(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作される操作部材と、
その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、
その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その操舵用アクチュエータの動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪に伝達する手段と、
その操作部材に作用する制御トルクを発生する操作用アクチュエータと、
その制御トルクとドライバーによる前記操作部材の操作トルクとを重畳した負荷トルクを求める手段と、
その負荷トルクの作用による操作部材の操作角を求める手段と、
その求めた負荷トルクと操作角とに応じた目標ヨーレートを、その負荷トルクと操作角と目標ヨーレートとの間の記憶した関係に基づき演算する手段と、
車両の挙動変化に対応する挙動指標値として、少なくとも車両のヨーレートを含む値を求める手段と、
その求めたヨーレートが前記目標ヨーレートに追従するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段と、
その求めた挙動指標値に応じた前記操作部材の目標操作角を、その挙動指標値と目標操作角との間の記憶した関係に基づき演算する手段と、
その演算した目標操作角に前記求めた操作角が追従するように、前記操作用アクチュエータを制御する手段とを備える車両用操舵装置。
【請求項２】
前記挙動指標値としてヨーレートに加えて横加速度と車速とが求められ、
前記目標操作角は、その横加速度を車速で除した値に対応する成分と、ヨーレートの値に対応する成分とを有し、
その目標操作角におけるヨーレートに対応する成分の比率は、車速に応じて変化する請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
その目標操作角における横加速度を車速で除した値に対応する成分と、ヨーレートの値に対応する成分とが等しくなる時の車速が、設定変更可能とされている請求項２に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、舵角が変化するようにその車輪に伝達する。このようなステアバイワイヤシステムを採用した車両において、車両挙動が安定化するように、その操作部材の操作量に応じた目標ヨーレートを演算し、その目標ヨーレートが実際のヨーレートに一致するように操舵用アクチュエータを制御することが提案されている。
【０００３】
図１３は、従来のステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置の制御ブロック線図の一例を示す。
その制御ブロック線図において、Ｋ１は、操作部材１０１の操作角δｈに対する目標ヨーレートγ* のゲインであり、操舵装置は記憶したγ* ＝Ｋ１・δｈの関係と、センサにより検出した操作角δｈとから目標ヨーレートγ* を演算する。Ｋ２は、目標ヨーレートγ* と車両１００の実際のヨーレートγとの偏差に対する目標舵角δ* のゲインであり、操舵装置は記憶したδ* ＝Ｋ２・（γ* −γ）の関係と、演算した目標ヨーレートγ* と、センサにより検出したヨーレートγとから目標舵角δ* を演算する。そのゲインＫ２は車速Ｖの関数とされ、高車速での安定性確保のために車速Ｖの増大に伴いゲインＫ２は減少するように設定される。Ｇａは目標舵角δ* と実際の車両の舵角δとの偏差に対する操舵用アクチュエータ１０２の目標駆動電流ｉａ* の伝達関数であり、操舵装置は記憶したｉａ* ＝Ｇａ・（δ* −δ）の関係と、演算した目標舵角δ* と、センサにより検出した舵角δとから目標駆動電流ｉａ* を演算する。その伝達関数Ｇａは、例えば比例積分（ＰＩ）制御が行われるように設定される。Ｋ３は操作部材１０１の操作角δｈに対する目標操作トルクＴｈ* のゲインであり、操舵装置は記憶したＴｈ* ＝Ｋ３・δｈの関係と、センサにより検出した操作角δｈとから目標操作トルクＴｈ* を演算する。