JP2009101972A - 操舵装置、操舵反力模擬装置、及び操舵反力設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にヒステリシスを持たせる場合において、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止する。
【解決手段】操舵反力指令値Ｔｐ＊が第２の特性線（例えばＢ，Ｄ）上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、第２の特性線の傾きＫ２より大きい傾きＫ１で操舵反力指令値Ｔｐ＊が変化し、操舵反力指令値Ｔｐ＊が第１の特性線（例えばＡ’，Ｃ）上にある場合に操舵角θｈが第２の特性線との交点に相当する角度に到達したときは、操舵反力指令値Ｔｐ＊が傾きＫ２で変化する。操舵反力指令値Ｔｐ＊が第１の特性線上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて傾きＫ１の値を徐々に小さくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、操舵装置、操舵反力模擬装置、及び操舵反力設定方法に関し、詳しくは、ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する操舵装置及び操舵反力模擬装置と、ハンドルの操作に応じた操舵反力を設定する操舵反力設定方法に関する。

従来、この種の操舵装置としては、下記特許文献１に開示されているように、ハンドルの操舵角とハンドルの切り増し切り戻しの判定結果とに基づいてヒステリシス特性をもって操舵反力を設定するものが提案されている。ここでのヒステリシス特性は、図９に示すように、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐが第１の傾きＫ１で変化する第１の特性線（例えば図９の特性線Ａ，Ｃ）と、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐが第１の傾きＫ１よりも小さい第２の傾きＫ２で変化する第２の特性線（例えば図９の特性線Ｂ，Ｄ）と、を含み、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐが第２の特性線上にある場合にハンドルの切り増し切り戻しの方向が変化したときは、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐの傾きが第２の傾きＫ２から第１の傾きＫ１に変化し、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐが第１の特性線上にある場合に操舵角θｈが第１の特性線と第２の特性線との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐの傾きが第１の傾きＫ１から第２の傾きＫ２に変化する特性である。図９に示す操舵反力特性においては、傾きＫ１の特性線（直線）Ａ，Ｃが、クーロン摩擦によるヒステリシスを発生させるための操舵反力特性に相当する。特許文献１の操舵装置では、図９に示すヒステリシス特性をもって操舵反力を設定することで、ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にクーロン摩擦によるヒステリシスを持たせている。

特許第３８８９９１６号公報

上記の操舵装置では、第１の傾きＫ１の値を十分大きくすることで、剛性（ばね定数）の高いばね要素によってクーロン摩擦を近似したヒステリシスを操舵角θｈと操舵反力Ｔｐの関係に与え、操舵速度に依存しないヒステリシス特性を再現している。ただし、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車の場合は、図１０に示すように、操舵角θｈと操舵反力Ｔｐの関係にヒステリシスが発生しているときに、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐが非線形に変化する。ここで、図１０は、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車において、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐの特性を測定した結果を示す。一方、上記の操舵装置では、操舵角θｈと操舵反力Ｔｐの関係にヒステリシスを発生させているときに（操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐが第１の特性線上にあるときに）、第１の傾きＫ１の値を一定としており、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐが線形に変化する。そのため、ヒステリシスを発生させているときの操舵反力Ｔｐの変化の仕方が、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車と異なり、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じることになる。また、上記の操舵装置では、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐが第１の特性線上から第２の特性線上に移行するときに、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐの変化量が急激に変化する。これによっても、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じることになる。

本発明は、ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にヒステリシスを持たせる場合において、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止することを目的とする。

本発明に係る操舵装置、操舵反力模擬装置、及び操舵反力設定方法は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る操舵装置は、ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する操舵装置であって、前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、該検出した操舵角に基づいてハンドルの切り増しと切り戻しとを判定する切増切戻判定手段と、前記切増切戻判定手段による判定結果と前記検出された操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定手段と、該設定された目標操舵反力が出力されるよう操舵反力を出力する操舵反力出力手段と、を備え、前記ヒステリシス特性は、操舵角の変化に対して操舵反力が第１の傾きで変化する第１の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第２の傾きで変化する第２の特性と、を含み、操舵角に対する操舵反力が前記第２の特性上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きよりも大きい第１の傾きで変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きで変化する特性であり、前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくすることを要旨とする。

