JP7087854B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング制御装置に関する。

従来、ステアリング装置において、操舵角に対する転舵角の角度比（以下、「舵角比」という）を可変とする技術が知られている。

例えば特許文献１に開示されたステアリング装置は、舵角比が可変な可変モードと舵角比が固定の固定モードとをドライバが選択的に入力可能である。また、舵角比が大きいときには、ハンドルが軽く感じられるため、このステアリング装置は、アシストトルクを小さい値に設定する。

特開２０１６－１５９７８２号公報

運転シーンに応じて操作性の良い舵角比は異なるが、その条件の切り分けが困難であった。また、運転中に舵角比が大きく変わると、ドライバが車両の旋回を操ることが難しいという課題があった。

また、特許文献１の従来技術では、舵角比が大きいときアシストトルクを小さい値に設定することで、ドライバがハンドルを重く感じられるようにすることができる。しかし、アシストトルクを小さくするため路面からの入力を抑えることができず、路面からの入力に対してハンドルが取られやすくなるという問題がある。さらに特許文献１の技術では、操舵装置と転舵装置とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムへの適用に関し、何ら考慮されていない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、舵角比を可変としたステアバイワイヤシステムにおいて、舵角比が大きいとき、路面からの入力に対してハンドルが取られることを防止するステアリング制御装置を提供することにある。

本発明のステアリング制御装置は、操舵装置（５０）と転舵装置（７０）とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムに適用される。このステアリング制御装置は、反力アクチュエータ（５８）と、転舵アクチュエータ（７８）と、入力装置（６１、９１）と、制御部（６０）と、を備える。反力アクチュエータは、操舵装置において、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール（９１）を回転させる。転舵アクチュエータは、転舵装置においてタイヤ（９９）を転舵させる。

入力装置は、「通常モード」又は「高角度比モード」のいずれかの舵角比モードをドライバが選択して入力可能である。通常モードでは、「ステアリングホイールの操舵角に対するタイヤの転舵角の比」である舵角比（θｔ／θｓ）が基準値に設定される。高角度比モードでは、舵角比が基準値より高い値に設定される。制御部は、入力装置に入力された舵角比モードに基づいて、反力アクチュエータ及び転舵アクチュエータの出力を制御する。

制御部は、転舵アクチュエータの出力から算出される路面情報に基づく「反力量」、及び、操舵装置の操舵速度に対し負の相関を有する「粘性補償量」について、通常モードから高角度比モードに移行するとき、反力量の絶対値を小さく、且つ粘性補償量の絶対値を大きく変更する。また、制御部は、高角度比モードから通常モードに移行するとき、反力量の絶対値を大きく、且つ粘性補償量の絶対値を小さく変更する。

操舵装置と転舵装置とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムのステアリング装置では、ドライバに路面入力を感知させることと操舵感を生成することとを個別に行うことができる。本発明ではこの特性を利用し、通常モードから高角度比モードに移行するとき、制御部はドライバに感知させる反力量の絶対値を小さくし、路面入力によりハンドルが取られることを防止する。また、制御部は、粘性補償量の絶対値を大きくすることで、舵角比が大きい時でもドライバによるハンドル入力のふらつきを軽減することができる。

なお本明細書では、操舵装置を構成する操舵部材の名称としては「ステアリングホイール」の用語を用いる。ただし、作用効果の記載では、慣用的な表現に従い、「ハンドルが取られる」、「ハンドル入力」等、「ハンドル」の用語を含む表現を用いる。

例えば、従来の電動パワーステアリングシステムとギア比可変ステアリングシステムとを組み合わせたシステムでは、舵角比が高い時に、舵角比が低い時よりも路面からの入力がハンドルに伝わりにくくなる。しかし、操舵感の生成と路面入力の伝達とを切り分けて行うことができない。それに対し、ステアバイワイヤシステムに適用される本発明のステアリング制御装置は、舵角比の変更と共に反力量及び粘性補償量を変更することにより、操舵感の生成と路面入力の伝達とを好適に両立して行うことができる。

第１実施形態のステアリング制御装置が適用されるステアバイワイヤシステムの構成図。 反力モータの制御ブロック図。 （ａ）反力量、（ｂ）粘性補償量のマップ。 転舵モータの制御ブロック図。 第１実施形態による舵角比変更処理のタイムチャート。 第１実施形態による舵角比変更処理のフローチャート。 高角度比モードへの移行ステップのサブフローチャート。 通常モードへの移行ステップのサブフローチャート。 第２実施形態のステアリング制御装置が適用されるステアバイワイヤシステムの構成図。 図９、図１３のステアリングホイール部分のＸ方向の側面図。 第２実施形態による舵角比変更処理のタイムチャート。 第２実施形態による舵角比変更処理のフローチャート。 第３実施形態のステアリング制御装置が適用されるステアバイワイヤシステムの構成図。 チルトアクチュエータの制御ブロック図。 第３実施形態による舵角比変更処理のタイムチャート。 第３実施形態による舵角比変更処理のフローチャート。

以下、ステアリング制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態のステアリング制御装置は、操舵装置と転舵装置とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムに適用される。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の第１～第３実施形態を包括して「本実施形態」という。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１～図８を参照して説明する。図１に、第１実施形態のステアリング制御装置が適用されるステアバイワイヤシステム９０１の全体構成を示す。ステアバイワイヤシステム９０１は、操舵装置５０と転舵装置７０とが機械的に分離されている。図１において、タイヤ９９は片側のみを図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。

