JP2022049967A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カウンターステアが行われる状況での操舵フィーリングの低下を抑えられる操舵制御装置を提供する。【解決手段】目標反力トルク演算部は、操舵部に入力される操舵部に抗する力である操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算する。目標反力トルク演算部は、運転者の操舵によるステアリングホイールの回転に抗する力である反力成分Ｆｉｒを演算する反力成分演算部８２を備えている。反力成分演算部８２は、転舵輪を転舵させるべく動作するラック軸に作用する軸力に応じた軸力成分として、目標操舵角θｈ＊に応じて定められるとともに路面情報が反映されない軸力である角度軸力Ｆｉｂを演算する角度軸力演算部１０２を含んでいる。また、反力成分演算部８２は、角度軸力Ｆｉｂが過大とならないようにガード処理をするガード処理部２００を含んでいる。【選択図】図４

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

従来、操舵装置の一種として、運転者により操舵される操舵部と運転者の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達路が分離されたステアバイワイヤ式の操舵装置がある。同形式の操舵装置では、転舵輪が受ける路面反力等の路面情報が機械的にはステアリングホイールに伝達されない。そこで、同形式の操舵装置を制御対象とする操舵制御装置には、ステアリングホイールに対して路面情報を考慮した操舵反力を操舵側アクチュエータによって付与することで、路面情報として運転者に伝えるものがある。

例えば特許文献１には、転舵輪に連結される転舵軸に作用する軸力に着目し、ステアリングホイールの操舵角に基づき得られる目標転舵角から算出される角度軸力と、転舵側アクチュエータの駆動源である転舵側モータの駆動電流から算出される電流軸力とを所定配分比率で配分した配分軸力に基づいて操舵反力を決定する操舵制御装置が開示されている。なお、角度軸力は、目標転舵角の絶対値が大きくなるほど大きい軸力として算出される。

特開２０１７－１６５２１９号公報

車両が走行している場合には、運転者がステアリングホイールを操舵して車両の旋回中に、後輪と路面との間の摩擦力よりも遠心力が大きくなる状態に陥ることがある。このような状態は、凍結路等の低摩擦路で特に生じやすい。この場合、車両は運転者がステアリングホイールを操舵した以上に、車両が旋回する側に向くオーバーステアの状態になる。こうしたオーバーステアの状態において、運転者は、車両の態勢を立てなおすべく、車両が旋回する側と反対側にステアリングホイールを操舵する、所謂、カウンターステアを行ったりする。

ここで、角度軸力は、ステアリングホイールの操舵角に基づき得られる目標転舵角に応じたものとなる。このため、カウンターステアが行われるなかでは、ステアリングホイールの操舵角が大きくなるほど角度軸力が大きくなり、操舵反力が過大になるおそれがある。この結果、カウンターステアが行われる状況では、ステアリングホイールの操舵を運転者が重く感じ、操舵フィーリングが低下するおそれがある。

本発明の目的は、カウンターステアが行われる状況での操舵フィーリングの低下を抑えられ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、操舵部と、前記操舵部に入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達路が分離した構造を有する操舵装置を制御対象とし、前記操舵部に入力される操舵に抗する力である操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算する目標反力トルク演算部を備え、前記目標反力トルクに応じたモータトルクが発生するように前記操舵部に設けられた操舵側モータの作動を制御する操舵制御装置であって、前記目標反力トルク演算部は、前記転舵輪を転舵させるべく動作する転舵軸に作用する軸力に応じた軸力成分として、前記転舵輪の転舵角に換算可能な角度に応じて定められるとともに路面情報が反映されない軸力である角度軸力を演算する角度軸力演算部を含み、前記目標反力トルク演算部は、前記角度軸力が過大とならないようにガード処理をするガード処理部を含んでいる。

上記構成によれば、軸力成分の演算では、角度軸力が過大とならないようにガード処理がなされる。これにより、カウンターステアが行われる状況であっても、操舵反力が過大になることが抑制されるようになる。したがって、カウンターステアが行われる状況では、ステアリングホイールの操舵を運転者が重く感じにくくなり、操舵フィーリングの低下を抑えることができる。

具体的には、上記ガード処理部は、前記角度軸力が過大とならないような制限値以下に該角度軸力の絶対値を制限することで実現することができる。
上記構成によれば、角度軸力を制限したい値に好適に制限することができる。

上記操舵制御装置において、前記ガード処理部は、前記角度軸力が過大とならないように調整を行う角度軸力調整マップを備えていることが好ましい。
上記構成によれば、角度軸力調整マップにより角度軸力が過大とならないように調整を行うことができるため、当該ガード処理に関わる構成を簡素化することができる。

上記の操舵制御装置において、前記制限値は、車速に基づいて調整されることが好ましい。
例えば、車両が高速で走行していると、転舵軸に作用する軸力が大きくなるため、該路面反力を考慮すると角度軸力が大きくなるように設定することが好ましい。これは、カウンターステアが行われる状況であっても同様である。この点を踏まえ、上記構成では、車速に基づいて制限値を調整するため、カウンターステアが行われる状況で操舵反力が過大になることが抑制されるなかで適切な操舵反力を付与できる。

