(57)【要約】【課題】  操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを向上させて、高速走行時にドライバにとって扱い易い操舵特性を実現することができる車両用操舵制御装置を提供すること。【解決手段】  ドライバからの操舵トルクを入力するハンドル１を有する操舵系に設けられたトルク制御用のモータ５と、該モータ５を制御するコントローラ１３と、を備えた車両用操舵制御装置において、前記コントローラ１３は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するモータトルクの位相遅れを大きくし、その位相遅れは180°近傍となる周波数特性を得る制御を行う手段とした。【選択図】        図２
2006117223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバからの操舵トルクが入力される操舵系に設けられたトルク制御用のアクチュエータと、該アクチュエータを制御する操舵制御手段と、を備えた車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きくし、少なくともその位相遅れは180°近傍に向かって大きくなることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きくし、その位相遅れは180°近傍となる周波数特性を得る制御を行うことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３】
ドライバからの操舵トルクが入力される操舵系に設けられたトルク制御用のアクチュエータと、該アクチュエータを制御する操舵制御手段と、を備えた車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きく、かつ、ゲインを大きくし、その位相遅れは180°近傍となる周波数特性を得る制御を行うことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きくし、その位相遅れは所定の周波数以上において180°近傍を維持する周波数特性を得る制御を行うことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きく、かつ、ゲインを大きくし、その位相遅れは所定の周波数以上において180°近傍を維持する周波数特性を得る制御を行うことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、前記周波数特性を、車両と操舵系とで定まる、位相遅れと位相進みを補償する位相補償手段にて実現したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み／１次遅れによる位相補償器であり、
（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（＝０、>０、<０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、ａ：定数（>０）、τden：１次遅れ時定数（≧０）
による伝達関数で表される特性としたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み時定数τnumを操舵トルクが大きくなるほど大きな値となるように設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み時定数τnumを車速が高くなるほど大きな値となるように設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み時定数τnumを操舵速度が速いほど大きな値となるように設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次遅れ時定数τdenを、操舵トルク、車速、操舵速度の少なくとも１つに応じて変化させる設定としたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１２】
請求項７に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み時定数τnumを、操舵トルクが第１設定値までの直進操舵域までは一定値とし、操舵トルクが第１設定値から第２設定値までの操舵領域では操舵トルクが大きくなるほど大きな値とし、操舵トルクが第２設定値を超えると操舵トルクが大きくなるほど小さな値となるように設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１３】
請求項７に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み時定数τnumを、操舵速度が第１設定値までの直進操舵域までは一定値とし、操舵速度が第１設定値から第２設定値までの操舵領域では操舵速度が速くなるほど大きな値とし、操舵速度が第２設定値を超えると操舵速度が大きくなるほど小さな値となるように設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１４】
請求項７に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）の式を分解して、
Ｋ／（ａ＋τden・S）＋（−τnum・S）／（ａ＋τden・S）とし、
Ｋ／（ａ＋τden・S）による１次遅れ補償ブロックと、
（−τnum・S）／（ａ＋τden・S）による近似微分補償ブロックと、
の二つのブロックに分けて補償制御を行うことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１５】
請求項６ないし１４のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
ハンドルの切り操作とハンドル戻し操作を判断するハンドル切り/戻し判断手段を設け、
前記位相補償手段は、ハンドルの切り過程では制御量を第一の制限値に制限し、ハンドルの戻し過程では制御量を第一の制限値より小さい第二の制限値に制限することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１６】
請求項６ないし１４のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
ハンドルの切り操作とハンドル戻し操作を判断するハンドル切り/戻し判断手段を設け、
前記位相補償手段は、ハンドルの切り過程では制御出力に第一のゲインを積算し、ハンドルの戻し過程では制御出力に第一のゲインより小さい第二のゲインを積算することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１７】
請求項６ないし１６のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
ハンドルの保舵を判断する保舵判断手段を設け、
前記位相補償手段は、保舵直後は制御のゲインを大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１８】
請求項６ないし請求項１７のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
ハンドルの保舵を判断する保舵判断手段を設け、
前記位相補償手段は、保舵時の位相補償量を操舵時の位相補償量よりも減少させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、保舵時の位相補償量をゼロとすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、操舵から保舵へと操舵状態が変化したとき、状態変化した瞬間から時間が経過するほど、前記位相補償量を減少させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、前記位相補償量をゼロに収束させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２２】
請求項６ないし請求項２１のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
ハンドルの手放しを判断する手放し判断手段を設け、
前記位相補償手段は、手放し時の位相補償量を非手放し時の位相補償量よりも増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、前記アクチュエータの駆動速度または車両挙動の一方が増加するほど、手放し時の位相補償量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２４】
請求項２２または請求項２３に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、車速が高くなるほど手放し時の位相補償量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２５】
請求項２２ないし請求項２４のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
手放し時の推定操舵トルクを算出する推定操舵トルク算出手段を設け、
前記位相補償手段は、手放し時の推定操舵トルクが大きくなるほど手放し時の位相補償量を減少させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、手放し時の推定操舵トルクが大きくなるほど手放し時の位相補償量を非手放し時の位相補償量へ収束させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２７】
請求項６ないし請求項２６のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
操舵入力、車両挙動等から路面μを推定する路面μ推定手段を設け、
前記位相補償手段は、推定路面μが低いほど、位相遅れ量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、１次進み／１次遅れによる位相補償器であり、
（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（≧０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、ａ：定数（>０）、τden：１次遅れ時定数（>０）
による伝達関数で表される特性としたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償器は、推定路面μが低いほど、ゲインＫを小さくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３０】
請求項２８または請求項２９に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償器は、推定路面μが低いほど、１次進み時定数τnumを大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３１】
請求項２８ないし請求項３０のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償器は、推定路面μが低いほど、１次遅れ時定数τdenを大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３２】
請求項２７ないし請求項３１のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、車速が高くなるほど、位相遅れを大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３３】
請求項２７ないし請求項３２のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、車速が高くなるほど、位相補償量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３４】
請求項２ないし請求項３３に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクのゲインが小さくなる負の第一指令値と、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れが180°近傍となる第二指令値と、の加算値に基づいて、前記アクチュエータのトルク指令値を設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、前記第一指令値の遅れ時定数τ１を、第二指令値の遅れ時定数τdenよりも大きな値となるように設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３６】
請求項３４または請求項３５に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、前記第二指令値を設定するための１次進み／１次遅れによる位相補償器を備え、
（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（≧０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、ａ：定数（>０）、τden：１次遅れ時定数（>０）
による伝達関数で表される特性としたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３７】
請求項３４または請求項３５に記載された車両用操舵制御装置において、
前記位相補償手段は、近似微分であることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３８】
請求項３４ないし請求項３７のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、前記第一指令値と第二指令値の少なくとも一方のゲインの絶対値を、車速が高くなるほど大きくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項３９】
請求項３４ないし請求項３８のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、前記第一指令値と第二指令値の少なくとも一方にリミッタを設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４０】
請求項３４ないし請求項３９のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、前記第一指令値と第二指令値の少なくとも一方に不感帯を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４１】
請求項５に記載された車両用操舵制御装置において、
操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、
前記操舵制御手段は、検出された操舵速度の１次遅れに基づいてダンピング補正制御量を算出し、このダンピング補正制御量と操舵トルクに応じた基本制御量とに基づいて前記アクチュエータを補償制御する補償制御手段を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載された車両用操舵制御装置において、
前記補償制御手段は、操舵トルクの１階微分値に基づいて前記ダンピング補正制御量を算出することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４３】
請求項４１または請求項４２に記載された車両用操舵制御装置において、
車両挙動を検出する車両挙動検出手段を設け、
前記補償制御手段は、検出された車両挙動の１階微分値に基づいて前記ダンピング補正制御量を算出することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４４】
請求項４１ないし請求項４３のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
車両の速度を検出する車両速度検出手段を設け、
前記補償制御手段は、低車速域では前記ダンピング補正制御量を減少させ、高車速域では前記ダンピング補正制御量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４５】
請求項４１ないし請求項４４のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記補償制御手段は、操舵速度の低い領域では、操舵速度の高い領域よりも前記ダンピング補正制御量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４６】
請求項４１ないし請求項４５のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記補償制御手段は、操舵トルクの小さい領域では、操舵トルクの大きな領域よりも前記ダンピング補正制御量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４７】
請求項４１ないし請求項４６のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記補償制御手段は、操舵角の小さい領域では、操舵角の大きな領域よりも前記ダンピング補正制御量を増加させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４８】
請求項４１ないし請求項４７のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記補償制御手段は、前記ダンピング補正制御量を算出する各検出手段の後段に、不感帯を設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項４９】
