JP2005088610A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦トルクを打ち消し、路面反力に応じた適度な操舵反力を生成する。
【解決手段】操舵機構の摩擦推定部８２ａは、外乱オブザーバによって、次式（７）に基づいて反力モータの駆動電流Ｉ_h と操舵角速度ω_h から、操舵機構の外乱ｄ_h に関する推定値ｄ_hEを算出する。次に、この推定値ｄ_hEと操舵トルクＴ_h から操舵機構の摩擦トルク推定値ｆ_hE（＝ｄ_hE＋Ｔ_h ）を算出する。その後、反力モータ制御の中段処理では、例えば路面反力に応じた反力トルクなどを出力するためのトルク演算を実行する。これらのトルク演算の内、特に摩擦補償トルク演算部では、操舵機構の摩擦トルク推定値ｆ_hEに摩擦補償ゲインＧ_fhを乗じて摩擦補償トルクＴ_fcを算出する。摩擦補償トルクＴ_fcは、操舵機構の摩擦トルク（ｆ_h ）を打ち消して摩擦感を調整する項となる。
ｄ_h ＝ Ｋ_thＧ_h Ｉ_h −（Ｊ_h ｄω_h ／ｄｔ） …（７）
【選択図】図６

Description

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。

例えば下記の特許文献１に見られる様に、従来の分離型の所謂ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールの回転角と反力モータの電流に基づいて、運転者が操舵機構に与える操舵トルクと、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクとの合力を推定する一方、もう一方では、転舵モータの回転角と電流に基づいて、路面反力と転舵機構の摩擦力との合力を推定する。そして、この２つの推定値に基づいて、反力モータをトルク制御することによって、路面反力に見合った操舵反力を生成しようとしていた。
特開２００２−２７４４０５

通常、路面反力と転舵機構の摩擦力の合力の推定値に基づいて生成される反力トルクは路面反力を反映している。また、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルク、及び、上記の反力トルク（：反力モータの出力）は、双方共にステアリングホイールを介して操舵反力として運転者に伝わる。
しかしながら、運転者が操舵機構に与える操舵トルクと、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクとの合力の推定値に基づいて反力トルクを生成しても、この反力トルクの制御（大小加減操作）だけでは操舵機構の摩擦トルクを過不足なく消去することはできない。このため、従来の制御方式に従う限り、操舵に伴う摩擦感を必ずしも十分には抑制できず、その結果、ステアリングホイールに伝わる摩擦トルクの作用によって、操舵感が必要以上に重くなってしまうことが少なくない。

特に、操舵機構の内部摩擦が無視し難いステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を搭載する際には、打ち消されずに残った操舵機構の摩擦トルクの方が、路面反力と転舵機構の摩擦力の合力の推定値に基づいて生成される反力トルクよりも大きくなることも十分にある得る。しかしながら、この様な時に、この反力トルクは、期待される操舵反力として運転者に所望の形では伝わらない。即ち、従来の方式では、反力トルクの変化が摩擦トルクの変化に隠れてしまって、その結果、路面反力に応じた操舵反力が適度な強さには生成されないことがある。

図１３に、従来技術の問題点を例示する。本グラフは、操舵機構の内部摩擦が無視し難いステアバイワイヤ式の従来装置において測定されたものであり、操舵角θ_h と操舵トルクＴ_h との間の関係として形成されるヒステリシス曲線を模式的に表現したものである。このヒステリシス曲線の縦軸方向の幅、即ち閉曲線の縦軸方向の広がりは、比較的大きくなっており、このことは、操舵に伴う摩擦感が不当に大きいことを意味している。即ち、この様な従来装置においては、操舵感に対する何らかの改善が期待される。

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、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクを事実上消去することにより、路面反力に応じた違和感の無い適度な操舵反力を生成することである。

