JP2020192908A - 車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の後進時における挙動を安定させることができる車両用操向装置を提供すること。【解決手段】ハンドルに操舵反力を付与する反力装置と、ハンドルの操舵に応じてタイヤを転舵する駆動装置と、反力装置及び前記駆動装置を制御する制御部と、を備える。制御部は、車両の車速に応じた転舵比率ゲインを設定する転舵比率マップ部と、ハンドルの操舵角に前記転舵比率ゲインを乗じて目標転舵角を生成する目標転舵角生成部と、を備える。車両の後進時における転舵比率ゲインが、車両の前進時における転舵比率ゲイン以上である。【選択図】図９

Description

本発明は、車両用操向装置に関する。

車両用操向装置として、運転者が操舵を行う操舵反力生成装置（ＦＦＡ：Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ａｃｔｕａｔｏｒ、操舵機構）と、車両の舵を切るタイヤ転舵装置（ＲＷＡ：Ｒｏａｄ Ｗｈｅｅｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ、転舵機構）とが機械的に分離されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）式の車両用操向装置がある。このようなＳＢＷ式の車両用操向装置は、操舵機構と転舵機構とがコントロールユニットを介して電気的に接続され、電気信号によって操舵機構と転舵機構と間の制御が行われる構成である。

例えば、下記特許文献１には、ＳＢＷ式の車両用操向装置において、操舵装置側の回転軸の回転速度（実操舵角速度）と、転舵装置の側の回転軸の回転速度（実転舵角速度）との舵角比を、車速に応じて変化させることが記載されている。

特開２０１４−２０１２６９号公報

近年、車両の後進時に車両の背後の状況をモニタするバックモニタを装備する事例が増加している。しかしながら、バックモニタの視界には制限があり、車両の背後の状況をバックモニタの映像のみで判断することはできない。このため、車両の後進時には、バックモニタによる映像に加えて、運転者が車両の背後の安全確認を目視で行う必要がある。ハンドルの操舵角に対してタイヤの転舵角の比率が小さい場合、ハンドルの持ち替えが必要となる場合があるが、車両の後進時には、運転者がハンドルを操作しながら車両の背後の安全確認を目視で行うために体勢を崩し易く、運転者がハンドルの持ち替えを行うことにより車両の挙動が不安定になる場合がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、車両の後進時における挙動を安定させることができる車両用操向装置を提供すること、を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る車両用操向装置は、ハンドルに操舵反力を付与する反力装置と、前記ハンドルの操舵に応じてタイヤを転舵する駆動装置と、前記反力装置及び前記駆動装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、車両の車速に応じた転舵比率ゲインを設定する転舵比率マップ部と、前記ハンドルの操舵角に前記転舵比率を乗じて目標転舵角を生成する目標転舵角生成部と、を備え、前記車両の後進時における転舵比率ゲインが、前記車両の前進時における転舵比率ゲイン以上である。

上記構成によれば、車両の後進時における挙動を安定させることができる。

車両用操向装置の望ましい態様として、前記車両の前進時の車速の大きさが０以上、かつ、第１車速未満の領域を第１領域とし、当該第１領域における転舵比率ゲインを第１ゲイン、前記車両の前進時の車速の大きさが前記第１車速以上、かつ、前記第１車速よりも大きい第２車速未満の領域を第２領域とし、当該第２領域における転舵比率ゲインを第２ゲイン、前記車両の前進時の車速の大きさが前記第２車速以上の領域を第３領域とし、当該第３領域における転舵比率ゲインを第３ゲイン、前記車両の後進時の車速の大きさが０より大きく、かつ、第３車速未満の領域を第４領域とし、当該第４領域における転舵比率ゲインを第４ゲイン、前記車両の後進時の車速の大きさが前記第３車速以上、かつ、前記第３車速よりも大きい第４車速未満の領域を第５領域とし、当該第５領域における転舵比率ゲインを第５ゲイン、前記車両の後進時の車速の大きさが前記第４車速以上の領域を第６領域とし、当該第６領域における転舵比率ゲインを第６ゲイン、としたとき、前記第４ゲインは、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、前記第５ゲイン、及び前記第６ゲインよりも大きい一定値であることが好ましい。

