(57)【要約】【課題】  車両挙動の安定性確保や乗り心地の向上や操舵感の向上を併せて達成する。【解決手段】  指令転舵角θtaから指令電流フィードフォワード分Iffを出力するフィードフォワード補償器１６ａと、実転舵角速度ωtと指令電流Itaとの差分から外乱の過渡成分補償量であるIrbstを出力するロバスト補償器１６ｈと、指令転舵角θtaのモデル出力である指令転舵角基準値θta_refと実転舵角θtとの差分から指令電流フィードバック分Ifbを出力するフィードバック補償器１６ｄと、外乱の定常成分補正値Kcs×Ifbを算出するゲイン設定器１６ｊと、ゲイン設定器１６ｊの出力段に設けられたスイッチ１６ｅと、指令電流フィードフォワード分Iff、外乱の過渡成分補償量Irbst、外乱の定常成分補償値Kcs×Ifbとから指令電流Itaを出力する加減算器１６ｆと、を備える。【選択図】        図５
2006168481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操向輪の転舵角が前記操舵角に応じた指令転舵角となるように、前記転舵アクチュエータに駆動指令値を出力する転舵制御手段と、
を備えた車両用操舵制御装置において、
前記操向輪に入力される外乱の過渡成分量を推定する過渡成分推定手段と、
前記操向輪に入力される外乱の定常成分量を推定する定常成分推定手段と、
前記過渡成分量に応じて過渡成分補正値を算出する過渡成分補正値算出手段と、
前記定常成分量に応じて定常成分補正値を算出する定常成分補正値算出手段と、
前記過渡成分補正値と前記定常成分量補正値とに基づいて前記駆動指令値を補正する駆動指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値から転舵角速度を推定する転舵角速度推定手段と、
前記操向輪の実際の転舵角速度を検出する実転舵角速度検出手段と、
を備え、
前記過渡成分推定手段は、前記転舵角速度推定値と前記実転舵角速度との偏差から前記過渡成分量を推定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用操舵制御装置において、
前記指令転舵角から転舵角を推定する転舵角推定手段と、
前記操向輪の実際の転舵角を検出する実転舵角検出手段と、
を備え、
前記定常成分推定手段は、前記転舵角推定値と前記実転舵角との偏差から前記定常成分量を推定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値補正手段は、車両の剛性が高いほど、前記定常成分補正量を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値補正手段は、車速が高いほど、前記定常成分補正量を大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値補正手段は、保舵中には、前記定常成分補正量をゼロとすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値補正手段は、車両挙動状態量が所定値以上のとき、前記正常成分補正量をゼロとすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値補正手段は、前記定常成分量が所定値以上のとき、前記定常成分補正量をゼロとすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記駆動指令値補正手段は、前記定常成分補正量を前記指令転舵角と前記実転舵角との偏差に応じた上限値に制限することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
操舵ハンドルに反力を与える操舵反力アクチュエータと、
前記指令転舵角と前記実転舵角との偏差に応じた操舵反力指令値を、前記操舵反力アクチュエータに出力する操舵反力制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１１】
操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操向輪の転舵角が前記操舵角に応じた指令転舵角となるように、前記転舵アクチュエータに駆動指令値を出力する転舵制御手段と、
を備えた車両用操舵制御装置において、
前記操向輪に入力される外乱の過渡成分量と定常成分量とをそれぞれ推定し、前記過渡成分量に応じた過渡成分補正値と前記定常成分量に応じた定常成分補正値とにより前記駆動指令値を補正することを特徴とする車両用操舵制御装置の転舵角制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵ハンドルを有する操舵側と、操向輪を有する転舵側と、の間に機械的なつながりが無いステア・バイ・ワイヤシステム等に採用される車両用操舵制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステア・バイ・ワイヤシステムでは、目標転舵位置と実転舵位置との偏差および転舵負荷に基づき、さらに前記目標転舵位置と実転舵位置との偏差をゼロにするように転舵量を演算し、制御を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３１００７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の車両用操舵制御装置にあっては、操舵側からの指令転舵角に対する追従性が高く、ステアリング剛性が無限に高いものと等価になり、定常状態における指令転舵角と実転舵角とが常に一致することになる。このため、転舵側の負荷となるような外乱に対する操舵側と転舵側での捩れ分を精度良く模擬できない。また、ステアリング剛性が高いと車両はカーブ路でオーバーステア傾向になりやすく、スリップ角が増大して車両の走行安定性に支障を来す可能性があると共に、轍やうねり路では操舵感や乗り心地の低下につながることも考えられる。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操向輪に外力が加わる走行時、操舵側と転舵側との間の捩れ分を精度良く模擬することで、車両挙動の安定性確保や乗り心地の向上や操舵感の向上を併せて達成することができる車両用操舵制御装置およびその転舵角制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、