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反力モータを有する操舵機構と転舵軸を駆動する転舵モ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構成したステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、操舵機構の内部摩擦によって発生する摩擦トルクｆ_h を推定する摩擦トルク推定手段と、転舵機構の内部摩擦によって発生する摩擦力ｆ_r と、転舵機構に作用する路面反力Ｆ_r との合力ｄ_r （＝ｆ_r ＋Ｆ_r ）を推定する合力推定手段と、この合力推定手段によって推定された合力ｄ_r の推定値ｄ_rEに基づいて生成される反力トルクＴと、操舵機構の摩擦トルクｆ_h の推定値ｆ_hEに基づいて生成される摩擦補償トルクＴ_fcとの合成トルクｕ_h ^* （＝Ｔ＋Ｔ_fc）を反力モータに発生させるトルク制御手段とを備えることである。
ただし、上記の反力トルクＴは、推定値ｄ_rE以外の変数にも依存する様に構成しても良い。反力トルクＴの具体的かつ効果的な構成例としては、例えば、後述の実施例１の式（８）の様な設定形態などが考えられる。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段の摩擦トルク推定手段において、反力モータの角速度ω_h と反力モータの駆動電流Ｉ_h とステアリング・シャフトに作用する操舵トルクＴ_h とに基づいて推定値ｆ_hEを算出することである。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段の合力推定手段において、転舵軸の転舵速度ν_r と転舵モータの駆動電流Ｉ_r とに基づいて推定値ｄ_rEを算出することである。
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。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、反力モータは、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクの推定値に基づいて操舵機構の摩擦を打ち消すトルクと、路面反力と転舵機構の摩擦力との合力の推定値に基づいて生成された反力トルクの双方（和値）を出力するので、実際に操舵機構の機械系内部に生じる摩擦の影響は「操舵機構の摩擦を打ち消すトルク」と相殺されて、路面反力に応じた反力トルクだけが運転者に伝わる結果となる。
したがって、本発明の第１の手段によれば、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクが無視し難いステアバイワイヤ式の車両用操舵装置においても、摩擦感が小さくて路面反力に適度に応じた操舵反力を生成することができ、機械連結式操舵装置と同様に違和感無く操舵できる。

反力モータの電流値としては、電流指令値（Ｉ_h ^* ）を用いても良い。また、後述の実施例１に例示する様に、例えば、反力モータの電流値として反力モータの駆動電流の測定値（Ｉ_h ）を用いても良い（：本発明の第２の手段）。この様に構成すれば、操舵機構の内部摩擦によって生じる上記の摩擦トルクの推定演算処理を精度良く効果的に構成することができる。

また、本発明の第３の手段によれば、摩擦感の適度に抑制された本発明の操舵装置において、更に、路面反力に応じた相応の反力トルクを反力モータの出力トルクの１成分として適度に生成することができる。

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、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

１．車両用操舵装置１００の物理的構成
図１に車両用操舵装置１００の物理的な構成図を示す。この車両用操舵装置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。

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から与えられる電圧指令値Ｖ_h ^* 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。

操舵軸２には、この軸の回転角である操舵角θ_h を検出するために反力モータ５に関する回転角センサ３が設けられ、また、操舵軸２に加わる操舵トルクＴ_h を検出するトルクセンサ４が配設されている。反力モータの回転角から操舵角θ_h を推定する際、減速比のみに基づいて反力モータの回転角を操舵角θ_h 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_h を補正してもよい。

一方、転舵機構は、転舵輪１６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（Ｖ_r ^* ）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）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。

転舵軸１３には、この軸の転舵変位量ｘを検出するために転舵モータ１１に関する回転角センサ１０が設けられている。この転舵モータの回転角から転舵変位量ｘを推定する際、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。
また、外部（転舵輪１６側）から転舵軸１３に加わる転舵反力Ｆ_r を検出するためには、それを直接計測する転舵反力センサを備えても良いが、本実施例では、後で詳しく説明する様に、転舵反力センサを外乱オブザーバ（図５のソフトウェア）を用いて代替的に構成する。

制御装置８には、トルクセンサ４、回転角センサ３、回転角センサ１０、電流計（６ａ，９ａ）、車速センサ７の各検出結果（操舵トルクＴ_h ，回転角Θ_h ，回転角Θ_r ，駆動電流Ｉ_h ，駆動電流Ｉ_r ，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（反力モータの駆動電圧（：指令値Ｖ_h ^* ），転舵モータの駆動電圧（：指令値Ｖ_r ^* ））を出力する。

この車両用操舵装置１００における本発明の特徴は、制御装置８が実行する以下の制御処理の制御方式に有る。制御装置８によって実現される制御機能には、主に次の２つがある。
〔１〕転舵系制御機能
以下の転舵系制御部８１によって実現される機能である。
〔２〕操舵系制御機能
後述の操舵系制御部８２によって実現される機能である。

