JP6876251B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、左右の転舵輪を個別に転舵するための左右の転舵機構を含み、操向のために操作される操舵部材と左右の転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、左右の転舵機構が左右の転舵モータによって個別に駆動される車両用操舵装置に関する。

自動運転に代表される高度運転支援機能を成立させるとともに、エンジンルームのレイアウトの自由度向上を目的とした、中間シャフトを使用しないステア・バイ・ワイヤシステムの有効性が評価され始めている。そして、エンジンルームのレイアウトの更なる自由度向上を図るために、下記特許文献１，２に示すように、ラックアンドピニオン機構等を含むステアリングギヤ装置を使用せず、左右の転舵輪を個別の転舵モータで制御する左右独立転舵システムが提案されている。

また、下記特許文献３には、左右独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムであって、一方の転舵用アクチュエータに異常が発生した場合に、正常な転舵用アクチュエータの駆動力を、異常が発生した転舵用アクチュエータに機械的に伝達することができるステア・バイ・ワイヤシステムが開示されている。

特開２００８−１７４１６０号公報 特開２０１５−２０５８６号公報 特開２０１１−１３１７７７号公報

特許文献３に記載のステア・バイ・ワイヤシステムでは、一方の転舵用アクチュエータに異常が発生した場合に、正常な転舵用アクチュエータの駆動力を、異常が発生した転舵用アクチュエータに機械的に伝達するための機構（例えば、セーフバーおよびピン）が必要となる。
そこで、左右独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにおいて、一方の転舵輪が失陥した場合に、正常な他方の転舵輪の転舵角制御によって、車両を換向することが考えられる。転舵輪が失陥した場合とは、当該転舵輪を転舵するための転舵モータから当該転舵輪を転舵するためのトルクを発生できなくなった場合等のように、当該転舵輪に対する転舵角制御が正常に行えなくなった場合をいう。

一方の転舵輪が失陥している状態において、正常な他方の転舵輪の転舵角制御によって車両を換向させようとした場合、次のような問題が生じることが判明した。すなわち、正常な転舵輪の転舵角の絶対値が大きくなるにつれて車両の旋回半径は小さくなるが、正常な転舵輪の転舵角の絶対値が所定値以上になると、タイヤ横力が飽和し、運転者の意図に反して車両の旋回半径が大きくなる。

この発明の目的は、一方の転舵輪が失陥した場合に、運転者の意図に反して車両の旋回半径が大きくなるのを抑制できる車両用操舵装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、左転舵輪（３Ｌ）および右転舵輪（３Ｒ）を個別に転舵するための左転舵機構（５Ｌ）および右転舵機構（５Ｒ）を含み、操向のために操作される操舵部材（２）と前記左転舵機構および右転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、前記左転舵機構および右転舵機構がそれぞれ左転舵モータ（４Ｌ）および右転舵モータ（４Ｒ）によって駆動される車両用操舵装置（１）であって、前記左転舵輪に対する左目標転舵角および前記右転舵輪に対する右目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（２０）と、前記左転舵輪の転舵角が、前記左目標転舵角に等しくなるように前記左転舵モータを制御する左転舵モータ制御手段（２２）と、前記右転舵輪の転舵角が、前記右目標転舵角に等しくなるように前記右転舵モータを制御する右転舵モータ制御手段（２３）とを含み、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥して場合において、正常転舵輪の転舵角をその絶対値が大きくなる方向に変化させたときに、車両の旋回半径が減少傾向から増加傾向に変化する変化点の前記正常転舵輪の転舵角を旋回限界転舵角とすると、前記目標転舵角設定手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する演算手段と、正常転舵輪の転舵角の絶対値が前記演算手段によって演算された旋回限界転舵角の絶対値よりも大きいときには、当該旋回限界転舵角を前記正常転舵輪に対する目標転舵角として設定する手段を含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、一方の転舵輪が失陥したときに、正常転舵輪の転舵角の絶対値が旋回限界転舵角の絶対値よりも大きくなっている場合には、正常転舵輪の転舵角を旋回限界転舵角まで自動的に戻すことができる。このようにして、正常転舵輪の転舵角が旋回限界転舵角まで戻った場合には、その後に、正常転舵輪の転舵角の絶対値が旋回限界転舵角の絶対値よりも大きくなるのを抑制できる。また、一方の転舵輪が失陥したときに、正常転舵輪の転舵角の絶対値が旋回限界転舵角の絶対値以下であった場合には、その後に、正常転舵輪の転舵角の絶対値が旋回限界転舵角の絶対値よりも大きくなるのを抑制できる。したがって、この構成では、一方の転舵輪が失陥した場合に、運転者の意図に反して車両の旋回半径が大きくなるのを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、前記操舵部材に操舵方向とは反対方向の操舵反力を付与するための反力モータ（７）と、前記反力モータに対する目標反力を設定する目標反力設定手段（２０）と、前記目標反力に応じた反力トルクが前記反力モータから発生するように前記反力モータを制御する反力モータ制御手段とをさらに含み、前記目標反力設定手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、前記操舵部材の回転角である実操舵角の絶対値が、前記演算手段によって演算された旋回限界転舵角に対応する操舵角である旋回限界操舵角の絶対値以上のときには、前記目標反力の絶対値を予め設定された反力最大値に設定する手段を含む、請求項１に記載の車両用操舵装置である。

