JP4506475B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵部の操舵状態に応じて操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、操向輪の転舵状態に応じて操舵部に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエーアとを備えた車両用操舵制御装置の技術分野に属する。

従来の車両用操舵制御装置では、操向輪の目標転舵角と実際の転舵角との偏差が所定値を超えたとき、ハンドルに操舵反力を付与することで、操舵反力アクチュエータの追従性をハンドルの操作相応のものとしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３２４２６１号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、転舵アクチュエータの通常の応答遅れと、入力負荷による遅れとが混在した状態で操舵反力を付与するため、本来の転舵状態に相応した操舵反力を与えることができないという問題があった。例えば、前記偏差が増大している場合、入力負荷が増えたときには入力負荷に相応した操舵反力が与えられず、逆に入力負荷が減少したときには必要以上に操舵反力を与えてしまう虞があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、入力負荷による転舵アクチュエータの遅れを操舵反力に反映させることができ、本来の転舵状態に相応した操舵反力の付与を実現できる車両用操舵制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、運転者が操作する操舵部の操舵状態に応じた目標転舵角を設定し、この目標転舵角と一致するように前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段と、前記操舵部に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータと、前記操向輪の転舵状態に応じた操舵反力指令値を設定し、この操舵反力指令値に基づいて前記操舵反力アクチュエータを駆動制御する操舵反力制御手段と、を有する車両用操舵制御装置において、
前記目標転舵角と前記転舵アクチュエータの応答特性とに基づいて、前記操向輪の転舵角を推定する転舵角推定手段と、
前記操向輪の実際の転舵角を検出する実転舵角検出手段と、
前記推定転舵角と前記実転舵角との偏差が大きいほど、前記操舵反力指令値を大きく補正する操舵反力補正手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、転舵アクチュエータの応答特性に基づく推定転舵角と実転舵角との偏差に応じて操舵反力を付与するため、入力負荷による転舵アクチュエータの遅れを操舵反力に反映させ、本来の転舵状態に相応した操舵反力の付与を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用操舵制御装置を示す全体システム図であり、実施例１の車両用操舵制御装置は、(1)操舵部、(2)バックアップ装置、(3)転舵部、(4)制御コントローラにより構成されている。

(1)操舵部
操舵部は、舵角センサ１、エンコーダ２、トルクセンサ３，３および操舵反力アクチュエータ５を有して構成される。

舵角センサ１は、ハンドル６の操作角を検出する手段で、後述するクラッチ９とハンドル６とを結合するコラムシャフト８ａに設けられている。つまり、舵角センサ１は、ハンドル６とトルクセンサ３，３との間に設置されており、トルクセンサ３，３の捩れによる角度変化の影響を受けることなく、操舵角を検出できるようになっている。この舵角センサ１には、アブソリュート型レゾルバ等を用いる。トルクセンサ３，３は二重系を成し、舵角センサ１と操舵反力アクチュエータ５との間に設置されている。

操舵反力アクチュエータ５は、ハンドル６に反力を与える反力アクチュエータであり、コラムシャフト８ａを回転軸とする１ロータ・１ステータの電動モータで構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。この操舵反力アクチュエータ５としては、ブラシレスモータが使用され、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ２とホールIC（不図示）とを追加する。その場合は、ホールICのみでもモータトルクを発生するモータ駆動は可能であるが、微細なトルク変動が発生し、操舵反力感が悪い。そこで、より繊細で滑らかな反力制御を行うため、コラムシャフト８ａの軸上にエンコーダ２を装着し、モータ制御を行うことで、微細なトルク変動を低減し、操舵反力感の向上させている。なお、エンコーダ２の代わりにレゾルバを用いても良い。

(2)バックアップ装置
バックアップ装置は、ケーブルコラム７とクラッチ９により構成されている。
クラッチ９は、コラムシャフト８ａとプーリシャフト８ｂとの間に介装され、実施例１では電磁クラッチを用いている。このクラッチ９は、締結されたとき、入力軸であるコラムシャフト８ａと出力軸であるプーリシャフト８ｂとが連結され、ハンドル６に加えられた操舵トルクは、ステアリング機構１５に機械的に伝達される。

ケーブルコラム７は、クラッチ９が締結されるバックアップモード時、操舵部(1)と転舵部(3)との間に介在する部材との干渉を避けて迂回しながらも、トルクを伝達するコラムシャフト機能を発揮する機械式バックアップ機構である。ケーブルコラム７は、２つのリールに端部がリールに固定された２本のインナーケーブルを互いに逆方向へ巻き付け、２つのリールケースに２本のインナーケーブルを内挿したアウターチューブの両端を固定することにより構成されている。

