JP4294380B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置、特にステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は公知のステアバイワイヤ式車両用操舵装置の概念図を示したものである。操舵機構部５００では、図示しない操舵角センサがドライバの操作する操舵ハンドル５１０の操舵角を検出し、ギヤ比変換部５４０は操舵角に基づいて転舵位置指令を生成し、転舵機構部６００に伝達する。転舵機構部６００は操舵機構部５００から与えられる転舵位置指令に従って転舵モータ６１０を駆動し、転舵軸６２０を介して操舵輪Ｔを転舵する。転舵軸力推定部７００は路面から転舵軸６２０に加わる転舵軸力を外乱オブザーバ部７１０によって推定し、操舵ハンドル５１０上で提示すべき反力トルク指令を反力トルク指令生成部７２０によって生成する。操舵機構部５００の反力モータ制御部５３０は転舵軸力推定部７００から与えられる反力トルク指令に従って反力モータ５２０を駆動し、反力トルクをドライバに伝達する。
【０００３】
図８は、転舵機構部６００の転舵モータ制御部６３０の制御ブロック図を示したものである。この制御ブロック図では、操舵機構部５００から与えられる転舵位置指令に基づいて、単位を換算した転舵モータ位置指令値θr*が入力される。転舵モータ位置制御部６３１では転舵モータ位置指令値θr*と転舵モータ実位置θrとの偏差Δθrに基づいて、転舵モータ６１０へのモータ電流指令値Ｉ*を生成する。電流制御部６３２ではモータ実電流値Ｉがモータ電流指令値Ｉ*と一致するように、すなわち、モータ電流指令値Ｉ*とモータ実電流値Ｉとの電流偏差ΔＩが０となるようにＰＷＭ駆動部６３３を介してモータ印加電圧ＶPWMを制御する。転舵軸力推定部７００の外乱オブザーバ部７１０では、特許文献１に見られるように、転舵モータ６１０の実位置θrを微分して得られる角速度ωrと転舵モータ６１０の電流指令値I*から、公知の外乱オブザーバ部７１０を用いて転舵軸６２０に加わる転舵軸力Ｆdisを演算(推定)している。なお、外乱オブザーバ部の構成例を以下の式（１）、式(２)に示す。
【０００４】
【数１】
なお、Ｆdis：転舵軸力、Ｔdis：転舵モータの外乱トルク、ｓ：ラプラス演算子、ｇ：オブザーバ極、Ｊ：転舵モータのイナーシャ、Ｋt：転舵モータのトルク定数、ωr：転舵モータの角速度、Ｉ*：転舵モータへのモータ電流指令値である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７４４０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は転舵機構部６００の電流制御部６３２(図８参照)はほぼ理想的に動作しているという前提の下に、モータ電流指令値Ｉ*とモータ実電流値Ｉとは等しいと考えて、モータ実電流値Ｉの代わりにモータ電流指令値Ｉ*を用いて転舵軸力を演算(推定)していた。そして、この転舵軸力に応じた反力トルク指令を生成していた。しかし、電流制御部６３２のゲインが十分高くない場合には、必ずしもモータ電流指令値Ｉ*とモータ実電流値Ｉとが等しいとは限らないため、そのような場合にモータ電流指令値Ｉ*を用いて転舵軸力を推定すると誤差を生じることがあった。一方、転舵モータ位置制御部６３１のゲインを高くして転舵モータの位置制御性能を向上させた場合には、転舵モータ６１０にかかる転舵軸力が反転する時に、転舵モータ６１０と転舵軸６２０との間に設けたボールねじのバックラッシュや摩擦の影響によってモータ電流指令値Ｉ*が振動的になることがある。このような電流指令値Ｉ*を用いて転舵軸力の推定を行うと、推定した転舵軸力(以下、推定転舵軸力という)にモータ電流指令値Ｉ*の振動が混入してしまうため、反力トルクにも振動が生じるという問題があった。図９は、電流指令値Ｉ*を用いて生成した反力モータトルク指令が振動した場合を示している。図において、Ａ，及びＢ部分が振動している。
【０００７】
又、転舵軸６２０が路面側から大きな転舵軸力を受けた状態でドライバが操舵を続けた場合には、以下のような問題があった。転舵軸６２０が路面側から大きな転舵軸力を受けた時、例えば、操舵時に操舵輪Ｔが縁石等に衝突して大きな抵抗を受けた時には、転舵モータ６１０の実位置と転舵位置指令との間に大きな誤差が一時的に生じる。転舵モータ位置制御部６３１ではこの偏差をなくすために、より大きなモータ電流指令値を生成する。この結果、電流偏差ΔＩも一時的に大きくなり、転舵モータの実モータ電流Ｉがモータ電流指令値Ｉ*に一致しない状態となる。この時、電流制御部６３２ではＰＷＭ駆動部６３３を介してモータ印加電圧ＶPWMを上昇させ、指令値通りの実電流を流そうとする。
【０００８】
ここで、路面側から受けた転舵軸力が大きい場合は、より大きな電流が必要となる。しかし、転舵モータに印加可能な電圧の最大値はバッテリ電圧ＶBで制限されているため、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％となってバッテリ電圧ＶBが印加された状態(電圧飽和状態)に達してしまうと、もはやそれ以上の電流を流すことはできなくなる。この結果、モータ電流指令値Ｉ*と転舵モータのモータ実電流値Ｉとは一致しなくなる。転舵モータのモータ実電流値Ｉがモータ電流指令値Ｉ*に一致しなくなれば、転舵モータの位置制御性能も低下し、転舵モータの実位置は転舵位置指令に追従できなくなる。なお、このような場合においても転舵軸力そのものは式(１)において、モータ電流指令値Ｉ*の代わりに、モータ実電流値Ｉを用いれば正しく推定できる。しかし、モータ印加電圧ＶPWMがバッテリ電圧ＶBに達していて、これ以上の切り増し操舵に対しては転舵モータ６１０が正しく追従できないという情報はドライバには全く伝わらないため、ドライバが何も知らされないまま、さらに切り増し操舵を続けると、転舵モータ６１０が追従できなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、推定転舵軸力にモータ制御系ゲインの影響による誤差や振動が生じることを防止するとともに、ＰＷＭ制御におけるモータ印加電圧が飽和した場合に反力トルクを適切に増大させて、ドライバのそれ以上の切り増し操舵を抑制することが可能な車両用操舵装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵モータを備えた転舵機構部と、前記操舵ハンドルの操舵位置に応じて、前記転舵モータのモータ電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、前記転舵モータを介して前記転舵機構部の転舵位置を制御する転舵モータ制御手段と、前記転舵モータのモータ電流指令値に応じて転舵モータに印加されるモータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記転舵モータのモータ実電流値、又は、前記転舵モータの前記モータ電流指令値のいずれかを選択し、選択した電流値に基づいて前記転舵軸の転舵軸力を推定する軸力推定手段と、前記推定した転舵軸力に基づいて、前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御する反力モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置を要旨とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵モータを備えた転舵機構部と、前記操舵ハンドルの操舵位置に応じて、前記転舵モータのモータ電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、前記転舵モータを介して前記転舵機構部の転舵位置を制御する転舵モータ制御手段と、前記転舵モータのモータ電流指令値に応じて転舵モータに印加されるモータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定する判定手段と、前記転舵モータのモータ実電流値に基づいて前記転舵軸の転舵軸力を推定する軸力推定手段と、前記所定電圧に達する以前に推定した転舵軸力に基づいて前記操舵ハンドルに付与する反力よりも大きな反力を付与する反力データを記憶する反力データ記憶手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記推定した転舵軸力に基づいて、又は、前記反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御する反力モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置を要旨とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１又は請求項２において、前記所定電圧は、モータ端子間電圧が飽和した電圧であることを特徴とする。さらに、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、前記判定手段は、前記モータ電流指令値と前記転舵モータのモータ実電流値の偏差が所定閾値に達したか否かにより、モータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定することを特徴とする。又、請求項５の発明は、請求項２において、前記反力データ記憶手段は、前記所定電圧に達する以前に推定した転舵軸力に基づいて前記操舵ハンドルに付与する反力よりも大きな反力を付与する反力データと、前記操舵ハンドルの操舵角速度のマップを記憶しており、前記反力モータ制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて、前記反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する際に、前記操舵ハンドルの操舵角速度に応じて前記反力データ記憶手段が記憶している前記マップから前記反力データを割出し、該反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両に搭載されるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（以下、単に操舵装置という）に具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。図１は本実施形態の操舵装置の概念図を示している。操舵装置は、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）を含む操舵機構部１００と、転舵機構部２００と、制御部３００を備えている。操舵機構部１００のステアリングホイール１０は、図示しない車両に対して回転可能に支持された操舵軸１１に連結されている。ハウジング１２には、反力モータ１４が取付固定されている。反力モータ１４は、本実施形態では単相ブラシ付きＤＣモータからなる。反力モータ１４の出力軸は、減速機構１５を介して操舵軸１１と作動連結されている。トルクセンサ１８は操舵軸１１の操舵トルクが検出可能に配置されている。トルクセンサ１８は第２システムＳＹ２の第２ＥＣＵ３２０に電気的に接続されている。操舵角センサ１９は操舵軸１１の操舵量、即ち操舵角（操舵位置）を検出可能に配置され、第１システムＳＹ１の第１ＥＣＵ３１０に接続されている。操舵角センサ１９は本実施形態では、パルスエンコーダから構成されている。
