JP6582675B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の転舵輪の転舵角とステアリングの回転角度である操舵角との比である舵角比を変更可能な操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置に関する。

操舵装置には、転舵輪の転舵角に許容される上限値が存在する。たとえば、ラックアンドピニオン機構を備える操舵装置においては、ラックの軸方向の変位がラックストッパによって規制されている。

そして、転舵角の絶対値が上限値となる直前において、ステアリングに転舵角の増加を抑制するように反力を加えるいわゆるエンド当て処理（操舵制限処理）が周知である。たとえば、特許文献１には、ステアリングと転舵輪との動力伝達を遮断した状態でステアリングの操作に応じて転舵輪を転舵アクチュエータによって転舵させるステアバイワイヤシステムにおける操舵制限処理が記載されている。

一方、ステアリングには、エアバッグやホーン等が搭載されている。そして、それらの電気配線をスパイラルケーブルを介して車体側に固定された電子機器に接続することが周知である。これにつき、特許文献２には、操舵角で転舵角を除算した値を舵角比としたときに舵角比が最小である場合において、ラック軸がラックストッパに接触するまでステアリングを操作可能なようにスパイラルケーブルの長さを設定することが記載されている（図１３参照）。

特許第４７２５１３２号 特開２００６−１７６１０２号公報

ただし、スパイラルケーブルの長さは、必ずしも上記特許文献２に記載の長さに設定されるとは限らない。ここで、実際のスパイラルケーブルの長さが、上記特許文献２に記載のものよりも短い場合には、以下の問題が生じる。なお、以下では、舵角比を、操舵角で転舵角を除算した値と定義する。

すなわち、操舵角がスパイラルケーブルの長さから定まる操舵角の上限値に近づくことに基づき上記操舵制限処理を実行する場合、操舵角が上限値を超えて操舵角を増加させようとステアリングが操作される事態は回避される。ただし、この場合、舵角比が大きくなる場合、ラック軸がラックストッパに接触するタイミングにおいても、操舵角には余裕があるために、操舵制限処理が実行されないおそれがある。

これに対し、転舵角に基づき上記舵角制限処理を実行するなら、舵角比が大きい場合であっても、ラック軸がラックストッパに接触する前に操舵制限処理を実行することができる。しかしこの場合には、舵角比が小さい場合に、転舵角に余裕があるときであっても、操舵角は、スパイラルケーブルの長さから定まる上限値に達することがあり、この場合には、操舵角が上限値に達しても舵角制限処理が実行されないおそれがある。

なお、スパイラルケーブルとラックアンドピニオン機構とを備えるものに限らず、転舵角と操舵角とがそれぞれ独立に上限値を有するものにあっては、転舵角や操舵角が上限値に近づいて更にこれを超えようとするステアリングの操作を制限することができないおそれがある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転舵角が上限値を超えようとするステアリングの操作と操舵角が上限値を超えようとするステアリングの操作とがなされる事態を抑制できるようにした操舵制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．車両の転舵輪の転舵角とステアリングの回転角度である操舵角との比である舵角比を変更可能な操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、前記操舵角を取得する操舵角取得処理部と、前記転舵角を取得する転舵角取得処理部と、前記取得した操舵角が操舵角閾値に達する場合に、前記操舵角が更に大きくなる側への前記ステアリングの操作の停止を促す制限制御を実行する第１制限処理部と、前記取得した転舵角が転舵角閾値に達する場合に、前記操舵角が更に大きくなる側への前記ステアリングの操作の停止を促す制限制御を実行する第２制限処理部と、を備える。

上記構成では、操舵角が、操舵角の上限値に達する前に、操舵角が操舵角閾値に達して制限制御を実行することができる。また、転舵角が転舵角の上限値に達する前に、転舵角が転舵角閾値に達して制限制御を実行することができる。このため、転舵角が上限値を超えようとするステアリングの操作と操舵角が上限値を超えようとするステアリングの操作とがなされる事態を抑制できる。

２．上記１記載の操舵制御装置において、前記制限制御は、前記操舵装置に操作信号を出力することによって前記ステアリングの操作に抗する力である反力を増加制御するものである。

上記構成では、制限制御として、反力の増加制御を実行する。この場合、ユーザはステアリングを、操舵角が大きくなる側に更に操作しようとすることに抗する大きな力を受けることになる。したがって、操舵角が更に大きくなる側へのステアリングの操作の停止を促すことができる。

３．上記２記載の操舵制御装置において、前記操舵装置は、前記ステアリングの操作に抗する力である反力を前記ステアリングに付与する反力アクチュエータと、少なくとも前記転舵輪と前記ステアリングとの動力遮断状態において前記転舵輪を転舵させる力を付与する転舵アクチュエータと、を備え、前記増加制御は、前記反力アクチュエータの操作によって実現される。

上記構成では、少なくとも上記動力遮断状態において転舵輪を転舵させる力を付与する転舵アクチュエータを備えているため、ステアリングの操作と一義的な関係を有しないように転舵角を設定することができる。換言すれば、操舵装置に操作信号を出力することによって、舵角比を変更することができる。

また、上記構成では、反力アクチュエータを操作することによって、増加制御を実行することができる。
４．上記３記載の操舵制御装置において、前記第１制限処理部は、前記制限制御のための反力である第１反力を設定する第１制限用反力設定処理部を備え、前記第２制限処理部は、前記制限制御のための反力である第２反力を設定する第２制限用反力設定処理部を備え、前記第１反力は、前記操舵角が前記操舵角閾値以上となることを条件に、ゼロよりも大きい値に設定され、前記第２反力は、前記転舵角が前記転舵角閾値以上となることを条件に、ゼロよりも大きい値に設定され、前記第１制限処理部および前記第２制限処理部は、前記第１反力および前記第２反力の和に基づき、前記操舵角の目標値である目標操舵角を設定する目標操舵角設定処理部と、前記ステアリングの回転に連動して回転する回転軸の回転角度を検出する操舵側センサの出力値に基づく操舵角を前記目標操舵角にフィードバック制御するために前記反力アクチュエータを操作する操舵角制御処理部と、前記第１反力および前記第２反力の和に基づき、前記転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定処理部と、前記転舵輪の転舵に連動して変位する部材の変位量を検出する転舵側センサの出力値に基づく転舵角を前記目標転舵角にフィードバック制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵角制御処理部と、を備え、前記操舵角取得処理部は、前記目標操舵角を取得し、前記転舵角取得処理部は、前記目標転舵角を取得する。

