JP2006232115A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より迅速に路面状態の変化に対応することのできる車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】 ステアリング装置は、所定条件を満たす場合に、運転者のステアリング操作によらず自動的に転舵輪（詳しくはその転舵角θt）を所定の角度範囲θ０内で揺動させる。そして、転舵輪に作用する路面反力Ｆr（検出値Ｆr_d）を積極的に変化させることにより、直線走行中においても路面状態判定の実行を可能とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、路面状態判定機能を有する車両用操舵装置に関するものである。

近年、車両においては、ヨーレイト等の車両状態量と車両の運動状態との関係をモデル化した車両モデルに基づいて、路面状態やオーバーステア／アンダーステア特性等を検知し、その検知された車両環境要因に基づいて操舵特性の変更、或いはその転舵輪の舵角（転舵角）を自動的に制御する操舵制御システムが提案されている。

例えば、特許文献１に記載の車両用操舵装置は、転舵輪の舵角変更時に同転舵輪に作用する路面反力の代理変数としてラック軸力を検出し、この検出されたラック軸力を車両モデルに基づき設定された高μ路における理論ラック軸力と比較することにより路面状態の判定、即ち走行路面の摩擦抵抗の度合いを示す路面状態推定値を演算する。そして、その路面状態推定値の値がより摩擦抵抗の低い状態であることを示す値であるほど、ステアリングの舵角（操舵角）に対する転舵角の比率（オーバーオールギヤ比）を大きくする。即ち、車両の挙動が不安定となりやすい低μ路においては、操舵角の変更量に対する転舵角の変更量を小さくすることにより転舵角の変更速度を穏やかなものとする。そして、これにより、転舵角の急峻な変化に伴うアンダーステアの発生やその挙動の不安定化を効果的に抑制することができるようになる。
特開平１１−９９９５６号公報

しかしながら、上記従来例を含め、基本的に、こうした路面状態判定は車両の挙動に何らかの変化（操舵や制動又は加速）がない限り行うことができない。従って、従来、車両が直線走行状態にある場合等には、路面状態の変化を捉えることができないという問題があり、この点においてなお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、より迅速に路面状態の変化に対応することのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、検出される車両状態量と該車両状態量の理論値との比較により車両走行路の路面状態を判定する路面状態判定手段を備えた車両用操舵装置であって、転舵輪の転舵角を変更可能な転舵アクチュエータと、該転舵アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、所定条件を満たす場合に、ステアリング操作によらず自動的に前記転舵輪を所定の角度範囲内で揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段と、前記路面反力の理論値を演算する理論路面反力演算手段と、前記検出された路面反力の検出値と前記演算された理論値との比較により車両走行路の路面状態を判定する路面状態判定手段とを備えた車両用操舵装置であって、前記転舵輪の転舵角を変更可能な転舵アクチュエータと、該転舵アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、所定条件を満たす場合に、ステアリング操作によらず自動的に前記転舵輪を所定の角度範囲内で揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

上記各構成によれば、車両に作用する各種の車両状態量、具体的には請求項２の構成においては転舵輪に作用する路面反力を積極的に変化させることができ、これにより、例えば直線走行中においても路面状態判定の実行が可能となる。その結果、より迅速に路面状態の変化に対応することができるようになる。尚、この場合の「理論値」は、例えば乾いたアスファルト路面等、任意の高μ路を基準路面として設定すればよい。また、転舵輪の揺動幅（角度範囲）は車両の挙動を乱さない程度の微小角とするとよく、更に同角度範囲及びその揺動速度を車速に応じて変化させるようにするとなおよい。

請求項３に記載の発明は、検出される路面反力に応じた操舵反力をステアリングに付与すべく制御される反力アクチュエータを備え、前記制御手段は、前記自動的に前記転舵輪を揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御する際、前記付与する操舵反力を該揺動制御の開始時点の値で一定とすべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記ステアリングは、前記転舵輪と機械的に分離され、前記転舵アクチュエータは、前記ステアリング操作に応じた前記転舵角を発生させるべく前記制御されること、を要旨とする。

上記構成によれば、転舵輪揺動制御時の路面反力の変化が操舵反力に反映されないため、それに伴うステアリングの微振動の発生等を防止することができ、これにより、転舵輪揺動制御時においても良好な操舵フィーリングを維持することができるようになる。尚、こうした操舵反力保持制御は、請求項４の構成のようなステアバイワイヤ式の車両用操舵装置のみならず、例えば伝達比可変式の車両用操舵装置であっても反力アクチュエータを備えたものであれば、容易に具現化することができる。

請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記転舵角が所定時間以上一定である場合に、前記自動的に前記転舵輪を揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、車両が直進状態にある場合に、前記自動的に前記転舵輪を揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

請求項７に記載の発明は、前記判定により前記路面状態が低μ路であると判定された場合に、その旨を警告する警告手段を備えること、を要旨とする。
上記構成によれば、路面状態の変化をいち早く運転者に知らしめることができ、これにより急操舵や急制動等、運転者の急操作に起因する車両挙動の不安定化を未然に防止することができるようになる。