【００１４】
（転舵機構部２００）
次に転舵機構部２００を説明する。転舵機構部２００のハウジング２０１は、図示しない車両のボディに対して支持されている。ハウジング２０１内において、転舵モータ２１１，２１２は、本実施形態では三相ブラシレスＤＣモータからなり、同軸上に配置されている。本実施形態では、転舵モータ２１１，２１２は、ハウジング２０１内周面に配置された図示しないステータと、同ステータ内に回転自在に配置された図示しない筒状をなす共通のロータとから構成されている。そして、前記ロータ内に、転舵軸としてのシャフト２１３がその軸線の周りで回転不能かつ軸線方向に移動可能に配置されている。シャフト２１３と前記ロータは、同ロータの回転運動をシャフト２１３の直線運動に変換するように構成され、転舵モータ２１１，２１２の回転を操舵輪Ｔのトー角の変化に変換することにより転舵角を変化させる公知の運動変換機構により構成されている。本実施形態では前記運動変換機構はボールネジ機構にて構成されている。この結果、シャフト２１３の動きは、シャフト２１３の両端部側に配置された図示しないタイロッドとナックルアームを介して左右の前輪（操舵輪Ｔ）に伝達される。
【００１５】
転舵モータ２１１，２１２は第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２にてそれぞれ制御される。なお、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２は三相ブラシレスＤＣモータを駆動制御するため、複数のＭＯＳ−ＦＥＴからなるインバータから構成された公知の構成を含み、それぞれ図示しないバッテリ電源が接続されている。そして、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２のデューティ制御によって、転舵モータ２１１，２１２に印加することの可能な最大電圧は、バッテリ電圧までとされている。第１回転角センサ２２１，第２回転角センサ２２２は転舵モータ２１１，２１２のロータの軸線方向に沿って並設されており、転舵モータ２１１，２１２のそれぞれの回転角を検出する。第１回転角センサ２２１，第２回転角センサ２２２はロータリーエンコーダにて構成されている。
【００１６】
両回転角センサは、それぞれロータの回転に応じてπ／２ずつ位相の異なる２相パルス列信号と基準回転位置を表す零相パルス列信号を第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０に入力する。以下、前記両回転角センサが検出し、出力する信号を単に、検出信号（２相パルス列信号及び零相パルス列信号を含む）ということがある。又、第１回転角センサ２２１及び第２回転角センサ２２２からの検出信号は、所定のサンプリング周期で第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０に入力されている。そして、第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０は入力された検出信号に基づいて転舵モータ２１１，２１２におけるロータのステータに対する回転角が演算される。この演算された回転角は、操舵輪Ｔの転舵角の実位置（実転舵角）に相当する。前記実位置（実転舵角）は、転舵機構部２００の転舵位置に相当する。
【００１７】
（制御部３００）
次に、モータ制御系としての制御部３００について説明する。制御部３００は、第１ＥＣＵ３１０、第２ＥＣＵ３２０、第１ＰＷＭ駆動部３０１、第２ＰＷＭ駆動部３０２及び第３ＰＷＭ駆動部３０３とを備えている。第３ＰＷＭ駆動部３０３は、単相ブラシ付きＤＣモータを駆動制御するため、複数のＭＯＳ−ＦＥＴからなるインバータを含んでいる。又、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２は、転舵モータ２１１，２１２をそれぞれ駆動するためのものである。
【００１８】
図２に示すように、電流センサ３１６及び電流センサ３２６は、転舵モータ２１１，２１２の各相のモータ実電流値を検出するように設けられている。そして、電流センサ３１６及び電流センサ３２６が検出した各相のモータ実電流値は、ｄ−ｑ変換部３１８，３２９（３相／２相変換部）により、それぞれ２相（ｄ軸、ｑ軸）のモータ実電流値に変換される。以下、電流センサ３１６及び電流センサ３２６が検出した三相のモータ実電流値に対応する、この２相分（ｄ軸及びｑ軸）を含んだモータ実電流値を、それぞれ単に実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２という。又、第３ＰＷＭ駆動部３０３は、反力モータ１４を駆動するためのものである。図２に示すように、電流センサ３２７は反力モータ１４のモータ実電流値を検出するように設けられている。
【００１９】
第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０はそれぞれマイクロコンピュータを含んだ電子制御ユニットにて構成されており、両ＥＣＵにより、転舵モータ制御手段が構成されている。又、第１システムＳＹ１は、第１ＥＣＵ３１０、操舵角センサ１９、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び転舵モータ２１１などから構成されている。第２システムＳＹ２は、第２ＥＣＵ３２０、第２ＰＷＭ駆動部３０２及び転舵モータ２１２などから構成されている。第１システムＳＹ１の第１ＥＣＵ３１０は、操舵角センサ１９が検出した操舵角（操舵位置）に基づいて、操舵輪Ｔの目標位置を求め、同目標位置（目標転舵角）と、操舵輪Ｔの実転舵角との偏差に基づいて転舵モータ２１１，２１２の電流指令を求め、これを所定の配分比にて配分するようにしている。そして、両システムの各ＥＣＵはそれぞれ配分された電流指令等に基づいて転舵モータ２１１，２１２を駆動制御するようにしている。以下、詳細に説明する。
【００２０】
（第１ＥＣＵ３１０）
第１ＥＣＵ３１０において、図２の一点鎖線内は第１ＥＣＵ３１０が前記制御プログラムにより実現している各手段（各部）を示し、目標位置演算部３１２、位置制御部３１３、電流分配部３１４、電流制御部３１５を備える。なお、図２における一点鎖線内の第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０内は制御ブロックを示し、ハード構成を示すものではない。第１ＥＣＵ３１０は、操舵角センサ１９が検出した操舵角に対応する操舵輪Ｔの転舵角が得られるように、かつ、そのためにシャフト２１３に必要な推力が得られるように第１ＰＷＭ駆動部３０１を介して転舵モータ２１１の舵取制御を実行する。
【００２１】
詳説すると、目標位置演算部３１２は、操舵角に基づいて、図示しない記憶手段（例えば、ＲＯＭ）に格納したマップ等を参照して操舵輪Ｔの目標位置（目標転舵角）を示す位置指令を生成し、位置制御部３１３にその位置指令を出力する。位置制御部３１３は、位置指令と第１回転角センサ２２１の検出信号に基づいて演算された回転角（操舵輪Ｔの転舵角の実位置（実転舵角）に相当）とを入力して、位置フィードバック制御を行い速度指令を生成する。そして、位置制御部３１３は、同速度指令と微分器３１７が前記回転角に基づいて算出して入力した角速度ωｒとに基づき、速度フィードバック制御を行い電流指令Ｉ＊（なお、電流指令Ｉ＊には、ｄ軸及びｑ軸の２相分の電流指令を含む）を生成して、電流指令Ｉ＊を電流分配部３１４に出力する。なお、本実施形態では、電流指令Ｉ＊のうち、ｄ軸の電流指令（ｄ軸電流指令）は常に０としている。
【００２２】
電流分配部３１４に出力される電流指令Ｉ＊はモータ電流指令値に相当する。電流分配部３１４は供給された電流指令Ｉ＊を所定の分配比で分配し、分配した電流指令Ｉ1*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む。以下同じ）と電流指令Ｉ2*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む。以下同じ）とをそれぞれ第１システムＳＹ１の電流制御部３１５と第２システムＳＹ２の電流制御部３２１に供給する。本実施形態では、車両のエンジン始動時（始動時制御モード）での分配比は５０：０（＝Ｉ1*：Ｉ2*）とされ、車両の正常時での制御（正常時制御モード）の分配比は５０：５０（＝Ｉ1*：Ｉ2*）とされている。
【００２３】
すなわち、本実施形態では、電流制御部３１５と電流制御部３２１に供給する車両のエンジン始動時（始動時制御モード）でのｑ軸電流指令の分配比は５０：０とされ、車両の正常時での制御（正常時制御モード）の分配比は５０：５０とされている。なお、車両のエンジン始動時（始動時制御モード）及び車両の正常時での制御（正常時制御モード）に関わらず、電流制御部３１５と電流制御部３２１に供給するｄ軸電流指令はいずれの場合も常に０である。第１ＥＣＵ３１０による転舵モータ２１１の舵取制御は、転舵角が操舵角と対応するように制御する位置制御と、そのためにシャフト２１３に必要な推力、即ち、出力トルクを得るための電流制御とが含まれる。電流制御部３１５は、電流制御、すなわち、電流フィードバック制御を実行するためのものである。
【００２４】
始動時制御モード及び正常時制御モードでは、電流制御部３１５は、電流指令Ｉ1*と、第１回転角センサ２２１の検出信号（回転角）、及びｄ−ｑ変換部３１８にて変換された転舵モータ２１１の実電流値Ｉｒ１を入力する。そして、電流制御部３１５は、電流指令Ｉ1*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む）と実電流値Ｉｒ１の各軸の電流偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３１５は、前記各軸の電流偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第１ＰＷＭ駆動部３０１は、第１ＥＣＵ３１０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、転舵モータ２１１への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、電流指令Ｉ1*に一致したモータ駆動電流を流して転舵モータ２１１を回転駆動する。なお、実際には、電流指令Ｉ1*に含まれるｄ軸電流指令は０であるため、ｑ軸電流指令に一致したモータ駆動電流が流れて転舵モータ２１１が回転駆動することになる。
【００２５】
（第２ＥＣＵ３２０）
一方、第２ＥＣＵ３２０において、図２の一点鎖線内は第２ＥＣＵ３２０が制御プログラムにより実現している各手段（各部）を示し、電流制御部３２１、外乱オブザーバ部３２２、反力トルク指令生成部３２３、トルク制御部３２４、電流制御部３２５、ｄ−ｑ変換部３２９、切換器３３０、判定部３３１を備える。外乱オブザーバ部３２２、及び反力トルク指令生成部３２３とにより転舵軸力推定部３３５が構成されている。
【００２６】
