(57)【要約】【課題】操舵感を向上できる操舵制御装置を提供する。【解決手段】操舵制御装置としてのＥＣＵ３０は、運転者の操舵操作状態及び車両１の運転状態に基づいて、アシストモータ２２に発生させるべきモータ出力トルクＴｍを算出し、車両１の運転者の操舵操作に伴う操舵トルクＴｓｗと、アシストトルクＴａと、運転者が操舵操作を行うステアリングから転舵輪の間で発生する摩擦トルクとに基づいて、運転者の操舵操作に応じて発生する車両１の挙動によって路面からステアリングに伝わる車両応答反力の推定値Ｔｖｄを推定し、車両応答反力推定値Ｔｖｄに基づいて、実際の車両応答反力に加えてステアリングに伝える反力付与トルクＴａｄｄを算出し、モータ出力トルクＴｍから反力付与トルクＴａｄｄを除いた値に基づいて、運転者の操舵操作を補助するアシストトルクＴａを制御する。【選択図】図２
2014139059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータにより発生される、車両の運転者の操舵操作を補助するアシストトルクを制御する操舵制御装置であって、
前記運転者の操舵操作状態及び前記車両の運転状態に基づいて、前記アクチュエータに発生させるべき基準トルクを算出し、
前記車両の運転者の操舵操作に伴う操舵トルクと、前記アシストトルクと、前記運転者が操舵操作を行うステアリングから転舵輪の間で発生する摩擦トルクとに基づいて、前記運転者の操舵操作に応じて発生する前記車両の挙動によって路面からステアリングに伝わる車両応答反力を推定し、
前記推定した車両応答反力に基づいて、実際の車両応答反力に加えてステアリングに伝える反力付与トルクを算出し、
前記基準トルクから前記反力付与トルクを除いた値に基づいて、前記アシストトルクを制御する
ことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項２】
前記操舵トルクに前記アシストトルクを加算し、さらに前記摩擦トルクを減算することで、前記推定した車両応答反力を算出することを特徴とする、請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項３】
前記推定した車両応答反力にゲインを乗じることで前記反力付与トルクを算出することを特徴とする、請求項１または２に記載の操舵制御装置。
【請求項４】
前記ゲインは、前記推定した車両応答反力の絶対値が小さいほど大きく、また、前記推定した車両応答反力の絶対値が大きいほど小さく設定されることを特徴とする、請求項３に記載の操舵制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の操舵制御装置と、
前記操舵制御装置により制御された前記アシストトルクを発生させる前記アクチュエータを有する電動パワーステアリング装置と、
を備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵制御装置及びこれを備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の運転者の操舵操作を補助する電動パワーステアリング装置の制御技術に関し、例えば特許文献１には、車速や操舵角などの車両状態を表す情報に基づいて、アクチュエータによりステアリングに付与される摩擦トルクを制御する技術が開示されている。これにより、車両状態に応じて最適な大きさ・方向の摩擦トルクを生成することができ、操舵保舵時の保舵力低減・安定性を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２６２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１などの従来技術では、摩擦トルクを付与するため、ステアリングシステムの摩擦が大きい場合、操舵感を向上するためには改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、操舵感を向上できる操舵制御装置及びこれを備える車両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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る操舵制御装置は、アクチュエータにより発生される、車両の運転者の操舵操作を補助するアシストトルクを制御する操舵制御装置であって、前記運転者の操舵操作状態及び前記車両の運転状態に基づいて、前記アクチュエータに発生させるべき基準トルクを算出し、前記車両の運転者の操舵操作に伴う操舵トルクと、前記アシストトルクと、前記運転者が操舵操作を行うステアリングから転舵輪の間で発生する摩擦トルクとに基づいて、前記運転者の操舵操作に応じて発生する前記車両の挙動によって路面からステアリングに伝わる車両応答反力を推定し、前記推定した車両応答反力に基づいて、実際の車両応答反力に加えてステアリングに伝える反力付与トルクを算出し、前記基準トルクから前記反力付与トルクを除いた値に基づいて、前記アシストトルクを制御することを特徴とする。
