JP7371597B2 - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システム等の車両用操向システムの制御装置に関し、特に、操舵可能な限界となる操舵終端を有する操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置に関する。

車両用操向システムの１つとして、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構と転舵輪を転舵する転舵機構とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システムがある。ＳＢＷシステムでは、ハンドルの操作を電気信号によって転舵機構に伝えて転舵輪を転舵すると共に、運転者に適切な操舵感を与えるための操舵反力を操舵機構で生成する。操舵機構は反力用モータを備える反力アクチュエータにより操舵反力を生成し、転舵機構は転舵用モータを備える転舵アクチュエータにより転舵輪を転舵する。反力アクチュエータとハンドルはコラム軸を介して機械的に接続されており、反力アクチュエータが生成した反力（トルク）が、コラム軸とハンドルを介して運転者に伝達される。

ＳＢＷシステムにおいて、転舵輪の転舵角には通常上限値が存在するが、操舵機構に操舵可能な限界となる操舵終端を設け、ハンドルの操舵角に上限値を設定することがある。これは、ハンドルに種々の電気部品を設置し、車両に固定された制御器とそれらをケーブルで接続する場合のケーブルに起因する問題の回避等を目的としたものである。例えば、特許第６１６７６３４号公報（特許文献１）では、ステアリングシャフトの径方向に延びる溝形状の第１転動路を有する第１プレートと、ステアリングシャフトの周方向に螺旋状に形成された溝形状の第２転動路を有する第２プレートを重ね合わせ、両転動路に挟み込まれて転動可能なボールを有する回転制限機構を備えるステアバイワイヤが提案されている。第１プレートはステアリングシャフトと一体で回転し、第２プレートは回転しないようになっているので、ハンドルを回転し、第１プレートがステアリングシャフトと一体で回転すると、ボールは第２転動路に沿って移動する。そして、ボールが第２転動路の端面に接触すると、移動が制限されるので、ハンドルの回転も制限されることになる。

このように操舵機構に操舵終端を設けた場合、操舵終端まで操舵したときに衝突が生じ、衝突音が発生し、運転者が不快に感じることがある。

この問題への対策として、特許文献１のステアバイワイヤでは、物理的な方法を採用している。即ち、特許文献１の回転制限機構では、端面近くの溝の深さを他よりも小さくする等して、ボールの摩擦力を大きくし、運転者の操舵速度を低下させて、端面に衝突する速度を低下させている。

特許文献１のように物理的な方法で操舵終端での衝突の対策を行う場合、運転者に適切な操舵感を与えるための調整が容易ではなく、調整した後でも経年変化等により操舵感が変わる可能性がある。

操舵終端での衝突に対する他の対策方法として、操舵角が操舵終端である最大操舵角に達する前に、反力アクチュエータが生成する反力を上昇させる方法がある。この方法の場合、操舵感の調整が物理的な方法よりも容易である。例えば、特開２０１７－２４６２４号公報（特許文献２）では、転舵角と操舵角双方が上限値を超えようとするステアリングの操作がなされる事態を抑制するために、操舵角が操舵角閾値以上となる場合に急激に大きくなる第１反力と、転舵角が転舵角閾値以上となる場合に急激に大きくなる第２反力を設定し、第１反力と第２反力の和に基づき、目標操舵角を設定するステアバイワイヤシステムが提案されている。このように目標操舵角を設定することにより、特許文献２のステアバイワイヤシステムは、操舵角が上限値を超えようとするステアリングの操作がなされる事態を抑制している。

特許第６１６７６３４号公報 特開２０１７－２４６２４号公報

しかしながら、特許文献２のステアバイワイヤシステムのように操舵角に応じて反力を上昇させる場合、遅い操舵や操舵トルクが小さいとき、上昇させられた反力が強く働き過ぎて、操舵角が最大操舵角になる前に操舵終端に達したと運転者が誤認してしまう可能性がある。誤認しないとしても、操舵終端まで操舵するために大きな操舵トルクを与えなければならない可能性がある。また、ハンドルを切り戻す際に、上昇させられた反力のためにキックバックが生じる可能性がある。慣性力が働く速い操舵や操舵トルクが大きいときは、操舵終端を誤認する可能性や大きな操舵トルクを与える可能性は低くなるが、キックバックが生じる可能性は変わらない。また、必要以上に反力を生成すると、モータの消費電力の不必要な増加や、モータの温度の上昇を招くおそれがある。

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、操舵状態に応じて適切な反力を生成し、モータの消費電力の増加やモータの温度の上昇を抑制可能な車両用操向システムの制御装置を提供することにある。

