JP5092603B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

近年、車速やヨーレイト等といった各種の状態量を検出することにより車両のステアリング特性（ステア特性）を判定し、その判定結果に基づいて、車両のヨーモーメントを制御すべく転舵輪の舵角（転舵角）を制御する所謂アクティブステア機能を備えた操舵制御システムが提案されている。

例えば、特許文献１に記載の車両用操舵装置は、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく転舵輪の第２の舵角（ＡＣＴ角）を上乗せすることにより、ステアリングと転舵輪との間の伝達比（ギヤ比）を変更可能な伝達比可変装置を備えている。そして、そのステア特性がオーバーステアである場合には、ヨーモーメントと反対方向（カウンタ方向）の転舵角を発生させるべくＡＣＴ角を制御し、ステア特性がアンダーステアである場合には、切り込み操作に対する転舵角の変更量が小さくなるようにその伝達比を変更する。

また、この車両用操舵装置には、モータを駆動源として操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置が設けられており、上記伝達比可変装置によるアクティブステア制御の実行時には、当該アクティブステア制御と協調したパワーアシスト制御を実行する。具体的には、オーバーステア時には、運転者にカウンタ操舵を促すようなアシスト力を付与し、アンダーステア時には、それ以上の操舵角の発生を抑制するようなアシスト力を付与すべく、そのパワーアシスト制御を実行する。そして、これにより、速やかに車両姿勢の安定化を図る構成となっている。
特開２００５−２９７７１９号公報

しかしながら、上記のような伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置では、当該伝達比可変装置の作動時には、そのＡＣＴ角の変化方向とは逆向きの反力トルク（モータ反力）がステアリングに作用し、そのモータ反力をトルク変動として運転者が感じ取ることによりフィーリングが低下するおそれがある。そして、特に、上記のようなアクティブステア制御時、とりわけ、ＡＣＴ角の変化（及び変化速度）が大きいカウンタ制御時には、こうしたモータ反力の影響がより一層顕著となる傾向があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、伝達比可変装置の作動に伴う操舵トルクの変動を抑えて良好な操舵フィーリングを実現することのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることによりステアリングと前記転舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、ステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、基本アシスト成分に、操舵トルクの微分値に基づく補償成分を重畳することにより、前記操舵力補助装置に発生させるべき目標アシスト力を演算する車両用操舵装置であって、前記制御手段は、前記伝達比可変装置の作動時には、前記操舵トルクの微分値に基づく補償成分を増大させるように構成され、前記伝達比可変装置は、車両のステア特性がオーバーステア状態にある場合には、ヨーモーメントと逆方向に前記第２の舵角を変更すべく作動するものであって、前記制御手段は、前記ヨーモーメントと逆方向に前記第２の舵角を変更すべく伝達比可変装置が作動するオーバーステア制御時に、前記操舵トルクの微分値に基づく補償成分の増大を行うものであって、前記オーバーステア状態にある場合におけるカウンタ操舵の有無を判定するカウンタ操舵判定手段を備え、前記制御手段は、前記カウンタ操舵のない場合には、そのカウンタ操舵を促すべく前記アシスト力を低減する制御を実行するものであって、前記アシスト力の低減制御の実行時には、前記操舵トルクの微分値に基づく補償成分の増大を実行しないこと、を要旨とする。

即ち、伝達比可変装置の作動時、操舵系は、その慣性に伴う転舵輪側（及びステアリング側）の追従遅れにより、いわば「捩れた」状態となる。そして、ステアリングに作用する反力トルク（モータ反力）は、この「操舵系の捩れ」が大きいほど、即ち転舵輪側の追従遅れが大きいほど大となる。しかしながら、このとき、上記のように操舵トルクの微分値に基づく補償成分を増大、即ちトルク慣性補償制御を強化することにより、こうした慣性による「操舵系の捩れ」を抑制することができる。即ち、当該伝達比可変装置の作動による第２の舵角の変化を補助するようなアシスト力が付与されることにより、転舵輪側の追従性が向上し、上記のような「操舵系の捩れ」が抑制される。これにより、伝達比可変装置の作動に伴いステアリングに作用するモータ反力を低減することができ、その結果、該モータ反力に起因する操舵トルクの変動を抑制して良好な操舵フィーリングを実現することができるようになる。

また、転舵輪にカウンタ方向の舵角を与えるオーバーステア制御は、第２の舵角の変化（大きさ及び速度）が大きいことから、そのモータ反力の影響も極めて大きい。従って、上記構成のように、こうしたオーバーステア制御の実行時に、操舵トルクの微分値に基づく補償成分を増大し、トルク慣性補償制御の強化を行うことで、より顕著な効果を得ることができる。
また、トルク慣性補償制御は、ステアリングに入力される操舵トルクの変化を伴わない転舵角の変化については、これを打ち消す方向に作用する。つまり、トルク慣性補償制御は、オーバーステア時、運転者にカウンタ操舵を促すべく実行されるアシスト力の低減制御を打ち消す方向に作用することになる。しかしながら、上記構成によれば、こうしたカウンタ操舵を促すためのアシスト力制御との干渉を防止することができる。
請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記第２の舵角が大きく変化するほど、より大きく操舵トルクの微分値に基づく補償成分を増大させること、を要旨とする。
即ち、第２の舵角が大きく変更すべく伝達比可変装置が作動、つまり、その動きが急峻であるほど、そのモータ反力の影響もまた大となる。従って、上記構成によれば、より効果的に、伝達比可変装置に伴う操舵トルクの変動を抑えることができる。