請求項８に記載の発明は、前記転舵アクチュエータは、ステアリングの操舵角に対する前記転舵角の比率であるオーバーオールギヤ比を可変可能なものであり、前記制御手段は、前記判定により前記路面状態が低μ路であると判定された場合に、その摩擦抵抗が低いほど、前記オーバーオールギヤ比を大とすべく、前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、車両の挙動が不安定となりやすい低μ路においては、操舵角の変更量に対する転舵角の変更量を小さく、即ち転舵角の変更速度を穏やかなものとすることができる。そして、これにより、運転者の急操舵に起因するアンダーステアの発生や車両挙動の不安定化を抑制することができるようになる。

本発明によれば、より迅速に路面状態の変化に対応することが可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング（ハンドル）２を含む操舵機構３と転舵輪４の舵角を変更するための転舵機構５とが機械的に非連結、即ちステアリング２と転舵輪４とが機械的に分離された所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。

操舵機構３は、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト６と、ステアリング操作に伴うステアリング２の舵角、即ち操舵角θsを検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ７とを備えている。そして、転舵機構５は、操舵角センサ７により検出される操舵角θsに基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪４の舵角を発生させるための転舵アクチュエータ８を備えている。本実施形態では、転舵機構５は、タイロッド９及びナックルアーム１０を介して左右の転舵輪４を連結する転舵軸１２を有しており、転舵アクチュエータ８は、駆動源としてのモータ１３と該モータ１３の回転を転舵軸１２の往復動に変換する変換機構１４とを備えている。尚、本実施形態の転舵アクチュエータ８は、転舵軸１２と同軸配置されたブラシレスモータを有し、変換機構１４としてボール螺子機構を備えている。そして、この転舵アクチュエータ８により駆動された転舵軸１２の往復動が転舵輪４に伝達されることにより、同転舵輪４の舵角、即ち転舵角θtが変更されるようになっている。

また、本実施形態では、操舵機構３は、ステアリング操作によってステアリング２に印加される操舵トルクτを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ１６と、該検出された操舵トルクτ（及び後述する路面反力Ｆr）に応じた操舵反力をステアリング２に付与するための反力アクチュエータ１７とを備えている。反力アクチュエータ１７は、駆動源としてのモータ１８と、該モータ１８の回転を減速してステアリングシャフト６に伝達する減速機構１９とを備えている。尚、本実施形態では、反力アクチュエータ１７のモータ１８には、転舵アクチュエータ８のモータ１３と同様にブラシレスモータが採用されている。そして、反力アクチュエータ１７は、減速機構１９を介してモータ１８の発生するモータトルクをステアリングシャフト６に伝達することによりステアリング２に操舵反力を付与するようになっている。

本実施形態では、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７は、制御手段としての制御装置２０によりその作動が制御されている。詳述すると、転舵アクチュエータ８のモータ１３及び反力アクチュエータ１７のモータ１８は、制御装置２０と接続されており、各モータ１３，１８は、制御装置２０から供給される三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づいて回転する。そして、制御装置２０は、その駆動電力の供給を通じて各モータ１３，１８の回転を制御することにより、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７の作動を制御する。具体的には、制御装置２０は、上記操舵角センサ７及びトルクセンサ１６、並びに車速センサ２１の出力信号に基づいて操舵角θs、操舵トルクτ及び車速Ｖを検出する。また、転舵軸１２には、変位量センサ２２が設けられており、制御装置２０は、この変位量センサ２２の出力信号に基づいて転舵輪４の転舵角θtを決定する同転舵軸１２の軸方向の変位量Ｘを検出する。そして、制御装置２０は、その検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、転舵輪４の転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御し、操舵トルクτ及び車速Ｖ（並びに路面反力Ｆr）に基づいて、操舵反力を付与すべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する。

次に、制御装置２０による転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７の制御態様について説明する。
図２は、本実施形態のステアリング装置１の制御ブロック図である。同図に示すように、制御装置２０は、転舵アクチュエータ８を制御するための第１ＥＣＵ２３と、反力アクチュエータ１７を制御するための第２ＥＣＵ２４とを備えている。そして、これら第１ＥＣＵ２３及び第２ＥＣＵ２４は、それぞれ各モータ１３，１８を制御するためのモータ制御信号を出力するマイコン２５，２６と、そのモータ制御信号に基づいて各モータ１３，１８に駆動電力を供給する駆動回路２７，２８とを備えている。尚、以下に示す、各マイコン２５，２６内の各制御ブロックは、これらマイコン２５，２６が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

先ず、転舵アクチュエータ８を制御する第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５の構成について説明する。マイコン２５は、転舵輪４の制御目標角に対応する転舵軸１２の変位量指令Ｘ*を生成する変位量指令演算部３１と、その変位量指令Ｘ*及び検出された変位量Ｘに基づいて位置制御量εを演算する位置制御演算部３２と、その位置制御量εに基づいて駆動回路２７に出力するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部３３とを備えている。