始動時制御モード及び正常時制御モードでは、電流制御部３２１は、分配された電流指令Ｉ2*と、第２回転角センサ２２２の検出信号（回転角）及び電流センサ３２６が検出した転舵モータ２１２の各軸（ｄ軸とｑ軸）の実電流値Ｉｒ２を入力する。第２ＥＣＵ３２０による転舵モータ２１２の舵取制御は、シャフト２１３に必要な推力、即ち、出力トルクを得るための電流制御が含まれる。電流制御部３２１は、電流制御、すなわち、電流フィードバック制御を実行するためのものである。電流制御部３２１は、電流指令Ｉ2*と、第２回転角センサ２２２の検出信号（回転角）、及びｄ−ｑ変換部３２９にて変換された転舵モータ２１２の２相（ｄ軸及びｑ軸）の実電流値Ｉｒ２を入力する。そして、電流制御部３２１は、電流指令Ｉ2*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む）と実電流値Ｉｒ２の各軸の電流偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３２１は、前記各軸の電流偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第２ＰＷＭ駆動部３０２は、第２ＥＣＵ３２０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、転舵モータ２１２への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、電流指令Ｉ2*に一致したモータ駆動電流を流して転舵モータ２１２を回転駆動する。なお、実際には、電流指令Ｉ2*に含まれるｄ軸電流指令は０としているため、ｑ軸電流指令に一致したモータ駆動電流が流れて転舵モータ２１２が回転駆動することになる。
【００２７】
そして、このようにして、転舵モータ２１１，２１２が駆動制御され、これらのモータの出力が合わさることにより、転舵機構部２００にて操舵輪Ｔの目標転舵角への舵取が行われる。なお、上記説明は両システムが共に正常の場合の両転舵モータの制御について説明したが、一方のシステムが故障時には、残った正常側のシステムのＥＣＵが、目標位置演算部３１２〜電流制御部３１５の機能を実現するように、制御プログラムが実行される。この場合、トルクセンサ１８や操舵角センサ１９等の各システムに入力される各センサからの検出信号は、必要な場合には、故障側のシステムのＥＣＵから正常側のシステムのＥＣＵに対して送信される。そして、正常側のシステムは、制御対象の転舵モータの出力を、両システムが共に正常時の場合よりも高めるように制御する。
【００２８】
（反力付与）
次に、ステアリングホイール１０に反力を付与するための構成について説明する。第１ＥＣＵ３１０の微分器３１７は、第１回転角センサ２２１が検出した回転角を微分して、角速度ωｒを求め、求めた角速度ωｒを第２ＥＣＵ３２０の外乱オブザーバ部３２２に入力する。又、ｄ−ｑ変換部３１８及びｄ−ｑ変換部３２９は、転舵モータ２１１，２１２の実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２を、切換器３３０を介して外乱オブザーバ部３２２に入力する。
【００２９】
判定部３３１は、電流制御部３２１で演算した各軸の電流偏差のうち、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下か否かを判定する。本実施形態の所定閾値は、この所定閾値に基づいて、電流制御部３２１が電圧指令を生成し、第２ＰＷＭ駆動部３０２がこの電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力したとき、第２ＰＷＭ駆動部３０２を介して転舵モータ２１２に印加されるモータ端子間電圧がバッテリ電圧に達する値とされている。前記バッテリ電圧は、本発明の所定電圧に相当する。なお、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下か否かを判定する理由は、ｑ軸電流が転舵モータの出力トルクを決定する電流であるからである。
【００３０】
（電流偏差が所定閾値以下の場合）
そして、判定部３３１は、電流制御部３２１で演算した各軸の電流偏差のうち、ｑ軸の電流偏差が前記所定閾値以下の場合、切換器３３０を介して、前記転舵モータ２１１，２１２の実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２を外乱オブザーバ部３２２に入力するように接続する。外乱オブザーバ部３２２は、入力した角速度ωｒ及び実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２に基づいてシャフト２１３に働く転舵軸力を推定する。すなわち、外乱オブザーバ部３２２は、角速度ωｒと、実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２のｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２を下記の式（３）及び式（４）に代入することによって、転舵軸力を演算する。
【００３１】
【数２】
なお、本実施形態の式において、Ｆdisは転舵軸力、Ｔdisは両転舵モータの外乱トルクの和、ｓはラプラス演算子、ｇはオブザーバ極、Ｊ１は転舵モータ２１１のイナーシャ、Ｋt１は転舵モータ２１１のトルク定数、ωｒは転舵モータ２１１の角速度、Ｉqr１は転舵モータ２１１のｑ軸の実電流値である。又、Ｊ２は転舵モータ２１２のイナーシャ、Ｋt２は転舵モータ２１２のトルク定数、Ｉqr２は転舵モータ２１２のｑ軸の実電流値である。従って、式（４）から分かるように、角速度ωｒが負の場合は、正の場合よりもＴdisが大きくなるため、式（３）によって算出された転舵軸力Ｆdisも大きくなる。
【００３２】
（電流偏差が所定閾値を超える場合）
一方、判定部３３１は、電流制御部３２１で演算した各軸の電流偏差のうち、ｑ軸の電流偏差が所定閾値を超える場合、切換器３３０を介して、前記転舵モータ２１１，２１２の分配された各電流指令Ｉ1*及び電流指令Ｉ2*を外乱オブザーバ部３２２に入力するように接続する。従って、この場合、外乱オブザーバ部３２２は、入力した角速度ωｒと、分配された両電流指令Ｉ1*及び電流指令Ｉ2*に基づきシャフト２１３に働く仮想の転舵軸力を演算する。すなわち、外乱オブザーバ部３２２は、角速度ωｒと、電流指令Ｉ1*，Ｉ2*のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*を下記の式（５）に代入して、両転舵モータの外乱トルクを合計し、前記式（３）式にて仮想の転舵軸力を演算する。
【００３３】
【数３】
なお、式（５）において、Ｉq1*は転舵モータ２１１のｑ軸電流指令、Ｉq2*は転舵モータ２１２のｑ軸電流指令である。反力トルク指令生成部３２３は、外乱オブザーバ部３２２が推定又は演算した前記転舵軸力に基づき、図示しない記憶手段に格納した反力マップ等を参照して反力を得るのに必要な反力トルクを反力トルク指令として求め、求められた反力トルク指令を、トルク制御部３２４に出力する。トルク制御部３２４は、トルクセンサ１８から入力した操舵トルクと、反力トルク指令との偏差を演算し、その偏差を反力トルクの電流指令として電流制御部３２５に付与する。即ち、トルクフィードバック制御が行われる。このように制御部３００の第２ＥＣＵ３２０は、トルクセンサ１８より得られる操舵トルクにより、トルクフィードバック制御を行う制御ループを備える。電流制御部３２５は、前記反力トルクの電流指令と、電流センサ３２７が検出した反力モータ１４のモータ実電流値を入力する。電流制御部３２５は、モータ実電流値と前記電流指令との偏差を解消するように電流指令に一致したモータ駆動電流を流して反力モータ１４を回転駆動する。このようにして、反力モータ１４が駆動制御され、ステアリングホイール１０に、その操舵方向とは逆方向の反力トルクが付与される。この結果、ステアリングホイール１０の回転操作には、反力モータ１４が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要がある。
【００３４】
（作用）
次に、上記のように構成された操舵装置の作用について説明する。図３は、本実施形態の第２ＥＣＵ３２０が実行する軸力推定制御プログラムのフローチャートであり、所定周期毎に実行処理される。この制御プログラムの処理に入ると、Ｓ１０（ステップをＳで表す）では、電流制御部３２１で算出したｑ軸の電流偏差を読み込む。Ｓ２０では、読み込みしたｑ軸の電流偏差が所定閾値以下か否かを判定する。Ｓ２０は、前記判定部３３１及び切換器３３０が行う処理である。Ｓ２０で、ｑ軸の電流偏差が所定閾値以下の場合には、Ｓ３０で、ｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２を用いた前述の転舵軸力の推定を行い、この制御プログラムを終了する。一方、このＳ２０で、電流偏差が所定閾値を超える場合にはＳ４０に移行し、両電流指令Ｉ1*，Ｉ2*を使用した前述の仮想の転舵軸力を演算する。
【００３５】
従って、上記の構成によって、ステアリングホイール１０の操舵時にモータ端子間電圧が、飽和状態となった場合は、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ４０に移行して電流指令を用いた仮想の転舵軸力の演算がなされる。そして、増大した電流指令を用いて演算された仮想の転舵軸力に基づいて反力モータ１４を駆動制御するため、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクが増加し、それ以上の切り増し操舵を抑制することができる。
【００３６】
本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１） 本実施形態のステアバイワイヤ式の操舵装置では、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）の操舵角（操舵位置）に応じて、転舵モータ２１１，２１２のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*を生成するようした。そして、ｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*に基づいて、電流フィードバック制御を行うことにより、転舵モータ２１１，２１２を介して操舵輪Ｔの転舵角の実位置（転舵機構部２００の転舵位置）を制御する第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０（転舵モータ制御手段）を備える。さらに、第２ＥＣＵ３２０は、判定手段として、転舵モータ２１２の電流指令に応じて転舵モータ２１２に印加されるモータ端子間電圧が増加してバッテリ電圧（所定電圧）に達することにより、ｑ軸の電流偏差が生じて所定閾値を超えているか否かを判定するようにした。又、第２ＥＣＵ３２０は、軸力推定手段として前記判定結果に応じて転舵モータ２１１，２１２のｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２、又は転舵モータ２１１，２１２のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*のいずれかを選択するようにした。そして、第２ＥＣＵ３２０は、選択した電流値に基づいてシャフト２１３（転舵軸）の転舵軸力を演算するようにした。さらに、第２ＥＣＵ３２０は反力モータ制御手段として、演算した転舵軸力に応じて、ステアリングホイール１０に反力を付与する反力モータ１４を制御するようにした。この結果、速い操舵をした際にモータ端子間電圧が、操舵時に所定電圧に達した場合には、反力モータにより反力を増大させて、それ以上の切り増し操舵を抑制することができる。
【００３７】
