JP7199643B2 - 車両用操向装置 - Google Patents

Description

本発明は、トーションバー等の捩れ角に基づいて所望の操舵トルクを実現し、路面の状態に影響されず、経年による機構系特性の変化に左右されない高性能な車両用操向装置に関する。

車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力として付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｓは、電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このように、従来の電動パワーステアリング装置でのアシスト制御では、運転者の手入力にて加えられた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとしてトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。しかしながら、この方法で制御を行なう場合、路面の状態（例えば傾斜）の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。モータ出力特性の経年使用によるバラツキによっても、操舵トルクに影響を与えることがある。

かかる問題を解決するために、例えば、特許第５２０８８９４号公報（特許文献１）に示されるような電動パワーステアリング装置が提案されている。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、運転者の触覚特性に基づく適切な操舵トルクを与えるために、操舵角又は操舵トルクと手応え量との関係に基づいて決定される操舵角と操舵トルクとの関係（操舵反力特性マップ）に基づいて、操舵トルクの目標値を設定している。

特許第５２０８８９４号公報

しかしながら、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、操舵反力特性マップを予め求めておかなければならず、また、操舵トルクの目標値と検出される操舵トルクとの偏差に基づいて制御を行っているので、操舵トルクに対する影響が残ってしまうおそれがある。

また、電動パワーステアリング装置によるアシスト制御では、ハンドルを切った状態から直進状態になるように中立位置方向へハンドルを戻す場合、ハンドルが中立位置まで滑らかに戻らずに途中で停止する場合や、中立位置を超える（オーバーシュート）場合がある。このような状態は、運転者が修正操舵を行わなければならず、運転者の負荷となる。この問題の解決も望まれている。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能な車両用操向装置を提供することにある。更に、ハンドルを中立位置付近まで滑らかに戻せるようにし、運転者の負荷を軽減することも目的である。

本発明は、任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置に関し、本発明の上記目的は、目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、前記目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部と、ハンドルへの手入力トルクを推定し、手入力トルク推定値を求める手入力トルク推定部、及び、操舵角を微分し、第１角速度情報を演算する微分部を具備し、前記第１角速度情報及び前記手入力トルク推定値を用いて、ハンドル戻りを補償するハンドル戻り補償のための戻り補償信号を求めるハンドル戻り補償部とを備え、前記戻り補償信号による前記ハンドル戻り補償を反映させた前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記目標操舵トルク生成部が前記ハンドル戻り補償部を具備し、前記戻り補償信号を前記目標操舵トルクとして出力することにより、前記ハンドル戻り補償を反映させることにより、或いは、前記戻り補償信号により前記モータ電流指令値を補正することにより、前記ハンドル戻り補償を反映させることにより、或いは、前記ハンドル戻り補償部が、前記手入力トルク推定値の大きさに基づいてトルク感応ゲインを求めるトルク感応ゲイン部を更に具備し、前記第１角速度情報に対して前記トルク感応ゲインを乗算補正して前記戻り補償信号を求めることにより、或いは、前記手入力トルク推定値の大きさが大きくなるに従って前記トルク感応ゲインが小さくなるようになっていることにより、或いは、前記ハンドル戻り補償部が、前記第１角速度情報の大きさに基づいて速度感応ゲインを求める速度感応ゲイン部を更に具備し、前記トルク感応ゲイン及び前記速度感応ゲインを前記第１角速度情報に対して乗算補正して前記戻り補償信号を求めることにより、或いは、前記第１角速度情報の大きさがゼロから所定の値まででは、前記第１角速度情報の大きさが大きくなるに従って前記速度感応ゲインが大きくなり、前記第１角速度情報の大きさが前記所定の値を超えたら、前記第１角速度情報の大きさが大きくなるに従って前記速度感応ゲインが小さくなるようになっていることにより、或いは、前記ハンドル戻り補償部が、前記戻り補償信号の上下限値を制限する制限部を更に具備することにより、或いは、前記ハンドル戻り補償部が、前記操舵角に対する目標速度を求める目標速度設定部を更に具備し、前記第１角速度情報及び前記目標速度から第２角速度情報を演算し、前記第２角速度情報に対して乗算補正して前記戻り補償信号を求めることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、基本マップを用いて前記操舵角及び車速より第１トルク信号を求める基本マップ部と、車速感応であるダンパゲインマップを用いて第３角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス特性を持つ第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを更に具備し、前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号並びに前記戻り補償信号より前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、基本マップを用いて前記操舵角及び車速より第１トルク信号を求める基本マップ部と、車速感応であるダンパゲインマップを用いて第３角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス特性を持つ第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを具備し、前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号より前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記基本マップ及び前記ヒステリシス補正部の特性が車速感応であることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角及び前記車速より前記第１トルク信号を求めることにより、より効果的に達成される。

本発明の車両用操向装置によれば、目標操舵トルク生成部で生成される目標操舵トルクを基に求められる目標捩れ角に対して制御を行うことにより、目標捩れ角に捩れ角が追従するように動作し、所望の操舵トルクを実現し、運転者の操舵の感覚に基づく適切な操舵トルクを与えることができる。

更に、手入力トルクを推定し、手入力トルク推定値を基にハンドル戻りを補償することにより、的確にハンドルを中立位置付近まで戻すことができ、運転者の負荷を軽減することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）内の構成例を示すブロック図である。 ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す構造図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 目標操舵トルク生成部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 基本マップの特性例を示す線図である。 ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。 ヒステリシス補正部の特性例を示す線図である。 ハンドル戻り補償部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ハンドル及びトーションバーの模式図である。 トルク感応ゲインマップの特性例を示す線図である。 速度感応ゲインマップの特性例を示す線図である。 制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 捩れ角制御部の動作例を示すフローチャートである。 ハンドル戻り補償部の効果を示すシミュレーションにおいて、ハンドル戻り補償がない場合とある場合のハンドル角の時間応答の例を示すグラフである。 ハンドル戻り補償部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 目標速度設定マップの特性例を示す線図である。 目標操舵トルク生成部の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 目標操舵トルク生成部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第３実施形態）を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部の動作例（第３実施形態）を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 本発明の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。 本発明の構成例（第６実施形態）を示すブロック図である。 位相補償部の挿入例を示すブロック図である。 ＳＢＷシステムの概要を示す構成図である。 本発明の構成例（第７実施形態）を示すブロック図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第７実施形態）を示すフローチャートである。

