(57)【要約】【課題】  車両の定常旋回時や低速時の走行において方位角フィードバック制御の操縦方法の操作負担を軽減し、運転者に容易な操縦を可能とする車両用操舵装置を提供する。【解決手段】  運転者が操作を行う操作素子１１と、操作素子１１の操作量を検出する操作量検知部１３と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータ１９と、操作素子１１の操作量に応じて転舵アクチュエータ１９を駆動させる制御装置２２とを備える車両用操舵装置において、制御装置２２は、操作量に応じて目標方位角を設定し、目標方位角に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる目標方位角設定用制御部３０と、操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、目標タイヤ角に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる目標タイヤ角設定用制御部３１と、車両の走行条件に応じて目標方位角設定用制御部３０と目標タイヤ角設定用制御部３１のいずれかに切り換える切換部３２とを備える。【選択図】  図２
2006248308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が操作を行う操作素子と、前記操作素子の操作量を検出する操作量検知手段と、
タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、前記操作素子の前記操作量に応じて前記転舵アクチュエータを駆動させる制御手段とを備える車両用操舵装置において、
前記制御手段は、
前記操作量に応じて目標方位角を設定し、前記目標方位角に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動させる目標方位角設定用制御手段と、
前記操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、前記目標タイヤ角に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動させる目標タイヤ角設定用制御手段と、
車両の走行条件に応じて前記目標方位角設定用制御手段と前記目標タイヤ角設定用制御手段のいずれかに切り換える切換手段とを備える、
ことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記切換手段は、前記車両が所定時間を超えて旋回状態にあるとき、前記目標方位角設定用制御手段から前記目標タイヤ角設定用制御手段に切り換えることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記切換手段は、前記操作素子の操舵トルクが０になる時点で前記目標タイヤ角設定用制御手段から前記目標方位角設定用制御手段に切り換えることを特徴とする請求項２記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記切換手段は、低速時や発進時に前記目標方位角設定用制御手段から前記目標タイヤ角設定用制御手段に切り換えることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
運転者が操作を行う操作素子と、前記操作素子の操作量を検出する操作量検知手段と、
タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、車両進行方向を検出する車両進行方向検出手段と、前記操作素子の前記操作量に応じた目標方位角と前記車両進行方向に基づく方位角フィードバック制御とによって前記転舵アクチュエータを駆動させる制御手段とを備える車両用操舵装置において、
前記制御手段は、
前記操作量に応じて前記目標方位角を設定する目標方位角設定手段と、
前記車両進行方向検出手段により検出された前記車両進行方向に基づいて車両方位角を演算する方位角演算手段と、
前記方位角演算手段から出力される前記車両方位角にゲイン係数を乗算して乗算方位角を出力する方位角ゲイン手段と、
前記目標方位角と前記乗算方位角の差に基づいて前記転舵アクチュエータを駆動させる駆動手段と、
車両の走行条件に応じて前記ゲイン係数を変化させるゲイン可変手段とを備える、
ことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】
