WO2020213286A1 - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

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WO2020213286A1
WO2020213286A1 PCT/JP2020/009591 JP2020009591W WO2020213286A1 WO 2020213286 A1 WO2020213286 A1 WO 2020213286A1 JP 2020009591 W JP2020009591 W JP 2020009591W WO 2020213286 A1 WO2020213286 A1 WO 2020213286A1
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steering
steering angle
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command value
motor current
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PCT/JP2020/009591
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French (fr)
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貴弘 椿
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日本精工株式会社
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a steering system for a vehicle such as a steer-by-wire (SBW) system in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated, and particularly provides information such as a steering angle that is electrically transmitted. It relates to a control device of a steering system for a vehicle which controls a steering mechanism by using the steering mechanism.
  • SBW steer-by-wire
  • the steering mechanism having a steering wheel operated by the driver and the steering mechanism for steering the steering wheel are mechanically separated.
  • SBW steering by wire
  • the operation of the steering wheel is transmitted to the steering mechanism by an electric signal, and a steering reaction force is generated in the steering mechanism to give the driver an appropriate steering feeling.
  • SBW system that gives an appropriate steering feeling for example, there is a steering device for a vehicle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-298223 (Patent Document 1).
  • the drive current of the steering motor provided in the steering mechanism and the steering wheel are provided in order to appropriately inform the driver of the contact state even when the steering wheel comes into contact with a curb or the like. It is determined whether or not to regulate the driver's steering operation with respect to the steering wheel based on the steering speed of. By making such a judgment, even if the deviation between the actual position of the steering shaft and the target position becomes large due to the response delay of the position control of the steering motor when the steering operation is executed rapidly, the steering is performed. Is not unintentionally regulated.
  • the steering mechanism in the SBW system, it is necessary to accurately convey the steering wheel operation by the driver to the steering mechanism, and the steering mechanism must appropriately steer the steering wheel.
  • the target steering angle which is the target value for the steering angle
  • the friction generated by the steering mechanism causes the vehicle to roll with respect to the target steering angle.
  • the steering position (corresponding to the steering angle) is calculated from the rotation angle of the steering motor
  • the target value of the steering position is calculated based on the vehicle speed and the steering angle
  • the steering position and the target are calculated.
  • the position is controlled by the steering mechanism by PID (proportional integral calculus) control based on the deviation of the value, but the delay due to friction as described above is not taken into consideration in the position control, and the delay can be compensated. Can not.
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the influence of friction even when the steering wheel is finely steered, and to steer the vehicle so that the vehicle can respond appropriately.
  • the purpose is to provide a control device for the system.
  • the present invention relates to a control device for a steering system for a vehicle that controls a steering mechanism using electrically transmitted steering information.
  • the object of the present invention is to use the steering mechanism with respect to a target steering angle.
  • the steering angle control unit is provided to calculate a motor current command value that follows the detected steering angle, and the steering angle control unit filters the speed information to perform the steering mechanism. It is provided with a friction compensation unit that calculates a compensation motor current command value that compensates for the follow-up delay of the steering angle caused by friction in the above, and compensates by the compensation motor current command value in the calculation of the motor current command value, and the motor. This is achieved by controlling the steering mechanism based on the current command value.
  • the object of the present invention is that the friction compensation unit performs the filter processing on the speed information to calculate the correction speed information, and the compensation motor uses the conversion map to obtain the correction speed information.
  • the filter processing in the filter unit is provided.
  • the filter processing in the filter unit is provided.
  • the speed information is the target rotation corresponding to the target steering angle.
  • the steering angle speed or the steering angle speed corresponding to the steering angle, or the steering angle control unit calculates the target steering angle speed from the deviation of the target steering angle and the steering angle.
  • An angle feedback compensating unit a steering angle speed calculation unit that calculates a steering angle speed from the steering angle, and a speed control unit that calculates a basic motor current command value based on the target steering angle speed and the steering angle speed. Further provided, the basic motor current command value is compensated by the compensating motor current command value to calculate the motor current command value, or the steering angle control unit controls the upper and lower limits of the motor current command value.
  • the basic motor current command value is compensated by the compensating motor current command value to calculate the motor current command value, or the steering angle control unit controls the upper and lower limits of the motor current command value.
  • the unit reduces the component corresponding to a predetermined component of the steering angle with respect to the steering information to generate the target steering angle, or the target steering angle generation unit generates the steering. It is achieved more effectively by generating the target steering angle such that the information and the virtual ratio stroke obtained from the target steering angle are variable.
  • the steering angle follows the target steering angle by compensating with the compensation motor current command value calculated by filtering the speed information in the friction compensation unit. It is possible to compensate for the delay due to friction in the steering mechanism and make the vehicle respond appropriately even when the steering wheel is finely steered.
  • the control device that controls the steering mechanism, in order to compensate for the delay in following the steering angle with respect to the target steering angle caused by friction, in the calculation of the motor current command value which is a command to the steering motor. Compensation based on the compensation motor current command value calculated based on the filtering process for the speed information such as the target steering angular velocity. For example, filtering is performed according to the characteristics that match the followability of the actual speed with respect to the target speed in speed control, and compensation is performed by adding the compensation motor current command value to the motor current command value (basic motor current command value).
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the SBW system.
  • the SBW system includes a reaction force device 40 that constitutes a steering mechanism having a steering wheel 1 operated by a driver, a steering device 30 that constitutes a steering mechanism that steers a steering wheel, and a control device 50 that controls both devices. To be equipped.
  • the SBW system does not have an intermediate shaft that is mechanically coupled to the column shaft (steering shaft, steering wheel shaft) 2 provided in a general electric power steering device, and the driver operates the steering wheel 1 by an electric signal.
  • the steering angle ⁇ h which is the steering information output from the reaction force device 40, is transmitted as an electric signal.
  • the steering device 30 includes a steering motor 31, a gear 32 that reduces the rotational speed of the steering motor 31, and a pinion rack mechanism 34 that converts rotational motion into linear motion.
  • the steering motor 31 is driven according to the change in the steering angle ⁇ h, the driving force is applied to the pinion rack mechanism 34 via the gear 32, and the steering wheels 5L and 5R are rotated via the tie rods 3a and 3b.
  • An angle sensor 33 is arranged in the vicinity of the pinion rack mechanism 34, and detects the steering angle ⁇ t of the steering wheels 5L and 5R. As the steering angle ⁇ t, the motor angle of the steering motor 31, the position of the rack, or the like may be used.
  • the reaction force device 40 includes a reaction force motor 41 and a reduction mechanism 42 that reduces the rotational speed of the reaction force motor 41, and the reaction force motor 41 generates the motion state of the vehicle transmitted from the steering wheels 5L and 5R. It is transmitted to the driver as a reaction force torque.
  • the reaction force device 40 further includes a steering angle sensor 43 and a torque sensor 44 provided on the column shaft 2 having a torsion bar (not shown), and has a steering angle ⁇ h and a steering torque Ts (or a torsion angle of the torsion bar) of the handle 1. ⁇ ) is detected respectively.
  • the control device 50 adds information such as the steering angle ⁇ h and the steering angle ⁇ t output from both devices, and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 10. Based on the above, a voltage control command value Vref1 for driving and controlling the reaction force motor 41 and a voltage control command value Vref2 for driving and controlling the steering motor 31 are generated. Power is supplied from the battery 12 to the control device 50, and an ignition key signal is input via the ignition key 11. Further, a CAN (Controller Area Network) 20 for exchanging various information of the vehicle is connected to the control device 50, and the vehicle speed Vs can be received from the CAN 20. Further, the control device 50 can also be connected to a non-CAN21 that transmits / receives communications other than the CAN20, analog / digital signals, radio waves, and the like.
  • a CAN Controller Area Network
  • the control device 50 has a CPU (including an MCU, an MPU, etc.), and the cooperative control of the reaction force device 40 and the steering device 30 is mainly executed by a program inside the CPU.
  • FIG. 2 shows a configuration example (first embodiment) for performing the control.
  • the reaction force device 40 includes a reaction force motor 41, a PWM (pulse width modulation) control unit 920, an inverter 930, and a motor current detector 940, and a steering motor 31, an angle sensor 33, and a PWM control unit.
