JP6812806B2 - ステアバイワイヤ式操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアバイワイヤ式操舵装置に関する。

例えば、特許文献１には、運転者が操作するステアリングホイールと、運転者の操作に応じて左右に切られる操舵輪とが機械的に分離したステアバイワイヤ式操舵装置が開示されている。特許文献１のステアバイワイヤ式操舵装置では、反力発生モータによってステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させるとともに、第１操舵モータと、第２操舵モータとによって、操舵輪を左右に切るための動力を発生させるようにしている。これら各モータの動作は、運転者のステアリングホイールの操作に基づき検出される操作角に応じて、操舵輪を左右に切る動力を発生させるように制御されるようにしている。これにより、操舵輪は、操舵角を追従するように左右に切られるようになる。

特開２０１２−１４４１１１号公報

上記特許文献１のステアバイワイヤ式操舵装置では、例えば、運転者の急激なステアリングホイールの操作に基づき操作角が急変する場合、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因によって、操舵輪が操作角を追従できなくなる可能性がある。この場合、運転者に対しては違和感を与えてしまう可能性がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転者に違和感を与え難くしたステアバイワイヤ式操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決するステアバイワイヤ式操舵装置は、運転者が操舵する操舵部と、運転者の前記操舵部の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部とが機械的に連結可能な構造又は分離した構造を有し、前記操舵部に運転者の前記操舵部の操舵に抗する力である操舵反力を与える操舵側モータと、前記転舵部に前記転舵輪を転舵させる力である転舵力を与える転舵側モータと、運転者の前記操舵部への操舵入力に応じた前記操舵反力を発生させるように前記操舵側モータへの給電を制御するとともに、運転者の前記操舵部への操舵入力に基づき変化する操舵角を前記転舵輪の転舵角が追従すべく前記転舵力を発生させるように前記転舵側モータへの給電を制御する給電制御部と、を備え、前記給電制御部は、前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が、前記転舵角が前記操舵角を追従できなくなるとして定められる設定値の場合に前記操舵反力を増大させるように前記操舵側モータの給電を制御するものである。

上記構成によれば、転舵側モータにおいて、転舵角が操舵角を追従できなくなる場合、操舵部に付与される操舵反力が増大するようになる。つまり、運転者の操舵入力に抗する力が増大し、操舵入力に基づき変化する操舵角の変化速度が低減されるようになる。これにより、例えば、運転者の急操舵に基づき操舵角が急変する場合、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因によって、転舵角が操舵角を追従できなくなる場合、操舵角に対する転舵角の追従性を相対的に高めることができる。しかも、転舵角が操舵角を追従できなくなる状況を判定するためにデューティ比を用いることによっては、転舵側モータの性能に関係なく一律の指標として、転舵側モータの状態を判定することができる。したがって、転舵輪が操舵角を追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータの性能に関係なく抑制することができ、ステアバイワイヤ式操舵装置において運転者に違和感を与え難くすることができる。

上記ステアバイワイヤ式操舵装置において、前記給電制御部は、前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が前記設定値の場合に前記操舵反力を増大させる際、当該操舵反力を漸増させるものであることが好ましい。

上記構成によれば、操舵反力を増大させる場合、その増大させる過程における操舵反力の急変が抑制されるようになる。これにより、転舵輪が操舵角を追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータの性能に関係なく抑制するために、操舵反力を与える際においても運転者に違和感を与え難くすることができる。

上記ステアバイワイヤ式操舵装置において、前記給電制御部は、前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が前記設定値の場合に前記操舵反力を増大させた後、前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が前記設定値でなくなった場合に増大後の前記操舵反力を減少させるものであり、前記操舵反力を減少させる際、当該操舵反力を漸減させるものであることが好ましい。

上記構成によれば、操舵反力を増大させた後、転舵角が操舵角を追従できなくなる状況の解消後、増大後の操舵反力を減少させることができる。この場合、増大後の操舵反力を減少させる過程における操舵反力の急変が抑制されるようになる。これにより、転舵輪が操舵角を追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータの性能に関係なく抑制するために、操舵反力を与えた後においても運転者に違和感を与え難くすることができる。