（２） 第１実施形態の操舵装置においては、第２ＥＣＵ３２０（判定手段）は、ｑ軸電流指令Ｉq2*と転舵モータ２１２のｑ軸の実電流値Ｉqr２の偏差が所定閾値に達したか否かにより、モータ端子間電圧がバッテリ電圧（所定電圧）に達したか否かを判定するようにした。この結果、上記（１）の作用効果を容易に実現できる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５及び図６（ａ）を参照して説明する。なお、図５における一点鎖線内の第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０内は制御ブロックを示し、ハード構成を示すものではない。又、第１実施形態と同一構成及び相当する構成については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成を説明する。第２実施形態では、第１実施形態の切換器３３０が省略されている。そして、外乱オブザーバ部３２２には、従来と同様に、実電流値Ｉｒ１（ｑ軸の実電流値Ｉqr１），Ｉｒ２（ｑ軸の実電流値Ｉqr２）が入力可能にされており、第２実施形態では、切換器３４０と、読出部３５０、記憶部３６０とを備えている。
【００３９】
記憶部３６０は、反力データ記憶手段として機能するＲＯＭ等からなる記憶手段にて構成されており、規定反力設定値が予め記憶されている。規定反力設定値は、第１実施形態で説明した所定電圧（バッテリ電圧）に達する直前まで反力トルク指令生成部３２３で生成した反力トルク指令よりも大きな値となるように予め設定されている。なお、第２実施形態では、規定反力設定値は固定値である。判定部３３１は、第１実施形態と同様に電流制御部３２１で演算したｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下か否かを判定する。そして、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下の場合には、判定部３３１は、切換器３４０を介して、反力トルク指令生成部３２３の出力をトルク制御部３２４に出力する。又、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値を超える場合には、判定部３３１は、切換器３４０を介して、読出部３５０が読み出した記憶部３６０の規定反力設定値をトルク制御部３２４に出力するようにされている。
【００４０】
（作用）
次に、上記のように構成された操舵装置の作用について説明する。図６（ａ）は、第２実施形態の第２ＥＣＵ３２０が実行する反力トルク指令生成制御プログラムのフローチャートであり、所定周期毎に実行処理される。この制御プログラムの処理に入ると、Ｓ１１０では、電流制御部３２１で算出したｑ軸の電流偏差を読み込む。Ｓ１２０では、読み込みしたｑ軸の電流偏差が所定閾値以下か否かを判定する。Ｓ１２０は、前記判定部３３１及び切換器３４０が行う処理である。Ｓ１２０で、ｑ軸の電流偏差が所定閾値以下の場合には、Ｓ１３０で、ｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２を用いた転舵軸力の推定及び反力マップにより反力トルク指令を求め、この求めた反力トルク指令をトルク制御部３２４に出力してこの制御プログラムを終了する。一方、このＳ１２０で、ｑ軸の電流偏差が所定閾値を超える場合にはＳ１４０に移行し、規定反力設定値を反力トルク指令として、トルク制御部３２４に出力してこの制御プログラムを終了する。従って、上記の構成によって、ステアリングホイール１０の操舵時にモータ端子間電圧が、飽和状態となった場合は、Ｓ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０に移行して規定反力設定値による反力トルク指令を用いて得られた反力トルクが反力モータ１４にてステアリングホイール１０に付与される。従って、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクを、増加させることができる。
【００４１】
第２実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１） 本実施形態のステアバイワイヤ式の操舵装置では、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）の操舵角（操舵位置）に応じて、転舵モータ２１１，２１２のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*を生成するようした。そして、ｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*に基づいて、電流フィードバック制御を行うことにより、転舵モータ２１１，２１２を介して操舵輪Ｔの転舵角の実位置（転舵機構部２００の転舵位置）を制御する第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０（転舵モータ制御手段）を備える。さらに、第２ＥＣＵ３２０は、判定手段として、転舵モータ２１２の電流指令に応じて転舵モータ２１２に印加されるモータ端子間電圧が増加してバッテリ電圧（所定電圧）に達することにより、ｑ軸の電流偏差が生じて所定閾値を超えているか否かを判定するようにした。又、第２ＥＣＵ３２０は、軸力推定手段として転舵モータ２１１，２１２のｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２に基づいてシャフト２１３（転舵軸）の転舵軸力を推定するようにした。そして、記憶部３６０は、反力データ記憶手段として、所定電圧（バッテリ電圧）に達する直前までに推定した転舵軸力に応じてステアリングホイール１０に付与する反力よりも大きな反力を付与する規定反力設定値（反力データ）を記憶するようにした。さらに、第２ＥＣＵ３２０は反力モータ制御手段として、前記判定結果に応じて、推定した転舵軸力に応じて、或いは、規定反力設定値に基づいてステアリングホイール１０に反力を付与する反力モータ１４を制御するようにした。
【００４２】
この結果、モータ端子間電圧が所定電圧に達するまではモータ制御系ゲインの影響を受けない安定した推定軸力を得ることができる。さらに、操舵時にモータ端子間電圧が、所定電圧に達した場合には、反力モータにより反力を増大させて、それ以上の切り増し操舵を抑制するようにすることができる。
【００４３】
なお、本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
（１） 第１実施形態では、判定部３３１は、電流制御部３２１で算出した電流偏差が所定閾値以下か否かを判定したが、判定部３３１を第１ＥＣＵ３１０側に設け、電流制御部３１５で算出した電流偏差に基づいて判定するようにしてもよい。
【００４４】
（２） 第１実施形態では、第２ＥＣＵ３２０は、電流偏差で判定したが、モータ端子間電圧で判定するようにしてもよい。すなわち、電流制御部３１５で出力する電圧指令に基づいて出力電圧が所定電圧か否かを判定するようにする。この場合、図４に示すように、フローチャートは、Ｓ１０，Ｓ２０の代わりにＳ１０Ａ，Ｓ２０Ａのように変更する。Ｓ１０Ａでは、出力電圧を読込し、Ｓ２０Ａでは、読込した出力電圧が所定電圧か否かを判定する。他のステップは、第１実施形態と同様である。
【００４５】
（３） 所定電圧は、前記各実施形態ではバッテリ電圧としたが、必ずしもバッテリ電圧に限定するものではない、バッテリ電圧をＶｂとしたとき、Ｖｂ−αの値を所定電圧としてもよい。この場合、αは、例えば、０．５Ｖのように１Ｖよりも小さな値とする。
【００４６】
（４） 第２実施形態では、第２ＥＣＵ３２０は、電流偏差で判定したが、モータ端子間電圧で判定するようにしてもよい。すなわち、電流制御部３２１で出力する電圧指令に基づいて出力電圧が所定電圧か否かを判定するようにする。この場合、図６（ｂ）に示すように、フローチャートは、Ｓ１１０，Ｓ１２０の代わりにＳ１１０Ａ，Ｓ１２０Ａのように変更する。Ｓ１１０Ａでは、出力電圧を読込し、Ｓ１２０Ａでは、読込した出力電圧が所定電圧か否かを判定する。他のステップは、第２実施形態と同様である。
【００４７】
（５） 第２実施形態では、規定反力設定値は、固定値としたが、固定値に限定するものではなく、可変値であってもよい。例えば、操舵角速度に応じて、異なる反力トルク指令が得られるように、操舵角速度と、反力データとをマップ化して、該マップを記憶部３６０に格納する。そして、ステアリングホイール１０の操舵角を操舵角センサ１９にて検出し、前記操舵角を微分器３７０（図５参照）にて微分して、操舵角速度を求め、得た操舵角速度を読出部３５０に入力して、その操舵角速度に応じて反力データを割り出すようにしてもよい。この場合においても、反力データとしての規定反力設定値は、所定電圧（バッテリ電圧）に達する以前において、推定した転舵軸力に基づいて得られるステアリングホイール１０に付与する反力よりも大きな反力を付与する値とする。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１乃至請求項５に記載の発明によれば、モータ端子間電圧が所定電圧に達するまではモータ制御系ゲインの影響を受けない安定した推定軸力を得ることができる効果を奏する。すなわち、モータ制御系ゲインの影響による誤差や振動が生じることを防止できる。さらに、操舵をした際にモータ端子間電圧が、所定電圧に達した場合には、反力モータにより、反力を増大させて、それ以上の切り増し操舵を抑制するようにすることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の操舵装置の全体を示す概略図。
【図２】 同じく制御ブロックの概念図。
【図３】 第２ＥＣＵが実行する軸力推定制御プログラムのフローチャート。
【図４】 第１実施形態の変形例における第２ＥＣＵが実行する制御プログラムのフローチャート。
【図５】 第２実施形態の同じく制御ブロックの概念図。
【図６】 （ａ）は第２ＥＣＵが実行する反力トルク指令生成制御プログラムのフローチャート、（ｂ）は第２実施形態の変形例における第２ＥＣＵが実行する反力トルク指令生成制御プログラムのフローチャート。
【図７】 公知のステアバイワイヤ式車両用操舵装置の概念図。
【図８】 従来技術の転舵機構部６００の転舵モータ制御部６３０の制御ブロック図。
【図９】 反力モータトルク指令のタイムチャート。
【符号の説明】
１０…ステアリングホイール（操舵ハンドル）
１４…反力モータ
１９…操舵角センサ
２００…転舵機構部
２１１，２１２…転舵モータ
２１３…シャフト（転舵軸）
３００…制御部（モータ制御系）
３１０…第１ＥＣＵ（転舵モータ制御手段）
３２０…第２ＥＣＵ（転舵モータ制御手段、判定手段、軸力推定手段、反力モータ制御手段）
３６０…記憶部（反力データ記憶手段）
Ｔ…操舵輪
ＳＹ１…第１システム
ＳＹ２…第２システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置、特にステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は公知のステアバイワイヤ式車両用操舵装置の概念図を示したものである。操舵機構部５００では、図示しない操舵角センサがドライバの操作する操舵ハンドル５１０の操舵角を検出し、ギヤ比変換部５４０は操舵角に基づいて転舵位置指令を生成し、転舵機構部６００に伝達する。転舵機構部６００は操舵機構部５００から与えられる転舵位置指令に従って転舵モータ６１０を駆動し、転舵軸６２０を介して操舵輪Ｔを転舵する。転舵軸力推定部７００は路面から転舵軸６２０に加わる転舵軸力を外乱オブザーバ部７１０によって推定し、操舵ハンドル５１０上で提示すべき反力トルク指令を反力トルク指令生成部７２０によって生成する。操舵機構部５００の反力モータ制御部５３０は転舵軸力推定部７００から与えられる反力トルク指令に従って反力モータ５２０を駆動し、反力トルクをドライバに伝達する。
