JP4158807B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作部材の操作反力を操作用アクチュエータの制御により付与する車両の操舵装置に関する。

操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる車両の操舵装置が提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達し、その伝達に際して操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構等の伝達比可変機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤ等を駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。

ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、車輪と路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材に伝達されない。また、ステアリングホイールと車輪とが伝達比可変機構を介して機械的に連結されている操舵装置においては、その操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材の操作量に対応しない。そのため、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与える手段が必要とされている。

そこで、その操作部材を中立位置へ復帰させる方向に作用する反力を発生する操作用アクチュエータを設けている。その操作用アクチュエータにより走行中においては例えば舵角に比例する反力を付与することで、ドライバーに操舵フィーリングを与えている。また、停車中においては一定の反力を付与することで、ドライバーの据え切り操舵を補助している。

車速が零の時、車道と歩道との段差等の障害物によって車輪の転舵が阻止されているにもかかわらずドライバーが気付かずに操作部材を操作することで、操舵用アクチュエータの寿命が過大な負荷により短くなり、また、車両発進時にドライバーの意図しない方向に車両が進行するおそれがある。本発明は上記従来技術の問題点を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータと、その操作部材の操作量を検出するセンサと、その車輪の転舵量を検出するセンサと、車速を検出するセンサと、その操舵用アクチュエータの負荷に対応する負荷対応値を検出するセンサと、その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系とを備え、その操舵用アクチュエータは、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置であって、車速が零であって、その操作部材の操作速度の大きさが操作速度設定値以下の時に、その操舵用アクチュエータの負荷対応値が負荷対応設定値よりも大きい場合は、その負荷対応値が大きい程に操作用アクチュエータの発生反力が大きくされる点にある。この場合、前記負荷対応値を検出する前記センサは、前記操舵用アクチュエータの駆動電流を前記負荷対応値として検出するのが好ましい。
これにより、据え切り操舵時に操作部材の操作速度の大きさが小さいにも関わらず操舵用アクチュエータの負荷が過大になると、操作用アクチュエータの発生反力が大きくなる。よって、障害物によって車輪の転舵が阻止されているような場合に反力を大きくし、ドライバーに障害物の存在を気付かせることができる。

本発明によれば、操舵用アクチュエータの過負荷による寿命低下を防止し、据え切り操舵直後の車両発進時にドライバーの意図しない方向に車両が進行することがなく、据え切り操舵時に障害物によって車輪の転舵が阻止されているような事態をドライバーに認識させることができる車両の操舵装置を提供できる。

図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を前部左右車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４に伝達する機構としてステアリングギヤ３とを備える。

その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。

その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。

操作部材１の中立位置からの操作量を操作角δｈとして検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量に対応する舵角δを検出する手段として舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δに対応する操舵用アクチュエータ２の出力シャフト回転角を検出するセンサにより構成されている。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。さらに、操舵用アクチュエータ２の負荷対応値として駆動電流を検出する電流センサ２５と、操作用アクチュエータ１９の負荷対応値として駆動電流を検出する電流センサ２６が設けられている。その角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４、電流センサ２５、２６は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０は、時系列に検知される回転角度の検出値から操作部材１の中立位置からの操作角δｈが増大しているか減少しているかを判断し、また、操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔを演算する。

その制御装置２０は駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する制御系を構成する。例えば、制御装置２０は操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角との間の関係を予め定めて記憶し、目標舵角と検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角との間の関係は、例えば車速Ｖが大きくなる程に目標舵角が小さくなるものとされている。これにより、操舵用アクチュエータ２の動きを車輪４に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材１の操作角δｈと車輪４の転舵量との比を変化させることが可能とされている。操作部材１の操作角δｈに対する車輪４の転舵量の比を低車速で大きくすることで旋回性能を向上し、高車速で小さくすることで走行安定性を向上できる。なお、このような操舵用アクチュエータ２の制御方法は特に限定されず、操作部材１の操作に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動されるものであれば良い。

その制御装置２０は駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する制御系を構成する。本実施形態では、車両の走行時であって操作部材１の中立位置からの操作角δｈの増大時は、その操作角δｈに比例する舵角比例反力Ｒｐを操作用アクチュエータ１９が発生するものとされ、その操作角δｈと舵角比例反力Ｒｐとの関係は予め定められて制御装置２０に記憶され、その関係に従って操作用アクチュエータ１９が制御される。なお、その操作角δｈと舵角比例反力Ｒｐとの関係は比例関係に限定されず、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与えるものであればよい。

