(57)【要約】【課題】  運転者による操舵ハンドルの操作状態に応じて、必要なときに最適な反力を付与する車両の操舵装置を提供すること。【解決手段】  電子制御ユニット３５は、Ｓ１１にて入力した操舵角θに基づいてＳ１２にて操舵ハンドル１１が切込み操作されているか否かを判定する。切込み操作されていれば、Ｓ１３にて弾性トルクMteと粘性トルクMtdからなる基本反力トルクマップを演算する。そして、Ｓ１４にて操舵角θを表す検出信号を位相補償フィルタを用いて位相補償し、Ｓ１５にて位相補償した操舵角θaを用いて大きな目標反力トルクTfaを計算する。一方、切戻し操作されていれば、Ｓ１６，１７にてトルクMtdを小さく計算するための係数βを計算する。そして、Ｓ１８にてトルクMtdをマップ演算し、Ｓ１９にてこの粘性トルクMtdに係数βを乗算した補正粘性トルクMtdh演算して小さな目標反力トルクTfbを計算する。【選択図】  図２
2007090924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与するための反力アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する反力制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記反力制御装置を、
前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、
前記検出した操作入力値の絶対値が大きくなる前記操舵ハンドルの回動操作を切込み操作と判定し、前記検出した操作入力値の絶対値が小さくなる前記操舵ハンドルの回動操作を切戻し操作と判定する回動操作判定手段と、
前記検出した操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力トルクであって、前記切込み操作と判定したときには運転者による前記操舵ハンドルの回動操作状態に応じて大きな反力トルクを前記検出した操作入力値に基づいて計算し、前記切戻し操作と判定したときには小さな反力トルクを前記検出した操作入力値に基づいて計算する反力トルク計算手段とを備えて構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記反力制御装置は、さらに、
前記回動操作判定手段による前記切込み操作の判定に基づき、前記検出した操作入力値を表す検出信号に対して位相補償し、同位相補償した位相補償検出信号を出力する位相補償手段を備え、
前記反力トルク計算手段が、前記切込み操作時における大きな反力トルクを、前記位相補償検出信号によって表される位相補償後の操作入力値に基づいて計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記位相補償検出信号は、前記検出した操作入力値を表す検出信号に対するゲインが大きく位相補償されることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項４】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記反力トルク計算手段は、
前記回動操作判定手段による前記切戻し操作の判定に基づき、
前記反力トルクを形成するトルクであって、前記検出した操作入力値と予め定めた所定の関係にある弾性トルクと前記検出した操作入力値の時間微分値と予め定めた所定の関係にある粘性トルクのうち、前記粘性トルクの値を所定の関係に基づいて小さく計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項５】
請求項４に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記粘性トルクの値を小さく計算する所定の関係は、
前記検出した操作入力値の時間微分値に基づいて決定されることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与するための反力アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する反力制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種のステアリングバイワイヤ方式を採用した操舵装置の開発は、積極的に行われている。そして、例えば、下記特許文献１には、操舵ハンドルとして、ジョイスティックを採用した自動車用運転操作装置が示されている。この従来の操作装置においては、ジョイスティックの操作力が、操作速度に比例するとともに、操作速度が一定以上高くなった場合には、急激に重たい一定値の操作力を付与するようになっている。
【０００３】
このように、ジョイスティックに付与される操作力、言い換えれば、操作反力の特性は、ジョイスティックの操作角度に依存する弾性特性と、操作角速度に比例する粘性特性とを有している。そして、最終的に、前記特性に応じて反力発生手段が発生した反力と車速反力係数とを乗算することによって計算された操作反力がジョイスティックに付与されるようになっている。
【０００４】
