JP7422014B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵装置に関する。

従来、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達を分離した、いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置が存在する。操舵装置は、ステアリングシャフトに付与される操舵反力の発生源である反力モータを有する反力機構と、転舵輪を転舵させる転舵力の発生源である転舵モータを有する転舵機構とを備えている。車両の走行時、操舵装置の制御装置は、反力モータに対する給電制御を通じて操舵反力を発生させるとともに、転舵モータに対する給電制御を通じて転舵輪を転舵させる。

ステアバイワイヤ方式の操舵装置では、ステアリングホイールが転舵機構からの制約を受けない。このため、車両の電源がオフされている状態でステアリングホイールに何らかの外力が加わった際、ステアリングホイールが回転するおそれがある。このとき、転舵輪は動作しないため、ステアリングホイールと転舵輪との位置関係が所定の舵角比に応じた本来の位置関係と異なる状況が生じる。ちなみに、舵角比とは、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との比をいう。

そこで、たとえば特許文献１の操舵装置では、車両の電源がオンされたとき、ステアリングホイールの回転位置の補正処理が実行される。操舵装置の制御装置は、車両の電源がオフされたときのステアリングホイールの回転位置を記憶している。制御装置は、車両の電源がオフされたときのステアリングホイールの回転位置と車両の電源がオンされたときのステアリングホイールの回転位置との比較を通じてステアリングホイールの回転位置のずれ量を演算し、このずれ量が０（零）になるように反力モータを駆動させる。

特開２００６－３２１４３４号公報

特許文献１の操舵装置によれば、確かにステアリングホイールと転舵輪との位置関係のずれが改善される。しかし、ステアリングホイールと転舵輪との位置関係を補正するために、車両の電源がオンされるタイミングでステアリングホイールが自動的に回転する。このステアリングホイールの自動回転に対して運転者が違和感を覚えるおそれがある。また、運転者は車両の電源をオンしてからステアリングホイールの回転位置の補正処理が完了するまでの期間、車両を発進させることができない。このため、運転者がストレスを感じるおそれがある。

本発明の目的は、ステアリングホイールと転舵輪との位置関係の補正処理に対する運転者の違和感あるいはストレスを軽減することができる操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る操舵装置は、ステアリングホイールとの間の動力伝達が分離されるとともに車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、前記転舵輪を転舵させるべく前記転舵シャフトに付与されるトルクである転舵力を発生する転舵モータと、前記転舵モータを制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、車両の電源がオンされた後、車両の発進および前記ステアリングホイールの操舵のうち少なくとも一方が初めて行われた場合、前記ステアリングホイールの回転位置が前記転舵輪の転舵位置に対応する回転位置と異なる位置であるとき、前記転舵モータを通じて前記転舵輪の転舵位置を前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ補正するための処理を実行する。

この構成によれば、車両の電源がオンされた後、車両の発進時およびステアリングホイールの操舵のうち少なくとも一方が初めて行われるタイミングで転舵輪の転舵位置がステアリングホイールの回転位置に対応する位置に自動調節される。このため、停車状態あるいは無操舵状態で転舵位置の自動調節が行われる場合と比べて、転舵輪の転舵位置の自動調節動作に対する運転者の違和感あるいはストレスが軽減される。

上記の操舵装置において、前記ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、を備えていてもよい。この場合、前記制御装置は、車両の電源がオンされた場合、前記ステアリングホイールの回転位置が前記転舵輪の転舵位置に対応する正しい回転位置と異なる位置であるとき、前記正しい回転位置に対する前記ステアリングホイールの回転位置のずれ量を減少させるべく前記反力モータを通じて前記ステアリングホイールを回転させる補正処理を実行する機能を有していてもよい。この機能を有する場合、前記制御装置は、車両の電源がオンされた場合、前記ずれ量が定められた許容量以上であるときには前記補正処理を実行する一方、前記ずれ量が前記許容量未満であるときには前記補正処理を実行しないで前記転舵輪の転舵位置を前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ補正するための処理を実行するようにしてもよい。

この構成によれば、車両の電源がオンされた場合、転舵輪の転舵位置に対するステアリングホイールの回転位置のずれ量が定められた許容量以上であるとき、ステアリングホイールの回転位置の補正処理が実行される。この補正処理の実行を通じて、ステアリングホイールの回転位置のずれ量が減少される。このため、運転者に与える違和感を抑えつつ、車両を発進させることができる。

また、車両の電源がオンされた場合、転舵輪の転舵位置に対するステアリングホイールの回転位置のずれ量が定められた許容量未満であるとき、ステアリングホイールの回転位置の補正処理が実行されない。車両の発進時およびステアリングホイールの操舵のうち少なくとも一方が初めて行われるタイミングで転舵輪の転舵位置がステアリングホイールの回転位置に対応する位置に自動調節される。車両の電源がオンされるタイミングでステアリングホイールが自動的に回転することがないため、運転者が違和感を覚えることがない。また、運転者はステアリングホイールの回転位置の補正処理の完了を待つ必要もない。したがって、運転者がストレスを感じることもない。

上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記転舵輪の転舵位置を前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ補正するための処理として、前記転舵輪の転舵位置が前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ向けて徐々に変化するように前記転舵モータを制御するようにしてもよい。

この構成によれば、転舵輪の転舵位置はステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ向けて徐々に変化する。転舵輪の急激な動作が抑制されるため、運転者は違和感を覚えにくい。