変位量指令演算部３１には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、変位量指令演算部３１は、これら操舵角θs及び車速Ｖに基づいて変位量指令Ｘ*を生成し、その変位量指令Ｘ*を位置制御演算部３２に出力する。位置制御演算部３２には、この変位量指令Ｘ*とともに、変位量センサ２２により検出された変位量Ｘが入力される。そして、位置制御演算部３２は、これら変位量指令Ｘ*及び変位量Ｘに基づくフィードバック制御により位置制御量εを演算し、その位置制御量εをモータ制御信号生成部３３に出力する。モータ制御信号生成部３３には、位置制御演算部３２により算出された位置制御量εとともに、電流センサ３４により検出された実電流値及び回転角センサ３５により検出されたモータ１３の回転角が入力される。そして、モータ制御信号生成部３３は、これら位置制御量ε、実電流値及び回転角に基づいてモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号を駆動回路２７に出力する。そして、そのモータ制御信号に応じた駆動電流がモータ１３に供給されることにより、転舵輪４の転舵角θtをその制御目標角に追従させるべくモータ１３の回転、即ち転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている。

一方、反力アクチュエータ１７を制御する第２ＥＣＵ２４側のマイコン２６は、ステアリング２に付与する操舵反力の制御目標量、即ちモータ１８に供給する駆動電流の電流指令値として操舵反力指令Ｉq*を演算する操舵反力指令演算部４１と、この操舵反力指令Ｉq*に基づいて駆動回路２８に出力するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４２とを備えている。

また、本実施形態では、マイコン２６は、転舵輪４に作用する路面反力Ｆrを推定する路面反力推定演算部４３を備えており、操舵反力指令演算部４１は、この路面反力推定演算部４３により推定された路面反力Ｆrに基づいて操舵反力指令Ｉq*を演算する。即ち、本実施形態では、路面反力推定演算部４３により路面反力検出手段が構成されている。そして、その操舵反力指令Ｉq*に基づく駆動電力がモータ１８に供給、即ち反力アクチュエータ１７の作動が制御されることにより転舵輪４に作用する路面反力Ｆrに応じた（路面反力Ｆrの反映された）操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

詳述すると、本実施形態では、路面反力推定演算部４３には、上記変位量Ｘ及び電流センサ３４により検出された実電流値、即ち転舵アクチュエータ８側のモータ１３に通電される実電流値が入力される。そして、路面反力推定演算部４３は、これら変位量Ｘ及び実電流値に基づいて転舵軸１２に作用する軸力を演算し、その軸力を転舵輪４に作用する路面反力Ｆrと推定する。操舵反力指令演算部４１には、この路面反力推定演算部４３により推定された路面反力Ｆrとともに、操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、操舵反力指令演算部４１は、これら操舵トルクτ、路面反力Ｆr、及び車速Ｖに基づいて操舵反力指令Ｉq*を演算し、その操舵反力指令Ｉq*をモータ制御信号生成部４２へと出力する。モータ制御信号生成部４２には、操舵反力指令Ｉq*とともに、電流センサ４４により検出された実電流値及び回転角センサ４５により検出されたモータ１８の回転角が入力される。そして、モータ制御信号生成部４２は、これら操舵反力指令Ｉq*、実電流値及び回転角に基づきモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路２８へと出力する。そして、このモータ制御信号に応じた電流値を有する駆動電流がモータ１８に供給されることにより、その操舵トルクτ、路面反力Ｆr、及び車速Ｖに応じた操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

また、本実施形態では、この第２ＥＣＵ２４側のマイコン２６は、車両走行路の路面状態、具体的にはその摩擦抵抗の度合いを判定する路面状態判定装置としての機能を有している。詳述すると、本実施形態のマイコン２６は、上記路面反力推定演算部４３に加え、高μ路走行時における路面反力Ｆrの理論値Ｆr_thを演算する路面反力理論値演算部４６と、路面反力推定演算部４３により検出された路面反力Ｆrの検出値Ｆr_dと路面反力理論値演算部４６により演算された理論値Ｆr_thとの比較により車両走行路の路面状態を判定する路面状態判定部４７とを備えている。即ち、本実施形態では、路面反力理論値演算部４６が理論路面反力演算手段を構成し、路面状態判定部４７が路面状態判定手段を構成する。

本実施形態では、路面反力理論値演算部４６には、転舵軸１２の変位量Ｘ及び車速Ｖが入力されるようになっており、同路面反力理論値演算部４６は、これら変位量Ｘ及び車速Ｖに基づいて、その変位量Ｘにより規定される転舵角θt（及び車速）に応じた路面反力Ｆrの理論値Ｆr_thを演算する。具体的には、路面反力理論値演算部４６は、車両モデルに基づくシミュレーションや実験等により求められた、車速Ｖ及び転舵角θtと基準路面である高μ路（例えば乾いたアスファルト路面）走行時における路面反力Ｆrの理論値Ｆr_thとの関係が記録された三次元マップを有している。そして、路面反力理論値演算部４６は、この三次元マップを参照することにより、入力された変位量Ｘにより規定される転舵角θt（及び車速Ｖ）に対応する路面反力Ｆrの理論値Ｆr_thを演算する。そして、路面状態判定部４７は、この路面反力理論値演算部４６により演算された理論値Ｆr_thと検出値Ｆr_dとの比較により車両走行路の路面状態、詳しくは、その摩擦抵抗（の高低）の度合いを判定する。