  • the steering device 30 includes 420, an inverter 430, and a motor current detector 440, and other components are realized by the control device 50. Note that some or all of the components of the control device 50 may be realized by hardware.
  • control device 50 may be equipped with a RAM (random access memory), a ROM (read-only memory), or the like in order to store data, a program, or the like. Further, the control device 50 may include a PWM control unit 920, an inverter 930, a motor current detector 940, a PWM control unit 420, an inverter 430, and a motor current detector 440.
  • a RAM random access memory
  • ROM read-only memory
  • the control device 50 may include a PWM control unit 920, an inverter 930, a motor current detector 940, a PWM control unit 420, an inverter 430, and a motor current detector 440.
  • the control device 50 has a configuration for controlling the steering device 30 (hereinafter referred to as “steering control”) and a configuration for controlling the reaction force device 40 (hereinafter referred to as “reaction control”). , Each configuration cooperates to control the reaction force device 40 and the steering device 30.
  • the steering control is performed by the target steering angle generation unit 100, the steering angle control unit 200, the current control unit 300, and the subtraction unit 410.
  • the target steering angle generation unit 100 generates a target steering angle ⁇ tref based on the steering angle ⁇ h, and the target steering angle ⁇ tref is input to the steering angle control unit 200 together with the steering angle ⁇ t, and the steering angle control unit At 200, the motor current command value Imct is calculated so that the steering angle ⁇ t becomes the target steering angle ⁇ tref.
  • the current control unit 300 obtains the voltage control command value Vref2 based on the above.
  • the steering motor 31 is driven and controlled via the PWM control unit 420 and the inverter 430 based on the voltage control command value Vref2.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the target steering angle generation unit 100.
  • the target steering angle generation unit 100 includes a limiting unit 110, a rate limiting unit 120, and a correction unit 130.
  • the limiting unit 110 limits the upper and lower limits of the steering angle ⁇ h and outputs the steering angle ⁇ h1.
  • the output of an abnormal value is suppressed when the steering angle ⁇ h becomes an abnormal value due to the influence of RAM data garbled due to a hardware error or communication abnormality.
  • the upper limit value and the lower limit value for the steering angle are set in advance, and when the input steering angle ⁇ h is equal to or more than the upper limit value, the upper limit value is set, and when it is less than the lower limit value, the lower limit value is set.
  • the steering angle ⁇ h is output as the steering angle ⁇ h1.
  • the limiting unit 110 can be omitted when the steering angle does not become an abnormal value or when the output of an abnormal value is suppressed by other means.
  • the rate limiting unit 120 changes the steering angle ⁇ h1 in order to prevent a sudden change in the steering angle when a very sudden steering is performed or when the steering angle becomes an abnormal value as described above.
  • a limit value is set for the above, the limit is applied, and the steering angle ⁇ h2 is output.
  • the difference from the steering angle ⁇ h1 one sample before is used as the change amount, and when the absolute value of the change amount is larger than a predetermined value (limit value), the steering angle is set so that the absolute value of the change amount becomes the limit value.
  • ⁇ h1 is added or subtracted and output as the steering angle ⁇ h2, and if it is equal to or less than the limit value, the steering angle ⁇ h1 is output as it is as the steering angle ⁇ h2.
  • an upper limit value and a lower limit value may be set for the amount of change to limit the amount of change. You may want to limit the rate. Further, the rate limiting unit 120 can be omitted when the steering angle does not change suddenly or when the sudden change is avoided by other means.
  • the correction unit 130 corrects the steering angle ⁇ h2 and outputs the target steering angle ⁇ tref.
  • the target steering angle ⁇ tref is obtained by reducing a predetermined frequency component with respect to the steering angle ⁇ h2.
  • a predetermined frequency component for example, among the frequency components of the steering angle, a frequency component that makes the driver feel uneasy is targeted, and the frequency component is reduced.
  • the reduction means for example, a notch filter having a narrow band and a steep attenuation characteristic is used.
  • the notch filter is designed as a second-order filter, and the frequency characteristic is represented by the transfer function G of the following equation 1 when the attenuation frequency is fe.
  • s is the Laplace operator
  • ⁇ n and ⁇ d are the damping coefficients.
  • the amplitude characteristic in this case is, for example, the characteristic shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis is the frequency [Hz] and the vertical axis is the amplitude (gain) [dB], and the amplitude is the smallest at the attenuation frequency fe.
  • a band stop filter other than the notch filter may be used.
  • the steering angle control unit 200 controls so that the steering angle ⁇ t follows the target steering angle ⁇ tref, and calculates the motor current command value Imct.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the steering angle control unit 200.
  • the steering angle control unit 200 includes a steering angle feedback (FB) compensation unit 210, a steering angular velocity calculation unit 220, and a friction compensation unit 230. It includes a speed control unit 240, an output limiting unit 250, a subtraction unit 260, and an addition unit 261.
  • the target steering angle ⁇ tref output from the target steering angle generation unit 100 is additionally input to the subtracting unit 260, the steering angle ⁇ t is subtracted and input to the subtracting unit 260, and is input to the steering angular velocity calculation unit 220. ..
  • the steering angle FB compensation unit 210 multiplies the compensation value C FB (transmission function) by the deviation ⁇ t 0 between the target steering angle ⁇ tref and the steering angle ⁇ t calculated by the subtraction unit 260, and the target steering angle.
  • the target steering angular velocity ⁇ tref which is one of the speed information, is output so that the steering angle ⁇ t follows ⁇ tref.
  • the compensation value C FB may be a simple gain Kpp or a commonly used compensation value such as a compensation value for PI (proportional integration) control.
  • the target steering angular velocity ⁇ tref is input to the friction compensation unit 230 and the speed control unit 240.
  • the steering angular velocity calculation unit 220 calculates the steering angular velocity ⁇ tt, which is one of the speed information, by the differential calculation with respect to the steering angle ⁇ t, and the steering angular velocity ⁇ tt is input to the speed control unit 240.
  • a differential operation pseudo-differentiation by a high-pass filter (HPF) and a gain may be performed.
  • HPF high-pass filter
  • the speed control unit 240 performs speed control by IP control (proportional leading PI control), and a motor current command value such that the steering angular velocity ⁇ tt (actual velocity) follows the target steering angular velocity ⁇ tref (target speed). (Basic motor current command value) Calculate Imcta.
  • the subtraction unit 243 calculates the difference ( ⁇ tref- ⁇ tt) between the target steering angular velocity ⁇ tref and the steering angular velocity ⁇ tt, integrates the difference with the integration unit 242 having the gain Kvi, and adds the integration result to the subtraction unit 244. Entered.
  • the steering angular velocity ⁇ tt is also input to the proportional unit 241 and subjected to proportional processing by the gain Kvp, and the processing result is subtracted and input to the subtraction unit 244. Then, the subtraction result in the subtraction unit 244 is output as the motor current command value Imcta.
  • the speed control unit 240 is not an IP control, but is generally used for PI control, P (proportional) control, PID control, PI-D control (differential leading PID control), model matching control, model reference control, and the like.
  • the motor current command value Imcta may be calculated by the control method used in.
  • the friction compensation unit 230 calculates a compensation motor current command value ImctC that compensates for a delay in following the steering angle ⁇ t with respect to the target steering angle ⁇ tref caused by friction in the steering mechanism, based on the target steering angular velocity ⁇ tref.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the friction compensation unit 230.
  • the friction compensation unit 230 includes a filter unit 231, an input gain unit 232, a conversion map unit 233, and an output gain unit 234.
  • the filter unit 231 performs a filter process on the target steering angular velocity ⁇ tref by a low-pass filter (LPF) having a characteristic that matches the characteristic of following the steering angular velocity ⁇ tt with respect to the target steering angular velocity ⁇ tref in the speed control unit 240.
  • LPF low-pass filter
  • an LPF having a transfer function of the first-order lag or the second-order lag is used, and the time delay caused by the filtering process by the LPF is equal to the follow-up delay of the steering angular velocity ⁇ tt with respect to the target steering angular velocity ⁇ tref.
  • Design LPF Design LPF.
  • the filtered target steering angular velocity ⁇ tref is output as the target steering angular velocity ⁇ tref1 (correction velocity information).
