JPWO2019193976A1 - 車両用操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能な車両用操向装置を提供する。
【解決手段】操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、目標捩れ角に対して捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部とを備え、目標操舵トルク生成部が、操舵角の大きさがラックエンド近傍に設定される所定の閾値を超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する端当て特性補正部を具備し、第１トルク信号を目標操舵トルクとして出力し、モータ電流指令値に基づいてモータを駆動制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、トーションバー等の捩れ角に基づいて所望の操舵トルクを実現し、路面の状態に影響されず、経年による機構系特性の変化に左右されない高性能な車両用操向装置に関する。

車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力として付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３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。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０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ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｓは、電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このように、従来の電動パワーステアリング装置でのアシスト制御では、運転者の手入力にて加えられた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとしてトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。しかしながら、この方法で制御を行なう場合、路面の状態（例えば傾斜）の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。モータ出力特性の経年使用によるバラツキによっても、操舵トルクに影響を与えることがある。

かかる問題を解決するために、例えば、特許第５２０８８９４号公報（特許文献１）に示されるような電動パワーステアリング装置が提案されている。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、運転者の触覚特性に基づく適切な操舵トルクを与えるために、操舵角又は操舵トルクと手応え量との関係に基づいて決定される操舵角と操舵トルクとの関係（操舵反力特性マップ）に基づいて、操舵トルクの目標値を設定している。

また、電動パワーステアリング装置でのアシスト制御において、操舵系の最大舵角（ラックエンド）の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点、即ち端当て時に大きな衝撃が生じ、打音（異音）が発生して、運転者が不快に感じる可能性がある。

この端当て時での異音発生を抑制するために、例えば、特公平６−４４１７号公報（特許文献２）では、操舵系の操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角判定手段を備えると共に、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったときにモータへ供給する電力を減少させて、アシストトルクを減少させる補正手段を備えた電動式パワーステアリング装置が開示されている。特許第４１１５１５６号公報（特許文献３）では、調節機構が端位置に近づいているかどうかを決定し、調節機構が端位置に近づいていることがわかった場合、ステアリング補助を減少するように駆動手段を制御し、調節機構が端位置に近付く速度を決定するため、位置センサによって決定された調節速度が評価される電動パワーステアリング装置が示されている。

特許第５２０８８９４号公報 特公平６−４４１７号公報 特許第４１１５１５６号公報

しかしながら、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、操舵反力特性マップを予め求めておかなければならず、また、操舵トルクの目標値と検出される操舵トルクとの偏差に基づいて制御を行っているので、操舵トルクに対する影響が残ってしまうおそれがある。

特許文献２に開示された電動式パワーステアリング装置では、モータのアシストトルクを減少させる特性が全く示されておらず、具体的な構成となっていない。また、補正手段がモータへ供給する電力を直接調整し、フィードバック制御に組み込まれていないので、スムーズな制御を行えないおそれがある。

特許文献３に開示された電動パワーステアリング装置では、終端に近づく速度に応じてステアリング補助（アシスト量）を調整しているが、特許文献２と同様に、フィードバック制御に組み込まれていないので、スムーズな制御を行えないおそれがある。

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、路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能であり、更に、運転者に操舵違和感を与えずに、端当て時の異音の発生を抑制し、衝撃力を抑制可能な車両用操向装置を提供することにある。

本発明は、任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置に関し、本発明の上記目的は、目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、前記目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部とを備え、前記目標操舵トルク生成部が、操舵角の大きさがラックエンド近傍に設定される所定の閾値を超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する端当て特性補正部を具備し、前記第１トルク信号を前記目標操舵トルクとして出力し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モ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、前記端当て特性補正部が、前記操舵角の大きさが前記閾値を超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が徐々に大きくなるような特性を有することにより、或いは、前記閾値が、車速又は舵角速度が速くなるに従って小さくなるように設定されることにより、或いは、前記端当て特性補正部の特性がマップ又は数式で定義されていることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記端当て特性補正部からの出力に対して位相進み補償を行うことにより跳ね返りを低減する跳ね返り低減位相進み補償部を更に具備し、前記跳ね返り低減位相進み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、前記跳ね返り低減位相進み補償部での前記位相進み補償が、車速又は舵角速度が速くなるに従って応答性が速くなるような特性を有することにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、基本マップを用いて前記操舵角に応じた第２トルク信号を求める基本マップ部と、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３トルク信号を求めるダンパ演算部とを更に具備し、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号並びに前記第１トルク信号より前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記基本マップが車速感応であることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号に前記第１トルク信号を加算することにより、前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号に前記第１トルク信号を乗算することにより、前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角に応じた前記第２トルク信号を求めることにより、より効果的に達成される。