２．転舵系制御部８１の構成と動作
以下、転舵系制御部８１で実行する制御（転舵系制御機能）に付いて説明する。図２は、転舵系制御部８１の制御ブロック図である。以下、これらの制御を、転舵系制御の前段、転舵系制御の後段、及び外乱推定部８１ｂの３つに大別して説明する。
２−１．転舵モータの制御（前段）
〔１〕転舵位置の演算
転舵位置演算部は、転舵モータの回転角Θ_r をボールネジ機構のリードｇ_b から定まる定数Ｇ_r （≡２π／ｇ_b ）で除算して転舵位置ｘ_r （＝ｇ_b Θ_r ／２π）を算出する。
〔２〕目標位置の演算
目標位置演算部は、操舵角θ_h に伝達比Ｇを乗じて転舵軸の目標位置ｘ_r ^* を算出する。伝達比Ｇは車速ｖが大きいほど、操舵角θ_h に対して目標位置ｘ_r ^* が小さくなるように設定する。

〔３〕転舵速度の演算（転舵速度演算部８１ａ）
図３に、転舵モータの制御前段の一部を構成する転舵速度演算部８１ａの制御ブロック図を示す。この転舵速度演算部（８１ａ）は、転舵位置ｘ_r を近似微分して転舵速度ν_r を算出する演算部である。即ち、この近似微分には、本図３に示す近似微分フィルタを用いる。
ただし、ここで、ω、ξは近似微分フィルタのロウパスフィルタ特性を決める定数である。例えばこの様な近似微分を用いれば、転舵位置ｘ_r の量子化誤差が原因で発生する高周波ノイズが低減するので、本車両用操舵装置１００における振動を効果的に抑制することができる。

２−２．転舵モータの制御（後段）
図４に、転舵モータの制御（後段）の制御ブロック図を示す。この後段の制御においては、次の２つの制御を実行する。
〔１〕転舵モータの位置の制御
転舵モータの位置制御部は、転舵位置ｘ_r が目標位置ｘ_r ^* に追従するように位置制御する。目標位置ｘ_r ^* と転舵位置ｘ_r と転舵速度ν_r から転舵モータのトルク指令ｕ_r ^* を算出し、転舵モータのトルク指令ｕ_r ^* から転舵モータの電流指令Ｉ_r ^* を算出する。Ｇ_x ，Ｇ_v は位置制御ゲインである。

〔２〕転舵モータの電流の制御
転舵モータの電流制御部は、転舵モータの駆動電流Ｉ_r が転舵モータの電流指令Ｉ_r ^* に一致するように電流制御する。即ち、転舵モータの電流指令Ｉ_r ^* と転舵モータの駆動電流Ｉ_r から転舵モータの電圧指令Ｖ_r ^* を算出する。Ｇ_pr，Ｇ_irは転舵モータの電流制御ゲインである。

２−３．転舵機構の外乱の推定（外乱推定部８１ｂ）
〔１〕制御理論
転舵機構の運動方程式は次式（１）で表すことが出来る。
Ｍ_r ｓν_r ＝Ｋ_tr・Ｇ_r ・Ｉ_r −Ｆ_r −ｆ_r ，
Ｇ_r ≡２π／ｇ_b …（１）
ここで、Ｋ_trは転舵モータのトルク定数であり、ｇ_b はボールネジのリード、Ｍ_r は転舵モータの有効質量、Ｆ_r は路面反力、Ｉ_r は転舵モータの駆動電流、ν_r は転舵速度である。上記の有効質量Ｍ_r は、ロータイナーシャＪ_mrと上記のボールネジ機構の定数Ｇ_r により、次式（２）の様に定まる。
Ｍ_r ＝Ｇ_r ² Ｊ_mr …（２）
転舵機構の摩擦力ｆ_r と路面反力Ｆ_r から転舵機構の外乱ｄ_r を次式（３）の様に定義し、この値を推定する外乱オブザーバを構成する。
ｄ_r ＝ｆ_r ＋Ｆ_r …（３）

〔２〕具体的構成
図５に、転舵機構の外乱推定部８１ｂの制御ブロック図を示す。ここで、符号Ｒｍは、転舵機構（機械系）の解析モデルを表している。
転舵機構の外乱推定部８１ｂは、この外乱オブザーバによって、転舵モータの駆動電流Ｉ_r と転舵速度ν_r から転舵機構の外乱推定値ｄ_rEを算出する。なお、ω_or、ξ_orはそれぞれそ、外乱オブザーバのロウパスフィルタ特性を決める定数である。
以上が、転舵系制御部８１で実行する制御である。

