JP6299255B2 - 制御装置およびこの装置を備える操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作部材に加える反力を制御する制御装置およびこの装置を備える操作装置に関する。

ステアバイワイヤ方式のステアリング装置によれば、操作部材の一例であるステアリングホイールが転舵機構等からの反力を受けない。このため、このステアリング装置の制御装置は、操作部材に反力トルクを入力するモータの出力を操舵角等に基づいて制御することにより、操作部材と転舵機構等とが機械的に結合したステアリング装置である機械式ステアリング装置の操作部材に生じる反力を模擬する。なお、特許文献１は、このようなステアリング装置の一例を開示している。

上記制御装置は、一例として、操舵角に応じて変化する復帰反力トルク成分と、操作部材の操作方向に応じて変化する摩擦反力トルク成分とを合わせた値である反力トルクを、予め記憶しているマップから算出し、算出した反力トルクが操作部材に入力されるようにモータの出力を制御する。

復帰反力トルク成分は、機械式ステアリング装置においてステアリングシャフト等のねじれにより発生する復元力を模擬する成分である。図６は、復帰反力トルク成分と操舵角との関係の一例を示している。この例によれば、操作部材の操舵角が大きくなるにつれて復帰反力トルク成分が増加する。

摩擦反力トルク成分は、機械式ステアリング装置において操作部材の操作方向と反対方向に生じる摩擦力を模擬する成分である。図７は、摩擦反力トルク成分と操舵角との関係の一例を示している。この例によれば、摩擦反力トルク成分が操作部材の操舵角に依存することなく、操作部材の操舵方向のみに応じて変化する。

図８は、図６に示される復帰反力トルク成分のグラフと、図７に示される摩擦反力トルク成分のグラフとを重ね合わせた結果である反力トルクと操舵角との関係を規定するマップの一例であり、上記制御装置に記憶されるマップの一例に該当する。グラフＧＣは、復帰反力トルク成分からなる反力トルクと操舵角との関係を示している。グラフＧＲは、操作部材が右方向に操作されるときの摩擦反力トルク成分を復帰反力トルク成分に加算した反力トルクと操舵角との関係を示している。グラフＧＬは、操作部材が左方向に操作されるときの摩擦反力トルク成分を復帰反力トルク成分に加算した反力トルクと操舵角との関係を示している。

上記制御装置を含むステアリング装置によれば、操作部材が中立位置（操舵角＝「０°」）から右方向に操作されて操舵角が増加するとき、制御装置により算出される反力トルクが図８のグラフＧＲに従い次のように変化する。操舵角が「０°」から右方向に増加しはじめるとき、反力トルクは、「０°」の操舵角に対応する値からグラフＧＲ上における右方向の操舵角に応じた値に向けて増加しはじめる。そして、操舵角が右方向に増加するにつれて、反力トルクがグラフＧＲに沿って次第に増加する。

特開２００６−１５９９６３号公報

右方向に操作されていた操作部材の操作が停止したことにより、操舵角が任意の操舵角θに保持されているとき、制御装置により算出される反力トルクは、グラフＧＲ上における反力トルクＴＡからグラフＧＣ上における反力トルクＴＢに減少する。その後、操作部材が再び右方向に操作されはじめたとき、制御装置により算出される反力トルクは、グラフＧＲ上における反力トルクＴＡからグラフＧＲ上における右方向の操舵角に応じた値に向けて増加しはじめる。

このように、操作部材の操舵角が変化している状態から操舵角が変化しない状態に移行し、再び操舵角が変化する状態に移行したとき、操舵角が再び変化しはじめる前後における反力トルクの差が大きくなる。このため、運転者がこのような不連続な反力トルクの変化に対して違和感を覚えるおそれがある。なお、このような問題は、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置に限らず、操作部材に直接的に反力トルクまたは反力が加えられない構成を含む他の装置においても同様に生じ得る。

本発明の目的は、操作部材を操作する操作者が違和感を覚えにくい制御装置およびこの装置を備える操作装置を提供することである。

〔１〕本制御装置の独立した一形態は、次の事項を有する。すなわち、操作部材と機械的に連結され、前記操作部材を中立位置に近づける力を模擬する復帰反力成分および前記操作部材が操作されることにより生じる摩擦力を模擬する摩擦反力成分を含む反力を前記操作部材に加える操作装置の制御装置であって、前記操作部材が操作される操作量と前記復帰反力成分との関係を規定した第１マップまたは第１演算式、および、前記操作部材が操作される操作速度と前記摩擦反力成分との関係を規定した第２マップまたは第２演算式を記憶した記憶部と、前記第１マップまたは前記第１演算式と前記操作量とに基づいて、前記復帰反力成分を算出し、前記第２マップまたは前記第２演算式と前記操作速度とに基づいて、前記摩擦反力成分を算出し、前記操作装置に出力させる前記反力の大きさを前記摩擦反力成分および前記復帰反力成分に基づいて算出する算出部とを含み、前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、「０」を含む所定速度以下の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、「０」よりも大きい摩擦反力成分である基準摩擦反力成分を算出する。

