JP5494176B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

例えば、特許文献１には、ハンドルから転舵輪へと至る操舵系が機械的に分離されて、ドライバによるハンドルの操作量（操舵量）としての操舵角と転舵輪の転舵量としての転舵角との関係が任意に設定可能なステアバイワイヤ機構を用いた車両用操舵装置が開示されている。この装置によれば、操舵角と操舵角速度とに応じて転舵輪の目標転舵角が算出される。そして、転舵輪の転舵角が目標転舵角となるように転舵輪が制御されるとともに、操舵角に応じてハンドルに操舵反力が付与される。操舵角および操舵角速度に応じて転舵輪の目標転舵角が算出されるので、ドライバの操舵に対して応答性よく転舵輪を転舵（制御）することができる。

また、例えば、特許文献２には、操舵角と操舵角速度とに応じて転舵輪の目標転舵角を算出し、この目標転舵角に基づいて転舵輪を転舵駆動する駆動手段を制御するとともに、目標転舵角に基づいてハンドルの操舵反力を制御する手法が開示されている。

特開２００７−９９０６０号公報 特開２００１−１３８９３６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、操舵停止後も転舵輪の転舵角が変化するため車両挙動は変化するが、操舵反力は変化しないため、操舵反力と車両挙動との乖離にドライバが違和感を覚える可能性がある。一方、特許文献２に開示された手法によれば、目標転舵角に応じてハンドルに操舵反力を付与することにより、ドライバが感じる操舵反力と車両挙動との乖離を抑制することが考えられる。しかしながら、操舵開始時や停止時には操舵角速度が大きく変化するため大きな操舵反力の変化が発生し、当該反力に対してドライバが違和感を覚える可能性がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵に対して応答性よく転舵輪を転舵しつつも、操舵開始時や操舵停止時に大きな操舵反力の変化が発生することを抑制してドライバに与える違和感の低減を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、検出した操舵角に基づいて第１の目標転舵角を算出し、操舵角速度に基づいて第２の目標転舵角を算出する。一方、算出した第１の目標転舵角に基づいて第１の目標操舵反力を算出し、算出した第２の目標転舵角に対して高周波成分を減衰させる処理を施すことにより求められた補正値に基づいて第２の目標操舵反力を算出する。これにともない、第１の目標転舵角と第２の目標転舵角とを加算した最終目標転舵角に基づいて転舵輪を制御し、第１の目標操舵反力と第２の目標操舵反力とを加算した最終目標操舵反力に基づいて操舵反力を制御する。

本発明によれば、操舵角に基づく第１の目標転舵角と、操舵角速度に基づく第２の目標
転舵角とを加算した最終目標転舵角に基づいて転舵輪を制御している。このため、ドライバの操舵に対して転舵輪を応答性よく転舵することができる。また、操舵角に基づく第１の目標転舵角に基づいて第１の目標操舵反力を算出し、操舵角速度に基づく第２の目標転舵角に対して高周波成分を減衰させる処理を施すことにより求められた補正値に基づいて第２の目標操舵反力を算出する。そして、第１および第２の目標操舵反力を加算した最終目標操舵反力に基づいて操舵反力を制御している。このため、第２の目標転舵角が大きな変化を伴ったとしても、第２の目標操舵反力、ひいては、最終目標操舵反力に反映される変化が抑制されることとなる。そのため、操舵開始時および操舵停止時に大きな操舵反力の変動が生じるといった事態を抑制することができる。これにより、転舵輪を応答性よく制御しつつもドライバに与える違和感の低減を図ることができる。

第１の実施形態にかかる車両用操舵装置１が適用された車両Ｃの構成を模式的に示す説明図 ＳＢＷコントローラ２０の構成を示すブロック図である。 第１の目標転舵角演算部２１の構成を示すブロック図 操舵ギヤ比演算部２１１の構成を示すブロック図 第２の目標転舵角演算部２２の構成を示すブロック図 第１の目標操舵反力演算部２３の構成を示すブロック図 路面μ推定部２３１の構成を示すブロック図 横加速度Ｇｅの演算マップを示す説明図 第２の目標操舵反力演算部２４の構成を示すブロック図 指示部２４２の構成を示すブロック図 第１の演算部２４２ａの構成を示すブロック図 第２の演算部２４２ｂの構成を示すブロック図 第３の演算部２４２ｃによるゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３の決定手順を示すフローチャート 第１の実施形態に示す制御の適用の有無を比較した説明図 第１の実施形態に示す制御の適用の有無を比較した説明図 第２の施形態にかかる第２の目標転舵角演算部２２の構成を示すブロック図

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる車両用操舵装置１が適用された車両Ｃの構成を模式的に示す説明図である。この車両Ｃにおいて、ドライバによってハンドルＳｔが操作（操舵）された場合、転舵輪である前輪Ｗｆは、例えばステアバイワイヤ機構を用いた車両用操舵装置１によって操舵される。このステアバイワイヤ機構では、ハンドルＳｔから前輪Ｗｆへと至る操舵系が機械的に分離されており、ドライバによるハンドルＳｔの操作量としての操舵角と、前輪Ｗｆの転舵量としての転舵角との関係が任意に設定される。

ハンドルＳｔが一端に取付けられたステアリングシャフト２の他端には、操舵反力アクチュエータである電動モータ（以下「反力モータ」という）３の出力軸が接続されている。この反力モータ３において発生したトルクは、ステアリングシャフト２を介し、操舵反力としてハンドルＳｔに伝達される。