これにより、車両の後進時において、運転者がハンドルを持ち替える頻度を減らすことができる。また、安定して車両を駐車することができる。

車両用操向装置の望ましい態様として、前記第３ゲインは一定値であり、前記第１ゲインは、前記第３ゲインよりも大きく、かつ、第４ゲイン未満の一定値であり、前記第２ゲインは、前記車両の前進時の車速の大きさが前記第１車速から大きくなるに従い、前記第１ゲインから前記第３ゲインに至るまでの範囲内で徐々に小さくなることが好ましい。

これにより、車両の前進時の低速域において、例えば、幅員が狭い十字路やクランク等を安定して走行することができ、運転者の負荷を減らすことができる。また、車両の前進時の高速域において、車両の挙動を安定させることができる。また、車両の前進時におけるタイヤの転舵角の急変動を抑制することができ、安定した操舵感を得ることができる。

車両用操向装置の望ましい態様として、前記第６ゲインは、前記第３ゲイン以上、かつ、第４ゲイン未満の一定値であり、前記第５ゲインは、前記車両の後進時の車速の大きさが前記第３車速から大きくなるに従い、前記第４ゲインから前記第６ゲインに至るまでの範囲内で徐々に小さくなることが好ましい。

これにより、車両の後進時における車両の挙動を安定させることができる。また、車両の後進時におけるタイヤの転舵角の急変動を抑制することができ、安定した操舵感を得ることができる。

本発明によれば、車両の後進時における挙動を安定させることができる車両用操向装置を提供することができる。

図１は、実施形態に係るステアバイワイヤ式の車両用操向装置の全体構成を示す図である。 図２は、ＳＢＷシステムを制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。 図３は、実施形態に係るコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。 図４は、捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。 図５は、目標転舵角生成部の一構成例を示すブロック図である。 図６は、転舵角制御部の一構成例を示すブロック図である。 図７は、実施形態の動作例を示すフローチャートである。 図８は、転舵比率マップ部が保持する転舵比率マップの特性例を示す図である。 図９は、図８に示す転舵比率マップの特性例において、車速を絶対値化して示した図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るステアバイワイヤ式の車両用操向装置の全体構成を示す図である。図１に示すステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）式の車両用操向装置（以下、「ＳＢＷシステム」とも称する）は、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図１に示されるように、ＳＢＷシステムは、反力装置６０及び駆動装置７０を備え、制御部としてのコントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。

反力装置６０は、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４、減速機構３、角度センサ７４、反力用モータ６１等を備えている。これらの各構成部は、ハンドル１のコラム軸２に設けられている。

反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。なお、ＳＢＷシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本開示を適用するＳＢＷシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ１０にて操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。

駆動装置７０は、駆動用モータ７１、ギア７２、角度センサ７３等を備えている。駆動用モータ７１により発生する駆動力は、ギア７２、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。

駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、駆動用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び駆動用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

コントロールユニット（ＥＣＵ）５０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット５０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいて電流指令値の演算を行い、反力用モータ６１及び駆動用モータ７１に供給する電流を制御する。

コントロールユニット５０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０等の車載ネットワークが接続されている。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット５０は、主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成される。図２は、ＳＢＷシステムを制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。

コントロールユニット５０を構成する制御用コンピュータ１１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）１００４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１００５、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１００６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ１００７等を備え、これらがバスに接続されている。

ＣＰＵ１００１は、ＳＢＷシステムの制御用コンピュータプログラム（以下、制御プログラムという）を実行して、ＳＢＷシステムを制御する処理装置である。

ＲＯＭ１００２は、ＳＢＷシステムを制御するための制御プログラムを格納する。また、ＲＡＭ１００３は、制御プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。ＥＥＰＲＯＭ１００４には、制御プログラムが入出力する制御データ等が格納されている。制御データは、コントロールユニット３０に電源が投入された後にＲＡＭ１００３に展開された制御用コンピュータプログラム上で使用され、所定のタイミングでＥＥＰＲＯＭ１００４に上書きされる。

ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３、及びＥＥＰＲＯＭ１００４等は情報を格納する記憶装置であって、ＣＰＵ１００１が直接アクセスできる記憶装置（一次記憶装置）である。

Ａ／Ｄ変換器１００６は、操舵トルクＴｓ、及び操舵角θｈの信号等を入力し、ディジタル信号に変換する。

インターフェース１００５は、ＣＡＮ４０に接続されている。インターフェース１００５は、車速センサ１２からの車速Ｖの信号（車速パルス）を受け付けるためのものである。

ＰＷＭコントローラ１００７は、反力用モータ６１及び駆動用モータ７１に対する電流指令値に基づいてＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を出力する。

このようなＳＢＷシステムに本開示を適用した実施形態の構成について説明する。

図３は、実施形態に係るコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。本実施形態では、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。

コントロールユニット５０は、内部ブロック構成として、目標操舵トルク生成部２００、捩れ角制御部３００、変換部５００、転舵比率マップ部９００、目標転舵角生成部９１０、及び転舵角制御部９２０を備えている。

目標操舵トルク生成部２００は、本開示において車両の操舵系をアシスト制御する際の操舵トルクの目標値である目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する。変換部５００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。捩れ角制御部３００は、反力用モータ６１に供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値Ｉｍｃを生成する。

捩れ角制御では、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部２００及び変換部５００を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。反力用モータ６１のモータ角θｍは角度センサ７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。駆動用モータ７１の転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、電流制御部１３０は、捩れ角制御部３００から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１４０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。

以下、捩れ角制御部３００について、図４を参照して説明する。

図４は、捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。捩れ角制御部３００は、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、安定化補償部３４０、出力制限部３５０、減算部３６１及び加算部３６２を備えている。

変換部５００から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆは、減算部３６１に加算入力される。捩れ角Δθは、減算部３６１に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部３２０に入力される。モータ角速度ωｍは、安定化補償部３４０に入力される。

捩れ角ＦＢ補償部３１０は、減算部３６１で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ０に対して補償値ＣＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは、単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

目標捩れ角速度ωｒｅｆは、速度制御部３３０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部３１０及び速度制御部３３０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。

捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対して微分演算処理を行い、捩れ角速度ωｔを算出する。捩れ角速度ωｔは、速度制御部３３０に出力される。捩れ角速度演算部３２０は、微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部３３０に出力するようにしても良い。

速度制御部３３０は、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出する。

減算部３３３は、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ−ωｔ）を算出する。積分部３３１は、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ−ωｔ）を積分し、積分結果を減算部３３４に加算入力する。

捩れ角速度ωｔは、比例部３３２にも出力される。比例部３３２は、捩れ角速度ωｔに対してゲインＫｖｐによる比例処理を行い、比例処理結果を減算部３３４に減算入力する。減算部３３４での減算結果は、モータ電流指令値Ｉｍｃａ１として出力される。なお、速度制御部３３０は、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ−Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出しても良い。

安定化補償部３４０は、補償値Ｃｓ（伝達関数）を有しており、モータ角速度ωｍからモータ電流指令値Ｉｍｃａ２を算出する。追従性及び外乱特性を向上させるために、捩れ角ＦＢ補償部３１０及び速度制御部３３０のゲインを上げると、高域の制御的な発振現象が発生してしまう。この対策として、モータ角速度ωｍに対し、安定化するために必要な伝達関数（Ｃｓ）を安定化補償部３４０に設定する。これにより、ＥＰＳ制御システム全体の安定化を実現することができる。

加算部３６２は、速度制御部３３０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ１と安定化補償部３４０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ２とを加算し、モータ電流指令値Ｉｍｃｂとして出力する。

出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｂに対する上限値及び下限値が予め設定されている。出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。

なお、本実施形態における捩れ角制御部３００の構成は一例であり、図４に示す構成とは異なる態様であっても良い。例えば、捩れ角制御部３００は、安定化補償部３４０を具備しない構成であっても良い。

転舵角制御では、目標転舵角生成部９１０にて操舵角θｈ及び後述する転舵比率マップ部９００から出力される転舵比率ゲインＧに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成される。目標転舵角θｔｒｅｆは、転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力され、転舵角制御部９２０にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１３０と同様の構成及び動作により、駆動用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。