また、本実施形態のステアリング装置１は、上記路面状態判定の結果に基づいて、その操舵特性を変更する機能を有している。具体的には、制御装置２０は、上記路面状態判定により車両走行路の路面状態が低μ路であると判定した場合には、その摩擦抵抗が低いほど、ステアリングの舵角（操舵角）に対する転舵角の比率、即ちオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）を大とすべく転舵アクチュエータ８の作動を制御する。そして、これにより、車両の挙動が不安定となりやすい低μ路においては、操舵角θsの変更量に対する転舵角θtの変更量を小さく、即ち転舵角θtの変更速度を穏やかなものとして、アンダーステアの発生や車両挙動の不安定化を抑制するようになっている。

詳述すると、本実施形態では、路面状態判定部４７は、上記路面状態判定の結果を、路面反力Ｆrの理論値Ｆr_thを演算する基礎として設定された高μ路の摩擦抵抗に対して実際の走行路面の摩擦抵抗がどの程度低いかを示す指標である路面状態評価値Ｒとして出力する。尚、通常制御時における路面状態評価値Ｒの算出方法については、例えば、上述の特許文献１に記載の方法を参照されたい。また、マイコン２６は、この路面状態判定部４７の出力する路面状態評価値Ｒを第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５、詳しくはその変位量指令演算部３１に出力する。そして、変位量指令演算部３１は、この入力された路面状態評価値Ｒが小さい程、その出力する変位量指令Ｘ*の絶対値を小とする。そして、これにより、同路面状態評価値Ｒの値が小さい、即ち走行路面の摩擦抵抗が低いほど、オーバーオールギヤ比Ｇrがその基本値Ｇr０（高μ路走行時、路面状態評価値Ｒ＝１．０である場合の値）よりも大となるように転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている（ギヤ比可変制御、図３参照）。

また、本実施形態のステアリング装置１は、上記路面状態判定により車両走行路の路面状態が低μ路であると判定した場合に、車両搭乗者に対してその旨、即ち車両が低μ路を走行中であることを警告する警告機能を有している。詳述すると、ステアリング装置１は、音響効果（音声や警告音等）及び視覚効果（ウォーニングランプ点灯等）を通じた警告出力により車両搭乗者に対して低μ路走行中であることを警告可能な警告手段としての警告装置４８を備えている。そして、本実施形態では、この警告装置４８は、制御装置２０（詳しくは第２ＥＣＵ２４）により、その作動が制御されている。具体的には、本実施形態では、路面状態判定部４７の出力する路面状態評価値Ｒは、警告出力判定部４９に入力され、警告出力判定部４９は、その路面状態評価値Ｒが所定値Ｒ０以下である否かの判定により上記車両搭乗者に対する警告出力を行うか否かを判定する。そして、警告出力判定部４９は、その判定結果を示す警告信号Ｓwを出力し、マイコン２６（第２ＥＣＵ２４）は、その警告信号Ｓwを警告装置４８に出力する。そして、警告装置４８は、この第２ＥＣＵ２４から入力される警告信号Ｓwが「ＯＮ」である場合に上記警告出力を行うようになっている。

（転舵輪揺動制御）
次に、本実施形態のステアリング装置における転舵輪揺動制御について説明する。
上述のように、基本的に上記路面状態判定は、車両の挙動に何らかの変化（操舵や制動又は加速）がない限り行うことができない。従って、例えば、車両が直線走行状態にある場合等には、路面状態の変化を捉えることができず、直線走行中にその走行路の路面状態が低μ路へと移行した場合等には、事実上、運転者の急操舵や急制動に起因する車両挙動の不安定化を有効に抑制することが困難であるという課題を残していた。

この点を踏まえ、本実施形態のステアリング装置１は、所定条件を満たす場合に、図４に示すように、運転者のステアリング操作によらず自動的に転舵輪４（詳しくはその転舵角θt）を所定の角度範囲θ０内で揺動させる（転舵輪揺動制御）。そして、転舵輪４に作用する路面反力Ｆr（検出値Ｆr_d）を積極的に変化させることにより、直線走行中においても上記路面状態判定の実行を可能とする。

詳述すると、図２に示すように、本実施形態では、転舵アクチュエータ８の作動を制御する第１ＥＣＵ２３側のマイコン２５は、上記転舵輪揺動制御のオン／オフ判定、即ち同転舵輪揺動制御を開始するか否かを判定する開始判定部５０を備えている。本実施形態では、ステアリング装置１は、運転者により操作可能な開始ＳＷ（開始スイッチ）５１を備えており（図１参照）、開始判定部５０には、この開始ＳＷ５１が出力するオン／オフ信号Ｓjとともに、転舵角θtを規定する転舵軸１２の変位量Ｘが入力されるようになっている。そして、開始判定部５０は、オン／オフ信号Ｓjが「ＯＮ」、且つ変位量Ｘが所定時間以上「０」、即ち車両が直進状態にある場合に、上記転舵輪揺動制御を「オン」と判定する。

また、変位量指令演算部３１は、ステアリング操作に応じた転舵角θtを発生させるための制御目標成分である通常制御目標量Ｘn*を演算し、及びギヤ比可変制御を行う通常制御演算部５２に加え、ステアリング操作によらず自動的に転舵角θtを変更するための制御目標成分であるアクティブ制御目標量Ｘa*を演算するアクティブ制御演算部５３を備えている。そして、同変位量指令演算部３１は、これら通常制御目標量Ｘn*及びアクティブ制御目標量Ｘa*を重畳した値を変位量指令Ｘ*として出力する。