一方、左右の前輪Ｗｆには、ナックルアーム（図示せず）がそれぞれ接続されており、個々のナックルアームは、タイロッド４を介してラック５にそれぞれ接続している。ラック５には、ピニオンシャフト６が噛合して、いわゆるラック・アンド・ピニオンを形成している。ピニオンシャフト６には、転舵輪駆動アクチュエータである電動モータ（以下「
転舵モータ」という）７が接続されており、この転舵モータ７において発生したトルクはピニオンシャフト６を介してラック５へ伝達される。これにより、ピニオンシャフト６が回転すると、ラック５が軸線方向に変位し、この変位に応じて、前輪Ｗｆの操舵角が変化する。

なお、図示しないが、車両用操舵装置１には、ステアバイワイヤ機構に何らかの異常が発生した場合に、ステアリングシャフト２とピニオンシャフト６とを機械的に接続してトルク伝達を可能とする動力伝達機構（例えば、異常が発生した場合に締結するクラッチ）が設けられている。この動力伝達機構により、ステアバイワイヤ機構に何らかの異常が発生した場合にはドライバがハンドルＳｔを操舵することによって、前輪Ｗｆを直接的に転舵操作可能としている。なお、以下の説明では、ステアバイワイヤ機構に異常が発生していない状態を前提とし、ステアリングシャフト２とピニオンシャフト６とは機械的に分離しているものとする。

反力モータ３および転舵モータ７の回転出力（出力トルク）は、ＳＢＷコントローラ２０によって制御されており、このＳＢＷコントローラ２０により、ハンドルＳｔの操舵に応じた前輪Ｗｆの転舵角と操舵反力とが設定される。ＳＢＷコントローラ２０には、これらのモータ３，７の出力制御を行うために、センサ８〜１１を含む検出系からの検出値が入力される。

操舵角センサ８は、ステアリングシャフト２に取付けられており、ステアリングシャフト２の回転角に基づいて操舵角θを検出する（操舵角検出手段）。例えば、ハンドルＳｔの中立位置に相当する直進走行時の操舵角θを基準値（たとえば、ゼロ）として、操舵角センサ８は基準値からの操舵角θを検出する。転舵角センサ９は、ピニオンシャフト６に取付けられており、ピニオンシャフト６の回転角に基づいて前輪Ｗｆの転舵角δを検出する（転舵角検出手段）。車速センサ１０は、左右の後輪Ｗｒにそれぞれ設けられており、後輪Ｗｒの回転状態から車速Ｖを検出する。タイヤ横力センサ１１は、左右の前輪Ｗｆのハブ部にそれぞれ設けられており、前輪Ｗｆのタイヤに作用する路面反力である横力（以下「タイヤ横力」という）Ｆｙを検出する（横力検出手段）。

ＳＢＷコントローラ２０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、操舵制御に関する各種の処理を行う。ＳＢＷコントローラ２０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。このＳＢＷコントローラ２０は、検出系によって検出される各種の情報に基づいて種々の演算を行う。そして、ＳＢＷコントローラ２０は、演算結果に応じた制御信号を、反力付与手段である反力モータ３および転舵輪駆動手段である転舵モータ７に出力することにより、操舵反力および前輪Ｗｒの転舵角δを制御する。

図２は、ＳＢＷコントローラ２０の構成を示すブロック図である。ＳＢＷコントローラ２０は、これを機能的に捉えた場合、第１の目標転舵角演算部２１、第２の目標転舵角演算部２２、第１の目標操舵反力演算部２３、第２の目標操舵反力演算部２４、転舵制御部２５および反力制御部２６を有している。

第１の目標転舵角演算部２１は、操舵角θおよび車速Ｖを入力として、第１の目標転舵角θ１を算出する（第１の目標転舵角演算手段）。算出された第１の目標転舵角θ１は、第１の目標操舵反力演算部２３および第２の目標操舵反力演算部２４にそれぞれ出力されるとともに、加算器により後述する第２の目標転舵角θ２が加算されることにより最終目標転舵角θｔとして転舵制御部２５に出力される。

第２の目標転舵角演算部２２は、操舵角θおよび車速Ｖを入力として、第１の目標転舵角θ１とは異なる第２の目標転舵角θ２を算出する（第２の目標転舵角演算手段）。算出された第２の目標転舵角θ２は、第２の目標操舵反力演算部２４と、第１の目標転舵角θ１に対する加算器とにそれぞれ出力される。

第１の目標操舵反力演算部２３は、第１の目標転舵角θ１と、車速Ｖと、タイヤ横力Ｆｙとを入力として、第１の目標操舵反力Ｔ１を算出する（第１の目標操舵反力演算手段）。算出された第１の目標操舵反力Ｔ１は、加算器により後述する第２の目標操舵反力Ｔ２が加算されることにより最終目標操舵反力Ｔｔとして反力制御部２６に出力される。

第２の目標操舵反力演算部２４は、第１の目標転舵角θ１と、車速Ｖと、第２の目標転舵角θ２とを入力として、第１の目標操舵反力Ｔ１とは異なる第２の目標操舵反力Ｔ２を算出する（第２の目標操舵反力演算手段）。算出された第２の目標操舵反力Ｔ２は、第１の目標操舵反力Ｔ１に対する加算器に出力される。

