JP7180334B2 - 転舵システム、操舵支援装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載され、車輪を転舵する転舵システムに関するものである。
特許文献１には、電動モータを備えた転舵システムが記載されている。特許文献１に記載の転舵システムにおいては、ＬＴＡ（Lane Trace Assist）制御が行われる。ＬＴＡ制御において、車両が目標走行線から外れて走行する場合に、電動モータの制御により左右輪が転舵させられる。それにより、車両を目標走行線に近づけることができる。
特開２０１８－１２２７３１号公報
本発明の課題は、電動転舵機構と液圧転舵機構とを備えた転舵システムにおいて、電動モータの制御により左側車輪と右側車輪との転舵角を精度よく制御することである。
課題を解決するための手段、作用および効果
本発明の転舵システムは、電動モータを備えた電動転舵機構と液圧により作動させられる液圧転舵機構とを含む。本転舵システムにおいては、トーションバーがステアリングギヤボックス(以下、単にギヤボックスと略称する)を介して転舵軸に係合させられ、電動モータにより、トーションバーのギヤボックスより上流側の部分が回転させられ、液圧転舵機構により、転舵軸に液圧が加えられる。それにより、左側車輪と右側車輪とが転舵させられる。本発明の転舵システムにおいては、電動モータの制御により左側車輪と右側車輪との転舵角が制御されるのであるが、電動モータの制御が、電動転舵機構と液圧転舵機構とを含む転舵機構の摩擦力と、路面反力とに基づいて行われる。
トーションバーにピニオンギヤが一体的に回転可能に連結され、ギヤボックスにおいて、ピニオンギヤが転舵軸としてのラックバーの歯部に噛み合わされている場合において、トーションバーは、電動モータの回転角とピニオンギヤの回転角との差によって捩られる。そのため、電動モータの回転角が同じである場合に、トーションバーの捩れ角が大きい場合は小さい場合よりピニオンギヤの回転角が小さくなり、ラックバーのストロークが小さくなる。一方、ピニオンギヤの回転角は、路面反力と転舵機構の摩擦力との和が大きい場合は小さい場合より小さくなる。換言すると、トーションバーの捩れ角は、路面反力と転舵機構の摩擦力との和が大きい場合は小さい場合より大きくなる。このトーションバーの捩れ角は、電動モータの回転角がピニオンギヤの回転に伝達されなかった分である。
以上のことから、電動モータの回転角が、路面反力と転舵機構の摩擦力とに基づいて制御されるようにすることにより、左側車輪と右側車輪との転舵角を良好に制御することが可能となる。
本発明の実施例である転舵システムを模式的に示す図である。 上記転舵システムの液圧アシスト機構のギヤボックスの断面図である。 上記ギヤボックスのコントロールバルブの断面図である。 上記転舵システムの構造を概念的に示す図である。 上記転舵システムの操舵ＥＣＵの記憶部に記憶された転舵システムの剛性と横加速度との関係を示す図である。 上記転舵システムが搭載された車両と周辺の状態とを示す図である。 上記記憶部に記憶されたＬＴＡ制御プログラムを表すフローチャートである。 上記ＬＴＡ制御プログラムの一部を表すフローチャートである。 上記ＬＴＡ制御プログラムのさらに一部を表すフローチャートである。 上記ＬＴＡ制御が行われた場合の目標舵角の変化等を示す図である。
以下、本実施形態に係る車両に搭載された転舵システムとしての操舵アシストシステムについて、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施例に係る操舵アシストシステムは、操舵操作部材としてのステアリングホイール１０の運転者による操作をアシストして車両の操舵輪である左右前輪１２，１４を転舵するものであるが、運転者によって操舵操作部材としてのステアリングホイール１０の操作が行われなくても、左右前輪１２，１４を転舵可能な自動転舵システムとしての機能を有するものである。
左右前輪１２，１４は、ナックルアーム１６，１７、タイロッド１８，１９、転舵軸としてのラックバー２０により連結される。また、ラックバー２０にはステアリングギヤボックス(以下、単にギヤボックスと称する)２２を介してステアリングホイール１０が連結される。
ギヤボックス２２は、図２に示すように、ラックアンドピニオン機構を備えたものである。ステアリングホイール１０は、ステアリングシャフト、トーションバー２３等を介してピニオンギヤ２８に連結され、ピニオンギヤ２８がラックバー２０の歯部２０ｇ（図１参照）に噛み合わされる。それにより、ステアリングホイール１０の回転がラックバー２０の車両の幅方向(左右方向)の移動に変換されて、左右前輪１２，１４が転舵される。なお、トーションバー２３は、一端部においてピニオンギヤ２８に一体的に回転可能に連結され、他端部においてステアリングホイール１０（ステアリングシャフト）に一体的に回転可能に連結される。
本操舵アシストシステムは、液圧転舵機構としての液圧アシスト機構２４と、電動転舵機構としての電動アシスト機構２６とを備えた転舵機構としてのアシスト機構２７を含む。液圧アシスト機構２４は、ラックバー２０に設けられたパワーシリンダ３０、ギヤボックス２２に設けられたコントロールバルブ３４等を含む。電動アシスト機構２６は、トーションバー２３にトルクを加える、換言すると、トーションバー２３を回転させる電動モータ３８等を含む。
