JP2005125890A - 車両の電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転者の操舵フィーリングを最適にする電動パワーステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】 操舵ハンドルの操舵角から求められる操舵ハンドルに発生させるフィードフォワード制御のための目標操舵トルクと、
その目標操舵トルクと操舵トルクとの偏差を基に演算されたフィードバック制御のための慣性補償制御量を目標操舵トルクに反映させて求める慣性補償トルクとのうち、
目標操舵トルクと操舵トルクとの偏差が存在しない場合はフィードフォワード制御に基づく目標操舵トルクを用い、偏差が存在する場合はフィードバック制御に基づく慣性補償トルクを用いて、操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与する電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換することを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置として提供可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵ハンドルの操作を電動モータによりアシストする車両の電動パワーステアリング制御装置に関するものである。

従来から、例えば特許文献１に示されるように、操舵トルクを検出して、同検出した操舵トルクに応じて電動モータの回転を制御することにより、操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与するようにした車両の電動パワーステアリング制御装置はよく知られている。また、この装置においては、操舵トルクを微分した微分値に応じた制御量を前記操舵トルクに応じた制御量に加味することにより、操舵ハンドルの回動操作開始時における電動モータの慣性力や、フリクションに起因した操舵トルクによるアシスト力の不足分を補償するようにしている。

しかし、上記従来の装置にあっては、操舵ハンドルを速く回動操作するほど操舵トルクの微分値が増加して、電動モータによる操舵アシスト力が増加するので、操舵ハンドルをゆっくり回動操作したときと、速く回動操作したときとで、運転者が受ける操舵反力に対する大きな差が生じ、良好な操舵フィーリングが得られないという問題がある。また、操舵ハンドルの回動操作の反転時には、操舵トルクに応じた制御量と、操舵トルクの微分値に応じた制御量の正負の符号が異なる状態が発生して、両制御量が互いに相反する方向に作用することがあるので、運転者が操舵ハンドルの操舵操作に対する抜け感を感じたり、操舵ハンドルの急な戻りにつながることがあり、この場合も、良好な操舵フィーリングが得られないという問題がある。

そこで、電動モータの慣性力を補償するために、操舵ハンドルの操舵速度に応じて電動モータに印加する電流量を補正する手段を設けた電動パワーステアリング制御装置が考案されている（特許文献２参照）。

特開平１０−１５７６３６号公報 特許３４１２５７９号公報

特許文献２の例は、車両の速度を制御条件に含んでいるため、路面状況（摩擦係数等）あるいは走行状況（天候等）の変化に対するロバスト安定性（制御対象の実際の特性が、制御系設計の際に想定したモデルと多少異なっても制御性を損なわないこと）を確保しながら電動モータの慣性力による操作フィーリングの劣化を防ぐことが困難であった。また、ロバスト安定性を確保しようとすると、車速の他にも路面状況あるいは走行状況の変化を検出するセンサおよび周辺回路が必要となり、これに伴い制御も複雑化してプログラム容量の増大，制御用データ容量の増大を招き、高性能なマイクロコンピュータおよび大容量メモリを使用しなければならなくなる。これは、装置のコストアップにつながる。

上記問題を背景として、本発明の課題は、モータ慣性力による操舵フィーリングの違和感除去に加え、ロバスト安定性を図ることにより運転者の操舵フィーリングを最適にする電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための電動パワーステアリング制御装置を提供するものである。即ち、請求項１によれば、
操舵ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与する電動モータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵角から操舵ハンドルに発生させる目標操舵トルクを演算するフィードフォワード制御のための目標操舵トルク演算手段と、
目標操舵トルクと操舵トルクとの偏差を演算する偏差演算手段と、
偏差を基に慣性補償制御量を演算するフィードバック制御のための慣性補償制御量演算手段と、
目標トルクに慣性補償制御量を反映させて慣性補償トルクを演算する慣性補償トルク演算手段と、
偏差が存在しない場合はフィードフォワード制御に基づく目標操舵トルクを用い、偏差が存在する場合はフィードバック制御に基づく慣性補償トルクを用いて、電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置として構成される。

