特許 7470613 ステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-10

(45)【発行日】2024-04-18

(54)【発明の名称】ステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20240411BHJP

   B62D 101/00 20060101ALN20240411BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D101:00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020177252

(22)【出願日】2020-10-22

(65)【公開番号】P2022068518

(43)【公開日】2022-05-10

【審査請求日】2023-04-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】立入 泉樹

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雄大

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 崇志

(72)【発明者】

【氏名】高島 亨

(72)【発明者】

【氏名】小寺 隆志

【審査官】瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２３９０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３４８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８０２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５２４７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｗ １０／００，３０／００－６０／００

Ｂ６２Ｄ ５／０４， ６／００，１５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステム（９０）の車両においてタイヤ（９９）を転舵させるステアリング装置であって、
指示された転舵角に従い前記タイヤを転舵させる転舵アクチュエータ（８８）、及び、入力された操舵角（θｒ）信号に応じた転舵角指令値（θ^＊ｔ）を算出し、当該転舵角指令値に基づき前記転舵アクチュエータを駆動する信号を生成する転舵角制御装置（８５）、を含む転舵装置（８０）を備え、
前記転舵角制御装置は、転舵角相当値又は操舵角相当値に応じて転舵角速度制限値（ωｔ＿ｌｉｍ）を変化させることで前記転舵角速度制限値を設定し、転舵角速度の絶対値が前記転舵角速度制限値以下となるように制限するステアリング装置。

【請求項2】

前記転舵角制御装置は、
転舵角速度制限によって生じる角度誤差（θｅｒｒ）が所定の許容角度誤差（θｅｒｒ＿ｔｈ）以下となるように、
現在の転舵角又は操舵角と、対応する機械的エンドでの限界角度との差分の絶対値である残り角度（θｒｅｓｔ）に応じて、前記残り角度が小さくなるほど前記転舵角速度制限値を小さくする請求項１に記載のステアリング装置。

【請求項3】

操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステム（９０）の車両においてタイヤ（９９）を転舵させるステアリング装置であって、
指示された転舵角に従い前記タイヤを転舵させる転舵アクチュエータ（８８）、及び、入力された操舵角（θｒ）信号に応じた転舵角指令値（θ^＊ｔ）を算出し、当該転舵角指令値に基づき前記転舵アクチュエータを駆動する信号を生成する転舵角制御装置（８５）、を含む転舵装置（８０）を備え、
前記転舵角制御装置は、切り込み又は切り戻しの状態に応じて転舵角速度制限値（ωｔ＿ｌｉｍ）を変化させることで前記転舵角速度制限値を設定し、転舵角速度の絶対値が前記転舵角速度制限値以下となるように制限するステアリング装置。

【請求項4】

ドライバが運転操作を行うステアバイワイヤシステムの車両に適用され、
ドライバの操舵に対する反力をステアリング（９１）に付与する反力アクチュエータ（７８）、及び、前記転舵角制御装置からの信号に基づき前記反力アクチュエータを駆動する信号を生成する反力制御装置（７５）、を含む反力装置（７０）をさらに備える請求項１～３のいずれか一項に記載のステアリング装置。

【請求項5】

前記転舵角制御装置は、さらに車両挙動に応じて前記転舵角速度制限値を変化させる請求項１～４のいずれか一項に記載のステアリング装置。

【請求項6】

前記転舵角制御装置は、さらに車速に応じて前記転舵角速度制限値を変化させる請求項１～５のいずれか一項に記載のステアリング装置。

【請求項7】

前記転舵角制御装置は、操舵角相当値又は転舵角相当値に応じて操舵角に対する転舵角の比である舵角比を変化させる請求項１～６のいずれか一項に記載のステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムの車両において、転舵角速度を可変とする技術が知られている。

【0003】

例えば特許文献１に開示された装置は、補正前の転舵角速度に対し操舵角や車速に依存したゲインを乗じて、補正前よりも小さい最適転舵角速度を演算することで、操舵輪の操作状態に応じた転舵輪の応答速度の最適化を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５９６６６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ステアバイワイヤシステムでは、操舵角に対する転舵角の比である舵角比を可変に設定できる。しかし、高舵角比時に低舵角比状態と同様の感覚で操舵すると、想定以上の速さでタイヤが転舵される。そのため、特許文献１の従来技術では、高舵角比での旋回操作時にロールやヨー等の大きな車両挙動が発生し、乗り心地が悪化するという問題がある。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ステアバイワイヤシステムの車両において旋回操舵時の車両挙動を抑制し、乗り心地を改善するステアリング装置を提供することにある。ここで、本発明が想定するステアバイワイヤシステムの車両には、ドライバが運転操作を行うものに限らず、自動運転車両が含まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステム（９０）の車両においてタイヤ（９９）を転舵させるステアリング装置である。自動運転車両に適用されるものを含め、少なくともこのステアリング装置は、転舵アクチュエータ（８８）及び転舵角制御装置（８５）を含む転舵装置（８０）を備える。

