JP7373122B2 - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システム等の車両用操向システムの制御装置に関し、特に、操舵可能な限界となる操舵終端を有する操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置に関する。

車両用操向システムの１つとして、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構と転舵輪を転舵する転舵機構とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システムがある。ＳＢＷシステムでは、ハンドルの操作を電気信号によって転舵機構に伝えて転舵輪を転舵すると共に、運転者に適切な操舵感を与えるための操舵反力を操舵機構で生成する。操舵機構は反力用モータを備える反力アクチュエータにより操舵反力を生成し、転舵機構は転舵用モータを備える転舵アクチュエータにより転舵輪を転舵する。反力アクチュエータとハンドルはコラム軸を介して機械的に接続されており、反力アクチュエータが生成した反力（トルク）が、コラム軸とハンドルを介して運転者に伝達される。

ＳＢＷシステムにおいて、操舵機構に操舵可能な限界となる操舵終端を設け、ハンドルの操舵角に上限値を設定することがある。これは、ハンドルに種々の電気部品を設置し、車両に固定された制御器とそれらをケーブルで接続する場合のケーブルに起因する問題の回避等を目的としたものである。例えば、特許第６１６７６３４号公報（特許文献１）では、ステアリングシャフトの径方向に延びる溝形状の第１転動路を有する第１プレートと、ステアリングシャフトの周方向に螺旋状に形成された溝形状の第２転動路を有する第２プレートを重ね合わせ、両転動路に挟み込まれて転動可能なボールを有する回転制限機構を備えるステアバイワイヤが提案されている。第１プレートはステアリングシャフトと一体で回転し、第２プレートは回転しないようになっているので、ハンドルを回転し、第１プレートがステアリングシャフトと一体で回転すると、ボールは第２転動路に沿って移動する。そして、ボールが第２転動路の端面に接触すると、移動が制限されるので、ハンドルの回転も制限されることになる。

このように操舵機構に操舵終端を設けた場合、操舵終端まで操舵したときに衝突が生じ、衝突音が発生し、運転者が不快に感じることがある。

この問題への対策として、特許文献１のステアバイワイヤでは、物理的な方法を採用している。即ち、特許文献１の回転制限機構では、端面近くの溝の深さを他よりも小さくする等して、ボールの摩擦力を大きくし、運転者の操舵速度を低下させて、端面に衝突する速度を低下させている。

特許文献１のように物理的な方法で操舵終端での衝突の対策を行う場合、運転者に適切な操舵感を与えるための調整が容易ではなく、調整した後でも経年変化等により操舵感が変わる可能性がある。

操舵終端での衝突に対する他の対策方法として、操舵角が操舵終端である最大操舵角に達する前に、反力アクチュエータが生成する反力を上昇させる方法がある。この方法の場合、操舵感の調整が物理的な方法よりも容易である。例えば、特開２０１７－２４６２４号公報（特許文献２）では、転舵角と操舵角双方が上限値を超えようとするステアリングの操作がなされる事態を抑制するために、操舵角が操舵角閾値以上となる場合に急激に大きくなる第１反力と、転舵角が転舵角閾値以上となる場合に急激に大きくなる第２反力を設定し、第１反力と第２反力の和に基づき、目標操舵角を設定するステアバイワイヤシステムが提案されている。このように目標操舵角を設定することにより、特許文献２のステアバイワイヤシステムは、操舵角が上限値を超えようとするステアリングの操作がなされる事態を抑制している。

特許第６１６７６３４号公報 特開２０１７－２４６２４号公報

しかしながら、ハンドルを高速に操作する場合、即ち、舵角速度が速い場合、運転者が入力する操舵トルクと回転の慣性トルクの合計が、反力アクチュエータが生成する反力を上回ることがある。この場合、操舵終端にて衝突が起こる可能性がある。特許文献２のステアバイワイヤシステムでは、このような場合に対して対策を講じていない。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、舵角速度が速い場合でも操舵終端での衝突を抑制し、衝突音の発生や運転者への不快感を抑制可能な車両用操向システムの制御装置を提供することにある。

本発明は、トーションバーを備え、操舵可能な限界となる操舵終端を有し、反力アクチュエータを駆動制御することにより、操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置に関し、本発明の上記目的は、第１目標操舵トルクを生成する第１目標操舵トルク生成部と、前記第１目標操舵トルクを第１目標捩れ角に変換する第１変換部と、前記第１目標捩れ角に基づいて、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値を演算する第１捩れ角制御部とを備え、前記第１目標操舵トルク生成部が、操舵角の大きさが、前記操舵終端に対応する終端角度の近傍に設定される閾値の大きさを超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する擬似バネ生成部と、舵角速度が速いときに大きくなる特性を少なくとも有するダンピングゲインより第２トルク信号を出力するダンピング生成部とを具備し、前記第１トルク信号及び前記第２トルク信号より前記第１目標操舵トルクを算出し、前記第１電流指令値に基づいて前記反力アクチュエータを駆動制御することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ダンピング生成部が、前記操舵角が前記終端角度に近いときに大きくなる特性を有する角度感応ゲインを出力する角度感応ゲイン部と、前記舵角速度が速いときに大きくなる特性を有する角速度感応ゲインを出力する角速度感応ゲイン部とを具備し、前記角度感応ゲインと前記角速度感応ゲインを乗算することにより前記ダンピングゲインを求めることにより、或いは、前記ダンピング生成部が、前記舵角速度より求められるエネルギーが大きいときに大きくなる特性を有するエネルギー感応ゲインを出力するエネルギー感応ゲイン部を具備し、前記エネルギー感応ゲインを前記ダンピングゲインとすることにより、或いは、前記ダンピング生成部が、前記操舵角が前記終端角度に近いときに大きくなる特性を有する角度感応ゲインを出力する角度感応ゲイン部と、前記舵角速度より求められるエネルギーが大きいときに大きくなる特性を有するエネルギー感応ゲインを出力するエネルギー感応ゲイン部とを具備し、前記角度感応ゲインと前記エネルギー感応ゲインを乗算することにより前記ダンピングゲインを求めることにより、或いは、前記ダンピング生成部が、前記ダンピングゲインに前記舵角速度を乗算することにより前記第２トルク信号を求めることにより、或いは、前記擬似バネ生成部が、前記操舵角の大きさが前記閾値の大きさを超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が大きくなる特性を有することにより、或いは、前記第１目標操舵トルク生成部が、前記擬似バネ生成部からの出力に対して位相進み補償を行う位相補償部を更に具備し、前記位相補償部からの出力を前記第１トルク信号とすることにより、或いは、基本マップを用いて前記操舵角に応じた第３トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第３トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部を更に備え、前記第１目標操舵トルク生成部からの出力及び前記第２目標操舵トルクより前記第１目標操舵トルクを算出することにより、或いは、基本マップを用いて前記操舵角に応じた第３トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第３トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部と、前記第２目標操舵トルクを第２目標捩れ角に変換する第２変換部とを更に備え、前記第１変換部からの出力及び前記第２目標捩れ角より前記第１目標捩れ角を算出することにより、或いは、基本マップを用いて前記操舵角に応じた第３トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第３トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部と、前記第２目標操舵トルクを第２目標捩れ角に変換する第２変換部と、前記第２目標捩れ角に基づいて第２電流指令値を演算する第２捩れ角制御部とを更に備え、前記第１捩れ角制御部からの出力及び前記第２電流指令値より前記第１電流指令値を算出することにより、或いは、前記第２目標操舵トルク生成部が、車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第４トルク信号を求めるダンパ演算部を更に具備し、前記第３トルク信号及び前記第４トルク信号より前記第２目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記ダンピング生成部が、前記舵角速度が１８０ｄｅｇ／ｓ以上の場合、前記終端角度から９０ｄｅｇ手前の位置において、前記反力アクチュエータが生成する反力が２Ｎｍ以上となり、前記終端角度から４５ｄｅｇ手前の位置において、前記反力が４Ｎｍ以上となるように設計されていることにより、より効果的に達成される。