本実施形態では、開始判定部５０による判定結果は、開始信号Ｓsとしてアクティブ制御演算部５３に入力され、アクティブ制御演算部５３は、この入力される開始信号Ｓsが「ＯＮ」である場合に、転舵輪４を所定の角度範囲θ０内で揺動させるためのアクティブ制御目標量Ｘa*を演算する。尚、本実施形態では、開始判定部５０は、転舵輪揺動制御を「オン」と判定した場合には、所定時間、その出力する開始信号Ｓsを「ＯＮ」とする。また、本実施形態では、アクティブ制御演算部５３には、車速Ｖが入力されるようになっており、入力される車速Ｖが大であるほど、上記の角度範囲θ０を小とし、及びその変化速度を緩やかとするようになっている。そして、変位量指令演算部３１が、このアクティブ制御目標量Ｘa*の重畳された変位量指令Ｘ*を出力し、マイコン２５がこの変位量指令Ｘ*に基づくモータ制御信号を出力することにより、転舵輪４を所定の角度範囲θ０内で揺動させるべく転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている。

また、本実施形態では、開始判定部５０の出力する開始信号Ｓsは、路面状態判定部４７にも入力されるようになっている。そして、路面状態判定部４７は、上記転舵輪揺動制御時には、その転舵輪４の揺動に伴い変化する路面反力Ｆrの検出値Ｆr_dの変化幅ΔＦr_dをそれに対応する理論値Ｆr_thの変化幅ΔＦr_thで除することにより求められる低下率α（α＝ΔＦr_d／ΔＦr_th）に基づいて上記路面状態評価値Ｒを演算する（図４参照）。そして、その算出された路面状態評価値Ｒに基づいて上記ギヤ比可変制御及び警告出力がなされるようになっている。

（操舵反力保持制御）
次に、本実施形態のステアリング装置における転舵輪揺動制御時の操舵反力保持制御について説明する。上述のように、本実施形態のステアリング装置１では、反力アクチュエータ１７は、検出された路面反力Ｆrに応じた操舵反力をステアリング２に付与すべくその作動が制御される。従って、何らの手当てもしない場合、上記転舵輪揺動制御時の路面反力Ｆrの変化が操舵反力に反映されることになり、その結果、ステアリング２の微振動等の発生により操舵フィーリングを損ねてしまうおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態では、制御装置２０（第２ＥＣＵ２４）は、上記転舵輪揺動制御時には、ステアリング２に付与する操舵反力を該転舵輪揺動制御が開始された時点の値で一定とすべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する。そして、これにより、転舵輪揺動制御時においても良好な操舵フィーリングを維持することができるようになっている。

詳述すると、図２に示すように、本実施形態のマイコン２６は、転舵輪揺動制御時にステアリング２に一定の操舵反力を付与するための制御目標量である保持操舵反力指令Ｉq_s*を出力する操舵反力指令保持部５４を備えている。本実施形態では、操舵反力指令保持部５４には、開始判定部５０の出力する開始信号Ｓs及び操舵反力指令演算部４１により演算された操舵反力指令Ｉq*が入力されるようになっており、同操舵反力指令保持部５４は、開始信号Ｓsが「ＯＮ」となった場合に、その時点の操舵反力指令Ｉq*を保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶する。即ち、操舵反力指令保持部５４は、転舵輪揺動制御が開始された時点の操舵反力指令Ｉq*を保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶する。そして、操舵反力指令保持部５４は、入力される開始信号Ｓsが「ＯＦＦ」、即ち転舵輪揺動制御が終了するまでその保持操舵反力指令Ｉq_s*を出力する。

本実施形態では、操舵反力指令演算部４１の出力する操舵反力指令Ｉq*、及び操舵反力指令保持部５４の出力する保持操舵反力指令Ｉq_s*は、開始信号Ｓsとともに、出力切替部５５に入力される。そして、出力切替部５５は、開始信号Ｓsが「ＯＦＦ」の場合には、操舵反力指令演算部４１が出力する操舵反力指令Ｉq*をモータ制御信号生成部４２に出力し、開始信号Ｓsが「ＯＮ」の場合には、操舵反力指令保持部５４の出力する保持操舵反力指令Ｉq_s*をモータ制御信号生成部４２に出力する。

即ち、図５のフローチャートに示すように、マイコン２６は、先ず、センサ値（車両状態量）として変位量Ｘ、実電流値Ｉs、操舵トルクτ、操舵角θs、及び車速Ｖを取得し（ステップ１０１）、続いて路面反力Ｆrの推定（ステップ１０２）、及びその路面反力Ｆrに応じた操舵反力をステアリングに付与するための操舵反力指令Ｉq*の演算を実行する（ステップ１０３）。

次に、マイコン２６は、第１ＥＣＵ２３側から入力される開始信号Ｓsが「ＯＮ」であるか否か、即ち上記転舵輪揺動制御が「オン」であるか否かを判定する（ステップ１０４）。そして、その判定が「オン」である場合（Ｓs＝ＯＮ、ステップ１０４：ＹＥＳ）には、続いて操舵反力保持制御が実行されているか否か、即ち既に保持中であるか否かを判定する（ステップ１０５）。尚、保持中であるか否かの判定は、後述する保持フラグがセットされているか否かにより行われる。

