WO2022254785A1 - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

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WO2022254785A1
WO2022254785A1 PCT/JP2022/004200 JP2022004200W WO2022254785A1 WO 2022254785 A1 WO2022254785 A1 WO 2022254785A1 JP 2022004200 W JP2022004200 W JP 2022004200W WO 2022254785 A1 WO2022254785 A1 WO 2022254785A1
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WO
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steering
command value
current command
steering angle
angle
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/004200
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴弘 椿
亮 皆木
Original Assignee
日本精工株式会社
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Publication date
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Priority to JP2022532620A priority patent/JP7223306B1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • 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
    • 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 vehicle steering system such as a steer-by-wire system in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated, and in particular, to a control device for a vehicle steering system using information such as a steering angle that is electrically transmitted.
  • the present invention relates to a control device for a vehicle steering system that controls a rudder mechanism.
  • SBW steer-by-wire
  • a steering mechanism having a steering wheel operated by a driver and a steering mechanism for steering steered wheels are mechanically separated.
  • 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.
  • the steering mechanism generates a steering reaction force with a reaction force actuator having a reaction force motor, and the steering mechanism steers the steered wheels with a steering actuator having a steering motor.
  • Patent Document 1 discloses a control device for a vehicle steering system that compensates for the following delay of the steering angle with respect to the target steering angle due to friction as described above.
  • the follow-up delay is compensated by the compensating motor current command value calculated using the speed information such as the target steering angular speed.
  • An object of the present invention is to provide a control device for the system.
  • the present invention relates to a control device for a vehicle steering system that controls a steering mechanism by driving and controlling a steering actuator based on electrically transmitted steering information.
  • a steering angle control unit for calculating a current command value that causes the steering angle detected in the steering mechanism to follow the steering angle, wherein the steering angle control unit adjusts the speed of the steering mechanism.
  • a friction compensating unit that calculates a compensation current command value that compensates for a follow-up delay of the steering angle caused by friction in the steering mechanism, using the information and drive information related to driving of the steering actuator; This is achieved by performing compensation with the compensating current command value in calculating the current command value, and driving and controlling the steering actuator using the current command value.
  • the above object of the present invention is achieved by the friction compensator performing filter processing on the speed information and the drive information to calculate corrected speed information and corrected drive information, and using a conversion map. and a conversion map unit that converts the corrected speed information into the compensation current command value in accordance with the corrected drive information, or the filter processing is performed in speed control in the turning angle control unit.
  • the magnitude of the compensating current command value converges to a predetermined value as the magnitude of the correction speed information increases based on the follow-up characteristic of the actual speed with respect to the target speed or the conversion map.
  • the compensator further includes an output gain unit that multiplies the compensation current command value by a gain, or the drive information is the current command value, or the speed information is the target turning angle. or the steering angular velocity corresponding to the steering angle, or the steering angle control unit determines the target steering angular velocity from the target steering angle and the deviation of the steering angle a turning angle feedback compensator for calculating a turning angle feedback compensating unit for calculating a turning angular speed from the turning angle; and a speed for calculating a basic current command value based on the target turning angular speed and the turning angular speed.
  • a control unit for calculating the current command value by compensating the basic current command value with the compensation current command value, or by the steering angle control unit controlling the upper and lower limits of the current command value.
  • the compensation current command value is calculated using the drive information in addition to the speed information, and compensation is performed using the calculated compensation current command value.
  • a delay due to friction in the steering mechanism in tracking the steering angle with respect to the steering angle can be compensated for by considering the load applied to the steering mechanism, so the accuracy of compensation can be improved and the vehicle can respond appropriately.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an outline of an SBW system provided with a control device according to the present invention
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of this invention. It is a block diagram which shows the structural example of a target steering angle production
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of setting upper and lower limit values in a limiter;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of frequency characteristics (amplitude characteristics) of a notch filter; It is a block diagram which shows the structural example (1st Embodiment) of a turning angle control part. It is a block diagram which shows the structural example (1st Embodiment) of a friction compensation part. 4 is a diagram showing an example of characteristics of a conversion map;
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a target steering torque generation unit and a characteristic example of a basic map; 4 is a block diagram showing a configuration example of a twist angle control unit; FIG. 4 is a flow chart showing an operation example of the present invention; It is a flowchart which shows the operation example (1st Embodiment) of a turning angle control part. 4 is a flow chart showing an operation example of a twist angle control unit; 7 is a graph conceptually showing an example of the time response of the turning angle when friction compensation is performed without using the past current command value and when friction compensation is performed using the past current command value; It is a block diagram which shows the structural example (2nd Embodiment) of a steering angle control part.
  • the present invention is a control device that controls a steering mechanism, and compensates for a delay in following the steering angle with respect to a target steering angle due to friction generated in the steering mechanism (hereinafter referred to as "friction compensation"). Therefore, in calculating the current command value, which is a command to the steering motor, the speed information in the steering mechanism such as the target steering angular velocity and the driving information related to the driving of the steering motor such as the current command value are used. Compensation is performed using the compensating current command value calculated by Since the friction in the steering mechanism depends on the steering state of the steered wheels, velocity information such as the target steering angular velocity is used to calculate the compensation current command value.
  • the load applied to the steering mechanism is large, the friction tends to increase, and the load applied to the steering mechanism can be grasped from the drive information such as the current command value (for example, when the drive information is large, load is large), drive information is also used to calculate the compensation current command value. As a result, it is possible to perform friction compensation that considers more realistic friction.
  • 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 turns steered wheels, and a control device 50 that controls both devices.
  • the SBW system does not have an intermediate shaft that is mechanically coupled with a column shaft (steering shaft, handle shaft) 2, which is provided in a general electric power steering device.
  • the steering angle ⁇ h which is the steering information output from the reaction force device 40, is transmitted as an electrical signal.
  • the steering device 30 includes a steering motor 31, a deceleration mechanism 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 in accordance with the change in the steering angle ⁇ h, and its driving force is applied to the pinion rack mechanism 34 via the speed reduction mechanism 32, and the steered wheels 5L and 5R are driven via the tie rods 3a and 3b. steer.