本発明の一態様では、前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達するときの第１の傾きを前記第２の傾きと略一致させることが好適である。

本発明の一態様では、前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合にハンドルが切り増し状態にあるときは、ハンドルが切り増しされるにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくすることが好適である。

本発明の一態様では、前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合にハンドルが切り戻し状態にあるときは、ハンドルが切り戻しされるにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくすることが好適である。

また、本発明に係る操舵反力模擬装置は、ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する操舵反力模擬装置であって、前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、該検出した操舵角に基づいてハンドルの切り増しと切り戻しとを判定する切増切戻判定手段と、前記切増切戻判定手段による判定結果と前記検出された操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定手段と、該設定された目標操舵反力が出力されるよう操舵反力を出力する操舵反力出力手段と、を備え、前記ヒステリシス特性は、操舵角の変化に対して操舵反力が第１の傾きで変化する第１の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第２の傾きで変化する第２の特性と、を含み、操舵角に対する操舵反力が前記第２の特性上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きよりも大きい第１の傾きで変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きで変化する特性であり、前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくすることを要旨とする。

また、本発明に係る操舵反力設定方法は、ハンドルの操作に応じた操舵反力を設定する操舵反力設定方法であって、前記ハンドルの操舵角に基づいてハンドルの切り増しか切り戻しかを判定し、該判定結果と前記ハンドルの操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって操舵反力を設定する操舵反力設定方法において、前記ヒステリシス特性は、操舵角の変化に対して操舵反力が第１の傾きで変化する第１の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第２の傾きで変化する第２の特性と、を含み、操舵角に対する操舵反力が前記第２の特性上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きよりも大きい第１の傾きで変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きで変化する特性であり、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくすることを要旨とする。

本発明によれば、操舵角に対する操舵反力が第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて第１の特性の傾きを徐々に小さくすることで、操舵角と操舵反力の関係にヒステリシスを発生させているときに、操舵角の変化に対して操舵反力を非線形に変化させることができる。そして、操舵角に対する操舵反力が第１の特性上から第２の特性上に移行するときに、操舵角に対する操舵反力の傾きが急激に変化するのを抑制することができる。したがって、ハンドルの切り増し時と切り戻し時の操舵反力特性にヒステリシスを持たせる場合において、ハンドルを操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置２０の概略構成を示す図であり、本発明をステアバイワイヤシステムに適用した場合を示す。本実施形態に係る操舵装置２０は、車両に搭載されるものであり、図示するように、運転者（操作者）により操作されるハンドル２２と、ハンドル２２の角度（操舵角）を検出する操舵角センサ２４と、ハンドル２２のトルク（操舵反力）を検出するトルクセンサ２６と、運転者によるハンドル２２の操作に応じてハンドル２２にトルクを作用させることでハンドル２２の操舵反力を模擬する反力モータ４０と、ハンドル２２の操舵角に応じて操舵輪３０，３２の切り角を変更するための出力トルクを減速機３４を介してラック３６に伝達して操舵輪３０，３２へ出力する転舵モータ４２と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ５４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ５６と、入出力ポート（図示せず）と、を備える。この電子制御ユニット５０には、操舵角センサ２４からの操舵角θｈ、トルクセンサ２６からのトルクＴｈ、及び車速センサ５８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、反力モータ４０及び転舵モータ４２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

図２は、操舵装置２０の電子制御ユニット５０が操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する操舵反力指令値演算ブロック６０として動作するときの制御ブロックを例示する説明図である。図示するように、操舵反力指令値演算ブロック６０は、入力した操舵角θｈに基づいてハンドル２２の切り増しと切り戻しとを判定する切り増し切り戻し判定部６２と、切り増し切り戻し判定部６２の判定結果と操舵角θｈと車速Ｖとに基づいて操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する操舵反力指令値演算部６６と、を有する。電子制御ユニット５０では、この操舵反力指令値演算ブロック６０により演算された操舵反力指令値Ｔｐ＊とトルクセンサ２６により検出されるトルクＴｈとに基づいてハンドル２２に作用する操舵反力が操舵反力指令値Ｔｐ＊となるよう反力モータ４０を駆動制御する。ただし、ここでは、トルクセンサ２６を用いずに操舵反力指令値Ｔｐ＊のみに基づいて反力モータ４０を駆動制御してもよい。なお、操舵角θｈは、操舵角センサ２４により所定の分解能（最小分解能）Δθｈで検出される。

