JP2021031003A - 車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置を提供する。【解決手段】第１マップＭ1を参照し、操舵角センサで検出した操舵角θを基に正規化値を取得し、取得した正規化値を基に第２目標操舵トルクＴref2を算出し、算出した第２目標操舵トルクＴref2と実際の操舵トルクＴとが等しくなるように、モータを動作させるようにした。その際、第２目標操舵トルクＴref2がステアリングホイール２の切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、第２目標操舵トルクＴref2の絶対値の最大値が予め定められた数値となるように、正規化値の取得に用いる操舵角θをオフセットするようにした。【選択図】 図９

Description

本発明は、車両用操向装置に関する。

従来、車速と操舵角とを基に操舵トルクの目標値を算出し、算出した目標値を基にモータを制御して、操舵トルクを発生する車両用操向装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

再表２０１５／０６４２４９号

しかしながら、このような車両用操向装置では、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感のさらなる向上が求められている。
本発明は、上記のような点に着目し、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、（ｂ）操舵角の増加に応じて所定値に漸近する操舵トルクの正規化値を示す第１マップと、（ｃ）第１マップを参照し、操舵角センサで検出した操舵角に基づき正規化値を取得する正規化値取得部と、（ｄ）正規化値取得部で取得した正規化値に基づき、操舵トルクの目標値である目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、（ｅ）操向機構に駆動トルクを発生するためのモータと、（ｆ）目標操舵トルク算出部で算出した目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、モータを動作させる操舵トルク制御部と、を備え、（ｇ）正規化値取得部は、目標操舵トルクがステアリングホイールの切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、目標操舵トルクの絶対値の最大値が予め定められた数値となるように、正規化値の取得に用いる操舵角をオフセットする車両用操向装置であることを要旨とする。

本発明の一態様によれば、第１マップを調整するだけで、操舵角と操舵トルクとの関係を調整できるため、操舵角と操舵トルクとの関係を容易に調整できる。それゆえ、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置を提供できる。

本実施形態に係る車両用操向装置の構成を示す図である。 トルクセンサの構成を示す図である。 ＥＣＵの内部構成を示す図である。 電流指令値演算部の内部構成を示す図である。 第１目標操舵トルク生成部の内部構成を示す図である。 基本マップを示す図である。 ダンパゲインを示す図である。 第３トルク信号Ｔ_{ref_c}の線図例を示す図である。 第２目標操舵トルク生成部を示す図である。 第１マップ及び第２マップを示す図であって、（ａ）は第１マップを示す図であり、（ｂ）は第２マップを示す図である。 切り返し判定部の内部構成を示す図である。 オフセット角度計算部の内部構成を示す図である。 反力制御部の内部構成を示す図である。 係数ａ、ｂを示す図であって、（ａ）は係数ａを示す図であり、（ｂ）は係数ｂを示す図である。 車両用操向装置の動作を示す図であって、（ａ）は操舵開始時の操舵トルクを示す図であり、（ｂ）は切り替え指示の操舵トルクを示す図である。 変形例に係る車両用操向装置の構成を示す図である。 変形例に係る車両用操向装置の構成を示す図である。 車両用操向装置の動作を示す図である。 第３マップを示す図である。 第２目標操舵トルク生成部を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る車両用操向装置の一例を、図１〜図２０を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

（車両用操向装置の全体構成）
図１は、本実施形態に係る車両用操向装置の全体構成を示す図である。図１の車両用操向装置１は、ステアリング軸３に駆動トルクを加えるコラム式ＥＰＳ(Electric Power Steering)に適用したものである。図１に示すように本実施形態の車両用操向装置１は、ステアリングホイール２と、ステアリング軸３と、ステム出力軸４ａと、シャフトアッシー４ｂと、ピニオン入力軸４ｃと、トルクセンサ５と、減速機構６と、ラックアンドピニオン機構７と、ロッド８Ｌ、８Ｒと、モータ９と、操舵角センサ１０と、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１３とを備えている。

ステアリングホイール２には、ステアリング軸３の一端側が接続されている。ステアリング軸３の他端側には、トルクセンサ５の入力側が接続されている。トルクセンサ５の出力側には、ステム出力軸４ａの一端側が接続されている。トルクセンサ５は、図２に示すように、トーションバー５ａと、トーションバー５ａを挟むようにトーションバー５ａの両端に取り付けられた２つの角度検出部５ｂ、５ｃとからなり、トーションバー５ａの一端側を入力とし、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバー５ａの捩れ角Δθ（＝θ₂―θ₁）を２つの角度検出部５ｂ、５ｃで検出することで、操舵トルクＴ（＝−Ｋt・Δθ）を検出する。捩れ角Δθ及び操舵トルクＴは、ＥＣＵ１３に出力される。図２は、捩れ角Δθ及び操舵トルクＴを出力するための、トルクセンサ４の内部構成の一例を示している。ここで、θ₁は、角度検出部５ｂで検出されるトーションバー５ａの上端の回転角度である。また、θ₂は、角度検出部５ｃで検出されるトーションバー５ａの下端の回転角度である。さらに、Ｋtは、トーションバー５ａのバネ定数である。角度検出部５ｂ、５ｃとしては例えばレゾルバを採用できる。

