(57)【要約】【課題】ステアリング軸反力トルク信号の微分値に基づいたフィルタ時定数は、ステアリング機構の摩擦の影響により、ハンドル切返し時に誤った値を出力するため正確な路面反力トルクを得ることができなかった。【解決手段】ステアリング軸反力トルク信号の微分出力と、ステアリング機構の摩擦トルク信号とに基づき、時定数を演算する。このとき、ハンドル切返しを検出し、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数を補正する。この補正された時定数でステアリング軸反力トルク信号をフィルタすることにより、路面反力トルク推定値を演算する。【選択図】図４
2007161065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者により操舵されるハンドルと、このハンドルに連結されたステアリング軸と、このステアリング軸に結合され運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するアシストモータとを有するステアリング機構を備えた車両用操舵制御装置であって、路面反力トルクに基づいて前記ステアリング軸に作用するステアリング軸反力トルクに応じたステアリング軸反力トルク信号を発生する信号出力手段と、前記運転者による操舵の方向が変化したことを検出するハンドル切返し検出手段と、前記ステアリング軸反力トルク信号をフィルタするローパスフィルタ手段と、このローパスフィルタ手段の時定数を演算する時定数演算手段とを有し、前記時定数演算手段が、前記ステアリング軸反力トルク信号の微分出力と、前記ステアリング機構の摩擦トルクを表す摩擦トルク信号と、前記ハンドル切返し検出手段の出力とに基づき、前記時定数を演算し、前記ローパスフィルタ手段が前記時定数によって前記ステアリング軸反力トルク信号をフィルタすることにより路面反力トルクの推定値を演算するようにした車両用操舵制御装置。
【請求項２】
時定数演算手段は、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力と摩擦トルク信号とから時定数を演算する演算手段と、ハンドル切返し検出手段の出力に応じて前記演算手段の出力値を補正する補正手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
【請求項３】
補正手段は、ハンドル切返し検出手段の出力がハンドル切返し状態である場合に、演算手段の出力値をあらかじめ定められた固定値とすることを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
【請求項４】
補正手段は、ハンドル切返し検出手段の出力がハンドル切返し状態である場合に、演算手段の出力値に所定ゲインを乗じることを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
【請求項５】
補正手段は、ハンドル切返し検出手段の出力であるハンドル切返し状態に対応したマップを有し、前記マップに応じて演算手段の出力値を補正することを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
【請求項６】
ステアリング軸反力トルク信号をハイパスフィルタに通すことで前記ステアリング軸反力トルク信号の微分出力を得ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の車両用操舵制御装置。
【請求項７】
ステアリング軸反力トルク信号を所定時間遅延する遅延手段を有し、ステアリング軸反力トルク信号の今回値と、所定時間遅延されたステアリング軸反力トルク信号の前回値とを用いて、その変化率を演算することにより、前記ステアリング軸反力トルク信号の微分出力を得ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の車両用操舵制御装置。
【請求項８】
ステアリング軸反力トルク信号をサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によってサンプリングされた前記ステアリング軸反力トルク信号を記憶するバッファ手段とを有し、あらかじめ設定されたタイミングで、前記サンプリング手段によってサンプリングされたステアリング軸反力トルク信号の今回値と、所定時間前に前記バッファ手段によって記憶されたステアリング軸反力トルク信号の前回値とを用いて、その変化率を演算することにより、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力を得ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の車両用操舵制御装置。
【請求項９】
時定数演算手段の出力を平滑化する時定数平滑手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の車両用操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、運転者のハンドル操作により生じた操舵トルクを、電動モータにより補助する電動式パワーステアリング制御装置などの車両用操舵制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動式パワーステアリング制御装置において、運転者による操舵トルクをアシストするアシストモータの駆動電流の目標値を演算するために、タイヤが路面から受ける路面反力トルク推定値を演算することが行われる。例えば特開２００３−１２７８８８号公報（先行技術１）には、運転者による操舵トルクと、アシストモータによるアシストトルクとに基づいて得られるステアリング軸換算の路面反力トルク信号から、摩擦項を外乱として除去して、路面反力トルク推定値を得るようにしたものが開示されている。
【０００３】
しかし先行技術１に開示されたものは、摩擦項を定常値の外乱として、ステアリング軸反力トルク信号のヒステリシスを除去するものであるので、高周波の外乱に対して、路面反力トルク推定値の推定精度が悪化する。
【０００４】
