JP2017024520A - ステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両においてステアリングの作動を制御するステアリング制御装置において、ドライバにとってより安全にステアリングを駆動できるようにする
【解決手段】ステアリング制御装置において、ステアリング駆動手段は、目標値に従ってステアリングを駆動させる。また、身***置検知手段は、ステアリングの周囲におけるステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かを検知し、ステアリング駆動制限手段は、ステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かに応じてステアリングがドライバに対して与える衝撃を軽減させるようステアリング駆動手段によるステアリングの駆動を制限する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両においてステアリングの作動を制御するステアリング制御装置に関する。

上記のステアリング制御装置として、車両の進行方向に位置する障害物との衝突を避ける際にドライバの操作によらずステアリングを駆動させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６２００４号公報

しかしながら、上記ステアリング制御装置では、ステアリングが急に大きく作動することがあるため、ドライバがステアリングに触れているとドライバに衝撃が加えられる虞があった。

そこで、このような問題点を鑑み、車両においてステアリングの作動を制御するステアリング制御装置において、ドライバにとってより安全にステアリングを駆動できるようにすることを本発明の目的とする。

本発明のステアリング制御装置において、ステアリング駆動手段は、目標値に従ってステアリングを駆動させる。また、身***置検知手段は、ステアリングの周囲におけるステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かを検知し、ステアリング駆動制限手段は、ステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かに応じてステアリングがドライバに対して与える衝撃を軽減させるようステアリング駆動手段によるステアリングの駆動を制限する。

このようなステアリング制御装置によれば、ステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かに応じてステアリングの駆動を制限するので、ステアリングがドライバに対して与える衝撃を軽減することができドライバにとってより安全にステアリングを駆動させることができる。

なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。

第１実施形態の電動ステアリングシステムの全体構成図である。 ＥＰＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態において操舵系メカのモデルを示す構成図である。 第１実施形態において全体の制御系を示すブロック線図である。 第１実施形態の効果の一例を示すグラフである。 第１実施形態においてドライバに対する報知方法の一例を示す画像図である。 第２実施形態において目標追従制御演算部の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の効果の一例を示すグラフである。 目標追従制御演算部に関する変形例（その１）における構成を示すブロック図である。 目標追従制御演算部に関する変形例（その１）の効果の一例を示すグラフである。 目標追従制御演算部に関する変形例（その２）における構成を示すブロック図である。 目標追従制御演算部に関する変形例（その３）における構成を示すブロック図である。 目標追従制御演算部に関する変形例（その３）の効果の一例を示すグラフである。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その１）において操舵系メカのモデルを示す構成図である。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その１）において全体の制御系を示すブロック線図である。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その１）の効果の一例を示すグラフである。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その２）において全体の制御系を示すブロック線図である。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その２）の効果の一例を示すグラフである。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その３）において全体の制御系を示すブロック線図である。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その３）の効果の一例を示すグラフである。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その４）において全体の制御系を示すブロック線図である。 振動抑制制御演算部に関する変形例（その４）の効果の一例を示すグラフである。 変形例における電動ステアリングシステムの全体構成図である。 変形例においてドライバに対する報知方法の一例を示す画像図（その１）である。 変形例においてドライバに対する報知方法の一例を示す画像図（その２）である。 変形例において可変ギア比ステアアクチュエータを備えた構成を示すブロック図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［本実施形態の構成］
＜全体構成＞
本実施形態の電動ステアリングシステム１は、ドライバによるステアリング（ハンドル）２の操作をモータ６によってアシストするアシスト制御、および走行レーンに設定された目標コースに沿った自動操舵をモータ６によって実現する目標追従制御（ここではレーンキープ制御や自動走行時の操舵制御等）を実行するものである。

電動ステアリングシステム１は、図１に示すように、ステアリング２、ステアリングシャフト３、トルクセンサ４、インターミディエイトシャフト５、モータ６、ステアリングギアボックス７、タイロッド８、ナックルアーム９、およびタイヤ１０を備えている。また、電動ステアリングシステム１は、ＥＰＳ（電動パワーステアリング）−ＥＣＵ１５、および進行方向決定部１６を備えている。

また、電動ステアリングシステム１は、図２に示すように、ステアリングホイール把持状態判定部１３と、ブレーキＥＣＵ１８と、報知部１９とを備えている。
ステアリング２は、ステアリングシャフト３の一端に固定され、ステアリングシャフト３の他端にはトルクセンサ４が接続されており、このトルクセンサ４の他端には、インターミディエイトシャフト５が接続されている。なお、以下の説明では、ステアリングシャフト３からトルクセンサ４を経てインターミディエイトシャフト５に至る軸体全体を、まとめて操舵軸ともいう。

トルクセンサ４は、操舵トルクＴｓを検出するためのセンサである。具体的には、ステアリングシャフト３とインターミディエイトシャフト５とを連結するトーションバーを有し、このトーションバーのねじれ角に基づいてそのトーションバーに加えられているトルクを検出する。

モータ６は、アシスト制御に基づくアシストトルクや目標追従制御に基づく自動操舵トルクを発生させるためのものであり、減速機構６ａを介してその回転がインターミディエイトシャフト５に伝達される。すなわち、減速機構６ａは、モータ６の回転軸の先端に設けられたウォームギアと、このウォームギアと噛み合った状態でインターミディエイトシャフト５に同軸状に設けられたウォームホイールとにより構成されている。

