JP7420114B2 - ステアリングシステム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されるステアリングシステムに関する。
車輪には、外部（例えば、「路面」）から力が作用しており、車両に搭載されるステアリングシステムにおいては、その力（以下、「外部作用力」という場合がある）に対応することが望まれ、例えば、下記特許文献に記載された技術では、急ブレーキがかかったときに、ブレーキ力を補助すべく、転舵される車輪の転舵量（「トー角」と同義と考えることができる）を変化させるようにされている。
特開２０１９－１７１９０５号公報
転舵される車輪に対して比較的大きな外部作用力が作用した場合、上記特許文献に記載された技術では、その車輪の転舵量（「転舵角」と考えることもできる）を積極的に変化させているが、逆に、そのような外部入力によって、運転者の意図とは関係なく、車輪の転舵量が変化させられてしまうことにも配慮する必要がある。特に、上記特許文献に記載されているステアリングシステムとは異なるシステム、詳しく言えば、左右の車輪が機械的には連結されずに左右のアクチュエータによって独立して転舵されるシステム（以下、「左右独立転舵型ステアリングシステム」という場合がある）では、外部作用力による影響は大きい。そして、外部作用力に起因する車輪の転舵量の変化を抑制することは、操舵の安定化に繋がる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、操舵安定性に優れたステアリングシステムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明のステアリングシステムは、
左右の車輪の各々に対して設けられ、それぞれが、アクチュエータを備えて、左右の車輪の各々を単独で転舵する１対の車輪転舵装置と、
左右の車輪の各々を要求に応じた転舵量に転舵するように、１対の車輪転舵装置を制御するコントローラと
を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
前記コントローラが、
左右の車輪の各々が外部からその各々に作用する力によって転舵される若しくはされ易い状況である外部力依拠転舵状況において、転舵量の変化を抑制する転舵安定化制御を実行するように構成されることを前提とし、
第１の発明では、
前記コントローラが、設定された大きさ以上の制動力若しくは駆動力が車両に付与される場合に、前記外部力依拠転舵状況にあると認定するように構成され、
第２の発明では、
前記コントローラが、さらに、車両が直進していることを条件として、前記転舵安定化制御を実行するように構成され、
第３の発明では、
前記コントローラが、前記転舵安定化制御として、車輪の転舵位置を、要求に応じた転舵量となる位置から、変動し難くする制御を実行するように構成されることを特徴とする。
本発明のステアリングシステムでは、上記外部力依拠転舵状況において、上記転舵安定化制御が実行されるため、車輪の転舵量の変化が抑制されることになる。その結果、本発明によれば、操舵の安定性に優れたステアリングシステムが実現される。
発明の態様
本発明における「外部力依拠転舵状況」は、例えば、設定された大きさ以上の制動力若しくは駆動力が車両に付与される若しくは付与されている状況である。後に詳しく説明するが、外部作用力が車輪に作用する場合、その車輪が転舵輪である場合には、車輪に対して、キングピン軸線回りのモーメント（以下、「転舵モーメント」という場合がある）が生じる。この転舵モーメントが、車輪を転舵させることにり、急ブレーキ等においては、このモーメントが相当に大きくなる。
制動力や駆動力に起因する転舵モーメントは、左右の車輪において逆方向となる。一般的なステアリングシステム、すなわち、左右の車輪が、ラックバー等の連結部材によって機械的に連結されて、一緒に転舵されるようなステアリングシステムでは、制動力や駆動力に起因して左右の車輪に対して生じる転舵モーメントは、連結部材によって打ち消されれるため、換言すれば、釣り合うため、影響はないと考えることができる。本発明は、左右独立転舵型ステアリングシステムに適用することによって、その適用の意義が大きなものとなる。
なお、後に詳しく説明するが、例えば、横風等が車体に作用する場合や、起伏のある路面を車両が走行する場合にも、上記転舵モーメントが生じる。したがって、これらの場合を外部力依拠転舵状況と認定してもよい。
車両が旋回している場合には、車輪が転舵されており、当然ながら外部作用力が車輪に作用している。したがって、転舵安定化制御が実行される外部力依拠転舵状況は、通常の車両の旋回等を除いた状況、つまり、運転者の意図しない状況と考えることが望ましい。また、車両が通常に旋回している場合に外部作用力が生じていることに鑑みれば、外部作用力によって車輪が転舵されることの影響は、車両が直進しているときに、特に問題となる。したがって、転舵安定化制御は、車両が直進していることを条件に実行することが望ましい。
