JP4826347B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵装置に係り、特に、操舵ハンドルに反力アクチュエータからの操舵反力を付与することにより操舵反力を得ることができる操舵装置に関する。

ステアバイワイヤ方式を採用した車両の操舵装置が近年開発されてきている。この種の操舵装置は、正常操舵時に操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に分離し、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵輪側に設けられた転舵モータを作動制御して転舵輪を転舵すると同時に、操舵ハンドルの操舵操作に応じて操舵ハンドル側に設けた反力モータを作動制御して操舵反力を操舵ハンドルに付与するようにしたものである。

この種の操舵装置は、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に連結されていないので、転舵輪の転舵限界を直接的に操舵ハンドルの回動操作により察知することは難しい。そのため、操舵ハンドルまたは反力モータに物理的なストッパが介在している場合を除き、転舵輪の転舵限界時に操舵ハンドルがそれ以上回動しないような反力制御が必要とされる。このような反力制御（以下、終端反力制御という）は、例えば、操舵反力を操舵角の増加に応じて増加するよう設定し、転舵限界時に極めて大きな操舵反力が作用するようにして自発的に操舵ハンドルに大きな操舵反力を付与するような構成にすることもできる。あるいは、特許文献１に記載のように、通常の反力制御部とは別に転舵限界時における終端反力制御部を設け、転舵限界時には反力制御部で演算された操舵反力に終端反力制御部にて演算された操舵反力を加えた操舵反力を生成するように反力モータを駆動制御することにより終端反力制御を行うことができる。
特開２００４−１３０９７１号公報

特許文献１に記載の終端反力制御は、終端反力制御部にて演算される操舵反力が車輪の転舵角（またはラックバーの移動位置）にのみ依存し、その他の要因は考慮されていないので、車両のあらゆる状況においても一律に転舵角（またはラックバーの移動位置）のみにて操舵反力が決定される。このため、特許文献１に記載の終端反力制御では、本来不必要な反力を余分に発生している可能性があり、効率的な反力制御とはいえない。加えて、特許文献１に記載の終端反力制御は、余分な反力を発生することによる消費電力の不必要な増加を招くとともに、発熱による悪影響を反力モータに与えるという問題がある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力モータなどの反力アクチュエータを効率的に使用するとともに、状況に応じた適度な終端反力を操舵ハンドルに付与することのできる車両の操舵装置を提供することを技術的課題とする。

上記課題を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力アクチュエータを有する操舵機構と、前記操舵ハンドルの操舵状態を取得する操舵状態取得手段と、前記操舵ハンドルの操舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵機構と、車両の走行状態を取得する走行状態取得手段とを備えた車両の操舵装置において、前記転舵輪の転舵限界時に前記反力アクチュエータが前記操舵ハンドルに付与する終端反力を、前記操舵状態取得手段により取得した操舵状態と前記走行状態取得手段により取得した走行状態とのどちらか一方に応じて変化するように決定し、前記操舵ハンドルの操舵角が所定の基準操舵角から前記転舵輪の転舵限界時における操舵角である限界操舵角までの角度領域内の操舵角であるときに前記操舵ハンドルに付与するロック反力を、前記操舵状態取得手段により取得した操舵状態と前記走行状態取得手段により取得した走行状態とのどちらか一方に応じて変化するように決定する操舵反力決定手段を備え、前記操舵状態取得手段は前記操舵ハンドルの操舵角速度を取得する操舵角速度取得手段を有し、前記操舵反力決定手段は、前記操舵角速度取得手段により取得した操舵角速度が小さいほど、操舵角に対する前記ロック反力の増加率が小さくなるように前記ロック反力を決定することにある。

上記発明によれば、操舵ハンドルに付与すべき操舵反力は操舵反力決定手段によって決定される。操舵反力決定手段は、操舵状態取得手段により取得される操舵状態および／または、走行状態取得手段により取得される走行状態に応じて、転舵限界時における終端反力が変化するように操舵反力を決定する。したがって、操舵状態あるいは走行状態に応じた適度な終端反力を設定することができる。また、効率的に終端反力の制御を行うことができるので、消費電力の不必要な増加および発熱を抑えることができる。なお、本発明において、操舵反力決定手段は、操舵状態および／または走行状態に応じて終端反力が変化する部分を有すればよいのであって、例えば走行状態の一つである車速の変化に伴って終端反力が変化する車速の領域が一部でもあれば、車速によっては終端反力が変化しない（同じ）部分を持つようにしてもよく、必ずしも車速の変化に応じて常に終端反力が変化することを限定するものではない。