３．操舵系制御部８２の構成と動作
以下、操舵系制御部８２で実行する制御（操舵系制御機能）に付いて説明する。
図６に、操舵系制御部８２の制御ブロック図を示す。以下、これらの操舵系の制御を、前段、中段、後段の３つに大別して説明する。
３−１．反力モータの制御（前段）
反力モータの制御の前段は、次の５つの各演算処理から構成されている。

〔１〕操舵角の演算
操舵角演算部は、反力モータの回転角Θ_h を減速機の減速比Ｇ_h で除算して操舵角θ_h を算出する。
〔２〕操舵角速度の演算
操舵角速度演算部は、操舵角θ_h を近似微分して操舵角速度ω_h を算出する。

〔３〕操舵角加速度の演算
操舵角加速度演算部は、操舵角速度ω_h を近似微分して操舵角加速度α_h を算出する。〔４〕操舵トルク微分値の演算
操舵トルク微分値演算部は、操舵トルクＴ_h を近似微分して操舵トルク近似微分値Ｔ_dhを算出する。

〔５〕操舵機構の摩擦の推定（摩擦推定部８２ａ）
（ａ）制御理論
操舵機構の運動方程式は次式（４）で表すことが出来る。
Ｊ_h ｓω_h ＝ Ｋ_thＧ_h Ｉ_h ＋ Ｔ_h −ｆ_h …（４）
ただし、ここで、ｓは微分演算子であり、Ｋ_thは反力モータのトルク定数、Ｇ_h は減速機の減速比、ω_h は操舵角速度、Ｉ_h は反力モータの駆動電流、Ｊ_h は反力モータの有効イナーシャ、Ｔ_h は操舵トルク、ｆ_h は操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクである。
上記の有効イナーシャＪ_h は、ロータイナーシャＪ_mhと減速機の減速比Ｇ_h により、次式（５）の様に定まる。
Ｊ_h ＝Ｇ_h ² Ｊ_mh …（５）

また、操舵トルクＴ_h と摩擦トルクｆ_h から、操舵機構の外乱ｄ_h を次式（６）の様に定義し、この値を推定する外乱オブザーバを構成する。
ｄ_h ＝ｆ_h −Ｔ_h …（６）

（ｂ）具体的構成
図７に、操舵機構の摩擦推定部８２ａの制御ブロック図を示す。ここで、符号Ｈｍは、操舵機構（機械系）の解析モデルを示している。この操舵機構の摩擦推定部８２ａは、外乱オブザーバＱ１によって、反力モータの駆動電流Ｉ_h と操舵角速度ω_h から操舵機構の外乱推定値ｄ_hEを算出し、この推定値ｄ_hEと操舵トルクＴ_h から操舵機構の摩擦トルク推定値ｆ_hEを算出する。
なお、ω_oh、ξ_ohはそれぞれそ、外乱オブザーバＱ１のロウパスフィルタ特性を決める定数である。

図８は、この操舵機構の摩擦推定部８２ａの実行手順を示すフローチャートである。上記の外乱オブザーバＱ１の処理は、本フローチャートのステップ１２０〜ステップ１６０の処理に該当する。
このフローチャートでは、まず最初に、ステップ１２０において、操舵角速度ω_h を微分する。この微分処理では、図３と同様の近似微分フィルタを用いることが望ましい。
ステップ１４０では、上記の式（４）、式（６）から導かれる次式（７）により、外乱ｄ_h を求める。
ｄ_h ＝ Ｋ_thＧ_h Ｉ_h −（Ｊ_h ｄω_h ／ｄｔ） …（７）

ステップ１６０では、このｄ_h を図示する様にフィルタ処理して、外乱の推定値ｄ_hEを算出する。このフィルタ処理（ステップ１６０）は、前記と同様に、ノイズや量子化誤差などによる系の振動を抑制するためのものである。そして、ステップ１８０では、上記の式（６）に基づいて、摩擦トルクｆ_h の推定値ｆ_hE（＝ｄ_hE＋Ｔ_h ）を算出する。

