JP7294813B2 - 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。

たとえば下記特許文献１には、操舵角を目標操舵角にフィードバック制御する操作量によって、転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータ内蔵のモータのトルクを設定する車両用操舵装置（転舵制御装置）が記載されている。

特開２００６－１５１３６０号公報

上記装置の場合、上記フィードバック制御量としての操舵角を検出するセンサに異常が生じたり、フィードバック制御に異常が生じたりする場合に、これに対処することができない。

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に基づき、該操舵トルクを制御するため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側操作量を算出するトルク制御処理と、前記操舵側操作量に基づき、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ため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角度側操作量を算出する角度フィードバック処理と、前記電動機のトルクをトルク指令値に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、前記角度フィードバック処理に基づく前記電動機の制御性が所定以下となるか否かを判定する判定処理と、前記トルク指令値を、前記所定以下となると判定される場合に、前記角度側操作量に基づく値から前記角度側操作量に基づくことなく前記操舵側操作量に基づく値へと切り替える切替処理と、を実行する転舵制御装置である。

上記構成では、操舵側操作量に基づき角度フィードバック処理の入力となる角度指令値が算出される。そのため、仮に、角度側操作量のみからトルク指令値を算出する場合、トルク制御処理と角度フィードバック処理との直列構造に起因して、トルク制御処理の下流側で異常が生じると、電動機を適切に制御できないおそれがある。これに対し、上記構成では、角度フィードバック処理に基づく電動機の制御性が所定以下となる前には、トルク指令値を角度側操作量に基づく値としていたところを、所定以下となる場合には角度側操作量に基づくことなく操舵側操作量に基づく値に切り替える。これにより、トルク制御処理の下流側で異常が生じる場合であっても、電動機を適切に制御できなくなることを抑制できる。

２．前記転舵アクチュエータは、ラック軸の軸方向の変位によって前記転舵輪を転舵させるものであって且つラックハウジングによって前記転舵角の取りうる値が制限されるものであり、前記判定処理は、前記転舵角に基づき前記ラック軸が前記ラックハウジングによってそれ以上の軸方向の変位が制限される状態である場合に、前記所定以下と判定する処理を含む上記１記載の転舵制御装置である。

ラック軸がラックハウジングによってそれ以上の軸方向の変位が制限される状態にある場合、換算可能角度を角度指令値に制御することができない。そこで上記構成では、ラック軸がラックハウジングによってそれ以上の軸方向の変位が制限される状態にある場合に、電動機の制御性が所定以下となると判定する。

３．前記判定処理は、前記換算可能角度と前記角度指令値との差の絶対値が所定値よりも大きい場合に、前記所定以下と判定する処理を含む上記１または２記載の転舵制御装置である。

上記構成では、換算可能角度と角度指令値との差の絶対値が過度に大きい場合には角度フィードバック処理による制御性が低下していると考えられることに鑑み、電動機の制御性が所定以下となると判定する。

４．前記切替処理は、前記角度側操作量に基づく値から前記角度側操作量に基づくことなく前記操舵側操作量に基づく値への移行に伴って、前記操作処理の入力となる前記角度側操作量の絶対値をゼロへと漸減させる漸減処理を含む上記１～３のいずれか１つに記載の転舵制御装置である。

上記構成では、操作処理の入力となる角度側操作量の絶対値をゼロへと漸減させることにより、角度側操作量をステップ的にゼロとする場合と比較して、電動機のトルクが急激に変化することを抑制できる。

５．前記切替処理は、前記角度側操作量に基づく値から前記角度側操作量に基づくことなく前記操舵側操作量に基づく値への移行に伴って前記角度フィードバック処理によって算出された前記角度側操作量に対する前記操作処理の入力となる前記角度側操作量の不足分に応じた量を、前記角度指令値算出処理の入力から差し引く減算処理を含む上記１～４のいずれか１項に記載の転舵制御装置である。