上記構成によれば、まず、操舵ハンドルを回してハンドル操舵角情報が入力されるとフィードフォワード制御により目標操舵トルクを得て電動モータの制御を行なうことができる。一方、モデル誤差や外乱が存在することにより、実際に発生するハンドル操舵トルクと目標操舵トルクとに偏差が生じた場合にはフィードバック制御により慣性補償トルクによって必要な操舵トルクを得て電動モータの制御を行なうことができ、ロバスト安定性を図ることが可能となる。

また、請求項２によれば、
操舵ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与する電動モータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵トルクから操舵ハンドルに発生させる目標操舵角を演算するフィードフォワード制御のための目標操舵角演算手段と、
目標操舵角と操舵角との偏差を演算する偏差演算手段と、
偏差を基に慣性補償制御量を演算するフィードバック制御のための慣性補償制御量演算手段と、
操舵角に慣性補償制御量を反映させて慣性補償操舵角を演算する慣性補償操舵角演算手段と、
偏差が存在しない場合はフィードフォワード制御に基づく目標操舵角を用い、偏差が存在する場合はフィードバック制御に基づく慣性補償操舵角を用いて、電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置としても構成することができる。

上記構成によれば、まず、操舵ハンドルを回してハンドル操舵トルク情報が入力されるとフィードフォワード制御により目標操舵角を得て電動モータの制御を行なうことができる。また、モデル誤差や外乱が存在することにより、実際に発生するハンドル操舵角と目標操舵角とに偏差が生じた場合にはフィードバック制御による慣性補償操舵角によって必要な操舵角を得て電動モータの制御を行なうことができ、ロバスト安定性を図ることが可能となる。

また、請求項３によれば、フィードフォワード制御は車速を検出する車速検出手段を含み、検出された車速に応じて該フィードフォワード制御の出力を可変とする構成をとることもできる。本構成によって、該制御によって求められる目標操舵トルクあるいは目標操舵角を速度に従った特性によって指令電流値に変換することにより、請求項１あるいは請求項２の車両の電動パワーステアリング制御装置における電動モータの制御をさらにきめ細かく行なうことが可能となる。

ところで、制御系に要求される特性は、大きく分けて、目標値応答（フィードフォワード）特性とフィードバック特性の２つがある。目標値応答特性とは、制御系の応答特性を希望とする応答特性に一致させたいという要求であり、フィードバック特性とは、制御対象の持つ不確かさに対する感度特性やロバスト安定性（制御対象の実際の特性が、制御系設計の際に想定したモデルと多少異なっても制御性を損なわないこと）を得ること、および外乱、観測雑音に対して、希望する除去特性を得ることにある。通常、制御系の設計は、目標値と制御量との偏差情報のみを用いて操作量を算出する１自由度制御系が多く採用されているが、１自由度制御系では、実現可能な目標値応答特性のクラスも限定され、また、目標値応答特性とフィードバック特性を独立に設定することもできない。

そこで、目標値と制御量の入手可能な２つの情報を用いた２つの制御器を持つ２自由度制御系が提案された。この制御系を構成することにより、２つの特性を独立に設定することが可能となった。しかし、提案当初は、制御性能に対する要求があまり厳しくなく２自由度制御系を用いるまでもなかったこと、あるいは、その当時のハードウェア技術では２自由度制御装置を実現することが困難であったため、注目度は低かった。近年、制御に対する要求が高度なものとなり、高性能マイクロプロセッサをはじめとするハードウェア技術の進歩と相まって、２自由度制御系の重要性が再発見され理論面・応用面の研究が急速に発展している。

この２自由度制御系を応用することにより、本発明の車両の電動パワーステアリング制御装置を簡単に実現することができる。例えば、ハンドル操舵角からハンドル操舵トルクを得る構成の場合は以下のようになる。まず、操舵ハンドルを回してハンドル操舵角情報が入力されるとフィードフォワード制御により理想のハンドル操舵トルク（本発明の目標操舵トルク）を得ることが可能となる。また、モデル誤差や外乱が存在することにより、実際に発生するハンドル操舵トルクと理想のハンドル操舵トルクとに偏差が生じた場合にはフィードバック制御により理想のハンドル操舵トルク（本発明の慣性補償トルク）を得ることができてロバスト安定性を図ることが可能となる。

この結果、入力情報としてはハンドル操舵角情報および操舵トルクのみあればよく、車速等の他の車両情報（つまり、センサおよび周辺回路）が制御の必須要件とはならず、高性能なマイクロコンピュータおよび大容量メモリも不要である。よって、本発明の車両の電動パワーステアリング制御装置を低コストで実現できる。

