JP7234780B2 - 転舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とする転舵制御装置に関する。

たとえば特許文献１には、目標操舵トルクと実際の操舵トルクとの差に基づくフィードバック制御の操作量と、目標転舵角と転舵角との差に基づくフィードバック制御の操作量とに基づき、転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータに内蔵された電動機を操作する装置が記載されている。

特開２００６－１７５９４０号公報

ところで、たとえばステアリングホイールが切られた状態で車両が停止状態となる場合、転舵輪には、中立位置側に戻ろうとする力が働く。ここで、上記フィードバック制御がなされないなら、転舵輪は、転舵輪と路面との摩擦力が上記戻ろうとする力と釣り合う位置まで変位した後静止する。しかし、上記フィードバック制御がなされる場合、転舵角を目標転舵角に維持すべく、電動機のトルクが生成される。このため、停車時にユーザがステアリングホイールの操作をしない場合、ユーザが必ずしも要求していない目標転舵角に転舵角の検出値がフィードバック制御されることに起因して、電動機に流れる電流が大きい状態が継続され、消費電力が大きくなるおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とし、
運転者が入力する操舵トルクを目標操舵トルクにフィードバック制御すべく前記転舵輪を転舵させるための前記電動機の操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である操舵操作量を算出する操舵操作量算出処理と、前記操舵操作量に応じて前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度の指令値である角度指令値を算出する角度指令値算出処理と、前記換算可能角度を前記角度指令値にフィードバック制御する操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である角度操作量を算出する角度操作量算出処理と、前記角度操作量に応じて前記電動機のトルクを制御すべく前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、車速が規定速度以下であって且つステアリングホイールへの入力トルクの大きさが規定値以下である場合、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる減少処理と、前記減少処理がなされる場合、前記角度指令値算出処理が前記角度指令値を算出する際の入力の大きさが小さくなるように当該入力を補正する補正処理と、を実行する転舵制御装置である。

上記構成では、車速が規定速度以下であって且つステアリングホイールへの入力トルクの大きさが規定値以下である場合、減少処理によって操作処理に反映される角度操作量の大きさを減少させることにより、電動機に流れる電流を減少させることができる。ここで入力トルクの大きさが規定値以下である場合、運転者に操舵の意思がない蓋然性が高い。このため、運転者による操舵の意思がない蓋然性が高い場合に、換算可能角度を角度指令値にフィードバック制御するために必要な電流に対して電動機を流れる電流を減少させることにより、運転者の意思に反することを抑制しつつ電動機に流れる電流を減少させることができる。

ところで、角度操作量算出処理によって算出された角度操作量は、角度指令値とするうえで適切な操作量である。そのため、角度操作量算出処理によって算出された角度操作量に対して操作処理の入力となる角度操作量が不足する場合には、換算可能角度が角度指令値から大きく乖離するおそれがある。換算可能角度が角度指令値から大きく乖離すると、角度操作量算出処理によって算出される角度操作量の絶対値が過度に大きくなり、換算可能角度を角度指令値とするうえで適切な値からずれる。そこで上記構成では、上記減少処理がなされる場合に角度指令値算出処理の入力が小さくなるように補正することにより、角度指令値を換算可能角度に近づけることができ、ひいては角度操作量の絶対値が過度に大きくなることを抑制できる。

２．前記ステアリングホイールおよび前記転舵輪間の動力の伝達状態と遮断状態とが切替装置によって切り替え可能とされ、前記減少処理を、前記切替装置によって前記遮断状態とされているときに実行する上記１記載の転舵制御装置である。

遮断状態においては、ステアリングホイールへの入力トルクの大きさが小さい場合におけるステアリングホイールの操作に応じた角度指令値が、電動機のトルクによらずに維持可能な換算可能角度から乖離しやすい。このため、上記構成では、減少処理の利用価値が特に大きい。

３．前記減少処理は、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを漸減させる処理である上記１または２記載の転舵制御装置である。

上記構成では、角度操作量の大きさを漸減させることによって電動機に流れる電流を漸減させることができる。そのため、ステップ的に減少させる場合と比較すると、電動機のトルクの減少速度を小さくすることができることから、転舵輪が急に変位することを抑制できる。

４．前記角度指令値算出処理は、前記減少処理を実行する場合、前記入力に応じた出力の関係を変更する変更処理を含む上記１～３のいずれか１つに記載の転舵制御装置である。

減少処理によって操作処理に反映される角度操作量が小さくなり、角度操作量算出処理が転舵角の制御に十分に反映されない場合、角度指令値算出処理の安定性が損なわれるおそれがある。そこで、上記構成では、減少処理がなされる場合、角度指令値算出処理の入力に応じた出力の関係を変更することにより、角度操作量算出処理が転舵角の制御に十分に反映されない場合であっても、入力に対する出力の関係を安定性の低下を抑制できる関係とすることが可能となる。

５．前記操作処理は、前記操舵操作量によらずに前記角度操作量に基づき前記電動機のトルクを制御する処理を含む上記１～４のいずれか１つに記載の転舵制御装置である。
６．前記減少処理は、前記車速が前記規定速度以下であることと、前記入力トルクの大きさが前記規定値以下であることと、操舵速度の大きさが規定速度以下であることとの論理積が真であるか否かを判定する判定処理を含み、前記判定処理によって前記論理積が真であると判定される場合に前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる処理である上記１～５のいずれか１つに記載の転舵制御装置である。

