JP6737026B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング制御装置に関する。

従来、負荷に基づいて演算される目標操舵トルクに対し操舵トルクを一致させるように制御することでアシスト量を演算するステアリング制御装置において、アシスト量を補償するものが知られている。
例えば特許文献１に開示された電動パワーステアリング制御装置は、複数の基本補償量演算手段により演算された各基本補償量を重み付け加算してアシスト補償量を生成し、このアシスト補償量により基本アシスト量を補正する。

特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置は、タイヤ側からハンドルに作用する逆入力を検出又は推定し、逆入力の特定帯域の周波数成分を抽出する。そして、抽出された特定周波数成分の位相を調整し、アシスト成分に対する補償成分を逆入力に応じて演算する。これにより、逆入力のうち路面反力等の路面情報を必要な情報として増幅し、ブレーキ振動等の外乱を不必要な情報として抑制して操舵機構に伝達する。

特許第５５３３８２２号公報 特開２０１５−１６８３４６号公報

特許文献１の装置では、複数の周波数特性について各周波数帯域での重み付けを調整することで、車両の特徴付けを任意に行うことができる。しかし、所望の特性を得るには、高次フィルタを用い、設計や適合において高度なスキルが必要となる。
また、伝達特性を変更させたい周波数と、重み付け加算するバンドパスフィルタの中心周波数とは必ずしも一致しない。さらに、主たるアシスト成分の量、すなわち重みによって、伝達特性の変化の度合いが異なる。

特許文献２の装置では、必要な逆入力成分のみを増幅するように演算された補償成分をアシスト成分に加算して操舵機構に伝達する。しかし、例えば特開２０１４−３１１０３号公報の図４に開示されているように、タイヤからハンドルへの伝達特性は、メカの諸元だけでなく、アシストの制御によっても大きく変化する。そのため、位相設計やドライバの感覚に合わせた適合は容易ではない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、負荷情報に基づいて、ドライバの感覚に合わせた伝達特性を容易に実現するステアリング制御装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク（Ｔｓ）を発生する操舵系メカ（１００）に接続されたモータ（８０）が出力するアシストトルクを制御するステアリング制御装置に係る発明である。
このステアリング制御装置は、負荷演算部（２０）と、目標操舵トルク演算部（４０）と、サーボ制御器（６０）と、帯域補正部（３０）と、を備える。
負荷演算部は、操舵系メカの操舵軸（９５）に作用する負荷（Ｔｘ）を推定又は検出する。
目標操舵トルク演算部は、推定又は検出された負荷に基づいて、操舵トルクの目標値である目標操舵トルク（Ｔｓ^*）を演算する。
サーボ制御器は、操舵トルクと目標操舵トルクとの差であるトルク偏差（ΔＴｓ）が０になるようにアシストトルクの指令値（Ｔａ^*）を演算する。なお、サーボ制御器は、特許文献１の「アシストコントローラ」に相当する。

帯域補正部は、負荷から目標操舵トルクまでの演算過程において、特定の周波数帯域の成分を抽出する帯域補正フィルタ（３１）を有する。そして、帯域補正部は、帯域補正フィルタで抽出された帯域における所定の伝達関数のゲインを補正する。これにより、帯域補正部は、特定帯域の伝達特性を増幅又は抑制する。
所定の伝達関数は、「ハンドルトルク（Ｔｈ）から操舵トルクまでの伝達関数」、又は、「タイヤからの外乱トルクから操舵トルクまでの伝達特性」を含む。

具体的に帯域補正部は、負荷演算部の出力側と目標操舵トルク演算部の入力側との間に設けられ、負荷に対して帯域補正してもよい。或いは、目標操舵トルク演算部の出力側に設けられ、目標操舵トルクに対して帯域補正してもよい。いずれの態様でも、ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達特性を所望の特性に容易に調整可能である。よって、負荷情報に基づいて、ドライバの感覚に合わせた伝達特性を容易に実現することができる。

本発明の思想は、負荷の情報を操舵トルクとしてどう伝達するとどのような感覚になるかという伝達感覚に基づき、その感覚の調整を狙うものである。本発明は、上記構成により、特許文献２の従来技術のように位相調整を要することなく、特定帯域のゲインを変更するだけで、例えば負荷から操舵トルクまでの伝達特性を好適に変更することができる。
また、帯域補正部は、特定の周波数帯域に中心周波数を有する一つ以上の２次フィルタ（典型的にはバンドパスフィルタ）を帯域補正フィルタとして用いることが好ましい。これにより、周波数の狙いを定めやすく、適合が容易となる。

