JP4251126B2

JP4251126B2 - 車両の操舵装置

Info

Publication number: JP4251126B2
Application number: JP2004257964A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　　公一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP2006069456A

Description

本発明は、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵用電気アクチュエータを駆動制御し、転舵用電気アクチュエータの作動によって転舵輪を転舵するステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。

従来から、この種の車両の操舵装置は、操舵ハンドルの操舵角θおよび転舵輪の実転舵角δを検出し、検出した操舵角θに応じて決定される目標転舵角δ＊と検出した転舵輪の実転舵角δとの差δ＊−δに応じて転舵用電気アクチュエータの作動を制御して、転舵輪を目標転舵角δ＊に転舵するようにしている。しかしながら、運転者が操舵ハンドルを急に切り返し操作した場合には、転舵用電気アクチュエータの応答性、出力パワーなどの不足により、転舵輪の実転舵角δが、図８の破線で示すように、図８の実線で示す目標転舵角δ＊に追従できない場合がある。この場合、目標転舵角δ＊は切り返しタイミングｔ１から減少し始めるが、転舵輪の実転舵角δは前記切り返しタイミングｔ１よりも遅れたタイミングｔ２から減少し始める。この場合、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間では、転舵輪の転舵方向が操舵ハンドルの操舵方向とは逆向きになり、運転者は違和感を覚えるという問題がある。

この問題に対処するために、例えば下記特許文献１に記載された従来の装置においては、目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差δ＊−δに係数Ｋを乗じた制御項Ｋ・(δ＊−δ)に、操舵ハンドルの操舵速度dθ/dtに係数Ｋ2を乗じた制御項Ｋ2・dθ/dtを加算した制御信号Ｋ・(δ＊−δ)＋Ｋ2・dθ/dtを用いて転舵用電気アクチュエータを駆動制御するようにしている。また、同文献１には、操舵ハンドルの切り返し操作が検出された時点における目標転舵角δ＊’と実転舵角δ’との比δ＊’/δ’を実転舵角δに乗算した値δ＊’・δ/δ’を目標転舵角δ＊から減算して、同減算結果δ＊−δ＊’・δ/δ’に比例定数Ｋを乗じた制御信号Ｋ・(δ＊−δ＊’・δ/δ’)を用いて転舵用電気アクチュエータを駆動制御することも記載されている。
特開２００１−５８５７７号公報

しかし、上記従来の装置においては、たしかに操舵ハンドルの切り返し操作に対する転舵輪の転舵遅れを改善できるが、前者の場合、切り返しタイミングｔ１（図８参照）における目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差が大きいと、切り返しタイミングｔ１後において、目標転舵角δ＊の変化方向すなわち操舵ハンドルの操舵方向と転舵輪の転舵方向が対応しない期間が存在する。これを改善するためには、係数Ｋ2を係数Ｋに比べて大きく設定すればよいが、この場合には、目標転舵角δ＊と実転舵角δとを一致させるための制御項Ｋ・(δ＊−δ)による影響が小さくなり、転舵輪の目標転舵角δ＊への収束性が悪化する。また、後者の場合も、制御信号Ｋ・(δ＊−δ＊’・δ/δ’)中のδ＊’・/δ’は操舵ハンドルの切り返し操作時には通常「１」よりも大きいが、実転舵角δが切り返し操作時の実転舵角δ’よりも大きくなることによって制御項δ＊’・δ/δ’は増加するので、この場合も、切り返しタイミングｔ１後において、目標転舵角δ＊の変化方向すなわち操舵ハンドルの操舵方向と転舵輪の転舵方向が対応しない期間が存在する。これらの理由により、上記従来の装置では、転舵輪の転舵方向が操舵ハンドルの操舵方向とは逆向きになる期間は少なくなるものの存在するので、運転者の違和感を十分に取り除くことはできない。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、操舵ハンドルの切り返し操作時にも、転舵輪の転舵方向が操舵ハンドルの操舵方向と逆向きにならないようにした車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵用電気アクチュエータを駆動制御し、転舵用電気アクチュエータの作動によって転舵輪を転舵するステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との予め決められた関係を表す制御則を記憶した制御則記憶手段と、操舵ハンドルの切り返し操作を検出する切り返し検出手段と、前記操舵ハンドルの切り返し操作の検出に応答し、前記記憶されている制御則に従って、転舵角検出手段によって検出されている転舵角に対応した操舵ハンドルの操舵角を補正操舵角として計算する補正操舵角計算手段と、前記計算された補正操舵角と操舵角検出手段によって検出されている操舵角との差を補正量として記憶する補正量記憶手段と、前記検出された操舵角を前記記憶されている補正量を用いて補正する補正手段と、前記記憶されている制御則に従って、前記補正された操舵角に対応した転舵輪の転舵角を目標転舵角として計算する目標転舵角計算手段と、前記計算された目標転舵角と前記検出された転舵角との差に応じた制御信号により転舵用電気アクチュエータを駆動制御して、転舵輪を前記計算された目標転舵角に転舵制御する転舵制御手段とを備えたことにある。

