JP7133393B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

従来、車両用操舵装置として、ステアリングホイールの舵角である操舵角と転舵輪の舵角である転舵角との間の伝達比（ギヤ比）を車速に応じて可変としたものがある。例えば特許文献１には、ステアリング操作に基づく第１の舵角にモータ駆動に基づく第２の舵角を上乗せする伝達比可変装置をステアリングシャフトの途中に設けることにより伝達比を可変とした操舵装置が開示されている。また、例えば特許文献２には、操舵部と、転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達が分離されたステアバイワイヤ式の操舵装置において、操舵角の目標値である目標操舵角に対する転舵対応角（転舵角に換算可能な回転角）の目標値である目標転舵対応角の大きさを変更することで伝達比を可変としたものが開示されている。

こうした操舵装置では、車速に応じて伝達比を変更することにより、例えば低車速時にはステアリング操作に対する転舵角の変化量を大、すなわち操舵角あたりのヨーレートの大きさである（定常）ヨーレートゲインを大として所謂クイックなギヤ比を実現し、運転者の負担を軽減している。また、例えば高車速時には同変化量を小、すなわちヨーレートゲインを小として所謂スローなギヤ比を実現し、操舵装置の操作性を向上させている。

特開２００６－５６４４８号公報 特開２０１８－１１１４２５号公報

ところで、上記のように車速に基づいて伝達比を可変とした構成では、伝達比（ヨーレートゲイン）の変更に伴うヨーレートの変化であるヨーレート変化（ヨーレートの勾配）により、操舵装置の操作性に影響が及ぶことになる。すなわち、例えば車速の変化量に対する伝達比（ヨーレートゲイン）の変更量を大きく設定した場合において、車両を急激に加速又は減速させながら操舵すると、ヨーレート変化が大きくなるため、例えば運転者が狙った軌道に対して過剰に切り込んでしまい、切り戻し操舵等の修正舵が必要になりやすい。一方、車速の変化量に対する伝達比（ヨーレートゲイン）の変更量を小さく設定した場合において、車両を緩やかに加速又は減速させながら操舵すると、ヨーレート変化が小さくなるため、例えば運転者が狙った軌道に対して切り込みが不足し、更なる切り込み操舵等の修正舵が必要になりやすい。

しかし、上記各特許文献には、こうしたヨーレート変化による操作性の影響については言及されておらず、近年要求されるより高い水準での優れた操作性を実現できているとは言えないのが実情である。

本発明の目的は、操舵装置の操作性を向上させることのできる操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵制御装置は、操舵機構に連結されるステアリングホイールの操舵角と、前記操舵機構の転舵軸に連結される転舵輪の転舵角との間の伝達比を、駆動源となるモータの作動により車速に基づいて可変とした操舵装置を制御対象とし、車速に応じた前記伝達比に基づいて、前記操舵角を示す値としての、操舵トルクに基づく目標操舵角、または前記操舵角そのものに対する大きさを変更した前記転舵角に換算可能な回転軸の回転角である転舵対応角の目標値であって、前記転舵対応角の最終的な目標値である最終目標転舵対応角の演算基礎となる伝達比補正目標転舵対応角を演算する可変ギヤ比処理部を備え、実際の前記転舵対応角が前記伝達比補正目標転舵対応角に基づく前記最終目標転舵対応角となるように前記モータの作動を制御するものであって、前記可変ギヤ比処理部は、車両の加減速を示す値に基づいて前記伝達比を調整して前記伝達比補正目標転舵対応角を演算する。

上記構成によれば、車両の加減速を示す値に基づいて伝達比を調整するため、車両を加速又は減速させながら操舵を行った際において、伝達比（ヨーレートゲイン）の変更に伴うヨーレート変化を調整できる。例えば、車速の変化量に対する伝達比の変化量を大きく設定した場合において、車両を急激に加速又は減速した際にヨーレート変化が大きくなり過ぎないように調整したりできる。これにより、加減速時の操舵によるヨーレート変化を最適化でき、操舵装置の操作性を向上させることができる。

上記操舵制御装置において、前記操舵角を示す値に対して位相補償を行った位相補償成分を演算する位相補償成分演算部を備え、前記最終目標転舵対応角は、前記伝達比補正目標転舵対応角及び前記位相補償成分に基づいて演算されるものであって、前記位相補償成分演算部は、前記車両の加減速を示す値に基づいて位相補償量を調整して前記位相補償成分を演算することが好ましい。

上記構成によれば、ヨーレートゲインと操舵に対するヨーイングの応答性（ヨーレート応答）とのバランスを最適化できる。
上記操舵において、前記車両の加減速を示す値は、車両の前後加速度、車速変化、及び前記転舵輪に作用する車両前後方向の前後荷重のいずれか１つであることが好ましい。

上記構成によれば、車両の前後加速度、車速変化及び前後荷重のいずれかに基づいて伝達比を調整するため、車両の加減速に応じて適切に伝達比を調整できる。

本発明によれば、操舵装置の操作性を向上させることができる。

第１実施形態のステアバイワイヤ式の操舵装置の概略構成図。 第１実施形態の操舵制御装置のブロック図。 第１実施形態の最終目標転舵対応角演算部のブロック図。 第１実施形態の可変ギヤ比処理部のブロック図。 （ａ）は伝達比が小さい場合における時間と車速との関係の一例を示すグラフ、（ｂ）は同じく時間とヨーレートとの関係を示すグラフ。 （ａ）は伝達比が大きい場合における時間と車速との関係の一例を示すグラフ、（ｂ）は同じく時間とヨーレートとの関係を示すグラフ。 第２実施形態の転舵側制御部のブロック図。 第３実施形態の転舵側制御部のブロック図。 変形例のステアバイワイヤ式の操舵装置の概略構成図。

