JPWO2011101979A1 - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

操舵制御装置においては、路面反力トルク演算部５２は、車速と操舵角と車両モデルとを用いて、キャスタートレール起因トルクと、セルフアライニングトルクと、路面反力トルクとのそれぞれを算出する。反力指令電流演算部５３は、路面反力トルク及び車速を用いて、反力指令電流を算出する。

Description

この発明は、運転者のハンドル操作に応じて、操舵系に動力を付与するモータの駆動を制御する操舵制御装置に関する。

一般的なステアリング装置としては、操舵トルクを検出し、操舵トルクに基づいてアシストトルク（操舵補助トルク）を付与する電動パワーステアリング装置が知られている。このような電動パワーステアリング装置の駆動を制御する操舵制御装置は、運転者が操舵ハンドルを操舵した際に感じる操舵トルクを制御することになるため、その車両の操舵フィーリングを形成する重要な因子になる。

ここで、路面反力トルクは、路面と操舵輪との間で作用するタイヤ横力により、操舵ハンドルを中立点に戻す方向に作用するトルクである。車両によっては、操舵系のレイアウトや、タイヤの仕様等より、路面反力トルクが小さくなる場合がある。

このように、路面反力トルクが小さい場合には、その路面反力トルクが、相対的に大きくなる摩擦トルクに打ち勝てない。これによって、運転者の操舵中に、操舵ハンドルを中立点に戻す方向に作用する路面反力トルクが不足する。従って、運転者が意識して戻しトルクを操舵ハンドルに加えて、操舵ハンドルを中立点に戻さなければならない。

この他に、路面反力トルクが小さい場合には、操舵ハンドルが中立点であるか、あるいは操舵ハンドルが中立点からずれて車両が旋回しているかについて、運転者がその手に伝わる反力から感じ取りにくくなる。このため、運転者は、車両を安定して直進させるために、操舵ハンドル位置を目視で確認する必要がある。以上のように、路面反力トルクが小さい場合には、操舵フィーリングが低下するという課題があった。

このような課題に対して、例えば、特許文献１に示すような従来装置では、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が、舵角と、舵角速度の方向とに応じたハンドル戻しトルクを操舵系に付与するようにモータを駆動させる。

また、例えば、特許文献２に示すような従来装置では、ＥＣＵが、車両モデルに基づいて、操舵角からラック軸力を推定し、そのラック軸力推定値に応じて、アシスト制御を実行する。

さらに、例えば、特許文献３に示すような従来装置では、ＥＣＵが、操舵角に対する操舵トルクの応答特性のうち、車両モデルとして表された操舵応答特性から、数学的に算出可能な定常応答成分を差し引いた結果を用いて、アシストトルクを算出する。この算出されたアシストトルクによって、操舵角に対する操舵トルクの応答特性のうち高周波成分の特性（非定常応答成分）が打ち消される。

また、例えば、特許文献４に示すような従来装置では、ＥＣＵが、サスペンションジオメトリの影響によるコーナリングフォース及びセルフアライニングトルク動特性の伝達遅れを補償するために、検出、又は推定したセルフアライニングトルクを位相補償し、操舵補助指令値を補正する。

特開２００２−１４５１００号公報（２頁段落［０００７］〜［００２１］及び図２） 特開２００７−２６９２５１号公報（２頁段落［０００３］〜［００１０］及び図２） 特開２００４−３３８６１６号公報（２頁段落［０００９］〜［００１２］及び図２） 特開２００８−１１４６８７号公報（６頁段落［００１９］、９頁段落［００４２］〜［００４６］及び図１１）

上記のような従来装置では、操舵角、又は操舵角から車両モデルを用いて演算した路面反力トルク（特許文献２のものではラック軸力に相当、特許文献３のものではマニュアルステアでの操舵トルクに相当）に基づいてアシストトルクが設定される。しかしながら、従来装置では、操舵角から路面反力トルクまでの車両の物理特性（伝達特性）を数学的に表した車両モデルに、操舵輪の横滑り角が発生した際に操舵輪の一部を構成するタイヤ自体が弾性変形によって捩れることより過渡的に発生するトルク（Ｍ_S2：以下、本明細書において「タイヤの捩りトルク」とする。）の影響が考慮されていない。

具体的に、従来装置では、キャスタートレール及びタイヤ横力により発生するトルク（Ｍ_F：以下、本明細書において「キャスタートレール起因トルク」とする）と、タイヤ横力が操舵輪の接地面上に不均一に分布していることによって発生するトルク（Ｍ_S1：以下、本明細書において「ニューマチックトレール起因トルク」とする）との和として、算出路面反力トルク（Ｍ_R）を近似していた。これにより、路面反力トルク（Ｍ_R）がタイヤ横力（Ｆ_yF）と同位相の状態量になっていた。

ここで、路面反力トルク（Ｍ_R）は、操舵周波数領域において、タイヤ横力（Ｆ_yF）よりも位相が進むという特性がある。このため、操舵角を用いて算出した路面反力トルク、又は操舵角及び車両モデルを用いて算出した路面反力トルクと、実際に路面からステアリング軸に作用する路面反力トルクとが異なってしまう。

従って、従来装置では、実際とは異なった路面反力トルクを用いて、電動パワーステアリング装置のアシストトルクを設計することになる。この結果、従来装置では、制御設計者が得ようとする制御効果が十分に発揮されず、自然な操舵フィーリングを実現できないという課題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、設計者が得ようとする制御効果を得られやすく、より自然な操舵フィーリングを実現することができる操舵制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る操舵制御装置は、動力を操舵系に付与するモータの駆動を制御するものであって、前記操舵系の操舵角に応じた操舵角信号を生成する操舵角検出手段から受けた操舵角信号を、前記操舵角から、前記操舵系の操舵輪のセルフアライニングトルクまでの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタを用いてフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に基づいて、前記モータの駆動トルクを設定する操舵制御装置本体を備えるものである。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 図１の操舵制御装置本体を示すブロック図である。 アシストマップの一例を示すグラフである。 各種記号の定義を説明するための説明図である。 四輪車両を等価二輪モデルで表現した概略図である。 車両のｘ軸回りの回転運動を示す概略図である。 タイヤモデルを示す概略図である。 タイヤの剛性を示す概略図である。 図２の指令電流演算系の動作を示すフローチャートである。 換算ゲインマップの一例を示すグラフである。 実測値に基づく周波数特性と、車両モデルについての周波数応答とを示すグラフである。 路面反力トルクで反力指令電流を算出した場合の効果を説明するための周波数特性を示すグラフである。 車速が４０ｋｍ／ｈの場合の０．２Ｈｚ正弦波操舵での操舵角に対する操舵トルクのリサージュ波形である。 車速が４０ｋｍ／ｈの場合の２Ｈｚ正弦波操舵での操舵角に対する操舵トルクのリサージュ波形である。 この発明の実施の形態２による制限値設定マップの一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による指令電流演算系の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による操舵制御装置本体の効果を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 図１８の操舵制御装置本体を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による操舵制御装置本体を示すブロック図である。 図２０の反力指令電流演算部による反力指令電流についての補正処理を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態５による操舵制御装置本体を示すブロック図である。