本発明のステアリングシステムは、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムであり、例えば、コントローラは、左右の車輪の各々の転舵位置（例えば、「中立姿勢を基準とした転舵角」，「中立位置を基準とした転舵量」と同じ概念と考えることができる）が、要求に応じた転舵位置となるように、左右の車輪転舵装置を制御する。このようなステアリングシステムにおいて、転舵量の変化を抑制するための「転舵安定化制御」は、例えば、車輪の転舵位置を、要求に応じた転舵量となる位置から、変動し難くするような制御とすることができる。
より詳しく説明すれば、コントローラは、通常の転舵制御として、目標となる転舵量である目標転舵量を要求に応じて決定し、その目標転舵量に対する実際の転舵量の偏差である転舵量偏差に基づき、ＰＩＤフィードバック制御の手法に従って、アクチュエータが発生させるべき力である転舵力を決定するような制御を実行すればよく、転舵安定化制御として、上記ＰＩＤフィードバック制御の手法における微分項ゲインを大きくする制御を実行すればよい。微分項ゲインを大きくすることによって、車輪の転舵位置が、要求に応じた転舵量（目標転舵量）となる位置から、変動し難くなる。
実施例のステアリングシステムが搭載された車両の全体構成を示す模式図である。 実施例のステアリングシステムを構成する車輪転舵装置を備えた車輪配設モジュールを示す斜視図である。 図２に示す車輪配設モジュールのサスペンションジオメトリを説明するための模式図である。 外部作用力によってステアリングナックルに加わるモーメントを示す数式である。 実施例のステアリングシステムにおい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。
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例であるステアリングシステムを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
［Ａ］ステアリングシステムが搭載された車両の全体構成
ステアリングシステムは、図１に模式的に示すように、左右の前輪１０ＦＬ，１０ＦＲおよび左右の後輪１０ＲＬ，１０ＲＲを有する車両に搭載されている。左右の前輪１０ＦＬ，１０ＦＲが駆動輪、かつ、転舵輪とされている。なお、左右の前輪１０ＦＬ，１０ＦＲを区別する必要がない場合には、それらを前輪１０Ｆと、左右の後輪１０ＲＬ，１０ＲＲを区別する必要がない場合には、それらを後輪１０Ｒと、それぞれ総称し、前輪１０Ｆ，後輪１０Ｒを区別する必要がない場合には、単に、車輪１０と総称することがあることとする。
本ステアリングシステムは、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムであり、かつ、２つの前輪１０Ｆを互いに独立して転舵する左右独立転舵型のステアリングシステムである。本ステアリングシステムは、それら前輪１０Ｆに対してそれぞれ設けられた１対の車輪転舵装置１２と、運転者の操作を受け付けるための操作装置１４と、１対の車輪転舵装置１２をそれぞれ制御するための１対の転舵電子制御ユニット（以下、「転舵ＥＣＵ」と略す場合があり、図では、「Ｓ－ＥＣＵ」と表されている）１６と、操作装置１４を制御するとともに転舵ＥＣＵ１６を統括するための操作電子制御ユニット（以下、「操作ＥＣＵ」と略す場合があり、図では、「Ｏ－ＥＣＵ」と表されている）１８とを含んで構成されている。本ステアリングシステムの構成および制御については、後に詳しく説明するが、２つの転舵ＥＣＵ１６と、操作ＥＣＵ１８とによって、当該ステアリングシステムのコントローラが構成されていると考えることができる。
また、本車両には、２つの前輪１０Ｆにそれぞれ設けられてそれぞれを電動モータによって回転駆動する１対の車輪駆動ユニット２０を備えた車両駆動システムが搭載されている。車両駆動システムは、運転者によって操作されるアクセル操作部材としてのアクセルペダル２２と、アクセルペダル２２の操作量を検出するためのアクセル操作量センサ２４と、そのアクセル操作量センサ２４によって検出されたアクセル操作量に基づいて１対の車輪駆動ユニット２０の作動を制御する車両駆動電子制御ユニット（以下、「駆動ＥＣＵ」と略す場合があり、図では、「Ａ－ＥＣＵ」と表されている）２６とを備えている。車両駆動システムは、一般的な構成を有し、一般的な制御が行われるものであるため、車両駆動システムの構成および制御についての説明は省略する。