(3)転舵部
転舵部は、エンコーダ１０、舵角センサ（実転舵角検出手段）１１、トルクセンサ１２，１２、前輪転舵アクチュエータ１４，１４、ステアリング機構１５および操向輪１６，１６を有して構成される。

舵角センサ１１とトルクセンサ１２，１２とは、ケーブルコラム７のプーリが一端に取り付けられ、他端部にピニオンギヤが形成されたピニオンシャフト１７の軸上に設けられている。舵角センサ１１としては、シャフトの回転数を検出するアブソリュート式レゾルバ等が用いられる。また、トルクセンサ１２，１２としては、上記トルクセンサ３，３と同様に二重系を成し、インダクタンスの変化によりトルクを検出するものが用いられる。そして、ケーブルコラム７側に舵角センサ１１を配置し、ステアリング機構１５側にトルクセンサ１２，１２を配置することで、舵角センサ１１による転舵角検出に際してトルクセンサ１２，１２の捩りによる角度変化の影響を受けないようにしている。

前輪転舵アクチュエータ１４，１４は、ピニオンシャフト１７の舵角センサ１１とトルクセンサ１２，１２との中間位置に設けたウォームギヤに噛み合うピニオンギヤをそれぞれのモータ軸に設けることで、モータ駆動時にピニオンシャフト１７に転舵トルクを付与するように構成されている。これら前輪転舵アクチュエータ１４，１４は、上記操舵反力アクチュエータ５と同様に、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ１０とホールIC（図外）とを追加する。

ステアリング機構１５は、ピニオンシャフト１７の回転により左右の前輪（操向輪）１６，１６を転舵させる舵取り機構であって、ラックチューブ１５ａ内に内挿され、ピニオンシャフト１７のピニオンギヤに噛み合うラックギヤが形成されたラックシャフト１５ｂと、この車両左右方向に延びるラックシャフト１５ｂの両端部に結合されたタイロッド１５ｃ，１５ｃと、一端がタイロッド１５ｃ，１５ｃに結合され、他端が前輪１６，１６に結合されたナックルアーム１５ｄ，１５ｄと、を有して構成されている。

(4)制御コントローラ
制御コントローラは、処理演算等を行う２つの制御コントローラ１９，１９により二重系が構成されている。制御コントローラ１９には、操舵部の舵角センサ１、エンコーダ２、トルクセンサ３，３、ホールICと、転舵部のエンコーダ１０、舵角センサ１１、トルクセンサ１２，１２、ホールIC、車速センサ２０からの検出値が入力される。

図２は制御コントローラ１９のシステムブロック図であり、制御コントローラ１９は、前輪転舵制御部（転舵制御手段）１９ａと、操舵反力制御部（操舵反力制御手段）１９ｂとを備えている。

前輪転舵制御部１９ａは、舵角センサ１１により検出された前輪１６，１６の実転舵角θ_pと、操舵反力制御部１９ｂにより算出された目標転舵角θ_hとを入力し、前輪転舵アクチュエータ１０の指令電流Ｉ_sと推定転舵角θ_tとを出力する。

操舵反力制御部１９ｂは、舵角センサ１により検出されたハンドル６の操舵角θ_Hと、舵角センサ１１により検出された前輪１６，１６の実転舵角θ_pと、前輪転舵制御部１９ａにより算出された推定転舵角θ_tと、車速とを入力し、操舵反力アクチュエータ５の指令電流Ｉ_rと、目標転舵角θ_hとを出力する。

次に、作用を説明する。
［前輪転舵および操舵反力制御方法］
実施例１の前輪転舵制御および操舵反力制御方法を、図３の制御ブロック図を用いて説明する。

（前輪転舵制御）
舵角センサ１によりハンドル６の操舵角θ_Hが検知されると、操舵反力制御部１０ｂでは、操舵角θ_Hと車速に応じて設定される可変ギヤ比Ｇ0とから、目標転舵角θ_h（＝Ｇ0*θ_H）を求める（可変ギヤ比ブロック100）。

操舵反力制御部１９ｂは、この目標転舵角θ_hを前輪転舵制御部１９ａへ送信し、前輪転舵制御部１９ａにて相応なモータ駆動のための指令電流Ｉ_sに変換（電流変換ブロック101）の上、指令電流Ｉ_sを前輪転舵アクチュエータのモータへ与えることで、前輪１６，１６を転舵する（前輪転舵アクチュエータブロック102）。可変ギヤ比Ｇ0は、車速が高くなるほど小さくなるように設定され、低速域での取り回しの良さと、高速域での直進走行の安定性とを両立している。