以下、この発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
図１において、電動パワーステアリング装置１００は、操舵ハンドル１、ステアリング軸２、減速器３、モータ４、タイロッド５、ギアボックス（図示せず）、及び一対の操舵輪６Ａ，６Ｂを有している。操舵ハンドル１、ステアリング軸２、タイロッド５、ギアボックス、及び一対の操舵輪６Ａ，６Ｂは、操舵系を構成している。操舵ハンドル１は、ステアリング軸２の一端に固定されている。また、操舵ハンドル１は、運転者によって操作される。

減速器３は、ステアリング軸２の中間部に取り付けられている。モータ４は、減速器３を介して、ステアリング軸２に結合されている。タイロッド５の中間部は、ギアボックスを介して、ステアリング軸２に接続されている。一対の操舵輪６Ａ，６Ｂは、タイロッド５の両端部に回転自在に取り付けられている。運転者による操舵ハンドル１の回転角度の変化に応じて、一対の操舵輪６Ａ，６Ｂの舵角が変化される。

モータ４の駆動トルクは、減速器３によって増幅されて、ステアリング軸２に加わる。従って、ステアリング軸２には、モータ４の増幅後のトルクと、運転者が操舵ハンドル１を回転させることによって生じる操舵トルクとが加わる。これらのモータ４による駆動トルクと操舵トルクとの和によって、操舵輪６Ａ，６Ｂからステアリング軸２へ伝わる路面反力トルクに抗して、ステアリング軸２及び操舵輪６Ａ，６Ｂが回転される。

操舵ハンドル１には、操舵角検出手段としての操舵角センサ１０が取り付けられている。操舵角センサ１０は、操舵ハンドル１の操舵角に応じた操舵角信号を生成する。ステアリング軸２には、操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ１１が取り付けられている。操舵トルクセンサ１１は、ステアリング軸２に作用している操舵トルクに応じた操舵トルク信号を生成する。

電動パワーステアリング装置１００の動作は、操舵制御装置本体５０によって制御される。操舵制御装置本体５０には、操舵角センサ１０からの操舵角信号と、操舵トルクセンサ１１からの操舵トルク信号と、車速検出手段としての車速センサ１２からの車速信号とが入力される。操舵制御装置本体５０は、操舵角信号、操舵トルク信号及び車速信号を用いて、操舵角、操舵トルク及び車速を監視する。また、操舵制御装置本体５０は、モータ４の駆動電流を監視する。さらに、操舵制御装置本体５０は、監視している操舵角、操舵トルク、車速、及びモータ４の駆動電流のそれぞれの変化を記憶する。

また、操舵制御装置本体５０は、操舵角信号、操舵トルク信号及び車速信号に基づいて、モータ４の駆動トルクを発生するのに必要な指令電流（操舵補助電流）を算出する。また、操舵制御装置本体５０は、モータ電流信号に基づくモータ電流と指令電流とが一致するように電流制御（フィードバック制御）を実行し、その電流制御による印加電圧をモータ４に付与する。

図２は、図１の操舵制御装置本体５０を示すブロック図である。図２において、操舵制御装置本体５０は、アシスト指令電流演算部５１、路面反力トルク演算部５２、反力指令電流演算部５３、減算部５４、電流制御部５５、駆動回路５６、及び電流検出手段としての電流センサ５７を有している。ここで、路面反力トルク演算部５２、反力指令電流演算部５３及び減算部５４による操舵角から指令電流を演算する演算処理がフィルタ処理に相当する。

アシスト指令電流演算部５１、路面反力トルク演算部５２、反力指令電流演算部５３及び減算部５４は、指令電流演算系６０を構成している。指令電流演算系６０は、指令電流を算出する。

アシスト指令電流演算部５１は、車速及び操舵トルクを用いて、運転者の操舵トルクを軽減するための基本アシスト指令電流を算出する。具体的に、アシスト指令電流演算部５１には、図３に示すようなアシストマップ、即ち車速及び操舵トルクに対する基本アシスト指令電流の値が予め登録されている。アシスト指令電流演算部５１は、アシストマップ、車速及び操舵トルクを用いて、基本アシスト指令電流を算出する。なお、この基本アシスト指令電流に相当するモータ４の駆動トルクを基本アシストトルクとする。

路面反力トルク演算部５２は、車速及び操舵角と、後述の式（１）〜（１３）に示す車両モデル（一種のフィルタ）とを用いて、キャスタートレール起因トルクＭ_Fと、セルフアライニングトルクＭ_Sと、路面反力トルクＭ_Rとのそれぞれを算出する。なお、セルフアライニングトルクＭ_Sには、後述の式（９）に示すように、タイヤ横力Ｆ_yFが操舵輪６Ａ，６Ｂの接地面上に不均一に分布していることによって発生するニューマチックトレール起因トルクＭ_S1と、タイヤの捩りトルクＭ_S2とが含まれている。

反力指令電流演算部５３は、路面反力トルク演算部５２から路面反力トルクＭ_Rの算出結果を受ける。また、反力指令電流演算部５３は、路面反力トルクＭ_R及び車速を用いて、反力指令電流を算出する。この反力指令電流とは、路面反力トルクＭ_Rの大きさに対応するように、モータ４の駆動トルクの大きさを調整するための電流である。

減算部５４は、アシスト指令電流演算部５１から基本アシスト指令電流の算出結果を受ける。また、減算部５４は、反力指令電流演算部５３から反力指令電流の算出結果を受ける。さらに、減算部５４は、基本アシスト指令電流から反力指令電流を減算し、その減算して得た電流値をモータ４の指令電流として電流制御部５５に送る。

電流制御部５５は、電流センサ５７を介してモータ電流を監視する。また、電流制御部５５は、指令電流及びモータ電流に基づいて、モータ４に流れる電流が指令電流に一致するようにモータ４の印加電圧を算出する。駆動回路５６は、電流制御部５５によって算出された印加電圧がモータ４の付与されるようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動を実行する。

ここで、操舵制御装置本体５０は、演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＯＭ及びＲＡＭ等）、信号入出力装置、駆動回路５６、及び電流センサ５７を有するハードウェア（図示せず）により構成することができる。このハードウェアの記憶装置には、アシスト指令電流演算部５１、路面反力トルク演算部５２、反力指令電流演算部５３、減算部５４及び電流制御部５５の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

次に、指令電流演算系６０の演算処理について、より具体的に説明する。指令電流演算系６０は、車速Ｖ及び操舵角θ_hを読み込んで、次の式（１）〜式（１３）に示す車両モデルを用いて路面反力トルクＭ_Rを算出する。なお、これらの車両モデルは、操舵制御装置本体５０に予め記憶されている。また、操舵制御装置本体５０の演算処理に用いられる各種記号（パラメータ）は、図４に示すように定義される。さらに、操舵制御装置本体５０の演算処理に用いられる各種記号は、図５〜８に示す車両モデルと対応している。

操舵角θ_hから操舵輪に発生するタイヤ横力Ｆ_yFまでの運動のモデルは、次の式（１）〜式（６）で表される。
操舵角θ_hから操舵輪の舵角δへの換算：

車両のｙ軸（横）方向運動方程式：

車両のｚ軸（鉛直方向軸）回りの回転運動方程式：

車両のｘ軸（車体前後方向軸）回りの回転運動方程式：

タイヤ横力（コーナリングフォース）発生モデル：

タイヤ横力によりステアリング軸２に作用する路面反力トルクＭ_Rのモデルは、次の式（７）で表される。

この式（７）に示すように、路面反力トルクＭ_Rには、キャスタートレール起因トルクＭ_Fと、タイヤの垂直軸周りモーメントであるセルフアライニングトルクＭ_Sとが含まれている。キャスタートレール起因トルクＭ_Fは、式（８）を用いて算出可能である。セルフアライニングトルクＭ_Sは、式（９）を用いて算出可能である。