また、前記操舵反力決定手段は、前記操舵ハンドルの操舵角が所定の基準操舵角から前記転舵輪の転舵限界時における操舵角である限界操舵角までの角度領域内の操舵角であるときに前記操舵ハンドルに付与するロック反力を、前記操舵状態取得手段により取得した操舵状態と前記走行状態取得手段により取得した走行状態とのどちらか一方に応じて変化するように決定する。上記ロック反力を、操舵状態および／または走行状態に応じて変化するように決定することにより、転舵限界時における終端制御のみならず、基準操舵角から限界操舵角までの一定の操舵角領域（ロック反力領域）においても、操舵状態および／または走行状態に見合った反力設定をすることができる。よって、ロック反力領域においても効率的に反力の制御を行うことができ、消費電力の不必要な増加および発熱をより一層抑えることができる。なお、本発明において、操舵反力決定手段は、操舵状態および／または走行状態に応じてロック反力が変化する部分を有すればよいのであって、例えば操舵状態の一つである操舵角速度の変化に伴ってロック反力が変化する操舵角速度の領域が一部でもあれば、操舵角速度によってはロック反力が変化しない（同じ）部分を持つようにしてもよく、必ずしも操舵角速度の変化に応じて常にロック反力が変化することを限定するものではない。
また、前記操舵状態検出手段は前記操舵ハンドルの操舵角速度を取得する操舵角速度取得手段を有し、前記操舵反力決定手段は、前記ロック反力を、前記操舵角速度取得手段により取得した操舵角速度が小さいほど、操舵角に対する前記ロック反力の増加率が小さくなるように決定する。操舵ハンドルの操舵角速度が大きい、つまり操舵ハンドルを素早く回す場合には、慣性力によって操舵ハンドルを切込み過ぎる場合が想定される。このため、操舵角速度が大きいときは操舵角に対するロック反力の増加率を大きくしてロック反力や終端反力を高めに設定し、操舵ハンドルの切り込み過ぎを防止するのがよい。これに対し、操舵ハンドルの操舵角速度が小さい、つまり操舵ハンドルをゆっくり回す場合には、慣性力は小さいので操舵ハンドルを切り込み過ぎる可能性は小さい。したがって、操舵角速度が小さいときは、操舵角速度が大きいときと比べてロック反力や終端反力を小さく設定しても、操舵操作に与える影響は少ない。よって、操舵角速度が小さいほど操舵角に対するロック反力の増加率を小さくしてロック反力が小さくなる部分を有するようにして操舵角速度によるロック反力の補正を行うことにより、余分な反力の発生を防止でき、効率的な反力制御を実現することができる。

この場合、前記走行状態検出手段は車速を取得する車速取得手段を有し、前記操舵反力決定手段は、前記ロック反力を、前記車速取得手段により取得した車速が小さいほど小さくなるように決定するとよい。高速走行時に操舵ハンドルを切り込み過ぎると車両挙動が不安定となり、再び安定化させるためには時間がかかる。したがって、高速走行時はロック反力や終端反力を高めに設定し、操舵ハンドルの切り込み過ぎを防止するのがよい。一方、低速走行時であれば、操舵ハンドルを切り込み過ぎても、ドライバーの判断によりすぐさま操舵ハンドルを戻すことにより車両挙動を安定にすることができる。したがって、低速走行時は、高速走行時と比べてロック反力や終端反力を小さく設定しても、車両挙動に与える影響は少ない。よって、車速が小さいほどロック反力が小さくなるようにして車速によるロック反力の補正を行うことにより、余分な反力の発生を防止でき、効率的な反力制御を実現することができる。

さらにこの場合、車両の挙動状態（ヨーレートなど）を取得する挙動状態検出手段（ヨーレートセンサなど）を設け、操舵反力決定手段は、挙動状態検出手段により検出した挙動状態から車両の挙動が安定していると判断した場合には上記のように高速走行時にロック反力を高めに設定し、車両の挙動が不安定と判断した場合には高速走行時におけるロック反力の増加を抑えるかまたは逆に減少するように、ロック反力を決定するものであってもよい。例えば車両の挙動が既に不安定な状態にあって、ドライバーがカウンターステア操作をしているようなときには、操舵ハンドルに付与される操舵反力は小さい方が操作しやすい。したがって、このような場合にロック反力の増加を抑え、または減少することにより、車両の挙動不安定時における操舵操作性を向上させることができる。

また、前記走行状態検出手段は車両が前進状態であるか後進状態であるかを取得する前後進状態取得手段を有し、前記操舵反力決定手段は、前記前後進状態取得手段により車両が後進状態であることを取得した場合には、車両が前進状態であることを取得した場合に比較して反力が小さくなるように、前記ロック反力を決定するようにしてもよい。車両が前進走行している場合には、ドライバーは操舵ハンドルに面した姿勢を採っており、操舵ハンドルに強い力をかけることができる。これに対し、車両が後退走行している場合は、ドライバーは車両の進路を確認するために後ろを向いているので体勢がくずれており、このような体勢で操舵ハンドルに強い力をかけることができない。したがって、車両が後退走行しているときは、前進走行しているときよりも小さいロック反力を操舵ハンドルに付与することとしても体感的に違和感がなく、また後退走行時の終端反力を前進走行時の終端反力よりも小さいものとしても、十分に操舵ハンドルのそれ以上の回転を防止することができる。よって、後進状態である場合は前進状態である場合よりもロック反力や終端反力が小さくなるようにして前後進状態による補正を行うことにより、余分な反力の発生を防止でき、効率的な反力制御を実現することができる。なお、上記前後進状態取得手段は、少なくとも車両が前進状態であるか後進状態であるかを取得することができればよく、これらの状態に加えてその他の状態、例えばニュートラル状態や停止状態などを取得するものであってもよい。