上記のように構成した本発明においては、操舵ハンドルの切り返し操作があると、目標転舵角と転舵輪の実転舵角の間に差がある場合には、それ以降に操舵角検出手段によって検出される操舵角は、操舵ハンドルの切り返し操舵時点での転舵輪の実転舵角に対応した操舵角（補正操舵角）と、同切り返し操作時点で操舵角検出手段によって検出されている操舵角との差（補正量）によって補正される。また、新たな目標転舵角は、この補正量に応じて補正された補正操舵角に応じて計算されるので、操舵ハンドルの切り返し操作があると、同切り返し操作時点の目標転舵角と実転舵角との差がキャンセルされて、目標転舵角は、図８の２点差線で示すように、以降前記切り返し時点の実転舵角から変化するようになる。そして、転舵輪は、この新たな目標転舵角に向かって転舵制御されるようになる。その結果、この本発明の特徴によれば、転舵輪の転舵方向が操舵ハンドルの操舵方向と逆向きになることが解消され、操舵ハンドルの切り返し操作があっても、運転者は違和感を覚えることなく車両を操舵できる。

また、本発明の他の特徴は、さらに、操舵ハンドルの操舵操作に対して反力を付与する反力用電気アクチュエータと、操舵ハンドルの操舵角と操舵ハンドルの操舵操作に対する反力との関係を表す予め決められた制御則に従って、前記補正された操舵角に対応した目標操舵反力を計算する目標操舵反力計算手段と、前記計算された目標操舵反力に応じて反力用電気アクチュエータを駆動制御する操舵反力制御手段とを設けたことにある。

これによれば、補正操舵角に基づいて計算される目標転舵角に対応して目標操舵反力が計算されるようになるので、運転者は違和感を覚えることなく操舵ハンドルを操舵操作できるようになる。

また、本発明の他の特徴は、転舵用電気アクチュエータが複数設けられており、さらに、複数の転舵用電気アクチュエータによる転舵輪の各転舵の不能状態をそれぞれ検出するフェイル検出手段を備え、切り返し検出手段が、フェイル検出手段によって複数の転舵用電気アクチュエータのうちのいずれかの転舵用電気アクチュエータによる転舵不能状態が検出されていることを条件に、操舵ハンドルの切り返し操作を検出し、かつ転舵制御手段が、フェイル検出手段によって複数の転舵用電気アクチュエータのうちのいずれかの転舵用電気アクチュエータによる転舵不能状態が検出されたとき、複数の転舵用電気アクチュエータのうちの転舵不能状態の検出されていない転舵用電気アクチュエータを制御して転舵輪を目標転舵角に制御するようにしたことにある。

これによれば、冗長性をもたせるために複数の転舵用電気アクチュエータを有する車両の操舵装置において、複数の転舵用電気アクチュエータが転舵輪を転舵制御可能で、転舵輪に対する十分な転舵力を得ることができる場合には、切り返し検出手段による操舵ハンドルの切り返し操作の検出、補正量記憶手段による補正量の記憶、補正手段による補正量を用いた操舵角の補正などの処理を省略または簡略化できる。また、複数の転舵用電気アクチュエータのうちのいずれかの転舵用電気アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になって、転舵輪に対する十分な転舵力を得ることができなくなった場合には、前述のように切り返し操作時の目標転舵角と転舵輪の実転舵角との差がキャンセルされるので、操舵ハンドルの切り返し操作があっても、運転者は違和感を覚えることなく車両を操舵できる。さらに、前述の目標転舵角と実転舵角との差のキャンセルにより、転舵輪の中立位置に対応した操舵ハンドルの中立位置が切り返し操作ごとに変化していくので、運転者は転舵用電気アクチュエータに関するフェイルを視覚的に自覚するようにもなる。

以下、本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、運転者によって操舵操作される操舵操作装置１０と、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を前記運転者の操舵操作に応じて転舵する転舵装置２０とを機械的に分離したステアバイワイヤ方式を採用している。操舵操作装置１０は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端には減速機構を内蔵した反力発生用の操舵反力用電動モータ１３が組み付けられている。操舵反力用電動モータ１３は、操舵ハンドル１１の操舵操作に対して反力を付与する。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸２１を備えている。この転舵軸２１の両端部には、タイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、転舵軸２１の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵軸２１の外周上には、図示しないハウジングに組み付けられた第１転舵用電動モータ２４および第２転舵用電動モータ２５が設けられている。第１転舵用電動モータ２４および第２転舵用電動モータ２５の回転は、それぞれねじ送り機構２６，２７により減速されるとともに転舵軸２１の軸線方向の変位に変換される。

