(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材（９１）に連結された操舵軸（９５）に加わる操舵トルクに応じたアシストトルクを出力するモータ（８０）を制御するステアリング制御装置であって、
基本アシストトルク指令を演算する基本アシストトルク演算部（２０、２００）と、
前記基本アシストトルク指令を補正し、車両の挙動を収斂させる補正トルクを演算する補正トルク演算部（４０、４００）と、
前記操舵軸に加わるトルクの印加方向を示す能動状態量、および、前記操舵軸の回転方向を示す回転状態量に基づき、前記操舵部材が切り込み状態、切り戻し状態または保舵状態であることを示す指標である操舵状態量を演算する状態量演算部（２３、４３、２３０）と、
前記操舵状態量に基づき、指令補償値を演算する補償値演算部（２４、４００）と、
前記指令補償値を用い、前記モータの駆動に係る指令値を演算する指令演算部（４１）と、
を備え、
前記能動状態量および前記回転状態量の少なくとも一方は、前記操舵軸の運動状態を示す物理量から関数またはマップを用いて換算した換算値であり、
前記補償値演算部は、前記基本アシストトルク演算部および前記補正トルク演算部の少なくとも一方を構成し、
前記基本アシストトルク演算部は、機械インピーダンス要素を調整し、運転者の手感を調整する調整トルクを演算する調整トルク演算部（２４）を有し、
前記調整トルク演算部は、
前記操舵軸を含む操舵系メカ（１００）の機械インピーダンスの剛性特性を調整する剛性調整トルクを演算する剛性調整部（２５）、
前記操舵系メカの機械インピーダンスの粘性特性を調整する粘性調整トルクを演算する粘性調整部（２６）、
および、前記操舵系メカの機械インピーダンスの慣性特性を調整する慣性調整トルクを演算する慣性調整部（２７）
の少なくとも１つを含み、
前記補償値演算部（４００）は、前記操舵状態量に基づく収斂ゲインを演算し、前記収斂ゲインを回転速度相当値に乗算して演算される前記補正トルクを前記指令補償値として演算し、
前記回転速度相当値は、前記操舵軸の回転速度、または、前記回転速度に応じて変化する値であるステアリング制御装置。
【請求項２】
前記能動状態量は、前記操舵軸の運動状態を示す物理量である前記操舵トルクまたは前記操舵トルクに応じて変化する値である操舵トルク相当値から換算される換算値である請求項１に記載のステアリング制御装置。
【請求項３】
前記能動状態量は、前記操舵トルク相当値に基づき、前記操舵軸の第１方向にトルクが印加されていることを示す第１トルク判定値と、前記操舵軸の第２方向にトルクが印加されていることを示す第２トルク判定値と、を連続的に補間する関数またはマップを用いて演算される請求項２に記載のステアリング制御装置。
【請求項４】
前記能動状態量は、前記第１トルク判定値および前記第２トルク判定値に飽和する飽和特性を有する関数またはマップを用いて演算される請求項３に記載のステアリング制御装置。
【請求項５】
前記回転状態量は、前記操舵軸の運動状態を示す物理量である前記回転速度相当値から換算される換算値である請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
【請求項６】
前記回転状態量は、前記回転速度相当値に基づき、前記操舵軸が第１方向に回転していることを示す第１回転判定値と、前記操舵軸が第２方向に回転していることを示す第２回転判定値と、を連続的に補間する関数またはマップを用いて演算される請求項５に記載のステアリング制御装置。
【請求項７】
前記回転状態量は、前記第１回転判定値および前記第２回転判定値に飽和する飽和特性を有する関数またはマップを用いて演算される請求項６に記載のステアリング制御装置。
【請求項８】
前記状態量演算部は、前記能動状態量と前記回転状態量との積に基づき、前記操舵状態量を演算する請求項１〜７のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
【請求項９】
前記補償値演算部（２４）は、前記調整トルクを前記指令補償値として演算する前記調整トルク演算部であって、
前記剛性調整トルク、前記粘性調整トルクおよび前記慣性調整トルクの少なくとも１つを、前記操舵状態量に基づいて演算する請求項１〜８のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
【請求項１０】
前記剛性調整部は、前記剛性調整トルクとして、路面負荷に応じた路面負荷基準剛性調整トルク、および、前記操舵軸の回転角に応じた舵角基準剛性調整トルクの少なくとも一方を演算する請求項９に記載のステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操舵部材の操舵状態に応じたフィールを実現するステアリング制御装置が知られている。例えば特許文献１では、操舵トルクと操舵軸の角速度の積であるドライバ仕事率に応じ、機械インピーダンス調整用のトルク生成に用いる剛性成分、粘性成分、および、慣性成分を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１３７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ドライバ仕事率は、操舵部材の切り始めの立ち上がりが遅いため、保舵、切り込み、切り戻しの切り替え判定が遅れる虞がある。また、ドライバ仕事率は、切り込み状態よりも、切り戻し状態にて、相対的に小さい値となる。そのため、機械インピーダンス要素の調整にドライバ仕事率を用いる場合、操舵部材の状態変化に対して、遅れなく、かつ、適切な量に機械インピーダンス要素を調整するのが難しい。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵部材の操舵状態に応じた操舵フィールを実現するステアリング制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のステアリング制御装置は、操舵部材（９１）に連結された操舵軸（９５）に加わる操舵トルクに応じたアシストトルクを出力するモータ（８０）を制御するものであって、基本アシストトルク演算部（２０、２００）と、補正トルク演算部（４０、４００）と、状態量演算部（２３、４３、２３０）と、補償値演算部（２４、４００）と、指令演算部（４１）と、を備える。
基本アシストトルク演算部（２０、２００）は、基本アシストトルク指令を演算する。
補正トルク演算部（４０、４００）は、基本アシストトルク指令を補正し、車両の挙動を収斂させる補正トルクを演算する。
状態量演算部は、操舵軸に加わるトルクの印加方向を示す能動状態量、および、操舵軸の回転方向を示す回転状態量に基づき、操舵部材が切り込み状態、切り戻し状態または保舵状態であることを示す指標である操舵状態量を演算する。
補償値演算部は、操舵状態量に基づき、指令補償値を演算する。
指令演算部は、指令補償値を用い、モータの駆動に係る指令値を演算する。
能動状態量および回転状態量の少なくとも一方は、操舵軸の運動状態を示す物理量から、関数またはマップを用いて換算した換算値である。
補償値演算部は、基本アシストトルク演算部および補正トルク演算部の少なくとも一方を構成する。
基本アシストトルク演算部は、機械インピーダンス要素を調整し、運転者の手感を調整する調整トルクを演算する調整トルク演算部（２４）を有する。調整トルク演算部は、操舵軸を含む操舵系メカ（１００）の機械インピーダンスの剛性特性を調整する剛性調整トルクを演算する剛性調整部（２５）、操舵系メカの機械インピーダンスの粘性特性を調整する粘性調整トルクを演算する粘性調整部（２６）、および、操舵系メカの機械インピーダンスの慣性特性を調整する慣性調整トルクを演算する慣性調整部（２７）の少なくとも１つを含む。
補償値演算部（４００）は、操舵状態量に基づく収斂ゲインを演算し、収斂ゲインを回転速度相当値に乗算して演算される補正トルクを指令補償値として演算する。回転速度相当値は、操舵軸の回転速度、または、回転速度に応じて変化する値である。
【０００６】