【0008】

転舵アクチュエータは、指示された転舵角に従いタイヤを転舵させる。転舵角制御装置は、入力された操舵角（θｒ）信号に応じた転舵角指令値（θ^＊ｔ）を算出し、当該転舵角指令値に基づき転舵アクチュエータを駆動する信号を生成する。本発明の第１の態様では、転舵角制御装置は、転舵角相当値又は操舵角相当値に応じて転舵角速度制限値（ωｔ＿ｌｉｍ）を変化させることで転舵角速度制限値を設定する。第２の態様では、転舵角制御装置は、切り込み又は切り戻しの状態に応じて転舵角速度制限値を変化させることで転舵角速度制限値を設定する。転舵角制御装置は、転舵角速度の絶対値が転舵角速度制限値以下となるように制限する。

【0009】

また、ドライバが運転操作を行うステアバイワイヤシステムの車両に適用されるステアリング装置は、反力アクチュエータ（７８）及び反力制御装置（７５）を含む反力装置（７０）をさらに備える。反力アクチュエータは、ドライバの操舵に対する反力をステアリング（９１）に付与する。反力制御装置は、転舵角制御装置からの信号に基づき反力アクチュエータを駆動する信号を生成する。

【0010】

転舵角制御装置は、さらに車両挙動、車速に応じて転舵角速度制限値を変化させてもよい。ここで、「転舵角相当値」又は「操舵角相当値」は、それぞれ転舵角又は操舵角そのものでもよく、或いは、転舵角又は操舵角に相関するどのような値であってもよい。自動運転での指示値もこれに含まれる。「切り込み又は切り戻し」は、ドライバの運転操作に限らず、自動運転での指示値による操舵方向の変化に拡張して解釈される。

【0011】

操舵角に比例してタイヤが転舵するステアバイワイヤシステムでは、操舵時に発生する車両挙動（具体的にはロール角）がヨー角度とヨー角速度、及び、タイヤ滑り角の時間変化率とに比例する。したがって本発明では転舵角速度を制限することで、旋回操作時における車両挙動を抑制し、乗り心地を改善することができる。特に高舵角比での旋回操作時にはロールを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態のステアリング装置が適用されるステアバイワイヤシステムの全体構成図。

【図2】一実施形態のステアリング装置のブロック図。

【図3】比較例での旋回操作時におけるロールの発生を示すタイムチャート。

【図4】ロール角とロールモーメントとの関係を説明する車両前面視の模式図。

【図5】反力装置及び転舵装置の制御ブロック図。

【図6】舵角感応の転舵角速度制限値の設定例を示すブロック図。

【図7】舵角、車速感応の転舵角速度制限値の設定例を示すブロック図。

【図8】切り込み切り戻し判定による転舵角速度制限値の設定例を示すブロック図。

【図9】転舵角指令値制限の構成例を示すブロック図。

【図10】舵角、車速感応の舵角比制御例１を示すブロック図。

【図11】舵角、車速感応の舵角比制御例２を示すブロック図。

【図12】転舵角速度制限によるロール抑制効果を説明するタイムチャート。

【図13】転舵角速度制限による角度誤差を許容角度誤差以下にする実施例におけるエンドまでの残り角度と転舵角速度制限値との関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（一実施形態）
本発明のステアリング装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。このステアリング装置は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステムの車両においてタイヤを転舵させる装置である。一実施形態では、ドライバが運転操作を行うステアバイワイヤシステムの車両に適用されるステアリング装置を想定する。なお、その他の実施形態の欄に記すように、このステアリング装置は自動運転車両に適用されてもよい。

【0014】

図１にステアバイワイヤシステム９０の全体構成を示す。図１において、タイヤ９９は片側のみを図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。ステアリング装置１０は、反力装置７０及び転舵装置８０を備える。

【0015】

反力装置７０は、反力アクチュエータ７８と、反力アクチュエータ７８を駆動する信号を生成する反力制御装置７５とを含み、反力用減速機７９及びステアリングシャフト９２を介してステアリング９１と接続される。ステアリング９１は、操舵角を入力するための手段であり、典型的にはステアリングホイールが用いられるが、操舵桿等の形状であってもよい。ステアバイワイヤシステム９０では、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができない。そこで、反力アクチュエータ７８は、操舵に対する反力を付与するようにステアリング９１を回転させ、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。