  • An angle sensor 33 is arranged near the pinion rack mechanism 34 to detect the turning angle ⁇ t of the steerable 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 steering actuator is composed of the steering motor 31, the speed reduction mechanism 32, and the like, but the steering motor 31 alone may be called the steering actuator.
  • the reaction force device 40 includes a reaction force motor 41 and a deceleration mechanism 42 that reduces the rotational speed of the reaction force motor 41. is transmitted to the driver as reaction 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 detects the steering angle ⁇ h and the steering torque Ts of the steering wheel 1 (or the twist angle of the torsion bar). ⁇ ) are detected respectively.
  • the control device 50 controls the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 10 in addition to information such as the steering angle ⁇ h and the steering angle ⁇ t output from both devices. 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.
  • the control device 50 is supplied with power from the battery 12 and receives an ignition key signal through the ignition key 11 .
  • a CAN (Controller Area Network) 20 that exchanges various types of vehicle information is connected to the control device 50 , and the vehicle speed Vs can also be received from the CAN 20 . Further, the control device 50 can be connected to a non-CAN 21 that exchanges communication other than the CAN 20, analog/digital signals, radio waves, and the like.
  • the control device 50 has a CPU (including MCU, MPU, etc.), and coordinated 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.
  • 420 , an inverter 430 and a motor current detector 440 are included in the steering device 30 , and other components are implemented in the control device 50 .
  • a part or all of the constituent elements of the control device 50 may be realized by hardware.
  • the control device 50 may be equipped with a RAM (random access memory), a ROM (read only memory), or the like to store data, programs, and the like. Also, the control device 50 may include some or all of the PWM control section 920 , the inverter 930 , the motor current detector 940 , the PWM control section 420 , the inverter 430 and the 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 force control”). , components cooperate 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.
  • a target turning angle ⁇ tref is generated based on the steering angle ⁇ h by the target turning angle generation unit 100, and the target turning angle ⁇ tref is input to the turning angle control unit 200 together with the turning angle ⁇ t.
  • a current command value Imct is calculated so that the steering angle ⁇ t becomes the target steering angle ⁇ tref.
  • voltage control command value Vref2 is obtained in current control unit 300 .
  • the driving of the steering motor 31 is controlled via the PWM control section 420 and the inverter 430 based on the voltage control command value Vref2.
  • the target steering angle generator 100 includes a limiter 110 , a rate limiter 120 and a corrector 130 .
  • the limiting unit 110 limits the upper and lower limits of the steering angle ⁇ h and outputs the steering angle ⁇ h1.
  • output of an abnormal value is suppressed when the steering angle .theta.h becomes an abnormal value due to data corruption in the RAM due to a hardware error or the like, a communication error, or the like.
  • an upper limit value and a lower limit value for the steering angle are set in advance.
  • the steering angle ⁇ h is output as the steering angle ⁇ h1. Note that the limiting unit 110 can be omitted when the steering angle does not become an abnormal value, or when suppressing the output of an abnormal value by other means.
  • the rate limiting unit 120 controls the amount of change in the steering angle ⁇ h1 in order to prevent a sudden change in the steering angle when the steering is performed very abruptly or when the steering angle becomes an abnormal value as described above.
  • a limit value is set for , and the steering angle ⁇ h2 is output. For example, if the amount of change is the difference from the steering angle ⁇ h1 one sample before, and the absolute value of the amount of change is greater than a predetermined value (limit value), the steering angle The steering angle .theta.h2 is output by adding or subtracting .theta.h1.
  • the steering angle .theta.h2 is equal to or less than the limit value, the steering angle .theta.h1 is directly output as the steering angle .theta.h2.
  • the amount of change in the steering angle ⁇ h1 By limiting the amount of change in the steering angle ⁇ h1, sudden changes in the target steering angle are prevented and unstable behavior of the vehicle is suppressed.
  • 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 make it restrict
  • the rate limiter 120 can be omitted if the steering angle does not change suddenly or if 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.
  • the predetermined frequency component for example, among the frequency components of the steering angle, the 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 sharp attenuation characteristic in a narrow band is used.
  • the notch filter is designed as a second-order filter, and its frequency characteristic is represented by the transfer function G in Equation 1 below, where fe is the attenuation frequency.
  • s is the Laplace operator
  • ⁇ n and ⁇ d are damping coefficients.
  • the amplitude characteristics in this case are, for example, characteristics as shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis is frequency [Hz], the vertical axis is amplitude (gain) [dB], and the amplitude is the smallest at attenuation frequency fe. If the band of the frequency component to be reduced is not as narrow as the stop band of the notch filter, a band stop filter other than the notch filter may be used.
  • the turning angle control unit 200 performs control such that the turning angle ⁇ t follows the target turning angle ⁇ tref, and calculates the current command value Imct.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the turning angle control unit 200.
  • the turning angle control unit 200 includes a turning angle feedback (FB) compensating unit 210, a turning angular velocity calculating unit 220, a friction compensating unit 230, A speed control section 240 , an output limiting section 250 , a past value holding section 260 , a subtraction section 270 and an addition section 271 are provided.
  • the target steering angle ⁇ tref output from the target steering angle generation unit 100 is added to the subtraction unit 270 , and the steering angle ⁇ t is subtracted from the subtraction unit 270 and input to the steering angular velocity calculation unit 220 . .
  • Turning angle FB compensator 210 multiplies deviation ⁇ t 0 between target turning angle ⁇ tref and turning angle ⁇ t calculated by subtracting unit 270 by compensation value C FB (transfer function) to obtain target turning angle
  • a target steering angular velocity ⁇ tref is output such that the steering angle ⁇ t follows ⁇ tref.
  • the compensation value CFB may be a simple gain Kpp or a generally used compensation value such as a PI (proportional integral) control compensation value.
  • the target steering angular velocity ⁇ tref is input to the friction compensation section 230 and the speed control section 240 .
