JP4608948B2

JP4608948B2 - 車両用操舵装置

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Publication number: JP4608948B2
Application number: JP2004158211A
Authority: JP
Inventors: 敏明笠原; 和孝安達
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: DE602005003706T2; JP2005335587A; CN100443345C; EP1600359A2; US20060037806A1; CN1721250A; EP1600359A3; EP1600359B1; DE602005003706D1; US7246679B2

Description

本発明は、ハンドルと前輪転舵用ステアリングギアが機械的に切り離された、いわゆるステアバイワイヤ方式による車両用操舵装置の技術分野に属する。

従来の車両用操舵装置では、運転者に路面状況を把握させるために、車両運転状態に相関する操舵反力値に加え、サスペンションを構成する吸振部材の振幅を変位センサを用いて検出し、その変位に応じた付加反力を足し合わせている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１８２６１９号公報

しかしながら、上記従来の車両用操舵装置にあっては、変位センサからの検出値に応じた付加反力により路面の凹凸等の変位には対応できるものの、路面摩擦係数μ（路面μ）の変動分については操作反力に反映されないという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、路面μを操舵反力に反映させ、運転者に路面状況を的確に伝えることができる車両用操舵装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
車両の転舵輪を転舵させる舵取り機構と、
前記転舵輪の転舵角を制御する転舵角制御手段と、
前記舵取り機構と機械的に切り離された操舵手段と、
前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
この操舵手段に操舵反力を発生させる操舵反力用アクチュエータと、
この操舵反力用アクチュエータに対し操舵反力指令値を出力する操舵反力制御手段と、
を有する車両用操舵装置において、
前記転舵角制御手段は、前記操舵反力用アクチュエータの指令電流と出力の低周波側で
ある第1所定周波数以下の周波数に対応した第1外乱推定値と、前記第1所定周波数よりも
高い第2所定周波数以下の周波数に対応した第2外乱推定値を推定する外乱推定器を備え、
前記操舵反力制御手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角と、前記外乱推定器によって推定した前記第１の外乱推定値と、前記外乱推定器によって推定した前記第１外乱推定値と前記第2外乱推定値との差に応じて、前記操舵反力指令値を設定することを特徴と
する。

本発明にあっては、車両運転状態と路面入力トルク検出手段の出力の低周波成分に応じて操舵反力指令値を設定することにより、定常状態が操舵反力に反映されるため、路面外乱より定常状態の値も変動した際（例えば、路面μが小さければ定常値も小さい）、路面外乱に応じた操舵反力を生成することが可能となる。
よって、運転者に対し路面状況を的確に伝えることができる。

以下に、本発明の車両用操舵装置を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用操舵装置が適用されたステアバイワイヤシステムを示す全体構成図、図２は実施例１の車両用操舵装置の操舵反力制御系および転舵角制御系の全体構成を示す図である。

実施例１装置が適用されたステアバイワイヤシステムは、図１に示すように、ステアリングホイール（操舵手段）１および操舵反力用アクチュエータ２を有する操舵反力装置３と、転舵輪４，５および転舵用アクチュエータ６を有する転舵装置（舵取り機構）７と、の間に機械的なつながりが無い。

前記操舵反力装置３は、ステアリングホイール１と、ステアリングコラムシャフト８と、このステアリングコラムシャフト８に対し減速ギア機構を介して設けられた操舵反力用アクチュエータ２と、を有する。

前記操舵反力用アクチュエータ２は、クラッチ付きのモータであり、モータ軸が回転数を検出する操舵反力用モータ角検出手段としての操舵反力用モータ角センサ９が付設されている。

前記操舵反力用アクチュエータ２を制御する電子制御手段として、操舵反力装置用コントローラ（操舵反力制御手段）１０が設けられ、この操作反力装置用コントローラ１０には、操舵反力用モータ角センサ９と、車速検出手段としての車速センサ１１と、ステアリングギア機構１３のラック軸に作用する軸力を検出する軸力センサ１２と、からなる入力情報が供給される。この軸力センサ１２は、路面から転舵輪４，５に入力される路面入力トルクを検出する路面入力トルク検出手段として用いられる。