上記構成では、操舵角が目標操舵角にフィードバック制御されるため、目標操舵角が大きくなるときには操舵角が大きくなり、目標操舵角が操舵角閾値以上となる場合には、操舵角が操舵角閾値以上となると考えられる。また、転舵角が目標転舵角にフィードバック制御されるため、目標転舵角が大きくなるときには転舵角が大きくなり、目標転舵角が転舵角閾値以上となる場合には、転舵角が転舵角閾値以上となると考えられる。

また、上記構成では、第１制限用反力設定処理部が制限制御のために第１反力を設定し、これに基づき目標操舵角が設定される。そして、操舵角制御処理部によって、操舵角が目標操舵角にフィードバック制御される。このため、操舵角が目標操舵角を超えて大きくなろうとする場合、ステアリングに加わる反力が増加制御される。また、第１反力は、操舵角が操舵角閾値に達することでゼロよりも大きくなり、第１反力が大きいほど、目標操舵角は、大きくなりにくくなる。このため、操舵角が操舵角閾値に達した後、ユーザは、ステアリングを操舵角が大きくなる側に更に操作しようとすることに抗する大きな力を受けることになる。したがって、操舵角が更に大きくなる側へのステアリングの操作の停止を促すことができる。

また、上記構成では、第２制限用反力設定処理部が制限制御のために第２反力を設定し、これに基づき目標操舵角が設定される。そして、操舵角制御処理部によって、操舵角が目標操舵角にフィードバック制御される。一方、第２反力は、転舵角が転舵角閾値に達することでゼロよりも大きくなり、第２反力が大きいほど、目標操舵角は、大きくなりにくくなる。このため、転舵角が転舵角閾値に達した後、ユーザは、ステアリングを操舵角が大きくなる側に更に操作しようとすることに抗する大きな力を受けることになる。したがって、操舵角が更に大きくなる側へのステアリングの操作の停止を促すことができる。

５．上記２記載の操舵制御装置において、前記操舵装置は、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと、前記ステアリングに加わるトルクを前記転舵輪側に伝達させつつ前記舵角比を変更する可変舵角比アクチュエータとを備え、前記増加制御は、前記ステアリングの操作による前記転舵輪の転舵を前記転舵アクチュエータによってアシストするアシスト力を低減操作することにより実行される。

上記構成では、ステアリングの操作によるトルクが舵角比可変アクチュエータを介して転舵輪に伝達される。このため、転舵輪を転舵させる際に生じる反作用がステアリングに及ぶこととなる。そして、反作用によってステアリングに加わる反力は、アシスト力が大きいほど小さくなる。このため、アシスト力を低減することによって、反力の増加制御を実現することができる。

６．上記１〜５のいずれか１つに記載の操舵制御装置において、前記ステアリングには、当該ステアリングと一体的に回転するステアリング側機器が設けられ、前記ステアリング側機器は、ケーブルを介して前記ステアリングに対して相対回転する外部側機器に接続されている。

上記構成では、操舵角の大きさがケーブルによって規制される。このため、操舵角が操舵角閾値以上となる場合に制限制御が実行されないなら、操舵角がケーブルの長さから定まる上限値に達した後にも操舵角を増加させようとするトルクがステアリングに加わって、ケーブルの長さが最大となっても未だケーブルを伸ばそうとする力が加わり、ケーブルの信頼性の低下を招くおそれがある。この点、上記構成では、第１制限処理部によって、操舵角が操舵角閾値以上となる場合に制限制御が実行されるために、ケーブルの長さが最大となっても未だケーブルを伸ばそうとする力が加わる事態を抑制することができることから、ケーブルの信頼性の低下を抑制することができる。

第１の実施形態にかかる操舵制御装置を備えるシステム構成図。 同実施形態にかかる制御装置の実行する処理を示すブロック図。 第２の実施形態にかかる操舵制御装置を備えるシステム構成図。 同実施形態にかかる制御装置の実行する処理を示すブロック図。

＜第１の実施形態＞
以下、操舵制御装置にかかる第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる操舵装置においては、ステアリングホイール（ステアリング１０）が、ステアリング１０の操作に抗する力である反力を付与する反力アクチュエータ２０に接続されている。反力アクチュエータ２０は、ステアリング１０に固定されたステアリングシャフト２２、反力側減速機２４、反力側減速機２４に回転軸２６ａが連結された反力モータ２６、および反力モータ２６を駆動するインバータ２８を備えている。

ステアリングシャフト２２は、クラッチ１２を介して転舵アクチュエータ４０のピニオン軸４２に連結可能とされている。
転舵アクチュエータ４０は、第１ラックアンドピニオン機構４８、第２ラックアンドピニオン機構５２、転舵側モータ５６およびインバータ５８を備えている。

第１ラックアンドピニオン機構４８は、所定の交叉角をもって配置されたラック軸４６とピニオン軸４２とを備え、ラック軸４６に形成された第１ラック歯４６ａとピニオン軸４２に形成されたピニオン歯４２ａとが噛合されている。なお、ラック軸４６の両端には、タイロッドを介して転舵輪３０が連結されている。

第２ラックアンドピニオン機構５２は、所定の交叉角をもって配置されたラック軸４６およびピニオン軸５０を備えており、ラック軸４６に形成された第２ラック歯４６ｂとピニオン軸５０に形成されたピニオン歯５０ａとが噛合されている。