３−２．反力モータの制御（中段）
図６或いは図９に示す様に、反力モータ制御の中段処理では、例えば路面反力に応じた反力トルクやアシストトルクなどを出力するための以下に例示する各種のトルク演算を実行する。以下、個々のトルク演算に付いて個別に説明する。
〔１〕操舵反力トルク参照値の演算
操舵反力トルク参照値演算部は、転舵機構の外乱推定値ｄ_rEから反力マップＭ２で操舵反力トルク参照値Ｔ_ref を決定する。転舵機構の外乱は路面反力（Ｆ_r ）を含むので、操舵反力トルク参照値Ｔ_ref は路面反力を反映している。操舵反力トルク参照値Ｔ_ref は路面反力に応じた反力トルクを発生するために用いる。

〔２〕粘性補償トルクの演算
粘性補償トルク演算部は、操舵角速度ω_h に粘性補償ゲインＧ_dhを乗じて粘性補償トルクＴ_dcを算出する。粘性補償トルクＴ_dcは、路面反力（Ｆ_r ）によって生じる振動を低減するために用いる。
〔３〕慣性補償トルクの演算
慣性補償トルク演算部は、操舵角加速度α_h に慣性補償ゲインＧ_jhを乗じて慣性補償トルクＴ_jcを算出する。慣性補償トルクＴ_jcは、操舵機構の慣性トルクを打ち消して慣性感を調整するために用いる。

〔４〕摩擦補償トルクの演算
摩擦補償トルク演算部は、操舵機構の摩擦トルク推定値ｆ_hEに摩擦補償ゲインＧ_fhを乗じて摩擦補償トルクＴ_fcを算出する。摩擦補償トルクＴ_fcは、操舵機構の摩擦トルク（ｆ_h ）を打ち消して摩擦感を調整するために用いる。推定値ｆ_hEを用いて実行されるこの部分が本発明の最も大きな特徴部分に相当する。
〔５〕位相補償トルクの演算
位相補償トルク演算部は、操舵トルク近似微分値Ｔ_dhに位相補償ゲインＧ_thを乗じて位相補償トルクＴ_tcを算出する。位相補償トルクＴ_tcは、トーションバーによって生じる振動を低減するために用いる。

〔６〕アシストトルクの演算
アシストトルク演算部は、操舵トルクＴ_h に基づいてアシストマップＭ１に従ってアシストトルクＴ_a を決定する。アシストトルクＴ_a は、制御系の応答性を向上させるために用いる。

３−３．反力モータの制御（後段）
図９に、反力モータの制御（後段）の制御ブロック図を示す。反力モータ制御の後段処理では、上記の中段での処理に引き続き、以下の「反力モータのトルク制御」と「反力モータの電流制御」を実行する。
〔１〕反力モータのトルク制御
反力モータのトルク制御部は、操舵反力トルク参照値Ｔ_ref 、慣性補償トルクＴ_jc、粘性補償トルクＴ_dc、摩擦補償トルクＴ_fc、位相補償トルクＴ_tc、アシストトルクＴ_a から、次式（８）に基づいて、反力モータのトルク指令ｕ_h ^* を算出し、前述の式（４）などから得られる次式（９）に基づいて、反力モータのトルク指令ｕ_h ^* から反力モータの電流指令Ｉ_h ^* を算出する。
ｕ_h ^* ＝Ｔ＋Ｔ_fc，
Ｔ≡Ｔ_a ＋Ｔ_tc＋Ｔ_jc−Ｔ_dc−Ｔ_ref …（８）
Ｉ_h ^* ＝ｕ_h ^* ／Ｇ_h Ｋ_th …（９）
ただし、上記の式（８）及び式（９）は、操舵トルクＴ_h の向きを各トルクの正の向きとして記述したものである。以下、トルクＴを総称的に反力トルクと言うことがある。

〔２〕反力モータの電流制御
反力モータの電流制御部は、反力モータの駆動電流Ｉ_h が、上記の反力モータの電流指令Ｉ_h ^* に一致するように電流制御する。即ち、反力モータの電流指令Ｉ_h ^* と反力モータの駆動電流Ｉ_h から反力モータの電圧指令Ｖ_h ^* を算出する。Ｇ_ph，Ｇ_ihは反力モータの電流制御ゲインである。
以上が、操舵系制御部８２で実行する制御である。

