JP5428415B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、横方向に加わる外乱に対して安定走行するように車輪を転舵制御する車両の操舵装置に関する。

従来から、例えば、特許文献１に示すように、車両用操舵装置は知られている。この従来の車両用操舵装置は、検出された操舵角に応じて第１目標転舵角を設定する第１目標転舵角設定部と、検出されたヨーレートのみに応じて第２目標転舵角を設定する第２目標転舵角設定部と、第１目標転舵角および第２目標転舵角に応じて反力モータに対する制御量を設定する目標反力設定部と、第２目標転舵角設定部と反力モータとの間に設けられたフィルタとを備えている。そして、フィルタが所定の周波数よりも高い周波数成分を除去することにより、ステアリングモータによるアクティブステアに伴う操舵反力への影響を抑制するようになっている。

特開２００６−３２１４７１号公報

ところで、上記従来の車両用操舵装置のようにアクティブステア制御を行う場合、運転者が外乱の発生に気がつかずに自ら操舵ハンドルを操作して車両の挙動を修正する必要がない状況においては、反力の変動が生じない方が好ましい。しかしながら、運転者自らが操舵ハンドルを操作して車両の挙動を修正する必要がある状況、例えば、横風外乱が発生してアクティブステアに加えて運転者が操舵ハンドルを操作する状況において、アクティブステアに伴う反力の変動が生じない場合、運転者は、横風外乱が存在しなくなった直後に自らの操作による車両の挙動変化より大きな挙動変化を知覚して違和感を覚える可能性がある。

すなわち、この場合には、アクティブステアに伴う反力の変動が生じないため、運転者はアクティブステアによる車両の挙動変化分だけ大きい挙動変化を知覚して違和感を覚える可能性がある。したがって、アクティブステアに加えて運転者が操舵ハンドルを操作する状況においては、何らかの反力の変動を与えることが望ましい。

また、アクティブステア制御が実行される場合、車両の挙動変化が生じた時点で目標転舵角が演算されてから転舵制御が開始されるために時間的な遅れが生じるとともに、さらに、アクティブステア制御によって車輪が転舵されてから車両挙動が変化するまでにも時間的な遅れが生じる。したがって、アクティブステアに加えて運転者が操舵ハンドルを操作する状況において反力の変動を与える場合には、運転者が発生した外乱に対して速やかに（自然に）操舵ハンドルを操作できるように変動を与えることが望ましい。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両の横方向に加わる外乱による挙動変化を抑制する車輪の転舵動作に応じて適切に操舵ハンドルに付与される反力を変動させる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操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力アクチュエータと、車輪を転舵する転舵アクチュエータと、車両の横方向に加わる外乱により変化して車体に発生する実際の物理量を検出する物理量検出手段と、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記車体に発生する物理量の目標物理量を演算する目標物理量演算手段と、前記目標物理量演算手段により演算した目標物理量に応じて指令値を設定する指令値設定手段と、前記指令値設定手段により設定した指令値と、前記検出した実際の物理量と前記演算した目標物理量との偏差とに基づいて前記転舵アクチュエータを駆動して前記車輪を転舵する転舵制御手段とを備えた車両の操舵装置において、前記検出した実際の物理量と前記演算した目標物理量との偏差のうち、所定の周波数よりも高い周波数成分のみを通過させるフィルタと、前記フィルタを通過した高い周波数成分を有する偏差に基づいて、前記車両の横方向に加わる外乱に抗する方向に前記操舵ハンドルを操作することを支援する力を演算する支援力演算手段と、前記操舵ハンドルの操作に対して付与する反力に対して前記演算した支援する力を加算した目標反力に基づいて前記反力アクチュエータを駆動する反力制御手段とを備えたことにある。

この場合、前記物理量は、例えば、車体の車幅方向に発生する横加速度または車体の重心点回りに発生するヨーレートであるとよい。

これらによれば、支援力演算手段は、検出した実際の物理量（例えば、横加速度またはヨーレート）と演算された目標物理量（例えば、目標横加速度または目標ヨーレート）との偏差（差分）に基づいて、車両の横方向に加わる外乱に抗する方向に操舵ハンドルを操作することを支援する力を演算することができる。また、この場合、高周波成分を有する偏差（差分）に基づいて、車両の横方向に加わる外乱に抗する方向に操舵ハンドルを操作することを支援する力を演算することもできる。そして、反力制御手段は、操舵ハンドルの操作に対して付与する反力に対して演算した支援する力を加算（支援する力が逆向きである場合には減算）した目標反力に基づいて反力アクチュエータを駆動することができる。

したがって、転舵アクチュエータによって車輪が転舵されるときに（すなわち、アクティブステアされるときに）、この転舵動作に合わせて車両の横方向に加わる外乱に抗する方向に操舵ハンドルを操作することを支援する力を操舵ハンドルに付与することができる。これにより、運転者は、付与された前記支援する力を知覚しながら操舵ハンドルを操作することができるため、車両の挙動を修正するために自ら操舵ハンドルを操作する場合であっても、車両の挙動変化に対して違和感を覚えにくくなる。

