JP2021123288A - 車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能な車両用操向装置を提供する。【解決手段】操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、目標捩れ角に対して捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、捩れ角制御部が、目標捩れ角及び捩れ角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、捩れ角より捩れ角速度を算出する捩れ角速度演算部と、外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、目標捩れ角速度及び捩れ角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を補正モータ電流指令値によって補正してモータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、モータ電流指令値に基づいてモータを駆動制御する。【選択図】図９

Description

本発明は、トーションバー等の捩れ角に基づいて所望の操舵トルクを実現し、路面の状態に影響されず、経年による機構系特性の変化に左右されない高性能な車両用操向装置に関する。

車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力として付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｓは、電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このように、従来の電動パワーステアリング装置でのアシスト制御では、運転者の手入力にて加えられた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとしてトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。しかしながら、この方法で制御を行なう場合、路面の状態（例えば傾斜）の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。モータ出力特性の経年使用によるバラツキによっても、操舵トルクに影響を与えることがある。

かかる問題を解決するために、例えば、特許第５２０８８９４号公報（特許文献１）に示されるような電動パワーステアリング装置が提案されている。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、運転者の触覚特性に基づく適切な操舵トルクを与えるために、操舵角又は操舵トルクと手応え量との関係に基づいて決定される操舵角と操舵トルクとの関係（操舵反力特性マップ）に基づいて、操舵トルクの目標値を設定している。

特許第５２０８８９４号公報

しかしながら、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、操舵反力特性マップを予め求めておかなければならず、また、操舵トルクの目標値と検出される操舵トルクとの偏差に基づいて制御を行っているので、操舵トルクに対する影響が残ってしまうおそれがある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能な車両用操向装置を提供することにある。

本発明は、任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置に関し、本発明の上記目的は、目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、前記捩れ角制御部が、前記目標捩れ角及び前記捩れ角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、前記捩れ角より捩れ角速度を算出する捩れ角速度演算部と、外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、前記目標捩れ角速度及び前記捩れ角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を前記補正モータ電流指令値によって補正して前記モータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。

または、本発明の上記目的は、目標捩れ角、前記捩れ角、第１回転角及び第２回転角に基づいてモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、前記捩れ角制御部が、前記目標捩れ角及び前記捩れ角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、前記第１回転角より第１角速度を算出する第１角速度演算部と、前記第２回転角より第２角速度を算出する第２角速度演算部と、外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、前記目標捩れ角速度及び前記第１角速度より求められる目標角速度並びに前記第２角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を前記補正モータ電流指令値によって補正して前記モータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。

または、本発明の上記目的は、目標捩れ角、第１回転角及び第２回転角に基づいてモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、前記捩れ角制御部が、前記目標捩れ角及び前記第１回転角より求められる目標回転角並びに前記第２回転角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、前記第１回転角より第１角速度を算出する第１角速度演算部と、前記第２回転角より第２角速度を算出する第２角速度演算部と、外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、前記目標捩れ角速度及び前記第１角速度より求められる目標角速度並びに前記第２角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を前記補正モータ電流指令値によって補正して前記モータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、速度制御部が、第１角速度情報及びモータ情報に基づいて前記補正モータ電流指令値を算出する外乱オブザーバを具備することにより、或いは、前記捩れ角制御部が、前記目標捩れ角の上下限値を制限する入力制限部を更に具備することにより、或いは、前記捩れ角制御部が、前記目標捩れ角の変化量に対して制限をかけるレート制限部を更に具備することにより、或いは、前記捩れ角制御部が、前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備することにより、或いは、目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記目標操舵トルクを、前記捩れ角制御部で使用される前記目標捩れ角に変換する変換部とを更に備えることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、車速感応である基本マップを用いて操舵角及び車速より第１トルク信号を求める基本マップ部と、車速感応であるダンパゲインマップを用いて第２角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス補正を行って第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを具備し、前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号より前記目標操舵トルクを算出することにより、より効果的に達成される。

本発明の車両用操向装置によれば、目標捩れ角に基づいて演算される目標捩れ角速度に対して速度制御を行うことにより、目標捩れ角に捩れ角が追従するように動作し、所望の操舵トルクを実現し、運転者の操舵の感覚に基づく適切な操舵トルクを与えることができる。

また、外部オブザーバを用いることにより、路面からの外乱が加わった場合の目標捩れ角への影響を抑制することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）内の構成例を示すブロック図である。 ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す構造図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 目標操舵トルク生成部の構成例を示すブロック図である。 基本マップの特性例を示す線図である。 ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。 ヒステリシス補正部の特性例を示す線図である。 捩れ角制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 外乱オブザーバの構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部の動作例を示すフローチャートである。 捩れ角制御部の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 外乱トルクに対する効果を確認するシミュレーションで使用する外乱トルクの時系列例及び外乱オブザーバによる補正がない場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 外乱トルクに対する効果を確認するシミュレーションで使用する外乱トルクの時系列例及び外乱オブザーバによる補正がある場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 捩れ角制御部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 捩れ角制御部の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 捩れ角制御部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 捩れ角制御部の動作例（第３実施形態）を示すフローチャートである。 位相補償部の挿入例を示すブロック図である。 ＳＢＷシステムの概要を示す構成図である。 本発明の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第４実施形態）を示すフローチャートである。