角度フィードバック処理によって算出された角度側操作量は、角度指令値とするうえで適切な操作量である。そのため、角度フィードバック処理によって算出された角度側操作量に対して操作処理の入力となる角度側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、角度フィードバック処理によって算出される角度側操作量の絶対値が大きくなることから、電動機の制御性が所定以下と判定される状況が解消することによりトルク指令値を角度側操作量に基づく値に切り替えるときに、電動機のトルクが過度に大きくなるおそれがある。そこで上記構成では、角度指令値算出処理の入力から上記不足分に応じた量を差し引くことにより、角度指令値を換算可能角度に近づけることができ、ひいては角度側操作量の絶対値が過度に大きくなることを抑制できる。

６．前記トルク制御処理は、運転者が入力する操舵トルクを目標トルクにフィードバック制御するための操作量としての前記操舵側操作量を算出するトルクフィードバック処理である上記１～５のいずれか１つに記載の転舵制御装置である。

上記構成では、操舵トルクを目標トルクにフィードバック制御することにより、フィードバック制御しない場合と比較して、目標トルクへの制御性を向上させることができ、ひいては運転者の操舵フィーリングが良好となるように制御することができる。

７．前記操舵側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、前記目標トルクを算出する目標トルク算出処理を実行する上記６記載の転舵制御装置である。

操舵側操作量は、電動機に要求されるトルクに換算可能であることから、操舵側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、この力から、横力が定まる。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トルクを定めることにより、目標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フェールセーフ処理の手順を示す流れ図。

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に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、運転者のステアリングホイール２２の操作に基づいて転舵輪１２を転舵させる操舵機構２０、および転舵輪１２を電動で転舵させる転舵アクチュエータ３０を備えている。

操舵機構２０は、ステアリングホイール２２と、ステアリングホイール２２に固定されたステアリングシャフト２４と、ラックアンドピニオン機構２７と、を備えている。ステアリングシャフト２４は、ステアリングホイール２２と連結されたコラムシャフト２４ａと、コラムシャフト２４ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２４ｂと、インターミディエイトシャフト２４ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト２４ｃとを有している。ピニオンシャフト２４ｃの下端部は、ラックアンドピニオン機構２７を介してラック軸２６に連結されている。ラック軸２６の両端には、タイロッド２８を介して、左右の転舵輪１２が連結されている。したがって、ステアリングホイール２２、すなわちステアリングシャフト２４の回転運動は、ピニオンシャフト２４ｃおよびラック軸２６からなるラックアンドピニオン機構２７を介してラック軸２６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２６の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２８を介して、転舵輪１２にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１２の転舵角が変化する。なお、ラック軸２６の軸方向への変位量の最大値は、ラックハウジング２９によって規定されている。

一方、転舵アクチュエータ３０は、ラック軸２６を操舵機構２０と共有し、また、電動機３２や、インバータ３３、ボールねじ機構３４、ベルト式減速機構３６を備えている。電動機３２は、転舵輪１２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３２として、３相の表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）を例示する。ボールねじ機構３４は、ラック軸２６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３６は、電動機３２の出力軸３２ａの回転力をボールねじ機構３４に伝達する。電動機３２の出力軸３２ａの回転力は、ベルト式減速機構３６およびボールねじ機構３４を介して、ラック軸２６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２６に付与される軸方向の力によって、転舵輪１２を転舵させることができる。