  • the steering angular velocity calculator 220 calculates the steering angular velocity ⁇ tt by differential calculation with respect to the steering angle ⁇ t, and the steering angular velocity ⁇ tt is input to the speed controller 240 . Pseudo-differentiation using a high-pass filter (HPF) and gain may be performed as the differential operation.
  • HPF high-pass filter
  • the speed control unit 240 performs speed control by IP control (proportional leading PI control), and sets a current command value ( Basic current command value) Imcta is calculated.
  • the difference ( ⁇ tref ⁇ tt) between the target steering angular velocity ⁇ tref and the steering angular velocity ⁇ tt is calculated by the subtraction unit 243, the difference is integrated by the integration unit 242 having the gain Kvi, and the integration result is added to the subtraction unit 244. is entered.
  • the steering angular velocity ⁇ tt is also input to the proportional section 241 and subjected to proportional processing using the gain Kvp. Then, the result of subtraction by the subtraction unit 244 is output as the current command value Imcta.
  • the speed control unit 240 performs PI control, P (proportional) control, PID (proportional-integral-derivative) control, PI-D control (differential-preceding PID control), model matching control, and model reference control, instead of IP control.
  • the current command value Imcta may be calculated by a commonly used control method such as control.
  • the past value holding unit 260 holds a current command value Imct output from the steering angle control unit 200 for use in calculating a compensation current command value ImctC in the friction compensation unit 230, which will be described later.
  • the past current command value Imctp is obtained based on the held current command value Imct and sent to the friction compensation unit 230. Output. For example, the current command value Imct at time t ⁇ 1, which is the previous calculation cycle, is used as the past current command value Imctp at time t.
  • n current command values Imct from times t ⁇ 1 to tn may be held, and an average value of the n current command values Imct may be used as the past current command value Imctp at time t.
  • the past value holding unit 260 may be incorporated into the friction compensating unit 230 .
  • the friction compensator 230 uses the target steering angular velocity ⁇ tref as speed information, uses the past current command value Imctp as drive information, and uses the target steering angular velocity ⁇ tref and the past current command value Imctp for friction compensation. Compensation current command value ImctC is calculated.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the friction compensation section 230.
  • the friction compensation section 230 includes a filter section 231, an input gain section 232, a conversion map section 233 and an output gain section 234.
  • the filter unit 231 performs filtering with a low-pass filter (LPF) having characteristics that match the characteristics of the tracking of the turning angular velocity ⁇ tt with respect to the target turning angular velocity ⁇ tref in the speed control unit 240, with respect to the target turning angular velocity ⁇ tref and the past current command value.
  • LPF low-pass filter
  • an LPF having a first-order lag or second-order lag transfer function is used, and the time delay caused by filtering by the LPF is set to be equal to the follow-up delay of the turning angular velocity ⁇ tt with respect to the target turning angular velocity ⁇ tref.
  • Design an LPF for The filtered target steering angular velocity ⁇ tref and past current command value Imctp are output as a target steering angular velocity ⁇ tref1 (correction speed information) and past current command value Imctp1 (correction drive information), respectively.
  • the input gain unit 232 multiplies the target steering angular velocity ⁇ tref1 and the past current command value Imctp1 by the gains to improve the accuracy of processing in the subsequent conversion map unit, and obtains the target steering angular velocity ⁇ tref1 multiplied by the gain and the past current.
  • the command value Imctp1 is output as the target turning angular velocity ⁇ tref2 and the past current command value Imctp2, respectively.
  • the gains multiplied by the target turning angular velocity ⁇ tref1 and the past current command value Imctp1 may be the same or different.
  • the conversion map unit 233 converts the target turning angular velocity ⁇ tref2 into a compensating current command value ImctC0 using a conversion map that defines the characteristics of the compensation current command value with respect to the target turning angular velocity according to the past current command value.
  • the characteristic defined by the conversion map is such that the compensation current command value gradually converges from a predetermined negative value to a predetermined positive value when the target turning angular velocity changes from - ⁇ to + ⁇ .
  • the magnitude of the compensating current command value is variable according to the magnitude of the past current command value, and the greater the magnitude of the past current command value, the greater the magnitude of the compensating current command value.
  • the transform map is a property as shown in FIG.
  • the conversion map has such characteristics because the friction in the steering mechanism increases as the steering angular velocity increases, and increases as the load applied to the steering mechanism increases.
  • the transformation map may be represented by a mathematical function such as a hyperbolic tangent function or an arctangent function, or may be represented as a table.
  • the output gain unit 234 multiplies the compensation current command value ImctC0 by the gain and converts the gain-multiplied compensation current command value ImctC0 to the compensation current in order to adjust the degree of compensation of the current command value by addition of the compensation current command value. Output as command value ImctC.
  • the order of the filter section 231 and the input gain section 232 may be reversed, and the function of the input gain section 232 may be incorporated into the filter section 231 and the input gain section 232 may be omitted.
  • the function of the output gain section 234 may be incorporated into the conversion map section 233 and the output gain section 234 may be omitted.
  • the current command value Imcta from the speed control unit 240 and the compensation current command value ImctC from the friction compensation unit are added by the addition unit 271, and the addition result is output as the current command value Imctb.
  • the output limiter 250 limits the upper and lower limits of the current command value Imctb and outputs the current command value Imct. As with the limiter 110 in the target steering angle generator 100, the upper limit and lower limit for the current command value Imctb are set in advance to limit the current command value Imctb. Current command value Imct is output to past value holding unit 260 and subtraction unit 410 . As with the limiter 110, the output limiter 250 can be omitted when the current command value does not become an abnormal value or when the output of an abnormal value is suppressed by other means.
  • the subtraction unit 410 adds and inputs the current command value Imct, and the subtraction unit 410 calculates the deviation I2 from the fed-back motor current value Imd.
  • a current control unit 300 inputs the deviation I2, performs current control by PI control or the like, and outputs a current-controlled voltage control command value Vref2.
