JP7014028B2 - 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、ステアリング制御装置において、ハンドルの回転限界位置（以下、「エンド」という）での機械部品の衝突による破損等を防止するため、エンド当て衝撃を軽減する技術が知られている。

例えば特許文献１に開示された制御装置は、エンド付近での操舵速度に応じてモータ駆動電流を制限し、アシストトルクを減少補正する。すなわち、この制御装置のアシスト制御部は、検出車速及びトルクに応じた電流を決定する。操舵速度制限制御部は、操舵速度が所定値より大きい場合、アシスト制御部で決定される電流を減じる方向の電流値を演算し、アシスト制御部の出力にする。

特許第３７４１４４９号公報

特許文献１の技術は、アシスト制御により演算された基本アシストトルクに対し、アシストトルクを抑制するダンピングトルクが加算されるものである。ここで、ドライバが出力する操舵トルクの検出値の増加分のうち、操舵速度に応じて増加する操舵トルク検出値の増加分を「粘性負荷」と定義する。エンド当て時のように高いアシスト比でアシスト制御が動作している時には、特許文献１の技術によるダンピングトルクが打ち消され、ドライバに大きな粘性負荷を与えることができないという問題がある。

また、エンド当て時に限らず、操舵速度に対してアシストトルクを減少させてドライバに粘性負荷を与え、ドライバが出力する操舵トルクを増加させたい要求がある場合全般の制御について、特許文献１には言及されていない。

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、ドライバが出力する操舵トルクを増加させる要求があるとき、ドライバの粘性感を好適に増大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）に応じて操舵アシストモータ（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に係る発明である。このステアリング制御装置は、アシストトルクの基本量である基本アシストトルク（Ｔｂ）を生成するベースアシスト部（４０）と、操舵トルク補正部（２０）と、を備える。アシストトルクを減少させてドライバに粘性負荷を与える要求があるとき、操舵トルク補正部は、絶対値が操舵トルク検出値の絶対値より小さくなるように減少補正された補正後操舵トルク（Ｔｃｍｐ）を出力する。

ベースアシスト部は、目標操舵トルク演算部（４９）と、サーボ制御器（５５）と、を含む。目標操舵トルク演算部は、少なくとも操舵トルク及び操舵角速度に基づいて目標操舵トルク（Ｔｓ^*）を演算する。サーボ制御器は、目標操舵トルクに補正後操舵トルクを追従させるように基本アシストトルクを演算する。

本発明では、アシストトルクを減少させてドライバに粘性負荷を与える要求があるとき、減少補正された補正後操舵トルクがサーボ制御器に入力される。これにより、アシスト制御により生成されるアシストトルクが減少し、その結果として、ドライバが出力しなければならない操舵トルクが増加する。したがって、本発明のステアリング制御装置は、ドライバの粘性感を好適に増大させることができる。

「アシストトルクを減少させてドライバに粘性負荷を与える要求があるとき」とは、例えば、操舵角の絶対値が所定閾値を超えたとき、すなわち操舵角の絶対値がエンドに接近したときである。このとき、操舵トルク補正部が操舵トルクの検出値を減少補正した補正後操舵トルクをサーボ制御器に出力することで、アシストトルクが減少補正され、エンド当ての衝撃が軽減される。また、エンド当て時にドライバの粘性感を増大させることができる。

電動パワーステアリングシステムの概略構成図。 一実施形態のステアリング装置の全体構成図。 一実施形態のステアリング装置のアシスト制御部の全体構成図。 操舵トルク補正部の構成図。 （ａ）操舵角ゲインマップの例、（ｂ）操舵角速度ゲインマップの例。 ベースアシスト部の構成図。 サーボ制御構造を持たない比較例のアシスト制御部のモデル図。 一実施形態によるサーボ制御構造を持つアシスト制御部のモデル図。 アシスト倍率と粘性負荷との関係を示す特性図。 サーボ制御構造を持つベースアシスト部の簡略化した構成図。 図１０の構成をさらに簡略化した検討用の簡易モデル図。 （ａ）構成候補（１）による制御の入出力特性を検討する簡易モデル図、（ｂ）構成候補（２）による制御の入出力特性を検討する簡易モデル図、（ｃ）構成候補（３）による制御の入出力特性を検討する簡易モデル図。

