JP2017024683A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な方法により、自動運転が行われている際に、操舵部材の回転によって予期せぬ事態が発生するのを抑制できる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】この車両用操舵装置では、操向のために操作されるステアリングホイール（操舵部材）と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される。車両用操舵装置は、ステアリングホイールに反力を与えるための反力モータ１９と、反力モータ１９を制御する反力モータ制御部７０とを含む。反力モータ制御部７０は、自動運転が行われているときには、反力モータ１９に流れる電流を所定値以下に制限するトルクリミッタ７７を含む。【選択図】図５

Description

この発明は、操向のために操作される操舵部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置に関する。

操舵部材としてのステアリングホイールと舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作に応じて制御される転舵モータの駆動力を舵取り機構に伝達するようにしたステア・バイ・ワイヤシステムが提案されている。
また、「車庫入れ」、「縦列駐車」等の駐車時に、運転者がステアリンクグホイールを操舵することなく、車両を目標駐車位置へ自動的に駐車させる駐車支援装置（パーキングアシスト装置）が提案されている。

ステア・バイ・ワイヤシステムが搭載された車両において、駐車支援装置によって駐車支援（自動転舵）が行われている際に、自動転舵に同期してステアリングホイールが回転すると、運転者の衣類がステアリングホイールに巻きついたり、ステアリングホイールが運転者の手に衝突したりする等の予期せぬ事態が発生するおそれがある。そこで、ステア・バイ・ワイヤシステムが搭載された車両において、駐車支援装置によって駐車支援が行われている際に、ステアリングホイールを中立位置に保持させるようにした駐車支援システムが提案されている（特許文献１参照）。

特開2012-40977号公報

この発明の目的は、新規な方法により、自動運転が行われている際に、操舵部材の回転によって予期せぬ事態が発生するのを抑制できる車両用操舵装置を提供することである。

この発明による第１の車両用操舵装置は、操向のために操作される操舵部材（２）と舵取り機構（６）とが機械的に結合されておらず、転舵モータ（３）によって前記舵取り機構が駆動される車両用操舵装置（１）であって、前記操舵部材に反力を与えるための反力モータ（１９）と、前記反力モータを制御する反力モータ制御手段（７０）とを含み、前記反力モータ制御手段は、自動運転が行われているときには、前記反力モータに流れる電流を所定値以下に制限する電流制限手段（７７）を含む。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、自動運転が行われているときには、反力モータに流れる電流が所定値以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときには、反力モータから操舵部材に加えられるトルクが制限される。これにより、自動運転が行われているときに、操舵部材の回転によって予期せぬ事態が発生するのを抑制できる。
この発明による第２の車両用操舵装置は、操向のために操作される操舵部材（２）と舵取り機構（６）とが機械的に結合されておらず、転舵モータ（３）によって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置（１）であって、前記操舵部材に反力を与えるための反力モータ（１９）と、前記反力モータを制御する反力モータ制御手段（７０Ａ）とを含み、前記反力モータ制御手段は、自動運転が行われているときには、前記反力モータの回転速度を所定値以下に制限する回転速度制限手段（７４）を含む。

この構成では、自動運転が行われているときには、反力モータの回転速度が所定値以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときには、操舵部材の回転速度も所定値以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときに、操舵部材の回転によって予期せぬ事態が発生するのを抑制できる。
この発明の一実施形態では、前記自動運転は、駐車支援を行うための自動運転である。

図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。 図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、転舵モータの構成を説明するための図解図である。 図４は、転舵モータ制御部の構成例を示すブロック図である。 図５は、反力モータ制御部の構成例を示すブロック図である。 図６は、反力モータ制御部の他の構成例を示すブロック図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図であり、ステア・バイ・ワイヤシステムの構成が示されている。
この車両用操舵装置１は、運転者が操向のために操作する操舵部材としてステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転操作に応じて駆動される転舵モータ３と、転舵モータ３の駆動力を、舵取り車輪としての前方左右車輪５に伝達するステアリングギヤ４とを備えている。ステアリングホイール２と、転舵モータ３等を含む舵取り機構６との間には、ステアリングホイール２に加えられた操作トルクが舵取り機構６に機械的に伝達されるような機械的な結合はなく、ステアリングホイール２の操作量（操舵角または操舵トルク）に応じて転舵モータ３が駆動制御されることによって、車輪５が転舵されるようになっている。