次に、操舵反力用電動モータ１３、第１転舵用電動モータ２４および第２転舵用電動モータ２５の回転を制御する電気制御装置３０について説明する。電気制御装置３０は、操舵角センサ３１および転舵角センサ３２を備えている。操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の基準位置からの回転角を検出して実操舵角θとして出力する。なお、実操舵角θは、基準位置を「０」とし、右方向の角度を正の値で表し、左方向の角度を負の値で表す。転舵角センサ３２は、転舵軸２１に組み付けられて、転舵軸２１の基準位置からの軸線方向の変位量を検出して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δとして出力する。なお、実転舵角δは、基準位置を「０」とし、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の右方向の転舵に対応した転舵軸２１の変位を正の値で表し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の左方向の転舵に対応した転舵軸２１の変位を負の値で表す。

また、電気制御装置３０は、互いに接続された操舵反力用電子制御ユニット（以下、操舵反力用ＥＣＵという）３３、第１転舵用電子制御ユニット（以下、第１転舵用ＥＣＵという）３４、および第２転舵用電子制御ユニット（以下、第２転舵用ＥＣＵという）３５を備えている。操舵反力用ＥＣＵ３３には、操舵角センサ３１が接続されている。第１転舵用ＥＣＵ３４および第２転舵用ＥＣＵ３５には、操舵角センサ３１および転舵角センサ３２がそれぞれ接続されている。

これらのＥＣＵ３３〜３５は、それぞれＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とする。操舵反力用ＥＣＵ３３は、ＲＯＭに記憶した図２の操舵反力制御プログラムを実行して、駆動回路３６を介して操舵反力用電動モータ１３を駆動制御する。第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、ＲＯＭに記憶した図３および図４の第１および第２転舵制御プログラムをそれぞれ実行して、駆動回路３７，３８を介して第１および第２転舵用電動モータ２４，２５をそれぞれ駆動制御する。

駆動回路３６〜３８は、ＥＣＵ３３〜３５によりそれぞれ制御されて、電動モータ１３，２４，２５を駆動制御する。これらの駆動回路３６〜３８内には、電動モータ１３，２４，２５に流れる駆動電流をそれぞれ検出する駆動電流センサ３６ａ〜３８ａがそれぞれ設けられていて、駆動電流センサ３６ａ〜３８ａによって検出された駆動電流はＥＣＵ３３〜３５にそれぞれ供給される。

次に、上記のように構成した実施形態の動作を説明する。イグニッションスイッチ（図示しない）の投入により、操舵反力用ＥＣＵ３３は、図２の操舵反力制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行し始める。この操舵反力プログラムの実行はステップＳ１０にて開始され、操舵反力用ＥＣＵ３３は、ステップＳ１１にて操舵角センサ３１によって検出された実操舵角θに加え、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５のいずれか一方から出力される補正量Δθを入力する。この補正量Δθは、詳しくは後述するように実操舵角θを補正するもので、駆動回路３７および第１転舵用電動モータ２４からなる第１転舵制御系統と、駆動回路３８および第２転舵用電動モータ２５からなる第２転舵制御系統とのうちのいずれか一方の転舵制御系統のフェイル時に、他方の転舵制御系統に対応した第１転舵用ＥＣＵ３４または第２転舵用ＥＣＵ３５から出力されるものである。なお、第１および第２転舵制御系統のいずれもフェイルしていない場合には、補正量Δθは第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５から出力されず、この場合には、補正量Δθは「０」に保たれる。

前記ステップＳ１１の入力処理後、操舵反力用ＥＣＵ３３は、ステップＳ１２にて、実操舵角θに補正量Δθを加算することにより補正操舵角θc（＝θ＋Δθ）を計算する。なお、補正量Δθが「０」である状態では、補正操舵角θcは実操舵角θに等しい。次に、操舵反力用ＥＣＵ３３は、目標操舵反力テーブルを参照して、前記計算した補正操舵角θcに対応する目標操舵反力を計算する。この目標操舵反力テーブルは、操舵ハンドル１１の操舵角に対する操舵反力の制御則を規定するもので、図５に示すように、補正操舵角θcの増加に従って増加する目標操舵反力を記憶している。ただし、目標操舵反力はヒステリシス特性を有しており、図中に矢印で示すように、補正操舵角θcの増加時には図５の上側の実線上の値に設定され、補正操舵角θcの減少時には図５の下側の実線上の値に設定される。なお、補正操舵角θcの増加および減少は、前回の操舵反力制御プログラムの実行時における前回の補正操舵角θcと、今回の操舵反力制御プログラムの実行時における今回の補正操舵角θcとの比較において判定される。また、補正操舵角θcが最小値θcminと最大値θcmaxの中間にある状態で補正操舵角θcの増減が逆転した場合には、図５中に点Ｐa，Ｐbで示すように、目標操舵反力は、上側の実線から下側の実線上の値に変更され、または下側の実線から上側の実線上の値に変更される。

なお、目標操舵反力テーブルを用いるのに代えて、補正操舵角θcと目標操舵反力との関係を予め定めた関数を用意しておいて、同関数を用いて前記入力した補正操舵角θcに対応する目標操舵反力を計算するようにしてもよい。また、車速センサ、ヨーレートセンサ、横加速度センサなどを設けて、前記各センサによって検出された車速、ヨーレート、横加速度などに応じて前記計算した目標操舵反力を補正してもよい。