本発明の操舵制御装置によれば、カウンターステアが行われる状況での操舵フィーリングの低下を抑えることができる。

操舵装置の概略構成図。 操舵制御装置のブロック図。 目標反力トルク演算部のブロック図。 反力成分演算部のブロック図。 角度軸力調整マップの一例を示すグラフ。

操舵制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の操舵制御装置１の制御対象となる操舵装置２は、ステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。操舵装置２は、ステアリングホイール３を介して運転者により操舵される操舵部４と、運転者による操舵部４の操舵に応じて転舵輪５を転舵させる転舵部６とを備えている。

操舵部４は、ステアリングホイール３が固定されるステアリング軸１１と、ステアリング軸１１に操舵反力を付与可能な操舵側アクチュエータ１２とを備えている。操舵側アクチュエータ１２は、駆動源となる操舵側モータ１３と、操舵側モータ１３の回転を減速してステアリング軸１１に伝達する操舵側減速機１４とを備えている。なお、本実施形態の操舵側モータ１３には、例えば三相のブラシレスモータが採用されている。

転舵部６は、ピニオン軸２１と、ピニオン軸２１に連結された転舵軸としてのラック軸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、ピニオン軸２１及びラック軸２２からなるラックアンドピニオン機構２４とを備えている。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、ラックアンドピニオン機構２４は、ピニオン軸２１に形成されたピニオン歯２１ａとラック軸２２に形成されたラック歯２２ａとを噛合することにより構成されている。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、それぞれ左右の転舵輪５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。

ピニオン軸２１を設ける理由は、ラック軸２２を図示しないハウジングの内部に支持するためである。すなわち、操舵装置２に設けられる図示しない支持機構によって、ラック軸２２は、その軸方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオン軸２１へ向けて押圧される。これにより、ラック軸２２はハウジングの内部に支持される。ただし、ピニオン軸２１を使用せずにラック軸２２をハウジングに支持する他の支持機構を設けてもよい。

転舵部６は、ラック軸２２に転舵輪５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を備えている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源となる転舵側モータ３２と、伝達機構３３と、変換機構３４とを備えている。そして、転舵側アクチュエータ３１は、転舵側モータ３２の回転を伝達機構３３を介して変換機構３４に伝達し、変換機構３４にてラック軸２２の往復動に変換することで転舵部６に転舵力を付与する。なお、本実施形態の転舵側モータ３２には、例えば三相のブラシレスモータが採用され、伝達機構３３には、例えばベルト機構が採用され、変換機構３４には、例えばボールネジ機構が採用されている。

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からラック軸２２に転舵力が付与されることで、転舵輪５の転舵角が変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１２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３に付与される。

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、操舵側モータ１３及び転舵側モータ３２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。これにより、各種の制御が実行される。

操舵制御装置１には、車両の走行速度である車速Ｖを検出する車速センサ４１、及びステアリング軸１１に付与された操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ４２が接続されている。なお、トルクセンサ４２は、ステアリング軸１１における操舵側減速機１４との連結部分よりもステアリングホイール３側に設けられており、トーションバー４３の捩れに基づいて操舵トルクＴｈを検出する。また、操舵制御装置１には、操舵部４の操舵量を示す検出値として操舵側モータ１３の回転角θｓを３６０度の範囲内の相対角で検出する操舵側回転センサ４４、及び転舵部６の転舵量を示す検出値として転舵側モータ３２の回転角θｔを相対角で検出する転舵側回転センサ４５が接続されている。なお、上記操舵トルクＴｈ及び回転角θｓ，θｔは、例えば右方向に操舵した場合に正の値、左方向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１３及び転舵側モータ３２の作動を制御する。

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１３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１３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１３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。

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５６と、転舵側モータ制御信号Ｍｔに基づいて転舵側モータ３２に駆動電力を供給する転舵側駆動回路５７とを備えている。転舵側制御部５６には、転舵側駆動回路５７と転舵側モータ３２の各相のモータコイルとの間の接続線５８を流れる転舵側モータ３２の各相電流値Ｉｕｔ，Ｉｖｔ，Ｉｗｔを検出する電流センサ５９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５８及び各相の電流センサ５９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５７には、例えばＦＥＴ等の複数のスイッチング素子を有する周知のＰＷＭインバータがそれぞれ採用されている。また、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。

そして、操舵側制御部５１及び転舵側制御部５６は、操舵側モータ制御信号Ｍｓ及び転舵側モータ制御信号Ｍｔを操舵側駆動回路５２及び転舵側駆動回路５７に出力することにより、車載電源Ｂから操舵側モータ１３及び転舵側モータ３２に駆動電力をそれぞれ供給する。これにより、操舵側制御部５１及び転舵側制御部５６は、操舵側モータ１３及び転舵側モータ３２の作動を制御する。

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を生成する。操舵側制御部５１には、上記車速Ｖ、操舵トルクＴｈ、回転角θｓ、各相電流値Ｉｕｓ，Ｉｖｓ，Ｉｗｓ、転舵側モータ３２の駆動電流であるｑ軸電流値Ｉｑｔ及び後述する転舵対応角θｐ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、ステアリングホイール３の操舵角θｈを演算する操舵角演算部６１と、操舵反力の目標値となる目標反力トルクＴｓ＊を演算する目標反力トルク演算部６２と、操舵側モータ制御信号Ｍｓを出力する操舵側モータ制御信号演算部６３とを備えている。