操舵装置５０は、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、トルクセンサ９４、及び、「反力アクチュエータ」としての反力モータ５８等を含む。ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２の一端に設けられる。トルクセンサ９４は、トーションバーの捩れ変位に基づき、ステアリングシャフト９２に加わる操舵トルクＴｓを検出する。

ステアバイワイヤシステム９０１では、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができない。そこで、反力モータ５８は、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール９１を回転させ、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。また、第１実施形態では、「入力装置」として、ドライバが操作可能な高角度比スイッチ６１がステアリングホイール９１上に設けられている。

転舵装置７０は、ピニオンギア９６、ラック軸９７、タイロッド９８、ナックルアーム９８５、及び、「転舵アクチュエータ」としての転舵モータ７８等を含み、転舵モータ７８の回転を伝達してタイヤ９９を転舵させる。詳しくは、転舵モータ７８の回転によってピニオンギア９６が回転すると、ピニオン９６の回転運動は、ラックアンドピニオン機構により、ラック軸９７の直線運動に変換される。ラック軸９７の両端に設けられたタイロッド９８がナックルアーム９９を往復移動させることで、タイヤ９９の向きが変わる。これにより、一対のタイヤ９９は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に転舵される。

制御部６０は、反力モータ５８及び転舵モータ７８に電気的に接続され、反力モータ５８及び転舵モータ７８の出力を制御する。反力モータ５８、転舵モータ７８、高角度比スイッチ６１及び制御部６０は、「ステアリング制御装置」を構成する。制御部６０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部６０の各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

また、レイアウトの点から、制御部６０は一箇所に配置されてもよく、複数箇所に分かれて配置され通信線により互いに情報を通信するように構成されてもよい。例えば反力モータ５８を制御する部分が、反力モータ５８のステータ及びロータ等と一体に構成され、いわゆる「機電一体式」の構成としてもよい。機電一体式モータは、電動パワーステアリング装置の分野において周知である。同様に、転舵モータ７８を制御する部分が、転舵モータ７８のステータ及びロータ等と一体に構成されてもよい。

以下、ステアリングホイール９１の操舵角θｓに対するタイヤ９９の転舵角θｔの比を「舵角比（θｔ／θｓ）」と定義する。また、舵角比が基準値に設定されるモードを「通常モード」、舵角比が基準値よりも高い値に設定されるモードを「高角度比モード」と定義する。ドライバは、「入力装置」としての高角度比スイッチ６１をＯＮ／ＯＦＦすることで、通常モード又は高角度比モードの舵角比モードを選択して入力可能である。明細書中、高角度比スイッチ６１を適宜「スイッチ６１」と省略して記載する。

したがって、図１に破線矢印で示すように、制御部６０には、トルクセンサ９４からの操舵トルクＴｓの情報、及び、高角度比スイッチ６１からのスイッチＯＮ／ＯＦＦ情報が入力される。また、実線矢印で示すように、制御部６０は、トルク、電流、回転角等の情報を反力モータ５８及び転舵モータ７８から取得しつつ、反力モータ５８及び転舵モータ７８に駆動信号を出力する。

ところで、運転シーンに応じて操作性の良い舵角比は異なり、例えば高速走行時には舵角比が小さい方が直進安定性が得られ、低速での駐車時等には舵角比が大きい方が操作効率が向上する。従来、特許文献１（特開２０１６－１５９７８２号公報）には、操舵装置と転舵装置とが機械的に連結されたステアリング制御装置において、舵角比を可変とする技術が開示されている。この技術では、舵角比が大きいとき、アシストトルクを小さい値に設定することでドライバがハンドルを重く感じられるようにすることができる。しかし、アシストトルクを小さくするため路面からの入力を抑えることができず、路面からの入力に対してハンドルが取られやすくなるという問題がある。

また、操舵装置と転舵装置とが機械的に連結されたステアリングシステムにおいて、電動パワーステアリングシステムとギア比可変ステアリングシステムとを組み合わせた構成が想定される。ただし、このシステムでは、舵角比が高い時に、舵角比が低い時よりも路面からの入力がハンドルに伝わりにくくなる。しかし、操舵感の生成と路面入力を伝えることとを切り分けて行うことができない。

それに対し、ステアバイワイヤシステムに適用される本実施形態は、ギア比を可変とすることなく、反力モータ５８及び転舵モータ７８により、操舵角θｓと転舵角θｔとを独立して制御することができる。また、舵角比モードを変更するとき、操舵感の生成と路面入力の伝達とを個別に調整することができる。続いて、その詳細構成について説明する。

制御部６０による反力モータ５８及び転舵モータ７８の制御構成について、図２～図４を参照して説明する。反力モータ５８に関するパラメータの記号には「ｒ」、転舵モータ７８に関するパラメータの記号には「ｔ」を付して区別する。反力モータ５８及び転舵モータ７８は、それぞれ自身の出力のフィードバック情報に加え、互いに他方のモータの動作情報を用いて制御される。すなわち、反力モータ５８の制御には転舵モータ７８のトルクＴｔ又は電流Ｉｔが用いられ、転舵モータ７８の制御には反力モータ５８の回転角θｒが用いられる。