本発明の車両の電動パワーステアリング制御装置によって、モータ慣性力による操舵フィーリングの違和感除去に加え、ロバスト安定性を図ることにより運転者の操舵フィーリングを最適にすることが可能となる。

本発明は、運転者の操舵フィーリングを最適にするという目的を、２自由度制御系を応用した車両の電動パワーステアリング制御装置によって実現した。

以下、本発明における第１の実施の形態である車両の電動パワーステアリング制御装置（以下、単に電動パワーステアリング制御装置と称する）について、図面を用いて説明する。
図１は、電動パワーステアリング制御装置１の構成図である。操舵ハンドル１０が操舵軸１２ａに接続されている。また、この操舵軸１２ａの下端はトルクセンサ１１に接続されており、ピニオンシャフト１２ｂの上端がトルクセンサ１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１６内においてラックバー１８に噛合されている。更に、ラックバー１８の両端には、それぞれタイロッド２０の一端が接続されると共に各タイロッド２０の他端にはナックルアーム２２を介して操舵輪２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂには電動モータ１５が歯車（図示せず）を介して取り付けられていて、いわゆる、コラムタイプの電動パワーステアリング制御装置を構成している。

電動モータ１５の取り付け位置は、図１の構成の他にラックバー１８に同軸的に取り付けられるラックタイプ、あるいは電動モータ１５がステアリングギヤボックス１６に取り付けられ、操舵軸１２ａを回転させるピニオンタイプを用いてもよい。

トルクセンサ１１は運転者の操舵ハンドル１０の動きを検出するもので、本発明の操舵力検出手段に相当し、トーションバーおよびその軸線方向に離間して設置された一対のレゾルバ等の周知のトルク検出部から構成される。ハンドル軸１２ａが回転すると、その回転量に応じたトルクが検出され、検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

操舵軸１２ａには、操舵ハンドル１０の操舵角度を検出する操舵角センサ１３が取り付けられている。操舵角センサ１３は本発明の操舵角検出手段に相当し、ロータリエンコーダあるいはレゾルバ等の周知の角度検出部から構成される。検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

操舵制御部３０は周知のＣＰＵ３１，ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ３４およびこれらの構成を接続するバスライン３５が備えられている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３およびＲＡＭ３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ３３は、プログラム格納領域３３ａとデータ記憶領域３３ｂとを有している。プログラム格納領域３３ａには操舵制御プログラム３３ｐが格納される。データ記憶領域３３ｂには操舵制御プログラム３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

操舵制御部３０においてＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に格納された操舵制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ１１で検出されたトルクおよび操舵角センサ１３で検出された操舵角に対応した電動モータ１５で発生させる駆動トルクを算出し、モータドライバ１４を介して電動モータ１５に、算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加する。なお、電動モータ１５については、本発明の電動パワーステアリング制御装置１に使用可能であれば特に種類（ＤＣモータ，ブラシレスモータ等）を問わない。

図２は、２自由度制御系を電動パワーステアリング制御装置に適用したブロック線図である。４１は、入力されたハンドル操舵角に対する操舵トルクを発生させるための演算を行なうフィードフォワード補償器で、伝達関数（入力と出力の比，以下同じ）はＨで表される。本実施例では、入力であるハンドル操舵角Θに対してＨ×Θを出力している。

４２は、フィードフォワード補償器４１からの入力を基に基準操舵トルクＴ_０を求める基準入力要素で、伝達関数はＮで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器４１からの入力Ｈ×Θに対してＮ×Ｈ×Θを出力している。

４４は、フィードフォワード補償器４１からの入力をプラント４７において使用可能な値とする調節器で、伝達関数はＤで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器４１からの入力Ｈ×Θに対してＤ×Ｈ×Θを出力している。また、後述するように、伝達関数Ｄはプラント４７の伝達関数Ｐの既約分解（伝達関数Ｐで割り切られる値、Ｐ＝Ｎ／Ｄ）となるように定められる。