  • the voltage control command value Vref2 is sent to the steering device 30 and input to the PWM control unit 420 to calculate the duty. be done.
  • a motor current value Imd of the steering motor 31 is detected by a motor current detector 440 and fed back to the subtractor 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 torsion bar torsion angle ⁇ is controlled to follow the target torsion angle ⁇ ref.
  • the reaction force control is performed by the target steering torque generating section 500, the converting section 600, the twist angle controlling section 700, the current controlling section 800 and the subtracting section 910.
  • a target steering torque generation unit 500 generates a target steering torque Tref based on the steering angle ⁇ h and the vehicle speed Vs, and a conversion unit 600 converts the target steering torque Tref into a target twist angle ⁇ ref.
  • the reaction force motor 41 is driven and controlled via the PWM control section 920 and the inverter 930 based on the voltage control command value Vref1.
  • the twist angle ⁇ of the torsion bar is obtained as the difference between the angle 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 uses the basic map to output the target steering torque Tref with the vehicle speed Vs as a parameter.
  • the basic map is adjusted by tuning. For example, as shown in FIG. 9A, the target steering torque Tref increases as the steering angle ⁇ h (absolute value)
  • sign section 501 outputs the sign (+1, -1) of steering angle ⁇ h to multiplication section 502, and the magnitude of target steering torque Tref is obtained from a map based on the magnitude of steering angle ⁇ h. and multiplied by the sign of the steering angle ⁇ h to obtain the target steering torque Tref.
  • a map may be constructed according to the positive and negative steering angles ⁇ h. can be Further, although 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, which is the reciprocal of the spring constant Kt of the torsion bar, and converts the target steering torque Tref into the target twist angle ⁇ ref.
  • the torsion angle control unit 700 has the same configuration as the configuration example of the steering angle control unit 200 shown in FIG.
  • a target torsion angle ⁇ ref and a torsion angle ⁇ are input instead of the steering angle ⁇ tref and the steering angle ⁇ t, and a torsion angle feedback (FB) compensator 710, a torsion angular velocity calculator 720, a speed controller 740, an output limiter 750 and a
  • FB torsion angle feedback
  • a subtraction unit 770 has the same configuration as the turning angle FB compensating unit 210, the turning angular velocity computing unit 220, the speed control unit 240, the output limiting unit 250, and the subtracting unit 270, and performs the same operation to obtain the current command value Imc. Output.
  • Subtractor 910, current controller 800, PWM controller 920, inverter 930, and motor current detector 940 are similar to subtractor 410, current controller 300, PWM controller 420, inverter 430, and motor current detector 440, respectively. Do the same with configuration.
  • a phase compensating section that performs phase compensation may be inserted before or after the target steering torque generating section 500 (steering angle ⁇ h input port). Further, the torsion angle control unit 700 controls not the torsion angle but the steering torque. control can be performed. In this case, the converter 600 becomes unnecessary.
  • the steering angle ⁇ h, vehicle speed Vs, steering angle ⁇ t, and torsion angle ⁇ are detected or calculated (step S10).
  • the vehicle speed Vs is input to the target steering torque generator 500
  • the steering angle ⁇ t is input to the steering angle controller 200
  • the twist angle ⁇ is input to the twist angle controller 700, respectively.
  • the steering angle ⁇ h is input to the limiting unit 110, and the limiting unit 110 limits the upper and lower limits of the steering angle ⁇ h with preset upper and lower limits (step S20), It is output to the rate limiter 120 as the steering angle ⁇ h1.
  • Rate limiter 120 limits the amount of change in steering angle ⁇ h1 by a preset limit value (step S30), and outputs it to correction unit 130 as steering angle ⁇ h2.
  • the correction unit 130 corrects the steering angle ⁇ h2 using the notch filter, obtains the target turning angle ⁇ tref (step S40), and outputs it to the turning angle control unit 200.
  • the turning angle control unit 200 which has received the turning angle ⁇ t and the target turning angle ⁇ tref, calculates the current command value Imct (step S50).
  • An example of the operation of the turning angle control section 200 will be described with reference to the flowchart of FIG. Zero is set as the initial value of the past current command value Imctp.
  • the target steering angle ⁇ tref input to the steering angle control unit 200 is input to the subtraction unit 270, and the steering angle ⁇ t is input to the subtraction unit 270 and the steering angular velocity calculation unit 220 (step S51).
  • the subtraction unit 270 calculates the deviation ⁇ t0 by subtracting the turning angle ⁇ t from the target turning angle ⁇ tref (step S52).
  • the deviation ⁇ t 0 is input to the turning angle FB compensator 210, and the turning angle FB compensator 210 multiplies the deviation ⁇ t 0 by the compensation value CFB to compensate for the deviation ⁇ t 0 (step S53).
  • the steering angular velocity ⁇ tref is output to the friction compensation section 230 and the speed control section 240 .
  • the steering angular velocity calculator 220 that has received the steering angle ⁇ t calculates the steering angular velocity ⁇ tt by differential calculation with respect to the steering angle ⁇ t (step S54) and outputs it to the speed controller 240 .
  • the difference between the target steering angular velocity ⁇ tref and the steering angular velocity ⁇ tt is calculated by the subtraction unit 243, the difference is integrated (Kvi/s) by the integration unit 242, and added to the subtraction unit 244 (step S55). Further, the steering angular velocity ⁇ tt is proportionally processed (Kvp) by the proportional portion 241, the proportional result is subtracted and input to the subtractor 244 (step S55), and the current command value Imcta, which is the subtraction result of the subtractor 244, is output. . Current command value Imcta is input to addition section 271 .
  • the past current command value Imctp from the past value holding section 260 is input to the filter section 231 in addition to the target turning angular velocity ⁇ tref.
  • the filter unit 231 performs LPF filtering on the target steering angular velocity ⁇ tref and the past current command value Imctp (step S56), and outputs the target steering angular velocity ⁇ tref1 and the past current command value Imctp1 to the input gain unit 232 .