本発明によれば、伝達比可変装置の作動に伴う操舵トルクの変動を抑えて良好な操舵フィーリングを実現することが可能な車両用操舵装置を提供すること。

以下、本発明を伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング（ハンドル）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラック＆ピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラック＆ピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。

本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）に対する転舵輪６の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７と、該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ８とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラック＆ピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ７は、第１シャフト９及び第２シャフト１０を連結する差動機構１１と、該差動機構１１を駆動するモータ１２とを備えている。そして、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラック＆ピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）する。

つまり、図２及び図３に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する転舵輪６の転舵角θtの比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる。そして、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ１２に対する駆動電力の供給を通じてギヤ比可変アクチュエータ７の制御を制御し、これにより操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比（ギヤ比）を制御する（ギヤ比可変制御）。

尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する転舵角θtのギヤ比」をオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる（転舵角θt大、図２参照）。そして、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる（転舵角θt小、図３参照）。そして、本実施形態では、ステア転舵角θtsが第１の舵角を構成し、ＡＣＴ角θtaが第２の舵角を構成する。

また、図１に示すように、車両用操舵装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１７と、該ＥＰＳアクチュエータ１７の作動を制御する制御手段としてのＥＰＳＥＣＵ１８とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１７は、その駆動源であるモータ２２がラック５に設けられた所謂ラックアシスト型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ２２が発生するアシストトルクは、ボール螺子機構（図示略）を介してラック５に伝達される。そして、ＥＰＳＥＣＵ１８は、このモータ２２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ７を制御するＩＦＳＥＣＵ８、及びＥＰＳアクチュエータ１７を制御するＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）２３を介して接続されており、該車内ネットワーク２３には、車両状態量を検出するための複数のセンサが接続されている。具体的には、車内ネットワーク２３には、操舵角センサ２４、トルクセンサ２５、車輪速センサ２６ａ，２６ｂ、横Ｇセンサ２８、車速センサ２９、ブレーキセンサ３０、及びヨーレイトセンサ３１が接続されている。そして、上記各センサにより検出される複数の車両状態量、即ち操舵角θs、操舵トルクτ、車輪速Ｖtr，Ｖtl、転舵角θt、スリップ角θsp、車速Ｖ、ブレーキ信号Ｓbk、及びヨーレイトＲyは、車内ネットワーク２３を介してＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８に入力される。

尚、本実施形態では、トルクセンサ２５には、一対のレゾルバにより検出されるトーションバーの捻れ角に基づいてトルク検出を行う所謂ツインレゾルバ型のトルクセンサが採用されており、同トルクセンサ２５は、第２シャフトの途中、即ちギヤ比可変アクチュエータ７とＥＰＳアクチュエータ１７との間に設けられている。また、転舵角θtは、操舵角θsにラック＆ピニオン機構４のベースギヤ比を乗じた値、即ちステア転舵角θtsにＡＣＴ角θtaを加算することにより求められる。そして、スリップ角θspは、横Ｇセンサ２８により検出される横方向加速度及びヨーレイトＲyに基づいて求められる。

更に、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介した相互通信により、制御信号の送受信を行う。そして、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介して入力された上記各車両状態量及び制御信号に基づいて、上記のギヤ比可変制御及びパワーアシスト制御を統合的に実行する。

次に、本実施形態のステアリング装置の電気的構成及び制御態様について説明する。
図４は、本実施形態の車両用操舵装置１の制御ブロック図、図５は、ＩＦＳＥＣＵ側の演算処理手順を示すフローチャート、そして、図６は、ＥＰＳＥＣＵ側の演算処理手順を示すフローチャートである。尚、図４中の各制御ブロックは、ＩＦＳＥＣＵ側及びＥＰＳＥＣＵ側にそれぞれ設けられた情報処理装置（マイコン）が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

図４に示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ制御信号を出力するマイコン３３と、モータ制御信号に基づいてモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路３４とを備えている。
本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ７の駆動源であるモータ１２には、ブラシレスモータが採用されている。そして、駆動回路３４は、マイコン３３から入力されるモータ制御信号に基づいて、モータ１２に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する構成となっている。

詳述すると、本実施形態のマイコン３３は、ＩＦＳ制御演算部３５、ギヤ比可変制御演算部３６、及びＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７を備えており、各制御演算部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいて、その目的に応じたＡＣＴ角θtaの制御成分（及び制御信号）を演算する。そして、マイコン３３は、その演算された各制御成分に基づいて、モータ１２、即ちギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するためのモータ制御信号を生成する。

ＩＦＳ制御演算部３５には、操舵角θs、転舵角θt、車速Ｖ、車輪速Ｖtr，Ｖtl、ブレーキ信号Ｓbk、ヨーレイトＲy及びスリップ角θspが入力される。そして、ＩＦＳ制御演算部３５は、これらの車両状態量に基づいて、所謂アクティブステア機能、即ち車両モデルに基づき車両のヨーモーメントを制御するためのＡＣＴ角θtaの制御成分の演算、並びに関連する制御信号の演算を行う（ＩＦＳ制御演算）。