また、前記支援する力を操舵ハンドルに付与できることにより、運転者に対して適切に外乱に抗する方向への操舵ハンドルの操作を促すことができる。さらに、高周波成分を有する偏差に基づいて演算した支援する力を操舵ハンドルに付与して、言い換えれば、低周波成分を有する偏差に基づく支援する力を操舵ハンドルに付与しないようにして、運転者に対して適切に外乱に抗する方向への操舵ハンドルの操作を促すこともできる。これにより、運転経験に因らず、運転者は、速やかに（自然に）操舵ハンドルを操作することができて、速やかに車両の挙動を修正することができる。

本発明の各実施形態に共通の車両の操舵装置の全体システム構成図である。 本発明の第１実施形態に係り、図１の操舵反力用ＥＣＵおよび転舵用ＥＣＵによって実行される制御処理を表すブロック図である。 操舵角と車速とに基づいて目標横加速度を算出するための参照マップである。 目標横加速度に基づいてバネ反力トルク成分を算出するための参照マップである。 操舵角速度に基づいて摩擦反力トルク成分を算出するための参照マップである。 操舵角速度に基づいて粘性反力トルク成分を算出するための参照マップである。 目標横加速度と実横加速度との偏差に基づいて目標追加アシストトルクを算出するための参照マップである。 目標追加アシストトルクが付与されないときにおける標準的な運転技術および運転経験を有する運転者が車両の挙動を修正する状況を説明するためのグラフである。 目標追加アシストトルクが付与されるときにおける標準的な運転技術および運転経験を有する運転者が車両の挙動を修正する状況を説明するためのグラフである。 目標追加アシストトルクが付与されないときにおける優れた運転技術および豊富な運転経験を有して運転を熟知した運転者が車両の挙動を修正する状況を説明するためのグラフである。 目標追加アシストトルクが付与されるときにおける優れた運転技術および豊富な運転経験を有して運転を熟知した運転者が車両の挙動を修正する状況を説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態に係り、図１の操舵反力用ＥＣＵおよび転舵用ＥＣＵによって実行される制御処理を表すブロック図である。 高周波成分のみを有する目標横加速度と実横加速度との偏差に基づいて目標追加アシストトルクが付与されるときにおける優れた運転技術および豊富な運転経験を有して運転を熟知した運転者が車両の挙動を修正する状況を説明するためのグラフである。

ａ．第１実施形態
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、各実施形態に共通の車両の操舵装置のシステム構成を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、運転者によって操舵操作される操舵操作装置１０と、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を運転者の操舵操作に応じて転舵する転舵装置２０とを機械的に分離して備えたステアリングバイワイヤ方式を採用している。操舵操作装置１０は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル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の下端には減速機構を内蔵した反力発生用の操舵反力用電動モータ１３が組み付けられている。この操舵反力用電動モータ１３が本発明の反力アクチュエータに相当する。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸２１を備えている。この転舵軸２１の両端部には、タイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、転舵軸２１の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵軸２１の外周上には、図示しないハウジングに組み付けられた転舵用電動モータ２４が設けられている。転舵用電動モータ２４の回転は、ねじ送り機構２６により減速されるとともに転舵軸２１の軸線方向の変位に変換される。この転舵用電動モータ２４が本発明の転舵アクチュエータに相当する。

次に、操舵反力用電動モータ１３、転舵用電動モータ２４の回転駆動を制御する電気制御装置３０について説明する。電気制御装置３０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、操舵ハンドル１１の操舵角を検出する操舵角検出手段であって、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の基準点からの回転角を検出して操舵角θ_MAを表す信号を出力する。

転舵角センサ３２は、転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段であって、転舵軸２１の基準点からの軸線方向の変位量を検出して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを表す信号を出力する。ここで、転舵用電動モータ２４のロータの回転角度は、転舵軸２１の軸線方向の移動量、すなわち、転舵角δの変化量に対応した値を取る。したがって、本実施形態における転舵角センサ３２は、転舵用電動モータ２４のロータの基準位置に対する回転角度を検出する相対角センサ（例えば、レゾルバセンサ）と、基準位置を与えるための絶対角センサ（例えば、エンコーダ）とを備え、この両センサにより得られた転舵用電動モータ２４の回転角度から転舵角δを検出する。車速センサ３３は、車両の走行速度である車速Vを表す車速信号を出力する。横加速度センサ３４は、本発明の物理量検出手段に相当するもので、車体に固定され車幅方向に働く横加速度Gを表す信号を出力する。

なお、上述した操舵角θ_MA、実転舵角δおよび横加速度Gは、その方向を識別できるものであり、例えば、基準点に対して左方向に向いている、あるいは、左方向に作用している場合には正の値で表され、右方向に向いている、あるいは、右方向に作用している場合には負の値で表される。また、本明細書においては、方向を区別せずに検出値の大小関係について論じる場合には、その絶対値の大きさについて論じることとする。