図２に反力モータ５８の制御ブロック図を示す。本実施形態の反力モータ５８は、インバータ５７から交流電力が供給されて駆動される多相交流モータである。反力モータ５８の回転はギア５９を介して減速されステアリングシャフト９２に伝達され、操舵トルクに付与される。図２等における反力モータ回転角θｒ、回転角速度ωｒ及びトルクＴｒは、ギア５９のギア比を乗じた換算後の値とする。また、反力モータ回転角θｒ及び回転角速度ωｒは、操舵角θｓ及び操舵速度ωｓの相関値であり、適宜、操舵角θｓ及び操舵速度ωｓに置き換え可能である。

図２に示す制御系では、反力モータ５８の実トルクＴｒがトルク指令値Ｔｒ^*に対してフィードバック制御される。トルク指令値Ｔｒ^*は、路面入力による反力量Ｔｒｆの他、ばね性成分Ｔｓｐ、ＳＡＴ成分Ｔｓａｔ、摩擦補償量Ｔｆｒｉｃ、及び粘性補償量Ｔｖｉｓｃの各項が加算器５１、５２、５３、５４で加算されて算出される。

トルク指令値Ｔｒ^*の各項は、各演算部５１０、５１５、５２０、５３０、５４０にてマップ演算等により演算される。図２に示すマップは、入力と出力とが正の相関であるか負の相関であるかのイメージを表す程度の簡易的なものであり、詳しい特性は適宜規定される。例えば、ステアリングホイール９１を中立位置から離れる方向に操舵する切り込み時と、中立位置に戻す方向に操舵する切り戻し時とでマップを切り替えてもよい。

ばね性成分演算部５１０は、反力モータ回転角θｒに基づき、ばね性成分Ｔｓｐを演算する。ＳＡＴ成分演算部５１５は、反力モータ回転角θｒ及び車速Ｖに基づき、ＳＡＴ（セルフアライニングトルク）成分Ｔｓａｔを演算する。ばね性成分Ｔｓｐ及びＳＡＴ成分Ｔｓａｔは加算器５１に入力される。

摩擦補償量演算部５２０は、反力モータ回転角速度ωｒに基づき、摩擦補償量Ｔｆｒｉｃを演算する。摩擦補償量Ｔｆｒｉｃは、反力モータ回転角速度ωｒ又は操舵速度ωｓに対し正の相関を有する。粘性補償量演算部５３０は、反力モータ回転角速度ωｒに基づき、ドライバの操舵において粘性感を付与する粘性補償量Ｔｖｉｓｃを演算する。粘性補償量Ｔｖｉｓｃは、反力モータ回転角速度ωｒ又は操舵速度ωｓに対し負の相関を有する。摩擦補償量Ｔｆｒｉｃ及び粘性補償量Ｔｖｉｓｃは、それぞれ加算器５２、５３に入力される。

反力量演算部５４０は、転舵モータ７８のトルクＴｔ又は電流Ｉｔ、すなわち転舵モータ７８の出力から算出される路面情報に基づく反力量Ｔｒｆを演算する。反力量Ｔｒｆは、転舵モータ７８のトルクＴｔ又は電流Ｉｔに対し負の相関を有する。反力量Ｔｒｆは加算器５４に入力される。こうして加算器５１、５２、５３、５４に入力された各項が合計され、トルク指令値Ｔｒ^*が算出される。

トルク減算器５５は、トルク指令値Ｔｒ^*と反力モータ５８の実トルクＴｒとのトルク偏差を算出する。電流制御部５６は、実トルクＴｒがトルク指令値Ｔｒ^*に追従するように出力電流Ｉｒを演算し、インバータ５７に出力する。ここで、反力モータ５８のトルクのフィードバック制御に代えて、破線で示すように、電流制御部５６の出力電流をフィードバック制御してもよい。

次に図３を参照し、舵角比変更処理に関係する制御について説明する。本実施形態では後述する舵角比変更処理において、舵角比α（＝（θｔ／θｓ））の変更と共に、反力量Ｔｒｆ及び粘性補償量Ｔｖｉｓｃを相対的に大きく又は小さく変更する。上述のように、反力量Ｔｒｆは、負の比例定数により転舵モータ７８のトルクＴｔ又は電流Ｉｔに比例するトルク成分である。また、粘性補償量Ｔｖｉｓｃは、負の比例定数により反力モータ回転角速度ωｒ又は操舵速度ωｓに比例するトルク成分である。

図３（ａ）に示す反力量演算部５４０のマップにおいて、転舵モータ７８の出力に対する反力量Ｔｒｆの直線の負の勾配の絶対値を「マップ勾配の絶対値」という。反力量演算部５４０は、舵角比αが相対的に小さい通常モードではマップ勾配の絶対値が相対的に大きく設定され、舵角比αが相対的に大きい高角度比モードではマップ勾配の絶対値が相対的に小さく設定される。したがって、転舵モータ７８の出力が一定のとき、高角度比モードでは通常モードよりも反力量Ｔｒｆの絶対値が小さくなる。これにより、高角度比モードで路面入力によりハンドルが取られにくくなる。

図３（ｂ）に示す粘性補償量演算部５３０のマップにおいて、反力モータ回転角速度ωｒ又は操舵速度ωｓに対する粘性補償量Ｔｖｉｓｃの直線の負の勾配の絶対値を「マップ勾配の絶対値」という。反力量演算部５４０は、舵角比αが相対的に小さい通常モードではマップ勾配の絶対値が相対的に小さく設定され、舵角比αが相対的に大きい高角度比モードではマップ勾配の絶対値が相対的に大きく設定される。したがって、操舵速度ωｓが一定のとき、高角度比モードでは通常モードよりも粘性補償量Ｔｖｉｓｃの絶対値が大きくなる。これにより、高角度比モードでハンドル入力のふらつきが抑制される。