前記操舵反力用コントローラ１０には、操舵入力相当分トルクTsと転舵出力相当分トルクTfとを加えたモータ制御指令値Tmにリミッター処理を施すことでモータ制御指令値Tmsを算出するモータ制御指令値算出手段と、モータ制御指令値Tmsを操舵反力用アクチュエータ２の指令電流に変換するモータ駆動回路によるモータ駆動手段と、操舵反力用モータ角センサ９の出力から転舵輪４，５の目標転舵角を算出する目標転舵角算出手段と、を有する。

前記転舵装置７は、転舵用アクチュエータ６と、この転舵用アクチュエータ６により駆動されるステアリングギア機構１３と、このステアリングギア機構１３の両端部に設けられた動作変換機構１４，１５を介して連結された転舵輪４，５と、を有する。

前記転舵用アクチュエータ６は、操舵反力用アクチュエータ２と同様に、クラッチ付きのモータであり、モータ軸の回転数を検出する転舵用モータ角検出手段としての転舵用モータ角センサ１６が付設されている。

前記転舵用アクチュエータ６を制御する電子制御手段として、転舵装置用コントローラ（転舵角制御手段）１７が設けられ、この転舵装置用コントローラ１７と前記操舵反力装置用コントローラ１０とは、情報を交換する双方向通信線１８により連結されている。この転舵装置用コントローラ１７には、転舵用モータ角センサ１６からの入力情報が供給される。

前記転舵装置用コントローラ１７は、目標転舵角とモデルマッチング補償器と電流リミッターによりモータ制御指令値を算出するモータ制御指令値算出手段と、モータ制御指令値を転舵用アクチュエータ６の指令電流に変換するモータ駆動回路によるモータ駆動手段と、を有する。

図３は実施例１装置が適用されたステアバイワイヤシステムの制御ブロック図である。
まず、ステアバイワイヤシステムは、操舵反力用コントローラ１０と操舵反力用アクチュエータ２を有する操舵反力側と、転舵装置用コントローラ１７と転舵用アクチュエータ６を有する転舵側と、に分けられる。

前記操舵反力装置用コントローラ１０は、転舵用アクチュエータ６からの実転舵角度と、操舵反力用アクチュエータ２からの実操舵角度と、軸力センサ１２からの軸力を入力する。そして、指令電流を操舵反力用アクチュエータ２に対し出力するとともに、目標転舵角度を転舵装置用コントローラ１７に出力する。

前記操舵反力用アクチュエータ２は、操舵反力装置用コントローラ１０からの指令電流と、運転者からの操舵力を入力する。そして、実操舵角度を操舵反力装置用コントローラ１０に出力する。

前記転舵装置用コントローラ１７は、操舵反力装置用コントローラ１０からの目標転舵角度と、転舵用アクチュエータ６からの実転舵角度を入力する。そして、指令電流を転舵用アクチュエータ６に出力する。

前記転舵用アクチュエータ６は、転舵装置用コントローラ１７からの指令電流を入力する。そして、操舵反力装置用コントローラ１０と転舵装置用コントローラ１８に対し実転舵角度を出力する。

図４は実施例１装置の操舵反力装置用コントローラ１０のモータ制御指令値算出手段を示す操舵反力制御系ブロック図である。
まず、操舵反力装置用コントローラ１０は、操舵入力相当分トルクTsの算出部と、転舵出力相当分トルクTfの算出部と、過渡的に変化する路面μ相当分トルクToの算出部と、第１リミッター処理部１０ｐと第２リミッター処理部１０ｑと、を有して構成されている。

前記操舵入力相当分トルクTsの算出部は、実操舵角度θsにゲインKaを乗じてトルクTaを得るゲイン設定器１０ａと、実操舵角度θsを時間微分する微分器１０ｂと、実操舵角θsの微分値のゲインKasを乗じてトルクTasを得るゲイン設定器１０ｃと、トルクTaとトルクTasとを加算して操舵入力相当分トルクTsを算出する加算器１０ｄと、を有する。
Ts＝Ta＋Tas＝Ka・θs＋Ks・dθs/dt