また、電気制御装置３０は、互いに接続された操舵反力用電子制御ユニット（以下、単に、操舵反力用ＥＣＵという）３５と、転舵用電子制御ユニット（以下、単に、転舵用ＥＣＵという）３６とを備えている。操舵反力用ＥＣＵ３５および転舵用ＥＣＵ３６は、それぞれ、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あり、操舵反力用ＥＣＵ３５の入力側には操舵角センサ３１および車速センサ３３が接続され、転舵用ＥＣＵ３６の入力側には操舵角センサ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が接続されている。

また、操舵反力用ＥＣＵ３５の出力側には操舵反力用電動モータ１３を駆動制御するための駆動回路３７が接続されており、転舵用ＥＣＵ３６の出力側には転舵用電動モータ２４を駆動制御するための駆動回路３８が接続されている。駆動回路３７，３８内には、電動モータ１３，２４に流れる駆動電流をそれぞれ検出するための電流検出器３７ａ，３８ａが設けられている。電流検出器３７ａ，３８ａによって検出された駆動電流は、電動モータ１３，２４を駆動制御するために、操舵反力用ＥＣＵ３５と転舵用ＥＣＵ３６に対してそれぞれフィードバックされている。

次に、上記のように構成した第１実施形態に係る車両の操舵装置の動作について、操舵反力用ＥＣＵ３５および転舵用ＥＣＵ３６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詳細に説明する。なお、理解を容易とするために、まず、転舵用ＥＣＵ３６による転舵角制御から説明する。

転舵用ＥＣＵ３６は、目標横加速度演算部１０１を備えている。目標横加速度演算部１０１は、図３に示すように、操舵角θ_MAと車速Vとに基づいて目標横加速度G^*を計算するための参照マップを記憶している。目標横加速度演算部１０１は、操舵角センサ３１により検出した操舵角θ_MAと車速センサ３３により検出した車速Vとを入力し、この参照マップを参照することにより目標横加速度G^*を計算する。目標横加速度G^*は、車両の横方向運動により発生する車体の横加速度の目標値である。この場合、目標横加速度G^*は、操舵角θ_MAの増加に従って増加するとともに、車速Vの増加に従って増加する。尚、本実施形態では、目標横加速度G^*を、参照マップを用いて計算するようにしたが、参照マップに代えて操舵角θ_MAおよび車速Vに応じて変化する目標横加速度G^*を定義した関数を記憶しておき、この関数を用いて目標横加速度G^*を計算するようにしてもよい。また、本実施形態においては、操舵角θ_MAと車速Vとにより目標横加速度G^*を計算するが、車速Vに関係させずに操舵角θ_MAのみから目標横加速度G^*を求めるようにしてもよい。この場合、単に操舵角θ_MAに正比例する目標横加速度G^*を求めるようにして転舵用ＥＣＵ３６の演算負担を軽くすることもできる。なお、この目標横加速度演算部１０１は、本発明の目標物理量演算手段に相当する。

また、転舵用ＥＣＵ３６は、目標転舵角δ^*を計算するために、フィードフォワード演算部１０２、横加速度偏差演算部１０３、ＰＩ制御部１０４および目標転舵角演算部１０５を備えている。目標横加速度演算部１０１によって計算された目標横加速度Ｇ^*は、フィードフォワード演算部１０２と横加速度偏差演算部１０３とに入力される。フィードフォワード演算部１０２は、目標横加速度G^*を入力し、下記式１を用いて転舵角のフィードフォワード制御値δ_ffを計算する。

ただし、前記式１中のF_δg(s)は、例えば、下記式２で表されるように転舵角δを入力とし横加速度Gを出力とする伝達関数である。

なお、前記式２中のG_γ(V)は車速Vごとに設定される転舵角δ−ヨーレートγの定常ゲインを表し、ω_n(V)は車速Vごとに設定される車両の応答の固有振動数（共振周波数）を表し、ζは車両の応答の減衰比を表す。また、前記式２中のsはラプラス演算子を表す。また、前記式２中のT_y1，T_y2はそれぞれ下記式３，４で表される。

ここで、前記式３中のL_rは車両重心点と後車軸間の距離を表す。また、前記式４中のI_zは車両のヨーイング慣性モーメントを表し、K_rは車両後輪のコーナリングパワーを表し、Lは車両のホイールベースを表す。

横加速度偏差演算部１０３は、横加速度センサ３４によって検出された実横加速度Gをフィードバックして入力し、目標横加速度G^*と実横加速度Gとの偏差ΔG（=G^*−G）を計算する。すなわち、横加速度偏差演算部１０３は、目標横加速度G^*と、例えば、横風等の外乱の影響によって変化する実横加速度Gとの偏差ΔGを計算する。そして、計算された偏差ΔGは、ＰＩ制御部１０４に入力される。ＰＩ制御部１０４は、下記式５に示すように、入力した偏差ΔGに比例した比例項と偏差ΔGを積分した積分項とを加算して、転舵角のフィードバック制御値Δδ_fbを計算する。

