(57)【要約】【課題】自動操舵制御中において、転舵モータおよび反力モータに対して、運転者の意図を即座に反映させることが可能となる操舵装置を提供する。【解決手段】操舵装置は、操舵部材に反力トルクを付与する反力モータと、転舵機構を駆動する転舵モータと、操舵部材に付与される操舵トルクを検出する検出部と、操舵トルクに基づき手動操舵角指令値を設定する手動操舵角指令値設定部と、反力用自動操舵角指令値および手動操舵角指令値に基づき反力用統合角度指令値を演算する反力用統合角度指令値演算部と、転舵用自動操舵角指令値および記手動操舵角指令値に基づき転舵用統合角度指令値を演算する転舵用統合角度指令値演算部と、反力モータの回転角を反力用統合角度指令値に追従させる反力制御部と、転舵モータの回転角を転舵用統合角度指令値に追従させる転舵角制御部とを含む。【選択図】図２
2020132008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と、
前記操舵部材と機械的に分離された転舵機構と、
前記操舵部材に反力トルクを付与する反力モータと、
前記転舵機構を駆動する転舵モータと、
前記操舵部材に付与される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
前記操舵トルクに基づき手動操舵角指令値を設定する手動操舵角指令値設定部と、
反力用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき反力用統合角度指令値を演算する反力用統合角度指令値演算部と、
転舵用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき転舵用統合角度指令値を演算する転舵用統合角度指令値演算部と、
前記反力モータの回転角を前記反力用統合角度指令値に追従させる反力制御部と、
前記転舵モータの回転角を前記転舵用統合角度指令値に追従させる転舵角制御部とを含む、操舵装置。
【請求項２】
前記操舵部材が操舵されているか否かを判定する操舵判定部と、
前記操舵判定部により前記操舵部材が操舵されていないと判断された場合には、前記反力用自動操舵角指令値を零にする切替部とをさらに含む、請求項１に記載の操舵装置。
【請求項３】
前記反力用自動操舵角指令値と前記転舵用自動操舵角指令値とが、共通の自動操舵角指令値からなる、請求項１または２に記載の操舵装置。
【請求項４】
前記転舵機構は、第１転舵輪を転舵する第１転舵機構および第２転舵輪を転舵する第２転舵機構を含み、
前記転舵モータは、前記第１転舵機構を駆動する第１転舵モータおよび前記第２転舵機構を駆動する第２転舵モータを含み、
前記転舵用統合角度指令値演算部は、
前記手動操舵角指令値および前記第１転舵輪を転舵するための第１転舵用自動操舵角指令値に基づき第１転舵用統合角度指令値を演算する第１転舵用統合角度指令値演算部と、
前記手動操舵角指令値および前記第２転舵輪を転舵するための第２転舵用自動操舵角指令値に基づき第２転舵用統合角度指令値を演算する第２転舵用統合角度指令値演算部とを有し、
前記転舵角制御部は、
前記第１転舵モータの回転角を前記第１転舵用統合角度指令値に追従させる第１転舵角制御部と、
前記第２転舵モータの回転角を前記第２転舵用統合角度指令値に追従させる第２転舵角制御部とを有する、請求項１または２に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、操向のために操作される操舵部材と転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータによって転舵機構が駆動される操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、操向のために操作される操舵部材と転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータ（ステアリングモータ）によって転舵機構が駆動されるステア・バイ・ワイヤシステムが開示されている。特許文献１に記載のステア・バイ・ワイヤシステムでは、操作反力モータを有する操作部と、転舵モータを有する転舵部と、操作部を制御する操作反力制御部と、転舵部を制御する転舵制御部と、自動追従システムとを備えている。転舵制御部は、最終的な目標転舵角に基づいて転舵モータを制御する。
【０００３】
特許文献１の自動追従システムでは、最終的な目標転舵角は、次のようにして設定される。自動追従システムが作動していないときには、操作ハンドルの操作角に基づいて演算された目標転舵角が、最終的な目標転舵角として設定される。自動追従システムが作動しておりかつ操舵トルクが第１閾値以上である場合または自動追従システムが作動しておりかつ操作角が第２閾値以上のときには、操作ハンドルの操作角に基づいて演算された目標転舵角に１よりも大きな所定値を乗算した値が、最終的な目標転舵角として設定される。自動追従システムが作動しておりかつ操舵トルクが第１閾値未満でありかつ操作角が第２閾値未満であるときには、自動追従システムによって設定される目標転舵角が、最終的な目標転舵角として設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２４２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１に記載のステア・バイ・ワイヤシステムでは、自動追従システムが作動している自動操舵制御中においては、操舵トルクが第１閾値以上になるか操作角が第２閾値以上になるのを待たなければ、目標転舵角に運転者の意図が反映されることはない。
