(57)【要約】【課題】操舵操作に対する転舵角の応答性を確保しながら、乗員が違和感を覚えるような横加速度の発生を抑えることができるステアリングシステムを提供する。【解決手段】ステアリングシステムは、第１操舵角領域では、第１操舵角領域よりも操舵角の小さい領域である第２操舵角領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように構成される。ステアリングシステムの制御装置は、切り増し操作か切り戻し操作かによらず、第１操舵角領域では第２操舵角領域よりも操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１操舵角領域では、前記第１操舵角領域よりも操舵角の小さい領域である第２操舵角領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように構成されたステアリングシステムであって、
前記ステアリングシステムは、制御装置を備え、
前記制御装置は、
切り増し操作か切り戻し操作かによらず、前記第１操舵角領域では前記第２操舵角領域よりも操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくする第１の処理、を実行する
ことを特徴とするステアリングシステム。
【請求項２】
前記ステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、前記第２操舵角領域から前記第１操舵角領域にかけて連続的に変化するように構成され、
前記第１の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、前記第２操舵角領域から前記第１操舵角領域にかけて連続的に変化する
ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングシステム。
【請求項３】
前記ステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、前記第２操舵角領域から前記第１操舵角領域にかけて連続的に大きくなるように構成され、
前記第１の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、前記第２操舵角領域から前記第１操舵角領域にかけて連続的に大きくされる
ことを特徴とする請求項２に記載のステアリングシステム。
【請求項４】
前記ステアリングシステムは、第１車速領域では、前記第１車速領域よりも車速の大きい領域である第２車速領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように構成され、
前記制御装置は、
前記第１車速領域では前記第２車速領域よりも操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくする第２の処理、をさらに実行する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のステアリングシステム。
【請求項５】
前記ステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、前記第２車速領域から前記第１車速領域にかけて連続的に変化するように構成され、
前記第２の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、前記第２車速領域から前記第１車速領域にかけて連続的に変化する
ことを特徴とする請求項４に記載のステアリングシステム。
【請求項６】
前記ステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、前記第２車速領域から前記第１車速領域にかけて連続的に大きくなるように構成され、
前記第２の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、前記第２車速領域から前記第１車速領域にかけて連続的に大きくされる
ことを特徴とする請求項５に記載のステアリングシステム。
【請求項７】
前記ステアリングシステムは、操舵部材と機械的に接続されずに転舵モータにより操向輪を転舵するステアリング機構を備え、
前記制御装置は、前記操舵部材の操舵角を目標転舵角に変換する処理と、前記目標転舵角をローパスフィルタに通して補正目標転舵角を得る処理と、前記補正目標転舵角に従って前記転舵モータを制御する処理と、を実行し、
前記第１の処理は、前記第１操舵角領域では前記第２操舵角領域よりも前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくする処理を含む
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のステアリングシステム。
【請求項８】
前記ステアリングシステムは、操舵部材と機械的に接続されずに転舵モータにより操向輪を転舵するステアリング機構を備え、
前記制御装置は、前記操舵部材の操舵角を目標転舵角に変換する処理と、前記目標転舵角をレートリミッタに通して補正目標転舵角を得る処理と、前記補正目標転舵角に従って前記転舵モータを制御する処理と、を実行し、
前記第１の処理は、前記第１操舵角領域では前記第２操舵角領域よりも前記レートリミッタの制限を弱くする処理を含む
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のステアリングシステム。
【請求項９】
前記ステアリングシステムは、操舵部材と機械的に接続されずに転舵モータにより操向輪を転舵するステアリング機構を備え、
前記制御装置は、前記操舵部材の操舵角を目標転舵角に変換する処理と、前記目標転舵角をローパスフィルタに通して補正目標転舵角を得る処理と、前記補正目標転舵角に従って前記転舵モータを制御する処理と、を実行し、
前記第２の処理は、前記第１車速領域では前記第２車速領域よりも前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくする処理を含む
ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のステアリングシステム。
【請求項１０】
前記ステアリングシステムは、操舵部材と機械的に接続されずに転舵モータにより操向輪を転舵するステアリング機構を備え、
前記制御装置は、前記操舵部材の操舵角を目標転舵角に変換する処理と、前記目標転舵角をレートリミッタに通して補正目標転舵角を得る処理と、前記補正目標転舵角に従って前記転舵モータを制御する処理と、を実行し、
前記第２の処理は、前記第１車速領域では前記第２車速領域よりも前記レートリミッタの制限を弱くする処理を含む
ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステアリングシステムに関し、特に、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が可変であるステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ステアリングホイールと機械的に接続されずに転舵モータにより操向輪を転舵するステアバイワイヤ方式のステアリングシステムに関する技術が開示されている。特許文献１に開示された従来技術では、操舵角領域は３つの領域に区切られ、中立位置に近い操舵角領域からロック位置に近い操舵角領域へギア比が順々に小さくされている。これにより、上記従来技術は、ステアリングホイールを持ち替えること無く、操向輪を最大転舵角まで転舵させることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
操向輪を最大転舵角まで転舵させるのにステアリングホイールの持ち替えが必要なステアリングシステムでは、ギア比は固定であるか、或いは、可変であったとしてもその変化量はごく僅かである。しかし、ステアリングホイールを持ち替えること無く操向輪を最大転舵角まで転舵させるためには、どこかの操舵角領域でギア比を通常よりも小さくせざるを得ない。上記技術においては、ロック位置に近い操舵角領域におけるギア比を通常よりも小さくしている。
【０００５】
ロック位置に近い操舵角領域は、方向転換や車庫入れなどの際に使用される領域であるが、その領域でのギア比を小さくすることには、方向転換や車庫入れなどの際の修正操舵が容易になるという利点がある。その一方で、ギア比が小さくなると、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるため、操舵角の変化に対して転舵角の変化は急になる。転舵角の変化速度が急激である場合、車両の横加速度の発生が顕著となり、乗員は違和感を覚えてしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、操舵操作に対する転舵角の応答性を確保しながら、乗員が違和感を覚えるような横加速度の発生を抑えることができるステアリングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るステアリングシステムは、第１操舵角領域では、第１操舵角領域よりも操舵角の小さい領域である第２操舵角領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように構成されたステアリングシステムである。本発明に係るステアリングシステムは、制御装置を備える。この制御装置は、切り増し操作か切り戻し操作かによらず、第１操舵角領域では第２操舵角領域よりも操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくする第１の処理、を実行する。
【０００８】
上記のごとく構成されたステアリングシステムによれば、運転者の操舵操作により転舵角が高周波数で変化しうる第１操舵角領域においては、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が大きくされることにより、高周波数操作に伴い発生する横加速度のゲインが低減される。一方、転舵角を高周波数で変化させ難い第２操舵角領域においては、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が相対的に小さく維持されることにより、操舵操作に対する転舵角の応答性を確保することができる。
【０００９】
なお、第１操舵角領域の中では、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比は一定でもよいし、第２操舵角領域に近い側が小さくなっていてもよい。第２操舵角領域の中では、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比は一定でもよいし、第１操舵角領域に近い側が大きくなっていてもよい。また、第１操舵角領域の中では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は一定でもよいし、第２操舵角領域に近い側が小さくなっていてもよい。第２操舵角領域の中では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は一定でもよいし、第１操舵角領域に近い側が大きくなっていてもよい。
【００１０】
本発明に係るステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、第２操舵角領域から第１操舵角領域にかけて連続的に変化するように構成されてもよい。この場合、第１の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、第２操舵角領域から第１操舵角領域にかけて連続的に変化してもよい。さらに、本発明に係るステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、第２操舵角領域から第１操舵角領域にかけて連続的に大きくなるように構成されてもよい。この場合、第１の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、第２操舵角領域から第１操舵角領域にかけて連続的に大きくされてもよい。
【００１１】
上記のごとく構成されたステアリングシステムによれば、第２操舵角領域から第１操舵角領域にかけて、或いは、第１操舵角領域から第２操舵角領域にかけて、操舵操作に対する転舵角の応答性を滑らかに変化させながら、乗員が違和感を覚えることがないように高周波数操作に伴い発生する横加速度のゲインを変化させることができる。なお、第２操舵角領域と第１操舵角領域との間に、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が一定となる領域を含んでもよい。また、第２操舵角領域と第１操舵角領域との間に、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が一定となる領域を含んでもよい。
【００１２】
本発明に係るステアリングシステムは、第１車速領域では、第１車速領域よりも車速の大きい領域である第２車速領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように構成されてもよい。この場合、制御装置は、第１車速領域では第２車速領域よりも操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくする第２の処理、をさらに実行してもよい。