さらに、セルフアライニングトルクＭ_Sには、式（９）に示すように、タイヤ横力Ｆ_yFが操舵輪６Ａ，６Ｂの接地面上に不均一に分布していることによって発生するニューマチックトレール起因トルクＭ_S1と、タイヤの捩りトルクＭ_S2とが含まれている。ニューマチックトレール起因トルクＭ_S1は、式（１０）を用いて算出可能である。

タイヤの捩りトルクＭ_S2は、式（１１）〜（１３）に示すようにモデル化することができる。式（１１）〜（１３）は、前輪横滑り角に対して、ゲインがタイヤ捩り剛性に基づく位相進み要素、言い換えると、ゲインがタイヤ捩り剛性に基づくハイパスフィルタ特性となっており、これによりタイヤの捩りトルクＭ_S2を表現する。

なお、タイヤ捩れ応答時定数Ｔ₁は、車速に応じて変化する時定数であり、式（１３）に示すように設定することができる。また、タイヤ捩れ応答距離Ｌ₁は、操舵後タイヤの捩れが解消されるまでに必要な走行距離を意味する。さらに、路面反力トルクＭ_Rは、操舵周波数領域において、タイヤ横力Ｆ_yFよりも位相が進み、その影響は、低速域でより顕著になる特性がある。

また、式（８）、式（１０）及び式（１２）の右辺の係数の「２」は、左右２輪分を示している。さらに、式（８）、式（１０）及び式（１２）のそれぞれの右辺をオーバーオールステアリングギア比Ｇ_Sで割っているのは、路面反力トルクをステアリング軸２に作用するトルクとして換算するためである。

また、オーバーオールステアリングギア比Ｇ_Sは、操舵角によって可変に設計されている場合があり、ラック軸力推定値だと実際に路面からステアリング軸に作用する路面反力トルクと異なる場合がある。式（８），（１０），（１２）のように、オーバーオールステアリングギア比Ｇ_Sを考慮することにより、実際に路面からステアリング軸に作用する路面反力トルクを精度良く演算することが可能になる。

ここで、式（１）〜（１３）に示す車両モデルには、パラメータ（変数）として車速Ｖが含まれる。このため、この車両モデルに基づくキャスタートレール起因トルクＭ_F及びセルフアライニングトルクＭ_Sの算出結果は、車速Ｖに応じて変化する。

次に、指令電流演算系６０の動作について説明する。図９は、図２の指令電流演算系６０の動作を示すフローチャートである。図９において、指令電流演算系６０は、記憶している車速、操舵トルク及び操舵角を読み込む（ステップＳ１０１）。この後に、指令電流演算系６０は、アシストマップと、読み込んだ車速及び操舵トルクとを用いて、基本アシスト指令電流を算出する（ステップＳ１０２）。

また、指令電流演算系６０は、読み込んだ車速及び操舵角から、先の式（１）〜（１３）に示す車両モデルを用いて路面反力トルクＭ_Rを算出する（ステップＳ１０３）。この後に、指令電流演算系６０は、予め設定された換算ゲインマップ（図１０参照）と車速とを用いて、換算ゲインＫ₁を設定する（ステップＳ１０４）。そして、指令電流演算系６０は、次の式（１４）に示すように、換算ゲインＫ₁と路面反力トルクＭ_Rとを掛けて、反力指令電流Ｉ_Rを算出する（ステップＳ１０５）。

この後に、指令電流演算系６０は、基本アシスト指令電流から反力指令電流Ｉ_Rを減算して、指令電流を算出する（ステップＳ１０６）。この算出された指令電流の情報は、電流制御部５５に送られ、電流制御部５５によって、指令電流に応じた電流がモータ４に流れるように制御される。そして、指令電流演算系６０は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理を繰り返し実行する。

ここで、路面反力トルクＭ_Rから反力指令電流Ｉ_Rへの換算ゲインＫ₁は、図１０に示すように、車速に対して異なる値が予め設定されている。具体的に、車速における０ｋｍ／ｈを含む極低速域では、操舵トルクの低減を行うことが主な目的である。このため、極低速域での反力指令電流Ｉ_Rが０となるように、換算ゲインＫ₁が設定されている。これによって、極低速域での操舵トルクが軽くなり、極低速域での操舵フィーリングが操作性重視となる。

また、低速域では、操舵角に対する操舵トルクの傾きが元来小さい。このため、低速域の換算ゲインＫ₁が、より大きな値に設定されている。これによって、操舵フィーリングが向上する。さらに、高速域では、操舵角に対する操舵トルクの傾きが元来大きい。このため、換算ゲインＫ₁が低速域よりも小さな値に設定されている。これによって、操舵角に対する操舵トルクの傾きが、適切な範囲で増加する。

このように換算ゲインＫ₁が車速に対して異なる値に設定されていることから、操舵反力感（いわゆるオンセンター感）が改善されつつ、より適切な操作性が実現される。従って、換算ゲインＫ₁を車速に対して変化させることによって、全車速域で操舵フィーリングを改善させることができる。

次に、反力指令電流演算部５３によって算出される反力指令電流を用いることにより得られる制御効果について説明する。まず、特許文献３に示すような従来装置のように操舵角に対する操舵トルクの特性を高周波に至るまで平坦にした人工的な操舵フィーリングを好む運転者がいる。これに対して、操舵角に対する操舵トルクの特性が、マニュアルステア（車両そのものの特性）に近い自然な操舵フィーリングを好む運転者もいる。

特に、車両のレイアウトの制約によりキャスタートレールが小さい場合や、タイヤ仕様によりニューマチックトレールが小さい場合には、路面反力トルクＭ_Rが小さくなる。このように路面反力トルクＭ_Rが小さい場合には、操舵角変化に対する操舵トルク変化の比率が小さく、操舵反力感が不足する。このため、操舵フィーリングが悪くなる。

このような車両に対し、マニュアルステアに近い自然な操舵フィーリングを実現するような制御効果を得ることが目標である。即ち、操舵輪６Ａ，６Ｂに作用している路面反力トルクＭ_Rを算出し、その算出した路面反力トルクＭ_Rに基づいた反力をモータ４からステアリング軸２に付与することによって、擬似的に路面反力トルクを増加させ、マニュアルステアに近い自然な操舵フィーリングを実現するような制御効果を得ることが目標である。

このような制御効果を得ようとした場合に、路面反力トルク演算部５２において、タイヤの捩りトルクＭ_S2を考慮したことによる効果について説明する。図１１（ａ），（ｂ）の実線は、実車の車速４０ｋｍ／ｈでの実測データから求めた、操舵角からキャスタートレール起因トルクＭ_Fまでの周波数特性である。図１１（ｃ），（ｄ）の実線は、実車の車速４０ｋｍ／ｈでの実測データから求めた、操舵角からセルフアライニングトルクＭ_Sまでの周波数特性である。

図１１に示すように、キャスタートレール起因トルクＭ_F（タイヤ横力Ｆ_yFと同位相）と、セルフアライニングトルクＭ_Sとでは、位相が異なる。具体的に、セルフアライニングトルクＭ_Sの位相が、キャスタートレール起因トルクＭ_Fの位相よりも進んでいる。また、操舵周波数２Ｈｚ付近のゲインの落ち込み度合いに関しては、セルフアライニングトルクＭ_Sの方が、キャスタートレール起因トルクＭ_Fよりも小さい。

