JP2019119253A - ステアバイワイヤシステム - Google Patents

Abstract

【課題】反力モータが故障した場合であっても、ステアリングホイールに付与される反力トルクをフレキシブルに生成することができるステアバイワイヤシステムを提供する。
【解決手段】ステアバイワイヤシステムにおいて、反力トルクを発生させる操舵反力発生装置が二重化される。操舵反力発生装置は第１系統と第２系統を含み、各系統が反力モータを有する。制御装置は、ステアリングホイールの操作に応じて操舵反力発生装置の動作を制御することによって反力トルクを制御する。両系統が正常な場合、制御装置は、少なくとも１つの系統の反力モータの動作を制御して、通常特性の反力トルクを発生させる。一重故障が発生した場合、制御装置は、正常な系統の反力モータの動作を制御して、第１特性の反力トルクを発生させる。第１特性の反力トルクは、同じ操舵角に対する通常特性の反力トルクと異なる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアバイワイヤシステムに関する。

ステアバイワイヤ（Steer-By-Wire）方式の車両が知られている。ステアバイワイヤ方式の場合、車輪を転舵する転舵機構は、ステアリングホイールから機械的に分離される。その代わり、転舵機構には電動モータが設けられる。ステアリングホイールの操作に応じて電動モータを駆動することにより、転舵が行われる。その一方で、ドライバに操舵フィーリングを与えるために、反力モータ（反力アクチュエータ）が設けられる。ステアリングホイールの操作に応じて反力モータの動作を制御することにより、所望の特性の反力トルクがステアリングホイールに付与される。

ここで、反力モータが故障した場合を考える。反力モータが故障すると、ドライバが感じる反力トルクが小さくなり、ドライバは操舵角を正確にコントロールしづらくなる。例えば、ドライバは、意図よりも過剰にステアリングホイールを操舵してしまう可能性がある。従って、反力モータの故障に備えて、バックアップを用意しておくことが好ましい。

特許文献１は、ステアバイワイヤシステムを開示している。そのステアバイワイヤシステムは、システム異常が検出された場合に転舵機構とステアリングホイールとを機械的に連結するバックアップ手段を備えている。ステアリングホイールに反力トルクを付与する反力モータの異常が検出された場合にも、バックアップ手段が作動する。反力モータの異常が検出されてからバックアップ手段が作動するまでの間、ある程度の反力トルクを確保するために、コントローラは、反力モータの端子間を短絡させる。

特許文献２は、ステアバイワイヤシステムを開示している。そのステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイールに反力トルクを付与する反力モータ（反力付与手段）と、反力モータが故障した場合に作動する第２反力付与手段を備えている。具体的には、第２反力付与手段は、ロータリダンパである。反力モータが故障した場合、ロータリダンパによって、ある程度の反力トルクがステアリングホイールに付与される。

特開２００６−０４４３７８号公報 特開２００４−１９６０４４号公報

上述の通り、ステアバイワイヤシステムでは、ステアリングホイールの操作に応じて反力モータの動作を制御することにより、所望の特性の反力トルクが生成される。反力モータが故障した場合であっても、ステアリングホイールの操作性の確保の観点から、反力トルクをフレキシブルに生成することが望まれる。

しかしながら、上記の特許文献１及び特許文献２に開示された技術によれば、反力モータが故障した場合に、反力トルクをフレキシブルに生成することはできない。特許文献１の場合、反力モータの端子間を短絡させることにより、ある程度の反力トルクが確保されるだけである。特許文献２の場合、ロータリダンパによって、ある程度の反力トルクが確保されるだけである。いずれの場合であっても、反力モータの動作制御とは異なるメカニズムによって、ある程度の“粘性感”が確保されるだけである。反力モータの動作が制御されるわけではないので、ステアリングホイールの操作に応じて反力トルクをフレキシブルに生成することはできない。

本発明の１つの目的は、反力モータが故障した場合であっても、ステアリングホイールに付与される反力トルクをフレキシブルに生成することができるステアバイワイヤシステムを提供することにある。

第１の発明は、車両に搭載されるステアバイワイヤシステムを提供する。
前記ステアバイワイヤシステムは、
前記車両の車輪を転舵する転舵装置と、
前記転舵装置から機械的に分離され、ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力発生装置と、
前記ステアリングホイールの操作に応じて前記操舵反力発生装置の動作を制御することによって前記反力トルクを制御する制御装置と
を備える。
前記操舵反力発生装置は、二重化され、第１系統と第２系統を含んでいる。
前記第１系統と前記第２系統の各々は、反力モータを有する。
前記第１系統と前記第２系統の両方が正常な場合、前記制御装置は、前記第１系統と前記第２系統のうち少なくとも一方の前記反力モータの動作を制御して、通常特性の前記反力トルクを発生させる。
前記第１系統と前記第２系統の一方が故障した一重故障の場合、前記制御装置は、前記第１系統と前記第２系統の他方の前記反力モータの動作を制御して、第１特性の前記反力トルクを発生させる。
前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクと異なる。

