JP6288157B2 - 車両操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の目標経路に応じて操舵角を変更するために電動モータを制御する車両操舵装置に関する。

特許文献１に記載の車両操舵装置の制御装置は、車両の走行方向を撮像した画像に基づいて目標経路を設定し、この目標経路に応じて電動モータを駆動することにより操舵角を変更する。

特開平６−３３６１７０号公報

ステアリングシャフトの回転に伴い転舵機構が動作するとき、転舵機構の構成部材に歪みが生じる。一方、特許文献１に記載の制御装置は、転舵機構の歪みを考慮することなく電動モータを制御している。このため、電動モータの制御により操舵角を変更したとき、転舵角の変化量が意図したものから大きく乖離するおそれがある。

例えば、転舵角を所定量にわたり変化させるために操舵角を変更したとき、上記構成部材の歪みに起因して、転舵角の変化量が歪みに応じた分だけ意図した変化量よりも小さくなる。このため、目標経路に応じて電動モータの制御が行われるとき、車両の走行経路が目標経路から大きくずれるおそれがある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の走行経路と目標経路とのずれを小さくすることのできる車両操舵装置を提供することにある。

〔１〕本発明の一形態に従う車両操舵装置は、車両の転舵輪の回転角度である転舵角を変更するためのステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転角度である操舵角を変更するための電動モータと、前記ステアリングシャフトの回転を受けて前記転舵輪を回転させる転舵機構と、前記転舵機構において前記転舵角を変化させる動作に伴い回転する部材である転舵回転部材と、前記車両の目標経路に応じて生成された目標転舵角と、前記転舵回転部材の回転角度である転舵要素角とに基づいて目標操舵角を演算し、前記操舵角が前記目標操舵角に一致するように前記電動モータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記操舵角の変化に対して前記転舵要素角が変化しない不感帯を含む前記操舵角と前記転舵要素角との関係が規定された要素角演算手段を備え、前記操舵角に基づいて前記不感帯が生じていると判定した場合、前記要素角演算手段を用いて求めた前記不感帯の大きさに対応する前記操舵角の変化量に基づいて前記目標操舵角を補正する。

転舵回転部材は、転舵機構において転舵角を変化させる動作に伴い回転するため、その回転角度である転舵要素角には転舵機構の構成部材の歪みが反映される。上記発明では、この転舵要素角を用いて電動モータの制御を行うため、転舵機構の歪みを考慮することなく電動モータの制御を行う構成と比較して、転舵角を正確に変更することが可能となる。このため、車両の走行経路と目標経路とのずれを小さくすることができる。

この車両操舵装置の制御装置を製造するに当たり要素角演算手段を設計するとき、実際の操舵角と転舵要素角との関係を予め把握することにより、転舵機構の構成部材の歪みが反映された操舵角と転舵要素角との関係を含む要素角演算手段を構成することができる。上記発明では、この考え方をもとに構成される要素角演算手段を備えているため、操舵角の制御により転舵角を正確に変更することが可能となる。

車両操舵装置においては、操舵角の変化に対して転舵要素角が変化しない操舵角の領域（不感帯）が存在することが本願発明者の試験により確認されている。上記発明では、この知見を反映して要素角演算手段に不感帯を設定している。このため、転舵角をより正確に制御することができる。

〔２〕前記車両操舵装置の一例によれば、前記制御装置は、前記ステアリングシャフトを回転させる操作が、前記不感帯が生じる操作に相当すると前記操舵角および前記目標操舵角に基づいて判定した場合、前記不感帯が生じる操作の種類に応じた前記不感帯の大きさに対応する前記操舵角の変化量に基づいて前記目標操舵角を補正する。

〔３〕前記車両操舵装置の一例によれば、前記制御装置は、前記ステアリングシャフトを回転させる操作が切り始め操作に相当すると前記操舵角の変化に基づいて判定した場合、前記操舵角が増加して前記操舵角の変化量が前記不感帯を超えてから前記転舵要素角が増加するときの比例関係である増加関係において、前記転舵要素角の最新値に対応する前記操舵角を前記不感帯の上限値として記憶し、前記操舵角が減少して前記操舵角の変化量が前記不感帯を超えてから前記転舵要素角が減少するときの比例関係である減少関係において、前記転舵要素角の最新値に対応する前記操舵角を前記不感帯の下限値として記憶し、前記操舵角の最新値と前記不感帯の上限値および前記不感帯の下限値との関係に基づいて前記転舵要素角の現在値を検出する。