【００１３】
上記のごとく構成されたステアリングシステムによれば、運転者の操舵操作により転舵角が高周波数で変化しうる第１車速領域においては、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が大きくされることにより、高周波数操作に伴い発生する横加速度のゲインが低減される。一方、転舵角を高周波数で変化させ難い第２車速領域においては、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が相対的に小さく維持されることにより、操舵操作に対する転舵角の応答性を確保することができる。
【００１４】
なお、第１車速領域の中では、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比は一定でもよいし、第２車速領域に近い側が小さくなっていてもよい。第２車速領域の中では、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比は一定でもよいし、第１車速領域に近い側が大きくなっていてもよい。また、第１車速領域の中では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は一定でもよいし、第２車速領域に近い側が小さくなっていてもよい。第２車速領域の中では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は一定でもよいし、第１車速領域に近い側が大きくなっていてもよい。
【００１５】
本発明に係るステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、第２車速領域から第１車速領域にかけて連続的に変化するように構成されてもよい。この場合、第２の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、第２車速領域から第１車速領域にかけて連続的に変化してもよい。さらに、本発明に係るステアリングシステムは、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が、第２車速領域から第１車速領域にかけて連続的に大きくなるように構成されてもよい。この場合、第２の処理では、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は、第２車速領域から第１車速領域にかけて連続的に大きくされてもよい。
【００１６】
上記のごとく構成されたステアリングシステムによれば、第２車速領域から第１車速領域にかけて、或いは、第１車速領域から第２車速領域にかけて、操舵操作に対する転舵角の応答性を滑らかに変化させながら、乗員が違和感を覚えることがないように高周波数操作に伴い発生する横加速度のゲインを変化させることができる。なお、第２車速領域と第１車速領域との間に、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が一定となる領域を含んでもよい。また、第２車速領域と第１車速領域との間に、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が一定となる領域を含んでもよい。
【００１７】
本発明に係るステアリングシステムは、操舵部材と機械的に接続されずに転舵モータにより操向輪を転舵するステアリング機構を備えてもよい。
【００１８】
本発明に係るステアリングシステムが上記ステアリング機構を備える場合、制御装置は、操舵部材の操舵角を目標転舵角に変換する処理と、目標転舵角をローパスフィルタに通して補正目標転舵角を得る処理と、補正目標転舵角に従って転舵モータを制御する処理と、を実行してもよい。この場合、制御装置による第１の処理は、第１操舵角領域では第２操舵角領域よりもローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくする処理を含んでもよい。また、制御装置が第２の処理も実行するのであれば、第２の処理は、第１車速領域では第２車速領域よりもローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくする処理を含んでもよい。
【００１９】
上記のごとく構成されたステアリングシステムによれば、ローパスフィルタによって操舵角の変化に対する転舵角の変化を遅らせることができ、その遅れ度合をカットオフ周波数によって変化させることができる。具体的には、ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくすることにより、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくすることができる。
【００２０】
また、本発明に係るステアリングシステムが上記ステアリング機構を備える場合、制御装置は、操舵部材の操舵角を目標転舵角に変換する処理と、目標転舵角をレートリミッタに通して補正目標転舵角を得る処理と、補正目標転舵角に従って転舵モータを制御する処理と、を実行してもよい。この場合、制御装置による第１の処理は、第１操舵角領域では第２操舵角領域よりもレートリミッタの制限を弱くする処理を含んでもよい。また、制御装置が第２の処理も実行するのであれば、第２の処理は、第１車速領域では第２車速領域よりもレートリミッタの制限を弱くする処理を含んでもよい。
【００２１】
上記のごとく構成されたステアリングシステムによれば、レートリミッタによって操舵角の変化に対する転舵角の変化を遅らせることができ、その遅れ度合をレートリミッタの制限の強さによって変化させることができる。具体的には、レートリミッタの制限を弱くすることにより、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べたとおり、本発明に係るステアリングシステムによれば、操舵操作に対する転舵角の応答性を確保しながら、乗員が違和感を覚えるような横加速度の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係るステアリングシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るステアリングシステムの制御装置の機能を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る操舵角と転舵角との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る操舵角とギア比との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る操舵角とローパスフィルタのカットオフ周波数との関係を示す図である。