転舵制御装置４０は、転舵輪１２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３０を操作する。転舵制御装置４０は、制御量の制御に際し、トルクセンサ５０によって検出される、運転者がステアリングホイール２２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５２によって検出される車速Ｖを参照する。また、転舵制御装置４０は、回転角度センサ５４によって検出される出力軸３２ａの回転角度θｍや、電動機３２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３３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４０は、ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４４および周辺回路４６を備え、それらが通信線４８を介して接続されているものである。なお、周辺回路４６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４０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２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２２を介して運転者がステアリングシャフト２４に入力すべき目標トルク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２６に加わる軸方向の力である。軸力Ｔａｆ０は、転舵輪１２に作用する横力に応じた量となることから、軸力Ｔａｆ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２２を介して運転者がステアリングシャフト２４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ＲＯＭ４４に記憶された状態でＣＰＵ４２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１２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２４ｃ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２２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、目標トルクＴｈ＊を算出する処理である。
トルクフィードバック処理Ｍ１６は、操舵トルクＴｈを目標トルクＴｈ＊に制御するための操作量である操舵側操作量Ｔｓ＊を算出する処理である。操舵側操作量Ｔｓ＊は、操舵トルクＴｈを目標トルク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。フィードバック操作量は、たとえば操舵トルクＴｈおよび目標トルクＴｈ＊の符号がともに正の場合、操舵トルクＴｈが目標トルクＴｈ＊よりも大きい場合に、電動機３２に対する要求トルクの絶対値を増加させるための量となる。なお、操舵側操作量Ｔｓ＊は、電動機３２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、操舵側操作量Ｔｓ＊は、ステアリングシャフト２４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、操舵側操作量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２４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２６の軸方向に加わる力を、ステアリングシャフト２４に加わるトルクに換算した値となっている。

減算処理Ｍ２０では、後述する減少補正量ΔＴｔ＊を、軸力Ｔａｆ０から差し引いた軸力Ｔａｆを算出する処理である。
角度指令値算出処理Ｍ３０は、減算処理Ｍ２０の出力に基づき、ピニオン角θｐの指令値であるピニオン角指令値θｐ＊を算出する処理である。詳しくは、角度指令値算出処理Ｍ３０は、以下の式（ｃ１）にて表現されるモデル式を用いて、ピニオン角指令値θｐ＊を算出する処理である。

Ｔａｆ＝Ｋ・θｐ＊＋Ｃ・θｐ＊’＋Ｊ・θｐ＊’’ …（ｃ１）
上記の式（ｃ１）にて表現されるモデルは、軸力Ｔａｆと等しい量のトルクがステアリングシャフト２４に入力された場合にピニオン角θｐ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、バネ係数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。

積算処理Ｍ４０は、電動機３２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１２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２４から電動機３２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。

角度フィードバック処理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側操作量Ｔｔ０＊を算出する処理である。角度側操作量Ｔｔ０＊は、電動機３２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２４に加わるトルクに換算された量となっている。

角度フィードバック処理Ｍ５０は、角度側操作量Ｔｔ０＊が後述する処理によって補正された角度側操作量Ｔｔ＊以外に、ピニオン角θｐに影響するトルクを、外乱トルクＴｌｄとしてこれを推定する外乱オブザーバＭ５２を含む。

なお、本実施形態では、外乱トルクＴｌｄをステアリングシャフト２４に加わるトルクに換算しており、外乱オブザーバＭ５２は、ステアリングシャフト２４のトルクに換算された角度側操作量Ｔｔ＊を用いて、以下の式（ｃ２）によって、外乱トルクＴｌｄを推定する。

Ｊ・θｐ＊’’＝Ｔｔ＊＋Ｔｌｄ …（ｃ２）
詳しくは、本実施形態では、ピニオン角θｐの推定値θｐｅ、角度側操作量Ｔｔ＊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（ｃ３）にて、外乱トルクＴｌｄや推定値θｐｅを算出する。

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との差を入力とする比例要素の出力値および微分要素の出力値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Ｊ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、外乱トルクＴｌｄを減算して、角度側操作量Ｔｔ０＊を算出する処理である。

フェールセーフ処理Ｍ７０は、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となる場合に、角度側操作量Ｔｔ０＊を減少補正するための減少補正量ΔＴｔ＊を算出する処理である。

減算処理Ｍ７２は、角度側操作量Ｔｔ０＊から減少補正量ΔＴｔ＊を減算することによって、角度側操作量Ｔｔ＊を算出する処理である。
加算処理Ｍ７４は、操舵側操作量Ｔｓ＊と角度側操作量Ｔｔ＊とを加算して、電動機３２に対する要求トルクＴｄを算出する処理である。

