JP6747193B2 - 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。

車速の低い領域では、高速時に比べて相対的に車体やタイヤの横滑り角が小さくなり、同じ操舵角や横加速度において路面から受けるセルフアライニングトルクが小さくなる。セルフアライニングトルクが操舵機構の摩擦と同程度以下になるとハンドルは中立位置に戻り難くなるため、ドライバが意識的にハンドルを戻す操作をしなければならなくなる。
そこで従来、ハンドルを中立位置に戻す方向の補正トルクを演算しアシストトルクに付加する「戻し制御」を実行するステアリング制御装置が知られている。

例えば特許文献１に開示された装置では、戻し制御において、トーションバーの捻れにより、ハンドルが滑らかに中立位置に戻らないことを問題としている。そして、その解決手段として、モータの角加速度に基づいて、ハンドルを中立位置へ戻さない方向の反戻し指令値を演算し、アシスト指令値に加算することで、ハンドルを滑らかに中立位置に戻すようにしている。

特開２０１５−１４５２１６号公報

特許文献１の技術では、切り込み時にもモータの角加速度に基づいて反戻し指令値が演算されるため、ドライバが切り込み操舵したとき、操舵を阻害する方向にトルクが出力されるという問題がある。
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、ハンドルの戻り速度を安定化させ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、ドライバの操舵トルク（Ｔｓ）に基づいて操舵アシストモータ（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、基本アシストトルク（Ｔｂ）を演算する基本アシストトルク演算部（１１）と、基本アシストトルクに付加される補正トルクを演算する補正トルク演算部（１５）と、を備える。

補正トルク演算部は、戻し状態判定部（５０）と、戻り速度安定化制御部（６０１、６０２、６０３）とを含む。
戻し状態判定部は、ハンドルの切り込みと戻しとを判別する。
戻り速度安定化制御部は、補正トルクとして、ハンドルの戻り速度を安定化させる戻り速度安定化トルク（Ｔω＿ｓｔｂ）を演算する。
戻り速度安定化制御部は、ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報の二階時間微分値を０に近づけるように、且つ、ハンドルの戻しのとき、戻り速度安定化トルクの絶対値を切り込みのときより相対的に大きくするように、戻り速度安定化トルクを演算する。

「ハンドル位置関連情報の二階時間微分値」は、典型的には操舵角加速度である。また、「ハンドル位置関連情報の二階時間微分値を０に近づける」とは、ハンドル回転の加減速を抑制し、戻り速度が一定となるように制御することを意味する。この制御は、感覚的には、ステアリング制御装置の制御対象である操舵系メカの慣性を擬似的に増加させることに相当する。これにより、本発明は、ハンドルの戻り速度を安定化させ、操舵フィールを向上させることができる。

また、戻り速度安定化トルクは、ハンドルの戻しのとき、切り込みのときより絶対値が相対的に大きくなるように演算される。言い換えれば、切り込み時には、戻し時に比べ、戻り速度安定化トルクが出力されない。好ましくは、戻り速度安定化制御部は、ハンドルの切り込みのとき、戻り速度安定化トルクを０にする。
したがって、切り込み操舵時には、ドライバの意図通りにハンドル回転の加減速が許容されるため、操舵が阻害されない。これにより、特許文献１の従来技術において問題であった「ドライバの切り込み操舵時に操舵を阻害する」という問題を回避しつつ、ハンドルの戻り速度を安定化させることができる。

具体的に戻し状態判定部は、ハンドル位置が中立位置に向かって変化している戻し状態であるか、中立位置から離れる方向に変化している切り込み状態であるかを判別する。
また、好ましくは、戻し状態判定部は、ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報と、ハンドル位置関連情報の時間変化率とから演算される戻し状態量（α）により戻し状態を判定する。そして、戻り速度安定化制御部は、戻し状態量に応じて戻り速度安定化トルクを変更する。

また好ましくは、補正トルク演算部は、補正トルクとして、ハンドルが中立位置に戻るようにアシストする戻し制御量（Ｔｒ^*）を演算する戻し制御量演算部（３０）をさらに含む。この場合、補正トルク演算部は、操舵角（θ）又は操舵速度（ω）の少なくとも一方に基づいて戻し制御量を演算することができる。

電動パワーステアリングシステムの概略構成図。 戻し制御における（ａ）操舵角の時間変化を示す図、（ｂ）切り込み操舵から戻し操舵への移行時における状態変化を示す図。 各実施形態による戻し制御部の全体制御ブロック図。 戻し状態判定部の制御ブロック図。 戻し状態判定部の（ａ）速度状態量マップ、（ｂ）角度状態量マップの例。 出力制限部による戻し制御量の制限を説明する図。 操舵状態による戻し状態量の変化を示す実機データ。 第１実施形態による戻り速度安定化制御部の制御ブロック図。 戻り速度安定化制御の作用効果を示す実機データ（１）。 戻り速度安定化制御の作用効果を示す実機データ（２）。 第２実施形態による戻り速度安定化制御部の制御ブロック図。 図１１の車速ゲインマップの例。 第３実施形態による戻り速度安定化制御部の制御ブロック図。 操舵角、操舵トルクの符号の定義を説明する図。 図１３の補正ゲインマップの例。

