JP2003237607A

JP2003237607A - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JP2003237607A
Application number: JP2002041669A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hashimoto; 佳幸橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、車両の操舵装置に関し、操舵アク
チュエータとトーションバーを介して接続する操舵対象
の舵角が目標舵角に一致するようにフィードバック制御
される際に該操舵対象に生ずる振動を抑制することを目
的とする。【解決手段】ステアリングホイール１２が接続する入
力シャフト２０とモータ３２が係合する出力シャフト２
２との間に設けられたトーションバー２４のねじれ角Δ
θを操舵トルクセンサ２６を用いて検出する。また、ス
テアリングホイール１２のハンドル角θ２を操舵角セン
サ２８を用いて検出する。ステアリングホイール１２の
ハンドル角θ２を目標舵角θ^*に一致させる自動操舵制
御が実行される際、モータ３２を、ハンドル角θ２と目
標舵角θ^*との偏差、トーションバー２４のねじれ角Δ
θ、及び、その時間微分値ｄ（Δθ）／ｄｔに基づいて
算出された目標電流ｉ^*が流れるように駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の操舵装置に
係り、特に、操舵対象にトーションバーを介して接続す
る軸に操舵力を付与する操舵アクチュエータを備える車
両の操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平７−１５６８１
８号公報に開示される如く、運転者によるステアリング
操作を伴うことなく自動的に操舵機構を操舵させる車両
の自動操舵装置が知られている。この自動操舵装置は、
操舵機構を操舵させる力を発生する油圧や電動モータ等
の操舵アクチュエータを備えている。この自動操舵装置
は、操舵機構の目標操舵角を設定し、実際の操舵角が目
標操舵角に一致するように操舵アクチュエータをフィー
ドバック制御する。以下、この制御を自動操舵制御と称
す。

【０００３】また、車両の操舵装置としては、運転者の
ステアリング操作に対してその操舵トルクに応じたアシ
スト力を発生させるパワーステアリング装置が知られて
いる。パワーステアリング装置は、運転者の操作するス
テアリングホイールと、操舵機構を操舵させる力を発生
する操舵アクチュエータと、ステアリングホイールと操
舵アクチュエータとの間に設けられたトーションバー
と、を備えている。パワーステアリング装置は、運転者
のステアリング操作によるトーションバーのねじれ角に
基づいて操舵トルクを検出し、その操舵トルクに応じた
アシスト力が発生するように操舵アクチュエータを制御
する。以下、この制御をアシスト制御と称す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の自動
操舵装置及びパワーステアリング装置の双方を搭載する
車両において自動操舵制御が実行される際には、ステア
リングホイールの操舵角（以下、ハンドル角と称す）を
自動操舵装置における目標操舵角の対象として用いるこ
とが考えられる。

【０００５】かかる車両において、自動操舵制御の実行
により操舵アクチュエータが回転すると、ステアリング
ホイールと操舵アクチュエータとの間には剛性の低いト
ーションバーが設けられているため、操舵アクチュエー
タの回転に追従して位相遅れを伴ってステアリングホイ
ールが回転し始める。トーションバーのステアリングホ
イール側は、その車輪側と異なり、何ら固定されていな
い。また、この場合、ステアリングホイールは運転者の
操作によることなく回転する。このため、ステアリング
ホイールは、操舵アクチュエータの回転に対して位相遅
れを伴って回転し始めた後、位相遅れが生じないよう
に、すなわち、トーションバーのねじれが解消されるよ
うに回転するので、回転方向において振動し始める。

【０００６】かかる事態が生ずるにもかかわらず、操舵
アクチュエータが、ステアリングホイールのハンドル角
が目標操舵角に一致するように実ハンドル角と目標操舵
角との偏差のみに基づいて駆動制御されるものとする
と、ハンドル角が目標操舵角へ移行する過程でハンドル
角と操舵アクチュエータの回転角との偏差、すなわち、
トーションバーのねじれ角が考慮されないので、ステア
リングホイールの振動が抑制されず、その状態が継続し
てしまう。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、操舵アクチュエータとトーションバーを介して
接続する操舵対象の舵角が目標舵角に一致するようにフ
ィードバック制御される際に該操舵対象に生ずる振動を
抑制することが可能な車両の操舵装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、操舵対象にトーションバーを介して接
続する軸に操舵力を付与する操舵アクチュエータと、前
記操舵対象の舵角を検出する舵角検出手段と、前記舵角
検出手段により検出される前記舵角と目標舵角との偏差
に基づいて、前記操舵対象の舵角が該目標舵角に一致す
るように前記操舵アクチュエータを駆動する自動操舵制
御手段と、を備える車両の操舵装置であって、前記トー
ションバーに生ずるねじれ角を検出するねじれ角検出手
段を備え、前記自動操舵制御手段は、前記偏差及び前記
ねじれ角検出手段により検出される前記ねじれ角に基づ
いて前記操舵アクチュエータを駆動する車両の操舵装置
により達成される。

【０００９】本発明において、操舵アクチュエータが操
舵力を付与する軸と操舵対象との間に設けられたトーシ
ョンバーに生ずるねじれ角が検出される。操舵アクチュ
エータは、操舵対象の舵角と目標舵角との偏差と共に、
トーションバーに生じているねじれ角に基づいて、操舵
対象の舵角が目標舵角に一致するように駆動制御され
る。操舵アクチュエータの駆動制御がトーションバーに
生じているねじれ角を考慮して行われれば、操舵対象の
舵角の振動成分を除去することが可能となる。従って、
本発明によれば、自動操舵制御時にトーションバーの存
在に起因して操舵対象に生ずる振動を抑制することがで
きる。