本制御装置によれば、操作部材の操作量が変化している状態から操作量が変化しない状態に遷移したとき、制御装置により算出される反力は、「０」よりも大きい基準摩擦反力成分を含む。このため、操作部材の操作速度が「０」のときにおける摩擦反力成分が「０」に設定される場合と比較して、上記のように状態が遷移する前後における摩擦反力成分の減少量が小さくなる。

このため、操作部材の操作速度が「０」のときにおける摩擦反力成分が「０」に設定される場合と比較して、操作量が変化していない状態から再び操作量が変化する状態に遷移したときにおける摩擦反力成分の増加量が小さくなる。このため、操作部材の操作量が変化している状態から操作量が変化しない状態に遷移し、再び操作量が変化する状態に遷移したとき、制御装置により算出される反力の変動幅が小さくなる。このため、操作部材を操作する操作者が違和感を覚えにくい。

〔２〕前記制御装置に従属した一形態は、次の事項を有する。すなわち、前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、前記所定速度である第１所定速度よりも高く、かつ、前記第１所定速度よりも高い第２所定速度以下の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、前記基準摩擦反力成分よりも小さい範囲において、操作速度が高くなるにつれて摩擦反力成分を小さくする。

本制御装置によれば、操作速度が第１所定速度以下の範囲に含まれる場合、制御装置により算出される反力は、基準摩擦反力成分を含む。また、操作速度が第１所定速度よりも高く、かつ、第２所定速度以下の範囲に含まれる場合、制御装置により算出される反力は、摩擦反力成分が、基準摩擦反力よりも小さい範囲において操作速度が高くなるにつれて減少する値を取る。

このため、例えば、操作部材が操作されていない状態から、操作部材が第１所定速度以下の範囲に含まれる操作速度により操作される状態に遷移し、その後、操作部材が第１所定速度よりも高く、かつ、第２所定速度以下の範囲に含まれる操作速度により操作される状態に遷移した場合、制御装置により算出される反力は、次のように変化する。

反力は、最初に状態が遷移する前に基準摩擦反力成分を含む値を取り、最初に状態が遷移した後に同じく基準摩擦反力成分を含む値を取り、次に状態が遷移した後に操作速度の増加に応じて摩擦反力成分が次第に減少した値を取る。

このため、操作者が操作部材を操作することにより上記のように状態が遷移した場合、操作部材が動作しはじめてから操作速度が第１操作速度を超えるまでは、操作者は操作部材が動作しにくい感触を受け、操作速度が第１操作速度を超えてからは、操作者は操作部材が滑らかに動作している感触を受ける。このため、操作速度が第１操作速度を超えてから操作部材の動作が鈍くなる場合と比較して、操作者が好ましい操作感を覚えやすい。

〔３〕前記制御装置に従属した一形態は、次の事項を有する。すなわち、前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、前記第２所定速度よりも高く、かつ、前記第２所定速度よりも高い第３所定速度以下の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、操作速度が高くなるにつれて摩擦反力成分を大きくする。

本制御装置によれば、操作速度が第２所定速度よりも高く、かつ、第３所定速度以下の範囲に含まれる場合、制御装置により算出される反力は、摩擦反力成分が操作速度が高くなるにつれて増加する値を取る。

このため、例えば、操作部材が第１所定速度よりも高く、かつ、第２所定速度以下の範囲に含まれる操作速度により操作される状態から、操作部材が第２所定速度よりも高く、かつ、第３所定速度以下の範囲に含まれる操作速度により操作される状態に遷移した場合、制御装置により算出される反力は、次のように変化する。

反力は、状態が遷移する前、操作速度の増加に応じて摩擦反力成分が次第に減少した値を取り、状態が遷移した後、操作速度の増加に応じて摩擦反力成分が次第に増加した値を取る。

このため、操作者が操作部材を操作することにより上記のように状態が遷移した場合、操作部材が第２操作速度を超えるまでは、操作者は操作部材が滑らかに動作している感触を受け、操作速度が第２操作速度を超えてからは、操作者は操作部材の動作が鈍くなった感触を受ける。このため、操作部材の操作速度が高いときに操作者が操作量を微調整しやすくなる。

〔４〕前記制御装置に従属した一形態は、次の事項を有する。すなわち、前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、前記第３所定速度以上の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、前記基準摩擦反力成分と異なる大きさを持つ上限摩擦反力成分を算出する。

本制御装置によれば、操作速度が第３所定速度よりも高い範囲に含まれる場合、制御装置により算出される反力は、摩擦反力成分が上限摩擦反力成分に設定された値を取る。このため、例えば、操作部材が第２所定速度よりも高く、かつ第３所定速度以下の範囲に含まれる操作速度により操作される状態から、操作部材が第３所定速度よりも高い範囲に含まれる操作速度により操作される状態に遷移した場合、制御装置により算出される反力は、次のように変化する。