ピニオン軸５０は、転舵側減速機５４を介して、転舵側モータ５６の回転軸５６ａに接続されている。転舵側モータ５６には、インバータ５８が接続されている。なお、ラック軸４６は、ラックハウジング４４に収容されている。

操舵制御装置（制御装置６０）は、反力アクチュエータ２０および転舵アクチュエータ４０を備えた操舵装置を操作することにより、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる制御を実行する。すなわち、本実施形態では、反力アクチュエータ２０および転舵アクチュエータ４０によってステアバイワイヤシステムを実現しており、制御装置６０は、通常、クラッチ１２を遮断状態に維持しつつ、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる制御を実行する。この際、制御装置６０は、操舵側センサ６２によって検出される反力モータ２６の回転軸２６ａの回転角度θｓ０や、トルクセンサ６４によって検出されるステアリングシャフト２２に加わるトルクＴｒｑ、転舵側センサ６６によって検出される転舵側モータ５６の回転軸５６ａの回転角度θｔ０、車速センサ６８によって検出される車速Ｖを取り込む。

ステアリング１０には、スパイラルケーブル装置７０が連結されている。スパイラルケーブル装置７０は、ステアリング１０に固定された第１ハウジング７２と、車体に固定された第２ハウジング７４と、第１ハウジング７２および第２ハウジング７４によって区画された空間に収容されて且つ第２ハウジング７４に固定された筒状部材７６と、筒状部材７６に巻きつけられるスパイラルケーブル７８とを備えている。筒状部材７６には、ステアリングシャフト２２が挿入されている。スパイラルケーブル７８は、ステアリング１０に固定されたホーン８０と、車体に固定されたバッテリ８２等とを接続する電気配線である。

図２に、制御装置６０が実行する処理の一部を示す。
積算処理部Ｍ２は、操舵側センサ６２によって検出された回転角度θｓ０を、０〜３６０°よりも広い角度領域の数値に変換して操舵角θｈとする。すなわち、たとえば、ステアリング１０が車両を直進させる中立位置から右側または左側に最大限回転操作される場合、回転軸２６ａは、複数回転する。したがって、積算処理部Ｍ２では、たとえばステアリング１０が中立位置にある状態から回転軸２６ａが所定方向に２回転する場合、出力値を７２０°とする。なお、積算処理部Ｍ２は、中立位置における出力値をゼロとする。同様に、積算処理部Ｍ４は、転舵側センサ６６によって検出された回転角度θｔ０を、０〜３６０°よりも広い角度領域の数値に変換して転舵角θｐとする。なお、積算処理部Ｍ４は、中立位置における出力値をゼロとする。

なお、操舵角θｈおよび転舵角θｐは、所定方向の回転角度の場合に正、逆方向の回転角度の場合に負とする。すなわち、たとえば、ステアリング１０が中立位置にある状態から回転軸２６ａが所定方向とは逆回転する場合に、操舵角θｈおよび転舵角θｐを負の値とする。ただし、これは、制御系のロジックの一例に過ぎない。特に、本明細書では、操舵角θｈおよび転舵角θｐが大きいとは、中立位置からの変化量が大きいこととする。換言すれば、上記のように正負の値を取りうるパラメータの絶対値が大きいこととする。

第１制限用反力設定処理部Ｍ６は、ステアリング１０の回転量が上限値に近づく場合に、ステアリング１０が更に上限値側に操作されるのに抗する反力である第１反力Ｆｉｅ１を設定する。

第２制限用反力設定処理部Ｍ８は、転舵角θｐが上限値に近づく場合に、ステアリング１０が更に上限値側に操作されるのに抗する反力である第２反力Ｆｉｅ２を設定する。
ベース反力設定処理部Ｍ１０は、ステアリング１０の操作に応じたベース反力Ｆｉｂを設定する。ヒステリシス反力設定処理部Ｍ１２は、ステアリング１０の変化速度の符号に応じてステアリング１０に加わる反力を互いに異なるように設定するためのヒステリシス反力Ｆｉｈを設定する。これは、たとえば、ステアリング１０が中立位置に対して右側に切られている状態において、さらに右側に切られる場合と中立位置側に戻される場合とで反力を相違させるものである。

加算処理部Ｍ１４は、第１反力Ｆｉｅ１、第２反力Ｆｉｅ２、ベース反力Ｆｉｂおよびヒステリシス反力Ｆｉｈを加算することによって、合計反力Ｆｉｒを算出する。
アシスト軸力設定処理部Ｍ２０は、トルクセンサ６４によって検出されたトルクＴｒｑに基づき、アシスト軸力Ｆａを算出する。ここで、アシスト軸力Ｆａは、トルクＴｒｑが大きいほど大きい値に設定される。

目標操舵角設定処理部Ｍ２２は、トルクセンサ６４によって検出されたトルクＴｒｑとアシスト軸力Ｆａと合計反力Ｆｉｒとに基づき、目標操舵角θｈ＊を設定する。ここでは、トルクＴｒｑとアシスト軸力Ｆａとの和から合計反力Ｆｉｒを減算した値である最終軸力Ｆｆと、目標操舵角θｈ＊とを関係づける以下の式（ｃ１）にて表現されるモデル式を利用する。

Ｆｆ＝Ｃ・θｈ＊’＋Ｊ・θｈ＊’’ …（ｃ１）
上記の式（ｃ１）にて表現されるモデルは、ステアリング１０と転舵輪３０とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリング１０の回転に伴って回転する回転軸のトルクと回転角度との関係を定めるモデルである。上記の式（ｃ１）において、粘性係数Ｃは、操舵装置の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Ｊは、操舵装置の慣性をモデル化したものである。ここで、粘性係数Ｃおよび慣性係数Ｊは、車速Ｖに応じて可変設定される。

操舵角制御処理部Ｍ２４は、操舵角θｈを目標操舵角θｈ＊にフィードバック制御するための操作量として、反力モータ２６が生成する反力トルクＴｒｑａ＊を設定する。具体的には、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和を、反力トルクＴｒｑａ＊とする。