高周波の外乱を打ち消すために、ステアリング軸換算の路面反力トルク信号をローパスフィルタ処理することも考えられているが、このローパスフィルタ処理では、実際の路面反力トルクの変化に対し、路面反力トルク推定値に位相遅れまたはゲインのずれが生じるという問題がある。
【０００５】
一方、路面反力トルク推定値を１段以上の１次ローパスフィルタから得るようにしたものにおいて、このローパスフィルタの時定数を、車速に応じて変更するものが、特許第３３５３７７０号公報（先行技術２）に開示されており、またローパスフィルタの時定数を、ハンドルの操舵速度に応じて変更するものが、特開２００１−２３９９５１号公報（先行技術３）に開示されている。
【０００６】
しかしこの先行技術２に開示されたものでは、車速が上昇したときに、路面反力トルク推定値の推定精度が低下する不都合がある。また先行技術３に開示されたものでは、ハンドルの操舵速度が上昇したときに、路面反力トルク推定値の推定精度が低下する不都合がある。
【０００７】
そこで特開２００３−３１２５２１号公報（先行技術４）では、ステアリング軸反力トルク信号を１段以上の１次ローパスフィルタ処理して路面反力トルク推定値を得るものにおいて、ローパスフィルタ処理の時定数を、ハンドルの操舵速度と車速の両方に応じて変更するものが提案されている。
【０００８】
しかしこの先行技術４に開示されてものは、路面反力トルクとハンドルの操舵角との勾配が必須となっているので、路面反力トルクとハンドルの操舵角の比を測定する必要があり、この測定に工数を要するほか、同じ車種であっても車のグレードの変化などにより自動車の前輪荷重が変わる場合などでは、路面反力トルクとハンドルの操舵角との比を測定し直す必要がある。また、この測定は通常、アスファルトなどの高μ路（路面摩擦係数が大きい路面）において実施されるものであり、滑りやすい路面（低μ路）においては路面反力トルクとハンドルの操舵角の比の特性が高μ路のものと異なってくるため、路面反力の推定精度が低下する不具合がある。
【０００９】
そこで、特開２００５−１１２０４４号公報（先行技術５）では、ローパスフィルタ処理の時定数の演算にステアリング軸反力トルクの微分出力とステアリング機構に発生する摩擦トルクを表す摩擦トルク信号に基づいて演算する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１２７８８８号公報
【特許文献２】特許３３５３７７０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３９９５１号公報
【特許文献４】特開２００３−３１２５２１号公報
【特許文献５】特開２００５−１１２０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながらこの先行技術５に開示されているものでは、操舵の方向が変化するとき、すなわちハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向が反転するため、ステアリング軸反力トルクの微分出力が理論上無限大となり、ローパスフィルタ処理の時定数の演算値が誤った値になるため、正確な路面反力トルク推定値を得ることができないという課題があった。
【００１１】
また、ステアリング軸反力トルク信号は通常高周波のノイズ成分を含んでいるため、この微分出力がノイズの影響を大きく受け、正しい時定数の演算値を得られず、正確な路面反力トルク推定値を得ることができないという課題があった。
【００１２】
この出願は、このような先行技術の問題を改善し、ハンドルの切り返しの影響を受けることなく正確な路面反力トルク推定値を得ることができる車両用操舵制御装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明による車両用操舵制御装置は、運転者により操舵されるハンドルと、このハンドルに連結されたステアリング軸と、このステアリング軸に結合され運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するアシストモータとを有するステアリング機構を備えた車両用操舵制御装置であって、路面反力トルクに基づいて前記ステアリング軸に作用するステアリング軸反力トルクに応じたステアリング軸反力トルク信号を発生する信号出力手段と、前記運転者による操舵の方向が変化したことを検出するハンドル切返し検出手段と、前記ステアリング軸反力トルク信号をフィルタするローパスフィルタ手段と、このローパスフィルタ手段の時定数を演算する時定数演算手段とを有し、前記時定数演算手段が、前記ステアリング軸反力トルク信号の微分出力と、前記ステアリング機構の摩擦トルクを表す摩擦トルク信号と、前記ハンドル切返し検出手段の出力とに基づき、前記時定数を演算し、前記ローパスフィルタ手段が前記時定数によって前記ステアリング軸反力トルク信号をフィルタすることにより路面反力トルクの推定値を演算することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による車両用操舵制御装置では、ハンドル切返しを検出し、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数を補正するので、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
また、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力をノイズ周波数成分を除去した状態で得られるため、ノイズの影響を受けることなく、精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明による車両用操舵制御装置のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車両用操舵装置の制御装置の全体構成を示す。この実施の形態１は、自動車に搭載される電動式パワーステアリング制御装置である。この実施の形態１による車両用操舵制御装置は、ステアリング機構１０を有し、このステアリング機構１０は、運転者により操舵されるハンドル１と、このハンドル１に連結されたステアリング軸２と、ステアリング軸２の回動をタイヤ７に伝達するステアリングギヤボックス３と、ステアリング軸２に加わるトルクを検出するトルクセンサ４と、運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するアシストモータ５と、ラックとピニオン機構６とを含んでいる。