上記ステアバイワイヤ式操舵装置において、前記設定値は、前記デューティ比の最大値として設定されるものであることが好ましい。
上記構成によれば、転舵側モータの状態が限界状態であることを好適に判定することができる。転舵側モータの状態が限界状態である場合、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因によって、転舵角が操舵角を追従できなくなる状況であると言える。しかも、デューティ比の最大値として設定される設定値は、転舵側モータの性能に関係なく共通に設定することができる。これにより、転舵側モータの性能に関係なく変わらない精度で、転舵角が操舵角を追従できなくなる状況を判定することができる。したがって、転舵輪が操舵角を追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータの性能に関係なくより好適に抑制することができる。

本発明によれば、ステアバイワイヤ式操舵装置において運転者に違和感を与え難くすることができる。

ステアバイワイヤ式操舵装置についてその概略を示す図。 ステアバイワイヤ式操舵装置についてその電気的構成のうち、特に操舵側制御部及び転舵側制御部の機能を示すブロック図。 操舵側制御部についてその追加反力設定処理部が実行する処理を示すフローチャート。 （ａ），（ｂ）は、経過時間と反力ゲインとの関係を示す図。

以下、ステアバイワイヤ式操舵装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置においては、運転者が操舵するステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０が固定されたステアリングシャフト１１とを含む操舵部１が備えられている。ステアリングシャフト１１には、運転者のステアリングホイール１０の操舵に抗する力である操舵反力を付与する反力アクチュエータ２０が設けられている。反力アクチュエータ２０は、ステアリングシャフト１１に連結された操舵側減速機２１、操舵側減速機２１に回転軸２２ａが連結された操舵側モータ２２、及び操舵側モータ２２を駆動するインバータ２３を備えている。ここで、操舵側モータ２２は、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）である。

ステアリングシャフト１１は、ピニオン軸１３と、ピニオン軸１３に連結されたラック軸１４とを含む転舵部２にクラッチ１２を介して連結可能、すなわち分離可能とされている。ピニオン軸１３と、ラック軸１４とは、所定の交差角をもって互いに噛合することによって第１ラックアンドピニオン機構１５を構成している。なお、ラック軸１４の両端には、タイロッドを介して転舵輪１６が連結されている。

ラック軸１４には、転舵輪１６を転舵させる力である転舵力を付与する転舵アクチュエータ３０がピニオン軸１７を介して設けられている。転舵アクチュエータ３０は、ラック軸１４に連結された転舵側減速機３１、転舵側減速機３１に回転軸３２ａが連結された転舵側モータ３２、及び転舵側モータ３２を駆動するインバータ３３を備えている。ここで、転舵側モータ３２は、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）である。ピニオン軸１７と、ラック軸１４とは、所定の交差角をもって互いに噛合することによって第２ラックアンドピニオン機構１８を構成している。

反力アクチュエータ２０及び転舵アクチュエータ３０には、それぞれに備えている操舵側モータ２２及び転舵側モータ３２への給電（駆動）を制御する給電制御部４０が接続されている。給電制御部４０は、運転者のステアリングホイール１０の操舵に応じた操舵反力を発生させるように操舵側モータ２２への給電を制御する操舵側制御部４１を有している。また、給電制御部４０は、運転者の操舵に応じて転舵力を発生させるように転舵側モータ３２への給電を制御する転舵側制御部４２を有している。本実施形態では、通常、クラッチ１２を遮断状態に維持しつつ、給電制御部４０が操舵側モータ２２及び転舵側モータ３２への給電を制御することによって、運転者の操舵に応じて転舵輪１６が転舵させられる。