本発明は、路面の状態に影響されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを実現するための車両用操向装置であり、トーションバー等の捩れ角を、操舵角等に応じた値に追従するように制御することにより所望の操舵トルクを実現している。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず、本発明に係る車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置に関連する情報を検出する各種センサの設置例について説明する。図３は、ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す図であり、コラム軸２にはトーションバー２Ａが備えられている。操向車輪８Ｌ,８Ｒには路面反力Ｆｒ及び路面情報（摩擦係数）μが作用する。トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル側には上側角度センサが設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２の操向車輪側には下側角度センサが設けられており、上側角度センサはハンドル角θ_１を検出し、下側角度センサはコラム角θ_２を検出する。操舵角θｈはコラム軸２の上部に設けられた舵角センサで検出され、ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２の偏差から、下記数１及び数２によってトーションバーの捩れ角Δθ及びトーションバートルクＴｔを求めることができる。なお、Ｋｔはトーションバー２Ａのバネ定数である。

トーションバートルクＴｔは、例えば特開２００８－２１６１７２号公報で示されるトルクセンサを用いて検出することも可能である。なお、本実施形態では、トーションバートルクＴｔを操舵トルクＴｓとしても扱うこととする。

次に、本発明の構成例について説明する。

図４は本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図であり、運転者のハンドル操舵はＥＰＳ操舵系／車両系１００内のモータ２０でアシスト制御される。目標操舵トルクＴｒｅｆを出力する目標操舵トルク生成部２００には、操舵角θｈの他に、車速Ｖｓ、操舵トルクＴｓ及び右切り／左切り判定部４００から出力される右切り又は左切りの操舵状態ＳＴｓが入力される。目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部５００で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換され、目標捩れ角Δθｒｅｆは、トーションバー２Ａの捩れ角Δθと共に捩れ角制御部３００に入力される。捩れ角制御部３００は、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃを演算し、モータ電流指令値ＩｍｃによりＥＰＳのモータ２０が駆動される。

右切り／左切り判定部４００は、モータ角速度ωｍを基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして出力する。例えば、モータ角速度ωｍが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、モータ角速度ωｍの代わりに、操舵角θｈ、ハンドル角θ_１又はコラム角θ_２に対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。

図５は目標操舵トルク生成部２００の構成例を示しており、目標操舵トルク生成部２００は、基本マップ部２１０、微分部２２０、ダンパゲイン部２３０、ヒステリシス補正部２４０、ハンドル戻り補償部２５０、乗算部２６０並びに加算部２６１、２６２及び２６３を備える。操舵角θｈは基本マップ部２１０、微分部２２０、ヒステリシス補正部２４０及びハンドル戻り補償部２５０に入力される。右切り／左切り判定部４００から出力される操舵状態ＳＴｓはヒステリシス補正部２４０に入力される。操舵トルクＴｓはハンドル戻り補償部２５０に入力され、車速Ｖｓは基本マップ部２１０及びダンパゲイン部２３０に入力される。

基本マップ部２１０は、基本マップを有し、基本マップを用いて、車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号（第１トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。基本マップはチューニングにより調整されており、例えば、図６（Ａ）に示されるように、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａは、操舵角θｈの大きさ（絶対値）｜θｈ｜が増加するにつれて増加し、車速Ｖｓが増加するにつれても増加するようになっている。なお、図６（Ａ）において、符号部２１１は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部２１２に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップによりトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを求める構成となっている。また、図６（Ｂ）に示されるように、正負の操舵角θｈに応じてマップを構成しても良く、この場合、操舵角θｈが正の場合と負の場合とで変化の態様を変えても良い。また、図６に示される基本マップは車速感応であるが、車速感応でなくても良い。

微分部２２０は、操舵角θｈを微分して角速度情報（第３角速度情報）である舵角速度ωｈを算出し、舵角速度ωｈは乗算部２６０に入力される。

ダンパゲイン部２３０は、舵角速度ωｈに乗算されるダンパゲインＤ_Ｇを出力する。乗算部２６０における舵角速度ωｈ及びダンパゲインＤ_Ｇの乗算結果は、トルク信号（第２トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部２６２に入力される。ダンパゲインＤ_Ｇは、ダンパゲイン部２３０が有する車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Ｖｓに応じて求められる。ダンパゲインマップは、例えば、図７に示されるように、車速Ｖｓが高くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインマップは操舵角θｈに応じて可変としても良い。なお、ダンパゲイン部２３０及び乗算部２６０でダンパ演算部を構成している。

ヒステリシス補正部２４０は操舵角θｈ及び操舵状態ＳＴｓに基づき、下記数３に従ってトルク信号（第３トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃを演算する。なお、下記数３では、ｘ＝θｈ、ｙ＝Ｔｒｅｆ＿ｃとしており、ａ＞１、ｃ＞０であり、Ａ_ｈｙｓはヒステリシス幅である。

右切り操舵から左切り操舵、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際に、最終座標（ｘ１，ｙ１）の値に基づき、切り替え後の数３の“ｂ”に以下の数４を代入する。これにより、切り替え前後の連続性が保たれる。

上記数４は、上記数３中のｘにｘ１を、ｙ_Ｒ及びｙ_Ｌにｙ１を代入することにより導出することができる。

“ａ”として１より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数“ｅ”を用いた場合、数３及び数４は下記数５及び数６となる。

数５及び数６においてＡ_ｈｙｓ＝１［Ｎ・ｍ］、ｃ＝０．３と設定し、０［ｄｅｇ］から開始し、＋５０［ｄｅｇ］、－５０［ｄｅｇ］の操舵をした場合の、ヒステリシス補正されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの線図例を図８に示す。即ち、ヒステリシス補正部２４０からのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは、０の原点→Ｌ１（細線）→Ｌ２（破線）→Ｌ３（太線）のようなヒステリシス特性となる。

なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるＡ_ｈｙｓ及び丸みを表す係数であるｃを、車速Ｖｓ及び／又は操舵角θｈに応じて可変としても良い。

ハンドル戻り補償部２５０は、操舵角θｈ及び操舵トルクＴｓを用いて運転者がハンドル１に加えている手入力トルクを推定し、推定された手入力トルク（手入力トルク推定値）Ｔｓｅに基づいてハンドル戻りを補償するための戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄを算出する。ハンドル１を切った状態から手放しを行った場合、ハンドル１が中立位置まで戻らずに途中で停止してしまうことがあるので、ハンドルを中立位置付近まで戻すための戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄを算出する。