（操舵反力制御）
操舵反力制御部１９ｂでは、算出した目標転舵角θ_hにより、ステアリング系の転舵角の反力特性に応じた操舵反力Ｋ_p*θ_hを算出する（ゲインブロック103）。また、目標転舵角θ_hを微分（微分ブロック104）した目標転舵角速度dθ_h/dtにより、ステアリング系の転舵角速度の反力特性に応じた操舵反力Ｋ_d*dθ_h/dtを算出する（ゲインブロック105）。これらＫ_p*θ_h，Ｋ_d*dθ_h/dtは加算され（加算ブロック106）、操舵入力分の操舵反力Ｆsが算出される。

前輪１６，１６の実転舵角θ_pは、目標転舵角θ_hに応じた指令電流Ｉ_sを入力として前輪転舵アクチュエータより実転舵角θ_pを出力とする制御対象となることから、「指令電流Ｉ_s−実転舵角θ_p」の伝達関数Ｇ(s)としてモデル化することで、前輪転舵角を推定する（前輪転舵角推定モデルブロック107；転舵角推定手段）。

前輪転舵角推定モデルＧ(s)は、２次遅れで近似できることから、
Ｇ(s)＝Ｂ／（ｓ²＋Ａｓ）
にて指令電流Ｉsに対する実転舵角θ_pを求める。
ここで、ＡおよびＢは、前輪転舵アクチュエータ応答特性に応じて設定される値であり、ＡおよびＢの値の設定は、車両から前輪転舵アクチュエータに入力される全ての負荷を検出する為に、すなわち、アクチュエータの応答を抑える側とアシストする側の極性を持たせる為のゼロ基準とする為に、無負荷状態における伝達ゲインとする。

この前輪舵角推定モデルＧ(s)より算出した推定転舵角θ_tと、目標転舵角θ_hとの偏差を求め（加減算ブロック108）、この偏差に対し、図４に示す特性を有する反力ゲインαｇを用い、転舵角偏差に基づくアクチュエータ応答遅れ分の操舵反力（アクチュエータ応答分の操舵反力）Ｆaを求め（ゲインブロック109）、操舵入力に応じた操舵反力Ｆsに加算する（加算ブロック110）。
Ｆa＝αｇ*（θ_h−θ_t）
ここで、反力ゲインαｇは、運転者に前輪転舵アクチュエータ応答遅れを伝えるための操舵反力の大きさで設定する。ゲインブロック109と加算ブロック110とにより、目標転舵角θ_hと推定転舵角θ_tとの偏差が大きいほど、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaを大きくし、目標操舵反力Ｆを大きく補正する操舵反力補正手段が構成される。

図５に、定常的な操舵入力分の操舵反力Ｋ_p*θ_hに対し、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaの定常分を加えた操舵反力特性を示す。これにより、前輪転舵アクチュエータの定常的な応答遅れに相応する操舵反力をハンドル６に付与することができる。なお、図５では、目標転舵角θ_hが大きくなるほど、操舵反力を付加する量が大きくなっているが、これは一例であり、目標転舵角θ_hに対する操舵反力の付加量は変化する。

一方、前輪舵角推定モデルＧ(s)より算出した推定転舵角θ_tと実転舵角θ_pとの偏差（加減算ブロック111）に対し、図６に示す特性を有する反力ゲインα'ｇを用い、前輪転舵アクチュエータへの定常的な入力負荷に相応する操舵反力を算出する（ゲインブロック112）。ここで、反力ゲインα'ｇは、推定転舵角θ_tと実転舵角θ_pとの偏差に比例して大きくなるように設定されている。
Ｆb＝α'ｇ*（θ_h−θ_t）

この定常的な負荷入力分の操舵反力ＦbをＦs＋Ｆaに加える（加算ブロック114）ことで、図７に示すように、前輪転舵アクチュエータへの定常的な入力負荷を操舵反力に反映させることができる。ゲインブロック112により、推定転舵角θ_tと実転舵角θ_pとの偏差が大きいほど、負荷入力分の操舵反力Ｆbを大きくし、目標操舵反力Ｆを大きく補正する操舵反力補正手段が構成される。

上記の処理により算出された目標操舵反力（操舵反力指令値）Ｆ（＝Ｆs＋Ｆa＋Ｆb）は、操舵反力制御部１９ｂにて相応なモータ駆動のための指令電流Ｉ_rに変換（電流変換ブロック119）の上、指令電流Ｉ_rを操舵反力アクチュエータのモータへ与えることで、ハンドル６に操舵反力を付加する（操舵反力アクチュエータブロック120）。

［前輪転舵および操舵反力制御処理］
図８は、実施例１の制御コントローラ１９で実行される前輪転舵および操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、舵角センサ１の信号からハンドル１の操舵角θ_Hを算出し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、車速センサ２０の信号から車速Ｖを算出し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、ステップS1で算出した操舵角θ_HとステップS2で算出した車速Ｖとから、あらかじめ設定された可変ギヤ比マップＭＡＰ(v)を参照して可変ギヤ比Ｇ0を設定し、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、ステップS1で算出した操舵角θ_HとステップS3で設定した可変ギヤ比Ｇ0とから、下記の式に基づいて前輪１６，１６の目標転舵角θ_hを算出し、ステップS5へ移行する。
θ_h＝Ｇ0*θ_H