この際、操舵側制御部４１は、操舵側センサ２４によって検出される操舵側モータ２２の回転軸２２ａの回転角度θｓや、トルクセンサ２５によって検出されるステアリングシャフト１１に加わる操舵入力である操舵トルクＴｒｑを取り込む。また、操舵側制御部４１は、車速センサ１９によって検出される車速Ｖや、インバータ２３において、スイッチング素子のそれぞれのソース側に接続された図示しないシャント抵抗の電圧降下を電流Ｉｓとして取り込む。また、転舵側制御部４２は、転舵側センサ３４によって検出される転舵側モータ３２の回転軸３２ａの回転角度θｔを取り込む。また、転舵側制御部４２は、インバータ３３において、スイッチング素子のそれぞれのソース側に接続された図示しないシャント抵抗の電圧降下を電流Ｉｔとして取り込む。

詳しくは、操舵側制御部４１及び転舵側制御部４２は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ（Central Processing Unit））及びメモリをそれぞれ備えており、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、操舵側モータ２２や転舵側モータ３２への給電が制御される。

図２に、操舵側制御部４１及び転舵側制御部４２が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、上記メモリに記憶されたプログラムを上記ＣＰＵが実行することで実現される処理の一部を、実現される処理の種類毎に記載したものである。

操舵側制御部４１及び転舵側制御部４２において、操舵側センサ２４及び転舵側センサ３４によって検出された回転角度θｓ，θｔは、それぞれ０〜３６０°よりも広い角度領域の数値に変換されて取り込まれる。

そして、操舵側制御部４１において、換算処理部５０は、操舵側センサ２４の出力値に換算係数Ｋｓを乗算して操舵角θｈを算出する。ここで、換算係数Ｋｓは、操舵側減速機２１と操舵側モータ２２の回転軸２２ａとの回転速度比に応じて定められており、これにより、回転軸２２ａの回転角度θｓをステアリングホイール１０の回転角度である操舵角θｈに変換する。また、転舵側制御部４２において、換算処理部６０は、転舵側センサ３４の出力値に換算係数Ｋｔを乗算して転舵角θｐを算出する。ここで、換算係数Ｋｔは、転舵側減速機３１と転舵側モータ３２の回転軸３２ａとの回転速度比、及びピニオン軸１７とピニオン軸１３との回転速度比の積となっている。これにより、回転軸３２ａの回転角度θｔを、クラッチ１２が連結されていると仮定した場合におけるステアリングホイール１０の回転角度である転舵角θｐに変換する。

なお、図２における処理は、回転角度θｓ，θｔ、操舵角θｈ、及び転舵角θｐが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。例えば、操舵側制御部４１及び転舵側制御部４２は、ステアリングホイール１０が中立位置にある状態から回転軸２２ａ，３２ａが所定方向とは逆回転する場合に、出力値を負の値とする。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、回転角度θｓ，θｔ、操舵角θｈ、及び転舵角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。

操舵側制御部４１において、操舵反力設定処理部５１は、操舵トルクＴｒｑに基づき、操舵反力指令値Ｔｒｑ＊を設定する。操舵反力指令値Ｔｒｑ＊は、操舵トルクＴｒｑが大きいほど大きい値に設定される。加算処理部５２は、操舵反力指令値Ｔｒｑ＊に操舵トルクＴｒｑを加算して出力する。

目標操舵角設定処理部５３は、加算処理部５２の出力値に基づき、目標操舵角θ＊を設定する。ここでは、加算処理部５２の出力値と、目標操舵角θ＊とを関係づけるモデル式を利用する。このモデル式は、ステアリングホイール１０と転舵輪１６とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリングホイール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て表したものである。また、このモデル式は、操舵装置の摩擦等をモデル化した粘性係数Ｃ、操舵装置の慣性をモデル化した慣性係数Ｊを用いて表したものである。ここで、粘性係数Ｃ及び慣性係数Ｊは、車速Ｖに応じて可変設定される。