Ｇｂは目標操作トルクＴｈ* と実際の操作トルクＴｈとの偏差に対する操作用アクチュエータ１０３の目標駆動電流ｉｂ* の伝達関数であり、操舵装置は記憶したｉｂ* ＝Ｇｂ・（Ｔｈ* −Ｔｈ）の関係と、演算した目標操作トルクＴｈ* と、センサにより検出した操作トルクＴｈとから目標駆動電流ｉｂ* を演算する。その伝達関数Ｇｂは、例えば比例積分（ＰＩ）制御が行われるように設定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、路面凍結等により路面と車輪との間の摩擦係数が低下したような場合や、タイヤ横力が限界に至ったような場合、車両の実際のヨーレートγが増加しないため、操作トルクＴｈを増大するとヨーレートγが目標ヨーレートγ* に達することのない飽和状態になり、舵角δが発散して車両挙動が不安定になるおそれがある。
【０００５】
すなわち、図１４の（１）、（２）は、上記従来のステアバイワイヤシステムを構成する操舵装置において、車速６０ｋｍ／時で走行する車両における時間ｔ１〜ｔ２（０．５〜５秒）での２．７Ｎ・ｍの操作トルクＴｈのステップ入力に対するヨーレートγと目標ヨーレートγ* と舵角δの時間変化を示すシミュレーション結果の一例であり、車両と路面との間の摩擦係数はｔ３（２．５秒）までは１とし、その後は０．１とした。その摩擦係数の低下によりヨーレートγと目標ヨーレートγ* との偏差が拡大して舵角δが発散するのが示されている。
【０００６】
また、図１５の（１）、（２）は、上記従来のステアバイワイヤシステムを構成する操舵装置において、車速２０ｋｍ／時で走行する場合の操作トルク入力に対するヨーレートγの周波数応答シミュレーションの一例を示すボード線図を示す。また、図１５の（３）、（４）は、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結された従前の操舵装置において、車速２０ｋｍ／時で走行する場合の操作トルク入力に対するヨーレートγの周波数応答シミュレーションの一例を示すボード線図である。図１５の（１）〜（４）より、従来のステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置においては、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結された操舵装置に比べて、低速走行時は操作トルク入力に対するヨーレートの応答性が低下するのが示されている。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用操舵装置は、回転操作される操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その操舵用アクチュエータの動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪に伝達する手段と、その操作部材に作用する制御トルクを発生する操作用アクチュエータと、その制御トルクとドライバーによる前記操作部材の操作トルクとを重畳した負荷トルクを求める手段と、その負荷トルクの作用による操作部材の操作角を求める手段と、その求めた負荷トルクと操作角とに応じた目標ヨーレートを、その負荷トルクと操作角と目標ヨーレートとの間の記憶した関係に基づき演算する手段と、車両の挙動変化に対応する挙動指標値として、少なくとも車両のヨーレートを含む値を求める手段と、その求めたヨーレートが前記目標ヨーレートに追従するように、前記操舵用アクチュエータを制御する手段と、その求めた挙動指標値に応じた前記操作部材の目標操作角を、その挙動指標値と目標操作角との間の記憶した関係に基づき演算する手段と、その演算した目標操作角に前記求めた操作角が追従するように、前記操作用アクチュエータを制御する手段とを備える。
本発明の構成によれば、ドライバーにより入力される操作トルクに、操作用アクチュエータにより出力される制御トルクを畳重した負荷トルクによって、操作部材に操作角が生じる。その制御トルクは、その操作角と目標操作角との偏差をなくすように作用する。よって、その操作角が目標操作角に達していない場合、その制御トルクは操作部材の操作補助力として作用し、目標操作角を超えている場合、その制御トルクは操作部材の操作反力として作用する。