【００１７】
図１において、ハンドル１は自動車の運転者が操舵する自動車のステアリングハンドルであり、ステアリング軸２の上端に連結されている。ハンドル１には運転者による操舵トルクＴhdlが加えられ、この操舵トルクＴhdlはステアリング軸２に伝達される。トルクセンサ４はステアリング軸２に結合され、操舵トルクＴhdlに応じた操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)を発生する。アシストモータ５は電気モータであり、これもステアリング軸２に減速ギヤを介して結合され、ステアリング軸２に操舵トルクＴhdlをアシストするアシストトルクＴassistを与える。
【００１８】
ステアリングギヤボックス３はステアリング軸２の下端に設けられる。ステアリング軸２に与えられる操舵トルクＴhdlとアシストトルクＴassistとを加え合わせた合成トルクが、ステアリングギヤボックス３を通じて数倍にされ、ラックとピニオン機構６を通じて、タイヤ７を操作する。
【００１９】
実施の形態１の全体的な動作について説明する。
図１の制御装置は、ステアリング機構１０に電気的に組み合わされたＥＰＳ（Electric PowerSteering）用制御ユニット８を有する。この制御ユニット８には、トルクセンサ４からの操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)と、アシストモータ５からのモータ駆動電流検出信号Ｉmtr(s)と、モータ駆動電圧検出信号Ｖmtr(s)とが入力される。この制御ユニット８は、アシストモータ５に対して、制御信号Ｉmtr(t)を供給する。この制御信号Ｉmtr(t)は、アシストモータ５に対する駆動電流目標である。
【００２０】
図１において、符号Ｔalignはタイヤ７に与えられる路面反力トルクであり、Ｔtranはこの路面反力トルクＴalignに基づき、ステアリング軸２に作用するステアリング軸反力トルクである。ステアリング軸反力トルクＴtranは、ステアリング軸２に換算された路面反力トルクである。Ｔfrpはステアリング機構１０の摩擦トルクであり、アシストモータ５における摩擦トルクＴmfricを除くステアリング機構１０の摩擦トルクとする。
【００２１】
図１に示す電動式パワーステアリング制御装置は、運転者がハンドル１を切った時の操舵トルクＴhdlをトルクセンサ４で操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)として検出し、その操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)に応じて、操舵トルクＴhdlを補助するアシストトルクＴassistを発生させることを主な機能とする。制御ユニット８は、アシストモータ５の駆動電流Ｉmtrを検出した検出信号Ｉmtr(s)と、アシストモータ５の駆動電圧Ｖmtrを検出した検出信号Ｖmtr(s)と、操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)とに基づき、アシストトルクＴassistを発生するための制御信号Ｉmtr(t)を演算し、この制御信号Ｉmtr(t)をアシストモータ５に供給する。
【００２２】
力学的には、操舵トルクＴhdlとアシストトルクＴassistの和が、ステアリング軸反力トルクＴtranに抗してステアリング軸２を回転させる。また、ハンドル１を回転させる時には、アシストモータ５の慣性項も作用するので、ステアリング軸反力トルクＴtranは、次式（１）で与えられる。
Ｔtran＝Ｔhdl＋Ｔassist−Ｊ×ｄω／ｄｔ     （１）
ただし、アシストモータ５の慣性トルクをＪ×ｄω／ｄｔとする。
【００２３】
またアシストモータ５によるアシストトルクＴassistは、次式（２）で与えられる。
Ｔassist＝Ｇgear×Ｋt×Ｉmtr       （２）
ただし、Ｇgearはアシストモータ５とステアリング軸２との間の減速ギヤのギア比である。
【００２４】
また、ステアリング軸反力トルクＴtranは、路面反力トルクＴalignとステアリング機構１０内の全摩擦トルクＴfricとの和であり、次式（３）で与えられる。
Ｔtran＝Ｔalign＋Ｔfric
＝Ｔalign＋（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）       （３）
ただし、Ｔmfricはアシストモータ５における摩擦トルク、Ｔfrpはこのアシストモータ５における摩擦トルクＴmfricを除く、ステアリング機構１０の摩擦トルクであり、Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp＝Ｔfricである。
【００２５】
電動式パワーステアリング制御装置の制御ユニット８は、アシストモータ５の駆動電流Ｉmtrに対する目標値を演算して制御信号Ｉmtr(t)を発生する。この制御信号Ｉmtr(t)に対して、アシストモータ５の実際の駆動電流Ｉmtrが一致するように電流制御がなされて、アシストモータ５は駆動電流値にトルク定数とギア比（モータ５からステアリング軸２間）を乗じた所定のトルクを発生し、運転者が操舵する時の操舵トルクＴhdlをアシストする構成となっている。
【００２６】
次に、ローパスフィルタ動作を用いた路面反力トルクの推定について説明する。
まず、操舵は、カーブ、レーンチェンジ等様々な場面で実施されるが、それらの操舵パターンは、所定時間内の範囲においては一定速度のランプ状とみなす。その場合の路面反力トルクＴalignの時間変化率をＴgradとすると、路面反力トルクＴalignおよびステアリング軸反力トルクＴtranは、それぞれ次式（４）（５）のようになる。ここで、ｓはラプラス変換変数である。
Ｔalign＝Ｔgrad／ｓ２       （４）
Ｔtran＝Ｔgrad／ｓ２＋｛（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）／ｓ｝     （５）
【００２７】
ここで、ステアリング軸反力トルクＴtranに比例する信号をローパスフィルタ動作によりフィルタして得られる路面反力トルク推定値Ｔalign-estは次の式（６）で与えられる。