ステップS5では、ステップS4で算出した目標転舵角θ_hから、下記の式を用いて目標転舵角速度Ｖ_Hを算出し、ステップS6へ移行する。
Ｖ_H＝（θ_h(t)−θ_h(t-1)）/dt

ステップS6では、操舵入力分の操舵反力Ｆsを下記の式から算出し、ステップS6へ移行する。
Ｆs＝Ｋ_p*θ_h(t)＋Ｋ_d*（θ_h(t)−θ_h(t-1)）/dt

ステップS7では、下記の式に基づいて前輪転舵アクチュエータ１０の指令電流Ｉ_s(t)を算出し、ステップS8へ移行する。
Ｉ_s(t)＝Ｐ*θ_h(t)＋Ｉ*（（θ_h(t)＋θ_h(t-1)）/2）＋Ｄ*（θ_h(t)−θ_h(t-1)）
ここで、Ｐ，Ｉ，Ｄは、所定の比例換算値，積分換算値，微分換算値である。

ステップS8では、ステップS7で算出した指令電流Ｉ_s(t)と伝達関数Ｇ(s)とから、下記の式を用いて目標転舵角θ_hを推定し、ステップS9へ移行する。
θ_t＝Ｇ(s)*Ｉ_s(t)

ステップS9では、ステップS8で算出した目標転舵角θ_hから、下記の式を用いて目標転舵角速度Ｖ_tを算出し、ステップS10へ移行する。
Ｖ_t＝（θ_h(t)−θ_h(t-1)）/dt

ステップS10では、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaを下記の式から算出し、ステップS11へ移行する。
Ｆa＝αｇ*（θ_h−θ_t）

ステップS11では、前記転舵アクチュエータ１０の実電流値がステップS7で算出した指令電流Ｉ_s(t)と一致するような駆動電流を前輪転舵アクチュエータ１０に出力し、ステップS12へ移行する。

ステップS12では、舵角センサ１１の信号から前輪１６，１６の実転舵角θ_pを検知し、ステップS13へ移行する。

ステップS13では、ステップS12で算出した実転舵角θ_pから、下記の式を用いて実転舵角速度Ｖ_pを算出し、ステップS14へ移行する。
Ｖ_p＝（θ_p(t)−θ_p(t-1)）/dt

ステップS14では、負荷入力分の操舵反力Ｆbを下記の式を用いて算出し、ステップS15へ移行する。
Ｆb＝α'ｇ*（θ_p−θ_t）

ステップS15では、ステップS6で算出した操舵入力分の操舵反力Ｆsと、ステップS11で算出したアクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaと、ステップS14で算出した負荷入力分の反力Ｆbとを加算して目標操舵反力Ｆを算出し、ステップS15へ移行する。

ステップS16では、ステップS15で算出した目標操舵反力Ｆから、下記の式に基づいて操舵反力アクチュエータ５の指令電流Ｉ_r(t)を算出し、ステップS17へ移行する。

ステップS17では、操舵反力アクチュエータ５の実電流値がステップS16で算出した指令電流Ｉ_r(t)と一致するような駆動電流を操舵反力アクチュエータ５に出力し、本制御を終了する。

［技術背景］
特開平１０−３２４２６１号公報には、前輪の転舵角に対するハンドルの操舵角の比であるギヤ比（オーバーオール・ステアリングギヤ比）を可変し、このギヤ比に基づき設定された目標転舵角に応じて前輪を転舵する技術が開示されている。この従来技術では、転舵角速度の絶対値が大きい場合には、目標転舵角と実転舵角との差、および目標転舵角速度と実転舵角速度との差を操舵反力に付与することで、転舵アクチュエータの動作をハンドルの操作相応のものとしている。

（問題点１）
通常の転舵アクチュエータの遅れと転舵アクチュエータへの入力負荷による遅れとが混在した状態で操舵反力を付与するため、必要以上に操舵反力を与える、または入力負荷に相応した操舵反力が与えられないという問題があった。例えば、図９(a)のように、偏差が増大している場合、入力負荷が増えたときには入力負荷に相応した操舵反力が与えられない（図９(b)）。また、図１０(a)のように入力負荷が減少したときには必要以上に操舵反力を与えてしまう（図１０(b)）。

すなわち、偏差θ_diffが増大している間に入力負荷が増える方向になると、偏差に対する反力を途中から下げる必要がある。一方、偏差θ_diffが増大している間に入力負荷が減る方向になると、偏差に対するゲインを途中から下げる必要がある。

