JP2022147727A - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に適切なＳＡＴ感を伝えることができる車両用操向システムの制御装置を提供する。【解決手段】反力アクチュエータを用いて操舵部材にトルクを付与する反力装置、及び、転舵アクチュエータを用いて転舵部材を転舵する転舵装置を制御する車両用操向システムの制御装置であって、少なくとも操舵部材の操舵角に基づいて基本目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、補正目標操舵トルクを演算するセルフアライニングトルク補正部とを備え、セルフアライニングトルク推定部が、少なくとも転舵部材の転舵角及び転舵アクチュエータの回転角を用いてセルフアライニングトルク推定値を演算するセルフアライニングトルク推定部と、セルフアライニングトルク推定値より補正目標操舵トルクを決定する補正値決定部とを具備し、基本目標操舵トルク及び補正目標操舵トルクに基づいて、反力アクチュエータを駆動制御するための操舵電流指令値を演算する。【選択図】図３

Description

本発明は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システム等の車両用操向システムの制御装置に関し、特に、操舵反力を与える反力装置及び転舵輪を転舵する転舵装置を制御する車両用操向システムの制御装置に関する。

車両用操向システムの１つとして、運転者の操舵部材であるハンドルと接続する操舵機構と転舵部材である転舵輪を転舵する転舵機構とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システムがある。ＳＢＷシステムでは、ハンドルの操作を電気信号によって転舵機構である転舵装置に伝えて転舵輪を転舵すると共に、運転者に適切な操舵感を与えるための操舵反力を操舵機構である反力装置で生成する。反力装置は反力用モータにより操舵反力を生成し、転舵装置は転舵用モータにより転舵輪を転舵する。反力装置とハンドルはコラム軸を介して機械的に接続されており、反力装置が生成した反力（トルク）が、コラム軸とハンドルを介して運転者に伝達される。

ＳＢＷシステムにおいて、走行中の路面情報を操舵感として運転者に伝えるべく、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）に起因した感覚（以下、「ＳＡＴ感」とする）を運転者に伝えるように、反力装置が生成する操舵反力に、ＳＡＴに応じた反力を付加するシステムが提案されている。例えば、国際公開２０１９／１６７６６１号（特許文献１）では、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ために、トーションバー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捩れ角制御を応用したＳＢＷシステムが提案されている。このＳＢＷシステムでは、ハンドルの操舵角に応じて操舵トルクの目標値である目標操舵トルクを生成し、目標操舵トルクを基に捩れ角の目標値である目標捩れ角を求め、目標捩れ角と捩れ角によるフィードバック制御によりモータ電流指令値を演算し、モータ電流指令値により反力用モータを駆動制御している。そして、ＳＡＴ感を運転者に伝えるために、操向車輪（転舵輪）の転舵角等からＳＡＴを推定し、推定されたＳＡＴから演算されるトルク信号を目標操舵トルクに加算している。操向車輪の駆動は、駆動用モータ（転舵用モータ）の駆動力を、ギアを介してピニオンラック機構に付与することにより行われており、この駆動の際にギアとピニオンラック機構を接続する軸（ピニオン軸）の周りに発生するトルクの釣り合いから導出される運動方程式に基づいて、ＳＡＴを推定している。

国際公開２０１９／１６７６６１号

上述のように、特許文献１のＳＢＷシステムでは、ピニオン軸周りに発生するトルクに関する運動方程式に基づいてＳＡＴを推定している。しかし、駆動用モータを駆動させた場合、駆動用モータのモータ駆動軸からピニオン軸までの間の機械構造（例えば、ウォームギア等の減速機構等）にトルクが作用し、モータ駆動軸からピニオン軸までの間の機械構造に変形が生じる場合がある。特許文献１のＳＡＴ推定では、このような機械構造の変形を考慮していないため、駆動用モータの発生させるトルクがＳＡＴの推定に影響を与える場合がある。特に、ギアのバックラッシ、モータ駆動軸とピニオン軸間の捩れ等が、発生するトルクを介して、ＳＡＴ推定に影響を与えることがある。

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、運転者に適切なＳＡＴ感を伝えることができる車両用操向システムの制御装置を提供することにある。

本発明は、反力アクチュエータを用いて操舵部材にトルクを付与する反力装置、及び、転舵アクチュエータを用いて転舵部材を転舵する転舵装置を制御する車両用操向システムの制御装置に関し、本発明の上記目的は、少なくとも前記操舵部材の操舵角に基づいて基本目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、補正目標操舵トルクを演算するセルフアライニングトルク補正部とを備え、前記セルフアライニングトルク補正部が、少なくとも前記転舵部材の転舵角及び前記転舵アクチュエータの回転角を用いてセルフアライニングトルク推定値を演算するセルフアライニングトルク推定部と、前記セルフアライニングトルク推定値より前記補正目標操舵トルクを決定する補正値決定部とを具備し、前記基本目標操舵トルク及び前記補正目標操舵トルクに基づいて、前記反力アクチュエータを駆動制御するための操舵電流指令値を演算することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記セルフアライニングトルク推定部が、前記転舵角、前記回転角及び前記転舵アクチュエータの駆動制御に関連する転舵駆動情報を用いて前記セルフアライニングトルク推定値を演算することにより、或いは、前記セルフアライニングトルク推定部が、前記転舵角より演算される転舵角速度から求められる第１粘性トルク、前記転舵角速度より演算される転舵角加速度から求められる第１慣性トルク、前記回転角より演算される回転角速度から求められる第２粘性トルク、前記回転角速度より演算される回転角加速度から求められる第２慣性トルク、及び、前記転舵駆動情報から求められるアクチュエータトルクを用いて、前記セルフアライニングトルク推定値を演算することにより、或いは、前記操舵角に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御するための転舵電流指令値を演算する転舵制御部を更に備え、前記セルフアライニングトルク推定部が、前記転舵駆動情報として、前記転舵電流指令値又は前記転舵アクチュエータに供給される電流の値を使用することにより、或いは、前記セルフアライニングトルク推定部が、前記転舵角及び前記回転角を用いて前記セルフアライニングトルク推定値を演算することにより、或いは、前記セルフアライニングトルク推定部が、前記転舵角より演算される転舵角速度から求められる粘性トルク、前記転舵角速度より演算される転舵角加速度から求められる慣性トルク、及び、前記転舵角と前記回転角のずれに基づいて求められる駆動トルクを用いて、前記セルフアライニングトルク推定値を演算することにより、或いは、前記補正値決定部が、前記セルフアライニングトルク推定値の大きさが大きくなるにしたがって、前記補正目標操舵トルクの大きさが大きくなると共に、前記補正目標操舵トルクの大きさが大きくなる割合が小さくなる特性を有することにより、或いは、前記補正値決定部が有する特性が車速に応じて変化することにより、或いは、前記セルフアライニングトルク補正部が、前記セルフアライニングトルク推定値に含まれるノイズを低減するフィルタ処理部を更に具備し、前記ノイズを低減された前記セルフアライニングトルク推定値を前記補正値決定部に入力することにより、或いは、前記反力装置がトーションバーを有し、前記基本目標操舵トルク及び前記補正目標操舵トルクから演算される目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、前記目標捩れ角に対して前記トーションバーの捩れ角を追従させるような前記操舵電流指令値を演算する捩れ角制御部とを更に備えることにより、より効果的に達成される。