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、操舵アシストモータが出力するアシストトルクを制御する。また、明細書中、「本実施形態」とは、後述の第１−第３実施形態を包括していう。
［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の操作を操舵アシストモータ８０のトルク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。なお、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、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の捩れ角に基づき、トーションバーに加えられている操舵トルクＴｓを検出する。トルクセンサ９４の検出値は、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、ピニオンギア９６１及びラック９６２を含むギアボックス９６が設けられている。

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の両端に設けられたタイロッド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。
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。

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、ウォームギア８６及びウォームホイール８７を含む減速機構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。また、タイヤ９９側からのセルフアライニングトルクや路面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。
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、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、アシストトルクを発生させる。
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。

ＥＣＵ１０は、基本アシストトルク演算部１１、補正トルク演算部１５、及び電流フィードバック部７０を備える。
基本アシストトルク演算部１１は、操舵トルクＴｓ及び操舵速度ωに基づいて、基本アシストトルクＴｂを演算する。
補正トルク演算部１５は、基本アシストトルクＴｂに付加される各種補正トルクを演算する。この補正トルクには、少なくとも戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが含まれる。主に本実施形態では、戻し制御における戻し制御量Ｔｒ^*と戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂとを加算した戻し制御量最終指令値Ｔｒ^**が補正トルクとして演算される構成を想定し、その他の補正トルクには言及しない。そこで、以下、「補正トルク演算部」を具体的に「戻し制御部１５」として説明する。

戻し制御部１５は、操舵速度ω及び操舵角θに基づいて戻し制御量最終指令値Ｔｒ^**を演算する。戻し制御部１５が演算した戻し制御量最終指令値Ｔｒ^**は、加算器１２で基本アシストトルクＴｂに加算され、アシストトルク指令Ｔａ^*が演算される。
なお、各量について記した［Ｎｍ］、［ｄｅｇ］、［ｄｅｇ／ｓ］の単位は、各量の次元を表すためのものであり、その単位での使用を限定する意図ではない。例えば角度単位として［ｒａｄ］を用いてもよい。以下の図でも同様に解釈する。
さらに、「操舵角θ」及び「操舵速度ω」の用語は、ドライバの積極的な操舵によってハンドル９１が回転する場合のみでなく、ドライバが手を放した状態でのハンドル９１の位置及び回転速度についても拡張して用いる。

電流フィードバック部７０は、アシストトルク指令Ｔａ^*に基づく目標電流に対して、モータ８０に流れる実電流をフィードバック制御することにより、モータ８０へ印加する駆動電圧Ｖｄを演算する。
ステアリング制御装置における基本アシストトルク演算部１１や電流フィードバック部７０の構成は周知技術であるため、詳細な説明を省略する。

［戻し制御の概要］
次に、戻し制御の概要について、図２を参照する。
車速の低い領域では、高速時に比べて相対的に車体やタイヤの横滑り角が小さくなり、同じ操舵角や横加速度において路面から受けるセルフアライニングトルクが小さくなる。
セルフアライニングトルクが操舵機構の摩擦と同程度以下になるとハンドルは中立位置に戻り難くなるため、ドライバが意識的にハンドルを戻す操作をしなければならなくなる。
具体的には、トー角やキャスタトレールが小さい車両や、低転がり抵抗のタイヤを装着した車両では、復元力が小さくなる。また、ラックピニオン機構の歯打ち音低減のために部材の接触圧を高く設定した車両では、摩擦が高くなる。これらは、いずれもハンドルの中立位置への復元を妨げる要因となる。

このような問題に対し、戻し制御は、電動パワーステアリングシステムにおけるアシストトルクに、更にハンドルを中立位置に戻す方向の補正トルクを付加する制御である。
以下、本明細書では、ハンドルが中立位置から離れる方向を「切り込み方向」といい、ハンドルが中立位置に向かう方向を「戻し方向」という。つまり、ドライバの感覚にかかわらず、ハンドルと中立位置との関係で客観的に「戻し／切り込み方向」を定義する。
そして、切り込み方向及び戻し方向への操舵を、それぞれ、「切り込み操舵」及び「戻し操舵」という。また、ドライバが積極的にハンドルを戻す操作をしなくても、セルフアライニングトルク及び戻し制御によってハンドルが中立位置へ戻るときの速度を「戻り速度」という。