【００１０】尚、操舵アクチュエータの駆動制御につい
てトーションバーのねじれ角の時間微分値が考慮されれ
ば、操舵対象の舵角の振動成分を応答性よく除去でき
る。

【００１１】従って、請求項２に記載する如く、請求項
１記載の車両の操舵装置において、前記トーションバー
に生ずるねじれ角の時間微分値を検出するねじれ角微分
値検出手段を備え、前記自動操舵制御手段は、前記偏
差、前記ねじれ角検出手段により検出される前記ねじれ
角、及びねじれ角微分値検出手段により検出される前記
時間微分値に基づいて前記操舵アクチュエータを駆動す
ることとすれば、自動操舵制御時にトーションバーの存
在に起因して操舵対象に生ずる振動を速やかに除去する
ことができる。

【００１２】また、請求項３に記載する如く、請求項１
又は２記載の車両の操舵装置において、前記ねじれ角検
出手段により検出される前記ねじれ角に基づいて、前記
操舵対象に作用する操舵トルクに応じたアシスト力が発
生するように前記操舵アクチュエータを駆動するアシス
ト制御手段と、前記操舵アクチュエータの駆動制御を前
記自動操舵制御手段による制御と前記アシスト制御手段
による制御との間で切り換える制御切換手段と、前記制
御切換手段により前記操舵アクチュエータの駆動制御が
切り換わる際に、該操舵アクチュエータが発生する操舵
力を所定時間をかけて変更する操舵力徐変手段と、を備
える車両の操舵装置は、操舵アクチュエータの駆動制御
が切り換わる際にその操舵力をスムーズに変化させるう
えで有効である。

【００１３】本発明において、操舵アクチュエータの駆
動制御が切り換わる際、その操舵アクチュエータが軸に
付与する操舵力は、所定時間をかけて変更される。すな
わち、操舵アクチュエータの操舵力は、一瞬でアシスト
制御のものと自動操舵制御のものとで変化することはな
い。このため、本発明によれば、駆動制御の切り換わり
に伴って運転者が操舵アクチュエータを介して感ずる違
和感を少なくすることができる。

【００１４】尚、操舵アクチュエータの駆動制御がステ
アリングホイールの操作により自動操舵制御からアシス
ト制御へ切り換わるものとした構成においては、自動操
舵制御中にステアリングホイールが急操作された場合、
運転者が自動操舵制御からアシスト制御への速やかな移
行を意図しているものと判断することができる。従っ
て、この場合には、上記した操舵力についての所定時間
を短時間なものとすることが適切である。運転者がステ
アリングホイールを急操作した場合には、それに伴って
トーションバーに生ずるねじれ角が大きくなる。

【００１５】従って、請求項４に記載する如く、請求項
３記載の車両の操舵装置において、前記制御切換手段に
より前記操舵アクチュエータの駆動制御が前記自動操舵
制御手段による制御から前記アシスト制御手段による制
御へ切り換わる際、前記ねじれ角検出手段により検出さ
れる前記ねじれ角に応じて前記所定時間を変更する時間
変更手段を備えることとすれば、運転者の意図に対応し
て適切に操舵アクチュエータの駆動制御の切り換えを行
うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
車両の操舵装置１０の原理構成図を示す。図１に示す如
く、本実施例の操舵装置１０は、車両の運転者が操作可
能なステアリングホイール１２を備えている。ステアリ
ングホイール１２は、ステアリングシャフト１４の一端
に取り付けられている。ステアリングシャフト１４は、
ステアリングホイール１２の回転に伴って回転する。ス
テアリングシャフト１４の他端には、ステアリングギヤ
ボックスを介してタイロッドが連結されている。ステア
リングギヤボックスは、ステアリングシャフト１４の回
転運動をタイロッドの車幅方向への直進運動に変換する
機能を有している。タイロッドの両端にはそれぞれ、ナ
ックルアームを介して車輪１６が連結されている。従っ
て、車輪１６は、ステアリングシャフト１４の回転に伴
ってタイロッドが車幅方向へ変位することにより転舵さ
れる。

【００１７】ステアリングシャフト１４は、ステアリン
グホイール１２が固定されている入力シャフト２０と、
タイロッドに連結する出力シャフト２２と、を備えてい
る。入力シャフト２０と出力シャフト２２との間には、
トーションバー２４が介在されている。トーションバー
２４の一端は入力シャフト２０に固定され、他端は出力
シャフト２２に固定されている。トーションバー２４
は、ステアリングホイール１２に加わる操舵トルクに応
じたねじれを生ずる。トーションバー２４のねじれ角
は、機械的なストッパにより所定の範囲内に制限されて
いる。

【００１８】ステアリングシャフト１４には、操舵トル
クセンサ２６および操舵角センサ２８が配設されてい
る。操舵トルクセンサ２６は、出力シャフト２２の舵角
θ１と入力シャフト２０の舵角θ２との角度差Δθ（＝
θ２−θ１）、すなわち、トーションバー２４のねじれ
角Δθに応じた信号を出力する。トーションバー２４の
ねじれ角Δθは、運転者がステアリングホイール１２を
操作した際の操舵トルクに対応する。従って、操舵トル
クセンサ２６は、ステアリングホイール１２に加わる操
舵トルクに応じた信号を出力することとなる。また、操
舵角センサ２８は、入力シャフト２０の舵角θ２、すな
わち、ステアリングホイール１２のハンドル角θ２に応
じた信号を出力する。