また、上記従来の操作装置においては、操舵輪（転舵輪）角度をジョイスティックの操作量に操舵ゲインを乗算することによって算出するようになっている。ここで、操舵ゲインは、車速により変化する特性を有するようになっている。
【特許文献１】特開２０００−３１３３５０号公報
【０００５】
ところで、上記従来の自動車用運転操作装置においては、操舵輪（転舵輪）がジョイスティックの操作量に対して大きく切れ過ぎる状態（所謂、オーバーステア状態）を防止するために、操舵反力が常に大きく付与される。すなわち、上述した車速反力係数は、操舵ゲインに対して一様に増加する関係にあり、例えば、操舵ゲインを大きくしてジョイスティックの操作量を低減するようにした場合には、常に大きな操舵反力が付与される。これにより、運転者に対して肉体的な負担を掛け、また、軽快な操作性を損なう可能性がある。
【０００６】
また、操舵輪（転舵輪）角度が車速により変化する操舵ゲインに基づいて計算されるため、例えば、中速域で走行する車両においては、操舵ゲインが大きくかつ操舵反力が大きい状態となる。この状態から、車両が低速域に移行すると、操舵ゲインが急激に大きくなる一方で操舵反力が急激に小さくなって、操作特性が急変するため、操作フィーリングが悪化する場合がある。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、運転者による操舵ハンドルの操作状態に応じて、必要なときに最適な反力を付与する車両の操舵装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与するための反力アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する反力制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記反力制御装置を、前記操舵ハンドルに対する運転者の操作入力値を検出する操作入力値検出手段と、前記検出した操作入力値の絶対値が大きくなる前記操舵ハンドルの回動操作を切込み操作と判定し、前記検出した操作入力値の絶対値が小さくなる前記操舵ハンドルの回動操作を切戻し操作と判定する回動操作判定手段と、前記検出した操作入力値と予め定めた所定の関係にある反力トルクであって、前記切込み操作と判定したときには運転者による前記操舵ハンドルの回動操作状態に応じて大きな反力トルクを前記検出した操作入力値に基づいて計算し、前記切戻し操作と判定したときには小さな反力トルクを前記検出した操作入力値に基づいて計算する反力トルク計算手段とを備えて構成したことにある。
【０００９】
この場合、前記反力制御装置は、さらに、前記回動操作判定手段による前記切込み操作の判定に基づき、前記検出した操作入力値を表す検出信号に対して位相補償し、同位相補償した位相補償検出信号を出力する位相補償手段を備え、前記反力トルク計算手段が、前記切込み操作時における大きな反力トルクを、前記位相補償検出信号によって表される位相補償後の操作入力値に基づいて計算するとよい。そして、前記位相補償検出信号は、前記検出した操作入力値を表す検出信号に対するゲインが大きく位相補償されるとよい。
【００１０】
さらに、前記反力トルク計算手段は、前記回動操作判定手段による前記切戻し操作の判定に基づき、前記反力トルクを形成するトルクであって、前記検出した操作入力値と予め定めた所定の関係にある弾性トルクと前記検出した操作入力値の時間微分値と予め定めた所定の関係にある粘性トルクのうち、前記粘性トルクの値を所定の関係に基づいて小さく計算するとよい。そして、前記粘性トルクの値を小さく計算する所定の関係は、前記検出した操作入力値の時間微分値に基づいて決定されるとよい。
【００１１】
これらによれば、反力トルク計算手段は、運転者によって操舵ハンドルが切込み操作されているときには、操舵ハンドルの回動操作状態に応じて大きな反力トルクを計算することができる。この大きな反力トルクは、検出した操作入力値を表す検出信号に対するゲインが大きくなるように位相補償した位相補償検出信号を用いて計算することができる。これにより、通常の回動操作状態においては、検出信号と位相補償検出信号のゲイン差が小さいため、適切な大きさの反力トルクを付与することができる。
【００１２】
一方、操舵ハンドルが素早くかつ大きく回動操作される回動操作状態においては、検出信号のゲインに対して位相補償検出信号のゲインが大きくなるように補償されるため、この状態では、大きな反力トルクを大きく計算することができる。これにより、運転者による操舵ハンドルの回動操作状態に応じて、必要なときに適切な反力を付与することができる。したがって、運転者の肉体的な負担を軽減するとともに、軽快な操舵性を確保することができる。
【００１３】
また、反力トルク計算手段は、運転者によって操舵ハンドルが切戻し操作されているときには、反力トルクを小さく計算することができる。この場合、特に、反力トルクを形成する粘性トルクの値を小さくして計算することによって、操舵ハンドルの操舵角速度に依存して作用する粘性トルクの影響を抑制することができる。これにより、急激な反力トルクの変化が生じることを防止することができるとともに、例えば、操舵ハンドルを軽快に切戻し操作することができる。したがって、良好な操作フィーリングを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