その操作角と負荷トルクとに応じた目標ヨーレートにヨーレートが追従するように操舵用アクチュエータが制御される。その操舵用アクチュエータの制御によりヨーレートを含む車両挙動指標値が変化する。そのヨーレートを含む車両挙動指標値に目標操作角は対応し、その操作角は目標ヨーレートに対応する。
よって、ヨーレートが目標ヨーレートに達していない場合、操作角は目標操作角を超えるので、上記のように操作反力が作用する。これにより、路面と車輪との間の摩擦係数の低下や、タイヤ横力が限界に至ったため、操作トルクを増大させてもヨーレートが増加しない場合、操作反力を作用させることができる。この時、ドライバーが操作トルクをさらに増大させても、その操作反力の増大により操作トルクの増大を相殺でき、操作部材に作用する負荷トルクを略一定に保つことができ、負荷トルクと操作角に応じた目標ヨーレートが増大することはない。すなわち、その操作反力により操作角および負荷トルク、ひいては目標ヨーレートを抑制できるので、舵角が発散するのを防止し、車両挙動を安定化させることができる。また、操作入力に対する操舵用アクチュエータの応答遅れにより、ヨーレートの目標ヨーレートへの追従遅れが生じた場合、やはり操作反力が作用するので、その操舵用アクチュエータの作動遅れによる違和感を緩和でき、操舵フィーリングを向上できる。
【０００９】
前記挙動指標値としてヨーレートに加えて横加速度と車速とが求められ、前記目標操作角は、その横加速度を車速で除した値に対応する成分と、ヨーレートの値に対応する成分とを有し、その目標操作角におけるヨーレートに対応する成分の比率は、車速に応じて変化するのが好ましい。さらに、車速の増大により増大するのが好ましい。
これにより、挙動指標値に対応する目標操作角に応じた制御において、低車速では横加速度の影響を大きくし、車速の増大に伴いヨーレートの影響を大きくすることで、低車速ではヨーレートが小さくなるという車両挙動特性に対応した制御を行うことができる。
さらに、その目標操作角における横加速度を車速で除した値に対応する成分と、ヨーレートの値に対応する成分とが等しくなる時の車速が、設定変更可能とされることにより、より車両挙動特性に対応した制御を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するように操舵用前方左右車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【００１１】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、その車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１２】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その操作部材１に作用する制御トルクを発生する操作用アクチュエータ１９が設けられている。その操作用アクチュエータ１９は、その回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１３】
その操作部材１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。上記操作用アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していない時、その弾力により操作部材１は直進操舵位置に復帰できる。
【００１４】
その制御トルクとドライバーによる操作部材１の操作トルクとを重畳した負荷トルクの作用による操作部材１の操作角として、その回転シャフト１０の操作角を検出する角度センサ１１が設けられている。
その操作部材１に車両のドライバーが作用させる操作トルクとして、その回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。
車両の舵角を検出する舵角センサ１３が、その舵角に対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。
車両の挙動変化に対応する車両の挙動指標値として車速を検出する速度センサ１４が設けられている。
その挙動指標値として横加速度を検出する横加速度センサ１５が設けられている。
その挙動指標値としてヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６が設けられている。