前記ゲイン可変手段は、前記方位角ゲイン手段の前記ゲイン係数を０に設定してタイヤ角制御と同等な制御を実行させ、前記ゲイン係数を０以外の値に設定して前記方位角フィードバック制御を実行させることを特徴とする請求項５記載の車両操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用操舵装置に関し、特に、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式の車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンドル等の操作素子の操舵角、すなわち方位指示角で車両の進行方位角を制御するようにした車両用操舵装置については特許文献１に記載された装置が知られている。さらにハンドルの操作に対して車両の向きをより追従性よく、かつ、安定に制御する車両用操舵装置として、特許文献２に記載された装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された操舵装置は、操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取手段を有する装置である。この操舵装置は、運転者の操作により所定の絶対方位を基準とする車両の進行方位角を指示する操向指示手段と、所定の絶対方位を基準とする車両進行方位角を検出する進行方向検知手段を備えている。制御手段は、操向指示手段に指示された進行方位角と進行方向検知手段により検出された車両進行方位角との偏差がゼロになるように動力舵取手段を制御する。
【０００４】
特許文献２に記載された操舵装置は、特許文献１に記載される操舵装置と同様、操向指示手段と、進行方向検知手段と、操向指示手段から入力された進行方向変化量と進行方向検知手段で検出された車両の進行方向変化量との方位角偏差がゼロになるよう操舵機構を制御する制御手段とを備えている。この制御手段は、方位角偏差に基づいて舵角に係る信号を出力する舵角指定手段を備えるとともに、この舵角指定手段は車速の増加に伴い出力する舵角を減少するよう構成している。それにより、さらに操縦性が安定した車両用操舵装置となっている。
【０００５】
上記特許文献１および特許文献２に記載された従来の技術は、運転者の操舵角（方位指示角）に対し、所定の絶対方位を基準とする車両の進行方位角または所定の絶対方位に対する進行方向との偏差がゼロになるように舵取手段を制御するものである。以下、特許文献１および特許文献２で示された操舵装置を「方位角フィードバック制御の操舵装置」と呼ぶことにする。また、現在広く利用されている、運転者の操舵角によってタイヤ角が決まる操舵装置を本願明細書では「タイヤ角制御の操舵装置」と呼ぶことにする。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２３３１７０号公報
【特許文献２】特開平６−９２２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
方位角フィードバック制御の操舵装置では、レーンチェンジのように、進路変更後の方位角が変わらない場合は、ハンドル操舵角はもとに戻る。しかし、右左折時のように方位角が変わる場合は、ハンドル操舵角は、その方位角に対応した角度だけ回転し、そこにそのままの状態で留まる。ハンドル操舵角を一定に維持する限り、いかなる外乱が車両に加わっても、横変位は発生するが、方位角は変わらず、進路を維持することが可能となり、運転者の操舵負担を大幅に軽減することができる。
【０００８】
一方、タイヤ角制御の操舵装置では、一定半径の旋回を行う場合にはハンドル角を一定に維持すればよい。しかし、方位角フィードバック制御の操舵装置では、ハンドル操舵角を定常的に増加しつづけることが必要となる。したがって、現在の操舵系であるタイヤ角制御の操舵装置の操縦に慣れた運転者にとってはこのような継続的な円旋回において今までの操縦方法との違いが大きいため、方位角フィードバック制御の操縦方法に慣れるのに時間がかかるとともに、操作負担も増加する。
【０００９】
また、方位角フィードバック制御の操舵装置では、転舵輪の角度を維持するには、ハンドルを回し続ける必要があるため、車庫入れ時や縦列駐車からの発進時のような転舵輪の大きな角度を必要とする場合には従来の操縦方法に比べ操作負担が増える。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、車両の定常旋回時や低速時の走行において方位角フィードバック制御の操縦方法の操作負担を軽減し、運転者に容易な操縦を可能とする車両用操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る車両用操舵装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される
【００１２】
第１の車両用操舵装置（請求項１に対応）は、運転者が操作を行う操作素子と、操作素子の操作量を検出する操作量検知部と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、操作素子の操作量に応じて転舵アクチュエータを駆動させる制御装置とを備える車両用操舵装置において、制御装置は、操作量に応じて目標方位角を設定し、目標方位角に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる目標方位角設定用制御部と、操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、目標タイヤ角に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる目標タイヤ角設定用制御部と、車両の走行条件に応じて目標方位角設定用制御部と目標タイヤ角設定用制御部のいずれかに切り換える切換部とを備える、ことで特徴づけられる。