本発明の操舵装置によれば、ステアリングホイールと転舵輪との位置関係の補正処理に対する運転者の違和感あるいはストレスを軽減することができる。

操舵装置の一実施の形態を示す構成図。 一実施の形態の反力制御部による同期制御の処理手順を示すフローチャート。 （ａ），（ｂ）は、一実施の形態における車両の電源がオンされたときのステアリングホイールの回転位置の変化の第１の例を示す正面図。 （ａ），（ｂ）は、一実施の形態における車両の電源がオンされたときのステアリングホイールの回転位置の変化の第２の例を示す正面図。 一実施の形態における転舵制御部の構成を示すブロック図。 （ａ）は一実施の形態の反力制御部による同期制御の実行完了を示すフラグのオンオフ状態を示すタイミングチャート、（ｂ）は一実施の形態における目標ピニオン角とピニオン角との角度差の経時的な変化を示すタイミングチャート、（ｃ）は一実施の形態におけるゲインの経時的な変化を示すタイミングチャート、（ｄ）は一実施の形態における目標ピニオン角とピニオン角との角度差に対するリリース量の経時的な変化を示すタイミングチャート、（ｅ）は一実施の形態の反力制御部による同期制御の実行完了時の目標ピニオン角およびピニオン角を示すタイミングチャート、（ｆ）は最終的な目標ピニオン角の経時的な変化を示すタイミングチャート。 一実施の形態の転舵制御部による同期制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、操舵装置を具体化した第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、車両の操舵装置１０は、車両のステアリングホイール１１に操舵反力を付与する反力ユニット２０、および車両の転舵輪１２，１２を転舵させる転舵ユニット３０を有している。操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール１１の操作方向と反対方向へ向けて作用するトルクをいう。操舵反力をステアリングホイール１１に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。

反力ユニット２０は、ステアリングホイール１１が連結されたステアリングシャフト２１、反力モータ２２、減速機構２３、回転角センサ２４、トルクセンサ２５、および反力制御部２７を有している。

反力モータ２２は、操舵反力の発生源である。反力モータ２２としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。反力モータ２２は、減速機構２３を介して、ステアリングシャフト２１に連結されている。反力モータ２２が発生するトルクは、操舵反力としてステアリングシャフト２１に付与される。

回転角センサ２４は反力モータ２２に設けられている。回転角センサ２４は反力モータ２２の回転角θ_ａを検出する。
トルクセンサ２５は、ステアリングシャフト２１における減速機構２３とステアリングホイール１１との間の部分に設けられている。トルクセンサ２５は、ステアリングホイール１１の回転操作を通じてステアリングシャフト２１に加わる操舵トルクＴ_ｈを検出する。

反力制御部２７は、回転角センサ２４を通じて検出される反力モータ２２の回転角θ_ａに基づきステアリングシャフト２１の回転角である操舵角θ_ｓを演算する。反力制御部２７は、ステアリングホイール１１の操舵中立位置に対応する反力モータ２２の回転角θ_ａであるモータ中点を基準として反力モータ２２の回転数をカウントしている。反力制御部２７は、モータ中点を原点として回転角θ_ａを積算した角度である積算角を演算し、この演算される積算角に減速機構２３の減速比に基づく換算係数を乗算することにより、ステアリングホイール１１の操舵角θ_ｓを演算する。ちなみに、モータ中点は舵角中点情報として反力制御部２７に記憶されている。

反力制御部２７は、反力モータ２２の駆動制御を通じて操舵トルクＴ_ｈに応じた操舵反力を発生させる反力制御を実行する。反力制御部２７は、トルクセンサ２５を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈに基づき目標操舵反力を演算し、この演算される目標操舵反力および操舵トルクＴ_ｈに基づきステアリングホイール１１の目標操舵角を演算する。反力制御部２７は、反力モータ２２の回転角θ_ａに基づき演算される操舵角θ_ｓと目標操舵角との差を求め、当該差を無くすように反力モータ２２に対する給電を制御する。反力制御部２７は、回転角センサ２４を通じて検出される反力モータ２２の回転角θ_ａを使用して反力モータ２２をベクトル制御する。

転舵ユニット３０は、転舵シャフト３１、転舵モータ３２、減速機構３３、ピニオンシャフト３４、回転角センサ３５、および転舵制御部３６を有している。
転舵シャフト３１は、車幅方向（図１中の左右方向）に沿って延びている。転舵シャフト３１の両端には、それぞれタイロッド１３，１３を介して左右の転舵輪１２，１２が連結されている。

転舵モータ３２は転舵力の発生源である。転舵モータ３２としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。転舵モータ３２は、減速機構３３を介してピニオンシャフト３４に連結されている。ピニオンシャフト３４のピニオン歯３４ａは、転舵シャフト３１のラック歯３１ａに噛み合わされている。転舵モータ３２が発生するトルクは、転舵力としてピニオンシャフト３４を介して転舵シャフト３１に付与される。転舵モータ３２の回転に応じて、転舵シャフト３１は車幅方向（図１中の左右方向）に沿って移動する。転舵シャフト３１が移動することにより転舵輪１２，１２の転舵角θ_ｗが変更される。

回転角センサ３５は転舵モータ３２に設けられている。回転角センサ３５は転舵モータ３２の回転角θ_ｂを検出する。
転舵制御部３６は、転舵モータ３２の駆動制御を通じて転舵輪１２，１２を操舵状態に応じて転舵させる転舵制御を実行する。転舵制御部３６は、回転角センサ３５を通じて検出される転舵モータ３２の回転角θ_ｂに基づきピニオンシャフト３４の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。また、転舵制御部３６は、反力制御部２７により演算される目標操舵角あるいは操舵角θ_ｓを使用してピニオン角θ_ｐの目標値である目標ピニオン角を演算する。ただし、目標ピニオン角は、所定の舵角比を実現する観点に基づき演算される。転舵制御部３６は、目標ピニオン角と実際のピニオン角θ_ｐとの差を求め、当該差を無くすように転舵モータ３２に対する給電を制御する。転舵制御部３６は、回転角センサ３５を通じて検出される転舵モータ３２の回転角θ_ｂを使用して転舵モータ３２をベクトル制御する。