この構成により、モータ６の回転がインターミディエイトシャフト５に伝達される。逆に、ステアリング２の操作や路面からの反力（路面反力）によってインターミディエイトシャフト５が回転すると、その回転が減速機構６ａを介してモータ６に伝達され、モータ６も回転することになる。

また、モータ６は、例えばブラシレスモータからなり、内部にレゾルバ等の回転センサを備えている。回転センサは、少なくともモータ回転角θ、モータ回転角速度ω、モータ回転角加速度αを含むモータ状態を出力する。ただし、モータ状態の代わりに、これらモータ回転角θ、モータ回転角速度ω、モータ回転角加速度αに減速機構６ａのギア比を乗じることで求められる操舵角、操舵角速度、操舵角加速度を用いてもよい。同様に、基準方向（例えば自車両の正面方向）に対するタイヤにおける舵角を示すタイヤ転舵角、タイヤ転舵角の変化速度や変化角速度であるタイヤ転舵角速度、タイヤ転舵角加速度を用いてもよい。

インターミディエイトシャフト５における、トルクセンサ４が接続された一端とは反対側の他端は、ステアリングギアボックス７に接続されている。ステアリングギアボックス７は、ラックとピニオンギアからなるギア機構にて構成されており、インターミディエイトシャフト５の他端に設けられたピニオンギアに、ラックの歯が噛み合っている。そのため、ドライバがステアリング２を回すと、インターミディエイトシャフト５が回転（すなわちピニオンギアが回転）し、これによりラックが左右に移動する。ラックの両端にはそれぞれタイロッド８が取り付けられており、ラックとともにタイロッド８が左右の往復運動を行う。これにより、タイロッド８がその先のナックルアーム９を引っ張ったり押したりすることで、操舵輪である各タイヤ１０の向きが変わる。

また、車両における所定の部位には、車速Ｖを検出するための車速センサ１１が設けられている。以下では、ステアリング２から各タイヤ１０に至る、ステアリング２の操舵力が伝達される機構全体を総称して、操舵系メカ１００ともいう。

このような構成を有する操舵系メカ１００では、ドライバの操舵によりステアリング２が回転すると、その回転がステアリングシャフト３、トルクセンサ４、およびインターミディエイトシャフト５を介してステアリングギアボックス７に伝達される。そして、ステアリングギアボックス７内で、インターミディエイトシャフト５の回転がタイロッド８の左右移動に変換され、タイロッド８が動くことによって、左右の両タイヤ１０が操舵される。

ここで、ステアリングホイール把持状態判定部１３は、ステアリング２の周囲におけるステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かを検知する。特に、本実施形態の構成では、ステアリングホイール把持状態判定部１３は、ドライバの身体の位置、特にステアリング２に装着された圧力センサを用いてドライバがステアリング２を握っているか否かを判定するものとする。そして、ステアリングホイール把持状態判定部１３は、ドライバがステアリング２を握っているときに、ステアリング２の周囲におけるドライバの身体の位置を検知したものとする。

なお、ステアリングホイール把持状態判定部１３は、ステアリング２の周囲におけるドライバの身体の位置を検知できればどのような構成でもよく、例えば、カメラや赤外線センサ等の検出手段を用いてドライバがステアリング２に触れているか、ステアリング２の内側に手を挿入しているか等を検知してもよいし、トルクセンサを用いてドライバがステアリングに入力する力を検知すること等で把持状態を推定してもよい。

進行方向決定部１６は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、図示しない車載カメラによって撮像された車両前方の画像から、走行レーンや走行レーンにおける自車両の位置を検出し、その検出結果に基づいて目標コースを設定する。さらに、車速や舵角の検出値等に基づいて、目標コースに沿って走行するための制御量を設定する。

特に本実施形態では、目標コースに沿って走行するための制御量として、操舵角（或いはモータ回転角）の目標値である目標角度θ^＊を設定し、この目標角度θ^＊をＥＰＳ−ＥＣＵ１５に出力する。なお、このような目標角度θ^＊を設定する処理は、レーンキープ制御において周知のものであるため、ここでは説明を省略する。

ＥＰＳ−ＥＣＵ１５は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作する。そして、進行方向決定部１６で求められた目標角度θ^＊、トルクセンサ４にて検出された操舵トルクＴｓ、モータ６からのモータ回転角θ，モータ回転角速度ω、モータ回転角加速度α、および車速センサ１１にて検出された車速Ｖに基づいて、最終指令ＤＣを演算する。

最終指令ＤＣは、アシストトルクを発生させるための電流指令値であるアシスト指令ＡＣ、自動操舵トルクを発生させるための電流指令値である追従指令ＴＣ、振動を抑制するための電流指令値である補正指令ＣＣを足し合わせたものである。本実施形態においては、補正指令ＣＣに、ステアリング２が駆動したときにドライバに対して与える衝撃を軽減させるために、ステアリング２の駆動を制限するための成分を含む。そして、その最終指令ＤＣに応じた駆動電圧Ｖｄをモータ６へ印加することにより、アシストトルク、および自動操舵トルクを発生させる。