反力は、状態が遷移する前、操作速度の増加に応じて摩擦反力成分が次第に減少した値を取り、状態が遷移した後、操作速度に依存しない一定の摩擦反力成分を含む値を取る。
このため、操作者が操作部材を操作することにより上記のように状態が遷移した場合、操作部材が第３操作速度を超えるまでは、操作者は操作速度が高くなるにつれて操作部材の動作が次第に鈍くなる感触を受け、操作速度が第３操作速度を超えてからは、操作者は操作部材の動作が次第に鈍くなりにくくなる感触を受ける。このため、操作部材の操作速度が高くなるにつれて摩擦反力成分が増加し続ける場合と比較して、操作者が操作部材を操作しやすくなる。

〔５〕前記制御装置に従属した一形態は、次の事項を有する。すなわち、前記上限摩擦反力成分が前記基準摩擦反力成分よりも大きい。
本制御装置によれば、上限摩擦反力成分が基準摩擦反力成分以下の値を持つ場合と比較して、操作速度が高くなるにつれて操作部材の動作が鈍くなった感触を操作者が受ける操作速度の範囲が広くなる。

〔６〕本操作装置の独立した一形態は、次の事項を有する。すなわち、操作装置は前記制御装置を備える。

本制御装置および本操作装置によれば、操作部材を操作する操作者が違和感を覚えにくい。

実施形態のステアリング装置の構成図。 実施形態の制御装置およびその周辺のブロック図。 実施形態の操舵角速度と摩擦反力トルク成分との関係を示すマップ。 実施形態の操舵角と反力トルクとの関係を示すマップ。 実施形態の反力トルクの算出処理の手順を示すフローチャート。 従来の操舵角と復帰反力トルク成分との関係を示すマップ。 従来の操舵角と摩擦反力トルク成分との関係を示すマップ。 従来の操舵角と反力トルクとの関係を示すマップ。

図１を参照して、ステアリング装置１の構成について説明する。
ステアリング装置１は、車両（図示略）に搭載され、ステアリングホイール１１０の操作に基づいて転舵輪１００を転舵させる。ステアリング装置１は、ステアリングホイール１１０と転舵輪１００とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムを構成している。ステアリング装置１は、ステアリングホイール１１０の操作を妨げるトルク（以下、「反力トルクＴ」）をステアリングホイール１１０に付与する操舵機構１０、転舵輪１００を転舵させる転舵機構２０、および、操舵機構１０および転舵機構２０を制御する制御装置３０を有している。なお、ステアリング装置１は「操作装置」に相当する。操舵機構１０は「操作機構」に相当する。ステアリングホイール１１０は「操作部材」に相当する。

操舵機構１０は、ステアリングホイール１１０に接続されたステアリングシャフト１１、および、操舵機構１０に反力トルクＴを出力させる反力駆動部１２を有している。
反力駆動部１２は、ステアリングシャフト１１に接続されている。反力駆動部１２は、反力モータ１３および減速機１４を有している。反力モータ１３は、減速機１４に接続されている。この操舵機構１０によれば、反力モータ１３の回転が減速機１４により減速されてステアリングシャフト１１に伝達されることにより、モータトルクが反力トルクＴとしてステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール１１０に付与される。

転舵機構２０は、操舵機構１０と機械的に連結されていない。転舵機構２０は、ラックシャフト２１、タイロッド２２、および、転舵駆動部２３を有している。
ラックシャフト２１の長手方向の両端部には、タイロッド２２が接続されている。タイロッド２２は、ナックル（図示略）を介して転舵輪１００に接続されている。

転舵駆動部２３は、転舵モータ２４およびボールねじ機構２５を有している。転舵モータ２４は、ラックシャフト２１と同軸に配置されている。転舵モータ２４のロータ（図示略）は、ボールねじ機構２５と接続されている。この転舵機構２０によれば、転舵モータ２４のロータの回転は、ボールねじ機構２５によりラックシャフト２１の往復動に変換される。そして、ラックシャフト２１は、往復動することによりタイロッド２２を介して転舵輪１００を転舵させる。

制御装置３０は、操舵機構１０が出力する反力トルクＴの大きさを制御する。制御装置３０には、反力モータ１３、転舵モータ２４、操舵角センサ４１、トルクセンサ４２、および、ヨーレートセンサ１２０が電気的に接続されている。

操舵角センサ４１は、ステアリングホイール１１０の回転角度となるステアリングシャフト１１の回転角度（以下、「操舵角θｓ」）に応じた信号を制御装置３０に出力する。トルクセンサ４２は、ステアリングシャフト１１に付与されたトルク（以下、「操舵トルクＴＳ」）に応じた信号を制御装置３０に出力する。ヨーレートセンサ１２０は、車両のヨーレート（以下、「ヨーレートＹ」）に応じた信号を制御装置３０に出力する。なお、操舵角θｓは「操作部材の操作量」に相当する。