本発明は、路面の状態に影響されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを実現するための車両用操向装置であり、トーションバー等の捩れ角を、操舵角等に応じた値に追従するように制御することにより所望の操舵トルクを実現している。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず、本発明に係る車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置に関連する情報を検出する各種センサの設置例について説明する。図３は、ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す図であり、コラム軸２にはトーションバー２Ａが備えられている。操向車輪８Ｌ,８Ｒには路面反力Ｆｒ及び路面情報μが作用する。トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル側には上側角度センサが設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２の操向車輪側には下側角度センサが設けられており、上側角度センサはハンドル角θ_１を検出し、下側角度センサはコラム角θ_２を検出する。操舵角θｈはコラム軸２の上部に設けられた舵角センサで検出され、ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２の偏差から、下記数１及び数２によってトーションバーの捩れ角Δθ及びトーションバートルクＴｔを求めることができる。なお、Ｋｔはトーションバー２Ａのバネ定数である。

トーションバートルクＴｔは、例えば特開２００８−２１６１７２号公報で示されるトルクセンサを用いて検出することも可能である。なお、本実施形態では、トーションバートルクＴｔを操舵トルクＴｓとしても扱うこととする。

次に、本発明の構成例について説明する。

図４は本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図であり、運転者のハンドル操舵はＥＰＳ操舵系／車両系１００内のモータでアシスト制御される。目標操舵トルクＴｒｅｆを出力する目標操舵トルク生成部１２０には、操舵角θｈの他に、車速Ｖｓ及び右切り／左切り判定部１１０から出力される右切り又は左切りの操舵状態ＳＴｓが入力される。目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部１３０で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換され、目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部１４０に入力される。捩れ角制御部１４０は、トーションバー２Ａの捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃを演算し、その演算のために、目標捩れ角Δθｒｅｆの他に、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍ、並びにメモリ１５０に記憶されている、捩れ角制御部１４０が前回（１サンプル前）に出力したモータ電流指令値Ｉｍｃ’を入力する。捩れ角制御部１４０からのモータ電流指令値ＩｍｃによりＥＰＳのモータが駆動される。

右切り／左切り判定部１１０は、モータ角速度ωｍを基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして出力する。即ち、モータ角速度ωｍが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、モータ角速度ωｍの代わりに、操舵角θｈ、ハンドル角θ_１又はコラム角θ_２に対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。

図５は目標操舵トルク生成部１２０の構成例を示しており、目標操舵トルク生成部１２０は、基本マップ部１２１、微分部１２２、ダンパゲイン部１２３、ヒステリシス補正部１２４、乗算部１２５並びに加算部１２６及び１２７を備え、操舵角θｈは基本マップ部１２１、微分部１２２及びヒステリシス補正部１２４に入力され、右切り／左切り判定部１１０から出力される操舵状態ＳＴｓはヒステリシス補正部１２４に入力される。

基本マップ部１２１は、基本マップを有し、基本マップを用いて、図６に示されるような車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号（第１トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。即ち、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさは、操舵角θｈの大きさ（絶対値）｜θｈ｜が増加するにつれて増加し、車速Ｖｓが増加するにつれても増加するようになっている。操舵角θｈの符号（＋１、−１）を演算する符号部１２１Ａからの符号がトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさに乗算部１２１Ｂにて乗算され、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが出力される。なお、図６では操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜でマップを構成しているが、正負の操舵角θｈに応じてマップを構成しても良く、この場合、操舵角θｈが正の場合と負の場合とで変化の態様を変えても良い。

微分部１２２は、操舵角θｈを微分して第２角速度情報である舵角速度ωｈを算出し、舵角速度ωｈは乗算部１２５に入力される。

ダンパゲイン部１２３は、舵角速度ωｈに乗算されるダンパゲインＤ_Ｇを出力する。乗算部１２５にてダンパゲインＤ_Ｇを乗算された舵角速度ωｈは、トルク信号（第２トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部１２７に入力される。ダンパゲインＤ_Ｇは、ダンパゲイン部１２３が有する車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Ｖｓに応じて求められる。ダンパゲインマップは、例えば、図７に示されるように、車速Ｖｓが高くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインマップは操舵角θｈに応じて可変としても良い。なお、ダンパゲイン部１２３及び乗算部１２５でダンパ演算部を構成している。

ヒステリシス補正部１２４は操舵角θｈ及び操舵状態ＳＴｓに基づき、下記数３に従ってトルク信号（第３トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃを演算する。なお、下記数３では、ｘ＝θｈ、ｙ＝Ｔｒｅｆ＿ｃとしており、ａ＞１、ｃ＞０であり、Ａ_ｈｙｓは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、切り替え後の数３の“ｂ”に以下の数４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。

上記数４は、上記数３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、数３及び数４は下記数５及び数６となる。

数５及び数６においてＡ_ｈｙｓ＝１［Ｎｍ］、ｃ＝０．３と設定し、０［ｄｅｇ］から開始し、＋５０［ｄｅｇ］、−５０［ｄｅｇ］の操舵をした場合の、ヒステリシス補正されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの線図例を図８に示す。即ち、ヒステリシス補正部１２４からのトルク信号Ｔｒｅｆ＿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である。

なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるＡ_ｈｙｓ及び丸みを表す係数であるｃを、車速Ｖｓ及び／又は操舵角θｈに応じて可変としても良い。

トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ、Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃは、加算部１２６及び１２７で加算され、加算結果が目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

なお、舵角速度ωｈは、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を実施している。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦの処理を実施しても良い。更に、舵角速度ωｈは、操舵角θｈではなく、上側角度センサが検出するハンドル角θ_１又は下側角度センサが検出するコラム角θ_２に対して微分演算とＬＰＦの処理を行って算出しても良い。舵角速度ωｈの代わりにモータ角速度ωｍを第２角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部１２２は不要となる。

変換部１３０は、トーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔの逆数の符号を反転した−１／Ｋｔの特性を有しており、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。