車両の走行時であって、操作部材１の中立位置からの操作角δｈが減少する時は、その操作角δｈの増加時に発生する反力に戻し反力を付加した反力を操作用アクチュエータ１９が発生するものとされ、その操作角δｈと反力との関係は予め定められて制御装置２０に記憶され、その関係に従って操作用アクチュエータ１９が制御される。これにより操作用アクチュエータ１９は、操作部材１の中立位置からの操作角δｈの減少時は増大時に比べ、その反力の大きさが戻し反力の付加により設定値Ｒｌｉｍｉｔだけ大きくなるように制御される。

その操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが予め定められて制御装置２０に記憶された設定値Ｃ（例えば９０ｄｅｇ／ｓ）未満の時、その戻し反力が設定値Ｒｌｉｍｉｔまで漸増されるように操作用アクチュエータ１９は制御される。その漸増速度は予め定められて制御装置２０に記憶される。

その操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが戻し反力の漸増途中に上記設定値Ｃ以上になった場合、その戻し反力は操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさに応じた値Ｒｙに設定される非漸増戻し反力とされる。その操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさと非漸増戻し反力の設定値Ｒｙとの関係は予め定められて制御装置２０に記憶され、例えば図９に示すような関係とされる。その戻し反力の漸増途中に上記設定値Ｃ以上になった後に、操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが再び上記設定値Ｃ未満になった場合、その戻し反力は、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが上記設定値Ｃ以上になった時の値よりも小さな値から漸増される。この場合、その中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上であった時間が長い程に、その設定値Ｃ未満になった当初の戻し反力の値は大きく減少される。

操作部材１の中立位置からの操作角δｈの大きさが設定値Ａ未満である場合、および、車速Ｖが予め定められて記憶された設定値Ｖａ以上である場合の中の少なくとも一方である場合は、その戻し反力の付加は解除される。その操作角δｈの大きさが設定値Ａ未満であれば、操作部材１は遊びの範囲で操作されていると判断される。その車速Ｖが設定値Ｖａ以上であれば、操作部材１の中立位置からの操作角δｈの増大時に作用する反力が十分に大きくされ、戻し反力の付加を作用させる必要はないものとされている。

検出車速Ｖが零の停車時にあっては、操作部材１の操作量に対応する操作角δｈと車輪４の転舵量に対応する舵角δとの偏差が設定値ＧＡＰよりも大きい場合は、その偏差が大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力が大きくされ、本実施形態では、その偏差と設定値ＧＡＰとの差に操作用アクチュエータ１９の発生反力は比例するものとされている。さらに、その偏差の設定値ＧＡＰは操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが大きい程に大きくされ、本実施形態では図１１に示すように、その偏差の設定値ＧＡＰは操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさに比例するものとされている。

上記のように操作用アクチュエータ１９は、車両の走行状態に対応した大きさの反力と、停車状態に対応した大きさの反力とを発生するように制御され、その走行状態に対応した反力の大きさと停車状態に対応した反力の大きさとは相異する。制御装置２０は、車両の停車状態と走行状態との間での状態移行の有無を判断し、その状態移行直前の操作用アクチュエータ１９の発生反力を旧反力として記憶する。また、その状態移行直後に、その移行後の状態に対応して操作用アクチュエータ１９が発生すべき反力を新反力として演算する。換言すれば、その状態移行の影響を受けることなく、停車状態と走行状態それぞれに対応して定められた制御ロジックに従って操作用アクチュエータ１９の発生反力を新反力として演算する。その旧反力の大きさと新反力の大きさとの偏差の大きさが設定値δｆを超える時、発生反力Ｒの大きさが状態移行直前の旧反力の大きさから状態移行直後に演算された新反力の大きさまで漸次変化するように操作用アクチュエータ１９は制御される。その操作用アクチュエータ１９の発生反力の大きさの旧反力の大きさからの漸次変化速度は、車両の加速度ｄＶ／ｄｔが大きい程に大きくされる。その操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｈを超える時、操作用アクチュエータ１９の発生反力の大きさの旧反力の大きさからの漸次変化は中断されると共に、その発生反力の大きさは状態移行直後に演算された新反力の大きさとされる。

制御装置２０により記憶したプログラムに従い駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する際、電流センサ２６により検出する操作用アクチュエータ１９の駆動電流と反力に対応する電流指示値との偏差をなくすように閉ループ制御するのが好ましい。

図２のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、初期設定を行い（ステップＳ１）、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ２）、操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する反力Ｒが生じるように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ３）。また、操作部材１の操作に応じて車両が挙動するように、検出した操作角δｈ、車速Ｖ、舵角δに基づき操舵用アクチュエータ２を例えばフィードバック制御する（ステップＳ４）。しかる後に、制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ５）、終了しない場合はステップＳ２に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。