操作信号生成処理部Ｍ２６は、反力トルクＴｒｑａ＊に基づき、インバータ２８の操作信号ＭＳｓを生成してインバータ２８に出力する。これは、たとえば、反力トルクＴｒｑａ＊に基づきｑ軸電流の指令値を設定し、ｄｑ軸の電流を指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄｑ軸の電圧指令値を設定する周知の電流フィードバック制御にて実現することができる。なお、ｄ軸電流はゼロに制御してもよいが、反力モータ２６の回転速度が大きい場合には、ｄ軸電流の絶対値をゼロより大きい値に設定し弱め界磁制御を実行してもよい。もっとも、低回転速度領域においてｄ軸電流の絶対値をゼロよりも大きい値に設定することも可能である。

舵角比可変処理部Ｍ２８は、車速Ｖに基づき、操舵角θｈと転舵角θｐとの比である舵角比を可変設定するための目標動作角θａ＊を設定する。加算部Ｍ３０は、目標操舵角θｈ＊に目標動作角θａ＊を加算することにより、目標転舵角θｐ＊を算出する。

転舵角制御処理部Ｍ３２は、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊にフィードバック制御するための操作量として、転舵側モータ５６が生成するトルクＴｒｑｔ＊を設定する。具体的には、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和を、トルクＴｒｑｔ＊とする。

操作信号生成処理部Ｍ３４は、トルクＴｒｑｔ＊に基づき、インバータ５８の操作信号ＭＳｔを生成してインバータ２８に出力する。これは、操作信号生成処理部Ｍ２６による操作信号の生成処理と同様に行うことができる。

上記ベース反力設定処理部Ｍ１０およびヒステリシス反力設定処理部Ｍ１２は、目標操舵角θｈ＊を入力とする。すなわち、たとえば、ベース反力設定処理部Ｍ１０は、目標操舵角θｈ＊の大きさ（中立位置を基準とする回転量）が大きいほどベース反力Ｆｉｂを大きい値に設定する。なお、図２には、目標操舵角θｈ＊がゼロから所定の回転方向に大きくなるにつれてベース反力Ｆｉｂが大きくなることのみを示したが、所定の回転方向とは逆方向に大きくなる場合であっても、ベース反力Ｆｉｂは大きくなる。ただし、ベース反力Ｆｉｂが大きくなるとは、ユーザがステアリング１０を回転させようとする力に抗する力が大きくなることであり、ここでのベース反力Ｆｉｂをベクトル量として扱う場合、絶対値が大きくなることを意味する。

一方、上記第１制限用反力設定処理部Ｍ６は、目標操舵角θｈ＊を入力として、第１反力Ｆｉｅ１を設定する。これは、ステアリング１０がスパイラルケーブル７８から定まる上限値まで回転する直前において、ステアリング１０に加わる力を増加制御するための設定である。すなわち、操舵角閾値θｈｔｈが、操舵角θｈの上限値よりもわずかに小さい値に設定されており、第１反力Ｆｉｅ１は、操舵角θｈが操舵角θｈｔｈ以上となる場合、ゼロよりも大きい値とされ、特に、操舵角閾値θｈｔｈを超えてある程度大きくなると、人の力ではそれ以上の操作ができないほど大きい値が設定されている。なお、本実施形態では、目標操舵角θｈ＊と第１反力Ｆｉｅ１との関係を定めたマップに基づき、第１反力Ｆｉｅ１を設定する。また、図２には、目標操舵角θｈ＊がゼロから所定の回転方向に大きくなるにつれて第１反力Ｆｉｅ１が大きくなることのみを示したが、ベース反力Ｆｉｂと同様、所定の回転方向とは逆方向に大きくなる場合であっても、第１反力Ｆｉｅ１は大きくなる。

上記第２制限用反力設定処理部Ｍ８は、目標転舵角θｐ＊を入力として、第２反力Ｆｉｅ２を設定する。これは、ラック軸４６が軸方向に変位してラック軸４６の端部がラックハウジング４４に接触する直前において、ステアリング１０に加わる力を増加制御するための設定である。すなわち、転舵角閾値θｐｔｈが、転舵角θｐの上限値よりもわずかに小さい値に設定されており、転舵角θｐが転舵角閾値θｐｔｈ以上となる場合、ゼロよりも大きい値とされ、特に、転舵角閾値θｐｔｈを超えてある程度大きくなると、人の力ではそれ以上の操作ができないほど大きい値が設定されている。なお、本実施形態では、目標転舵角θｐ＊と第２反力Ｆｉｅ２との関係を定めたマップに基づき、第２反力Ｆｉｅ２を設定する。また、図２には、目標転舵角θｐ＊がゼロから所定の回転方向に大きくなるにつれて第２反力Ｆｉｅ２が大きくなることのみを示したが、ベース反力Ｆｉｂと同様、所定の回転方向とは逆方向に大きくなる場合であっても、第２反力Ｆｉｅ２は大きくなる。

ここで、本実施形態の作用を説明する。
目標操舵角設定処理部Ｍ２２は、ユーザがステアリング１０に加えるトルクＴｒｑに応じて目標操舵角θｈ＊を設定し、加算部Ｍ３０では、これに応じて目標転舵角θｐ＊を算出する。そして、転舵角制御処理部Ｍ３２は、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊とするためのトルクＴｒｑｔ＊を設定する。このため、転舵側モータ５６のトルクがトルクＴｒｑｔ＊に制御され、ひいては、転舵角θｐが目標転舵角θｐ＊に制御される。

