JP2009143297A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵角に対する実舵角の応答を適切に制御可能な操舵制御装置を提供する。
【解決手段】操舵制御装置は、運転者による操舵に基づいてアシストトルクを付与するための制御を行う。具体的には、操舵制御装置は、入力された操舵角から実舵角までの伝達関数を所定の周波数応答に設定する。そして、当該周波数応答と、操舵角、実舵角、及びアシストトルクの間に成立する関係式における操舵角の伝達関数と、当該関係式におけるアシストトルクの伝達関数とに基づいて、操舵量に対するアシストトルクを決定する。このように決定されたアシストトルクに基づいて操舵アシストを行うことにより、操舵角に対する実舵角の応答を精度良く制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者による操舵に基づいてアシストトルクを付与する操舵制御装置に関する。

従来から、モータの駆動力によって、運転者による操舵をアシストする電動パワーステアリング（以下、「ＥＰＳ（Electric Power Steering）」とも呼ぶ。）が提案されている。例えば、特許文献１には、転舵角対応値から求めたモータ出力補正値を用いて操舵アシストを行うＥＰＳが記載されている。また、特許文献２には、転舵角に対する横滑り角の伝達関数に対して比例関係になるようにフィードバック関数を設定するＥＰＳが記載されている。

特開２００６−２９８１０２号公報 特開平７−８１５９９号公報

しかしながら、上記した特許文献１及び２に記載された技術では、操舵角に対する実舵角の応答を考慮していなかった。そのため、操舵角に対して実舵角を適切に制御できない場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、操舵角に対する実舵角の応答を適切に制御可能な操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、運転者による操舵に基づいてアシストトルクを付与する制御を行う操舵制御装置は、入力された操舵角から実舵角までの伝達関数を所定の周波数応答に設定し、前記周波数応答と、前記操舵角、前記実舵角、及び前記アシストトルクの間に成立する関係式における操舵角の伝達関数と、前記関係式におけるアシストトルクの伝達関数とに基づいて、操舵量に対するアシストトルクを決定するアシストトルク決定手段を備える。

上記の操舵制御装置は、例えば電動パワーステアリングなどで構成され、運転者による操舵に基づいてアシストトルクを付与するための制御を行う。具体的には、操舵制御装置は、入力された操舵角から実舵角までの伝達関数を所定の周波数応答に設定する。そして、当該周波数応答と、操舵角、実舵角、及びアシストトルクの間に成立する関係式における操舵角の伝達関数と、当該関係式におけるアシストトルクの伝達関数とに基づいて、操舵量に対するアシストトルクを決定する。このように決定されたアシストトルクに基づいて操舵アシストを行うことにより、操舵角に対する実舵角の応答を精度良く制御することが可能となる。

上記の操舵制御装置において好適には、前記アシストトルク決定手段は、前記周波数応答と前記操舵角の伝達関数との差分を前記アシストトルクの伝達関数によって除算して得た値をアシストトルクゲインとして求め、当該アシストトルクゲインに基づいて前記アシストトルクを決定する。

また、好適には、前記操舵角の伝達関数及び前記アシストトルクの伝達関数は、車両諸元及び車速に基づいて決定される。

上記の操舵制御装置の一態様では、前記周波数応答は、所定周波数を超える第１の操舵周波数領域では、前記所定周波数を超えない第２の操舵周波数領域よりも、ラックストロークから前記操舵角に対する伝達関数のゲインが小さくなるように設定される。これにより、外乱による振動を適切に抑制でき、操舵フィーリングを向上させることが可能となる。

上記の操舵制御装置の他の一態様では、前記周波数応答は、前記第２の操舵周波数領域では、前記操舵角から前記ラックストロークの伝達関数におけるゲイン変化が概ね０となり、且つ前記操舵角と前記ラックストロークとの位相遅れが概ね０となるように設定される。

好ましくは、前記第１の操舵周波数領域は、前記ラックストロークからの入力に相当する周波数領域で規定され、前記第２の操舵周波数領域は、操舵角入力に相当する周波数領域で規定される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
まず、本実施形態に係る操舵制御装置が適用された操舵制御システム５０の全体構成について説明する。図１は、操舵制御システム５０の構成を示す概略図である。