上記判定処理によれば、運転者にステアリングホイールを操作する意思がなく、転舵角のフィードバック制御によって要求される電流に対して実際に電動機に流れる電流を減少させても問題が生じにくい状況であるか否かを高精度に判定することができる。

７．前記操舵操作量と前記操舵トルクとを同一の物体に働く力に換算した量同士の和に基づき、前記目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出処理を実行する上記１～６のいずれか１つに記載の転舵制御装置である。

操舵操作量は、電動機に要求されるトルクに換算可能であることから、操舵操作量と操舵トルクとによって、転舵輪を転舵させるために車両側から加える力が定まり、この力は、横力に換算できる。一方、運転者による操舵フィーリングを良好とする上で要求される目標操舵トルクは、横力に応じて定まる傾向がある。このため、上記構成では、上記和に基づき目標操舵トルクを定めることにより、目標操舵トルク算出処理の設計が容易となる。

一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置を示す図。 同実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示すブロック図。 同実施形態にかかる制限処理の手順を示す流れ図。 同実施形態の作用を説明するための図。

以下、転舵制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す電動パワーステアリング装置１０は、車両の推力を生成する車載原動機として内燃機関のみを搭載した車両に搭載されている。電動パワーステアリング装置１０においては、ステアリングホイール１２が、ステアリングホイール１２の操作に抗する力である抗力を付与する抗力アクチュエータ２０に接続されている。抗力アクチュエータ２０は、ステアリングホイール１２に固定されたステアリングシャフト１４、減速機２２、減速機２２に回転軸が連結された電動機２４、および電動機２４の各端子に交流電圧を印加するインバータ２６を備えている。なお、本実施形態は、電動機２４として、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）を例示する。

ステアリングシャフト１４は、クラッチ３０を介してピニオンシャフト３２に連結可能とされている。
ピニオンシャフト３２の下端部は、ラックアンドピニオン機構３４を介してラック軸３６に連結されている。ラック軸３６の両端には、タイロッド３８を介して、左右の転舵輪３９が連結されている。したがって、クラッチ３０が締結状態であれば、ステアリングホイール１２、すなわちステアリングシャフト１４の回転運動は、ピニオンシャフト３２およびラック軸３６からなるラックアンドピニオン機構３４を介してラック軸３６の軸方向（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸３６の両端にそれぞれ連結されたタイロッド３８を介して、転舵輪３９にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪３９の転舵角が変化する。

一方、転舵アクチュエータ４０は、ラック軸３６や、電動機４２、インバータ４３、ボールねじ機構４４、ベルト式減速機構４６を備えている。電動機４２は、転舵輪３９を転舵させるための動力の発生源であり、本実施形態では、電動機４２として、ＳＰＭＳＭを例示する。ボールねじ機構４４は、ラック軸３６の周囲に一体的に取り付けられており、ベルト式減速機構４６は、電動機４２の出力軸４２ａの回転力をボールねじ機構４４に伝達する。電動機４２の出力軸４２ａの回転力は、ベルト式減速機構４６およびボールねじ機構４４を介して、ラック軸３６を軸方向に往復直線運動させる力に変換される。このラック軸３６に付与される軸方向の力によって、転舵輪３９を転舵させることができる。

転舵制御装置５０は、転舵輪３９を制御対象とし、その制御量である転舵角を制御すべく、転舵アクチュエータ４０を操作する。転舵制御装置５０は、制御量の制御に際し、トルクセンサ６０によって検出される、運転者がステアリングホイール１２を介して入力するトルクである操舵トルクＴｈや、車速センサ６２によって検出される車速Ｖ、回転角度センサ６４によって検出される出力軸４２ａの回転角度θｍを参照する。また転舵制御装置５０は、舵角センサ６６によって検出されるステアリングホイール１２の回転角度（操舵角θｈ）や、電動機４２を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを参照する。なお、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、インバータ４３の各レッグに設けられたシャント抵抗における電圧降下として検出されるものとすればよい。

転舵制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４および周辺回路５６を備え、それらが通信線５８を介して接続されているものである。なお、周辺回路５６は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。

図２に、転舵制御装置５０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより実現される。
ベース目標トルク算出処理Ｍ１０は、後述する軸力Ｔａｆ０に基づき、ステアリングホイール１２を介して運転者がステアリングシャフト１４に入力すべき目標操舵トルクＴｈ＊のベース値であるベース目標トルクＴｈｂ＊を算出する処理である。ここで、軸力Ｔａｆ０は、ラック軸３６に加わる軸方向の力である。軸力Ｔａｆ０は、転舵輪３９に作用する横力に応じた量となることから、軸力Ｔａｆ０によって横力を把握することができる。一方、ステアリングホイール１２を介して運転者がステアリングシャフト１４に入力すべきトルクは、横力に応じて定めることが望ましい。したがって、ベース目標トルク算出処理Ｍ１０は、軸力Ｔａｆ０から把握される横力に応じてベース目標トルクＴｈｂ＊を算出する処理となっている。

詳しくは、ベース目標トルク算出処理Ｍ１０は、軸力Ｔａｆ０の絶対値が同一であっても車速Ｖが小さい場合に大きい場合よりも、ベース目標トルクＴｈｂ＊の絶対値をより小さい値に算出する処理である。これは、たとえば、軸力Ｔａｆ０または軸力Ｔａｆ０から把握される横加速度および車速Ｖを入力変数とし、ベース目標トルクＴｈｂ＊を出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶されている状態でＣＰＵ５２によりベース目標トルクＴｈｂ＊をマップ演算することによって実現できる。ここで、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とするのに対し、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。