操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操向輪の転舵角が前記操舵角に応じた指令転舵角となるように、前記転舵アクチュエータに駆動指令値を出力する転舵制御手段と、
を備えた車両用操舵制御装置において、
前記操向輪に入力される外乱の過渡成分量を推定する過渡成分推定手段と、
前記操向輪に入力される外乱の定常成分量を推定する定常成分推定手段と、
前記過渡成分量に応じて過渡成分補正値を算出する過渡成分補正値算出手段と、
前記定常成分量に応じて定常成分補正値を算出する定常成分補正値算出手段と、
前記過渡成分補正値と前記定常成分量補正値とに基づいて前記駆動指令値を補正する駆動指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明の車両用操舵制御装置にあっては、外乱の過渡成分量と定常成分量とを個別に推定し、それぞれに応じた補正値により駆動指令を補正するため、外乱の過渡成分量に応じた指令転舵角の補償と、外乱の定常成分量に応じた指令転舵角の補償とをそれぞれ独立に制御できる。よって、転舵角が変化する状態で加わる過渡的な制御阻害要因を補償しつつ、指令転舵角と実転舵角との間に外力により与えられる定常的な偏差を持たせることができる。この結果、操向輪に外力が加わる走行時、旋回挙動の安定性確保、乗り心地の向上や操舵感の向上を併せて達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両用操舵制御装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１，２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用操舵制御装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステムを示す全体図、図２は実施例１の車両用操舵制御装置の操舵反力制御系および転舵角制御系の全体構成を示す図である。
【０００９】
実施例１の車両用操舵制御装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステムは、図１に示すように、操舵ハンドル１および操舵反力用アクチュエータ（操舵反力アクチュエータ）２を有する操舵反力装置３による操舵側と、操向輪４，５および転舵用アクチュエータ（転舵アクチュエータ）６を有する転舵装置７による転舵側と、の間に機械的なつながりが無い構成としている。
【００１０】
前記操舵反力装置３は、操舵ハンドル１と、ステアリングコラムシャフト８と、このステアリングコラムシャフト８に設けられた操舵反力用アクチュエータ２と、を有する。
前記操舵反力用アクチュエータ２は、減速ギヤ機構とモータを有し、このモータには、モータ軸の回転数を検出する操舵反力用モータ角検出手段としての操舵反力用モータ角センサ９が付設されている。この操舵反力用モータ角センサ９は、モータの角度制御のために用いられると共に、実操舵角θsを検出する操舵角検出手段として用いられる。なお、別途、操舵ハンドル１の回転角を検出するセンサを設けても良い。
【００１１】
前記操舵反力用アクチュエータ２を制御する電子制御手段として、操舵反力装置用コントローラ（操舵反力制御手段）１０が設けられ、この操舵反力装置用コントローラ１０には、操舵反力用モータ角センサ９と、車速検出手段としての車速センサ１１と、から入力情報が供給される。
【００１２】
前記操舵反力装置用コントローラ１０には、実操舵角θsと車速Ｖから指令転舵角θtaを算出する指令転舵角算出手段と、操舵入力相当分制御指令値Isと転舵出力相当分制御指令値Itsとを加えたモータ制御指令値Isaにリミッター処理を施すことでモータ制御指令値Tmsを算出するモータ制御指令値算出手段と、モータ制御指令値Tmsを操舵反力用アクチュエータ２のモータへの指令電流に変換するモータ駆動回路によるモータ駆動手段と、を有する。
【００１３】
前記転舵装置７は、転舵用アクチュエータ６と、この転舵用アクチュエータ６により駆動されるステアリングギヤ機構１２と、このステアリングギヤ機構１２により、ストロークされるステアリングラック軸１３を介して連結された操向輪４，５と、を有する。
【００１４】
前記転舵用アクチュエータ６は、操舵反力用アクチュエータ２と同様に、減速ギヤ機構とモータを有し、このモータには、モータ軸の回転数を検出する転舵用モータ角検出手段としての転舵用モータ角センサ（実転舵角検出手段および実転舵角速度検出手段）１５が付設されている。この転舵用モータ角センサ１５は、モータの角度制御のために用いられると共に、実転舵角θtを検出する転舵角検出手段として用いられる。
【００１５】
前記転舵用アクチュエータ６を制御する電子制御手段として、転舵装置用コントローラ（転舵制御手段）１６が設けられ、この転舵装置用コントローラ１６と前記操舵反力装置用コントローラ１０とは、情報を交換し合う双方向通信線１７により連結されている。この転舵装置用コントローラ１６には、前記車速センサ１１と、実転舵角情報を得る転舵用モータ角検出手段としての転舵用モータ角センサ１５と、車両の前後加速度検出手段としての前後加速度センサセンサ１８と、車両の横加速度検出手段としての横加速度センサ１９と、から入力情報が供給される。
【００１６】
前記転舵装置用コントローラ１６は、縁石等の障害物に接触していると判定する障害物接触判定手段と、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの外乱による偏差に対する指令電流の補正量算出と補正判定を行う補正量算出および補正判定手段と、フィードフォワード補償器の出力とフィードバック補償器の出力とを加算した値からロバスト補償器の出力を差し引いた値に最大値制限を加えることによりモータ制御指令値を算出するモータ制御指令値算出手段と、モータ制御指令値を転舵用アクチュエータ６のモータへの指令電流Itaに変換するモータ駆動回路によるモータ駆動手段と、を有する。