さらに、セルフアライニングトルクＭ_Sのゲインの方が、キャスタートレール起因トルクＭ_Fのゲインよりも大きい。また、セルフアライニングトルクＭ_Sの方が、キャスタートレール起因トルクＭ_Fよりも、路面反力トルクＭ_Rの全体の占める割合が高い。従って、路面反力トルクＭ_Rを精度良く演算するためには、セルフアライニングトルクＭ_Sを精度良く算出する必要がある。

次に、図１１（ａ），（ｂ）の破線は、車両モデルにおける操舵角からキャスタートレール起因トルクＭ_Fまでの周波数応答である。図１１（ｃ），（ｄ）の破線は、車両モデルにおける操舵角からセルフアライニングトルクＭ_Sまでの周波数応答である。この図１１に示すように、タイヤの捩りトルクＭ_S2を考慮したことによって、セルフアライニングトルクＭ_Sが実測値に近くなる。

よって、キャスタートレール起因トルクＭ_FとセルフアライニングトルクＭ_Sとの和である路面反力トルクＭ_Rも実測値により近い車両モデルとなる。なお、従来装置のように、タイヤの捩りトルクＭ_S2を考慮せずに、路面反力トルクＭ_RをＭ_F＋Ｍ_S1と近似して算出する場合には、算出した路面反力トルクＭ_Rと実際の路面反力トルクＭ_Rとの差が比較的大きくなる。

次に、路面反力トルクＭ_R（＝Ｍ_F＋Ｍ_S1＋Ｍ_S2）で反力指令電流を算出した場合の効果を図１２（ａ），（ｂ）に示す。なお、図１２（ｂ）は、実線と破線とが一致している特性を示している。図１２（ａ），（ｂ）の破線は、反力指令電流が０の場合（Ｋ₁＝０）の、操舵角から路面反力トルクＭ_Rまでの周波数特性を示している。図１２（ａ），（ｂ）の実線は、路面反力トルクＭ_Rで反力指令電流を演算し、擬似的に路面反力トルクＭ_Rを増加させた場合の結果（路面反力トルクＭ_Rと反力指令電流によるアシストトルクとで操舵反力トルクを増加させた結果）を示している。

この図１２（ａ），（ｂ）に示すように、路面反力トルクＭ_Rを用いて反力指令電流を算出した場合には、路面反力トルクＭ_Rの位相はほぼ変化なく、ゲインのみ増加をさせており、マニュアルステアの位相特性を維持し、操舵反力感を大きくして、マニュアルステアの操舵特性を強調できる。

図１２（ｃ），（ｄ）の破線は、反力指令電流が０の場合の、操舵角から路面反力トルクＭ_Rまでの周波数特性を示している。図１２（ｃ），（ｄ）の実線は、Ｍ_F＋Ｍ_S1で反力指令電流を算出し、擬似的に路面反力トルクＭ_Rを増加させた結果（路面反力トルクＭ_Rと反力指令電流によるアシストトルクとで操舵反力トルクを増加させた結果）を示している。図１２（ｃ），（ｄ）に示すように、ゲインの増加特性は、図１２（ａ）の実線で示す特性とほぼ同等であるが、位相は、概ね１Ｈｚ以上の周波数領域で図１２（ｂ）の破線で示す路面反力トルクＭ_Rの特性よりも遅れてしまう。

図１３は、車速が４０ｋｍ／ｈの場合の０．２Ｈｚ正弦波操舵（低周波操舵）での操舵角に対する操舵トルクのリサージュ波形である。この０．２Ｈｚ正弦波操舵は、通常のレーンチェンジに相当し、頻繁に行われる操舵パターンである。図１３（ａ）は、操舵トルクセンサ１１で検出した操舵トルクと車速センサ１２で検出した車速とに基づいて、運転者の操舵をアシストした結果である。

ここで、一般的に、リサージュ波形のヒステリシス幅が大きいほど、摩擦感が大きい。また、原点付近の操舵角に対する操舵トルクの傾きが小さいほど、操舵反力感が不足し、直進しているか、あるいは旋回しているかについて運転者がわかりにくく、操舵フィーリングが悪くなる。このため、このような操舵フィーリングの悪化を解消すべく、制御や、車両特性を調整する。ただし、両者とも適値があり、摩擦感が極端に小さい場合や操舵反力感が極端に大きい場合にも操舵フィーリングは悪くなる。

図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すリサージュ波形は、原点付近での操舵角に対する操舵トルクの傾きが同一になるように、下記の仕様で制御を行ったものである。図１３（ｂ）のリサージュ波形は、基本アシスト指令電流から操舵角に比例した反力指令電流を減算した結果を示す。図１３（ｂ）によれば、操舵角に対する操舵トルクの傾きが大きく、操舵反力感が改善されていることがわかる。ただし、操舵角に比例した反力指令電流を用いた場合には、この場合の反力指令電流の位相と路面反力トルクの位相とが一致しないため、リサージュ波形のヒステリシス幅が狭くなりすぎており、操舵フィーリングが悪くなる。

図１３（ｃ）のリサージュ波形は、タイヤ横力Ｆ_yFと同位相であるＭ_F＋Ｍ_S1に比例した反力指令電流を、基本アシスト指令電流から減算して求めた指令電流によってモータ４を駆動した結果である。図１３（ｄ）のリサージュ波形は、路面反力トルクＭ_R（＝Ｍ_F＋Ｍ_S1＋Ｍ_S2）に比例した反力指令電流を、基本アシスト指令電流から減算して求めた指令電流によってモータ４を駆動した結果である。

図１３（ｃ），（ｄ）に示すリサージュ波形では、原点付近での操舵角に対する操舵トルクの傾きが図１３（ｂ）と同レベルまで大きくなり、操舵反力感が改善されていることがわかる。また、図１３（ｃ），（ｄ）のリサージュ波形のヒステリシス幅が、図１３（ａ）のリサージュ波形よりも狭く、図１３（ｂ）のリサージュ波形よりも広がっている。このことから、適度な摩擦感となっており、自然な操舵フィーリングが得られていることがわかる。

ここで、０．２Ｈｚ操舵では、タイヤ横力Ｆ_yFと同位相であるＭ_F＋Ｍ_S1の位相及びゲインが、路面反力トルクＭ_Rの位相及びゲインとほぼ同等である。このため、Ｍ_F＋Ｍ_S1でも、路面反力トルクが擬似的に増加し、マニュアルステアに近い自然な操舵フィーリングを実現することができる。

次に、車速が４０ｋｍ／ｈの場合の２Ｈｚ正弦波操舵（高周波操舵）の結果を図１４に示す。２Ｈｚ正弦波操舵は、比較的急なレーンチェンジや、同一レーン内で片側により過ぎたときにレーンの中心付近に復帰する際に行われる操舵に相当する。なお、この２Ｈｚ正弦波操舵は、０．２Ｈｚ正弦波操舵ほどではないものの、比較的頻繁に行われる操舵パターンである。また、図１４（ａ）〜（ｄ）のそれぞれの制御仕様は、図１３（ａ）〜（ｄ）のそれぞれの制御仕様と同一である。