さらに、本車両には、液圧式のブレーキシステムが設けられている。ブレーキシステムは、運転者によって操作されるブレーキ操作部材としてのブレーキペダル３０と、ブレーキペダル３０に連結されたマスタシリンダ３２と、ポンプ等からなる液圧源を有して作動液を加圧する作動液供給装置３４と、４つの車輪にそれぞれ設けられて作動液供給装置３４からの作動液の圧力によってそれぞれを制動するための４つのブレーキ装置３６と、作動液供給装置３４の作動を制御するブレーキ電子制御ユニット（以下、「ブレーキＥＣＵ」という場合があり、図では、「Ｂ－ＥＣＵ」と表されている）３８とを備えている。ブレーキシステムは、いわゆるブレーキバイワイヤ型のシステムであり、ブレーキＥＣＵ３８は、ブレーキ操作量センサ４０によって検出されたブレーキペダル３０の操作量であるブレーキ操作量に基づいて、作動液供給装置３４から各車輪１０のブレーキ装置３６へ供給される作動液の圧力を制御することで、当該車両に付与される制動力を制御する。ブレーキシステムは、一般的な構成を有し、一般的な制御が行われるものであるため、ブレーキシステムの構成および制御についての説明は省略する。
車両には、ＣＡＮ（car area network or controllable area network）４４が設けられており、そのＣＡＮ４４には、２つの転舵ＥＣＵ１６，操作ＥＣＵ１８，駆動ＥＣＵ２６，ブレーキＥＣＵ３８が接続されている。それらのＥＣＵ１６，１８，２６，３８は、ＣＡＮ４４を介して互いに通信しつつ、各自が行うべき制御を実行する。ちなみに、それらのＥＣＵ１６，１８，２６，３８の各々は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータと、そのコンピュータの指令に基づいて構成要素（例えば、電動モータ，バルブ，ポンプ等）を駆動するためのドライバ（駆動回路）とを含んで構成されている。なお、車両には、当該車両に生じている前後方向の加速度である前後加速度を検出するための前後加速度センサ４６が設けられ、また、後輪１０Ｒの各々に対してその各々の車輪回転速度（以下「車輪速」という場合がある）ｖWを検出するための車輪速センサ４８が設けられている。それら前後加速度センサ４６，車輪速センサ４８も、ＣＡＮ４４に接続されている。
［Ｂ］ステアリングシステムのハード構成
本実施例のステアリングシステムを構成する１対の車輪転舵装置１２の各々は、車輪配設モジュール５０に組み込まれている。車輪配設モジュール５０には、上述の車両駆動システムの１対の車輪駆動ユニット２０の１つ，ブレーキシステムの４つのブレーキ装置３６のうちの１つも、組み込まれている。車輪配設モジュール（以下、単に、「モジュール」と略す場合がある）５０は、図２に示すように、タイヤ１０ａが装着されたホイール１０ｂを車体に配設するためのモジュールである。ホイール１０ｂ自体を車輪と考えることができるが、本実施例においては、便宜的に、タイヤ１０ａが装着されたホイール１０ｂを車輪１０と呼ぶこととする。
モジュール５０の構成を説明しつつ本ステアリングシステムの車輪転舵装置１２について説明すれば、本モジュール５０に配設されている上述の車輪駆動ユニット２０は、ハウジング２０ａと、ハウジング２０ａに内蔵された駆動源としての電動モータおよびその電動モータの回転を減速する減速機（ともに図示を省略する）と、ホイール１０ｂが取り付けられるアクスルハブ（図では隠れて見えない）とを有している。車輪駆動ユニット２０は、ホイール１０ｂのリムの内側に配置されるものであり、いわゆるインホイールモータユニットと呼ばれるものである。車輪駆動ユニット２０は、よく知られた構造のものであるため、その構造についての説明は省略する。
本モジュール５０は、マクファーソン型サスペンション装置（「マクファーソンストラット型」とも呼ばれる）を含んで構成されている。このサスペンション装置において、車輪駆動ユニット２０のハウジング２０ａは、車輪を回転可能に保持するキャリアとして、さらに言えば、ハウジング２０ａは、車輪転舵装置１２におけるステアリングナックルとして機能し、車体に対する上下動が許容される。したがって、サスペンション装置は、サスペンションアームであるロアアーム５２と、車輪駆動ユニット２０のハウジング２０ａと、ショックアブソーバ５４と、サスペンションスプリング５６とを含んで構成されている。
サスペンション装置自体は一般的な構造のものであるため、簡単に説明すれば、ロアアーム５２は、いわゆるＬアームと呼ばれる形状のものであり、基端部が車両前後方向において２つの部分に分かれており、その基端部において、第１ブッシュ５８，第２ブッシュ６０を介して、アーム回動軸線ＬＬのまわりに回動可能に、車体のサイドメンバー（図示を省略）に支持されている。車輪駆動ユニット２０のハウジング２０ａは、それの下部において、ロアアーム５２の先端部に、第１ジョイントであるアーム連結用ボールジョイント６２（以下、「第１ジョイント６２」という場合がある）を介して、回動可能に連結されている。