【０００７】
また、上記の操舵制御装置は、前記操舵トルクに前記アシストトルクを加算し、さらに前記摩擦トルクを減算することで、前記推定した車両応答反力を算出することが好ましい。
【０００８】
また、上記の操舵制御装置は、前記推定した車両応答反力にゲインを乗じることで前記反力付与トルクを算出することが好ましい。
【０００９】
また、上記の操舵制御装置は、前記ゲインは、前記推定した車両応答反力の絶対値が小さいほど大きく、また、前記推定した車両応答反力の絶対値が大きいほど小さく設定されることが好ましい。
【００１０】
同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る車両は、上記の操舵制御装置と、前記操舵制御装置により制御された前記アシストトルクを発生させる前記アクチュエータを有する電動パワーステアリング装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る操舵制御装置及び車両は、ステアリングシャフトの軸周りに発生するトルクを、実際の車両応答反力を反力付与トルクの分だけ仮想的に増幅させた状態にできるので、操舵トルク〜モータアシストトルク特性の線形性を向上させることができ、この結果操舵操作中の操舵感を向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る操舵制御装置を有する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１中の操舵制御装置としてのＥＣＵの機能ブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態の操舵制御装置としてのＥＣＵにより実施される反力付与制御のフローチャートである。
【図４】図４は、図３のフローチャートのステップＳ１０１における摩擦トルク推定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は、図３のフローチャートのステップＳ１０５において用いる反力ゲインＫａｄｄの設定マップの一例を示す図である。
【図６】図６は、モータアシスト制御の有無と、車両応答反力の大小による操舵トルク〜ヨーレート特性の差異を示す図である。
【図７】図７は、車両応答反力の大小による操舵トルク〜モータアシストトルクの特性の差異を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る操舵制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１４】
まず図１、２を参照して、本実施形態に係る操舵制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る操舵制御装置を有する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図であり、図２は、図１中の操舵制御装置としてのＥＣＵの機能ブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、車両用操舵装置１０は、車両１に搭載され、車両１の運転者の操舵操作に応じて、車両１の転舵輪（図示せず）を操舵するための装置である。車両用操舵装置１０は、運転者が操作するステアリングホイール１１を含むステアリングコラム１２を備える。ステアリングコラム１２は、ステアリングホイール１１の回転軸となるステアリングシャフト１４を回転可能に支持する。ステアリングシャフト１４は、ゴムカップリング１３等を介して中間シャフト（インターミディエイトシャフト）１６に接続される。中間シャフト１６はピニオンシャフト（出力軸）に接続され、ステアリングギアボックス２７内でピニオンシャフトのピニオン１７がステアリングラック（転舵ロッド）１８に噛合される。ステアリングラック１８の両端には、それぞれタイロッド１９の一端が接続されると共に各タイロッド１９の他端にはナックルアーム等（図示せず）を介して転舵輪（図示せず）が接続されている。
【００１６】