パワーシリンダ３０は、ハウジング４２と、ラックバー２０に形成されたピストン４４と、ピストン４４によって仕切られた右室４６、左室４８とを含む。右室４６、左室４８には、エンジン４０によって駆動される液圧ポンプ５２、リザーバ５４が、ギヤボックス２２を介して接続される。
コントロールバルブ３４は、図３に示すように、ロータリバルブ６０と、コントロールバルブシャフト６２とを含む。コントロールバルブシャフト６２は、一端部においてトーションバー２３に一体的に回転可能に連結される。ロータリバルブ６０には、液圧ポンプ５２、リザーバ５４、右室４６、左室４８に接続された複数の液通路が半径方向に伸びて形成され、コントロールバルブシャフト６２の外周部には、複数の溝等が形成される。ロータリバルブ６０に対するコントロールバルブシャフト６２の相対位相の変化により、液圧ポンプ５２、リザーバ５４の各々と、右室４６、左室４８の各々との間の流路面積が制御される。
図３において、例えば、コントロールバルブシャフト６２の右方向の回転により、液圧ポンプ５２と右室４６との間の流路面積が大きくされ、液圧ポンプ５２と左室４８との間の流路面積が小さくされる。また、リザーバ５４と左室４８との間の流路面積が大きくされ、リザーバ５４と右室４６との間の流路面積が小さくされる。液圧ポンプ５２の作動液は右室４６へ供給され、左室４８の作動液のリザーバ５４への流出が許容される。ラックバー２０には矢印α（図１参照）の方向への移動力が加えられ、左右前輪１２，１４が右方向へ転舵させられる。コントロールバルブシャフト６２の左方向の回転により、液圧ポンプ５２と左室４８との間の流路面積が大きくされ、右室４６との間の流路面積が小さくされる。また、リザーバ５４と右室４６との間の流路面積が大きくされ、左室４８との間の流路面積が小さくされる。液圧ポンプ５２の作動液は左室４８へ供給され、右室４６の作動液のリザーバ５４への流出が許容される。ラックバー２０には矢印αとは逆方向の移動力が加えられ、左右前輪１２，１４が左方向へ転舵させられる。
コントロールバルブ３４においては、トーションバー２３の捩りに応じてコントロールバルブシャフト６２のロータリバルブ６０に対する相対的な位相が変化するようにされている。そのため、コントロールバルブ３４において、トーションバー２３に加えられるトルクＴとコントロールバルブ３４において制御される液圧との間に、トルクＴの絶対値が大きい場合は小さい場合より、液圧が高くなる（すなわち、転舵軸２０に液圧アシスト機構３０によって加えられる軸方向Ａの力が大きくなる）関係が成立する。また、これらの間の関係であるバルブ特性は、コントロールバルブシャフト６２、ロータリバルブ６０の形状等で決まる。
電動アシスト機構２６において、電動モータ３８により、トーションバー２３に、運転者によるステアリングホイール１０の操作をアシストするトルクが加えられるが、運転者によってステアリングホイール１０の操作が行われていない場合であっても、トーションバー２３にトルクが加えられる場合がある。
また、図１に示すように、本実施例において、電動アシスト機構２６は、トーションバー２３のギヤボックス２２よりステアリングホイール側(上流側と称することができる)の部分に設けられるのであり、電動アシスト機構２６と液圧アシスト機構２４とは直列に設けられる。そのため、電動モータ３８によってトーションバー２３にトルクが加えられ、その電動モータ３８によってトーションバー２３に加えられたトルクに応じた液圧による移動力が液圧アシスト機構２４によってラックバー２０に加えられる。このように、電動アシスト機構２６と液圧アシスト機構２４との両方の作動力によって、ラックバー２０が移動させられ、左右前輪１２，１４が転舵されることになる。
操舵アシストシステムは、コンピュータを主体とする操舵ＥＣＵ１００を含む。操舵ＥＣＵ１００は、実行部、記憶部、入出力部等を有するものであり、入出力部には、電動モータ３８の回転角を検出する回転角センサ１１０、車両の走行速度を検出する車速センサ１１２、車両に設けられた撮像装置１１４、ＬＴＡ(Lane Trace Assist)スイッチ１１６等が接続されるとともに、電動モータ３８等が接続される。
車速センサ１１２は、例えば、左右前輪１２，１４を含む４輪の回転速度に基づいて車速を取得するものとすることができる。
撮像装置１１４は、例えば、車両の前方、前側方を撮像するカメラ１１８と、カメラ１１８によって撮像された画像を処理するカメラＥＣＵ１２０とを含むものとすることができる。カメラＥＣＵ１２０は、コンピュータを主体とするものであり、図６に示すように、カメラ１１８による撮像画像に基づいて、本車両(撮像装置１１４が搭載された車両であり、以下、自車両と称する)Ｖの両側に位置する区画線ＸＲ，ＸＬを特定することにより、自車両Ｖが走行する車線であるレーンＹを特定し、目標走行線Ｚを取得する。また、目標走行線Ｚと自車両Ｖとの相対位置関係（例えば、自車両Ｖの中心線ＣＶと目標走行線Ｚとの間の距離であるはずれ量Ｄｃで表すことができる）を取得する。目標走行線Ｚは、例えば、レーンＹの中央を通る線とすることができる。
ＬＴＡスイッチ１１６は、運転者によって操作可能なスイッチであり、ＬＴＡ制御が許可される場合にＯＮ操作される。
