WO2019171447A1

WO2019171447A1 - 車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置

Info

Publication number: WO2019171447A1
Application number: PCT/JP2018/008437
Authority: WO
Inventors: 隆史亀村
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-09-12
Also published as: US20200391790A1; EP3763603B1; JP6729838B2; JPWO2019171447A1; EP3763603A1; US11066096B2; CN111801267A; EP3763603A4; CN111801267B

Abstract

転舵中のクラッチ締結時のステアリングホイールの振動を抑制し、運転者に与える違和感を抑制可能な車両のステアリング制御方法を提供する。そのため、自動運転モードにおけるステアリングホイール（１）と左右前輪（５，６）とを機械的に断接するステアリングクラッチ（３）を解放したステアバイワイヤモードから、手動運転モードにおけるステアリングクラッチ（３）を締結してトルクセンサ（２０）の検出トルクに応じたアシストトルクを左右前輪（５，６）に対して与えるＥＰＳ制御モードに遷移するにあたり、ステアリングクラッチ（３）を締結し、ステアリングクラッチ（３）の締結後、所定の制限時間が経過するまでアシストトルクを、トルクセンサ（２０）の検出トルクに応じた値に対して制限する車両のステアリング制御方法とした。

Description

車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置

　本開示は、車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置に関する。

　従来、ステアバイワイヤ方式と称される車両のステアリング制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術では、正常時はステアリングホイールと転舵輪とを機械的に切り離したクラッチ解放状態で転舵アクチュエータの駆動力によって転舵輪を転舵する。一方、非正常時は、ステアリングホイールと転舵輪とを機械的に連結したクラッチ締結状態でステアリングホイールの操舵力によって転舵輪を転舵するようにしている。また、このときステアリングホイールに対する操舵トルクを検出するトルクセンサの検出に基づいて反力モータを駆動させ、操舵を補助するアシストトルクを生じさせるようにしている。

特開２０１５－４４４７９号公報

　ところで、近年、自動運転制御装置が提案されている。このような自動運転制御装置では、上述の従来の車両のステアリング制御装置の転舵アクチュエータを用い転舵輪の転舵を自動的に行うもので、ステアリングホイールから手を放した状態での転舵を可能としている。

　しかしながら、本願発明者は、このような自動運転制御時でクラッチ解放状態のステアバイワイヤ制御での転舵角制御中に、ステアバイワイヤシステムが非正常と判断して、クラッチを締結し、クラッチを締結し、自動運転制御から手動運転のアシスト制御を開始する際に、下記の問題が生じることを知見した。
すなわち、上述の車両のステアリング制御装置において、自動運転制御を行っている場合、ドライバは手放し状態であるときには、その後、ドライバがハンドルを把持していても、ハンドルを保持する力が小さい場合がある。そのため、ドライバが手放し状態で、ステアバイワイヤシステムが非正常と判断して、クラッチを締結する際、クラッチを挟んでステアリングホイール側と転舵輪側とでは、可変ギア比などの設定もあって、両者の間に角速度差が生じる。このように、ドライバがハンドルを把持していても、ハンドルを保持する力が小さい状態で、かつステアリングホイール側と転舵輪側とに角速度差が生じた状態でクラッチを締結すると、その操舵力の伝達系に設けられたトルクセンサに捻じれが生じるとともに、振動が発生する
このトルクセンサの振動により、ドライバがハンドルを保持する力が小さい状態のステアリングホイールが振動するとともに、トルクセンサの振動により検出される操舵トルクに応じたアシストトルクを発生させることで、この振動が助長され運転者に違和感を与えるおそれがあった。

　本発明は、上記問題に着目してなされたもので、クラッチ締結時のステアリングホイールの振動を抑制し、運転者に与える違和感を抑制可能な車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置を提供することを目的とする。

　本開示の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置は、ステアリングホイールと転舵輪とを機械的に断接を可能なクラッチを解放して転舵角指令に基づいてステアリングホイールの操舵角および転舵輪の転舵角を制御するステアバイワイヤモードと、前記クラッチを締結して前記トルクセンサの検出トルクに応じたアシストトルクを前記転舵輪に対して与えるアシスト制御モードと、を有する。
そして、自動運転モードにおけるステアバイワイヤモードから、手動運転モードにおけるアシスト制御モードに遷移するにあたり、クラッチを締結した後、所定の制限時間が経過するまでアシストトルクを、検出トルクに応じた値に対して制限する。

　本開示の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置では、自動運転モードにおけるステアバイワイヤモードから手動運転モードにおけるアシスト制御モードに遷移するにあたり、クラッチの締結した際に、アシストトルクの出力を抑制する。
したがって、クラッチ締結時に、トルクセンサが振動しても、この振動成分を含む検出トルクに応じたアシストトルクの出力を抑制する。これにより、クラッチ締結直後からアシストトルクを制限しないものと比べ、ステアリングホイールの振動を抑制できる。

実施の形態１の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置が適用されたステアリングバイワイヤシステムを示す全体システム図である。システム正常時（自動運転モードでのステアバイワイヤモード時）の前記ステアリングバイワイヤシステムの機械系の説明図である。ステアリングフォースコントロールモジュール、メイン転舵角コントロールモジュール、サブ転舵角コントロールモジュールにおけるシステム正常時（自動運転モードでのステアバイワイヤモード時）に動作するモータ/クラッチ制御系の説明図である。自動運転モードにおけるステアバイワイヤモードから手動運転モードのアシスト制御モードへの遷移時（非正常時）の前記ステアリングバイワイヤシステムの機械系の説明図である。ステアリングフォースコントロールモジュール、メイン転舵角コントロールモジュール、サブ転舵角コントロールモジュールにおける非正常時（アシスト制御モード時）に動作するモータ/クラッチ制御系の説明図である。ＥＰＳ制御部におけるフェードイン制御の処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態１におけるクラッチのステアリングホイール側とステアリングギアがわとの角速度差を示す説明図である。実施の形態１における角速度差に応じた手放し時フェードイン時間および非手放し時フェードイン時間を示すフェードイン時間特性図である。実施の形態１におけるＥＰＳ制御モードの開始からのアシストトルクのゲイン変化を示すゲイン特性図である。実施の形態１との比較例の動作例を示すタイムチャートである。実施の形態１の動作例を示すタイムチャートである。