第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記通常特性と前記第１特性は、共に、操舵角が増えるにつれて前記反力トルクが増加する傾向を有する。

第３の発明は、第１あるいは第２の発明において、更に次の特徴を有する。
第２特性は、前記第１系統と前記第２系統の両方が故障した二重故障の場合の前記反力トルクの特性である。
前記第１特性は、前記通常特性と前記第２特性の中間に設定される。

第４の発明は、第１あるいは第２の発明において、更に次の特徴を有する。
第２特性は、前記第１系統と前記第２系統の両方が故障した二重故障の場合の前記反力トルクの特性である。
第１操舵角範囲は、前記操舵角が０から所定値までの範囲である。
第２操舵角範囲は、前記操舵角が前記所定値よりも大きい範囲である。
前記第１操舵角範囲において、前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも大きく、同じ操舵角に対する前記第２特性の前記反力トルクよりも小さい。
前記第２操舵角範囲において、前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも小さく、同じ操舵角に対する前記第２特性の前記反力トルクよりも大きい。

第５の発明は、第１あるいは第２の発明において、更に次の特徴を有する。
前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも小さい。

第６の発明は、第１あるいは第２の発明において、更に次の特徴を有する。
前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも大きい。

第７の発明は、第４あるいは第６の発明において、更に次の特徴を有する。
前記一重故障が発生した場合、前記制御装置は、前記反力モータの電流制御の応答性を増加あるいは減少させる。

第８の発明は、第１から第７の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記反力モータの動作を制御して前記反力トルクを発生させる際、前記制御装置は、トルクリップルを抑制するトルクリップル抑制制御を行う。
前記制御装置は、前記一重故障の場合の前記トルクリップル抑制制御の制御ゲインを、前記第１系統と前記第２系統の両方が正常な場合よりも下げる。

第９の発明は、第１から第８の発明のいずれかにおいて、更に次の特徴を有する。
前記一重故障が発生した後、前記車両のドライバが前記ステアリングホイールを操作していない期間に、前記制御装置は、前記反力トルクの特性を前記通常特性から前記第１特性に変更する。

第１の発明によれば、ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力発生装置が“二重化”される。これにより、一重故障が発生したとしても、第１系統と第２系統のうち正常な方を用いることによって、反力トルクを付与し続けることが可能となる。このことは、ステアバイワイヤシステムに対する信頼の向上に寄与する。

また、第１の発明によれば、第１系統と第２系統は、同じメカニズムによって反力トルクを生成する。具体的には、第１系統と第２系統の各々は、反力モータを有し、反力モータの動作によって反力トルクを生成する。制御装置は、ステアリングホイールの操作に応じて反力モータの動作を制御することによって、所望の特性の反力トルクをフレキシブルに生成することができる。一重故障が発生した場合であっても、制御装置は、第１系統と第２系統のうち正常な方の反力モータの動作を制御して、所望の特性の反力トルクをフレキシブルに発生させることができる。

例えば、制御装置は、一重故障時の第１特性の反力トルクを、同じ操舵角に対する通常特性の反力トルクから異ならせることができる。言い換えれば、制御装置は、一重故障時の第１特性の反力トルクの大きさを、通常特性から“積極的”に変化させることができる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。

第２の発明によれば、通常特性だけでなく第１特性も、操舵角が増えるにつれて反力トルクが増加する傾向を有する。これにより、一重故障時にも、適度なビルドアップ感（操舵角が増えるにつれて手ごたえも増える感覚）が再現される。ビルドアップ感が再現されるため、ドライバは操舵角を正確にコントロールしやすくなる。すなわち、ステアリングホイールの操作性が良好に確保される。

第３及び第４の発明によれば、一重故障時の第１特性は、通常特性と二重故障時の第２特性の中間に設定される。言い換えれば、第１特性は、通常特性から見て第２特性に近づくように設定される。従って、万が一、二重故障が発生したとしても、そのときの反力トルクの変動量が抑えられる。反力トルクの変動量が抑えられるため、ドライバは反力トルクの変動に対応しやすくなる。

第５の発明によれば、第１特性の反力トルクは、同じ操舵角に対する通常特性の反力トルクよりも小さくなる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。

第６の発明によれば、第１特性の反力トルクは、同じ操舵角に対する通常特性の反力トルクよりも大きくなる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。

第７の発明によれば、一重故障が発生した場合、反力モータの電流制御の応答性が増加あるいは減少する。これにより、第１操舵角範囲における第１特性の反力トルクの急な立ち上がりを実現しやすくなる。