【０００３】
図８は、転舵機構部６００の転舵モータ制御部６３０の制御ブロック図を示したものである。この制御ブロック図では、操舵機構部５００から与えられる転舵位置指令に基づいて、単位を換算した転舵モータ位置指令値θr*が入力される。転舵モータ位置制御部６３１では転舵モータ位置指令値θr*と転舵モータ実位置θrとの偏差Δθrに基づいて、転舵モータ６１０へのモータ電流指令値Ｉ*を生成する。電流制御部６３２ではモータ実電流値Ｉがモータ電流指令値Ｉ*と一致するように、すなわち、モータ電流指令値Ｉ*とモータ実電流値Ｉとの電流偏差ΔＩが０となるようにＰＷＭ駆動部６３３を介してモータ印加電圧ＶPWMを制御する。転舵軸力推定部７００の外乱オブザーバ部７１０では、特許文献１に見られるように、転舵モータ６１０の実位置θrを微分して得られる角速度ωrと転舵モータ６１０の電流指令値I*から、公知の外乱オブザーバ部７１０を用いて転舵軸６２０に加わる転舵軸力Ｆdisを演算(推定)している。なお、外乱オブザーバ部の構成例を以下の式（１）、式(２)に示す。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２７４４０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は転舵機構部６００の電流制御部６３２(図８参照)はほぼ理想的に動作しているという前提の下に、モータ電流指令値Ｉ*とモータ実電流値Ｉとは等しいと考えて、モータ実電流値Ｉの代わりにモータ電流指令値Ｉ*を用いて転舵軸力を演算(推定)していた。そして、この転舵軸力に応じた反力トルク指令を生成していた。しかし、電流制御部６３２のゲインが十分高くない場合には、必ずしもモータ電流指令値Ｉ*とモータ実電流値Ｉとが等しいとは限らないため、そのような場合にモータ電流指令値Ｉ*を用いて転舵軸力を推定すると誤差を生じることがあった。一方、転舵モータ位置制御部６３１のゲインを高くして転舵モータの位置制御性能を向上させた場合には、転舵モータ６１０にかかる転舵軸力が反転する時に、転舵モータ６１０と転舵軸６２０との間に設けたボールねじのバックラッシュや摩擦の影響によってモータ電流指令値Ｉ*が振動的になることがある。このような電流指令値Ｉ*を用いて転舵軸力の推定を行うと、推定した転舵軸力(以下、推定転舵軸力という)にモータ電流指令値Ｉ*の振動が混入してしまうため、反力トルクにも振動が生じるという問題があった。図９は、電流指令値Ｉ*を用いて生成した反力モータトルク指令が振動した場合を示している。図において、Ａ，及びＢ部分が振動している。
【０００７】
又、転舵軸６２０が路面側から大きな転舵軸力を受けた状態でドライバが操舵を続けた場合には、以下のような問題があった。転舵軸６２０が路面側から大きな転舵軸力を受けた時、例えば、操舵時に操舵輪Ｔが縁石等に衝突して大きな抵抗を受けた時には、転舵モータ６１０の実位置と転舵位置指令との間に大きな誤差が一時的に生じる。転舵モータ位置制御部６３１ではこの偏差をなくすために、より大きなモータ電流指令値を生成する。この結果、電流偏差ΔＩも一時的に大きくなり、転舵モータの実モータ電流Ｉがモータ電流指令値Ｉ*に一致しない状態となる。この時、電流制御部６３２ではＰＷＭ駆動部６３３を介してモータ印加電圧ＶPWMを上昇させ、指令値通りの実電流を流そうとする。
【０００８】
ここで、路面側から受けた転舵軸力が大きい場合は、より大きな電流が必要となる。しかし、転舵モータに印加可能な電圧の最大値はバッテリ電圧ＶBで制限されているため、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％となってバッテリ電圧ＶBが印加された状態(電圧飽和状態)に達してしまうと、もはやそれ以上の電流を流すことはできなくなる。この結果、モータ電流指令値Ｉ*と転舵モータのモータ実電流値Ｉとは一致しなくなる。転舵モータのモータ実電流値Ｉがモータ電流指令値Ｉ*に一致しなくなれば、転舵モータの位置制御性能も低下し、転舵モータの実位置は転舵位置指令に追従できなくなる。なお、このような場合においても転舵軸力そのものは式(１)において、モータ電流指令値Ｉ*の代わりに、モータ実電流値Ｉを用いれば正しく推定できる。しかし、モータ印加電圧ＶPWMがバッテリ電圧ＶBに達していて、これ以上の切り増し操舵に対しては転舵モータ６１０が正しく追従できないという情報はドライバには全く伝わらないため、ドライバが何も知らされないまま、さらに切り増し操舵を続けると、転舵モータ６１０が追従できなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、推定転舵軸力にモータ制御系ゲインの影響による誤差や振動が生じることを防止するとともに、ＰＷＭ制御におけるモータ印加電圧が飽和した場合に反力トルクを適切に増大させて、ドライバのそれ以上の切り増し操舵を抑制することが可能な車両用操舵装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵モータを備えた転舵機構部と、前記操舵ハンドルの操舵位置に応じて、前記転舵モータのモータ電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、前記転舵モータを介して前記転舵機構部の転舵位置を制御する転舵モータ制御手段と、前記転舵モータのモータ電流指令値に応じて転舵モータに印加されるモータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記転舵モータのモータ実電流値、又は、前記転舵モータの前記モータ電流指令値のいずれかを選択し、選択した電流値に基づいて前記転舵軸の転舵軸力を推定する軸力推定手段と、前記推定した転舵軸力に基づいて、前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御する反力モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置を要旨とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵モータを備えた転舵機構部と、前記操舵ハンドルの操舵位置に応じて、前記転舵モータのモータ電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、前記転舵モータを介して前記転舵機構部の転舵位置を制御する転舵モータ制御手段と、前記転舵モータのモータ電流指令値に応じて転舵モータに印加されるモータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定する判定手段と、前記転舵モータのモータ実電流値に基づいて前記転舵軸の転舵軸力を推定する軸力推定手段と、前記所定電圧に達する以前に推定した転舵軸力に基づいて前記操舵ハンドルに付与する反力よりも大きな反力を付与する反力データを記憶する反力データ記憶手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記推定した転舵軸力に基づいて、又は、前記反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御する反力モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置を要旨とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１又は請求項２において、前記所定電圧は、モータ端子間電圧が飽和した電圧であることを特徴とする。さらに、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、前記判定手段は、前記モータ電流指令値と前記転舵モータのモータ実電流値の偏差が所定閾値に達したか否かにより、モータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定することを特徴とする。又、請求項５の発明は、請求項２において、前記反力データ記憶手段は、前記所定電圧に達する以前に推定した転舵軸力に基づいて前記操舵ハンドルに付与する反力よりも大きな反力を付与する反力データと、前記操舵ハンドルの操舵角速度のマップを記憶しており、前記反力モータ制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて、前記反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する際に、前記操舵ハンドルの操舵角速度に応じて前記反力データ記憶手段が記憶している前記マップから前記反力データを割出し、該反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両に搭載されるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（以下、単に操舵装置という）に具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。図１は本実施形態の操舵装置の概念図を示している。操舵装置は、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）を含む操舵機構部１００と、転舵機構部２００と、制御部３００を備えている。操舵機構部１００のステアリングホイール１０は、図示しない車両に対して回転可能に支持された操舵軸１１に連結されている。ハウジング１２には、反力モータ１４が取付固定されている。反力モータ１４は、本実施形態では単相ブラシ付きＤＣモータからなる。反力モータ１４の出力軸は、減速機構１５を介して操舵軸１１と作動連結されている。トルクセンサ１８は操舵軸１１の操舵トルクが検出可能に配置されている。トルクセンサ１８は第２システムＳＹ２の第２ＥＣＵ３２０に電気的に接続されている。操舵角センサ１９は操舵軸１１の操舵量、即ち操舵角（操舵位置）を検出可能に配置され、第１システムＳＹ１の第１ＥＣＵ３１０に接続されている。操舵角センサ１９は本実施形態では、パルスエンコーダから構成されている。
【００１４】
（転舵機構部２００）
次に転舵機構部２００を説明する。転舵機構部２００のハウジング２０１は、図示しない車両のボディに対して支持されている。ハウジング２０１内において、転舵モータ２１１，２１２は、本実施形態では三相ブラシレスＤＣモータからなり、同軸上に配置されている。本実施形態では、転舵モータ２１１，２１２は、ハウジング２０１内周面に配置された図示しないステータと、同ステータ内に回転自在に配置された図示しない筒状をなす共通のロータとから構成されている。そして、前記ロータ内に、転舵軸としてのシャフト２１３がその軸線の周りで回転不能かつ軸線方向に移動可能に配置されている。シャフト２１３と前記ロータは、同ロータの回転運動をシャフト２１３の直線運動に変換するように構成され、転舵モータ２１１，２１２の回転を操舵輪Ｔのトー角の変化に変換することにより転舵角を変化させる公知の運動変換機構により構成されている。本実施形態では前記運動変換機構はボールネジ機構にて構成されている。この結果、シャフト２１３の動きは、シャフト２１３の両端部側に配置された図示しないタイロッドとナックルアームを介して左右の前輪（操舵輪Ｔ）に伝達される。