　以下、本開示の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１の車両のステアリング制御装置は、ステアリングホイールの動きを電気信号に替えて左右前輪に伝えるステアリングバイワイヤシステムを搭載した車両に適用したものである。以下、実施の形態１の車両のステアリング制御装置について、「全体システム」、「モータ/クラッチ制御系」、「フェードイン制御」に分けて説明する。

　［全体システム］
図１は、実施の形態１の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置が適用されたステアリングバイワイヤシステムを示す。以下、図１に基づき、全体システムについて説明する。

　ステアリングバイワイヤシステムは、機械系として、ステアリングホイール１と、ステアリングフォースアクチュエータ２と、ステアリングクラッチ３と、転舵アクチュエータ４と、左右前輪（転舵輪）５，６と、を備えている。

　また、ステアリングバイワイヤシステムは、制御系として、ステアリングフォースコントロールモジュール７と、メイン転舵角コントロールモジュール８と、サブ転舵角コントロールモジュール９と、を備えている。

　ステアリングフォースアクチュエータ２は、ステアリングホイール１に対してトルクを入力可能な三相交流の反力モータ１０を有する。
なお、ステアリングフォースアクチュエータ２は、手動により操舵を行う手動運転モード時（正常時）には、ステアリング操作力に対し、ステアリングフォースコントロールモジュール７からの駆動電流によって路面からの反力に相当するトルクを発生させる。なお、この時の手動運転モードとは、正常時の手動運転モードであり、ステアリングクラッチ３を解放した状態での制御となる。
また、このステアリングフォースアクチュエータ２は、ドライバがステアリングホイール１から手を離した自動運転モード時には、転舵方向にステアリングホイール１を操舵させる操舵アクチュエータとして機能する。

　ステアリングクラッチ３は、電磁クラッチ構造であり、ステアリングフォースコントロールモジュール７から通電されるとクラッチ解放とされ、上下のステアリングシャフト１１，１２が切り離される。なお、システム保護モード時やシステム異常時には、ステアリングフォースコントロールモジュール７からの通電が遮断されてステアリングクラッチ３が結合され、上下のステアリングシャフト１１，１２を機械的に連結される。

　転舵アクチュエータ４は、左右前輪５，６を転舵可能なアクチュエータであり、メイン転舵モータ１３と、サブ転舵モータ１４と、ステアリングギア機構１５と、を有する。
なお、メイン転舵モータ１３は、三相交流モータであり、メイン転舵角コントロールモジュール８からの駆動電流によって操舵トルクを発生させる。サブ転舵モータ１４は、三相交流モータであり、サブ転舵角コントロールモジュール９からの駆動電流によって操舵トルクを発生させる。ステアリングギア機構１５は、ピニオントルクをラック軸力に変換し、ナックルアームを回転させ、左前輪５と右前輪６の向きを変える。
さらに、後述するが転舵アクチュエータ４は、異常発生時にドライバが操舵する手動運転モードにおけるアシスト制御モード時には、ステアリングクラッチ３の締結状態でステアリングホイール１からの操舵トルクに対してアシストトルクを与える。

　ステアリングフォースコントロールモジュール７とメイン転舵角コントロールモジュール８とサブ転舵角コントロールモジュール９は、フレックレイ通信線１７を介して相互に情報交換可能に接続されている。

　また、ステアリングフォースコントロールモジュール７には、トルクセンサ２０の検出トルクと、操舵角センサ２１が検出する操舵角と、転舵角センサ２２が検出する転舵角とが入力される。

　トルクセンサ２０は、下側のステアリングシャフト１２に設けられ、ステアリングシャフト１２における伝達トルク（軸回りトルク）を検出する。また、このトルクセンサ２０は、周知のように、ステアリングシャフト１２よりも捻じれ剛性が低いトーションバー（不図示）を備え、このトーションバーの捻じれ変位量に基づいてステアリングシャフト１２に作用する操舵方向のトルクを検出する。

　操舵角センサ２１は、上側のステアリングシャフト１１などのステアリングホイール１の操舵トルクの伝達系に設けられ、操舵角を検出する。転舵角センサ２２は、ステアリングギア機構１５の近傍の転舵トルクの伝達系に設けられ、左右前輪５，６の転舵角を検出する。

　［モータ/クラッチ制御系］
次に、実施の形態１のステアリングバイワイヤシステムにおけるモータ/クラッチ制御系について説明する。
なお、本実施の形態１では、ステアリングフォースコントロールモジュール７、メイン転舵角コントロールモジュール８、サブ転舵角コントロールモジュール９は、転舵角の制御に関し、それぞれ、並列に制御を実行する。このように並列して制御を行い、各コントロールモジュール７～９の出力値を比較することで、各コントロールモジュール７～９の異常の有無を確認するとともに、そのいずれかが失陥しても、転舵角の制御を継続できるようにしている。

　以下に、これら各コントロールモジュール７～９において、システムの正常時（自動運転モードにおけるステアバイワイヤモード時）に動作する構成要素と、非正常時（手動運転モードにおけるアシスト制御モード時）に動作する構成要素とに分けて説明する。

　まず、システム正常時（自動運転モードでのステアバイワイヤモード時）に動作する構成要素について説明する。
図２Ａはシステム正常時（自動運転モードでのステアバイワイヤモード時）におけるステアリングバイワイヤシステムの機械系の説明図である。また、図２Ｂは、ステアリングフォースコントロールモジュール７、メイン転舵角コントロールモジュール８、サブ転舵角コントロールモジュール９における正常時（自動運転モードでのステアバイワイヤモード時）に動作するモータ/クラッチ制御系の説明図である。

