JP2018008570A - 操舵機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチの開放状態または締結状態に関わらず、運転者によりよい操舵感を付与することができる操舵機構の制御装置を提供する。【解決手段】補正部８８ａは、操舵トルクＴｒｑｓ及びクラッチの動作状態を示す電気信号Ｓｃを取り込み、クラッチの動作状態に応じて、第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅを切り替えて使用する。第１の補正値Ｔｄは、クラッチの励磁コイルに通電されていないときの操舵トルクＴｒｑｓの０点のずれを補正するために設定される。第２の補正値Ｔｅは、クラッチの励磁コイルに通電された際に生じる磁束による操舵トルクＴｒｑｓの０点のずれを補正するために設定される。クラッチの動作状態に応じて、操舵トルクＴｒｑｓに第１の補正値Ｔｄまたは第２の補正値Ｔｅを加算することにより、操舵トルクＴｒｑｓの０点のずれがクラッチの動作状態に応じてより適切に補正される。【選択図】図４

Description

本発明は、操舵機構の制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載されるように、ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に分離されているステア・バイ・ワイヤシステム（以後、ＳＢＷという。）が知られている。
一般的にＳＢＷは、ステアリングホールと転舵輪との間の動力伝達経路を断続するクラッチと、ステアリングシャフトに付与される操舵反力の発生源である反力モータと、転舵輪を転舵させる転舵力の発生源である転舵モータと、制御装置とを有している。制御装置は、車両の走行時、クラッチを開放させてステアリングと転舵輪との間を機械的に分離した状態に維持する。また、車両の走行時、制御装置は、操舵状態に応じて反力モータ及び転舵モータの駆動を制御する。制御装置は反力モータなどに異常が発生したとき、あるいは車両の電源がオフされるとき、フェールセーフなどの観点に基づきクラッチを締結させる。

特許文献１に記載されるＳＢＷの制御装置は、転舵モータの温度が予め設定したクラッチ締結温度を超えているか否かを判定し、転舵モータの温度がクラッチ締結温度を超えていると判定すると、開放状態のクラッチを締結状態に切り替える。その後も、制御装置は、ステアリングの操舵に応じて転舵モータの駆動制御を継続する。転舵モータの過熱時に、転舵モータが駆動停止する場合と異なり、運転者が負担する操舵トルクの増加を抑制することができる。

特開２０１３−４３５５１

上記の制御装置は、クラッチを開放状態から締結状態に切り替える際にクラッチに電流を出力する。このため、クラッチから磁束が生じる。その磁束が例えばトルクセンサにノイズとして入ってしまうおそれがある。この場合、トルクセンサにより生成される電気信号は磁束の影響を受けているため、ステアリングに付与される操舵力が、ステアリングの操舵に応じた本来のものからずれるおそれがある。このため、運転者の操舵感が低下することが懸念される。

そこで、本発明ではクラッチの開放状態または締結状態に関わらず、運転者によりよい操舵感を付与することができる操舵機構の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成し得る操舵機構の制御装置は、ステアリングと転舵輪との間の動力伝達経路を給電の有無に応じて断続する電磁クラッチと、前記動力伝達経路における前記ステアリングと前記電磁クラッチとの間の部分に付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生させる反力モータと、前記動力伝達経路における前記電磁クラッチと前記転舵輪との間の部分に付与される前記転舵輪を転舵させるための動力である転舵力を発生する転舵モータと、を備えることを前提としている。前記電磁クラッチ、前記反力モータ、及び前記転舵モータに対する給電を制御する制御部であって、前記操舵機構に設けられるセンサを通じて磁気的に検出される前記ステアリングの操舵状態を示す状態量に基づき、前記反力モータ及び前記転舵モータの少なくとも一方に対する電流指令値を演算する制御部と、前記電磁クラッチが締結状態であるときの前記状態量の０点に対するずれを抑制するために設定される第１の補正値、及び前記電磁クラッチが開放状態であるときの前記状態量の０点に対するずれを抑制するために設定される第２の補正値が記憶された記憶部と、を有し、前記制御部は、前記電磁クラッチが締結状態であるときには前記第１の補正値を使用して前記状態量を補正し、前記電磁クラッチが前記開放状態であるときには前記第２の補正値を使用して前記状態量を補正する補正部を有することを要旨とする。

電磁クラッチから生じる磁束が生じ、その磁束がセンサに対するノイズとして作用することが考えられる。この場合、センサにより磁気的に検出される状態量、ひいては状態量に基づき演算される指令値も、電磁クラッチからの磁束の影響を受ける。そのため、ステアリングの操舵に応じた本来の操舵反力がステアリングに付与されないおそれがある。

その点、上記構成では、電磁クラッチの動作状態に応じて、状態量の０点補正が適切に行われる。電磁クラッチが開放状態及び締結状態のいずれであろうと、補正部でノイズの影響を受けた状態量が第１の補正値または第２の補正値で補正される。補正された状態量は、電磁クラッチから生じる磁束の影響が抑制されたものとなる。そのため、補正された状態量に基づき演算される指令値も、電磁クラッチから生じる磁束の影響が抑制されたものとなる。この指令値に基づき、反力モータを駆動させることにより、ステアリングの操舵に応じたより適切な操舵反力をステアリングに付与することができる。したがって、クラッチの開放状態または締結状態に関わらず、運転者によりよい操舵感を付与することができる。

前記電磁クラッチは、給電された場合には開放状態、給電が停止された場合には締結状態となることが好ましい。
電磁クラッチに通電された場合には、開放状態を維持し、通電が停止された場合には、締結状態を維持する。