その操作用アクチュエータ１９が発生する制御トルクＴｍに対応する値として、その操作用アクチュエータ１９の負荷電流を検出する電流センサ１９ａが設けられている。
【００１５】
その角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、横加速度センサ１５、ヨーレートセンサ１６、電流センサ１９ａは、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。その制御装置２０は、駆動回路２２、２３を介して操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９を制御する。
【００１６】
図２は上記構成の制御ブロック線図を示し、図中記号は以下の通りである。
δｈ：操作部材１の操作角
δｈ* ：操作部材１の目標操作角
δ：舵角センサ１３により検出される舵角
δ* ：目標舵角
Ｔｈ：トルクセンサ１２により検出されるドライバーの操作トルク
Ｔｍ：操作用アクチュエータ１９が発生する制御トルク
Ｔ：操作部材１の負荷トルク
γ* ：目標ヨーレート
γ：ヨーレートセンサ１６により検出される車両のヨーレート
Ｖ：速度センサ１４により検出される車速
Ｇｙ：横加速度センサ１５により検出される車両の横加速度
ｉｓ* ：操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流
ｉｔ* ：操作用アクチュエータ１９の目標駆動電流
【００１７】
その制御装置２０は、その操作トルクＴｈと制御トルクＴｍとを重畳した負荷トルクＴを演算する。その操作トルクＴｈは上記トルクセンサ１２により検出され、その制御トルクＴｍは上記電流センサ１９ａにより検出される負荷電流に基づき演算される。
【００１８】
その制御装置２０は、その負荷トルクＴと操作角δｈと目標ヨーレートγ* との間の予め定められた関係を記憶し、その記憶した関係に基づき、上記演算した負荷トルクＴと、検出操作角δｈとに応じた目標ヨーレートγ* を演算する。本実施形態では、その予め定められた関係は、Ｋγ、Ｋｔを比例係数として、以下の関係式として記憶される。
γ* ＝Ｋγ・（Ｋｔ・Ｔ＋δｈ）
その比例係数Ｋγ、Ｋｔは最適な制御を行えるように設定される。
【００１９】
その制御装置２０は、その目標ヨーレートγ* とヨーレートγと目標舵角δ* との間の予め定められた関係を記憶し、その記憶した関係に基づき、上記演算した目標ヨーレートγ* と、検出ヨーレートγとに応じた目標舵角δ* を演算する。本実施形態では、その予め定められた関係は、目標ヨーレートγ* と検出ヨーレートγとの偏差（γ* −γ）に対する目標舵角δ* の伝達関数Ｇ１とされ、Ｋａを比例ゲイン、Ｋｂを積分ゲイン、ｓをラプラス演算子として、ＰＩ制御がなされるように、Ｇ１＝（Ｋａ＋Ｋｂ／ｓ）とされる。すなわち以下の関係式が制御装置２０に記憶される。
δ* ＝Ｇ１・（γ* −γ）
各ゲインＫａ、Ｋｂは最適な制御を行えるように設定され、本実施形態では車速の関数とされ、高車速での安定性確保のために車速Ｖの増大に伴いゲインＫａ、Ｋｂは減少するように設定される。
【００２０】
その制御装置２０は、その目標舵角δ* と舵角δと操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉｓ* との間の予め定められた関係を記憶し、その記憶した関係に基づき、上記演算した目標舵角δ* と、検出舵角δとに応じた目標駆動電流ｉｓ* を演算する。その目標駆動電流ｉｓ* に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動されることで舵角δが変化する。本実施形態では、その予め定められた関係は、目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差（δ* −δ）に対する目標駆動電流ｉｓ* の伝達関数Ｇ２とされ、Ｋｄを比例ゲイン、Ｋｅを積分ゲイン、ｓをラプラス演算子として、ＰＩ制御がなされるように、Ｇ２＝（Ｋｄ＋Ｋｅ／ｓ）とされる。すなわち以下の関係式が制御装置２０に記憶される。
ｉｓ* ＝Ｇ２・（δ* −δ）