請求項４１ないし請求項４８のいずれか１項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記補償制御手段は、前記ダンピング補正制御量に制限値を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置等のように、ドライバからの操舵トルクがハンドル等を介して入力される操舵系にトルク制御用のアクチュエータを備えた車両用操舵制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の電動パワーステアリング装置としては、モータの慣性補償を目的として、操舵トルク微分値と車速および操舵速度が増加するにつれ減少する正のゲインとを積算した慣性位相補償量を用いてモータを制御駆動するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１４１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の車両の電動パワーステアリング装置にあっては、低速では慣性感を感じないように、モータ等の操舵系の慣性をすべて補償するように慣性位相補償量を算出している。また、高速では、低速に比べ慣性位相補償量を減らし、慣性感をドライバへわざと伝えることで、ハンドル操作時のしっかり感（ハンドル切る瞬間に操舵トルクが重い）を演出している。このため、高速では、本来においては補償してドライバに慣性感を伝えないようにするべき慣性を残しているので、操舵中に慣性感を感じてしまい、自然な操舵フィーリングとならない、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを向上させて、高速走行時にドライバにとって扱い易い操舵特性を実現することができる車両用操舵制御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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、ドライバからの操舵トルクが入力される操舵系に設けられたトルク制御用のアクチュエータと、該アクチュエータを制御する操舵制御手段と、を備えた車両用操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きくし、その位相遅れは180°近傍に向かって大きくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明の車両用操舵制御装置にあっては、操舵制御手段において、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れを大きくし、少なくともその位相遅れは180°近傍に向かって大きくなる。すなわち、入力される操舵トルクが所定の高周波になると、操舵トルクとは逆方向のアシストトルクが作用することになる。したがって、過渡的な操舵トルクが入った直後はドライバの操舵トルクを重くする方向へ逆アシストが実施され、時間の推移と共にドライバの操舵トルクを軽くする方向ヘアシストが実施されることになる。例えば、レーンチェンジを行い操舵トルクが変化した場合に、切り過程（操舵トルクが増加）では操舵トルクの変化方向の略逆側へアシストトルクが発生し操舵トルクが増加し、戻し過程（操舵トルクが減少）でも操舵トルクの変化方向の略逆側へアシストトルクが発生し操舵トルクが減少する構成になっているので、同じ車両挙動が発生しても操舵トルク変化が大きくなり、操舵トルクに対する車両挙動のゲインを低下させる。その結果、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを向上させて、高速走行時にドライバにとって扱い易い操舵特性（良好な操舵フィーリング）を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両用操舵制御装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例５に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用操舵制御装置を適用した電動パワーステアリングシステムを示す全体図である。実施例１の電動パワーステアリングシステムの操舵系には、ドライバの舵取り操作用のハンドル１と、舵取り動作を行う舵取り機構２とを連結する操舵軸３に、ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４とドライバの操舵力を補助するモータ５（アクチュエータ）とが配置されている。
【０００９】
前記ハンドル１は、図示しない車室内部のドライバと対向する位置に、軸周りに回動可能に設けられている。前記舵取り機構２は、操舵軸３の下端に一体形成されたピニオン６と、これに噛合するラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成されている。前記ラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向摺動可能に固定されており、その両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の転舵輪１０，１１に連結されている。
【００１０】
前記モータ５は、モータ５の発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換する減速機１２を介して、操舵軸３に結合されている。このモータ５に供給されるモータ電流は、コントローラ１３（操舵制御手段）により制御されている。
【００１１】
続いて、図２に示す実施例１の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき、実施例１の制御系を説明する。
ドライバによりハンドル１が操舵されると、ハンドル１と機械的に連結された転舵輪１０，１１が操向される。このとき、トルクセンサ４に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ１３へ入力される。さらに、このコントローラ１３には、車両の走行速度を検出する車速センサ１４等の信号が与えられる。
【００１２】
前記コントローラ１３には、モータ端子間電圧を検出する電圧センサ１３ａやモータ電流を検出する電流センサ１３ｂが内蔵され、モータ速度推定ブロック１３ｃにおいて、モータ端子間電圧とモータ電流を用いてモータ５の回転速度を推定演算する。前記コントローラ１３には、操舵トルク，モータ５の回転速度，車速等を用いて演算された電流指令値を入力する電流制御ブロック１３ｄが内蔵され、電流制御ブロック１３ｄにおいて、内蔵する電流センサ１３ｂからのモータ電流を参照しつつ駆動電流を算出する。そして、コントローラ１３内の駆動回路１３ｅにおいて、バッテリ１５により与えられた電源を用い、算出された駆動電流と一致するモータ駆動電流を作り出し、電流センサ１３ｂを介してモータ５を制御駆動する。
【００１３】
更に、前記コントローラ１３内では、電動パワーステアリング特有の違和感を解消するために、いくつかの補償制御が並行して行われる。
【００１４】
一つ目は、操舵系の慣性や摩擦等に起因する応答遅れを補償することを目的とした応答性補償である。微分器１３ｆと応答性補償ゲイン演算ブロック１３ｇとを有し、操舵トルクを微分した値に対し、正の相関を持つアシスト電流をモータ５に流すことで応答性を改善している。
【００１５】
二つ目は、操舵系の特にモータの慣性を補償することを目的とした慣性補償である。微分器１３ｈと慣性補償ゲイン演算ブロック１３ｉとを有し、モータ５の逆起電力から推定したモータ速度を微分することでモータ角加速度を算出し（微分器１３ｈ）、算出されたモータ角加速度と事前に計測しておいたモータイナーシャを積算することでモータ５の慣性力として、モータ５の慣性力を打ち消す電流をモータ５に流している。
【００１６】
三つ目は、操舵系の粘性を適切にする粘性補償である。モータ５の逆起電力から推定したモータ速度に応じて粘性補償ゲインを演算する粘性補償ゲイン演算ブロック１３ｊを有し、油圧パワーステアリング相当の特性再現を目指しており、油圧回路に起因する粘性を電動パワーステアリングにより実現するようにしている。なお、上記応答性補償、慣性補償、粘性補償は一般的なものでよく、従来例等にあるように、車速や操舵速度等に応じてゲインを変更しても良い。
【００１７】
四つ目は、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを改善し、良好な操舵フィーリングを得る位相補償である。車速や操舵トルクや操舵速度（モータ速度）に応じて操舵トルクの周波数特性における位相を補償する位相補償器１６（位相補償手段）と、位相補償器１６からの操舵トルクと車速により電流指令値を演算する電流指令値演算ブロック１３ｋと、を有する。実施例１においては、検出された操舵トルクを、位相補償器１６に通すことにより、過渡的な操舵トルク変化に対して、操舵トルクの高周波域で操舵トルクの反対方向へのアシスト量が増加するようにモータ５を駆動する。
【００１８】
そして、加算器１３ｐ，１３ｑ，１３ｒにおいて、応答性補償電流指令値と、慣性補償電流指令値と、粘性補償電流指令値と、位相補償電流指令値と、が加算され、この加算値を前記電流制御ブロック１３ｄへの電流指令値とする。
【００１９】
前記位相補償器１６は、１次進み／１次遅れによる、
（Ｋ−τnum・S）／（１＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（＝０、>０、<０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、τden：１次遅れ時定数（≧０）
による伝達関数で表される特性としている。
【００２０】
そして、前記位相補償器１６の１次進み時定数τnumを、操舵トルクや車速や操舵速度（モータ速度）に応じてその特性を変更している。
図３は、操舵トルクに対する１次進み時定数τnumの設定例であり、１次進み時定数τnumは、操舵トルクが大きいときほど大きくなるように設定されている。すなわち、操舵トルクが大きいときほど、逆アシスト量は多くなる。
図４は、車速に対する１次進み時定数τnumの設定例であり、１次進み時定数τnumは、車速に比例して大きくなるように設定されている。すなわち、車速が高いときほど、逆アシスト量は多くなる。
図５は、操舵速度に対する１次進み時定数τnumの設定例であり、１次進み時定数τnumは、ハンドル１の操舵速度が速いときほど、大きくなるように設定されている。すなわち、操舵速度が速いときほど、逆アシスト量は多くなる。
【００２１】
ここで、「操舵速度」は、モータ５の逆起電力を用いて算出する。モータ５の端子間電圧をＶ、モータ電流をＩ、モータ５の逆起電力係数をＫ、モータ５の内部抵抗をＲとすると、モータ５の回転速度dθ/dtは、
dθ/dt＝Ｉ×（Ｖ−ＲＩ）／Ｋ
の式となる。ここで、ＫとＲは、ほぼ一定値と考えることができるので、モータ５の端子電圧Ｖとモータ電流Ｉを計測することで、モータ５の回転速度dθ/dtを算出できる。モータ５と操舵軸３は機械的に接続されているので、モータ５の回転速度dθ/dtに減速比を乗算したものが、ハンドル１の操舵速度として推測される。
【００２２】
そして、前記位相補償器１６の１次遅れ時定数τdenを、操舵トルクや車速や操舵速度（モータ速度）に応じてその特性を変更している。
図６は、操舵トルクに対する１次遅れ時定数τdenの設定例であり、１次遅れ時定数τdenは、操舵トルクが大きいときほど大きくなるように設定されている。すなわち、操舵トルクが大きいときほど、出力の遅れは多くなる。
図７は、車速に対する１次遅れ時定数τdenの設定例であり、１次遅れ時定数τdenは、車速に比例して大きくなるように設定されている。すなわち、車速が高いときほど、出力の遅れは多くなる。
図８は、操舵速度に対する１次遅れ時定数τdenの設定例であり、１次遅れ時定数τdenは、ハンドル１の操舵速度が大きいときほど、大きくなるように設定されている。すなわち、操舵速度が大きいときほど、出力の遅れは多くなる。
【００２３】
次に、作用を説明する。
［本発明の考え方について］
電動パワーステアリング装置や油圧ポンプ式パワーステアリング装置やステア・バイ・ワイヤ装置等は、モータの反力自由度（任意のタイミングで、任意のアシスト量を、任意の方向へ発生させる）を用いてドライバの感じる操舵反力を任意に調整できるメリットを持つが、従来制御ではその自由度を活用しきれていない。
【００２４】
高速走行時には、ドライバは主に操舵トルク入力で運転しており、操舵トルク入力に対する車両挙動の周波数特性におけるダンピングが良い方が、ドライバにとって扱い易い操舵特性になる。
【００２５】
操舵トルクを用いて操舵トルク入力に対する車両挙動のダンピングを良くするための、制御特性は以下のように求めることができる。
【００２６】
算出に用いる運動方程式のモデルを図９とすると、
車両系は車両２輪モデルとして、
【数１】
2006117223.tif 000003
の式であらわされ、操舵系は、本質的な理解がしやすいように、低次化して、
【数２】
2006117223.tif 000004
とする。但し、Iz：車両の慣性モーメント、γ：ヨーレート、lf：前軸-車両重心間距離、Cf:前輪コーナリングパワー、N：オーバーオールステアリング比、V：車速、β：スリップ角、lr：後軸-車両重心間距離、ｍ：車両重量、Ih：操舵系慣性、Ch：操舵系粘性、θ：操舵角、ξ：トレール、Tm：モータトルク、Th：操舵トルクである。
【００２７】
図９のモデルを図１０に示すように、電動パワーステアリングの制御モデルに書き換えて、操舵トルクに対するアシストトルクの制御特性を検討する。
ここで、操舵トルクに対するアシストトルクの伝達関数をF(S)とする（Sはラプラス演算子）。操舵トルク入力に対する車両挙動のダンピングを良くすることは、操舵トルク入力に対する操舵角のダンピングを良くすることと同意である。なぜなら、操舵角から車両挙動が発生し（車両２輪モデルの運動方程式）、車両挙動から操舵トルクが決まるからである（操舵系の運動方程式）。そこで、操舵トルクに対する操舵角の伝達関数をH(S)とすると、図１０より
【数３】
2006117223.tif 000005
となる。ここで、G(S)はすでに図１０に示したように、操舵角入力に対する車両挙動の伝達関数であり、
【数４】
2006117223.tif 000006
であるため、分子と分母をそれぞれ、GnとGdと置いておく。
目標とH(S)の特性を以下として、分子と分母をそれぞれHn*、Hd*とすると、
【数５】
2006117223.tif 000007
となる。
【００２８】
ここで、操舵トルクから操舵角への伝達関数H(S)のダンピングが良くなるように、例えば、H(S)が２次系となるアシスト特性F(S)を逆算すると、
【数６】
2006117223.tif 000008
となる。上記F(S)を計算すると、その厳密解のコントローラの周波数特性は、図１１の実線特性となる。
また、その時の操舵トルクに対する操舵角の周波数応答は、図１２の実線特性となり、ダンピングが良くなることが分かる。
F(S)のコントローラの周波数応答の物理的意味を解釈すると、操舵トルクに対する車両挙動のダンピングをよくするためには、操舵トルク入力が高周波になるにつれアシストトルクの位相遅れが大きくなり逆方向へアシストする特性が望ましいことが分かる。本解釈を踏まえたうえで、厳密解を１次/１次の形で近似すると、図１１の点線で示す特性となり、厳密解と同様に操舵トルクに対する車両挙動のダンピングをよくすることが可能である。
以上の説明では、操舵系や車両のモデルを簡易な式で表現しているが、より現実に近い高次のモデルを使用してもよい。また、理想の特性を２次で表現しているが、１次またはより高次でもよいし、位相遅れが一定であったりしてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
一方、従来例では、慣性補償を目的としたトルク微分の時定数は、一般的に数msecから10数msecであり、この時定数の場合にいくらゲインを変更したとしても、図１１に示す周波数特性は実現できない。 
【００３０】
すなわち、慣性補償を目的としたトルク微分制御量を増減させただけでは、操舵トルク入力に対する車両挙動の周波数特性におけるダンピングが良くさせることはできない。例えば、図１３に示すように、操舵トルク入力に対する横加速度の周波数特性をみると、高速でダンピングが悪化している。
【００３１】
本発明では、操舵トルク入力に対する車両挙動の理想形を実現することを狙いとする。つまり、人間−自動車系を考慮した場合、高速走行時においてドライバは主に操舵トルクを入力として車両運動を制御しているといわれており、操舵トルクに対する車両挙動（横Ｇやヨーレート）のゲインを周波数に関係なく力一定に保つことにより（例えば、図１３の理想の特性）、人間にとって扱い易い車両になるはずである。
そこで、実際の操舵トルクに対する車両挙動をみると、車両の操舵トルク入力に対する車両挙動の周波数特性は、図１３に示すように、高速になると所定周波数におけるダンピングが悪化するという問題がある。
理想の特性を実現するコントローラ特性を、車両と操舵系のモデルから計算すると、図１４に示すようになる。つまり、操舵トルクに対するアシスト特性を、操舵トルクの入力が高周波になるにつれて位相遅れが大きくなる。
【００３２】
［位相補償作用について］
次に、実施例１の位相補償器１６による操舵トルクに対するモータトルクの位相補償について説明する。
位相補償器１６を下記の式(8)に示すように、１次進み／１次遅れで構成した場合、その周波数特性は、図１４の実線のようになる。本発明の根幹となる位相補償器１６の特性のポイントは、高周波になるにつれて操舵トルクとは逆の方向へアシストする。すなわち、位相遅れが大きくなり位相が反転することにある。
Ｃ(S)＝（Ｋ−τnum・S）／（１＋τden・S）              …(8)
【００３３】
そして、この位相補償器１６の出力は、過渡的な入力、例えば、ステップ状の操舵トルク入力があった場合、図１５に示すような特性となる。図１５において、出力の下方へのゲインは、１次進みの時定数τnumで決まる。また、出力の遅れは、１次遅れの時定数τdenで決まることになる。そして、操舵トルクに対する定常的なアシスト量は、ゲインＫで決まる。
【００３４】
この出力の時系列推移から分かるように、コントローラ１３は、指令電流値（目標電流値）として、過渡入力が入った直後は、ハンドル１を重くする方向へ逆アシストを実施し、時間の推移とともにハンドル１を軽くする方向へアシストを実施することとなる。
【００３５】
したがって、実施例１では、過渡的な操舵トルクが検出されたとき、例えば、レーンチェンジを行い操舵トルクが変化した場合に、切り過程（操舵トルクが増加）では操舵トルクの変化方向の略逆側へアシストトルクが発生し操舵トルクが増加し、戻し過程（操舵トルクが減少）でも操舵トルクの変化方向の略逆側へアシストトルクが発生し操舵トルクが減少する構成になっているので、同じ車両挙動が発生しても操舵トルク変化が大きくなり、操舵トルクに対する車両挙動のゲインを低下させる。その結果、図１２に示したダンピングが改善され、ドライバへ違和感を与えることなく、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３６】
また、操舵トルクの入力周波数が高くなると、逆アシストトルクの出力を大きくするため、高速走行時におけるレーンチェンジ等の速い操舵に対して、逆方向のアシスト量が多くなり、ハンドル１が重くなる。よって、ドライバの急操舵を防止でき、車両の不要な挙動を抑制できる。さらに、逆アシストによるステアリング剛性の低下により、操舵量に対する車両挙動、すなわち、ステア特性をアンダーステアとすることができるため、車両の走行安定性を向上できる。
【００３７】
このような構成にすることにより、図１２や図１３に示す操舵トルク入力に対する操舵角や車両挙動のダンピングがよくなり、周波数に関係なくゲインの上昇を防ぐことができる。
【００３８】
［時定数の設定作用について］
図１５からも明らかなように、ステップ状の操舵トルク入力があった場合、出力の下方へのゲインは、１次進みの時定数τnumで決まる。つまり、狙いとする理想特性を実現するには、上記(8)式において、１次遅れの時定数τdenやゲインＫよりも、１次進みの時定数τnumをどのように決めるかが最も重要となる。そこで、１次進み時定数τnumの設定による作用について説明する。
【００３９】
実施例１では、１次進み時定数τnumを操舵トルクが大きいほど大きくなるように設定している（図３）。よって、旋回時の保舵からの切り増し操舵、切り戻し操舵時に、保舵時の操舵トルクに応じて操舵トルク変化量が増減されるため、旋回保舵時のしっかり感を演出できる。特に、操舵トルクが低いところでも、所定の操舵トルク変化が発生するため、直進時にハンドル１の中立感を出すことができる。さらに、操舵トルクが大きくなる場合は、１次進み時定数τnumに所定の上限を設けているので、ハンドル１が不要に重くなりすぎることを防止することができる。なお、１次進み時定数τnumに所定の上限を設けるのではなく、制御量にリミット値を設定しても良い。
【００４０】
実施例１では、１次進み時定数τnumを車速が高いほど大きくなるように設定している（図４）。よって、低速では操舵トルク変化量が少なくなるため、軽快なステアリング操舵が容易となる。一方、高速では操舵トルク変化量が増えるため、操舵トルクに対する車両挙動のゲインが低下し車両の走行安定性が高まる。
【００４１】