この発明の目的は、自動操舵制御中において、転舵モータおよび反力モータに対して、運転者の意図を即座に反映させることが可能となる操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の一実施形態に係る操舵装置は、操舵部材と、前記操舵部材と機械的に分離された転舵機構と、前記操舵部材に反力トルクを付与する反力モータと、前記転舵機構を駆動する転舵モータと、前記操舵部材に付与される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記操舵トルクに基づき手動操舵角指令値を設定する手動操舵角指令値設定部と、反力用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき反力用統合角度指令値を演算する反力用統合角度指令値演算部と、転舵用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき転舵用統合角度指令値を演算する転舵用統合角度指令値演算部と、前記反力モータの回転角を前記反力用統合角度指令値に追従させる反力制御部と、前記転舵モータの回転角を前記転舵用統合角度指令値に追従させる転舵角制御部とを含む。
【０００７】
この構成では、反力用自動操舵角指令値に手動操舵角指令値が加算されて反力用統合角度指令値が演算され、この反力用統合角度指令値に反力モータの回転角が追従される。また、転舵用自動操舵角指令値に手動操舵角指令値が加算されて転舵用統合角度指令値が演算され、この転舵用統合角度指令値に転舵モータの回転角が追従される。
これにより、自動操舵制御中において、転舵モータおよび反力モータに対して、運転者の意図を即座に反映させることができる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御（転舵制御および反力制御）を行いながら、手動操舵が可能な協調制御を実現できる。また、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、手動操作を行う際に運転者に違和感を与えない。
【０００８】
この発明の一実施形態では、前記操舵部材が操舵されているか否かを判定する操舵判定部と、前記操舵判定部により前記操舵部材が操舵されていないと判断された場合には、前記反力用自動操舵角指令値を零にする切替部とをさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記反力用自動操舵角指令値と前記転舵用自動操舵角指令値とが、共通の自動操舵角指令値からなる。
【０００９】
この発明の一実施形態では、前記転舵機構は、第１転舵輪を転舵する第１転舵機構および第２転舵輪を転舵する第２転舵機構を含み、前記転舵モータは、前記第１転舵機構を駆動する第１転舵モータおよび前記第２転舵機構を駆動する第２転舵モータを含み、前記転舵用統合角度指令値演算部は、前記手動操舵角指令値および前記第１転舵輪を転舵するための第１転舵用自動操舵角指令値に基づき第１転舵用統合角度指令値を演算する第１転舵用統合角度指令値演算部と、前記手動操舵角指令値および前記第２転舵輪を転舵するための第２転舵用自動操舵角指令値に基づき第２転舵用統合角度指令値を演算する第２転舵用統合角度指令値演算部とを有し、前記転舵角制御部は、前記第１転舵モータの回転角を前記第１転舵用統合角度指令値に追従させる第１転舵角制御部と、前記第２転舵モータの回転角を前記第２転舵用統合角度指令値に追従させる第２転舵角制御部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】反力ＥＣＵおよび転舵ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図３】手動操舵角指令値設定部の構成を示すブロック図である。
【図４】操舵トルクＴｄに対するアシストトルク指令値Ｔａｃの設定例を説明するためのグラフである。
【図５】指令値設定部で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。
【図６】反力用角度制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】転舵用角度制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】反力ＥＣＵ、左転舵ＥＣＵおよび右転舵ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る操舵装置の概略構成を示す模式図である。
操舵装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）２と、転舵輪３を転舵するための転舵機構４と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト５とを含む。ただし、ステアリングシャフト５と転舵機構４との間には、トルクや回転などの動きが伝達されるような機械的な結合はない。
【００１２】
ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール２に一端が連結された第１軸７と、第１軸７の他端に一端が連結されたトーションバー８と、トーションバー８の他端に一端が連結された第２軸９とを含む。
トーションバー８の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、第１軸７および第２軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクＴｄの大きさが大きくなるものとする。
【００１３】