車両用操舵装置１０の中間シャフト１６又はステアリングシャフト１４には、ステアリングホイール１１の操舵角に応じた信号を発生する舵角センサ２６や、ステアリングシャフト１４に付与される操舵トルクＴｓｗに応じた信号を発生するトルクセンサ１５が設けられる。尚、トルクセンサ１５は、例えば、トーションバーで結合された中間シャフト１６（入力軸）とピニオンシャフト（出力軸）にそれぞれ設けられ、これらの軸の回転角度差に基づいてトルクを検出する計２個のレゾルバセンサから構成されてもよい。
【００１７】
また、車両用操舵装置１０は、電動パワーステアリング装置２０を備える。電動パワーステアリング装置２０は、主要な構成要素として、操舵補助用のアクチュエータ２２（以下、「アシストモータ２２」という）、及び、アシストモータ２２の回転角（以下、「モータ回転角」ともいう）θを検出する回転角センサ２４を備える。転舵輪の転舵角は、回転角センサ２４により検出されるモータ回転角θから求めることができる。アシストモータ２２は、例えば３相交流モータで構成される。アシストモータ２２は、ステアリングギアボックス２７内にステアリングラック１８と同軸に設けられ、その駆動力によりステアリングラック１８の移動を助勢する。電動パワーステアリング装置２０の構成自体は、配置場所を含め、任意であってよい。電動パワーステアリング装置２０のアシストモータ２２は、後述のＥＣＵ３０により制御される。アシストモータ２２の制御態様については、後述する。
【００１８】
車両用操舵装置１０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）３０を備える。ＥＣＵ３０は、車両１の状態や車両１の周囲の状態などの情報に基づいて、車両１の各部の制御を行う。特に本実施形態では、ＥＣＵ３０は、トルクセンサ１５、回転角センサ２４、舵角センサ２６、車速センサ（図示せず）などの各種センサにより検出された操舵操作の物理量に基づいて、運転者の操舵操作を補助するためのトルク（以降「アシストトルクＴａ」と記載する）を調節して、このアシストトルクＴａを電動パワーステアリング装置２０のアシストモータ２２により発生させる制御（以降「モータアシスト制御」とも記載する）を実行可能である。すなわち、ＥＣＵ３０は、アシストモータ２２により発生される、車両１の運転者の操舵操作を補助するアシストトルクＴａを制御する操舵制御装置として機能する。
【００１９】
さらに、本実施形態のＥＣＵ３０は、車両応答反力を仮想的に増幅させて、この車両応答反力の仮想増幅分を考慮した上でアシストトルクを調整する制御（以降「反力付与制御」とも記載する）を実行可能に構成されている。ここで、「車両応答反力」とは、運転者の操舵操作に応じて発生する車両１の挙動によって、車両１の転舵輪が路面から受け、運転者が操舵操作を行なうステアリングの回転軸であるステアリングシャフトに伝わる反力を意味するものである。
【００２０】
図２に示すように、ＥＣＵ３０は、この反力付与制御を実行可能とすべく、モータ出力トルク演算部３１、摩擦トルク推定部３２、車両応答反力推定部３３、ゲイン乗算器３４、減算器３５、制御指令演算部３６の各機能を実現するよう構成されている。
【００２１】
モータ出力トルク演算部３１は、運転者の操舵操作状態及び車両１の運転状態に基づいて、アシストモータ２２に発生させるべきトルクの基準値（基準トルク）であるモータ出力トルクＴｍを算出する。モータ出力トルク演算部３１には、車速センサ（図示せず）により検出された車両１の車速や、トルクセンサ１５により検出された、車両１の運転者の操舵操作に伴う操舵トルクＴｓｗなどの情報が入力される。モータ出力トルク演算部３１は、これらの入力情報に基づいて、例えば基本アシスト制御やダンピング制御など周知のモータアシスト制御の制御手法を用いて、モータ出力トルクＴｍを出力する。すなわち、モータ出力トルクＴｍとは、従来のモータアシスト制御におけるアシストモータ２２への制御指令値と等価である。
【００２２】
摩擦トルク推定部３２は、回転角センサ２４により検出されたモータ回転角θに基づき摩擦トルクを推定する。ここで「摩擦トルク」とは、運転者が操舵操作を行うステアリングホイール１１から転舵輪までの間で発生する機械的な摩擦全てを含むものである。摩擦トルク推定部３２は、モータ回転角θを入力情報とする摩擦モデルを用いて摩擦トルクを推定し、摩擦トルク推定値Ｔｆを出力する。摩擦モデルを用いた摩擦推定手法については、図６を参照して後述する。
【００２３】
車両応答反力推定部３３は、トルクセンサ１５により検出された操舵トルクＴｓｗと、摩擦トルク推定部３２の出力である摩擦トルク推定値Ｔｆと、アシストトルクＴａに基づいて、車両応答反力を推定し、車両応答反力推定値Ｔｖｄを出力する。
【００２４】
