JP7136025B2 - 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、ステアバイワイヤシステムの反力装置において、舵角エンドを超えた操舵を抑制するように反力を制御する技術が知られている。

例えば特許文献１に開示された車両用操舵装置は、舵角エンド付近で反力装置の制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替えることで、舵角エンドを超えた操舵を抑制する。また、特許文献２に開示された車両用操舵装置は、舵角エンド付近で操舵角をフィードバックし、舵角エンドを超えた操舵を抑制する。

特開第４９４１７２３号公報 特許第３８８３９８０号公報

ステアバイワイヤシステムの反力装置においてトルクセンサの検出値が目標値に追従するようにフィードバック制御する制御構成を想定する。この構成で、ドライバが所定の角度以上ステアリングを操作できないように反力装置のトルクを増やすと、フィードバック制御が働き、舵角エンド提示のためのトルクが打ち消されてしまうという課題がある。

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、トルクセンサの検出値が目標値に追従するようにフィードバック制御する制御構成のステアバイワイヤシステムの反力装置において、自然な舵角エンドをドライバに提示するステアリング制御装置を提供することにある。

本発明のステアリング制御装置は、反力装置（７０）と、転舵装置（８０）と、トルクセンサ（９４）と、を備えるステアバイワイヤシステム（９０）において、反力装置及び転舵装置を制御するステアリング制御装置である。

反力装置は、反力用回転電機（７８）、及び、反力用回転電機を駆動する反力用電力変換器（７７）を含み、ステアリングホイール（９１）と接続される。転舵装置は、転舵用回転電機（８８）、及び、転舵用回転電機を駆動する転舵用電力変換器（８７）を含み、車輪（９９）を転舵する。トルクセンサ（９４）はドライバの操舵入力を検出する。

このステアリング制御装置は、反力制御部（５１０）と、ステアリングホイールトルク制御部（６２０）と、エンド制御部（５８０）と、反力装置電流制御部（６８０）と、を有する。反力制御部は、転舵装置の出力トルクに相当する物理量（Ｔｔ、Ｔ^*ｔ、Ｉｔ、Ｉ^*ｔ）に基づいてステアリングトルク指令値（Ｔ^*ｓｔ）を算出する。ステアリングホイールトルク制御部は、トルクセンサの検出値（Ｔ＿ｓｎｓ）がステアリングトルク指令値に基づく目標値（Ｔ^**ｓｔ）に追従するよう、反力トルク指令値の基本値である基本反力トルク指令値（Ｔ^*ｒ＿ｂ）を算出する。

エンド制御部は、反力装置もしくは転舵装置の角度の絶対値（｜θｒ｜、｜θｔ｜）が所定の限界角度値（θ＿ｌｉｍ）以上のとき、ドライバが限界角度値以上にステアリングホイールを操舵不能とするように反力装置のエンド提示指令値を算出する。反力装置電流制御部は、基本反力トルク指令値及びエンド提示指令値に基づき反力用回転電機に流す電流を制御する。なお、転舵装置の角度及び反力装置の角度は、限界角度値と比較可能なように、適宜、換算係数を乗除した値が用いられることを前提とする。

エンド制御部は、反力装置もしくは転舵装置の角度の絶対値が限界角度値以上であり、且つ、転舵装置の出力トルクに相当する物理量及びトルクセンサの検出値が限界角度値に近づく方向の値であるとき、ステアリングホイールトルク制御部の制御を停止する。一方、転舵装置の出力トルクに相当する物理量又はトルクセンサの検出値が限界角度値から離れる方向の値であるとき、エンド制御部は、制御の停止を解除する。

例えばステアリングホイールトルク制御部が最終段に積分演算器（６２６）を有する構成において、エンド制御部は、ステアリングホイールトルク制御部の制御を停止するとき、積分演算器による積分演算を停止する。

このように本発明では、トルクセンサの検出値が目標値に追従するようにフィードバック制御する制御構成において、エンド制御によりステアリングホイールトルク制御部の制御の停止又は実行を切り替える。フィードバック制御を停止することで、反力装置のトルクを増やしたとき、舵角エンド提示のためのトルクがフィードバック制御により打ち消されることが防止される。よって、自然な舵角エンドをドライバに提示することができる。

各実施形態のステアリング制御装置が適用されるステアバイワイヤシステムの全体構成図。 二系統の反力装置及び転舵装置の概略構成図。 転舵装置制御部の基本構成を示すブロック図。 反力装置制御部の基本構成を示すブロック図。 第１実施形態のステアリング制御装置のブロック図。 （ａ）限界角度絶対値マップ、（ｂ）限界角度補正値マップ。 反力装置の角度の上下限ガードマップ。 （ａ）正側をガードするエンド提示指令値マップ、（ｂ）負側をガードするエンド提示指令値マップ。 ステアリングホイールトルク制御部のＰＩＤ制御器の制御ブロック図。 制御停止判定演算のフローチャート。 比較例１（制御停止無し）によるエンド制御のタイムチャート。 比較例２（制御停止有り）によるエンド制御のタイムチャート。 本実施形態によるエンド制御のタイムチャート。 第２実施形態のステアリング制御装置のブロック図。

本明細書において「実施形態」とは本発明の実施形態を意味する。以下、本発明の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。このステアリング制御装置は、ステアバイワイヤシステムにおいて反力装置及び転舵装置を制御する装置である。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。以下の第１、第２実施形態を包括して「本実施形態」という。