本発明の車両用操向システムの制御装置によれば、転舵部材の転舵角に加え、転舵アクチュエータの回転角を用いてＳＡＴを推定しているので、ＳＡＴ推定の精度が向上し、適切なＳＡＴ感を運転者に伝えることができる。

本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの概要の例を示す構成図である。 コラム軸への各種センサの配設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。 基本マップ部の構成例及び基本マップの特性例を示す図である。 ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。 操舵の切増し／切戻しを説明するための線図である。 ヒステリシス補正部の特性例を示す線図である。 ＳＡＴ補正部の構成例を示すブロック図である。 ピニオン軸及びモータ駆動軸周りに発生するトルクの様子を示すイメージ図である。 ＳＡＴ推定部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 補正値マップの特性例を示す線図である。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 ３相ブラシレスモータを使用した場合の本発明の構成例の一部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。 制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 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。 ＳＡＴ補正部の動作例を示すフローチャートである。 目標転舵角生成部の動作例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。 ＳＡＴ推定部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 トルク決定マップの特性例を示す線図である。 本発明の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 本発明の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第４実施形態）の一部を示すフローチャートである。

本発明は、反力装置及び転舵装置を制御する車両用操向システムの制御装置であり、反力装置が生成する操舵反力にセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）に応じた反力を付加するために、少なくとも操舵角に基づいて生成される基本目標操舵トルクに、ＳＡＴの推定値から求められる補正目標操舵トルクを付与する。そして、ＳＡＴの推定を、転舵装置内のピニオン軸（ピニオンシャフト）周りでの運動方程式と転舵アクチュエータの駆動軸周りでの運動方程式に基づいて、少なくとも転舵部材の転舵角及び転舵アクチュエータの回転角を用いて行なう。ＳＡＴ推定では、転舵アクチュエータの駆動制御に関連する情報である転舵駆動情報も用いることができる。このように、転舵角及び回転角を用いてＳＡＴを推定することにより、ＳＡＴ推定の精度が向上し、路面情報として適切なＳＡＴ感を創出することができる。ＳＡＴ感の創出により、雨路面、氷路面等の低μ路を走行中にスリップした際の感覚を操舵感として伝えることができる。つまり、アンダーステア状態を運転者に伝えることができる。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの構成例について説明する。

図１はＳＢＷシステムの構成例を示した図である。ＳＢＷシステムは、運転者の操舵部材であるハンドルを有する操舵機構を構成する反力装置３０、転舵部材である転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置４０、及び両装置の制御を行う制御装置５０を備える。ＳＢＷシステムには、一般的な電動パワーステアリング装置が備える、コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）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、運転者によるハンドル１の操作を電気信号によって、具体的には反力装置３０から出力される操舵角θｈを電気信号として伝える。

反力装置３０は、反力用モータ３１及び反力用モータ３１の回転速度を減速する減速機構３２を備え、転舵輪５Ｌ，５Ｒから伝わる車両の運動状態を、反力用モータ３１により生成される反力（トルク）として運転者に伝達する。反力装置３０は、コラム軸２に設けられる舵角センサ３３及び角度センサ３４を更に備えている。コラム軸２への舵角センサ３３及び角度センサ３４の配設は、具体的には図２のようになっている。即ち、舵角センサ３３はコラム軸２の上部に設けられ、操舵角θｈを検出する。コラム軸２にはトーションバー２Ａが介挿されており、角度センサ３４として、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル１側に上側角度センサ３４Ａが設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル１の反対側に下側角度センサ３４Ｂが設けられており、上側角度センサ３４Ａはハンドル角θ_１を検出し、下側角度センサ３４Ｂはコラム角θ_２を検出する。ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２は捩れ角演算部３５に入力され、捩れ角演算部３５は下記数１によってトーションバーの捩れ角Δθを求める。

なお、磁歪式や光学式等の公知のセンサを用いて、捩れ角Δθを直接求めても良い。反力アクチュエータは反力用モータ３１、減速機構３２等により構成されるが、反力用モータ３１のみを反力アクチュエータと呼ぶこともある。

転舵装置４０は、転舵用モータ４１、転舵用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２及び回転運動を直線運動に変換するピニオンラック機構４５を備え、減速機構４２とピニオンラック機構４５はピニオン軸４３で接続されている。操舵角θｈの変化に合わせて、転舵用モータ４１を駆動し、その駆動力を、減速機構４２及びピニオン軸４３を介してピニオンラック機構４５に付与し、タイロッド３ａ，３ｂを経て、転舵輪５Ｌ，５Ｒを転舵する。転舵用モータ４１の近傍には回転角センサ４６が配設されており、転舵用モータ４１のモータ角（回転角）θｍを検出する。ピニオンラック機構４５の近傍には角度センサ４４が配設されており、転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔを検出する。転舵角θｔとして、ラックの位置等を使用しても良い。また、転舵用モータ４１の回転運動を直線運動に変換する機構として、ピニオンラック機構に代えて、ボールねじ機構等を使用しても良い。転舵アクチュエータは転舵用モータ４１、減速機構４２等により構成されるが、転舵用モータ４１のみを転舵アクチュエータと呼ぶこともある。

制御装置５０は、反力装置３０及び転舵装置４０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１０で検出される車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ３１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び転舵用モータ４１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。制御装置５０には、バッテリ１２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。また、制御装置５０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）２０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ２０から受信することも可能である。更に、制御装置５０には、ＣＡＮ２０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ＣＡＮ２１も接続可能である。

制御装置５０はＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）を有し、反力装置３０及び転舵装置４０の協調制御は、主としてＣＰＵ内部においてプログラムで実行される。その制御を行うための構成例（第１実施形態）を図３に示す。図３において、反力用モータ３１、舵角センサ３３、角度センサ３４、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部３７、インバータ３８及びモータ電流検出器３９を反力装置３０が具備し、転舵用モータ４１、角度センサ４４、回転角センサ４６、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９を転舵装置４０が具備し、その他の構成要素が制御装置５０で実現される。なお、制御装置５０の構成要素の一部又は全部をハードウェアで実現しても良い。制御装置５０は、データやプログラム等を格納するために、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等を搭載しても良い。また、制御装置５０がＰＷＭ制御部３７、インバータ３８、モータ電流検出器３９、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９の一部又は全部を具備しても良い。

制御装置５０は、反力装置３０の制御を行う構成（以下、「反力制御系」とする）と、転舵装置４０の制御を行う構成（以下、「転舵制御系」とする）を有し、反力制御系６０と転舵制御系７０が協調して、反力装置３０及び転舵装置４０を制御する。

反力制御系６０は、目標操舵トルク生成部１００、ＳＡＴ補正部２００、過去値保持部２５０、変換部３００、捩れ角制御部４００、電流制御部５００、加算部５１０及び減算部５２０を備え、トーションバー２Ａの捩れ角が目標捩れ角に追従するような制御を行う。目標操舵トルク生成部１００にて操舵角θｈ及び車速Ｖｓに基づいて基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡが生成され、ＳＡＴ補正部２００では、ＳＡＴが推定されて補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢが求められ、加算部５１０での基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡと補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢの加算結果が、目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。目標操舵トルクＴｒｅｆは、変換部３００にて目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角Δθと共に捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００にて、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるような操舵電流指令値Ｉｍｃが演算される。そして、操舵電流指令値Ｉｍｃとモータ電流検出器３９で検出される反力用モータ４１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｒの偏差Ｉ１（＝Ｉｍｃ－Ｉｍｒ）が減算部５２０で算出され、偏差Ｉ１に基づいて電流制御部５００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１が求められる。反力装置３０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して反力用モータ３１が駆動制御される。

