JP5776837B2 - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールと転舵輪とを機械的に分離した状態で、転舵輪をステアリングホイールの操作に応じた角度に転舵する車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法に関するものである。

従来、操舵輪（ステアリングホイール）と転舵輪との間のトルク伝達経路を機械的に分離した状態で、転舵モータを駆動制御して、転舵輪を、操舵輪の操作に応じた角度（目標転舵角）に転舵する操舵制御装置がある。このような操舵制御装置は、一般的に、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）と呼称するシステム（ＳＢＷシステム）を形成する装置である。
ＳＢＷシステムを形成する操舵制御装置としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、操舵角と、ヨーレートセンサ値を用いて検知した車両挙動とに基づいて目標転舵角を設定し、転舵輪を制御するものである。

特許第３８１７９２３号公報

上記特許文献１に記載の技術は、車両挙動を考慮した目標転舵角を設定するものであるが、車両挙動を好適に制御するためには、目標転舵角を反映した駆動指令を転舵アクチュエータに出力した際に、当該駆動指令の通りに転舵輪が動作する必要がある。すなわち、転舵サーボの応答性及び外乱抑制性能の確保が重要である。
そこで、本発明は、転舵サーボの応答性及び外乱抑制性能を確保することができる車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、実転舵角が、操舵角に基づいて演算した目標転舵角に追従するように、転舵アクチュエータを駆動制御する。この転舵サーボは、予め設定した基準車速における転舵アクチュエータ指令電流に対する実転舵角の応答特性と制御ゲインの周波数特性とで決まる総合的な周波数応答特性を、所望の目標周波数応答特性とするための当該制御ゲインの周波数特性を設定した制御器を用いて行う。このとき、基準車速での総合的な周波数応答特性が、所望の目標周波数応答特性に一致し、基準車速とは異なる車速での総合的な周波数応答特性が、所望の目標周波数応答特性に近づくように、制御器の制御ゲインの補正量を設定し、車速が高いときと低いときとで、車速が高いときの方が、車速が低いときと比較して制御器の制御ゲインが高くなるように、制御器の制御ゲインを補正する。

本発明によれば、転舵サーボゲインを車両に応じて変更するので、車速に応じて変化する車両特性を考慮しつつ、転舵サーボの応答性及び外乱抑制性能を適切に確保することができる。したがって、好適な転舵制御を行うことができる。

本実施形態に係る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。 転舵サーボ制御系を示すブロック図である。 実転舵角とＳＡＴとの関係を示す図である。 転舵モータ指令電流に対する転舵角の周波数応答を示す図である。 制御ゲインの変更方法を説明する図である。 補正ゲインの一例を示す図である。 第１の実施形態における動作を説明する図である。 第２の実施形態の制御ゲインの変更方法を説明する図である。 第２の実施形態の補正ゲインの一例を示す図である。 第２の実施形態における動作を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
（構成）
図１は、本実施形態に係る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（ＳＢＷシステム）の全体構成図である。
図中、符号１は車両用操舵制御装置である。この車両用操舵制御装置１は、転舵モータ２と、転舵モータ制御部４と、クラッチ６と、反力モータ８と、反力モータ制御部１０とを備える。

転舵モータ２は、転舵モータ制御部４が出力する転舵モータ指令電流（転舵アクチュエータ指令電流）に応じて駆動するモータであり、回転可能な転舵モータ出力軸１２を有する。この転舵モータ２は、転舵モータ指令電流に応じて駆動することにより、転舵輪２４を転舵させるための転舵トルクを出力する。ここで、転舵輪２４は車両の左右前輪であり、左前輪を転舵輪２４Ｌ、右前輪を転舵輪２４Ｒとする。

転舵モータ出力軸１２の先端側には、ピニオンギアを用いて形成した転舵出力歯車１２ａを設ける。転舵出力歯車１２ａは、ステアリングラック１４に挿通したラック軸１８の両端部間に設けたラックギア１８ａと噛合する。
また、転舵モータ２には、転舵モータ角度センサ１６を設ける。転舵モータ角度センサ１６は、転舵モータ２の回転角度（転舵輪２４の実転舵角）を検出し、この検出した回転角度を含む情報信号を、転舵モータ制御部４を介して、反力モータ制御部１０へ出力する。

ステアリングラック１４は、円筒形状に形成してあり、上述したようにラック軸１８を挿通している。このラック軸１８は、転舵モータ出力軸１２の回転、すなわち、転舵出力歯車１２ａの回転に応じて車幅方向へ変位する。
ラック軸１８の両端は、それぞれ、タイロッド２０及びナックルアーム２２を介して、転舵輪２４に連結する。すなわち、転舵輪２４は、転舵モータ出力軸１２の回転に応じてラック軸１８が車幅方向へ変位することで、タイロッド２０及びナックルアーム２２を介して転舵し、車両の進行方向を変化する。