【図６】操舵周波数とギア比と横加速度のゲインとの関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るフィルタ処理を適用した場合の操舵周波数とギア比と横加速度のゲインとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る車速とギア比との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る操舵角と車速とギア比との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る操舵角と車速とローパスフィルタのカットオフ周波数との関係を示す図である。
【図１１】ステアリングホイールの持ち替えが必要なステアリングシステムにおける周期的な操舵操作に対する操舵角、転舵角、ヨーレート、及び横加速度の波形を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るステアリングシステムにおける中立位置付近での周期的な操舵操作に対する操舵角、転舵角、ヨーレート、及び横加速度の波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るステアリングシステムにおけるエンド位置付近での周期的な操舵操作に対する操舵角、転舵角、ヨーレート、及び横加速度の波形を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係るステアリングシステムの制御装置の機能を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る操舵角とレートリミッタの制限の強さとの関係を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る操舵角と車速とレートリミッタの制限の強さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００２５】
１．ステアリングシステムの構成
図１は、本発明の実施の形態に係るステアリングシステム２の構成を示す図である。ステアリングシステム２は、ステアリング機構２０と制御装置４とを備える。
【００２６】
ステアリング機構２０は、ステアリングホイール２８と機械的に接続されずに転舵モータ２４により操向輪２５を転舵することができるステアバイワイヤ方式のステアリング機構である。ステアリングホイール２８は、運転者による操舵操作が入力される操舵部材である。ステアリングホイール２８は、ステアリングシャフト２１を介して反力モータ２３に連結されている。反力モータ２３は、操向輪２５の転舵角に応じた反力をステアリングホイール２８に付与する。操向輪２５の転舵角は、転舵モータ２４の近傍に設けられた図示しない転舵角センサの信号から計算される。ステアリングシャフト２１には、ステアリングホイール２８の回転角度、すなわち操舵角に応じた信号を出力する操舵角センサ２２が取り付けられている。
【００２７】
転舵モータ２４は、図示しない減速機構を介してラックシャフト２６に取り付けられている。ラックシャフト２６は、ステアリングシャフト２１には機械的に連結されていない。操向輪２５は、タイロッド２７を介してラックシャフト２６に連結されている。転舵モータ２４を回転させてラックシャフト２６をその軸方向に直線運動させることにより、タイロッド２７を介して操向輪２５の転舵角が変更される。
【００２８】
制御装置４は、転舵モータ２４に供給するモータ電流を制御することにより、転舵モータ２４からラックシャフト２６に付与される転舵制御のためのトルクを制御するように構成されている。転舵制御に関連する物理量を計測する各種のセンサは、直接、或いは、車両内に構築された通信ネットワークを介して制御装置４に接続されている。そのようなセンサには、少なくとも操舵角センサ２２と車速センサ１０とが含まれる。
【００２９】
制御装置４は、少なくとも１つのプロセッサ６と少なくとも１つのメモリ８とを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリ８には、転舵制御に用いるマップを含む各種のデータや各種のプログラムが記憶されている。プロセッサ６がメモリ８からプログラムを読みだして実行することにより、制御装置４には転舵制御に関係する様々な機能が実現される。
【００３０】
２．制御装置が備える機能
図２は、本発明の実施の形態に係るステアリングシステムの制御装置４の構成を示す図である。制御装置４による転舵制御では、操舵角センサ２２の信号から得られる操舵角と、車速センサ１０の信号から得られる車速とが入力として用いられる。図２には、転舵制御に関係する制御装置４の機能がブロックで描かれている。図２中にブロックで描かれているように、制御装置４は、変換部３１、フィルタ処理部３２、ギア比決定部３３、及びカットオフ周波数決定部３４を備える。制御装置４が備えるこれらの機能部３１、３２、３３、３４は、制御装置４のメモリ８に記憶されたプログラム或いはその一部に対応している。プログラムがメモリ８から読みだされてプロセッサ６で実行されることによって、これらの機能部３１、３２、３３、３４の機能が制御装置４にて実現される。以下、各機能部３１、３２、３３、３４の機能について説明する。
【００３１】
変換部３１は、操舵角センサ２２の信号から得られた操舵角を目標転舵角に変換する。目標転舵角は、転舵モータ２４の制御によって実現すべき転舵角の目標値である。ただし、ここで計算される目標転舵角がそのまま転舵モータ２４に与えられるのではない。後述するフィルタ処理部３２で補正された後の目標転舵角、すなわち補正目標転舵角が転舵モータ２４に与えられる。
【００３２】
操舵角の目標転舵角への変換には、ギア比決定部３３で決定されたギア比が用いられる。ステアリング機構２０はステアバイワイヤ方式であるので、ステアリングホイール２８と操向輪２５とはギア機構を介して接続されていない。しかし、本明細書では、便宜上、操舵角の変化量と転舵角の変化量との比をギア比（ステアリングギア比）と称する。ギア比が小さくなるほど、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比は大きくなるので、運転者によるステアリングホイール２８の操作に対して転舵角はより素早く変化することになる。
【００３３】