ショックアブソーバ５４は、下端部が、車輪駆動ユニット２０のハウジング２０ａに固定的に支持され、上端部が、アッパサポート６４を介して、車体のタイヤハウジングの上部に支持されている。サスペンションスプリング５６の上端部も、アッパサポート６４を介して車体のタイヤハウジングの上部に支持されており、サスペンションスプリング５６の下端部は、ショックアブソーバ５４にフランジ状に設けられたロアサポート５４ａによって支持されている。つまり、サスペンションスプリング５６とショックアブソーバ５４とは、ロアアーム５２と車体との間に、互いに並列的に配設されているのである。
上述のように本モジュール５０は、ブレーキ装置３６を有しており、そのブレーキ装置３６は、ホイール１０ｂとともにアクスルハブに取り付けられて車輪１０とともに回転するディスクロータ６６と、そのディスクロータ６６を跨ぐようにして車輪駆動ユニット２０のハウジング２０ａに保持されたブレーキキャリパ６８とを含んで構成されたディスクブレーキ装置である。詳しい説明は省略するが、このブレーキキャリパ６８は、摩擦部材としてのブレーキパッドと、液圧式のシリンダとを有し、ブレーキ装置３６は、作動液供給装置３４から液圧シリンダに供給される作動液の圧力に依存してブレーキパッドをディスクロータ６６に押し付けることで、車輪１０の回転を止めるための制動力を発生させるように構成されている。
車輪転舵装置１２は、左右１対の車輪１０のうちの片方のみを他方とは独立して転舵するための独立転舵装置であり、概ね、先に説明したようにステアリングナックルとして機能する車輪駆動ユニット２０のハウジング２０ａ（以下、車輪転舵装置１２の構成要素として扱う場合には、「ステアリングナックル２０ａ」という場合がある。）と、ロアアーム５２の基端部に近い位置においてロアアーム５２に配設された転舵アクチュエータ７０と、その転舵アクチュエータ７０とステアリングナックル２０ａとを連結するタイロッド７２とを含んで構成されている。
転舵アクチュエータ７０は、駆動源としての電動モータである転舵モータ７０ａと、転舵モータ７０ａの回転を減速する減速機７０ｂと、減速機７０ｂを介した転舵モータ７０ａの回転によって回動させられてピットマンアームとして機能するアクチュエータアーム７０ｃとを含んで構成されている。タイロッド７２の基端部は、第２ジョイントであるロッド基端部連結用ボールジョイント７４（以下、「第２ジョイント７４」という場合がある）を介して、アクチュエータアーム７０ｃに連結され、タイロッド７２の先端部は、第３ジョイントであるロッド先端部ボールジョイント７６（以下、「第３ジョイント７６」という場合がある）を介して、ステアリングナックル２０ａが有するナックルアーム２０ｂに連結されている。
本車輪転舵装置１２においては、上記アッパサポート６４の中心と、第１ジョイント６２の中心とを結ぶ線が、キングピン軸線ＫＰとなる。転舵モータ７０ａを動作させることで、図に太矢印で示すように、転舵アクチュエータ７０が有するアクチュエータアーム７０ｃは、アクチュエータ軸線ＡＬまわりに回動する。その回動がタイロッド７２によって伝達されて、ステアリングナックル２０ａは、キングピン軸線ＫＰまわりに回動させられる。つまり、図に太矢印で示すように、車輪１０が転舵されるのである。このような構造から、本車輪転舵装置１２では、アクチュエータアーム７０ｃ，タイロッド７２，ナックルアーム２０ｂ等を含んで、転舵モータ７０ａの回転動作を車輪１０の転舵動作に変換する動作変換機構７８を備えているのである。
車輪転舵装置１２は、転舵アクチュエータ７０がロアアーム５２に配設されている。そのため、モジュール５０の車体への組み付け作業を簡便に行うことが可能となる。端的に言えば、ロアアーム５２の基端部を車体のサイドメンバーに取り付け、アッパサポート６４を車体のタイヤハウジングの上部に取り付けるだけで、サスペンション装置，ブレーキ装置，車輪転舵装置を、車両に搭載することができるのである。つまり、本モジュール５０は、車両に対する搭載性において優れたモジュールとされているのである。
操作装置１４は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムにおける一般的な構造を有するものであり、簡単に説明すれば、図１に示すように、運転者によって操舵操作されるステアリング操作部材としてのステアリングホイール８０と、そのステアリングホイール８０の回転角であるステアリング操作角をステアリング操作部材の直進状態位置（中立位置）からの操作量として検出するためのステアリングセンサ８２と、ステアリングホイール８０に操作反力を付与する反力付与装置８４とを含んで構成されている。反力付与装置８４は、力源としての電動モータである反力モータ８４ａと、反力モータ８４ａの力をステアリングホイール８０に伝達するための減速機８４ｂとを含んで構成されている。