電磁クラッチに通電された場合に締結状態、及び通電が停止された場合に開放状態となる電磁クラッチを採用する場合と異なり、意図せず電磁クラッチに通電されない状況になった場合でも、電磁クラッチは動力伝達経路を機械的に接続する締結状態となる。手動で操舵することが可能となるため、操舵機構の安全性をより向上させることができる。

前記第２の補正値は、前記電磁クラッチへの給電により発生する磁束の影響を前記センサが受けることに起因して生じる前記状態量の０点に対するずれ量に基づき設定されることが好ましい。

上記構成は、電磁クラッチに通電されることでクラッチを開放状態に維持し、電磁クラッチへの通電が停止される場合に締結状態に維持することを前提としている。電磁クラッチに通電されることで磁束が生じるため、第２の補正値は、電磁クラッチから生じる磁束による状態量の０点に対するずれ量に基づき設定される。そのため、電磁クラッチが開放状態の時、補正部で補正された状態量は、電磁クラッチから生じる磁束の影響が抑制されたものとなる。

前記状態量は、前記ステアリングを介して前記動力伝達経路の構成要素であるステアリングシャフトに付与される操舵トルクであることが好ましい。
前記状態量は、前記ステアリングを介して前記動力伝達経路の構成要素であるステアリングシャフトに付与される操舵角であることが好ましい。

前記センサは、前記ステアリングの操作に応じた電気信号を生成するトルクセンサであって、前記制御部は、前記トルクセンサにより生成される前記電気信号に基づき前記操舵トルクを演算する換算部を有することが好ましい。

前記センサは、前記ステアリングシャフトの回転角である操舵角を検出する舵角センサであって、前記制御部は、前記舵角センサにより検出される前記操舵角に基づき前記操舵トルクを演算する換算部を有することが好ましい。

上記構成によれば、トルクセンサから生成される電気信号または舵角センサにより検出される操舵角が電磁クラッチから生じる磁束の影響を受け、換算部で磁束の影響をうけた操舵トルクが演算されたとしても、電磁クラッチの動作状態に応じて、操舵トルクの０点補正が適切に行われる。また、舵角センサにより検出される操舵角の０点補正が適切に行われる。電磁クラッチが開放状態及び締結状態のいずれであろうと、補正部でノイズの影響を受けた操舵トルクまたは操舵角が第１の補正値または第２の補正値で補正される。補正された操舵トルクまたは操舵角は、電磁クラッチから生じる磁束の影響が抑制されたものとなる。

前記電磁クラッチに対する通電量は一定であり、前記補正部は、前記状態量に対して前記第１の補正値または前記第２の補正値を加算することにより、前記状態量を補正することが好ましい。

上記構成によれば、電磁クラッチへの通電量が一定であるため、電磁クラッチが締結状態と開放状態との間で切り替わる際の磁束の変化も一定となる。すなわち、センサから検出される状態量の変化も一定となり、状態量に基づき演算される指令値も一定となる。このため、補正部で状態量を補正する場合、第１の補正値及び第２の補正値を加算するオフセット補正のみを考慮すればよい。すなわち、電磁クラッチに通電される電流が変化する場合と異なり、電磁クラッチから生じる磁束の変化に対する状態量の補正についてはゲイン補正を考慮しなくてもよい。したがって、制御装置の演算を簡素化することができる。

本発明の操舵機構の制御装置によれば、運転者によりよい操舵感を付与することができる。

操舵機構の制御装置の第１の実施形態を示した概略図。 第１の実施形態のクラッチから生じる磁束の向きを示した概略図。 第１の実施形態の制御装置におけるＣＰＵの機能的な構成を示したブロック図。 第１の実施形態における補正部の機能的な構成を示したブロック図。 （ａ）は第１の実施形態のクラッチ開放状態におけるオフセット補正前後の操舵トルクの出力特性を示したグラフ。（ｂ）は第１の実施形態のクラッチ締結状態におけるオフセット補正前後の操舵トルクの出力特性を示したグラフ。 第２の実施形態の制御装置の機能的な構成を示したブロック図。 第２の実施形態における補正部の機能的な構成を示したブロック図。 他の実施形態の制御装置の機能的な構成を示したブロック図。

＜第１の実施形態＞
以下、操舵機構の制御装置をステアバイワイヤ式の操舵機構の制御装置に具現化した第１の実施形態について説明する。

図１に示すように、操舵機構は、反力アクチュエータ２０、転舵アクチュエータ４０、クラッチ１２、及び制御装置８０を備えている。
反力アクチュエータ２０は、ステアリングシャフト２２、反力側減速機構２４、回転軸２６ａを有する反力モータ２６、反力側インバータ２８及びトルクセンサ９４を備えている。

ステアリングシャフト２２は、入力シャフト２２ａ、出力シャフト２２ｂ、及びトーションバー２２ｃを有する。入力シャフト２２ａの上端部は、ステアリング１０に接続されている。入力シャフト２２ａの下端部と出力シャフト２２ｂとは、トーションバー２２ｃを介して連結されている。トーションバー２２ｃは、入力シャフト２２ａ及び出力シャフト２２ｂに加わるトルク差に応じてねじれる。

反力モータ２６としては、例えば３相のブラシレスモータが採用される。反力モータ２６の回転軸２６ａは反力側減速機構２４を介してステアリングシャフト２２に直結されている。反力モータ２６は、反力側インバータ２８を介してバッテリに接続されている。反力側インバータ２８は、バッテリの直流電力を３相の交流電力に変換する。また、反力モータ２６には、回転軸２６ａの回転角度を検出する回転角センサ９２が設けられている。回転角センサ９２を通じて検出される反力モータ２６の回転角度θ１は、ステアリング１０の操舵角θｓを演算するために使用される。反力モータ２６の回転軸２６ａとステアリングシャフト２２とは反力側減速機構２４を介して連動する。このため、回転軸２６ａの回転角度θ１とステアリングシャフト２２の回転角度、ひいてはステアリング１０の回転角度である操舵角θｓとの間には相関がある。したがって、反力モータ２６の回転角度θ１に基づき操舵角θｓを求めることができる。