さらに、偏差θ_diffに応じて反力を設定する場合には、負荷はランダムに入力されることから、図９(b)の理想特性と図１０(b)の理想特性を両立させ、かつ変化点も任意に設定しなければならないため、従来のような偏差に基づく操舵反力マップを用いた制御では、操舵反力が重くなりすぎたり、逆に軽くなりすぎたりする。

（問題点２）
目標転舵角速度と実転舵角速度との差の絶対値で操舵反力を付与するという構成になっていたため、転舵アクチュエータの位相が進む場合にも、その変化を操舵反力に与えられないという問題があった（負荷が軽くなることと同様の問題）。

［入力負荷に応じた操舵反力制御作用］
これに対し、実施例１の車両用操舵制御装置では、前輪転舵角推定モデルＧ(s)により前輪転舵アクチュエータ１０の応答性に基づき、目標転舵角θ_hに対する推定転舵角θ_tを求め（ステップS8）、その差分をアクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaとして操舵入力分の操舵反力Ｆsに付加すると共に、推定転舵角θ_tに対する実転舵角θ_pとの差分を付加入力分の操舵反力Ｆbとして操舵入力分の操舵反力Ｆsに付加する（ステップS15）。

すなわち、操舵入力に応じた操舵反力Ｆsに対し、通常の応答による反力Ｆaと通常以外の前輪転舵アクチュエータ１０の位置ズレや応答に対応した操舵反力Ｆbを付与することで、前輪転舵アクチュエータ１０の負荷因子である車両の積載条件や、車両姿勢および走行状態等による車両荷重変化、また、縁石引掛りや路面μなどの路面環境変化、さらには前輪転舵アクチュエータ１０の劣化による応答性低下等に相応な操舵反力を付与することができる。言い換えると、適正化された通常の応答でのゲインの上に、負荷・外乱はその入力にあった反力ゲインを設定することで、本来の転舵状態に相応した操舵反力を静的および動的にも実現できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 前輪１６，１６を転舵する前輪転舵アクチュエータ１０と、運転者が操作するハンドル６の操舵状態（操舵角θ_H）に応じた目標転舵角θ_hを設定し、この目標転舵角θ_hと一致するように前輪転舵アクチュエータ１０を駆動制御する前輪転舵制御部１９ａと、ハンドル６に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータ５と、前輪１６，１６の転舵状態（実転舵角θ_p）に応じた目標操舵反力Ｆを設定し、この目標操舵反力Ｆに基づいて操舵反力アクチュエータ５を駆動制御する操舵反力制御部１９ｂと、を有する車両用操舵制御装置において、目標転舵角θ_hと前輪転舵アクチュエータ１０の応答特性とに基づいて、前輪１６，１６の転舵角を推定する前輪転舵角推定モデルブロック107と、前輪１６，１６の実転舵角θ_pを検出する舵角センサ１１と、推定転舵角θ_tと実転舵角θpとの偏差が大きいほど、目標操舵反力Ｆを大きく補正する操舵反力補正手段（ゲインブロック112）と、を備える。よって、前輪転舵アクチュエータ１０への定常的な入力負荷を操舵反力に反映させることができ、本来の転舵状態に相応した操舵反力の付与を実現できる。

(2) 操舵反力補正手段（ゲインブロック109，加算ブロック110）は、目標転舵角θ_hと推定転舵角θ_tとの偏差が大きいほど、目標操舵反力Ｆを大きく補正するため、前輪転舵アクチュエータ１０の遅れ特性を操舵反力に反映させることができる。

実施例２は、目標転舵角速度と推定転舵角速度との偏差、および推定転舵角速度と実転舵角速度との偏差に応じて操舵反力を補正する例である。

まず、構成を説明する。
図１１は実施例２の車両用操舵制御装置を示す全体システム図であり、実施例２では、実施例１の構成に対し、車両挙動状態量を検出する車両挙動状態量検出手段として、車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２１と、車両の横方向加速度を検出する横Ｇセンサ２２と、車両の前後方向加速度を検出する前後Ｇセンサ２３と、とを加えた点で異なる。

制御コントローラ１９，１９には、操舵部の舵角センサ１、エンコーダ２、トルクセンサ３，３、ホールICと、転舵部のエンコーダ１０、舵角センサ１１、トルクセンサ（路面反力検出手段に相当）１２，１２、ホールIC、車速センサ２０、ヨーレイトセンサ２１、横Ｇセンサ２２、前後Ｇセンサ２３、からの検出値が入力される。

次に、作用を説明する。
［前輪転舵および操舵反力制御方法］
実施例２の前輪転舵制御および操舵反力制御方法を、図１２の制御ブロック図を用いて説明する。なお、実施例１と異なる部分のみ説明する。