転舵制御部２５は、転舵モータ７を制御することにより、前輪Ｗｆに付与する転舵角δを制御する（転舵輪制御手段）。具体的には、転舵制御部２５は、転舵角δと、最終目標転舵角θｔとを入力として、転舵角δが最終目標転舵角θｔと対応するように転舵モータ７を制御する。

反力制御部２６は、反力モータ３を制御することにより、ハンドルＳｔに付与する操舵反力を制御する（反力制御手段）。具体的には、反力制御部２６は、最終目標操舵反力Ｔｔを入力として、ハンドルＳｔに付与される操舵反力が最終操舵目標操舵反力Ｔｔと対応するように反力モータ３を制御する。

以下、ＳＢＷコントローラ２０の詳細な動作について説明する。以下に示す動作は、例えば、車両Ｃのイグニッションスイッチのオンとともに開始され、所定の周期で実行される。まず、ＳＢＷコントローラ２０は、転舵角センサ９、操舵角センサ８、車速センサ１０およびタイヤ横力センサ１１から転舵角δ、操舵角θ、車速Ｖおよびタイヤ横力Ｆｙをそれぞれ読み込む。

図３は、第１の目標転舵角演算部２１の構成を示すブロック図である。第１の目標転舵角演算部２１は、操舵ギヤ比演算部２１１および転舵角演算部２１２を有している。

操舵ギヤ比演算部２１１は、図４に示すように、車速Ｖに基づいて、操舵ギヤ比Ｎを算出する。操舵ギヤ比Ｎは、車速Ｖと相関を有しており、車速Ｖが低い低速領域（Ａ１）では操舵応答が俊敏になるように小さな値、車速Ｖが高い高速領域（Ａ２）では操舵応答が緩慢になるように大きな値に設定されている。操舵ギヤ比Ｎと車速Ｖとの関係は実験やシミュレーションを通じて予め設定されており、操舵ギヤ比演算部２１１は、当該関係を規定したマップを保持しており、車速Ｖに応じて操舵ギヤ比Ｎを出力する。操舵ギヤ比Ｎは、転舵角演算部２１２に出力される。

なお、本実施形態では、上述の通り車速Ｖに応じて操舵応答を変更するために、操舵ギヤ比Ｎを車速Ｖに応じて可変としているが、これに限定されない。車速Ｖに応じて操舵応答を変更する必要がない場合は、操舵ギヤ比演算部２１１は、例えば予め定められた所定（一定）の操舵ギヤ比Ｎを出力すればよく、この場合は車速Ｖを操舵ギヤ比演算部２１１に入力する必要はない。

転舵角演算部２１２は、下式に示すように、操舵角θおよび操舵ギヤ比Ｎに基づいて、第１の目標転舵角θ１を算出する。

同数式から分かるように、第１の目標転舵角θ１は、操舵ギヤ比Ｎと、操舵角θとを積算することにより算出される。

図５は、第２の目標転舵角演算部２２の構成を示すブロック図である。第２の目標転舵角演算部２２は、微分値演算部２２１と、操舵ギヤ比演算部２２２と、転舵角演算部２２３とを有する。

微分値演算部２２１は、操舵角θを時間微分し、操舵角速度θｔを算出する（操舵角速度検出手段）。算出された操舵角速度θｔは、転舵角演算部２２３に出力される。また、操舵ギヤ比演算部２２２は、前述した操舵ギヤ比演算部２１１と同様に、車速Ｖに基づいて、操舵ギヤ比Ｎを算出する。算出された操舵ギヤ比Ｎは、転舵角演算部２２３に出力される。

転舵角演算部２２３は、下式に示すように、操舵角速度θｔおよび操舵ギヤ比Ｎに基づいて、第２の目標転舵角θ２を算出する。

同数式において、Ｋ１は、比例定数であり、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。同数式から分かるように、第２の目標転舵角θ２は、操舵角速度θｔおよび比例定数Ｋ１の積算値と、操舵ギヤ比Ｎとを積算することにより算出される。

図６は、第１の目標操舵反力演算部２３の構成を示すブロック図である。第１の目標操舵反力演算部２３は、路面μ推定部２３１と、反力演算部２３２とを有する。

路面μ推定部２３１は、第１の目標転舵角θ１と、車速Ｖと、タイヤ横力Ｆｙとに基づいて、路面の摩擦係数（以下「路面μ」という）の推定値である路面μ推定値μｅを算出する（路面摩擦係数推定手段）。具体的には、図７に示すように、路面μ推定部２３１は、横加速度推定部２３１ａと、横加速度換算部２３１ｂと、μ推定部２３１ｃとを有している。

横加速度推定部２３１ａは、第１の目標転舵角θ１と、車速Ｖとに基づいて、車体に生じる横加速度Ｇｅ（以下「推定横加速度Ｇｅ」という）を推定する。推定横加速度Ｇｅは、図８に示すように、第１の目標転舵角θ１が大きい程、さらに、車速Ｖが大きい程（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）、大きな値を示す傾向を有している。横加速度Ｇｅと、第１の目標転舵角θ１および車速Ｖとの関係は、例えば路面μを一般的な乾燥路面における路面μとした条件下での実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。横加速度推定部２３１ａは、種々の車速Ｖ毎に、横加速度Ｇｅと第１の目標転舵角θ１との関係を規定したマップを保持しており、第１の目標転舵角θ１と車速Ｖとから推定横加速度Ｇｅを算出する。また、マップに規定されない車速Ｖについて推定横加速度Ｇｅの演算を行う場合、横加速度推定部２３１ａは、既存のマップに基づいて線形補完を行うことが好ましい。推定横加速度Ｇｅは、μ推定部２３１ｃに出力される。

