JP7188357B2 - 車両の操舵反力トルク制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両の操舵反力トルク制御装置に係る。

自動車などの車両における操舵反力の制御の一つとして、車両の適正な走行にとって必要な操舵が行われるときには操舵反力が低減され、車両の適正な走行にとって不必要な操舵が行われるときには操舵反力が増大されるよう、操舵反力を制御することが知られている。

例えば、下記の特許文献１には、自車両及び自車両周囲の走行環境の将来を予測し、予測結果に基づいて将来必要な操舵角（最適操舵角）を推定し、実際の操舵角が必要な操舵角に近づくときには操舵反力が低減され、実際の操舵角が必要な操舵角から遠ざかるときには操舵反力が増大されるよう構成された操舵反力制御装置が記載されている。

特許文献１に記載された操舵反力制御装置によれば、実際の操舵角を必要な操舵角に近づける操舵操作は操舵反力の低減によって容易であり、実際の操舵角を必要な操舵角から遠ざける操舵操作は操舵反力の増大によって困難になる。よって、上述のように操舵反力が制御されない場合に比して、実際の操舵角が必要な操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことを促進し、実際の操舵角が必要な操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することを抑制することができる。

特開２００３―６３４３０号公報

〔発明が解決しようとする課題〕
特許文献１に記載された操舵反力制御装置においては、操舵反力は実際の操舵角と必要な操舵角との偏差が大きいほど大きくなるよう制御されるので、操舵反力の特性は操舵角の偏差を変数とするばね特性のような特性になる。よって、実際の操舵角が必要な操舵角から遠ざかるときには、操舵角の偏差の増大につれて操舵反力が増大し、運転者の操舵操作を抑制する効果が高くなる。

しかし、例えば保舵時のように運転者に操舵操作の意図がない状況において操舵角の偏差があるときには、後に詳細に説明するように、実際の操舵角を必要な操舵角に近づけようとする不必要な操舵反力が作用する。そのため、運転者は操舵操作しようとしていないにも拘らずステアリングホイールが回転しようとすることに起因して、他者から操舵の介入を受けたような違和感を覚えることが避けられない。

本発明の主要な課題は、操舵反力トルクとして操舵摩擦補償トルクを制御することにより、従来の操舵反力の制御における上述の問題が生じないよう改良された操舵反力トルク制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
本発明によれば、運転者によるステアリングホイール（１６）の操作時に操舵摩擦補償トルク（Ｔsf）を発生することができるよう構成された電動パワーステアリング装置（２２）と、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置（２４）と、を含む車両（１４）の操舵反力トルク制御装置（１０）が提供される。

制御装置（２４）は、実際の操舵角（θ）及び車両が車線に沿って走行するための目標操舵角（θt）の情報を取得し、
実際の操舵角（θ）の変化が目標操舵角（θt）に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルク（Ｔsf）が減少する、及び実際の操舵角（θ）の変化が目標操舵角（θt）から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルク（Ｔsf）が増大する
の少なくとも一方が達成されるように、電動パワーステアリング装置（２２）の操舵反力トルクとして操舵摩擦補償トルクを制御するよう構成されている。

上記の構成によれば、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルクが減少し、及び／又は実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルクが増大する。よって、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づくよう行われる操舵操作は容易になり、及び／又は実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかるよう行われる操舵操作は困難になる。従って、実際の操舵角が必要な操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことを促進し、及び／又は実際の操舵角が必要な操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することを抑制することができる。

なお、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルクが減少し、実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルクが増大する場合には、上記両方の効果が得られる。即ち、実際の操舵角が必要な操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことを促進することができると共に、実際の操舵角が必要な操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することを抑制することができる。