操舵制御システム５０は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、操舵角センサ３と、トーションバー４と、モータ５と、インターミディエイトシャフト６と、ラックアンドピニオン部７と、タイロッド８ｒ、８ｌと、ナックルアーム９ｒ、９ｌと、車輪（前輪）１０Ｆｒ、１０Ｆｌと、車速センサ１２と、コントローラ２０と、を備える。なお、以下では、タイロッド８ｒ、８ｌ、ナックルアーム９ｒ、９ｌ、及び車輪１０Ｆｒ、１０Ｆｌの符号の末尾に付した「ｒ」、「ｌ」は、これらを区別しないで用いる場合には、省略するものとする。

操舵制御システム５０は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムによって構成される。具体的には、操舵制御システム５０は、車両に搭載され、転舵輪である車輪１０Ｆを転舵駆動するモータ５の駆動制御を行い、ステアリングホイール１の操作に応じて転舵輪を転舵させるシステムである。

ステアリングホイール１は、運転者により車両を旋回等させるために操作される。ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２を介して、ラックアンドピニオン部７に接続される。ステアリングシャフト２には、操舵角センサ３、トーションバー４、モータ５、及びインターミディエイトシャフト６が設けられている。なお、以下では、ステアリングホイールのことを単に「ステアリング」とも呼ぶ。

トーションバー４は、ステアリング１からの入力に対して捩れるように構成されている。モータ５は、図示しない減速機や電動モータなどによって構成され、コントローラ２０から供給される制御信号Ｓ５によって制御される。具体的には、モータ５は、例えば操舵感や操舵安定性などを向上させるために、運転者による操舵に応じてアシストトルク（操舵アシスト力）を発生させたり、操舵安定性及び操舵感などを向上させるために付加減衰力を発生させたりする。インターミディエイトシャフト６は、車両前方からの外力に対して変形し、衝撃吸収可能に構成されている。なお、以下では、インターミディエイトシャフトのことを単に「インタミ」と呼ぶ。

操舵角センサ３は、運転者によるステアリング１の操作に対応する操舵角を検出する。操舵角センサ３は、検出した操舵角に対応する検出信号Ｓ３をコントローラ２０に供給する。また、車速センサ１２は、車速を検出し、検出した車速に対応する検出信号Ｓ１２をコントローラ２０に供給する。

ラックアンドピニオン部７は、ラックやピニオンなどによって構成され、ステアリングシャフト２から回転が伝達されて動作する。更に、ラックアンドピニオン部７にはタイロッド８及びナックルアーム９が連結されており、ナックルアーム９には車輪１０Ｆが連結されている。この場合、タイロッド８及びナックルアーム９がラックアンドピニオン部７によって動作されることにより、ナックルアーム９に連結された車輪１０Ｆが転舵されることとなる。

コントローラ２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。コントローラ２０は、車両内のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に相当するものである。コントローラ２０は、主に、操舵角センサ３及び車速センサ１２から供給される検出信号Ｓ３、Ｓ１２に基づいて、モータ５に対して制御信号Ｓ５を供給することによって、モータ５に対する制御を行う。具体的には、コントローラ２０は、モータ５より付与すべきアシストトルクを決定する処理を行う。つまり、コントローラ２０は、本発明における操舵制御装置に相当し、アシストトルク決定手段として機能する。

［アシストトルク決定方法］
次に、本実施形態に係るアシストトルク決定方法について説明する。本実施形態では、コントローラ２０は、操舵角に対する実舵角の応答を考慮に入れて、モータ５より付与すべきアシストトルクを決定する。つまり、操舵角に対する実舵角の応答が精度良く制御されるように、アシストトルクを決定する。具体的には、コントローラ２０は、入力された操舵角から実舵角までの伝達関数を所定の周波数応答に設定して、当該周波数応答に基づいてアシストトルクゲインを求めてアシストトルクを決定する。