具体的には、ＩＦＳ制御演算部３５は、入力される上記各状態量に基づいて、車両のステアリング特性（ステア特性）を判定する。そして、そのステア特性に応じたアクティブステア機能を実現するためのＡＣＴ角θtaの制御成分として、ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、及びＵＳ制御ゲインＫusを演算する。

ＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*は、主として車両のステア特性がオーバーステア（ＯＳ）である場合に対応する制御成分であり、このＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*に基づいて、ヨーモーメントの方向と逆方向の舵角（カウンタステア）を与えるべくＡＣＴ角θtaを変更するオーバーステア制御が実行される。また、ＵＳ制御ゲインＫusは、ステア特性がアンダーステア（ＵＳ）である場合に、切り込み操作に対する転舵角θtの変化量を小さくする、即ち転舵輪６の切れ角を小さくするための制御ゲインであり、当該ＵＳ制御ゲインＫusは、上記ギヤ比可変制御演算部３６へと出力される。そして、このＵＳ制御ゲインＫusにより、ギヤ比可変制御演算部３６の演算する制御成分（の絶対値）が低減されることにより、上記のようなアンダーステア制御が実行される。

尚、本実施形態では、上記ステア特性判定の判定結果を示すＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_st及びＵＳ制御ゲインＫusは、同じくＩＦＳ制御演算部３５において生成されるドライバ操舵状態Ｓt_ds及び実行中のアクティブステア制御の内容を示すアクティブ制御信号Ｓ_acvとともに、制御信号としてＥＰＳＥＣＵ１８に出力される（図１参照）。ここで、ドライバ操舵状態Ｓt_dsは、ステアリング２の操作方向及び操作量に応じて連続的に変化するアナログ値により表現され、その操作方向（「切り込み」又は「切り戻し」）は符号（正／負）に、その操作量は、大きさ（絶対値）に示されている。そして、これらの各制御信号に基づいて、ＥＰＳＥＣＵ１８が、上記のようなアクティブステア制御と協調したパワーアシスト制御を実行する構成となっている。

一方、ギヤ比可変制御演算部３６には、操舵角θs、転舵角θt及び車速Ｖが入力される。そして、ギヤ比可変制御演算部３６は、これらの車両状態量（及び制御信号）に基づいて、車速Ｖに応じてギヤ比を可変させるための制御成分としてギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*を演算する（ギヤ比可変制御演算）。

また、ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。尚、操舵速度ωsは、操舵角θsを微分することにより演算される（以下同様）。そして、ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７は、これら車速Ｖ及び操舵速度ωsに基づいて操舵速度に応じて、車両の応答性を向上させるための制御成分としてＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*を演算する（ＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算）。

ＩＦＳ制御演算部３５、ギヤ比可変制御演算部３６及びＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算部３７は、上記各演算により演算された各制御成分、即ちＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、ギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*、及びＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*を加算器３８ａに出力する。そして、この加算器３８ａにおいて、これらＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、ギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*、及びＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*が重畳されることによりＡＣＴ角θtaの制御目標となるＡＣＴ指令角θta*が演算される。

加算器３８ａにて演算されたＡＣＴ指令角θta*は、Ｆ／Ｆ制御演算部３９及びＦ／Ｂ制御演算部４０に入力される。尚、本実施形態では、当該ＡＣＴ指令角θta*は、制御信号としてＥＰＳＥＣＵ１８に出力されるようになっており、上記の協調的パワーアシスト制御の実行に用いられる。また、Ｆ／Ｂ制御演算部４０には、モータ１２に設けられた回転角センサ４１により検出されるＡＣＴ角θtaが入力される。そして、Ｆ／Ｆ制御演算部３９は、入力されたＡＣＴ指令角θta*に基づくフィードフォワード演算により制御量εffを演算し、Ｆ／Ｂ制御演算部４０は、ＡＣＴ指令角θta*及びＡＣＴ角θtaに基づくフィードバック演算により制御量εfbを演算する。

Ｆ／Ｆ制御演算部３９及びＦ／Ｂ制御演算部４０は、演算された制御量εff及び制御量εfbを加算器３８ｂに出力する。そして、同加算器３８ｂにおいて、これら制御量εff及び制御量εfbが重畳されることにより電流指令が演算され、当該電流指令は、モータ制御信号出力部４２へと出力される。そして、モータ制御信号出力部４２は、その入力された電流指令に基づいてモータ制御信号を生成し駆動回路３４に出力する。

即ち、図５のフローチャートに示すように、マイコン３３は、車両状態量として上記各センサからセンサ値を取り込むと（ステップ１０１）、先ずＩＦＳ制御演算を行い（ステップ１０２）、続いてギヤ比可変制御演算（ステップ１０３）、及びＬｅａｄＳｔｅｅｒ制御演算を行う（ステップ１０４）。そして、マイコン３３は、上記ステップ１０２〜ステップ１０４の各演算処理を実行することにより演算されたＩＦＳ＿ＡＣＴ指令角θifs*、ギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*、及びＬＳ＿ＡＣＴ指令角θls*を重畳し、これによりＡＣＴ角θtaの制御目標となるＡＣＴ指令角θta*を演算する。