第２軸９には、減速機１２を介して、第２軸９の回転角（以下、「ハンドル角」という場合がある）を制御するための反力モータ１３が連結されている。反力モータ１３は、第２軸９に反力トルクを与えるための電動モータである。減速機１２は、反力モータ１３の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、第２軸９に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。反力モータ１３には、反力モータ１３の回転角を検出するための回転角センサ１４が設けられている。
【００１４】
転舵機構４は、ピニオン軸１５とラック軸１６とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１６の各端部には、タイロッド１７およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１５は、減速機１８を介して、転舵モータ１９の出力軸に連結されている。減速機１８は、転舵モータ１９の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、ピニオン軸１５に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。ピニオン軸１５の先端には、ピニオン１５Ａが連結されている。転舵モータ１９には、転舵モータ１９の回転角を検出するための回転角センサ２０が設けられている。
【００１５】
以下において、減速機１２の減速比（ギヤ比）をＮ１で表し、減速機１８の減速比をＮ２で表す場合がある。減速比は、ウォームホイールの角速度ωｗｗに対するウォームギヤの角速度ωｗｇの比ωｗｇ／ωｗｗとして定義される。
ラック軸１６は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１６には、ピニオン１５Ａに噛み合うラック１６Ａが形成されている。転舵モータ１９が回転すると、その回転力が減速機１８を介してピニオン軸１５に伝達される。そして、ピニオン１５Ａおよびラック１６Ａによって、ピニオン軸１５の回転がラック軸１６の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
【００１６】
車両には、車両の進行方向前方の道路を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２５、自車位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）２６、道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７および地図情報を記憶した地図情報メモリ２８が搭載されている。
ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６、レーダー２７および地図情報メモリ２８は、運転支援制御や自動運転制御を行うための上位ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）２０１に接続されている。上位ＥＣＵ２０１は、ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６およびレーダー２７によって得られる情報および地図情報メモリ２８から得られる地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。
【００１７】
この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための自動操舵角指令値θａｄを設定する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるための制御である。自動操舵角指令値θａｄは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための操舵角の目標値である。このような自動操舵角指令値θａｄを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。自動操舵角指令値θａｄは、本発明の「反力用自動操舵角指令値」および「操舵用自動操舵角指令値」の一例である。
【００１８】
この実施形態では、自動操舵角指令値θａｄならびに後述するアシストトルク指令値Ｔａｃおよび手動操舵角指令値θｍｄは、反力モータ１３によって第２軸９を左操舵方向に回転させたり、転舵モータ１９によって転舵輪３を左操舵方向に転舵させたりする場合には、正の値に設定される。一方、これらの指令値θａｄ，Ｔａｃ，θｍｄは、反力モータ１３によって第２軸９を右操舵方向に回転させたり、転舵モータ１９によって転舵輪３を右操舵方向に転舵させたりする場合には、負の値に設定される。また、この実施形態において、自動操舵角指令値θａｄは、ピニオン軸１５の回転角として設定され、手動操舵角指令値θｍｄは、第２軸９の回転角として設定される。
【００１９】
上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵角指令値θａｄは、車載ネットワークを介して、反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３に与えられる。反力ＥＣＵ２０２は、反力モータ１３を制御するためのＥＣＵであり、転舵ＥＣＵ２０３は、転舵モータ１９を制御するためのＥＣＵである。
トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄおよび回転角センサ１４の出力信号は、反力ＥＣＵ２０２に入力される。反力ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、反力モータ１３を制御する。
【００２０】