本発明の車両用操向装置によれば、目標操舵トルク生成部で生成される目標操舵トルクを基に求められる目標捩れ角に対して制御を行うことにより、目標捩れ角に捩れ角が追従するように動作し、所望の操舵トルクを実現し、運転者の操舵の感覚に基づく適切な操舵トルクを与えることができる。

更に、捩れ角制御での目標値の基となる目標操舵トルクを、ラックエンドに近接するに従い、操舵反力が働くように、操舵角の大きさに対する閾値の設定によって調整することにより、端当て手前で適切な制動がかかり、運転者への操舵違和感を与えずに、端当てを抑制することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）内の構成例を示すブロック図である。 ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置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の構成例（第１実施形態）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。 端当て特性マップの特性例（第１実施形態）を示す線図である。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 出力制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 捩れ角制御部の動作例を示すフローチャートである。 端当て付近まで操舵した場合の操舵角に対する目標操舵トルクの変化例を示す線図である。 目標操舵トルク生成部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 端当て特性マップの特性例（第２実施形態）を示す線図である。 目標操舵トルク生成部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 端当て特性マップの特性例（第３実施形態）を示す線図である。 目標操舵トルク生成部の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 跳ね返り低減位相進み補償部による跳ね返り低減の効果に関するシミュレーション結果を示す図である。 目標操舵トルク生成部の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。 本発明の構成例（第６実施形態）を示すブロック図である。 位相補償部の挿入例を示すブロック図である。 ＳＢＷシステムの概要を示す構成図である。 本発明の構成例（第７実施形態）を示すブロック図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第７実施形態）を示すフローチャートである。

本発明は、路面の状態に影響されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを実現するための車両用操向装置であり、トーションバー等の捩れ角を、操舵角等に応じた値に追従するように制御することにより所望の操舵トルクを実現している。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず、本発明に係る車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置に関連する情報を検出する各種センサの設置例について説明する。図３は、ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す図であり、コラム軸２にはトーションバー２Ａが備えられている。操向車輪８Ｌ,８Ｒには路面反力Ｆｒ及び路面情報μが作用する。トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル側には上側角度センサが設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２の操向車輪側には下側角度センサが設けられており、上側角度センサはハンドル角θ_１を検出し、下側角度センサはコラム角θ_２を検出する。操舵角θｈはコラム軸２の上部に設けられた舵角センサで検出される。ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２の偏差から、下記数１及び数２によってトーションバーの捩れ角Δθ及びトーションバートルクＴｔを求めることができる。なお、Ｋｔはトーションバー２Ａのバネ定数である。

トーションバートルクＴｔは、例えば特開２００８−２１６１７２号公報で示されるトルクセンサを用いて検出することも可能である。なお、本実施形態では、トーションバートルクＴｔを操舵トルクＴｓとしても扱うこととする。

次に、本発明の構成例について説明する。

図４は本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図であり、運転者のハンドル操舵はＥＰＳ操舵系／車両系１００内のモータでアシスト制御される。目標操舵トルクＴｒｅｆを出力する目標操舵トルク生成部２００には、操舵角θｈ及び車速Ｖｓが入力される。目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部４００で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換され、目標捩れ角Δθｒｅｆは、トーションバー２Ａの捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍと共に捩れ角制御部３００に入力される。捩れ角制御部３００は、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃを演算し、モータ電流指令値ＩｍｃによりＥＰＳのモータが駆動される。

図５は目標操舵トルク生成部２００の構成例を示しており、目標操舵トルク生成部２００は、基本マップ部２１０、微分部２２０、ダンパゲイン部２３０、端当て特性補正部２４０、乗算部２５０並びに加算部２５１及び２５２を備える。操舵角θｈは基本マップ部２１０、微分部２２０及び端当て特性補正部２４０に入力され、車速Ｖｓは基本マップ部２１０及びダンパゲイン部２３０に入力される。

基本マップ部２１０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（第２トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。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６（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（絶対値）｜θｈ｜が増加するにつれて増加し、車速Ｖｓが０［ｋｍ／ｈ］から増加するにつれても増加するようになっている。なお、図６（Ａ）において、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＿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６（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６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２２０は、操舵角θｈを微分して角速度情報である舵角速度ωｈを算出し、舵角速度ωｈは乗算部２５０に入力される。