換算処理Ｍ７６は、要求トルクＴｄを減速比Ｋｍで除算することによって、要求トルクＴｄを、電動機３２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３２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３３の操作信号ＭＳを生成して出力する処理である。なお、操作信号ＭＳは、実際には、インバータ３３の各レッグの各アームの操作信号となる。

図３に、フェールセーフ処理Ｍ７０の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２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、ＣＰＵ４２は、まずフェールフラグＦが「１」であるか否かを判定する（Ｓ１０）。フェールフラグＦは、「１」である場合に、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となっていることを示し、「０」である場合に、そうではないことを示す。ＣＰＵ４２は、「０」であると判定する場合（Ｓ１０：ＮＯ）、以下の条件（ア）～条件（ウ）の論理和が真であるか否かを判定する（Ｓ１２）。

条件（ア）：ピニオン角θｐが所定値θｐｔｈＨよりも大きい旨の条件と、ピニオン角指令値θｐ＊からピニオン角θｐを減算した値が所定値Δθｐｔｈｅｎよりも大きい旨の条件との論理積が真である旨の条件である。所定値θｐｔｈＨは、ラック軸２６の軸方向の変位量が、ラックハウジング２９によって規定されるラック軸２６の軸方向の変位量の上限値に達するときのピニオン角θｐに設定されている。この条件は、ラック軸２６の軸方向へのそれ以上の変位がラックハウジング２９によって制限されており、ピニオン角θｐの絶対値をそれ以上大きくすることができない旨の条件である。

条件（イ）：ピニオン角θｐが所定値θｐｔｈＨの「－１」倍の値よりも小さい旨の条件と、ピニオン角指令値θｐ＊からピニオン角θｐを減算した値が所定値Δθｐｔｈｅｎの「－１」倍の値よりも小さい旨の条件との論理積が真である旨の条件である。この条件は、ラック軸２６の軸方向へのそれ以上の変位がラックハウジング２９によって制限されており、ピニオン角θｐの絶対値をそれ以上大きくすることができない旨の条件である。

条件（ウ）：ピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の絶対値が所定値ΔθｐｔｈＨ以上である旨の条件である。所定値ΔθｐｔｈＨは、角度フィードバック処理Ｍ５０による角度制御が正常になされている場合にピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の絶対値として生じることが想定される値の最大値よりも大きい値に設定されている。

ＣＰＵ４２は、論理和が真であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となっていると判定して、フェールフラグＦに「１」を代入する（Ｓ１４）。そしてＣＰＵ４２は、ゲインＫａｃｔ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Ｋａｃｔに代入する（Ｓ１６）。この処理は、ゲインＫａｃｔを「０」から「１」へと漸増させる処理である。なお、ゲインＫａｃｔの初期値は、「０」である。

一方、ＣＰＵ４２は、フェールフラグＦが「１」であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、以下の条件（エ）および条件（オ）の論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１８）。

条件（エ）：ピニオン角θｐの絶対値が所定値θｐｔｈＬ以下である旨の条件である。所定値θｐｔｈＬは、所定値θｐｔｈＨよりも小さい値である。
条件（オ）：ピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の絶対値が所定値ΔθｐｔｈＬ以下である旨の条件である。所定値ΔθｐｔｈＬは、所定値ΔθｐｔｈＨよりも小さい値であり、角度フィードバック処理Ｍ５０による角度制御が正常になされている場合にピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の絶対値として生じることが想定される値に設定されている。

ＣＰＵ４２は、論理積が偽であると判定する場合（Ｓ１８：ＮＯ）、Ｓ１６の処理に移行する。これに対し、ＣＰＵ４２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となっている状況から復帰したとして、フェールフラグＦに「０」を代入する（Ｓ２０）。ＣＰＵ４２は、Ｓ２０の処理が完了する場合やＳ１２の処理において否定判定する場合には、ゲインＫａｃｔを「１」よりも小さい所定量Δｍだけ減少させた値と「０」とのうちの小さい方をゲインＫａｃｔに代入する（Ｓ２２）。この処理は、ゲインＫａｃｔを「１」から「０」へと漸減させる処理である。