実施例１では、１次進み時定数τnumを操舵速度が速いほど大きくなるように設定している（図５）。よって、操舵速度が速いほど、操舵トルク変化量は増加するため、急操舵になるほど、車両の走行安定性が高まる。さらに、逆起電力を利用したハンドル１の操舵速度推定には、信号ノイズ等に起因して、所定の分解能以下の検知が困難となる。実施例１では操舵速度の低いところは一定の逆アシストの１次進み時定数τnumとしているので、変動を防いだ上で、微小な操舵時に中立感を出すことが可能となる。さらに、操舵速度が非常に速い場合は、１次進み時定数τnumに所定の上限を設けているので、ハンドル１が不要に重くなりすぎることを防止することができる。なお、１次進み時定数τnumに所定の上限を設けるのではなく、制御量にリミット値を設定しても良い。
【００４２】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００４３】
(1) ドライバからの操舵トルクを入力するハンドル１を有する操舵系に設けられたトルク制御用のモータ５と、該モータ５を制御するコントローラ１３と、を備えた車両用操舵制御装置において、前記コントローラ１３は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するモータトルクの位相遅れを大きくし、その位相遅れは180°近傍となる周波数特性、あるいは、180°近傍を維持する周波数特性を得る制御を行うため、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを向上させて、高速走行時にドライバにとって扱い易い操舵特性を実現することができる。
【００４４】
(2) ドライバからの操舵トルクを入力するハンドル１を有する操舵系に設けられたトルク制御用のモータ５と、該モータ５を制御するコントローラ１３と、を備えた車両用操舵制御装置において、前記コントローラ１３は、入力される操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するモータトルクの位相遅れを大きく、かつ、ゲインＫを大きくし、その位相遅れは180°近傍となる周波数特性、あるいは、180°近傍を維持する周波数特性を得る制御を行うため、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを大幅に向上させて、高速走行時にドライバにとって扱い易い操舵特性を実現することができる。
【００４５】
(3) 前記コントローラ１３は、前記周波数特性を、車両と操舵系とで定まる位相遅れと位相進みを補償する位相補償器１６にて実現したため、適用車両および使用するユニットに応じて、上記作用・効果を最適に実現することができる。
【００４６】
(4) 前記位相補償手段は、１次進み／１次遅れによる位相補償器であり、
（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（＝０、>０、<０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、ａ：定数（>０）、τden：１次遅れ時定数（≧０）
による伝達関数で表される特性としたため、簡単な制御特性であることで、コントローラ１３の実装が容易になると共に、発散による制御不安定化を解消することができる。
【００４７】
(5) 前記位相補償器１６は、１次進み時定数τnumを操舵トルクが大きくなるほど大きな値となるように設定したため、旋回時の保舵からの切り増しや切り戻しにおいて、旋回保舵時のしっかり感を演出することができる。特に、操舵トルクが低いところでも、所定の操舵トルク変化が発生するため、直進時にハンドル１の中立感を出すことができる。
【００４８】
(6) 前記位相補償器１６は、１次進み時定数τnumを車速が高くなるほど大きな値となるように設定したため、低速での軽快なステアリング操舵を容易としながら、高速での車両の走行安定性を高めることができる。
【００４９】
(7) 前記位相補償器１６は、１次進み時定数τnumを操舵速度が速いほど大きな値となるように設定したため、急操舵になるほど車両の走行安定性を高めることができる。
【００５０】
(8) 前記位相補償器１６は、１次遅れ時定数τdenを、操舵トルク、車速、操舵速度に応じて変化させる設定としたため、操舵トルク・車速・操舵速度の各値が高いほど１次遅れ時定数τdenが大きな値になるように設定することで、操舵トルク・車速・操舵速度により決まる走行状態に応じて最適の出力の遅れ特性によるモータアシスト制御を実行することができる。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、緊急回避や不安定車両挙動発生時の修正操舵時等の大きな操舵や非常に速い操舵に対しては、不要に操舵トルクを重くすることなく、修正操舵をし易くするようにした例である。
【００５２】
実施例２の車両用操舵制御装置では、前記位相補償器１６は、図１６に示すように、１次進み時定数τnumを、操舵トルクが第１設定値TS1までの直進操舵域までは一定値とし、操舵トルクが第１設定値TS1から第２設定値TS2までの操舵領域では操舵トルクが大きくなるほど大きな値とし、操舵トルクが第２設定値TS2を超えると操舵トルクが大きくなるほど小さな値となるように設定している。
【００５３】
また、前記位相補償器１６は、図１７に示すように、１次進み時定数τnumを、操舵速度が第１設定値VS1までの直進操舵域までは一定値とし、操舵速度が第１設定値VS1から第２設定値VS2までの操舵領域では操舵速度が速くなるほど大きな値とし、操舵速度が第２設定値VS2を超えると操舵速度が大きくなるほど小さな値となるように設定している。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５４】
次に、作用を説明すると、実施例２では、通常の運転に使用する操舵トルクで決まる所定の操舵トルク以内（操舵トルク≦第２設定値TS2）では、旋回時の保舵からの切り増し操舵、切り戻し操舵時に、保舵時の操舵トルクに応じて操舵トルク変化量が増減されるため、旋回保舵時のしっかり感を演出できる。特に、操舵トルクが低いところでも、所定の操舵トルク変化が発生するため、直進時にハンドル１の中立感を出すことができる。加えて、操舵トルクが第２設定値TS2を超える領域では、逆アシスト量を少なくしているため、緊急回避や不安定車両挙動発生時の修正操舵時等の大きな操舵に対しては、不要に操舵トルクを重くすることなく、修正操舵をし易くすることができる。
【００５５】
また、通常の運転に使用する操舵速度で決まる所定の操舵速度以内（操舵速度≦第２設定値VS2）では、操舵速度が速いほど、操舵トルク変化量は増加するため、急操舵になるほど、車両の走行安定性が高まる。さらに、逆起電力を利用したハンドル１の操舵速度推定には、信号ノイズ等に起因して、所定の分解能以下の検知が困難となる。これに対し、操舵速度の低い領域（操舵速度≦第１設定値TS1）は、一定値による逆アシストの１次進み時定数τnumとしているので、変動を防いだ上で、微小な操舵時に中立感を出すことが可能となる。加えて、操舵速度が第２設定値VS2を超える領域では、逆アシスト量を少なくしているため、緊急回避や不安定車両挙動発生時の修正操舵時等の非常に速い操舵に対しては、不要に操舵トルクを重くすることなく、修正操舵をし易くすることができる。なお、他の作用は実施例１と同様であるで、説明を省略する。
【００５６】
次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の(1),(2),(3),(4)の効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００５７】
(9) 前記位相補償器１６は、１次進み時定数τnumを、操舵トルクが第１設定値TS1までの直進操舵域までは一定値とし、操舵トルクが第１設定値TS1から第２設定値TS2までの操舵領域では操舵トルクが大きくなるほど大きな値とし、操舵トルクが第２設定値TS2を超えると操舵トルクが大きくなるほど小さな値となるように設定したため、操舵トルクが第１設定値TS1までの領域では、直進時にハンドル１の中立感を出し、操舵トルクが第１設定値TS1から第２設定値TS2までの領域では旋回保舵時のしっかり感を演出し、操舵トルクが第２設定値TS2を超える領域、つまり、緊急回避や不安定車両挙動発生時の修正操舵時等の大きな操舵に対しては、不要に操舵トルクを重くすることなく、修正操舵をし易くすることができる。
【００５８】
(10) 前記位相補償器１６は、１次進み時定数τnumを、操舵速度が第１設定値VS1までの直進操舵域までは一定値とし、操舵速度が第１設定値VS1から第２設定値VS2までの操舵領域では操舵速度が速くなるほど大きな値とし、操舵速度が第２設定値VS2を超えると操舵速度が大きくなるほど小さな値となるように設定したため、操舵速度が第１設定値VS1までの直進操舵域では、変動を防いだ上で微小な操舵時に中立感を出し、操舵速度が第１設定値VS1から第２設定値VS2までの操舵領域では急操舵になるほど車両の走行安定性を高め、操舵速度が第２設定値VS2を超える領域、つまり、緊急回避や不安定車両挙動発生時の修正操舵時等の非常に速い操舵に対しては、不要に操舵トルクを重くすることなく、修正操舵をし易くすることができる。
【実施例３】
【００５９】
実施例３は、コントローラ１３の位相補償器１６を二つのブロックに分けて制御するようにした例である。
【００６０】
すなわち、実施例２の車両用操舵制御装置では、図１８に示すように、位相補償器１６は、（Ｋ−τnum・S）／（１＋τden・S）の式を分解して、
Ｋ／（１＋τden・S）＋（−τnum・S）／（１＋τden・S）とし、
Ｋ／（１＋τden・S）による１次遅れ補償ブロック１６’と、（−τnum・S）／（１＋τden・S）による近似微分補償ブロック１６"と、の二つのブロックに分けて補償制御を行うようにしている。なお、図１８において、１３ｓは近似微分補償ブロック１６"からの指令電流値を加算する加算器１３ｓである。他の構成は実施例１または実施例２と同様であるので、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００６１】
作用についても、（Ｋ−τnum・S）／（１＋τden・S）を一つのブロックで表現した実施例１におけるコントローラ１３の位相補償器１６での作用を、実施例２では、２つに分けたＫ／（１＋τden・S）による１次遅れ補償ブロック１６’と、（−τnum・S）／（１＋τden・S）による近似微分補償ブロック１６"と、により行う。なお、他の作用は実施例１または実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
次に、効果を説明する。
実施例３の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果、あるいは、実施例２の効果に加えて、下記の効果を得ることができる。
【００６３】
(11) 前記位相補償器は、（Ｋ−τnum・S）／（１＋τden・S）の式を分解して、
Ｋ／（１＋τden・S）＋（−τnum・S）／（１＋τden・S）とし、Ｋ／（１＋τden・S）による１次遅れ補償ブロック１６’と、（−τnum・S）／（１＋τden・S）による近似微分補償ブロック１６"と、の二つのブロックに分けて補償制御を行うため、実施例１，２の場合に比べ、より簡単な制御特性となり、コントローラ１３への実装をさらに容易とすることができる。
【実施例４】
【００６４】
実施例４は、操舵状態（切り/戻し/スラローム）を判断する操舵状態判断部を設け、操舵状態に応じて位相補償器の制御量を変更するようにした例である。
【００６５】
すなわち、図１９に示す実施例４の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき制御系を説明すると、実施例４では、操舵トルクと操舵速度を入力し、操舵状態（切り/戻し/スラローム）を判断する操舵状態判断部１７（ハンドル切り/戻し判断手段）と、操舵が切り過程に対応した特性を持つ切り時位相補償器１６ａと、戻し過程（スラローム含む）に対応した特性を持つ戻し時位相補償器１６ｂと、前記操舵状態判断部１７の出力に応じて、切り時位相補償器１６ａと戻し時位相補償器１６ｂとを切り替えるスイッチ部１８と、を有する。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
次に、作用を説明する。
［操舵状態判断動作について］
操舵状態判断部１７の動作を図２０で説明する。
図２０(a)にレーンチェンジを行った場合の操舵パターンを示す。戻しまたはスラロームの判断は、操舵トルクの極性と操舵速度の極性が異なる場合に戻しFLGが１になり、操舵速度が０を含めた所定値となった場合に戻しFLGが０になることで実現される。
操舵状態判断制御ブロックを図２０(b)に示す。操舵トルク(handle trq)と操舵速度(handle speed)の極性を判断し、正の場合は１を負の場合は−１をそれぞれ算出する（STEP101とSTEP102）。両者の積算を行い（STEP103）、積算値が負の場合は極性が異なるので１を出力し、積算値が正の場合は極性が同じとして０を出力する（STEP104）。積算値が０から１へ変わった瞬間に戻しFLGは０から１への変化する。一方、操舵速度が０を含めた所定値になった時を判定し（STEP105）、その瞬間に戻しFLGは１から０へと変化する。以上により操舵状態判定部１７は、切り過程であるか戻しまたはスラローム過程であるか判断する。
【００６７】
［操舵状態に応じた位相補償特性について］
操舵状態に応じた位相補償特性を、図２１にて説明する。一例として、コントローラ１３の位相補償を、Ｋ／（１＋τden・S）＋（−τnum・S）／（１＋τden・S）と二つのブロックに分けた場合の説明を行う。
STEP111では、操舵トルクをＫ／（１＋τden・S）の所定のゲインを掛けた１次遅れで処理を行う。STEP112では、操舵トルクを（−τnum・S）／（１＋τden・S）なる所定のゲインと時定数による近似微分処理を行う。STEP113では、切り過程の場合は、STEP112の出力を第一の制限値に制限する。STEP114では、戻し過程の場合は、STEP112の出力を第二の制限値に制限する。STEP115では、図２０で説明した操舵状態判断部１７において操舵状態（切り/戻し/スラローム）を判断する。STEP116では、操舵状態判断部１７の出力に応じて、切り過程と判断した場合はSTEP113の出力を、戻し過程と判断した場合はSTEP114を切り替えて出力する。STEP117では、STEP111とSTEP116の出力の和をとりトルク位相補償値とする。ここで、前記第一の制限値と前記第二の制限値の大小関係は、第一の制限値>第二の制限値である。
【００６８】
［トルク位相補償作用について］
続いてトルク位相補償作用について、図２２〜図２４を用いて説明する。
一般的に操舵特性は、図２２に示すように、中立のしっかり感が出易く、かつ、微小な車両挙動変化を操舵反力変化としてドライバへ伝達でき、大きな操舵量では操舵トルクの増加を抑制しハンドルが軽く操作できるように、操舵トルクの勾配は大きな操舵量範囲にくらべ微小な操舵量範囲が大きくなっている。
図２３に示す操舵角特性にてレーンチェンジを行うと、上述した操舵特性になっているため、図２３の操舵トルク特性のＡ部に示すように、操舵トルクの変化は、スラローム過程における操舵角が０付近または操舵トルクが０付近で大きくなる。しかし、レーンチェンジにおけるスラローム過程では、ドライバは反力から車両挙動を感じながら操舵はしておらず、むしろ、フィードフォワード的に操舵しているため、操舵角に対する操舵トルクの変化は少ない方が操舵フィーリングは良い。ちなみに、中立の操舵トルク変化が大きくなると、スラローム操舵の途中で引っ掛かり感となり、スムースな操作を妨げる。
そこで、図２３の制御量特性に示すように、切り過程と戻し過程（スラローム含む）との最大値を制限し、切り過程にくらべ戻し過程（スラローム含む）の制限値を小さくすることにより、図２４に示すように、スラローム過程における操舵角が０付近または操舵トルクが０付近での操舵トルク変化を少なくし、操舵フィーリングは良くすることが可能となる。なお、他の作用は実施例３と同様であるので説明を省略する。
【００６９】
次に、効果を説明する。
実施例４の車両用操舵制御装置にあっては、実施例３の効果に加えて、下記の効果を得ることができる。
【００７０】
(12) ハンドルの切り操作とハンドル戻し操作を判断する操舵状態判断部１７を設け、前記位相補償器１６は、ハンドルの切り過程では制御量を第一の制限値に制限し、ハンドルの戻し過程では制御量を第一の制限値より小さい第二の制限値に制限するため、ドライバが積極的に操作する切り過程では有効にダンピングを働かせ、かつ、スムースなハンドル戻しを実現することができる。
【実施例５】
【００７１】
実施例５は、操舵状態（切り/戻し/スラローム）を判断する操舵状態判断部を設け、操舵状態に応じて位相補償器のゲインを変更するようにした例である。なお、構成的には、図１９に示す実施例４の車両用操舵制御装置の制御ブロック図と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７２】
次に、作用を説明すると、操舵状態判断動作については、図２０に示す実施例４と同様である。
【００７３】
［操舵状態に応じた位相補償特性について］
操舵状態に応じた位相補償特性を、図２５にて説明する。一例として、コントローラ１３の位相補償を、Ｋ／（１＋τden・S）＋（−τnum・S）／（１＋τden・S）と二つのブロックに分けた場合の説明を行う。
【００７４】
STEP121では、操舵トルクをＫ／（１＋τden・S）の所定のゲインを掛けた１次遅れで処理を行う。STEP122では、操舵トルクを（−τnum・S）／（１＋τden・S）なる所定のゲインと時定数による近似微分処理を行う。STEP123では、切り過程の場合は、STEP122の出力に第一のゲインを積算する。STEP124では、戻し過程の場合は、STEP122の出力を第二のゲインを積算する。STEP125では、図２０で説明した操舵状態判断部１７において操舵状態（切り/戻し/スラローム）を判断する。STEP126では、操舵状態判断部１７の出力に応じて、切り過程と判断した場合はSTEP123の出力を、戻し過程と判断した場合はSTEP124を切り替えて出力する。STEP127では、STEP121とSTEP126の出力の和をとりトルク位相補償値とする。ここで、前記第一のゲインと前記第二のゲインの大小関係は、第一のゲイン>第二のゲインである。
【００７５】
［トルク位相補償作用について］
続いてトルク位相補償作用について、図２６〜図２８を用いて説明する。
一般的に操舵特性は、図２６に示すように、中立のしっかり感が出易く、かつ、微小な車両挙動変化を操舵反力変化としてドライバへ伝達でき、大きな操舵量では操舵トルクの増加を抑制しハンドルが軽く操作できるように、操舵トルクの勾配は大きな操舵量範囲にくらべ微小な操舵量範囲が大きくなっている。
図２７の操舵角特性に示す操舵角にてレーンチェンジを行うと、上述した操舵特性になっているため、図２７の操舵トルク特性に示すように、操舵トルクの変化は、スラローム過程における操舵角が０付近または操舵トルクが０付近で大きくなる。しかし、レーンチェンジにおけるスラローム過程では、ドライバは反力から車両挙動を感じながら操舵はしておらず、むしろ、フィードフォワード的に操舵しているため、操舵角に対する操舵トルクの変化は少ない方が操舵フィーリングは良い。ちなみに、中立の操舵トルク変化が大きくなると、スラローム操舵の途中で引っ掛かり感となり、スムースな操作を妨げる。
そこで、図２３の制御量特性に示すように、切り過程と戻し過程（スラローム含む）との制御量のゲインを異なる値として、切り過程にくらべ戻し過程（スラローム含む）のゲインを小さくすることにより、スラローム過程における操舵角が０付近または操舵トルクが０付近での操舵トルク変化を少なくし、操舵フィーリングは良くすることが可能となる。
【００７６】
次に、効果を説明する。
実施例５の車両用操舵制御装置にあっては、実施例３の効果に加えて、下記の効果を得ることができる。
【００７７】