【００１９】操舵トルクセンサ２６及び操舵角センサ２
８には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）３０
が接続されている。操舵トルクセンサ２６の出力信号お
よび操舵角センサ２８の出力信号は、それぞれＥＣＵ３
０に供給されている。ＥＣＵ３０は、操舵トルクセンサ
２６の出力信号に基づいてトーションバー２４のねじれ
角Δθを検出し、そのねじれ角Δθの大きさに基づいて
運転者によるステアリングホイール１２の操舵トルクを
検出すると共に、ねじれ角Δθの単位時間当たりの時間
微分値ｄ（Δθ）／ｄｔを検出する。また、ＥＣＵ３０
は、操舵角センサ２８の出力信号に基づいてステアリン
グホイール１２のハンドル角θ２を検出する。尚、以下
では、舵角やハンドル角並びにトルクについて、ステア
リングホイール１２の左回転方向を正とし、また、出力
シャフト２２に対して入力シャフト２０が左回転方向に
ねじれている場合を正とする（Δθ＝θ２−θ１）。

【００２０】また、ステアリングシャフト１４の出力シ
ャフト２２には、モータ３２が係合している。モータ３
２には、ＥＣＵ３０が接続されている。モータ３２は、
車輪１６が転舵される際に、ＥＣＵ３０からの指令に従
って、タイロッドを車幅方向へ変位させるべく、出力シ
ャフト２２を回転させるための操舵トルクを発生する。
ＥＣＵ３０は、後に詳述する如く、ステアリング操作時
に運転者がステアリングホイール１２に付与すべき操舵
トルクを補うように、又は、ステアリングホイールのハ
ンドル舵角θ２が運転者の操作によることなく目標舵角
に一致するようにモータ３２を駆動する。

【００２１】ＥＣＵ３０には、車両の運転者が操作可能
な自動モードスイッチ３４が接続されている。自動モー
ドスイッチ３４は、車室内に設けられており、常態でオ
フ状態を維持し、運転者の操作によりオン状態となるス
イッチである。自動モードスイッチ３４の出力信号は、
ＥＣＵ３０に供給されている。ＥＣＵ３０は、自動モー
ドスイッチ３４の状態を判定し、その結果、自動モード
スイッチ３４がオン状態となったと判定した時点で、後
述の自動操舵制御を開始する処理を実行する。

【００２２】次に、本実施例の操舵装置１０の動作につ
いて説明する。

【００２３】本実施例において、ＥＣＵ３０は、自動モ
ードスイッチ３４がオン状態となっていない状況下にお
いては、モータ３２を、操舵トルクセンサ２６を用いて
検出されるステアリングホイール１２の操舵トルクの大
きさに応じたアシストトルクがステアリングホイール１
２の回転方向と同方向に生ずるように駆動する。このよ
うにモータ３２の駆動が行われると、ステアリングシャ
フト１４が運転者による操舵トルクとモータ３２による
アシストトルクとを合わせた操舵トルクにより回転さ
れ、車輪１６が転舵される。この際、モータ３２は、運
転者がステアリングホイール１２に与えるべき操舵トル
クを補うように駆動する。従って、かかるモータ３２の
駆動制御によれば、運転者が車輪１６を転舵させる際に
そのステアリング操作をアシストすることができる。以
下、このようなモータ３２の駆動制御をアシスト制御と
称す。

【００２４】一方、ＥＣＵ３０は、自動モードスイッチ
３４がオン状態となった状況下においては、例えば車両
を運転者のステアリング操作によることなく道路上の白
線に沿って走行させるべく、ステアリングホイール１２
の目標舵角θ^*を設定する。そして、ＥＣＵ３０は、目
標舵角θ^*を設定すると、運転者がステアリングホイー
ル１２を操作しないことを条件として、モータ３２を、
ステアリングホイール１２のハンドル角θ２が目標舵角
θ^*に一致するようにフィードバック駆動する。このよ
うにモータ３２の駆動が行われると、ステアリングシャ
フト１４が運転者のステアリング操作によることなくモ
ータ３２による操舵トルクのみにより回転され、車輪１
６が転舵される。従って、かかるモータ３２の駆動制御
によれば、車輪１６を運転者のステアリング操作による
ことなく自動的に転舵させることができる。以下、この
ようなモータ３２の駆動制御を自動操舵制御と称す。

【００２５】ところで、本実施例の操舵装置１０におい
ては、ステアリングホイール１２が取り付けられている
入力シャフト２０とモータ３２が係合する出力シャフト
２２との間にトーションバー２４が設けられている。こ
のため、自動操舵制御の実行によりモータ３２が駆動す
ると、その駆動当初において入力シャフト２０、すなわ
ち、ステアリングホイール１２がモータ３２の回転、す
なわち、出力シャフト２２の回転に対して位相遅れを伴
って回転し始める。トーションバー２４の出力シャフト
２２については、車輪１６が路面に設置しているので、
回転に対して大きな抵抗が生ずる一方、入力シャフト２
０については、ステアリングホイール１２が何ら固定さ
れていないので、回転に対して僅かな抵抗しか生じな
い。また、自動操舵制御時にはステアリングホイール１
２は運転者の操作によることなく回転する。このため、
ステアリングホイール１２は、モータ３２の回転に対し
て位相遅れを伴って回転し始めた後、位相遅れが生じな
いように、すなわち、トーションバー２４のねじれが解
消されるように回転し、回転方向に振動し始める。

【００２６】かかる事態が生ずるにもかかわらず、自動
操舵制御がステアリングホイール１２のハンドル角θ２
が目標舵角θ^*に一致するようにその偏差のみに基づい
て行われるものとすると、ハンドル角θ２が目標舵角θ
^*に一致したとしても、トーションバー２４にねじれが
生じている場合には、そのねじれに起因してステアリン
グホイール１２が回転し得ることとなるので、ハンドル
角θ２が目標舵角θ^*からずれ易くなる。すなわち、自
動操舵制御がトーションバー２４のねじれを考慮するこ
となく行われるものとすると、ステアリングホイール１
２の振動が抑制されないこととなる。