回転角センサ２０の出力信号は、転舵ＥＣＵ２０３に入力される。転舵ＥＣＵ２０３は、回転角センサ２０の出力信号、反力ＥＣＵ２０２から与えられる情報および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、転舵モータ１９を制御する。
図２は、反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【００２１】
反力ＥＣＵ２０２は、マイクロコンピュータ４０と、マイクロコンピュータ４０によって制御され、反力モータ１３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、反力モータ１３に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｒｍ」という。）を検出するための電流検出回路３２とを備えている。
マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、手動操舵角指令値設定部４１と、ハンズオンオフ判定部４２と、切替部４３と、反力用統合角度指令値演算部４４と、反力用角度制御部４５とを含む。反力用角度制御部４５は、本発明の「反力制御部」の一例である。
【００２２】
手動操舵角指令値設定部４１は、運転者がステアリングホイール２を操作した場合に、当該ステアリングホイール操作に応じた操舵角（より正確には第２軸９の回転角）を手動操舵角指令値θｍｄとして設定するために設けられている。手動操舵角指令値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄを用いて手動操舵角指令値θｍｄを設定する。手動操舵角指令値設定部４１の詳細については、後述する。手動操舵角指令値設定部４１によって設定された手動操舵角指令値θｍｄは、反力用統合角度指令値演算部４４に与えられる。
【００２３】
ハンズオンオフ判定部４２は、運転者がステアリングホイール２を把持している（ハンズオン）か、把持していない（ハンズオフ）かを判定する。ハンズオンオフ判定部４２としては、ステアリングホイール２に設けられたタッチセンサの出力信号に基づいてハンズオンオフを判定するもの、車内に設けられたカメラの撮像画像に基づいてハンズオンオフを判定するもの等を用いることができる。なお、ハンズオンオフ判定部４２としては、ハンズオンオフを判定できるものであれば、前述の構成以外のものを用いることができる。ハンズオンオフ判定部４２から出力されるハンズオンオフ判定信号は、切替部４３に与えられる。
【００２４】
切替部４３は、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されているときには、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵角指令値θａｄを、反力用統合角度指令値演算部４４に与える。一方、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していないと判定されているときには、切替部４３は、零を自動操舵角指令値θａｄとして反力用統合角度指令値演算部４４に与える。
【００２５】
反力用統合角度指令値演算部４４は、切替部４３から与えられる自動操舵角指令値θａｄに、手動操舵角指令値設定部４１によって設定される手動操舵角指令値θｍｄを加算して、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄを演算する。
反力用角度制御部４５は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて、反力モータ１３を角度制御する。より具体的には、反力用角度制御部４５は、操舵角θｒｔ（第２軸９の回転角）が反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。反力用角度制御部４５の詳細については、後述する。
【００２６】
転舵ＥＣＵ２０３は、マイクロコンピュータ８０と、マイクロコンピュータ８０によって制御され、転舵モータ１９に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）７１と、転舵モータ１９に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｓｍ」という。）を検出するための電流検出回路７２とを備えている。
マイクロコンピュータ８０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、転舵用統合角度指令値演算部８１と転舵用角度制御部８２とを含む。転舵用角度制御部８２は、本発明の「転舵角制御部」の一例である。
【００２７】
転舵用統合角度指令値演算部８１は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵角指令値θａｄに、反力ＥＣＵ２０２内の手動操舵角指令値設定部４１によって設定される手動操舵角指令値θｍｄを加算して、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄを演算する。
転舵用角度制御部８２は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて、転舵モータ１９を角度制御する。より具体的には、転舵用角度制御部８２は、転舵角θｓｐ（ピニオン軸１５の回転角）が転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに近づくように、駆動回路７１を駆動制御する。転舵用角度制御部８２の詳細については後述する。
【００２８】
図３は、手動操舵角指令値設定部４１の構成を示すブロック図である。
手動操舵角指令値設定部４１は、アシストトルク指令値設定部５１と、指令値設定部５２とを含む。