従って、横加速度偏差演算部１０３とＰＩ制御部１０４とにより横加速度のフィードバック演算部を構成している。

フィードフォワード制御値δ_ffおよびフィードバック制御値Δδ_fbは、目標転舵角演算部１０５に入力される。目標転舵角演算部１０５は、フィードフォワード制御値δ_ffとフィードバック制御値Δδ_fbとを加算して目標転舵角δ^*（＝δ_ff＋Δδ_fb）を計算する。

また、転舵用ＥＣＵ３６は、更に、転舵角偏差演算部１０６、目標電流演算部１０７、電流偏差演算部１０８、ＰＩ制御部１０９、ＰＷＭ電圧発生部１１０を備えている。目標転舵角演算部１０５にて計算された目標転舵角δ^*は、転舵角偏差演算部１０６に入力される。転舵角偏差演算部１０６は、転舵角センサ３２から転舵角δ（以下、実転舵角δと呼ぶ）を入力し、目標転舵角δ^*と実転舵角δとの偏差Δδ（=δ^*−δ）を計算する。計算された偏差Δδは、目標電流演算部１０７に入力される。

目標電流演算部１０７は、目標転舵角δ^*と実転舵角δとの偏差Δδを入力して、それに比例した目標電流i^*を計算する。この目標電流i^*は、電動モータ２４に通電する目標電流値である。目標電流i^*は、電流偏差演算部１０８に入力される。電流偏差演算部１０８は、目標電流演算部１０７により算出された目標電流i^*と、電流検出器３８ａにより検出した電動モータ２４に流れる実際の電流iとを入力し、両者の偏差Δｉ（＝i^*−i）を算出する。電流偏差演算部１０８にて算出された偏差Δiは、ＰＩ制御部１０９に入力される。

ＰＩ制御部１０９は、入力した偏差Δiに比例した比例項と偏差Δiを積分した積分項とを加算して、電動モータ２４を駆動するための目標電圧v^*を計算する。つまり、偏差Δiがゼロになるように目標電圧v^*を計算する。ＰＩ制御部１０９により計算された目標電圧v^*は、ＰＷＭ電圧発生部１１０に入力される。ＰＷＭ電圧発生部１１０は、目標電圧v^*に対応したＰＷＭ制御電圧信号を駆動回路３８に出力する。駆動回路３８は、スイッチング素子から構成され、例えば、インバータ回路やＨブリッジ回路である。駆動回路３８は、ＰＷＭ制御電圧信号に対応したデューティ比でスイッチング素子をオンオフして、目標電圧v^*を電動モータ２４に印加する。これにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、電動モータ２４の駆動力により転舵される。

次に、操舵反力用ＥＣＵ３５による反力制御を説明する。操舵反力用ＥＣＵ３５は、基本反力演算部２０１と、追加アシスト力演算部２０２とを備えている。

基本反力演算部２０１は、目標横加速度演算部１０１によって計算された目標横加速度G^*を入力するとともに操舵角センサ３１により検出した操舵角θ_MAを入力し、目標基本操舵反力トルクTz^*を計算する。すなわち、基本反力演算部２０１は、予め記憶している図４に示す参照マップを参照して、目標横加速度演算部１０１から入力した目標横加速度G^*に基づいてバネ反力トルク成分Tzbを計算する。また、基本反力演算部２０１は、予め記憶している図５に示す参照マップを参照して、操舵角センサ３１から入力した操舵角θ_MAを時間で微分した操舵角速度θ_MA’に基づいて摩擦反力トルク成分Tzmを計算する。さらに、基本反力演算部２０１は、予め記憶している図６に示す参照マップを参照して、操舵角速度θ_MA’に基づいて粘性反力トルク成分Tznを計算する。そして、基本反力演算部２０１は、計算した各トルク成分Tzb，Tzm，Tznを合算することにより目標基本操舵反力トルクTz^*を計算する。

なお、本実施形態では、各トルク成分Tzb，Tzm，Tznを、参照マップを用いて計算するようにしたが、参照マップに代えて目標横加速度G^*および操舵角速度θ_MA’に応じて変化するバネ反力トルク成分Tzb，摩擦反力トルク成分Tzm，粘性反力トルク成分Tznを定義した関数を記憶しておき、この関数を用いて各トルク成分Tzb，Tzm，Tznを計算するようにしてもよい。また、本実施形態においては、目標横加速度G^*に基づいてバネ反力トルク成分Tzbを計算するが、例えば、操舵角θ_MAに基づいてバネ反力トルク成分Tzbを求めるようにしてもよい。