前記目標操舵反力の計算後、操舵反力用ＥＣＵ３３は、ステップＳ１４にて、駆動回路３６との協働により、駆動電流センサ３６ａによって検出された駆動電流をフィードバックして、前記目標操舵反力に対応した駆動電流を操舵反力用電動モータ１３に流す。そして、ステップＳ１５にて、この操舵反力制御プログラムの実行を一旦終了する。操舵反力用電動モータ１３は操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に前記計算した目標操舵反力に等しい操舵反力を付与する。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して、操舵ハンドル１１の実操舵角θに応じた反力トルクが付与され、運転者は、この操舵反力を感じながら、操舵ハンドル１１を回動操作できる。

一方、第１転舵用ＥＣＵ３４は、前記操舵反力制御プログラムの実行に並行して、図３の第１転舵制御プログラムの実行を所定の短時間ごとにそれぞれ繰り返し実行する。第１転舵制御プログラムの実行は図３のステップＳ２０にて開始され、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２１にて、第１フェイルフラグＦＡＬ１が“１”であるかを判定する。この第１フェイルフラグＦＡＬ１は、“０”により前記第１転舵制御系統の非フェイル状態（すなわち第１転舵用電動モータ２４による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵可能状態）を表し、“１”により同第１転舵制御系統のフェイル状態（すなわち第１転舵用電動モータ２４による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵不能状態）を表している。

まず、第１フェイルフラグＦＡＬ１が“０”である状態について説明すると、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２１にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２２にて第１転舵制御系統にフェイルが発生しているかを検査する。この場合、第１転舵用ＥＣＵ３４は、電動モータ２４の断線、短絡、その他の異常を駆動回路３７からの信号を入力して、電動モータ２４および駆動回路３７を含む第１転舵制御系統に異常が発生しているかを検査する。そして、ステップＳ２３にて前記ステップＳ２２の処理によってフェイルが検出されたかを判定する。この場合も、ステップＳ２２，Ｓ２３の判定処理によってフェイルが検出されなかった場合について説明を続ける。したがって、このステップＳ２３での「Ｎｏ」との判定後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２４にて第１フェイルフラグＦＡＬ１を“０”に設定する。なお、この第１フェイルフラグＦＡＬ１は、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第１転舵用ＥＣＵ３４の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持され、次にイグニッションスイッチが新たに投入されたときにも以前の値のままに保たれている。

次に、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２５にて、操舵角センサ３１および転舵角センサ３２によって検出された実操舵角θおよび実転舵角δに加えて、第２転舵用ＥＣＵ３５から第２フェイルフラグＦＡＬ２を入力する。なお、第２フェイルフラグＦＡＬ２は、“０”により前記第２転舵制御系統の非フェイル状態（すなわち第２転舵用電動モータ２５による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵可能状態）を表し、“１”により同第２転舵制御系統のフェイル状態（すなわち第２転舵用電動モータ２５による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵不能状態）を表している。そして、ステップＳ２６にて、第２フェイルフラグＦＡＬ２が“１”であるかを判定する。この場合も、第２転舵制御系統には、フェイルが発生しておらず、第２フェイルフラグＦＡＬ２が“０”である場合について説明を続ける。したがって、このステップＳ２６においては「Ｎｏ」と判定して、プログラムをステップＳ２７に進める。

ステップＳ２７においては、第１転舵用ＥＣＵ３４は、前記入力した実操舵角θに補正量Δθを加算することにより補正操舵角θc（＝θ＋Δθ）を計算する。なお、前述のように、第１および第２転舵制御系等のいずれにもフェイルが発生していなければ、補正量Δθは「０」であり、補正操舵角θcは実操舵角θに等しい。

このステップＳ２７の処理後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２８にて、ＲＯＭ内に予め用意された目標転舵角テーブルを参照して、前記入力した補正操舵角θcに対応する目標転舵角δ＊を計算する。この目標転舵角テーブルは、操舵ハンドル１１の操舵角に対する目標転舵角の制御則を規定するもので、図６に示すように、補正操舵角θcの増加に従って増加する目標転舵角δ＊を記憶している。なお、目標転舵角テーブルを用いるのに代えて、補正操舵角θcと目標転舵角δ＊との関係を予め定めた関数を用意しておいて、同関数を用いて前記計算した補正操舵角θcに対応する目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。また、車速、ヨーレート、横加速度などに応じて前記計算した目標転舵角δ＊を補正するようにしてもよい。

前記目標転舵角δ＊の計算後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２９にて、駆動回路３７との協働により、駆動電流センサ３７ａによって検出された駆動電流をフィードバックして、目標転舵角δ＊から実転舵角δを減算した差分値δ＊−δに比例した駆動電流を第１転舵用電動モータ２４に流す。これにより、第１転舵用電動モータ２４は前記差分値δ＊−δ1が「０」となるように駆動制御され、その回転により、ねじ送り機構２６を介して転舵軸２１を軸線方向に駆動する。そして、転舵軸２１の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が目標転舵角δ＊に転舵される。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の回動操作に応じて転舵され、車両は左右に旋回される。