図１に、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたステアバイワイヤシステム９０の全体構成を示す。図１において、車輪９９は片側のみを図示し、反対側の車輪の図示を省略する。ステアバイワイヤシステム９０は、反力装置７０、転舵装置８０、及び、トルクセンサ９４を備える。

反力装置７０は、反力用回転電機７８と、反力用回転電機７８を駆動する反力用電力変換器７７と、反力用回転電機７８の出力を減速する反力用減速機７９とを含み、ステアリングシャフト９２を介してステアリングホイール９１と接続される。ステアバイワイヤシステム９０では、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができない。そこで、反力回転電機７８は、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール９１を回転させ、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。

転舵装置８０は、転舵用回転電機８８と、転舵用回転電機８８を駆動する転舵用電力変換器８７と、転舵用回転電機８８の出力を減速する転舵用減速機８９とを含む。転舵用回転電機８８の回転は、転舵用減速機８９からピニオンギア９６、ラック軸９７、タイロッド９８、ナックルアーム９８５を介して車輪９９に伝達される。詳しくは、ピニオンギア９６の回転運動はラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の両端に設けられたタイロッド９８がナックルアーム９９を往復移動させることで、車輪９９が転舵される。

トルクセンサ９４は、トーションバーの捩れ変位に基づき、ステアリングシャフト９２に加わるドライバの操舵入力を検出する。トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓはステアリング制御装置２００に入力される。

ステアリングホイール９１の操舵角は、ステアリングホイール９１の中立位置に対する回転方向に応じて、例えば図１のＣＷ方向が正、ＣＣＷ方向が負と定義される。これに対応して車輪９９の転舵角の正負が定義される。角速度は、角度と同じ符号で定義される。また、ドライバがステアリングホイール９１をＣＷ方向に回すときのトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは正である。

さらに、反力装置７０でステアリングホイール９１をＣＷ方向に回すときの反力装置７０の出力トルクも正である。反力装置７０の出力トルクがＣＷ方向に作用しているとき、ドライバがステアリングホイール９１を保舵すると、ドライバはＣＣＷ方向にトルクを加えるため、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは負となる。

ステアリング制御装置２００は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ステアリング制御装置２００の各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）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。

図１に示すように、本実施形態では、反力装置制御部２７０と転舵装置制御部２８０とが物理的に離れた状態で設けられている。二つの制御部２７０、２８０は、ＣＡＮ通信等の車両ネットワークや専用の通信ラインを経由して互いに情報を通信することで、協働してステアリング制御装置２００として機能する。

例えば二点鎖線で示すように、反力装置７０は、反力装置制御部２７０と反力用電力変換器７７と反力用回転電機７８とが一体に構成される。同様に転舵装置８０は、転舵装置制御部２８０と転舵用電力変換器８７と転舵用回転電機８８とが一体に構成される。このような、いわゆる「機電一体式」のモータ構造は、電動パワーステアリング装置の分野において周知である。

次に図２を参照し、反力装置７０及び転舵装置８０における電力変換器７７、８７及び回転電機７８、８８の具体的な構成形態について説明する。反力装置７０と転舵装置８０とは同様の構成であるため、図中の符号を併記する。以下の説明では、「反力用」、「転舵用」の記載を省略しつつ、代表として反力装置７０の構成要素の符号を用いて説明する。転舵装置８０については、符号を読み替えて解釈するものとする。

本実施形態の回転電機７８は二系統の三相ブラシレスモータであり、電力変換器７７は二系統の三相インバータである。回転電機７８は、二系統の巻線として第１系統巻線７８１及び第２系統巻線７８２を有する。二系統の巻線７８１、７８２は、例えば位相を電気角３０［ｄｅｇ］ずらして配置されている。回転電機７８が出力するトルクＴｍは、第１系統巻線７８１への通電により生成される第１系統トルクＴｍ１と、第２系統巻線７８２への通電により生成される第２系統トルクＴｍ２との合算値となる。

電力変換器７７は、第１系統巻線７８１に通電する第１系統電力変換器７７１、及び、第２系統巻線７８２に通電する第２系統電力変換器７７２を含む。図２の例では、二系統の電力変換器７７１、７７２は、共通のバッテリ１１から供給された直流電力をそれぞれ三相交流電力に変換する。他の例では、各電力変換器７７１、７７２は、個別のバッテリに接続されてもよい。

次に図３、図４を参照し、反力装置制御部２７０及び転舵装置制御部２８０の基本構成を説明する。この基本構成の説明では、図５、図１４に示す第１、第２実施形態の特有の制御構成の説明に先立ち、ステアバイワイヤシステム９０における反力装置７０及び転舵装置８０の概略的な制御の理解を目的とする。反力装置７０の出力に関するパラメータの記号には「ｒ」、転舵装置８０の出力に関するパラメータの記号には「ｔ」を付す。以下、反力装置７０及び転舵装置８０の符号「７０」、「８０」の記載を適宜省略する。

図３、図４において、反力装置の角度θｒ及び角速度ωｒ、転舵装置の角度θｔ等の値は、回転電機７８、８８の回転角度に減速機７９、８９の減速比を乗除した換算後の値とする。まず図３に転舵装置制御部２８０の基本構成を示す。反力装置の角度θｒはバンドパスフィルタ（図中「ＢＰＦ」）３１を介して角度比制御部３２０に入力される。角度比制御部３２０では、角度θｒや車速Ｖに応じた反力装置７０と転舵装置８０との角度比が演算される。