捩れ角制御部１４０は、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。図９は捩れ角制御部１４０の構成例を示すブロック図であり、捩れ角制御部１４０は、入力制限部１４１、レート制限部１４２、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部１４３、捩れ角速度演算部１４４、速度制御部１６０、出力制限部１４５及び減算部１４６を備える。

入力制限部１４１は、通信やマイコン、ＥＣＵの演算等において、目標捩れ角Δθｒｅｆが異常値となった場合に、捩れ角制御部１４０が異常なモータ電流指令値Ｉｍｃを出力しないように、目標捩れ角Δθｒｅｆの上下限値を制限する。目標捩れ角Δθｒｅｆに対する上限値及び下限値を予め設定しておき、入力した目標捩れ角Δθｒｅｆが上限値以上の場合は上限値を目標捩れ角Δθｒｅｆ’とし、下限値以下の場合は下限値を目標捩れ角Δθｒｅｆ’とし、それ以外の場合は目標捩れ角Δθｒｅｆをそのまま目標捩れ角Δθｒｅｆ’として出力する。設定する上限値及び下限値としては、制御上使用する捩れ角の最大値及び最小値でも良いし、検出可能な捩れ角の範囲の最大値及び最小値でも良い。これにより、安全性の確保を図る。

レート制限部１４２は、目標捩れ角Δθｒｅｆが異常値となった場合に、値が連続的に変化せず、不連続的に変動することを防止するために、目標捩れ角Δθｒｅｆ’の変化量に対して制限をかける。通常では目標捩れ角は連続的に変化し、レート制限部１４２による制限はかからないが、何らかの異常により一時的に目標捩れ角が異常値になった場合、レート制限部１４２により制限をかけることによって、不連続的な変化を防止する。例えば、１サンプル前の目標捩れ角Δθｒｅｆ’からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値より大きい場合、変化量の絶対値がその所定の値となるように目標捩れ角Δθｒｅｆ’を加減算し、目標捩れ角Δθｒｅｆ”として出力し、所定の値以下の場合は、目標捩れ角Δθｒｅｆ’をそのまま目標捩れ角Δθｒｅｆ”として出力する。１サンプル前の目標捩れ角Δθｒｅｆ’に対する差分の割合を変化量とする等により、制限をかけても良い。

なお、入力制限部１４１とレート制限部１４２の配置は逆にしても良いが、図９のような配置が好ましい。また、異常値や不連続値への対応を別の手段で行なう場合等では、入力制限部１４１及び／又はレート制限部１４２は削除可能である。

捩れ角ＦＢ補償部１４３は、減算部１４６で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆ”と捩れ角Δθの偏差Δθ_０に対してＦＢ補償器Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を用いて、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。ＦＢ補償器Ｃ_ＦＢは単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御器など一般的に用いられている補償器でも良い。目標捩れ角速度ωｒｅｆは速度制御部１６０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部１４３と速度制御部１６０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。

捩れ角速度演算部１４４は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し、捩れ角速度ωｔは速度制御部１６０に入力される。微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部１６０に入力するようにしても良い。

速度制御部１６０は、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃｂを算出する。減算部１６２で目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ−ωｔ）を算出し、その差分に対して補償部１６１にて補償器Ｃｖを用いた演算を行い、モータ電流指令値（基本モータ電流指令値）Ｉｍｃ０として減算部１６３に出力する。補償器Ｃｖとして比例（Ｐ）補償の補償器を使用するが、比例積分（ＰＩ）補償等の補償器を使用しても良い。更に、速度制御部１６０は、路面からの外乱が加わった場合の目標捩れ角Δθｒｅｆへの影響を抑制するために、外乱オブザーバ１７０にて外乱トルクを推定し、その推定値を基に外乱成分を相殺するためのモータ電流指令値（補正モータ電流指令値）Ｉｍｃｃを算出する。モータ電流指令値Ｉｍｃｃは減算部１６３に減算入力され、減算部１６３にてモータ電流指令値Ｉｍｃ０からモータ電流指令値Ｉｍｃｃを減算することによりモータ電流指令値Ｉｍｃ０を補正し、モータ電流指令値Ｉｍｃｂが算出される。

ここで、外乱推定方法について説明する。

本実施形態ではモータ電流指令値の最終値に対応するモータ慣性周りに働く外乱トルクを推定する。

モータ慣性に関しての回転の運動方程式は、モータのロータ慣性モーメントをＪｍ、回転速度に比例した粘性摩擦の係数をＤｍ、モータ駆動トルクをＴｍ、モータ周りに働く外乱トルクをＴｄとすると、下記数７で表される

上記数７をラプラス変換すると、下記数８となり、更に数８をＴｄについて解くと、下記数９になる。

Ωｍはモータ角速度ωｍをラプラス変換したものであり、ｓはラプラス演算子である。数９でのロータ慣性モーメントＪｍ及び粘性摩擦の係数Ｄｍは予め求めておき、モータ駆動トルクＴｍは、モータに関連する情報（モータ情報）であるモータ電流指令値Ｉｍｃやモータ電流検出値から算出する。本実施形態では、モータ電流指令値Ｉｍｃに対してモータ電流検出値は十分に早く追従しているとして、モータ電流指令値の最終値であるモータ電流指令値Ｉｍｃからモータ駆動トルクＴｍを算出する。具体的には、モータ電流指令値Ｉｍｃにモータトルク定数Ｋｍを乗算することにより、モータ駆動トルクＴｍを算出する。よって、モータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ角速度ωｍを基にして、数９より外乱トルクＴｄを推定することができるが、数９のままのＴｄを実装すると、高周波のノイズの影響があるので、そのノイズを除去すると共に、モータ角速度ωｍに乗算する伝達関数を、ノンプロパーは伝達関数ではなくプロパーな伝達関数にするために、外乱トルクＴｄにＬＰＦを乗算する。本実施形態ではＬＰＦとして１次遅れフィルタを使用し、下記数１０より外乱トルクＴｄ’を求める。