ハンドル戻り補償部２５０の構成例を図９に示す。ハンドル戻り補償部２５０は、手入力トルク推定部２５１、トルク感応ゲイン部２５２、速度感応ゲイン部２５３、制限部２５４、微分部２５５、絶対値部２５６Ａ及び２５６Ｂ、並びに乗算部２５７Ａ及び２５７Ｂを備える。

手入力トルク推定部２５１は、操舵角θｈ及び操舵トルクＴｓを用いて手入力トルク推定値Ｔｓｅを算出する。ここで、手入力トルクの推定方法について説明する。ハンドル１への手入力トルクＴｈ、操舵角θｈ及びトーションバートルクＴｔの関係は、図１０に示されるようになっている。図１０はハンドル１及びトーションバー２Ａを模式化して表した図である。運転者による手入力トルクＴｈがハンドル１に加えられると、ハンドル１が操舵角θｈで回転し、その回転と逆方向にトーションバーの捩れ角Δθの大きさに比例したトーションバートルクＴｔが発生する。この関係から、トーションバートルクＴｔを本実施形態では操舵トルクＴｓとして扱っていることより、手入力トルクＴｈ、操舵角θｈ及び操舵トルクＴｓの間には下記数７の関係式が成り立つ。

ここで、Ｊｈは慣性モーメント、Ｄｈは減衰係数である。上記数７を手入力トルクＴｈについて解くと下記数８が得られる。

よって、慣性モーメントＪｈ及び減衰係数Ｄｈを予め求めておくことにより、操舵角θｈ及び操舵トルクＴｓを用いて、手入力トルクＴｈを求めることができる。実際には、上記数８は連続系で表されているので、離散系に変換して求めることになる。連続系から離散系への変換は、既存の方法、例えば、単純には微分演算を差分演算として行う等により行う。また、数８には微分演算が含まれており、高周波の微分ノイズが現れやすくなるので、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）等によるフィルタ処理を行う。以上のことより、手入力トルク推定部２５１は、入力した操舵角θｈ及び操舵トルクＴｓを用いて、予め求められた慣性モーメントＪｈ及び減衰係数Ｄｈを含む数８を離散系に変換した演算処理を行い、その演算結果に対してＬＰＦ等によるフィルタ処理を施すことにより、手入力トルク推定値Ｔｓｅを算出する。なお、数８による演算処理とフィルタ処理とを分けずに、両方を含んだ離散系の演算処理で手入力トルク推定値Ｔｓｅを算出しても良い。また、微分ノイズが軽微な場合、フィルタ処理を省略しても良い。

手入力トルク推定値を用いる理由を説明する。例えば、運転者がハンドルを切った状態で手を放した際に、操舵トルクＴｓを用いた場合、トーションバーの捩れが解消されるまでに多少の遅れが発生し、操舵トルクＴｓはすぐにはゼロにはならない。手入力トルク推定と後述のトルク感応ゲインを組合わせることにより、手入力トルクがゼロ付近においてのみハンドル戻りの機能を早く、また強く効かせることができる。

微分部２５５は、微分部２２０と同様に、操舵角θｈを微分して角速度情報（第１角速度情報）である舵角速度ωｈ１を算出する。なお、微分部２２０を共用して、微分部２５５を省略しても良い。

絶対値部２５６Ａ及び２５６Ｂは入力データの大きさ（絶対値）を出力するもので、絶対値部２５６Ａは手入力トルク推定値Ｔｓｅの絶対値を、絶対値部２５６Ｂは舵角速度ωｈ１の絶対値をそれぞれ出力する。

トルク感応ゲイン部２５２は、トルク感応ゲインマップを用いて、手入力トルク推定値Ｔｓｅの大きさに応じたトルク感応ゲインＧｔを求める。トルク感応ゲインマップは、例えば図１１に示されるように、トルク感応ゲインＧｔが、手入力トルク推定値Ｔｓｅの大きさが大きくなるに従って徐々に小さくなる特性を有する。

速度感応ゲイン部２５３は、速度感応ゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ１の大きさに応じた速度感応ゲインＧｖを求める。速度感応ゲインマップは、例えば図１２に示されるように、速度感応ゲインＧｖが、舵角速度ωｈ１の大きさが０から所定の値ω０までの範囲では、舵角速度ωｈ１の大きさが大きくなるに従って急速に大きくなり、所定の値ω０を超えた範囲では、舵角速度ωｈ１の大きさが大きくなるに従って徐々に小さくなる特性を有する。

微分部２５５から出力される舵角速度ωｈ１は、乗算部２５７Ａにて速度感応ゲインＧｖを乗算され、その乗算結果に乗算部２５７Ｂにてトルク感応ゲインＧｔが乗算され、戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０が算出される。

制限部２５４は、戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０の上下限値を制限して、戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄを出力する。戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０の上下限値を制限することにより、異常値の出力を抑える。図１３に示されるように、戻り補償信号に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力する戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０が、上限値以上の場合は上限値を、下限値以下の場合は下限値を、それ以外の場合は戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０を、戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄとして出力する。

なお、トルク感応ゲインマップ及び速度感応ゲインマップの特性は、図１１及び図１２に示されるような曲線的な特性に限られず、直線的な特性でも良く、関数で特性を定義しても良い。また、トルク感応ゲイン部２５２からのトルク感応ゲインＧｔの乗算のみでハンドル戻りを適切に補償できる場合等では、速度感応ゲイン部２５３並びにそれに付随する絶対値部２５６Ｂ及び乗算部２５７Ａは省略可能である。更に、戻り補償信号が異常値とならない場合や、他の手段で異常値の出力を抑える場合等では制限部２５４が省略可能である。

上述のように求められた戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ並びにトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ、Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ａは、加算部２６３、２６２及び２６１で順次加算されていき、最終の加算結果が目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

なお、微分部２２０及び２５５で算出される舵角速度ωｈ及びωｈ１は、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高周波のノイズの影響を低減するために、手入力トルク推定部２５１と同様に、適度にＬＰＦ処理を実施しても良い。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦの処理を実施しても良い。更に、舵角速度ωｈ及びωｈ１は、操舵角θｈではなく、上側角度センサが検出するハンドル角θ_１又は下側角度センサが検出するコラム角θ_２に対して微分演算とＬＰＦの処理を行って算出しても良い。舵角速度ωｈ及びωｈ１の代わりにモータ角速度ωｍを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部２２０及び２５５は不要となる。本実施形態ではハンドル戻り補償部２５０は目標操舵トルク生成部２００内に設けられているが、ハンドル戻り補償部２５０を目標操舵トルク生成部２００内から外し、目標操舵トルク生成部の後段に加算部を設け、目標操舵トルク生成部からの出力とハンドル戻り補償部からの戻り補償信号をその加算部で加算したものを目標操舵トルクＴｒｅｆとする構成にしても良い。

