(57)【要約】【課題】検出舵角のヒステリシスに起因する目標舵角と操舵角とのずれを小さくすることのできる車両操舵装置を提供する。【解決手段】車両を操舵する操舵機構と、前記操舵機構を回転させる電動機と、前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角の差に等しくなるように前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部とを備えた車両操舵装置。【選択図】図３
2020175865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、
前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備えた、
ことを特徴とする車両操舵装置。
【請求項２】
前記ヒステリシス推定部は、前記操舵角から前記検出舵角を減算した差に相当する前記ヒステリシス推定値を推定するように構成され、
前記制御部は、前記目標舵角から前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値とを減算した値に基づいて、前記電動機を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
【請求項３】
前記ヒステリシス推定部は、前記目標舵角に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両操舵装置。
【請求項４】
前記ヒステリシス推定部は、前記検出舵角に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両操舵装置。
【請求項５】
前記ヒステリシス推定部は、前記電動機の電流に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両操舵装置。
【請求項６】
前記ヒステリシス推定部は、前記車両のヨーレートに基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両操舵装置。
【請求項７】
前記ヒステリシス推定部は、前記ヒステリシス推定部の入力値に対して前記操舵角の応答を推定する操舵角推定部を備え、前記操舵角推定部から出力される操舵角推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から６のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置。
【請求項８】
前記ヒステリシス推定部は、前記目標舵角に対して高周波の位相を遅らせた操舵角推定値を出力する操舵角推定部を備え、前記操舵角推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から６のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置。
【請求項９】
前記ヒステリシス推定部は、小振幅ろ過フィルタを備え、
前記小振幅ろ過フィルタは、
前記ヒステリシスに対応するヒステリシス幅を有するヒステリシス関数処理を行うヒステリシスフィルタと、前記ヒステリシスフィルタの入力信号から前記ヒステリシスフィルタの出力信号を減算する減算器とから構成されている、
ことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置。
【請求項１０】
前記ヒステリシス推定部は、前記舵角センサ自体が有するヒステリシスを補償するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から９のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置。
【請求項１１】
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする車両操舵装置。
【請求項１２】
前記ヒステリシス推定部は、前記ヨーレートから前記検出ヨーレートを減算した差に相当する前記ヒステリシス推定値を推定し、
前記制御部は、前記目標ヨーレートから前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値を減算した値に基づいて前記電動機を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の車両操舵装置。
【請求項１３】
前記ヒステリシス推定部は、前記ヒステリシス推定部の入力値に対して前記ヨーレートの応答を推定するヨーレート推定部を備え、前記ヨーレート推定部から出力されるヨーレート推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車両操舵装置。
【請求項１４】
前記ヒステリシス推定部は、前記目標ヨーレートに対して高周波の位相を遅らせたヨーレート推定値を出力するヨーレート推定部を備え、前記ヨーレート推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車両操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、車両操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機を制御して車両の目標経路に応じて操舵角を変更するようにした車両操舵装置は周知である。この種の車両操舵装置において、車両の操舵機構の歪み等に起因して、ステアリングシャフトの回転角度としての操舵角と車両の転舵輪の回転角度としての転舵角との関に、ヒステリシスが発生することがある。
【０００３】
従来、操舵角と転舵角との間のヒステリシスを補正する要素角演算手段を備え、操舵角と転舵角との関にヒステリシスが生じていると判断した場合に、要素角演算手段によりそのヒステリシスを目標操舵角に与えることで、前述のヒステリシスを補正するようにした車両操舵装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来、振幅の小さな成分をろ過する小振幅ろ過フィルタを用いて回転速度信号などの動的状態量から操舵成分を除去し、それよりも振幅の小さな成分である振動成分のみを精度よく抽出して振動成分を低減するようにした電動パワーステアリング装置が存在する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６―１３５６７６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／０７８０７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された従来の車両操舵装置は、舵角センサの出力に含まれるヒステリシスを考慮していない。従って、操舵角に対して舵角センサから出力される検出舵角にヒステリシスが存在している場合、操舵角が変化しても検出舵角はヒステリシス区間では変化しない。特に、切返し操舵の際は操舵角が変化しても検出舵角はヒステリシス区間では変化しない現象が顕著に発生し、ヒステリシス区間を脱するタイミングにおいて検出舵角が急変するため、操舵に不連続感が生じる。また、意図した目標舵角よりも操舵角がヒステリシスの量だけ大きく動くため、車両の走行経路が目標経路から大きくずれる可能性がある。また、特許文献２に開示された従来の電動パワーステアリング装置は、電気信号の振動成分を低減する技術を備えてはいるが、検出舵角のずれを補正する技術を備えていない。
【０００７】
本願は、従来の装置における前述のような課題を解決するための技術を開示するものであり、車両のセンサの出力に含まれるヒステリシスの影響を低減し、正確で円滑な操舵を可能とする車両操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示される車両操舵装置は、
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、
前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備えた、
ことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本願に開示される車両操舵装置は、
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される車両操舵装置によれば、車両を操舵する操舵機構と、前記操舵機構を回転させる電動機と、前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部とを備えているので、車両のセンサの出力に含まれるヒステリシスの影響を低減し、正確で円滑な操舵を可能とする車両操舵装置を得ることができる。
【００１１】
また、本願に開示される車両操舵装置によれば、車両を操舵する操舵機構と、前記操舵機構を回転させる電動機と、前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部とを備えているので、車両のセンサの出力に含まれるヒステリシスの影響を低減し、正確で円滑な操舵を可能とする車両操舵装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１、および実施の形態２による、車両操舵装置の全体構成図である。
【図２Ａ】舵角センサによる検出舵角と実舵角との関係を示す特性図である。
【図２Ｂ】舵角センサによる検出舵角と実舵角との関係を示す特性図である。
【図２Ｃ】舵角センサによる検出舵角と実舵角との関係を示す特性図である。
【図３】実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、舵角制御器の構成図である。
【図４】実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、ヒステリシス推定部の構成図である。
【図５】実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、幅ろ過フィルタの構成図である。
【図６】実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、制御部の構成図である。
【図７】実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、ヒステリシス推定値を用いて制御偏差を生成する各種の構成例を示す説明図である。
【図８】実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置の全体構成図である。
【図９】実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、ヨーレート制御器の構成図である。
【図１０】実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、ヒステリシス推定部の構成図である。
【図１１】実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、制御部の構成図である。
【図１２】実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、ヒステリシス推定値を用いて制御偏差を生成する各種の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１、および実施の形態２による、車両操舵装置の全体構成図である。図１において、車両操舵装置１００は、車両を操舵する操舵機構１と、電動機減速ギア３を介して操舵機構１を回転させる電動機２と、操舵機構１の回転角である操舵角を検出して検出舵角Ｓ１を出力する舵角センサ４と、舵角制御器５とを備えている。舵角制御器５は、実際の操舵角である実舵角と検出舵角Ｓ１との偏差に相当する後述するヒステリシス推定値Ｈ１を出力するヒステリシス推定部６と、上位制御器８から出力される目標舵角Ｓ０と検出舵角Ｓ１とヒステリシス推定値Ｈ１とに基づいて電流指令値Ｉｃを生成する制御部７とを備える。制御部７から出力された電流指令値Ｉｃは、電動機２を制御する電動機制御装置（図示せず）に伝達される。電動機制御装置は、電流指令値Ｉｃに基づいて例えば半導体スイッチング素子により構成されたインバータ装置を制御し、電動機電流を電流指令値Ｉｃに追従させるように制御する。なお、インバータ装置を含む電動機制御装置は、制御部７に内蔵されていてもよい。
【００１４】
制御部７は、目標舵角Ｓ０と検出舵角Ｓ１との偏差に基づいて生成した電流指令値Ｉｃを電動機制御装置に与えることで電動機電流Ｉｍを制御し、操舵角を目標舵角Ｓ０に追従させるように電動機２を駆動して操舵機構１を回転させる。なお、舵角センサ４から出力される検出舵角Ｓ１は、実舵角に対してヒステリシスを含んでいる。
【００１５】
操舵機構１は、車両の運転者により操作されるステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２により駆動されるラック・ピニオンギア１３と、ラック・ピニオンギア１３により駆動されて一対の転舵輪１０を転舵させるラック１４とから構成されている。前述の舵角センサ４は、ステアリングシャフト１２の回転量である実舵角を計測し、実舵角に対応した検出舵角Ｓ１を出力して舵角制御器５に入力する。上位制御器８は、車両の目標経路を演算し、演算した目標経路に車両の走行経路を追従させるための目標舵角Ｓ０を出力して舵角制御器５に入力する。
【００１６】
舵角制御器５は、舵角センサ４から得られた検出舵角Ｓ１と目標舵角Ｓ０とに基づいて電流指令値Ｉｃを演算し、電動機２を制御する電動機制御装置に与える。電動機制御装置は、電流指令値Ｉｃに追随するように電動機電流Ｉｍを制御して電動機２に供給する。電動機２は、供給された電動機電流Ｉｍに応じたトルクを発生する。電動機２に発生したトルクは、電動機減速ギア３を介してステアリングシャフト１２に伝達され、さらに、ラック・ピニオンギア１３を介してラック１４に伝達される。ラック１４は、ラック・ピニオンギア１３により軸方向に駆動され、一対の転舵輪１０を転舵させる。
【００１７】
図２Ａは、舵角センサにより検出した検出舵角と実舵角との関係を示す特性図であって、検出舵角にヒステリシスが含まれる場合を示している。図２Ａにおいて、横軸は実舵角［ｄｅｇ］、縦軸は検出舵角［ｄｅｇ］を示す。
【００１８】
図２Ａに示すように、検出舵角は、実舵角に対して不感帯幅２Ｂのヒステリシスを含んでいる。そのため、実舵角の回転方向が逆転し始めても、検出舵角の変化にはヒステリシスによる遅れが生じる。舵角制御において目標舵角Ｓ０と検出舵角Ｓ１を一致させようとすると、ヒステリシス区間中は検出舵角Ｓ１が変化しないので目標舵角Ｓ０と検出舵角Ｓ１との間の偏差が増大し、ヒステリシス区間を脱したときに、増大した偏差に基づいて電動機が駆動されて実舵角が急変動することがある。また、定常状態では実舵角に対して検出舵角Ｓ１がヒステリシスの幅２Ｂの誤差を持つため、車両の走行経路が目標経路から逸脱する可能性が発生する。しかしながら、実施の形態１による車両操舵装置によれば、以下述べるように、操舵角が急変することはなく、従って車両の走行経路が目標経路から逸脱することもない。
【００１９】
図３は、実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、舵角制御器の構成図であって、ヒステリシス補償を導入した舵角制御器５の構成を示している。図３において、舵角制御器５は、ヒステリシス推定部６と、加算部２１と、偏差演算部２２と、制御部７を備えている。ヒステリシス推定部６は、入力される入力値Ｘ１に基づいてヒステリシス推定値Ｈ１を演算して出力する。加算部２１は、舵角センサ４により検出された検出舵角Ｓ１とヒステリシス推定値Ｈ１とを加算し、その加算値を補償検出舵角Ｓ２として出力する。
【００２０】
偏差演算部２２は、上位制御器８からの目標舵角Ｓ０から、補償検出舵角Ｓ２を減算して制御偏差ΔＳを出力する。制御部７は、入力された制御偏差ΔＳと目標舵角Ｓ０と補償検出舵角Ｓ２とに基づいて電流指令値Ｉｃを演算し、電動機２を制御する電動機制御装置に入力する。電動機制御装置は、電動機２に流れる電動機電流Ｉｍを電流指令値Ｉｃに追従するように制御する。
【００２１】