〔４〕前記車両操舵装置の一例によれば、前記要素角演算手段は、前記車両の走行速度に応じて前記不感帯の大きさを変化させる。
車両操舵装置においては、車両の走行速度に応じて不感帯の大きさが変化することが本願発明者の試験により確認されている。上記発明では、この知見を反映して不感帯の大きさを走行速度毎に設定している。このため、転舵角をより正確に制御することができる。

〔５〕前記車両操舵装置の一例によれば、前記要素角演算手段は、前記操舵角と前記転舵輪である左転舵輪に対応する前記転舵要素角との関係を規定した第１演算手段、および、前記操舵角と前記転舵輪である右転舵輪に対応する前記転舵要素角との関係を規定した第２演算手段を含む。

左転舵輪および右転舵輪のそれぞれについての操舵角と転舵要素角との関係は、各転舵輪の組み付け誤差および個々の部品の製造誤差などに起因して異なる。上記発明ではこの点に着目し、左転舵輪のための第１演算手段および右転舵輪のための第２演算手段を備えている。このため、左転舵輪および右転舵輪に対して共通の要素角演算手段を備える構成と比較して、転舵角をより正確に制御することができる。

〔６〕前記車両操舵装置の一例によれば、前記制御装置は、前記車両の走行方向を撮像した画像に応じて設定される前記目標経路に応じて前記操舵角を変更する。
この発明によれば、撮像した画像に応じて設定された目標経路と実際の車両の走行経路とを一致させるために操舵角が変更される。そして、この操舵角の変更にあたり転舵要素角に基づいて電動モータが制御されるため、実際の走行経路と目標経路とのずれが小さくなる。

本発明によれば、車両の走行経路と目標経路とのずれを小さくすることのできる車両操舵装置を提供できる。

本発明の一実施形態の車両操舵装置について、その全体構成を示す構成図。 同実施形態の車両操舵装置について（ａ）は転舵輪、衝撃吸収機構、およびその周辺の構造を模式的に示す構成図、（ｂ）同構造の平面視を示す平面図。 同実施形態の車両操舵装置について、その制御装置に記憶されている操舵角と転舵要素角との関係を示すグラフ。 同実施形態の車両操舵装置について、その制御装置に記憶されている操舵角と転舵要素角との関係を示すグラフ。 同実施形態の車両操舵装置について、その制御装置により実行される転舵要素角制御処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態の車両操舵装置について、その制御装置により実行される操舵量計算処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態の車両操舵装置について、その制御装置により実行される転舵要素角記憶処理の手順の一部を示すフローチャート。 同実施形態の車両操舵装置について、その制御装置により実行される転舵要素角記憶処理の手順の一部を示すフローチャート。 本発明のその他の実施形態の車両操舵装置について、その制御装置に記憶されている走行速度と不感帯との関係を示すグラフ。

（実施形態）
図１を参照して、車両操舵装置１の全体構成について説明する。
ステアリングホイール２は、インプットシャフト１１およびトーションバー１２を介してコラムシャフト１３に連結されている。コラムシャフト１３は、インターミディエイトシャフト１４を介してピニオンシャフト１５に連結されている。ステアリングシャフト１６は、インプットシャフト１１、トーションバー１２、コラムシャフト１３、インターミディエイトシャフト１４、およびピニオンシャフト１５からなる。ラック軸１８は、ラックアンドピニオン機構１７によってピニオンシャフト１５と連結されている。

自動操舵アクチュエータ２１は、第１電動モータ２２、第２電動モータ２３、減速機構２４、第１回転角センサ２５および第２回転角センサ２６を有する。第１電動モータ２２は、電子制御装置５１から供給される第１電流Ｉａに応じてロータ（以下、「第１ロータ」）を回転させる。第２電動モータ２３は、電子制御装置５１から供給される第２電流Ｉｂに応じてロータ（以下、「第２ロータ」）を回転させる。減速機構２４は、第１ロータおよび第２ロータの回転を減速して、コラムシャフト１３に伝達する。第１回転角センサ２５は、第１ロータの回転角θｍａ（以下、「第１回転角θｍａ」）を示す信号を出力する。第２回転角センサ２６は、第２ロータの回転角θｍｂ（以下、「第２回転角θｍｂ」）を示す信号を出力する。

操舵角センサ３１は、コラムシャフト１３の回転角、すなわち操舵角θｈを示す信号を出力する。車速センサ３２は、車両の走行速度Ｖを示す信号を出力する。
上位制御装置４１は、図示しないカメラによって撮像された車両の走行方向を示す画像を処理することにより、車両の走行経路と目標経路とを計算する。上位制御装置４１は、右転舵輪１９および左転舵輪２０のいずれかを制御対象Ｓｔとして、走行経路が目標経路に追従するように目標転舵角θｓを計算する。上位制御装置４１は、目標転舵角θｓおよび制御対象Ｓｔを示す信号を出力する。