また、ラック軸１８とタイロッド２０との間には、タイヤ軸力センサ２６を設ける。タイヤ軸力センサ２６は、ラック軸１８の軸方向（車幅方向）に作用する軸力を検出し、この検出した軸力を含む情報信号を、反力モータ制御部１０へ出力する。
転舵モータ制御部４は、反力モータ制御部１０と、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信ライン２８を介して、情報信号を入出力する。これに加え、転舵モータ制御部４は、通信ライン２８を介して、車速センサ５０が出力する情報信号の入力を受ける。

そして、転舵モータ制御部４は、角度サーボ系により、実転舵角が所定の応答特性で目標転舵角に追従するように転舵モータ指令電流を演算し、その転舵モータ指令電流に基づいて転舵モータ２を駆動制御する。角度サーボ系は、例えばロバストモデルマッチング手法を用いた方法で構成することができる。これにより、耐外乱性に優れた制御系を実現できる。

ここで、上記目標転舵角は、運転者による操舵操作量と予め予測した車両挙動とに基づいて算出する。すなわち、運転者のステアリング操作から転舵輪の転舵までの車両挙動が一意に決まるように、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）を用いて目標転舵角を算出する。
クラッチ６は、運転者が操作する操舵輪３２（ステアリングホイール）と転舵輪２４との間に介装し、反力モータ制御部１０が出力するクラッチ指令電流に応じて、開放状態または締結状態に切り換わる。なお、クラッチ６は、通常状態では、開放状態である。

クラッチ６の開放状態では、操舵輪３２と転舵輪２４との間のトルク伝達経路が機械的に分離するため、操舵輪３２の操舵操作が転舵輪２４へ伝達しない状態となる。一方、クラッチ６の締結状態では、操舵輪３２と転舵輪２４との間のトルク伝達経路が機械的に結合するため、操舵輪３２の操舵操作が転舵輪２４へ伝達する状態となる。
このクラッチ６は、開放状態で互いに離間し、締結状態で互いに噛合する一対のクラッチ板４０を有する。一対のクラッチ板４０は、操舵輪３２側に配置する操舵輪側クラッチ板４０ａと、転舵輪２４側に配置する転舵輪側クラッチ板４０ｂとから構成する。

操舵輪側クラッチ板４０ａは、操舵輪３２と共に回転するステリングシャフト４２に取り付けてあり、ステリングシャフト４２と共に回転する。転舵輪側クラッチ板４０ｂは、ピニオン軸４４の一端に取り付けてあり、ピニオン軸４４と共に回転する。
ここで、ピニオン軸４４の他端は、ピニオン４６内に配置している。ピニオン４６には、ラックギア１８ａと噛合するピニオンギア（図示せず）を内蔵する。ピニオンギアは、ピニオン軸４４と共に回転する。すなわち、ピニオンギアは、ピニオン軸４４を介して、転舵輪側クラッチ板４０ｂと共に回転する。

また、ピニオン４６には、ピニオン角度センサ４８を設ける。ピニオン角度センサ４８は、ピニオンギアの回転角度を検出し、この検出した回転角度を含む情報信号を、反力モータ制御部１０へ出力する。
また、操舵輪３２とクラッチ６との間には、操舵角センサ３４と、操舵トルクセンサ３６と、反力モータ８と、反力モータ角度センサ３８とを配置する。

操舵角センサ３４は、例えば、操舵輪３２を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。そして、操舵角センサ３４は、操舵輪３２の現在の回転角度（操舵操作量）である操舵角θを検出する。操舵角センサ３４は、検出した操舵輪３２の操舵角θを含む情報信号を、反力モータ制御部１０へ出力する。
操舵トルクセンサ３６は、操舵角センサ３４と同様、例えば、操舵輪３２を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。そして、操舵トルクセンサ３６は、運転者が操舵輪３２に加えているトルクである操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ３６は、検出した操舵トルクを含む情報信号を、反力モータ制御部１０へ出力する。

反力モータ８は、反力モータ制御部１０が出力する反力モータ指令電流に応じて駆動するモータであり、操舵輪３２と共に回転するステリングシャフト４２を回転させて、操舵輪３２へ操舵反力を出力する。ここで、反力モータ８が操舵輪３２へ出力する操舵反力は、運転者が操舵輪３２を操舵する操作方向とは反対方向へ作用する反力である。この操舵反力は、反力モータ制御部１０で演算する。

反力モータ角度センサ３８は、反力モータ８に設ける。反力モータ角度センサ３８は、反力モータ８の回転角度を検出し、この検出した回転角度を含む情報信号を、反力モータ制御部１０へ出力する。
反力モータ制御部１０は、転舵モータ制御部４と、通信ライン２８を介して、情報信号を入出力する。これに加え、反力モータ制御部１０は、通信ライン２８を介して、車速センサ５０及びエンジンコントローラ５２が出力する情報信号の入力を受ける。

