JP7314636B2 - 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、操舵トルクを目標操舵トルクにフィードバック制御するための操作量に基づき、転舵輪を転舵させる制御装置が記載されている。詳しくは、この操作量は、比例要素、積分要素および微分要素の各出力値の和に応じて算出される。

特開２００４－２０３０８９号公報

ところで、フィードバック制御のゲインを固定値とした場合には、外乱を抑制したり、安定性を確保したり、操舵フィーリングを最適化したりするなど、様々な要求要素に応じることが困難である。

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の目標値である目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出処理と、前記操舵トルクを前記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、前記操舵操作量に基づき前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、を実行し、前記目標操舵トルク算出処理は、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処理であり、前記操舵操作量算出処理は、前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差に基づく比例項に、前記操舵トルクの時間変化に比例した微分項を加算する処理に基づき前記操舵操作量を算出する処理と、前記微分項における前記時間変化の比例係数である微分ゲインを、前記和の大きさの増加量に対する前記目標操舵トルクの大きさの増加量が第１の値であるときと第２の値であるときとで互いに異なる値に設定する微分ゲイン可変処理と、を含む転舵制御装置である。

発明者は、操舵操作量と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の大きさの増加量に対する目標操舵トルクの大きさの増加量が異なる場合、操舵トルクのフィードバック制御の制御性を高く維持するうえで適切な微分ゲインの大きさが異なることを見出した。そのため、上記構成では、上記増加量が第１の場合と第２の場合とで微分ゲインを可変設定することにより、第１の場合と第２の場合とで微分ゲインの値をそれぞれ適切な値に設定することが可能となる。

２．前記微分ゲイン可変処理は、前記和の大きさと前記目標操舵トルクとで関係づけられる領域のうち、第１の領域において前記目標操舵トルクの大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも前記微分ゲインを大きい値とする処理を実行し、前記第１の領域よりも前記和の大きさが大きい第２の領域において前記目標操舵トルクの大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも前記微分ゲインを小さい値とする処理を実行する上記１記載の転舵制御装置である。

上記構成では、第１の領域において、目標操舵トルクの大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも微分ゲインの値を大きい値とすることにより、外乱を抑制することができる。また、第２の領域において、目標操舵トルクの大きさの増加量の大きさが大きい場合に小さい場合よりも微分ゲインの値を小さい値とすることにより、安定性を確保できる。

３．前記微分ゲイン可変処理は、前記同一の物体に働く力に換算した量同士の和を入力として前記微分ゲインを可変設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、目標操舵トルク算出処理の入力となる上記和を微分ゲインを可変設定する際の入力とすることにより、操舵操作量と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の大きさの増加量に対する目標操舵トルクの大きさの増加量に応じて、適切な微分ゲインを設定することができる。

４．前記目標操舵トルク算出処理は、前記同一の物体に働く力に換算した量同士の和に加えて、車速に基づき、前記目標操舵トルクを算出する処理であり、前記微分ゲイン可変処理は、前記車速を入力として前記微分ゲインを可変設定する処理を含む上記１記載の転舵制御装置である。

目標操舵トルクが車速に応じて算出される場合、同一の物体に働く力に換算した量同士の和が同一であっても、上記目標操舵トルクの大きさの増加量が車速に応じて変化する。そこで上記構成では、車速に基づき微分ゲインを可変設定することにより、操舵操作量と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の大きさの増加量に対する目標操舵トルクの大きさの増加量に応じて、微分ゲインをより適切に設定することができる。

５．前記比例項における前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差の比例係数である比例ゲインを、車速に応じて可変設定する比例ゲイン可変処理を実行する上記１～４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、目標操舵トルクの大きさの増加量が車速に応じて変化することに鑑み、目標操舵トルクの大きさの増加量に応じて比例ゲインを可変設定することができ、ひいては安定性と応答性との好適な折衷を図ることができる。