ヒステリシス処理Ｍ１４は、転舵輪３９の転舵角に換算可能な換算可能角度であるピニオンシャフト３２の回転角度（ピニオン角θｐ）に基づき、ベース目標トルクＴｈｂ＊を補正するヒステリシス補正量Ｔｈｙｓを算出して出力する処理である。詳しくは、ヒステリシス処理Ｍ１４は、ピニオン角θｐの変化等に基づき、ステアリングホイール１２の切り込み時および切り戻し時を識別し、切り込み時において切り戻し時と比較して目標操舵トルクＴｈ＊の絶対値がより大きくなるように、ヒステリシス補正量Ｔｈｙｓを算出する処理を含む。詳しくは、ヒステリシス処理Ｍ１４は、車速Ｖに応じてヒステリシス補正量Ｔｈｙｓを可変設定する処理を含む。

加算処理Ｍ１２は、ベース目標トルクＴｈｂ＊にヒステリシス補正量Ｔｈｙｓを加算することによって、目標操舵トルクＴｈ＊を算出する処理である。
操舵操作量算出処理Ｍ１６は、操舵トルクＴｈを目標操舵トルクＴｈ＊にフィードバック制御するための操作量である操舵操作量Ｔｓ＊を算出する処理である。操舵操作量Ｔｓ＊は、操舵トルクＴｈを目標操舵トルクＴｈ＊にフィードバック制御するための操作量を含んだ量であるが、フィードフォワード項を含んでもよい。フィードバック制御のための操作量は、たとえば操舵トルクＴｈおよび目標操舵トルクＴｈ＊の符号がともに正の場合、操舵トルクＴｈが目標操舵トルクＴｈ＊よりも大きい場合に、電動機４２に対する要求トルクの大きさ（絶対値）を増加させるための量となる。なお、操舵操作量Ｔｓ＊は、操舵トルクＴｈを目標操舵トルクＴｈ＊にフィードバック制御するうえでの電動機４２に対する要求トルクに応じた量であるが、本実施形態では、操舵操作量Ｔｓ＊は、ステアリングシャフト１４に加わるトルクに換算された量となっている。

軸力算出処理Ｍ１８は、操舵操作量Ｔｓ＊に操舵トルクＴｈを加算することによって、軸力Ｔａｆ０を算出する処理である。なお、操舵トルクＴｈは、ステアリングシャフト１４に加わるトルクのため、本実施形態において軸力Ｔａｆ０は、ラック軸３６の軸方向に加わる力を、ステアリングシャフト１４に加わるトルクに換算した値となっている。

減算処理Ｍ２０は、軸力Ｔａｆ０から減少補正量ΔＴｔ＊を減算することによって軸力Ｔａｆを算出する処理である。
規範モデル演算処理Ｍ３０は、軸力Ｔａｆに基づき、操舵角θｈの指令値である操舵角指令値θｈ＊を算出する処理である。詳しくは、規範モデル演算処理Ｍ３０は、以下の式（ｃ１）にて表現されるモデル式を用いて、操舵角指令値θｈ＊を算出する処理である。

Ｔａｆ＝Ｋ・θｈ＊＋Ｃ・θｈ＊’＋Ｊ・θｈ＊’’ …（ｃ１）
上記の式（ｃ１）にて表現されるモデルは、クラッチ３０が締結状態である場合において、軸力Ｔａｆと等しい量のトルクがステアリングシャフト１４に入力された場合に操舵角θｈが示す値をモデル化したものである。上記の式（ｃ１）において、粘性係数Ｃは、電動パワーステアリング装置１０の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Ｊは、電動パワーステアリング装置１０の慣性をモデル化したものであり、弾性係数Ｋは、電動パワーステアリング装置１０が搭載される車両のサスペンションやホイールアライメント等の仕様をモデル化したものである。このモデルは、実際の電動パワーステアリング装置１０や電動パワーステアリング装置１０が搭載される車両を正確に表現したモデルではなく、入力に対する操舵角の挙動を理想的な挙動とするために設計された規範モデルである。本実施形態では、規範モデルの設計を通じて操舵フィーリングの調整を可能としている。

舵角比可変処理Ｍ３２は、操舵角指令値θｈ＊に対する転舵角の指令値の比率である舵角比を可変とするための調整量Δａを、車速Ｖに応じて可変設定する処理である。詳しくは、車速Ｖが小さい場合に高い場合よりも、操舵角の変化に対する転舵角の変化を大きくするように、調整量Δａを設定する。加算処理Ｍ３４は、操舵角指令値θｈ＊に調整量Δａを加算することによって、転舵輪３９の転舵角に換算可能な換算可能角度であるピニオンシャフト３２の回転角度（ピニオン角θｐ）の指令値であるピニオン角指令値θｐ＊を設定する。

積算処理Ｍ４０は、電動機４２の回転角度θｍの積算値Ｉｎθを算出する処理である。なお、本実施形態では、車両が直進するときの転舵輪３９の転舵角を「０」としており、転舵角が「０」であるときの積算値Ｉｎθを「０」とする。換算処理Ｍ４２は、積算値Ｉｎθを、ステアリングシャフト１４から電動機４２までの減速比Ｋｍで除算することによって、ピニオン角θｐを算出する処理である。ピニオン角θｐは、「０」である場合に直進方向であることを示し、正であるか負であるかに応じて、右旋回側の転舵角であるか左旋回側の転舵角であるかを示す。