操舵状態量の演算に用いられる能動状態量または回転状態量の少なくとも一方を、操舵軸の運動状態を示す物理量そのものではなく、換算値とすることで、調整要素を含めることができる。これにより、操舵部材の切り込み、切り戻し、保舵を示す指標である操舵状態量を、適切に設定することができる。また、操舵状態量に基づき、操舵部材の操舵状態に応じた指令補償値が適切に演算されるので、操舵フィールを適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態によるステアリングシステムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による基本アシストトルク演算部を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態による状態量演算部を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態による（ａ）能動状態量、（ｂ）回転状態量を示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態による能動状態量を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による操舵状態量を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の第１実施形態による路面負荷基準剛性調整トルクを説明する説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態による状態量演算部を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による補正トルク演算部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明によるステアリング制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるステアリング制御装置を図１〜図８に示す。
図１に示すように、ステアリングシステム１は、運転者による操舵部材としてのハンドル９１の操舵を、モータ８０によってアシストするものである。ステアリングシステム１は、ハンドル９１、操舵軸９５、ギアボックス９６、操舵輪９９、モータ８０、および、ＥＣＵ１０等を備える。
【０００９】
ハンドル９１は、ステアリングシャフト９２の一端に固定される。ステアリングシャフト９２の他端側には、インターミディエイトシャフト９３が設けられる。ステアリングシャフト９２とインターミディエイトシャフト９３との間には、トルクセンサ９４が設けられる。ステアリングシャフト９２とインターミディエイトシャフト９３とは、トルクセンサ９４のトーションバーにより接続される。以下、ステアリングシャフト９２からトルクセンサ９４を経てインターミディエイトシャフト９３に至る軸全体を、まとめて操舵軸９５とする。
【００１０】
トルクセンサ９４は、操舵トルクＴｓを検出するためセンサである。具体的には、トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２とインターミディエイトシャフト９３とを連結するトーションバーを有し、トーションバーの捩れ角に基づき、トーションバーに加えられているトルクを検出する。トルクセンサ９４の検出値は、操舵トルクＴｓに係る検出値として、ＥＣＵ１０に出力される。
【００１１】
インターミディエイトシャフト９３のトルクセンサ９４と反対側の端部には、ギアボックス９６が設けられる。ギアボックス９６は、ピニオンギア９６１およびラック９６２を含む。ピニオンギア９６１は、インターミディエイトシャフト９３のトルクセンサ９４と反対側の端部に設けられ、ラック９６２の歯と噛み合っている。
運転者がハンドル９１を回すと、インターミディエイトシャフト９３とともにピニオンギア９６１が回転し、ピニオンギア９６１の回転に伴って、ラック９６２が左右に移動する。
【００１２】
ラック９６２の両端には、タイロッド９７が設けられる。タイロッド９７は、ラック９６２とともに左右の往復運動を行う。タイロッド９７は、ナックルアーム９８を介して操舵輪９９と接続される。タイロッド９７がナックルアーム９８を引っ張ったり押したりすることで、操舵輪９９の向きが変わる。
【００１３】
モータ８０は、ハンドル９１の操舵力をアシストするアシストトルクを出力するものである。モータ８０の回転は、減速機構８５を経由して、インターミディエイトシャフト９３に伝達される。すなわち本実施形態のステアリングシステム１は、モータ８０の回転が操舵軸９５に伝達される、所謂「コラムアシストタイプ」である。
【００１４】
減速機構８５は、ウォームギア８６およびウォームホイール８７を有する。ウォームギア８６は、モータ８０の回転軸の先端に設けられる。ウォームホイール８７は、ウォームギア８６と噛み合った状態でインターミディエイトシャフト９３と同軸に設けられる。これにより、モータ８０の回転がインターミディエイトシャフト９３に伝達される。また、ハンドル９１の操舵や、路面からの反力によってインターミディエイトシャフト９３が回転すると、この回転が減速機構８５を経由してモータ８０に伝達され、モータ８０が回転する。
【００１５】
本実施形態のモータ８０は、３相交流のブラシレスモータである。モータ８０のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルには、それぞれ、駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが印加される。
モータ８０には、図示しない回転センサが設けられる。回転センサは、例えばレゾルバ等であって、モータ８０の回転状態を検出し、回転状態に係る検出値をＥＣＵ１０に出力する。本実施形態では、回転センサは、モータ８０の回転角速度を示す情報であるモータ速度ωをＥＣＵ１０に出力する。なお、回転センサがモータ８０の回転角度を検出する回転角センサであって、回転角センサの検出値に基づき、ＥＣＵ１０にてモータ速度ωを演算するようにしてもよい。モータ速度ωは、減速機構８５のギア比に基づき、操舵軸９５の回転速度に換算可能な値である。以下適宜、操舵軸９５の回転速度を「操舵速度」とする。
【００１６】
本実施形態では、モータ８０および減速機構８５を含み、ハンドル９１から操舵輪９９に至る、ハンドル９１の操舵力が伝達される機構全体を、操舵系メカ１００とする。ここで、左方向の操舵トルクＴｓを正、右方向の操舵トルクＴｓを負とする。また、モータ速度ωは、ハンドル９１が左方向に操舵されるときに正、右方向に操舵されるときに負とする。すなわち、本実施形態では、ハンドル９１の左方向が「第１方向」、右方向が「第２方向」に対応するが、逆であってもよい。
【００１７】
ＥＣＵ１０は、モータ８０の駆動を制御することで、操舵系メカ１００を制御するものである。ＥＣＵ１０は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、トルクセンサ９４により検出された操舵トルクＴｓ、回転センサにより検出されたモータ速度ω、および、車速センサ７１により検出された車両の走行速度である車速Ｓ等に基づき、アシストトルク指令Ｔａ*を演算する。そして、ＥＣＵ１０は、アシストトルク指令Ｔａ*に基づいてモータ８０の駆動を制御する。
【００１８】
図２に示すように、ＥＣＵ１０は、インバータ１２、および、ステアリング制御装置としての制御部１５等を備える。インバータ１２は、３相インバータであって、モータ８０の各相コイルに通電される電流を切り替えるスイッチング素子を有する。
制御部１５は、マイコン等を含んで構成され、アシストトルク指令Ｔａ*に応じた駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗがモータ８０に印加されるように、例えばＰＷＭ制御等により、インバータ１２のスイッチング素子のオンオフ作動を制御する。これにより、運転者によるハンドル９１の操舵をアシストするアシスト量が制御される。制御部１５における各種演算処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。後述の制御部１６についても同様である。
【００１９】
制御部１５は、機能ブロックとして、基本アシストトルク演算部２０、補正トルク演算部４０、指令演算部４１、および、電流フィードバック部４５等を備える。
