JP7139895B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング制御装置に関する。

従来、アシストトルクを発生させるアシスト制御、及び、自動操舵トルクを発生させるレーンキープ制御等の追従制御を実行するステアリング制御装置において、追従制御中にドライバによる介入動作が行われたとき、制御を切り替える技術が知られている。

例えば特許文献１に開示された制御装置は、アシスト指令を生成するアシスト制御演算部と、モータの実角度を目標角度に追従させるように追従指令を生成する目標追従制御演算部と、ドライバによる追従制御への介入を検出する介入検出部と、を備える。目標追従制御演算部は、介入検出部で検出される介入の程度が大きいほど、制御の応答特性を低下させる。そして、アシスト指令と追従指令とを加算した駆動指令に基づいてモータが駆動される。

特開２０１５－３３９４２号公報

特許文献１の技術において、アシスト指令と追従指令との単純加算では、舵角制御がアシスト制御の影響を受けて、目標舵角への追従性を向上させることは難しい。また、車速や操舵状態に応じてアシスト特性が変化すると、その影響を受けた舵角制御では所望の追従特性が得られないおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、アシスト制御によるアシストトルク指令と、舵角制御による舵角制御トルク指令とを加算してモータを駆動する構成において、舵角制御における目標舵角への追従性を向上させるステアリング制御装置を提供することにある。

本発明は、ドライバのハンドル操作力を軽減するようにモータ（８０）の出力によりアシストするステアリング制御装置であって、アシスト制御演算部（２０、５０）と、舵角制御演算部（３０）と、モータ駆動制御部（６５）と、制御調停部（４０）とを備える。

アシスト制御演算部は、操舵トルク（Ｔｓ）に基づきアシストトルク指令（Ｔ２^*）を演算する。舵角制御演算部は、車両運動を制御するための指令を演算する支援装置（１６）から指令される目標操舵角（θ^*）に操舵角（θ）を追従させるための舵角制御トルク指令（Ｔ１^*）を演算する。

モータ駆動制御部は、アシストトルク指令と舵角制御トルク指令とを加算した最終アシストトルク指令（Ｔａ^*）に従ってモータを駆動制御する。制御調停部は、舵角制御演算部による舵角制御が実行されるとき、アシスト制御演算部によるアシスト制御において、操舵トルクに対するアシストトルク指令の応答特性を低下させる。

本発明では、舵角制御の作動中にアシスト制御の応答特性が低下することで安定余裕度が向上する。これにより、舵角制御のゲインを高く設定でき、目標操舵角への追従性が向上する。したがって、支援装置による支援機能の効果を最大限に発揮することができる。

また好ましくは、制御調停部は、舵角制御の実行度合が大きくなるほどアシスト制御の応答特性を低下させる。ドライバの介入操作に伴って舵角制御が縮退したとき、アシスト制御の応答特性を復帰させることができるため、ドライバの操舵フィールが高く維持される。

電動パワーステアリングシステムの概略構成図。 本実施形態のステアリング制御装置の概念的な構成図。 一実施形態のＥＰＳ－ＥＣＵの全体構成を示すブロック図。 舵角制御演算部のブロック図。 図４の操舵角サーボ制御部のブロック図。 調停制限部のブロック図。 図６の（ａ）ドライバ介入係数マップ、（ｂ）操舵トルクサーボ補正ゲインマップ。 基本実施形態のアシスト制御演算部のブロック図。 図８の目標操舵トルクマップ。 図８の操舵トルクサーボ制御部のブロック図。 基本実施形態のアシスト制御演算部での操舵トルクからアシストトルク指令までの伝達特性を示すボード線図。 （ａ）アシスト制御側の応答を変えない場合、（ｂ）アシスト制御側の応答を変えず、舵角制御のゲインを調整した場合、（ｃ）アシスト制御側の応答を補正ゲインＫ２により低下させた場合の操舵角追従性を比較するタイムチャート。 高周波ゲインを低下させることによる効果を説明するタイムチャート。 他の実施形態の（ａ）アシスト制御演算部のブロック図、（ｂ）アシストトルクマップ。 図１４（ａ）の位相補償演算部のブロック図。 他の実施形態のアシスト制御演算部での操舵トルクからアシストトルク指令までの伝達特性を示すボード線図。

以下、ステアリング制御装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。「ステアリング制御装置」としてのＥＰＳ－ＥＣＵは、車両の電動パワーステアリングシステムに適用される。このＥＰＳ－ＥＣＵは、ドライバの操舵トルクに応じてアシスト力を発生させるアシスト制御によりアシストトルク指令を演算するとともに、自動操舵に関わる目標操舵角に操舵角を追従させる舵角制御により舵角制御トルク指令を演算する。本実施形態では、支援装置からの指令を受けて実行する舵角制御の一例として、車両がレーンに沿って走行するように舵角を制御するレーンキープ制御を例示する。この場合、レーンキープ（車線維持）機能が支援機能に該当する。その他、駐車支援、自動運転等の支援機能に対しても同様の舵角制御が適用可能である。