各ゲインＫｄ、Ｋｅは最適な制御を行えるように設定される。
【００２１】
その制御装置２０は、目標操作角δｈ* と車両の挙動指標値であるヨーレートγ、横加速度Ｇｙ、車速Ｖとの間の予め定められた関係を記憶し、その記憶した関係に基づき、検出ヨーレートγと検出横加速度Ｇｙと検出車速Ｖとに応じた目標操作角δｈ* を演算する。本実施形態では、その予め定められた関係は、Ｋδを比例定数、Ｖｏをクロスオーバ速度として、以下の関係式として記憶される。
δｈ* ＝Ｋδ・（Ｇｙ／Ｖ＋Ｖｏ・γ）
すなわち、その目標操作角δｈ* は、その横加速度Ｇｙを車速Ｖで除した値に対応する成分Ｋδ・Ｇｙ／Ｖと、ヨーレートγの値に対応する成分Ｋδ・Ｖｏ・γとを有し、その目標操作角δｈ* におけるヨーレートγに対応する成分の比率は、車速Ｖの増大により増大する。その比例係数Ｋδは最適な制御を行えるように設定される。
【００２２】
そのクロスオーバ速度Ｖｏは制御におけるヨーレート依存率を表す。すなわち、図３において矢印４０で示す方向に車速Ｖで旋回する車両１００に、矢印４１で示す方向に作用する横加速度Ｇｙと、矢印４２で示す方向に作用するヨーレートγとの関係は、車両１００が定常旋回状態であるとみなすと近似的にγ＝Ｇｙ／Ｖである。また、図４の（１）に示すようにオーバーステア状態の横滑りした車両１００や、図４の（２）に示すようにアンダーステア状態の横滑りした車両１００において、その車両１００の前後方向に沿う１点鎖線で示す車体中心線と、横滑りがないとした場合に車両１００が進行する破線で示す方向とがなす角を車両の横滑り角βとした場合、横滑り角βは近似的に（Ｇｙ／Ｖ−γ）の時間積分値、すなわち、β＝∫（Ｇｙ／Ｖ−γ）ｄｔにより求められる。よって、定常旋回状態における車体の横滑り角βが正から負に変わる車速をＶNSとすると、定常状態に至るまでの横滑り角速度ｄβ／ｄｔ（＝Ｇｙ／Ｖ−γ）の符号もＶNSを境に変化する。すなわち過渡状態において、車速がＶNSより低速側ではＧｙ／Ｖ＞γ、高速側ではＧｙ／Ｖ＜γである。従って、その目標操作角δｈ* の演算式においてＶｏ＝１であれば、目標操作角δｈ* に応じた制御は、車速がＶNSよりも低速ではヨーレートよりも横加速度に大きく依存し、車速がＶNSよりも高速では横加速度よりもヨーレートに大きく依存する。例えば、Ｖｏ＝１であれば、車速増大時に目標操作角δｈ* に応じた制御が横加速度依存型からヨーレート依存型に切り替わる車速、すなわち、その目標操作角δｈ* における横加速度Ｇｙを車速Ｖで除した値に対応する成分Ｋδ・Ｇｙ／Ｖと、ヨーレートγの値に対応する成分Ｋδ・Ｖｏ・γとが等しくなる時の車速（以下、ヨーレート依存車速Ｖｃ）がＶNSに等しくなる。また、Ｖｏ＞１であればＶｃ＞ＶNSとなり、Ｖｏ＜１であればＶｃ＜ＶNSとなる。本実施形態では、そのクロスオーバ速度Ｖｏが最適な制御を行えるように設定変更されることで、そのヨーレート依存車速Ｖｃが設定変更可能とされている。
【００２３】
その制御装置２０は、その目標操作角δｈ* と操作角δｈと操作用アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｔ* との間の予め定められた関係を記憶し、その記憶した関係に基づき、上記演算した目標操作角δｈ* と、検出操作角δｈとに応じた目標駆動電流ｉｔ* を演算する。その目標駆動電流ｉｔ* に応じて操作用アクチュエータ１９が駆動されることで制御トルクＴｍが発生する。本実施形態では、その予め定められた関係は、目標操作角δｈ* と検出操作角δｈとの偏差（δｈ* −δｈ）に対する目標駆動電流ｉｔ* の伝達関数Ｇ３とされ、Ｋｇを比例ゲイン、Ｋｈを積分ゲイン、ｓをラプラス演算子として、ＰＩ制御がなされるように、Ｇ３＝（Ｋｇ＋Ｋｈ／ｓ）とされる。これにより以下の式が成立する。すなわち以下の関係式が制御装置２０に記憶される。
ｉｔ* ＝Ｇ３・（δｈ* −δｈ）
各ゲインＫｇ、Ｋｈは最適な制御を行えるように設定される。各ゲインＫｇ、Ｋｈを車速の関数とし、車速Ｖの増大に伴いゲインＫｇ、Ｋｈが増大するように設定し、高速時に操作部材１を操作するのに要する操作トルクＴｈを大きくすることで、安定性の向上を図るようにしてもよい。
【００２４】
