じて設定された操舵角を保持するために転舵角によって発生する路面反力と、この路面反力を打ち消すためのトルクが常に付与された状態であるため、自動転舵制御中に運転者が、例えば、微小な修正操舵等の操舵を行う際、大きな力が必要となり、ハンドルの拘束感を与え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、自動転舵制御時、運転者にハンドルの拘束感を与えることを防止することができる車両用操舵制御装置及び方法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、通常制御時、操舵反力が０となる操舵角を車両直進時の操舵角としてハンドルに付与する操舵反力を制御し、自動転舵制御時、自動転舵時の目標転舵角に応じて設定された操舵角を操舵反力が０となる操舵角として操舵反力を制御することを特徴とする。

本発明の車両用操舵制御装置及び方法では、自動転舵制御時には、自動転舵時の目標転舵角に応じて設定された操舵角が、操舵反力が０となる操舵角となり、ハンドルには当該操舵角へと戻す自然な反力が作用するのみであるため、運転者にハンドルの拘束感を与えることを防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、各実施例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の車両用操舵制御装置を適用したステア・バイ・ワイヤシステムの全体構成図であり、実施例１の車両用操舵制御装置は、ハンドル１と前輪（操向輪）２，２を転舵する転舵機構３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）システムである。

ハンドル１を支持するコラムシャフト４には、ハンドル１に操舵反力を付与する反力モータ（反力機構）５と、ハンドル１の直進状態からの回転角である操舵角としてコラムシャフト４の回転角を検出する操舵角センサ６が設けられている。転舵機構３には、転舵機構３に対し前輪２，２（操向輪）を転舵する転舵トルクを付与する転舵モータ７と、前輪２，２の直進状態からの回転角である転舵角としてピニオンシャフト８の回転角を検出する転舵角センサ９とが設けられている。なお、ピニオンシャフト８はラック１６を介して前輪２，２に機械的に接続されており、ピニオンシャフト８が回転することによってラック１６が軸方向に移動することにより前輪２，２が転舵される。したがって、転舵角はピニオンシャフト８の回転角を検出することによって転舵角を検出することができる。

反力モータ５および転舵モータ７は、転舵コントローラ（反力制御手段）１０により制御される。転舵コントローラ１０には、上記操舵角センサ６からの操舵角および転舵角センサ９からの転舵角に加え、前輪２，２からラック１６の軸方向に入力する力を検出するラック軸力センサ（転舵反力検出手段）１１からの転舵反力と、車速センサ１２からの車速（車体速）と、ヨーレートセンサ１３からのヨーレートと、カメラ１４からの撮像画像と、自動転舵スイッチ（以下、SW）１５からの自動転舵制御選択信号とが入力される。

自動転舵SW１５は、ドライバ（運転者）のON操作によりレーンキープ制御における自動転舵制御を選択するスイッチであって、操舵コントローラ１０は、自動転舵SW１５からOFF信号が出力されている場合には、通常制御を実行する。ここで、通常制御とは、ハンドル１の操舵角と車速とに応じて目標転舵角（第１目標転舵角）を設定し、設定した第１目標転舵角が得られるように転舵モータ７を駆動して前輪２，２を転舵させつつ、ラック軸力センサ１１で検出される転舵反力（路面反力）に応じたトルクで反力モータ５を駆動して、操舵反力をハンドル１に付与する一般的なSBW制御である。

第１目標転舵角は、ステアリングギア比（転舵角に対する操舵角の比）に基づく操舵角と転舵角との関係から設定する。ステアリングギア比は、車速に応じて変更する。例えば、低車速域ではステアリングギア比を小さくして（転舵角に対する操舵角を小さくして）旋回性能を高め、高車速域ではステアリングギア比を大きくして（転舵角に対する操舵角の比を大きくして）走行安定性を高める。また、操舵反力は、転舵角に応じた転舵反力が最小となる直進走行時の操舵角を反力最小位置とし、転舵反力が大きくなるほどより大きくなるような特性とする。

一方、操舵コントローラ１０は、自動転舵SW１５からON信号が出力されている場合には、所定の解除条件が成立するまでの間、ハンドル操作によらず自動的に前輪２，２を転舵する自動転舵制御を実行する。ここで、自動転舵制御は、前方のレーンマークをカメラ１４で認識し、自車両がレーン内の走行を維持するように、前輪２，２の目標転舵角（第２目標転舵角）を設定し、前輪２，２の転舵角が設定した目標転舵角となるように、転舵モータ７を駆動して前輪２，２を自動的に転舵するレーンキープ制御等の、状況に応じて前輪２，２を自動的に転舵する制御をいう。
なお、以下では上述の通常制御時の目標転舵角を第１目標転舵角と記載し、上述の自動転舵制御時の目標転舵角を第２目標転舵角と記載し、これらを総称して目標転舵角と記載する。