ダンパゲイン部２３０は、舵角速度ωｈに乗算されるダンパゲインＤ_Ｇを出力する。乗算部２５０にてダンパゲインＤ_Ｇを乗算された舵角速度ωｈは、トルク信号（第３トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部２５２に入力される。ダンパゲインＤ_Ｇは、ダンパゲイン部２３０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７に示されるように、車速Ｖｓが高くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。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２３０及び乗算部２５０でダンパ演算部を構成している。

端当て特性補正部２４０は、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が、ラックエンド近傍に設定される所定の閾値θｔｈを超えてから、操舵反力としてのトルク信号（第１トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃを出力するような特性のマップ（以下、「端当て特性マップ」とする）を有する。端当て特性マップは、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θｔｈを超えてから大きくなるに従って、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ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、端当て特性マップは、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈ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、操舵反力に急激な変化をつけることで端当てを抑制することができる。この際、傾きの最大値は、図６（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１０［ｄｅｇ］に対して３［Ｎｍ］以上の傾きとする。更に、閾値θｔｈにおける傾きをゼロに設定した場合、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ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又は操舵角検出の測定限界値であり、端当て特性マップはこの限界値以下の領域で定義される。このように、端当て特性補正部によれば、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈを超えた場合に大きな操舵反力となる目標操舵トルクを与えることができるので、操舵機構の端までに操舵が及ばないようにすることができる。なお、端当て特性マップは、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、基本マップの場合と同様に、図８（Ａ）において、符号部２４１は操舵角θｈの符号（＋１、−１）を乗算部２４２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＿ｃ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＿ｃを求める構成となっている。または、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。

トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ、Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ａは、加算部２５２及び２５１で順次加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

なお、舵角速度ωｈ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ωｈ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。舵角速度ωｈの代わりにモータ角速度ωｍを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部２２０は不要となる。

変換部４００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。

捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。図９は捩れ角制御部３００の構成例を示すブロック図であり、捩れ角制御部３００は、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、安定化補償部３４０、出力制限部３５０、減算部３６１及び加算部３６２を備えている。変換部４００から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部３６１に加算入力され、捩れ角Δθは減算部３６１に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部３２０に入力され、モータ角速度ωｍは安定化補償部３４０に入力される。

捩れ角ＦＢ補償部３１０は、減算部３６１で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ_０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が追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。補償値Ｃ_ＦＢは単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。目標捩れ角速度ωｒｅｆは速度制御部３３０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部３１０と速度制御部３３０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。

捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し、捩れ角速度ωｔは速度制御部３３０に入力される。微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部３３０に入力するようにしても良い。

速度制御部３３０は、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出する。減算部３３３で目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ−ωｔ）を算出し、その差分を、ゲインＫｖｉを有する積分部３３１にて積分し、積分結果は減算部３３４に加算入力される。捩れ角速度ωｔは比例部３３２にも入力され、ゲインＫｖｐによる比例処理を施され、減算部３３４に減算入力される。減算部３３４での減算結果がモータ電流指令値Ｉｍｃａ１として出力される。なお、速度制御部３３０は、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ−Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出しても良い。

安定化補償部３４０は補償値Ｃｓ（伝達関数）を有しており、モータ角速度ωｍに応じたモータ電流指令値Ｉｍｃａ２を算出する。追従性及び外乱特性を向上させるために、捩れ角ＦＢ補償部３１０及び速度制御部３３０のゲインを上げると、高周波域の制御的な発振現象が発生してしまう。この対策として、モータ角速度ωｍに対し、安定化するために必要な伝達関数（Ｃｓ）を安定化補償部３４０に設定する。これにより、ＥＰＳ制御システム全体の安定化を実現することができる。安定化補償部３４０の伝達関数（Ｃｓ）として、例えば１次のＨＰＦの構造を用いた擬似微分とゲインにより設定した、下記数３で表わされる１次フィルタを使用する。

ここで、Ｋ_ｓｔａはゲインで、ｆｃは遮断周波数であり、ｆｃとして例えば１５０［Ｈｚ］を設定する。ｓはラプラス演算子である。なお、伝達関数として、２次フィルタ、４次フィルタ等を使用しても良い。

速度制御部３３０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ１及び安定化補償部３４０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ２は加算部３６２で加算され、モータ電流指令値Ｉｍｃｂとして出力される。