以下、ステアリング制御装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。「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。

［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、操舵アシストモータ（以下、単に「モータ」）８０の駆動トルクにより、ドライバによるハンドル９１の操作をアシストするシステムである。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とは、トルクセンサ９４のトーションバーにより接続されており、これらにより操舵軸９５が構成される。トルクセンサ９４は、トーションバーの捩れ角に基づいて操舵トルクＴｓを検出する。

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、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が左右に往復運動し、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、ウォームギア８６及びウォームホイール８７等により構成される減速機構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、ハンドル９１の操舵や、路面からの反力によるインターミディエイトシャフト９３の回転は、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た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モータが用いられてもよい。

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、モータ８０が操舵系メカ１００に出力する駆動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。また、ＥＣＵ１０は、操舵系メカ１００から操舵トルクＴｓ、操舵角θ及び操舵角速度ωを取得する。さらにＥＣＵ１０は、車両の所定の部位に設けられた車速センサ７１が検出した車速Ｖを取得する。

ＥＣＵ１０は、アシスト制御部１５及び電流フィードバック部７０を備え、図示しない車載バッテリからの電力によって動作する。アシスト制御部１５は、ドライバの操舵をアシストするアシストトルク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Ｔａに基づく目標電流に対し、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。ＥＣＵ１０は、駆動電圧Ｖｄをモータ８０へ印加することにより、制御対象である操舵系メカ１００に操舵トルクＴｓ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。

［ＥＣＵの構成］
（一実施形態）
次に、図２～図６を参照し、一実施形態のＥＣＵ１０について全体構成から細部の構成まで順に説明する。ステアリング制御装置における周知の一般構成に関しては図示及び説明を適宜省略する。図２に、ＥＣＵ１０の全体構成を示す。ＥＣＵ１０の電流フィードバック部７０は省略する。車両９００には、モータ８０及び操舵系メカ１００が含まれる。図２における入出力情報のうち名称の記載の無いものは、トルク、角度、角速度、車速等の「何らかの情報」であり、一本の矢印に複数の情報が含まれる場合もある。詳しくは、図３～図６でブロック毎に記載する。

アシスト制御部１５は、操舵トルク補正部２０、ベースアシスト部４０及びダンピング制御部６０を含み、車両９００に対しアシストトルクＴａを出力する。車両９００からの何らかの情報は、操舵トルク補正部２０、ベースアシスト部４０及びダンピング制御部６０にそれぞれ入力される。操舵トルク補正部２０は補正後操舵トルクＴｃｍｐを演算し、ベースアシスト部４０に出力する。ベースアシスト部４０は基本アシストトルクＴｂを生成する。ダンピング制御部６０はダンピングトルクＴｄを演算する。基本アシストトルクＴｂ及びダンピングトルクＴｄは加算器６５で加算され、アシストトルクＴａとして出力される。

図３に、アシスト制御部１５の全体構成例を示す。操舵トルク補正部２０は、エンド当て時のアシストトルクＴａ及び操舵角速度ωを低減し、インターミディエイトシャフト９３にかかる衝撃負荷を軽減するように、操舵トルクＴｓの検出値を減少補正する。操舵トルク補正部２０には、操舵トルクＴｓ、操舵角θ、操舵角速度ω、車速Ｖが入力される。

ベースアシスト部４０は、ドライバがハンドル９１を操作した時に手に感じる、「ハンドルが重い／軽い」、「手応えがある／ない」、「粘性感がある／ない」等の操舵感覚が適正となるように目標操舵トルクＴｓ^*を定め、それを実現する基本アシストトルクＴｂを演算する。ベースアシスト部４０には、操舵トルクＴｓ、操舵角速度ω、及び、操舵トルク補正部２０が演算した補正後操舵トルクＴｃｍｐが入力される。

ダンピング制御部６０は、ばね上の運動に関わる車両運動制御の一種として、アシストトルクＴａを抑制するように補正して所望の車両運動特性を達成しようとするダンピング制御を行う。ダンピング制御部６０には、操舵角速度ωが入力される。ダンピング制御では、ドライバがハンドル９１に触っていない時にもアシストトルクＴａを抑制する効果が得られる。