操舵反力指令値演算ブロック６０における切り増し切り戻し判定部６２では、操舵角センサ２４により検出される操舵角θｈに基づいて、ハンドル２２が切り増し状態にあるか切り戻し状態にあるかが判定される。より具体的には、前回入力した操舵角θｈと今回入力した操舵角θｈとの差の符号、すなわち正負により切り増しか切り戻しかが判定される。

操舵反力指令値演算部６６では、切り増し切り戻し判定部６２の判定結果と操舵角θｈと車速Ｖとに基づいてハンドル２２に作用する操舵反力が図３に例示するようなヒステリシス特性を持つように操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する。図３中、横軸は操舵角θｈであり、縦軸は操舵反力Ｔｐである。図３に例示するヒステリシス特性は、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐが傾きＫ１で変化する特性線Ａ，Ｃ（第１の特性線）と、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐが傾きＫ２で変化する特性線Ｂ，Ｄ（第２の特性線）とを含む特性である。また、図３において、特性線（直線）Ｂの切片はＴ２であり、特性線（直線）Ｄの切片は−Ｔ２である。以下、操舵反力指令値演算部６６が操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する処理について説明する。なお、操舵反力指令値Ｔｐ＊は、ハンドル２２を右に回転させたときと左に回転させたときとで符号が異なるだけで同様に演算されるから、操舵角θｈが正の方向（実施形態ではハンドル２２を左に回転したとき）について説明する。また、説明の容易のために、車速Ｖを用いずに操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する処理について説明する。

ハンドル２２の切り始めの操舵角θｈが値０から増加したときには、図４に示す特性線（曲線）Ａ’上で特性線（傾きＫ２の直線）Ｂと交わる角度θ１に至るまで、操舵反力指令値Ｔｐ＊を特性線Ａ’上の値となるように演算する。即ち、特性線Ａ’を関数ｆ(θｈ)で表すと、次式（１）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する。

ここでの特性線Ａ’は、図４に示すように、操舵角θｈが０であるときの傾きＫ１の値が直線Ｂの傾きＫ２よりも大きく、操舵角θｈが０から増加するにつれて傾きＫ１の値が徐々に小さくなり、操舵角θｈが直線Ｂとの交点に相当する角度θ１に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｂの傾きＫ２と一致する（あるいはほぼ一致する）曲線である。この曲線Ａ’を表す関数ｆ(θｈ)としては、例えば、次式（２）〜（６）を満たす、上に凸の単調増加関数を用いることができる。

式（２）〜（６）を満たす、上に凸の単調増加関数ｆ(θｈ)としては、例えば次式（７）を用いることができる。

式（７）において、ａ_fとｂ_fは定数であり、次式（８）、（９）を満たす。

操舵角θｈが角度θ１を超えた後の切り増しのときには、操舵反力指令値Ｔｐ＊が傾きＫ２の直線Ｂ上の値となるように、次式（１０）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する。

このように、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ａ’（第１の特性線）上にある場合に操舵角θｈが特性線Ａ’と特性線Ｂ（第２の特性線）との交点に相当する角度θ１に到達したときは、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｂ上に移行し、操舵角θｈの変化に対して操舵反力指令値Ｔｐ＊が傾きＫ２で変化する。そして、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ａ’上にある場合にハンドル２２がその回転方向を変化させずに切り増し状態にあるときは、ハンドル２２が切り増しされることで操舵角θｈが増大して角度θ１に近づくにつれて、傾きＫ１の値が徐々に小さくなる。傾きＫ１の値は、操舵角θｈが角度θ１に到達するまで徐々に小さくなり、操舵角θｈが角度θ１に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｂの傾きＫ２と等しくなる。