【0016】

転舵装置８０は、転舵アクチュエータ８８と、転舵アクチュエータ８８を駆動する信号を生成する転舵角制御装置８５とを含む。転舵アクチュエータ８８の回転は、転舵用減速機８９からピニオンギア９６、ラック軸９７、タイロッド９８、ナックルアーム９８５を介してタイヤ９９に伝達される。詳しくは、ピニオンギア９６の回転運動はラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の両端に設けられたタイロッド９８がナックルアーム９８５を往復移動させることで、タイヤ９９が転舵される。

【0017】

トルクセンサ９４は、トーションバーの捩れ変位に基づき、ステアリングシャフト９２に加わるドライバの操舵入力を検出する。トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは反力制御装置７５に入力される。

【0018】

ステアリング９１の操舵角は、ステアリング９１の中立位置に対する回転方向に応じて、例えば図１のＣＷ方向が正、ＣＣＷ方向が負と定義される。これに対応してタイヤ９９の転舵角の正負が定義される。角速度は、角度と同じ符号で定義される。また、ドライバがステアリング９１をＣＷ方向に回すときのトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは正である。

【0019】

さらに、反力装置７０でステアリング９１をＣＷ方向に回すときの反力装置７０の出力トルクも正である。反力装置７０の出力トルクがＣＷ方向に作用しているとき、ドライバがステアリング９１を保舵すると、ＣＣＷ方向にトルクを加えることになるため、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは負となる。

【0020】

反力制御装置７５及び転舵角制御装置８５は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。反力制御装置７５及び転舵角制御装置８５の各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。反力制御装置７５及び転舵角制御装置８５は、ＣＡＮ通信等の車両ネットワークや専用の通信ラインを経由して互いに情報を通信する。

【0021】

図２を参照し、ステアバイワイヤシステム９０におけるステアリング装置１０の構成について説明する。反力装置７０は、反力制御装置７５、操舵角センサ７６及び反力アクチュエータ７８を含む。操舵角センサ７６は、ステアリング９１から入力された操舵角θｒを検出する。反力制御装置７５は、転舵角制御装置８５からの信号に基づき反力アクチュエータ７８を駆動する反力信号を生成する。反力アクチュエータ７８は、ドライバの操舵に対する反力をステアリング９１に付与する。

【0022】

転舵装置８０は、転舵角制御装置８５、転舵角センサ８６及び転舵アクチュエータ８８を含む。転舵角制御装置８５は、入力された操舵角θｒに応じた転舵角指令値θ^*ｔを算出し、当該転舵角指令値θ^*ｔに基づき転舵アクチュエータ８８を駆動する信号を生成する。転舵アクチュエータ８８は、指示された転舵角に従いタイヤ９９を転舵させる。転舵角θｔは転舵角センサ８６を用いてフィードバック制御される。また場合に応じて、転舵アクチュエータ８８からの電流フィードバックにより反力アクチュエータ７８の反力を演算してもよい。

【0023】

ステアリング装置１０は、基本的には操舵角θｒに応じて転舵角θｔを自由に制御し、また転舵時に転舵アクチュエータ８８に発生する電流値などを用いてステアリング９１に反力を付与する。本明細書では、操舵角θｒに対する転舵角θｔの比を「舵角比」と定義する。高舵角比では小さい操舵角で大きな転舵角が得られる。一般に、低速域では操舵量を少なくするために高舵角比にし、高速域では車両安定性のために低舵角比にする。

【0024】

さらに本実施形態では、車速センサ８１が検出した車速Ｖが反力制御装置７５及び転舵角制御装置８５に入力される。また、ロールやヨー等の車両挙動を示すパラメータが車両挙動検出装置８２から転舵角制御装置８５に入力される。

【0025】

ここで、本実施形態の技術背景について説明する。操舵機構と転舵機構とが機械的に結合された電動パワーステアリングシステムに対し、ステアバイワイヤシステムのメリットの一つが、状況に応じて舵角比を可変に設定できることである。高舵角比では小さい操舵角で最大転舵角まで回転可能であり、ドライバはステアリング９１を持ち替えずに運転することができる。これによりドライバは小さい操舵角で駐車やＵターンなどができるため操舵負荷が低減する。