【００１３】
上記の構成によれば、車両の走行条件に応じて切換部により目標方位角設定用制御部と目標タイヤ角設定用制御部のいずれかに切り換えられる。それにより、車両の定常旋回時や低速時の走行において方位角フィードバック制御の操縦方法の操作負担を軽減し、運転者に容易な操縦を可能とすることができる。
【００１４】
第２の車両用操舵装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは切換部は、車両が所定時間を超えて旋回状態にあるとき、目標方位角設定用制御部から目標タイヤ角設定用制御部に切り換えることで特徴づけられる。
【００１５】
第３の車両用操舵装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは切換部は、操作素子の操舵トルクが０になる時点で目標タイヤ角設定用制御部から目標方位角設定用制御部に切り換えることで特徴づけられる。
【００１６】
第４の車両用操舵装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは切換部は、低速時や発進時に目標方位角設定用制御部から目標タイヤ角設定用制御部に切り換えることで特徴づけられる。
【００１７】
第５の車両用操舵装置（請求項５に対応）は、運転者が操作を行う操作素子と、操作素子の操作量を検出する操作量検知部と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、車両進行方向を検出する車両進行方向検出部と、操作素子の操作量に応じた目標方位角と車両進行方向に基づく方位角フィードバック制御とによって転舵アクチュエータを駆動させる制御装置とを備える車両用操舵装置において、制御装置は、操作量に応じて目標方位角を設定する目標方位角設定部と、車両進行方向検出部により検出された車両進行方向に基づいて車両方位角を演算する方位角演算部と、方位角演算部から出力される車両方位角にゲイン係数を乗算して乗算方位角を出力する方位角ゲイン部と、目標方位角と乗算方位角の差に基づいて転舵アクチュエータを駆動させる駆動部と、車両の走行条件に応じてゲイン係数を変化させるゲイン可変部とを備える、ことで特徴づけられる。
【００１８】
第６の車両用操舵装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくはゲイン可変部は、方位角ゲイン部のゲイン係数を０に設定してタイヤ角制御と同等な制御を実行させ、ゲイン係数を０以外の値に設定して方位角フィードバック制御を実行させることで特徴づけられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、目標方位角設定用制御部による方位角フィードバック制御によって進路変更後にハンドルを元に戻す必要がなくなる操作負担軽減に加え、定常円旋回時には目標タイヤ角設定用制御部によるタイヤ角制御によって現在広く利用されている操縦方法と同様に、ハンドルを一定に保持すればよくなるので、定常円旋回時の操作負担が増加することはない。さらに、これによって方位角フィードバック制御の操舵装置のハンドル操作とタイヤ角制御の操舵装置のハンドル操作との違いの大きさが低減されるので、現在広く利用されているタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法に慣れた運転者においても違和感が少なく容易に方位角フィードバック制御の操縦を行うことができる。
【００２０】
また、本発明によれば、車庫入れ時のような極低速での走行や、縦列駐車からの発進時においても、ハンドルを回し続ける必要がなくなり、現在広く利用されているタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法と同様にハンドルを保持することで旋回することができる。さらに、これも上記と同様に、方位角フィードバック制御の操舵装置のハンドル操作とタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法との違いの大きさが低減されるので、現在広く利用されているタイヤ角制御の操舵装置の操縦方法に慣れた運転者においても違和感が少なく容易に方位角フィードバック制御の操縦を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置の模式構造図である。車両用操舵装置１０は、ハンドル等の操作素子１１（以下では「ハンドル１１」という）の操舵入力に対して、転舵輪である前側タイヤ２１の転舵角（舵角と同義）を任意に制御できる電子制御式の車両用操舵装置である。
【００２３】