制御装置３０は、操舵角θｓを微分することによりステアリングホイール１１０の回転角速度（以下、「操舵角速度ω」）を算出する。また、制御装置３０は、ヨーレートＹに基づいて転舵輪１００の実転舵角（以下、「転舵角θｗ」）を算出する。なお、操舵角速度ωは「操作速度」に相当する。

図２に示されるように、制御装置３０は、転舵モータ２４を制御する転舵ＥＣＵ３１、および、反力モータ１３を制御する反力ＥＣＵ３２を有している。
転舵ＥＣＵ３１には、操舵角θｓと目標転舵角との関係を示すマップ（図示略）が予め記憶されている。目標転舵角は、操舵角θｓが大きくなるにつれて大きくなる。転舵ＥＣＵ３１は、マップを用いて、操舵角θｓから目標転舵角を算出する。そして、転舵ＥＣＵ３１は、転舵角θｗが目標転舵角となるように転舵モータ２４に供給する目標電流値を算出する。そして、転舵ＥＣＵ３１は、目標電流値に基づいて転舵モータ２４をＰＷＭ制御する。

反力ＥＣＵ３２は、ステアリングホイール１１０（図１参照）が中立位置に近づけるトルクを模擬した復帰反力トルク成分Ｔａを算出する復帰反力算出部３３、および、ステアリングホイール１１０が操作されることにより生じる摩擦力によるトルクを模擬した摩擦反力トルク成分Ｔｂを算出する摩擦反力算出部３４を有している。また反力ＥＣＵ３２は、復帰反力トルク成分Ｔａと摩擦反力トルク成分Ｔｂとを合算する合成反力算出部３５、および、複数のマップが記憶された記憶部３６を有している。また反力ＥＣＵ３２は、操舵角速度ωおよび操舵角θｓに基づいてステアリングホイール１１０の切り増し、切り戻し、および、保舵のいずれかを判定する操舵判定部３７、ならびに、反力モータ１３を制御するモータ制御部３８を有している。

なお、中立位置は、車両が直進するときのステアリングホイール１１０の操作位置である。ステアリングホイール１１０が中立位置のとき、操舵角θｓは、「０」である。また、復帰反力トルク成分Ｔａおよび摩擦反力トルク成分Ｔｂは、ステアリングホイールと転舵機構等が機械的に結合したステアリング装置に生じる復帰反力トルク成分および摩擦反力トルク成分を模擬する。

また、「切り増し」は、ステアリングホイール１１０が中立位置から離れる方向に操作される状態を示す。「切り戻し」は、ステアリングホイール１１０が中立位置に向かう方向に操作される状態を示す。「保舵」は、ステアリングホイール１１０の位置が変更されない状態、すなわち、操舵角速度ωが「０」の状態を示す。

復帰反力算出部３３には、操舵角θｓが入力される。摩擦反力算出部３４には、制御装置３０により算出された操舵角速度ωが入力される。復帰反力算出部３３、摩擦反力算出部３４、および、操舵判定部３７は、合成反力算出部３５に電気的に接続されている。合成反力算出部３５は、モータ制御部３８に電気的に接続されている。記憶部３６は、復帰反力算出部３３および摩擦反力算出部３４に電気的に接続されている。

記憶部３６は、操舵角θｓと復帰反力トルク成分Ｔａとの関係を示すマップＭＰ１（図示略）、および、図３に示される操舵角速度ωと摩擦反力トルク成分Ｔｂとの関係を示すマップＭＰ２が記憶されている。なお、マップＭＰ１は、図５に示される操舵角と復帰反力トルク成分との関係を示すマップと同様である。

操舵判定部３７は、操舵角θｓおよび操舵角速度ωが正の値のとき、ステアリングホイール１１０が右方向に切り増しされていると判定する。操舵判定部３７は、操舵角θｓおよび操舵角速度ωが負の値のとき、ステアリングホイール１１０が左方向に切り増しされていると判定する。操舵判定部３７は、操舵角θｓが正の値かつ操舵角速度ωが負の値のとき、ステアリングホイール１１０が左方向に切り戻しされていると判定する。操舵判定部３７は、操舵角θｓが負の値かつ操舵角速度ωが正の値のとき、ステアリングホイール１１０が右方向に切り戻しされていると判定する。操舵判定部３７は、操舵角速度ωが「０」のとき、ステアリングホイール１１０が保舵されていると判定する。