（第１実施形態）
以下、操舵制御装置の第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵制御装置１の制御対象となるステアバイワイヤ式の操舵装置２は、運転者により操舵される操舵部３と、運転者による操舵部３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部５とを備えている。つまり、本実施形態では、操舵部３と転舵部５とによって操舵機構Ｓが構成されている。

操舵部３は、ステアリングホイール１１が固定されるステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に操舵反力を付与可能な操舵側アクチュエータ１３とを備えている。操舵側アクチュエータ１３は、駆動源となる操舵側モータ１４と、操舵側モータ１４の回転を減速してステアリングシャフト１２に伝達する操舵側減速機１５とを備えている。なお、本実施形態のステアリングホイール１１には、例えばＨ字状や∞字状の非円形の形状のものが採用されており、最大回転数（ロックトゥロックの操舵角範囲）が、例えば１回転未満に設定されている。

転舵部５は、転舵輪４の転舵角θiに換算可能な回転軸としての第１ピニオン軸２１と、第１ピニオン軸２１に連結されたラック軸２２と、ラック軸２２を往復動可能に収容するラックハウジング２３とを備えている。第１ピニオン軸２１とラック軸２２とは、所定の交差角をもって配置されており、第１ピニオン軸２１に形成された第１ピニオン歯２１ａとラック軸２２に形成された第１ラック歯２２ａとを噛合することによって第１ラックアンドピニオン機構２４が構成されている。なお、ラック軸２２は、第１ラックアンドピニオン機構２４によりその軸方向一端側が往復動可能に支持されている。ラック軸２２の両端には、ボールジョイントからなるラックエンド２５を介してタイロッド２６が連結されており、タイロッド２６の先端は、転舵輪４が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。

また、転舵部５には、ラック軸２２に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータ３１が第２ピニオン軸３２を介して設けられている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源となるモータとしての転舵側モータ３３と、転舵側モータ３３の回転を減速して第２ピニオン軸３２に伝達する転舵側減速機３４とを備えている。第２ピニオン軸３２とラック軸２２とは、所定の交差角をもって配置されており、第２ピニオン軸３２に形成された第２ピニオン歯３２ａとラック軸２２に形成された第２ラック歯２２ｂとを噛合することによって第２ラックアンドピニオン機構３５が構成されている。なお、ラック軸２２は、第２ラックアンドピニオン機構３５によりその軸方向他端側が往復動可能に支持されている。

このように構成された操舵装置２では、運転者によるステアリング操作に応じて転舵側アクチュエータ３１により第２ピニオン軸３２が回転駆動され、この回転が第２ラックアンドピニオン機構３５によりラック軸２２の軸方向移動に変換されることで、転舵輪４の転舵角θiが変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１３からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール１１に付与される。

次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
操舵制御装置１は、操舵側アクチュエータ１３（操舵側モータ１４）及び転舵側アクチュエータ３１（転舵側モータ３３）に接続されており、これらの作動を制御する。なお、操舵制御装置１は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとに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、各種制御が実行される。

操舵制御装置１には、ステアリングシャフト１２に付与された操舵トルクＴhを検出するトルクセンサ４１が接続されている。なお、トルクセンサ４１は、ステアリングシャフト１２における操舵側アクチュエータ１３（操舵側減速機１５）との連結部分よりもステアリングホイール１１側に設けられている。また、操舵制御装置１には、転舵輪４をドライブシャフト（図示略）とともに回転可能に支持するハブユニット４２に設けられた左前輪センサ４２ｌ及び右前輪センサ４２ｒが接続されている。左前輪センサ４２ｌ及び右前輪センサ４２ｒは、転舵輪４の車輪速Ｖｌ，Ｖｒを検出する。なお、本実施形態の操舵制御装置１は、車輪速Ｖｌ，Ｖｒの平均値を車速Ｖとして検出する。また、操舵制御装置１には、操舵部３の操舵量を示す検出値として操舵側モータ１４の回転角θsを３６０°の範囲内の相対角で検出する操舵側回転センサ４３、及び転舵部５の転舵量を示す検出値として転舵側モータ３３の回転角θtを相対角で検出する転舵側回転センサ４４が接続されている。また、操舵制御装置１には、車両の加減速を示す値としての前後加速度αを検出する前後加速度センサ４５が接続されている。なお、操舵トルクＴh及び回転角θs，θtは、一方向（本実施形態では、右）に操舵した場合に正の値、他方向（本実施形態では、左）に操舵した場合に負の値として検出する。そして、操舵制御装置１は、これらの各種状態量に基づいて操舵側モータ１４及び転舵側モータ３３の作動を制御する。