本発明は、トーションバーを備え、操舵可能な限界となる操舵終端を有し、反力アクチュエータを駆動制御することにより、操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置に関し、本発明の上記目的は、操舵角の大きさが、前記操舵終端に対応する角度の近傍に設定される閾値の大きさを超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する弾性項生成部を具備し、前記第１トルク信号を第１目標操舵トルクとして出力する第１目標操舵トルク生成部と、前記第１目標操舵トルクを第１目標捩れ角に変換する第１変換部と、前記第１目標捩れ角に基づいて、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値を演算する第１捩れ角制御部とを備え、前記弾性項生成部が、前記操舵角の大きさが前記閾値の大きさを超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が大きくなり、前記第１トルク信号が大きくなる割合が、舵角速度が速くなるに従って大きくなる特性を有し、前記弾性項生成部が、前記第１トルク信号が大きくなる割合を、前記閾値よりも大きさが小さい位置に設定される判定角における前記舵角速度に基づいて決定するようになっており、前記第１電流指令値に基づいて前記反力アクチュエータを駆動制御することにより達成される。

または、本発明の上記目的は、操舵角の大きさが、前記操舵終端に対応する角度の近傍に設定される閾値の大きさを超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する弾性項生成部を具備し、前記第１トルク信号を第１目標操舵トルクとして出力する第１目標操舵トルク生成部と、前記第１目標操舵トルクを第１目標捩れ角に変換する第１変換部と、前記第１目標捩れ角に基づいて、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値を演算する第１捩れ角制御部とを備え、前記弾性項生成部が、前記操舵角に追従して前記閾値が変動し、前記変動する量が、舵角速度が速くなるに従って小さくなる特性を有し、前記第１電流指令値に基づいて前記反力アクチュエータを駆動制御することにより達成される。

本発明の車両用操向システムの制御装置によれば、操舵終端に対応する角度の近傍に設定される閾値を操舵角が超えた場合に操舵反力として機能するトルク信号を出力する弾性項生成部の特性を、舵角速度に応じて変更させることにより、適切な反力を生成し、モータの消費電力の増加やモータの温度の上昇を抑制することができる。

本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの概要の例を示す構成図である。 コラム軸への各種センサの配設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１００の構成例を示すブロック図である。 基本マップ部の構成例及び基本マップの特性例を示す図である。 ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。 目標操舵トルク生成部２００の構成例を示すブロック図である。 弾性項生成部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 基本ゲイン部の構成例を示すブロック図である。 傾きゲインマップの特性例を示す線図である。 トルク信号ＴｒｅｆＢ０の特性例（第１実施形態）を示す線図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 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１００の動作例を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部２００の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 目標転舵角生成部の動作例を示すフローチャートである。 位相補償部の挿入例を示すブロック図である。 弾性項生成部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 シフト量マップの特性例を示す線図である。 弾性項生成部の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 トルク信号ＴｒｅｆＢ０の特性例（第２実施形態）を示す線図である。 弾性項生成部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 第３実施形態での閾値の変動について説明するための線図である。 第３実施形態での弾性項生成部の別の構成例を示すブロック図である。 基準ゲイン部の構成例を示すブロック図である。 反力制御系の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 反力制御系の動作例（第４実施形態）の一部を示すフローチャートである。 反力制御系の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。 反力制御系の動作例（第５実施形態）の一部を示すフローチャートである。

本発明は、操舵可能な限界となる操舵終端に対応する角度（以下、「終端角度」とする）に操舵角が達する前に、具体的には操舵角が終端角度近傍に設定される閾値を超えた場合に、反力アクチュエータが生成する反力を上昇させるための目標操舵トルクとなるトルク信号の特性を、舵角速度に応じて変更する。即ち、本発明では、トルク信号を大きくする割合を舵角速度に応じて変更したり（以下、本機能を「増加率変更機能」とする）、閾値の大きさ（絶対値）を舵角速度に応じて変更したり（以下、本機能を「閾値変更機能」とする）、操舵角に追従して閾値を変動させ、その変動する量を舵角速度に応じて変更したり（以下、本機能を「追従量変更機能」とする）して算出されるトルク信号に基づいて反力を上昇させる。これにより、必要に応じて適切な反力が生成され、モータの消費電力の増加やモータの温度の上昇を抑制することができる。上記各機能は目標操舵トルク生成部内の弾性項生成部に実装される。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの構成例について説明する。

図１はＳＢＷシステムの構成例を示した図である。ＳＢＷシステムは、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構を構成する反力装置３０、転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置４０、及び両装置の制御を行う制御装置５０を備える。ＳＢＷシステムには、一般的な電動パワーステアリング装置が備える、コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）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、運転者によるハンドル１の操作を電気信号によって、具体的には反力装置３０から出力される操舵角θｈを電気信号として伝える。