電動パワーステアリングシステムの概略構成図。 制御対象である操舵系メカのモデル図。 第１実施形態によるＥＣＵ（ステアリング制御装置）の構成図。 負荷と目標操舵トルクとの関係を示すマップ。 帯域補正部の詳細構成図。 帯域補正フィルタとしてのバンドパスフィルタの周波数特性図。 （ａ）第１実施形態、（ｂ）従来技術による「ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達特性」の図。 第１実施形態による図７（ａ）とは別の「ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達特性」の図。 （ａ）第１実施形態、（ｂ）従来技術による「タイヤからの外乱トルクから操舵トルクまでの伝達特性」の図。 第１実施形態による図９（ａ）とは別の「タイヤからの外乱トルクから操舵トルクまでの伝達特性」の図。 第２実施形態によるＥＣＵ（ステアリング制御装置）の構成図。 第１及び第２実施形態による帯域補正のリサージュ波形図。

以下、ステアリング制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態において、「ステアリング制御装置」としてのＥＣＵは、車両の電動パワーステアリングシステムに適用され、操舵アシストトルクを発生させるモータにアシストトルク指令を出力する。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の第１、第２実施形態を包括して「本実施形態」という。

［電動パワーステアリングシステムの構成］
図１に示すように、電動パワーステアリングシステム１はドライバによるハンドル９１の操作をモータ８０によってアシストするものである。
ステアリングシャフト９２の一端にはハンドル９１が固定されており、ステアリングシャフト９２の他端側にはインターミディエイトシャフト９３が設けられている。ステアリングシャフト９２とインターミディエイトシャフト９３との間には、トルクセンサ９４が設けられている。ステアリングシャフト９２とインターミディエイトシャフト９３とは、トルクセンサ９４のトーションバーにより接続されている。
以下、ステアリングシャフト９２からトルクセンサ９４を経てインターミディエイトシャフト９３に至る軸全体を、まとめて操舵軸９５とする。

トルクセンサ９４は、操舵トルクＴｓを検出する。トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２とインターミディエイトシャフト９３とを連結するトーションバーを有し、トーションバーの捩れ角に基づき、トーションバーに加えられているトルクを検出する。トルクセンサ９４の検出値は、操舵トルクＴｓに係る検出値として、ＥＣＵ１０に出力される。

インターミディエイトシャフト９３のトルクセンサ９４と反対側の端部には、ギアボックス９６が設けられている。ギアボックス９６は、ピニオンギア９６１及びラック９６２を含む。ピニオンギア９６１は、インターミディエイトシャフト９３のトルクセンサ９４と反対側の端部に設けられ、ラック９６２の歯と噛み合っている。
ドライバがハンドル９１を回すと、インターミディエイトシャフト９３とともにピニオンギア９６１が回転し、ピニオンギア９６１の回転に伴って、ラック９６２が左右に移動する。

ラック９６２の両端には、タイロッド９７が設けられている。タイロッド９７は、ラック９６２とともに左右の往復運動を行う。タイロッド９７は、ナックルアーム９８を介してタイヤ９９と接続されている。タイロッド９７がナックルアーム９８を引っ張ったり押したりすることで、タイヤ９９の向きが変わる。

モータ８０は、例えば３相交流ブラシレスモータであり、ＥＣＵ１０から出力された駆動電圧Ｖｄに応じて、ハンドル９１の操舵力をアシストするアシストトルクを出力する。３相交流モータの場合、駆動電圧Ｖｄは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧を意味する。
モータ８０の回転は、減速機構８５を経由して、インターミディエイトシャフト９３に伝達される。

なお、図１に示す電動パワーステアリングシステム１は、モータ８０の回転が操舵軸９５に伝達されるコラムアシスト式であるが、本実施形態のＥＣＵ１０は、ラックアシスト式の電動パワーステアリングシステム、或いは、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離されているステアバイワイヤシステムにも同様に適用可能である。
また、他の実施形態では、操舵アシストモータとして、３相以外の多相交流モータや、ブラシ付ＤＣモータを用いてもよい。

減速機構８５は、ウォームギア８６及びウォームホイール８７を有する。ウォームギア８６は、モータ８０の回転軸の先端に設けられている。ウォームホイール８７は、ウォームギア８６と噛み合った状態でインターミディエイトシャフト９３と同軸に設けられている。これにより、モータ８０の回転がインターミディエイトシャフト９３に伝達される。また、ハンドル９１の操舵や、路面からの反力によってインターミディエイトシャフト９３が回転すると、この回転が減速機構８５を経由してモータ８０に伝達され、モータ８０が回転する。

ここで、ハンドル９１からタイヤ９９に至る、ハンドル９１の操舵力が伝達される機構全体を「操舵系メカ１００」という。ＥＣＵ１０は、操舵系メカ１００に接続されたモータ８０が出力するアシストトルクを制御することにより、操舵系メカ１００が発生する操舵トルクＴｓを制御する。図３に示すように、本明細書では、モータ８０及び操舵系メカ１００をＥＣＵ１０の制御対象と考える。
また、車両の所定の部位には、車速Ｖを検出する車速センサ７１が設けられている。

ＥＣＵ１０は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、トルクセンサ９４により検出された操舵トルクＴｓや車速センサ７１により検出された車速Ｖ等に基づき、アシストトルク指令Ｔａ^*を演算する。そして、ＥＣＵ１０は、アシストトルク指令Ｔａ^*に基づいて演算した駆動電圧Ｖｄをモータ８０へ印加することにより、操舵系メカ１００に操舵トルクＴｓを発生させる。
なお、ＥＣＵ１０における各種演算処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