４５はフィードバック制御のためのフィードバック補償器である（詳細については後述）。

４７は、プラントといわれる出力側制御対象を示している。本実施例では、図１に示される操舵ハンドル１０，操舵軸１２ａ，ピニオンシャフト１２ｂ，ピニオン（図示せず），ステアリングギヤボックス１６内，ラックバー１８，タイロッド２０，ナックルアーム２２，電動モータ１５などが含まれる。

ステアリング特性要素４８は、フィードフォワード項の一つで、ステアリング特性によって決まるものであり、操舵ハンドルの回転方向とは逆向きに発生するハンドル慣性Ｊ_Ｓおよびハンドル粘性Ｃ_Ｓをパラメータとする二次の伝達関数で表される。なお、このステアリング特性要素４８は、後述のフィードバック補償には関与していない。

図２の構成で、ハンドル操舵角Θが入力されると、フィードフォワード補償器４１において伝達関数Ｈを乗じてＨ×Θが出力される。フィードフォワード補償器４１からの出力は、調節器４４および基準入力要素生成器４２に入力され、調節器４４では伝達関数Ｄを乗じＤ×Ｈ×Θを出力し、基準入力要素生成器４２では伝達関数Ｎを乗じて基準操舵トルクＴ_０＝Ｎ×Ｈ×Θを出力している。

モデル誤差や道路状況の変化などの外乱が発生して、基準操舵トルクＴ_０とトルクセンサ１１から得られる実際の操舵トルクＴ_ＳＮとの間に偏差ｅが生じた場合、フィードバック補償器４５において偏差ｅをゼロとするような値Ｔ_Ｋを生成し出力する。このＴ_Ｋと調節器４４からの出力（Ｄ×Ｎ×Ｈ×Θ）を加算して、この結果を要求トルク（＝（Ｄ×Ｎ×Ｈ×Θ）＋Ｔ_Ｋ）とする。プラント４７には、この要求トルクを発生するようなモータ印加電流ｉ_ａとして入力される。

そして、プラント４７ではモータ印加電流ｉ_ａを発生させるための電圧を求め、プラント４７に含まれる電動モータ１５に印加する。プラント４７で実際に発生する操舵トルクは、（Ｎ×Ｈ×Θ）＋Ｐ×Ｔ_Ｋ
となり、この場合、Ｔ_ＳＮ＝Ｎ×Ｈ×Θである。この値にステアリング特性要素４８を加えたものが運転者の感じる操舵トルクＴ_Ｓとなる。つまり、
Ｔ_Ｓ＝（Ｎ×Ｈ×Θ）＋Ｐ×Ｔ_Ｋ＋（Ｊ_Ｓｓ^２＋Ｃ_Ｓｓ） ・・・・・（１）
となる。

一方、基準操舵トルクＴ_０とトルクセンサ１１から得られる実際の操舵トルクＴ_ＳＮとの間に偏差ｅが生じない場合（ｅ＝０）、フィードバック補償器４５での演算は行なわれず、フィードバック補償分Ｔ_Ｋはゼロとなる。よって、この場合の要求トルクは、調節器４４からの出力値のＤ×Ｎ×Ｈ×Θとなる。プラント４７には、この要求トルクを発生するようなモータ印加電流ｉ_ａとして入力される。プラント４７ではモータ印加電流ｉ_ａを発生させるためのモータ印加電圧を求め、プラント４７に含まれる電動モータ１５に印加する。

プラント４７で実際に発生する操舵トルクは、Ｎ×Ｈ×Θとなり、この場合、Ｔ_ＳＮ＝Ｎ×Ｈ×Θである。この値にステアリング特性要素４８を加えたものが運転者の感じる操舵トルクＴ_Ｓとなる。つまり、
Ｔ_Ｓ＝（Ｎ×Ｈ×Θ）＋（Ｊ_Ｓｓ^２＋Ｃ_Ｓｓ）
となる。これは、式（２）においてＴ_Ｋ＝０としたものと同等である。

よって、モデル誤差や道路状況の変化などの外乱の発生の有無によらず、操舵トルクＴ_Ｓは式（１）によって表すことができる。本ブロック線図（図２）の通り、フィードフォワード補償およびフィードバック補償の組み合わせによる２自由度制御系によって電動パワーステアリング制御装置の操舵トルク演算制御を行なうことが可能であることが分かる。