Ｔ_Ｌはフィルタの時定数であり、ロータ慣性モーメントＪｍ及び粘性摩擦の係数Ｄｍと同様に、予め求められている。

外乱オブザーバ１７０は、数１０を基に推定する外乱トルクＴｄ’をモータ電流指令値Ｉｍｃｃに変換するために、外乱トルクＴｄ’にモータトルク定数Ｋｍの逆数１／Ｋｍを乗算し、更に大きさを調整するオブザーバゲインＫ_ＯＳを乗算する。

上述のことより、外乱オブザーバ１７０の構成は、例えば図１０に示すようになる。外乱オブザーバ１７０は、モータ角速度ωｍと、モータ電流指令値としてメモリ１５０に記憶されているモータ電流指令値Ｉｍｃ’を入力し、モータ電流指令値Ｉｍｃ’にブロック１７２にてモータトルク定数Ｋｍを乗算することによりモータ駆動トルクＴｍを算出する。そして、数１０を実装した、ブロック１７１及び１７３並びに減算部１７６からなる構成により、モータ角速度ωｍ及びモータ駆動トルクＴｍを基に外乱トルクＴｄ’を推定する。推定された外乱トルクＴｄ’はブロック１７４及び１７５にてモータトルク定数Ｋｍの逆数１／Ｋｍ及びオブザーバゲインＫ_ＯＳをそれぞれ乗算され、モータ電流指令値Ｉｍｃｃとして出力される。

なお、外乱トルクＴｄに乗算するＬＰＦとして１次遅れフィルタを使用しているが、２次フィルタでも、それ以上の次数のフィルタを使用しても良い。また、モータ駆動トルクＴｍを他の算出方法や計測によって求めても良い。また、コラム角θ_２を微分演算によりコラム角速度ω_２を求めて外乱オブザーバに入力し、外乱オブザーバ内でモータ角速度ωｍに換算して、外乱トルクを演算しても良い。モータ角速度ωｍ及びコラム角速度ω_２は第１角速度情報である。また、コラム軸上での外乱トルクを算出して、モータ電流指令値Ｉｍｃｃを算出しても良い。更に、外乱トルクを他の方法により推定しても良い。

出力制限部１４５は、速度制御部１６０から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。入力制限部１４１と同様に、モータ電流指令値Ｉｍｃｂに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。なお、異常値への対応を別の手段で行なう場合等では、入力制限部１４１の場合と同様に、出力制限部１４５も削除可能である。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１１〜図１３のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、右切り／左切り判定部１１０は、モータ角速度ωｍを入力し、モータ角速度ωｍの符号を基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして、目標操舵トルク生成部１２０に出力する（ステップＳ１０）。

目標操舵トルク生成部１２０は、操舵状態ＳＴｓと共に、操舵角θｈ及び車速Ｖｓを入力し、目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する（ステップＳ２０）。目標操舵トルク生成部１２０の動作例については、図１２のフローチャートを参照して説明する。

目標操舵トルク生成部１２０に入力された操舵角θｈは基本マップ部１２１、微分部１２２及びヒステリシス補正部１２４に、操舵状態ＳＴｓはヒステリシス補正部１２４に、車速Ｖｓは基本マップ部１２１及びダンパゲイン部１２３にそれぞれ入力される（ステップＳ２１）。

基本マップ部１２１は、図６に示される基本マップを用いて、操舵角θｈ及び車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを生成して、加算部１２６に出力する（ステップＳ２２）。

微分部１２２は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈを出力し（ステップＳ２３）、ダンパゲイン部１２３は図７に示されるダンパゲインマップを用いて車速Ｖｓに応じたダンパゲインＤ_Ｇを出力し（ステップＳ２４）、乗算部１２５は舵角速度ωｈ及びダンパゲインＤ_Ｇを乗算してトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂを演算し、加算部１２７に出力する（ステップＳ２５）。

ヒステリシス補正部１２４は、操舵角θｈに対して、操舵状態ＳＴｓに応じて数５及び数６による演算を切り替えてヒステリシス補正を実施し（ステップＳ２６）、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを生成し、加算部１２７に出力する（ステップＳ２７）。なお、数５及び数６におけるヒステリシス幅Ａ_ｈｙｓ、ｃ、ｘ１及びｙ１は予め設定し保持されているが、数６よりｂ及びｂ’を予め算出し、ｘ１及びｙ１の代わりにｂ及びｂ’を保持するようにしても良い。

そして、加算部１２７にてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃが加算され、更に、その加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部１２６にて加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが演算される（ステップＳ２８）。

目標操舵トルク生成部１２０で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部１３０に入力され、変換部１３０で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される（ステップＳ３０）。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部１４０に入力される。

捩れ角制御部１４０は、目標捩れ角Δθｒｅｆと共に、捩れ角Δθ、モータ角速度ωｍ及びメモリ１５０に記憶されているモータ電流指令値Ｉｍｃ’を入力し、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ４０）。捩れ角制御部１４０の動作例については、図１３のフローチャートを参照して説明する。

捩れ角制御部１４０に入力された目標捩れ角Δθｒｅｆは入力制限部１４１に、捩れ角Δθは捩れ角速度演算部１４４及び減算部１４６に、モータ角速度ωｍ及びモータ電流指令値Ｉｍｃ’は速度制御部１６０にそれぞれ入力される（ステップＳ４１）。