　システム正常時におけるステアバイワイヤモード時には、図２Ａに示すように、ステアリングクラッチ３を解放し、上下のステアリングシャフト１１，１２を切り離した状態とする。
そして、ドライバが操舵を行わない自動運転モードでは、反力モータ１０によりステアリングホイール１を操舵するとともに、メイン転舵モータ１３およびサブ転舵モータ１４により左右前輪５，６を転舵させる制御を行う。

　なお、この際のステアリングホイール１の操舵は、主として左右前輪５，６の転舵方向をドライバに報せるために行う。また、左右前輪５，６の転舵は、主としてメイン転舵モータ１３の駆動により行い、転舵に大きなトルクが必要な場合にサブ転舵モータ１４を駆動させる。さらに、両転舵モータ１３，１４のいずれかが失陥した場合は、もう一方のモータにより転舵を行う。このように、両転舵モータ１３，１４を駆動させる場合、両転舵モータ１３，１４の一方のみを駆動させる場合や、両転舵モータ１３，１４を同時に駆動させる場合がある。しかし、以下の説明では、これらの駆動制御状態にかかわらず、単に両転舵モータ１３，１４を駆動させると表現する。

　また、ステアバイワイヤモードでは、ドライバが操舵を行った手動運転モードの際は、ドライバの操舵角に応じて、左右前輪５，６を転舵させる、いわゆるステアバイワイヤ制御も実行する。この手動運転モードでのステアバイワイヤモードにおける操舵時には、ステアリングホイール１の操舵に対し、反力モータ１０により操舵反力を与えつつ、操舵角に応じて両転舵モータ１３，１４を駆動させて、左右前輪５，６を操舵量に応じて転舵させる。

　なお、上述のドライバが操舵を行わない自動運転モード時は、図２Ｂに示す自動運転コントローラ１００が、走行状況や周辺環境等の情報に基づいて車両の加速・転舵・制動の制御を行う。この自動運転コントローラ１００による自動運転としては、先行車に追従走行する制御や、走行車線からの逸脱防止を行う制御や、予め設定されたルートに沿って走行する制御などがある。

　そして、この自動運転モード時には、自動運転コントローラ１００により決定された転舵角を指示する転舵角指令値が、ステアリングフォースコントロールモジュール７に入力される。さらに、ステアリングフォースコントロールモジュール７および転舵角をコントロールする両コントロールモジュール８，９から、転舵角指令値に応じた転舵角および操舵角の指令電流が、反力モータ１０および両転舵モータ１３，１４に出力される。すなわち、自動運転コントローラ１００は、自動運転制御の一部としてステアリング制御を実行する。

　図２Ｂは、ステアリングフォースコントロールモジュール７において、システム正常時の自動運転モードでのステアバイワイヤモード時に、両転舵モータ１３，１４に指令電流を出力する構成要素を示している。この構成要素として、図２Ｂに示すように、ハンドルタイヤ分配部７１、反力モータ制御部７２、可変ギア部７３、加算部７４、転舵モータ制御部７５を備える。

　ハンドルタイヤ分配部７１は、自動運転コントローラ１００から出力された転舵角指令値を、ステアリングホイール１の操舵角であるハンドル分指令角と、左右前輪５，６を転舵させるタイヤ分指令角に分配する。

　ここで、ハンドル分指令角は、ステアリングホイール１を転舵方向に実際に操舵すべく反力モータ１０を駆動させる指令値である。そして、このハンドル分指令角が入力された反力モータ制御部７２は、反力モータ１０を駆動させることで、ステアリングホイール１を操舵させる。

　すなわち、自動運転モードにおけるステアバイワイヤモード時には、左右前輪５，６の転舵を自動的に行うが、その際に、ステアリングホイール１を操舵（回動）させて、車両の転舵が成されていることを、視覚的にドライバに報せるようにしている。

　このため、本実施の形態１では、この自動運転モード時のステアリングホイール１の操舵角と、左右前輪５，６の転舵角との関係は、手動運転モードでのステアバイワイヤモードで操舵する場合の関係とは一致するものではない。

　つまり、自動運転モードにおけるステアバイワイヤモード時には、上記のようにドライバに転舵方向を報せる目的でステアリングホイール１の操舵を行う。例えば、低速走行時には、転舵角が大きくなる運転状況が生じがちであるが、自動運転モードにおけるステアバイワイヤモード時には、このような転舵の際のステアリングホイール１の操舵角は、転舵に必要な操舵角に比べ低く抑えるよう制御する。また、高速走行時には、修正舵角を与える状況が生じがちであるが、このような修正舵角についてはドライバに報せる必要が無いため、上記と同様に転舵に必要な操舵角に比べ操舵角を低く抑える。このように、自動運転制御時には、実際の転舵に必要な操舵角に対し、ステアリングホイール１の操舵角を低く抑えるように、上記の操舵角と転舵角との分配を行う。なお、この操舵角と転舵角との分配割合は、一定ではなく、走行状況により可変に制御する。

　可変ギア部７３は、ステアリングホイール１の操舵角度に対する左右前輪５，６の転舵角度に所定のギア比を与える。この可変ギア部７３は、手動運転モードでのステアバイワイヤモードでは、操舵角に対する転舵角が車速に応じ所定の関係となるように制御するが、自動運転モードでは、上述のように、転舵角の方向やその角度の大きさを、ドライバに視覚的に報せる目的で制御する。この場合の転舵角と操舵角との関係は、マップあるいは演算式として予め記憶されている。

　加算部７４は、可変ギア部７３から出力されるタイヤ分指令角と、ハンドルタイヤ分配部７１から出力される第２のタイヤ分指令角とを加算し、その加算値を最終的な転舵指令電流として、転舵モータ制御部７５に出力する。
そして、転舵モータ制御部７５は、左右前輪５，６を、転舵指令角に応じた角度だけ転舵させる転舵指令電流を、各転舵モータ１３，１４に出力する。

　次に、ステアリングフォースコントロールモジュール７および両転舵角コントロールモジュール８，９における、システム非正常時（手動運転モードでのアシスト制御モード時）に動作する構成要素について説明する。