前記転舵出力相当分トルクTfの算出部は、目標転舵角度θtaと実転舵角度θtとの転舵角度差分θtsをとる差分器１０ｅと、転舵角度差分θtsにゲインKfaを乗じてトルクTfaを得るゲイン設定器１０ｆと、転舵角度差分θtsを時間微分する微分器１０ｇと、転舵角度差分θtsの微分値にゲインKfasを乗じてトルクTfsを得るゲイン設定器１０ｈと、トルクTfaとトルクTfasとを加算して転舵出力相当分トルクTfを算出する加算器１０ｉと、を有する。
θts＝|θta−θt|
Tf＝Tfa＋Tfas＝Kfa・θts＋Kfs・dθts/dt

前記路面μ相当分トルクToの算出部は、軸力センサ１２の出力Ｆから第２所定周波数以下の周波数の成分F_Hを抽出する高カットオフ周波数フィルター１０ｊと、軸力センサ１２の出力から第１所定周波数（<第２所定周波数）以下の低周波成分F_Lを抽出する低カットオフ周波数フィルター１０ｋと、２つの成分F_HとF_Lとの差分F_H-Lをとる差分器１０ｍと、差分F_H-LにゲインKfoを乗じて過渡的に変化する路面μ相当分トルクToを算出するゲイン設定器１０ｎと、を有する。
To＝Kfo×（F_H−F_L）

前記第２所定周波数（カットオフ周波数）は、ノイズ成分が多く乗ってしまうような高周波数域が含まれないような値に設定されている。よって、フィルター効果によりノイズ成分がカットされ、操舵反力に反映されないため、運転者に違和感を与えない。

前記第１リミッター処理部１０ｐは、加算器１０ｒにより操舵入力相当分トルクTsと転舵出力相当分トルクTfとを加算した値Tcにリミッター処理（リミット値Ls）を施してTclを生成する。
Tc＝Ts＋Tf
ここで、リミット値Lsは、車速Ｖとステアリングホイール角θsより、ステアリングホイール角θsやステアリングホイール角速度dθs/dtが大きくなっても操舵反力が大きくなり過ぎないように設定し、加えて、定常的な路面μ変化分を操舵力に与えるように、軸力Ｆの低周波成分F_Lより設定する。

前記第２リミッター処理部１０ｑは、加算器１０ｓによりTclと路面μ相当分トルクToとを加算した値Ttにリミッター処理（リミット値Lm）を施してモータ制御指令値Tmsを算出する。
ここで、リミット値Lmは、操舵反力用アクチュエータ２の定格以上とならないように設定する。

次に、作用を説明する。
［路面μ相当分トルク算出］
路面μ相当分トルクToの算出部では、図５(a)に示すような軸力センサ１２の出力である軸力Ｆを、低カットオフ周波数フィルター１０ｋに通過させることで、図５(b)に示すようなF_Lが得られる。また、軸力Ｆを高カットオフ周波数フィルター１０ｊに通過させることで、図５(c)に示すような成分F_Hが得られる。

次に、差分器１０ｍにおいて、成分F_Hから成分F_Lを減算することにより、図５(d)に示すような差分F_H-Lが得られる。これをゲイン設定器１０ｎに通すことで、過渡的に変化する路面μ相当分トルクToを得ることができる。

［操舵反力制御処理］
図６は実施例１装置の操舵反力装置用コントローラ１０で実行される操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップ6-1では、操舵反力用モータ角センサ９からの反力用モータ角θmsと、車速センサ１１からの車速Ｖと、軸力センサ１２からの軸力Ｆと、を読み込み、ステップ6-2へ移行する。

ステップ6-2では、反力用モータ角θmsをモータ／ステアリングコラムシャフト間の減速ギア比Rsで割り、ステアリングホイール角θs（θs＝θms/Rs）に変換し、ステップ6-3へ移行する。

ステップ6-3では、ステップ6-2で変換されたステアリングホイール角θsが転舵側変位部材の変位可能量によって決められる最大値θmax以上か否かを判定する。YESの場合にはステップ6-4へ移行し、NOの場合にはステップ6-6へ移行する。なお、最大値θmaxは、操舵側と転舵側とのステアリングギア比が可変な場合には、そのギア比分を考慮して決められる。

ステップ6-4では、ステップ6-3においてステアリングホイール角θsが最大値θmax以上であると判定された場合、ステアリングホイール角θsに対しリミット値Lmでリミッター処理を行い、ステップ6-5へ移行する。