または、本発明の上記目的は、前記操舵機構での舵角速度が１８０ｄｅｇ／ｓ以上の場合、前記操舵終端に対応する終端角度から９０ｄｅｇ手前の位置において、前記反力アクチュエータが生成する反力が２Ｎｍ以上となり、前記終端角度から４５ｄｅｇ手前の位置において、前記反力が４Ｎｍ以上となるように設計されていることにより達成される。

本発明の車両用操向システムの制御装置によれば、操舵角が終端角度近傍に設定される閾値を超えた場合に生成される第１トルク信号に加え、舵角速度が速いときに大きくなる第２トルク信号に基づいて算出される目標操舵トルクを用いることにより、舵角速度が速い場合でも適切な反力が生成され、操舵終端での衝突を抑制することができる。

本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの概要の例を示す構成図である。 コラム軸への各種センサの配設例を示す構造図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 目標操舵トルク生成部１００の構成例を示すブロック図である。 基本マップの特性例を示す線図である。 ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。 目標操舵トルク生成部２００の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 擬似バネ特性マップの特性例を示す線図である。 ダンピング生成部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 角度感応ゲインマップの特性例を示す線図である。 角速度感応ゲインマップの特性例（第１実施形態）を示す線図である。 ダンピングゲインの特性例を示す線図である。 角度感応ゲインマップの特性の変形例を示す線図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部１００の動作例を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部２００の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 目標転舵角生成部の動作例を示すフローチャートである。 位相補償部の挿入例を示すブロック図である。 ダンピング生成部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 角速度感応ゲインマップの特性例（第２実施形態）を示す線図である。 ダンピング生成部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 エネルギー感応ゲインマップの特性例を示す線図である。 ダンピング生成部の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 反力制御系の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。 反力制御系の動作例（第５実施形態）の一部を示すフローチャートである。 反力制御系の構成例（第６実施形態）を示すブロック図である。 反力制御系の動作例（第６実施形態）の一部を示すフローチャートである。

本発明は、操舵可能な限界となる操舵終端に対応する終端角度に操舵角が達する前に反力アクチュエータが生成する反力を上昇させるためのトルク信号に加え、舵角速度が速くなるほど反力アクチュエータが生成する反力の立ち上がりを大きくするためのトルク信号より算出される目標操舵トルクに基づいて反力を生成する。これにより、操舵終端での衝突を、舵角速度が速い場合でも的確に抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの構成例について説明する。

図１はＳＢＷシステムの構成例を示した図である。ＳＢＷシステムは、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構を構成する反力装置３０、転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置４０、及び両装置の制御を行う制御装置５０を備える。ＳＢＷシステムには、一般的な電動パワーステアリング装置が備える、コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、運転者によるハンドル１の操作を電気信号によって、具体的には反力装置３０から出力される操舵角θｈを電気信号として伝える。

反力装置３０は、反力用モータ３１及び反力用モータ３１の回転速度を減速する減速機構３２を備え、転舵輪５Ｌ，５Ｒから伝わる車両の運動状態を、反力用モータ３１により生成される反力（トルク）として運転者に伝達する。反力装置３０は、コラム軸２に設けられる舵角センサ３３及び角度センサ３４を更に備えている。コラム軸２への舵角センサ３３及び角度センサ３４の配設は、具体的には図２のようになっている。即ち、舵角センサ３３はコラム軸２の上部に設けられ、操舵角θｈを検出する。コラム軸２にはトーションバー２Ａが介挿されており、角度センサ３４として、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル１側に上側角度センサ３４Ａが設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル１の反対側に下側角度センサ３４Ｂが設けられており、上側角度センサ３４Ａはハンドル角θ_１を検出し、下側角度センサ３４Ｂはコラム角θ_２を検出する。ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２は捩れ角演算部３６に入力され、捩れ角演算部３６は下記数１によってトーションバーの捩れ角Δθを求める。

なお、磁歪式や光学式等の公知のセンサを用いて、捩れ角Δθを直接求めても良い。

コラム軸２は、操舵可能な限界となる操舵終端を物理的に設定するストッパ３５を備える。操舵終端まで操舵したときの操舵角θｈが終端角度であり、操舵角θｈの大きさ（絶対値）の限界値となる。ストッパ３５として、例えば特許文献１に記載の回転制限機構等を使用する。なお、反力アクチュエータは反力用モータ３１、減速機構３２等により構成されるが、反力用モータ３１のみを反力アクチュエータと呼ぶこともある。

転舵装置４０は、転舵用モータ４１、転舵用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２及び回転運動を直線運動に変換するピニオンラック機構４４を備える。操舵角θｈの変化に合わせて、転舵用モータ４１を駆動し、その駆動力を、減速機構４２を介してピニオンラック機構４４に付与し、タイロッド３ａ，３ｂを経て、転舵輪５Ｌ，５Ｒを転舵する。ピニオンラック機構４４の近傍には角度センサ４３が配置されており、転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔを検出する。転舵角θｔとして、転舵用モータ４１のモータ角やラックの位置等を使用しても良い。

制御装置５０は、反力装置３０及び転舵装置４０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１０で検出される車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ３１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び転舵用モータ４１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。制御装置５０には、バッテリ１２から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。また、制御装置５０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）２０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ２０から受信することも可能である。更に、制御装置５０には、ＣＡＮ２０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ２１も接続可能である。

制御装置５０はＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）を有し、反力装置３０及び転舵装置４０の協調制御は、主としてＣＰＵ内部においてプログラムで実行される。その制御を行うための構成例（第１実施形態）を図３に示す。図３において、反力用モータ３１、舵角センサ３３、角度センサ３４、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部３７、インバータ３８及びモータ電流検出器３９を反力装置３０が具備し、転舵用モータ４１、角度センサ４３、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９を転舵装置４０が具備し、その他の構成要素が制御装置５０で実現される。なお、制御装置５０の構成要素の一部又は全部をハードウェアで実現しても良い。制御装置５０は、データやプログラム等を格納するために、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等を搭載しても良い。また、制御装置５０がＰＷＭ制御部３７、インバータ３８、モータ電流検出器３９、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９を具備しても良い。

