WO2021157610A1

WO2021157610A1 - ステアバイワイヤの操舵入力装置

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Publication number: WO2021157610A1
Application number: PCT/JP2021/003925
Authority: WO
Inventors: 泰仁中岫; 木村　誠; 華軍劉; 敦士平田
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2021-08-12
Also published as: JPWO2021157610A1; CN115038635A; JP7204959B2; US12091101B2; US20230059965A1; DE112021000847T5

Abstract

本発明に係るステアバイワイヤの操舵入力装置は、操舵輪と機械的に分離されている操舵軸と、操舵軸に対し操舵負荷を付与する反力モータと、操舵軸の回転を規制するロック機構と、操舵軸の操作量を検出して操作量信号を出力する操舵量センサと、コントローラと、を備え、コントローラは、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられた後、反力モータが発生する反力トルクを増大させ、更に、反力トルクが増大した後、ロック機構をロック状態に切換える。これにより、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられたときに、ステアリングホイールと操舵輪の位相ずれが生じることを抑えながら、運転者の操舵時の違和感を抑制できる。

Description

ステアバイワイヤの操舵入力装置

　本発明は、ステアバイワイヤの操舵入力装置に関する。

　特許文献１のステアバイワイヤシステムは、ロック作動時に操舵装置の回転を規制する第１ロック装置と、ロック作動時に操舵輪の操舵を規制する第２ロック装置と、操舵装置の回転角度を検出する第１角度センサと、操舵輪の操舵角度を検出する第２角度センサと、イグニッションスイッチの状態及び回転角度と操舵角度との角度差に基づいて、第１及び第２ロック装置の作動状態を含む車両の状態を制御する制御装置とを備え、制御装置は、イグニッションスイッチがＯＦＦされた場合、第１及び第２ロック装置をロック作動させた後に車両の電源をオフし、イグニッションスイッチがＯＮされた場合、電源をオンして角度差を取得し、角度差が所定値以下であれば第１及び第２ロック装置のロックを解除して正常起動処理を実行し、角度差が所定値を超えれば車両機能が制限されるフェールセーフ処理を実行する。

特開２０１９－０９８８１０号公報

　ところで、ステアバイワイヤシステムにおいて、イグニッションスイッチなどの車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられたときに、反力モータなどの操舵反力アクチュエータの電源を切ると、ステアリングホイールが、位置によっては自重で自由回転し、次に車両の起動スイッチがオンされたときに、ステアリングホイールの操舵量と操舵輪の舵角とにずれ（以下、位相のずれという）が生じ、係るずれが修正されるまでの間、車両の走行が制限されてしまうという問題があった。
　また、操舵反力アクチュエータの電源を切られると、操舵反力が無くなることで、運転者に違和感を与えるという問題があった。

　本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられたときに、ステアリングホイールと操舵輪の位相ずれが生じることを抑えながら、運転者の操舵時の違和感を抑制できる、ステアバイワイヤの操舵入力装置を提供することにある。

　本発明によれば、その１つの態様において、ステアバイワイヤの操舵入力装置は、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられた後、反力モータが運転者による操舵操作に抗する反力トルクを増大させ、更に、前記反力トルクが増大した後、操舵軸の回転を規制するロック機構を非ロック状態からロック状態に切換える。

　本発明によれば、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられたときに、ステアリングホイールと操舵輪の位相ずれが生じることを抑えながら、運転者の操舵時の違和感を抑制できる。

ステアバイワイヤ操舵システムの構成図である。操舵軸ロック機構の非ロック状態を示す図である。操舵軸ロック機構のロック状態を示す図である。操舵輪ロック機構を示す断面図である。操舵反力アクチュエータの概略構成図である。コントローラの機能ブロック図である。停止制御の処理手順を示すフローチャートである。停止制御における反力トルクの変化を示すタイムチャートである。起動制御の処理手順を示すフローチャートである。

　以下、本発明に係るステアバイワイヤの操舵入力装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。
　図１は、自動車などの車両１００に備えられるステアバイワイヤ操舵システム２００の一態様を示す構成図である。

　ステアバイワイヤ操舵システム２００は、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒ（例えば、前輪）とが機械的に分離して構成された操舵システムであり、操舵入力装置３００と操舵アクチュエータ装置４００とを備える。
　操舵アクチュエータ装置４００は、操舵輪２Ｌ，２Ｒに操舵力を付与する操舵アクチュエータ４１０と、アクチュエータ駆動回路としてのアクチュエータ制御装置４２０とを備え、操舵アクチュエータ４１０は、操舵力を発生させる操舵モータ４１１（換言すれば、操舵用電動モータ）、及び、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を規制する操舵輪ロック機構４１２を備える。

　そして、アクチュエータ制御装置４２０は、ステアリングホイール１の操作量に関する電気信号である操作量信号ＭＳ（換言すれば、舵角指令信号）を操舵入力装置３００から取得し、取得した操作量信号ＭＳに基づき操舵モータ４１１を駆動制御して操舵力を発生させ、操舵輪２Ｌ，２Ｒを操舵する。
　また、操舵輪ロック機構４１２は、操舵入力装置３００が備えるコントローラ３５０からの操舵輪ロック制御信号TLCSに応じて、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を規制する（換言すれば、操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を固定する）ロック状態と、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を許容する（換言すれば、操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を変更可能とする）非ロック状態とに切換えられる。