図３〜図６のフローチャートを参照して制御装置２０による操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、車速Ｖが零でないか否かを判断する（ステップＳ１０１）。車速Ｖが零でなく走行中であれば走行フラグをオンし（ステップＳ１０２）、操作角δｈの大きさが設定値Ａ未満か否かを判断する（ステップＳ１０３）。その操作角δｈの大きさが設定値Ａ未満か否かにより、操作部材１が遊びの範囲で操作されているか否かを判断する。ステップＳ１０３において操作角δｈの大きさが設定値Ａ以上であれば舵角比例反力Ｒｐを演算し（ステップＳ１０４）、操作部材１の中立位置からの操作角δｈが増加しているか否かの判断を行う（ステップＳ１０５）。この判断は、操作角δｈの符号と操作速度ｄδｈ／ｄｔの符号とが同一であるか否かにより行うことができる。本実施形態では右操舵状態が正、左操舵状態が負とされる。ステップＳ１０５において操作角δｈが増加していれば、舵角比例反力Ｒｐを反力Ｒとして設定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０５において操作角δｈが増加していなければ後述の戻し反力制御を行い（ステップＳ１０７）、操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ未満か否かを判断する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ未満であれば、戻し反力制御により漸増される戻し反力Ｒｆと上記舵角比例反力Ｒｐとの和を反力Ｒとして設定する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０８において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上であれば、ドライバーが操作部材１を積極的に中立位置へ復帰させているため、戻し反力を漸増させる必要はない。この場合、戻し反力制御により操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさに応じた値Ｒｙに設定された上記非漸増戻し反力Ｒｆｔと上記舵角比例反力Ｒｐとの和を反力Ｒとして設定する（ステップＳ１１０）。

上記ステップＳ１０３において操作角δｈの大きさが設定値Ａよりも小さい場合、操作部材１は遊び範囲で操作されていると判断される。この場合、図４に示すように、操作角δｈの符号から操作部材１の操作方向が右方向か否かを判断する（ステップＳ１１１）。右操作であれば、遊び範囲の操作部材１を中立位置に戻すための予め定められて記憶した設定値Ｒｎを反力Ｒとして設定する（ステップＳ１１２）。右操舵でなければ操作部材１が停止中か否かを操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが零か否かにより判断する（ステップＳ１１３）。操作部材が停止中であれば反力Ｒを零に設定する（ステップＳ１１４）。ステップＳ１１３において操作部材１が停止していなければ左操作であるので、右操作の場合と大きさが等しく符号が逆の設定値−Ｒｎを反力Ｒとして設定する（ステップＳ１１５）。

ステップＳ１０１において車両が停止中であると判断された場合、据え切りフラグをオンし（ステップＳ１１６）、図５に示すように、操作部材１の操作方向が右方向か否かを判断する（ステップＳ１１７）。ステップＳ１１７において右操作状態であれば、据え切り状態での基準となる反力として予め定められて記憶した設定値Ｒｓを据え切り基準反力Ｒ′として設定する（ステップＳ１１８）。その据え切り基準反力Ｒ′は、例えば操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが一定以上では一定値に設定され、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが一定未満では零に設定される。ステップＳ１１７において右操作でなければ操作部材１が停止しているか否かを判断し（ステップＳ１１９）、操作部材１が停止していれば据え切り基準反力Ｒ′を零に設定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１１９において操作部材１が停止していなければ左操作であるので、右操作の場合と大きさが等しく符号が逆の設定値−Ｒｓを据え切り基準反力Ｒ′として設定する（ステップＳ１２１）。しかる後に後述の据え切り反力制御を行って反力Ｒの設定を行う（ステップＳ１２２）。

上記ステップＳ１０６、Ｓ１０９あるいはＳ１１０において反力Ｒの設定を行った後に、車両が据え切り状態から走行状態に移行したか否かの判断を行う。すなわち、ステップＳ１０６、Ｓ１０９あるいはＳ１１０において反力Ｒを設定したならば、図６に示すように、据え切りフラグがオンか否かを判断する（ステップＳ１２３）。ステップＳ１２３において据え切りフラグがオンでなければ、車両は据え切り状態から走行状態に移行した直後ではない。この場合、移行制御中フラグ（Ｓフラグ）がオフか否かを判断する（ステップＳ１２４）。移行制御中フラグがオフであれば、操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが予め定めた設定値Ｂ以上か否かを判断する（ステップＳ１２５）。ステップＳ１２５において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｂ以上であれば、緊急操舵に対応できるように予め定めて記憶した設定値Ｒｒを反力Ｒとして設定し（ステップＳ１２６）、図５に示すように、その反力Ｒを旧反力Ｒｏｌｄとして記憶する（ステップＳ１２７）。ステップＳ１２５において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｂ未満であれば、ステップＳ１０６、Ｓ１０９あるいはＳ１１０において設定した反力Ｒを旧反力Ｒｏｌｄとして記憶する（ステップＳ１２７）。ステップＳ１２３において据え切りフラグがオンであれば、車両は据え切り状態から走行状態に移行した直後である。この場合、その状態移行直後に、その移行後の状態に対応して操作用アクチュエータ１９が発生すべき反力として演算した新反力Ｒｎｅｗを、移行当初反力Ｒｍとして記憶し（ステップＳ１２８）、据え切りフラグをオフし（ステップＳ１２９）、後述の移行制御により据え切り状態から走行状態に移行する場合における反力Ｒの設定を行い（ステップＳ１３０）、ステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２４において移行制御中フラグ（Ｓフラグ）がオンである場合、移行制御の途中であることからステップＳ１３０において移行制御を継続する。