角度制御部３６０の偏差算出部３６１は、反力装置の角度θｒに角度比を乗じた値と転舵装置の角度θｔとの角度偏差Δθ_r-tを算出する。ＰＩＤ制御器３６２は、角度偏差Δθ_r-tを０に近づけるように、転舵トルク指令値Ｔ^*ｔ、又は、転舵トルク指令値Ｔ^*ｔに対応する転舵用回転電機８８の電流指令値Ｉ^*ｔを演算する。転舵装置電流制御部３８０は偏差算出器３８１とＰＩ制御器３８２とを含み、転舵トルクＴｔ又は電流Ｉｔのフィードバック制御により、転舵用回転電機８８に流す電流を制御する。

ところで、偏差算出部３６１で算出される角度偏差Δθは、正確には「反力装置の角度θｒに角度比を乗じた値」と転舵装置の角度θｔとの差分である。ただし本明細書では、「反力装置の角度θｒに角度比を乗じた値」を「反力装置の角度θｒ」とみなし、「反力装置の角度θｒと転舵装置の角度θｔとの偏差」を「角度偏差Δθ_r-t」と記す。

図４に反力装置制御部２７０の基本構成を示す。ステアリングホイールトルク制御部６２０は、反力制御部５１０、粘性制御部５２０、慣性制御部５３０、戻し制御部５４０でそれぞれ算出されたトルク指令値に基づき、反力トルク指令値の基本値である基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂを算出する。

反力制御部５１０は、「転舵装置の出力トルクに相当する物理量」に基づく反力制御により反力装置の反力指令値を算出し、さらに、車速Ｖに応じた車速ゲインを反力指令値に乗じてステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔを算出する。「転舵装置の出力トルクに相当する物理量」には、転舵トルクＴｔ、転舵トルク指令値Ｔ^*ｔ、転舵用回転電機８８に流れる電流Ｉｔ又は電流指令値Ｉ^*ｔ等が該当する。以下、「転舵装置の出力トルクに相当する物理量」を略して「転舵トルク相当量」とも記す。

粘性制御部５２０は、「反力装置の回転角速度ωｒに相当する物理量」に基づく粘性制御により反力装置の粘性指令値Ｔｖｉｓｃを算出する。図には、「反力装置の回転角速度ωｒに相当する物理量」の代表として「ωｒ」の記号のみを記す。明細書中「回転角速度ωｒ」を単に「角速度ωｒ」とも記す。

慣性制御部５３０は、回転角速度ωｒの変化率から回転角加速度αｒを算出する疑似微分部５３１、及び、回転角加速度αｒに基づく慣性指令値算出部５３２を含む。慣性制御部５３０は、「反力装置の回転角加速度αｒに相当する物理量」に基づく慣性制御により反力装置の慣性指令値Ｔｉｎｅｒｔを算出する。図には、「反力装置の回転角加速度αｒに相当する物理量」の代表として「αｒ」の記号のみを記す。

戻し制御部５４０は、反力装置の角度θｒ、角速度ωｒ、車速Ｖ、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓに基づき、ステアリングホイール９１を中立位置に戻す方向に作用する戻し指令値Ｔｒｅｔを算出する。

加算器５５２、５５３、５５４では、ステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔの符号反転値（－Ｔ^*ｓｔ）に対し、粘性指令値Ｔｖｉｓｃ、慣性指令値Ｔｉｎｅｒｔ及び戻し指令値Ｔｒｅｔが順に加算される。加算器５５４による加算後の値が「ステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔに基づく目標値Ｔ^**ｓｔ」としてステアリングホイールトルク制御部６２０に入力される。

ステアリングホイールトルク制御部６２０の偏差算出部６２１は、目標値Ｔ^**ｓｔとトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓとのトルク偏差ΔＴを算出する。ＰＩＤ制御器６２２は、トルク偏差ΔＴを０に近づけるようにＰＩＤ制御する。こうしてステアリングホイールトルク制御部６２０は、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓが目標値Ｔ^**ｓｔに追従するよう、サーボ制御（すなわちフィードバック制御）により基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂを算出する。

エンド制御部５８０は、反力装置の角度θｒ及び角速度ωｒに基づき、エンド提示指令値Ｔｅｎｄを算出する。エンド制御部５８０は、反力装置の角度の絶対値｜θｒ｜、もしくは転舵装置の角度の絶対値｜θｔ｜が所定の限界角度値θ＿ｌｉｍ以上のとき、ドライバが限界角度値θ＿ｌｉｍ以上にステアリングホイール９１を操舵不能とするように反力装置のエンド提示指令値Ｔｅｎｄを算出する。

上述の角度制御部３６０の説明にも記載した通り、反力装置の角度θｒ及び転舵装置の角度θｔは、適宜、換算係数を乗除した値を用いて対比可能である。本実施形態では、むしろ限界角度値θ＿ｌｉｍとの比較において反力装置の角度θｒ及び転舵装置の角度θｔは、適宜、換算係数を乗除した値が用いられることを前提とする。本明細書中、反力用減速機７９や転舵用減速機８９の具体的な減速比等にかかわらず、「反力装置の角度θｒ」及び「転舵装置の角度θｔ」は、必要に応じて換算された値を指すものとして解釈する。また、「反力装置の角度θｒ」と「転舵装置の角度θｔ」とを同列に扱い、「反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔ」というように記す。

エンド提示指令値Ｔｅｎｄは、加算器６４で基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂに加算される。また、エンド提示指令値Ｔｅｎｄは、ステアリングホイールトルク制御部６２０のＰＩＤ制御器６２２に対し、制御停止を指令する信号として通知される。この点について詳しくは後述する。