【0026】

一方、高舵角比での旋回操作時に車両挙動が不安定になる場合があることについて、図３、図４を参照して説明する。図３には、直進走行からＵターンするように操舵したときの転舵角θｔ、転舵角速度ωｔ、及び、ロール角速度の時間変化を示す。縦軸には「０」以外の数値を省略し、括弧内の単位は、各量の次元を示すためにのみ図示する。

【0027】

時間が約３．０秒のとき操舵が開始され、約３．８秒のとき操舵が終了する。この間、転舵角速度ωｔは０から増加する。操舵終了後、＊印で示すように、車両の左右方向に大きなロールが発生する。このように、高舵角比での旋回操作時にはロールやヨー等の大きな車両挙動が発生し、乗り心地が悪化するという問題がある。

【0028】

図４を参照し、左旋回時に発生するロール角φと、その時のロールモーメントについて説明する（参考文献：安部正人「自動車の運動と制御 車両運動力学の理論形成と応用」［第２版］）。ロールモーメントは下の式（１）で表される。左辺の＜１＞部はロール剛性、＜２＞部は重心ずれトルク、＜３＞部はロールダンパを示す。右辺の＜４＞部は「ロール角加速度の慣性モーメント」、＜５＞部は「ヨーに関連したモーメント」を示す。

【0029】

【数1】

【0030】

ロールの要因として、ロール剛性、ロールダンパ、慣性モーメントに対するロール角加速度、ヨー角度、ヨー角速度、及び、タイヤ滑り角の微分値（すなわち時間変化率）が影響する。

【0031】

ここで注目すべき点は、「ヨーに関連したモーメント」である。高舵角比状態では操舵速度に伴う転舵速度の増加度合が大きくなり、ロール角加速度の慣性モーメントに比べ、ヨー角度とヨー角速度、及び、タイヤ滑り角の微分値の影響が大きくなると考えられる。低速域において、ヨー角度とヨー角速度は転舵角と転舵角速度に比例すると考えられるため、転舵角速度を制限することでロールが抑制されると推測される。

【0032】

なお、ヨー角度とヨー角速度に代えて、ロール剛性やロールダンパを調整することでもロール抑制効果が導かれる。特許第５４１６４４２号公報には、この視点により操舵操作に対する応答性を最適化するサスペンション制御装置が開示されている。しかし、サスペンションのパラメータを変更するためには特殊なサスペンションが４本必要であり、コストアップを招く。それに対し転舵角速度を制限する方法では制御だけを変更すればよく、コストアップにならない。

【0033】

そこで本実施形態では、特に高舵角比での旋回操作時におけるロールを抑制するため、転舵アクチュエータ８８の転舵角速度を制限するブロックを転舵装置８０に設ける。次に図５を参照し、一実施形態のステアリング装置１０の詳細な制御構成について説明する。反力装置７０の出力に関するパラメータの記号には「ｒ」、転舵装置８０の出力に関するパラメータの記号には「ｔ」を付す。

【0034】

ここで、操舵角θｒ、操舵角速度ωｒ、転舵角θｒ等の値は、反力アクチュエータ７８又は転舵アクチュエータ８８の回転角度や角速度に、適宜、減速機７９、８９の減速比等を乗除した「相当値」を含むものとして解釈される。また、直接的には転舵アクチュエータ８８の出力トルクを指す「転舵トルクＴｔ」は、転舵トルク指令値Ｔ^*ｔ、転舵アクチュエータ８８に流れる電流Ｉｔ又は電流指令値Ｉ^*ｔ等の「相当値」を含むものとして解釈される。

【0035】

反力装置７０の反力制御装置７５は、反力制御部５１、粘性制御部５２、慣性制御部５３、戻し制御部５４、トルク偏差算出部６６、ＰＩＤ制御器６７及び電流制御部６８等を含む。反力制御部５１は、車速Ｖに依存する転舵トルク相当値Ｔｔを増減したステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔを算出する。

【0036】

粘性制御部５２は、操舵角速度相当値ωｒに略比例した粘性指令値Ｔｖｉｓｃを算出する。なお、「粘性制御部」に代えて「摩擦制御部」と称してもよい。慣性制御部５３は、操舵角速度相当値ωｒの微分値（すなわち操舵角加速度相当値）に略比例した慣性指令値Ｔｉｎｅｒｔを算出する。戻し制御部５４は、操舵角相当値θｒ、操舵角速度相当値ωｒ、車速Ｖに基づき、ステアリング９１を中立位置に戻す方向に作用する戻し指令値Ｔｒｅｔを算出する。