図２（ａ）は、切り込み操舵後、ドライバが手を添えた程度の状態でハンドルが中立位置（すなわち操舵角θ＝０［ｄｅｇ］）に戻るまでの操舵角θの時間変化を示す概念図である。長破線Ｒ０は、戻し制御を実施しない場合、又は、戻し制御の出力が不足し、戻り速度が遅すぎる場合、摩擦によって操舵角θが０［ｄｅｇ］に復元しないときの動作を示している。

これに対し、短破線Ｒ１は、好ましい戻し制御により、ハンドルが中立位置に戻る動作を示している。戻り速度が適正であるため、操舵角θが滑らかに変化している。
また、一点鎖線Ｒ２及び二点鎖線Ｒ３は、不適当な戻し制御の例を示す。一点鎖線Ｒ２の動作では、戻し制御の出力が過剰であり、戻り速度が速すぎるため、操舵を阻害する。二点鎖線Ｒ３の動作では、戻り速度が安定しないため、ドライバに違和感を与えるおそれがある。したがって戻し制御では、操舵を阻害せず、違和感の無い自然な速度でハンドルが戻る短破線Ｒ１の動作を実現することが制御目標となる。

図２（ｂ）は、切り込み操舵から戻し操舵への移行時における状態変化を、操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係により表した図である。ここで、中立位置を基準とした左右の方向に応じて操舵角θの正負の符号を定義する。また、操舵角θの符号が示す方向と共通の方向で操舵トルクＴｓの符号を定義する。基本的には、操舵トルクＴｓを正方向に加えたとき、操舵角θは正方向に変化し、操舵トルクＴｓを負方向に加えたとき、操舵角θは負方向に変化する。図２（ｂ）では、操舵角θ及び操舵トルクＴｓが共に正の領域の図を示すが、操舵角θ及び操舵トルクＴｓが共に負の領域の図は、これと原点対称に現れる。

操舵移行時の状態変化は、実線で示す「切り込み期」、一点鎖線で示す「第１遷移期」、破線で示す「戻し期」、二点鎖線で示す「第２遷移期」の４つの期間に分けられる。
ドライバがハンドルを切り込んでいる切り込み期には、操舵角θの絶対値が増加する。なお、図示上のカーブ形状は、一例を示すものに過ぎない。切り込み期には、操舵を阻害しないため戻し制御を実施しない。
ハンドルを戻し始めたとき、操舵角θはほぼ変化せず、操舵速度ωの絶対値が比較的小さい。この第１遷移期には、戻し制御を積極的に実施するとドライバが強い戻され感を感じることとなるため、戻し制御を徐々に開始する。

ドライバがハンドルを戻している戻し期には、操舵角θの絶対値が減少する。この戻し期には、戻し制御を積極的に実施する。これにより、細破線で示す、「戻し制御を実施しない場合」のカーブの先が原点に向くように修正する。
ハンドルが中立位置に近づいた第２遷移期には、操舵角θの絶対値が比較的小さい範囲で０に漸近する。この期間に、戻し制御を徐々に終了させる。

また、戻し期、切り込み期、遷移期にあるときの各操舵状態を、「戻し状態、切り込み状態、遷移状態」という。戻し状態は、「ハンドル位置が中立位置に向かって変化している状態」と定義される。切り込み状態は、「ハンドル位置が中立位置から離れる方向に変化している状態」と定義される。
そして、戻し状態を定量的に示す情報が、後述する戻し状態判定部５０により演算される「戻し状態量α」である。図２（ｂ）の各期間における戻し状態量αは、切り込み期には「α＝０」、戻し期には「α＝１」、第１及び第２遷移期には「０＜α＜１」となる。

ところで、特許文献１（特開２０１５−１４５２１６号公報）には、モータの角加速度に基づいて、ハンドルを中立位置へ戻さない方向の反戻し指令値を演算し、アシスト指令値に加算することで、ハンドルを滑らかに中立位置に戻す従来技術が開示されている。しかし、この従来技術では、切り込み時にもモータの角加速度に基づいて反戻し指令値が演算されるため、ドライバが切り込み操舵したとき、操舵を阻害する方向にトルクが出力されるという問題がある。

この問題に対し、本実施形態の戻し制御部１５は、ハンドル９１が中立位置に向かって戻るときの戻り速度を安定化させる戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを演算する「戻り速度安定化制御部」を含む。戻り速度安定化制御部は、ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報の二階時間微分値、典型的には操舵角θの二階時間微分値であり、操舵速度ωの時間微分値である操舵角加速度ａを０に近づけるように戻り速度安定化トルクを演算する。