横加速度換算部２３１ｂは、タイヤ横力Ｆｙから換算される、車体に生じる横加速度Ｇｖ（以下「換算横加速度Ｇｖ」という）を算出する。具体的には、横加速度換算部２３１
ｂは、下式に基づいて換算横加速度Ｇｖを算出する。

同数式において、ｍは車両質量である。ｌｆは重心と前輪軸との間の距離であり、ｌｒは重心と後輪軸との間の距離である。また、Ｃ１は補正係数であり、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。換算横加速度Ｇｖは、車両諸元とタイヤ横力Ｆｙとに応じて決定される値であり、タイヤ横力Ｆｙが大きい程、大きな値を示す傾向を有している。換算横加速度Ｇｖは、μ推定部２３１ｃに出力される。

μ推定部２３１ｃは、以下に示す関係式より、推定横加速度Ｇｅと換算横加速度Ｇｖとの比較に基づいて路面μ推定値μｅを算出する。

同数式において、Ｃ２は補正係数であり、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。横加速度の推定演算において仮定する路面μ（例えば一般的な乾燥路面における路面μ）と実際の路面μとの差（Δμ）が、推定横加速度Ｇｅと換算横加速度Ｇｖとの横加速度差に相当することに基づいて同数式から路面μ推定値μｅが算出される。路面μ推定値μｅは、反力演算部２３２に出力される。

反力演算部２３２は、路面μ推定値μｅおよび第１の目標転舵角θ１に基づいて、第１の目標操舵反力Ｔ１を算出する（反力演算手段）。具体的には、反力演算部２３２は、下式に基づいて第１の目標操舵反力Ｔ１を算出する。

同数式において、Ｐ１は、比例定数である。同数式から分かるように、第１の目標操舵反力Ｔ１は、路面μ推定値μｅが低い場合は、これが高い場合と比較して比例的に小さな値に設定される。

図９は、第２の目標操舵反力演算部２４の構成を示すブロック図である。第２の目標操舵反力演算部２４は、参照横加速度演算部２４１、指示部２４２、ＬＰＦ処理部２４３および反力演算部２４４を有している。

参照横加速度演算部２４１は、車速Ｖおよび第１の目標転舵角θ１に基づいて、車両Ｃの横加速度の推定値である参照横加速度Ｇｒを算出する。具体的には、参照横加速度演算部２４１は、下式に基づいて参照横加速度Ｇｒを算出する。
Ｇｒ＝φ・Ｖ

同数式において、φは参照ヨーレートであり、下式により算出される。

ここで、Ｋｆは前輪のタイヤのコーナリングパワー、Ｋｒは後輪のタイヤのコーナリングパワーであり、ｌはホイールベースである。算出された参照横加速度Ｇｒは、指示部２４２に対して出力される。なお、参照横加速度演算部２４１は、前述した横加速度推定部２３１ａと同様に、マップ演算により参照横加速度Ｇｒを演算してもよい。

指示部２４２は、車速Ｖ、参照横加速度Ｇｒおよび第１の目標転舵角θ１に基づいてゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈを設定する（周波数設定手段）。このゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈは、ＬＰＦ処理部２４３により第２の目標転舵角θ２に対して施されるフィルタ処理（ローパスフィルタ処理）に作用するパラメータである。すなわち、ゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈの設定により、第２の目標操舵反力Ｔ２に対して反映される第２の目標転舵角θ２の影響度合いをコントロールすることができる。本実施形態では、車速Ｖ、参照横加速度Ｇｒ、第１の目標転舵角θ１の観点からゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈが設定される。これにより、第２の目標転舵角の変化を抑制した値（後述する第２の転舵角補正値θ2a）に基づいて第２の目標操舵反力Ｔ２を算出することで、第２の目標転舵角θ２の過渡的な変化に応じた第２の目標操舵反力Ｔ２の変化が抑制されるようにする。

図１０に示すように、指示部２４２は、第１から第３の演算部２４２ａ〜２４２ｃと、第１および第２の最小値選択部２４２ｄ，２４２ｅとを有している。

図１１は、第１の演算部２４２ａの構成を示すブロック図である。第１の演算部２４２ａは、車速Ｖに基づいて、車速Ｖに依存するゲインＫ１およびカットオフ周波数Ｈ１を算出する。高速走行時、操舵に伴う操舵反力の変動を抑制することでドライバの操舵を阻害しないようにとの観点から、図中領域Ａ３，Ａ４で示すように、ゲインＫ１およびカットオフ周波数Ｈ１は、車速Ｖが大きい程、小さい値となるような傾向を有している。車速Ｖに対するゲインＫ１およびカットオフ周波数Ｈ１の関係は、実験やシミュレーションを通じて予め設定されており、第１の演算部２４２ａは、当該関係をマップとして保持している。車速Ｖに依存するゲインＫ１は、第１の最小値選択部２４２ｄに出力され、また、車速Ｖに依存するカットオフ周波数Ｈ１は、第２の最小値選択部２４２ｅに出力される。

