(57)【要約】【課題】トルクセンサが故障した際にも、操舵方式或いはステアリング制御の制御方式の切り換えを比較的円滑に実施できる様にすること。【解決手段】制御量演算器８５では、操舵トルク関連値Ｔｔ  と転舵反力関連値Ｔｆ  から操舵反力ＴＲ  を算定する。操舵トルクＴ、車速Ｖ、転舵反力Ｆは、検出値又は推定値で、Ｇｐｔ，Ｇｄｔ，Ｇｄｆは車速Ｖ等に依存させても良い適当な係数である。そして、操舵トルクセンサの異常時には各係数をａ１  ＝０，ａ２  ＝−１／２等に変更する。この様な変更により、転舵反力Ｆ（又はその推定値Ｆｈ  ）の操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。ＴＲ  ＝ａ１  Ｔｔ  ＋ａ２  Ｔｆ      （初期値：ａ１  ＝１，ａ２  ＝−１）Ｔｔ  ＝ＧｐｔＴ＋Ｇｄｔ・ｄＴ／ｄｔＴｆ  ＝ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）＋Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ【選択図】  図１１
2004161198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵アクチュエータがステアリング・ホイールに付与すべき操舵反力ＴＲ  を制御する操舵機構と、転舵輪の実舵角に係わる転舵変位量ｘを制御する転舵機構とが機械的に分離されており、これら双方を連結する連結機構が電気的な連動機構によって代替的に構成されているステアバイワイヤ・システムにおいて、
前記操舵機構は、
前記ステアリング・ホイールに運転者が付与する操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサと、
路面反力等に基づいて前記転舵機構に働く転舵反力Ｆを算定する転舵反力算定手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記操舵反力ＴＲ  の算定において、前記操舵トルクセンサが検出した前記操舵トルクＴの入力又は利用を中止する操舵トルク関連値切り離し手段と
を有する
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項２】
前記操舵機構は、前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記転舵反力Ｆの係数値、又は前記転舵反力Ｆの関連値の係数値を変更する第１ゲイン変更手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
【請求項３】
前記操舵機構は、
前記ステアリングホイールの回転速度ωＨ  に基づいて、前記操舵機構の慣性モーメントに係わる慣性トルクＴＫ  を、前記操舵反力ＴＲ  を構成する項の一つとして設定する慣性補償手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記慣性トルクＴＫ  の係数値、又は前記慣性トルクＴＫ  の関連値の係数値を変更する第２ゲイン変更手段とを有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアリング制御装置。
【請求項４】
前記操舵機構は、
前記ステアリングホイールの回転速度ωＨ  に基づいて、前記操舵機構或いは転舵機構の内部摩擦に係わる摩擦トルクＴＤ  を、前記操舵反力ＴＲ  を構成する項の一つとして設定する摩擦補償手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記摩擦トルクＴＤ  の係数値、又は前記摩擦トルクＴＤ  の関連値の係数値を変更する第３ゲイン変更手段とを有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のステアリング制御装置。
【請求項５】
前記転舵反力算定手段は、
前記転舵反力Ｆの位相を補正する転舵反力位相補正手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更する位相補正量変更手段と
を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のステアリング制御装置。
【請求項６】
前記転舵反力算定手段は、
前記転舵反力Ｆを測定する転舵反力センサを有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のステアリング制御装置。
【請求項７】
前記転舵反力算定手段は、
前記転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の測定値Ｉａ  、指令値Ｉｎ  、又はこれらの関連値に基づいて、前記転舵反力Ｆを推定する転舵反力推定手段
を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のステアリング制御装置。
【請求項８】
前記転舵反力推定手段は、
前記転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の測定値Ｉａ  、指令値Ｉｎ  、又はこれらの関連値と、
前記転舵変位量ｘ、その指令値ｘｎ  、又はこれらに関連する関連値と
に基づいて、前記転舵反力Ｆを推定する外乱オブザーバ
を有する
ことを特徴とする請求項７に記載のステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用のステアバイワイヤ・システムの操舵反力を制御するステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来のステアバイワイヤ・システムの操舵反力を制御するステアリング制御装置としては、下記の特許文献１に記載されているものや、或いは、下記の特許文献２に記載されているもの等が一般に広く知られている。