以上のように構成された操舵アシストシステムにおいて、ＬＴＡ制御が行われる。ＬＴＡ制御は、本実施例において、自車両Ｖが目標走行線Ｚに沿って走行するように行われる転舵制御である。ＬＴＡ制御においては、例えば、自車両Ｖが、カメラＥＣＵ１２０において取得された目標走行線Ｚに沿って走行し得、かつ、はずれ量Ｄｃが小さくなるように、目標舵角としてピニオンギヤ２８の目標回転角（以下、目標ピニオン回転角と称する場合がある）Ｘｒが取得され、ピニオンギヤ２８の実際の回転角が目標ピニオン回転角Ｘｒに近づくように電動モータ３８が制御される。
ピニオンギヤ２８の回転に伴ってラックバー２０が軸方向Ａに移動させられ、左右前輪１２，１４が転舵させられる。このように、ピニオンギヤ２８の回転角、ラックバー２０の移動量、左右前輪１２，１４の転舵角の間には、予め定められた関係が成立する。そこで、本実施例においては、目標ピニオン回転角Ｘｒが取得され、ピニオンギヤ２８の回転角に基づいて電動モータ３８が制御されるようにしたのである。
また、電動モータ３８の制御により、左右前輪１２，１４が自動で転舵される。ＬＴＡ制御が行われる場合には、運転者はステアリングホイール１０の回転操作を行っていないのが普通である。そのため、トーションバー２３には運転者によるステアリングホイール１０の操作力が付与されることなく、電動モータ３８によるトルクが付与されると考えることができる。
しかし、電動アシスト機構２６はトーションバー２３の上流側に取り付けられているため、電動モータ３８の回転角よりピニオンギヤ２８の回転角の方がトーションバー２３の捩れ分だけ小さくなる。また、トーションバー２３の捩れ角Ｘｔは、路面反力が大きく、アシスト機構２７における摩擦力が大きい場合は小さい場合より、大きくなる。
そこで、本実施例においては、路面反力とアシスト機構２７における摩擦力とに基づいてトーションバー２３の捩れ角Ｘｔを推定し、目標ピニオン回転角Ｘｒにトーションバー２３の捩れ角Ｘｔを加えた角度を、目標モータ回転角Ｘｍ（＝Ｘｒ＋Ｘｔ）とした。以下、詳細に説明する。
本実施例においては、電動アシスト機構２６と液圧アシスト機構２４とによってラックバー２０が軸方向Ａ、すなわち、車両の幅方向（左右方向）に移動させられ、左右前輪１２，１４が転舵させられる。電動アシスト機構２６と液圧アシスト機構２４とによってラックバー２０に加えられる軸力（軸方向Ａに加えられる力）Ｆは、電動アシスト機構２６によって加えられる軸力Ｆｍと液圧アシスト機構２４（パワーシリンダ３０）によって加えられる軸力Ｆｐとの和となり、
Ｆ＝Ｆｍ＋Ｆｐ
軸力Ｆｍ，Ｆｐは、それぞれ、電動モータ３８の回転角Ｘａ，ピニオンギヤ２８の回転角Ｘｐ、トーションバー２３の剛性Ｋｔ、比例定数Ａｇとした場合、下式によって表すことができる。
Ｆｍ＝Ｋｔ＊（Ｘａ－Ｘｐ）
Ｆｐ＝Ａｇ＊Ｆｍ
上記剛性Ｋｔは定数であるが、定数の値は車速Ｖと、ピニオンギヤ２８の回転角Ｘｐとに基づいて決まる。また、パワーシリンダ３０の液圧は、トーションバー２３に加えられるトルクが大きい場合は小さい場合より高くなるため、軸力Ｆｐは軸力Ｆｍに比例する値（この場合の比例定数をＡｇとする）になると考えることができるのである。そして、上式をまとめると、下式に示すようになる。
Ｆ＝Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）＊（Ｘａ－Ｘｐ）・・・(1)
一方、左前輪１２のタイヤと路面との間に作用する左前輪路面反力と右前輪１４のタイヤと路面との間に作用する右前輪路面反力との和である路面反力は、タイヤの剛性Ｋｓａｔ（左前輪１２のタイヤの剛性と右前輪１４のタイヤの剛性との和）とした場合に、下式
Ｆｓ＝Ｋｓａｔ＊Ｘｐ・・・(2)
に示す大きさとなる。タイヤの剛性Ｋｓａｔは、定数であるが、値は車速Ｖで決まる。
そして、図４に概念的に示すように、アシスト機構２７によって加えられる軸力Ｆは、路面反力とアシスト機構２７において生じる摩擦力ｆとの和と釣り合うことから、下式が得られる。
Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）＊（Ｘａ－Ｘｐ）＝Ｋｓａｔ＊Ｘｐ±ｆ・・・(3)
また、(3)式を変形することにより、下式が得られる。
Ｘａ＝Ｘｐ＋Ｘ2＋Ｘ3´・・・(4)
(4)式において、第２項Ｘ2は、下式で表すことができ、
Ｘ2＝Ｋｓａｔ＊Ｘｐ／｛Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）｝
第３項Ｘ3´は、下式で表すことができるが、
Ｘ3´＝－[±ｆ／｛Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）｝]
本実施例においては、第３項Ｘ3´に後述する位置関連値Ｄｉｒ(n)を掛けた値を第３項Ｘ3として用いる。
Ｘ3＝Ｄｉｒ(n)＊Ｘ3´
そして、(4)式において、第１項Ｘｐに目標ピニオン回転角Ｘｒを代入することにより、電動モータ３８の回転角Ｘａの目標値である目標モータ回転角Ｘｍを取得することができる。
Ｘｍ＝Ｘｒ＋Ｘ2＋Ｘ3 ・・・(5)
(5)式において、第２項Ｘ2と第３項Ｘ3との和（Ｘ2＋Ｘ3）は、トーションバー２３の捩れ角Ｘｔに該当する。
第２項Ｘ2について説明する。