出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。図１０に示されるように、モータ電流指令値に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力するモータ電流指令値Ｉｍｃｂ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、それ以外の場合はモータ電流指令値Ｉｍｃｂを、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１１〜図１３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、目標操舵トルク生成部２００は、操舵角θｈ及び車速Ｖｓを入力し、目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する（ステップＳ１０）。目標操舵トルク生成部２００の動作例については、図１２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は基本マップ部２１０、微分部２２０及び端当て特性補正部２４０に、車速Ｖｓは基本マップ部２１０及びダンパゲイン部２３０にそれぞれ入力される（ステップＳ１１）。

基本マップ部２１０は、図６（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２５１に出力する（ステップＳ１２）。

微分部２２０は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈを出力し（ステップＳ１３）、ダンパゲイン部２３０は図７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Ｓ１４）、乗算部２５０は舵角速度ωｈ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２５２に出力する（ステップＳ１５）。

端当て特性補正部２４０は、図８（Ａ）又は（Ｂ）に示される端当て特性マップを用いて、操舵角θｈに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを求め、加算部２５２に出力する（ステップＳ１６）。

そして、加算部２５２にてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃが加算され、その加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部２５１にて加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが演算される（ステップＳ１７）。

目標操舵トルク生成部２００で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部４００に入力され、変換部４００で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される（ステップＳ２０）。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部３００に入力される。

捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆと共に、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍを入力し、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ３０）。捩れ角制御部３００の動作例については、図１３のフローチャートを参照して説明する。

捩れ角制御部３００に入力された目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部３６１に、捩れ角Δθは減算部３６１及び捩れ角速度演算部３２０に、モータ角速度ωｍは安定化補償部３４０にそれぞれ入力される（ステップＳ３１）。

減算部３６１では、目標捩れ角Δθｒｅｆから捩れ角Δθを減算することにより、偏差Δθ_０が算出される（ステップＳ３２）。偏差Δθ_０は捩れ角ＦＢ補償部３１０に入力され、捩れ角ＦＢ補償部３１０は、偏差Δθ_０に補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより偏差Δθ_０を補償し（ステップＳ３３）、目標捩れ角速度ωｒｅｆを速度制御部３３０に出力する。

捩れ角Δθを入力した捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し（ステップＳ３４）、速度制御部３３０に出力する。

速度制御部３３０では、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔの差分が減算部３３３で算出され、その差分が積分部３３１で積分（Ｋｖｉ／ｓ）されて減算部３３４に加算入力される（ステップＳ３５）。更に、捩れ角速度ωｔは比例部３３２で比例処理（Ｋｖｐ）され、比例結果が減算部３３４に減算入力され（ステップＳ３５）、減算部３３４の減算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃａ１が出力され、加算部３６２に入力される。

安定化補償部３４０は、入力したモータ角速度ωｍに対して、数３で表される伝達関数Ｃｓを用いて安定化補償を行い（ステップＳ３６）、安定化補償部３４０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ２は加算部３６２に入力される。

加算部３６２ではモータ電流指令値Ｉｍｃａ１及びＩｍｃａ２の加算が行われ（ステップＳ３７）、加算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃｂは出力制限部３５０に入力される。出力制限部３５０は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限し（ステップＳ３８）、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する（ステップＳ３９）。

捩れ角制御部３００から出力されたモータ電流指令値Ｉｍｃに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される（ステップＳ４０）。

なお、図１１〜図１３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。

本実施形態での端当て特性補正部の効果について、図１４を参照して説明する。

図１４は、左右の端当て付近まで操舵した場合の操舵角θｈに対する目標操舵トルクＴｒｅｆの変化の様子を示す線図の概念図である。端当て特性補正部の効果に焦点を当てるべく、ダンパゲインＤ_Ｇはゼロとし、車速Ｖｓは一定で、基本マップの特性はトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜に比例する特性であるとしている。よって、実質的には、図１４は直線状の基本マップと端当て特性マップによる線図となっている。

捩れ角制御部３００の制御により目標操舵トルクＴｒｅｆ相当の捩れ角を実現することができるので、端当て特性補正部２４０の機能により端当てまでの目標操舵トルクを図１４のように変化させることによって、端当てを抑制することが可能であることがわかる。

第１実施形態での端当て特性補正部２４０では、車速Ｖｓに関係なく、固定の端当て特性マップを使用しているが、閾値θｔｈを車速Ｖｓによって変更することにより、より柔軟な端当て抑制を実現することができる。例えば、車速Ｖｓが高速になるにつれて、閾値θｔｈを小さくすることにより、高速時での切り過ぎによる車両のスリップ等を抑制することできる。