ハンドル１１は、運転者が操作することにより車両の方位角あるいはタイヤ角を変化させるための操作量を入力するものである。例えば、制御装置（ＥＣＵ）２２が、図２で説明する制御切換部３２によって目標方位角設定用制御部３０に接続されているときは、運転者によってハンドル１１を回転させることにより、その回転させた角度により方位角を変化させるための操作量が入力される。また、制御装置２２が制御切換部３２（図２参照）によって目標タイヤ角設定用制御部３１に接続されているときは、運転者によってハンドルを回転させることにより、その回転させた角度によりタイヤ角を変化させるための操作量が入力される。
【００２４】
操作量検出部１３は、ハンドル１１から運転者により入力された操作量を検出し、ハンドル操舵角θを制御装置２２に入力する。すなわち、ロータリエンコーダ等を用いて、操舵軸１２の回転を検出することで、ハンドル１１の所定位置からのハンドル操舵角θに係る信号１３ｓを制御装置２２へ供給するよう構成している。なお、図２で示す制御装置２２が制御切換部３２によって目標方位角設定用制御部３０に接続されているときは、操作量は方位指示角となる。方位指示角は、前述の所定位置を例えば北等の絶対方位、または、現在の車両の進行方位等として、この方位を基準とする方位角度を表す。また、操作量検出部１３は、制御装置２２が制御切換部３２（図２参照）によって目標タイヤ角設定用制御部３１に接続されているときは、操作量は、タイヤ角を変化させるための量となる。
【００２５】
操舵反力発生アクチュエータ１４は、制御装置２２により制御され、ハンドル１１に反力を与えるもので、操舵反力発生アクチュエータ１４には、図示しないギア機構等が備えられ、制御装置２２から供給されるモータ電流１４ｓの大きさに応じた操舵反力を与えるよう構成している。
【００２６】
操舵トルクセンサ１５は、ハンドル１１から入力される操舵トルクを検出し、操舵トルク信号１５ｓを制御装置２２に出力する。
【００２７】
車速センサ１６は、車速Ｖに係る信号１６ｓを制御装置２２へ供給している。進行方向検出部１７はヨーレートジャイロやナビゲーションシステム等を用いて構成し、進行方向に係る信号１７ｓを制御装置２２へ入力している。
【００２８】
車両挙動センサ１８は、ヨーレートや横加速度、車速等の車両挙動状態に関する信号１８ｓを制御装置２２へ入力するものである。
【００２９】
舵角発生部１９は、舵角アクチュエータであり、制御装置２２から出力される操舵駆動信号３９ｓに基づいて前側タイヤ２１を操舵するよう構成している。
【００３０】
転舵角センサ２０は、実舵角を検出し、実舵角に係る信号２０ｓを制御装置２２に出力するものである。
【００３１】
制御装置２２は、ハンドル操舵角θに係る信号１３ｓと、進行方向に係る信号１７ｓ、車速Ｖに係る信号１６ｓと操舵トルクに係る信号１５ｓと実舵角に係る信号２０ｓと車両挙動状態に係る信号１８ｓを入力として、モータ電流の極性ならびに電流値を制御してハンドル１１に操舵反力を与えるとともに、図２に示すように、目標方位角設定用制御部３０と目標タイヤ角設定用制御部３１との切換えを行う。制御装置２２は、切換部４５が目標方位角設定用制御部３０に接続されているときは、ハンドル操舵角θに対応して車両の方位角を制御するように舵角発生部１９を駆動する。また、切換部４５が目標タイヤ角設定用制御部３１に接続されているときは、ハンドル操舵角θに対応してタイヤ角を制御するように舵角発生部１９を駆動する。
【００３２】
図２は、本実施形態の車両用操舵装置における制御装置のブロック構成図である。制御装置２２は、目標方位角設定用制御部３０と目標タイヤ角設定用制御部３１と制御切換部３２と操舵反力制御部３３を備えている。目標方位角設定用制御部３０は、ハンドル１１の操作量に応じて目標方位角を設定し、目標方位角に基づいて舵角発生部１９を駆動させる。目標方位角設定用制御部３０は方位角フィードバック制御を行う。目標タイヤ角設定用制御部３１は、ハンドル１１の操作量に応じて目標タイヤ角を設定し、目標タイヤ角に基づいて舵角発生部１９を駆動させる。目標タイヤ角設定用制御部３１は従来のタイヤ角制御を行う。制御切換部３２は、スイッチ４９からの信号、操舵角センサ４８、操舵トルクセンサ１５、転舵角センサ２０、車両挙動センサ１８、車速センサ１６からの各信号に基づいて、目標方位角設定用制御部３０と目標タイヤ角設定用制御部３１のいずれかに切り換える。なお、操舵角センサ４８の代わりに操作量検出部１３を用いてもよい。
【００３３】
目標方位角設定用制御部３０は、目標方位角設定部３５と偏差演算部３６と実舵角指定部３７と実舵角制御部３８と実舵角駆動部３９と方位角演算部４０と方位角ゲイン部４１からなる。
【００３４】
目標方位角設定部３５は、操作量検出部１３で検出したハンドル操舵角θに係る信号に基づいて目標方位角に係る信号を出力するもので、ハンドル操舵角と目標方位角との比率ｋ１を任意に設定できるよう構成している。比率ｋ１を１．０に設定した場合、ハンドル操舵角と目標方位角は等しくなる。すなわち、ハンドル１１を１８０度回転させた場合、現在の車両の進行方向が北向きであれば目標方位角は南向きに変更される。比率ｋ１を０．５に設定した場合、ハンドル１１を右方向へ１８０度回転させると、目標方位角は車両の進行方向に対して右方向へ９０度（例えば進行方向北向きから東向きに）変化する。