転舵制御系７０は、目標転舵角生成部６００、転舵角制御部７００、電流制御部８００及び減算部８１０を備え、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆに追従するような制御を行う。目標転舵角生成部６００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７００に入力され、転舵角制御部７００にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるような転舵電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、転舵電流指令値Ｉｍｃｔとモータ電流検出器４９で検出される転舵用モータ４１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｄの偏差Ｉ２（＝Ｉｍｃｔ－Ｉｍｄ）が減算部８１０で算出され、偏差Ｉ２に基づいて電流制御部８００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２が求められる。転舵角θｔ及び転舵電流指令値Ｉｍｃｔは、反力制御系６０のＳＡＴ補正部２００及び過去値保持部２５０にもそれぞれ入力される。転舵装置４０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して転舵用モータ４１が駆動制御される。なお、目標転舵角生成部６００及び転舵角制御部７００で転舵制御部を構成している。

反力制御系６０の各部について詳細に説明する。

目標操舵トルク生成部１００は、操舵角θｈ及び車速Ｖｓに基づいて、基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡを生成する。目標操舵トルク生成部１００の構成例を図４に示す。目標操舵トルク生成部１００は、基本マップ部１１０、微分部１２０、ダンパゲイン部１３０、切増し／切戻し判定部１４０、ヒステリシス補正部１５０、乗算部１６０並びに加算部１７０及び１８０を備える。操舵角θｈは基本マップ部１１０、微分部１２０、切増し／切戻し判定部１４０及びヒステリシス補正部１５０に入力され、車速Ｖｓは基本マップ部１１０及びダンパゲイン部１３０に入力される。

基本マップ部１１０は、基本マップを有し、基本マップを用いて、車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａは、基本となる反力を生成するために使用される。基本マップはチューニングにより調整されており、例えば、図５（Ａ）に示されるように、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが、操舵角θｈの大きさ｜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。つまり、操舵角θｈの大きさが大きくなるにつれ、また、車速Ｖｓが速くなるにつれ、反力が大きくなる。なお、図５（Ａ）において、符号部１１１は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部１１２に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップによりトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを求める構成となっている。または、図５（Ｂ）に示されるように、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。また、図５に示される基本マップは車速感応であるが、車速感応でなくても良い。

微分部１２０は、操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈを算出し、舵角速度ωｈは切増し／切戻し判定部１４０及び乗算部１６０に入力される。なお、舵角速度ωｈの算出において、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）処理を実施しても良く、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦ処理を実施しても良い。また、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の代わりに転舵用モータ４１のモータ角速度を使用しても良い。この場合、微分部１２０は不要となる。

ダンパゲイン部１３０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１６０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Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部１７０に入力される。ダンパゲインＤ_Ｇは、ダンパゲイン部１３０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６に示されるように、車速Ｖｓが速くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。このようなダンパゲインＤ_Ｇを舵角速度ωｈに乗算して舵角速度ωｈに比例した目標操舵トルクの補償を行うことにより、フィーリングとしての粘性感を持たせることができ、また、ステアリングを切った状態から手放しの状態にした場合、ハンドルが発振することなく収れん性を持たせられ、システム安定性の向上を図れる。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。

切増し／切戻し判定部１４０は、例えば図７に示されるように、操舵角θｈ及び舵角速度ωｈの正負関係で切増し／切戻し操舵の判定を行い、判定結果である操舵状態ＳＴｓをヒステリシス補正部１５０に出力する。切増し／切戻し操舵の判定を、操舵トルクを使用して行っても良い。即ち、特開２００３－１７０８５６号公報で示されるように、操舵トルクの符号と操舵トルク変化率の符号とが同一で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切増しと判定し、操舵トルクの符号と操舵トルク変化率の符号とが異符号で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切戻しと判定するようにしても良い。または、操舵トルクと舵角速度ωｈを使用し、操舵トルクと舵角速度ωｈの符号が同一の場合に切増しと判定し、異符号の場合に切戻しと判定するようにしても良い。

ヒステリシス補正部１５０は操舵角θｈ及び操舵状態ＳＴｓに基づき、下記数２に従ってトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを演算する。なお、下記数２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。

切増し操舵から切戻し操舵、切戻し操舵から切増し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２の“ｂ”及び“ｂ’”に以下の数３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３は、上記数２中のｘにｘ１を、ｙｉ及びｙｄ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２及び数３は下記数４及び数５となる。

数４及び数５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１５０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を有する。

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＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃは加算部１７０で加算され、更に、加算部１７０での加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部１８０で加算され、加算部１８０での加算結果が基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡとして出力される。

過去値保持部２５０は、ＳＡＴ補正部２００でのＳＡＴの推定で使用するために、転舵角制御部７００で演算される転舵電流指令値Ｉｍｃｔを保持する。転舵角制御部７００から出力される転舵電流指令値Ｉｍｃｔを保持し、次の計算周期におけるＳＡＴ補正部２００でのＳＡＴ推定に使用するために、保持している転舵電流指令値Ｉｍｃｔを基に過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐを求め、ＳＡＴ補正部２００に出力する。例えば、時点ｔにおける過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐとして、前回の計算周期である時点ｔ－１における転舵電流指令値Ｉｍｃｔを用いる。或いは、時点ｔ－１からｔ－ｎまでのｎ個の転舵電流指令値Ｉｍｃｔを保持しておき、時点ｔにおける過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐとして、ｎ個の転舵電流指令値Ｉｍｃｔの平均値を用いても良い。なお、過去値保持部２５０をＳＡＴ補正部２００に組み込んでも良い。特に、時点ｔ－１における転舵電流指令値Ｉｍｃｔを用いる場合は、レジスタ等に転舵電流指令値Ｉｍｃｔを一時的に保持するだけで良い。

ＳＡＴ補正部２００は、転舵角、モータ角及び転舵駆動情報の１つである転舵電流指令値を用いて、具体的には転舵角θｔ、転舵用モータ４１のモータ角θｍ及び過去値保持部２５０から出力される過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐを用いてＳＡＴを推定し、その推定値及び車速Ｖｓより補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを求める。ＳＡＴ補正部２００の構成例を図９に示す。ＳＡＴ補正部２００は、ＳＡＴ推定部２１０、フィルタ処理部２２０及び補正値決定部２３０を備え、転舵角θｔ、モータ角θｍ及び過去転舵電流指令値ＩｍｃｔｐはＳＡＴ推定部２１０に入力され、車速Ｖｓは補正値決定部２３０に入力される。

ＳＡＴ推定部２１０は、ピニオン軸４３周りの回転運動に関する運動方程式（以下、「第１運動方程式」とする）と、転舵装置４０内の減速機構４２を接続している転舵用モータ４１のモータ駆動軸（図示せず）周りの回転運動に関する運動方程式（以下、「第２運動方程式」とする）に基づいてＳＡＴを推定する。