(1)式において、アシスト機構２７の剛性Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）は、ラックバー２０に加えられる軸力Ｆまたは横加速度αｙに基づいて取得することができる。軸力Ｆは、横加速度αｙと軸重Ｍとを掛けた値で表すことができ（Ｆ＝αｙ＊Ｍ）、軸重Ｍは予め定められた定数であるため、軸力Ｆは横加速度αｙに基づいて決まると考えることができる。また、横加速度αｙは、ヨーレイトγと車速Ｖとを掛けた値で表すことができ（αｙ＝γ＊Ｖ）、ヨーレイトγは、スタビリティファクタＫｈ，車速Ｖ，ピニオンギヤ２８の回転角Ｘｐ、ホイールベースＬを用いて、下式
γ＝｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）＊Ｘｐ・・・(6)
で表すことができる。
(6)式において、スタビリティファクタＫｈ，ホイールベースＬは予め定められた定数であるため、車速センサ１１２によって検出された車速Ｖ，ピニオンギヤ２８の回転角Ｘｐとして目標ピニオン回転角Ｘｒを代入することにより、ヨーレイトγが得られる。そして、ヨーレイトγに車速Ｖを掛けることにより横加速度αｙが得られる。ピニオンギヤ２８が目標ピニオン回転角Ｘｒ回転させられた場合に生じる横加速度αｙが取得されるのである。
αｙ＝｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）＊Ｖ＊Ｘｒ・・・(7)
そして、横加速度αｙとアシスト機構２７の剛性Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）との関係は、図５に示すように、横加速度αｙが大きくなると剛性Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）が曲線的に大きくなる関係となる。本実施例においては、取得された横加速度αｙと図５に示す関係とに基づいて剛性Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）が求められる。
次に、タイヤの剛性Ｋｓａｔを取得する。左前輪１２、右前輪１４の各々に加えられるセルフアライニングトルクは、左前輪１２、右前輪１４のスリップ角（転舵角）が設定角度以下の領域において、ほぼスリップ角に比例すると考えることができる。また、スリップ角はピニオンギヤ２８の回転角Ｘｐに比例すると考えることができる。そのため、左前輪１２および右前輪１４に加えられるセルフアライニングトルクＳＡＴは、式
ＳＡＴ＝Ｋｓａｔ＊Ｘｐ
で表すことができる。
一方、セルフアラインングトルクＳＡＴは、ＬＴＡ制御が行われる範囲内(例えば、横加速度αｙ＜０．３Ｇ)において横加速度αｙに比例するため、比例定数ｗとした場合に、(6)式から下式
ＳＡＴ＝ｗ＊αｙ
Ｋｓａｔ＊Ｘｐ＝ｗ＊｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）＊Ｖ＊Ｘｐ・・・(8)
が得られる。(8)式に基づけば、タイヤの剛性Ｋｓａｔは、下式で表すことができる。
Ｋｓａｔ＝ｗ＊｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）＊Ｖ・・・(9)
換言すると、タイヤの剛性Ｋｓａｔは、セルフアライニングトルクＳＡＴをピニオンギヤ２８の回転角で割った値である。すなわち、タイヤの剛性Ｋsａｔは、(8)式の両辺をそれぞれピニオンギヤ２８の回転角Ｘｐで割った値であり、横加速度剛性αｙｇａｉｎに比例定数ｗを掛けた値であると考えることができる。また、上述のように、横加速度剛性αｙｇａｉｎはヨーレイト剛性γｇａｉｎに車速Ｖを掛けることによって得られる値であり、ヨーレイト剛性γｇａｉｎは、スタビリティファクタＫｈ、車速Ｖ、ホイールベースＬとした場合に、下式で表すことができる。
γｇａｉｎ＝｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）
そして、ヨーレイト剛性γｇａｉｎに車速Ｖを掛けることにより横加速度剛性αｙｇａｉｎが下式に示すように取得され、
αｙｇａｉｎ＝｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）＊Ｖ
横加速度剛性αｙｇａｉｎに比例定数ｗを掛けることにより、タイヤの剛性Ｋｓａｔが得られる。
Ｋｓａｔ＝ｗ＊｛１／（１＋Ｋｈ＊Ｖ2）｝＊（Ｖ／Ｌ）＊Ｖ・・・(10)
上式(10)式と(9)式とは同じである。
次に第３項Ｘ3について説明する。
摩擦力ｆは、予め測定された測定値（実験値）を用いる。第３項Ｘ3は目標モータ回転角Ｘｍのうち、厳密にはトーションバー２３の捩れ角のうちの摩擦力の寄与分であると考えることができる。
仮に、Ｘ3´を用いた場合、摩擦力の符号（＋、－）は、ラックバー２０の移動方向によって反転するが、摩擦力は定数であるため、符号が反転すると、目標モータ回転角が摩擦力相当分だけ変わり、ハンチングを生じる場合がある。そこで、本実施例においては、Ｘ3´に位置関連値Ｄｉｒ(n)を掛けた値Ｘ3を用いることにより、第３項の変化が緩やかにされる。
位置関連値Ｄｉｒ(n)は、ピニオンギヤ２８の回転角、すなわち、目標ピニオン回転角Ｘｒの積分値に基づいて決まる値であり、ゲインをＧａとして、下式で表される値とする。
Ｄｉｒ(n)＝Ｄｉｒ(n-1)＋Ｇａ＊ΔＸｒ(n)・・・(11)
ただし、ΔＸｒ(n)＝Ｘｒ(n)-Ｘｒ(n-1)