図４は、実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、ヒステリシス推定部の構成図である。図４において、ヒステリシス推定部６は、操舵角推定部３１と、後述する小振幅ろ過フィルタ３２を備えている。操舵角推定部３１は、入力値Ｘ１に基づいて演算した操舵角推定値Ｓ３を小振幅ろ過フィルタ３２に入力する。小振幅ろ過フィルタ３２は、操舵角推定部３１から入力された操舵角推定値Ｓ３に基づいてヒステリシス推定値Ｈ１を出力する。
【００２２】
操舵角推定部３１は、入力値Ｘ１を実舵角に近づけるような周波数応答性を備えており、ヒステリシス推定部６によるヒステリシス推定の精度を向上させる。実施の形態１では、ヒステリシス推定部６へ入力する入力値Ｘ１として目標舵角Ｓ０を用いる。その理由として、舵角制御の応答性が高い場合、目標舵角Ｓ０と実舵角が概ね近似すると仮定できるためである。実際には、目標舵角Ｓ０に対して実舵角は遅れて追従するので、その追従の遅れを操舵角推定部３１により近似する。
【００２３】
具体的には、実車から舵角制御器５の周波数応答性を測定して舵角制御器５の固有周波数を求め、その固有周波数を有するローパスフィルタにより入力値Ｘ１としての目標舵角Ｓ０を処理することで、実舵角の波形に近似した波形の操舵角推定値Ｓ３を生成するようにする。出願人が行なった実車の測定結果では、舵角制御の遅れは０．５［Ｈｚ］から２．０［Ｈｚ］程度であることを確認した。そこで、実施の形態１による操舵制御装置では、操舵角推定部３１として０．５［Ｈｚ］から２．０［Ｈｚ］程度の固有周波数を有するローパスフィルタを用いて操舵角の推定を行なうように構成している。なお、操舵角推定部３１から出力される操舵角推定値Ｓ３は、あくまでセンサヒステリシスを推定するためものであるので、操舵角推定値Ｓ３が実舵角と完全に一致するほど高い推定精度で操舵角推定値Ｓ３が生成されることを必要としない。
【００２４】
次に、小振幅ろ過フィルタ３２について説明する。図５は、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、小振幅ろ過フィルタの構成図である。前述の特許文献２にも小振幅ろ過フィルタが使用されているが、その用途は電動パワーステアリング装置の制御において振動成分抽出のためである。本願の実施の形態１では、小振幅ろ過フィルタ３２は、舵角制御において舵角センサにより検出された検出舵角からヒステリシスに関連する信号を抽出するために用いられる。
【００２５】
図５において、小振幅ろ過フィルタ３２は、ヒステリシス関数処理を行うヒステリシスフィルタ４１と減算器４２とから構成される。ヒステリシスフィルタ４１は、入力値Ｘ２の値に対してヒステリシス関数処理を施し、その値を出力値Ｚとして出力する。入力値Ｘ２に対してヒステリシス関数処理を施すヒステリシスは、実車で予め測定した幅と履歴を有するセンサヒステリシス特性となるように設定されている。
【００２６】
実施の形態１では、車両のヒステリシスが前述の図２Ａに示されたヒステリシス特性を有することを想定しているため、ヒステリシスフィルタ４１のヒステリシス関数にも図２Ａと同様のヒステリシス特性を与えることが望ましい。減算器４２は、ヒステリシスフィルタ４１の入力値Ｘ２からヒステリシスフィルタ４１の出力値Ｚを減算した値をヒステリシス推定値Ｈ１として出力する。実施の形態１では、小振幅ろ過フィルタ３２に入力される入力値Ｘ２には、操舵角推定部３１から出力される操舵角推定値Ｓ３が用いられる。
【００２７】
次に、制御部７について説明する。図６は、実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、制御部の構成図である。図６において、制御部７は、第１の擬似微分器５１と、第２の擬似微分器５２と、第１のゲイン５３と、第２のゲイン５４と、第３のゲイン５５と、位相補償器５６と、加算部５７と、減算部５８とを備えている。図６に示す制御部７は、基本的には、前述の制御偏差ΔＳを抑えるようにフィードバック制御を行なう。
【００２８】
目標舵角Ｓ０から第１の擬似微分器５１により目標舵角速度Ｒ０を生成し、この目標舵角速度Ｒ０に第１のゲイン５３を乗算して加算部５７に入力する。制御偏差ΔＳから第２のゲイン５４と位相補償器５６による処理を経て舵角速度指令値Ｒｃを生成し、この舵角速度指令値Ｒｃを減算部５８に入力する。第２のゲイン５４と位相補償器５６は、所望の安定性と制御偏差ΔＳへの追従性が確保された舵角速度指令値Ｒｃを生成するように設計されている。また、補償検出舵角Ｓ２から第２の擬似微分器５２により検出舵角速度Ｒ１を生成し、この検出舵角速度Ｒ１を減算部５８に入力する。
【００２９】
減算部５８により、舵角速度指令値Ｒｃから検出舵角速度Ｒ１を減算し、この減算した値に第３のゲイン５５を乗算して加算部５７に入力する。加算部５７は、前述の目標舵角速度Ｒ０に第１のゲイン５３を乗算した値と、舵角速度指令値Ｒｃから検出舵角速度Ｒ１を減算した値に第３のゲイン５５を乗算した値とを加算し、この加算した値を電流指令値Ｉｃとして出力する。
【００３０】
安定性の向上を図るために、図６に示す制御部７は、目標舵角Ｓ０による目標舵角速度Ｒ０と、制御偏差ΔＳによる舵角速度指令値Ｒｃとによるフィードバック制御をメジャーループとし、補償検出舵角Ｓ２による検出舵角速度Ｒ１と、制御偏差ΔＳによる舵角速度指令値Ｒｃとによるフィードバック制御をマイナーループとしている。そして、制御部７は、前述のメジャーループによるフィードバック制御に前述のマイナーループによるフィードバック制御を加えたカスケード制御を構成している。
【００３１】
ここで、図６に示す制御部７において、検出舵角Ｓ１ではなくヒステリシス補償を施した補償検出舵角Ｓ２を用いていることにより、舵角センサ４からの検出舵角Ｓ１に内包されるヒステリシスの影響が低減され、より正確な操舵制御が可能となる。さらに、速応性の向上を目的として目標舵角速度Ｒ０のフィードフォワード制御も加えられている。
【００３２】
以上のように、実施の形態１によれば、車両操舵装置の舵角制御において、舵角センサのヒステリシスを推定して補償することができ、ヒステリシスの影響を低減した滑らかな操舵が可能となる。
【００３３】
前述の実施の形態１では、舵角制御器５は、図３で説明したように、ヒステリシス推定部６によりヒステリシス推定値Ｈ１を生成し、加算部２１により検出舵角Ｓ１とヒステリシス推定値Ｈ１とを加算して補償検出舵角Ｓ２を生成し、偏差演算部２２により目標舵角Ｓ０から補償検出舵角Ｓ２を減算して制御偏差ΔＳを生成しているが、ヒステリシス補償値Ｈ１を用いて制御偏差ΔＳを生成する構成は、図３に示す構成の他にも存在する。
【００３４】
図７は、実施の形態１、および実施の形態２による車両操舵装置における、ヒステリシス推定値を用いて制御偏差を生成する各種の構成例を示す説明図である。図７の（ａ）に示す構成は、図３に示す構成に相当するものであり、ヒステリシス推定値Ｈ１を検出舵角Ｓ１に加算して補償検出舵角Ｓ２を生成し、目標舵角Ｓ０から補償検出舵角Ｓ２を減算することで制御偏差ΔＳを生成している。なお、２３は減算器である。
【００３５】
図７の（ａ）に示す構成に代えて、図７（ｂ）に示す構成のように、目標舵角Ｓ０から検出舵角Ｓ１を減算した値から、ヒステリシス推定値Ｈ１を減算して制御偏差ΔＳを生成するようにしてもよく、或いは、図７の（ｃ）に示す構成のように、目標舵角Ｓ０からヒステリシス推定値Ｈ１を減算して補償目標舵角Ｓ４を生成し、この補償目標舵角Ｓ４から検出舵角Ｓ１を減算して制御偏差ΔＳを得るようにしてもよい。図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成は、何れも同様の効果が得られる。
【００３６】
また、実施の形態１では、操舵角推定部３１は伝達関数を用いて操舵角推定値Ｓ３を得るようにしているが、計算負荷を低減するために単なるゲインを用いて操舵角推定値Ｓ３を得るようにしてもよい。さらに、操舵角推定部３１の推定精度を向上するために、飽和処理及び不感帯処理のような非線形処理を行なうようにしてもよい。
【００３７】