また、操舵反力決定手段は、操舵角が前記限界操舵角に近づくに従い、操舵角速度が大きくなるにつれて操舵反力が増加する割合（粘性項の割合）が大きくなるように、操舵角速度に依存して操舵反力を決定するのがよい。限界操舵角付近で操舵角速度が大きい場合は、操舵ハンドルや反力アクチュエータの慣性に対抗するために大きな終端反力が必要となる場合がある。このとき、限界操舵角に近づくにつれて、操舵角速度が大きくなるにつれて操舵反力が増加する割合を増加するように操舵反力を決定しておけば、限界操舵角に達する前から操舵角速度が大きい場合は大きな操舵反力が付与されるために操舵ハンドルに大きな回動抵抗が作用し、斯かる回動抵抗によって操舵角速度が小さくなる。このため、限界操舵角における終端反力が結果的に小さくされる。これにより、反力アクチュエータの消費電力および発熱を抑制することができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。

この車両の操舵装置は、ドライバー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をドライバー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、ドライバー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の下部には操舵反力用電動モータ１３が組みつけられている。操舵反力用電動モータ１３は、減速機構１４を介して操舵入力軸１２を軸線周りに回転駆動する。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置されたラックバー２１を備えている。ラックバー２１の両端部には、図示省略したタイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ラックバー２１の軸線方向の変位により左右に転舵される。ラックバー２１の外周上には、ハウジング（図示省略）に組みつけられた転舵用電動モータ２２が設けられている。転舵用電動モータ２２の回転は、ねじ送り機構２３により減速されるとともにラックバー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や転舵用電動モータ２２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、車速センサ３２、シフトポジションセンサ３３およびを転舵角センサ３４備えている。操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組みつけられて、操舵入力軸１２の軸線周りの回転を測定することにより、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出してハンドル操舵角θとして出力する。なお、ハンドル操舵角θは、操舵ハンドル１１の中立位置を「０」とし、右方向の操舵角を正の値で表し、左方向の操舵角を負の値で表す。車速センサ３２は車速Ｖを検出して出力する。シフトポジションセンサ３３は、車両のエンジンに接続された変速機（図示省略）の変速状態あるいは変速機を作動させるためのシフトノブの位置Ａが、前進状態あるいは前進位置（”Ｄ”位置）であるか、後退状態あるいは後退位置（”Ｒ”位置）であるか、それ以外（例えばパーキング位置（”Ｐ”位置）、ニュートラル位置（”Ｎ”位置））であるかを検出して出力する。転舵角センサ３４は、ラックバー２１に組みつけられて、ラックバー２１の軸線方向の変位を測定することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δを検出して出力する。なお、実転舵角δは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の中立位置を「０」とし、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の右方向の転舵角を正の値で表し、左方向の転舵角を負の値で表す。

また、電気制御装置３０は、互いに接続された転舵用電子制御ユニット（以下、転舵用ＥＣＵという）３５および操舵反力用電子制御ユニット（以下、操舵反力用ＥＣＵという）３７を備えている。転舵用ＥＣＵ３５には、操舵角センサ３１、車速センサ３２および転舵角センサ３４が接続されている。操舵反力用ＥＣＵ３７には、操舵角センサ３１、車速センサ３２およびシフトポジションセンサ３３が接続されている。

これらのＥＣＵ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。転舵用ＥＣＵ３５は、図２の転舵制御プログラムを実行して、転舵駆動回路３６を介して転舵用電動モータ２２を駆動制御する。操舵反力用ＥＣＵ３７は、図３の操舵反力制御プログラムを実行して、反力駆動回路３８を介して操舵反力用電動モータ１３を駆動制御する。

次に、上記のように構成した本実施形態の動作について説明する。イグニッションスイッチの投入により、転舵用ＥＣＵ３５および操舵反力用ＥＣＵ３７は、転舵制御プログラムおよび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。

転舵制御プログラムは、図２のステップＳ１００にて開始され、ステップ１０１にて転舵用ＥＣＵ３５は、操舵角センサ３１からのハンドル操舵角θ、車速センサ３２からの車速Ｖおよび転舵角センサ３４からの実転舵角δをそれぞれ入力する。次に、転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０２にて、ＲＯＭ内に記憶されている転舵角テーブルを参照して、ハンドル操舵角θに応じて変化する目標転舵角δ＊を計算する。転舵角テーブルは、図４に示すように、ハンドル操舵角θの増加に従って非線形に増加するステアバイワイヤ用の目標転舵角δ＊を記憶している。この目標転舵角δ＊のハンドル操舵角θに対する変化率は、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の小さな範囲内で小さく、｜θ｜が大きくなると大きくなるように設定されている。なお、この転舵角テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θと目標転舵角δ＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用してステアバイワイヤ用の目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。また、車速Ｖに応じて変化する車速係数ＫＳを求め、上記の目標転舵角δ＊に車速係数ＫＳをかけあわせて、車速により補正した目標転舵角を算出してもよい。