操舵角演算部６１には、操舵側モータ１３の回転角θｓが入力される。操舵角演算部６１は、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１３の回転数をカウントすることにより、３６０度を超える範囲を含む積算角に換算して取得する。そして、操舵角演算部６１は、積算角に換算された回転角に操舵側減速機１４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することで、操舵角θｈを演算する。このように演算された操舵角θｈは、目標反力トルク演算部６２に出力される。

目標反力トルク演算部６２には、車速Ｖ、操舵トルクＴｈ、操舵角θｈ、ｑ軸電流値Ｉｑｔ及び転舵対応角θｐが入力される。目標反力トルク演算部６２は、後述するようにこれらの状態量に基づいて目標反力トルクＴｓ＊を演算し、操舵側モータ制御信号演算部６３に出力する。また、目標反力トルク演算部６２は、目標反力トルクＴｓ＊を演算する過程で得られたステアリングホイール３の操舵角θｈの目標値である目標操舵角θｈ＊を転舵側制御部５６に出力する。

操舵側モータ制御信号演算部６３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演算部６３は、目標反力トルクＴｓ＊に基づいて、ｄ／ｑ座標系におけるｄ軸上のｄ軸目標電流値Ｉｄｓ＊及びｑ軸上のｑ軸目標電流値Ｉｑｓ＊を演算する。ｄ軸目標電流値Ｉｄｓ＊はｄ／ｑ座標系におけるｄ軸上の目標電流値を示し、ｑ軸目標電流値Ｉｑｓ＊はｑ軸上の目標電流値を示している。操舵側モータ制御信号演算部６３は、目標反力トルクＴｓ＊の絶対値が大きくなるほど、より大きな絶対値を有するｑ軸目標電流値Ｉｑｓ＊を演算する。なお、本実施形態では、ｄ軸目標電流値Ｉｄｓ＊は、基本的にゼロに設定される。そして、操舵側モータ制御信号演算部６３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を生成する。

具体的には、操舵側モータ制御信号演算部６３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１３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演算部６３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目標電圧値を演算し、該目標電圧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は、操舵側駆動回路５２に出力される。これにより、操舵側モータ１３には、操舵側駆動回路５２から操舵側モータ制御信号Ｍｓに応じた駆動電力が供給される。そして、操舵側モータ１３は、目標反力トルクＴｓ＊に示される操舵反力をステアリングホイール３に付与する。

転舵側制御部５６について説明する。
転舵側制御部５６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、転舵側モータ制御信号Ｍｔを生成する。転舵側制御部５６には、上記回転角θｔ、目標操舵角θｈ＊及び転舵側モータ３２の各相電流値Ｉｕｔ，Ｉｖｔ，Ｉｗｔが入力される。そして、転舵側制御部５６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５６は、ピニオン軸２１の回転角である転舵対応角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５６は、上記転舵力の目標値となる目標転舵トルクＴｔ＊を演算する目標転舵トルク演算部７２と、転舵側モータ制御信号Ｍｔを出力する転舵側モータ制御信号演算部７３とを備えている。なお、本実施形態の操舵装置２では、操舵角θｈと転舵対応角θｐとの比である舵角比が１：１の比率で一定に設定されており、転舵対応角θｐの目標値となる目標転舵対応角は、目標操舵角θｈ＊と等しい。

転舵対応角演算部７１には、転舵側モータ３２の回転角θｔが入力される。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３２の回転数をカウントすることにより、積算角に換算して取得する。そして、転舵対応角演算部７１は、積算角に換算された回転角に伝達機構３３の減速比、変換機構３４のリード、及びラックアンドピニオン機構２４の回転速度比に基づく換算係数を乗算して転舵対応角θｐを演算する。つまり、転舵対応角θｐは、ピニオン軸２１がステアリング軸１１に連結されていると仮定した場合におけるステアリングホイール３の操舵角θｈに相当する。このように演算された転舵対応角θｐは、減算器７４及び上記目標反力トルク演算部６２に出力される。減算器７４には、転舵対応角θｐに加え、目標操舵角θｈ＊が入力される。

目標転舵トルク演算部７２には、減算器７４において目標操舵角θｈ＊、すなわち目標転舵対応角から転舵対応角θｐを差し引いた角度偏差Δθｐが入力される。そして、目標転舵トルク演算部７２は、角度偏差Δθｐに基づき、転舵対応角θｐを目標操舵角θｈ＊に追従させるための制御量として、転舵側モータ３２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７２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。つまり、目標転舵トルク演算部７２は、目標転舵対応角である目標操舵角θｈ＊に実際の転舵対応角θｐを追従させる転舵角フィードバック制御の実行に基づいて目標転舵トルクＴｔ＊を演算する。

転舵側モータ制御信号演算部７３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。転舵側モータ制御信号演算部７３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。転舵側モータ制御信号演算部７３は、目標転舵トルクＴｔ＊の絶対値が大きくなるほど、より大きな絶対値を有する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、基本的にゼロに設定される。そして、転舵側モータ制御信号演算部７３は、操舵側モータ制御信号演算部６３と同様に、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５７に出力する転舵側モータ制御信号Ｍｔを生成する。なお、転舵側モータ制御信号Ｍｔを生成する過程で演算したｑ軸電流値Ｉｑｔは、上記目標反力トルク演算部６２に出力される。