「ハンドル位置関連情報の二階時間微分値を０に近づける」とは、ハンドル回転の加減速を抑制し、戻り速度が一定となるように制御することを意味する。この制御は、感覚的には、操舵系メカ１００の慣性を擬似的に増加させることに相当する。
続いて、戻し制御部１５の構成について詳しく説明する。

［戻し制御部の構成］
戻し制御部１５の全体構成を図３に示す。
戻し制御部１５は、大きく、目標操舵速度演算部２０、戻し制御量演算部３０、戻し状態判定部５０、及び、戻り速度安定化制御部６０の４つのブロックで構成される。各ブロックの機能を簡単に記すと、目標操舵速度演算部２０は、ハンドル戻り時の目標操舵速度ω^*を演算する。戻し制御量演算部３０は、ハンドルを中立位置に戻す復元力指令値を演算する。戻し状態判定部５０は、ハンドルの切り込みと戻しとを判別する。戻り速度安定化制御部６０は、ハンドル戻り速度を安定化させるものである。

戻し制御部１５には、各ブロックでの演算に用いられる情報量として、各実施形態共通に操舵角θ及び操舵速度ωが入力される。図３の全体構成図では、図の見やすさを考慮し、操舵角θの入力を一点鎖線で示し、操舵速度ωの入力を二点鎖線で示す。各ブロックから出力される演算結果は、いずれも実線で示す。
また、第２実施形態では車速Ｖが、第３実施形態では操舵トルクＴｓが、更に戻り速度安定化制御部６０に入力される。この入力信号については、図３に破線で示す。

目標操舵速度演算部２０は、操舵角θに基づいて、ハンドル戻り時の目標操舵速度ω^*を演算する。

戻し制御量演算部３０は、操舵速度偏差算出部３１、操舵速度サーボ制御器３２、舵角基準トルク演算部３３、及び、加算器３７を含む。
操舵速度偏差算出部３１は、目標操舵速度ω^*と操舵速度ωとの偏差Δωを算出する。
操舵速度サーボ制御器３２は、操舵速度偏差Δωが０になるように、つまり、操舵速度ωを目標操舵速度ω^*に追従させるようにサーボ制御を実行し、基本戻し制御量Ｔｒ^*＿０を演算する。

舵角基準トルク演算部３３は、操舵角θに応じた復元力である舵角基準トルクＴθを演算する。加算器３７では、基本戻し制御量Ｔｒ^*＿０に舵角基準トルクＴθが加算され、戻し制御量Ｔｒ^*が演算される。戻し制御量演算部３０は、こうして演算された戻し制御量Ｔｒ^*を出力する。

戻し状態判定部５０の構成、作用について、図４〜図７を参照して説明する。
戻し状態判定部５０は、操舵角θ及び操舵速度ωに基づいて、操舵状態が「戻し状態」である否かを判定する。ここで、操舵角θは、「ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報」に相当し、ハンドルが中立位置にあるときの値が０であり、ハンドルの中立位置からの回転方向に応じて正又は負の値を取る。また、操舵速度ωは、「ハンドル位置関連情報の時間変化率」に相当する。

図４に示すように、戻し状態判定部５０は、操舵速度判定部５１、操舵角判定部５２、乗算器５３及び出力制限部５４を含む。各状態量αω、αθ、α０、αは、いずれも無次元量［−］である。
図５（ａ）、（ｂ）のマップは、それぞれ操舵速度ω及び操舵角θが正の領域のマップを示しており、操舵速度ω及び操舵角θが負の領域のマップは、これと原点対称に現れる。また、マップの数値は、一つの例示に過ぎない。

操舵速度判定部５１は、操舵速度ωに基づいて、−１から＋１までの値を取る速度状態量αωを演算する。速度状態量αωの絶対値が大きいほどハンドルが速く回転していることを表し、値の正負は回転方向を表す。
詳しくは図５（ａ）に示すように、操舵速度ωが０［ｄｅｇ／ｓ］のとき、速度状態量αωは０である。
操舵速度ωが正のとき、速度状態量αωは、操舵速度ωが増加するに従って０から−１まで減少する。
操舵速度ωが負のとき、速度状態量αωは、操舵速度ωが減少するに従って０から＋１まで増加する。

操舵角判定部５２は、操舵角θに基づいて、−１から＋１までの値を取る角度状態量αθを演算する。角度状態量αθの絶対値が大きいほどハンドルが中立位置から離れた位置にあることを表し、値の正負は方向を表す。
詳しくは図５（ｂ）に示すように、操舵角θが０［ｄｅｇ］のとき、角度状態量αθは０である。
操舵角θが正のとき、角度状態量αθは、操舵角θが増加するに従って０から＋１まで増加し、操舵角θが６０［ｄｅｇ］付近で、ほぼ＋１に収束する。
操舵角θが負のとき、角度状態量αθは、操舵角θが減少するに従って０から−１まで減少し、操舵角θが−６０［ｄｅｇ］付近で、ほぼ−１に収束する。