ここで、電動パワーステアリングシステム１のモデル図である図２を参照する。
図２のモデルは、ハンドル９１に対応するハンドル部Ｈ、コラム部Ｃ、及び、タイヤ９９に接続される負荷部Ｌを含む。
ハンドル部Ｈには、ハンドルトルクＴｈが入力される。

ハンドル部Ｈとコラム部Ｃとは、トルクセンサ９４のトーションバーに対応する捩じればね定数Ｋ₁のばね要素ＳＰ₁によって連結されている。トーションバーの捩じれにより検出された操舵トルクＴｓは、ＥＣＵ１０に取得される。ＥＣＵ１０からの指令によりモータ８０が出力したアシストトルクＴａはコラム部Ｃに作用する。
コラム部Ｃと負荷部Ｌとは、インターミディエイトシャフト９３に対応する捩じればね定数Ｋ₂のばね要素ＳＰ₂によって連結されている。
負荷部Ｌには、タイヤ９９側からセルフアライニングトルクＳＡＴが入力される。また、タイヤ９９からの外乱トルクが入力される場合がある。

また、記号Ｊは慣性モーメント、Ｃは粘性摩擦係数、Ｆは静止摩擦力、θは回転角を示し、記号の添え字「１」、「２」、「３」は、それぞれ、ハンドル部Ｈ、コラム部Ｃ、負荷部Ｌについての量であることを示す。
このモデルにおいて、負荷Ｔｘは、数式１で表される。

すなわち、負荷Ｔｘは、操舵トルクＴｓとアシストトルクＴａとの和で表される。操作トルクＴｓは、ＥＣＵ１０が演算する目標操舵トルクＴｓ^*でもよく、トルクセンサ９４による検出値でもよい。アシストトルクＴａは、ＥＣＵ１０が演算するアシストトルク指令Ｔａ^*でもよく、モータ８０の実トルクでもよい。
また、負荷Ｔｘの主成分は、セルフアライニングトルクＳＡＴである。

ところで、特許文献１（特許第５５３３８２２号公報）には、複数の基本補償量演算手段により演算された各基本補償量を重み付け加算してアシスト補償量を生成し、このアシスト補償量により基本アシスト量を補正するステアリング制御装置が開示されている。
また、特許文献２（特開２０１５−１６８３４６号公報）には、逆入力の特定帯域の周波数成分を抽出し、抽出された特定周波数成分の位相を調整し、アシスト成分に対する補償成分を逆入力に応じて演算するステアリング制御装置が開示されている。

しかし、特許文献１の装置において、ドライバの感覚に合わせた伝達特性を実現するように重み付けを適正に調整するには高次フィルタが必要であり、容易でない。仮に特許文献２における「逆入力の特定周波数成分を抽出する考え方」を特許文献１の装置に適用したとしても、アシスト量を補正するものであることに変わりない。そのため、アシスト量を変えて路面情報の特定周波数帯域の伝達を抑える、又は、伝えるようにするには、路面情報の伝達に関するモデルが必要となる。それ故に特許文献２の技術のように位相の調整が必要となる。

そこで、このような従来技術の課題を解決するため、本実施形態のＥＣＵ１０は、負荷Ｔｘから目標操舵トルクＴｓ^*までの演算過程において、特定の周波数帯域における伝達特性のゲインを補正する「帯域補正部」を備えることを特徴とする。そして、帯域補正部が実施する帯域補正により、負荷Ｔｘの情報に基づいて、ドライバの感覚に合わせた伝達特性を容易に実現することを目的とする。

要するに、本実施形態の狙いは、特許文献２に記載の技術のように、単に逆入力のうち必要な情報と不必要な情報とを判別することではない。負荷Ｔｘは、セルフアライニングトルクＳＡＴを主成分とする他に、操舵に伴って変化するメカ系のダイナミクスを含む。本実施形態の思想は、その情報を操舵トルクとしてどう伝達するとどのような感覚になるかという伝達感覚に基づき、その感覚の調整を狙うものである。

［ＥＣＵの構成及び作用効果］
次に、本実施形態のＥＣＵ１０の具体的な構成及び作用効果について説明する。本実施形態のＥＣＵ１０は、帯域補正部を設ける位置により、第１及び第２実施形態に大別される。以下、第１及び第２実施形態のＥＣＵの符号として、「１０」に続く３桁目に「１」及び「２」を付し、順に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図３〜図８を参照して説明する。
図３に示すように、第１実施形態のＥＣＵ１０１は、推定負荷演算部２０、目標操舵トルク演算部４０、偏差演算器５９、サーボ制御器６０、及び、電流フィードバック（図中「ＦＢ」）部７０等を備える。第１実施形態では、「負荷演算部」としての推定負荷演算部２０は、負荷を直接検出するのでなく、推定により負荷Ｔｘを演算する。
そして、第１実施形態では、推定負荷演算部２０の出力側と目標操舵トルク演算部４０の入力側との間に帯域補正部３０が設けられる。