さらに、小振幅ろ過フィルタ３２におけるヒステリシスフィルタ４１は、図２Ａに示す理想的なヒステリシス特性を有するフィルタを用いているが、ヒステリシスフィルタ４１の特性を舵角センサのヒステリシス特性に合わせることが重要である。例えば、舵角センサのヒステリシス特性が図２Ｂに示すように、図２Ａのヒステリシス特性に比べてヒステリシスループの図の右下と左上の角部が抑制された形のヒステリシス特性であれば、そのヒステリシス特性に合わせたヒステリシス特性を有するヒステリシスフィルタを用いる。また、舵角センサのヒステリシス特性が図２Ｃに示すように原点近傍に不感帯を持つ特性であれば、その特性に合わせた特性を有するヒステリシスフィルタを用いる。このように、舵角センサのヒステリシス特性にヒステリシスフィルタ４１のヒステリシス特性を合わせることで、ヒステリシス推定値Ｈ１の精度を高めることができる。
【００３８】
以上の説明では、操舵角と検出舵角との関係にヒステリシスが存在するとしているが、ヒステリシスの発生要因は特に限定されるものではない。例えばヒステリシスの発生が舵角センサ自体の特性に由来している場合であっても、或いは舵角センサを回転させる操舵機構の機械的バックラッシに由来している場合でも、更にはこれ等の双方がヒステリシス発生の要因である場合であっても、実施の形態１の車両操舵装置は適用可能であり同様の効果を奏することができる。
【００３９】
実施の形態２．
次に、実施の形態２による車両操舵装置について説明する。実施の形態１では、前述したようにヒステリシス推定部６へ入力する入力値Ｘ１として目標舵角Ｓ０を用いていた。しかし、制御応答性が低い場合及び摩擦などの外乱がある環境では、目標舵角Ｓ０と操舵角の差が大きくなり、実施の形態１の構成ではヒステリシスの推定が不正確となる可能性がある。実施の形態２では、目標舵角以外の入力値をヒステリシス推定部６に入力してヒステリシスの推定を行うように構成したものである。以下、実施の形態２による車両操舵装置を、実施の形態１による車両操舵装置との相違点を主体にして説明する。図１、図３、図４、図５、図６、および図７は、実施の形態２による車両操舵装置にも適用される。
【００４０】
実施の形態２によるヒステリシス推定部６は、図４に示す入力値Ｘ１として検出舵角Ｓ１を用いてヒステリシス推定値Ｈ１を演算するように構成されている。この構成では検出舵角Ｓ１が動かないヒステリシス区間ではヒステリシスの推定はできないが、ヒステリシス区間を抜け出した後は検出舵角Ｓ１が動く。そのため舵角の変動がヒステリシス幅に対して十分大きい状況ではヒステリシスの推定が可能であり、ヒステリシス推定値Ｈ１を得ることができる。
【００４１】
実施の形態２の変形例として、ヒステリシス推定部６は、車両のヨーレートに基づく入力値を用いてヒステリシス推定値Ｈ１を演算するように構成したものである。車両が旋回運動を行うときはヨーレートが発生しているので、ヨーレートの発生を基に操舵開始を判定することができる。また、ヨーレートは、舵角と車速に対してほぼ比例関係にあるので、ヨーレートと車速から舵角を推定することができる。
【００４２】
この場合、入力値Ｘ１としてヨーレートセンサが検出した値に基づく入力値としてもよいし、加速度、車速、左右車輪回転差などの車両状態に基づく入力値とし、ヨーレートおよびヒステリシス推定値Ｈ１を演算するようにしてもよい。
【００４３】
また、実施の形態２のさらなる変形例として、ヒステリシス推定部に入力する入力値Ｘ１として電動機電流Ｉｍに基づく値を用いて、ヒステリシス推定値Ｈ１を演算する構成としてもよい。操舵機構系及び転舵輪と路面間に静止摩擦が存在する場合、電動機電流Ｉｍが一定値以内であると静止摩擦が大きいため舵角が動かないが。電動機電流Ｉｍが一定値を越えると、静止摩擦に打ち勝ち舵角が動き始める。このときの電動機電流の値を電流閾値として、操舵開始を判定することができ、ヒステリシス推定をより正確に行うことが可能となる。
【００４４】
以上述べたように、実施の形態２による車両操舵装置によれば、目標舵角と操舵角の差が大きい状況下でもヒステリシス推定が可能となる効果がある。なお、入力値は一種類の信号を用いてもよいし、目標舵角を含めた複数の信号を併用しヒステリシスを推定してもよい。
【００４５】
以上述べた実施の形態１、および実施の形態２は、下記の（１）から（１０）に記載の車両操舵装置を具体化したものである。
（１）車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、
前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備えた操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、舵角センサのヒステリシスをなくすように補正するので、滑らかに操舵ができる。また、車両の走行経路と目標経路との乖離を抑えることができる。
【００４６】
（２）上記（１）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記操舵角から前記検出舵角を減算した差に相当する前記ヒステリシス推定値を推定するように構成され、
前記制御部は、前記目標舵角から前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値とを減算した値に基づいて、前記電動機を制御するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標舵角と検出舵角とヒステリシス推定値を上記符号のように加減算することで、目標舵角と操舵角の差と等価の値となり、望ましい偏差入力を用いた舵角制御が可能となる効果がある。
【００４７】
（３）上記（１）又は（２）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記目標舵角に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された車両操舵装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、操舵の切始め、切返しのような検出舵角が動かない区間でもヒステリシス推定が可能となる効果がある。
【００４８】
（４）上記（１）から（３）の何れかに記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記ヒステリシス推定部の入力値に対して前記操舵角の応答を推定する操舵角推定部を備え、前記操舵角推定部から出力される操舵角推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、入力値を操舵角相当の信号に変換することで、ヒステリシス推定の精度を向上せせることができる。
【００４９】
（５）上記（１）から（４）の何れかに記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記目標舵角に対して高周波の位相を遅らせた操舵角推定値を出力する操舵角推定部を備え、前記操舵角推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標舵角を操舵角に近づけるような周波数応答を付与することで、ヒステリシス推定の精度を向上させることができる。
【００５０】
（６）上記（１）から（５）の何れかに記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、小振幅ろ過フィルタを備え、
前記小振幅ろ過フィルタは、
前記ヒステリシスに対応するヒステリシス幅を有するヒステリシス関数処理を行うヒステリシスフィルタと、前記ヒステリシスフィルタの入力信号から前記ヒステリシスフィルタの出力信号を減算する減算器とから構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、簡易なロジックでセンサヒステリシスが抽出可能となる効果がある。
【００５１】
（７）上記（１）から（６）の何れかに記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記舵角センサ自体が有するヒステリシスを補償するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、舵角センサ自体が持つヒステリシスを補償することができる。
【００５２】
（８）前述の（１）又は（２）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記検出舵角に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標舵角と検出舵角が近似しない状況でもヒステリシス推定が可能となる効果がある。
