(57)【要約】【課題】ＳＢＷシステムにおいて、中立点周辺の操舵感を良好にする。【解決手段】転舵反力とその時間微分に基づいて操舵軸を駆動すれば、転舵反力の微分値ｄＦ／ｄｔの立ち上がりに伴って、操舵反力を急峻に立ち上げることができるため、転舵反力に応じた操舵反力を速やかに付与できる。また、中立点近傍において、転舵反力Ｆは転舵変位量ｘに略比例するため、微分値ｄＦ／ｄｔを用いれば、転舵速度ｖに略比例する項（−ａｖ；ａ＞０）を生成することができ、この様な項（−ａｖ）を操舵反力を生成する項の中に含めると、例えば転舵後に操舵トルクを急に弱めた際等に、ダンパー作用項として働くため、操舵軸の振動を抑制することができる。これらの作用により、転舵反力に現れる路面情報を違和感無く運転者に伝達できると共に、ビルドアップ感のある頑強で滑らかな操舵感を生成することが可能となる。【選択図】　図２
2004034923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する操舵アクチュエータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵機構とを機械的に分離し、これら双方を連結する連結機構を電気的な連動機構にて代替的に構成した、ステアバイワイヤ・システムにおいて、
前記ステアリング・ホイールの操舵角θを検出する操舵角センサと、
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、
前記転舵機構における転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサと、
路面反力等に基づいて前記転舵機構に働く転舵反力Ｆを検出する転舵反力センサと
を有し、
前記操舵トルクＴ、前記転舵反力Ｆ及び前記転舵反力Ｆの時間微分ｄＦ／ｄｔ又はその関連値を用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項２】
ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する操舵アクチュエータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵機構とを機械的に分離し、これら双方を連結する連結機構を電気的な連動機構にて代替的に構成した、ステアバイワイヤ・システムにおいて、
前記ステアリング・ホイールの操舵角θを検出する操舵角センサと、
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、
前記転舵機構における転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサと、
路面反力等に基づいて前記転舵機構に働く転舵反力Ｆを検出する転舵反力センサと、
前記転舵反力Ｆを独立変数ｚとして持ち、Ｙ＝ｆｐｆ（ｚ）＝−ｆｐｆ（−ｚ）を満たし、かつ、原点近傍の所定の定義域｛ｚ｜０≦ｚ＜ε｝において従属変数Ｙの増加率（ｄＹ／ｄｚ又は∂Ｙ／∂ｚ）が広義の単調減少関数となる関数ｆｐｆ（ｚ）により、前記従属変数Ｙの値を算出する急峻立ち上げ手段と
を有し、
前記操舵トルクＴ、及び前記従属変数Ｙを用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項３】
ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する操舵アクチュエータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵機構とを機械的に分離し、これら双方を連結する連結機構を電気的な連動機構にて代替的に構成した、ステアバイワイヤ・システムにおいて、
前記ステアリング・ホイールの操舵角θを検出する操舵角センサと、
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、
前記転舵機構における転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサと、
路面反力等に基づいて前記転舵機構に働く転舵反力の推定値Ｆｈ　を、前記転舵アクチュエータの制御量ｕｒ　、及び前記転舵変位量ｘを用いて算定する転舵反力推定手段と
を有し、
前記操舵トルクＴ、及び前記推定値Ｆｈ　を用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項４】
前記転舵反力Ｆを独立変数ｚとして持ち、Ｙ＝ｆｐｆ（ｚ）＝−ｆｐｆ（−ｚ）を満たし、かつ、原点近傍の所定の定義域｛ｚ｜０≦ｚ＜ε｝において従属変数Ｙの増加率（ｄＹ／ｄｚ又は∂Ｙ／∂ｚ）が広義の単調減少関数となる関数ｆｐｆ（ｚ）により、前記従属変数Ｙの値を算出する急峻立ち上げ手段を有し、
前記転舵反力Ｆの所定係数倍ＧｐｆＦの代わりに前記従属変数Ｙを用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
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５】
前記操舵トルクＴ、前記推定値Ｆｈ　、及び前記推定値Ｆｈ　の時間微分ｄＦｈ　／ｄｔを用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
ことを特徴とする請求項３に記載のステアリング制御装置。
【請求項６】
前記推定値Ｆｈ　を独立変数ｚとして持ち、Ｙ＝ｆｐｆ（ｚ）＝−ｆｐｆ（−ｚ）を満たし、かつ、原点近傍の所定の定義域｛ｚ｜０≦ｚ＜ε｝において従属変数Ｙの増加率（ｄＹ／ｄｚ又は∂Ｙ／∂ｚ）が広義の単調減少関数となる関数ｆｐｆ（ｚ）により、前記従属変数Ｙの値を算出する急峻立ち上げ手段を有し、