［電動パワーステアリングシステムの構成］
図１に示すように、電動パワーステアリングシステム１は、モータ８０の駆動トルクにより、ドライバによるハンドル９１の操作をアシストするとともにレーンキープ制御等の舵角制御を実行するシステムである。ステアリングシャフト９２の一端にはハンドル９１が固定されており、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が設けられている。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ており、これらにより操舵軸９５が構成される。トルクセンサ９４は、トーションバーの捩れ角に基づいて操舵トルクＴｓを検出する。

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、ピニオンギア９６１及びラック９６２を含むギアボックス９６が設けられている。ドライバがハンドル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。ラック９６２の両端に設けられたタイロッド９７は、ナックルアーム９８を介してタイヤ９９と接続されている。タイロッド９７が左右に往復運動し、ナックルアーム９８を引っ張ったり押したりすることで、タイヤ９９の向きが変わる。

モータ８０は、例えば３相交流ブラシレスモータであり、ＥＰＳ－ＥＣＵ１５から出力された駆動電圧Ｖｄに応じて、駆動トルクを出力する。３相交流モータの場合、駆動電圧Ｖｄは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧を意味する。モータ８０の回転は、ウォームギア８６及びウォームホイール８７等により構成される減速機構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。また、ハンドル９１の操舵や、路面からの反力によるインターミディエイトシャフト９３の回転は、減速機構８５を経由してモータ８０に伝達される。

なお、図１に示す電動パワーステアリングシステム１は、モータ８０の回転が操舵軸９５に伝達されるコラムアシスト式であるが、本実施形態のＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、ラックアシスト式の電動パワーステアリングシステム、或いは、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離されたステアバイワイヤシステムにも同様に適用可能である。また、他の実施形態では、モータとして、３相以外の多相交流モータや、ブラシ付ＤＣモータが用いられてもよい。

ここで、ハンドル９１からタイヤ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」という。ＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、モータ８０が操舵系メカ１００に出力する駆動トルクを制御することにより、操舵系メカ１００が発生する操舵トルクＴｓを制御する。ＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、操舵系メカ１００から操舵トルクＴｓ及び操舵角θを取得する。また、ＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、車両の所定の部位に設けられた車速センサ１１が検出した車速Ｖを取得する。

さらにＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、「支援装置」としてのＬＫＡ（レーンキープアシスト）－ＥＣＵ１６から目標操舵角θ^*を取得する。ＬＫＡ－ＥＣＵ１６は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、図示しない車載カメラによって撮像された車両前方の画像から、走行レーンや走行レーンにおける自車両の位置を検出し、その検出結果に基づいて目標コースを設定する。さらに、ＬＫＡ－ＥＣＵ１６は、車速や舵角の検出値等に基づいて、目標コースに沿って走行するための目標操舵角θ^*を設定し、ＥＰＳ－ＥＣＵ１５に出力する。

ＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、取得した情報に基づいて、アシストトルク指令及び舵角制御トルク指令を演算する。ＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、演算したトルク指令の加算値に従って駆動電圧Ｖｄをモータ８０へ印加することにより、アシストトルク及び舵角制御トルクを発生させる。なお、ＥＰＳ－ＥＣＵ１５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。

［従来技術の課題、及び、本実施形態による課題解決の思想］
特許文献１（特開２０１５－３３９４２号公報）の従来技術では、アシスト制御演算部が生成したアシスト指令と、目標追従制御部が生成した追従指令とを加算した駆動指令に基づいてモータが駆動される。また、追従制御の実行中にドライバの操舵による介入を介入検出部が検出したとき、追従制御の応答特性を低下させ、アシスト制御の実行度合を増加させる。

しかし、アシスト指令と追従指令との単純加算では、舵角制御がアシスト制御の影響を受けて、目標舵角への追従性を向上させることは難しい。また、車速や操舵状態に応じてアシスト特性が変化すると、その影響を受けた舵角制御では所望の追従特性が得られないおそれがある。そこで本実施形態のステアリング制御装置は、アシスト制御によるアシストトルク指令と、舵角制御による舵角制御トルク指令とを加算してモータを駆動する構成において、舵角制御における目標舵角への追従性の向上を図る。

図２に、本実施形態のステアリング制御装置の概念的な構成図を示す。このステアリング制御装置は、ドライバの操舵トルクに応じてアシスト力を発生させるアシスト制御によりアシストトルク指令を演算するとともに、自動操舵に関わる目標操舵角に操舵角を追従させる舵角制御により舵角制御トルク指令を演算する。これら二つのトルク指令の加算値に従ってモータが駆動される。この構成において、舵角制御に応じて演算される応答調整パラメータに基づき、アシスト制御におけるアシストトルク指令の応答が調整される。

このステアリング制御装置の動作の概要は以下の通りである。
（ａ）レーンキープ、駐車支援、自動運転等の支援機能を有する支援装置からの舵角制御指令を受けて舵角制御を実行する。
（ｂ）舵角制御を開始したことを示すフラグ、又は、舵角制御を徐々に強めていく係数をもとにアシスト制御の応答調整パラメータを演算する。
（ｃ）アシスト制御は、応答調整パラメータを受けてその応答特性を低下させる。
（ｄ）アシスト制御の特性としては、操舵トルク入力からアシストトルク出力までの周波数特性において、高周波域のゲイン（以下「高周波ゲイン」という）を下げる。ＤＣ領域付近の低周波域のゲイン（以下「低周波ゲイン」という）は極力維持する。