これらの従来装置においては、運転者の操舵操作に伴う操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサが具備されており、ステアリングホイールに適度な手応え感を与えるための反力トルク（操舵反力ＴＲ  ）の出力値を決定するために利用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３４９４７号公報  （第４−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平５−１０５１００号公報  （第２−４頁、第１−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の様な従来のステアバイワイヤ・システムにおいては、トルクセンサが故障した際に、手動操舵機構に切り換えなければならなかったため、以下のような問題があった。
（問題点１）
トルクセンサが故障した際に、手動操舵機構に切り換える場合、操舵感が急に重くなるため、運転者は戸惑いや違和感を覚える。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、トルクセンサが故障した際にも、操舵方式或いはステアリング制御の制御方式の切り換えを比較的円滑に実施できる様にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、操舵アクチュエータがステアリング・ホイールに付与すべき操舵反力ＴＲ  を制御する操舵機構と、転舵輪の実舵角に係わる転舵変位量ｘを制御する転舵機構とが機械的に分離されており、これら双方を連結する連結機構が電気的な連動機構によって代替的に構成されているステアバイワイヤ・システムにおいて、上記の操舵機構に、ステアリング・ホイールに運転者が付与する操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサと、路面反力等に基づいて転舵機構に働く転舵反力Ｆを算定する転舵反力算定手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、操舵反力ＴＲ  の算定において、操舵トルクセンサが検出した操舵トルクＴの入力又は利用を中止する操舵トルク関連値切り離し手段とを備えることである。
【０００７】
この様な構成に従えば、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、操舵反力ＴＲ  の算定において、操舵トルクセンサが正しく検出したとものとして扱われてしまう操舵トルクＴの検出値の入力又は利用が中止されるため、ステアリングホイールに、極端に的を外れた不当な操舵反力が付与される恐れが無くなる。
即ち、上記の第１の手段に従えば、必ずしも手動操舵機構に切り換えなくとも、ステアリング制御を続行することにより、運転者に操舵操作を継続させることが可能となるため、前述の問題点１については解決することができる。
【０００８】
しかしながら、上記の第１の手段を用いた場合、以下の問題が派生する。
（問題点２）
トルクセンサが故障した際に、運転者がステアリングホイールに付与する操舵トルクの検出値Ｔを恒等的に０と仮定すると、操舵感が急に軽くなるため、運転者は戸惑いや違和感を覚える。
【０００９】
以下に示す本発明の第２の手段は、この問題点２に対する対策として考えられたものである。
即ち、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段の操舵機構において、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、転舵反力Ｆの係数値、又は転舵反力Ｆの関連値の係数値を変更する第１ゲイン変更手段を備えることである。
【００１０】
この様な係数値（ゲイン）の修正により、操舵トルクの検出値Ｔが恒等的に０と仮定される場合にも、操舵アクチュエータから出力すべき所望の操舵反力ＴＲ  の値を概算的に補正（適正化）することができる。このため、転舵反力Ｆ（又はその推定値Ｆｈ  ）の操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。
【００１１】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段の操舵機構において、ステアリングホイールの回転速度ωＨ  に基づいて、操舵機構の慣性モーメントに係わる慣性トルクＴＫ  を、操舵反力ＴＲ  を構成する項の一つとして設定する慣性補償手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、慣性トルクＴＫ  の係数値、又は慣性トルクＴＫ  の関連値の係数値を変更する第２ゲイン変更手段とを備えることである。
【００１２】
この様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた操舵機構或いは転舵機構の慣性に係わるシミュレーション（即ち、慣性トルクの出力）を、例えばステアリングホイールの回転速度ωＨ  等に基づいて、実施することができる様になる。
これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００１３】
また、第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段の操舵機構において、ステアリングホイールの回転速度ωＨ  に基づいて、操舵機構或いは転舵機構の内部摩擦に係わる摩擦トルクＴＤ  を、操舵反力ＴＲ  を構成する項の一つとして設定する摩擦補償手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、摩擦トルクＴＤ  の係数値、又は摩擦トルクＴＤ  の関連値の係数値を変更する第３ゲイン変更手段とを備えることである。
【００１４】
この様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた操舵機構或いは転舵機構の内部の摩擦力に係わるシミュレーション（即ち、摩擦トルクの出力）を、例えばステアリングホイールの回転速度ωＨ  等に基づいて、実施することができる様になる。
これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００１５】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵反力Ｆの位相を補正する転舵反力位相補正手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更する位相補正量変更手段とを備えることである。