実施例２では、目標転舵角θ_hを微分（微分ブロック104）した目標転舵角速度Ｖ_hと、推定転舵角θ_tを微分（微分ブロック115；転舵角速度推定手段）した推定転舵角速度Ｖ_tとの偏差を求め（加減算ブロック121）、この偏差に対し、図１３に示す特性を有する反力ゲインβｐを用い、転舵角速度偏差に基づくアクチュエータ応答分の操舵反力を求める（ゲインブロック122）。この操舵反力と、転舵角偏差に基づくアクチュエータ応答分の操舵反力αｇ*（θ_h−θ_t）とを加算し（加算ブロック123）、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaとする。加減算ブロック121とゲインブロック122とで、目標転舵角速度Ｖ_hと推定転舵角速度Ｖ_tとの偏差が大きいほど、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaを大きくし、目標操舵反力Ｆを大きく補正する操舵反力補正手段が構成される。
Ｆa＝αｇ*（θ_h−θ_t）＋βｐ*（Ｖ_h−Ｖ_t）
ここで、反力ゲインβｐは、運転者に前輪転舵アクチュエータ応答遅れを伝えるための操舵反力の大きさで設定する。ゲインブロック122と加算ブロック123とにより、目標転舵角速度Ｖ_hと推定転舵角速度Ｖ_tとの偏差が大きいほど、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaを大きくし、目標操舵反力Ｆを大きく補正する操舵反力補正手段が構成される。

図１４に、過渡的な操舵入力分の操舵反力Ｋ_d*dθ_h/dtに対し、アクチュエータ応答分の操舵反力Ｆaの過渡分を加えた操舵反力特性を示す。これにより、図１４に示すように、前輪転舵アクチュエータの過渡的な応答遅れに相応する操舵反力をハンドル６に付与することができる。なお、図１４では、目標転舵角速度Ｖ_hが低い領域と高い領域とに、操舵反力を付加するようにしているが、これは、前輪転舵アクチュエータの低周波、高周波の応答性が悪い場合の一例であり、アクチュエータの応答特性に応じて、目標転舵角速度Ｖ_hに対する反力の付加量は変化する。

また、実施例２では、推定転舵角θ_tを微分（微分ブロック115；転舵角速度推定手段）した推定転舵角速度Ｖ_tと、実転舵角θ_pを微分（微分ブロック116；実転舵角速度検出手段）した実転舵角速度Ｖ_pとの偏差（加減算ブロック117）に対し、図１５に示す特性を有する反力ゲインβ'ｐを用い、前輪転舵アクチュエータが受ける過渡的な負荷変動に相応する操舵反力を算出する（ゲインブロック118）。ここで、反力ゲインβ'ｐは、推定転舵角速度Ｖ_tと実転舵角速度Ｖ_pとの偏差に比例して大きくなるように設定されている。
Ｆb＝α'ｇ*（θ_h−θ_t）＋β'ｐ（Ｖ_h−Ｖ_t）

この負荷入力分の操舵反力ＦbをＦs＋Ｆaに加える（加算ブロック114）ことで、図１６に示すように、前輪転舵アクチュエータの過渡的に変化する負荷変動を、操舵反力に反映させることができる。なお、低周波、高周波の転舵角速度では、前輪転舵アクチュエータ１０の応答性が悪いため、過渡的な負荷変動に対する応答性も悪く、操舵反力が大きくなっている。ゲインブロック118，加算ブロック114により、推定転舵角速度Ｖ_tと実転舵角速度Ｖ_pとの偏差が大きいほど、負荷入力分の操舵反力Ｆbを大きくし、目標操舵反力Ｆの補正量を大きくする補正する操舵反力補正手段が構成される。

また、実施例２では、負荷入力分の操舵反力Ｆbを決める反力ゲインα'ｇ，β'ｐを、車両挙動や路面入力に応じて変化させる。
反力ゲインα'ｇは、ヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄ、路面反力ｆにより変化させる（ゲイン設定ブロック123）。
α'ｇ＝α０Ｙ＋α１Ｌ＋α２Ｄ＋α３ｆ

反力ゲインβ'ｐは、ヨーレイトＹを微分（微分ブロック125）したヨー角加速度Ｙ'、横加速度Ｌを微分（微分ブロック126）した横加加速度Ｌ'、前後加速度Ｄを微分（微分ブロック127）した前後加加速度Ｄ'、路面反力ｆを微分（微分ブロック127）した路面反力変化量ｆ'により変化させる（ゲイン設定ブロック124）。
β'ｐ＝β０Ｙ'＋β１Ｌ'＋β２Ｄ'＋β３ｆ'

なお、α０，α１，α２，β０，β１，β２は、入力負荷に応じたゲインであり、これらを各要因の入力特性や車両感度に応じて適宜設定することにより、操舵反力の入力負荷別に重みを変え、運転者へ車両挙動を操舵反力として伝えることができる。