つまり、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５は、駆動電圧Ｖｄによってモータ６を制御することによって操舵特性を制御し、ひいてはモータ６により駆動される操舵系メカ１００を制御することになる。

ブレーキＥＣＵ１８は、自車両のブレーキを制御する周知の電子制御装置としての機能を備える。また、ブレーキＥＣＵ１８は、ステアリング２の駆動を制限される操舵力を目標追従制御演算部３０以外の駆動部であるブレーキアクチュエータ（図示省略）を用いて補完する。

すなわち、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５において目標コースに沿って走行するための制御量を演算するが、ドライバに対して与える衝撃を軽減させるために、この制御量よりも小さな制御量を出力する場合、操舵力が不足し、目標コースに沿って走行できない事態が生じる虞がある。このため、ブレーキＥＣＵ１８は、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５が制御量を制限する際に、制限された制御量を入力し、例えば、一部の車輪のみにブレーキを働かせることによって操舵力の不足分を補うよう制御する。ブレーキＥＣＵ１８によって、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５が制御量を制限する際にも、操舵力が不足することを抑制できるようにしている。

＜ＥＰＳ−ＥＣＵ＞
ＥＰＳ−ＥＣＵ１５は、図２に示すように、アシスト制御演算部２０、目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、加算器５０、減算器５５、モータ駆動回路６０を備えている。アシスト制御演算部２０は、アシスト指令ＡＣを生成する。

目標追従制御演算部３０は、追従指令ＴＣを生成する。振動抑制制御演算部４０は、補正指令ＣＣを生成する。
減算器５５は、追従指令ＴＣから補正指令ＣＣを減算した補正後の追従指令ＴＣを生成する。加算器５０は、アシスト指令ＡＣと補正後の追従指令ＴＣを加算することによりモータを駆動するための電流指令値となる駆動指令ＤＣを生成する。

モータ駆動回路６０は、駆動指令ＤＣに基づいてモータ６へ駆動電圧Ｖｄ（図示しないが３相モータであれば３相分印加する）を印加することによりモータ６を通電駆動する。なお、アシスト制御演算部２０、目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、加算器５０、減算器５５の機能は、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５が備える図示しないＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することによって実現されてもよい。

この場合、目標追従制御（レーンキープ制御）に必要な応答性を確保するために、上記制御プログラムを任意の周期で実行する。この際の周期は、例えば数百ｕｓ〜数百ｍｓのいずれかで、目標追従制御を実行する上で問題なければ何でもよい。

ＥＰＳ−ＥＣＵ１５は、この周期で駆動指令ＤＣを更新するように構成されている。ただし、これら各部がソフトウェアにて実現されることはあくまでも一例であり、これらの少なくとも一部を、例えばロジック回路等のハードウェアによって実現してもよい。

<<モータ駆動回路>>
モータ駆動回路６０は、駆動指令ＤＣに基づき、駆動指令ＤＣに対応したトルク（アシストトルクおよび自動操舵トルク）が操舵軸に付与されるようにモータ６へ駆動電圧Ｖｄを印加する。具体的には、駆動指令ＤＣを目標電流とし、モータ６に流れる通電電流Ｉｍが目標電流と一致するように駆動電圧Ｖｄをフィードバック制御することで、操舵軸に対して所望のトルクを発生させる。なお、このようなモータ駆動回路６０は公知の技術（例えば、特開２０１３−５２７９３号公報参照）であるため、その詳細についての説明は省略する。

<<アシスト制御演算部>>
アシスト制御演算部２０は、操舵トルクＴｓ、モータ回転角速度ω、車速Ｖに基づき、アシスト指令ＡＣを生成する。アシスト指令ＡＣは、路面反力（路面負荷）に応じた伝達感や、操舵状態に応じたフィール等が実現されるようにステアリング２の操作をアシストするためのトルクである。

具体的には、例えば、操舵トルクＴｓおよび車速Ｖに基づき路面反力に応じた伝達感を得るための基本アシスト量を演算し、操舵トルクＴｓおよびモータ回転角速度ωに応じて操舵状態に応じたアシスト補償量を演算し、そのアシスト補償量に、車速Ｖに応じたゲインを乗じたものを基本アシスト量に加算することでアシスト指令ＡＣを生成する。ただし、アシスト指令ＡＣの演算方法は、これに限るものではなく、公知の任意の手法を使用することが可能である。

<<目標追従制御演算部>>
目標追従制御演算部３０は、目標角度θ^＊、操舵角（或いはモータ回転角）（以下「実角度」ともいう）θに基づき、追従指令ＴＣを生成する。追従指令ＴＣとは、実角度θを目標角度θ^＊に追従させるのに必要な自動操舵トルクを発生させるための電流指令値を表す。

具体的には、目標追従制御演算部３０は、例えば、目標角度θ^＊に対する実角度θの偏差Δθ（＝θ^＊−θ）を求め、この偏差ΔθにＰＩＤゲインを付与することで制御特性を決定づける。そして、制御特性に応じた追従指令ＴＣを出力する。