図１２は、第２の演算部２４２ｂの構成を示すブロック図である。第２の演算部２４２ｂは、参照横加速度Ｇｒに基づいて、参照横加速度Ｇｒに依存するゲインＫ２およびカットオフ周波数Ｈ２を算出する。高い横加速度が作用する旋回中の微修正操舵による操舵反力の変動を抑制することでドライバに安定した操舵感を実現させるとの観点から、図中領域Ａ５，Ａ６で示すように、ゲインＫ２およびカットオフ周波数Ｈ２は、参照横加速度Ｇｒが大きい程、小さい値となるような傾向を有している。参照横加速度Ｇｒに対するゲインＫ２およびカットオフ周波数Ｈ２の関係は、実験やシミュレーションを通じて予め設定されており、第２の演算部２４２ｂは、当該関係をマップとして保持している。参照横加速度Ｇｒに依存するゲインＫ２は、第１の最小値選択部２４２ｄに出力され、また、参照横加速度Ｇｒに依存するカットオフ周波数Ｈ２は、第２の最小値選択部２４２ｅに出力される。

第３の演算部２４２ｃは、第１の目標転舵角θ１に基づいて、第１の目標転舵角θ１に依存するゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ１を算出する。図１３は、第３の演算部２４２ｃによるゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３の決定手順を示すフローチャートで
ある。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、第３の演算部２４２ｃは、操舵が切り増されたか否かを判断する。このステップ１において肯定判定された場合、すなわち、操舵が切り増された場合には、ステップ２（Ｓ２）に進む。一方、ステップ１において否定判定された場合、すなわち、操舵が切り増されていない場合には、再度ステップ１の判断を行う。

ステップ２において、第３の演算部２４２ｃは、現在の第２の目標転舵角θ２を参照した上で、第２の目標転舵角θ２が予め設定されている閾値θthよりも大きいか否か、すなわち、大きな操舵がなされたか否かを判断する。このステップ２において肯定判定された場合、すなわち、第２の目標転舵角θ２が閾値θthよりも大きい場合には、ステップ３（Ｓ３）に進む。一方、ステップ２において否定判定された場合、すなわち、第２の目標転舵角θ２が閾値θth以下の場合には、ステップ１の判断に戻る。

ステップ３において、第３の演算部２４２ｃは、操舵が切り戻されたか否かを判断する。このステップ３において肯定判定された場合、すなわち、操舵が切り戻された場合には、ステップ４（Ｓ４）に進む。一方、ステップ３において否定判定された場合、すなわち、操舵が切り戻されていない場合（例えば保舵している場合）には、ステップ５（Ｓ５）に進む。

ステップ４において、第３の演算部２４２ｃは、ゲインＫ３を第１の所定ゲインＫs1に設定するとともに、カットオフ周波数Ｈ３を第１の所定周波数Ｈs1に設定する。一方、ステップ５（Ｓ５）において、第３の演算部２４２ｃは、ゲインＫ３を第２の所定ゲインＫs1に設定するとともに、カットオフ周波数Ｈ３を第２の所定周波数Ｈs2に設定する。第１の目標転舵角θに依存するゲインＫ３は、第１の最小値選択部２４２ｄに出力され、また、第１の目標転舵角θに依存するカットオフ周波数Ｈ３は、第２の最小値選択部２４２ｅに出力される。

ここで、第２の所定ゲインＫs2は、第１の所定ゲインＫs1よりも小さな値に、また、第２の所定周波数Ｈs2は、第１の所定周波数Ｈs1よりも小さな値に設定されている。操舵が切り戻されていないといった、例えば保舵しているようなシーンでは、第２の所定ゲインＫs2および所定周波数Ｈs2が適用されることにより、操舵による反力変動を抑制することができる。また、操舵の切り戻しがあった場合、第１の所定ゲインＫs1および所定周波数Ｈs1が適用されることにより、操舵角速度θｔの符号が逆転したのに操舵反力の減少が始まらないといったユーザの感じる応答性の遅れを抑制することができる。これらのパラメータＫs1，Ｋs2，Ｈs1，Ｈs2は、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。

第１の最小値選択部２４２ｄは、入力された各ゲインＫ１〜Ｋ３を比較し、最小値を最終的なゲインＫとしてＬＰＦ処理部２４３に出力する。また、第２の最小値選択部２４２ｅは、入力された各カットオフ周波数Ｈ１〜Ｈ３を比較し、最小値を最終的なカットオフ周波数ＨとしてＬＰＦ処理部２４３に出力する。これにより、例えば、高速域での走行時には、車速に依存するゲインＫ１およびカットオフ周波数Ｈ１が最終的なゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈとして設定され、高い横加速度が作用する旋回走行時には、参照横加速度Ｇｒに依存するゲインＫ２およびカットオフ周波数Ｈ２が最終的なゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈとして設定される。また、ステップ的な入力となるような操舵を行った場合には、第１の目標転舵角θに依存するゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ２が最終的なゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈとして設定される。

ＬＰＦ処理部２４３は、ゲインＫおよびカットオフ周波数Ｈに基づいて、第２の目標転
舵角θ２に対して高周波成分を減衰させるローパスフィルタ処理を施すことにより、第２の目標転舵角θの補正値（以下「第２の転舵角補正値」という）θ2aを算出する（ローパスフィルタ処理手段）。具体的には、ＬＰＦ処理部２４３は、下式に基づいて第２の転舵角補正値θ2aを算出する。