ここで、操舵角θ、操舵角速度ω及び操舵トルクＴｓの符号の定義について説明する。操舵角θの符号は、中立位置に対する現在のハンドル９１の位置により定義される。例えば、中立位置に対し左側の操舵角θが正、中立位置に対し右側の操舵角θが負と定義される。操舵角速度ωの符号は、操舵角θの符号に応じた回転方向により定義される。すなわち、操舵角θの符号を上記のように定義したとき、左回転方向の操舵角速度ωが正、右回転方向の操舵角速度ωが負と定義される。

操舵トルクＴｓの符号は操舵角速度ωの符号と同様に定義される。ここで、操舵トルクＴｓの符号は、ハンドル９１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９１が停止している場合や、操舵トルクＴｓとは逆方向にハンドル９１が回転している場合があり得る。

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が正と定義され、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が負と定義されてもよい。

以下、操舵角θの絶対値の上限値、すなわちハンドル９１の回転限界位置を「エンド」という。エンドは、例えばラック９６２の端部が相手部品に機械的に衝突する位置に対応する。また、ハンドル９１が中立位置からエンドに向かう回転方向の動作を「切り込み」といい、エンドから中立位置に向かう回転方向の動作を「切り戻し」という。切り込み又は切り戻しの状態は、操舵角θ、操舵角速度ω及び操舵トルクＴｓの符号によって判定可能である。

例えば、操舵角θと操舵角速度ωとが同符号のとき、切り込み状態であり、操舵角θと操舵角速度ωとが異符号のとき、切り戻し状態であると判定される。同様に、操舵角θと操舵トルクＴｓ、操舵角速度ωと操舵トルクＴｓ、操舵角θと操舵角速度ωと操舵トルクＴｓの組合せを用いても判定が可能である。

ところで、従来、エンド当て衝撃を軽減し、エンドを保護する技術として、エンド付近で基本アシストトルクにダンピングトルクを加算する技術が知られている。しかし、エンド当て時のように高いアシスト比でアシスト制御が動作している時には、ダンピングトルクが打ち消され、ドライバに大きな粘性負荷を与えることができないという問題がある。ここで「粘性負荷」とは、ドライバが出力する操舵トルクＴｓの検出値の増加分のうち、操舵角速度ωに応じて増加する操舵トルクＴｓの検出値の増加分をいう。

そこで、本実施形態のアシスト制御部１５は、エンド当て時のように、ドライバが出力する操舵トルクを増加させる要求があるとき、ドライバの粘性感を好適に増大させることを目的とする。そして、そのための構成として、操舵トルク補正部２０を備える。

次に図４に、操舵トルク補正部２０の構成例を示す。操舵トルク補正部２０は、操舵トルクＴｓの検出値の補正に関し、操舵角速度ゲイン演算部２３、操舵角ゲイン演算部２４及び車速ゲイン演算部２５を有する。操舵角速度ゲイン演算部２３は、操舵角速度ωに応じて変化する操舵角速度ゲインｇωｓを演算する。操舵角ゲイン演算部２４は、操舵角θに応じて変化する操舵角ゲインｇθｓを演算する。車速ゲイン演算部２５は、車速Ｖに応じて変化する車速ゲインｇＶｓを演算する。

操舵角速度ωは、符号取得部２１で取得された操舵角θの符号が符号乗算器２２で乗算される。そして、符号乗算後操舵角速度ωｓｇｎが操舵角速度ゲイン演算部２３に入力される。操舵角θと操舵角速度ωとが同符号で符号乗算後操舵角速度ωｓｇｎが正のとき、エンド方向にハンドル９１が回転している切り込み状態であることを意味する。一方、操舵角θと操舵角速度ωとが異符号で符号乗算後操舵角速度ωｓｇｎが負のとき、中立位置方向にハンドル９１が回転している切り戻し状態であることを意味する。