基本アシストトルク演算部２０は、基本アシストトルク指令Ｔｂ*を演算する。基本アシストトルク演算部２０の詳細は後述する。
補正トルク演算部４０は、基本アシストトルク指令Ｔｂ*を補正する補正トルクＴｒを演算する。補正トルクＴｒは、車両の挙動が不安定になることでハンドル９１に伝わる振動等の不安定な挙動を抑制するためのものであって、操舵トルクＴｓ、モータ速度ω、および、車速Ｓ等に基づいて演算される。補正トルクＴｒで基本アシストトルク指令Ｔｂ*を補正することで、車両の挙動が適切に収斂され、車両全体としての操作安定性を実現可能である。
【００２０】
指令演算部４１は、基本アシストトルク指令Ｔｂ*を補正トルクＴｒで補正し、アシストトルク指令Ｔａ*を演算する。本実施形態の指令演算部４１は加算器であって、アシストトルク指令Ｔａ*は、基本アシストトルク指令Ｔｂ*に補正トルクＴｒを加算して演算される。
電流フィードバック部４５は、アシストトルク指令Ｔａ*に応じたアシストトルクが操舵軸９５に付与されるように、インバータ１２のスイッチング素子のオンオフ作動を制御する駆動信号を生成する。
【００２１】
詳細には、電流フィードバック部４５は、アシストトルク指令Ｔａ*に基づき、モータ８０に通電する電流指令値を演算する。また、電流フィードバック部４５は、モータ８０の各相コイルに通電される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに係る検出値を、図示しない電流センサから取得する。電流フィードバック部４５は、フィードバックされるモータ８０の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流指令値に収束するように、電圧指令値を演算し、電圧指令値に基づき、スイッチング素子のオンオフ作動を制御する駆動信号を生成する。生成された駆動信号に基づいてインバータ１２のスイッチング素子をオンオフすることで、モータ８０にアシストトルク指令Ｔａ*に応じた駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが印加される。
これにより、モータ８０からアシストトルク指令Ｔａ*に応じたトルクが出力され、このトルクが操舵軸９５に加わることで、運転者によるハンドル９１の操舵がアシストされる。
【００２２】
以下、基本アシストトルク演算部２０における基本アシストトルク指令Ｔｂ*の演算について説明する。基本アシストトルク演算部２０は、操舵トルクＴｓ、モータ速度ω、および、車速Ｓ等に基づき、路面負荷に応じた伝達感や操舵状態に応じた操舵フィールが実現されるように、基本アシストトルク指令Ｔｂ*を演算する。詳細には、基本アシストトルク指令Ｔｂ*は、路面反力に応じた反応が準定常的に運転者へ伝達されるようにすることで、車両の状態や路面の状態を運転者が把握しやすくなるようにするとともに、操舵状態に応じた手感を調整することで、操舵フィールを向上させるように演算される。ここで、運転者に与える手感には、操舵系メカ１００の感覚的な硬さ、粘り、重さが含まれ、これらを調整することで、操舵フィールを向上させる。
【００２３】
図３に示すように、基本アシストトルク演算部２０は、負荷推定部２１、目標トルク演算部２２、状態量演算部２３、調整トルク演算部２４、調整部としての目標操舵トルク演算部３１、偏差演算部３２、および、コントローラ部３５等を有する。
負荷推定部２１は、加算器２１１、および、フィルタ２１２を有し、路面反力に応じた路面負荷を推定する。加算器２１１は、基本アシストトルク指令Ｔｂ*と目標操舵トルクＴｓ*とを加算する。フィルタ２１２は、基本アシストトルク指令Ｔｂ*と目標操舵トルクＴｓ*との加算値から所定の周波数以下の帯域の成分を抽出するローパスフィルタである。フィルタ２１２にて抽出された周波数成分を、負荷トルクＴｘとする。負荷トルクＴｘは、路面負荷に応じたトルクである。
目標トルク演算部２２は、負荷推定部２１から出力される負荷トルクＴｘおよび車速Ｓに基づき、操舵トルクＴｓの目標値である目標操舵トルクＴｓ*の基本成分である基本目標操舵トルクＴｆ*を演算する。
【００２４】
状態量演算部２３は、能動状態量演算部２３１、回転状態量演算部２３２、および、操舵状態量演算部２３５を有し、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒに基づいて操舵状態量Ｑｓを演算する。操舵状態量Ｑｓは、運転者のハンドル９１の操舵状態を示す指標であって、操舵状態が、少なくとも「切り込み」、「切り戻し」、「保舵」のいずれであるかを判定可能な指標である。本実施形態では、操舵状態量Ｑｓは、−１以上、１以下の無次元量であり、０を含む所定範囲内である場合、「保舵」、１に近いほど「切り込み」の傾向が強く、−１に近いほど「切り戻し」の傾向が強いことを示す。
操舵状態量Ｑｓの演算の詳細は、後述する。
【００２５】
調整トルク演算部２４は、操舵状態量Ｑｓに基づき、運転者に与える手感を調整する調整トルクＴｈを演算する。調整トルクＴｈは、操舵系メカ１００における操舵トルクＴｓと操舵角θｓとの関係を規定する機械インピーダンスを調整するためのものであって、いずれも操舵状態量Ｑｓに基づく値である剛性調整トルクＴｋ１、Ｔｋ２、粘性調整トルクＴｃ、および、慣性調整トルクＴｉに基づいて演算される。
調整トルク演算部２４は、剛性調整部２５、粘性調整部２６、慣性調整部２７、および、加算器２８を有する。
【００２６】
剛性調整部２５は、操舵系メカ１００の剛性特性を調整するための剛性調整トルクＴｋ１、Ｔｋ２を演算するものであって、路面負荷基準剛性調整部２５１、および、舵角基準剛性調整部２５５を有する。
【００２７】
路面負荷基準剛性調整部２５１は、路面負荷基準剛性ゲイン設定部２５２、および、乗算器２５３を有する。
路面負荷基準剛性ゲイン設定部２５２は、操舵状態量Ｑｓおよび車速Ｓに基づき、ハンドル９１の操作時に運転者に与える剛性特性を調整するための路面負荷基準剛性ゲインＫ１を演算する。路面負荷基準剛性ゲインＫ１は、予め用意された路面負荷基準剛性調整マップを用いて演算される。
乗算器２５３は、負荷トルクＴｘに路面負荷基準剛性ゲインＫ１を乗じ、路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１を演算する。すなわち、路面負荷基準剛性ゲインＫ１は、操舵系メカ１００における機械インピーダンスの剛性成分に相当する値であって、路面負荷に対する調整ゲインといえる。
【００２８】
舵角基準剛性調整部２５５は、舵角基準剛性ゲイン設定部２５６、および、乗算器２５７を有する。
舵角基準剛性ゲイン設定部２５６は、操舵状態量Ｑｓおよび車速Ｓに基づき、ハンドル９１の操作時に運転者に与える剛性特性を調整するための舵角基準剛性ゲインＫ２を演算する。舵角基準剛性ゲインＫ２は、予め用意された舵角基準剛性調整マップを用いて演算される。
乗算器２５７は、操舵角θｓに舵角基準剛性ゲインＫ２を乗じ、舵角基準剛性調整トルクＴｋ２を演算する。すなわち、舵角基準剛性ゲインＫ２は、操舵系メカ１００における機械インピーダンスの剛性成分に相当する値であって、操舵角θｓに対する調整ゲインといえる。
【００２９】
剛性ゲインＫ１、Ｋ２は、操舵状態量Ｑｓが０のときに０とし、操舵状態量Ｑｓが１に近づくほど大きくなり、操舵状態量Ｑｓが−１に近づくほど小さくなるように設定される。切り込み状態での剛性を増加させることで、操舵時の手応えをしっかりさせる。また、切り戻し状態での剛性を減少させることで、ハンドル９１の戻りが緩やかになるので、戻され感が低減される。
また、舵角基準剛性ゲインＫ２は、操舵状態量Ｑｓが０のときに０とし、操舵状態量Ｑｓが１に近づくほど小さくなり、操舵状態量Ｑｓが−１に近づくほど大きくなるように設定されてもよい。切り込み状態での剛性を低下させることで、操舵時の手応えが過剰とならないようにする。また、切り戻し状態での剛性を増加させることで、ハンドル９１がセンターに戻りやすくなる。
【００３０】
粘性調整部２６は、操舵系メカ１００の粘性特性を調整するための粘性調整トルクＴｃを演算するものであって、粘性ゲイン設定部２６１、および、乗算器２６２を有する。
粘性ゲイン設定部２６１は、操舵状態量Ｑｓおよび車速Ｓに基づき、ハンドル９１の操作時に運転者に与える粘性特性を調整するための粘性ゲインＣを演算する。粘性ゲインＣは、予め用意された粘性調整マップを用いて演算される。