次に、マイコン３３は、この演算されたＡＣＴ指令角θta*に基づいてフィードフォワード演算（ステップ１０５）及びフィードバック演算（ステップ１０６）を行うことにより電流指令を演算し、その電流指令に基づいてモータ制御信号の出力を行う（ステップ１０７）。そして、車内ネットワーク２３を介して、その他の上記各種制御信号、即ちＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_st、ＵＳ制御ゲインＫus、ドライバ操舵状態Ｓt_ds、及びアクティブ制御信号Ｓ_acv、並びにＡＣＴ指令角θta*をＥＰＳＥＣＵ１８に出力する（ステップ１０８）。

一方、ＥＰＳＥＣＵ１８もまた、上記ＩＦＳＥＣＵ８と同様に、マイコン４３と、駆動回路４４とを備えている。尚、本実施形態では、ＥＰＳアクチュエータ１７の駆動源であるモータ２２もまた、ブラシレスモータが採用されている。そして、駆動回路４４は、マイコン４３から入力されるモータ制御信号に基づいて、モータ２２に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する構成となっている。

詳述すると、マイコン４３は、アシスト制御部４５、トルク慣性補償制御部４６、ステアリング戻し制御部４７、及びダンパ補償制御部４８を備え、これら各制御部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいてモータ２２が発生するアシストトルクの制御成分を演算する。

詳述すると、アシスト制御部４５には、操舵トルクτ及び車速Ｖが入力されるようになっており、同アシスト制御部４５は、これら操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、アシスト力の基礎的な制御成分として基本アシスト電流指令Ｉas*を演算する。具体的には、操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど、また車速Ｖが遅いほど大きな基本アシスト電流指令Ｉas*が演算される。

また、トルク慣性補償制御部４６には、操舵トルクτの微分値である操舵トルク微分値dτ及び車速Ｖが入力される。そして、トルク慣性補償制御部４６は、ＥＰＳの慣性による影響を補償するための制御成分として慣性補償電流指令Ｉti*を演算する。

具体的には、図７に示すように、本実施形態のトルク慣性補償制御部４６は、操舵トルク微分値dτと基礎補償量εtiとが関連付けられたマップ４６ａ、及び車速Ｖと車速ゲインＫvとが関連付けられたマップ４６ｂを備えている。マップ４６ａにおいて、基礎補償量εtiは、入力される操舵トルク微分値dτの絶対値が大きいほど、アシスト制御部４５において演算された基本アシスト電流指令Ｉas*（の絶対値）をより増加させる値となるように設定されている。同様に、マップ４６ｂにおいて、車速ゲインＫvは、車速Ｖが大きくなるほど大きな値となるように設定されている。そして、トルク慣性補償制御部４６は、これらの各マップ４６ａ，４６ｂを参照することにより求められた基礎補償量εti及び車速ゲインＫvを乗ずることにより慣性補償電流指令Ｉti*を演算する。

即ち、「トルク慣性補償制御」は、アシスト力を強化することにより、慣性により操舵系に生ずる「捩れ」を抑制する制御であり、モータやアクチュエータ等の慣性により発生するステアリング操作における「切り始め」時の「引っ掛かり感（追従遅れ）」、及び「切り終わり」時の「流れ感（オーバーシュート）」を抑制する効果がある。また、このトルク慣性補償制御は、ステアリングに入力される操舵トルクの変化を伴わない転舵角の変化については、これを打ち消す方向に作用する。従って、転舵輪６に対する逆入力の印加により操舵系に生じる振動を抑制する効果がある。

ステアリング戻し制御部４７には、車速Ｖ、操舵トルクτ、及び転舵角θtが入力され、ダンパ補償制御部４８には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。そして、ステアリング戻し制御部４７は、ステアリング２の戻り特性を改善するための制御成分であるステアリング戻し電流指令Ｉsb*を演算し、ダンパ補償制御部４８は、高速走行時のパワーアシスト特性を改善するための制御成分であるダンパ補償電流指令Ｉdp*を演算する。

また、マイコン４３は、上記各制御部に加え、上述のアクティブステア制御時の操舵フィーリングを改善すべく、当該アクティブステア制御と協調したパワーアシスト制御を実行するためのＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算するＩＦＳトルク補償制御部４９を備えている。

本実施形態では、ＩＦＳトルク補償制御部４９には、操舵角θs及び操舵速度ωsとともに、車内ネットワーク２３を介してＩＦＳＥＣＵ８側から出力された上記の各種制御信号、即ちＯＳ／ＵＳ特性値Ｖal_st、ＵＳ制御ゲインＫus、ドライバ操舵状態Ｓt_ds、及びアクティブ制御信号Ｓ_acv、並びにＡＣＴ指令角θta*が入力される。そして、ＩＦＳトルク補償制御部４９は、これら入力される各状態量、及び制御信号に制御信号に基づいてＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算する。

具体的には、ＩＦＳトルク補償制御部４９は、オーバーステア時には、運転者にカウンタ操舵を促すようなアシスト力付与が実行されるようなＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算する。具体的には、基本アシスト成分である基本アシスト電流指令Ｉas*を低減するようなＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算する。そして、アンダーステア時には、それ以上の操舵角の発生を抑制するアシスト力付与が実行されるようなＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算する。

本実施形態では、ＩＦＳトルク補償制御部４９において演算されたＩＦＳトルク補償ゲインＫifsは、アシスト制御部４５において演算された基本アシスト電流指令Ｉas*とともに乗算器５０に入力される。