実施例１では、自動転舵制御の第２目標転舵角を、操舵角と車速とに応じて設定された第１目標転舵角に目標偏差角を加算して求める。言い換えれば、目標偏差角は、自動転舵制御の第２目標転舵角と操舵角と車速とで決まる第１目標転舵角との差分である。

実施例１のレーンキープ制御では、目標偏差角を、例えば、下記の式に基づいて算出する。
目標偏差角＝Ａ×（レーンに対する横位置）＋Ｂ×（レーンに対するヨー角）＋Ｃ×（レーンの曲率）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃはゲインであり、図２(a)〜(c)に示すゲインマップから算出する。
すなわち、レーンキープでは、レーンに対する横位置、レーンに対するヨー角、レーンの曲率に対して、ゲインを設定し、レーンに対する追従度合いを調整する。なお、上記レーンに対する横位置、レーンに対するヨー角、レーンの曲率はカメラ１４によって撮像された画像に基づいて検出することが可能である。

自動転舵制御の解除条件としては、ドライバの操舵介入やブレーキ操作等が挙げられる。ここで、操舵介入とは、車線変更や障害物回避操作等、操舵角センサ６から得られる実際の操舵角（実操舵角）が第２目標転舵角に応じて設定された操舵角から大きく変化した場合とし、修正操舵等、車両の直進、旋回状態を維持する程度の微小な操舵（すなわち保舵時の微小操舵）では、自動転舵制御を解除しないこととする。また、第２目標転舵角と「第２目標転舵角に応じて設定された操舵角」との関係は、通常制御時においてステアリングギア比で決まる転舵角と操舵角との関係と同一である。したがって、「第２目標転舵角に応じて設定された操舵角」は第２目標転舵角にステアリングギア比を乗算して求めることができる。

図３は、実施例１の操舵コントローラ１０の制御ブロック図であり、図３に示すように、操舵コントローラ１０は、転舵角演算部１０ａと、角度サーボ演算部１０ｂと、操舵反力演算部１０ｃと、自動転舵演算部１０ｄと、目標偏差角補正部１０ｅと、転舵反力補正部１０ｆと、を備えている。

自動転舵演算部１０ｄは、自動転舵SW１５がONである自動転舵制御時、自動転舵制御における第２目標転舵角と、操舵角と車速とに応じた第１目標転舵角との偏差である目標偏差角を演算する。演算した目標偏差角は、転舵反力演算部１０ｃ、目標偏差角補正部１０ｅおよび転舵反力補正部１０ｆにそれぞれ出力される。また、この自動転舵演算部１０ｄは、自動転舵SW１５がOFFである通常制御時には、目標偏差角を出力しない（０を出力する）。

目標偏差角補正部１０ｅは、自動転舵演算部１０ｄから入力した目標偏差角に応じた目標転舵角加算量を出力する。この出力した目標転舵角加算量は転舵角演算部１０ａから出力された目標転舵角に加算される。目標転舵角加算量は、図４に示すように、目標偏差角の絶対値があらかじめ定められた値である|α|以下の場合には、目標偏差角の絶対値に比例した値とし、目標偏差角の絶対値があらかじめ定められた値である|α|を超える場合には、一定値とする。また、目標偏差角が０である場合、すなわち自動転舵SW１５がOFFである通常制御時には０を出力する。
なお、実施例１では、ドライバから見て右方向への操舵および転舵を正（＋）、左方向への操舵および転舵を負（−）とする。

転舵角演算部１０ａは、操舵角と車速とに応じて車両の目標ヨーレートを設定し、設定した目標ヨーレートを得るための前輪２，２の第１目標転舵角を演算する。
角度サーボ演算部１０ｂは、転舵角演算部１０ａで演算された第１目標転舵角に目標偏差角補正部１０ｅから出力された目標転舵角加算量を加算した第２目標転舵角を入力し、この第２目標転舵角と実転舵角とを一致させる転舵指令電流を演算し、転舵モータ７をサーボ制御する。なお、上述した通り自動転舵SW１５がOFFである通常制御時には目標偏差角補正部１０ｅから出力される目標転舵角加算量は０である。したがって、通常制御時には、第１目標転舵角と第１目標転舵角に目標転舵角加算量を加算した第２目標転舵角との値は一致する。