６．前記比例項における前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差の比例係数である比例ゲインを、前記操舵トルクに応じて可変設定する比例ゲイン可変処理を実行する上記１～４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、操舵トルクに応じて比例ゲインを設定することにより、比例ゲインを固定する場合と比較して、様々な要求要素に対処しやすい。
７．前記操作処理は、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、前記角度操作量に基づき前記駆動回路を操作する操作信号を生成する操作信号生成処理と、を含む上記１～６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、角度操作量に基づき駆動回路が操作されることから、車両が走行する路面の状態に関わらず転舵角がその目標値に制御されることとなる。そのため、路面からの逆入力を抑制することができる。また、上記構成では、操舵操作量に基づき角度指令値をいかに算出するかに応じて、操舵感を調整することができる。

８．前記操作信号生成処理は、前記操舵操作量を入力とすることなく前記角度操作量に基づき前記操作信号を生成する処理である上記７記載の転舵制御装置である。

第１の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操舵操作量算出処理を示すブロック図。 同実施形態にかかる微分ゲインの設定を例示する図。 第２の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。

＜第１の実施形態＞
以下、転舵制御装置にかかる第１の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、ラック軸２６とともに、ラックアンドピニオン機構２７を構成している。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、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。

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Ｔａｆ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Ｔａｆは、ラック軸２６に加わる軸方向の力である。軸力Ｔａｆ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Ｔａｆ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Ｔａｆの大きさ（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＊の大きさ（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Ｔａｆまたは軸力Ｔａｆ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操舵トルクＴｈ＊の大きさ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。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３２に対する要求トルクＴｄ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、操舵操作量Ｔｓ＊に操舵トルクＴｈを加算することによって、軸力Ｔａｆ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Ｔａｆ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。

規範モデル演算処理Ｍ２０は、軸力Ｔａｆ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、規範モデル演算処理Ｍ２０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、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、入力に対する転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。すなわち、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。

積算処理Ｍ３０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Ｍ３２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。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Ｍ４０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３２に対する要求トルクＴｄ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。

角度操作量算出処理Ｍ４０は、角度操作量Ｔｔ＊と操舵トルクＴｈ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Ｍ４２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２４に加わるトルクに換算している。

外乱オブザーバＭ４２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り、慣性係数Ｊと比較して、実際の電動パワーステアリング装置１０の慣性を高精度に表現した値となっている。

微分演算処理Ｍ４４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Ｍ４６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Ｍ４８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Ｍ５０は、２階微分処理Ｍ４８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Ｍ５２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。

操舵トルク補償処理Ｍ５４は、角度操作量Ｔｔ０＊から操舵トルクＴｈを減算して角度操作量算出処理Ｍ４０の出力となる角度操作量Ｔｔ＊を算出する処理である。
加算処理Ｍ６０は、操舵操作量Ｔｓ＊と角度操作量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Ｍ６２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Ｍ６４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３３の各レッグの各アームの操作信号となる。

図３に、操舵操作量算出処理Ｍ１６の詳細を示す。
図３に示すように、偏差算出処理Ｍ７０は、操舵トルクＴｈから目標操舵トルクＴｈ＊を減算する処理である。比例ゲイン設定処理Ｍ７２は、車速Ｖと操舵トルクＴｈとに基づき、比例ゲインＫｐを設定する処理である。この処理は、車速Ｖおよび操舵トルクＴｈを入力変数とし比例ゲインＫｐ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により比例ゲインＫｐをマップ演算する処理である。比例項算出処理Ｍ７４は、偏差算出処理Ｍ７０の出力値に比例ゲインＫｐを乗算することによって、比例項Ｔｆｂｐを算出する処理である。なお、比例ゲインＫｐは、正の値であり、操舵トルクＴｈおよび目標操舵トルクＴｈ＊がともに正の場合、操舵トルクＴｈが目標操舵トルクＴｈ＊よりも大きいほど、比例項Ｔｆｂｐが正で大きい値を有する。