第８の発明によれば、一重故障の場合のトルクリップル抑制制御の制御ゲインが、通常時よりも減少する。これにより、トルクリップルの振幅が増加し、ドライバはトルクリップルを感じやすくなる。結果として、ドライバは、一重故障の発生を認識しやすくなる。

第９の発明によれば、ドライバがステアリングホイールを操作している最中に反力トルクの特性が急激に変化することを防止することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの構成例を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの操舵反力発生装置の二重化構成を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムにおける反力制御を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムにおける反力制御を要約的に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る操舵反力発生装置の一重故障時の反力特性（第１特性）の第１の設定例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る操舵反力発生装置の一重故障時の反力特性（第１特性）の第１の設定例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る操舵反力発生装置の一重故障時の反力特性（第１特性）の第２の設定例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る操舵反力発生装置の一重故障時の反力特性（第１特性）の第２の設定例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る操舵反力発生装置の一重故障時の反力特性（第１特性）の第３の設定例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る操舵反力発生装置の一重故障時の反力特性（第１特性）の第３の設定例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る特性変更タイミングの例を説明するためのフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．ステアバイワイヤシステムの基本構成
図１は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１の構成例を概略的に示すブロック図である。ステアバイワイヤシステム１は、車両に搭載されており、ステアバイワイヤ方式で車両の車輪ＷＨを転舵する。より詳細には、ステアバイワイヤシステム１は、ステアリングホイール１０、ステアリングシャフト２０、操舵反力発生装置３０、転舵装置４０、センサ群（５１〜５３）、及び制御装置１００を備えている。

ステアリングホイール１０（ハンドル）は、ドライバが操舵に用いる操作部材である。ステアリングシャフト２０は、ステアリングホイール１０に連結されており、ステアリングホイール１０と共に回転する。

操舵反力発生装置３０は、ステアリングホイール１０に対して反力トルクＴＲを擬似的に付与する。具体的には、操舵反力発生装置３０は、反力モータ３１（反力アクチュエータ）を含んでいる。反力モータ３１のロータは、減速機３２を介してステアリングシャフト２０につながっている。反力モータ３１を作動させることにより、ステアリングシャフト２０ひいてはステアリングホイール１０に反力トルクＴＲを付与することができる。この操舵反力発生装置３０の動作は、制御装置１００によって制御される。

転舵装置４０は、車輪ＷＨを転舵する。この転舵装置４０は、転舵モータ４１、減速機４２、及び転舵軸４３を含んでいる。転舵モータ４１のロータは、減速機４２を介して転舵軸４３につながっている。転舵軸４３は、車輪ＷＨに連結されている。転舵モータ４１が回転すると、その回転運動は転舵軸４３の直線運動に変換され、それにより車輪ＷＨが転舵される。すなわち、転舵モータ４１を作動させることにより、車輪ＷＨを転舵することができる。この転舵モータ４１の動作は、制御装置１００によって制御される。

尚、操舵反力発生装置３０と転舵装置４０とは、機械的に分離されている。

操舵角センサ５１は、ステアリングホイール１０の操舵角θを検出する。操舵角センサ５１は、検出した操舵角θの情報を制御装置１００に送る。

操舵トルクセンサ５２は、ステアリングシャフト２０に印加される操舵トルクＴを検出する。操舵トルクセンサ５２は、検出した操舵トルクＴの情報を制御装置１００に送る。

車速センサ５３は、車両の速度である車速Ｖを検出する。車速センサ５３は、検出した車速Ｖの情報を制御装置１００に送る。尚、車速センサ５３の代わりに車輪速センサを用い、各車輪の回転速度から車速Ｖが算出されてもよい。

制御装置１００は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１を制御する。この制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータを含んでいる。当該マイクロコンピュータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。

具体的には、制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて転舵装置４０の転舵モータ４１の動作を制御することによって、車輪ＷＨの転舵を制御する。例えば、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて目標転舵角を算出する。そして、制御装置１００は、転舵モータ４１の回転角と目標転舵角に基づいて、転舵モータ４１を駆動するための電流制御信号を生成する。転舵モータ４１は電流制御信号に従って駆動され、転舵モータ４１の回転により車輪ＷＨが転舵される。

また、制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて操舵反力発生装置３０の反力モータ３１の動作を制御することによって、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクＴＲを制御する。例えば、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて目標反力トルクを算出する。そして、制御装置１００は、目標反力トルクが発生するように反力モータ３１の駆動制御を行う。例えば、制御装置１００は、目標反力トルク、反力モータ３１の回転角、操舵トルクＴ等に基づいて、反力モータ３１を駆動するための電流制御信号を生成する。反力モータ３１は電流制御信号に従って駆動され、それにより反力トルクＴＲが発生する。