角度操作量算出処理Ｍ５０は、ピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊にフィードバック制御するための操作量である角度操作量Ｔｔ＊を算出する処理である。角度操作量Ｔｔ＊は、ピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊にフィードバック制御するうえでの電動機４２に対する要求トルクに応じた量であるが、本実施形態では、ステアリングシャフト１４に加わるトルクに換算された量となっている。

角度操作量算出処理Ｍ５０は、角度操作量Ｔｔ＊以外に、ピニオン角θｐに影響するトルクを外乱トルクとして推定し、これを推定外乱トルクＴｌｄｅとする外乱オブザーバＭ５２を含む。なお、本実施形態では、推定外乱トルクＴｌｄｅをステアリングシャフト１４に加わるトルクに換算している。

外乱オブザーバＭ５２は、慣性係数Ｊｐ、ピニオン角θｐの推定値θｐｅ、角度操作量Ｔｔ０＊およびオブザーバゲインｌ１，ｌ２，ｌ３を規定する３行１列の行列Ｌを用いて以下の式（ｃ２）にて、推定外乱トルクＴｌｄｅや推定値θｐｅを算出する。なお、慣性係数Ｊｐは、電動パワーステアリング装置１０の慣性をモデル化したものである。

微分演算処理Ｍ５４は、ピニオン角指令値θｐ＊の微分演算によってピニオン角速度指令値を算出する処理である。

フィードバック項算出処理Ｍ５６は、ピニオン角指令値θｐ＊と推定値θｐｅとの差に応じた比例項と、ピニオン角指令値θｐ＊の微分値と推定値θｐｅの微分値との差に応じた微分項との和であるフィードバック操作量Ｔｔｆｂを算出する処理である。

２階微分処理Ｍ５８は、ピニオン角指令値θｐ＊の２階時間微分値を算出する処理である。フィードフォワード項算出処理Ｍ６０は、２階微分処理Ｍ５８の出力値に慣性係数Ｊｐを乗算することによってフィードフォワード操作量Ｔｔｆｆを算出する処理である。２自由度操作量算出処理Ｍ６２は、フィードバック操作量Ｔｔｆｂと、フィードフォワード操作量Ｔｔｆｆとの和から、推定外乱トルクＴｌｄｅを減算して、角度操作量Ｔｔ０＊を算出する処理である。

制限処理Ｍ７０は、角度操作量Ｔｔ０＊に基づき減少補正量ΔＴｔ＊を算出する処理や、減少補正量ΔＴｔ＊に応じて規範モデル演算処理Ｍ３０のパラメータを変更する処理である。

減算処理Ｍ７２は、角度操作量Ｔｔ０＊から減少補正量ΔＴｔ＊を減算して角度操作量Ｔｔ＊を算出する処理である。
換算処理Ｍ７６は、角度操作量Ｔｔ＊を減速比Ｋｍで除算することによって、角度操作量Ｔｔ＊を、電動機４２に対するトルクの指令値であるトルク指令値Ｔｍ＊に換算する処理である。

操作信号生成処理Ｍ７８は、電動機４２のトルクをトルク指令値Ｔｍ＊に制御するためのインバータ４３の操作信号ＭＳｔを生成して出力する処理である。なお、操作信号ＭＳｔは、実際には、インバータ４３の各レッグの各アームの操作信号となる。

抗力算出処理Ｍ８０は、操舵角θｈを操舵角指令値θｈ＊にフィードバック制御するための操作量として、電動機２４のトルク指令値Ｔｒ＊を算出する処理である。操作信号生成処理Ｍ８２は、電動機２４のトルクをトルク指令値Ｔｒ＊に制御すべく、インバータ２６に操作信号ＭＳｓを出力してインバータ２６を操作する処理である。

クラッチ操作処理Ｍ９０は、車両の走行許可信号としてのＩＧ信号がオフ状態からオン状態に切り替わると判定する場合、クラッチ３０を解放状態とし、ステアリングホイール１２と転舵輪３９との間の動力の遮断状態とすべく、図１に示すクラッチドライバ７０を操作する処理を含む。また、クラッチ操作処理Ｍ９０は、ＩＧ信号がオン状態からオフ状態に切り替わると判定する場合、クラッチ３０を解放状態から締結状態に切り替えるべくクラッチドライバ７０を操作する処理を含む。なお、ＩＧ信号は、内燃機関の燃焼制御を開始する信号である。

図３に、制限処理Ｍ７０の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。

図３に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず車速Ｖが規定速度Ｖｔｈ以下である旨の条件（ア）と、操舵トルクＴｈの大きさ（絶対値）が規定値Ｔｔｈ以下である旨の条件（イ）と、操舵速度ωｈの大きさ（絶対値）が規定速度ωｔｈ以下である旨の条件（ウ）との論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１０）。この処理は、たとえば交差点等で車両が停止しており、運転者がステアリングホイール１２を操作しない状態であるか否かを判定する処理である。ここで、規定速度Ｖｔｈは、車両が停止状態かほぼ停止状態にあることを判定するための値であり、「０」に近い小さい値とされる。また、規定値Ｔｔｈは、ユーザがステアリングホイール１２を操作していないことを判定するための値であり、「０」に近い値とされる。また、規定速度ωｔｈは、ユーザがステアリングホイール１２を操作していないことを判定するための値であり、「０」に近い値とされる。ちなみに、操舵速度ωｈは、操舵角θｈの単位時間当たりの変化量であり、ＣＰＵ５２により算出される。