【００１５】
転舵モータ２１１，２１２は第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２にてそれぞれ制御される。なお、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２は三相ブラシレスＤＣモータを駆動制御するため、複数のＭＯＳ−ＦＥＴからなるインバータから構成された公知の構成を含み、それぞれ図示しないバッテリ電源が接続されている。そして、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２のデューティ制御によって、転舵モータ２１１，２１２に印加することの可能な最大電圧は、バッテリ電圧までとされている。第１回転角センサ２２１，第２回転角センサ２２２は転舵モータ２１１，２１２のロータの軸線方向に沿って並設されており、転舵モータ２１１，２１２のそれぞれの回転角を検出する。第１回転角センサ２２１，第２回転角センサ２２２はロータリーエンコーダにて構成されている。
【００１６】
両回転角センサは、それぞれロータの回転に応じてπ／２ずつ位相の異なる２相パルス列信号と基準回転位置を表す零相パルス列信号を第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０に入力する。以下、前記両回転角センサが検出し、出力する信号を単に、検出信号（２相パルス列信号及び零相パルス列信号を含む）ということがある。又、第１回転角センサ２２１及び第２回転角センサ２２２からの検出信号は、所定のサンプリング周期で第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０に入力されている。そして、第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０は入力された検出信号に基づいて転舵モータ２１１，２１２におけるロータのステータに対する回転角が演算される。この演算された回転角は、操舵輪Ｔの転舵角の実位置（実転舵角）に相当する。前記実位置（実転舵角）は、転舵機構部２００の転舵位置に相当する。
【００１７】
（制御部３００）
次に、モータ制御系としての制御部３００について説明する。制御部３００は、第１ＥＣＵ３１０、第２ＥＣＵ３２０、第１ＰＷＭ駆動部３０１、第２ＰＷＭ駆動部３０２及び第３ＰＷＭ駆動部３０３とを備えている。第３ＰＷＭ駆動部３０３は、単相ブラシ付きＤＣモータを駆動制御するため、複数のＭＯＳ−ＦＥＴからなるインバータを含んでいる。又、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び第２ＰＷＭ駆動部３０２は、転舵モータ２１１，２１２をそれぞれ駆動するためのものである。
【００１８】
図２に示すように、電流センサ３１６及び電流センサ３２６は、転舵モータ２１１，２１２の各相のモータ実電流値を検出するように設けられている。そして、電流センサ３１６及び電流センサ３２６が検出した各相のモータ実電流値は、ｄ−ｑ変換部３１８，３２９（３相／２相変換部）により、それぞれ２相（ｄ軸、ｑ軸）のモータ実電流値に変換される。以下、電流センサ３１６及び電流センサ３２６が検出した三相のモータ実電流値に対応する、この２相分（ｄ軸及びｑ軸）を含んだモータ実電流値を、それぞれ単に実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２という。又、第３ＰＷＭ駆動部３０３は、反力モータ１４を駆動するためのものである。図２に示すように、電流センサ３２７は反力モータ１４のモータ実電流値を検出するように設けられている。
【００１９】
第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０はそれぞれマイクロコンピュータを含んだ電子制御ユニットにて構成されており、両ＥＣＵにより、転舵モータ制御手段が構成されている。又、第１システムＳＹ１は、第１ＥＣＵ３１０、操舵角センサ１９、第１ＰＷＭ駆動部３０１及び転舵モータ２１１などから構成されている。第２システムＳＹ２は、第２ＥＣＵ３２０、第２ＰＷＭ駆動部３０２及び転舵モータ２１２などから構成されている。第１システムＳＹ１の第１ＥＣＵ３１０は、操舵角センサ１９が検出した操舵角（操舵位置）に基づいて、操舵輪Ｔの目標位置を求め、同目標位置（目標転舵角）と、操舵輪Ｔの実転舵角との偏差に基づいて転舵モータ２１１，２１２の電流指令を求め、これを所定の配分比にて配分するようにしている。そして、両システムの各ＥＣＵはそれぞれ配分された電流指令等に基づいて転舵モータ２１１，２１２を駆動制御するようにしている。以下、詳細に説明する。
【００２０】
（第１ＥＣＵ３１０）
第１ＥＣＵ３１０において、図２の一点鎖線内は第１ＥＣＵ３１０が前記制御プログラムにより実現している各手段（各部）を示し、目標位置演算部３１２、位置制御部３１３、電流分配部３１４、電流制御部３１５を備える。なお、図２における一点鎖線内の第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０内は制御ブロックを示し、ハード構成を示すものではない。第１ＥＣＵ３１０は、操舵角センサ１９が検出した操舵角に対応する操舵輪Ｔの転舵角が得られるように、かつ、そのためにシャフト２１３に必要な推力が得られるように第１ＰＷＭ駆動部３０１を介して転舵モータ２１１の舵取制御を実行する。
【００２１】
詳説すると、目標位置演算部３１２は、操舵角に基づいて、図示しない記憶手段（例えば、ＲＯＭ）に格納したマップ等を参照して操舵輪Ｔの目標位置（目標転舵角）を示す位置指令を生成し、位置制御部３１３にその位置指令を出力する。位置制御部３１３は、位置指令と第１回転角センサ２２１の検出信号に基づいて演算された回転角（操舵輪Ｔの転舵角の実位置（実転舵角）に相当）とを入力して、位置フィードバック制御を行い速度指令を生成する。そして、位置制御部３１３は、同速度指令と微分器３１７が前記回転角に基づいて算出して入力した角速度ωｒとに基づき、速度フィードバック制御を行い電流指令Ｉ＊（なお、電流指令Ｉ＊には、ｄ軸及びｑ軸の２相分の電流指令を含む）を生成して、電流指令Ｉ＊を電流分配部３１４に出力する。なお、本実施形態では、電流指令Ｉ＊のうち、ｄ軸の電流指令（ｄ軸電流指令）は常に０としている。
【００２２】
電流分配部３１４に出力される電流指令Ｉ＊はモータ電流指令値に相当する。電流分配部３１４は供給された電流指令Ｉ＊を所定の分配比で分配し、分配した電流指令Ｉ1*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む。以下同じ）と電流指令Ｉ2*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む。以下同じ）とをそれぞれ第１システムＳＹ１の電流制御部３１５と第２システムＳＹ２の電流制御部３２１に供給する。本実施形態では、車両のエンジン始動時（始動時制御モード）での分配比は５０：０（＝Ｉ1*：Ｉ2*）とされ、車両の正常時での制御（正常時制御モード）の分配比は５０：５０（＝Ｉ1*：Ｉ2*）とされている。
【００２３】
すなわち、本実施形態では、電流制御部３１５と電流制御部３２１に供給する車両のエンジン始動時（始動時制御モード）でのｑ軸電流指令の分配比は５０：０とされ、車両の正常時での制御（正常時制御モード）の分配比は５０：５０とされている。なお、車両のエンジン始動時（始動時制御モード）及び車両の正常時での制御（正常時制御モード）に関わらず、電流制御部３１５と電流制御部３２１に供給するｄ軸電流指令はいずれの場合も常に０である。第１ＥＣＵ３１０による転舵モータ２１１の舵取制御は、転舵角が操舵角と対応するように制御する位置制御と、そのためにシャフト２１３に必要な推力、即ち、出力トルクを得るための電流制御とが含まれる。電流制御部３１５は、電流制御、すなわち、電流フィードバック制御を実行するためのものである。
【００２４】
始動時制御モード及び正常時制御モードでは、電流制御部３１５は、電流指令Ｉ1*と、第１回転角センサ２２１の検出信号（回転角）、及びｄ−ｑ変換部３１８にて変換された転舵モータ２１１の実電流値Ｉｒ１を入力する。そして、電流制御部３１５は、電流指令Ｉ1*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む）と実電流値Ｉｒ１の各軸の電流偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３１５は、前記各軸の電流偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第１ＰＷＭ駆動部３０１は、第１ＥＣＵ３１０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、転舵モータ２１１への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、電流指令Ｉ1*に一致したモータ駆動電流を流して転舵モータ２１１を回転駆動する。なお、実際には、電流指令Ｉ1*に含まれるｄ軸電流指令は０であるため、ｑ軸電流指令に一致したモータ駆動電流が流れて転舵モータ２１１が回転駆動することになる。
【００２５】
（第２ＥＣＵ３２０）
一方、第２ＥＣＵ３２０において、図２の一点鎖線内は第２ＥＣＵ３２０が制御プログラムにより実現している各手段（各部）を示し、電流制御部３２１、外乱オブザーバ部３２２、反力トルク指令生成部３２３、トルク制御部３２４、電流制御部３２５、ｄ−ｑ変換部３２９、切換器３３０、判定部３３１を備える。外乱オブザーバ部３２２、及び反力トルク指令生成部３２３とにより転舵軸力推定部３３５が構成されている。
【００２６】
始動時制御モード及び正常時制御モードでは、電流制御部３２１は、分配された電流指令Ｉ2*と、第２回転角センサ２２２の検出信号（回転角）及び電流センサ３２６が検出した転舵モータ２１２の各軸（ｄ軸とｑ軸）の実電流値Ｉｒ２を入力する。第２ＥＣＵ３２０による転舵モータ２１２の舵取制御は、シャフト２１３に必要な推力、即ち、出力トルクを得るための電流制御が含まれる。電流制御部３２１は、電流制御、すなわち、電流フィードバック制御を実行するためのものである。電流制御部３２１は、電流指令Ｉ2*と、第２回転角センサ２２２の検出信号（回転角）、及びｄ−ｑ変換部３２９にて変換された転舵モータ２１２の２相（ｄ軸及びｑ軸）の実電流値Ｉｒ２を入力する。そして、電流制御部３２１は、電流指令Ｉ2*（ｄ軸及びｑ軸電流指令を含む）と実電流値Ｉｒ２の各軸の電流偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３２１は、前記各軸の電流偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第２ＰＷＭ駆動部３０２は、第２ＥＣＵ３２０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、転舵モータ２１２への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、電流指令Ｉ2*に一致したモータ駆動電流を流して転舵モータ２１２を回転駆動する。なお、実際には、電流指令Ｉ2*に含まれるｄ軸電流指令は０としているため、ｑ軸電流指令に一致したモータ駆動電流が流れて転舵モータ２１２が回転駆動することになる。