そして、反力モータ制御部１０は、通信ライン２８を介して入力を受けた情報信号や、各種センサから入力を受けた情報信号に基づき、上述した操舵反力を演算し、反力モータ８を駆動制御する。すなわち、操舵反力は、クラッチ６を開放状態として、操舵輪３２と転舵輪２４との間のトルク伝達経路を機械的に分離している状態で、転舵輪２４に作用しているタイヤ軸力や操舵輪３２の操舵状態に基づいて演算する。これにより、操舵輪３２を操舵する運転者へ、適切な操舵反力を伝達するようにする。

車速センサ５０は、車両の車速Ｖを検出し、この検出した車速を含む情報信号を、転舵モータ制御部４及び反力モータ制御部１０へ出力する。また、エンジンコントローラ５２（エンジンＥＣＵ）は、エンジン（図示せず）の状態（エンジン駆動、または、エンジン停止）を含む情報信号を、反力モータ制御部１０へ出力する。

以下、本実施形態における転舵角のサーボ制御について説明する。
図２は、転舵サーボ制御系を示すブロック図である。
先ず、転舵モータ制御部４は、操舵角センサ３４で検出した操舵角θに基づき、目標転舵角を演算する（車両挙動コントローラ６１）。このとき、転舵モータ制御部４は、予め車両挙動を予測し、ＦＦ制御を用いて車両挙動を考慮した目標転舵角を演算するものとする。

次に、転舵モータ制御部４は、実転舵角が目標転舵角に追従するように転舵モータ指令電流を演算し、その転舵モータ指令電流に基づいて転舵モータ２を駆動制御する（角度サーボ６２）。これにより、転舵モータ２は転舵トルクを出力する。すると、ラック軸１８が車幅方向へ変位し（ラックギア６３）、車両が旋回する（車両６４）。このとき、転舵輪２４の転舵に対する反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生するため、実転舵角は、このセルフアライニングトルクＳＡＴの影響を受けた値となる。

図３は、実転舵角とセルフアライニングトルクＳＡＴとの関係を示す図である。
通常、走行中に転舵輪２４が転舵すると、路面からの反力で転舵輪２４が中立方向に戻る力（ＳＡＴ）が発生する。この力（ＳＡＴ）の大きさは、転舵輪２４の転舵角が大きいほど大きく、また、同じ転舵角でも車速Ｖが速いほど大きい。
このように、停車中と走行中とでは、同じ転舵量であってもセルフアライニングトルクＳＡＴの大きさは異なる。したがって、一般に、転舵モータ２への転舵モータ指令電流に対する実転舵角の応答特性（周波数応答）も、車速Ｖに応じて変化する。

図４は、転舵モータ指令電流に対する転舵角の周波数応答を示す図であり、実線Ａは高速走行時（高負荷時）の周波数応答、破線Ｂは低速走行時（低負荷時）の周波数応答である。
ここで、高速走行とは、セルフアライニングトルクＳＡＴが比較的大きく作用する車速での走行であり、停車もしくは極低速走行状態よりも高い車速域の上限車速での走行とする。停車もしくは極低速走行状態よりも高い車速域とは、例えば常用車速域であり、車両諸元や車両タイプ（街乗りタイプ、スポーツカータイプ等）によって異なる。

本実施形態では、以下に説明するサーボ制御によって、上記高速走行時の車速での転舵モータ指令電流に対する実転舵角の応答特性が所望の目標応答特性に一致することになる。したがって、本実施形態では、実際の応答特性を目標応答特性に一致させたいとする車速を、上記高速走行時の車速として設定する。
また、低速走行とは、セルフアライニングトルクＳＡＴが殆ど無い停車又は極低速での走行とする。

図４において、縦軸のゲインは、転舵モータ２へ流した転舵モータ指令電流に対する転舵輪の動きやすさに相当し、図４の上方向にいくほど転舵輪が動きやすい（応答性が高い）ことを示している。図中、矢印αに示すように、車両特性が車速Ｖに応じて変化する周波数領域が存在し、この周波数領域では車速Ｖが速いほど応答性が低くなる。つまり、高速走行時は、セルフアライニングトルクＳＡＴの影響により、低速走行時と比較して転舵の追従性が悪い。
そこで、本実施形態では、このような車速Ｖに応じて変化する車両特性を考慮し、転舵サーボゲインを車速Ｖに応じて変更する。これにより、車両の走行状態によらずに、常に転舵の追従性が同じになるようにする。