　ステアリングフォースコントロールモジュール７および両転舵角コントロールモジュール８，９は、非正常時に動作する構成要素として、図３Ｂに示す、パワーアシスト制御部７６（以下、ＥＰＳ制御部７６と称する）、ゲイン調整部７７、第２の加算部７８を備える。

　ＥＰＳ制御部７６は、自動運転モードにおいて、モータ/クラッチ制御系に何らかの異常が発生した場合、アシスト制御モード（以下、ＥＰＳ制御モードという）に遷移する制御を行う。このＥＰＳ制御モードでは、ステアリングクラッチ３を締結した上で、トルクセンサ２０の検出トルクに応じてドライバによる操舵を補助する。
すなわち、ＥＰＳ制御部７６は、自動運転コントローラ１００からの転舵角指令値により転舵モータ制御部７５から出力される転舵指令電流に、さらに、第２の加算部７８においてトルクアシスト指令電流を加算することで、操舵トルクを補助して軽減する。

　ゲイン調整部７７は、ＥＰＳ制御部７６から出力されるアシストトルク信号に、１以下のゲインｋ（係数）を乗じる。すなわち、本実施の形態１では、ＥＰＳ制御モードへの遷移（クラッチ締結）時点から、後述のフェードイン時間（制限時間）が経過するまでの間、アシストトルクを制限し、フェードイン時間の経過後に制限を解除するフェードイン制御を実行する。このフェードイン制御では、アシストトルクを、トルクセンサ２０の検出トルクに応じた値よりも小さな値に制限し、フェードイン時間が経過した時点で、制限を解除して検出トルクに応じた値とする。具体的には、アシストトルクを、フェードイン時間の経過する間に、トルクセンサ２０の検出トルクに応じた値に対して０％の値から、１００％の値となるまで徐々に増加させる。

　そこで、ゲイン調整部７７は、アシストトルクがトルクセンサ２０の検出トルクに応じた値に対して、０から１まで増加するゲインｋを乗じる。

　また、ゲイン調整部７７は、手放しセンサ８０の検出に基づいて、ドライバがステアリングホイール１から手を放している際には、ステアリングホイール１に手を触れている場合（非手放しの場合）と比較して、フェードイン時間を長く設定する。すなわち、手放し時には、ステアリングホイール１を握ったり触ったりしているときよりも、アシストトルクを制限する時間を長く設定する。

　なお、手放しセンサ８０は、ドライバがステアリングホイール１から手を放しているか否（非手放し＝握っている、手を触れている）かを検出する。この手放しセンサ８０による手放しの検出は、例えば、ステアリングホイール１に設けたタッチセンサにより検出したり、操舵反力の大きさが所定値以下であることで検出したりすることができる。また、操舵角度の変化や、反力モータ１０のモータ電流の変化や、トルクセンサ２０の検出トルク値の変化などで検出することもできる。

　第２の加算部７８では、転舵モータ制御部７５の出力と、ゲイン調整部７７との出力とを加算する。
なお、本システムに何らかの失陥が生じたり、一時的に制御を中断したりして非正常と判定して手動運転モードのアシスト制御モードに遷移する場合、直ちに自動運転コントローラ１００による転舵角制御を中止せずに、所定時間継続する。なお、この継続時間は、例えば、数秒程度である。

　したがって、自動運転モードのステアバイワイヤモードから手動運転モードのアシスト制御モードへの遷移時には、第２の加算部７８では、転舵モータ制御部７５の出力と、ゲイン調整部７７との出力とを加算する。すなわち、自動運転コントローラ１００による転舵角指令値の出力の継続中は、自動運転制御に基づく転舵角指令電流と、ＥＰＳ制御に基づくトルクアシスト指令電流とを、第２の加算部７８で加算する。そして、この加算値に基づく転舵角の指令電流を両転舵モータ１３，１４に出力する。また、所定時間が経過して自動運転コントローラ１００による転舵角指令値の出力を終了した場合は、ＥＰＳ制御モードに基づくトルクアシスト指令電流のみを両転舵モータ１３，１４に出力する手動運転モードのＥＰＳ制御に移行する。なお、異常の状態によっては、このステアリングクラッチ３を締結した手動運転モードのＥＰＳ制御に移行することなく自動運転コントローラ１００による制御を継続する場合もある。また、逆に、異常の状態によっては、両転舵モータ１３，１４に対するトルクアシスト指令電流の出力、すなわち、アシストトルクの出力を停止する場合もある。

　［フェードイン制御］
以下に、フェードイン制御について説明する。
上述したように、自動運転モードのステアバイワイヤモードにおいて正常時には、図２Ａに示すように、ステアリングクラッチ３を解放し、上下のステアリングシャフト１１，１２を切り離した状態とする。そして、自動運転コントローラ１００で決定された転舵角指令値に基づいて、反力モータ１０および各転舵モータ１３，１４を駆動させる。これにより、必要に応じて左右前輪５，６を転舵させるとともに、その転舵方向が分かるようにステアリングホイール１を操舵させる。

　一方、非正常時には、手動運転モードのＥＰＳ制御モード（アシスト制御モード）に遷移する。この手動運転モードのＥＰＳ制御モードへの遷移の際には、図３Ａに示すように、ステアリングクラッチ３を締結し、上下のステアリングシャフト１１，１２を直結状態する。同時に、あるいは、ステアリングクラッチ３の締結前に、ドライバに手動による操舵を促すための警報や表示などによる報知を行って、本システムが異常であることを報知する。なお、非正常時とは、各センサや各モータのいずれかに何らかの失陥が生じたり、あるいは、各センサや各モータのいずれかの温度が上昇したりし、一時的にその作動を制限する場合などがある。

　また、ＥＰＳ制御モードでは、ドライバがステアリングホイール１を操舵した場合、トルクセンサ２０によりその操舵トルクを検出し、この検出トルクに応じて各転舵モータ１３，１４を駆動させてアシストトルクを発生させ操舵トルクを軽減する。

　さらに、本実施の形態１では、自動運転モードのステアバイワイヤモードから、手動運転モードのＥＰＳ制御モードに遷移する際には、前述のフェードイン制御を実行し、アシストトルクがトルクセンサ２０の検出トルクに応じた値となるタイミングを遅らせる。