減算処理部５４は、目標操舵角θ＊から操舵角θｈを減算して出力する。
目標電流設定処理部５５は、減算処理部５４の出力値に基づき、操舵角θｈを目標操舵角θ＊にフィードバック制御するための制御量として、操舵側モータ２２が生成する操舵反力に対応した電流量の目標値である目標電流量Ｉｓ＊を設定する。具体的には、目標操舵角θ＊から操舵角θｈを減算した値を入力とする比例要素、積分要素及び微分要素のそれぞれの出力値の和を、目標電流量Ｉｓ＊とする。減算処理部５６は、目標電流量Ｉｓ＊からインバータ２３の電流Ｉｓを減算して出力する。

制御信号生成処理部５７は、減算処理部５６の出力値に基づき、インバータ２３の電流Ｉｓを目標電流量Ｉｓ＊にフィードバック制御するための制御量として、当該インバータ２３のスイッチング素子のそれぞれのデューティ比（Ｄｕｔｙ）を規定するＰＷＭ信号等の制御信号ＭＳｓを演算して出力する。具体的には、制御信号生成処理部５７において、デューティ比設定処理部５７ａは、インバータ２３の電流Ｉｓを目標電流量Ｉｓ＊にフィードバック制御することによって、電圧指令値を演算する。制御信号生成処理部５７において、デューティ比設定処理部５７ａは、演算された電圧指令値に対応するデューティ信号を演算する。そして、制御信号生成処理部５７は、デューティ比設定処理部５７ａが演算したデューティ信号と、三角波や鋸波等の搬送波としてのＰＷＭキャリアとの比較を通じてベース信号ＭＳｓ０を演算する。また、制御信号生成処理部５７は、乗算処理部５７ｂにより、ベース信号ＭＳｓ０に反力ゲインＧｒを乗算し、制御信号ＭＳｓを算出して出力する。

また、転舵側制御部４２において、減算処理部６１は、目標操舵角θ＊から転舵角θｐを減算して出力する。
目標電流設定処理部６２は、減算処理部６１の出力値に基づき、転舵角θｐを目標操舵角θ＊にフィードバック制御するための制御量として、転舵側モータ３２が生成する転舵力に対応した電流量の目標値である目標電流量Ｉｔ＊を設定する。具体的には、目標操舵角θ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素、積分要素及び微分要素のそれぞれの出力値の和を、目標電流量Ｉｔ＊とする。減算処理部６３は、目標電流量Ｉｔ＊からインバータ３３の電流Ｉｔを減算して出力する。この目標操舵角θ＊に対しては、操舵角θｈがフィードバック制御されるので、転舵角θｐを当該目標操舵角θ＊にフィードバック制御することによって、操舵角θｈを転舵角θｐが追従する。

本実施形態のようなステアバイワイヤ式操舵装置では、操舵角θｈと、転舵角θｐとの偏差が大きくなると、運転者がステアリングホイール１０を操舵する場合に、ステアリングホイール１０と、転舵輪１６との間で、動き出しのタイミングがずれる等、動作にずれが発生する。この場合、運転者に対しては違和感を与えることになる。このような違和感を運転者に与えないようにすべく、目標電流設定処理部６２に係る処理を実行し、当該処理に基づき、操舵角θｈと、転舵角θｐとの偏差を解消するように、転舵角θｐを目標操舵角θ＊にフィードバック制御することによって、操舵角θｈを転舵角θｐが追従するように構成している。

制御信号生成処理部６４は、減算処理部６３の出力値に基づき、インバータ３３の電流Ｉｔを目標電流量Ｉｔ＊にフィードバック制御するための制御量として、当該インバータ３３のスイッチング素子のそれぞれのデューティ比（Ｄｕｔｙ）を規定するＰＷＭ信号等の制御信号ＭＳｔを演算して出力する。具体的には、制御信号生成処理部６４において、デューティ比設定処理部６４ａは、インバータ３３の電流Ｉｔを目標電流量Ｉｔ＊にフィードバック制御することによって、電圧指令値を演算する。制御信号生成処理部６４において、デューティ比設定処理部６４ａは、演算された電圧指令値に対応するデューティ信号を演算する。そして、制御信号生成処理部６４は、デューティ比設定処理部６４ａが演算したデューティ信号と、三角波や鋸波等の搬送波としてのＰＷＭキャリアとの比較を通じて制御信号ＭＳｔを演算する。