操舵角θｈが角度θ１より大きな角度θ２の状態からハンドル２２が切り戻されてハンドル２２の回転方向が変化したときには、図４に示す特性線（曲線）Ｃ上で特性線（傾きＫ２の直線）Ｄと交わる角度θ３に至るまで、操舵反力指令値Ｔｐ＊を特性線Ｃ上の値となるように演算する。ここでの特性線Ｃは、図４に示すように、操舵角θｈが角度θ２であるときの傾きＫ１の値が直線Ｂ，Ｄの傾きＫ２よりも大きく、操舵角θｈが角度θ２から減少するにつれて傾きＫ１の値が徐々に小さくなり、操舵角θｈが直線Ｄとの交点に相当する角度θ３に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｄの傾きＫ２と一致する（あるいはほぼ一致する）曲線である。この曲線Ｃとしては、例えば、曲線Ａ’を原点中心に１８０°回転させて、横軸（θｈ方向）にａ、縦軸（Ｔｐ方向）にｂだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線Ｃを表す関数ｆｃ１(θｈ)として、例えば、下に凸の単調増加関数−ｆ(−(θｈ−ａ))＋ｂを用いることができ、次式（１１）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算することができる。

ここで、ａとｂは、次式（１２）と次式（１３）をそれぞれ満たす。

式（１２）と式（１３）において、θ０は曲線Ａ’が直線Ｄと交わる角度（図４参照）である。よって、式（１３）中のｆ(θ０)は、次式（１４）で表される。

操舵角θｈが角度θ３の状態からハンドル２２がさらに切り戻されたときには、操舵反力指令値Ｔｐ＊が傾きＫ２の直線Ｄ上の値となるように、次式（１５）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する。

このように、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｂ（第２の特性線）上にある場合にハンドル２２の回転方向が変化したときは、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｃ（第１の特性線）上に移行し、操舵角θｈの変化に対して操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｂ，Ｄの傾きＫ２よりも大きい傾きＫ１で変化する（操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊の傾きが増大する）。そして、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｃ上にある場合にハンドル２２がその回転方向を変化させずに切り戻し状態にあるときは、ハンドル２２が切り戻しされることで操舵角θｈが減少して特性線Ｄとの交点に相当する角度θ３に近づくにつれて、傾きＫ１の値が徐々に小さくなる。傾きＫ１の値は、操舵角θｈが角度θ３に到達するまで徐々に小さくなり、操舵角θｈが角度θ３に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｄの傾きＫ２と等しくなる。そして、操舵角θｈが角度θ３に到達した後は、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｄ上に移行し、操舵角θｈの変化に対して操舵反力指令値Ｔｐ＊が傾きＫ２で変化する。ここでの傾きＫ２の特性線Ｂは、切り増し時の操舵反力特性に相当し、傾きＫ２の特性線Ｄは、切り戻し時の操舵反力特性に相当する。そして、傾きＫ１の特性線Ａ，Ａ’，Ｃは、クーロン摩擦に対応する操舵反力を与えるための操舵反力特性に相当する。傾きＫ１の値を大きくすることで、剛性（ばね定数）の高いばね要素によってクーロン摩擦を近似したヒステリシスを得ることができる。そして、操舵角θｈと切り増し切り戻しの判定結果とに基づいて操舵反力指令値Ｔｐ＊を設定することで、ヒステリシス特性における現在の状態（操舵角θｈ及び操舵反力Ｔｐが特性線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのどの位置にあるか）を的確に把握しながら、操舵速度に依存しないクーロン摩擦によるヒステリシス特性を再現することができる。

また、図５に示すように、操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ａ’上にある場合に、操舵角θｈが角度θ１よりも小さな角度θ４の状態からハンドル２２が切り戻されてハンドル２２の回転方向が変化したときには、図５に示す特性線（曲線）Ｃ’上で特性線（傾きＫ２の直線）Ｄと交わる角度θ５に至るまで、操舵反力指令値Ｔｐ＊を特性線Ｃ’上の値となるように演算する。ここでの特性線Ｃ’は、図５に示すように、操舵角θｈが角度θ４であるときの傾きＫ１の値が直線Ｂ，Ｄの傾きＫ２よりも大きく、操舵角θｈが角度θ４から減少するにつれて傾きＫ１の値が徐々に小さくなり、操舵角θｈが直線Ｄとの交点に相当する角度θ５に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｄの傾きＫ２と一致する（あるいはほぼ一致する）曲線である。この曲線Ｃ’としては、例えば、曲線Ａ’を原点中心に１８０°回転させて、横軸（θｈ方向）にｃ、縦軸（Ｔｐ方向）にｄだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線Ｃ’を表す関数ｆｃ２(θｈ)として、例えば、下に凸の単調増加関数−ｆ(−(θｈ−ｃ))＋ｄを用いることができ、次式（１６）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算することができる。

