JP2012011926A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステアリングの操舵状態に関係なく操向輪が転舵される転舵機構の異常が発生した場合であっても、運転者に違和感を与えることのない車両用操舵制御装置を提供すること。
【解決手段】 ステアリングの操作状態に応じて操向輪を転舵する転舵手段と、ステアリングに操舵反力を付与する反力付与手段とを備えた車両用操舵制御装置において、反力付与手段は、ステアリングの操舵状態にかかわらず転舵手段により操向輪が転舵される異常を検出した場合、通常時の反力付与方向と逆方向のトルク成分を有する反力を付与することとした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、運転者のステアリング操作に応じて、アクチュエータにより操向輪を転舵駆動する車両用操舵制御装置に関する。

従来、特許文献１には、運転者によって操舵されるステアリングと、このステアリングと機械的に切り離された操向輪と、ステアリング操舵角や操舵方向等の操舵状態に応じて操向輪を転舵駆動する転舵機構と、ステアリングに操向輪に入力する路面反力に基づいた操舵反力を付与する反力付与部とを備えた所謂ステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵制御装置が知られている。

特開２００６−２０５９５３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、ステアリングの操舵状態に関係なく操向輪が転舵される転舵機構の異常が発生した場合、車両挙動の変化方向と操舵反力の変化の方向とが不一致となり、運転者に違和感を与えるという問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ステアリングの操舵状態に関係なく操向輪が転舵される転舵機構の異常が発生した場合の、運転者に与える違和感を抑制する車両用操舵制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、ステアリングの操作状態に応じて操向輪を転舵する転舵手段と、ステアリングに操舵反力を付与する反力付与手段とを備えた車両用操舵制御装置において、反力付与手段は、ステアリングの操舵状態にかかわらず転舵手段により操向輪が転舵される異常を検出した場合、通常時の反力付与方向と逆方向のトルク成分を有する反力を付与することとした。

よって、異常が発生しているときの車両挙動変化の方向と操舵反力の変化方向との不一致が抑制され、異常発生時の運転者の違和感を抑制することができる。

実施例１の車両用操舵制御装置を適用したステア・バイ・ワイヤシステムの構成図である。 実施例１の車両用操舵制御装置のコントローラ内の制御構成を表す制御ブロック図である。 実施例１の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。 実施例１の操舵反力制御処理を表すフローチャートである。 実施例１の課題を表す概略図である。 実施例１の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。 実施例２の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。 実施例２の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。 実施例３の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。 実施例３の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。 実施例４の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。 実施例４の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。

図１は実施例１の車両用操舵制御装置を適用したステア・バイ・ワイヤシステムの構成図である。車両用操舵制御装置は、操舵機構１と、タイヤ２ａ，２ｂ（以下、操向輪２と記載する。）をステアリング７の操作状態に応じて転舵させる転舵機構３（転舵手段に相当）と、これら操舵機構１と転舵機構３とを電気的に制御するコントローラ４とを有する。そして、操舵機構１と転舵機構３とが機械的に分離されつつコントローラ４を介して電気的に接続されている。尚、フェール対策として異常時に機械的に連結する構成等を備えていてもよい。

操舵機構１は、操舵反力を発生する操舵反力モータ５（反力付与手段に相当）を有し、操舵反力モータ５の出力軸はハンドル軸６と連結されている。また、操舵機構１は、ステアリング７の操舵角（操作角）を検出する操舵角センサ８と、操舵反力モータ５の負荷電流を検出する操舵反力モータ電流センサ１８と、操舵反力モータ５のモータ回転角を検出するエンコーダ２１ａとを有する。

転舵機構３は、操向輪２を転舵駆動する転舵モータ９を有する。転舵モータ９の回転運動は、ギヤ機構１０を介してラック軸１１の軸方向運動に変換される。また、ラック軸１１の両側にはタイロッド１２ａ，１２ｂが設けられ、タイロッド１２ａ，１２ｂと接続されたナックルアーム１３ａ，１３ｂを介して操向輪２を転舵する。転舵モータ９は、転舵モータ９のモータ回転角を検出するエンコーダ２１ｂを有する。

転舵機構３は、ラック＆ピニオン機構１７のピニオン軸１４の回転角を検出する転舵角センサ１５を有する。この検出された転舵角は、ラック軸１１の軸方向変位量に相当し、また、操向輪２の転舵量（転舵実角）に相当する。転舵機構３は、転舵モータ９の負荷電流（転舵実電流）を検出する転舵モータ電流センサ１６と、操向輪２から入力されるタイヤ横力（路面反力）を直に検出可能な軸力センサ１９ａ，１９ｂ（路面反力検出手段に相当）とを有する。軸力センサ１９ａ，１９ｂは、例えばタイヤ２ａ，２ｂそれぞれのタイヤハブ部に設けられたタイヤ荷重センサ等であり、以下、軸力センサ１９と記載する。尚、ラック軸１１に作用する押し付け力を直接検知するタイプ等でもよい。