次に、転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０３にて、転舵角変更量Ｘを計算する。この転舵角変更量Ｘは、実転舵角δと目標転舵角δ＊との差（δ＊−δ）である。そして、ステップＳ１０４にて転舵角変更量Ｘだけ転舵角が変更されるように、転舵駆動回路３６に指令信号を出力する。その後、ステップＳ１０５にてこの転舵制御プログラムの実行を終了する。これにより、転舵駆動回路３６は、転舵角が上記転舵角変更量Ｘだけ変化するような駆動電流Ｉ_Ｘを転舵用電動モータ２２に出力し、転舵用電動モータ２２はこの駆動電流Ｉ_Ｘを受けて回転駆動される。転舵用電動モータ２２の回転駆動力はねじ送り機構２３により直線駆動力に変換され、この直線駆動力によってラックバー２１が軸線方向に駆動する。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が目標転舵角δ＊となるように転舵制御される。

本実施形態の操舵装置は、上記の転舵制御プログラムの実行とともに、操舵ハンドルに所定の反力を加えるための操舵反力制御プログラムが操舵反力用ＥＣＵ３７にて実行される。この操舵反力制御用プログラムの実行は、図３のステップＳ２００にて開始され、ステップＳ２０１にて操舵反力用ＥＣＵ３７は、操舵角センサ３１からのハンドル操舵角θ、車速センサ３２からの車速Ｖおよびシフトポジションセンサ３３からのシフト位置Ａをそれぞれ入力する。

次に、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ２０２にて操舵角速度ωを計算する。操舵角速度ωは、操舵角θの時間変化率（ｄθ／ｄｔ）に基づいて求めることができる。続いて、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ２０３にて、ＲＯＭ内に記憶されている操舵反力テーブルを参照して、ハンドル操舵角θに応じて変化する目標操舵反力ＭＴ＊を計算する。操舵反力テーブルは、図８に示すように、ハンドル操舵角θの増加に従って非線形に増加するステアバイワイヤ用の目標操舵反力ＭＴ＊を記憶している。この目標操舵反力ＭＴ＊のハンドル操舵角θに対する変化率は、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の小さな範囲内で小さく、｜θ｜が大きくなると大きくなり、｜θ｜の最大値付近で再び小さくなるように設定されている。なお、この転舵反力テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θと目標操舵反力ＭＴ＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用してステアバイワイヤ用の目標操舵反力ＭＴ＊を計算するようにしてもよい。

続いて、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ２０４にて、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜がロック反力基準操舵角θlockの絶対値｜θlock｜未満であるかを判定する。ここで、ロック反力基準操舵角θlockは、その操舵角を境に目標操舵反力ＭＴ＊に従って操舵反力を算出するか、それとも車輪の転舵角が転舵限界に近づいてきたことによる補正を行った上で操舵反力を算出するかの分岐点となる角度である。｜θlock｜は、車輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵限界時におけるハンドル操舵角（限界操舵角）θlimitの絶対値｜θlimit｜よりも小さい範囲であれば任意に設定できるが、なるべくθlimitに近い値とするとよい。このステップＳ２０４における判定により｜θ｜が｜θlock｜未満であると判定された場合はステップＳ２０５に進み、｜θ｜が｜θlock｜以上であると判定された場合は、ステップＳ２０７に進む。なお、説明の便宜上、｜θ｜＜｜θlock｜であるときに操舵ハンドル１１に付与する操舵反力のことを通常反力と呼び、｜θlock｜≦｜θ｜＜｜θlimit｜であるときに操舵ハンドル１１に付与する操舵反力のことをロック反力と呼び、θ＝θlimitであるときに操舵ハンドル１１に付与する操舵反力のことを終端反力と呼ぶ。

ステップＳ２０４にて｜θ｜が｜θlock｜未満であると判定した場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）は、操舵角θが限界操舵角θlimitから遠ざかっているものと判断できる。この場合は、転舵角が転舵限界に近づくことによる補正を行う必要がない。よって、次のステップＳ２０５においては、ステップＳ２０３にて計算した目標操舵反力ＭＴ＊をそのまま出力すべき操舵反力ＭＴに設定する。次いで、ステップＳ２０６にて、操舵ハンドル１１に操舵反力ＭＴが付与されるように、反力駆動回路３８に指令信号を出力する。その後、ステップＳ２１７にてこの操舵反力制御プログラムの実行を終了する。これにより、反力駆動回路３８は、操舵反力が上記操舵反力ＭＴとなるような駆動電流Ｉ_ＭＴを操舵反力用電動モータ１３に出力し、操舵反力用電動モータ１３はこの駆動電流Ｉ_ＭＴを受けて回転トルクを発生する。この回転トルクが減速機構１４を介して操舵反力として操舵ハンドル１１に作用する。このようにして、｜θ｜＜｜θlock｜の操舵角度領域において通常反力制御が行われる。

一方、ステップＳ２０４にて｜θ｜が｜θlock｜以上であると判定された場合には、次のステップＳ２０７にて、｜θ｜が｜θlimit｜以下であるかを判定し、「Ｙｅｓ」であればステップＳ２０８に進み、「Ｎｏ」であればステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２０８に進んだ場合は、操舵角θがθlock〜θlimitの領域内にあり、未だ限界操舵角θlimitとはなっていないが、限界操舵角θlimitに近づいていると判断できる。この場合は、転舵角が転舵限界となったときに操舵反力を大きくして実質的にそれ以上の操舵ハンドルの回動を抑止するために、目標操舵反力ＭＴ＊を補正してより大きな反力（ロック反力）を事前に発生する必要がある。このため、ステップＳ２０８にて、目標操舵反力ＭＴ＊に対して下記式１の計算の実行により目標操舵反力ＭＴ＊に対してロック補正演算を行い、ロック補正反力ＭＴ１を演算する。