転舵モータ３は、ブラシレスモータ等の電動モータにより構成されている。この実施形態では、転舵モータ３は、ブラシレスモータによって構成されている。転舵モータ３には、転舵モータ３のロータの回転角を検出するためのレゾルバ等の回転角センサ２１が設けられている。
ステアリングギヤ４は、転舵モータ３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（車両左右方向の直線運動）に変換する運動変換機構を有する。ステアリングロッド７の動きがタイロッド８およびナックルアーム９を介して車輪５に伝達され、車輪５のトー角（転舵角）が変化する。つまり、舵取り機構６は、転舵モータ３、ステアリングギヤ４、ステアリングロッド７、タイロッド８およびナックルアーム９から構成されている。ステアリングギヤ４は、公知のものを用いることができ、転舵モータ３の動きを転舵角が変化するように車輪５に伝達できれば構成は限定されない。

この実施形態では、転舵モータ３が正転方向に回転されると、右方向に車両を換向させる方向（右転舵方向）に車輪５の転舵角が変化し、転舵モータ３が逆転方向に回転されると、左方向に車両を換向させる方向（左転舵方向）に車輪５の転舵角が変化するものとする。
ステアリングホイール２は、車体側に回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール２に作用する反力トルク（操作反力）を発生する反力モータ１９が設けられている。この反力モータ１９は、例えば、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成されている。この実施形態では、反力モータ１９は、ブラシレスモータによって構成されている。反力モータ１９には、反力モータ１９のロータの回転角（ロータ角）を検出するためのレゾルバ等の回転角センサ２２が設けられている。

回転シャフト１０の周囲には、回転シャフト１０の回転角（ステアリングホイール２の操舵角θｈ）を検出するための操舵角センサ１１が設けられている。この実施形態では、操舵角センサ１１は、回転シャフト１０の中立位置（基準位置）からの回転シャフト１０の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。

また、回転シャフト１０の周囲には、運転者によってステアリングホイール２に付与される操舵トルクＴｈを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴは、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

ステアリングギヤ４の近傍には、車輪５の転舵角δを検出するための転舵角センサ１３が備えられている。転舵角センサ１３は、例えば、転舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。
車両には、さらに、車速Ｖを検出するための車速センサ１４、ヨーレートＹｒを検出するためのヨーレートセンサ１５等が設けられている。

操舵角センサ１１、トルクセンサ１２、転舵角センサ１３、車速センサ１４、ヨーレートセンサ１５および回転角センサ２１，２２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０にそれぞれ接続されている。ＥＣＵ３０は、転舵モータ３および反力モータ１９を制御する。
図２は、ＥＣＵ３０の電気的構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、転舵モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、転舵モータ３に流れるモータ電流を検出する電流検出部３３と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、反力モータ１９に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３４と、反力モータ１９に流れるモータ電流を検出する電流検出部３５とを備えている。

マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、転舵モータ３を制御するための転舵モータ制御部４０と、反力モータ１９を制御するための反力モータ制御部７０と、自動運転制御部９０を備えている。自動運転制御部９０は、ステアリングホイール２の操作とは無関係に、転舵を自動的に行うための制御部である。この実施形態では、自動運転制御部９０は、「車庫入れ」、「縦列駐車」等の駐車を自動的に行うための制御部（駐車支援装置）である。自動運転制御部９０は、駐車支援装置に代えてまたは加えて、駐車支援装置以外の自動運転機能を備えていてもよい。ステアリングホイール２の操作に基づいて転舵が行われるモードを通常モードといい、自動運転制御部９０によって転舵が自動的に行われるモードを自動運転モードという場合がある。