【００３５】
方位角演算部４０は、進行方向検出部１７から出力される信号に基づいて得られた車両の現在の進行方位に係る信号を出力する。方位角ゲイン部４１は、進行方位に係る信号に任意に設定された比率ｋ２を掛けた値を偏差演算部３６に出力する。
【００３６】
偏差演算部３６は、目標方位角設定部３５から出力される目標方位角に係る信号と、進行方位に係る信号に比率ｋ２を掛けた信号との方位角偏差Ｅを求め、方位角偏差に係る信号を実舵角指定部３７へ供給する。
【００３７】
実舵角指定部３７と実舵角制御部３８によって実舵角演算部を構成する。実舵角演算部は、方位角偏差に係る信号と、車速検出部１６で検出した車速Ｖに係る信号とに基づいて、舵角に係る信号を出力する。この実舵角演算部は、例えばＲＯＭ等を用い、各方位角偏差と各車速Ｖとに対応して予め設定した舵角を格納した変換テーブルで構成している。なお、この実舵角演算部は、予め登録した関数式等に基づいて舵角を演算して出力する構成としてもよい。また、切換スイッチ４６が接点Ｂに接続しているときは、切換スイッチ４６からゼロ出力指令信号を受け取り、そのときは、実舵角指定部３７からの出力はゼロとなる。
【００３８】
実舵角駆動部３９は、実舵角演算部から出力される操舵目標値に係る信号に基づいて、舵角発生部１９を駆動する操舵駆動信号を出力するよう構成している。舵角発生部１９はギア機構等を備え、直流モータに供給するモータ電流の極性と電流値に基づいて車両の操舵角を制御する構成の場合、実舵角駆動部３９は、操舵目標値に対応して予め設定した極性で予め設定したモータ電流を供給する。舵角発生部１９がパルスモータ等を用いて構成されている場合、実舵角駆動部３９は、正転パルスまたは逆転パルスを必要数供給するよう構成する。この舵角発生部１９により車両１の方位が制御され、ヨーレートγに基づいて進行方向が検出され、また、ヨーレートγを積分処理（ブロック２）することにより車両方位角（ヨー角：ψ）が決定される。
【００３９】
操舵反力制御部３３は、操舵反力設定部４２と、操舵反力アクチュエータ駆動部４３とからなる。
【００４０】
操舵反力設定部４２は、実舵角制御部３８から出力される信号と、偏差演算部３６から出力される信号Ｅと車速Ｖに係る信号とに基づいて、反力トルク目標値Ｔに係る信号を出力する。この操舵反力設定部４２は、例えばＲＯＭ等を用い、各実舵角δ、各偏差と各車速Ｖとに対応して予め設定した反力トルク目標値を格納した変換テーブルで構成している。なお、この操舵反力設定部４３は、予め登録した関数式等に基づいて反力トルク目標値を演算して出力する構成としてもよい。
【００４１】
操舵反力アクチュエータ駆動部４３は、操舵反力設定部４２から出力される反力トルク目標値に基づいて操舵反力発生アクチュエータ１４を駆動する操舵反力発生アクチュエータ駆動信号を出力する。
【００４２】
目標タイヤ角設定用制御部３１は、目標タイヤ角設定部４４と実舵角駆動部３９とからなる。実舵角駆動部３９は、目標方位角設定用制御部３０と共有している。そのため、説明は省略する。
【００４３】
目標タイヤ角設定部４４は、ハンドル操舵角θに係る信号と、車速検出部１６で検出した車速Ｖに係る信号とに基づいて、タイヤ角に係る信号を出力する。この目標タイヤ角設定部は、例えばＲＯＭ等を用い、各ハンドル操舵角θと各車速Ｖとに対応して予め設定したタイヤ角を格納した変換テーブルで構成している。なお、この目標タイヤ角設定部は、予め登録した関数式等に基づいてタイヤ角を演算して出力する構成としてもよい。
【００４４】
制御切換部３２は、切換部４５と切換スイッチ４６と制御切換領域設定部４７からなる。制御切換領域設定部４７は、操舵角センサ４８と操舵トルクセンサ１５と転舵角センサ２０と車両挙動センサ１８と車速センサ１６からの各検出値を入力とし、その入力された値に基づいて、目標方位角設定用制御部３０に切り換えるときには、切換部４５に目標方位角設定用制御部切換信号を送り、目標タイヤ角設定用制御部３１に切り換えるときには、切換部４５に目標タイヤ角設定用制御部切換信号を送る。制御切換領域設定部４７は、操舵角と操舵トルクと転舵角と車両挙動と車速に対応した目標方位角設定用制御部または目標タイヤ角設定用制御部のマップを記憶している。例えば、各センサからの値に基づいて、円旋回中であることを判断したとき、あるいは、低速時または発進時であることを検出したときは、目標タイヤ角設定用制御部３１に切り換える信号を送る。例えば、車速センサ１６からの情報に基づき低速時、例えば０ｋｍ／ｈから５ｋｍ／ｈまでの低速時には常時、目標タイヤ角設定用制御部３１に接続することで、タイヤ角制御の操作が可能となる。また、操舵トルクなどの情報から操縦状態を検出し、低速時でも目標方位角設定用制御部３０に接続し、方位角フィードバック制御を活用することも可能である。
【００４５】