ステム出力軸４ａの途中には、減速機構６が連結されている。減速機構６は、モータ９から出力される駆動力をステム出力軸４ａの他端側に伝達する。即ち、モータ９は、操向機構のうちのトーションバー５ａよりも操向輪１４Ｌ、１４Ｒ側の機構に駆動トルクを付与する。操向機構としては、例えば、ステアリングホイール２、ステアリング軸３、ステム出力軸４ａ、シャフトアッシー４ｂ、ピニオン入力軸４ｃ、ラックアンドピニオン機構７、ロッド８Ｌ、８Ｒ等からなる機構を用いることができる。また、ステム出力軸４ａの他端側にはシャフトアッシー４ｂの一端側が接続され、シャフトアッシー４ｂの他端側にはピニオン入力軸４ｃの一端側が接続され、ピニオン入力軸４ｃの他端側には、ラックアンドピニオン機構７を構成するラック軸（不図示）のラック溝に噛合可能なピニオンギヤ（不図示）が形成されている。ラックアンドピニオン機構７では、ピニオン入力軸４ｃの回転運動をラック軸の直線運動に変換する。また、ラック軸の両端には、ロッド８Ｌ、８Ｒが連結されている。ロッド８Ｌ、８Ｒそれぞれの端部には、ナックル（不図示）等を介して操向輪１４Ｌ、１４Ｒが連結されている。これにより、ピニオン入力軸４ｃが回転すると、ラックアンドピニオン機構７、ロッド８Ｌ、８Ｒ等を介して操向輪１４Ｌ、１４Ｒの転舵角が変化する。即ちモータ９から出力される駆動力によって、ピニオン入力軸４ｃの回転に従った操向輪１４Ｌ、１４Ｒの転舵が可能となっている。

操舵角センサ１０は、ステアリングホイール２の操舵角θを検出する。操舵角θは、ステアリングホイール２が中立位置よりも右方向に切られている場合に正値となり、中立位置よりも左方向に切られている場合に負値となる。検出された操舵角θは、ＥＣＵ１３に出力される。
また、ＥＣＵ１３には、車速センサ１１で検出された車速Ｖが出力される。また、ＥＣＵ１３には、車両用操向装置１が搭載される車両の各種電装品等に電力を供給するバッテリ１２から電力が供給される。バッテリ１２には、オルタネータで発電された電力が充電される。

ＥＣＵ１３は、図３に示すように、電流指令値演算部１５と、操舵トルク制御部１６とを備えている。
電流指令値演算部１５は、トルクセンサ５から出力される操舵トルクＴ及び捩れ角Δθ、操舵角センサ１０から出力される操舵角θ、車速センサ１１から出力される車速Ｖ、並びにモータ９が備えている回転角センサ（不図示）から出力されるモータ回転角θ_mに基づき、モータ９を駆動させるための指令値である電流指令値Ｉ_ref1を算出する。電流指令値Ｉ_ref1は、操舵トルク制御部１６に出力される。電流指令値演算部１５の詳細については後述する。

操舵トルク制御部１６は、電流指令値演算部１５から出力される電流指令値Ｉ_ref1に基づき、目標操舵トルク混合部２７（図４参照）で算出した目標操舵トルクＴ_refと、トルクセンサ５で検出される操舵トルクＴ、つまり実際の操舵トルクＴとが等しくなるように、モータ９を動作させる。電流指令値Ｉ_ref1は、後述するように目標操舵トルクＴ_refに基づいて算出される。
具体的には、操舵トルク制御部１６は、電流制限部１９と、減算部２０と、ＰＩ（Proportional-Integral）制御部２１と、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部２２と、インバータ２３とを備えている。

電流制限部１９は、電流指令値演算部１５から出力される電流指令値Ｉ_ref1の最大電流を制限して制限電流指令値Ｉ_refmを生成する。制限電流指令値Ｉ_refmは、減算部２０に出力される。
減算部２０は、電流制限部１９から出力される制限電流指令値Ｉ_refmから、モータ９に流れている電流Ｉmを減算して偏差Ｉを算出する。偏差Ｉは、ＰＩ制御部２１に出力される。
ＰＩ制御部２１は、減算部２０から出力される偏差Ｉを「０」とするための指令値である電圧制御指令値Ｖ_refを生成する。電圧制御指令値Ｖ_refは、ＰＷＭ制御部２２に出力される。
ＰＷＭ制御部２２は、ＰＩ制御部２１から出力される電圧制御指令値Ｖ_refに基づき、モータ９を駆動させるためのＰＷＭ信号を算出する。ＰＷＭ信号はインバータ２３に出力される。
インバータ２３は、ＰＷＭ制御部２２が出力するＰＷＭ信号に従ってモータ９を駆動する。

（電流指令値演算部の構成）
電流指令値演算部１５は、図４に示すように、右切り／左切り判定部２４と、第１目標操舵トルク生成部２５と、第２目標操舵トルク生成部２６と、目標操舵トルク混合部２７と、変換部２８と、捩れ角制御部２９とを備えている。
右切り／左切り判定部２４は、回転角センサから出力されるモータ回転角θmの時間微分値（以下、「モータ角速度ωｍ」とも呼ぶ）に基づき、操舵が右切りか左切りかを判定する。判定結果（以下、「操舵状態ＳＴs1」とも呼ぶ）は、第１目標操舵トルク生成部２５に出力される。なお、モータ角速度ωｍの代わりに、操舵角θの時間微分値を用いてもよい。