【００５３】
（９）前述の（１）又は（２）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記電動機の電流に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標舵角と検出舵角が近似せず、摩擦外乱を含む状況でもヒステリシス推定が可能となる効果がある。
【００５４】
（１０）前述の（１）又は（２）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記車両のヨーレートに基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標舵角と検出舵角が近似せず、かつ検出舵角が動かない状況でもヒステリシス推定が可能となる効果がある。
【００５５】
実施の形態３．
実施の形態１、および実施の形態２では、舵角制御における検出舵角Ｓ１のヒステリシスを補償するように構成していた。これに対して実施の形態３では、ヨーレート制御における検出ヨーレートのヒステリシスを補償するように構成したものである。図８は、実施の形態３による車両操舵装置の全体構成図である。
【００５６】
図８において、実施の形態３による車両操舵装置は、実施の形態１による車両操舵装置における舵角制御に代えてヨーレート制御を行なうものであり、ヨーレートセンサ９から得られた検出ヨーレートＹ１と上位制御器８で生成された目標ヨーレートＹ０に基づいて、電流指令値Ｉｃを生成し、この電流指令値Ｉｃに基づいて電動機制御装置を制御して電動機２を制御する。
【００５７】
ヨーレートに対する検出ヨーレートＹ１が、前述の図２Ａ、又は図２Ｂ、又は図２Ｃに示すヒステリシス特性と同様な特性を備えたヒステリシスを含む場合、車両のヨーレートが変化しても、検出ヨーレートはヒステリシスによる不感帯に基づく遅れが生じる。ヨーレート制御において目標ヨーレートＹ０と検出ヨーレートＹ１とを一致させようとすると、ヒステリシス区間中は検出ヨーレートＹ１が動かず、目標ヨーレートＹ０との間の偏差が増大し、ヒステリシス区間を脱したときに検出ヨーレートＹ１の急変動を誘発する。また、定常状態ではヨーレートに対して検出ヨーレートＹ１が幅Ｂの誤差を持ち、所要のヨーレート制御が不可能となる。実施の形態３による車両操舵装置によれば、以下述べるように、ヨーレートが急変することはなく、従って車両の走行経路が目標経路から逸脱することもない。
【００５８】
図８において、車両操舵装置２００は、車両を操舵する操舵機構１と、電動機減速ギア３を介して操舵機構１を回転させる電動機２と、車両のヨーレートを検出して検出ヨーレートＹ１を出力するヨーレートセンサ９と、ヨーレート制御器６１とを備えている。ヨーレート制御器６１は、実際のヨーレートである実ヨーレートと検出ヨーレートＹ１との偏差に相当する後述するヒステリシス推定値Ｈ２を出力するヒステリシス推定部６２と、上位制御器８から出力される目標ヨーレートＹ０と検出ヨーレートＹ１とヒステリシス推定値Ｈ２とに基づいて電流指令値Ｉｃを生成する制御部６３とを備える。制御部６３から出力された電流指令値Ｉｃは、電動機２を制御する電動機制御装置（図示せず）に伝達される。電動機制御装置は、電流指令値Ｉｃに基づいて例えば半導体スイッチング素子により構成されたインバータ装置を制御し、電動機電流を電流指令値Ｉｃに追従させるように制御する。なお、インバータ装置を含む電動機制御装置は、制御部６３に内蔵されていてもよい。
【００５９】
制御部６３は、目標ヨーレートＹ０と検出ヨーレートＹ１との偏差に基づいて生成した電流指令値Ｉｃを電動機制御装置に与えることで電動機電流Ｉｍを制御し、ヨーレートを目標ヨーレートＹ０に追従させるように電動機２を駆動して操舵機構１を回転させる。なお、ヨーレートセンサ９から出力される検出ヨーレートＹ１は、実ヨーレートに対してヒステリシスを含んでいる。
【００６０】
操舵機構１は、車両の運転者により操作されるステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２により駆動されるラック・ピニオンギア１３と、ラック・ピニオンギア１３により駆動され一対の転舵輪１０を転舵させるラック１４と、から構成されている。ヨーレートセンサ９は、車両の実ヨーレートを計測し、実ヨーレートに対応した検出ヨーレートＹ１を出力してヨーレート制御器６１に入力する。上位制御器８は、車両の目標経路を演算し、演算した目標経路に車両の走行経路を追従させるための目標ヨーレートＹ０を出力してヨーレート制御器６１に入力する。
【００６１】
ヨーレート制御器６１は、ヨーレートセンサ９から得られた検出ヨーレートＹ１と上位制御器８からの目標ヨーレートＹ０とに基づいて電流指令値Ｉｃを演算し、電動機２を制御する電動機制御装置（図示せず）に与える。電動機制御装置は、電流指令値Ｉｃに追随するように電動機電流Ｉｍを制御して電動機２に供給する。電動機２は供給された電動機電流Ｉｍに応じたトルクを発生する。電動機２に発生したトルクは、電動機減速ギア３を介してステアリングシャフト１２に伝達され、さらに、ラック・ピニオンギア１３を介してラック１４に伝達される。ラック１４は、ラック・ピニオンギア１３により軸方向に駆動され、一対の転舵輪１０を転舵させる。
【００６２】
図９は、実施の形態３による車両操舵装置における、ヨーレート制御器の構成図であって、ヒステリシス補償を導入したヨーレート制御器６１の構成を示している。図９において、ヨーレート制御器６１は、ヒステリシス推定部６２と、加算部２１と、偏差演算部２２と、制御部６３を備えている。ヒステリシス推定部６２は、入力される入力値Ｘ３に基づいてヒステリシス推定値Ｈ２を演算して出力する。加算部２１は、検出ヨーレートＹ１とヒステリシス推定値Ｈ２とを加算し、その加算値を補償検出ヨーレートＹ２として出力する。
【００６３】
偏差演算部２２は、目標ヨーレートＹ０から補償検出ヨーレートＹ２を減算して制御偏差ΔＳを出力する。制御部６３は、入力された制御偏差ΔＳと目標ヨーレートＹ０と補償検出ヨーレートＹ２とに基づいて電流指令値Ｉｃを演算し、電動機２を制御する電動機制御装置に入力する。電動機制御装置は電動機２に流れる電動機電流Ｉｍを電流指令値Ｉｃに追従するように制御する。
【００６４】
図１０は、実施の形態３による車両操舵装置における、ヒステリシス推定部の構成図である。図１０において、ヒステリシス推定部６２は、ヨーレート推定部７１と、小振幅ろ過フィルタ７２を備えている。ヨーレート推定部７１は、入力値Ｘ３に基づいて演算したヨーレート推定値Ｙ３を小振幅ろ過フィルタ７２に入力する。小振幅ろ過フィルタ７２は、ヨーレート推定部７１から入力されたヨーレート推定値Ｙ３に基づいてヒステリシス推定値Ｈ２を出力する。
【００６５】
ヨーレート推定部７１は、入力値Ｘ３を実ヨーレートに近づけるような周波数応答性を備えており、ヒステリシス推定部６２によるヒステリシス推定の精度を向上させる。実施の形態３では、ヒステリシス推定部６２へ入力する入力値Ｘ３として目標ヨーレートＹ０を用いる。その理由として、ヨーレート制御の応答性が高い場合、目標ヨーレートＹ０と実ヨーレートが概ね近似すると仮定できるためである。実際には、目標ヨーレートＹ０に対して実ヨーレートは遅れて追従するので、その追従の遅れをヨーレート推定部７１により近似する。
【００６６】
具体的には、実車からヨーレート制御器６１の周波数応答性を測定してヨーレート制御器６１の固有周波数を求め、その固有周波数を有するローパスフィルタにより入力値Ｘ３としての目標ヨーレートＹ０を処理することで、実ヨーレートの波形に近似した波形のヨーレート推定値Ｙ３を生成するようにすればよい。なお、ヨーレート推定部７１から出力されるヨーレート推定値Ｙ３は、あくまでセンサヒステリシスを推定するためものであるので、ヨーレート推定値Ｙ３が実ヨーレートと完全に一致するほど高い推定精度でヨーレート推定値Ｙ３が生成されることを必要としない。なお、入力値Ｘ３の他の例として、ヨーレートセンサ９からの検出ヨーレートＹ１を用いてもよいし、加速度、車速、左右車輪回転差などの車両状態に基づいてヨーレートを演算して入力値と用いてもよい。
【００６７】