切換部４５は、スイッチ４９からの信号と、制御切換領域設定部４７からの信号とを入力とし、切換スイッチ４６に切換信号を出力する。切換スイッチ４６は、切換部４５からの信号に従って目標方位角設定用制御部３０に切り換えるときは、接点Ａに接続し、目標タイヤ角設定用制御部３１に切り換えるときは、接点Ｂに接続する。また、切換スイッチ４６が接点Ｂに接続しているときは、ゼロ指令信号が実舵角指定部３７に送られ、実舵角指定部３７から出力される信号がゼロとなる。
【００４６】
スイッチ４９を用いれば、目標方位角設定用制御部３０による方位角フィードバック制御の操縦方法と目標タイヤ角設定用制御部３１によるタイヤ角制御の操縦方法を自動的に切り換える以外に、運転者の意思で双方の切り替えを可能とし、切り換え時のフィーリングの向上を図ることができる。
【００４７】
図３は、本実施形態の定常円旋回状態において切換部４５で目標方位角設定用制御部（方位角フィードバック制御）３０と目標タイヤ角設定用制御部（タイヤ角制御）３１の切り換えを行うときの、ハンドル操舵角θ、操舵トルクＴθ、舵角δ、ヨーレートγ、ヨー角ψの時間変化を示すグラフである。図３（ａ）は、ハンドル操舵角θの時間変化を示し、図３（ｂ）は、操舵トルクＴθの時間変化を示し、図３（ｃ）は、舵角δとヨーレートγの時間変化を示し、図３（ｄ）は、ヨー角ψの時間変化を示し、図３（ｅ）は、ハンドル操舵角とヨー角の差（θ−ψ）の時間変化を示す。各グラフでの実線が本実施形態での各値の時間変化を示し、点線は目標方位角設定用制御部３０から目標タイヤ角設定用制御部３１への切り替えを行わずに、方位角フィードバック制御のみのときの出力を参考として示す。本実施形態では、操舵トルクＴθが或る時間継続して出力された状態を定常円旋回状態とみなし、方位角フィードバック制御から従来のタイヤ角制御へと切り換える。図３で示すように、時刻ＴＡから操舵が始まり時刻ＴＢから定常円旋回の状態になる。その状態が時刻ＴＣまで続いたときに定常円旋回と判断し、従来のタイヤ角制御に切り換え、その後、時刻ＴＤからＴＥの間で操舵トルクＴθの減少とともに舵角δを減らし、Ｔθがゼロの時刻ＴＥで再度、タイヤ角制御から方位角フィードバック制御に切り換える。他の出力であるヨーレートγ、ヨー角ψは、図３（ｃ）、図３（ｄ）のように方位角フィードバック制御を行った場合と同様の結果が得られる。このように本実施形態によって、ハンドル操舵角θは従来のタイヤ角制御の操縦と同等に保持することで定常円旋回が可能となる。本実施形態は、操舵トルクに基づいた切換を示したが、これに車速やヨーレート、横加速度などの他の車両状態情報を加味した切換も可能であり、また、操舵トルクを用いずに旋回状態を検出して切り換えることでも達成可能である。
【００４８】
次に、本発明の第２実施形態に係る車両用操舵装置を図４のブロック構成図により説明する。図４で示すように、第２実施形態での制御装置（ＥＣＵ）５０は、第１実施形態の制御装置２２の制御切換領域設定部４７に代えて方位角フィードバック制御故障診断部５１を設けた点が異なるものである。そして、車速信号と、実舵角制御部３８からの信号と、操舵角センサ４８、操舵トルクセンサ１５、転舵角センサ２０、車両挙動センサ１８からの各信号とに基づいて故障を判断する。すなわち、ハンドル操舵角と操舵トルクから求めた目標舵角と、実舵角制御部３８にて設定された制御目標転舵角と、転舵角センサ２０によって検出された実舵角とを相互比較し故障を判断する。故障を判断したときは、切換部４５に目標タイヤ角設定用制御部への切換信号を送り、それに従って切換スイッチ４６に信号を送る。切換スイッチ４６は、接点Ａから接点Ｂに切り替わり、目標タイヤ角設定用制御部３１での制御に切り替わる。このとき、以下に述べるメカニカルバックアップ機構を有しているシステムでは、それと同時にクラッチ接続の指令が発せられ、クラッチ機構が接続し、メカニカルな接続も同時に起こるようにしても良い。それ以外は、第１実施形態で説明した構成と同様の構成となっている。第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付して説明は省略する。
【００４９】
メカニカルバックアップ機構を設けたステアバイワイヤのシステム構成例を図５に示す。このステアバイワイヤシステムはメカニカルなクラッチ機構７３を備え、通常時にはクラッチ機構７３を切り離しておき、ハンドルの入力量に対し転舵輪の角度を任意に制御可能としている。システムの故障が発生した場合には、クラッチ機構７３を接続し、従来のメカニカルな操舵を可能とする。なお操舵装置６０は、ハンドル６１に連結された操舵軸６２と、操作量検出部６３と、操舵反力発生アクチュエータ６４と、操舵トルクセンサ６５と、車速センサ６６と、進行方向検出部６７と、車両運動状態検出部６８と、舵角発生部６９と、転舵角センサ７０と、タイヤ７１と、制御装置（ＥＣＵ）７２とを備える。操舵軸６２は、図示しない車体等に回転自在に支持されている。
【００５０】