転舵モータ制御部４０は、通常モード時には、車速センサ１４によって検出される車速Ｖ、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｈ、ヨーレートセンサ１５によって検出されるヨーレートＹｒおよび転舵角センサ１３によって検出される転舵角δに基づいて、駆動回路３２を制御することによって、操舵状態に応じた転舵制御を実現する。転舵モータ制御部４０は、自動運転モード時には、自動運転制御部９０から与えられる目標操舵角（目標転舵角）および転舵角センサ１３によって検出される転舵角δに基づいて、駆動回路３２を制御することによって、自動転舵制御を実現する。

反力モータ制御部７０は、転舵モータ制御部４０から与えられる目標操舵角θｈ^＊および操舵角センサ１１によって検出される操舵角θｈに基づいて、駆動回路３４を制御することによって、操舵状態に応じた反力制御を実現する。
転舵モータ３は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。転舵モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。

各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１００とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（ロータ角（電気角））θ_-Ｓは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θ_-Ｓに従う実回転座標系である。このロータ角θ_-Ｓを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。

反力モータ１９は、例えば三相ブラシレスモータからなり、転舵モータ３と同様な構造を有している。
図４は、転舵モータ制御部４０の構成例を示すブロック図である。
転舵モータ制御部４０は、角速度演算部４１と、目標操舵角演算部４２と、目標転舵角演算部４３と、角度偏差演算部４４と、ＰＩ（比例積分）制御部４５と、角速度偏差演算部４６と、ＰＩ制御部４７と、電流偏差演算部４８と、ＰＩ制御部４９と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部５０と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部５１と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５２と、回転角演算部５３とを含む。

目標操舵角演算部４２は、車速センサ１４によって検出される車速Ｖ、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｈおよびヨーレートセンサ１５によって検出されるヨーレートＹｒに基づいて、回転シャフト１０の回転角の目標値である目標操舵角θｈ^＊を演算する。つまり、目標操舵角演算部４２は、操舵状態を表す検出値（操舵状態検出値）に基いて、目標操舵角θｈ^＊を演算する。

目標転舵角演算部４３は、目標操舵角演算部４２によって演算される目標操舵角θｈ^＊に基づいて、転舵角の目標値である目標転舵角δ^＊を演算する。目標転舵角演算部４３によって演算される目標転舵角δ^＊は、角度偏差演算部４４に与えられる。
角度偏差演算部４４は、目標転舵角演算部４３によって演算される目標転舵角δ^＊と、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δとの偏差Δδ（＝δ^＊−δ）を演算する。

ＰＩ制御部４５は、角度偏差演算部４４によって演算される角度偏差Δδに対するＰＩ演算を行なうことにより、転舵角速度の目標値である目標転舵角速度ωｔ^＊を演算する。ＰＩ制御部４５によって演算される目標転舵角速度ωｔ^＊は、角速度偏差演算部４６に与えられる。
角速度演算部４１は、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δを時間微分することによって、転舵角δの角速度（転舵角速度）ωｔを演算する。角速度演算部４１によって演算される転舵角速度ωｔは、角速度偏差演算部４６に与えられる。

角速度偏差演算部４６は、ＰＩ制御部４５によって演算される目標転舵角速度ωｔ^＊と、角速度演算部４１によって演算される転舵角速度ωｔとの偏差Δωｔ（＝ωｔ^＊−ωｔ）を演算する。
ＰＩ制御部４７は、角速度偏差演算部４６によって演算される角速度偏差Δωｔに対するＰＩ演算を行なうことにより、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流の目標値である目標電流を演算する。具体的には、ＰＩ制御部４７は、目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を演算する。さらに具体的には、ＰＩ制御部４７は、目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊を有意値として演算する一方で、目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊を零とする。ＰＩ制御部４７によって演算される目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部４８に与えられる。