ステップ6-5では、ステップ6-4で得られたリミット値Lmをモータ制御指令値Tmsとすることで、ステアリングホイール角θsを最大値θmaxで一定にするとともに、操舵反力を通常制御時に比べてパルス的に大きくなるようにし、リターンへ移行する。

ステップ6-6では、ステップ6-3においてステアリングホイール角θsが最大値θmax未満であると判定された場合、ステップ6-2で得られたステアリングホイール角θsを時間微分し、ステアリングホイール角速度dθs/dtを算出し、ステップ6-7へ移行する。

ステップ6-7では、ステップ6-2で得られたステアリングホイール角θsに、車速Ｖによりあらかじめ決められていた目標応答および減衰係数を基に算出されたゲインKaを乗じて角度項トルクTa(＝Ka×θs)を算出し、ステップ6-8へ移行する。

ステップ6-8では、車速Ｖによりあらかじめ決められていた目標応答および減衰係数を基に算出されたゲインKasをステップ6-6で得られたステアリングホイール角速度dθs/dtに乗じ、これをTsとし（Ta＝Ka×θs）、ステップ6-9へ移行する。

ステップ6-9では、ステップ6-7およびステップ6-8で得られた角度項Taおよび角速度項分Tasを足し合わせ、これをTsとし（Ts＝Ta＋Tas）、ステップ6-10へ移行する。

ステップ6-10では、目標転舵角θtaと実転舵角θtとの差分θtsをとり、ステップ6-11へ移行する。

ステップ6-11では、ステップ6-10で得られた目標転舵角θtaと実転舵角θtとの差分θtsを時間微分してdθts/dtを求め、ステップ6-12へ移行する。

ステップ6-12では、ステップ6-10で得られた目標転舵角θtaと実転舵角θtとの差分θtsに車速Ｖに応じたゲインKfaを乗じ、これをTfaとし、ステップ6-13へ移行する。

ステップ6-13では、ステップ6-11で得られたθtsの時間微分dθts/dtに車速Ｖに応じたゲインKfasを乗じ、これをTfasとし（Tfas＝Kfas×dθts/dt）、ステップ6-14へ移行する。

ステップ6-14では、ステップ6-12およびステップ6-13で得られたTfaおよびTfasを足し合わせ、これをTfとし（Tf＝Tfa＋Tfas）、ステップ6-15へ移行する。

ステップ6-15では、ステップ6-9で得られたTsにステップ6-14で得られたTfを足し合わせ、これをTcとし（Tc＝Ts＋Tf）、ステップ6-16へ移行する。

ステップ6-16では、ステップ6-1で読み込んだ軸力Ｆを、例えばカットオフ周波数（第１所定周波数）が３〜５Hzに設定された低カットオフ周波数フィルター１０ｋと、例えばカットオフ周波数（第２所定周波数）が３０〜５０Hzに設定された高カットオフ周波数フィルター１０ｊとに通し、それらの出力をF_LおよびF_Hとし、ステップ6-17へ移行する。

ステップ6-17では、ステップ6-1で読み込んだ車速Ｖ、ステアリングホイール角θsおよびステップ6-16で得られたF_Lから求められたリミット値Lsを用いて、ステップ6-15で得られたTcにリミッター処理を施し、これをTclとし、ステップ6-18へ移行する。

ステップ6-18では、ステップ6-16で得られたF_HおよびF_Lの差分をとり、F_H-Lとし（F_H-L＝F_H−F_L）、ステップ6-19へ移行する。

ステップ6-19では、ステップ6-18で得られたF_H-LにゲインKfoを乗じ、これをToとし（To＝Kfo×F_H-L）、ステップ6-20へ移行する。

ステップ6-20では、ステップ6-17で得られたTclにステップ6-19で得られたToを足し合わせ、これをTtとし（Tt＝Tcl＋To）、ステップ6-21へ移行する。

ステップ6-21では、ステップ6-20で得られたTtにモータ保護のためにあらかじめ決められたリミット値Lmでリミッター処理を施し、モータ制御指令値Tmsを算出し、ステップ6-22へ移行する。