【００１７】
図３は実施例１の操舵反力装置用コントローラ１０におけるモータ制御指令値算出手段を示す操舵反力制御系ブロック図である。
まず、操舵反力装置用コントローラ１０は、操舵入力相当分制御指令値Isの算出部と、転舵出力相当分制御指令値Itsの算出部と、リミッター処理部１０ｋと、を有して構成されている。
【００１８】
前記操舵入力相当分トルクIsの算出部は、実操舵角θsに車速Ｖに応じたゲインKaを乗じて指令値(Ka×θs)を得るゲイン設定器１０ａと、実操舵角度θsの時間微分値ωs(＝dθs/dt)を得る微分器１０ｂと、実操舵角度θsの時間微分値ωsに車速Ｖに応じたゲインKsを乗じて指令値(Ks×ωs)を得るゲイン設定器１０ｃと、指令値(Ka×θs)と指令値(Ks×ωs)とを加算して操舵入力相当分制御指令値Isを算出する加算器１０ｄと、を有する(Is＝Ka×θs＋Ks×ωs)。
【００１９】
ここで、ゲインKaは、例えば、図４(a)に示すように、操舵開始頻度の高い車速でゲイン1.0であり、その車速より低車速側、および、高車速側でゲイン1.0以上の値により与えられる。また、ゲインKsは、例えば、図４(b)に示すように、ゲインKaと同様に、操舵開始頻度の高い車速でゲイン1.0であり、その車速より低車速側、および、高車速側でゲイン1.0以上の値により与えられる。
【００２０】
前記転舵出力相当分制御指令値Itsの算出部は、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差(θta−θt)を算出する差分器１０ｅと、偏差(θta−θt)に車速Ｖに応じたゲインKfaを乗じて指令値(Kfa×(θta−θt))を得るゲイン設定器１０ｆと、偏差(θta−θt)の時間微分値ωts(＝d(θta−θt)/dt)を得る微分器１０ｇと、時間微分値ωtsに車速Ｖに応じたゲインKfsを乗じて指令値(＝Kfs×ωts)を得るゲイン設定器１０ｈと、指令値(Kfa×(θta−θt))と指令値(＝Kfs×ωts)とを加算して転舵出力相当分制御指令値Itsを算出する加算器１０ｉと、を有する（Its＝Kfa×(θta−θt)＋Kfs×ωts）。
なお、ゲインKfaとゲインKfsは、図４の(a),(b)に示す上記ゲインKa,Ksと同様に、車速Ｖに応じて設定される。
【００２１】
前記リミッター処理部１０ｋは、加算器１０ｊにより操舵入力相当分制御指令値Isと転舵出力相当分制御指令値Itsとを加え合わせたものを加算値Isa(＝Is＋Its)とし、これに車速Ｖやヨーレートψや横加速度YG等から推定した路面μから求められたリミット値Lsでリミッター処理を施したものをモータ制御指令値Tmsとする。
【００２２】
ここで、「リミット値Ls」は、図４(c)に示すように、路面μが高くなるほど大きな値となるように設定されるものである。これにより、操舵角や操舵角速度が大きくなった時に反力が大きくなり過ぎることを防止し、操舵ハンドル１を切り増しできなくなる、または、切り増しづらくなることを防止し、推定した路面μに応じて最適な操舵反力にすることが可能となる。
【００２３】
図５は、実施例１における転舵角制御系ブロック図であり、転舵装置用コントローラ１６は、フィードフォワード補償器１６ａと、規範モデル（転舵角推定手段）１６ｂと、差分器１６ｃと、フィードバック補償器（定常成分推定手段および定常成分値補正手段）１６ｄと、スイッチ１６ｅと、加減算器１６ｆと、電流リミッター１６ｇと、ロバスト補償器（過渡成分推定手段および転舵角速度推定手段）１６ｈと、ゲイン設定器１６ｊと、を有して構成されている。
【００２４】
フィードバック補償器１６ｄとゲイン設定器１６ｊとで、過渡成分補正値算出手段が構成される。また、スイッチ１６ｅと加減算器１６ｆとで、駆動指令値補正手段が構成される。
【００２５】
前記フィードフォワード補償器１６ａは、指令転舵角θtaを入力し、あらかじめ与えた所望の応答特性に一致させる指令電流フィードフォワード分Iffを、加減算器１６ｆへ出力する。前記規範モデル１６ｂは、指令転舵角θtaを入力し、規範モデルGm(s)を通して指令転舵角基準値θta_ref（転舵角推定値）を生成し、差分器１６ｃへ出力する。
【００２６】
差分器１６ｃは、前記規範モデル１６ｂからの指令転舵角基準値θta_refから、実転舵角θtを差し引いて偏差を演算し、フィードバック補償器１６ｄへ出力する。前記フィードバック補償器１６ｄは、指令転舵角基準値θta_refと実転舵角θtとの偏差を入力し、この偏差に応じた指令電流フィードバック分Ifbをゲイン設定器１６ｊへ出力する。
【００２７】
ゲイン設定器１６ｊは、指令電流フィードバック分Ifbに、車両特性によりあらかじめ設定されたゲインKcsを乗じた値（定常成分補正値）Kcs×Ifbを、スイッチ１６ｅへ出力する。前記スイッチ１６ｅは、車両状態やに応じてON/OFFすることで、ゲイン設定器１６ｊの出力Kcs×Ifbを加減算器１６ｆへ出力するか否かを切り替える。
【００２８】
前記加減算器１６ｆは、フィードフォワード補償器１６ａからの指令電流フィードフォワード分Iffから、ロバスト補償器１６ｈからの外乱補償分の出力Irbstを差し引いて指令電流（駆動指令値）Itaを演算する。また、スイッチ１６ｅがONの場合には、ゲイン設定器１６ｊの出力Kcs×Ifbを加算する。
【００２９】
前記電流リミッター１６ｇは、転舵用アクチュエータ６のモータに対する過電流防止のための電流制限器である。前記加減算器１６ｆからの指令電流がリミット電流以下の場合は指令電流を制御対象Gp(s)の転舵用アクチュエータ６のモータに対し指令電流Itaとして出力し、リミット電流を超える場合にはリミット電流を制御対象Gp(s)の転舵用アクチュエータ６のモータに対し指令電流Itaとして出力する。
【００３０】