【００１５】
この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端は電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ１３に接続されている。反力アクチュエータ１３は、後述するように、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作状態に応じて所定の反力を付与する。
【００１６】
また、この操舵装置は、電動モータおよび減速機構からなる転舵アクチュエータ２１を備えている。この転舵アクチュエータ２１による転舵力は、転舵出力軸２２、ピニオンギア２３およびラックバー２４を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。この構成により、転舵アクチュエータ２１からの回転力は転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３の回転によりラックバー２４が軸線方向に変位して、このラックバー２４の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。
【００１７】
次に、これらの反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、操舵角センサ３１、操舵トルクセンサ３２、転舵角センサ３３および車速センサ３４を備えている。
【００１８】
操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出して、操作入力値としての操舵角θを出力する。操舵トルクセンサ３２も、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１に入力されたトルクを検出してトルクTとして出力する。転舵角センサ３３は、転舵出力軸２２に組み付けられて、転舵出力軸２２の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対応）として出力する。ここで、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。また、トルクＴは、右方向に作用するトルクを正の値で表すとともに、左方向に作用するトルクを負の値で表す。車速センサ３４は、車両の車速を検出して車速Vとして出力する。
【００１９】
これらのセンサ３１〜３４は、電子制御ユニット３５に接続されている。電子制御ユニット３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、図２に示す反力制御プログラムを含む各種プログラムの実行により反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット３５の出力側には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１を駆動するための駆動回路３６，３７がそれぞれ接続されている。駆動回路３６，３７内には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を検出するための電流検出器３６ａ，３７ａが設けられている。電流検出器３６ａ，３７ａによって検出された駆動電流は、両電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３５にフィードバックされている。
【００２０】
次に、上記のように構成した実施形態の動作について詳細に説明する。運転者によって図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、電子制御ユニット３５（より詳しくは、ＣＰＵ）は、図２に示す反力制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。
【００２１】
すなわち、電子制御ユニット３５は、反力制御プログラムの実行をステップＳ１０にて開始し、ステップＳ１１にて、操舵角センサ３１によって検出された操舵角θを入力するとともに、車速センサ３４によって検出された車速Vを入力する。続いて、ステップＳ１２においては、電子制御ユニット３５は、ステップＳ１１にて入力した検出操舵角θに基づいて、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が、検出操舵角θの絶対値が大きくなる回動操作（以下、この回動操作を切込み操作という）されているか、検出操舵角θの絶対値が小さくなる回動操作（以下、この回動操作を切戻し操作という）されているかを判定する。以下、この判定について説明する。
【００２２】
今、操舵ハンドル１１が右方向へ回動されている場合を考えると、操舵角センサ３１から出力された検出操舵角θは負の値となっている。この状態において、操舵ハンドル１１が回動操作されたときに、電子制御ユニット３５は、検出操舵角θの時間微分値dθ／dt（以下、この微分値を操舵角速度dθ／dtという）が負の値であれば運転者によって切込み操作されていると判定し、操舵角速度dθ／dtが正の値であれば運転者によって切戻し操作されていると判定する。