このように操舵トルク補正部２０は、符号乗算後操舵角速度ωｓｇｎを用いることで、切り込み状態であるか切り戻し状態であるか、すなわち、エンドに衝突する可能性があるか否かを判定する。そして、エンドに衝突する可能性が有る切り込み状態の場合、操舵トルク補正部２０は、以下に説明する通り、操舵トルクＴｓの検出値の絶対値を減少補正した補正後操舵トルクＴｃｍｐを出力し、エンド衝突時の衝撃を抑制する。一方、エンドに衝突する可能性が無い切り戻し状態の場合、操舵トルク補正部２０は、減少補正を行わず、操舵トルクＴｓの検出値をそのまま出力する。したがって、切り戻し時に無用に操舵トルクＴｓを増加させることが回避される。

操舵角速度ゲインｇωｓ、操舵角ゲインｇθｓ及び車速ゲインｇＶｓは、０から１までの範囲で設定され、操舵トルクＴｓを減少補正しないとき０、操舵トルクＴｓを減少補正するとき、減少量に応じて０より大きく１以下の値を取る。積ゲイン演算器２６は、操舵角速度ゲインｇωｓ、操舵角ゲインｇθｓ及び車速ゲインｇＶｓを乗算し、積ゲインｇｍｓを演算する。

ゲイン減算器２７は、１から積ゲインｇｍｓを減じて操舵トルク補正ゲインＫを演算する。フィルタ２８は、操舵トルク補正ゲインＫの高周波成分をフィルタ処理により除去する。補正ゲイン乗算器２９は、操舵トルクＴｓにフィルタ後の操舵トルク補正ゲインＫを乗じて、補正後操舵トルクＴｃｍｐを演算する。つまり、積ゲインｇｍｓが増加すると操舵トルク補正ゲインＫが減少し、その結果、補正後操舵トルクＴｃｍｐは減少する。アシストトルクを減少させてドライバに粘性負荷を与える要求があるとき、操舵トルク補正ゲインＫは１未満の値に設定される。

図５（ａ）、図５（ｂ）にそれぞれ、操舵角ゲインｇθｓ及び操舵角速度ゲインｇωｓのマップ例を示す。図５（ａ）の例で、操舵角θが±４６０［ｄｅｇ］の位置がエンドであり、±４００［ｄｅｇ］が角度閾値である。操舵角ゲインｇθｓは、操舵角θの絶対値が４００［ｄｅｇ］以下のとき０であり、エンドに接近する４００［ｄｅｇ］から４２０［ｄｅｇ］までの区間で０から１まで増加し、４２０［ｄｅｇ］以上のとき１である。したがって、操舵トルク補正部２０は、操舵角θの絶対値がエンドに近づき角度閾値を超えたとき、補正後操舵トルクＴｃｍｐの絶対値を減少させる。

図５（ｂ）の例で操舵角速度ゲインｇωｓは、符号乗算後操舵角速度ωｓｇｎが３００［ｄｅｇ／ｓ］以下のとき０であり、３００［ｄｅｇ／ｓ］から４００［ｄｅｇ／ｓ］までの区間で０から１まで増加し、４００［ｄｅｇ／ｓ］以上のとき１である。車速ゲインｇＶｓのマップ例は省略するが、基本的に高速走行時にはエンド付近まで操舵する可能性は低く、また、緊急時に急操舵した場合に操舵を抑制しない方がよい。そのため、車速ゲインｇＶｓは、低速のときほど大きく、高速のときほど小さく設定される。したがって、操舵トルク補正部２０は、車速Ｖに応じて補正後操舵トルクＴｃｍｐを演算する。

このようなマップにより、操舵トルク補正部２０は、操舵角θの絶対値がエンドに近いほど、又は、エンドに向かう操舵角速度ωの絶対値が大きいほど、補正後操舵トルクＴｃｍｐの絶対値を減少させる。すなわち、補正後操舵トルクＴｃｍｐは、絶対値が操舵トルクＴｓの検出値の絶対値より小さくなるように減少補正された値となる。なお、通常操舵時には補正後操舵トルクＴｃｍｐの符号は操舵トルクＴｓの検出値と一致するが、上述のように路面からの入力でハンドル９１が回された場合等には、回転方向と操舵トルクＴｓの符号とが一致しないエンド当てが実現し得る。