【0037】

加算器５５２、５５３、５５４では、ステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔの符号反転値（－Ｔ^*ｓｔ）に対し、粘性指令値Ｔｖｉｓｃ、慣性指令値Ｔｉｎｅｒｔ及び戻し指令値Ｔｒｅｔが順に加算される。加算器５５４による加算後の値が「ステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔに基づく目標値Ｔ^**ｓｔ」として出力される。

【0038】

トルク偏差算出部６６は、目標値Ｔ^**ｓｔとトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓとのトルク偏差ΔＴを算出する。ＰＩＤ制御器６７は、トルク偏差ΔＴを０に近づけるように、つまりトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓが目標値Ｔ^**ｓｔに追従するようにＰＩＤ制御し、電流指令値Ｉ^*ｒを演算する。電流制御部６８は、反力アクチュエータ７８に流す電流Ｉｒを制御する。反力アクチュエータ７８の回転角度に相当する操舵角相当値θｒは操舵角センサ７６により検出され、反力制御装置７５の戻し制御部５４、及び、転舵角制御装置８５に出力される。

【0039】

転舵装置８０の転舵角制御装置８５は、舵角比制御部３２０、フィルタ３３、転舵角速度制限値設定部３４０、転舵角速度制限部３５０、角度偏差算出部３６、ＰＩＤ制御器３７及び電流制御部３８等を含む。

【0040】

舵角比制御部３２０は、操舵角相当値θｒ及び車速Ｖに基づき、操舵角θｒに対する転舵角θｔの比である舵角比ＲＡを演算し、操舵角θｒに舵角比ＲＡを乗じて制限前転舵角指令値θ^*ｔ＿０を算出する。舵角比制御の具体例については、図１０、図１１を参照して後述する。制限前転舵角指令値θ^*ｔ＿０は、共振を避けるノッチフィルタや、急峻な入力を避けるＬＰＦ等で構成されたフィルタ３３により処理される。

【0041】

転舵角速度制限値設定部３４０は、所定のパラメータに応じて転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを変化させる。「所定のパラメータ」には、操舵角相当値θｒ又は転舵角相当値θｔ、車速Ｖ、ヨーやロール等の車両挙動、切り込み又は切り戻しの状態が含まれる。各パラメータに応じて転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを変化させる具体例については、図６～図８を参照して後述する。なお、車両挙動感応の例については図示を省略するが、車両挙動のパラメータに応じて制限値ωｔ＿ｌｉｍを変化させることで、リアルタイムな制御を行うことができる。

【0042】

転舵角速度制限部３５０は、転舵角速度の絶対値が転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍ以下となるように制限する。転舵角速度制限による転舵角指令値制限の具体例については、図９を参照して後述する。また、太線矢印で示すように、転舵角速度制限がかかったとき、反力アクチュエータ７８に付与される反力が大きくなるように反力制御装置７５の定数を切り替えてもよい。これによりドライバは操舵速度を物理的に抑えられる。

【0043】

具体的には反力制御部５１において、転舵トルク相当値Ｔｔに比例した反力制御の定数を、転舵角速度制限がかかったとき反力が大きくなるように切り替えてもよい。或いは、粘性制御部５２及び慣性制御部５３において、そもそも操舵フィーリングを構築するための摩擦制御、慣性制御の定数を、転舵角速度制限がかかったとき、反力が大きくなるように切り替える、又は、反力が大きくなるようにそろえておいてもよい。

【0044】

転舵角偏差算出部３６は、転舵角指令値θ^*ｔと転舵角フィードバック値θｔとの角度偏差Δθｔを算出する。ＰＩＤ制御器３７は、角度偏差Δθｔを０に近づけるようにＰＩＤ制御し、電流指令値Ｉ^*ｔを演算する。電流制御部３８は、転舵アクチュエータ８８に流す電流Ｉｔを制御する。転舵アクチュエータ８８の回転角度に相当する転舵角相当値θｔは転舵角センサ８６により検出され、転舵角偏差算出部３６にフィードバックされる。また、転舵トルク相当値Ｔｔは反力制御装置７５に出力される。

【0045】

続いて図６～図１１を参照し、各ブロックの制御例を説明する。各図において便宜上、パラメータの入出力特性を「マップ」によるものとして説明するが、数式計算で実施されてもよい。