図１５は上述の機能を実現した場合の目標操舵トルク生成部の構成例（第２実施形態）を示しており、目標操舵トルク生成部５００内の端当て特性補正部５４０には操舵角θｈの他に車速Ｖｓが入力されており、端当て特性マップとして図１６（Ａ）に示されるような特性のマップを使用する。即ち、車速Ｖｓが低速の場合は、閾値がθｔｈＬである特性を用いて操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜に応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを求め、車速Ｖｓが高速の場合は、閾値がθｔｈＨである特性を用いて操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜に応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを求める。これにより、高速時は、操舵の早い段階で操舵反力としてのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃが働き始めることになるので、切り過ぎによる車両のスリップ等を抑制することができる。なお、図１６（Ａ）では、低速時と高速時とでは閾値が異なるのみで変化の態様（曲線度合いや傾き）は同じであるが、車速Ｖｓによって変化の態様を変えても良い。また、端当て特性補正部２４０の場合と同様に、図１６（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。更に、車速Ｖｓではなく、舵角速度を使用し、舵角速度が高速になるにつれて、閾値θｔｈを小さくするようにしても良い。また、車速Ｖｓ及び舵角速度を使用し、閾値や変化の態様を変えても良い。使用する舵角速度として、微分部２２０で算出される舵角速度ωｈを使用しても良い。

第２実施形態での端当て特性補正部５４０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃをゲインと見做して、そのゲインを基本マップ部２１０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａに乗算するような構成で、目標操舵トルク生成部を構成することもできる。その構成例（第３実施形態）を図１７に示す。

図１７に示される目標操舵トルク生成部６００では、基本マップ部２１０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ及び端当て特性補正部６４０から出力されるトルク信号（ゲイン）Ｔｒｅｆ＿ｃは乗算部２５３で乗算され、その乗算結果に乗算部２５０からのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂを加算部２５４で加算し、加算結果が目標操舵トルクＴｒｅｆとなる。端当て特性補正部６４０における端当て特性マップの特性は、図１８に示されるように、図１６（Ａ）に示される目標操舵トルク生成部５００における端当て特性マップの特性と比較すると、値が１のオフセットを重畳したような特性となる。即ち、車速Ｖｓが低速の場合は操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈＬになるまで、車速Ｖｓが高速の場合は操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈＨになるまで、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは１で、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜がそれぞれの閾値を超えてからは、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは徐々に大きくなる。トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値を超えてから、操舵反力として機能することになる。このような特性にすることにより、図１７に示される構成で図１４に示されるような特性を実現することができる。なお、第１実施形態における目標操舵トルク生成部２００も、図１７に示されるような構成で実現可能である。また、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃをトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａに乗算しているが、乗算部２５０からのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂに乗算し、その乗算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを加算するような構成でも良い。

端当て特性補正部２４０により端当てを抑制することが可能となるが、端当て付近まで操舵した際に、端当て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。この場合、運転者が不安感をもつおそれがある。この跳ね返される事象を改善するために、端当て特性補正部２４０からの出力に対して位相進み補償を行う機能を付加し、跳ね返りの低減を図る。

この跳ね返り低減のための位相進み補償を行う機能は目標操舵トルク生成部にて搭載する。第１実施形態に本機能を搭載した場合の目標操舵トルク生成部の構成例（第４実施形態）を図１９に示す。図５に示される第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００と比べると、第４実施形態での目標操舵トルク生成部７００には、端当て特性補正部２４０の後段に跳ね返り低減位相進み補償部２４５が設けられている。端当て特性補正部２４０から出力されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは跳ね返り低減位相進み補償部２４５に入力され、跳ね返り低減位相進み補償部２４５はトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃｃを出力し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃｃは加算部２５２に入力される。

跳ね返り低減位相進み補償部２４５は、下記数４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。跳ね返り低減位相進み補償部２４５は、入力したトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃに対して、上記数４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＿ｃｃを算出する。操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈ以下の場合、図８に示されるようにトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃはゼロであるから、跳ね返り低減位相進み補償部２４５から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃｃ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、端当て特性補正部２４０及び跳ね返り低減位相進み補償部２４５を組み合わせることにより、端当て抑制と同時に跳ね返り低減を実現することができる。なお、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。