ここで、τはフィルタの時定数であり、ｓはラプラス演算子である。算出された第２の転舵角補正値θ2aは、反力演算部２４４に出力される。

反力演算部２４４は、入力された第２の転舵角補正値θ2aに基づいて、第２の目標操舵反力Ｔ２を算出する。具体的には、反力演算部２４４は、下式に基づいて第２の目標操舵反力Ｔ２を算出する。ここで、Ｐ２は比例定数である。

このように、本実施形態の車両用操舵装置１において、反力制御部２６は、第１の目標操舵反力Ｔ１と第２の目標操舵反力Ｔ２とを加算した最終目標操舵反力Ｔｔに基づいて反力モータ３を制御している。この場合、第２の目標操舵反力Ｔ２を演算する第２の目標操舵反力演算部２４は、第２の目標転舵角θ２の変化を抑制した値（第２の転舵角補正値θ2a）に基づいて第２の目標操舵反力Ｔ２を算出している。

図１４は、本実施形態に示す制御の適用の有無を比較した説明図である。（ａ）は、ある典型的な操舵入力（操舵角θ）と、それに応じた第１の目標転舵角θ１との推移を示す（同図において「Ｔ」は時間を示す）。（ｂ）は、（ａ）の入力に応じた第２の目標転舵角θ２と、第２の転舵角補正値θ2aとの推移を示している。（ｃ）は、（ｂ）に示す第２の転舵角補正値θ2aから算出された最終目標操舵反力Ｔｔと、補正をしない第２の目標転舵角θ２から算出された最終目標操舵反力Ｔt1の推移を示す。

操舵初期（時間ｔ１）において、ＬＰＦ処理部２４３のローパスフィルタ処理の効果により、第２の転舵角補正値θ2aには、補正前の値である第２の目標転舵角θ２のような急変が抑制されている。したがって、第２の目標転舵角θ２が大きな変化を伴ったとしても、第２の目標操舵反力Ｔ２、ひいては、最終目標操舵反力Ｔｔに反映される変化が抑制されることとなる。これにより、操舵開始時および操舵停止時に大きな反力変動が生じるといった事態を抑制することができる。そのため、ドライバの操舵開始後や操舵停止後の転舵制御による操舵反力の変化をドライバへ適度に伝達することができる。これにより、ドライバに与える違和感の低減を図ることができる。

もっとも、第２の目標転舵角θ２は、転舵角制御および操舵反力制御のために参照されるパラメータである。しかしながら、転舵角制御については第２の目標転舵角θ２の変化をそのまま反映することが操舵応答の関係上好ましいことから、操舵反力制御とは異なり、第２の目標転舵角θ２の変化を抑制するといった手法は適用されていない。すなわち、
本実施形態では、操舵反力制御についてのみ第２の目標転舵角θ２の変化を抑制する構成とすることにより、高い操舵応答の実現と、操舵開始時および操舵停止時などの大きな操舵反力の変動によるドライバに与える違和感の低減とを両立している。

また、本実施形態において、第１の目標操舵反力演算部２３は、路面μ推定値μｅと、第１の目標転舵角θ１とに基づいて第１の目標操舵反力Ｔ１を演算している。そのため、第１の目標操舵反力Ｔ１は、路面μ推定値μｅが低い場合は、これが高い場合と比較して比例的に小さな値に設定される。そのため、ドライバに路面状態を操舵反力として伝達することができるので、ドライバが路面状態に応じた操舵を行うことが可能となる。

また、本実施形態において、第２の目標操舵反力演算部２４は、第２の目標転舵角θ２に対して高周波成分を除去するフィルタ処理を施すＬＰＦ処理部２４３を有している。かかる構成によれば、第２の目標転舵角θ２に対してローパスフィルタ処理を施すことにより、第２の目標転舵角θ２の変化を抑制した値である第２の転舵角補正値θ2aを得ることができる。

このような第２の目標転舵角θ２の変化にともなう操舵反力変化を抑制する効果は、車速Ｖに依存するゲインＫ１およびカットオフ周波数Ｈ２から分かるように、車速Ｖが高い程強くなる。これにより、高速走行時において操舵による操舵反力の変動が抑制されるので、比較的高いドライバの操舵精度が要求される高速走行時において、ドライバの操舵を阻害するといった事態を抑制することができる。

また、かかる第２の目標転舵角θ２の変化にともなう操舵反力変化を抑制する効果は、参照横加速度Ｇｒに依存するゲインＫ２およびカットオフ周波数Ｈ２から分かるように、参照横加速度Ｇｒが高い程強くなる。高い横加速度が作用する旋回中、ドライバは操舵反力に抗うように操舵トルクを与えるように微修正操舵を行い車両挙動を制御している。そのため、前述のようにゲインＫ２およびカットオフ周波数Ｈ２を演算することにより、操舵反力の変動が抑制されるので、ドライバに安定した操舵感を実現させることができる。

さらに、かかる第２の目標転舵角θ２の変化にともなう操舵反力変化を抑制する効果は、第１の目標転舵角θ１に依存するゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３から分かるように、操舵保持開始時（時間ｔ２）には強くなる（ステップ４での否定判定のシーン）。これにより、保舵時に操舵反力が抜けてしまうといった事態を抑制することができる。