乗算器２６２は、モータ速度ωに粘性ゲインＣを乗じ、粘性調整トルクＴｃを演算する。モータ速度ωは、減速機構８５のギア比に基づいて操舵速度に換算可能な値であることを鑑みれば、粘性ゲインＣは、操舵系メカ１００における機械インピーダンスの粘性成分に相当する値であって、操舵速度に対する調整ゲインといえる。
【００３１】
粘性ゲインＣは、操舵状態量Ｑｓが０のときに０とし、操舵状態量Ｑｓが１に近づくほど小さくなり、操舵状態量Ｑｓが−１に近づくほど大きくなるように設定される。なお、操舵状態量Ｑｓが０のときの粘性ゲインＣは０でなくてもよく、０点がずれていてもよい。切り込み状態での粘性を減少させることで、ハンドル９１を切り込んでいったときの余分な粘性特性を低減可能であり、心地よいすっきりした操舵フィールとすることができる。また、切り戻し状態での粘性を増加させることで、ハンドル９１の戻りが緩やかになり、収斂性が向上する。
また、粘性ゲインＣは、車速Ｓに応じて設定される。
【００３２】
慣性調整部２７は、操舵系メカ１００の慣性特性を調整するための慣性調整トルクＴｉを演算するものであって、慣性ゲイン設定部２７１、および、乗算器２７２を有する。
慣性ゲイン設定部２７１は、操舵状態量Ｑｓに基づき、ハンドル９１の操作時に運転者に与える慣性特性を調整するための慣性ゲインＩを演算する。慣性ゲインＩは、予め用意された慣性調整マップを用いて演算される。
乗算器２７２は、微分器２９にてモータ速度ωを微分して得られるモータ加速度αに慣性ゲインＩを乗じ、慣性調整トルクＴｉを演算する。すなわち、慣性調整トルクＴｉは、操舵系メカ１００における機械インピーダンスの慣性成分に相当する値であって、モータ加速度αに対する調整ゲインといえる。
【００３３】
慣性ゲインＩは、操舵状態量Ｑｓが０を含む所定範囲内である微小操作域では、負の一定値に設定される。また、操舵状態量Ｑｓが正の所定値以上、または、負の所定値以下の場合、慣性ゲインＩは正の一定値に設定される。微小操作域の正側閾値から慣性ゲインＩが一定値となる正の所定値までの範囲、および、微小操作域の負側閾値から慣性ゲインＩが一定値となる負の所定値までの範囲では、操舵状態量Ｑｓの絶対値の増加に伴い、慣性ゲインＩが増加するように設定される。なお、慣性ゲインＩについても、車速Ｓに応じて設定されるようにしてもよい。
微小操作域での慣性ゲインＩを負の一定値とすることで、微小操作域におけるモータ８０の慣性に起因する余分な慣性特性が低減されるため、運転者に自然な操舵フィールを与えることができる。また、ハンドル９１が微小操作域を超えて操作されるときは、適度な慣性が与えられるため、慣性力に伴う反力成分に応じた操舵フィールを実現可能である。
【００３４】
加算器２８は、剛性調整トルクＴｋ１、Ｔｋ２、粘性調整トルクＴｃ、および、慣性調整トルクＴｉを加算し、調整トルクＴｈを演算する。
目標操舵トルク演算部３１は、基本目標操舵トルクＴｆ*を調整トルクＴｈで調整し、目標操舵トルクＴｓ*を演算する。本実施形態の目標操舵トルク演算部３１は、加算器であって、基本目標操舵トルクＴｆ*に調整トルクＴｈを加算し、目標操舵トルクＴｓ*を演算する。
偏差演算部３２は、目標操舵トルクＴｓ*と、トルクセンサ９４にて検出される操舵トルクＴｓとの偏差であるトルク偏差ΔＴｓを演算する。
コントローラ部３５は、トルク偏差ΔＴｓが０に収束し、操舵トルクＴｓが目標操舵トルクＴｓ*に追従するように、基本アシストトルク指令Ｔｂ*を演算する。
【００３５】
以下、操舵状態量Ｑｓの演算について説明する。
図４に示すように、状態量演算部２３は、能動状態量演算部２３１、回転状態量演算部２３２、および、操舵状態量演算部２３５を有する。
能動状態量演算部２３１は、操舵トルクＴｓに基づき、能動状態量Ｑａを演算する。能動状態量Ｑａは、操舵軸９５に対するトルクの印加方向を示す指標である。本実施形態では、能動状態量Ｑａが第１トルク判定値Ｔ１に近いほど、操舵軸９５の正方向にトルクが印加されていることを示し、第２トルク判定値Ｔ２に近いほど、操舵軸９５の負方向にトルクが印加されていることを示す。本実施形態では、第１トルク判定値Ｔ１を１、第２トルク判定値Ｔ２を−１とする。
能動状態量Ｑａは、第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２との間を連続的に補間する関数である能動状態量演算関数を用い、操舵トルクＴｓに基づいて演算される。
【００３６】
回転状態量演算部２３２は、モータ速度ωに基づき、回転状態量Ｑｒを演算する。回転状態量Ｑｒは、操舵軸９５の回転方向を示す指標である。本実施形態では、回転状態量Ｑｒが第１回転判定値Ｒ１に近いほど、操舵軸９５が正方向に回転されていることを示し、第２回転判定値Ｒ２に近いほど、操舵軸９５が負方向に回転されていることを示す。本実施形態では、第１回転判定値Ｒ１を１、第２回転判定値Ｒ２を−１とする。
回転状態量Ｑｒは、第１回転判定値Ｒ１と第２回転判定値Ｒ２との間を連続的に補間する関数である回転状態量演算関数を用い、モータ速度ωに基づいて演算される。
【００３７】
操舵状態量演算部２３５は、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒに基づき、操舵状態量Ｑｓを演算する。本実施形態の操舵状態量演算部２３５は、乗算器であって、操舵状態量Ｑｓは、能動状態量Ｑａと回転状態量Ｑｒとの積である。
【００３８】
本実施形態の能動状態量演算関数は、第１トルク判定値Ｔ１および第２トルク判定値Ｔ２に飽和する関数である。このような関数も、「第１トルク判定値と第２トルク判定値とを連続的に補間する関数」の概念に含まれるものとする。
一方、例えば、操舵トルクＴｓ＜０のときに第２トルク判定値Ｔ２、操舵トルクＴｓ＝０のときに０、操舵トルクＴｓ＞０のときに第１トルク判定値Ｔ１とする、といった具合に、能動状態量Ｑａがステップ状に演算されるものについては、本明細書における「第１トルク判定値と第２トルク判定値とを連続的に補完する関数」の概念には含まれないものとする。なお、状態量演算部２３における各演算が離散系であることを考慮し、分解能等に応じ、第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２との偏差に対して十分に小さいとみなせる程度に不連続であることは許容されるものとする。
回転状態量演算関数についても同様である。また、関数に替えて、後述の第２実施形態のように、マップを実装する場合も同様である。
【００３９】
本実施形態の能動状態量演算関数および回転状態量演算関数は、双曲線正接（すなわちｔａｎｈ）を用いた関数であって、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒは、式（１−１）、（１−２）で演算される。式中のＢａ、Ｂｒは、−１から１に至る傾きを規定する調整定数であって、任意に設定可能である。また、式（１−１）で演算される能動状態量Ｑａを図５（ａ）、式（１−２）で演算される回転状態量Ｑｒを図５（ｂ）に示す。
Ｑａ＝ｔａｎｈ（Ｔｓ／Ｂａ）    ・・・（１−１）
Ｑｒ＝ｔａｎｈ（ω／Ｂｒ）    ・・・（１−２）
【００４０】
また、能動状態量演算関数または回転状態量演算関数を、符号関数を用いた関数としてもよい。符号関数を用いて演算される能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒを式（２−１）、（２−２）に示す。式中の「ｓｇｎ（Ｘ）」は、Ｘの符号を取り出す関数とする。また、式中のτａ、τｒは、−１から１に至る傾きを規定する調整定数である。
【００４１】
【数１】
0006790452.tif 000002
【００４２】
さらにまた、能動状態量演算関数または回転状態量演算関数を、誤差関数を用いた関数としてもよい。誤差関数を用いて演算される能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒを式（３−１）、（３−２）に示す。また、誤差関数の定義を、式（３−３）に示す。式中のＣａ、Ｃｒ、Ｄａ、Ｄｒは、いずれも−１から１に至る傾きを規定する調整定数であって、実数とする。また、式（３−３）中のｔは、積分の中間変数である。
【００４３】
【数２】
0006790452.tif 000003
【００４４】