(13) ハンドルの切り操作とハンドル戻し操作を判断する操舵状態判断部１７を設け、前記位相補償器１６は、ハンドルの切り過程では制御出力に第一のゲインを積算し、ハンドルの戻し過程では制御出力に第一のゲインより小さい第二のゲインを積算するため、ドライバが積極的に操作する切り過程では有効にダンピングを働かせ、かつ、スムースなハンドル戻しを実現することができる。
【実施例６】
【００７８】
実施例６は、保舵状態を判断する保舵状態判断部を設け、保舵状態と操舵状態に応じて位相補償器の特性を変更する例である。
【００７９】
すなわち、図２９に示す実施例６の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき制御系を説明すると、実施例６では、操舵トルクと操舵速度を入力し、保舵状態を判断する保舵状態判断部２０（保舵判断手段）と、操舵に対応した特性を持つ操舵時位相補償器１６ｃと、保舵に対応した特性を持つ保舵時位相補償器１６ｄと、保舵状態判断部２０の出力に応じて、操舵過程の操舵時位相補償器１６ｃと保舵過程の保舵時位相補償器１６ｄとを切り替えるスイッチ部２１と、を有する。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００８０】
次に、作用を説明する。
［保舵状態判断動作について］
保舵状態判断部２０の動作を図３０で説明する。図３０(a)にレーンチェンジを行った場合の操舵パターンを示す。保舵判断は、操舵トルクが所定値以上入力さているときに、操舵速度が所定値以下の場合に保舵と判断している。
保舵・操舵状態判断制御ブロックを図３０(b)に示す。STEP131では、操舵トルクの絶対値算出し、STEP132では、操舵トルクの絶対値が所定のＡ以上の場合は１を出力し、それ以外は０を出力し、STEP133では、操舵速度の絶対値算出し、STEP134では、操舵速度の絶対値が所定のＢ以下の場合は１を出力し、それ以外は０を出力する。STEP135では、STEP132とSTEP133の論理積を取り、共に１の場合は１を出力、それ以外は０を出力する。STEP136では、STEP135の出力が０から１に変わった場合のみ戻し開始と判断する。STEP137では、操舵速度の絶対値が所定のＣ以上の場合は１を出力、それ以外は０を出力する。STEP136では、STEP137の出力が０から１に変わった場合のみ戻し終了と判断する。
【００８１】
［保舵・操舵状態に応じた位相補償特性について］
保舵・操舵状態に応じた位相補償特性を、図３１にて説明する。一例として、コントローラ１３の位相補償を、Ｋ／（１＋τden・S）＋（−τnum・S）／（１＋τden・S）と二つのブロックに分けた場合の説明を行う。
STEP141では、操舵トルクをＫ／（１＋τden・S）の所定のゲインを掛けた１次遅れで処理する。STEP142では、操舵トルクを（−τnum・S）／（１＋τden・S）なる所定のゲインと時定数による近似微分処理を行う。STEP143では、操舵時の場合は、STEP142の出力に第一のゲインを積算する。STEP144では、保舵時の場合は、STEP142の出力に第二のゲインを積算する。STEP145では、図３０(b)で説明した操舵状態判断部２０にて操舵トルクが所定値以上入力さているときに、操舵速度が所定値以下の場合に保舵と判断する。STEP146では、操舵状態判断部２０の出力に応じて、操舵時と判断した場合はSTEP143の出力を、保舵時と判断した場合はSTEP144の出力を切り替える。STEP147では、STEP141とSTEP146の出力の和をとりトルク位相補償値とする。ここで、第一のゲインと第二のゲインの大小関係は、第一のゲイン<第二のゲインである。
【００８２】
［トルク位相補償作用について］
続いてトルク位相補償作用について図３２および図３３を用いて説明する。
図３２に示す操舵角特性により操舵角にてレーンチェンジを行うと、本発明による制御を行わないと図３２に示す操舵トルク特性が必要となる。
一般に、操舵から保舵になる場合に操舵力と保舵力には差があり、保舵力が操舵力より軽い方が扱い易くなる。本制御を用いると図３２の制御量特性に示すように、保舵になった場合に位相補償量を増加させているので、図３３に示すように、操舵トルクのリサージュ波形において、操舵トルクと保舵トルクの差が大きくなる。
【００８３】
次に、効果を説明する。
実施例６の車両用操舵制御装置にあっては、実施例３の効果に加えて、下記の効果を得ることができる。
【００８４】
(14) ハンドルの保舵を判断する保舵状態判断部２０を設け、前記位相補償器１６は、保舵直後は制御のゲインを大きくするため、操舵時のダンピングだけでなく、保舵後の操舵時の操舵トルク変化を大きくし、扱い易い操舵特性を実現することができる。
【実施例７】
【００８５】
実施例７は、操舵入力や車両挙動等から保舵か操舵かを判断する保舵判断部を設け、保舵時の位相補償量を操舵時の位相補償量よりも減少させる例である。
【００８６】
すなわち、図３４に示す実施例７の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき制御系を説明すると、実施例７では、操舵トルクとモータ速度を入力し、保舵状態を判断する保舵判断部（保舵判断手段）２２を有する。また、モータ速度は、位相補償器１６にも入力される。なお、他の構成は図２に示した実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
次に、作用を説明する。
［操舵状態に応じた位相補償量変更動作について］
保舵判断部２２と保舵判断部出力に応じた位相補償器１６の動作を、図３５を用いて説明する。
【００８８】
STEP101では、操舵トルクに不感帯を設ける。不感帯の値は、トルクセンサ４の不感帯相当ではなく、この値以上ならドライバの意思による操舵であると判断できる操舵トルク値である。STEP102では、不感帯を通した操舵トルクの極性の判断を行い、正（例えば右操舵）の場合は１、負（例えば左操舵）の場合は０を出力する。STEP103では、モータ速度の極性判断を行い、正（例えば右回転）の場合は１、負（例えば左回転）の場合は０を出力する。STEP104では、両者の出力を積算する。
【００８９】
STEP105では、両者の極性が異なる場合は１を出力、その他の場合を出力する。すなわち、操舵が切り過程か（例えば、トルクが正でモータ回転方向も正）、戻し過程か（例えば、トルクは正だがモータ回転方向は負）の判断をしている。STEP106では、モータ速度の絶対値が所定のω1以下の場合は１を出力、ω1より大きい場合は０を出力する。ω1はモータ回転、すなわち、ドライバによる操舵が行われハンドルが回転している状態を検知できる値である。
【００９０】
STEP107では、STEP105の出力が０から１へ切り替わった瞬間にビットを１にする。その他の状態では出力は０である。STEP108では、STEP106の出力が０から１へ切り替わった瞬間にビットを1にする。その他の状態では出力は０である。
【００９１】
STEP109では、STEP107とSTEP108のビット出力が共に１になった場合に１を出力、それ以外の場合は０を出力する。すなわち、ハンドルが戻し過程からそれ以外の状態になり、ハンドルの操作量が止まった瞬間の検知をしている。STEP110では、STEP109のビットが１になった瞬間に保舵制御FLGが１になる。また、後述するSTEP117のビットが１になった瞬間に保舵制御FLGは０となる。
【００９２】
STEP111では、モータ速度の絶対値が所定のω1より大きくなる、すなわち、操舵が開始された時に１を出力し、それ以外は０を出力する。STEP112は、STEP110の保舵制御FLGが１になった瞬間に０にリセットされるタイマーである。すなわち、保舵制御FLGの開始からの経過時間を出力する。
【００９３】
STEP113では、STEP110の保舵制御FLGが１になった瞬間の操舵トルクをT2として記憶する。STEP114では、T2に応じて変化する制御最大継続時間t1を算出する。保舵制御FLGが１になる瞬間は、例えば、レーンチェンジが終了して、真っ直ぐ走行するために保舵を開始した瞬間である。保舵中の車両挙動変動はその瞬間に発生している車両挙動に比例する（起振力となる）。また、保舵中に車両挙動変動が発生しつづける、減衰時間とも比例する。操舵トルクは式(3)で示したように、車両挙動から決まるものであるので、保舵を開始した瞬間の操舵トルクに応じて、保舵中に車両挙動変動と減衰時間は決まる。
【００９４】
STEP115では、STEP114で出力される減衰時間、すなわち、制御継続最大時間と、112のタイマー出力を比較し、制御時間が制御継続最大時間になったら１になり、それ以外は０を出力する。STEP116では、その出力が１から０へ変わった瞬間、すなわち、制御時間が制御継続最大時間に達したら１を出力し、それ以外は０を出力する。
【００９５】
STEP117では、STEP111かSTEP116のどちらかまたは両方が１になったら１を出力し、それ以外は０を出力する。すなわち、操舵が行われたか、制御継続最大時間が経過したら１を出力する。STEP110では、前述した開始ビットを117の終了ビットで保舵制御FLGは生成され、保舵制御FLGが1の場合は、補正制御を行う。
【００９６】
STEP118では、上述した位相補償器１６で、保舵か操舵かに関係なく操舵トルクの位相補償を行う。STEP119では、STEP118の位相補償した操舵トルクと位相補償しないそのままの操舵トルクが入力されており、保舵制御FLGの出力に応じて、操舵時には位相補償した操舵トルクが出力され、保舵時には位相補償しない操舵トルクが出力されるSWである。STEP120では、補正した操舵トルクの最大値を制限して、大きな横風、大きな路面カントとか、タイヤからの大きな入力はドライバに操舵トルク変化として伝達する。また、制御量を作成する各種センサが失陥した場合でも、制御量に上限を設けることで、失陥に起因する操舵トルク変化を抑制できる。
【００９７】
よって、実施例７の車両用操舵制御装置にあっては、レーンチェンジ直後にハンドルを中立付近にて保持した場合に、発生する操舵トルク変化の原因であるタイヤからの入力、すなわち、車両挙動を素直に伝達し、自然な路面フィーリングも伝えることができる。
【００９８】
［保舵時の操舵トルク変動抑制作用］
図３６を用いて実施例７の保舵時操舵トルク変動抑制作用を説明する。図３６はレーンチェンジした場合の、操舵角と操舵トルクと車両挙動としてのヨーレートとの時系列推移を示している。レーンチェンジのためのハンドル操作は、図３６(a)に示すように、１秒から操作が開始され３秒で終了する。３秒後は直進しているので、ハンドル角が０で維持される。その時のヨーレートは図３６(b)に示すように、ハンドル角入力に対し遅れて発生する。そして、３秒以降のハンドル角が０で維持されているときに、車両特性により決まるヨーレートが継続して発生している。図３６(c)には操舵トルクを示している。細線が従来例の操舵トルクであり、太線が実施例７の操舵トルクとなる。ハンドル操作中（１〜３秒）の従来例と実施例７との差がすでに説明したダンピングを改善する効果となる。そして、３秒後以降の保舵時において、実施例７のように制御することで、ハンドル角が０で維持されているときの操舵トルク変動を低下させることができる（図３６(d)）。
【００９９】
次に、効果を説明する。
実施例７の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０１００】
(15) ハンドルの保舵を判断する保舵判断部２２を設け、位相補償器１６は、保舵時の位相補償量を操舵時の位相補償量よりも減少させるため、例えば、レーンチェンジ直後にハンドルを中立位置にて保持した場合に、車両特性に起因した操舵トルク変動を抑制でき、車両のふらつきが少ない操舵フィーリングを実現できる。
【０１０１】
(16) 位相補償器１６は、保舵時の位相補償量をゼロとするため、保舵時の操舵トルク変動を最小限に抑えることができる。
【実施例８】
【０１０２】
実施例８は、操舵から保舵へと操舵状態が変化したとき、時間の経過と共に位相補償量を減少させる例である。なお、構成的には、図３４に示した実施例７の車両用操舵制御装置の制御ブロック図と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０１０３】
作用を説明する。
［操舵状態に応じた位相補償量変更動作について］
実施例８の保舵判断部２２と保舵判断部出力に応じた位相補償器１６の動作を、図３７を用いて説明する。なお、図３５に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０１０４】
STEP201は、STEP112のタイマー出力を入力として、保舵が開始かれてからの継続時間tが進むにつれて減少するゲインG1を出力するマップである。G1の最大値はtが０近傍で１とすることで、操舵時と保舵時の制御量を一致させて制御の切り替わりによる不連続さを抑制することができる。G1をtの経過につれて減少させることで、操舵から保舵へ変わったときに徐々に制御量を変更して、さらに制御の切り替わりによる不連続さを抑制することができる。G1の最小値は０であり、G1が最小値となるtはマップ214の出力するt1より短い時間とすることで、レーンチェンジ直後にハンドルを中立付近にて保持した場合に、発生する操舵トルク変化の原因であるタイヤからの入力、すなわち、車両挙動を素直に伝達し、自然な路面フィーリングも伝えることができる。
【０１０５】
STEP202では、STEP118とSTEP201の積をとり、保舵時の補正位相補償した操舵トルクを出力する。STEP203では、STEP118の位相補償した操舵トルクと後述する補正を行った補正位相補償操舵トルクが入力されており、210が出力する保舵制御FLGが0の場合、すなわち、操舵の場合は位相補償した操舵トルクを出力し、210が出力する保舵制御FLGが1の場合、すなわち、保舵の場合は補正位相補償した操舵トルクを出力する。
【０１０６】
よって、実施例８の車両用操舵制御装置にあっては、操舵から保舵に変わった場合に制御量の急変を防ぐことができ、より自然な操舵フィーリングを実現できる。
【０１０７】
［保舵時の操舵トルク変動抑制作用］
図３８を用いて実施例８の保舵時操舵トルク変動抑制作用を説明する。図３８はレーンチェンジした場合の、操舵角と操舵トルクと車両挙動としてのヨーレートとの時系列推移を示している。レーンチェンジのためのハンドル操作は、図３８(a)に示すように、１秒から操作が開始され３秒で終了する。３秒後は直進しているので、ハンドル角が０で維持される。その時のヨーレートは図３８(b)に示すように、ハンドル角入力に対し遅れて発生する。そして、３秒以降のハンドル角が０で維持されているときに、車両特性により決まるヨーレートが継続して発生している。図３８(c)には操舵トルクを示している。細線が従来例の操舵トルクであり、太線が実施例８の操舵トルクとなる。ハンドル操作中（１〜３秒）の従来例と実施例８との差がすでに説明したダンピングを改善する効果となる。そして、３秒後以降において、実施例８のように制御することで、ハンドル角が０で維持されているときの操舵トルク変動が低下することが判る（図３８(d)）。さらに、実施例８では、実施例７と比較して、３秒直後の操舵トルク変動がより低下し滑らかに変化している。その結果、より滑らかな操作フィーリングを実現できる。
【０１０８】
次に、効果を説明する。
実施例８の車両用操舵制御装置にあっては、実施例７の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０１０９】
(17) 位相補償器１６は、操舵から保舵へと操舵状態が変化したとき、状態変化した瞬間から時間が経過するほど、位相補償量を減少させるため、制御の切り替わりによる不連続さを抑制することができ、ドライバへ与える違和感を低減できる。
【０１１０】
(18) 位相補償器１６は、位相補償量をゼロに収束させるため、保舵時の操舵トルク変動を最小限に抑えることができる。
【実施例９】
【０１１１】
実施例９は、ハンドルの手放しを判断する手放し判断部を設け、手放し時の位相補償量を非手放し時の位相補償量よりも増加させる例である。
【０１１２】
すなわち、図３９に示す実施例９の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき制御系を説明すると、実施例９では、操舵トルクとモータ速度を入力とし、手放し状態を判断する手放し判断部（手放し判断手段）２３を有する。なお、他の構成は実施例７と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１１３】
次に、作用を説明する。
［手放し判定方法について］
手放し判定の考え方をまず説明する。操舵トルクとモータ角速度を計測して、両者の２階微分が以下所定の関係を満たすならば手放しと判定することにより、正確な手放し判断することができる。
【０１１４】
操舵系のモデルとして、ハンドル慣性（Jh）と、モータと減速機とラック等のトルクセンサより路面側にある系の慣性（Jm）と、両者を結合するトルクセンサの剛性(ks)で考える。ドライバから操作量である操舵トルク(Th)と操舵角（θh）、モータの角度をハンドル軸換算したモータ角度（θm）、トルクセンサの検出する操舵トルク（Ts）とする。
α > Jh・(dot(dot(Ts))/ks ＋ ks・dot(dot(θm))) ＋ Ts  …(９）
ここで、αは所定値である。
上記操舵系のモデルでは、ハンドル周りの運動方程式は、
Th ＝ Jh・dot(dot(θh)) ＋ ks・(θh − θm)）  …(10)
となる。
【０１１５】
式(10)において、手放しだとするとThが０となるので、理想状態でのハンドル周りの運動方程式は
０ ＝ Jh・dot(dot(θh)) ＋ ks・(θh − θm)  …(11)
となる。
式(11)において、ks・(θh − θm)はトルクセンサの検出トルク値(Ts)に相当するので、式(11)にて手放しと判断するにはdot(dot(θh))を算出すればよい。
Ts ＝ ks・(θh − θm)  …(12)
トルクセンサの検出トルク値の式(１２)より、両辺を２階微分すると、
dot(dot(Ts)) ＝ ks・(dot(dot(θh)) − dot(dot(θm)))  …(13)
となる。
式(13)を変形すると、
dot(dot(θh)) ＝ dot(dot(Ts))/ks ＋ ks・dot(dot(θm))  …(14)
となり、式(14)を式(11)へ代入すると、式(9)が得られることになる。
【０１１６】
以上のように、電動パワーステアリングにおいて、操舵トルクセンサの検出値とモータの角加速度を使用して、正確な手放し判断が可能となる。ここで、モータの角加速度はモータの角度を直接計測して２階微分してもよいし、モータの速度を直接計測して１階微分してもよいし、モータの逆起電力を利用してモータの端子間電圧とモータ電流とを計測してモータ角速度を推定し、推定したモータ角速度を１階微分してもよい。
［手放し状態に応じた位相補償量変更動作について］
【０１１７】
手放し判断部２３と手放し判断部出力に応じた位相補償器１６の動作について、図４０を用いて説明する。
【０１１８】
STEP101、STEP102では、手放し判定部２３に入力されたトルクセンサ信号は２階微分される。STEP103では、トルクセンサ剛性の逆数とトルクの２階微分値とを積算する。STEP104では、モータ角速度を１階微分する。STEP105では、モータ角速度の１階微分値に減速機ギア比を積算して、ハンドル軸に換算したモータ角加速度算出する。STEP106では、モータ角加速度にトルクセンサ剛性を積算する。STEP107では、STEP104とSTEP106の出力を加算する。STEP108では、STEP107出力にハンドル慣性を積算する。STEP109では、STEP108出力にトルクセンサ信号を加算し、式(9)の右辺が算出される。STEP110では、式(9)の右辺、すなわち、推定されたドライバトルクの絶対値を取る。
【０１１９】