また、例えば保舵時のように運転者に操舵操作の意図がない状況において操舵角の偏差があっても、実際の操舵角が変化しない限り操舵摩擦補償トルクは発生しない。よって、不必要な操舵反力トルクに起因して運転者が他者から操舵の介入を受けたような違和感を覚えることを回避することができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いられた符号が括弧書きで添えられている。しかし、本発明の各構成要素は、括弧書きで添えられた符号に対応する実施形態の構成要素に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態にかかる車両の操舵反力トルク制御装置を示す概略構成図である。 実施形態による操舵摩擦補償トルクの制御を含む操舵アシストトルクの制御ルーチンを示すフローチャートである。 操舵トルクＴs及び車速Ｖに基づいて車両全体の目標操舵アシストトルクＴstを演算するためのマップである。 上段は、操舵角θが正の範囲にて増大する状況において、操舵角θと目標操舵角θt（一点鎖線）との大小関係が変化する例を示し、下段は、操舵摩擦補償トルクＴsfの変化を示している。 上段は、操舵角θが正の範囲にて減少する状況において、操舵角θと目標操舵角θt（一点鎖線）との大小関係が変化する例を示し、下段は、操舵摩擦補償トルクＴsfの変化を示している。 上段は、目標操舵角θt（一点鎖線）が一定で、運転者により保舵操作が行われる状況において、操舵角θが目標操舵角θtに対し増減する例を示し、下段は、操舵摩擦補償トルクＴsfの変化を示している。 操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう、運転者が質量体に操作力Ｆdを与える状況を示す説明図である。 操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう、運転者が質量体に操作力Ｆdを与える状況を示す説明図である。 操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう質量体を操作する意思が運転者にはない状況を示す説明図である。 操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう質量体を操作する意思が運転者にはない状況を示す説明図である。 操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置を越えて移動するよう運転者が質量体を過剰に操作する状況を示す説明図である。 操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置を越えて移動するよう運転者が質量体を過剰に操作する状況を示す説明図である。 操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置を越えた位置に留まるよう運転者が質量体を保持する状況を示す説明図である。 操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合において、質量体が二点鎖線にて示された目標位置を越えた位置に留まるよう運転者が質量体を保持する状況を示す説明図である。 運転者の操舵操作の方向が運転支援の操舵方向と同一の切り込み操舵が行われる場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係の具体例を示す操舵ヒステリシス線図である。 運転者に運転支援の操舵と同様の操舵操作の意思がない場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係の具体例を示す操舵ヒステリシス線図である。 運転者の操舵操作の方向が運転支援の操舵方向と同一の切り戻し操舵が行われる場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係の具体例を示す操舵ヒステリシス線図である。 操舵角θが目標操舵角θtである状況において、運転者が所定の範囲内にて操舵トルクを変化させる場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係の具体例を示す操舵ヒステリシス線図である。 操舵摩擦補償トルクＴsfが増減されない従来のパワーステアリング装置において、運転者が操舵トルクを変化させる場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係の具体例を示す操舵ヒステリシス線図である。 操舵角θが目標操舵角θtである状況にて、運転者が所定の範囲を越えて操舵トルクを変化させる場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係の具体例を示す操舵ヒステリシス線図である。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１において、本発明の実施形態にかかる操舵反力トルク制御装置１０は、操舵装置１２を備えた車両１４に適用されている。操舵装置１２は、運転者により操作されるステアリングホイール１６と、操舵輪である前輪１８Ｌ及び１８Ｒと、ステアリングホイール１６と前輪１８Ｌ及び１８Ｒとの間に操舵に関する力及び変位の伝達を行う伝達装置２０と、を含んでいる。操舵反力トルク制御装置１０は、操舵アシストトルクＴaを発生し伝達装置２０に操舵アシストトルクＴaを付与する電動パワーステアリング装置２２と、電動パワーステアリング装置２２を制御する電子制御装置２４と、を有している。

図示の実施形態においては、電動パワーステアリング装置２２は、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）である。なお、電動パワーステアリング装置は、操舵アシストトルクＴaを制御し得る限り、例えばピニオンアシスト型又はラックアシスト型の電動パワーステアリング装置のように、他の型式の電動パワーステアリング装置であってもよい。

図１に示されているように、伝達装置２０は、ステアリングホイール１６と共に回転するアッパステアリングシャフト２６と、インタミディエットシャフト２８と、操舵機構３０とを含んでいる。インタミディエットシャフト２８は、上端にてユニバーサルジョイント３２を介してアッパステアリングシャフト２６の下端に連結され、下端にてユニバーサルジョイント３４を介して操舵機構３０のピニオンシャフト３６に連結されている。

操舵機構３０は、ラック・アンド・ピニオン型のステアリングユニット３８と、タイロッド４０Ｌ及び４０Ｒとを含み、ステアリングユニット３８はピニオンシャフト３６の回転をラックバー４２の車両横方向の直線運動に変換し、またこの逆の変換を行う。タイロッド４０Ｌ及び４０Ｒは、内端にてラックバー４２の先端に枢着されており、タイロッド４０Ｌ及び４０Ｒの外端は、それぞれ左右の前輪１８Ｌ及び１８Ｒのキャリア（図示せず）に設けられたナックルアーム４４Ｌ及び４４Ｒに枢着されている。

よって、ステアリングホイール１６の回転変位及び回転トルクは、伝達装置２０により、前輪１８及び１８Ｒのキングピン軸（図示せず）の周りの枢動及び回転トルクに変換されて前輪１８Ｌ及び１８Ｒへ伝達される。また、左右の前輪１８Ｌ及び１８Ｒが路面４６から受けるキングピン軸の周りの枢動及び回転トルクは、伝達装置２０により、ステアリングホイール１６へそれぞれ回転変位及び回転トルクとして伝達される。

電動パワーステアリング装置２２は、電動機４８及び変換装置５０を有し、図1には示されていないが、変換装置５０は電動機４８の回転軸に固定されたウオームギヤ及びアッパステアリングシャフト２６に固定されたウオームホイールを含んでいる。電動機４８の回転トルクは変換装置５０によってアッパステアリングシャフト２６の回転トルクに変換されてアッパステアリングシャフトへ伝達される。

電子制御装置２４は、電動機４８の回転トルクを制御することにより、後に詳細に説明するように、電動パワーステアリング装置２２がアッパステアリングシャフト２６に付与する操舵アシストトルクＴaを制御する制御装置として機能する。電子制御装置２４には、アッパステアリングシャフト２６に設けられた操舵角センサ５２及びトルクセンサ５４からそれぞれ操舵角θ及び操舵トルクＴを示す信号が入力される。また、電子制御装置２４には、車速センサ５６から車速Ｖを示す信号が入力され、ＣＣＤカメラ５８から車両前方の情報が入力される。なお、車両の前方の情報は、ＣＣＤカメラ５８以外の手段により取得されてもよく、ＣＣＤカメラ５８と他の手段との組合せにより取得されてもよい。

なお、電子制御装置２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータを含み、ＲＯＭは後述の制御プログラム、数式などを記憶していてよい。また、操舵角センサ５２及びトルクセンサ５４は、それぞれ車両が直進状態にあるときの値を０とし、左旋回方向へ操舵されるときの値を正として操舵角θ及び操舵トルクＴを検出する。よって、ステアリングホイール１６が反時計周り方向へ回転するときに、操舵角θの時間微分値θdが正の値になる。