第１目標操舵トルク生成部２５は、車速センサ１１から出力される車速Ｖ、操舵角センサ１０から出力される操舵角θ、トルクセンサ５から出力される操舵トルクＴ、回転角センサから出力されるモータ回転角θm、右切り／左切り判定部２４から出力される操舵状態ＳＴs1及び捩れ角制御部２９から出力される電流指令値Ｉ_ref1に基づき、車速Ｖが予め定めた所定値（例えば、１０km/h）以上のときの目標操舵トルク（以下、「第１目標操舵トルクＴ_ref1」とも呼ぶ）を生成する。第１目標操舵トルクＴ_ref1は、目標操舵トルク混合部２７に出力される。

具体的には、第１目標操舵トルク生成部２５は、図５に示すように、基本マップ部３０、符号部３０−１、微分部３１、ダンパゲイン部３２、ヒステリシス補正部３３、ＳＡＴ(Self-Aligning Torque)情報補正部３４、乗算部３５、３０−２、並びに加算部３６、３７及び３８を備えている。

基本マップ部３０は、図６に示した基本マップＭ₄を参照して、車速センサ１１から出力される車速Ｖに基づき、トルク信号_{ref_a}の絶対値｜Ｔ_{ref_a}｜を生成する。基本マップＭ₄では、トルク信号Ｔ_{ref_a}の絶対値｜Ｔ_{ref_a}｜が、操舵角θの絶対値｜θ｜が増加するにつれて増加し、また、車速Ｖが増加するにつれて増加する。トルク信号Ｔ_{ref_a}の絶対値｜Ｔ_{ref_a}｜は、乗算部３０−２に出力される。また、符号部３０−１は、操舵角θの符号を取得する。操舵角θの符号は乗算部３０−２に出力される。また、乗算部３０−２は、トルク信号Ｔ_{ref_a}の絶対値｜Ｔ_{ref_a}｜に操舵角θの符号を乗算して、トルク信号Ｔ_{ref_a}（以下、「第１トルク信号Ｔ_{ref_a}」とも呼ぶ）を生成する。第１トルク信号Ｔ_{ref_a}は、加算部３６に出力される。

微分部３１は、操舵角センサ１０から出力される操舵角θを微分して舵角速度ωｈを算出する。舵角速度ωｈは、乗算部３５に出力される。また、ダンパゲイン部３２は、図７に示したダンパゲインマップＭ₅を参照して、車速センサ１１から出力される車速Ｖに基づきダンパゲインＤを生成する。ダンパゲインマップＭ₅では、ダンパゲインＤが、車速Ｖが増加するにつれて増加する。ダンパゲインＤは乗算部３５に出力される。また、乗算部３５は、舵角速度ωｈにダンパゲインＤを乗算して、トルク信号（以下、「第２トルク信号Ｔ_{ref_b}」とも呼ぶ。）を生成する。第２トルク信号Ｔ_{ref_b}は、加算部３７に出力される。
ヒステリシス補正部３３は、操舵角θ及び操舵状態ＳＴs1に基づき、下記（１）式に従って、トルク信号（以下、「第３トルク信号Ｔ_{ref_c}」とも呼ぶ）を算出する。なお、下記（１）式では、ｘ＝θ、ｙ＝Ｔ_{ref_c}、ａ＞１、ｃ＞０、Ａ_ｈｙｓ＝ヒステリシス幅である。

右切り操舵から左切り操舵、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際に、最終座標（ｘ１，ｙ１）の値に基づき、切り替え後の式（１）の「ｂ」に以下の式（２）を代入する。これにより、切り替え前後の連続性が保たれる。

上記（２）式は、上記（１）式中のｘにｘ１を、ｙ_Ｒ及びｙ_Ｌにｙ１を代入することにより導出することができる。
「ａ」として１より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数「ｅ」を用いた場合、上記（１）式及び（２）式は下記（３）式及び（４）式となる。

上記（３）式及び（４）式においてＡ_ｈｙｓ＝１Ｎm、ｃ＝０．３と設定し、０degから開始し、＋５０deg、−５０degの操舵をした場合の、ヒステリシス補正された第３トルク信号Ｔ_{ref_c}の線図例を図８に示す。即ち、ヒステリシス補正部３３からの第３トルク信号Ｔ_{ref_c}は、０の原点→Ｌ１（細線）→Ｌ２（破線）→Ｌ３（太線）のようなヒステリシス特性を示すものとなる。

ＳＡＴ情報補正部３４は、トルクセンサ５から出力される操舵トルクＴ、回転角センサから出力されるモータ回転角θ_m、及び捩じれ角制御部２９から出力される電流指令値Ｉ_ref1に基づきセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定した後、推定したセルフアライニングトルクにフィルタ処理、ゲイン乗算及び制限処理を施して、トルク信号（以下、「第４トルク信号Ｔ_{ref_d}」とも呼ぶ）を算出する。第４トルク信号Ｔ_{ref_d}は、加算部３８に出力される。
上述のように求めたトルク信号Ｔ_{ref_d}、Ｔ_{ref_c}、Ｔ_{ref_b}及びＴ_{ref_a}は、加算部３８、３７、３６で順次加算されていき、最終の加算結果が第１目標操舵トルクＴ_ref1とされる。