前記ロバスト補償器１６ｈは、制御対象Gp(s)への入力である指令電流Itaと制御対象からの出力である転舵角速度ωtを取り込み、モデル化誤差を含む制御阻害要因（路面の轍、凹凸などでの操向輪への入力、旋回、減速などでの操向輪の荷重変化、路面μ変化による操向輪のトルク変化でのトルクステアなど）を外乱として推定した外乱の過渡成分推定値を出力する外乱補償器である。なお、ロバスト補償器１６ｈからの外乱補償分の出力は、実施例１の転舵制御での指令電流Ita（駆動力指令値）を補正するための出力（過渡成分補正値）Irbstとして使用される。
【００３１】
すなわち、転舵装置用コントローラ１６の制御系は、２自由度制御系（フィードフォワード補償器１６ｅおよびフィードバック補償器１６ｄ）に加えてロバスト補償器１６ｈを備え、さらにフィードバック補償器１６ｄの出力段にスイッチ１６ｅを設けた構成となっている。
【００３２】
この制御系において、ロバスト補償器１６ｈは、図６に示すロバストモデルマッチング手法のロバスト補償器とは異なり、入力の１つに制御対象の角度（実転舵角θt）ではなく角速度（転舵角速度ωt）を使用しているため、定常的なものは補償せず、過渡的なものだけを補償するという特徴を有する。
【００３３】
この特徴に加え、フィードバック補償器１６ｄの出力段に設けたスイッチ１６ｅのON/OFFを切り替えることにより、この部分の出力を制御に使用するか否かを切り替えることで、OFFのときには、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に定常的な偏差を持たせる、ONのときには、指令転舵角θtaと実転舵角θとの間に外乱による偏差（Ｎズレや意図していた偏差分との差異等）が生じた場合に偏差を解消する補正を行う、というような制御が可能となる。
【００３４】
次に、作用を説明する。
［転舵制御処理］
図７は実施例１の転舵装置用コントローラ１６にて実行される転舵制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００３５】
ステップＳ１では、車速センサ１１からの車速Ｖと、前後加速度センサ１８からの前後加速度Garと、横加速度センサ１９からの横加速度Glと、操舵反力用モータ角センサ９からの実操舵角θsに応じて設定される指令転舵角θtaと、転舵用モータ角センサ１５からの実転舵角θtと、図外のモータ駆動回路に設けられる転舵電流検出手段からの実転舵電流Itと、を読み込み、ステップＳ２へ移行する。
ここで、「指令転舵角θta」は、ギヤ比を可変とする場合も考慮すると、
θta＝θｓ×Rst                    但し、Rst：操舵／転舵間ギヤ比
により求められる。
【００３６】
ステップＳ２では、ステップＳ１の入力情報の読み込みに続き、操向輪４，５が縁石等の障害物に接触しているか否かを判定し、YESの場合はステップＳ３へ移行し、NOの場合にはステップＳ４へ移行する。
ここで、「障害物」とは、縁石等のように操向輪４，５の接触により物理的に転舵の切り増しが困難なものをいう。
「障害物接触判定」は、例えば、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差の絶対値が、操舵側／転舵側間の通信による遅れ，指令に対する応答遅れおよび転舵角制御精度等を考慮して決定された判定値θa以上、かつ、実転舵角θtが前回値と比べて変化していない時間がTit以上（例えば、±１°以内の保舵状態が１秒間以上）、かつ、実転舵電流ItがItt以上である時間がTt以上である場合に、操向輪４，５が縁石等の障害物に接触していると判定する（特願２００３−４２２２８９参照）。
【００３７】
ステップＳ３では、ステップＳ２での障害物接触判定に基づき、指令転舵角θtaを実転舵角θtに一致するように設定し、リターンへ移行する。
【００３８】
ステップＳ４では、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間の外乱による偏差に対する補正量の算出を行い、ステップＳ５へ移行する。
この補正量には、車両特性によりあらかじめ設定されたゲインKcs（例えば、剛性が高いスポーツタイプはセダンタイプに比べKcsは大きい）を乗じて車両による剛性感の違い模擬すると共に、車速Ｖに応じてその量が可変（車速Ｖが高いほど小さく設定する）となるように設定される。
【００３９】
ステップＳ５では、ステップＳ４で算出された値について補正するかどうかの判定を行い、YESの場合にはステップＳ６へ移行し、NOの場合にはステップＳ７へ移行する。
補正判定は、ステップＳ１で読み込んだ前後加速度Gar、横加速度Glおよび運転者の操舵状態に応じて行われる。例えば、
条件１：フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値以上（例えば、操舵角で５°以上）
条件２：前後加速度Garがしきい値Gath以上（Gathは、タイヤが空転するような急加速となる前後加速度）
条件３：前後加速度Garがしきい値Grth以下（Grthは、タイヤがロックするような急減速となる減速度）
条件４：横加速度Glがしきい値Glth以上（Glthは、旋回内輪側タイヤの接地力がなくなるような横加速度）
条件５：保舵時（操舵ハンドル１の角度が所定時間ほぼ一定のとき）
上記５つの条件のいずれか１つでも満足する場合には、補正を行わず、５つの条件全ての条件を満足しない場合には、補正を行う。これにより、車両の安全性を確保しながら補正を行うことができる。
なお、保舵時では、運転者はその状態を維持したいという意志があり、切り増し、切り戻しのような操舵を加えていないので、補正を行わず定常的な偏差を持たせておく。
【００４０】
ステップＳ６では、ステップＳ５で補正を行うと判定されたため、フィードバック補償器１６ｄの出力段にあるスイッチ１６ｅをONに切り替え、リターンへ移行する。
【００４１】
ステップＳ７では、ステップＳ５で補正を行わないと判定されたため、フィードバック補償器１６ｄの出力段にあるスイッチ１６ｅをOFFに切り替え、リターンへ移行する。
【００４２】
［操舵／転舵間の捩れについて］
操舵／転舵間に機械的なつながり（シャフト）のある現行車での操舵系の運動方程式は、以下のように表すことができる。図８に操舵系の概略図を示し、さらにその中のハンドルシャフトの概略図を図９に示す。
【００４３】