ここで、車両応答反力推定部３３における車両応答反力の推定手法について詳細に説明する。ステアリング角度０度の位置から一方向へ連続的に操舵する場合、摩擦トルク（摩擦トルク推定値Ｔｆ）は、ステアリングホイール１１の操舵方向と反対側に発生するので、操舵トルクＴｓｗ及びモータ出力トルクＴｍと逆方向に発生する。車両応答反力（車両応答反力推定値Ｔｖｄ）は、ステアリングホイール１１のデフォルト位置（ステアリング角度が０度の位置）の方向に発生する。アシストトルクＴａは、操舵トルクＴｓｗと同方向に発生する。モータ出力トルクＴｍは、上述のように従来の制御手法におけるモータ制御指令値であり、アシストトルクＴａと同一の性質をもつので、操舵トルクＴｓｗと同方向に発生する。ここで、運転者が車両の操舵方向をある方向まで動かす状態を考えると、操舵方向を動かすための力は、運転者が発生させる操舵トルクＴｓｗと、アシストモータ２２が発生させるアシストトルクＴａである。一方、この操舵操作に逆らう力は、摩擦トルクと車両応答反力である。操舵操作中は、ステアリングホイール１１の回転軸であるステアリングシャフト１４の軸回りでこれらの４つの力が釣り合った状態を維持しつつ、ステアリング角度や転舵角度が連続的に推移してゆく。つまり、操舵操作中における力の釣り合いは、次の（１）式で表すことができる。
操舵トルクＴｓｗ＋アシストトルクＴａ＝摩擦トルク＋車両応答反力
・・・（１）
【００２５】
上記（１）式より、車両応答反力は、操舵トルクＴｓｗ、アシストトルクＴａ、摩擦トルクＴｆを用いて次の（２）式により表すことができる。
車両応答反力＝操舵トルクＴｓｗ＋アシストトルクＴａ−摩擦トルク
・・・（２）
【００２６】
したがって、車両応答反力推定部３３は、トルクセンサ１５により検出された操舵トルクＴｓｗと、前回の処理で減算器３５から出力されたアシストトルクＴａの前回値と、摩擦トルク推定部３２の出力である摩擦トルク推定値Ｔｆと、を（２）式に代入することで、車両応答反力推定値Ｔｖｄを算出することができる。
【００２７】
ゲイン乗算器３４は、車両応答反力推定部３３により算出された車両応答反力推定値Ｔｖｄに反力ゲインＫａｄｄを乗じて、反力付与トルクＴａｄｄを算出する。ここで、「反力付与トルク」とは、ステアリングシャフト１４の軸回りで、実際の車両応答反力に加えて伝えるトルクであり、ステアリングに伝わる車両応答反力を仮想的に増幅させるために付与するトルクである。反力付与トルクＴａｄｄは、車両応答反力推定値Ｔｖｄに反力ゲインＫａｄｄを乗じて算出されるので、反力付与トルクＴａｄｄの大きさは、基本的には車両応答反力推定値Ｔｖｄの大きさに応じて決定される。つまり、車両応答反力推定部３３により推定された車両応答反力推定値Ｔｖｄの大きさに応じて、車両応答反力の仮想的な増幅量が決まる。例えば、車両応答反力推定値Ｔｖｄの大きさが１００の場合の車両応答反力の仮想的な増幅量を５０とすると、車両応答反力推定値Ｔｖｄが２００の場合には、車両応答反力の仮想的な増幅量を１００とすることができる。
【００２８】
減算器３５は、モータ出力トルク演算部３１により算出されたモータ出力トルクＴｍから、車両応答反力推定部３３及びゲイン乗算器３４により算出された反力付与トルクＴａｄｄを減算して、アシストトルクＴａとして出力する。
【００２９】
制御指令演算部３６は、減算器３５から出力されたアシストトルクＴａに基づいて、アシストモータ２２への制御指令値Ｉを出力する。制御指令値Ｉは、具体的にはアシストモータ２２の作動電流値である。
【００３０】
ＥＣＵ３０は、この制御指令値Ｉをアシストモータ２２に出力する。アシストモータ２２は、ＥＣＵ３０から入力される制御指令値Ｉに応じて、ステアリングシャフト１４の軸回りに所望のアシストトルクＴａを発生させるよう駆動する。つまり、ＥＣＵ３０は、モータ出力トルクＴｍから反力付与トルクＴａｄｄを除いた値に基づいて、アシストモータ２２により発生させるアシストトルクＴａを制御する。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上述したＥＣＵ３０の機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで車両１内の各種装置を動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。なお、ＥＣＵ３０は、上記の機能に限定されず、車両１のＥＣＵとして用いるその他の各種機能を備えている。また、上記のＥＣＵとは、操舵システムを統括する単一のＥＣＵにより実現されてもよいし、２つ以上のＥＣＵにより協動して実現されてもよい。
【００３２】
次に、図３〜５を参照して、本実施形態に係る操舵制御装置の動作について説明する。