第２目標操舵トルク生成部２６は、操舵角センサ１０から出力される操舵角θに基づき、車速Ｖが予め定めた所定値（例えば、５km/h）未満のとき、つまり、車両停止時（０km/h）及び極低速走行時（０km/h超え５km/h以下）操舵トルク（以下、「第２目標操舵トルクＴ_ref2」とも呼ぶ）を生成する。第２目標操舵トルクＴ_ref2は、目標操舵トルク混合部２７に出力される。
具体的には、第２目標操舵トルク生成部２６は、図９に示すように、マップ記憶部３９と、切り返し判定部４０と、オフセット角度計算部４１と、反力制御部４２とを備えている。

マップ記憶部３９は、第１マップＭ₁及び第２マップＭ₂を記憶している。第１マップＭ₁は、図１０（ａ）に示すように、操舵角θの増加に応じて所定値（例えば、１．０）に漸近する操舵トルクＴの正規化値Ｔnを示すマップである。図１０（ａ）では、車速Ｖが所定値（例えば、５km/h）以下の状態で、ステアリングホイール２を左端から右端まで切ったときの、操舵角θと、ステアリングホイール２に付与される操舵トルクＴを正規化して得られる正規化値Ｔ_nとの関係を示す第１マップＭ₁を一例として示している。第１マップＭ₁は、例えば、操舵角θと正規化値Ｔ_nとからなるテーブルで表現してもよい。また第１マップＭ₁は、横軸が操舵角θに対応し、縦軸が正規化値Ｔ_nに対応し、操舵角θが入力され、正規化値Ｔnを出力する。
また、第２マップＭ₂は、図１０（ｂ）に示すように、第１マップＭ₁の縦軸と横軸とを相互に入れ替えたマップとなっている。すなわち、第２マップＭ₂は、横軸が正規化値Ｔ_nに対応し、縦軸が操舵角θに対応している。そして、正規化値Ｔnが入力され、操舵角θを出力する。

切り返し判定部４０は、図１１に示すように、操舵方向判定部４３と、切り返しフラグ設定部４４とを備えている。
操舵方向判定部４３は、予め定めた所定時間（例えば１０msec）が経過するたびに、操舵角センサ１０から出力される操舵角θを取得し、今回取得した操舵角θが前回取得した操舵角θ_oldよりも大きいかを判定する。そして、大きいと判定した場合（θ＞θ_old）には、ステアリングホイール２が右方向に操舵されていると判定し、小さいと判定した場合（θ＜θ_old）には、ステアリングホイール２が左方向に操舵されていると判定する。判定結果（以下、「操舵状態ＳＴs2」とも呼ぶ）は、反力制御部４２及び切り返しフラグ設定部４４に出力される。

切り返しフラグ設定部４４は、操舵方向判定部４３から操舵状態ＳＴs2が出力されるたびに、出力される操舵状態ＳＴs2を取得し、今回取得した操舵状態ＳＴs2が前回取得した操舵状態ＳＴs2と同じであるかを判定する。そして、同じであると判定した場合には、切り返しフラグＦを「ＯＦＦ状態」に設定し、異なっていると判定した場合には、切り返しフラグＦを「ＯＮ状態」に設定する。切り返しフラグＦは、オフセット角度計算部４１に出力される。

オフセット角度計算部４１は、図１２に示すように、第１オフセット角度設定部４５と、正規化値算出部４６と、減算部４７と、第２オフセット角度設定部４８とを備えている。
第１オフセット角度設定部４５は、ステアリングホイール２の切り返し時の操舵角θである第１オフセット角度θo1を算出する。具体的には、切り返し判定部４０から出力される切り返しフラグＦがＯＮ状態であるかを判定する。そして、ＯＮ状態であると判定した場合には、第１オフセット角度θ_o1として、操舵角センサ１０から出力される操舵角θを設定する。一方、ＯＦＦ状態であると判定した場合には、それまでの第１オフセット角度θ_o1を維持する。なお、第１オフセット角度θ_o1の初期値、つまりＥＣＵ１３への電源投入直後の値としては０degを用いる。第１オフセット角度θ_o1は正規化値算出部４６及び反力制御部４２に出力される。
正規化値算出部４６は、マップ記憶部３９が記憶している図１０（ａ）に示した第１マップＭ₁を参照し、第１オフセット角度設定部４５から出力される第１オフセット角度θ_o1に対応する正規化値Ｔ_nを取得する。即ち、第１オフセット角度θ_o1を図１０（ａ）に示した第１マップＭ₁に入力して正規化値Ｔ_nを取得する。正規化値Ｔ_nは、減算部４７に出力される。

減算部４７は、数値「１．０」から、正規化値算出部４６から出力される正規化値Ｔ_nを減算する。減算結果Ｔ_n’は、第２オフセット角度設定部４８に出力される。
第２オフセット角度設定部４８は、マップ記憶部３９が記憶している図１０（ｂ）に示した第２マップＭ₂を参照し、減算部４７から出力される減算結果Ｔ_n’に対応する操舵角θを取得する。即ち減算結果Ｔ_n’を図１０（ｂ）に示した第２マップＭ₂に入力して操舵角θを取得する。操舵角θ（以下「第２オフセット角度θ_o2」とも呼ぶ）は反力制御部４２に出力される。