ここで、ｃとｄは、次式（１７）と次式（１８）をそれぞれ満たす。

式（１７）と式（１８）において、θ４’は曲線Ｃ’が直線Ｂと交わる角度（図５参照）である。曲線Ａ’と曲線Ｃ’とが交わる角度がθ４であるから、次式（１９）が成立する。

式（１９）に式（１７）、式（１８）、式（１４）を代入すると、次式（２０）が得られる。角度θ４’の値は、次式（２０）を解くことによって得ることができる。

また、図６に示すように、操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｃ上にある場合に、操舵角θｈが角度θ２より小さく且つ角度θ３より大きい角度θ８の状態からハンドル２２が切り増しされてハンドル２２の回転方向が変化したときには、図６に示す特性線（曲線）Ａ''上で特性線（傾きＫ２の直線）Ｂと交わる角度θ９に至るまで、操舵反力指令値Ｔｐ＊を特性線Ａ''上の値となるように演算する。ここでの特性線Ａ''は、図６に示すように、操舵角θｈが角度θ８であるときの傾きＫ１の値が直線Ｂ，Ｄの傾きＫ２よりも大きく、操舵角θｈが角度θ８から増大するにつれて傾きＫ１の値が徐々に小さくなり、操舵角θｈが直線Ｂとの交点に相当する角度θ９に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｂの傾きＫ２と一致する（あるいはほぼ一致する）曲線である。この曲線Ａ''としては、例えば、曲線Ａ’を横軸（θｈ方向）にｇ、縦軸（Ｔｐ方向）にｈだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線Ａ''を表す関数ｆａ１(θｈ)として、例えば、上に凸の単調増加関数ｆ(θｈ−ｇ)＋ｈを用いることができ、次式（２１）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算することができる。

ここで、ｇとｈは、次式（２２）と次式（２３）をそれぞれ満たす。

式（２２）と式（２３）において、θ８’は曲線Ａ''が直線Ｄと交わる角度（図６参照）である。曲線Ａ''と曲線Ｃ’とが交わる角度がθ８であるから、次式（２４）が成立する。

式（２４）に式（２２）、式（２３）を代入すると、次式（２５）が得られる。角度θ８’の値は、次式（２５）を解くことによって得ることができる。

このように、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ａ''上にある場合にハンドル２２がその回転方向を変化させずに切り増し状態にあるときは、ハンドル２２が切り増しされることで操舵角θｈが増大して特性線Ｂとの交点に相当する角度θ９に近づくにつれて、傾きＫ１の値が徐々に小さくなる。傾きＫ１の値は、操舵角θｈが角度θ９に到達するまで徐々に小さくなり、操舵角θｈが角度θ９に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｂの傾きＫ２と等しくなる。

また、図７に示すように、操舵反力指令値Ｔｐ＊特性線Ｄ上にある場合に、操舵角θｈが角度θ６の状態からハンドル２２が切り増しされてハンドル２２の回転方向が変化したときには、図７に示す特性線（曲線）Ａ'''上で特性線（傾きＫ２の直線）Ｂと交わる角度θ７に至るまで、操舵反力指令値Ｔｐ＊を特性線Ａ'''上の値となるように演算する。つまり、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｄ上から特性線Ａ'''上に移行する。ここでの特性線Ａ'''は、図７に示すように、操舵角θｈが角度θ６であるときの傾きＫ１の値が直線Ｂ，Ｄの傾きＫ２よりも大きく、操舵角θｈが角度θ６から増大するにつれて傾きＫ１の値が徐々に小さくなり、操舵角θｈが直線Ｂとの交点に相当する角度θ７に到達するときの傾きＫ１の値が直線Ｂの傾きＫ２と一致する（あるいはほぼ一致する）曲線である。つまり、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊が特性線Ｄ上から特性線Ａ'''上に移行するときには、操舵角θｈに対する操舵反力指令値Ｔｐ＊の傾きが増大する。この曲線Ａ'''としては、例えば、曲線Ａ’を横軸（θｈ方向）にｉ、縦軸（Ｔｐ方向）にｊだけシフトさせた曲線を用いることができる。したがって、特性線Ａ'''を表す関数ｆａ２(θｈ)として、例えば、上に凸の単調増加関数ｆ(θｈ−ｉ)＋ｊを用いることができ、次式（２６）により操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算することができる。