以下、目標転舵角生成部９１０について、図５を参照して説明する。

図５は、目標転舵角生成部の一構成例を示すブロック図である。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。

制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限した操舵角θｈ１を出力する。図４に示す捩れ角制御部３００内の出力制限部３５０と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θｈ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θｈ２を出力する。例えば、１サンプル前の操舵角θｈ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θｈ１を加減算し、操舵角θｈ２として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θｈ１をそのまま操舵角θｈ２として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。

補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。本実施形態では、操舵角θｈ２に対し、後述する転舵比率マップ部９００から出力される転舵比率ゲインＧを乗じて、目標転舵角θｔｒｅｆを求める。

以下、転舵角制御部９２０について、図６を参照して説明する。

図６は、転舵角制御部の一構成例を示すブロック図である。転舵角制御部９２０は、目標転舵角θｔｒｅｆ、及び操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する。転舵角制御部９２０は、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６、及び減算部９２７を備えている。

目標転舵角生成部９１０から出力される目標転舵角θｔｒｅｆは、減算部９２７に加算入力される。転舵角θｔは、減算部９２７に減算入力されると共に、転舵角速度演算部９２２に入力される。

転舵角ＦＢ補償部９２１は、減算部９２７で算出される目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角θｔとの偏差Δθｔ０に対して補償値ＣＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔが追従するような目標転舵角速度ωｔｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは、単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

目標転舵角速度ωｔｒｅｆは、速度制御部９２３に入力される。転舵角ＦＢ補償部９２１及び速度制御部９２３により、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔを追従させ、所望のトルクを実現することが可能となる。

転舵角速度演算部９２２は、転舵角θｔに対して微分演算処理を行い、転舵角速度ωｔｔを算出する。転舵角速度ωｔｔは、速度制御部９２３に出力される。速度制御部９２３は、微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、速度制御部９２３は、転舵角速度ωｔｔを別の手段や転舵角θｔ以外から算出し、速度制御部９２３に出力するようにしても良い。

速度制御部９２３は、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標転舵角速度ωｔｒｅｆに転舵角速度ωｔｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出する。なお、速度制御部９２３は、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ−Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出しても良い。

減算部９２８は、目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ−ωｔｔ）を算出する。積分部９２４は、目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ−ωｔｔ）を積分し、積分結果を減算部９２９に加算入力する。

転舵角速度ωｔｔは、比例部９２５にも出力される。比例部９２５は、転舵角速度ωｔｔに対して比例処理を行い、比例処理結果を出力制限部９２６にモータ電流指令値Ｉｍｃｔａとして出力する。

出力制限部９２６は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａに対する上限値及び下限値が予め設定されている。出力制限部９２６は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを出力する。

なお、本実施形態における転舵角制御部９２０の構成は一例であり、図６に示す構成とは異なる態様であっても良い。

このような構成において、実施形態の動作例を、図７のフローチャートを参照して説明する。図７は、実施形態の動作例を示すフローチャートである。

動作を開始すると、角度センサ７３は転舵角θｔを検出し、角度センサ７４はモータ角θｍを検出し（ステップＳ１１０）、転舵角θｔは転舵角制御部９２０に、モータ角θｍは角速度演算部９５１にそれぞれ入力される。

角速度演算部９５１は、モータ角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、捩れ角制御部３００に出力する（ステップＳ１２０）。

その後、目標操舵トルク生成部２０２において、図７に示されるステップＳ１０〜Ｓ４０と同様の動作を実行し、反力用モータ６１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ１３０〜Ｓ１６０）。

一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部９１０が操舵角θｈを入力し、操舵角θｈは制限部９３１に入力される。制限部９３１は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θｈの上下限値を制限し（ステップＳ１７０）、操舵角θｈ１としてレート制限部９３２に出力する。レート制限部９３２は、予め設定された制限値により操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけ（ステップＳ１８０）、操舵角θｈ２として補正部９３３に出力する。補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ１９０）、転舵角制御部９２０に出力する。