図３は操舵制御部３０で行なわれるモータ制御処理の概要を表したブロック図である。これは、図２のブロック線図で表される制御構造を、実際に制御処理が可能な形態に表したものである。なお、この処理は電動パワーステアリング制御装置１が動作中に操舵制御プログラム３３ｐの他の処理とともに繰り返し行われる。まず、トルクセンサ１１により検出された実際の操舵トルクＴ_ＳＮが比較部５３に入力され、操舵角センサ１３により検出された操舵角Θがフィードフォワード要素演算部５１に入力される。

フィードフォワード要素演算部５１では、図２で述べたようにＨ×Θを求め、その結果を基準入力要素演算部５２および調節要素演算部５４に出力している。基準入力要素演算部５２（本発明の目標操舵トルク演算手段）では基準操舵トルクＴ_０（＝Ｎ×Ｈ×Θ）を求めて比較部５３に出力し、調節要素演算部５４では伝達関数Ｄを乗じてＤ×Ｈ×Θをモータ指令電流演算部５６に出力している。

比較部５３（本発明の偏差演算手段）では、トルクセンサ１１から得られる実際の操舵トルクＴ_ＳＮと入力要素演算部５２からの基準操舵トルクＴ_０を比較して、比較結果を偏差ｅとして安定化補償演算部５５に出力している。

安定化補償演算部５５（本発明の慣性補償制御量演算手段）では、入力された偏差ｅをゼロにするような補正トルクＴ_Ｋを算出しモータ指令電流演算部５６に出力する。なお、偏差ｅがゼロの場合は補正トルクＴ_Ｋもゼロとなる。

モータ指令電流演算部５６（本発明の変換手段）は、調節要素演算部５４からの入力Ｄ×Ｈ×Θに応じた値を出力し、得られた操舵トルクＴ_ＳNに、安定化補償演算部５５からの補正トルクＴ_Ｋを加えてこれを新たな操舵トルクＴ_ＳNとし、ＲＯＭ３３に記憶されている操舵トルクＴ_ＳNとモータ印加電流ｉ_ａの関係を定義するマップデータによりモータ印加電流ｉ_ａを算出して電流制御演算部５７に出力する。

電流制御演算部５７はプラント４７に含まれ、モータドライバ１４を介して電動モータ１５に、算出したモータ印加電流ｉ_ａを発生させるための電圧を印加し、電流センサ８から得られるモータ実電流値とモータ印加電流ｉ_ａとを比較し、両者が一致するようにプラント４７に含まれる電動モータ１５の駆動制御を行なう。

以下、本発明における第２の実施の形態である電動パワーステアリング制御装置について、図面を用いて説明する。なお、この第２の実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置は、図１に示すように本発明における第１の実施の形態における電動パワーステアリング装置の構成と同一であるため、本発明における第１の実施の形態の説明で用いた図１において各構成に付した符号を用いて説明を行なう。また、図４および図５においても、本発明における第１の実施の形態との差異は入力あるいは出力されるパラメータと、ステアリング特性部分が異なるのみで制御構造は変わらないため、図２および図３において各構成に付した符号を用いて説明を行なう。

４１は、入力されたハンドル操舵トルクＴに対する理想の操舵角を発生させるための演算を行なうフィードフォワード補償器で、伝達関数（入力と出力の比，以下同じ）はＨで表される。本実施例では、入力であるハンドル操舵トルクＴに対して伝達関数Ｈを乗じＨ×Ｔを出力している。

４２は、フィードフォワード補償器４１からの入力を基に基準操舵角Θ_０を求める基準入力要素で、伝達関数はＮで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器４１からの入力Ｈ×Ｔに対してＮ×Ｈ×Ｔを出力している。

４４は、フィードフォワード補償器４１からの入力をプラント４７において使用可能な値として出力する調節器で、伝達関数はＤで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器４１からの入力Ｈ×Ｔに対してＤ×Ｈ×Ｔを出力している。また、後述するように、伝達関数Ｄはプラント４７の伝達関数Ｐの既約分解（伝達関数Ｐで割り切られる値、Ｐ＝Ｎ／Ｄ）となるように定められる。

４５はフィードバック制御のためのフィードバック補償器である（詳細については後述）。

４７は、プラントといわれる出力側制御対象を示している。本実施例では、操舵ハンドル１０，操舵軸１２ａ，ピニオンシャフト１２ｂ，ピニオン（図示せず），ステアリングギヤボックス１６内，ラックバー１８，タイロッド２０，ナックルアーム２２，電動モータ１５などが含まれる。