一方、操舵角制御処理部Ｍ２４では、操舵角θｈを目標操舵角θｈ＊とするための反力トルクＴｒｑａ＊を設定する。ここで、目標操舵角θｈ＊は、トルクＴｒｑとアシスト軸力Ｆａとの和と合計反力Ｆｉｒとを一致させるための最終軸力Ｆｆに基づき設定される。そして、ベース反力Ｆｉｂは、操舵角θｈが大きいほど大きい値に設定されている。さらに、ユーザがステアリング１０に加えるトルクＴｒｑとアシスト軸力Ｆａとの和が合計反力Ｆｉｒとなるような目標操舵角θｈ＊が設定される。したがって、操舵角θｈが大きいほど、反力モータ２６によって付与される、ステアリング１０を中立位置側に戻そうとするトルクである反力も大きい値となる。

ここで、目標操舵角θｈ＊が操舵角閾値θｈｔｈを超えて更に大きくなろうとする場合、ベース反力Ｆｉｂ等と比較して第１反力Ｆｉｅ１が急激に大きくなる。この場合、合計反力Ｆｉｒが急激に大きくなり、トルクＴｒｑとアシスト軸力Ｆａとの和も急激に大きくなる。このため、反力モータ２６がステアリング１０を中立位置側に戻そうとするトルク（反力トルクＴｒｑａ＊）が大きくなり、ユーザがステアリング１０をそれ以上切り続けることが困難となる。このため、操舵角θｈが勢いよく変化しつつ上限値に達することは十分に抑制される。

また、目標転舵角θｐ＊が転舵角閾値θｐｔｈを超えて更に大きくなろうとする場合、ベース反力Ｆｉｂ等と比較して第２反力Ｆｉｅ２が急激に大きくなる。この場合、合計反力Ｆｉｒが急激に大きくなり、トルクＴｒｑとアシスト軸力Ｆａとの和も急激に大きくなる。このため、反力モータ２６がステアリング１０を中立位置側に戻そうとするトルク（反力トルクＴｒｑａ＊）が大きくなり、ユーザがステアリング１０をそれ以上切り続けることが困難となる。また、目標操舵角θｈ＊が大きくなろうとすることが制限される場合、目標転舵角θｐ＊も大きくなろうとすることが制限される。このため、転舵角θｐが勢いよく変化して上限値に達することは十分に抑制される。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）目標操舵角θｈ＊に基づき第１反力Ｆｉｅ１を設定し、目標転舵角θｐ＊に基づき第２反力Ｆｉｅ２を設定した。これにより、転舵角θｐが上限値を超えようとするステアリング１０の操作と操舵角θｈが上限値を超えようとするステアリング１０の操作とがなされる事態を抑制できる。

（２）目標操舵角設定処理部Ｍ２２をモデルにて構成した。これにより、ステアリング１０に加える反力を制御する制御器の適合工数を低減することができる。すなわちたとえば、モデルに代えて、第１制限用反力設定処理部Ｍ６を操舵角θｈおよび車速Ｖと第１反力Ｆｉｅ１との関係を規定するマップとする場合には、マップの次元数が増加するために、図２の構成と比較して、第１制限用反力設定処理部Ｍ６の適合データ量が増加する。

（３）スパイラルケーブル装置７０を備えた。この場合、操舵角θｈが操舵角閾値θｈｔｈ以上となる場合に反力トルクの増加制御が実行されないなら、操舵角θｈがスパイラルケーブル７８の長さから定まる上限値に達した後にも操舵角θｈを増加させようとするトルクがステアリング１０に加わる。そしてこれにより、スパイラルケーブル７８の長さが最大となっても未だスパイラルケーブル７８を伸ばそうとする力が加わり、スパイラルケーブル７８の信頼性の低下を招くおそれがある。この点、本実施形態では、操舵角θｈが操舵角閾値θｈｔｈ以上となる場合に反力の増加制御が実行されるために、スパイラルケーブル７８の長さが最大となっても未だスパイラルケーブル７８を伸ばそうとする力が加わる事態を抑制することができることから、スパイラルケーブル７８の信頼性の低下を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、操舵制御装置にかかる第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図３に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図３において、図１に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
本実施形態にかかる操舵装置は、反力アクチュエータ２０に代えて、可変舵角比アクチュエータ９０を備える。可変舵角比アクチュエータ９０は、ステアリングシャフト２２に一体回転可能に連結されたハウジング９２、ハウジング９２の内部に収容されるＶＧＲモータ９４、インバータ１００、および減速機構９６を備えている。減速機構９６は、差動回転可能な３つの回転要素からなる機構、例えば遊星歯車機構や波動歯車装置（ストレイン・ウェーブ・ギヤリング）等により構成される。減速機構９６を構成する３つの回転要素は、ハウジング９２、ＶＧＲモータ９４の回転軸に連結された回転軸９４ａ、およびピニオン軸４２に連結された出力軸９８にそれぞれ連結されている。すなわち、減速機構９６では、ハウジング９２の回転速度とＶＧＲモータ９４の回転速度とにより出力軸９８の回転速度が一義的に定まる。可変舵角比アクチュエータ９０では、減速機構９６を通じて、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト２２の回転にＶＧＲモータ９４の回転軸９４ａの回転を上乗せして出力軸９８に伝達することにより、ステアリングシャフト２２に対する出力軸９８の相対的な回転角を変化させる。これにより、操舵角θｈに対する転舵角θｐの比である舵角比を可変設定する。なお、ここでの「上乗せ」は、加算および減算の双方を含む。また、以下では、ステアリングシャフト２２に対する出力軸９８の相対的な回転角を「出力軸９８の動作角θａ」と称する。

なお、舵角比側センサ１０２は、ＶＧＲモータ９４の回転軸９４ａの回転角度θｍを検出する。また、トルクセンサ６４は、出力軸９８のトルクＴｒｑを検出する。
図４に、本実施形態にかかる制御装置６０の実行する処理を示す。なお、図４において、図２に示した処理に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。