電子制御装置２４は、図２に示されたフローチャートに従って、走行軌跡制御（「ＬＫＡ（レーンキープピングアシスト）制御」とも呼ばれる）などの運転支援制御の目標操舵角θtを演算する。例えば、電子制御装置２４は、ＣＣＤカメラ５８により取得された車両前方の情報に基づいて、当技術分野において公知の要領にて走行車線を特定し、車両を走行車線に沿って走行させるための目標操舵角θtを演算する。

なお、目標操舵角θtの演算自体は、本発明の要旨をなすものではないので、例えば特許第５７３７１９７号公報に記載された要領のように、当技術分野において公知の任意の要領にて実行されてよい。また、目標操舵角θtの演算は、運転支援制御を行う他の電子制御装置により行われ、目標操舵角θtを示す信号が他の電子制御装置から電子制御装置２４へ入力されてもよい。

電子制御装置２４は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて基本目標操舵アシストトルクＴabを演算し、操舵アシストトルクＴaが基本目標操舵アシストトルクＴabと操舵摩擦補償トルクＴsfとの和である最終目標操舵アシストトルクＴatになるように、電動パワーステアリング装置２２を制御する。

特に、電子制御装置２４は、実際の操舵角θの時間微分値θdに基づいて実際の操舵角の変化を判定し、車両の運転支援制御の目標操舵角θtと実際の操舵角θとの大小関係に基づいて、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づく変化であるか否かを判定する。更に、電子制御装置２４は、実際の操舵方向が要求操舵方向と一致するときには操舵反力トルクが減少し、実際の操舵方向が要求操舵方向と異なるときには操舵反力トルクが増大するように、電動パワーステアリング装置２２を制御する。

次に、図２に示されたフローチャートを参照して、実施形態の操舵摩擦補償トルクの制御を含む操舵アシストトルクの制御ルーチンについて説明する。図２に示されたフローチャートによる制御は、図には示されていないイグニッションスイッチがオンであるときに、所定の時間毎に繰返し実行される。なお、下記の説明においては、図２に示されたフローチャートによる操舵アシストトルクの制御を単に「制御」と指称する。

まず、ステップ１０においては、トルクセンサ５４により検出された操舵トルクＴを示す信号及び車速センサ５６により検出された車速Ｖを示す信号などが読み込まれる。更に、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて、図３に示されたマップから、基本目標操舵アシストトルクＴabが演算される。図３に示されているように、基本目標操舵アシストトルクＴabは、操舵トルクＴの大きさが大きいほど、大きさが大きくなると共に、車速Ｖが高いほど、大きさが小さくなるよう、演算される。

ステップ２０においては、ＣＣＤカメラ５８により取得された車両前方の情報に基づいて、当技術分野において公知の要領にて走行車線が特定され、車両を走行車線に沿って走行させるための目標操舵角θtが演算される。

ステップ３０においては、操舵角θの時間微分値θdが正であるか否かの判別、即ち運転者によりステアリングホイール１６が反時計回り方向へ操作されているか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには制御はステップ７０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ４０へ進む。

ステップ４０においては、操舵角θが目標操舵角θtよりも大きいか否かの判別、即ち運転者による反時計回り方向へのステアリングホイール１６の操作量が過剰であるか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには、ステップ５０においてフラグＦsが１にセットされ、否定判別が行われたときには、ステップ６０においてフラグＦsが－１にセットされる。

ステップ７０においては、操舵角θが目標操舵角θtよりも大きいか否かの判別、即ち運転者による時計回り方向へのステアリングホイール１６の操作量が不足しているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには、ステップ８０においてフラグＦsが－１にセットされ、否定判別が行われたときには、ステップ９０においてフラグＦsが１にセットされる。

ステップ５０、６０、８０又は９０が完了すると、制御はステップ１００へ進む。ステップ１００においては、Ｓsを下記の式（１）にて表される値（正の定数）として、下記の式（２）に従って操舵摩擦補償トルクＴsfを徐変させるための徐変係数Ｇsが演算される。ただし、演算された徐変係数Ｇsが１よりも大きいときには、徐変係数Ｇsは１に設定され、演算された徐変係数Ｇsが－１よりも小さいときには、徐変係数Ｇsは－１に設定される。
Ｓs＝Ｔg／Ｔc …（１）
Ｇs＝２・Ｆs／Ｓs＋Ｇsf …（２）

なお、上記式（１）において、Ｔgは徐変時間（予め設定された０．１sec程度の正の定数）であり、Ｔcは図２に示されたフローチャートのサイクルタイム（例えば１msecの正の定数）である。更に、上記式（２）において、Ｇsfは徐変係数Ｇsの前回値であり、２は徐変係数Ｇsを－１から１まで変化させるための係数である。操作量が不足している状況から操作量が過剰である状況へ変化すると、フラグＦsが－１から１へ変化し、上記変化とは逆の変化が生じると、フラグＦsが１から－１へ変化し、よって徐変係数Ｇsは－１と１との間に変化する。

ステップ１１０においては、下記の式（３）に従って、予め設定された増減の操舵摩擦補償トルクをＴsfbase（正の定数）として、操舵摩擦補償トルクＴsfが増減の操舵摩擦補償トルクＴsfbaseと徐変係数Ｇsとの積になるように演算される。
Ｔsf＝Ｔsfbase・Ｇs …（３）