図４に転舵モータ７８の制御ブロック図を示す。本実施形態の転舵モータ７８は、反力モータ５８と同様にインバータ７７から交流電力が供給されて駆動される多相交流モータである。転舵モータ７８の回転は、ギア７９を介して減速されタイヤ９９に伝達される。転舵モータ７８の制御系は、外側ループで転舵角θｔを制御し、内側ループで転舵モータ電流Ｉｔを制御する二重ループにより構成されている。

転舵モータ７８の制御系には、ギア比換算後の反力モータ回転角θｒが入力される。角度換算部７１は、入力された反力モータ回転角θｒに舵角比α（＝（θｔ／θｓ））を乗じた換算値αθｒを算出する。したがって、舵角比αが変更されると換算値αθｒは変化する。また、転舵角θｔの実値は、転舵モータ７８の回転角にギア７９のギア比を乗じた値としてフィードバックされる。

角度減算器７３は、反力モータ回転角の換算値αθｒと転舵角θｔとの角度偏差を算出する。角度制御部７４は、角度減算器７３が算出した角度偏差を０に近づけるように電流指令値Ｉｔ^*を演算する。電流減算器７５は、電流指令値Ｉｔ^*とフィードバックされた電流制御部７６の出力電流Ｉｔとの電流偏差を算出する。電流制御部７６は、出力電流Ｉｔが指令値Ｉｔ^*に追従するように出力電流Ｉｔを演算し、インバータ７７に出力する。

第１実施形態による舵角比変更処理について、図５のタイムチャート、及び図６～図８のフローチャートを参照して説明する。図５には、上から順に、高角度比スイッチ６１のＯＮ／ＯＦＦ、反力量の絶対値、舵角比、及び粘性補償量の絶対値の変化を示す。これらの値は、スイッチＯＮ／ＯＦＦ以外の運転条件、すなわち、図３に示す回転加速度ωｒや転舵モータ７８のトルクＴｔ又は電流Ｉｔ等の条件が一定であることを前提として、いずれも２値で変化する。

タイムチャートの時刻ｔ０～ｔ８の記号は、第２実施形態の図１１及び第３実施形態の図１５と共通に用いられる。第１実施形態では、時刻ｔ１は時刻ｔ２と重なり、時刻ｔ５は時刻ｔ６と重なる。ただし厳密には、時刻ｔ２は時刻ｔ１に対し、また時刻ｔ６は時刻ｔ５に対し、スイッチ６１の動作検出時間及び通信時間の遅延が生じる可能性がある。

時刻ｔ０以前の初期状態では、高角度比スイッチ６１はＯＦＦであり、舵角比は基準値である。時刻ｔ０に高角度比スイッチ６１がＯＮしてから所定時間（例えば０．５ｓ）後の時刻ｔ１と実質的に同じ時刻ｔ２に、制御部６０は、高角度比モードへの移行処理を開始する。制御部６０は、まず時刻ｔ２に反力量の絶対値を小さく変更し、次に時刻ｔ３に舵角比を高角度比の値に変更し、その後、時刻ｔ４に粘性補償量の絶対値を大きく変更する。時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４の間の時間差は、応答時間のばらつき等による逆転が生じない範囲であれば最小限でかまわない。

この処理順番は、第１が「ドライバが意図する急操舵を妨げないこと」、第２が「路面入力でハンドルが取られないこと」、第３が「高角度比でのハンドル入力のふらつきを防ぐこと」という優先順位の考え方に基づき設定される。つまり、ドライバが意図する急操舵を妨げないように舵角比を高く変更してから粘性を大きくする。また、路面入力でハンドルが取られないように、反力量の絶対値を小さくしてから舵角比を高く変更する。

次に、高角度比モードにおいて時刻ｔ５に高角度比スイッチ６１がＯＦＦされると、時刻ｔ５と実質的に同じ時刻ｔ６に、制御部６０は、通常モードへの移行処理を開始する。高角度比モードへの移行処理とは逆に、制御部６０は、まず時刻ｔ６に粘性補償量の絶対値を小さく変更し、次に時刻ｔ７に舵角比を基準値に変更し、その後、時刻ｔ８に反力量の絶対値を大きく変更する。時刻ｔ６、ｔ７、ｔ８の間の時間差は、応答時間のばらつき等による逆転が生じない範囲であれば最小限でかまわない。

図６以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを示す。各実施形態で実質的に同一のステップについてステップ番号を共通に用いる都合上、ステップ番号に欠番が生じる場合がある。図７、図８は、それぞれ、図６のＳ１９及びＳ２９のサブフローチャートである。

図６のフローチャートにおいて、車両起動時における初期の舵角比は基準値である。すなわち、初期の舵角比モードは通常モードである。前半のＳ１１～Ｓ１９では、通常モードから高角度比モードへの舵角比変更処理が実行され、後半のＳ２１～Ｓ２９では、高角度比モードから通常モードへの舵角比変更処理が実行される。

通常モード中に実行されるＳ１１では、高角度比モードが有効であるか判断される。高角度比モードが無効であり、Ｓ１１でＮＯと判断されると、Ｓ２１に移行する。高角度比モードが有効であり、Ｓ１１でＹＥＳと判断されると、Ｓ１２では高角度比スイッチ６１がＯＮ状態であるか判断される。高角度比スイッチ６１がＯＦＦであり、Ｓ１２でＮＯと判断されると、Ｓ２１に移行する。