STEP111は、これ以下のドライバトルクを手放しと判断する所定のαである。STEP112では、推定されたドライバトルクと手放し判断の所定値との比較を行い、推定されたドライバトルクが所定値より大きい場合は手放しFLGとして０を出力し、それ以外の場合は手放しFLGは１が出力される。推定されたドライバトルクが０であれば、理論上完全な手放しとなるが、例えば、ドライバが所定操舵角を入力後、ハンドルに手を添える程度で自然にハンドルを戻すような操舵パターンにおいては、操舵トルクはわずかに発生していることになる。その場合にも、本制御による安定性向上を実現するために、式(9)の左辺である判断値は０ではなく所定のαとすることが望ましい。また、各種センサ信号にノイズが含まれることによる誤動作を防ぐことも可能になる。
【０１２０】
STEP113は、上述し位相補償器で、手放しか非手放しかに関係なく操舵トルクの位相補償を行っている。STEP114は、位相補償１６器の非手放し時のゲインである。ゲインはここでは図示していないが、車速や操舵トルク、転舵速等に応じて変更してもよい。STEP115は、手放しFLGの出力に応じて、非手放し時にはSTEP113とSTEP114にて決まる位相補償した操舵トルクが出力され、手放し時には後述する位相補償をした操舵トルクが出力されるSWである。STEP116は、モータ角速度を入力としたゲインG2のマップである。モータ角速度が大きくなるにつれてゲインは大きくなる。本ゲインG2は手放し時のゲインを決めるものの一つであり、モータ角速度が大きい場合には位相補償の制御量が増加することになる。
【０１２１】
STEP117は、車速を入力としたゲインG3のマップである。低車速域ではゲインG3は０であり、車速が上がるにつれてG3は大きくなる。低車速域では車両の安定性はもともと高く、収束性を向上させる必要性はほとんどない。また、車速が高くなるにつれて、車両の収束性は悪くなっていくので、高速になるにつれて本制御量を増加させることで、収束性を上げることが可能となる。
【０１２２】
STEP118では、位相補償した操舵トルクにモータ角速度に応じたゲインG2と車速に応じたゲインG3との積をとることで、手放し時の位相補償としている。STEP119では、補正した操舵トルクの最大値を制限して、大きな横風、大きな路面カントとか、タイヤからの大きな入力はドライバに操舵トルク変化として伝達する。また、制御量を作成する各種センサが失陥した場合でも、制御量に上限を設けることで、失陥に起因する操舵トルク変化を抑制できる。
【０１２３】
［手放し時の収斂性について］
電動パワーステアリングは、モータの慣性やモータおよび減速機の摩擦により、図４１に示すように、走行時に所定の操舵角を入力した後、ハンドルから手を放して車両が安定するまでの時間が長くかかったり、左右へのオーバーシュートを何回も繰り返したりする（手放し安定性、もしくは収斂性が悪い）。この問題に対し、特開平８−３３２９６４号公報に記載の技術では、ハンドル戻し過程で操舵速度が高い場合は手放しと判断し、操舵速度に比例したダンピングを行っている。
【０１２４】
ところが、上記従来技術では、ドライバが速く操舵した場合にも手放しと判定され、ダンピングが加算されてしまうため、不要に操舵トルクが増大してハンドルが重くなってしまい、自然な操舵フィーリングを実現できないという問題があった。
【０１２５】
［手放し時の収斂性向上作用］
これに対し、実施例９の車両用操舵制御装置では、手放し時には制御量を転舵速や車速といった車両挙動に影響を与える条件で変更することで、手放し収束性を向上させることが可能となる。
【０１２６】
図４２に示す実験データを用いて実施例９の手放し時収斂性向上作用を説明する。図４２は所定の操舵角を入力したのちにハンドルから手を離した場合の、(a)操舵角、(b)操舵トルク、(c)車両挙動の時系列推移を示している。細線は実施例９の制御を実施しない従来例における電動パワーステアリング制御の場合の手放しであり、太線が実施例９のものである。
【０１２７】
図４２に示すように、実施例９の制御がより手放し後の収斂性が高いことがわかる。また、手放し時には位相補償量を増加させることで、当然収束が早くなることはいうまでもない。さらに、手放し時にモータ角速度が速いということは、車両挙動も大きいことを意味するので、モータ角速度が大きい程、本制御量を増加させてより早い車両の収束を実現できる。
【０１２８】
次に、効果を説明する。
実施例９の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０１２９】
(19) ハンドルの手放しを判断する手放し判断部２３を設け、位相補償器１６は、手放し時の位相補償量を非手放し時の位相補償量よりも増加させるため、手放し時の収斂性を向上させることができ、高速走行時の安定感を実現できる。
【０１３０】
(20) 位相補償器１６は、アクチュエータの駆動速度または車両挙動の一方が増加するほど、手放し時の位相補償量を増加させるため、より早い車両の収束を実現できる。
【０１３１】
(21) 位相補償器１６は、車速が高くなるほど手放し時の位相補償量を増加させるため、高速走行時におけるより早い車両の収束を実現できる。
【実施例１０】
【０１３２】
実施例１０は、手放し時の推定ドライバトルクが大きくなるほど位相補償量を減少させる例である。なお、構成的には、図３９に示した実施例９の車両用操舵制御装置の制御ブロック図と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０１３３】
作用を説明する。
［手放し状態に応じた位相補償量変更動作について］
実施例１０の手放し判断部２３と手放し判断部出力に応じた位相補償器１６の動作について、図４３を用いて説明する。なお、図４０に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０１３４】
STEP201では、STEP110（推定操舵トルク算出手段）の出力である推定ドライバトルク（推定操舵トルク）と手放し判断の所定値との比較を行い、推定ドライバトルクが所定値より大きい場合は手放しFLGとして０を出力し、それ以外の場合は手放しFLGは１が出力される。推定されたドライバトルクが０であれば、理論上完全な手放しとなるが、例えば、ドライバが所定操舵角を入力後、ハンドルに手を添える程度で自然にハンドルを戻すような操舵パターンにおいては、操舵トルクはわずかに発生していることになる。その場合にも、本制御による安定性向上を実現するために、式(9)の左辺である判断値は０ではなく所定のαとすることが望ましい。また、各種センサ信号にノイズが含まれることによる誤動作を防ぐことも可能になる。
【０１３５】
STEP202は、推定ドライバトルクを入力としたゲインG4のマップである。推定ドライバトルクのマップは、推定値がセンサの誤差等に起因する推定精度できまる所定のγより小さい範囲では、略一定の値である。これにより、完全に手放しの場合、すなわち、推定値が０である場合は、手放し時制御量を最大にして車両およびハンドルの収束性を向上させることができる。推定ドライバトルクが所定のγより大きくなるにつれ、ゲインは低下しドライバの意思により操舵する場合に発生するトルクβ付近において、ゲインは非手放し時のゲインG１と同じになる。
【０１３６】
すなわち、推定ドライバトルクが大きくなるにつれ、ゲインを低下させることで、手放し制御手段の制御量を減らし、ハンドル戻り速度が、手放し時と軽く手を添えているときとで、ほぼ同じにすることが可能となる。そして、手を添えているかどうかにかかわらず、ほぼ一定のハンドル戻しとすることで、ドライバの違和感を抑制できる。推定ドライバトルクが大きい場合は、ドライバによる操舵が行われているのでゲインを非手放し時のゲインと同じとすることで、制御の切り替わりによる不連続な操舵フィーリングを抑制することができる。
【０１３７】
STEP203では、位相補償した操舵トルクに推定ドライバトルクに応じたゲインG4を積算して、手放し時の位相補償としている。
よって、実施例１０の車両用操舵制御装置にあっては、手放しから操舵に変わった場合に制御量の急変を防ぐことができ、より自然な操舵フィーリングを実現できる。
【０１３８】
次に、効果を説明する。
実施例１０の車両用操舵制御装置にあっては、実施例９の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０１３９】
(22) 手放し時の推定ドライバトルクを算出する推定操舵トルク算出手段（STEP110）を設け、位相補償器１６は、手放し時の推定ドライバトルクが大きくなるほど手放し時の位相補償量を減少させるため、手放し時とハンドルに軽く手を添えているときとで、ハンドル戻り速度をほぼ同じとすることができ、ドライバへ与える違和感を抑制できる。
【０１４０】
(23) 位相補償器１６は、手放し時の推定操舵トルクが大きくなるほど手放し時の位相補償量を非手放し時の位相補償量へ収束させるため、手放しから操舵に変わった場合に制御量の急変を防ぐことができ、より自然な操舵フィーリングを実現できる。
【実施例１１】
【０１４１】
実施例１１は、操舵入力、車両挙動等から路面μを推定する路面μ検出部を設け、推定路面μが低いほど、位相遅れ量を増加させる例である。
【０１４２】
すなわち、図４４に示す実施例１１の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき制御系を説明すると、実施例１１では、操舵トルク、モータ速度、モータ電流および車両挙動を入力とし、路面μを推定する路面μ検出部（路面μ推定手段）２４を有する。なお、他の構成は実施例７と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１４３】
次に、作用を説明する。
［路面μに応じた位相遅れ量増加動作について］
路面μ推定部２４と路面μ推定部出力に応じた位相補償器１６の動作を、図４５を用いて説明する。
【０１４４】
STEP101では、モータ電流にトルク定数kmを掛けてモータの出力しているモータトルクを算出する。図４５では割愛しているが、モータトルクをハンドル軸へ伝達する際に減速機を用いるならば、そのモータトルクにその減速比を積算してハンドル軸換算のモータトルクを算出する。STEP102では、モータ角速度に操舵系の粘性Cを積算して、操舵系の粘性抵抗トルクを算出する。STEP103では、モータ角速度を微分してモータ角加速度を算出する。STEP104では、モータ角加速度に操舵系の慣性を積算して、操舵系の慣性トルクを算出する。
【０１４５】
STEP105では、検出した操舵トルクとモータトルクと粘性抵抗トルクと慣性トルクとから路面からの入力トルク（以下路面トルク）を算出する。操舵系の特性を決める支配的な操舵系粘性と操舵系慣性とで表現する簡単なモデルで説明する。前記操舵モデルでは、トルクの釣り合いは下式で表現できる。
Th＋Tm＝Tsat＋Iθ"＋Cθ'  …(15)
ここで、Thはドライバによる操舵トルク、Tmはモータトルク、Tsatは路面トルク、Iは操舵系慣性、Cは操舵系粘性、θは操舵角である。
操舵系をより高次なモデルで表現してもよいし、モータ角速度ではなく実際に操舵角や操舵速度を計測して実路面トルクの算出に用いてもよい。
【０１４６】
STEP106では、操舵角から式(1)，(2)を用いて、路面μが１の場合の基準車両挙動γ、βを算出する。STEP107では、基準車両挙動γ、βと操舵角と車速を入力として、その他は定数として計算することで基準路面トルクを算出する。算出式は下記の式(16)となる。
ξ・Cf/N・（θ/N−lf・γ^/V−β^）  …(16)
ここで、^は推定値を表す。
【０１４７】
STEP108では、実路面トルクと基準路面トルクとの比が路面μに相当するので、実路面トルクを基準路面トルクで割り算することで、推定路面μを算出する。以上の説明では、操舵トルクから路面μを推定しているが、路面μの推定方法はいかなる方法を用いても良い。
【０１４８】
STEP109は、推定路面μに応じて位相補償の係数Ｋを変更するマップである。推定路面μが低くなるにつれて、Ｋは小さくなる。位相補償の係数Ｋを変更した場合の、位相補償手段の周波数特性を図４６に示す。図４６に示すように、推定路面μが低いほど、Ｋを小さくすることにより、路面μが低下したと判断されると位相補償手段の位相遅れは大きくなり、路面μ低下による車両挙動変化（共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１４９】
STEP110は、推定路面μに応じて位相補償の係数τnumを変更するマップである。推定路面μが低くなるにつれて、τnumは大きくなる。位相補償の係数τnumを変更した場合の位相補償手段の周波数特性を図４７に示す。図４７に示すように、推定路面μが低いほどτnumを大きくすることにより、路面μが低下したと判断されると位相補償手段の位相遅れは大きくなり、かつ、ゲインも大きくなる。従って、路面μ低下による車両挙動変化（ダンピング悪化、共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１５０】
STEP111は、推定路面μに応じて位相補償の係数τdenを変更するマップである。推定路面μが低くなるにつれて、τdenは大きくなる。位相補償の係数τdenを変更した場合の、位相補償手段の周波数特性を図４８に示す。図４８に示すように、推定路面μが低いほどτdenを大きくすることにより、路面μが低下したと判断されると位相補償手段の位相遅れは大きくなり、路面μ低下による車両挙動変化（共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１５１】
STEP112は、STEP109からSTEP111のマップで決まる定数にて操舵トルクの位相補償を行う、位相補償器である。STEP113では、補正した操舵トルクの最大値を制限して、大きな横風、大きな路面カントとか、タイヤからの大きな入力はドライバに操舵トルク変化として伝達する。また、制御量を作成する各種センサが失陥した場合でも、制御量に上限を設けることで、失陥に起因する操舵トルク変化を抑制できる。
【０１５２】
よって、実施例１１の車両用操舵制御装置では、路面μが変化した場合でも、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを確実に確保すること可能となり、低μ路での走行時にもドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１５３】
［低μ路における操舵トルクに対する車両挙動のダンピング向上作用］
路面μが変化すると車両運動特性は変化するため、変化した車両特性に応じて操舵特性を変更しなければ路面μに応じたドライバにとって扱い易い特性は実現できない。路面μが低下し路面からの反力が減少すると、アシスト量は路面μに応じて変化しないため、ドライバの感じる操舵トルクは減少する。操舵トルクが小さいと同じ慣性量でも慣性感は強く感じてしまうため、従来技術では、低μ路ではより不自然な操舵フィーリングとなってしまう。
【０１５４】
また、路面μが低下すると、路面からの入力が少なくなるため、操舵入力に対する操舵トルク変化が少なくなり、特に中立付近での微小な入力に対して操舵トルクが変化せず中立がはっきりしないという問題がある。
【０１５５】
低μ路においても、高速走行時にドライバは主に操舵トルク入力で運転しており、操舵トルク入力に対する車両挙動の周波数特性におけるダンピングが良い方が、ドライバにとっては扱い易い。そこで、実施例１１では、路面μ変化に伴う車両特性変更に応じて、低μ路でも操舵トルク入力に対する車両挙動の周波数特性におけるダンピングが良くなるように制御特性を変更し、ドライバにとって扱い易くすることを目的としたものである。
【０１５６】
路面μが変化した場合の操舵トルクに対する操舵角の周波数特性を図４９に示す。算出方式は、路面μ変化をCf、Crに含ませて計算し、路面μ＝１の場合と路面μ＝0.2の場合とを比較した。路面μが低下すると、ダンピングが悪くなるとともに、共振周波数が低下することが分かる。そこで、路面μの低下に応じて、ダンピングが良くなり、かつ、変化した共振周波数に応じて制御特性を変更することが望ましい。
【０１５７】
路面μが変化しても操舵トルク入力に対する操舵角の周波数特性が同じ２次系となるように、制御特性を計算すると、コントローラの周波数特性は図５０に示すように変更する必要がある。図５０からわかるように、路面μの低下に応じて制御特性の遅れを大きくすることで、路面μが変化してもドライバにとって扱い易い操舵特性が実現できることになる。
【０１５８】
また、路面μが低下したときに悪化するダンピングに対しては、制御量を増加させることで対応が可能となる。さらに、路面μが低下して操舵トルクが減少している場合でも、路面μの低下に応じて制御量を増加させることで、操舵トルクが小さくてもダンピングのよい特性を実現できる。
【０１５９】
次に、効果を説明する。
実施例１１の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０１６０】
(24) 操舵入力、車両挙動等から路面μを推定する路面μ検出部２４を設け、位相補償器１６は、推定路面μが低いほど、位相遅れ量を増加させるため、路面μが変化した場合でも、操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを確実に確保することが可能となり、低μ路での走行時にもドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１６１】
(25) 位相補償器１６は、１次進み／１次遅れによる位相補償器であり、
（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（≧０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、ａ：定数（>０）、τden：１次遅れ時定数（>０）
による伝達関数で表される特性としたため、簡単な制御特性であることで、コントローラ１３の実装が容易になると共に、発散による制御不安定化を解消することができる。
【０１６２】
(26) 位相補償器１６は、推定路面μが低いほど、ゲインＫを小さくするため、路面μ低下による車両挙動変化（共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１６３】
(27) 位相補償器１６は、推定路面μが低いほど、１次進み時定数τnumを大きくするため、路面μ低下による車両挙動変化（ダンピング悪化、共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１６４】
(28) 位相補償器１６は、推定路面μが低いほど、１次遅れ時定数τdenを大きくするため、路面μ低下による車両挙動変化（共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【実施例１２】
【０１６５】
図５１は、実施例１２の路面μ推定部２４と路面μ推定部出力に応じた位相補償器１６の動作を示す制御ブロック図であり、実施例１２は、図４５に示したSTEP101〜STEP105に代えて、ラック軸力に基づいて実路面トルクを計測するSTEP201を設けた点で、実施例１１と異なる。なお、実施例１２の作用および効果は、実施例１２と同様であるため、説明を省略する。
【実施例１３】
【０１６６】
実施例１３は、車速が高くなるほど位相遅れを大きくする例である。なお、構成的には、図４４に示した実施例１１の車両用操舵制御装置の制御ブロック図と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０１６７】
次に、作用を説明する。
［路面μに応じた位相遅れ量増加動作について］
実施例１３の路面μ推定部２４と路面μ推定部出力に応じた位相補償器１６の動作を、図５２を用いて説明する。なお、図４５に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０１６８】