  • the input gain unit 232 multiplies the target steering angular velocity ⁇ tref1 by the gain and outputs the gain-multiplied target steering angular velocity ⁇ tref1 as the target steering angular velocity ⁇ tref2 in order to improve the accuracy of processing in the subsequent conversion map unit. ..
  • the conversion map unit 233 converts the target steering angular velocity ⁇ tref2 into the compensation motor current command value ImctC0 by using the conversion map that defines the characteristics of the motor current command value with respect to the steering angular velocity.
  • the characteristic defined in the conversion map is that the motor current command value gradually converges from a predetermined negative value to a predetermined positive value when the steering angular velocity changes from - ⁇ to + ⁇ .
  • the transformation map may be represented by a mathematical function such as a hyperbolic tangent function or an inverse trigonometric function, or may be represented as a table.
  • the output gain unit 234 multiplies the compensation motor current command value ImctC0 by the gain, and the gain is multiplied by the compensation motor current command value.
  • ImctC0 is output as the compensation motor current command value ImctC.
  • the order of the filter unit 231 and the input gain unit 232 may be reversed, and the function of the input gain unit 232 may be incorporated into the filter unit 231 and the input gain unit 232 may be omitted.
  • the function of the output gain unit 234 may be incorporated into the conversion map unit 233, and the output gain unit 234 may be omitted.
  • the motor current command value Imcta from the speed control unit 240 and the compensation motor current command value ImctC from the friction compensation unit are added by the addition unit 261 and the addition result is output as the motor current command value Imctb.
  • the output limiting unit 250 limits the upper and lower limits of the motor current command value Imctb and outputs the motor current command value Imct. Similar to the limiting unit 110 in the target steering angle generation unit 100, the upper limit value and the lower limit value with respect to the motor current command value Imctb are set in advance to limit. Similar to the limiting unit 110, the output limiting unit 250 can be omitted when the motor current command value does not become an abnormal value or when the output of the abnormal value is suppressed by other means.
  • the motor current command value Imct is additionally input to the subtraction unit 410, and the subtraction unit 410 calculates the deviation I2 from the fed-back motor current value Imd.
  • the current control unit 300 inputs the deviation I2, performs current control by PI control or the like, and outputs the current-controlled voltage control command value Vref2.
  • the voltage control command value Vref2 is sent to the steering device 30, input to the PWM control unit 420 to calculate the duty, and the PWM signal from the PWM control unit 420 drives the steering motor 31 via the inverter 430. Will be done.
  • the motor current value Imd of the steering motor 31 is detected by the motor current detector 440 and fed back to the subtraction unit 410 of the control device 50.
  • the steering angle ⁇ t is controlled to follow the target steering angle ⁇ tref, but in the reaction force control, the twist angle ⁇ of the torsion bar is controlled to follow the target torsion angle ⁇ ref.
  • the reaction force control is performed by the target steering torque generation unit 500, the conversion unit 600, the torsion angle control unit 700, the current control unit 800, and the subtraction unit 910.
  • the target steering torque generation unit 500 generates a target steering torque Tref based on the steering angle ⁇ h and the vehicle speed Vs
  • the conversion unit 600 converts the target steering torque Tref into the target torsion angle ⁇ ref.
  • the current control unit 800 obtains the voltage control command value Vref1 based on the above.
  • the reaction force motor 41 is driven and controlled via the PWM control unit 920 and the inverter 930 based on the voltage control command value Vref1.
  • the torsion angle ⁇ of the torsion bar is obtained as the difference between the angles detected by the upper angle sensor provided on the handle side of the column shaft 2 and the lower angle sensor provided on the opposite side of the torsion bar. Alternatively, it may be obtained by converting from the steering torque Ts.
  • the target steering torque generation unit 500 has a basic map, and outputs the target steering torque Tref with the vehicle speed Vs as a parameter using the basic map.
  • the basic map is adjusted by tuning. For example, as shown in FIG. 9A, the target steering torque Tref increases as the magnitude (absolute value)
  • the code unit 501 outputs the sign (+1, -1) of the steering angle ⁇ h to the multiplication unit 502, and the magnitude of the target steering torque Tref is determined by the map from the magnitude of the steering angle ⁇ h. Is obtained, and this is multiplied by the sign of the steering angle ⁇ h to obtain the target steering torque Tref.
  • the map may be configured according to the positive and negative steering angles ⁇ h.
  • the mode of change is changed depending on whether the steering angle ⁇ h is positive or negative. You may.
  • the basic map shown in FIG. 9 is vehicle speed sensitive, it does not have to be vehicle speed sensitive.
  • the conversion unit 600 has a characteristic of -1 / Kt in which the sign of the reciprocal of the spring constant Kt of the torsion bar is inverted, and converts the target steering torque Tref into the target torsion angle ⁇ ref.
  • FIG. 10 shows a configuration example of the torsion angle control unit 700.
  • the torsion angle control unit 700 has the same configuration as the configuration example of the steering angle control unit 200 shown in FIG. 6 excluding the friction compensation unit 230 and the addition unit 261, and has a target steering angle ⁇ tref and rolling.
  • the target twist angle ⁇ ref and twist angle ⁇ are input instead of the rudder angle ⁇ t, and the twist angle feedback (FB) compensation unit 710, the torsion angular velocity calculation unit 720, the speed control unit 740, the output limiting unit 750, and the subtraction unit 760 are respectively.
  • FB twist angle feedback
  • the same operation is performed, and the motor current command value Imcc is output.
  • the subtraction unit 910, current control unit 800, PWM control unit 920, inverter 930 and motor current detector 940 are the same as the subtraction unit 410, current control unit 300, PWM control unit 420, inverter 430 and motor current detector 440, respectively. Perform the same operation in the configuration.
  • a phase compensation unit that performs phase compensation may be inserted in the front stage (input port of the steering angle ⁇ h) or the rear stage of the target steering torque generation unit 500. Further, in the twist angle control unit 700, the twist angle is not the control target, but the steering torque is the control target, and the steering torque Ts and the target steering torque Tref are input so that the steering torque Ts becomes the target steering torque Tref. Control may be performed. In this case, the conversion unit 600 becomes unnecessary.
  • the steering angle ⁇ h, the vehicle speed Vs, the steering angle ⁇ t and the twist angle ⁇ are detected or calculated (step S10), and the steering angle ⁇ h is determined by the target steering angle generation unit 100 and the target steering torque generation unit 500.
  • the vehicle speed Vs is input to the target steering torque generation unit 500
  • the steering angle ⁇ t is input to the steering angle control unit 200
  • the torsion angle ⁇ is input to the torsion angle control unit 700.
  • the steering angle ⁇ h is input to the limiting unit 110, and the limiting unit 110 limits the upper and lower limit values of the steering angle ⁇ h by preset upper and lower limit values (step S20). It is output to the rate limiting unit 120 as the steering angle ⁇ h1.
  • the rate limiting unit 120 limits the amount of change in the steering angle ⁇ h1 by a preset limit value (step S30), and outputs the steering angle ⁇ h2 to the correction unit 130.
  • the correction unit 130 corrects the steering angle ⁇ h2 using a notch filter, obtains the target steering angle ⁇ tref (step S40), and outputs the steering angle ⁇ h2 to the steering angle control unit 200.
  • the steering angle control unit 200 that has input the steering angle ⁇ t and the target steering angle ⁇ tref calculates the motor current command value Imct (step S50). An operation example of the steering angle control unit 200 will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the target steering angle ⁇ tref input to the steering angle control unit 200 is input to the subtraction unit 260, and the steering angle ⁇ t is input to the subtraction unit 260 and the steering angular velocity calculation unit 220 (step S51).
  • the deviation ⁇ t 0 is calculated by subtracting the steering angle ⁇ t from the target steering angle ⁇ tref (step S52).
  • Deviation Derutashitati 0 is input to the turning angle FB compensation unit 210, the turning angle FB compensation unit 210 compensates the deviation Derutashitati 0 by multiplying the compensation value C FB on the deviation ⁇ t 0 (step S53), the target rolling
  • the steering angular velocity ⁇ tref is output to the friction compensation unit 230 and the speed control unit 240.
  • the steering angular velocity calculation unit 220 that has input the steering angle ⁇ t calculates the steering angular velocity ⁇ tt by a differential calculation with respect to the steering angle ⁇ t (step S54), and outputs it to the speed control unit 240.