転舵用モータ４１が駆動しているとき、ピニオン軸４３周りでは、図１０（Ａ）に示されるように、転舵角θｔの変化に起因する慣性トルク（第１慣性トルク）及び粘性トルク（第１粘性トルク）、転舵用モータ４１の駆動に基づいて発生する駆動トルク並びにＳＡＴが発生し、それらが釣り合うことから、第1運動方程式は下記数６のようになる。

Ｊｐはピニオン軸周りの慣性モーメント、Ｃｐはピニオン軸周りの粘性係数、ｆｇ（θｔ，θｍ）（以下、「ｆｇ」と略記することもある）は駆動トルク、ＴｓａｔはＳＡＴである。駆動トルクｆｇは、転舵角θｍ及びモータ角θｍをパラメータとした値となっている。上記数６において、左辺の第１項が慣性トルク、第２項が粘性トルクである。

モータ駆動軸周りでは、図１０（Ｂ）に示されるように、モータ角θｍの変化に起因する慣性トルク（第２慣性トルク）及び粘性トルク（第２粘性トルク）、駆動トルク並びに転舵用モータ４１によるモータトルク（アクチュエータトルク）が発生し、それらが釣り合うことから、第２運動方程式は下記数７のようになる。

Ｊｍはモータ駆動軸周りの慣性モーメント、Ｃｍはモータ駆動軸周りの粘性係数、Ｔｍはモータトルク、Ｎｇは減速機構４２の減速比である。上記数７においても、左辺の第１項が慣性トルク、第２項が粘性トルクである。

上記数６をｆｇについて解き、それを数７に代入して、Ｔｓａｔについて求めると、下記数８が得られる。

慣性モーメントＪｐ及びＪｍ並びに粘性係数Ｃｐ及びＣｍは転舵装置４０の機械的構造により決定される固有の値であり、予め求めておくことができる。また、モータトルクＴｍは、転舵電流指令値に予め定められたトルク定数を乗算することにより求めることができる。よって、転舵電流指令値として過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐを使用し、転舵角θｔから転舵角速度及び転舵角加速度を演算し、モータ角θｍからモータ角速度（回転角速度）及びモータ角加速度（回転角加速度）を演算することにより、上記数８に従って、ＳＡＴを推定することができる。

ＳＡＴ推定部２１０の構成例を図１１に示す。図１１に示されるＳＡＴ推定部２１０は、上記数８に基づいた構成となっており、転舵角θｔ、モータ角θｍ及び過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐを用いて、ＳＡＴを推定する。

角速度演算部２１２ｂは、転舵角θｔに対する微分処理により転舵角速度を算出し、転舵角速度に粘性係数Ｃｐをブロック２１４ｂにて乗算することにより、第１粘性トルクが算出される。角加速度演算部２１３ｂは、転舵角速度に対する微分処理により転舵角加速度を算出し、転舵角加速度に慣性モーメントＪｐをブロック２１５ｂにて乗算することにより、第１慣性トルクが算出される。角速度演算部２１２ａは、モータ角θｍに対する微分処理によりモータ角速度を算出し、モータ角速度に粘性係数Ｃｍをブロック２１４ａにて乗算することにより、第２粘性トルクが算出される。角加速度演算部２１３ａは、モータ角速度に対する微分処理によりモータ角加速度を算出し、モータ角加速度に慣性モーメントＪｍをブロック２１５ａにて乗算することにより、第２慣性トルクが算出される。換算部２１１ａは、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐにトルク定数を乗算して、モータトルクＴｍを算出する。減算部２１６ａではモータトルクＴｍから第２慣性トルク及び第２粘性トルクを減算し、換算部２１１ｂは、その減算結果に減速比Ｎｇを乗算し、その乗算結果から第１慣性トルク及び第１粘性トルクを減算部２１６ｂで減算することにより、ＳＡＴを算出し、ＳＡＴ推定値Ｔｓａｔとして出力する。

フィルタ処理部２２０は、ＳＡＴ推定値Ｔｓａｔに含まれるノイズを低減するためのフィルタ処理を行う。フィルタ処理は、例えば１次遅れのＬＰＦを使用して行うが、これに限定されない。フィルタ処理を施されたＳＡＴ推定値Ｔｓａｔは、ＳＡＴ推定値Ｔｓｔとして出力される。なお、ノイズ低減を他の手段で実現する場合や重畳するノイズが小さい場合等では、フィルタ処理部２２０を省略しても良い。また、ＳＡＴ推定部２１０の特性及びフィルタ処理部２２０の特性をそれぞれ伝達関数で表現し、２つの伝達関数を統合してＳＡＴ推定値Ｔｓｔを算出する伝達関数を導出し、その伝達関数に対応した構成で、転舵角θｔ、モータ角θｍ及び過去転舵電流指令値ＩｍｃｔｐよりＳＡＴ推定値Ｔｓｔを求めるようにしても良い。この場合、ＳＡＴ推定部２１０及びフィルタ処理部２２０は統合されることになる。

補正値決定部２３０は、ＳＡＴ推定値Ｔｓｔ及び車速Ｖｓより、補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを決定する。補正値決定部２３０は、ＳＡＴ推定値と補正目標操舵トルクとの関係を予め定めたマップ（以下、「補正値マップ」とする）を有しており、補正値マップを用いて、車速Ｖｓをパラメータとして、補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを決定する。補正値マップとして、例えば、図１２に示されるような特性のマップを使用する。即ち、ＳＡＴ推定値の大きさ（絶対値）が大きくなると、補正目標操舵トルクの大きさも大きくなるが、その大きくなる割合（傾き）は、ＳＡＴ推定値の大きさが大きくなる程、小さくなる。つまり、ＳＡＴ推定値の大きさが大きくなるにつれ、補正目標操舵トルクの大きさが緩やかに大きくなる。また、補正目標操舵トルクは車速によっても変化し、車速が増加すると、補正目標操舵トルクの大きさも大きくなる。なお、ＳＡＴ推定値と補正目標操舵トルクとの関係を、マップではなく、関数やテーブル等により定義しても良い。また、図１２に示される補正値マップは車速感応であるが、車速感応でなくても良い。

加算部５１０は、基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡと補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを加算し、加算結果を目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力する。

変換部３００は、トーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔの逆数“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４００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθを入力し、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるような操舵電流指令値Ｉｍｃを演算する。捩れ角Δθを操舵角θｈに応じた値に追従するように制御することにより、所望の操舵反力を実現する。

図１３は捩れ角制御部４００の構成例を示すブロック図であり、捩れ角制御部４００は、ゲイン部４２０、４４０及び４７０、積分部４５０、微分部４６０、減算部４１０及び４８０並びに加算部４３０を備え、微分先行型ＰＩＤ（比例積分微分）制御（ＰＩ－Ｄ制御）により、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθを用いて、操舵電流指令値Ｉｍｃを演算する。目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部４１０に加算入力され、捩れ角Δθは減算部４１０に減算入力されると共に、微分部４６０に入力される。