　このフェードイン制御の処理の流れを図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この図４に示すフェードイン制御の処理は、走行中に、所定の周期（例えば、３０ｍｓ）で繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１では、現在、ドライバが操舵を行っていない自動運転モード中か否か判定し、自動運転モード中であれば、ステップＳ２に進み、自動運転モード中でなければ、１回の処理を終了する。なお、自動運転モードの場合、正常時には、ステアバイワイヤモードでステアリング制御を行っている。また、自動運転モードではない場合（ステップＳ１においてＮＯとの判定の場合）には、前述した正常時の手動運転モードでステアリング制御を行っていると判定したことになる。

　自動運転モード中のステアバイワイヤモードの場合に進むステップＳ２では、手放しセンサ８０の検出に基づいて、現在、手放し運転中か否か判定し、手放し運転中であれば、ステップＳ３に進んで、手放し運転フラグを「手放し」に設定する。また、ステップＳ２において、手放し運転中でなければ、ステップＳ４に進んで、手放し運転フラグを「非手放し」に設定する。なお、この手放し運転中か否かの判定は、手放しセンサ８０の検出に基づく。また、「非手放し」とは、ドライバが操舵を行っていないが、ステアリングホイール１には、手を触れていたり、握っていたりする状態である。

　ステップＳ３、Ｓ４に続くステップＳ５では、非正常か否かを判定し、非正常時はステップＳ６に進み、正常時にはステップＳ７に進む。なお、前述したように、非正常とは、本システムに何らかの失陥が生じた場合や、各モータ１０，１３，１４やバッテリ（不図示）などの温度上昇により、この温度が低下するまで、一時的に一部モータなどの駆動を停止する場合などがある。

　ステップＳ５において正常との判定時に進むステップＳ７は、ステアリングクラッチ３を挟んで、ステアリングホイール１側の操舵角速度と、ステアリングギア機構１５側の転舵角速度との角度差を記憶する処理を行った上で、１回の処理を終了する。なお、操舵角速度は、操舵角センサ２１の検出値から求める。また、転舵角速度は、転舵角センサ２２の検出値から求める。

　図５は、ステアリングクラッチ３を挟んだステアリングギア機構１５側の角速度（転舵角速度）と、ステアリングホイール１側の角速度（操舵角速度）との差を表す図である。前述したように、ステアリングクラッチ３を解放した状態では、転舵時に、ステアリングホイール１側の角速度（操舵角速度）と、ステアリングギア機構１５側の角速度（転舵角速度）とに角速度差が生じる。そこで、ステップＳ７では、その時点で最新の角速度差を記憶する。

　一方、ステップＳ５において非正常（手動運転モードのＥＰＳ制御モードへ遷移）と判定した場合に進むステップＳ６では、現在記憶されている最新の操舵角速度と転舵角速度との角度差を取得し、ステップＳ８に進む。また、非正常との判定によりＥＰＳ制御モードへ遷移する際には、フェードイン制御と並行して実施する制御により、直ちに、ステアリングクラッチ３の締結を行う。
ステップＳ６に続くステップＳ８では、現在の手放し運転フラグが「手放し」に設定されているか否か判定する。
そして、手放し運転フラグが「手放し」に設定されている場合は、ステップＳ９に進んで、手放し時フェードイン時間を決定する。一方、手放し運転フラグが「非手放し」に設定されている場合は、ステップＳ１０に進んで、非手放し時フェードイン時間を決定する。

　これらの手放し時フェードイン時間および非手放し時フェードイン時間は、図６に示すマップあるいは演算式に基づいて、角速度差に応じて設定する。図６は、手放し時フェードイン時間および非手放し時フェードイン時間と、角速度差との関係を示すもので、角速度差が大きいほど、手放し時フェードイン時間および非手放し時フェードイン時間を長く設定する。また、手放し時フェードイン時間は、非手放し時フェードイン時間よりも、角速度差に対する時間（フェードイン時間）を長く設定する。

　これらの手放し時フェードイン時間および非手放し時フェードイン時間は、アシストトルクを、ＥＰＳ制御部７６から出力されるアシストトルク信号に応じた値に対して制限する時間である。なお、このアシストトルクの制限時には、アシストトルクが、ＥＰＳ制御部７６から出力されるアシストトルク信号に応じた値の１００％未満の値となるように制御する。

　ステップＳ９、Ｓ１０において手放し時フェードイン時間および非手放し時フェードイン時間を決定した後に進むステップＳ１１では、両フェードイン時間のいずれかに応じてトルクアシスト指令電流を決定する。

　すなわち、図３Ｂに示すゲイン調整部７７においてＥＰＳ制御部７６から出力されるアシストトルクにゲインｋを乗じてトルクアシスト指令電流を決定する。ゲインｋは、ＥＰＳ制御モード遷移開始時のアシストトルクを、ＥＰＳ制御部７６から出力されるアシストトルク信号に応じた値の０％の値とし、各フェードイン時間の経過時点でアシストトルク信号に応じた値の１００％の値とするよう一次比例で増加させる。

　（実施の形態１の作用）
以下に、実施の形態１の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置の作用を説明する。
この作用の説明において、まず、実施の形態１の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置の解決課題を比較例に基づいて説明する。

　この比較例は、自動運転モードにおけるステアバイワイヤモード中に、異常発生に伴い、ＥＰＳ制御モードに遷移した際に、直ちに、トルクセンサ２０の検出トルクに応答する値（ＥＰＳ制御部７６からの出力）のアシストトルクを出力するようにした例である。

　自動運転モードでの転舵角制御中には、ステアリングホイール１側の操舵角速度と、ステアリングギア機構１５側の転舵角速度とに角速度差が生じる（図５参照）。

　この状態で、異常が生じ、非正常との判定によりＥＰＳ制御モードに遷移し、ステアリングクラッチ３を締結すると、トルクセンサ２０のトーションバー（不図示）の捻じれの反力が生じトルクセンサ２０に振動が発生する（図３Ｂ参照）。