ＣＰＵ５２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ゲインαに「１」よりも小さい所定量Δｐを加算した値と、「１」とのうちの小さい方をゲインαに代入する（Ｓ１２）。この処理は、ゲインαを「０」から「１」へと漸増させる処理である。なお、ゲインαの初期値は、「０」である。これに対し、ＣＰＵ５２は、論理積が偽であると判定する場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ゲインαを「１」よりも小さい所定量Δｍだけ減少させた値と「０」とのうちの大きい方をゲインαに代入する（Ｓ１４）。この処理は、ゲインαを「１」から「０」へと漸減させる処理である。

ＣＰＵ５２は、Ｓ１２，Ｓ１４の処理が完了する場合、角度操作量Ｔｔ０＊にゲインαを乗算した値を減少補正量ΔＴｔ＊に代入する（Ｓ１６）。次にＣＰＵ５２は、ゲインαが「１」であるか否かを判定する（Ｓ１８）。そして、ＣＰＵ５２は、「１」ではないと判定する場合（Ｓ１８：ＮＯ）、弾性係数Ｋに通常値Ｋ０を代入するとともに粘性係数Ｃに通常値Ｃ０を代入する（Ｓ２０）。通常値Ｋ０，Ｃ０は、角度操作量算出処理Ｍ５０が転舵角の制御に反映される場合において、規範モデル演算処理Ｍ３０を安定化させる値に適合されている。これに対しＣＰＵ５２は、「１」であると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、規範モデル演算処理Ｍ３０によりピニオン角指令値θｐ＊の算出に用いられる弾性係数Ｋに変更値Ｋ１を代入するとともに粘性係数Ｃに変更値Ｃ１を代入する（Ｓ２２）。変更値Ｋ１，Ｃ１は、角度操作量算出処理Ｍ５０が転舵角の制御に反映されていない場合において、規範モデル演算処理Ｍ３０を安定化させる値に適合されている。

なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ２０，Ｓ２２の処理が完了する場合、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

図４に、操舵角θｈと、ステアリングホイール１２に抗力を付与するためのトルク指令値Ｔｒ＊との関係を示す。
図４に示すように、操舵角θｈが「０」である状態から操舵角θｈが増加する場合、トルク指令値Ｔｒ＊は曲線ｄ１に沿って増加する。その後、たとえば交差点等でユーザが車両を停止させ、図４の点Ｐの操舵角θｈにてステアリングホイール１２の操作もやめる場合、操舵トルクＴｈの大きさが小さくなる。操舵トルクＴｈの大きさが小さくなると、操舵角指令値θｈ＊の大きさが操舵角θｈの大きさよりも小さい値となり、ステアリングホイール１２が中立位置側に戻される。これにより、トルク指令値Ｔｒ＊は、図４のｄ２に沿って操舵角θｈの大きさの減少に伴って小さくなり、操舵角θｈが、「θａ」となる時点でトルク指令値Ｔｒ＊が「０」となる。しかし、これに応じて設定されるピニオン角指令値θｐ＊は、必ずしも電動機４２のトルクが「０」であっても維持される角度ではない。たとえば、「θｂ」となるときの操舵角指令値θｈ＊が、電動機４２のトルクが「０」であってもピニオン角θｐがそのまま維持される角度である場合、角度操作量Ｔｔ＊によって、ピニオン角θｐがピニオン角指令値θｐ＊に維持されていることとなる。なお、実際には運転者がステアリングホイール１２に手をおいている場合、操舵トルクＴｈは必ずしも「０」とならず、その場合、操舵角θｈは「θａ」とは相違するが、その場合であっても、これに応じて設定されるピニオン角指令値θｐ＊は、必ずしも電動機４２のトルクが「０」であっても維持される角度とはならない。

このため、車両の停止時には、電動機４２に不要に電流が流れ続けるおそれがある。そこで、ＣＰＵ５２は、上記条件（ア）、条件（イ）および条件（ウ）の論理積が真となる場合、角度操作量Ｔｔ＊を「０」へと減少させる。これによりトルク指令値Ｔｍ＊を「０」へと減少させることができる。このため、電動機４２に不要な電流が流れ続けることを抑制できる。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用および効果が得られる。
（１）ＣＰＵ５２は、角度操作量Ｔｔ＊から角度操作量Ｔｔ０＊を減算した値である減少補正量ΔＴｔ＊を、軸力Ｔａｆ０から減算して規範モデル演算処理Ｍ３０の入力となる軸力Ｔａｆとする。これにより、推定外乱トルクＴｌｄｅの大きさが過度に大きくなることを抑制できる。すなわち、角度操作量算出処理Ｍ５０によって算出された角度操作量Ｔｔ０＊は、ピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊とするうえで適切な操作量である。そのため、角度操作量Ｔｔ０＊から角度操作量Ｔｔ＊を減算した値が「０」ではない場合には、ピニオン角θｐがピニオン角指令値θｐ＊から大きく乖離し、ひいては推定外乱トルクＴｌｄｅの大きさが過度に大きくなるおそれがある。そしてその場合、角度操作量Ｔｔ０＊がピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊とするうえで適切な値からずれることから、角度操作量Ｔｔ＊を角度操作量Ｔｔ０＊へと移行させる場合に、ピニオン角θｐの制御性が低下するおそれがある。