ステアリングシャフト２２におけるステアリング１０と、反力側減速機構２４との間の部分に設けられているトルクセンサ９４は、トーションバー２２ｃのねじれ量に応じた電圧信号Ｖｔを生成する。トルクセンサ９４は、入力シャフト２２ａに取り付けられた円筒状の永久磁石（図示略）、永久磁石を囲うように出力シャフト２２ｂに取り付けられる一対の磁気ヨーク（図示略）、及び一対の磁気ヨークの間に生じる磁束を検出する磁気センサ６２（例えばホールセンサ）を有している。一対の磁気ヨークの間に生じる磁束は、トーションバー２２ｃのねじれ量に応じて変化する。ステアリング１０の操作を通じてトーションバー２２ｃがねじれると、磁気センサ６２に印加される磁束も変化する。磁気センサ６２は、磁束の変化に応じた電圧信号Ｖｔを生成する。

転舵アクチュエータ４０は、第１ラックアンドピニオン機構４８、第２ラックアンドピニオン機構５２、転舵側減速機５４、回転軸５６ａを有する転舵モータ５６、及び転舵側インバータ５８を有している。

第１ラックアンドピニオン機構４８は、互いに交差して設けられたラック軸４６とピニオン軸４２とを備えている。ラック軸４６に形成された第１ラック歯４６ａとピニオン軸４２に形成されたピニオン歯４２ａとは、互いに噛合されている。

第２ラックアンドピニオン機構５２は、互いに交差して設けられたラック軸４６及びピニオン軸５０を備えている。ラック軸４６に形成された第２ラック歯４６ｂとピニオン軸５０に形成されたピニオン歯５０ａとは、互いに噛合されている。ピニオン軸５０は、転舵側減速機５４を介して、転舵モータ５６の回転軸５６ａに直結されている。

転舵モータ５６としては、例えば３相のブラシレスモータが採用される。転舵モータ５６は転舵側インバータ５８を介してバッテリーに接続されている。転舵側インバータ５８は、バッテリの直流電力を３相の交流電力に変換する。また、転舵モータ５６には、回転軸５６ａの回転角度を検出する回転角センサ９０が設けられている。回転角センサ９０を通じて検出される転舵モータ５６の回転角度θ２は、転舵輪３０の転舵角θｔを演算するために使用される。

転舵モータ５６の回転軸５６ａ及び転舵輪３０，３０は転舵側減速機５４、ピニオン軸５０、及びラック軸４６を介して連動する。このため、回転軸５６ａの回転角度θ２と転舵角θｔとの間には相関がある。したがって、転舵モータ５６の回転角度θ２に基づき転舵角θｔを求めることができる。

尚、ラック軸４６は、ラックハウジング４４に収容されており、その両端にはタイロッドを介して転舵輪３０が連結されている。
クラッチ１２は、ステアリングシャフト２２（正確には出力シャフト２２ｂ）とピニオン軸４２との間に設けられている。クラッチ１２としては例えば図示しない励磁コイルに対する通電の断続を通じてステアリングシャフト２２とピニオン軸４２との間の動力伝達の断続を行う電磁クラッチが採用される。クラッチ１２が切断されるとき、ステアリング１０と転舵輪３０，３０との間の動力伝達経路が機械的に切断される。クラッチ１２が接続されるとき、ステアリング１０と転舵輪３０，３０との間の動力伝達が機械的に連結される。クラッチ１２は、励磁コイルに通電された場合に、ステアリングシャフト２２とピニオン軸４２との間の動力伝達を機械的に切断する開放状態に維持される。

制御装置８０は、ステアリング１０の操作に応じた操舵反力を発生させるように反力モータ２６を制御する（反力制御）。また、制御装置８０は、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させるように転舵モータ５６を制御する（転舵制御）。制御装置８０は、ＣＰＵ８２とメモリ８４を有している。ＣＰＵ８２は、メモリ８４に記憶されたプログラムを実行することにより、反力モータ２６及び転舵モータ５６の制御を行う。

ＣＰＵ８２は、回転角センサ９２によって検出される反力モータ２６の回転軸２６ａの回転角度θ１及びトルクセンサ９４より生成される電圧信号Ｖｔを取り込む。ＣＰＵ８２は、回転角度θ１及び電圧信号Ｖｔに基づき反力モータ２６を制御する。また、ＣＰＵ８２は、回転角センサ９０によって検出される転舵モータ５６の回転軸５６ａの回転角度θ２を取り込む。ＣＰＵ８２は、回転角度θ２及び電圧信号Ｖｔに基づき転舵モータ５６を制御する。

尚、メモリ８４には、オフセット補正値である第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅも記憶されている。第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅは、操舵トルクの０点補正に使用される。第１の補正値Ｔｄは、クラッチ１２が締結状態のとき、すなわち、トルクセンサ９４の磁気センサ６２にクラッチ１２からの磁束が入らない状態における操舵トルクの０点をオフセットするための補正値である。第２の補正値Ｔｅは、クラッチ１２が開放状態のとき、すなわち、クラッチ１２の励磁コイルに通電されることで生じる磁束が、トルクセンサ９４に印加される状態における操舵トルクの０点をオフセットするための補正値である。２つの補正値を設定するのは、次の理由による。