動作角算出処理部Ｍ４０は、減速機構９６を構成する各回転要素間のギア比に応じて定まる減速比に基づき、回転角度θｍから出力軸９８の実際の動作角θａを算出する。
一方、舵角比制御処理部Ｍ４４は、動作角θａを目標動作角θａ＊にフィードバック制御するための操作量として舵角比トルクＴｒｑｖ＊を算出する。詳しくは、目標動作角θａ＊から動作角θａを減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素のそれぞれの出力値の和を、舵角比トルクＴｒｑｖ＊とする。

操作信号生成処理部Ｍ４６は、ＶＧＲモータ９４のトルクを舵角比トルクＴｒｑｖ＊に制御するためのインバータ１００の操作信号ＭＳｖを生成してインバータ１００に出力する。これは、操作信号生成処理部Ｍ２６による操作信号の生成処理と同様に行うことができる。

ベース値設定処理部Ｍ４８は、トルクセンサ６４によって検出されたトルクＴｒｑおよび車速センサ６８によって検出された車速Ｖに基づき、アシストトルクのベース値Ｔａ１＊を設定する。ここで、ベース値Ｔａ１＊は、トルクＴｒｑが大きいほど大きい値とされる。

減算部Ｍ５０は、転舵角θｐから動作角θａを減算して操舵角θｈを算出する。加算部Ｍ５２は、第１制限用反力設定処理部Ｍ６によって設定される第１反力Ｆｉｅ１と、第２制限用反力設定処理部Ｍ８によって設定される第２反力Ｆｉｅ２とを加算して、補正処理部Ｍ５４に出力する。補正処理部Ｍ５４は、ベース値Ｔａ１＊から加算部Ｍ５２の出力値を減算した値を、アシストトルクＴａ＊として出力する。

操作信号生成処理部Ｍ３４は、転舵側モータ５６のトルクをアシストトルクＴａ＊に制御するための操作信号ＭＳｔを生成してインバータ５８に出力する。これは、操作信号生成処理部Ｍ２６による操作信号の生成処理と同様に行うことができる。

ここで、本実施形態の作用を説明する。
ユーザがステアリング１０を操作すると、ステアリング１０に加えられたトルクは、出力軸９８を介してラック軸４６に伝達される。また、転舵側モータ５６は、アシストトルクＴａ＊に応じたトルクを生成し、このトルクもラック軸４６に伝達される。

ここで、操舵角θｈが操舵角閾値θｈｔｈ以上となる場合、アシストトルクＴａ＊は、ベース値Ｔａ１＊に対して第１反力Ｆｉｅ１だけ小さくなる。第１反力Ｆｉｅ１は、操舵角θｈが操舵角閾値θｈｔｈを超えると急激に大きくなるため、操舵角θｈが操舵角閾値θｈｔｈを超える場合、アシストトルクＴａ＊は急激に小さくなる。このため、操舵角θｈが更に大きくなるようにステアリング１０が操作されるのには大きなトルクが必要となる。このため、操舵角θｈが勢いよく変化してその上限値に達する事態が生じることが抑制される。

また、転舵角θｐが転舵角閾値θｐｔｈ以上となる場合、アシストトルクＴａ＊は、ベース値Ｔａ１＊に対して第２反力Ｆｉｅ２だけ小さくなる。第２反力Ｆｉｅ２は、転舵角θｐが転舵角閾値θｐｔｈを超えると急激に大きくなるため、転舵角θｐが転舵角閾値θｐｔｈを超える場合、アシストトルクＴａ＊は急激に小さくなる。このため、転舵角θｐが更に大きくなるようにステアリング１０が操作されるのには大きなトルクが必要となる。このため、転舵角θｐが勢いよく変化してその上限値に達する事態が生じることが抑制される。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。なお、「課題を解決するための手段」の欄に記載した操舵角取得処理部は、図２における目標操舵角設定処理部Ｍ２２や、図４における減算部Ｍ５０が対応する。また、転舵角取得処理部は、図２における加算部Ｍ３０や、図４における積算処理部Ｍ２が対応する。また、第１制限処理部は、第１の実施形態において、第１制限用反力設定処理部Ｍ６、目標操舵角設定処理部Ｍ２２、操舵角制御処理部Ｍ２４、および操作信号生成処理部Ｍ２６に対応し、第２の実施形態において、第１制限用反力設定処理部Ｍ６、補正処理部Ｍ５４および操作信号生成処理部Ｍ３４に対応する。また、第２制限処理部は、第１の実施形態において、第２制限用反力設定処理部Ｍ８、目標操舵角設定処理部Ｍ２２、操舵角制御処理部Ｍ２４、および操作信号生成処理部Ｍ２６に対応し、第２の実施形態において、第２制限用反力設定処理部Ｍ８、補正処理部Ｍ５４および操作信号生成処理部Ｍ３４に対応する。また、外部側機器は、バッテリ８２に対応する。

・「目標操舵角設定処理部（Ｍ２２）について」
上記実施形態では、上記の式（ｃ１）にて表現されるモデル式を用いて目標操舵角θｈ＊を設定したが、これに限らない。たとえば、以下の式（ｃ２）にて表現されるモデル式を用いてもよい。

Ｆｆ＝Ｋ・θｈ＊＋Ｃ・θｈ＊’＋Ｊ・θｈ＊’’ …（ｃ２）
ここで、バネ係数Ｋは、車両の影響をモデル化したものであり、サスペンションやホールアラインメント等の仕様によって決定される。

モデル式を用いて目標操舵角θｈ＊を設定するものに限らない。たとえば、最終軸力Ｆｆおよび車速Ｖと目標操舵角θｈ＊との関係を定めたマップ等を用いてもよい。
・「目標転舵角設定処理部（Ｍ２２，Ｍ２８，Ｍ３０）について」
上記構成では、最終軸力Ｆｆに基づき算出された目標操舵角θｈ＊に目標動作角θａ＊を加算することによって、目標転舵角θｐ＊を算出したがこれに限らない。たとえば、上記の式（ｃ１）や式（ｃ２）に準じたモデル式に基づき目標転舵角θｐ＊を直接算出してもよい。