ここで、ステアバイワイヤ方式の操舵装置１０においては、ステアリングホイール１１が転舵ユニット３０からの制約を受けないため、つぎのような事象が発生するおそれがある。

すなわち、車両の電源がオンされているとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２とは同期する。このため、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との位置関係は、所定の舵角比に応じた位置関係に維持される。ところが、車両の電源がオフされている状態でステアリングホイール１１に何らかの外力が加わった際、ステアリングホイール１１が回転するおそれがある。このとき、転舵シャフト３１は動作しないため、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との位置関係が所定の舵角比に応じた本来の位置関係と異なる状況が生じることが懸念される。

このため、操舵装置１０は、車両の電源が再びオンされたとき、初期動作としてステアリングホイール１１の回転位置を転舵輪１２，１２の転舵位置に同期させる同期制御を実行する。操舵装置１０は、同期制御の一例としてつぎのような処理を実行することが考えられる。

たとえば車両の電源がオフされている期間にステアリングホイール１１が反時計方向（正方向）へ向けて所定の角度だけ回転した場合、車両の電源が再びオンされたとき、反力モータ２２の駆動制御を通じてステアリングホイール１１を時計方向（負方向）へ向けて所定の角度だけ回転させる。これにより、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との位置関係が所定の舵角比に応じた本来の位置関係に戻る。

反力制御部２７は、車両の電源がオンからオフへ切り替えられる際、その直前に演算される操舵角θ_ｓを基準操舵角として自己の記憶装置２７ａに格納する。この基準操舵角は、車両の電源がオフされている期間におけるステアリングホイール１１の回転の有無を判定する際の基準となる。

反力制御部２７は、車両の電源がオフからオンへ切り替えられた場合、記憶装置２７ａに格納された基準操舵角と、車両の電源がオンされた直後に演算される操舵角θ_ｓとの比較を通じて、ステアリングホイール１１の位置調節の要否を判定する。

反力制御部２７は、車両の電源がオフされる直前の操舵角θ_ｓである基準操舵角と車両の電源が再びオンされた直後の操舵角θ_ｓとが互いに一致しているとき、ステアリングホイール１１の位置調節は不要である旨判定する。車両の電源がオフされてから車両の電源が再びオンされるまでの期間、操舵角θ_ｓが変化していないため、ステアリングホイール１１が回転していないことが明らかである。反力制御部２７は、操舵トルクＴ_ｈに応じて操舵反力を発生させる通常の反力制御を実行開始する。

反力制御部２７は、車両の電源がオフされる直前の操舵角θ_ｓである基準操舵角と車両の電源が再びオンされた直後の操舵角θ_ｓとが互いに一致していないとき、ステアリングホイール１１の位置調節を行う必要がある旨判定して、ステアリングホイール１１の位置調節を実行する。反力制御部２７は、たとえば基準操舵角と車両の電源がオンされた直後の操舵角θ_ｓとの差を求め、当該差を無くすように反力モータ２２に対する給電を制御する。具体的には、反力制御部２７は、基準操舵角を操舵角θ_ｓの目標値である目標操舵角として設定し、この設定される目標操舵角に操舵角θ_ｓを追従させるべく操舵角θ_ｓのフィードバック制御を実行する。目標操舵角と現在の操舵角θ_ｓとが互いに一致すれば、ステアリングホイール１１の位置調節が完了となる。

ちなみに、反力制御部２７は、基準操舵角として、つぎの値を使用してもよい。すなわち、反力制御部２７は、車両の電源がオフからオンへ切り替えられた直後のピニオンシャフト３４の回転角であるピニオン角θ_ｐを転舵制御部３６から取得し、この取得されるピニオン角θ_ｐに対応する操舵角θ_ｓを舵角比に基づき演算する。反力制御部２７は、この演算されるピニオン角θ_ｐに対応する操舵角θ_ｓを基準操舵角として使用する。このようにしても、ステアリングホイール１１の回転位置を転舵輪１２，１２の転舵位置に応じた位置に補正することができる。

しかし、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との位置関係を補正するために、車両の電源がオンされるタイミングでステアリングホイール１１が自動的に回転する。このステアリングホイールの自動回転に対して運転者が違和感を覚えるおそれがある。また、運転者は車両の電源をオンしてからステアリングホイールの回転位置の補正処理が完了するまでの期間、車両を発進させることができない。このため、運転者がストレスを感じるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、ステアリングホイールと転舵輪との位置関係の補正処理に対する運転者の違和感あるいはストレスを軽減する観点に基づき、車両の電源がオフからオンへ切り替えられたときの初期動作として、つぎのような処理を実行する。

図２のフローチャートに示すように、反力制御部２７は、まず転舵輪１２，１２の転舵位置に対するステアリングホイール１１の回転位置のずれ量Δθを演算する（ステップＳ１０１）。ずれ量Δθは、ステアリングホイール１１の回転位置を転舵輪１２，１２の転舵位置に応じた回転位置へ補正するために必要とされるステアリングホイール１１の回転量でもある。反力制御部２７は、たとえば次式（Ａ）を使用してずれ量Δθを演算する。

Δθ＝｜θ_ｓ０－θ_ｓ｜ …（Ａ）
ただし、「θ_ｓ０」は、前回、車両の電源がオフされる直前に記憶装置２７ａに格納された基準操舵角である。「θ_ｓ」は、車両の電源がオンされた直後の操舵角である。操舵角θ_ｓの符号は、たとえばステアリングホイール１１の操舵中立位置（θ_ｓ＝０°）を基準とする右操舵方向が負、左操舵方向が正である。