変換部５００は、トーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔの逆数の符号を反転した－１／Ｋｔの特性を有しており、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。

捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。図１４は捩れ角制御部３００の構成例を示すブロック図であり、捩れ角制御部３００は、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、出力制限部３５０及び減算部３６１を備えている。変換部５００から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部３６１に加算入力され、捩れ角Δθは減算部３６１に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部３２０に入力される。

捩れ角ＦＢ補償部３１０は、減算部３６１で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ_０に対して補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。補償値Ｃ_ＦＢは単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。目標捩れ角速度ωｒｅｆは速度制御部３３０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部３１０と速度制御部３３０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。

捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し、捩れ角速度ωｔは速度制御部３３０に入力される。微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部３３０に入力するようにしても良い。

速度制御部３３０は、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃａを算出する。減算部３３３で目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ－ωｔ）を算出し、その差分を、ゲインＫｖｉを有する積分部３３１にて積分し、積分結果は減算部３３４に加算入力される。捩れ角速度ωｔは比例部３３２にも入力され、ゲインＫｖｐによる比例処理を施され、減算部３３４に減算入力される。減算部３３４での減算結果がモータ電流指令値Ｉｍｃａとして出力される。なお、速度制御部３３０は、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ－Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃａを算出しても良い。

速度制御部３３０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａは出力制限部３５０に入力される。

出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃａの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。ハンドル戻り補償部２５０内の制限部２５４と同様に、モータ電流指令値Ｉｍｃａに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。なお、出力制限部は省略可能である。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１５～図１７のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、右切り／左切り判定部４００は、モータ角速度ωｍを入力し、モータ角速度ωｍの符号を基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして、目標操舵トルク生成部２００に出力する（ステップＳ１０）。

目標操舵トルク生成部２００は、操舵状態ＳＴｓと共に、操舵角θｈ、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓを入力し、目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する（ステップＳ２０）。目標操舵トルク生成部２００の動作例については、図１６のフローチャートを参照して説明する。

目標操舵トルク生成部２００に入力された操舵角θｈは基本マップ部２１０、微分部２２０、ヒステリシス補正部２４０及びハンドル戻り補償部２５０に、操舵状態ＳＴｓはヒステリシス補正部２４０に、操舵トルクＴｓはハンドル戻り補償部２５０に、車速Ｖｓは基本マップ部２１０及びダンパゲイン部２３０にそれぞれ入力される（ステップＳ２１）。

基本マップ部２１０は、図６（Ａ）又は（Ｂ）に示される基本マップを用いて、操舵角θｈ及び車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを生成して、加算部２６１に出力する（ステップＳ２２）。

微分部２２０は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈを出力し（ステップＳ２３）、ダンパゲイン部２３０は図７に示されるダンパゲインマップを用いて車速Ｖｓに応じたダンパゲインＤ_Ｇを出力する（ステップＳ２４）。乗算部２６０は舵角速度ωｈ及びダンパゲインＤ_Ｇを乗算してトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂを演算し、加算部２６２に出力する（ステップＳ２５）。

ヒステリシス補正部２４０は、操舵角θｈ及び操舵状態ＳＴｓに応じて数５及び数６による演算を切り替えてヒステリシス補正を実施し（ステップＳ２６）、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを生成し、加算部２６３に出力する（ステップＳ２７）。なお、数５及び数６におけるヒステリシス幅Ａ_ｈｙｓ、ｃ、ｘ１及びｙ１は予め設定し保持されているが、数６よりｂ及びｂ’を予め算出し、ｘ１及びｙ１の代わりにｂ及びｂ’を保持するようにしても良い。

ハンドル戻り補償部２５０では、操舵トルクＴｓが手入力トルク推定部２５１に、操舵角θｈが手入力トルク推定部２５１及び微分部２５５にそれぞれ入力される。手入力トルク推定部２５１は、入力された操舵角θｈ及び操舵トルクＴｓ並びに予め設定された慣性モーメントＪｈ及び減衰係数Ｄｈを用いて、数８を離散系に変換した演算処理及びＬＰＦによるフィルタ処理により、手入力トルク推定値Ｔｓｅを算出し(ステップＳ２８)、手入力トルク推定値Ｔｓｅは絶対値部２５６Ａに入力される。微分部２５５は、操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ１を算出し（ステップＳ２９）、舵角速度ωｈ１は絶対値部２５６Ｂ及び乗算部２５７Ａに入力される。絶対値部２５６Ａは手入力トルク推定値Ｔｓｅの絶対値を算出し、トルク感応ゲイン部２５２に出力し、絶対値部２５６Ｂは舵角速度ωｈ１の絶対値を算出し、速度感応ゲイン部２５３に出力する（ステップＳ３０）。トルク感応ゲイン部２５２は、図１１に示されるような特性を有するトルク感応ゲインマップを用いて、手入力トルク推定値Ｔｓｅの絶対値に応じたトルク感応ゲインＧｔを決定する（ステップＳ３１）。速度感応ゲイン部２５３は、図１２に示されるような特性を有する速度感応ゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ１の絶対値に応じた速度感応ゲインＧｖを決定する（ステップＳ３２）。トルク感応ゲインＧｔは乗算部２５７Ｂに入力され、速度感応ゲインＧｖは乗算部２５７Ａに入力される。乗算部２５７Ａでは舵角速度ωｈ１に速度感応ゲインＧｖが乗算され、乗算部２５７Ｂではその乗算結果にトルク感応ゲインＧｔが乗算され（ステップＳ３３）、乗算結果が戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０として出力される。戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０は制限部２５４に入力され、制限部２５４は予め設定された上限値及び下限値により戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ０の上下限値を制限し、戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄとして加算部２６３に出力する（ステップＳ３４）。

そして、加算部２６３にて戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄ及びトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃが加算され、その加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂが加算部２６２にて加算され、更にその加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部２６１にて加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが演算される（ステップＳ３５）。

目標操舵トルク生成部２００で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部５００に入力され、変換部５００で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される（ステップＳ４０）。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部３００に入力される。

捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆと共に、捩れ角Δθを入力し、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ５０）。捩れ角制御部３００の動作例については、図１７のフローチャートを参照して説明する。

捩れ角制御部３００に入力された目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部３６１に、捩れ角Δθは減算部３６１及び捩れ角速度演算部３２０にそれぞれ入力される（ステップＳ５１）。

減算部３６１では、目標捩れ角Δθｒｅｆから捩れ角Δθを減算することにより、偏差Δθ_０が算出される（ステップＳ５２）。偏差Δθ_０は捩れ角ＦＢ補償部３１０に入力され、捩れ角ＦＢ補償部３１０は、偏差Δθ_０に補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより偏差Δθ_０を補償し（ステップＳ５３）、目標捩れ角速度ωｒｅｆを速度制御部３３０に出力する。

捩れ角Δθを入力した捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し（ステップＳ５４）、速度制御部３３０に出力する。

速度制御部３３０では、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔの差分が減算部３３３で算出され、その差分が積分部３３１で積分（Ｋｖｉ／ｓ）されて減算部３３４に加算入力される（ステップＳ５５）。更に、捩れ角速度ωｔは比例部３３２で比例処理（Ｋｖｐ）され、比例結果が減算部３３４に減算入力され（ステップＳ５５）、減算部３３４の減算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃａが出力される。

モータ電流指令値Ｉｍｃａは出力制限部３５０に入力される。出力制限部３５０は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃａの上下限値を制限し（ステップＳ５６）、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する（ステップＳ５７）。

捩れ角制御部３００から出力されたモータ電流指令値Ｉｍｃに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される（ステップＳ６０）。

なお、図１５～図１７におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。

本実施形態でのハンドル戻り補償部によるハンドル戻りの補償（ハンドル戻り補償）の効果について、シミュレーション結果を基に説明する。

シミュレーションでは、４Ｎ・ｍの手入力トルクを加えることにより、動作開始から約１秒間、操舵角θｈが約５０ｄｅｇの状態を保ち、その後、手放し（手入力トルク：０Ｎ・ｍ）を行ったとして、ハンドル戻り補償部によるハンドル戻り補償がある場合とない場合のハンドル角（トーションバーの上側の角度）の時間応答をシミュレーションする。

図１８はシミュレーション結果を示しており、図１８（Ａ）がハンドル戻り補償がない場合、図１８（Ｂ）がハンドル戻り補償がある場合のシミュレーション結果である。図１８（Ａ）より、ハンドル戻り補償がない場合、手放し後のハンドル角が０ｄｅｇを超えて、約－１１ｄｅｇのところまでオーバーシュートし、その後、約－３ｄｅｇで留まっていることがわかる。この場合、運転者からは見栄えとして不快に感じられ、車両は直進走行から外れてしまっているので、運転者は修正操舵を行わなければならない。この修正操舵は運転者にとって負荷となる。

これに対して、ハンドル戻り補償がある場合は、図１８（Ｂ）より、手放し後に殆どオーバーシュートすることなく、定常偏差が約０ｄｅｇにまで改善されていることがわかる。ここまで改善すれば、直進走行に近い状態を維持することができ、運転者からの見栄えも不快に感じられることはなく、運転者への負荷がない。

第１実施形態でのハンドル戻り補償部２５０において、操舵角θｈに応じた目標速度を設定し、その目標速度と舵角速度ωｈ１との偏差に応じた補償値を求めることにより、中立位置への戻りを強くすることが可能となる。この機能を搭載したハンドル戻り補償部の構成例（第２実施形態）を図１９に示す。第２実施形態でのハンドル戻り補償部６５０には、図９に示される第１実施形態でのハンドル戻り補償部２５０に対して、目標速度設定部２５８及び減算部２５９が追加されており、目標速度設定部２５８において操舵角θｈに応じた目標速度ωｒｅｆが設定される。

目標速度設定部２５８は、操舵角に応じた目標速度を定義した目標速度設定マップを有している。目標速度設定マップは、例えば図２０に示されるように、操舵角がゼロのときに目標速度もゼロで、そこから操舵角が大きくなるに従って目標速度は小さくなり、操舵角が小さくなるに従って目標速度は大きくなる特性を有する。目標速度設定部２５８は、操舵角θｈを入力し、目標速度設定マップに基づいて、操舵角θｈに対する目標速度ωｒｅｆを求め、目標速度ωｒｅｆは減算部２５９に減算入力される。減算部２５９には、微分部２５５から出力された舵角速度ωｈ１が加算入力されており、舵角速度ωｈ１から目標速度ωｒｅｆを減算して舵角速度偏差ωｈｃ（第２角速度情報）が算出される。算出された舵角速度偏差ωｈｃに、乗算部２５７Ａ及び２５７Ｂにおいて、速度感応ゲインＧｖ及びトルク感応ゲインＧｔがそれぞれ乗算される。例えば、操舵角θｈが正の領域で、目標速度ωｒｅｆが舵角速度ωｈ１よりも負の方向に位置している場合を想定する。このとき、舵角速度偏差ωｈｃは正の値となり、戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄも正の値となる。戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄが正の値になることから、路面反力に対抗してハンドルを中立位置に戻すような目標捩れ角Δθｒｅｆとなり、ハンドル戻りがよくなる。一方、舵角速度偏差ωｈｃが負の場合は、中立位置に戻る速度が緩和され、オーバーシュートを抑制できる。なお、図２０では、目標速度設定マップの特性は原点に対して対称な形となっているが、車両の特性等に応じて非対称な形でも良い。また、曲線的な特性ではなく直線的な特性等でも良く、特性を数式で表現しても良い。

第２実施形態の動作例では、図１６に示される第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００の動作例に対して、目標速度設定部２５８及び減算部２５９での動作が加わることになる。

第２実施形態での目標操舵トルク生成部の動作例のフローチャートを図２１に示す。ハンドル戻り補償部６５０に入力された操舵角θｈは、手入力トルク推定部２５１及び微分部２５５に加え、目標速度設定部２５８に入力される。微分部２５５での舵角速度ωｈ１の算出（ステップＳ２９）の後、舵角速度ωｈ１は絶対値部２５６Ｂ及び減算部２５９に入力される。操舵角θｈを入力した目標速度設定部２５８は、図２０に示されるような特性を有する目標速度設定マップを用いて、操舵角θｈに対する目標速度ωｒｅｆを求め（ステップＳ２９Ａ）、目標速度ωｒｅｆは減算部２５９に減算入力される。減算部２５９では、舵角速度ωｈ１から目標速度ωｒｅｆを減算することにより舵角速度偏差ωｈｃが算出され（ステップＳ２９Ｂ）、舵角速度偏差ωｈｃは乗算部２５７Ａに入力される。その後は、第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００の動作例と同じ動作が行われる（ステップＳ３０～）。