推定負荷演算部２０は、加算器２１及びローパスフィルタ（図中「ＬＰＦ」）２２を含む。図３に例示する形態では、加算器２１は、アシストトルク指令Ｔａ^*と目標操舵トルクＴｓ^*とを加算する。ローパスフィルタ２２は、加算されたトルクから、所定の周波数、例えば１０Ｈｚ以下の帯域の成分を抽出する。推定負荷演算部２０は、ローパスフィルタ２２により抽出された周波数成分を推定負荷Ｔｘとして出力する。

帯域補正部３０は、推定負荷演算部２０が推定した推定負荷Ｔｘに対し、特定の周波数帯域における伝達特性のゲインを補正し、帯域補正後推定負荷Ｔｘ＃を目標操舵トルク演算部４０に出力する。なお、本明細書では、帯域補正後の値を示す記号として「＃」を用いる。帯域補正部３０の詳細な構成については後述する。

目標操舵トルク演算部４０は、入力された帯域補正後推定負荷Ｔｘ＃及び車速Ｖに基づき、操舵トルクＴｓの目標値である目標操舵トルクＴｓ^*を演算する。
詳しくは、目標操舵トルク演算部４０は、符号判定部（図中「ｓｇｎ」）４１、絶対値判定部（図中「｜ｕ｜」）４２、マップ参照部４３及び乗算器４４を含む。ここで、負荷Ｔｘの正負は操舵軸９５の回転方向に応じて定義され、負荷Ｔｘ対目標操舵トルクＴｓ^*のマップは、負荷Ｔｘの正負に対して対称に設定されている。マップ参照部４３は、負荷Ｔｘが正の領域のみで負荷Ｔｘ対目標操舵トルクＴｓ^*のマップを参照する。

マップ参照部４３で参照される目標操舵トルクマップの例を図４に示す。目標操舵トルクＴｓ^*は、負荷Ｔｘに対し正の相関を有しており、負荷Ｔｘの増加に伴って対数関数的に増加する。マップ上の各動作点における接線の勾配Ｋｔｘは、原点に近いほど大きく、負荷Ｔｘが増加するに従って緩やかとなる。

符号判定部４１は、入力された帯域補正後推定負荷Ｔｘ＃の正負、すなわち操舵軸９５の回転方向に応じた符号を判定する。絶対値判定部４２は、入力ｕ、すなわち帯域補正後推定負荷Ｔｘ＃の絶対値を判定する。そして、マップ参照部４３にて負荷Ｔｘ＃の絶対値に基づいて参照された目標操舵トルクＴｓ^*の絶対値に対し、操舵軸９５の回転方向に応じた符号が乗算器４４で乗算される。

偏差演算器５９は、トルクセンサ９４で検出された操舵トルクＴｓと、目標操舵トルクＴｓ^*との差であるトルク偏差ΔＴｓ（＝Ｔｓ^*−Ｔｓ）を演算する。
サーボ制御器６０は、特許文献１の「アシストコントローラ」に相当するものである。サーボ制御器６０は、トルク偏差ΔＴｓが０になるように、つまり、操舵トルクＴｓを目標操舵トルクＴｓ^*に追従させるように「サーボ制御」を実行し、アシストトルク指令Ｔａ^*を演算する。

電流フィードバック部７０は、アシストトルク指令Ｔａ^*に応じたアシストトルクが、特にトルクセンサ９４よりもタイヤ９９側の操舵軸９５に付与されるように、モータ８０へ駆動電圧Ｖｄを印加する。
具体的に電流フィードバック部７０は、電流フィードバック制御回路、駆動回路、及びインバータ等の電力変換回路を含む。

電流フィードバック制御回路は、アシストトルク指令Ｔａ^*に基づいてモータ８０の各相に通電する目標電流を演算し、実電流を目標電流に対してフィードバックすることにより各相電圧指令を演算する。駆動回路は、電圧指令に基づくＰＷＭ制御等により、インバータをスイッチング動作させる駆動信号を指令する。インバータは、複数の駆動信号に従ってスイッチング動作することにより、バッテリ等から入力された電力を変換し、操舵軸９５に所望のアシストトルクを発生させるように駆動電圧Ｖｄを出力する。
このような電流フィードバック制御の技術は、モータ制御分野における周知技術であるため、詳細な説明を省略する。

続いて、帯域補正部３０の詳細構成を図５に示す。
単純には図５（ａ）に示すように、帯域補正部３０は、バンドパスフィルタ（図中「ＢＰＦ」）３１、ゲイン演算器３５及び加算器３８を含む。
バンドパスフィルタ３１は、特定の周波数帯域の成分を抽出する「帯域補正フィルタ」として機能する。帯域補正部３０は、帯域補正フィルタで抽出された帯域における所定の伝達関数のゲインを補正する。ここで、任意に選択される所定の伝達関数として、まず、「ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達関数」を想定する。
本実施形態では、帯域補正フィルタとしてバンドパスフィルタ３１を用いる。バンドパスフィルタ３１は、特定の周波数帯域に中心周波数を有する２次フィルタであり、中心周波数付近の帯域の周波数成分を抽出して通過させる。