　係る操舵アクチュエータ装置４００において、操舵モータ４１１の回転は、ボールねじなどによって直線運動に変換され、これによりステアリングロッド１１０が車両１００の左右方向に動き、ステアリングロッド１１０が左右に動くことでリンク機構によって操舵輪２Ｌ，２Ｒが操舵される。
　そして、操舵輪ロック機構４１２は、操舵モータ４１１の出力軸の回転やステアリングロッド１１０の左右の動きなどを規制することで、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵（換言すれば、舵角変化）を規制する。

　操舵入力装置３００は、操舵軸３１０、操舵反力アクチュエータ３２０、操舵軸ロック機構３３０、操舵量センサ３４０、コントローラ３５０を備える。
　操舵軸３１０は、ステアリングホイール１の回転に伴い回転可能に設けられ、操舵輪２Ｌ，２Ｒと機械的に分離されている。

　操舵反力アクチュエータ３２０は、操舵軸３１０（ステアリングホイール１）に対し、ブレシレスＤＣモータなどの反力モータ３２１を用いて操舵負荷（操舵反力）を付与するデバイスであり、反力モータ３２１の他、図示を省略したトルクダンパ、操舵角制限機構、減速機などを備える。
　操舵軸ロック機構３３０は、操舵軸３１０の回転を規制する機構であり、コントローラ３５０からの操舵軸ロック制御信号SLCSに応じて、操舵軸３１０の回転を規制する（換言すれば、操舵軸３１０の角度を固定する）ロック状態と、操舵軸３１０の回転を許容する（換言すれば、操舵軸３１０の角度を変更可能とする）非ロック状態とに切換えられる。

　コントローラ３５０は、ＭＰＵ（Microprocessor Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むマイクロコンピュータ３５１を主体とする電子制御装置であり、制御アプリケーションプログラムにしたがって、操舵アクチュエータ４１０と操舵反力アクチュエータ３２０とを協調制御する。
　ステアバイワイヤ操舵システム２００では、運転者がステアリングホイール１を操舵操作することで発生する操舵トルクと、操舵反力アクチュエータ３２０が発生する操舵反力との差分トルクによってステアリングホイール１が回される。

　そして、係る操舵操作による操舵軸３１０の回転角（換言すれば、操舵角）が、角度センサである操舵量センサ３４０で検出され、操作量信号ＭＳとして操舵アクチュエータ装置４００に送信され、操舵アクチュエータ装置４００は、操作量信号ＭＳに応じて操舵アクチュエータ４１０を用いた位置制御を行う。
　また、コントローラ３５０は、操舵アクチュエータ４１０の位置情報などに基づき目標操舵反力（換言すれば、目標操舵負荷）を演算し、演算した目標操舵反力に基づき反力モータ３２１のトルク制御を行い、更に、操舵軸ロック機構３３０及び操舵輪ロック機構４１２について、ロック状態と非ロック状態とに切換える制御を行う。

　次に、前述した操舵軸ロック機構３３０及び操舵輪ロック機構４１２の構造を説明する。
　操舵軸ロック機構３３０としては、例えば、ピン係合式やブレーキ式のロック機構を採用できる。

　図２及び図３は、ピン係合式とした操舵軸ロック機構３３０の一態様を示す図であり、図２は非ロック状態を示し、図３はロック状態を示す。
　図２及び図３に示す操舵軸ロック機構３３０は、ラックギヤ３３１が形成された可動ピン３３２、ラックギヤ３３１と噛み合うピニオンギヤ３３３、ピニオンギヤ３３３を回転駆動するモータ３３４、操舵軸３１０の外周に設けたストッパーギヤ３３５からなる。

　ラックギヤ３３１及びピニオンギヤ３３３は、モータ３３４の出力軸の回転力を可動ピン３３２の直線運動に変換し、可動ピン３３２は、操舵軸３１０の径方向を軸方向として、軸方向に移動可能に支持される。
　そして、可動ピン３３２が、図２に示すように、ストッパーギヤ３３５と係合しない退避位置にあるときは、可動ピン３３２が操舵軸３１０の回転を規制しない非ロック状態となる。

　上記の非ロック状態から、モータ３３４を可動ピン３３２が操舵軸３１０に近づく方向に回転駆動させ、図３に示すように、可動ピン３３２の先端がストッパーギヤ３３５の歯で挟まれる挿入溝３３５ａに入ると、操舵軸３１０の回転に対して可動ピン３３２の先端部の側面とストッパーギヤ３３５の歯とが当接して、操舵軸３１０の回転が規制されるロック状態となる。
　なお、操舵軸ロック機構３３０をブレーキ式とする場合、例えば、モータの回転で直線運動するピンによってブレーキパッドを操舵軸３１０の外周面に押し当てることで、操舵軸３１０の回転を規制するロック状態とする機構とすることができる。

　また、操舵輪ロック機構４１２も、図２，３に示したピン係合式ロック機構や、ブレーキ式ロック機構とすることができ、更に、ブレーキ式の一態様としてクラッチ機構を用いて操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を規制する構造を採用できる。
　図４は、操舵輪ロック機構４１２の一態様として、操舵アクチュエータ４１０が操舵モータ４１１、及び、クラッチ機構を用いる操舵輪ロック機構４１２を一体的に備える構造を示す。