制御装置５０は、反力装置３０の制御を行う構成（以下、「反力制御系」とする）と、転舵装置４０の制御を行う構成（以下、「転舵制御系」とする）を有し、反力制御系６０と転舵制御系７０が協調して、反力装置３０及び転舵装置４０を制御する。

反力制御系６０は、目標操舵トルク生成部１００及び２００、変換部３００、捩れ角制御部４００、電流制御部５００、加算部５１０並びに減算部５２０及び５３０を備え、トーションバー２Ａの捩れ角が目標捩れ角に追従するような制御を行う。目標操舵トルク生成部１００にて操舵角θｈ及び車速Ｖｓに基づいて目標操舵トルクＴｒｅｆＡが生成され、目標操舵トルク生成部２００にて操舵角θｈに基づいて目標操舵トルクＴｒｅｆＢが生成され、目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢの加算値である目標操舵トルクＴｒｅｆが変換部３００にて目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される。目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差ｄΔθ（＝Δθｒｅｆ－Δθ）が捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００にて、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるような電流指令値Ｉｍｃが演算される。そして、電流指令値Ｉｍｃとモータ電流検出器３９で検出される反力用モータ４１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｒの偏差Ｉ１（＝Ｉｍｃ－Ｉｍｒ）が減算部５３０で算出され、偏差Ｉ１に基づいて電流制御部５００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１が求められる。反力装置３０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して反力用モータ３１が駆動制御される。

目標操舵トルク生成部１００の構成例を図４に示す。目標操舵トルク生成部１００は、基本マップ部１１０、微分部１２０、ダンパゲイン部１３０、乗算部１４０及び加算部１５０を備える。操舵角θｈは基本マップ部１１０及び微分部１２０に入力され、車速Ｖｓは基本マップ部１１０及びダンパゲイン部１３０に入力される。

基本マップ部１１０は、基本マップを有し、基本マップを用いて、車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａは、基本となる反力を生成するために使用される。基本マップはチューニングにより調整されており、例えば、図５（Ａ）に示されるように、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａは、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が増加するにつれて増加し、車速Ｖｓが増加するにつれても増加するようになっている。つまり、操舵角θｈの大きさが大きくなるにつれ、また、車速Ｖｓが速くなるにつれ、反力が大きくなる。なお、図５（Ａ）において、符号部１１１は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部１１２に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップによりトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを求める構成となっている。または、図５（Ｂ）に示されるように、正負の操舵角θｈに応じてマップを構成しても良く、この場合、操舵角θｈが正の場合と負の場合とで変化の態様を変えても良い。また、図５に示される基本マップは車速感応であるが、車速感応でなくても良い。

微分部１２０は、操舵角θｈを微分して角速度情報である舵角速度ωｈ１を算出し、舵角速度ωｈ１は乗算部１４０に入力される。なお、舵角速度ωｈ１の代わりに反力用モータ３１のモータ角速度を角速度情報として使用しても良い。この場合、微分部１２０は不要となる。

ダンパゲイン部１３０は、舵角速度ωｈ１に乗算されるダンパゲインＤ_Ｇを出力する。乗算部１４０にてダンパゲインＤ_Ｇを乗算された舵角速度ωｈ１は、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部１５０に入力される。ダンパゲインＤ_Ｇは、ダンパゲイン部１３０が有する車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Ｖｓに応じて求められる。ダンパゲインマップは、例えば、図６に示されるように、車速Ｖｓが速くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。このようなダンパゲインＤ_Ｇを舵角速度ωｈ１に乗算して舵角速度ωｈ１に比例した目標操舵トルクの補償を行うことにより、フィーリングとしての粘性感を持たせることができ、また、ステアリングを切った状態から手放しの状態にした場合、ハンドルが発振することなく収れん性を持たせられ、システム安定性の向上を図れる。ダンパゲインマップは操舵角θｈに応じて可変としても良い。なお、ダンパゲイン部１３０及び乗算部１４０でダンパ演算部を構成している。

トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ及びＴｒｅｆ＿ｂは、加算部１５０で加算され、加算結果は目標操舵トルクＴｒｅｆＡとして出力される。

目標操舵トルク生成部２００の構成例を図７に示す。目標操舵トルク生成部２００は、擬似バネ生成部２１０、位相補償部２２０、微分部２３０、ダンピング生成部２４０及び加算部２５０を備える。操舵角θｈは擬似バネ生成部２１０、微分部２３０及びダンピング生成部２４０に入力される。

擬似バネ生成部２１０は、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が、終端角度の近傍に設定される所定の閾値θｔｈ１を超えてから、操舵反力としてのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０を出力するような特性のマップ（以下、「擬似バネ特性マップ」とする）を有する。擬似バネ特性マップは、例えば、図８（Ａ）に示されるように、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈ１を超えてから大きくなるに従って、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０はゼロから徐々に大きくなる特性を有する。図８（Ａ）において、擬似バネ特性マップは、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈ１を超えてから傾きが連続的に大きくなるような特性になっており、これにより、反力に急激な変化をつけることで操舵終端での衝突の抑制を図る。この際、傾きの最大値は、図５（Ａ）に示される基本マップの傾きよりも大きい値となっており、例えば、操舵角１０ｄｅｇに対して３Ｎｍ（ニュートンメートル）以上の傾きとする。更に、閾値θｔｈ１における傾きをゼロに設定した場合、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０が働き始めた際の切り替わりの違和感をより抑え、円滑な切り替えを実現することができる。図８（Ａ）において、θｌｉｍは操舵角の機械的な限界値である終端角度又は操舵角検出の測定限界値であり、擬似バネ特性マップはθｌｉｍ以下の領域で定義される。このように、擬似バネ生成部によれば、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈ１を超えた場合に大きな反力となる目標操舵トルクを与えることができる。なお、擬似バネ特性マップは、図８（Ａ）に示されるような曲線的な特性ではなく、傾きが一定の直線的な特性でも良い。また、マップではなく、数式、例えば二次関数等によって特性を定義しても良い。更に、図８（Ａ）では、符号部２１１は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部２１２に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップによりトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０の大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０を求める構成となっているが、図８（Ｂ）に示されるように、正負の操舵角θｈに応じてマップを構成しても良く、この場合、操舵角θｈが正の場合と負の場合とで変化の態様を変えても良い。より柔軟な操舵終端での衝突抑制を実現するために、閾値ｔｈ１を車速Ｖｓによって変更しても良い。

位相補償部２２０は、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０に対して位相進み補償を行い、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを算出する。操舵終端付近まで操舵した際に、擬似バネ生成部２１０の効果で抑制がかかることにより、跳ね返される事象が生じる可能性があるので、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０に対して位相進み補償を行うことにより、この跳ね返りの低減を図る。位相補償部２２０は、下記数２で表される１次の位相補償フィルタを有し、分子の遮断周波数を分母の遮断周波数よりも小さい値に設定することにより位相進みの設定とする。