以下、操舵制御装置１の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、操舵制御装置１は、操舵側モータ制御信号Ｍsを出力する操舵側制御部５１と、操舵側モータ制御信号Ｍsに基づいて操舵側モータ１４に駆動電力を供給する操舵側駆動回路５２とを備えている。操舵側制御部５１には、操舵側駆動回路５２と操舵側モータ１４の各相のモータコイルとの間の接続線５３を流れる操舵側モータ１４の各相電流値Ｉus，Ｉvs，Ｉwsを検出する電流センサ５４が接続されている。なお、図２では、説明の便宜上、各相の接続線５３及び各相の電流センサ５４をそれぞれ１つにまとめて図示している。

また、操舵制御装置１は、転舵側モータ制御信号Ｍtを出力する転舵側制御部５５と、転舵側モータ制御信号Ｍtに基づいて転舵側モータ３３に駆動電力を供給する転舵側駆動回路５６とを備えている。転舵側制御部５５には、転舵側駆動回路５６と転舵側モータ３３の各相のモータコイルとの間の接続線５７を流れる転舵側モータ３３の各相電流値Ｉut，Ｉvt，Ｉwtを検出する電流センサ５８が接続されている。なお、図２では、説明の便宜上、各相の接続線５７及び各相の電流センサ５８をそれぞれ１つにまとめて図示している。本実施形態の操舵側駆動回路５２及び転舵側駆動回路５６には、複数のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ等）を有する周知のＰＷＭインバータがそれぞれ採用されている。そして、操舵側モータ制御信号Ｍs及び転舵側モータ制御信号Ｍtは、それぞれ各スイッチング素子のオンオフ状態を規定するゲートオンオフ信号となっている。

操舵制御装置１は、所定の演算周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行して、操舵側モータ制御信号Ｍs及び転舵側モータ制御信号Ｍtを生成する。そして、操舵側モータ制御信号Ｍs及び転舵側モータ制御信号Ｍtが操舵側駆動回路５２及び転舵側駆動回路５６に出力されることにより、各スイッチング素子がオンオフし、操舵側モータ１４及び転舵側モータ３３に駆動電力がそれぞれ供給される。これにより、操舵側アクチュエータ１３及び転舵側アクチュエータ３１の作動が制御される。

先ず、操舵側制御部５１の構成について説明する。
操舵側制御部５１には、上記車速Ｖ、操舵トルクＴh、回転角θs及び各相電流値Ｉus，Ｉvs，Ｉwsが入力される。そして、操舵側制御部５１は、これら各状態量に基づいて操舵側モータ制御信号Ｍsを生成して出力する。

詳しくは、操舵側制御部５１は、操舵側モータ１４の回転角θsに基づいてステアリングホイール１１の操舵角θhを演算する操舵角演算部６１と、車速Ｖ及び操舵トルクＴhに基づいてステアリングホイール１１を回転させる力である入力トルク基礎成分Ｔb*を演算する入力トルク基礎成分演算部６２とを備えている。また、操舵側制御部５１は、操舵トルクＴh、車速Ｖ及び入力トルク基礎成分Ｔb*に基づいて目標操舵角θh*を演算する目標操舵角演算部６３を備えている。さらに、操舵側制御部５１は、操舵角θh及び目標操舵角θh*に基づいて目標反力トルクＴs*を演算する目標反力トルク演算部６４と、目標反力トルクＴs*、回転角θs及び各相電流値Ｉus，Ｉvs，Ｉwsに基づいて操舵側モータ制御信号Ｍsを生成する操舵側モータ制御信号生成部６５とを備えている。

操舵角演算部６１は、入力される回転角θsを、例えばステアリング中立位置からの操舵側モータ１４の回転数をカウントすることにより、３６０°を超える範囲の絶対角に換算して取得する。そして、操舵角演算部６１は、絶対角に換算された回転角に操舵側減速機１５の回転速度比に基づく換算係数Ｋｓを乗算することで、操舵角θhを演算する。

入力トルク基礎成分演算部６２には、操舵トルクＴh及び車速Ｖが入力される。入力トルク基礎成分演算部６２は、操舵トルクＴhの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが大きいほど、大きな絶対値を有する入力トルク基礎成分（反力基礎成分）Ｔb*を演算する。入力トルク基礎成分Ｔb*は、目標操舵角演算部６３及び目標反力トルク演算部６４に入力される。

目標操舵角演算部６３には、操舵トルクＴh、車速Ｖ及び入力トルク基礎成分Ｔb*が入力される。目標操舵角演算部６３は、入力トルク基礎成分Ｔb*に操舵トルクＴhを加算した値である入力トルクと目標操舵角θh*とを関係づけるモデル式を利用して、目標操舵角θh*を演算する。なお、モデル式として、例えばステアリングホイール１１と転舵輪４とが機械的に連結されたものにおいて、転舵輪４の転舵角θiに換算可能な回転軸に作用するトルクと回転角との関係を定めて表したものを用いることができる。このモデル式は、操舵装置２の弾性をモデル化したバネ係数Ｋ、操舵装置２の摩擦等をモデル化した粘性係数Ｃ、及び操舵装置２の慣性をモデル化した慣性係数Ｊを用いて表される。このように演算された目標操舵角θh*は、減算器６６及び転舵側制御部５５に出力される。