２．操舵反力発生装置の二重化構成
次に、本実施の形態に係る操舵反力発生装置３０の構成について詳しく説明する。操舵反力発生装置３０が故障すると、ドライバが感じる反力トルクＴＲが小さくなり、ドライバは操舵角θを正確にコントロールしづらくなる。例えば、ドライバは、意図よりも過剰にステアリングホイール１０を操舵してしまう可能性がある。そこで、本実施の形態によれば、操舵反力発生装置３０が“二重化”される。

図２は、操舵反力発生装置３０の二重化構成を示す概念図である。図２に示されるように、操舵反力発生装置３０は、互いに独立した第１系統３０−１と第２系統３０−２を含んでいる。第１系統３０−１と第２系統３０−２は、同一の構成を有しており、同一のメカニズムによって反力トルクＴＲを生成することができる。

より詳細には、第１系統３０−１は、反力モータ３１−１及び減速機３２−１を有している。反力モータ３１−１のロータは、減速機３２−１を介して出力軸３３−１につながっている。出力軸３３−１は、ギア等の伝達機構３４−１を介してステアリングシャフト２０につながっている。反力モータ３１−１を作動させることにより、ステアリングシャフト２０ひいてはステアリングホイール１０に反力トルクＴＲを付与することができる。この反力モータ３１−１の動作は、制御装置１００によって制御される。

更に、制御装置１００は、第１系統３０−１の故障（異常）を認識することができる。典型的には、第１系統３０−１の故障は、所望の反力トルクＴＲを生成できないといった反力モータ３１−１の故障である。例えば、制御装置１００は、電流制御信号に対する反力モータ３１−１の応答に基づいて、反力モータ３１−１の故障を検出することができる。あるいは、第１系統３０−１の故障を検出する異常検出センサ３５−１が別途設けられてもよい。その場合、制御装置１００は、異常検出センサ３５−１の出力から第１系統３０−１の故障を認識する。

同様に、第２系統３０−２は、反力モータ３１−２及び減速機３２−２を有している。反力モータ３１−２のロータは、減速機３２−２を介して出力軸３３−２につながっている。出力軸３３−２は、ギア等の伝達機構３４−２を介してステアリングシャフト２０につながっている。反力モータ３１−２を作動させることにより、ステアリングシャフト２０ひいてはステアリングホイール１０に反力トルクＴＲを付与することができる。この反力モータ３１−２の動作は、制御装置１００によって制御される。

更に、制御装置１００は、第２系統３０−２の故障（異常）を認識することができる。典型的には、第２系統３０−２の故障は、所望の反力トルクＴＲを生成できないといった反力モータ３１−２の故障である。例えば、制御装置１００は、電流制御信号に対する反力モータ３１−２の応答に基づいて、反力モータ３１−２の故障を検出することができる。あるいは、第２系統３０−２の故障を検出する異常検出センサ３５−２が別途設けられてもよい。その場合、制御装置１００は、異常検出センサ３５−２の出力から第２系統３０−２の故障を認識する。

３．制御装置による反力制御
以下、本実施の形態に係る制御装置１００による反力制御について詳しく説明する。制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて操舵反力発生装置３０の反力モータ３１の動作を制御することによって、反力トルクＴＲを制御する。

図３は、本実施の形態に係る反力制御を説明するための概念図である。横軸はステアリングホイール１０の操舵角θを表し、縦軸は操舵反力発生装置３０によって生成される反力トルクＴＲを表している。反力トルクＴＲの特性（反力特性）は、操舵角θと反力トルクＴＲとの関係で表される。反力特性は、固定ではなく、制御装置１００による反力モータ３１の動作制御によって調整可能である。

まず、第１系統３０−１と第２系統３０−２の両方が正常な場合を考える。この場合、制御装置１００は、第１系統３０−１と第２系統３０−２のうち少なくとも一方の反力モータ３１の動作を制御して、通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲを発生させる。図３に示されるように、通常特性Ｃｎは、操舵角θが増えるにつれて反力トルクＴＲが増加する傾向を有する。このような通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲにより、適度なビルドアップ感（操舵角θが増えるにつれて手ごたえも増える感覚）が再現される。ビルドアップ感が再現されるため、ドライバは操舵角θを正確にコントロールしやすくなる。すなわち、ステアリングホイール１０の操作性が良好に確保される。

次に、第１系統３０−１と第２系統３０−２のうち一方が故障した「一重故障（single fault, single failure）」の場合を考える。一重故障の場合、制御装置１００は、第１系統３０−１と第２系統３０−２のうち正常な他方の反力モータ３１の動作を制御して、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲを発生させる。通常特性Ｃｎと同様に、第１特性Ｃ１は、操舵角θが増えるにつれて反力トルクＴＲが増加する傾向を有する。これにより、一重故障時にも、適度なビルドアップ感が再現され、ステアリングホイール１０の操作性が良好に確保される。