ここで、上記式１において、Ｋ１は傾き係数である。傾き係数Ｋ１は、操舵角θとロック反力基準操舵角θlockとの差に応じてＭＴ＊に上乗せする反力の増加割合を決定する係数であり、任意に設定できる。ステップＳ２０８にてロック補正反力ＭＴ１を計算した後は、ステップＳ２０９に進む。

このステップＳ２０９においては、車速補正演算を行う。ここで、ステアバイワイヤ方式の操舵装置を使用して車両走行を行う場合、高速走行時に操舵ハンドルを切り込み過ぎると車両挙動が不安定となり、再び車両挙動を安定化するには時間がかかる。このため、高速走行時では、操舵ハンドルの切込み過ぎを防止するためにロック反力および終端反力を大きくするのがよい。しかし、低速走行時には、操舵ハンドルを切り込み過ぎても、ドライバーの判断によりすぐさま操舵ハンドルを戻すことにより車両挙動をすぐに安定化することができる。このため、低速走行時において操舵ハンドルの切り込み過ぎを防止するためにロック反力や終端反力を大きくする必要性は、高速走行時の場合よりも小さい。加えて、低速走行時においては、蛇行路を低速で走行する場合のように、ロック反力が付与される操舵角領域においても操舵ハンドルを頻繁に取り回す状況も想定され、斯かる状況の下では反力が小さいほうが操舵ハンドルの取り回しが容易にできる。本実施形態ではこれらの点に着目し、通常反力から終端反力に向かうまでのロック反力の設定領域において、車速に応じてロック反力が変化するように、特に、車速が小さい（低速走行時）程ロック反力が小さくなるように、ロック補正反力ＭＴ１に対して車速補正演算を行い、車速補正後の反力である車速補正反力ＭＴｖを求める。この車速補正反力ＭＴｖは、ステップＳ２０９にて下記式２の計算の実行により求められる。

ここで、上記式２において、Ｋ２は、図５に示すように車速Ｖに応じて変化する係数であり、車速が大きい高速領域ではＫ２はほぼ１であるが、車速が小さい低速領域では１未満（例えば０．７）とされる。また、車速が小さくなるほど係数Ｋ２が小さくなる部分を有する。上記式２の計算によって、車速が小さいほど車速補正反力ＭＴｖが小さく設定される。なお、車両のヨーレートセンサなどの車両の挙動状態を判断し得るセンサが設けられている場合であって、車両の挙動が不安定な状態である場合には、図５に示すグラフに代えて、高速走行時であってもＫ２が１未満となるようなグラフを用いて車速による補正をしてもよい。高速走行時に車両挙動が不安定な場合は、ドライバーがカウンターステアなどの操舵操作を行っている可能性があり、この場合は車速補正演算により高速であっても操舵反力を小さくして操舵操作性の向上を図るのが好ましい場合があるからである。ステップＳ２０９にて車速補正反力ＭＴｖを演算した後は、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、操舵角速度補正演算を行う。ここで、ステアバイワイヤ方式の操舵装置を使用して車両走行を行う場合、操舵ハンドルの操舵角速度が大きい、つまり操舵ハンドルを素早く回す場合には、慣性力によって操舵ハンドルを切込み過ぎる場合が想定される。したがって、このような切込み過ぎを防止するためにロック反力および終端反力を大きく設定するのがよい。これに対し、操舵ハンドルの操舵角速度が小さい、つまり操舵ハンドルをゆっくり回す場合には、慣性力は小さいので操舵ハンドルを切り込み過ぎる可能性は小さい。このため、操舵角速度が小さい場合において操舵ハンドルの切り込み過ぎを防止するためにロック反力および終端反力を大きくする必要性は、操舵角速度が大きい場合よりも小さい。本実施形態ではこの点に着目し、ロック反力の設定領域において、操舵角速度に応じてロック反力が変化するように、特に、操舵角速度が小さいほどロック反力が小さくなるように、車速補正反力ＭＴｖに対して操舵角速度補正演算を行い、操舵角速度補正後の反力である操舵角速度補正反力ＭＴａを求める。この操舵角速度補正反力ＭＴａは、ステップＳ２１０にて下記式３の計算の実行により求められる。

ここで、上記式３において、Ｋ３は、操舵角速度に応じて変化する係数であり、図６に示すように、操舵角速度が大きい領域ではＫ３はほぼ１であるが、操舵角速度が小さい領域では１未満とされる。また、操舵角速度が小さくなるほど係数Ｋ３が小さくなる部分を有する。なお、本実施形態（図５、図６）ではＫ２およびＫ３が同一の特性を持つように示したが、Ｋ２およびＫ３は、異なった特性を有するものであってよいのは当然である。

ステップＳ２１０にて操舵角速度補正反力ＭＴａを計算した後、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ２１１にてシフトポジションセンサ３３から入力されるシフトポジションＡが“Ｒ”（リバース）位置であるかを判定する。シフトポジションＡが“Ｒ”である場合はステップＳ２１２に進み、それ以外である場合はステップＳ２１５に進む。