Ｔalign-est＝Ｔtran×１／（τest×ｓ＋１）
＝［Ｔgrad／ｓ２＋｛（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）／ｓ｝］×１／（τest×ｓ＋１）  （６）
【００２８】
このとき、推定すべき状態量である路面反力トルクＴalignと路面反力推定値Ｔalign-estとの推定誤差Ｅ(s)は、次式（７）となる。
Ｅ(s)＝ Ｔgrad／ｓ２−｛Ｔgrad／ｓ２＋（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）／ｓ｝
×｛１／（τest×ｓ＋１）｝
＝{Ｔgrad×τest−（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）}／ｓ｛（τest×ｓ＋１）  （７）
【００２９】
したがって、ローパスフィルタ動作の時定数τestが次式（８）で表わせるときに、推定誤差Ｅ(s)が０となる。
τest＝｛Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp｝／Ｔgrad      （８）
【００３０】
ここで、理論上は、路面反力トルクＴalignの時間変化率Ｔgradは、ステアリング軸反力トルクの時間変化率と等価であるので、次式（９）で表わされる。
Ｔgrad＝ｄＴalign／ｄｔ＝ｄＴtran／ｄｔ       （９）
【００３１】
したがって、次式（１０）によりローパスフィルタ動作の時定数τestの最適値が定まる。
τest＝（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）／（ｄＴalign／ｄｔ）
＝（Ｇgear×Ｔmfric＋Ｔfrp）／（ｄＴtran／ｄｔ）       （１０）
最適な路面反力トルク推定値Ｔalign-estは、式（１０）で与えられる最適なローパスフィルタ動作の時定数τestを用いて、ステアリング軸反力トルクＴtranに比例する信号をローパスフィルタすることにより得られる。
【００３２】
図２は実施の形態１における制御ユニット８とアシストモータ５の制御回路２０を示すブロック図である。制御ユニット８は鎖線によりブロック８で示される。この制御ユニット８は、車速検出器１１と、操舵トルク検出器１２と、モータ速度検出器１３と、モータ加速度検出器１４と、路面反力トルク検出器３０と、アシストトルク決定ブロック１６と、モータ電流決定器１７とを含んでいる。
【００３３】
車速検出器１１は、車速Ｖを受けて車速信号Ｖ(s)を出力する。操舵トルク検出器１２は、トルクセンサ４を含み、操舵トルクＴhdlを受けて操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)を出力する。モータ速度検出器１３は、アシストモータ５の駆動電圧信号Ｖmtr(s)を受けてモータ速度信号Ｓmtr(s)を出力する。モータ加速度検出器１４は、モータ速度信号Ｓmtr(s)を微分してモータ加速度信号Ａmtr(s)を出力する。
【００３４】
路面反力トルク検出器３０は、ステアリング軸反力トルクＴtranを受けて、路面反力トルク推定値Ｔalign-estを出力する。アシストトルク決定ブロック１６は、車速信号Ｖ(s)と、操舵トルク信号Ｔhdl(s)と、路面反力トルク推定値Ｔalign-estと、モータ速度信号Ｓmtr(s)と、モータ加速度信号Ａmtr(s)とを受けて、アシストモータ５が発生するアシストトルクＴassistに対応するアシストトルク信号Ｔassist(s)を発生する。モータ電流決定器１７は、アシストトルク信号Ｔassist(s)を受けて、アシストトルクＴassistを発生するためのモータ駆動電流に対する電流目標値Ｉmtr(t)を出力する。
【００３５】
アシストモータ５の制御回路２０は、アシストモータ５に内蔵されており、比較器２１と、モータ駆動器２２と、モータ電流検出器２３を含んでいる。モータ電流検出器２３は、アシストモータ５の実際の駆動電流Ｉmtrに相当するモータ駆動電流信号Ｉmtr(s)を出力する。比較器２１は、電流目標値Ｉmtr(t)と、モータ駆動電流信号Ｉmtr(s)を比較する。モータ駆動器２２は、電流目標値Ｉmtr(t)と、駆動電流信号Ｉmtr(s)との差を０とするように、アシストモータ５を駆動する。
【００３６】
図３はアシストトルク決定ブロック１６の詳細を示すブロック図である。アシストマップ補償器１６１は車速検出器１１の出力Ｖ(s)と、操舵トルク検出器１２の出力Ｔhdl(s)を受けて、アシストマップ補償トルクmap(s)を出力する。ダンピング補償器１６２は車速検出器１１の出力Ｖ(s)と、モータ速度検出器１３の出力Ｓmtr(s)を受けて、ダンピング補償量トルクdamp(s)を出力する。慣性補償器１６３は車速検出器１１の出力Ｖ(s)と、モータ加速度検出器１４の出力Ａmtr(s)を受けて、慣性補償トルクiner(s)を出力する。戻し補償器１６４は車速検出器１１の出力Ｖ(s)と、路面反力トルク検出器３０の出力Ｔalign-estを受けて、戻し補償トルクret(s)を出力する。また加算器１６５はアシストマップ補償器１６１の出力map(s)と、ダンピング補償器１６２の出力damp(s)と、慣性補償器１６３の出力iner(s)と、戻し補償器１６４の出力ret(s)を受けて、アシストトルクＴassist(s)を出力する。
ここでそれぞれの補償器は、基本的には車速と各々の入力とで決定されるマップとなっており、各々の補償器で補償量を決定し、それぞれの出力を加算器１６５で加算してアシストトルク信号Ｔassist(s)を決定するようになっている。
【００３７】
図４は路面反力トルク検出器３０の詳細を示すブロック図である。この路面反力トルク検出器３０は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を出力する信号出力手段３１と、路面反力トルク推定値Ｔalign-estを演算する路面反力トルク演算手段３２を有する。信号出力手段３１は例えばステアリング軸２に設けられたロードセルなどの検出手段であり、ステアリング軸反力トルクＴtranを受けて、それに比例するステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を出力する。