ステップ１２０においては、下記の式（４）に従って、最終目標操舵アシストトルクＴatが、ステップ１０において演算された基本目標操舵アシストトルクＴabと、ステップ１１０において演算された操舵摩擦補償トルクＴsfとの和になるように演算される。
Ｔat＝Ｔab＋Ｔsf …（４）

ステップ１３０においては、アッパステアリングシャフト２６に付与される操舵アシストトルクＴaの制御が実行される。即ち、操舵アシストトルクＴaが最終目標操舵アシストトルクＴatになるように、電動パワーステアリング装置２２の電動機４８へ供給される制御電流の電流値が制御される。

運転者によりステアリングホイール１６が回転されて操舵操作が行われる際には、伝達装置２０及び電動パワーステアリング装置２２内の相対的に運動する部材間の摩擦に起因して実質的に一定の物理的操舵摩擦トルクＴsf0が発生する。また、操舵角θの大きさの増大に連れてセルフアライニングトルクに起因する操舵トルクＴsaが増大する。よって、運転者が操舵操作時に感じる操舵摩擦トルクＴsffは、操舵トルクＴsaと物理的操舵摩擦トルクＴsf0と操舵摩擦補償トルクＴsfとの和Ｔsa＋Ｔsf0＋Ｔsfである。

操舵摩擦補償トルクＴsfは操舵アシストトルクの制御によってＴsfbaseと－Ｔsfbaseとの間に増減される。従って、操舵摩擦トルクＴsffは、Ｔsf0＋ＴsfbaseとＴsf0－Ｔsfbaseとの間に変化する。更に、操舵摩擦補償トルクＴsfが増減される際には、増減の開始時及び終了時に徐変時間Ｔgに亘り操舵摩擦補償トルクＴsfが徐々に変化し、段差的な急変が防止される。

なお、増減の操舵摩擦補償トルクＴsfbaseは、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減が効果的に行われると共に、物理的操舵摩擦トルクＴsf0に対し過大にならないよう、下記の不等式(５)を充足する値であることが好ましい。
０＜２Ｔsfbase≦Ｔsf0 …（５）

図２に示されたフローチャートによれば、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減は、操舵角θの時間微分値θdの符号及び操舵角θと目標操舵角θtとの大小関係に応じて、下記の表１の通り制御される。

＜切り込み操舵の例＞
例えば、図４の上段は、操舵角θが正の範囲にて増大する状況（θd＞０で左旋回方向への切り込み操舵）において、操舵角θと目標操舵角θt（一点鎖線）との大小関係が変化する例を示している。図４の下段は、操舵摩擦補償トルクＴsfの変化を示している。

＜Ａ＞操舵角θが実線にて示された例
時点ｔp以前はθ＜θtであり、時点ｔp以降はθ＞θtである。よって、時点ｔp以前においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの減少によって操舵摩擦トルクＴsffが低減されるので、操舵角θが目標操舵角θtへ近づくよう行われる切り込みの操舵操作がやり易くなる。逆に、時点ｔp以降においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの増加によって操舵摩擦トルクＴsffが増大されるので、操舵角θが目標操舵角θtから離れて大きくなるよう行われる切り込みの操舵操作がやり難くなる。

＜Ｂ＞操舵角θが破線にて示された例
上記Ａの場合とは逆に、時点ｔp以前はθ＞θtであり、時点ｔp以降はθ＜θtである。よって、時点ｔp以前においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの増加によって操舵摩擦トルクＴsffが増大されるので、操舵角θが目標操舵角θtから離れて大きくなるよう行われる切り込みの操舵操作がやり難くなる。逆に、時点ｔp以降においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの減少によって操舵摩擦トルクＴsffが低減されるので、操舵角θが目標操舵角θtへ近づくよう行われる切り込みの操舵操作がやり易くなる。

なお、図には示されていないが、操舵角θが負の範囲にて減少する状況（θd＜０で右旋回方向への切り込み操舵）においては、操舵角θと目標操舵角θtとの大小関係は、上述の操舵角θが正の範囲にて増大する状況とは逆になる。

＜切り戻し操舵の例＞
図５の上段は、操舵角θが正の範囲にて減少する状況（θd＞０で左旋回方向からの切り戻し操舵）において、操舵角θと目標操舵角θt（一点鎖線）との大小関係が変化する例を示している。図５の下段は、操舵摩擦補償トルクＴsfの変化を示している。

＜Ｃ＞操舵角θが実線にて示された例
時点ｔq以前はθ＞θtであり、時点ｔp以降はθ＜θtである。よって、時点ｔq以前においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの減少によって操舵摩擦トルクＴsffが低減されるので、操舵角θが目標操舵角θtへ近づくよう行われる切り戻しの操舵操作がやり易くなる。逆に、時点ｔq以降においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの増加によって操舵摩擦トルクＴsffが増大されるので、操舵角θが目標操舵角θtから離れて過小になるよう行われる切り戻しの操舵操作がやり難くなる。

＜Ｄ＞操舵角θが破線にて示された例
上記Ｃの場合とは逆に、時点ｔq以前はθ＜θtであり、時点ｔp以降はθ＞θtである。よって、時点ｔq以前においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの増加によって操舵摩擦トルクＴsffが増大されるので、操舵角θが目標操舵角θtから離れて過小になるよう行われる切り戻しの操舵操作がやり難くなる。逆に、時点ｔq以降においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの減少によって操舵摩擦トルクＴsffが低減されるので、操舵角θが目標操舵角θtへ近づくよう行われる切り戻しの操舵操作がやり易くなる。