アシストトルク指令値設定部５１は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値であるアシストトルク指令値Ｔａｃを設定する。アシストトルク指令値設定部５１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄに基づいて、アシストトルク指令値Ｔａｃを設定する。操舵トルクＴｄに対するアシストトルク指令値Ｔａｃの設定例は、図４に示されている。
【００２９】
アシストトルク指令値Ｔａｃは、操舵トルクＴｄの正の値に対しては正をとり、操舵トルクＴｄの負の値に対しては負をとる。そして、アシストトルク指令値Ｔａｃは、操舵トルクＴｄの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。
なお、アシストトルク指令値設定部５１は、操舵トルクＴｄに予め設定された定数を乗算することによって、アシストトルク指令値Ｔａｃを演算してもよい。
【００３０】
指令値設定部５２は、この実施形態では、リファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θｍｄａｃを設定する。
図５は、指令値設定部５２で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。
このリファレンスＥＰＳモデルは、ロアコラムを含む単一慣性モデルである。図５において、Ｊｃは、ロアコラムの慣性であり、θｃはロアコラムの回転角であり、Ｔｄは、操舵トルクである。ロアコラムには、操舵トルクＴｄ、電動モータ（アシストモータ）からのトルクＮｃ・Ｔｍおよび路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。Ｎｃはアシストモータとロアコラムとの間の伝達経路に設けられ減速機の減速比であり、Ｔｍはアシストモータによって発生されるモータトルクである。路面負荷トルクＴｒｌは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式(1)で表される。
【００３１】
Ｔｒｌ＝−ｋ・θｃ−ｃ（ｄθｃ／ｄｔ）    …(1)
この実施形態では、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃとして、予め実験・解析等で求めた所定値が設定されている。
リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(2)で表される。
Ｊｃ・ｄ２θｃ／ｄｔ２＝Ｔｄ＋Ｎｃ・Ｔｍ−ｋ・θｃ−ｃ（ｄθｃ／ｄｔ）  …(2)
指令値設定部５２は、Ｔｄにトルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄを代入し、Ｎｃ・Ｔｍにアシストトルク指令値設定部５１によって設定されるアシストトルク指令値Ｔａｃを代入して、式(2)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算する。そして、指令値設定部５２は、得られたロアコラムの回転角θｃを手動操舵角指令値θｍｄとして設定する。
【００３２】
図６は、反力用角度制御部４５の構成を示すブロック図である。
反力用角度制御部４５は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて、反力モータ１３の駆動回路３１を制御する。反力用角度制御部４５は、角度偏差演算部６１と、ＰＤ制御部６２と、電流指令値演算部６３と、電流偏差演算部６４と、ＰＩＤ制御部６５と、ＰＷＭ制御部６６と、回転角演算部６７と、減速比除算部６８とを含む。
【００３３】
回転角演算部６７は、回転角センサ１４の出力信号に基づいて、反力モータ１３のロータ回転角θｒｍを演算する。減速比除算部６８は、回転角演算部６７によって演算されるロータ回転角θｒｍを減速機１２の減速比Ｎ１で除算することにより、ロータ回転角θｒｍを第２軸９の回転角（実操舵角）θｒｔに換算する。
角度偏差演算部６１は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄと実操舵角θｒｔとの偏差Δθｒ（＝θｒｃｍｄ−θｒｔ）を演算する。
【００３４】
ＰＤ制御部６２は、角度偏差演算部６１によって演算される角度偏差Δθｒに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、反力モータ１３に対するトルク指令値Ｔｒｃｍｄを演算する。
電流指令値演算部６３は、ＰＤ制御部６２によって演算されたトルク指令値Ｔｒｃｍｄを反力モータ１３のトルク定数Ｋｒで除算することにより、電流指令値Ｉｒｃｍｄを演算する。
【００３５】
電流偏差演算部６４は、電流指令値演算部６３によって得られた電流指令値Ｉｒｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉｒｍとの偏差ΔＩｒ（＝Ｉｒｃｍｄ−Ｉｒｍ）を演算する。
ＰＩＤ制御部６５は、電流偏差演算部６４によって演算された電流偏差ΔＩｒに対するＰＩＤ演算（比例積分微分演算）を行うことにより、反力モータ１３に流れるモータ電流Ｉｒｍを電流指令値Ｉｒｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部６６は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路３１に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が反力モータ１３に供給されることになる。
【００３６】
図７は、転舵用角度制御部８２の構成を示すブロック図である。