このように演算された転舵側モータ制御信号Ｍｔは、転舵側駆動回路５７に出力される。これにより、転舵側モータ３２には、転舵側駆動回路５７から転舵側モータ制御信号Ｍｔに応じた駆動電力が供給される。そして、転舵側モータ３２は、目標転舵トルクＴｔ＊に示される転舵力を転舵輪５に付与する。

ここで、目標反力トルク演算部６２について説明する。
図３に示すように、目標反力トルク演算部６２は、運転者の操舵方向にステアリングホイール３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８１を備えている。また、目標反力トルク演算部６２は、運転者の操舵によるステアリングホイール３の回転に抗する力である反力成分Ｆｉｒを演算する反力成分演算部８２を備えている。また、目標反力トルク演算部６２は、操舵角θｈの目標値となる目標操舵角θh*を演算する目標操舵角演算部８３と、操舵角フィードバック演算の実行により操舵角フィードバック成分（以下、「操舵角Ｆ／Ｂ成分」という。）Ｔｆｂｈを演算する操舵角フィードバック制御部（以下、「操舵角Ｆ／Ｂ制御部」という。）８４を備えている。

入力トルク基礎成分演算部８１には、操舵トルクＴｈが入力される。入力トルク基礎成分演算部８１は、操舵トルクＴｈの絶対値が大きいほど、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８３及び加算器８５に入力される。

反力成分演算部８２には、車速Ｖ、操舵角θｈ、転舵側モータ３２のｑ軸電流値Ｉｑｔ、転舵対応角θｐ及び目標操舵角θｈ＊が入力される。反力成分演算部８２は、これらの状態量に基づいて、後述するようにラック軸２２に作用する軸力に応じた反力成分Ｆｉｒを演算し、目標操舵角演算部８３に出力する。

目標操舵角演算部８３には、車速Ｖ、操舵トルクＴｈ、入力トルク基礎成分Ｔｂ＊及び反力成分Ｆｉｒが入力される。目標操舵角演算部８３は、入力トルク基礎成分Ｔｂ＊に操舵トルクＴｈを加算するとともに反力成分Ｆｉｒを減算した値である入力トルクＴｉｎ＊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。

Ｔｉｎ＊＝Ｃ・θｈ＊’＋Ｊ・θｈ＊’’ …（１）
このモデル式は、ステアリングホイール３と転舵輪５とが機械的に連結されたもの、すなわち操舵部４と転舵部６とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリングホイール３の回転に伴って回転する回転軸のトルクと回転角との関係を定めて表したものである。そして、このモデル式は、操舵装置２の摩擦等をモデル化した粘性係数Ｃ、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。なお、粘性係数Ｃ及び慣性係数Ｊは、車速Ｖに応じて可変設定される。そして、このようにモデル式を用いて演算された目標操舵角θｈ＊は、減算器８６及び転舵側制御部５６に加え、反力成分演算部８２に出力される。

操舵角Ｆ／Ｂ制御部８４には、減算器８６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、操舵角Ｆ／Ｂ制御部８４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１３が付与する操舵反力の基礎となる操舵角Ｆ／Ｂ成分Ｔｆｂｈを演算する。具体的には、操舵角Ｆ／Ｂ制御部８４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。このように演算された操舵角Ｆ／Ｂ成分Ｔｆｂｈは、加算器８５に出力される。

そして、目標反力トルク演算部６２は、加算器８５において入力トルク基礎成分Ｔｂ＊に操舵角Ｆ／Ｂ成分Ｔｆｂｈを加算した値を目標反力トルクＴｓ＊として演算する。
次に、反力成分演算部８２の構成について説明する。

図４に示すように、反力成分演算部８２は、配分軸力演算部９１と、エンド反力演算部９２と、障害物当て反力演算部９３とを備えている。配分軸力演算部９１は、転舵輪５を転舵させるべく動作するラック軸２２に作用する軸力に応じた軸力成分として、配分軸力Ｆｄを演算する。エンド反力演算部９２は、ステアリングホイール３の操舵角θｈの絶対値が限界舵角に近づく場合に、更なる切り込み操舵を規制するための反力であるエンド反力Ｆｉｅを演算する。障害物当て反力演算部９３は、転舵輪５が転舵により縁石等の障害物に当たっている状況になる場合に、転舵輪５を障害物に向けて転舵させる操舵を規制するための反力である障害物当て反力Ｆｏを演算する。そして、反力成分演算部８２は、配分軸力Ｆｄに対してエンド反力Ｆｉｅ及び障害物当て反力Ｆｏのうちの絶対値が大きい反力を加算して反力成分Ｆｉｒを演算して出力する。

詳しくは、配分軸力演算部９１は、電流軸力Ｆｅｒを演算する電流軸力演算部１０１と、角度軸力Ｆｉｂを演算する角度軸力演算部１０２とを備えている。なお、電流軸力Ｆｅｒ及び角度軸力Ｆｉｂは、トルクの次元（Ｎ・ｍ）で演算される。また、配分軸力演算部９１は、転舵輪５を通じてラック軸２２に作用する軸力が好適に反映されるように、角度軸力Ｆｉｂ及び電流軸力Ｆｅｒを所定割合で配分して得られるラック軸２２に作用する軸力を推定した演算上の軸力に相当する配分軸力Ｆｄを演算する配分処理部１０３を備えている。