車両用操舵制御装置は、車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ６１と、車速を検出する車速センサ７０とを有する。コントローラ４は、操舵角センサ８により検出された操舵角、車速センサ７０により検出された車速及びヨーレイトセンサ６１により検出されたヨーレイトに基づいて操向輪２の転舵指令角を演算し、この転舵指令角と転舵角センサ１５にて検出された転舵実角とが一致するよう、転舵モータ９を駆動して操向輪２を転舵制御する。ここで、ステア・バイ・ワイヤシステムでは、操舵機構１と転舵機構３とが機械的に分離されているため、操向輪２から入力される路面反力や、車両サスペンション（不図示）とラック＆ピニオン機構１７に作用する抵抗力は、操舵機構１に直接伝わらない。よって、操舵反力モータ５によりステアリング７へ操舵反力を付与し、これにより運転者の違和感を抑制する。以下、コントローラ４内での制御構成について説明する。

図２は実施例１の車両用操舵制御装置のコントローラ内の制御構成を表す制御ブロック図である。コントローラ４は、転舵指令角演算部３１と、転舵指令電流演算部３２と、転舵モータ制御部３３と、反力モータ制御部３５と、操舵反力演算部３７と、故障検知部３９（異常検出手段に相当）と、操舵反力補正部３８と、操舵反力指令電流演算部４０とを有する。また、操舵角センサ８により検出された操舵角と車速センサ７０にて検出された車速とに基づいて車両に発生するヨーレイトを推定するヨーレイト推定部６２を有する。

転舵指令角演算部３１は、操舵角センサ８により検出された操舵角に基づいて、転舵指令角を演算する。この転舵指令角は、操舵角センサ８により検出された操舵角の所定の比（操舵角と転舵角との比であり、所望ギヤ比）を乗算する等して算出される。転舵指令電流演算部３２は、転舵指令角演算部３１で演算された転舵指令角と転舵角センサ１５により検出された転舵実角との偏差に基づいて、転舵モータ９に供給する電流の目標値である転舵指令電流を演算する。転舵モータ制御部３３は、転舵モータ電流センサ１６により検出された転舵モータ実電流が、転舵指令電流演算部３２で演算された転舵指令電流に一致するように転舵モータ９に供給される電流を制御して、転舵モータ９を駆動制御する。これにより転舵モータ９は、転舵実角が転舵指令角に一致するように駆動する。

操舵反力演算部３７は、軸力センサ１９により検出されたタイヤ横力（路面反力）に基づいてステアリング７に作用させる操舵反力を演算する。操舵反力補正部３８は、故障検知部３９から故障信号を受信した場合に、操舵反力演算部３７において演算された操舵反力を補正して出力する。操舵反力指令電流演算部４０は、操舵反力演算部３７で演算された操舵反力或いは操舵反力補正部３８で補正された操舵反力に基づいて操舵反力モータ５に供給する電流の目標値である操舵反力指令電流を演算する。反力モータ制御部３５は、操舵反力モータ電流センサ１８で検出された操舵反力モータ実電流と操舵反力指令電流とが一致するように、反力モータ５に供給される電流を制御して、反力モータ５を駆動制御する。これにより、反力モータ５はステアリング７に、操舵反力演算部３７で演算された操舵反力或いは操舵反力補正部３８で補正された操舵反力が発生するように駆動する。

故障検知部３９は、転舵モータ９，転舵角センサ１５，転舵モータ電流センサ１６，転舵指令角演算部３１，転舵指令電流演算部３２及び転舵モータ制御部３３を常時監視しており、「運転者の操作にかかわらず操向輪２が転舵する故障」を検知する。尚、故障検知部３９はヨーレイトセンサ６１により検出された実ヨーレイト、ヨーレイト推定部６２により推定された推定ヨーレイト、転舵角センサ１５により検出された転舵実角、転舵指令角演算部３１により演算された転舵指令角、転舵モータ電流センサ１６により検出された転舵実電流及び転舵指令電流演算部３２により演算された転舵指令電流を入力して監視する。そして、故障可能性があると判断した場合は故障確定前の故障診断中信号を出力し（異常検出手段に相当）、診断により故障と判断したときは、故障が確定したと判断して故障信号を出力する。

（故障診断開始条件）
故障診断の開始条件は、具体的には、以下の３つの条件が挙げられる。
i)転舵角センサ１５により検出された転舵実角と転舵指令角演算部３１により演算された転舵指令角との差が予め設定された閾値以上。これは、転舵指令電流演算部３２や転舵モータ９に故障が発生した場合を検知する。
ii)転舵モータ電流センサ１６により検出された転舵実電流と転舵指令電流演算部３２により演算された転舵指令電流との差が予め設定された閾値以上。これは、転舵モータ制御部３３や転舵モータ９に故障が発生した場合を検知する。
iii)ヨーレイトセンサ６１により検出された実ヨーレイトとヨーレイト推定部６２内で推定された推定ヨーレイトとの差が予め設定された閾値以上。これは、転舵指令電流演算部３２、転舵モータ制御部３３、転舵モータ９、転舵モータ電流センサ１６もしくは転舵角センサ１５に故障が発生した場合を検知する。
上記３つのいずれかが成立したときに故障の可能性が有ると判断して、故障診断を開始する。尚、実施例１では３つの条件のいずれか１つが成立したときとしたが、条件自体を適宜選択した１つだけ、もしくは適宜選択した２つとしてもよいし、複数の条件が成立したときを開始条件としてもよい。