  • the input gain section 232 multiplies the target steering angular velocity ⁇ tref1 and the past current command value Imctp1 by the gains to calculate the target steering angular velocity ⁇ tref2 and the past current command value Imctp2 (step S57), and outputs them to the conversion map section 233.
  • the conversion map unit 233 uses a conversion map having characteristics as shown in FIG. 8 to convert the target turning angular velocity ⁇ tref2 into a compensation current command value ImctC0 according to the past current command value Imctp2 (step S58). , to the output gain unit 234 .
  • the output gain unit 234 multiplies the compensation current command value ImctC0 by the gain to calculate the compensation current command value ImctC (step S59). Compensation current command value ImctC is input to adder 271 .
  • the addition unit 271 adds the compensation current command value ImctC to the current command value Imcta (step S60), and the addition result, the current command value Imctb, is input to the output limiter 250.
  • the output limiter 250 limits the upper and lower limits of the current command value Imctb with preset upper and lower limits (step S61), and outputs the current command value Imct (step S62).
  • the current command value Imct is held in the past value holding section 260 (step S70), and is additionally input to the subtraction section 410.
  • Subtraction unit 410 calculates deviation I2 between current command value Imct and motor current value Imd detected by motor current detector 440 (step S80).
  • Deviation I2 is input to current control unit 300, and current control unit 300 calculates voltage control command value Vref2 by current control (step S90). After that, based on the voltage control command value Vref2, the driving of the steering motor 31 is controlled via the PWM control section 420 and the inverter 430 (step S100).
  • the target steering torque generation unit 500 uses the basic map shown in FIG. Output to unit 600 .
  • Conversion unit 600 converts target steering torque Tref into target torsion angle ⁇ ref (step S 120 ) and outputs it to torsion angle control unit 700 .
  • the torsion angle control unit 700 that has received the torsion angle ⁇ and the target torsion angle ⁇ ref calculates the current command value Imc (step S130).
  • An operation example of the twist angle control section 700 will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the target torsion angle ⁇ ref input to the torsion angle control unit 700 is input to the subtraction unit 770, and the torsion angle ⁇ is input to the subtraction unit 770 and the torsion angular velocity calculation unit 720 (step S131).
  • the subtraction unit 770 calculates the deviation ⁇ 0 by subtracting the torsion angle ⁇ from the target torsion angle ⁇ ref (step S132).
  • the deviation ⁇ 0 is input to the torsion angle FB compensator 720, and the torsion angle FB compensator 710 multiplies the deviation ⁇ 0 by a compensation value to compensate for the deviation ⁇ 0 (step S133), and converts the target torsion angular velocity ⁇ ref into the velocity Output to control unit 740 .
  • the torsion angular velocity calculation unit 720 that receives the torsion angle ⁇ calculates the torsion angular velocity ⁇ t by differential calculation with respect to the torsion angle ⁇ (step S 134 ) and outputs it to the speed control unit 740 .
  • the speed control unit 740 calculates the current command value Imca by IP control in the same manner as the speed control unit 240 (step S135), and outputs it to the output limiting unit 750.
  • the output limiter 750 limits the upper and lower limits of the current command value Imca by preset upper and lower limits (step S136), and outputs it as the current command value Imc (step S137).
  • the current command value Imc is added and input to the subtractor 910, and the deviation I1 from the motor current value Imr detected by the motor current detector 940 is calculated by the subtractor 910 (step S140).
  • Deviation I1 is input to current control section 800, and current control section 800 calculates voltage control command value Vref1 by current control (step S150). After that, based on the voltage control command value Vref1, the driving of the reaction force motor 41 is controlled via the PWM control section 920 and the inverter 930 (step S160).
  • FIGS. 11 to 13 The order of data input, calculation, etc. in FIGS. 11 to 13 can be changed as appropriate.
  • the steering angle may be corrected by other methods.
  • a ratio (virtual stroke ratio) between the steering angle and the target steering angle is set as a virtual value of the stroke ratio that indicates the amount of movement of the rack per rotation of the steering wheel, and the ratio of the stroke ratio is set to be variable.
  • the steering angle may be corrected. Specifically, the value of the virtual stroke ratio is appropriately changed, and the target steering angle ⁇ tref is obtained by multiplying the steering angle ⁇ h2 by the changed virtual stroke ratio. Normally, the virtual stroke ratio is 1. However, by increasing the virtual stroke ratio during rapid steering, quick steering can be realized.
  • the angle ⁇ tref may be obtained.
  • the target steering angle ⁇ tref may be obtained simply by multiplying the steering angle ⁇ h2 by a predetermined gain.
  • the speed control unit 740 in the torsion angle control unit 700 is not IP control, but PI control, P control, PID control, PI control, P control, and PI control. It is possible to implement control such as control, and any one of P, I, and D control may be used. You can do it with a control structure that has The turning 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 turning angle ⁇ t) follows the target angle (here, the target turning angle ⁇ tref).
  • the control configuration is not limited, and for example, a control configuration used in industrial electric motors such as industrial positioning devices and industrial robots may be applied.
  • the steering angle is used as the steering information, but the steering wheel angle detected by the upper angle sensor or the column angle detected by the lower angle sensor may be used as the steering information.
  • the past current command value Imctp is used as drive information, the motor current value Imd, motor torque, etc. may be used as long as it is information related to the drive of the steering motor 31 .
  • the steering angle ⁇ h and the target steering angle ⁇ tref are matched, and assuming that the driver has steered largely from on-center, a sine wave with a frequency of 1 Hz and an amplitude of 15 degrees is used, and the target steering angle ⁇ tref is changed in the same sine wave.
  • the turning angle may be delayed at the timing of the portion surrounded by the circular dashed line where the direction of the target turning angle is reversed. This is because, when the amplitude of the target steering angle increases, the influence of the frictional force increases, and the elimination of the delay may become insufficient.
  • the dotted line indicates the time response of the target steering angle
  • the solid line indicates the time response of the steering angle.