ステップＳ２１２においては、後退走行時におけるシフトポジション補正係数Ｋ４を設定する。その後、ステップＳ２１３に進む。ここで、車両が前進走行している場合、または停止している場合には、ドライバーは操舵ハンドルに対面した姿勢を採っており、操舵ハンドルを操舵操作する際には操舵ハンドルに強い力をかけることができる。このため、停止時あるいは前進走行時においては、ドライバーからの強い力による操舵ハンドルの切込み過ぎを防止するためにロック反力および終端反力を大きくするのがよい。しかし、車両が後退走行している場合は、ドライバーは車両の進路を確認するために後方を向いており、体勢がくずれている。したがって、このように体勢がくずれた状態のまま操舵ハンドルを操舵操作しても操舵ハンドルに強い力をかけることができない。よって、後退走行中にドライバーの力によって操舵ハンドルが切り込み過ぎとなる可能性は小さい。本実施形態ではこの点に着目し、シフトポジションセンサによって取得されたシフトポジションＡに応じてロック反力が変化するように、特に、シフトポジションＡが“Ｒ”位置であるときは、それ以外の位置、たとえば“Ｄ”（ドライブ）位置、“Ｐ”（パーキング）位置、“Ｎ”（ニュートラル）位置、である場合に比較して、ロック反力が小さくなるように、操舵角速度補正反力ＭＴａに対してシフトポジション補正演算を行い、シフトポジション補正後の反力であるシフトポジション補正反力ＭＴｐを求める。このシフトポジション補正反力ＭＴｐは、ステップＳ２１２にてシフトポジション補正係数Ｋ４をＳ（０＜Ｓ＜１）と設定した後、ステップＳ２１３にて下記式４の計算の実行により求められる。

上記のようにステップＳ２１２を経てステップＳ２１３にてシフトポジション補正反力ＭＴｐを演算する場合には、Ｋ４がＳに設定されており、Ｓは１未満の正数であるので、ＭＴｐはＭＴａよりも小さくなる。このようにしてシフトポジション補正が行われる。

また、ステップＳ２１１にてシフトポジションセンサから入力されるシフトポジションＡが“Ｒ”位置以外であると判定した場合は、ドライバーは操舵ハンドルに対面している姿勢である状況と考えられるので、シフトポジション補正を行って反力を減少する必要がない。したがって、この場合はステップＳ２１５に進んでシフトポジション補正係数Ｋ４を１に設定した後、ステップＳ２１３に進み、シフトポジション補正反力ＭＴｐを演算する。ステップＳ２１５を経てステップＳ２１３にてシフトポジション補正反力ＭＴｐを演算する場合には、Ｋ４が１とされているので、ＭＴｐはＭＴａと等しい。よって、シフトポジションによる補正は実質的に行われなかったことになる。

ステップＳ２１３にてシフトポジション補正反力ＭＴｐを演算した後は、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ２１４にて操舵ハンドル１１に付与すべき操舵反力ＭＴをシフトポジション補正反力ＭＴｐに設定する。そして、ステップＳ２０６に進み、操舵ハンドル１１に操舵反力ＭＴが付与されるように、反力駆動回路３８に指令信号を出力する。その後、ステップＳ２１７にてこの操舵反力制御プログラムの実行を終了する。これにより、反力駆動回路３８は、操舵反力が上記操舵反力ＭＴとなるような駆動電流Ｉ_ＭＴを操舵反力用電動モータ１３に出力し、操舵反力用電動モータ１３はこの駆動電流Ｉ_ＭＴを受けて回転トルクを発生する。この回転トルクが減速機構１４を介して操舵反力として操舵ハンドル１１に作用する。このようにして、｜θlock｜≦｜θ｜＜｜θlimit｜の操舵角度領域においてロック反力制御が行われる。

また、ステップＳ２０７にて、操舵角θが限界操舵角θlimit以上であると判定した場合には、ステップＳ２１６に進んで終端反力の設定を行う。この場合、終端反力として、θ＝θlimitのときにステップＳ２１３にて演算されたシフトポジション補正反力ＭＴｐを終端反力に設定する。なお、θ＝θlimit時におけるシフトポジション補正反力ＭＴｐがステップＳ２１３にて演算されなかった場合には、このステップＳ２１６にて下記式５の計算の実行により、ＭＴｐを求めてもよい。

ここで、上記式５中、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４は、それぞれ前述の、傾き係数、車速補正係数、操舵角速度補正係数、シフトポジション補正係数である。

ステップＳ２１６にてＭＴｐを取得または演算した後は、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ２１７にて操舵ハンドル１１に付与すべき操舵反力ＭＴを上記のように設定したシフトポジション補正反力ＭＴｐに設定する。そして、ステップＳ２０６に進み、操舵ハンドル１１に操舵反力ＭＴが付与されるように、反力駆動回路３８に指令信号を出力する。その後、ステップＳ２１７にてこの操舵反力制御プログラムの実行を終了する。これにより、駆動回路３８は、操舵反力が上記操舵反力ＭＴとなるような駆動電流Ｉ_ＭＴを操舵反力用電動モータ１３に出力し、操舵反力用電動モータ１３はこの駆動電流Ｉ_ＭＴを受けて回転トルクを発生する。この回転トルクが操舵反力として操舵ハンドル１１に作用する。このようにして、｜θlimit｜＜｜θ｜の操舵角度領域において終端反力制御が行われる。