ステップ6-22では、算出されたモータ制御指令値Tmsに基づいて操舵反力用アクチュエータ２のモータ制御を実行し、リターンへ移行する。

［操舵反力制御作用］
ステアリングホイール角θsが転舵側変位部材の変位可能量によって決められる最大値θmax未満の場合には、図６のフローチャートにおいて、ステップ6-1→ステップ6-2→ステップ6-3→ステップ6-6→ステップ6-7→ステップ6-8→ステップ6-9へと進み、ステップ6-9では、ステップ6-7で得られた角度項トルクTaとステップ6-8で得られた角速度項トルクTasとを加算して操舵入力相当分トルクTsが算出される。

次に、ステップ6-9からステップ6-10→ステップ6-11→ステップ6-12→ステップ6-13→ステップ6-14へと進み、ステップ6-14では、ステップ6-12で得られた角度差項トルクTfaとステップ6-13で得られた角度差微分項トルクTfasとを加算して転舵出力相当分トルクTfが算出される。

続いて、ステップ6-15で、ステップ6-9で得られた操舵入力相当分トルクTsとステップ6-14で得られた転舵出力相当分トルクTfとを足し合わせてTcが算出される。次に、ステップ6-16では、ステップ6-1で読み込んだ軸力Ｆを低カットオフ周波数フィルター１０ｋおよび高カットオフ周波数フィルター１０ｊに通し、F_LおよびF_Hが算出される。

次に、ステップ6-17では、ステップ6-1で読み込んだ車速Ｖ、ステアリングホイール角θsおよびステップ6-16で得られたF_Lから求められたリミット値Lsを用いて、ステップ6-15で得られたTcにリミッター処理が施される。

よって、ステアリングホイール角θsやステアリングホイール角速度dθs/dtが大きくなったときに操舵反力が大きくなり過ぎることを防止し、ステアリングホイール１を切り増しできなくなる、または切り増しが困難になることを防止し、車両特性に応じた操舵反力特性にすることが可能となる。

さらに、車速Ｖとステアリングホイール角θsに加え、軸力Ｆの低周波成分F_Lを加味してリミット値Lsが可変値で与えられるため、定常状態を反映したTclが算出される。そのため路面μの変動により定常状態の値も変動した際、路面μに応じた操舵反力を生成することができる。

そして、ステップ6-17からは、ステップ6-18→ステップ6-19へと進み、ステップ6-19では、ステップ6-18で得られたF_HとF_Lとの差分F_H-LにゲインKfoを乗じて過渡的に変化する路面μ相当分トルクToを算出する。

よって、定常分がカットされた過渡変化分が操舵反力の一成分として付加されるため、過渡的に変化する路面や外部からの入力（路面凹凸等）に対してより精度良く運転者に把握させることができる。

次に、ステップ6-19からは、ステップ6-20→ステップ6-21→ステップ6-22へと進み、ステップ6-21では、ステップ6-20で得られたTtにリミット値Lmでリミッター処理を施してモータ制御指令値Tmsを算出し、ステップ6-22では、モータ制御指令値Tmsに基づいて操舵反力用アクチュエータ２のモータ制御が実行される。

よって、操舵反力用アクチュエータ２における定格以上のモータ制御指令値が算出された場合、そのモータ制御指令値にリミッター処理を施すことで、モータに過剰電流が流れることを防止でき、モータを保護することができる。

ステアリングホイール角θsが転舵側変位部材の変位可能量によって決められる最大値θmax以上の場合には、図６のフローチャートにおいて、ステップ6-1→ステップ6-2→ステップ6-3→ステップ6-4→ステップ6-5へと進む流れとなり、ステップ6-4では、ステアリングホイール角θsに対しリミット値Lmでリミッター処理を行い、ステップ6-5では、ステアリングホイール角θsを最大値θmaxで一定にするとともに、操舵反力を通常制御時に比べてパルス的に大きくなるようにする。

よって、操舵反力を通常制御時に比べてパルス的に大きくすることにより、運転者に最大操舵角であることを知らせ、運転者のステアリングホイール１の切り過ぎを抑止することが可能となる。

また、ステアリングホイール角θsにより転舵角の指令値は決まるため、ステアリングホイール角θsにリミッター処理を施すことにより、転舵側の変位部材のストッパーへの衝突を防止することが可能となる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。