前記操舵トルクＴ、及び前記従属変数Ｙを用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
ことを特徴とする請求項３に記載のステアリング制御装置。
【請求項７】
前記操舵トルクＴ、前記従属変数Ｙ、及び前記推定値Ｆｈ　の時間微分ｄＦｈ　／ｄｔを用いて、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定する
ことを特徴とする請求項６に記載のステアリング制御装置。
【請求項８】
前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　、又は、
前記転舵アクチュエータの制御量ｕｒ　
を車速Ｖに応じて変更するステアリングギヤ比可変手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のステアリング制御装置。
【請求項９】
前記操舵トルクＴ、前記操舵角θ、又はこれらの関連値Θの何れかを独立変数λ（−ａ≦λ≦ａ）として持ち、
「λ＞０⇒Ｆ（λ）≦０」と「Ｆ（−λ）＝−Ｆ（λ）」を満たし、且つ、
１周期の略正弦波形状又は略鋸波形状、或いは略Ｎ字形状を有する
関数Ｆ（λ）で表される中立感補償トルクＴＣ　を、前記操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を生成する項の１つとして含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用のＳＢＷシステム（ステアバイワイヤ・システム）に関し、特に、車両の操舵操作に伴う操舵感を良好にするための操舵反力生成方式に関する。
【０００１】
【従来の技術】
ステアバイワイヤ・システムとしては、例えば、公開特許公報「特開平５−１０５１００：車両の操舵装置」に記載されているもの等が一般に広く知られている。
これらの従来装置の操舵機構においては、ステアリングホイール（以下、「ハンドル」或いは「操舵ハンドル」等と言う場合が有る。）に連結されている操舵軸に付与すべき操舵反力の生成方式に関して、例えば以下の様な特徴が見受けられる。
（特徴１）操舵角又は転舵反力に基づいて、操舵軸の駆動制御を実行する。
（特徴２）転舵反力に対して線形な操舵反力成分を生成する。
（特徴３）転舵反力センサを用いて転舵反力を検出する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術には、以下の様な問題点が有った。
（問題点１）転舵軸を駆動する転舵モータは、操舵角θに応じた制御量に基づいて制御される。一方、ハンドルを中立位置（θ＝０）から切り始めた際には、転舵機構に働く転舵反力は転舵変位が生じてからしか発生しない。しかし、ハンドルを有する操舵軸は、検出された転舵反力に比例する制御量に基づいて駆動されるため、ハンドルを中立位置から切り始めた際には、その初期の操舵反力は、従来の油圧式のパワーステアリング装置等を操舵した場合に比べて小さくなってしまい、この時操舵操作に違和感が伴う。
【０００３】
この様なハンドルの切り始めにおける操舵反力の応答性の問題は、分離された操舵機構の機械的な慣性や粘性等が比較的小さいこと等にも起因している。しかし、これらを機械的な構造上の観点から改造することは、部品点数、製造コスト、車体重量等に派生問題が生じるため、必ずしも望ましい処置とは言えない。
【０００４】
（問題点２）運転者が操舵トルクを弱めた際には、転舵反力に応じて操舵ハンドルが中立点に向けて急速に戻ろうとして、中立点回りで振動が発生する場合が有る。
【０００５】
（問題点３）線形な関数（１例：図１の破線）で転舵反力を変換し、その変換値に基づいて操舵軸の駆動制御を行うので、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵角が小さい領域で操舵反力の増加率が小さくならざるを得ず、中立位置付近におけるビルドアップ感（確り感）の弱い操舵感になってしまう。
【０００６】
（問題点４）転舵反力センサは、高精度化する程大型化する傾向があるため、取り付け空間の確保、重量、コスト等の面で不利な点が多い。
また、転舵反力センサを用いて転舵反力を検出する場合、転舵反力センサのノイズが大きいと、このノイズに応じてハンドルが振動することがある。
【０００７】
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、車載用のＳＢＷシステム（ステアバイワイヤ・システム）において、車両の操舵操作に伴う操舵感を良好にすることである。
【０００８】
【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、ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する操舵アクチュエータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵機構とを機械的に分離し、これら双方を連結する連結機構を電気的な連動機構にて代替的に構成した、ステアバイワイヤ・システムにおいて、ステアリング・ホイールの操舵角θを検出する操舵角センサと、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、転舵機構における転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサと、路面反力等に基づいて転舵機構に働く転舵反力Ｆを検出する転舵反力センサとを備え、操舵トルクＴ、転舵反力Ｆ及び転舵反力Ｆの時間微分ｄＦ／ｄｔ又はその関連値を用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