転舵反力補正部１０ｆは、ラック軸力センサ１１で検出された転舵反力を入力し、自動転舵SW１５がONである自動転舵制御時、ラック軸力センサ１１で検出された転舵反力のうち、定常的な転舵反力のみを打ち消すように補正した転舵反力を操舵反力演算部１０ｃへ出力する。一方、自動転舵SW１５がOFFである通常制御時、ラック軸力センサ１１で検出された転舵反力をそのまま操舵反力演算部１０ｃへ出力する。これについて下記で説明する。
図５は、実施例１の転舵反力補正部１０ｆのブロック図であり、転舵反力補正部１０ｆは、差分器１６ａと、乗算器１６ｂと、積分器１６ｃと、差分器１６ｄとを備えている。
差分器１６ａは、検出された転舵反力と積分器１６ｃの出力である転舵反力補正値との差分を乗算器１６ｂへ出力する。

乗算器１６ｂは、上記差分に積分ゲインＫを乗算した値を積分器１６ｃへ出力する。ここで、積分ゲインＫは、
Ｋ＝K0×K1（0〜1）
ただし、K0,K1はゲインである。
とし、乗算器１６ｂは、Ｋ＝０で積分値保持、１に近づくほど積分速度を高くする。
また、ゲインK0は、図６に示すように、目標偏差角が０の時に０であると共に目標偏差角の絶対値が大きいほどより大きな値とし、ゲインK1は、図７に示すように、目標偏差角の変化量が０の時に０であると共に目標偏差角の変化量の絶対値が大きいほどより大きな値とする。したがって、通常制御時の目標偏差角は０であるため、Ｋ＝０となる。

積分器１６ｃは、乗算器１６ｂの出力を積分した転舵反力補正値を、差分器１６ａおよび差分器１６ｄへ出力する。
差分器１６ｄは、検出された転舵反力と転舵反力補正値との差分を操舵反力演算部１０ｃへ出力する。

上記から理解できるように、通常制御時においてはゲインＫ＝０であるため、転舵反力補正値は０となる。したがって、通常制御時においては、転舵反力補正部１０ｆはラック軸力センサ１１から入力した反力を補正せずにそのまま操舵反力演算部１０ｃへ出力する。

一方、自動転舵制御時においては目標偏差角に基づいたゲインＫが設定されるため、ゲインＫに応じた転舵反力補正値が算出され、転舵反力が０に近づくように補正して、補正された転舵反力を操舵反力演算部１０ｃへ出力する。すなわち、入力した転舵反力が定常状態に有る場合には補正された転舵反力を操舵反力演算部１０ｃへ出力する。言い換えれば、入力した転舵反力のうち、セルフアライニングトルクのような転舵角によって発生する定常的な反力は除き、路面の凹凸等によって発生する過渡的な反力のみを補正された転舵反力として操舵反力演算部１０ｃへ出力する。

転舵反力補正部１０ｆは、自動転舵制御がONからOFFになった場合（自動転舵制御から通常制御へ移行する場合）、転舵反力補正値を徐々に０とする。これは、例えば、積分器１６ｃの内部に図８のような積分器１６ｃから出力される転舵反力補正値を徐々に低減するブロックを設けることによって実現可能である。これにより、自動転舵制御を解除する際、ドライバに違和感を与えない程度の時間ａで、転舵反力補正値を徐々に０とすることができる。

操舵反力演算部１０ｃは、転舵反力補正部１０ｆから入力される転舵反力と車速および目標偏差角に応じて目標操舵反力を演算し、この目標操舵反力が得られる反力モータ５の操舵反力指令電流を演算して反力モータ５を駆動する。目標操舵反力は、転舵反力補正部１０ｆから入力される転舵反力が大きくなるほど、または車速が高くなるほどより大きな値に設定する。

また、操舵反力演算部１０ｃは、自動転舵演算部１０ｄから入力される目標偏差角の絶対値があらかじめ定められた所定値|α|を超える場合には、目標偏差角の絶対値に基づいた操舵反力を付与する。ここで、定常状態においては第１目標転舵角と実操舵角（実際の操舵角）とは現在のステアリングギア比に応じた関係に有る。したがって、目標偏差角の絶対値に基づいて操舵反力を付与することは、第２目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差に応じた操舵反力を付与することに等しく、これによってハンドル１を第２目標転舵角に応じて設定された操舵角（すなわち第２目標転舵角にステアリングギア比を乗算して定まる操舵角）まで回転させることができる。

一方、目標偏差角の絶対値が|α|以下の場合には、目標偏差角の絶対値に応じた操舵反力を０とする。すなわち目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差に応じた操舵反力を０とする。ここで、所定値αは、ハンドル１を回転させずに前輪２，２を転舵した場合であっても、車両挙動変化が小さく、ドライバに違和感を与えない目標偏差角（例えば、転舵角で0.3°程度）とする。