図２は、本実施形態に係る制御ブロックを示す概略図である。アシストトルク決定部２１は、前述したコントローラ２０内の処理部に相当し、フィードフォワード制御にて操舵アシストを行う。具体的には、アシストトルク決定部２１は、操舵角θ_ｈと車速Ｖを取得し、これに基づいてアシストトルクＴ_ａを決定する。詳しくは、アシストトルク決定部２１は、周波数応答に基づいてアシストトルクゲインを求めて（つまりゲイン補償を行い）、アシストトルクＴ_ａを決定する。そして、アシストトルク決定部２１は、決定されたアシストトルクＴ_ａに基づいて操舵アシストを行う。車両１００（ステアリング１なども含むものとする）は、アシストトルク決定部２１で決定されたアシストトルクＴ_ａに基づいて操舵アシストされることにより、実舵角δ_ｔにて車輪１０Ｆが転舵される。

次に、本実施形態に係るアシストトルク決定方法を、演算式などを用いて具体的に説明する。

なお、以下の説明で使用する文字・記号の意味は、下記の通りである。

ｍ：車両重量
Ｉ：ヨー慣性モーメント
ｌ_ｆ：前輪（前輪ホイールセンター）から重心までの距離
ｌ_ｒ：後輪（後輪ホイールセンター）から重心までの距離
Ｋ_ｆ：前輪の等価コーナリングパワー
Ｋ_ｒ：後輪の等価コーナリングパワー
ξ：ニューマチックトレール
Ｆ_ｆ：前輪の横力
Ｆ_ｒ：後輪の横力
β：車体スリップ角
γ：ヨーレート
Ｖ：車速
Ｉ_ｈ：ステアリングの慣性モーメント
Ｋ_ｈ：トーションバーばね定数
Ｃ_ｈ：トーションバー減衰係数
Ｉ_ｍ：モータの慣性モーメント
Ｋ_ｉ：インタミばね定数
Ｎ_ｇ：モータギヤ比
Ｎ_ｐ：ステアリングギヤ比
Ｔ_ｈ：ステアリングのトルク
Ｔ_ａ：アシストトルク
Ｉ_ｗ：ホイール慣性モーメント
Ｋ：アシストトルクゲイン
Ｇ_１〜Ｇ_１２：伝達関数
Ｇ_{ｇａｉｎ０}：周波数応答
ｇ：操舵角からラックストロークまでの伝達関数のゲイン
φ：操舵角とラックストロークとの位相
θ_ｈ：操舵角（トーションバー回転角）
θ_ｍ：モータ回転角
θ_ｗ：インタミ終端部の回転角
δ：実舵角
ｓ：ラプラス演算子
ここで、図３を参照し、アシストトルク決定する方法について説明する。

図３は、上記した操舵制御システム５０をモデル化した模式図を示す。具体的には、図３（ａ）はステアリング系モデルを表している。ステアリング１の慣性モーメントは「Ｉ_ｈ」であり、トーションバー４のばね定数は「Ｋ_ｈ」であり減衰係数は「Ｃ_ｈ」であり、モータ５の慣性モーメントは「Ｉ_ｍ」でありギヤ比は「Ｎ_ｇ」であり、インタミ６のばね定数は「Ｋ_ｉ」である。また、ステアリングギヤ比は「Ｎ_ｐ」であり、ホイール慣性モーメントは「Ｉ_ｗ」である。この場合、ステアリング１は操舵角θ_ｈ、トルクＴ_ｈで回転され（言い換えるとトーションバー４は回転角θ_ｈで回転され）、モータ５はアシストトルクＴ_ａを付与し、回転角θ_ｍで回転する。そして、インタミ６の終端部は回転角θ_ｗで回転し、車輪（前輪）１０Ｆは実舵角δで転舵される。

図３（ｂ）には、車輪１０Ｆ、１０Ｒ（前輪１０Ｆ及び後輪１０Ｒ）に働く横力Ｆ_ｆ、Ｆ_ｒなどを示している。具体的には、車速Ｖ、車体スリップ角β、及び車輪１０Ｆの切れ角δである車両に働く横力Ｆ_ｆ、Ｆ_ｒを示している。