【０００９】
ただし、上記の関連値とは、転舵反力Ｆの所定時間当たりの時間変動を表す物理量のことであり、したがって、上記の関連値としては、転舵反力Ｆの時間変化率に略比例する実時間変数であれば、任意の物理量を使用することができる。
【００１０】
上記の本発明の第１の手段に従い、転舵反力とその時間微分に基づいて操舵軸を駆動すれば、例えば図２等からも判る様に、転舵反力の微分値ｄＦ／ｄｔの立ち上がりに伴って、操舵反力を急峻に立ち上げることができるため、転舵反力に応じた操舵反力を速やかに付与することが可能となる。
【００１１】
また、中立点近傍において、転舵反力Ｆは転舵変位量ｘに略比例するため、転舵反力の微分値ｄＦ／ｄｔは、転舵変位量の微分値ｄｘ／ｄｔ（≡ｖ）に略比例する。したがって、微分値ｄＦ／ｄｔを用いれば、転舵速度ｖに略比例する項（−ａｖ；ａ＞０）を生成することができる。この項は転舵機構の粘性抵抗を表現する項として用いることもできる。したがって、この様な項（−ａｖ）を操舵反力を生成する項の中に含めると、例えば転舵後に操舵トルクを急に弱めた際等に、操舵ハンドルが中立点に向けて急速に戻ることを抑制する項（ダンパー作用項）として働くため、この項により操舵軸の振動を抑制することができる。
【００１２】
これらの作用により、転舵反力に現れる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、ビルドアップ感（確り感）のある頑強かつ滑らかな操舵感を生成することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の第２の手段は、ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する操舵アクチュエータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵機構とを機械的に分離し、これら双方を連結する連結機構を電気的な連動機構にて代替的に構成した、ステアバイワイヤ・システムにおいて、ステアリング・ホイールの操舵角θを検出する操舵角センサと、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、転舵機構における転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサと、路面反力等に基づいて転舵機構に働く転舵反力Ｆを検出する転舵反力センサと、転舵反力Ｆを独立変数ｚとして持ち、Ｙ＝ｆｐｆ（ｚ）＝−ｆｐｆ（−ｚ）を満たし、かつ、原点近傍の所定の定義域｛ｚ｜０≦ｚ＜ε｝において従属変数Ｙの増加率（ｄＹ／ｄｚ又は∂Ｙ／∂ｚ）が広義の単調減少関数となる関数ｆｐｆ（ｚ）により、従属変数Ｙの値を算出する急峻立ち上げ手段とを設け、操舵トルクＴ、及び従属変数Ｙを用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
【００１４】
ただし、ここで広義の単調減少関数とは、所定の定義域｛ｘ｜ｘ１　≦ｘ≦ｘ２　｝において、「ｘ１　≦∀ａ＜∀ｂ≦ｘ２　⇒『ｆ（ｘ１　）≧ｆ（ａ）≧ｆ（ｂ）≧ｆ（ｘ２　）、かつ、ｆ（ｘ１　）＞ｆ（ｘ２　）』」なる関数ｆのことを言うものとする。また、上記の従属変数Ｙがｚにより微分又は偏微分できない点が有る場合には、その点近傍の変化率やその点近傍の平均変化率等を適当に代用するものとする。
【００１５】
例えば、図１の実線のような関数を用いて転舵反力を変換し、その変換値に基づいて操舵軸を駆動することによって、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵角が小さい領域ほど操舵反力の増加率が大きくなる。
したがって、この様な操舵反力の生成手段によっても、ビルドアップ感の良い操舵感が得られる。
【００１６】
また、第３の手段は、ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する操舵アクチュエータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵機構とを機械的に分離し、これら双方を連結する連結機構を電気的な連動機構にて代替的に構成した、ステアバイワイヤ・システムにおいて、ステアリング・ホイールの操舵角θを検出する操舵角センサと、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、転舵機構における転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサと、路面反力等に基づいて転舵機構に働く転舵反力の推定値Ｆｈ　を、転舵アクチュエータの制御量ｕｒ　、及び転舵変位量ｘを用いて算定する転舵反力推定手段とを設け、操舵トルクＴ、及び推定値Ｆｈ　を用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
【００１７】
この様に、転舵反力の推定値を使用することによって、転舵反力センサが不要になる。また、転舵反力センサのノイズに起因した振動が発生しない。
したがって、転舵反力の推定値を使用する場合、コストを低減できると伴に、より滑らかな操舵感が得られる。
【００１８】
また、上記の本発明の第１から第３の手段は、任意に組み合わせて構成することが可能であり、これらの間には、「転舵反力推定手段を設ける際には転舵反力センサの設置が必要なくなる」と言う点以外には、特段の背反要件はない。