【００１６】
操舵トルクＴが検出できない場合、操舵トルクに関するフィードバックループが構成できなくなるため、操舵反力ＴＲ  を生成出力する際の応答性が劣化する。この影響を軽減するためには、転舵反力Ｆに係わるオープン制御系の応答性を高くする（或いは低下させない）処置が有効となる。
上記の第５の手段によれば、転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更することにより、転舵反力Ｆの位相を早めること（或いは遅らせないこと）ができるので、これにより、操舵機構の操舵操作に対する応答性の劣化を軽減することができる。
【００１７】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵反力Ｆを測定する転舵反力センサを備えることである。
この様な構成に従えば、転舵反力を転舵反力センサから直接測定することができるため、より高い精度で確実に転舵反力Ｆを求めることができる。
また、この様な構成に従えば、公知のオブザーバ等を用いた高度或いは複雑な推定処理により、転舵反力Ｆを推定する必要が無くなるため、このオブザーバ等に関する装置コスト、又は、オブザーバ等に関する処理プログラムの開発工数を削減することができる。
また、上記の構成に従えば、オブザーバをプログラムで構成する場合に比べて、制御装置使用時のＣＰＵオーバヘッドを削減することができる。
【００１８】
また、第７の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の、測定値Ｉａ  、指令値Ｉｎ  又は関連値ｕｒ  に基づいて、転舵反力Ｆを推定する転舵反力推定手段を備えることである。
【００１９】
ただし、上記の関連値ｕｒ  は、転舵アクチュエータに対する制御量ならば任意で良い。例えば、転舵モータの駆動回路における指令電圧やＰＷＭ制御におけるデューティー値等でも良い。また、勿論、転舵モータに流れる電流（転舵電流）の値や、その指令値等を用いても良い。
【００２０】
上記の構成に従えば、転舵反力Ｆを推定することにより、必ずしも転舵反力センサを具備しなくともステアリング制御装置を構成することが可能となるため、部品点数や部品コストの面で有利な制御装置を構成することが可能となる。
また、上記の構成に従えば、転舵反力センサの接続仕様（規格）、測定精度、価格、耐熱性、耐振性、耐久性、大きさ、形状、重量等について詳細に検討する必要が無くなり、また、これらの諸条件が設計上のネックになる様な恐れも無くなる。
【００２１】
また、第８の手段は、上記の第７の手段の転舵反力推定手段において、「転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の、測定値Ｉａ  、指令値Ｉｎ  、又は関連値ｕｒ  」と、「転舵変位量ｘ、その指令値ｘｎ  、又はこれらに関連する関連値」とに基づいて、上記の転舵反力Ｆを推定する外乱オブザーバを備えることである。
【００２２】
この様な構成に従えば、比較的高い精度で上記の転舵反力Ｆを推定することができるため、転舵反力Ｆの推定精度と装置の部品コストの両面で、比較的合理的で均整の取れた制御装置を構成することができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図１は、本実施例のステアリング制御装置１００のシステム構成図である。このステアリング制御装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール（ハンドル）１を有する操舵機構と、転舵輪１６を転舵する転舵機構と、これらの操舵機構と転舵機構との連動制御を電気的に行う制御装置（コンピュータ）８等から構成されている。
【００２４】
操舵機構は、操舵反力を生成する操舵アクチュエータ（反力モータ５）を備える。反力モータ駆動回路６は、制御装置８から与えられる制御量（ＴＲ  ）に応じて反力モータ５を駆動する。反力モータ５の出力軸は減速器を介して操舵軸（ステアリングシャフト）２に連結されており、この操舵軸２は操舵ハンドル１に連結されている。
【００２５】
操舵軸２には、この軸の回転角である操舵角θを検出する操舵角センサ３と、操舵軸２に加わる操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ４が配設されている。ただし、操舵角センサ３の代わりに、反力モータの回転角を検出する反力モータ角センサを備え、反力モータの回転角から操舵角θを推定してもよい。この場合、減速比のみに基づいて反力モータの回転角を操舵角θに換算してもよいし、操舵軸の捩れ剛性を考慮して、操舵角θを補正してもよい。
【００２６】
一方、転舵機構は、転舵軸１３を転舵する転舵アクチュエータ（転舵モータ１１）を備える。転舵モータ駆動回路９は、制御装置８から与えられる制御量（ｕｒ  ）に応じて転舵モータ１１を駆動する。転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換する変換器（減速器１２）は、例えば、ボールねじ機構等から構成することができる。転舵軸１３の両端は、タイロッド１４、ナックルアーム１５を介して転舵輪１６に接続されている。
【００２７】
転舵軸１３には、この軸の転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサ１０と、外部（転舵輪１６側）から転舵軸１３に加わる転舵反力Ｆを検出する図示しない転舵反力センサとを備えても良いが、本実施例では、後者の転舵反力センサを外乱オブザーバにて置換した構成例について詳しく例示する。
【００２８】
また、転舵変位量センサ１０の代わりに、転舵モータの回転角を検出する転舵モータ角センサを備え、この転舵モータの回転角から転舵変位量ｘを推定してもよい。この場合、減速比のみで換算してもよいし、転舵軸１３の軸方向の剛性を考慮して補正してもよい。
【００２９】
制御装置８には、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、転舵変位量センサ１０、車速センサ７の各検出結果（操舵角θ，操舵トルクＴ，転舵変位量ｘ，車速Ｖ）が入力され、これらの検出結果を基に、反力モータ５と転舵モータ１１が所定の駆動力を出力するように各駆動回路（６，９）へ制御信号（反力モータの制御量ＴＲ  ，転舵モータの制御量ｕｒ  ）を出力する。