また、このステアリング制御装置の主な効果は以下の通りである。
（ａ）閉ループ系の安定余裕度が改善されることで、舵角制御のゲインを高く設定可能となり、目標舵角への追従性が向上する。
（ｂ）ドライバ操舵に対してもアシスト特性としての低周波ゲインが確保されることで、ドライバの操作介入時に「重い」、「引っ掛かる」等の違和感を低減させやすくなる。

［ＥＰＳ－ＥＣＵの構成及び作用効果］
次に、具体的なＥＰＳ－ＥＣＵ１５の全体構成を図３に示す。ＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、アシスト制御演算部２０、舵角制御演算部３０、制御調停部４０、指令加算器６０、及びモータ駆動制御部６５等を備える。このＥＰＳ－ＥＣＵ１５は、舵角制御の作動状態に応じてアシスト制御の応答、特に高周波ゲインを可変することで、舵角制御の高い目標操舵角追従性を実現するとともに、ドライバによる操作介入時には良好な操舵感を得ることを目的とする。

アシスト制御演算部２０は、操舵トルクＴｓに基づきアシストトルク指令Ｔ２^*を演算する。詳しくは、アシスト制御演算部２０は、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖに基づき、路面反力（或いは路面負荷）に応じた伝達感や、操舵状態に応じたフィールが実現されるようにアシストトルク指令Ｔ２^*を演算する。ここで、アシストトルク指令Ｔ２^*の符号は、トルクが印加される回転方向に応じて定義される。例えば左回転方向に印加されるトルクが正、右回転方向に印加されるトルクが負と定義される。アシスト制御演算部２０の詳細な構成は、図８～図１１を参照して後述する。

舵角制御演算部３０は、ＬＫＡ－ＥＣＵ１６から指令される目標操舵角θ^*に操舵角θを追従させるための舵角制御トルク指令Ｔ１^*を演算する。舵角制御トルク指令Ｔ１^*の符号は、アシストトルク指令Ｔ２^*と同様に定義される。また、目標操舵角θ^*及び操舵角θについては、中立位置に対し左側の角度が正、中立位置に対し右側の角度が負と定義される。舵角制御トルク指令Ｔ１^*は指令加算器６０に出力され、アシストトルク指令Ｔ２^*との加算値が算出される。舵角制御演算部３０の詳細な構成は、図４、図５を参照して後述する。

制御調停部４０は、舵角制御演算部３０による舵角制御が実行されるとき、アシスト制御演算部２０によるアシスト制御において、操舵トルクＴｓに対するアシストトルク指令Ｔ２^＊の応答特性を低下させる。

具体的に制御調停部４０は、ＬＫＡ－ＥＣＵ１６からの舵角制御を要求する作動指令として、舵角制御要求フラグＦを取得する。そして制御調停部４０は、舵角制御要求フラグＦ及び操舵トルクＴｓに基づいて、補正ゲインＫ１及び補正ゲインＫ２を演算する。舵角制御の実行を決定づける補正ゲインＫ１は、舵角制御演算部３０に出力される。アシスト制御の応答特性を調整する「応答調整パラメータ」としての補正ゲインＫ２は、アシスト制御演算部２０に出力される。

より詳しくは、制御調停部４０は、舵角制御の実行度合が強くなるほどアシスト制御の応答特性を低下させる。また、制御調停部４０は、アシスト制御の応答特性を低下させるにあたり、低周波域のゲインよりも高周波域のゲインをより低下させる。制御調停部４０の詳細な構成は、図６、図７を参照して後述する。

指令加算器６０は、アシストトルク指令Ｔ２^*と舵角制御トルク指令Ｔ１^*とを加算した最終アシストトルク指令Ｔａ^*を算出する。モータ駆動制御部６５は、最終アシストトルク指令Ｔａ^*に従ってモータ８０へ駆動電圧Ｖｄを印加することでモータ８０を駆動する。これによりモータ８０は、最終アシストトルク指令Ｔａ^*に対応したアシストトルク及び舵角制御トルクを出力する。

続いて、舵角制御演算部３０、制御調停部４０、アシスト制御演算部２０の順に、各部の詳細な構成を説明する。まず図４、図５を参照し、舵角制御演算部３０の構成について説明する。本実施形態の舵角制御演算部３０の構成は、特許文献１に開示されたものと基本的に同じである。図４に示すように、舵角制御演算部３０は、操舵角偏差算出器３３及び操舵角サーボ制御部３４を有し、目標操舵角θ^*及び操舵角θに基づいて舵角制御トルク指令Ｔ１^*を演算する。

操舵角偏差算出器３３は、ＬＫＡ－ＥＣＵ１６から指令される目標操舵角θ^*と、トルクセンサ９４が検出した操舵角θとの操舵角偏差Δθ（＝θ^*－θ）を算出する。操舵角サーボ制御部３４は、操舵角偏差Δθ及び補正ゲインＫ１に基づき、舵角制御トルク指令Ｔ１^*を演算する。