図１４（ａ）のリサージュ波形は、操舵トルク及び車速に基づいて、運転者の操舵をアシストした結果である。図１４（ａ）によれば、リサージュ波形のヒステリシス幅が大きいことから摩擦感が大きいことがわかる。また、操舵角に対する操舵トルクの傾きが小さいことから操舵反力感が不足していることがわかる。さらに、切り返し後の操舵トルクがほぼ０であることから、操舵ハンドル位置を中心位置に戻す反力トルクが不足していることがわかる。

図１４（ｂ）のリサージュ波形は、基本アシスト指令電流から操舵角に比例した反力指令電流を減算した結果である。図１４（ｂ）によれば、切り返し後の操舵トルクがほぼ０となることがわかる。図１４（ｃ）のリサージュ波形は、タイヤ横力Ｆ_yFと同位相であるＭ_F＋Ｍ_S1に比例した反力指令電流を、基本アシスト指令電流から減算して求めた指令電流によってモータ４を駆動した結果である。

ここで、図１４（ｃ）のリサージュ波形では、Ｍ_F＋Ｍ_S1の位相が実際の路面反力トルクの位相とは異なる。このため、操舵角が０度付近で、ヒステリシス幅が極端に細くなっている。また、切り返し後の操舵トルクがほぼ０となっている。このように、図１４（ｂ），（ｃ）に示す場合の制御仕様では、リサージュ波形が滑らかでなく、非円滑的な操舵反力感になってしまうという課題がある。

図１４（ｄ）は、路面反力トルクＭ_R（＝Ｍ_F＋Ｍ_S1＋Ｍ_S2）に比例した反力指令電流を、基本アシスト指令電流から減算して求めた指令電流によってモータ４を駆動した結果である。図１４（ｄ）によれば、０度付近の操舵角に対する操舵トルクの変化率が増加しており、適切な操舵反力感が実現できていることがわかる。また、切り返し後の操舵トルクが０付近になっておらず、滑らかなリサージュ波形となっている。さらに、適切なヒステリシス幅となっており摩擦感が低減されている。

以上のように、実施の形態１によれば、操舵制御装置本体５０が、操舵角から操舵輪６Ａ，６ＢのセルフアライニングトルクＭ_Sまでの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタにてフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に基づいて、モータ４の駆動トルクを設定する。この構成により、設計者が得ようとする制御効果を得られやすく、より自然な操舵フィーリングを実現することができる。

また、フィルタの所定の周波数特性には、タイヤの捩りトルクＭ_S2の特性が含まれている。この構成により、操舵制御装置本体５０が実際の路面反力トルクの位相と同位相となるように路面反力トルクＭ_Rを算出することから、従来装置よりも、路面反力トルクＭ_Rの算出精度を向上させることができる。
これに加えて、この算出した路面反力トルクＭ_Rを用いてモータ４の駆動トルクを補正することにより、タイヤの捩りトルクＭ_S2を考慮していない従来装置に比べて、路面反力トルクＭ_Rを精度良く擬似的に増加することができる。特に、運転者が急なレーンチェンジ等の比較的早い操舵を行った場合にも、マニュアルステアに近く違和感のない自然な操舵フィーリングを実現することができる。

さらに、操舵制御装置本体５０が、操舵角からニューマチックトレール起因トルクＭ_S1までの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタを用いて、操舵角信号をフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に基づいて、モータ４の駆動トルクを補正する。この構成により、違和感のない自然な操舵フィーリングを達成することができるとともに、微妙な操舵フィーリングの最適化が容易に実現できる。

なお、ある特定車速の操舵フィーリングを改善したい場合には、その特定車速に限定するように、式（１）〜（１３）に示す車両モデルを設計すればよい。この場合、演算負荷や、演算用のメモリ容量を軽減することが可能になる。

実施の形態２．
実施の形態１では、路面反力トルク演算部５２が、路面反力トルクＭ_Rに換算ゲインＫ₁を乗じて、反力指令電流を算出した。これに対して、実施の形態２では、路面反力トルク演算部５２が、キャスタートレール起因トルクＭ_FとセルフアライニングトルクＭ_Sとのそれぞれに換算ゲインＫ₁，Ｋ₂を乗じて、それらの和を求めることにより、反力指令電流Ｉ_Rを算出する。

実施の形態２の操舵制御装置本体５０の構成の概要は、実施の形態１の操舵制御装置本体５０と同様である。実施の形態２の操舵制御装置本体５０の路面反力トルク演算部５２及び反力指令電流演算部５３の処理内容の一部が、実施の形態１の路面反力トルク演算部５２及び反力指令電流演算部５３とは異なっている。ここでは、実施の形態１との違いを中心に説明する。

実施の形態２の路面反力トルク演算部５２は、車速信号及び操舵角信号を取り込む。また、路面反力トルク演算部５２は、車速信号及び操舵角信号と、式（１）〜（１３）に示す車両モデルとを用いて、キャスタートレール起因トルクＭ_F、及びセルフアライニングトルクＭ_Sをそれぞれ算出する。

実施の形態２の操舵制御装置本体５０には、実施の形態１の図１０に示すように、所定のゲインとしての換算ゲインＫ₁，Ｋ₂についての換算ゲインマップが予め登録されている。換算ゲインＫ₁，Ｋ₂は、キャスタートレール起因トルクＭ_F及びセルフアライニングトルクＭ_Sのそれぞれを反力指令電流へ変換するための値である。また、換算ゲインＫ₁，Ｋ₂は、実施の形態１の換算ゲインＫ₁と同様に、図１０に示すように、車速に対して異なる値が予め設定されている。

反力指令電流演算部５３は、反力指令電流Ｉ_Rを算出する際に、換算ゲインマップと車速とを用いて、換算ゲインＫ₁，Ｋ₂を設定する。また、反力指令電流演算部５３は、路面反力トルク演算部５２によって算出されたキャスタートレール起因トルクＭ_F及びセルフアライニングトルクＭ_Sに、それぞれ換算ゲインＫ₁，Ｋ₂を乗じて、これらの和を求めることにより、反力指令電流Ｉ_Rを算出する。

具体的に、車速における０ｋｍ／ｈを含む極低速域では、操舵トルクの低減が行うことが主な目的なので、反力指令電流を０とすれば、操舵トルクを軽くして、操作性重視の操舵フィーリングとなる。低速域では、操舵角に対する操舵トルクの傾きが元来小さいため、換算ゲインＫ₁，Ｋ₂を大きく設定すれば、操舵フィーリングを向上できる。

また、高速域では、操舵角に対する操舵トルクの傾きが元来大きいため、換算ゲインＫ₁，Ｋ₂を低速域よりも小さく設定すれば、操舵角に対する操舵トルクの傾きを適切な範囲で増加させ、反力感（いわゆるオンセンター感）を改善しながらも適切な操作性を得ることができる。このように、Ｋ₁，Ｋ₂を車速に応じて可変とすることで、全車速域で操舵フィーリングを改善させることができる。なお、換算ゲインＫ₁，Ｋ₂には、それぞれ異なる値を設定することが可能である。

次に、操舵制御装置本体５０には、図１５に示すように、車速に対する制限値についてのマップ値（制限値設定マップ）が予め登録されている。反力指令電流演算部５３は、車速に応じて、制限値を設定する。また、反力指令電流演算部５３は、反力指令電流Ｉ_Rを算出した後に、反力指令電流Ｉ_Rの大きさが、その設定した制限値以内となるように制限する。