電子制御装置５１は、第１回転角センサ２５、第２回転角センサ２６、操舵角センサ３１、車速センサ３２、および上位制御装置４１から出力される信号に基づいて、第１電流Ｉａおよび第２電流Ｉｂを供給する。

車両操舵装置１は次のように動作する。
電子制御装置５１から第１電流Ｉａの供給を受けた第１電動モータ２２は第１ロータを回転させ、第２電流Ｉｂの供給を受けた第２電動モータ２３は第２ロータを回転させることにより、減速機構２４を介してコラムシャフト１３が回転する。コラムシャフト１３の回転はインターミディエイトシャフト１４を介してピニオンシャフト１５に伝達される。ピニオンシャフト１５の回転は、ラックアンドピニオン機構１７によりラック軸１８の軸方向の直線運動に変換される。ラック軸１８の軸方向への移動に伴い右転舵輪１９および左転舵輪２０の向きが変更される。

なお、コラムシャフト１３の回転量、すなわち、操舵角θｈの変化量に対する転舵角θの変化量の比はオーバーオールギア比として電子制御装置５１の記憶部に予め記憶されている。

図２を参照して、転舵要素角θｔについて説明する。
図２（ａ）に示すように、左転舵輪２０は、中心点Ｐを幅方向に通る中心軸Ｈｊ周りに、ドライブシャフト６４の回転に伴って回転可能にナックル６２に取り付けられている。

衝撃吸収機構６５の一端は、車両に回転可能に取り付けられている。衝撃吸収機構６５の他端には、ナックル６２が取り付けられている。ナックル６２は、衝撃吸収機構６５の長手方向の中心軸Ｋｊ周りに回転可能、かつ車両の前後方向軸Ｑｊ周りに回転可能に衝撃吸収機構６５に取り付けられている。

また、ナックル６２は、左転舵輪２０の中心点Ｐを径方向に通る軸Ｔｊを、左転舵輪２０の中心軸Ｈｊ周りに回転させたときにできる回転面から、衝撃吸収機構６５の中心軸Ｋｊが、ドライブシャフト６４側に傾斜角θｋだけ傾斜するように取り付けられている。ナックル６２には、衝撃吸収機構６５の中心軸Ｋｊよりも車両後方側に突出するようにナックルアーム６３が設けられている。

タイロッド６１は、左転舵輪２０の幅方向に移動可能であり、一端がナックルアーム６３に回転可能に連結され、他端がラック軸１８の一端に回転可能に連結されている。
ナックルアーム６３に伝達されたタイロッド６１の直線運動は、衝撃吸収機構６５の中心軸Ｋｊを中心とするナックル６２の回転運動に変換される。衝撃吸収機構６５の中心軸Ｋｊ周りにナックル６２が回転すると、図２（ｂ）に示すように、この中心軸Ｋｊに対して傾斜角θｋだけ傾斜した状態で、この中心軸Ｋｊ周りに左転舵輪２０が回転する。

このように左転舵輪２０が中心軸Ｋｊ周りに回転することにより、車両の走行方向を変更する向きに路面から反力を受け、左転舵輪２０のゴムタイヤ部分が弾性変形した結果、重力方向下側に車両を見下ろしたときの車両前後方向の軸に対して走行方向がなす角度、すなわち、転舵角θが変更される。以下では、衝撃吸収機構６５の中心軸Ｋｊ周りの左転舵輪２０の回転角を、転舵角θが定まるときの一要素となる回転角として転舵要素角θｔと称する。また、転舵機構は、ラックアンドピニオン機構１７、ラック軸１８、タイロッド６１、ナックル６２、ナックルアーム６３、および衝撃吸収機構６５をその構成部材とする。

コラムシャフト１３の回転および操舵角θｈの変化の対応関係について説明する。
コラムシャフト１３が正回転することにより操舵角θｈが増加する。コラムシャフト１３が逆回転することにより操舵角θｈが減少する。操舵角θｈが増加するにしたがって転舵要素角θｔが増加する。操舵角θｈが減少するにしたがって、転舵要素角θｔが減少する。転舵要素角θｔが減少すると、車両の走行方向が左方向に変更され、転舵角θも減少する。転舵要素角θｔが増加すると、車両の走行方向が右方向に変更され、転舵角θも増加する。転舵要素角θｔは、図２（ｂ）に示すように、左転舵輪２０の幅方向の中心軸Ｈｊが車両の幅方向と平行な状態を基準とし、増加すると正の値となり、減少すると負の値となる。操舵角θｈの基準および正負の符号は、転舵要素角θｔの基準および正負の符号と一致する。