入力制限部１４１は、予め設定された上限値及び下限値により目標捩れ角Δθｒｅｆの上下限値を制限し、目標捩れ角Δθｒｅｆ’としてレート制限部１４２に出力し（ステップＳ４２）、レート制限部１４２は、目標捩れ角Δθｒｅｆ’の変化量に対して制限をかけて、目標捩れ角Δθｒｅｆ”として減算部１４６に出力する（ステップＳ４３）。

減算部１４６では、目標捩れ角Δθｒｅｆ”から捩れ角Δθを減算することにより、偏差Δθ_０が算出される（ステップＳ４４）。偏差Δθ_０は捩れ角ＦＢ補償部１４３に入力され、捩れ角ＦＢ補償部１４３は、偏差Δθ_０に対してＦＢ補償器Ｃ_ＦＢを用いた演算により偏差Δθ_０を補償し（ステップＳ４５）、目標捩れ角速度ωｒｅｆとして速度制御部１６０に出力する。

捩れ角Δθを入力した捩れ角速度演算部１４４は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し（ステップＳ４６）、速度制御部１６０に出力する。

速度制御部１６０では、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔの差分が減算部１６２で算出され、その差分に対して補償部１６１にて補償器Ｃｖを用いた演算が行われ、モータ電流指令値Ｉｍｃ０として減算部１６３に加算入力される（ステップＳ４７）。モータ角速度ωｍ及びモータ電流指令値Ｉｍｃ’は外乱オブザーバ１７０に入力され、外乱オブザーバ１７０は、モータ電流指令値Ｉｍｃ’にモータトルク定数Ｋｍをブロック１７２にて乗算することによりモータ駆動トルクＴｍを算出し（ステップＳ４８）、モータ駆動トルクＴｍ及びモータ角速度ωｍを用いて、ブロック１７１及び１７３並びに減算部１７６により外乱トルクＴｄ’を推定する（ステップＳ４９）。そして、外乱トルクＴｄ’にブロック１７４及び１７５にてモータトルク定数Ｋｍの逆数１／Ｋｍ及びオブザーバゲインＫ_ＯＳをそれぞれ乗算し、モータ電流指令値Ｉｍｃｃとして出力する（ステップＳ５０）。モータ電流指令値Ｉｍｃｃは減算部１６３に減算入力され、モータ電流指令値Ｉｍｃ０を補正するために、モータ電流指令値Ｉｍｃ０からモータ電流指令値Ｉｍｃｃが減算され、モータ電流指令値Ｉｍｃｂとして出力制限部１４５に出力される（ステップＳ５１）。

出力制限部１４５は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限し（ステップＳ５２）、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する（ステップＳ５３）。

捩れ角制御部１４０から出力されたモータ電流指令値Ｉｍｃに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される（ステップＳ６０）。モータ電流指令値Ｉｍｃは、捩れ角制御部１４０中の外乱オブザーバ１７０での次回の外乱トルク推定のために、メモリ１５０にモータ電流指令値Ｉｍｃ’として記憶される。

なお、図１１〜図１３におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。

本実施形態による効果として、外乱トルクに対する効果について、シミュレーション結果を基に説明する。

外乱オブザーバ１７０の補正による効果を確認するために、捩れ角ＦＢ補償部１４３の補償値Ｃ_ＦＢ及び速度制御部１６０の補償部１６１の補償値Ｃｖは共に比例ゲインとし、捩れ角速度演算部１４４は、カットオフ周波数が１００Ｈｚで、伝達関数が下記数１１で表されるＨＰＦの構造とし（Ｔ_ｈｐｆはフィルタの時定数）、外乱オブザーバ１７０で使用するＬＰＦはカットオフ周波数が１００Ｈｚの１次遅れフィルタとしてシミュレーションを行った。

操舵角θｈは０ｄｅｇで固定とし、コラム軸に、図１４（Ａ）に示されるような振幅が１０Ｎｍで周期が徐々に早くなる正弦波状の外乱トルク［Ｎｍ］を発生させ、外乱オブザーバによる補正がある場合とない場合とでの捩れ角Δθの変化の様子を調べた。なお、図１４（Ａ）において、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は外乱トルク［Ｎｍ］である。

図１４（Ｂ）は外乱オブザーバによる補正がない場合の捩れ角Δθの応答であり、図１５（Ｂ）は外乱オブザーバによる補正がある場合の捩れ角Δθの応答である。なお、図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）において、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は捩れ角［ｄｅｇ］であり、図１４（Ｂ）と図１５（Ｂ）とでは縦軸の目盛の幅が異なっている。また、図１５（Ａ）は図１４（Ａ）と同じグラフである。

図１４（Ｂ）と図１５（Ｂ）とを比べると、外乱オブザーバによる補正がある場合の方が、捩れ角Δθの振幅が０．１ｄｅｇ前後に抑えられており、外乱オブザーバによる補正を行うことにより、コラム軸に発生する外乱トルクの影響を抑制できていることが確認できる。

本発明の他の構成例について説明する。

トーションバー２Ａの捩れ角Δθは、数１で示されるように、ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２の偏差として置き換えることができるので、図９に示される第１実施形態での捩れ角制御部１４０を、第１実施形態が有する効果はそのままで、図１６に示されるような構成例（第２実施形態）に等価的に変換することができる。