図５に示すように、操舵角サーボ制御部３４は、補正ゲインＫ１を乗算する補正ゲイン乗算器３５、並びに、比例演算器３６１、積分演算器３６２、微分演算器３６３及び加算器３６４を含むＰＩＤ演算器３６を有する。図中のＫｐ２、Ｋｉ２、Ｋｄ２はそれぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインであり、ｓはラプラス演算子、τ２は時定数である。補正ゲインＫ１は、舵角制御の開始とともに０から１へと増加し、舵角制御の終了や舵角制御中のドライバのオーバーライド操作、すなわち操舵による介入に応じて１から０へと減少する。

舵角制御の開始時、０から１へと増加する補正ゲインＫ１が操舵角偏差Δθに乗算されることで、操舵角サーボのＰＩＤゲインが０から設定された値に変化する。また、補正ゲインＫ１によってＰＩＤ制御の出力が制限されることで、操舵角サーボ出力の制限値が０から設定された値に変化する。また、操舵角サーボ制御部３４は、本来の舵角制御により操舵角偏差Δθをゼロにしようと機能する。

一方、舵角制御の終了時やドライバのオーバーライド操作時に１から０へと減少するＫ１によって、舵角制御は縮退し、舵角制御トルク指令Ｔ１^*はゼロとなる。なお、ＰＩＤ制御の出力を制限する際に積分のワインドアップがないようにする演算については、特許文献１等で公知の技術である。

図６、図７を参照し、制御調停部４０の構成について説明する。図６に示すように、制御調停部４０は、漸増漸減処理部４１、絶対値処理部４２、ドライバ介入係数マップ４３、フィルタ処理部４４、Ｍｉｎ選択部４５、及び操舵トルクサーボ補正ゲインマップ４６等を有する。制御調停部４０は、舵角制御要求フラグＦ及び操舵トルクＴｓに基づいて、舵角制御の実行を決定づけるための補正ゲインＫ１、及び、アシスト制御の応答特性を調整する補正ゲインＫ２を演算する。

漸増漸減処理部４１は、「支援装置」であるＬＫＡ－ＥＣＵ１６から、ＥＰＳ－ＥＣＵ１５に操舵が要求されたことを示す「舵角制御要求フラグＦ」を受ける。漸増漸減処理部４１は、舵角制御要求フラグＦがＯＮであれば作動ゲインＫ１Ｓを１まで漸増させ、舵角制御要求フラグＦがＯＦＦであれば０まで漸減させる作動ゲインＫ１Ｓを演算する。舵角制御要求フラグＦは、ＯＮ／ＯＦＦを示す二値に限らず、「舵角制御をフルに稼働させるための数値」から、「舵角制御を縮退させて舵角制御トルク指令Ｔ１^*の出力を停止するための数値」まで連続的に変化する信号であってもよい。

絶対値処理部４２は、入力された操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜を出力する。ドライバ介入係数マップ４３は、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜とドライバ介入ゲインＫ１Ｄとの関係を規定する。図７（ａ）に示すように、ドライバ介入係数マップは、特許文献１の図３に開示されたものと同様である。すなわち、｜Ｔｓ｜＜ＡではＫ１Ｄ＝１であり、｜Ｔｓ｜＞ＢではＫ１Ｄ＝０であり、Ａ≦｜Ｔｓ｜≦Ｂの範囲では、｜Ｔｓ｜の増加に伴って、Ｋ１Ｄは１から０に単調減少する。フィルタ処理部４４は、入力をローパスフィルタで処理し、ドライバ介入ゲインＫ１Ｄを出力する。

ドライバ介入ゲインＫ１Ｄは、ドライバのオーバーライド操作度合を判断するための値であり、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が増大すると０に近づき、減少すると１に近づく。このとき、フィルタ処理によって、ドライバ介入ゲインＫ１Ｄが０に向かって小さくなるときは早く、１に向かって大きくなるときはゆっくりと変化させることで、ドライバが介入操作をやめて舵角制御に移行するときの操舵力の繋がりを良好にしている。

なお、ドライバの介入操作の検出手段として、操舵トルクＴｓ以外のパラメータを用いてもよい。例えばハンドルに取り付けられた回転角センサとモータ角の差やその変化速度を用い、それらが大きいときドライバ介入係数マップに類するものでドライバ介入ゲインＫ１Ｄを絞ってもよい。

Ｍｉｎ選択部４５は、作動ゲインＫ１Ｓとドライバ介入ゲインＫ１Ｄとの小さい方の値を「補正ゲインＫ１」として選択する。補正ゲインＫ１によって舵角制御演算部３０での舵角制御が補正されることにより、レーンキープ制御等の支援機能の開始／終了における舵角制御の滑らかな始動／終了ができる。また、ドライバの操作介入による舵角制御の縮退を、引っ掛かりなどの違和感なしに実行することができる。

アシスト制御の応答特性を補正するための補正ゲインＫ２は、補正ゲインＫ１を引数とする操舵トルクサーボ補正ゲインマップ４６により算出される。図７（ｂ）に操舵トルクサーボ補正ゲインマップ４６の例を示す。この例では、舵角制御が縮退しているＫ１＝０のとき、補正ゲインＫ２を１とし、舵角制御が実質的にフル稼働しているＫ１＝１のとき、補正ゲインＫ２を０．３とする。また、０＜Ｋ１＜１の範囲では線形補間により補正ゲインＫ２を求めるものとする。