乗算器５０においてＩＦＳトルク補償ゲインＫifsが乗ぜられることにより補正された補正後の基本アシスト電流指令Ｉas**は、その他の各種補償成分、即ち慣性補償電流指令Ｉti*（Ｉti**）、ステアリング戻し電流指令Ｉsb*、及びダンパ補償電流指令Ｉdp*とともに、加算器５１に入力される。そして、同加算器５１において、これら各制御成分が基本アシスト電流指令Ｉas**に重畳されることにより、モータ２２が発生するアシストトルクの制御目標である電流指令が演算される。

加算器５１において演算された電流指令は、モータ制御信号出力部５２に入力される。また、モータ制御信号出力部５２には、電流センサ５３により検出される実電流及び回転センサ５４により検出される回転角が入力される。そして、モータ制御信号出力部５２は、これら電流指令、実電流及び回転角に基づいてフィードバック制御を行うことによりモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路４４に出力する。

即ち、図６のフローチャートに示すように、マイコン４３は、車両状態量として上記各センサからセンサ値を取り込むと（ステップ２０１）、先ずアシスト制御演算を行う（ステップ２０２）。次に、トルク慣性補償制御演算（ステップ２０３）、ハンドル戻し制御演算（ステップ２０４）、及びダンパ補償制御演算を行い（ステップ２０５）、続いてＩＦＳトルク補償制御演算（ステップ２０６）を行う。

次に、マイコン４３は、上記ステップ２０２のアシスト制御演算により算出された基本アシスト電流指令Ｉas*にステップ２０６において算出されたＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを乗ずることにより同基本アシスト電流指令Ｉas*を補正する。そして、この補正後の基本アシスト電流指令Ｉas**に上記ステップ２０３〜ステップ２０５の各演算処理により算出された慣性補償電流指令Ｉti*、ステアリング戻し電流指令Ｉsb*、及びダンパ補償電流指令Ｉdp*を重畳することにより制御目標となる電流指令を算出し、その電流指令に基づいてモータ制御信号の出力を行う（ステップ２０７）。

（伝達比可変装置作動時の操舵トルク変動抑制制御）
次に、本実施形態の車両用操舵装置における伝達比可変装置作動時の操舵トルク変動抑制制御について説明する。

上述のように、伝達比可変装置の作動時には、そのＡＣＴ角の変化方向とは逆向きの反力トルク（モータ反力）がステアリングに作用し、そのモータ反力をトルク変動として運転者が感じ取ることで操舵フィーリングが低下するおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態の車両用操舵装置１では、その伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７の作動時、即ちモータ駆動に基づく第２の舵角であるＡＣＴ角θtaが変更される際、ＥＰＳＥＣＵ１８側のマイコン４３が、その操舵トルクの微分値に基づく補償成分である慣性補償電流指令Ｉti*を増大させる。

つまり、ギヤ比可変アクチュエータ７の作動時、操舵系は、その慣性に伴う転舵輪６側（及びステアリング２側）の追従遅れにより、いわば「捩れた」状態となる。そして、ステアリング２に作用する反力トルク（モータ反力）は、この「操舵系の捩れ」が大きいほど、即ち転舵輪６側の追従遅れが大きいほど大となる。

しかしながら、このとき、上記のように慣性補償電流指令Ｉti*を増大、即ちトルク慣性補償制御を強化することにより、こうした慣性による「操舵系の捩れ」を抑制することができる。即ち、当該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動による転舵角θt（ＡＣＴ角θta）の変化を補助するようなアシスト力が付与されることにより、転舵輪６側の追従性が向上し、上記のような「操舵系の捩れ」が抑制される。そして、本実施形態では、これにより、上記ステアリング２に作用するモータ反力を低減し、該モータ反力に起因する操舵トルクの変動を抑制する構成となっている。

詳述すると、図４に示すように、本実施形態では、ＥＰＳＥＣＵ１８側のマイコン３３に設けられたＩＦＳトルク補償制御部４９は、上述のＩＦＳトルク補償ゲインＫifsとともに、上記のようなギヤ比可変アクチュエータ７の作動時におけるトルク慣性補償制御の強化を実行するための慣性補償ゲインＫtiを演算する。

本実施形態では、ＩＦＳトルク補償制御部４９により演算された慣性補償ゲインＫtiは、トルク慣性補償制御部４６により演算された慣性補償電流指令Ｉti*とともに、乗算器５５に入力される。そして、この慣性補償ゲインＫtiの乗ずることにより補正された慣性補償電流指令Ｉti**が加算器５１に入力され、基本アシスト電流指令Ｉas**及びその他の補償成分に重畳されることにより、そのトルク慣性補償制御が強化される構成となっている。

さらに詳述すると、図８に示すように、本実施形態のＩＦＳトルク補償制御部４９は、ＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算するＩＦＳトルク補償ゲイン演算部６１に加えて、慣性補償ゲイン演算部６２を備えている。そして、ＩＦＳトルク補償制御部４９は、この慣性補償ゲイン演算部６２により演算される慣性補償ゲインＫtiを乗算器５５へと出力する。

本実施形態では、この慣性補償ゲイン演算部６２には、ＡＣＴ角θtaの制御目標であるＡＣＴ指令角θta*を微分することにより求められたＡＣＴ指令角速度ωta*が入力されるようになっている。そして、慣性補償ゲイン演算部６２は、このＡＣＴ指令角速度ωta*に基づき「ＡＣＴ角θtaの大きさ」を判定し、慣性補償ゲインＫtiを演算する。