［前輪転舵および操舵反力制御処理］
図１７は、実施例２の制御コントローラ１９で実行される前輪転舵および操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートである。なお、実施例１と同一の処理を行うステップには、同一のステップ番号を付与し、異なるステップのみ説明する。

ステップS21では、車両挙動状態量として、ヨーレイトセンサ２１、横Ｇセンサ２２、前後Ｇセンサ２３の信号からヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄを検出すると共に、トルクセンサ１２，１２の信号から路面反力ｆを検出し、ステップS22へ移行する。

ステップS22では、ステップS21で検出したヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄおよび路面反力ｆの微分値Ｙ'、Ｌ'、Ｄ'、ｆ'を算出し、ステップS23へ移行する。

ステップS23では、ステップS21で検出したヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄおよび路面反力ｆから、下記の式を用いて反力ゲインα'ｇを算出し、ステップS24へ移行する。
α'ｇ＝α０Ｙ＋α１Ｌ＋α２Ｄ＋α３ｆ

ステップS24では、ステップS22で算出したヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄおよび路面反力ｆの微分値Ｙ'、Ｌ'、Ｄ'、ｆ'から、下記の式を用いて反力ゲインβ'ｐを算出し、ステップS25へ移行する。
β'ｐ＝β０Ｙ'＋β１Ｌ'＋β２Ｄ'＋β３ｆ'

ステップS25では、ステップS23で算出した反力ゲインα'ｇと、ステップS24で算出した反力ゲインβ'ｐとから、下記の式を用いて負荷入力分の操舵反力Ｆbを算出し、ステップS15へ移行する。
Ｆb＝α'ｇ*（θ_p−θ_t）＋β'ｐ（Ｖ_p−Ｖ_t）

［負荷入力の要因に応じた操舵反力制御作用］
実施例２では、負荷入力を要因毎に切り分け、車両挙動状態の代用特性である車両ヨーレイトＹ、横Ｇ、前後Ｇや、路面状況、前輪１６，１６の荷重状態の代用特性である路面反力などの入力特性や、車両感度に応じて負荷入力分の操舵反力Ｆbを可変する（ステップS23，S24）ため、各入力負荷に応じた操舵反力を運転者へ伝えることができる。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果(1)，(2)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(3) 推定転舵角速度Ｖ_tを算出する微分ブロック115と、実転舵角速度Ｖ_pを検出する微分ブロック116と、を備え、操舵反力補正手段（ゲインブロック118，加算ブロック114）は、推定転舵角速度Ｖ_tと実転舵角速度Ｖ_pとの偏差が大きいほど、目標操舵反力Ｆの補正量を大きくする。よって、前輪転舵アクチュエータ１０の過渡的に変化する負荷変動を、操舵反力に反映させることができる。

(4) 車両のヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄを検出するヨーレイトセンサ２１、横Ｇセンサ２２、前後Ｇセンサ２３を備え、操舵反力補正手段（ゲインブロック112，ゲインブロック113）は、ヨーレイトＹ、横加速度Ｌ、前後加速度Ｄが大きいほど、負荷入力分の操舵反力Ｆbを大きくする。よって、車両挙動変化による負荷変動に対応した操舵反力を発生させ、車両挙動に相応な操舵反力を付与することができる。

(5) 前輪１６，１６に入力された路面反力ｆを検出するトルクセンサ１２，１２を備え、操舵反力補正手段（ゲインブロック112，ゲインブロック113）は、路面反力ｆが大きいほど、負荷入力分の操舵反力Ｆbを大きくする。よって、路面反力ｆに応じた操舵反力を運転者に伝えることができる。

(6) 推定転舵角速度Ｖ_tを算出する微分ブロック115を備え、微分ブロック104は、目標転舵角θ_hに応じて目標転舵角速度Ｖ_hを設定し、操舵反力補正手段（加減算ブロック121，ゲインブロック122）は、目標転舵角速度Ｖ_hと推定転舵角速度Ｖ_tとの偏差が大きいほど、目標操舵反力Ｆを大きく補正する。よって、前輪転舵アクチュエータ１０の過渡的な入力負荷を操舵反力に反映させることができ、本来の転舵状態に相応した操舵反力の付与を実現できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、ハンドルとタイヤとが機械的に切り離されたステア・バイ・ワイヤシステムについて説明したが、本発明は、舵角比可変制御機構とパワーステアリング制御機構とを備えた車両にも適用可能である。この場合、舵角比可変制御による転舵角制御の応答遅れに応じて、パワーステアリング制御機構によるパワーアシスト力を変更することで、運転者に与える操舵反力を変更することができる。

実施例１，２では、転舵制御手段（前輪転舵制御部１９ａ）と操舵反力制御手段（操舵反力制御部１９ｂ）とを制御コントローラ１９内に別々に設けた例を示したが、一体にしても良い。