上述した軸力センサ１９と、操舵反力モータ５と、コントローラ内における反力モータ制御部３５，操舵反力演算部３７，操舵反力補正部３８，故障検知部３９及び操舵反力指令電流演算部４０らによって反力付与手段を構成する。

図３は実施例１の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。操舵反力補正部３８内には、初めて故障診断信号を受信した際の路面反力（以下、故障開始時路面反力と記載する。）を記憶する故障開始時路面反力記憶部５１と、この記憶された故障開始時の路面反力と現在の路面反力との差を演算する路面反力差演算部５２ａと、演算された路面反力差に予め設定された補正量演算用の制御ゲインＫａを乗算して補正反力を演算するゲインブロック５３ａと、操舵反力演算部３７において演算された通常時操舵反力に補正反力を加算して補正後操舵反力を出力する加算ブロック５４と、通常時操舵反力と補正後操舵反力とを故障診断信号に基づいて切り換えるスイッチ５５とを有する。

図４は実施例１の操舵反力制御処理を表すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、軸力センサ１９により検出された軸力に基づいてタイヤ横力を演算する（路面反力検出手段に相当）。
ステップＳ１０２では、タイヤ横力に基づいて通常時操舵反力を演算する。
ステップＳ１０３では、「運転者の操作にかかわらず操向輪２が転舵する異常」の可能性があるか否かを判断する。具体的には、上記故障診断開始条件i)，ii)，iii)のいずれかの条件が成立したか否かを判断する。そして、可能性があると判断したときはステップＳ１０４に進み、可能性がないと判断したときはステップＳ１０８に進んで故障診断中フラグをＯＦＦとすると共に、後述するステップＳ１０４におけるタイマカウント値をクリアして（０として）ステップＳ１０９に進み、通常時操舵反力に基づいて操舵反力指令電流を演算する。

ステップＳ１０４では、タイマのカウントアップを行い、タイマカウント値が所定時間経過したか否かを判断する。ここで、このタイマはステップＳ１０３にて異常の可能性が有ると判断される度にカウントアップされるタイマであり、従って異常の可能性が有る状態の継続時間をカウントするタイマである。このタイマのカウント値が所定のカウント値以上（即ち異常の可能性が有る状態が所定時間以上継続）したときは故障の確定によりステップＳ１１０に進み、故障時対応制御（フェールセーフ制御）を行う。具体的には、後述する故障診断中と同様の制御を継続する、もしくは異常が発生したセンサ等を除いて制限された操舵制御を行う、もしくは車両停止を促して全てのシステムを遮断して再発進を禁止する等、種々の制御が考えられるが、特に限定しない。尚、この所定時間はノイズ等の影響や誤診断を回避できる時間として、実験やシミュレーション等により予め設定されたものである。

ステップＳ１０５では、故障診断実行中であるため故障診断中フラグをＯＮにセットする。
ステップＳ１０６では、故障開始時路面反力と現在の路面反力との差分に比例した補正反力を演算する。
ステップＳ１０７では、通常時操舵反力に補正反力を加算して補正後操舵反力を演算する。
ステップＳ１０９では、演算された操舵反力（通常時操舵反力もしくは補正後操舵反力）に基づいて操舵反力指令電流を演算する。

（操舵反力制御処理に基づく作用）
次に作用について説明する。図５は実施例１の課題を表す概略図である。システムに何ら異常のないとき（正常時）について説明する。運転者がステアリングを図５（ａ）の矢印で示すように右に操舵すると、ラック軸１１は、右側に移動して操向輪２は右に転舵され、ラック軸１１に入力する軸力（路面反力）は図５（ａ）の矢印で示すように左向きに発生する。よって、操舵反力はステアリング操作と反対向きの左に発生する。言い換えると、ステアリング７には、操向輪２に作用する路面反力に応じて操舵反力を発生させるため、運転者は基本的にステアリング７が中央（操向輪２が真っ直ぐに向いた状態：操舵角０）に戻される方向に反力を感じることができる。また、ステアリング７を右に切ったことで車両は右に旋回することになり、操舵反力は横力の増大に伴って大きくなる方向に変化することから、車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向は逆方向となる。すなわち、ステアリング７を右に操舵した場合には、車両の旋回方向（車両挙動）は右方向に増大し、ステアリング７に作用する操舵反力は左方向に増大する。
一方、システムに何ら異常のないとき（正常時）に操向輪２が路面の轍等の外力によって転舵されるような場合、即ち運転者のステアリングの操舵状態に関係なく外力によって操向輪２の転舵実角が変化する場合を説明する。例えば、車両が直進走行を行っている際に路面の轍等によって、操向輪２が図５（ｂ）のように左方向に転舵されたとする。この際、車両の挙動（旋回挙動）は左方向に発生（増大）し、ラック軸１１は左側に移動し、ラック軸１１には左向きの軸力が発生する。すなわち、システムに何ら異常のないとき（正常時）においては、運転者のステアリングの操舵状態に関係なく操向輪２が転舵された場合（転舵実角が変化した場合）、車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向とは一致する。