Ｓ１３では、運転条件について、以下の３項目のＡＮＤ条件が成立するか判断される。３項目の全てがＹＥＳの場合、Ｓ１３でＹＥＳと判断され、制御部６０は舵角比モードの変更を許可する。一方、３項目のうちいずれか１つでもＮＯの場合、Ｓ１３でＮＯと判断され、制御部６０は舵角比モードの変更を禁止する。Ｓ１３でＮＯと判断されるとＳ２１に移行する。

ここで、操舵角θｓ及び操舵トルクＴｓは、ステアリングホイール９１の中立位置に対する回転方向に応じて、例えば左回転方向が正、右回転方向が負と定義される。基本的に回転方向による特性の違いはないため、両回転方向の値を包括して絶対値が判定閾値と比較される。

＜条件１＞操舵角の絶対値｜θｓ｜が操舵角閾値θｓ＿ｔｈ（例えば１０［ｄｅｇ］）未満である。つまり、車両がほぼ直進中の時、制御部６０は舵角比モードの変更を許可する。一方、車両が旋回途中に舵角比を変更すると操舵が不安定となるおそがあるため、操舵角の絶対値｜θｓ｜が操舵角閾値θｓ＿ｔｈ以上のとき、制御部６０は、舵角比モードの変更を禁止する。なお、操舵角の絶対値｜θｓ｜に代えて転舵角の絶対値｜θｔ｜が転舵角閾値と比較されてもよい。

＜条件２＞操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜がトルク閾値Ｔｓ＿ｔｈ（例えば５［Ｎｍ］）未満である。つまり、ドライバが実質的に操舵中でない時、制御部６０は舵角比モードの変更を許可する。一方、ドライバが比較的大きいトルクで操舵中に舵角比を変更すると操舵が不安定となるおそがあるため、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が操舵トルク閾値Ｔｓ＿ｔｈ以上のとき、制御部６０は舵角比モードの変更を禁止する。

＜条件３＞車速Ｖが車速閾値Ｖ＿ｔｈ（例えば３０［ｋｍ／ｈ］）未満である。つまり、低速走行時には、制御部６０は舵角比モードの変更を許可する。一方、車速Ｖが車速閾値Ｖ＿ｔｈ以上の高速走行時には、制御部６０は舵角比モードの変更を禁止する。

Ｓ１３の舵角比変更可否判断ステップでＹＥＳと判断されると、制御部６０は、Ｓ１７で高角度比モードへの移行をインストルメントパネルのメータ等でドライバに通知し、所定時間（例えば０．５ｓ）待機する。その後、制御部６０は、Ｓ１９で高角度比モードに移行する。図７に示すように、通常モードから高角度比モードに移行するとき、制御部６０は、まずＳ１９１で反力量の絶対値を小さく変更し、次にＳ１９２で舵角比を高角度比の値に変更し、その後、Ｓ１９３で粘性補償量の絶対値を大きく変更する。

続いてＳ２１では、現在高角度比モードであるか否か判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ２２に移行し、ＮＯの場合、Ｓ１１に戻る。Ｓ２２では、高角度比モードが無効、又は、高角度比スイッチ６１がＯＦＦであるか判断され、ＹＥＳの場合、Ｓ２３に移行し、ＮＯの場合、Ｓ２２の判断が繰り返される。Ｓ２３では、Ｓ１３と同じ３項目のＡＮＤ条件に基づき、舵角比モードの変更可否が判断される。Ｓ２３でＮＯと判断されると、Ｓ２２の前に戻る。

Ｓ２３でＹＥＳと判断されると、制御部６０は、Ｓ２７で、前述のメータ等で通知した高角度比モードの通知をオフしてＳ２９で通常モードに移行し、Ｓ１１の前に戻る。つまり、通常モードに戻すときには、通知後の待機の処理が省略される。図８に示すように、高角度比モードから通常モードに移行するとき、制御部６０は、まずＳ２９１で粘性補償量の絶対値を小さく変更し、次にＳ２９２で舵角比を基準値に変更し、その後、Ｓ２９３で反力量の絶対値を大きく変更する。

（効果）
制御部６０は、通常モードから高角度比モードに移行するとき、反力量の絶対値を小さく、且つ粘性補償量の絶対値を大きく変更する。すなわち制御部６０は、ドライバに感知させる反力量の絶対値を小さくし、路面入力によりハンドルが取られることを防止する。それと共に、制御部は、粘性補償量の絶対値を大きくすることで、舵角比が大きい時でもドライバによるハンドル入力のふらつきを軽減することができる。また、制御部６０は、高角度比モードから通常モードに移行するとき、反力量の絶対値を大きく、且つ粘性補償量の絶対値を小さく変更する。これにより、通常モードに適切に復帰することができる。

詳しくは、制御部６０は、通常モードから高角度比モードに移行するとき、反力量の絶対値を小さくした後に舵角比を高く変更し、その後、粘性補償量の絶対値を大きくする。これにより、ドライバが意図する急操舵を妨げないように、且つ、路面入力でハンドルが取られないように舵角比を高く変更することができる。また、制御部６０は、高角度比モードから通常モードに移行するとき、粘性補償量の絶対値を小さくした後に舵角比を低く変更し、その後、反力量の絶対値を大きくする。これにより、通常モードに適切に復帰することができる。