(1) ステアリングギア機構１３のラック軸に作用する軸力を検出する軸力センサ１２と、この軸力センサ１２の出力Ｆから第１所定周波数以下の周波数を抽出する低カットオフ周波数フィルター１０ｋと、を設け、操舵反力装置用コントローラ１０は、車両運転状態（車速Ｖ，ステアリングホイール角θs）と低カットオフ周波数フィルター１０ｋの出力F_Lとに応じて、操舵反力のリミット値Lsを設定し、モータ制御指令値Tmsを設定するため、定常的な路面μに応じた操舵反力を生成することが可能となり、運転者に対し路面状況を的確に伝えることができる。

(2) 軸力センサ１２の出力Ｆから第１所定周波数よりも高い第２所定周波数以下の周波数を抽出する高カットオフ周波数フィルター１０ｊを設け、操舵反力装置用コントローラ１０は、車両運転状態（車速Ｖとステアリングホイール角θs）に応じた操舵入力相当分トルクTsおよび転舵出力相当分トルクTfに対し、高カットオフ周波数フィルター１０ｊの出力F_Hと低カットオフ周波数フィルター１０ｋの出力F_Lとの差F_H-Lに応じた路面μ相当分トルクToを付加するため、定常分がカットされた過渡変化分が操舵反力の一成分として付加されるため、過渡的に変化する路面や外部からの入力（路面凹凸等）に対してより精度良く運転者に把握させることができる。

(3) 操舵反力装置用コントローラ１０は、ステアリングホイール角θsが最大操舵角θmaxに達したとき、ステアリングホイール角θsを最大操舵角θmaxで一定にするとともに、操舵反力をパルス的に大きくなるように処理を施すため、運転者に最大操舵角であることを知らせ、運転者のステアリングホイール１の切り過ぎを抑止することが可能となるとともに、転舵側の変位部材のストッパーへの衝突を防止することができる。

(4) 操舵反力用アクチュエータ２は、クラッチ付きモータであるため、モータ暴走時にクラッチを切ることで、過剰な操舵反力の発生を防止できる。

(5) 路面から転舵輪４，５に入力される路面入力トルクを検出する路面入力トルク検出手段は、ステアリングギア機構１３のラック軸に入力される軸力を検出する軸力センサ１２であるため、路面状況を正確に把握できる。また、吸振部材の振幅を検出する変位センサを備えた従来装置に比して、低コスト化を実現できる。

実施例２は、路面から転舵輪４，５に入力される路面入力トルクを検出する路面入力トルク検出手段として、転舵装置用コントローラ１７が備える外乱推定器を用いた点で実施例１と異なり、他の構成は同一であるため、同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図７は実施例１装置が適用されたステアバイワイヤシステムの制御ブロック図であり、転舵装置用コントローラ１７は、ロバスト補償器を用いて推定した外乱推定値を、操舵反力装置用コントローラ１０へ出力する。

操舵反力装置用コントローラ１０は、転舵装置用コントローラ１０からの外乱推定値のみを転舵側から操舵反力側にフィードバックし、転舵用アクチュエーア６からの実転舵角度と操舵反力用アクチュエータ２からの実操舵角度と、を入力する。そして、指令電流を操舵反力用アクチュエーア２に対し出力するとともに、目標転舵角度を転舵装置用コントローラ１８に出力する。

図８は実施例２装置の操舵反力装置用コントローラ１０のモータ制御指令値算出手段を示す操舵反力制御系ブロック図であり、転舵装置用コントローラ１７の外乱補償器から出力される路面外乱推定値Tgsは、ゲイン設定器１０ｔによりゲインKoが乗算され、路面μ相当分トルクToが生成される。

図９は、実施例２装置におけるロバストモデルマッチング手法を採用した転舵角制御系ブロック図である。ここで、「ロバストモデルマッチング手法」とは、制御対象である車両の動特性を規範モデルにてあらかじめ設定し、モデル化誤差や外乱の影響を最小限に抑制しながら、あらかじめ設定された規範モデルに一致するように制御する手法をいう。

まず、転舵装置用コントローラ１７は、モデルマッチング補償器１７ａと、外乱補償器１７ｂと、差分器１７ｃと、電流リミッター１７ｄと、を有して構成されている。

前記モデルマッチング補償器１７ａは、指令モータ角度θtamと実モータ角度θtmを入力し、あらかじめ与えた所望の応答特性に一致させるモータ指令電流を出力するフィードフォワード補償器である。