　なお、図４に示したクラッチ機構は、操舵輪ロック機構４１２として用いられるとともに、操舵モータ４１１を停止させるときなどに制動をかける電磁ブレーキとしても用いられる。
　図４の操舵アクチュエータ４１０において、操舵モータ４１１は、ロータ４１１ａ、ステータコイル４１１ｂ、及び出力軸４１１ｃを備え、操舵輪ロック機構４１２は、クラッチ機構４５０を備える。

　また、出力軸４１１ｃの端部に設けた磁石４３１と、磁石４３１に対向して配置した磁気センサ素子４３２との組み合わせは、出力軸４１１ｃの回転角を検出するモータ角センサ４３３を構成する。
　クラッチ機構４５０は、プレート４５１、ステータ４５２を含む固定部と、ロータ４５３、アーマチュア４５４を含む可動部とからなり、ロータ４５３、アーマチュア４５４は、出力軸４１１ｃの軸方向に移動可能で、出力軸４１１ｃと一体に回転するように設けられている。
　ステータ４５２は、コイル４５２ａ及びトルクスプリング４５２ｂを備える。

　コイル４５２ａへの通電を遮断したオフ状態では、トルクスプリング４５２ｂがアーマチュア４５４及びロータ４５３をプレート４５１に向けて押圧することで、ロータ４５３がプレート４５１に密着して、ロータ４５３及び出力軸４１１ｃの回転が規制されるクラッチ締結状態になり、結果、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を規制するロック状態になる。
　一方、コイル４５２ａに通電するオン状態では、アーマチュア４５４がトルクスプリング４５２ｂの付勢力に抗してステータ４５２に引き寄せられるため、ロータ４５３がプレート４５１から解放されて回転可能（換言すれば、クラッチ解放状態）になり、結果、出力軸４１１ｃの回転が許容され、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を許容する非ロック状態になる。

　ところで、反力モータ３２１がブレシレスＤＣモータである場合、反力モータ３２１の駆動制御に用いるモータ回転角センサを設け、更に、運転者によるステアリングホイール１の操作量を検出するための操舵量センサ３４０を、モータ回転角センサとは別に設けることができる。
　但し、モータ回転角センサを、操舵量センサ３４０としても用い、モータ回転角センサの出力信号を操作量信号ＭＳとして、運転者によるステアリングホイール１の操作量を検出するシステムとすれば、専用の操舵量センサを省略して、ステアバイワイヤ操舵システム２００の大型化、複雑化を抑制することができる。

　図５は、モータ回転角センサを含む操舵反力アクチュエータ３２０の概略構成図である。
　ブレシレスＤＣモータである反力モータ３２１は、ロータ３２１ａと、ステータコイル３２１ｂと、ロータ３２１ａの回転角を検出するモータ回転角センサ３２１ｃとを含む。

　角度センサであるモータ回転角センサ３２１ｃは、例えば、ロータ３２１ａと一体に回転する磁石３２１ｃ１と、磁石３２１ｃ１による磁界変化を検出してアナログ出力する磁気センサ素子３２１ｃ２とからなる。
　ここで、コントローラ３５０は、モータ回転角センサ３２１ｃの出力に基づき反力モータ３２１を駆動制御し、また、操舵アクチュエータ装置４００は、モータ回転角センサ３２１ｃの出力信号を操作量信号ＭＳとして取得して（換言すれば、モータ回転角センサ３２１ｃを操舵量センサ３４０として用いて）、操舵アクチュエータ４１０を制御する。

　ところで、コントローラ３５０は、通常の操舵反力制御に加え、車両１００の起動スイッチがオン状態からオフ状態に切換えられたとき、及び、オフ状態からオン状態に切換えられたときに、操舵反力を通常よりも増大させる制御を実施する。
　以下では、係る操舵反力の制御機能を詳細に説明する。

　図６は、コントローラ３５０の機能ブロック図である。
　コントローラ３５０のマイクロコンピュータ３５１は、操作量信号送信部３５２、反力指令信号生成部３５３、ロック機構制御部３５４、停止制御実行部３５５、位相調整部３５６、及び起動制御実行部３５７としての機能をソフトウェアとして備える。

　操作量信号送信部３５２は、操舵量センサ３４０の操作量信号ＭＳを、操舵アクチュエータ装置４００のアクチュエータ制御装置４２０に送信する。
　反力指令信号生成部３５３は、操作量信号ＭＳなどに基づき反力モータ３２１を駆動制御するための信号である反力指令信号（換言すれば、反力モータ駆動信号）を生成し、生成した反力指令信号を反力モータ３２１に出力する。

　反力モータ３２１は、反力指令信号に応じて、運転者による操舵操作に抗する反力トルクを操舵軸３１０に付与する。
　ロック機構制御部３５４は、操舵軸ロック機構３３０及び操舵輪ロック機構４１２を、ロック状態と非ロック状態とに切換え制御する。