復帰反力算出部３３は、操舵角θｓと復帰反力トルク成分Ｔａとの関係を示すマップＭＰ１を用いて、操舵角θｓから復帰反力トルク成分Ｔａを算出する。復帰反力算出部３３は、復帰反力トルク成分Ｔａを合成反力算出部３５に出力する。復帰反力トルク成分Ｔａは、操舵角θｓが大きくなるにつれて大きくなる。

摩擦反力算出部３４は、操舵角速度ωと摩擦反力トルク成分Ｔｂとの関係を示すマップＭＰ２を用いて、操舵角速度ωから摩擦反力トルク成分Ｔｂを算出する。摩擦反力算出部３４は、摩擦反力トルク成分Ｔｂを合成反力算出部３５に出力する。

合成反力算出部３５は、操舵判定部３７の判定結果に基づいて、復帰反力トルク成分Ｔａと摩擦反力トルク成分Ｔｂとを合算した反力トルクＴを目標反力トルクとして設定する。合成反力算出部３５は、操舵判定部３７により右方向への切り増し、または、右方向への切り戻しと判定されたとき、復帰反力トルク成分Ｔａに摩擦反力トルク成分Ｔｂを加算した値を目標反力トルクとして設定する。合成反力算出部３５は、操舵判定部３７により左方向への切り増し、または、左方向への切り戻しと判定されたとき、復帰反力トルク成分Ｔａに摩擦反力トルク成分Ｔｂを減算した値を目標反力トルクとして設定する。そして、合成反力算出部３５は、目標反力トルクをモータ制御部３８に出力する。

モータ制御部３８は、操舵トルクＴＳが目標反力トルクとなるように反力モータ１３に供給する目標電流値を算出する。モータ制御部３８は、目標電流値に基づいて反力モータ１３をＰＷＭ制御する。

ところで、クーロン摩擦に基づいて摩擦反力トルク成分を算出する場合、操舵角速度ωが「０」となるときに摩擦反力トルク成分が「０」となる。このため、例えばステアリングホイール１１０の操作状態が右方向の切り増しから保舵に切り替わるとき、および、保舵から右方向の切り増しに切り替わるとき、反力トルクに不連続感が生じてしまう。

一般に、摩擦には、乾燥摩擦状態において適用されるクーロンの摩擦法則に基づくクーロン摩擦と、流体の粘性に起因する粘性摩擦とがある。粘性摩擦は、オイルシールの潤滑油および軸受の潤滑油等が要因となる。粘性摩擦は、操舵角速度ωに比例して大きくなる。このため、粘性摩擦においても操舵角速度ωが「０」のとき、粘性摩擦が「０」となる。このため、クーロン摩擦に代えて粘性摩擦に基づいて摩擦反力トルク成分を算出したとしても、反力トルクに不連続感が生じる問題は解決されない。

ここで、軸受の摩擦に関しては、軸受が受ける荷重（面圧）、軸受の潤滑油の粘度、および、すべり速度を組み合わせたパラメータと摩擦係数との関係を示したストライベック曲線が知られている。ストライベック曲線は、混合潤滑領域および境界潤滑領域といったすべり速度が極低速となる領域において、すべり速度が低くなるにつれて摩擦係数が大きくなる関係を有する。なお、境界潤滑領域は、潤滑油膜が著しく薄くなり、摩擦現象が潤滑油の粘性から説明できない領域で潤滑油の界面化学的性質が重要となる領域を示す。また、混合潤滑領域は、潤滑油が摩擦を発生させる２面間に介在し完全に両者を分離し潤滑する流体潤滑領域と、境界潤滑領域とが混在して起こる領域を示す。

本願発明者は、ストライベック曲線に基づいて、実際のステアリング装置１についても操舵角速度ωが極低速の場合、粘性摩擦力が大きくなっていると考えた。そこで、本願発明者は、クーロン摩擦に代えて、ストライベック曲線による粘性摩擦の考え方に基づいて摩擦反力トルク成分Ｔｂを算出することを考えた。なお、操舵角速度ωが極低速とは、ストライベック曲線において境界潤滑領域および混合潤滑領域となる操舵角速度を示す。

本願発明者は、この考え方に基づいて、図３に示される操舵角速度ωと摩擦反力トルク成分Ｔｂとの関係を示すマップＭＰ２を設定した。以下、マップＭＰ２の内容について説明する。

このマップＭＰ２は、操舵角速度ωについて第１領域Ｒ１〜第４領域Ｒ４に区分される。第１領域Ｒ１は、操舵角速度ωが「０」以上、かつ、第１所定速度ω１以下の範囲である。第２領域Ｒ２は、操舵角速度ωが第１所定速度ω１よりも高く、かつ、第２所定速度ω２（ω２＞ω１）以下の範囲である。第３領域Ｒ３は、操舵角速度ωが第２所定速度ω２よりも高く、かつ、第３所定速度ω３（ω３＞ω２）以下の範囲である。第４領域Ｒ４は、操舵角速度ωが第３所定速度ω３よりも高い範囲である。マップＭＰ２は、第１領域Ｒ１〜第４領域Ｒ４において操舵角速度ωと摩擦反力トルク成分Ｔｂとの関係が異なる。