  • 14A shows the time response in compensation case 1
  • FIG. 14B shows the time response in compensation case 2.
  • the steering angle delay can be made smaller than in Compensation Case 1, as shown in the area enclosed by the dashed circle in FIG. 14(B).
  • the waveform has a large delay after the amplitude reaches its maximum because the influence of the frictional force cannot be sufficiently compensated.
  • the compensation current command value at the time when the amplitude becomes maximum that is, when the target steering angular velocity decreases, is large when the past current command value is large, as shown in FIG. Therefore, since the compensation current command value increases in response to an increase in the load applied to the steering mechanism, the effect of the frictional force can be compensated for by friction compensation, the delay is eliminated, and smooth steering becomes possible.
  • the larger the past current command value the larger the compensating current command value in the region where the target steering angular speed is large, as in the region where the target steering angular speed is small.
  • the main point of friction in the steering mechanism is the meshing point between the worm wheel and the worm shaft of the reduction mechanism. If the friction here is large, the torque to be generated by the steering motor increases. As the torque increases, the target steering angle and the target steering angular velocity also increase. Therefore, even if the driver performs large and fast steering, a compensation current command value corresponding to the increase in the load applied to the steering mechanism is output. can sufficiently compensate for friction.
  • FIG. 15 shows a configuration example (second embodiment) of the steering angle control section in this case. Compared with the turning angle control section 200 of the first embodiment shown in FIG. A steering angular velocity ⁇ tt output from the steering angular velocity calculator 220 is input, and a compensation current command value ImctCa is output.
  • the configuration and operation of the friction compensator 230A are the same as those of the friction compensator 230 in the first embodiment.
  • the cutoff frequency of the LPF at , 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 input data flow to the friction compensation section in the turning angle control section is changed as described above.
  • one control device performs steering control and reaction force control, but a control device for steering control and a control device for reaction force control may be provided.
  • the control devices transmit and receive data through communication.
  • the SBW system shown in FIG. 1 does not have a mechanical connection 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 can be clutched.
  • the present invention can also be applied to an SBW system provided with a mechanical torque transmission mechanism that is mechanically coupled by e.g. In such an SBW system, when the system is normal, the clutch is turned off to disengage mechanical torque transmission, and when the system is abnormal, the clutch is turned on to enable mechanical torque transmission.
  • reaction force device 40 has a torsion bar, it is not limited to the torsion bar as long as it is a mechanism having an arbitrary spring constant between the steering wheel 1 and the reaction force motor 41.
  • a reaction force device without a torsion bar or the like may be used as long as it operates in cooperation with .
  • the main object of the present invention is to provide means for compensating for the delay in following the steering angle with respect to the target steering angle caused by friction. It is not necessary to be limited to the turning angle control section.

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Abstract

【課題】転舵機構で発生する摩擦の影響を精度良く補償し、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に基づいて、転舵アクチュエータを駆動制御することにより、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、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、転舵機構における速度情報及び転舵アクチュエータの駆動に関連する駆動情報を用いて、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電流指令値を算出する摩擦補償部を具備し、電流指令値の演算において補償電流指令値による補償を行い、電流指令値を用いて転舵アクチュエータを駆動制御する。

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、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。操舵機構は反力用モータを備える反力アクチュエータにより操舵反力を生成し、転舵機構は転舵用モータを備える転舵アクチュエータにより転舵輪を転舵する。
　このような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、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。
　特開２０２０－１７５７７０号公報（特許文献１）では、上述のような摩擦による目標転舵角に対する転舵角の追従遅れを補償する車両用操向システムの制御装置が開示されている。特許文献１の制御装置では、目標転舵角速度等の速度情報を用いて算出される補償モータ電流指令値による補償により、追従遅れを補償している。
特開２０２０－１７５７７０号公報
　しかしながら、ハンドルを大きく切るような状況等、転舵機構に負荷がかかる場合では、摩擦が大きくなることがある。特許文献１の制御装置では、そのような場合への対応が十分ではないために、追従遅れの補償が不十分になる可能性がある。
　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、転舵機構で発生する摩擦の影響を精度良く補償し、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に基づいて、転舵アクチュエータを駆動制御することにより、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、前記転舵機構における速度情報及び前記転舵アクチュエータの駆動に関連する駆動情報を用いて、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電流指令値を算出する摩擦補償部を具備し、前記電流指令値の演算において前記補償電流指令値による補償を行い、前記電流指令値を用いて前記転舵アクチュエータを駆動制御することにより達成される。