図３は、本実施形態の操舵制御装置としてのＥＣＵにより実施される反力付与制御のフローチャートであり、図４は、図３のフローチャートのステップＳ１０１における摩擦トルク推定処理のサブルーチンを示すフローチャートであり、図５は、図３のフローチャートのステップＳ１０５において用いる反力ゲインＫａｄｄの設定マップの一例を示す図である。図３のフローチャートに示す反力付与制御処理は、ＥＣＵ３０により例えば所定周期ごとに実行される。
【００３３】
図３のフローチャートに沿って操舵制御装置（ＥＣＵ３０）の反力付与制御処理を説明すると、まずステップＳ１０１では、ＥＣＵ３０の摩擦トルク推定部３２により、摩擦トルク推定値Ｔｆが算出される。摩擦トルク推定部３２は、回転角センサ２４により検出されたモータ回転角θに基づいて、図４に示すサブルーチンを実行して摩擦トルクを推定する。
【００３４】
図４に示す摩擦トルク推定処理のサブルーチンでは、先ず、ステップＳ２０１にて、目標モータ回転角θｔが初期化されているか否か、即ち今回周期が初回周期であるか否かが判定される。目標モータ回転角θｔが初期化されていない場合（ステップＳ２０１のＮｏ）には、ステップＳ２０２に進み、今回周期が初回周期でない場合、即ち目標モータ回転角θｔが前回周期以前に初期化されている場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ）には、そのまま、ステップＳ２０３に進む。
【００３５】
ステップＳ２０２では、目標モータ回転角θｔの初期値が、モータ回転角θ（今回周期の値、以下同じ）に設定され、ステップＳ２０３に進む。尚、目標モータ回転角θｔの初期値はゼロであってもよい。
【００３６】
ステップＳ２０３では、モータ回転角θと、偏差上限値Δと、現在の目標モータ回転角θｔとが、θ＞θｔ＋Δなる関係であるか否かが判定される。偏差上限値Δは、メカ摩擦トルク値Ｔｆ０と、摩擦勾配Ｋｆ０とを用いて、Δ＝Ｔｆ０／Ｋｆ０として演算される。メカ摩擦トルク値Ｔｆ０は、所定条件下におけるステアリングホイール１１から転舵輪までの間の機械的な摩擦トルクの値であって、この所定条件下で実測した値を用いてもよいし、車速や操舵角などに基づき推定した値を用いてもよい。摩擦勾配Ｋｆ０は、操舵系の摩擦特性や剛性等を考慮して決定される任意の固定値であってよい。なお、Ｔｆ０及びＫｆ０は正の値であるので、偏差上限値Δは正の値である。
【００３７】
ステップＳ２０３の判定の結果、θ＞θｔ＋Δである場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）には、ステップＳ２０４に進み、θ≦θｔ＋Δである場合（ステップＳ２０３のＮｏ）、ステップＳ２０５に進む。
【００３８】
ステップＳ２０４では、目標モータ回転角θｔが、モータ回転角θと偏差上限値Δとを用いて、θｔ＝θ−Δなる式により、新たな値に変更される。即ち、目標モータ回転角θｔからモータ回転角θを引いた偏差Δθ（＝θｔ−θ）が、Δθ＜−Δの場合には、目標モータ回転角θｔが、θｔ＝θ−Δに変更（更新）される。ステップＳ２０４の処理が完了するとステップＳ２０７に進む。
【００３９】
ステップＳ２０５では、モータ回転角θ（今回周期の値）と、偏差上限値Δと、現在の目標モータ回転角θｔとが、θ＜θｔ−Δなる関係であるか否かが判定される。θ＜θｔ−Δである場合（ステップＳ２０５のＹｅｓ）には、ステップＳ２０６に進む。
【００４０】
ステップＳ２０６では、目標モータ回転角θｔが、モータ回転角θと偏差上限値Δとを用いて、θｔ＝θ＋Δなる式により、新たな値に変更される。即ち、目標モータ回転角θｔからモータ回転角θを引いた偏差Δθ（＝θｔ−θ）が、Δθ＞Δの場合には、目標モータ回転角θｔが、θｔ＝θ＋Δに変更（更新）される。
【００４１】
なお、上記のステップＳ２０５で、θ≧θｔ−Δである場合（ステップＳ２０５のＮｏ）、現在の目標モータ回転角θｔが変更されずに維持されたままステップＳ２０７に進む。即ち、目標モータ回転角θｔからモータ回転角θを引いた偏差Δθ（＝θｔ−θ）が、−Δ≦Δθ≦Δの場合には、目標モータ回転角θｔが変更されずに維持される。
【００４２】
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６において更新または維持された目標モータ回転角θｔを用いて、下記の（３）式により摩擦トルク推定値Ｔｆが算出される。
Ｔｆ＝Ｋｆ０（θｔ−θ）  ・・・（３）
【００４３】
ステップＳ２０８では、ステップＳ２０７において算出された摩擦トルク推定値Ｔｆがローパスフィルタ処理される。ステップＳ２０８の処理が完了すると、メインフローに戻り、ステップＳ１０２に進む。
【００４４】