なお、図２１におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。

第１実施形態では、ハンドル戻り補償部で算出される戻り補償信号を目標操舵トルクとして扱うことによりハンドル戻り補償を行っているが、戻り補償信号を電流指令値として扱うことによってもハンドル戻り補償を行うことができる。この場合の本発明の構成例（第３実施形態）を図２２に、第３実施形態での目標操舵トルク生成部の構成例を図２３にそれぞれ示す。図４に示される第１実施形態及び図５に示される第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００と比べると、第３実施形態での目標操舵トルク生成部７００内にはハンドル戻り補償部がなく、目標操舵トルク生成部７００の外にハンドル戻り補償部７５０が設けられており、ハンドル戻り補償部７５０から出力される戻り補償信号Ｉｍｈは、新たに設けられた減算部７７０に減算入力され、減算部７７０には、戻り補償信号Ｉｍｈの他に、捩れ角制御部３００からのモータ電流指令値Ｉｍｃが加算入力されている。目標操舵トルク生成部７００にはハンドル戻り補償部がないので、ハンドル戻り補償部のみに入力されていた操舵トルクＴｓは入力されていない。

目標操舵トルク生成部７００は、第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００からハンドル戻り補償部２５０及び加算部２６３を除いた構成となっており、他の構成要素は目標操舵トルク生成部２００の構成要素と同じであり、ヒステリシス補正部２４０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは加算部２６２に入力される。なお、目標操舵トルク生成部７００を、基本マップ部２１０、ダンパ演算部（ダンパゲイン部２３０及び乗算部２６０）及びヒステリシス補正部２４０の少なくとも１つからなる構成としても良い。

ハンドル戻り補償部７５０は、図９に示される第１実施形態でのハンドル戻り補償部２５０と同じ構成であるが、ハンドル戻り補償部２５０は目標操舵トルクとして扱われる戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄを出力しているが、ハンドル戻り補償部７５０は、電流指令値として扱われる戻り補償信号Ｉｍｈを出力する。そのため、第３実施形態におけるトルク感応ゲイン部のトルク感応ゲインマップ及び速度感応ゲイン部の速度感応ゲインマップは、第１実施形態での各マップに変更を加えたものとなる。即ち、変化の態様は第１実施形態での各マップと同様であるが、ゲインの最大値等が、戻り補償信号を電流指令値として扱うべく調整される。

減算部７７０にてモータ電流指令値Ｉｍｃから戻り補償信号Ｉｍｈを減算することによりモータ電流指令値Ｉｍｃを補正し、補正されたモータ電流指令値Ｉｍｃがモータ電流指令値Ｉｍｃｃとして出力される。

第３実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べて、目標操舵トルク生成部での動作及びハンドル戻り補償部から出力される戻り補償信号が関連する動作が異なる。

第３実施形態の動作例のフローチャート及び第３実施形態での目標操舵トルク生成部７５０の動作例のフローチャートをそれぞれ図２４及び図２５に示す。図２５に示されるように、目標操舵トルク生成部７５０は、ヒステリシス補正部２４０でのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの生成（ステップＳ２７）まで第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００と同じ動作を行い、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは加算部２６２に入力される。その後、目標操舵トルク生成部２００でのステップＳ２８～Ｓ３４は行われず、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃ及びトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂが加算部２６２で加算され、その加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部２６１にて加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが演算される（ステップＳ３５Ａ）。

目標操舵トルク生成（ステップＳ２０Ａ）の後は、目標捩れ角Δθｒｅｆの算出（ステップＳ４０）及び捩れ角制御（ステップＳ５０）が実行され、捩れ角制御部３００から出力されたモータ電流指令値Ｉｍｃは減算部７７０に加算入力される。

一方、ハンドル戻り補償部７５０では、第１実施形態でのハンドル戻り補償部２５０と同様の動作により戻り補償信号Ｉｍｈが算出され（ステップＳ５０Ａ）、戻り補償信号Ｉｍｈは減算部７７０に減算入力される。

減算部７７０では、モータ電流指令値Ｉｍｃから戻り補償信号Ｉｍｈが減算され、モータ電流指令値Ｉｍｃｃが出力され、モータ電流指令値Ｉｍｃｃに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される（ステップＳ６０）。

なお、図２４及び図２５におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。

第３実施形態でのハンドル戻り補償部７５０に対して、第２実施形態での目標速度設定部２５８を追加し、図１９に示されるハンドル戻り補償部６５０と同様の構成で戻り補償信号Ｉｍｈを算出することも可能である。

なお、戻り補償信号を目標捩れ角として扱い、変換部５００から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆから戻り補償信号を減算することにより目標捩れ角Δθｒｅｆを補正し、ハンドル戻り補償を行っても良い。この場合も、ハンドル戻り補償部のトルク感応ゲインマップ及び速度感応ゲインマップは、戻り補償信号を目標捩れ角として扱うべく調整される。

第１実施形態での目標操舵トルク生成部２００は基本マップ部２１０、ダンパ演算部（ダンパゲイン部２３０及び乗算部２６０）、ヒステリシス補正部２４０及びハンドル戻り補償部２５０を備えているが、ハンドル戻り補償のみに特化し、ハンドル戻り補償部２５０のみを備える構成としても良い。この場合の目標操舵トルク生成部の構成例（第４実施形態）を図２６に示す。目標操舵トルク生成部８００では、ハンドル戻り補償部２５０から出力される戻り補償信号Ｔｒｅｆ＿ｄが、目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力されることになる。なお、目標操舵トルク生成部を、基本マップ部２１０、ダンパ演算部及びヒステリシス補正部２４０の少なくとも１つとハンドル戻り補償部２５０を組み合わせた構成としても良い。また、第２実施形態でのハンドル戻り補償部６５０のみを備える構成や、基本マップ部２１０、ダンパ演算部及びヒステリシス補正部２４０の少なくとも１つとハンドル戻り補償部６５０を組み合わせた構成としても良い。