反力制御部４２は、図１３に示すように、正規化値取得部４９と、目標操舵トルク算出部５０とを備えている。
正規化値取得部４９は、第１マップＭ₁を参照し、操舵角センサ１０で検出した操舵角θに基づき正規化値Ｔ_nを取得する。また、目標操舵トルクＴ_refがステアリングホイール２の切り返し時の操舵トルクＴと連続するとともに、目標操舵トルクＴ_refの絶対値の最大値が予め定められた数値Ｔ_maxとなるように、正規化値Ｔ_nの取得に用いる操舵角θをオフセットする。

具体的には、正規化値取得部４９は、減算部５１と、絶対値計算部５２と、加算部５３と、正規化値算出部５４とを備えている。
減算部５１は、操舵角センサ１０から出力される操舵角θから、オフセット角度計算部４１から出力される第１オフセット角度θ_o1を減算する。減算結果θ’は、絶対値計算部５２に出力される。操舵角θを第１オフセット角度θ_o1で減算してオフセットすることにより、ステアリングホイール２の切り返しの開始時の操舵角θからの変化量を用いて、第１マップＭ₁からの正規化値Ｔ_nの取得を行うことができ、正規化値Ｔ_nを比較的容易に取得することができる。

絶対値計算部５２は、減算部５１から出力される減算結果θ’の絶対値｜θ’｜を算出する。算出結果｜θ’｜は、加算部５３に出力される。
加算部５３は、絶対値計算部５２から出力される算出結果｜θ’｜に、オフセット角度計算部４１から出力される第２オフセット角度θ_o2を加算する。加算結果θ”は、正規化値算出部５４に出力される。減算結果θ’を第２オフセット角度θ_o2でオフセットすることにより、例えば、操舵トルクＴの絶対値が最大値Ｔ_maxに到達する前に切り返しが行われた場合にも、ステアリングホイール２の切り返し時の操舵トルク値を連続させることができ、また、第２目標操舵トルクＴ_ref2の絶対値の最大値Ｔ_maxを予め定められた数値とすることができる。
正規化値算出部５４は、マップ記憶部３９が記憶している図１０（ａ）に示した第１マップＭ₁を参照し、加算部５３から出力される加算結果θ”（＝｜θ−θ_o1｜＋θ_o2）に対応する正規化値Ｔ_nを取得する。即ち、加算結果θ”を図１０（ａ）に示した第１マップＭ₁に入力して正規化値Ｔ_nを取得する。正規化値Ｔ_nは、目標操舵トルク算出部５０に出力される。

目標操舵トルク算出部５０は、正規化値取得部４９で取得した正規化値Ｔ_nに基づき、操舵トルクＴの目標値である目標操舵トルク（第２目標操舵トルクＴ_ref2）を算出する。
具体的には、目標操舵トルク算出部５０は、減算部５５と、乗算部５６と、乗算部５７と、乗算部５８とを備えている。
減算部５５は、正規化値算出部５４から出力される正規化値Ｔ_nから、数値「０．５」を減算する。減算結果Ｔ_n’は、乗算部５６に出力される。
乗算部５６は、減算部５５から出力される減算結果Ｔ_n’に、数値「２」を乗算する。乗算結果Ｔ_n”は、乗算部５７に出力される。

乗算部５７は、操舵方向判定部４３から出力される操舵状態ＳＴs2に基づき、ステアリングホイール２が左右何れの方向に操舵されているかを判定する。そして、右方向に操舵されていると判定した場合には、乗算部５６から出力される乗算結果Ｔ_n”に、数値「１」を乗算する。一方、左方向に操舵されていると判定した場合には、乗算部５６から出力される乗算結果Ｔ_n”に、数値「−１」を乗算する。乗算結果Ｔ_n’’’は、乗算部５８に出力される。
乗算部５８は、乗算部５７から出力される乗算結果Ｔ_n’’’にトルク係数Ｔ_maxを乗算して第２目標操舵トルクＴ_ref2を算出する。トルク係数Ｔ_maxは、第２目標操舵トルクＴ_ref2の絶対値の最大値である。第２目標操舵トルクＴ_ref2は、目標操舵トルク混合部２７に出力される。

図４に戻り、目標操舵トルク混合部２７は、第１目標操舵トルク生成部２５から出力される第１目標操舵トルクＴ_ref1、第２目標操舵トルク生成部２６から出力される第２目標操舵トルクＴ_ref2、及び係数ａ、ｂに基づき、下記（５）式に従って目標操舵トルクＴ_refを生成する。
Ｔ_ref＝ａ・Ｔ_ref1＋ｂ・Ｔ_ref2 ………（５）
ここで、係数ａは、図１４（ａ）に示すように、車速Ｖが０km/hの場合には「１」となり、車速Ｖが０km/hより大きく５km/h未満の場合には、車速Ｖが大きいほど「１」から「０」に直線的に小さくなり、車速Ｖが５km/h以上の場合には「０」となる。また、係数ｂは、図１４（ｂ）に示すように、車速Ｖが０km/hの場合には「０」となり、車速Ｖが０km/hより大きく５km/h未満の場合には、車速Ｖが大きいほど「０」から「１」に直線的に大きくなり、車速Ｖが５km/h以上の場合には「１」となる。