上記のような車両モデルにおいては、車両には、式（１）及び式（２）の運動方程式が成立する。

また、ステアリング１においては式（３）が成立し、モータ５には式（４）が成立する。

また、車輪１０Ｆには、式（５）及び式（６）が成立する。

なお、ステアリングギヤ比Ｎ_ｐは、インタミ６の終端部の回転角θ_ｗ及び実舵角δを用いて、式（７）により表現される。

式（７）は、車輪１０Ｆを１回転させるために必要なインタミ６の終端部の回転数を意味する。

ここで、式（１）及び式（２）より、式（８）が得られる。式（８）中の「Ｇ_１」、「Ｇ_２」は車両諸元などより求められる伝達関数に相当する。

式（７）を式（６）に代入すると、式（９）が得られる。式（９）中の「Ｇ_３」は車両諸元などより求められる伝達関数に相当する。

式（３）、式（４）、式（５）を一部整理すると、以下の式（１０）、式（１１）、式（１２）が得られる。

式（１２）より、式（１３）が得られる。式（１３）中の「Ｇ_４」は車両諸元などより求められる伝達関数に相当する。

式（１０）〜式（１３）を整理すると、式（１４）が得られる。式（１４）中の「Ｇ_５」、「Ｇ_６」、「Ｇ_７」、「Ｇ_８」は車両諸元などより求められる伝達関数に相当する。

式（１４）を整理すると、式（１５）が得られる。

式（１５）は、操舵角θ_ｈ及びアシストトルクＴ_ａから、ステアリング１のトルクＴ_ｈへの伝達関数、及び実舵角δへの伝達関数を表している。また、式（１５）中の「Ｇ_９」、「Ｇ_１０」、「Ｇ_１１」、「Ｇ_１２」は車両諸元や車速より求められる伝達関数に相当する。つまり、車両諸元や車速を係数として有する項である。詳しくは、「Ｇ_１１」は操舵角の伝達関数に相当し、「Ｇ_１２」はアシストトルクの伝達関数に相当する。

式（１５）より、操舵アシスト時における操舵角θ_ｈと実舵角δとアシストトルクＴ_ａとの間に成立する関係式は、操舵角の伝達関数Ｇ_１１及びアシストトルクの伝達関数Ｇ_１２を用いて、式（１６）のように表される。

ここで、アシストトルクＴ_ａは、アシストトルクゲインＫを用いることにより、式（１７）のように表現することができる。なお、式（１７）は、例えばフィードフォワード制御（図２参照）にて操舵アシストを行うことを示している。

式（１７）を式（１６）に代入して整理すると、式（１８）が得られる。

式（１８）は、操舵角θ_ｈから実舵角δまでの伝達関数に相当する。これより、アシストトルクゲインＫを適切に設定することにより、操舵角θ_ｈに対する実舵角δの周波数応答を任意に実現することができることがわかる。

次に、操舵角θ_ｈから実舵角δまでの伝達関数（δ（ｓ）／θ_ｈ（ｓ））に所定の周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を設定することを考える。例えば、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}は、ラックストロークの応答性能や外乱応答性などに基づいて設定される。このような周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を式（１８）に代入して、アシストトルクゲインＫについて解くことにより、式（１９）が得られる。

式（１９）中の「Ｇ_１１」及び「Ｇ_１２」は、上記の（１６）などに示したように、それぞれ操舵角の伝達関数及びアシストトルクの伝達関数に相当し、車両諸元や車速（車速センサ１２で計測される）より求められる。そのため、式（１９）に示すように、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を適切に設定して、当該周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}と操舵角の伝達関数Ｇ_１１との差分をアシストトルクの伝達関数Ｇ_１２によって除算することにより、アシストトルクゲインＫを求めることができる。そして、当該アシストトルクゲインＫを式（１７）に代入することによって、アシストトルクＴ_ａを決定することができる。なお、式（１９）や式（１７）などの演算は、コントローラ２０（詳しくはアシストトルク決定部２１）によって行われる。