反力装置電流制御部６８０は偏差算出器６８１とＰＩ制御器６８２とを含む。反力装置電流制御部６８０は、反力トルクＴｒ又は電流Ｉｒのフィードバック制御により、基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂ及びエンド提示指令値Ｔｅｎｄに基づき、反力用回転電機７８に流す電流を制御する。

（第１実施形態）
続いて各実施形態の説明に移る。第１、第２実施形態のステアリング制御装置の符号を、それぞれ「２０１」、「２０２」とする。まず図５～図１０を参照し、第１実施形態のステアリング制御装置２０１の制御構成について説明する。図５には、図４に記した反力装置制御部２７０の基本構成のうち、特にエンド制御部５８０の構成を詳しく示す。反力制御部５１０、粘性制御部５２０、慣性制御部５３０及び戻し制御部５４０については図示を省略する。図６～図８には、図５の構成で用いられるマップの具体例を示す。図９には、ステアリングホイールトルク制御部６２０の制御停止に関する具体的構成を示す。図１０には制御停止判定演算のフローチャートを示す。

エンド制御部５８０の限界角度絶対値マップ５８１では車速Ｖ、すなわち車両の速度に応じて限界角度値θ＿ｌｉｍの絶対値が可変に設定される。例えば図６（ａ）に示すように、車速Ｖ１以下の低速域では比較的大きな絶対値θ＿ｌｉｍ１が設定され、車速Ｖ２以上の高速域では比較的小さな絶対値θ＿ｌｉｍ２が設定される。車速Ｖ１からＶ２までの領域では絶対値θ＿ｌｉｍ１から絶対値θ＿ｌｉｍ２に徐変する。また、最大の限界角度絶対値θ＿ｌｉｍ１は、転舵装置８０の機械的な限界角度を換算した角度θ＿ｌｉｍ＿ｍｅｃｈよりも小さい値に設定される。

限界角度補正値マップ５８２では車速Ｖに応じて限界角度値θ＿ｌｉｍの補正値が可変に設定される。例えば図６（ｂ）に示すように、車速Ｖ３以下の低速域では比較的大きな補正値θ＿ｌｉｍ３が設定され、車速Ｖ４以上の高速域では比較的小さな補正値θ＿ｌｉｍ４が設定される。車速Ｖ３からＶ４までの領域では補正値θ＿ｌｉｍ３から補正値θ＿ｌｉｍ４に徐変する。車速Ｖ３、Ｖ４は限界角度絶対値マップ５８１の車速Ｖ１、Ｖ２と一致してもよい。また、補正値θ＿ｌｉｍ３と補正値θ＿ｌｉｍ４との差は、限界角度絶対値マップ５８１の絶対値θ＿ｌｉｍ１と絶対値θ＿ｌｉｍ２との差に一致してもよい。

限界角度絶対値から限界角度補正値を差し引いた差分は、補正後限界角度θ＿ｌｉｍ＃として、転舵装置制御部２８０の上下限ガードマップ３３に入力される。図７に示すように、上下限ガードマップ３３では、反力装置の角度θｒについての上下限ガード値を補正後限界角度θ＿ｌｉｍ＃に応じて変更する。

以下、限界角度絶対値マップ５８１で設定された限界角度値そのもののを「正の限界角度値θ＿ｌｉｍ」といい、限界角度絶対値マップ５８１で設定された限界角度値の符号反転値を「負の限界角度値（－θ＿ｌｉｍ）」という。また、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔの符号、すなわち、中立位置に対する舵角の方向に応じて適宜選択される「正の限界角度値θ＿ｌｉｍ」及び「負の限界角度値（－θ＿ｌｉｍ）」を合わせて「限界角度調整値（±θ＿ｌｉｍ）」という。限界角度調整値は、「中立位置に対する舵角の方向に応じて符号が調整された限界角度値」と定義される。

差分算出器５８４Ｎでは、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔに正の限界角度値θ＿ｌｉｍが加算され、エンド角度θｅｎｄ＿Ｎが算出される。ここで、最終的にはエンド提示指令値マップ５８６Ｎのガードにより負の角度θｒ、θｔに対応するエンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｎのみが有効に用いられる。つまり、最終的なエンド提示指令値Ｔｅｎｄの視点から、負の角度θｒ、θｔと正の限界角度値θ＿ｌｉｍとが加算される。そのため、形式的には加算器として図示されているが、実質的には「差分算出器５８４Ｎ」として解釈する。

演算器５８５Ｎでは、エンド角度θｅｎｄ＿Ｎに「Ｋ₁＋Ｄ₁ｓ」が乗算され、ガード前エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｎが算出される。ここで、Ｋ₁は比例項係数、Ｄ₁は微分項係数、ｓは微分演算子である。演算器５８５Ｎでは、角度の差分に比例項係数Ｋ₁を乗じた値と、反力装置もしくは転舵装置の角速度ωｒ、ωｔに微分項係数Ｄ₁を乗じた値とが加算される。

図８（ａ）に示すように、エンド提示指令値マップ５８６Ｎでは、ガード前エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｎのうち正の値を０でガードし、負の値のみを残す。これにより、反力装置もしくは転舵装置の負の角度θｒ、θｔに対応する負のガード後エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｎが算出される。なお、エンド提示指令値マップの横軸及び縦軸はトルク又は電流である。エンド提示指令値はトルク値で設定されてもよく、或いは、電電流値で設定され、他のトルク値と比較される場合や加減算される場合にトルク値に変換されてもよい。