第２実施形態に係る車両用操舵装置によれば、方位角フィードバック制御を行う目標方位角設定用制御部３０が故障したときに、方位角フィードバック制御故障診断部５１で当該故障を診断し、切換部４５および切換スイッチ４６で目標タイヤ角設定用制御部３１に切換えて操縦を維持できる。さらにメカニカルバックアップ機構を設けたシステムによれば、メカニカルバックアップシステムによる操縦が可能となるため安全性が確保できる。さらにメカニカルバックアップシステムによる操舵方法はタイヤ角制御の操縦方法であるが、本実施形態では運転者はタイヤ角制御の操縦方法を通常の走行において習得しているため、故障時においても操縦を容易に行うことができる。
【００５１】
図６は、本発明の第３実施形態に係る車両用操舵装置のブロック構成図である。第３実施形態では、制御装置８０は、図２で示した第１実施形態の制御装置２２での切換部４５と切換スイッチ４６と制御切換領域設定部４７の代わりにゲイン可変部８１と操舵応答特性設定部８２を設けている。また、図２で示した目標方位角設定用制御部３０の構成のみを有し、目標タイヤ角設定用制御部３１を有していない。第１実施形態と同様な構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。ゲイン可変部８１は、目標方位角設定部３５でのハンドル操舵角と目標方位角との比率ｋ１と、方位角ゲイン部４１での車両方位角ψに係る信号に掛ける比率ｋ２とを個別に変化させるという機能を有している。ゲイン可変部８１には、マニュアルコントローラ８３が接続されており、マニュアルコントローラ８３が手動ポジションに設定されているときは、そのマニュアルコントローラ８３により、目標方位角設定部３５での比率ｋ１と方位角ゲイン４１での比率ｋ２を手動で個別に変化させることができる。また、マニュアルコントローラ８３が自動ポジションに設定されているときは、操舵応答特性設定部８２により、操舵角センサ４８からの信号と操舵トルクセンサ１５からの信号と転舵角センサ２０からの信号と車両挙動センサ１８からの信号と車速センサ１６からの信号に基づいて、最適の比率ｋ１，ｋ２が設定され、設定された比率ｋ１，ｋ２に係る信号がゲイン可変部８１に送られる。ゲイン可変部８１は、受信した比率ｋ１，ｋ２に係る信号に基づいて目標方位角設定部３５での比率ｋ１と方位角ゲイン４１での比率ｋ２を設定する。
【００５２】
操舵応答特性設定部８２は、操舵角と操舵トルクと転舵角と車両挙動と車速の各々の組合せに対応して予め設定した比率ｋ１，ｋ２を格納した変換テーブルで構成している。例えば、各センサからの値に基づいて、円旋回中であることを判断したとき、あるいは、低速時または発進時であることを検出したときは、目標方位角設定部３５での比率ｋ１を１にし、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を０に設定し、ゲイン可変部８１に信号を送る。それにより、目標方位角設定部３５での比率ｋ１が１に設定され、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２が０に設定される。方位角ゲイン部４１で設定される比率ｋ２（ゲイン係数）が０になると方位角フィードバック制御のためのフィードバックループは働かず、実舵角指定部３７では、常に目標方位角設定部３５で設定した目標方位角に対応した舵角が指定される。その結果としてタイヤ角制御と同等の操縦をすることができる。また、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を０以外の値、代表的には１に設定することで方位角フィードバック制御の操縦方法にすることができる。例えば、車速センサ１６からの情報に基づき低速時、例えば０ｋｍ／ｈから５ｋｍ／ｈまでの低速時には常時、目標方位角設定部３５での比率ｋ１を１に設定し、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を０に設定することで、運転者にとってはタイヤ角制御と同等の操縦が可能となる。また、操舵トルクなどの情報から操縦状態を検出し、低速時でも目標方位角設定部３５での比率ｋ１を１に設定し、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を１に設定することで、方位角フィードバック制御を活用することも可能である。
【００５３】
ゲイン可変部８１は、マニュアルコントローラ８３からの信号と、操舵応答特性設定部８２からの信号とを入力とし、目標方位角設定部３５と方位角ゲイン部４１にそれぞれ比率ｋ１に係る信号と比率ｋ２に係る信号を個別に出力する。それらの信号により目標方位角設定部３５での比率ｋ１と方位角ゲイン部４１での比率ｋ２が設定される。
【００５４】
マニュアルコントローラ８３を用いれば、目標方位角設定用制御部３０による方位角フィードバック制御の操縦方法と方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を０にしたときのタイヤ角制御と同等の操縦方法を自動的に切り換える以外に、運転者の意思で双方の切り換えを可能とし、切り換え時のフィーリングの向上を図ることができる。
【００５５】