・「操舵角制御処理部（Ｍ２４）について」
上記実施形態では、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和を、操舵角θｈを目標操舵角θｈ＊にフィードバック制御するための操作量としたが、これに限らない。たとえば、操舵角制御処理部Ｍ２４を積分要素のみから構成し、積分要素の出力値を操作量としてもよく、また、積分要素および比例要素のみから構成し、それらの出力値の和を操作量としてもよい。

また、操作量をトルクとするものに限らない。たとえば、反力モータ２６のｄ軸電流をゼロとする制御を前提とする場合において、操作量をｑ軸電流としてもよい。
・「転舵角制御処理部（Ｍ３２）について」
上記実施形態では、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和を、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊にフィードバック制御するための操作量としたが、これに限らない。たとえば、転舵角制御処理部Ｍ３２を積分要素のみから構成し、積分要素の出力値を操作量としてもよく、また、積分要素および比例要素のみから構成し、それらの出力値の和を操作量としてもよい。

また、操作量をトルクとするものに限らない。たとえば、転舵側モータ５６のｄ軸電流をゼロとする制御を前提とする場合において、操作量をｑ軸電流としてもよい。
・「第１制限用反力設定処理部（Ｍ６）について」
上記第１の実施形態において、目標操舵角θｈ＊に代えて、操舵角θｈに基づき第１反力Ｆｉｅ１を設定してもよい。

・「第２制限用反力設定処理部（Ｍ８）について」
上記第１の実施形態において、目標転舵角θｐ＊に代えて、転舵角θｐに基づき第２反力Ｆｉｅ２を設定してもよい。

・「反力について」
上記第１の実施形態において、ベース反力設定処理部Ｍ１０やヒステリシス反力設定処理部Ｍ１２を備えなくてもよい。すなわち、合計反力Ｆｉｒが、ベース反力Ｆｉｂやヒステリシス反力Ｆｉｈを含まなくてもよい。

・「増加制御について」
上記第１の実施形態では、操舵角θｈを目標操舵角θｈ＊にフィードバック制御するために反力アクチュエータ２０を操作することとし、目標操舵角θｈ＊を第１反力Ｆｉｅ１や第２反力Ｆｉｅ２に基づき設定することにより増加制御を実現したが、これに限らない。たとえば、操舵角θｈおよび車速Ｖと、第１反力Ｆｉｅ１との関係を定めたマップや、転舵角θｐおよび車速Ｖと、第２反力Ｆｉｅ２との関係を定めたマップと、を備えて第１反力Ｆｉｅ１や第２反力Ｆｉｅ２を算出し、これらに基づく合計反力Ｆｉｒをアシストトルクから減算した値を、反力モータ２６のトルクの指令値としてもよい。

なお、第１の実施形態における増加制御においては、クラッチ１２を締結状態に切り替えてもよい。これにより、反力モータ２６を小型化しても、ステアリング１０に付与される反力を大きくすることが容易となる。

・「制限制御について」
反力アクチュエータ２０を操作することにより、操舵角がさらに大きくなるステアリングの操作の停止を促す制限制御としては、反力を増加制御するものに限らない。たとえば、ステアリング１０に振動を付与する処理であってもよい。

また、反力アクチュエータ２０を用いるものに限らず、たとえば、操舵装置以外の機器であるスピーカ等を備える機器を操作して、警告音を発する処理であってもよい。
・「制限制御の入力について」
操舵角θｈまたは目標操舵角θｈ＊と転舵角θｐまたは目標転舵角θｐ＊との２つのパラメータに限らない。たとえば、ラック軸４６のそれぞれ別の箇所に互いに相違する転舵側モータがトルクを付与する構成において、それら転舵側モータのそれぞれの回転角度の検出値に応じた一対の転舵角と、操舵角とであってもよい。この場合、一対の転舵角のそれぞれが入力される一対の制御用反力設定処理部を備えればよい。換言すれば、第２制限用反力設定処理部Ｍ８に加えて、第３制御用反力設定処理部を備えればよい。また、たとえば、４輪操舵車において、前輪側の転舵角と後輪側の転舵角と、操舵角とを入力としてもよい。

・「舵角比の可変処理について」
上記実施形態では、舵角比可変処理部Ｍ２８が、車速Ｖに応じて舵角比を可変設定したが、これに限らない。たとえば、車速Ｖに加えて操舵角θｈを加味してもよい。また、たとえば、車両の横滑り防止制御やレーンキープアシスト制御等の公知の走行支援制御のための操作量として、舵角比を操作してもよい。これは、たとえば、走行支援制御に応じた舵角比を演算する装置から舵角比についての情報を取得することにより実現することができる。

・「操舵側センサ（６２）について」
操舵側センサとしては、反力モータ２６の回転軸２６ａの回転角度θｓ０を検出する回転角度センサに限らず、たとえば、ステアリングシャフト２２の回転角度を検出するものであってもよい。

・「転舵側センサ（６６）について」
転舵側センサとしては、転舵側モータ５６の回転軸５６ａの回転角度を検出する回転角度センサに限らず、たとえば、ピニオン軸５０の回転角度を検出するものであってもよい。また、回転角度センサにも限らず、たとえばラック軸４６の軸方向の変位量を検出するセンサであってもよい。

・「転舵アクチュエータ（４０）について」
転舵アクチュエータとしては、第１ラックアンドピニオン機構４８および第２ラックアンドピニオン機構５２を備えるものに限らない。たとえば、第１ラックアンドピニオン機構４８のピニオン軸４２に、転舵側減速機５４を介して転舵側モータ５６のトルクを付与する構成であってもよい。

また、ラックアンドピニオン機構を備えるものに限らず、たとえば、ボール・ナット型のものであってもよい。
・「ＶＧＲシステムの制御について」
図４に示したものに限らない。たとえば、ベース値Ｔａ１＊にトルクＴｒｑを加算した値からモデルに基づき目標転舵角θｐ＊を算出し、実際の転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊にフィードバック制御するための操作量によって、アシストトルクＴａ＊を補正して操作信号生成処理部Ｍ３４に取り込んでもよい。