転舵側制御部４２において、デューティ比判定処理部６５は、デューティ比設定処理部６４ａが演算したデューティ信号のデューティ比Ｄに基づき、転舵側モータ３２の状態を判定し、判定結果を示す情報としてデューティＦＬＧを設定して出力する。具体的には、デューティ比判定処理部６５は、デューティ比Ｄが最大値（ＭＡＸ）である１００％（Ｄ＝ＭＡＸ）、すなわち転舵側モータ３２の状態が限界状態の場合、当該転舵側モータ３２が限界状態であることを示す値である「１」を設定して出力する（デューティＦＬＧ＝１）。また、デューティ比判定処理部６５は、デューティ比Ｄが最大値でない（Ｄ≠ＭＡＸ）、すなわち転舵側モータ３２の状態が限界状態でない場合、当該転舵側モータ３２が限界状態でないことを示す値である「０（零値）」を設定して出力する（デューティＦＬＧ＝０）。例えば、転舵側モータ３２の状態が限界状態の場合、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなっていると言える。これは、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因がある。なお、本実施形態において、デューティ比Ｄが最大値である１００％は転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなるとして定められる設定値の一例である。

操舵側制御部４１において、追加反力設定処理部５８は、デューティ比判定処理部６５の出力値であるデューティＦＬＧに基づき、反力ゲインＧｒを設定することによって、操舵反力の増大を設定する。これは、転舵側モータ３２において、運転者の急操舵に基づき操舵角θｈが急変する場合、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因によって、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなる場合、操舵角θｈに対する転舵角θｐの追従性を相対的に高めるための設定である。以下、これについて説明する。

図３に、追加反力設定処理部５８の処理手順を示す。図３に示す処理は、操舵側制御部４１のメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが所定周期で繰り返し実行することにより実現される。

図３に示す一連の処理において、追加反力設定処理部５８は、まずデューティ比判定処理部６５の出力値であるデューティＦＬＧが「１」（Ｄ＝ＭＡＸ）であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。この処理は、転舵側モータ３２の状態が限界状態であるか否かを判定するためのものである。なお、追加反力設定処理部５８は、デューティＦＬＧが「０」であると判定する場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、図３に示す一連の処理を一旦終了する。

一方、追加反力設定処理部５８は、デューティＦＬＧが「１」であると判定する場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、操舵反力を増大させる（ステップＳ２０）。
追加反力設定処理部５８は、図４（ａ）に示す反力ゲインＧｒと経過時間ｔとの関係を定めたマップを備えている。このマップは、経過時間ｔが進むにつれて反力ゲインＧｒとして大きい値が設定されている。追加反力設定処理部５８は、通常、反力ゲインＧｒとして「１」を設定し、転舵側モータ３２の状態が限界状態である場合、ステップＳ２０の処理を通じて反力ゲインＧｒを１以上の範囲で漸増変化させる。この場合、反力ゲインＧｒの漸増変化に伴い操舵反力が漸増変化するようになる。反力ゲインＧｒが「１」の場合、制御信号生成処理部５７で演算されたベース信号ＭＳｓ０がそのまま制御信号ＭＳｓとして出力される。一方、反力ゲインＧｒが１以上の場合、制御信号生成処理部５７で演算されたベース信号ＭＳｓ０に対して操舵反力がさらに追加された制御信号ＭＳｓとして出力される。

次に、追加反力設定処理部５８は、デューティ比判定処理部６５の出力値であるデューティＦＬＧが「０」（Ｄ≠ＭＡＸ）であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。この処理は、転舵側モータ３２の状態が限界状態から脱した状態であるか否かを判定するためのものである。なお、追加反力設定処理部５８は、デューティＦＬＧが「１」であると判定する場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、ステップＳ２０の処理に戻り、デューティＦＬＧが「１」の間、ステップＳ２０及びステップＳ３０の処理を繰り返し実行する。