この構成では、一方の転舵輪が失陥したときに、実操舵角の絶対値が旋回限界操舵角の絶対値よりも大きくなっている場合には、運転者が操舵部材を切り戻すように、操作反力を増大させることができる。このようにして実操舵角の絶対値が旋回限界操舵角の絶対値以下になった後においては、実操舵角の絶対値が旋回限界操舵角の絶対値を超えるような操舵操作が行われるのを抑制できる。また、一方の転舵輪が失陥したときに、実操舵角の絶対値が旋回限界操舵角の絶対値以下であった場合には、その後に、実操舵角の絶対値が旋回限界操舵角の絶対値を超えるような操舵操作が行われるのを抑制できる。

請求項３に記載の発明は、前記目標反力設定手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、前記実操舵角の絶対値が前記旋回限界操舵角の絶対値未満のときには、前記目標反力の絶対値を前記実操舵角に応じて設定する手段を含む、請求項２に記載の車両用操舵装置である。
請求項４に記載の発明は、車速を検出するための車速検出手段と、車速と前記旋回限界転舵角との関係を示すマップとをさらに含み、前記演算手段は、前記車速検出手段によって検出された車速と前記マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する手段とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

請求項５に記載の発明は、車速を検出するための車速検出手段と、車速と、外輪が失陥した場合の前記旋回限界転舵角との関係を示す第１マップと、車速と、内輪が失陥した場合の前記旋回限界転舵角との関係を示す第２マップとをさらに含み、前記演算手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、失陥した転舵輪が外輪側の転舵輪であるか内輪側の転舵輪であるかを判別する判別手段と、失陥した転舵輪が外輪側の転舵輪である場合には、前記車速検出手段によって検出された車速と前記第１マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する第１演算手段と、失陥した転舵輪が内輪側の転舵輪である場合には、前記車速検出手段によって検出された車速と前記第２マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する第２演算手段とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。 図２は、反力ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、左転舵ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図４は、右転舵ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図５は、車速をパラメータとして、一方の転舵輪が失陥した場合の正常転舵輪の転舵角の絶対値と車両の旋回半径との関係を示す両対数グラフである。 図６は、車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示すグラフである。 図７は、上位ＥＣＵによって実行される目標値設定処理の手順を示すフローチャートである。 図８は、操舵角θに対する左目標転舵角δ_Ｌ ^＊および右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の設定例を示すグラフである。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図であり、左右独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムの構成が示されている。
この車両用操舵装置１は、運転者が操向のために操作する操舵部材としてステアリングホイール２と、左転舵輪３Ｌおよび右転舵輪３Ｒと、ステアリングホイール２の回転操作に応じて駆動される左転舵モータ４Ｌおよび右転舵モータ４Ｒと、左転舵モータ４Ｌの駆動力に基づいて左転舵輪３Ｌを転舵する左転舵機構５Ｌと、右転舵モータ４Ｒの駆動力に基づいて右転舵輪３Ｒを転舵する右転舵機構５Ｒとを備えている。

ステアリングホイール２と左転舵機構５Ｌおよび右転舵機構５Ｒとの間には、機械的にトルクや回転などの動きが伝達されるような機械的な結合はない。ステアリングホイール２の操作量（操舵角）に応じて左転舵モータ４Ｌおよび右転舵モータ４Ｒが駆動制御されることによって、左転舵輪３Ｌおよび右転舵輪３Ｒが転舵される。左転舵機構５Ｌおよび右転舵機構５Ｒとしては、例えば、特許文献２に開示されたサスペンション装置や、特許文献１に開示された転舵装置を用いることができる。

この実施形態では、転舵モータ４Ｌ，４Ｒが正転方向に回転されると、右方向に車両を換向させる方向（右転舵方向）に転舵輪３Ｌ，３Ｒの転舵角が変化し、転舵モータ４Ｌ，４Ｒが逆転方向に回転されると、左方向に車両を換向させる方向（左転舵方向）に転舵輪３Ｌ，３Ｒの転舵角が変化するものとする。
ステアリングホイール２は、車体側に回転可能に支持された回転シャフト６に連結されている。この回転シャフト６には、ステアリングホイール２に作用する反力トルク（操作反力）を発生する反力モータ７が設けられている。この反力モータ７は、例えば、回転シャフト６と一体の出力シャフトを有する電動モータにより構成されている。

回転シャフト６の周囲には、回転シャフト６の回転角（ステアリングホイール２の操舵角θ）を検出するための操舵角センサ８が設けられている。この実施形態では、操舵角センサ８は、回転シャフト６の中立位置（基準位置）からの回転シャフト６の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。

左転舵機構５Ｌの近傍には、左転舵輪３Ｌの転舵角（以下、「左転舵角δ_Ｌ」という場合がある。）を検出するための左転舵角センサ１０Ｌが備えられている。右転舵機構５Ｒの近傍には、右転舵輪３Ｒの転舵角（以下、「右転舵角δ_Ｒ」という場合がある。）を検出するための右転舵角センサ１０Ｒが備えられている。車両には、さらに、車速Ｖを検出するための車速センサ１１が設けられている。