【００３０】
図２は、ステアリング制御装置１００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。
反力モータ駆動回路６への制御信号（反力モータの制御量ＴＲ  ）は、反力モータの制御量演算器８５により算出される。
【００３１】
一方、転舵モータ駆動回路９への制御信号（転舵モータの制御量ｕｒ  ）は、位置制御器８２により算出される。この位置制御器８２は、目標値演算器８１が算出する転舵変位量の目標値ｘｎ  と、転舵変位量センサ１０が検出した転舵変位量ｘに基づいて、周知のＰＤ制御（比例・積分制御）により、上記の転舵モータの制御量ｕｒ  を算出する。勿論、例えばＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等の公知のその他の制御理論に基づいて、上記の転舵モータの制御量ｕｒ  を算出しても良い。
【００３２】
転舵反力推定器８８は、転舵変位量ｘと転舵モータの制御量ｕｒ  に基づいて転舵反力Ｆの推定値Ｆｈ  を算定する。
この転舵反力推定器８８は、転舵反力Ｆを直接的に検出する転舵反力センサと置換することも可能であるが、以下の第１実施例では、転舵反力推定器８８を有するステアリング制御装置（１００）について、主要部分に関する説明を中心とする「Ｉ．正常時の動作」と、本発明の特徴部分に直接係わる詳細な説明を展開する「ＩＩ．異常時の動作」の２部に分けて説明する。
【００３３】
Ｉ．正常時の動作
以下、上記の制御装置８の通常の動作（操舵トルクセンサ４の正常時の動作）について説明する。
図３は、ステアリング制御装置１００の制御装置８が実行する制御手順の概要を例示するフローチャートである。この制御手順は、図２のステアリング制御を具現する手段である。
【００３４】
図３の制御手順では、まず最初に、ステップ５１０によりシステムの初期化を行う。この初期化は、制御変数の初期化等の処理が中心である。これらの具体的な内容については、後から断片的に例示する。
【００３５】
ステップ５２０では、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、転舵変位量センサ１０、車速センサ７の各検出結果（操舵角θ，操舵トルクＴ，転舵変位量ｘ，車速Ｖ）を入力する。
ステップ５３０では、転舵モータ制御を行うサブルーチン（図４）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図２の目標値演算器８１と位置制御器８２を具現するサブルーチンである。
【００３６】
ステップ５４０では、転舵反力を求める。この転舵反力は、転舵反力センサにて直接的に検出された信号から求めても良いが、本実施例では、転舵反力推定器８８により、転舵変位量ｘと転舵モータの制御量ｕｒ  に基づいて転舵反力Ｆの推定値Ｆｈ  を算定する手順について詳しく例示する。
ステップ５５０では、反力モータ制御を行うサブルーチン（図８）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図２の反力モータの制御量演算器８５を具現するサブルーチンである。
【００３７】
ステップ５６０では、ステップ５２０以降の処理を定期的（１例：０．５ｍｓ周期）に実行するために、タイマ割り込みの予約設定処理等を行い、タイマ割り込みの待ち状態に遷移する。
次に、ステップ５３０でサブルーチンとしてコールされる転舵モータ制御を行うサブルーチン（図４）に付いて、詳細に説明する。
【００３８】
１．転舵軸の制御手順
図４は、図１、図２の制御装置８により具現される転舵モータ制御部（即ち、上記の目標値演算器８１、及び位置制御器８２）が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
【００３９】
操舵角θから転舵変位量ｘの目標値ｘｎ  を式（１）により決定する。伝達比Ｇｒ  には定数を用いても良いが、操舵角θや車速Ｖ等に応じて、例えば図５の様なマップ（ａ），（ｂ）を用いて、「Ｇｒ  ＝ｇｒ１×ｇｒ２」の様な形式にして、決定してもよい。例えばこの様な車速に応じた設定によれば、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現することが可能である。
【００４０】
【数１】
ｘｎ  ＝Ｇｒ  θ                                                …（１）
例えばこの様にして、目標値演算器８１の演算処理（ステップ６２０、及びステップ６４０）を実行することができる。
【００４１】
偏差（ｘｎ  −ｘ）、及びその時間微分ｄ（ｘｎ  −ｘ）／ｄｔに基づいて転舵モータ１１の制御量ｕｒ  を式（２）により決定し、転舵変位量ｘが上記の目標値ｘｎ  に追従するように駆動制御を行う。ゲイン係数Ｇｐｘ，Ｇｄｘは定数である。
【数２】
ｕｒ  ＝Ｇｐｘ（ｘｎ  −ｘ）＋Ｇｄｘ・ｄ（ｘｎ  −ｘ）／ｄｔ          …（２）
例えばこの様にして、位置制御器８２の演算処理（ステップ６６０、及びステップ６８０）を実行することができる。
【００４２】
以下、外乱オブザーバに関する演算手法により、この転舵反力の推定値Ｆｈ  を算定する手順（図３のステップ５４０）について、図６と図７を用いて具体的に例示する。
【００４３】
２．転舵反力の推定手順
転舵機構の運動方程式は式（３）で記述される。ただし、ここで、Ｍは、ラック軸質量やモータの慣性（イナーシャ）等から決まる転舵機構の転舵変位方向の有効質量である。
【数３】
Ｍ・ｄ２  ｘ／ｄｔ２  ＝ｕｒ  −ｆ−Ｆ≡ｄ                        …（３）
【００４４】
ただし、上記のｆは転舵モータ１１、変換器（減速器１２）等の転舵機構内部に生じる摩擦力である。この摩擦力ｆは、例えば、ｘ，ｖの関数ｙ等として求めておくと良い。この関数ｙは、ｘ，ｖ等に関する数式として求めておいても良いし、関数ｙを近似するマップ（テーブルデータ）と所定の補間処理から求めても良い。
【数４】
ｆ＝ｙ（ｘ，ｖ）                                                          …（４）
ただし、上記の小文字の変数ｖは、次式（５）によって定義される転舵軸１３の転舵速度である。