追加アシスト力演算部２０２は、横加速度偏差演算部１０３によって計算された偏差ΔGを入力し、目標追加アシストトルクTa^*を計算する。すなわち、追加アシスト力演算部２０２は、偏差ΔGが生じてＰＩ制御部１０４により転舵角のフィードバック制御値Δδ_fbが計算されることに合わせて、目標追加アシストトルクTa^*を計算する。なお、計算される目標追加アシストトルクTa^*は、横風等の外乱に抗する方向に運転者が操舵ハンドル１１を回動操作することを支援（補助）するトルクであり、目標基本操舵反力トルクT^*とは逆向きのトルクである。なお、追加アシスト力演算部２０１は、本発明の支援力演算手段に相当する。

具体的に、追加アシスト力演算部２０２は、予め記憶している図７に示す参照マップを参照して、横加速度偏差演算部１０３から入力した偏差ΔGに基づいて目標追加アシストトルクTa^*を計算する。なお、目標追加アシストトルクTa^*の大きさに関しては、大きすぎると目標基本操舵反力トルクTz^*による操舵ハンドル１１の回動操作時の抵抗感が損なわれて、操舵ハンドル１１を過大に回動操作しやすくなるため、例えば、目標基本操舵反力トルクTz^*を形成するバネ反力トルク成分Tzbと同程度の大きさに設定されるとよい。また、偏差ΔGが小さいときには、目標追加アシストトルクTa^*が「０」として計算される。これにより、偏差ΔGが小さい状況においては、上述したように、ＰＩ制御部１０４によりフィードバック制御値Δδ_fbが計算されて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がアクティブステア制御が実行されるものの、目標追加アシストトルクTa^*が「０」に計算される。したがって、この場合には、従来と同様に、運転者が操舵ハンドル１１を介して知覚する反力を変動させることなくアクティブステアが実行される。さらに、本実施形態では、目標追加アシストトルクTa^*を、参照マップを用いて計算するようにしたが、参照マップに代えて偏差ΔGに応じて変化する目標追加アシストトルクTa^*を定義した関数を記憶しておき、この関数を用いて目標追加アシストトルクTa^*を計算するようにしてもよい。

また、操舵反力用ＥＣＵ３５は、目標反力演算部２０３、目標電流演算部２０４、電流偏差演算部２０５、ＰＩ制御部２０６、ＰＷＭ電圧発生部２０７を備えている。目標基本操舵反力トルクT^*と目標追加アシストトルクTa^*は、目標反力演算部２０３に入力される。目標反力演算部２０３は、目標基本操舵反力トルクTz^*と目標追加アシストトルクTa^*とを加算して目標反力トルクTt^*（＝Tz^*＋Ta^*）を計算する。そして、計算された目標反力トルクTt^*は、目標電流演算部２０４に入力される。なお、上述したように、目標追加アシストトルクTa^*は、目標基本操舵反力トルクTz^*に対して逆向きのトルクであるため、実質的には、目標反力トルクTt^*は、目標基本操舵反力トルクTz^*から目標追加アシストトルクTa^*を減じたトルクとして計算される。

目標電流演算部２０４は、目標反力トルクTt^*を入力して、それに比例した目標電流it^*を計算する。この目標電流it^*は、電動モータ１３に通電する目標電流値である。目標電流it^*は、電流偏差演算部２０５に入力される。電流偏差演算部２０５は、目標電流演算部２０４により算出された目標電流it^*と、電流検出器３７ａにより検出した電動モータ１３に流れる実際の電流iとを入力し、両者の偏差Δｉ（＝it^*−i）を算出する。電流偏差演算部２０５にて算出された偏差Δiは、ＰＩ制御部２０６に入力される。

ＰＩ制御部２０６は、入力した偏差Δiに比例した比例項と偏差Δiを積分した積分項とを加算して、電動モータ１３を駆動するための目標電圧v^*を計算する。つまり、偏差Δiがゼロになるように目標電圧v^*を計算する。ＰＩ制御部２０６により計算された目標電圧v^*は、ＰＷＭ電圧発生部２０７に入力される。ＰＷＭ電圧発生部２０７は、目標電圧v^*に対応したＰＷＭ制御電圧信号を駆動回路３７に出力する。駆動回路３７も、駆動回路３８と同様に、スイッチング素子から構成され、例えば、インバータ回路やＨブリッジ回路である。駆動回路３７は、ＰＷＭ制御電圧信号に対応したデューティ比でスイッチング素子をオンオフして、目標電圧v^*を電動モータ１３に印加する。これにより操舵ハンドル１１には、電動モータ１３の駆動力によって、目標反力トルクTt^*に対応するトルクが付与される。