前記外乱補償器１７ｂは、制御対象への入力である指令電流と制御対象からの出力である実モータ角度θtmを取り込み、モデル化誤差を含む制御阻害要因を外乱として推定した外乱推定値Tgを出力するロバスト補償器である。また、推定した外乱推定値Tgは、外乱補償器１７ｂ内で高カットオフ周波数フィルターおよび低カットオフ周波数フィルターを通過させ、TgHおよびTgLを生成するとともに、TgHとTgLとの差分である路面外乱推定値Tgsを生成し、低周波成分TgLと路面外乱推定値Tgsとを操舵反力装置用コントローラ１０へ出力する。

前記差分器１７ｃは、モデルマッチング補償器１７ａからのモータ指令電流から、外乱補償器１７ｂからの外乱推定値Tgを差し引き、外乱をキャンセルした指令電流を生成する。

前記電流リミッター１７ｄは、差分器１７ｃからの指令電流が転舵用アクチュエータ６の定格となるリミット電流以下の場合は指令電流をそのまま制御対象の転舵用アクチュエータ６に出力し、リミット電流を超える場合にはリミット電流を制御対象の転舵用アクチュエータ６に出力する。

次に、作用を説明する。
［操舵反力制御処理］
図１０は、実施例２装置の操舵反力装置用コントローラ１０で実行される操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。なお、ステップ10-2〜ステップ10-15は、図６のステップ6-2〜ステップ6-15と同一処理を実行し、ステップ10-18〜ステップ10-20は、図６のステップ6-20〜ステップ6-22と同一処理を実行するため説明を省略し、実施例１と異なるステップについてのみ説明する。

ステップ10-1では、操舵反力用モータ角センサ９からの反力用モータ角θmsと、車速センサ１１からの車速Ｖと、転舵装置用コントローラ１７から転舵角制御に採用されているロバストモデルマッチング手法の中の外乱補償器１７ｂから低周波成分TgLと路面外乱推定値Tgsとを読み込み、ステップ10-2へ移行する。

ステップ10-16では、ステップ10-1で読み込んだ車速Ｖ、ステアリングホイール角θsおよび低周波成分TgLから求められたリミット値Lsを用いて、ステップ10-15で得られたTcにリミッター処理を施し、これをTclとし、ステップ10-17へ移行する。

ステップ10-17では、ステップ10-1で読み込んだ路面外乱推定値TgsにゲインKoを乗じ、これを路面μ相当分トルクToとし、ステップ10-18へ移行する。

［操舵反力制御作用］
ステアリングホイール角θsが転舵側変位部材の変位可能量によって決められる最大値θmax未満の場合には、図１０のフローチャートにおいて、ステップ10-1→ステップ10-2→ステップ10-3→ステップ10-6→ステップ10-7→ステップ10-8→ステップ10-9→ステップ10-10→ステップ10-11→ステップ10-12→ステップ10-13→ステップ10-14→ステップ10-15へと進み、ステップ10-15では、ステップ10-9で得られた操舵入力相当分トルクTsとステップ10-14で得られた転舵出力相当分トルクTfとを足し合わせてTcが算出される。

次に、ステップ10-16では、ステップ10-1で読み込んだ車速Ｖ、ステアリングホイール角θsおよびTgLから求められたリミット値Lsを用いて、ステップ10-15で得られたTcにリミッター処理が施される。

さらに、車速Ｖとステアリングホイール角θsに加え、外乱推定値Tgの低周波成分TgLを加味してリミット値Lsが可変値で与えられるため、定常状態を反映したTclが算出される。そのため路面μの変動により定常状態の値も変動した際、路面μに応じた操舵反力を生成することができる。

そして、ステップ10-17では、ステップ10-1で読み込んだ路面外乱推定値TgsにゲインKoを乗じて路面μ相当分トルクToを算出する。

よって、転舵側の制御が外乱に対し強い安定性を持っていて路面等から外乱が加わっても目標転舵角度と実転舵角度との差分がほとんどない場合においても、ロバストモデルマッチング手法の外乱補償器１７ｂで推定された外乱分（転舵側の角度制御では目標転舵角度と実転舵角度とを一致させるために外乱分を推定し、その推定した外乱分をキャンセルさせるように指令電流を算出しているため、目標転舵角度と実転舵角度に差がほとんど生じなくても外乱分は推定可能となる。）のみを操舵反力側にフィードバックして操舵反力の算出に用いることで、より精度良く過渡的に変化する外乱分に対する操舵反力を付加することが可能となる。