次に、制御部６３について説明する。図１１は、実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、制御部の構成図である。
【００６８】
図１１は、実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、制御部の構成図である。図１１において、制御部６３は、第１の擬似微分器５１と、第２の擬似微分器５２と、第１のゲイン５３と、第２のゲイン５４と、第３のゲイン５５と、位相補償器５６と、加算部５７と、減算部５８とを備えている。図１１に示す制御部６３は、基本的には、前述の制御偏差ΔＳを抑えるようにフィードバック制御を行なう。
【００６９】
目標ヨーレートＹ０から第１の擬似微分器５１により目標ヨーレート速度ＹＲ０を生成し、この目標ヨーレート速度ＹＲ０に第１のゲイン５３を乗算して加算部５７に入力する。制御偏差ΔＳから第２のゲイン５４と位相補償器５６による処理を経てヨーレート速度指令値ＹＲｃを生成し、このヨーレート速度指令値ＹＲｃを減算部５８に入力する。第２のゲイン５４と位相補償器５６は、所望の安定性と制御偏差ΔＳへの追従性が確保されたヨーレート速度指令値ＹＲｃを生成するように設計されている。また、補償検出ヨーレートＹ２から第２の擬似微分器５２により検出ヨーレート速度ＹＲ１を生成し、この検出ヨーレート速度ＹＲ１を減算部５８に入力する。
【００７０】
減算部５８により、ヨーレート速度指令値ＹＲｃから検出ヨーレート速度ＹＲ１を減算し、この減算した値に第３のゲイン５５を乗算して加算部５７に入力する。加算部５７は、前述の目標舵角速度Ｒ０に第１のゲイン５３を乗算した値と、ヨーレート速度指令値ＹＲｃから検出ヨーレート速度ＹＲ１を減算した値に第３のゲイン５５を乗算した値とを加算し、この加算した値を電流指令値Ｉｃとして出力する。
【００７１】
安定性の向上を図るために、図１１に示す制御部６３は、目標ヨーレートＹ０による目標ヨーレート速度ＹＲ０と、制御偏差ΔＳによるヨーレート速度指令値ＹＲｃとによるフィードバック制御をメジャーループとし、補償検出ヨーレートＹ２による検出ヨーレート速度ＹＲ１と、制御偏差ΔＳによるヨーレート速度指令値ＹＲｃとによるフィードバック制御をマイナーループとしている。そして、制御部６３は、前述のメジャーループによるフィードバック制御に前述のマイナーループによるフィードバック制御を加えたカスケード制御を構成している。
【００７２】
ここで、図１１に示す制御部６３において、検出ヨーレートＹ１ではなくヒステリシス補償を施した補償検出ヨーレートＹ２を用いていることにより、ヨーレートセンサ９からの検出ヨーレートＹ１に内包されるヒステリシスの影響が低減され、より正確な操舵制御が可能となる。さらに、速応性の向上を目的として目標ヨーレート速度ＹＲ０のフィードフォワード制御も加えられている。
【００７３】
以上のように、実施の形態３によれば、車両操舵装置のヨーレート制御において、ヨーレートセンサのヒステリシスを推定及び補償することができ、ヒステリシスの影響を低減した滑らかな操舵が可能となる。
【００７４】
実施の形態３では、ヨーレート制御器６１は、図９で説明したように、ヒステリシス推定部６２によりヒステリシス推定値Ｈ２を生成し、加算部２１により検出ヨーレートＹ１とヒステリシス推定値Ｈ２とを加算して補償検出ヨーレートＹ２を生成し、偏差演算部２２により目標ヨーレートＹ０から補償検出ヨーレートＹ２を減算して制御偏差ΔＳを生成しているが、ヒステリシス補償値Ｈ２を用いて制御偏差ΔＳを生成する構成は、図９に示す構成の他にも存在する。
【００７５】
図１２は、実施の形態３、および実施の形態４による車両操舵装置における、ヒステリシス推定値を用いて制御偏差を生成する各種の構成例を示す説明図である。図１２の（ａ）に示す構成は、図９に示す構成に相当するものであり、ヒステリシス推定値Ｈ２を検出ヨーレートＹ１に加算して補償検出ヨーレートＹ２を生成し、目標ヨーレートＹ０から補償検出ヨーレートＹ２を減算することで制御偏差ΔＳを生成している。
【００７６】
図１２の（ａ）に示す構成に代えて、図１２（ｂ）に示す構成のように、目標ヨーレートＹ０から検出ヨーレートＹ１を減算した値から、ヒステリシス推定値Ｈ２を減算して制御偏差ΔＳを生成するようにしてもよく、或いは、図１２の（ｃ）に示す構成のように、目標ヨーレートＹ０からヒステリシス推定値Ｈ２を減算して補償目標ヨーレートＹ４を生成し、この補償目標ヨーレートＹ４から検出ヨーレートＹ１を減算して制御偏差ΔＳを得るようにしてもよい。図１２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成は、何れも同様の効果が得られる。
【００７７】
また、実施の形態３では、ヨーレート推定部７１は伝達関数を用いてヨーレート推定値Ｙ３を得るようにしているが、計算負荷を低減するために単なるゲインを用いてヨーレート推定値Ｙ３を得るようにしてもよい。さらに、ヨーレート推定部７１の精度を向上するために、飽和処理及び不感帯処理のような非線形処理を行なうようにしてもよい。
【００７８】
さらに、小振幅ろ過フィルタ７２におけるヒステリシスフィルタ４１は、図２Ａに示す理想的なヒステリシス特性を有するフィルタを用いているが、ヒステリシスフィルタ４１の特性を舵角センサのヒステリシス特性に合わせることが重要である。例えば、舵角センサのヒステリシス特性が図２Ｂに示すように、図２Ａのヒステリシス特性に比べてヒステリシスループの図の右下と左上の角部が抑制された形のヒステリシス特性であれば、そのヒステリシス特性に合わせたヒステリシス特性を有するヒステリシスフィルタを用いる。
【００７９】
また、ヨーレートセンサのヒステリシス特性が図２Ｃに示すように原点近傍に不感帯を持つ特性であれば、その特性に合わせた特性を有するヒステリシスフィルタを用いる。このように、ヨーレートセンサのヒステリシス特性にヒステリシスフィルタ４１のヒステリシス特性を合わせることで、ヒステリシス推定値Ｈ２の精度を高めることができる。
【００８０】
以上の説明では、ヨーレートと検出ヨーレートとの関係にヒステリシスが存在するとしているが、ヒステリシスの発生要因は特に限定されるものではない。例えばヒステリシスの発生がヨーレートセンサ自体の特性に由来している場合であっても、或いはヨーレートセンサを回転させる操舵機構の機械的バックラッシに由来している場合でも、更にはこれ等の双方がヒステリシス発生の要因である場合であっても、実施の形態３の車両操舵装置は適用可能であり同様の効果を奏することができる。
【００８１】
以上のように、実施の形態３による車両操舵装置によれば、ヨーレート制御において、ヨーレートセンサのヒステリシスを推定し補償することができ、ヒステリシスの影響を低減した滑らかな操舵が可能となる。
【００８２】
実施の形態４．
次に、実施の形態４による車両操舵装置について説明する。実施の形態３では、前述したようにヒステリシス推定部６へ入力する入力値Ｘ３として目標ヨーレートＹ０を用いていた。しかし、制御応答性が低い場合及び摩擦などの外乱がある環境では、目標ヨーレートＹ０とヨーレートの差が大きくなり、実施の形態３の構成ではヒステリシスの推定が不正確となる可能性がある。実施の形態４では、目標ヨーレート以外の入力値をヒステリシス推定部６２に入力してヒステリシスの推定を行うように構成したものである。以下、実施の形態４による車両操舵装置を、実施の形態３による車両操舵装置との相違点を主体にして説明する。図８、図９、図１０、図１１、および図１２は、実施の形態４による車両操舵装置にも適用される。
【００８３】
実施の形態４によるヒステリシス推定部６２は、図１０に示す入力値Ｘ３として検出ヨーレートＹ１を用いてヒステリシス推定値Ｈ２を演算するように構成されている。この構成では検出ヨーレートＹ１が動かないヒステリシス区間ではヒステリシスの推定はできないが、ヒステリシス区間を抜け出した後は検出ヨーレートＹ１が動く。そのため舵角の変動がヒステリシス幅に対して十分大きい状況ではヒステリシスの推定が可能であり、ヒステリシス推定値Ｈ２を得ることができる。
【００８４】