第１～第４実施形態でのモータ電流指令値Ｉｍｃ又はＩｍｃｃに、従来のＥＰＳにおいて操舵トルクに基づいて演算される電流指令値（以下、「アシスト電流指令値」とする）を、例えば、図２に示される電流指令値演算部３１から出力される電流指令値Ｉｒｅｆ１又は電流指令値Ｉｒｅｆ１に補償信号ＣＭを加算した電流指令値Ｉｒｅｆ２等を加算しても良い。

上記の内容を第１実施形態に対して適用した構成例（第５実施形態）を図２７に、第３実施形態に対して適用した構成例（第６実施形態）を図２８に示す。アシスト制御部１５０は、電流指令値演算部３１、又は、電流指令値演算部３１、補償信号生成部３４及び加算部３２Ａから構成される。第５実施形態では、アシスト制御部１５０から出力されるアシスト電流指令値Ｉａｃ（図２における電流指令値Ｉｒｅｆ１又はＩｒｅｆ２に相当）と捩れ角制御部３００から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃが加算部１６０で加算される。第６実施形態では、アシスト電流指令値Ｉａｃと減算部７７０から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃｃが加算部１６０で加算される。そして、加算部１６０での加算結果である電流指令値Ｉｃは電流制限部１７０に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｃｍに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される。

第１～第６実施形態のうち、基本マップ部２１０を備える目標操舵トルク生成部において、基本マップ部２１０の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部２７０を挿入しても良い。つまり、図５や図２３中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図２９（Ａ）又は（Ｂ）に示されるような構成にしても良い。目標操舵トルク生成部に関しては、操舵角に基づいた構成であるならば、上述の構成に限られない。

図１及び図３では本発明をコラム型ＥＰＳに適用しているが、本発明はコラム型等の上流型に限られず、ラック＆ピニオン等の下流型ＥＰＳにも適用可能である。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー（バネ定数任意）及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）反力装置等にも適用可能である。本発明を、トーションバーを備えたＳＢＷ反力装置に適用した場合の実施形態（第７実施形態）について説明する。

まずは、ＳＢＷ反力装置を含むＳＢＷシステム全体について説明する。図３０はＳＢＷシステムの構成例を、図１に示される電動パワーステアリング装置の一般的な構成に対応させて示した図である。なお、同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

ＳＢＷシステムは、ユニバーサルジョイント４ａにてコラム軸２と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図３０に示されるように、ＳＢＷシステムは反力装置６０及び駆動装置７０を備え、コントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。なお、ＳＢＷシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本発明を適用するＳＢＷシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ１０にて操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、駆動用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び駆動用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

このようなＳＢＷシステムに本発明を適用した第７実施形態の構成について説明する。

図３１は第７実施形態の構成を示すブロック図である。第７実施形態は、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。

捩れ角制御では、第１実施形態と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部２００及び変換部５００を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。モータ角θｍは角度センサ７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、第１実施形態ではＥＰＳ操舵系／車両系１００内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部１３０は、図２に示される減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部３００から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１４０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。

転舵角制御では、目標転舵角生成部９１０にて操舵角θｈに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成され、目標転舵角θｔｒｅｆは転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力される。転舵角制御部９２０は、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１３０と同様の構成及び動作により、駆動用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。

目標転舵角生成部９１０の構成例を図３２に示す。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。

制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。ハンドル戻り補償部内の制限部２５４及び捩れ角制御部３００内の出力制限部３５０と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θｈ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θｈ２を出力する。例えば、１サンプル前の操舵角θｈ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θｈ１を加減算し、操舵角θｈ２として出力する。制限値以下の場合は、操舵角θｈ１をそのまま操舵角θｈ２として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。

補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。例えば、目標操舵トルク生成部内の基本マップ部２１０のように、操舵角θｈ２の大きさ｜θｈ２｜に対する目標転舵角θｔｒｅｆの特性を定義したマップを用いて、操舵角θｈ２より目標転舵角θｔｒｅｆを求める。或いは、単純に、操舵角θｈ２に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを求めるようにしても良い。

転舵角制御部９２０の構成例を図３３に示す。転舵角制御部９２０は、図１４に示される捩れ角制御部３００の構成例と同様の構成をしており、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθの代わりに目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔを入力する。転舵角制御部９２０では、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６及び減算部９２７が、それぞれ捩れ角ＦＢ補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、出力制限部３５０及び減算部３６１と同様の構成で同様の動作を行う。

このような構成において、第７実施形態の動作例を図３４のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、角度センサ７３は転舵角θｔを検出し、角度センサ７４はモータ角θｍを検出し（ステップＳ１１０）、転舵角θｔは転舵角制御部９２０に、モータ角θｍは角速度演算部９５１にそれぞれ入力される。

角速度演算部９５１は、モータ角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、右切り／左切り判定部４００に出力する（ステップＳ１２０）。

その後、図１５に示されるステップＳ１０～Ｓ６０と同様の動作を実行し、反力用モータ６１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ１３０～Ｓ１７０）。

一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部９１０が操舵角θｈを入力し、操舵角θｈは制限部９３１に入力される。制限部９３１は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θｈの上下限値を制限し（ステップＳ１８０）、操舵角θｈ１としてレート制限部９３２に出力する。レート制限部９３２は、予め設定された制限値により操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけ（ステップＳ１９０）、操舵角θｈ２として補正部９３３に出力する。補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ２００）、転舵角制御部９２０に出力する。

転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部９２０は、減算部９２７にて目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ_０を算出する（ステップＳ２１０）。偏差Δθｔ_０は転舵角ＦＢ補償部９２１に入力され、転舵角ＦＢ補償部９２１は、偏差Δθｔ_０に補償値を乗算することにより偏差Δθｔ_０を補償し（ステップＳ２２０）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部９２３に出力する。転舵角速度演算部９２２は転舵角θｔを入力し、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ２３０）、速度制御部９２３に出力する。速度制御部９２３は、速度制御部３３０と同様にＩ－Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出し（ステップＳ２４０）、出力制限部９２６に出力する。出力制限部９２６は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ２５０）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ２６０）。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは電流制御部９３０に入力され、電流制御部９３０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出された駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、駆動用モータ７１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ２７０）。

なお、図３４におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部９２０内の速度制御部９２３は、捩れ角制御部３００内の速度制御部３３０と同様に、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ－Ｄ制御等、実現可能で、Ｐ、Ｉ及びＤのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部９２０及び捩れ角制御部３００での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。転舵角制御部９２０については、目標角度（ここでは目標転舵角θｔｒｅｆ）に対して実角度（ここでは転舵角θｔ）が追従する制御構成であれば、車両用装置に用いられている制御構成に限定されず、例えば、産業用位置決め装置や産業用ロボット等に用いられている制御構成を適用しても良い。