一方、追加反力設定処理部５８は、デューティＦＬＧが「０」であると判定する場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、操舵反力を通常まで減少させる（ステップＳ４０）。
追加反力設定処理部５８は、図４（ｂ）に示す反力ゲインＧｒと経過時間ｔとの関係を定めたマップを備えている。このマップは、経過時間ｔが進むにつれて反力ゲインＧｒとして小さい値が設定されている。追加反力設定処理部５８は、ステップＳ２０を通じて１以上に設定されている反力ゲインＧｒに対し、転舵側モータ３２の状態が限界状態から脱した状態である場合、ステップＳ４０の処理を通じて反力ゲインＧｒを通常の「１」まで漸減変化させる。この場合、反力ゲインＧｒの漸減変化に伴い操舵反力が漸減変化するようになる。なお、追加反力設定処理部５８は、ステップＳ４０の処理を通じて反力ゲインＧｒを通常の「１」まで減少させる間において、操舵反力の方向が変化（正から負、又は負から正）する場合、反力ゲインＧｒを通常の「１」に設定する。そして、追加反力設定処理部５８は、反力ゲインＧｒを通常の「１」に設定し、図３に示す一連の処理を一旦終了する。

以下、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態によれば、転舵側モータ３２において、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなる場合、ステアリングシャフト１１に付与される操舵反力が増大するようになる。つまり、運転者の操舵トルクＴｒｑに抗する力が増大し、操舵トルクＴｒｑに基づき変化する操舵角θｈの変化速度が低減されるようになる。これにより、例えば、運転者の急操舵に基づき操舵角θｈが急変する場合、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因によって、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなる場合、操舵角θｈに対する転舵角θｐの追従性を相対的に高めることができる。しかも、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなる状況を判定するためにデューティ比Ｄを用いることによっては、転舵側モータ３２の性能に関係なく一律の指標として、転舵側モータ３２の状態を判定することができる。したがって、転舵輪１６が操舵角θｈを追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータ３２の性能に関係なく抑制することができ、ステアバイワイヤ式操舵装置において運転者に違和感を与え難くすることができる。

（２）本実施形態において、追加反力設定処理部５８は、転舵側モータ３２の状態が限界状態である場合、ステップＳ２０の処理を通じて反力ゲインＧｒを１以上の範囲で漸増変化させる。すなわち、操舵反力を増大させる場合、その増大させる過程における操舵反力の急変が抑制されるようになる。これにより、転舵輪１６が操舵角θｈを追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータ３２の性能に関係なく抑制するために、操舵反力を与える際においても運転者に違和感を与え難くすることができる。

（３）本実施形態において、追加反力設定処理部５８は、転舵側モータ３２の状態が限界状態であることに基づきステップＳ２０の処理を通じて反力ゲインＧｒを１以上の範囲で増大させた後、転舵側モータ３２の状態が限界状態から脱した場合に増大後の反力ゲインＧｒを減少させる。この場合、追加反力設定処理部５８は、ステップＳ４０の処理を通じて反力ゲインＧｒを通常の「１」まで漸減変化させる。すなわち、操舵反力を減少させる場合、その減少させる過程における操舵反力の急変が抑制されるようになる。これにより、転舵輪１６が操舵角θｈを追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータ３２の性能に関係なく抑制するために、操舵反力を与えた後においても運転者に違和感を与え難くすることができる。