乗算器５３は、速度状態量αωと角度状態量αθとの積であり、−１から＋１までの値を取る制限前戻し状態量α０を演算する。
出力制限部５４は、図６に示すように、制限前戻し状態量α０のうち、切り込み期の値に相当し、以下の演算において不要である「−１から０までの負の値」を削除する。そして、戻し期又は遷移期の値に相当する「０から＋１までの正の値」のみを戻し状態量αとして、戻り速度安定化制御部６０に出力する。

図７に、低速、大舵角からの戻し操舵時における戻し状態量αの実機データを示す。
時刻ｔａ以前、及び、時刻ｔｄ以後の切り込み期には、戻し状態量αは０である。
時刻ｔａから時刻ｔｂまでの第１遷移期には、戻し状態量αは０から１まで増加する。
時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの戻し期には、戻し状態量αは１である。
時刻ｔｃから時刻ｔｄまでの第２遷移期には、戻し状態量αは１から０まで減少する。
この実機データからもわかるように、戻し状態量αとして１が出力されているとき、操舵状態が戻し期にあると判断することができる。

以上のように本実施形態では、角度状態量αθと速度状態量αωとの積に基づいて制限前戻し状態量α０の符号が決まる。すなわち、操舵角θと操舵速度ωとが異符号のとき、制限前戻し状態量αが正となり、戻し状態又は遷移状態であると判定される。つまり、操舵角θ＝０となる中立位置で、戻し状態又は遷移状態と切り込み状態とが切り替わる。
なお、操舵トルクＴｓと操舵速度ωとの符号の積に基づいて判断した場合、正方向の操舵トルクＴｓが加わっているとき、操舵角θの正負に関わらず、操舵角θが増加している期間は「Ｔｓ×ω」の符号は正となる。一方、負方向の操舵トルクＴｓが加わっているとき、操舵角θの正負に関わらず、操舵角θが減少している期間は「Ｔｓ×ω」の符号は正となる。すなわち、操舵角θ＝０となる中立位置で、「Ｔｓ×ω」の正負が切り替わらない。したがって、本実施形態では、操舵トルクＴｓ及び操舵速度ωに基づいて戻し状態を判別しない。

戻り速度安定化制御部６０は、少なくとも戻し状態量α及び操舵速度ωに基づいて、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを演算する。戻し制御量演算部３０が出力した戻し制御量Ｔｒ^*に、乗算器３９で戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが乗算されることで、戻し制御量最終指令値Ｔｒ^**が演算される。
続いて、第１−第３実施形態による戻り速度安定化制御部６０の構成について順に説明する。各実施形態の戻り速度安定化制御部の符号として、「６０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

［戻り速度安定化制御部の構成］
（第１実施形態）
第１実施形態の戻り速度安定化制御部６０１の構成を図８に示す。
戻り速度安定化制御部６０１は、目標操舵角加速度入力部６１、微分器６２、比較器６３、安定化トルク制御器６４、及び、戻し状態量乗算器６９を含む。

目標操舵角加速度入力部６１は、操舵角加速度の目標値として０［ｄｅｇ／ｓ／ｓ］、すなわち、操舵速度ωが一定であるときの値を比較器６３の＋入力端子に入力する。微分器６２は、入力された操舵速度ωを時間微分し、実操舵角加速度ａ［ｄｅｇ／ｓ／ｓ］を比較器６３の−入力端子に入力する。

比較器６３は、目標操舵角加速度（すなわち０）と実操舵角加速度ａとの偏差を算出する。安定化トルク制御器６４は、操舵角加速度偏差を０に追従させ、戻り速度を安定化するように、戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０を演算する。
例えば正方向の戻り速度が加速しているとき、実操舵角加速度ａが正となり偏差が負となる。このとき、負方向の戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０が演算される。
また、負方向の戻り速度が加速しているとき、実操舵角加速度ａが負となり偏差が正となる。このとき、正方向の戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０が演算される。
戻り速度が減速している場合も同様である。

戻し状態量乗算器６９は、戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０に戻し状態量αを乗じ、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを出力する。つまり、戻り速度安定化制御部６０１は、戻し状態のとき戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂの絶対値を、切り込み状態のときより相対的に大きくするように、戻し状態量αに応じて戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを変更する。
これにより、戻し状態量αが１である戻し期、及び、戻し状態量αが０より大きく１未満である遷移期には、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが出力され、操舵角加速度が０となるように、すなわち、戻り速度が一定となるように制御される。
一方、戻し状態量αが０である切り込み期には、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは出力されない。したがって、切り込み操舵時には、ドライバの意図通りにハンドル回転の加減速が許容されるため、操舵が阻害されない。