図４の構成で、操舵トルクＴが入力されると、フィードフォワード補償器４１において伝達関数Ｈを乗じてＨ×Ｔが出力される。フィードフォワード補償器４１からの出力は、調節器４４および基準入力要素生成器４２に入力され、調節器４４では伝達関数Ｄを乗じＤ×Ｈ×Ｔを出力し、基準入力要素生成器４２では伝達関数Ｎを乗じて基準操舵角Θ_０（＝Ｎ×Ｈ×Ｔ）を出力している。

モデル誤差や道路状況の変化などの外乱が発生して、基準操舵角Θ_０と操舵角センサ１３から得られる実際の操舵角Θ_ＳＮとの間に偏差ｅが生じた場合、フィードバック補償器４５において偏差ｅをゼロとするような値Θ_Ｋを生成する。このΘ_Ｋと調節器４４からの出力（Ｄ×Ｎ×Ｈ×Ｔ）を加算して、その結果を要求操舵角（＝（Ｄ×Ｎ×Ｈ×Ｔ）＋Θ_Ｋ）とする。プラント４７には、この要求操舵角を発生するようなモータ印加電流ｉ_ａとして入力される。

そして、プラント４７ではモータ印加電流ｉ_ａを発生させるための電圧を求め、プラント４７に含まれる電動モータ１５に印加する。プラント４７で実際に発生する操舵角Θ_ＳＮは、
Θ_ＳＮ＝（Ｎ×Ｈ×Ｔ）＋Ｐ×Θ_Ｋ ・・・・・（２）
となる。

一方、基準操舵角Θ_０と操舵角センサから得られる実際の操舵角Θ_ＳＮとの間に偏差ｅが生じない場合（ｅ＝０）、フィードバック補償器４５での演算は行なわれず、フィードバック補償分Θ_Ｋはゼロとなる。よって、この場合の要求操舵角は、調節器４４からの出力値のＤ×Ｎ×Ｈ×Ｔとなる。プラント４７には、この要求操舵角を発生するようなモータ印加電流ｉ_ａとして入力される。プラント４７ではモータ印加電流ｉ_ａを発生させるためのモータ印加電圧を求め、プラント４７に含まれる電動モータ１５に印加する。

プラント４７で実際に発生する操舵角Θ_ＳＮは、
Θ_ＳＮ＝（Ｎ×Ｈ×Ｔ）
となる。これは、式（２）においてΘ_Ｋ＝０としたものと同等である。

よって、モデル誤差や道路状況の変化などの外乱の発生の有無によらず、操舵角Θ_ＳＮは式（２）によって表すことができる。本ブロック線図（図４）の通り、フィードフォワード補償およびフィードバック補償の組み合わせによる２自由度制御系によって電動パワーステアリング制御装置の操舵角演算制御を行なうことが可能であることが分かる。

図５は操舵制御部３０で行なわれるモータ制御処理の概要を表したブロック図である。これは、図４のブロック線図で表される制御構造を、実際に制御処理が可能な形態に表したものである。なお、この処理は電動パワーステアリング制御装置１が動作中に操舵制御プログラム３３ｐの他の処理とともに繰り返し行われる。まず、操舵角センサ１３により検出された実際の操舵角Θ_Ｓが比較部５３に入力され、トルクセンサ１１により検出されたハンドル操舵トルクＴがフィードフォワード要素演算部５１に入力される。

フィードフォワード要素演算部５１では、図４で述べたようにＨ×Ｔを求め、その結果を基準入力要素演算部５２（本発明の目標操舵角演算手段）および調節要素演算部５４に出力している。基準入力要素演算部５２では基準操舵角Θ_０（＝Ｎ×Ｈ×Ｔ）を求めて比較部５３に出力し、調節要素演算部５４では伝達関数Ｄを乗じてＤ×Ｈ×Ｔをモータ指令電流演算部５６に出力している。

比較部５３（本発明の偏差演算手段）では、ハンドル操舵角Θ_ＳＮと入力要素演算部５２からの基準操舵角Θ_０を比較して、比較結果を偏差ｅとして安定化補償演算部５５に出力している。