図２に示すように、クラッチ１２の励磁コイルに通電された場合、励磁コイルから磁束が発生し、この磁束がトルクセンサ９４に印加されるおそれがある。この場合、電圧信号Ｖｔは、磁気センサ６２の個体差だけでなく、励磁コイルからの磁束の影響を受けて変化する。また、クラッチ１２の励磁コイルに通電されていない場合、磁気センサ６２の個体差により電圧信号Ｖｔはその０点に対してずれる。このため、磁束が印加されるときと、磁束が印加されないときとでは、操舵トルクの０点に対するずれ量も異なる。したがって、クラッチ１２のオン/オフに応じて、操舵トルクＴｒｑｓを補正することが好ましい。

つぎに、ＣＰＵ８２について詳細に説明する。
図３に示すように、ＣＰＵ８２は、操舵角変換部８３、転舵角変換部８５、クラッチ制御部８６、電圧トルク換算部８７、反力制御部８８、及び転舵制御部８９を有している。

操舵角変換部８３は、回転角センサ９２により検出される反力モータ２６の回転角度θ１を取り込む。操舵角変換部８３は、取り込んだ回転角度θ１に基づき、ステアリング１０の操舵角θｓを演算する。

転舵角変換部８５は、回転角センサ９０により検出される転舵モータ５６の回転角度θ２を取り込む。転舵角変換部８５は、取り込んだ回転角度θ２に基づき、転舵輪３０，３０の転舵角θｔを演算する。

クラッチ制御部８６は、図示しないイグニッションスイッチ（以後、ＩＧＳＷとする。）のオンまたはオフに応じてクラッチ１２の断続を切り替える断続制御を実行する。たとえば、クラッチ制御部８６は、ＩＧＷＳがオンの時、クラッチ１２の励磁コイルに通電することによってクラッチ１２を接続された状態（締結状態）から切断された状態（開放状態）へ切り替える。また、クラッチ制御部８６は、ＩＧＷＳがオフの時、クラッチ１２の励磁コイルに対する通電を停止することによってクラッチ１２を切断された状態（開放状態）から接続された状態（締結状態）に切り替える。また、クラッチ制御部８６は、反力制御部８８に対して、クラッチ１２の断続状態（開放状態または締結状態）を示す電気信号Ｓｃを生成する。尚、クラッチ制御部８６がクラッチ１２に通電する際の通電量は一定である。

電圧トルク換算部８７は、トルクセンサ９４の磁気センサ６２から出力された電圧信号Ｖｔに基づき、ステアリングシャフト２２に加わる操舵トルクＴｒｑｓを演算する。尚、電圧信号Ｖｔの値が大きいほど電圧トルク換算部８７で演算される操舵トルクＴｒｑｓは大きくなる。

反力制御部８８は、電圧トルク換算部８７により演算された操舵トルクＴｒｑｓに基づき、反力モータ２６への給電を、反力側インバータ２８を介して制御する。
反力制御部８８は、補正部８８ａ、反力設定部８８ｂ、加算処理部Ｍ８、目標操舵角設定部８８ｃ、目標反力トルク設定部８８ｄ、第１の指令値演算部８８ｅを有する。

補正部８８ａは、クラッチ１２の励磁コイルへ通電された場合に生じる磁束による操舵トルクＴｒｑｓのずれをオフセット補正する機能を有する。補正部８８ａは、電圧トルク換算部８７で演算された操舵トルクＴｒｑｓ、クラッチ制御部８６により生成されるクラッチ１２の断続状態を示す電気信号Ｓｃを取り込む。補正部８８ａは、取り込んだ電気信号Ｓｃが示すクラッチ１２の動作状態に応じて、メモリ８４に記憶されている第１の補正値Ｔｄまたは第２の補正値Ｔｅを読み込む。補正部８８ａは、読み込んだ操舵トルクＴｒｑｓ、及び第１の補正値Ｔｄまたは第２の補正値Ｔｅを用いて補正操舵トルクＴｒｑｓ１を演算する。

反力設定部８８ｂは、補正部８８ａにて演算された補正操舵トルクＴｒｑｓ１に基づき、反力トルクＴｒｑａ１を演算する。反力トルクＴｒｑａ１は、補正操舵トルクＴｒｑｓ１が大きいほど大きい値に演算される。加算処理部Ｍ８は、反力トルクＴｒｑａ１に補正操舵トルクＴｒｑｓ１を加算する。

目標操舵角設定部８８ｃは、加算処理部Ｍ８から出力された反力トルクＴｒｑａ１に補正操舵トルクＴｒｑｓ１を加算した値に基づき、目標操舵角θｓ＊を演算する。
目標反力トルク設定部８８ｄは、目標操舵角設定部８８ｃにより演算された目標操舵角θｓ＊、及び操舵角変換部８３により演算された操舵角θｓを取り込む。目標反力トルク設定部８８ｄは、操舵角変換部８３により演算される操舵角θｓを目標操舵角θｓ＊に一致させるための操作量として、反力モータ２６が生成する反力トルクの目標値である目標反力トルクＴｒｑｒ１を演算する。

第１の指令値演算部８８ｅは、目標反力トルク設定部８８ｄにより演算された目標反力トルクＴｒｑｒ１を取り込む。第１の指令値演算部８８ｅは、取り込んだ目標反力トルクＴｒｑｒ１に基づき、反力モータ２６を駆動させるための指令信号Ｓ２を演算する。反力側インバータ２８は指令信号Ｓ２に基づき動作する。反力モータ２６は反力側インバータ２８を通じて給電されることにより、目標反力トルクＴｒｑｒ１に応じたトルクを発生させる。ステアリングシャフト２２には、反力モータ２６が発生させるトルクに応じた操舵反力が付与される。