なお、追従指令ＴＣの値における、目標追従制御の応答性は、ＰＩＤゲインが大きいほど向上し、ゲインが小さいほど低下するよう設定される。
<<振動抑制制御演算部>>
振動抑制制御演算部４０は、制御対象１００のステアメカ共振によるステアリング振動を抑制するための制御量を演算し、補正指令ＣＣとして出力する。詳細には、図３に示すような操舵系メカのモデルから運動方程式を求め、この運動方程式に基づいてダンピング量を設定する。

この際の運動方程式は、下記のように示される。

運動方程式に基づく伝達関数は下記のように示される。

ここでダンピング制御量をＤとすると、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５の全体の制御系を、図４に示すブロック線図で示すことができる。
よって、この制御系における入出力の関係は、以下のように表現することができる。

すなわち、図４においてフィードバックされる項（（Ｋ_１ ^２−Ａ）Ｄ／Ａ）の値を適切に設定することによって、ステアリング２の振動を抑制できることになる。そして、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときには、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときと比較して、上記［数３］にて示されるθ_２／Ｔｒの値が小さくなるよう設定する。この構成によって、ステアリング２が急峻に作動することを抑制する抑制制御を実現する。

例えば、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知しているときに、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときと比較して、Ｄの値を大きく設定する。このようにすると、例えば、図５に示すように、抑制制御を行う場合（破線）には、抑制制御を行わない場合（実線）と比較して、操舵角（ステアリング２の角度）の変位が小さくなり、ステアリング２の急峻に作動が抑制されていることが分かる。

＜報知態様＞
ＥＰＳ−ＥＣＵ１５にてステアリング２の駆動を抑制する抑制制御が実施される際には、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５は、報知部１９に抑制制御の内容を示す指令が送る。そして、報知部１９は、この指令を受けて、ドライバに抑制制御の内容を報知する。

例えば、ステアリング２の回転を抑制する抑制制御の際には、警報音を発するとともに、図６（Ａ）に示すような画像を例えばメータ周辺に表示させる。また、抑制制御の際にブレーキＥＣＵ１８を作動させる場合には、例えば図６（Ｂ）に示すように、ブレーキを作動させる車輪を示す画像を表示させる。

［本実施形態による効果］
上記の電動ステアリングシステム１において、目標追従制御演算部３０は、目標値に従ってステアリング２を駆動させる。また、ステアリングホイール把持状態判定部１３は、ステアリング２の周囲におけるドライバの身体の位置を検知し、目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、調停部１７は、ドライバの身体の位置に応じてステアリング２がドライバに対して与える衝撃を軽減させるよう目標追従制御演算部３０によるステアリング２の駆動を制限する。

このような電動ステアリングシステム１によれば、ドライバの身体の位置に応じてステアリング２の駆動を制限するので、ステアリング２がドライバに対して与える衝撃を軽減することができドライバにとってより安全にステアリング２を駆動させることができる。

また、上記の電動ステアリングシステム１において、ブレーキＥＣＵ１８は、ステアリング２の駆動を制限される操舵力を目標追従制御演算部３０以外の駆動部を用いて補完する。

このような電動ステアリングシステム１によれば、ブレーキＥＣＵ１８が目標追従制御演算部３０以外の駆動部を作動させることによって制限される操舵力を補完するので、目標追従制御演算部３０の作動を制限する際であっても車両の挙動を良好に制御することができる。

また、上記の電動ステアリングシステム１において、目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、調停部１７は、ステアリング２の駆動を制限する際に、目標追従制御演算部３０による出力に対して出力抑制するダンピングトルクを付与することによって目標追従制御演算部３０によるステアリング２の駆動を制限する。

このような電動ステアリングシステム１によれば、ダンピングトルクを別途付与する構成とするので、目標追従制御演算部３０の構成を変更することなくドライバに対する衝撃を軽減させることができる。

また、上記の電動ステアリングシステム１において、ステアリングホイール把持状態判定部１３は、ステアリング２の周囲におけるドライバの身体の位置として、ドライバによるステアリング２の把持状態を認識する。

このような電動ステアリングシステム１によれば、ドライバによるステアリング２の把持状態に応じてステアリング２の駆動を制限することができる。例えば、ドライバがステアリング２を把持しているときにステアリング２の駆動を制限し、ドライバがステアリング２を把持していないときにステアリング２の駆動を制限しないようにすることができる。

また、上記の電動ステアリングシステム１において、報知部１９は、目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、調停部１７の作動状態をドライバに報知する。
このような電動ステアリングシステム１によれば、目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、調停部１７の作動状態をドライバに報知するドライバが理解し、ドライバが操作等に移行しやすくすることができる。

また、上記の電動ステアリングシステム１において、目標追従制御演算部３０は、ステアリング２に関する測定値（操舵角θ）を目標値（目標角度θ^＊）に近づけることによってステアリング２を駆動させ、振動抑制制御演算部４０は、ステアリング２の駆動を制限する際に、測定値が目標値に近づくことを抑制する。

このような電動ステアリングシステム１によれば、ステアリング２に関する測定値が目標値に近づくことを抑制するので、ステアリング２の回転速度を抑制することができる。よって、ドライバにとってより安全にステアリング２を駆動させることができる。