本実施形態では、２次フィルタを用いることにより実装が容易となる。また、２次フィルタを用いると、補正するゲインを一つの定数で可変にすることができる。すなわち、特許文献１等の従来技術で用いられる高次伝達関数のように複数の演算定数を変更する必要がない。したがって、実装したプログラム内でその一つの定数のみを変更し、車両適合を容易に行うことができる。
なお、帯域補正部３０は、帯域補正フィルタとして複数のバンドパスフィルタを用い、複数の帯域において伝達特性のゲインを補正してもよい。

図６に、バンドパスフィルタ３１についてのゲイン及び位相のフィルタ特性例を示す。この２次伝達関数Ｇ（ｓ）は、周波数ω、ラプラス変数ｓ、減衰比ζを用いて、数式２で表される。

図６に示す特性例では、バンドパスフィルタ３１の中心周波数は約８Ｈｚに設定されている。つまり、約７〜９Ｈｚの帯域ではゲインがほぼ０［ｄＢ］であるため、入力がそのまま出力される。約７Ｈｚ以下及び約９Ｈｚ以上の帯域では、中心周波数から離れるほどゲインがｄＢ単位で０［ｄＢ］から負方向に減少し、入力が低く抑制される。また、中心周波数よりも低周波数側では、位相は＋９０［ｄｅｇ］に収束するように進み、中心周波数よりも高周波数側では、位相は−９０［ｄｅｇ］に収束するように遅れる。
ここで、８Ｈｚの周波数は、「車両の運動による固有振動の周波数であるばね上共振周波数から、タイヤ及び車体のサスペンション機構の固有振動の周波数であるばね下共振周波数までの間」の周波数に相当する。なお、「ばね上共振周波数からばね下共振周波数までの間」とは、ばね上共振周波数の帯域、及び、ばね下共振周波数の帯域を含む範囲を意味する。

詳しくは、タイヤと車体とがサスペンション機構を介して接続される一般的な乗用車両構造において、車両が加速度、旋回、路面凹凸によって運動をするとき、前後、横、上下の各方向に固有振動が生じる。その固有振動の周波数数がばね上共振周波数である。
また、サスペンション機構や操舵系メカ１００で車体に支持されるタイヤ９９が車体と連動し、固有振動が生じる。その固有振動の周波数がばね下共振周波数である。
図６に例示するように、ばね上共振周波数ｆｒｅｓ１は、おおよそ０．７〜６Ｈｚであり、ばね下共振周波数ｆｒｅｓ２は、おおよそ９〜２０Ｈｚである。そのため本実施形態では、ばね上共振周波数ｆｒｅｓ１の下限からばね下共振周波数ｆｒｅｓ２の上限までの間、すなわち０．７〜２０Ｈｚの間の周波数である８Ｈｚ付近の周波数帯域を、ゲインを補正する周波数帯域として設定する。

例えば特許文献１の段落［０１０７］、［０１０８］には、特定の周波数の特性を補正することで、ハンドルからタイヤまでのリンク機構等における応答感覚を調整可能であり、その結果、車両の特徴付けを任意に行うことができることが記載されている。
それと同様に、本実施形態においても、車両の特性に応じて調整する周波数を適切に選択することで、ハンドルからタイヤ、車体までの連結された感覚を調整可能である。

ゲイン演算器３５は、バンドパスフィルタ３１の出力に対し、所定のゲインを乗じる。例えば図５（ｂ）に示すように、ゲイン演算器３５は、二つの乗算器３６、３７が直列に接続されて構成される。
乗算器３６は、車速感応ゲイン演算部３２で車速Ｖに応じて演算された車速感応ゲインＧｖを乗算する。これにより、帯域補正部３０は、車速Ｖに応じて伝達関数の補正量を調整し、車速Ｖに応じた最適な操舵フィールを作り込むことができる。

乗算器３７は、マップ勾配演算部３３が逐次演算した目標操舵トルクマップの勾配Ｋｔｘに基づいて勾配感応ゲイン演算部３４で演算された勾配感応ゲインＧｋを乗算する。
再び図４を参照すると、ある動作点の周辺で負荷Ｔｘが変化したときの目標操舵トルクＴｓ^*の変化量は、マップ勾配Ｋｔｘに依存する。つまり、負荷Ｔｘの小さい領域では、勾配Ｋｔｘが相対的に大きいため、推定負荷Ｔｘに対する帯域補正の効果、すなわち操舵トルクＴｓとして現れる所定の帯域の成分の量が大きい。一方、負荷Ｔｘが大きくなると、勾配Ｋｔｘが相対的に小さくなり、推定負荷Ｔｘに対する帯域補正の効果が低下する。負荷Ｔｘの大きさとアシストトルク指令Ｔａ^*の大きさとは相関するため、アシスト量が大きいときほど帯域補正の効果が得られにくくなる。