実施の形態４の変形例として、ヒステリシス推定部６２に入力する入力値Ｘ３として電動機電流Ｉｍに基づく値を用いて、ヒステリシス推定値Ｈ２を演算する構成としてもよい。操舵機構系及び転舵輪と路面間に静止摩擦が存在する場合、電動機電流Ｉｍが一定値以内であると静止摩擦が大きいため舵角が動かないが。電動機電流Ｉｍが一定値を越えると、静止摩擦に打ち勝ち舵角が動き始める。このときの電動機電流の値を電流閾値として、操舵開始を判定することができ、ヒステリシス推定をより正確に行うことが可能となる。
【００８５】
以上述べたように、実施の形態４による車両操舵装置によれば、目標ヨーレートとヨーレートの差が大きい状況下でもヒステリシス推定が可能となる効果がある。なお、入力値は一種類の信号を用いてもよいし、目標ヨーレートを含めた複数の信号を併用しヒステリシスを推定してもよい。
【００８６】
以上述べた実施の形態３、および実施の形態４は、下記の（１１）から（１４）に記載の車両操舵装置を具体化したものである。
（１１）車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備えた操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、ヨーレートセンサのヒステリシスをなくすように補正するので、滑らかにヨーレート制御ができる。
【００８７】
（１２）上記（１１）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記ヨーレートから前記検出ヨーレートを減算した差に相当する前記ヒステリシス推定値を推定し、
前記制御部は、前記目標ヨーレートから前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値を減算した値に基づいて前記電動機を制御するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標ヨーレートと検出ヨーレートとヒステリシス推定値を上記符号のように加減算することで、目標ヨーレートとヨーレートの差と等価の値となり、望ましい偏差入力を用いたヨーレート制御が可能となる効果がある。
【００８８】
（１３）上記（１１）又は（１２）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記ヒステリシス推定部の入力値に対して前記ヨーレートの応答を推定するヨーレート推定部を備え、前記ヨーレート推定部から出力されるヨーレート推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、入力値をヨーレート相当の信号に変換することで、ヒステリシス推定の精度を向上させることができる。
【００８９】
（１４）上記（１１）又は（１２）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記目標ヨーレートに対して高周波の位相を遅らせたヨーレート推定値を出力するヨーレート推定部を備え、前記ヨーレート推定値に基づいて前記ヒステリシス推定値を演算するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、前記目標ヨーレートをヨーレートに近づけるような周波数応答を付与することで、ヒステリシス推定の精度を向上させることができる。
【００９０】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９１】
１００、２００  車両操舵装置、１  操舵機構、２  電動機、３  電動機減速ギア、
４  舵角センサ、５  舵角制御器、６、６２  ヒステリシス推定部、７、６３  制御部、
８  上位制御器、９  ヨーレートセンサ、１０  転舵輪、１１  ステアリングホイール、
１２  ステアリングシャフト、１３  ラック・ピニオンギア、１４  ラック、
２１、５７  加算部、２２  偏差演算部、３１  操舵角推定部、
３２、７２  小振幅ろ過フィルタ、４１  ヒステリシスフィルタ、２３、４２  減算器、
５１  第１の擬似微分器、５２  第２の擬似微分器、５３  第１のゲイン、
５４  第２のゲイン、５５  第３のゲイン、５６  位相補償器、５８  減算部、
６１  ヨーレート制御器、７１  ヨーレート推定部
【図１】
2020175865.tif 000003
【図２Ａ】
2020175865.tif 000004
【図２Ｂ】
2020175865.tif 000005
【図２Ｃ】
2020175865.tif 000006
【図３】
2020175865.tif 000007
【図４】
2020175865.tif 000008
【図５】
2020175865.tif 000009
【図６】
2020175865.tif 000010
【図７】
2020175865.tif 000011
【図８】
2020175865.tif 000012
【図９】
2020175865.tif 000013
【図１０】
2020175865.tif 000014
【図１１】
2020175865.tif 000015
【図１２】
2020175865.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月7日(2019.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、
前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記ヒステリシス推定部は、
前記目標舵角と、前記検出舵角と、前記電動機の電流と、前記車両のヨ―レートと、のうちの少なくとも一つを入力値とし、前記入力値に基づいて推定した操舵角推定値を出力する操舵角推定部と、
前記操舵角推定部から出力された前記操舵角推定値に対して、前記舵角センサが有する前記ヒステリシスの特性に対応したヒステリシス関数処理を施すヒステリシスフィルタと、
前記操舵角推定部から出力された前記操舵角推定値から前記ヒステリシスフィルタの出力を減算する減算器と、
を有し、前記減算器の出力を前記ヒステリシス推定値として出力するように構成されている、
ことを特徴とする車両操舵装置。
【請求項２】
前記ヒステリシス推定部は、前記操舵角から前記検出舵角を減算した差に相当する前記ヒステリシス推定値を推定するように構成され、
前記制御部は、前記目標舵角から前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値とを減算した値に基づいて、前記電動機を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
【請求項３】
前記操舵角推定部は、前記目標舵角に対して高周波の位相を遅らせた操舵角推定値を出力するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両操舵装置。
【請求項４】
前記ヒステリシス推定部は、前記舵角センサ自体が有するヒステリシスを補償するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置。
【請求項５】
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記ヒステリシス推定部は、
前記目標ヨ―レートと、前記検出ヨ―レートと、前記車両の状態に基づいて演算したヨ―レートと、のうちの少なくとも一つを入力値とし、前記入力値に基づいて推定したヨ―レート推定値を出力するヨ―レート推定部と、
前記ヨ―レート推定部から出力された前記ヨ―レート推定値に対して、前記ヨ―レートセンサが有する前記ヒステリシスの特性に対応したヒステリシス関数処理を施すヒステリシスフィルタと、
前記ヨ―レート推定部から出力された前記ヨ―レート推定値から前記ヒステリシスフィルタの出力を減算する減算器と、
を有し、前記減算器の出力を前記ヒステリシス推定値として出力するように構成されている、
ことを特徴とする車両操舵装置。
【請求項６】
前記ヒステリシス推定部は、前記ヨーレートから前記検出ヨーレートを減算した差に相当する前記ヒステリシス推定値を推定するように構成され、
前記制御部は、前記目標ヨーレートから前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値を減算した値に基づいて前記電動機を制御するように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の車両操舵装置。