反力装置３０は、反力用モータ３１及び反力用モータ３１の回転速度を減速する減速機構３２を備え、転舵輪５Ｌ，５Ｒから伝わる車両の運動状態を、反力用モータ３１により生成される反力（トルク）として運転者に伝達する。反力装置３０は、コラム軸２に設けられる舵角センサ３３及び角度センサ３４を更に備えている。コラム軸２への舵角センサ３３及び角度センサ３４の配設は、具体的には図２のようになっている。即ち、舵角センサ３３はコラム軸２の上部に設けられ、操舵角θｈを検出する。コラム軸２にはトーションバー２Ａが介挿されており、角度センサ３４として、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル１側に上側角度センサ３４Ａが設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル１の反対側に下側角度センサ３４Ｂが設けられており、上側角度センサ３４Ａはハンドル角θ_１を検出し、下側角度センサ３４Ｂはコラム角θ_２を検出する。ハンドル角θ_１及びコラム角θ_２は捩れ角演算部３６に入力され、捩れ角演算部３６は下記数１によってトーションバーの捩れ角Δθを求める。

なお、磁歪式や光学式等の公知のセンサを用いて、捩れ角Δθを直接求めても良い。

コラム軸２は、操舵可能な限界となる操舵終端を物理的に設定するストッパ３５を備える。操舵終端まで操舵したときの操舵角θｈが終端角度であり、操舵角θｈの大きさの限界値となる。ストッパ３５として、例えば特許文献１に記載の回転制限機構等を使用する。なお、反力アクチュエータは反力用モータ３１、減速機構３２等により構成されるが、反力用モータ３１のみを反力アクチュエータと呼ぶこともある。

転舵装置４０は、転舵用モータ４１、転舵用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２及び回転運動を直線運動に変換するピニオンラック機構４４を備える。操舵角θｈの変化に合わせて、転舵用モータ４１を駆動し、その駆動力を、減速機構４２を介してピニオンラック機構４４に付与し、タイロッド３ａ，３ｂを経て、転舵輪５Ｌ，５Ｒを転舵する。ピニオンラック機構４４の近傍には角度センサ４３が配置されており、転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔを検出する。転舵角θｔとして、転舵用モータ４１のモータ角やラックの位置等を使用しても良い。

制御装置５０は、反力装置３０及び転舵装置４０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１０で検出される車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ３１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び転舵用モータ４１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。制御装置５０には、バッテリ１２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。また、制御装置５０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）２０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ２０から受信することも可能である。更に、制御装置５０には、ＣＡＮ２０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ＣＡＮ２１も接続可能である。

制御装置５０はＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）を有し、反力装置３０及び転舵装置４０の協調制御は、主としてＣＰＵ内部においてプログラムで実行される。その制御を行うための構成例（第１実施形態）を図３に示す。図３において、反力用モータ３１、舵角センサ３３、角度センサ３４、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部３７、インバータ３８及びモータ電流検出器３９を反力装置３０が具備し、転舵用モータ４１、角度センサ４３、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９を転舵装置３０が具備し、その他の構成要素が制御装置５０で実現される。なお、制御装置５０の構成要素の一部又は全部をハードウェアで実現しても良い。制御装置５０は、データやプログラム等を格納するために、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等を搭載しても良い。また、制御装置５０がＰＷＭ制御部３７、インバータ３８、モータ電流検出器３９、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９を具備しても良い。

制御装置５０は、反力装置３０の制御を行う構成（以下、「反力制御系」とする）と、転舵装置４０の制御を行う構成（以下、「転舵制御系」とする）を有し、反力制御系６０と転舵制御系７０が協調して、反力装置３０及び転舵装置４０を制御する。

反力制御系６０は、目標操舵トルク生成部１００及び２００、変換部３００、捩れ角制御部４００、電流制御部５００、加算部５１０並びに減算部５２０及び５３０を備え、トーションバー２Ａの捩れ角が目標捩れ角に追従するような制御を行う。目標操舵トルク生成部１００にて操舵角θｈ及び車速Ｖｓに基づいて目標操舵トルクＴｒｅｆＡが生成され、目標操舵トルク生成部２００にて操舵角θｈに基づいて目標操舵トルクＴｒｅｆＢが生成され、目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢの加算値である目標操舵トルクＴｒｅｆが変換部３００にて目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される。目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差ｄΔθ（＝Δθｒｅｆ－Δθ）が捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００にて、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるような電流指令値Ｉｍｃが演算される。そして、電流指令値Ｉｍｃとモータ電流検出器３９で検出される反力用モータ４１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｒの偏差Ｉ１（＝Ｉｍｃ－Ｉｍｒ）が減算部５３０で算出され、偏差Ｉ１に基づいて電流制御部５００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１が求められる。反力装置３０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して反力用モータ３１が駆動制御される。