【数５】
ｖ  ＝  ｄｘ／ｄｔ                                          …（５）
【００４５】
ここで、式（３）の力ｄを外乱オブザーバにおける外乱とみなせば、図７の式（ａ）の形で表現される外乱オブザーバを構成することができる。ただし、以下、行列Ｇはオブザーバゲイン（３行２列の定数行列）であり、Ｆｈ  ，ｘｈ  ，ｖｈ  ，ｄｈ  は、それぞれＦ，ｘ，ｖ，ｄの各推定値を表すものとする。
【００４６】
時刻ｋにおけるオブザーバの状態量をｘ０  （ｋ）  （３行１列の列ベクトル）とする。この時、オブザーバゲインＧを極配置法によって決定し、サンプリング時間を適当な時間間隔（１例：約０．５ｍｓ程度）で離散化すると、上記の状態量ｘ０  （ｋ）  は、図７の式（ｂ）の形で、逐次算出することができる。したがって、上記の力ｄの推定値ｄｈ  は、図７の式（ｃ）の形で、逐次算出することができる。
ただし、ここで、ｋはサンプリング時刻を表す時刻パラメータ（整数変数）であり、行列Ａ，Ｃはそれぞれ３行３列の定数行列、行列Ｂ，Ｄはそれぞれ３行２列の定数行列である。また、状態量ｘ０  （ｋ）  の初期値ｘ０  （０）  は０ベクトルで良い。また、転舵速度ｖの初期値ｖ（０）  も０で良い。
【００４７】
したがって、上記の力ｄの推定値ｄｈ  を用いて、転舵反力Ｆの推定値Ｆｈ  は、次式（６）にて逐次求めることができる。
【数６】
Ｆｈ  （ｋ）  ＝  ｕｒ  （ｋ）  −ｆ（ｋ）  −ｄｈ  （ｋ）                        …（６）
【００４８】
例えばこの様にして、転舵反力センサの検出値Ｆの代わりに、転舵反力の推定値Ｆｈ  を用いて、反力モータの制御量ＴＲ  を設定すれば、転舵反力センサが不要になるのでコストを低減できる。また、転舵反力センサのノイズに起因する振動が発生しないので、滑らかな操舵感が得られる。
【００４９】
これらの理論に基づいて、図２の本発明に係わる転舵反力推定器８８（即ち、図３のステップ５４０）を構成することができる。
図６は、制御装置８により具現される転舵反力推定器８８が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
【００５０】
本制御手順では、まず、最初に、ステップ９１０により、上記の式（５）により、転舵軸の移動速度ｖ（ｋ）  の値を求める。
次に、ステップ９２０では、図７の式（ｃ）によりｄｈ  （ｋ）  の値を求める。
ステップ９３０では、上記の式（６）により、Ｆｈ  （ｋ）  の値を求める。
ステップ９４０では、このＦｈ  の値を、転舵反力を表す変数Ｆに代入する。これにより、反力モータの制御量演算器８５において、転舵反力Ｆの値が参照可能となる。
【００５１】
ステップ９５０及びステップ９６０では、次回の制御周期における演算処理の準備をしておく。即ち、ステップ９５０では、図７の式（ｂ）に従って、ｘ０  （ｋ＋１）  の値を算出し、所定の記憶領域に記憶しておく。
また、ステップ９６０では、時刻パラメータｋを更新する。
【００５２】
尚、ステップ９６０の処理は、前述のステップ５６０の中で実行しても良い。また、ｋ＝０，ｘ０  （０）  ＝０，ｖ（０）  ＝０等の各種の使用変数の初期化処理は、前述のステップ５１０で実行するものとする。
【００５３】
次に、図３のステップ５５０でサブルーチンとしてコールされる反力モータ制御に付いて、詳細に説明する。
【００５４】
３．操舵軸（反力モータ）の制御手順
操舵トルクＴとその時間微分ｄＴ／ｄｔ、及び転舵反力Ｆとその時間微分ｄＦ／ｄｔに基づいて、反力モータ５の制御量ＴＲ  を次式（７）に従って決定しても良いが、本実施例では、下記の式（８）により反力モータ５の制御量ＴＲ  を決定する例を示す。ただし、ここで、ゲイン係数Ｇｐｔ、Ｇｄｔ、Ｇｐｆ、Ｇｄｆは適当な定数であり、式（７）、式（８）の各右辺の第３項及び第４項の転舵反力Ｆには、前述の推定値Ｆｈ  を代入するものとする。
【数７】
ＴＲ  ＝ＧｐｔＴ＋Ｇｄｔ・ｄＴ／ｄｔ−ＧｐｆＦ−Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ    …（７）
【数８】
ＴＲ  ＝ＧｐｔＴ＋Ｇｄｔ・ｄＴ／ｄｔ−ｆｐｆ（Ｆ）−Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ…（８）
【００５５】
上記の式（７），（８）の各々の第３項と第４項は、操舵トルクが付与された方向と逆方向に作用する制御量である。第３項によってセルフアライニングトルク等の転舵反力に応じた操舵反力が生成される。また、第４項によって転舵反力に対して速やかに操舵反力が生成されると伴に、転舵反力に起因する振動が抑制される。そのため、転舵反力（路面情報）を違和感無く運転者に伝えることができると伴に、滑らかな操舵感が得られる。
【００５６】
一方、第１項と第２項は、操舵トルクが付与された方向に操舵軸を回転させるための制御量である。第１項によって減速器の摩擦に起因する操舵反力が抑制され、第２項によって反力モータのコギングに起因する振動が抑制される。そのため、転舵反力に応じた操舵反力を正確に付与することができる。
【００５７】
これらの理論に基づいて、図２の本発明に係わる制御量演算器８５（即ち、図３のステップ５５０でサブルーチンとしてコールされる反力モータ制御）を構成することができる。
図８は、制御装置８により具現される反力モータの制御量演算器８５が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
まず、ステップ８１０では、式（８）の演算を実行する準備として、操舵トルクＴ、及び転舵反力Ｆの時間微分の値を求める。
次に、ステップ８３０では、式（８）のゲイン係数Ｇｄｆを決定する。
【００５８】
図９は、ゲイン係数Ｇｐｆ，Ｇｄｆの算出に用いられるデータマップを例示するグラフである。ゲイン係数Ｇｐｆ，Ｇｄｆは、車速Ｖに応じて図９のようなマップ（ａ），（ｂ）に基づいて変更してもよい。例えばこの様に、車速Ｖが大きい時程ゲイン係数Ｇｐｆ，Ｇｄｆを大きくすることによって、車速Ｖが大きい時程操舵反力が大きくなるので、操舵感がより向上する。
【００５９】