跳ね返り低減位相進み補償部２４５による跳ね返り低減の効果について、シミュレーション結果を基に説明する。

シミュレーションでは、端当て特性補正部２４０での閾値θｔｈの設定を１８０ｄｅｇとし、ハンドルに手入力トルク６Ｎｍを加えて切り増していき、約０．３５ｓｅｃ後に操舵角θｈが１８０ｄｅｇとなり、端当て抑制機能が働き出すものとする。また、跳ね返り低減位相進み補償部２４５での１次の位相補償フィルタの設定は、分子の遮断周波数を５Ｈｚ、分母の遮断周波数を３０Ｈｚとし、跳ね返り低減位相進み補償部２４５による位相進み補償がある場合とない場合のシミュレーションを行う。

シミュレーション結果を図２０に示す。図２０（Ａ）が位相進み補償がない場合の結果で、図２０（Ｂ）が位相進み補償がある場合の結果であり、横軸が時間［ｓｅｃ］、縦軸が操舵角θｈ［ｄｅｇ］を示す。図２０（Ａ）からわかるように、位相進み補償がない場合は、操舵角θｈが０．４ｓｅｃ後辺りで跳ね返って大きく戻されており、その後も振動的に応答している。跳ね返りの幅は２５ｄｅｇ程度である。これに対して、位相進み補償がある場合は、図２０（Ｂ）からわかるように、位相進み補償がない場合に比べて跳ね返りの角度が低減し、振動も適度に減少している。跳ね返りの幅は８ｄｅｇ程度と大幅に低減しており、跳ね返りが改善している。これにより、運転者を不安にさせることなく、かつ運転者は安全に運転することができる。

第４実施形態での跳ね返り低減位相進み補償部２４５に対して、第２実施形態での端当て特性補正部５４０のように、車速Ｖｓに応じて特性を変更しても良く、更に、車速Ｖｓではなく、舵角速度に応じて特性を変更しても良い。また、車速Ｖｓ及び舵角速度に応じて特性を変更しても良い。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。また、第２及び第３実施形態に対しても跳ね返り低減位相進み補償部を設け、跳ね返り低減を実現することができる。この場合も、端当て特性補正部６４０の後段に跳ね返り低減位相進み補償部を設け、端当て特性補正部２４０からのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを跳ね返り低減位相進み補償部に入力することになる。そして、第３実施形態に対して跳ね返り低減位相進み補償部を設けた場合、跳ね返り低減位相進み補償部２４５から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃｃは乗算部２５３に入力することになる。

第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００は基本マップ部２１０、ダンパ演算部（ダンパゲイン部２３０及び乗算部２５０）及び端当て特性補正部２４０を備えているが、端当て抑制のみに特化し、端当て特性補正部２４０のみを備える構成としても良く、更に、第４実施形態のように、跳ね返りを低減すべく、跳ね返り低減位相進み補償部２４５を付加し、端当て特性補正部２４０及び跳ね返り低減位相進み補償部２４５のみを備える構成としても良い。この場合の目標操舵トルク生成部の構成例（第５実施形態）を図２１に示す。図２１（Ａ）が端当て特性補正部２４０のみを備える構成例で、図２１（Ｂ）が端当て特性補正部２４０及び跳ね返り低減位相進み補償部２４５のみを備える構成例である。図２１（Ａ）の構成の場合、目標操舵トルク生成部８００Ａは、端当て特性補正部２４０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力することになる。図２１（Ｂ）の構成の場合、目標操舵トルク生成部８００Ｂは、跳ね返り低減位相進み補償部２４５から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃｃを目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力することになる。なお、図２１（Ａ）及び（Ｂ）の構成に基本マップ部２１０又はダンパ演算部を付加して、目標操舵トルク生成部を構成しても良い。

第１〜第５実施形態での捩れ角制御部から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃに、従来のＥＰＳにおいて操舵トルクに基づいて演算される電流指令値（以下、「アシスト電流指令値」とする）を、例えば、図２に示される電流指令値演算部３１から出力される電流指令値Ｉｒｅｆ１又は電流指令値Ｉｒｅｆ１に補償信号ＣＭを加算した電流指令値Ｉｒｅｆ２等を加算しても良い。

第１実施形態に対して、上記の内容を適用した構成例（第６実施形態）を図２２に示す。アシスト制御部１５０は、電流指令値演算部３１、又は、電流指令値演算部３１、補償信号生成部３４及び加算部３２Ａから構成される。アシスト制御部１５０から出力されるアシスト電流指令値Ｉａｃ（図２における電流指令値Ｉｒｅｆ１又はＩｒｅｆ２に相当）と、捩れ角制御部３００から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃは、加算部１６０で加算される。加算結果である電流指令値Ｉｃは電流制限部１７０に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｃｍに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される。