但し、図３に示されるように、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲと異なる。すなわち、制御装置１００は、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲの大きさを、通常特性Ｃｎから“積極的”に変化させる。一重故障時の第１特性Ｃ１が通常特性Ｃｎから変化するため、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。

図４は、本実施の形態に係る反力制御を要約的に示すフローチャートである。ステップＳ１００において、制御装置１００は、一重故障が発生したか否かを判定する。一重故障が発生していない場合（ステップＳ１００；Ｎｏ）、処理はステップＳ２００に進む。一方、一重故障が発生した場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３００に進む。

ステップＳ２００において、制御装置１００は、通常反力制御を行う。具体的には、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて、通常特性Ｃｎの目標反力トルクを算出する。そして、制御装置１００は、目標反力トルクが得られるように、第１系統３０−１と第２系統３０−２の少なくとも一方の反力モータ３１の電流制御を行う（ステップＳ２１０）。

一方、ステップＳ３００において、制御装置１００は、一重故障反力制御を行う。具体的には、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて、第１特性Ｃ１の目標反力トルクを算出する。そして、制御装置１００は、目標反力トルクが得られるように、第１系統３０−１と第２系統３０−２のうち正常な系統の反力モータ３１の電流制御を行う（ステップＳ３１０）。

以上に説明されたように、本実施の形態のステアバイワイヤシステム１によれば、ステアリングホイール１０に反力トルクＴＲを付与する操舵反力発生装置３０が“二重化”される。これにより、一重故障が発生したとしても、第１系統３０−１と第２系統３０−２のうち正常な方を用いることによって、反力トルクＴＲを付与し続けることが可能となる。このことは、ステアバイワイヤシステム１に対する信頼の向上に寄与する。

また、本実施の形態によれば、第１系統３０−１と第２系統３０−２は、同じメカニズムによって反力トルクＴＲを生成する。具体的には、第１系統３０−１と第２系統３０−２の各々は、反力モータ３１を有し、反力モータ３１の動作によって反力トルクＴＲを生成する。制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて反力モータ３１の動作を制御することによって、所望の特性の反力トルクＴＲをフレキシブルに生成することができる。一重故障が発生した場合であっても、制御装置１００は、第１系統３０−１と第２系統３０−２のうち正常な方の反力モータ３１の動作を制御して、所望の特性の反力トルクＴＲをフレキシブルに発生させることができる。

例えば、制御装置１００は、一重故障時の第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲを、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲから異ならせることができる。言い換えれば、制御装置１００は、一重故障時の第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲの大きさを、通常特性Ｃｎから“積極的”に変化させることができる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。

また、制御装置１００は、一重故障時の第１特性Ｃ１に、通常特性Ｃｎと同様の操舵角依存性を持たせることができる。具体的には、通常特性Ｃｎは、操舵角θが増えるにつれて反力トルクＴＲが増加するような傾向を有する。制御装置１００は、通常特性Ｃｎと同じ傾向を有するように第１特性Ｃ１を設定することができる。これにより、一重故障時にも、適度なビルドアップ感（操舵角θが増えるにつれて手ごたえも増える感覚）が再現される。ビルドアップ感が再現されるため、ドライバは操舵角θを正確にコントロールしやすくなる。すなわち、ステアリングホイール１０の操作性が良好に確保される。

ここで、比較例として、上述の特許文献１及び特許文献２に開示されている技術について考える。比較例では、反力モータは二重化されていない。反力モータが故障した場合は、反力モータの動作制御とは異なるメカニズムによって反力トルクが生成される。特許文献１の場合、反力モータの端子間を短絡させることにより、ある程度の反力トルクが確保される。特許文献２の場合、ロータリダンパによって、ある程度の反力トルクが確保される。いずれの場合であっても、反力モータの動作制御とは異なるメカニズムによって、ある程度の“粘性感”が確保されるだけである。反力モータの動作が制御されるわけではないので、ステアリングホイールの操作に応じて反力トルクをフレキシブルに生成することはできない。

４．第１特性の様々な設定例
一重故障時の第１特性Ｃ１としては様々な設定例が考えられる。以下、第１特性Ｃ１の様々な設定例について説明する。

４−１．第１の設定例
図５は、第１特性Ｃ１の第１の設定例を説明するための概念図である。横軸はステアリングホイール１０の操舵角θを表し、縦軸は反力トルクＴＲを表している。図５には、通常特性Ｃｎと第１特性Ｃ１に加えて、第２特性Ｃ２も示されている。