安定化補償演算部５５（本発明の慣性補償制御量演算手段）では、入力された偏差ｅをゼロにするような補正操舵角Θ_Ｋを算出しモータ指令電流演算部５６に出力する。

モータ指令電流演算部５６（本発明の変換手段）は、調節要素演算部５４からの入力Ｄ×Ｈ×Ｔに応じた値を出力し、得られた操舵角Θ_ＳＮに、安定化補償演算部５５からの補正操舵角Θ_Ｋを加えたものを新たな操舵角Θ_ＳＮとし、ＲＯＭ３３に記憶されている操舵角Θ_ＳＮとモータ印加電流ｉ_ａの関係を定義するマップデータによりモータ印加電流ｉ_ａを算出して電流制御演算部５７に出力する。

電流制御演算部５７はプラント４７に含まれ、モータドライバ１４を介して電動モータ１５に、算出したモータ印加電流ｉ_ａを発生させるための電圧を印加し、電流センサ８から得られるモータ実電流値とモータ印加電流ｉ_ａとを比較し、両者が一致するようにプラント４７に含まれる電動モータ１５の駆動制御を行なう。

（実施例２の変形例）
図７および８を用いて、本発明の第２の実施の形態の変形例について説明する。これは、本発明の第１の実施の形態のように、ステアリング特性要素を加えたものにおいても等価な機能を得ることが可能なことを示したものである。図７のブロック線図において本発明の第２の実施の形態である図４のブロック線図と異なる点は、ハンドル操舵角Θ_ＳＮを基にステアリング特性要素４８を求め、これを操舵トルクＴに加えてフィードフォワード補償器４１に入力していることである。また、図８の制御ブロック図においても、本発明の第２の実施の形態である図５の制御ブロック図に対して、ステアリング特性要素演算部５８および加算演算部５９が追加されている。

ステアリング特性要素４８は、前述の通り、ステアリング特性によって決まるもので、操舵ハンドルの回転方向とは逆向きに発生するハンドル慣性Ｊ_Ｓおよびハンドル粘性Ｃ_Ｓをパラメータとする二次の伝達関数（Ｊ_Ｓｓ^２＋Ｃ_Ｓｓ）で表される。ステアリング特性要素を考慮することで、ステアリングの種類に応じてきめの細かい制御を行なうことができる。

図７および８において、ステアリング特性要素４８を求めて操舵トルクＴに加える以外の制御については本発明の第２の実施の形態と同様のため説明を省略する。

次に、本発明を適用した電動パワーステアリング制御装置におけるハンドル操舵角と操舵トルクの関係について図６を用いて説明する。これは、操舵ハンドル１０を約２Ｈｚの周期で連続して左右に回した状態（つまり、１秒間右回転，１秒間左回転の繰り返し）におけるハンドル角と操舵トルクの関係である。グラフの横軸（ハンドル操舵角）の０のときに操舵ハンドル１０が中央（中立位置）にあり、操舵ハンドル１０を右に回すと正の操舵角、左に回すと負の操舵角を得る。また、操舵トルクは、操舵ハンドル１０を右に回すと正の操舵トルク、左に回すと負の操舵トルクを得る。

図６（ａ）は従来技術による電動パワーステアリング制御装置におけるハンドル角と操舵トルクの関係を表したものである。この図の６１で示される範囲およびその付近においては、操舵ハンドル１０を右に回しているにもかかわらず、操舵角が正（右回転）方向へ増加しても操舵トルクは負（左回転）方向に増加している。これは、電動モータ１５の左回転方向の慣性力が残存しているために、電動モータ１５が操舵ハンドル１０の回転方向である右回転を行なっていないために発生する。このときに、運転者は操舵ハンドルの操舵操作に対する抜け感を感じる。また、６２で示される範囲およびその付近においては、操舵ハンドルを右回転から左回転に転じているにもかかわらず、電動モータ１５の右回転方向の慣性力が残存しているために、操舵ハンドルの回転方向とは逆の右回転方向の操舵トルクが発生し、運転者は操舵ハンドルの急な戻りを感じる。

図６（ｂ）は本発明を適用した電動パワーステアリング制御装置におけるハンドル角と操舵トルクの関係を表したものである。この図によれば、操舵トルクの発生方向は操舵ハンドル１０の回転方向とよく一致していることが分かる。