なお、図４に示す摩擦トルク推定処理において、摩擦トルク推定値Ｔｆの算出に用いるモータ回転角θを、舵角センサ２６により検出される操舵角に置き換えて、操舵角に基づいて摩擦トルク推定値Ｔｆを算出する構成としてもよい。
【００４５】
図３に戻り、ステップＳ１０２では、操舵トルクＴｓｗが検出される。ＥＣＵ３０は、例えばトルクセンサ１５から入力される情報に基づいて操舵トルクＴｓｗを取得することができる。ステップＳ１０２の処理が完了するとステップＳ１０３に進む。
【００４６】
ステップＳ１０３では、モータ出力トルク演算部３１により、モータ出力トルクＴｍが算出される。モータ出力トルク演算部３１は、車速センサ（図示せず）により検出された車両１の車速や、ステップＳ１０２において検出された操舵トルクＴｓｗなどの入力情報に基づいて、例えば基本アシスト制御やダンピング制御など周知の電動パワーステアリング装置２０の制御手法を用いて、モータ出力トルクＴｍを出力する。ステップＳ１０３の処理が完了するとステップＳ１０４に進む。
【００４７】
ステップＳ１０４では、車両応答反力推定部３３により、車両応答反力推定値Ｔｖｄが算出される。車両応答反力推定部３３は、ステップＳ１０１において推定された摩擦トルク推定値Ｔｆと、ステップＳ１０２において検出された操舵トルクＴｓｗと、本制御フローの前回の処理ループで算出されたアシストトルクＴａの前回値とを、上述のとおり（２）式に代入することで、車両応答反力推定値Ｔｖｄを算出する。すなわち、操舵トルクＴｓｗにアシストトルクＴａを加算し、さらに摩擦トルク推定値Ｔｆを減算することで、車両応答反力推定値Ｔｖｄを算出する（Ｔｖｄ＝Ｔｓｗ＋Ｔａ−Ｔｆ）。ステップＳ１０４の処理が完了するとステップＳ１０５に進む。
【００４８】
ステップＳ１０５では、ゲイン乗算器３４により、反力ゲインＫａｄｄが設定される。反力ゲインＫａｄｄは、ステップＳ１０４において算出された車両応答反力推定値Ｔｖｄの絶対値の大きさに応じて適宜設定される。ＥＣＵ３０は、例えば図５に示すような、車両応答反力と反力ゲインとを対応付けた設定マップを記憶しておき、この設定マップを参照して、ステップＳ１０４において算出された車両応答反力推定値Ｔｖｄに基づいて反力ゲインＫａｄｄを設定する。図５の設定マップは、横軸が車両応答反力推定値Ｔｖｄ、縦軸が反力ゲインＫａｄｄを表す。図５の設定マップでは、車両応答反力推定値Ｔｖｄに対応する反力ゲインＫａｄｄが、縦軸正方向に凸形状をとる曲線として設定されている。すなわち、車両応答反力推定値Ｔｖｄの絶対値が小さいほど反力ゲインＫａｄｄが大きく、また、車両応答反力推定値Ｔｖｄの絶対値が大きいほど反力ゲインＫａｄｄが小さく設定されている。
【００４９】
なお、ステップＳ１０５において設定される反力ゲインＫａｄｄは、車両応答反力推定値Ｔｖｄの大きさによらず一定値としてもよい。
【００５０】
ステップＳ１０６では、ゲイン乗算器３４により、反力付与トルクＴａｄｄが算出される。ゲイン乗算器３４は、ステップＳ１０４において算出された車両応答反力推定値Ｔｖｄに、ステップＳ１０５において設定された反力ゲインＫａｄｄを乗じて、反力付与トルクＴａｄｄを算出する（Ｔａｄｄ＝Ｋａｄｄ×Ｔｖｄ）。ステップＳ１０６の処理が完了するとステップＳ１０７に進む。
【００５１】
ステップＳ１０７では、減算器３５により、ステップＳ１０３にて算出されたモータ出力トルクＴｍから、ステップＳ１０６にて算出された反力付与トルクＴａｄｄを減算することで、アシストトルクＴａが算出される（Ｔａ＝Ｔｍ−Ｔａｄｄ）。なお、ステップＳ１０７にて算出されたアシストトルクＴａは、ＥＣＵ３０内にアシストトルクＴａの前回値として記憶され、本制御フローの次回実行時に、ステップＳ１０４の車両応答反力推定値Ｔｖｄの算出に用いられる。
【００５２】
ステップＳ１０８では、制御指令演算部３６により、ステップＳ１０７にて算出されたアシストトルクＴａに基づいて、アシストモータ２２への制御指令値Ｉが演算される。ＥＣＵ３０は、この制御指令値Ｉをアシストモータ２２に出力する。ステップＳ１０８の処理が完了すると本制御フローは終了する。
【００５３】
このように、本実施形態では、従来のモータアシスト制御の制御指令値であるモータ出力トルクＴｍから、反力付与トルクＴａｄｄが減算されることで、アシストトルクＴａが算出される。このように算出されたアシストトルクＴａをアシストモータ２２に発生させた場合、ステアリングシャフト１４の軸周りに発生するトルクは、操舵方向にモータ出力トルクＴｍが発生し、さらに、操舵方向の逆方向に、車両が実際に路面から受けることにより発生した車両応答反力と、アシストモータ２２により仮想的に追加した反力付与トルクＴａｄｄとを合計した反力が発生している状態と等価である。つまり、実際に路面からステアリングに伝わる車両応答反力に加えて、反力付与トルクＴａｄｄがステアリングに伝えられ、この結果、車両応答反力が、反力付与トルクＴａｄｄの分だけ仮想的に増幅された状態となる。