この様に車速Ｖに応じて、ゲイン係数Ｇｐｆ，Ｇｄｆを最適化する手段も、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例である。また、ゲイン係数Ｇｐｆを大きくすると制御系の安定性が悪化して振動が発生しやすくなるが、同時にゲイン係数Ｇｄｆも大きくすることによって振動を抑制できるので、この様な設定によっても滑らかな操舵感が得られる。
【００６０】
次に、ステップ８５０では、式（８）の第３項を決定する。ここで、上記の関数ｆｐｆ（Ｆ）は図１０の様に車速Ｖに依存した関数にしてもよい。図１０は、上記の式（８）の第３項として利用することができる関数ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフである。
【００６１】
転舵反力が小さい領域ほど操舵反力の増加率を大きくすることによって、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵反力は急峻立ち上がるので、ビルドアップ感の良い操舵感が得られる。更に、図１０に例示する様な車速Ｖに依存する関数ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）を用いることにより、車速Ｖに応じて式（８）の第３項を最適化することが可能となる。例えばこの様な手段も、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例である。この様な設定に従えば、車速Ｖが大きい時程操舵反力が大きくなるので、操舵感がより向上する。
【００６２】
これらの手順により、式（８）の各項を求めることができる。ステップ８７０では、式（８）の演算処理を実行する。ステップ８９０では、ステップ８７０で算出した制御量ＴＲ  を反力モータ駆動回路６に出力する。
以上の制御手順により、本第１実施例のステアリング制御装置１００において、安い生産コストで所望の操舵感を生成することが可能或いは容易となる。
【００６３】
ＩＩ．異常時の動作
以下、本第１実施例のステアリング制御装置１００の、操舵トルクセンサ４の異常時における動作について説明する。
図１１は、本実施例の反力モータの制御量演算器８５（図２）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。本実施例の反力モータの制御量演算器８５では、既に式（８）と図８、図９、図１０を用いて説明した様に、制御量ＴＲ  （反力モータ５の出力トルク又は駆動電流）を算出して、反力モータ駆動回路６に出力する。
【００６４】
これらの動作は、操舵トルクセンサ４の異常時においても前述の正常時と同じであり、図１１が示している動作と図２の制御量演算器８５が示している動作とは一致している。
即ち、図１１の操舵トルク関連値演算部８５１では、次式（９）に従って、操舵トルク関連値Ｔｔ  を算出する。また、転舵反力関連値演算部８５２では、次式（１０）に従って、転舵反力関連値Ｔｆ  を算出する。
【数９】
Ｔｔ  ＝ＧｐｔＴ＋Ｇｄｔ・ｄＴ／ｄｔ                              …（９）
【数１０】
Ｔｆ  ＝ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）＋Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ                    …（１０）
その後、操舵トルク関連値Ｔｔ  と転舵反力関連値Ｔｆ  は、次式（１１）に従って処理される。
【数１１】
ＴＲ  ＝ａ１  Ｔｔ  ＋ａ２  Ｔｆ    （初期値：ａ１  ＝１，ａ２  ＝−１）…（１１）
【００６５】
しかしながら、操舵トルクセンサ４の異常時においては、上記のゲインの値が、上記の正常時の値（ａ１  ＝１，ａ２  ＝−１）とは異なる。即ち、このゲイン（係数ａ１  ，ａ２  ）の値を異常時に、動的に切り換える手段が、本発明の最も大きな特徴部の一つになっている。
【００６６】
図１２は、トルクセンサ異常検出時の、本第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図１１）に関する処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）である。
図１２（ａ）の異常時処理を実行するサブルーチンは、操舵トルクセンサ４に異常が有った際に、前述のプログラムとは非同期に呼び出して実行される。この様なサブルーチンは、割り込み処理ルーチンとして登録しておく等の手法が最も一般的である。例えば、操舵トルクセンサ４が自らその異常時に直接制御装置に対して外部割り込みを掛けることができる場合等がそれである。
【００６７】
また、操舵トルクセンサ４の異常状態は、上記の各物理変数Ｆ，ｘ，θ，Ｔ，Ｖ等の間に矛盾がある場合に、これらの各変数間の不自然な関係（矛盾）をソフトウェアによって解析することにより検知する様にしても良い。
【００６８】
上記のサブルーチン（図１２（ａ））では、例えば図１２（ｂ）の変数規準表に従って、図１１の各ゲイン（係数ａ１  ，ａ２  ）の値を以下の式（１２）の様に書き換える。
【数１２】
ａ１  ＝０    （操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ２  ＝−１／２        （第１ゲイン変更手段に対応）        …（１２）
【００６９】
例えばこの様に、ステアリング制御を続行することにより、運転者に操舵操作を継続させることが可能となるため、前述の問題点１に示した様に、操舵感が急激に重くなる様な事態を回避することが可能となる。
また、係数ａ２  を書き換える上記の第１ゲイン変更手段によれば、上記の様に操舵トルクの検出値Ｔが恒等的に０と仮定される場合にも、操舵アクチュエータから出力すべき所望の操舵反力ＴＲ  の値を概算的に補正（適正化）することができる。このため、転舵反力Ｆの推定値Ｆｈ  の操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。
【００７０】
尚、式（１１）から分る様に、上記の第１ゲイン変更手段によれば、式（１０）の右辺の第１項及び第２項の両方にゲイン（係数ａ２  ）の変更の影響が及ぶが、この他の変形例としては、例えば、式（１０）の右辺第２項は不変とし、式（１０）の右辺第１項だけを上記の第１ゲイン変更手段によって半減させる様にしても良い。この様に第１ゲイン変更手段の影響範囲を限定すれば、操舵反力ＴＲ  の出力時に位相が遅れ難くなるため、操舵反力の応答性が劣化しない。