しかし、転舵機構３内において何らかの異常が発生し、「ステアリングの操舵状態に関係無く操向輪２が転舵されるような異常」が発生した場合、次のような問題がある。すなわち、実施例１の車両操舵制御装置では、操向輪２に作用する路面反力に応じて操舵反力を付与する構成である。このとき、ステアリングの操舵状態に関係なく操向輪２が転舵されると、車両挙動（旋回挙動）の変化方向と操舵反力の変化方向とが逆方向となる。すなわち、図５（ｃ）に示すように、「ステアリングの操舵状態に関係無く操向輪２が転舵されるような異常」が発生して転舵実角が左向きに変化した場合には、ラック軸１１に入力する軸力（路面反力）は矢印で示すように右向きに発生する。これにより、車両挙動（旋回挙動）は左方向に変化（増大）し、操舵反力は右方向に変化（右方向のトルク成分が増大）する。従って、運転者のステアリングの操舵状態に関係なく操向輪２の転舵実角が変化する場合、システムに何ら異常の無いとき（正常時）には車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向とが一致するのに対し、「ステアリングの操舵状態に関係なく操向輪２が転舵されるような異常」が発生した場合には、車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向とが逆方向となる。すなわち、運転者にとっては、いずれも操舵状態に関わらず車両挙動に変化が発生しているにも関わらず、システムに何ら異常の無いとき（正常時）と異常が発生しているときとで、車両挙動の変化方向に対する操舵反力の変化方向が異なる。このため、運転者に違和感を与える可能性が有る。特に運転者が右方向にステアリングの操舵を行っている際に「ステアリング操舵状態に関係なく操向輪２が転舵されるような異常」が発生し、操向輪２が左方向に転舵された場合には、車両挙動（車両の旋回挙動）が左方向に変化すると共に操舵反力は右方向に変化する。これにより、ステアリング７は右方向に動かされてしまい、車両は左に旋回しているにもかかわらずステアリング７は右に切れ込むことになる。このように、車両挙動変化と操舵反力変化の方向とが正常時と異なることで運転者に違和感を与えてしまう。

このような異常は、故障診断処理等によって故障（異常）が確定した後であれば、種々の対応策が考えられる。しかし、ノイズ等の影響や誤判断を回避することを考慮すると、異常診断には所定時間を要するため、異常の可能性があるとき、すなわち故障診断中においても何らかの対策が為されなければやはり違和感を与えてしまう。そこで、実施例１では、完全に故障と判断される前段階である「故障の可能性がある段階」において、運転者に過度の違和感を与えることを抑制可能な操舵反力制御を行うこととした。

図６は実施例１の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。初期状態は正常な段階であり、図５（ａ）に示すように、ステアリング７を右に操舵することで操向輪２も右側に向き、路面反力は左向きに作用することで操舵反力も左側となる。このとき、時刻ｔ１において、転舵機構３内において何らかの故障が発生し、転舵実角が運転者の操舵にかかわらず中立位置に向けて減少し始め（転舵実角が左方向に変化し始め）、車両挙動が左方向に変化し始めると、転舵角センサ１５により検出された転舵実角と転舵指令角演算部３１により演算された転舵指令角との差が生じ始める。そして、時刻ｔ２において、この差が予め設定された閾値以上となると、故障診断中フラグがＯＮとされる（故障診断開始条件i）の成立）。

故障診断中フラグがＯＮとなると、故障開始時路面反力記憶部５１において、時刻ｔ２時点における路面反力が故障開始時路面反力として記憶され、故障開始時路面反力と現時点で軸力センサ１９により検出される路面反力との差に比例した補正反力の付与が開始される。これにより、操舵反力は通常時操舵反力に補正反力が付与された補正後操舵反力が得られる。例えば、時刻ｔ２１において、故障診断中すなわち故障確定ではない段階において、転舵実角が左に変化しているときは、路面反力が右向きに変化していたとしても、補正反力の付与によって左向きに操舵反力が変化するため、車両の旋回挙動が左に変化しているにもかかわらず操舵反力が右方向に変化（右方向のトルク成分が増大）することを防止し、車両挙動変化の方向と操舵反力の変化の方向が正常時とで異なることによる運転者の違和感を防止できる。特に、時刻ｔ２１のように操舵角（転舵指令角）が右方向であるにも関わらず、転舵実角が左方向となった場合には、操舵反力が右方向に変化（増大）することによってステアリング７が右に切れ込むといった事態を回避できる。

言い換えると、軸力センサ１９によって検出される路面反力の変化の方向に対する操舵反力の変化の方向を、異常が検出されているときには、異常が検出されていないときに対して逆方向に制御する。これにより、故障診断中であっても、操舵反力の付与によって車両挙動の変化方向と操舵反力の変化の方向とが一致するため、運転者に違和感を与えることを抑制できる。特に、操舵方向が右方向であるにもかかわらず実転舵角が左方向となる場合には（すなわち、運転者の操舵角と実転舵角との方向が左右方向で逆である場合には）、過度にステアリング７が切れ込むことはなく、ステアリング７の中立に向けた反力付与が実現でき、運転者に違和感を与えることを抑制できる。