式(1)にキングピン回りに換算した操舵ハンドルの回転運動の方程式を、式(2)，(3)にキングピン回りの操向輪の回転運動の方程式を示す。
◎キングピン回りに換算した操舵ハンドルの回転運動
Ih(d2δ/dt2)＋Ch(dδ/dt)＋Ks(α−δ)＝Th  …(1)
◎キングピン回りの前輪の回転運動
Ts＝(εn＋εc)Kf{β＋(lf/Ｖ)γ−δ}  …(2)
Is(d2δ/dt2)＋Cs(dδ/dt)＋Ks(δ−α)＝Ts  …(3)
ここで、
Ih：キングピン回りに換算したハンドルに相当する慣性モーメント
Ch：ハンドルシャフトの粘性摩擦係数
Ks：キングピン回りの弾性係数
δ：実舵角
α：操舵ハンドルのキングピン回りに換算した回転角
Th：運転者のトルク
Is：キングピン回りの慣性モーメント
Cs：キングピン回りの粘性摩擦係数
Kf：コーナリングパワー
Ts：キングピン回りに働くモーメント
If：車両重心点と前車軸間距離
β：横滑り角
εn：ニューマチックトレール
εc：キャスタートレール
Ｖ：車速
γ：ヨー角速度
である。
【００４４】
式(2)，(3)のTsが操舵系から見たときに外力として操向輪に働くことになるので、これによりハンドル角と実舵角との間に捩れによる定常的な偏差が生じることになる。例えば、式(1)で、δ＝０から操舵ハンドルを切ると、トルクThと釣り合うKs(α−δ)が発生することになり、ハンドル角と実舵角には、偏差が生じることとなる。また、式(2)，(3)で、ある実舵角δのとき、式(2)のタイヤ力と釣り合うKs(δ−α)が発生することになり、ハンドル角と実舵角には、偏差が生じることとなる。
【００４５】
［技術背景］
従来のステア・バイ・ワイヤシステムでは、特開平１０−３１００７４号公報に記載されているように、目標転舵位置と実転舵位置との偏差および転舵負荷に基づき、さらに前記目標転舵位置と実転舵位置との偏差をゼロにするように転舵量を演算し、制御を行う構成となっていた。
【００４６】
このため、操舵側からの指令転舵角に対する追従性が高く、転舵側の負荷となるような外乱に対する操舵側と転舵側での捩れ分と発生すべき操舵反力を精度良く模擬できない。そして、操舵側と転舵側での捩れ分を模擬しないと、相応の外乱補償分が働くので、指令転舵角に対して実転舵角が定常的には常に一致する。これはステアリング剛性が非常に高い車両と等価である。
【００４７】
従来のステア・バイ・ワイヤシステムのように、ステアリング剛性が非常に高い車両と等価である場合、カーブ路において操舵ハンドルを少し大きめに切り込むと高応答に実転舵角が与えられるため、車両はオーバーステア傾向になりやすい。なぜなら、カーブ路における運転者は、操舵ハンドルを多少大きめに切り込み、その後、戻し操舵や少しずつ切り込む修正操舵を行うことで、旋回開始時の回頭性を得た上で、車両の挙動がカーブ路に沿ったものとなるようにコントロールすることによる。このため、カーブ路では、車体のスリップ角が増大し、旋回挙動安定性の低下となる。
【００４８】
また、轍やうねり路において、ステアリング剛性が非常に高い車両と等価である場合、操向輪に外力が加わった場合、操向輪の実転舵角を変えないように、操向輪への外力を転舵アクチュエータで受ける。よって、操向輪に外力が加わると、転舵アクチュエータで受ける反力（ショック）がそのまま車体に伝達されることになるため、乗り心地の低下となる。
【００４９】
さらに、ステアリング剛性が非常に高い車両と等価である場合、操舵ハンドルへの操作に対し応答遅れなく操向輪が転舵してヨーレートが発生する等、操舵に対する車両の動きが、操舵ハンドルと操向輪とが機械的に連結された操舵装置を搭載した車両と比較して不自然となるため、運転者に違和感を与え、操舵感の低下につながる。
【００５０】
加えて、操向輪に大きな外力が入力された場合、転舵側ではこれに打ち勝って操向輪の転舵を確保するように大きな電流を一気に流すため、転舵アクチュエータのモータは高負荷となり、過熱状態となってしまう。
【００５１】
［転舵制御作動］
これに対し、実施例１の車両用操舵制御装置では、推定した外乱分の補償を過渡成分と定常成分とに分け、さらに定常成分の補償量は可変となるような制御系として転舵用アクチュエータ６の制御を行うことで、外乱要素が入力されたときには意図的に指令転舵角θtaと実転舵角θtとに定常的な偏差を持たせることができ、外乱に応じた操舵／転舵間の捩れを模擬できると共に、運転者に与える違和感を防止できる。
【００５２】
実施例１では、操向輪４，５が縁石等の障害物に接触しておらず、フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値以上の場合には、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ７へと進み、ステップＳ７では、スイッチ１６ｅがOFFされる。よって、外乱の定常成分補正量がゼロとされるため、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に定常的な偏差を発生させることができる（図１０）。
【００５３】
一方、フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値より小さい場合には、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６へと進み、ステップＳ４では、外乱による偏差に対する補正量が算出され、ステップＳ６では、スイッチ１６ｅがONされる。よって、外乱の定常成分補正量に応じて、指令電流値Itaが補正されるため、外乱による偏差により発生する制御誤差および操舵感の低下が抑制される（図１１）。
【００５４】
操向輪４，５が縁石等の障害物に接触したときは、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、ステップＳ３では、指令転舵角θtaを実転舵角θtに一致させる設定、つまり、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差をゼロにする設定とされる。
【００５５】