【００２７】本実施例の操舵装置１０は、自動操舵制御
が実行される際にステアリングホイール１２に生ずる振
動を抑制する点に第１の特徴を有している。以下、図２
及び図３を参照して、その特徴部について説明する。

【００２８】図２は、本実施例においてＥＣＵ３０が実
行する自動操舵制御の制御ブロック図を示す。上記の如
く、操舵装置１０は操舵トルクセンサ２６を備え、ＥＣ
Ｕ３０は操舵トルクセンサ２６の出力信号に基づいてト
ーションバー２４のねじれ角Δθを検出する。すなわ
ち、ＥＣＵ３０は、自動操舵制御中においてもトーショ
ンバー２４のねじれ角Δθを把握できる。

【００２９】そこで、本実施例において、ＥＣＵ３０
は、自動操舵制御の実行時、図２に示す如く、ステアリ
ングホイール１２の目標舵角θ^*と実ハンドル角θ２と
の偏差と共に、トーションバー２４のねじれ角Δθおよ
びその時間微分値ｄ（Δθ）／ｄｔに基づいて、次式
（１）に従ってモータ３２を駆動するための目標電流ｉ
^*を算出し、その目標電流ｉ^*がモータ３２に流れるよう
にモータ３２に指令信号を供給する。尚、モータ３２の
電流値ｉが正の値である場合にステアリングシャフト１
４が左回転方向のトルクを受けるものとし、電流値ｉが
負の値である場合にステアリングシャフト１４が右回転
方向のトルクを受けるものとする。

【００３０】ｉ^*＝ｇ・（θ^*−θ２）＋ｆ₁・Δθ＋ｆ₂・ｄ（Δθ）／ｄｔ・・・（１）但し、ｇは角度制御比例ゲインであり、ｆ₁はトーショ
ンバー２４のねじれ角Δθの比例ゲインであり、また、
ｆ₂はトーションバー２４のねじれ角Δθの微分ゲイン
である。また、ｇ、ｆ₁、及びｆ₂はすべて正値である。

【００３１】上述の如く、舵角やハンドル角並びにトル
クについては、ステアリングホイール１２の左回転方向
を正とし、また、出力シャフト２２に対して入力シャフ
ト２０が左回転方向にねじれている場合を正とする。従
って、上記（１）式に従って自動操舵制御が実行される
と、例えば、入力シャフト２０が出力シャフト２２に対
して右回転方向にねじれている場合、すなわち、ステア
リングホイール１２が相対的に右回転方向にねじれてい
る場合には、ｆ₁・Δθ項が負値となるので、目標電流
ｉ^*が小さくなる。目標電流ｉ^*が小さくなると、モータ
３２によるステアリングシャフト１４の左回転方向への
トルクが減少する。ステアリングホイール１２が右回転
方向にねじれている状況下において左回転方向へのトル
クが減少すると、トーションバー２４のねじれが解消さ
れ易くなる。従って、本実施例においては、ステアリン
グホイール１２が右回転方向にねじれている際に左回転
方向へのトルクが減少することで、ステアリングホイー
ル１２の左回転方向への回転が抑制される。

【００３２】一方、入力シャフト２０が出力シャフト２
２に対して左回転方向にねじれている場合、すなわち、
ステアリングホイール１２が相対的に左回転方向にねじ
れている場合には、ｆ₁・Δθ項が正値となるので、目
標電流ｉ^*が大きくなる。目標電流ｉ^*が大きくなると、
モータ３２によるステアリングシャフト１４の右回転方
向へのトルクが減少する。ステアリングホイール１２が
左回転方向にねじれている状況下において右回転方向へ
のトルクが減少すると、トーションバー２４のねじれが
解消され易くなる。従って、本実施例においては、ステ
アリングホイール１２が左回転方向にねじれている際に
右回転方向へのトルクが減少することで、ステアリング
ホイール１２の右回転方向への回転が抑制される。

【００３３】尚、上記（１）式に従った自動操舵制御に
おいては、トーションバー２４のねじれ角Δθが大きい
ほど、モータ３２への目標電流ｉ^*の増減量が大きくな
るので、ステアリングホイール１２の回転が抑制され易
くなる。また、トーションバー２４にねじれ角Δθが生
じていない場合には、ｆ₁・Δθ項が“０”となるの
で、ねじれ分によるステアリングホイール１２の回転抑
制は生じない。

【００３４】また、ステアリングホイール１２が左回転
方向の最大ねじれ角から右回転方向の最大ねじれ角へ向
けて移行する過程においては、ｆ₂・ｄ（Δθ）／ｄｔ
項が負値となるので、目標電流ｉ^*が小さくなる。この
ため、ステアリングホイール１２がねじれ角“０”の状
態から右回転方向へ向けてねじれる過程においては、ｆ
₁・Δθ項が負値となりかつｆ₂・ｄ（Δθ）／ｄｔ項が
負値となるので、ｆ₁・Δθ項が負値となる場合のみと
比べて、目標電流ｉ^*の減少量が大きくなる。この場
合、モータ３２によるステアリングシャフト１４の左回
転方向へのトルクの減少量は更に大きくなる。

【００３５】一方、ステアリングホイール１２が右回転
方向の最大ねじれ角から左回転方向の最大ねじれ角へ向
けて移行する過程においては、ｆ₂・ｄ（Δθ）／ｄｔ
項が正値となるので、目標電流ｉ^*が大きくなる。この
ため、ステアリングホイール１２がねじれ角“０”の状
態から左回転方向へ向けてねじれる過程においては、ｆ
₁・Δθ項が正値となりかつｆ₂・ｄ（Δθ）／ｄｔ項が
正値となるので、ｆ₁・Δθ項が正値となる場合のみと
比べて、目標電流ｉ^*の増大量が大きくなる。この場
合、モータ３２によるステアリングシャフト１４の右回
転方向へのトルクの減少量は更に大きくなる。従って、
本実施例においては、自動操舵制御時にトーションバー
２４のねじれの解消が速やかに行われるので、そのねじ
れ解消の応答性が向上する。