変換部２８は、目標操舵トルク混合部２７から出力される目標操舵トルクＴ_refに、トーションバー５ａのバネ定数Ｋ_ｔの逆数の符号を反転して得られる係数（−１／Ｋ_ｔ）を乗算して目標捩れ角Δθ_refを生成する。目標捩れ角Δθ_refは、捩れ角制御部２９に出力される。
捩れ角制御部２９は、トルクセンサ５から出力される捩れ角Δθ（＝θ₂−θ₁）が、変換部２８から出力される目標捩れ角Δθ_refと等しくなるような電流指令値Ｉ_ref1を算出する。これにより、電流指令値Ｉ_ref1として、目標操舵トルク混合部２７で生成した目標操舵トルクＴ_refと実際の操舵トルクＴとが等しくなるようにモータ９を動作させる指令値が算出される。

なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、電流指令値演算部１５が、変換部２８から出力される目標捩れ角Δθ_refと、トルクセンサ４から出力される捩れ角Δθとが等しくなるような電流指令値Ｉ_ref1を算出する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、目標操舵トルク混合部２７から出力される目標操舵トルクＴ_refとトルクセンサ５から出力される操舵トルクＴとが等しくなるような電流指令値Ｉ_ref1を算出する構成としてもよい。

（動作その他）
次に、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１の動作について図面を参照して説明する。
まず、車両が起動後停止しているときに、図１５（ａ）の区間Ａに示すように、操舵角θが０degの位置から右方向への操舵が開始されたとする。すると、図９に示すように、ＥＣＵ１３のオフセット角度計算部４１が、第１オフセット角度θ_o1を０degに設定し、第２オフセット角度θ_o2を第２マップＭ₂の正規化値Ｔ_n＝０．５（起動時初期値）に対応する角度に設定する。続いて、図１３に示すように、ＥＣＵ１３の反力制御部４２が、操舵角θから第１オフセット角度θ_o1を減算し第２オフセット角度θ_o2を加算し、第１マップＭ₁を参照し、加算結果θ”に対応する正規化値Ｔ_nを算出し、正規化値Ｔ_nから第２目標操舵トルクＴ_ref2を算出する。続いて、図４に示すように、ＥＣＵ１３の目標操舵トルク混合部２７が、第２目標操舵トルクＴ_ref2を目標操舵トルクＴ_refとする。続いて、ＥＣＵ１３の変換部２８及び捩れ角制御部２９が、目標操舵トルクＴ_refから目標捩れ角Δθ_refを生成し、目標捩れ角Δθ_refを基に電流指令値Ｉ_ref１を生成する。

続いて、図２に示すように、ＥＣＵ１３の操舵トルク制御部１６が、生成した電流指令値Ｉ_ref１を基にモータ９を制御する。これにより、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθ_refと等しくなりトルクセンサ５で取得される操舵トルクＴが目標操舵トルクＴ_ref（＝Ｔ_ref2）と等しくなる。なお、図１５（ａ）の点線は、ステアリングホイール２を右端まで切った後、切り返して左端まで切って、さらに右端まで切った場合の操舵角θと操舵トルクＴの関係を示す線図例である。

一方、上記したモータ９の制御が繰り返されるうちに、切り返し操舵が行われ、図１５（ｂ）の区間Ｂに示すように、左方向への操舵が開始されたとする。すると、図１２に示すように、ＥＣＵ１３のオフセット角度計算部４１が、第１オフセット角度θ_o1を切り返しが行われた操舵角θに更新し、また、第２オフセット角度θ_o2も更新する。そして、更新された第１オフセット角度θ_o1及び第２オフセット角度θ_o2を用いて上記のモータ９の制御が繰り返される。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１は、操舵角θの増加に応じて所定値に漸近する操舵トルクの正規化値Ｔ_nを示す第１マップＭ₁を参照し、操舵角センサ１０で検出した操舵角θを基に正規化値Ｔ_nを取得し、取得した正規化値Ｔ_nを基に目標操舵トルクＴ_refを算出し、算出した目標操舵トルクＴ_refと実際の操舵トルクＴとが等しくなるように、モータ９を動作させるようにした。その際、目標操舵トルクＴ_refがステアリングホイール２の切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、目標操舵トルクＴ_refの絶対値の最大値が予め定められた数値Ｔ_maxとなるように、正規化値Ｔ_nの取得に用いる操舵角θをオフセットするようにした。それゆえ、第１マップＭ₁を調整するだけで、操舵角θと操舵トルクＴとの関係を調整できるため、操舵角θと操舵トルクＴとの関係を容易に調整でき、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力の反力感を容易に向上可能な車両用操向装置１を提供できる。
また、目標操舵トルクＴrefの取得に第１マップＭ₁を用いるようにしたため、例えば、数式を用いる方法に比べ、演算量を低減でき、さらに、電力の使用量を低減することができる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、ステアリング軸３とステム出力軸４ａとの間に接続され、トーションバー５ａと、トーションバー５ａの両端に取り付けられた２つの角度検出部５ｂ、５ｃとを有するトルクセンサ５を備えるようにした。また、モータ９を、操向機構のトルクセンサ５よりも操向輪１４Ｌ、１４Ｒ側に駆動力を付与するようにした。それゆえ、操舵トルクＴをより適切に発生でき、反力感をより適切に向上できる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、第１マップＭ₁として、操舵角θが大きくなるにつれて正規化値Ｔ_nが「１」に漸近する曲線を用いるようにしたため、据え切り時、極低速走行時及び切り戻し時の操舵反力のヒステリシス特性をより適切に表現できる。