さらに制御部６０は、車両が直進中でない時や、車速Ｖが車速閾値Ｖ＿ｔｈ以上の高速走行時には、スイッチ６１のＯＮ／ＯＦＦにかかわらず舵角比モードの変更を禁止する。これにより、舵角比モードの変更時に操舵が不安定となることを防止することができる。

加えて第１実施形態では、「入力装置」として高角度比スイッチ６１がステアリングホイール９１上に設けられている。舵角比モード変更専用のスイッチ６１を用いることで、ドライバは、他のスイッチと間違えることなく適切に操作することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図９～図１２を参照して説明する。図９に示すステアバイワイヤシステム９０２に適用される第２実施形態のステアリング制御装置は、ステアリングホイール９１のチルト角度を調整するチルトアクチュエータ４８がステアリングコラム９３に設けられている。図１０に示すように、ステアリングホイール９１は、初期状態の基準位置γ₀からチルトアクチュエータ４８の動作により、チルト角度γ、すなわち上下方向の位置が可変に設けられている。第２実施形態では、舵角比モードを変更する時、チルトアクチュエータ４８によりチルト角度γを変更してドライバに通知する。

第２実施形態による舵角比変更処理について、図１１のタイムチャート、及び図１２のフローチャートを参照して説明する。第１実施形態のタイムチャートである図５に対し、図１１にはチルト角度γの図が追加されている。チルト角度γが基準位置γ₀よりも低いほど下方に図示される。また、図１２のフローチャートでは、第１実施形態の図６に対し、Ｓ１８及びＳ２８が追加されている。

図１１の時刻ｔ０に高角度比スイッチ６１がＯＮしてから所定時間（例えば０．５ｓ）後の時刻ｔ１に、制御部６０はチルトアクチュエータ４８を駆動し、チルト角度γを基準位置γ₀から下げる方向に変更を開始する。このステップが図１２のＳ１８である。時刻ｔ２にチルト角度γが高角度比モードに対応する値γ_hiに到達すると、第１実施形態と同様に、通常モードから高角度比モードへの移行が実施される。

また、時刻ｔ５に高角度比スイッチ６１がＯＦＦすると、制御部６０はチルトアクチュエータ４８を駆動し、チルト角度γを基準位置γ₀に戻す方向に変更を開始する。このステップが図１２のＳ２８である。時刻ｔ６にチルト角度γが基準位置γ₀に到達すると、第１実施形態と同様に、高角度比モードから通常モードへの移行が実施される。

以上のように第２実施形態では、ドライバによりスイッチ６１が操作された後、舵角比モードを変更する直前に、制御部６０は、チルト角度γを変更してドライバに通知する。したがってドライバは、舵角比モードが変更されることを、メータからの視覚情報に加え、ステアリングホイール９１を握った手の感覚からより確実に感知することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図１３～図１６を参照して説明する。図１３のステアリングホイール部分の側面図は、第２実施形態の図１０を援用する。図１３に示すステアバイワイヤシステム９０３に適用される第３実施形態のステアリング制御装置は、「入力装置」としての高角度比スイッチ６１は設けられていない。その代わり、ドライバがステアリングホイール９１のチルト角度γを変更したとき、ステアリングホイール９１が「入力装置」として機能する。

ステアリングホイール９１は初期状態で最も高い基準位置γ₀にあるものとし、チルト角度γは、ステアリングホイール９１を基準位置γ₀から下げる方向を正とする。チルトアクチュエータ４８は例えばモータで構成され、ステアリングホイール９１を昇降させるようにトルクを出力する。チルトアクチュエータ４８の出力トルクが比較的大きいとき、ドライバは自分の力でステアリングホイール９１を昇降させ、チルト角度γを任意に変更することができない。一方、チルトアクチュエータ４８の出力トルクが比較的小さいとき、ドライバは自分の力でチルト角度γを任意に変更することができ、その操作を入力として舵角比モードが切り替えられる。

図１４にチルトアクチュエータ４８の概略の制御ブロック図を示す。チルトアクチュエータ４８は、制御パラメータのフィードバック制御により制御される。フィードバックされるパラメータはトルクでもよく電流でもよい。減算器４５は、トルク又は電流の目標値と実値との偏差を算出する。電流制御部４６は、減算器４５で算出された偏差を０に近づけるように電流制御を行い、駆動回路４７に駆動信号を出力する。

ここで、ステアリングホイール９１を基準位置γ₀から下げる操作を「進み操作」といい、ステアリングホイール９１を基準位置γ₀に戻すように上げる操作を「戻し操作」という。舵角比モードの変更が許可される場合、制御部６０は、進み操作を入力として通常モードから高角度比モードに切り替え、戻し操作を入力として高角度比モードから通常モードに切り替える。

現在のチルト角度をγ_pr、通常モードに対応する基準位置のチルト角度をγ₀、高角度比モードに対応するチルト角度をγ_hiとする。また、進み操作でのチルトトルク定数をＫａ、戻し操作でのチルトトルク定数をＫｂとすると、フィードバック制御の目標値は、進み操作時には式（１）、戻し操作時には式（２）で算出される。進み操作又は戻し操作に応じて、いずれかの式で算出された目標値が減算器４５に入力される。