なお、右転舵輪１９の転舵要素角θｔについては左転舵輪２０の転舵要素角θｔと同様であるので説明を省略する。また、以下の説明では、右転舵輪１９および左転舵輪２０の総称として転舵輪と称する。また、操舵角θｈの変化量に対する転舵要素角θｔの変化量の比はオーバーオールギア比と同じである。

図３を参照して、操舵角θｈと転舵要素角θｔの関係（以下、転舵要素角関係と称する）について説明する。
図３は、下限値−θｈｍａｘと上限値θｈｍａｘとの間で操舵角θｈを往復変化させたときの転舵要素角θｔの軌跡を示す。コラムシャフト１３の回転トルクが転舵機構に伝達されることにより、転舵機構の各構成部材には、この回転トルクおよび転舵輪が路面から受ける反力に応じて歪みが生じる。

このため、操舵角θｈが０°から増加すると、Ａ点に到達してから転舵要素角θｔが増加する。また、操舵角θｈがＡ点からＢ点まで増加してから減少すると、操舵角θｈがΔＨだけ減少してＣ点に到達してから、転舵要素角θｔが減少を始める。さらに、操舵角θｈがＣ点からＤ点まで減少してから再び増加すると、操舵角θｈがΔＨだけ増加してＥ点に到達してから転舵要素角θｔが増加を始める。つまり、転舵要素角関係は、操舵角θｈが０°の位置から増加または減少するときに、操舵角θｈの変化に対して転舵要素角θｔが変化しない不感帯が生じる関係となる。操舵角θｈが０°から増加または減少する変化は、ステアリングホイール２を切り始める操作をしたときの変化である。このとき生じる不感帯の大きさは、ΔＨ／２の操舵角θｈの変化量となる。また、転舵要素角関係は、操舵角θｈの変化が増加から減少または減少から増加に切り替わるときに、操舵角θｈの変化に対して転舵要素角θｔが変化しない不感帯が生じる関係となる。操舵角θｈの変化が増加から減少または減少から増加に切り替わる変化は、ステアリングホイール２を切り返す操作をしたときの変化である。このとき生じる不感帯の大きさは、ΔＨの操舵角θｈの変化量となる。

なお、図３に示すように、転舵要素角関係において、車両の走行方向が右方向に変更されるように操舵角θｈが増加して変化量が不感帯を超えてから、転舵要素角θｔが増加するときの比例関係を増加関係Ｚｋと称する。また、図３に示すように、転舵要素角関係において、車両の走行方向が左方向に変更されるように操舵角θｈが減少して変化量が不感帯を超えてから、転舵要素角θｔが減少するときの比例関係を減少関係Ｇｋと称する。

図４を参照して、転舵要素角関係の不感帯と走行速度Ｖとの関係について説明する。
図４の実線は、走行速度Ｖが所定速度Ｖ１未満のときの転舵要素角関係Ｄａを示す。また、図４の一点鎖線は、走行速度Ｖが所定速度Ｖ１以上、かつ所定速度Ｖ２未満のときの転舵要素角関係Ｄｂを示す。また、図４の二点鎖線は、走行速度Ｖが所定速度Ｖ２以上のときの転舵要素角関係Ｄｃを示す。転舵要素角関係Ｄａ〜Ｄｃは、それぞれΔＨａ〜ΔＨｃの不感帯を有し、ΔＨａ＜ΔＨｂ＜ΔＨｃである。つまり、転舵要素角関係に生じる不感帯は、走行速度Ｖが増加するのにしたがって増加する。

また、図４に示す走行速度Ｖに応じた転舵要素角関係Ｄａ〜Ｄｃは、右転舵輪１９および左転舵輪２０のそれぞれについて予め測定することができる。以下では、右転舵輪１９について転舵要素角関係Ｄａ〜Ｄｃを測定した結果を右転舵要素角関係と称し、左転舵輪２０について転舵要素角関係Ｄａ〜Ｄｃを測定した結果を左転舵要素角関係と称する。

図５〜図７を参照して、電子制御装置５１の動作について説明する。
電子制御装置５１は図５の転舵要素角制御処理を所定の処理周期で繰り返し実行する。なお、以下の説明では、左転舵要素角関係および右転舵要素角関係は電子制御装置５１に予め記憶されているものとする。

ステップＳ１１では、車速センサ３２から走行速度Ｖを取得し、上位制御装置４１から制御対象Ｓｔを取得する。
ステップＳ１２では、ステップＳ１１において取得した制御対象Ｓｔに応じて左転舵要素角関係および右転舵要素角関係のいずれかの転舵要素角関係Ｄａ〜Ｄｃを選択する。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２において選択した転舵要素角関係Ｄａ〜Ｄｃのうち、ステップＳ１１において取得した走行速度Ｖに応じた転舵要素角関係を選択する。
ステップＳ１４では、上位制御装置４１によって生成された目標転舵角θｓを転舵要素角θｔの目標値（以下、「目標転舵要素角θｔｓ」）として取得する。