次に、第１実施形態による戻り速度安定化制御を実施した実機データについて、図９、図１０を参照する。
図９、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各横軸は共通の時間軸を示す。各図の縦軸は、（ａ）操舵角θ、（ｂ）操舵速度ω、（ｃ）戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂである。

図９の実機データは、図９（ａ）に示すように、約−１８０［ｄｅｇ］から約＋１８０［ｄｅｇ］まで操舵した後、ハンドル中立位置まで操舵したときのデータである。詳しくは、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで操舵角θの負方向への切り込み、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで戻し、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで操舵角θの正方向への切り込み、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで戻しの各操舵が行われている。

図９（ｂ）に示すように、切り込み操舵から戻し操舵に移行する時刻ｔ１及び時刻ｔ３に操舵速度ωがゼロクロスする。
時刻ｔ１を跨ぐ期間、操舵速度ωが増加し、正の操舵角加速度ａが生じる。ただし、時刻ｔ１以前には、正の速度状態量αωと負の角度状態量αθとの積が負であり、戻し状態量αが０であるため、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは出力されない。時刻ｔ１に操舵速度ωが負から正に移行すると戻し状態量αが０より大きくなり、図９（ｃ）のｃ部に示すように、負の戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが出力される。
時刻ｔ３を跨ぐ期間、操舵速度ωが減少し、負の操舵角加速度ａが生じる。ただし、時刻ｔ３以前には、負の速度状態量αωと正の角度状態量αθとの積が負であり、戻し状態量αが０であるため、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは出力されない。時刻ｔ３に操舵速度ωが正から負に移行すると戻し状態量αが０より大きくなり、正の戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが出力される。

このように、戻し操舵時には、操舵角加速度ａとは逆方向に戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが出力されることで、ハンドル回転の加減速が抑制される。したがって、あたかも操舵系メカ１００の慣性が増加したような感覚となり、戻り速度が安定化される。
また、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは、戻し期及び遷移期にのみ出力され、切り込み操舵時には出力されない。よって、切り込み操舵時には、ドライバの意図通りにハンドル回転の加減速が許容されるため、ドライバの操舵が阻害されない。

図１０の実機データは、図１０（ａ）に示すように、約−４８０［ｄｅｇ］まで操舵し、ハンドルから手を放したときのデータである。図１０（ａ）、（ｂ）には、比較のため、戻り速度安定化制御無しでの操舵角θ及び操舵速度ωの変化を破線で示す。
戻り速度安定化制御有り、無しで共通に時刻ｔ６にハンドルから手を放す。戻り速度安定化制御無しの場合、時刻ｔ７に戻り動作が完了する。戻り速度安定化制御有りの場合、時刻ｔ７から少し遅れた時刻ｔ８に戻り動作が完了する。

戻り速度安定化制御を実行する場合、操舵速度ωが変動し始めると、変動を抑制するように戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが出力される。したがって、図１０（ｂ）のｂ部に示すように、戻り速度安定化制御を実行しない場合に比べて操舵速度ωの変化が小さくなり、安定したハンドル戻り動作を実現することができる。よって、操舵フィールが向上する。

次に、第２、第３実施形態による戻り速度安定化制御部の構成について説明する。第１実施形態と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。
（第２実施形態）
第２実施形態の戻り速度安定化制御部６０２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実施形態の戻り速度安定化制御部６０２は、第１実施形態の戻り速度安定化制御部６０１の構成に加え、車速ゲインマップ６５及びゲイン乗算器６８を更に含む。
車速ゲインマップ６５は、車速Ｖと車速ゲインＫｖとの関係を規定する。車速ゲインＫｖは、ゲイン乗算器６８にて、安定化トルク制御器６４が演算した戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０に乗算され、戻し状態量乗算器６９に出力される。

図１２に示す車速ゲインマップ６５の例によると、約３０ｋｍ／ｈ以下の低速領域で、車速ゲインＫｖは１より大きい最大値Ｆを取る。約３０ｋｍ／ｈから約６０ｋｍ／ｈまでの中速領域では、車速ゲインＫｖは車速Ｖの増加に従って最大値Ｆから０まで漸減する。約６０ｋｍ／ｈ以上の高速領域では、車速ゲインＫｖは０となる。
したがって、低速領域では戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０が増幅され、高速領域では戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは出力されなくなる。
このように第２実施形態では、車速Ｖに応じた戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを演算することで、操舵フィールを向上させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の戻り速度安定化制御部６０３について、図１３〜図１５を参照して説明する。図１３に示すように、第３実施形態の戻り速度安定化制御部６０３は、第１実施形態の戻り速度安定化制御部６０１の構成に加え、符号判定部（図中「ｓｇｎ」）６６１、符号乗算器６６２、補正ゲインマップ６７及びゲイン乗算器６８を更に含む。