前記ステップＳ２９の処理後、ステップＳ３０にて補正量Δθが「０」でないかを判定する。この場合、前述のように、補正量Δθは「０」であるので、ステップＳ３０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ３８にてこの第１転舵制御プログラムの実行を一旦終了する。

また、第２転舵用ＥＣＵ３５も、前記操舵反力制御プログラムの実行に並行して、図４の第２転舵制御プログラムの実行を所定の短時間ごとにそれぞれ繰り返し実行する。第２転舵制御プログラムの実行は図４のステップＳ４０にて開始され、第２転舵用ＥＣＵ３５は、第１および第２転舵制御系等にフェイルに発生していないことを条件に、上記図３のステップＳ２１〜２９と同様な図４のステップＳ４１〜Ｓ４９の処理により、操舵ハンドル１１の回動操作に応じて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δ＊に転舵制御する。

ただし、この場合には、ステップＳ４１においては、第２フェイルフラグＦＡＬ２が“１”であるかが判定される。また、ステップＳ４２、Ｓ４３においては、電動モータ２５の断線、短絡、その他の異常を駆動回路３８からの信号を入力して、電動モータ２５および駆動回路３８を含む第２転舵制御系統に異常が発生しているかが検査される。そして、ステップＳ４４においては、第２転舵制御系統に異常が発生していないことを条件に、第２フェイルフラグＦＡＬ２が“０”に設定される。なお、この第２フェイルフラグＦＡＬ２も、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第２転舵用ＥＣＵ３５の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持されるものである。さらに、ステップＳ４５においては、実操舵角θおよび実転舵角δに加えて、第１転舵用ＥＣＵ３４から第１フェイルフラグＦＡＬ１が入力される。そして、ステップＳ４６においては、第１フェイルフラグＦＡＬ１が“１”であるかが判定される。

このような第１および第２転舵制御プログラムの実行により、第１および第２転舵用電動モータ２４，２５は、ほぼ均等な回転トルクにより共同して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δ＊に転舵制御する。この左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵制御時には、第１および第２転舵用電動モータ２４，２５による十分な転舵力が得られるので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は操舵ハンドル１１の回動操作に良好に追従して転舵される。

次に、第２転舵制御系統にフェイルが発生した場合について説明する。この場合、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ４３にて「Ｙｅｓ」と判定して、プログラムをステップＳ５５に進める。ステップＳ５５においては第２フェイルフラグＦＡＬ２が“１”に設定され、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ５６にてこの“１”に設定された第２フェイルフラグＦＡＬ２を第１転舵用ＥＣＵ３３に出力する。そして、ステップＳ５７にて、第２転舵用電動モータ２５の作動制御を停止する。これ以降、第２転舵制御プログラムが再実行された場合には、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ４１にて前記“１”に設定された第２フェイルフラグＦＡＬ２に基づいて「Ｙｅｓ」と判定し、前記ステップＳ５６，Ｓ５７の処理を実行し続ける。その結果、前記フェイルの発生以降においては、第２転舵用電動モータ２５の作動が停止して、第２転舵用電動モータ２５は左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に関与しなくなる。

一方、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２５にて前記“１”に設定された第２フェイルフラグＦＡＬ２を入力し、ステップＳ２６にて「Ｙｅｓ」と判定してプログラムをステップＳ３２に進める。ステップＳ３２においては、実操舵角θを微分するとともに、微分結果dθ/dtに実操舵角θを乗算して、乗算結果θ・dθ/dtが絶対値の小さな負の所定値−Δθ1未満であるかを判定する。この判定は、操舵ハンドル１１が切り返し操作されたことを検出するものである。操舵ハンドル１１が切り返し操作されずに、乗算結果θ・dθ/dtが所定値−Δθ1以上であれば、ステップＳ３２にて「Ｎｏ」と判定して、前述したステップＳ２７〜Ｓ２９の処理により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御する。これらのステップＳ２７〜Ｓ２９の処理により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、第１転舵用電動モータ２４の回転トルクのみを用いて操舵ハンドル１１の回動操作に応じて転舵される。

一方、操舵ハンドル１１が切り返し操作されて、乗算結果θ・dθ/dtが所定値−Δθ1未満であれば、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ３２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３３，Ｓ３４の処理を実行する。ステップＳ３３においては、目標転舵角テーブルを参照して実転舵角δに対応した補正操舵角θc’を計算する。ステップＳ３４においては、実操舵角θと前回までの補正量Δθとにより計算される補正操舵角θcを前記計算した補正操舵角θc’から減算した差分値θc’−θcを前回までの補正量Δθに加算して補正量Δθを更新する。なお、この補正量Δθも、第１フェイルフラグＦＡＬ１と同様に、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第１転舵用ＥＣＵ３４の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持される。