目標反力トルク演算部６４には、入力トルク基礎成分Ｔb*に加え、減算器６６において目標操舵角θh*から操舵角θhが差し引かれた角度偏差Δθsが入力される。そして、目標反力トルク演算部６４は、角度偏差Δθsに基づき、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制御量として操舵側モータ１４が付与する操舵反力の基礎となる基礎反力トルクを演算し、該基礎反力トルクに入力トルク基礎成分Ｔb*を加算することで目標反力トルクＴs*を演算する。具体的には、目標反力トルク演算部６４は、角度偏差Δθs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、基礎反力トルクとして演算する。

操舵側モータ制御信号生成部６５には、目標反力トルクＴs*に加え、回転角θs及び相電流値Ｉus，Ｉvs，Ｉwsが入力される。本実施形態の操舵側モータ制御信号生成部６５は、目標反力トルクＴs*に基づいて、ｄ／ｑ座標系におけるｑ軸上のｑ軸目標電流値Ｉqs*を演算する。なお、本実施形態では、ｄ軸上のｄ軸目標電流値Ｉds*はゼロに設定される。

操舵側モータ制御信号生成部６５は、ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより、上記操舵側駆動回路５２に出力する操舵側モータ制御信号Ｍsを生成（演算）する。具体的には、操舵側モータ制御信号生成部６５は、回転角θsに基づいて相電流値Ｉus，Ｉvs，Ｉwsをｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ／ｑ座標系における操舵側モータ１４の実電流値であるｄ軸電流値Ｉds及びｑ軸電流値Ｉqsを演算する。そして、操舵側モータ制御信号生成部６５は、ｄ軸電流値Ｉdsをｄ軸目標電流値Ｉds*に追従させるべく、またｑ軸電流値Ｉqsをｑ軸目標電流値Ｉqs*に追従させるべく、ｄ軸及びｑ軸上の各電流偏差に基づいて電圧指令値を演算し、該電圧指令値に基づくデューティ比を有する操舵側モータ制御信号Ｍsを生成する。このように演算された操舵側モータ制御信号Ｍsが上記操舵側駆動回路５２に出力されることにより、操舵側モータ制御信号Ｍsに応じた駆動電力が操舵側モータ１４に出力され、その作動が制御される。

次に、転舵側制御部５５について説明する。
転舵側制御部５５には、上記回転角θt、車速Ｖ、目標操舵角θh*、前後加速度α及び各相電流値Ｉut，Ｉvt，Ｉwtが入力される。そして、転舵側制御部５５は、これら各状態量に基づいて転舵側モータ制御信号Ｍtを生成して出力する。

詳しくは、転舵側制御部５５は、転舵側モータ３３の回転角θtに基づいて、転舵輪４の転舵角θiに換算可能な回転軸である第１ピニオン軸２１の回転角（ピニオン角）に相当する転舵対応角θpを演算する転舵対応角演算部７１を備えている。また、転舵側制御部５５は、操舵角θhと転舵角θi（図１参照）との間の伝達比（ギヤ比）を可変とすべく、目標操舵角θh*、車速Ｖ及び前後加速度αに基づいて転舵対応角θpの最終的な目標値となる最終目標転舵対応角θp*を演算する最終目標転舵対応角演算部７２を備えている。さらに、転舵側制御部５５は、転舵対応角θp及び最終目標転舵対応角θp*に基づいて目標転舵トルクＴt*を演算する目標転舵トルク演算部７３と、目標転舵トルクＴt*、回転角θt及び各相電流値Ｉut，Ｉvt，Ｉwtに基づいて転舵側モータ制御信号Ｍtを生成する転舵側モータ制御信号生成部７４とを備えている。

転舵対応角演算部７１は、入力される回転角θtを、例えば車両が直進する中立位置からの転舵側モータ３３の回転数をカウントすることにより、絶対角に換算して取得する。そして、転舵対応角演算部７１は、絶対角に換算された回転角に転舵側減速機３４の回転速度比、第１及び第２ラックアンドピニオン機構２４，３５の回転速度比に基づく換算係数Ｋｔを乗算して転舵対応角θpを演算する。

目標転舵トルク演算部７３には、減算器７５において最終目標転舵対応角θp*から転舵対応角θpが差し引かれた角度偏差Δθpが入力される。そして、目標転舵トルク演算部７３は、角度偏差Δθpに基づき、転舵対応角θpを最終目標転舵対応角θp*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３３が付与する転舵力の目標値となる目標転舵トルクＴt*を演算する。具体的には、目標転舵トルク演算部７３は、角度偏差Δθp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、目標転舵トルクＴt*として演算する。

転舵側モータ制御信号生成部７４には、目標転舵トルクＴt*に加え、回転角θt及び相電流値Ｉut，Ｉvt，Ｉwtが入力される。そして、転舵側モータ制御信号生成部７４は、目標転舵トルクＴt*に基づいて、ｄ／ｑ座標系におけるｑ軸上のｑ軸目標電流値Ｉqt*を演算する。なお、本実施形態では、ｄ軸上のｄ軸目標電流値Ｉdt*はゼロに設定される。