ギア比決定部３３には、操舵角と車速とが入力される。ギア比決定部３３は、これらの入力情報に基づいてギア比を決定する。操舵角との関係においては、ギア比決定部３３は、所定の第１操舵角領域では、所定の第２操舵角領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように操舵角に対してギア比を決定する。第１操舵角領域と第２操舵角領域とは、ともにステアリングホイール２８の中立位置（操舵角がゼロ度となる位置）からエンド位置（操舵角が最大になる位置、ロック位置ともいう）までの操舵角領域に含まれ、第２操舵角領域は、第１操舵角領域よりも操舵角の小さい領域、つまり、中立位置に近い領域である。操舵角に対するギア比の設定の詳細および具体例については後述する。
【００３４】
また、車速との関係においては、ギア比決定部３３は、車速に応じてギア比を変化させる。ただし、ギア比決定部３３は、車速とギア比との関係を操舵角に依存させている。例えば、操舵角が中立位置付近の場合、所定の第１車速領域では、所定の第２車速領域よりも、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるように車速に対してギア比を決定する。第１車速領域と第２車速領域とは、ともに車両の停止速度から最高速度までの車速領域に含まれ、第２車速領域は、第１車速領域よりも車速の大きい領域、つまり、最高速度に近い領域である。車速に対するギア比の設定の詳細および具体例については後述する。
【００３５】
フィルタ処理部３２は、変換部３１で得られた目標転舵角をローパスフィルタに通し、ローパスフィルタによる処理後の目標転舵角を補正目標転舵角として出力する。ローパスフィルタによる減衰効果は、切り増し操作によって生じた目標転舵角の変化に対しても、切り戻し操作によって生じた目標転舵角の変化に対しても働く。切り増し操作とは、ステアリングホイール２８をエンド位置の側に回転させる操作であり、切り戻し操作とは、ステアリングホイール２８を中立位置の側に回転させる操作である。
【００３６】
転舵モータ２４には、補正目標転舵角を実現するためのモータ電流が与えられる。ローパスフィルタにより処理された補正目標転舵角に従って転舵モータ２４が制御されることによって、操舵角の変化に対して転舵角の変化に遅れが生じる。この遅れ度合いは、ローパスフィルタのカットオフ周波数に依存する。
【００３７】
ローパスフィルタのカットオフ周波数は、カットオフ周波数決定部３４にて決定される。カットオフ周波数決定部３４には、操舵角と車速とが入力される。カットオフ周波数決定部３４は、これらの入力情報に基づく第１の処理及び第２の処理によってカットオフ周波数を決定する。
【００３８】
操舵角との関係においては、カットオフ周波数決定部３４は、操舵角に応じてカットオフ周波数を変化させる。ただし、カットオフ周波数は操舵角に対して決定されるものであって、操舵角を増大させる切り増し操作か、操舵角を減少させる切り戻し操作かには依存しない。カットオフ周波数決定部３４は、第１操舵角領域では、第２操舵角領域よりも、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が大きくなるようにカットオフ周波数を小さくする。これがカットオフ周波数決定部３４により実行される第１の処理である。操舵角に対するカットオフ周波数の設定の詳細および具体例については後述する。
【００３９】
また、車速との関係においては、カットオフ周波数決定部３４は、車速に応じてカットオフ周波数を変化させる。ただし、カットオフ周波数決定部３４は、車速とカットオフ周波数との関係を操舵角に依存させている。例えば、操舵角が中立位置付近の場合、第１車速領域では、第２車速領域よりも、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が大きくなるようにカットオフ周波数を小さくする。これがカットオフ周波数決定部３４により実行される第２の処理である。車速に対するカットオフ周波数の設定の詳細および具体例については後述する。
【００４０】
３．操舵角に対するギア比の設定
ここでは、操舵角に対するギア比の設定について図を用いて詳細に説明する。図３は、制御装置４により実現される操舵角と転舵角との関係を示す図である。図中に示す持ち替え無し舵角とは、運転者が持ち替え無しでステアリングホイール２８を操舵できる最大操舵角を意味する。最大操舵角は、具体的には、左右それぞれの方向において凡そ１５０度から１７０度の角度である。運転者の負担の低減とドライバビリティの向上とを目指すのであれば、運転者が持ち替え無しでステアリングホイール２８を操舵できることが好ましい。ただし、その場合、ステアリングホイール２８が最大操舵角まで操舵されたときには操向輪２５は最大転舵角まで転舵していることが求められる。つまり、運転者が持ち替え無しでステアリングホイール２８を操舵できる最大操舵角が、ステアリングホイール２８のエンド位置になっていることが求められる。
【００４１】
図中における点線は、中立位置からエンド位置までの全操舵角領域において、中立位置付近において最適な操舵特性を得られるギア比に合わせてギア比を一定にした場合の操舵角と転舵角との関係を示している。この場合、ステアリングホイール２８をエンド位置まで操舵したときの最終転舵角は、必要な最大転舵角に満たない。しかし、最終転舵角が最大転舵角に一致するように一定ギア比を設定した場合には、中立付近における操舵特性が過敏になってしまいドライバビリティを損なってしまう。
【００４２】
このため、ギア比決定部３３は、図中に実線で示すように、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量が中立位置からエンド位置にかけて単調増加するように、操舵角に対するギア比を決定する。つまり、中立位置に近い操舵角領域では、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量が小さくなり、エンド位置に近い操舵角領域では、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量が大きくなるように、操舵角に応じてギア比を決定する。ただし、図３では操舵角と転舵角との関係は２段階に折れ曲がる折れ線で表されているが、これは単なる説明用の図であって実際の関係を表したものではない。
【００４３】