このように、転舵側モータの指令電流値を直接ある値に変更するのではなく、転舵側の指令転舵角θtaを通常時における実操舵角θsに応じたものから、指令転舵角θtaと実転舵角θtの偏差がゼロになるところ、つまり、運転者が操舵ハンドル１を切り増ししても転舵側がそれ以上動かなくなるところに変更することで、転舵側の電流は指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差を打ち消そうとする分が不要となり、その位置にとどまろうとする分のみで良くなるため、電流を抑制させることが可能となり、モータ過熱保護となる。
【００５６】
加えて、転舵側モータの指令電流値を直接ある値に変更するのではなく、転舵側の指令転舵角θtaを変更しているため、縁石等の障害物に接触していると判定されている時の制御から通常の角度制御に戻るときの切り替えがスムーズになる。
【００５７】
［転舵制御作用］
図１２は、フィードバック補償器１６ｄの出力段に設けたスイッチ１６ｅをOFFとした場合の、外乱入力時の指令転舵角θtaに対する実転舵角θtの応答を示す図である。フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値以上の場合には、外乱の定常成分補正量を制御量に加味させないことで、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に外乱に応じた偏差が生じ、操舵／転舵間に外乱に応じた捩れを発生させることができる。
【００５８】
図１３は、フィードバック補償器１６ｄの出力段に設けたスイッチ１６ｅをONとし、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間の外乱による偏差を補正した場合の実転舵角θtの変化を示す図である。Ｎズレや意図していた偏差との差異が発生した場合には、外乱の定常成分補正量を制御量に加味することで、外乱入力があっても実転舵角θtを応答良く指令転舵角θtaに一致させることができる（外乱に対するロバスト補償作用）。
【００５９】
また、実施例１では、定常成分補正量を、車両特性によりあらかじめ設定されたゲインKcsに比例して設定している（ステップＳ４）。このゲインKcsは、車両剛性が高いほど大きな値に設定されているため、ステアリング剛性が異なる車種（スポーツタイプの車やセダンタイプの車など）に応じ、操舵ハンドル１と操向輪４，５との間の捩れ分を精度良く模擬できる。
【００６０】
さらに、定常成分補正量は、車速Ｖが高いほど小さい値となるため、車速Ｖが高くなるほど外乱の定常成分補正に対する車両挙動変化が大きくなるのに対し、車速Ｖに応じて定常成分補正量を小さくすることで、車速Ｖに応じて車両挙動変化に与える影響を抑制できる。
【００６１】
また、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に外乱による偏差が発生している場合でも、急加減速時または過大な横滑り発生時には、外乱の定常成分補正量がゼロとされる（ステップＳ５）。すなわち、車両挙動変化が大きい場合には、外乱による偏差を残すことにより、定常偏差解消に伴う車両挙動変化を抑制し、車両挙動を安定化させることができる。
【００６２】
加えて、操舵ハンドル１が一定角度で保舵されている場合には、外乱の定常成分補正量がゼロとされる。すなわち、運転者に操舵意志が無く、現在の状態を維持したいと考えている場合には、外乱の定常偏差を残すことで、運転者に与える違和感を防止できる。
【００６３】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵制御装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
【００６４】
(1) 操向輪４，５を転舵する転舵用アクチュエータ６と、操舵ハンドル１の操舵角を検出する操舵反力用モータ角センサ９と、実操舵角θsを検出する操舵反力用モータ角センサ９と、実操舵角θsに応じた転舵角になるように指令転舵角θtaを設定し、指令転舵角θtaを得る駆動力指令値を転舵用アクチュエータ６へ出力する転舵装置用コントローラ１６と、を備えた車両用操舵制御装置において、操向輪４，５に入力される外乱の過渡成分量と定常成分量とをそれぞれ推定し、過渡成分量に応じた過渡成分補正値と定常成分量に応じた定常成分補正値とにより駆動指令値を補正する。よって、転舵角が変化する状態で加わる過渡的な制御阻害要因を補償しつつ、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に外力により与えられる定常的な偏差を持たせることができる。この結果、操向輪４，５に外力が加わる走行時、旋回挙動の安定性確保、乗り心地の向上や操舵感の向上を併せて達成できる。また、指令転舵角θtaと実転舵角θtに定常的な偏差を持たせる際に、特別なセンサを必要としないため、その分コストを抑えることができる。さらに、指令転舵角θtaと実転舵角θとの間に定常的な偏差を持たせる場合には、偏差を持たせない場合と比較して、転舵用アクチュエータ６のモータへの指令電流Itaが抑えられるため、モータが過熱状態となるのを抑制できる。
【００６５】
(2) 指令転舵角θtaから指令電流フィードフォワード分Iffを出力するフィードフォワード補償器１６ａと、実転舵角速度ωtと指令電流Itaとの差分から外乱の過渡成分補償量であるIrbstを出力するロバスト補償器１６ｈと、指令転舵角θtaの規範モデル出力である指令転舵角基準値θta_refと実転舵角θtとの差分から指令電流フィードバック分Ifbを出力するフィードバック補償器１６ｄと、指令電流フィードバック分Ifbに車両の剛性に応じたゲインKcsを乗算し、外乱の定常成分補正値Kcs×Ifbを算出するゲイン設定器１６ｊと、ゲイン設定器１６ｊの出力段に設けられ、車両状態に応じてON/OFFするスイッチ１６ｅと、指令電流フィードフォワード分Iff、外乱の過渡成分補償量Irbst、外乱の定常成分補償値Kcs×Ifbとから指令電流Itaを出力する加減算器１６ｆと、を備えるため、簡単な構成で定常成分の補償量を可変することができる。
【００６６】