ここで、ｉとｊは、次式（２７）と次式（２８）をそれぞれ満たす。

以上説明した本実施形態では、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐがヒステリシスを発生させるための第１の特性線（例えば特性線Ａ，Ａ’，Ａ''，Ａ'''，Ｃ，Ｃ’）上にある場合に、ハンドル２２がその回転方向を変化させずに回転して操舵角θｈが第２の特性線（例えば特性線Ｂ，Ｄ）との交点に相当する角度（例えば角度θ１，θ３，θ５，θ７，θ９）に近づくにつれて、第１の特性線の傾きＫ１の値を徐々に小さくしている。これによって、操舵角θｈと操舵反力Ｔｐの関係にクーロン摩擦によるヒステリシスを発生させているときに、ハンドルとタイヤが機械的に接続された車の場合（図１０参照）と同様に、操舵角θｈの変化に対して操舵反力Ｔｐを非線形に変化させることができる。そして、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐが第１の特性線上から第２の特性上に移行するときに、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐの傾きが急激に変化するのを抑制することができる。したがって、ハンドル２２を操作する操作者の操舵感に違和感が生じるのを防止することができ、操作者の操舵感を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐが第１の特性線上にある場合に、操舵角θｈが第２の特性線との交点に相当する角度に到達するときの傾きＫ１を傾きＫ２と一致させている。これによって、操舵角θｈと操舵反力Ｔｐの関係にクーロン摩擦によるヒステリシスを発生させてから操舵反力Ｔｐが第１の特性線上から第２の特性上に移行するときに、操舵反力Ｔｐをより滑らかに変化させることができる。したがって、より滑らかな操舵感を得ることができる。

なお、以上の説明では、説明の容易のために、車速Ｖを考慮せずに操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算するものとした。ただし、実施形態に係る操舵装置２０では、図３〜７における特性線Ａ，Ａ’，Ａ''，Ａ'''，Ｃ，Ｃ’の傾きＫ１や特性線Ｂ，Ｄの傾きＫ２、及び切片Ｔ０，−Ｔ０を車速Ｖに応じて変更するものとして操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算することができる。また、傾きＫ２についても、必ずしも一定値である必要はなく、操舵角θｈに応じて変化させることも可能である。

また、実施形態に係る操舵装置２０では、演算した操舵反力指令値Ｔｐ＊に基づいて反力モータ４０を駆動制御するものとしたが、図８に例示する制御ブロックに示すように、操舵角θｈの時間微分である操舵角速度にダンパゲインを乗じた値を操舵反力指令値Ｔｐ＊に加算し、この値に基づいて反力モータ４０を駆動制御するものとしてもよい。こうすれば、ハンドル２２から手を離したときの平衡点への収束特性を向上させることができる。

また、実施形態に係る操舵装置２０では、反力モータ４０のトルクによりハンドル２２に操舵反力を与えるものとしたが、モータ以外のアクチュエータを用いてハンドル２２に操舵反力を与えることもできる。