微分処理Ｍ７６は、操舵トルクＴｈの１階時間微分値を算出する処理である。第１微分ゲイン設定処理Ｍ７８は、車速Ｖに基づき第１微分ゲインＫｄ１を設定する処理である。詳しくは、車速Ｖを入力変数とし第１微分ゲインＫｄ１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により第１微分ゲインＫｄ１をマップ演算する。第１微分項算出処理Ｍ８０は、微分処理Ｍ７６の出力値に第１微分ゲインＫｄ１を乗算することによって、第１微分項Ｔｆｂｄ１を算出する処理である。

第２微分ゲイン設定処理Ｍ８２は、軸力Ｔａｆと車速Ｖとに基づき、第２微分ゲインＫｄ２を設定する処理である。詳しくは、軸力Ｔａｆおよび車速Ｖを入力変数とし第２微分ゲインＫｄ２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により第２微分ゲインＫｄ２をマップ演算する。第２微分項算出処理Ｍ８４は、微分処理Ｍ７６の出力値に第２微分ゲインＫｄ２を乗算することによって、第２微分項Ｔｆｂｄ２を算出する処理である。

微分項算出処理Ｍ８６は、第１微分項Ｔｆｂｄ１および第２微分項Ｔｆｂｄ２を加算することによって、微分項Ｔｆｂｄを算出する処理である。
加算処理Ｍ８８は、比例項Ｔｆｂｐと微分項Ｔｆｂｄとを加算した値を操舵操作量Ｔｓ＊として出力する処理である。

図４に、第２微分ゲイン設定処理Ｍ８２による第２微分ゲインＫｄ２の設定手法を示す。図４には、車速Ｖが一定である場合における軸力Ｔａｆと第２微分ゲインＫｄ２との関係を示しており、車速Ｖが異なれば、軸力Ｔａｆに応じた第２微分ゲインＫｄ２の値自体は異なりうるものの、軸力Ｔａｆの変化に対する第２微分ゲインＫｄ２の変化の傾向は同様である。

図４に示すように、軸力Ｔａｆの大きさが小さい第１領域Ａ１においては、軸力Ｔａｆが小さい場合（たとえばＴａｆ１）に大きい場合（たとえばＴａｆ２）よりも、第２微分ゲインＫｄ２が大きい値に設定される。ここで、本実施形態では、第１領域Ａ１において、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量が、軸力Ｔａｆが大きいほど小さくなっている。そのため、第１領域Ａ１においては、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも、第２微分ゲインＫｄ２が大きい値に設定されている。これは、ブレーキ振動等の外乱を抑制するための設定である。

これに対し、軸力Ｔａｆの大きさが大きい第２領域Ａ２においては、軸力Ｔａｆが大きい場合（たとえばＴａｆ４）に小さい場合（たとえばＴａｆ３）よりも、第２微分ゲインＫｄ２が大きい値に設定される。なお、「Ｔａｆ３＞Ｔａｆ２」である。ここで、本実施形態では、第２領域Ａ２において、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量が、軸力Ｔａｆが大きいほど小さくなっている。そのため、第２領域Ａ２においては、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも、第２微分ゲインＫｄ２が小さい値に設定されている。これは、システムの安定性を確保するための設定である。

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、軸力Ｔａｆに基づき、第２微分ゲインＫｄ２の大きさを可変設定する。これにより、外乱を抑制する要求要素やシステムを安定化させる要求要素を満たすように第２微分ゲインＫｄ２を設定することができる。

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効果が得られる。
（１）軸力Ｔａｆを入力として第２微分ゲインＫｄ２を可変設定することにより、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量に応じて第２微分ゲインＫｄ２を可変設定することができる。

（２）車速Ｖに基づき、目標操舵トルクＴｈ＊を算出し、車速Ｖに基づき第２微分ゲインＫｄ２を可変設定した。これにより、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量が車速Ｖに応じて変化することに鑑み、第２微分ゲインＫｄ２を適切に設定することができる。