回転角演算部５３は、回転角センサ２１の出力信号に基づいて、転舵モータ３のロータの回転角（電気角。以下、「ロータ角θ_Ｓ」という。）を演算する。
電流検出部３３は、転舵モータ３のＵ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３３によって検出された三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５２に与えられる。

ＵＶＷ／ｄｑ変換部５２は、電流検出部３３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ（Ｕ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部４８に与えられる。ＵＶＷ／ｄｑ変換部５２における座標変換には、回転角演算部５３によって演算されたロータ角θ_Ｓが用いられる。

電流偏差演算部４８は、ＰＩ制御部４７によって演算される目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５２から与えられる二相検出電流Ｉ_ｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部４８は、目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差および目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部４９に与えられる。

ＰＩ制御部４９は、電流偏差演算部４８によって演算される電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、転舵モータ３に印加すべき目標二相電圧Ｖ_ｄｑ ^＊（目標ｄ軸電圧Ｖ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電圧Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この目標二相電圧Ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部５０に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部５０は、目標二相電圧Ｖ_ｄｑ ^＊を目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部５３によって演算されたロータ角θ_Ｓが用いられる。目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、目標Ｕ相電圧Ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧Ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧Ｖ_Ｗ ^＊からなる。この目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部５１に与えられる。

ＰＷＭ制御部５１は、目標Ｕ相電圧Ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧Ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３２に供給する。
駆動回路３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部５１から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が転舵モータ３の各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３に印加される。

角度偏差演算部４４およびＰＩ制御部４５は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、車輪５の転舵角δが、目標転舵角演算部４３によって演算される目標転舵角δ^＊に近づくように制御される。また、角速度偏差演算部４６およびＰＩ制御部４７は、角速度フィードバック制御手段を構成している。この角速度フィードバック制御手段の働きによって、転舵角速度ωｔが、ＰＩ制御部４５によって演算される目標転舵角速度ωｔ^＊に近づくように制御される。また、電流偏差演算部４８およびＰＩ制御部４９は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、転舵モータ３に流れるモータ電流が、ＰＩ制御部４７によって演算される目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。

図５は、反力モータ制御部７０の構成例を示すブロック図である。
反力モータ制御部７０は、角速度演算部７１と、角度偏差演算部７２と、ＰＩ制御部７３と、角速度偏差演算部７５と、ＰＩ制御部７６と、トルクリミッタ（電流リミッタ）７７７と、電流偏差演算部７８と、ＰＩ制御部７９と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部８０と、ＰＷＭ制御部８１と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部８２と、回転角演算部８３とを含む。

角度偏差演算部７２は、転舵モータ制御部４０内の目標操舵角演算部４２によって演算される目標操舵角θｈ^＊と、操舵角センサ１１によって検出される操舵角θｈとの偏差Δθｈ（＝θｈ^＊−θｈ）を演算する。
ＰＩ制御部７３は、角度偏差演算部７２によって演算される角度偏差Δθｈに対するＰＩ演算を行なうことにより、操舵角速度の目標値である目標操舵角速度ωｈ^＊を演算する。ＰＩ制御部７３によって演算される目標操舵角速度ωｈ^＊は、角速度偏差演算部７５に与えられる。

角速度演算部７１は、操舵角センサ１１によって検出される操舵角θｈを時間微分することによって、操舵角θｈの角速度（操舵角速度）ωｈを演算する。角速度演算部７１によって演算される操舵角速度ωｈは、角速度偏差演算部７５に与えられる。
角速度偏差演算部７５は、ＰＩ制御部７３によって演算される目標操舵角速度ωｈ^＊と、角速度演算部７１によって演算される操舵角速度ωｈとの偏差Δωｈ（＝ωｈ^＊−ωｈ）を演算する。