【００２３】
一方、操舵ハンドル１１が左方向へ回動されている場合を考えると、操舵角センサ３１から出力された検出操舵角θは正の値となっている。この状態において、操舵ハンドル１１が回動されたときに、電子制御ユニット３５は、操舵角速度dθ／dtが正の値であれば運転者によって切込み操作されていると判定し、操舵角速度dθ／dtが負の値であれば運転者によって切戻し操作されていると判定する。
【００２４】
ここで、切込み操作と切戻し操作の判定に際しては、後述するように、判定した切込み操作または切戻し操作に応じて反力制御内容を切替えて実行するために、切込み操作と切戻し操作間に不感帯が設けられる。すなわち、運転者によって切込み操作または切戻し操作がされると同時に電子制御ユニット３５がこれらの操作を判定するようにすると、例えば、運転者が微調整のために操舵ハンドル１１を左右方向へ回動した場合であっても、その都度反力制御内容が切り替わることになる。このように、制御内容が頻繁に切り替わることにより、例えば、運転者が操舵ハンドル１１を介して知覚する反力が大きく変動するなどの問題を生じる。
【００２５】
これに対して、切込み操作と切戻し操作の判定に関して不感帯を設けることによって、電子制御ユニット３５が運転者の微調整などに起因した切込み操作または切戻し操作を頻繁に判定することを防止することができ、上記問題は解決される。ここで、不感帯としては、例えば、切込み操作および切戻し操作を判定するまでの判定時間を採用することができる。これにより、操舵ハンドル１１の回動操作において、運転者が覚える違和感を低減することができる。
【００２６】
そして、ステップＳ１２の判定処理において、現在、操舵ハンドル１１が運転者によって切込み操作されていれば、電子制御ユニット３５は「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１３に進む。ステップＳ１３においては、電子制御ユニット３５は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して付与する後述の目標反力トルクTfaを決定するための基本反力トルクマップを演算する。以下、このマップの演算について詳細に説明する。
【００２７】
ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵ハンドル１１の回動操作に対して、主に、操舵角θに応じて決定されるばね項成分と操舵角速度dθ／dtに応じて決定される粘性項成分とが反力トルクとして付与される。ここで、ばね項成分項は、図３に示すように、例えば、操舵角θに対して比例する弾性トルクMteとして決定されるものである。また、粘性項成分は、図４に示すように、例えば、操舵角速度dθ／dtに対して比例する粘性トルクMtdとして決定されるものである。
【００２８】
そして、これら弾性トルクMteと粘性トルクMtdの大きさは、例えば、車両の車速域に応じて変化するようになっている。すなわち、弾性トルクMteおよび粘性トルクMtdは、高速域では操舵ハンドル１１に適度な大きさの反力トルクが付与されるように大きな値となり、低速域では操舵ハンドル１１を容易に回動操作できるように小さな値となる。このため、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１１にて入力した検出車速Vに基づいて、対応する基本反力トルクマップを演算する。
【００２９】
前記ステップＳ１３のマップ演算処理後、電子制御ユニット３５は、ステップＳ１４にて、位相補償フィルタ処理を実行する。以下、この位相補償フィルタ処理について具体的に説明する。
【００３０】
ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、上述したように、操舵入力軸１２と転舵出力軸２２とを備えており、操舵入力軸１２は操舵ハンドル１１と反力アクチュエータ１３に接続され、転舵出力軸２２は転舵アクチュエータ２１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に接続される。言い換えれば、操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２との間の機械的な連結が外されている。このため、操舵角θに対する転舵角δの割合すなわち操舵ゲインを自由に設定することができる。これにより、例えば、操舵ゲインを大きく設定すれば、小さな操舵角θで大きな転舵角δを得ることができるため、運転者は、操舵ハンドル１１を持ち替えることなく極めて容易に車両を旋回させることができる。
【００３１】
しかし、ステアリングバイワイヤ方式以外の従来の操舵装置の操作経験が長い運転者にとっては、上述した操舵ゲイン特性に慣れるまで、車両の旋回挙動に違和感を覚える場合がある。すなわち、操舵ゲインの大きなステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、従来の操舵装置のように操舵ハンドル１１を素早くかつ大きな回動操作（以下、この回動操作を速い回動操作という）をしなくても、車両を大きく旋回させることができるにもかかわらず、運転者は、過去の操作経験から速い回動操作を行う場合がある。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が運転者の見込んだ転舵角δよりも大きくなって（所謂、オーバーステア状態）、車両の旋回挙動を修正するための操舵（以下、修正操舵という）が必要となり、かえって運転しづらくなる場合がある。