電流軸力演算部１０１には、転舵側モータ３２のｑ軸電流値Ｉｑｔが入力される。電流軸力演算部１０１は、ｑ軸電流値Ｉｑｔに基づいて電流軸力Ｆｅｒを演算する。電流軸力Ｆｅｒは、転舵輪５を転舵させるべく動作するラック軸２２に実際に作用する軸力、すなわちラック軸２２に実際に伝達される軸力の推定値である。そして、電流軸力Ｆｅｒは、車両の横方向への挙動に影響を与えない微小な凹凸や車両の横方向への挙動に影響を与える段差等の路面情報が反映される軸力として演算される。具体的には、電流軸力演算部１０１は、転舵側モータ３２によってラック軸２２に加えられるトルクと、転舵輪５を通じてラック軸２２に加えられる力に応じたトルクとが釣り合うとして、ｑ軸電流値Ｉｑｔの絶対値が大きくなるほど、電流軸力Ｆｅｒの絶対値が大きくなるように演算する。このように演算された電流軸力Ｆｅｒは、乗算器１０５に出力される。

角度軸力演算部１０２には、目標転舵対応角である目標操舵角θｈ＊及び車速Ｖが入力される。角度軸力演算部１０２は、目標操舵角θｈ＊及び車速Ｖに基づいて角度軸力Ｆｉｂを演算する。角度軸力Ｆｉｂは、任意に設定する車両のモデルにより規定される軸力の理想値である。そして、角度軸力Ｆｉｂは、上記路面情報が反映されない軸力として演算される。具体的には、角度軸力演算部１０２は、目標操舵角θｈ＊の絶対値が大きくなるほど、角度軸力Ｆｉｂの絶対値が大きくなるように演算する。また、角度軸力演算部１０２は、車速Ｖが大きくなるにつれて角度軸力Ｆｉｂの絶対値が大きくなるように演算する。このように演算された角度軸力Ｆｉｂは、ガード処理部２００に出力される。

ガード処理部２００には、角度軸力Ｆｉｂ及び車速Ｖが入力される。ガード処理部２００は、角度軸力Ｆｉｂ及び車速Ｖと、調整後の角度軸力Ｆｉｂ´との関係を定めた角度軸力調整マップを備えており、角度軸力Ｆｉｂ及び車速Ｖを入力とし、調整後の角度軸力Ｆｉｂ´をマップ演算する。角度軸力調整マップは、角度軸力Ｆｉｂが過大とならないようにガード処理をするために機能するマップである。

図５に示すように、角度軸力調整マップは、角度軸力Ｆｉｂの絶対値を小さい領域、中程度の領域、及び大きい領域の３つの領域に分類した場合に、小さい領域及び中程度の領域では角度軸力Ｆｉｂが大きいほど調整後の角度軸力Ｆｉｂ´が線形的に大きくなるように設定されている。また、角度軸力調整マップは、角度軸力Ｆｉｂの絶対値が大きい領域では調整後の角度軸力Ｆｉｂ´の絶対値が予め決められた制限値Ｆｌｉｍに維持されるように設定されている。制限値Ｆｌｉｍは、車速Ｖが大きいほど大きな値となるように設定されている。なお、制限値Ｆｌｉｍは、調整後の角度軸力Ｆｉｂ´に基づいて演算される反力成分Ｆｉｒの値、すなわち目標反力トルクＴｓ＊の値が過大とならないような範囲の値として、試験やシミュレーション等に基づいて設定されている。そして、ガード処理部２００は、角度軸力調整マップを用いたマップ演算を通じて車速Ｖに応じた角度軸力Ｆｉｂの調整を行う。このように演算された調整後の角度軸力Ｆｉｂ´は、乗算器１０６に出力される。

配分処理部１０３には、車速Ｖに加え、電流軸力Ｆｅｒ及び調整後の角度軸力Ｆｉｂ´が入力される。配分処理部１０３は、車速Ｖに基づいて電流軸力Ｆｅｒと角度軸力Ｆｉｂ´とを配分するためのそれぞれの配分比率である配分ゲインＧｅｒ，Ｇｉｂを演算する配分ゲイン演算部１０７を備えている。本実施形態の配分ゲイン演算部１０７は、車速Ｖと配分ゲインＧｅｒ，Ｇｉｂとの関係を定めた配分ゲインマップを備えており、車速Ｖを入力とし、配分ゲインＧｅｒ，Ｇｉｂをマップ演算する。配分ゲインＧｉｂは、車速Ｖが大きい場合に小さい場合よりも値が小さくなり、配分ゲインＧｅｒは車速Ｖが大きい場合に小さい場合よりも値が大きくなる。つまり、角度軸力Ｆｉｂは、車速Ｖが大きくなるほど配分軸力Ｆｄにおける配分割合が小さくなり、電流軸力Ｆｅｒは、車速Ｖが大きくなるほど配分軸力Ｆｄにおける配分割合が大きくなる。