［第２実施形態］
［第２実施形態の構成］
次に、別形態の電動ステアリングシステムについて説明する。本実施形態（第２実施形態）では、第１実施形態の電動ステアリングシステム１と異なる箇所のみを詳述し、第１実施形態の電動ステアリングシステム１と同様の箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態の電動ステアリングシステム１では、振動抑制制御演算部４０から出力される補正指令ＣＣを用いてステアリング２の駆動を制限したが、本実施形態の電動ステアリングシステムでは、目標追従制御演算部３０から出力される追従指令ＴＣを用いてステアリング２の駆動を制限する。詳細には、目標追従制御演算部３０は、例えば図７に示す目標追従制御演算部３０Ａとして構成される。

目標追従制御演算部３０Ａは、図７に示すように、制限器３１Ａと、減算部３２Ａと、ＰＩＤ制御器３３Ａとを備えている。制限器３１Ａは、目標角度θ^＊に対する制限を行うフィルタとしての機能を備える。制限器３１Ａは、例えば、目標角度θ^＊の上限値を制限したり、目標角度θ^＊の変化率（変化速度や変化加速度等）を制限したりする。

減算部３２Ａは、制限器３１Ａによる出力と実際の操舵角θとの差を出力する。ＰＩＤ制御器３３Ａは、前述のＰＩＤゲインを生成するための構成である。つまり、ＰＩＤ制御器３３Ａは、減算部３２Ａからの出力を小さくするためのゲインを生成し、追従指令ＴＣとして出力する。

なお、制限器３１Ａは、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときのみに利用される。例えば、制限器３１Ａは、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときに有効となり、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときには無効になるよう設定される。

或いは、前述の目標追従制御演算部３０と本実施形態の目標追従制御演算部３０Ａとの両方を備えておいてもよい。この場合、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときに本変形例の目標追従制御演算部３０Ａからの出力を採用し、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときに前述の目標追従制御演算部３０からの出力を採用すればよい。

［第２実施形態による効果］
第２実施形態の電動ステアリングシステムにおいて、目標追従制御演算部３０は、ステアリング２の駆動を制限する際に、目標値の設定範囲、或いは目標値が変更される際の変化速度または変化加速度を制限することによって測定値が目標値に近づくことを抑制する。

このような電動ステアリングシステムによれば、目標値の設定範囲や目標値が変更される際の変化速度または変化加速度を制限するので、ドライバに対して与える衝撃を軽減可能な位置までだけステアリング２の駆動を許容するよう設定することができる。

例えば、制限器３１Ａが目標角度θ^＊の変化速度を制限する場合（ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているとき）には、図８（Ａ）の破線にて示すように、制限器３１Ａを備えない構成（図８（Ａ）の実線）と比較して、操舵角θの変化速度が緩やかになることが分かる。この構成では、ステアリング２は目標値まで変位するが、その変化速度が抑制されるため、ドライバの身体に与える衝撃が抑制することができる。

また、制限器３１Ａが目標角度θ^＊の上限値を制限する場合には、図８（Ｂ）の破線にて示すように、制限器３１Ａを備えない構成（図８（Ｂ）の実線）と比較して、ステアリング２の変位そのものが抑制されることが分かる。この構成では、ステアリング２が変位する際の変化速度は抑制しないが、ドライバの身体の位置を予め検知しておき、目標角度θ^＊の上限値をステアリング２がドライバに触れない程度の位置に設定すれば、ドライバの身体に与える衝撃が抑制することができる。

［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

上述した電動ステアリングシステムの他、当該電動ステアリングシステムの構成要素となる装置、当該電動ステアリングシステムとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、電動ステアリング制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

［目標追従制御演算部３０にてステアリング２の作動を制限する変形例］
目標追従制御演算部３０にてステアリング２の作動を制限する際には、目標追従制御演算部３０として、例えば、図９に示す目標追従制御演算部３０Ｂを備えていてもよい。目標追従制御演算部３０Ｂは、図９に示すように、制限器３１Ｂと、減算部３２Ｂと、ＰＩＤ制御器３３Ｂとを備えている。

減算部３２Ｂは、目標角度θ^＊と操舵角θとの差を出力する。制限器３１Ｂは、減算部３２Ｂによる出力に対して、上限値や変化率を制限する。なお、制限器３１Ｂは、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときのみに利用される。

すなわち、この電動ステアリングシステムにおいて、目標追従制御演算部３０Ｂは、ステアリング２の駆動を制限する際に、目標値と実測値との偏差の大きさ、或いは偏差が変更される際の速度または加速度をより小さな値に変更することによって測定値が目標値に近づくことを抑制する。

このような電動ステアリングシステムによれば、偏差の大きさ、或いは偏差が変更される際の速度または加速度をより小さな値に変更するので、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。例えば、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）の破線にて示すように、制限器３１Ｂを備えない構成（図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）の実線）と比較して、操舵角θの変化速度が緩やかになることが分かる。

また、例えば、目標追従制御演算部３０として、例えば、図１１に示す目標追従制御演算部３０Ｃを備えていてもよい。目標追従制御演算部３０Ｃは、図１１に示すように、減算部３２Ｃと、ＰＩＤ制御器３３Ｃとを備えている。制限器については備えられていない。