また、上記ステップＳ１２２の据え切り反力制御において反力Ｒの設定を行った後に、車両が走行状態から据え切り状態に移行したか否かの判断を行う。すなわち、ステップＳ１２２において反力Ｒを設定したならば、走行フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ１３１）。ステップＳ１３１において走行フラグがオンでなければ、車両は走行状態から据え切り状態に移行した直後ではない。この場合、移行制御中フラグ（Ｓフラグ）がオフか否かを判断する（ステップＳ１３２）。移行制御中フラグがオフであれば、ステップＳ１２２において設定した反力ＲをステップＳ１２７において旧反力Ｒｏｌｄとして記憶する。ステップＳ１３１において走行フラグがオンであれば、車両は据え切り状態から走行状態に移行した直後である。この場合、その状態移行直後に、その移行後の状態に対応して操作用アクチュエータ１９が発生すべき反力として演算した新反力Ｒｎｅｗを、移行当初反力Ｒｍとして記憶し（ステップＳ１３３）、走行フラグをオフし（ステップＳ１３４）、後述の移行制御により据え切り状態から走行状態に移行する場合における反力Ｒの設定を行い（ステップＳ１３５）、ステップＳ１２７に進む。ステップＳ１３２において移行制御中フラグ（Ｓフラグ）がオンである場合、移行制御の途中であることからステップＳ１３５において移行制御を継続する。