特に、配分ゲインＧｅｒは、車速Ｖが停車を含む低車速の場合にゼロ値となる。この場合、電流軸力Ｆｅｒは、配分割合がゼロ値、すなわち配分軸力Ｆｄに配分されないことを示す。また、配分ゲインＧｉｂは、上記低車速に対して十分に大きい高車速の場合にゼロ値となる。この場合、角度軸力Ｆｉｂは、配分割合がゼロ値、すなわち配分軸力Ｆｄに配分されないことを示す。つまり、本実施形態の配分割合は、電流軸力Ｆｅｒ及び角度軸力Ｆｉｂのいずれかしか配分軸力Ｆｄに配分しないゼロ値の概念を含む。なお、配分ゲインＧｅｒ，Ｇｉｂは、これらの和が「１」となるように値が演算される。このように演算された配分ゲインＧｅｒは乗算器１０５に出力され、配分ゲインＧｉｂは乗算器１０６に出力される。

配分処理部１０３は、乗算器１０５において電流軸力Ｆｅｒに配分ゲインＧｅｒを乗算して得られる値と、乗算器１０６において角度軸力Ｆｉｂに配分ゲインＧｉｂを乗算して得られる値とを、加算器１０８において足し合わせて配分軸力Ｆｄを演算する。このように演算された配分軸力Ｆｄは、加算器９４に出力される。

エンド反力演算部９２には、目標転舵対応角である目標操舵角θｈ＊が入力される。エンド反力演算部９２は、目標操舵角θｈ＊とエンド反力Ｆｉｅとの関係を定めたエンド反力マップを備えており、目標操舵角θｈ＊を入力とし、エンド反力Ｆｉｅをマップ演算する。エンド反力マップは、目標操舵角θｈ＊の絶対値が閾値角度θｉｅ以下の場合にエンド反力Ｆｉｅとしてゼロ値が演算され、目標操舵角θｈ＊が閾値角度θｉｅを超える場合にエンド反力Ｆｉｅとして絶対値がゼロ値よりも大きい値が演算される。

なお、エンド反力Ｆｉｅは、目標操舵角θｈ＊が閾値角度θｉｅを超えてある程度大きくなると、人の力ではそれ以上の切り込み操舵ができないほどに大きな絶対値となるように設定されている。エンド反力Ｆｉｅは、目標操舵角θｈ＊が閾値角度θｉｅを超えてある程度大きくなると、目標操舵角θｈ＊に比例してその値が急激に大きくなる高勾配軸力である。また、閾値角度θｉｅは、ラックエンド２５がラックハウジング２３に当接することでラック軸２２の軸方向移動が規制される機械的なラックエンド位置よりも中立位置側に設けられた仮想ラックエンド位置での転舵対応角θｐの値に設定されている。このように演算されたエンド反力Ｆｉｅは、反力選択部９５に出力される。

障害物当て反力演算部９３には、ｑ軸電流値Ｉｑｔに加え、減算器９６において操舵角θｈから転舵対応角θｐを差し引くことにより得られる角度偏差Δθｘ、及び転舵対応角θｐを微分することにより得られる転舵速度ωｔが入力される。本実施形態の障害物当て反力演算部９３は、これらの状態量に基づいて障害物当て反力Ｆｏを付与すべき状況に対する近似度合いを示す障害物当てゲインＧｏを演算する。障害物当て反力演算部９３は、障害物当てゲインＧｏと障害物当て反力Ｆｏとの関係を定めた障害物当て反力マップを備えており、障害物当てゲインＧｏを入力とし、障害物当て反力Ｆｏをマップ演算する。

障害物当て反力マップは、障害物当てゲインＧｏがゼロ値の場合に障害物当て反力Ｆｏがゼロ値となり、障害物当てゲインＧｏに比例して障害物当て反力Ｆｏが緩やかに大きくなる。そして、障害物当てゲインＧｏがゲイン閾値Ｇｔｈよりも大きくなると、障害物当てゲインＧｏに比例して障害物当て反力Ｆｏが急激に大きくなる。なお、ゲイン閾値Ｇｔｈは、転舵輪５が転舵により障害物に当たっている状況と判断しても差し支えない範囲の値であり、試験やシミュレーション等に基づいて設定されている。また、障害物当て反力Ｆｏは、障害物当てゲインＧｏがゲイン閾値Ｇｔｈを超えてある程度大きくなると、人の力ではそれ以上の切り込み操舵ができないほどに大きな絶対値となるように設定されている。障害物当て反力Ｆｏは、障害物当てゲインＧｏがゲイン閾値Ｇｔｈよりも大きくなると、障害物当てゲインＧｏに比例してその値が急激に大きくなる高勾配軸力である。これにより、障害物当てゲインＧｏがゲイン閾値Ｇｔｈ以下の領域では、障害物当て反力Ｆｏにより転舵輪５のタイヤ部分のみが障害物に当たった際の反力を再現している。これの反力は、転舵輪５のゴムの弾性成分に基づく特性と、転舵輪５が接続されている車両のサスペンションの弾性成分に基づく特性とに依存するものであり実験的に求めることができる。また、障害物当てゲインＧｏがゲイン閾値Ｇｔｈよりも大きな領域では、障害物当て反力Ｆｏにより転舵輪５のホイール部分が障害物に当たった際の反力を再現している。このように演算された障害物当て反力Ｆｏは、反力選択部９５に出力される。