　また、本発明の上記目的は、前記摩擦補償部が、前記速度情報及び前記駆動情報に対してフィルタ処理を行って、補正速度情報及び補正駆動情報を算出するフィルタ部と、変換マップを用いて、前記補正駆動情報に応じて、前記補正速度情報を前記補償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、前記変換マップが、前記補正速度情報の大きさが大きくなるに従って、前記補償電流指令値の大きさが所定の値に収束するように大きくなる特性を有することにより、或いは、前記変換マップが、前記補正駆動情報の大きさが大きくなるに従って、前記補償電流指令値の大きさが大きくなる特性を有することにより、或いは、前記摩擦補償部が、前記補償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、前記駆動情報が前記電流指令値であることにより、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、前記基本電流指令値を前記補償電流指令値によって補償して前記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、速度情報に加えて駆動情報を用いて補償電流指令値を算出し、算出された補償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、転舵機構にかかる負荷も考慮して補償することができるので、補償の精度を上げ、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。 過去電流指令値を使用しないで摩擦補償を行う場合と過去電流指令値を使用して摩擦補償を行う場合の転舵角の時間応答の例を概念的に示すグラフである。 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であり、転舵機構で発生する摩擦に起因する目標転舵角に対する転舵角の追従遅れの補償（以下、「摩擦補償」とする）を行うために、転舵用モータへの指令である電流指令値の演算において、目標転舵角速度等の転舵機構における速度情報及び電流指令値等の転舵用モータの駆動に関連する駆動情報を用いて算出される補償電流指令値による補償を行う。転舵機構での摩擦は、転舵輪の転舵状態に依存するので、補償電流指令値の算出に目標転舵角速度等の速度情報を用いる。更に、転舵機構にかかる負荷が大きい場合、摩擦も大きくなる傾向があり、転舵機構にかかる負荷は電流指令値等の駆動情報から把握することができるので（例えば、駆動情報が大きい場合は負荷が大きい）、補償電流指令値の算出に駆動情報も用いる。これにより、より実際に近い摩擦を考慮した摩擦補償を行うことができる。
　以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
　まず、本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの構成例について説明する。
　図１はＳＢＷシステムの構成例を示した図である。ＳＢＷシステムは、運転者が操作するハンドル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減速機構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、減速機構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。なお、転舵アクチュエータは転舵用モータ３１、減速機構３２等により構成されるが、転舵用モータ３１のみを転舵アクチュエータと呼ぶこともある。
　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。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の一部又は全部を具備しても良い。
　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となるような電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、電流指令値Ｉｍｃｔとモータ電流検出器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、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、過去値保持部２６０、減算部２７０及び加算部２７１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２７０に加算入力され、転舵角θｔは減算部２７０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２７０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）が追従するような電流指令値（基本電流指令値）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（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電流指令値Ｉｍｃｔａを算出しても良い。
　過去値保持部２６０は、後述の摩擦補償部２３０での補償電流指令値ＩｍｃｔＣの算出に使用するために、転舵角制御部２００から出力される電流指令値Ｉｍｃｔを保持する。電流指令値Ｉｍｃｔを保持し、次の計算周期における補償電流指令値ＩｍｃｔＣの算出に使用するために、保持している電流指令値Ｉｍｃｔを基に過去電流指令値Ｉｍｃｔｐを求め、摩擦補償部２３０に出力する。例えば、時点ｔにおける過去電流指令値Ｉｍｃｔｐとして、前回の計算周期である時点ｔ－１における電流指令値Ｉｍｃｔを用いる。或いは、時点ｔ－１からｔ－ｎまでのｎ個の電流指令値Ｉｍｃｔを保持しておき、時点ｔにおける過去電流指令値Ｉｍｃｔｐとして、ｎ個の電流指令値Ｉｍｃｔの平均値を用いても良い。なお、過去値保持部２６０を摩擦補償部２３０に組み込んでも良い。特に、時点ｔ－１における電流指令値Ｉｍｃｔを用いる場合は、レジスタ等に電流指令値Ｉｍｃｔを一時的に保持するだけで良い。
　摩擦補償部２３０は、速度情報として目標転舵角速度ωｔｒｅｆを使用し、駆動情報として過去電流指令値Ｉｍｃｔｐを使用し、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐに基づいて、摩擦補償のための補償電流指令値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及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ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及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐは、それぞれ目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１（補正速度情報）及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ１（補正駆動情報）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及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ１にゲインを乗算し、ゲイン倍された目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ１を、それぞれ目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ２として出力する。なお、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ１に乗算するゲインは同じでも異なっても良い。
　変換マップ部２３３は、目標転舵角速度に対する補償電流指令値の特性を過去電流指令値に応じて定義した変換マップを用いて、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２を補償電流指令値ＩｍｃｔＣ０に変換する。変換マップにて定義される特性は、目標転舵角速度が－∞から＋∞に変化する場合に、補償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る。更に、過去電流指令値の大きさに応じて補償電流指令値の大きさは可変となっており、過去電流指令値の大きさが大きい程、補償電流指令値の大きさが大きくなる。例えば、変換マップは、図８に示されるような特性である。転舵機構における摩擦は、転舵角速度が速くなるに従って大きくなり、転舵機構にかかる負荷が大きくなるに従って大きくなるということから、変換マップをこのような特性とする。なお、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、補償電流指令値の加算による電流指令値の補償の程度を調整するために、補償電流指令値ＩｍｃｔＣ０にゲインを乗算して、ゲイン倍された補償電流指令値ＩｍｃｔＣ０を補償電流指令値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からの電流指令値Ｉｍｃｔａ及び摩擦補償部からの補償電流指令値ＩｍｃｔＣは加算部２７１で加算され、加算結果は電流指令値Ｉｍｃｔｂとして出力される。
　出力制限部２５０は、電流指令値Ｉｍｃｔｂの上下限値を制限して、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、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。電流指令値Ｉｍｃｔは過去値保持部２６０及び減算部４１０に出力される。なお、制限部１１０と同様に、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。
　減算部４１０は電流指令値Ｉｍｃｔを加算入力し、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となるような電流指令値Ｉｍｃが演算される。そして、電流指令値Ｉｍｃとモータ電流検出器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、過去値保持部２６０及び加算部２７１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７７０が、それぞれ転舵角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２７０と同様の構成で同様の動作を行い、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、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。なお、過去電流指令値Ｉｍｃｔｐの初期値としてゼロが設定されている。
　転舵角制御部２００に入力された目標転舵角θｔｒｅｆは減算部２７０、転舵角θｔは減算部２７０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２７０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電流指令値Ｉｍｃｔａが出力される。電流指令値Ｉｍｃｔａは加算部２７１に入力される。