したがって、これらの個々の手段を任意に組み合わせることにより、上記の第１から第３の各手段における各作用・効果をその組み合わせに応じて同時に得ることも可能である。
【００１９】
即ち、本発明の第４の手段は、上記の第１の手段において、転舵反力Ｆを独立変数ｚとして持ち、Ｙ＝ｆｐｆ（ｚ）＝−ｆｐｆ（−ｚ）を満たし、かつ、原点近傍の所定の定義域｛ｚ｜０≦ｚ＜ε｝において従属変数Ｙの増加率（ｄＹ／ｄｚ又は∂Ｙ／∂ｚ）が広義の単調減少関数となる関数ｆｐｆ（ｚ）により、従属変数Ｙの値を算出する急峻立ち上げ手段を備え、転舵反力Ｆの所定係数倍ＧｐｆＦの代わりに従属変数Ｙを用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
【００２０】
また、第５の手段は、上記の第３の手段において、操舵トルクＴ、推定値Ｆｈ　、及び推定値Ｆｈ　の時間微分ｄＦｈ　／ｄｔを用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
【００２１】
また、第６の手段は、上記の第３の手段において、推定値Ｆｈ　を独立変数ｚとして持ち、Ｙ＝ｆｐｆ（ｚ）＝−ｆｐｆ（−ｚ）を満たし、かつ、原点近傍の所定の定義域｛ｚ｜０≦ｚ＜ε｝において従属変数Ｙの増加率（ｄＹ／ｄｚ又は∂Ｙ／∂ｚ）が広義の単調減少関数となる関数ｆｐｆ（ｚ）により、従属変数Ｙの値を算出する急峻立ち上げ手段を設け、操舵トルクＴ、及び従属変数Ｙを用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
【００２２】
また、第７の手段は、上記の第６の手段において、操舵トルクＴ、従属変数Ｙ、及び推定値Ｆｈ　の時間微分ｄＦｈ　／ｄｔを用いて、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を決定することである。
以上の様な第４乃至第７の何れか一つの手段に見られる各種の組み合わせによっても、前記の第１から第３の各手段における各作用・効果をその組み合わせに応じて同時に得ることができる。
【００２３】
また、本発明の第８の手段は、上記の第１乃至第７の何れか１つの手段において、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　、又は、転舵アクチュエータの制御量ｕｒ　を車速Ｖに応じて変更するステアリングギヤ比可変手段を設けることである。
この様な手段を具現するものとしては、例えば、後述の実施例の中でも言及される、図７、図１１、或いは図１２等に例示された各種のゲイン係数調整手段等が考えられる。
【００２４】
これらのステアリングギヤ比可変手段により、例えば、操舵角θに対する転舵角（転舵変位量ｘ）の比等を車速Ｖに応じて任意に変更することが可能となる等の作用が得られ、これらの作用により、高速走行時等に、直進性に優れ、比較的頑強で安定感のある操舵感が生成できる等の効果が得られる。
即ち、この様な手段によれば、操舵感を車速Ｖに応じて最適化或いは好適化することが可能又は容易となる。
【００２５】
また、この様なチューニングによれば、ラグジュアリータイプの車両、スポーツタイプの車両、中小形の車両などの各種の車両の特性や想定される顧客層の好み等に応じて、任意に操舵感を調整することができるため、上記の手段は車両に大きな付加価値を付与する手段として産業上の利用価値が高い。
【００２６】
更に、本発明の第９の手段は、上記の第１乃至第８の何れか１つの手段において、操舵トルクＴ、操舵角θ、又はこれらの関連値Θの何れかを独立変数λ（−ａ≦λ≦ａ）として持ち、「λ＞０⇒Ｆ（λ）≦０」と「Ｆ（−λ）＝−Ｆ（λ）」を満たし、且つ、１周期の略正弦波形状又は略鋸波形状、或いは略Ｎ字形状を有する関数Ｆ（λ）で表される中立感補償トルクＴＣ　を、操舵アクチュエータの制御量ｕｈ　を生成する項の１つとして含めることである。
【００２７】
この様な手法は、例えば、公開特許公報「特開２００２−０８７３００：電動パワーステアリング装置」等に記載されている公知の従来技術の中にも見られるが、分離された操舵機構の機械的な慣性や粘性等が比較的小さいＳＢＷシステムを採用する車両においては特に、この様な手法を上記の本発明の何れか１つの手段と適度に組み合わせることにより、より一層の操舵安定感を生成することが望ましい。
【００２８】
この場合、転舵反力に現れる路面情報を低減させない範囲で適度に、上記の中立感補償トルクＴＣ　を付加的に付与することが望ましいが、例えばこの様な手段の追加によっても、各種の車両の特性や想定される顧客層の好み等に応じて、任意に操舵感を調整することができる。
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。
【００２９】
【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。
〔実施例〕
図３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。
【００３０】
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（ｕｈ　）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。
【００３１】
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。
【００３２】