ここで、目標操舵反力は、第２目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差Δθに対し、例えば下記の式を用い、微分項と定常項との和として、目標操舵反力を設定する。

ここで、d,eはゲイン、d/dtは微分係数である。
ゲインd,eは、図９(a),(b)のマップを参照して算出する。図９(a),(b)に示すように、ゲインd,eは、車速が高いほど大きな値となるように設定されている。
なお、操舵反力は操舵方向に対して逆方向の力であるため、正負の符号は負としている。

次に、作用を説明する。
一般的に、ハンドルと前輪を転舵する転舵機構とが機械的に切り離された、いわゆるSBWシステムにおいて、レーンキープ制御等の自動転舵制御を行う場合、その目標偏差角を前輪２，２の転舵角に反映させる方法は、
1. 反力モータに目標偏差角に応じた操舵反力指令電流を与え、ハンドルを回転させてその操舵角を目標偏差角に対応する角度分変化させることにより転舵モータの目標転舵角に目標偏差角を反映させる方法
2. ハンドルは回転させず、転舵モータの目標転舵角に目標偏差角を直接加算する方法
が考えられる。

ここで、目標偏差角に応じた操舵反力指令電流を反力モータに与える場合、ハンドルを自動的に回転させることで目標偏差角が目標転舵角に反映されて前輪が転舵されるため、与えられた操舵反力指令電流により路面からの転舵反力が伝わらず、ドライバに違和感を与えてしまう。

一方、自動転舵制御の目標偏差角を目標転舵角に直接加算する場合、前輪のみを自動的に転舵するため、ハンドルが回転せず、ドライバは車両の旋回を車両挙動のみから認識しなければならない。この状態で大きな車両挙動変化が発生した場合、操舵角と車両挙動とが乖離することで、ドライバに違和感を与えてしまう。

これに対し、実施例１では、自動転舵制御時、目標偏差角の絶対値がドライバに違和感を与えない|α|以下の場合には、ハンドル１を回転させずに目標偏差角に応じて前輪２，２のみを転舵させ、目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合には、ハンドル１を目標転舵角に応じて設定された操舵角まで回転させる。

すなわち、ハンドル１を回転させずに車両挙動変化が発生した際、前輪２，２の実転舵角に対する操舵角のずれがドライバに違和感を与えない範囲に抑えられるため、操舵角と車両挙動との不一致に伴う違和感の発生を防止することができる。
また、上記実施例においては自動転舵制御時に、目標偏差角の絶対値が|α|以下の場合にはハンドル１に反力を発生させず、目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合には、目標偏差角に応じた反力のみが付与される。すなわち、自動転舵制御時には、ハンドル１には現在の転舵角に対応する操舵角と目標転舵角に対応する操舵角との差に基づいた操舵反力と、ラック軸力センサ１１で検出された転舵反力のうちの路面凹凸等によって発生する過渡的な転舵反力に相当する操舵反力のみが付与されるため、転舵反力のうちの転舵角によって発生するセルフアライニングトルク等に相当する操舵反力はハンドル１に付与されず、ハンドル１の拘束を防止することができる。

図１０は、自動転舵制御時、時間の経過と共に目標偏差角を大きくしたときの、目標転舵角加算量、操舵反力、操舵角、実転舵角、実転舵反力、補正された転舵反力のタイムチャートである。

時点t0から時点t1の区間では、自動転舵制御の目標偏差角の絶対値が|α|以下であるため、目標偏差角に比例する目標転舵角加算量が目標転舵角に加算され、前輪２，２の実転舵角は目標偏差角に応じて大きくなる。

このとき、ラック軸力センサ１１により検出される転舵反力は、実転舵角の増加に比例して大きくなるが、転舵反力補正部１０ｆでは、検出された転舵反力からセルフアライニングトルク等による定常的な操舵反力を転舵反力補正値として減算し、自動転舵時の目標転舵角に応じて設定された操舵角を反力が０となる操舵角とするため、操舵反力は生成されない。また、操舵角と車両挙動との不一致が発生するが、目標偏差角の絶対値は|α|以下であるため、ドライバに違和感を与えることはない。

時点t1では、目標偏差角の絶対値が|α|となったため、時点t1以降の区間では、目標偏差角補正部１０ｅにより、第１目標転舵角に加算される目標転舵角加算量は一定値となるが、操舵反力演算部１０ｃでは、第２目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角に応じた操舵反力、すなわち目標偏差角に応じた操舵反力により、ハンドル１は第２目標転舵角に応じて設定された操舵角まで回転する。これにより、実転舵角に対する操舵角のずれが所定値α以下となるため、ドライバに違和感を与えることはない。