図４は、制御装置４により実現される操舵角とギア比との関係を示す図である。ギア比決定部３３は、図４に示す関係を規定したマップ或いは関数を用いて、操舵角からギア比を決定する。具体的には、ギア比決定部３３は、ステアリングホイール２８の中立位置におけるギア比よりもエンド位置におけるギア比を小さくし、且つ、中立位置からエンド位置にかけて操舵角の増大に応じてギア比を単調減少させる。ここでいう単調減少とは広義単調減少の意味であり、ギア比が一定となる操舵角領域が存在してもよい。図４に示す例では、中立位置からエンド位置にかけて操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が連続的に大きくなるように、中立位置からエンド位置にかけてギア比は連続的に小さくされている。ただし、中立位置付近とエンド位置付近には、操舵角によらずギア比が一定となる領域が設けられている。
【００４４】
４．操舵角に対するカットオフ周波数の設定
次に、操舵角に対するカットオフ周波数の設定について図を用いて詳細に説明する。図５は、制御装置４により実現される操舵角とカットオフ周波数との関係を示す図である。カットオフ周波数決定部３４は、図５に示す関係を規定したマップ或いは関数を用いて、操舵角からカットオフ周波数を決定する。具体的には、カットオフ周波数決定部３４は、ステアリングホイール２８の中立位置におけるカットオフ周波数よりもエンド位置におけるカットオフ周波数を小さくし、且つ、中立位置からエンド位置にかけて操舵角の増大に応じてカットオフ周波数を単調減少させる。ここでいう単調減少とは広義単調減少の意味であり、カットオフ周波数が一定となる操舵角領域が存在してもよい。図５に示す例では、中立位置からエンド位置にかけて操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が連続的に大きくなるように、中立位置からエンド位置にかけてカットオフ周波数は連続的に小さくされている。ただし、中立位置付近とエンド位置付近には、操舵角によらずカットオフ周波数が一定となる領域が設けられている。
【００４５】
ここで、操舵角に対してカットオフ周波数を上記のごとく設定することで得られる作用について説明する。まず、操舵操作によって発生する横加速度のゲインは、車速が高いほど大きくなる。ただし、例えば１０〜２０ｋｍ／ｈ程度の低速であっても、操舵周波数が高くなれば横加速度のゲインは大きくなる。特に低速時は、定常での横加速度のゲインは低いものの、操舵周波数の変化に対する横加速度のゲインの感度は高く、横加速度のゲインは定常時よりも大きく増大する。
【００４６】
また、車速が低速（例えば１０〜２０ｋｍ／ｈ程度）の場合、ある周波数域では横加速度の位相がヨーレートの位相よりも進角する。横加速度の位相がヨーレートの位相よりも進む場合、車両の旋回に先行して横加速度が発生し、乗員の首や体が振られることになる。横加速度によって首や体が振られたとしても、車両の旋回が伴っているのであれば、乗員はその原因を認識することができるので違和感（或いは不快感）を覚えにくい。ところが、車両の旋回に先行して首や体が振られる場合、乗員の感覚とずれたものになるため、乗員は違和感を覚えやすい。その違和感は、発生する横加速度が大きいほど大きくなる。よって、車両の低速走行時に高い周波数で操舵された場合には、定常時よりも大きな横加速度が車両の旋回に先行して発生するため、乗員は特に違和感を覚えやすくなる。
【００４７】
図６は、本実施の形態に係るフィルタ処理を適用していない場合の操舵周波数とギア比と横加速度のゲインとの関係を示す図である。図６における通常の車両とは、操向輪を最大転舵角まで転舵させるのにステアリングホイールの持ち替えが必要なステアリングシステムを有する車両を意味する。運転者が持ち替え無しでステアリングホイール２８を操舵できる車両のギア比は、全般的に、通常の車両のギア比よりも低く設定されている。また、エンド位置付近におけるギア比は、中立位置付近におけるギア比よりも低い。
【００４８】
ギア比が低いほど、操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなる。このため、操舵操作によって発生する横加速度のゲインは、通常の車両よりも持ち替え無しで操舵できる車両のほうが大きく、操舵角がエンド位置付近にある場合に特に大きくなる。乗員の首や体が振られる周波数域に着目した場合、持ち替え無しで操舵できる車両の横加速度のゲインは、通常の車両のそれよりも大きい。ゆえに、持ち替え無しで操舵できる車両の場合、通常の車両よりも乗員は強く首や体を振られるため、乗員が違和感を覚える可能性は高い。特に、操舵角がエンド位置付近にある場合、横加速度のゲインが最大になることから、乗員が違和感を覚えるおそれはより顕著になる。
【００４９】
図７は、本実施の形態に係るフィルタ処理を適用した場合の操舵周波数とギア比と横加速度のゲインとの関係を示す図である。本実施の形態では、目標転舵角に対してローパスフィルタによるフィルタ処理が施され、補正目標転舵角に従って転舵モータ２４が制御される。これにより、操舵角の変化に対して転舵角の変化に遅れが生じる。その結果、ローパスフィルタのカットオフ周波数以上の周波数域では、操舵周波数が高くなるにつれて転舵角の振幅は小さくなり、周波数が高くなるにつれて操舵操作によって発生する横加速度のゲインも小さくなる。
【００５０】
カットオフ周波数決定部３４で操舵角に応じて決定されるカットオフ周波数は、全操舵角領域において、乗員の首や体が振られる周波数域よりも低い周波数とされている。さらに、図５を用いて説明したように、中立位置付近よりもエンド位置付近のほうがカットオフ周波数は小さくされている。これにより、同一の操舵周波数で比較した場合には、中立位置付近よりもエンド位置付近のほうが、ローパスフィルタによる横加速度のゲインの低減効果は大きくなる。その結果、図７に示すように、持ち替え無しで操舵できる車両においても、通常の車両と同等のレベルまで、乗員の首や体が振られる周波数域での横加速度のゲインを低減することができる。
【００５１】
５．車速に対するギア比の設定
次に、車速に対するギア比の設定について図を用いて詳細に説明する。図８は、制御装置４により実現される車速とギア比との関係を示す図である。図中に示す従来のＶＧＲＳとは、ステアバイワイヤ方式ではない従来の機械式のギア比可変ステアリング機構を意味する。従来のＶＧＲＳでも車速に応じてギア比を変化させることは可能であったが、その可変幅は大きくない。これに対して、本実施の形態に係るステアリング機構２０はステアバイワイヤ方式であるため、従来のＶＧＲＳに比較してギア比を大きく変化させることができる。
【００５２】