以上のようにして求められたアシストトルクＴ_ａに基づいて操舵アシストを行うことにより、操舵角θ_ｈに対する実舵角δの応答を精度良く制御することが可能となる。

図４を参照して、上記のようにして決定されたアシストトルクＴ_ａに基づいて制御を行った場合の、操舵角に対する実舵角の応答の一例について説明する。ここでは、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を「Ｇ_{ｇａｉｎ０}＝１／Ｎ_ｓ」に設定した場合を例に挙げて説明する。つまり、「Ｇ_{ｇａｉｎ０}＝１／Ｎ_ｓ」に設定してアシストトルクゲインＫを求めた場合の伝達関数「δ（ｓ）／θ_ｈ（ｓ）×Ｎ_ｓ」の応答を示す。なお、「Ｎ_ｓ」はステアリングギヤ比であり、ここでは、操舵角θ_ｈと実舵角δとの関係をわかりやすくするために、伝達関数「δ（ｓ）／θ_ｈ（ｓ）」に対してステアリングギヤ比Ｎ_ｓをかけている。

具体的には、図４（ａ）は位相（操舵角θ_ｈに対する実舵角δの位相に相当する）について示し、図４（ｂ）はゲイン（「実舵角δ／操舵角θ_ｈ」に相当する）について示している。また、図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ横軸に周波数を示し、実線で本実施形態に係る制御を行った場合のグラフを表し、破線で本実施形態に係る制御を行わなかった場合のグラフを表している。これより、本実施形態に係る制御を行った場合には、操舵周波数の影響を受けずに、操舵角θ_ｈに対する実舵角δの応答が目標通りの特性を実現できていることがわかる。

［周波数応答の設定方法］
次に、前述した周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}の設定方法について具体的に説明する。本実施形態では、ラックアンドピニオン部７におけるラックストロークの応答性能や外乱応答性などを考慮に入れて、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を設定する。具体的には、操舵周波数領域を第１の操舵周波数領域と第２の操舵周波数領域とに分けて、各々の操舵周波数領域にて、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインや操舵角とラックストロークとの位相が所定の条件を満たすように、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を設定する。

第１の操舵周波数領域は所定周波数を超える周波数領域であり、第２の操舵周波数領域は所定周波数を超えない周波数領域である。具体的には、第１の操舵周波数領域はラックストロークからの入力（言い換えると外乱入力）に相当する周波数領域で規定され、第２の操舵周波数領域は操舵角入力に相当する周波数領域で規定される。例えば、第１の操舵周波数領域は１０〜２０Ｈｚ程度の周波数領域であり、第２の操舵周波数領域は５Ｈｚまでの周波数領域である。

このように第１及び第２の操舵周波数領域を規定した場合において、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}は、第１の操舵周波数領域では、ラックストロークから操舵角に対する伝達関数のゲインが小さくなるように設定される。言い換えると、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインが大きくなるように、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}が設定される。このような周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}に基づいて操舵アシストを行うことにより、外乱による振動を抑制することが可能となる。また、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}は、第２の操舵周波数領域では、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲイン変化が概ね０となり、且つ操舵角とラックストロークとの位相遅れが概ね０となるように設定される。以上のように設定した周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}に基づいて操舵アシストを行うことにより、操舵角に対する実舵角の応答を、より精度良く制御することが可能となる。なお、以下では、第１の操舵周波数領域及び第２の操舵周波数領域において、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲイン及び操舵角とラックストロークとの位相が満たすべき条件を、それぞれ「第１条件」及び「第２条件」と呼ぶ。

図５は、操舵に対する時間軸応答の一例を示している。具体的には、図５は、横軸に時間を示し、縦軸にヨーレートを示している。また、細線は元のデータを示し、太線は１．５Ｈｚのローパスフィルタにて処理後のデータを示している。図５中の破線領域に示すように、人間が操舵する際（例えばレーンチェンジのための操舵を行う際）、操舵角には５Ｈｚまでの成分が含まれることがわかる。したがって、本実施形態では、前述したように５Ｈｚまでの周波数領域を、操舵角入力に相当する第２の操舵周波数領域として設定している。

次に、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}の具体例について説明する。ここでは、上記したような操舵周波数領域ごとのゲインや位相における条件が満たされるように、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を２次遅れ系に設定する場合を考える。具体的には、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}は、以下の式（２０）で表される。