【００３６】このように、かかる自動操舵制御によれ
ば、ステアリングホイール１２のハンドル角θ２を目標
舵角θ^*に一致させる際にトーションバー２４のねじれ
角Δθ及びそのねじれ角Δθの時間変化を考慮してモー
タ３２が駆動されるので、トーションバー２４にねじれ
が生じてもそのねじれが解消され易くなり、その結果、
そのねじれに起因して生ずるステアリングホイール１２
の回転方向への振動を抑制することが可能となると共
に、その振動抑制の応答性を向上させることが可能とな
る。

【００３７】図３は、上記の機能を実現すべく、本実施
例のＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンの一例のフロー
チャートを示す。図３に示すルーチンは、自動操舵制御
が実行される状況下において所定時間ごとに繰り返し起
動されるルーチンである。図３に示すルーチンが起動さ
れると、まずステップ１００の処理が実行される。

【００３８】ステップ１００では、操舵角センサ２８の
出力信号に基づいて検出したステアリングホイール１２
のハンドル角θ２、及び、操舵トルクセンサ２６の出力
信号に基づいて検出したトーションバー２４のねじれ角
Δθを共に読み込む処理が実行される。ステップ１０２
では、例えばカメラの撮影した画像から認識した道路上
の白線に沿って車両を走行させるべく設定されている、
ステアリングホイール１２の目標舵角θ^*を読み込む処
理が実行される。

【００３９】ステップ１０４では、上記ステップ１００
及び１０２で読み込まれたパラメータに基づいて、上記
（１）式に従って、モータ３２への目標電流ｉ^*を算出
する処理が実行される。ステップ１０６では、モータ３
２の実電流値ｉと上記ステップ１０４で算出した目標電
流ｉ^*との偏差を算出する電流制御演算を行う処理が実
行される。

【００４０】ステップ１０８では、上記ステップ１０６
で演算された電流制御演算の結果に基づいてモータ３２
に印加すべき電圧を算出し、その電圧を例えばＰＷＭ
（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）制御により
モータ３２に印加する処理が実行される。本ステップ１
０８の処理が実行されると、以後、モータ３２は目標電
流ｉ^*に応じたトルクが発生するように駆動され、車両
は運転者のステアリング操作によらずに自動的に操舵さ
れることとなる。本ステップ１０８の処理が終了する
と、今回のルーチンは終了される。

【００４１】上記図３に示すルーチンによれば、自動操
舵制御によりステアリングホイール１２のハンドル角θ
が目標舵角θ^*に一致するようにフィードバック制御さ
れる際に、モータ３２を、両者の偏差（θ^*−θ）のみ
でなく、その偏差（θ^*−θ）と共にトーションバー２
４のねじれ角Δθとそのねじれ角Δθの時間微分値とを
考慮して駆動することができる。モータ３２の駆動にト
ーションバー２４のねじれ角Δθが考慮されると、自動
操舵制御の実行によりトーションバー２４にねじれが生
じてもそのねじれが解消され易くなる。従って、本実施
例によれば、自動操舵制御時において、トーションバー
２４のねじれに起因して生ずるステアリングホイール１
２の回転方向への振動を抑制することができる。

【００４２】また、モータ３２の駆動にトーションバー
２４のねじれ角Δθの時間微分値が考慮されると、トー
ションバー２４にねじれが生じた際にそのねじれが速や
かに解消される。従って、本実施例においては、トーシ
ョンバー２４のねじれに起因するステアリングホイール
１２の振動を応答性よく抑制することが可能となってい
る。

【００４３】次に、本実施例において、モータ３２の駆
動制御を自動操舵制御とアシスト制御とで切り換える手
法について説明する。

【００４４】本実施例において、自動モードスイッチ３
４がオフ状態に維持されている場合、モータ３２の駆動
制御はアシスト制御である。かかる状態で運転者の操作
により自動モードスイッチ３４がオフ状態からオン状態
に切り換わると、モータ３２の駆動制御がアシスト制御
から自動操舵制御へ切り換わる。そして、自動操舵制御
の実行中に運転者の操作によりステアリングホイール１
２にある程度大きなトルクが生ずると、自動操舵制御の
実行が解除・中止され、モータ３２の駆動制御がアシス
ト制御へ切り換わる。

【００４５】しかしながら、自動操舵制御の実行中にモ
ータ３２の駆動制御がアシスト制御へ一瞬で切り換わる
ものとすると、両制御間においてモータ３２の目標電流
が著しく異なっている場合には、その切り換わり前と後
とでモータ３２がステアリングシャフト１４へ付与する
操舵トルクの変動量が大きくなるので、運転者がステア
リングホイール１２を操作する際の操作感が著しく異な
るものとなり、違和感を感ずる。

【００４６】そこで、本実施例の操舵装置１０は、運転
者がステアリングホイール１２を介して感ずる違和感を
低減すべく、モータ３２の駆動制御が自動操舵制御から
アシスト制御へ切り換わる際にその切り換えを所定の時
間をかけて行う点、具体的には、モータ３２によりステ
アリングシャフト１４へ付与される操舵トルクを時間を
かけて変更する点に第２の特徴を有している。以下、図
４及び図５を参照して、その特徴部について説明する。

【００４７】モータ３２がステアリングシャフト１４へ
付与する操舵トルクを自動操舵制御のものからアシスト
制御のものへ時間をかけて変更する手法としては、次式
（２）に従ってゲインＨを“１”から“０”へ時間をか
けて徐々に変更することによりモータ３２の目標電流ｉ
^*を算出し、その目標電流ｉ^*がモータ３２に流れるよう
にモータ３２に指令信号を供給することとすればよい。