時刻ｔ３において、故障診断に必要な所定時間が経過すると、故障確定として異常時対応制御処理に移行する。このとき、ステアリング７には中立に向けた反力が付与された状態であるため、異常時対応制御にスムーズに移行することができる。尚、故障診断中に異常が解消し、転舵実角と転舵指令角との差が閾値未満となった場合には、補正反力の付与が終了し、通常時操舵反力が付与される状態に復帰する。したがって、システムが正常である場合に轍等による外乱によって操向輪２が転舵されるような場合は、転舵実角と転舵指令角との差が閾値以上となっても即座に転舵実角と転舵指令角との差が閾値未満となるため、上記の制御は極短時間しか介入せず、実質的に運転者の操舵に影響を与える恐れは無い。尚、システムが正常である場合に、轍等による外乱によって発生する転舵実角と転舵指令角との差を予め実験等によって求め、この実験等によって求めた上記転舵実角と転舵指令角との差よりも大きい値を上記閾値として設定することにより、通常の走行時に外乱によって操向輪２が転舵される際には上記制御が介入しないようにすることもできる。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）運転者によって操舵されるステアリング７と、該ステアリング７と機械的に切り離された操向輪２と、ステアリング７の操舵状態に応じて操向輪２を転舵する転舵機構３（転舵手段）と、路面から操向輪２に入力する路面反力を検出する軸力センサ１９（路面反力検出手段）と、軸力センサ１９によって検出された路面反力に基づいてステアリング７に操舵反力を付与する操舵反力モータ５及びコントローラ４（反力付与手段）と、ステアリング７の操舵状態にかかわらず転舵機構３により操向輪２が転舵される異常を検出する故障検知部３９（異常検出手段）と、を備え、操舵反力モータ５及びコントローラ４（反力付与手段）は、故障検知部３９により異常が検出された場合、通常時の反力付与方向と逆方向のトルク成分を有する反力を付与する。
すなわち、「ステアリング７の操舵状態にかかわらず転舵機構３によって操向輪２が転舵される異常」が発生した場合、軸力センサ１９の値に基づいて操舵反力を付与すると、車両挙動変化の方向と操舵反力の変化方向とが不一致となる。そこで、通常時の反力付与方向と逆方向のトルク成分を付与することで、異常が発生しているときの車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向との不一致が抑制され、異常発生時の運転者の違和感を抑制することができる。

（２）コントローラ４は、軸力センサ１９によって検出される路面反力の変化の方向に対する操舵反力の変化の方向を、異常が検出されていないときに対して逆方向に制御する。
すなわち、「ステアリング７の操舵状態にかかわらず転舵機構３によって操向輪２が転舵される異常」が検出されている場合、路面反力の変化の方向に対する操舵反力の変化の方向を、異常が検出されていないときに対して逆方向に制御する。これにより、特に転舵機構３が操舵方向と逆向きに動く場合においては、ステアリング７には中立に向けて操舵反力が付与されることになるため、ステアリング７が車両挙動の変化方向と逆方向に切れ込む事態を回避することができ、故障診断中（異常発生時）における運転者の違和感を抑制することができる。

（３）コントローラ４は、故障検知部３９によって故障診断中フラグがＯＮ（異常が検出されている）の場合、軸力センサ１９によって検出された路面反力と、故障開始時路面反力（故障検知部３９によって初めて異常が検出された時点における路面反力）との差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加える（操舵反力補正部３８）。
よって、路面反力の変化に応じて、路面反力の変化の方向と逆方向の操舵反力を故障診断開始時からの乖離量に応じて付与するため、異常が発生している際の車両挙動変化の方向と操舵反力の変化方向とを一致させることができ、異常発生時における運転者の違和感を抑制することができる。

（４）故障検知部３９は、転舵実角と転舵指令角との差が予め設定された閾値以上のときは、故障診断を開始する（異常と判断する）。すなわち、転舵モータ制御部３３や転舵モータ９に故障が発生すると、その異常状態は転舵実角と転舵指令角との差に表れる。よって、転舵指令電流演算部３２又は転舵モータ９が故障した場合に、「ステアリング７の操舵状態にかかわらず操向輪２が転舵する故障」を検出することができる。

（５）故障検知部３９は、転舵実電流と転舵指令電流との差が予め設定された閾値以上のときは、故障診断を開始する（異常と判断する）。すなわち、転舵指令電流に対して転舵実電流が追従してこないということは、転舵モータ制御部３３や転舵モータ９に故障が発生したことを表す。よって、転舵モータ制御部３３や転舵モータ９が故障した場合に、「ステアリング７の操舵状態にかかわらず操向輪２が転舵する故障」を検出することができる。

（６）故障検知部３９は、実ヨーレイトと操舵角及び車速に基づいて推定されたヨーレイトとの差が予め設定された閾値以上のときは、故障診断を開始する（異常と判断する）。すなわち、転舵指令電流演算部３２、転舵モータ制御部３３、転舵モータ９、転舵モータ電流センサ１６もしくは転舵角センサ１５に故障が発生すると、その異常状態は実ヨーレイトと推定されたヨーレイトとの差に表れる。よって、これらが故障した場合に、「ステアリング７の操舵状態にかかわらず操向輪２が転舵する故障」を検出することができる。

次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図７は実施例２の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。実施例１では、故障開始時路面反力を記憶し、現在の路面反力との差に応じた補正量を加算した。これに対し、実施例２では、転舵実角と転舵指令角との差に応じた補正量を加算する点が異なる。これに伴い、図４のフローチャートのステップＳ１０６の処理が異なる。