図６に、ベースアシスト部４０の構成例を示す。ベースアシスト部４０は、入力加算器４１、フィルタ４２、状態量演算部４３、目標操舵トルク演算部４９、トルク偏差算出器５０及びサーボ制御器５５を含む。目標操舵トルク演算部４９は、少なくとも操舵トルクＴｓ及び操舵角速度ωに基づいて目標操舵トルクＴｓ^*を演算する。トルク偏差算出器５０は、目標操舵トルクＴｓ^*から補正後操舵トルクＴｃｍｐを差し引いてトルク偏差ΔＴｓを算出する。サーボ制御器５５は、目標操舵トルクＴｓ^*に補正後操舵トルクＴｃｍｐを追従させるように、すなわち、トルク偏差ΔＴｓを０に近づけるように基本アシストトルクＴｂを演算する。

目標操舵トルク演算部４９には、基本目標操舵トルク演算部４４、剛性目標操舵トルク演算部４５、粘性目標操舵トルク演算部４６、慣性目標操舵トルク演算部４７、調整成分合算部４８１及び合計目標操舵トルク算出部４８２が含まれる。なお、入力加算器４１、フィルタ４２及び状態量演算部４３を目標操舵トルク演算部４９に含めて考えてもよい。

入力加算器４１は、基本アシストトルクＴｂと目標操舵トルクＴｓ^*とを加算する。なお、他の実施例では、基本アシストトルクＴｂと操舵トルクＴｓとが加算されてもよい。フィルタ４２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し、推定負荷Ｔｘとして出力する。基本目標操舵トルク演算部４４は、推定負荷Ｔｘに基づいて基本目標操舵トルクＴｂａｓｅを演算する。

ここで、推定負荷Ｔｘは、基本アシストトルクＴｂ及び目標操舵トルクＴｓ^*に由来する。さらに、基本アシストトルクＴｂは、サーボ制御器５５に入力される補正後操舵トルクＴｃｍｐが反映される。したがって、基本目標操舵トルク演算部４４は、「操舵トルクに基づいて基本目標操舵トルクＴｂａｓｅを演算する」と包括的に言うことができる。

状態量演算部４３は、操舵トルクＴｓ及び操舵角速度ωに基づき、切り込み状態であるか切り戻し状態であるかを示す状態量を演算する。剛性目標操舵トルク演算部４５は、推定負荷Ｔｘ及び状態量に基づき、剛性目標操舵トルクＴｓｔｉｆｆを演算する。粘性目標操舵トルク演算部４６は、操舵角速度ω及び状態量に基づき、粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃを演算する。慣性目標操舵トルク演算部４７は、操舵角速度ω及び状態量に基づき、慣性目標操舵トルクＴｉｎｅｒを演算する。

剛性目標操舵トルクＴｓｔｉｆｆ、粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃ、慣性目標操舵トルクＴｉｎｅｒは、それぞれ、操舵時にドライバに与える操舵系メカ１００の剛性感、粘性感、慣性感を調整するための調整成分である。本実施形態では、特にドライバに粘性感を与える粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃに着目する。操舵角速度ωに応じてドライバが出力する操舵トルクＴｓが増加することにより、ドライバは粘性感を感じやすくなる。なお、ダンピングトルクＴｄはドライバがハンドル９１に触っていないときにもアシストトルクＴａを低減する効果があるのに対し、粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃは、ドライバが操舵しているときに粘性感を与えるという効果がある。

調整成分合算部４８１は、３つの調整成分Ｔｓｔｉｆｆ、Ｔｖｉｓｃ、Ｔｉｎｅｒを合算する。合計目標操舵トルク算出部４８２は、基本目標操舵トルクＴｂａｓｅに、調整成分合算部４８１が出力した調整成分のトルク値を加算し、合計の目標操舵トルクＴｓ^*を算出する。

以上の構成による本実施形態では、次の効果１、２が得られる。
＜効果１＞アシスト倍率によらず、安定した粘性負荷をドライバに与えることができる。
＜効果２＞ハイゲインにせずに、大きな粘性負荷をドライバに与えることができる。

続いて、アシスト制御にサーボ制御構造を持つ本実施形態で上記効果１、２が得られる理由について、アシスト制御にサーボ制御構造を持たない比較例と対比しつつ、図７～図９を参照して説明する。