以上の実施形態の説明では、本発明を車載用の操舵装置２０に適用した場合について説明した。ただし、本発明をドライビングシミュレータ等において用いられる操舵反力模擬装置に適用することも可能である。その場合は、以上説明したハンドル２２と操舵角センサ２４と反力モータ４０と電子制御ユニット５０とを含んで実施形態に係る操舵反力模擬装置を構成することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る操舵装置２０の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る操舵装置２０の電子制御ユニット５０が操舵反力指令値Ｔｐ＊を演算する操舵反力指令値演算ブロック６０として動作するときの制御ブロックを例示する説明図である。 操舵角θｈと操舵反力Ｔｐとの関係の一例を示す説明図である。 操舵角θｈから操舵反力指令値Ｔｐ＊が演算される様子を説明する説明図である。 操舵角θｈから操舵反力指令値Ｔｐ＊が演算される様子を説明する説明図である。 操舵角θｈから操舵反力指令値Ｔｐ＊が演算される様子を説明する説明図である。 操舵角θｈから操舵反力指令値Ｔｐ＊が演算される様子を説明する説明図である。 変形例の制御ブロックの一例を示す説明図である。 従来例における操舵角θｈと操舵反力Ｔｐとの関係の一例を示す説明図である。 ハンドルとタイヤが機械的に接続された車において、操舵角θｈに対する操舵反力Ｔｐの特性を測定した結果を示す図である。

符号の説明

２０ 操舵装置、２２ ハンドル、２４ 操舵角センサ、２６ トルクセンサ、３０，３２ 操舵輪、３４ 減速機、３６ ラック、４０ 反力モータ、４２ 転舵モータ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、５８ 車速センサ、６０ 操舵反力指令値演算ブロック、６２ 切り増し切り戻し判定部、６６ 操舵反力指令値演算部。

Claims (6)

1. ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する操舵装置であって、
   前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   該検出した操舵角に基づいてハンドルの切り増しと切り戻しとを判定する切増切戻判定手段と、
   前記切増切戻判定手段による判定結果と前記検出された操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定手段と、
   該設定された目標操舵反力が出力されるよう操舵反力を出力する操舵反力出力手段と、
   を備え、
   前記ヒステリシス特性は、
   操舵角の変化に対して操舵反力が第１の傾きで変化する第１の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第２の傾きで変化する第２の特性と、を含み、
   操舵角に対する操舵反力が前記第２の特性上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きよりも大きい第１の傾きで変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きで変化する特性であり、
   前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくする、操舵装置。
2. 請求項１に記載の操舵装置であって、
   前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達するときの第１の傾きを前記第２の傾きと略一致させる、操舵装置。
3. 請求項１または２に記載の操舵装置であって、
   前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合にハンドルが切り増し状態にあるときは、ハンドルが切り増しされるにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくする、操舵装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の操舵装置であって、
   前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合にハンドルが切り戻し状態にあるときは、ハンドルが切り戻しされるにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくする、操舵装置。
5. ハンドルの操作に応じた操舵反力を出力する操舵反力模擬装置であって、
   前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   該検出した操舵角に基づいてハンドルの切り増しと切り戻しとを判定する切増切戻判定手段と、
   前記切増切戻判定手段による判定結果と前記検出された操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定手段と、
   該設定された目標操舵反力が出力されるよう操舵反力を出力する操舵反力出力手段と、
   を備え、
   前記ヒステリシス特性は、
   操舵角の変化に対して操舵反力が第１の傾きで変化する第１の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第２の傾きで変化する第２の特性と、を含み、
   操舵角に対する操舵反力が前記第２の特性上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きよりも大きい第１の傾きで変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きで変化する特性であり、
   前記目標操舵反力設定手段は、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくする、操舵反力模擬装置。
6. ハンドルの操作に応じた操舵反力を設定する操舵反力設定方法であって、
   前記ハンドルの操舵角に基づいてハンドルの切り増しか切り戻しかを判定し、
   該判定結果と前記ハンドルの操舵角とに基づいてヒステリシス特性をもって操舵反力を設定する操舵反力設定方法において、
   前記ヒステリシス特性は、
   操舵角の変化に対して操舵反力が第１の傾きで変化する第１の特性と、操舵角の変化に対して操舵反力が第２の傾きで変化する第２の特性と、を含み、
   操舵角に対する操舵反力が前記第２の特性上にある場合にハンドルの回転方向が変化したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きよりも大きい第１の傾きで変化し、操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に操舵角が前記第２の特性との交点に相当する角度に到達したときは、操舵角の変化に対して操舵反力が前記第２の傾きで変化する特性であり、
   操舵角に対する操舵反力が前記第１の特性上にある場合に、ハンドルがその回転方向を変化させずに回転するにつれて前記第１の傾きを徐々に小さくする、操舵反力設定方法。

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