すなわち、操舵反力補正部３８内には、転舵角センサ１５により検出された転舵実角と、転舵指令角演算部３１により演算された転舵指令角との差を演算する転舵角差演算部５２ｂと、演算された転舵角差に予め設定された補正量演算用の制御ゲインＫｂを乗算して補正反力を演算するゲインブロック５３ｂと、を有する。その他、加算ブロック５４，スイッチ５５等の構成は実施例１と同じであるため省略する。また、ステップＳ１０６では、転舵角センサ１５により検出された転舵実角と転舵指令角演算部３１により演算された転舵指令角との差分に比例した補正反力を演算する。

図８は実施例２の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。時刻ｔ１からｔ２にかけては実施例１と同じであるため、説明を省略する。
時刻ｔ２において、故障診断中フラグがＯＮとされると、転舵角と転舵指令角との差に比例した補正反力の付与が開始される。転舵実角が転舵指令角に対して運転者の意に反して中立側に変化すると、車両挙動の変化の方向と反力付与の方向が不一致となるため、運転者に違和感を与える。そこで、転舵機構３における意図しない転舵量（転舵実角と転舵指令角との差）に応じて補正反力を付与する。これにより、通常時操舵反力に補正反力が付与された補正後操舵反力（ラック軸に入力する路面反力の変化方向に対し、通常時操舵反力の変化方向とは逆向きの変化方向）が得られる。時刻ｔ２以降の作用は実施例１と同じであるため、説明を省略する。

以上説明したように、実施例２にあっては実施例１の作用効果（１），（２）及び（４）〜（６）に加えて、下記の作用効果を得ることができる。
（７）コントローラ４は、故障検知部３９によって故障診断中フラグがＯＮ（異常が検出されている）の場合、転舵角センサ１５により検出された転舵実角と、転舵指令角演算部３１により演算された転舵指令角との差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加える（操舵反力補正部３８）。
よって、転舵角の乖離量の変化に応じて、路面反力の変化の方向と逆方向の操舵反力を故障診断開始時から付与するため、異常が発生している際の車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向とを一致させることができ、異常発生時における運転者の違和感を抑制することができる。

次に、実施例３について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図９は実施例３の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。実施例１では、故障開始時路面反力を記憶し、現在の路面反力との差に応じた補正量を加算した。これに対し、実施例３では、転舵モータ実電流と転舵指令電流との差に応じた補正量を加算する点が異なる。これに伴い、図４のフローチャートのステップＳ１０６の処理が異なる。

すなわち、操舵反力補正部３８内には、転舵モータ電流センサ１６により検出された転舵モータ実電流と、転舵指令電流演算部３２により演算された転舵指令電流との差を演算する転舵電流差演算部５２ｃと、演算された転舵電流差に予め設定された補正量演算用の制御ゲインＫｃを乗算して補正反力を演算するゲインブロック５３ｃと、を有する。その他、加算ブロック５４，スイッチ５５等の構成は実施例１と同じであるため省略する。また、ステップＳ１０６では、転舵モータ電流センサ１６により検出された転舵モータ実電流と転舵指令電流演算部３２により演算された転舵指令電流との差分に比例した補正反力を演算する。

図１０は実施例３の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。時刻ｔ１からｔ２にかけては実施例１と同じであるため、説明を省略する。
時刻ｔ２において、故障診断中フラグがＯＮとされると、転舵モータ実電流と転舵指令電流との差に比例した補正反力の付与が開始される。転舵モータ実電流が転舵指令電流に対して運転者の意に反して中立側となるトルクを発生する方向に変化すると、車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向が不一致となり、運転者に違和感を与える。よって、転舵機構３における意図しない転舵量（転舵モータ実電流と転舵指令電流との差）に応じて補正反力を付与する。これにより、通常時操舵反力に補正反力が付与された補正後操舵反力（ラック軸に入力する路面反力の変化方向に対し、通常時操舵反力の変化方向とは逆向きの変化方向）が得られる。時刻ｔ２以降の作用は実施例１と同じであるため、説明を省略する。

以上説明したように、実施例２にあっては実施例１の作用効果（１），（２）及び（４）〜（６）に加えて、下記の作用効果を得ることができる。
（８）コントローラ４は、故障検知部３９によって故障診断中フラグがＯＮ（異常が検出されている）の場合、転舵モータ電流センサ１６により検出された転舵モータ実電流と、転舵指令電流演算部３２により演算された転舵指令電流との差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加える（操舵反力補正部３８）。
よって、操向輪２に作用する軸力の乖離量の変化に応じて、路面反力の変化方向と逆方向の操舵反力を故障診断開始時から付与するため、異常が発生している際の車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向とを一致させることができ、異常発生時における運転者の違和感を抑制することができる。また、角度変化に基づいて検出する場合に比べて早期に適切な補正反力を付与することができる。

次に、実施例４について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図１１は実施例４の操舵反力補正部内における制御構成を表す制御ブロック図である。実施例１では、故障開始時路面反力を記憶し、現在の路面反力との差に応じた補正量を加算した。これに対し、実施例４では、転舵モータ実電流と転舵指令電流との差に応じた補正量を加算する点が異なる。これに伴い、図４のフローチャートのステップＳ１０６の処理が異なる。