［Ｃ］ステアリングシステムの制御
i）基本転舵制御
本ステアリングシステムにおける転舵制御は、簡単に言えば、２つの前輪１０Ｆの各々を、転舵要求に応じた転舵角ψに転舵させる制御であり、各転舵ＥＣＵ１６により実行される。転舵角ψは、いわゆるトー角と同義であり、車両の直進状態において位置させられるべき位置である直進状態位置（中立位置）を基準転舵角として、その基準転舵角からの位相変位量、すなわち、転舵量と考えることができる。以下に、各転舵ＥＣＵ１６において実行される転舵制御、詳しく言えば、基本となる転舵制御である基本転舵制御について説明する。なお、２つの各転舵ＥＣＵ１６は、同じ転舵制御を実行するため、以下、１つの転舵ＥＣＵ１６における転舵制御の処理について説明する。
なお、転舵要求の程度（ステアリング操作の程度）として、操作ＥＣＵ１８は、ステアリングセンサ８２の検出に基づくステアリングホイール８０の操作角、すなわち、ステアリング操作角δ（以下、単に「操作角δ」という場合がある）を取得しており、操作ＥＣＵ１８は、検出した操作角δについての情報を、各車輪転舵装置１２の制御を司る各転舵ＥＣＵ１６に、ＣＡＮ４４を介して送信している。操作角δは、車両を直進させるための位置である直進状態位置（中立位置）を基準操作位置として、その基準操作位置からの位置変化量、すなわち、ステアリング操作量と考えることができる。
転舵ＥＣＵ１６は、受信した操作角δについての情報に基づいて、設定されたステアリングギヤ比に従って、実現させるべき車輪１０の転舵角ψである目標転舵角ψ*を決定する。各車輪転舵装置１２は、車輪１０の転舵角ψを直接的に検知するための転舵角センサを有していない。そのため、本ステアリングシステムでは、車輪１０の転舵角ψと転舵モータ７０ａの動作位置との間に特定の関係があることを利用して、転舵ＥＣＵ１６は、転舵モータ７０ａの動作位置、すなわち、モータ回転角θに基づいて、転舵制御を実行する。そのため、転舵ＥＣＵ１６は、目標転舵角ψ*に基づいて、実現すべきモータ回転角θである目標モータ回転角θ*を決定する。ちなみに、モータ回転角θは、車両直進時の基準動作位置である基準モータ回転角からの変位角と考えることができる。
転舵アクチュエータ７０が発生させる転舵力は、転舵モータ７０ａが発生させるトルクである転舵トルクＴｑSと、特定の関係、詳しくは、概ね比例関係にあるため、転舵ＥＣＵ１６は、転舵モータ７０ａが発生させるべき転舵トルクＴｑSを、実際のモータ回転角θである実モータ回転角θと目標モータ回転角θ*とに基づいて決定する。なお、転舵モータ７０ａは、ブラシレスＤＣモータであり、自身への電流供給における相の切換えのためにモータ回転角センサ（例えば、ホールＩＣ，レゾルバ等である）を有しており、転舵ＥＣＵ１６は、このモータ回転角センサの検出に基づいて、実モータ回転角θを検出する。
転舵トルクＴｑSの決定について詳しく説明すれば、転舵ＥＣＵ１６は、目標モータ回転角θ*に対するモータ回転角θの偏差であるモータ回転角偏差Δθを求め、このモータ回転角偏差Δθ（＝θ*－θ）に基づいて、次式に従って、転舵トルクＴｑSを決定する。
ＴｑS＝ＧP・Δθ＋ＧD・（ｄΔθ／ｄｔ）＋ＧI・∫Δθｄｔ
上記式は、モータ回転角偏差Δθに基づくＰＩＤフィードバック制御則に従った式であり、第１項，第２項，第３項は、それぞれ、比例項，微分項，積分項、ＧP，ＧD，ＧIは、それぞれ，比例ゲイン，微分ゲイン，積分ゲインである。
転舵トルクＴｑSと転舵モータ７０ａへの供給電流である転舵電流ＩSとは、特定の関係にある。詳しくは、転舵トルクＴｑSが転舵モータ７０ａの発揮する力に依存しているため、転舵トルクＴｑSと転舵電流ＩSとは、概ね比例関係にある。そのことに従って、転舵ＥＣＵ１６は、決定した転舵トルクＴｑSに基づいて、転舵モータ７０ａへの供給電流である転舵電流ＩSを決定し、その転舵電流ＩSを転舵モータ７０ａに供給する。
ii）反力制御
反力制御は、運転者によるステアリング操作に対する反力である操作反力を、ステアリングホイール８０に付与するための制御であり、操作ＥＣＵ１８によって実行される。反力制御は一般的な制御であり、種々の手法で操作反力を決定することができる。本ステアリングシステムでは、操作ＥＣＵ１８は、模範的な手法、すなわち、次式に従って、反力付与装置８４の反力モータ８４ａが発生させるべき反力トルクＴｑC（操作反力の一種である）を決定する。
ＴｑC＝Ｇδ・δ＋Ｇv・ｖ