なお、図１５に示すように、操舵が切り増された後に、切り戻しがあった場合には、切り戻しが無い場合と比較して、前述の第２の目標転舵角θ２の変化にともなう操舵反力変化を抑制する効果は弱くなる（ステップ４での肯定判定のシーン）。これにより、操舵角速度θの符号が逆転したのに、操舵反力の減少が始まらない、すなわち、操舵反力の変化に遅れが生じるといった事態を抑制することができる。

ここで、図１５は、本実施形態に示す制御の適用の有無を比較した説明図である。（ａ）は、ある典型的な操舵入力（操舵角θ）と、それに応じた第１の目標転舵角θ１との推移を示す（同図において「Ｔ」は時間を示す）。（ｂ）は、（ａ）の入力に応じた第２の目標転舵角θ２と、第２の転舵角補正値θ2a，θ2a’との推移を示している。この場合、θ2aは、操舵の切り戻しがあった際に、ゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３を第１の所定ゲインＫs1および所定周波数Ｈs1に設定した場合の第２の転舵角補正値であり、θ2a’は、操舵の切り戻しがあった際に、ゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３を第２の所定ゲインＫs2および所定周波数Ｈs2に設定したままの場合の第２の転舵角補正値である。また、（ｃ）は、（ｂ）に示す第２の転舵角補正値θ2aから算出された最終目標操舵反力Ｔｔ，Ｔｔ’と、補正をしない第２の目標転舵角θ２から算出された最終目標操舵反力Ｔ
t1の推移を示す。ここで、Ｔｔは、操舵の切り戻しがあった際に、ゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３を第１の所定ゲインＫs1および所定周波数Ｈs1に設定した場合の最終目標操舵反力であり、Ｔｔ’は、操舵の切り戻しがあった際に、ゲインＫ３およびカットオフ周波数Ｈ３を第２の所定ゲインＫs2および所定周波数Ｈs2に設定したままの場合の最終目標操舵反力である。

また、上述した実施形態では、車速Ｖ、参照横加速度Ｇｒおよび第１の目標転舵角θ１に依存するゲインＫ１〜Ｋ３およびカットオフ周波数Ｈ１〜Ｈ３のうち最小値が選択され、これがＬＰＦ処理部２４３に設定される。これにより、最も強く作用する要素に応じて第２の目標転舵角θ２の変化にともなう操舵反力変化を抑制する効果を得ることができるので、ドライバに与える違和感を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、車速Ｖ、参照横加速度Ｇｒおよび第１の目標転舵角θ１に依存するゲインＫ１〜Ｋ３およびカットオフ周波数Ｈ１〜Ｈ３のそれぞれが指示部２４２に設定されている。しかしながら、いずれか一つの要素を単独で指示部２４２に設定してもよいし、２つのを組み合わせて設定してもよいし、別の要素を付加してもよい。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態にかかる車両用操舵装置１について説明する。第２の実施形態にかかる車両用操舵装置１が第１の実施形態のそれと相違する点は、第２の目標転舵角θ２の演算手法である。なお、本実施形態にかかる車両用操舵装置１の構成および制御動作については、第１の実施形態のそれと基本的に同様であり、図面および関連する説明を引用することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。

図１６は、本実施形態にかかる第２の目標転舵角演算部２２の構成を示すブロック図である。第２の目標転舵角演算部２２は、第１の微分値演算部２２１と、第２の微分値演算部２２４と、操舵ギヤ比演算部２２２と、転舵角演算部２２３とを有する。

第１の微分値演算部２２１は、操舵角θを時間微分し、操舵角速度θｔを算出する。算出された操舵角速度θｔは、第２の微分値演算部２２４および転舵角演算部２２３に出力される。また、操舵ギヤ比演算部２２２は、第１の実施形態と同様、操舵ギヤ比Ｎを算出する。算出された操舵ギヤ比Ｎは、転舵角演算部２２３に出力される。

第２の微分値演算部２２４は、操舵角速度θｔを時間微分し、操舵角加速度θt2を算出する（操舵角加速度検出手段）。算出された操舵角加速度θt2は、転舵角演算部２２３に対して出力される。

転舵角演算部２２３は、下式に示すように、操舵角速度θｔ、操舵角加速度θt2および操舵ギヤ比Ｎに基づいて、第２の目標転舵角θ２を算出する。

同数式において、Ｋ１，Ｋ２は、比例定数であり、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。同数式から分かるように、第２の目標転舵角θ２は、操舵角速度θｔおよび比例定数Ｋ１の積算値と操舵角加速度θt2および比例定数Ｋ２の積算値との和に、操舵ギヤ比Ｎを積算することにより算出される。

このように本実施形態によれば、操舵角速度θｔおよび操舵角加速度θt2に基づいて第２の目標転舵角θ２が演算される。かかる構成によれば、例えば障害物を回避する緊急回
避時といったように急な操舵がなされる場合には、操舵角速度θｔのみで第２の目標転舵角θ２を演算する手法と比較して、第２の目標転舵角θ２の立ち上がり（操舵初期の第２の目標転舵角θ２の増大速度）が早くなる。そのため、急な操舵に対する反力不足が改善され、操舵初期のドライバの操作性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態にかかる車両用操舵制御装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。