また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、ステアリングホイール２の切り返し時の操舵角θである第１オフセット角度θ_o1、及び第１オフセット角度θ_o1を第１マップＭ₁に入力して得られる正規化値Ｔ_nを「１」から減算した減算結果（１−Ｔ_n）を第２マップＭ₂に入力して得られる操舵角θである第２オフセット角度θ_o2を算出し、第１オフセット角度θ_o1及び第２オフセット角度θ_o2によって、正規化値Ｔ_nの取得に用いる操舵角θをオフセットするようにした。それゆえ、操舵角θを容易にオフセットでき、正規化値Ｔ_nを容易に取得できる。

（変形例）
（１）なお、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、モータ９による操舵アシスト力をステアリング軸３に加えるコラム式ＥＰＳ(Electric Power Steering)に適用する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１６に示すように、モータ９による操舵アシスト力をラック軸に直接に加える下流方式ＥＰＳに適用する構成としてもよい。

（２）また、本発明の実施形態に係る車両用操向装置１では、ステアリングホイール２が、操向機構のラックアンドピニオン機構７と機械的に結合している車両に適用する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１７に示すように、ステアリングホイール２が、操向機構のラックアンドピニオン機構７と機械的に分離している車両（以下、「ステア・バイ・ワイヤの車両」とも呼ぶ）に適用してもよい。ステア・バイ・ワイヤの車両には、操舵角センサ１０で検出した操舵角θ及び車速センサ１１で検出した車速Ｖに基づき、ラックアンドピニオン機構７に転舵用モータ５９で駆動トルクを付与する転舵制御部６０が備えられる。

このようなステア・バイ・ワイヤの車両では、ステアリングホイール２とラックアンドピニオン機構７とが機械的に結合されているかのような路面反力を再現することが求められるが、据え切り時における操舵角θと路面反力との関係と、走行時における操舵角θと路面反力との関係とは大きく異なり、同一のロジックではその両方を再現することが困難であった。
これに対し、本変形例に係る車両用操向装置１では、据え切り時と走行時とのそれぞれに専用のロジックを構築したため、ステアリングホイール２とラックアンドピニオン機構７とが機械的に結合されている場合に生じていた、操舵時の路面反力の再現性を高めることができる。

（３）また、例えば、図１８に示すように、ステアリングホイール２が回動可能範囲の端部に当接されている端当て状態になったときに発生する操舵反力の増大（いわゆるリフトアップ）を再現する構成としてもよい。なお、図１８は、ステアリングホイール２を中立位置から右端まで切った後、切り戻して左端まで切って、さらに右端まで切った場合の操舵角θと操舵トルクＴの関係を示す線図例である。この場合、マップ記憶部３９には、第１マップＭ₁及び第２マップＭ₂に加え、第３マップＭ₃が記憶される。第３マップＭ₃は、図１９に示すように、操舵角θの絶対値|θ|が所定値（例えば、端あて状態となる操舵角θ）よりも大きい場合に、操舵角θの絶対値|θ|が大きいほど絶対値が大きな操舵トルクＴ_{ref_e}を出力するマップである。

また第２目標操舵トルク生成部２６には、図２０に示すように、マップ記憶部３９、オフセット角度計算部４１及び反力制御部４２に加え、操舵トルク取得部６１及び加算部６２が備えられている。操舵トルク取得部６１は、マップ記憶部３９が記憶している第３マップＭ₃を参照し、操舵角センサ１０で検出した操舵角θに基づき操舵トルクＴ_{ref_e}を取得する。加算部６２は、反力制御部４２から出力される第２目標操舵トルクＴ_ref2に、操舵トルク取得部６１から出力される操舵トルクＴ_{ref_e}を加算する。これにより、操舵トルク制御部１６は、操舵トルク取得部６１から出力される操舵トルクＴ_{ref_e}と、反力制御部４２から出力される第２目標操舵トルクＴ_ref2との合計値と実際の操舵トルクＴが等しくなるようにモータ９を動作させる。 本変形例に係る車両用操向装置１では、リフトアップ状態（図１８の点Ｃにおける状態）を再現できることに加え、リフトアップ状態から切り戻し方向に操舵されたときには、図１８の矢印Ｄに示すように、リフトアップ状態によって操舵反力が増大されていた分だけ、切り戻し方向への操舵トルクＴの増加が徐々に行われることになる。それゆえ、操向輪１４Ｌ、１４Ｒが反転するときの慣性を作り出すことができ、切り戻し時の手応え感を向上できる。なお、リフトアップ状態の再現（図１８に示した点Ｃにおける状態）が行われない場合には、リフトアップ状態による操舵反力の増大ないため、切り戻し方向への操舵トルクＴが定常値に増大するまでの時間が早く感じることになり、切り戻し時の手応え感が少なくなる可能性がある。