  • the difference between the target steering angular velocity ⁇ tref and the steering angular velocity ⁇ tt is calculated by the subtracting unit 243, and the difference is integrated (Kvi / s) by the integrating unit 242 and additionally input to the subtracting unit 244 ( Step S55). Further, the steering angular velocity ⁇ tt is proportionally processed (Kvp) by the proportional unit 241 and the proportional result is subtracted and input to the subtracting unit 244 (step S55), and the motor current command value Imcta which is the subtraction result by the subtracting unit 244 is output. To. The motor current command value Imcta is input to the addition unit 261.
  • the target steering angular velocity ⁇ tref is input to the filter unit 231.
  • the filter unit 231 performs the filter processing by the LPF with respect to the target steering angular velocity ⁇ tref (step S56), and outputs the target steering angular velocity ⁇ tref1 to the input gain unit 232.
  • the input gain unit 232 calculates the target steering angular velocity ⁇ tref2 by multiplying the target steering angular velocity ⁇ tref1 by the gain (step S57), and outputs it to the conversion map unit 233.
  • the conversion map unit 233 converts the target steering angular velocity ⁇ tref2 into the compensation motor current command value ImctC0 (step S58) by using the conversion map having the characteristics as shown in FIG.
  • the output gain unit 234 calculates the compensation motor current command value ImctC by multiplying the compensation motor current command value ImctC0 by the gain (step S59).
  • the compensation motor current command value ImctC is input to the addition unit 261.
  • the compensation motor current command value ImctC is added to the motor current command value Imcta (step S60), and the motor current command value Imctb, which is the addition result, is input to the output limiting unit 250.
  • the output limiting unit 250 limits the upper and lower limit values of the motor current command value Imctb by the preset upper limit value and lower limit value (step S61), and outputs the motor current command value Imct as the motor current command value Imct (step S62).
  • the motor current command value Imct is additionally input to the subtraction unit 410, and the deviation I2 from the motor current value Imd detected by the motor current detector 440 is calculated by the subtraction unit 410 (step S70).
  • the deviation I2 is input to the current control unit 300, and the current control unit 300 calculates the voltage control command value Vref2 by current control (step S80).
  • the steering motor 31 is driven and controlled via the PWM control unit 420 and the inverter 430 based on the voltage control command value Vref2 (step S90).
  • the target steering torque generation unit 500 generates a target steering torque Tref according to the steering angle ⁇ h and the vehicle speed Vs using the basic map shown in FIG. 9A or FIG. 9 (step S100), and converts the target steering torque.
  • the conversion unit 600 converts the target steering torque Tref into the target torsion angle ⁇ ref (step S110), and outputs the output to the torsion angle control unit 700.
  • the twist angle control unit 700 that has input the twist angle ⁇ and the target twist angle ⁇ ref calculates the motor current command value Imc (step S120). An operation example of the twist angle control unit 700 will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the target twist angle ⁇ ref input to the twist angle control unit 700 is input to the subtraction unit 760, and the twist angle ⁇ is input to the subtraction unit 760 and the torsion angular velocity calculation unit 720 (step S121).
  • the deviation ⁇ 0 is calculated by subtracting the twist angle ⁇ from the target twist angle ⁇ ref (step S122).
  • Deviation [Delta] [theta] 0 is input to the helix angle FB compensation unit 720, the twist angle FB compensation unit 710 compensates the deviation [Delta] [theta] 0 is multiplied by the compensation value to the deviation [Delta] [theta] 0 (step S123), the speed the target torsion angular velocity ⁇ ref Output to the control unit 740.
  • the torsion angular velocity calculation unit 720 that has input the torsion angle ⁇ calculates the torsion angular velocity ⁇ t by a differential calculation with respect to the torsion angle ⁇ (step S124), and outputs it to the speed control unit 740.
  • the speed control unit 740 calculates the motor current command value Imca by IP control in the same manner as the speed control unit 240 (step S125), and outputs the motor current command value to the output limiting unit 750.
  • the output limiting unit 750 limits the upper and lower limit values of the motor current command value Imca by the preset upper limit value and lower limit value (step S126), and outputs the motor current command value Imca (step S127).
  • the motor current command value Imc is additionally input to the subtraction unit 910, and the deviation I1 from the motor current value Imr detected by the motor current detector 940 is calculated by the subtraction unit 910 (step S130).
  • the deviation I1 is input to the current control unit 800, and the current control unit 800 calculates the voltage control command value Vref1 by current control (step S140).
  • the reaction force motor 41 is driven and controlled via the PWM control unit 920 and the inverter 930 based on the voltage control command value Vref1 (step S150).
  • the correction unit 130 of the target steering angle generation unit 100 uses a notch filter to correct the steering angle, but the steering angle may be corrected by another method.
  • the ratio of the steering angle to the target steering angle (virtual ratio stroke) is set as a virtual value of the ratio stroke indicating the amount of movement of the rack per rotation of the steering wheel so that the virtual ratio stroke becomes variable.
  • the steering angle may be corrected.
  • the value of the virtual ratio stroke is appropriately changed, and the value obtained by multiplying the changed virtual ratio stroke by the steering angle ⁇ h2 is set as the target steering angle ⁇ tref.
  • the virtual ratio stroke is 1, but it is possible to realize fast steering by increasing the virtual ratio stroke at the time of sudden steering.
  • of the steering angle ⁇ h2 is used as in the target steering torque generating unit 500, and the target steering is steered from the steering angle ⁇ h2.
  • the angle ⁇ tref may be obtained.
  • the target steering angle ⁇ tref may be obtained by simply multiplying the steering angle ⁇ h2 by a predetermined gain.
  • the speed control unit 740 in the torsion angle control unit 700 is not an IP control but a PI control, a P control, a PID control, and a PI-D, like the speed control unit 240 in the steering angle control unit 200. Control and the like are feasible, and any of P, I, and D controls may be used, and follow-up control by the steering angle control unit 200 and the twist angle control unit 700 is generally used.
  • the control structure may be used.
  • the steering angle control unit 200 is used in a vehicle device as long as it has a control configuration in which the actual angle (here, the steering angle ⁇ t) follows the target angle (here, the target steering angle ⁇ tref).
  • the control configuration is not limited to the control configuration, and for example, the control configuration used in an industrial electric motor such as an industrial positioning device or an industrial robot may be applied.
  • the steering angle is used as the steering information in the above, the steering wheel angle detected by the upper angle sensor and the column angle detected by the lower angle sensor may be used as the steering information.
  • the steering angle ⁇ h and the target steering angle ⁇ tref are matched, and assuming that the driver performs fine steering from the on-center, a sine wave with a frequency of 1 Hz and an amplitude of 3 deg is used, and the target steering angle ⁇ tref is the same sine.
  • the time response of the steering angle ⁇ t with and without friction compensation was investigated by changing the wave shape.
  • the filter section uses a first-order LPF, and the conversion map in the conversion map section has the characteristics of a hyperbolic tangent function, the cutoff frequency of the LPF, the gain value of the input gain section, and the gain of the output gain section. The values were adjusted accordingly.
  • FIG. 14A shows the simulation results when there is no friction compensation
  • FIG. 14B shows the simulation results when there is friction compensation
  • the dotted line shows the time response of the target steering angle
  • the solid line shows the time response of the steering angle.
  • the friction compensation unit in the first embodiment calculates the compensation motor current command value based on the target steering angular velocity, but it is also possible to calculate the compensation motor current command value based on the steering angular velocity.
  • a configuration example (second embodiment) of the steering angle control unit in this case is shown in FIG. Compared with the steering angle control unit 200 in the first embodiment shown in FIG. 6, in the steering angle control unit 200A in the second embodiment, the friction compensation unit 230A is output from the steering angular velocity calculation unit 220. The steering angular velocity ⁇ tt is input, and the compensation motor current command value ImctCa is output.
  • the configuration and operation of the friction compensation unit 230A is the same as that of the friction compensation unit 230 in the first embodiment, but the target steering angular velocity ⁇ tt is targeted instead of the target steering angular velocity ⁇ tref.
  • the cutoff frequency of the LPF, the gain value of the input gain section, and the gain value of the output gain section are changed to appropriate values.