４．実施例１の効果
例えば、以上の様な本実施例１の制御方式にしたがえば、反力モータは、摩擦補償トルクＴ_fcによって操舵機構の摩擦トルクを打ち消しながら、かつ、操舵反力トルク参照値Ｔ_ref に基づいて路面反力に応じた反力トルクを発生する。したがって、実際に運転者に伝わる操舵反力としては、「路面反力に応じた反力トルク」だけが作用し、事実上「操舵機構の摩擦トルク（：ｆ_h ）」は運転者には伝わらない。このため、摩擦感が小さく、かつ、路面反力に応じた操舵反力感覚が得られるので、運転者は、機械連結式操舵装置の場合と同様に、違和感の無い操舵感を受託することができる。

図１０に、本発明の効果を若干模式的に例示する。このグラフは、本実施例１の操舵制御装置１００によって得られる操舵感の傾向を一般化して表している。本発明によれば、摩擦トルクｆ_h の推定値ｆ_hEに基づいて、摩擦補償トルクＴ_fcが付加された結果、θ_h −Ｔ_h 面上のヒステリシス曲線の縦軸方向の幅が従来よりも大幅に狭くなっている。このことは、操舵系の内部摩擦によって生じる摩擦トルクが有るにも係わらず、従来装置よりも操舵感が効果的に軽くなったことを意味している。

本実施例２では、摩擦推定部８２ａのその他の具体的構成例に付いて示す。
図１１は、本実施例２の摩擦推定部８２ａの制御ブロック図である。ここで、符号Ｑ２は、摩擦推定用の外乱オブザーバを指している。
例えばこの様に、摩擦推定部８２ａを外乱オブザーバＱ２により構成すれば、この外乱オブザーバＱ２によって、反力モータの駆動電流Ｉ_h と操舵角速度ω_h と操舵トルクＴ_h から直接、操舵機構の摩擦トルク推定値ｆ_hEを算出することができる。

図１２は、本実施例２における摩擦推定部８２ａ（図１１）の実行手順を示すフローチャートである。上記の外乱オブザーバＱ２の処理は、本フローチャートのステップ２２０〜ステップ２６０の処理に該当する。
このフローチャートでは、まず最初に、ステップ２２０において、操舵角速度ω_h を微分する。この微分処理では、図３と同様の近似微分フィルタを用いることが望ましい。
ステップ２４０では、上記の式（４）、式（６）から導かれる次式（１０）により、摩擦トルクｆ_h を求める。
ｆ_h ＝ Ｋ_thＧ_h Ｉ_h −Ｊ_h ｄω_h ／ｄｔ ＋Ｔ_h …（１０）

ステップ２６０では、このｆ_h を図示する様にフィルタ処理して、摩擦トルクｆ_h の推定値ｆ_hEを算出する。このフィルタ処理（ステップ２６０）は、前記と同様に、ノイズや量子化誤差などによる系の振動を抑制するためのものである。この時、操舵トルクＴ_h も同時にフィルタリングされるので、摩擦トルク推定値ｆ_hEはトルクセンサのノイズの影響を受け難くなり、推定値ｆ_hEの推定精度が、実施例１よりも更に向上する場合が有る。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
上記の実施例１及び実施例２では、例えば式（８）に例示する通り、反力トルクＴ（≡Ｔ_a ＋Ｔ_tc＋Ｔ_jc−Ｔ_dc−Ｔ_ref ）の項を、操舵反力トルク参照値Ｔ_ref 、慣性補償トルクＴ_jc、粘性補償トルクＴ_dc、位相補償トルクＴ_tc、アシストトルクＴ_a の５項から構成しているが、例えばこの様な反力トルクＴの構成における、本発明の作用・効果を得るための必須の項は、操舵反力トルク参照値Ｔ_ref のみである。即ち、その他の項（例：Ｔ_a ，Ｔ_tc，Ｔ_jc，Ｔ_dcなど）の導入の有無は任意で良い。言い換えれば、より一般には、本発明の作用・効果を得るためには、上記の様な反力トルクＴは、転舵機構の外乱の推定値ｄ_rEに基づいて、例えばマップ等を用いて、少なくとも推定値ｄ_rEを独立変数の１つとして有する推定値ｄ_rEの関数として生成する必要があるが、その他の構成は任意で良い。