第１〜第６実施形態のうち、基本マップ部２１０を備える目標操舵トルク生成部２００、５００、６００及び７００において、基本マップ部２１０の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部２６０を挿入しても良い。つまり、図５、図１５、図１７及び図１９中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図２３（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２６０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、ＥＰＳ制御システムが安定している場合は、安定化補償部を省略しても良い。出力制限部も省略可能である。

図１及び図３では本発明をコラム型ＥＰＳに適用しているが、本発明はコラム型等の上流型に限られず、ラック＆ピニオン等の下流型ＥＰＳにも適用可能である。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー（バネ定数任意）及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）反力装置等にも適用可能である。本発明を、トーションバーを備えたＳＢＷ反力装置に適用した場合の実施形態（第７実施形態）について説明する。

まずは、ＳＢＷ反力装置を含むＳＢＷシステム全体について説明する。図２４はＳＢＷシステムの構成例を、図１に示される電動パワーステアリング装置の一般的な構成に対応させて示した図である。なお、同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＳＢＷシステムは、ユニバーサルジョイント４ａにてコラム軸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、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図２４に示されるように、ＳＢＷシステムは反力装置６０及び駆動装置７０を備え、コントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。なお、ＳＢＷシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本発明を適用するＳＢＷシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ１０にて操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、駆動用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０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１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び駆動用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

このようなＳＢＷシステムに本発明を適用した第７実施形態の構成について説明する。

図２５は第７実施形態の構成を示すブロック図である。第７実施形態は、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。

捩れ角制御では、第１実施形態と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部２００及び変換部４００を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。モータ角θｍは角度センサ７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、第１実施形態ではＥＰＳ操舵系／車両系１００内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部１３０は、図２に示される減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部３００から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１４０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。

転舵角制御では、目標転舵角生成部９１０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は転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力される。転舵角制御部９２０にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１３０と同様の構成及び動作により、駆動用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。

目標転舵角生成部９１０の構成例を図２６に示す。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。

制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。捩れ角制御部３００内の出力制限部３５０と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、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、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。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。

補正部９３３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２００内の基本マップ部２１０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。

転舵角制御部９２０の構成例を図２７に示す。転舵角制御部９２０は、図９に示される捩れ角制御部３００の構成例において安定化補償部３４０及び加算部３６２を除いた構成と同様の構成をしている。目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθの代わりに目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔを入力し、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６及び減算部９２７が、それぞれ捩れ角ＦＢ補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、出力制限部３５０及び減算部３６１と同様の構成で同様の動作を行う。

このような構成において、第７実施形態の動作例を図２８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、角度センサ７３は転舵角θｔを検出し、角度センサ７４はモータ角θｍを検出し（ステップＳ１１０）、転舵角θｔは転舵角制御部９２０に、モータ角θｍは角速度演算部９５１にそれぞれ入力される。

角速度演算部９５１は、モータ角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、捩れ角制御部３００に出力する（ステップＳ１２０）。

その後、目標操舵トルク生成部２００において、図１１に示されるステップＳ１０〜Ｓ４０と同様の動作を実行し、反力用モータ６１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ１３０〜Ｓ１６０）。

一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部９１０が操舵角θｈを入力し、操舵角θｈは制限部９３１に入力される。制限部９３１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Ｓ１７０）、操舵角θｈ１としてレート制限部９３２に出力する。レート制限部９３２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Ｓ１８０）、操舵角θｈ２として補正部９３３に出力する。補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ１９０）、転舵角制御部９２０に出力する。

転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部９２０は、減算部９２７にて目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ_０を算出する（ステップＳ２００）。偏差Δθｔ_０は転舵角ＦＢ補償部９２１に入力され、転舵角ＦＢ補償部９２１は、偏差Δθｔ_０に補償値を乗算することにより偏差Δθｔ_０を補償し（ステップＳ２１０）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部９２３に出力する。転舵角速度演算部９２２は転舵角θｔを入力し、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ２２０）、速度制御部９２３に出力する。速度制御部９２３は、速度制御部３３０と同様にＩ−Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出し（ステップＳ２３０）、出力制限部９２６に出力する。出力制限部９２６は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ２４０）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ２５０）。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは電流制御部９３０に入力され、電流制御部９３０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出された駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、駆動用モータ７１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ２６０）。