【００２７】
そして、このようにして、転舵モータ２１１，２１２が駆動制御され、これらのモータの出力が合わさることにより、転舵機構部２００にて操舵輪Ｔの目標転舵角への舵取が行われる。なお、上記説明は両システムが共に正常の場合の両転舵モータの制御について説明したが、一方のシステムが故障時には、残った正常側のシステムのＥＣＵが、目標位置演算部３１２〜電流制御部３１５の機能を実現するように、制御プログラムが実行される。この場合、トルクセンサ１８や操舵角センサ１９等の各システムに入力される各センサからの検出信号は、必要な場合には、故障側のシステムのＥＣＵから正常側のシステムのＥＣＵに対して送信される。そして、正常側のシステムは、制御対象の転舵モータの出力を、両システムが共に正常時の場合よりも高めるように制御する。
【００２８】
（反力付与）
次に、ステアリングホイール１０に反力を付与するための構成について説明する。第１ＥＣＵ３１０の微分器３１７は、第１回転角センサ２２１が検出した回転角を微分して、角速度ωｒを求め、求めた角速度ωｒを第２ＥＣＵ３２０の外乱オブザーバ部３２２に入力する。又、ｄ−ｑ変換部３１８及びｄ−ｑ変換部３２９は、転舵モータ２１１，２１２の実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２を、切換器３３０を介して外乱オブザーバ部３２２に入力する。
【００２９】
判定部３３１は、電流制御部３２１で演算した各軸の電流偏差のうち、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下か否かを判定する。本実施形態の所定閾値は、この所定閾値に基づいて、電流制御部３２１が電圧指令を生成し、第２ＰＷＭ駆動部３０２がこの電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力したとき、第２ＰＷＭ駆動部３０２を介して転舵モータ２１２に印加されるモータ端子間電圧がバッテリ電圧に達する値とされている。前記バッテリ電圧は、本発明の所定電圧に相当する。なお、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下か否かを判定する理由は、ｑ軸電流が転舵モータの出力トルクを決定する電流であるからである。
【００３０】
（電流偏差が所定閾値以下の場合）
そして、判定部３３１は、電流制御部３２１で演算した各軸の電流偏差のうち、ｑ軸の電流偏差が前記所定閾値以下の場合、切換器３３０を介して、前記転舵モータ２１１，２１２の実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２を外乱オブザーバ部３２２に入力するように接続する。外乱オブザーバ部３２２は、入力した角速度ωｒ及び実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２に基づいてシャフト２１３に働く転舵軸力を推定する。すなわち、外乱オブザーバ部３２２は、角速度ωｒと、実電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２のｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２を下記の式（３）及び式（４）に代入することによって、転舵軸力を演算する。
【００３１】
【数２】
【００３２】
（電流偏差が所定閾値を超える場合）
一方、判定部３３１は、電流制御部３２１で演算した各軸の電流偏差のうち、ｑ軸の電流偏差が所定閾値を超える場合、切換器３３０を介して、前記転舵モータ２１１，２１２の分配された各電流指令Ｉ1*及び電流指令Ｉ2*を外乱オブザーバ部３２２に入力するように接続する。従って、この場合、外乱オブザーバ部３２２は、入力した角速度ωｒと、分配された両電流指令Ｉ1*及び電流指令Ｉ2*に基づきシャフト２１３に働く仮想の転舵軸力を演算する。すなわち、外乱オブザーバ部３２２は、角速度ωｒと、電流指令Ｉ1*，Ｉ2*のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*を下記の式（５）に代入して、両転舵モータの外乱トルクを合計し、前記式（３）式にて仮想の転舵軸力を演算する。
【００３３】
【数３】
【００３４】
（作用）
次に、上記のように構成された操舵装置の作用について説明する。図３は、本実施形態の第２ＥＣＵ３２０が実行する軸力推定制御プログラムのフローチャートであり、所定周期毎に実行処理される。この制御プログラムの処理に入ると、Ｓ１０（ステップをＳで表す）では、電流制御部３２１で算出したｑ軸の電流偏差を読み込む。Ｓ２０では、読み込みしたｑ軸の電流偏差が所定閾値以下か否かを判定する。Ｓ２０は、前記判定部３３１及び切換器３３０が行う処理である。Ｓ２０で、ｑ軸の電流偏差が所定閾値以下の場合には、Ｓ３０で、ｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２を用いた前述の転舵軸力の推定を行い、この制御プログラムを終了する。一方、このＳ２０で、電流偏差が所定閾値を超える場合にはＳ４０に移行し、両電流指令Ｉ1*，Ｉ2*を使用した前述の仮想の転舵軸力を演算する。
【００３５】
従って、上記の構成によって、ステアリングホイール１０の操舵時にモータ端子間電圧が、飽和状態となった場合は、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ４０に移行して電流指令を用いた仮想の転舵軸力の演算がなされる。そして、増大した電流指令を用いて演算された仮想の転舵軸力に基づいて反力モータ１４を駆動制御するため、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクが増加し、それ以上の切り増し操舵を抑制することができる。
【００３６】
本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１） 本実施形態のステアバイワイヤ式の操舵装置では、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）の操舵角（操舵位置）に応じて、転舵モータ２１１，２１２のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*を生成するようした。そして、ｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*に基づいて、電流フィードバック制御を行うことにより、転舵モータ２１１，２１２を介して操舵輪Ｔの転舵角の実位置（転舵機構部２００の転舵位置）を制御する第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０（転舵モータ制御手段）を備える。さらに、第２ＥＣＵ３２０は、判定手段として、転舵モータ２１２の電流指令に応じて転舵モータ２１２に印加されるモータ端子間電圧が増加してバッテリ電圧（所定電圧）に達することにより、ｑ軸の電流偏差が生じて所定閾値を超えているか否かを判定するようにした。又、第２ＥＣＵ３２０は、軸力推定手段として前記判定結果に応じて転舵モータ２１１，２１２のｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２、又は転舵モータ２１１，２１２のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*のいずれかを選択するようにした。そして、第２ＥＣＵ３２０は、選択した電流値に基づいてシャフト２１３（転舵軸）の転舵軸力を演算するようにした。さらに、第２ＥＣＵ３２０は反力モータ制御手段として、演算した転舵軸力に応じて、ステアリングホイール１０に反力を付与する反力モータ１４を制御するようにした。この結果、速い操舵をした際にモータ端子間電圧が、操舵時に所定電圧に達した場合には、反力モータにより反力を増大させて、それ以上の切り増し操舵を抑制することができる。
【００３７】
（２） 第１実施形態の操舵装置においては、第２ＥＣＵ３２０（判定手段）は、ｑ軸電流指令Ｉq2*と転舵モータ２１２のｑ軸の実電流値Ｉqr２の偏差が所定閾値に達したか否かにより、モータ端子間電圧がバッテリ電圧（所定電圧）に達したか否かを判定するようにした。この結果、上記（１）の作用効果を容易に実現できる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５及び図６（ａ）を参照して説明する。なお、図５における一点鎖線内の第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０内は制御ブロックを示し、ハード構成を示すものではない。又、第１実施形態と同一構成及び相当する構成については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成を説明する。第２実施形態では、第１実施形態の切換器３３０が省略されている。そして、外乱オブザーバ部３２２には、従来と同様に、実電流値Ｉｒ１（ｑ軸の実電流値Ｉqr１），Ｉｒ２（ｑ軸の実電流値Ｉqr２）が入力可能にされており、第２実施形態では、切換器３４０と、読出部３５０、記憶部３６０とを備えている。
【００３９】
記憶部３６０は、反力データ記憶手段として機能するＲＯＭ等からなる記憶手段にて構成されており、規定反力設定値が予め記憶されている。規定反力設定値は、第１実施形態で説明した所定電圧（バッテリ電圧）に達する直前まで反力トルク指令生成部３２３で生成した反力トルク指令よりも大きな値となるように予め設定されている。なお、第２実施形態では、規定反力設定値は固定値である。判定部３３１は、第１実施形態と同様に電流制御部３２１で演算したｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下か否かを判定する。そして、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値以下の場合には、判定部３３１は、切換器３４０を介して、反力トルク指令生成部３２３の出力をトルク制御部３２４に出力する。又、ｑ軸の電流偏差が、所定閾値を超える場合には、判定部３３１は、切換器３４０を介して、読出部３５０が読み出した記憶部３６０の規定反力設定値をトルク制御部３２４に出力するようにされている。
【００４０】
（作用）