【００７１】
また、式（１０）の右辺第２項（Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ）は、位相補償項と解釈する以外にも、転舵系のダンパー項を表現しているものと解釈することもできるので、操舵時の粘性感の向上のためにも、式（１０）の右辺第２項は不変とし、式（１０）の右辺第１項だけを半減させる様にすると良いものと考えられる。
これらの手法については、後述の第３実施例でも、位相補正量変更手段等として言及する。
【００７２】
〔第２実施例〕
上記の第１実施例のステップ５４０では、転舵反力センサを用いて転舵反力Ｆを直接測定する代わりに、転舵モータの制御量ｕｒ  と転舵変位量ｘに基づいて、転舵反力Ｆの値を推定しているが、一般のステアリング制御装置（ＳＢＷシステム）においては、勿論、転舵反力センサを搭載して転舵反力Ｆをその転舵反力センサから直接求める様にしても良い。
【００７３】
図１３は、本第２実施例のステアリング制御装置２００の論理的なシステム構成図である。このステアリング制御装置２００は、転舵反力センサ２０を有する点が、前述の第１実施例のステアリング制御装置１００とは異なっている。
例えば、この様に転舵反力センサ２０を具備する場合には、部品コストやノイズ対策等が問題となる場合もあるが、しかし、この様な方式によれば、上記の外乱オブザーバに関して、それらの開発工数や運用時のＣＰＵオーバヘッド等を削減或いは抑制することができる。
【００７４】
図１４は、本第２実施例のステアリング制御装置２００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。この制御装置２００では上記の構成を採るため、転舵反力推定器が配備されていないが、その他にも、操舵角θが反力モータの制御量演算器８５′に入力されている点が、前述の第１実施例とは大きく異なっている。
【００７５】
図１５は、本第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１４）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。即ち、この制御方式によれば、反力モータ５の制御量ＴＲ  は、次式（１３）に従って、算定される。
【数１３】
ＴＲ  ＝ａ１  Ｔｔ  ＋ａ２  Ｔｆ  ＋ａ３  ＴＫ  ＋ａ４  ＴＤ  ，
ＴＫ  ＝ｇＫ  τＫＫ，
ＴＤ  ＝ｇＤ  τＤＤ                                            …（１３）
【００７６】
ただし、ここで、Ｔｔ  ，Ｔｆ  は、前記の式（９）、式（１０）に従って算出するものとする。また、各係数ａ１  ，ａ２  ，ａ３  ，ａ４  の初期値は、それぞれ、１，−１，０，０とする。また、変数τＫＫ，ｇＫ  は、それぞれ図１６のマップ（ａ），（ｂ）によって決定される操舵速度ωＨ  （＝ｄθ／ｄｔ）若しくは車速Ｖの関数である。また、変数τＤＤ，ｇＤ  は、それぞれ図１７のマップ（ａ），（ｂ）によって決定される操舵速度ωＨ  若しくは車速Ｖの関数である。
【００７７】
即ち、図１５の慣性トルク関連値演算部８５３では、図１６のマップ（ａ），（ｂ）を用いて、慣性トルクＴＫ  （＝ｇＫ  τＫＫ）を算出する。また、図１５の摩擦トルク関連値演算部８５４では、図１７のマップ（ａ），（ｂ）を用いて、摩擦トルクＴＤ  （＝ｇＤ  τＤＤ）を算出する。
【００７８】
図１８に、本第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１５）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）を例示する。
このサブルーチン（図１８（ａ））では、前述の第１実施例と同様に、例えば図１８（ｂ）の変数規準表に従って、図１５の各ゲイン（係数ａ１  ，ａ２  ，ａ３  ，ａ４  ）の値を以下の式（１４）の様に書き換える。
【数１４】
ａ１  ＝０    （操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ２  ＝−１／２        （第１ゲイン変更手段に対応），
ａ３  ＝１              （第２ゲイン変更手段に対応），
ａ４  ＝１              （第３ゲイン変更手段に対応）        …（１４）
【００７９】
以上の様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた、操舵機構或いは転舵機構の慣性に係わるシミュレーション（即ち、慣性トルクの出力）や、或いは、操舵機構或いは転舵機構の内部の摩擦力に係わるシミュレーション（即ち、摩擦トルクの出力）等を、ステアリングホイールの回転速度ωＨ  や車速Ｖ等に基づいて実施することができる様になる。これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００８０】
尚、ゲインが０となる変数は、演算を省略しても良い。例えば、上記の場合、正常時には、式（１３）の慣性トルクＴＫ  （＝ｇＫ  τＫＫ）や摩擦トルクＴＤ  （＝ｇＤ  τＤＤ）等は、特に演算する必要が無い。例えば、制御量演算器８５′（図１５）をプログラムにより構成する場合、この様な省略によりＣＰＵオーバヘッドが削減できることは言うまでもない。
【００８１】
〔第３実施例〕
本第３実施例では、上記の第２実施例と略同様の異常時処理を実施するが、本第３実施例では、前述の式（１０）を以下の式（１５）の様に変形して用いる点が、大きく異なっている。ここで、ゲインλの初期値は１である。
【数１５】
Ｔｆ  ＝ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）＋λＧｄｆ・ｄＦ／ｄｔ                  …（１５）
【００８２】
図１９は、本第３実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）である。