　停止制御実行部３５５は、車両１００の起動スイッチ５１０がオン状態からオフ状態に切換えられた後、反力モータ３２１が発生する反力トルク（換言すれば、保持トルク、或いは、フリクショントルク）を増大させ、反力トルクが増大した後、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換え、更に、操舵軸ロック機構３３０をロック状態に切換えた後、操舵輪ロック機構４１２を非ロック状態からロック状態に切換える、停止制御を実行する。
　なお、起動スイッチ５１０は、イグニッションスイッチ、アクセサリスイッチ、又は、ハイブリッド車や電動自動車などのスタートスイッチなどを含む。

　位相調整部３５６は、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれを小さくするように、操作量信号ＭＳに基づき操舵アクチュエータ装置４００の操舵モータ４１１を制御する。
　起動制御実行部３５７は、起動スイッチ５１０がオン状態に切換えられた後、反力トルクを増大させ、その後、操舵軸ロック機構３３０が、ロック状態から非ロック状態に切換えられた後、反力トルクを減少させる。

　図７は、起動スイッチ５１０がオン状態からオフ状態に切換えられたときのコントローラ３５０（停止制御実行部３５５）の処理手順を示すフローチャートである。
　なお、コントローラ３５０及びアクチュエータ制御装置４２０は、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後も所定の処理が終了するまでは電源供給が継続され、所定の処理が終了した後に電源供給を自己遮断するセルフシャットオフ機能を有している。

　コントローラ３５０は、まず、ステップＳ１００１で、車両１００の運転者によって起動スイッチ５１０がオン状態からオフ状態に切換えられたか否かを判断する。
　そして、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられると、コントローラ３５０は、ステップＳ１００２に進み、車速センサ５２０が検出する車両１００の速度［km/h］（以下、車速ＶＳという）が所定値ＶＳth以下であるか否かを判断する。

　ここで、車速ＶＳが所定値ＶＳth以下である状態とは、車両１００が略停止している状態であって、操舵が不要と推定される条件である。
　起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後に車両１００が下り坂などを惰性で走行し、車速ＶＳが所定値ＶＳthを超えるときは、運転者によるステアリングホイール１の操作（操舵操作）によって車両１００の走行軌跡をコントロールすることが必要になる。

　このような惰性走行の状況で、停止制御実行部３５５によって、操舵操作に対する反力トルクを増大させたり、操舵軸ロック機構３３０や操舵輪ロック機構４１２を作動させたりすることは、運転者による操舵操作を妨げることになり、車両１００の走行安全上好ましくない。
　そこで、車速ＶＳが所定値ＶＳthを超える場合、コントローラ３５０は、停止制御実行部３５５による停止制御、つまり、反力トルクの増大やロック操作を実施せずに、運転者による通常の操舵操作を継続して可能とすることで、車両１００の走行安全性の向上を図る。

　なお、上記のように、停止制御実行部３５５が車速ＶＳに応じて停止制御を実施する場合、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後も、コントローラ３５０が車速センサ５２０から車速信号を継続して取得できるシステムとする。
　一方、車速ＶＳが所定値ＶＳth以下であって車両１００が略停止している場合、運転者の操舵操作の必要性は十分に小さく、停止制御実行部３５５による停止制御を実施できることになる。

　そこで、車速ＶＳが所定値ＶＳth以下である場合、コントローラ３５０は、ステップＳ１００３以降に進み、停止制御実行部３５５による操舵入力装置３００の停止制御を実施する。
　コントローラ３５０は、ステップＳ１００３で、反力モータ３２１による反力トルク（換言すれば、保持トルク又はフリクショントルク）を増大させ、運転者がステアリングホイール１を回転させづらい状態にする。

　つまり、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられたことで、コントローラ３５０は、最終的には操舵軸ロック機構３３０を作動させて、操舵軸３１０さらにはステアリングホイール１をロックするが、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた直後は操舵軸ロック機構３３０をロック状態とせず、反力トルクを通常よりも大きくした期間を経て操舵軸ロック機構３３０を作動させる。

　係る構成によれば、運転者が起動スイッチ５１０をオフ状態に切換えても、直ちにステアリングホイール１がロックされることがないので、運転者の操舵違和感を抑制できる。
　また、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後に反力トルクを増大させることで、ステアリングホイール１の容易な回転が抑制されるため、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相関係がずれることを抑制できる。

　図８は、ステップＳ１００３の処理による反力トルクの増大変化の一態様を示す。
　コントローラ３５０は、ステップＳ１００３で、反力モータ３２１による反力トルクを増大させるときに、反力トルクを漸増させる。
　これにより、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後に、運転者がステアリングホイール１を握り続けている場合であっても、反力トルクが一挙に増大せずに徐々に増大するため、運転者の操舵違和感を可及的に小さくできる。

　また、コントローラ３５０は、起動スイッチ５１０のオフ操作に基づき、ステップＳ１００３で反力トルクを増大させるときに、反力指令信号生成部３５３が生成する反力指令信号に応じた反力トルク（換言すれば、通常の反力トルク）から低下させることなく、つまり、反力指令信号生成部３５３が生成する反力指令信号に応じた通常の反力トルクを初期値として、反力トルクを増大させる。
　係る構成とすれば、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられたときに、反力トルクが一旦抜けるような操作感覚になることを抑止でき、更に、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相関係がずれることを抑制できる。