ここで、Ｔｎ＝１／（２π・ｆｎ）、Ｔｄ＝１／（２π・ｆｄ）で、ｆｎ及びｆｄは遮断周波数であり、ｆｎ＜ｆｄとなっている。位相補償部２２０は、入力したトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０に対して、上記数２で表される位相補償フィルタによる位相進み補償を行い、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを算出する。操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈ１以下の場合、図８に示されるようにトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０はゼロであるから、位相補償部２２０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃもゼロとなり、位相進み補償は機能しないことになる。このように、擬似バネ生成部２１０と位相補償部２２０を組み合わせることにより、操舵終端での衝突抑制と同時に跳ね返り低減を実現することができる。位相補償フィルタは１次ではなく、２次以上でも良く、位相進み補償を実現するのであれば、ＰＤ（比例微分）制御等で位相進み補償を行っても良い。位相補償フィルタの特性を車速及び／又は舵角速度に応じて変更しても良い。例えば、車速又は舵角速度が速いときには応答性が速くなるように、Ｔｎを大きくするか、Ｔｄを小さくする。これにより、より適切な跳ね返り低減を実現することができる。なお、跳ね返り低減を他の手段で実現する場合等では、位相補償部２２０はなくても良い。

微分部２３０は、操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、舵角速度ωｈ２はダンピング生成部２４０に入力される。

ダンピング生成部２４０は、舵角速度ωｈ２が速いほど反力の立ち上がりを大きくするようなダンピングゲインＧｄを生成し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄを出力する。ダンピング生成部２４０の構成例を図９に示す。ダンピング生成部２４０は、角度感応ゲイン部２４１、角速度感応ゲイン部２４２、符号部２４３並びに乗算部２４４及び２４５を備え、操舵角θｈは角度感応ゲイン部２４１に入力され、舵角速度ωｈ２は角速度感応ゲイン部２４２及び符号部２４３に入力される。

角度感応ゲイン部２４１は、角度感応ゲインマップを有し、角度感応ゲインマップを用いて、操舵角θｈより角度感応ゲインＧａを求める。角度感応ゲインマップは、例えば、図１０に示されるように、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈ２を超えてから大きくなる程、つまり、操舵角θｈが終端角度に近づく程、角度感応ゲインＧａが単調に大きくなる特性を有する。なお、閾値θｔｈ２は、擬似バネ特性マップでの閾値θｔｈ１と同じ値でも異なる値でも良い。

角速度感応ゲイン部２４２は、角速度感応ゲインマップを有し、角速度感応ゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ２より角速度感応ゲインＧｖを求める。角速度感応ゲインマップは、例えば、図１１に示されるように、舵角速度ωｈ２の大きさ｜ωｈ２｜が大きくなる程、つまり、舵角速度ωｈ２が速くなる程、角速度感応ゲインＧｖが単調に大きくなる特性を有する。

角度感応ゲインＧａ及び角速度感応ゲインＧｖを乗算部２４４で乗算することによりダンピングゲインＧｄが生成される。図１０に示される特性を有する角度感応ゲインＧａと図１１に示される特性を有する角速度感応ゲインＧｖを乗算する場合、ダンピングゲインＧｄは図１２に示されるような特性になる。即ち、ダンピングゲインＧｄは、操舵角θｈが閾値θｔｈ２を超えて終端角度に近づく程、大きくなり、舵角速度ωｈ２が速くなる程、その大きくなる割合が大きくなる。ダンピングゲインＧｄは乗算部２４５に入力され、符号部２４３にて判定された舵角速度ωｈ２の符号Ｓｇｎ（＋１、－１）が乗算され、乗算結果がトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄとして出力される。このように、図１２に示されるような特性のダンピングゲインＧｄに基づいた反力を生成することにより、舵角速度が速い場合の操舵終端での衝突（以下、「高速時衝突」とする）を抑制することができる。

なお、角度感応ゲインマップ及び角速度感応ゲインマップは、それぞれ操舵角の大きさ及び舵角速度の大きさに対して増加する特性であれば、図１０及び図１１に示される特性に限られない。例えば、角度感応ゲインマップが、図１３（Ａ）に示されるような直線的に増加する特性、図１３（Ｂ）に示されるようなステップ関数的に変化する特性、図１３（Ｃ）に示されるような直線的に増加した後に一定値となる特性、図１３（Ｄ）に示されるような折れ線グラフ的に増加した後に一定値になる特性、図１３（Ｅ）に示されるような階段状に増加する特性等を有するようにしても良い。角速度感応ゲインマップも、同様な変化をする特性を有するようにしても良い。また、操舵角に関連する反力の特性は擬似バネ生成部２１０に任せ、ダンピング生成部２４０は舵角速度に関連する反力の特性に特化する場合等では、角度感応ゲイン部２４１は省略しても良い。

トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ及びＴｒｅｆ＿ｄは、加算部２５０で加算され、加算結果は目標操舵トルクＴｒｅｆＢとして出力される。

説明を図３に戻すと、目標操舵トルク生成部１００及び２００からそれぞれ出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢは、加算部５１０で加算され、加算結果は目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

変換部３００は、トーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔの逆数の符号を反転した－１／Ｋｔの特性を有しており、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。

減算部５２０では、目標捩れ角Δθｒｅｆが加算入力され、トーションバー２Ａの捩れ角Δθが減算入力され、減算結果である偏差ｄΔθが捩れ角制御部４００に入力される。

捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθに対して補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような電流指令値Ｉｍｃを出力する。補償値Ｃ_ＦＢは単純なゲインでも、ＰＩ（比例積分）制御やＰＩＤ（比例積分微分）制御等の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、減算部５３０にて、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が演算される。電流制御部５００は偏差Ｉ１を入力し、ＰＩ制御等により電流制御を行い、電流制御された電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１を出力する。

電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１は反力装置３０に送られ、ＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティが演算され、ＰＷＭ制御部３７からのＰＷＭ信号により、インバータ３８を介して反力用モータ３１がＰＷＭ駆動される。反力用モータ３１のモータ電流値Ｉｍｒはモータ電流検出器３９で検出され、反力制御系６０の減算部５３０にフィードバックされる。

なお、目標操舵トルク生成部１００での微分部１２０で算出される舵角速度ωｈ１及び目標操舵トルク生成部２００での微分部２３０で算出される舵角速度ωｈ２は、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を実施している。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦの処理を実施しても良い。更に、舵角速度ωｈ１及びωｈ２は、操舵角θｈではなく、上側角度センサが検出するハンドル角θ_１又は下側角度センサが検出するコラム角θ_２に対して微分演算とＬＰＦの処理を行って算出しても良い。微分部１２０及び２３０を１つにして共用しても良い。