（２）ＣＰＵ５２は、角度操作量Ｔｔ＊が「０」となる場合、弾性係数Ｋに変更値Ｋ１を代入し、粘性係数Ｃに変更値Ｃ１を代入する。ここで、変更値Ｋ１，Ｃ１は、角度操作量算出処理Ｍ５０が電動機４２の操作に反映されないときにおいて規範モデル演算処理Ｍ３０の安定性を確保できる値に適合されている。そのため、角度操作量Ｔｔ＊が「０」の場合において、ピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の絶対値が大きくなることを抑制できる。そのため、角度操作量算出処理Ｍ５０による転舵角の制御を円滑に再開できる。これに対し、角度操作量Ｔｔ＊が「０」の場合にも通常値Ｋ０、Ｃ０を使用する場合には、規範モデル演算処理Ｍ３０が安定せず、ピニオン角指令値θｐ＊が振動するなどして、ピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の絶対値が大きく変動するおそれがある。そしてその場合には、角度操作量算出処理Ｍ５０による転舵角の制御の再開が困難となる。

（３）規範モデル演算処理Ｍ３０によって、規範モデルを表現する上記の式（ｃ１）に基づいて、操舵角指令値θｈ＊を算出し、操舵角θｈを操舵角指令値θｈ＊に制御した。これにより、操舵特性を規範モデルによって調整することができる。

（４）操舵操作量Ｔｓ＊と操舵トルクＴｈとの和に応じて、目標操舵トルクＴｈ＊を設定した。ここで、運転者による操舵フィーリングを良好とする上で要求される目標操舵トルクＴｈ＊は、横力に応じて定まる傾向がある。一方、操舵操作量Ｔｓ＊と操舵トルクＴｈとの和が車両の横力に換算可能であることから、上記和に基づき目標操舵トルクＴｈ＊を定めることにより、目標操舵トルクＴｈ＊の算出処理の設計が容易となる。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１，５］換算可能角度は、ピニオン角θｐに対応する。角度指令値算出処理は、規範モデル演算処理Ｍ３０、舵角比可変処理Ｍ３２および加算処理Ｍ３４に対応する。操作処理は、換算処理Ｍ７６および操作信号生成処理Ｍ７８に対応する。減少処理は、ゲインαが「０」よりも大きいときの減算処理Ｍ７２に対応し、補正処理は、減算処理Ｍ２０に対応する。駆動回路は、インバータ４３に対応する。［２］切替装置は、クラッチ３０およびクラッチドライバ７０に対応する。［３］Ｓ１２，Ｓ１６の処理に対応する。［４］変更処理は、Ｓ１８～Ｓ２２の処理に対応する。［６］判定処理は、Ｓ１０の処理に対応する。［７］目標操舵トルク算出処理は、ベース目標トルク算出処理Ｍ１０、加算処理Ｍ１２、およびヒステリシス処理Ｍ１４に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・「減少処理の実行条件について」
上記実施形態では、上記条件（ア）、条件（イ）および条件（ウ）の論理積が真であることを減少処理の実行条件としたが、これに限らない。たとえば、上記条件（ア）および条件（イ）の論理積が真であることを実行条件としてもよい。

・「減少処理について」
上記実施形態では、角度操作量Ｔｔ＊を「０」へと漸減させることにより電動機４２に流れる電流を「０」に減少させたがこれに限らない。たとえば、角度操作量Ｔｔ＊を「０」へとステップ的に減少させてもよい。

上記実施形態では、角度操作量Ｔｔ＊を「０」まで減少させたがこれに限らない。たとえば、「０」よりも大きい規定値まで漸減させる処理であってもよい。もっとも漸減させること自体必須ではなく、たとえば「０」よりも大きい規定値にステップ的に減少させてもよい。また、たとえば角度操作量Ｔｔ＊の大きさを角度操作量Ｔｔ０＊の大きさで除算した値を「０」よりも大きく「１」未満の所定値まで減少させる処理であってもよい。

・「変更処理について」
上記実施形態では、角度操作量Ｔｔ＊が「０」とされる場合に限って、弾性係数Ｋや粘性係数Ｃを変更する処理を実行したが、これに限らない。たとえば角度操作量Ｔｔ＊を角度操作量Ｔｔ０＊で除算した値が所定比率以下の場合に、弾性係数Ｋや粘性係数Ｃを変更する処理を実行してもよい。

規範モデル演算処理Ｍ３０の入力である軸力Ｔａｆに対する出力である操舵角指令値θｈ＊の関係を変更する変更処理としては、弾性係数Ｋと粘性係数Ｃとを変更する処理に限らず、たとえばそれら２つの係数についてはそのうちのいずれか１つのみを変更する処理であってもよい。また、たとえば下記「角度指令値算出処理について」の欄に記載したように、規範モデルを変更する場合、弾性係数Ｋと粘性係数Ｃとの双方とも変更せず、代わりに別のパラメータを変更してもよい。

・「要求トルクについて」
上記実施形態では、角度操作量Ｔｔ＊を電動機４２に対する要求トルクとしたが、これに限らない。たとえば、角度操作量Ｔｔ＊と操舵操作量Ｔｓ＊との和を電動機４２に対する要求トルクとしてもよい。

・「角度指令値算出処理について」
上記実施形態では、規範モデル演算処理Ｍ３０において、軸力Ｔａｆを入力として、操舵角指令値θｈ＊を算出したが、これに限らず、たとえば、操舵操作量Ｔｓ＊を入力としてもよい。上記実施形態では、軸力Ｔａｆを入力とし、上記の式（ｃ１）等に基づき操舵角指令値θｈ＊を算出したが、操舵角指令値θｈ＊を算出するためのロジック（モデル）としては、これに限らない。また、たとえば舵角比可変処理Ｍ３２および加算処理Ｍ３４を削除し、規範モデル演算処理Ｍ３０の出力を、操舵角指令値θｈ＊兼ピニオン角指令値θｐ＊としてもよい。