同様に差分算出器５８４Ｐでは、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔに負の限界角度値（－θ＿ｌｉｍ）が加算され、エンド角度θｅｎｄ＿Ｐが算出される。ここで、最終的にはエンド提示指令値マップ５８６Ｐのガードにより正の角度θｒ、θｔに対応するエンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｐのみが有効に用いられる。つまり、最終的なエンド提示指令値Ｔｅｎｄの視点から、正の角度θｒ、θｔと負の限界角度値（－θ＿ｌｉｍ）とが加算される。そのため、形式的には加算器として図示されているが、実質的には「差分算出器５８４Ｐ」として解釈する。

演算器５８５Ｐでは、エンド角度θｅｎｄ＿Ｐに「Ｋ₁＋Ｄ₁ｓ」が乗算され、ガード前エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｐが算出される。図８（ｂ）に示すように、エンド提示指令値マップ５８６Ｐでは、ガード前エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｐのうち負の値を０でガードし、正の値のみを残す。これにより、反力装置もしくは転舵装置の正の角度θｒ、θｔに対応する正のガード後エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｐが算出される。

加算器５８７では、正負のガード後エンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｐ、Ｔｅｎｄ＿Ｎが加算され、エンド提示指令値Ｔｅｎｄとして出力される。エンド提示指令値Ｔｅｎｄは、加算器６４で基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂに加算される。また、エンド提示指令値Ｔｅｎｄは制御停止判定部５８８に通知される。

制御停止判定部５８８は、転舵トルクＴｔ相当量、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓ、及びエンド提示指令値Ｔｅｎｄを取得し、これらの情報に基づき、図１０に示す判定演算によりステアリングホイールトルク制御部６２０の制御停止を判定する。

図９を参照し、制御停止に関する具体的構成について補足する。図９に、ステアリングホイールトルク制御部６２０のＰＩＤ制御器６２２の構成例を示す。この構成は、特許第６２９９０８７号公報の図４、段落［００３４］、［００３５］に開示されたアシストコントローラの構成を応用したものである。ＰＩＤ制御器６２２は、微分演算器６２３、比例制御器６２４Ｐ、積分制御器６２４Ｉ、微分制御器６２４Ｄ、加算器６２５、及び、積分演算器６２６を有し、反力装置７０の出力トルクをフィードバック制御する。

微分演算器６２３は入力されたトルク偏差ΔＴを微分する。比例制御器６２４Ｐは比例ゲインＫｐを用いてＰ制御を行う、積分制御器６２４Ｉは積分ゲインＫｉを用いてＩ制御を行う。微分制御器６２４Ｄは微分ゲインＫｄを用いてＤ制御を行う。加算器６２５はＰ制御、Ｉ制御、Ｄ制御の出力を加算する。

積分演算器６２６は、ステアリングホイールトルク制御部６２０の最終段に設けられ、加算器６２５による加算値を積分して出力する。この構成においてステアリングホイールトルク制御部６２０の制御が停止されるとき、積分演算器６２６による積分演算が停止される。積分演算の停止中も、各制御器６２４Ｐ、６２４Ｉ、６２４Ｄによるフィードバック制御演算は継続される。

図５に戻る。反力トルク指令値Ｔ^*ｒの演算過程に反力装置電流制限部６７が設けられる。反力装置電流制限部６７は、反力装置７０の過熱保護、電力制限、電源低下防止等のため、反力装置電流Ｉｒを電流制限値以下に制限する。反力装置電流制限部６７による制限前の反力トルク指令値をＴ^*ｒ、反力装置電流指令値をＩ^*ｒと記し、制限後の反力トルク指令値をＴ^*ｒ＃、反力装置電流指令値をＩ^*ｒ＃と記す。制限前の反力装置電流指令値の絶対値｜Ｉ^*ｒ｜が電流制限値を上回る場合、反力装置７０の出力が制限される。反力装置電流制限部６７で電流制限が実施されると、ステアリングホイールトルク制御部６２０のＰＩＤ制御器６２２にも通知され、制御（積分）が停止される。

次に図１０のフローチャートを参照し、エンド制御部５８０の制御停止判定部５８８による制御停止判定演算について説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを示す。Ｓ１１では、エンド提示指令値Ｔｅｎｄが０より小さいか、すなわち負の値であるか判断される。Ｓ１１でＹＥＳの場合、ステアリングホイール９１を右方向に切った状態に相当する。

この状態において転舵トルク相当量が０以下、且つ、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓが０以上の場合、すなわち、右側のエンドに近づく方向の値である場合、Ｓ１２でＹＥＳ、Ｓ１３でＹＥＳと判断され、Ｓ１４に移行する。Ｓ１４でエンド制御部５８０は、ステアリングホイールトルク制御部６２０の制御、詳しくは積分を停止する。Ｓ１２又はＳ１３でＮＯの場合、すなわち、右側のエンドから離れる方向の値である場合には制御を継続、或いは制御の停止を解除する。

Ｓ１１でＮＯの場合、Ｓ１５では、エンド提示指令値Ｔｅｎｄが０より大きいか判断される。Ｓ１５でＹＥＳの場合、ステアリングホイール９１を左方向に切った状態に相当する。Ｓ１５でＮＯの場合、中間又は保舵状態であり、処理を終了する。