（４）本実施形態において、追加反力設定処理部５８は、ステップＳ１０の処理を通じてデューティ比Ｄを用いて転舵側モータ３２の状態を判定し、特に、デューティ比Ｄが最大値である１００％の場合に転舵側モータ３２の状態が限界状態であると判定する。すなわち、転舵側モータ３２の状態が限界状態であることを好適に判定することができる。転舵側モータ３２の状態が限界状態である場合、路面状態やモータの性能限界等、様々な要因によって、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなる状況であると言える。しかも、デューティ比Ｄの最大値である１００％は、転舵側モータ３２の性能に関係なく共通に設定することができる。これにより、転舵側モータ３２の性能に関係なく変わらない精度で、転舵角θｐが操舵角θｈを追従できなくなる状況を判定することができる。したがって、転舵輪１６が操舵角θｈを追従することができなくなる状況の発生を転舵側モータ３２の性能に関係なくより好適に抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・デューティ比判定処理部６５は、デューティ比Ｄが最大値近傍、例えば、９５％以上の場合、転舵側モータ３２の状態が限界状態であると判定するように設定してもよい。すなわち、デューティ比判定処理部６５は、転舵側モータ３２の状態が限界状態であることを幅を有する設定値によって判定するようにしてもよい。また、上記実施形態は、転舵側モータ３２の状態が限界状態に陥る可能性がある状態を判定し、その場合に操舵反力を増大させるように構成してもよい。この場合には、デューティ比Ｄが最大値よりも小さい、例えば、８０％以上の場合、デューティＦＬＧに「１」が設定され、操舵反力が増大されるように構成してもよい。このように、操舵反力を増大させるデューティ比Ｄについては、ステアバイワイヤ式操舵装置の使用環境や用途等に最適化するように構成してもよい。

・追加反力設定処理部５８は、転舵側モータ３２の状態が限界状態から脱した場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ２０を通じて１以上に設定されている反力ゲインＧｒを通常の「１」に設定するように構成してもよい。この場合には、転舵側モータ３２の状態が限界状態から脱した時点で、図３に示す一連の処理を一旦終了するように構成してもよい。

・反力ゲインＧｒの増大変化及び減少変化について、経過時間ｔとの関係は変更可能である。例えば、反力ゲインＧｒの増大変化及び減少変化の勾配を上記実施形態と比較して急勾配としたり、経過時間ｔの最初の方では緩やかで途中から急となる勾配としたりしてもよいし、増大変化と、減少変化とで勾配を異ならせることもできる。また、反力ゲインＧｒについて、経過時間ｔの他、車速Ｖ等、他のパラメータとの関係が定められていてもよい。特に、反力ゲインＧｒの減少変化について、操舵角θｈの変化量である操舵速度、転舵角θｐの変化量である転舵速度、車両の重心点を通る鉛直軸回りの回転角速度（所謂、ヨーレート）、左右の転舵輪１６に対してそれぞれ設けられる車輪速センサの車輪速差等のパラメータを用いるようにしてもよい。この場合、例えば、操舵速度が比較的小さいときは減少の勾配を緩やかにする等、操舵フィーリングを調整することができ、操舵フィーリングの調整の自由度を高めることができる。

・操舵反力を増大させる構成として、マップを用いる替わりに、反力ゲインＧｒを制御周期毎に所定値ずつ加算する構成してもよい。その他の構成として、反力ゲインＧｒを用いる替わりに、増大させる操舵反力に対応する目標電流量や制御信号を加算するように構成したりしてもよい。これは、操舵反力を減少させる構成についても同様である。

・操舵反力指令値Ｔｒｑ＊を設定する際は、操舵トルクＴｒｑを少なくとも用いていればよく、車速Ｖを用いなくてもよい。その他、操舵反力指令値Ｔｒｑ＊を設定する際は、操舵トルクＴｒｑ及び車速Ｖと、これら以外の要素とを用いるようにしてもよい。

・操舵側制御部４１の追加反力設定処理部５８は、転舵側制御部４２のデューティ比設定処理部６４ａが演算したデューティ信号（デューティ比Ｄ）を取り込むことによって、転舵側モータ３２の状態を判定するようにしてもよい。この場合には、転舵側制御部４２のデューティ比判定処理部６５（デューティＦＬＧ）を削減することができる。また、転舵側制御部４２のデューティ比設定処理部６４ａは、反力ゲインＧｒを設定することによって、操舵反力の増大変化及び減少変化を制御するようにしてもよい。この場合には、操舵側制御部４１の追加反力設定処理部５８を削減することができる。