・「外乱オブザーバについて」
上記実施形態では、転舵輪３９に作用するトルクが転舵角の角加速度に比例するトルクと釣り合うという簡易なモデルにて外乱オブザーバを構成したが、これに限らない。たとえば、転舵輪３９に作用するトルクが、転舵角の角加速度に比例するトルクと転舵角の角速度に比例するトルクとの和と釣り合うというモデルを用いて外乱オブザーバを構成してもよい。

推定外乱トルクＴｌｄｅの算出手法としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、ピニオン角指令値θｐ＊の２階時間微分値、またはピニオン角θｐの２階時間微分値に慣性係数Ｊｐを乗算した値から角度操作量Ｔｔ＊および操舵トルクＴｈを減算することによって算出してもよい。

・「角度操作量算出処理について」
上記実施形態では、フィードフォワード操作量Ｔｔｆｆを、ピニオン角指令値θｐ＊の２階時間微分値に基づき算出したが、これに限らず、たとえばピニオン角θｐの２階時間微分値に基づき算出したり、推定値θｐｅの２階時間微分値に基づき算出したりしてもよい。

上記実施形態では、電動パワーステアリング装置１０を、転舵輪３９に作用するトルクが転舵角の角加速度に比例するトルクと釣り合うという簡易なモデルにてモデル化することによって、フィードフォワード項を算出したが、これに限らない。たとえば、転舵輪３９に作用するトルクが、転舵角の角加速度に比例するトルクと転舵角の角速度に比例するトルクとの和と釣り合うというモデルを用いてフィードフォワード項を算出してもよい。これは、たとえば、ピニオン角指令値θｐ＊の２階時間微分値に上記慣性係数Ｊｐを乗算した値と、ピニオン角指令値θｐ＊の１階時間微分値に粘性係数Ｃｐを乗算した値との和をフィードフォワード操作量Ｔｔｆｆとすることによって実現できる。ここで、角速度の比例係数である粘性係数Ｃｐは、規範モデル演算処理Ｍ３０において用いる粘性係数Ｃとはその狙いとするところが相違し、実際の電動パワーステアリング装置１０の挙動を極力高精度にモデル化したものとすることが望ましい。

フィードバック項算出処理Ｍ５６の入力のうちのフィードバック制御量としては推定値θｐｅやその１階時間微分値に限らない。たとえば、推定値θｐｅやその１階時間微分値に代えて、ピニオン角θｐやその時間微分値自体としてもよい。

フィードバック項算出処理Ｍ５６としては、比例要素および微分要素の各出力値の和を出力する処理に限らない。たとえば比例要素の出力値を出力するものとしてもよく、またたとえば微分要素の出力値を出力するものとしてもよい。さらにたとえば、比例要素の出力値および微分要素の出力値の少なくとも一方と、積分要素の出力値との和を出力する処理としてもよい。なお、積分要素の出力値を用いる場合には、外乱オブザーバを削除することが望ましい。もっとも、積分要素の出力値を用いない場合において、外乱オブザーバを用いること自体必須ではない。

・「換算可能角について」
上記実施形態では、換算可能角度として、ピニオン角θｐを用いたが、これに限らない。たとえば、転舵輪の転舵角自体としてもよい。

・「操舵操作量について」
上記実施形態では、操舵操作量Ｔｓ＊を、ステアリングシャフト１４のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機４２のトルクとしてもよい。ただし、その場合、たとえば操舵トルクＴｈを減速比Ｋｍで除算した値と操舵操作量Ｔｓ＊との和を軸力Ｔａｆ０としたり、操舵操作量Ｔｓ＊に減速比Ｋｍを乗算した値と操舵トルクＴｈとの和を軸力Ｔａｆ０としたりする。

・「角度操作量について」
上記実施形態では、角度操作量Ｔｔ＊をステアリングシャフト１４のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機４２のトルクとしてもよい。ただし、たとえば操舵操作量Ｔｓ＊がステアリングシャフト１４のトルクに換算されている場合であって且つ操舵操作量Ｔｓ＊と角度操作量Ｔｔ＊との和を電動機４２に対する要求トルクとする場合、要求トルクを、角度操作量Ｔｔ＊に減速比Ｋｍを乗算した値と操舵操作量Ｔｓ＊との和等とする。

・「目標トルク算出処理について」
ベース目標トルク算出処理としては、軸力Ｔａｆ０と車速Ｖとに応じてベース目標トルクＴｈｂ＊を算出する処理に限らない。たとえば軸力Ｔａｆ０のみに基づきベース目標トルクＴｈｂ＊を算出する処理であってもよい。

ベース目標トルクＴｈｂ＊をヒステリシス補正量Ｔｈｙｓで補正すること自体必須ではない。
・「走行許可信号について」
上記実施形態では、走行許可信号としてＩＧ信号を例示したがこれに限らない。たとえば下記「車両について」の欄に記載したように車両の推力を生成する車載原動機として回転電機を備える車両においては、車両の走行許可信号を、たとえば回転電機への電力の供給を可能とするリレーを閉状態とする信号としてもよい。もっとも、走行許可信号がオン状態であることを条件に、クラッチ３０を解放状態とすること自体必須ではなく、たとえば転舵アクチュエータ４０に異常が生じる等、フェールセーフ処理時以外には、原則、クラッチ３０を解放状態に維持するものであってもよい。