ステップＳ１５では、ステップＳ１４において取得した目標転舵要素角θｔｓから、後述する転舵要素角記憶処理で記憶した転舵要素角θｔの履歴の最新値を引いた差を転舵要素角差Δθｔとして計算し、履歴として記憶する。これにより、上位制御装置４１によって転舵輪の向きの目標として計算された目標転舵角θｓと、現在の転舵輪の向きとのずれを、転舵要素角θｔの差として認識できる。

ステップＳ１６では、転舵要素角差Δθｔに基づいて目標操舵角θｈｓを計算する操舵量計算処理をする。操舵量計算処理の詳細は後述する。
ステップＳ１７では、ステップＳ１６で計算した目標操舵角θｈｓに操舵角θｈが一致するように、第１回転角θｍａおよび第２回転角θｍｂに基づいて、第１電流Ｉａおよび第２電流Ｉｂを供給し、コラムシャフト１３を回転させる。

ステップＳ１８では、操舵角センサ３１から取得した操舵角θｈに基づいて不感帯が生じているか否かを判定すると共に転舵要素角θｔの現在値を決定して記憶する転舵要素角記憶処理をする。これにより、転舵要素角θｔを検出するためのセンサを用いなくても、転舵要素角θｔのフィードバック制御を行うことができる。転舵要素角記憶処理の詳細は後述する。

図６を参照して、ステップＳ１６の操舵量計算処理について詳述する。
ステップＳ２１では、オーバーオールギア比を用いて転舵要素角差Δθｔの最新値を操舵角差Δθｈに換算する。これにより、目標転舵要素角θｔｓに対する転舵要素角θｔの差を、操舵角θｈの目標値に対する差に換算することができる。

ステップＳ２２では、操舵角センサ３１から操舵角θｈを取得し、履歴の最新値として記憶する。
ステップＳ２３では、操舵角θｈの履歴の最新値に操舵角差Δθｈを加算した値を目標操舵角θｈｓとして計算する。

ステップＳ２４では、操舵角θｈの最新値から目標操舵角θｈｓまでの変化が０°からの変化であるか、または、前回値から目標操舵角θｈｓまでの変化が増加から減少または減少から増加する変化であるか否かを判定する。これにより、操舵角θｈを目標操舵角θｈｓに一致させるステアリングホイール２の操作が、切り始めまたは切り返しに相当するか否か、すなわち、不感帯が生じる操作に相当するか否かを判定できる。

ステップＳ２４において肯定判定した場合、ステップＳ２５では、ステップＳ１２において選択した転舵要素角関係の不感帯に相当する操舵角θｈの変化量を目標操舵角θｈｓに加算し、図６のフローチャートに示す処理を終了して、図５の転舵要素角制御処理におけるステップＳ１７の処理を開始する。これにより、操舵角θｈを目標操舵角θｈｓにするときに不感帯が生じる場合には、不感帯の分だけ操舵角θｈの変化量を増加させ、上位制御装置４１から取得した目標転舵要素角θｔｓに実際の転舵要素角θｔを追従させることができる。

ステップＳ２４において否定判定した場合、図６のフローチャートに示す処理を終了して、図５の転舵要素角制御処理におけるステップＳ１７の処理を開始する。
図７〜図８を参照してステップＳ１８の転舵要素角記憶処理の詳細について説明する。

ステップＳ３１では、後述する不感帯の上限値θｘ１および下限値θｘ２が記憶されているか否かを判定する。ステップＳ３１において肯定判定した場合、ステップＳ４０の処理へ進む。

ステップＳ３１において否定判定した場合、ステップＳ３２では、操舵角センサ３１から操舵角θｈを取得し、履歴の最新値として記憶部に記憶する。
ステップＳ３３では、操舵角θｈの履歴の前回値から最新値が変化しているか否かを判定する。

ステップＳ３３において否定判定した場合、ステップＳ４４の処理に進む。ステップＳ３３において肯定判定した場合、ステップＳ３４では、ステップＳ３３で判定した操舵角θｈの変化がステアリングホイール２の切り始め操作に相当する変化か否かを判定する。

ステップＳ３４において肯定判定した場合、ステップＳ３９の処理へ進む。ステップＳ３４において否定判定した場合、ステップＳ３５では、操舵角θｈの前々回値から最新値までの変化が、増加し続けているかまたは減少し続けているかのいずれかであり、ステップＳ３３で判定した操舵角θｈの変化が、ステアリングホイール２の切り込み操作に相当する変化か否かを判定する。