具体的には、本実施形態の慣性補償ゲイン演算部６２は、ＡＣＴ指令角速度ωta*と慣性補償ゲインＫtiとが関連付けられたマップ６３を備えており、同マップ６３において、慣性補償ゲインＫtiは、ＡＣＴ指令角速度ωta*（の絶対値）が大きいほど、より大きく慣性補償電流指令Ｉti*を増大させる値となるように設定されている。尚、図中では省略するが、同マップ６３における慣性補償ゲインＫtiのベース値は「１」、つまり慣性補償ゲインＫtiの値は「１」以上に設定されている。そして、慣性補償ゲイン演算部６２は、このマップ６３に基づくマップ演算の実行により慣性補償ゲインＫtiを演算する。

つまり、ＡＣＴ指令角速度ωta*（の絶対値）が大きい場合とは、モータ駆動に基づく第２の舵角であるＡＣＴ角θtaが大きく変化する場合である。そして、このような場合、当該ＡＣＴ角θtaを速やかに変更すべくギヤ比可変アクチュエータ７が急作動する場合ほど、その慣性による追従遅れが顕著となり、「操舵系の捩れ」が大となることによって、そのモータ反力の影響もまた大となる。

そこで、本実施形態では、こうしたＡＣＴ角θtaが大きく変化する場合に、その変化が大きいほど、より大きく操舵トルクの微分値に基づく補償成分である慣性補償電流指令Ｉti*を増大させる、即ちトルク慣性補償制御をより強化するような慣性補償ゲインＫtiを演算する。そして、これにより、より効果的に、上記ステアリング２に作用するモータ反力を低減して、該モータ反力に起因する操舵トルクの変動の抑制を図る構成となっている。

また、本実施形態のＩＦＳトルク補償制御部４９は、車両のヨーモーメントの方向と逆方向の舵角（カウンタ）を与えるべくＡＣＴ角θtaを変更する上述のオーバーステア制御が行われている場合において、運転者によるカウンタ操舵が行われているか否かを判定するカウンタ操舵判定部６４を備えている。そして、オーバーステア制御中、且つカウンタ操舵が行われていると判定される場合にのみ、上記トルク慣性補償制御を強化する慣性補償ゲインＫtiの出力を実行する。

即ち、転舵輪にカウンタ方向の舵角を与えるオーバーステア制御は、そのＡＣＴ角θtaの変化（大きさ及び速度）が大きいことから、そのモータ反力の影響も極めて大きい。従って、上記のようなトルク慣性補償制御の強化は、こうしたオーバーステア制御の実行時に行うことで、より顕著な効果を得ることができる。

また、本実施形態では、オーバーステア時には、ＩＦＳトルク補償制御部４９が、基本アシスト電流指令Ｉas*を低減するようなＩＦＳトルク補償ゲインＫifsを演算し、これにより、運転者にカウンタ操舵を促すべくアシスト力の付与を低減する制御が行われる。しかしながら、トルク慣性補償制御は、ステアリングに入力される操舵トルクの変化を伴わない転舵角の変化については、これを打ち消す方向に作用する。つまり、トルク慣性補償制御は、オーバーステア時、運転者にカウンタ操舵を促すべく実行される上記アシスト力の低減制御を打ち消す方向に作用することになる。従って、本実施形態では、こうした運転者にカウンタ操舵を促すようなアシスト力付与が行われる場合には、上記トルク慣性補償制御の強化を行わない構成となっている。

さらに詳述すると、図８に示すように、本実施形態では、カウンタ操舵判定部６４には、実行中のアクティブステア制御の内容を示すアクティブ制御信号Ｓ_acv、ＡＣＴ指令角速度ωta*及び操舵速度ωsが入力されるようになっている。そして、カウンタ操舵判定部６４は、これらの各状態量（及び制御信号）に基づいて、そのカウンタ操舵判定を実行する。

具体的には、図９のフローチャートに示すように、カウンタ操舵判定部６４は、先ず、アクティブ制御信号Ｓ_acvに基づいて、オーバーステア制御（ＯＳ制御）中であるか否かを判定し（ステップ３０１）、ＯＳ制御中と判定した場合（ステップ３０１：ＹＥＳ）には、続いて既にカウンタフラグがセットされているか否かを判定する（ステップ３０２）。そして、当該カウンタフラグが未だセットされていない場合（ステップ３０２：ＮＯ）には、運転者によるカウンタ操舵が行われているか否かの判定、即ちカウンタ操舵判定を実行する（ステップ３０３）。

本実施形態では、このステップ３０３におけるカウンタ操舵判定は、ＡＣＴ指令角速度ωta*の方向（符号）と操舵速度ωsの方向（符号）とが同一であるかに基づいて行われる。そして、ＡＣＴ指令角速度ωta*の方向と操舵速度ωsの方向とが同一であると判定した場合（ステップ３０４：ＹＥＳ）には、カウンタフラグを「ＯＮ」として（ステップ３０４）、運転者によるカウンタ操舵が有るものと判定する（ステップ３０５）。