転舵制御部８９は、転舵モータ５６の駆動制御を通じて転舵輪３０，３０を操舵状態に応じて転舵させる転舵制御を実行する。転舵制御部８９は、目標転舵トルク設定部８９ａ及び第２の指令値演算部８９ｂを有する。

目標転舵トルク設定部８９ａは、転舵角変換部８５により演算される転舵角θｔ、及び反力制御部８８の目標操舵角設定部８８ｃにおいて演算された目標操舵角θｓ＊を取り込む。目標転舵トルク設定部８９ａは、目標操舵角θｓ＊に基づき、目標転舵角を演算する。目標転舵トルク設定部８９ａは、転舵角変換部８５により演算された転舵角θｔを目標転舵角に一致させるための操作量として、転舵モータ５６が発生させる転舵トルクの目標値である目標転舵トルクＴｒｑｔ１を演算する。

第２の指令値演算部８９ｂは、目標転舵トルク設定部８９ａにより演算された目標転舵トルクＴｒｑｔ１を取り込む。第２の指令値演算部８９ｂは、取り込んだ目標転舵トルクＴｒｑｔ１に基づき、転舵モータ５６を駆動させるための指令信号Ｓ３を演算する。転舵側インバータ５８は指令信号Ｓ３に基づき動作する。転舵モータ５６は、転舵側インバータ５８を通じて給電されることにより目標転舵トルクＴｒｑｔ１に応じたトルクを発生させる。転舵モータ５６が発生させるトルクは、第２ラックアンドピニオン機構５２により、ラック軸４６の軸方向に向けた力に変換される。この軸方向に向けた力がラック軸４６に付与されることにより、ラック軸４６はその軸方向に移動する。このラック軸４６の移動によって転舵輪３０，３０を転舵させる。

次に、補正部８８ａについて、詳述する。
図４に示すように、補正部８８ａは、クラッチ１２の断続状態に応じて生成される電気信号Ｓｃに基づき、メモリ８４に記憶された第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅを切り替えて使用する。

例えば、クラッチ１２が機械的に切断されている状態（開放状態）において、補正部８８ａは、メモリ８４から第２の補正値Ｔｅを読み込む。補正部８８ａは、電圧トルク換算部８７により演算された操舵トルクＴｒｑｓに第２の補正値Ｔｅを加算する。また、クラッチ１２が機械的に接続されている状態（締結状態）において、補正部８８ａは、メモリ８４から第１の補正値Ｔｄを読み込む。補正部８８ａは、電圧トルク換算部８７により演算された操舵トルクＴｒｑｓに第１の補正値Ｔｄを加算する。

ここで、第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅは次のように設定される。
第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅは、ステアリング１０が中立位置に保たれている場合、クラッチ１２の締結状態及び開放状態のそれぞれの状態において、トルクセンサ９４から出力される電圧信号Ｖｔに基づき演算される操舵トルクＴｒｑｓがその０点に対してどの程度ずれるかを実験的に検証したうえで設定される。具体的には、第１の補正値Ｔｄは、トルクセンサ９４における磁気センサ６２の個体差の要因による操舵トルクＴｒｑｓの０点に対するずれを抑制する観点に基づき設定される。第２の補正値Ｔｅは、トルクセンサ９４における磁気センサ６２の個体差及びクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の要因による操舵トルクＴｒｑｓの０点に対するずれを抑制する観点に基づき設定される。

ここでは、ステアリング１０が中立位置に保たれている場合、クラッチ１２が締結状態であるとき、磁気センサ６２の個体差の要因により、磁気センサ６２により生成される電圧信号Ｖｔの値はその０点を基準として、負の方向へ向けてずれるものとする。このとき、電圧信号Ｖｔに基づき演算される操舵トルクＴｒｑｓは、その０点を基準として、電圧信号Ｖｔのずれ量に応じて負の方向へずれる。したがって、第１の補正値Ｔｄは、操舵トルクの０点を基準として負の方向へずれた操舵トルクＴｒｑｓの値を正の方向へ向けて、電圧信号Ｖｔに応じた操舵トルクのずれ量の分だけ増加させるような正のオフセット補正値として設定される。

また、ステアリング１０が中立位置に保たれている場合、クラッチ１２が開放状態であるとき、磁気センサ６２の個体差、及びクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響により、磁気センサ６２により生成される電圧信号Ｖｔの値は、その０点を基準として正の方向へ向けてずれるものとする。このとき、電圧信号Ｖｔに基づき演算される操舵トルクＴｒｑｓは、その０点を基準として電圧信号Ｖｔのずれ量に応じて正の方向へずれる。したがって、第２の補正値Ｔｅは、操舵トルクの０点を基準として正の方向へずれた操舵トルクＴｒｑｓの値を正の方向へ向けて、電圧信号Ｖｔに応じた操舵トルクのずれ量の分だけ減少させるような負のオフセット補正値として設定される。

したがって、クラッチ１２が締結されている状態の場合、図５（ａ）に示すように、操舵トルクＴｒｑｓに対して、第１の補正値Ｔｄを加算することでオフセット補正を実施する。第１の補正値Ｔｄは、磁気センサ６２の個体差の影響による操舵トルクの負の方向へのずれ量に応じた正の値である。このため、電圧トルク換算部８７により演算される操舵トルクＴｒｑｓに第１の補正値Ｔｄを加算することのより、磁気センサ６２の個体差による操舵トルクの負の方向へのずれを抑制した補正操舵トルクＴｒｑｓ１が演算される。