ステップＳ３４およびステップＳ３５によれば、ステップＳ３３で判定した操舵角θｈの変化が、不感帯を生じる変化か否かを判定することができる。
ステップＳ３５において否定判定した場合、ステップＳ３９の処理へ進む。ステップＳ３５において肯定判定した場合、ステップＳ３６では、操舵角θｈの前回値から最新値までの変化が増加する変化であり、ステップＳ３３で判定した操舵角θｈの変化が、ステアリングホイール２を右方向に操舵する変化か否かを判定する。

ステップＳ３６において肯定判定した場合、ステップＳ３７では、ステップＳ１３において選択した転舵要素角関係における増加関係Ｚｋ上で操舵角θｈの最新値に対応する転舵要素角θｔを履歴に追加する。これにより、ステアリングホイール２を右方向に切り込む操作に相当する変化をした操舵角θｈに対応する転舵要素角θｔを履歴に追加できる。

ステップＳ３６において否定判定した場合、ステップＳ３８では、ステップＳ１３において選択した転舵要素角関係における減少関係Ｇｋ上で操舵角θｈの最新値に対応する転舵要素角θｔを履歴に追加する。これにより、ステアリングホイール２を左方向に切り込む操作に相当する変化をした操舵角θｈに対応する転舵要素角θｔを履歴に追加できる。

ステップＳ３９では、増加関係Ｚｋにおいて転舵要素角θｔの最新値に対応する操舵角θｈを、不感帯の上限値θｘ１として記憶する。また、減少関係Ｇｋにおいて転舵要素角θｔの最新値に対応する操舵角θｈを、不感帯の下限値θｘ２として記憶する。このときの増加関係Ｚｋおよび減少関係Ｇｋは、ステップＳ１３において選択した転舵要素角関係における増加関係Ｚｋおよび減少関係Ｇｋである。

ステップＳ３９の処理をすることにより、ステップＳ３４またはステップＳ３５において、操舵角θｈの変化に対する転舵要素角θｔの不感帯が生じると判定したときに、この不感帯の範囲を操舵角θｈの範囲として記憶することができる。また、ステップＳ３９の処理により、ステアリングホイール２の切り始め操作に相当する操舵角θｈの変化または切り返し操作に相当する操舵角θｈの変化を判定する前に、ステップＳ３１の処理において、不感帯が生じている最中か否かを判定することができる。

ステップＳ４０では、転舵要素角θｔの最新値と同じ値を履歴に追加する。これにより、操舵角θｈが不感帯の範囲内である場合に、操舵角θｈの変化に応じて変化しないように転舵要素角θｔを記憶できる。

ステップＳ４１では、操舵角センサ３１から操舵角θｈを取得し、履歴の最新値として記憶する。
ステップＳ４２では、操舵角θｈの最新値が上限値θｘ１以上となる、または、下限値θｘ２以下となるのいずれかが生じ、不感帯の限界値に達したか否かを判定する。ステップＳ４２において否定判定した場合、図７のフローチャートに示す処理を終了し、図５の転舵要素角制御処理を終了する。ステップＳ４２において肯定判定した場合、ステップＳ４３では、不感帯の上限値θｘ１および下限値θｘ２を削除する。

ステップＳ４４では、転舵要素角θｔの最新と同じ値を履歴に追加する。これにより、変化していない操舵角θｈに応じて変化しない転舵要素角θｔを履歴の最新値として記憶することができる。

（実施形態の効果）
本実施形態の車両操舵装置１によれば以下の効果が得られる。
（１）電子制御装置５１は、転舵機構において転舵角θを変化させる動作に伴い回転するナックル６２の回転角度を転舵要素角θｔとして、第１電動モータ２２および第２電動モータ２３の制御に転舵要素角θｔを用いる。

ナックル６２は、転舵機構において転舵角θを変化させる動作に伴い回転するため、その回転角度である転舵要素角θｔには転舵機構の構成部材の歪みが反映される。上記構成では、この転舵要素角θｔを用いて第１電動モータ２２および第２電動モータ２３の制御を行うため、転舵機構の歪みを考慮することなく電動モータの制御を行う構成と比較して、転舵角θを正確に変更することが可能となる。このため、車両の走行経路と目標経路とのずれを小さくすることができる。

（２）車両操舵装置１は、操舵角θｈと転舵要素角θｔとの関係が予め規定された要素角演算手段としての電子制御装置５１を有する。
車両操舵装置１の電子制御装置５１を設計するとき、実際の操舵角θｈと転舵要素角θｔとの関係を予め把握することにより、転舵機構の構成部材の歪みが反映された操舵角θｈと転舵要素角θｔとの関係を含む構成とすることができる。上記構成では、この考え方を元に構成される電子制御装置５１を備えているため、操舵角θｈの制御により転舵角θを正確に変更することが可能となる。