転舵制御系７０は、目標転舵角生成部６００、転舵角制御部７００、電流制御部８００並びに減算部８１０及び８２０を備え、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆに追従するような制御を行う。目標転舵角生成部６００にて操舵角θｈに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成され、目標転舵角θｔｒｅｆと転舵角θｔの偏差ｄθｔ（＝θｔｒｅｆ－θｔ）が転舵角制御部７００に入力され、転舵角制御部７００にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるような電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、電流指令値Ｉｍｃｔとモータ電流検出器４９で検出される転舵用モータ４１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｄの偏差Ｉ２（＝Ｉｍｃｔ－Ｉｍｄ）が減算部８２０で算出され、偏差Ｉ２に基づいて電流制御部８００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２が求められる。転舵装置４０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して転舵用モータ４１が駆動制御される。

目標転舵角生成部６００の構成例を図１４に示す。目標転舵角生成部６００は、制限部６１０、レート制限部６２０及び補正部６３０を備える。

制限部６１０は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。操舵角θｈの上下限値を制限することにより、ハードウェアエラー等によるＲＡＭのデータ化けや通信異常等の影響で操舵角θｈが異常値となった場合に、異常な値の出力を抑える。図１５に示されるように、操舵角に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力する操舵角θｈが、上限値以上の場合は上限値を、下限値以下の場合は下限値を、それ以外の場合は操舵角θｈを、操舵角θｈ１として出力する。なお、操舵角が異常値とならない場合や、他の手段で異常な値の出力を抑える場合等では制限部６１０は省略可能である。

レート制限部６２０は、非常に急激な操舵が行われた場合、又は、上記のように操舵角が異常値になった場合に、操舵角の急変を防止するために、操舵角θｈ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけて、操舵角θｈ２を出力する。例えば、１サンプル前の操舵角θｈ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θｈ１を加減算し、操舵角θｈ２として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θｈ１をそのまま操舵角θｈ２として出力する。操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけることにより、目標転舵角の急変を防止し、車両の不安定挙動を抑制する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。また、操舵角が急変しない場合や、他の手段で急変を回避する場合等ではレート制限部６２０は省略可能である。

補正部６３０は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。例えば、目標操舵トルク生成部１００内の基本マップ部１１０のように、操舵角θｈ２の大きさ｜θｈ２｜に対する目標転舵角θｔｒｅｆの特性を定義したマップを用いて、操舵角θｈ２より目標転舵角θｔｒｅｆを求める。或いは、単純に、操舵角θｈ２に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを求めるようにしても良い。

減算部８１０では、目標転舵角θｔｒｅｆが加算入力され、転舵角θｔが減算入力され、減算結果である偏差ｄθｔが転舵角制御部７００に入力される。

転舵角制御部７００は、捩れ角制御部４００と同様に、偏差ｄθｔに対して補償値Ｃｔ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔが追従するような電流指令値Ｉｍｃｔを出力する。

減算部８２０、電流制御部８００、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９は、それぞれ減算部５３０、電流制御部５００、ＰＷＭ制御部３７、インバータ３８及びモータ電流検出器３９と同様な構成で同様な動作を行う。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１６～図１９のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、操舵角θｈ、車速Ｖｓ、捩れ角Δθ及び転舵角θｔが検出又は算出され（ステップＳ１０）、操舵角θｈは目標操舵トルク生成部１００及び２００並びに目標転舵角生成部６００に、車速Ｖｓは目標操舵トルク生成部１００に、捩れ角Δθは減算部５２０に、転舵角θｔは減算部８１０にそれぞれ入力される。

操舵角θｈ及び車速Ｖｓを入力した目標操舵トルク生成部１００は、目標操舵トルクＴｒｅｆＡを生成する（ステップＳ２０）。目標操舵トルク生成部１００の動作例については、図１７のフローチャートを参照して説明する。

目標操舵トルク生成部１００に入力された操舵角θｈは基本マップ部１１０及び微分部１２０に、車速Ｖｓは基本マップ部１１０及びダンパゲイン部１３０にそれぞれ入力される（ステップＳ２１）。

基本マップ部１１０は、図５（Ａ）又は（Ｂ）に示される基本マップを用いて、操舵角θｈ及び車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを生成して、加算部１５０に出力する（ステップＳ２２）。

微分部１２０は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ１を出力し（ステップＳ２３）、ダンパゲイン部１３０は図６に示されるダンパゲインマップを用いて車速Ｖｓに応じたダンパゲインＤ_Ｇを出力し（ステップＳ２４）、乗算部１４０は舵角速度ωｈ１及びダンパゲインＤ_Ｇを乗算してトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂを演算し、加算部１５０に出力する（ステップＳ２５）。そして、加算部１５０にてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ及びＴｒｅｆ＿ｂが加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆＡが演算される（ステップＳ２６）。

操舵角θｈを入力した目標操舵トルク生成部２００は、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを生成する（ステップＳ３０）。目標操舵トルク生成部２００の動作例については、図１８のフローチャートを参照して説明する。

目標操舵トルク生成部２００に入力された操舵角θｈは擬似バネ生成部２１０、微分部２３０及びダンピング生成部２４０に入力される（ステップＳ３１）。

擬似バネ生成部２１０は、図８（Ａ）又は（Ｂ）に示される擬似バネ特性マップを用いて、操舵角θｈに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０を求め、位相補償部２２０に出力する（ステップＳ３２）。位相補償部２２０は、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ０に対して位相進み補償を行い、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを算出し、加算部２５０に出力する（ステップＳ３３）。

微分部２３０は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、ダンピング生成部２４０に出力する（ステップＳ３４）。

ダンピング生成部２４０は、入力した操舵角θｈを角度感応ゲイン部２４１に、舵角速度ωｈ２を角速度感応ゲイン部２４２及び符号部２４３に入力する。角度感応ゲイン部２４１は、図１０に示される角度感応ゲインマップを用いて、操舵角θｈに応じた角度感応ゲインＧａを求め（ステップＳ３５）、角速度感応ゲイン部２４２は、図１１に示される角速度感応ゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ２に応じた角速度感応ゲインＧｖを求める（ステップＳ３６）。角度感応ゲインＧａと角速度感応ゲインＧｖは乗算部２４４で乗算され、ダンピングゲインＧｄとして出力される（ステップＳ３７）。符号部２４３は舵角速度ωｈ２の符号Ｓｇｎを出力し、乗算部２４５でダンピングゲインＧｄと符号Ｓｇｎが乗算され、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄが求められる（ステップＳ３８）。トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄは加算部２５０に出力される。

加算部２５０では、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ及びＴｒｅｆ＿ｄが加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆＢが出力される（ステップＳ３９）。

加算部５１０において目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢが加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが変換部３００に出力される（ステップＳ４０）。

変換部３００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換し（ステップＳ５０）、目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部５２０に加算入力される。

減算部５２０には捩れ角Δθが減算入力されており、目標捩れ角Δθｒｅｆから捩れ角Δθを減算することにより、偏差ｄΔθが算出される（ステップＳ６０）。偏差ｄΔθは捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθに補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより電流指令値Ｉｍｃを求める（ステップＳ７０）。