クラッチ１２が機械的に切断されている場合、図５（ｂ）に示されるように、操舵トルクＴｒｑｓに対して第２の補正値Ｔｅを加算することでオフセット補正を実施する。第２の補正値Ｔｅは、磁気センサ６２の個体差、及びクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響により操舵トルクの正の方向へのずれ量に応じた負の値である。このため、電圧トルク換算部８７により演算される操舵トルクＴｒｑｓに第２の補正値Ｔｅを加算することにより、磁気センサ６２の個体差及びクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束による操舵トルクの正の方向へのずれを抑制した補正操舵トルクＴｒｑｓ１が演算される。

以上詳述したように、本実施の形態によれば、次の効果が得られる。
（１）クラッチ１２の動作状態に応じて、操舵トルクの０点補正が適切に行われる。クラッチ１２が開放状態及び締結状態のいずれであろうと、補正部８８ａで演算される補正操舵トルクＴｒｑｓ１は磁気センサ６２の個体差の影響及びクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響が抑制されたものとなる。そのため、補正操舵トルクＴｒｑｓ１に基づき演算される目標反力トルクＴｒｑｒ１は、磁気センサ６２の個体差、及びクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響が抑制されたものとなる。この目標反力トルクＴｒｑｒ１に基づき、反力モータ２６を駆動させることにより、ステアリング１０の操舵に応じたより適切な操舵反力をステアリング１０に付与することができる。したがって、クラッチの開放状態または締結状態に関わらず、運転者によりよい操舵感を付与することができる。

（２）クラッチ１２はその励磁コイルに通電された場合には、開放状態を維持し、通電が停止された場合には、締結状態を維持する。
クラッチ１２の励磁コイルに通電された場合に締結状態、及び通電が停止された場合に開放状態となるクラッチ１２を採用する場合と異なり、意図せずクラッチ１２の励磁コイルに通電されない状況になった場合でも、クラッチ１２は動力伝達経路であるステアリングシャフト２２を機械的に接続する締結状態となる。手動で操舵することが可能となるため、操舵機構の安全性がをより向上させることができる。

（３）クラッチ制御部８６からクラッチ１２の励磁コイルへの通電量が一定であるため、クラッチ１２が締結状態と開放状態との間で切り替わる際の磁束の変化も一定となる。すなわち、磁気センサ６２から出力される電圧信号Ｖｔの変化も一定となり、電圧トルク換算部８７にて演算される操舵トルクＴｒｑｓの変化も一定となる。このため、補正部８８ａで操舵トルクＴｒｑｓを補正する場合、第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅを加算するオフセット補正のみを考慮すればよい。すなわち、クラッチ１２に通電される電流が変化する場合と異なり、クラッチ１２の励磁コイルから発生する磁束の変化に対する操舵トルクＴｒｑｓの補正についてはゲイン補正を考慮しなくてもよい。したがって、制御装置８０の演算を簡素化することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、操舵機構の制御装置の第２の実施形態を説明する。尚、第１の実施形態と同様の構成に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付して説明をする。

本実施の形態では図１に示されるトルクセンサ９４が割愛されている。トルクセンサ９４の割愛に伴い、トーションバー２２ｃの構成も割愛される。ステアリング１０とクラッチ１２との間はステアリングシャフト２２により直結される。

また、トルクセンサ９４の割愛に伴い、図１に２点鎖線で示されるように、ステアリングシャフト２２には、操舵角センサ１００が設けられる。操舵角センサ１００としては、磁気センサを利用したものが採用される。操舵角センサ１００は、ステアリングシャフト２２の回転をステアリング１０の絶対回転角度である実操舵角θｓｓとして検出する。

図６に示すように、ＣＰＵ８２の機能的な構成としては、電圧トルク換算部８７が舵角トルク換算部９７に変更されている。舵角トルク換算部９７は、操舵角センサ１００により検出される実操舵角θｓｓに基づいて、推定操舵トルクＴｒｑｓ２を演算する。操舵角センサ１００から検出される実操舵角θｓｓとステアリングシャフト２２にかかる操舵トルクとの間には相関がある。したがって、操舵角センサ１００から検出される実操舵角θｓｓに基づき推定操舵トルクＴｒｑｓ２を推定することができる。

尚、本実施の形態においては、クラッチ１２が開放状態の時、クラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束が、操舵角センサ１００に印加され、操舵角センサ１００により検出される実操舵角θｓｓが、クラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響を受けることを前提として説明する。

メモリ８４には、第１の補正値Ｔｄ及び第２の補正値Ｔｅに代えて、第１の補正値θｄ及び第２の補正値θｅが記憶されている。これら第１の補正値θｄ及び第２の補正値θｅも、操舵トルクの０点に対するずれを抑制する観点に基づき設定される。第１の補正値θｄは、クラッチ１２が締結状態のとき、すなわち、操舵角センサ１００にクラッチ１２からの磁束が入らない状態における操舵トルクの０点をオフセットするための補正値である。第２の補正値Ｔｅは、クラッチ１２が開放状態のとき、すなわち、クラッチ１２の励磁コイルに通電されることで生じる磁束が、操舵角センサ１００に印加される状態における操舵トルクの０点をオフセットするための補正値である。２つの補正値を設定するのは、次の理由による。

クラッチ１２の励磁コイルに通電された場合、励磁コイルから磁束が発生し、この磁束が操舵角センサ１００に印加されるおそれがある。この場合、操舵角センサ１００により検出される実操舵角θｓｓは、操舵角センサ１００における磁気センサの個体差だけでなく、励磁コイルからの磁束の影響を受けて変化する。また、クラッチ１２の励磁コイルに通電されていない場合、操舵角センサ１００における磁気センサの個体差により実操舵角θｓｓはその０点に対してずれる。このため、磁束が印加されるときと、磁束が印加されないときとでは、操舵トルクの０点に対するずれ量も異なる。したがって、クラッチ１２のオン/オフに応じて、推定操舵トルクＴｒｑｓ２を補正することが好ましい。