具体的には、図５の実線Ｃに示すように、図４の実線Ａに示す高速走行時（高負荷時）の周波数応答に合わせて転舵サーボの制御器を設計する。すなわち、図４の実線Ａに示す転舵モータ指令電流に対する転舵角の応答特性が、所望の目標応答特性となるような制御ゲインで転舵サーボの制御器を設計し、当該制御器を用いて転舵モータ指令電流を演算するようにする。この実線Ｃに示す制御ゲインを基準ゲインとして設定する。

そして、低速走行時（低負荷時）は、高速走行時（高負荷時）と比較して転舵の追従性が高いことを考慮し、低速走行時（低負荷時）には、図５の破線Ｄに示すように、制御ゲインを実線Ｃで示す基準ゲインに対して小さくする。これは、図２に示すように、サーボ制御の出力値を車速Ｖに応じて補正することに相当する（車速補正６５）。

図６は、基準ゲインを補正するための補正ゲインの一例を示す図である。
この図６に示すように、Ｖ≧Ｖ２（例えばＶ２＝３０ｋｍ／ｈ）である場合には、補正ゲインを１に設定する。また、Ｖ≦Ｖ１（例えばＶ１＝２０ｋｍ／ｈ）である場合には、補正ゲインを１よりも小さい所定値Ｇ１（例えば０．５）に設定する。そして、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２である場合には、車速Ｖが小さくなるにつれて補正ゲインが１からＧ１へ向けて小さくなるように設定する。

このように、高速走行時（高負荷時）の車速を基準車速とし、当該基準車速での周波数特性に合わせた制御器を設計する。そして、車速センサ５０で検出した車速Ｖが上記基準車速よりも遅いほど、制御器のゲインを減少補正する。これにより、車速変化に伴う転舵の動特性に応じた転舵サーボを行う。

なお、図１において、転舵モータ２が転舵アクチュエータに対応し、操舵角センサ３４が操舵角検出部に対応し、転舵モータ角度センサ１６が転舵角検出部に対応し、車速センサ５０が車速検出部に対応している。
また、転舵モータ制御部４が車両挙動予測部、目標転舵角演算部、転舵サーボ部及びゲイン補正部に対応している。特に図２における車両挙動コントローラ６１が車両挙動予測部及び目標転舵角演算部に対応し、角度サーボ６２が転舵サーボ部に対応し、車速補正６５がゲイン補正部に対応している。

（動作）
次に、第１の実施形態の動作について説明する。
本ＳＢＷシステムは、運転者による操舵輪３２の操作に応じて転舵モータ２を駆動制御することで、転舵輪２４を転舵する制御を行い、車両の進行方向を変化する。転舵モータ２の駆動制御は、操舵輪３２と転舵輪２４との間に介装するクラッチ６を開放状態とし、操舵輪３２と転舵輪２４との間のトルク伝達経路を機械的に分離した状態で実施する。

先ず、Ｖ≧Ｖ２となる高速走行時（高負荷時）の転舵制御について説明する。運転者がステアリングホイールを操作すると、転舵モータ制御部４は、実転舵角が、操舵角センサ３４で検出した操舵角θに応じた目標転舵角となるように転舵モータ指令電流を演算する。そして、演算した転舵モータ指令電流に基づいて転舵モータ２を駆動制御する。

すなわち、本ＳＢＷシステムで実施する車両用操舵制御方法は、操舵角センサ３４でステアリングホイールの操舵角θを検出するステップと、検出した操舵角θに基づいて、転舵モータ制御部４で転舵輪２４の目標転舵角を演算するステップとを備える。また、当該車両用操舵制御方法は、転舵モータ角度センサ１６で転舵輪２４の実転舵角を検出するステップと、転舵モータ制御部４で、実転舵角が目標転舵角に追従するように、転舵モータ２を駆動制御するステップとを備える。

このとき、転舵モータ制御部４は、図６の補正ゲイン算出マップを参照し、車速Ｖに基づいて補正ゲインを“１”に設定する。そのため、転舵モータ制御部４は、転舵サーボのゲインを設計値、即ち図５の実線Ｃに示す基準ゲインに設定したまま転舵モータ指令電流を演算し、転舵モータ２を駆動制御する。
すなわち、上記転舵モータ２を駆動制御するステップでは、高速走行時（高負荷時）の車速（基準車速）における転舵モータ指令電流に対する転舵角の応答特性を、所望の目標応答特性とするための制御ゲインを設定した制御器を用いて転舵サーボを行う。このとき、Ｖ≧Ｖ２となる高速走行時には、転舵サーボのゲインを設計値のままとする。

そのため、高速走行時（高負荷時）には、図７の実線Ａに示す実際の車両特性に合った転舵サーボを行うことができる。したがって、高速走行時に、比較的大きなセルフアライニングトルクＳＡＴが発生することでタイヤが転舵し難い状況となっても、転舵応答性が低下するのを防止し、転舵の追従性を確保することができる。すなわち、ＳＢＷシステムで求められる、きびきびとした走行を実現することができる。