つぎに、反力制御部２７は、ずれ量Δθが角度しきい値θ_ｔｈよりも小さい値であるかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。角度しきい値θ_ｔｈは、たとえば車両の発進時に転舵輪１２，１２の転舵位置をステアリングホイール１１の回転位置に合わせるかたちで補正する場合、運転者に違和感を与えない程度の角度を基準として設定される。また、角度しきい値θ_ｔｈは、ずれ量Δθに対する許容量に相当する。

反力制御部２７は、ずれ量Δθが角度しきい値θ_ｔｈよりも小さい値であるとき（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、フラグＦの値を「１」にセットし（ステップＳ１０３）、処理を終了する。この場合、ステアリングホイール１１が自動回転することはない。

ちなみに、フラグＦは、反力制御部２７による初期動作が完了したかどうかを示す情報である。フラグＦの初期値は「０」である。
反力制御部２７は、ずれ量Δθが角度しきい値θ_ｔｈよりも小さい値ではないとき（ステップＳ１０２でＮＯ）、同期制御を実行する（ステップＳ１０４）。

同期制御は、ステアリングホイール１１の回転位置を転舵輪１２，１２の転舵位置に対応する位置に補正するための制御である。反力制御部２７は、先のステップＳ１０１で演算されたずれ量Δθを「０」にすべく反力モータ２２に対する給電を制御する。より具体的には、反力制御部２７は、基準操舵角θ_ｓ０を目標操舵角として設定し、この設定される目標操舵角に操舵角θ_ｓを追従させるべく操舵角θ_ｓのフィードバック制御を実行する。操舵角θ_ｓが目標操舵角に一致すれば、同期制御の実行完了となる。同期制御は、ずれ量Δθが零になるようにステアリングホイール１１を回転させる補正処理に相当する。

反力制御部２７は、同期制御の実行が完了したとき、フラグＦの値を「１」にセットし（ステップＳ１０３）、処理を終了する。
転舵制御部３６は、車両の電源がオフからオンへ切り替えられた場合、反力制御部２７によりセットされるフラグＦの値が初期値である「０」から「１」へ切り替わったことを契機として、つぎの処理を実行する。

すなわち、転舵制御部３６は、反力制御部２７により演算される操舵角θ_ｓがピニオンシャフト３４の回転角であるピニオン角θ_ｐに対応した角度であるとき、目標操舵角θ_ｓ ^＊または操舵角θ_ｓに応じて転舵力を発生させる通常の転舵制御を実行開始する。これに対して、転舵制御部３６は、反力制御部２７により演算される操舵角θ_ｓがピニオンシャフト３４の回転角であるピニオン角θ_ｐに対応した角度ではないとき、ピニオン角θ_ｐを操舵角θ_ｓに対応する角度に補正すべく転舵モータ３２への給電を制御する。これにより、転舵輪１２，１２の転舵位置は、ステアリングホイール１１の回転位置に対応した位置に同期される。

つぎに、車両の電源がオンされてからステアリングホイール１１の回転位置と転舵輪１２，１２の転舵位置とが同期するまでの期間におけるステアリングホイール１１および転舵輪１２，１２の挙動を２つの状況に分けて説明する。

ただし、前提として、車両の電源がオンされた直後、転舵輪１２，１２は車両の直進状態に対応する転舵中立位置（転舵角θ_ｗ＝０°）に位置している。ステアリングホイール１１は、本来、車両の直進状態に対応する操舵中立位置（操舵角θ_ｓ＝０°）に位置すべきである。また、操舵角θ_ｓと転舵角θ_ｗとの比である舵角比は「１：１」、すなわち舵角比の値は「１」である。

まず、第１の状況を説明する。
図３（ａ）に示すように、車両の電源がオンされた直後、ステアリングホイール１１は転舵輪１２，１２の転舵位置に対して時計方向（負方向）へ向けて角度しきい値θ_ｔｈよりも小さい値を有する角度αだけ回転した位置に保持されている。すなわち、転舵輪１２，１２の転舵位置に対するステアリングホイール１１の回転位置のずれ量Δθは角度αである。この場合、ステアリングホイール１１の同期制御は実行されず、操舵装置１０の状態は通常の反力制御および転舵制御が実行可能な状態へ遷移する。その後、図３（ｂ）に示すように、転舵輪１２，１２の転舵位置がステアリングホイール１１の回転位置に同期される。ここでは、舵角比の値が「１」であるため、転舵輪１２，１２が角度αだけ時計方向へ向けて転舵される。

つぎに、第２の状況を説明する。
図４（ａ）に示すように、車両の電源がオンされた直後、ステアリングホイール１１は転舵輪１２，１２の転舵位置に対して時計方向（負方向）へ向けて角度しきい値θ_ｔｈよりも大きい値を有する角度βだけ回転した位置に保持されている。すなわち、転舵輪１２，１２の転舵位置に対するステアリングホイール１１の回転位置のずれ量Δθは角度βである。この場合、ステアリングホイール１１の同期制御が実行される。図４（ｂ）に示すように、同期制御の実行を通じて、ステアリングホイール１１の回転位置が転舵輪１２，１２の転舵位置に同期される。ここでは、舵角比の値が「１」であるため、ステアリングホイール１１がずれ量Δθである角度βだけ反時計方向へ向けて回転される。同期制御の実行が完了した後、操舵装置１０の状態は通常の反力制御および転舵制御が実行可能な状態へ遷移する。

ただし、前述した第１の状況のように、ずれ量Δθの値が角度しきい値θ_ｔｈよりも小さい値である場合、転舵位置の調節処理の実行に伴い、わずかながらにも転舵輪１２，１２が自動的に転舵する。このため、たとえば転舵位置の調節処理の実行タイミングによっては、転舵輪１２，１２の動作に対して運転者が違和感を覚えることが懸念される。