具体的には、図６に示すように、目標転舵角δ＊が「δ＊1」であるにもかかわらず、実転舵角δが「δ1」であった場合、補正操舵角θc’がステップＳ３３の処理によって「θc1’」に設定される。そして、ステップＳ３４の処理により、目標転舵角δ＊1に対応した補正操舵角θc1に対する補正操舵角θc1’の差分値θc1’−θc1が前回までの補正量Δθに加算される。この場合、補正操舵角θc1は操舵ハンドル１１の実操舵角θを前回までの補正量Δθで補正したものであるので、前記差分値θc1’−θc1は操舵ハンドル１１の切り返し操作時における実転舵角δ1を新たな目標転舵角δ＊とするための補正量Δθに対応する。したがって、前記ステップＳ３４にて計算された補正量Δθは、操舵ハンドル１１の切り返し操作時における補正操舵角θcに基づいて決定される目標転舵角δ＊と実転舵角δとを一致させるように実操舵角θを補正するための補正量を表すことになる。

また、前記補正量Δθを表す式Δθ＝θc’−θc＋Δθは、式Δθ＝θc’−(θc−Δθ)＝θc’−θのように変形しても等価である。そして、この式は、補正量Δθが実転舵角δに対応した補正操舵角θc’と操舵ハンドル１１の実操舵角θとの差に等しいことを意味する。したがって、補正量Δθは、操舵ハンドル１１の切り返し操作時に新たな目標転舵角δ＊を実転舵角δに一致させたとき、実操舵角θを補正操舵角θcに補正するための補正量を示していることになる。さらに、この補正量Δθは、第２転舵制御系統のフェイル後、操舵ハンドル１１の切り返し操作ごとに加算されるので、第２転舵制御系統にフェイルが発生してから現在までの操舵ハンドル１１の切り返し操作による目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差の蓄積量を表している。

前記ステップＳ３４の処理後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、前述したステップＳ２７〜Ｓ２９の処理により、実操舵角θと前述の補正量Δθとによって補正操舵角θcが計算されるとともに、この補正操舵角θcに応じて目標転舵角δ＊が計算され、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はこの目標転舵角δ＊に転舵される。

また、第１転舵制御系統にフェイルが発生した場合には、第１転舵用ＥＣＵ３４は、前述した図４のステップＳ４１〜Ｓ４３，Ｓ５５〜Ｓ５７の処理と同様な図３のステップＳ２１〜Ｓ２３，Ｓ３５〜Ｓ３７の処理により、第１フェイルフラグＦＡＬ１を“１”に設定するとともに、“１”に設定された第１フェイルフラグＦＡＬ１を第２転舵用ＥＣＵ３５に出力し、かつ第１転舵用電動モータ２４の作動制御を停止する。これにより、この場合には、第１転舵用電動モータ２４の作動が停止して、第１転舵用電動モータ２４は左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に関与しなくなる。

一方、第２転舵用ＥＣＵ３５は、前述した図３のステップＳ２５，Ｓ２６，Ｓ３２〜Ｓ３４と同様な図４のステップＳ４５，Ｓ４６，Ｓ５２〜Ｓ５４の処理により、操舵ハンドル１１の切り返し操作ごとに補正量Δθを更新する。なお、この補正量Δθも、第２フェイルフラグＦＡＬ１と同様に、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第２転舵用ＥＣＵ３５の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持される。そして、第２転舵用ＥＣＵ３５は、前述した図３のステップＳ２７〜Ｓ２９と同様な図４のステップＳ４７〜Ｓ４９の処理により、補正操舵角θcおよび目標転舵角δ＊を計算し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をこの目標転舵角δ＊に転舵制御する。

これにより、第１および第２転舵制御系統のいずれか一方にフェイルが発生して、第１転舵用電動モータ２４または第２転舵用電動モータ２５による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に対する十分な転舵力を得ることができなくなった場合には、操舵ハンドル１１の切り返し操作があると、目標転舵角δ＊と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δの間に差がある場合には、それ以降に操舵角センサ３１によって検出される実操舵角θは、操舵ハンドル１１の切り返し操作時点での左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δに対応した補正操舵角θcと、同切り返し操作時点で操舵角センサ３１によって検出されている実操舵角θとの差（補正量Δθ）によって補正される。また、新たな目標転舵角δ＊は実操舵角θを補正量Δθによって補正した補正操舵角θcに応じて計算されるので、操舵ハンドル１１の切り返し操作があると、同切り返し操作時点の目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差がキャンセルされて、目標転舵角δ＊は、図８の２点差線で示すように、以降前記切り返し時点の実転舵角δから連続的に変化するようになる。そして、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、この新たな目標転舵角δ＊に向かって転舵制御されるようになる。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵方向が操舵ハンドル１１の操舵方向と逆向きになることが解消され、操舵ハンドル１１の切り返しがあっても、運転者は違和感を覚えることなく車両を操舵できる。また、目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差のキャンセルにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の中立位置に対応した操舵ハンドル１１の中立位置が切り返し操作ごとに変化していくので、運転者は第１または第２転舵制御系統に関するフェイルを視覚的に自覚するようにもなる。