このサブルーチン（図１９（ａ））では、前述の第２実施例と同様に、例えば図１９（ｂ）の変数規準表に従って、各ゲイン（係数ａ１  ，ａ２  ，ａ３  ，ａ４  ，λ）の値を以下の式（１６）の様に書き換える。
【数１６】
ａ１  ＝０    （操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ２  ＝−１／２        （第１ゲイン変更手段に対応），
ａ３  ＝１              （第２ゲイン変更手段に対応），
ａ４  ＝１              （第３ゲイン変更手段に対応），
λ  ＝２              （位相補正量変更手段に対応）        …（１６）
【００８３】
以上の様な構成に従えば、第１実施例の最後でも言及した様に、操舵反力ＴＲ  の出力時に位相が遅れ難くなるため、操舵反力の応答性が劣化せず、また、操舵時の粘性感も劣化しない。
【００８４】
尚、図１９（ｂ）の変数規準表において、係数ａ３  、ａ４  の各初期値（正常時の値）はそれぞれ１／５，３／１０などに設定されているが、例えばこの様に、最初から正常時においても、慣性トルクや摩擦トルク（ダンパートルク）等を操舵速度ωＨ  や車速Ｖ等に基づいて生成して、操舵反力ＴＲ  を構成する項の中にそれら（例：前記式（１３）のＴＫ  やＴＤ  等）を標準的に入れておいても良い。
【００８５】
この様な設定によれば、正常時においても最初から、操舵速度ωＨ  等をも考慮した慣性トルクや摩擦トルク（ダンパートルク）等を生成・出力することができると共に、上記の式（１６）に例示される様な変更（切り換え）を行った際の移行に伴う違和感が、若干でも緩和できると言った効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わるステアリング制御装置１００の論理的なシステム構成図。
【図２】ステアリング制御装置１００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図３】ステアリング制御装置１００の制御装置８が実行する制御手順の概要を例示するフローチャート。
【図４】制御装置８により具現される転舵モータ制御部（目標値演算器８１、位置制御器８２）が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図５】伝達比Ｇｒ  の算出に用いられるデータマップを例示するグラフ。
【図６】制御装置８により具現される転舵反力推定器８８が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図７】転舵反力推定器８８が使用するベクトル演算公式をまとめた公式表。
【図８】制御装置８により具現される反力モータの制御量演算器８５が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図９】ゲイン係数Ｇｐｆ，Ｇｄｆの算出に用いられるデータマップを例示するグラフ。
【図１０】関数ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフ。
【図１１】第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図２）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１２】第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図１１）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【図１３】第２実施例のステアリング制御装置２００の論理的なシステム構成図。
【図１４】ステアリング制御装置２００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１５】第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１６）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１６】第２実施例の慣性トルクＴＫ  の算定に係わるグラフ。
【図１７】第２実施例の摩擦トルクＴＤ  （ダンパートルク）の算定に係わるグラフ。
【図１８】第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【図１９】第３実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【符号の説明】
１００  …  ステアリング制御装置
１  …  ステアリングホイール（ハンドル）
２  …  操舵軸（ステアリングシャフト）
３  …  操舵角センサ
４  …  操舵トルクセンサ
５  …  反力モータ
６  …  反力モータ駆動回路
７  …  車速センサ
８  …  制御装置（コンピュータ）
９  …  転舵モータ駆動回路
１０  …  転舵変位量センサ
１１  …  転舵モータ
１２  …  減速器
１３  …  転舵軸
８１  …  目標値演算器
８２  …  位置制御器
８５  …  反力モータの制御量演算器
８５１…  操舵トルク関連値演算部
８５２…  転舵反力関連値演算部
８５３…  慣性トルク関連値演算部
８５４…  摩擦トルク関連値演算部
８８  …  転舵反力推定器
Ｔ    …  操舵トルク
Ｆ    …  転舵反力
Ｖ    …  車速
θ    …  操舵角
ｘ    …  転舵変位量
ｘｎ    …  転舵変位量の目標値
ｕｒ    …  転舵モータの制御量
ＴＲ    …  反力モータの制御量
ＴＫ    …  慣性トルク
ＴＤ    …  摩擦トルク（ダンパートルク）
Ｆｈ    …  転舵反力の推定値
ｆ    …  転舵機構内部に生じる摩擦力
Ｇ    …  オブザーバゲイン（３行２列の定数行列）
ｋ    …  サンプリング時刻を表す時刻パラメータ
ｘ０  （ｋ）  …  時刻ｋにおけるオブザーバの状態量（状態ベクトル）
Ａ，Ｃ  …  ３行３列の定数行列
Ｂ，Ｄ  …  ３行２列の定数行列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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