次に、上記のように目標反力トルクTt^*が付与された場合の効果について、図８，９を用いて説明する。図８は、標準的な運転技術および運転経験を有する運転者が、目標追加アシストトルクTa^*が付与されないときに、アクティブステアに加えて車両の挙動を修正する状況を計測したものである。具体的に説明すると、図８（ａ）は、目標基本操舵反力トルクTz^*（より詳しくは、目標基本操舵反力トルクTz^*のうちバネ反力トルク成分Tzb）のみが付与されていることを示し、図８（ｂ）は、目標横加速度G^*（すなわち、運転者による回動操作に伴う操舵ハンドル１１の操舵角θ_MAの変化）に対して横加速度センサ３４によって検出される実横加速度Gが変化していることを示している。そして、図８（ｃ）は、目標追加アシストトルクTa^*が付与されない状況においては、特に丸で囲んで示すように、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両に発生するヨーレートの変化がより大きくなっていることを示している。

すなわち、この場合には、転舵用ＥＣＵ３６が左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を自動的に転舵（アクティブステア）させても、目標追加アシストトルクTa^*が付与されないために、運転者が知覚する反力にはアクティブステアに伴う変動が生じない。このため、運転者が車両の挙動変化に対して操舵ハンドル１１を回動操作すると、アクティブステアによる左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に対して運転者の操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が余剰的に加わることになり、結果として、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作しすぎてヨーレートの変化が大きくなっている。

これに対して、図９は、標準的な運転技術および運転経験を有する運転者が、目標追加アシストトルクTa^*が付与されているときに、アクティブステアに加えて車両の挙動を修正する状況を計測したものである。具体的に説明すると、図９（ａ）は、目標基本操舵反力トルクTz^*（より詳しくは、目標基本操舵反力トルクTz^*のうちバネ反力トルク成分Tzb）と目標追加アシストトルクTa^*が付与されていることを示し、図９（ｂ）は、目標横加速度G^*（すなわち、運転者による回動操作に伴う操舵ハンドル１１の操舵角θ_MAの変化）に対して横加速度センサ３４によって検出される横加速度Gが変化していることを示している。なお、この場合、図８（ｂ）に比して、横加速度センサ３４によって検出される横加速度Gの変化が幾分か小さくなっている。そして、図９（ｃ）は、目標追加アシストトルクTa^*が付与される状況では、特に丸で囲んで示すように、図８（ｃ）と比較して、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両に発生するヨーレートの変化が明らかに小さくなっていることを示している。

すなわち、この場合には、転舵用ＥＣＵ３６が左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をアクティブステアさせると、目標追加アシストトルクTa^*が付与されるために、運転者が知覚する反力にアクティブステアに伴う変動が生じる。これにより、運転者がこの反力の変化を知覚しながら車両の挙動変化に対して操舵ハンドル１１を回動操作できるため、アクティブステアによる左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に対して運転者の操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が適切に加わることになり、結果として、ヨーレートの変化が小さくなっている。

このように、この第１実施形態によれば、アクティブステアされるときに、この転舵動作に合わせて目標追加アシストトルクTa^*を操舵ハンドル１１に付与することができる。これにより、運転者は、付与された目標追加アシストトルクTa^*を知覚しながら、言い換えれば、反力の適切な変動を知覚しながら、操舵ハンドル１１を回動操作することができる。したがって、自動的に実行されるアクティブステアに加えて車両の挙動を修正するために自ら操舵ハンドル１１を回動操作する場合であっても、車両の挙動変化に対して違和感を覚えにくくなる。

また、目標追加アシストトルクTa^*を操舵ハンドル１１に付与できることにより、運転者に対して適切に外乱に抗する方向への操舵ハンドル１１の回動操作を促すことができる。これにより、運転者は、速やかに（自然に）操舵ハンドル１１を回動操作することができて、速やかに車両の挙動を修正することができる。

ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、外乱の入力に伴う実横加速度Gの変化に応じて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をアクティブステアさせるとともにこの転舵動作に応じて目標追加アシストトルクTa*を付与するように実施した。この場合、優れた運転技術および豊富な運転経験を有して運転を熟知した運転者（所謂、スキルドライバ）においては、外乱の入力に対して反応が早く、偏差ΔGの発生に伴って目標追加アシストトルクTa^*を単に付与すると、操舵ハンドル１１を過大に回動操作する傾向がある。このことを図１０および図１１を用いて説明する。

図１０は、スキルドライバが、目標追加アシストトルクTa^*が付与されないときに、アクティブステアに加えて車両の挙動を修正する状況を計測したものである。具体的に説明すると、図１０（ａ）は、目標基本操舵反力トルクTz^*（より詳しくは、目標基本操舵反力トルクTz^*のうちバネ反力トルク成分Tzb）のみが付与されていることを示し、図１０（ｂ）は、目標横加速度G^*（すなわち、スキルドライバによる回動操作に伴う操舵ハンドル１１の操舵角θ_MAの変化）に対して横加速度センサ３４によって検出される横加速度Gが変化していることを示し、図１０（ｃ）は、目標追加アシストトルクTa^*が付与されない状況での、スキルドライバによる操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両に発生するヨーレートの変化を示している。