・「転舵制御装置について」
転舵制御装置としては、ＣＰＵ５２とＲＯＭ５４とを備えてソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、転舵制御装置は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

・「電動パワーステアリング装置について」
ステアバイワイヤシステムに限らず、たとえば、図１において、クラッチ３０を削除し、代わりに、ギア比を可変とするギア比可変機構を介してステアリングシャフト１４をピニオンシャフト３２に機械的に連結してもよい。この場合であっても、たとえば上記条件（ア），（イ）および（ウ）の論理積が真である場合にステアリングシャフト１４とピニオンシャフト３２との連結を解除する場合等にあっては、図３に例示した処理が有効である。

上記実施形態では、電動パワーステアリング装置１０として、ステアリングホイール１２と転舵輪３９との動力伝達を遮断するクラッチ３０を備えるものを例示し、通常、クラッチ３０によって動力伝達が遮断状態とされているときに転舵制御を実行することを想定したが、これに限らない。たとえば、電動パワーステアリング装置１０がステアリングホイール１２と転舵輪３９とが機械的に連結された構成であってもよい。この場合であっても、たとえばステアリングホイール１２の操作に応じてピニオン角指令値θｐ＊を算出し、ピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊にフィードバック制御する制御器を構成する場合には、停車時において運転者がステアリングホイール１２の操作をしない場合に、電動機４２に無駄に大きな電流が流れるおそれがある。このため、角度操作量Ｔｔ＊の大きさを減少させることは有効である。

・「電動機、駆動回路について」
電動機としては、ＳＰＭＳＭに限らず、ＩＰＭＳＭ等であってもよい。また、同期機に限らず誘導機であってもよい。さらに、たとえばブラシ付きの直流電動機であってもよい。その場合、駆動回路としては、Ｈブリッジ回路を採用すればよい。

・「転舵アクチュエータについて」
転舵アクチュエータとしては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、ピニオンシャフト３２とは別に、電動機４２の動力をラック軸３６に伝達させるための第２のピニオンシャフトを備えるいわゆるデュアルピニオン型のものであってもよい。またたとえば、ピニオンシャフト３２に電動機４２の出力軸４２ａが機械的に連結された構成であってもよい。

・「車両について」
車両としては、車両の推力を生成する車載原動機が内燃機関のみからなるものに限らず、たとえば、内燃機関と回転電機とからなるものであってもよい。もっとも、内燃機関を備えること自体必須ではない。

１０…電動パワーステアリング装置、１２…ステアリングホイール、１４…ステアリングシャフト、２０…抗力アクチュエータ、２２…減速機、２４…電動機、２６…インバータ、３０…クラッチ、３２…ピニオンシャフト、３４…ラックアンドピニオン機構、３６…ラック軸、３８…タイロッド、３９…転舵輪、４０…転舵アクチュエータ、４２…電動機、４２ａ…出力軸、４３…インバータ、４４…ボールねじ機構、４６…ベルト式減速機構、５０…転舵制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…周辺回路、５８…通信線、６０…トルクセンサ、６２…車速センサ、６４…回転角度センサ、６６…舵角センサ、７０…クラッチドライバ。

Claims (7)

1. 電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とし、
   運転者が入力する操舵トルクを目標操舵トルクにフィードバック制御すべく前記転舵輪を転舵させるための前記電動機の操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である操舵操作量を算出する操舵操作量算出処理と、
   前記操舵操作量に応じて前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度の指令値である角度指令値を算出する角度指令値算出処理と、
   前記換算可能角度を前記角度指令値にフィードバック制御する操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である角度操作量を算出する角度操作量算出処理と、
   前記角度操作量に応じて前記電動機のトルクを制御すべく前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、
   車速が規定速度以下であって且つステアリングホイールへの入力トルクの大きさが規定値以下である場合、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる減少処理と、
   前記減少処理がなされる場合、前記角度指令値算出処理が前記角度指令値を算出する際の入力の大きさが小さくなるように当該入力を補正する補正処理と、を実行する転舵制御装置。
2. 前記ステアリングホイールおよび前記転舵輪間の動力の伝達状態と遮断状態とが切替装置によって切り替え可能とされ、
   前記減少処理を、前記切替装置によって前記遮断状態とされているときに実行する請求項１記載の転舵制御装置。
3. 前記減少処理は、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを漸減させる処理である請求項１または２記載の転舵制御装置。
4. 前記角度指令値算出処理は、前記減少処理を実行する場合、前記入力に応じた出力の関係を変更する変更処理を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の転舵制御装置。
5. 前記操作処理は、前記操舵操作量によらずに前記角度操作量に基づき前記電動機のトルクを制御する処理を含む請求項１～４のいずれか１項に記載の転舵制御装置。
6. 前記減少処理は、前記車速が前記規定速度以下であることと、前記入力トルクの大きさが前記規定値以下であることと、操舵速度の大きさが規定速度以下であることとの論理積が真であるか否かを判定する判定処理を含み、前記判定処理によって前記論理積が真であると判定される場合に前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる処理である請求項１～５のいずれか１項に記載の転舵制御装置。
7. 前記操舵操作量と前記操舵トルクとを同一の物体に働く力に換算した量同士の和に基づき、前記目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出処理を実行する請求項１～６のいずれか１項に記載の転舵制御装置。

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