第２特性Ｃ２は、第１系統３０−１と第２系統３０−２の両方が故障した「二重故障（double fault, double failure）」の場合の反力トルクＴＲの特性である。二重故障時には、反力モータ３１の動作を制御して反力トルクＴＲをフレキシブルに生成することはできない。第２特性Ｃ２の主成分は、減速機３２等に起因するメカ摩擦となる。図５に示されるように、第２特性Ｃ２において、反力トルクＴＲは、操舵角θに依らずほぼ一定である。

図５において、通常特性Ｃｎを示す線と第２特性Ｃ２を示す線は、操舵角θ＝所定値θｘの点において交差する。第１操舵角範囲Ｒ１は、操舵角θが０（ニュートラル）から所定値θｘまでの範囲である。第２操舵角範囲Ｒ２は、操舵角θが所定値θｘよりも大きい範囲である。第１操舵角範囲Ｒ１において、第２特性Ｃ２の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも大きい（Ｃ２＞Ｃｎ）。一方、第２操舵角範囲Ｒ２において、第２特性Ｃ２の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも小さい（Ｃ２＜Ｃｎ）。

第１の設定例によれば、第１特性Ｃ１は、通常特性Ｃｎと第２特性Ｃ２の中間に設定される。つまり、第１操舵角範囲Ｒ１において、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも大きく、同じ操舵角θに対する第２特性Ｃ２の反力トルクＴＲよりも小さい（Ｃ２＞Ｃ１＞Ｃｎ）。一方、第２操舵角範囲Ｒ２において、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも小さく、同じ操舵角θに対する第２特性Ｃ２の反力トルクＴＲよりも大きい（Ｃ２＜Ｃ１＜Ｃｎ）。

図６は、図５で示される第１特性Ｃ１を実現するための一例を示している。制御装置１００が反力モータ３１の動作を制御することにより生成する反力トルクＴＲは、ばね成分Ｓと摩擦成分Ｆの和で表される（ＴＲ＝Ｓ＋Ｆ）。ばね成分Ｓは、操舵角θが増加するにつれて増加する。一方、摩擦成分Ｆは、操舵角θに依らずほぼ一定である。制御装置１００は、第１特性Ｃ１のばね成分Ｓ１を通常特性Ｃｎのばね成分Ｓｎよりも減らし、且つ、第１特性Ｃ１の摩擦成分Ｆ１を通常特性Ｃｎの摩擦成分Ｆｎよりも増やす。これにより、図５で示されるような第１特性Ｃ１を実現することが可能となる。

尚、図５で示されたように、第１操舵角範囲Ｒ１における第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲの立ち上がり勾配は、通常特性Ｃｎよりも急になる。反力モータ３１の電流制御（図４中のステップＳ３１０）の応答性が低いと、そのような急な立ち上がりを実現しにくい。そのため、一重故障が発生した場合、制御装置１００は、反力モータ３１の電流制御の応答性を増加させてもよい。例えば、電流制御におけるフィードバックゲインを増加させることによって、応答性を増加させることができる。応答性が増加する結果、第１操舵角範囲Ｒ１における第１特性Ｃ１の急な立ち上がりを実現しやすくなる。

あるいは、一重故障が発生した場合、制御装置１００は、反力モータ３１の電流制御の応答性を減少させてもよい。電流制御の応答性が減少すると、ドライバは、減速機３２等に起因するメカ摩擦を感じやすくなる、すなわち、第２特性Ｃ２を感じやすくなる。結果として、第１操舵角範囲Ｒ１における第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲの立ち上がり勾配が大きくなる。

以上に説明された第１の設定例によれば、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲと異なる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。また、第１特性Ｃ１は、通常特性Ｃｎと同様の操舵角依存性を有する。これにより、一重故障時にも、適度なビルドアップ感が再現され、ステアリングホイール１０の操作性が良好に確保される。

更に、第１の設定例によれば、第１特性Ｃ１は、通常特性Ｃｎと第２特性Ｃ２の中間に設定される。言い換えれば、第１特性Ｃ１は、通常特性Ｃｎから見て第２特性Ｃ２に近づくように設定される。従って、万が一、二重故障が発生したとしても、そのときの反力トルクＴＲの変動量が抑えられる。反力トルクＴＲの変動量が抑えられるため、ドライバは反力トルクＴＲの変動に対応しやすくなる。

４−２．第２の設定例
図７は、第１特性Ｃ１の第２の設定例を説明するための概念図である。第１の設定例の場合と重複する説明は適宜省略される。

第２の設定例によれば、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも全体的に弱い。つまり、全操舵角範囲において、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも小さい。