そこで本実施の形態では、運転者の違和感をより軽減する観点に基づき、転舵制御部３６としてつぎの構成が採用されている。
図５に示すように、転舵制御部３６は、目標ピニオン角演算部４１、ピニオン角演算部４２、角度差演算部４３、減算器４４、ピニオン角フィードバック制御部４５および通電制御部４６を有している。

目標ピニオン角演算部４１は、反力制御部２７により演算される目標操舵角θ_ｓ ^＊または操舵角θ_ｓに基づき目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。目標ピニオン角演算部４１は、たとえば操舵角θ_ｓを所定の舵角比の値で除算することにより目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。舵角比とは、操舵角θ_ｓに対する転舵角θ_ｗの比である。

ピニオン角演算部４２は、回転角センサ３５を通じて検出される転舵モータ３２の回転角θ_ｂに基づき、ピニオンシャフト３４の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。ピニオン角演算部４２は、たとえば転舵モータ３２の回転角θ_ｂを減速機構３３の減速比の値で徐算することによりピニオン角θ_ｐを演算する。

角度差演算部４３は、目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と、ピニオン角演算部４２により演算されるピニオン角θ_ｐとの差である角度差Δθ_ｐを演算する。ただし、角度差演算部４３は、車速Ｖおよび操舵角速度ωに応じて角度差Δθ_ｐの値を補正することにより最終的な角度差Δθ_ｐｆを演算する。なお、角度差演算部４３については、後に詳述する。

減算器４４は、目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と、角度差演算部４３により演算される最終的な角度差Δθ_ｐｆとの差を最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊として演算する。

ピニオン角フィードバック制御部４５は、減算器４４により演算される最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊、およびピニオン角演算部４２により演算される実際のピニオン角θ_ｐを取り込む。ピニオン角フィードバック制御部４５は、実際のピニオン角θ_ｐを最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に追従させるべくピニオン角θ_ｐのフィードバック制御を実行することによりピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊を演算する。

通電制御部４６は、ピニオン角フィードバック制御部４５により演算されるピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に応じた電流を転舵モータ３２へ供給する。具体的には、通電制御部４６は、ピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に基づき転舵モータ３２に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部４６は、転舵モータ３２への給電経路に設けられる電流センサを通じて転舵モータ３２へ供給される電流の値を検出する。通電制御部４６は、電流指令値と転舵モータ３２へ供給される電流の値との偏差を求め、当該偏差を無くすように転舵モータ３２に対する給電を制御する。これにより、転舵モータ３２はピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に応じた角度だけ回転する。

つぎに、角度差演算部４３について詳細に説明する。
図５に示すように、角度差演算部４３は、減算器５１、前回値保持部５２、スイッチ５３、リリース量演算部５４、および減算器５５を有している。

減算器５１は、目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と、ピニオン角演算部４２により演算されるピニオン角θ_ｐとの差である角度差Δθ_ｐを演算する。

前回値保持部５２は、角度差演算部４３において演算される最終的な角度差Δθ_ｐｆを取り込み、この取り込まれる最終的な角度差Δθ_ｐｆを保持する。角度差演算部４３は最終的な角度差Δθ_ｐｆを所定の演算周期で演算するところ、前回値保持部５２に保持される最終的な角度差Δθ_ｐｆは角度差演算部４３において最終的な角度差Δθ_ｐｆが演算される度に更新される。すなわち、前回値保持部５２に保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆは、角度差演算部４３において演算される今回値としての最終的な角度差Δθ_ｐｆに対する前回値（一演算周期前の最終的な角度差Δθ_ｐｆ）である。ちなみに、前回値保持部５２に保持される値の初期値は「０」である。

スイッチ５３は、データ入力として、減算器５１により演算される角度差Δθ_ｐ、および前回値保持部５２に保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆを取り込む。また、スイッチ５３は、制御入力として、反力制御部２７によりセットされるフラグＦの値を取り込む。スイッチ５３は、フラグＦの値に基づき、減算器５１により演算される角度差Δθ_ｐ、および前回値保持部５２に保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆのうちいずれか一方を選択する。スイッチ５３は、フラグＦの値が「０」であるとき、減算器５１により演算される角度差Δθ_ｐを選択する。スイッチ５３は、フラグＦの値が「１」であるとき（より正確には、フラグＦの値が「０」ではないとき）、前回値保持部５２に保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆを選択する。

リリース量演算部５４は、リリース量θ_ｐｒを演算する。リリース量θ_ｐｒは、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値をピニオン角演算部４２により演算されるピニオン角θ_ｐの値を起点として目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の真値へ向けて徐々に変化させるために使用される。リリース量θ_ｐｒは、角度差演算部４３において演算される最終的な角度差Δθ_ｐｆの値を「０」へ向けて徐々に変化させる際における一演算周期ごとの角度差Δθ_ｐの変化量である。

リリース量演算部５４は、第１のゲイン演算部６１、第２のゲイン演算部６２、最大値選択部６３、および乗算器６４を有している。
第１のゲイン演算部６１は、車速Ｖに基づき第１のゲインＧ１を演算する。第１のゲイン演算部６１は、車速Ｖが「０」を起点として速くなるほど、より大きい値の第１のゲインＧ１を演算する。第１のゲイン演算部６１は、車速Ｖが所定の車速しきい値に達した以降、車速Ｖにかかわらず第１のゲインＧ１の値を所定値（たとえば「１」）に設定する。車速しきい値は、停止している車両が発進したかどうかを判定する観点に基づき設定される。