(3) 指令電流Itaから転舵角速度を推定するロバスト補償器１６ｈと、操向輪４，５の実際の転舵角速度ωtを検出する転舵用モータ角センサ１５と、を備え、ロバスト補償器１６ｈは、転舵角速度推定値と実転舵角速度ωtとの偏差から外乱の過渡成分量を推定するため、特別なセンサを用いることなく、外乱の過渡成分を推定することができる。また、制御対象Gp(s)のモデル化誤差によりパラメータに誤差が生じている場合にも、過渡成分の補償により、転舵制御の応答を規範モデル１６ｂの応答に近づけることができる。
【００６７】
(4) 指令転舵角θtaから指令転舵角基準値θta_refを推定する規範モデル１６ｂと、操向輪４，５の実際の転舵角θtを検出する転舵用モータ角センサ１５と、を備え、フィードバック補償器１６ｄは、指令転舵角基準値θta_refと実転舵角θtとの偏差から外乱の定常成分量を推定するため、特別なセンサを用いることなく外乱の定常成分を推定できる。
【００６８】
(5) 駆動指令値補正手段は、車両の剛性が高いほど、定常成分補正量を大きくするため、ステアリング剛性が異なる車種（スポーツタイプの車やセダンタイプの車など）に応じ、操舵ハンドル１と操向輪４，５との間の捩れ分を精度良く模擬できる。
【００６９】
(6) 駆動指令値補正手段は、車速Ｖが高いほど、定常成分補正量を大きくするため、定常偏差解消に伴う車両挙動変化を抑制でき、車速Ｖに応じて車両挙動を安定化させることができる。
【００７０】
(7) 駆動指令値補正手段は、保舵中には、スイッチ１６ｅをOFFし、定常成分補正量をゼロとするため、運転者が現在の操舵状態を望んでいる場合には、外乱定常成分の補正を行わないことで、運転者に与える違和感を防止できる。
【００７１】
(8) 駆動指令値補正手段は、車両挙動状態量（前後加速度、横加速度）が所定値以上のとき、スイッチ１６ｅをOFFし、定常成分補正量をゼロとするため、定常偏差解消に伴う車両挙動変化を抑制し、車両挙動を安定化させることができる。
【００７２】
(9) 駆動指令値補正手段は、定常成分量が所定値以上のとき、定常成分補正量をゼロとするため、操向輪４，５が縁石等の障害物に当たっている場合等において、電流を抑制させることが可能となり、モータの過熱保護を図ることができる。
【００７３】
(10) 操舵ハンドル１に反力を与える操舵反力用アクチュエータ２と、前記転舵装置用コントローラ１６からの指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差に応じた操舵反力指令値を、前記操舵反力用アクチュエータ２に出力する操舵反力装置用コントローラ１０と、を備えたため、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に偏差が生じた場合、操舵反力の変化により操向タイヤ４，５に外力の入力があることを知らせることができる。
【実施例２】
【００７４】
まず、構成を説明する。
図１４は実施例２における転舵角制御系ブロック図であり、図５に示した実施例１の構成に対し、スイッチ１６ｅに代えて、フィードバック補償器１６ｄの出力段に外乱補償出力リミッター１６ｋを設けた点で異なる。実施例２では、外乱補償出力リミッター１６ｋと加減算器１６ｆとで、駆動指令値補正手段が構成される。
【００７５】
前記外乱補償出力リミッター１６ｋは、指令転舵角θtaと実舵角θtとの偏差が大きくなるほどリミッター値Lfbを大きな値に設定する（図１５）。すなわち、偏差が大きいときには、リミッター値Lfbを大きな値とし、指令電流フィードバック分Ifbに対する制限を小さくすることにより、偏差を素早く無くすように働かせる。一方、偏差が小さいときには、リミッター値Lfbを小さな値とし、指令電流フィードバック分Ifbに対する制限を大きくすることにより、偏差に対しフィードバックを緩やかに作用させる。
【００７６】
また、リミッター値Lfbは、車両の特性、車両状態および操舵状態等のパラメータに応じて可変する。
(a) 車両の剛性が高いほど、リミッター値Lfbを高めに設定する。
(b) 車速Ｖが高いほど、リミッター値Lfbを低めに設定する。
(c) 前後加速度Garが高いほど、リミッター値Lfbを低めに設定する。
(d) 横加速度Glが高いほど、リミッター値Lfbを低めに設定する。
(e) 操舵角速度が高いほど、リミッター値Lfbを低めに設定する。
【００７７】
次に、作用を説明する。
［転舵制御処理］
図１６は実施例２の転舵装置用コントローラ１６にて実行される転舵制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、図７に示した実施例１の転舵制御処理と同一処理を行うステップには、同じステップ番号を付して説明を省略する。
【００７８】
ステップＳ２２では、ステップＳ５で補正を行うと判定されたため、フィードバック補償器１６ｄの出力段にある外乱補償出力リミッター１６ｊの値Lfbを、車両の剛性、車速Ｖ、前後加速度、横加速度および操舵角速度に応じて設定し、リターンへ移行する。
【００７９】
ステップＳ２３では、ステップＳ５で補正を行わないと判定されたため、フィードバック補償器１６ｄの出力段にある外乱補償出力リミッター１６ｊの値LfbをLfb＝０に変更し、リターンへ移行する。
【００８０】
以上の処理によって、実施例１と同様に、フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値より小さい場合には、外乱の定常成分補正量に応じて指令電流値Itaが補正されるため、外乱による偏差により発生する制御誤差および操舵感の低下を抑制することができる。また、フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値以上の場合には、外乱の定常成分補正量がゼロとされるため、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの間に定常的な偏差を発生させることができる。
【００８１】