操舵角センサ８および車速センサ１１は、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０にそれぞれ接続されている。上位ＥＣＵ２０は、目標転舵角設定手段および目標反力設定手段の一例である。反力モータ７は、下位ＥＣＵの１つである反力ＥＣＵ２１に接続されている。反力ＥＣＵ２１は、反力モータ制御手段の一例である。
左転舵モータ４Ｌおよび左転舵角センサ１０Ｌは、下位ＥＣＵの１つである左転舵ＥＣＵ２２に接続されている。左転舵ＥＣＵ２２は、左転舵モータ制御手段の一例である。右転舵モータ４Ｒおよび右転舵角センサ１０Ｒは、下位ＥＣＵの１つである右転舵ＥＣＵ２３に接続されている。右転舵ＥＣＵ２３は、右転舵モータ制御手段の一例である。

左転舵ＥＣＵ２２からは、左転舵角センサ１０Ｌによって検出される左転舵角δ_Ｌおよび左転舵輪３Ｌに関する第１失陥情報が、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信ラインを介して上位ＥＣＵ２０に送られる。右転舵ＥＣＵ２３からは、右転舵角センサ１０Ｒによって検出される右転舵角δ_Ｒおよび右転舵輪３Ｒに関する第２失陥情報が、車載ネットワークを介して上位ＥＣＵ２０に送られる。第１および第２失陥情報については、後述する。

上位ＥＣＵ２０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ２０ａなど）を備えたマイクロコンピュータを含む。上位ＥＣＵ２０は、上位ＥＣＵ２０に入力される情報に基づいて目標値設定処理を行って、目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊および右目標転舵角δ_Ｒ ^＊を設定する。目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊は、反力モータ７に発生させるべき反力トルクの目標値である。左目標転舵角δ_Ｌ ^＊は、左転舵輪３Ｌの転舵角の目標値である。右目標転舵角δ_Ｒ ^＊は、右転舵輪３Ｒの転舵角の目標値である。目標値設定処理の詳細については、後述する。

上位ＥＣＵ２０によって演算される目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊は、例えばＣＡＮ等の通信ラインを介して反力ＥＣＵ２１に送信される。上位ＥＣＵ２０によって演算された左目標転舵角δ_Ｌ ^＊は、例えばＣＡＮ等の通信ラインを介して左転舵ＥＣＵ２２に送信される。上位ＥＣＵ２０によって演算される右目標転舵角δ_Ｒ ^＊は、例えばＣＡＮ等の通信ラインを介して右転舵ＥＣＵ２３に送信される。

図２は、反力ＥＣＵ２１の電気的構成を示すブロック図である。
反力ＥＣＵ２１は、マイクロコンピュータから構成される反力モータ制御部３１と、反力モータ制御部３１によって制御され、反力モータ７に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、反力モータ７に流れるモータ電流を検出する電流検出部３３とを備えている。

反力モータ制御部３１は、上位ＥＣＵ２０から送信される目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊を受信する。反力モータ制御部３１は、受信した目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊に基づいて、反力モータ７の駆動回路３２を駆動制御する。具体的には、反力モータ制御部３１は、目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊に応じた反力トルクが反力モータ７から発生するように、駆動回路３２を駆動制御する。より具体的には、反力モータ制御部３１は、電流検出部３３によって検出されるモータ電流が、目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊に応じたモータ電流（目標モータ電流）に等しくなるように、駆動回路３２を駆動制御する。

図３は、左転舵ＥＣＵ２２の電気的構成を示すブロック図である。
左転舵ＥＣＵ２２は、マイクロコンピュータから構成される左転舵モータ制御部４１Ｌと、左転舵モータ制御部４１Ｌによって制御され、左転舵モータ４Ｌに電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４２Ｌと、左転舵モータ４Ｌに流れるモータ電流を検出する電流検出部４３Ｌとを備えている。

左転舵モータ制御部４１Ｌは、左転舵角センサ１０Ｌによって検出される左転舵角δ_Ｌが上位ＥＣＵ２０から与えられる左目標転舵角δ_Ｌ ^＊に等しくなるように、駆動回路４２Ｌを制御する。具体的には、左転舵モータ制御部４１Ｌは、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、転舵角偏差演算部５１Ｌと、ＰＩ制御部（転舵角）５２Ｌと、角速度演算部５３Ｌと、角速度偏差演算部５４Ｌと、ＰＩ制御部（角速度）５５Ｌと、電流偏差演算部５６Ｌと、ＰＩ制御部（電流）５７Ｌと、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部５８Ｌと、失陥検出部５９Ｌが含まれる。

転舵角偏差演算部５１Ｌは、上位ＥＣＵ２０から与えられた左目標転舵角δ_Ｌ ^＊と、左転舵角センサ１０Ｌによって検出される左転舵角（実左転舵角）δ_Ｌとの偏差Δδ_Ｌ（＝δ_Ｌ ^＊−δ_Ｌ）を演算する。
ＰＩ制御部５２Ｌは、転舵角偏差演算部５１Ｌによって演算される左転舵角偏差Δδ_Ｌに対するＰＩ演算を行なうことにより、左転舵角速度の目標値である左目標転舵角速度ω_Ｌ ^＊を演算する。

角速度演算部５３Ｌは、左転舵角センサ１０Ｌによって検出される左転舵角δ_Ｌを時間微分することによって、左転舵角δ_Ｌの角速度（左転舵角速度）ω_Ｌを演算する。
角速度偏差演算部５４Ｌは、ＰＩ制御部５２Ｌによって演算される左目標転舵角速度ω_Ｌ ^＊と、角速度演算部５３Ｌによって演算される左転舵角速度ω_Ｌとの偏差Δω_Ｌ（＝ω_Ｌ ^＊−ω_Ｌ）を演算する。