図８は、図７で示される第１特性Ｃ１を実現するための一例を示している。制御装置１００は、第１特性Ｃ１のばね成分Ｓ１を通常特性Ｃｎのばね成分Ｓｎよりも減らし、且つ、第１特性Ｃ１の摩擦成分Ｆ１を通常特性Ｃｎの摩擦成分Ｆｎと同じにする。これにより、図７で示されるような第１特性Ｃ１を実現することが可能となる。

以上に説明された第２の設定例によれば、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも小さくなる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。また、第１特性Ｃ１は、通常特性Ｃｎと同様の操舵角依存性を有する。これにより、一重故障時にも、適度なビルドアップ感が再現され、ステアリングホイール１０の操作性が良好に確保される。

４−３．第３の設定例
図９は、第１特性Ｃ１の第３の設定例を説明するための概念図である。第１の設定例の場合と重複する説明は適宜省略される。

第３の設定例によれば、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも全体的に強い。つまり、全操舵角範囲において、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも大きい。

図１０は、図９で示される第１特性Ｃ１を実現するための一例を示している。制御装置１００は、第１特性Ｃ１のばね成分Ｓ１を通常特性Ｃｎのばね成分Ｓｎと同じにし、且つ、第１特性Ｃ１の摩擦成分Ｆ１を通常特性Ｃｎの摩擦成分Ｆｎよりも増やす。これにより、図９で示されるような第１特性Ｃ１を実現することが可能となる。

第１の設定例の場合と同様に、一重故障が発生した場合、制御装置１００は、反力モータ３１の電流制御の応答性を増加あるいは減少させてもよい。それにより、第１操舵角範囲Ｒ１における第１特性Ｃ１の急な立ち上がりを実現しやすくなる。

以上に説明された第３の設定例によれば、第１特性Ｃ１の反力トルクＴＲは、同じ操舵角θに対する通常特性Ｃｎの反力トルクＴＲよりも大きくなる。これにより、ドライバは、「一重故障が発生したこと」を認識しやすくなる。また、第１特性Ｃ１は、通常特性Ｃｎと同様の操舵角依存性を有する。これにより、一重故障時にも、適度なビルドアップ感が再現され、ステアリングホイール１０の操作性が良好に確保される。

５．トルクリップル抑制制御
反力トルクＴＲには、減速機３２に起因するトルクリップルが重畳される可能性がある。反力モータ３１の動作を制御して反力トルクＴＲを発生させる際、制御装置１００は、そのようなトルクリップルを抑制（軽減）するために、周知のトルクリップル抑制制御（例えば、操舵トルク微分制御）を行う。

一重故障が発生した場合、制御装置１００は、トルクリップル抑制制御の制御ゲインを、通常時よりも下げてもよい。これにより、トルクリップルの振幅が増加し、ドライバはトルクリップルを感じやすくなる。結果として、ドライバは、一重故障の発生を認識しやすくなる。また、一重故障時にトルクリップルを増加させておくことにより、二重故障が発生した場合のトルクリップルの増加幅を小さくすることもできる。

６．特性変更タイミングの例
上述の通り、本実施の形態によれば、一重故障が発生した場合、反力特性は、通常特性Ｃｎから第１特性Ｃ１に変化する。このとき、反力特性が急激に変化すると、ドライバは過度な違和感を覚える可能性がある。過度な違和感を防止するために、制御装置１００は、反力特性を通常特性Ｃｎから第１特性Ｃ１に徐々に変化させてもよい。

あるいは、制御装置１００は、ドライバがステアリングホイール１０を操作していない期間に、反力特性を通常特性Ｃｎから第１特性Ｃ１に変更してもよい。図１１は、ドライバがステアリングホイール１０を操作していない期間に反力特性を変更するためのフロー例を示している。尚、既出の図４で示された処理と同じ処理には同じステップ番号が付されている。

ステップＳ１０において、制御装置１００は、ドライバの操舵状態を検出する。ドライバの操舵状態は、操舵トルクＴ、操舵角θ、操舵角速度θ’といったパラメータにより表される。操舵トルクＴは、操舵トルクセンサ５２により検出される。操舵角θは、操舵角センサ５１により検出される。操舵角速度θ’は、操舵角θから算出される。

続くステップＳ２０において、制御装置１００は、一重故障フラグを確認する。一重故障フラグの初期値は「ＯＦＦ」である。一重故障フラグが「ＯＦＦ」の場合（ステップＳ２０；Ｎｏ）、処理はステップＳ１００に進む。一方、一重故障フラグが「ＯＮ」の場合（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３００に進む。