｜Ｋａ×（γ_pr－γ₀）｜ ・・・（１）
｜Ｋｂ×（γ_pr－γ_hi）｜ ・・・（２）

第３実施形態による舵角比変更処理について、図１５のタイムチャート、及び図１６のフローチャートを参照して説明する。第２実施形態のタイムチャートである図１１に対し図１５には高角度比スイッチの図が無い。また、チルト角度γの図の縦軸に閾値γａ、γｂが記されている。ここでは、基準位置のチルト角度γ₀を０とする。進み操作時の第１閾値γａは、高角度比モードに対応するチルト角度γ_hiに基づき、マージン等を考慮して設定される。戻し操作時の第２閾値γｂは、基準位置のチルト角度γ₀に基づいて設定される。例えば、第１閾値γａは１５［ｄｅｇ］、第２閾値γｂは１［ｄｅｇ］というように、「０≦γｂ≦γａ」の関係に設定される。

ドライバがステアリングホイール９１を下げてチルト角度γを第１閾値γａ以上とする操作は、高角度比スイッチ６１をＯＮする操作に相当する。また、ドライバがステアリングホイール９１を下げた状態から基準位置側に戻し、チルト角度γを第２閾値γｂ以下とする操作は、高角度比スイッチ６１をＯＦＦする操作に相当する。このように、図１５に示す例では、「γｂ＜γａ」とし、チルト角度γによる舵角比モードの切替機能にヒステリシスを設定している。ただし、舵角比モードのハンチングが問題にならない場合、「γｂ＝γａ」の関係に設定してもよい。

図１５の時刻ｔ０にはチルト角度γが第１閾値γａ以上となり、その０．５ｓ後の時刻ｔ２～時刻ｔ４の期間に、通常モードから高角度比モードへの移行が実行される。また、時刻ｔ５にはチルト角度γが第２閾値γｂ以下となり、時刻ｔ６～時刻ｔ８の期間に、高角度比モードから通常モードへの移行が実行される。

次に図１６のフローチャートでは、第１、第２実施形態の図６、図１２にて高角度比スイッチ６１のＯＮ／ＯＦＦを判断するＳ１２、Ｓ２２は無い。通常モードから高角度比モードへの移行において、Ｓ１３でＹＥＳ、すなわち移行可能と判断された場合、Ｓ１４ｄで制御部６０は、チルトトルク定数Ｋａを、ドライバの力でチルト角度γを動かすことができる程度の小さな値に設定する。一方、Ｓ１３でＮＯ、すなわち移行不可と判断された場合、Ｓ１４ｕで制御部６０は、チルトトルク定数Ｋａを、ドライバがチルト角度γを動かすことができない程度の大きな値に設定する。

Ｓ１３でＹＥＳの場合、Ｓ１４ｄの次のＳ１５で、現在のチルト角度γが進み操作時の第１閾値γａ以上であるか判断される。或いは、チルト角度γの進み側変化量が変化量閾値以上であるかが判断されてもよい。Ｓ１５でＹＥＳの場合、制御部６０は、高角度比モードへの移行要求が有ると判断し、Ｓ１６でチルトアクチュエータ４８の指令を切り替える。制御部６０は、Ｓ１７で高角度比モードへの移行をインストルメントパネルのメータ等でドライバに通知し、所定時間（例えば０．５ｓ）待機する。その後、制御部６０は、Ｓ１９で高角度比モードに移行する。

Ｓ１５でＮＯの場合、制御部６０は、高角度比モードへの移行要求が無いと判断する。この場合、Ｓ１６～Ｓ１９がスキップされ、高角度比モードでないため、Ｓ２１でＮＯと判断されてルーチンの最初に戻る。

高角度比モードから通常モードへの移行において、Ｓ２３でＹＥＳ、すなわち移行可能と判断された場合、Ｓ２４ｄで制御部６０は、チルトトルク定数Ｋｂを、ドライバの力でチルト角度γを動かすことができる程度の小さな値に設定する。一方、Ｓ２３でＮＯ、すなわち移行不可と判断された場合、Ｓ２４ｕで制御部６０は、チルトトルク定数Ｋｂを、ドライバがチルト角度γを動かすことができない程度の大きな値に設定する。

Ｓ２３でＹＥＳの場合、Ｓ２４ｄの次のＳ２５で、チルト角度γが戻し操作時の第２閾値γｂ以下であるか判断される。或いは、チルト角度γの戻し側変化量が変化量閾値以上であるかが判断されてもよい。Ｓ２５でＹＥＳの場合、制御部６０は、通常モードへの移行要求が有ると判断し、Ｓ２６でチルトアクチュエータ４８の指令を切り替え、Ｓ２７で前述のメータ等で通知した高角度比モードの通知をオフし、Ｓ２９で通常モードに移行する。Ｓ２５でＮＯの場合、制御部６０は、通常モードへの移行要求が無いと判断し、Ｓ２３の前に戻る。

以上のように第３実施形態では、ドライバがチルト角度γを変更することにより、ステアリングホイール９１が「入力装置」として機能する。したがって、専用の高角度比スイッチ６１を設ける必要がなくなる。また、第２実施形態と同様、ドライバは、ステアリングホイール９１のチルト角度γにより、現在の舵角比モードを把握しやすくなる。

（その他の実施形態）
（ａ）第１実施形態の高角度比スイッチ６１の設置位置は、図１に示すステアリングホイール９１上の他、パドルシフト周辺やシフトレバー周辺でもよい。また、シフトレバーを入力装置とし、例えばＲレンジにシフトした時、高角度比モードに移行するようにしてもよい。