減算部４１０にて目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの角度偏差ｄΔθが算出され、角度偏差ｄΔθはゲイン部４２０及び４４０に入力される。ゲイン部４２０では比例ゲインＫｐが角度偏差ｄΔθに乗算され、乗算結果が指令値信号Ｉｍｃ１として加算部４３０に入力される。ゲイン部４４０では積分ゲインＫｉが角度偏差ｄΔθに乗算され、乗算結果は積分部４５０に入力されて積分（１／ｓ）され、積分結果が指令値信号Ｉｍｃ２として加算部４３０に入力される。加算部４３０では指令値信号Ｉｍｃ１及びＩｍｃ２が加算され、加算結果である指令値信号Ｉｍｃ３は、減算部４８０に加算入力される。捩れ角Δθを入力した微分部４６０は捩れ角Δθを微分（ｓ）し、微分結果はゲイン部４７０に入力されて微分ゲインＫｄが乗算され、乗算結果は指令値信号Ｉｍｃ４として減算部４８０に減算入力される。減算部４８０では、指令値信号Ｉｍｃ３から指令値信号Ｉｍｃ４が減算され、減算結果が操舵電流指令値Ｉｍｃとして出力される。

なお、捩れ角制御部４００での制御はＰＩ－Ｄ制御に限られず、目標捩れ角Δθｒｅｆに対して捩れ角Δθが追従するように制御するものであれば良く、ＰＩ（比例積分）制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ制御、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられる制御でも良い。また、捩れ角制御部４００の後段に、操舵電流指令値Ｉｍｃの最大値を制限するリミッタを設けても良い。捩れ角制御部４００から出力される操舵電流指令値Ｉｍｃに、ハンドル振動抑制のための電流指令値を加算しても良い。

操舵電流指令値Ｉｍｃは減算部５２０に加算入力され、減算部５２０にて、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が演算される。電流制御部５００は偏差Ｉ１を入力し、ＰＩ制御等により電流制御を行い、電流制御された電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１を出力する。

電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１は反力装置３０に送られ、ＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティが演算され、ＰＷＭ制御部３７からのＰＷＭ信号により、インバータ３８を介して反力用モータ３１がＰＷＭ駆動される。反力用モータ３１のモータ電流値Ｉｍｒはモータ電流検出器３９で検出され、反力制御系６０の減算部５２０にフィードバックされる。

反力用モータ３１として、例えば３相ブラシレスモータを使用することができる。ここで、反力用モータ３１として３相ブラシレスモータを使用した場合の減算部５２０から反力装置３０までの構成について説明する。

上述の構成例を図１４に示しており、減算部５２０は減算部５２０ａ及び５２０ｂより構成され、その前段にｄｑ軸電流指令値演算部５１５が配置され、更に反力制御系６０には角速度演算部５３０及び３相／２相変換部５４０が追加され、モータ電流検出器３９はモータ電流検出器３９ａ、３９ｂ及び３９ｃより構成され、反力装置３０には回転角センサ３６が追加される。なお、舵角センサ３３及び角度センサ３４は配設されているが、図示していない。

回転角センサ３６は反力用モータ３１のモータ角θｅを検出する。モータ角θｅは電気角であり、角速度演算部５３０、３相／２相変換部５４０及び電流制御部５００に入力される。

角速度演算部５３０は、モータ角θｅに対する微分処理によりモータ角速度ωｅを算出する。モータ角速度ωｅはｄｑ軸電流指令値演算部５１５に入力される。

ｄｑ軸電流指令値演算部５１５は、操舵電流指令値Ｉｍｃ及びモータ角速度ωｅを用いて、ｄｑ回転座標系での電流指令値であるｄ軸操舵電流指令値Ｉｄｍｃ及びｑ軸操舵電流指令値Ｉｑｍｃを算出する。ｄ軸操舵電流指令値Ｉｄｍｃ及びｑ軸操舵電流指令値Ｉｑｍｃは、例えば特許第５２８２３７６号公報に記載されているｄ－ｑ軸電流指令値算出部で実行されている方法等で算出される。同公報での操舵補助電流指令値が操舵電流指令値に相当する。この際、反力用モータ３１の機械角に対するモータ角速度が必要な場合は、「電気角＝Ｐ／２×機械角（Ｐはモータの磁極数）」との関係を用いて、電気角に対するモータ角速度ωｅに基づいて算出する。

３相／２相変換部５４０は、モータ角θｅを用いて、モータ電流検出器３９ａ、３９ｂ及び３９ｃがそれぞれ検出する反力用モータ３１の各相に流れるモータ電流の値（Ｕ相モータ電流値Ｉｕｍｒ、Ｖ相モータ電流値Ｉｖｍｒ及びＷ相モータ電流値Ｉｗｍｒ）を２相の電流値に変換する。具体的には、下記数９に従って、３相のモータ電流値を２相の電流値であるｄ軸モータ電流値Ｉｄｍｒ及びｑ軸モータ電流値Ｉｑｍｒに変換する。

Ｋは、絶対変換の場合は√（２／３）で、相対変換の場合は２/３であり、変換前後のベクトルの大きさを無視して良い場合は１でも良い。ｄ軸モータ電流値Ｉｄｍｒ及びｑ軸モータ電流値Ｉｑｍｒは、それぞれ減算部５２０ａ及び５２０ｂに減算入力される。

電流制御部５００は、ＰＩ制御部５０１及び５０２並びに２相／３相変換部５０３を備える。

ＰＩ制御部５０１は、ｄ軸操舵電流指令値Ｉｄｍｃとｄ軸モータ電流値Ｉｄｍｒとの偏差Ｉｄ１に基づいて、ＰＩ制御によりｄ軸電圧制御指令値Ｖｄｒｅｆ１を求める。同様に、ＰＩ制御部５０２は、ｑ軸操舵電流指令値Ｉｑｍｃとｑ軸モータ電流値Ｉｑｍｒとの偏差Ｉｑ１に基づいて、ＰＩ制御によりｑ軸電圧制御指令値Ｖｑｒｅｆ１を求める。なお、ＰＩ制御部５０１及び５０２での制御はＰＩ制御に限られず、操舵電流指令値に対してモータ電流値が追従するように制御するものであれば一般的に用いられている他の制御、例えばＰＩＤ制御等でも良い。

２相／３相変換部５０３は、モータ角θｅを用いて、ｄ軸電圧制御指令値Ｖｄｒｅｆ１及びｑ軸電圧制御指令値Ｖｑｒｅｆ１からなる２相の電圧制御指令値を３相の電圧制御指令値に変換する。具体的には、下記数１０に従って、２相の電圧制御指令値を３相の電圧制御指令値であるＵ相電圧制御指令値Ｖｕｒｅｆ１、Ｖ相電圧制御指令値Ｖｖｒｅｆ１及びＷ相電圧制御指令値Ｖｗｒｅｆ１に変換する。

ＰＷＭ制御部３７は、Ｕ相電圧制御指令値Ｖｕｒｅｆ１、Ｖ相電圧制御指令値Ｖｖｒｅｆ１及びＷ相電圧制御指令値Ｖｗｒｅｆ１を入力し、上述のようにデューティを演算する。そして、ＰＷＭ制御部３７からのＰＷＭ信号により、インバータ３８を介して反力用モータ３１がＰＷＭ駆動される。

転舵制御系７０の各部について詳細に説明する。

目標転舵角生成部６００は、操舵角θｈに基づいて、目標転舵角θｔｒｅｆを生成する。目標転舵角生成部６００の構成例を図１５に示す。目標転舵角生成部６００は、制限部６１０、レート制限部６２０及び補正部６３０を備える。