　摩擦補償部２３０では、目標転舵角速度ωｔｒｅｆに加え、過去値保持部２６０からの過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ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及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐに対して行い（ステップＳ５６）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ１及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ１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及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ１にゲインを乗算して、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２及び過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ２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、過去電流指令値Ｉｍｃｔｐ２に応じて、目標転舵角速度ωｔｒｅｆ２を補償電流指令値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、補償電流指令値ＩｍｃｔＣ０にゲインを乗算して補償電流指令値ＩｍｃｔＣを算出する（ステップＳ５９）。補償電流指令値ＩｍｃｔＣは加算部２７１に入力される。
　加算部２７１では電流指令値Ｉｍｃｔａに補償電流指令値ＩｍｃｔＣが加算され（ステップＳ６０）、加算結果である電流指令値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電流指令値Ｉｍｃｔｂの上下限値を制限し（ステップＳ６１）、電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ６２）。
　電流指令値Ｉｍｃｔは過去値保持部２６０に保持されると共に（ステップＳ７０）、減算部４１０に加算入力される。減算部４１０では、電流指令値Ｉｍｃｔとモータ電流検出器４４０で検出されたモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が算出される（ステップＳ８０）。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Ｓ９０）。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Ｓ１００）。
　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Ｓ１１０）、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Ｓ１２０）、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、電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ１３０）。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７７０に、捩れ角Δθは減算部７７０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Ｓ１３１）。
　減算部７７０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Ｓ１３２）。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Ｓ１３３）、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Ｓ１３４）、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制御により電流指令値Ｉｍｃａを算出し（ステップＳ１３５）、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電流指令値Ｉｍｃａの上下限値を制限し（ステップＳ１３６）、電流指令値Ｉｍｃとして出力する（ステップＳ１３７）。
　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Ｓ１４０）。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Ｓ１５０）。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Ｓ１６０）。
　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。
　上述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、上述の実施形態では、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。また、駆動情報として過去電流指令値Ｉｍｃｔｐを使用しているが、転舵用モータ３１の駆動に関連する情報であれば、例えばモータ電流値Ｉｍｄやモータトルク等を使用しても良い。
　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説明する。ここでは、摩擦補償の効果として、摩擦補償に駆動情報を使用する効果について、過去電流指令値を使用しないで摩擦補償を行う場合（以下、「補償ケース１」とする）と過去電流指令値を使用して摩擦補償を行う場合（以下、「補償ケース２」とする）とを比較して、概念的に説明する。
　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大きく操舵を行ったと想定して、周波数１Ｈｚ、振幅１５ｄｅｇ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た場合、補償ケース１では、図１４（Ａ）に示されるように、目標転舵角の方向が反転する丸い破線で囲った箇所のタイミングにおいて、転舵角に遅延が生じることがある。目標転舵角の振幅が大きくなると、摩擦力の影響が大きくなり、遅延の解消が不十分となることがあるからである。なお、図１４（Ａ）では、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おり、図１４（Ｂ）も同様である。また、図１４（Ａ）は補償ケース１での時間応答を、図１４（Ｂ）は補償ケース２での時間応答を示している。
　これに対して、補償ケース２では、図１４（Ｂ）での丸い破線で囲った箇所のように、補償ケース１よりも転舵角の遅延を小さくすることができる。目標転舵角の振幅を大きくすると、転舵機構にかかる負荷（＝モータ電流）が増加するが、補償ケース１では、モータ電流が増加しても補償電流指令値は変動しないので、摩擦補償では摩擦力の影響を十分に賄い切れず、振幅が最大となった後の遅延が大きい波形となる。一方、補償ケース２では、振幅が最大になる時点、即ち、目標転舵角速度が小さくなる時点での補償電流指令値は、図８で示されるように、過去電流指令値が大きい場合には大きくなるので、転舵機構にかかる負荷の増加に感応して補償電流指令値が増加するので、摩擦補償で摩擦力の影響を賄うことができ、遅延が解消し、滑らかな切り返しが可能となる。
　なお、図８において、目標転舵角速度が大きい領域でも目標転舵角速度が小さい領域と同様に、過去電流指令値が大きいほど補償電流指令値を大きくしている。転舵機構における主な摩擦の発生箇所は、減速機構のウォームホイールとウォーム軸との噛合い箇所であり、ここでの摩擦が大きい場合、転舵用モータで発生させるべきトルクは大きくなる。トルクが大きくなると、目標転舵角及び目標転舵角速度も大きくなるので、運転者が大きく速い操舵を行った場合でも、転舵機構にかかる負荷の増加に感応した補償電流指令値を出力することで摩擦を十分に補償することができる。
　第１実施形態での摩擦補償部は、速度情報として目標転舵角速度を使用しているが、転舵角速度を速度情報として使用し、転舵角速度及び過去電流指令値に基づいて補償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には目標転舵角速度ωｔｒｅｆの代わりに転舵角速度演算部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、４２　　　　　　　減速機構
３３　　　　　　　　　　角度センサ
４０　　　　　　　　　　反力装置
４１　　　　　　　　　　反力用モータ
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
２６０　　　　　　　　　過去値保持部
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 (13)

  1. 　電気的に伝えられる操舵情報に基づいて、転舵アクチュエータを駆動制御することにより、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、
    　前記転舵機構における速度情報及び前記転舵アクチュエータの駆動に関連する駆動情報を用いて、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電流指令値を算出する摩擦補償部を具備し、
    　前記電流指令値の演算において前記補償電流指令値による補償を行い、
    　前記電流指令値を用いて前記転舵アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操向システムの制御装置。
  2. 　前記摩擦補償部が、
    　前記速度情報及び前記駆動情報に対してフィルタ処理を行って、補正速度情報及び補正駆動情報を算出するフィルタ部と、
    　変換マップを用いて、前記補正駆動情報に応じて、前記補正速度情報を前記補償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. 　前記変換マップが、
    　前記補正速度情報の大きさが大きくなるに従って、前記補償電流指令値の大きさが所定の値に収束するように大きくなる特性を有する請求項２又は３に記載の車両用操向システムの制御装置。
  5. 　前記変換マップが、
    　前記補正駆動情報の大きさが大きくなるに従って、前記補償電流指令値の大きさが大きくなる特性を有する請求項２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. 　前記摩擦補償部が、
    　前記補償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乃至５のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
  7. 　前記駆動情報が前記電流指令値である請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
  8. 　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、
    　前記基本電流指令値を前記補償電流指令値によって補償して前記電流指令値を算出する請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
  10. 　前記転舵角制御部が、
    　前記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９に記載の車両用操向システムの制御装置。
  11. 　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１０のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
  12. 　前記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１１に記載の車両用操向システムの制御装置。
  13. 　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１１に記載の車両用操向システムの制御装置。
     
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