一方、Ｖ≦Ｖ１となる低速走行時（低負荷時）には、転舵モータ制御部４は、図６の補正ゲイン算出マップを参照し、車速Ｖに基づいて補正ゲインを１よりも小さいＧ１（例えば０．５）に設定する。すなわち、転舵モータ制御部４は、転舵サーボのゲインを、図５の破線Ｄに示す制御ゲインに変更して転舵モータ指令電流を演算し、転舵モータ２を駆動制御する。これにより、図７の実線Ａに示す周波数応答を上方向にオフセットした二点鎖線Ａ´に示す車両特性に合わせた転舵サーボを行うことになる。

すなわち、本ＳＢＷシステムで実施する車両用操舵制御方法は、車速センサ５０で車速Ｖを検出するステップと、検出した車速Ｖが基準車速よりも遅いほど、転舵サーボの制御器の制御ゲインを減少補正するステップとを備える。
このように、高速走行時（高負荷時）の周波数特性Ａに合わせて設計した制御器を、低速走行時（低負荷時）の周波数特性Ｂに近い周波数特性Ａ´に合わせた制御器に設定し直して転舵サーボを行う。

上述した図４に示すように、車両特性は車速に応じて変化する。そのため、仮に、低速走行時（低負荷時）に、高速走行時（高負荷時）の周波数特性に合わせて設計した制御器をそのまま用いて転舵サーボを行うと、この矢印αに対応する周波数領域で転舵サーボのゲインが大きすぎてしまう。すると、これに起因して、目標転舵角に対して実転舵角がオーバーシュートし、振動が発生して運転者に違和感を与えてしまう。

これに対して、本実施形態では、低速走行時（低負荷時）には、高速走行時（高負荷時）の周波数特性に合わせて設計した制御器の制御ゲインを減少補正し、補正後の制御ゲインを設定した制御器を用いて転舵サーボを行う。このように、車速に応じて車両特性が変化することを考慮し、車速に応じて転舵サーボの制御ゲインを変更する。
したがって、高速走行時（高負荷時）には所謂強い制御、低速走行時（低負荷時）には弱い制御を行うことができる。このように、高速走行時（高負荷時）の周波数特性に合わせて設計した制御器を用いても、低速走行時（低負荷時）の転舵の応答性を適切に設定し、上述した振動の発生を防止することができる。

ただし、本実施形態では、低速走行時（低負荷時）に、図７の二点鎖線Ａ´に示す車両特性に合わせた転舵サーボを行うため、図４の矢印αに示す周波数領域よりも高周波の領域では、逆に転舵サーボのゲインが小さくなる。そのため、この高周波領域では、目標とする応答性が得られない。しかしながら、低速走行時の高周波領域での応答性は車両挙動をコントロールする上で常用域では必要としないため、問題とはならない。

ところで、車速に応じて変化する車両特性に合わせて転舵サーボを行うためには、車速毎に複数の制御器を設計しておき、車速に応じて制御器を切り替えて用いる方法もある。しかしながら、この場合、制御器を構成するパラメータを複数記憶しておく必要があり、メモリ容量が増大する。
これに対して、本実施形態は、基準車速での車両特性に合わせた制御器を１つだけ設計し、車速に応じてゲインを補正する構成であるため、制御器を構成するパラメータを複数記憶しておく必要がない。したがって、メモリ容量の増大を防ぎ、その分のコストを削減することができる。また、基準車速を高速走行時の車速とするので、高速走行時には確実に目標とする応答性を確保することができる。

以上のように、車両挙動のコントロールにはＦＦ制御を用い、運転者のステアリング操作から転舵輪の動作までを一意に決める。このとき、車速に応じてセルフアライニングトルクＳＡＴが変化しても、転舵の追従性が変化しないように転舵サーボゲインを変更することで、ＦＦ制御の出力結果通りに転舵輪が動作するようにする。したがって、常に一貫した車両挙動とすることができ、運転者の違和感のない転舵制御を行うことができる。

（効果）
第１の実施形態では、以下の効果が得られる。
（１）転舵モータ制御部４は、操舵角センサ３４で検出した操舵角θに基づいて、転舵輪２４の目標転舵角を演算する。また、転舵モータ制御部４は、転舵モータ角度センサ１６で検出した実転舵角が目標転舵角に追従するように、転舵モータ２を駆動制御する。その際、予め設定した基準車速での転舵モータ指令電流に対する転舵角の応答特性を、所望の目標応答特性とするための制御ゲインを設定した制御器を用いて転舵サーボを行う。そして、車速センサ５０で検出した車速Ｖが高いときと低いときとで、車速Ｖが高いときの方が、車速Ｖが低いときと比較して上記制御器の制御ゲインが高くなるように、当該制御器の制御ゲインを補正する。
このように、転舵サーボゲインを車両に応じて変更するので、車速に応じて変化する車両特性を考慮しつつ、転舵サーボの応答性及び外乱抑制性能を適切に確保することができる。したがって、好適な転舵制御を行うことができる。