ＣＰＵ４２は、Ｓ１６，Ｓ２２の処理が完了する場合、角度側操作量Ｔｔ０＊にゲインＫａｃｔを乗算した値を減少補正量ΔＴｔ＊に代入する（Ｓ２４）。
なお、ＣＰＵ４２は、Ｓ２４の処理を完了する場合、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。
ＣＰＵ４２は、操舵トルクＴｈを目標トルクＴｈ＊にフィードバック制御するための操作量である操舵側操作量Ｔｓ＊と操舵トルクＴｈとの和である軸力Ｔａｆに応じてピニオン角指令値θｐ＊を算出する。そして、角度フィードバック処理Ｍ５０によって、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側操作量Ｔｔ０＊を算出する。そして、ＣＰＵ４２は、操舵側操作量Ｔｓ＊と角度側操作量Ｔｔ０＊との和に応じて電動機３２を操作する。ここで、角度側操作量Ｔｔ０＊は、操舵トルクＴｈや操舵側操作量Ｔｓ＊等を含む外乱トルクＴｌｄを差し引いて算出されるものである。そのため、角度側操作量Ｔｔ０＊は、操舵側操作量Ｔｓ＊との協働でピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊に制御するうえで適切な値となっている。

ここで、ＣＰＵ４２は、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となると判定する場合、上記ゲインＫａｃｔを「１」とすることによって、減少補正量ΔＴｔ＊を、角度側操作量Ｔｔ０＊とする。これにより、加算処理Ｍ７４の入力となる角度側操作量Ｔｔ＊をゼロとすることができることから、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となる場合に、角度フィードバック処理Ｍ５０による電動機３２のトルク制御を無効とすることができる。そしてこれにより、操舵トルクＴｈを目標トルクＴｈ＊にフィードバック制御するための操作量である操舵側操作量Ｔｓ＊のみに応じて電動機３２のトルクが制御されることとなる。

またＣＰＵ４２は、ゲインＫａｃｔを漸増させることにより、角度側操作量Ｔｔ＊を漸減させた。これにより、電動機３２のトルクが急激に変化することを抑制できる。
さらにＣＰＵ４２は、角度側操作量Ｔｔ０＊に対する角度側操作量Ｔｔ＊の不足分である減少補正量ΔＴｔ＊を軸力Ｔａｆ０から減算し、軸力Ｔａｆとして角度指令値算出処理Ｍ３０の入力とした。ここで、角度フィードバック処理Ｍ５０によって算出された角度側操作量Ｔｔ０＊は、ピニオン角θｐをピニオン角指令値θｐ＊に制御するうえで適切な値である。そのため、角度フィードバック処理Ｍ５０によって算出された角度側操作量Ｔｔ０＊と加算処理Ｍ７４の入力となる角度側操作量Ｔｔ＊との差の絶対値がゼロよりも大きい場合、ピニオン角θｐがピニオン角指令値θｐ＊から大きく乖離するおそれがある。そしてその場合、角度側操作量Ｔｔ０＊が大きい値となることから、角度フィードバック処理Ｍ５０に基づく電動機３２の制御性が所定以下となる状態から復帰したとして、ゲインＫａｃｔを「０」とする場合、電動機３２のトルクが過度に大きくなるおそれがある。これに対し、本実施形態では、角度側操作量Ｔｔ＊の絶対値を角度側操作量Ｔｔ０＊の絶対値に対して減少させる場合、減少補正量ΔＴｔ＊だけ、角度指令値算出処理Ｍ３０の入力となる軸力Ｔａｆを減少補正した。これにより、角度指令値算出処理Ｍ３０は、ピニオン角指令値θｐ＊をピニオン角θｐに近似した値に算出するようになる。そしてこれにより、角度側操作量Ｔｔ０＊の絶対値が過度に大きくなることを抑制できる。