転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部９２０は、減算部９２７にて目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ０を算出する（ステップＳ２００）。偏差Δθｔ０は転舵角ＦＢ補償部９２１に入力され、転舵角ＦＢ補償部９２１は、偏差Δθｔ０に補償値を乗算することにより偏差Δθｔ０を補償し（ステップＳ２１０）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部９２３に出力する。転舵角速度演算部９２２は転舵角θｔを入力し、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ２２０）、速度制御部９２３に出力する。速度制御部９２３は、速度制御部３３０と同様にＩ−Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出し（ステップＳ２３０）、出力制限部９２６に出力する。出力制限部９２６は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ２４０）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ２５０）。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは電流制御部９３０に入力され、電流制御部９３０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出された駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、駆動用モータ７１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ２６０）。

なお、図７におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部９２０での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。転舵角制御部９２０については、目標角度（ここでは目標転舵角θｔｒｅｆ）に対して実角度（ここでは転舵角θｔ）が追従する制御構成であれば、車両用装置に用いられている制御構成に限定されず、例えば、産業用位置決め装置や産業用ロボット等に用いられている制御構成を適用しても良い。

また、本実施形態では、図１に示されるように、１つのＥＣＵ５０で反力装置６０及び駆動装置７０の制御を行っているが、反力装置６０用のＥＣＵと駆動装置７０用のＥＣＵをそれぞれ設けても良い。この場合、ＥＣＵ同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図１に示されるＳＢＷシステムは反力装置６０と駆動装置７０の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸２と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるＳＢＷシステムにも、本開示は適用可能である。このようなＳＢＷシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。

図８は、転舵比率マップ部が保持する転舵比率マップの特性例を示す図である。

転舵比率マップ部９００（図２参照）には、車速Ｖｓが入力される。本実施形態において、車速Ｖｓは、車両が前進しているか、又は後進しているかを示す情報を含む。例えば、車両が前進している場合には、車速Ｖｓが正の値を示し、車両が後進している場合には、車速Ｖｓが負の値を示す。なお、車両が前進しているか、又は後進しているかを示す情報はこれに限らず、例えば、トランスミッションのマニュアルシフトレバーやオートマチックシフトレバーのリバースポジションから検出される信号を入力し、この信号に基づき、車両が前進しているか、又は後進しているかを確定する態様であっても良い。

転舵比率マップ部９００は、図８に示す転舵比率マップを用いて、車速Ｖｓに応じた転舵比率ゲインＧを出力する。

図８に示す例において、横軸は車速Ｖｓを示し、縦軸は転舵比率ゲインＧを示している。また、図８に示す例において、車速Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］よりも右側の領域は、車両の前進速度を示し、車速Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］よりも左側の領域は、車両の後進速度を示している。

図８に示す例では、車両の前進速度Ｖｓの大きさが０［ｋｍ／ｈ］以上、かつ、第１車速Ｖ１未満の領域を第１領域とし、この第１領域における転舵比率ゲインＧを第１ゲインＧ１としている。また、車両の前進速度Ｖｓの大きさが第１車速Ｖ１以上、かつ、第１車速Ｖ１よりも大きい第２車速Ｖ２未満の領域を第２領域とし、この第２領域における転舵比率ゲインＧを第２ゲインＧ２としている。また、車両の前進速度Ｖｓの大きさが第２車速Ｖ２以上の領域を第３領域とし、この第３領域における転舵比率ゲインＧを第３ゲインＧ３としている。また、車両の後進速度Ｖｓの大きさが０［ｋｍ／ｈ］より大きく、かつ、第３車速Ｖ３未満の領域を第４領域とし、この第４領域における転舵比率ゲインＧを第４ゲインＧ４としている。また、車両の後進速度Ｖｓの大きさが第３車速Ｖ３以上、かつ、第３車速Ｖ３よりも大きい第４車速Ｖ４未満の領域を第５領域とし、この第５領域における転舵比率ゲインＧを第５ゲインＧ５としている。また、車両の後進速度Ｖｓの大きさが第４車速Ｖ４以上の領域を第６領域とし、この第６領域における転舵比率ゲインＧを第６ゲインＧ６としている。