また、位置関連値Ｄｉｒ(n)は、－１と＋１との間の値であり、下限値－１、上限値１とによって制限される。
一方、保舵状態、すなわち、目標ピニオン回転角Ｘｒの変化量の絶対値｜ΔＸｒ(n)｜＝｜Ｘｒ(n)-Ｘｒ(n-1)｜がほぼ０である状態が設定時間以上継続した状態において、電動モータ３８の回転角に第３項分が含まれる場合には、直進走行中にオフセットが生じ、運転者が違和感を感じる場合がある。また、保舵状態において、切替しが行われた場合（目標ピニオン回転角Ｘｒの変化の方向が、保舵状態に達する前の変化の方向と逆になる場合）には遅れが生じる。そこで、本実施例においては、保舵状態であると検出された場合に、位置関連値Ｄｉｒの絶対値が０になるまで漸減させられる。その結果、第３項Ｘ3の絶対値を徐々に０に近づけることができる。
以上のように、第２項Ｘ2，第３項Ｘ3に、それぞれの値を代入して、第２項Ｘ2と第３項Ｘ3とを加えることによりトーションバー２３の捩れ角Ｘｔが取得され、第１項Ｘｒにトーションバー２３の捩れ角Ｘｔを加えることにより、目標モータ回転角Ｘｍが取得される。電動モータ３８が目標モータ回転角Ｘｍ回転させられ、それによってピニオンギヤ２８が回転させられ、ラックバー２０が移動させられ、左右前輪１２，１４が転舵させられる。それによって、自車両は目標走行線にそって走行可能とされる。
図７のフローチャートで表されるＬＴＡ制御プログラムは予め定められた設定時間毎に操舵ＥＣＵ１００において実行される。
ステップ１(以下、Ｓ１と略称する)において、カメラＥＣＵ１２０から供給された目標走行線Ｚ、はずれ量Ｄｃ等を表す情報等が読み込まれる。Ｓ２において、ＬＴＡ制御が許可されているか否かが判定される。例えば、ＬＴＡスイッチ１１６のＯＮ操作が行われた状態にある場合には、ＬＴＡ制御が許可された状態にあると判定される。その他、図示しない方向指示スイッチがＯＦＦであること、車速Ｖが設定速度以上であること等が成立する場合に、ＬＴＡ制御が許可された状態にあると判定されるようにすることができる。
ＬＴＡ制御が許可されている場合には、Ｓ３において、目標走行線Ｚ，外れ量Ｄｃ等に基づいて目標ピニオン回転角Ｘｒが取得され、Ｓ４において、電動モータ３８が制御される。
Ｓ４の実行を、図８のルーチンで表す。
Ｓ２１において、アシスト機構２７（電動アシスト機構２４および液圧アシスト機構２４）の全体の剛性Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）が取得され、Ｓ２２において、タイヤの剛性Ｋｓａｔが取得され、Ｓ２３において、第２項Ｘ2
Ｘ2＝[Ｋｓａｔ／｛Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）｝]＊Ｘｒ
が取得される。第２項Ｘ2の値は、全体の剛性Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）とタイヤの剛性Ｋｓａｔとの比率に目標ピニオン回転角Ｘｒを掛けることによって取得される。
Ｓ２４において目標ピニオン回転角Ｘｒの変化値ΔＸｒ(n)が取得され、Ｓ２５において、位置関連値Ｄｉｒ(n)が取得される。位置関連値Ｄｉｒ(n)については後述する。Ｓ２６において、第３項Ｘ3が下式に従って取得される。
Ｘ3＝－[±Ｄｉｒ(n)＊ｆ／｛Ｋｔ＊（１＋Ａｇ）｝]
Ｓ２７において、トーションバー２３の捩れ角Ｘｔ、すなわち、第２項Ｘ2、第３項Ｘ3の和が取得され、Ｓ２８において、目標モータ回転角Ｘｍが取得される。Ｓ２９において、電動モータ３８の実際の回転角が目標モータ回転角Ｘｍに近づくように、電動モータ３８への供給電流が制御されるのである。
位置関連値Ｄｉｒ(n)は、図９のフローチャートに従って取得される。
Ｓ４１、４２において、保舵状態にあるか否かが判定される。具体的に、Ｓ４１において、Ｓ２４において取得された目標ピニオン回転角Ｘｒの変化値ΔＸｒ(n)の絶対値が設定値δより小さいか否かが判定される。設定値δは、運転者が操舵操作を行っていないと判定し得る値である。Ｓ４２において、Ｓ４１の判定がＹＥＳである回数が連続して設定回数以上になったか否かが判定される。Ｓ４２の判定がＹＥＳである場合には保舵状態であると判定されるが、Ｓ４１，４２のいずかの判定がＮＯである場合には、保舵状態ではないと判定される。
保舵状態でない場合には、Ｓ４３において、(10)式に従って仮位置関連値Ｄｉｒ(n)*が取得され、Ｓ４４、４５において、仮位置関連値Ｄｉｒ(n)*が１より大きいか否か、－１より小さいか否かが判定される。Ｓ４４，４５の両方の判定結果がＮＯである場合にはＳ４６において今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)は、(10)式に従って取得された仮位置関連値Ｄｉｒ(n)*、すなわち、－１以上、１以下の値とされる。それに対して、Ｓ４４の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ４７において今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)が１とされ、Ｓ４５の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ４８において今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)が－１とされる。