これに対して、図１１は、スキルドライバが、上記第１実施形態において説明したように、偏差ΔGの発生に伴って目標追加アシストトルクTa^*が付与されているときに、アクティブステアに加えて車両の挙動を修正する状況を計測したものである。具体的に説明すると、図１１（ａ）は、目標基本操舵反力トルクTz^*（より詳しくは、目標基本操舵反力トルクTz^*のうちバネ反力トルク成分Tzb）と目標追加アシストトルクTa^*が付与されていることを示し、図１１（ｂ）は、目標横加速度G^*（すなわち、スキルドライバによる回動操作に伴う操舵ハンドル１１の操舵角θ_MAの変化）に対して横加速度センサ３４によって検出される横加速度Gが変化していることを示している。そして、図１１（ｃ）は、偏差ΔGの発生に伴って目標追加アシストトルクTa^*が付与される状況では、特に丸で囲んで示すように、図１０（ｃ）と比較して、スキルドライバによる操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両に発生するヨーレートの変化がより大きくなっていることを示している。

すなわち、この場合には、偏差ΔGの発生に伴って常に目標追加アシストトルクTa^*が付与されている。このため、反応の早いスキルドライバにおいては、目標追加アシストトルクTa^*によって操舵ハンドル１１を回動操作しすぎてしまい、その結果、ヨーレートの変化が大きくなっている。したがって、この第２実施形態においては、スキルドライバが外乱の入力に対して対処できる偏差ΔGの低周波数域では目標追加アシストトルクTa^*を付与せず、偏差ΔGの高周波数域に対応して目標追加アシストトルクTa^*を付与する。以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この第２実施形態においては、図１２に示すように、上記第１実施形態に比して、操舵反力用ＥＣＵ３５がハイパスフィルタ処理部２０８（以下、単にＨＰＦ処理部２０８という）を備えている点で異なる。ＨＰＦ処理部２０８は、横加速度偏差演算部１０３から出力される偏差ΔGのうち、予め設定された周波数以上の周波数を有する信号のみを通過させて、追加アシスト力演算部２０２に入力する。これにより、追加アシスト力演算部２０２は、高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づいて、上記第１実施形態と同様に、目標追加アシストトルクTa^*を計算する。これにより、追加アシスト力演算部２０２は、スキルドライバが入力した外乱に反応し得る低周波成分を有する偏差ΔGに基づいた目標追加アシストトルクTa^*は計算せず、スキルドライバであっても反応し得ない高周波成分を有する偏差ΔGに基づいた目標追加アシストトルクTa^*を計算する。

そして、目標反力演算部２０３は、上記第１実施形態と同様に、基本反力演算部２０１によって計算された目標基本操舵反力トルクTz^*と高周波成分を有する偏差ΔGに基づいて計算された目標追加アシストトルクTa^*とを加算して（より詳しくは、目標基本操舵反力トルクTz^*から逆向きの目標追加アシストトルクTa^*を減算して）目標反力トルクTt^*を計算する。このように、目標反力演算部２０３が目標反力トルクTt^*を計算すると、上記第１実施形態と同様に、目標電流演算部２０４、電流偏差演算部２０５、ＰＩ制御部２０６およびＰＷＭ電圧発生部２０７によって、電動モータ１３が駆動制御され、操舵ハンドル１１には目標反力トルクTt^*に対応するトルクが付与される。

次に、上記のように目標反力トルクTt^*が付与された場合の効果について、図１３を用いて説明する。図１３は、スキルドライバが、高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づいて目標追加アシストトルクTa^*が付与されているときに、アクティブステアに加えて車両の挙動を修正する状況を計測したものである。具体的に説明すると、図１３（ａ）は、目標基本操舵反力トルクTz^*（より詳しくは、目標基本操舵反力トルクTz^*のうちバネ反力トルク成分Tzb）と目標追加アシストトルクTa^*が付与されていることを示し、図１３（ｂ）は、目標横加速度G^*（すなわち、運転者による回動操作に伴う操舵ハンドル１１の操舵角θ_MAの変化）に対して横加速度センサ３４によって検出される横加速度Gが変化していることを示している。なお、この場合、図１１（ｂ）に比して、横加速度センサ３４によって検出される横加速度Gの変化が小さくなっている。そして、図１３（ｃ）は、高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づいて目標追加アシストトルクTa^*が付与される状況では、特に丸で囲んで示すように、図１１（ｃ）と比較して、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴って車両に発生するヨーレートの変化が大幅に小さくなっていることを示している。

すなわち、この場合には、転舵用ＥＣＵ３６が左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をアクティブステアさせると、高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づいて目標追加アシストトルクTa^*が付与されるために、スキルドライバが反応して対応できる低周波成分に関しては目標追加アシストトルクTa^*が付与されず、スキルドライバであっても反応して対応できない高周波成分に関して目標追加アシストトルクTa^*が付与される。これにより、スキルドライバは、高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づいてアクティブステアに伴う目標追加アシストトルクTa^*が付与されることによって外乱への素早い対応が促される一方で、自身の意思（反応）に基づいて操舵ハンドル１１を回動操作するときには適切な反力を知覚することができる。これにより、アクティブステアによる左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に対してスキルドライバの操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が適切に加わることになり、結果として、ヨーレートの変化が小さくなっている。