図５のフローチャートを参照して上記制御装置２０による制御手順を説明する。まず、各センサによる検出データを読み込む（ステップ１）。次に、求めた操作トルクＴｈと制御トルクＴｍとを重畳した負荷トルクＴを演算し（ステップ２）、その演算した負荷トルクＴと求めた操作角δｈとに応じた目標ヨーレートγ* を、記憶したγ* ＝Ｋγ・（Ｋｔ・Ｔ＋δｈ）の関係から演算する（ステップ３）。その演算した目標ヨーレートγ* と求めたヨーレートγとの偏差に応じた目標舵角δ* を、記憶したδ* ＝Ｇ１・（γ* −γ）の関係から演算する（ステップ４）。その演算した目標舵角δ* と求めた舵角δとの偏差に応じた操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉｓ* を、記憶したｉｓ* ＝Ｇ２・（δ* −δ）の関係から演算し（ステップ５）、舵角δが目標舵角δ* に対応するように、その目標駆動電流ｉｓ* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動する。これにより、その求めたヨーレートγが目標ヨーレートγ* に追従するように操舵用アクチュエータ２が制御される（ステップ６）。次に、求められたヨーレートγと横加速度Ｇｙと車速Ｖとに応じた目標操作角δｈ* を、記憶したδｈ* ＝Ｋδ・（Ｇｙ／Ｖ＋Ｖｏ・γ）の関係から演算する（ステップ７）。その演算した目標操作角δｈ* と求めた操作角δｈとの偏差に応じた操作用アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｔ* を、記憶したｉｔ* ＝Ｇ３・（δｈ* −δｈ）の関係から演算し（ステップ８）、その目標駆動電流ｉｔ* に応じて操作用アクチュエータ１９を駆動することで制御トルクＴｍを発生させる。これにより、その求めた操作角δｈが演算した目標操作角δｈ* に追従するように操作用アクチュエータ１９が制御される（ステップ９）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１０）、終了しない場合はステップ１に戻る。
【００２５】
上記構成におけるＫγ、Ｋδの設定例を説明する。目標ヨーレートγ* と実際の検出されるヨーレートγとが一致し、目標操作角δｈ* と実際の検出される操作角δｈとが一致している定常旋回状態では、上記のγ* ＝Ｋγ・（Ｋｔ・Ｔ＋δｈ）、およびδｈ* ＝Ｋδ（Ｇｙ／Ｖ＋ＶO ・γ）の関係式から、以下の式（１）、（２）が成立する。
γ＝Ｋγ・（Ｋｔ・Ｔ＋δｈ）                    （１）
δｈ＝Ｋδ・（Ｇｙ／Ｖ＋ＶO ・γ）              （２）
また、定常旋回状態では、操作部材１を直進操舵位置に復帰させる弾性部材３０のばね定数をＫS として、近似的にＴ＝ＫS ・δｈ、Ｇｙ／Ｖ＝γであるから、これら２式を上記式（１）、（２）に代入すると以下の式（３）、（４）が成立する。
γ＝Ｋγ・（Ｋｔ・ＫS ＋１）・δｈ              （３）
δｈ＝Ｋδ・（ＶO ＋１）・γ                    （４）
これにより、例えば、ＫS ＝３．１８３Ｎ・ｍ／ｒａｄ、Ｋｔ＝０．５、ＶO ＝１．０、γ／δｈ＝０．２２２２とすると、式（３）、（４）より、Ｋγ＝０．０８５７、Ｋδ＝２．２５に設定される。この場合、式（１）より、操作量がπ／２ｒａｄでヨーレートがπ／９ｒａｄ／ｓｅｃとなる時の負荷トルクＴは５Ｎ・ｍとなる。
【００２６】
図６の（１）〜図８の（３）は、上記構成の操舵装置における負荷トルクに対するヨーレートγの周波数応答シミュレーションの一例を示すボード線図とナイキスト線図であり、図６の（１）〜（３）は車速が２０ｋｍ／時、図７の（１）〜（３）は車速が６０ｋｍ／時、図８の（１）〜（３）は車速が１００ｋｍ／時の場合を示す。
ここで、操作部材１の慣性モーメントＩｓ＝０．０４ｋｇ・ｍ2 、粘性抵抗Ｃｓ＝１．０Ｎ・ｍ・ｓｅｃ、弾性部材３０のバネ定数Ｋｓ＝３．１８３Ｎ・ｍ／ｒａｄとした。
また、伝達関数Ｇ１＝Ｇδ・（０．１＋５／ｓ）であって車速２０ｋｍ／ｈの時にＧδ＝０．２８、車速６０ｋｍ／ｈの時にＧδ＝０．１９、車速１００ｋｍ／ｈの時にＧδ＝０．１６５とし、伝達関数Ｇ３＝Ｋｔ・（３＋１３／ｓ）であって車速２０ｋｍ／ｈの時にＫｔ＝０．０５、車速６０ｋｍ／ｈの時にＫｔ＝０．６、車速１００ｋｍ／ｈの時にＫｔ＝１．０とした。なお、操作用アクチュエータ１９には遅れはないものとした。