【００３８】
路面反力トルク演算手段３２は、微分演算器３３と、アシストモータ５の摩擦トルクＴmfricに応じた摩擦トルク信号Ｔmfric(s)を発生する第１の摩擦トルク信号器３４と、アシストモータ５を除くステアリング機構１０の摩擦トルクＴfrpに相当する摩擦トルク信号Ｔfrp(s)を発生する第２の摩擦トルク信号器３５と、ローパスフィルタ動作の時定数τestを演算する時定数演算器３６と、ローパスフィルタ手段３７と、切返し判定器３８とを含んでいる。
【００３９】
ここで摩擦トルク信号Ｔmfric(s)、摩擦トルク信号Ｔfrp(s)は、あらかじめ測定した値の定数（固定値）として制御ユニットＥＣＵ８のメモリに記憶しておき、演算部３６Ａが必要に応じメモリから摩擦トルク信号Ｔmfric(s)、摩擦トルク信号Ｔfrp(s)を読み出みだすことにより、第１の摩擦トルク信号器３４および第２の摩擦トルク信号器３５から出力される。
また、ステアリング機構１０の摩擦トルク信号Ｔfrpが、振動によって変化する特性を利用し、車速（振動の量は一般的に車速に応じて変化する）に対する摩擦トルク信号Ｔfrp(s)の値の２次元マップをＥＣＵのメモリに記憶しておく方法もある。
【００４０】
微分演算器３３は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を受けて、その微分出力Ｔtran(d)を出力する。時定数演算器３６に含まれる演算部３６Ａは、微分出力Ｔtran(d)と、摩擦トルク信号Ｔmfric(s)と、摩擦トルク信号Ｔfrp(s)とを受け、ローパスフィルタ手段３７に対する時定数τestを式（１０）に基づいて演算し、τest-calとして出力する。補正部３６Ｂは、切返し判定器３８の出力に応じて演算部３６Ａの出力値を補正し、時定数演算器３６の演算結果τestとして出力する。ローパスフィルタ手段３７は、時定数演算部３６の出力である時定数τestによって遮断周波数が決定されるものであり、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)をフィルタして、式（６）に基づいて路面反力トルク推定値Ｔalign-estを出力する。
【００４１】
ここで、切返し判定器３８の動作について説明する。切返し判定器３８に入力されるステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)と路面反力トルク推定値Ｔalign-est、モータの摩擦トルクＴmfric(s)、モータ５を除くステアリング機構１０の摩擦トルク信号Ｔfrp(s)の間には式（３）に示す関係がある。図６はサイン波状の操舵を行った際のステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)と路面反力トルク推定値Ｔalign-estの波形を表す図で、横軸は時間(sec)を、縦軸は反力トルク（Ｎｍ）を示す。切込み操舵から戻し操舵に変わる際、摩擦トルクの向きが変化し、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)が急変している。切返し判定器３８はこの特性を利用し、例えば次の条件を満たす場合に切返しであると判定する。
|Ｔtran(s)-Ｔalign-est| ＜ Ｔfric／２        （１１）
【００４２】
この切返し判定に限らず、例えばステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)の微分出力Ｔtran(d)の値が予め定めたしきい値を超えたときに切返しと判定することも可能である。
【００４３】
さらに、モータ５の角速度ωを検出し、ωが予め定めたしきい値を下回ったときに切返しと判定することも可能である。
【００４４】
この他にも、様々なドライバがハンドルを切返した状態を検出するための公知の例があるが、本出願の特徴は、切返し状態時に時定数を補正することにあるので、公知の切返し状態検出すべてが適用できるものとする。
【００４５】
ここで、図５は、時定数演算器３６に含まれる補正部３６Ｂについて具体的な構成を示すものである。補正部３６Ｂは、演算部３６Ａの出力値τest-calを切替えるスイッチ４１と、予め定めた固定値の時定数τest-fixを記憶したメモリ４２を有している。スイッチ４１は切返し判定器３８の判定出力によって、切返し状態でないと判定されていれば、即ち運転者の操舵状態が切返しでない場合は、演算部３６Ａの出力τest-calをそのままτestとして出力し、切返し状態と判定された場合は、τestが大きな値となるよう、予め定めた固定値τest-fixをメモリ４２から読み出してτestとして出力する。
【００４６】
図２に示す制御ユニット８および図４に示す路面反力トルク検出器３０は、マイクロコンピュータを主体にして構成される。ローパスフィルタ手段３７も、ハードウェアとしてのローパスフィルタを使用せずに、マイクロコンピュータによって、ローパスフィルタのフィルタ動作と等価な動作を実現する。
【００４７】
ステアリング軸反力トルクＴtranは、ステアリング軸２にロードセルなどの検出器を取付けることにより検出され、信号出力手段３１はステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を出力するようにしているが、制御ユニット８は、アシストモータ５の駆動電流検出信号Ｉmtr(s)と、操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)を受けるように構成され、またモータ加速度信号Ａmtr(s)を出力するモータ加速度検出器１４を有しているので、これらの駆動電流検出信号Ｉmtr(s)、操舵トルク検出信号Ｔhdl(s)およびモータ加速度信号Ａmtr(s)から、式（１）に基づいてステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を演算することも可能である。また、操舵トルクＴhdlとアシストトルクＴassistがアシストモータ５の慣性トルクＪ×ｄω／ｄｔに比べ十分大きい場合は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を操舵トルクＴhdlとアシストトルクＴassistのみより演算することも可能である。