実施例４の操舵反力補正部３８内には、ヨーレイトセンサ６１により検出された実ヨーレイトとヨーレイト推定部６２により推定された推定ヨーレイトとの差を演算するヨーレイト差演算部５２ｄと、演算されたヨーレイト差に予め設定された補正量演算用の制御ゲインＫｄを乗算して補正反力を演算するゲインブロック５３ｄと、を有する。その他、加算ブロック５４，スイッチ５５等の構成は実施例１と同じであるため省略する。また、ステップＳ１０６では、ヨーレイトセンサ６１により検出された実ヨーレイトとヨーレイト推定部６２により演算された推定ヨーレイトとの差分に比例した補正反力を演算する。
ここで、ヨーレイト推定部６２にて推定される推定ヨーレイトとは、操舵角と車速とから推定される、通常時に車両に発生すべきヨーレイトである。すなわち、操舵角に基づいてシステムが正常である場合の転舵実角を推定し、推定した転舵実角と車速とから推定ヨーレイトを算出することが可能である。また、この推定ヨーレイトは転舵指令角演算部３１で操舵角に基づいて算出された転舵指令角と車速に基づいて算出されるものであってもよい。尚、このような推定ヨーレイトを算出（推定）する演算手法は、例えば一般的な横滑り防止装置（例えばＶＤＣ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＶＳＣ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などに用いられている周知の手法であるので詳述はしない。

図１２は実施例４の操舵反力制御処理を実行したときのタイムチャートである。このタイムチャートは、転舵角センサ１５が故障し、右転舵状態から左転舵状態に変化する値を誤って出力している場合を示す。

時刻ｔ１において、転舵角センサ１５に故障が発生し、中立位置に向けて転舵角センサ１５出力値が減少している値を出力し始める。そして、時刻ｔ２において、転舵実角（故障値）と転舵指令角との差が予め設定された閾値以上となると、故障診断中フラグがＯＮとされる。このとき、運転者は右に所定量操舵した状態（所定操舵角）を維持しており、転舵指令角は略一定を保っている。

この状態で、転舵実角（故障値）が転舵指令角よりも中立側（左操舵側）に変化するため、転舵指令角との差が大きくなり、転舵指令電流演算部３２では、転舵実角（故障値）が転舵指令角に一致するように、右側に転舵するような電流指令を出力する（転舵指令電流を増大する）。よって、操向輪２の真の転舵実角は、転舵指令電流の増大に伴ってどんどん右に切れ込んでいく。尚、転舵モータ９等には故障が発生していないため良好な応答性を確保しており、転舵指令電流と転舵モータ実電流との間に乖離はほとんど生じない状態である。すると、ヨーレイトセンサ６１により検出される実ヨーレイトは真の転舵実角に応じて増大していく。一方、操舵角に基づいて演算する推定ヨーレイトは略一定の所定操舵角に基づいて算出するため、略一定の推定ヨーレイトを算出している。よって、実ヨーレイトと推定ヨーレイトとの間に差が発生する。この差分に比例した補正反力の付与が開始される。

すると、運転者はステアリング７を右に操舵しているため、基本的に付与すべき反力は左側であるが、制御上、操向輪２がどんどん右に切れ込んでおり（真の転舵実角）、運転者にとってみれば、ステアリング７を保持しているのに車両挙動としてはどんどん右に切れ込むという違和感が生じる。そこで、実ヨーレイトと推定ヨーレイトとの差に応じた補正反力を付与すると、操舵反力は右側となる。これにより、運転者は、ステアリング７を右に切りこみやすくなる状態を感じる。つまり、真の転舵実角が右に切れ込んでおり、車両挙動としても右に切れ込んでいる状態ならば、ステアリング７も右に切れ込むように操舵反力を付与する（言い換えると、操舵アシスト方向に反力を付与する）。

ここで、仮に、このような場合において、実施例２のように転舵実角と転舵角指令との差分に比例した補正反力を付与する構成では、通常時の操舵反力に更に左側に操舵する反力が付与されてしまい、違和感を解消できない。また、実施例３のように転舵モータ実電流と転舵指令電流との差分に比例した補正反力を付与する構成では、転舵モータ実電流と転舵指令電流とに差がほとんど生じないため、補正反力が演算されず、やはり違和感を解消できない。これに対し、実施例４では、実ヨーレイトと推定ヨーレイトとの差分に比例した補正反力を付与しているため、転舵角センサ１５等に異常が生じたとしても、車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向との不一致が抑制される。

以上説明したように、実施例４にあっては実施例１の作用効果（１），（２）及び（４）〜（６）に加えて、下記の作用効果を得ることができる。
（９）コントローラ４は、故障検知部３９によって故障診断中フラグがＯＮ（異常が検出されている）の場合、ヨーレイトセンサ６１により検出された実ヨーレイトと、ヨーレイト推定部６２により演算された推定ヨーレイトとの差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加える（操舵反力補正部３８）。
よって、転舵角センサ１５等に故障が発生したとしても、異常が発生している際の車両挙動変化の方向と操舵反力の変化方向とを一致させることができ、異常発生時における運転者の違和感を抑制することができる。また、転舵角センサ１５や転舵モータ電流センサ１６を用いて補正反力を演算する場合に比べて、より精度よく補正反力を付与することができる。