【0046】

まず、転舵角速度制限値設定部３４０の構成例について図６～図８を参照する。図６の例の転舵角速度制限値設定部３４０は、舵角感応マップ３４１により、転舵角θｔの絶対値に対して転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを規定する。例えば、転舵角θｔの絶対値がθα以下の領域では制限値ωｔ＿ｌｉｍは相対的に高い値ωｔＨに設定され、転舵角θｔの絶対値がθβ（＞θα）以上の領域では制限値ωｔ＿ｌｉｍは相対的に低い値ωｔＬに設定される。転舵角θｔの絶対値がθαからθβまでの領域では制限値ωｔ＿ｌｉｍは高い値ωｔＨから低い値ωｔＬに漸減する。これにより、転舵角θｔの絶対値がある値より大きいとき、制限値ωｔ＿ｌｉｍを上回る角速度で転舵されることが防止される。

【0047】

舵角感応マップ３４１の入力は、転舵角センサ８６が検出した転舵角検出値θｔでもよいし、転舵角指令値θ^*ｔその他の「転舵角相当値」でもよい。また、舵角比ＲＡが乗じられる前の操舵角θｒもしくは「操舵角相当値」を入力としてもよい。以下、舵角感応に関する部分は全て同様に解釈する。

【0048】

転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを転舵角相当値又は操舵角相当値に応じて変化させることで、小舵角域では迅速に、大舵角域では緩やかに転舵させることができる。そのため、ロール挙動の起きにくい小舵角域におけるヨーへの影響を低減することができる。なお、図６の舵角感応マップ３４１は、２段階の値ωｔＨ、ωｔＬを基本とし、舵角に応じて制限値ωｔ＿ｌｉｍを直線的に変化させるものであるが、３段階以上の値を基本とするようにしてもよいし、舵角に応じて制限値ωｔ＿ｌｉｍを曲線的に変化させてもよい。

【0049】

図７の例では、図６と同様の舵角感応マップ３４１に加え、車速ゲインマップ３４３が用いられる。例えば車速ゲインは、車速Ｖα以下の領域で１であり、車速Ｖαから車速Ｖβまでの領域で１から漸増し、車速Ｖβ以上の領域で１より十分に大きい値ＩＮＦに設定されている。乗算器３４４は、舵角感応マップ３４１で算出された仮制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿０に車速ゲインを乗じて転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを算出する。車速ゲインが十分に大きい値ＩＮＦのとき、転舵角速度制限は実質的に行われないに等しい。

【0050】

車速Ｖが大きい領域では、そもそも舵角比が小さくなるため、さらに転舵角速度制限を行うと転舵の遅れが大きくなる。また高速域では大きく転舵させることがないため、転舵角速度制限が不要である。そこで図７のような構成により、低速域では転舵角速度ωｔの制限を行い、高速域では転舵角速度ωｔの制限を行わないことで、高速域での素早い転舵が可能となる。

【0051】

図８の例の転舵角速度制限値設定部３４０は、舵角感応特性が互いに異なる切り込み用及び切り戻し用の舵角感応マップ３４２Ｆ、３４２Ｒと切り替え器３４５とを含み、切り込み又は切り戻しの状態に応じて転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを変化させる。切り戻し用舵角感応マップ３４２Ｒの制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿Ｒは、切り込み用舵角感応マップ３４２Ｆの制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿Ｆよりも小さく設定されている。旋回中、サスペンションのバネにエネルギーが溜まっているため、切り戻し時は切り込み時と比べて車体がふらつきやすい。よって、切り戻し時の制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿Ｒを切り込み時の制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿Ｆより小さくすることで、より安定した車両挙動が実現される。

【0052】

切り替え器３４５は、切り込み切り戻し判定部４１からの信号に従って、切り込み時の制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿Ｆ、又は、切り戻し時の制限値ωｔ＿ｌｉｍ＿Ｒのいずれかを選択する。ここで、切り込み切り戻しの判定方法には、例えば次の３種類の方法がある。一つ目は、操舵角θｒと操舵角速度ωｒとの符号から判定する方法である。二つ目は、旋回中（すなわち操舵中）の切り込み切り戻しでの操舵角速度ωｒと操舵トルクとの符号から判定する方法である。これらは、電動パワーステアリングシステムにも共通に用いられる。

【0053】

三つ目はステアバイワイヤシステムに特有の方法であり、減速機７９のギヤのロストルクに起因する、「反力アクチュエータ７８から出力される反力トルクＴｒとトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓとの差」に着目する。ステアリング９１がドライバにより切り込まれている状態では、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓの絶対値が反力トルクＴｒの絶対値よりも大きくなる。一方、ステアリング９１が反力アクチュエータ７８により切り戻されている状態では、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓの絶対値が反力トルクＴｒの絶対値よりも小さくなる。