Ｇδ，Ｇvは、それぞれ、操作角δ，車両走行速度（以下、「車速」という場合がある）ｖに関する重み付けゲインであり、簡単に言えば、ステアリング操作量が大きくなればなる程，車速ｖが高くなればなる程、大きな反力トルクＴｑCが付与されるように設定されている。ちなみに、操作ＥＣＵ１８は、車輪速センサ４８を介して検出された車輪速ｖWに基づいて、車速ｖを特定する。
操作ＥＣＵ１８は、上記のようにして決定された反力トルクＴｑCに基づいて、反力モータ８４ａへの供給電流である反力電流ＩCを決定し、その決定された反力電流ＩCを反力モータ８４ａに供給する。なお、操作ＥＣＵ１８は、反力モータ８４ａの駆動回路（ドライバ）を有しており、その駆動回路を介して、反力モータ８４ａに電流ＩCが供給される。
以上の基本転舵制御は、運転者がステアリングホイール８０を操作した運転における制御であるが、車両が自動運転可能な車両であって自動運転が実際に行われているときには、操作ＥＣＵ１８から送られてくる操作角δに基づいて目標転舵角ψ*を決定するのではなく、例えば、自動運転コントローラから送信されてくる目標転舵角ψ*の情報に基づいて、転舵制御を行うようにすればよい。
iii）外部作用力による影響
モジュール５０は、一般的なストラット型サスペンション装置を含んで構成されており、そのモジュール５０のサスペンションジオメトリを、模式図である図３を参照しつつ、説明する。ちなみに、車輪１０の回転軸線を、車輪軸線ＷＬと、車輪１０の接地面の中心である接地面中心ＳＣを通ってその接地面に直角な線を、垂直線ＶＬと、それぞれ定義する。車輪軸線ＷＬの延びる方向である車輪軸線方向から見た図３（ａ），前後方向から見た図３（ｂ）から解るように、垂直線ＶＬは、車輪軸線ＷＬと直角に交わること、つまり、車輪軸線ＷＬが路面と平行であることとする。なお、以下の説明において、車輪軸線ＷＬの延びる方向である車輪軸線方向を、Ｙ方向と、上下方向を、Ｚ方向と、車輪軸線方向と直角でありかつ水平な方向を、Ｘ方向と、それぞれ言う場合がある（図３参照）。ちなみに、車輪１０が転舵していない場合において、Ｘ方向は、車両の前後方向と一致していることとする。
図３では、ショックアブソーバ５４およびサスペンションスプリング５６は、一体化して、スプリング／アブソーバＡｓｓｙ９０として表されている。先に説明したように、第１ジョイント６２の中心と、アッパサポート６４の中心（スプリング／アブソーバＡｓｓｙ９０の車体への支持の中心）とを結ぶ線が、キングピン軸線ＫＰとなる。車輪軸線ＷＬに直角な平面（以下、「ＸＺ平面」という場合がある）にキングピン軸線ＫＰと垂直線ＶＬとを投影した場合の、そのＸＺ平面におけるそれらキングピン軸線ＫＰと垂直線ＶＬとのなす角が、キャスタ角φSであり、また、車輪軸線ＷＬに平行かつ路面に直角な平面（以下、「ＹＺ平面」という場合がある）にキングピン軸線ＫＰと垂直線ＶＬとを投影した場合の、そのＹＺ平面におけるそれらキングピン軸線ＫＰと垂直線ＶＬとのなす角が、キングピン角φKである。
そして、図３（ｂ）に示すように、ＹＺ平面における車輪軸線ＷＬと垂直線ＶＬとの交点とキングピン軸線ＫＰとの水平距離が、スピンドルオフセットδ1であり、接地面へのキングピン軸線ＫＰの交点と接地面中心ＳＣとの距離（車輪軸線方向の距離）が、キングピンオフセットδ2である。また、図３（ａ）に示すように、ＸＺ平面における接地面中心ＳＣと接地面へのキングピン軸線ＫＰの交点との距離が、キャスタトレールδ3であり、車輪軸線ＷＬとキングピン軸線ＫＰとの水平距離が、キャスタオフセットδ4である。ちなみに、図３では表されていないが、実際には、接地面はある程度の面積を有しており、キングピン軸線ＫＰは接地面を通るようにされている。
車輪１０に、車両前後方向の力（前後力）ＦX，車幅方向の力（横力）ＦY，上下方向の力（上下力）ＦZが、外部から、すなわち、路面から、外部作用力として作用したとする。厳密には、接地面中心ＳＣにおいて作用したと仮定する。それら、前後力ＦX，横力ＦY，上下力ＦZの作用によって、車輪１０は転舵される。言い換えれば、ステアリングナックル２０ａは、キングピン軸線ＫＰまわりに回動させられる。それら前後力ＦX，横力ＦY，上下力ＦZの作用によってステアリングナックル２０ａに加わるモーメントを、それぞれ、前後力依拠モーメントＭx，横力依拠モーメントＭy，上下力依拠モーメントＭzと定義すれば、それら前後力依拠モーメントＭx，横力依拠モーメントＭy，上下力依拠モーメントＭzは、図４の式のように表される。ちなみに、それらの式におけるＡ，Ｂ，Ｃは、キャスタ角φS，キングピン角φKによって定まる係数である。