図７は、上記のような操舵反力制御プログラムの実行の結果、操舵角に対して操舵ハンドルに付与される操舵反力ＭＴの変化を示すグラフである。図７からわかるように、通常反力制御が行われる操舵角領域（｜θ｜＜｜θlock｜）では、操舵反力ＭＴは、通常の操舵反力制御に従った反力特性を示す。

また、ロック反力制御が行われる操舵角領域（｜θlock｜＜｜θ｜≦｜θlimit｜）では、通常制御領域における場合に比較して、操舵角に対する操舵反力ＭＴの増加率が大きくなっている。ただし、この領域では、車速補正、操舵角速度補正、シフトポジション補正が行われるため、これらの走行状態や操舵状態に応じて、操舵角に体する操舵反力ＭＴの増加率が変化する。例えば、高速走行状態時、操舵角速度が大きい場合、あるいは前進走行時は、図７の特性線Ａに示すように操舵角に対する操舵反力ＭＴの増加率は大きく、低速走行状態時、操舵角速度が小さい場合、あるいは後退走行時は、図７の特性線Ｂに示すように操舵角に対する操舵反力ＭＴの増加率は小さい（ただし、通常反力制御時における増加率よりは大きい）。このように、ロック反力制御が行われる領域において、車両の走行状態（例えば車速、前進または後退走行）や操舵状態（例えば操舵角速度）に応じてロック反力（特に操舵角に対するロック反力の増加率）が変化するように制御することによって、余分な反力を操舵反力用電動モータ１３から発生することを防止することができ、消費電力の低減および発熱の防止を図ることができる。また、このように制御した場合においても、限界操舵角における終端反力を、走行状態や操舵状態に応じた適切な反力とすることができる。

また、終端反力制御が行われる操舵角領域（｜θlimit｜＜｜θ｜）では、操舵反力ＭＴは操舵角の変化にかかわらず一定の値に保たれる。したがって、転舵限界に達しているにも関わらず操舵ハンドルがそれ以上回動した場合でも操舵反力用電動モータが発生する回転トルクを一定にすることができ、消費電力の低減に寄与することができる。また、上記ロック反力制御が行われる操舵角領域において、車両の走行状態や操舵状態に応じてロック反力が変化するように制御しているので、その結果として終端反力も、走行状態や操舵状態に応じて異なった反力となる。このため、終端反力制御が行われる操舵角領域でも走行状態や操舵状態に見合った適切な終端反力が設定されるので、無駄な消費電力を抑えることができるとともに、操舵反力用電動モータの発熱も抑えることができる。なお、限界操舵角θlimitにおいては、実質的に人力で操舵ハンドルをそれ以上回動できない反力に設定するので、θlimitを越えた領域内で操舵反力が制御される機会は少ない。

（変形例）
上記実施の形態では、目標操舵反力ＭＴ＊は、図８に示す操舵反力テーブルに基づいて演算される。この場合において、操舵ハンドルの操舵角速度が大きいと操舵ハンドルおよび操舵反力用電動モータの慣性が大きいため、限界操舵角において反力による「壁感」をドライバーに感じさせるためには、これらの慣性をも加味した反力とする必要がある。したがって、操舵ハンドルの操舵角速度が大きい場合には、限界操舵角における終端反力が大きくなる傾向にあり、消費電力が大きくなってしまう。この場合において、操舵反力用ＥＣＵ３７は、以下に示す粘性項補正プログラムの実行により目標操舵反力ＭＴ＊を求めることにより、終端反力を小さくすることができる。

図９は、粘性項補正プログラムのフローチャートである。この粘性項補正プログラムは図９のステップＳ３００にて開始され、ステップＳ３０１にて操舵ハンドルの操舵角θおよび転舵輪の転舵角δが入力される。次いで、ステップＳ３０２にて、操舵角速度が演算される。この操舵角速度は、操舵角の時間変化量（ｄθ／ｄｔ）から求められる。

次いで、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ３０３にて、下記式６の計算の実行により、基準操舵反力ＭＴ０を求める。

ここで、上記式６において、Ｋａは操舵角に応じて設定されるばね項、Ｋｂ０は操舵角速度に応じて設定される粘性項、Ｋｃは車両の走行に伴う外力変数（慣性トルク、路面μトルク、セルフアライニングトルク等）である。

次いで、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ３０４にて、ＲＯＭ内に記憶されている粘性項補正値テーブルを参照して、転舵角δに応じて変化する粘性項補正値Ｋｂ１を計算する。粘性項補正値テーブルは、図１０に示すように、転舵角δの絶対値の増加に従って急激に増加する粘性項補正値Ｋｂ１を記憶している（図中、δlimitは、転舵限界時の転舵角（限界転舵角）である）。なお、この粘性項補正値テーブルを利用するのに代えて、転舵角と粘性項補正値Ｋｂ１との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用して粘性項補正値Ｋｂ１を計算するようにしてもよい。