そこで、負荷Ｔｘの動作点におけるマップ勾配Ｋｔｘに応じて、勾配Ｋｔｘが低下するほど帯域補正量を大きくすることが好ましい。例えば、数式３に示すように、勾配Ｋｔｘの逆数の平方根を勾配感応ゲインＧｋとするとよい。なお、逆数演算においては適宜ゼロ割防止や上下限制限をしておくことが好ましい。

こうして得られた勾配感応ゲインＧｋをバンドパスフィルタ３１の出力に乗算することにより、ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達関数の変化ゲインを均一にすることができる。要するに、帯域補正部３０は、負荷Ｔｘの絶対値に対する目標操舵トルクＴｓ^*の勾配Ｋｔｘの差異に対し、特定の周波数帯域における伝達関数の変化量を均一とするように伝達関数の変化量を調整する。よって、負荷Ｔｘが０である中立位置付近から高負荷操舵域にまでわたって、ドライバが良好な手応えを得ることが可能となる。

なお、他の実施形態でのゲイン演算器３５は、バンドパスフィルタ３１の出力に対し、車速感応ゲインＧｖ又は勾配感応ゲインＧｋのいずれか一方を乗算してもよいし、それらとは別の特性に応じた感応ゲインを乗算してもよい。また、感応ゲインを乗算するという方式に限らず、例えば、車速とフィルタ出力との関係を規定したマップを用いた演算等により伝達関数の補正量を調整するようにしてもよい。
加算器３８は、入力された推定負荷Ｔｘにゲイン演算器３５の出力を加算した帯域補正後推定負荷Ｔｘ＃を出力する。

次に図７を参照し、帯域補正による「ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達特性」の具体例を説明する。図７（ａ）、（ｂ）の破線は、推定負荷Ｔｘに対して帯域補正をしないときの伝達特性を対照として示す。３本の線は、図４の目標操舵トルクマップにおける勾配Ｋｔｘの違いに対応しており、約１〜２０Ｈｚの帯域では、マップ勾配Ｋｔｘが大きいほど、同一周波数におけるゲインが高くなる。具体的には、ゲインの高い側から順に、特性線Ｈ、Ｍ、Ｌは、マップ勾配Ｋｔｘ＝０．２５、０．１２５、０．０６２５のときの伝達特性を示す。

破線の特性線Ｈについて、約０．８〜９Ｈｚの帯域でゲインが０［ｄＢ］を上回っている。これは、ハンドルトルクＴｈの入力に対し操舵トルクＴｓの出力が増幅されていることを意味する。また、破線の特性線Ｍにおける約３Ｈｚ以上の帯域、及び、破線の特性線Ｌにおける約１Ｈｚ以上の帯域では、ゲインは０［ｄＢ］を下回っている。これは、ハンドルトルクＴｈの入力に対し操舵トルクＴｓの出力が抑制されていることを意味する。

図７（ａ）の実線は、第１実施形態の帯域補正部３０により推定負荷Ｔｘに対して帯域補正を実施したときの伝達特性を示す。一方、図７（ｂ）の実線は、特許文献１の従来技術において、コントローラ部（すなわちサーボ制御器）が演算したアシスト指令に対して補償量を加算して補正したときの伝達特性を示す。各３本の線Ｈ、Ｍ、Ｌは、破線と同様に、上記３通りのマップ勾配Ｋｔｘに対応するものである。

ここで、８Ｈｚ付近のゲインを増加させ、伝達を増幅することを試みる。
図７（ｂ）に示すように、従来技術の制御では、バンドパスフィルタの中心周波数を、狙いの８Ｈｚからずれた約４Ｈｚに設定することになる。その結果、約４Ｈｚ以上の帯域でのゲインが増加する反面、約１〜４Ｈｚの帯域でのゲインは意図に反して減少することとなる。図中、ゲインの増加をハッチング入りのブロック矢印で示し、ゲインの減少を白抜きブロック矢印で示す。このような状況を回避するには、高次フィルタを用いてサーボ制御器の伝達特性を細かく調整する必要が生じ、適合が難しくなる。

これに対し、図７（ａ）に示す第１実施形態の制御では、特性線Ｈ、Ｌ、Ｍのいずれにおいても、バンドパスフィルタの中心周波数を狙い通りの８Ｈｚに設定可能である。これにより、勾配Ｋｔｘの大小によらず、８Ｈｚ付近以外の帯域での特性変化を抑制しつつ、８Ｈｚ付近の帯域でのゲインを局部的に増加させることができる。

ここで、上述のように、勾配Ｋｔｘが小さいほど勾配感応ゲインＧｋを大きく設定し、帯域補正部３０のゲイン演算器３５で乗算することにより、勾配Ｋｔｘが相対的に小さい場合にも、帯域補正の効果が十分に得られる。よって、負荷Ｔｘの変化に伴うアシスト量の変化に対して、ロバスト性を確保することができる。
また、図８には、第１実施形態の制御により８Ｈｚ付近の帯域でのゲインを局部的に減少させ、伝達を抑制する例を示す。