なお、図には示されていないが、操舵角θが負の範囲にて増大する状況（θd＜０で右旋回方向からの切り戻し操舵）においては、操舵角θと目標操舵角θtとの大小関係は、上述の操舵角θが正の範囲にて減少する状況とは逆になる。

＜Ｅ＞＜保舵時の例＞
図６の上段は、目標操舵角θt（一点鎖線）が正の一定で、運転者により保舵操作が行われる状況において、操舵角θが目標操舵角θtに対し増減する例を示し、図６の下段は、操舵摩擦補償トルクＴsfの変化を示している。

時点ｔ1以前はθ＞θtであり、時点ｔ1以降で時点ｔ２以前はθ＜θtであり、時点ｔ2以降はθ＞θtである。よって、時点ｔq以前及び時点ｔ2以降においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの減少によって操舵摩擦トルクＴsffが低減されるので、操舵角θが目標操舵角θtへ近づくよう行われる切り戻しの操舵操作がやり易くなる。逆に、時点ｔ1以降で時点ｔ２以前においては、操舵摩擦補償トルクＴsfの増大によって操舵摩擦トルクＴsffが増大されるので、操舵角θが目標操舵角θtから離れて増大するよう行われる操舵操作がやり難くなる。従って、操舵角θが目標操舵角θtから離れることが抑制され、操舵角θが目標操舵角θtに近づくことが抑制され、これにより保舵が安定的に行われることが促進される。

＜増減反転時の徐変＞
図４及び図５の上段に示された例においては、それぞれ図４及び図５の下段に示されているように、時点ｔp及びｔqにおいて操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転が開始する。図６の上段に示された例においては、図６の下段に示されているように、時点ｔ1及びｔ2において操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転が開始する。

実施形態によれば、ステップ１００及び１１０の処理により、操舵摩擦補償トルクＴsfが減少と増大との間にて変化する際に、徐変時間Ｔgに亘り徐変係数Ｇsが－１と１との間に徐々に変化される。よって、図４及び図５の下段において誇張して図示されているように、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の開始時及び終了時の変化が穏やかになる。よって、ステップ１００及び１１０の処理が行われず、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転の開始及び終了が段差的に行われる場合に比して、運転者が操舵摩擦トルクの急変に起因して違和感を覚える虞を低減することができる。

また、運転者が操舵摩擦トルクの急変に起因して違和感を覚える虞を低減すべく、図４及び図５の下段において二点鎖線にて示されているように、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転を穏やかにすることが考えられる。しかし、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転が穏やかにされると、運転者が操舵摩擦トルクを感じ難くなるため、運転者が適正に操舵操作するよう操舵摩擦トルクによって操舵操作の促進及び抑制を効果的に行わせることができなくなる。

実施形態によれば、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転自体が穏やかになるのではなく、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の開始時及び終了時の変化が穏やかになる。よって、運転者が適正に操舵操作するよう操舵摩擦トルクによって操舵操作の促進及び抑制を効果的に行わせつつ、運転者が操舵摩擦トルクの急変に起因して違和感を覚える虞を低減することができる。

なお、ステップ１００及び１１０の処理により操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の開始時及び終了時の変化が穏やかにされると、操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転が遅れるように思われる。しかし、徐変時間Ｔgは前述のように０．１sec程度の非常に短い時間であるので、運転者が操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転に遅れを感じることはない。運転者が操舵摩擦補償トルクＴsfの増減の反転に遅れを感じることなく、運転者が操舵摩擦トルクの急変に起因して違和感を覚える虞を低減するためには、徐変時間Ｔgは０．０５～１．０sec、操舵反力トルクＴSreの大きさにもよるが、特に０．１～０．５secであることが好ましい。

また、徐変係数Ｇsは上述のように－１と１との間に変化するので、ステップ１００において増減の操舵摩擦補償トルクＴsfbaseと徐変係数Ｇsとの積として演算される操舵摩擦補償トルクＴsfは、図４乃至図６の下段に示されているように、－ＴsfbaseとＴsfbaseとの間に変化する。よって、操舵摩擦補償トルクＴsfは下記の不等式(６)を充足する値である。
－Ｔsfbase≦Ｔsf≦Ｔsfbase …（６）

＜ばね力と摩擦力との対比＞
次に、図７乃至図１４を参照して、前述の特許文献１に記載されているように、操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合と、本発明に従って、操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合とを対比して説明する。なお、理解が容易になるよう、運転者１００がステアリングシャフトなどに対応する質量体１０２を摩擦平面１０４に沿って移動操作するモデルについて説明する。図７などにおける摩擦力Ｆsf0は、上述の物理的操舵摩擦トルクＴsf0に対応する摩擦力であり、摩擦力Ｆsfは、操舵摩擦補償トルクＴsfに対応する摩擦力である。

＜運転者の移動操作の方向が運転支援の移動方向と同一の場合＞
＜Ｐ１＞操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合
図７に示されているように、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう、運転者１００が質量体１０２に操作力Ｆdを与える場合には、質量体１０２の移動を促進する方向にばね力Ｆsが作用する。よって、運転者はばね力Ｆsの補助を受けて容易に質量体１０２を目標位置へ移動することができる。

＜Ｐ２＞操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合
図８に示されているように、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう、運転者１００が質量体１０２に操作力Ｆdを与える場合には、低減された操舵摩擦補償トルクＴsfに対応する低減された摩擦力Ｆsfが作用する。よって、ばね力Ｆsのような補助力は作用しないが、操舵摩擦補償トルクＴsfが低減されず摩擦力Ｆsfが低減されない場合に比して、運転者は容易に質量体１０２を目標位置へ移動することができる。