次いで、操舵反力用ＥＣＵ３７は、ステップＳ３０５にて、ＭＴ０およびＫｂ１を用いて、下記式７の計算の実行により目標操舵反力補正値ＭＴ＊amを求める。

ステップＳ３０５にて目標操舵反力補正値ＭＴ＊amを求めた後、ステップＳ３０６にてこの粘性項補正プログラムの実行を終了する。

上記のようにして求めた目標操舵反力補正値ＭＴ＊amを、図３のステップＳ２０３において使用する目標操舵反力ＭＴ＊とする。このように目標反力を補正することにより、限界操舵角θlimitの付近では粘性項補正値Ｋｂ１が大きくなり、その結果操舵角速度ωが大きいほど操舵反力が大きく設定される。このため、操舵ハンドル１１を素早く回した場合にはより大きな操舵反力が作用して操舵ハンドル１１を回しづらくなるので、限界操舵角に行き着くまでに操舵角速度ωが減速され、結果的に終端反力を小さくすることができる。なお、上記式７の計算の実行によって目標操舵反力補正値ＭＴ＊amを求めるのに代えて、予め操舵角θ、操舵角速度ω、転舵角δなどから目標操舵反力補正値ＭＴ＊amが計算されたマップを用意しておき、そのマップに基づいて目標操舵反力補正値ＭＴ＊amを計算してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、操舵状態や走行状態に応じて操舵反力を決定することにより、状況に応じた適度なロック反力および終端反力を設定することができ、消費電力の不必要な増加および発熱を抑えることができる。

本発明の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の転舵用ＥＣＵにより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。 図１の操舵反力用ＥＣＵにより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。 ハンドル操舵角と目標転舵角との関係を示すグラフである。 車速と車速補正係数との関係を示すグラフである。 操舵角速度と操舵角速度補正係数との関係を示すグラフである。 本実施形態における操舵反力制御プログラムを実行した場合の、ハンドル操舵角と操舵反力との関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角と目標操舵反力との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例に係り、操舵反力用ＥＣＵにより実行される粘性項補正プログラムのフローチャートである。 転舵角と粘性項補正係数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…操舵操作装置（操舵機構）、１１…操舵ハンドル、１３…操舵反力用電動モータ（反力アクチュエータ）、２０…転舵装置（転舵機構）、２２…転舵用電動モータ、３０…電気制御装置、３５…転舵用ＥＣＵ、３７…操舵反力用ＥＣＵ（操舵反力決定手段）、ＭＴ…操舵反力、ＭＴ＊…目標操舵反力、ＭＴ＊am…目標操舵反力補正値、ＭＴ０…基準操舵反力、ＭＴ１…ロック補正反力、ＭＴａ…操舵角速度補正反力、ＭＴｐ…シフトポジション補正反力、ＭＴｖ…車速補正反力、θlimit…限界操舵角、θlock…ロック反力基準操舵角

Claims (4)

1. 操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力アクチュエータを有する操舵機構と、前記操舵ハンドルの操舵状態を取得する操舵状態取得手段と、前記操舵ハンドルの操舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵機構と、車両の走行状態を取得する走行状態取得手段とを備えた車両の操舵装置において、
   前記転舵輪の転舵限界時に前記反力アクチュエータが前記操舵ハンドルに付与する終端反力を、前記操舵状態取得手段により取得した操舵状態と前記走行状態取得手段により取得した走行状態とのどちらか一方に応じて変化するように決定し、前記操舵ハンドルの操舵角が所定の基準操舵角から前記転舵輪の転舵限界時における操舵角である限界操舵角までの角度領域内の操舵角であるときに前記操舵ハンドルに付与するロック反力を、前記操舵状態取得手段により取得した操舵状態と前記走行状態取得手段により取得した走行状態とのどちらか一方に応じて変化するように決定する操舵反力決定手段を備え、
   前記操舵状態取得手段は前記操舵ハンドルの操舵角速度を取得する操舵角速度取得手段を有し、
   前記操舵反力決定手段は、前記操舵角速度取得手段により取得した操舵角速度が小さいほど、操舵角に対する前記ロック反力の増加率が小さくなるように前記ロック反力を決定することを特徴とする、車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両の操舵装置において、
   前記走行状態取得手段は車速を取得する車速取得手段を有し、
   前記操舵反力決定手段は、前記ロック反力を、前記車速取得手段により取得した車速が小さいほど小さくなるように決定することを特徴とする、車両の操舵装置。
3. 請求項１または２に記載の車両の操舵装置において、
   前記走行状態取得手段は車両が前進状態であるか後進状態であるかを取得する前後進状態取得手段を有し、
   前記操舵反力決定手段は、前記前後進状態取得手段により車両が後進状態であることを取得した場合には、車両が前進状態であることを取得した場合に比較して前記ロック反力が小さくなるように、前記ロック反力を決定することを特徴とする、車両の操舵装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の操舵反力制御装置において、
   前記操舵反力決定手段は、操舵角が前記限界操舵角に近づくに従い、操舵角速度が大きくなるにつれて操舵反力が増加する割合が大きくなるように、操舵角速度に依存して操舵反力を決定することを特徴とする、操舵反力制御装置。

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