保舵状態である場合には、Ｓ４９において、前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)がほぼ０であるか否かが判定される。判定がＮＯである場合には、Ｓ５０において、前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)が０より大きいか否か、すなわち、符号が正か負かが判定される。正の値である場合には、Ｓ５１において、今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)は(10)式に従って演算するのではなく、前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)より設定値β小さい値とされる。今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)は前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)より絶対値が小さい値とされ、０に近づけられる。
Ｓ５０の判定がＮＯであり、符号が負である場合には、Ｓ５２において、今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)が前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)より設定値β大きい値とされる。今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)は前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)より絶対値が小さい値とされ、０に近づけられる。設定値βは、比較的小さい値であり、絶対値が１以下の値を０に近づけるための大きさとされる。
それに対して、Ｓ４９の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ５３において、今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)は０とされる。保舵状態にあり、Ｓ４１～５２が繰り返し実行されることにより、位置関連値Ｄｉｒ(n)が０に近づけられて、Ｓ４９の判定がＹＥＳになった場合、または、Ｓ４９が最初に実行された場合に前回の位置関連値Ｄｉｒ(n-1)が０近傍の値である場合には、Ｓ５３において、今回の位置関連値Ｄｉｒ(n)は０とされる。それにより、第３項Ｘ3は０とされるのである。
図１０に、本実施例のＬＴＡ制御において取得された目標ピニオン回転角Ｘｒ、第２項Ｘ2，第３項Ｘ3、目標モータ回転角Ｘｍを示す。図１０に示すように、目標モータ回転角Ｘｍは、ＬＴＡ制御における目標ピニオン回転角Ｘｒよりトージョンバー２３の捩れ角Ｘｔだけ絶対値が大きい値に決定される。このように、電動モータ３８が、ラックバー２０の移動に寄与しない電動モータ３８の回転角を考慮して制御されるため、ピニオンギヤ２８の実際の回転角を目標ピニオン回転角Ｘｒに近づけることができ、精度よく、左右前輪１２，１４の転舵角を制御することができる。
また、位置関連値Ｄｉｒ(n)用いることにより、目標ピニオン回転角Ｘｒの変化を抑制し、ハンチングが生じ難くすることができる。さらに、時間ｔ１において保舵状態であると検出されるが、その後、第３項Ｘ3が漸減させられて、時間ｔ２において０とされ、目標モータ回転角Ｘｍは目標ピニオン回転角Ｘｒとほぼ同じ値になる。その結果、切替し時の遅れを抑制すること等ができる。
以上のように、本実施例においては、操舵ＥＣＵ１００の図７のフローチャートで表されるＬＴＡ制御プログラムを記憶する部分、実行する部分等により電動モータ制御装置が構成される。そのうちの、Ｓ２７を記憶する部分、実行する部分等により捩れ角取得部が構成され、Ｓ３を記憶する部分、実行する部分等により目標ピニオン角決定部が取得され、Ｓ２８を記憶する部分、実行する部分等により目標モータ回転角決定部が構成される。また、Ｓ２２，２３を記憶する部分、実行する部分等により路面反力取得部が構成され、Ｓ２９を記憶する部分、実行する部分等により供給電流制御部が構成される。なお、右側車輪が右前輪に対応し、左側車輪が左前輪に対応する。
なお、電動アシスト機構２６において、電動モータ３８が減速機付きのものであり、電動モータ３８の回転速度が減速機によって減速されてトーションバー２３に加えられる場合があるが、その場合には、減速機付き電動モータ３８の出力軸の回転数とピニオンギヤ２８の回転数との差によってトーションバー２３が捩られる。減速機付き電動モータ３８の目標回転数である目標モータ回転角Ｘｍが、目標ピニオン回転角Ｘｒにトーションバー２３の捩れ角を加えることによって取得される。
また、位置関連値Ｄｉｒ(n)を用いることは不可欠ではなく、例えば、位置関連値Ｄｉｒ(n)の代わりに、目標ピニオン回転角を微分してローパスフィルタによって処理した後に、下限値－１と上限値１とで制限を加えることによって取得された値を用いることができる。
さらに、上記実施例において、ＬＴＡ制御の態様はあくまで一例であり、例えば、ＬＴＡ制御として、自車両ＶがレーンＹから外へ出ることがないように、左右前輪１２，１４が転舵される制御が行われるようにすることができる。