次に、上記のように構成された操舵装置の作用について説明する。図６（ａ）は、第２実施形態の第２ＥＣＵ３２０が実行する反力トルク指令生成制御プログラムのフローチャートであり、所定周期毎に実行処理される。この制御プログラムの処理に入ると、Ｓ１１０では、電流制御部３２１で算出したｑ軸の電流偏差を読み込む。Ｓ１２０では、読み込みしたｑ軸の電流偏差が所定閾値以下か否かを判定する。Ｓ１２０は、前記判定部３３１及び切換器３４０が行う処理である。Ｓ１２０で、ｑ軸の電流偏差が所定閾値以下の場合には、Ｓ１３０で、ｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２を用いた転舵軸力の推定及び反力マップにより反力トルク指令を求め、この求めた反力トルク指令をトルク制御部３２４に出力してこの制御プログラムを終了する。一方、このＳ１２０で、ｑ軸の電流偏差が所定閾値を超える場合にはＳ１４０に移行し、規定反力設定値を反力トルク指令として、トルク制御部３２４に出力してこの制御プログラムを終了する。従って、上記の構成によって、ステアリングホイール１０の操舵時にモータ端子間電圧が、飽和状態となった場合は、Ｓ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１４０に移行して規定反力設定値による反力トルク指令を用いて得られた反力トルクが反力モータ１４にてステアリングホイール１０に付与される。従って、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクを、増加させることができる。
【００４１】
第２実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１） 本実施形態のステアバイワイヤ式の操舵装置では、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）の操舵角（操舵位置）に応じて、転舵モータ２１１，２１２のｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*を生成するようした。そして、ｑ軸電流指令Ｉq1*，Ｉq2*に基づいて、電流フィードバック制御を行うことにより、転舵モータ２１１，２１２を介して操舵輪Ｔの転舵角の実位置（転舵機構部２００の転舵位置）を制御する第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０（転舵モータ制御手段）を備える。さらに、第２ＥＣＵ３２０は、判定手段として、転舵モータ２１２の電流指令に応じて転舵モータ２１２に印加されるモータ端子間電圧が増加してバッテリ電圧（所定電圧）に達することにより、ｑ軸の電流偏差が生じて所定閾値を超えているか否かを判定するようにした。又、第２ＥＣＵ３２０は、軸力推定手段として転舵モータ２１１，２１２のｑ軸の実電流値Ｉqr１，Ｉqr２に基づいてシャフト２１３（転舵軸）の転舵軸力を推定するようにした。そして、記憶部３６０は、反力データ記憶手段として、所定電圧（バッテリ電圧）に達する直前までに推定した転舵軸力に応じてステアリングホイール１０に付与する反力よりも大きな反力を付与する規定反力設定値（反力データ）を記憶するようにした。さらに、第２ＥＣＵ３２０は反力モータ制御手段として、前記判定結果に応じて、推定した転舵軸力に応じて、或いは、規定反力設定値に基づいてステアリングホイール１０に反力を付与する反力モータ１４を制御するようにした。
【００４２】
この結果、モータ端子間電圧が所定電圧に達するまではモータ制御系ゲインの影響を受けない安定した推定軸力を得ることができる。さらに、操舵時にモータ端子間電圧が、所定電圧に達した場合には、反力モータにより反力を増大させて、それ以上の切り増し操舵を抑制するようにすることができる。
【００４３】
なお、本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
（１） 第１実施形態では、判定部３３１は、電流制御部３２１で算出した電流偏差が所定閾値以下か否かを判定したが、判定部３３１を第１ＥＣＵ３１０側に設け、電流制御部３１５で算出した電流偏差に基づいて判定するようにしてもよい。
【００４４】
（２） 第１実施形態では、第２ＥＣＵ３２０は、電流偏差で判定したが、モータ端子間電圧で判定するようにしてもよい。すなわち、電流制御部３１５で出力する電圧指令に基づいて出力電圧が所定電圧か否かを判定するようにする。この場合、図４に示すように、フローチャートは、Ｓ１０，Ｓ２０の代わりにＳ１０Ａ，Ｓ２０Ａのように変更する。Ｓ１０Ａでは、出力電圧を読込し、Ｓ２０Ａでは、読込した出力電圧が所定電圧か否かを判定する。他のステップは、第１実施形態と同様である。
【００４５】
（３） 所定電圧は、前記各実施形態ではバッテリ電圧としたが、必ずしもバッテリ電圧に限定するものではない、バッテリ電圧をＶｂとしたとき、Ｖｂ−αの値を所定電圧としてもよい。この場合、αは、例えば、０．５Ｖのように１Ｖよりも小さな値とする。
【００４６】
（４） 第２実施形態では、第２ＥＣＵ３２０は、電流偏差で判定したが、モータ端子間電圧で判定するようにしてもよい。すなわち、電流制御部３２１で出力する電圧指令に基づいて出力電圧が所定電圧か否かを判定するようにする。この場合、図６（ｂ）に示すように、フローチャートは、Ｓ１１０，Ｓ１２０の代わりにＳ１１０Ａ，Ｓ１２０Ａのように変更する。Ｓ１１０Ａでは、出力電圧を読込し、Ｓ１２０Ａでは、読込した出力電圧が所定電圧か否かを判定する。他のステップは、第２実施形態と同様である。
【００４７】
（５） 第２実施形態では、規定反力設定値は、固定値としたが、固定値に限定するものではなく、可変値であってもよい。例えば、操舵角速度に応じて、異なる反力トルク指令が得られるように、操舵角速度と、反力データとをマップ化して、該マップを記憶部３６０に格納する。そして、ステアリングホイール１０の操舵角を操舵角センサ１９にて検出し、前記操舵角を微分器３７０（図５参照）にて微分して、操舵角速度を求め、得た操舵角速度を読出部３５０に入力して、その操舵角速度に応じて反力データを割り出すようにしてもよい。この場合においても、反力データとしての規定反力設定値は、所定電圧（バッテリ電圧）に達する以前において、推定した転舵軸力に基づいて得られるステアリングホイール１０に付与する反力よりも大きな反力を付与する値とする。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１乃至請求項５に記載の発明によれば、モータ端子間電圧が所定電圧に達するまではモータ制御系ゲインの影響を受けない安定した推定軸力を得ることができる効果を奏する。すなわち、モータ制御系ゲインの影響による誤差や振動が生じることを防止できる。さらに、操舵をした際にモータ端子間電圧が、所定電圧に達した場合には、反力モータにより、反力を増大させて、それ以上の切り増し操舵を抑制するようにすることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の操舵装置の全体を示す概略図。
【図２】 同じく制御ブロックの概念図。
【図３】 第２ＥＣＵが実行する軸力推定制御プログラムのフローチャート。
【図４】 第１実施形態の変形例における第２ＥＣＵが実行する制御プログラムのフローチャート。
【図５】 第２実施形態の同じく制御ブロックの概念図。
【図６】 （ａ）は第２ＥＣＵが実行する反力トルク指令生成制御プログラムのフローチャート、（ｂ）は第２実施形態の変形例における第２ＥＣＵが実行する反力トルク指令生成制御プログラムのフローチャート。
【図７】 公知のステアバイワイヤ式車両用操舵装置の概念図。
【図８】 従来技術の転舵機構部６００の転舵モータ制御部６３０の制御ブロック図。
【図９】 反力モータトルク指令のタイムチャート。
【符号の説明】
１０…ステアリングホイール（操舵ハンドル）
１４…反力モータ
１９…操舵角センサ
２００…転舵機構部
２１１，２１２…転舵モータ
２１３…シャフト（転舵軸）
３００…制御部（モータ制御系）
３１０…第１ＥＣＵ（転舵モータ制御手段）
３２０…第２ＥＣＵ（転舵モータ制御手段、判定手段、軸力推定手段、反力モータ制御手段）
３６０…記憶部（反力データ記憶手段）
Ｔ…操舵輪
ＳＹ１…第１システム
ＳＹ２…第２システム
Claims (5)
- 操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵モータを備えた転舵機構部と、前記操舵ハンドルの操舵位置に応じて、前記転舵モータのモータ電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、前記転舵モータを介して前記転舵機構部の転舵位置を制御する転舵モータ制御手段と、前記転舵モータのモータ電流指令値に応じて転舵モータに印加されるモータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記転舵モータのモータ実電流値、又は、前記転舵モータの前記モータ電流指令値のいずれかを選択し、選択した電流値に基づいて前記転舵軸の転舵軸力を推定する軸力推定手段と、前記推定した転舵軸力に基づいて、前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御する反力モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
- 操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵モータを備えた転舵機構部と、前記操舵ハンドルの操舵位置に応じて、前記転舵モータのモータ電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、前記転舵モータを介して前記転舵機構部の転舵位置を制御する転舵モータ制御手段と、前記転舵モータのモータ電流指令値に応じて転舵モータに印加されるモータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定する判定手段と、前記転舵モータのモータ実電流値に基づいて前記転舵軸の転舵軸力を推定する軸力推定手段と、前記所定電圧に達する以前に推定した転舵軸力に基づいて前記操舵ハンドルに付与する反力よりも大きな反力を付与する反力データを記憶する反力データ記憶手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記推定した転舵軸力に基づいて、又は、前記反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御する反力モータ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
- 前記所定電圧は、モータ端子間電圧が飽和した電圧であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置。
- 前記判定手段は、前記モータ電流指令値と前記転舵モータのモータ実電流値の偏差が所定閾値に達したか否かにより、モータ端子間電圧が所定電圧に達したか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
- 前記反力データ記憶手段は、前記所定電圧に達する以前に推定した転舵軸力に基づいて前記操舵ハンドルに付与する反力よりも大きな反力を付与する反力データと、前記操舵ハンドルの操舵角速度のマップを記憶しており、
前記反力モータ制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて、前記反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する際に、前記操舵ハンドルの操舵角速度に応じて前記反力データ記憶手段が記憶している前記マップから前記反力データを割出し、該反力データに基づいて前記操舵ハンドルに反力を付与する反力モータを制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
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