【００５４】
このように、車両応答反力を仮想的に増幅させることによる効果について、図６，７を参照して説明する。図６は、モータアシスト制御の有無と、車両応答反力の大小による操舵トルク〜ヨーレート特性の差異を示す図であり、図７は、車両応答反力の大小による操舵トルク〜モータアシストトルクの特性の差異を示す図である。
【００５５】
図６は、横軸に運転者により入力される操舵トルク、縦軸に、操舵トルクに応じて車両１の挙動として出力されるヨーレートを表す。図６には、モータアシスト制御ありでの操舵トルク〜ヨーレート特性が太線のグラフで示されている。また、図６には、モータアシスト制御なしでの特性が、車両１が実際に受ける車両応答反力の大小に応じて２種類示されており、車両応答反力が大きい場合の特性が実線のグラフで示され、車両応答反力が小さい場合の特性が点線のグラフで示されている。
【００５６】
図６に実線及び点線のグラフで示すように、モータアシスト制御が無い場合には、操舵トルクが所定値に達するまでは、操舵装置の機械的な摩擦によって転舵が行なわれず、ヨーレートが発生しない。そして、操舵トルクが所定値を超えると、摩擦に抗して転舵が行なわれてヨーレートが急激に増加する。つまり、モータアシスト制御が無い場合には、操舵トルク〜ヨーレート特性は摩擦の影響で不連続なものとなり、非線形な特性となる。さらに、図６に点線のグラフで示すように、車両応答反力が小さい場合の操舵トルク〜ヨーレート特性は、大きい場合のものと比較して、ヨーレートの発生後の増加度合いが急となり、非線形性がより強い特性となる。
【００５７】
モータアシスト制御では、アシストモータ２２によりモータアシストトルクを付与することにより、図６に実線及び点線のグラフで示す非線形な操舵トルク〜ヨーレート特性を、太線のグラフで示す狙いの特性に変更して、操舵トルクに対する車両応答の線形性を向上することができる。
【００５８】
図７は、横軸に操舵トルクを表し、縦軸に、モータアシスト制御において図６の狙いの特性を実現するために付与されるモータアシストトルクを表す。図７には、車両応答反力が大きい場合の操舵トルク〜モータアシストトルク特性が実線のグラフで示され、車両応答反力が小さい場合の特性が点線のグラフで示されている。
【００５９】
車両応答反力が大きい場合に、モータアシスト制御によって図６に実線のグラフで示す操舵トルク〜ヨーレート特性を、太線のグラフで示す狙いの特性に変更させる場合を考える。この場合、特性の非線形性が比較的弱いため、図７に実線のグラフで示すように、操舵トルク〜モータアシストトルク特性は線形に近い特性となる。
【００６０】
一方、車両応答反力が小さい場合に、モータアシスト制御によって図６に点線のグラフで示す操舵トルク〜ヨーレート特性を、太線のグラフで示す狙いの特性に変更させる場合を考える。この場合には、特性の非線形性が強いため、図７に点線のグラフで示すように、操舵トルク〜モータアシストトルク特性も非線形性の強い特性にする必要がある。言い換えると、図７に点線のグラフで示すように、車両応答反力が小さい場合の操舵トルク〜モータアシストトルク特性は、操舵トルクが所定値に到達するまでは、車両応答反力が大きい場合の特性と略同一の傾きで推移し、操舵トルクが所定値を超えた後に、特性の傾きが変化するように、非線形性の強いものとなる。
【００６１】
このように、モータアシスト制御による操舵トルク〜モータアシストトルク特性の非線形性が強くなると、戻し側で操舵トルクの段付きが発生したり、摩擦特性が変化したときに違和感が発生するなどの背反があり、操舵感への悪影響が考えられる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、モータアシスト制御と共に反力付与制御を実行することで、車両応答反力を仮想的に大きくする。これにより、操舵トルク〜モータアシストトルク特性の線形性を向上させることができ、操舵トルク〜ヨーレート特性の狙いの特性への変更を背反なく実現することができる。この結果、モータアシスト制御を伴う操舵操作中の操舵感を向上できる。
【００６３】
次に、本実施形態に係る操舵制御装置の効果について説明する。
【００６４】