ＰＩ制御部７６は、角速度偏差演算部７５によって演算される角速度偏差Δωｈに対するＰＩ演算を行なうことにより、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流の目標値である目標電流を演算する。具体的には、ＰＩ制御部７６は、目標ｄ軸電流ｉ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を演算する。さらに具体的には、ＰＩ制御部７６は、目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊を有意値として演算する一方で、目標ｄ軸電流ｉ_ｄ ^＊を零とする。ＰＩ制御部７６によって演算される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊は、トルクリミッタ７７に与えられる。

トルクリミッタ７７は、自動運転制御部９０によって制御される。具体的には、トルクリミッタ７７は、通常モード時には非作動状態となっている。したがって、通常モード時には、ＰＩ制御部７６によって演算される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊が、そのまま電流偏差演算部７８に与えられる。
自動運転モード時には、トルクリミッタ７７は、自動運転制御部９０によって作動状態にされる。自動運転モード時には、トルクリミッタ７７は、ＰＩ制御部７６によって演算される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊の絶対値（目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊の絶対値）を予め定められた制限値α以下に制限する。これは、自動運転モード時に、反力モータ１９によって発生するトルクを所定値以下に制限するためである。したがって、自動運転モード時には、トルクリミッタ７７による制限処理後の目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊が電流偏差演算部７８に与えられる。

回転角演算部８３は、回転角センサ２２の出力信号に基づいて、反力モータ１９のロータの回転角（電気角。以下、「ロータ角θ_Ｒ」という。）を演算する。
電流検出部３５は、反力モータ１９のＵ相電流ｉ_Ｕ、Ｖ相電流ｉ_ＶおよびＷ相電流ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３５によって検出された三相検出電流ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部８２に与えられる。

ＵＶＷ／ｄｑ変換部８２は、電流検出部３５によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ｉ_ＵＶＷ（Ｕ相電流ｉ_Ｕ、Ｖ相電流ｉ_ＶおよびＷ相電流ｉ_Ｗ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流ｉ_ｄおよびｉ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部７８に与えられる。ＵＶＷ／ｄｑ変換部８２における座標変換には、回転角演算部８３によって演算されたロータ角θ_Ｒが用いられる。

電流偏差演算部７８は、トルクリミッタ７７から出力される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部８２から与えられる二相検出電流ｉ_ｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部７８は、目標ｄ軸電流ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流ｉ_ｄの偏差および目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部７９に与えられる。

ＰＩ制御部７９は、電流偏差演算部７８によって演算される電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、反力モータ１９に印加すべき目標二相電圧ｖ_ｄｑ ^＊（目標ｄ軸電圧ｖ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電圧ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この目標二相電圧ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部８０に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部８０は、目標二相電圧ｖ_ｄｑ ^＊を目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部８３によって演算されたロータ角θ_Ｒが用いられる。目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊は、目標Ｕ相電圧ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧ｖ_Ｗ ^＊からなる。この目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部８１に与えられる。

ＰＷＭ制御部８１は、目標Ｕ相電圧ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３４に供給する。
駆動回路３４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部８１から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が反力モータ１９の各相のステータ巻線に印加される。

角度偏差演算部７２およびＰＩ制御部７３は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、回転シャフト１０の回転角（操舵角）θｈが、目標操舵角演算部４２によって演算される目標操舵角θｈ^＊に近づくように制御される。また、角速度偏差演算部７５およびＰＩ制御部７６は、角速度フィードバック制御手段を構成している。この角速度フィードバック制御手段の働きによって、操舵角速度ωｈが、ＰＩ制御部７３によって演算される目標操舵角速度ωｈ^＊に近づくように制御される。また、電流偏差演算部７８およびＰＩ制御部７９は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、反力モータ１９に流れるモータ電流が、トルクリミッタ７７から出力される目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。