例えば、路面の起伏等によって上下力ＦZが作用した場合に、その作用によって車輪１０が転舵されると、先に説明した転舵制御における実転舵角ψが変化し、転舵角ψが目標転舵角ψ*となるように、転舵モータ７０ａに電流ＩSが供給される。同様に、車両に駆動力，制動力が付与される等によって前後力ＦXが作用した場合や、横風を受ける等して横力ＦYが作用した場合も、それらの作用によって車輪１０が転舵され、その転舵を解消すべく、転舵モータ７０ａに電流ＩSが供給されることになる。
ステアリングロッド等によって左右のステアリングナックルが機械的に連結されている両輪転舵装置を有するステアリングシステムでは、前後力ＦXに起因する車輪１０の転舵方向は、左右において逆となるため、左右の車輪１０についての前後力依拠モーメントＭxは互いに相殺される。したがって、エネルギ消費の観点，操舵の安定性の観点からは、問題とはならない。ちなみに、上下力ＦZに起因する車輪１０の転舵方向は、必ずしも逆方向とはならないが、両輪転舵装置を有するステアリングシステムでは、上下力依拠モーメントＭzは何某か相殺される。つまり、前後力ＦX，上下力ＦZに起因する車輪１０の転舵によるエネルギ消費，操舵の安定性の低下は、本ステアリングシステムが左右独立転舵型のシステムであるが故、問題となり、その問題が大きいのである。なお、横力ＦYの作用は、左右の車輪１０に対して同じ方向の横力依拠モーメントＭyを生じさせるため、両輪転舵装置であっても相殺できないが、車輪１０が転舵アクチュエータ７０によって転舵されて車両が旋回する場合には、当然ながら横力依拠モーメントＭyが生じるため、敢えて、外部作用力による影響と捉える必要はない。
iv）外部作用力による転舵角の変化への対処
本ステアリングシステムでは、外部作用力である上記前後力ＦXに起因する車輪１０の転舵角ψの変化を、操舵の安定性を阻害するファクタとして捉え、その変化を抑制するための転舵安定化制御を実行する。詳しく言えば、外部作用力による操舵の安定性の阻害は、車両が直進しているときに認識され易いことに鑑み、転舵ＥＣＵ１６は、実モータ回転角θに基づいて特定された実転舵角ψが、車両が直進しているとみなせる程度に設定された閾転舵角ψTH以下となっている場合において、車両全体に付与される制動力ＦBが、設定された閾制動力ＦBTH以上である状況、若しくは、車両に付与される駆動力ＦDが、設定された閾駆動力ＦDTH以上である状況を、車輪１０が外部作用力によって転舵される若しくはされ易い状況である外部力依拠転舵状況と認定し、その外部力依拠転舵状況において転舵安定化制御を実行する。ちなみに、制動力ＦB，駆動力ＦDは、それぞれ、ブレーキＥＣＵ３８，駆動ＥＣＵ２６からＣＡＮ４４を介して送られてくる情報に基づいて取得される。
転舵安定化制御では、転舵ＥＣＵ１６は、転舵角ψの変化を抑制すべく、上記転舵トルクＴｑSの決定式における微分項ゲインＧDの値を大きくする。上記式における微分項は、モータ回転角θの目標モータ回転角θ*に対する変化、すなわち、転舵角ψの目標転舵角ψ*に対する変化に関する項であり、微分項ゲインＧDを大きくすることで、その変化を抑制する効果が高くなる。つまり、転舵角ψの変動への応答性が高くされるのである。言い換えれば、転舵安定化制御は、車輪１０の転舵位置を、要求に応じた転舵量となる位置から、変動し難くする制御とされているのである。具体的には、転舵ＥＣＵ１６は、基本転舵制御においてＧD1にされている微分項ゲインＧDを、転舵安定化制御において、ＧD2（＞ＧD1）に設定する。
v）転舵制御の処理の流れ
上記転舵安定化制御を含む転舵制御は、各転舵ＥＣＵ１６のコンピュータが、図５にフローチャートを示す転舵制御プログラムを、短い時間ピッチ（例えば、数ｍsec～数十ｍsec）で繰り返し実行することによって行われる。以下に、そのフローチャートに沿って、転舵制御における処理の流れを、簡単に説明する。
転舵制御プログラムに従う処理では、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す。他のステップも同様である）において、操作ＥＣＵ１８において検出されたステアリングホイール８０の操作角δが、ＣＡＮ４４を介して取得される、Ｓ２において、その操作角δに基づいて、車輪１０の目標転舵角ψ*が決定される。続くＳ３において、その目標転舵角ψ*に基づいて目標モータ回転角θ*が決定され、Ｓ４において、実モータ回転角θが検出される。次に、Ｓ５において、検出された実モータ回転角θに基づいて、実転舵角ψが特定され、Ｓ６において、モータ回転角偏差Δθが特定される。
Ｓ７において、実転舵角ψが閾転舵角ψTH以下であるか否かが、すなわち、当該車両が直進しているか否かが判定される。車両が直進している場合には、Ｓ８，Ｓ９の判定、すなわち、車両に付与されている制動力ＦB，駆動力ＦDのいずれかが、設定されている閾制動力ＦBTH，閾駆動力ＦDTH以上であるか否かの判定が行われる。