【００４８】
次に実施の形態１の動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。この図７は、スタートとエンドの間に、ステップＳ１０１からＳ１０８を含んでいる。まずステップＳ１０１では、ステアリング軸反力トルク信号出力手段３１からのステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を、制御ユニット８を構成するマイクロコンピュータのメモリに読み込む。次のステップＳ１０２では、微分演算器３３により、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)の微分出力Ｔtran(d)を演算する。
【００４９】
次のステップＳ１０３では、微分演算器３３からの微分出力Ｔtran(d)と、第１の摩擦トルク信号器３４からの摩擦トルク信号Ｔmfric(s)と、第２の摩擦トルク信号器３５からの摩擦トルク信号Ｔfrp(s)とに基づき、時定数演算器３６において、式（１０）にしたがってローパスフィルタ動作の時定数τestを演算する。次のステップＳ１０４では、運転者の操舵状態が切返し状態であるかどうかを判定し、切返し状態でなければ、ステップＳ１０５によってステップＳ１０３で演算した結果をローパスフィルタの時定数τestとして設定する。切返し状態であると判定された場合は、ステップＳ１０６によって予め定めた固定値をローパスフィルタの時定数τestとして設定する。ステップＳ１０７では、ローパスフィルタ手段３７において、時定数演算手段３６からの時定数τestを用い、ステアリング軸反力トルク信号出力手段３１からのステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)をローパスフィルタすることにより、ステップＳ１０８で路面反力トルク推定値Ｔalign-estを出力する。
【００５０】
以上のようにして得られる路面反力トルク推定値の時間応答波形を図８に示す。単純にステアリング軸反力トルクの微分値を用いた先行技術５の手法では、ハンドル切り返しを考慮していないために、ハンドル切り返し時にステアリング軸反力トルクＴtran(s)の微分値であるＴran(d)が大きな値となり、正しい時定数τestが演算されず結果として正確な路面反力トルク推定値Talign-estが得られないという課題があった。本実施例はこのような課題を解決するものであり、ハンドル切り返し状態時にτestの時定数を大きくとることにより、正確な路面反力トルク推定値を得るものである。
【００５１】
以上のように実施の形態１は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)をローパスフィルタ手段３７によりフィルタすることによって、路面反力トルク推定値Ｔalign-estを得るものにおいて、ローパスフィルタ手段３７の時定数τestを、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)の微分出力Ｔtran(d)と、ステアリング機構１０の摩擦トルク信号Ｔfricとに基づいて演算するので、路面反力トルクＴtranとハンドルの操舵角との比を測定する必要がなくなり、この測定に伴う工数を削減できるほか、同じ車種であっても車のグレードの変化などにより自動車の前軸荷重が変わる場合などでも、路面反力トルクとハンドルの操舵角との比を測定し直す必要がなく、効果的に路面反力トルク推定値Ｔalign-estを得て、効果的な操舵制御を実現することができる。また、路面反力トルクとハンドルの操舵角との比のような固定値を用いた演算でないため、滑りやすい路面においても精度良く路面反力を推定することができる。
【００５２】
また、ハンドル切返しを検出し、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数を補正するので、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
【００５３】
実施の形態２．
実施の形態１は、ローパスフィルタ手段３７における時定数τestを、式（１０）に従って演算し、切返し判定器３８の判定出力によって、切返し状態でないと判定されていれば、時定数演算手段３６の演算部３６Ａの出力をそのまま出力し、切返し状態と判定されれば、予め定めた値を出力するように、補正部３６Ｂが出力値を補正するが、この実施の形態２は、実施の形態１とは異なる補正の方法について説明する。
【００５４】
図９は実施の形態２による時定数演算手段３６の補正部３６Ｂの構成を示す図である。補正部３６Ｂは、演算部３６Ａの出力値τest-calを切替えるスイッチ７１を有し、スイッチ７１は切返し判定器３８の判定出力によって、切返し状態でないと判定されていれば、時定数演算手段３６の演算部３６Ａの出力τest-calをそのままτestとして出力し、切返し状態と判定されれば、τestが大きな値となるよう、予め定めたゲインＫを乗じた値τest-cal＊Ｋをτestとして出力する。
【００５５】
以上のように実施の形態２による車両用操舵制御装置は、ステアリング軸反力トルクの微分値に応じた時定数にすることが可能であり、連続的に時定数を演算できるため、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
【００５６】
実施の形態３．
図１０は実施の形態３による時定数演算手段３６と切返し判定器３８の構成を示すブロック図である。
切返し判定器３８は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)と路面反力トルク推定値の前回値Ｔalign-estとの差Ｔtran(s)−Ｔalign-estを出力するブロックとして構成する。時定数演算手段３６の補正部３６Ｂは、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)と路面反力トルク推定値Ｔalign-estの差の大きさに応じて切替るスイッチ８１と、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)と路面反力トルク推定値Ｔalign-estの差に応じたマップ８２によって構成される。