比較例のアシスト制御部１５９の構成を簡略化したモデルを図７に示す。路面負荷ＴｘとアシストトルクＴａとの差分に相当する操舵トルクＴｓは、ベースアシスト部４０９に直接入力される。ベースアシスト部４０９は、操舵トルクＴｓにアシスト倍率ＫＴｓを乗じて基本アシストトルクＴｂを生成する。ダンピング制御部６０で操舵角速度ωにダンピングゲインＫωを乗じて演算されたダンピングトルクＴｄが基本アシストトルクＴｂに加算され、アシストトルクＴａが演算される。比較例のアシスト制御モデルでは、操舵トルクＴｓは数式１で表される。

数式１には、ダンピングトルクＴｄの係数の分母にアシスト倍率ＫＴｓがある。したがって、アシスト倍率ＫＴｓが大きくなるほど、ダンピングトルクＴｄによる粘性負荷は小さくなる。比較例での、アシスト倍率Ｋ_TsとダンピングトルクＴｄによる粘性負荷との関係を図９に破線で示す。

次に、本実施形態によるサーボ制御構造を持つアシスト制御部１５の構成を簡略化したモデルを図８に示す。操舵トルクＴｓにゲインＫ（０＜Ｋ≦１）を乗じて減少補正された補正後操舵トルクＴｃｍｐがベースアシスト部４０の目標操舵トルクＴｓ^*に対してフィードバックされる。サーボ制御器５５は、補正後操舵トルクＴｃｍｐが目標操舵トルクＴｓ^*に追従するように、基本アシストトルクＴｂを演算する。

基本目標操舵トルクＴｂａｓｅは、目標操舵トルクＴｓ^*と基本アシストトルクＴｂとの合計に基本ゲインＫＴｘを乗じて演算される。粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃは、操舵角速度ωに粘性ゲインＫＴωを乗じて演算される。基本目標操舵トルクＴｂａｓｅと粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃとが加算され、目標操舵トルクＴｓ^*が演算される。本実施形態のアシスト制御モデルでは、操舵トルクＴｓは数式２で表される。

操舵トルクＴｓの式中の第２項の粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃは、サーボ制御器５５のアシスト倍率に相当する基本ゲインＫ_Txによる影響を受けにくい。本実施形態での、アシスト倍率ＫＴｘと粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃによる粘性負荷との関係を図９に破線で示す。このように、サーボ制御構造を持つ本実施形態のアシスト制御部１５は、「高アシスト倍率で安定した粘性負荷を発生させることができる」という上記の＜効果１＞を奏する。

続いて、＜効果２＞の「ハイゲインにせずに、大きな粘性負荷をドライバに与えることができる」について説明する。数式２において注目する部分を囲んだ式を、あらたに数式３として再掲する。

数式３のゲインＧの式中、操舵トルクＴｓに乗じられるゲインＫ（０＜Ｋ≦１）が小さくなるほど、操舵トルクＴｓの式の第２項「（１／Ｇ）・Ｔｖｉｓｃ」が大きくなることがわかる。つまり、ゲインＫを小さくすることにより、粘性ゲインＫ_TωやダンピングゲインＫ_ωを大きくすることなく、大きな粘性負荷を安定的に発生させることができる。

これに対し、大きな粘性負荷を得るために粘性目標操舵トルクＴｖｉｓｃ又はダンピングトルクＴｄを大きくしようとすると、操舵角速度ωに乗算される粘性ゲインＫ_Tω又はダンピングゲインＫ_ωを大きくする、すなわちハイゲインにする必要がある。そのため、操舵角速度ωのフィードバックループの安定性を低下させざるを得ない。エンド当て時衝撃軽減制御のように急激に特性を変化させる制御の場合、安定性が高いほど適合の幅が広がり、良い操舵感を実現しやすくなる。よって、上記のように、エンド当て時に操舵トルクＴｓの減少補正ゲインＫを小さくすることで、フィードバックループの安定性を確保しつつ粘性負荷を増加させることが好適である。

［本実施形態の構成に関する補足説明］
上記の通り、本実施形態では、目標操舵トルクＴｓ^*に対する差分がサーボ制御器５５に入力される実操舵トルクとして、操舵トルクＴｓに補正ゲインを乗じた補正後操舵トルクＴｃｍｐを用いることで、エンド当て時に高アシスト倍率で安定した粘性負荷を発生させる。ここで、このような構成を採用した理由について、図１０～図１２を参照しつつ、数式を用いて説明する。図１０～１２では図８に対し、図中の一部の名称や記号を変更する。プラント（車両）９００は、図８の車両９００に対応する。補正トルクＴｃ及び路面負荷ＴＬは、図８のダンピングトルクＴｄ及び路面負荷Ｔｘに対応する。