また、時点t1以降では、操舵角の増大により、転舵角演算部１０ａで演算される目標転舵角も増大するため、実転舵角は自動転舵制御の目標転舵角（第２目標転舵角）に応じた角度となる。このとき、ラック軸力センサ１１により検出される転舵反力は、実転舵角の増加に比例して大きくなるが、転舵反力補正部１０ｆでは、検出された転舵反力からセルフアライニングトルク等の定常的な転舵反力を転舵反力補正値として減算し、第２目標転舵角に応じて設定された操舵角を反力が０となる操舵角とするとともに、第２目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差、すなわち目標偏差角に応じた操舵反力が生成される。

よって、自動転舵制御時には目標転舵角に応じた操舵角と実操舵角との偏差のみが操舵反力に反映され、転舵角に応じたセルフアライニングトルクは操舵反力に反映されないため、自動転舵時にドライバが操舵しようとした時にはドライバにハンドル１の拘束感を与えることなく、ハンドル操作による転舵反力の増減を操舵反力として認識させることができる。

また、転舵反力補正部１０ｆでは、目標偏差角の絶対値が大きいほど、または目標偏差角の変化量の絶対値が大きいほど、積分ゲインＫを大きくし、転舵反力の変化量の積分反映速度をより高める。つまり、目標偏差角が大きい場合には、素早く転舵反力の中立位置をずらすことで、前輪２，２の転舵応答性が高まり、自動転舵制御での車両の追従性を向上させることができる。

さらに、転舵反力補正部１０ｆでは、自動転舵制御がONからOFFになった場合、転舵反力補正値を徐々に０とする。例えば、自動転舵制御から通常制御へ切り替わると同時に転舵反力補正値を０とした場合、転舵反力に応じて生成される目標操舵反力が急増し、ドライバに違和感を与えるおそれがある。そこで、実施例１では、ドライバに違和感を与えない程度の時間ａで、転舵反力補正値を徐々に０とすることにより、通常制御復帰時の操舵反力の急変を抑制することができる。

なお、目標偏差角の絶対値が|α|以下である場合、操舵反力が生成されない構成としたが、本発明はこれに限らず、たとえば自動転舵制御の目標転舵角に対応する操舵角と実際の操舵角との偏差に応じた操舵反力を微小な値に抑制（たとえば、目標偏差角の絶対値が|α|を超えたときに演算される操舵反力×０．１など）し、ドライバに対して違和感を与えないようにハンドル１の反力制御をしても良い。

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を奏する。

(1) 操舵コントローラ１０は、自動転舵制御時、操舵角を自動転舵時の目標転舵角（第２目標転舵角）に応じて設定された操舵角とし、反力が０となる操舵角を当該操舵角（第２目標転舵角に応じて設定された操舵角）として操舵反力を制御する。これにより、ドライバにハンドル１の拘束感を与えることが無い。

(2) 前輪２，２に作用する転舵反力を検出するラック軸力センサ１１を設け、操舵コントローラ１０は、検出された転舵反力の変化量を積分して転舵反力変化量積分値を算出し、検出された転舵反力と算出した転舵反力変化量積分値との差分に応じた操舵反力を付与するように、反力モータ５を制御する。これにより、時々刻々と変化する転舵反力に応じて反力が０となる操舵角をずらすことができ、ドライバに与える違和感をより抑制することができる。

(3) 操舵コントローラ１０は、自動転舵制御中にハンドル操作がなされた場合、転舵反力変化量積分値を固定するため、ドライバの操舵量に応じた転舵反力の増減が操舵反力に反映され、ハンドル操作による転舵反力の増減を直接ドライバに認識させることができる。

(4) 操舵コントローラ１０は、自動転舵時の目標転舵角（第２目標転舵角）が大きいほど、転舵反力の変化量の積分反映速度をより高めるため、自動転舵制御での車両の追従性を向上させ、目標軌道に対する車両のトレース性を向上させることができる。

(5) 操舵コントローラ１０は、自動転舵時の目標転舵角（第２目標転舵角）に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差に応じた操舵反力を付与するように、反力モータ５を制御するため、ハンドル１を目標転舵角に応じて設定された操舵角まで回転させる力を与えることができる。

(6) 操舵コントローラ１０は、自動転舵制御が解除された場合、反力最小位置（反力が０となる操舵角）を、徐々に車両直進時の操舵角であるハンドル中立位置に戻すため、自動転舵制御解除時に違和感無く通常制御に戻すことができる。