この状態において転舵トルク相当量が０以上、且つ、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓが０以下の場合、すなわち、左側のエンドに近づく方向の値である場合、Ｓ１６でＹＥＳ、Ｓ１７でＹＥＳと判断され、Ｓ１８に移行する。Ｓ１８でエンド制御部５８０は、ステアリングホイールトルク制御部６２０の制御、詳しくは積分を停止する。Ｓ１６又はＳ１７でＮＯの場合、すなわち、左側のエンドから離れる方向の値である場合には制御を継続、或いは制御の停止を解除する。

ここで、Ｓ１１又はＳ１５でＹＥＳと判定された場合、すなわち、舵角の方向に応じた符号のエンド提示指令値Ｔｅｎｄが出力されている場合、反力装置もしくは転舵装置の角度の絶対値｜θｒ｜、｜θｔ｜が限界角度値θ＿ｌｉｍ以上であることを意味する。

次に図１１～図１３のタイムチャートを参照し、比較例及び本実施形態によるエンド到達時の挙動について説明する。各図には、上から順に、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔ、ステアリングホイールトルク制御部６２０の出力である基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂ、エンド当て判定信号、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓ、及び、エンド提示指令値Ｔｅｎｄの変化を示す。説明中の角度の記号は「θｒ」を用いる。なお、各量の正負の符号は図に準じて記載する。逆方向の操舵の場合には各符号を逆に読み替えて解釈すればよい。

各図において角度θｒは初期から増加し、時刻ｔ１に限界角度値θ＿ｌｉｍ、すなわちエンドに到達する。この時、エンド当て判定信号がＯＦＦからＯＮに切り替わる。また、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは０から上限値まで上昇し、エンド提示指令値Ｔｅｎｄは０から負側へ減少し始める。その後、時刻ｔ２に角度θｒは最大値に到達する。

以下の説明中、「制御停止」とは、エンド到達時におけるステアリングホイールトルク制御部６２０のフィードバック制御の停止、詳しくは積分演算の停止を意味する。図１１に示す比較例１では、エンド到達時においても「制御停止」を実施しない。時刻ｔ１後、負のエンド提示指令値Ｔｅｎｄが生成される。しかし、ステアリングホイールトルク制御部６２０のフィードバック制御により、エンド提示指令値Ｔｅｎｄを打ち消すように基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂが出力される。角度θｒは最大値で一定となり、エンド当て判定信号はＯＮのまま維持される。トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは、基本反力トルク指令値Ｔ^*ｒ＿ｂがエンド提示指令値Ｔｅｎｄで打ち消された成り行きの値となる。

図１２に示す比較例２、及び、図１３に示す本実施形態では、エンド到達時に「制御停止」を実施することで、時刻ｔ１以後、ステアリングホイールトルク制御部６２０の出力Ｔ^*ｒ＿ｂは増加せず、一定値に保たれる。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで角度θｒがドライバの入力トルクに応じた最大値で略一定となる。その期間、負のエンド提示指令値の絶対値｜Ｔｅｎｄ｜は最大となり、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは上限値で一定となる。

時刻ｔ３に切り戻しが開始されて角度θｒが減少し始めると、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは０となり、エンド提示指令値の絶対値｜Ｔｅｎｄ｜は減少し始める。時刻ｔ４に角度θｒが限界角度値θ＿ｌｉｍ以下になると、エンド当て判定信号がＯＮからＯＦＦに切り替わる。比較例２と本実施形態とでは、ステアリングホイールトルク制御部６２０の制御停止が解除され、出力Ｔ^*ｒ＿ｂが切り込み方向の値から切り戻し方向の値に反転し始めるタイミングが異なる。

比較例２では、時刻ｔ４にエンド当て判定信号がＯＮからＯＦＦに切り替わるタイミングで制御停止が解除される。ステアリングホイールトルク制御部６２０の出力Ｔ^*ｒ＿ｂは正の値からゼロクロスし、負の値に移行する。０と負の値との差分は、ギヤの摩擦などのロストルクの補償分に相当する。比較例２では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間τ、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓが負の値になる。つまり、エンドからの切り戻しを開始した直後、ステアリングホイール９１が重くなり、ドライバは、ステアリングホイール９１がエンドに吸着されるように感じる。

一方、本実施形態では、時刻ｔ３に切り戻しを開始すると同時に制御停止が解除され、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓは、時刻ｔ３以後、０に維持される。したがって、ドライバは、エンドからの切り戻しを開始した直後にもステアリングホイール９１が重いと感じることなく、自然に操舵可能である。

（第２実施形態）
次に図１４を参照し、第２実施形態のステアリング制御装置２０２の制御構成について説明する。第２実施形態は、第１実施形態の構成に加え、エンドに接近していることをドライバに提示するためにステアリングの手応えを大きくするエンド接近提示制御部５９０をさらに備える。それ以外の点で、第２実施形態のステアリング制御装置２０２の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

エンド接近提示制御部５９０は、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔに応じてエンド接近提示指令値ＴｅｎｄＡを算出する。算出されたエンド接近提示指令値ＴｅｎｄＡは、反力制御部５１０の直後の加算器５５１でステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔに加算される。これにより、ステアリングの手応えが大きくなるため、ドライバはもうすぐエンドに達することを認知する。

エンド接近提示制御部５９０の具体的な構成は、図５に示すエンド制御部５８０の構成と同様であるため、エンド制御部５８０の符号を一部援用する。すなわち、限界角度絶対値マップ５８１に基づく限界角度調整値（±θ＿ｌｉｍ）と、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔとの差分が演算器５９５Ｎ、５９５Ｐに入力される。