　図８は、この比較例における動作状態を示すタイムチャートであり、ｔ０１の時点で、ステアバイワイヤモードからＥＰＳ制御モードに遷移し、この時点で、解放状態のステアリングクラッチ３を締結する。したがって、ｔ０１の時点から、上述のトルクセンサ２０において振動が生じ、トルクセンサ２０の検出トルクが図示のように変化する。また、この振動は、角速度差が大きい程振幅が大きくなるとともに振動する時間が長くなるもので、相対的に角速度差が小さい場合は、ｔ０２の時点で収束するのに対し、角速度差が相対的に大きい場合は、ｔ０２の時点よりも遅いｔ０３の時点で収束する。

　そして、このトルクセンサ２０の検出トルクに応じた値の１００％のアシストトルクを発生させた場合、ステアリングホイール１では、トルクセンサ２０に生じる振動およびその検出トルクに応じてアシストトルクにより、図３Ａに示すような振動が生じる。同様に、左右前輪５，６においても、トルクセンサ２０に生じる振動およびアシストトルクにより微振動が生じる。
したがって、比較例では、このようなステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動により、ドライバに違和感を与えるおそれがある。

　次に、本実施の形態１において、ドライバが操舵を行わない自動運転モードにおけるステアバイワイヤモードから、ドライバが操舵を行う手動運転モードにおけるＥＰＳ制御モードに遷移する場合について説明する。
本実施の形態１では、自動運転モード中にステアバイワイヤモードからＥＰＳ制御モードに遷移する際は、最新の記憶したステアリングホイール１側の操舵角速度とステアリングギア機構１５側の転舵角速度との角速度差を取得する（Ｓ６）。そして、この角速度差に応じ、ドライバがステアリングホイール１に手を触れていない手放し時には、手放し時フェードイン時間を決定し、ドライバがステアリングホイール１に手を触れた非手放し時には、非手放し時フェードイン時間を決定する。

　図９は、実施の形態１の動作例をタイムチャートである。
この図９に示す動作例では、ｔ１の時点で異常発生に伴いステアリングクラッチ３を締結することで、比較例と同様に、操舵角速度と転舵角速度との角速度差によりトルクセンサ２０に振動が生じ、その検出トルク（トルクセンサ値）が振動する。なお、トルクセンサ値としては、振動成分である高周波成分のみを示している。

　このとき、実施の形態１では、ＥＰＳ制御モードに遷移したｔ１の時点で、アシストトルクを、トルクセンサ２０の検出に応じたＥＰＳ制御部７６の出力に対して制限する。すなわち、ＥＰＳ制御モードに遷移したｔ１の時点では、アシストトルクを、ＥＰＳ制御部７６の出力に対して０％の値とする。

　その後、フェードイン時間の経過に伴い、ＥＰＳ制御部７６の出力に乗じるゲインｋを徐々に上昇させることでアシストトルクを徐々に上昇させる。そして、トルクセンサ２０の振動が収まった後のｔ２の時点（フェードイン時間の経過時点）で、アシストトルクをＥＰＳ制御部７６の出力の１００％の値とする。

　したがって、ステアリングホイール１では、アシストトルクにトルクセンサ２０の振動成分を含むアシストトルクが加わることが制限されて、比較例と比べ、振動を抑えることができる。
同様に、両転舵モータ１３，１４によるアシストトルクを、ＥＰＳ制御部７６の出力の１００％未満の値に制限することにより、左右前輪５，６における微振動を抑えることができる。
このように、ステアリングクラッチ３の締結直後のステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動を抑えることができるため、ドライバに与える違和感も抑えることができる。

　しかも、このようにアシストトルクを制限する時間であるｔ１の時点からｔ２の時点までの時間（フェードイン時間）は、図６に示すように、操舵角速度と転舵角速度との角速度差に応じて決定する。
すなわち、ステアリングクラッチ３を挟んで、ステアリングホイール１側の角速度（操舵角速度）と左右前輪５，６側の角速度（転舵角速度）との角速度差が大きいほど、トルクセンサ２０における捻じれ、つまり、振動が大きくなり、その収束時間が長くなる。
よって、角速度差が大きいほど、アシストトルクを制限する時間を長く確保することで、トルクセンサ２０の振動を原因とする上記のステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動をより確実に抑えることができる。

　加えて、アシストトルクを制限する際に、トルクセンサ２０の検出トルクに応じた値であるＥＰＳ制御部７６の出力に対して乗じるゲインｋを徐々に増加させ、アシストトルクを徐々に増加するようにしている。
したがって、ＥＰＳ制御に基づくアシストトルクを徐々に増加するため、例えば、ｔ２の時点で、ＥＰＳ制御部７６の出力に対し０％から１００％に急変化させた場合と比較して、アシストトルクの急上昇によりドライバに与える違和感を抑えることができる。

　一方、ステアリングクラッチ３を締結するｔ１の時点で、ドライバの手がステアリングホイール１に触れている場合は、ドライバの手によりステアリングホイール１の振動が抑えられ、その振幅が小さいとともに、振動時間も短く、振動が視覚的に現れにくい。このため、本実施の形態１では、非手放し時フェードイン時間を手放し時フェードイン時間よりも短く設定する。これにより、ＥＰＳ制御によるアシストの遅れ時間を短くしつつ、ステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動によりドライバに与える違和感を抑えることができる。

　さらに、ステアリングクラッチ３を締結するｔ１の時点の前に自動運転制御をキャンセルしドライバがステアリングホイール１を手動操作する手動運転モードとしている場合は、非手放し時フェードイン時間を設定せずに、ｔ１の時点でＥＰＳ制御部７６の出力の１００％の値のアシストトルクを出力する（図９）。すなわち、手動運転モード（正常時）の場合、図４のフローチャートのステップＳ１においてＮＯと判定し（Ｓ１２にて手動運転モードと判定とする）、この場合、フェードイン制御（アシストトルクの制限）を実行しない。