　また、コントローラ３５０は、ステップＳ１００３で反力トルクを増大させるときに、所定の反転トルクである停止制御時反力トルク（換言すれば、所定の目標反力トルク）以上に反力トルクを増大させ、反力トルクが停止制御時反力トルク以上の状態で、操舵軸ロック機構３３０を作動させて操舵軸３１０さらにはステアリングホイール１をロックする。
　ここで、停止制御時反力トルクは、一般的な運転者がステアリングホイール１を回転させづらい反力トルクである。

　係る構成とすれば、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相関係がずれることを抑制できる。
　なお、反力トルクを増大させる処理においては、停止制御時反力トルク以上に設定される上限反力トルクを設定し、コントローラ３５０は、反力トルクが上限反力トルクに達した後は、反力トルクを上限反力トルクに維持することができる。

　コントローラ３５０は、次のステップＳ１００４で、位相調整部３５６によって、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれが増大しないように、操作量信号ＭＳに基づき操舵アクチュエータ装置４００を制御する。
　これにより、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後であっても、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれを小さく維持した状態で、操舵軸ロック機構３３０を作動させて操舵軸３１０さらにはステアリングホイール１をロックすることができる。
　したがって、車両１００が再起動されたときに、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれが小さい状態で、車両１００の走行を開始することができる。

　ここで、位相調整部３５６は、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれを小さく維持する位相調整制御を実行するときに、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵角速度（換言すれば、操舵角の変化速度）が所定値（換言すれば、上限速度）を超えないように、操舵アクチュエータ４１０を駆動制御する。
　これにより、位相調整制御に伴って操舵輪２Ｌ，２Ｒが急激に操舵されることで、タイヤと路面との摩擦音などの異音や車両１００の揺れが発生することを抑止できる。

　なお、車両１００の起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後であって、反力トルクを増大させる制御中（換言すれば、反力トルクの増大中）において、操舵操作が行われたときに、操作量信号送信部３５２が操舵アクチュエータ装置４００に対し操作量信号ＭＳを送信するよう構成し、操舵アクチュエータ装置４００において、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれを小さく維持する制御を行わせることができる。
　この場合も、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれを小さく維持した状態で、操舵軸３１０をロックすることができ、車両１００が再起動されたときに、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれが小さい状態で、車両１００の走行を開始することができる。

　次いで、コントローラ３５０は、ステップＳ１００５に進み、反力トルクを増大し始めてからの経過時間ＥＴが所定時間Ｔthに達しているか否か、つまり、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換える条件が成立しているか否かを判断する。
　上記の所定時間Ｔthは、少なくとも反力トルクが停止制御時反力トルク以上になっていると推定できる時間に設定される。

　そして、経過時間ＥＴが所定時間Ｔth未満である場合、コントローラ３５０は、ステップＳ１００３に戻って、反力トルクの増大制御を継続させる。
　一方、経過時間ＥＴが所定時間Ｔth以上である場合、コントローラ３５０は、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換える条件が成立していると判断し、ステップＳ１００６に進み、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換える。

　つまり、コントローラ３５０は、反力トルクを増大し始めてから所定時間経過後に、操舵軸ロック機構３３０をロック状態に切換える。
　上記のように、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えるタイミングを、タイマによる計時に基づき判断する構成であれば、コントローラ３５０の制御が簡便となる。

　なお、コントローラ３５０は、タイマによる計時に基づき操舵軸ロック機構３３０をロック状態に切換える代わりに、ステップＳ１００５で運転者による操舵操作があるか否かを操作量信号ＭＳに基づき判断し、運転者による操舵操作が無いと判断したときに、ステップＳ１００６に進み、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えることができる。
　係る構成であれば、起動スイッチ５１０がオフ状態に切換えられた後であっても、運転者の操舵操作中は、操舵軸ロック機構３３０をロック状態に切換えないため、運転者の操舵違和感を少なくできる。

　また、コントローラ３５０は、ステップＳ１００５で、車両１００のドアが非ロック状態からロック状態に切換えられたか否か、つまり、車両１００のドアが施錠されたか否かを判断し、ドアが施錠されたときに、ステップＳ１００６に進んで、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えることができる。
　なお、コントローラ３５０は、車両１００のドアロックを制御するＢＣＭ（ボディコントロールモジュール）６１０からドア施錠・解除に関する情報を取得する。

　また、ＢＣＭ６１０が、ドアロック施錠及び解除用のリモートコントローラー６２０（リモコンキー）からドア施錠・解除の操作信号を無線通信で受けてドアロックを制御する、ドアロックシステムが公知である。
　係るドアロックシステムが採用されている場合、コントローラ３５０は、ステップＳ１００５で、リモートコントローラー６２０が車両１００から所定距離離れたか否か（換言すれば、作動範囲から外れたか否か）を判断し、リモートコントローラー６２０が車両１００から所定距離離れたときに、ステップＳ１００６に進んで、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えることができる。

　車両１００のドアが施錠された状態、若しくは、リモートコントローラー６２０が車両１００から所定距離離れた状態は、車両１００の運転席に運転者が座っておらず、ステアリングホイール１を握っていない状態であると推定できる状態である。
　したがって、コントローラ３５０が、上記条件に基づき操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えても、運転者の操舵違和感を生じさせることにはならない。