尚、カウンタ操舵判定部６４は、上記ステップ３０１において、ＯＳ制御中ではないと判定した場合（ステップ３０１：ＮＯ）には、カウンタ操舵判定部６４は、カウンタフラグを「ＯＦＦ」として（ステップ３０６）、運転者によるカウンタ操舵が無いものと判定する（ステップ３０７）。また、上記ステップ３０４において、ＡＣＴ指令角速度ωta*の方向と操舵速度ωsの方向とが同一ではないと判定した場合（ステップ３０４：ＮＯ）も同様に、カウンタフラグを「ＯＦＦ」として（ステップ３０６）、運転者によるカウンタ操舵が無いものと判定する（ステップ３０７）。

更に、上記ステップ３０２において、既にカウンタフラグがセットされていると判定した場合（ステップ３０２）には、上記ステップ３０３，３０４の処理を実行することなく、運転者によるカウンタ操舵が有るものと判定する（ステップ３０５）。そして、これにより、一のＯＳ制御の実行時において、ひとたびカウンタ操舵が有ると判定した場合には、以降、当該ＯＳ制御中はカウンタフラグが「ＯＮ」、即ち「カウンタ操舵有り」と判定する構成となっている。

本実施形態では、このようなカウンタ操舵判定部６４によるカウンタ操舵判定の結果は判定信号Ｓdとして、上記のマップ演算により算出された慣性補償ゲインＫtiとともに、切替制御部６５に入力される。本実施形態の切替制御部６５は、入力される判定信号Ｓdが「カウンタ操舵有り」を示すものである場合に慣性補償ゲインＫtiを出力し、「カウンタ操舵なし」を示すものである場合には「１」を出力するように構成されている。そして、ＩＦＳトルク補償制御部４９（慣性補償ゲイン演算部６２）は、この切替制御部６５の出力を乗算器５５へと出力することにより、オーバーステア制御中、且つカウンタ操舵が行われていると判定される場合にのみ、操舵トルクの微分値に基づく補償成分である慣性補償電流指令Ｉti*を増大するような慣性補償ゲインＫtiの出力を実行する構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＥＰＳＥＣＵ１８側のマイコン４３は、伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７の作動時、即ちモータ駆動に基づく第２の舵角であるＡＣＴ角θtaが変更される際、操舵トルクの微分値に基づく補償成分である慣性補償電流指令Ｉti*（Ｉti**）を増大させる。

即ち、ギヤ比可変アクチュエータ７の作動時、操舵系は、その慣性に伴う転舵輪６側（及びステアリング２側）の追従遅れにより、いわば「捩れた」状態となる。そして、ステアリング２に作用する反力トルク（モータ反力）は、この「操舵系の捩れ」が大きいほど、即ち転舵輪６側の追従遅れが大きいほど大となる。しかしながら、このとき、上記のように慣性補償電流指令Ｉti*を増大、即ちトルク慣性補償制御を強化することにより、こうした慣性による「操舵系の捩れ」を抑制することができる。即ち、当該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動による転舵角θt（ＡＣＴ角θta）の変化を補助するようなアシスト力が付与されることにより、転舵輪６側の追従性が向上し、上記のような「操舵系の捩れ」が抑制される。これにより、ギヤ比可変アクチュエータ７の作動に伴いステアリング２に作用するモータ反力を低減することができ、その結果、該モータ反力に起因する操舵トルクの変動を抑制して良好な操舵フィーリングを実現することができるようになる。

（２）マイコン４３は、モータ駆動に基づく第２の舵角、即ちＡＣＴ角θtaが大きく変化する場合に、その変化が大きいほど、より大きく上記の慣性補償電流指令Ｉti*（Ｉti**）を増大させる。

即ち、ＡＣＴ角θtaを大きく変更すべくギヤ比可変アクチュエータ７が作動、つまり、その動きが急峻であるほど、そのモータ反力の影響もまた大となる。従って、上記構成によれば、より効果的に、ギヤ比可変アクチュエータ７の作動に伴う操舵トルクの変動を抑えることができる。

（３）マイコン４３は、車両のヨーモーメントの方向と逆方向の舵角（カウンタ）を与えるべくＡＣＴ角θtaを変更するオーバーステア制御の実行時に、上記慣性補償電流指令Ｉti*（Ｉti**）を増大させる制御を実行する。

即ち、転舵輪にカウンタ方向の舵角を与えるオーバーステア制御は、そのＡＣＴ角θtaの変化（大きさ及び速度）が大きいことから、そのモータ反力の影響も極めて大きい。従って、こうしたオーバーステア制御の実行時に、上記トルク慣性補償制御の強化を行うことで、より顕著な効果を得ることができる。

（４）マイコン４３は、オーバーステア時には、運転者にカウンタ操舵を促すべくアシスト力の付与を低減する制御を実行する。そして、当該アシスト力の低減制御の実行時には、上記トルク慣性補償制御の強化を行わない。

即ち、トルク慣性補償制御は、ステアリングに入力される操舵トルクの変化を伴わない転舵角の変化については、これを打ち消す方向に作用する。つまり、トルク慣性補償制御は、オーバーステア時、運転者にカウンタ操舵を促すべく実行される上記アシスト力の低減制御を打ち消す方向に作用することになる。しかしながら、上記構成によれば、こうしたカウンタ操舵を促すためのアシスト力制御との干渉を防止することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、ＡＣＴ指令角速度ωta*と慣性補償ゲインＫtiとが関連付けられたマップ６３を用いたマップ演算により、ＡＣＴ角θtaの変化が大きいほど、より大きく慣性補償電流指令Ｉti*（Ｉti**）を増大させる慣性補償ゲインＫtiを演算することとした。しかし、これに限らず、「ＡＣＴ角θtaの変化の大きさ」については、ＡＣＴ指令角速度ωta*以外にも、ＡＣＴ指令角速度の微分値（角加速度）や、実際のＡＣＴ角速度、又はＡＣＴ角加速度、或いはモータ１２に通電される実電流値や電流指令値等、その他の状態量に基づいて判定する構成としてもよい。そして、慣性補償ゲインＫtiもマップ演算以外の方法により算出してもよい。