なお、図２８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。また、転舵角制御部９２０内の速度制御部９２３は、捩れ角制御部３００内の速度制御部３３０と同様に、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ−Ｄ制御等、実現可能で、Ｐ、Ｉ及びＤのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部９２０及び捩れ角制御部３００での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。転舵角制御部９２０については、目標角度（ここでは目標転舵角θｔｒｅｆ）に対して実角度（ここでは転舵角θｔ）が追従する制御構成であれば、車両用装置に用いられている制御構成に限定されず、例えば、産業用位置決め装置や産業用ロボット等に用いられている制御構成を適用しても良い。

第７実施形態では、図２４に示されるように、１つのＥＣＵ５０で反力装置６０及び駆動装置７０の制御を行っているが、反力装置６０用のＥＣＵと駆動装置７０用のＥＣＵをそれぞれ設けても良い。この場合、ＥＣＵ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２４に示されるＳＢＷシステムは反力装置６０と駆動装置７０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。

上述の第１〜第７実施形態での捩れ角制御部３００及び第６実施形態でのアシスト制御部１５０は、直接的にモータ電流指令値Ｉｍｃ及びアシスト電流指令値Ｉａｃを演算しているが、それらを演算する前に、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、モータ電流指令値及びアシスト電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値及びアシスト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。また、ハンドルと、モータ又は反力モータ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。

本発明の主たる目的は、端当て特性を実現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、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
３ 減速機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０、５０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３、１７０ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
３８、１４０、９４０ モータ電流検出器
６０ 反力装置
６１ 反力用モータ
７０ 駆動装置
７１ 駆動用モータ
７２ ギア
７３、７４ 角度センサ
１００ ＥＰＳ操舵系／車両系
１３０、９３０ 電流制御部
１５０ アシスト制御部
２００、５００、６００、７００、８００Ａ、８００Ｂ 目標操舵トルク生成部
２１０ 基本マップ部
２３０ ダンパゲイン部
２４０、５４０、６４０ 端当て特性補正部
２４５ 跳ね返り低減位相進み補償部
２６０ 位相補償部
３００ 捩れ角制御部
３１０ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
３２０ 捩れ角速度演算部
３３０、９２３ 速度制御部
３４０ 安定化補償部
３５０、９２６ 出力制限部
４００ 変換部
９１０ 目標転舵角生成部
９２０ 転舵角制御部
９２１ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２ 転舵角速度演算部
９３１ 制限部
９３２ レート制限部
９３３ 補正部
９５１ 角速度演算部

Claims (11)

1. 任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、
   目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
   前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、
   前記目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部とを備え、
   前記目標操舵トルク生成部が、
   操舵角の大きさがラックエンド近傍に設定される所定の閾値を超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する端当て特性補正部を具備し、前記第１トルク信号を前記目標操舵トルクとして出力し、
   前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。
2. 前記端当て特性補正部が、
   前記操舵角の大きさが前記閾値を超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が徐々に大きくなるような特性を有する請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記閾値が、車速又は舵角速度が速くなるに従って小さくなるように設定される請求項１又は２に記載の車両用操向装置。
4. 前記端当て特性補正部の特性がマップ又は数式で定義されている請求項２又は３に記載の車両用操向装置。
5. 前記目標操舵トルク生成部が、
   前記端当て特性補正部からの出力に対して位相進み補償を行うことにより跳ね返りを低減する跳ね返り低減位相進み補償部を更に具備し、
   前記跳ね返り低減位相進み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４のいずれかに記載の車両用操向装置。
6. 前記跳ね返り低減位相進み補償部での前記位相進み補償が、車速又は舵角速度が速くなるに従って応答性が速くなるような特性を有する請求項５に記載の車両用操向装置。
7. 前記目標操舵トルク生成部が、
   基本マップを用いて前記操舵角に応じた第２トルク信号を求める基本マップ部と、
   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３トルク信号を求めるダンパ演算部とを更に具備し、
   前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号並びに前記第１トルク信号より前記目標操舵トルクを算出する請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用操向装置。
8. 前記基本マップが車速感応である請求項７に記載の車両用操向装置。
9. 前記目標操舵トルク生成部が、
   前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号に前記第１トルク信号を加算することにより、前記目標操舵トルクを算出する請求項７又は８に記載の車両用操向装置。
10. 前記目標操舵トルク生成部が、
    前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号に前記第１トルク信号を乗算することにより、前記目標操舵トルクを算出する請求項７又は８に記載の車両用操向装置。
11. 前記目標操舵トルク生成部が、
    前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、
    前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角に応じた前記第２トルク信号を求める請求項７乃至１０のいずれかに記載の車両用操向装置。

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