通常モード時には、目標操舵角演算部４２は、操舵状態検出値（この実施形態では、車速Ｖ、操舵トルクＴｈおよびヨーレートＹｒ）に基づいて、回転シャフト１０の回転角の目標値である目標操舵角θｈ^＊を演算する。目標転舵角演算部４３は、目標操舵角θｈ^＊に基づいて目標転舵角δ^＊を演算する。そして、転舵角δが目標転舵角δ^＊に等しくなるように、転舵モータ３が制御される。また、操舵角θｈが目標操舵角θｈ^＊に等しくなるように、反力モータ１９が制御される。これにより、ステアリングホイール２の操作に応じた転舵制御および反力制御が行われる。

自動運転モード時には、自動運転制御部９０によって、転舵モータ制御部４０内の目標操舵角演算部４２に、目標操舵角θｈ^＊が設定される。目標転舵角演算部４３は、自動運転制御部９０によって設定された目標操舵角θｈ^＊に基づいて目標転舵角δ^＊を演算する。そして、転舵角δが目標転舵角δ^＊に等しくなるように、転舵モータ３が制御される。これにより、車輪５が自動的に転舵される。つまり、この実施形態では、駐車支援のための自動運転が行われる。

一方、反力モータ制御部７０においては、自動運転モード時には、トルクリミッタ７７によって、ＰＩ制御部７６によって演算された目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊の絶対値（目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊の絶対値）が制限値α以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときには、反力モータ１９からステアリングホイール２に加えられるトルクが制限される。これにより、自動運転が行われているときに、ステアリングホイール２の回転によって予期せぬ事態が発生するのを抑制できる。

図６は、反力モータ制御部の他の構成例を示すブロック図である。図６において、前述の図５の各部に対応する部分には、図５と同じ符号を付して示す。
図６の反力モータ制御部７０Ａでは、図５の反力モータ制御部７０と異なり、ＰＩ制御部７６の後段にトルクリミッタ７７が設けられていない。一方、図６の反力モータ制御部７０Ａでは、図５の反力モータ制御部７０と異なり、ＰＩ制御部７３の後段に角速度リミッタ７４が設けられている。それ以外の点においては、図６の反力モータ制御部７０Ａと図５の反力モータ制御部７０とは同じである。

角速度リミッタ７４は、自動運転制御部９０によって制御される。具体的には、角速度リミッタ７４は、通常モード時には非作動状態となっている。したがって、通常モード時には、ＰＩ制御部７３によって演算される目標操舵角速度ωｈ^＊が、そのまま角速度偏差演算部７５に与えられる。
自動運転モード時には、角速度リミッタ７４は、自動運転制御部９０によって作動状態にされる。自動運転モード時には、角速度リミッタ７４は、ＰＩ制御部７３によって演算される目標操舵角速度ωｈ^＊の絶対値を予め定められた制限値β以下に制限する。したがって、自動運転モード時には、角速度リミッタ７４による制限処理後の目標操舵角速度ωｈ^＊が角速度偏差演算部７５に与えられる。

この反力モータ制御部７０Ａでは、自動運転モード時には、ＰＩ制御部７３によって演算された目標操舵角速度ωｈ^＊の絶対値が、角速度リミッタ７４によって、制限値β以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときには、反力モータ１９の回転速度が所定値以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときには、ステアリングホイール２の回転速度も所定値以下に制限される。これにより、自動運転が行われているときに、操舵部材の回転によって予期せぬ事態が発生するのを抑制できる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、自動運転モード時には、自動運転制御部９０は、転舵モータ制御部４０内の目標操舵角演算部４２に、目標操舵角θｈ^＊を設定している。しかし、自動運転モード時に、自動運転制御部９０は、転舵モータ制御部４０内の目標転舵角演算部４３に、目標転舵角δ^＊を設定するようにしてもよい。この場合には、反力モータ制御部７０，７０Ａおよび転舵モータ制御部４０のうちのいずれか一方が、自動運転制御部９０によって設定された目標転舵角δ^＊に基づいて目標操舵角θｈ^＊を演算し、得られた目標操舵角θｈ^＊を反力モータ制御部７０，７０Ａ内の角度偏差演算部７２に与えるようにすればよい。