（３）車速Ｖに応じて第１微分ゲインＫｄ１を可変設定することにより、第１微分項Ｔｆｂｄ１によって、操舵感を適切に調整することができる。
（４）比例ゲインＫｐを、車速Ｖに応じて可変設定した。これにより、目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量が車速Ｖに応じて変化することに鑑み、目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量に応じて比例ゲインＫｐを可変設定することができ、ひいては安定性と応答性との好適な折衷を図ることができる。

（５）比例ゲインＫｐを、操舵トルクＴｈに応じて可変設定した。これにより、操舵感を適切に調整することができる。
（６）規範モデル演算処理Ｍ２０によって、規範モデルを表現する上記の式（ｃ１）に基づいて、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。

（７）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トルクは、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との和は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。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置１０の構成を示す。なお、図５に示す部材のうち図１に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。

本実施形態では、ステアリングホイール２２との間の動力の伝達を遮断可能なクラッチ６０が設けられている。すなわち、クラッチ６０の一方には、ピニオンシャフト２４ｃが連結されており、クラッチ６０の他方には、ステアリングホイール２２と連結されている入力軸２４ｄが連結されている。本実施形態では、入力軸２４ｄおよびピニオンシャフト２４ｃを、ステアリングシャフト２４と称する。

入力軸２４ｄには、減速機７０を介して電動機７２の動力が付与される。電動機７２の各端子には、インバータ７４の電圧が印加される。なお、入力軸２４ｄ、減速機７０、電動機７２およびインバータ７４によって、抗力アクチュエータ８０が構成されている。なお、本実施形態では、転舵制御装置４０は、舵角センサ８２によって検出されるステアリングホイール２２の回転角度（操舵角θｈ）を参照する。

図６に、本実施形態にかかる転舵制御装置４０が実行する処理の一部を示す。図６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。なお、図６において、図２に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

図６に示すように、本実施形態では、規範モデル演算処理Ｍ２０において、ピニオン角指令値θｐ＊に代えて、操舵角の指令値（操舵角指令値θｈ＊）が算出される。一方、舵角比可変処理Ｍ９０は、操舵角指令値θｈ＊に対する転舵角の目標値（ピニオン角指令値θｐ＊）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が低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Ｍ９２は、操舵角指令値θｈ＊に調整量Δａを加算することによって、ピニオン角指令値θｐ＊を設定する。

抗力算出処理Ｍ９４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７２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Ｍ９６は、電動機７２のトルクをトルク指令値Ｔｒ＊に制御すべく、インバータ７４に操作信号ＭＳｓを出力してインバータ７４を操作する処理である。

なお、本実施形態では、操舵トルク補償処理Ｍ５４を備えず、角度操作量算出処理Ｍ４０の出力が角度操作量Ｔｔ０＊となっている。また、本実施形態では、角度操作量算出処理Ｍ４０が出力する角度操作量Ｔｔ０＊が要求トルクＴｄとなっている。すなわち、本実施形態では、角度操作量Ｔｔ０＊のみからトルク指令値Ｔｍ＊が算出される。

＜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］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。操作処理は、図２における規範モデル演算処理Ｍ２０、角度操作量算出処理Ｍ４０、加算処理Ｍ６０、換算処理Ｍ６２および操作信号生成処理Ｍ６４や、図６における規範モデル演算処理Ｍ２０、舵角比可変処理Ｍ９０、加算処理Ｍ９２、角度操作量算出処理Ｍ４０、換算処理Ｍ６２および操作信号生成処理Ｍ６４に対応する。駆動回路は、インバータ３３に対応する。微分ゲインは、第２微分ゲインＫｄ２に対応する。第１の値および第２の値は、軸力Ｔａｆが、Ｔａｆ１，Ｔａｆ２，Ｔａｆ３，Ｔａｆ４の４つのうちのいずれか２つのそれぞれにおける値に対応する。［２］図４の処理に対応する。［３～６］図３の処理に対応する。［７］角度指令値算出処理は、図２の規範モデル演算処理Ｍ２０や、図６の規範モデル演算処理Ｍ２０、舵角比可変処理Ｍ９０および加算処理Ｍ９２に対応する。換算可能角度は、ピニオン角θｐに対応する。［８］図６の処理に対応する。