STEP301は、推定路面μと車速に応じて位相補償の係数Ｋを変更するマップである。推定路面μが低くなるにつれてＫは小さくなる。また、車速が高くなるほどＫは大きい。さらに、車速が高くなるほどＫ/推定路面μのゲインの絶対値は低くなる。推定路面μが低いほどＫを小さくすることで、路面μが低下したと判断されると位相補償手段の位相遅れは大きくなり、路面μ低下による車両挙動変化（共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。また、車両挙動が不安定と感じやすい高速なほど、制御量は増加するので、ドライバの安心感は向上する。さらに、車速が高くなるほどＫ/推定路面μのゲインの絶対値は低くなるので、結果として路面μが低い程、低車速から制御量が増加する。低μ路においては、ドライ路よりより低車速でドライバは不安と感じるので、本制御により、そのような場合でもドライバの安心感を向上させることができる。
【０１６９】
STEP302は、推定路面μに応じて位相補償の係数τnumを変更するマップである。推定路面μが低くなるにつれてτnumは大きくなる。また、車速が高くなるほどτnは小さくなる。さらに、車速が高くなるほどτnum/推定路面μのゲインの絶対値は低くなる。推定路面μが低いほどτnumを大きくすることで、路面μが低下したと判断されると位相補償手段の位相遅れは大きくなり、路面μ低下による車両挙動変化（ダンピング悪化、共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。また、車両挙動が不安定と感じやすい高速なほど、制御量は増加するので、ドライバの安心感は向上する。さらに、車速が高くなるほどＫ/推定路面μのゲインの絶対値は低くなるので、結果として路面μが低い程、低車速から制御量が増加する。低μ路においては、ドライ路よりより低車速でドライバは不安と感じるので、本制御により、そのような場合でもドライバの安心感を向上させることができる。
【０１７０】
STEP303は、推定路面μに応じて位相補償の係数τdenを変更するマップである。推定路面μが低くなるにつれてτdenは大きくなる。また、車速が高くなるほどτdenは低くなる。さらに、車速が高くなるほどτd/推定路面μのゲインの絶対値は低くなる。推定路面μが引くほどτdenを大きくすることで、路面μが低下したと判断されると位相補償手段の位相遅れは大きくなり、路面μ低下による車両挙動変化（共振周波数低下）に対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。また、車両挙動が不安定と感じやすい高速なほど、制御量は増加するので、ドライバの安心感は向上する。さらに、車速が高くなるほどＫ/推定路面μのゲインの絶対値は低くなるので、結果として路面μが低い程、低車速から制御量が増加する。低μ路においては、ドライ路よりより低車速でドライバは不安と感じるので、本制御により、そのような場合でもドライバの安心感を向上させることができる。
【０１７１】
すなわち、実施例１３の車両用操舵制御装置にあっては、路面μと車速に応じて、最適な操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを確実に確保すること可能となり、路面μが低いとドライ路より低速で不安と感じるような車速でも扱い易い操舵特性を実現し、ドライバへ安心と感じさせることが可能となる。
【０１７２】
次に、効果を説明する。
実施例１３の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１１の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０１７３】
(29) 位相補償器１６は、車速が高くなるほど、位相遅れを大きくするため、路面μに対応した位相補償となり、ドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１７４】
(30) 位相補償器１６は、車速が高くなるほど、位相補償量を増加させるため、路面μが低いほど、低車速域からの制御量を増加させることで、低μ路におけるドライバの安心感を向上させることができる。
【実施例１４】
【０１７５】
実施例１４は、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクのゲインが小さくなる負の第一指令値と、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れが180°近傍となる第二指令値と、に基づいてモータ５のトルク指令値を設定する例である。
【０１７６】
すなわち、図５３に示す実施例１４の車両用操舵制御装置の制御ブロック図に基づき制御系を説明すると、実施例１４は、位相補償器２５ａと、リミッタ２５ｂと、不感帯２５ｃと、位相補償器２５ｄと、リミッタ２５ｅとからなる制御部（操舵制御手段）２５を備えている。
【０１７７】
位相補償器２５ａは、１次進み／１次遅れによる伝達関数で表される特性であり、操舵トルクと車速に応じて第二指令値を作成する。リミッタ２５ｂは、第二指令値に制限をかける。
【０１７８】
不感帯２５ｃは、トルクセンサ４のノイズを除去し、位相補償器２５ｄへ出力する。位相補償器２５ｄは、１次遅れによる伝達関数で表される特性であり、操舵トルクと車速に応じて第一指令値を作成する。リミッタ２５ｅは、第一指令値に制限を掛ける。
【０１７９】
すなわち、実施例１４では、検出された操舵トルクを、制御部２５に通すことにより、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するモータトルクが小さくなる負の第一指令値と、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するモータトルクの位相遅れが略180°に近づく第二指令値とを作成し、これらを加算してモータ５のトルク指令値とする。２つの位相補償器２５ａ，２５ｄは、車速に応じてその特性を変更できるものとする。
【０１８０】
そして、加算器１３ｐ，１３ｑ，１３ｔ，１３ｒにおいて、応答性補償電流指令値と、慣性補償電流指令値と、粘性補償電流指令値と、第二指令値と、第一指令値を電流指令値演算ブロック１３ｋに通過させた値と、が加算され、この加算値を電流制御ブロック１３ｄへの電流指令値とする。なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０１８１】
次に、作用を説明する。
［第一指令値と第二指令値の設定ロジック］
【０１８２】
第二指令値を作成する位相補償器２５ａを下記の式(17)に示すように、１次進み／１次遅れで構成した場合、その周波数特性は、図５４の破線のようになる。実施例１４において、第二指令値の根幹となる位相補償器２５ａの特性のポイントは、高周波になるにつれて操舵トルクとは逆の方向へアシストする。すなわち、位相遅れが大きくなり位相が反転することにある。
Ｃ2(S)＝（１−τnum・S）／（１＋τden・S）  …(17)
【０１８３】
そして、この位相補償器２５ａの出力は、過渡的な入力、例えば、ステップ状のトルク入力があった場合、実施例１に示した図１５のような特性となる。図１５において、出力の下方へのゲインは、１次進みの時定数τnunで決まる。そして、実施例１４ではτnunを車速の関数とする。また、出力の遅れは、１次遅れの時定数τdenで決まることになる。そして、操舵トルクに対する定常的なアシスト量は位相補償器２５ａの定常ゲインを１としているので、本処理をした操舵トルクを車速で決まる電流指令値演算ブロック１３ｋのアシストマップで決めることになる。
【０１８４】
この出力の時系列推移から分かるように、コントローラ１３は、目標電流値として、過渡入力が入った直後は、ハンドル１を重くする方向へ逆アシストを実施し、時間の推移とともにハンドル１を軽くする方向へアシストを実施することとなる。
【０１８５】
ドライバの操舵方向に対し、瞬間とはいえ反対方向へアシストすることになるので、ドライバの感じる操舵トルクは重くなる。したがって、リミッタ２５ｂを設けることで、操舵トルクが不要に重くなるのを防ぐことができる。
【０１８６】
続いて、第一指令値を作成する位相補償器２５ｄを下記の式（18）に示すように、１次遅れで構成した場合、その周波数特性は、図５４の実線のようになる。実施例１４における第一指令値の根幹となる位相補償器２５ｄの特性のポイントは、高周波になるにつれて操舵トルクに対するアシスト量が減少し、そのアシスト方向は操舵トルクと逆方向であることである。
Ｃ1(S) ＝ -A／（１＋τ1ｓ）  …(18)
【０１８７】
そして、この位相補償器２５ｄの出力は、１次遅れであるので詳細な説明は割愛するが、ゆっくりとした入力に対しては位相遅れ少なくそのまま出力され操舵トルクが重くなる方向へアシストが発生する。周波数が早くなるにしたがって、出力は減少して位相遅れは大きくなるので、アシスト量はほとんど無くなる。そのゲインAは、実施例１４では車速の関数とする。
【０１８８】
ゆっくりとした操舵の場合は、やはりドライバの操舵方向に対し、ドライバの感じる操舵トルクは重くなる。したがって、リミッタ２５ｅを設けることで、操舵トルクが不要に重くなるのを防ぐことができる。
【０１８９】
また、車両振動やトルクセンサの電気的なノイズの影響によるアシスト力の変動、すなわち、操舵トルクの変動を防ぐために、ノイズ相当に対しては不感帯２５ｃを設けている。
【０１９０】
ここで、第一指令値の時定数τ1と第二指令値の時定数τdenとの関係は、τ1>τdenが望ましい。図５４はτ１>τdenの場合の周波数特性を示している。その場合に、低周波数領域では、第一指令値のゲインが高く、第二指令値のゲインが低くなっている。従って、微小でゆっくりとした操舵シーン、例えば、高速における直進走行時において、操舵に対して逆方向へモータからアシストされるので、微小な入力に対し素早く操舵トルクが発生するだけでなく、路面インフォメーションを位相遅れ少なく、協調して伝達することが可能になる。
【０１９１】
また、高周波数領域では、第一指令値のゲインが低く、第二指令値のゲインが高い、また、その位相は略180°ずれている。したがって、第二指令値により操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを向上させて、高速走行におけるカーブやレーンチェンジといったドライバが積極的に操舵するシーンにおいてドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。
【０１９２】
さらに、図５５，５６に示すように、第二指令値のゲインτnum、第一指令値のゲインAを車速の関数として、車速の増加に応じてゲインを高めることで、しっかりとした操舵感や車両のダンピングが要求される高速での効果を実現することができる。
【０１９３】
次に、効果を説明する。
実施例１４の車両用操舵制御装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
【０１９４】
(31) 制御部２５は、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクのゲインが小さくなる負の第一指令値と、操舵トルクが高周波になるほど操舵トルクに対するアクチュエータトルクの位相遅れが180°近傍となる第二指令値と、の加算値に基づいて、モータ５のトルク指令値を設定する。よって、第二指令値により操舵トルク入力時の車両挙動のダンピングを向上させ、高速走行におけるカーブやレーンチェンジといったドライバが積極的に操舵するシーンにおいてドライバにとって扱い易い操舵特性を実現できる。また、第一指令値により、第二指令値のゲインが低下するような微小でゆっくりとした操舵シーン、例えば、高速における直進走行時において、操舵に対して逆方向へモータ５からアシストされるので、微小な入力に対し素早く操舵トルクが発生するだけでなく、路面インフォメーションを位相遅れ少なく、協調して伝達することが可能となる。
【０１９５】
(32) 制御部２５は、第一指令値の遅れ時定数τ１を、第二指令値の遅れ時定数τdenよりも大きな値となるように設定したため、微小でゆっくりとした操舵シーン、例えば、高速における直進走行時において、操舵に対して逆方向へモータからアシストされるので、微小な入力に対し素早く操舵トルクが発生するだけでなく、路面インフォメーションを位相遅れ少なく、協調して伝達することが可能になる。
【０１９６】
(33) 制御部２５は、第二指令値を設定するための１次進み／１次遅れによる位相補償器２５ａを備え、
（Ｋ−τnum・S）／（ａ＋τden・S）
但し、S：ラプラス演算子、Ｋ：ゲイン（≧０）、τnum：１次進み時定数（≧０）、ａ：定数（>０）、τden：１次遅れ時定数（>０）
による伝達関数で表される特性とした。よって、簡単な制御特性であることで、コントローラ１３の実装が容易になると共に、発散による制御不安定化を解消することができる。
【０１９７】
(34) 制御部２５は、第一指令値と第二指令値の少なくとも一方のゲインの絶対値を、車速が高くなるほど大きくするため、車両のダンピングや、操舵中立付近でのしっかり感が要求される、高速において、より確実に両者を実現できる。
【０１９８】
(35) 制御部２５は、第一指令値と第二指令値にリミッタ２５ｂ，２５ｅを設けたため、不要に操舵トルクが重くなるのを防止できる。
【０１９９】
(36) 制御部２５は、第一指令値に不感帯２５ｃを設けたため、センサノイズ等による誤動作を防ぐことができる。
【実施例１５】
【０２００】
実施例１５は、実施例１４に対し、位相補償方法を異ならせた例であり、まず、構成について説明すると、実施例１５の車両用操舵制御装置は、図５７に示すように、位相補償器２５ａ'と、位相補償器２５ｄ'と、位相補償器１６と、を備えている。
【０２０１】
位相補償器２５ａ'は、近似微分による伝達関数で表される特性を有している。位相補償器２５ｄ'は、１次遅れによる伝達関数で表される特性を有している。位相補償器１６は、車速や操舵トルクや操舵速度（モータ速度）に応じて操舵トルクの周波数特性における位相を補償する。位相補償器１６の出力は、電流指令値演算ブロック１３ｋに送られ、位相補償電流指令値が算出される。
【０２０２】
そして、加算器１３ｐ，１３ｑ，１３ｒ，１３ｕにおいて、応答性補償電流指令値と、慣性補償電流指令値と、粘性補償電流指令値と、第二指令値と、第一指令値と、位相補償電流指令値と、が加算され、この加算値を電流制御ブロック１３ｄへの電流指令値とする。なお、他の構成は、実施例１４と同様であるので、説明を省略する。
【０２０３】
次に、作用を説明する。
［第一指令値と第二指令値の設定ロジック］
実施例１５では、操舵トルクに対する定常的なアシストは、位相補償器１６と電流指令値演算ブロック１３ｋで決まる。位相補償器１６は、通常の電動パワーステアリング制御と同様にサーボ系の安定性を確保するためのものである。位相補償器１６にて位相補償された操舵トルクと車速で決まるアシスト量は電流指令値演算ブロック１３ｋのマップにて算出される。
【０２０４】
第二指令値を作成する位相補償器２５ａ'を、下記の式(19)に示すように、近似微分で構成した場合、その周波数特性は、図５８の破線のようになる。実施例１５の第二指令値の根幹となる位相補償器２５ａ'の特性のポイントは、高周波になるにつれて操舵トルクとは逆の方向へアシストする。すなわち、位相遅れが大きくなり位相が反転することにある。
Ｃ2(S)＝−τnS／（１＋τden・S）  …(19)
【０２０５】
そして、この位相補償器２５ａ'の出力は、一般的な近似微分であるので詳細な説明は割愛するが、過渡的な入力、例えば、ステップ状のトルク入力があった場合、瞬間逆方向へアシストを発生することになる。逆方向への大きさは進みの時定数τnumで決まる。そして、実施例１５ではτnunを車速の関数とする。また、出力の遅れは、１次遅れの時定数τdenで決まることになる。
【０２０６】
したがって、コントローラ１３は、目標電流値として、過渡入力が入った直後は、ハンドル１を重くする方向へ瞬間逆アシストを実施し、時間の推移とともにハンドル１を軽くする方向へアシストを実施することとなる。
【０２０７】
ドライバの操舵方向に対し、瞬間とはいえ反対方向へアシストすることになるので、ドライバの感じる操舵トルクは重くなる。したがって、リミッタ２５ｂを設けることで、操舵トルクが不要に重くなるのを防ぐことができる。
【０２０８】
続いて、第一指令値を作成する位相補償器２５ｄ'を下記の式(20)に示すように、１次遅れで構成した場合、その周波数特性は、図５８の実線のようになる。実施例１５の第一指令値の根幹となる位相補償器２５の特性のポイントは、高周波になるにつれて操舵トルクに対するアシスト量が減少し、そのアシスト方向は操舵トルクと逆方向であることである。
Ｃ1(S) ＝ -A／（１＋τ1・ｓ）  …(20)
【０２０９】
そして、この位相補償器２５ｄ'の出力は、１次遅れであるので詳細な説明は割愛するが、ゆっくりとした入力に対しては位相遅れ少なくそのまま出力され操舵トルクが重くなる方向へアシストが発生する。周波数が早くなるにしたがって、出力は減少して位相遅れは大きくなるので、アシスト量はほとんどなくなる。そのゲインAは、実施例１５では車速の関数とする。
【０２１０】
次に、効果を説明する。
実施例１５の車両用操舵制御装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
【０２１１】
(37) 位相補償器２５ａ'は、近似微分であるため、実施例１４の場合に比べ、より簡単な制御特性となり、コントローラ１３への実装をさらに容易とすることができる。
【実施例１６】
【０２１２】
実施例１６は、操舵速度の１次遅れ処理後の信号に応じてモータ５のダンピング補正制御量を算出する例である。なお、構成的には、図１に示す実施例１の車両用操舵制御装置の全体図と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【０２１３】
次に、作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
【０２１４】
図５９に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。
STEP101では、操舵トルク入力値に対するモータ指令電流が算出される。STEP102では、ハンドル１の操舵速度に対し、１次遅れ要素で処理する。ハンドル１の操舵速度は、モータ端子間電圧とモータ電流を用いて演算したモータ５の回転速度から求めることができる（操舵速度検出手段に相当）。
【０２１５】
続いて、STEP103では、負のゲインＫ2を積算し、STEP104では、STEP103の出力からダンピング補正制御量を演算し、STEP105では、モータ指令電流にダンピング補正制御量を加算する。STEP106では、STEP105の出力に基づいてモータ指令値を演算し、モータ５へ出力する。STEP102〜STEP105により、検出された操舵速度の１次遅れに基づいてダンピング補正制御量を算出し、このダンピング補正制御量と操舵トルクに応じた基本制御量とに基づいてモータ５を補償制御する補償制御手段が構成される。図６０に、１次遅れ要素を0.01/(0.01s+1)、ゲインＫ2を−１とした場合のシミュレーション結果を示す。
【０２１６】
図６１において信号の概形を説明する。操舵トルクTの立ち上がりは操舵角θの立ち上がりに比べて早いため、実施例１６の操作を施すと、モータ指令値I*は図６１(c)ような波形となる。なお、操舵トルクTの立ち上がりから操舵角θの立ち上がりにかかる時間Δtはごく小さいので、シミュレーショングラフ上ではほぼ同時である。
【０２１７】
これにより、図６１(c)に示すように、Ａ：ハンドル回転開始時に瞬間的に逆方向へアシストし、Ｂ：トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる理想的なアシスト特性が実現され、転舵速度や車速に関係なく操作時のハンドル１の抜けや急な戻りを防ぎ、ドライバの安心感や操作性の向上、操舵中立位置付近のしっかり感を両立でき、より扱い易い良好な操舵フィーリングが保たれる。