＜運転者に運転支援の移動と同様の操作意思がない場合＞
＜Ｑ１＞操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合
図９に示されているように、運転者１００は、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう質量体１０２に操作力Ｆdを与えないが、質量体１０２の移動を促進する方向にばね力Ｆsが作用する。よって、運転者はばね力Ｆsと摩擦力Ｆsf0との差に対応する力Ｆs’によって引っ張られるので、他者による操作介入の違和感を覚えることが避けられない。

＜Ｑ２＞操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合
図１０に示されているように、運転者１００は、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置へ移動するよう質量体１０２に操作力Ｆdを与えないので、物理的操舵摩擦トルクＴsf0に対応する摩擦力Ｆsf0も操舵摩擦補償トルクＴsfに対応する摩擦力Ｆsfも作用しない。また、質量体１０２の移動を促進する方向のばね力Ｆsも作用しない。よって、運転者が他者による操作介入の違和感を覚えることはない。

＜運転者が過剰な操作をしようとする場合＞
＜Ｒ１＞操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合
図１１に示されているように、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置を越えて移動するよう、運転者１００が質量体１０２に過剰な操作力Ｆdを与える場合には、質量体１０２の移動を阻害する方向にばね力Ｆsが作用する。よって、運転者はばね力Ｆsの抵抗を受けるので、目標位置を越えて質量体１０２を移動することが抑制される。

＜Ｒ２＞操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合
図１２に示されているように、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置を越えて移動するよう、運転者１００が質量体１０２に過剰な操作力Ｆdを与える場合には、質量体１０２の移動を阻害する方向に物理的操舵摩擦トルクＴsf0に対応する摩擦力Ｆsf0及び増大された操舵摩擦補償トルクＴsfに対応する増大された摩擦力Ｆsfが作用する。よって、運転者は高い抗力Ｆsf0＋Ｆsfを受けるので、目標位置を越えて質量体１０２を移動することが抑制される。

＜運転者が操舵支援に抗して保持する場合＞
＜Ｓ１＞操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合
図１３に示されているように、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置を越えた位置に留まるよう、運転者１００が質量体１０２を保持する場合には、質量体１０２を目標位置へ戻そうとするばね力Ｆsが作用する。よって、運転者は、質量体１０２を移動させようとしないにも拘らず、ばね力Ｆsと摩擦力Ｆsf0との差である力Ｆs’に対抗する力を質量体１０２に及ぼさなければならないので、運転者が他者による操作介入の違和感を覚えることが避けられない。

＜Ｓ２＞操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合
図１４に示されているように、質量体１０２が二点鎖線にて示された目標位置を越えた位置にあっても、運転者１００が質量体１０２を移動しようとしない場合には、物理的操舵摩擦トルクＴsf0に対応する摩擦力Ｆsf0及び操舵摩擦補償トルクＴsfに対応する摩擦力Ｆsfは作用しない。また、質量体１０２を目標位置へ戻そうとするばね力Ｆsも作用しない。よって、運転者が他者による操作介入の違和感を覚えることはない。

以上の説明から解るように、操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合には、状況によってはばね力に起因して運転者が他者による操作介入の違和感を覚えることがある。これに対し、本発明に従って操舵支援の反力が摩擦力にて与えられる場合には、運転者が不必要な力を感じることがないので、運転者が他者による操作介入の違和感を覚えることを回避することができる。

＜操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreの関係の具体例＞
次に、図１５乃至図２０を参照して、実施形態において運転者により種々の操舵操作が行われるが、基本目標操舵アシストトルクＴabが与えられない場合について、操舵角θと運転者が感じる操舵反力トルクＴsreとの関係について説明する。なお、図１５乃至図２０において、一点鎖線は、セルフアライニングトルクに起因する操舵トルクＴsaを示し、二点鎖線は、セルフアライニングトルクに起因する操舵トルクＴsa及び物理的操舵摩擦トルクＴsf0が作用する場合（操舵摩擦補償トルクＴsfが０である場合）の操舵反力トルクＴsre0fを示している。更に、細い実線及び細い破線は、それぞれ操舵摩擦補償トルクＴsfがＴsfbase及び－Ｔsfbaseである場合の操舵反力トルクＴsreを示している。

＜１＞運転者の操舵操作の方向が運転支援の操舵方向と同一の切り込み操舵の場合（図１５）
上記Ｐ２に対応する操舵操作であり、操舵角θが目標操舵角θtに近づくよう運転者が切り込み操舵する場合である。図１５において、太い実線の矢印にて示されているように、操舵角θが目標操舵角θtよりも小さいときには、操舵反力トルクＴsreはＴsa＋Ｔsf0－Ｔsfbaseであるので、運転者は切り込み操舵し易い。これに対し、操舵角θが目標操舵角θtよりも大きくなると、操舵反力トルクＴsreはＴsa＋Ｔsf0＋Ｔsfbaseになるので、運転者は切り込み操舵し難くなる。

なお、図１５において、太い破線の矢印にて示されているように、操舵角θが目標操舵角θtから離れるよう運転者が切り戻し操舵しようとすると、操舵反力トルクＴsreはＴsa－Ｔsf0－Ｔsfbaseとなって負の値になり、切り戻し操舵に対する抗力トルクとなるので、運転者は切り戻し操舵し難くい。よって、運転者が不必要な操舵をする虞を低減することができる。