ステップＳ１００において、制御装置１００は、一重故障が発生したか否かを判定する。一重故障が発生していない場合（ステップＳ１００；Ｎｏ）、処理はステップＳ２００に進む。一方、一重故障が発生した場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、制御装置１００は、ドライバがステアリングホイール１０を操作しているか否かを判定する。例えば、操舵トルクＴ、操舵角θ、操舵角速度θ’の各々の絶対値が閾値以下である場合、制御装置１００は、ドライバがステアリングホイールを操作していないと判定する。それ以外の場合、制御装置１００は、ドライバがステアリングホイール１０を操作していると判定する。

ドライバがステアリングホイール１０を操作している場合（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、制御装置１００は、通常反力制御を継続する（ステップＳ２００）。一方、ドライバがステアリングホイール１０を操作していない場合（ステップＳ１１０；Ｎｏ）、制御装置１００は、一重故障フラグを「ＯＮ」に書き換え（ステップＳ１２０）、一重故障反力制御を開始する（ステップＳ３００）。

このようにして、ドライバがステアリングホイール１０を操作していない期間に、反力特性を通常特性Ｃｎから第１特性Ｃ１に変更することが可能となる。言い換えれば、ドライバがステアリングホイール１０を操作している最中に反力特性が急激に変化することを防止することが可能となる。

１ ステアバイワイヤシステム
１０ ステアリングホイール（ハンドル）
２０ ステアリングシャフト
３０ 操舵反力発生装置
３０−１ 第１系統
３０−２ 第２系統
３１ 反力モータ
３２ 減速機
３３ 出力軸
３４ 伝達機構
３５ 異常検出センサ
４０ 転舵装置
５１ 操舵角センサ
５２ 操舵トルクセンサ
５３ 車速センサ
１００ 制御装置
ＷＨ 車輪（転舵輪）

Claims (9)

1. 車両に搭載されるステアバイワイヤシステムであって、
   前記車両の車輪を転舵する転舵装置と、
   前記転舵装置から機械的に分離され、ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力発生装置と、
   前記ステアリングホイールの操作に応じて前記操舵反力発生装置の動作を制御することによって前記反力トルクを制御する制御装置と
   を備え、
   前記操舵反力発生装置は、二重化され、第１系統と第２系統を含んでおり、
   前記第１系統と前記第２系統の各々は、反力モータを有し、
   前記第１系統と前記第２系統の両方が正常な場合、前記制御装置は、前記第１系統と前記第２系統のうち少なくとも一方の前記反力モータの動作を制御して、通常特性の前記反力トルクを発生させ、
   前記第１系統と前記第２系統の一方が故障した一重故障の場合、前記制御装置は、前記第１系統と前記第２系統の他方の前記反力モータの動作を制御して、第１特性の前記反力トルクを発生させ、
   前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクと異なる
   ステアバイワイヤシステム。
2. 請求項１に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   前記通常特性と前記第１特性は、共に、操舵角が増えるにつれて前記反力トルクが増加する傾向を有する
   ステアバイワイヤシステム。
3. 請求項１又は２に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   第２特性は、前記第１系統と前記第２系統の両方が故障した二重故障の場合の前記反力トルクの特性であり、
   前記第１特性は、前記通常特性と前記第２特性の中間に設定される
   ステアバイワイヤシステム。
4. 請求項１又は２に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   第２特性は、前記第１系統と前記第２系統の両方が故障した二重故障の場合の前記反力トルクの特性であり、
   第１操舵角範囲は、前記操舵角が０から所定値までの範囲であり、
   第２操舵角範囲は、前記操舵角が前記所定値よりも大きい範囲であり、
   前記第１操舵角範囲において、前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも大きく、同じ操舵角に対する前記第２特性の前記反力トルクよりも小さく、
   前記第２操舵角範囲において、前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも小さく、同じ操舵角に対する前記第２特性の前記反力トルクよりも大きい
   ステアバイワイヤシステム。
5. 請求項１又は２に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも小さい
   ステアバイワイヤシステム。
6. 請求項１又は２に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   前記第１特性の前記反力トルクは、同じ操舵角に対する前記通常特性の前記反力トルクよりも大きい
   ステアバイワイヤシステム。
7. 請求項４又は６に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   前記一重故障が発生した場合、前記制御装置は、前記反力モータの電流制御の応答性を増加あるいは減少させる
   ステアバイワイヤシステム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   前記反力モータの動作を制御して前記反力トルクを発生させる際、前記制御装置は、トルクリップルを抑制するトルクリップル抑制制御を行い、
   前記制御装置は、前記一重故障の場合の前記トルクリップル抑制制御の制御ゲインを、前記第１系統と前記第２系統の両方が正常な場合よりも下げる
   ステアバイワイヤシステム。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のステアバイワイヤシステムであって、
   前記一重故障が発生した後、前記車両のドライバが前記ステアリングホイールを操作していない期間に、前記制御装置は、前記反力トルクの特性を前記通常特性から前記第１特性に変更する
   ステアバイワイヤシステム。

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