第２のゲイン演算部６２は、操舵角速度ωに基づき第２のゲインＧ２を演算する。第２のゲイン演算部６２は、操舵角速度ωが「０」を起点として速くなるほど、より大きい値の第２のゲインＧ２を演算する。第２のゲイン演算部６２は、操舵角速度ωが所定の角速度しきい値に達した以降、操舵角速度ωにかかわらず第２のゲインＧ２の値を所定値（たとえば「１」）に設定する。ちなみに、角速度しきい値は、運転者によってステアリングホイール１１が操作されたかどうかを判定する観点に基づき設定される。

最大値選択部６３は、第１のゲイン演算部６１により演算される第１のゲインＧ１および第２のゲイン演算部６２により演算される第２のゲインＧ２を取り込み、これら取り込まれる第１のゲインＧ１および第２のゲインＧ２のうち値の大きい方を選択する。

乗算器６４は、スイッチ５３により選択される角度差Δθ_ｐと、最大値選択部６３により選択される第１のゲインＧ１または第２のゲインＧ２とを乗算することにより、リリース量θ_ｐｒを演算する。

減算器５５は、スイッチ５３により選択される角度差Δθ_ｐからリリース量演算部５４により演算されるリリース量θ_ｐｒを減算することにより最終的な角度差Δθ_ｐｆを演算する。

したがって、車両の電源がオフからオンへ切り替えられた場合、転舵制御部３６はつぎのように動作する。
車両の電源がオンされた場合、反力制御部２７による初期動作の実行開始から実行完了までの期間、フラグＦの値は「０」である。このため、スイッチ５３は、減算器５１により演算される角度差Δθ_ｐを選択する。また、車速Ｖおよび操舵角速度ωの値が「０」である場合、第１のゲインＧ１および第２のゲインＧ２の値は、いずれも「０」となる。リリース量θ_ｐｒの値も「０」となるため、スイッチ５３により選択される角度差Δθ_ｐ、ここでは減算器５１により演算される角度差Δθ_ｐが最終的な角度差Δθ_ｐｆとして使用される。すなわち、車両の電源がオンされた直後に減算器５１が演算する角度差Δθ_ｐが保持される。

そして、減算器４４は、目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊から、減算器５５により演算される最終的な角度差Δθ_ｐｆ、ここでは車両の電源がオンされた直後に減算器５１が演算する角度差Δθ_ｐを減算することにより、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。このとき、減算器５５により演算される最終的な角度差Δθ_ｐｆは、減算器５１により演算される角度差Δθ_ｐと同じ値である。このため、次式（Ｂ３）で表されるように、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値は、ピニオン角演算部４２により演算されるピニオン角θ_ｐと同じ値となる。したがって、転舵輪１２，１２は転舵動作を行うことなく停止した状態に維持される。なお、次式（Ｂ３）は、次式（Ｂ１），（Ｂ２）に基づく。

Δθ_ｐ＝θ_ｐ ^＊－θ_ｐ …（Ｂ１）
θ_ｐ ^＊＝Δθ_ｐ＋θ_ｐ …（Ｂ２）
θ_ｐ ^＊（最終）＝θ_ｐ ^＊－Δθ_ｐｆ＝（Δθ_ｐ＋θ_ｐ）－Δθ_ｐｆ＝θ_ｐ …（Ｂ３）
つぎに、図６（ａ）に示すように、反力制御部２７による初期動作の実行が完了したとき（時刻Ｔ１）、フラグＦの値は「０」から「１」へ切り替わる。このため、スイッチ５３は、前回値保持部５２により保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆとしての角度差Δθ_ｐを選択する。ここで、車速Ｖおよび操舵角速度ωの値が「０」である場合、図６（ｃ）に示すように、第１のゲインＧ１および第２のゲインＧ２の値はいずれも「０」となる。このとき、図６（ｄ）に示すように、リリース量θ_ｐｒの値も「０」となる。このため、スイッチ５３により選択される角度差Δθ_ｐ、ここでは前回値保持部５２により保持されている角度差Δθ_ｐが最終的な角度差Δθ_ｐｆとして使用される。すなわち、フラグＦの値が「０」から「１」へ切り替わった直後の最終的な角度差Δθ_ｐｆ、ここでは車両の電源がオンされた直後に減算器５１が演算する角度差Δθ_ｐが保持される。

そして、減算器４４において、目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊から、前回値保持部５２により保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆの前回値、ここでは車両の電源がオンされた直後に減算器５１が演算する角度差Δθ_ｐが減算されることにより、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊が演算される。このとき、前回値保持部５２に保持されている最終的な角度差Δθ_ｐｆの前回値は、車両の電源がオンされた直後に減算器５１が演算する角度差Δθ_ｐと同じ値である。このため、図６（ｅ），（ｆ）に示すように、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値は、車両の電源がオンされた直後にピニオン角演算部４２が演算するピニオン角θ_ｐと同じ値となる。したがって、転舵輪１２，１２は転舵動作を行うことなく停止した状態に維持される。

この状態において、たとえばステアリングホイール１１が所定の回転位置に保持される保舵状態で車両が発進した場合（時刻Ｔ２）、乗算器６４は、車速Ｖに応じた第１のゲインＧ１をスイッチ５３により選択される角度差Δθ_ｐ、ここでは前回値保持部５２に保持されている角度差Δθ_ｐに乗算することによってリリース量θ_ｐｒを演算する。減算器５５は、スイッチ５３により選択される角度差Δθ_ｐ、ここでは前回値保持部５２に保持されている角度差Δθ_ｐからリリース量θ_ｐｒを減算することによって、最終的な角度差Δθ_ｐｆを演算する。すなわち、減算器５５において演算される最終的な角度差Δθ_ｐｆの値は、リリース量θ_ｐｒの分だけ減少する。