ＰＩ制御部５５Ｌは、角速度偏差演算部５４Ｌによって演算される左転舵角速度偏差Δω_Ｌに対するＰＩ演算を行なうことにより、左転舵モータ４Ｌに流すべき電流の目標値である左目標モータ電流Ｉ_Ｌ ^＊を演算する。
電流偏差演算部５６Ｌは、ＰＩ制御部５５Ｌによって演算される左目標モータ電流Ｉ_Ｌ ^＊と、電流検出部４３Ｌによって検出される左モータ電流Ｉ_Ｌとの偏差ΔＩ_Ｌ（＝Ｉ_Ｌ ^＊−Ｉ_Ｌ）を演算する。

ＰＩ制御部５７Ｌは、電流偏差演算部５６Ｌによって演算される左モータ電流偏差ΔＩ_Ｌに対するＰＩ演算を行なうことにより、左転舵モータ４Ｌに流れる左モータ電流Ｉ_Ｌを左目標モータ電流Ｉ_Ｌ ^＊に導くための左モータ駆動指令値を生成する。
ＰＷＭ制御部５８Ｌは、左モータ駆動指令値に対応するデューティ比の左ＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路４２Ｌに供給する。これにより、左モータ駆動指令値に対応した電力が左転舵モータ４Ｌに供給されることになる。

失陥検出部５９は、左転舵輪３Ｌが失陥したか否かを判定し、その判定結果を示す第１失陥情報を上位ＥＣＵ２０に送信する。左転舵輪３Ｌが失陥した場合とは、左転舵輪３Ｌに対する転舵角制御が正常に行えなくなった場合をいう。失陥検出部５９は、例えば、転舵角偏差Δδ_Ｌが所定閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、電流偏差ΔＩ_Ｌが所定閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合等に、左転舵輪３Ｌが失陥したと判定する。

図４は、右転舵ＥＣＵ２３の電気的構成を示すブロック図である。
右転舵ＥＣＵ２３は、マイクロコンピュータから構成される右転舵モータ制御部４１Ｒと、右転舵モータ制御部４１Ｒによって制御され、右転舵モータ４Ｒに電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４２Ｒと、右転舵モータ４Ｒに流れるモータ電流を検出する電流検出部４３Ｒとを備えている。

右転舵モータ制御部４１Ｒは、右転舵角センサ１０Ｒによって検出される右転舵角δ_Ｒが上位ＥＣＵ２０から与えられる右目標転舵角δ_Ｒ ^＊に等しくなるように、駆動回路４２Ｒを制御する。具体的には、右転舵モータ制御部４１Ｒは、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、転舵角偏差演算部５１Ｒと、ＰＩ制御部（転舵角）５２Ｒと、角速度演算部５３Ｒと、角速度偏差演算部５４Ｒと、ＰＩ制御部（角速度）５５Ｒと、電流偏差演算部５６Ｒと、ＰＩ制御部（電流）５７Ｒと、ＰＷＭ制御部５８Ｒと、失陥検出部５９Ｒが含まれる。

転舵角偏差演算部５１Ｒは、上位ＥＣＵ２０から与えられた右目標転舵角δ_Ｒ ^＊と、右転舵角センサ１０Ｒによって検出される右転舵角δ_Ｒとの偏差Δδ_Ｒ（＝δ_Ｒ ^＊−δ_Ｒ）を演算する。
ＰＩ制御部５２Ｒは、転舵角偏差演算部５１Ｒによって演算される右転舵角偏差Δδ_Ｒに対するＰＩ演算を行なうことにより、右転舵角速度の目標値である右目標転舵角速度ω_Ｒ ^＊を演算する。

角速度演算部５３Ｒは、右転舵角センサ１０Ｒによって検出される右転舵角δ_Ｒを時間微分することによって、右転舵角δ_Ｒの角速度（右転舵角速度）ω_Ｒを演算する。
角速度偏差演算部５４Ｒは、ＰＩ制御部５２Ｒによって演算される右目標転舵角速度ω_Ｒ ^＊と、角速度演算部５３Ｒによって演算される右転舵角速度ω_Ｒとの偏差Δω_Ｒ（＝ω_Ｒ ^＊−ω_Ｒ）を演算する。

ＰＩ制御部５５Ｒは、角速度偏差演算部５４Ｒによって演算される右転舵角速度偏差Δω_Ｒに対するＰＩ演算を行なうことにより、右転舵モータ４Ｒに流すべき電流の目標値である右目標モータ電流Ｉ_Ｒ ^＊を演算する。
電流偏差演算部５６Ｒは、ＰＩ制御部５５Ｒによって演算される右目標モータ電流Ｉ_Ｒ ^＊と、電流検出部４３Ｒによって検出される右モータ電流Ｉ_Ｒとの偏差ΔＩ_Ｒ（＝Ｉ_Ｒ ^＊−Ｉ_Ｒ）を演算する。

ＰＩ制御部５７Ｒは、電流偏差演算部５６Ｒによって演算される右モータ電流偏差ΔＩ_Ｒに対するＰＩ演算を行なうことにより、右転舵モータ４Ｒに流れる右モータ電流Ｉ_Ｒを右目標モータ電流Ｉ_Ｒ ^＊に導くための右モータ駆動指令値を生成する。
ＰＷＭ制御部５８Ｒは、右モータ駆動指令値に対応するデューティ比の右ＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路４２Ｒに供給する。これにより、右モータ駆動指令値に対応した電力が右転舵モータ４Ｒに供給されることになる。