以上、本発明を実施例１〜４に基づいて説明したが、他の構成であっても車両挙動の変化方向と操舵反力の変化方向との不一致を抑制する構成であれば本発明に含まれる。例えば、実施例では、故障診断中に通常操舵時とは逆方向の操舵反力変化となるように補正反力を付与したが、通常時操舵反力と逆方向でなくとも、単に操舵反力の変化を抑制する構成としてもよい。これにより、変化方向の不一致を抑制することができ、運転者に与える違和感を抑制することができる。

１ 操舵機構
２ タイヤ（操向輪）
３ 転舵機構（転舵手段）
４ コントローラ
５ 操舵反力モータ（反力付与手段）
７ ステアリング
８ 操舵角センサ
９ 転舵モータ
１５ 転舵角センサ
１６ 転舵モータ電流センサ
１８ 操舵反力モータ電流センサ
１９ 軸力センサ（路面反力検出手段）
３１ 転舵指令角演算部
３２ 転舵指令電流演算部
３３ 転舵モータ制御部
３５ 反力モータ制御部
３７ 操舵反力演算部
３８ 操舵反力補正部
３９ 故障検知部（異常検出手段）
４０ 操舵反力指令電流演算部
５１ 故障開始時路面反力記憶部
５２ａ 路面反力差演算部
５２ｂ 転舵角差演算部
５２ｃ 転舵電流差演算部
５２ｄ ヨーレイト差演算部
６１ ヨーレイトセンサ（実ヨーレイト検出手段）
６２ ヨーレイト推定部（ヨーレイト推定手段）

Claims (9)

1. 運転者によって操舵されるステアリングと、
   該ステアリングと機械的に切り離された操向輪と、
   前記ステアリングの操舵状態に応じて操向輪を転舵する転舵手段と、
   路面から前記操向輪に入力する路面反力を検出する路面反力検出手段と、
   前記路面反力検出手段によって検出された路面反力に基づいて前記ステアリングに操舵反力を付与する反力付与手段と、
   前記ステアリングの操舵状態にかかわらず前記転舵手段により操向輪が転舵される異常を検出する異常検出手段と、
   を備え、
   前記反力付与手段は、前記異常検出手段により異常が検出された場合、通常時の反力付与方向と逆方向のトルク成分を有する反力を付与することを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記反力付与手段は、前記路面反力検出手段によって検出される路面反力の変化の方向に対する操舵反力の変化の方向を、前記異常が検出されていないときに対して逆方向に制御することを特徴とする車両用操舵制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記反力付与手段は、前記異常検出手段によって異常が検出されている場合、路面反力検出手段によって検出された路面反力と、前記異常検出手段によって初めて異常が検出された時点における路面反力との差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
4. 請求項１または２に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記転舵手段は、転舵指令角を演算し前記操向輪の転舵角を制御する手段であり、
   前記操向輪の転舵角を検出する転舵実角検出手段を設け、
   前記反力付与手段は、前記異常検出手段によって異常が検出されている場合、前記転舵実角と前記転舵指令角との差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
5. 請求項１または２に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記転舵手段は、操向輪を転舵させる転舵モータに対して出力する転舵指令電流を演算する転舵指令電流演算部と、前記転舵モータに流れる転舵実電流を検出する転舵実電流検出部とを有し、
   前記反力付与手段は、前記異常検出手段によって異常が検出されている場合、前記転舵実電流と前記転舵指令電流との差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
6. 請求項１または２に記載の車両用操舵制御装置において、
   車両の実ヨーレイトを検出する実ヨーレイト検出手段と、
   前記ステアリングの操舵状態に基づいて車両のヨーレイトを推定するヨーレイト推定手段と、
   を有し、
   前記反力付与手段は、前記異常検出手段によって異常が検出されている場合、前記実ヨーレイトと前記推定されたヨーレイトとの差分に比例した操舵反力を通常時の操舵反力に加えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
7. 請求項１ないし６いずれか一つに記載の車両用操舵制御装置において、
   前記転舵手段は、転舵指令角を演算し前記操向輪の転舵角を制御する手段であり、
   前記操向輪の転舵角を検出する転舵実角検出手段を設け、
   前記異常検出手段は、前記転舵実角と前記転舵指令角との差が予め設定された閾値以上のときは、異常と判断することを特徴とする車両用操舵制御装置。
8. 請求項１ないし７いずれか一つに記載の車両用操舵制御装置において、
   前記転舵手段は、操向輪を転舵させる転舵モータに対して出力する転舵指令電流を演算する転舵指令電流演算部と、前記転舵モータに流れる転舵実電流を検出する転舵実電流検出部とを有し、
   前記異常検出手段は、前記転舵実電流と前記転舵指令電流との差が予め設定された閾値以上のときは、異常と判断することを特徴とする車両用操舵制御装置。
9. 請求項１ないし８いずれか一つに記載の車両用操舵制御装置において、
   車両の実ヨーレイトを検出する実ヨーレイト検出手段と、
   前記ステアリングの操舵状態に基づいて車両のヨーレイトを推定するヨーレイト推定手段と、
   を有し、
   前記異常検出手段は、前記実ヨーレイトと前記推定されたヨーレイトとの差が予め設定された閾値以上のときは、異常と判断することを特徴とする車両用操舵制御装置。

Images