転舵側モータ制御信号生成部７４は、ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより、上記転舵側駆動回路５６に出力する転舵側モータ制御信号Ｍtを生成（演算）する。具体的には、転舵側モータ制御信号生成部７４は、回転角θtに基づいて相電流値Ｉut，Ｉvt，Ｉwtをｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ／ｑ座標系における転舵側モータ３３の実電流値であるｄ軸電流値Ｉdt及びｑ軸電流値Ｉqtを演算する。そして、転舵側モータ制御信号生成部７４は、ｄ軸電流値Ｉdtをｄ軸目標電流値Ｉdt*に追従させるべく、またｑ軸電流値Ｉqtをｑ軸目標電流値Ｉqt*に追従させるべく、ｄ軸及びｑ軸上の電流偏差に基づいて電圧指令値を演算し、該電圧指令値に基づくデューティ比を有する転舵側モータ制御信号Ｍtを生成する。このように演算された転舵側モータ制御信号Ｍtが上記転舵側駆動回路５６に出力されることにより、転舵側モータ制御信号Ｍtに応じた駆動電力が転舵側モータ３３に出力され、その作動が制御される。

次に、最終目標転舵対応角演算部７２について説明する。
最終目標転舵対応角演算部７２には、目標操舵角θh*、車速Ｖ及び前後加速度αが入力される。そして、最終目標転舵対応角演算部７２は、これらの状態量に基づいて、目標操舵角θh*に対する大きさ（絶対値）を変更した最終目標転舵対応角θp*を演算する。つまり、本実施形態では、操舵角θhを示す値として操舵トルクＴhに基づく目標操舵角θh*を用い、車両の加減速を示す値として前後加速度αを用いている。

詳しくは、図３に示すように、最終目標転舵対応角演算部７２は、車速Ｖ及び目標操舵角θh*に応じた伝達比に基づいて、目標操舵角θh*に対する大きさを変更した転舵対応角θpの目標値となる伝達比補正目標転舵対応角θa**を演算する可変ギヤ比処理部８１を備えている。また、目標操舵角θh*に対して位相補償を行った位相補償成分θb*を演算する位相補償成分演算部８２を備えている。

図４に示すように、可変ギヤ比処理部８１は、目標操舵角θh*及び車速Ｖに基づいて伝達比補正目標転舵対応角θa*を演算するギヤ比演算部８３と、前後加速度αに基づいて加減速ゲインＫｘを演算する加減速ゲイン演算部８４とを備えている。ギヤ比演算部８３は、目標操舵角θh*及び車速Ｖと伝達比補正目標転舵対応角θa*との関係を定めたマップを備えており、同マップを参照することにより目標操舵角θh*及び車速Ｖに応じた伝達比補正目標転舵対応角θa*を演算する。このマップは、目標操舵角θh*の絶対値が大きくなるほど、伝達比補正目標転舵対応角θa*の絶対値が大きくなるとともに、目標操舵角θh*に対する伝達比補正目標転舵対応角θa*の変化率が大きくなるように伝達比補正目標転舵対応角θa*を演算する。また、同マップは、車速Ｖの増大に基づいて、伝達比補正目標転舵対応角θa*が小さく、すなわち伝達比が大きくなる（スローなギヤ比となる）ように設定されている。なお、同図では、目標操舵角θh*を示す横軸の目盛り（スケール）は、伝達比補正目標転舵対応角θa*を示す縦軸の目盛りよりも小さく設定されている。また、上記のようにステアリングホイール１１の最大回転数が小さいため、伝達比は目標操舵角θh*の全域に亘って比較的小さくなる（クイックなギヤ比となる）ように設定されている。このように演算された伝達比補正目標転舵対応角θa*は、乗算器８５に出力される。

加減速ゲイン演算部８４は、前後加速度αと加減速ゲインＫｘとの関係を定めたマップを備えており、同マップを参照することにより前後加速度αに応じた加減速ゲインＫｘを演算する。このマップは、前後加速度αの絶対値の増大に基づいて加減速ゲインＫｘが小さくなるように設定されている。なお、マップの形状は、適宜変更可能であり、例えば前後加速度αの絶対値の増大に基づいて加減速ゲインＫｘが小さくなるように設定してもよい。このように演算された加減速ゲインＫｘは、乗算器８５に出力される。

そして、可変ギヤ比処理部８１は、乗算器８５において伝達比補正目標転舵対応角θa*に加減速ゲインＫｘを乗算することにより、伝達比補正目標転舵対応角θa**を演算する。このように演算された伝達比補正目標転舵対応角θa**は、加算器８６（図３参照）に出力される。

図３に示すように、位相補償成分演算部８２には、目標操舵角θh*、車速Ｖ及び前後加速度αが入力される。そして、位相補償成分演算部８２は、これらの状態量に基づいて位相補償成分θb*を演算する。

詳しくは、位相補償成分演算部８２は、目標操舵角θh*に対して位相進み補償を行う進みフィルタ処理部８７と、進みフィルタ処理部８７からの出力値に対して位相遅れ補償を行う遅れフィルタ処理部８８とを備えている。つまり、位相補償成分演算部８２は、目標操舵角θh*に対して位相進み遅れ補償（バンドパスフィルタ処理）を行うことで、位相補償成分θb*を演算する。

具体的には、進みフィルタ処理部８７には、例えば下記（１）式の伝達関数Ｇ_１（ｓ）が設定されている。

…（１）
遅れフィルタ処理部８８には、例えば下記（２）式の伝達関数Ｇ_２（ｓ）が設定されている。

…（２）
ここで、「ａ_１」、「ｂ_１」は、車速Ｖ及び前後加速度αに応じて変化する係数であり、本実施形態では、前後加速度αに基づいて、伝達比が小さいほど大きく位相が進む位相補償成分θb*が演算されるように設定されている。また、「ａ_０」、「ｂ_０」は、所定の定数であり、実験等の結果に基づいて予め設定されている。