符号判定部６６１は、操舵角θの符号を判定し、操舵角θが正のとき「＋１」、操舵角θが負のとき「−１」を演算する。なお、操舵角θが０のときは、−１から＋１までの間の任意の値としてよい。符号乗算器６６２は、操舵角θの符号と操舵トルクＴｓとを乗算し符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎを算出する。
補正ゲインマップ６７は、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎと補正ゲインＫｔｓとの関係を規定する。補正ゲインＫｔｓは、ゲイン乗算器６８にて、安定化トルク制御器６４が演算した戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０に乗算され、戻し状態量乗算器６９に出力される。

ここで、操舵角θ及び操舵トルクＴｓの符号の定義について、図１４を参照する。
図１４における一点鎖線Ｎの方向はハンドル９１（以下、符号９１の記載を省略する）の中立位置を示し、破線Ｄの方向は現在のハンドル位置を示す。操舵角θについては、中立位置に対し左側の操舵角θを正、中立位置に対し右側の操舵角θを負と定義する。また、左回転方向、すなわち反時計回り方向の操舵速度ω及び操舵トルクＴｓを正と定義し、右回転方向、すなわち時計回り方向の操舵速度ω及び操舵トルクＴｓを負と定義する。
なお、他の実施形態では、上記とは逆に、中立位置に対し右側の操舵角θ、右回転方向の操舵速度ω及び操舵トルクＴｓを正と定義し、中立位置に対し左側の操舵角θ、左回転方向の操舵速度ω及び操舵トルクＴｓを負と定義してもよい。

また、操舵トルクＴｓに関しては、ハンドルが実際にその方向に回転しているか否かに関係なく、あくまでトルクが加わっている方向を表す。例えば路面負荷や慣性トルク等により、操舵トルクＴｓが加わっていてもハンドルが停止している場合や、操舵トルクＴｓとは逆方向に回転している場合があり得る。
さらに、上述の通り、ハンドルが中立位置に向かう方向を「戻し方向」と定義し、ハンドルが中立位置から離れる方向を「切り込み方向」と定義する。

例えば、操舵角θが正領域にある場合、操舵トルクＴｓが負のとき、戻し方向にトルクが加わっており、操舵トルクＴｓが正のとき、切り込み方向にトルクが加わっている。
一方、操舵角θが負領域にある場合、操舵トルクＴｓが正のとき、戻し方向にトルクが加わっており、操舵トルクＴｓが負のとき、切り込み方向にトルクが加わっている。

要するに、操舵角θと操舵トルクＴｓとが異符号で符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが負の場合、戻し方向にトルクが加わっていることを意味する。操舵角θと操舵トルクＴｓとが同符号で符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが正の場合、切り込み方向にトルクが加わっていることを意味する。よって、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎは、操舵トルクＴｓの絶対値の情報と共に、操舵トルクＴｓが戻し方向又は切り込み方向のいずれに加わっているかの情報を表す。
なお、他の実施形態では、操舵角θの符号が示す方向と反対の方向で操舵トルクＴｓの符号を定義し、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎを演算してもよい。その場合、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが正のとき戻し方向にトルクが加わっており、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが負のとき切り込み方向にトルクが加わっていることを示す。

図１５に補正ゲインマップ６７の例を示す。
符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが０を跨ぐ「−Ｂ」から「＋Ｃ」までの区間では、補正ゲインＫｔｓは１である。
符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが負のとき、「−Ａ」以下の区間では、補正ゲインＫｔｓは０であり、「−Ａ」から「−Ｂ」までの区間では、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎの増加に従い、補正ゲインＫｔｓは０から１まで漸増する。
符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎが正のとき、「＋Ｃ」から「＋Ｄ」までの区間では、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎの増加に従い、補正ゲインＫｔｓは１から０まで漸減し、「＋Ｄ」以上の区間では、補正ゲインＫｔｓは０である。

したがって、切り込み方向、戻し方向ともに、操舵トルクＴｓの絶対値が比較的小さい領域では、戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０が維持され、操舵トルクＴｓの絶対値が中間の領域では、戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０が減衰される。また、操舵トルクＴｓの絶対値が比較的大きい領域では、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは出力されなくなる。
このように第３実施形態では、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎに応じた戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを演算することで、操舵フィールを向上させることができる。
また、第３実施形態は、第２実施形態と組み合わせて実施されてもよい。

（その他の実施形態）
（１）上記実施形態の補正トルク演算部１５は、戻し制御量演算部３０により、ハンドルを適切に中立位置に戻すための「戻し制御」を行うことを基礎として、更に、戻り速度安定化制御部６０により戻り速度の安定化を実現する。ただし本発明のステアリング制御装置は、戻り速度安定化制御部６０により戻り速度を安定化する機能のみを備えるものであってもよい。
その場合、戻り速度安定化制御の対象となるハンドルの動作は、必ずしも最終的に中立位置に到達しなくてもよい。