反力選択部９５には、エンド反力Ｆｉｅ及び障害物当て反力Ｆｏに加え、操舵角θｈを微分することにより得られる操舵速度ωｈが入力される。反力選択部９５は、エンド反力Ｆｉｅ及び障害物当て反力Ｆｏのうちの絶対値が大きい反力を選択し、該反力の符号、すなわち方向を操舵速度ωｈに示される符号とした値を選択反力Ｆｓｌとして加算器９４に出力する。

そして、反力成分演算部８２は、加算器９４において上記配分軸力Ｆｄに選択反力Ｆｓｌを加算して得られる値を反力成分Ｆｉｒとして目標操舵角演算部８３に出力する。
本実施形態の作用を説明する。

車両が走行している場合には、運転者がステアリングホイール３を操舵して車両の旋回中に、後輪と路面との間の摩擦力よりも遠心力が大きくなる状態に陥ることがある。このような状態は、凍結路等の低摩擦路で特に生じやすい。この場合、車両は運転者がステアリングホイール３を操舵した以上に、車両が旋回する側に向くオーバーステアの状態になる。こうしたオーバーステアの状態において、運転者は、車両の態勢を立てなおすべく、車両が旋回する側と反対側にステアリングホイール３を操舵する、所謂、カウンターステアを行ったりする。ここで、角度軸力Ｆｉｂは、ステアリングホイール３の操舵角θｈに基づき得られる目標操舵角θｈ＊に応じたものとなる。このため、カウンターステアを行うことでステアリングホイール３の操舵角θｈがエンド当てに近いような大きい角度になると、角度軸力Ｆｉｂは過大となり、当該角度軸力Ｆｉｂを反映して演算される反力成分Ｆｉｒが大きくなる。そして、こうした反力成分Ｆｉｒに基づいて目標反力トルクＴｓ＊を演算すると、ステアリングホイール３に付与する操舵反力が過大になるおそれがある。

この点、本実施形態では、ガード処理部２００によって、角度軸力Ｆｉｂが過大とならないようにガード処理がなされる。つまり、反力成分Ｆｉｒには、角度軸力演算部１０２を通じて得られた角度軸力Ｆｉｂではなく、ガード処理部２００によってガード処理された調整後の角度軸力Ｆｉｂ´が反映される。これにより、カウンターステアが行われる状況であっても、反力成分Ｆｉｒ、当該反力成分Ｆｉｒに基づき演算される目標反力トルクＴｓ＊が過大となりにくくなる。したがって、ステアリングホイール３に付与する操舵反力が過大になることが抑制されるようになる。

本実施形態の効果を説明する。
（１）ガード処理部２００によって角度軸力Ｆｉｂが過大とならないようにガード処理がなされることから、カウンターステアが行われる状況では、ステアリングホイール３の操舵を運転者が重く感じにくくなり、操舵フィーリングの低下を抑えることができる。

（２）ガード処理部２００では、ガード処理をするために制限値Ｆｌｉｍを設定すればよいので、角度軸力Ｆｉｂを制限したい値に好適に制限することができる。
（３）本実施形態では、角度軸力調整マップにより角度軸力Ｆｉｂが過大とならないように調整することができるため、当該ガード処理に関わる構成を簡素化することができる。

（４）本実施形態では、角度軸力調整マップにより角度軸力Ｆｉｂを調整するため、同マップの形状を変更することで、車両の仕様等に応じた最適な操舵反力を容易に実現できる。

（５）例えば、車両が高速で走行していると、ラック軸２２に作用する軸力が大きくなるため、該路面反力を考慮すると角度軸力Ｆｉｂが大きくなるように設定することが好ましい。これは、カウンターステアが行われる状況であっても同様である。この点を踏まえ、本実施形態では、車速Ｖに基づいて制限値Ｆｌｉｍを調整するため、カウンターステアが行われる状況で操舵反力が過大になることが抑制されるなかで適切な操舵反力を付与できる。

上記実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・ガード処理部２００は、角度軸力調整マップによるマップ演算の機能の代わりに、角度軸力Ｆｉｂの絶対値と、制限値Ｆｌｉｍとの比較を通じて出力する値を選択する機能を有するようにしてもよい。この場合、ガード処理部２００は、角度軸力Ｆｉｂの絶対値が制限値Ｆｌｉｍ以下の場合に角度軸力演算部１０２を通じて得られる角度軸力Ｆｉｂを出力する選択状態とする。一方、ガード処理部２００は、角度軸力Ｆｉｂの絶対値が制限値Ｆｌｉｍよりも大きい場合に制限値Ｆｌｉｍとする角度軸力Ｆｉｂを出力する選択状態とする。また、ガード処理部２００は、角度軸力Ｆｉｂの絶対値を小さくする側に所定のオフセット量だけオフセットすることで、角度軸力Ｆｉｂの絶対値を制限値Ｆｌｉｍ以下の値とする機能を有するようにしてもよい。この場合、ガード処理部２００は、角度軸力Ｆｉｂの絶対値が制限値Ｆｌｉｍ以下の場合に角度軸力演算部１０２を通じて得られる角度軸力Ｆｉｂを出力する状態とする。一方、ガード処理部２００は、角度軸力Ｆｉｂの絶対値が制限値Ｆｌｉｍよりも大きい場合に所定のオフセット量だけオフセットした角度軸力Ｆｉｂを出力する状態とする。