制限部６１０は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。操舵角θｈの上下限値を制限することにより、ハードウェアエラー等によるＲＡＭのデータ化けや通信異常等の影響で操舵角θｈが異常値となった場合に、異常な値の出力を抑える。図１６に示されるように、操舵角に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力する操舵角θｈが、上限値以上の場合は上限値を、下限値以下の場合は下限値を、それ以外の場合は操舵角θｈを、操舵角θｈ１として出力する。なお、操舵角が異常値とならない場合や、他の手段で異常な値の出力を抑える場合等では制限部６１０は省略可能である。

レート制限部６２０は、非常に急激な操舵が行われた場合、又は、上記のように操舵角が異常値になった場合に、操舵角の急変を防止するために、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て、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。操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけることにより、目標転舵角の急変を防止し、車両の不安定挙動を抑制する。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。また、操舵角が急変しない場合や、他の手段で急変を回避する場合等ではレート制限部６２０は省略可能である。

補正部６３０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１００内の基本マップ部１１０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。また、操舵角θｈ２と目標転舵角θｔｒｅｆの関係を、車速Ｖｓに基づいて変更しても良い。例えば、車速Ｖｓが大きい場合の舵角比を、車速Ｖｓが小さい場合の舵角比に比べて、小さく変更する。舵角比とは、操舵角θｈ２の変化量に対する目標転舵角θｔｒｅｆの変化量を指している。一般的に、車速Ｖｓが大きい場合には、直進安定性を向上させるために、舵角比を小さくすることが望ましく、車速Ｖｓが小さい場合には、わずかなハンドル操作で大きな転舵角θｔが得られるように、舵角比を大きくすることが望ましい。車速Ｖｓに応じて舵角比を変更することにより、この相反する特性を両立させることができる。

転舵角制御部７００は、捩れ角制御部４００と同様の構成及び動作で、ＰＩ－Ｄ制御により、目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔを用いて、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔが追従するような転舵電流指令値Ｉｍｃｔを演算する。

減算部８１０、電流制御部８００、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９は、それぞれ減算部５２０、電流制御部５００、ＰＷＭ制御部３７、インバータ３８及びモータ電流検出器３９と同様な構成で同様な動作を行う。また、転舵用モータ４１として３相ブラシレスモータを使用した場合、減算部８１０から転舵装置４０までの構成は、図１４に示される減算部５２０から反力装置３０までの構成と同様な構成となる。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１７～図２０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、操舵角θｈ、車速Ｖｓ、捩れ角Δθ、転舵角θｔ及びモータ角θｍが検出又は算出され（ステップＳ１０）、操舵角θｈは目標操舵トルク生成部１００及び目標転舵角生成部６００に、車速Ｖｓは目標操舵トルク生成部１００及びＳＡＴ補正部２００に、捩れ角Δθは捩れ角制御部４００に、転舵角θｔはＳＡＴ補正部２００及び転舵角制御部７００に、モータ角θｍはＳＡＴ補正部２００にそれぞれ入力される。

操舵角θｈ及び車速Ｖｓを入力した目標操舵トルク生成部１００は、基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡを生成する（ステップＳ２０）。目標操舵トルク生成部１００の動作例については、図１８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１００に入力された操舵角θｈは基本マップ部１１０、微分部１２０、切増し／切戻し判定部１４０及びヒステリシス補正部１５０に、車速Ｖｓは基本マップ部１１０及びダンパゲイン部１３０にそれぞれ入力される（ステップＳ２１）。

基本マップ部１１０は、図５（Ａ）又は（Ｂ）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１８０に出力する（ステップＳ２２）。

微分部１２０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１３０は図６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１６０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１７０に出力する（ステップＳ２５）。舵角速度ωｈは切増し／切戻し判定部１４０にも入力される。

切増し／切戻し判定部１４０は、操舵角θｈ及び舵角速度ωｈから、操舵の切増し／切戻しを、図７に示される特性に従って判定し、判定結果である操舵状態ＳＴｓをヒステリシス補正部１５０に出力する（ステップＳ２６）。

ヒステリシス補正部１５０は、操舵角θｈに対して、操舵状態ＳＴｓに応じて数４及び数５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Ｓ２７）、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを生成し、加算部１７０に出力する（ステップＳ２８）。なお、数４及び数５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５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。

トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃは加算部１７０で加算され、その加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部１８０で加算され、その加算結果が基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡとして出力される（ステップＳ２９）。基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡは加算部５１０に入力される。

車速Ｖｓ、転舵角θｔ及びモータ角θｍを入力したＳＡＴ補正部２００は、過去値保持部２５０からの過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐも入力し、補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを求める（ステップＳ３０）。ＳＡＴ補正部２００の動作例については、図１９のフローチャートを参照して説明する。なお、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐの初期値としてゼロが設定されている。

ＳＡＴ補正部２００は、入力した過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐ、転舵角θｔ及びモータ角θｍをＳＡＴ推定部２１０に、車速Ｖｓを補正値決定部２３０にそれぞれ入力する。

ＳＡＴ推定部２１０は、角速度演算部２１２ｂにて転舵角θｔから転舵角速度を、更に角加速度演算部２１３ｂを介して転舵角加速度を算出し、角速度演算部２１２ａにてモータ角θｍからモータ角速度を、更に角加速度演算部２１３ａを介してモータ角加速度を算出し、換算部２１１ａにて過去転舵電流指令値ＩｍｃｔｐからモータトルクＴｍを算出し、それらを用いて、更に換算部２１１ｂ並びにブロック２１４ｂ、２１５ｂ、２１４ａ及び２１５ａでの乗算、減算部２１６ｂ及び２１６ａでの減算により、数８に基づいてＳＡＴ推定値Ｔｓａｔを算出する（ステップＳ３１）。ＳＡＴ推定値Ｔｓａｔはフィルタ処理部２２０に入力される。

フィルタ処理部２２０は、ＳＡＴ推定値Ｔｓａｔに対して、ＬＰＦを使用したフィルタ処理を行い、ＳＡＴ推定値Ｔｓｔを求める（ステップＳ３２）。ＳＡＴ推定値Ｔｓｔは補正値決定部２３０に入力される。

車速Ｖｓ及びＳＡＴ推定値Ｔｓｔを入力した補正値決定部２３０は、図１２に示される特性である補正値マップを使用して、補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを決定する（ステップＳ３３）。補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢは加算部５１０に入力される。

基本目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及び補正目標操舵トルクＴｒｅｆＢを入力した加算部５１０は、両者を加算し、加算結果を目標操舵トルクＴｒｅｆとして変換部３００に出力する（ステップＳ４０）。

変換部３００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換し（ステップＳ５０）、目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部４００に入力される。

捩れ角制御部４００は、目標捩れ角Δθｒｅｆと共に捩れ角Δθを入力し、図１３に示される構成によりＰＩ－Ｄ制御を行い、操舵電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ６０）。

操舵電流指令値Ｉｍｃは減算部５２０に加算入力され、モータ電流検出器３９で検出されたモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が減算部５２０で算出される（ステップＳ７０）。偏差Ｉ１は電流制御部５００に入力され、電流制御部５００は電流制御により電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１を算出する（ステップＳ８０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して、反力用モータ３１が駆動制御される（ステップＳ９０）。