また、ある角振動数ωに対して、ゲインｇ及び位相φは、それぞれ式（２１）及び式（２２）で表現される。

次に、前述した第１条件及び第２条件が満たされるように、式（２１）及び式（２２）におけるζ、ω_ｎを求める。つまり、第１の操舵周波数領域及び第２の操舵周波数領域のそれぞれにおいて、第１条件及び第２条件が満たされるように、式（２１）及び式（２２）を用いてζ、ω_ｎを求める。

第１の操舵周波数領域（１０Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数領域）では、第１の条件を用いる。具体的には、第１の操舵周波数領域では、ラックストロークから操舵角に対する伝達関数のゲインが小さくなるように、第１の条件を設定している。言い換えると、第１の操舵周波数領域では、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇを上げる。このような第１条件は、式（２３）で表現される。

第２の操舵周波数領域（５Ｈｚまでの周波数領域）では、第２の条件を用いる。具体的には、第２の操舵周波数領域では、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇが概ね０となり、操舵角とラックストロークとの位相φ（位相遅れ）が概ね０となるように、第２の条件を設定している。このような第２条件は、式（２４）で表現される。

このような式（２３）及び式（２４）で示す条件を満たすζ、ω_ｎを求めて、求められたζ、ω_ｎを式（２０）に代入することにより、周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}が設定される。前述したコントローラ２０は、当該周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を式（１９）に代入することによりアシストトルクゲインＫを求め、当該アシストトルクゲインＫに基づいてアシストトルクＴ_ａを決定し、これに基づいて操舵アシストを行う。これにより、操舵角に対する実舵角の応答を、より精度良く制御することが可能となる。

次に、図６に、上記した式（２３）及び式（２４）を満たすζ、ω_ｎを逐次探索により求め、そのうちの１つを用いて演算させたときの操舵角からラックストロークの伝達関数の例を示す。図６（ａ）は、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇについて示しており、図６（ｂ）は、操舵角とラックストロークとの位相φについて示している。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ横軸に周波数を示している。なお、図６は、「ζ＝０．０２」とし、「ω_ｎ＝６５」とした場合のグラフを示している。

図６（ａ）より、破線領域Ａ１で示す第１の操舵周波数領域では、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇが上昇していることがわかる。また、破線領域Ａ２で示す第２の操舵周波数領域では、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇが概ね０となっていることがわかる。更に、図６（ｂ）より、第２の操舵周波数領域では、操舵角とラックストロークとの位相φ（位相遅れ）が概ね０となっていることがわかる。

以上のように、本実施形態では、第１の操舵周波数領域及び第２の操舵周波数領域のそれぞれの領域で、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇ及び操舵角とラックストロークとの位相φについて条件を設定し、この条件が満たされるように周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を設定する。こうして設定された周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}に基づいてアシストトルクＴ_ａを求めて操舵アシストを行うことにより、操舵角に対するラックストロークの応答を適切に制御することが可能となる。より具体的には、第１の操舵周波数領域ではラックストロークから操舵角に対する伝達関数のゲインが小さくなるように周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}を設定しているため、このような周波数応答Ｇ_{ｇａｉｎ０}に基づいて操舵アシストすることにより、外乱による振動を適切に抑制でき、操舵フィーリングを向上させることが可能となる。

［変形例］
図１及び図３ではコラム式ＥＰＳを示したが、本発明は、ＥＰＳの形式によらず適用可能である。例えば、コラム式ＥＰＳの他に、ラック同軸式ＥＰＳなどにも適用することができる。また、本発明は、ステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用することができる。

更に、上記では、フィードフォワード制御にて操舵アシストを行う例を示したが（図２参照）、この代わりに、フィードバック制御にて操舵アシストを行っても良い。図７は、変形例に係る制御ブロックを示す概略図である。