（ｂ）第２、第３実施形態のチルトアクチュエータ４８は、ステアリングホイール９１を前後に移動させるテレスコーピックアクチュエータとしての機能を兼ね備えてもよい。或いは、チルトアクチュエータ４８とは別にテレスコーピックアクチュエータが設けられてもよい。なお、テレスコーピックアクチュエータの図示は、図９、図１３のチルトアクチュエータ４８の図を援用する。その場合、第２実施形態では、高角度比モード移行時のドライバへの通知手段として、チルト角度γに代えて図１０に示すテレスコーピック長Ｌを変更してもよい。また、第３実施形態では、チルト角度γに代えてテレスコーピック長Ｌを変更することで、舵角比モードを切り替えてもよい。

（ｃ）第２、第３実施形態ではチルト角度の基準位置γ₀を最高位置に設定した例を示しているが、最低位置又は中間位置を基準位置γ₀としてもよい。基準位置γ₀を中間位置に設定した場合、ドライバがステアリングホイール９１を基準位置γ₀から変化量閾値以上、上昇又は下降させたとき、舵角比モードを切り替えるようにしてもよい。

（ｄ）フローチャートのＳ１３、Ｓ２３に示される舵角比変更可否判断ステップでは、操舵角θｓ、操舵トルクＴｓ、車速Ｖの３項目の条件のいずれかが省略されてもよく、又はこれらに加えて、他のパラメータの条件が判断されてもよい。例えば操舵角速度ωｓ、摩擦係数等の路面状況、ドライバの適正情報等が判断に用いられてもよい。また、通常モードから高角度比モードへの移行時と、高角度比モードから通常モードへの移行時とで、パラメータや判定閾値が異なってもよい。

（ｅ）上記実施形態での舵角比モードは通常モード及び高角度比モードの二段階であるが、三段階以上の舵角比モードを設定可能としてもよい。また、例えば一段階の舵角比の差が比較的小さく、操舵中や高速走行時に舵角比が変更されても操舵安定性に及ぼす影響が小さい場合等には、舵角比モードの変更を常に許可してもよい。

（ｆ）反力アクチュエータ及び転舵アクチュエータは、回転出力を生成する電動モータに限らず、直線出力を生成するリニアアクチュエータや油圧式アクチュエータでもよい。チルトアクチュエータ及びテレスコーピックアクチュエータについても同様である。

本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

５０・・・操舵装置、５８・・・反力モータ（反力アクチュエータ）、
６０・・・制御部、 ６１・・・高角度比スイッチ（入力装置）、
７０・・・転舵装置、７８・・・転舵モータ（転舵アクチュエータ）、
９０１－９０３・・・ステアバイワイヤシステム、
９１・・・ステアリングホイール、入力装置、 ９９・・・タイヤ。

Claims (7)

1. 操舵装置（５０）と転舵装置（７０）とが機械的に分離したステアバイワイヤシステム（９０１－９０３）に適用されるステアリング制御装置であって、
   前記操舵装置において、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール（９１）を回転させる反力アクチュエータ（５８）と、
   前記転舵装置においてタイヤ（９９）を転舵させる転舵アクチュエータ（７８）と、
   前記ステアリングホイールの操舵角に対する前記タイヤの転舵角の比である舵角比（θｔ／θｓ）が基準値に設定される通常モード、又は、前記舵角比が前記基準値より高い値に設定される高角度比モードのいずれかの舵角比モードをドライバが選択して入力可能な入力装置（６１、９１）と、
   前記入力装置に入力された舵角比モードに基づいて、前記反力アクチュエータ及び前記転舵アクチュエータの出力を制御する制御部（６０）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記転舵アクチュエータの出力から算出される路面情報に基づく反力量、及び、前記操舵装置の操舵速度に対し負の相関を有する粘性補償量について、
   前記通常モードから前記高角度比モードに移行するとき、前記反力量の絶対値を小さく、且つ前記粘性補償量の絶対値を大きく変更し、
   前記高角度比モードから前記通常モードに移行するとき、前記反力量の絶対値を大きく、且つ前記粘性補償量の絶対値を小さく変更するステアリング制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記通常モードから前記高角度比モードに移行するとき、前記反力量の絶対値を小さくした後に前記舵角比を高く変更し、その後、前記粘性補償量の絶対値を大きくし、
   前記高角度比モードから前記通常モードに移行するとき、前記粘性補償量の絶対値を小さくした後に前記舵角比を低く変更し、その後、前記反力量の絶対値を大きくする請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記制御部は、操舵角の絶対値又は転舵角の絶対値が角度閾値以上のとき、前記舵角比モードの変更を禁止する請求項１または２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記制御部は、車速が車速閾値以上のとき、前記舵角比モードの変更を禁止する請求項１～３のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
5. 前記入力装置は、ドライバが操作可能な高角度比スイッチ（６１）である請求項１～４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
6. 前記ステアリングホイールのチルト角度を調整するチルトアクチュエータ（４８）又はテレスコーピック長を調整するテレスコーピックアクチュエータをさらに備え、
   前記制御部は、前記舵角比モードを変更するとき、前記チルトアクチュエータ又は前記テレスコーピックアクチュエータによりチルト角度又はテレスコーピック長を変更してドライバに通知する請求項５に記載のステアリング制御装置。
7. ドライバが前記ステアリングホイールのチルト角度又はテレスコーピック長を変更することで前記ステアリングホイールが前記入力装置として機能する請求項１～４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。

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