図７に示すように、補正部８８ａは、クラッチ１２の動作状態に基づき生成される電気信号Ｓｃに応じて、メモリ８４に記憶された第１の補正値θｄ及び第２の補正値θｅを切り替えて使用する。

例えば、また、クラッチ１２が締結状態であるとき、補正部８８ａは、第１の補正値θｄを使用する。補正部８８ａは、舵角トルク換算部９７により演算される推定操舵トルクＴｒｑｓ２に第１の補正値θｄを加算する。また、クラッチ１２が開放状態であるとき、補正部８８ａは、第２の補正値θｅを使用する。補正部８８ａは、舵角トルク換算部９７により演算される推定操舵トルクＴｒｑｓ２に第２の補正値θｅを加算する。

このように、クラッチ１２の動作状態に応じて第１の補正値θｄ及び第２の補正値θｅを切り替えて使用することにより、舵角トルク換算部９７により演算される推定操舵トルクＴｒｑｓ２を、クラッチ１２の動作状態に応じて、より適切に補正できる。そのため、第１の実施形態の（１）〜（３）と同様の効果が得られる。

＜他の実施形態＞
尚、第１及び第２の実施形態は、技術的に矛盾が生じない範囲で以下のように変更してもよい。

・第１の実施形態において、電圧トルク換算部８７は、ＣＰＵ８２に設けられていたが、これに限らない。例えば、電圧トルク換算部８７の機能を有するＩＣをトルクセンサ９４に設けることで、磁気センサ６２により生成される電圧信号Ｖｔをトルクセンサ９４側で操舵トルクＴｒｑｓに変換してもよい。

・第１及び第２の実施形態において、補正部８８ａは電圧トルク換算部８７と反力設定部８８ｂとの間、または舵角トルク換算部９７と反力設定部８８ｂとの間に設けられていたが、これに限らない。例えば、反力制御部８８の目標操舵角設定部８８ｃと目標反力トルク設定部８８ｄとの間に補正部８８ａを設けてもよい。この場合、操舵トルクＴｒｑｓおよび推定操舵トルクＴｒｑｓ２についての０点補正ではなく、目標操舵角設定部８８ｃにより演算される目標操舵角θｓ＊を０点補正する。また、磁気センサ６２と電圧トルク換算部８７との間に設けてもよい。この場合、操舵トルクＴｒｑｓについての０点補正ではなく、磁気センサ６２により生成される電圧信号Ｖｔを０点補正する。ただし、目標操舵角θｓ＊、電圧信号Ｖｔおよび実操舵角θｓｓを０点補正する場合、メモリ８４に記憶させる第１の補正値及び第２の補正値は、補正する対象応じて、適切な値に設定する。また、補正部８８ａにて実操舵角θｓｓの０点補正をしてもよい。この場合、図８に示すように、第２の実施形態における補正部８８ａと舵角トルク換算部９７を入れ替えることで、補正部８８ａにて実操舵角θｓｓの０点補正を実施し、補正実操舵角θｓｓ１を演算する。ただし、実操舵角θｓｓを０点補正する場合、メモリ８４に記憶させる第１の補正値θｄ１及び第２の補正値θｅ２は、補正する実操舵角θｓｓ応じた適切な値に設定する。

・第１及び第２の実施形態において、電圧信号Ｖｔおよび操舵角θｓ、または実操舵角θｓｓおよび操舵角θｓに基づいて反力モータ２６を制御していたが、これに限らない。たとえば、車速信号も用いて反力モータ２６を制御してもよい。図８に示すように、図１に二点鎖線で示す車速センサ１１０により検出される車速Ｖを目標操舵角設定部８８ｃに読み込んで目標操舵角θｓ＊を演算してもよい。この場合、目標操舵角設定部８８ｃには、加算処理部Ｍ８からの出力値と、目標操舵角θｓ＊とを関係づけるための車両モデル式が記憶されている。その時、例えば、車両モデル式に使用される粘性係数や慣性係数などの係数は、車速Ｖによって可変設定される。つまり、車速Ｖに応じた適切な目標操舵角θｓ＊を演算することができる。その目標操舵角θｓ＊に基づき、反力モータ２６を制御するため、より適切な反力制御を実行できる。

・また、図８に示すように、操舵角センサ１００により検出される実操舵角θｓｓおよび車速センサ１１０により検出される車速Ｖに基づき、目標操舵角θｓ＊を演算していたが、これに限らない。例えば、操舵角変換部８３により演算される操舵角θｓおよび車速センサ１１０により検出される車速Ｖに基づき、目標操舵角θｓ＊を演算してもよい。この場合、操舵角センサ１００を割愛し、操舵角変換部８３により演算される操舵角θｓを補正部８８ａに読み込ませるようにする。このとき、メモリ８４に記憶させる第１の補正値及び第２の補正値は、補正する操舵角θｓに応じて、適切な値に設定する。

・第１及び第２の実施形態において、例えば回転角センサ９２（ホールセンサ等）の磁電変換素子を利用するものである場合、回転角センサ９２もクラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響を受けるおそれがある。その場合、回転角センサ９２で検出される回転角度θ１が磁束の影響を受ける。そのため、回転角度θ１を使用して演算される目標反力トルクＴｒｑｒ１は、クラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響を受けている。回転角センサ９２により検出される回転角度θ１を補正するための補正部８８ａを設けるようにしてもよい。ただし、メモリ８４に記憶される第１の補正値及び第２の補正値については、補正する対象となる回転角度θ１に応じた適切な値に設定する。