これによって、舵角制御が作動しない場合はＫ２＝１としてアシスト制御が最大性能を発揮し、舵角制御が作動した場合はＫ２＝０．３に徐変してアシスト制御の応答特性を下げる動作を実現する。特にドライバが介入操作をしたときは補正ゲインＫ１によって舵角制御が連続的に縮退するとともに、補正ゲインＫ２によってアシスト制御の応答は連続的に向上する。したがって、支援機能の性能とドライバ操作に対するアシスト性能とを両立しながら、かつドライバに違和感を与えないよう遷移させることが可能となる。

次に図８～図１１を参照し、アシスト制御演算部２０の構成、動作について説明する。図１４等に示す「他の実施形態」のアシスト制御演算部５０に対して、図８等に示すアシスト制御演算部２０を「基本実施形態」と呼ぶ。基本実施形態のアシスト制御演算部２０の構成、動作は、特開２０１３－５２７９３号公報に開示されたものと基本的に同じである。図８に示すように、アシスト制御演算部２０は、推定負荷演算部２１、目標操舵トルク演算部２２、トルク偏差算出器２３、操舵トルクサーボ制御部２４を含み、アシストトルク指令Ｔ２^*を演算する。

推定負荷演算部２１は、トルク加算器２１１及びローパスフィルタ（図中「ＬＰＦ」）２１２を含み、推定負荷Ｔｘを演算する。トルク加算器２１１は、操舵トルクサーボ制御部２４が演算したアシストトルク指令Ｔ２^*と、トルクセンサ９４から入力された操舵トルクＴｓとを加算する。ローパスフィルタ２１２は、操舵系メカ１００の共振点付近から上の周波数成分を減衰させる。

目標操舵トルク演算部２２は、推定負荷Ｔｘ及び車速Ｖに基づき目標操舵トルクＴｓ^*を演算する。詳しくは、目標操舵トルク演算部２２は、符号処理部２２１、絶対値処理部２２２、目標操舵トルクマップ２２３及び乗算器２２４を含む。符号処理部２２１は、入力された推定負荷Ｔｘが正のとき１、負のとき（－１）、ゼロのとき０を出力する。絶対値処理部２２２は、入力された推定負荷の絶対値｜Ｔｘ｜を算出する。

目標操舵トルクマップ２２３は、推定負荷の絶対値｜Ｔｘ｜及び車速Ｖと目標操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ^*｜との関係を規定する。図９に示すように、目標操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ^*｜は、推定負荷の絶対値｜Ｔｘ｜が大きいほど大きく、車速Ｖが高速になるほど大きくなるように設定される。マップ上の動作点における接線の勾配Ｋｔｘは、原点に近いほど大きく、推定負荷の絶対値｜Ｔｘ｜が増加するに従って緩やかになる。乗算器２２４は、目標操舵トルクマップ２２３により算出された目標操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ^*｜に対し、符号処理部２２１から出力された値を乗算する。

トルク偏差算出器２３は、トルクセンサ９４で検出された操舵トルクＴｓと、目標操舵トルクＴｓ^*との差である操舵トルク偏差ΔＴｓ（＝Ｔｓ^*－Ｔｓ）を算出する。操舵トルクサーボ制御部２４は、操舵トルク偏差ΔＴｓが０になるように、つまり、操舵トルクＴｓを目標操舵トルクＴｓ^*に追従させるようにサーボ制御を実行し、アシストトルク指令Ｔ２^*を演算する。また、「応答調整パラメータ」である補正ゲインＫ２が操舵トルクサーボ制御部２４に入力される。

図１０に示すように、操舵トルクサーボ制御部２４は、補正ゲインＫ２を乗算する補正ゲイン乗算器２５、並びに、比例演算器２６１、積分演算器２６２、微分演算器２６３及び加算器２６４を含むＰＩＤ演算器２６を有する。図中のＫｐ１、Ｋｉ１、Ｋｄ１は、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインであり、ｓはラプラス演算子、τ１は時定数である。なお、補正ゲインＫ２は、図示のように操舵トルク偏差ΔＴｓに乗算されるのでなく、ＰＩＤゲインに個別に乗算されてもよい。

なお、特開平９－２２１０５３号公報等には、アシスト制御の出力であるアシスト指令に０～１のゲインを単純に乗算する従来技術が開示されている。この従来技術では、オーバーライドで舵角制御がアシストを妨げる側に作用し、ドライバの操舵を阻害する。これに対し、本実施形態のアシスト制御演算部２０は、アシストトルク指令Ｔ２^*から推定負荷演算部２１に入力されるフィードバック信号を持つことで、以下に説明する通り、低周波域のゲインはそのままで高周波域のゲインが抑えられたものとなる。

図１１に、操舵トルクＴｓからアシストトルク指令Ｔ２^*までの伝達特性を示す。破線は舵角制御が非作動中（Ｋ２＝１）、すなわち、アシスト制御本来の操舵特性を発揮する設定状態での伝達特性を表す。実線は舵角制御が作動中（Ｋ２＝０．３）、すなわち、舵角制御の目標追従性能が高い設定状態での伝達特性を表す。