ＰＩＤ制御器３３Ｃは、減算部３２Ｃからの出力に対して、ＰＩＤゲインを付与するが、ステアリングホイール把持状態判定部１３からの出力に応じてＰＩＤゲインを変更できるよう設定されている。具体的には、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときには、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときよりも、ＰＩＤゲインが小さくなるよう設定される。

つまり、上記の電動ステアリングシステムにおいて、目標追従制御演算部３０は、ステアリング２の駆動を制限する際に、測定値を目標値に近づける際の応答性を低下させる。
このような電動ステアリングシステムによれば、測定値を目標値に近づける際の応答性を低下させるので、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。

また、例えば、目標追従制御演算部３０として、例えば、図１２に示す目標追従制御演算部３０Ｄを備えていてもよい。目標追従制御演算部３０Ｄは、図１２に示すように、制限器３１Ｄと、減算部３２Ｄと、ＰＩＤ制御器３３Ｄとを備えている。

減算部３２Ｄは、目標角度θ^＊と操舵角θとの差を出力する。ＰＩＤ制御器３３Ｄは、減算部３２Ｄによる出力に対してＰＩＤゲインを付与し、制限器３１Ｄは、ＰＩＤ制御器３３Ｄからの出力に対して、上限値や変化率を制限する。なお、制限器３１Ｄは、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときのみに利用される。

このような電動ステアリングシステムにおいては、目標追従制御演算部３０は、ステアリング２の駆動を制限する際に、ステアリング２を制御する際の制御量を制限することによって測定値が目標値に近づくことを抑制する。

このような電動ステアリングシステムによれば、ステアリング２を制御する際の制御量を制限するので、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。このような電動ステアリングシステムによれば、例えば、図１３の破線にて示すように、制限器３１Ｄを備えない構成（図１３の実線）と比較して、操舵角θの変化速度が緩やかになることが分かる。

［振動抑制制御演算部４０にてステアリング２の作動を制限する変形例］
上記第１実施形態では、振動抑制制御演算部４０にて操舵トルクＴｓを用いたダンピングを実現したが、モータ回転角速度ωを用いてダンピングを実現してもよい。モータ回転角速度ωを用いてダンピングを実現するには、例えば図１４に示すような操舵系メカのモデルから運動方程式を求め、この運動方程式に基づいてダンピング量Ｄを設定する。

この際の運動方程式は、下記のように示される。

運動方程式に基づく伝達関数は下記のように示される。

ここでダンピング制御量をＤとすると、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５の全体の制御系を、図１５に示すブロック線図で示すことができる。
よって、この制御系における入出力の関係は、以下のように表現することができる。

上記式において、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときには、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときよりも、ダンピング量Ｄが大きくなるように設定すれば、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。このようにすると、例えば、図１６に示すように、抑制制御を行う場合（破線）には、抑制制御を行わない場合（実線）と比較して、操舵角の変位が小さくなり、ステアリング２の急峻に作動が抑制されていることが分かる。

また、操舵トルクＴｓの時間変化率を用いてダンピングを実現してもよい。操舵トルクＴｓの時間変化率を用いてダンピングを実現するには、例えば図３に示すような操舵系メカのモデルから［数１］と同様の運動方程式を求め、この運動方程式に基づいてダンピング量Ｄを設定する。

運動方程式に基づく伝達関数は下記のように示される。

ここでダンピング制御量をＤとすると、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５の全体の制御系を、図１７に示すブロック線図で示すことができる。
よって、この制御系における入出力の関係は、以下のように表現することができる。

上記式において、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときには、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときよりも、ダンピング量Ｄが大きくなるように設定すれば、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。このようにすると、例えば、図１８に示すように、抑制制御を行う場合（破線）には、抑制制御を行わない場合（実線）と比較して、操舵角の変化速度が小さくなり、ステアリング２の急峻に作動が抑制されていることが分かる。

また、路面とタイヤとの間で生じる負荷である路面負荷Ｔｉを用いてダンピングを実現してもよい。路面負荷Ｔｉを用いてダンピングを実現するには、例えば図３に示すような操舵系メカのモデルから［数１］と同様の運動方程式を求め、この運動方程式に基づいてダンピング量Ｄを設定する。

運動方程式に基づく伝達関数は下記のように示される。

ここでダンピング制御量をＤとすると、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５の全体の制御系を、図１９に示すブロック線図で示すことができる。
よって、この制御系における入出力の関係は、以下のように表現することができる。

上記式において、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときには、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときよりも、ダンピング量Ｄが大きくなるように設定すれば、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。このようにすると、例えば、図２０に示すように、抑制制御を行う場合（破線）には、抑制制御を行わない場合（実線）と比較して、操舵角の変位や変化速度が小さくなり、ステアリング２の急峻に作動が抑制されていることが分かる。

また、路面負荷Ｔｉの変化率を用いてダンピングを実現してもよい。路面負荷Ｔｉの変化率を用いてダンピングを実現するには、例えば図３に示すような操舵系メカのモデルから［数１］と同様の運動方程式を求め、この運動方程式に基づいてダンピング量Ｄを設定する。

運動方程式に基づく伝達関数は下記のように示される。

ここでダンピング制御量をＤとすると、ＥＰＳ−ＥＣＵ１５の全体の制御系を、図２１に示すブロック線図で示すことができる。
よって、この制御系における入出力の関係は、以下のように表現することができる。