次に、マイコン２６は、このステップ１０５において、保持中ではない、即ち操舵反力保持制御の開始時であると判定した場合（ステップ１０５：ＮＯ）には、保持フラグをセットし（ステップ１０６）、その時点の操舵反力指令Ｉq*を保持値、即ち保持操舵反力指令Ｉq_s*として記憶する（ステップ１０７）。そして、その保持値（保持操舵反力指令Ｉq_s*）に基づくモータ制御信号を駆動回路２８へと出力する（ステップ１０８）。また、マイコン２６は、上記ステップ１０５において、既に保持中であると判定した場合（ステップ１０５：ＹＥＳ）には、上記ステップ１０６，１０７の処理を実行することなく、ステップ１０８において保持値（保持操舵反力指令Ｉq_s*）に基づくモータ制御信号を出力する。

一方、上記ステップ１０４において、ステップ１０４における判定が「オフ」であると判定した場合（Ｓs＝ＯＦＦ、ステップ１０４：ＮＯ）、マイコン２６は、続いて保持中であるか否かを判定する（ステップ１０９）。そして、このステップ１０９において、保持中であると判定した場合（ステップ１０９：ＹＥＳ）には、保持フラグをリセットし（ステップ１１０）、上記ステップ１０３において演算された操舵反力指令Ｉq*、即ち現在の路面反力Ｆrが反映された現在値に基づくモータ制御信号を駆動回路２８に出力する（ステップ１１１）。尚、上記ステップ１０９において、保持中ではないと判定した場合（ステップ１０９：ＮＯ）には、上記ステップ１１０を実行することなく、ステップ１１１において、現在値（操舵反力指令Ｉq*）に基づくモータ制御信号を駆動回路２８に出力する。

こうした上記一連の処理によって、通常時（非操舵反力保持制御時）には、操舵反力指令演算部４１の出力する操舵反力指令Ｉq*に基づく駆動電力がモータ１８に供給されることにより、現在の路面反力Ｆrが反映された操舵反力がステアリング２に付与される。そして、操舵反力保持制御時には、操舵反力指令保持部５４の出力する保持操舵反力指令Ｉq_s*に基づく駆動電力がモータ１８に供給され、これにより同操舵反力保持制御の開始時点の値を有する一定の操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。

次に、本実施形態の制御装置による上記各制御の処理手順について説明する。
図６のフローチャートに示すように、制御装置２０は、先ず、開始ＳＷ５１が「オン」されているか否かを判定し（ステップ２０１）、続いて車両が直進中であるか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、開始ＳＷ５１が「オン」であり（ステップ２０１：ＹＥＳ）、且つ車両が直進中である場合（ステップ２０２：ＹＥＳ）には、ステアリング操作によらず自動的に転舵輪４を所定の角度範囲θ０内で揺動させるべく転舵アクチュエータ８の作動を制御（転舵輪揺動制御）し、及びステアリング２に付与する操舵反力を該転舵輪揺動制御が開始された時点の値で一定とすべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する（操舵反力保持制御、ステップ２０３）。尚、本実施形態では、開始ＳＷ５１が「オフ」（ステップ２０１：ＮＯ）、又は車両が直進中ではない場合（ステップ２０２：ＮＯ）、制御装置２０は、上記ステップ２０３の処理、即ち転舵輪揺動制御及び操舵反力保持制御を実行しない。

次に、制御装置２０は、上述の路面状態評価値Ｒを演算し（ステップ２０４）、その演算された路面状態評価値Ｒに基づいてギヤ比可変制御を実行する（ステップ２０５）。そして、路面状態評価値Ｒが所定値Ｒ０以下であるか否かを判定し（ステップ２０６）、路面状態評価値Ｒが所定値Ｒ０以下である場合（Ｒ≦Ｒ０、ステップ２０６：ＹＥＳ）には、上記警告出力を実行する（ステップ２０７）。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）制御装置２０（第１ＥＣＵ２３）は、所定条件（開始ＳＷ５１が「ＯＮ」、且つ車両直進中）を満たす場合に、ステアリング操作によらず自動的に転舵輪４（詳しくはその転舵角θt）を所定の角度範囲θ０内で揺動させるべく転舵アクチュエータ８の作動を制御する。このような構成とすれば、転舵輪４に作用する路面反力Ｆr（検出値Ｆr_d）を積極的に変化させることができ、これにより、例えば直線走行中においても路面状態判定の実行が可能となる。その結果、より迅速に路面状態の変化に対応することができるようになる。

（２）制御装置２０（第２ＥＣＵ２４）は、転舵輪揺動制御時には、ステアリング２に付与する操舵反力を該転舵輪揺動制御が開始された時点の値で一定とすべく反力アクチュエータ１７の作動を制御する。このような構成とすれば、転舵輪揺動制御時の路面反力Ｆrの変化が操舵反力に反映されないため、それに伴うステアリング２の微振動の発生等を防止することができ、これにより、転舵輪揺動制御時においても良好な操舵フィーリングを維持することができるようになる。