  • the operation example of the second embodiment is the same as the operation example of the first embodiment except that the flow of the input data to the friction compensation unit in the steering angle control unit is changed.
  • steering control and reaction force control are performed by one control device, but a control device for steering control and a control device for reaction force control may be provided respectively.
  • the control devices transmit and receive data by communication.
  • the SBW system shown in FIG. 1 does not have a mechanical coupling between the reaction force device 40 and the steering device 30, but when an abnormality occurs in the system, the column shaft 2 and the steering mechanism are clutched.
  • the present invention can also be applied to an SBW system provided with a mechanical torque transmission mechanism that is mechanically coupled by the above. In such an SBW system, when the system is normal, the clutch is turned off to open the mechanical torque transmission, and when the system is abnormal, the clutch is turned on to enable the mechanical torque transmission.
  • reaction force device 40 includes a torsion bar
  • the steering device 30 does not have to be limited to the torsion bar as long as it has a mechanism having an arbitrary spring constant between the handle 1 and the reaction force motor 41.
  • a reaction force device that does not have a torsion bar or the like may be used as long as it operates in cooperation with.
  • a main object of the present invention is to realize means for compensating for a delay in following a steering angle with respect to a target turning angle caused by friction, and the above-mentioned means for realizing the ability to follow a turning angle with respect to a target turning angle. It does not have to be limited to the steering angle control unit of.

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Abstract

【課題】ハンドルを微操舵した場合でも、摩擦の影響を軽減し、車両が適切に応答することが可能な車両用操向システムの制御装置を提供する。 【解決手段】電気的に伝えられる操舵情報を用いて転舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置において、目標転舵角に対して、転舵機構において検出される転舵角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する転舵角制御部を備え、転舵角制御部が、速度情報に対してフィルタ処理を行うことによって、転舵機構における摩擦により生じる転舵角の追従遅れを補償する補償モータ電流指令値を算出する摩擦補償部を具備し、モータ電流指令値の演算において補償モータ電流指令値による補償を行い、モータ電流指令値に基づいて転舵機構を制御する。

Description

車両用操向システムの制御装置
　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、電気的に伝えられる操舵角等の情報を用いて転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、広く普及している電動パワーステアリング装置の他に、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に生成する。適切な操舵感を与えるＳＢＷシステムとして、例えば特開２００６－２９８２２３号公報（特許文献１）に開示されている車両用操舵装置がある。
　特許文献１の装置では、転舵輪が縁石等に当接した場合にもその当接状態を運転者に適切に伝えるために、転舵機構に備えられている転舵モータの駆動電流と転舵輪の転舵速度に基づいて、ハンドルに対する運転者の操舵操作を規制するか否かを判断している。このような判断を行うことにより、操舵操作を急速に実行した場合に転舵モータの位置制御の応答遅れによって、転舵軸の実際の位置と目標位置との偏差が大きくなっても、その操舵が不本意に規制されてしまうことがないようにしている。
特開２００６－２９８２２３号公報
　一方、ＳＢＷシステムでは、運転者によるハンドル操作を的確に転舵機構に伝え、転舵機構が適切に転舵輪を転舵する必要がある。しかしながら、運転者がハンドルを僅かに切るような状況等、転舵角に対する目標値である目標転舵角が僅かに変化するような場合、転舵機構で発生する摩擦により目標転舵角に対する転舵角の追従に遅れが生じ、操舵する方向へ車両が適切に動き出さないために、不都合が生じるおそれがある。特許文献１の装置では、転舵モータの回転角から転舵位置（転舵角に相当）を算出し、車速及び操舵角に基づいて転舵位置の目標値を算出し、転舵位置と目標値の偏差に基づくＰＩＤ（比例積分微分）制御により転舵機構での位置制御を行っているが、その位置制御において上記のような摩擦による遅れを考慮しておらず、遅れを補償することができない。
　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、ハンドルを微操舵した場合でも、摩擦の影響を軽減し、車両が適切に応答することが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、電気的に伝えられる操舵情報を用いて転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、目標転舵角に対して、前記転舵機構において検出される転舵角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する転舵角制御部を備え、前記転舵角制御部が、速度情報に対してフィルタ処理を行うことによって、前記転舵機構における摩擦により生じる前記転舵角の追従遅れを補償する補償モータ電流指令値を算出する摩擦補償部を具備し、前記モータ電流指令値の演算において前記補償モータ電流指令値による補償を行い、前記モータ電流指令値に基づいて前記転舵機構を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、前記摩擦補償部が、前記速度情報に対して前記フィルタ処理を行って補正速度情報を算出するフィルタ部と、変換マップを用いて前記補正速度情報を前記補償モータ電流指令値に変換する変換マップ部とを具備することにより、或いは、前記フィルタ部での前記フィルタ処理が、前記転舵角制御部での速度制御における目標速度に対する実速度の追従特性に基づいて行なわれることにより、或いは、前記摩擦補償部が、前記補償モータ電流指令値をゲイン倍する出力ゲイン部を更に具備することにより、或いは、前記速度情報が、前記目標転舵角に対応する目標転舵角速度又は前記転舵角に対応する転舵角速度であることにより、或いは、前記転舵角制御部が、前記目標転舵角及び前記転舵角の偏差より目標転舵角速度を算出する転舵角フィードバック補償部と、前記転舵角より転舵角速度を算出する転舵角速度演算部と、前記目標転舵角速度及び前記転舵角速度に基づいて基本モータ電流指令値を算出する速度制御部とを更に具備し、前記基本モータ電流指令値を前記補償モータ電流指令値によって補償して前記モータ電流指令値を算出することにより、或いは、前記転舵角制御部が、前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備することにより、或いは、前記操舵情報に基づいて前記目標転舵角を生成する目標転舵角生成部を更に備えることにより、或いは、前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報に対して、前記転舵角の所定の成分に対応する成分を低減して前記目標転舵角を生成することにより、或いは、前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報及び前記目標転舵角より求められる仮想比ストロークが可変となるような前記目標転舵角を生成することにより、より効果的に達成される。
　本発明の車両用操向システムの制御装置によれば、摩擦補償部における速度情報に対するフィルタ処理により算出される補償モータ電流指令値による補償を行うことにより、目標転舵角に対する転舵角の追従における転舵機構での摩擦による遅れを補償し、ハンドルを微操舵した場合でも、車両を適切に応答させることができる。
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。 本発明の構成例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。 制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 ノッチフィルタの周波数特性（振幅特性）の例を示す図である。 転舵角制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 摩擦補償部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 変換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の構成例及び基本マップの特性例を示す図である。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 転舵角制御部の動作例（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。 摩擦補償の効果を示すシミュレーションにおいて、摩擦補償がない場合とある場合の転舵角の時間応答の例を示すグラフである。 転舵角制御部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。
　本発明は、転舵機構を制御する制御装置において、摩擦により生じる目標転舵角に対する転舵角の追従遅れを補償するために、転舵用モータへの指令であるモータ電流指令値の演算において、目標転舵角速度等の速度情報に対するフィルタ処理に基づいて算出される補償モータ電流指令値による補償を行う。例えば、速度制御における目標速度に対する実速度の追従性と一致した特性に応じたフィルタ処理を行い、補償モータ電流指令値のモータ電流指令値（基本モータ電流指令値）への加算による補償を行う。
　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１を有する操舵機構を構成する反力装置４０、転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置３０、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４０から出力される操舵情報である操舵角θｈを電気信号として伝える。