＜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。

・「微分ゲイン可変処理について」
上記実施形態では、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とで、軸力Ｔａｆの大きさに対する第２微分ゲインＫｄ２の大きさの関係を逆転させたが、これに限らない。たとえば、いずれの領域においても軸力Ｔａｆが大きい場合に小さい場合よりも第２微分ゲインＫｄ２を大きい値に設定して、システムの安定性を確保してもよい。

上記実施形態では、車速Ｖと軸力Ｔａｆとに応じて第２微分ゲインＫｄ２を可変設定したが、これに限らない。たとえば、車速Ｖと目標操舵トルクＴｈ＊とに応じて第２微分ゲインＫｄ２を可変設定してもよい。これによっても、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量に応じて第２微分ゲインＫｄ２を可変設定することができる。さらに、操舵トルクＴｈが目標操舵トルクＴｈ＊に近似すると考えられることから操舵トルクＴｈおよび車速Ｖに基づき第２微分ゲインＫｄ２を可変設定してもよい。

なお、車速Ｖに応じて第２微分ゲインＫｄ２を可変設定することなく、軸力Ｔａｆ、目標操舵トルクＴｈ＊、および操舵トルクＴｈのいずれか１つのみに基づき第２微分ゲインＫｄ２を可変設定してもよい。

・「比例ゲイン可変処理について」
上記実施形態では、操舵トルクＴｈおよび車速Ｖに基づき比例ゲインＫｐを可変設定したが、これに限らない。たとえば操舵トルクＴｈおよび車速Ｖの２つに関しては、それらのうちの１つのみに基づき可変設定してもよい。

また、操舵トルクＴｈに代えて、軸力Ｔａｆや目標操舵トルクＴｈ＊に応じて比例ゲインＫｐを可変設定してもよい。なお、操舵トルクＴｈや、軸力Ｔａｆ、目標操舵トルクＴｈ＊によって、軸力Ｔａｆの大きさの増加に対する目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量を把握できるため、第２微分ゲインＫｄ２と同様、それら３つのパラメータのうちのいずれか１つや車速Ｖに基づき、目標操舵トルクＴｈ＊の大きさの増加量に応じて比例ゲインＫｐを可変設定してもよい。これにより、安定性と応答性との折衷を図ることができる。

・「操舵操作量算出処理について」
上記実施形態では、第２微分ゲインＫｄ２を、操舵トルクＴｈの１階時間微分値の比例係数としたが、これに限らず、たとえば、操舵トルクＴｈから目標操舵トルクＴｈ＊を減算した値の１階時間微分値の比例係数としてもよい。この場合であっても、第２微分ゲインＫｄ２は、操舵トルクＴｈの１階時間微分値の比例係数とみなせる。また、たとえば第２微分ゲインＫｄ２を、操舵トルクＴｈの１階時間微分値の比例係数としつつ、目標操舵トルクＴｈ＊の１階時間微分値の比例係数としての第３微分ゲインＫｄ３を設け、第３微分項をさらに加えて操舵操作量Ｔｓ＊を算出してもよい。なお、この場合、第３微分ゲインＫｄ３は、第２微分ゲインＫｄ２と同様のパラメータに応じて可変設定すればよい。

第１微分項Ｔｆｂｄ１を設けることは必須ではない。
なお、操舵操作量Ｔｓ＊を、上記実施形態等で例示したフィードバック制御のための操作量のみから算出することは必須ではなく、たとえば、開ループ制御の操作量と上記実施形態等で例示したフィードバック制御のための操作量との和としてもよい。