【0054】

次に図９を参照し、転舵角指令値制限部３５０の構成例について説明する。遅延素子３５２、３５５は、制限後転舵角指令値θ^**ｔの前回値を、それぞれ角速度算出器３５１及び加算器３５４に出力する。角速度算出器３５１は、制限前転舵角指令値θ^*ｔ＿０と制限後転舵角指令値θ^**ｔの前回値との差分により、制限前の転舵角速度ωｔ＿０を算出する。絶対値ガードマップ３５３は、転舵角速度ωｔの絶対値を転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍにガードする。

【0055】

加算器３５４は、制限後の転舵角速度ωｔを制限後転舵角指令値θ^**ｔの前回値に加算し、制限後転舵角指令値θ^**ｔの今回値を出力する。なお、今回値出力部にフィルタを入れて変化を緩やかにしてもよい。また、転舵角速度制限に伴う操舵の違和感を緩和するため、制限がかかっている時間や操舵トルクに応じて転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを可変してもよい。

【0056】

次に図１０、図１１を参照し、舵角比制御の構成例について説明する。転舵角制御装置８５は、操舵角θｒに応じて舵角比ＲＡを変化させることで転舵角速度ωｔを制限することも可能である。この場合の舵角感応の入力についても操舵角相当値又は転舵角相当値のいずれを用いてもよい。

【0057】

図１０に示す舵角比制御例１の舵角比制御部３２０は、舵角感応マップ３２１、３２２、車速ゲインマップ３２５、乗算器３２６、加算器３２７、及び乗算器３２８を含む。舵角感応マップ３２１は、操舵角θｒの絶対値に応じた舵角感応項ＲＡ（θ）を算出する。舵角感応マップ３２２は、操舵角θｒの絶対値に応じた車速感応項の基準値ＲＡ（Ｖ）＿０を算出する。車速ゲインマップ３２５は、図７のマップ３４３と同様に車速Ｖに応じた車速ゲインを算出する。乗算器３２６は、車速感応項の基準値ＲＡ（Ｖ）＿０に車速ゲインを乗じて車速感応項ＲＡ（Ｖ）を算出する。

【0058】

加算器３２７は、舵角感応項ＲＡ（θ）と車速感応項ＲＡ（Ｖ）とを加算して舵角比ＲＡを算出する。乗算器３２８は、操舵角θｒに舵角比ＲＡを乗じて制限前転舵角指令値θ^*ｔ＿０を算出する。

【0059】

舵角比制御例１では、操舵角θｒの絶対値が０である中立位置付近で舵角比ＲＡを小さく、操舵角θｒの絶対値が大きい領域で舵角比ＲＡを大きく設定する。この場合、切り込み操作の後半部分で転舵角速度ωｔが大きくなるため、別途、転舵角速度制限部３５０での転舵角速度制限が必要である。

【0060】

図１１に示す舵角比制御例２の舵角比制御部３２０は、図１０の構成に対し舵角感応マップ３２３、３２４の特性のみが異なり、それ以外は同じである。舵角比制御例２では、舵角比制御例１とは逆に、中立位置付近で舵角比ＲＡを大きく、操舵角θｒの絶対値が大きい領域で舵角比ＲＡを小さく設定する。この場合、切り込み操作の後半部分で転舵角速度ωｔが小さくなるため、転舵角速度制限部３５０での転舵角速度制限を不要にできる。ただし、直進運転時の安定感が低下する。

【0061】

（効果）
以上のように本実施形態では、転舵角速度ωｔを制限することで、旋回操作時における車両挙動を抑制し、乗り心地を改善することができる。特に高舵角比での旋回操作時にはロールを抑制することができる。転舵角速度ωｔを制限することで発生するロール角速度の影響に関するシミュレーション解析結果を図１２に示す。図１２において、破線は図３に示した転舵角速度制限前の波形であり、実線は転舵角速度制限後の波形である。

【0062】

操舵開始後、時刻ｔａで転舵角速度ωｔが転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍに達し、制限が開始される。時刻ｔｂに操舵終了するが、転舵角θｔが目標値θｔ＿ｔｇｔに達していないため、転舵角速度ωｔの出力が時刻ｔｃまで延長して継続される。このとき、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの制限で削減された転舵角速度ωｔの積分値Ｓ１と、時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの延長で追加された転舵角速度ωｔの積分値Ｓ２とが等しくなる。その結果、時刻ｔｃでの転舵角θｔは目標値θｔ＿ｔｇｔに達する。こうして転舵角速度ωｔを制限することで、制限前波形において＊印部に現れていた、車両に発生するロールレートが減少する。