転舵用角度制御部８２は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて、転舵モータ１９の駆動回路７１を制御する。転舵用角度制御部８２は、角度偏差演算部９１と、ＰＤ制御部９２と、電流指令値演算部９３と、電流偏差演算部９４と、ＰＩＤ制御部９５と、ＰＷＭ制御部９６と、回転角演算部９７と、減速比除算部９８とを含む。
【００３７】
回転角演算部９７は、回転角センサ２０の出力信号に基づいて、転舵モータ１９のロータ回転角θｓｍを演算する。減速比除算部９８は、回転角演算部９７によって演算されるロータ回転角θｓｍを減速機１８の減速比Ｎ２で除算することにより、ロータ回転角θｓｍをピニオン軸１５の回転角（実転舵角）θｓｐ に換算する。
角度偏差演算部９１は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄとθｓｐとの偏差Δθｓ（＝θｓｃｍｄ−θｓｐ）を演算する。
【００３８】
ＰＤ制御部９２は、角度偏差演算部９１によって演算される角度偏差Δθｓに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、転舵モータ１９に対するトルク指令値Ｔｓｃｍｄを演算する。
電流指令値演算部９３は、ＰＤ制御部９２によって演算されたトルク指令値Ｔｓｃｍｄを転舵モータ１９のトルク定数Ｋｓで除算することにより、電流指令値Ｉｓｃｍｄを演算する。
【００３９】
電流偏差演算部９４は、電流指令値演算部９３によって得られた電流指令値Ｉｓｃｍｄと電流検出回路７２によって検出されたモータ電流Ｉｓｍとの偏差ΔＩｓ（＝Ｉｓｃｍｄ−Ｉｓｍ）を演算する。
ＰＩＤ制御部９５は、電流偏差演算部９４によって演算された電流偏差ΔＩｓに対するＰＩＤ演算（比例積分微分演算）を行うことにより、転舵モータ１９に流れるモータ電流Ｉｓｍを電流指令値Ｉｓｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部９６は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路７１に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が転舵モータ１９に供給されることになる。
【００４０】
図２を参照して、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されている場合には、上位ＥＣＵ２０１によって設定された自動操舵角指令値θａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて反力用統合角度指令値θｒｃｍｄが演算され、この反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて反力モータ１３が制御される。また、自動操舵角指令値θａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄが演算され、この転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて転舵モータ１９が制御される。
【００４１】
これにより、自動操舵制御中において、転舵モータ１９および反力モータ１３に対して、運転者の意図を即座に反映させることができる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御（転舵制御および反力制御（ハンドル角制御））を行いながら、手動操舵が可能な協調制御を実現できる。また、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、手動操作を行う際に運転者に違和感を与えない。
【００４２】
ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していないと判定されている場合には、反力用統合角度指令値演算部４４には、自動操舵角指令値θａｄとして、零が与えられる。したがって、この場合には、転舵モータ１９は、自動操舵角指令値θａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算された転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて制御されるが、反力モータ１３は、手動操舵角指令値θｍｄのみからなる反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて制御される。この場合、手動操舵角指令値θｍｄは、ほぼ零であるので、自動操舵中においてステアリングホイール２が中立位置で固定される。これにより、運転者がステアリングホイール２を把持していない状態において、自動操舵によってステアリングホイール２が回転して、運転者がステアリングホイール２に巻き込まれるといった事態を回避することができる。
【００４３】
図８は、本発明の第２実施形態に係る操舵装置の概略構成を示す模式図である。図８において、前述の図１の各部に対応する部分には図１と同じ符号を付して示す。
図８の操舵装置１Ａは、左右独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムである。図８の操舵装置１Ａでは、転舵機構、転舵モータおよび転舵ＥＣＵが、それぞれ２つずつ設けられている点で、図１の操舵装置１と異なっている。
【００４４】