実施例２は、目標転舵角に応じて操舵反力を生成する例である。
実施例２の全体構成は、図１に示した実施例１と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。

図１１は、実施例２の操舵コントローラ１０の制御ブロック図であり、実施例２では、図３に示した実施例１の転舵反力補正部１０ｆに代えて、オフセット角演算部１０ｇを備えている。

実施例２の操舵反力演算部１０ｃは、自動転舵演算部１０ｄにより演算された目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合、目標操舵反力を、下記の式を用いて演算する。
目標操舵反力＝−Ｓ×第３目標転舵角
ここで、第３目標転舵角は第１目標転舵角からオフセット角演算部１０ｇが出力するオフセット角を減算したものである。また、Ｓはゲインであり、図１２のゲインマップを参照して算出する。このゲインＳは、適用する車両に応じて、転舵角に対する路面反力特性を実験等によりあらかじめ求めて設定する。

オフセット角演算部１０ｇは、自動転舵演算部１０ｄにより演算された目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合、目標偏差角に応じたオフセット角を出力する。出力されたオフセット角は第１目標転舵角から減算されて第３目標転舵角として操舵反力演算部１０ｃに入力される。一方、目標偏差角の絶対値が|α|以下の場合には、オフセット角を０とする。

また、オフセット角演算部１０ｇは、通常制御時には、積分ゲインＮ＝０とし、積分値を保持する。
なお、オフセット角演算部１０ｇの後述する積分器１７ｃ内部には、図８に示したような自動転舵制御のOFF時、転舵反力補正値を徐々に低減するブロックが設けられている。

図１３は、オフセット角演算部１０ｇの制御ブロック図であり、オフセット角演算部１０ｇは、差分器１７ａと、乗算器１７ｂと、積分器１７ｃとを備えている。
差分器１７ａは、演算された目標偏差角と積分器１７ｃの出力であるオフセット角との差分を乗算器１７ｂへ出力する。

乗算器１７ｂは、上記差分に積分ゲインＮを乗算した値を積分器１７ｃへ出力する。ここで、積分ゲインＮは、目標偏差角に対して車両の応答性が確保できる値であって、あらかじめ実験等により算出した値を設定する。
積分器１７ｃは、乗算器１７ｂの出力を積分したオフセット角を、差分器１８へ出力する。

次に、作用を説明する。
実施例２では、目標偏差角の絶対値が|α|以下の場合には、転舵角演算部１０ａにより演算された第１目標転舵角がそのまま操舵反力演算部１０ｃに入力されるため、ハンドル１に目標偏差角に応じた操舵反力を発生させることなく、前輪２，２を目標偏差角に応じて転舵することができる。

一方、目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合には、転舵角演算部１０ａにより演算された第１目標転舵角からオフセット角が減算された後、第３目標転舵角として操舵反力演算部１０ｃへと入力される。ここで、第３目標転舵角は第１目標転舵角から目標偏差角を積分したオフセット角を減算した値であるため、定常的には目標偏差角の符号を反転した値となる。つまり、目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合には、操舵反力演算部１０ｃは目標偏差角に基づいて操舵反力を生成することになり、実施例１と同様に第２目標転舵角に応じて設定された操舵角が、反力が０の操舵角となる。そして、第２目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差に応じた操舵反力が生成される。

よって、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),(5),(6)と同様の作用効果を得ることができる。

実施例３は、所定周波数以上の転舵反力の変化を操舵反力に反映させる例であり、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、図示ならびに説明を省略する。

図１４は、実施例３の操舵コントローラ１０の制御ブロック図であり、実施例３では、図１１に示した実施例２の構成に加え、ラック軸力センサ１１と、ハイパスフィルタ１０ｉとを備えている。
実施例３では、操舵反力演算部１０ｃにはラック軸力センサ１１からの転舵反力が、ハイパスフィルタ１０ｉを介して入力される。このハイパスフィルタ１０ｉは、所定周波数（遮断周波数）よりも高い周波数の転舵反力を通し、所定周波数（遮断周波数）よりも低い周波数の転舵反力を通さない（減衰させる）フィルタである。

ここで、ハイパスフィルタ１０ｉの所定周波数は、平坦路走行中に検出される転舵反力の周波数よりも大きな周波数であって、砂利道等の悪路や水溜まりを通過する際に検出される転舵反力の周波数以下の周波数とする。