＜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。［１～３，６］トルク制御処理は、ベース目標トルク算出処理Ｍ１０、加算処理Ｍ１２、ヒステリシス処理Ｍ１４、トルクフィードバック処理Ｍ１６に対応する。換算可能角度は、ピニオン角θｐに対応し、操作処理は、加算処理Ｍ７４、換算処理Ｍ７６および操作信号生成処理Ｍ７８に対応する。判定処理は、Ｓ１２の処理に対応する。切替処理は、Ｓ１６，Ｓ２４の処理および減算処理Ｍ７２に対応する。駆動回路は、インバータ３３に対応する。［４］漸減処理は、Ｓ１６の処理において、「１」よりも小さい所定量ΔｐだけゲインＫａｃｔを増加させていることに対応する。すなわち、これにより、減少補正量ΔＴｔ＊が角度側操作量Ｔｔ０＊へと漸増することから、角度側操作量Ｔｔ＊が漸減する。［５］減算処理は、減算処理Ｍ２０に対応する。［７］目標トルク算出処理は、ベース目標トルク算出処理Ｍ１０、ヒステリシス処理Ｍ１４および加算処理Ｍ１２に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「判定処理について」
上記実施形態では、条件（ア）～条件（ウ）のいずれが成立することによってフェールフラグＦが「１」となった場合であっても、条件（エ）および条件（カ）の論理積が真となることにより、フェールフラグＦを「０」としたが、これに限らない。たとえば、条件（ア）または条件（イ）が成立することによりフェールフラグＦが「１」となった場合、条件（エ）が成立することによりフェールフラグＦを「０」とすることとし、条件（ウ）が成立することによってフェールフラグＦが「１」となった場合、条件（オ）が成立することによりフェールフラグＦを「０」とすることとしてもよい。

さらに、たとえば上記条件（ア）または（イ）が成立することによってフェールフラグＦを「１」にする場合、上記（エ）の条件と、次の所定の条件との論理積が真となる場合に、フェールフラグＦを「０」としてもよい。すなわち、操舵トルクＴｈの絶対値が所定値以下である旨の条件、ピニオン角θｐとピニオン角指令値θｐ＊との差の絶対値が所定値以下である旨の条件、およびピニオン角θｐの微分値とピニオン角指令値θｐ＊の微分値との差の絶対値が所定値以下である旨の条件の３つの条件のうちの少なくとも１つの条件である。

また、たとえば上記（ウ）が成立することによってフェールフラグＦを「１」にする場合、上記（オ）の条件と、ピニオン角θｐの微分値とピニオン角指令値θｐ＊の微分値との差の絶対値が所定値以下である旨の条件との論理積が真となる場合に、フェールフラグＦを「０」としてもよい。

・「減算処理について」
上記実施形態では、角度フィードバック処理Ｍ５０によって算出される角度側操作量Ｔｔ０＊に対する加算処理Ｍ７４の入力となる角度側操作量Ｔｔ＊の不足分である減少補正量ΔＴｔ＊を、減算処理Ｍ２０にて軸力Ｔａｆ０から減算したが、これに限らない。下記「操舵側操作量について」の欄や「角度側操作量について」の欄に記載したように、操舵側操作量Ｔｓ＊や、軸力Ｔａｆ０、角度側操作量Ｔｔ０＊が全てステアリングシャフト２４に加わるトルクに換算されている必要がないことから、軸力Ｔａｆ０と角度側操作量Ｔｔ０＊とが同一の物体に加わるトルクに換算されていなくてもよい。そしてその場合、減少補正量ΔＴｔ＊を軸力Ｔａｆ０と同一の物体に加わるトルクに換算したものを軸力Ｔａｆ０から減算する。

ゲインＫａｃｔが「０」よりも大きい値とされるときに減算処理Ｍ２０にて減少補正量ΔＴｔ＊を、軸力Ｔａｆから減算した値を角度指令値算出処理Ｍ３０の入力とすることは必須ではない。たとえば、ゲインＫａｃｔが「１」となった時点で、角度指令値算出処理Ｍ３０の出力を保持する積分要素の出力値をピニオン角θｐに固定し、それ以外の積分要素の値をリセットしてもよい。その場合であっても、ゲインＫａｃｔがゼロよりも大きい値に増加する際、角度指令値算出処理Ｍ３０が出力するピニオン角指令値θｐ＊がピニオン角θｐから大きく乖離していることがないため、角度側操作量Ｔｔ０＊が過度に大きい値となることを抑制できる。