図７は、第３実施形態の定常円旋回状態において方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を１か０に変化させることで方位角フィードバック制御とタイヤ角制御と同等の制御の切り換えを行うときの、ハンドル操舵角θ、操舵トルクＴθ、舵角δ、ヨーレートγ、ヨー角ψの時間変化を示すグラフである。図７（ａ）は、ハンドル操舵角θの時間変化を示し、図７（ｂ）は、操舵トルクＴθの時間変化を示し、図７（ｃ）は、舵角δとヨーレートγの時間変化を示し、図７（ｄ）は、ヨー角ψの時間変化を示し、図７（ｅ）は、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２の時間変化を示す。各グラフでの実線が本実施形態での各値の時間変化を示し、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を常に１とし、方位角フィードバック制御のみのときの出力を参考として示す。本実施形態では、操舵トルクＴθが或る時間継続して出力された状態を定常円旋回状態とみなし、図７（ｅ）に示すように比率ｋ２を１から０に変化させ、方位角フィードバック制御からタイヤ角制御と同等の制御へと切り換える。図７で示すように、時刻ＴＡから操舵が始まり時刻ＴＢから定常円旋回の状態になる。その状態が時刻ＴＣまで続いたときに定常円旋回と判断し、方位角ゲイン部４１での比率ｋ２を０に設定しタイヤ角制御と同等の制御に切り換え、その後、時刻ＴＤからＴＥの間で操舵トルクＴθの減少とともに舵角δを減らし、Ｔθがゼロの時刻ＴＥで再度、比率ｋ２を０から１に戻し、タイヤ角制御と同等の制御から方位角フィードバック制御に切り換える。他の出力であるヨーレートγ、ヨー角ψは、図７（ｃ）、図７（ｄ）のように方位角フィードバック制御を行った場合と同様の結果が得られる。このように本実施形態によって、ハンドル操舵角θは従来のタイヤ角制御の操縦と同等に保持することで定常円旋回が可能となる。本実施形態は、操舵トルクに基づいた比率ｋ２の変化を示したが、これに車速やヨーレート、横加速度などの他の車両状態情報を加味した比率ｋ２の変化も可能であり、また、操舵トルクを用いずに旋回状態を検出して比率ｋ２の変化をさせることでも達成可能である。
【００５６】
上述のように本発明においては、通常走行時に定常円旋回中や低速走行時にタイヤ角制御の操縦系を用いて操縦しているため、ステアバイワイヤシステムの故障時にメカニカルバックアップ機構への切り換えがあっても運転者は戸惑うことなく操縦することができる。さらに、故障時のみならず、通常走行時の従来操縦系制御状態をインジケータなどで運転者に知らしめることにより、切り換え時の運転者の対応がスムーズに、かつ容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式の車両用操舵装置として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の構成の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置を搭載した車両での定常円旋回状態における各状態量の時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る車両用操舵装置のブロック構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る車両用操舵装置の一適用例構成の概略図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る車両用操舵装置のブロック構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る車両用操舵装置を搭載した車両での定常円旋回状態における各状態量の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１０          車両用操舵装置
１１          操作素子（ハンドル）
１２          操舵軸
１３          操作量検出部
１４          操舵反力発生アクチュエータ
１５          操舵トルクセンサ
１６          車速センサ
１７          進行方向検出部
１８          車両挙動センサ
１９          舵角発生部
２０          転舵角センサ
２１          タイヤ
２２          制御装置（ＥＣＵ）
３０          目標方位角設定用制御部
３１          目標タイヤ角設定用制御部
３２          制御切換部
【図１】
2006248308.tif 000003
【図２】
2006248308.tif 000004
【図３】
2006248308.tif 000005
【図４】
2006248308.tif 000006
【図５】
2006248308.tif 000007
【図６】
2006248308.tif 000008
【図７】
2006248308.tif 000009