本実施形態の能動状態量演算関数および回転状態量演算関数は、原点を通り、かつ、原点に対して点対称な関数である。また、能動状態量演算関数は、第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２とを滑らかに繋ぐ関数である。ここで、操舵トルクＴｓには、ノイズ成分が含まれる。そのため、能動状態量演算関数がステップ状であると、能動状態量Ｑａの変化点近傍にてノイズを受けた場合、第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２とで頻繁に切り替わる振動的な値として、能動状態量Ｑａが演算される。また、直進保舵中等、操舵トルクＴｓの極性が細かく変動する状態においても同様に、第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２とで頻繁に切り替わる振動的な値として能動状態量Ｑａが演算される。そこで本実施形態では、第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２とを滑らかに繋ぐ関数である能動状態量演算関数を用いて能動状態量Ｑａを演算することで、能動状態量Ｑａの振動を抑制することができる。
【００４５】
また、回転状態量演算関数は、第１回転判定値Ｒ１と第２回転判定値Ｒ２とを滑らかに繋ぐ関数である。ここで、モータ速度ωには、ノイズ成分が含まれる。そのため、回転状態量演算関数がステップ状であると、回転状態量Ｑｒの変化点近傍にてノイズを受けた場合、第１回転判定値Ｒ１と第２回転判定値Ｒ２とで頻繁に切り替わる振動的な値として、回転状態量Ｑｒが演算される。また、直進保舵中等、モータ速度ωの極性が細かく変動する状態において、第１回転判定値Ｒ１と第２回転判定値Ｒ２とで頻繁に切り替わる振動的な値として回転状態量Ｑｒが演算される。そこで本実施形態では、第１回転判定値Ｒ１と第２回転判定値Ｒ２とを滑らかに繋ぐ関数である回転状態量演算関数を用いて回転状態量Ｑｒを演算することで、回転状態量Ｑｒの振動を抑制することができる。
【００４６】
また、能動状態量Ｑａを、操舵トルクＴｓそのものではなく、適合等により設定された能動状態量演算関数を用いて操舵トルクＴｓを換算した換算値とすることで、トルクの印加方向を適切に判定することができる。
同様に、回転状態量Ｑｒを、モータ速度ωそのものではなく、適合等により設定された回転状態量演算関数を用いてモータ速度ωを換算した換算値とすることで、モータ８０の回転方向を適切に判定することができる。
すなわち、本実施形態の能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒには、能動状態量演算関数および回転状態量演算関数、ならびに、これらに含まれる調整定数を任意に設定することによる調整要素が含まれる、といえる。
【００４７】
図６には、参考例として、右方向に最大トルクが入力されたときの能動状態量Ｑａを−１、左方向に最大トルクが入力されたときの能動状態量Ｑａを１とし、線形補間した場合を破線で示す。実線は、本実施形態の能動状態量Ｑａであって、図５（ａ）と同様である。
【００４８】
図６に示すように、例えば、操舵トルクＴｓが正の値であるＴｓ＿ｐであるとき、本実施形態の能動状態量演算関数を用いた場合、能動状態量Ｑａが第１トルク判定値Ｔ１（すなわち１）に飽和しているのに対し、参考例では、第１トルク判定値Ｔ１より絶対値が小さいＴ１＿ｃとなる。また、操舵トルクＴｓが負の値であるＴｓ＿ｎであるとき、本実施形態の能動状態量演算関数を用いた場合、能動状態量Ｑａが第２トルク判定値Ｔ２（すなわち−１）に飽和しているのに対し、参考例では第２トルク判定値Ｔ２より絶対値が小さいＴ２＿ｃとなる。
【００４９】
本実施形態では、能動状態量演算関数、および、これに用いられる定数を調整することで、操舵トルクＴｓに対する能動状態量Ｑａの感度を調整可能である。図６の例では、能動状態量演算関数として、操舵トルクＴｓが０付近であるときの傾きが大きい関数を用いることで、操舵トルクＴｓの印加方向の切り替え感度を高めている。換言すると、本実施形態では、操舵トルクＴｓの印加方向が切り替わり、操舵トルクＴｓの正負が切り替わると、能動状態量Ｑａが、速やか、かつ、滑らかに第１トルク判定値Ｔ１または第２トルク判定値Ｔ２に漸近するように能動状態量演算関数を設定している。これにより、操舵トルクＴｓの印加方向を適切に判定可能である。
【００５０】
回転状態量Ｑｒについても同様、回転状態量演算関数、および、これに用いられる定数を調整することで、モータ速度ωに対する回転状態量Ｑｒの感度を調整可能である。本実施形態では、回転状態量演算関数として、操舵トルクＴｓが０付近であるときの傾きが大きい関数を用いることで、モータ８０の回転方向の切り替え感度を高めている。換言すると、モータ速度ωの正負が切り替わると、回転状態量Ｑｒが、速やか、かつ、滑らかに第１回転判定値Ｒ１または第２回転判定値Ｒ２に漸近するように回転状態量演算関数を設定している。これにより、モータ８０の回転方向を適切に判定可能である。
【００５１】
本実施形態では、能動状態量Ｑａと回転状態量Ｑｒとの積を、操舵状態量Ｑｓとしている。上述の通り、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒの感度を調整することで、その積である操舵状態量Ｑｓの感度の調整が可能である。本実施形態では、操舵状態量Ｑｓが０付近であるときの傾きが大きくなるように、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒが演算される。これにより、操舵状態量Ｑｓに基づき、操舵状態の切り替えを速やかに判定可能である。
【００５２】
図７は、ハンドル９１を左方向、右方向、左方向と、操舵した場合の結果を示すタイムチャートである。図７は、共通時間軸を横軸とし、（ａ）が操舵トルクＴｓ、（ｂ）がモータ速度ω、（ｃ）が操舵状態量Ｑｓ、（ｄ）がドライバ仕事率Ｗである。ドライバ仕事率Ｗは、参考例であって、操舵トルクＴｓとモータ速度ωとを乗じた値とする。すなわち、ドライバ仕事率Ｗは、操舵トルクＴｓおよびモータ速度ωが決まると、一律に決まる値であって、調整の余地がない、と言える。
また、図７では、ハンドル９１が切り込み状態である期間をＰａ、切り戻し状態である期間をＰｂと記載した。なお、切り込み状態から切り戻し状態へ移行する際、操舵状態量Ｑｓが略０となり、一時的に保舵状態とみなされる期間が存在するが、図７中では保舵状態の記載を省略し、切り込み状態と切り戻し状態とが直接的に切り替わるものとして説明する。
【００５３】
図７に示すように、時刻ｘ１から時刻ｘ２までの期間、ハンドル９１が左方向に操舵され、ハンドル９１の操舵状態が「切り込み」である。図７（ｄ）に示すように、ドライバ仕事率Ｗは、操舵トルクＴｓとモータ速度ωとの単なるかけ算であるため、立ち上がり特性は、操舵トルクＴｓとモータ速度ωの立ち上がり特性に依存する。そのため、ドライバ仕事率Ｗは、図７（ｃ）に示す操舵状態量Ｑｓと比較し、立ち上がりが遅い。また、図７の例よりも、さらにゆっくりとハンドル９１を操舵すれば、ドライバ仕事率Ｗの立ち上がりは、さらに遅くなる。
【００５４】
一方、本実施形態では、操舵トルクＴｓに基づく能動状態量Ｑａ、および、モータ速度ωに基づく回転状態量Ｑｒを分離して演算しているので、それぞれの立ち上がり特性を個別に調整可能である。そのため、ハンドル９１をゆっくり操舵しても、操舵状態量Ｑｓの立ち上がりが早くなるように、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒを調整可能である。
これにより、図７（ｃ）に示すように、時刻ｘ１でハンドル９１が切り込まれると、操舵状態量Ｑｓは、速やかに１に漸近する。また、時刻ｘ２にて、ハンドル９１の操舵状態が切り込み状態から切り戻し状態に移行すると、操舵状態量Ｑｓは、速やかに−１に漸近する。同様に、ハンドル９１が切り戻し状態から切り込み状態となる時刻ｘ３、ｘ５にて、操舵状態量Ｑｓが速やかに１に漸近し、ハンドル９１が切り込み状態から切り戻し状態となる時刻ｘ４にて、操舵状態量Ｑｓが速やかに−１に漸近する。
【００５５】