なお、フィルタの伝達関数Ｇ_ｘ（ｓ）の一般式は、下記（３）式により表され、本実施形態の進みフィルタを示す伝達関数Ｇ１（ｓ）、及び遅れフィルタを示す伝達関数Ｇ２（ｓ）には、それぞれ一次の伝達関数が採用されているが、二次以上の高次の伝達関数を用いてもよい。ここで、「ｍ」、「ｎ」はそれぞれ自然数であり、進みフィルタの場合は「ｍ＞ｎ」、遅れフィルタの場合は「ｍ＜ｎ」の関係を満たす。

…（３）
このように演算された位相補償成分θb*は、加算器８６に出力される。そして、最終目標転舵対応角演算部７２は、加算器８６において、伝達比補正目標転舵対応角θa**と位相補償成分θb*とを足し合わせることにより、最終目標転舵対応角θp*を演算する。

次に車両を加速又は減速させながら操舵する際の操舵フィーリングについて説明する。
例えば図５（ａ）に示すように、車両を急激に減速させながら操舵し、時刻ｔ０において車速Ｖが第１車速Ｖ１である状態から、時刻ｔ１において第１車速Ｖ１よりも遅い第２車速Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）まで減速した場合を想定する。このとき、車速Ｖの変化に基づいて伝達比が小さくなる（図４参照）、すなわち操舵角θhあたりのヨーレートγの大きさである（定常）ヨーレートゲインが大きくなる。そして、ヨーレートγは、第１車速Ｖ１での伝達比（ヨーレートゲイン）に応じた第１ヨーレートγ１から、第２車速Ｖ２での伝達比（ヨーレートゲイン）に応じた第２ヨーレートγ２（γ１＜γ２）に変化する。

ここで、前後加速度αを考慮せずに最終目標転舵対応角θp*を演算する従来例では、図５（ｂ）において二点鎖線で示すように、時刻ｔ０において第１ヨーレートγ１であったヨーレートγが、時刻ｔ１までの短時間で第２ヨーレートγ２に変化する。このようにヨーレート変化（ヨー角加速度）が大きくなるため、例えば運転者が狙った軌道に対して過剰に切り込んでしまい、切り戻し操舵等の修正舵が必要になりやすい。

この点、図５（ｂ）に示すように、本実施形態では、上記のように前後加速度αの絶対値の増大に基づいて、小さくなる加減速ゲインＫｘを演算するため、例えば減速時には、目標操舵角θh*に対する最終目標転舵対応角θp*（伝達比補正目標転舵対応角θa*）の大きさが小さくなる。すなわち、車速Ｖの変化量に対するヨーレートゲインの変更量が小となるため、時刻ｔ１において、ヨーレートγは第２ヨーレートγ２よりも小さな第３ヨーレートγ３（γ２＞γ３）に変化する。そのため、ヨーレート変化が過大になることが抑制され、運転者が狙った軌道に対して過剰に切り込んでしまうことが抑制される。

次に、変形例として、ステアリングホイール１１に円形のものを採用するとともに、最大回転数を例えば３．５回転程度と大きく設定し、伝達比は目標操舵角θh*の全域に亘って比較的大きく（スローなギヤ比となる）ように設定された場合を想定する。この場合、例えば図６（ａ）に示すように、車両をゆっくりと減速させながら操舵し、時刻ｔ０において車速Ｖが第１車速Ｖ１である状態から、時刻ｔ２において第２車速Ｖ２まで減速すると、車速Ｖの変化に基づいて伝達比が小さくなって、ヨーレートγが第１ヨーレートγ１から第２ヨーレートγ２に変化する。

ここで、前後加速度αを考慮せずに最終目標転舵対応角θp*を演算する従来例では、図６（ｂ）において二点鎖線で示すように、時刻ｔ０において第１ヨーレートγ１であったヨーレートγが、時刻ｔ１までの長時間をかけて第２ヨーレートγ２に変化する。このようにヨーレート変化（ヨー角加速度）が小さくなるため、例えば狙った軌道に対して切り込みが不足し、更なる切り込み操舵等の修正舵が必要になりやすい。

この点、図６（ｂ）に示すように、変形例として前後加速度αの絶対値の増大に基づいて、大きくなる加減速ゲインＫｘを演算する構成を採用すれば、例えば減速時には、目標操舵角θh*に対する最終目標転舵対応角θp*（伝達比補正目標転舵対応角θa*）の大きさが大きくなる。すなわち、車速Ｖの変化量に対するヨーレートゲインの変更量が大となるため、時刻ｔ２よりも前の時刻ｔ３において、ヨーレートγは第２ヨーレートγ２に変化する。そのため、ヨーレート変化が過小になることが抑制され、運転者が狙った軌道に対して切り込み不足となることが抑制される。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）可変ギヤ比処理部８１は、前後加速度αに基づいて伝達比を調整して伝達比補正目標転舵対応角θa**を演算するため、車両を加速又は減速させながら操舵を行った際において、伝達比（ヨーレートゲイン）の変更に伴うヨーレート変化を調整できる。これにより、加減速時の操舵によるヨーレート変化を最適化でき、操舵装置２の操作性を向上させることができる。特に、本実施形態の可変ギヤ比処理部８１は、前後加速度αの絶対値の増大に基づいて伝達比が大きくなるように調整して伝達比補正目標転舵対応角θa**を演算するため、車両を急激に加速又は減速しながら操舵する際に、伝達比（ヨーレートゲイン）の変更量が小さくなり、ヨーレート変化が小さくなるため、優れた操舵安定性を実現できる。