また、指令転舵角θtaと実舵角θtとの偏差が大きくなるほどリミッター値Lfbを大きな値に設定し、定常成分補正量を指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差に応じた上限値に制限する。よって、フィードバック補償器１６ｄで求めている定常偏差が所定値より小さい場合に、指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差に応じて、制御の応答性を変えることができる。
【００８２】
［車両の特性や車両状態等に応じたリミッター値可変作用］
実施例２では、車両の剛性が高いほど、外乱補償出力リミッター１６ｋのリミッター値Lfbを高めに設定するため、車両の剛性が高いほど定常成分補正量に対する制限を小さくすることで、車両の剛性が高いほど、制御の応答性を高くできる。
【００８３】
また、車速Ｖ，前後加速度Gar，横加速度Glが高いほど、外乱補償出力リミッター１６ｋのリミッター値Lfbを低めに設定し、定常成分補正量の制限量を大きくするため、高速域、急加減速、急旋回など、車両挙動変化が大きい場合には、偏差に対しフィードバックを緩やかに作用させることで、車両挙動への影響を抑えることができる。
【００８４】
次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の(1)〜(10)の効果に加えて、下記の効果が得られる。
【００８５】
(11) 駆動指令値補正手段は、指令転舵角θtaと実舵角θtとの偏差が大きくなるほどリミッター値Lfbを大きな値に設定し、定常成分補正量を指令転舵角θtaと実転舵角θtとの偏差に応じた上限値に制限する。よって、偏差が大きいときには、偏差を素早く減らすことができ、偏差が小さいときには、偏差をゆっくりと減らすことができる。
【００８６】
（他の実施例）
以上、本発明の車両用操舵制御装置を実施例１，２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、各実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８７】
例えば、外乱の定常偏差量を推定する定常偏差推定手段は、フィードバック補償器に限らない。例えば、指令電流Itaと実転舵角θtとから外乱推定する外乱補償器を設け、この外乱補償器の出力をローパスフィルタに通すことで定常偏差量を求めても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
実施例１，２では、操舵側と転舵側とが機械的に完全に切り離されたステア・バイ・ワイヤシステムに適用した車両用操舵制御装置を示したが、操舵側と転舵側とが故障対策として機械的に連結されていても正常時には操舵反力が操舵ハンドルに伝達されないシステムや、操舵側と転舵側とが機械的に連結されていても、操舵角と転舵角の比であるステアリングギヤ比を可変にする制御システムで、操向輪を転舵する転舵アクチュエータと、操舵角に応じた転舵角になるように指令転舵角を設定し、指令転舵角を得る駆動力指令値を転舵アクチュエータへ出力する転舵制御手段と、を備えた車両であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１の車両用操舵制御装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステムを示す全体図である。
【図２】実施例１の車両用操舵制御装置の操舵反力制御系および転舵角制御系の全体構成を示す図である。
【図３】実施例１における操舵反力装置用コントローラのモータ制御指令値算出手段を示す操舵反力制御系ブロック図である。
【図４】操舵反力制御における各ゲインKa,Ksの車速Ｖに応じた設定例とリミット値Lsの推定路面μに応じた設定例を示す図である。
【図５】実施例１における転舵角制御系ブロック図である。
【図６】従来のロバストモデルマッチング手法を用いた転舵角制御系ブロック図である。
【図７】実施例１の転舵装置用コントローラ１６にて実行される転舵制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】操舵／転舵間に機械的なつながりのある操舵系の概略図である。
【図９】操舵／転舵間に機械的なつながりのある操舵系におけるハンドルシャフトの概略図である。
【図１０】制御対象のパラメータに誤差があるとき、外乱補償を入れない場合の指令転舵角θtaに対する実転舵角θtの応答を示す図である。
【図１１】制御対象のパラメータに誤差があるとき、外乱補償を入れた場合の指令転舵角θtaに対する実転舵角θtの応答を示す図である。
【図１２】フィードバック分を働かせなかったときの、外乱を加えたときの指令転舵角θtaに対する実転舵角θtの応答を示す図である。
【図１３】外乱による偏差補正時の指令転舵角θtaに対する実転舵角θtの応答を示す図である。
【図１４】実施例２における転舵角制御系ブロック図である。
【図１５】リミッター値Ifbの設定マップである。
【図１６】実施例２の転舵装置用コントローラ１６にて実行される転舵制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１  操舵ハンドル
２  操舵反力用アクチュエータ
３  操舵反力装置
４，５  操向輪
６  転舵用アクチュエータ
７  転舵装置
８  ステアリングコラムシャフト
９  操舵反力用モータ角センサ
１０  操舵反力装置用コントローラ
１１  車速センサ
１２  ステアリングギヤ機構
１３  ステアリングラック軸
１５  転舵用モータ角センサ
１６  転舵装置用コントローラ
１６ａ  フィードフォワード補償器
１６ｂ  規範モデル
１６ｃ  差分器
１６ｄ  フィードバック補償器
１６ｅ  スイッチ
１６ｆ  加減算器
１６ｇ  電流リミッター
１６ｈ  ロバスト補償器
１６ｊ  ゲイン設定器
１６ｋ  外乱補償出力リミッター
１７  双方向通信線
１８  前後加速度センサ
１９  横加速度センサ
【図１】
2006168481.tif 000003
【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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