図８に示すように、第４ゲインＧ４は、第１ゲインＧ１、第２ゲインＧ２、第３ゲインＧ３、第５ゲインＧ５、及び、第６ゲインＧ６の何れよりも大きい一定値としている。

車両の後進時には、運転者が車両の背後の安全確認を目視で行う必要がある。このとき、ハンドル１の操舵角に対してタイヤ（操向車輪８Ｌ，８Ｒ）の転舵角の比率が小さい場合、ハンドル１の持ち替えが必要となる場合がある。車両の後進時には、運転者がハンドル１を操作しながら車両の背後の安全確認を目視で行うために体勢を崩し易く、運転者のハンドル１の持ち替えにより車両の挙動が不安定になる場合がある。

本実施形態において、車両の後進時における第３車速Ｖ３を例えば１０［ｋｍ／ｈ］としたとき、車両の後進速度Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］よりも大きく、かつ、１０［ｋｍ／ｈ］未満の低速域、すなわち第４領域における第４ゲインＧ４を大きくする。これにより、車両の後進時における低速域でのハンドル１の操舵角に対するタイヤの転舵角の比率を大きくすることができる。換言すれば、小さい操舵角でより大きな転舵角が得られる。このため、例えば、パーキングエリア等に車両を駐車するために車両を後進（バック）させているとき、運転者がハンドル１を持ち替える頻度を減らすことができる。

また、第４領域における第４ゲインＧ４を一定値とすることで、車両の後進速度Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］よりも大きく、かつ、１０［ｋｍ／ｈ］（＝Ｖ３）未満の低速域、すなわち第４領域においてタイヤの転舵角を一定にすることができる。これにより、安定して車両をパーキングエリアに駐車することができる。

また、本実施形態では、第３領域における第３ゲインＧ３を一定値とし、第１領域における第１ゲインＧ１を、第３ゲインＧ３よりも大きく、かつ、第４領域における第４ゲインＧ４未満の一定値としている。

車両の前進時、特に低速域では、幅員が狭い十字路やクランク等においてタイヤの転舵角が大きくなる場合がある。このとき、ハンドル１の操舵角に対してタイヤの転舵角の比率が小さい場合、ハンドル１を大きく操作する必要がある。

本実施形態において、車両の前進時における第１車速Ｖ１を例えば１０［ｋｍ／ｈ］としたとき、車両の前進速度Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］以上、かつ、１０［ｋｍ／ｈ］未満の低速域、すなわち第１領域における第１ゲインＧ１を大きくする。これにより、車両の前進時における低速域でのハンドル１の操舵角に対するタイヤの転舵角の比率を大きくすることができる。換言すれば、小さい操舵角でより大きな転舵角が得られる。このため、例えば、幅員が狭い十字路やクランク等を走行する際の運転者の負荷を減らすことができる。

また、第１領域における第１ゲインＧ１を一定値とすることで、車両の前進速度Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］以上、かつ、１０［ｋｍ／ｈ］（＝Ｖ１）未満の低速域、すなわち第１領域においてタイヤの転舵角を一定にすることができる。これにより、安定して十字路やクランク等を走行することができる。

また、本実施形態では、図８に示すように、第２領域における第２ゲインＧ２を、車両の前進速度Ｖｓの大きさが第１車速Ｖ１から大きくなるに従い、第１領域における第１ゲインＧ１から、第３領域における第３ゲインＧ３に至るまでの範囲内で徐々に小さくなるようにしている。

本実施形態において、車両の前進時における第２車速Ｖ２を例えば２５［ｋｍ／ｈ］としたとき、車両の前進速度Ｖｓが２５［ｋｍ／ｈ］よりも大きい高速域、すなわち第３領域における第３ゲインＧ３を小さくする。これにより、車両の前進時における高速域でのハンドル１の操舵角に対するタイヤの転舵角の比率を小さくすることができる。また、第３領域における第３ゲインＧ３を一定値とすることで、車両の前進速度Ｖｓが２５［ｋｍ／ｈ］よりも大きい高速域、すなわち第３領域においてタイヤの転舵角を一定にすることができる。このため、車両の前進時における車両の挙動を安定させることができる。