実施例１の車両用操舵制御装置を示す全体システム図である。 制御コントローラ１９のシステムブロック図である。 実施例１の制御ブロック図である。 目標転舵角と推定転舵角との偏差に対する反力ゲインαｇの特性図である。 操舵入力分Ｆsにアクチュエータ応答分Ｆaを付加した操舵反力の定常特性図である。 推定転舵角と実転舵角との偏差に対する反力ゲインα'ｇの特性図である。 操舵入力分Ｆsにアクチュエータ応答分Ｆaと負荷入力分Ｆbとを付加した操舵反力の定常特性図である。 実施例１の制御コントローラ１９で実行される前輪転舵および操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートである。 従来技術の問題点を示す図である。 従来技術の問題点を示す図である。 実施例２の車両用操舵制御装置を示す全体システム図である。 実施例２の制御ブロック図である。 目標転舵角速度と推定転舵角速度との偏差に対する反力ゲインβｇの特性図である。 操舵入力分Ｆsにアクチュエータ応答分Ｆaを付加した操舵反力の過渡特性図である。 推定転舵角速度と実転舵角速度との偏差に対する反力ゲインβ'ｐの特性図である。 操舵入力分Ｆsにアクチュエータ応答分Ｆaと負荷入力分Ｆbとを付加した操舵反力の過渡特性図である。 実施例２の制御コントローラ１９で実行される前輪転舵および操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 舵角センサ
２ エンコーダ
３ トルクセンサ
５ 操舵反力アクチュエータ
６ ハンドル
７ ケーブルコラム
８ａ コラムシャフト
８ｂ プーリシャフト
９ クラッチ
１０ エンコーダ
１１ 舵角センサ
１２ トルクセンサ
１４ 前輪転舵アクチュエータ
１５ ステアリング機構
１６ 前輪
１７ ピニオンシャフト
１９ 制御コントローラ
２０ 車速センサ

Claims (7)

1. 操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、
   運転者が操作する操舵部の操舵状態に応じた目標転舵角を設定し、この目標転舵角と一致するように前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段と、
   前記操舵部に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータと、
   前記操向輪の転舵状態に応じた操舵反力指令値を設定し、この操舵反力指令値に基づいて前記操舵反力アクチュエータを駆動制御する操舵反力制御手段と、
   を有する車両用操舵制御装置において、
   前記目標転舵角と前記転舵アクチュエータの応答特性とに基づいて、前記操向輪の転舵角を推定する転舵角推定手段と、
   前記操向輪の実際の転舵角を検出する実転舵角検出手段と、
   前記推定転舵角と前記実転舵角との偏差が大きいほど、前記操舵反力指令値を大きく補正する操舵反力補正手段と、
   を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記操向輪の転舵角速度を推定する転舵角速度推定手段と、
   前記操向輪の実際の転舵角速度を検出する実転舵角速度検出手段と、
   を備え、
   前記操舵反力補正手段は、前記推定転舵角速度と前記実転舵角速度との偏差が大きいほど、前記操舵反力指令値の補正量を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用操舵制御装置において、
   車両の挙動状態量を検出する車両挙動状態量検出手段を備え、
   前記操舵反力補正手段は、前記車両挙動状態量が大きいほど、前記補正量を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記操向輪に入力された路面反力を検出する路面反力検出手段を備え、
   前記操舵反力補正手段は、前記路面反力が大きいほど、前記補正量を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記目標転舵角と前記推定転舵角との偏差が大きいほど、前記操舵反力指令値を大きく補正することを特徴とする車両用操舵制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記操向輪の転舵角速度を推定する転舵角速度推定手段を備え、
   前記転舵制御手段は、前記操舵部の操舵状態に応じた目標転舵角速度を設定し、
   前記操舵反力補正手段は、前記目標転舵角速度と前記推定転舵角速度との偏差が大きいほど、前記操舵反力指令値を大きく補正することを特徴とする車両用操舵制御装置。
7. 操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、
   運転者が操作する操舵部の操舵状態に応じた目標転舵角を設定し、この目標転舵角と一致するように前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段と、
   前記操舵部に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータと、
   前記操向輪の転舵状態に応じた操舵反力指令値を設定し、この操舵反力指令値に基づいて前記操舵反力アクチュエータを駆動制御する操舵反力制御手段と、
   を有する車両用操舵制御装置において、
   前記目標転舵角と前記転舵アクチュエータの応答特性とに基づいて、前記操向輪の転舵角を推定し、
   前記操向輪の実際の転舵角を検出し、
   前記推定転舵角と前記実転舵角との偏差が大きいほど、前記操舵反力指令値を大きく補正することを特徴とする車両用操舵制御装置。
   

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