一方、転舵機構は、転舵輪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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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ｕｈ　，転舵モータの制御量ｕｒ　）を出力する。
【００３６】
図４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ｕｈ　）は、反力モータの制御量演算器８５により算出される。
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ｘｒｅｆ　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制御により転舵モータの制御量ｕｒ　を算出する。
【００３７】
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）について詳しく述べる。
【００３８】
図５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４のステアリング制御を具現する手段である。
この制御手順では、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。
【００３９】
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６）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図４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。
【００４０】
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１０）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図４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。
【００４１】
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６）に付いて、詳細に説明する。
【００４２】
１．転舵軸の制御手順
図６は、図３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。
【００４３】
操舵角θから転舵変位量ｘの目標値ｘｒｅｆ　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７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、本発明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。
【００４４】
【数１】
ｘｒｅｆ　＝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。
【００４５】
偏差（ｘｒｅｆ　−ｘ）、及びその時間微分ｄ（ｘｒｅｆ　−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ｘｒｅｆ　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（ｘｒｅｆ　−ｘ）＋Ｇｄｘ・ｄ（ｘｒｅｆ　−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。
【００４６】
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５のステップ５４０）について、図８と図９を用いて具体的に例示する。
【００４７】
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。また、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には、予め測定しておいた値を使用しても良いし、或いは、摩擦力ｆを下記のｘ，ｖの関数として求めておいても良い。
【数３】
Ｍ・ｄ２　ｘ／ｄｔ２　＝ｕｒ　−ｆ−Ｆ≡ｄ　　　　　　　　　　　　…（３）
【００４８】
ここで、力ｄを外乱オブザーバにおける外乱とみなせば、図９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。また、変数ｖ（転舵速度）は、次式（４）で定義するものとする。
【数４】
ｖ　＝　ｄｘ／ｄｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（４）
【００４９】
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９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９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。
【００５０】
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（５）にて逐次求めることができる。
【数５】
Ｆｈ　（ｋ）　＝　ｕｒ　（ｋ）　−ｆ（ｋ）　−ｄｈ　（ｋ）　　　　　　　　　　　　…（５）
【００５１】
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ｕｈ　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。