図１０に、サーボ制御構造を持つベースアシスト部４０の簡略化した構成を示す。最終的なアシストトルクＴａを減少させ、ドライバが出力する操舵トルクＴｓを増加させるための構成案として３通りの構成候補（１）、（２）、（３）を想定する。以下の検討の結果、構成候補（１）が採用され、構成候補（２）、（３）は不採用となったものである。

（１）サーボ制御器５５の入力となる操舵トルクＴｓにゲインを乗じる。
（２）サーボ制御器５５が出力した基本アシストトルクＴｂにゲインを乗じる。
（３）基本アシストトルクＴｂに補正トルクＴｃを加算する。

図１０の構成をさらに簡略化した検討用の簡易モデルを図１１に示す。この簡易モデルにおいて、ベースアシスト部４０におけるサーボ制御器５５の入力のうち目標操舵トルクＴｓ^*に相当する基準操舵トルクＴｒを定数とする。サーボ制御器５５は、積分器に近似される。プラントにおける路面負荷ＴＬを定数とし、釣り合いの式「Ｔｓ＝ＴＬ－Ｔａ」が成り立つものとする。路面負荷ＴＬからアシストトルクＴａを減じた差分である操舵トルクＴｓが基準操舵トルクＴｒに対してフィードバックされる。

図１１における３つの構成候補（１）、（２）、（３）を１つずつ採用した構成をそれぞれ図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示し、制御の入出力特性について順に検討する。以下の数式におけるゲイン「Ｇ」及びステップ応答「Ｙ」の記号は、モデル毎に独立である。

＜構成候補（１）＞
図１２（ａ）に示すように、構成候補（１）では、サーボ制御器５５の入力となる操舵トルクＴｓにゲインＧが乗じられる。このモデルを数式化し、Ｔｓについて整理すると、数式４のように表される。

次にＴｓのステップ応答を求めることで、Ｔｓの収束値を導出する。Ｔｓのステップ応答Ｙは、数式５で表される。

数式５のラプラス逆変換は、数式６で表される。

Ｔｓの収束値は、数式７のように導かれる。

よって、構成候補（１）ではゲインＧを「０＜Ｇ≦１」に設定することで、操舵トルクＴｓはゲインＧの逆数倍で増加する。つまり、サーボ制御器５５の入力となる操舵トルクＴｓに乗じるゲインＧをエンド当て時に１から減少させることで、ドライバに与える粘性負荷を好適に増大させることができる。

＜構成候補（２）＞
図１２（ｂ）に示すように、構成候補（２）では、サーボ制御器５５が出力した基本アシストトルクＴｂにゲインＧが乗じられる。このモデルを数式化し、Ｔｓについて整理すると、数式８のように表される。

次にＴｓのステップ応答を求めることで、Ｔｓの収束値を導出する。Ｔｓのステップ応答Ｙは、数式９で表される。

数式９のラプラス逆変換は、数式１０で表される。

Ｔｓの収束値は、数式１１のように導かれる。

よって、構成候補（２）ではゲインＧをどのような値に設定しようとも操舵トルクＴｓは基準操舵トルクＴｒに収束する。そのため、過渡的な変化はあっても静的な操舵トルクＴｓは変化しない。つまり、入力周波数が小さく応答性の高い制御器を対象とする本件では、基本アシストトルクＴｂにゲインＧを乗じる構成によって操舵トルクＴｓを増加させる効果は小さい。

＜構成候補（３）＞
図１２（ｃ）に示すように、構成候補（３）では、基本アシストトルクＴｂに、アシストトルクを抑制する補正トルクＴｃが加算される。補正トルクＴｃは、図２、図３のダンピングトルクＴｄに対応する。このモデルを数式化し、Ｔｓについて整理すると、数式１２のように表される。