　コントローラ３５０は、ステップＳ１００６で操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えた後、ステップＳ１００７に進み、反力モータ３２１による反力トルクを、停止制御時反力トルクよりも小さい値に低下させる。
　操舵軸ロック機構３３０がロック状態に切換えられ、操舵軸３１０が機械的にロックされた後は、反力トルクを発生させる必要性がないため、反力モータ３２１による反力トルクを低下させることで、反力モータ３２１の消費電力を低減することができる。
　なお、反力モータ３２１による反力トルクを、停止制御時反力トルクよりも小さい値に低下させる処理には、反力モータ３２１への通電を遮断する処理が含まれる。

　次いで、コントローラ３５０は、ステップＳ１００８に進み、操舵輪ロック機構４１２を非ロック状態からロック状態に切換え、操舵輪２Ｌ，２Ｒの操舵を規制するように、換言すれば、操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を機械的にロックするように、操舵輪ロック機構４１２を作動させる。
　つまり、コントローラ３５０は、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えた後、操舵輪ロック機構４１２を非ロック状態からロック状態に切換える。

　操舵軸ロック機構３３０の非ロック状態では、運転者によるステアリングホイール１の操舵操作に合わせて操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を変更する必要がある。
　そこで、操舵軸ロック機構３３０をロック状態に切換えた後に操舵輪ロック機構４１２をロック状態に切換えることで、ステアリングホイール１の操舵操作が行われたときは、係る操舵操作に合わせて操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を追従させることができるようにする。

　なお、コントローラ３５０は、操舵軸ロック機構３３０をロック状態に切換えた後、操舵操作に合わせて操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を追従させる位相調整制御を継続し、位相ずれが所定値以下になった後に、操舵輪ロック機構４１２をロック状態に切換えることができる。
　コントローラ３５０は、操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態からロック状態に切換えた後、操舵輪ロック機構４１２を非ロック状態からロック状態に切換えると、ステップＳ１００９に進み、操舵入力装置３００及び操舵アクチュエータ装置４００への電源供給を遮断する。

　以上は、コントローラ３５０の停止制御実行部３５５によって実行される、車両１００の起動スイッチ５１０がオン状態からオフ状態に切換えられたときの反力トルク及びロック機構３３０，４１２の制御である。
　更に、コントローラ３５０は、車両１００の起動スイッチ５１０がオフ状態からオン状態に切換えられたときに、反力トルク及びロック機構３３０，４１２などを制御する、起動制御実行部３５７の機能をソフトウェアとして備える。

　図９のフローチャートは、起動スイッチ５１０がオフ状態からオン状態に切換えられたときのコントローラ３５０（起動制御実行部３５７）の処理手順を示すフローチャートである。
　コントローラ３５０は、起動スイッチ５１０がオフ状態からオン状態に切換えられて起動すると、ステップＳ２００１で、反力モータ３２１による反力トルクを、起動制御時反力トルク（換言すれば、起動制御時における目標反力トルク）以上にまで増大させる。

　ここで、起動制御時反力トルクは、通常の反力トルクよりも高い所定の反転トルクであり、停止制御時反力トルクと同等とすることができる。
　なお、コントローラ３５０が、例えば、車両１００のドアロックの解除に基づき起動されるよう構成することができ、その場合、ドアロックの解除に基づき起動したコントローラ３５０が、図９のフローチャートに示す処理手順を実行することができる。

　次いで、コントローラ３５０は、ステップＳ２００２に進み、操舵輪ロック機構４１２をロック状態から非ロック状態に切換え、操舵輪２Ｌ，２Ｒのロック状態を解除する。
　なお、操舵アクチュエータ装置４００は、操作量信号ＭＳに応じて操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を制御するので、ステップＳ２００２で、操舵輪ロック機構４１２を非ロック状態に切換えても、操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角はフリーにはならない。

　コントローラ３５０は、反力トルクを増大させた後、操舵輪ロック機構４１２を非ロック状態に切換えると、その後、ステップＳ２００３に進み、操舵アクチュエータ装置４００を舵角キャリブレーションモードに設定する。
　舵角キャリブレーションモードとは、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれを小さくするように操舵モータ４１１を駆動制御するモード、つまり、位相調整部３５６による位相調整を実施するモードである。
　このとき、操舵軸ロック機構３３０はロック状態に保持されているので、コントローラ３５０は、操舵軸３１０のロック位置に操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を合わせるように操舵モータ４１１を駆動制御することになる。

　コントローラ３５０は、次のステップＳ２００４で、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれが所定値以下になっているか否かを判断する。
　そして、位相のずれが所定値を超えている場合、コントローラ３５０は、ステップＳ２００３に戻って舵角キャリブレーションモードを継続し、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相ずれが所定値以下になるようにする。

　舵角キャリブレーションモードによって、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相ずれが所定値以下になると、コントローラ３５０は、ステップＳ２００５に進んで、操舵軸ロック機構３３０をロック状態から非ロック状態に切換えて、操舵軸３１０及びステアリングホイール１のロックを解除し、運転者の操舵操作を可能にする。
　つまり、舵角キャリブレーションモード中（換言すれば、位相調整制御中）は、操舵軸ロック機構３３０がロック状態に維持され、舵角キャリブレーションモード中にステアリングホイール１が操舵操作されて、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれが増大することを抑制できる。