・本実施形態では、オーバーステア制御中、且つカウンタ操舵が行われていると判定される場合にのみ、操舵トルクの微分値に基づく補償成分である慣性補償電流指令Ｉti*を増大することとした。しかし、これに限らず、伝達比可変装置の作動時であれば、非オーバーステア制御においても慣性補償電流指令Ｉti*の増大制御を実行する構成としてもよい。

・また、カウンタ操舵を促すためのアシスト力の低減制御の実行時であれば、伝達比可変装置を用いたオーバーステア制御が行われていない場合であっても、慣性補償電流指令Ｉti*の増大制御を実行しない構成としてもよい。

・更に、カウンタ操舵を促すためのアシスト力制御としては、アシスト力の低減のみならず、基本アシスト成分にカウンタ方向の制御成分を重畳する等、積極的にカウンタ方向の操舵反力を発生させるものであってもよい。そして、このような構成を有するものについても、慣性補償電流指令Ｉti*の増大を実行しないことで、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

・本実施形態では、慣性補償電流指令Ｉti*に慣性補償ゲインＫtiを乗ずることにより、補正後の慣性補償電流指令Ｉti**を増大させることとしたが、伝達比可変装置の作動／非作動により演算マップを切り替える等して、慣性補償電流指令Ｉti*自体を大とする構成としてもよい。

・本実施形態では、基本アシスト成分としての基本アシスト電流指令Ｉas*（Ｉas**）に対して、補償成分として慣性補償電流指令Ｉti*（Ｉti**）以外にも、ステアリング戻し電流指令Ｉsb*、及びダンパ補償電流指令Ｉdp*といったその他の補償成分が重畳されることとした。しかし、操舵トルクの微分値に基づく補償成分を重畳するものであれば、その他の補償成分は、どのようなものであってもよい。

車両用操舵装置の概略構成図。 ギヤ比可変制御の説明図。 ギヤ比可変制御の説明図。 車両用操舵装置の制御ブロック図。 ＩＦＳＥＣＵにおける演算処理の処理手順を示すフローチャート。 ＥＰＳＥＣＵにおける演算処理の処理手順を示すフローチャート。 トルク慣性補償制御部の概略構成を示す制御ブロック図。 ＩＦＳトルク補償制御部の概略構成を示す制御ブロック図。 ＯＳ制御判定及びカウンタ操舵判定の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…ステアリング、６…転舵輪、７…ギヤ比可変アクチュエータ、８…ＩＦＳＥＣＵ、１７…ＥＰＳアクチュエータ、１８…ＥＰＳＥＣＵ、４３…マイコン、４５…アシスト制御部、４６…トルク慣性補償制御部、４９…ＩＦＳトルク補償制御部、５１…加算器、５５…乗算器、６２…慣性補償ゲイン演算部、６３…マップ、６４…カウンタ操舵判定部、６５…切替制御部、θs…操舵角、ωs…操舵速度、θt…転舵角、θts…ステア転舵角、θta…ＡＣＴ角、θta*…ＡＣＴ指令角、ωta*…ＡＣＴ指令角速度、Ｉas*，Ｉas**…基本アシスト電流指令、Ｉti*，Ｉti**…慣性補償電流指令、τ…操舵トルク、dτ…操舵トルク微分値、Ｋti…慣性補償ゲイン、Ｓ_acv…アクティブ制御信号、Ｓd…判定信号。

Claims (2)

1. ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることによりステアリングと前記転舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、ステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、基本アシスト成分に、操舵トルクの微分値に基づく補償成分を重畳することにより、前記操舵力補助装置に発生させるべき目標アシスト力を演算する車両用操舵装置であって、
   前記制御手段は、前記伝達比可変装置の作動時には、前記操舵トルクの微分値に基づく補償成分を増大させるように構成され、
   前記伝達比可変装置は、車両のステア特性がオーバーステア状態にある場合には、ヨーモーメントと逆方向に前記第２の舵角を変更すべく作動するものであって、
   前記制御手段は、前記ヨーモーメントと逆方向に前記第２の舵角を変更すべく伝達比可変装置が作動するオーバーステア制御時に、前記操舵トルクの微分値に基づく補償成分の増大を行うものであって、
   前記オーバーステア状態にある場合におけるカウンタ操舵の有無を判定するカウンタ操舵判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記カウンタ操舵のない場合には、そのカウンタ操舵を促すべく前記アシスト力を低減する制御を実行するものであって、
   前記アシスト力の低減制御の実行時には、前記操舵トルクの微分値に基づく補償成分の増大を実行しないこと、を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記第２の舵角が大きく変化するほど、より大きく操舵トルクの微分値に基づく補償成分を増大させること、を特徴とする車両用操舵装置。

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