次にＴｓのステップ応答を求めることで、Ｔｓの収束値を導出する。Ｔｓのステップ応答Ｙは、数式１３で表される。

数式１３のラプラス逆変換は、数式１４で表される。

Ｔｓの収束値は、数式１５のように導かれる。

よって、構成候補（３）では補正トルクＴｃをどのような値に設定しようとも操舵トルクＴｓは基準操舵トルクＴｒに収束する。そのため、過渡的な変化はあっても静的な操舵トルクＴｓは変化しない。つまり、入力周波数が小さく応答性の高い制御器を対象とする本件では、基本アシストトルクＴｂに補正トルクＴｃを加算する構成によって操舵トルクＴｓを増加させる効果は小さい。

以上のように、３つの構成候補（１）、（２）、（３）のうち、操舵トルクＴｓの収束値を増加させる効果が得られるのは構成候補（１）のみである。したがって本実施形態では、構成候補（１）を採用し、図８に示すように、サーボ制御器５５の入力となる操舵トルクＴｓに１以下のゲインＫを乗じることで、エンド当て時における安定した粘性負荷の発生を実現することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、従来技術との効果を対比する上で、アシスト制御部１５にダンピング制御部６０を備える構成としている。ただし本発明では、アシスト制御部１５にダンピング制御部６０を備えなくてもよい。

（ｂ）操舵トルク補正部２０は、エンド当て時に限らず、アシストトルクＴａを減少させてドライバに粘性負荷を与える要求があるとき、操舵トルクＴｓの検出値を減少補正するようにしてもよい。また、切り込み状態であるか切り戻し状態であるかの判定をしなくてもよい。

（ｃ）ベースアシスト部４０の目標操舵トルク演算部４９は、上記実施形態のように４つの目標操舵トルクＴｂａｓｅ、Ｔｓｔｉｆｆ、Ｔｖｉｓｃ、Ｔｉｎｅｒを合算する構成に限らず、少なくとも操舵トルクＴｓ及び操舵角速度ωに基づいて目標操舵トルクＴｓ^*を演算するものであればよい。

（ｄ）ベースアシスト部４０のサーボ制御器５５は、「目標操舵トルクＴｓ^*に補正後操舵トルクＴｃｍｐを追従させるように基本アシストトルクＴｂを演算する」ものであればよく、その具体的な構成は、上記実施形態のものに限らない。

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、そ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）
２０・・・操舵トルク補正部、
４０・・・ベースアシスト部、
４９・・・目標操舵トルク演算部、
５５・・・サーボ制御器、
８０・・・操舵アシストモータ。

Claims (5)

1. ドライバの操舵トルク（Ｔｓ）に応じて操舵アシストモータ（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、
   アシストトルクの基本量である基本アシストトルク（Ｔｂ）を生成するベースアシスト部（４０）と、
   アシストトルクを減少させてドライバに粘性負荷を与える要求があるとき、絶対値が操舵トルク検出値の絶対値より小さくなるように減少補正された補正後操舵トルク（Ｔｃｍｐ）を出力する操舵トルク補正部（２０）と、
   を備え、
   前記ベースアシスト部は、
   少なくとも操舵トルク及び操舵角速度に基づいて目標操舵トルク（Ｔｓ^*）を演算する目標操舵トルク演算部（４９）と、
   前記目標操舵トルクに前記補正後操舵トルクを追従させるように前記基本アシストトルクを演算するサーボ制御器（５５）と、
   を含むステアリング制御装置。
2. 前記操舵トルク補正部は、操舵角の絶対値が上限値であるエンドに近づき角度閾値を超えたとき、前記補正後操舵トルクの絶対値を減少させる請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記操舵トルク補正部は、操舵角の絶対値が前記エンドに近いほど、又は、前記エンドに向かう操舵角速度の絶対値が大きいほど、前記補正後操舵トルクの絶対値を減少させる請求項２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記操舵トルク補正部は、切り込み状態であるか切り戻し状態であるかを判定し、
   切り込み状態の場合、操舵トルク検出値の絶対値を減少補正した前記補正後操舵トルクを出力し、
   切り戻し状態の場合、操舵トルク検出値をそのまま出力する請求項２または３に記載のステアリング制御装置。
5. 前記操舵トルク補正部は、車速に応じて、前記補正後操舵トルクを演算する請求項１～４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。

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