　なお、コントローラ３５０は、起動スイッチ５１０がオン状態に切換えられてから、ステップＳ２００５で操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態に切換えるまで間、車両１００を走行不能とする処理を行う。
　車両１００を走行不能とする処理には、車両１００の変速機のシフトポジションをパーキングからドライブなどに移動させない処理、車両１００のパーキングブレーキを解除しない処理などが含まれる。

　操舵軸ロック機構３３０のロック状態では、運転者がステアリングホイール１を操作することができず、操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を変更できないので、コントローラ３５０は、車両１００を走行不能な状態にすることで、車両１００の安全性を向上させる。
　コントローラ３５０は、ステップＳ２００５で操舵軸ロック機構３３０を非ロック状態に切換えた後、ステップＳ２００６に進んで、反力モータ３２１による反力トルクを低下させ、次のステップＳ２００７で、通常の反力トルク制御に移行する。

　ステップＳ２００５での操舵軸３１０のロック解除は、反力モータ３２１による反力トルクを通常よりも増大させている状態で実施される。
　したがって、例えば、運転者がステアリングホイール１に手を掛けた状態で操舵軸ロック機構３３０が非ロック状態に切換えられても、ステアリングホイール１が急に回転して、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相のずれが増大することを抑制できる。

　そして、コントローラ３５０は、その後に反力トルクを低下させて、通常の反力トルクの制御状態に移行するので、位相ずれが十分に小さい状態で運転者による操舵操作を可能にできる。
　なお、コントローラ３５０は、反力トルクを低下させている途中で、ステアリングホイール１が操舵操作された場合、操舵輪ロック機構４１２が非ロック状態になっているので、ステアリングホイール１の操舵操作に操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角を追従させることができる。

　上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
　また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

　例えば、ステアバイワイヤ操舵システム２００は、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとをクラッチなどで機械的に結合するバックアップ機構を備えるシステムとすることができる。
　また、操舵アクチュエータ４１０は、操舵力を発生させる操舵モータ４１１とともに、操舵輪２Ｌ，２Ｒのトー角調整を行うサブのモータを備えることができる。

　また、コントローラ３５０及びアクチュエータ制御装置４２０を冗長化することができる。
　例えば、反力モータ３２１及び操舵モータ４１１は巻線組を２つ備え、コントローラ３５０及びアクチュエータ制御装置４２０は、第１巻線組を駆動制御する第１マイクロコンピュータ（第１ＭＣＵ）と、第２巻線組を駆動制御する第２マイクロコンピュータ（第２ＭＣＵ）とを設け、更に、操舵量センサ３４０、及び、操舵輪２Ｌ，２Ｒの舵角（例えば、ラック位置）を検出するセンサを多重に設けた、冗長システムとすることができる。
　更に、冗長システムの系統毎に専用のバッテリを設けることができる。

　また、操舵アクチュエータ４１０は、操舵モータ４１１によって操舵力を発生させる構成に限定されず、油圧によって操舵力を発生させるアクチュエータを採用できる。
　また、コントローラ３５０は、反力トルクを漸増させる制御において、増大過程においてトルク変化の速度を変更することができる。例えば、コントローラ３５０は、ステアリングホイール１と操舵輪２Ｌ，２Ｒとの位相ずれが拡大する場合に、反力トルクを漸増させる速度を速めることができる。

　１…ステアリングホイール、２Ｌ，２Ｒ…操舵輪、１００…車両、２００…ステアバイワイヤ操舵システム、３００…操舵入力装置、３１０…操舵軸、３２０…操舵反力アクチュエータ、３２１…反力モータ、３３０…操舵軸ロック機構、３４０…操舵量センサ、コントローラ３５０、３５２…操作量信号送信部、３５３…反力指令信号生成部、３５４…ロック機構制御部、３５５…停止制御実行部、３５６…位相調整部、３５７…起動制御実行部、４００…操舵アクチュエータ装置、４１０…操舵アクチュエータ、４１１…操舵モータ、４１２…操舵輪ロック機構、４２０…アクチュエータ制御装置、５１０…起動スイッチ