（２）位相補償成分演算部８２は、前後加速度αに基づいて位相補償量を調整して位相補償成分θb*を演算するため、ヨーレートゲインとヨーイングの応答性（ヨーレート応答）とのバランスを最適化できる。特に、本実施形態の位相補償成分演算部８２は、前後加速度αに基づいて、伝達比が小さい場合に該伝達比が大きい場合よりも、大きく位相が進むように位相補償成分θb*を演算するため、伝達比が小さく、ヨーレート変化が大きい場合に、ヨーイングの応答性が高くなり、ヨーレートゲインとヨーレート応答とのバランスを最適化できる。

（３）車両の前後加速度αに基づいて伝達比及び位相補償量を調整するため、車両の加減速に応じて適切にこれらの値を調整できる。
（第２実施形態）
次に、操舵制御装置の第２実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の最終目標転舵対応角演算部７２には、目標操舵角θh*及び車速Ｖに加え、ハブユニット４２（図１参照）において検出される車両の前後水平方向に作用する前後荷重（タイヤ力）Ｆtが、前後加速度αに代えて入力される。そして、最終目標転舵対応角演算部７２は、上記第１実施形態と同様に、前後荷重Ｆtに応じて最終目標転舵対応角θp*を調整する。つまり、本実施形態では、前後荷重Ｆtが車両の加減速を示す値に相当する。

以上、本実施形態では、上記第１実施形態の（１），（２）の作用及び効果と同様の作用及び効果に加え、以下の作用及び効果を奏する。
（４）前後荷重Ｆtに基づいて伝達比及び位相補償量を調整するため、車両の加減速に応じて適切にこれらの値を調整できる。

（第３実施形態）
次に、操舵制御装置の第３実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の転舵側制御部５５は、車速Ｖに基づいて、所定の期間における車速変化量ΔＶを演算する車速変化演算部９１を備えている。車速変化演算部９１は、最新の演算周期に入力された車速Ｖと、例えば一演算周期前に入力された車速Ｖとの差分を車速変化量ΔＶとして演算し、最終目標転舵対応角演算部７２に出力する。最終目標転舵対応角演算部７２には、目標操舵角θh*及び車速Ｖに加え、車速変化量ΔＶが前後加速度αに代えて入力される。そして、最終目標転舵対応角演算部７２は、上記第１実施形態と同様に、車速変化量ΔＶに応じて最終目標転舵対応角θp*を調整する。つまり、本実施形態では、車速変化量ΔＶが車両の加減速を示す値に相当する。

以上、本実施形態では、上記第１実施形態の（１），（２）の作用及び効果と同様の作用及び効果に加え、以下の作用及び効果を奏する。
（５）車速変化量ΔＶに基づいて伝達比及び位相補償量を調整するため、車両の加減速に応じて適切にこれらの値を調整できる。

上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記各実施形態では、ギヤ比演算部８３が目標操舵角θh*及び車速Ｖと伝達比補正目標転舵対応角θa*との関係を定めたマップを参照することにより伝達比補正目標転舵対応角θa*を演算した。しかし、これに限らず、例えばギヤ比演算部８３が、伝達比に応じた補正角を目標操舵角θh*及び車速Ｖに基づいて演算し、該補正角を目標操舵角θh*に加算することで伝達比補正目標転舵対応角θa*を演算する構成としてもよい。

・上記各実施形態では、伝達比を車速Ｖ及び目標操舵角θh*に応じて変更したが、これに限らず、例えば車速Ｖのみに応じて伝達比を変更してもよい。
・上記各実施形態において、位相補償成分演算部８２が、例えば伝達比が小さい場合に、伝達比が大きい場合よりも、位相が遅れるように位相補償成分θb*を演算してもよい。

・上記各実施形態において、位相補償成分演算部８２が位相補償として位相進み補償又は位相遅れ補償のいずれか一方のみを行う構成としてもよい。また、最終目標転舵対応角演算部７２が位相補償成分演算部８２を備えず、伝達比補正目標転舵対応角θa**をそのまま最終目標転舵対応角θp*とする構成としてもよい。

・上記各実施形態では、各車輪速の平均値を車速Ｖとして用いたが、これに限らず、例えば各車輪速のうちの二番目に速い車輪速を用いてもよい。また、車輪速を用いず、ＧＰＳ（Global Positioning System）用の人工衛星からの測位信号を受信し、当該受信される測位信号に基づく時間あたりの車両の位置変化（移動量）から推定される推定車速を車速Ｖとして用いてもよい。

・上記各実施形態において、最終目標転舵対応角演算部７２が目標操舵角θh*に代えて操舵角θhを用いて最終目標転舵対応角θp*を演算してもよい。つまり、操舵角θhを示す値として操舵角θhそのものを用いてもよい。