電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、モータ電流検出器３９で検出されたモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が減算部５３０で算出される（ステップＳ８０）。偏差Ｉ１は電流制御部５００に入力され、電流制御部５００は電流制御により電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１を算出する（ステップＳ９０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して、反力用モータ３１が駆動制御される（ステップＳ１００）。

一方、操舵角θｈを入力した目標転舵角生成部６００は、目標転舵角θｔｒｅｆを生成する（ステップＳ１１０）。目標転舵角生成部６００の動作例については、図１９のフローチャートを参照して説明する。

目標転舵角生成部６００に入力された操舵角θｈは制限部６１０に入力される。制限部６１０は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θｈの上下限値を制限し（ステップＳ１１１）、操舵角θｈ１としてレート制限部６２０に出力する。レート制限部６２０は、予め設定された制限値により操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけ（ステップＳ１１２）、操舵角θｈ２として補正部６３０に出力する。補正部６３０は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求める（ステップＳ１１３）。目標転舵角θｔｒｅｆは減算部８１０に加算入力される。

減算部８１０には転舵角θｔが減算入力されており、目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差ｄθｔが算出される（ステップＳ１２０）。偏差ｄθｔは転舵角制御部７００に入力され、転舵角制御部７００は、偏差ｄθｔに補償値Ｃｔ_ＦＢを乗算することにより電流指令値Ｉｍｃｔを求める（ステップＳ１３０）。

電流指令値Ｉｍｃｔは減算部８２０に加算入力され、モータ電流検出器４９で検出されたモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が減算部８２０で算出される（ステップＳ１４０）。偏差Ｉ２は電流制御部８００に入力され、電流制御部８００は電流制御により電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を算出する（ステップＳ１５０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して、転舵用モータ４１が駆動制御される（ステップＳ１６０）。

なお、図１６～図１９におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。

上述の実施形態において、目標操舵トルク生成部１００はダンパ演算部（ダンパゲイン部１３０、乗算部１４０）を備えるが、ダンパ演算部による効果を別の手段で実現する場合や、演算量削減を重視する場合等では、ダンパ演算部を削減しても良い。この場合、微分部１２０及び加算部１５０も削減可能となる。目標操舵トルクＴｒｅｆＡに基づいて生成される反力にヒステリシス特性を付加するために、即ちハンドルの切増し操舵と切戻し操舵とで異なる反力を生成するために、ヒステリシス特性を有するトルク信号を目標操舵トルクＴｒｅｆＡに加算するようにしても良い。更に、基本マップ部１１０の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部１６０を挿入しても良い。つまり、図４中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図２０（Ａ）又は（Ｂ）に示されるような構成にしても良い。位相補償部１６０において、位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子の遮断周波数を１．０Ｈｚ、分母の遮断周波数を１．３Ｈｚとした１次フィルタで位相進み補償を行う場合、スッキリしたフィールを実現することができる。目標操舵トルク生成部１００に関しては、操舵角に基づいた構成であるならば、上述の構成に限られない。

また、反力制御系６０の機能を、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを基にした反力の生成に特化する場合等では、目標操舵トルク生成部１００を削減しても良い。この場合、加算部５１０も削減可能で、目標操舵トルク生成部２００から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＢが変換部３００に入力されることになる。

本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以降の各実施形態において、既出の他の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明の一部又は全てを省略する。

第１実施形態でのダンピング生成部２４０では、ダンピングゲインＧｄに舵角速度ωｈ２の符号を乗算してトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄを算出しているが、ダンピングゲインＧｄに舵角速度ωｈ２を乗算したものをトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄとすることにより、粘性感を与え、フィーリング向上を図ることができ、また、舵角速度に応じたダンピングの調整を行うことができる。

上述に対応したダンピング生成部の構成例（第２実施形態）を図２１に示す。第２実施形態でのダンピング生成部２４０Ａでは、図９に示される第１実施形態でのダンピング生成部２４０と比べると、角速度感応ゲイン部２４２が角速度感応ゲイン部２４２Ａに代わっており、符号部２４３がなく、乗算部２４５には舵角速度ωｈ２が入力されており、ダンピングゲインＧｄに舵角速度ωｈ２を乗算したものがトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄとして出力される。

角速度感応ゲイン部２４２Ａは、角速度感応ゲイン部２４２と同様に、角速度感応ゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ２より角速度感応ゲインＧｖを求めるが、角速度感応ゲインマップの特性が、角速度感応ゲイン部２４２が有する角速度感応ゲインマップの特性と若干異なる。即ち、角速度感応ゲイン部２４２Ａが有する角速度感応ゲインマップは、図２２に示されるように、舵角速度ωｈ２が速くなる程、角速度感応ゲインＧｖが単調に大きくなる特性を有するが、後段で舵角速度ωｈ２が乗算されるので、角速度感応ゲイン部２４２が有する角速度感応ゲインマップと比べると、舵角速度ωｈ２が高速なときの角速度感応ゲインＧｖの増加率が緩やかになっている。

第２実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、図１８に示されるフローチャートでのステップＳ３８でのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄの演算が上述のように異なるだけで、他の動作は同じである。

第１実施形態では、角度感応ゲインＧａと角速度感応ゲインＧｖを乗算することによりダンピングゲインＧｄを算出しているが、舵角速度が速いときに大きくなる特性をダンピングゲインＧｄが有するのであれば、他の方法でダンピングゲインＧｄを求めることが可能である。

例えば、ハンドル操舵によりコラム軸２に発生するエネルギーに基づいて設定されるエネルギー感応ゲインをダンピングゲインＧｄとする。この場合のダンピング生成部の構成例（第３実施形態）を図２３に示す。第３実施形態のダンピング生成部２４０Ｂは、エネルギー演算部２４６、エネルギー感応ゲイン部２４７、符号部２４３及び乗算部２４５を備え、舵角速度ωｈ２のみが入力される。

エネルギー演算部２４６は、舵角速度ωｈ２を入力し、下記の数３よりエネルギーＥｇを算出する。

Ｊは慣性モーメントであり、エネルギー演算部２４６に予め記憶されている。

エネルギー感応ゲイン部２４７は、エネルギー感応ゲインマップを有し、エネルギー感応ゲインマップを用いて、エネルギーＥｇよりエネルギー感応ゲインＧｅを求め、エネルギー感応ゲインＧｅをダンピングゲインＧｄとして出力する。エネルギー感応ゲインマップは、例えば、図２４に示されるように、エネルギーＥｇが大きくなる程、エネルギー感応ゲインＧｅが単調に大きくなる特性を有する。エネルギーＥｇは舵角速度ωｈ２が速くなると大きくなるので、舵角速度ωｈ２が速くなる程、エネルギー感応ゲインＧｅは大きくなることになる。

第３実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、ダンピング生成部においてダンピングゲインＧｄ演算までの動作（図１８でのステップＳ３５～Ｓ３７）が上述のように異なるだけで、他の動作は同じである。

なお、エネルギー感応ゲインマップは、エネルギーに対して増加する特性であれば、図２４に示される特性に限られず、角度感応ゲインマップと同様に、図１３に示されるような変化をする特性を有するようにしても良い。また、第２実施形態の場合と同様に、ダンピングゲインＧｄに舵角速度ωｈ２を乗算したものをトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄとしても良い。