実施例３の操舵反力演算部１０ｃでは、自動転舵演算部１０ｄにより演算された目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合、第３目標転舵角に応じた操舵反力と転舵反力の変化に応じた操舵反力とにより目標操舵反力を演算する。
目標操舵反力＝−Ｋ×第３目標転舵角＋ハイパスフィルタ通過後の転舵反力
ここで、Ｋはゲインであり、実施例２と同様、適用する車両に応じて、転舵角に対する路面反力特性を実験等によりあらかじめ求めて設定する。

次に、作用を説明する。
実施例３では、操舵反力演算部１０ｃにおいて、ハイパスフィルタ通過後の転舵反力に基づいて目標操舵反力を生成するため、所定周波数以上の転舵反力の変化を操舵反力に反映させることができ、砂利道や水溜まり等の路面状況を操舵反力に反映させることができる。

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),(5),(6)に加え、以下の効果を奏する。

(7) 前輪２，２に作用する転舵反力を検出するラック軸力センサ１１を設け、操舵コントローラ１０は、検出された転舵反力が所定周波数以上である場合、当該周波数に応じた操舵反力を付与するように、反力モータ５を制御する。これにより、自動転舵制御時、砂利道や水溜まり等の路面状況を操舵反力としてドライバに認識させることができる。

実施例４は、実施例２および実施例３の第１目標転舵角に替えて、実転舵角に応じて操舵反力を生成する例である。
実施例４の全体構成は、図１に示した実施例１と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。

図１５は、実施例４の操舵コントローラ１０の制御ブロック図であり、実施例４では、実施例２のオフセット角演算部１０ｇに代えて、オフセット角演算部１０ｈを備えている。

実施例４の操舵反力演算部１０ｃは、自動転舵演算部１０ｄにより演算された目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合、目標操舵反力を、下記の式を用いて演算する。
目標操舵反力＝−Ｓ×実転舵角
ここで、Ｓはゲインであり、実施例２と同様、適用する車両に応じて、転舵角に対する路面反力特性を実験等によりあらかじめ求めて設定する。

オフセット角演算部１０ｈは、自動転舵演算部１０ｄにより演算された自動転舵制御の目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合には、実転舵角に対して目標偏差角に応じたオフセット角を与え、反力が０となる操舵角をずらす。一方、目標偏差角の絶対値が|α|以下の場合には、オフセット角を０とし、反力が０となる操舵角をずらさないようにする。

また、オフセット角演算部１０ｈは、通常制御時には、積分ゲインＭ＝０とし、積分値を保持する。
なお、オフセット角演算部１０ｈの内部には、図８に示したような自動転舵制御のOFF時、転舵反力補正値を徐々に低減するブロックが設けられている。

図１６は、オフセット角演算部１０ｈの制御ブロック図であり、オフセット角演算部１０ｇは、差分器２０ａと、乗算器２０ｂと、積分器２０ｃとを備えている。
差分器２０ａは、演算された目標偏差角と積分器２０ｃの出力であるオフセット角との差分を乗算器２０ｂへ出力する。

乗算器２０ｂは、上記差分に積分ゲインＭを乗算した値を積分器２０ｃへ出力する。ここで、積分ゲインＭは、目標偏差角に対して車両の応答性が確保できる値であって、あらかじめ実験等により算出した値を設定する。
積分器２０ｃは、乗算器２０ｂの出力を積分したオフセット角を、差分器１９へ出力する。

次に、作用を説明する。
実施例４では、目標偏差角の絶対値が|α|以下の場合には、実転舵角がそのまま操舵反力演算部１０ｃに入力されるため、目標偏差角に応じた反力をハンドル１に与えることなく、前輪２，２を目標偏差角に応じて転舵することができる。

一方、目標偏差角の絶対値が|α|を超える場合には、実転舵角がオフセット角により補正された後、操舵反力演算部１０ｃへと入力されるため、自動転舵時の目標転舵角（第２目標転舵角）に応じて設定された操舵角が反力０の操舵角となる。そして、ドライバが操舵を行った場合には、目標転舵角に応じて設定された操舵角と実操舵角との偏差に応じた操舵反力が生成される。

よって、実施例４の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果(1),(5),(6)と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、各実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例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。