また、図７（ａ）に示すように、操舵トルクＴｓは、切り込み状態である期間Ｐａにおいて、絶対値が大きくなる方向に推移するのに対し、切り戻し状態である期間Ｐｂにおいて、絶対値が小さくなる方向に推移する。そのため、図７（ｄ）に示すように、ドライバ仕事率Ｗの絶対値は、ハンドル９１が切り込まれるときよりも、切り戻されるときに小さくなる。換言すると、ドライバ仕事率Ｗの絶対値は、切り込み時と切り戻し時との差が大きく、相対的に切り戻し状態を判定しにくい。
図７（ｄ）では、ドライバ仕事率Ｗの絶対値が等しい箇所に基準値Ｗａ、−Ｗａを記載した。
【００５６】
本実施形態では、能動状態量演算関数を用いて演算される能動状態量Ｑａ、および、回転状態量演算関数を用いて演算される回転状態量Ｑｒを用いて操舵状態量Ｑｓを演算している。そのため、図７（ｃ）に示すように、操舵状態量Ｑｓは、切り込み状態において略１となり、切り戻し状態において略−１となる。換言すると、切り込み状態における操舵状態量Ｑｓの絶対値と、切り戻し状態における操舵状態量Ｑｓの絶対値との差が小さい。すなわち、操舵状態量Ｑｓは、ドライバ仕事率Ｗと比較し、ハンドル９１の切り込み状態および切り戻し状態を、より正確に表現している、といえる。
補足として、ドライバ仕事率Ｗと操舵状態量Ｑｓとの単位系が違うことを考慮すれば、Ｑ２に対するＱ１の比（すなわちＱ１／Ｑ２）は、Ｗ２に対するＷ１の比（すなわちＷ１／Ｗ２）より、１に近い、ともいえる。
【００５７】
本実施形態では、操舵状態量Ｑｓに基づき、剛性調整トルクＴｋ１、Ｔｋ２、粘性調整トルクＴｃ、および、慣性調整トルクＴｉを演算している。一例として、路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１を図８に示す。
図８（ａ）に示すように、操舵状態量Ｑｓまたはドライバ仕事率Ｗが正のとき、すなわちハンドル９１が切り込み状態のとき、操舵状態量Ｑｓの増加に伴って路面負荷基準剛性ゲインＫ１を増加させることで、操舵の手応えをしっかりさせる。一方、操舵状態量Ｑｓまたはドライバ仕事率Ｗが負のとき、すなわちハンドル９１が切り戻し状態のとき、操舵状態量Ｑｓの減少に伴って、路面負荷基準剛性ゲインＫ１を減少させることで、ハンドル９１が緩やかに戻り、戻され感が低減される。なお、路面負荷基準剛性ゲインＫ１は、操舵状態が、「切り込み状態」、「保舵」、「切り戻し状態」に応じて設定される値であって、操舵方向は問わない。舵角基準剛性調整トルクＴｋ２、粘性ゲインＣ、慣性ゲインＩも同様である。
【００５８】
図８（ｂ）は、ハンドル９１を、図７と同様に操舵した場合の結果であり、横軸が時間、縦軸が路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１を表している。図８（ｂ）では、実線Ｌｓが操舵状態量Ｑｓに基づく値であり、破線Ｌｗがドライバ仕事率Ｗに基づく値である。
図８（ｂ）に示すように、ハンドル９１が切り込み状態であるときの路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１は、操舵状態量Ｑｓを用いて演算することで、ドライバ仕事率Ｗを用いて演算する場合と比較し、速やかに増加している。これにより、ハンドル９１の切り込み時に、よりしっかりとした手応えを与えることができる。
【００５９】
また、ハンドル９１が切り戻し状態であるときの路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１は、操舵状態量Ｑｓを用いて演算することで、ドライバ仕事率Ｗを用いて演算する場合と比較し、速やかに、かつ、大きく減少している。換言すると、操舵状態量Ｑｓを用いることで、路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１が操舵状態に応じて適切に演算される。これにより、ハンドル９１の切り戻し時に、ハンドル９１がより緩やかに戻るので、戻され感をより低減することができる。
【００６０】
舵角基準剛性調整トルクＴｋ２についても同様である。また、舵角基準にて剛性成分を調整することで、路面状態や車速によらず、操舵角θｓに応じて同じような操舵フィールを出すことができ、特に路面の摩擦係数が小さいときの剛性感の調整に有効である。
なお、図示はしていないが、操舵状態量Ｑｓを用いて粘性調整トルクＴｃを演算することで、ドライバ仕事率Ｗを用いて演算する場合と比較し、切り込み時の粘性を速やかに低減可能であり、よりすっきりとした操舵フィールとすることができる。また、切り戻し時の粘性を速やかに増加させることで、ハンドル９１の戻りがより緩やかになり、収斂性を向上させることができる。
また、操舵状態量Ｑｓを用いて慣性調整トルクＴｉを演算することで、ドライバ仕事率Ｗを用いて演算する場合と比較し、切り込み状態または切り戻し状態に応じた慣性力が与えられるため、反力成分により即した操舵フィールを実現可能である。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の制御部１５は、ハンドル９１に連結された操舵軸９５に加わる操舵トルクＴｓに応じたアシストトルクを出力するモータ８０を制御するものであって、状態量演算部２３と、調整トルク演算部２４と、指令演算部４１と、を備える。
状態量演算部２３は、操舵軸９５に加わるトルクの印加方向を示す能動状態量Ｑａ、および、操舵軸９５の回転方向を示す回転状態量Ｑｒに基づき、ハンドル９１が切り込み状態、切り戻し状態または保舵状態であることを示す指標である操舵状態量Ｑｓを演算する。
【００６２】
調整トルク演算部２４は、操舵状態量Ｑｓに基づき、調整トルクＴｈを演算する。
指令演算部４１は、調整トルクＴｈを用い、モータ８０の駆動に係る指令値であるアシストトルク指令Ｔａ*を演算する。本実施形態では、調整トルクＴｈにて調整された値である基本アシストトルク指令Ｔｂ*に基づき、アシストトルク指令Ｔａ*を演算する。なお、調整トルクＴｈを用いて演算された基本アシストトルク指令Ｔｂ*に基づいてアシストトルク指令Ｔａ*を演算することは、「指令補償値を用い、モータの駆動に係る指令値を演算する」という概念に含まれることを補足しておく。
能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒの少なくとも一方は、操舵軸９５の運動状態を示す物理量から、関数またはマップを用いて換算される換算値である。本実施形態では、操舵トルクＴｓおよびモータ速度ωが「操舵軸の運動状態を示す物理量」に対応する。
【００６３】
本実施形態では、操舵状態量Ｑｓの演算に用いられる能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒは、操舵軸９５の運動状態を示す物理量そのものではなく、換算値とすることで、調整要素を含めることができる。これにより、ハンドル９１の切り込み、切り戻し、保舵を示す指標である操舵状態量Ｑｓを、適切に設定することができる。また、操舵状態量Ｑｓに基づき、ハンドル９１の操舵状態に応じた調整トルクＴｈが適切に演算されるので、操舵フィールを適切に調整することができる。
【００６４】
能動状態量Ｑａは、操舵トルクＴｓから換算される換算値である。すなわち本実施形態では、操舵トルクＴｓが「操舵トルク相当値」に対応する。
能動状態量Ｑａは、操舵トルクＴｓに基づき、操舵軸９５の左方向にトルクが印加されていることを示す第１トルク判定値Ｔ１と、操舵軸９５の右方向にトルクが印加されていることを示す第２トルク判定値Ｔ２とを、連続的に補間する関数またはマップを用いて演算される。第１トルク判定値Ｔ１と第２トルク判定値Ｔ２とを連続的に補間することで、能動状態量Ｑａの振動を低減することができる。
能動状態量Ｑａは、第１トルク判定値Ｔ１および第２トルク判定値Ｔ２に飽和する飽和特性を有する関数またはマップを用いて演算される。これにより、能動状態量Ｑａを適切に演算することができる。
【００６５】
回転状態量Ｑｒは、操舵軸９５の回転速度に応じて変化する物理量である物理量であるモータ速度ωから換算される換算値である。すなわち本実施形態では、モータ速度ωが「回転速度相当値」に対応する。
回転状態量Ｑｒは、モータ速度ωに基づき、操舵軸９５が左方向に回転していることを示す第１回転判定値Ｒ１と、操舵軸９５が右方向に回転していることを示す第２回転判定値Ｒ２とを、連続的に補間する関数またはマップを用いて演算される。第１回転判定値Ｒ１と第２回転判定値Ｒ２とを連続的に補間することで、回転状態量Ｑｒの振動を低減することができる。