【０２１８】
ここで、操舵トルクの立ち上がり時点から操舵角が立ち上がるまでの時間は正方向のアシストが発生する。これは、モータ５の摩擦や操舵系のねじれに起因するトルク発生の遅れを軽減し、より自然な反力を実現する作用がある。さらに、操舵量の小さい範囲でのゲインを上げることで、上記制御作用はより効果的となる。
【０２１９】
図６２に示すように、操舵速度の変化による操舵量が大きいときの操舵速度は高くなり（図６２(a)）、それに伴いダンピング補正量は大きくなる（図６２(b)）。ところが、図６３に示すように、操舵量が小さい範囲での操舵速度は低くなるため（図６３(a)）、ダンピング補正量は不足する。よって、操舵角が小さい範囲、すなわち操舵速度が低い範囲でダンピング量のゲインＫ2を大きくすることで（図６３(b)）、ハンドル回転移動量によって大きくダンピング量が異なるのを防ぐ効果がある。
【０２２０】
［本実施例の考え方］
従来の電動モータを用いたパワーステアリングシステム（EPS）では、検出した操舵トルクに応じて電動モータの回転を制御することにより、ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与している。例えば、特許第３４１２５７９号公報に記載の技術では、操舵トルクの微分値に応じた制御量を操舵トルクに応じた制御量に加えたり、車速および操舵速度に応じて電動モータの慣性力やフリクションに起因した操舵トルクによるアシスト力の不足を補償したりすることで、ハンドルの抜けや急な戻りを抑制している。
【０２２１】
実施例１で述べたように、理想的な操舵特性を実現するための操舵トルクに対する操舵角の周波数特性は、図１１に示した特性となる。これの理想的解を解釈すると、
(i) ハンドル回転開始時に瞬間的に逆方向へアシストする。
(ii) 操舵トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる。
の２点であると言える。これを時系列で表すと、図６４のように描くことができる。
【０２２２】
ここで、応答性のみを向上させた上記従来技術では、上記理想とするアシスト特性を作り出すことは不可能であった（図６５参照）。さらに、本来補償すべきモータの慣性を残すことになるため、操舵感に不自然さが残る。例えば、ハンドルを速く回転操作するほど操舵トルクの微分値が増加して電動モータによる操舵アシスト力が増加するので、ハンドルをゆっくり回動操作したときと、素早く回動操作したときとでは、ドライバが受ける操舵反力に対する大きな差が生じたり、ハンドル操作の反転時には、操舵トルクに応じた制御量と操舵トルクの微分値に応じた制御量の符号が異なるため、ハンドル操作に抜けを感じたり、急な戻りが発生したりと、いずれも良好な操舵フィーリングが得られないという問題があった。
【０２２３】
これに対し、実施例１６の車両用操舵制御装置では、(i)ハンドル回転開始時に瞬間的に逆方向へアシストし、(ii) 操舵トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせることにより、操舵トルク入力に対する車両挙動のダンピングが向上し、理想に近いアシスト特性を実現可能であるため、対象とする車両の状況に応じて装置の仕立てが可能となる。また、トルクの逆アシストによってゆっくりした操舵速度のときは、ダンピング量が少なくなるため、中立の保持・直進性、中立微舵付近のしっかり感が良くなる。急操舵時、高速時には、ダンピング量が大きくなるため、ハンドルの抜けや急な戻りを防止でき、自然な操舵感と安心感、操作性の向上が実現される。
【０２２４】
次に、効果を説明する。
実施例１６の車両用操舵制御装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
【０２２５】
(38) 操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、コントローラ１３は、検出された操舵速度の１次遅れに基づいてダンピング補正制御量を算出し、このダンピング補正制御量と操舵トルクに応じた基本制御量とに基づいてモータ５を補償制御する補償制御手段（STEP102〜STEP105）を備える。よって、操舵トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる理想的なアシスト特性が実現され、転舵速度や車速に関係なく操作時のハンドル１の抜けや急な戻りを防ぎ、ドライバの安心感や操作性の向上、操舵中立位置付近のしっかり感を両立できる。
【０２２６】
(39) 補償制御手段は、操舵速度の低い領域では、操舵速度の高い領域よりもダンピング補正制御量を増加させるため、ハンドル回転移動量によって大きくダンピング量が異なるのを防ぐことができる。
【実施例１７】
【０２２７】
実施例１７は、操舵トルクの１階微分と操舵速度の１次遅れ処理後の信号に応じてモータ５のダンピング補正制御量を算出する例である。
【０２２８】
次に、作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
【０２２９】
図６６に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。なお、図５９に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０２３０】
STEP201では、検出された操舵トルクの１階微分値を算出する。STEP202では、操舵トルクの１階微分値に負のゲインＫ2を積算し、ダンピング補正制御量を算出する。STEP203では、モータ指令電流に２つのダンピング補正制御量を加算する。STEP102〜STEP104，STEP201〜STEP203により、補償制御手段が構成される。
【０２３１】
図６７において信号の概形を説明する。図６７(b)のように操舵トルクTの１階微分T'に負のゲインＫ1を積算したものと、ハンドル１の操舵速度θ'に対し、１次遅れ要素で処理した後に、負のゲインＫ2を積算したものとを、アシストの基準となる操舵トルクに応じた制御量に加算すると、加工後のモータ指令信号I*は図６７(d)のように逆アシストと遅れを持った波形となる。
【０２３２】
これにより、ハンドル回転開始時に瞬間的に逆方向へアシストし、操舵トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる理想的なアシスト特性が実現され、操舵速度や車速に関係なく操作時のハンドルの抜けや急な戻りを防ぎ、ドライバの安心感や操作性の向上、中立微舵付近のしっかり感を両立でき、より扱い易い良好な操舵フィーリングが保たれる。この場合、操舵トルクに対する操舵角の遅れに対する正方向のアシストが発生しないが、高速走行時の急転舵や抜け防止にはより効果的となる。なお、図６８に、Ｋ1を1,000、Ｋ2を−１とした場合のシミュレーション結果を示す。
【０２３３】
次に、効果を説明する。
実施例１７の車両用操舵制御装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
【０２３４】
(40) 補償制御手段（STEP102〜STEP104，STEP201〜STEP203）は、操舵トルクの１階微分値に基づいてダンピング補正制御量を算出するため、操舵トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる理想的なアシスト特性が実現され、転舵速度や車速に関係なく操作時のハンドル１の抜けや急な戻りを防ぎ、ドライバの安心感や操作性の向上、操舵中立位置付近のしっかり感を両立できる。
【実施例１８】
【０２３５】
実施例１８では、実施例１７に対し、操舵トルクの１階微分と操舵速度の１次遅れより決定されるダンピング制御量を車両速度の関数とした例である。
【０２３６】
次に、作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
図６９に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。なお、図６６に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０２３７】
STEP301では、検出された車速に基づいて制御量ゲインGainVを設定する。この制御量ゲインGainVは、STEP301のブロック内に示すように、低車速域にて小さく、高車速域にて大きくなるように設定されている。STEP302では、STEP103の出力にSTEP301で設定された制御量ゲインGainVを乗算してダンピング補正制御量を演算する。STEP303では、STEP202の出力にSTEP301で設定された制御量ゲインGainVを乗算してダンピング補正制御量を演算する。STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP301〜STEP303により、補償制御手段が構成される。
【０２３８】
これにより、ハンドル回転開始時に瞬間的に逆方向へアシストし、トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる理想的なアシスト特性が実現され、操舵速度や車速に関係なく操作時のハンドルの抜けや急な戻りを防ぎ、ドライバの安心感や操作性の向上、中立微舵付近のしっかり感を両立でき、より扱い易い良好な操舵フィーリングが保たれる。特に車速に応じたダンピング制御が可能となり、ダンピングの必要な高速領域での確実なダンピング向上に、より効果的となる（図７０）。
【０２３９】
次に、効果を説明する。
実施例１８の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１７の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０２４０】
(41) 車両の速度を検出する車速センサ１４を設け、補償制御手段（STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP301〜STEP303）は、低車速域ではダンピング補正制御量を減少させ、高車速域ではダンピング補正制御量を増加させる。よって、車速に応じたダンピング制御が可能となり、ダンピングの必要な高速領域において、確実なダンピング向上を実現できる。
【実施例１９】
【０２４１】
実施例１９では、実施例１７に対し、ダンピング補正制御量の決定を操舵角および操舵トルクの関数とした例である。
【０２４２】
次に、作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
図７１に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。なお、図６６に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
STEP401では、検出された操舵角に基づいて、制御量ゲインGainθを設定する。この制御量ゲインGainθは、STEP401のブロック内に示すように、操舵角の小さい領域で大きく、操舵角の大きな領域で小さくなるように設定されている。STEP402では、検出された操舵トルクに基づいて、制御量ゲインGainTを設定する。この制御量GainTは、STEP402のブロック内に示すように、操舵トルクの小さい領域で大きく、操舵トルクの大きな領域で小さくなるように設定されている。
【０２４３】
STEP403では、STEP403の出力にSTEP401で設定された制御量ゲインGainθと、STEP402で設定された制御量ゲインGainTを乗算してダンピング補正制御量を演算する。STEP404では、STEP403の出力にSTEP401で設定された制御量ゲインGainθと、STEP402で設定された制御量ゲインGainTを乗算してダンピング補正制御量を演算する。STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP401〜STEP404により、補償制御手段が構成される。
【０２４４】
次に、効果を説明する。
実施例１９の車両用操舵制御装置にあっては、実施例１７の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
【０２４５】
(42) 補償制御手段（STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP401〜STEP404）は、操舵トルクの小さい領域では、操舵トルクの大きな領域よりもダンピング補正制御量を増加させるため、操舵トルクの大きさによって大きくダンピング量が異なるのを防ぐことができる。
【０２４６】
(43) 補償制御手段（STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP401〜STEP404）は、操舵角の小さい領域では、操舵角の大きな領域よりもダンピング補正制御量を増加させるため、操舵角の大きさによって大きくダンピング量が異なるのを防ぐことができる。
【実施例２０】
【０２４７】
実施例２０は、操舵速度の１次遅れ信号の変わりに、車両挙動の１階微分信号（ヨーレートの１階微分信号および横加速度の１階微分信号）に基づいてダンピング補正制御量を算出する例である。
図７２に実施例２０の車両用操舵制御装置を適用した電動パワーステアリングシステムの全体図を示す。実施例２０では、図１に示した実施例１の電動パワーステアリングシステムに対し、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ２６と、車両の横加速度を検出する横加速センサ２７を追加している。
【０２４８】
次に、作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
図７３に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。なお、図５９に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０２４９】
STEP501では、検出されたヨーレートを１階微分する。STEP502では、ヨーレートの１階微分値に対し、１次遅れ要素で処理する。STEP503では、負のゲインＫ2を積算し、STEP504では、STEP503の出力からダンピング補正制御量を演算する。
【０２５０】
STEP505では、検出された横加速度を１階微分する。STEP506では、横加速度の１階微分値に対し、１次遅れ要素で処理する。STEP507では、負のゲインＫ2を積算し、STEP508では、STEP507の出力からダンピング補正制御量を演算する。STEP509では、モータ指令電流に２つのダンピング補正制御量を加算する。STEP102，STEP501〜STEP509により、補償制御手段が構成される。
【０２５１】
次に、効果を説明する。
実施例２０の車両用操舵制御装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
【０２５２】
(44) 車両挙動（ヨーレート、横加速度）を検出する車両挙動検出手段（ヨーレートセンサ２６、横加速センサ２７）を設け、補償制御手段（STEP102，STEP501〜STEP509）は、検出された車両挙動（ヨーレート、横加速度）の１階微分値に基づいてダンピング補正制御量を算出する。よって、操舵トルクの立ち上がりに対してアシストを遅らせる理想的なアシスト特性が実現され、転舵速度や車速に関係なく操作時のハンドル１の抜けや急な戻りを防ぎ、ドライバの安心感や操作性の向上、操舵中立位置付近のしっかり感を両立できる。
【実施例２１】
【０２５３】
実施例２１は、ダンピング補正制御量に制限値を設ける例である。
【０２５４】
作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
図７４に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。なお、図６９に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０２５５】
STEP601では、操舵速度に基づいて制御量ゲインGainθ'を設定する。この制御量ゲインGainθ'は、STEP601のブロック内に示すように、操舵速度θ'が低いときは大きく、操舵速度θ'が高いときは小さくなるように設定されている。STEP602では、STEP103の出力にSTEP601で設定された制御量ゲインGainθ'を乗算してダンピング補正制御量を演算する。STEP603では、STEP202の出力にSTEP601で設定された制御量ゲインGainθ'を乗算してダンピング補正制御量を演算する。STEP604では、STEP602で算出したダンピング補正制御量とSTEP603で算出したダンピング補正制御量を加算する。
【０２５６】
STEP605では、STEP604の出力に対し、リミッタにより制限値を設ける。これにより、補正量として適切な範囲を超えないようにすることができる。リミッタは、図７４に示すように、操舵トルクTが小さいとき０、操舵トルクTが大きいとき所定値となり、この間では操舵トルクTに比例して大きくなるように設定されている。STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP601〜STEP605により、補償制御手段が構成される。
【０２５７】
次に、効果を説明する。
実施例２１の車両用操舵制御装置にあっては、以下の効果が得られる。
【０２５８】
(45) 補償制御手段（STEP102，STEP103，STEP201〜STEP203，STEP601〜STEP605）は、ダンピング補正制御量に制限値を設けたため、モータ５、センサ類、指令系統の失陥による多過アシストを防止でき、操舵フィーリングの悪化を抑制できる。
【実施例２２】
【０２５９】
実施例２２では、実施例１６〜２１において、ダンピング補正制御量を、操舵速度に適当な負のゲインを乗じたもので決定する例である。ただし、ドライバの操舵トルクを重くする方向への逆アシスト量には制限を設ける。
【０２６０】
これにより、図７５のシミュレーション結果に示すように、実施例２２では、実施例１６〜２１に比較して、逆アシストの応答性やその大きさを決定し易く、高車速域のように、ドライバにとってトルクのフィードバックが重要な情報である場合には、より操作性と操舵感の向上が図られる。
【実施例２３】
【０２６１】
実施例２３では、実施例２２において、ダンピング補正制御量を、操舵速度に適当な負のゲインを乗じたものと、操舵速度の１次遅れとで決定する。ただし、逆アシスト量には制限を設ける。これにより、図７６のシミュレーション結果に示すように、実施例１６〜２１に比較して、逆アシスト量が大きくなるため、ドライバにとってトルクのフィードバックが重要な情報である高車速域において、より操作性と操舵感の向上が図られる。
【実施例２４】
【０２６２】
実施例２４は、操舵トルクの信号と操舵速度の信号に不感帯を設けると共に、ダンピング補正制御量に制限を設けた例である。
【０２６３】
次に、作用を説明する。
［モータ指令値演算動作について］
図７７に、モータ指令値演算制御ブロックを示す。なお、図７４に示した各STEPと同一のSTEPには、同一のSTEP番号を付して説明を省略する。
【０２６４】
STEP701では、操舵トルクに不感帯を設ける。STEP702では、STEP202の出力からダンピング補正制御量を演算する。STEP703では、操舵速度に不感帯を設ける。STEP704では、操舵角から目標トルクT*を演算する。目標トルクT*は、STEP704のブロック内に示すように、負の値に設定され、操舵角θが所定の微小角度以下のときは、操舵角θが大きくなるほど小さくなり、操舵角θが所定の微小角度を超えたときは、操舵角θが大きくなるほど小さくなるように設定されている。
【０２６５】
STEP705では、STEP704の出力に対し、リミッタにより制限値を設ける。これにより、補正量として適切な範囲を超えないようにすることができる。リミッタは、図７７に示すように、目標トルクT*が小さいとき０、目標トルクT*が大きいとき所定値となり、この間では目標トルクT*に比例して大きくなるように設定されている。