・第１及び第２の実施形態では、補正部８８ａにてオフセット補正をしていたが、これに限らない。例えば、クラッチ１２の励磁コイルへの通電量が変化する場合には、通電量に応じて変化するように設定されたゲインを用いてゲイン補正を行ってもよい。すなわち、クラッチ１２の励磁コイルから生じる磁束の影響を受けた操舵トルクに対してゲイン補正値を乗算する。ただし、ゲイン補正値はクラッチ１２の締結状態及び開放状態のそれぞれの状態おける操舵トルクがその０点に対してどの程度ずれるかを実験的に検証したうえで設定される。したがって、ゲイン補正を行うことにより補正部８８ａにおける補正の精度が向上する。

・また、図４及び図７に示される補正部８８ａにおいて、例えば、操舵トルクＴｒｑｓ（推定操舵トルクＴｒｑｓ２）に対して第１の補正値Ｔｄ（θｄ）または第２の補正値Ｔｅ（θｅ）を加算する加算器の後に、フィルター（例えばレートリミッタ）を設けてもよい。そのようにすることで、加算器にて演算される補正操舵トルクＴｒｑｓ１の変化が緩やかとなる。このため、操舵トルクの補正に伴う操舵反力の変化が緩やかとなり、よりよい操舵感を運転者に付与することができる。

・第１及び第２の実施形態において、トルクセンサ９４および操舵角センサ１００により検出される電圧信号Ｖｔおよび実操舵角θｓｓに基づき、反力モータ２６および転舵モータ５６の両者を制御していたが、これに限らない。たとえば、クラッチ１２を締結状態にした場合、反力モータ２６および転舵モータ５６の何れか一方を使用して操舵機構を制御してもよい。

１０…ステアリング、１２…クラッチ、２０…反力アクチュエータ、２２…ステアリングシャフト、２６…反力モータ、３０…転舵輪、４０…転舵アクチュエータ、５６…転舵モータ、６２…磁気センサ、８０…制御装置、８３…操舵角変換部、８５…転舵角変換部、８７…電圧トルク換算部、８８ａ…補正部、８８ｅ…第１の指令演算部、９４…トルクセンサ、９７…舵角トルク換算部、１００…操舵角センサ、Ｔｄ…第１の補正値、Ｔｅ…第２の補正値、Ｓｃ…電気信号、Ｔｒｑｓ…操舵トルク、Ｔｒｑｓ１…補正操舵トルク、Ｔｒｑａ１…反力トルク、Ｔｒｑｒ１…目標反力トルク、θｓ…操舵角、θｓｓ…実操舵角

Claims (8)

1. ステアリングと転舵輪との間の動力伝達経路を給電の有無に応じて断続する電磁クラッチと、前記動力伝達経路における前記ステアリングと前記電磁クラッチとの間の部分に付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生させる反力モータと、前記動力伝達経路における前記電磁クラッチと前記転舵輪との間の部分に付与される前記転舵輪を転舵させるための動力である転舵力を発生する転舵モータと、を備える操舵機構の制御装置において、
   前記電磁クラッチ、前記反力モータ、及び前記転舵モータに対する給電を制御する制御部であって、前記操舵機構に設けられるセンサを通じて磁気的に検出される前記ステアリングの操舵状態を示す状態量に基づき、前記反力モータ及び前記転舵モータの少なくとも一方に対する電流指令値を演算する制御部と、
   前記電磁クラッチが締結状態であるときの前記状態量の０点に対するずれを抑制するために設定される第１の補正値、及び前記電磁クラッチが開放状態であるときの前記状態量の０点に対するずれを抑制するために設定される第２の補正値が記憶された記憶部と、を有し、
   前記制御部は、前記電磁クラッチが締結状態であるときには前記第１の補正値を使用して前記状態量を補正し、前記電磁クラッチが前記開放状態であるときには前記第２の補正値を使用して前記状態量を補正する補正部を有する操舵機構の制御装置。
2. 前記電磁クラッチは、給電された場合には開放状態、給電が停止された場合には締結状態となる請求項１に記載の操舵機構の制御装置。
3. 前記第２の補正値は、前記電磁クラッチへの給電により発生する磁束の影響を前記センサが受けることに起因して生じる前記状態量の０点に対するずれ量に基づき設定される請求項２に記載の操舵機構の制御装置。
4. 前記状態量は、前記ステアリングを介して前記動力伝達経路の構成要素であるステアリングシャフトに付与される操舵トルクである請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵機構の制御装置。
5. 前記状態量は、前記ステアリングを介して前記動力伝達経路の構成要素であるステアリングシャフトに付与される操舵角である請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵機構の制御装置。
6. 前記センサは、前記操舵トルクに応じた電気信号を生成するトルクセンサであって、
   前記制御部は、前記トルクセンサにより生成される前記電気信号に基づき前記操舵トルクを演算する換算部を有する請求項４に記載の操舵機構の制御装置。
7. 前記センサは、前記ステアリングシャフトの回転角である操舵角を検出する舵角センサであって、
   前記制御部は、前記舵角センサにより検出される前記操舵角に基づき前記操舵トルクを演算する換算部を有する請求項４に記載の操舵機構の制御装置。
8. 前記電磁クラッチに対する通電量は一定であり、
   前記補正部は、前記状態量に対して前記第１の補正値または前記第２の補正値を加算することにより、前記状態量を補正する請求項１〜７のいずれか一項に記載の操舵機構の制御装置。

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