【００５７】
例えば、スイッチ８１は、切返し判定器の出力Ｔtran(s)−Ｔalign-estが式（１１）を満たすときに切替るものとすると、マップ８２はＴtran(s)−Ｔalign-est＝Ｔfric／２の時を最小値として、Ｔtran(s)−Ｔalign-estが０に近づくほど大きくなるように設定するものが考えられる。
【００５８】
図１０のように構成することにより、ハンドルの切返し前までにおいては、演算部３６Ａの出力τest-calをτestとして出力し、ハンドルの切返し時においては、摩擦の方向が変化するために生じるＴtran(s)−Ｔalign-estの大きさの変化に応じてτestが出力される。
【００５９】
以上のように実施の形態３による車両用操舵制御装置は、ハンドル切返し状態に応じて、演算された時定数を補正するので、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
【００６０】
実施の形態４．
図１１は、実施の形態４による微分演算器３３の具体的な構成を示すブロック図である。実施の形態４における微分演算器３３は、位相を９０°進めるという微分特性と同様の特性をもつハイパスフィルタ９１を含む。このとき例えば操舵周波数の上限付近を遮断周波数にもつハイパスフィルタを用いることで、操舵周波数帯域において微分の特性を実現することができ、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)からステアリング軸反力トルク信号の微分出力Ｔtran(d)を得ることができる。
【００６１】
以上のように実施の形態４による車両用操舵制御装置は、ステアリング軸反力トルクの微分器をハイパスフィルタで実現することができ、マイクロコンピュータによって本発明による車両用操舵制御装置を実現する際の演算数を削減することができるので、より安価なマイクロコンピュータを使用することができるようになる。また、ハイパスフィルタの遮断周波数を設定することができるので、必要とする周波数帯域に限って位相を進めることができるようになる。
【００６２】
なお、実施の形態４では、ハイパスフィルタによってステアリング軸反力トルクの微分出力を求めたが、特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを用いても同様の効果が得られる。
【００６３】
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５による微分演算器３３の具体的な他の構成を示すブロック図である。実施の形態５における微分演算器３３は、入力信号に対し一定の時間遅延させた後その信号を出力させる遅延器１０１と、２つの入力信号からその傾きを演算する演算器１０２を含む。
【００６４】
ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)は、演算器１０２および遅延器１０１に入力される。遅延器１０１では一定時間その信号を遅延し、Ｔtran(delay)として出力し、演算器１０２のもう１つの入力となる。演算器１０２ではステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)と、一定時間前のステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(delay)の勾配を式（１３）から求め、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力Ｔtran(d)として出力する。
（Ｔtran(s)−Ｔtran(delay)）／  遅延時間  ＝  Ｔtran(d)      （１３）
【００６５】
実施の形態５による微分演算器３３により、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)の微分時間幅を長くすることができるため、外乱を含むステアリング軸反力トルクＴtranが加わっても、外乱を除去したロバストな路面反力トルク推定値Ｔalign-estを得ることができる。
【００６６】
実施の形態６．
図１３は、実施の形態６による微分演算器３３の具体的な更に他の構成を示すブロック図である。実施の形態６は入力信号に対し一定の時間遅延させる手段が実施の形態５における微分演算器３３と異なる。図１３の微分演算器３３は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)を発振器１０３から出力される所定周波数の信号に基づいてサンプリングするサンプリング回路１０４と、このサンプリング回路１０４によってサンプリングされたステアリング軸反力トルク信号を記憶するバッファ装置１０５と、あらかじめ設定されたタイミングでバッファ装置１０５に記憶された信号を読み出すタイミング制御回路１０６と、サンプリング手段１０４によってサンプリングされたステアリング軸反力トルク信号の今回値と、所定時間前にバッファ装置１０５によって記憶されたステアリング軸反力トルク信号の前回値とを用いて、その変化率を演算することにより、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力を得る演算器１０７を含む。
【００６７】
サンプリングされたステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)は、演算器１０７およびバッファ装置１０５に入力される。バッファ装置１０５に記憶されたステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)は一定時間後にタイミング制御回路１０６からの信号により読み出され、その遅延された信号Ｔtran(delay)が出力され、演算器１０７のもう１つの入力となる。演算器１０７では今回値のステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(sample)と、一定時間前のステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(delay)の勾配を式（１4）から求め、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力Ｔtran(d)として出力する。