１ 車両用操舵装置
２ ステアリングシャフト
３ 反力モータ
４ タイロッド
５ ラック
６ ピニオンシャフト
７ 転舵モータ
８ 操舵角センサ
９ 転舵角センサ
１０ 車速センサ
１１ タイヤ横力センサ
２０ ＳＢＷコントローラ
２１ 第１の目標転舵角演算部
２１１ 操舵ギヤ比演算部
２１２ 転舵角演算部
２２ 第２の目標転舵角演算部
２２１ 微分値演算部
２２２ 操舵ギヤ比演算部
２２３ 転舵角演算部
２３ 第１の目標操舵反力演算部
２３１ 路面μ推定部
２３１ａ 横加速度推定部
２３１ｂ 横加速度換算部
２３１ｃ μ推定部
２３２ 反力演算部
２４ 第２の目標操舵反力演算部
２４１ 参照横加速度演算部
２４２ 指示部
２４２ａ 第１の演算部
２４２ｂ 第２の演算部
２４２ｃ 第３の演算部
２４２ｄ 最小値選択部
２４２ｅ 最小値選択部
２４３ ＬＰＦ処理部
２４４ 反力演算部
２５ 転舵制御部
２６ 反力制御部

Claims (10)

1. ドライバによって操作されるハンドルと機械的に分離された転舵輪を駆動する転舵輪駆動手段と、
   前記ハンドルに操舵反力を付与する反力付与手段と、
   前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
   ドライバによる前記ハンドルの操作量としての操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   ドライバによる前記ハンドルの操作速度としての操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
   前記検出した操舵角に基づいて第１の目標転舵角を算出する第１の目標転舵角演算手段と、
   前記検出した操舵角速度に基づいて第２の目標転舵角を算出する第２の目標転舵角演算手段と、
   前記算出した第１の目標転舵角に基づいて第１の目標操舵反力を算出する第１の目標操舵反力演算手段と、
   前記算出した第２の目標転舵角に対して高周波成分を減衰させる処理を施すことにより求められた補正値に基づいて第２の目標操舵反力を算出する第２の目標操舵反力演算手段と、
   前記第１の目標転舵角と前記第２の目標転舵角とを加算した最終目標転舵角に基づいて前記転舵輪駆動手段を制御する転舵輪制御手段と、
   前記第１の目標操舵反力と前記第２の目標操舵反力とを加算した最終目標操舵反力に基づいて前記反力付与手段を制御する反力制御手段と
   を有することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段をさらに備え、
   前記第２の目標転舵角演算手段は、前記検出した操舵角速度および操舵角加速度に基づいて前記第２の目標転舵角を算出することを特徴とする請求項１に記載された車両用操舵装置。
3. 前記転舵輪のタイヤに作用する横力を検出する横力検出手段をさらに有し、
   前記第１の目標操舵反力演算手段は、
   前記検出した横力に基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
   前記推定した路面摩擦係数と前記算出した第１の目標転舵角とに基づいて前記第１の目標操舵反力を算出する反力演算手段と
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載された車両用操舵装置。
4. 前記第２の目標操舵反力演算手段は、前記第２の目標転舵角に対して高周波成分を除去するフィルタ処理を施すことにより前記補正値を求めるローパスフィルタ処理手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された車両用操舵装置。
5. 前記第２の目標操舵反力演算手段は、前記ローパスフィルタ処理手段において設定されるゲインおよびカットオフ周波数を設定する周波数設定手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載された車両用操舵装置。
6. 前記周波数設定手段は、車速に依存するゲインおよびカットオフ周波数として、車速が高いほど小さいゲインおよびカットオフ周波数を設定することを特徴とする請求項５に記載された車両用操舵装置。
7. 前記周波数設定手段は、車両の横加速度に依存するゲインおよびカットオフ周波数として、車両の横加速度が大きいほど小さいゲインおよびカットオフ周波数を設定することを特徴とする請求項５または６に記載された車両用操舵装置。
8. 前記周波数設定手段は、前記第１の目標転舵角に依存するゲインおよびカットオフ周波数として、前記第１の目標転舵角が変化していない場合には当該第１の目標転舵角が変化している場合に比して小さなゲインおよびカットオフ周波数を設定することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載された車両用操舵装置。
9. 前記周波数設定手段は、車速に依存するゲインおよびカットオフ周波数、車両の横加速度に依存するゲインおよびカットオフ周波数、および、前記第１の目標転舵角に依存するゲインおよびカットオフ周波数のうちから最小値となるゲインおよびカットオフ周波数を設定することを特徴とする請求項８に記載された車両用操舵装置。
10. ドライバによって操作されるハンドルと機械的に分離された転舵輪を駆動する転舵輪駆動手段と、
    前記ハンドルに操舵反力を付与する反力付与手段と、
    前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
    ドライバによる前記ハンドルの操作量としての操舵角を検出する操舵角検出手段と、
    ドライバによる前記ハンドルの操作速度としての操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
    前記検出した操舵角に基づいて算出される第１の目標転舵角と、前記検出した操舵角速度に基づいて算出される第２の目標転舵角とを加算した最終目標転舵角に基づいて前記転舵輪駆動手段を制御する転舵輪制御手段と、
    前記算出した第１の目標転舵角に基づいて算出される第１の目標操舵反力と、前記算出した第２の目標転舵角に基づいて算出される第２の目標操舵反力とを加算した最終操舵目標操舵反力に基づいて前記反力付与手段を制御する反力制御手段とを有し、
    前記第２の目標操舵反力は、前記第２の目標転舵角の変化に応じた前記第２の目標操舵反力の変化が抑制されるように演算されることを特徴とする車両用操舵装置。