ギア比決定部３３は、図８に示す関係を規定したマップ或いは関数を用いて、車速からギア比を決定する。具体的には、ギア比決定部３３は、高速域におけるギア比よりも低速域におけるギア比を小さくし、且つ、高速域から低速域にかけて車速の低下に応じてギア比を単調減少させる。ここでいう単調減少とは広義単調減少の意味であり、ギア比が一定となる車速領域が存在してもよい。図８に示す例では、高速域から低速域にかけて操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が連続的に大きくなるように、高速域から低速域にかけてギア比は連続的に小さくされている。このようなギア比の設定によれば、中高速域では車両の安定性を確保することができ、低速域では車両の取り回し性の向上と軽快な操舵とが期待できる。
【００５３】
また、ギア比決定部３３は、車速とギア比との関係を操舵角に応じて変化させる。図９は、制御装置４により実現される操舵角と車速とギア比との関係を示す図である。図９には、車速が高速（例えば８０ｋｍ／ｈ程度）の場合の操舵角と車速とギア比との関係が破線で描かれ、車速が低速（例えば１０〜２０ｋｍ／ｈ）の場合の操舵角と車速とギア比との関係が実線で描かれ、車速が極低速（例えば６ｋｍ／ｈ程度）の場合の操舵角と車速とギア比との関係が一点鎖線で描かれている。
【００５４】
図９に示すように、操舵角が中立位置付近にあるときには、車速が高い場合のほうが低い場合よりもギア比は大きく設定される。前述の図８に示す車速とギア比との関係は、操舵角が中立位置付近にあるときの関係である。一方、操舵角がエンド位置付近にあるときには、車速に対するギア比の関係は逆になり、車速が高い場合のほうが低い場合よりもギア比は小さく設定される。このため、中立位置からエンド位置にかけて、操舵角の変化量に対するギア比の変化量の比は、車速が高い場合のほうが低い場合よりも大きくされている。中立位置付近とエンド位置付近とで車速とギア比との関係を逆にすることで、車速によらず、中立位置からエンド位置までの操舵によって操向輪２５を最大転舵角まで転舵させることができる。つまり、どの車速域でも、運転者は持ち替え無しでステアリングホイール２８を操舵することができる。
【００５５】
６．車速に対するカットオフ周波数の設定
次に、車速に対するカットオフ周波数の設定について図を用いて詳細に説明する。カットオフ周波数決定部３４は、マップ或いは関数を用いて、車速からカットオフ周波数を決定する。例えば、中立位置付近では、高速域におけるカットオフ周波数よりも低速域におけるカットオフ周波数を小さくし、且つ、高速域から低速域にかけて車速の低下に応じてカットオフ周波数を単調減少させる。ただし、ここでいう単調減少とは広義単調減少の意味であり、カットオフ周波数が一定となる車速領域が存在してもよい。
【００５６】
上記の設定によれば、運転者の操舵操作により転舵角が高周波数で変化しうる低速域においては、カットオフ周波数が小さくされることにより操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は大きくなる。これにより、高周波数操作に伴い発生する横加速度のゲインが低減される。一方、転舵角を高周波数で変化させ難い高速域においては、カットオフ周波数が大きくされることにより操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合は相対的に小さく維持される。これにより、操舵操作に対する転舵角の応答性が確保される。
【００５７】
また、カットオフ周波数決定部３４は、車速とカットオフ周波数との関係を操舵角に応じて変化させる。図１０は、制御装置４により実現される操舵角と車速とカットオフ周波数との関係を示す図である。図１０には、車速が高速（例えば８０ｋｍ／ｈ程度）の場合の操舵角と車速とカットオフ周波数との関係が破線で描かれ、車速が低速（例えば１０〜２０ｋｍ／ｈ）の場合の操舵角と車速とカットオフ周波数との関係が実線で描かれ、車速が極低速（例えば６ｋｍ／ｈ程度）の場合の操舵角と車速とカットオフ周波数との関係が一点鎖線で描かれている。
【００５８】
図１０に示すように、操舵角が中立位置付近にあるときには、車速が高い場合のほうが低い場合よりもカットオフ周波数は大きく設定される。一方、操舵角がエンド位置付近にあるときには、車速に対するカットオフ周波数の関係は逆になり、車速が高い場合のほうが低い場合よりもカットオフ周波数は小さく設定される。このため、中立位置からエンド位置にかけて、操舵角の変化量に対するカットオフ周波数の変化量の比は、車速が高い場合のほうが低い場合よりも大きくされている。つまり、カットオフ周波数決定部３４は、車速及び操舵角に対するギア比の変化と同じ傾向で、車速及び操舵角に対してカットオフ周波数を変化させている。
【００５９】
７．転舵制御の効果 
最後に、上記内容にて制御装置４により実行される転舵制御の効果について説明する。車速が低速の場合、ある周波数以上の周波数領域において、横加速度のゲインが大きくなり、且つ、横加速度の位相がヨーレートの位相よりも進む。前述のとおり、このような条件にて発生する横加速度に対して乗員は特に違和感を覚えやすい。
【００６０】
しかし、本実施の形態では、操舵角から変換された目標転舵角がローパスフィルタに通される。そして、フィルタ効果により減衰された補正目標転舵角に従って転舵モータ２４が制御されることにより、図７に示した通り、首や体が振られる周波数領域における横加速度のゲインが低減される。これにより、車両の旋回に先行して首や体が振られることは抑制され、乗員は違和感を覚え難くなる。
【００６１】
図１１、図１２及び図１３は、周期的な操舵操作に対する操舵角、転舵角、ヨーレート、及び横加速度の波形を示す図である。ただし、図１１は、ステアリングホイールの持ち替えが必要なステアリングシステムにおける波形を示しているのに対し、図１２及び図１３は、本実施の形態に係るステアリングシステム２における波形を示している。特に、図１２は、中立位置付近での周期的な操舵操作により得られる波形を示し、図１３は、エンド位置付近での周期的な操舵操作により得られる波形を示している。図１１に示すケースのギア比は、持ち替えが必要なステアリングシステムの通常のギア比である。図１２に示すケースのギア比と図１３に示すケースのギア比は通常のギア比よりも小さいギア比である。ただし、図１２に示すケースのギア比と図１３に示すケースのギア比とでは、図１３に示すケースのギア比のほうがより小さい。
【００６２】
図１１、図１２及び図１３において、最上段に示す操舵角の波形は共通である。しかし、ギア比の違いにより、本実施の形態に係るステアリングシステム２によれば、持ち替えが必要なステアリングシステムよりも大きなヨーレートを発生させることができる。つまり、本実施の形態に係るステアリングシステム２によれば、ヨーレートを増大させて旋回性能を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施の形態に係るステアリングシステム２によれば、ローパスフィルタによる処理が施されることにより、切り増し操作か切り戻し操作かによらず、操舵角の変化に対して転舵角の変化が遅らされる。特に、操舵角に対するカットオフ周波数の設定により、ギア比が小さく操舵角の変化量に対する転舵角の変化量の比が大きくなるエンド位置付近では、切り増し操作か切り戻し操作かによらず、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合いは中立位置付近よりも大きくされる。