次に図７、図８のフローチャートを参照して、上記ステップＳ１０７における戻し反力制御を説明する。
まず、操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ未満か否かを判断する（ステップＳ２０１）。その設定値Ｃ未満であればドライバーは操作部材１を操作することなく保持しているか、積極的に中立位置まで戻そうとしていないと判断する。この場合、操作部材１の操作角度δｈの大きさが上記設定値Ａ以上か否かを判断する（ステップＳ２０２）。その設定値Ａ以上である場合、操作部材１は遊びの範囲を超えて操作されているので戻し反力漸増フラグ（Ｍフラグ）をオンし（ステップＳ２０３）、予め定めて記憶した初期値Ｒｆｏを仮戻し反力Ｒｆ′として設定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０２において操作角度δｈの大きさが設定値Ａ未満であれば、操作部材１は中立位置近傍にあるので、戻し反力Ｒｆの設定値を零にし、戻し反力漸増フラグ（Ｍフラグ）をオフし、積算時間Σｔを零にすることで戻し反力制御をリセットし（ステップＳ２０５）、リターンする。ステップＳ２０１において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上である場合は、操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさに応じた値Ｒｙを非漸増戻し反力Ｒｆｔとして設定し（ステップＳ２０６）、戻し反力漸増フラグ（Ｍフラグ）をオフし（ステップＳ２０７）、積算時間Σｔを零にする（ステップＳ２０８）。
ステップＳ２０４において仮戻し反力Ｒｆ′を設定し、あるいはステップＳ２０８において積算時間Σｔを零にした後に、戻し反力漸増フラグ（Ｍフラグ）がオンか否かを判断する（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９において戻し反力漸増フラグ（Ｍフラグ）がオンであれば、積算時間Σｔが設定時間Ｔ未満か否かを判断する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０において積算時間Σｔが設定時間Ｔ未満であれば積算時間Σｔに単位時間Δｔを加える（ステップＳ２１１）。その積算時間Σｔは初期値が零とされ、その単位時間Δｔは本実施形態では一制御周期に相当する時間とされている。その設定時間Ｔは戻し反力Ｒｆの漸増速度に応じて適宜設定すればよい。ステップＳ２１０において積算時間Σｔが設定時間Ｔに至っていれば、積算時間Σｔを零にリセットし（ステップＳ２１２）、仮戻し反力Ｒｆ′が最大値Ｒｍａｘ未満か否かを判断し（ステップＳ２１３）、最大値Ｒｍａｘ未満であれば仮戻し反力Ｒｆ′に単位戻し反力ΔＲａを加算した値を新たな仮戻し反力Ｒｆ′に設定する（ステップＳ２１４）。これにより、仮戻し反力Ｒｆ′を設定時間Ｔ毎に単位戻し反力ΔＲａずつ漸増させることができる。
ステップＳ２１１、ステップＳ２１４の処理の後、あるいはステップＳ２１３で仮戻し反力Ｒｆ′が最大値Ｒｍａｘ以上であると判断された後、仮戻し反力Ｒｆ′が上限値Ｒｌｉｍｉｔ以下か否かを判断する（ステップＳ２１５）。その上限値Ｒｌｉｍｉｔは最大値Ｒｍａｘよりも小さくされる。ステップＳ２１５において仮戻し反力Ｒｆ′が上限値Ｒｌｉｍｉｔよりも大きければ、その上限値Ｒｌｉｍｉｔを仮戻し反力Ｒｆ′として設定する（ステップＳ２１６）。ステップＳ２１５において仮戻し反力Ｒｆ′が上限値Ｒｌｉｍｉｔ以下であれば、現在の仮戻し反力Ｒｆ′が継続して用いられる。これにより、仮戻し反力Ｒｆ′は上限値Ｒｌｉｍｉｔまで漸増される。
ステップＳ２０９において戻し反力漸増フラグ（Ｍフラグ）がオフであれば、仮戻し反力Ｒｆ′が零より大きいか否かを判断し（ステップＳ２１７）、零より大きければ仮戻し反力Ｒｆ′から予め定めた値Ｒｂを差し引いた値を新たな仮戻し反力Ｒｆ′として設定する（ステップＳ２１８）。これにより仮戻し反力Ｒｆ′は、操作部材１の中立位置への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上になると、その設定値Ｃ以上である時間が長い程に、その設定値Ｃ未満になった当初の値から減少される。ステップＳ２１７において仮戻し反力Ｒｆ′が零以下になっていれば、現在の仮戻し反力Ｒｆ′が継続して用いられる。
次に、車速Ｖが設定値Ｖａ未満であるか否かを判断し（ステップＳ２１９）、設定値Ｖａ以上であれば仮戻し反力Ｒｆ′を零に設定する（ステップＳ２２０）。これにより、車速が大きく走行安定性が要求されるために戻し反力を大きくする必要がない場合に、不必要な制御が不要になる。その設定値Ｖａは予め定められて記憶され、例えば３０ｋｍ／ｈとされる。ステップＳ２１９において車速Ｖが設定値Ｖａ未満であれば現在の仮戻し反力Ｒｆ′が継続して用いられる。次に、操作部材１の操作方向が右方向か否かを判断する（ステップＳ２２１）。右操作であれば設定された仮戻し反力Ｒｆ′を戻し反力Ｒｆとして設定する（ステップＳ２２２）。右操舵でなければ左操作であるので、設定された仮戻し反力Ｒｆ′と大きさが等しく符号が逆の値−Ｒｆ′を戻し反力Ｒｆとして設定する（ステップＳ２２３）。

次に、図１０のフローチャートを参照して上記ステップＳ１２２における据え切り反力制御の比較例を説明する。
まず、操作部材１の操作量に対応する操作角δｈと車輪４の転舵量に対応する舵角δとの偏差の設定値ＧＡＰを設定する（ステップＳ３０１）。その設定値ＧＡＰは正値とされ、例えば図１１に示すように操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさに比例するように設定される。次に、舵角δから操作角δｈを差し引くことで求められる偏差（δ−δｈ）が設定値ＧＡＰよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３０２）。本実施形態では車輪４の転舵量に対応する舵角δとして操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転角を検出するので、右操舵状態であれば偏差（δ−δｈ）は正になる。ステップＳ３０２において偏差（δ−δｈ）が設定値ＧＡＰよりも大きい場合、その偏差（δ−δｈ）から設定値ＧＡＰを引いた値に予め設定した係数Ｋを乗じた値を、右操舵状態での反力加算値ΔＦとして設定する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０２において偏差（δ−δｈ）が設定値ＧＡＰ以下の場合、操作角δｈから舵角δを差し引くことで求められる偏差（δｈ−δ）が設定値ＧＡＰよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４において偏差（δｈ−δ）が設定値ＧＡＰよりも大きい場合、その偏差（δｈ−δ）から設定値ＧＡＰを引いた値に予め設定した係数Ｋと−１とを乗じた値を、左操舵状態での反力加算値ΔＦとして設定する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０４において偏差（δｈ−δ）が設定値ＧＡＰ以下である場合、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との偏差は小さいので据え切り反力を大きくする必要はない。よって、この場合は反力加算値ΔＦを零に設定する（ステップＳ３０６）。しかる後に、上記設定した据え切り基準反力Ｒ′と反力加算値ΔＦとの和を反力Ｒとして設定する（ステップＳ３０７）。これにより、図１２に示すように、その反力加算値ΔＦは設定値ＧＡＰ以上では設定値ＧＡＰに比例することから、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との偏差が設定値ＧＡＰよりも大きい場合は、その偏差が大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力Ｒが大きくなる。なお、反力加算値ΔＦと設定値ＧＡＰとの関係は図１２のような比例関係に限定されず、その偏差が大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力が大きくなる関係であればよい。