上記式において、ステアリングホイール把持状態判定部１３がステアリング２の周囲にてドライバの身体を検知しているときには、ステアリングホイール把持状態判定部１３がドライバの身体を検知していないときよりも、ダンピング量Ｄが大きくなるように設定すれば、ステアリング２が急峻に駆動されることを抑制することができ、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。このようにすると、例えば、図２２に示すように、抑制制御を行う場合（破線）には、抑制制御を行わない場合（実線）と比較して、操舵角の変位や変化速度が小さくなり、ステアリング２の急峻に作動が抑制されていることが分かる。

［フェールセーフに対応する変形例］
電動ステアリングシステムにおいては、図２３に示すように、調停部１７を備えていてもよい。調停部１７は、例えば進行方向決定部１６からＥＰＳ−ＥＣＵ１５までの経路上に配置される。調停部１７は、ステアリングホイール把持状態判定部１３の異常を検知し、異常が検知された際に、ステアリング２の駆動を制限する。調停部１７は、例えば、ステアリングホイール把持状態判定部１３からの信号が変化しない場合や、信号が検知されない場合にステアリングホイール把持状態判定部１３に異常があると判断する。そして、調停部１７は、この場合、目標角度θ^＊の上限値や変化率を制限する。

このような電動ステアリングシステムによれば、ステアリングホイール把持状態判定部１３の異常時に、ステアリング２を安全に駆動させることができる。
［報知方法に関する変形例］
電動ステアリングシステムにおいては、ステアリングホイール把持状態判定部１３の検知状態やステアリング２の作動の制限状態に応じて種々の報知を行うとよい。例えば、図２４（Ａ）および図２４（Ｂ）に示すように、ステアリング２が把持されている際に、その強さの程度を画像によって報知してもよい。

また、ステアリング２が把持されていないときには、図２５（Ａ）に示すように、その旨を画像によって報知し、ステアリング２を把持するよう促してもよい。また、ステアリングホイール把持状態判定部１３の異常が検知された場合には、図２５（Ｂ）に示すように、センサ（ステアリングホイール把持状態判定部１３）の故障を画像により報知してもよい。

これらの画像においては、ステアリング２と身体の一部（例えば、掌や腕等）との位置関係をステアリングホイール把持状態判定部１３によって検知された位置関係に対応して表示させてもよい。このようにすれば、ドライバに実際の操作とセンサによる検知結果とが一致しているか否かを認識させることができる。

［可変ギア比ステアアクチュエータを用いる場合の変形例］
上記の電動ステアリングシステムにおいて、減速機構６ａは例えば車両の速度等の車両状態に応じて可変に構成されていてもよい。つまり、電動ステアリングシステムは、可変ギア比ステアアクチュエータを備えて構成されていてもよい。この場合においては、目標追従制御演算部３０や振動抑制制御演算部４０は、ステアリング２の駆動を制限する際に、可変ギア比ステアアクチュエータにステアリング駆動速度がより遅くなるように目標ギア比を指令してもよい。

詳細には、例えば、図２６に示すように構成するとよい。すなわち、電動ステアリングシステムは、上記実施形態の構成加えて、ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering：ギア比可変ステアリング）８０と、ＶＧＲＳ−ＥＣＵ７０と、を備えている。

ＶＧＲＳ−ＥＣＵ７０は、自車両の車速Ｖや目標進行方向θ^＊に応じて操舵量に対するタイヤ転舵角の変化量（つまりギア比）を任意に設定し、この設定内容を指令値としてＶＧＲＳ８０に出力する。より具体的には、図２６に示すように、ＶＧＲＳ−ＥＣＵ７０は、ＥＰＳ−ＣＰＵ１５と同様に、ＣＰＵやメモリ（何れも図示省略）を備えており、ＣＰＵが実行する処理として、目標相対角演算部７１、ステアリングホイール回転抑制演算部７２、加算部７３、モータ駆動回路７４としての機能を備えている。

目標相対角演算部７１の機能では、車速Ｖや目標進行方向θ^＊に基づいてステアリングホイールとピニオン角の相対角の目標値を算出する。ステアリングホイール回転抑制演算部７２の機能では、ＥＰＳ−ＣＰＵ１５と同様に、ステアリングホイールの回転を抑制するための制御量（ギア比）を演算する。

加算部７３の機能では、目標相対角演算部７１の出力とステアリングホイール回転抑制演算部７２の出力とを加算してモータ駆動回路７４に送る。モータ駆動回路７４は、入力に応じてギア比の設定の指令値を生成してＶＧＲＳ８０に出力する。モータ駆動回路７４からの出力は、ステアリングホイールの回転を抑制しつつ、目標相対角を実現するようにＶＧＲＳ８０内のモータ（図示省略）を駆動させるものとなる。

ＶＧＲＳ８０は、ギア比の設定の指令値を受けて内部のモータを駆動し、ギア比を設定する。
このような電動ステアリングシステムによれば、可変ギア比ステアアクチュエータにおいてステアリング駆動速度がより遅くなるように目標ギア比を指令するので、ドライバに対する衝撃を軽減させることができる。