【００３２】
ところで、速い回動操作がなされた場合には、操舵角センサ３１から出力された操舵角θを表す信号（以下、検出信号という）に大きな位相進みが生じる。このため、電子制御ユニット３５は、位相補償フィルタを用いて検出信号をフィルタ処理することによって、検出信号を位相補償する。そして、電子制御ユニット３５は、この位相補償した検出信号を用いて、後述する目標反力トルクTfaを計算する。ここで、位相補償フィルタの位相補償特性は、位相補償する位相進みの最大値が出現するピーク周波数とこのピーク周波数におけるゲインとに基づいて実験的に決定されるものである。
【００３３】
すなわち、電子制御ユニット３５は、位相補償フィルタを用いて、検出信号を位相進みフィルタ処理し、検出信号の位相進みを補償する。このように、位相進みを補償された検出信号（以下、位相補償検出信号という）は、操舵角センサ３１から出力された検出信号の位相進みに応じて、検出信号に対するゲインが変更される。より詳しくは、運転者によって速い回動操作がなされるほど、検出信号の位相進みは大きくなるため、位相補償検出信号の検出信号に対するゲインが大きくなる。そして、検出信号をフィルタ処理して位相補償すると、電子制御ユニット３５は、ステップＳ１５に進む。
【００３４】
ステップＳ１５においては、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１４にてフィルタ処理した位相補償検出信号に基づいて目標反力トルクTfaを計算する。すなわち、電子制御ユニット３５は、位相補償検出信号によって表される位相補償後の操舵角θaを用いて、前記ステップＳ１３にて演算した基本反力トルクマップに従って目標反力トルクTfaを計算する。
【００３５】
具体的に説明すると、電子制御ユニット３５は、操舵角θaを用いて、図３のマップに基づきばね成分項としての弾性トルクMteを計算する。また、電子制御ユニット３５は、操舵角θaについて計算した操舵角速度dθa／dtを用いて、図４のマップに基づき粘性成分項としての粘性トルクMtdを計算する。そして、電子制御ユニット３５は、計算した弾性トルクMteと粘性トルクMtdとを加算して、目標反力トルクTfaを計算する。
【００３６】
ところで、上述したように、位相補償後の操舵角θaを表す位相補償検出信号は、前記ステップＳ１３におけるフィルタ処理によって、操舵角センサ３１から入力した検出操舵角θを表す検出信号に対するゲインが変更される。特に、運転者が速い回動操作を行った場合には、位相補償検出信号のゲインは大きくなる。したがって、速い回動操作がなされた場合には、位相補償検出信号によって表される操舵角θaは、検出操舵角θに比して大きな値となる。
【００３７】
このため、図３および図４のマップに基づき、操舵角θaを用いて計算される弾性トルクMteと粘性トルクMtdすなわち目標反力トルクTfaは、位相進みが小さい（ゆっくりとした）通常の回動操作を行った場合よりも大きく計算される。これにより、運転者によって速い回動操作がなされた場合には、操舵ハンドル１１に対してより大きな目標反力トルクTfaが付与されるため、運転者は、操舵ハンドル１１の回動操作に対して適切な抵抗感を知覚するようになる。そして、電子制御ユニット３５は、目標反力トルクTfaを計算すると、ステップＳ２０に進む。
【００３８】
また、前記ステップＳ１２にて、操舵ハンドル１１が切込み操作されていない、言い換えれば、操舵ハンドル１１が切戻し操作されていれば、電子制御ユニット３５は「Ｎｏ」と判定してステップＳ１６に進む。
【００３９】
ステップＳ１６以降の各処理は、運転者によって操舵ハンドル１１が切戻し操作されている場合の反力制御である。ここで、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、上述したように、主に、弾性トルクMteと粘性トルクMtdが操舵ハンドル１１に付与される。すなわち、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２との機械的な連結が外されているため、路面と左右前輪との間の摩擦力に起因するセルフアライメントトルクが反力として操舵ハンドル１１に付与されない。
【００４０】
このため、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、例えば、運転者が現在の操舵ハンドル１１の回動操作位置を維持するためのトルク（すなわち、操舵トルク）を小さくして、操舵ハンドル１１を中立位置方向に自然復帰させようとしても、操舵ハンドル１１が中立位置方向に十分に復帰しない場合がある。
【００４１】