この場合、実舵目標値算出部２５は、操舵角θ_ｈを取得して、実舵目標値δ_ａを算出する。具体的には、実舵目標値算出部２５は、操舵角からラックストロークの伝達関数におけるゲインｇ及び操舵角とラックストロークとの位相φが第１の条件及び第２の条件を満たすように（式（２３）、式（２４）など参照）、実舵目標値δ_ａを算出する。車両１００（ステアリング１なども含むものとする）は、アシストトルク決定部２６で決定されたアシストトルクＴ_ａに基づいて操舵アシストされることにより、実舵角δ_ｂにて車輪１０Ｆが転舵される。アシストトルク決定部２６は、実舵目標値算出部２５で算出された実舵目標値δ_ａと車両１００における実舵角δ_ｂとの差分に基づいて、アシストトルクＴ_ａを決定する。そして、アシストトルク決定部２６は、決定されたアシストトルクＴ_ａに基づいて操舵アシストを行う。なお、車両１００における実舵角δ_ｂは、センサで検出された実測値（真値）を用いても良いし、推定値を用いても良い。また、実舵目標値算出部２５及びアシストトルク決定部２６が行う処理は、前述したコントローラ２０によって実行される。

以上のように、変形例では、フィードバック制御にて操舵アシストを行う。これによっても、操舵角に対する実舵角の応答を精度良く制御することが可能となる。

更に他の例では、上記のようにして求めた実舵目標値δ_ａに基づいてアシストトルクＴ_ａを決定して、このようなアシストトルクＴ_ａに基づいてフィードフォワード制御にて操舵アシストを行うことも可能である。

また、本発明は、操舵角に基づいてアシストトルクを付与するタイプの操舵装置への適用に限定はされず、操舵トルクに基づいてアシストトルクを付与するタイプの操舵装置にも適用可能である。この場合には、操舵トルクに基づいて決まる基本アシストトルクに、操舵角に対する実舵角の周波数応答に基づく補正量を付加して、アシストトルクを決定する。

本実施形態に係る操舵制御システムの構成を示す概略図である。 本実施形態に係る制御ブロックを示す概略図である。 操舵制御システムをモデル化した模式図である。 操舵角に対する実舵角の応答の一例を示す図である。 操舵に対する時間軸応答の一例を示す図である。 操舵角からラックストロークの伝達関数の例を示す図である。 変形例に係る制御ブロックを示す概略図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 操舵角センサ
４ トーションバー
５ モータ
７ ラックアンドピニオン部
１０Ｆ 車輪（前輪）
１２ 車速センサ
２０ コントローラ
２１ アシストトルク決定部
５０ 操舵制御システム

Claims (6)

1. 運転者による操舵に基づいてアシストトルクを付与する制御を行う操舵制御装置であって、
   入力された操舵角から実舵角までの伝達関数を所定の周波数応答に設定し、前記周波数応答と、前記操舵角、前記実舵角、及び前記アシストトルクの間に成立する関係式における操舵角の伝達関数と、前記関係式におけるアシストトルクの伝達関数とに基づいて、操舵量に対するアシストトルクを決定するアシストトルク決定手段を備えることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記アシストトルク決定手段は、前記周波数応答と前記操舵角の伝達関数との差分を前記アシストトルクの伝達関数によって除算して得た値をアシストトルクゲインとして求め、当該アシストトルクゲインに基づいて前記アシストトルクを決定する請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記操舵角の伝達関数及び前記アシストトルクの伝達関数は、車両諸元及び車速に基づいて決定される請求項１又は２に記載の操舵制御装置。
4. 前記周波数応答は、所定周波数を超える第１の操舵周波数領域では、前記所定周波数を超えない第２の操舵周波数領域よりも、ラックストロークから前記操舵角に対する伝達関数のゲインが小さくなるように設定される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
5. 前記周波数応答は、前記第２の操舵周波数領域では、前記操舵角から前記ラックストロークの伝達関数におけるゲイン変化が概ね０となり、且つ前記操舵角と前記ラックストロークとの位相遅れが概ね０となるように設定される請求項４に記載の操舵制御装置。
6. 前記第１の操舵周波数領域は、前記ラックストロークからの入力に相当する周波数領域で規定され、
   前記第２の操舵周波数領域は、操舵角入力に相当する周波数領域で規定される請求項４又は５に記載の操舵制御装置。

Images