一方、操舵角θｈを入力した目標転舵角生成部６００は、目標転舵角θｔｒｅｆを生成する（ステップＳ１００）。目標転舵角生成部６００の動作例については、図２０のフローチャートを参照して説明する。

目標転舵角生成部６００に入力された操舵角θｈは制限部６１０に入力される。制限部６１０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Ｓ１０１）、操舵角θｈ１としてレート制限部６２０に出力する。レート制限部６２０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Ｓ１０２）、操舵角θｈ２として補正部６３０に出力する。補正部６３０は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求める（ステップＳ１０３）。目標転舵角θｔｒｅｆは転舵角制御部７００に入力される。

転舵角制御部７００は、目標転舵角θｔｒｅｆと共に転舵角θｔを入力し、ＰＩ－Ｄ制御により転舵電流指令値Ｉｍｃｔを求める（ステップＳ１１０）。

転舵電流指令値Ｉｍｃｔは過去値保持部２５０に保持されると共に（ステップＳ１２０）、減算部８１０に加算入力される。減算部８１０では、転舵電流指令値Ｉｍｃｔとモータ電流検出器４９で検出されたモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が算出される（ステップＳ１３０）。偏差Ｉ２は電流制御部８００に入力され、電流制御部８００は電流制御により電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を算出する（ステップＳ１４０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して、転舵用モータ４１が駆動制御される（ステップＳ１５０）。

なお、図１７～図２０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。

上述の実施形態において、目標操舵トルク生成部１００はダンパゲイン部１３０及びヒステリシス補正部１５０を備えるが、ダンパゲインによる効果及び／又はヒステリシス補正による効果を別の手段で実現する場合や、演算量削減を重視する場合等では、ダンパゲイン部１３０及び／又はヒステリシス補正部１５０並びにそれらに関連する構成要素を削減しても良い。また、基本マップ部１１０の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部１９０を挿入しても良い。つまり、図４中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図２１（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１９０において、位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子の遮断周波数を１．０Ｈｚ、分母の遮断周波数を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１００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。

本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以降の各実施形態において、既出の他の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明の一部又は全てを省略する。

第１実施形態でのＳＡＴ推定部２１０は、上記の第１運動方程式及び第２運動方程式より導出された数８に基づいてＳＡＴを推定しているが、第１運動方程式のみを用いて、ＳＡＴを推定することもできる。即ち、上記数６をＴｓａｔについて解くと、下記数１１が得られる。

よって、転舵角θｔ及びモータ角θｍに基づいて駆動トルクｆｇを求めることにより、ＳＡＴを推定することができる。

上述に対応したＳＡＴ推定部の構成例（第２実施形態）を図２２に示す。第２実施形態でのＳＡＴ推定部２１０Ａは上記数１１に基づいた構成となっており、転舵角θｔ及びモータ角θｍを用いて、ＳＡＴを推定する。図１１に示される第１実施形態でのＳＡＴ推定部２１０と比べると、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐが入力されておらず、換算部２１１ａ及び２１１ｂ、角速度演算部２１２ａ、角加速度演算部２１３ａ、ブロック２１４ａ及び２１５ａ並びに減算部２１６ａがなく、代わりにトルク決定部２１７が配置されている。また、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐを使用しないことから、過去値保持部２５０が不要となる。

トルク決定部２１７は、転舵角θｔ及びモータ角θｍに基づいて駆動トルクｆｇを求める。トルク決定部２１７は、例えば、図２３に示されるような特性のマップ（以下、「トルク決定マップ」とする）を使用して、駆動トルクｆｇを決定する。即ち、減速比Ｎｇを基にモータ角θｍをピニオン軸換算（ピニオン軸に対する値に変換）し、転舵角θｔとピニオン軸換算されたモータ角（θｍ／Ｎｇ）の偏差に対する駆動トルクｆｇを予め定めたトルク決定マップを使用して、駆動トルクｆｇを決定する。トルク決定マップは、上記偏差の大きさがゼロから大きくなるにしたがって、駆動トルクｆｇの大きさがゼロから徐々に大きくなる特性となっている。なお、トルク決定マップの特性は、偏差に対して直線的、つまり比例して駆動トルクｆｇが変化する特性でも良い。この場合、マップではなく、偏差にゲインを乗算して駆動トルクｆｇを演算するようにしても良い。

ＳＡＴ推定部２１０Ａでは、角速度演算部２１２ｂ、角加速度演算部２１３ｂ並びにブロック２１４ｂ及び２１５ｂにより粘性トルク及び慣性トルクが演算され、トルク決定部２１７にて決定された駆動トルクｆｇから粘性トルク及び慣性トルクが減算部２１６ｂで減算され、減算結果をＳＡＴ推定値Ｔｓａｔとして出力する。

第２実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、ＳＡＴ推定部の動作（図１９に示されるフローチャートでのステップＳ３１）が上述のように変わり、過去値保持部２５０の動作（図１７に示されるフローチャートでのステップＳ１２０）がなくなるだけで、他の動作は同じである。

第１実施形態でのＳＡＴ推定部２１０は、モータトルクＴｍを過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐから算出しているが、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐではなく、転舵用モータ４１の電流値であるモータ電流値Ｉｍｄから算出することもできる。第１実施形態では、転舵電流指令値とモータ電流値はほぼ一致していると見做して、転舵電流指令値を用いてＳＡＴを推定している。しかし、時間遅れや誤差等により両値に偏差が存在していることがあり、その偏差がモータトルク演算に、更にＳＡＴ推定に反映し、その結果、ＳＡＴ感の伝達に影響を与えるかもしれない。そこで、転舵電流指令値に代わりにモータ電流値を使用することにより、その影響を軽減することができる。

上述に対応した本発明の構成例（第３実施形態）を図２４に示す。図３に示される第１実施形態と比べると、第３実施形態での制御装置５０Ｂ内の反力制御系６０Ｂには、過去値保持部２５０がなく、ＳＡＴ補正部２００には、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐではなく、モータ電流検出器４９で検出されるモータ電流値Ｉｍｄが入力されている。

ＳＡＴ補正部２００では、転舵駆動情報としてモータ電流値Ｉｍｄを使用し、転舵角θｔ、モータ角θｍ及びモータ電流値Ｉｍｄを用いて、ＳＡＴを推定する。

第３実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、過去値保持部２５０の動作がなくなり、モータ電流検出器４９で検出されたモータ電流値Ｉｍｄが減算部８１０の他にＳＡＴ補正部２００に入力され、ＳＡＴ補正部２００の動作が上述のように変わるだけで、他の動作は同じである。

なお、第２実施形態に対しても、過去転舵電流指令値Ｉｍｃｔｐの代わりにモータ電流値Ｉｍｄを用いたＳＡＴ推定を行っても良い。

上述の実施形態（第１～第３実施形態）では、反力制御系は捩れ角が目標捩れ角に追従するような制御を行っているが、反力制御系での制御はそれに限られず、操舵トルクが目標操舵トルクに追従するような制御を行っても良い。図２５に、第１実施形態での反力制御系において、操舵トルクが目標操舵トルクに追従するような制御を行う場合の構成例（第４実施形態）を示す。

第４実施形態での制御装置５０Ｃ内の反力制御系６０Ｃでは、図３に示される第１実施形態と比べると、捩れ角制御部４００がトルク制御部９００に代わっており、変換部３００がなく、操舵トルク演算部９５０が追加されている。