ダンピングゲインＧｄとして、角度感応ゲインＧａとエネルギー感応ゲインＧｅを乗算したものを使用しても良い。この場合のダンピング生成部の構成例（第４実施形態）を図２５に示す。第４実施形態のダンピング生成部２４０Ｃは、角度感応ゲイン部２４１、エネルギー演算部２４６、エネルギー感応ゲイン部２４７、符号部２４３並びに乗算部２４４及び２４５を備える。

ダンピング生成部２４０Ｃでは、角度感応ゲイン部２４１から出力される角度感応ゲインＧａとエネルギー感応ゲイン部２４７から出力されるエネルギー感応ゲインＧｅが乗算部２４４で乗算され、乗算結果がダンピングゲインＧｄとなる。

第４実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、ダンピング生成部において角速度感応ゲインＧｖを求める動作（図１８でのステップＳ３６）がエネルギー感応ゲインＧｅを求める動作に代わるだけで、他の動作は同じである。

なお、第４実施形態においても、第２実施形態の場合と同様に、ダンピングゲインＧｄに舵角速度ωｈ２を乗算したものをトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｄとしても良い。

上述の実施形態（第１～第４実施形態）では、高速時衝突を含めた操舵終端での衝突を抑制するための反力の基となる目標操舵トルクＴｒｅｆＢを目標操舵トルクＴｒｅｆＡに加算しているが、目標操舵トルク生成から電流指令値算出までの各段階において、操舵終端での衝突抑制のための反力の基となる要素の加算を行うことが可能である。

図２６に示す反力制御系の構成例（第５実施形態）では、目標捩れ角演算後に上記加算を行っている。第５実施形態での反力制御系６０Ａでは、図３に示される第１実施形態での反力制御系６０と比べると、変換部３１０が追加され、目標操舵トルク生成部１００の後段に配置されている加算部５１０が削除され、代わりに変換部３００の後段に加算部５１１が配置されている。

変換部３１０は、変換部３００と同様に、トーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔの逆数の符号を反転した－１／Ｋｔの特性を有しており、目標操舵トルク生成部２００から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＢを目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに変換する。目標捩れ角ΔθｒｅｆＢは加算部５１１に入力される。また、変換部３００は、目標操舵トルク生成部１００から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＡを目標捩れ角ΔθｒｅｆＡに変換し、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡは加算部５１１に入力される。そして、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡとΔθｒｅｆＢの加算結果が目標捩れ角Δθｒｅｆとなる。

第５実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、反力制御系において目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢの生成後から偏差ｄΔθの算出前までの動作（図１６でのステップＳ４０～Ｓ５０）が異なる。異なる動作について、図２７のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ３０の後、変換部３００は目標操舵トルクＴｒｅｆＡを目標捩れ角ΔθｒｅｆＡに変換し（ステップＳ４１）、変換部３１０は目標操舵トルクＴｒｅｆＢを目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに変換する（ステップＳ４２）。そして、加算部５１１は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡとΔθｒｅｆＢを加算し、目標捩れ角Δθｒｅｆを出力する（ステップＳ４３）。目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部５２０に加算入力され、ステップＳ６０へと続く。

図２８に示す反力制御系の構成例（第６実施形態）では、電流指令値演算後に上記加算を行っている。第６実施形態での反力制御系６０Ｂでは、図２６に示される第５実施形態での反力制御系６０Ａと比べると、捩れ角制御部４１０が更に追加され、加算部が捩れ角制御部４００の後段に移動している。

捩れ角制御部４１０は、捩れ角制御部４００と同様に、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに対して補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、電流指令値ＩｍｃＢを出力する。電流指令値ＩｍｃＢは加算部５１２に入力される。減算部５２０は、変換部３００から出力される目標捩れ角ΔθｒｅｆＡからトーションバー２Ａの捩れ角Δθを減算し、減算結果である偏差ｄΔθＡが捩れ角制御部４００に入力される。捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθＡに対して補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、電流指令値ＩｍｃＡを出力する。電流指令値ＩｍｃＡは加算部５１２に入力される。そして、電流指令値ＩｍｃＡとＩｍｃＢの加算結果が電流指令値Ｉｍｃとなる。

第６実施形態の動作は、第５実施形態の動作と比べると、反力制御系において目標捩れ角ΔθｒｅｆＡ及びΔθｒｅｆＢの演算後から偏差Ｉ１の算出前までの動作（図１６及び２７でのステップＳ４３～Ｓ７０）が異なる。異なる動作について、図２９のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ４２の後、減算部５２０は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡから捩れ角Δθを減算することにより、偏差ｄΔθＡを算出する（ステップＳ５１）。偏差ｄΔθＡは捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθＡに補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより電流指令値ＩｍｃＡを求める（ステップＳ５２）。一方、捩れ角制御部４１０は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより電流指令値ＩｍｃＢを求める（ステップＳ５３）。そして、加算部５１２は、電流指令値ＩｍｃＡとＩｍｃＢを加算し、電流指令値Ｉｍｃを出力する（ステップＳ５４）。電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、ステップＳ８０へと続く。

第１及び第２実施形態での角度感応ゲインマップ及び角速度感応ゲインマップ、第３実施形態でのエネルギー感応ゲインマップ、並びに第４実施形態での角度感応ゲインマップ及びエネルギー感応ゲインマップの具体的な特性としては、例えば、１８０ｄｅｇ／ｓ以上の舵角速度で操舵した場合に、終端角度から１１５～７５ｄｅｇ手前の位置において反力が２～４Ｎｍ以上となるようなダンピングゲインＧｄを生成するように、各実施形態でのマップの特性を設定する。望ましくは、１８０ｄｅｇ／ｓ以上の舵角速度で操舵した場合に、終端角度から９０ｄｅｇ手前の位置において反力が２Ｎｍ以上となるようなダンピングゲインＧｄを生成するように、各実施形態でのマップの特性を設定する。

また、例えば、１８０ｄｅｇ／ｓ以上の舵角速度で操舵した場合に、終端角度から３０～６０ｄｅｇ手前の位置において反力が２～４Ｎｍ以上となるようなダンピングゲインＧｄを生成するように、各実施形態でのマップの特性を設定しても良い。望ましくは、１８０ｄｅｇ／ｓ以上の舵角速度で操舵した場合に、終端角度から４５ｄｅｇ手前の位置において反力が４Ｎｍ以上となるようなダンピングゲインＧｄを生成するように、各実施形態でのマップの特性を設定する。

また、例えば、１８０ｄｅｇ／ｓ以上の舵角速度で操舵した場合に、終端角度から９０ｄｅｇ手前の位置において反力が２Ｎｍ以上となり、かつ、終端角度から４５ｄｅｇ手前の位置において反力が４Ｎｍ以上となるようなダンピングゲインＧｄを生成するように、各実施形態でのマップの特性を設定しても良い。