＜２＞運転者に運転支援の操舵と同様の操舵操作の意思がない場合（図１６）
上記Ｑ２に対応する操舵操作であり、操舵角θが目標操舵角θtに近づくよう運転者が切り込み操舵する意思がない場合である。図１６において、黒丸にて示されているように、操舵反力トルクＴsreはＴsa＋Ｔsf0であり、操舵角θ及び操舵反力トルクＴsreは変化しないので、運転者が他者の操舵介入の違和感を覚えることはない。

なお、図１６において、太い破線の矢印にて示されているように、操舵角θが目標操舵角θtに近づくよう運転者が切り込み操舵しようとすると、操舵反力トルクＴsreは上記＜１＞の場合と同様に変化する。このことは、図１６において、太い二点鎖線にて示されているように、目標操舵角θtが変化しても同様である。

また、図には示されていないが、上記＜Ｑ１＞のように操舵支援の反力がばね力にて与えられる場合には、運転者に操舵操作の意思がなくステアリングホイールを保持していても、操舵角θを目標操舵角θtに近づけるばね力がステアリングホイールに作用する。よって、運転者は自らの意思に反するステアリングホイールの回転に起因して他者による操作介入の違和感を覚えることが避けられない。更に、運転者がステアリングホイールの回転を阻止するよう保持すると、操舵反力トルクが低下するので、この場合にも運転者が違和感を覚えることが避けられない。

＜３＞運転者の操舵操作の方向が運転支援の操舵方向と同一の切り戻し操舵の場合（図１７）
上記＜１＞とは逆の操舵操作であり、操舵角θが目標操舵角θtに近づくよう運転者が切り戻し操舵する場合である。図１７において、太い実線の矢印にて示されているように、操舵角θが目標操舵角θtよりも大きいときには、操舵摩擦補償トルクＴsfは－Ｔsfbaseであり低減されるので、運転者は切り戻し操舵し易い。これに対し、操舵角θが目標操舵角θtよりも小さくなると、操舵摩擦補償トルクＴsfはＴsfbaseになり増大されるので、運転者は切り戻し操舵し難くなる。

＜４＞操舵角θが目標操舵角θtである状況において、運転者が所定の範囲内にて操舵トルクを変化させる場合（図１８）
操舵角θが目標操舵角θtである状況において、運転者が所定の範囲内にて操舵操作を行うと、操舵反力トルクＴsreは図１８において双頭の矢印Ｘにて示された範囲にて変動する。この場合、操舵角θは変化しないので操舵角速度θdは０であり、図２に示されたフローチャートのステップ３０において否定判別が行われる。また、操舵角θは目標操舵角θtと同一であるので、ステップ７０において否定判別が行われ、ステップ９０においてフラグＦsが１にセットされる。よって、操舵摩擦補償トルクＴsfはＴsfbaseになり増大されるので、操舵反力トルクＴsreがＴsa－Ｔsf0－ＴsfbaseからＴsa＋Ｔsf0＋Ｔsfbaseの範囲（所定の範囲）を越えない限り、運転者が無意識に操舵トルクを変動させても操舵角θが目標操舵角θt以外の値に変化しない。

これに対し、操舵摩擦補償トルクＴsfが増減されない従来のパワーステアリング装置の場合には、図１９に示されているように、操舵反力トルクＴsreがＴsa－Ｔsf0からＴsa＋Ｔsf0の範囲を越えると、操舵角θが双頭の矢印Ｙにて示されたブレの範囲にて変化する。なお、この操舵角θの変動は、操舵角θが目標操舵角θtと一致している状況での保舵に限らず、運転者が操舵角θを所望の操舵角に維持しようとする保舵の場合にも発生する。

図１８と図１９との比較から、実施形態によれば、保舵時における運転者の操舵トルク（保舵トルク）のブレに起因して操舵角θが不必要に変動する虞を低減することができることが解る。

＜５＞操舵角θが目標操舵角θtである状況にて、運転者が所定の範囲を越えて操舵トルクを変化させる場合（図２０）
操舵角θが目標操舵角θtである状況において、操舵反力トルクＴsreが図２０において例えば所定の範囲Ｘを越える範囲Ｚにて変化するよう運転者が操舵トルクを変化させると、操舵角θが太線の矢印にて示されているように目標操舵角θt以外の値に変化する。即ち、運転者は操舵角θを変化させようとしなくても操舵角が変化してしまう。

実施形態によれば、操舵角θが目標操舵角θtよりも大きくなる状況においては、操舵摩擦補償トルクＴsfはＴsfbaseに増大されるので、運転者は操舵角θが増大する方向への操舵を行い難く感じる。更に、操舵方向が切り戻し方向へ変化すると、操舵角θが目標操舵角θtに近づく操舵になり、操舵摩擦補償トルクＴsfは－Ｔsfbaseに低減されるので、運転者は操舵角θが減少する方向への操舵を行い易く感じる。よって、保舵時における運転者の操舵トルク（保舵トルク）のブレが大きく、操舵角θが不必要に変動しても、操舵角θの不必要な変動を抑制することができると共に、操舵角θが目標操舵角θtに戻るよう運転者が操舵操作することを行い易くすることができる。

＜実施形態の効果＞
以上の説明から解るように、実施形態によれば、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルクが減少し、実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルクが増大する。よって、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づくよう行われる操舵操作は容易になり、実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかるよう行われる操舵操作は困難になる。従って、実際の操舵角が目標操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことを促進し、実際の操舵角が目標操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することを抑制することができる。