（２）上記実施形態では、戻し状態判定部５０における戻し状態量αの演算において、「ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報」及び「ハンドル位置関連情報の時間変化率」として、操舵角θ及び操舵速度ωを用いている。また、第３実施形態では、符号乗算後操舵トルクＴｓ＿ｓｇｎの演算に、「ハンドル位置関連情報」として操舵角θを用いている。
他の実施形態では、操舵角θに代えて、モータ回転角や伝達系ギアの回転角、タイヤの舵角、ヨーレート等のハンドル位置関連情報を用い、操舵速度ωに代えて、それらのハンドル位置関連情報の時間変化率を用いてもよい。
また、戻り速度安定化制御部６０１−６０３において、操舵角加速度ａに代えて、「ハンドル位置関連情報の二階時間微分値」を用いてもよい。

（３）上記実施形態の戻り速度安定化制御部６０１−６０３は、操舵角加速度偏差に基づいて演算された戻り速度安定化トルク基本値Ｔω＿ｓｔｂ＿０に戻し状態量αを乗じ、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂを出力する。切り込み状態での戻し状態量αが０であるため、切り込み状態での戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂは０に設定される。
他の実施形態では、戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂの演算方法を変えたり、演算での数値を調整したりすることで、切り込み状態での戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂが０以外の値になるようにしてもよい。少なくとも、戻し状態での戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂの絶対値を切り込み状態での戻り速度安定化トルクＴω＿ｓｔｂの絶対値より相対的に大きくするように演算すれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

（４）上記実施形態では、戻し状態判定部５０における速度状態量αω及び角度状態量αθの演算や、戻り速度安定化制御部６０２、６０３における車速ＶゲインＫｖ、補正ゲインＫｔｓの演算にマップを用いている。しかし、マップを用いる方式に限らず、数式によって状態量やゲインを演算してもよい。
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 ・・ＥＣＵ（ステアリング制御装置）
１１・・・基本アシストトルク演算部
１５・・・戻し制御部
６０１−６０３・・・戻り速度安定化制御部
８０ ・・操舵アシストモータ
９１ ・・ハンドル

Claims (7)

1. ドライバの操舵トルク（Ｔｓ）に基づいて操舵アシストモータ（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であって、
   基本アシストトルク（Ｔｂ）を演算する基本アシストトルク演算部（１１）と、
   前記基本アシストトルクに付加される補正トルクを演算する補正トルク演算部（１５）と、
   を備え、
   前記補正トルク演算部は、
   ハンドルの切り込みと戻しとを判別する戻し状態判定部（５０）と、
   前記補正トルクとして、ハンドルの戻り速度を安定化させる戻り速度安定化トルク（Ｔω＿ｓｔｂ）を演算する戻り速度安定化制御部（６０１、６０２、６０３）と、
   を含み、
   前記戻り速度安定化制御部は、
   ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報の二階時間微分値を０に近づけるように、且つ、ハンドルの戻しのとき、前記戻り速度安定化トルクの絶対値を切り込みのときより相対的に大きくするように、前記戻り速度安定化トルクを演算するステアリング制御装置。
2. 前記戻し状態判定部は、
   ハンドル位置が中立位置から離れる方向に変化している切り込み状態であるか、中立位置に向かって変化している戻し状態であるかを判別する請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記戻し状態判定部は、
   ハンドル位置と相関するハンドル位置関連情報と、前記ハンドル位置関連情報の時間変化率とから演算される戻し状態量（α）により前記戻し状態を判定し、
   前記戻り速度安定化制御部は、前記戻し状態量に応じて前記戻り速度安定化トルクを変更する請求項２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記ハンドル位置関連情報は操舵角であり、
   前記ハンドル位置関連情報の時間変化率は操舵速度であり、
   前記戻し状態判定部は、
   操舵角に応じて決定される角度状態量（αθ）と、操舵速度に応じて決定される速度状態量（αω）との積に基づいて、前記戻し状態量を演算する請求項３に記載のステアリング制御装置。
5. 前記戻り速度安定化制御部は、
   ハンドルの切り込みのとき、前記戻り速度安定化トルクを０にする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
   
6. 前記補正トルク演算部は、
   前記補正トルクとして、ハンドルが中立位置に戻るようにアシストする戻し制御量（Ｔｒ^*）を演算する戻し制御量演算部（３０）をさらに含む請求項１〜５のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
7. 前記補正トルク演算部は、
   操舵角（θ）又は操舵速度（ω）の少なくとも一方に基づいて前記戻し制御量を演算する請求項６に記載のステアリング制御装置。

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