【００５２】
尚、転舵反力センサの検出値や上記式（５）の推定値Ｆｈ　の代わりに、次式（６）で定義されるＦｆｈ　に基づいて、反力モータの制御量ｕｈ　を設定する様にしてもよい。
【数６】
Ｆｆｈ　（ｋ）　≡Ｆｈ　（ｋ）　＋ｆ（ｋ）　＝ｕｒ　（ｋ）　−ｄｈ　（ｋ）　　　　　　　…（６）
この変数Ｆｆｈ　は、摩擦力ｆをも含んだ形をしているので、このＦｆｈ　を用いることによって、転舵反力Ｆだけでなく摩擦力ｆにも応じた操舵反力を付与することができる。これにより、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵反力が図２の破線のようにより速やかに立ち上がるので、より違和感の無い操舵感が得られる。
【００５３】
また、式（５）の代わりに式（６）を用いれば、プログラム開発時に予め摩擦力ｆを経験的に求めて与えておいたり、或いは、ｘ，ｖを独立変数とする関数を用いる等して摩擦力ｆを動的に実時間で算出たりする必要が無くなると言う利点も同時に得られる。
【００５４】
これらの理論に基づいて、図４の本発明に係わる転舵反力推定器８８（即ち、図５のステップ５４０）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。
【００５５】
本制御手順では、まず、最初に、ステップ９１０により、上記の式（４）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９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、Ｆｆｈ　（ｋ）　の値を求める。
ステップ９４０では、このＦｆｈ　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。
【００５６】
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９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。
【００５７】
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。
【００５８】
次に、図５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。
【００５９】
３．操舵軸（反力モータ）の制御手順
反力モータ５の制御量ｕｈ　は、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に基づいて決定することができる。例えば、反力モータ５の制御量ｕｈ　は、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ｕｈ　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）、（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】
ｕｈ　＝ＧｐｔＴ＋Ｇｄｔ・ｄＴ／ｄｔ−ＧｐｆＦ−Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ　　…（７）
【数８】
ｕｈ　＝ＧｐｔＴ＋Ｇｄｔ・ｄＴ／ｄｔ−ｆｐｆ（Ｆ）−Ｇｄｆ・ｄＦ／ｄｔ…（８）
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
これらの理論に基づいて、図４の本発明に係わる制御量演算器８５（即ち、図５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１０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。
【００６３】
図１１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１１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。
【００６４】
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、本発明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。
【００６５】
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１２の様に車速Ｖに依存した関数にしてもよい。図１２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。
【００６６】
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（急峻立ち上げ手段）によって、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵反力は図１、或いは図２のようになるので、ビルドアップ感の良い操舵感が得られる。更に、図１２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、本発明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。
【００６７】
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ｕｈ　を反力モータ駆動回路６に出力する。
【００６８】