操舵トルクＴｓに対するアシストトルク指令Ｔ２^*の静的な倍率を「アシスト比α」と呼ぶ。推定負荷Ｔｘに応じて目標操舵トルクＴｓ^*を定め、その目標操舵トルクＴｓ^*に操舵トルクＴｓが追従するよう制御する目標追従型のアシスト制御の場合、アシスト比αは次式で与えられる。ここでＫｔｘは、推定負荷Ｔｘから目標操舵トルクＴｓ^*を演算する目標操舵トルクマップ２２３（図９）の動作点の勾配である。
α＝（１／Ｋｔｘ）－１

ドライバがハンドル操作して車両が旋回するとき、推定負荷の絶対値｜Ｔｘ｜が増大するに連れて目標操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ^*｜を大きくすることでハンドル操作に応じた操舵トルクＴｓを発生させる。目標操舵トルクマップ２２３において、推定負荷の絶対値｜Ｔｘ｜の増加に対して勾配Ｋｔｘを徐々に緩やかにすることで、操舵フィールの良い操舵反力が生成される。また、中立位置付近ではマップの勾配Ｋｔｘを急にすることで、ハンドル切り出し初期に良好な手応えが生成される。

一連の動作としては、ハンドルを中立位置から操舵していくに従って、目標操舵トルクマップ２２３の勾配Ｋｔｘは１に近い値から０に近い値に減少し、アシスト比αは０に近い値から数倍ないし数十倍に増加する。このときトルクセンサ９４で検出される操舵トルクＴｓに対するアシストトルク指令Ｔ２^*の周波数特性が図１１に示される。中立位置付近ではアシスト比αは０に近く、低周波域でのゲインは非常に小さく、高周波域では振動を引き起こさないよう微分特性を示す。そして、操舵に伴ってアシストが増えるとき、低周波域でのゲインが増した特性となる。

舵角制御が作動した場合、図１１において破線から実線の特性に遷移させ、数Ｈｚから上の周波数帯でのゲインを抑えたものになり、操舵系メカ１００の共振振動をより抑えるアシスト特性となる。すなわち、安定余裕度がより高い制御に移行する。低周波域でのゲインは舵角制御が作動しない通常時と同じとなる。そのため、舵角制御が作動していてもドライバがハンドル操作をして操舵トルクＴｓが発生すれば、その操舵トルクＴｓに応じたアシストトルクを確実に発生させようとアシスト制御が動作する。

これにより本実施形態では、舵角制御が作動するとき、単にゲインでアシストトルクを絞ること等によって制限する場合に比べ、ドライバが操作したときに「重い」という違和感が少ないものとなる。またドライバの操作によってオーバーライドを検出して舵角制御を絞る際にも、絞られる過程でドライバが手で感じる重さ変化の違和感を低減することができる。

［舵角制御上の効果］
次に図１２のタイムチャートを参照し、舵角制御の操舵角追従性における効果について説明する。図１２（ａ）には、補正ゲインＫ２を用いずアシスト制御側の応答を変えない場合の操舵角追従性を示す。図１２（ｂ）には、図１２（ａ）に対し舵角制御の追従性を上げるべく舵角制御のゲインを高く調整した場合の操舵角追従性を示す。なお厳密には、積分ゲインＫｉを高く（２０→３０）、微分ゲインＫｄを低く（０．１→０．０５）調整している。図１２（ｃ）には、図１２（ｂ）と同様に舵角制御のゲインを調整し、且つ、アシスト制御側の応答を補正ゲインＫ２により０．３倍に低下させた場合の操舵角追従性を示す。各図においてアシスト比αが０、３、１５、６０の場合を示す。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、アシスト制御側の応答を変えない場合は、目標操舵角への追従性を必要十分なまでに上げようとすると、高アシスト比ではオーバーシュート気味となる。アシスト比が高くなるのはドライバが操舵したときであり、オーバーライドと判断されて舵角制御は縮退させるので問題ないようにも思われる。しかし、そのような過渡期において舵角制御が振動的な特性になることが操舵感の悪化に繋がる。均一な応答を舵角制御で実現するにはアシスト制御側の制御状態や操舵の負荷ほか、各種操舵状態に応じたゲインスケジューリングを施す必要があり、演算規模の増大や適合の複雑さという問題に至る。

図１２（ｃ）に示すように、補正ゲインＫ２を用いてアシスト制御の応答を下げたことで舵角制御のゲインを上げることができ、目標操舵角への追従性を向上させることができる。これにより支援機能が実現しようとする性能を十分に発揮できるようになる。また、その応答特性はアシスト比αが変わっても概ね均一なものとなる。なお、その理由についての数学的証明は割愛するが、アシスト制御の応答が下がり舵角制御への干渉が低下することで、均一な特性となる。

［アシスト制御上の効果］
本実施形態では、舵角制御が作動するとき、アシスト制御側はその入力である操舵トルクＴｓから出力であるアシストトルクへの周波数応答として、ＤＣ領域での応答特性を極力維持しつつ高周波ゲインを低下させる。そのことによる効果について、図１３のタイムチャートを参照して説明する。

図１３には、舵角制御が０［ｄｅｇ］を指示しているとき、ドライバがハンドルを操作して２０［ｄｅｇ］弱動かした後にセンターまで戻したときの実車での振る舞いを示す。破線は、アシスト制御に係数を乗じて全周波数帯でゲインを低下させた場合の動作であり、実線は、本実施形態の特徴である高周波ゲインを低下させた場合の動作である。図１３の最上段には操舵トルクＴｓ、２段目には操舵角θ、３段目には補正ゲインＫ１、４段目には補正ゲインＫ２、最下段にはアシストトルク及び舵角制御トルクを示す。