具体的には、操舵装置１Ａは、左転舵輪３Ｌを転舵するための左転舵機構４Ｌと、右転舵輪３Ｒを転舵するための右転舵機構４Ｒと、減速機（図示せず）を介して左転舵機構４Ｌを駆動するための左転舵モータ１９Ｌと、減速機（図示せず）を介して右転舵機構４Ｒを駆動するための右転舵モータ１９Ｒを備えている。以下において、左転舵モータ１９Ｌに接続された減速機の減速比をＮ３で表し、右転舵モータ１９Ｒに接続された減速機の減速比をＮ４で表す場合がある。また、操舵装置１Ａは、左転舵モータ１９Ｌを制御するための左転舵ＥＣＵ２０３Ｌと、右転舵モータ１９Ｒを制御するための右転舵ＥＣＵ２０３Ｒとを備えている。
【００４５】
ステアリングシャフト５と、左転舵機構４Ｌおよび右転舵機構４Ｒとの間には、トルクや回転などの動きが伝達されるような機械的な結合はない。左転舵モータ１９Ｌには、左転舵モータ１９Ｌの回転角を検出するための回転角センサ２０Ｌが設けられている。右転舵モータ１９Ｒには、右転舵モータ１９Ｒの回転角を検出するための回転角センサ２０Ｒが設けられている。
【００４６】
上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための左自動操舵角指令値θＬａｄおよび右自動操舵角指令値θＲａｄを設定する。左自動操舵角指令値θＬａｄは、左転舵モータ１９Ｌのための転舵用自動操舵角指令値であり、右自動操舵角指令値θＲａｄは、右転舵モータ１９Ｒのための転舵用自動操舵角指令値である。また、この実施形態では、左自動操舵角指令値θＬａｄおよび右自動操舵角指令値θＲａｄのいずれか一方（この例では、左自動操舵角指令値θＬａｄ）は、反力モータ１３のための反力用自動操舵角指令値としても用いられる。
【００４７】
上位ＥＣＵ２０１によって設定される左自動操舵角指令値θＬａｄは、車載ネットワークを介して、反力ＥＣＵ２０２および左転舵ＥＣＵ２０３Ｌに与えられる。上位ＥＣＵ２０１によって設定される右自動操舵角指令値θＲａｄは、車載ネットワークを介して、右転舵ＥＣＵ２０３Ｒに与えられる。
この実施形態では、左自動操舵角指令値θＬａｄおよび右自動操舵角指令値θＲａｄは、反力モータ１３によって第２軸９を左操舵方向に回転させたり、転舵モータ１９Ｌ，１９Ｒによって転舵輪３Ｌ，３Ｒを左操舵方向に転舵させたりする場合には、正の値に設定される。一方、これらの指令値θＬａｄ，θＲａｄは、反力モータ１３によって第２軸９を右操舵方向に回転させたり、転舵モータ１９Ｌ，１９Ｒによって転舵輪３Ｌ，３Ｒを右操舵方向に転舵させたりする場合には、負の値に設定される。また、この実施形態では、左自動操舵角指令値θＬａｄおよび右自動操舵角指令値θＲａｄは、左転舵機構４Ｌおよび右転舵機構４Ｒにおける回転角（転舵角）として設定され、手動操舵角指令値θｍｄは、第２軸９の回転角として設定される。
【００４８】
反力ＥＣＵ２０２は、第１実施形態と同様に、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄ、回転角センサ１４の出力信号および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、反力モータ１３を制御する。
回転角センサ２０Ｌの出力信号は、左転舵ＥＣＵ２０３Ｌに入力される。左転舵ＥＣＵ２０３Ｌは、回転角センサ２０Ｌの出力信号、反力ＥＣＵ２０２から与えられる情報および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、左転舵モータ１９Ｌを制御する。
【００４９】
回転角センサ２０Ｒの出力信号は、右転舵ＥＣＵ２０３Ｒに入力される。右転舵ＥＣＵ２０３Ｒは、回転角センサ２０Ｒの出力信号、反力ＥＣＵ２０２から与えられる情報および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、右転舵モータ１９Ｒを制御する。
図９は、反力ＥＣＵ２０２、左転舵ＥＣＵ２０３Ｌおよび右転舵ＥＣＵ２０３Ｒの電気的構成を説明するためのブロック図である。図９において、前述の図２の各部に対応する部分には図２と同じ符号を付して示す。
【００５０】
反力ＥＣＵ２０２の電気的構成は、図２の反力ＥＣＵ２０２の電気的構成と同様である。ただし、図２の反力ＥＣＵ２０２では、上位ＥＣＵ２０１に設定される自動操舵角指令値θａｄが切替部４３に入力されているが、図９の反力ＥＣＵ２０２では、自動操舵角指令値θａｄに代わって、α乗算部４６ で係数αが乗じられた左自動操舵角指令値θＬａｄが切替部４３に入力される。係数αは、左自動操舵角指令値θＬａｄに対応する適切なハンドル角（第２軸９の回転角）を得るための、左自動操舵角指令値θＬａｄに対するハンドル角の比である。 そして切替部４３は、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されているときには、係数αが乗じられた左自動操舵角指令値θＬａｄを、反力用統合角度指令値演算部４４に与える。
【００５１】
左転舵ＥＣＵ２０３Ｌの電気的構成は、図２の転舵ＥＣＵ２０３の電気的構成と同様であるので、図２の転舵ＥＣＵ２０３に対応する各部には、図２の符号にＬを付して示す。同様に、右転舵ＥＣＵ２０３Ｒの電気的構成は、図２の転舵ＥＣＵ２０３の電気的構成と同様であるので、図２の転舵ＥＣＵ２０３に対応する各部には、図２の符号にＲを付して示す。
【００５２】
左転舵ＥＣＵ２０３Ｌ内の転舵用統合角度指令値演算部８１Ｌは、上位ＥＣＵ２０１によって設定される左自動操舵角指令値θＬａｄに、反力ＥＣＵ２０２内の手動操舵角指令値設定部４１によって設定される手動操舵角指令値θｍｄを加算して、左転舵用統合角度指令値θＬｓｃｍｄを演算する。転舵用角度制御部８２Ｌは、左転舵用統合角度指令値θＬｓｃｍｄに基づいて、左転舵モータ１９Ｌを角度制御する。より具体的には、転舵用角度制御部８２Ｌは、転舵角θＬｓｐ（左転舵機構４Ｌにおける回転角）が左転舵用統合角度指令値θＬｓｃｍｄに近づくように、駆動回路７１Ｌを駆動制御する。
【００５３】