第１領域Ｒ１において、摩擦反力トルク成分Ｔｂは、「０」よりも大きい基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋとなる。第１領域Ｒ１において、操舵角速度ωにかかわらず基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋが維持される。

第２領域Ｒ２において、摩擦反力トルク成分Ｔｂは、操舵角速度ωが高くなるにつれて基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋから減少する。そして、操舵角速度ωが第２所定速度ω２となるとき、摩擦反力トルク成分Ｔｂは、下限摩擦反力トルク成分Ｔｂｌ（Ｔｂｌ＜Ｔｂｋ）となる。なお、第２所定速度ω２は、ストライベック曲線において境界潤滑領域および混合潤滑領域となる操舵角速度を示す。

第３領域Ｒ３において、摩擦反力トルク成分Ｔｂは、操舵角速度ωが高くなるにつれて下限摩擦反力トルク成分Ｔｂｌから増加する。そして、操舵角速度ωが第３所定速度ω３となるとき、摩擦反力トルク成分Ｔｂは、上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕ（Ｔｂｕ＞Ｔｂｋ）となる。

第４領域Ｒ４において、摩擦反力トルク成分Ｔｂは、操舵角速度ωにかかわらず上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕに維持される。
なお、第１所定速度ω１、第２所定速度ω２、および、第３所定速度ω３は、試験等により予め設定されている。

そして、このようなマップＭＰ２に基づいて、摩擦反力トルク成分Ｔｂが算出されるため、図４に示されるように、ステアリングホイール１１０が保舵から切り増しするときの反力トルクＴの変化が抑制される。例えば、ステアリングホイール１１０が中立位置から右方向に切り増しされて操舵角θｓｚで保舵され、その後、再び右方向に切り増しされたとき、操舵角速度ωが操舵角θｓｚで「０」となるため、操舵角θｓｚにおける反力トルクＴｚは、操舵角θｓｚに応じた復帰反力トルク成分Ｔａに基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋを加算した値となる。このため、図８に示される従来のステアリング装置のように操舵角速度が「０」となるときに反力トルクが急激に落ち込まない。そして、ステアリングホイール１１０が操舵角θｓｚから右方向に切り増しされたとき、反力トルクＴは、反力トルクＴｚから増加する。このため、反力トルクＴが急激に増加しない。このように、ステアリングホイール１１０が中立位置から切り増しされて操舵角θｓｚで保舵され、再び切り増しされたときに反力トルクＴｚが操舵角θｓｚにおいて変動しない。このため、反力トルクＴに不連続感が生じることが抑制される。

次に図５を参照して、制御装置３０により実行される反力トルクＴの算出処理の手順について説明する。
制御装置３０は、ステップＳ１１において、マップＭＰ１を用いて、操舵角θｓから復帰反力トルク成分Ｔａを算出し、ステップＳ１２において、マップＭＰ２を用いて、操舵角速度ωから摩擦反力トルク成分Ｔｂを算出する。

次いで、制御装置３０は、ステップＳ１３において、操舵判定部３７の判定結果、復帰反力トルク成分Ｔａ、および、摩擦反力トルク成分Ｔｂに基づいて、反力トルクＴを算出する。そして、制御装置３０は、ステップＳ１４において、算出した反力トルクＴを目標反力トルクとして反力ＥＣＵ３２に出力する。反力ＥＣＵ３２は、目標反力トルクに基づいて反力モータ１３を制御する。

本実施形態のステアリング装置１は、上述の作用および効果に加え、以下の作用および効果を奏する。
運転者がステアリングホイール１１０を保舵から切り増しするとき、操舵感としては、運転者がステアリングホイール１１０に力を付与してステアリングホイール１１０が動き出す前のときには手応え感があり、ステアリングホイール１１０が動き出すときには、ステアリングホイール１１０が滑らかに動くことが好ましい。

ステアリング装置１によれば、ステアリングホイール１１０が保舵された状態から、ステアリングホイール１１０が第１領域Ｒ１に含まれる操舵角速度ωにより操作される状態に遷移し、その後、ステアリングホイール１１０が第２領域Ｒ２に含まれる操舵角速度ωにより操作される状態に遷移した場合、反力トルクＴは次のように変化する。

反力トルクは、ステアリングホイール１１０が保舵された状態において基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋを取り、最初に状態が遷移した後に同じく基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋを取り、次に状態が遷移した後に操舵角速度ωの増加に応じて摩擦反力トルク成分Ｔｂが次第に減少した値を取る。