【００４８】ｉ^*＝Ｈ・｛ｇ・（θ^*−θ２）＋ｆ₁・Δθ＋ｆ₂・ｄ（Δθ）／ｄｔ｝＋（１−Ｈ）・ｉ_eps ・・・（２）但し、Ｈは自動操舵制御の重み付きゲインであり、ま
た、ｉ_epsはアシスト制御の実行時に操舵トルクセンサ
２６を用いて検出されるステアリングホイール１２の操
舵トルクの大きさに応じたアシストトルクをステアリン
グシャフト１４に生じさせるモータ３２の電流値であ
る。

【００４９】かかる（２）式に従って自動操舵制御の重
み付きゲインＨが“１”から“０”へ時間をかけて徐々
に変更されると、モータ３２の目標電流ｉ^*が自動操舵
制御のものからアシスト制御のものへ徐々に変更される
こととなるので、モータ３２によるステアリングシャフ
ト１４への操舵トルクが時間をかけて変更されることと
なる。従って、このようなモータ３２の駆動制御によれ
ば、自動操舵制御からアシスト制御へ切り換わる際にモ
ータ３２による操舵トルクをスムーズに変化させること
ができ、その結果、その切り換わりに伴う運転者の違和
感を低減させることが可能となる。

【００５０】図４は、本実施例のＥＣＵ３０がモータ３
２を駆動制御する際に実行する制御ルーチンの一例のフ
ローチャートを示す。図４に示すルーチンは、その処理
が終了するごとに繰り返し起動されるルーチンである。
図４に示すルーチンが起動されると、まずステップ２０
０の処理が実行される。

【００５１】ステップ２００では、自動操舵制御の実行
条件が成立するか否か、具体的には、操舵トルクセンサ
２６の出力信号に基づいて検出されるトーションバー２
４のねじれがほとんど生じておらず、すなわち、運転者
によるステアリングホイール１２への操舵トルクがほと
んどなく、かつ、自動モードスイッチ３４がオン状態に
あるか否かが判別される。その結果、否定判定がなされ
た場合は、次にステップ２０２の処理が実行される。一
方、肯定判定がなされた場合は、次にステップ２０４の
処理が実行される。

【００５２】ステップ２０２では、モータ３２に電流ｉ
_epsを流すことによりアシスト制御を実行する処理が実
行される。本ステップ２０２の処理が実行されると、以
後、ステアリングシャフト１４に、操舵トルクセンサ２
６を用いて検出されるステアリングホイール１２の操舵
トルクの大きさに応じたアシストトルクが生ずることと
なり、運転者のステアリング操作がアシストされる。本
ステップ２０２の処理が終了すると、今回のルーチンは
終了される。

【００５３】ステップ２０４では、操舵トルクセンサ２
６を用いて検出されるトーションバー２４のねじれ角Δ
θが第１所定値Δθ１よりも大きいか否かが判別され
る。尚、第１所定値Δθ１は、運転者がステアリングホ
イール１２をかなり大きなトルクで操作した際に生ずる
トーションバー２４のねじれ角Δθである。その結果、
Δθ＞Δθ１が成立しないと判別された場合は、次にス
テップ２０６の処理が実行される。一方、Δθ＞Δθ１
が成立すると判別された場合は、次にステップ２２１６
の処理が実行される。

【００５４】ステップ２０６では、操舵トルクセンサ２
６を用いて検出されるトーションバー２４のねじれ角Δ
θが第２所定値Δθ２よりも大きいか否かが判別され
る。尚、第２所定値Δθ２は、運転者がモータ３２の駆
動制御を自動操舵制御からアシスト制御へ切り換えるた
めにステアリングホイール１２に付与すべきトルクに対
応するトーションバー２４のねじれ角Δθの最小値であ
り、上記した第１所定値Δθ１よりも小さな値である。
その結果、Δθ＞Δθ２が成立しないと判別された場合
は、次にステップ２０８の処理が実行される。一方、Δ
θ＞Δθ２が成立すると判別された場合は、次にステッ
プ２１２の処理が実行される。

【００５５】ステップ２０８では、後述のステップ２１
２又は２１６で行われる重み付きゲインＨの漸減が実行
されているか否かが判別される。その結果、否定判定が
なされた場合は、自動操舵制御の実行条件が成立し、か
つ、運転者がモータ３２の駆動制御をアシスト制御へ切
り換える程度まではステアリングホイール１２を操作し
ていないと判断できるので、自動操舵制御を開始し或い
はその制御を継続することが適切である。従って、かか
る判別がなされた場合は、次にステップ２１０の処理が
実行される。

【００５６】ステップ２１０では、モータ３２に上記
（２）式に従った目標電流ｉ^*を流すことにより自動操
舵制御を実行する処理が実行される。特に、重み付きゲ
インＨの初期値は“１”であり、その漸減又は漸増が未
だ行われていない場合、すなわち、ステップ２０８で否
定判定がなされた後に本ステップ２１０の処理が実行さ
れる場合には、モータ３２に上記（１）式に従った目標
電流ｉ^*、すなわち、上記（２）式においてＨ＝１を代
入することにより得た目標電流ｉ^*を流すことにより自
動操舵制御が実行される。この場合には、ステアリング
シャフト１４に、ステアリングホイール１２のハンドル
角θ２が目標舵角θ^*に一致するようなトルクが付与さ
れ、車両が運転者のステアリング操作によることなく自
動的に操舵される。本ステップ２１０の処理が終了する
と、次に上記ステップ２０４の処理が繰り返し実行され
る。