【０２６６】
STEP706では、STEP104で算出したダンピング補正制御量とSTEP702で算出したダンピング補正制御量を加算する。STEP102〜STEP104，STEP201〜203，STEP604，STEP701〜STEP706により、補償制御手段が構成される。
【０２６７】
すなわち、実施例２４の車両用操舵制御装置では、センサ信号に対して不感帯（STEP701，702）を設けることで、ノイズや外乱、微少な片流れやカントに対して逆アシストが発生し、操舵重やアシストの変動による操作性や操舵感の悪化の発生を防ぐことができる。
【０２６８】
（他の実施例）
以上、本発明の車両用操舵制御装置を各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【０２６９】
実施例では、モータの逆起電力を利用してハンドルの操舵速度を推測したが、ハンドルに角度センサを取り付け、出力値を微分することで操舵速度としてもよいし、ハンドルにタコジェネレータ等の角速度センサを取り付けても良い。更に、モータの角度や角速度を直接計測するセンサを取り付けても良いことはいうまでもない。
【０２７０】
実施例では、位相補償を（Ｋ−τnum・S）／（１＋τden・S）として１次／１次の例を説明したが、本発明の根幹となるポイント、高周波になるにつれて操舵トルクとは逆の方向へアシストする。すなわち、位相遅れが大きくなり位相が反転する特性であれば、例えば、図１４の点線で示す高次の伝達関数（厳密解）としても良いし、図１４の一点破線で示す遅れ要素だけとしても良いし、さらには、図１４の二点破線で示すむだ時間（不感時間）としても良いことはいうまでもない。
【０２７１】
実施例では、位相補償器１６の１次進み時定数τnumを、操舵トルク・車速・操舵速度のそれぞれに応じて変化させる例を示したが、１次進み時定数τnumを、操舵トルク・車速・操舵速度の３つのパラメータのいずれか一つ、または複数に応じて少なくとも１つに応じて変化させる構成としてもよい。
【０２７２】
実施例では、位相補償器１６の１次遅れ時定数τdenを、操舵トルク・車速・操舵速度のそれぞれに応じて変化させる例を示したが、１次遅れ時定数τdenを、操舵トルク・車速・操舵速度の３つのパラメータのいずれか一つ、または複数に応じて変化させる構成としてもよい。
【０２７３】
実施例４の操舵状態判断部１７は、操舵トルクと操舵速度の極性のみに着目したアルゴリズムとしたが、このアルゴリズムである必要はなく、他の判断手法や信号を用いてもよい。
【０２７４】
実施例６の保舵状態判断部２０は、操舵トルクと操舵速度のみに着目したアルゴリズムとしたが、このアルゴリズムである必要はなく、他の判断手法や信号を用いてもよい。
【０２７５】
実施例１４では、制御部２５の特性を車速のみで変更しているが、操舵角や操舵力や操舵速度等を用いて変更してもよいことはいうまでもない。
【０２７６】
実施例２０では、車両挙動の１階微分信号として、ヨーレート信号および横加速度の１階微分信号を用いた例を示したが、車両横滑り角の１階微分信号を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２７７】
各実施例では、電動パワーステアリング装置のモータアシストトルク制御に適用した車両用操舵制御装置を示した。しかし、例えば、ソレノイドバルブによる制御で逆アシストが可能な油圧パワーステアリングリング装置の油圧アシストトルク制御にも適用することができるし、また、ステア・バイ・ワイヤ制御装置での操舵反力アクチュエータの反力制御に適用することもできるし、さらには、操舵輪である前輪に補助舵角を与えるアクチュエータを備えた保持舵角制御に適用することもできる。要するに、ドライバからの操舵トルクを入力する操舵トルク入力手段（ハンドル等）を有する操舵系に設けられたトルク制御用のアクチュエータと、該アクチュエータを制御する操舵制御手段と、を備えた車両に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２７８】
【図１】実施例１の車両用操舵制御装置が適用された電動パワ−ステアリングシステムを示す全体図である。
【図２】実施例１の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図３】実施例１の位相補償器における操舵トルクに対する１次進み時定数特性図である。
【図４】実施例１の位相補償器における車速に対する１次進み時定数特性図である。
【図５】実施例１の位相補償器における操舵速度（モータ速度）に対する１次進み時定数特性図である。
【図６】実施例１の位相補償器における操舵トルクに対する１次遅れ時定数特性図である。
【図７】実施例１の位相補償器における車速に対する１次遅れ時定数特性図である。
【図８】実施例１の位相補償器における操舵速度（モータ速度）に対する１次遅れ時定数特性図である。
【図９】制御特性の算出に用いる運動方程式の車両２輪モデルを示す図である。
【図１０】図９に示すモデルを伝動パワーステアリングの制御モデルに書き換えた制御ブロック図である。
【図１１】操舵トルクから操舵角への伝達関数のダンピングが良くなるように２次系となるアシスト特性計算した場合の厳密解と１次近似によるコントローラの周波数特性図である。
【図１２】操舵トルクから操舵角への伝達関数のダンピングが良くなるように２次系となるアシスト特性計算した場合の厳密解と１次近似による操舵トルクに対する操舵角の周波数応答特性図である。
【図１３】従来例の横Ｇ／操舵トルク周波数特性図である。
【図１４】実施例１の位相補償器による操舵トルクに対するモータトルクのゲインと位相の周波数特性図である。
【図１５】実施例１の位相補償器にステップ状の操舵トルクを入力した場合の出力特性図である。
【図１６】実施例２の位相補償器における操舵トルクに対する１次進み時定数特性図である。
【図１７】実施例２の位相補償器における操舵速度（モータ速度）に対する１次進み時定数特性図である。
【図１８】実施例３の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図１９】実施例４の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図２０】実施例４の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・操舵トルク・戻しFLGのタイムチャートと操舵状態判断制御ブロック図である。
【図２１】実施例４の車両用操舵制御装置における操舵状態に応じた位相補償特性を示すブロック図である。
【図２２】一般的な操舵角−トルク特性図である。
【図２３】実施例４の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・操舵トルク・制御量のタイムチャートである。
【図２４】実施例４の車両用操舵制御装置での効果をあらわす操舵角−トルク特性図である。
【図２５】実施例５の車両用操舵制御装置における操舵状態に応じた位相補償特性を示すブロック図である。
【図２６】一般的な操舵角−トルク特性図である。
【図２７】実施例５の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・操舵トルク・制御量のタイムチャートである。
【図２８】実施例５の車両用操舵制御装置での効果をあらわす操舵角−トルク特性図である。
【図２９】実施例６の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図３０】実施例６の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・操舵トルク・戻しFLGのタイムチャートと保舵状態判断制御ブロック図である。
【図３１】実施例６の車両用操舵制御装置における保舵・操舵状態に応じた位相補償特性を示すブロック図である。
【図３２】実施例６の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・操舵トルク・制御量のタイムチャートである。
【図３３】実施例６の車両用操舵制御装置での効果をあらわす操舵角−トルク特性図である。
【図３４】実施例７の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図３５】実施例７の車両用操舵制御装置における操舵状態に応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図３６】実施例７の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・ヨーレート・操舵トルクのタイムチャートである。
【図３７】実施例８の車両用操舵制御装置における操舵状態に応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図３８】実施例８の車両用操舵制御装置においてレーンチェンジを行った場合の操舵角・ヨーレート・操舵トルクのタイムチャートである。
【図３９】実施例９の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図４０】実施例９の車両用操舵制御装置における操舵状態に応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図４１】電動パワーステアリングの収斂性を示すタイムチャートである。
【図４２】実施例９の車両用操舵制御装置における手放し時のダンピング向上作用を示す操舵角・操舵トルク・ヨーレートのタイムチャートである。
【図４３】実施例１０の車両用操舵制御装置における操舵状態に応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図４４】実施例１１の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図４５】実施例１１の車両用操舵制御装置における路面μに応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図４６】実施例１１の位相補償手段において係数Ｋを変更した場合の周波数特性を示す図である。
【図４７】実施例１１の位相補償手段において係数τnumを変更した場合の周波数特性を示す図である。
【図４８】実施例１１の位相補償手段において係数τdenを変更した場合の周波数特性を示す図である。
【図４９】実施例１１の路面μが変化した場合の操舵トルクに対する操舵角の周波数特性を示す図である。
【図５０】実施例１１のコントローラにおいて路面μが変化しても操舵トルク入力に対する操舵角の周波数特性が同じ２次系となるように設定した場合の周波数特性を示す図である。
【図５１】実施例１２の車両用操舵制御装置における路面μに応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図５２】実施例１３の車両用操舵制御装置における路面μに応じた位相補償量変更制御ブロック図である。
【図５３】実施例１４の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図５４】実施例１４の車両用操舵制御装置における第一指令値と第二指令値の周波数特性図である。
【図５５】実施例１４の第二指令値のゲインτnumの設定マップである。
【図５６】実施例１４の第一指令値のゲインAの設定マップである。
【図５７】実施例１５の車両用操舵制御装置の制御ブロック図である。
【図５８】実施例１５の車両用操舵制御装置における第一指令値と第二指令値の周波数特性図である。
【図５９】実施例１６の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【図６０】実施例１６の車両用操舵制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図６１】実施例１６の車両用操舵制御装置におけるダンピング補正制御作用を示す操舵角・操舵トルク・モータ指令信号のタイムチャートである。
【図６２】実施例１６の車両用操舵制御装置における操舵速度が大きい場合のダンピング補正量のタイムチャートである。
【図６３】実施例１６の車両用操舵制御装置における操舵速度が小さい場合のダンピング補正量のタイムチャートである。
【図６４】実施例１６の車両用操舵制御装置における理想アシスト特性を時系列で表した図である。
【図６５】従来の電動パワーステアリングシステムのアシスト特性を時系列で表した図である。
【図６６】実施例１７の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【図６７】実施例１７の車両用操舵制御装置におけるダンピング補正制御作用を示す操舵角・操舵トルク・モータ指令信号のタイムチャートである。
【図６８】実施例１７の車両用操舵制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図６９】実施例１８の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【図７０】実施例１８の車両用操舵制御装置におけるダンピング向上作用を示す図である。
【図７１】実施例１９の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【図７２】実施例２０の車両用操舵制御装置を適用した電動パワーステアリングシステムの全体図である。
【図７３】実施例２０の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【図７４】実施例２１の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【図７５】実施例２２の車両用操舵制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図７６】実施例２３の車両用操舵制御装置のシミュレーション結果を示す図である。
【図７７】実施例２４の車両用操舵制御装置のモータ指令値演算制御ブロック図である。
【符号の説明】
【０２７９】
１  ハンドル
２  舵取り機構
３  操舵軸
４  トルクセンサ
５  モータ（アクチュエータ）
６  ピニオン
７  ラック軸
８，９  タイロッド
１０，１１  転舵輪
１２  減速機
１３  コントローラ（操舵制御手段）
１４  車速センサ
１５  バッテリ
１６  位相補償器（位相補償手段）
１６’  １次遅れ補償ブロック
１６"  近似微分補償ブロック
１６ａ  切り時位相補償器
１６ｂ  戻し時位相補償器
１６ｃ  操舵時位相補償器
１６ｄ  保舵時位相補償器
１７  操舵状態判断部（ハンドル切り/戻し判断手段）
１８  スイッチ部
２０  保舵状態判断部（保舵判断手段）
２１  スイッチ部
２２  保舵判断部
２３  手放し判断部
２４  路面μ検出部
２５  制御部（操舵制御手段）
２５ａ  位相補償器
２５ｂ  リミッタ
２５ｃ  不感帯
２５ｄ  位相補償器
２５ｅ  リミッタ
２６  ヨーレートセンサ
２７  横加速度センサ
【図１】
2006117223.tif 000009
【図２】
2006117223.tif 000010
【図３】
2006117223.tif 000011
【図４】
2006117223.tif 000012
【図５】
2006117223.tif 000013
【図６】
2006117223.tif 000014
【図７】
2006117223.tif 000015
【図８】
2006117223.tif 000016
【図９】
2006117223.tif 000017
【図１０】
2006117223.tif 000018
【図１１】
2006117223.tif 000019
【図１２】
2006117223.tif 000020
【図１３】
2006117223.tif 000021
【図１４】
2006117223.tif 000022
【図１５】
2006117223.tif 000023
【図１６】
2006117223.tif 000024
【図１７】
2006117223.tif 000025
【図１８】
2006117223.tif 000026
【図１９】
2006117223.tif 000027
【図２０】
2006117223.tif 000028
【図２１】
2006117223.tif 000029
【図２２】
2006117223.tif 000030
【図２３】
2006117223.tif 000031
【図２４】
2006117223.tif 000032
【図２５】
2006117223.tif 000033
【図２６】
2006117223.tif 000034
【図２７】
2006117223.tif 000035
【図２８】
2006117223.tif 000036
【図２９】
2006117223.tif 000037
【図３０】
2006117223.tif 000038
【図３１】
2006117223.tif 000039
【図３２】
2006117223.tif 000040
【図３３】
2006117223.tif 000041
【図３４】
2006117223.tif 000042
【図３５】
2006117223.tif 000043
【図３６】
2006117223.tif 000044
【図３７】
2006117223.tif 000045
【図３８】
2006117223.tif 000046
【図３９】
2006117223.tif 000047
【図４０】
2006117223.tif 000048
【図４１】
2006117223.tif 000049
【図４２】
2006117223.tif 000050
【図４３】
2006117223.tif 000051
【図４４】
2006117223.tif 000052
【図４５】
2006117223.tif 000053
【図４６】
2006117223.tif 000054
【図４７】
2006117223.tif 000055
【図４８】
2006117223.tif 000056
【図４９】
2006117223.tif 000057
【図５０】
2006117223.tif 000058
【図５１】
2006117223.tif 000059
【図５２】
2006117223.tif 000060
【図５３】
2006117223.tif 000061
【図５４】
2006117223.tif 000062
【図５５】
2006117223.tif 000063
【図５６】
2006117223.tif 000064
【図５７】
2006117223.tif 000065
【図５８】
2006117223.tif 000066
【図５９】
2006117223.tif 000067
【図６０】
2006117223.tif 000068
【図６１】
2006117223.tif 000069
【図６２】
2006117223.tif 000070
【図６３】
2006117223.tif 000071
【図６４】
2006117223.tif 000072
【図６５】
2006117223.tif 000073
【図６６】
2006117223.tif 000074
【図６７】
2006117223.tif 000075
【図６８】
2006117223.tif 000076
【図６９】
2006117223.tif 000077
【図７０】
2006117223.tif 000078
【図７１】
2006117223.tif 000079
【図７２】
2006117223.tif 000080
【図７３】
2006117223.tif 000081
【図７４】
2006117223.tif 000082
【図７５】
2006117223.tif 000083
【図７６】
2006117223.tif 000084
【図７７】
2006117223.tif 000085