・上記各実施形態では、操舵制御装置１の制御対象となる操舵装置２を、操舵部３と転舵部５との間の動力伝達を分離したリンクレスのステアバイワイヤ式操舵装置としたが、これに限らず、クラッチにより操舵部３と転舵部５との間の動力伝達を断接可能なステアバイワイヤ式操舵装置としてもよい。

例えば図９に示す例では、操舵部３と転舵部５との間には、クラッチ１０１が設けられている。クラッチ１０１は、その入力側要素に固定された入力側中間軸１０２を介してステアリングシャフト１２に連結されるとともに、その出力側要素に固定された出力側中間軸１０３を介して第１ピニオン軸２１に連結されている。そして、操舵制御装置１からの制御信号によりクラッチ１０１が解放状態となることで、操舵装置２はステアバイワイヤモードとなり、クラッチ１０１が締結状態となることで、操舵装置２は電動パワーステアリングモードとなる。

また、操舵装置２を、例えばステアリングシャフト１２の途中に伝達比可変装置を備えた電動パワーステアリング装置（例えば、特許文献１参照。）としてもよい。この場合には、伝達比可変装置のモータが可変ギヤ比処理部８１の演算する伝達比補正目標転舵対応角θa**と操舵角θhとの差分を上乗せすることにより、実際の転舵対応角θpが最終目標転舵対応角θp*となるように制御されることになる。

さらに、操舵装置２の伝達比を変更せず、例えば各車輪に設けられるブレーキ装置のブレーキ力を制御することで、上記各実施形態と同様にヨーレートゲインを変更し、加減速時のヨーレート変化を最適化してもよい。

次に、上記各実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記可変ギヤ比処理部は、車両の加減速を示す値の絶対値の増大に基づいて前記伝達比が大きくなるように調整して前記伝達比補正目標転舵対応角を演算する操舵制御装置。上記構成によれば、車両を急激に加速又は減速しながら操舵する際に、伝達比が大きく（ヨーレートゲインが小さく）なり、ヨーレート変化が小さくなるため、優れた操舵安定性を実現できる。

（ロ）前記位相補償演算部は、前記車両の加減速を示す値に基づいて、前記伝達比が小さい場合に該伝達比が大きい場合よりも、大きく位相が進むように前記位相補償成分を演算する操舵制御装置。上記構成によれば、伝達比が小さく（ヨーレートゲインが大きく）、ヨーレート変化が大きい場合に、ヨーイングの応答性が高くなるため、ヨーレートゲインとヨーレート応答とのバランスを最適化できる。

１…操舵制御装置、２…操舵装置、３…操舵部、４…転舵輪、５…転舵部、１１…ステアリングホイール、１４…操舵側モータ、３３…転舵側モータ（モータ）、５１…操舵側制御部、５５…転舵側制御部、７１…転舵対応角演算部、７２…最終目標転舵対応角演算部、８１…可変ギヤ比処理部、８２…位相補償成分演算部、８３…ギヤ比演算部、８４…加減速ゲイン演算部、８７…進みフィルタ処理部、８８…遅れフィルタ処理部、９１…車速変化演算部、Ｔh…操舵トルク、Ｖ…車速、α…前後加速度（車両の加減速を示す値）、γ…ヨーレート、ΔＶ…車速変化量（車両の加減速を示す値）、θp…転舵対応角、Ｆt…前後荷重（車両の加減速を示す値）、θa*，θa**…伝達比補正目標転舵対応角、θb*…位相補償成分、θp*…最終目標転舵対応角、θh…操舵角（操舵角を示す値）、θh*…目標操舵角（操舵角を示す値）、θi…転舵角。

Claims (3)

1. 操舵機構に連結されるステアリングホイールの操舵角と、前記操舵機構の転舵軸に連結される転舵輪の転舵角との間の伝達比を、駆動源となるモータの作動により車速に基づいて可変とした操舵装置を制御対象とし、
   車速に応じた前記伝達比に基づいて、前記操舵角を示す値としての、操舵トルクに基づく目標操舵角、または前記操舵角そのものに対する大きさを変更した前記転舵角に換算可能な回転軸の回転角である転舵対応角の目標値であって、前記転舵対応角の最終的な目標値である最終目標転舵対応角の演算基礎となる伝達比補正目標転舵対応角を演算する可変ギヤ比処理部を備え、
   実際の前記転舵対応角が前記伝達比補正目標転舵対応角に基づく前記最終目標転舵対応角となるように前記モータの作動を制御する操舵制御装置であって、
   前記可変ギヤ比処理部は、車両の加減速を示す値に基づいて前記伝達比を調整して前記伝達比補正目標転舵対応角を演算する操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記操舵角を示す値に対して位相補償を行った位相補償成分を演算する位相補償成分演算部を備え、
   前記最終目標転舵対応角は、前記伝達比補正目標転舵対応角及び前記位相補償成分に基づいて演算されるものであって、
   前記位相補償成分演算部は、前記車両の加減速を示す値に基づいて位相補償量を調整して前記位相補償成分を演算する操舵制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の操舵制御装置において、
   前記車両の加減速を示す値は、車両の前後加速度、車速変化量、及び前記転舵輪に作用する車両前後方向の前後荷重のいずれか１つである操舵制御装置。

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