・「漸減処理について」
角度側操作量Ｔｔ＊を漸減させる処理としては、Ｓ１６の処理に限らない。たとえば、大きさ「１」のステップ応答に対する１次遅れ処理や２次遅れ処理の出力値をゲインＫａｃｔに逐次代入する処理としてもよい。

もっとも、漸減処理自体必須ではなく、たとえば角度側操作量Ｔｔ＊を「０」にステップ的に減少させてもよい。
・「切替処理について」
上記実施形態では、角度フィードバック制御による制御性が所定以下となっていない場合には、操舵側操作量Ｔｓ＊と角度側操作量Ｔｔ＊との和によってトルク指令値Ｔｍ＊を定めたが、これに限らない。たとえば、角度フィードバック制御による制御性が所定以下となっていない場合には、操舵側操作量Ｔｓ＊によらずに、角度側操作量Ｔｔ＊のみによってトルク指令値Ｔｍ＊を定めてもよい。その場合、角度フィードバック制御による制御性が所定以下となることによって、操舵側操作量Ｔｓ＊に基づいてトルク指令値Ｔｍ＊を定める。

・「角度指令値算出処理について」
上記実施形態では、軸力Ｔａｆを入力として、ピニオン角指令値θｐ＊を算出したが、これに限らず、たとえば、操舵側操作量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）に基づきピニオン角指令値θｐ＊を算出したが、ピニオン角指令値θｐ＊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。

・「外乱オブザーバについて」
たとえば、上記実施形態における２自由度操作量算出処理Ｍ６２において操舵側操作量Ｔｓ＊を減算し、外乱オブザーバＭ５２の入力を角度側操作量Ｔｔ＊から「Ｔｔ＊＋Ｔｓ＊」に変更してもよい。その場合、外乱トルクＴｌｄは、ピニオン角θｐに影響するトルクのうちの電動機３２のトルク以外のトルクとなる。

またたとえば、上記実施形態における２自由度操作量算出処理Ｍ６２において操舵側操作量Ｔｓ＊および操舵トルクＴｈを減算し、外乱オブザーバＭ５２の入力を角度側操作量Ｔｔ＊から「Ｔｔ＊＋Ｔｓ＊＋Ｔｈ」に変更してもよい。その場合、外乱トルクＴｌｄは、ピニオン角θｐに影響するトルクのうちの電動機３２のトルクと操舵トルクＴｈとの和以外のトルクとなる。

外乱トルクＴｌｄ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、ピニオン角θｐの２階時間微分値または推定値θｐｅの２階時間微分値に慣性係数Ｊを乗算した値から角度側操作量Ｔｔ＊、操舵側操作量Ｔｓ＊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。

・「角度フィードバック処理について」
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、たとえばピニオン角指令値θｐ＊とピニオン角θｐとの差の２階時間微分値に基づき算出したりしてもよい。

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。

・「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。

・「操舵側操作量について」
上記実施形態では、操舵側操作量Ｔｓ＊を、ステアリングシャフト２４のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機３２のトルクとしてもよい。

・「角度側操作量について」
上記実施形態では、角度側操作量Ｔｔ＊をステアリングシャフト２４のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機３２のトルクとしてもよい。

・「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Ｔａｆ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Ｔａｆ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。
・「ベース目標トルクについて」
軸力Ｔａｆに基づきベース目標トルクＴｈｂ＊を求めることは必須ではない。たとえば、操舵トルクＴｈに基づき、操舵をアシストするためのアシストトルクを算出し、アシストトルクと操舵トルクとの和に基づきベース目標トルクＴｈｂ＊を算出してもよい。