【００５７】ステップ２１２では、重み付けゲインＨを
“０”へ向けて緩やかに漸減させる処理が実行される。
図５は、本実施例における重み付けゲインＨの時間変化
を表した図を示す。尚、図５には、トーションバー２４
のねじれ角ΔθがΔθ１＜Δθ＜Δθ２を満たす場合を
実線で、Δθ＞Δθ２を満たす場合を一点鎖線で、それ
ぞれ示す。本ステップ２１２において、重み付けゲイン
Ｈは、図５に実線で示す時間変化で減じられる。

【００５８】一方、ステップ２１４では、重み付けゲイ
ンＨを急速に漸減させる処理が実行される。本ステップ
２１４において、重み付けゲインＨは、図５に一点鎖線
で示す時間変化で減じられる。上記ステップ２１２又は
２１４の処理が終了すると、次にステップ２１６の処理
が実行される。

【００５９】ステップ２１６では、重み付けゲインＨが
“０”に至ることによりその漸減処理が終了したか否か
が判別される。その結果、重み付けゲインＨの漸減処理
が終了していないと判別された場合には、上記ステップ
２１０の処理が実行され、上記（２）式に適宜図５に示
す時間変化に従って変動する重み付けゲインＨを代入
し、算出された目標電流ｉ^*をモータ３２に流す処理が
実行される。一方、重み付けゲインＨの漸減処理が終了
したと判別された場合は、上記ステップ２０２において
アシスト制御が実行される。

【００６０】また、上記ステップ２０８において肯定判
定がなされた場合は、モータ３２の駆動制御が自動操舵
制御からアシスト制御へ切り換わっている過程におい
て、運転者がアシスト制御を実行すべき程度までステア
リング操作を行わなくなったと判断できるので、モータ
３２の駆動制御を自動操舵制御へ向けて復帰させること
が適切である。従って、かかる判別がなされた場合は、
次にステップ２１８の処理が実行される。

【００６１】ステップ２１８では、漸減していた重み付
けゲインＨを“１”へ向けて緩やかに漸増させる処理が
実行される。本ステップ２１８の処理が終了すると、上
記ステップ２１０の処理が実行される。

【００６２】上記図４に示すルーチンによれば、自動操
舵制御の実行中に運転者がある程度大きなトルクでステ
アリング操作を行うことによりモータ３２の駆動制御が
自動操舵制御からアシスト制御へ切り換わる際に、モー
タ３２の目標電流ｉ^*を自動操舵制御のものからアシス
ト制御のものへ向けて時間をかけて連続的に徐々に変更
させることができる。この場合、モータ３２によるステ
アリングシャフト１４への操舵トルクも、自動操舵制御
のものからアシスト制御のものへ向けて時間をかけてス
ムーズに変化することとなる。

【００６３】このため、本実施例によれば、モータ３２
によるステアリングシャフト１４への操舵トルクが自動
操舵制御のものからアシスト制御のものへ一瞬に変更さ
れる構成に比べて、その際に運転者がステアリングホイ
ール１２を介して感ずる違和感を低減させることができ
る。従って、本実施例の操舵装置１０によれば、モータ
３２の駆動制御についての自動操舵制御からアシスト制
御への切り換えを、運転者にショックを与えることなく
実現することができる。

【００６４】また、本実施例においては、モータ３２に
よるステアリングシャフト１４への操舵トルクが自動操
舵制御のものからアシスト制御のものへ変更される際の
時間（速度）が、トーションバー２４のねじれ角Δθの
大きさ、すなわち、運転者がステアリングホイール１２
を操作した際の操舵トルクの大きさに応じて変更され
る。具体的には、モータ３２による操舵トルクの変更速
度は、運転者による操舵トルクが小さい場合には小さい
一方、運転者による操舵トルクが大きい場合には大きく
なる。

【００６５】運転者によるステアリングホイール１２の
操舵トルクが大きい場合には、ステアリングホイール１
２が急操作されており、運転者がモータ３２の駆動制御
について自動操舵制御からアシスト制御への速やかな移
行を意図していると判断できる。一方、運転者によるス
テアリングホイール１２の操舵トルクが小さい場合に
は、ステアリングホイール１２が急操作されておらず、
運転者がモータ３２の駆動制御の速やかな移行を意図し
ていないと判断できる。この点、本実施例においては、
上記の如く、モータ３２による操舵トルクの変更速度が
運転者によるステアリングホイール１２の操舵トルクに
応じて変更されるので、運転者の意図に対応して適切に
モータ３２の駆動制御についての自動操舵制御からアシ
スト制御への切り換えを行うことが可能となっている。

【００６６】更に、本実施例においては、モータ３２の
駆動制御が自動操舵制御からアシスト制御へ移行してい
る過程で運転者によるステアリングホイール１２の操舵
トルクが小さくなると、その駆動制御が自動操舵制御へ
復帰する。この際、モータ３２の目標電流ｉ^*は、自動
操舵制御のものへ時間をかけて連続的に徐々に変更され
るので、モータ３２によるステアリングシャフト１４へ
の操舵トルクも、自動操舵制御のものへ向けて時間をか
けてスムーズに変化することとなる。このため、本実施
例によれば、自動操舵制御の復帰処理がなされる場合に
も、モータ３２によるステアリングシャフト１４への操
舵トルクが自動操舵制御のものへ一瞬に変更される構成
に比べて、その際に運転者がステアリングホイール１２
を介して感ずる違和感を低減させることが可能となって
いる。

【００６７】尚、上記の実施例においては、ステアリン
グホイール１２が特許請求の範囲に記載した「操舵対
象」に、出力シャフト２２が特許請求の範囲に記載した
「軸」に、モータ３２が特許請求の範囲に記載した「操
舵アクチュエータ」に、それぞれ相当している。