第２実施形態での捩れ角制御部２４０には、第１実施形態での捩れ角制御部１４０と比べると、目標捩れ角Δθｒｅｆ、捩れ角Δθ、モータ角速度ωｍ及びモータ電流指令値Ｉｍｃ’の他に、ハンドル角（第１回転角）θ_１及びコラム角（第２回転角）θ_２が入力され、捩れ角Δθに対する捩れ角速度演算部１４４の代わりに、ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２それぞれに対する角速度演算部２４４及び２４７が追加され、更に加算部２４８が追加されている。目標捩れ角速度ωｒｅｆにハンドル角θ_１を微分演算して算出されるハンドル角速度（第１角速度）ω_１を加算したものを目標角速度ωｒｅｆｃとすることにより、速度制御部１６０をコラム角速度（第２角速度）の速度制御構成と見ることができる。

第２実施形態の動作例は、第１実施形態と比較すると、捩れ角制御部の動作が異なるだけで、他の動作は同じである。

第２実施形態の捩れ角制御部２４０の動作例を図１７のフローチャートで示しており、動作開始から捩れ角ＦＢ補償を行なうステップＳ４５までは第１実施形態と同じ動作で、捩れ角ＦＢ補償部１４３から出力された目標捩れ角速度ωｒｅｆは加算部２４８に入力される。また、ハンドル角θ_１を入力した角速度演算部２４４は、微分演算によりハンドル角速度ω_１を算出し（ステップＳ４６Ａ）、ハンドル角速度ω_１は加算部２４８で目標捩れ角速度ωｒｅｆを加算され、目標角速度ωｒｅｆｃとして速度制御部１６０に出力される（ステップＳ４６Ｂ）。コラム角θ_２を入力した角速度演算部２４７は、微分演算によりコラム角速度ω_２を算出し（ステップＳ４６Ｃ）、速度制御部１６０に出力する。そして、速度制御部１６０が目標角速度ωｒｅｆｃとコラム角速度ω_２の差分を減算部１６２で算出して以降の動作（ステップＳ４７〜）は、第１実施形態と同じ動作である。

捩れ角Δθをハンドル角θ_１及びコラム角θ_２の偏差に置き換えることにより、第２実施形態の他に、図１８に示されるような構成例（第３実施形態）に、第１実施形態が有する効果はそのままで、捩れ角制御部１４０を等価的に変換することができる。

第３実施形態での捩れ角制御部３４０には、第２実施形態での捩れ角制御部と比べると、捩れ角Δθが入力されておらず、加算部３４９が追加されている。目標捩れ角Δθｒｅｆ”にハンドル角θ_１を加算したものを目標回転角θｒｅｆｃとし、目標回転角θｒｅｆｃとコラム角θ_２との偏差Δθ_０に補償値Ｃ_ＦＢを乗算し、更にハンドル角速度ω_１を加算したものを目標角速度ωｒｅｆｃとすることにより、第２実施形態の場合と同様に、速度制御部１６０をコラム角速度の速度制御構成と見ることができる。

第３実施形態の動作例は、第２実施形態と比較すると、捩れ角制御部の動作が異なるだけで、他の動作は同じである。

第３実施形態の捩れ角制御部３４０の動作例を図１９のフローチャートで示しており、動作開始からレート制限を行なうステップＳ４３までは第２実施形態と同じ動作で、レート制限部１４２から出力された目標捩れ角Δθｒｅｆ”は加算部３４９に入力される。加算部３４９にはハンドル角θ_１も入力されており、目標捩れ角Δθｒｅｆ”及びハンドル角θ_１の加算結果が目標回転角θｒｅｆｃとして出力される（ステップＳ４３Ａ）。目標回転角θｒｅｆｃは減算部１４６にてコラム角θ_２を減算され、偏差Δθ_０が算出される（ステップＳ４４）。それ以降は、第２実施形態と同じ動作である。

なお、第２及び第３実施形態において、減速機構を単純に減速比変換とすることにより、モータ角速度を減速比で除算したデータを、コラム角速度ω_２として使用しても良い。この場合、角速度演算部２４７は不要となる。また、ハンドル角θ_１の代わりに操舵角θｈを使用しても良い。

第１〜第３実施形態での目標操舵トルク生成部１２０において、コストや処理時間を重視する場合等では、基本マップ部１２１、ダンパ演算部及びヒステリシス補正部１２４の内の少なくとも１つを残して、他を省略しても良い。基本マップ部１２１を省略する場合、加算部１２６も省略可能で、ダンパ演算部を省略する場合、微分部１２２及び加算部１２７も省略可能で、ヒステリシス補正部１２４を省略する場合、右切り／左切り判定部１１０及び加算部１２７も省略可能である。また、基本マップ部１２１の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部１２８を挿入しても良い。つまり、図５中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図２０（Ａ）又は（Ｂ）に示されるような構成にしても良い。位相補償部１２８において、位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子のカットオフ周波数を１．０Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を１．３Ｈｚとした１次フィルタで位相進み補償を行う場合、スッキリしたフィールを実現することができる。目標操舵トルク生成部に関しては、操舵角に基づいた構成であるならば、上述の構成に限られない。

なお、図１及び図３では本発明の一つの実施例として、コラムアシスト型ＥＰＳに適用した例を開示しているが、本発明はこの実施例に限定されない。本発明は、ユニバーサルジョイント４ａとハンドル１との間に、モータ２０が発生するアシスト力を付与するように構成された、いわゆる上流アシスト型ＥＰＳに適用することができる。なお、コラムアシスト型ＥＰＳは、上流アシスト型ＥＰＳの一態様である。

また、本発明は、ユニバーサルジョイント４ａと操向車輪８Ｌ，８Ｒとの間に、モータ２０が発生するアシスト力を付与するように構成された、いわゆる下流アシスト型ＥＰＳに適用することができる。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー（バネ定数任意）及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）反力装置等にも適用可能である。本発明を、トーションバーを備えたＳＢＷ反力装置に適用した場合の実施形態（第４実施形態）について説明する。