このように、この第２実施形態によれば、アクティブステアされるときに、この転舵動作に合わせて高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づく目標追加アシストトルクTa^*を操舵ハンドル１１に付与することができる。これにより、スキルドライバは、付与された目標追加アシストトルクTa^*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ため、車両の挙動を修正するために自ら操舵ハンドル１１を回動操作する場合であっても、車両の挙動変化に対して違和感を覚えにくくなる。

また、高周波成分のみを有する偏差ΔGに基づいて演算した目標追加アシストトルクTa^*を操舵ハンドル１１に付与して、言い換えれば、低周波成分を有する偏差ΔGに基づく目標追加アシストトルクTa^*を操舵ハンドル１１に付与しないようにして、スキルドライバに対して適切に外乱に抗する方向への操舵ハンドル１１の回動操作を促すことができる。これにより、スキルドライバは、より速やかに（自然に）操舵ハンドル１１を回動操作することができて、速やかに車両の挙動を修正することができる。

本発明の実施にあたっては、上記第１および第２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、上記第１および第２実施形態においては、目標横加速度演算部１０１が目標横加速度G^*を計算し、横加速度偏差演算部１０３が横加速度センサ３４によって検出された実横加速度Gと目標横加速度G^*の偏差ΔGを計算し、追加アシスト力演算部２０２が偏差ΔGに応じた目標追加アシストトルクTa^*を計算するように実施した。この場合、車両に発生するヨーレートγは横加速度Gおよび車速Vを用いてγ＝G／Vで表されることから、車両に発生した横加速度Gを用いることに代えて、車両に発生したヨーレートγを用いて追加アシスト力演算部２０２が目標追加アシストトルクTa^*を計算するように実施することも可能である。

この場合、電気制御装置３０は、図１にて破線で示すように、車両に発生した実際のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ３９を備えるように変更され、転舵用ＥＣＵ３６が目標横加速度演算部１０１および横加速度偏差演算部１０３を備えることに代えて、目標ヨーレート演算部およびヨーレート偏差演算部を備えるように変更されるとよい。そして、目標ヨーレート演算部が、目標横加速度演算部１０１と同様に、目標ヨーレートγ^*を計算し、ヨーレート偏差演算部が、横加速度偏差演算部１０３と同様に、ヨーレートセンサ３９によって検出された実ヨーレートγと目標ヨーレートγ^*の偏差Δγを計算する。これにより、追加アシスト力演算部２０２が、上記第１および第２実施形態と同様にして偏差Δγに応じた目標追加アシストトルクTa^*を計算することによって、上記第１および第２実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記第１および第２実施形態においては、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置を採用して実施した。しかしながら、ステアリングギヤ比を自在に調整可能なギヤ比可変操舵装置に適用することもできる。この場合であっても、上記第１および第２実施形態と同様の効果が期待できる。

１０…操舵操作装置、１１…操舵ハンドル、２０…転舵装置、２４…転舵用電動モータ、３０…電気制御装置、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…操舵反力用ＥＣＵ、３６…転舵用ＥＣＵ、３９…ヨーレートセンサ、１０１…目標横加速度演算部、１０２…フィードフォワード演算部、１０３…横加速度偏差演算部、１０４…ＰＩ制御部、１０５…目標転舵角演算部、１０６…転舵角偏差演算部、２０１…基本反力演算部、２０２…追加アシスト力演算部、２０８…ＨＰＦ処理部

Claims (2)

1. 車両を操舵するために操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に対して反力を付与する反力アクチュエータと、車輪を転舵する転舵アクチュエータと、車両の横方向に加わる外乱により変化して車体に発生する実際の物理量を検出する物理量検出手段と、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記車体に発生する物理量の目標物理量を演算する目標物理量演算手段と、前記目標物理量演算手段により演算した目標物理量に応じて指令値を設定する指令値設定手段と、前記指令値設定手段により設定した指令値と、前記検出した実際の物理量と前記演算した目標物理量との偏差に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動して前記車輪を転舵する転舵制御手段とを備えた車両の操舵装置において、
   前記検出した実際の物理量と前記演算した目標物理量との偏差のうち、所定の周波数よりも高い周波数成分のみを通過させるフィルタと、
   前記フィルタを通過した高い周波数成分を有する偏差に基づいて、前記車両の横方向に加わる外乱に抗する方向に前記操舵ハンドルを操作することを支援する力を演算する支援力演算手段と、
   前記操舵ハンドルの操作に対して付与する反力に対して前記演算した支援する力を加算した目標反力に基づいて前記反力アクチュエータを駆動する反力制御手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記物理量は、
   車体の車幅方向に発生する横加速度または車体の重心点回りに発生するヨーレートであることを特徴とする車両の操舵装置。

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