【００６８】また、上記の実施例においては、ＥＣＵ３
０が、操舵角センサ２８の出力信号に基づいてステアリ
ングホイール１２のハンドル角θ２を検出することによ
り特許請求の範囲に記載した「舵角検出手段」が、操舵
トルクセンサ２６の出力信号に基づいてトーションバー
２４のねじれ角Δθを検出することにより特許請求の範
囲に記載した「ねじれ角検出手段」が、図３に示すルー
チンを実行することにより特許請求の範囲に記載した
「自動操舵制御手段」が、トーションバー２４のねじれ
角Δθの単位時間当たりの時間微分値ｄ（Δθ）／ｄｔ
を検出することにより特許請求の範囲に記載した「ねじ
れ角微分値検出手段」が、それぞれ実現されている。

【００６９】また、上記の実施例においては、ＥＣＵ３
０が、図４に示すステップ２０２の処理を実行すること
により特許請求の範囲に記載した「アシスト制御手段」
が、モータ３２の駆動制御を自動操舵制御とアシスト制
御との間で切り換えることにより特許請求の範囲に記載
した「制御切換手段」が、上記（２）式に従って重み付
けゲインＨを図５に示す如く時間変化させることにより
モータ３２によるステアリングシャフト１４への操舵ト
ルクを変更することにより特許請求の範囲に記載した
「操舵力徐変手段」が、ステップ２０４、２０６、２１
２、及び２１４の処理を実行することにより特許請求の
範囲に記載した「時間変更手段」が、それぞれ実現され
ている。

【００７０】ところで、上記の実施例においては、モー
タ３２の目標電流ｉ^*を自動操舵制御のものからアシス
ト制御のものへ向けて変更する際に、時間をかけて連続
的に徐々に変更することとしているが、かかる目標電流
ｉ^*を曲線的に変更することとしても、また、直線的に
変更することとしてもよく、更に、一定時間ごとに段階
的に変更することとしてもよい。

【００７１】また、上記の実施例においては、モータ３
２によるステアリングシャフト１４への操舵トルクが自
動操舵制御のものからアシスト制御のものへ変更される
際の変更速度を２段階に変更することとしているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、運転者によるス
テアリングホイール１２の操舵トルクに応じて多段階に
変更することとしてもよい。

【００７２】

【発明の効果】上述の如く、請求項１及び２記載の発明
によれば、操舵対象の舵角が目標舵角に一致するように
操舵アクチュエータが駆動される自動操舵制御時、トー
ションバーの存在に起因して操舵対象に生ずる振動を抑
制することができる。

【００７３】請求項３記載の発明によれば、操舵アクチ
ュエータの駆動制御が自動操舵制御とアシスト制御との
間で切り換わる際に操舵アクチュエータの操舵力をスム
ーズに変化させることができ、その結果、その切り換わ
りに伴う運転者の違和感を低減させることができる。

【００７４】また、請求項４記載の発明によれば、運転
者の意図に対応して適切に操舵アクチュエータの駆動制
御の切り換えを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である車両の操舵装置の原理
構成図である。

【図２】本実施例の操舵装置の制御ブロック図である。

【図３】本実施例において、自動操舵制御が実行される
際に行われる制御ルーチンのフローチャートである。

【図４】本実施例において、操舵アクチュエータが駆動
制御される際に行われる制御ルーチンのフローチャート
である。

【図５】本実施例において操舵アクチュエータの駆動制
御が自動操舵制御からアシスト制御へ切り換わる際にお
けるゲインの時間変化を表した図である。

【符号の説明】

１０操舵装置１２ステアリングホイール１４ステアリングシャフト２０入力シャフト２２出力シャフト２４トーションバー２６操舵トルクセンサ２８操舵角センサ３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）３２モータ３４自動モードスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵対象にトーションバーを介して接続
する軸に操舵力を付与する操舵アクチュエータと、前記
操舵対象の舵角を検出する舵角検出手段と、前記舵角検
出手段により検出される前記舵角と目標舵角との偏差に
基づいて、前記操舵対象の舵角が該目標舵角に一致する
ように前記操舵アクチュエータを駆動する自動操舵制御
手段と、を備える車両の操舵装置であって、前記トーションバーに生ずるねじれ角を検出するねじれ
角検出手段を備え、前記自動操舵制御手段は、前記偏差及び前記ねじれ角検
出手段により検出される前記ねじれ角に基づいて前記操
舵アクチュエータを駆動することを特徴とする車両の操
舵装置。
【請求項２】前記トーションバーに生ずるねじれ角の
時間微分値を検出するねじれ角微分値検出手段を備え、前記自動操舵制御手段は、前記偏差、前記ねじれ角検出
手段により検出される前記ねじれ角、及びねじれ角微分
値検出手段により検出される前記時間微分値に基づいて
前記操舵アクチュエータを駆動することを特徴とする請
求項１記載の車両の操舵装置。
【請求項３】前記ねじれ角検出手段により検出される
前記ねじれ角に基づいて、前記操舵対象に作用する操舵
トルクに応じたアシスト力が発生するように前記操舵ア
クチュエータを駆動するアシスト制御手段と、前記操舵アクチュエータの駆動制御を前記自動操舵制御
手段による制御と前記アシスト制御手段による制御との
間で切り換える制御切換手段と、前記制御切換手段により前記操舵アクチュエータの駆動
制御が切り換わる際に、該操舵アクチュエータが発生す
る操舵力を所定時間をかけて変更する操舵力徐変手段
と、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の
操舵装置。
【請求項４】前記制御切換手段により前記操舵アクチ
ュエータの駆動制御が前記自動操舵制御手段による制御
から前記アシスト制御手段による制御へ切り換わる際、
前記ねじれ角検出手段により検出される前記ねじれ角に
応じて前記所定時間を変更する時間変更手段を備えるこ
とを特徴とする請求項３記載の車両の操舵装置。