このように反力指令電流Ｉ_Rの大きさを制限することにより、大舵角で路面反力トルクが十分発生しているときの反力指令電流Ｉ_Rの増大による操舵トルクの増加を抑制できる。また、制限値を車速に応じて異なる値に設定することにより、各車速で適切な制限値を設定することができる。例えば、高速域で制限値を小さく設定することで、操舵ハンドルが中立点付近の反力感だけを改善させるように調整することが可能になる。

次に、ニューマチックトレール起因トルクＭ_S1と、タイヤの捩りトルクＭ_S2との関係について説明する。ニューマチックトレール起因トルクＭ_S1と、タイヤの捩りトルクＭ_S2との関係は、式（１）〜（１３）により、次の式（１５）に示すような関係がある。また、次の式（１６）に示す前輪横滑り角β_fとタイヤの捩りトルクＭ_S2との関係は、次の式（１７）に示すような関係がある。ただし、式（１５），（１７）におけるｓは、ラプラス演算子である。

この式（１５）によれば、タイヤの捩りトルクＭ_S2は、ニューマチックトレール起因トルクＭ_S1に対する微分特性が生じる。このため、ニューマチックトレール起因トルクＭ_S1に比べて、タイヤの捩りトルクＭ_S2は、ノイズが大きくなる傾向がある。よって、路面反力トルク演算部５２は、例えば、次の式（１８）に示すようなローパスフィルタ処理を捩りトルクＭ_S2に施してもよい。ただし、式（１８）におけるｓは、ラプラス演算子である。

ここで、ローパスフィルタの時定数Ｔ₂は、人間の操舵周波数限界である５Ｈｚ以上で、かつ操舵フィーリングに影響する周波数帯域以上に予め設定されている。上限は、路面反力トルク演算部５２の演算周期に対するナイキスト周波数に予め設定されている。これにより、タイヤの捩りトルクＭ_S2に生じる操舵周波数以上のノイズを低減でき、ノイズによる操舵フィーリングの低下を抑制できる。

次に、動作について説明する。図１６は、この発明の実施の形態２による指令電流演算系６０の動作を示すフローチャートである。図１６において、指令電流演算系６０は、記憶している車速、操舵トルク及び操舵角を読み込む（ステップＳ２０１）。この後に、指令電流演算系６０は、アシストマップと、読み込んだ車速及び操舵トルクとを用いて、基本アシスト指令電流を算出する（ステップＳ２０２）。

また、指令電流演算系６０は、読み込んだ車速及び操舵角と、先の式（１）〜（１３）に示す車両モデルとを用いて、キャスタートレール起因トルクＭ_F及びセルフアライニングトルクＭ_Sを算出する（ステップＳ２０３）。この後に、指令電流演算系６０は、予め設定された換算ゲインマップ（図１０参照）と車速とを用いて、換算ゲインＫ₁，Ｋ₂を設定する（ステップＳ２０４）。

そして、指令電流演算系６０は、次の式（１９）に示すように、換算ゲインＫ₁を乗じたキャスタートレール起因トルクＭ_Fと、換算ゲインＫ₂を乗じたセルフアライニングトルクＭ_Sとの和を求めて、反力指令電流Ｉ_Rを算出する（ステップＳ２０５）。

この後に、指令電流演算系６０は、算出した反力指令電流Ｉ_Rを制限値以内になるように制限する（ステップＳ２０６）。そして、指令電流演算系６０は、基本アシスト指令電流から反力指令電流Ｉ_Rを減算して、指令電流を算出する（ステップＳ２０７）。この算出された指令電流の情報は、電流制御部５５に送られ、電流制御部５５によって、指令電流に応じた大きさの電流がモータ４に流れるように制御される。そして、指令電流演算系６０は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を繰り返し実行する。

次に、実施の形態２の操舵制御装置本体５０による制御効果について説明する。図１７は、この発明の実施の形態２による操舵制御装置本体５０の効果を説明するための説明図である。図１７（ａ）のリサージュ波形は、セルフアライニングトルクＭ_Sに比例した反力指令電流を、基本アシスト指令電流から減算して求めた指令電流によってモータ４を駆動した場合の４０ｋｍ／ｈの０．２Ｈｚ正弦波操舵の結果である。

図１７（ａ）によれば、操舵角が原点付近での操舵角に対する操舵トルクの傾きが図１３（ｂ）と同レベルまで大きくなり、反力感が改善されていることがわかる。また、図１７（ａ）のリサージュ波形のヒステリシス幅が、図１３（ａ）のリサージュ波形よりも狭く、かつ図１３（ｂ）のリサージュ波形よりも広がっている。このことから、適度な摩擦感が得られており、より自然な操舵フィーリングが得られていることがわかる。

また、図１７（ｂ）のリサージュ波形は、セルフアライニングトルクＭ_Sに比例した反力指令電流を、基本アシスト指令電流から減算して求めた指令電流によってモータ４を駆動した場合の２Ｈｚ正弦波操舵の結果である。図１７（ｂ）によれば、０度付近の操舵角に対する操舵トルクの変化率が増加しており、より適切な反力感を実現できていることがわかる。また、切り返し後の操舵トルクが０付近になっておらず、滑らかなリサージュ波形が得られていることがわかる。さらに、適切なヒステリシス幅となっており摩擦感を低減できていることがわかる。

先の実施の形態１における図１１に示すように、キャスタートレール起因トルクＭ_FよりもセルフアライニングトルクＭ_Sのゲインが大きく、セルフアライニングトルクＭ_Sの方が路面反力トルクＭ_Rに占める割合が高い。このため、セルフアライニングトルクＭ_Sに基づいて反力指令電流Ｉ_Rを算出しても、路面反力トルクＭ_Rに基づいて反力指令電流Ｉ_Rを算出した結果と同等のリサージュ波形を得ることが可能であり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

上記のような実施の形態２によれば、従来の電動パワーステアリング装置よりも実際に近い路面反力トルクＭ_Rを算出し、その算出したセルフアライニングトルクＭ_Sに基づいて、モータ４に電流を付与することが可能になる。この結果、制御設計者が得ようとするマニュアルステアの操舵特性を強調できる。また、低周波操舵領域から高周波操舵領域において違和感のない自然な操舵フィーリングを実現することができる。

さらに、指令電流演算系６０が、換算ゲインＫ₁を乗じたキャスタートレール起因トルクＭ_Fと、換算ゲインＫ₂を乗じたセルフアライニングトルクＭ_Sとの和を求めて、反力指令電流Ｉ_Rを算出する。この構成により、擬似的に増加させる路面反力トルクに占めるキャスタートレール起因トルクＭ_FとセルフアライニングトルクＭ_Sとの割合を調整することができる。つまり、リサージュ波形における原点付近での操舵角に対する操舵トルクの傾き（操舵反力感）と、ヒステリシス幅（摩擦感）とを独立して調整することができる。

ここで、実施の形態１では、路面反力トルクＭ_Rに基づいた反力指令電流によって、マニュアルステアに近く違和感のない自然な操舵フィーリングが実現された。しかしながら、例えば、高周波操舵において、操舵反力感をそのまま強調しつつ、リサージュ波形のヒステリシス幅を若干細くして摩擦感を調整したい等、運転者の好みに応じてフィーリングを細かく調整したい場合がある。
この場合、Ｋ₁をＫ₂よりも大きく設定することで、リサージュ波形のヒステリシス幅を若干細くすることが可能になる。この結果、マニュアルステアに近く違和感のない自然な操舵フィーリングを実現しつつ、微妙な操舵フィーリングの最適化を容易に実現することができる。