このため、図６（ｂ），（ｆ）に示すように、減算器４４において演算される最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値は、最終的な角度差Δθ_ｐｆの値が減少する分だけ増加する。この後、図６（ｂ），（ｄ）に示すように、最終的な角度差Δθ_ｐｆの値は、リリース量θ_ｐｒの値に応じて転舵制御部３６の一演算周期ごとに徐々に減少する。したがって、図６（ｆ）に示すように、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値は、転舵制御部３６の一演算周期ごとに徐々に増加する。やがて、図６（ｂ），（ｆ）に示すように、最終的な角度差Δθ_ｐｆの値が「０」となるタイミングで（時刻Ｔ３）、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値はその真値、すなわち目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に至る。これにより、転舵輪１２，１２の転舵位置は、ステアリングホイール１１の回転位置に同期する。

ちなみに、停車した状態でステアリングホイール１１が操舵された場合も、前述したステアリングホイール１１が保舵された状態で車両が発進した場合と同様である。すなわち、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値は、ステアリングホイール１１の操舵の開始（時刻Ｔ２）を契機として、目標ピニオン角演算部４１により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の真値へ向けて徐々に増加する。

つぎに、車両の電源がオンされた後、転舵制御部３６により実行される初期動作の処理手順を図７のフローチャートに従って説明する。このフローチャートの処理は、車両の電源がオンされた後、反力制御部２７のフラグＦの値が「０」から「１」へ切り替わったことを契機として実行される。

図７のフローチャートに示すように、転舵制御部３６は、反力制御部２７を通じて取得される操舵角θ_ｓに基づき目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する（ステップＳ２０１）。また、転舵制御部３６は、回転角センサ３５を通じて検出される転舵モータ３２の回転角θ_ｂに基づきピニオン角θ_ｐを演算する（ステップＳ２０２）。

つぎに、転舵制御部３６は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊とピニオン角θ_ｐとの角度差Δθ_ｐが「０」であるかどうかを判定する（ステップＳ２０３）。転舵制御部３６は、角度差Δθ_ｐが「０」であるとき（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、処理を終了する。また、転舵制御部３６は、角度差Δθ_ｐが「０」ではないとき（ステップＳ２０３でＮＯ）、先のステップＳ２０１において演算された目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を保持するとともに（ステップＳ２０４）、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊をピニオン角θ_ｐと同じ値に設定する（ステップＳ２０５）。

つぎに、転舵制御部３６は、たとえば車速Ｖと車速しきい値との比較を通じて、車両が発進したかどうかを判定する（ステップＳ２０６）。転舵制御部３６は、車両が発進した旨判定されるとき（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、ステップＳ２０７へ処理を移行する。また、転舵制御部３６は、車両が発進した旨判定されないとき（ステップＳ２０６でＮＯ）、ステップＳ２０８へ処理を移行する。

ステップＳ２０８において、転舵制御部３６は、たとえば操舵角速度と角速度しきい値との比較を通じて、ステアリングホイール１１が操舵されたかどうかを判定する。転舵制御部３６は、ステアリングホイール１１が操舵された旨判定されないとき、先のステップＳ２０６へ処理を移行する。また、転舵制御部３６は、ステアリングホイール１１が操舵された旨判定されるとき、ステップＳ２０７へ処理を移行する。

ステップＳ２０７において、転舵制御部３６は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を先のステップＳ２０４において保持された目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の真値へ向けて徐々に変化させる。転舵制御部３６は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の値がその真値に至ったとき、処理を終了する。

転舵制御部３６は、ピニオン角θ_ｐを目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の真値に追従させるフィードバック制御の実行を通じてピニオン角θ_ｐの値を目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の真値に一致させる。これにより、転舵輪１２，１２の転舵位置はステアリングホイール１１の回転位置に対応した位置に変更される。

＜本実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車両の電源がオンされた後、車両の発進およびステアリングホイール１１の操舵のうち少なくとも一方が初めて行われるタイミングで転舵輪１２，１２の転舵位置がステアリングホイール１１の回転位置に対応する位置に自動調節される。このため、停車状態あるいは無操舵状態で転舵位置の自動調節が行われる場合と比べて、転舵輪１２，１２の転舵位置の自動調節動作に対する運転者の違和感あるいはストレスを軽減することができる。

（２）車両の電源がオンされた場合、転舵輪１２，１２の転舵位置に対するステアリングホイール１１の回転位置のずれ量Δθが角度しきい値θ_ｔｈ以上の値であるとき、ステアリングホイール１１の同期制御が実行される。この同期制御の実行を通じて、ステアリングホイール１１の回転位置が転舵輪１２，１２の転舵位置に対応する位置に完全同期される。このため、たとえば車両を発進させる際、転舵輪１２，１２の転舵位置がステアリングホイール１１の回転位置に対応する位置へ向けて急激に変化することがない。したがって、運転者は違和感を覚えることなく、円滑に車両を発進させることができる。

（３）また、車両の電源がオンされた場合、転舵輪１２，１２の転舵位置に対するステアリングホイール１１の回転位置のずれ量Δθが角度しきい値θ_ｔｈ未満であるとき、ステアリングホイール１１の同期制御が実行されない。車両の電源がオンされた後、車両の発進およびステアリングホイール１１の操舵のうち少なくとも一方が初めて行われるタイミングで転舵輪の転舵位置がステアリングホイールの回転位置に対応する位置に自動調節される。このようにすれば、車両の電源がオンされるタイミングでステアリングホイール１１が自動的に回転することがないため、運転者が違和感を覚えることがない。また、運転者はステアリングホイール１１の同期制御の実行完了を待つ必要もないため、運転者がストレスを感じることもない。

（４）転舵輪１２，１２の転舵位置がステアリングホイール１１の回転位置に対応する位置に自動調節される場合、転舵輪１２，１２の転舵位置はステアリングホイール１１の回転位置に対応する位置へ向けて徐々に変化する。転舵輪１２，１２の急激な動作が抑制されるため、運転者は違和感を覚えにくい。

＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・図１に二点鎖線で示すように、たとえば車室内に報知装置２８が設けられる場合、反力制御部２７は、報知装置２８を通じて、ステアリングホイール１１の位置調節の実行開始および実行完了を報知するようにしてもよい。報知装置２８による報知動作としては、たとえば文字によるメッセージを表示させたり、音声によるメッセージを発したりすることが挙げられる。このようにすれば、運転者は、ステアリングホイール１１が自動回転すること、および自動回転しているステアリングホイール１１が自動停止することを認識することができるため、運転者に与える違和感が軽減される。また、転舵制御部３６は、報知装置２８を通じて、転舵位置の自動調節の実行開始および実行完了を報知するようにしてもよい。このようにすれば、運転者は、転舵位置の自動調節が行われていることを認識することができるため、運転者に与える違和感をより軽減することが可能である。

・本実施の形態では、反力モータ２２の回転角θ_ａに基づき演算される操舵角θ_ｓを使用したが、操舵装置１０として操舵角センサを有する構成が採用される場合、この操舵角センサを通じて検出される操舵角θ_ｓを使用してもよい。

・本実施の形態において、舵角比は製品仕様などに応じて適宜の値に設定される。舵角比は、たとえば「θ_ｓ：θ_ｗ＝１：１」でもよいし「θ_ｓ：θ_ｗ＝１：３」でもよい。たとえば舵角比が「θ_ｓ：θ_ｗ＝１：３」の場合、操舵角θ_ｓが１０°だけずれているとき、転舵角θ_ｗにして３０°だけずれていることになる。このため、操舵角θ_ｓと転舵角θ_ｗとを正しく同期することがより望まれる。

・本実施の形態では、反力制御部２７は、図２のフローチャートに示される処理において、ステップＳ１０１で演算されるずれ量Δθが角度しきい値θ_ｔｈよりも小さい値ではないとき（ステップＳ１０２でＮＯ）、ずれ量Δθが「０」となるようにステアリングホイール１１を回転させるようにしたが、必ずしもずれ量Δθを「０」としなくてもよい。たとえば車両の発進時に転舵輪１２，１２の転舵位置をステアリングホイール１１の回転位置に合わせるかたちで補正する場合において運転者に違和感を与えない程度の角度、たとえば「０」を超え、かつ角度しきい値θ_ｔｈ未満の範囲内の角度としてもよい。このようにしても、第１の実施の形態の（３）と同様の効果を得ることができる。

・本実施の形態では、反力制御部２７は車両の電源がオフからオンへ切り替えられたときの初期動作として図２のフローチャートに示される処理を実行するようにしたが、製品仕様などによっては、反力制御部２７として図２のフローチャートに示される処理の実行機能を割愛した構成を採用してもよい。この場合、転舵輪１２，１２の転舵位置に対するステアリングホイール１１の回転位置のずれ量Δθの値にかかわらず、転舵制御部３６は、車両の発進時あるいはステアリングホイール１１の操舵時に転舵輪１２，１２の転舵位置をステアリングホイール１１の回転位置に同期させる処理を実行する。

・本実施の形態において、車両の電源は、たとえばアクセサリ電源（ＡＣＣ電源）あるいはイグニッション電源（ＩＧ電源）を含んでいてもよい。
・反力制御部２７および転舵制御部３６を単一の制御装置として構成してもよい。

・本実施の形態では、車両の操舵装置１０として、ステアリングシャフト２１と転舵輪１２との間の動力伝達が分離されたいわゆるリンクレス構造を採用した例を挙げたが、クラッチによりステアリングシャフト２１と転舵輪１２との間の動力伝達を分離可能とした構造を採用してもよい。クラッチが切断されるとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１２との間の動力伝達が切断される。クラッチが接続されるとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１２との間の動力伝達が連結される。

１０…操舵装置
１１…ステアリングホイール
１２…転舵輪
２１…ステアリングシャフト
２２…反力モータ
２７…制御装置を構成する反力制御部
３１…転舵シャフト
３６…制御装置を構成する転舵制御部

Claims (2)

1. ステアリングホイールとの間の動力伝達が分離されるとともに車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、
   前記転舵輪を転舵させるべく前記転舵シャフトに付与されるトルクである転舵力を発生する転舵モータと、
   前記ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、
   前記転舵モータおよび前記反力モータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、車両の電源がオンされた後、車両の発進および前記ステアリングホイールの操舵のうち少なくとも一方が初めて行われた場合、前記ステアリングホイールの回転位置が前記転舵輪の転舵位置に対応する回転位置と異なる位置であるとき、前記転舵モータを通じて前記転舵輪の転舵位置を前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ補正するための処理を実行するように構成され、
   前記制御装置は、車両の電源がオンされた場合、前記ステアリングホイールの回転位置が前記転舵輪の転舵位置に対応する正しい回転位置と異なる位置であるとき、前記正しい回転位置に対する前記ステアリングホイールの回転位置のずれ量を減少させるべく前記反力モータを通じて前記ステアリングホイールを回転させる補正処理を実行する機能を有し、
   前記制御装置は、車両の電源がオンされた場合、前記ずれ量が定められた許容量以上であるときには前記補正処理を実行する一方、前記ずれ量が前記許容量未満であるときには前記補正処理を実行しないで前記転舵輪の転舵位置を前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ補正するための処理を実行する操舵装置。
2. 前記制御装置は、前記転舵輪の転舵位置を前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ補正するための処理として、前記転舵輪の転舵位置が前記ステアリングホイールの回転位置に対応する位置へ向けて徐々に変化するように前記転舵モータを制御する請求項１に記載の操舵装置。