【請求項７】
前記ヨ―レート推定部は、前記目標ヨーレートに対して高周波の位相を遅らせたヨーレート推定値を出力するように構成されている、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の車両操舵装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願に開示される車両操舵装置は、
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、
前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記ヒステリシス推定部は、
前記目標舵角と、前記検出舵角と、前記電動機の電流と、前記車両のヨ―レートと、のうちの少なくとも一つを入力値とし、前記入力値に基づいて推定した操舵角推定値を出力する操舵角推定部と、
前記操舵角推定部から出力された前記操舵角推定値に対して、前記舵角センサが有する前記ヒステリシスの特性に対応したヒステリシス関数処理を施すヒステリシスフィルタと、
前記操舵角推定部から出力された前記操舵角推定値から前記ヒステリシスフィルタの出力を減算する減算器と、
を有し、前記減算器の出力を前記ヒステリシス推定値として出力するように構成されている、
ことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本願に開示される車両操舵装置は、
車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記ヒステリシス推定部は、
前記目標ヨ―レートと、前記検出ヨ―レートと、前記車両の状態に基づいて演算したヨ―レートと、のうちの少なくとも一つを入力値とし、前記入力値に基づいて推定したヨ―レート推定値を出力するヨ―レート推定部と、
前記ヨ―レート推定部から出力された前記ヨ―レート推定値に対して、前記ヨ―レートセンサが有する前記ヒステリシスの特性に対応したヒステリシス関数処理を施すヒステリシスフィルタと、
前記ヨ―レート推定部から出力された前記ヨ―レート推定値から前記ヒステリシスフィルタの出力を減算する減算器と、
を有し、前記減算器の出力を前記ヒステリシス推定値として出力するように構成されている、
ことを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
以上述べた実施の形態１、および実施の形態２は、下記の（１）から（４）に記載の車両操舵装置を具体化したものである。
（１）車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記操舵機構の回転角である操舵角を検出し前記操舵角に対してヒステリシスを有した検出舵角を出力する舵角センサと、
前記操舵角と前記検出舵角との差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記操舵角の目標値である目標舵角と前記操舵角との差に等しくなるように、前記目標舵角と前記検出舵角と前記ヒステリシス推定値に基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記ヒステリシス推定部は、
前記目標舵角と、前記検出舵角と、前記電動機の電流と、前記車両のヨ―レートと、のうちの少なくとも一つを入力値とし、前記入力値に基づいて推定した操舵角推定値を出力する操舵角推定部と、
前記操舵角推定部から出力された前記操舵角推定値に対して、前記舵角センサが有する前記ヒステリシスの特性に対応したヒステリシス関数処理を施すヒステリシスフィルタと、
前記操舵角推定部から出力された前記操舵角推定値から前記ヒステリシスフィルタの出力を減算する減算器と、
を有し、前記減算器の出力を前記ヒステリシス推定値として出力するように構成されている、
ことを特徴とする車両操舵装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、舵角センサのヒステリシスをなくすように補正するので、滑らかに操舵ができる。また、車両の走行経路と目標経路との乖離を抑えることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（３）上記（１）又は（２）の何れかに記載の車両操舵装置において、
前記操舵角推定部は、前記目標舵角に対して高周波の位相を遅らせた操舵角推定値を出力するように構成された車両操舵装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標舵角を操舵角に近づけるような周波数応答を付与することで、ヒステリシス推定の精度を向上させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
（４）上記（１）から（３）のうちの何れかに記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記舵角センサ自体が有するヒステリシスを補償するように構成された操舵制御装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、舵角センサ自体が持つヒステリシスを補償することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
以上述べた実施の形態３、および実施の形態４は、下記の（５）と（６）に記載の車両操舵装置を具体化したものである。
（５）車両を操舵する操舵機構と、
前記操舵機構を回転させる電動機と、
前記車両のヨーレートを検出し前記ヨーレートに対してヒステリシスを有する検出ヨーレートを出力するヨーレートセンサと、
前記ヨーレートと前記検出ヨーレートとの差に相当するヒステリシス推定値を推定するヒステリシス推定部と、
前記ヨーレートの目標値である目標ヨーレートと前記ヨーレートの差に等しくなるように前記目標ヨーレートと前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値とに基づいて前記電動機を制御する制御部と、
を備え、
前記ヒステリシス推定部は、
前記目標ヨ―レートと、前記検出ヨ―レートと、前記車両の状態に基づいて演算したヨ―レートと、のうちの少なくとも一つを入力値とし、前記入力値に基づいて推定したヨ―レート推定値を出力するヨ―レート推定部と、
前記ヨ―レート推定部から出力された前記ヨ―レート推定値に対して、前記ヨ―レートセンサが有する前記ヒステリシスの特性に対応したヒステリシス関数処理を施すヒステリシスフィルタと、
前記ヨ―レート推定部から出力された前記ヨ―レート推定値から前記ヒステリシスフィルタの出力を減算する減算器と、
を有し、前記減算器の出力を前記ヒステリシス推定値として出力するように構成されている、
ことを特徴とする車両操舵装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、ヨーレートセンサのヒステリシスをなくすように補正するので、滑らかにヨーレート制御ができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
（６）上記（５）に記載の車両操舵装置において、
前記制御部は、前記目標ヨーレートから前記検出ヨーレートと前記ヒステリシス推定値を減算した値に基づいて前記電動機を制御するように構成されたことを特徴とする車両操舵装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、目標ヨーレートと検出ヨーレートとヒステリシス推定値を上記符号のように加減算することで、目標ヨーレートとヨーレートの差と等価の値となり、望ましい偏差入力を用いたヨーレート制御が可能となる効果がある。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
（７）上記（５）又は（６）に記載の車両操舵装置において、
前記ヒステリシス推定部は、前記目標ヨーレートに対して高周波の位相を遅らせたヨーレート推定値を出力するように構成された車両操舵装置。
このように構成された車両操舵装置によれば、前記目標ヨーレートをヨーレートに近づけるような周波数応答を付与することで、ヒステリシス推定の精度を向上させることができる。