　転舵装置３０は、転舵用モータ３１、転舵用モータ３１の回転速度を減速するギア３２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３４を備える。操舵角θｈの変化に合わせて、転舵用モータ３１を駆動し、その駆動力を、ギア３２を介してピニオンラック機構３４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３４の近傍には角度センサ３３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３１のモータ角やラックの位置等を使用しても良い。
　反力装置４０は、反力用モータ４１及び反力用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２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４１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４０は、トーションバー（図示せず）を有するコラム軸２に設けられる舵角センサ４３及びトルクセンサ４４を更に備え、操舵角θｈ及びハンドル１の操舵トルクＴｓ（又はトーションバーの捩れ角Δθ）をそれぞれ検出する。
　制御装置５０は、反力装置４０及び転舵装置３０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４１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３１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４０及び転舵装置３０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２に示す。図２において、反力用モータ４１、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部９２０、インバータ９３０及びモータ電流検出器９４０を反力装置４０が具備し、転舵用モータ３１、角度センサ３３、ＰＷＭ制御部４２０、インバータ４３０及びモータ電流検出器４４０を転舵装置３０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。また、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９２０、インバータ９３０、モータ電流検出器９４０、ＰＷＭ制御部４２０、インバータ４３０及びモータ電流検出器４４０を具備しても良い。
　制御装置５０は、転舵装置３０の制御（以下、「転舵制御」とする）を行う構成と、反力装置４０の制御（以下、「反力制御」とする）を行う構成を有し、各構成が協調して、反力装置４０及び転舵装置３０を制御する。
　転舵制御は、目標転舵角生成部１００、転舵角制御部２００、電流制御部３００及び減算部４１０により行われる。目標転舵角生成部１００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２００に入力され、転舵角制御部２００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とモータ電流検出器４４０で検出される転舵用モータ３１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｄの偏差Ｉ２（＝Ｉｍｃｔ－Ｉｍｄ）が減算部４１０で算出され、偏差Ｉ２に基づいて電流制御部３００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２が求められる。転舵装置３０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４２０及びインバータ４３０を介して転舵用モータ３１が駆動制御される。
　目標転舵角生成部１００の構成例を図３に示す。目標転舵角生成部１００は、制限部１１０、レート制限部１２０及び補正部１３０を備える。
　制限部１１０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４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１１０は省略可能である。
　レート制限部１２０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１２０は省略可能である。
　補正部１３０は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。例えば、操舵角θｈ２に対して、所定の周波数成分を低減したものを目標転舵角θｔｒｅｆとする。所定の周波数成分として、例えば、転舵角の周波数成分のうち運転者に不安を感じさせるような周波数成分を対象とし、その周波数成分を低減する。低減手段としては、例えば、狭帯域で急峻な減衰特性を有するノッチフィルタを使用する。ノッチフィルタは２次フィルタとして設計され、周波数特性は、減衰周波数をｆｅとした場合、下記数１の伝達関数Ｇで表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、ωｎ＝ωｄ＝２π×ｆｅで、ｓはラプラス演算子、ζｎ、ζｄは減衰係数である。この場合の振幅特性は、例えば図５に示されるような特性となる。図５において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は振幅（ゲイン）［ｄＢ］であり、減衰周波数ｆｅで最も振幅が小さくなっている。なお、低減する周波数成分の帯域がノッチフィルタの阻止帯域程の狭帯域ではない場合等では、ノッチフィルタ以外のバンドストップフィルタを使用しても良い。
　転舵角制御部２００は、目標転舵角θｔｒｅｆに対して転舵角θｔを追従させるような制御を行い、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを算出する。図６は転舵角制御部２００の構成例を示すブロック図であり、転舵角制御部２００は、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部２１０、転舵角速度演算部２２０、摩擦補償部２３０、速度制御部２４０、出力制限部２５０、減算部２６０及び加算部２６１を備えている。目標転舵角生成部１００から出力される目標転舵角θｔｒｅｆは減算部２６０に加算入力され、転舵角θｔは減算部２６０に減算入力されると共に、転舵角速度演算部２２０に入力される。
　転舵角ＦＢ補償部２１０は、減算部２６０で算出される、目標転舵角θｔｒｅｆと転舵角θｔの偏差Δθｔ０に対して補償値ＣＦＢ（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、速度情報の１つである目標転舵角速度ωｔｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ（比例積分）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。目標転舵角速度ωｔｒｅｆは摩擦補償部２３０及び速度制御部２４０に入力される。
　転舵角速度演算部２２０は、転舵角θｔに対する微分演算により、速度情報の１つである転舵角速度ωｔｔを算出し、転舵角速度ωｔｔは速度制御部２４０に入力される。微分演算として、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインによる擬似微分を行なっても良い。
　速度制御部２４０は、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）による速度制御を行い、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ（目標速度）に転舵角速度ωｔｔ（実速度）が追従するようなモータ電流指令値（基本モータ電流指令値）Ｉｍｃｔａを算出する。減算部２４３で目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ－ωｔｔ）を算出し、その差分を、ゲインＫｖｉを有する積分部２４２にて積分し、積分結果は減算部２４４に加算入力される。転舵角速度ωｔｔは比例部２４１にも入力され、ゲインＫｖｐによる比例処理を施され、処理結果は減算部２４４に減算入力される。そして、減算部２４４での減算結果がモータ電流指令値Ｉｍｃｔａとして出力される。なお、速度制御部２４０は、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ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Ｉｍｃｔａを算出しても良い。
　摩擦補償部２３０は、目標転舵角速度ωｔｒｅｆに基づいて、転舵機構における摩擦により生じる目標転舵角θｔｒｅｆに対する転舵角θｔの追従遅れを補償する補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣを算出する。図７は摩擦補償部２３０の構成例を示すブロック図であり、摩擦補償部２３０はフィルタ部２３１、入力ゲイン部２３２、変換マップ部２３３及び出力ゲイン部２３４を備える。
　フィルタ部２３１は、速度制御部２４０での目標転舵角速度ωｔｒｅｆに対する転舵角速度ωｔｔの追従の特性と一致した特性を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）によるフィルタ処理を目標転舵角速度ωｔｒｅｆに対して行う。簡易的には、１次遅れ又は２次遅れの伝達関数を有するＬＰＦを使用し、そのＬＰＦによるフィルタ処理により生じる時間遅れが目標転舵角速度ωｔｒｅｆに対する転舵角速度ωｔｔの追従遅れと同等となるようにＬＰＦを設計する。フィルタ処理を行われた目標転舵角速度ωｔｒｅｆは、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１（補正速度情報）として出力される。
　入力ゲイン部２３２は、後続の変換マップ部での処理の精度向上のために、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１にゲインを乗算し、ゲイン倍された目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１を目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２として出力する。
　変換マップ部２３３は、転舵角速度に対するモータ電流指令値の特性を定義した変換マップを用いて、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２を補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣ０に変換する。変換マップにて定義される特性は、転舵角速度が－∞から＋∞に変化する場合に、モータ電流指令値が所定のマイナス値から所定のプラス値に徐々に収束するような特性であり、例えば、図８に示されるような特性である。変換マップを、双曲線正接関数や逆正接関数のような数学関数で表しても良いし、テーブルとして表しても良い。
　出力ゲイン部２３４は、補償モータ電流指令値の加算によるモータ電流指令値の補償の程度を調整するために、補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣ０にゲインを乗算して、ゲイン倍された補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣ０を補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣとして出力する。
　なお、フィルタ部２３１と入力ゲイン部２３２の順序は逆になっても良く、入力ゲイン部２３２の機能をフィルタ部２３１に組み込んで、入力ゲイン部２３２を省略しても良い。出力ゲイン部２３４の機能を変換マップ部２３３に組み込んで、出力ゲイン部２３４を省略しても良い。
　速度制御部２４０からのモータ電流指令値Ｉｍｃｔａ及び摩擦補償部からの補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣは加算部２６１で加算され、加算結果はモータ電流指令値Ｉｍｃｔｂとして出力される。
　出力制限部２５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔｂの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを出力する。目標転舵角生成部１００内の制限部１１０と同様に、モータ電流指令値Ｉｍｃｔｂ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。なお、制限部１１０と同様に、モータ電流指令値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出力制限部２５０は省略可能である。