【００６４】
その結果、本実施の形態に係るステアリングシステム２によれば、中立位置付近とエンド位置付近の両方において、切り増し操作であっても、切り戻し操作であっても、操舵操作によって生じる横加速度のゲインを通常のギア比で発生する横加速度と同等のゲインまで抑えることができる。特に、車両の旋回に先行して首や体が振られる周波数域において、横加速度のゲインを顕著に抑えることができる。
【００６５】
８．他の実施の形態．
図１４は、本発明の他の実施の形態に係るステアリングシステムの制御装置４０の構成を示す図である。図１４には、転舵制御に関係する制御装置４０の機能がブロックで描かれている。図１４中にブロックで描かれているように、制御装置４０は、変換部３１、レートリミッタ処理部４２、ギア比決定部３３、及び制限強さ決定部４４を備える。変換部３１及びギア比決定部３３の機能は前述のとおりであるので、ここではその説明は省略する。
【００６６】
レートリミッタ処理部４２は、変換部３１で得られた目標転舵角をレートリミッタに通す。レートリミッタは、目標転舵角の１制御周期あたりの変化量を制限し、制限された目標転舵角を補正目標転舵角として出力する。レートリミッタは、切り増し操作によって生じた目標転舵角の変化に対しても、切り戻し操作によって生じた目標転舵角の変化に対しても、その変化量制限効果が働くように設計されている。レートリミッタにより変化量を制限された補正目標転舵角に従って転舵モータ２４が制御されることによって、操舵角の変化に対して転舵角の変化に遅れが生じる。この遅れ度合いは、レートリミッタの制限の強さに依存する。
【００６７】
レートリミッタの制限の強さとは、レートリミッタで制限される変化量の大きさを意味する。レートリミッタの制限が強いほど、１制御周期あたりの目標転舵角の変化量は小さく抑えられる。レートリミッタの制限の強さは、制限強さ決定部４４にて決定される。制限強さ決定部４４には、操舵角と車速とが入力される。制限強さ決定部４４は、これらの入力情報に基づく第１の処理及び第２の処理によってレートリミッタの制限の強さを決定する。
【００６８】
操舵角との関係においては、制限強さ決定部４４は、操舵角に応じてレートリミッタの制限の強さを変化させる。ただし、制限の強さは操舵角に対して決定されるものであって、操舵角を増大させる切り増し操作か、操舵角を減少させる切り戻し操作かには依存しない。制限強さ決定部４４は、第１操舵角領域では、第２操舵角領域よりも、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が大きくなるようにレートリミッタの制限を弱くする。これが制限強さ決定部４４により実行される第１の処理である。
【００６９】
図１５は、制御装置４０により実現される操舵角とレートリミッタの制限の強さとの関係を示す図である。制限強さ決定部４４は、図１５に示す関係を規定したマップ或いは関数を用いて、操舵角からレートリミッタの制限の強さを決定する。具体的には、制限強さ決定部４４は、ステアリングホイール２８の中立位置における制限の強さよりもエンド位置における制限を弱く、且つ、中立位置からエンド位置にかけて操舵角の増大に応じて制限の強さを単調減少させる。ここでいう単調減少とは広義単調減少の意味であり、レートリミッタの制限の強さが一定となる操舵角領域が存在してもよい。
【００７０】
また、車速との関係においては、制限強さ決定部４４は、車速に応じてレートリミッタの制限の強さを変化させる。ただし、制限強さ決定部４４は、車速とレートリミッタの制限の強さとの関係を操舵角に依存させている。例えば、操舵角が中立位置付近の場合、第１車速領域では、第２車速領域よりも、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合が大きくなるようにレートリミッタの制限を弱くする。これが制限強さ決定部４４により実行される第２の処理である。
【００７１】
図１６は、制御装置４０により実現される操舵角と車速とレートリミッタの制限の強さとの関係を示す図である。図１６には、車速が高速の場合の関係が破線で描かれ、車速が低速の場合の関係が実線で描かれ、車速が極低速の場合の関係が一点鎖線で描かれている。操舵角が中立位置付近にあるときには、車速が低い場合のほうが高い場合よりもレートリミッタの制限は弱く設定される。一方、操舵角がエンド位置付近にあるときには、車速に対するレートリミッタの制限の強さの関係は逆になり、車速が高い場合のほうが低い場合よりもレートリミッタの制限は弱く設定される。制限強さ決定部４４は、車速及び操舵角に対するギア比の変化と逆の傾向で、車速及び操舵角に対してレートリミッタの制限の強さを変化させている。
【００７２】
制御装置４０が有する上記の機能によれば、運転者の操舵操作により転舵角が高周波数で変化しうる第１操舵角領域においては、レートリミッタの制限を弱めることにより、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を大きくし、高周波数操作に伴い発生する横加速度のゲインを低減することができる。一方、転舵角を高周波数で変化させ難い第２操舵角領域においては、レートリミッタの制限を強めることにより、操舵角の変化に対する転舵角の変化の遅れ度合を相対的に小さく維持し、操舵操作に対する転舵角の応答性を確保することができる。つまり、操舵操作に対する転舵角の応答性を確保しながら、乗員が違和感を覚えるような横加速度の発生を抑えることができる。
【符号の説明】
【００７３】
２  ステアリングシステム
４  制御装置
６  プロセッサ
８  メモリ
１０  車速センサ
２０  ステアリング機構
２１  ステアリングシャフト
２２  操舵角センサ
２４  転舵モータ
２５  操向輪
２６  ラックシャフト
２８  ステアリングホイール
３１  変換部
３２  フィルタ処理部
３３  ギア比決定部
３４  カットオフ周波数決定部
４０  制御装置
４２  レートリミッタ処理部
４４  制限強さ決定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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