失陥検出部５９Ｒは、右転舵輪３Ｒが失陥したか否かを判定し、その判定結果を示す第２失陥情報を上位ＥＣＵ２０に送信する。右転舵輪３Ｒが失陥した場合とは、右転舵輪３Ｒに対する転舵角制御が正常に行えなくなった場合をいう。失陥検出部５９Ｒは、例えば、転舵角偏差Δδ_Ｒが所定閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、電流偏差ΔＩ_Ｒが所定閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合等に、右転舵輪３Ｒが失陥したと判定する。

以下、上位ＥＣＵ２０によって実行される目標値設定処理について詳しく説明する。
この車両用操舵装置１では、左転舵輪３Ｌおよび右転舵輪３Ｒのうちの一方の転舵輪が失陥した場合には、正常な他方の転舵輪の転舵角制御によって、車両が換向される。つまり、左転舵輪３Ｌが失陥した場合には、右転舵ＥＣＵ２３による。右転舵輪３Ｒに対する転舵角制御によって車両が換向される。右転舵輪３Ｒが失陥した場合には、左転舵ＥＣＵ２２による左転舵輪３Ｌに対する転舵角制御によって車両が換向される。

図５は、車速をパラメータとして、一方の転舵輪が失陥した場合の正常転舵輪の転舵角の絶対値と車両の旋回半径との関係を示す両対数グラフである。
以下において、外輪側の転舵輪を「外輪」といい、内輪側の転舵輪を「内輪」という場合がある。図５において、実線の曲線は外輪が失陥した場合の内輪（正常な転舵輪）の転舵角の絶対値と車両の旋回半径との関係を示している。図５において、破線の曲線は内輪が失陥した場合の外輪（正常な転舵輪）の転舵角の絶対値と車両の旋回半径との関係を示している。

図５に示すように、一方の転舵輪が失陥している場合、正常な転舵輪の転舵角の絶対値が大きくなるにつれて車両の旋回半径は小さくなる。しかしながら、正常な転舵輪の転舵角の絶対値が所定値以上になると、タイヤ横力が飽和するため、正常な転舵輪の転舵角の絶対値が大きくなるにつれて、車両の旋回半径が大きくなる。車両の旋回半径が減少傾向から増加傾向に変化する変化点の正常転舵輪の転舵角を、「旋回限界転舵角」ということにする。旋回限界転舵角は、操舵方向が右方向（操舵角θが正）の場合には正の値となり、操舵方向が左方向（操舵角θが負）の場合には負の値となる。

図５に示すように、正常転舵輪の転舵角の絶対値に対する旋回半径は、車速が大きいほど大きくなる。この理由は、車速が大きいほど、車体に作用する遠心力が大きくなるので、車両が旋回しにくくなるためである。また、正常転舵輪の転舵角の絶対値に対する旋回半径は、外輪が失陥する場合に比べて内輪が失陥する場合の方が小さい。この理由は、車両旋回時には、遠心力により外輪の接地荷重が内輪の接地荷重よりも大きくなり、外輪が正常である場合（内輪が失陥している場合）の方が、内輪が正常である場合（外輪が失陥している場合）に比べて、旋回性能が高くなるからである。

図６は、車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示すグラフである。図６において、実線の曲線は外輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示している。図６において、破線の曲線は内輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示している。図６のグラフは、図５のグラフに基づいて作成することができる。図６に示すように、旋回限界転舵角の絶対値は、車速が大きくなるほど小さくなる。また、車速が同じである場合には、旋回限界転舵角の絶対値は、外輪が失陥した場合に比べて、内輪が失陥した場合の方が小さくなる。

この実施形態では、外輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示すマップ（以下、「第１旋回限界転舵角マップ」という。）が、予め作成されて不揮発性メモリ２０ａに記憶されている。また、内輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示すマップ（以下、「第２旋回限界転舵角マップ」という。）が、予め作成されて不揮発性メモリ２０ａに記憶されている。

図７は、上位ＥＣＵ２０によって実行される目標値設定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、所定演算周期毎に繰り返し実行される。
上位ＥＣＵ２０は、まず、操舵角センサ８によって検出される操舵角θ、車速センサ１１によって検出される車速Ｖ、左転舵ＥＣＵ２２から与えられる左転舵角δ_Ｌおよび第１失陥情報ならびに右転舵ＥＣＵ２３から与えられる右転舵角δ_Ｒおよび第２失陥情報を取得する(ステップＳ１)。

次に、上位ＥＣＵ２０は、第１失陥情報に基づいて、左転舵輪３Ｌが失陥しているか否かを判別する(ステップＳ２)。左転舵輪３Ｌが失陥していない場合には(ステップＳ２：ＮＯ)、上位ＥＣＵ２０は、第２失陥情報に基づいて右転舵輪３Ｒが失陥しているか否かを判別する(ステップＳ３)。
右転舵輪３Ｒが失陥していない場合には(ステップＳ３：ＮＯ)、上位ＥＣＵ２０は、予め設定されている転舵輪３Ｌ，３Ｒの最大転舵角に対応する操舵角の絶対値（以下、「最大操舵角θｍａｘ」という。）を、仮想操舵限界角α（α＞０）として設定する(ステップＳ４)。最大操舵角θｍａｘ（θｍａｘ＞０）は予め設定されて不揮発性メモリ２０ａに記憶されている。