右転舵ＥＣＵ２０３Ｒ内の転舵用統合角度指令値演算部８１Ｒは、上位ＥＣＵ２０１によって設定される右自動操舵角指令値θＲａｄに、反力ＥＣＵ２０２内の手動操舵角指令値設定部４１によって設定される手動操舵角指令値θｍｄを加算して、右転舵用統合角度指令値θＲｓｃｍｄを演算する。転舵用角度制御部８２Ｒは、右転舵用統合角度指令値θＲｓｃｍｄに基づいて、右転舵モータ１９Ｒを角度制御する。より具体的には、転舵用角度制御部８２Ｒは、転舵角θＲｓｐ（右転舵機構４Ｒにおける回転角）が右転舵用統合角度指令値θＲｓｃｍｄに近づくように、駆動回路７１Ｒを駆動制御する。
【００５４】
ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されている場合には、係数αが乗じられた左自動操舵角指令値θＬａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて反力用統合角度指令値θｒｃｍｄが演算され、この反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて反力モータ１３が制御される。
また、左自動操舵角指令値θＬａｄにα除算部４７ において係数αで除された手動操舵角指令値θｍｄが加算されて左転舵用統合角度指令値θＬｓｃｍｄが演算され、この左転舵用統合角度指令値θＬｓｃｍｄに基づいて左転舵モータ１９Ｌが制御される。また、右自動操舵角指令値θＲａｄにα除算部４７において係数αで除された手動操舵角指令値θｍｄが加算されて右転舵用統合角度指令値θＲｓｃｍｄが演算され、この右転舵用統合角度指令値θＲｓｃｍｄに基づいて右転舵モータ１９Ｒが制御される。
【００５５】
これにより、自動操舵制御中において、反力モータ１３、左転舵モータ１９Ｌおよび右転舵モータ１９Ｒに、運転者の意図を即座に反映させることができる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御（転舵制御および反力制御（ハンドル角制御））を行いながら、手動操舵が可能な協調制御を実現できる。また、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、手動操作を行う際に運転者に違和感を与えない。
【００５６】
ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していないと判定されている場合には、反力用統合角度指令値演算部４４には、左転舵用統合角度指令値θＬｓｃｍｄとして、零が与えられる。したがって、この場合には、反力モータ１３は、手動操舵角指令値θｍｄのみからなる反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて制御される。この場合、手動操舵角指令値θｍｄは、ほぼ零であるので、自動操舵中においてステアリングホイール２が中立位置に固定される。これにより、運転者がステアリングホイール２を把持していない状態において、自動操舵によってステアリングホイール２が回転して、運転者がステアリングホイール２に巻き込まれるといった事態を回避することができる。
【００５７】
前述の第１実施形態では、反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３には、上位ＥＣＵ２０１から同じ自動操舵角指令値θａｄが与えられている。しかし、上位ＥＣＵ２０１は、反力モータ１３用の自動操舵角指令値と、転舵モータ１９用の自動操舵角指令値とを個別に設定し、対応するＥＣＵ２０２，２０３に与えるようにしてもよい。
同様に、前述の第２実施形態では、反力ＥＣＵ２０２および左転舵ＥＣＵ２０３Ｌには、上位ＥＣＵ２０１から同じ左自動操舵角指令値θＬａｄが与えられている。しかし、上位ＥＣＵ２０１は、反力モータ１３用の自動操舵角指令値と、左転舵モータ１９Ｌの自動操舵角指令値とを個別に設定し、対応するＥＣＵ２０２，２０３Ｌに与えるようにしてもよい。
【００５８】
なお、この発明は、例えば、前輪および後輪がそれぞれ独立転舵される４輪操舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、前輪および後輪のそれぞれに転舵ＥＣＵが設けられる。また、４つの車輪がそれぞれ独立転舵される４輪独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、車輪ごとに転舵ＥＣＵが設けられる。
【００５９】
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ…操舵装置、２…ステアリングホイール、３，３Ｌ，３Ｒ…転舵輪、４，４Ｌ，４Ｒ…転舵機構、５…ステアリングシャフト、７…第１軸、８…トーションバー、９…第２軸、１１…トルクセンサ、１３…反力モータ、１４…回転角センサ、１９，１９Ｌ，１９Ｒ…転舵モータ、２０，２０Ｌ，２０Ｒ…回転角センサ、４１…手動操舵角指令値設定部、４２…ハンズオンオフ判定部、４３…切替部、４４…反力用統合角度指令値演算部、４５…角度制御部、８１，８１Ｌ，８１Ｒ…転舵用統合角度指令値演算部、８２，８２Ｌ，８２Ｒ…転舵用角度制御部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…反力ＥＣＵ，２０３，２０３Ｌ，２０３Ｒ…転舵ＥＣＵ
【図１】
2020132008.tif 000003
【図２】
2020132008.tif 000004
【図３】
2020132008.tif 000005
【図４】
2020132008.tif 000006
【図５】
2020132008.tif 000007
【図６】
2020132008.tif 000008
【図７】
2020132008.tif 000009
【図８】
2020132008.tif 000010
【図９】
2020132008.tif 000011