回転状態量Ｑｒは、第１回転判定値Ｒ１および第２回転判定値Ｒ２に飽和する飽和特性を有する関数またはマップを用いて演算される。これにより、回転状態量Ｑｒを適切に演算することができる。
【００６６】
状態量演算部２３は、能動状態量Ｑａと回転状態量Ｑｒとの積に基づき、操舵状態量Ｑｓを演算する。これにより、操舵状態量Ｑｓに基づき、ハンドル９１の操舵状態が、切り込み状態、切り戻し状態、または、保舵状態であることを適切に判定することができる。
【００６７】
調整トルク演算部２４は、機械インピーダンス要素を調整する調整トルクＴｈを演算するものであって、剛性調整部２５、粘性調整部２６、および、慣性調整部２７の少なくとも１つを有する。
剛性調整部２５は、操舵系メカ１００の機械インピーダンスの剛性特性を調整する剛性調整トルクＴｋ１、Ｔｋ２を、操舵状態量Ｑｓに基づいて演算する。
粘性調整部２６は、操舵系メカ１００の機械インピーダンスの粘性特性を調整する粘性調整トルクＴｃを、操舵状態量Ｑｓに基づいて演算する。
慣性調整部２７は、操舵系メカ１００の機械インピーダンスの慣性特性を調整する慣性調整トルクＴｉを、操舵状態量Ｑｓに基づいて演算する。
調整トルク演算部２４は、剛性調整トルクＴｋ１、Ｔｋ２、粘性調整トルクＴｃ、および、慣性調整トルクＴｉの少なくとも１つに基づき、調整トルクＴｈを演算する。これにより、操舵状態量Ｑｓに基づき、剛性特性、粘性特性および慣性特性が適切に調整されるので、操舵フィールを向上することができる。
【００６８】
剛性調整部２５は、剛性調整トルクとして、路面負荷に応じた路面負荷基準剛性調整トルクＴｋ１、および、操舵角θｓに応じた舵角基準剛性調整トルクＴｋ２の少なくとも一方を演算する。これにより、剛性特性をより適切に調整することができ、操舵フィールを向上することができる。
本実施形態では、調整トルク演算部２４が「補償値演算部」に対応し、調整トルクＴｈが「指令補償値」に対応する。また、操舵角θｓが「操舵軸の回転角」に対応する。
【００６９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図９に示す。
本実施形態は、上記実施形態の状態量演算部２３に替えて、状態量演算部４３である点が上記実施形態と異なるので、この点を中心に説明する。
状態量演算部４３は、能動状態量演算部４３１、回転状態量演算部４３２、および、操舵状態量演算部４３５を有する。
【００７０】
能動状態量演算部４３１は、操舵トルクＴｓに基づき、予め設定されたマップＭＡを用いたマップ演算により、能動状態量Ｑａを演算する。本実施形態では、第１トルク判定値Ｔ１を２、第２トルク判定値Ｔ２を−２とする。
回転状態量演算部４３２は、モータ速度ωに基づき、予め設定されたマップＭＲを用いたマップ演算により、回転状態量Ｑｒを演算する。本実施形態では、第１回転判定値Ｒ１を２、第２回転判定値Ｒ２を−２とする。
操舵状態量演算部４３５は、能動状態量Ｑａおよび回転状態量Ｑｒに基づき、予め設定されたマップＭＳに基づき、操舵状態量Ｑｓを演算する。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００７１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１０および図１１に示す。
図１０に示すように、本実施形態のステアリング制御装置としての制御部１６は、機能ブロックとして、基本アシストトルク演算部２００、状態量演算部２３０、補正トルク演算部４００、指令演算部４１、および、電流フィードバック部４５等を備える。
基本アシストトルク演算部２００は、状態量演算部が省略されており、調整トルク演算部２４にて用いる操舵状態量Ｑｓを状態量演算部２３０から取得している。その他の点に関しては、第１実施形態の基本アシストトルク演算部２０と同様である。
【００７２】
状態量演算部２３０での演算は、第１実施形態の状態量演算部２３での演算と同様である。または、状態量演算部２３０での演算は、第２実施形態の状態量演算部４３での演算と同様としてもよい。状態量演算部２３０にて演算された操舵状態量Ｑｓは、基本アシストトルク演算部２００および補正トルク演算部４００に出力される。
【００７３】
図１１に示すように、補正トルク演算部４００は、収斂ゲイン設定部４０１、車速ゲイン設定部４０２、乗算器４０３、４０４を有し、車両の挙動収斂性を向上させる補正トルクＴｒを演算する。
収斂ゲイン設定部４０１は、操舵状態量Ｑｓに基づき、収斂ゲインＢ１を演算する。収斂ゲインＢ１は、操舵状態量Ｑｓが１に近づくほど小さくなり、操舵状態量が−１に近づくほど大きくなるように設定される。これにより、切り込み時におけるドライバの操舵を妨げることなく、保舵時および切り戻し時における車両の挙動収斂性を高めることができ、操舵フィールを向上させることができる。
【００７４】
車速ゲイン設定部４０２は、車速Ｓに基づき、車速ゲインＢ２を演算する。
乗算器４０３は、モータ速度ωに収斂ゲインＢ１を乗じる。
乗算器４０４は、乗算器４０３の演算値に車速ゲインＢ２を乗算し、補正トルクＴｒを演算する。
【００７５】
補正トルク演算部４００は、操舵状態量Ｑｓおよびモータ速度ωに基づく補正トルクＴｒを指令補償値として演算する。操舵状態量Ｑｓに基づいて補正トルクＴｒを演算することで、車両の挙動収斂性を高めるとともに、操舵フィールを向上させることができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、調整トルク演算部２４（図１０中では不図示）に加え、補正トルク演算部４００が「補償値演算部」に対応し、調整トルクＴｈおよび補正トルクＴｒが「指令補償値」に対応する。
【００７６】
（他の実施形態）
（ア）状態量演算部
能動状態量および回転状態量は、第１実施形態では関数を用いて演算され、第２実施形態ではマップを用いて演算される。他の実施形態では、例えば、双曲線正接を用いた関数で能動状態量を演算し、符号関数を用いて回転状態量を演算する、といった具合に、能動状態量を演算する関数と、回転状態量を演算する関数とが異なっていてもよい。また、能動状態量または回転状態量の一方を関数で演算し、他方をマップで演算してもよい。
また、例えば、能動状態量および回転状態量を関数で演算し、操舵状態量をマップで演算する等、演算方法の組み合わせはどのようであってもよい。
【００７７】
第１実施形態では、能動状態量は、原点を通り、第１トルク判定値および第２トルク判定値に飽和する飽和特性を有する関数で演算される。他の実施形態では、能動状態量の演算に係る関数は、原点を通らないものであってもよい。
第１実施形態では、第１トルク判定値を１、第２トルク判定値を−１とする。また、第２実施形態では、第１トルク判定値を２、第２トルク判定値を−２とする。他の実施形態では、第１トルク判定値は、１または２以外の値であってもよいし、第２トルク判定値は、１または２以外の値であってもよい。第１回転判定値および第２回転判定値についても同様である。
【００７８】
また、能動状態量演算関数は、飽和特性を有さないものであってもよい。例えば、能動状態量演算関数は、操舵トルクが第１所定値より大きいとき、第１トルク判定値、第２所定値より小さいとき第２トルク判定値とし、操舵トルクが第１所定値と第２所定値との間の領域を、線形補間してもよい。第１所定値と第２所定値との間における関数は、線形補間する関数に限らず、２次以上の関数や、第１トルク判定値および第２トルク判定値に飽和する関数等であってもよい。この場合、第１所定値と第２所定値との間の関数の設定に加え、第１所定値および第２所定値が調整要素となり、第１所定値および第２所定値を適宜設定することで、能動状態量の傾きを調整することができる。
上記実施形態では、操舵トルクの印加方向の切り替え感度を高めるように、能動状態量を演算する。他の実施形態では、切り替え感度を下げるように、能動状態量を演算してもよい。
また、回転状態量演算関数についても同様である。また、関数に替えて、マップを用いる場合も同様である。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００７９】