また、Ｋｓａｔ＊Ｘｒの値は、路面反力に対応する値であればよく、例えば、横力Ｆｙとすることができる。横力Ｆｙは、横加速度αｙに軸重Ｍを掛けて求めることができる。
Ｆｙ＝αｙ＊Ｍ
その他、本発明は、当業者の知識に基づいて変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
２０：ラックバー ２２；ギヤボックス ２３：トーションバー ２４：液圧アシスト装置 ２６：電動アシスト装置 ２８：ピニオンギヤ ３０：パワーシリンダ ３８：電動モータ １００：操舵ＥＣＵ １１０：回転角センサ １１２：車速センサ １１４：撮像装置
特許請求可能な発明
以下、特許請求可能な発明について説明する。
（１）車両の左側車輪と右側車輪とを連結し、トーションバーがステアリングギヤボックスを介して係合させられた転舵軸を移動させることにより、前記左側車輪と前記右側車輪とを転舵する転舵システムであって、
前記トーションバーの前記ステアリングギヤボックスより上流側の部分を回転させる電動モータを備えた電動転舵機構と、前記転舵軸に液圧による軸方向の移動力を付与する液圧転舵機構とを備えた転舵機構と、
前記転舵機構における摩擦力と、前記左側車輪のタイヤおよび前記右側車輪のタイヤと路面との間に作用する路面反力とに基づいて、前記電動モータを制御する電動モータ制御装置と
を含む転舵システム。
左側車輪のタイヤおよび右側車輪のタイヤと路面との間に作用する路面反力は、左側車輪のタイヤと路面との間に作用する左側車輪路面反力と右側車輪のタイヤと路面との間に作用する右側車輪路面反力との和である。
（２）前記電動モータ制御装置が、前記転舵機構における摩擦力と前記路面反力とに基づいて前記トーションバーの捩れ角を取得する捩れ角取得部を備え、前記捩れ角取得部によって取得された前記トーションバーの捩れ角に基づいて前記電動モータを制御する(1)項に記載の転舵システム。
（３）ギヤボックスが、ラックアンドピニオン機構を備え、
前記トーションバーが、ピニオンギヤに一体的に回転可能に連結され、前記ピニオンギヤが、前記ギヤボックスにおいて前記転舵軸であるラックバーの歯部に噛み合わされ、
前記電動モータ制御装置が、
前記車両の状態に基づいて前記ピニオンギヤの目標回転角である目標ピニオン回転角を決定する目標ピニオン回転角決定部と、
前記電動モータの実際の回転角が前記電動モータの目標回転角である目標モータ回転角に近づくように前記電動モータへの供給電流を制御する電流制御部と、
前記目標モータ回転角を、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角に、前記捩れ角取得部によって取得された前記トーションバーの捩れ角を加えた値に決定する目標モータ回転角決定部と
を含む(2)項に記載の転舵システム。
目標ピニオン回転角は、例えば、車両の走行状態に基づいて、走行支援プログラムの実行により決まる値としたり、運転者による操舵操作部材の操作状態に基づいて決まる値としたりすること等ができる。
（４）前記電動モータ制御装置が、前記ピニオンギヤが、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角回転させられた場合の前記路面反力を、前記転舵機構の剛性と、前記左側車輪のタイヤの剛性と前記右側車輪のタイヤの剛性との和であるタイヤの剛性と、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角とに基づいて取得する路面反力取得部を含む(3)項に記載の転舵システム。
（５）前記路面反力取得部が、前記転舵機構の剛性を、前記転舵軸に加えられる軸方向の力である軸力に基づいて取得する第１剛性取得部と、前記タイヤの剛性を、前記車両に作用する横加速度剛性に基づいて取得する第２剛性取得部とを含む(4)項に記載の転舵システム。
（６）前記電動モータ制御装置が、前記転舵機構の摩擦力の前記トーションバーの捩れ角への寄与分を、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角の変化が小さい場合は大きい場合より小さくする(3)項ないし(5)項のいずれか１つに記載の転舵システム。
（７）前記電動モータ制御装置が、前記寄与分を、前記摩擦力に前記ラックバーの位置に関する値である位置関連値を掛けた値に基づいて取得する捩れ角寄与分演算部と、前記位置関連値を、前記目標ピニオン回転角の変化を積算することによって取得された値であって、－１以上、１以下の値に制限された値とする位置関連値取得部とを含む(6)項に記載の転舵システム。
（８）前記電動モータ制御装置が、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角の変化量の絶対値が設定値以下である状態が設定時間以上継続した場合に、前記寄与分を減少させる(6)項または(7)項に記載の転舵システム。
保舵状態、すなわち、目標ピニオン回転角がほぼ一定である状態が設定時間以上継続した場合には、摩擦力の寄与分を０にしたり、摩擦力の寄与分を漸減させたりすること等ができる。
（９）前記目標モータ回転角決定部が、前記目標モータ回転角Ｘｍを、式
Ｘｍ＝Ｘｒ＋(Ｋｓａｔ＊Ｘｒ）／[Ｋｔ(１＋Ａｇ)]－[±ｆ／[Ｋｔ(１＋Ａｇ)]]
Ｘｒ：前記目標ピニオン回転角