（Ｔtran(sample)−Ｔtran(delay)）／遅延時間  ＝  Ｔtran(d)      （１4）
【００６８】
実施の形態６による微分演算器３３も実施の形態５と同様に、ステアリング軸反力トルク信号Ｔtran(s)の微分時間幅を長くすることができるため、外乱を含むステアリング軸反力トルクＴtranが加わっても、外乱を除去したロバストな路面反力トルク推定値Ｔalign-estを得ることができる。
【００６９】
実施の形態７．
図１４は、実施の形態７による車両用操舵制御装置の構成の一部を示すブロック図である。図１４において、実施の形態１における時定数演算器３６の補正部３６Ｂの出力端にローパスフィルタ１１１を接続したものである。ローパスフィルタ１１１により、時定数演算器３６の出力を平滑化することができるようになるため、例えば実施の形態１における補正部３６Ｂがスイッチ４１で実現されているような場合に、スイッチ４１の切替えによって、出力値がτest-calからτest-fixに急変することを抑制して平滑に出力値τestが変化するようになる。
【００７０】
以上のように実施の形態７による車両用操舵制御装置は、時定数の急変をさらに抑制する手段を含むので、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数をより平滑に補正し、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
【００７１】
尚、実施の形態７においては、実施の形態１で示した時定数演算器３６の補正部３６Ｂを用いて実施の例を述べたが、他の実施の形態において同様の平滑化手段を実施しても、その効果は変わらない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
この発明による車両用操舵制御装置は、例えば自動車のパワーステアリング制御装置として、利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】この発明による車両用操舵制御装置の実施の形態１の全体の構成を示す斜視図。
【図２】この実施の形態１の全体的な制御回路を示すブロック図。
【図３】実施の形態１で使用されるアシストトルク決定ブロックの詳細を示すブロック図。
【図４】実施の形態１で使用される路面反力トルク検出器の詳細を示すブロック図。
【図５】実施の形態１で使用される時定数演算器に含まれる補正部について具体的な構成を示すブロック図。
【図６】実施の形態１に対応して路面反力トルクとステアリング軸反力トルクの時間に対する変化の一例を示すグラフ。
【図７】実施の形態１の動作を示すフローチャート。
【図８】実施の形態１の効果を示すグラフ。
【図９】実施の形態２で使用される時定数演算器に含まれる補正部について具体的な構成を示すブロック図。
【図１０】実施の形態３で使用される時定数演算器と切返し判定器の具体的な構成を示すブロック図。
【図１１】実施の形態４で使用される微分演算器の具体的な構成を示すブロック図。
【図１２】実施の形態５による微分演算器の具体的な他の構成を示すブロック図。
【図１３】実施の形態６による微分演算器の具体的な更に他の構成を示すブロック図。
【図１４】実施の形態７による車両用操舵制御装置の構成の一部を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７４】
１：ハンドル                                ２：ステアリング軸
３：ステアリングギアボックス                ４：トルクセンサ
５：アシストモータ                          ６：ラックとピニオン機構
７：タイヤ                                  ８：制御ユニット
１０：ステアリング機構                    １１：車速検出器
１２：操舵トルク検出器                    １３：モータ速度検出器
１４：モータ加速度検出器                  １６：アシストトルク決定ブロック
１７：モータ電流決定器                    ２０：モータ制御回路
２１：比較器                              ２２：モータ駆動器
２３：モータ電流検出器                    ３０：路面反力検出器
３１：ステアリング軸反力トルク信号検出器  ３２：路面反力トルク演算手段
３３：微分演算器                          ３４、３５：摩擦トルク信号器
３６、３６Ａ、３６Ｂ：時定数演算器        ３７、１１１：ローパスフィルタ手段
３８：切返し判定器                        ４１、７１、８１：スイッチ
８２：マップ                              ９１：ハイパスフィルタ手段
１０１：遅延器                          １０２、１０７：演算器
１０３：発振器                          １０４：サンプリング回路
１０５：バッファ装置                    １０６：タイミング制御回路
【図１】
2007161065.tif 000003
【図２】
2007161065.tif 000004
【図３】
2007161065.tif 000005
【図４】
2007161065.tif 000006
【図５】
2007161065.tif 000007
【図６】
2007161065.tif 000008
【図７】
2007161065.tif 000009
【図８】
2007161065.tif 000010
【図９】
2007161065.tif 000011
【図１０】
2007161065.tif 000012
【図１１】
2007161065.tif 000013
【図１２】
2007161065.tif 000014
【図１３】
2007161065.tif 000015
【図１４】
2007161065.tif 000016