（３）電子制御装置５１は、操舵角θｈの変化に対して転舵要素角θｔが変化しない不感帯を有する。
車両操舵装置１においては、操舵角θｈの変化に対して転舵要素角θｔが変化しない操舵角θｈの領域（不感帯）が存在することが本願発明者の試験により確認されている。上記構成では、この知見を反映して電子制御装置５１に不感帯を設定している。このため、転舵角θをより正確に制御することができる。

（４）電子制御装置５１は、車両の走行速度Ｖに応じて不感帯の大きさを変化させる。
車両操舵装置１においては、車両の走行速度Ｖに応じて不感帯の大きさが変化することが本願発明者の試験により確認されている。上記構成では、この知見を反映して不感帯の大きさを走行速度Ｖ毎に設定している。このため、転舵角θをより正確に制御することができる。

（５）車両は転舵輪として右転舵輪１９および左転舵輪２０を備え、車両操舵装置１は、操舵角θｈと左転舵輪２０に対応する転舵要素角θｔとの関係を規定した第１演算手段、および操舵角θｈと右転舵輪１９に対応する転舵要素角θｔとの関係を規定した第２演算手段としての電子制御装置５１を含む。

左転舵輪２０および右転舵輪１９のそれぞれについての転舵要素角θｔと操舵角θｈとの関係は、各転舵輪の組み付け誤差および個々の部品の製造誤差などに起因して異なる。上記構成ではこの点に着目し、右転舵輪１９および左転舵輪２０のための関係が予め規定された電子制御装置５１を備えている。このため、右転舵輪１９および左転舵輪２０に対して共通の関係が規定された電子制御装置を備える構成と比較して、転舵角θをより正確に制御することができる。

（６）上位制御装置４１は、車両の走行方向を撮像した画像に応じて目標経路を設定し、電子制御装置５１は、この目標経路に応じて計算された目標転舵角θｓを目標転舵要素角θｔｓとして取得し、この目標転舵要素角θｔｓに応じて操舵角θｈを変更する。

この構成によれば、撮像した画像に応じて設定された目標経路と実際の車両の走行経路とを一致させるために操舵角θｈが変更される。そして、この操舵角θｈの変更に当たり転舵要素角θｔに基づいて第１電動モータ２２および第２電動モータ２３が制御されるため、実際の走行経路と目標経路とのずれが小さくなる。

（その他の実施形態）
本発明の実施態様は、上記実施形態に限られるものではなく、例えば以下に示すように変更することもできる。また以下の各変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を組み合わせて実施することもできる。

・上記実施形態（図５）では、操舵角θｈに基づいて転舵要素角θｔを決定し、この転舵要素角θｔを実際の検出値として代用することにより操舵角差Δθｈ、すなわち、コラムシャフト１３の回転量を決定するフィードバック制御をした。しかし、上記操舵量計算処理のみを行ってコラムシャフト１３の回転量を決定し第１電動モータ２２および第２電動モータ２３を制御するフィードフォワード制御を行うこともできる。

・上記実施形態（図１）では、自動操舵アクチュエータ２１を用いて自動操舵制御をしたが、トーションバー１２のねじれを回転角センサを用いて検出することによって操舵トルクを検出し、自動操舵制御中に使用者による操舵トルクの入力があったときに、自動操舵制御を解除することもできる。

・上記実施形態（図１）では、ステアリングホイール２と転舵輪とが機械的に連結された構成とした。しかし、ステアリングホイール２と転舵輪とが機械的に独立しており、ステアリングホイール２の回転に伴うように転舵輪の向きを電動モータで変更するステアバイワイヤ方式の車両操舵装置に本発明を適用することもできる。

・上記実施形態（図４）では、走行速度Ｖに応じた転舵要素角関係を複数設定するものとしたが、転舵要素角関係を１つだけ設定し、不感帯の大きさは、走行速度Ｖが増加するのにしたがって増加するように予め定められた図９に示す不感帯マップを用いて決定することもできる。

・上記実施形態（図２）では、左転舵輪２０の中心点Ｐを径方向に通る軸Ｔｊを、左転舵輪２０の中心点Ｐを幅方向に通る中心軸Ｈｊ周りに回転させたときにできる回転面から、ドライブシャフト６４側に傾斜角θｋだけ衝撃吸収機構６５の中心軸Ｋｊが傾斜する構造の転舵機構を用いた。そして、この転舵機構においてこの中心軸Ｋｊまわりのナックル６２の回転角を転舵要素角θｔとした。しかし、転舵要素角θｔは、転舵機構において転舵角θを変更させる動作に伴い回転する転舵回転部材の回転角度であれば、どのような回転角度であってもよい。