また、例えば保舵時のように運転者に操舵操作の意図がない状況において操舵角の偏差があっても、実際の操舵角が変化しない限り操舵摩擦補償トルクは発生しない。よって、前述の特許文献１に記載された操舵反力制御装置の場合のように実際の操舵角を目標操舵角に近づけようとする不必要な操舵反力トルクは作用しない。従って、不必要な操舵反力トルクに起因して運転者が他者から操舵の介入を受けたような違和感を覚えることを回避することができる。

更に、特許文献１に記載された操舵反力制御装置の場合には、実際の操舵角及び目標操舵角の大小関係が逆転する状況においては、実際の操舵角及び目標操舵角の偏差が大きくならないと効果的な操舵反力が発生しない。従って、実際の操舵角及び目標操舵角の大小関係が逆転した際に、実際の操舵角が目標操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことの促進、及び実際の操舵角が目標操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することの抑制を効果的に行うことができない。

これに対し、実施形態によれば、実際の操舵角及び目標操舵角の大小関係が逆転しても、運転者が操舵操作をしていれば、実際の操舵角及び目標操舵角の偏差が小さくても必要な操舵摩擦補償トルクが発生する。よって、実際の操舵角及び目標操舵角の大小関係が逆転した際に、実際の操舵角が目標操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことの促進、及び実際の操舵角が目標操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することの抑制を効果的に行うことができる。

更に、実施形態によれば、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルクが低減され、実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルクが増大される。よって、実際の操舵角が目標操舵角になるよう運転者が操舵操作を行うことの促進、及び実際の操舵角が目標操舵角から遠ざかるよう運転者が操舵操作することの抑制の両者を行うことができる。従って、操舵摩擦補償トルクの低減及び増大の一方しか行われない場合に比して、運転者の操舵操作の促進及び抑制を効果的に行うことができる。

更に、実施形態によれば、操舵摩擦補償トルクの増減が逆転する際には、増減の開始時及び終了時に操舵摩擦補償トルクが徐変するよう操舵摩擦補償トルクの増減が制御される。よって、操舵摩擦補償トルクの徐変制御が行われない場合に比して、操舵摩擦補償トルクの段差的急変に起因して運転者が感じる違和感を低減することができる。更に、増減の開始から終了まで操舵摩擦補償トルクが徐変するよう制御される訳ではないので、運転者が効果的な操舵反力を体感できないことに起因して運転者の操舵操作の促進及び抑制が効果的に行われなくなることを防止することができる。

以上においては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば、上述の実施形態においては、実際の操舵角の変化が目標操舵角に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルクが低減され、実際の操舵角の変化が目標操舵角から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルクが増大される。しかし、操舵摩擦補償トルクの低減及び増大の一方しか行われないよう修正されてもよい。

また、上述の実施形態においては、操舵摩擦補償トルクの増減が逆転する際には、増減の開始時及び終了時に操舵摩擦補償トルクが徐変するよう操舵摩擦補償トルクの増減が制御される。しかし、操舵摩擦補償トルクの増減が逆転する際における増減の開始時及び終了時の操舵摩擦補償トルクの徐変制御は省略されてもよい。

また、上述の実施形態においては、ステップ３０において操舵角θの時間微分値θdが正であるか否かの判別が行われ、ステップ４０及び７０において操舵角θが目標操舵角θtよりも大きいか否かの判別が行われるようになっている。しかし、ステップ３０において操舵角θが目標操舵角θtよりも大きいか否かの判別が行われ、ステップ４０及び７０において操舵角θの時間微分値θdが正であるか否かの判別が行われてもよい。

更に、上述の実施形態においては、ステップ１２０及び１３０において、操舵アシストトルクＴaが基本目標操舵アシストトルクＴabと操舵摩擦補償トルクＴsfとの和である最終目標操舵アシストトルクＴatになるように制御される。しかし、最終目標操舵アシストトルクＴatは、当技術分野において公知の減衰補償トルク及び／又は慣性補償トルクを含んでいてもよい。

更に、上述の実施形態においては、ステップ２０において、ＣＣＤカメラ５８により取得された車両前方の情報に基づいて、当技術分野において公知の要領にて走行車線が特定され、車両を走行車線に沿って走行させるための目標操舵角θtが演算される。しかし、目標操舵角θtは他の電子制御装置により演算され、電子制御装置２４はその電子制御装置から目標操舵角θtを示す信号を受信することにより目標操舵角θtを取得するようになっていてもよい。

１０…操舵反力トルク制御装置、１２…操舵装置、１４…車両、１６…ステアリングホイール、１８Ｌ，１８Ｒ…前輪、２０…伝達装置、２２…電動パワーステアリング装置、２４…電子制御装置、５２…操舵角センサ、５４…トルクセンサ、５６…車速センサ、５８…ＣＣＤカメラ

Claims (1)

1. 運転者によるステアリングホイールの操作時に操舵反力トルクを発生することができるよう構成された電動パワーステアリング装置と、前記電動パワーステアリング装置を制御する制御装置と、を含む車両の操舵反力トルク制御装置において、
   前記制御装置は、実際の操舵角及び車両が車線に沿って走行するための目標操舵角の情報を取得し、
   前記実際の操舵角の変化が前記目標操舵角に近づく変化であるときには操舵摩擦補償トルクが減少する、及び前記実際の操舵角の変化が前記目標操舵角から遠ざかる変化であるときには操舵摩擦補償トルクが増大する
   の少なくとも一方が達成されるように、前記電動パワーステアリング装置の操舵反力トルクとして操舵摩擦補償トルクを制御するよう構成された車両の操舵反力トルク制御装置。
   
   

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