さらに、本発明は、電動パワーステアリング制御装置以外にも、ハンドル操舵角にからハンドル操舵トルクを得る、あるいはハンドル操舵トルクからハンドル操舵角を得るシステムであれば適用可能である。該システムには、操舵ハンドルとタイヤが機械的には接続されておらず、操舵ハンドルからの指示を電気信号でタイヤに伝えるステアバイワイヤ装置、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構（Variable Gear Ratio Steering＝ＶＧＲＳ）などがある。

以上述べた本発明の実施の形態においては、フィードフォワード補償器４１の伝達関数Ｈのパラメータには車速は含まれていないが、伝達関数Ｈのパラメータに車速を含む方法を採っても人間の操作感覚を向上させることが可能になる。例えば、フィードフォワード補償器４１に操舵角Θあるいは操舵トルクＴが入力された場合、車速が小さいときは伝達関数Ｈを大きくし、車速が大きいときは伝達関数Ｈを小さくするというように、車速に応じて伝達関数Ｈを変化させるというものである。このようにすることでロバスト安定性が確保され、運転者の操舵に対する感覚の違和感は解消される。なお、車速を検出する車速センサ１７（本発明の車速検出手段）は、例えばロータリエンコーダやタコジェネレータのような車輪２４の回転を検出する周知の回転検出部で構成される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の電動パワーステアリング制御装置の全体構成を示すブロック図。 操舵トルクの演算過程を説明するためのブロック線図。（実施例１） モータ制御処理を説明するためのブロック図。（実施例１） 操舵角の演算過程を説明するためのブロック線図。（実施例２） モータ制御処理を説明するためのブロック図。（実施例２） ハンドル操舵角度と操舵トルクとの関係を示す図。 操舵角の演算過程を説明するためのブロック線図。（実施例２の変形例） モータ制御処理を説明するためのブロック図。（実施例２の変形例）

符号の説明

１ 電動パワーステアリング制御装置
８ 電流センサ
１０ 操舵ハンドル
１１ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１２ａ 操舵軸
１３ 操舵角センサ（操舵角検出手段）
１５ 電動モータ
１７ 車速センサ（車速検出手段）
３０ 操舵制御部（慣性補償制御量演算手段，指令トルク演算手段，変換手段，目標トルク演算手段，目標操舵角演算手段）
４１ フィードフォワード補償器
４２ 基準入力要素生成器
４４ 調節器
４５ フィードバック補償器
４７ プラント
４８ ステアリング特性要素
５１ フィードフォワード要素演算部
５２ 入力要素演算部
５３ 比較部
５４ 調節要素演算部
５５ 安定化補償演算部
５６ モータ指令電流演算部
５７ 電流制御演算部

Claims (3)

1. 操舵ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与する電動モータと、
   操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵角から前記操舵ハンドルに発生させる目標操舵トルクを演算するフィードフォワード制御のための目標操舵トルク演算手段と、
   前記目標操舵トルクと前記操舵トルクとの偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差を基に慣性補償制御量を演算するフィードバック制御のための慣性補償制御量演算手段と、
   前記目標トルクに前記慣性補償制御量を反映させて慣性補償トルクを演算する慣性補償トルク演算手段と、
   前記偏差が存在しない場合は前記フィードフォワード制御に基づく前記目標操舵トルクを用い、前記偏差が存在する場合は前記フィードバック制御に基づく前記慣性補償トルクを用いて、前記電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置。
2. 操舵ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与する電動モータと、
   操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵トルクから前記操舵ハンドルに発生させる目標操舵角を演算するフィードフォワード制御のための目標操舵角演算手段と、
   前記目標操舵角と前記操舵角との偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差を基に慣性補償制御量を演算するフィードバック制御のための慣性補償制御量演算手段と、
   前記操舵角に前記慣性補償制御量を反映させて慣性補償操舵角を演算する慣性補償操舵角演算手段と、
   前記偏差が存在しない場合は前記フィードフォワード制御に基づく前記目標操舵角を用い、前記偏差が存在する場合は前記フィードバック制御に基づく前記慣性補償操舵角を用いて、前記電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置。
3. 前記フィードフォワード制御は車速を検出する車速検出手段を含み、前記検出された車速に応じて該フィードフォワード制御の出力を可変とするものである請求項１または２に記載の車両の電動パワーステアリング制御装置。

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