以上の制御手順により、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。
尚、前記のステップ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、転舵反力モータの制御量ｕｈ　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、転舵反力センサを有する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Ｆを転舵反力センサから直接求める様にしても良い。この場合には、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。
【００６９】
〔その他の変形例〕
前述の実施例においては、前記の式（７）或いは式（８）の制御量ｕｈ　は、操舵トルクＴ，転舵反力Ｆ、及びそれらの各時間微分の値に基づいて、決定されているが、反力モータ５の制御量ｕｈ　には、操舵角θに依存する項を追加しても良い。
以下、その様な、式（７）或いは式（８）の右辺に追加すべきθ依存項について例示する。
【００７０】
例えば、その様なθ依存項としては、次の中立感補償トルクＴＣ　等を考えることができる。この中立感補償トルクＴＣ　は、例えば次式（９）の様に決定することができる。ただし、操舵角θは、中立点において０である。
【数９】
ＴＣ　＝Ｇ３・Ｇ１・Ｆ（Θ），
Θ＝θ／（μ＋Ｇ１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（９）
【００７１】
図１３は、上記の式（９）の演算手順を例示する制御ブロックダイヤグラムである。
ここで、ゲインＧ１には、図示する様な車速依存性が与えられている。また、有効領域制限部２６２は、操舵速度推定部２６６により推定された操舵速度ωに基づいて、ゲインＧ３に操舵速度依存性を与えるものである。分母のμは、０＜μ＜４程度の適当な定数である。
【００７２】
操舵速度推定部２６６は、反力モータ５の回転角θＭ　や操舵トルクＴの時間に対する変化率等に基づいて操舵速度ωを推定する。また、中立位置学習部２６１は、操舵角を相対的に表す角度θＨ　等から中立位置θ０　を経験的に割り出す制御ブロックで、その差分（θＨ　−θ０　）から、絶対的な操舵角θが算出される。
【００７３】
以上の様な有効領域制限部２６２や車速依存ゲインＧ１演算部２６３等の作用により、高速走行時で、特に安定した中立感が期待される操舵速度領域、即ち、ω≒０なる低速操舵領域においてのみ、所望とされる中立感補償トルクＴＣ　が出力される。
また、上記の式（９）の「Θ＝θ／（μ＋Ｇ１）」なる車速依存性もまた、本発明のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例と考えることができる。
【００７４】
以上の様な操舵角依存項生成手段は、例えば、公開特許公報「特開２００２−０８７３００：電動パワーステアリング装置」等に記載されている公知の従来技術の中にも見られるが、特に、分離された操舵機構の機械的な慣性や粘性等が比較的小さいＳＢＷシステムを採用する車両においては、これらの様なθ依存性を有する操舵反力生成手法を上記の実施例等と適度に組み合わせることにより、車種や想定される顧客層の好み等に応じて、より一層の操舵安定感を生成することも可能であり、付加的なチューニング技術として期待できる。
【００７５】
この場合、転舵反力に現れる路面情報を低減させない範囲で適度に、θ依存項（１例：上記の中立感補償トルクＴＣ　）を付加的に、前記の式（７）或いは式（８）の制御量ｕｈ　に付与することが望ましいが、例えばこの様な手段の追加によっても、操舵感を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の急峻立ち上げ手段の構成を説明するグラフ。
【図２】本発明の作用・効果を説明するグラフ。
【図３】本発明の実施例に係わるステアリング制御装置１００のシステム構成図。
【図４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】関数ｆｐｆ（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフ。
【図１３】その他の変形例における演算手順を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【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
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
ｘｒｅｆ　…　転舵変位量の目標値
ｕｒ　　…　転舵モータの制御量
ｕｈ　　…　反力モータの制御量
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
Ａ，Ｃ　…　３行３列の定数行列
Ｂ，Ｄ　…　３行２列の定数行列
【図１】
2004034923.tif 000003
【図２】
2004034923.tif 000004
【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】
2004034923.tif 000009
【図８】
2004034923.tif 000010
【図９】
2004034923.tif 000011
【図１０】
2004034923.tif 000012
【図１１】
2004034923.tif 000013
【図１２】
2004034923.tif 000014
【図１３】
2004034923.tif 000015