・上記実施形態（図８）では、操舵角θｈの検出結果に基づき転舵要素角θｔを計算し、この計算値に基づいて目標操舵角θｈｓを決定したが、センサを用いて検出された転舵要素角θｔに基づいて目標操舵角θｈｓを決定することもできる。

・上記実施形態（図２）では、転舵機構の構成部材が、ラックアンドピニオン機構１７、ラック軸１８、タイロッド６１、ナックル６２、ナックルアーム６３、および衝撃吸収機構６５としたが、これらの構成部材の間に挿入されるユニバーサルジョイントなどの連結部材およびこれらの構成部材に付随する他の部材などを含むこともできる。

・上記実施形態（図２）では、ストラット式の衝撃吸収機構６５を用いたが、スイングアクスル式およびダブルウィッシュボーン式などの他の任意の衝撃吸収機構（懸架装置）を有する車両にも本発明を適用することができる。

１…車両操舵装置、２…ステアリングホイール、１１…インプットシャフト、１２…トーションバー、１３…コラムシャフト、１４…インターミディエイトシャフト、１５…ピニオンシャフト、１６…ステアリングシャフト、１７…ラックアンドピニオン機構、１８…ラック軸、１９…右転舵輪、２０…左転舵輪、２１…自動操舵アクチュエータ、２２…第１電動モータ、２３…第２電動モータ、２４…減速機構、２５…第１回転角センサ、２６…第２回転角センサ、３１…操舵角センサ、３２…車速センサ、４１…上位制御装置、５１…電子制御装置（制御装置）、６１…タイロッド、６２…ナックル（転舵回転部材）、６３…ナックルアーム、６４…ドライブシャフト、６５…衝撃吸収機構。

Claims (6)

1. 車両の転舵輪の回転角度である転舵角を変更するためのステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトの回転角度である操舵角を変更するための電動モータと、
   前記ステアリングシャフトの回転を受けて前記転舵輪を回転させる転舵機構と、
   前記転舵機構において前記転舵角を変化させる動作に伴い回転する部材である転舵回転部材と、
   前記車両の目標経路に応じて生成された目標転舵角と、前記転舵回転部材の回転角度である転舵要素角とに基づいて目標操舵角を演算し、前記操舵角が前記目標操舵角に一致するように前記電動モータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記操舵角の変化に対して前記転舵要素角が変化しない不感帯を含む前記操舵角と前記転舵要素角との関係が規定された要素角演算手段を備え、
   前記操舵角に基づいて前記不感帯が生じていると判定した場合、前記要素角演算手段を用いて求めた前記不感帯の大きさに対応する前記操舵角の変化量に基づいて前記目標操舵角を補正する車両操舵装置。
2. 前記制御装置は、
   前記ステアリングシャフトを回転させる操作が、前記不感帯が生じる操作に相当すると前記操舵角および前記目標操舵角に基づいて判定した場合、前記不感帯が生じる操作の種類に応じた前記不感帯の大きさに対応する前記操舵角の変化量に基づいて前記目標操舵角を補正する
   請求項１に記載の車両操舵装置。
3. 前記制御装置は、
   前記ステアリングシャフトを回転させる操作が切り始め操作に相当すると前記操舵角の変化に基づいて判定した場合、
   前記操舵角が増加して前記操舵角の変化量が前記不感帯を超えてから前記転舵要素角が増加するときの比例関係である増加関係において、前記転舵要素角の最新値に対応する前記操舵角を前記不感帯の上限値として記憶し、
   前記操舵角が減少して前記操舵角の変化量が前記不感帯を超えてから前記転舵要素角が減少するときの比例関係である減少関係において、前記転舵要素角の最新値に対応する前記操舵角を前記不感帯の下限値として記憶し、
   前記操舵角の最新値と前記不感帯の上限値および前記不感帯の下限値との関係に基づいて前記転舵要素角の現在値を検出する
   請求項１または２に記載の車両操舵装置。
4. 前記要素角演算手段は、前記車両の走行速度に応じて前記不感帯の大きさを変化させる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両操舵装置。
5. 前記要素角演算手段は、前記操舵角と前記転舵輪である左転舵輪に対応する前記転舵要素角との関係を規定した第１演算手段、および、前記操舵角と前記転舵輪である右転舵輪に対応する前記転舵要素角との関係を規定した第２演算手段を含む
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両操舵装置。
6. 前記制御装置は、
   前記車両の走行方向を撮像した画像に応じて設定される前記目標経路に応じて前記操舵角を変更する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両操舵装置。

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