［その他の変形例］
上記実施形態においては、ステアリング２の駆動が制限された際に補完するための手段としてブレーキアクチュエータが挙げたが、ブレーキアクチュエータに限らず、例えば、後輪操舵機能（ＤＲＳ：Dynamic Rear Steering）や、エンジン制御、或いはモータ制御等を行うアクチュエータとしてもよい。

このようにしても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。
［実施形態の構成と本発明の手段との対応関係］
上記実施形態における電動ステアリングシステム１は、本発明でいうステアリング制御装置に相当し、上記実施形態におけるステアリングホイール把持状態判定部１３は、本発明でいう身***置検知手段に相当する。また、上記実施形態における目標追従制御演算部３０は、本発明でいうステアリング駆動手段に相当し、上記実施形態における目標追従制御演算部３０、振動抑制制御演算部４０、調停部１７は、本発明でいうステアリング駆動制限手段および異常検知手段に相当する。

さらに、上記実施形態におけるブレーキＥＣＵ１８は、本発明でいう補完手段に相当し、上記実施形態における報知部１９は、本発明でいう報知手段に相当する。

１…電動ステアリングシステム、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、４…トルクセンサ、５…インターミディエイトシャフト、６…モータ、６ａ…減速機構、７…ステアリングギアボックス、８…タイロッド、９…ナックルアーム、１０…タイヤ、１０…両タイヤ、１１…車速センサ、１３…ステアリングホイール把持状態判定部、１５…ＥＰＳ−ＥＣＵ、１６…進行方向決定部、１７…調停部、１８…ブレーキＥＣＵ、１９…報知部、２０…アシスト制御演算部、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…目標追従制御演算部、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｄ…制限器、３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ…減算部、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ…ＰＩＤ制御器、４０…振動抑制制御演算部、５０…加算器、５５…減算器、６０…モータ駆動回路、１００…操舵系メカ。

Claims (13)

1. 車両においてステアリングの駆動を制御するステアリング制御装置であって、
   目標値に従って前記ステアリングを駆動させるステアリング駆動手段（３０）と、
   前記ステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かを判定する衝撃可能性判定手段と、
   前記ステアリングがドライバに対して衝撃を与えうるか否かに応じて前記ステアリングが前記ドライバに対して与える衝撃を軽減させるよう前記ステアリング駆動手段によるステアリングの駆動を制限するステアリング駆動制限手段（３０、４０、１７）と、
   を備えたことを特徴とするステアリング制御装置。
2. 請求項１に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリングの駆動を制限される操舵力を前記ステアリング駆動手段以外の駆動部を用いて補完する補完手段（１８）、を備えたこと
   を特徴とするステアリング制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動手段は、前記ステアリングに関する測定値を前記目標値に近づけることによって前記ステアリングを駆動させ、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、前記測定値が前記目標値に近づくことを抑制すること
   を特徴とするステアリング制御装置。
4. 請求項３に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、前記目標値の設定範囲、或いは前記目標値が変更される際の変化速度または変化加速度を制限することによって前記測定値が前記目標値に近づくことを抑制すること
   を特徴とするステアリング制御装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、前記偏差の大きさ、或いは前記偏差が変更される際の速度または加速度をより小さな値に変更することによって前記測定値が前記目標値に近づくことを抑制すること
   を特徴とするステアリング制御装置。
6. 請求項３〜請求項５の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、前記測定値を前記目標値に近づける際の応答性を低下させること
   を特徴とするステアリング制御装置。
7. 請求項３〜請求項６の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動手段は、前記測定値を前記目標値に近づけるための制御量を設定し、該制御量に基づいて前記ステアリングを駆動させ、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、前記制御量を制限することによって前記測定値が前記目標値に近づくことを抑制すること
   を特徴とするステアリング制御装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、前記ステアリング駆動手段による出力に対して該出力抑制するダンピングトルクを付与することによって前記ステアリング駆動手段によるステアリングの駆動を制限すること
   を特徴とするステアリング制御装置。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
   前記ステアリング駆動制限手段は、前記ステアリングの駆動を制限する際に、可変ギア比ステアアクチュエータにステアリング駆動速度がより遅くなるように目標ギア比を指令すること
   を特徴とするステアリング制御装置。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
    前記衝撃可能性判定手段は、前記ステアリングの周囲におけるドライバの身体の位置を検知する身***置検知手段（１３）を備えたこと
    を特徴とするステアリング制御装置。
11. 請求項１０に記載のステアリング制御装置において、
    前記身***置検知手段は、前記ステアリングの周囲におけるドライバの身体の位置として、ドライバによるステアリングの把持状態を認識するステアリング把持状態検知手段を備えたこと
    を特徴とするステアリング制御装置。
12. 請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
    前記ステアリング駆動制限手段の作動状態をドライバに報知する報知手段（１９）、を備えたこと
    を特徴とするステアリング制御装置。
13. 請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載のステアリング制御装置において、
    前記衝撃可能性判定手段の異常を検知する異常検知手段（３０、４０、１７）、を備え、
    前記ステアリング駆動制限手段は、前記衝撃可能性判定手段の異常が検知された際に、前記ステアリングの駆動を制限すること
    を特徴とするステアリング制御装置。