上記実施形態では、操舵状態量の演算に用いられる能動状態量および回転状態量は、共に、操舵軸の運動状態を示す物理量からの換算値である。他の実施形態では、操舵状態量の演算に用いられる能動状態量または回転状態量は、操舵軸の運動状態を示す物理量そのものであってもよい。すなわち、回転状態量が換算値であれば、能動状態量は操舵トルクそのものであってもよい。また、能動状態量が換算値であれば、回転状態量は、回転速度相当値そのものであってもよい。
【００８０】
上記実施形態では、能動状態量の演算に用いる操舵トルク相当値は、操舵トルクそのものである。上記実施形態のように、操舵トルクを目標操舵トルクに追従させるように制御する場合、操舵トルクと目標操舵トルクとは、略同じ値となる。そこで他の実施形態では、操舵トルクそのものに替えて、目標操舵トルクを操舵トルク相当値としてもよい。このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００８１】
また、他の実施形態では、操舵トルク相当値を、電流検出値等の検出値に基づいて演算されるアシストトルク検出値、演算により推定される値である負荷トルクやラック推力、または、制御によって結果的に生じる目標または指令となる値であるアシストトルク指令値等としてもよい。また他の実施形態では、操舵トルク相当値は、電流指令値であってもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、回転状態量の演算に用いる回転速度相当値は、モータ速度である。他の実施形態では、回転速度相当値は、操舵速度、または、操舵速度に応じて変化する他のパラメータであってもよい。
また、操舵トルク相当値および回転速度相当値は、各パラメータの指令値、検出値、または、推定値のいずれとしてもよい。
【００８３】
第３実施形態では、操舵状態量演算部は、基本アシストトルク演算部および補正トルク演算部とは別途に設けられる。他の実施形態では、第１実施形態のように、基本アシストトルク演算部の操舵状態量演算部にて演算された操舵状態量を補正トルク演算部に出力し、補正トルクの演算に用いてもよい。また他の実施形態では、補正トルク演算部に操舵状態量演算部を設け、補正トルク演算部の操舵状態量演算部にて演算された操舵状態量を基本アシストトルク演算部に出力し、調整トルクの演算に用いてもよい。
【００８４】
（イ）補償値演算部
上記実施形態では、補償値演算部である調整トルク演算部は、いずれも操舵状態量に基づいて演算される路面負荷基準剛性調整トルク、舵角基準剛性調整トルク、粘性調整トルク、および、慣性調整トルクに基づいて調整トルクを演算する。他の実施形態では、路面負荷基準剛性調整トルク、舵角基準剛性調整トルク、粘性調整トルク、または、慣性調整トルクの一部は、操舵状態量に基づいて演算されていなくてもよい。また他の実施形態では、路面負荷基準剛性調整トルク、舵角基準剛性調整トルク、粘性調整トルク、または、慣性調整トルクの一部を、調整トルクの演算に用いなくてもよい。
【００８５】
上記実施形態では、舵角基準剛性調整トルクは、操舵軸の回転角として、ハンドルの回転角である操舵角を用いて演算される。他の実施形態では、舵角基準剛性調整トルクの演算に用いる操舵角の回転角は、操舵角に限らず、直進時をゼロ点としたモータ回転角や、タイヤの転舵角等、モータを含むハンドルからタイヤに至る機構に含まれる回転軸の角度であればよい。また、操舵角の回転角は、検出値に限らず、推定値であってもよい。
上記実施形態では、補償値演算部である調整トルク演算部は、基本目標操舵トルクを変更するトルク値として、調整トルクを出力する。他の実施形態では、調整トルク演算部は、調整トルクを電流換算し、電流指令値を補正する値である調整トルク換算値を出力してもよい。
【００８６】
第３実施形態では、補正トルク演算部は、収斂ゲインおよび車速ゲインを回転速度相当値に乗じることで補正トルクを演算する。他の実施形態では、回転速度相当値に収斂ゲインおよび車速ゲインを乗じた乗算値に、他の値の加算等の演算を行った演算値を補正トルクとしてもよい。すなわち、補正トルク演算部における演算の全てに操舵状態量を用いていなくてもよい、ということである。また、収斂ゲインおよび車速ゲインに替えて、操舵状態量および車速に応じて決定される１つの収斂ゲインを回転速度相当値に乗じることで補正トルクを演算してもよい。さらにまた、車速ゲインを省略してもよい。
【００８７】
第３実施形態では、補正トルク演算部は、基本アシストトルク指令を変更するトルク値として、補正トルクを出力する。他の実施形態では、補正トルク演算部は、補正トルクを電流換算し、電流指令値を補正する補正トルク換算値を出力してもよい。
すなわち、「モータの駆動に係る指令値」は、トルク指令値に限らず、電流指令値であってもよい。この場合、補償値演算部は、電流指令値を補償する値を「指令補償値」として演算してもよい。
【００８８】
第１実施形態では、調整トルク演算部が「補償値演算部」に対応し、第３実施形態では、調整トルク演算部および補正トルク演算部が「補償値演算部」に対応する。他の実施形態では、補正トルク演算部のみが「補償値演算部」に対応していてもよい。すなわち、例えば、調整トルクの演算に操舵状態量を用いなくてもよい。また、調整トルク演算部を省略してもよい。
【００８９】
（ウ）指令値演算部
上記実施形態では、調整トルクに基づき、基本目標操舵トルクを調整する。また上記実施形態では、補正トルクに基づき、基本アシストトルク指令を補正する。他の実施形態では、調整トルクに基づいて調整する指令値は、運転者の操舵部材の操舵をアシストするモータの駆動に係る指令値であれば、基本目標操舵トルク以外の値であってもよい。同様に、他の実施形態では、補正トルクに基づいて補正される指令値は、運転者の操舵部材の操舵をアシストするモータの駆動に係る指令値であれば、基本アシストトルク指令以外の値であってもよい。
【００９０】
また、基本アシストトルク指令、および、基本アシストトルク指令の演算に用いられる各パラメータ等は、上記実施形態で説明した方法に限らず、運転者の操舵部材の操舵をアシストするものであれば、他の演算方法でもよい。
上記実施形態では、基本アシストトルク指令を補正トルクで補正し、アシストトルク指令を演算する。他の実施形態では、指令演算部を省略し、基本アシストトルク指令を、そのままアシストトルク指令としてもよい。この場合、調整部が「指令演算部」に対応する。また、アシストトルク指令の演算方法についても、上記実施形態に限らず、運転者の操舵部材の操舵をアシストするものであれば、他の演算方法でもよい。
【００９１】
（エ）ステアリングシステム
上記実施形態のステアリングシステムは、モータの駆動力が操舵軸に伝達される、所謂
「コラムアシストタイプ」の電動パワーステアリングシステムである。他の実施形態では、モータの駆動力がラックに伝達される、所謂「ラックアシストタイプ」の電動パワーステアリングシステムとしてもよい。また他の実施形態では、ステアリングシステムは、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離されている、所謂「ステアバイワイヤ」であってもよい。また、上記実施形態のモータは、３相交流モータであるが、他の実施形態では、３相交流モータ以外のモータであってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１・・・ステアリングシステム
１５、１６・・・制御部（ステアリング制御装置）
２３、４３、２３０・・・状態量演算部
２４・・・調整トルク演算部（補償値演算部）
４１・・・指令演算部
８０・・・モータ
９１・・・ハンドル（操舵部材）
９５・・・操舵軸            １００・・・操舵系メカ
４００・・・補正トルク演算部（補償値演算部）
【図１】
0006790452.tif 000004
【図２】
0006790452.tif 000005
【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】
0006790452.tif 000010
【図８】
0006790452.tif 000011
【図９】
0006790452.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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