このように第２転舵制御系統にフェイルが発生した状態で、操舵ハンドル１１が切り返し操作されて、図３のステップＳ３３、Ｓ３４の処理によって補正量Δθが「０」以外の値に設定された場合には、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３１にて補正量Δθを操舵反力用ＥＣＵ３３に出力する。また、第１転舵制御系統にフェイルが発生した状態で、操舵ハンドル１１が切り返し操作されて、図４のステップＳ５３、Ｓ５４の処理によって補正量Δθが「０」以外の値に設定された場合には、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ５０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ５１にて補正量Δθを操舵反力用ＥＣＵ３３に出力する。

操舵反力用ＥＣＵは、図２のステップＳ１１にて前記補正量Δθを入力し、ステップＳ１２にこの補正量Δθを用いて補正操舵角θcを計算する。そして、ステップＳ１３にて前述した目標操舵反力テーブルを参照して補正操舵角θcに対応した目標操舵反力を計算して、ステップＳ１４の処理により、同計算した目標操舵反力に応じて操舵反力用電動モータ１３の作動を制御する。その結果、操舵ハンドル１１には、前記補正量Δθを考慮した操舵反力が付与されるようになる。例えば、図５のＰa位置に対応した操舵状態で、操舵ハンドル１１が切り返し操作されると、実操舵角θが僅かに変化した場合でも、目標操舵反力はＰb位置に対応した値ではなく、Ｐc位置に対応した値に設定される。これにより、補正操舵角θcに基づいて計算される目標転舵角δ＊に対応した目標操舵反力が操舵ハンドル１１に付与されることになるので、運転者は違和感を覚えることなく操舵ハンドルを操舵操作できるようになる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、第１または第２転舵制御系統にフェイルが発生した場合に、実転舵角θを補正量Δθに応じて補正した補正操舵角θcを用いて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御するようにした。しかし、これに代えて、フェイルとは無関係に、操舵ハンドルの切り返し操作時に目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差が大きいときに、実転舵角θを補正量Δθに応じて補正するようにしてもよい。

この場合、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、図７に示す転舵制御プログラムを実行する。この転舵制御プログラムはステップＳ６０にて開始され、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、ステップＳ６１にて実操舵角θおよび実転舵角δを上記実施形態の図３のステップＳ２５および図４のステップＳ４５の処理と同様にして入力する。そして、ステップＳ６２にて、上記実施形態のステップＳ３２，Ｓ５２の処理と同様にして、操舵ハンドル１１の切り返し操作を検出する。操舵ハンドル１１が切り返し操作されなければ、ステップＳ６２にて「Ｎｏ」と判定し、上記実施形態の図３のステップＳ２７〜Ｓ２９および図４のステップＳ４７〜Ｓ４９と同様なステップＳ６６〜Ｓ６８の処理により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を補正操舵角θc（すなわち実操舵角θ）に応じて計算された目標転舵角δ＊に転舵制御する。

また、操舵ハンドル１１が切り返し操作されると、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、ステップＳ６２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６３にて、目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差の絶対値｜δ＊−δ｜が予め決められた正の所定値θ1以上であるかを判定する。前記絶対値｜δ＊−δ｜が所定値θ1未満であれば、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、ステップＳ６３にて「Ｎｏ」と判定して、前述したステップＳ６６以降の処理を実行して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を補正操舵角θcに応じて計算された目標転舵角δ＊に転舵制御する。

一方、前記絶対値｜δ＊−δ｜が所定値θ1以上であれば、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、ステップＳ６３にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６４，Ｓ６５の処理を実行した後、前述したステップＳ６６以降の処理を実行して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を補正操舵角θcに応じて計算された目標転舵角δ＊に転舵制御する。ステップＳ６４，Ｓ６５の処理は、上記実施形態の図３のステップＳ３３，Ｓ３４および図４のステップＳ５３，５４の処理と同じであり、実転舵角δを用いて操舵ハンドル１１の切り返し操作における補正量Δθを更新する処理である。なお、この補正量Δθも、上記実施形態の場合と同様に、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持される。これにより、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、前述した図３のステップＳ６６〜Ｓ６８の処理により、補正操舵角θcおよび目標転舵角δ＊を計算し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をこの目標転舵角δ＊に転舵するようになる。

したがって、この変形例においても、操舵ハンドル１１が切り返し操作されたとき、目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差が大きいことを条件に、同切り返し時点の目標転舵角δ＊と実転舵角δとの差がキャンセルされて、目標転舵角δ＊は、図８の２点差線で示すように、以降切り返し時点の実転舵角δから連続的に変化するようになる。そして、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はこの新たな目標転舵角δ＊に向かって転舵制御されるようになる。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵方向が操舵ハンドル１１の操舵方向と逆向きになることが解消され、操舵ハンドル１１の切り返し操作があっても、運転者は違和感を覚えることなく車両を操舵できる。