（３）制御装置２０は、路面状態判定により車両走行路の路面状態が低μ路であると判定した場合には、その摩擦抵抗が低いほど、ステアリングの舵角（操舵角）に対する転舵角の比率、即ちオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）を大とすべく転舵アクチュエータ８の作動を制御する。このような構成とすれば、車両の挙動が不安定となりやすい低μ路においては、操舵角θsの変更量に対する転舵角θtの変更量を小さく、即ち転舵角θtの変更速度を穏やかなものとすることができる。そして、これにより、運転者の急操舵に起因するアンダーステアの発生や車両挙動の不安定化を抑制することができるようになる。

（４）ステアリング装置１は、路面状態判定により車両走行路の路面状態が低μ路であると判定した場合に、車両搭乗者に対してその旨、即ち車両が低μ路を走行中であることを警告する。このような構成とすれば、路面状態の変化をいち早く運転者に知らしめることができ、これにより急操舵や急制動等、運転者の急操作に起因する車両挙動の不安定化を未然に防止することができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、制御手段としての制御装置２０は、転舵アクチュエータ８を制御するための第１ＥＣＵ２３と、反力アクチュエータ１７を制御するための第２ＥＣＵ２４とを備えることとした。しかし、これに限らず、転舵アクチュエータ８及び反力アクチュエータ１７を制御する制御手段は、第１ＥＣＵ２３及び第２ＥＣＵ２４に相当するものが各々別体に設けられた構成であってもよい。

・本実施形態では、制御装置２０は、検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、転舵輪４の転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動を制御することとした。しかし、これに限らず、転舵アクチュエータ８は、少なくとも操舵角θsに基づいて制御されるものであればよい。また、制御装置２０は、操舵トルクτ及び車速Ｖ（並びに路面反力Ｆr）に基づいて、操舵反力を付与すべく反力アクチュエータ１７の作動を制御することとしたが、路面反力Ｆrに応じた操舵反力を付与可能なものであれば、路面反力Ｆr以外のパラメータは、操舵トルクτ及び車速Ｖに限るものではない。

・本実施形態では、路面反力推定演算部４３は、変位量センサ２２により検出された変位量Ｘ及び転舵アクチュエータ８の駆動源であるモータ１３の実電流値に基づいて転舵軸１２に作用する軸力を演算し、その軸力を転舵輪４に作用する路面反力Ｆrと推定することとした。しかし、これに限らず、路面反力Ｆrの推定には、位置制御演算部３２により算出された位置制御量εを用いる構成としてもよい。

・また、制御装置２０は、推定された路面反力Ｆrを用いて反力アクチュエータの作動を制御することとしたが、路面反力Ｆrは、歪みゲージ等を用いて転舵軸１２に作用する軸力を検出する等、路面反力Ｆrを直接的に検出する構成としてもよい。

・また、変位量Ｘは、必ずしも変位量センサ２２により検出することはなく、回転角センサ３５により検出されるモータ１３の回転角から推定する構成としてもよい。
・本実施形態では、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した。しかし、これに限らず転舵輪４を駆動可能なアクチュエータを有するものであれば、ステアリング２と転舵輪４とが機械的に連結された従来型のステアリング装置に具体化してもよい。即ち、ステアリング操作によらず自動的に転舵輪４を揺動させるアクチュエータは、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のＥＰＳアクチュエータや、伝達比可変装置の伝達比可変アクチュエータでもよく。また、伝達比可変アクチュエータに加えて反力アクチュエータも備えたステアリング装置であれば、転舵輪揺動制御時の操舵反力保持制御をも行うことが可能である。

・本実施形態では、転舵輪揺動制御を開始するための所定条件を、開始ＳＷ５１が「オン」、且つ車両直進状態にある場合とした。しかし、これに限らず、開始ＳＷ５１を廃して、所定間隔で自動的に開始判定を実行することとしてもよく、また、直進状態のみならず所定時間以上一定舵角である場合に同転舵輪揺動制御を実行することとしてもよい。

・また、本実施形態では、上記開始判定は、これらオン／オフ信号Ｓj及び変位量Ｘ（転舵角θt）のみらなず、車速Ｖや操舵角θs、或いはヨーレート等その他、任意の車両状態量に基づいて実行することとしてもよい。

・本実施形態では、路面反力理論値演算部４６は、予め設定された三次元マップを参照することにより、入力された変位量Ｘにより規定される転舵角θt（及び車速Ｖ）に対応する路面反力Ｆrの理論値Ｆr_thを演算することとした。しかし、これに限らず、車両モデルに基づく演算を逐次行うこととしてもよく、この場合の演算に用いるパラメータもまた車速及び転舵角θt（変位量Ｘ）に限るものではない。

・更に、本実施形態では、路面状態判定部４７は、上記転舵輪揺動制御時には、その転舵輪４の揺動に伴い変化する路面反力Ｆrの検出値Ｆr_dの変化幅ΔＦr_dをそれに対応する理論値Ｆr_thの変化幅ΔＦr_thで除することにより求められる低下率α（α＝ΔＦr_d／ΔＦr_th）に基づいて上記路面状態評価値Ｒを演算することとした。しかし、これに限らず、転舵輪揺動制御時においても通常時と同様の方法で路面状態評価値Ｒを演算することとしてもよい。