まずは、ＳＢＷ反力装置を含むＳＢＷシステム全体について説明する。図２１はＳＢＷシステムの構成例を、図１に示される電動パワーステアリング装置の一般的な構成に対応させて示した図である。なお、同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＳＢＷシステムは、ユニバーサルジョイント４ａにてコラム軸２と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図２１に示されるように、ＳＢＷシステムは反力装置６０及び駆動装置７０を備え、コントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。なお、ＳＢＷシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本発明を適用するＳＢＷシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ１０にて操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、駆動用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び駆動用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

このようなＳＢＷシステムに本発明を適用した第４実施形態の構成について説明する。

図２２は第４実施形態の構成を示すブロック図である。第４実施形態は、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。

捩れ角制御では、第１実施形態と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部１２０及び変換部１３０を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。モータ角θｍは角度センサ７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、第１実施形態ではＥＰＳ操舵系／車両系１００内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部１８０は、図２に示される減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部１４０から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１９０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。

転舵角制御では、目標転舵角生成部９１０にて操舵角θｈに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成され、目標転舵角θｔｒｅｆは転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力され、転舵角制御部９２０にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１８０と同様の構成及び動作により、駆動用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。

目標転舵角生成部９１０の構成例を図２３に示す。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。

制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。捩れ角制御部内の出力制限部１４５と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θｈ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θｈ２を出力する。例えば、１サンプル前の操舵角θｈ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θｈ１を加減算し、操舵角θｈ２として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θｈ１をそのまま操舵角θｈ２として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。

補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。例えば、目標操舵トルク生成部１２０内の基本マップ部１２１のように、操舵角θｈ２の大きさ｜θｈ２｜に対する目標転舵角θｔｒｅｆの特性を定義したマップを用いて、操舵角θｈ２より目標転舵角θｔｒｅｆを求める。或いは、単純に、操舵角θｈ２に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを求めるようにしても良い。

転舵角制御部９２０の構成例を図２４に示す。転舵角制御部９２０は、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６及び減算部９２７を備え、目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する。

転舵角ＦＢ補償部９２１は、減算部９２７で算出される目標転舵角θｔｒｅｆと転舵角θｔの偏差Δθｔ_０に対して、捩れ角制御部内の捩れ角ＦＢ補償部１４１と同様の動作により、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔが追従するような目標転舵角速度ωｔｒｅｆを算出する。目標転舵角速度ωｔｒｅｆは速度制御部９２３に入力される。

転舵角速度演算部９２２は、捩れ角制御部内の捩れ角速度演算部１４４と同様の動作により、転舵角θｔから転舵角速度ωｔｔを算出する。転舵角速度ωｔｔは速度制御部９２３に入力される。

速度制御部９２３は、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標転舵角速度ωｔｒｅｆに転舵角速度ωｔｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出する。減算部９２８で目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ−ωｔｔ）を算出し、その差分を、ゲインＫｖｉを有する積分部９２４にて積分し、積分結果は減算部９２９に加算入力される。転舵角速度ωｔｔは比例部９２５にも入力され、ゲインＫｖｐによる比例処理を施され、減算部９２９に減算入力される。減算部９２９での減算結果がモータ電流指令値Ｉｍｃｔａとして出力される。

出力制限部９２６は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを出力する。捩れ角制御部内の出力制限部１４５と同様に、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

このような構成において、第４実施形態の動作例を図２５のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、角度センサ７３は転舵角θｔを検出し、角度センサ７４はモータ角θｍを検出し（ステップＳ１１０）、転舵角θｔは転舵角制御部９２０に、モータ角θｍは角速度演算部９５１にそれぞれ入力される。

角速度演算部９５１は、モータ角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、右切り／左切り判定部１１０及び捩れ角制御部１４０に出力する（ステップＳ１２０）。

その後、目標操舵トルク生成部１２０において、図１１に示されるステップＳ１０〜Ｓ６０と同様の動作を実行し、反力用モータ６１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ１３０〜Ｓ１７０）。

一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部９１０が操舵角θｈを入力し、操舵角θｈは制限部９３１に入力される。制限部９３１は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θｈの上下限値を制限し（ステップＳ１８０）、操舵角θｈ１としてレート制限部９３２に出力する。レート制限部９３２は、予め設定された制限値により操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけ（ステップＳ１９０）、操舵角θｈ２として補正部９３３に出力する。補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ２００）、転舵角制御部９２０に出力する。

転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部９２０は、減算部９２７にて目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ_０を算出する（ステップＳ２１０）。偏差Δθｔ_０は転舵角ＦＢ補償部９２１に入力され、転舵角ＦＢ補償部９２１は、偏差Δθｔ_０に対してＦＢ補償器を用いた演算により偏差Δθｔ_０を補償し（ステップＳ２２０）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部９２３に出力する。転舵角速度演算部９２２は転舵角θｔを入力し、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ２３０）、速度制御部９２３に出力する。速度制御部９２３は、Ｉ−Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出し（ステップＳ２４０）、出力制限部９２６に出力する。出力制限部９２６は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ２５０）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ２６０）。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは電流制御部９３０に入力され、電流制御部９３０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出された駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、駆動用モータ７１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ２７０）。

なお、図２５におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部９２０内の速度制御部９２３は、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ−Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）等、実現可能で、Ｐ、Ｉ及びＤのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部９２０での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。

第４実施形態では、図２１に示されるように、１つのＥＣＵ５０で反力装置６０及び駆動装置７０の制御を行っているが、反力装置６０用のＥＣＵと駆動装置７０用のＥＣＵをそれぞれ設けても良い。この場合、ＥＣＵ同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図２１に示されるＳＢＷシステムは反力装置６０と駆動装置７０の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸２と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるＳＢＷシステムにも、本発明は適用可能である。このようなＳＢＷシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。