なお、この変形例においても、第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、ステップＳ６９，Ｓ７０の処理により、補正量Δθが「０」でなくなったことを条件に、補正量Δθを操舵反力用ＥＣＵ３３に出力する。したがって、この変形例においても、操舵反力用ＥＣＵ３３は、前記補正量Δθによって補正された補正操舵角θcを用いて計算された目標操舵反力に応じて操舵反力用電動モータ１３の作動を制御する。その結果、操舵ハンドル１１には、前記補正量Δθを考慮した操舵反力が付与されるようになる。

また、上記変形例においては、第１または第２転舵制御系統のフェイルとは無関係に補正量Δθを計算するので、第１および第２転舵用電動モータ２４，２５に代えて１つの転舵用電動モータで左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御するようにしてもよい。この場合、前記一つの転舵用電動モータが図７の転舵制御プログラムによって転舵制御されるようにすればよい。

また、上記実施形態においては、第１および第２転舵用電動モータ２４，２５で左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、３つ以上の転舵用電動モータで左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。この場合、各転舵用電動モータの作動が、図３または図４に示されるような第１または第２転舵制御プログラムによって制御されるようにすればよい。そして、この場合には、各転舵用電動モータがそれぞれ含まれる複数の転舵制御系統のうちでいずれか一つまたは複数の転舵制御系統にフェイルが発生したとき、フェイルの発生していない転舵制御系統により、補正量Δθが計算されるとともに、補正操舵角θcがこの補正量Δθを用いて計算され、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がこの補正操舵角θcによって決まる目標転舵角δ＊に転舵されるようにすればよい。

さらに、上記実施形態においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。

本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。図１の操舵反力用ＥＣＵによって実行される操舵反力制御プログラムのフローチャートである。図１の第１転舵用ＥＣＵによって実行される第１転舵制御プログラムのフローチャートである。図１の第２転舵用ＥＣＵによって実行される第２転舵制御プログラムのフローチャートである。補正操舵角と目標操舵反力との関係を示すグラフである。補正操舵角と目標転舵角との関係を示すグラフである。変形例に係る転舵用ＥＣＵによって実行される転舵制御プログラムのフローチャートである。操舵ハンドルの切り換え操作時における目標転舵角と実転舵角の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１０…操舵操作装置、１１…操舵ハンドル、１３…操舵反力用電動モータ、２０…転舵装置、２１…転舵軸、２４，２５…転舵用電動モータ、３１…操舵角センサ、３２…転舵角センサ、３３…操舵反力用ＥＣＵ、３４，３５…転舵用ＥＣＵ。

Claims

操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵用電気アクチュエータを駆動制御し、転舵用電気アクチュエータの作動によって転舵輪を転舵するステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との予め決められた関係を表す制御則を記憶した制御則記憶手段と、
操舵ハンドルの切り返し操作を検出する切り返し検出手段と、
前記操舵ハンドルの切り返し操作の検出に応答し、前記記憶されている制御則に従って、前記転舵角検出手段によって検出されている転舵角に対応した操舵ハンドルの操舵角を補正操舵角として計算する補正操舵角計算手段と、
前記計算された補正操舵角と前記操舵角検出手段によって検出されている操舵角との差を補正量として記憶する補正量記憶手段と、
前記検出された操舵角を前記記憶されている補正量を用いて補正する補正手段と、
前記記憶されている制御則に従って、前記補正された操舵角に対応した転舵輪の転舵角を目標転舵角として計算する目標転舵角計算手段と、
前記計算された目標転舵角と前記検出された転舵角との差に応じた制御信号により転舵用電気アクチュエータを駆動制御して、転舵輪を前記計算された目標転舵角に転舵制御する転舵制御手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１に記載した車両の操舵装置において、さらに、
操舵ハンドルの操舵操作に対して反力を付与する反力用電気アクチュエータと、
操舵ハンドルの操舵角と操舵ハンドルの操舵操作に対する反力との関係を表す予め決められた制御則に従って、前記補正された操舵角に対応した目標操舵反力を計算する目標操舵反力計算手段と、
前記計算された目標操舵反力に応じて前記反力用電気アクチュエータを駆動制御する操舵反力制御手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
請求項１または２に記載した車両の操舵装置において、
前記転舵用電気アクチュエータは複数設けられており、さらに、
前記複数の転舵用電気アクチュエータによる転舵輪の各転舵の不能状態をそれぞれ検出するフェイル検出手段を備え、
前記切り返し検出手段は、前記フェイル検出手段によって前記複数の転舵用電気アクチュエータのうちのいずれかの転舵用電気アクチュエータによる転舵不能状態が検出されていることを条件に、操舵ハンドルの切り返し操作を検出し、かつ
前記転舵制御手段は、前記フェイル検出手段によって前記複数の転舵用電気アクチュエータのうちのいずれかの転舵用電気アクチュエータによる転舵不能状態が検出されたとき、前記複数の転舵用電気アクチュエータのうちで転舵不能状態の検出されていない転舵用電気アクチュエータを制御して転舵輪を目標転舵角に制御するようにしたことを特徴とする車両の操舵装置。