【００２７】
図９の（１）〜（３）、図１０の（１）〜（３）は、図１１に示す比較例のシミュレーションモデルにおける、目標ヨーレートγ* に対するヨーレートγの周波数応答シミュレーションの一例を示すボード線図とナイキスト線図であり、図９の（１）〜（３）は車速が６０ｋｍ／時、図１０の（１）〜（３）は車速が１００ｋｍ／時の場合を示す。そのシミュレーションモデルにおいて、Ｇは目標ヨーレートγ* と実際の車両のヨーレートγとの偏差に対する舵角δの伝達関数であり、その伝達関数Ｇは比例積分（ＰＩ）制御が行われるように設定され、ここではＧ＝０．１＋５／ｓとされる。
【００２８】
図６の（１）、（２）、図７の（１）、（２）、図８の（１）、（２）のボード線図と、図９の（１）、（２）、図１０の（１）、（２）のボード線図とを比較すると、本発明に基づき操作部材１に作用する負荷トルクＴを制御して目標ヨーレートγ* を設定した場合の操作トルクＴｈに対するヨーレートγの応答性は、そのような操作部材１に作用する負荷トルクを制御することなく設定された目標ヨーレートγ* に対するヨーレートγの応答性と殆ど差がない。すなわち、操作部材１に作用する負荷トルクＴを制御しても応答性を低下させることはない。一方、図６の（３）、図７の（３）、図８の（３）のナイキスト線図と、図９の（３）、図１０の（３）のナイキスト線図とを比較すると、操作部材１に作用する負荷トルクＴの制御により安定性が大幅に向上している。
【００２９】
図１２の（１）、（２）は、上記構成の操舵装置において、車速６０ｋｍ／時で走行する車両における時間ｔ１〜ｔ２（０．５〜５秒）間での２．７Ｎ・ｍの操作トルクＴｈのステップ入力に対するヨーレートγと目標ヨーレートγ* と舵角δと操作角δｈの時間変化を示すシミュレーション結果の一例であり、車両と路面との間の摩擦係数はｔ３（２．５秒）までは１とし、その後は０．１とした。その摩擦係数の変化によりヨーレートγが低下した時、そのヨーレートγに対応する目標操作角δｈ* と操作角δｈの偏差をなくすように制御トルクＴｍを制御することで、操作角δｈが小さくなるように修正され、ヨーレートγと目標ヨーレートγ* との偏差が拡大することなく、舵角の発散が防止されるのが示されている。
【００３０】
上記構成によれば、ドライバーにより入力される操作トルクＴｈに、操作用アクチュエータ１９により出力される制御トルクＴｍを畳重した負荷トルクＴによって、操作部材１に操作角δｈが生じる。その制御トルクＴｍは、その操作角δｈと目標操作角δｈ* との偏差をなくすように作用する。よって、その操作角δｈが目標操作角δｈ* に達していない場合、その制御トルクＴｍは操作部材１の操作補助力として作用し、目標操作角δｈ* を超えている場合、その制御トルクＴｍは操作部材１の操作反力として作用する。
また、その操作角δｈと負荷トルクＴとに応じた目標ヨーレートγ* にヨーレートγが追従するように操舵用アクチュエータ２が制御される。その操舵用アクチュエータ２の制御によりヨーレートγと横加速度Ｇｙとが変化する。そのヨーレートγと横加速度Ｇｙに目標操作角δｈ* が対応し、その操作角δｈは目標ヨーレートγ* に対応する。
よって、ヨーレートγが目標ヨーレートγ* に達していない場合、操作角δｈは目標操作角δｈ* を超えるので、上記のように操作反力が作用する。これにより、路面と車輪との間の摩擦係数の低下や、タイヤ横力が限界に至ったため、操作トルクＴｈを増大させてもヨーレートγが増加しない場合、操作反力を作用させることができる。この時、ドライバーが操作トルクＴｈをさらに増大させても、その操作反力の増大により操作トルクＴｈの増大を相殺でき、操作部材１に作用する負荷トルクＴを略一定に保つことができ、負荷トルクＴと操作角δｈに応じた目標ヨーレートγ* が増大することはない。すなわち、その操作反力により操作角δｈおよび負荷トルクＴ、ひいては目標ヨーレートγ* を抑制できるので、舵角δが発散するのを防止し、車両挙動を安定化させることができる。また、操舵用アクチュエータ２の作動遅れにより、ヨーレートγの目標ヨーレートγ* への追従遅れが生じた場合、やはり操作反力が作用するので、その操舵用アクチュエータ２の作動遅れによる違和感を緩和し、操舵フィーリングを向上できる。