比較例による据え切り反力制御によれば、据え切り操舵時に操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが過大になると反力Ｒが大きくなるので、据え切り操舵の頻度が必要以上に多くなるのを抑制し、操作部材１の操作に対する操舵用アクチュエータ２の応答遅れが生じるのを防止できる。さらに、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが小さいにも関わらず操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との偏差が大きくなると反力Ｒを大きくすることができる。よって、障害物によって車輪４の転舵が阻止されているような場合に反力Ｒを大きくし、ドライバーに障害物の存在を気付かせることができる。また、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが大きい場合は、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との偏差が多少大きくなっても反力Ｒを大きくすることがないので、より操作性を向上できる。

次に、据え切り反力制御の実施形態を説明する。本実施形態では、車速が零の停車時において、操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値以下の時に、操舵用アクチュエータ２の負荷対応値である電流値が設定値よりも大きい場合は、その電流値が大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力を大きくしている。
図１３のフローチャートを参照して実施形態に係る据え切り反力制御を説明する。
まず、操舵部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値η未満か否かを判断する（ステップＳ４０１）。その設定値ηは、通常ならば操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値η未満であれば操舵用アクチュエータ２の負荷が過大になることがないように設定すればよく、例えば４５ｄｅｇ／ｓとされる。その操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値η未満であれば、操舵用アクチュエータ２の検出駆動電流ｉが設定電流ｉａよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４０２）。その設定電流ｉａは、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値η未満の時は操舵用アクチュエータ２の駆動電流ｉが通常ならば設定電流ｉａ以下になるように設定すれば良く、例えば２０Ａとされる。その検出駆動電流ｉが設定電流ｉａよりも大きければ、その検出駆動電流ｉに予め設定した係数Ｋｅを乗じた値を反力加算値ΔＦとして設定する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０１において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値η以上である場合、ステップＳ４０２において駆動電流ｉが設定電流ｉａ以下である場合、反力加算値ΔＦを零に設定する（ステップＳ４０４）。しかる後に、上記設定した据え切り基準反力Ｒ′と反力加算値ΔＦとの和を反力Ｒとして設定する（ステップＳ４０５）。これにより、図１４に示すように、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値η未満であって検出駆動電流ｉが設定電流ｉａよりも大きい場合は、反力加算値ΔＦは操舵用アクチュエータ２の駆動電流ｉに比例することから、操舵用アクチュエータ２の負荷が大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力Ｒが大きくされる。
これにより、据え切り操舵時に操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが小さいにも関わらず操舵用アクチュエータ２の負荷が過大になると、操作用アクチュエータ１９の発生反力が大きくなる。よって、障害物によって車輪４の転舵が阻止されているような場合に、ドライバーに障害物の存在を気付かせることができる。

なお、据え切り反力制御において、操舵用アクチュエータ２の負荷対応値として操舵用アクチュエータ２の駆動電流以外を検出してもよく、例えば、上記直線的に動くステアリングロッド７に作用する軸方向力を負荷対応値として検出してもよい。また、反力加算値ΔＦと負荷対応値との関係は図１４に示すような比例関係に限定されず、その負荷対応値が大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力が大きくなる関係であればよい。