また、換算ゲインＫ₁を０とすれば、セルフアライニングトルクＭ_Sによる反力感のみを増加させる調整ができる。これにより、セルフアライニングトルクＭ_Sが作用するマニュアルステア感を強調することができる。

なお、実施の形態２では、反力指令電流演算部５３において、式（１９）のように換算ゲインＫ₁，Ｋ₂をトルクＭ_F，Ｍ_Sに乗じることにより、反力指令電流Ｉ_Rを求めた。しかしながら、この例に限定するものではなく、キャスタートレール起因トルクＭ_F、セルフアライニングトルクＭ_S又は路面反力トルクＭ_Rと、車速とに対するマップ値として、反力指令電流Ｉ_Rを指令電流演算系６０に予め登録してもよい。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、アシスト指令電流演算部５１が、車速及び操舵トルクに基づいて基本アシスト指令電流を算出した。これに対して、実施の形態３では、実施の形態１における操舵トルクセンサ１１が省略され、アシスト指令電流演算部５１が、路面反力トルク演算部５２によって算出された路面反力トルクＭ_Rと、車速とに基づいて、基本アシスト指令電流を算出する。

図１８は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。図１８において、実施の形態３の電動パワーステアリング装置１００の構成の概要は、実施の形態１の電動パワーステアリング装置１００の構成と同様である。また、実施の形態３の電動パワーステアリング装置１００の構成は、実施の形態１における操舵トルクセンサ１１が省略されている点が実施の形態１の電動パワーステアリング装置１００とは異なる。

図１９は、図１８の操舵制御装置本体５０を示すブロック図である。図１９において、実施の形態３の操舵制御装置本体５０の構成の概要は、実施の形態１の操舵制御装置本体５０の構成と同様である。また、実施の形態３の操舵制御装置本体５０では、アシスト指令電流演算部５１が、操舵トルクセンサ１１からの操舵トルク信号に代えて、路面反力トルク演算部５２からの路面反力トルクの算出結果を受ける点が実施の形態１の操舵制御装置本体５０とは異なる。

アシスト指令電流演算部５１は、路面反力トルク演算部５２によって算出された路面反力トルクＭ_Rと、車速とに基づいて、基本アシスト指令電流を算出する。ここで、実施の形態３の操舵制御装置本体５０には、例えば、車速と路面反力トルクとに対する基本アシスト指令電流の値がアシストマップとして予め記憶されている。アシスト指令電流演算部５１は、そのアシストマップを用いて、車速と路面反力トルクとに対応する基本アシスト指令電流を算出する。他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、実施の形態３によれば、ステアリング軸２に作用する路面反力トルクＭ_Rに、タイヤの捩りトルクＭ_S2も含まれる。このため、操舵トルクセンサ１１を省略した構成であっても、タイヤ自体が捩れることより発生する操舵トルク変化に対して、適切なアシスト制御を実行することができる。

なお、実施の形態３において、キャスタートレール、ニューマチックトレール又はコーナリングパワーが小さい車両に適用する場合には、アシスト指令電流演算部５１を省略してもよい。この場合、反力指令電流演算部５３によって算出された反力指令電流をモータ４の指令電流とすればよい。これにより、マニュアル操舵フィーリングを維持し、操舵反力トルクを大きくすることができる。

また、この発明は、ステアバイワイヤシステムのように、操舵ハンドルと操舵輪とが機械的に非連結状態であり、路面反力トルクが操舵ハンドルまで伝達されないシステムを採用したステアリング装置にも適用できる。この場合、反力指令電流演算部５３によって算出された反力指令電流を、操舵ハンドル側に取り付けたモータの指令電流とすればよい。これにより、従来装置よりも実際の路面反力トルクに近い操舵反力トルクを運転者に付与することができ、マニュアル操舵フィーリングを再現することができる。この結果、ステアバイワイヤシステムを採用したステアリング装置であっても、操舵フィーリングを向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態１では、反力指令電流演算部５３が、路面反力トルクＭ_R及び車速を用いて反力指令電流Ｉ_Rを算出した。これに対して、実施の形態４では、反力指令電流演算部５３が、路面反力トルクＭ_R及び車速を用いて、反力指令電流Ｉ_Rを算出し、操舵トルクを用いて反力指令電流Ｉ_Rを補正する。

また、実施の形態４では、反力指令電流演算部５３の内部処理の一部が実施の形態１，２の反力指令電流演算部５３と異なっており、ここでは、実施の形態１，２との違いを中心に説明する。図２０は、この発明の実施の形態４による操舵制御装置本体５０を示すブロック図である。図２１は、図２０の反力指令電流演算部５３による反力指令電流についての補正処理を説明するための説明図である。

図２０，２１において、実施の形態４の反力指令電流演算部５３は、実施の形態１又は２と同様に、反力指令電流Ｉ_Rを算出する。また、反力指令電流演算部５３は、絶対値算出部５３ａと、補正ゲイン設定部５３ｂと、乗算部５３ｃとを有している。絶対値算出部５３ａは、操舵トルクセンサ１１からの操舵トルク信号を受けて、操舵トルクの絶対値を算出する。

補正ゲイン設定部５３ｂには、操舵トルクに対する補正ゲインのマップ値である補正ゲインマップが予め登録されている。この補正ゲインマップは、操舵トルクの増加に対して、補正ゲインが減少するように登録されている。補正ゲイン設定部５３ｂは、絶対値算出部５３ａによって算出された操舵トルクの絶対値に対応する補正ゲインを補正ゲインマップに基づいて設定する。乗算部５３ｃは、反力指令電流演算部５３が実施の形態１又は２と同様に算出した反力指令電流Ｉ_Rに対して、操舵トルクによって設定される補正ゲインを乗じて補正する。他の構成及び動作は、実施の形態１又は２と同様である。

以上のように、実施の形態４によれば、補正ゲインマップが、操舵トルクの増加に対して、補正ゲインが減少するように登録されている。これにより、操舵トルクが十分大きく、路面反力トルク付与を必要としない領域において、反力指令電流を低減させ、操舵トルクの増加を抑制できる。また、路面摩擦係数が小さい場合には、操舵トルクも小さくなるため、補正ゲインは減少せず、付与される路面反力トルクを維持できる。

なお、実施の形態４では、操舵トルクに対応付けて補正ゲインが補正ゲイン設定部５３ｂに登録されていた。しかしながら、この例に限定するものではなく、反力指令電流演算部５３が操舵角信号から操舵速度を算出可能に構成し、その操舵速度に応じた操舵速度対応の補正ゲインを補正ゲイン設定部５３ｂに予め登録してもよい。この場合、例えば、操舵速度が大きくなるにつれて、補正ゲインが小さくするように設定すれば、運転者が大舵角を短時間で操舵しなければならない状況では、反力指令電流が低減し反力感が減少するが、小さな操舵トルクで操舵することができる。

また、操舵角に対応する補正ゲインを補正ゲイン設定部５３ｂに予め登録してもよい。この場合、左右操舵で補正ゲインを異なる値に設定すれば、元々車両が持っている路面反力トルク特性の左右差を抑制することができる。また、左右の操舵方向に関しては、操舵トルクの符号（＋・−）で判定することも可能であり、操舵トルクの符号で異なる補正ゲインを設定してもよい。