さらに、目標操作角δｈ* に応じた制御において、低車速では横加速度の影響を大きくし、車速の増大に伴いヨーレートの影響を大きくすることで、低車速ではヨーレートが小さくなるという車両挙動特性に対応した制御を行うことができる。さらに、その目標操作角δｈ* における横加速度Ｇｙを車速Ｖで除した値に対応する成分と、ヨーレートγの値に対応する成分とが等しくなる時の車速Ｖｃが、クロスオーバ速度Ｖｏを変更することで設定変更可能とされているので、より車両挙動特性に対応した制御を行うことができる。
【００３１】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、設定車速以上では目標操作角をヨーレートのみに応じて設定すると共に、ヨーレートが殆ど発生しない設定車速未満では目標舵角と目標操作角を操作角のみに応じて設定して操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータとを制御してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ステアバイワイヤシステムを採用した車両において、操作部材に作用するトルクを車両挙動に応じて制御し、そのトルクに応じて車両の目標ヨーレートを設定することで、車両挙動が不安定になったり操舵フィーリングが低下するのを防止する車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の操舵装置の制御ブロック線図
【図３】定常円旋回状態の車両状態を示す図
【図４】（１）はオーバーステア状態の横滑りした車両を示す図、（２）はアンダーステア状態の横滑りした車両を示す図
【図５】本発明の実施形態の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の実施形態の操舵装置における車速が２０ｋｍ／時での操作トルク入力に対するヨーレートの応答を示す（１）、（２）はボード線図、（３）はナイキスト線図
【図７】本発明の実施形態の操舵装置における車速が６０ｋｍ／時での操作トルク入力に対するヨーレートの応答を示す（１）、（２）はボード線図、（３）はナイキスト線図
【図８】本発明の実施形態の操舵装置における車速が１００ｋｍ／時での操作トルク入力に対するヨーレートの応答を示す（１）、（２）はボード線図、（３）はナイキスト線図
【図９】比較例のシミュレーションモデルにおける車速が６０ｋｍ／時での目標ヨーレートγ* に対するヨーレートγの応答を示す（１）、（２）はボード線図、（３）はナイキスト線図
【図１０】比較例のシミュレーションモデルにおける車速が１００ｋｍ／時での目標ヨーレートγ* に対するヨーレートγの応答を示す（１）、（２）はボード線図、（３）はナイキスト線図
【図１１】比較例のシミュレーションモデルの制御ブロック線図
【図１２】本発明の実施形態の操舵装置における操作トルクのステップ入力に対する（１）はヨーレートと目標ヨーレートの時間変化を示す図、（２）は舵角と操作部材の操作角の時間変化を示す図
【図１３】従来の操舵装置の制御ブロック線図
【図１４】従来の操舵装置における操作トルクのステップ入力に対する（１）はヨーレートと目標ヨーレートの時間変化を示す図、（２）は舵角の時間変化を示す図
【図１５】（１）、（２）は、従来のステアバイワイヤシステムを構成する操舵装置における車速が２０ｋｍ／時での操作トルク入力に対するヨーレートの応答を示すボード線図、（３）、（４）は、ステアリングホイールと車輪とが機械的に連結された操舵装置において、車速２０ｋｍ／時での操作トルク入力に対するヨーレートの応答を示すボード線図
【符号の説明】
１  操作部材
２  操舵用アクチュエータ
３  ステアリングギヤ
４  車輪
１１  角度センサ
１２  トルクセンサ
１３  舵角センサ
１４  速度センサ
１５  横加速度センサ
１６  ヨーレートセンサ
１９  操作用アクチュエータ
１９ａ  電流センサ
２０  制御装置
【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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