　モータ電流指令値Ｉｍｃｔは減算部４１０に加算入力され、減算部４１０にて、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が演算される。電流制御部３００は偏差Ｉ２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Ｖｒｅｆ２を出力する。
　電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２は転舵装置３０に送られ、ＰＷＭ制御部４２０に入力されてデューティが演算され、ＰＷＭ制御部４２０からのＰＷＭ信号により、インバータ４３０を介して転舵用モータ３１がＰＷＭ駆動される。転舵用モータ３１のモータ電流値Ｉｍｄはモータ電流検出器４４０で検出され、制御装置５０の減算部４１０にフィードバックされる。
　転舵制御では転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆに追従するような制御が行われるが、反力制御ではトーションバーの捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御が行われる。反力制御は、目標操舵トルク生成部５００、変換部６００、捩れ角制御部７００、電流制御部８００及び減算部９１０により行われる。目標操舵トルク生成部５００にて操舵角θｈ及び車速Ｖｓに基づいて目標操舵トルクＴｒｅｆが生成され、目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部６００にて目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角Δθと共に捩れ角制御部７００に入力され、捩れ角制御部７００にて、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が演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃとモータ電流検出器９４０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９１０で算出され、偏差Ｉ１に基づいて電流制御部８００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１が求められる。反力装置４０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部９２０及びインバータ９３０を介して反力用モータ４１が駆動制御される。なお、トーションバーの捩れ角Δθは、コラム軸２のハンドル側に設けられた上側角度センサとトーションバーを挟んで反対側に設けられた下側角度センサにて検出される角度の差として求めても良いし、操舵トルクＴｓから換算して求めても良い。
　目標操舵トルク生成部５００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目標操舵トルクＴｒｅｆ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９（Ａ）に示されるように、目標操舵トルクＴｒｅｆが、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が増加するにつれても増加するようになっている。なお、図９（Ａ）において、符号部５０１は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部５０２に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップにより目標操舵トルクＴｒｅｆの大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、目標操舵トルクＴｒｅｆを求める構成となっている。或いは、図９（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９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。
　変換部６００は、トーションバーのバネ定数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７００の構成例を図１０に示す。捩れ角制御部７００は、図６に示される転舵角制御部２００の構成例において摩擦補償部２３０及び加算部２６１を除いた構成と同様の構成をしており、目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔの代わりに目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθを入力し、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部７１０、捩れ角速度演算部７２０、速度制御部７４０、出力制限部７５０及び減算部７６０が、それぞれと転舵角ＦＢ補償部２１０、転舵角速度演算部２２０、速度制御部２４０、出力制限部２５０及び減算部２６０と同様の構成で同様の動作を行い、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。
　減算部９１０、電流制御部８００、ＰＷＭ制御部９２０、インバータ９３０及びモータ電流検出器９４０は、それぞれ減算部４１０、電流制御部３００、ＰＷＭ制御部４２０、インバータ４３０及びモータ電流検出器４４０と同様な構成で同様な動作を行う。
　なお、目標操舵トルク生成部５００の前段（操舵角θｈの入力口）又は後段に位相補償を行なう位相補償部を挿入しても良い。また、捩れ角制御部７００では、捩れ角を制御対象とするのではなく、操舵トルクを制御対象とし、操舵トルクＴｓ及び目標操舵トルクＴｒｅｆを入力し、操舵トルクＴｓが目標操舵トルクＴｒｅｆになるような制御を行っても良い。この場合、変換部６００は不要となる。
　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、操舵角θｈ、車速Ｖｓ、転舵角θｔ及び捩れ角Δθが検出又は算出され（ステップＳ１０）、操舵角θｈは目標転舵角生成部１００及び目標操舵トルク生成部５００に、車速Ｖｓは目標操舵トルク生成部５００に、転舵角θｔは転舵角制御部２００に、捩れ角Δθは捩れ角制御部７００にそれぞれ入力される。
　目標転舵角生成部１００では、操舵角θｈが制限部１１０に入力され、制限部１１０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Ｓ２０）、操舵角θｈ１としてレート制限部１２０に出力する。レート制限部１２０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Ｓ３０）、操舵角θｈ２として補正部１３０に出力する。補正部１３０は、ノッチフィルタを使用して操舵角θｈ２を補正し、目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ４０）、転舵角制御部２００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２００は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する（ステップＳ５０）。転舵角制御部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。
　転舵角制御部２００に入力された目標転舵角θｔｒｅｆは減算部２６０、転舵角θｔは減算部２６０及び転舵角速度演算部２２０にそれぞれ入力される（ステップＳ５１）。
　減算部２６０では、目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ０が算出される（ステップＳ５２）。偏差Δθｔ０は転舵角ＦＢ補償部２１０に入力され、転舵角ＦＢ補償部２１０は、偏差Δθｔ０に補償値ＣＦＢを乗算することにより偏差Δθｔ０を補償し（ステップＳ５３）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを摩擦補償部２３０及び速度制御部２４０に出力する。
　転舵角θｔを入力した転舵角速度演算部２２０は、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Ｓ５４）、速度制御部２４０に出力する。
　速度制御部２４０では、目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔの差分が減算部２４３で算出され、その差分が積分部２４２で積分（Ｋｖｉ／ｓ）されて減算部２４４に加算入力される（ステップＳ５５）。更に、転舵角速度ωｔｔは比例部２４１で比例処理（Ｋｖｐ）され、比例結果が減算部２４４に減算入力され（ステップＳ５５）、減算部２４４での減算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃｔａが出力される。モータ電流指令値Ｉｍｃｔａは加算部２６１に入力される。
　摩擦補償部２３０では、目標転舵角速度ωｔｒｅｆがフィルタ部２３１に入力される。フィルタ部２３１は、ＬＰＦによるフィルタ処理を目標転舵角速度ωｔｒｅｆに対して行い（ステップＳ５６）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１を入力ゲイン部２３２に出力する。入力ゲイン部２３２は、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１にゲインを乗算して目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２を算出し（ステップＳ５７）、変換マップ部２３３に出力する。変換マップ部２３３は、図８に示されるような特性を有する変換マップを使用して、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２を補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣ０に変換し（ステップＳ５８）、出力ゲイン部２３４に出力する。出力ゲイン部２３４は、補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣ０にゲインを乗算して補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣを算出する（ステップＳ５９）。補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣは加算部２６１に入力される。
　加算部２６１ではモータ電流指令値Ｉｍｃｔａに補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣが加算され（ステップＳ６０）、加算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃｔｂは出力制限部２５０に入力される。出力制限部２５０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Ｉｍｃｔｂの上下限値を制限し（ステップＳ６１）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ６２）。
　モータ電流指令値Ｉｍｃｔは減算部４１０に加算入力され、モータ電流検出器４４０で検出されたモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が減算部４１０で算出される（ステップＳ７０）。偏差Ｉ２は電流制御部３００に入力され、電流制御部３００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Ｓ８０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４２０及びインバータ４３０を介して、転舵用モータ３１が駆動制御される（ステップＳ９０）。
　一方、目標操舵トルク生成部５００は、図９（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に応じた目標操舵トルクＴｒｅｆを生成し（ステップＳ１００）、変換部６００に出力する。変換部６００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換し（ステップＳ１１０）、捩れ角制御部７００に出力する。