上述の第１〜第４実施形態での捩れ角制御部は、直接的にモータ電流指令値Ｉｍｃを演算しているが、それを演算する前に、先ず出力したいモータトルク（目標トルク）を演算してから、モータ電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。

なお、上述で使用した図は、本発明に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるが、これに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において種々変形実施可能である。また、ハンドルと、モータ又は反力モータの間に任意のバネ定数を有する機構であれば、トーションバーに限定しなくても良い。

本発明の主たる目的は、目標捩れ角に対して捩れ角を追従制御させるための捩れ角制御部の実現手段についてであり、目標操舵トルク生成部の実現手段に関しては上記に限定しなくても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
２Ａ トーションバー
３ 減速機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０、５０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
３８、１９０、９４０ モータ電流検出器
６０ 反力装置
６１ 反力用モータ
７０ 駆動装置
７１ 駆動用モータ
７２ ギア
７３、７４ 角度センサ
１００ ＥＰＳ操舵系／車両系
１１０ 右切り／左切り判定部
１２０ 目標操舵トルク生成部
１２１ 基本マップ部
１２３ ダンパゲイン部
１２４ ヒステリシス補正部
１２８ 位相補償部
１３０ 変換部
１４０、２４０、３４０ 捩れ角制御部
１４１ 入力制限部
１４２ レート制限部
１４３ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
１４４ 捩れ角速度演算部
１４５、９２６ 出力制限部
１５０ メモリ
１６０、９２３ 速度制御部
１６１ 補償部
１７０ 外乱オブザーバ
１８０、９３０ 電流制御部
２４４、２４７、９５１ 角速度演算部
９１０ 目標転舵角生成部
９２０ 転舵角制御部
９２１ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２ 転舵角速度演算部
９３１ 制限部
９３２ レート制限部
９３３ 補正部

Claims (17)

1. 任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、
   目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、
   前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角及び前記捩れ角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、
   前記捩れ角より捩れ角速度を算出する捩れ角速度演算部と、
   外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、前記目標捩れ角速度及び前記捩れ角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を前記補正モータ電流指令値によって補正して前記モータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、
   前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。
2. 前記速度制御部が、
   第１角速度情報及びモータ情報に基づいて前記補正モータ電流指令値を算出する外乱オブザーバを具備する請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角の上下限値を制限する入力制限部を更に具備する請求項１又は２に記載の車両用操向装置。
4. 前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角の変化量に対して制限をかけるレート制限部を更に具備する請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用操向装置。
5. 前記捩れ角制御部が、
   前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備する請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用操向装置。
6. 任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、
   目標捩れ角、前記捩れ角、第１回転角及び第２回転角に基づいてモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、
   前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角及び前記捩れ角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、
   前記第１回転角より第１角速度を算出する第１角速度演算部と、
   前記第２回転角より第２角速度を算出する第２角速度演算部と、
   外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、前記目標捩れ角速度及び前記第１角速度より求められる目標角速度並びに前記第２角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を前記補正モータ電流指令値によって補正して前記モータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、
   前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。
7. 前記速度制御部が、
   第１角速度情報及びモータ情報に基づいて前記補正モータ電流指令値を算出する外乱オブザーバを具備する請求項６に記載の車両用操向装置。
8. 前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角の上下限値を制限する入力制限部を更に具備する請求項６又は７に記載の車両用操向装置。
9. 前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角の変化量に対して制限をかけるレート制限部を更に具備する請求項６乃至８のいずれかに記載の車両用操向装置。
10. 前記捩れ角制御部が、
    前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備する請求項６乃至９のいずれかに記載の車両用操向装置。
11. 任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、
    目標捩れ角、第１回転角及び第２回転角に基づいてモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、
    前記捩れ角制御部が、
    前記目標捩れ角及び前記第１回転角より求められる目標回転角並びに前記第２回転角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、
    前記第１回転角より第１角速度を算出する第１角速度演算部と、
    前記第２回転角より第２角速度を算出する第２角速度演算部と、
    外乱トルクを推定して補正モータ電流指令値を算出し、前記目標捩れ角速度及び前記第１角速度より求められる目標角速度並びに前記第２角速度に基づいて算出される基本モータ電流指令値を前記補正モータ電流指令値によって補正して前記モータ電流指令値を算出する速度制御部とを具備し、
    前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。
12. 前記速度制御部が、
    第１角速度情報及びモータ情報に基づいて前記補正モータ電流指令値を算出する外乱オブザーバを具備する請求項１１に記載の車両用操向装置。
13. 前記捩れ角制御部が、
    前記目標捩れ角の上下限値を制限する入力制限部を更に具備する請求項１１又は１２に記載の車両用操向装置。
14. 前記捩れ角制御部が、
    前記目標捩れ角の変化量に対して制限をかけるレート制限部を更に具備する請求項１１乃至１３のいずれかに記載の車両用操向装置。
15. 前記捩れ角制御部が、
    前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備する請求項１１乃至１４のいずれかに記載の車両用操向装置。
16. 目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
    前記目標操舵トルクを、前記捩れ角制御部で使用される前記目標捩れ角に変換する変換部とを更に備える請求項１乃至１５のいずれかに記載の車両用操向装置。
17. 前記目標操舵トルク生成部が、
    車速感応である基本マップを用いて操舵角及び車速より第１トルク信号を求める基本マップ部と、
    車速感応であるダンパゲインマップを用いて第２角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、
    操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス補正を行って第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを具備し、
    前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号より前記目標操舵トルクを算出する請求項１６に記載の車両用操向装置。
    

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