・本実施形態では、路面反力Ｆrの検出値Ｆr_dとその理論値Ｆr_thとの比較に基づいて路面状態判定を行うこととした。しかし、これに限らず、ヨーレートや加速度変化（横Ｇ等）について、その検出値と理論値との比較に基づいて路面状態判定を行うものに具体化してもよい。

・本実施形態では、路面状態判定により車両走行路の路面状態が低μ路であると判定した場合に、オーバーオールギヤ比を大とし、及び警告出力をすることとした。しかし、これに限らず、制動特性の立ち上がりを遅らせる、アクセルペダルの踏み込み量に対するエンジンのスロットル開度を小さくする、発進時の変速ギヤを高く（２速発進等）する、或いは、駆動輪の駆動力分配を変更する等、その他の対低μ路制御を実行することとしてもよい。また、転舵輪揺動制御時には、同制御を実行中であることを告知することとしてもよい。

・本実施形態では、上記転舵輪揺動制御時には、ステアリング２に付与する操舵反力を該転舵輪揺動制御が開始された時点の値で一定とすべく反力アクチュエータ１７の作動を制御することとした。しかし、これに限らず、例えば、直進状態にある場合を転舵輪揺動制御の開始条件とする場合にあっては、Ｉq*＝ｋθsの関数として弾力的とする。或いは、操舵角θsが所定の角度範囲内にあることを前提として操舵角θs＝０となるように位置制御を行うこととしてもよい。

ステアリング装置の概略構成図。 ステアリング装置の制御ブロック図。 ギヤ比可変制御の態様を示す説明図。 転舵輪揺動制御、及び同制御時における路面状態判定の態様を示す説明図。 操舵反力保持制御の処理手順を示すフローチャート。 制御装置による各制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリング（ハンドル）、３…操舵機構、４…転舵輪、５…転舵機構、６…ステアリングシャフト、７…操舵角センサ、８…転舵アクチュエータ、１２…転舵軸、１６…トルクセンサ、１７…反力アクチュエータ、２０…制御装置、２１…車速センサ、２２…変位量センサ、２３…第１ＥＣＵ、２４…第２ＥＣＵ、２５，２６…マイコン、３１…変位量指令演算部、５５…出力切替部、θs…操舵角、θt…転舵角、θ０…角度範囲、τ…操舵トルク、Ｖ…車速、Ｘ…変位量、Ｘ*…変位量指令、Ｘn*…通常制御目標量、Ｘa*…アクティブ制御目標量、ε…位置制御量、Ｆr…路面反力、Ｆr_d…検出値、Ｆr_th…理論値、ΔＦr_d，ΔＦr_th…変化幅、α…低下率、Ｒ…路面状態評価値、Ｒ０…所定値、Ｓs…開始信号、Ｓj…オン／オフ信号、Ｓw…警告信号、Ｉq*…操舵反力指令、Ｉq_s*…保持操舵反力指令、Ｇr…オーバーオールギヤ比。

Claims (8)

1. 検出される車両状態量と該車両状態量の理論値との比較により車両走行路の路面状態を判定する路面状態判定手段を備えた車両用操舵装置であって、
   転舵輪の転舵角を変更可能な転舵アクチュエータと、該転舵アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、所定条件を満たす場合に、ステアリング操作によらず自動的に前記転舵輪を所定の角度範囲内で揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。
2. 転舵輪に作用する路面反力を検出する路面反力検出手段と、前記路面反力の理論値を演算する理論路面反力演算手段と、前記検出された路面反力の検出値と前記演算された理論値との比較により車両走行路の路面状態を判定する路面状態判定手段とを備えた車両用操舵装置であって、
   前記転舵輪の転舵角を変更可能な転舵アクチュエータと、該転舵アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、所定条件を満たす場合に、ステアリング操作によらず自動的に前記転舵輪を所定の角度範囲内で揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   検出される路面反力に応じた操舵反力をステアリングに付与すべく制御される反力アクチュエータを備え、
   前記制御手段は、前記自動的に前記転舵輪を揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御する際、前記付与する操舵反力を該揺動制御の開始時点の値で一定とすべく前記反力アクチュエータの作動を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項３に記載の車両用操舵装置において、
   前記ステアリングは、前記転舵輪と機械的に分離され、前記転舵アクチュエータは、前記ステアリング操作に応じた前記転舵角を発生させるべく前記制御されること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１〜請求項４のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記転舵角が所定時間以上一定である場合に、前記自動的に前記転舵輪を揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１〜請求項４のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、車両が直進状態にある場合に、前記自動的に前記転舵輪を揺動させるべく前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項１〜請求項６のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記判定により前記路面状態が低μ路であると判定された場合に、その旨を警告する警告手段を備えること、を特徴とする車両用操舵装置。
8. 請求項１〜請求項７のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記転舵アクチュエータは、ステアリングの操舵角に対する前記転舵角の比率であるオーバーオールギヤ比を可変可能なものであり、
   前記制御手段は、前記判定により前記路面状態が低μ路であると判定された場合に、その摩擦抵抗が低いほど、前記オーバーオールギヤ比を大とすべく、前記転舵アクチュエータの作動を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。

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