Claims

　ステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　ステアリングホイールの回転に伴い回転可能に設けられ、操舵輪と機械的に分離されている、操舵軸と、
　前記操舵軸に対し、操舵負荷を付与する、反力モータと、
　前記操舵軸の回転を規制する、ロック機構と、
　前記操舵軸の操作量を検出し、前記操作量に関する信号である操作量信号を出力する、操舵量センサと、
　コントローラであって、操作量信号送信部と、反力指令信号生成部と、ロック機構制御部と、停止制御実行部と、を備え、
　前記操作量信号送信部は、操舵輪に操舵力を付与する操舵アクチュエータの制御装置に対し、前記操作量信号を送信し、
　前記反力指令信号生成部は、前記操作量信号に基づき、反力指令信号を生成し、
　前記反力指令信号は、前記反力モータが運転者による操舵操作に抗する反力トルクを発生するように前記反力モータを駆動制御するための信号であって、
　前記ロック機構制御部は、前記ロック機構が前記操舵軸の回転を規制するロック状態と前記操舵軸の回転を許容する非ロック状態とを切換え制御し、
　前記停止制御実行部は、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられた後、前記反力トルクを増大させ、更に、前記反力トルクが増大した後、前記ロック機構を前記非ロック状態から前記ロック状態に切換える、
　前記コントローラと、
　を有することを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、前記車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられた後、前記反力トルクを漸増させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、前記車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられた後、前記反力トルクが増大し始めてから、所定時間経過後に、前記ロック機構を前記ロック状態に切換えることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、前記操作量信号に基づき、運転者による操舵操作が無いと判断したとき、前記ロック機構を前記ロック状態に切換えることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項４に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記反力モータは、ロータと、ステータコイルを含み、
　前記操舵量センサは、前記ロータの回転角を検出するモータ回転角センサであって、
　前記停止制御実行部は、前記モータ回転角センサの出力信号に基づき、運転者による操舵操作の有無を判断することを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、車両の速度が所定値以下のとき、前記反力トルクを増大させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、前記反力トルクを所定の前記反力トルクである、停止制御時反力トルク以上に増大させ、前記反力トルクが前記停止制御時反力トルク以上の状態で、前記ロック機構を前記非ロック状態から前記ロック状態に切換えることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項７に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、前記ロック機構を前記非ロック状態から前記ロック状態に切換えた後、前記反力トルクを前記停止制御時反力トルクよりも小さい値に低下させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられたとき、前記反力指令信号生成部が生成している前記反力指令信号の値から低下させることなく、前記反力トルクを増大させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記操舵アクチュエータは、操舵輪の操舵を規制する操舵輪ロック機構を備え、
　前記停止制御実行部は、前記ロック機構を前記非ロック状態から前記ロック状態に切換えた後、前記操舵輪の操舵を規制するように前記操舵輪ロック機構を作動させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記操作量信号送信部は、車両の起動スイッチがオフ状態に切換えられた後であって、前記反力トルクの増大中、操舵操作が行われたときは、前記操舵アクチュエータの制御装置に対し、前記操作量信号を送信することを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記コントローラは、位相調整部を更に備え、
　前記位相調整部は、前記起動スイッチがオフ状態に切換えられた後、前記ステアリングホイールが操舵操作されたとき、前記ステアリングホイールと前記操舵輪の位相のずれの増大を抑制するように、前記操作量信号に基づき、前記操舵アクチュエータを駆動制御する位相調整制御を行うことを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１２に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記位相調整部は、前記位相調整制御を実行するとき、前記操舵輪の操舵角速度が所定値を超えないように前記操舵アクチュエータを駆動制御することを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記停止制御実行部は、車両のドアロック施錠および解除用のリモートコントローラーが前記車両から所定距離離れたとき、または前記車両のドアロックが施錠されたとき、前記ロック機構を前記非ロック状態から前記ロック状態に切換えることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記操舵アクチュエータは、操舵力を発生する操舵用電動モータと、クラッチ機構を含み、
　前記クラッチ機構は、前記操舵用電動モータのロータと締結することで、前記操舵用電動モータの回転を規制可能であり、
　前記停止制御実行部は、前記ロック機構を前記非ロック状態から前記ロック状態に切換えた後、前記クラッチ機構を締結状態とすることで、前記操舵輪の操舵を規制することを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記コントローラは、起動制御実行部を備え、
　前記起動制御実行部は、前記起動スイッチがオン状態に切換えられた後、前記反力トルクを増大させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１６に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記起動制御実行部は、前記ロック機構が前記ロック状態から前記非ロック状態に切換えられた後、前記反力トルクを減少させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１６に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記コントローラは、位相調整部を更に備え、
　前記位相調整部は、前記起動スイッチがオン状態に切換えられた後、前記ステアリングホイールと前記操舵輪の位相のずれが減少するように、前記操舵アクチュエータを駆動制御する位相調整制御を行い、
　前記起動制御実行部は、前記位相調整制御が終了した後、前記ロック機構を前記ロック状態から前記非ロック状態に切換えることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１６に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記コントローラは、位相調整部を更に備え、
　前記位相調整部は、前記起動スイッチがオン状態に切換えられた後、前記ステアリングホイールと前記操舵輪の位相のずれが減少するように、前記操舵アクチュエータを駆動制御する位相調整制御を行い、
　前記起動制御実行部は、前記位相調整制御が終了した後、前記反力トルクを減少させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１６に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記起動制御実行部は、前記ロック機構が前記ロック状態から前記非ロック状態に切換えられるまでは、車両が走行不能となる処理を行うことを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。
　請求項１６に記載のステアバイワイヤの操舵入力装置であって、
　前記操舵アクチュエータは、操舵輪の操舵を規制する操舵輪ロック機構を備え、
　前記起動制御実行部は、前記操舵輪ロック機構を前記操舵輪の操舵を規制するロック状態から前記操舵輪の操舵を許容する非ロック状態に切換えた後、前記ロック機構を前記非ロック状態に切換え、その後、前記反力トルクを減少させることを特徴とするステアバイワイヤの操舵入力装置。