演算器５９５Ｎ、５９５Ｐの基本的な演算構成は、エンド制御部５８０の演算器５８５Ｎ、５８５Ｐと同様である。ただし、比例項係数及び微分項係数について、第１実施形態と区別した記号「Ｋ₂」、「Ｄ₂」を用いる。つまり、「エンド提示」と「エンド接近提示」との特性の違いは、比例項係数及び微分項係数の値によって調整される。また、出力される提示指令値の記号を、「エンド提示指令値Ｔｅｎｄ」に対し「エンド接近提示指令値ＴｅｎｄＡ」と記す。エンド接近提示指令値マップ５９６Ｎ、５９６Ｐは、エンド提示指令値マップ５８６Ｎ、５８６Ｐと名称が異なるのみであり、図８のマップ例が援用される。

［本実施形態の作用効果］
（１）本実施形態のエンド制御部５８０は、反力装置もしくは転舵装置の角度の絶対値｜θｒ｜、｜θｔ｜が限界角度値θ＿ｌｉｍ以上であり、且つ、転舵トルク相当量及びトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓがエンドに近づく方向の値であるとき、ステアリングホイールトルク制御部６２０の制御を停止する。一方、転舵トルク相当量又はトルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓがエンドから離れる方向の値であるとき、エンド制御部５８０は、制御の停止を解除する。

このように本実施形態では、トルクセンサ９４の検出値Ｔ＿ｓｎｓが目標値Ｔ^**ｓｔに追従するようにフィードバック制御する制御構成において、エンド制御によりステアリングホイールトルク制御部６２０の制御の実行又は停止を切り替える。フィードバック制御を停止することで、反力装置のトルクを増やしたとき、舵角エンド提示のためのトルクがフィードバック制御により打ち消されることが防止される。よって、自然な舵角エンドをドライバに提示することができる。

（２）エンド提示指令値Ｔｅｎｄは、限界角度調整値（±θ＿ｌｉｍ）と、反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔとの差分に比例項係数Ｋ₁を乗じた値と、反力装置もしくは転舵装置の回転角速度ωｒ、ωｔに微分項係数Ｄ₁を乗じた値とを加算した値に基づいて算出される。静的な位置に基づく比例項のみでなく、動的な位置変化が反映される微分項がエンド提示指令値Ｔｅｎｄに含まれることで、より自然な舵角エンドがドライバに提示される。

（３）限界角度値θ＿ｌｉｍは、転舵装置の機械的な限界角度θ＿ｌｉｍ＿ｍｅｃｈよりも小さい値、つまり中立位置から見て、制御のオーバーシュートを見込んだ程度、手前の位置に設定される。これにより、転舵装置８０のギヤ等の部品を衝突による破損や摩耗から保護することができる。

（４）限界角度値θ＿ｌｉｍは、車速Ｖに応じて可変に設定される。これにより、車速Ｖに応じた自然な舵角エンドを提示することができる。

（５）エンド制御部５８０は、ステアリングホイールトルク制御部６２０の制御を停止するとき、図９に示すように、最終段の積分演算器６２６による積分演算を停止する。積分演算の停止中も、各制御器６２４Ｐ、６２４Ｉ、６２４Ｄによるフィードバック制御演算は継続されるため、制御停止を解除したとき、連続性が確保される。

（６）第２実施形態では、エンド接近提示制御部５９０により反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔに応じて算出されたエンド接近提示指令値ＴｅｎｄＡが、ステアリングトルク指令値Ｔ^*ｓｔに加算される。これにより、中立位置から見て限界角度値θ＿ｌｉｍの手前で、限界角度値θ＿ｌｉｍに接近していることをドライバに提示することができる。

［補足：特開２００６－６２６２５号公報（以下「参考文献」）との対比］
参考文献の段落［００４８］－［００５０］、図２、図５等には、ステアバイワイヤシステムの車両用操舵制御装置において、「操舵制御コントロールユニットは、操舵角が操向輪の限界転舵角に対応する操舵角であるロック角度に到達したとき、操舵角がロック角度を超えないロック角度近傍の所定操舵角と一致するように操舵反力を制御する角度サーボ制御を実施すること」、「操舵制御コントロールユニットは、操舵角と所定操舵角との偏差が所定値以下となるまで角度サーボ制御を継続し、操舵トルクが所定値以下となったとき、角度サーボ制御を解除すること」が開示されている。本実施形態は、この参考文献に開示された技術と類似するようにも思われるが、以下の点で相違する。

参考文献の制御では、一時的な大きなトルク入力により操舵角が所定操舵角（すなわちエンド位置）を超えたとき、角度サーボ制御により反力トルクを増加して所定操舵角まで戻す。強制的に所定操舵角まで戻されるため、ドライバが違和感を覚えるおそれがある。それに対し本実施形態では、ステアリングホイールトルク制御部６２０にて反力トルクをトルクフィードバック制御し、操舵角がエンドに達したらトルクフィードバック制御の積分を停止する。そのため、一時的な大きなトルクが入力された場合、ドライバはトルクに応じた分の操舵が可能であり、固いものに当たった感触を提示することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）ステアバイワイヤシステム９０において、反力装置７０又は転舵装置８０は、図１に示す反力用減速機７９又は転舵用減速機８９を含まなくてもよい。

（ｂ）ステアリング制御装置２００は、図１に示すような機電一体式の構成に限らず、制御部２７０、２８０及び電力変換器７７、８７が回転電機７８、８８と分離して配置されてもよい。その場合、二つの制御部２７０、２８０が物理的に分離せず、一体のステアリング制御装置２００として構成されてもよい。或いは、反力装置７０又は転舵装置８０の一方が、統括的な制御部を含む機電一体式で構成され、他方の装置に対して信号を送受信する構成としてもよい。