また、目標転舵角度と実転舵角度との差分を使用して路面反力を推定しつつ転舵角制御で使用されているロバストモデルマッチング手法の外乱補償器１７ｂで外乱分を推定するため、精度の良い外乱推定が可能となり、より車両特性に忠実な操舵反力の模擬が可能となる。

さらに、転舵角制御で採用されているロバストモデルマッチング手法の中で外乱補償器１７ｂを用いて外乱を推定するため、操舵反力制御用に別途、外乱推定器を設ける必要がない。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(4)に加え、下記に列挙する効果が得られる。

(6) 操舵反力制御手段は、車両運転状態（車速Ｖ，ステアリングホイール角θs）と転舵装置用コントローラ１７の外乱推定器１７ｂの推定値（外乱推定値Tgの低周波成分TgL、路面外乱推定値Tgs）とに応じて、モータ制御指令値Tmsを設定するため、実施例１の軸力センサや、従来装置の変位センサのような検出器が不要となり、コストダウンを図ることができる。

(7) 外乱推定器１７ｂは、モデル化誤差や外乱の影響を最小限に抑制することを目的として転舵装置用コントローラ１７に採用されているロバストモデルマッチング手法で用いられるロバスト補償器であるため、外乱推定器を別途設ける必要が無い。

実施例１の車両用操舵装置が適用されたステアバイワイヤシステムを示す全体構成図である。実施例１の車両用操舵装置の操舵反力制御系および転舵角制御系の全体構成を示す図である。実施例１装置が適用されたステアバイワイヤシステムの制御ブロック図である。実施例１装置の操舵反力装置用コントローラ１０のモータ制御指令値算出手段を示す操舵反力制御系ブロック図である。高カットオフ周波数フィルターと低カットオフ周波数フィルターの作用を示す図である。実施例１装置の操舵反力装置用コントローラ１０で実行される操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートである。実施例１装置が適用されたステアバイワイヤシステムの制御ブロック図である。実施例２装置の操舵反力装置用コントローラ１０のモータ制御指令値算出手段を示す操舵反力制御系ブロック図である。実施例２装置におけるロバストモデルマッチング手法を採用した転舵角制御系ブロック図である。実施例２装置の操舵反力装置用コントローラ１０で実行される操舵反力制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ステアリングホイール
２操舵反力用アクチュエータ
３操舵反力装置
４，５転舵輪
６転舵用アクチュエータ
７転舵装置
８ステアリングコラムシャフト
９操舵反力用モータ角センサ
１０操舵反力装置用コントローラ
１１車速センサ
１２軸力センサ
１３ステアリングギア機構
１４，１５動作変換機構
１６転舵用モータ角センサ
１７転舵装置用コントローラ
１７ａモデルマッチング補償器
１７ｂ外乱補償器
１７ｃ差分器
１７ｄ電流リミッター
１８双方向通信線

Claims

車両の転舵輪を転舵させる舵取り機構と、
前記転舵輪の転舵角を制御する転舵角制御手段と、
前記舵取り機構と機械的に切り離された操舵手段と、
前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
この操舵手段に操舵反力を発生させる操舵反力用アクチュエータと、
この操舵反力用アクチュエータに対し操舵反力指令値を出力する操舵反力制御手段と、
を有する車両用操舵装置において、
前記転舵角制御手段は、前記操舵反力用アクチュエータの指令電流と出力の低周波側で
ある第1所定周波数以下の周波数に対応した第1外乱推定値と、前記第1所定周波数よりも
高い第2所定周波数以下の周波数に対応した第2外乱推定値を推定する外乱推定器を備え、
前記操舵反力制御手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角と、前記外乱推定器によって推定した前記第１の外乱推定値と、前記外乱推定器によって推定した前記第１外乱推定値と前記第2外乱推定値との差に応じて、前記操舵反力指令値を設定することを特徴と
する車両用操舵装置。
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記外乱推定器は、モデル化誤差や外乱の影響を最小限に抑制するロバストモデルマッ
チング手法で用いられるロバスト補償器であることを特徴とする車両用操舵装置。