（２）基準車速を、停車もしくは極低速走行状態よりも高い車速域の上限とする。そして、車速センサ５０で検出した車速Ｖが上記基準車速よりも遅いほど、上記制御器の制御ゲインを減少補正する。
このように、基準車速を高速走行時の車速とするので、高速走行時には確実に目標とする応答性を確保することができる。

（３）転舵モータ制御部４は、操舵角センサ３４で検出した操舵角θと予め予測した車両挙動とに基づいて、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）を行って転舵輪２４の目標転舵角を演算する。
これにより、車両挙動を示す量としてヨーレートや車両加速度等のセンサ検出値を用いて目標転舵角を演算する場合に発生する目標転舵角の遅れを防止することができる。したがって、車両挙動を適切にコントロールすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態において、高速走行時（高負荷時）の周波数応答に合わせて転舵サーボの制御器を設計しているのに対し、低速走行時（低負荷時）の周波数応答に合わせて転舵サーボの制御器を設計するようにしたものである。

（構成）
第２の実施形態に係る車両用操舵制御装置を適用したＳＢＷシステムは、図１と同様の構成を有する。
本実施形態では、図８の破線Ｄに示すように、図４の破線Ｂに示す低速走行時（低負荷時）の周波数応答に合わせて転舵サーボの制御器を設計する。すなわち、図４の破線Ｂに示す転舵モータ指令電流に対する転舵角の応答特性が、所望の目標応答特性となるような制御ゲインで転舵サーボの制御器を設計し、当該制御器を用いて転舵モータ指令電流を演算するようにする。この破線Ｄに示す制御ゲインを基準ゲインとして設定する。

そして、高速走行時（高負荷時）は、低速走行時（低負荷時）と比較して転舵の追従性が低いことを考慮し、高速走行時（高負荷時）には、図５の実線Ｃに示すように、制御ゲインを破線Ｄで示す基準ゲインに対して大きくする。これは、図２に示すように、サーボ制御の出力値を車速Ｖに応じて補正することに相当する（車速補正６５）。

図９は、基準ゲインを補正するための補正ゲインの一例を示す図である。
この図９に示すように、Ｖ≦Ｖ１（例えばＶ１＝２０ｋｍ／ｈ）である場合には、補正ゲインを１に設定する。また、Ｖ≧Ｖ２（例えばＶ２＝３０ｋｍ／ｈ）である場合には、補正ゲインを１よりも大きい所定値Ｇ１（例えば１．５）に設定する。そして、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２である場合には、車速Ｖが大きくなるにつれて補正ゲインが１からＧ１へ向けて大きくなるように設定する。
このように、低速走行時（低負荷時）の車速を基準車速とし、当該基準車速での周波数特性に合わせた制御器を設計する。そして、車速センサ５０で検出した車速Ｖが上記基準車速よりも速いほど、制御器のゲインを増加補正する。これにより、車速変化に伴う転舵の動特性に応じた転舵サーボを行う。

（動作）
次に、第２の実施形態の動作について説明する。
本ＳＢＷシステムは、運転者による操舵輪３２の操作に応じて転舵モータ２を駆動制御することで、転舵輪２４を転舵する制御を行い、車両の進行方向を変化する。転舵モータ２の駆動制御は、操舵輪３２と転舵輪２４との間に介装するクラッチ６を開放状態とし、操舵輪３２と転舵輪２４との間のトルク伝達経路を機械的に分離した状態で実施する。

先ず、Ｖ≦Ｖ１となる低速走行時（低負荷時）の転舵制御について説明する。運転者がステアリングホイールを操作すると、転舵モータ制御部４は、実転舵角が、操舵角センサ３４で検出した操舵角θに応じた目標転舵角となるように転舵モータ指令電流を演算する。そして、演算した転舵モータ指令電流に基づいて転舵モータ２を駆動制御する。

すなわち、本ＳＢＷシステムで実施する車両用操舵制御方法は、操舵角センサ３４でステアリングホイールの操舵角θを検出するステップと、検出した操舵角θに基づいて、転舵モータ制御部４で転舵輪２４の目標転舵角を演算するステップとを備える。また、当該車両用操舵制御方法は、転舵モータ角度センサ１６で転舵輪２４の実転舵角を検出するステップと、転舵モータ制御部４で、実転舵角が目標転舵角に追従するように、転舵モータ２を駆動制御するステップとを備える。