　つまり、既にドライバによってステアリングホイール１を手動操作しており、ステアリングクラッチ３が締結されても、締結直後のステアリングホイール１の振動が発生しにくいことから、ｔ１の時点で直ちに１００％の値のアシストトルクを出力する。

　このように、ドライバが操舵中である場合は、ドライバによる操舵トルクによってトルクセンサ２０の検出トルクの振動が図示のように抑制され、トルクセンサ２０の検出トルクの振動は小さく、その時間も短い。よって、ＥＰＳ制御モードへの遷移時点からアシストトルクを、ＥＰＳ制御部７６の出力の１００％の値としても、ステアリングホイール１の振動や左右前輪５，６の振動は殆ど振動が生じることが無く、乗員に違和感を与えることは無い。
これにより、ＥＰＳ制御によるアシストの遅れを無くしつつ、ステアリングホイール１の振動によりドライバに与える違和感を抑えることができる。

　（実施の形態１の効果）
  以下に、実施の形態１の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置の効果を列挙する。
  １）実施の形態１の車両のステアリング制御方法は、
ステアリングホイール１と、
ステアリングホイール１と左右前輪５，６とを機械的に断接を可能なステアリングクラッチ３と、
ステアリングホイール１に対してトルクを与える操舵アクチュエータとしての反力モータ１０と、
左右前輪５，６輪を転舵させるメイン転舵モータ１３およびサブ転舵モータ１４と、
ステアリングホイール１と左右前輪５，６との間のトルク伝達系の伝達トルクを検出するトルクセンサ２０と、
を備えた車両において、
ステアリングクラッチ３を解放して転舵角指令に基づいてステアリングホイール１の操舵角および左右前輪５，６の転舵角を制御するステアバイワイヤモードと、
ステアリングクラッチ３を締結してトルクセンサ２０の検出トルクに応じたアシストトルクを左右前輪５，６に対して与えるＥＰＳ制御モードと、
を有し、
ドライバが操舵を行わない自動運転モードにおけるステアバイワイヤモードから、ドライバが操舵を行う手動モードにおけるＥＰＳ制御モードに遷移するにあたり、ステアリングクラッチ３を締結した後、フェードイン時間が経過するまでアシストトルクを、トルクセンサ２０の検出トルクに応じた値に対して制限する（図９のｔ１～ｔ２）。
  したがって、ステアリングクラッチ３の締結直後のステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動を抑え、ドライバに与える違和感を抑えることができる。

　２）実施の形態１の車両のステアリング制御方法は、
フェードイン時間は、ステアリングクラッチ３を挟んでステアリングホイール１側の角速度である操舵角速度と左右前輪５，６側の角速度である転舵角速度との角速度差に応じた時間とする。
すなわち、トルクセンサ２０の振動の大きさおよび時間は、角速度差に応じる。したがって、角速度差に応じてアシストトルクを制限することで、トルクセンサ２０の振動を原因とするステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動をより確実に抑えつつ、アシストトルクを制限する時間を短く抑えることができる。

　３）実施の形態１の車両のステアリング制御方法は、
ステアリングホイール１にドライバが手を触れているか否かを判定し（図４のＳ２）、手を触れていると判定した場合（図４のＳ１０）は、手を触れていないと判定した場合（図４のＳ９）に比べて、フェードイン時間を短くする。
したがって、ドライがステアリングホイール１に手を触れてトルクセンサ２０の締結時に振動が生じにくい場合は、フェードイン時間を短くして、ＥＰＳ制御によるアシストトルクを制限する時間をより短くすることができる。

　４）実施の形態１の車両のステアリング制御方法は、
ステアリングクラッチ３の締結前に、ドライバが操舵を行う手動運転モードの場合は、ステアリングクラッチ３を締結した後、制限を行うことなく、アシストトルクを直ちにトルクセンサ２０の検出トルクに応じた値（ＥＰＳ制御部７６の出力を制限しない値）とする。
したがって、ドライバの操舵中は、ステアリングクラッチ３に角速度差が小さく、また、角度差が生じていてもドライバによる操舵によってトルクセンサ２０の振動が抑制される。よって、ステアリングクラッチ３の締結直後にアシストトルクを制限しなくても、アシストトルクがステアリングホイール１や左右前輪５，６の振動成分となることが無い。
これにより、ＥＰＳ制御によるアシストの遅れを無くすことができる。

　５）実施の形態１の車両のステアリング制御方法は、
フェードイン時間中のアシストトルクの制限を徐々に解除する。
したがって、フェードイン時間の経過時に、アシストトルクの制限を急に解除してアシストトルクが急変化することによる違和感を抑えることができる。

　６）実施の形態１の車両のステアリング制御方法は、
アシストトルクを、トルクセンサ２０の検出トルクに応じた値に対して１以下のゲインｋを乗じて決定し、かつ、ゲインｋを、フェードイン時間中に０から１まで徐々に増加させる。
したがって、アシストトルクを、１００％の割合とするフェードイン時間の終了時点に向けてスムーズに上昇させることができ、アシストトルクの変化による違和感を抑えることができる。

　７）実施の形態１の車両のステアリング制御装置は、
ステアリングホイール１と、
ステアリングホイール１と左右前輪５，６とを機械的に断接を可能なステアリングクラッチ３と、
ステアリングホイール１に対してトルクを与える操舵アクチュエータとしての反力モータ１０と、
左右前輪５，６輪を転舵させるメイン転舵モータ１３およびサブ転舵モータ１４と、
ステアリングホイール１と左右前輪５，６との間のトルク伝達系の伝達トルクを検出するトルクセンサ２０と、
ステアリングクラッチ３を解放して転舵角指令に基づいてステアリングホイール１の操舵角および左右前輪５，６の転舵角を制御するステアバイワイヤモードと、ステアリングクラッチ３を締結してトルクセンサ２０の検出トルクに応じたアシストトルクを左右前輪５，６に対して与えるＥＰＳ制御モードと、を有する転舵制御部としてのステアリングフォースコントロールモジュール７およびメイン転舵角コントロールモジュール８，サブ転舵角コントロールモジュール９と、
を備え、
各コントロールモジュール７～９は、ドライバが操舵を行わない自動運転モードにおけるステアバイワイヤモードから、ドライバが操舵を行う手動運転モードにおけるＥＰＳ制御モードに遷移するにあたり、ステアリングクラッチ３を締結した後、フェードイン時間が経過するまで、アシストトルクを、トルクセンサ２０の検出トルクに応じた値に対して制限する。
したがって、ステアリングクラッチ３の締結直後のステアリングホイール１の振動および左右前輪５，６の振動を抑え、ドライバに与える違和感を抑えることができる。