実施例２および実施例３では、目標転舵角に基づいて目標操舵反力を生成し、実施例４では、実転舵角に基づいて目標操舵反力を生成する例を示したが、実施例２または３と実施例４を組み合わせ、目標転舵角と実転舵角の両方を用いて目標操舵反力を生成してもよい。この場合、自動転舵制御時には、目標転舵角に応じた操舵反力成分と、実転舵角に応じた操舵反力成分のそれぞれで中立位置をずらすことで、実施例２〜４と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１の車両用操舵制御装置を適用したステア・バイ・ワイヤシステムの全体構成図である。 レーンキープ制御のゲインマップである。 実施例１の操舵コントローラ１０の制御ブロック図である。 実施例１の目標偏差角に応じた目標転舵角加算量設定マップである。 実施例１の転舵反力補正部１０ｆのブロック図である。 実施例１のゲインK0の設定マップである。 実施例１のゲインK1の設定マップである。 実施例１における自動転舵制御から通常制御へ移行する際の転舵反力補正方法を示す説明図である。 実施例１の操舵反力制御のゲインマップである。 自動転舵制御時、時間の経過と共に目標偏差角を大きくしたときの、目標転舵角加算量、操舵反力、操舵角、実転舵角、実転舵反力、補正された転舵反力のタイムチャートである。 実施例２の操舵コントローラ１０の制御ブロック図である。 実施例２のゲインＳの設定マップである。 実施例２のオフセット角演算部１０ｇの制御ブロック図である。 実施例３の操舵コントローラ１０の制御ブロック図である。 実施例４の操舵コントローラ１０の制御ブロック図である。 実施例４のオフセット角演算部１０ｈの制御ブロック図である。

符号の説明

１ ハンドル
２ 前輪
３ 転舵機構
４ コラムシャフト
５ 反力モータ
６ 操舵角センサ
７ 転舵モータ
８ ピニオンシャフト
９ 転舵角センサ
１０ 操舵コントローラ
１０ａ 転舵角演算部
１０ｂ 角度サーボ演算部
１０ｃ 操舵反力演算部
１０ｄ 自動転舵演算部
１０ｅ 目標偏差角補正部
１０ｆ 転舵反力補正部
１１ ラック軸力センサ
１２ 車速センサ
１３ ヨーレートセンサ
１４ カメラ
１５ 自動転舵スイッチ
１６ ラック

Claims (8)

1. ハンドルと操向輪を転舵する転舵機構とが機械的に切り離され、
   前記ハンドルの操舵角に応じて設定される第１目標転舵角に基づいて、前記操向輪の転舵角を制御する通常制御と、車両の走行状態に応じて設定される第２目標転舵角に基づいて、前記操向輪の転舵角を制御する自動転舵制御とを実行する車両用操舵制御装置において、
   通常制御時、操舵反力が０となる操舵角を車両直進時の操舵角として前記ハンドルに付与する操舵反力を制御し、自動転舵制御時、前記第２目標転舵角に応じて設定された操舵角を操舵反力が０となる操舵角として操舵反力を制御する反力制御手段を備えることを特徴とする車両用転舵制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記操向輪に作用する転舵反力を検出する転舵反力検出手段を設け、
   前記反力制御手段は、検出された転舵反力の変化量を積分して転舵反力変化量積分値を算出し、検出された転舵反力と算出した転舵反力変化量積分値との差分に応じた操舵反力と前記設定された操舵角と実操舵角との偏差に基づいた操舵反力とを加算した操舵反力を付与することを特徴とする車両用操舵制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記反力制御手段は、自動転舵制御中にハンドル操作がなされた場合、前記転舵反力変化量積分値を固定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記反力制御手段は、前記第２目標転舵角と第１目標転舵角との偏差である目標偏差角が大きいほど、転舵反力の変化量の積分速度をより高めることを特徴とする車両用操舵制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記反力制御手段は、前記第２目標転舵角に応じて設定された操舵角と実際の操舵角との偏差に応じた操舵反力を付与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、
   前記操向輪に作用する転舵反力を検出する転舵反力検出手段を設け、
   前記反力制御手段は、検出された転舵反力のうち、所定周波数以上の転舵反力に応じた操舵反力を付与することを特徴とする車両用操舵制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記反力制御手段は、自動転舵制御が解除された場合、前記反力が０となる操舵角を徐々に車両直進時の操舵角に戻すことを特徴とする車両用操舵制御装置。
8. 操向輪を転舵する転舵機構と機械的に切り離されたハンドルの操舵角に応じて設定される第１目標転舵角に基づいて、前記操向輪の転舵角を制御する通常制御と、車両の走行状態に応じて設定される第２目標転舵角に基づいて、前記操向輪の転舵角を制御する自動転舵制御とを実行する車両用操舵制御方法において、
   通常制御時、操舵反力が０となる操舵角を車両直進時の操舵角として前記ハンドルに付与する操舵反力を制御し、自動転舵制御時、前記第２目標転舵角に応じて設定された操舵角を操舵反力が０となる操舵角として操舵反力を制御することを特徴とする車両用操舵制御方法。

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