・制限値Ｆｌｉｍは、車速Ｖに応じて変更しなくてもよい。また、制限値Ｆｌｉｍは、例えば、横加速度、ヨーレート等、他のパラメータに応じて変更してもよく、この場合には車速Ｖをパラメータに加えてもよい。

・操舵側モータ１３の制御では、操舵トルクＴｈや反力成分Ｆｉｒに基づき演算される目標操舵トルクに操舵トルクＴｈを追従させるトルクフィードバック制御の実行により演算される値を入力トルク基礎成分Ｔｂ＊として目標反力トルクＴｓ＊を演算してもよい。その他、操舵側モータ１３の制御では、操舵角Ｆ／Ｂ制御を実行しないで、所謂、フィードフォワード制御で実現してもよい。この場合、目標反力トルクＴｓ＊は、操舵トルクＴｈに基づき演算されるアシスト成分と、反力成分Ｆｉｒとに基づいて演算されるようにしてもよい。

・配分処理部１０３は、車速Ｖ以外のパラメータに応じて電流軸力Ｆｅｒ及び角度軸力Ｆｉｂの配分割合を変更してもよい。こうしたパラメータとしては、例えば車載のエンジン等の制御パターンの設定状態を示すドライブモード等を用いることができる。

・障害物当て反力演算部９３は、例えば、ｑ軸電流値Ｉｑｔ、角度偏差Δθｘ、及び転舵速度ωｔとこれらに対応する各閾値との大小比較に基づいて障害物当て反力Ｆｏを付与すべき状況であるか否かを択一的に判定してもよい。

・角度軸力演算部１０２は、操舵角θｈや転舵対応角θｐに基づいて角度軸力Ｆｉｂを演算してもよく、また操舵トルクＴｈや車速Ｖ等、他のパラメータを加味する等、他の方法で演算してもよい。

・配分軸力Ｆｄは、電流軸力Ｆｅｒ及び角度軸力Ｆｉｂに加えて、他のパラメータに基づく軸力を配分してもよい。他のパラメータに基づく軸力としては、例えば、ヨーレート及び横加速度に基づいて演算される車両状態量軸力や、ラック軸２２の軸力を検出する軸力センサの検出値に基づく軸力、あるいは転舵輪５に作用するタイヤ力に基づく軸力等を採用できる。

・反力成分演算部８２は、少なくとも角度軸力Ｆｉｂを反力成分Ｆｉｒに反映させることができればよい。反力成分演算部８２は、角度軸力Ｆｉｂのみを反力成分Ｆｉｒに反映させる場合、電流軸力演算部１０１及び配分処理部１０３を削除することができる。

・反力成分演算部８２は、操舵を規制する反力成分として、エンド反力Ｆｉｅ又は障害物当て反力Ｆｏのいずれか一方を演算すればよい。反力成分演算部８２は、操舵を規制する反力成分として、エンド反力Ｆｉｅ及び障害物当て反力Ｆｏとは生じる状況や条件が異なる反力をこれらに代えて設定したり、これらに追加して設定したりしてもよい。こうした上記生じる状況や条件が異なる反力としては、例えば、車載電源Ｂの電圧が低下し、転舵側モータ３２により十分な転舵力を付与できない場合に付与する反力を採用できる。

・上記式（１）では、車両のサスペンションやホイールアライメント等の仕様によって決定されるバネ係数Ｋを用いた、所謂バネ項を追加してモデル化したモデル式を利用して目標操舵角θｈ＊を演算することもできる。

・上記実施形態において、制御対象とする操舵装置２は、クラッチにより操舵部４と転舵部６との間の動力伝達路を分離可能な構造の操舵装置を制御対象としてもよい。
・上記実施形態において、操舵制御装置１は、１）コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、２）各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、３）それらの組み合わせ、を含む処理回路によって構成することができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわち非一時的なコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

１…操舵制御装置
２…操舵装置
３…ステアリングホイール
４…操舵部
５…転舵輪
６…転舵部
２２…ラック軸
６２…目標反力トルク演算部
１０２…角度軸力演算部
２００…ガード処理部
Ｆｌｉｍ…制限値
Ｆｉｂ…角度軸力
Ｆｉｒ…反力成分
Ｔｓ＊…目標反力トルク

Claims (4)

1. 操舵部と、前記操舵部に入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部との間の動力伝達路が分離した構造を有する操舵装置を制御対象とし、
   前記操舵部に入力される操舵に抗する力である操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算する目標反力トルク演算部を備え、前記目標反力トルクに応じたモータトルクが発生するように前記操舵部に設けられた操舵側モータの作動を制御する操舵制御装置であって、
   前記目標反力トルク演算部は、前記転舵輪を転舵させるべく動作する転舵軸に作用する軸力に応じた軸力成分として、前記転舵輪の転舵角に換算可能な角度に応じて定められるとともに路面情報が反映されない軸力である角度軸力を演算する角度軸力演算部を含み、
   前記目標反力トルク演算部は、前記角度軸力が過大とならないようにガード処理をするガード処理部を含んでいる操舵制御装置。
2. 前記ガード処理部は、前記角度軸力が過大とならないような制限値以下に該角度軸力の絶対値を制限する請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記ガード処理部は、前記角度軸力が過大とならないように調整を行う角度軸力調整マップを備えている請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記制限値は、車速に基づいて調整される請求項２または請求項３に記載の操舵制御装置。

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