また、自動運転モード時に、自動運転制御部９０は、目標転舵角δ^＊を生成して転舵モータ制御部４０内の目標転舵角演算部４３に設定するとともに、目標操舵角θｈ^＊を生成して反力モータ制御部７０，７０Ａ内の角度偏差演算部７２に与えるようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、転舵モータ制御部４０は、車速Ｖ、操舵トルクＴｈ、ヨーレートＹｒ等の操舵状態検出値に基づいて目標操舵角θｈ^＊を演算し、得られた目標操舵角θｈ^＊に基づいて目標転舵角δ^＊を演算している。しかし、転舵モータ制御部４０は、操舵状態検出値に基いて目標転舵角δ^＊を直接演算するようにしてもよい。この場合には、反力モータ制御部７０，７０Ａは、転舵モータ制御部４０によって演算される目標転舵角δ^＊に基づいて目標操舵角θｈ^＊を演算するか、または操舵状態検出値に基いて目標操舵角θｈ^＊を演算し、得られた目標操舵角θｈ^＊を角度偏差演算部７２に与えるようにすればよい。

前述の実施形態では、車速Ｖ、操舵トルクＴｈおよびヨーレートＹｒが、目標操舵角θｈ^＊（目標転舵角δ^＊）を演算するための操舵状態検出値として用いられているが、操舵状態検出値はこれらの検出値に限られない。
前述の実施形態では、転舵モータ制御部４０は、目標転舵角δ^＊と転舵角δとの偏差に基づいて目標転舵角速度ωｔ^＊を演算し、目標転舵角速度ωｔ^＊と転舵角速度ωｔとの偏差に基づいて目標電流Ｉ_ｄｑ ^＊を演算している。しかし、転舵モータ制御部４０は、目標転舵角δ^＊と転舵角δとの偏差に基づいて目標電流Ｉ_ｄｑ ^＊を演算するようにしてもよい。この場合には、図４のＰＩ制御部４５、角速度偏差演算部４６およびＰＩ制御部４７を、１つの
ＰＩ制御部によって構成することができる。

前述の図５の反力モータ制御部７０は、目標操舵角θｈ^＊と操舵角θｈとの偏差に基づいて目標操舵角速度ωｈ^＊を演算し、目標操舵角速度ωｈ^＊と操舵角速度ωｈとの偏差に基づいて目標電流ｉ_ｄｑ ^＊を演算している。しかし、反力モータ制御部７０は、目標操舵角θｈ^＊と操舵角θｈとの偏差に基づいて目標電流ｉ_ｄｑ ^＊を演算するようにしてもよい。この場合には、図５のＰＩ制御部７３、角速度偏差演算部７５およびＰＩ制御部７６を、１つの
ＰＩ制御部によって構成することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵モータ、６…舵取り機構、１９…反力モータ、３０…ＥＣＵ、３１…マイクロコンピュータ、４０…転舵モータ制御部、７０，７０Ａ…反力モータ制御部、７４…角速度リミッタ、７７…トルクリミッタ

Claims (3)

1. 操向のために操作される操舵部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって前記舵取り機構が駆動される車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材に反力を与えるための反力モータと、
   前記反力モータを制御する反力モータ制御手段とを含み、
   前記反力モータ制御手段は、自動運転が行われているときには、前記反力モータに流れる電流を所定値以下に制限する電流制限手段を含む、車両用操舵装置。
2. 操向のために操作される操舵部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材に反力を与えるための反力モータと、
   前記反力モータを制御する反力モータ制御手段とを含み、
   前記反力モータ制御手段は、自動運転が行われているときには、前記反力モータの回転速度を所定値以下に制限する回転速度制限手段を含む、車両用操舵装置。
3. 前記自動運転は、駐車支援を行うための自動運転である、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。

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