・「トルク制御処理について」
トルク制御処理としては、操舵トルクＴｈを目標トルクＴｈ＊にフィードバック制御するための操作量として、操舵側操作量Ｔｓ＊を算出することは必須ではない。たとえば、操舵トルクＴｈに基づき操舵をアシストするためのアシストトルクを操舵側操作量Ｔｓ＊として算出する処理のみとしてもよい。この場合であっても、操舵側操作量Ｔｓ＊によってユーザが意図する操舵に必要な操舵トルクＴｈが異なることから、操舵側操作量Ｔｓ＊は、操舵トルクを制御するための操作量である。なお、この場合であっても、操舵トルクＴｈと操舵側操作量Ｔｓ＊との和を軸力Ｔａｆ０として、ピニオン角指令値θｐ＊の算出に利用すればよい。

・「転舵制御装置について」
転舵制御装置としては、ＣＰＵ４２とＲＯＭ４４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２４ｃとは別に、電動機３２の動力をラック軸２６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、ステアリングシャフト２４に電動機３２の出力軸３２ａが機械的に連結された構成であってもよい。その場合、転舵アクチュエータは、ステアリングシャフト２４やラックアンドピニオン機構２７を操舵機構と共有する。

１０…電動パワーステアリング装置、１２…転舵輪、２０…操舵機構、２２…ステアリングホイール、２４…ステアリングシャフト、２４…コラムシャフト、２４ｂ…インターミディエイトシャフト、２４ｃ…ピニオンシャフト、２６…ラック軸、２７…ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、２９…ラックハウジング、３０…転舵アクチュエータ、３２…電動機、３２ａ…出力軸、３３…インバータ、３４…ボールねじ機構、３６…ベルト式減速機構、４０…転舵制御装置、４２…ＣＰＵ、４４…ＲＯＭ、４６…周辺回路、４８…通信線、５０…トルクセンサ、５２…車速センサ、５４…回転角度センサ。

Claims (6)

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に基づき、該操舵トルクを制御するため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側操作量を算出するトルク制御処理と、
   前記操舵側操作量に基づき、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ため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角度側操作量を算出する角度フィードバック処理と、
   前記電動機のトルクをトルク指令値に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、
   前記角度フィードバック処理に基づく前記電動機の制御性が所定以下となるか否かを判定する判定処理と、
   前記トルク指令値を、前記所定以下となると判定される場合に、前記角度側操作量に基づく値から前記角度側操作量に基づくことなく前記操舵側操作量に基づく値へと切り替える切替処理と、を実行し、
   前記切替処理は、前記角度側操作量に基づく値から前記角度側操作量に基づくことなく前記操舵側操作量に基づく値への移行に伴って前記角度フィードバック処理によって算出された前記角度側操作量に対する前記操作処理の入力となる前記角度側操作量の不足分に応じた量を、前記角度指令値算出処理の入力から差し引く減算処理を含む転舵制御装置。
2. 前記転舵アクチュエータは、ラック軸の軸方向の変位によって前記転舵輪を転舵させるものであって且つラックハウジングによって前記転舵角の取りうる値が制限されるものであり、
   前記判定処理は、前記転舵角に基づき前記ラック軸が前記ラックハウジングによってそれ以上の軸方向の変位が制限される状態である場合に、前記所定以下と判定する処理を含む請求項１記載の転舵制御装置。
3. 前記判定処理は、前記換算可能角度と前記角度指令値との差の絶対値が所定値よりも大きい場合に、前記所定以下と判定する処理を含む請求項１または２記載の転舵制御装置。
4. 前記切替処理は、前記角度側操作量に基づく値から前記角度側操作量に基づくことなく前記操舵側操作量に基づく値への移行に伴って、前記操作処理の入力となる前記角度側操作量の絶対値をゼロへと漸減させる漸減処理を含む請求項１～３のいずれか１項に記載の転舵制御装置。
5. 前記トルク制御処理は、運転者が入力する操舵トルクを目標トルクにフィードバック制御するための操作量としての前記操舵側操作量を算出するトルクフィードバック処理である請求項１～４のいずれか１項に記載の転舵制御装置。
6. 前記操舵側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、前記目標トルクを算出する目標トルク算出処理を実行する請求項５記載の転舵制御装置。

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