【0063】

ところで、転舵角速度制限を行うことで、本来の操舵角θｒに比例した予想転舵角と実際の転舵角θｔとの間に角度誤差が発生し、中立位置からエンドに至るまでに大きな角度ずれ量が発生する可能性がある。図１２の例では、時刻ｔｂに生じた角度誤差θｅｒｒを補償するため、ドライバが操舵終了後に時刻ｔｃまでさらに転舵を継続することにより、ドライバに違和感を与えるおそれがある。

【0064】

そこで、図１３を参照して、転舵角速度制限によって生じる角度誤差θｅｒｒが所定の許容角度誤差θｅｒｒ＿ｔｈ以下となるように転舵角速度制限を行う実施例について説明する。図１３の横軸は、現在の転舵角θｔ又は操舵角θｒと、対応する機械的エンドでの限界角度との差分の絶対値である「残り角度θｒｅｓｔ」を示す。操舵に伴い残り角度θｒｅｓｔは、中立位置における最大値θＮからエンドにおける値０まで減少する。図１３の縦軸において、転舵角速度想定最大値ωｔ＿ｍａｘは、想定されるドライバ操作速度の最大値に相当する転舵角速度である。

【0065】

転舵角制御装置８５は、中立位置からエンドまでの角度誤差θｅｒｒが許容角度誤差θｅｒｒ＿ｔｈで一定となるように、残り角度θｒｅｓｔに応じて、残り角度θｒｅｓｔが小さくなるほど転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍを小さくする。残り角度θｒｅｓｔと許容角度誤差θｅｒｒ＿ｔｈとの関係は、式（２）で表される。

【0066】

【数2】

【0067】

式中、「（ωｔ＿ｍａｘ－ωｔ＿ｌｉｍ）／ωｔ＿ｌｉｍ」で表される制限指標値は、中立位置付近で転舵角制限が緩いときほど小さく、エンドに近づき制限が厳しくなるほど大きくなる。式（２）を整理すると、転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍについての式（３）が得られる。

【0068】

【数3】

【0069】

式（３）より、「θｒｅｓｔ＝θｅｒｒ＿ｔｈ」のとき「ωｔ＿ｌｉｍ＝ωｔ＿ｍａｘ／２」が導かれる。すなわち、許容角度誤差θｅｒｒ＿ｔｈは、転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍが転舵角速度想定最大値ωｔ＿ｍａｘの（１／２）に設定されるときの残り角度θｒｅｓｔに相当する。

【0070】

この実施例では、転舵中の転舵角速度制限によって生じる角度誤差によりドライバに与える影響を小さくすることができる。よって、転舵角速度制限による旋回操舵時の車両挙動の抑制効果と、転舵角の角度ずれ量による違和感の解消効果とを好適に両立することができる。なお、転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍは上記の式（３）で算出されるものに限らず、他の計算式やマップ等で算出されるようにしてもよい。

【0071】

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態のステアリング装置１０は、ドライバが運転操作を行うステアバイワイヤシステムの車両に適用されるものを想定し、反力装置７０及び転舵装置８０を備えている。手動運転と自動運転とを切り替え可能な車両についても同様である。一方、完全自動運転のステアバイワイヤシステムの車両に適用される場合、ステアリング装置は反力装置７０を備えず、転舵装置８０のみを備えてもよい。

【0072】

その場合、自動運転の制御装置が演算した操舵角θｒが転舵装置８０に入力されることで、転舵装置８０は上記実施形態と同様の制御を実行可能である。なお、図５に太線矢印で示すように、転舵角速度制限がかかったとき反力制御装置７５の定数を切り替える制御については不要となる。

【0073】

（ｂ）図６～図８には、転舵角速度制限値ωｔ＿ｌｉｍの設定に用いるパラメータとして、操舵角相当値θｒ又は転舵角相当値θｔ、車速Ｖ、車両挙動、切り込み又は切り戻しの状態のうち、一部のパラメータの組合せを例示しているに過ぎない。その他、これらのパラメータは適宜、組合せて用いることができる。その場合、各パラメータの影響に優先順位や重み付けを設けてもよい。

【0074】

本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

【符号の説明】

【0075】

１０・・・ステアリング装置、
７０・・・反力装置、７５・・・反力制御装置、 ７８・・・反力アクチュエータ、
８０・・・転舵装置、８５・・・転舵角制御装置、８８・・・転舵アクチュエータ、
９０・・・ステアバイワイヤシステム、９９・・・タイヤ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】