実施の形態５．
実施の形態５では、路面反力トルク演算部５２が、車重（車両重量）又は路面摩擦係数に基づいて、先の式（１）〜（１３）に示す車両モデルを補正する。

実施の形態５の操舵制御装置本体５０の構成の概要は、実施の形態１の操舵制御装置本体５０の構成の概要と同様である。また、実施の形態５の操舵制御装置本体５０では、車重センサ１３及び路面摩擦係数センサ１４が接続されている点と、路面反力トルク演算部５２の内部処理とが、実施の形態１の操舵制御装置本体５０とは異なる。ここでは、実施の形態１との違いを中心に説明する。

図２２は、この発明の実施の形態５による操舵制御装置本体５０を示すブロック図である。図２２において、車重取得手段としての車重センサ１３は、車重ｍを検出し又は推定し、車重ｍに応じた車重信号を生成する。路面摩擦係数取得手段としての路面摩擦係数センサ１４は、路面摩擦係数、又はそれに相当する物理量を検出し、もしくは推定し、路面摩擦係数信号を生成する。

ここで、式（１）〜（１３）に示す車両モデルの演算式には、車重ｍがパラメータ（変数）として含まれている。このため、路面反力トルク演算部５２は、車重センサ１３からの車重信号を用いて車重ｍの変化を監視し、その車重ｍに基づいて、車両モデルの特性を変更する。また、車重ｍの変化は、乗員や積載物や燃料の重量に起因する変化が主であるため、車重ｍに基づいて、式（１）〜（１３）に示す車両モデルのバネ上質量ｍ_Sを変更してもよい。即ち、実施の形態１で固定値としていた車重ｍやバネ上質量ｍ_Sを、実施の形態５では変数とする。

また、前後輪のコーナリングパワーＫ_f，Ｋ_rは、車重や路面摩擦係数に応じて変化する。このため、路面反力トルク演算部５２は、車重や路面摩擦係数に基づいて車両モデルのコーナリングパワーＫ_f，Ｋ_rを変更する。例えば、車重の増大に応じて、車両モデルのコーナリングパワーＫ_f，Ｋ_rを増加させるように設定してもよい。さらに、路面摩擦係数が低く、滑りやすい路面では、車両モデルのコーナリングパワーＫ_f，Ｋ_rが小さくなるように設定してもよい。

以上のように、実施の形態５によれば、車重が大きく変化した場合や、滑りやすい路面を走行した場合にも対応して、操舵角からセルフアライニングトルクＭ_Sを含めて、より実際に近い路面反力トルクＭ_Rを算出することができる。この結果、車重や路面変化に対応した路面反力トルクＭ_Rを擬似的に増やすことができ、より自然な操舵フィーリングを実現することができる。

なお、実施の形態５では、車重及び路面摩擦係数の両方に基づいて、車両モデルのコーナリングパワーＫ_f，Ｋ_rを変化させた。しかしながら、この例に限定するものではなく、車重及び路面摩擦係数のいずれか一方のみに基づいて車両モデルのコーナリングパワーＫ_f，Ｋ_rを変化させてもよい。

また、車両モデルを含むフィルタについて、車両の車速、操舵トルク、操舵角、車重、路面摩擦係数、操舵速度及び操舵方向のうちの少なくともいずれか１つの変化に対応して変化するようにフィルタを設定してもよい。これにより、車速や操舵状況に応じて、適切で違和感のない自然な操舵フィーリングを実現することができる。

さらに、実施の形態１〜５では、セルフアライニングトルクＭ_Sを算出する際に、式（１）〜（１３）に示す車両モデルを用いた。しかしながら、この例に限定するものではない。例えば、式（１）〜（１３）に示す車両モデルを用いずに、計測した操舵角と計測したセルフアライニングトルクとから、予め登録された車両モデルを同定し、その同定した車両モデルを用いて反力指令電流を算出しても、実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１〜５では、操舵制御装置本体５０が操舵角センサ１０を介して、操舵角の変化を監視した。ここで、モータ４の回転角度や、操舵輪６Ａ，６Ｂの回転角度（舵角）は、操舵角に応じて変化する物理量である。従って、操舵制御装置本体５０が、操舵角センサ１０を介さずに、（他のセンサを介して）これらの物理量の変化を監視することによって、操舵角の変化を監視してもよい。

さらに、実施の形態１〜５では、反力指令電流及び基本アシスト指令電流に基づいて、モータ４が発生するアシストトルクが算出された。しかしながら、この例に限定するものではなく、実施の形態１〜５におけるアシストトルクを、式（１）〜（１３）に示す車両モデルを用いて算出されたセルフアライニングトルクＭ_S、又は路面反力トルクＭ_Rに基づく種々のモータ発生トルクに置き換えてもよい。

Claims (6)

1. 動力を操舵系に付与するモータの駆動を制御する操舵制御装置であって、
   前記操舵系の操舵角に応じた操舵角信号を生成する操舵角検出手段から受けた操舵角信号を、前記操舵角から、前記操舵系の操舵輪のセルフアライニングトルクまでの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタを用いてフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に基づいて、前記モータの駆動トルクを設定する操舵制御装置本体
   を備える操舵制御装置。
2. 前記フィルタの所定の周波数特性には、前記操舵輪のタイヤ自体が弾性変形によって捩れることより発生し前記操舵系に作用するトルクであるタイヤの捩りトルクの特性が含まれている
   請求項１記載の操舵制御装置。
3. 前記操舵制御装置本体は、前記操舵角から、キャスタートレールとタイヤ横力とにより発生し前記操舵系に作用するトルクであるキャスタートレール起因トルクまでの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタを用いて、前記操舵角信号をフィルタ処理し、そのフィルタ処理結果に基づいて、前記駆動トルクを補正する
   請求項１又は請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記操舵制御装置本体は、
   前記操舵角から、前記操舵輪のセルフアライニングトルクまでの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタを用いて、前記操舵角信号をフィルタ処理し、
   前記操舵角から、キャスタートレールとタイヤ横力とにより発生し前記操舵系に作用するトルクであるキャスタートレール起因トルクまでの車両特性を表現した所定の周波数特性を含むフィルタを用いて、前記操舵角信号をフィルタ処理し、
   これらのフィルタ処理結果のそれぞれに所定のゲインを乗じて、そのゲインを乗じた結果に基づいて、前記駆動トルクを補正する
   請求項１又は請求項２に記載の操舵制御装置。
5. 前記操舵制御装置本体は、
   運転者から前記操舵系に加えられる操舵トルクに応じた操舵トルク信号を生成する操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて、基本アシストトルクを算出し、
   その算出した基本アシストトルクを用いて、前記駆動トルクを補正する
   請求項１又は請求項２に記載の操舵制御装置。
6. 前記フィルタの特性は、
   前記車両の車速と、
   運転者から前記操舵系に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクと、
   前記操舵角検出手段によって検出された操舵角と、
   車重を検出あるいは推定する車重取得手段によって取得された車重と、
   路面摩擦係数を検出あるいは推定する路面摩擦係数取得手段によって取得された路面摩擦係数と、
   前記操舵角に基づく操舵速度と、
   前記操舵角及び前記操舵トルクのいずれか一方に基づく操舵方向と
   のうちの少なくともいずれか１つの変化に対応して変化する
   請求項１又は請求項２に記載の操舵制御装置。

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