また、車両の前進速度Ｖｓが１０［ｋｍ／ｈ］（＝Ｖ１）以上、かつ、２５［ｋｍ／ｈ］（＝Ｖ２）未満の中速域、すなわち第２領域における第２ゲインＧ２を、車両の前進速度Ｖｓの増加に伴い徐々に小さくすることで、車両の前進時におけるタイヤの転舵角の急変動を抑制することができ、安定した操舵感を得ることができる。

なお、第１ゲインＧ１は、個々のＳＢＷシステムに適した値とすれば良い。具体的には、例えば、第３領域における第３ゲインＧ３以上、かつ、第４領域における第４ゲインＧ４ゲイン以下とすることができる。

また、図８に示すように、第６領域における第６ゲインＧ６を、第３領域における第３ゲインＧ３以上、かつ、第４領域における第４ゲインＧ４未満の一定値とし、第５領域における第５ゲインＧ５を、車両の後進速度Ｖｓの大きさが第３車速Ｖ３から大きくなるに従い、第４領域における第４ゲインＧ４から、第６領域における第６ゲインＧ６に至るまでの範囲内で徐々に小さくなるようにしている。なお、第６領域における第６ゲインＧ６は、個々のＳＢＷシステムに適した値とすれば良い。

本実施形態において、車両の後進時における第４車速Ｖ４を例えば２５［ｋｍ／ｈ］としたとき、車両の後進速度Ｖｓが２５［ｋｍ／ｈ］よりも大きい高速域、すなわち第６領域における第６ゲインＧ６を小さくする。これにより、車両の後進時における高速域でのハンドル１の操舵角に対するタイヤの転舵角の比率を小さくすることができる。また、第６領域における第６ゲインＧ６を一定値とすることで、車両の後進速度Ｖｓが２５［ｋｍ／ｈ］よりも大きい高速域、すなわち第６領域においてタイヤの転舵角を一定にすることができる。このため、車両の後進時における車両の挙動を安定させることができる。

また、車両の後進速度Ｖｓが１０［ｋｍ／ｈ］（＝Ｖ３）以上、かつ、２５［ｋｍ／ｈ］（＝Ｖ４）未満の中速域、すなわち第５領域における第５ゲインＧ５を、車両の後進速度Ｖｓの増加に伴い徐々に小さくすることで、車両の後進時におけるタイヤの転舵角の急変動を抑制することができ、安定した操舵感を得ることができる。

図９は、図８に示す転舵比率マップの特性例において、車速を絶対値化して示した図である。

図９に示す例において、実線は車両の前進時における転舵比率ゲインＧを示し、破線は車両の後進時における転舵比率ゲインＧを示している。

なお、図９では、車両の前進時における第１車速の大きさ｜Ｖ１｜と車両の後進時における第３車速の大きさ｜Ｖ３｜とが等しく、車両の前進時における第２車速の大きさ｜Ｖ２｜と車両の後進時における第４車速の大きさ｜Ｖ４｜とが等しい例を示したが、これに限らない。

本実施形態では、図９に示すように、車両の後進時における転舵比率ゲインＧ（図９中の破線）が、車両の前進時における転舵比率ゲインＧ（図９中の実線）以上である。

これにより、車両の後進時における挙動を安定させることができる。

なお、車両の前進時における第１車速Ｖ１、車両の前進時における第２車速Ｖ２、車両の後進時における第３車速Ｖ３、車両の後進時における第４車速Ｖ４の具体的な数値は一例であって、これに限らない。

また、上述した実施形態では、第２領域における第２ゲインＧ２を、車両の前進時における第１車速Ｖ１と第２車速Ｖ２との間で直線的に変化させる例を示したが、これに限らない。例えば、車両の前進時における第１車速Ｖ１と第２車速Ｖ２との間を２次曲線あるいは３次曲線等の曲線で結ぶ態様であっても良い。また、上述した実施形態では、第５領域における第５ゲインＧ５を、車両の後進時における第３車速Ｖ３と第４車速Ｖ４との間で直線的に変化させる例を示したが、これに限らない。例えば、車両の後進時における第３車速Ｖ３と第４車速Ｖ４との間を２次曲線あるいは３次曲線等の曲線で結ぶ態様であっても良い。

なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ ハンドル
２ コラム軸
３ 減速機構
５ ピニオンラック機構
６ａ，６ｂ タイロッド
７ａ，７ｂ ハブユニット
８Ｌ，８Ｒ 操向車輪
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
１４ 舵角センサ
５０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
６０ 反力装置
６１ 反力用モータ
７０ 駆動装置
７１ 駆動用モータ
７２ ギア
７３ 角度センサ
１３０ 電流制御部
１４０ モータ電流検出器
２００ 目標操舵トルク生成部
３００ 捩れ角制御部
３１０ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
３２０ 捩れ角速度演算部
３３０ 速度制御部
３３１ 積分部
３３２ 比例部
３３３，３３４ 減算部
３４０ 安定化補償部
３５０ 出力制限部
３６１ 減算部
３６２ 加算部
５００ 変換部
９００ 転舵比率マップ部
９１０ 目標転舵角生成部
９２０ 転舵角制御部
９２１ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２ 転舵角速度演算部
９２３ 速度制御部
９２６ 出力制限部
９２７ 減算部
９３０ 電流制御部
９３１ 制限部
９３３ 補正部
９３２ レート制限部
９４０ モータ電流検出器
１００１ ＣＰＵ
１００５ インターフェース
１００６ Ａ／Ｄ変換器
１００７ ＰＷＭコントローラ
１１００ 制御用コンピュータ（ＭＣＵ）

Claims (4)

1. ハンドルに操舵反力を付与する反力装置と、
   前記ハンドルの操舵に応じてタイヤを転舵する駆動装置と、
   前記反力装置及び前記駆動装置を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   車両の車速に応じた転舵比率ゲインを設定する転舵比率マップ部と、
   前記ハンドルの操舵角に前記転舵比率ゲインを乗じて目標転舵角を生成する目標転舵角生成部と、
   を備え、
   前記車両の後進時における転舵比率ゲインが、前記車両の前進時における転舵比率ゲイン以上である
   車両用操向装置。
2. 前記車両の前進時の車速の大きさが０以上、かつ、第１車速未満の領域を第１領域とし、当該第１領域における転舵比率ゲインを第１ゲイン、
   前記車両の前進時の車速の大きさが前記第１車速以上、かつ、前記第１車速よりも大きい第２車速未満の領域を第２領域とし、当該第２領域における転舵比率ゲインを第２ゲイン、
   前記車両の前進時の車速の大きさが前記第２車速以上の領域を第３領域とし、当該第３領域における転舵比率ゲインを第３ゲイン、
   前記車両の後進時の車速の大きさが０より大きく、かつ、第３車速未満の領域を第４領域とし、当該第４領域における転舵比率ゲインを第４ゲイン、
   前記車両の後進時の車速の大きさが前記第３車速以上、かつ、前記第３車速よりも大きい第４車速未満の領域を第５領域とし、当該第５領域における転舵比率ゲインを第５ゲイン、
   前記車両の後進時の車速の大きさが前記第４車速以上の領域を第６領域とし、当該第６領域における転舵比率ゲインを第６ゲイン、
   としたとき、
   前記第４ゲインは、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、前記第５ゲイン、及び前記第６ゲインよりも大きい一定値である
   請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記第３ゲインは一定値であり、
   前記第１ゲインは、前記第３ゲインよりも大きく、かつ、第４ゲイン未満の一定値であり、
   前記第２ゲインは、前記車両の前進時の車速の大きさが前記第１車速から大きくなるに従い、前記第１ゲインから前記第３ゲインに至るまでの範囲内で徐々に小さくなる
   請求項２に記載の車両用操向装置。
4. 前記第３ゲインは一定値であり、
   前記第６ゲインは、前記第３ゲイン以上、かつ、第４ゲイン未満の一定値であり、
   前記第５ゲインは、前記車両の後進時の車速の大きさが前記第３車速から大きくなるに従い、前記第４ゲインから前記第６ゲインに至るまでの範囲内で徐々に小さくなる
   請求項２又は３に記載の車両用操向装置。

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