次に、図１５、図１６のフローチャートを参照して上記ステップＳ１３０、Ｓ１３５における移行制御を説明する。
まず、偏差演算フラグ（Ｈフラグ）と移行制御中フラグ（Ｓフラグ）とをオンする（ステップＳ５０１）。次に、操作部材１の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｈより大きいか否かを判断する（ステップＳ５０２）。その設定値Ｈは、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｈ以下であれば、停車状態から走行状態への移行時に反力を漸次変化させても操作が軽くなり過ぎることがないように定めればよい。ステップＳ５０２において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｈよりも大きい場合、偏差演算フラグをオフし（ステップＳ５０３）、移行制御中フラグをオフし（ステップＳ５０４）、上記移行当初反力Ｒｍを反力Ｒとして設定し（ステップＳ５０５）、リターンする。ステップＳ５０２において操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｈ以下である場合は、偏差演算フラグと移行制御中フラグをオフすることなく、現在の反力Ｒを新反力Ｒｎｅｗとして設定する（ステップＳ５０６）。次に、偏差演算フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ５０７）。ステップＳ５０７において偏差演算フラグがオンであれば、旧反力Ｒｏｌｄに予め定めた設定値δｆを加えた値が新反力Ｒｎｅｗよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ５０８）。ステップＳ５０８において新反力Ｒｎｅｗが旧反力Ｒｏｌｄと設定値δｆとの和よりも大きい場合、新反力Ｒｎｅｗから旧反力Ｒｏｌｄを差し引いた偏差（Ｒｎｅｗ−Ｒｏｌｄ）を分割数Ｎにより除することで、漸次付加反力δＲを求める（ステップＳ５０９）。ステップＳ５０８において新反力Ｒｎｅｗが旧反力Ｒｏｌｄと設定値δｆとの和以下である場合、旧反力Ｒｏｌｄから設定値δｆを差し引いた値が新反力Ｒｎｅｗよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５１０）。ステップＳ５１０において新反力Ｒｎｅｗが旧反力Ｒｏｌｄと設定値δｆとの差よりも小さい場合、旧反力Ｒｏｌｄから新反力Ｒｎｅｗを差し引いた偏差（Ｒｏｌｄ−Ｒｎｅｗ）を分割数Ｎにより除することで、漸次付加反力δＲを求める（ステップＳ５１１）。その分割数Ｎは本実施形態では車両の加速度の関数とされ、加速度ｄＶ／ｄｔに反比例し、加速度ｄＶ／ｄｔが大きい程に小さくなる。これにより、加速度ｄＶ／ｄｔが大きい程に操作用アクチュエータ１９の発生反力の大きさの旧反力の大きさからの漸次変化速度は大きくなる。ステップＳ５１０において新反力Ｒｎｅｗが旧反力Ｒｏｌｄと設定値δｆとの差以上の場合、漸次付加反力δＲを零に設定する（ステップＳ５１２）。しかる後に偏差演算フラグをオフにし（ステップＳ５１３）、移行制御中フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ５１４）。ステップＳ５０７において偏差演算フラグがオフの場合にもステップＳ５１４において同様に判断を行う。ステップＳ５１４において移行制御中フラグがオンであれば、新反力Ｒｎｅｗから旧反力Ｒｏｌｄを差し引いた偏差（Ｒｎｅｗ−Ｒｏｌｄ）が漸次付加反力δＲよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５１５）。ステップＳ５１５において偏差（Ｒｎｅｗ−Ｒｏｌｄ）が漸次付加反力δＲよりも大きければ、旧反力Ｒｏｌｄと漸次付加反力δＲとの和を新反力Ｒｎｅｗとして設定する（ステップＳ５１６）。ステップＳ５１５において偏差（Ｒｎｅｗ−Ｒｏｌｄ）が漸次付加反力δＲ以下であれば、旧反力Ｒｏｌｄから新反力Ｒｎｅｗを差し引いた偏差（Ｒｏｌｄ−Ｒｎｅｗ）が漸次付加反力δＲよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５１７）。ステップＳ５１７において偏差（Ｒｏｌｄ−Ｒｎｅｗ）が漸次付加反力δＲよりも大きければ、旧反力Ｒｏｌｄから漸次付加反力δＲを差し引いた値を新反力Ｒｎｅｗとして設定する（ステップＳ５１８）。ステップＳ５１６あるいはステップＳ５１８において設定した新反力Ｒｎｅｗを反力Ｒとして設定し（ステップＳ５１９）、リターンする。ステップＳ５１７において偏差（Ｒｏｌｄ−Ｒｎｅｗ）が漸次付加反力δＲ以下であれば、移行制御中フラグをオフする（ステップＳ５２０）。ステップＳ５１４において移行制御中フラグがオフである場合、あるいはステップＳ５２０において移行制御中フラグがオフされたならばリターンする。

上記実施形態によれば、操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ未満の時、中立位置から操作量を増大させる場合に比べて、反力Ｒの大きさは戻し反力Ｒｆの大きさだけ大きくされる。この際、その戻し反力Ｒｆは、操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値未満になった時に一挙に付加されるのではなく漸増される。これにより、操作部材１の中立位置への復帰時の操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが小さい場合や、中立位置への復帰途中で舵角を一定に保持するために操作部材１の動きを停止させた場合に、操作部材１を中立位置へ復帰させる反力Ｒが大きくなるのをドライバーが感じるのを防止できる。また、操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上である場合は戻し反力Ｒｆを大きくしてドライバーの操作を補助することができる。しかも、その後に操作部材１の中立位置復帰方向への操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ未満になることで再び戻し反力Ｒｆを漸増させる時、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上になった時の値よりも小さな値から漸増させるので、操作部材１を中立位置へ復帰させる反力が大きくなるのをドライバーが感じるのを防止できる。この場合、その戻し反力Ｒｆは、その操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｃ以上であった時間が長い程に、その設定値Ｃ未満になった当初の値から大きく減少される。これにより、操作部材１を中立位置へ復帰させる反力Ｒが大きくなるのをドライバーが感じるのをより確実に防止できる。さらに、操作部材１の中立位置からの操作量が設定値Ａ未満である場合や、車速Ｖが設定値Ｖａ以上である場合、その戻し反力Ｒｆの付加は解除される。よって、操作部材１が中立位置近傍まで復帰した場合や、車速Ｖが大きく走行安定性のために戻し反力Ｒｆを大きくする必要がない場合に、不必要な制御が不要になる。