このとき、転舵モータ制御部４は、図９の補正ゲイン算出マップを参照し、車速Ｖに基づいて補正ゲインを“１”に設定する。そのため、転舵モータ制御部４は、転舵サーボのゲインを設計値、即ち図５の破線Ｄに示す基準ゲインに設定したまま転舵モータ指令電流を演算し、転舵モータ２を駆動制御する。
すなわち、上記転舵モータ２を駆動制御するステップでは、低速走行時（低負荷時）の車速（基準車速）における転舵モータ指令電流に対する転舵角の応答特性を、所望の目標応答特性とするための制御ゲインを設定した制御器を用いて転舵サーボを行う。このとき、Ｖ≦Ｖ１となる低速走行時には、転舵サーボのゲインを設計値のままとする。

そのため、低速走行時（低負荷時）には、図１０の破線Ｂに示す実際の車両特性に合った転舵サーボを行うことができる。したがって、低速走行時に、セルフアライニングトルクＳＡＴが殆ど発生しておらずタイヤが転舵し易い状況である場合には、転舵応答性が高くなりすぎるのを防止し、振動の発生を防止することができる。すなわち、安定した走行を実現することができる。

一方、Ｖ≧Ｖ２となる高速走行時（高負荷時）には、転舵モータ制御部４は、図９の補正ゲイン算出マップを参照し、車速Ｖに基づいて補正ゲインを１よりも大きいＧ１（例えば１．５）に設定する。すなわち、転舵モータ制御部４は、転舵サーボのゲインを、図５の実線Ｃに示す制御ゲインに変更して転舵モータ指令電流を演算し、転舵モータ２を駆動制御する。これにより、図１０の破線Ｂに示す周波数応答を下方向にオフセットした二点鎖線Ｂ´に示す車両特性に合わせた転舵サーボを行うことになる。

すなわち、本ＳＢＷシステムで実施する車両用操舵制御方法は、車速センサ５０で車速Ｖを検出するステップと、検出した車速Ｖが基準車速よりも速いほど、転舵サーボの制御器の制御ゲインを増加補正するステップとを備える。
このように、低速走行時（低負荷時）の周波数特性Ｂに合わせて設計した制御器を、高速走行時（高負荷時）の周波数特性Ｂに近い周波数特性Ｂ´に合わせた制御器に設定し直して転舵サーボを行う。

上述した図４に示すように、車両特性は車速に応じて変化する。そのため、仮に、高速走行時（高負荷時）に、低速走行時（低負荷時）の周波数特性に合わせて設計した制御器をそのまま用いて転舵サーボを行うと、この矢印αに対応する周波数領域で転舵サーボのゲインが小さすぎてしまう。そのため、高速走行時に転舵応答性を確保できないことに起因して、車両挙動が変化してしまう。

これに対して、本実施形態では、高速走行時（高負荷時）には、低速走行時（低負荷時）の周波数特性に合わせて設計した制御器の制御ゲインを増加補正し、補正後の制御ゲインを設定した制御器を用いて転舵サーボを行う。このように、車速に応じて車両特性が変化することを考慮し、車速に応じて転舵サーボの制御ゲインを変更する。
したがって、高速走行時（高負荷時）には所謂強い制御、低速走行時（低負荷時）には弱い制御を行うことができる。このように、低速走行時（低負荷時）の周波数特性に合わせて設計した制御器を用いても、高速走行時（高負荷時）の転舵の応答性を適切に確保することができる。

本実施形態は、基準車速での車両特性に合わせた制御器を１つだけ設計し、車速に応じてゲインを補正する構成であるため、制御器を構成するパラメータを複数記憶しておく必要がない。したがって、上述した第１の実施形態と同様に、メモリ容量の増大を防ぎ、その分のコストを削減することができる。
また、基準車速を低速走行時の車速とするので、低速走行時には確実に目標とする応答性を確保することができる。したがって、小型車両や街乗り車両など、頻繁に低速走行する車両に合致した転舵制御を行うことができる。

以上のように、車両挙動のコントロールにはＦＦ制御を用い、運転者のステアリング操作から転舵輪の動作までを一意に決める。このとき、車速に応じてセルフアライニングトルクＳＡＴが変化しても、転舵の追従性が変化しないように転舵サーボゲインを変更することで、ＦＦ制御の出力結果通りに転舵輪が動作するようにする。したがって、常に一貫した車両挙動とすることができ、運転者の違和感のない転舵制御を行うことができる。

（効果）
第２の実施形態では、以下の効果が得られる。
（１）停車もしくは極低速走行状態での車速を基準車速とし、基準車速での転舵モータ指令電流に対する転舵角の応答特性を、所望の目標応答特性とするための制御ゲインを設定した制御器を用いて転舵サーボを行う。そして、車速センサ５０で検出した車速Ｖが上記基準車速よりも速いほど、上記制御器の制御ゲインを増加補正する。