　捩れ角Δθ及び目標捩れ角Δθｒｅｆを入力した捩れ角制御部７００は、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ１２０）。捩れ角制御部７００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７００に入力された目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部７６０に、捩れ角Δθは減算部７６０及び捩れ角速度演算部７２０にそれぞれ入力される（ステップＳ１２１）。
　減算部７６０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Δθ０が算出される（ステップＳ１２２）。偏差Δθ０は捩れ角ＦＢ補償部７２０に入力され、捩れ角ＦＢ補償部７１０は、偏差Δθ０に補償値を乗算することにより偏差Δθ０を補償し（ステップＳ１２３）、目標捩れ角速度ωｒｅｆを速度制御部７４０に出力する。
　捩れ角Δθを入力した捩れ角速度演算部７２０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Ｓ１２４）、速度制御部７４０に出力する。
　速度制御部７４０は、速度制御部２４０と同様にＩ－Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃａを算出し（ステップＳ１２５）、出力制限部７５０に出力する。
　出力制限部７５０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Ｉｍｃａの上下限値を制限し（ステップＳ１２６）、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する（ステップＳ１２７）。
　モータ電流指令値Ｉｍｃは減算部９１０に加算入力され、モータ電流検出器９４０で検出されたモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が減算部９１０で算出される（ステップＳ１３０）。偏差Ｉ１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Ｖｒｅｆ１を算出する（ステップＳ１４０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部９２０及びインバータ９３０を介して、反力用モータ４１が駆動制御される（ステップＳ１５０）。
　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。
　上記の目標転舵角生成部１００の補正部１３０ではノッチフィルタを使用して操舵角を補正しているが、他の方法で操舵角を補正しても良い。例えば、ハンドル１回転当たりのラックの移動量を示す比ストロークの仮想的な値として、操舵角と目標転舵角との比率（仮想比ストローク）を設定し、仮想比ストロークが可変となるように操舵角を補正しても良い。具体的には、仮想比ストロークの値を適宜変更し、変更された仮想比ストロークを操舵角θｈ２に乗算したものを目標転舵角θｔｒｅｆとする。通常、仮想比ストロークは１であるが、急操舵時には仮想比ストロークを大きくすることにより、速い操舵を実現することができる。操舵角の補正の方法として、目標操舵トルク生成部５００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を求めても良い。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。
　また、捩れ角制御部７００内の速度制御部７４０は、転舵角制御部２００内の速度制御部２４０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２００及び捩れ角制御部７００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２００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の産業用電動機に用いられている制御構成を適用しても良い。
　更に、上記では、操舵情報として操舵角を使用しているが、上側角度センサが検出するハンドル角や下側角度センサが検出するコラム角を操舵情報として使用しても良い。
　第１実施形態での摩擦補償部による摩擦補償の効果について、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、操舵角θｈと目標転舵角θｔｒｅｆを一致させ、運転者がオンセンタから微操舵を行ったと想定して、周波数１Ｈｚ、振幅３ｄｅｇの正弦波を使用し、目標転舵角θｔｒｅｆを同正弦波状に変化させて、摩擦補償がある場合とない場合の転舵角θｔの時間応答を調べた。摩擦補償部では、フィルタ部は１次のＬＰＦを使用し、変換マップ部での変換マップは双曲線正接関数の特性を有し、ＬＰＦの遮断周波数、入力ゲイン部のゲイン値及び出力ゲイン部のゲイン値は適宜調整した。
　シミュレーション結果を図１４に示す。図１４（Ａ）は摩擦補償がない場合、図１４（Ｂ）は摩擦補償がある場合のシミュレーション結果で、点線が目標転舵角の時間応答を、実線が転舵角の時間応答を示している。図１４（Ａ）での丸い破線で囲った箇所を見ればわかるように、目標転舵角の方向が反転するタイミングにおいて転舵角に遅延が生じている。この場合、運転者は、微操舵したような状況において、ハンドルを切った方向に車両が思うように動かないことに違和感を覚える。
　これに対して、摩擦補償がある場合、図１４（Ｂ）での丸い破線で囲った箇所を見ればわかるように、摩擦補償がない場合よりも転舵角の遅延が小さくなっている。よって、摩擦補償を行うことにより、運転者がハンドルを僅かに切った場合に車両が思うように動かないことに対する違和感を軽減することができる。
　第１実施形態での摩擦補償部は、目標転舵角速度に基づいて補償モータ電流指令値を算出しているが、転舵角速度に基づいて補償モータ電流指令値を算出することも可能である。この場合の転舵角制御部の構成例（第２実施形態）を図１５に示す。図６に示される第１実施形態での転舵角制御部２００と比較すると、第２実施形態での転舵角制御部２００Ａでは、摩擦補償部２３０Ａには転舵角速度演算部２２０から出力される転舵角速度ωｔｔが入力され、補償モータ電流指令値ＩｍｃｔＣａが出力される。
　摩擦補償部２３０Ａの構成及び動作は、第１実施形態での摩擦補償部２３０と同様であるが、目標転舵角速度ωｔｒｅｆではなく、転舵角速度ωｔｔを対象とするので、それに合わせて、フィルタ部でのＬＰＦの遮断周波数、入力ゲイン部のゲイン値及び出力ゲイン部のゲイン値は、適切な値に変更される。
　第２実施形態の動作例は、上記のように、転舵角制御部での摩擦補償部への入力データの流れが変わるだけで、他は第１実施形態の動作例と同じである。
　上述の実施形態では１つの制御装置で転舵制御と反力制御を行っているが、転舵制御用の制御装置と反力制御用の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４０と転舵装置３０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４０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４１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く、転舵装置３０と協調して動作するのであれば、トーションバー等を備えない反力装置でも良い。
　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、摩擦により生じる目標転舵角に対する転舵角の追従遅れを補償するための実現手段についてであり、目標転舵角に対する転舵角の追従性の実現手段に関しては、上記の転舵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）
１０　　　　　　　　　　車速センサ
３０　　　　　　　　　　転舵装置
３１　　　　　　　　　　転舵用モータ
３２　　　　　　　　　　ギア
３３　　　　　　　　　　角度センサ
４０　　　　　　　　　　反力装置
４１　　　　　　　　　　反力用モータ
４２　　　　　　　　　　減速機構
４３　　　　　　　　　　舵角センサ
５０　　　　　　　　　　制御装置
１００　　　　　　　　　目標転舵角生成部
１１０　　　　　　　　　制限部
１２０　　　　　　　　　レート制限部
１３０　　　　　　　　　補正部
２００、２００Ａ　　　　転舵角制御部
２１０　　　　　　　　　転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
２２０　　　　　　　　　転舵角速度演算部
２３０、２３０Ａ　　　　摩擦補償部
２３１　　　　　　　　　フィルタ部
２３２　　　　　　　　　入力ゲイン部
２３３　　　　　　　　　変換マップ部
２３４　　　　　　　　　出力ゲイン部
２４０、７４０　　　　　速度制御部
２５０、７５０　　　　　出力制限部
３００、８００　　　　　電流制御部
４２０、９２０　　　　　ＰＷＭ制御部
４３０、９３０　　　　　インバータ
４４０、９４０　　　　　モータ電流検出器
５００　　　　　　　　　目標操舵トルク生成部
５０１　　　　　　　　　符号部
６００　　　　　　　　　変換部
７００　　　　　　　　　捩れ角制御部
７１０　　　　　　　　　捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
７２０　　　　　　　　　捩れ角速度演算部

Claims (10)

  1. 　電気的に伝えられる操舵情報を用いて転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、
    　目標転舵角に対して、前記転舵機構において検出される転舵角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する転舵角制御部を備え、
    　前記転舵角制御部が、
    　速度情報に対してフィルタ処理を行うことによって、前記転舵機構における摩擦により生じる前記転舵角の追従遅れを補償する補償モータ電流指令値を算出する摩擦補償部を具備し、
    　前記モータ電流指令値の演算において前記補償モータ電流指令値による補償を行い、
    　前記モータ電流指令値に基づいて前記転舵機構を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. 　前記摩擦補償部が、
    　前記速度情報に対して前記フィルタ処理を行って補正速度情報を算出するフィルタ部と、
    　変換マップを用いて前記補正速度情報を前記補償モータ電流指令値に変換する変換マップ部とを具備する請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
  3. 　前記フィルタ部での前記フィルタ処理が、前記転舵角制御部での速度制御における目標速度に対する実速度の追従特性に基づいて行なわれる請求項２に記載の車両用操向システムの制御装置。
  4. 　前記摩擦補償部が、
    　前記補償モータ電流指令値をゲイン倍する出力ゲイン部を更に具備する請求項２又は３に記載の車両用操向システムの制御装置。
  5. 　前記速度情報が、前記目標転舵角に対応する目標転舵角速度又は前記転舵角に対応する転舵角速度である請求項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. 　前記転舵角制御部が、
    　前記目標転舵角及び前記転舵角の偏差より目標転舵角速度を算出する転舵角フィードバック補償部と、
    　前記転舵角より転舵角速度を算出する転舵角速度演算部と、
    　前記目標転舵角速度及び前記転舵角速度に基づいて基本モータ電流指令値を算出する速度制御部とを更に具備し、
    　前記基本モータ電流指令値を前記補償モータ電流指令値によって補償して前記モータ電流指令値を算出する請求項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。
  7. 　前記転舵角制御部が、
    　前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備する請求項６に記載の車両用操向システムの制御装置。
  8. 　前記操舵情報に基づいて前記目標転舵角を生成する目標転舵角生成部を更に備える請求項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. 　前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報に対して、前記転舵角の所定の成分に対応する成分を低減して前記目標転舵角を生成する請求項８に記載の車両用操向システムの制御装置。
  10. 　前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報及び前記目標転舵角より求められる仮想比ストロークが可変となるような前記目標転舵角を生成する請求項８に記載の車両用操向システムの制御装置。
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