さらに、車両が停車状態と走行状態との間で状態移行した時に、その状態移行直前の操作用アクチュエータ１９の発生反力Ｒｏｌｄと、状態移行直後に、その状態移行後における操作用アクチュエータ１９の発生反力として演算した値Ｒｍとの偏差が設定値δｆを超える場合、その状態移行後における反力Ｒは、その状態移行前の反力Ｒｏｌｄから、状態移行直後に状態移行後の状態に対応して演算された操作用アクチュエータ１９が発生すべき反力Ｒｍまで漸次変化する。これにより、その状態移行時における反力Ｒの急変を防止できるので、操作部材１を操作した停車状態から車両を発進させた時の急激な反力増加と、操作部材１を操作した走行状態から停車させた時の急激な反力減少を緩和できる。例えば車庫入れ等の際に、舵角δが大きな状態で次第に車速Ｖを減少させて停車させる時に、急激な反力減少なく操作部材１の操作を円滑に連続して行うことができる。また、操作速度ｄδｈ／ｄｔの大きさが設定値Ｈを超える場合、その反力Ｒの漸次変化を中断し、状態移行直後に状態移行後の状態に対応して演算された操作用アクチュエータ１９が発生すべき反力Ｒｍを作用させることで、操作部材１の操作が軽くなり過ぎるのを防止できる。さらに、車両の加速度ｄＶ／ｄｔが大きい場合は迅速に反力Ｒを大きくして高速走行時における走行安定性を向上することができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では操作部材１と車輪４とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置に本発明を適用したが、図１７の変形例に示すように、操作部材であるステアリングホイールＨが車輪（図示省略）に機械的に連結された操舵装置１０１に本発明を適用してもよい。そのステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転は、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、その出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤ（図示省略）により伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。その入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本変形例では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。そのサンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。また、そのステアリングホイールＨの中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。その操作用アクチュエータ１１９の制御系を上記実施形態と同様に構成することで本発明を適用することができる。

本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明図 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における戻し反力制御の制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における戻し反力制御の制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操作部材の操作速度と非漸増戻し反力の設定値との関係を示す図 本発明の比較例の車両の操舵装置における据え切り反力制御の制御手順を示すフローチャート 本発明の比較例の車両の操舵装置における操作部材の操作角と車輪の転舵量に対応する舵角との偏差の設定値と操作部材の操作速度との関係を示す図 本発明の比較例の車両の操舵装置における操作部材の操作角と車輪の転舵量に対応する舵角との偏差の設定値と反力加算値との関係を示す図 本発明の実施形態の車両の操舵装置における据え切り反力制御の制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における操舵用アクチュエータの電流値と反力加算値との関係を示す図 本発明の実施形態の車両の操舵装置における移行制御の制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両の操舵装置における移行制御の制御手順を示すフローチャート 本発明の変形例の車両の操舵装置の構成説明図

符号の説明

１…操作部材、２…操舵用アクチュエータ、３…ステアリングギヤ、４…車輪、１１…角度センサ、１３…舵角センサ、１４…速度センサ、１９…操作用アクチュエータ、２０…制御装置、１１９…操作用アクチュエータ、１３９…モータ、Ｈ…ステアリングホイール

Claims (2)

1. 操作部材と、
   その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、
   その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
   その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータと、
   その操作部材の操作量を検出するセンサと、
   その車輪の転舵量を検出するセンサと、
   車速を検出するセンサと、
   その操舵用アクチュエータの負荷に対応する負荷対応値を検出するセンサと、
   その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系とを備え、
   その操舵用アクチュエータは、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置であって、
   車速が零であって、その操作部材の操作速度の大きさが操作速度設定値以下の時に、その操舵用アクチュエータの負荷対応値が負荷対応設定値よりも大きい場合は、その負荷対応値が大きい程に操作用アクチュエータの発生反力が大きくされることを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記負荷対応値を検出する前記センサは、前記操舵用アクチュエータの駆動電流を前記負荷対応値として検出する請求項１に記載の車両の操舵装置。

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