・「ステアリング側機器（８０）について」
ステアリング側機器としては、ホーン８０に限らない。たとえば、エアバッグ等であってもよい。

・「操舵角の上限値について」
ケーブルによって定められるものに限らない。たとえば、ステアリングシャフト２２の回転角度を検出するセンサを備えるものにおいて、センサの検出上限値がある場合には、これによって操舵角の上限値を定めてもよい。

・「転舵角の上限値について」
ラック軸４６の変位量の上限値によって定められるものに限らない。たとえば、ラック軸４６の変位量を検出するセンサを備えて転舵角を検出するものにおいて、センサの検出上限値がある場合には、これによって操舵角の上限値を定めてもよい。

１０…ステアリング、１２…クラッチ、２０…反力アクチュエータ、２２…ステアリングシャフト、２４…反力側減速機、２６…反力モータ、２６ａ…回転軸、２８…インバータ、３０…転舵輪、４０…転舵アクチュエータ、４２…ピニオン軸、４２ａ…ピニオン歯、４４…ラックハウジング、４６…ラック軸、４６ａ…第１ラック歯、４６ｂ…第２ラック歯、４８…第１ラックアンドピニオン機構、５０…ピニオン軸、５０ａ…ピニオン歯、５２…第２ラックアンドピニオン機構、５４…転舵側減速機、５６…転舵側モータ、５６ａ…回転軸、５８…インバータ、６０…制御装置、６２…操舵側センサ、６４…トルクセンサ、６６…転舵側センサ、６８…車速センサ、７０…スパイラルケーブル装置、７２…第１ハウジング、７４…第２ハウジング、７６…筒状部材、７８…スパイラルケーブル、８０…ホーン、８２…バッテリ、９０…可変舵角比アクチュエータ、９２…ハウジング、９４…ＶＧＲモータ、９４ａ…回転軸、９６…減速機構、９８…出力軸、１００…インバータ、１０２…舵角比側センサ。

Claims (4)

1. 車両の転舵輪の転舵角とステアリングの回転角度である操舵角との比である舵角比を変更可能な操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、
   前記操舵角を取得する操舵角取得処理部と、
   前記転舵角を取得する転舵角取得処理部と、
   前記取得した操舵角が操舵角閾値に達する場合に、前記操舵角が更に大きくなる側への前記ステアリングの操作の停止を促す制限制御を実行する第１制限処理部と、
   前記取得した転舵角が転舵角閾値に達する場合に、前記操舵角が更に大きくなる側への前記ステアリングの操作の停止を促す制限制御を実行する第２制限処理部と、を備え、
   前記操舵装置は、前記ステアリングの操作に抗する力である反力を前記ステアリングに付与する反力アクチュエータと、少なくとも前記転舵輪と前記ステアリングとの動力遮断状態において前記転舵輪を転舵させる力を付与する転舵アクチュエータと、を備え、
   前記第１制限処理部による前記制限制御と前記第２制限処理部による前記制限制御とは、いずれも前記反力アクチュエータの操作によって前記ステアリングの操作に抗する力である反力を増加制御するものである操舵制御装置。
2. 前記第１制限処理部は、前記制限制御のための反力である第１反力を設定する第１制限用反力設定処理部を備え、
   前記第２制限処理部は、前記制限制御のための反力である第２反力を設定する第２制限用反力設定処理部を備え、
   前記第１反力は、前記操舵角が前記操舵角閾値以上となることを条件に、ゼロよりも大きい値に設定され、
   前記第２反力は、前記転舵角が前記転舵角閾値以上となることを条件に、ゼロよりも大きい値に設定され、
   前記第１制限処理部および前記第２制限処理部は、
   前記第１反力および前記第２反力の和に基づき、前記操舵角の目標値である目標操舵角を設定する目標操舵角設定処理部と、
   前記ステアリングの回転に連動して回転する回転軸の回転角度を検出する操舵側センサの出力値に基づく操舵角を前記目標操舵角にフィードバック制御するために前記反力アクチュエータを操作する操舵角制御処理部と、
   前記第１反力および前記第２反力の和に基づき、前記転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定処理部と、
   前記転舵輪の転舵に連動して変位する部材の変位量を検出する転舵側センサの出力値に基づく転舵角を前記目標転舵角にフィードバック制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵角制御処理部と、
   を備え、
   前記操舵角取得処理部は、前記目標操舵角を取得し、
   前記転舵角取得処理部は、前記目標転舵角を取得する請求項１記載の操舵制御装置。
3. 車両の転舵輪の転舵角とステアリングの回転角度である操舵角との比である舵角比を変更可能な操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、
   前記操舵角を取得する操舵角取得処理部と、
   前記転舵角を取得する転舵角取得処理部と、
   前記取得した操舵角が操舵角閾値に達する場合に、前記操舵角が更に大きくなる側への前記ステアリングの操作の停止を促す制限制御を実行する第１制限処理部と、
   前記取得した転舵角が転舵角閾値に達する場合に、前記操舵角が更に大きくなる側への前記ステアリングの操作の停止を促す制限制御を実行する第２制限処理部と、を備え、
   前記制限制御は、前記操舵装置に操作信号を出力することによって前記ステアリングの操作に抗する力である反力を増加制御するものであり、
   前記操舵装置は、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと、前記ステアリングに加わるトルクを前記転舵輪側に伝達させつつ前記舵角比を変更する可変舵角比アクチュエータとを備え、
   前記増加制御は、前記ステアリングの操作による前記転舵輪の転舵を前記転舵アクチュエータによってアシストするアシスト力を低減操作することにより実行される操舵制御装置。
4. 前記ステアリングには、当該ステアリングと一体的に回転するステアリング側機器が設けられ、
   前記ステアリング側機器は、ケーブルを介して前記ステアリングに対して相対回転する外部側機器に接続されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の操舵制御装置。

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