続いて、帯域補正部３０が「タイヤからの外乱トルクから操舵トルクまでの伝達特性」のゲインを補正する場合について、図９、図１０を参照して同様に説明する。
図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図７（ａ）、（ｂ）に対応し、それぞれ第１実施形態及び従来技術による伝達特性を示す。図９（ｂ）に示す従来技術の制御では、バンドパスフィルタの中心周波数を、狙いの８Ｈｚからずれた約４Ｈｚに設定することになる。その結果、約４Ｈｚ以上の帯域ではゲインが増加し、約１〜４Ｈｚの帯域でのゲインは減少する。これに対し、図９（ａ）に示す第１実施形態の制御では、バンドパスフィルタの中心周波数を狙い通りの８Ｈｚに設定し、ゲインを局部的に増加させることができる。
図１０は、図８に対応し、第１実施形態の制御により８Ｈｚ付近の帯域でのゲインを局部的に減少させる例を示す。

このように、本実施形態は、路面反力等の負荷情報をドライバに伝えるにあたり、どの帯域での伝達を増幅／抑制、或いは強調／減衰させて伝えるか、という思想に立脚する。そして、負荷Ｔｘから目標操舵トルクＴｓ^*までの演算過程において、特定の周波数帯域における伝達関数のゲインを補正する。
第１実施形態では、推定負荷Ｔｘに対して補正する周波数帯域と、操舵系メカ１００の伝達特性が変化する周波数帯域とが一致するため、適合が容易である。

この思想は、最終指令値であるアシスト量に対して補償量を加算して補正することで、所望の伝達特性を得ようとする従来技術とは異なる。本実施形態では、最終指令値への加算ではなく、負荷Ｔｘから目標操舵トルクＴｓ^*までの演算過程において補正をすることにより、ドライバの感覚に合わせて、狙いの周波数帯域で狙いの伝達量を実現するように伝達関数を好適に変更することができる。その結果、ハンドルからタイヤまでが連結された感覚の調整など、感性に合わせた適合が容易となる。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。
図１１に示すように、第２実施形態のＥＣＵ１０２は、目標操舵トルク演算部４０の出力側に帯域補正部３０が設けられている。推定負荷演算部２０が演算した推定負荷Ｔｘは、そのまま目標操舵トルク演算部４０に入力される。
帯域補正部３０は、特定周波数帯域における目標操舵トルクＴｓ^*のゲインを補正し、帯域補正後目標操舵トルクＴｓ^*＃を出力する。帯域補正後目標操舵トルクＴｓ^*＃は、推定負荷Ｔｘを演算するための情報として、推定負荷演算部２０の加算器２１に入力される。

概して言うと、第１実施形態の図７（ａ）及び図８に示す「ハンドルトルクから操舵トルクまでの伝達特性」、並びに、図９（ａ）及び図１０に示す「タイヤからの外乱トルクから操舵トルクまでの伝達特性」は、第２実施形態でも同様に現れる。すなわち、特定帯域におけるゲインを増幅又は抑制し、ドライバの感覚に合わせた伝達特性を実現するという効果は、帯域補正部３０の位置にかかわらず同様に得られる。

次に、第１及び第２実施形態による詳しい伝達特性の評価に関し、図１２のリサージュ波形のシミュレーション結果を参照して説明する。このリサージュ波形は、高速走行時にハンドルの中立位置からサイン操舵±２０ｄｅｇ、０．３Ｈｚの条件で操舵したときの、相舵角と操舵トルクとの関係を表している。また、帯域補正部３０のゲイン演算器３５におけるトータルの感応ゲインを「０．５」とする。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における操舵角０［ｄｅｇ］−操舵トルク０［Ｎｍ］の中立位置付近の拡大図である。図中の実線は、帯域補正をしない比較例、破線は、推定負荷Ｔｘに対して帯域補正する第１実施形態、一点鎖線は、目標操舵トルクＴｓ^*に対して帯域補正する第２実施形態のリサージュ波形を示す。

中立位置で保舵したときや１０［ｄｅｇ］付近で保舵したときは、そのときの目標操舵トルクＴｓ^*のマップの動作点における勾配がゲインになる。一方、操舵していく過程では時々刻々と動作点が移動することから、観測される操舵トルクの様子は、第１実施形態と第２実施形態とで若干異なる。

図１２（ｂ）にて、中立位置から操舵したときの操舵トルクの立ち上がり勾配は、大きい方から、第２実施形態、第１実施形態、比較例の順となる。つまり、中立位置から操舵したとき目標操舵トルクＴｓ^*のマップ上を初期に急な勾配で立ち上がり、その後勾配が緩くなるという非線形の変化が、第２実施形態では、バンドパスフィルタの持つ微分要素によって強調されることとなる。その影響として、相舵角２〜３［ｄｅｇ］付近における操舵トルクが大きめに現れる。