・「換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄについて」
図２では、角度操作量Ｔｔ＊および操舵操作量Ｔｓ＊の和を換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄとしたが、これに限らない。たとえば、角度操作量Ｔｔ＊を換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄとしてもよい。もっとも、換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄとしては、角度操作量Ｔｔ＊に応じた量に限らない。たとえば、図２の処理における規範モデル演算処理Ｍ２０、角度操作量算出処理Ｍ４０等を削除し、操舵操作量Ｔｓ＊を換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄとしてもよい。

図６の処理では、角度操作量Ｔｔ＊を換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄ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＊との和を換算処理Ｍ６２の入力となる要求トルクＴｄ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、軸力Ｔａｆを入力として、ピニオン角指令値θｐ＊や操舵角指令値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）等に基づきピニオン角指令値θｐ＊や操舵角指令値θｈ＊を算出したが、ピニオン角指令値θｐ＊や操舵角指令値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。

さらに、たとえば図６の処理において、舵角比可変処理Ｍ９０および加算処理Ｍ９２を削除し、規範モデル演算処理Ｍ２０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１２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１２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。たとえば図２の処理において、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＊、操舵操作量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１２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１２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Ｍ２０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Ｍ４６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Ｍ４６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。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Ｔａｆ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Ｔａｆ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。ただし、たとえば操舵操作量Ｔｓ＊がステアリングシャフト２４のトルクに換算されている場合、要求トルクＴｄ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。

・「目標操舵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。
・「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。

・「そのほか」
たとえば図６において、クラッチ６０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入力軸２４ｄをピニオンシャフト２４ｃに機械的に連結してもよい。その場合であっても、ステアバイワイヤの場合において例示した処理と同様の処理を実現できる。

１０…電動パワーステアリング装置、１２…転舵輪、１６…ラックハウジング、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、２４ａ…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、２４ｄ…入力軸、２６…ラック軸、２７…ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、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、６０…クラッチ、７０…減速機、７２…電動機、７４…インバータ、８０…抗力アクチュエータ、８２…舵角センサ。

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の目標値である目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出処理と、
   前記操舵トルクを前記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、
   前記操舵操作量に基づき前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、を実行し、
   前記目標操舵トルク算出処理は、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処理であり、
   前記操舵操作量算出処理は、前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差に基づく比例項に、前記操舵トルクの時間変化に比例した微分項を加算する処理に基づき前記操舵操作量を算出する処理と、前記微分項における前記時間変化の比例係数である微分ゲインを、前記和の大きさの増加量に対する前記目標操舵トルクの大きさの増加量が第１の値であるときと第２の値であるときとで互いに異なる値に設定する微分ゲイン可変処理と、を含み、
   前記微分ゲイン可変処理は、前記和の大きさと前記目標操舵トルクとで関係づけられる領域のうち、第１の領域において前記目標操舵トルクの大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも前記微分ゲインを大きい値とする処理を実行し、前記第１の領域よりも前記和の大きさが大きい第２の領域において前記目標操舵トルクの大きさの増加量が大きい場合に小さい場合よりも前記微分ゲインを小さい値とする処理を実行する転舵制御装置。
2. 前記微分ゲイン可変処理は、前記同一の物体に働く力に換算した量同士の和を入力として前記微分ゲインを可変設定する処理を含む請求項１記載の転舵制御装置。
3. 前記比例項における前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差の比例係数である比例ゲインを、車速に応じて可変設定する比例ゲイン可変処理を実行する請求項１または２記載の転舵制御装置。
4. 前記比例項における前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差の比例係数である比例ゲインを、前記操舵トルクに応じて可変設定する比例ゲイン可変処理を実行する請求項１または２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、
   前記角度操作量に基づき前記駆動回路を操作する操作信号を生成する操作信号生成処理と、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. 前記操作信号生成処理は、前記操舵操作量を入力とすることなく前記角度操作量に基づき前記操作信号を生成する処理である請求項５記載の転舵制御装置。