時刻ｔａに操舵トルクＴｓが所定値以上になると、補正ゲインＫ１が１を下回り、舵角制御は縮退方向に向かう。一方、補正ゲインＫ２は上昇し、アシスト制御の応答特性は本来の状態になる方向に向かう。時刻ｔｂ以後にハンドルを戻すにあたって操舵トルクＴｓが下がると、逆に補正ゲインＫ１は１に向かい舵角制御の能力が高くなるとともに、補正ゲインＫ２は下降してアシスト制御の応答を抑える。

アシスト制御のゲインを全体に低下させる破線の挙動と、高周波域のゲインを低下させる実線の挙動とを比較すると、破線の挙動では補正ゲインＫ２で全体出力が抑えられる分、最下段図のアシストトルクが実線の挙動より低めになる。ここで、アシストトルクが低いからといって最上段図の操舵トルクＴｓが相応に大きくなるわけでない。それは、舵角制御にて０［ｄｅｇ］に維持しようとする逆向きの舵角制御トルクとの総和によって操舵トルクＴｓが決まるからである。

しかし、低周波でのアシストゲインがない分、システム全体としてはドライバ操作への反応や舵角制御の抑圧が遅れる過程で操舵トルクＴｓは高めに出たり、Ｘ部に示すように振れが生じやすくなったりする。言い換えると、高周波ゲインを低下させる場合は低周波ゲインが通常アシストと同等に残ることで、ドライバが介入操作したときの操舵力（操舵トルク）が滑らかとなり、介入を終了した場合でも自然な操舵力での舵角制御への復帰が可能となる。すなわち、オーバーライド時に重さ感や引っ掛かり感の点で違和感の少ない操舵感を実現することができる。

［本実施形態の効果のまとめ］
（１）本実施形態では、制御調停部４０は、舵角制御が実行されるとき、アシスト制御において、操舵トルクＴｓに対するアシストトルク指令Ｔ２^*の応答特性を低下させる。舵角制御の作動中にアシスト制御の応答特性が低下することで安定余裕度が向上する。これにより、舵角制御のゲインを高く設定でき、目標操舵角θ^*への追従性が向上する。したがって、ＬＫＡ－ＥＣＵ１６等の支援装置による支援機能の効果を最大限に発揮することができる。

（２）ドライバの介入操作に伴って舵角制御が縮退したとき、アシスト制御の応答特性を復帰させることができるため、ドライバの操舵フィールが高く維持される。

（３）制御調停部４０は、舵角制御要求フラグＦ及び操舵トルクＴｓに基づいて、アシスト制御の応答特性を調整する応答調整パラメータＫ２を演算し、アシスト制御演算部２０に出力する。これにより、アシスト制御の応答特性を低下させる構成を具体的に実現することができる。

（４）制御調停部４０は、舵角制御の実行度合が大きくなるほどアシスト制御の応答特性を低下させる。これにより、舵角制御の実行度合に応じて、アシスト制御の応答特性を適切に調整することができる。

（５）制御調停部４０は、アシスト制御の応答特性を低下させるにあたり、低周波域のゲインよりも高周波域のゲインをより低下させる。これにより、舵角制御の作動中もドライバ操舵に対してアシスト制御の低周波ゲインは確保されるため、ドライバの介入操作時に、「重い」、「引っ掛かる」等の違和感を抑えることができる。

なお、アシスト制御全体のゲインを低下させて安定性を確保する比較例では、背反である操舵（オーバーライド）時の重さについて、オーバーライドを検出し、例えばオーバーライド判定閾値や操舵トルク感応マップにより、舵角制御の縮退量や応答特性のゲインを微調整している。このような微調整に対し、本実施形態では、適合定数を感性に合うよう調整するための有効な範囲を広く確保することができる。

（その他の実施形態）
（１）上述した基本実施形態のアシスト制御演算部２０とは異なる構成のアシスト制御演算部５０について、図１４～図１６を参照して説明する。図１４（ａ）に示すように、アシスト制御演算部５０は、アシストトルク指令一時値演算部５２、及び位相補償演算部５５を有する。アシストトルク指令一時値演算部５２は、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖに基づき、アシストトルク指令一時値Ｔ２^*＿ｔｅｍｐを演算し、位相補償演算部５５に出力する。位相補償演算部５５は、アシストトルク指令一時値Ｔ２^*＿ｔｅｍｐ、及び、「応答調整パラメータ」である補正ゲインＫ２に基づいてアシストトルク指令Ｔ２^*を演算する。

アシストトルク指令一時値演算部５２は、符号処理部５２１、絶対値処理部５２２、アシストトルクマップ５２３及び乗算器５２４を含む。符号処理部５２１は、入力された操舵トルクＴｓが正のとき１、負のとき（－１）、ゼロのとき０を出力する。絶対値処理部５２２は、入力された操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜を出力する。