次に、上位ＥＣＵ２０は、通常の目標転舵角設定処理を行う(ステップＳ５)。具体的には、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で取得された操舵角θに基づいて、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊および右目標転舵角δ_Ｒ ^＊を設定する。操舵角θに対する左目標転舵角δ_Ｌ ^＊および右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の設定例は図８に示されている。
図８を参照して、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊および右目標転舵角δ_Ｒ ^＊は、操舵角θが正のとき（右操舵時）には正の値とされ、操舵角θが負のとき（左操舵時）には負の値とされる。右操舵時には、右転舵輪３Ｒが内輪となり、左転舵輪３Ｌが外輪となる。右操舵時には、内輪側の右転舵輪３Ｒの転舵角の絶対値を外輪側の左転舵輪３Ｌの転舵角の絶対値よりも大きくするために、右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の絶対値は、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊の絶対値に比べて大きくなるように設定されている。この実施形態では、操舵角θが正のときには、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊の絶対値は、操舵角θが大きくなるほど一次関数的に大きくなるように設定されている。これに対して、右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の絶対値は、操舵角θが大きくなるほど二次関数的に大きくなるように設定されている。

左操舵時には、左転舵輪３Ｌが内輪となり、右転舵輪３Ｒが外輪となる。左操舵時には、内輪側の左転舵輪３Ｌの転舵角の絶対値を外輪側の右転舵輪３Ｒの転舵角の絶対値よりも大きくするために、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊の絶対値は、右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の絶対値に比べて大きくなるように設定されている。この実施形態では、操舵角θが負のときには、右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の絶対値は、操舵角θの絶対値が大きくなるほど一次関数的に大きくなるように設定されている。これに対して、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊の絶対値は、操舵角θの絶対値が大きくなるほど二次関数的に大きくなるように設定されている。このように、本実施形態では、公知のアッカーマン・ジャントー理論に基づいて、左右の目標転舵角δ_Ｌ ^＊，δ_Ｒ ^＊が設定されている。

不揮発性メモリ２０ａには、図８に示すような操舵角θに対する左目標転舵角δ_Ｌ ^＊の関係を示すマップ（以下、「操舵角／左目標転舵角マップ」という。）および操舵角θに対する右目標転舵角δ_Ｒ ^＊の関係を示すマップ（以下、「操舵角／右目標転舵角マップ」という。）が記憶されている。前述のステップＳ５では、これらのマップと操舵角θとに基づいて、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊および右目標転舵角δ_Ｒ ^＊が設定される。

また、不揮発性メモリ２０ａには、図８に示すような、左目標転舵角δ_Ｌ ^＊に対する操舵角θの関係を示すマップが、左転舵角δ_Ｌに対する操舵角θの関係を示す「左転舵角／操舵角マップ」として格納されている。同様に、不揮発性メモリ２０ａには、図８に示すような、右目標転舵角δ_Ｒ ^＊に対する操舵角θの関係を示すマップが、右転舵角δ_Ｒに対する操舵角θの関係を示す「右転舵角／操舵角マップ」として記憶されている。

次に、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で取得された操舵角θの絶対値が仮想操舵限界角α以上であるか否かを判別する(ステップＳ６)。操舵角θの絶対値が仮想操舵限界角α未満である場合には(ステップＳ６：ＮＯ)、上位ＥＣＵ２０は、第１目標反力トルク設定処理を行う(ステップＳ７)。具体的には、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で取得された操舵角θおよび車速Ｖに基づいて、目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊を設定する。目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊は、操舵角θが正のときには（右操舵時）、左操舵方向の反力トルクが発生するように負の値とされ、操舵角θが負のときには（左操舵時）、右操舵方向の反力トルクが発生するように正の値とされる。目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊の絶対値は、操舵角θの絶対値が大きいほど大きな値となるように設定され、車速Ｖが大きいほど大きな値となるように設定される。上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ７の処理を実行すると、今演算周期での目標値設定処理を終了する。

前記ステップＳ６において、操舵角θの絶対値が仮想操舵限界角α以上であると判別された場合には(ステップＳ６：ＹＥＳ)、上位ＥＣＵ２０は、第２目標反力トルク設定処理を行う(ステップＳ８)。具体的には、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で取得された操舵角θの符号および予め設定された反力最大値Ｔ_ＦＭＡＸ(Ｔ_ＦＭＡＸ＞０)に基づいて、目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊を設定する。目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊は、操舵角θが正のときには負の値とされ、操舵角θが負のときには正の値とされる。目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊の絶対値は、反力最大値Ｔ_ＦＭＡＸに設定される。これにより、操舵角θの絶対値が仮想操舵限界角αを超えるような操舵操作が行われるのを抑制できる。上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ８の処理を実行すると、今演算周期での目標値設定処理を終了する。

前記ステップＳ２において、左転舵輪３Ｌが失陥している判別された場合には(ステップＳ２：ＹＥＳ)、上位ＥＣＵ２０は、右転舵輪３Ｒが失陥しているか否かを判別する(ステップＳ９)。右転舵輪３Ｒが失陥していなければ(ステップＳ９：ＮＯ)、つまり、左転舵輪３Ｌおよび右転舵輪３Ｒのうちの左転舵輪３Ｌのみが失陥している場合には、上位ＥＣＵ２０はステップＳ１０に移行する。