このため、運転者がステアリングホイール１１０を操作することにより上記のように状態が遷移した場合、ステアリングホイール１１０が動作し始めてから操舵角速度ωが第１所定速度ω１を超えるまでは、運転者はステアリングホイール１１０が動作しにくい感触を受ける。そして、操舵角速度ωが第１所定速度ω１を超えてからは、運転者はステアリングホイール１１０が滑らかに動作している感触（手応え感）を受ける。このため、操舵角速度ωが第１所定速度ω１を超えてからステアリングホイールの動作が鈍くなる場合と比較して、運転者が好ましい操舵感を覚えやすい。

また、操舵角速度ωが増加するにつれて摩擦反力トルク成分Ｔｂが徐々に減少するため、ステアリングホイール１１０の動き出しのときにステアリングホイール１１０からの手応えが抜けることが抑制される。

また、ステアリングホイール１１０が第２領域Ｒ２に含まれる操舵角速度ωにより操作される状態から第３領域Ｒ３に含まれる操舵角速度ωにより操作される状態に遷移した場合、反力トルクＴは次のように変化する。

反力トルクＴは、状態が遷移する前、操舵角速度ωの増加に応じて摩擦反力トルク成分Ｔｂが次第に減少する値を取り、状態が遷移した後、操舵角速度ωの増加に応じて摩擦反力トルク成分Ｔｂが増加する値を取る。

このため、運転者がステアリングホイール１１０を操作することにより上記のように状態が遷移した場合、操舵角速度ωが第２所定速度ω２を超えるまでは、運転者はステアリングホイール１１０が滑らかに動作している感触を受ける。そして、操舵角速度ωが第２所定速度ω２を超えてからは、運転者はステアリングホイール１１０の動作が鈍くなった感触を受ける。このため、操舵角速度ωが高いときに運転者がステアリングホイール１１０を微調整しやすくなる。

また、ステアリングホイール１１０が第３領域Ｒ３に含まれる操舵角速度ωにより操作される状態から第４領域Ｒ４に含まれる操舵角速度ωにより操作される状態に遷移した場合、反力トルクＴは次のように変化する。

反力トルクＴは、状態が遷移する前、操舵角速度ωの増加に応じて摩擦反力トルク成分Ｔｂが次第に減少する値を取り、状態が遷移した後、摩擦反力トルク成分Ｔｂが操舵角速度ωに依存しない一定の値を取る。

このため、運転者がステアリングホイール１１０を操作することにより上記のように状態が遷移した場合、操舵角速度ωが第３所定速度ω３を超える前では、運転者はステアリングホイール１１０の動作が次第に鈍くなる感触を受ける。そして、操舵角速度ωが第３所定速度ω３を超えてからは、操舵角速度ωが第３所定速度ω３を超える前と比較して、運転者はステアリングホイール１１０の動作が鈍くなりにくい感触を受ける。このため、操舵角速度ωが高くなるにつれて摩擦反力トルク成分Ｔｂが増加し続ける場合と比較して、運転者がステアリングホイール１１０を操作しやすくなる。

また、上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕが基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋよりも大きいため、上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕが基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋ以下の場合と比較して、操舵角速度ωが高くなるにつれてステアリングホイール１１０の動作が鈍くなった感触を運転者が受ける操舵角速度ωの範囲が広くなる。

なお、本ステアリング装置が取り得る具体的形態は、上記実施形態に示された内容に限定されない。本ステアリング装置は、例えば、以下に示される上記実施形態の変形例の形態を取り得る。

・変形例の記憶部３６は、第１所定速度ω１〜第３所定速度ω３、基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋ、下限摩擦反力トルク成分Ｔｂｌ、および、上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕの少なくとも１つが車速に応じて変更されたマップＭＰ２が記憶されている。変形例の摩擦反力算出部３４は、車速に応じたマップＭＰ２に基づいて操舵角速度ωから摩擦反力トルク成分Ｔｂを算出する。

・変形例のマップＭＰ２は、第１領域Ｒ１において、操舵角速度ωが高くなるにつれて基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋが減少する。
・変形例のマップＭＰ２は、操舵角速度ωに対する摩擦反力トルク成分Ｔｂの傾きが１次関数以外の関数により設定される。

・変形例のマップＭＰ２は、基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋが上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕ以上に設定される。
・変形例のマップＭＰ２は、基準摩擦反力トルク成分Ｔｂｋが「０」よりも大きく、かつ、上限摩擦反力トルク成分Ｔｂｕ未満に設定される。この場合、図４に示されるように、例えば、ステアリングホイール１１０が中立位置から右方向に切り増しされて操舵角θｓｚで保舵され、その後、再び右方向に切り増しされたとき、上記実施形態と比較して反力トルクＴが落ち込むものの、図８に示される従来のステアリング装置のように反力トルクが大きく落ち込むことが抑制される。

・変形例の記憶部３６は、マップＭＰ２に代えて、マップＭＰ２に相当する操舵角速度ωと摩擦反力トルク成分Ｔｂとの関係を有する演算式が記憶される。
・変形例の制御装置３０は、反力トルクＴの算出処理において、摩擦反力トルク成分Ｔｂを算出した後、復帰反力トルク成分Ｔａを算出する。