（ｃ）本実施形態において各量の算出に用いられる「Ｘに相当する物理量」には、代表的に示される物理量Ｘの他、係数の乗除や微積分演算により一意的にＸに変換可能な各種物理量が含まれる。例えば「反力装置の回転角速度ωｒ（［ｄｅｇ／ｓ］」に相当する物理量には、反力用回転電機７８の回転数［ｒｐｍ］や、反力用回転電機７８の出力軸に減速機７９等を介して接続される各部の回転数等が含まれる。

（ｄ）上記実施形態のエンド制御部５８０の構成では、正負の限界角度値θ＿ｌｉｍ、（－θ＿ｌｉｍ）と反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔとの差分に基づき、それぞれエンド提示指令値Ｔｅｎｄ＿Ｎ、Ｔｅｎｄ＿Ｐを算出した後、正側のみをガードした値と負側のみをガードした値とを組み合わせている。この構成例に限らず、中立位置に対する舵角の方向、すなわち反力装置もしくは転舵装置の角度θｒ、θｔの符号に応じて、限界角度値θ＿ｌｉｍの符号を調整し、最終的に正負を合わせた領域のエンド提示指令値Ｔｅｎｄが得られる構成とすればよい。

本発明はこのような実施形態に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、種々の形態で実施することができる。

本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

２００（２０１、２０２）・・・ステアリング制御装置、
５１０・・・反力制御部、
５８０・・・エンド制御部、
６２０・・・ステアリングホイールトルク制御部、
６８０・・・反力装置電流制御部、
７０・・・反力装置、７７・・・反力用電力変換器、７８・・・反力用回転電機、
８０・・・転舵装置、８７・・・転舵用電力変換器、８８・・・転舵用回転電機、
９０・・・ステアバイワイヤシステム、
９１・・・ステアリングホイール、 ９４・・・トルクセンサ、 ９９・・・車輪。

Claims (6)

1. 反力用回転電機（７８）、及び、前記反力用回転電機を駆動する反力用電力変換器（７７）を含み、ステアリングホイール（９１）と接続される反力装置（７０）と、
   転舵用回転電機（８８）、及び、前記転舵用回転電機を駆動する転舵用電力変換器（８７）を含み、車輪（９９）を転舵する転舵装置（８０）と、
   ドライバの操舵入力を検出するトルクセンサ（９４）と、
   を備えるステアバイワイヤシステム（９０）において、前記反力装置及び前記転舵装置を制御するステアリング制御装置であって、
   前記転舵装置の出力トルクに相当する物理量（Ｔｔ、Ｔ^*ｔ、Ｉｔ、Ｉ^*ｔ）に基づいてステアリングトルク指令値（Ｔ^*ｓｔ）を算出する反力制御部（５１０）と、
   前記トルクセンサの検出値（Ｔ＿ｓｎｓ）が前記ステアリングトルク指令値に基づく目標値（Ｔ^**ｓｔ）に追従するよう、反力トルク指令値の基本値である基本反力トルク指令値（Ｔ^*ｒ＿ｂ）を算出するステアリングホイールトルク制御部（６２０）と、
   前記反力装置もしくは前記転舵装置の角度の絶対値（｜θｒ｜、｜θｔ｜）が所定の限界角度値（θ＿ｌｉｍ）以上のとき、ドライバが前記限界角度値以上に前記ステアリングホイールを操舵不能とするように前記反力装置のエンド提示指令値を算出するエンド制御部（５８０）と、
   前記基本反力トルク指令値及び前記エンド提示指令値に基づき前記反力用回転電機に流す電流を制御する反力装置電流制御部（６８０）と、
   を有し、
   前記エンド制御部は、
   前記反力装置もしくは前記転舵装置の角度の絶対値が前記限界角度値以上であり、且つ、前記転舵装置の出力トルクに相当する物理量及び前記トルクセンサの検出値が前記限界角度値に近づく方向の値であるとき、前記ステアリングホイールトルク制御部の制御を停止するステアリング制御装置。
2. 中立位置に対する舵角の方向に応じて符号が調整された前記限界角度値を限界角度調整値とすると、
   前記エンド提示指令値は、
   前記限界角度調整値と前記反力装置もしくは前記転舵装置の角度との差分に比例項係数（Ｋ₁）を乗じた値と、前記反力装置もしくは前記転舵装置の回転角速度（ωｒ、ωｔ）に微分項係数（Ｄ₁）を乗じた値とを加算した値に基づいて算出される請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記限界角度値は、前記転舵装置の機械的な限界角度（θ＿ｌｉｍ＿ｍｅｃｈ）よりも小さい値に設定される請求項１または２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記限界角度値は、車両の速度に応じて可変に設定される請求項１～３のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
5. 前記ステアリングホイールトルク制御部は、最終段に積分演算器（６２６）を有し、
   前記エンド制御部は、前記ステアリングホイールトルク制御部の制御を停止するとき、前記積分演算器による積分演算を停止する請求項１～４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
6. 中立位置から見て前記限界角度値の手前で前記限界角度値に接近していることをドライバに提示するように前記反力装置もしくは前記転舵装置の角度に応じて算出されたエンド接近提示指令値（ＴｅｎｄＡ）が、前記ステアリングトルク指令値に加算される請求項１～５のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。

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