上述の実施形態（第１～第６実施形態）では１つの制御装置が反力制御系及び転舵制御系を有しているが、反力制御系のみを有する制御装置と転舵制御系のみを有する制御装置をそれぞれ設けても良い。この場合、制御装置同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図１に示されるＳＢＷシステムは反力装置３０と転舵装置４０の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸２と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるＳＢＷシステムにも、本発明は適用可能である。このようなＳＢＷシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。更に、反力装置３０はトーションバーを備えているが、ハンドル１と反力用モータ３１の間に任意のバネ定数を有する機構であればトーションバーに限定しなくても良い。

上述の実施形態での捩れ角制御部は直接的に電流指令値を演算しているが、電流指令値を演算する前に、先ず出力したいモータトルク（目標トルク）を演算してから、電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクから電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。

なお、上述で使用した図は、本発明に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

本発明の主たる目的は、操舵終端での衝突を抑制するための目標操舵トルクの実現手段についてであり、目標操舵トルクに対する操舵トルクの追従性の実現手段に関しては、上記の変換部及び捩れ角制御部に限定しなくても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
２Ａ トーションバー
１０ 車速センサ
３０ 反力装置
３１ 反力用モータ
３２、４２ 減速機構
３３ 舵角センサ
３４、４３ 角度センサ
３５ ストッパ
３６ 捩れ角演算部
３７、４７ ＰＷＭ制御部
３８、４８ インバータ
３９、４９ モータ電流検出器
４０ 転舵装置
４１ 転舵用モータ
５０ 制御装置
６０、６０Ａ、６０Ｂ 反力制御系
７０ 転舵制御系
１００、２００ 目標操舵トルク生成部
１１０ 基本マップ部
１２０、２３０ 微分部
１３０ ダンパゲイン部
１６０、２２０ 位相補償部
２１０ 擬似バネ生成部
２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ ダンピング生成部
２４１ 角度感応ゲイン部
２４２、２４２Ａ 角速度感応ゲイン部
２４６ エネルギー演算部
２４７ エネルギー感応ゲイン部
３００、３１０ 変換部
４００、４１０ 捩れ角制御部
５００、８００ 電流制御部
６００ 目標転舵角生成部
６１０ 制限部
６２０ レート制限部
６３０ 補正部
７００ 転舵角制御部

Claims (13)

1. トーションバーを備え、操舵可能な限界となる操舵終端を有し、反力アクチュエータを駆動制御することにより、操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置であって、
   第１目標操舵トルクを生成する第１目標操舵トルク生成部と、
   前記第１目標操舵トルクを第１目標捩れ角に変換する第１変換部と、
   前記第１目標捩れ角に基づいて、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値を演算する第１捩れ角制御部とを備え、
   前記第１目標操舵トルク生成部が、
   操舵角の大きさが、前記操舵終端に対応する終端角度の近傍に設定される閾値の大きさを超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する擬似バネ生成部と、
   舵角速度が速いときに大きくなる特性を少なくとも有するダンピングゲインより第２トルク信号を出力するダンピング生成部とを具備し、
   前記第１トルク信号及び前記第２トルク信号より前記第１目標操舵トルクを算出し、
   前記第１電流指令値に基づいて前記反力アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操向システムの制御装置。
2. 前記ダンピング生成部が、
   前記操舵角が前記終端角度に近いときに大きくなる特性を有する角度感応ゲインを出力する角度感応ゲイン部と、
   前記舵角速度が速いときに大きくなる特性を有する角速度感応ゲインを出力する角速度感応ゲイン部とを具備し、
   前記角度感応ゲインと前記角速度感応ゲインを乗算することにより前記ダンピングゲインを求める請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
3. 前記ダンピング生成部が、
   前記舵角速度より求められるエネルギーが大きいときに大きくなる特性を有するエネルギー感応ゲインを出力するエネルギー感応ゲイン部を具備し、
   前記エネルギー感応ゲインを前記ダンピングゲインとする請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
4. 前記ダンピング生成部が、
   前記操舵角が前記終端角度に近いときに大きくなる特性を有する角度感応ゲインを出力する角度感応ゲイン部と、
   前記舵角速度より求められるエネルギーが大きいときに大きくなる特性を有するエネルギー感応ゲインを出力するエネルギー感応ゲイン部とを具備し、
   前記角度感応ゲインと前記エネルギー感応ゲインを乗算することにより前記ダンピングゲインを求める請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
5. 前記ダンピング生成部が、
   前記ダンピングゲインに前記舵角速度を乗算することにより前記第２トルク信号を求める請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
6. 前記擬似バネ生成部が、
   前記操舵角の大きさが前記閾値の大きさを超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が大きくなる特性を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
7. 前記第１目標操舵トルク生成部が、
   前記擬似バネ生成部からの出力に対して位相進み補償を行う位相補償部を更に具備し、
   前記位相補償部からの出力を前記第１トルク信号とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
8. 基本マップを用いて前記操舵角に応じた第３トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第３トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部を更に備え、
   前記第１目標操舵トルク生成部からの出力及び前記第２目標操舵トルクより前記第１目標操舵トルクを算出する請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
9. 基本マップを用いて前記操舵角に応じた第３トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第３トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部と、
   前記第２目標操舵トルクを第２目標捩れ角に変換する第２変換部とを更に備え、
   前記第１変換部からの出力及び前記第２目標捩れ角より前記第１目標捩れ角を算出する請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
10. 基本マップを用いて前記操舵角に応じた第３トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第３トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部と、
    前記第２目標操舵トルクを第２目標捩れ角に変換する第２変換部と、
    前記第２目標捩れ角に基づいて第２電流指令値を演算する第２捩れ角制御部とを更に備え、
    前記第１捩れ角制御部からの出力及び前記第２電流指令値より前記第１電流指令値を算出する請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
11. 前記第２目標操舵トルク生成部が、
    車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第４トルク信号を求めるダンパ演算部を更に具備し、
    前記第３トルク信号及び前記第４トルク信号より前記第２目標操舵トルクを算出する請求項８乃至１０のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
12. 前記ダンピング生成部が、
    前記舵角速度が１８０ｄｅｇ／ｓ以上の場合、前記終端角度から９０ｄｅｇ手前の位置において、前記反力アクチュエータが生成する反力が２Ｎｍ以上となり、前記終端角度から４５ｄｅｇ手前の位置において、前記反力が４Ｎｍ以上となるように設計されている請求項１乃至１１のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
13. トーションバーを備え、操舵可能な限界となる操舵終端を有し、反力アクチュエータを駆動制御することにより、操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置であって、
    前記操舵機構での舵角速度が１８０ｄｅｇ／ｓ以上の場合、前記操舵終端に対応する終端角度から９０ｄｅｇ手前の位置において、前記反力アクチュエータが生成する反力が２Ｎｍ以上となり、前記終端角度から４５ｄｅｇ手前の位置において、前記反力が４Ｎｍ以上となるように設計されていることを特徴とする車両用操向システムの制御装置。

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