このように、転舵サーボゲインを車両に応じて変更するので、車速に応じて変化する車両特性を考慮しつつ、転舵サーボの応答性及び外乱抑制性能を適切に確保することができる。また、基準車速を低速走行時の車速とするので、低速走行時には確実に目標とする応答性を確保することができる。したがって、小型車両や街乗り車両など、頻繁に低速走行する車両に合致した転舵制御を行うことができる。

産業上の利用の可能性

本発明に係る車両用操舵制御装置によれば、車速に応じて変化する車両特性を考慮しつつ、転舵サーボの応答性及び外乱抑制性能を適切に確保することができるため、好適な転舵制御を行うことができ、有用である。

１…操舵制御装置、２…転舵モータ、４…転舵モータ制御部、６…クラッチ、８…反力モータ、１０…反力モータ制御部、１２…転舵モータ出力軸、１２ａ…転舵出力歯車、１４…ステアリングラック、１６…転舵モータ角度センサ、１８…ラック軸、１８ａ…ラックギア、２０…タイロッド、２２…ナックルアーム、２４…転舵輪、２６…タイヤ軸力センサ、２８…通信ライン、３２…操舵輪、３４…操舵角センサ、３６…操舵トルクセンサ、３８…反力モータ角度センサ、４０…クラッチ板、４２…ステリングシャフト、４４…ピニオン軸、４６…ピニオン、４８…ピニオン角度センサ、５０…車速センサ、５２…エンジンコントローラ

Claims (5)

1. 転舵輪と機械的に分離したステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールの操舵状態に基づいて前記転舵輪を転舵する転舵アクチュエータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出部と、
   少なくとも前記操舵角検出部で検出した操舵角に基づいて、前記転舵輪の目標転舵角を演算する目標転舵角演算部と、
   前記転舵輪の実転舵角を検出する転舵角検出部と、
   車速を検出する車速検出部と、
   予め設定した基準車速での転舵アクチュエータ指令電流に対する実転舵角の周波数応答特性と制御ゲインの周波数特性とで決まる総合的な周波数応答特性を、所望の目標周波数応答特性とするための当該制御ゲインの周波数特性を設定した制御器を用いて、前記転舵角検出部で検出した実転舵角が前記目標転舵角演算部で演算した目標転舵角に追従するように前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵サーボ部と、
   前記車速検出部で検出した車速が高いときと低いときとで、前記車速が高いときの方が、前記車速が低いときと比較して前記制御器の制御ゲインが高くなるように、当該制御器の制御ゲインを補正するゲイン補正部と、を備え、
   前記ゲイン補正部は、前記基準車速での前記総合的な周波数応答特性が、前記所望の目標周波数応答特性に一致し、前記基準車速とは異なる車速での前記総合的な周波数応答特性が、前記所望の目標周波数応答特性に近づくように、前記制御器の制御ゲインの補正量を設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 前記基準車速は、停車もしくは極低速走行状態よりも高い車速域の上限であり、
   前記ゲイン補正部は、前記車速検出部で検出した車速が前記基準車速よりも遅いほど、前記制御器の制御ゲインを減少補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
3. 前記基準車速は、停車もしくは極低速走行状態での車速であり、
   前記ゲイン補正部は、前記車速検出部で検出した車速が前記基準車速よりも速いほど、前記制御器の制御ゲインを増加補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
4. 前記目標転舵角演算部は、車両挙動を予測する車両挙動予測部を有し、
   前記操舵角検出部で検出した操舵角と前記車両挙動予測部で予測した車両挙動とに基づいて、フィードフォワード制御を行って前記転舵輪の目標転舵角を演算することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用操舵制御装置。
5. 転舵輪と機械的に分離したステアリングホイールの操舵状態に基づいて、転舵アクチュエータによって前記転舵輪を転舵するに際し、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出し、少なくとも検出した操舵角に基づいて前記転舵輪の目標転舵角を演算し、前記転舵輪の実転舵角を検出し、車速を検出し、
   予め設定した基準車速での転舵アクチュエータ指令電流に対する実転舵角の周波数応答特性と制御ゲインの周波数特性とで決まる総合的な周波数応答特性を、所望の目標周波数応答特性とするための当該制御ゲインの周波数特性を設定した制御器に対し、前記基準車速での前記総合的な周波数応答特性が、前記所望の目標周波数応答特性に一致し、前記基準車速とは異なる車速での前記総合的な周波数応答特性が、前記所望の目標周波数応答特性に近づくように、前記制御器の制御ゲインの補正量を設定して、前記車速が高いときと低いときとで、前記車速が高いときの方が、前記車速が低いときと比較して前記制御器の制御ゲインが高くなるように、前記制御器の制御ゲインを補正し、
   補正後の制御ゲインを設定した制御器を用いて、前記実転舵角が前記目標転舵角に追従するように、前記転舵アクチュエータを駆動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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