　以上、本開示の車両のステアリング制御方法および車両のステアリング制御装置を実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、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。

　例えば、実施の形態では、制限時間中に、アシストトルクを、トルクセンサの検出値に応じた値とするタイミングに向けて、アシストトルクの制限を徐々に解除する例を示したが、これに限定されない。例えば、制限時間中は、アシストトルクを０とし、制限時間の終了時に、ＯＮ，ＯＦＦ的にトルクセンサの検出値に応じた値としてもよいし、また、段階的に割合を上昇させてもよい。
あるいは、アシストトルクの制限を解除する際に、本実施の形態のように一次比例で解除するのではなく、クラッチ締結直後は、相対的に解除量を抑え、その後、時間経過に伴って相対的に解除量を大きくし二次関数的に解除させてもよい。このようにした場合、トルクセンサの振動は、アシスト制御モードへの遷移の初期ほど振動量が大きいため、この初期の振動量に応じてアシストトルクを大きく制限することで、ステアリングホイールや転舵輪の振動を、より抑えることができる。

　さらに、本実施の形態の課題であるトルクセンサの振動は、転舵中にステアリングホイール側と転舵輪側とで角速度差が生じている状態でステアリングクラッチを締結した際に生じるものである。したがって、ステアリングクラッチ締結後にアシストトルクを制限する制御の開始条件として、転舵中であるか否か、あるいは、角速度差が生じているか否かを加えてもよい。

１     ステアリングホイール
２     ステアリングフォースアクチュエータ
３     ステアリングクラッチ
４     転舵アクチュエータ
５     左前輪（転舵輪）
６     右前輪（転舵輪）
７     ステアリングフォースコントロールモジュール（転舵制御部）
８     メイン転舵角コントロールモジュール（転舵制御部）
９     サブ転舵角コントロールモジュール（転舵制御部）
１０   反力モータ
１１   （上側の）ステアリングシャフト
１２   （下側の）ステアリングシャフト
１３   メイン転舵モータ
１４   サブ転舵モータ
１５   ステアリングギア機構
２０   トルクセンサ
７６   パワーアシスト制御部（ＥＰＳ制御部）
１００自動運転コントローラ
ｋ     ゲイン（係数）

Claims

　ステアリングホイールと、
　前記ステアリングホイールと転舵輪とを機械的に断接を可能なクラッチと、
　前記ステアリングホイールに対してトルクを与える操舵アクチュエータと、
　前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと、
　前記ステアリングホイールと前記転舵輪との間のトルク伝達系の伝達トルクを検出するトルクセンサと、
を備えた車両において、
　前記クラッチを解放して転舵角指令に基づいて前記ステアリングホイールの操舵角および前記転舵輪の転舵角を制御するステアバイワイヤモードと、
　前記クラッチを締結して前記トルクセンサの検出トルクに応じたアシストトルクを前記転舵輪に対して与えるアシスト制御モードと、
を有し、
　自動運転モードにおける前記ステアバイワイヤモードから手動運転モードにおける前記アシスト制御モードに遷移するにあたり、前記クラッチを締結した後、所定の制限時間が経過するまで前記アシストトルクを、前記検出トルクに応じた値に対して制限する車両のステアリング制御方法。
　請求項１に記載の車両のステアリング制御方法において、
　前記制限時間は、前記クラッチを挟んで前記ステアリングホイール側の角速度である操舵角速度と前記転舵輪側の角速度である転舵角速度との角速度差に応じた時間とする車両のステアリング制御方法。
　請求項１または請求項２に記載の車両のステアリング制御方法において、
　前記ステアリングホイールにドライバが手を触れているか否かを判定し、手を触れていると判定した場合は、手を触れていないと判定した場合に比べて、前記制限時間を短くする車両のステアリング制御方法。
　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の車両のステアリング制御方法において、
　前記クラッチの締結前に、前記手動運転モードにおける前記ステアバイワイヤモードであった場合は、前記クラッチを締結した後、前記制限を行うことなく、前記アシスト制御モードの前記アシストトルクを直ちに前記検出トルクに応じた値とする車両のステアリング制御方法。
　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の車両のステアリング制御方法において、
　前記制限時間中に、前記制限を徐々に解除する車両のステアリング制御方法。
　請求項５に記載の車両のステアリング制御方法において、
　前記アシストトルクを、前記検出トルクに応じた値に対して１以下の係数を乗じて決定し、かつ、前記係数を、前記制限時間中に０から１まで徐々に増加させる車両のステアリング制御方法。
　ステアリングホイールと、
　前記ステアリングホイールと転舵輪とを機械的に断接を可能なクラッチと、
　前記ステアリングホイールに対してトルクを与える操舵アクチュエータと、
　前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと、
　前記ステアリングホイールと前記転舵輪との間のトルク伝達系の伝達トルクを検出するトルクセンサと、
　前記クラッチを解放して転舵角指令に基づいて前記ステアリングホイールの操舵角および前記転舵輪の転舵角を制御するステアバイワイヤモードと、前記クラッチを締結して前記トルクセンサの検出トルクに応じたアシストトルクを前記転舵輪に対して与えるアシスト制御モードと、を有する転舵制御部と、
を備え、
　前記転舵制御部は、自動運転モードにおける前記ステアバイワイヤモードから手動運転モードにおける前記アシスト制御モードに遷移するにあたり、前記クラッチを締結した後、所定の制限時間が経過するまで前記アシストトルクを、前記検出トルクに応じた値に対して制限する車両のステアリング制御装置。