Ｋｓａｔ：前記左側車輪のタイヤの剛性と前記右側車輪のタイヤの剛性との和
Ｋｔ：前記転舵機構の剛性
ｆ：前記転舵機構の摩擦力
に従って決定するものである(3)項ないし(8)項のいずれか１つに記載の転舵システム。
上式における(Ｋｓａｔ＊Ｘｒ）／[Ｋｔ(１＋Ａｇ)]－[±ｆ／[Ｋｔ(１＋Ａｇ)]]は、トーションバーの捩れ角に対応する。
（１０）前記転舵機構が、操舵操作部材の操作によることなく、前記転舵軸を軸方向に移動させることにより、前記左側車輪と前記右側車輪とを転舵させる自動転舵機構であり、
前記電動モータ制御装置が、前記転舵機構の構成要素である前記電動モータを制御することにより、前記左側車輪と右側車輪との転舵角を自動で制御する自動転舵制御部を含む(1)項ないし(9)項のいずれか１つに記載の転舵システム。
転舵機構２７は自動転舵機構の一例である。また、自動転舵制御部による自動転舵制御として、例えば、ＬＴＡ制御等が該当する。
（１１）左側車輪と右側車輪とを連結し、トーションバーがステアリングギヤボックスを介して係合させられた転舵軸を移動させることにより、前記左側車輪と前記右側車輪とを転舵する転舵システムであって、
前記トーションバーの前記ステアリングギヤボックスより上流側の部分を回転させる電動モータを備えた電動転舵機構と、
前記トーションバーの捩れ角に基づいて前記電動モータを制御する電動モータ制御装置と
を含む転舵システム。
本項に記載の転舵システムには、(1)項ないし(10)項のいずれかに記載の技術的特徴を採用することができる。

Claims (7)

  1. 車両の左側車輪と右側車輪とを連結し、トーションバーがステアリングギヤボックスを介して係合させられた転舵軸を移動させることにより、前記左側車輪と前記右側車輪とを転舵する転舵システムであって、
    前記トーションバーの前記ステアリングギヤボックスより上流側の部分を回転させる電動モータを備えた電動転舵機構と、前記転舵軸に液圧による軸方向の移動力を付与する液圧転舵機構とを備えた転舵機構と、
    前記転舵機構における摩擦力と、前記左側車輪のタイヤおよび前記右側車輪のタイヤと路面との間に作用する路面反力とに基づいて、前記電動モータを制御する電動モータ制御装置と
    を含む転舵システム。
  2. 前記電動モータ制御装置が、前記転舵機構における摩擦力と前記路面反力とに基づいて前記トーションバーの捩れ角を取得する捩れ角取得部を備え、前記捩れ角取得部によって取得された前記トーションバーの捩れ角に基づいて前記電動モータを制御する請求項１に記載の転舵システム。
  3. ギヤボックスが、ラックアンドピニオン機構を備え、
    前記トーションバーが、ピニオンギヤに一体的に回転可能に連結され、
    前記ピニオンギヤが、前記ギヤボックスにおいて前記転舵軸であるラックバーの歯部に噛み合わされ、
    前記電動モータ制御装置が、
    前記車両の状態に基づいて前記ピニオンギヤの目標回転角である目標ピニオン回転角を決定する目標ピニオン回転角決定部と、
    前記電動モータの実際の回転角が前記電動モータの目標回転角である目標モータ回転角に近づくように前記電動モータへの供給電流を制御する電流制御部と、
    前記目標モータ回転角を、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角に、前記捩れ角取得部によって取得された前記トーションバーの捩れ角を加えた値に決定する目標モータ回転角決定部と
    を含む請求項２に記載の転舵システム。
  4. 前記電動モータ制御装置が、前記ピニオンギヤが前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角回転させられた場合の前記路面反力を、前記転舵機構の剛性と、前記左側車輪のタイヤの剛性と前記右側車輪のタイヤの剛性との和であるタイヤの剛性と、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角とに基づいて取得する路面反力取得部を含む請求項３に記載の転舵システム。
  5. 前記電動モータ制御装置が、前記転舵機構の摩擦力の前記トーションバーの捩れ角への寄与分を、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角の変化が小さい場合は大きい場合より小さくする請求項３または４に記載の転舵システム。
  6. 前記電動モータ制御装置が、前記目標ピニオン回転角決定部によって決定された前記目標ピニオン回転角の変化量の絶対値が設定値以下である状態が設定時間以上継続した場合に、前記寄与分を減少させる請求項５に記載の転舵システム。
  7. 前記目標モータ回転角決定部が、前記目標モータ回転角Ｘｍを、式
    Ｘｍ＝Ｘｒ＋(Ｋｓａｔ＊Ｘｒ）／[Ｋｔ(１＋Ａｇ)]－[±ｆ／[Ｋｔ(１＋Ａｇ)]]
    Ｘｒ：前記目標ピニオン回転角
    Ｋｓａｔ：前記左側車輪のタイヤの剛性と前記右側車輪のタイヤの剛性との和であるタイヤの剛性
    Ｋｔ：前記転舵機構の剛性
    ｆ：前記転舵機構の摩擦力
    に従って決定するものである請求項３ないし６のいずれか１つに記載の転舵システム。
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