具体的に説明すると、切戻し操作される操舵ハンドル１１においては、基本反力トルクを形成する粘性トルクMtdが、操舵ハンドル１１の切戻し方向の操舵角速度dθ／dtに依存して発生し、操舵ハンドル１１の回動に抗するように常に作用する。そして、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、セルフアライメントトルクが入力されないため、操舵ハンドル１１を中立位置方向へ回動させるトルクは基本反力トルクを形成する弾性トルクMteとなる。このため、粘性トルクMtdと弾性トルクMteとの大きさの関係によっては、操舵ハンドル１１の中立位置方向への回動が抑制される場合がある。したがって、切戻し操作時における操舵ハンドル１１の中立位置方向への自然復帰特性を確保するためには、基本反力トルクを形成する粘性トルクMtdを小さくする必要がある。
【００４２】
このため、ステップＳ１６においては、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１１にて入力した検出操舵角θの絶対値の操舵角速度dθ／dtを計算し、この操舵角速度dθ／dtに対して、周知の方法に基づき、±１のリミッタ処理をする。そして、電子制御ユニット３５は、リミッタ処理後の値を変数Ｂとして設定し、ステップＳ１７に進む。
【００４３】
ステップＳ１７においては、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１６にて設定した変数Ｂを用いて、粘性トルクMtdを減少させるための係数βを下記式１に従って計算する。
β＝(B＋1)／2  …式１
ただし、係数βは０＜β＜１の値を有する係数である。
【００４４】
前記ステップＳ１７の演算処理後、電子制御ユニット３５は、ステップＳ１８にて、粘性トルクMtdをマップ演算する。すなわち、電子制御ユニット３５は、図４に示した粘性トルクMtdの特性マップを用いて、現在の操舵角速度dθ／dtにおける粘性トルクMtdを計算する。このように計算される粘性トルクMtdは、弾性トルクMteが操舵ハンドル１１を中立位置方向に回動させるトルクとして作用するのに対して、操舵ハンドル１１の回動を抑制する抵抗トルクとして作用する。
【００４５】
したがって、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１８にてマップ演算した粘性トルクMtdを減少させるために、ステップＳ１９にて、粘性トルクMtdの補正演算を実行する。すなわち、電子制御ユニット３５は、前記ステップＳ１７にて演算した係数βを用いた下記式２に従って、粘性トルクMtdが小さくなるように補正した補正粘性トルクMtdhを計算する。
Mtdh＝β・Mtd  …式２
これにより、電子制御ユニット３５は、前記式２に従って計算された補正粘性トルクMtdhと検出操舵角θに比例して計算される弾性トルクMteとを加算することにより、切戻し操作時における目標反力トルクTfbを計算する。そして、電子制御ユニット３５は、補正粘性トルクMtdhを計算するとともに目標反力トルクTfbを計算すると、ステップＳ２０に進む。
【００４６】
ステップＳ２０においては、電子制御ユニット３５は、反力アクチュエータ１３の作動を制御して、前記ステップＳ１５にて計算した目標反力トルクTfaまたは前記ステップＳ１９にて計算した目標反力トルクTfbを、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に付与する。具体的に説明すると、電子制御ユニット３５は、駆動回路３６から反力アクチュエータ１３内の電動モータに流れる駆動電流を入力するとともに操舵トルクセンサ３２からトルクTをも入力し、同電動モータに目標反力トルクTfaまたは目標反力トルクTfbに対応した駆動電流が流れるように駆動回路３６をフィードバック制御する。この反力アクチュエータ１３内の電動モータの駆動制御により、電動モータは、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に対し、目標反力トルクTfaまたは目標反力トルクTfbに対応した反力を付与する。
【００４７】
このように、反力アクチュエータ１３が作動制御されることにより、運転者は、操舵ハンドル１１を介して適切な反力を知覚する。具体的に説明すると、運転者が操舵ハンドル１１を切込み操作している場合において、通常の回動操作であれば、運転者は、検出操舵角θを用いて決定される目標反力トルクTfaを知覚しながら、極めて容易に見込んだ旋回挙動で車両を旋回させることができる。
【００４８】
また、切込み操作をしている場合において、速い回動操作であれば、運転者は、通常の回動操作時よりも大きな目標反力トルクTfa、言い換えれば、抵抗感を知覚することになり、この結果、速い回動操作が抑制される。これにより、操舵ハンドル１１の回し過ぎが防止されるため、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δが大きくなり過ぎることが防止される。したがって、運転者は、見込んだ旋回挙動で車両を旋回させることができる。
【００４９】
一方、運転者が操舵ハンドル１１を切戻し操作している場合には、運転者は、小さく計算された目標反力トルクTfbを知覚しながら、極めて容易に操舵ハンドル１１を中立位置方向に回動操作することができる。これにより、車両の旋回挙動に応じて、例えば、修正操舵する場合には、素早く操舵ハンドル１１を回動操作することができ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δを速やかに修正することができる。また、例えば、運転者が操舵トルクを小さくして、操舵ハンドル１１を中立位置方向に自然復帰させる場合には、弾性トルクMteに対して小さな補正粘性トルクMtdhが作用するため、操舵ハンドル１１は自動的に中立位置方向に復帰する。