操舵トルク演算部９５０は、捩れ角演算部３５で求められる捩れ角Δθを操舵トルク（トーションバーのトルク）Ｔｔに換算する。例えば、捩れ角Δθにトーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔを乗算することにより、操舵トルクＴｔを求める。操舵トルク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。

トルク制御部９００は、捩れ角制御部４００と同様の構成及び動作で、ＰＩ－Ｄ制御により、目標操舵トルクＴｒｅｆ及び操舵トルクＴｔを用いて、目標操舵トルクＴｒｅｆに操舵トルクＴｔが追従するような操舵電流指令値Ｉｍｃを演算する。

第４実施形態の動作例を図２６のフローチャートを参照して説明する。図２６には、図１７に示される第１実施形態の動作例の中で、動作が異なる箇所のみを示している。

図１７に示されるフローチャート中のステップＳ１０で算出された捩れ角Δθは操舵トルク演算部９５０に入力され、ステップＳ４０で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆはトルク制御部９００に入力される。

操舵トルク演算部９５０は、捩れ角Δθにバネ定数Ｋｔを乗算し、操舵トルクＴｔを算出する（ステップＳ５０Ａ）。操舵トルクＴｔはトルク制御部９００に入力される。

トルク制御部９００は、目標操舵トルクＴｒｅｆ及び操舵トルクＴｔに対するＰＩ－Ｄ制御により操舵電流指令値Ｉｍｃを求める（ステップＳ６０Ａ）。その後、ステップＳ７０へと続く。

なお、第２及び第３実施形態に対しても、反力制御系において、操舵トルクが目標操舵トルクに追従するような制御を行っても良い。

上述の実施形態（第１～第４実施形態）では１つの制御装置が反力制御系及び転舵制御系を有しているが、反力制御系のみを有する制御装置と転舵制御系のみを有する制御装置をそれぞれ設けても良い。この場合、制御装置同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。図１に示されるＳＢＷシステムは反力装置３０と転舵装置４０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。更に、反力装置３０はトーションバーを備えているが、ハンドル１と反力用モータ３１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。

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。

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
１０ 車速センサ
３０ 反力装置
３１ 反力用モータ
３２、４２ 減速機構
３３ 舵角センサ
３４、４４ 角度センサ
３５ 捩れ角演算部
３６、４６ 回転角センサ
３７、４７ ＰＷＭ制御部
３８、４８ インバータ
３９、４９ モータ電流検出器
４０ 転舵装置
４１ 転舵用モータ
４３ ピニオン軸
５０、５０Ｂ、５０Ｃ 制御装置
６０、６０Ｂ、６０Ｃ 反力制御系
７０ 転舵制御系
１００ 目標操舵トルク生成部
１１０ 基本マップ部
１３０ ダンパゲイン部
１４０ 切増し／切戻し判定部
１５０ ヒステリシス補正部
１９０ 位相補償部
２００ ＳＡＴ補正部
２１０、２１０Ａ ＳＡＴ推定部
２１１ａ、２１１ｂ 換算部
２１２ａ、２１２ｂ、５３０ 角速度演算部
２１３ａ、２１３ｂ 角加速度演算部
２１７ トルク決定部
２２０ フィルタ処理部
２３０ 補正値決定部
２５０ 過去値保持部
３００ 変換部
４００ 捩れ角制御部
５００、８００ 電流制御部
５０１、５０２ ＰＩ制御部
５０３ ２相／３相変換部
５１５ ｄｑ軸電流指令値演算部
５４０ ３相／２相変換部
６００ 目標転舵角生成部
６１０ 制限部
６２０ レート制限部
６３０ 補正部
７００ 転舵角制御部
９００ トルク制御部
９５０ 操舵トルク演算部

Claims (10)

1. 反力アクチュエータを用いて操舵部材にトルクを付与する反力装置、及び、転舵アクチュエータを用いて転舵部材を転舵する転舵装置を制御する車両用操向システムの制御装置であって、
   少なくとも前記操舵部材の操舵角に基づいて基本目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
   補正目標操舵トルクを演算するセルフアライニングトルク補正部とを備え、
   前記セルフアライニングトルク補正部が、少なくとも前記転舵部材の転舵角及び前記転舵アクチュエータの回転角を用いてセルフアライニングトルク推定値を演算するセルフアライニングトルク推定部と、前記セルフアライニングトルク推定値より前記補正目標操舵トルクを決定する補正値決定部とを具備し、
   前記基本目標操舵トルク及び前記補正目標操舵トルクに基づいて、前記反力アクチュエータを駆動制御するための操舵電流指令値を演算することを特徴とする車両用操向システムの制御装置。
2. 前記セルフアライニングトルク推定部が、
   前記転舵角、前記回転角及び前記転舵アクチュエータの駆動制御に関連する転舵駆動情報を用いて前記セルフアライニングトルク推定値を演算する請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
3. 前記セルフアライニングトルク推定部が、
   前記転舵角より演算される転舵角速度から求められる第１粘性トルク、前記転舵角速度より演算される転舵角加速度から求められる第１慣性トルク、前記回転角より演算される回転角速度から求められる第２粘性トルク、前記回転角速度より演算される回転角加速度から求められる第２慣性トルク、及び、前記転舵駆動情報から求められるアクチュエータトルクを用いて、前記セルフアライニングトルク推定値を演算する請求項２に記載の車両用操向システムの制御装置。
4. 前記操舵角に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御するための転舵電流指令値を演算する転舵制御部を更に備え、
   前記セルフアライニングトルク推定部が、前記転舵駆動情報として、前記転舵電流指令値又は前記転舵アクチュエータに供給される電流の値を使用する請求項２又は３に記載の車両用操向システムの制御装置。
5. 前記セルフアライニングトルク推定部が、
   前記転舵角及び前記回転角を用いて前記セルフアライニングトルク推定値を演算する請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
6. 前記セルフアライニングトルク推定部が、
   前記転舵角より演算される転舵角速度から求められる粘性トルク、前記転舵角速度より演算される転舵角加速度から求められる慣性トルク、及び、前記転舵角と前記回転角のずれに基づいて求められる駆動トルクを用いて、前記セルフアライニングトルク推定値を演算する請求項５に記載の車両用操向システムの制御装置。
7. 前記補正値決定部が、
   前記セルフアライニングトルク推定値の大きさが大きくなるにしたがって、前記補正目標操舵トルクの大きさが大きくなると共に、前記補正目標操舵トルクの大きさが大きくなる割合が小さくなる特性を有する請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
8. 前記補正値決定部が有する特性が車速に応じて変化する請求項７に記載の車両用操向システムの制御装置。
9. 前記セルフアライニングトルク補正部が、
   前記セルフアライニングトルク推定値に含まれるノイズを低減するフィルタ処理部を更に具備し、
   前記ノイズを低減された前記セルフアライニングトルク推定値を前記補正値決定部に入力する請求項１乃至８のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
10. 前記反力装置がトーションバーを有し、
    前記基本目標操舵トルク及び前記補正目標操舵トルクから演算される目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、
    前記目標捩れ角に対して前記トーションバーの捩れ角を追従させるような前記操舵電流指令値を演算する捩れ角制御部とを更に備える請求項１乃至９のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。

Images