車両が直進していない場合、直進していても、車両に、閾制動力ＦBTH以上の制動力ＦBも閾駆動力ＦDTH以上の駆動力ＦDも付与されていない場合には、Ｓ１０において、上述の微分項ゲインＧDがＧD1に設定され、車両が直進しており、かつ、閾制動力ＦBTH以上の制動力ＦB若しくは閾駆動力ＦDTH以上の駆動力ＦDが付与されている場合には、Ｓ１１において、微分項ゲインＧDが、ＧD1より大きなＧD2に設定される。
微分項ゲインＧDの設定の後、Ｓ１２において、ＰＩＤフィードバック制御則に基づく上記式に従って、転舵トルクＴｑSが決定され、Ｓ１３において、決定された転舵トルクＴｑSに基づいて、転舵電流ＩSが決定される。そして、Ｓ１４において、決定された転舵電流ＩSに基づいて転舵モータ７０ａに電流が供給されて、当該プログラムの１回の実行が終了する。
１０：車輪 １２：車輪転舵装置 １４：操作装置 １６：転舵電子制御ユニット（転舵ＥＣＵ）〔コントローラ〕 １８：操作電子制御ユニット（操作ＥＣＵ）〔コントローラ〕 ２０：車輪駆動ユニット ２２：アクセルペダル ２６：車両駆動電子制御ユニット（駆動ＥＣＵ） ３０：ブレーキペダル ３２：マスタシリンダ ３４：作動液供給装置 ３６：ブレーキ装置 ３８：ブレーキ電子制御ユニット（ブレーキＥＣＵ） ４４：ＣＡＮ ５０：車輪配設モジュール ５２：ロアアーム ５４：ショックアブソーバ ５６：サスペンションスプリング ６６：ディスクロータ ６８：ブレーキキャリパ ７０：転舵アクチュエータ ７０ａ：転舵モータ ７２：タイロッド ７８：動作変換機構 ８０：ステアリングホイール〔ステアリング操作部材〕 ８２：ステアリングセンサ ８４：反力付与装置 ８４ａ：反力モータ ９０：スプリング／アブソーバＡｓｓｙ

Claims (4)

  1. 左右の車輪の各々に対して設けられ、それぞれが、アクチュエータを備えて、左右の車輪の各々を単独で転舵する１対の車輪転舵装置と、
    左右の車輪の各々を要求に応じた転舵量に転舵するように、１対の車輪転舵装置を制御するコントローラと
    を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
    前記コントローラが、
    設定された大きさ以上の制動力若しくは駆動力が車両に付与される場合に、左右の車輪の各々が外部からその各々に作用する力によって転舵される若しくはされ易い状況である外部力依拠転舵状況にあると認定し、その外部力依拠転舵状況において、転舵量の変化を抑制する転舵安定化制御を実行するように構成されたステアリングシステム。
  2. 左右の車輪の各々に対して設けられ、それぞれが、アクチュエータを備えて、左右の車輪の各々を単独で転舵する１対の車輪転舵装置と、
    左右の車輪の各々を要求に応じた転舵量に転舵するように、１対の車輪転舵装置を制御するコントローラと
    を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
    前記コントローラが、
    左右の車輪の各々が外部からその各々に作用する力によって転舵される若しくはされ易い状況である外部力依拠転舵状況において、車両が直進していることを条件として、転舵量の変化を抑制する転舵安定化制御を実行するように構成されたステアリングシステム。
  3. 左右の車輪の各々に対して設けられ、それぞれが、アクチュエータを備えて、左右の車輪の各々を単独で転舵する１対の車輪転舵装置と、
    左右の車輪の各々を要求に応じた転舵量に転舵するように、１対の車輪転舵装置を制御するコントローラと
    を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
    前記コントローラが、
    左右の車輪の各々が外部からその各々に作用する力によって転舵される若しくはされ易い状況である外部力依拠転舵状況において、転舵量の変化を抑制する転舵安定化制御として、車輪の転舵位置を、要求に応じた転舵量となる位置から、変動し難くする制御を実行するように構成されたステアリングシステム。
  4. 前記コントローラが、
    目標となる転舵量である目標転舵量を要求に応じて決定し、その目標転舵量に対する実際の転舵量の偏差である転舵量偏差に基づき、ＰＩＤフィードバック制御の手法に従って、アクチュエータが発生させるべき力である転舵力を決定するような制御を実行し、
    前記転舵安定化制御として、前記ＰＩＤフィードバック制御の手法における微分項ゲインを大きくする制御を実行するように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のステアリングシステム。
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