本実施形態の操舵制御装置としてのＥＣＵ３０は、アシストモータ２２により発生される、車両１の運転者の操舵操作を補助するアシストトルクＴａを制御する。ＥＣＵ３０のモータ出力トルク演算部３１は、運転者の操舵操作状態及び車両１の運転状態に基づいて、アシストモータ２２に発生させるべき基準トルクであるモータ出力トルクＴｍを算出する。ＥＣＵ３０の車両応答反力推定部３３は、車両１の運転者の操舵操作に伴う操舵トルクＴｓｗと、アシストトルクＴａの前回値と、運転者が操舵操作を行うステアリングから転舵輪の間で発生する摩擦トルク（摩擦トルク推定値Ｔｆ）とに基づいて、運転者の操舵操作に応じて発生する車両１の挙動によって路面からステアリングに伝わる車両応答反力（車両応答反力推定値Ｔｖｄ）を推定する。ＥＣＵ３０のゲイン乗算器３４は、車両応答反力推定値Ｔｖｄに基づいて、実際の車両応答反力に加えてステアリングに伝える反力付与トルクＴａｄｄを算出する。ＥＣＵ３０は、モータ出力トルクＴｍから反力付与トルクＴａｄｄを除いた値に基づいて、アシストトルクＴａを制御する。
【００６５】
この構成により、アシストトルクＴａは反力付与トルクＴａｄｄの分だけ減算される。このように算出されたアシストトルクＴａをアシストモータ２２に発生させた場合、ステアリングの回転軸であるステアリングシャフト１４の軸周りに伝わる反力成分は、上述のように、実際に路面から伝わる車両応答反力を反力付与トルクＴａｄｄの分だけ仮想的に増幅させたものとなる。これにより、図６，７を参照して説明したように、操舵トルク〜モータアシストトルク特性の線形性を向上させることができるので、モータアシスト制御を伴う操舵操作中の操舵感を向上できる。
【００６６】
また、ＥＣＵ３０の車両応答反力推定部３３は、操舵トルクＴｓｗにアシストトルクＴａの前回値を加算し、さらに摩擦トルク推定値Ｔｆを減算することで、車両応答反力推定値Ｔｖｄを算出する（Ｔｖｄ＝Ｔｓｗ＋Ｔａ−Ｔｆ）。
【００６７】
この構成により、上記の（１）式及び（２）式にしたがって説明したように、操舵操作中の力の釣り合いの関係式に基づいて、車両応答反力を精度良く推定することできるので、車両応答反力推定値Ｔｖｄに基づき算出される反力付与トルクＴａｄｄをより一層適切な値で導出することが可能となる。これにより、反力付与トルクＴａｄｄにより変更する操舵トルク〜モータアシストトルク特性の線形性をさらに向上でき、モータアシスト制御を伴う操舵操作中の操舵感をより一層向上できる。
【００６８】
また、ＥＣＵ３０のゲイン乗算器３４は、車両応答反力推定部３３により推定された車両応答反力推定値Ｔｖｄに反力ゲインＫａｄｄを乗じることで反力付与トルクＴａｄｄを算出する。反力ゲインＫａｄｄは、車両応答反力推定部３３により推定された車両応答反力推定値Ｔｖｄの絶対値が小さいほど大きく、また、推定された車両応答反力推定値Ｔｖｄの絶対値が大きいほど小さく設定される。
【００６９】
この構成により、反力ゲインＫａｄｄの設定を調整することで、算出される反力付与トルクＴａｄｄの大きさや変化を任意に制御することができる。これにより、反力付与トルクＴａｄｄを適切な値として導出することが可能となり、車両応答反力の仮想的な増幅量を適切に制御することができるので、反力付与トルクＴａｄｄにより変更する操舵トルク〜モータアシストトルク特性の線形性をより一層向上でき、操舵感を向上できる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００７１】
例えば、アシストモータ２２は、ステアリングシャフト１４や中間シャフト１６と同軸に設け、駆動力によりシャフトの回転を助勢する構成としてもよい。この場合、回転角センサ２４もアシストモータ２２の近傍に配置される。摩擦トルク推定部３２は、回転角センサ２４により検出されたアシストモータ２２の回転角θの代わりに、舵角センサ２６により検出された操舵角を用いて摩擦トルクを推定してもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、車両応答反力推定部３３が（２）式により車両応答反力推定値Ｔｖｄを算出する際にアシストトルクＴａの前回値を用いているが、過去の処理で算出されたアシストトルクＴａの前回値以外の過去値を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１  車両
１０  車両用操舵装置
２０  電動パワーステアリング装置
２２  アシストモータ（アクチュエータ）
３０  ＥＣＵ（操舵制御装置）
３１  モータ出力トルク演算部
３２  摩擦トルク推定部
３３  車両応答反力推定部
Ｔａ  アシストトルク
Ｔｍ  モータ出力トルク（基準トルク）
Ｔｓｗ  操舵トルク
Ｔｆ  摩擦トルク推定値
Ｔｖｄ  車両応答反力推定値
Ｔａｄｄ  反力付与トルク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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