（変形例２）
上記の実施例１及び実施例２では、操舵機構の摩擦推定部８２ａの演算に係わるオブザーバＱ１，Ｑ２では、それぞれ反力モータの駆動電流の値としてＩ_h （測定値）を用いたが、このＩ_h （測定値）の代りにＩ_h ^* （指令値）を用いても良い。
（変形例３）
この事情は転舵系についても同様である。即ち、転舵機構の外乱推定部８１ｂの演算では、Ｉ_r （測定値）の代りにＩ_r ^* （指令値）を用いても良い。

（変形例４）
上記の実施例１及び実施例２では、制御装置８は１台構成としたが、転舵系制御部８１と操舵系制御部８２は、それぞれ個別に各１台の制御装置（コンピュータ）を用いて実現しても良い。
（変形例５）
上記の実施例１及び実施例２では、転舵機構の外乱推定部８１ｂの演算を転舵系制御部８１の中で実行しているが、この演算は操舵系制御部８２の中で実行する様にしても良い。例えば、上記の変形例４を実施する場合、この外乱推定の演算を比較的負荷の軽い制御装置（コンピュータ）の側に割り当てる様にすれば、負荷バランスの面で都合が良い。

本発明は、車載用の操舵制御装置の他にも、例えば自動車や飛行機などの運転練習用などに可用な、運転操作のシミュレーションを行うシミュレータや、或いはその種のレジャー用のゲーム機などに応用することが可能である。

車両用操舵装置１００の物理的な構成図 転舵系制御部８１の制御ブロック図 転舵速度演算部８１ａの制御ブロック図 転舵モータの制御（後段）の制御ブロック図 転舵機構の外乱推定部８１ｂの制御ブロック図 操舵系制御部８２の制御ブロック図 操舵機構の摩擦推定部８２ａの制御ブロック図 操舵機構の摩擦推定部８２ａの実行手順を示すフローチャート 反力モータの制御（後段）の制御ブロック図 本発明の効果を例示するグラフ 実施例２の摩擦推定部８２ａの制御ブロック図 実施例２の摩擦推定部８２ａの実行手順を示すフローチャート 従来技術の問題点を説明するグラフ

符号の説明

１００ ： 車両用操舵装置
１ ： ステアリングホイール
２ ： ステアリングシャフト
３ ： 反力モータの回転角センサ
４ ： 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 ： 転舵モータの回転角センサ
１１ ： 転舵モータ
８１ ： 転舵系制御部
８１ｂ： 外乱推定部
８２ ： 操舵系制御部
８２ａ： 摩擦推定部
θ_h ： 操舵角
Ｔ_h ： 操舵トルク
ｄ_hE ： 操舵機構の外乱ｄ_h の推定値
ｆ_hE ： 摩擦トルクｆ_h の推定値
Ｔ_fc ： 摩擦補償トルク
Ｒｍ ： 転舵機構の解析モデル
Ｈｍ ： 操舵機構の解析モデル
Ｑ１ ： 摩擦推定用の外乱オブザーバ（実施例１）
Ｑ２ ： 摩擦推定用の外乱オブザーバ（実施例２）

Claims (3)

1. ステアリング・ホイールに操舵反力を付与する反力モータを有する操舵機構と、転舵軸を駆動する転舵モ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構成したステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、
   前記操舵機構の内部摩擦によって発生する摩擦トルクｆ_h を推定する摩擦トルク推定手段と、
   前記転舵機構の内部摩擦によって発生する摩擦力ｆ_r と、前記転舵機構に作用する路面反力Ｆ_r との合力ｄ_r を推定する合力推定手段と、
   前記合力推定手段によって推定された前記合力ｄ_r の推定値ｄ_rEに基づいて生成される反力トルクＴと、前記操舵機構の摩擦トルクｆ_h の推定値ｆ_hEに基づいて生成される摩擦補償トルクＴ_fcとの合成トルクｕ_h ^* を前記反力モータに発生させるトルク制御手段と
   を有する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記摩擦トルク推定手段は、
   前記反力モータの角速度ω_h と、
   前記反力モータの駆動電流Ｉ_h と、
   前記ステアリング・シャフトに作用する操舵トルクＴ_h と
   に基づいて前記推定値ｆ_hEを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記合力推定手段は、
   前記転舵軸の転舵速度ν_r と、
   前記転舵モータの駆動電流Ｉ_r と
   に基づいて前記推定値ｄ_rEを算出する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置。
   

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