・操舵側制御部４１及び転舵側制御部４２は、それぞれ別個に制御ユニットを構成するものであってもよいし、給電制御部４０において一の制御部を構成するものであってもよい。

・操舵角θｈは、ステアリングシャフト１１に設けられる舵角センサによって検出されるように構成してもよい。また、転舵角θｐは、ピニオン軸１３に設けられる舵角センサによって検出されるように構成してもよい。

・目標操舵角設定処理部５３において、サスペンションやホールアライメント等の仕様によって決定されるバネ係数Ｋを用いた、所謂、バネ項を追加してモデル化したモデル式を用いるようにしてもよい。

・操舵側モータ２２や転舵側モータ３２としては、ＳＰＭＳＭに限らず、例えばＩＰＭＳＭを用いてもよい。
・上記実施形態は、クラッチ１２を備えておらず、ステアリングシャフト１１と、転舵部２とが分離した構造を有するステアバイワイヤ式操舵装置に適用してもよい。この場合、ピニオン軸１３を削減することができる。

・転舵アクチュエータ３０としては、ラックアシスト型であれば、例えば、ラック軸１４の同軸上に転舵側モータ３２を配置するものや、ラック軸１４に平行に転舵側モータ３２を配置するもの等であってもよい。

・各変形例は、互いに組み合わせて適用してもよく、例えば、転舵アクチュエータ３０としては、ラック軸１４の同軸上に転舵側モータ３２を配置して具体化することと、その他の変形例の構成とは、互いに組み合わせて適用してもよい。

１…操舵部、２…転舵部、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１２…クラッチ、１３…ピニオン軸、１４…ラック軸、１５…第１ラックアンドピニオン機構、１６…転舵輪、２２…操舵側モータ、３２…転舵側モータ、４０…給電制御部、４１…操舵側制御部、４２…転舵側制御部、５１…操舵反力設定処理部、５３…目標操舵角設定処理部、５５…目標電流設定処理部、５７…制御信号生成処理部、５７ａ…デューティ比設定処理部、５８…追加反力設定処理部、６２…目標電流設定処理部、６４…制御信号生成処理部、６４ａ…デューティ比設定処理部、６５…デューティ比判定処理部、θｈ…操舵角、θｐ…転舵角、Ｔｒｑ…操舵トルク。

Claims (3)

1. 運転者が操舵する操舵部と、運転者の前記操舵部の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部とが機械的に連結可能な構造又は分離した構造を有し、
   前記操舵部に運転者の前記操舵部の操舵に抗する力である操舵反力を与える操舵側モータと、
   前記転舵部に前記転舵輪を転舵させる力である転舵力を与える転舵側モータと、
   運転者の前記操舵部への操舵入力に応じた前記操舵反力を発生させるように前記操舵側モータへの給電を制御するとともに、運転者の前記操舵部への操舵入力に基づき変化する操舵角を前記転舵輪の転舵角が追従すべく前記転舵力を発生させるように前記転舵側モータへの給電を制御する給電制御部と、を備え、
   前記給電制御部は、
   前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が、前記転舵角が前記操舵角を追従できなくなるとして定められる設定値の場合に前記操舵反力を増大させるように前記操舵側モータの給電を制御するものであり、
   前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が前記設定値の場合に前記操舵反力を増大させた後、前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が前記設定値でなくなった場合に増大後の前記操舵反力を減少させるものであり、前記操舵反力を減少させる際、当該操舵反力を経過時間に対して漸減させるものであるステアバイワイヤ式操舵装置。
2. 前記給電制御部は、前記転舵側モータへの給電を制御するために生成するデューティ信号のデューティ比が前記設定値の場合に前記操舵反力を増大させる際、当該操舵反力を漸増させるものである請求項１に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。
3. 前記設定値は、前記デューティ比の最大値として設定されるものである請求項１又は請求項２に記載のステアバイワイヤ式操舵装置。

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