言い換えれば、第２実施形態では、目標操舵トルクＴｓ^*のマップ形状が一種の外乱となり、形状によって過渡の操舵トルクのピーク点やその周辺のプロファイルが変わることとなる。
第１及び第２実施形態は、いずれも操舵過渡期の操舵トルク勾配が比較例よりも大きいという点で共通する。しかし、僅かではあるものの第２実施形態ではマップ形状が外乱になることを考慮すると、推定負荷Ｔｘに対して帯域補正する第１実施形態の方が好ましいとも言える。ただし、この程度の特性差は感覚に合わせて調整すれば済むレベルであり、実用的には問題とならない。

（その他の実施形態）
（１）帯域補正部３０の帯域補正フィルタとしては、上記実施形態のように、ゲインを変更したい帯域を中心周波数とするバンドパスフィルタ（すなわち２次フィルタ）を用いることが好ましい。しかし、適合の容易性等に問題がない場合は、帯域補正フィルタとして、より高次のフィルタを用いてもよい。

（２）上記実施形態の目標操舵トルク演算部４０は、負荷Ｔｘの正負に対し目標操舵トルクＴｓ^*が対称に設定されることを前提として、負荷Ｔｘが正の領域のみのマップを有し、負荷Ｔｘの絶対値に対して目標操舵トルクＴｓ^*を演算する。
ただし、他の実施形態では、負荷Ｔｘの正領域及び負領域に対し、それぞれ目標操舵トルクＴｓ^*のマップを有し、符号を含めた負荷Ｔｘの値に対して目標操舵トルクＴｓ^*を演算してもよい。その場合、右回転時と左回転時との操舵感覚の差を反映し、負荷Ｔｘの正負領域でのマップ形状を微妙に非対称としてもよい。

（３）上記実施形態の図１における推定負荷演算部２０の加算器２１の入力として、目標操舵トルクＴｓ^*に代えて、操舵トルクＴｓを用いてもよい。また、アシストトルク指令Ｔａ^*に代えて、アシストトルクの検出値を用いてもよい。
さらに、「負荷演算部」は、負荷Ｔｘを推定する「推定負荷演算部２０」でなく、負荷Ｔｘを直接検出するものとして構成してもよい。

（４）例えば特許文献１の図２等には、モータ速度ωに基づいて操舵トルクＴｓを補正するトルク補正部の構成が記載されている。本発明のステアリング制御装置も同様のトルク補正部を備えてもよい。その場合、本明細書におけるアシストトルク指令Ｔａ^*を、補正トルクが加算される前のべースアシスト指令と読み替えればよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０（１０１、１０２）・・・ＥＣＵ（ステアリング制御装置）
２０・・・推定負荷演算部（負荷演算部）
３０・・・帯域補正部
３１・・・バンドパスフィルタ（帯域補正フィルタ）
４０・・・目標操舵トルク演算部
６０・・・サーボ制御器
８０・・・（操舵アシスト）モータ
９５・・・操舵軸
１００・・・操舵系メカ

Claims (5)

1. 操舵トルク（Ｔｓ）を発生する操舵系メカ（１００）に接続されたモータ（８０）が出力するアシストトルク（Ｔａ）を制御するステアリング制御装置であって、
   前記操舵系メカの操舵軸（９５）に作用する負荷（Ｔｘ）を推定又は検出する負荷演算部（２０）と、
   推定又は検出された前記負荷に基づいて、前記操舵トルクの目標値である目標操舵トルク（Ｔｓ^＊）を演算する目標操舵トルク演算部（４０）と、
   前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差であるトルク偏差（ΔＴｓ）が０になるように前記アシストトルクの指令値（Ｔａ^＊）を演算するサーボ制御器（６０）と、
   前記負荷から前記目標操舵トルクまでの演算過程において、特定の周波数帯域の成分を抽出する帯域補正フィルタ（３１）を有し、当該帯域補正フィルタで抽出された帯域における所定の伝達関数のゲインを補正する帯域補正部（３０）と、
   を備え、
   前記所定の伝達関数は、ハンドルトルク（Ｔｈ）から前記操舵トルクまでの伝達関数、又は、タイヤからの外乱トルクから前記操舵トルクまでの伝達関数を含むステアリング制御装置。
2. 前記帯域補正部は、前記特定の周波数帯域に中心周波数を有する一つ以上の２次フィルタを前記帯域補正フィルタとして用いる請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記帯域補正部は、車速に応じて前記伝達関数の補正量を調整する請求項１または２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記帯域補正部は、前記負荷の値、又は前記負荷の絶対値に対する前記目標操舵トルクの勾配（Ｋｔｘ）の差異に対し、前記特定の周波数帯域における前記伝達関数の変化量を均一とするように前記伝達関数の補正量を調整する請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
5. 前記特定の周波数帯域は、車両のばね上共振周波数からばね下共振周波数までの間で設定される請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。

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