前記ステップＳ３において、右転舵輪３Ｒが失陥している判別された場合には(ステップＳ３：ＹＥＳ)、つまり、左転舵輪３Ｌおよび右転舵輪３Ｒのうちの右転舵輪３Ｒのみが失陥している場合には、上位ＥＣＵ２０はステップＳ１０に移行する。
ステップＳ１０では、上位ＥＣＵ２０は、失陥していない方の転舵輪（正常転舵輪）の旋回限界転舵角δ_Ａおよびそれに対応する旋回限界操舵角θ_Ａを設定する。具体的には、上位ＥＣＵ２０は、まず、失陥している転舵輪が内輪であるか外輪であるかを判別する。具体的には、失陥している転舵輪が左転舵輪３Ｌである場合には、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で取得された操舵角θの符号が正（右操舵）であれば、失陥している転舵輪が外輪であると判別し、操舵角θの符号が負（左操舵）であれば、失陥している転舵輪が内輪であると判別する。

一方、失陥している転舵輪が右転舵輪３Ｒである場合には、上位ＥＣＵ２０は、操舵角θの符号が正（右操舵）であれば、失陥している転舵輪が内輪であると判別し、操舵角θの符号が負（左操舵）であれば、失陥している転舵輪が外輪であると判別する。
上位ＥＣＵ２０は、失陥している転舵輪が内輪であるか外輪であるかの判別結果と、ステップＳ１で取得された車速Ｖと、第１または第２旋回限界転舵角マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜を求める。そして、上位ＥＣＵ２０は、操舵角θの符号が正の場合には、旋回限界転舵角δ_Ａの符号を正に設定し、操舵角θの符号が負の場合には、旋回限界転舵角δ_Ａの符号を負に設定する。

また、上位ＥＣＵ２０は、このようして求めた旋回限界転舵角δ_Ａと、左転舵角／操舵角マップまたは右転舵角／操舵角マップのうちの正常転舵輪に対応するマップとに基づいて、旋回限界転舵角δ_Ａに対応した旋回限界操舵角θ_Ａを求める。
このようにして、旋回限界転舵角δ_Ａおよび旋回限界操舵角θ_Ａが設定されると、上位ＥＣＵ２０は、旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜を、仮想操舵限界角αとして設定する(ステップＳ１１)。

次に、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で取得された左転舵角δ_Ｌおよび右転舵角δ_Ｒのうち、正常転舵輪に対する転舵角（以下「δｘ」で表す）の絶対値｜δｘ｜が、ステップＳ１０で設定された旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜よりも大きいか否かを判別する(ステップＳ１２）。｜δｘ｜が｜δ_Ａ｜以下である場合には(ステップＳ１２：ＮＯ）、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ５に移行する。この場合には、正常転舵輪および失陥している転舵輪の目標転舵角は、通常の目標転舵角設定処理によって設定される。

前記ステップＳ１２において、｜δｘ｜が｜δ_Ａ｜よりも大きいと判別された場合には(ステップＳ１２：ＹＥＳ）、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０で設定された旋回限界転舵角δ_Ａを、正常転舵輪の目標転舵角δｘ^＊（δ_Ｌ ^＊またはδ_Ｒ ^＊）として設定する(ステップＳ１３）。この後、上位ＥＣＵ２０は、ステップＳ６に移行する。
前記ステップＳ９において、右転舵輪３Ｒが失陥していると判別された場合(ステップＳ９：ＹＥＳ)には、両転舵輪３Ｌ，３Ｒが失陥しているので、上位ＥＣＵ２０は、車両を停止させるための車両停止処理を行う(ステップＳ１４)。この場合には、上位ＥＣＵ２０は、両転舵輪３Ｌ，３Ｒが失陥したことを図示しない表示装置に表示する。

前述の実施形態では、一方の転舵輪が失陥している場合において、正常転舵輪の転舵角δｘの絶対値｜δｘ｜が旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜よりも大きいと判別された場合には、旋回限界転舵角δ_Ａが正常転舵輪の目標転舵角δｘ^＊として設定される（ステップＳ１２，Ｓ１３参照）。
これにより、一方の転舵輪が失陥したときに、正常転舵輪の転舵角δｘの絶対値｜δｘ｜が旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜よりも大きくなっている場合には、正常転舵輪の転舵角δｘを旋回限界転舵角δ_Ａまで自動的に戻すことができる。このようにして、正常転舵輪の転舵角δｘが旋回限界転舵角δ_Ａまで戻った場合には、その後に、正常転舵輪の転舵角δｘの絶対値｜δｘ｜が旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜よりも大きくなるのを抑制できる。また、一方の転舵輪が失陥したときに、正常転舵輪の転舵角δｘの絶対値｜δｘ｜が旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜以下であった場合には、その後に、正常転舵輪の転舵角δｘの絶対値｜δｘ｜が旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値｜δ_Ａ｜よりも大きくなるのを抑制できる。したがって、この実施形態では、一方の転舵輪が失陥した場合に、運転者の意図に反して車両の旋回半径が大きくなるのを抑制できる。