【００５０】
ここで、電子制御ユニット３５は、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されて、操舵角θが入力された場合には、この入力された操舵角θに対応した転舵角δを計算する。そして、この転舵角δに一致するように左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御する。すなわち、電子制御ユニット３５は、駆動回路３７から転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を入力するとともに、転舵角センサ３３によって検出された実転舵角を入力する。そして、電子制御ユニット３５は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵角δに転舵されるように転舵アクチュエータ２１内の電動モータに適切な駆動電流が流れるように駆動回路３７をフィードバック制御する。
【００５１】
この転舵アクチュエータ２１内の電動モータの駆動制御により、同電動モータの回転は、転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３によりラックバー２４を軸線方向に変位させる。そして、このラックバー２４の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は操舵角θに対応した転舵角δに転舵される。
【００５２】
以上の説明からも理解できるように、この実施形態によれば、操舵ハンドル１１の切込み操作時においては、操舵ハンドル１１の回動操作状態に応じて大きな目標反力トルクTfaを計算することができる。この大きな目標反力トルクTfaは、操舵角センサ３１によって検出された操舵角θを表す検出信号に対するゲインが大きくなるように位相補償した位相補償検出信号（操舵角θa）を用いて計算することができる。これにより、通常の回動操作状態においては、検出信号と位相補償検出信号のゲイン差が小さいため、適切な大きさの目標反力トルクTfaが計算できて、適切な大きさの反力を操舵ハンドル１１に付与することができる。
【００５３】
一方、操舵ハンドル１１が素早くかつ大きく回動操作される速い回動操作状態においては、検出信号のゲインに対して位相補償検出信号のゲインが大きくなるように補償される。このため、速い回動操作状態では、より大きな目標反力トルクTfaを大きく計算することができる。このように、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作状態に応じて、必要なときに適切な目標反力トルクTfaを計算することができ、最適な反力を付与することができる。したがって、運転者の肉体的な負担を軽減するとともに、軽快な操舵性を確保することができる。
【００５４】
また、運転者によって操舵ハンドル１１が切戻し操作されているときには、小さな目標反力トルクTfbを計算することができる。この場合、特に、基本反力トルクを形成する粘性トルクMtdの値を小さくして計算することによって、操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtに依存して作用する粘性トルクMtdの影響を抑制することができる。これにより、急激な反力トルクの変化が生じることを防止することができるとともに、例えば、操舵ハンドル１１を軽快に切戻し操作することができる。したがって、良好な操作フィーリングを確保することができる。
【００５５】
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００５６】
例えば、上記実施形態においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態においては、転舵アクチュエータ２１を用いて転舵出力軸２２を回転させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ２１を用いてラックバー２４をリニアに変位させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。
【図２】図１の電子制御ユニットにて実行される反力制御プログラムを表すフローチャートである。
【図３】操舵角と弾性トルクの関係を示すグラフである。
【図４】操舵角速度と粘性トルクの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…反力アクチュエータ、２１…転舵アクチュエータ、２２…転舵出力軸、３１…操舵角センサ、３２…操舵トルクセンサ、３３…転舵角センサ、３４…車速センサ、３５…電子制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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