・変形例の操舵機構１０は、ステアリングホイール１１０を中立位置に復帰させる復帰反力トルク成分Ｔａをステアリングシャフト１１に付与する弾力付与機構（図示略）を有する。弾力付与機構は、ステアリングシャフト１１の回転によりスライドするスライダ、および、スライダにより圧縮される圧縮コイルばね（ともに図示略）を有する。弾力付与機構は、圧縮コイルばねの復元力がスライダを押すことにより復帰反力トルク成分Ｔａを発生させる。弾力付与機構は、ステアリングホイール１１０が中立位置から離れるにつれて圧縮コイルばねが圧縮される量が増加するため、復帰反力トルク成分Ｔａが大きくなる。

上記変形例の操舵機構１０を備えたステアリング装置１において、反力ＥＣＵ３２は、摩擦反力トルク成分Ｔｂを目標反力トルクとして設定し、反力モータ１３をＰＷＭ制御する。このため、変形例の反力ＥＣＵ３２は、復帰反力算出部３３および合成反力算出部３５が省略される。操舵判定部３７は、摩擦反力算出部３４に電気的に接続される。摩擦反力算出部３４は、操舵判定部３７の判定結果に基づいて、摩擦反力トルク成分Ｔｂの正負を設定したうえで摩擦反力トルク成分Ｔｂをモータ制御部３８に出力する。

・変形例のステアリング装置１は、モニタ上で車両の走行をシミュレーションするドライビングシミュレータに搭載される。変形例のステアリング装置１は、転舵機構２０が省略される。

・変形例の操作部材は、ジョイスティックである。要するに、操作部材は、操作装置を操作する機能を有していればよい。
・本操作装置は、車両、重機、および、ロボット等を遠隔操作する操作装置のようなステアリング装置１以外の操作装置にも適用できる。要するに、モータ等の駆動源により擬似的に反力を発生させる機能を有する操作装置であれば、本操作装置が適用できる。

１…ステアリング装置（操作装置）、１０…操舵機構（操作機構）、１２…反力駆動部（駆動部）、３０…制御装置、３４…摩擦反力算出部（算出部）、３６…記憶部、１１０…ステアリングホイール（操作部材）、ω…操舵角速度（操作速度）、ω１…第１所定速度（所定速度）、ω２…第２所定速度、ω３…第３所定速度、Ｔ…反力トルク（反力）、Ｔｂ…摩擦反力トルク成分（摩擦反力成分）、Ｔｂｋ…基準摩擦反力トルク成分（基準摩擦反力成分）、Ｔｂｕ…上限摩擦反力トルク成分（上限摩擦反力成分）、θｓ…操舵角（操作量）。

Claims (5)

1. 操作部材と機械的に連結され、前記操作部材を中立位置に近づける力を模擬する復帰反力成分および前記操作部材が操作されることにより生じる摩擦力を模擬する摩擦反力成分を含む反力を前記操作部材に加える操作装置の制御装置であって、
   前記操作部材が操作される操作量と前記復帰反力成分との関係を規定した第１マップまたは第１演算式、および、前記操作部材が操作される操作速度と前記摩擦反力成分との関係を規定した第２マップまたは第２演算式を記憶した記憶部と、
   前記第１マップまたは前記第１演算式と前記操作量とに基づいて、前記復帰反力成分を算出し、前記第２マップまたは前記第２演算式と前記操作速度とに基づいて、前記摩擦反力成分を算出し、前記操作装置に出力させる前記反力の大きさを前記摩擦反力成分および前記復帰反力成分に基づいて算出する算出部と
   を含み、
   前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、「０」を含む所定速度以下の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、「０」よりも大きい摩擦反力成分である基準摩擦反力成分を算出し、
   さらに、前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、前記所定速度である第１所定速度よりも高く、かつ、前記第１所定速度よりも高い第２所定速度以下の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、前記基準摩擦反力成分よりも小さい範囲において、操作速度が高くなるにつれて摩擦反力成分を小さくする
   操作装置の制御装置。
2. 前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、前記第２所定速度よりも高く、かつ、前記第２所定速度よりも高い第３所定速度以下の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、操作速度が高くなるにつれて摩擦反力成分を大きくする
   請求項１に記載の操作装置の制御装置。
3. 前記算出部は、前記第２マップまたは前記第２演算式を用いて、前記第３所定速度以上の範囲に含まれる操作速度が与えられたとき、前記基準摩擦反力成分と異なる大きさを持つ上限摩擦反力成分を算出する
   請求項２に記載の操作装置の制御装置。
4. 前記上限摩擦反力成分が前記基準摩擦反力成分よりも大きい
   請求項３に記載の操作装置の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項の制御装置を備える操作装置。