前記実施形態では、一方の転舵輪が失陥している場合には、旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜が仮想操舵限界角αとして設定される（ステップＳ１１参照）。したがって、一方の転舵輪が失陥している場合には、ステップＳ６において、操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜以上であるか否かが判別されることになる。そして、操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜以上であるときには、反力最大値Ｔ_ＦＭＡＸの絶対値が、目標反力トルクＴ_Ｆ ^＊の絶対値として設定される（ステップＳ８参照）。

これにより、一方の転舵輪が失陥したときに、操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜よりも大きくなっている場合には、運転者がステアリングホイール２を切り戻すように、操作反力を増大させることができる。このようにして操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜以下になった後においては、操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜を超えるような操舵操作が行われるのを抑制できる。また、一方の転舵輪が失陥したときに、操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜以下であった場合には、その後に、操舵角θの絶対値｜θ｜が旋回限界操舵角θ_Ａの絶対値｜θ_Ａ｜を超えるような操舵操作が行われるのを抑制できる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、外輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示す第１旋回限界転舵角マップと、内輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示す第２旋回限界転舵角マップとが、不揮発性メモリ２０ａに記憶されている。しかしながら、内輪が失陥した場合の車速と旋回限界転舵角の絶対値との関係を示すマップ（第２旋回限界転舵角マップ）のみを、旋回限界転舵角マップとして不揮発性メモリ２０ａに記憶するようにしてもよい。この場合には、失陥した転舵輪が内輪であるか外輪であるかにかかわらず、１種類の旋回限界転舵角マップに基づいて、旋回限界転舵角δ_Ａの絶対値が求められることになる。

また、前述の実施形態では、回転シャフト６の回転角を検出するための操舵角センサ８によって、ステアリングホイール２の回転角である操舵角θが検出されている。しかしながら、反力モータのロータの回転角を検出する回転角センサを設け、この回転角センサによって検出されるロータ回転角に基づいて操舵角θを演算するようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３Ｌ…左転舵輪、３Ｒ…右転舵輪、４Ｌ…左転舵モータ、４Ｒ…右転舵モータ、５Ｌ…左転舵機構、５Ｒ…右転舵機構、２０…上位ＥＣＵ、２０ａ…不揮発性メモリ、２２…左転舵ＥＣＵ、２３…右転舵ＥＣＵ、５９Ｌ，５９Ｒ…失陥検出部

Claims (5)

1. 左転舵輪および右転舵輪を個別に転舵するための左転舵機構および右転舵機構を含み、操向のために操作される操舵部材と前記左転舵機構および右転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、前記左転舵機構および右転舵機構がそれぞれ左転舵モータおよび右転舵モータによって駆動される車両用操舵装置であって、
   前記左転舵輪に対する左目標転舵角および前記右転舵輪に対する右目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段と、
   前記左転舵輪の転舵角が、前記左目標転舵角に等しくなるように前記左転舵モータを制御する左転舵モータ制御手段と、
   前記右転舵輪の転舵角が、前記右目標転舵角に等しくなるように前記右転舵モータを制御する右転舵モータ制御手段とを含み、
   前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥して場合において、正常転舵輪の転舵角をその絶対値が大きくなる方向に変化させたときに、車両の旋回半径が減少傾向から増加傾向に変化する変化点の前記正常転舵輪の転舵角を旋回限界転舵角とすると、
   前記目標転舵角設定手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する演算手段と、正常転舵輪の転舵角の絶対値が前記演算手段によって演算された旋回限界転舵角の絶対値よりも大きいときには、当該旋回限界転舵角を前記正常転舵輪に対する目標転舵角として設定する手段を含む、車両用操舵装置。
2. 前記操舵部材に操舵方向とは反対方向の操舵反力を付与するための反力モータと、
   前記反力モータに対する目標反力を設定する目標反力設定手段と、
   前記目標反力に応じた反力トルクが前記反力モータから発生するように前記反力モータを制御する反力モータ制御手段とをさらに含み、
   前記目標反力設定手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、前記操舵部材の回転角である実操舵角の絶対値が、前記演算手段によって演算された旋回限界転舵角に対応する操舵角である旋回限界操舵角の絶対値以上のときには、前記目標反力の絶対値を予め設定された反力最大値に設定する手段を含む、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記目標反力設定手段は、前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、前記実操舵角の絶対値が前記旋回限界操舵角の絶対値未満のときには、前記目標反力の絶対値を前記実操舵角に応じて設定する手段を含む、請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 車速を検出するための車速検出手段と、
   車速と前記旋回限界転舵角との関係を示すマップとをさらに含み、
   前記演算手段は、前記車速検出手段によって検出された車速と前記マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する手段とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
5. 車速を検出するための車速検出手段と、
   車速と、外輪が失陥した場合の前記旋回限界転舵角との関係を示す第１マップと、
   車速と、内輪が失陥した場合の前記旋回限界転舵角との関係とを示す第２マップとをさらに含み、
   前記演算手段は、
   前記左転舵輪および右転舵輪のうちの一方が失陥している場合に、失陥した転舵輪が外輪側の転舵輪であるか内輪側の転舵輪であるかを判別する判別手段と、
   失陥した転舵輪が外輪側の転舵輪である場合には、前記車速検出手段によって検出された車速と前記第１マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する第１演算手段と、
   失陥した転舵輪が内輪側の転舵輪である場合には、前記車速検出手段によって検出された車速と前記第２マップとに基づいて、車速および操舵方向に応じた旋回限界転舵角を演算する第２演算手段とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。

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