１…車両用操向装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリング軸、４ａ…ステム出力軸、４ｂ…シャフトアッシー、４ｃ…ピニオン入力軸、５…トルクセンサ、５ａ…トーションバー、５ｂ、５ｃ…角度検出部、６…減速機構、７…ラックアンドピニオン機構、８Ｌ、８Ｒ…ロッド、９…モータ、１０…操舵角センサ、１１…車速センサ、１２…バッテリ、１３…ＥＣＵ、１４Ｌ…操向輪、１４Ｒ…操向輪、１５…電流指令値演算部、１６…操舵トルク制御部、１９…電流制限部、２０…減算部、２１…ＰＩ制御部、２２…ＰＷＭ制御部、２３…インバータ、２４…右切り／左切り判定部、２５…第１目標操舵トルク生成部、２６…第２目標操舵トルク生成部、２７…目標操舵トルク混合部、２８…変換部、２９…捩れ角制御部、３０…基本マップ部、３０−１…符号部、３０−２…乗算部、３１…微分部、３２…ダンパゲイン部、３３…ヒステリシス補正部、３４…ＳＡＴ情報補正部、３５…乗算部、３６…加算部、３７…加算部、３８…加算部、３９…マップ記憶部、４０…切り返し判定部、４１…オフセット角度計算部、４２…反力制御部、４３…操舵方向判定部、４４…切り返しフラグ設定部、４５…第１オフセット角度設定部、４６…正規化値算出部、４７…減算部、４８…第２オフセット角度設定部、４９…正規化値取得部、５０…目標操舵トルク算出部、５１…減算部、５２…絶対値計算部、５３…加算部、５４…正規化値算出部、５５…減算部、５６…乗算部、５７…乗算部、５８…乗算部、５９…転舵用モータ、６０…転舵制御部、６１…操舵トルク取得部、６２…加算部

Claims (6)

1. 車両用操向装置であって、
   ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記操舵角の増加に応じて所定値に漸近する操舵トルクの正規化値を示す第１マップと、
   前記第１マップを参照し、前記操舵角センサで検出した操舵角に基づき前記正規化値を取得する正規化値取得部と、
   前記正規化値取得部で取得した前記正規化値に基づき、前記操舵トルクの目標値である目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
   操向機構に駆動トルクを発生するためのモータと、
   前記目標操舵トルク算出部で算出した目標操舵トルクと実際の操舵トルクとが等しくなるように、前記モータを動作させる操舵トルク制御部とを備え、
   前記正規化値取得部は、前記目標操舵トルクが前記ステアリングホイールの切り返し時の操舵トルクと連続するとともに、前記目標操舵トルクの絶対値の最大値が予め定められた数値となるように、前記正規化値の取得に用いる操舵角をオフセットする車両用操向装置。
2. ステアリング軸とステム出力軸との間に接続され、トーションバーと、前記トーションバーの両端に取り付けられた２つの角度検出部とを有するトルクセンサを備え、
   前記モータは、操向機構の前記トルクセンサよりも操向輪側に駆動力を付与することを特徴とする請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記第１マップは、前記操舵角が入力され前記正規化値を出力するマップであり、
   前記車両用操向装置は、
   前記正規化値が入力され前記操舵角を出力とする第２マップと、
   前記ステアリングホイールの切り返し時の操舵角である第１オフセット角度、及び前記第１オフセット角度を前記第１マップに入力して得られる前記正規化値を「１」から減算した減算結果を前記第２マップに入力して得られる操舵角である第２オフセット角度を算出するオフセット角度計算部とを備え、
   前記正規化値取得部は、前記オフセット角度計算部で算出された第１オフセット角度及び第２オフセット角度によって、前記正規化値の取得に用いる操舵角をオフセットする請求項１又は２に記載の車両用操向装置。
4. 前記操舵角が入力され、前記操舵角の絶対値が所定値より大きい場合に前記操舵角の絶対値が大きいほど大きな操舵トルクを出力する第３マップと、
   前記第３マップを参照し、前記操舵角センサで検出した操舵角に基づき前記操舵トルクを取得する操舵トルク取得部とを備え、
   前記操舵トルク制御部は、前記目標操舵トルク算出部で算出した目標操舵トルクと、前記操舵トルク取得部で取得した操舵トルクとの合計値と実際の操舵トルクとが等しくなるように、前記モータを動作させる請求項１から３の何れか１項に記載の車両用操向装置。
5. 前記ステアリングホイールは、操向機構のラックアンドピニオン機構と機械的に結合している請求項１から４の何れか１項に記載の車両用操向装置。
6. 前記ステアリングホイールは、操向機構のラックアンドピニオン機構と機械的に分離しており、
   前記車両用操向装置は、
   車速を検出する車速センサと、
   操向輪を転舵する転舵用モータと、
   前記操舵角センサで検出した操舵角及び前記車速センサで検出した車速に基づき、前記転舵用モータに操向輪を転舵させる転舵制御部とを備える請求項１から４の何れか１項に記載の車両用操向装置。

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