アシストトルクマップ５２３は、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜及び車速Ｖとアシストトルク指令一時値の絶対値｜Ｔ２^*＿ｔｅｍｐ｜との関係を規定する。図１４（ｂ）に示すように、アシストトルク指令一時値の絶対値｜Ｔ２^*＿ｔｅｍｐ｜は、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が大きいほど大きく、車速Ｖが高速になるほど小さくなるように設定される。マップ上の動作点における接線の勾配αは、原点に近いほど小さく、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜が増加するに従って急になる。乗算器５２４は、アシストトルクマップ５２３により算出されたアシストトルク指令一時値の絶対値｜Ｔ２^*＿ｔｅｍｐ｜に対し、符号処理部５２１から出力された値を乗算する。

図１５に示すように、位相補償演算部５５は、遅れ補償器５５１及び進み補償器５５２を含む。遅れ補償器５５１において定数Ｋ３及びτ３は設計値であり、Ｋ３は１より小さいことで一次遅れの特性を示す。進み補償器５５２において定数Ｋ４及びτ４は設計値であり、Ｋ４は１より大きいことで一次進みの特性を示す。図１５ではラプラス演算子ｓを用いた式が示されるが、マイコンでの演算は、離散変換した式に基づいて行われる。

図１６に、操舵トルクＴｓからアシストトルク指令Ｔ２^*までの伝達特性を示す。基本実施形態の図１１と同様に、破線は舵角制御が非作動中（Ｋ２＝１）、すなわち、アシスト制御本来の操舵特性を発揮する設定状態での伝達特性を表す。実線は舵角制御が作動中（Ｋ２＝０．３）、すなわち、舵角制御の目標追従性能が高い設定状態での伝達特性を表す。遅れ補償器５５１で補正ゲインＫ２（０＜Ｋ２＜１）がＫ３に乗算されることで、実線の特性では破線の特性に比べて高周波域におけるゲインが低減する。また、周波数が高くなるにつれてゲインが増大する特性は、進み補償器５５２による一次進みの特性に該当する。

操舵トルクＴｓに対するアシストトルク指令Ｔ２^*の静的な倍率を「アシスト比α」と呼ぶ。アシストトルクマップ５２３上の動作点での勾配がこれに該当し、ハンドルを中立から操舵していくに従ってマップの勾配αは、０に近い値から、数倍ないし数十倍に増加する。このときトルクセンサで検出される操舵トルクＴｓに対するアシストトルク指令Ｔ２^*の周波数特性が図１６に示される。なお、操舵をしていない中立位置付近ではアシスト比αが０に近いため、図１６のボード線図には現れていない。

舵角制御が作動した場合、補正ゲインＫ２を１から例えば０．３に変えることで図１６において破線の特性から実線の特性に遷移する。図１１と同様に、実線の特性は、低周波でのゲインを変えることなく数Ｈｚ以上の周波数帯でのゲインを抑えたものになる。すなわち、舵角制御を作動させるときにアシスト制御の安定余裕度を向上させるため、舵角制御側としてはより高応答の設定が可能となる。また、舵角制御が非作動であるときや縮退しているときは、アシスト制御は本来の高応答な制御により良好な操舵フィールを維持することができる。

（２）制御調停部４０の構成でも説明した通り、ドライバによる操舵が行われたことを検知する手段として、操舵トルクＴｓに限らず、操舵に伴って変化する操舵角θ、操舵速度（回転角速度）、最終アシストトルク指令Ｔａ^*等のパラメータを用いてもよい。

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、そ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。

１５・・・ＥＰＳ－ＥＣＵ（ステアリング制御装置）
１６・・・ＬＫＡ－ＥＣＵ（支援装置）
２０・・・アシスト制御演算部
３０・・・舵角制御演算部
４０・・・制御調停部
６５・・・モータ駆動制御部
８０・・・モータ

Claims (4)

1. ドライバのハンドル操作力を軽減するようにモータ（８０）の出力によりアシストするステアリング制御装置であって、
   操舵トルク（Ｔｓ）に基づきアシストトルク指令（Ｔ２^＊）を演算するアシスト制御演算部（２０、５０）と、
   車両運動を制御するための指令を演算する支援装置（１６）から指令される目標操舵角（θ^＊）に操舵角（θ）を追従させるための舵角制御トルク指令（Ｔ１^＊）を演算する舵角制御演算部（３０）と、
   前記アシストトルク指令と前記舵角制御トルク指令とを加算した最終アシストトルク指令（Ｔａ^＊）に従って前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部（６５）と、
   前記舵角制御演算部による舵角制御が実行されるとき、前記アシスト制御演算部によるアシスト制御において、操舵トルクに対するアシストトルク指令の応答特性を低下させる制御調停部（４０）と、
   を備えるステアリング制御装置。
2. 前記制御調停部は、前記支援装置からの舵角制御を要求する作動指令（Ｆ）、及び操舵トルクに基づいて、アシスト制御の応答特性を調整する応答調整パラメータ（Ｋ２）を演算し、前記アシスト制御演算部に出力する請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記制御調停部は、舵角制御の実行度合が大きくなるほどアシスト制御の応答特性を低下させる請求項１または２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記制御調停部は、アシスト制御の応答特性を低下させるにあたり、低周波域のゲインよりも高周波域のゲインをより低下させる請求項１～３のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。

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