第７実施形態では、図３０に示されるように、１つのＥＣＵ５０で反力装置６０及び駆動装置７０の制御を行っているが、反力装置６０用のＥＣＵと駆動装置７０用のＥＣＵをそれぞれ設けても良い。この場合、ＥＣＵ同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図３０に示されるＳＢＷシステムは反力装置６０と駆動装置７０の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸２と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるＳＢＷシステムにも、本発明は適用可能である。このようなＳＢＷシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。

上述の第１～第７実施形態での捩れ角制御部３００及び第５及び第６実施形態でのアシスト制御部１５０は、直接的にモータ電流指令値Ｉｍｃ及びアシスト電流指令値Ｉａｃを演算しているが、それらを演算する前に、先ず出力したいモータトルク（目標トルク）を演算してから、モータ電流指令値及びアシスト電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値及びアシスト電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。

なお、上述で使用した図は、本発明に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。また、ハンドルと、モータ又は反力モータの間に任意のバネ定数を有する機構であれば、トーションバーに限定しなくても良い。

本発明の主たる目的は、戻り補償信号の算出及び戻り補償信号によるハンドル戻り補償の実現手段についてであり、目標操舵トルクに対する操舵トルクの追従性の実現手段に関しては、上記の変換部、捩れ角制御部に限定しなくても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
２Ａ トーションバー
３ 減速機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０、５０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３、１７０ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
３８、１４０、９４０ モータ電流検出器
６０ 反力装置
６１ 反力用モータ
７０ 駆動装置
７１ 駆動用モータ
７２ ギア
７３、７４ 角度センサ
１００ ＥＰＳ操舵系／車両系
１３０、９３０ 電流制御部
１５０ アシスト制御部
２００、７００、８００ 目標操舵トルク生成部
２１０ 基本マップ部
２１１ 符号部
２３０ ダンパゲイン部
２４０ ヒステリシス補正部
２５０、６５０、７５０ ハンドル戻り補償部
２５１ 手入力トルク推定部
２５２ トルク感応ゲイン部
２５３ 速度感応ゲイン部
２５４、９３１ 制限部
２５８ 目標速度設定部
２７０ 位相補償部
３００ 捩れ角制御部
３１０ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
３２０ 捩れ角速度演算部
３３０、９２３ 速度制御部
３５０、９２６ 出力制限部
４００ 右切り／左切り判定部
５００ 変換部
９１０ 目標転舵角生成部
９２０ 転舵角制御部
９２１ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２ 転舵角速度演算部
９３２ レート制限部
９３３ 補正部

Claims (13)

1. 任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、
   目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
   前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、
   前記目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部と、
   ハンドルへの手入力トルクを推定し、手入力トルク推定値を求める手入力トルク推定部、及び、操舵角を微分し、第１角速度情報を演算する微分部を具備し、前記第１角速度情報及び前記手入力トルク推定値を用いて、ハンドル戻りを補償するハンドル戻り補償のための戻り補償信号を求めるハンドル戻り補償部とを備え、
   前記戻り補償信号による前記ハンドル戻り補償を反映させた前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。
2. 前記目標操舵トルク生成部が前記ハンドル戻り補償部を具備し、前記戻り補償信号を前記目標操舵トルクとして出力することにより、前記ハンドル戻り補償を反映させる請求項１に記載の車両用操向装置。
3. 前記戻り補償信号により前記モータ電流指令値を補正することにより、前記ハンドル戻り補償を反映させる請求項１に記載の車両用操向装置。
4. 前記ハンドル戻り補償部が、
   前記手入力トルク推定値の大きさに基づいてトルク感応ゲインを求めるトルク感応ゲイン部を更に具備し、
   前記第１角速度情報に対して前記トルク感応ゲインを乗算補正して前記戻り補償信号を求める請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用操向装置。
5. 前記手入力トルク推定値の大きさが大きくなるに従って前記トルク感応ゲインが小さくなるようになっている請求項４に記載の車両用操向装置。
6. 前記ハンドル戻り補償部が、
   前記第１角速度情報の大きさに基づいて速度感応ゲインを求める速度感応ゲイン部を更に具備し、
   前記トルク感応ゲイン及び前記速度感応ゲインを前記第１角速度情報に対して乗算補正して前記戻り補償信号を求める請求項４又は５に記載の車両用操向装置。
7. 前記第１角速度情報の大きさがゼロから所定の値まででは、前記第１角速度情報の大きさが大きくなるに従って前記速度感応ゲインが大きくなり、前記第１角速度情報の大きさが前記所定の値を超えたら、前記第１角速度情報の大きさが大きくなるに従って前記速度感応ゲインが小さくなるようになっている請求項６に記載の車両用操向装置。
8. 前記ハンドル戻り補償部が、
   前記戻り補償信号の上下限値を制限する制限部を更に具備する請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用操向装置。
9. 前記ハンドル戻り補償部が、
   前記操舵角に対する目標速度を求める目標速度設定部を更に具備し、
   前記第１角速度情報及び前記目標速度から第２角速度情報を演算し、前記第２角速度情報に対して乗算補正して前記戻り補償信号を求める請求項１乃至８のいずれかに記載の車両用操向装置。
10. 前記目標操舵トルク生成部が、
    基本マップを用いて前記操舵角及び車速より第１トルク信号を求める基本マップ部と、
    車速感応であるダンパゲインマップを用いて第３角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、
    操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス特性を持つ第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを更に具備し、
    前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号並びに前記戻り補償信号より前記目標操舵トルクを算出する請求項２に記載の車両用操向装置。
11. 前記目標操舵トルク生成部が、
    基本マップを用いて前記操舵角及び車速より第１トルク信号を求める基本マップ部と、
    車速感応であるダンパゲインマップを用いて第３角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、
    操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス特性を持つ第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを具備し、
    前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号より前記目標操舵トルクを算出する請求項３に記載の車両用操向装置。
12. 前記基本マップ及び前記ヒステリシス補正部の特性が車速感応である請求項１０又は１１に記載の車両用操向装置。
13. 前記目標操舵トルク生成部が、
    前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、
    前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角及び前記車速より前記第１トルク信号を求める請求項１０乃至１２のいずれかに記載の車両用操向装置。
    

Images