目標操舵トルク生成部１００の構成例を図４に示す。目標操舵トルク生成部１００は、基本マップ部１１０、微分部１２０、ダンパゲイン部１３０、乗算部１４０及び加算部１５０を備える。操舵角θｈは基本マップ部１１０及び微分部１２０に入力され、車速Ｖｓは基本マップ部１１０及びダンパゲイン部１３０に入力される。

基本マップ部１１０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Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａは、基本となる反力を生成するために使用される。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５（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｜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。つまり、操舵角θｈの大きさが大きくなるにつれ、また、車速Ｖｓが速くなるにつれ、反力が大きくなる。なお、図５（Ａ）において、符号部１１１は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部１１２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。または、図５（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５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１２０は、操舵角θｈを微分して角速度情報である舵角速度ωｈ１を算出し、舵角速度ωｈ１は乗算部１４０に入力される。なお、舵角速度ωｈ１の代わりに反力用モータ３１のモータ角速度を角速度情報として使用しても良い。この場合、微分部１２０は不要となる。

ダンパゲイン部１３０は、舵角速度ωｈ１に乗算されるダンパゲインＤ_Ｇを出力する。乗算部１４０にてダンパゲインＤ_Ｇを乗算された舵角速度ωｈ１は、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部１５０に入力される。ダンパゲインＤ_Ｇは、ダンパゲイン部１３０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６に示されるように、車速Ｖｓが速くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。このようなダンパゲインＤ_Ｇを舵角速度ωｈ１に乗算して舵角速度ωｈ１に比例した目標操舵トルクの補償を行うことにより、フィーリングとしての粘性感を持たせることができ、また、ステアリングを切った状態から手放しの状態にした場合、ハンドルが発振することなく収れん性を持たせられ、システム安定性の向上を図れる。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１３０及び乗算部１４０でダンパ演算部を構成している。

トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ及びＴｒｅｆ＿ｂは、加算部１５０で加算され、加算結果は目標操舵トルクＴｒｅｆＡとして出力される。

目標操舵トルク生成部２００の構成例を図７に示す。目標操舵トルク生成部２００は、弾性項生成部２１０及び位相補償部２２０を備え、操舵角θｈは弾性項生成部２１０に入力される。

弾性項生成部２１０は、増加率変更機能を有する。弾性項生成部２１０は、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が終端角度の近傍に設定される所定の閾値θｔｈを超えてから反力を上昇させるためのトルク信号ＴｒｅｆＢ０を生成する。そして、トルク信号ＴｒｅｆＢ０が大きくなる割合を、閾値θｔｈよりも終端角度から離れた位置（図１１参照）に設定される判定角θｊにおける舵角速度ωｈ２に応じて変更する。具体的には、舵角速度ωｈ２が速くなるに従って、割合を大きくする。判定角θｊという固定した角度での舵角速度を基にすることにより、トルク信号ＴｒｅｆＢ０が大きくなる割合が変動して反力のスムーズな上昇を阻害するのを抑制する。ここで、閾値θｔｈは終端角度から４５～９０ｄｅｇ手前の位置に設定することができる。

弾性項生成部２１０の構成例を図８に示す。弾性項生成部２１０は、基本ゲイン部２１１、操舵角判定部２１２、微分部２１３、傾きゲイン部２１４、スイッチ部２１５、傾きゲイン記憶部２１６及び乗算部２１７を備え、操舵角θｈは、基本ゲイン部２１１、操舵角判定部２１２及び微分部２１３に入力される。

基本ゲイン部２１１は、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈを超えてから基本ゲインＧｆを出力するような特性のマップ（以下、「基本ゲインマップ」とする）を有する。基本ゲインマップは、例えば、図９に示されるように、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈを超えてから大きくなるに従って、基本ゲインＧｆがゼロから直線的に大きくなる特性を有する。このような増加する特性に基づいて反力に急激な変化をつけることで操舵終端での衝突の抑制を図る。図９において、θｌｉｍは操舵角の機械的な限界値である終端角度又は操舵角検出の測定限界値であり、基本ゲインマップはθｌｉｍ以下の領域で定義される。このように、基本ゲイン部によれば、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈを超えた場合に大きな反力となる目標操舵トルクを与えることができる。なお、基本ゲインマップは、図９に示されるような直線的な特性ではなく、単調に増加する特性であれば、曲線的な特性でも良い。また、マップではなく、数式、例えば一次関数等によって特性を定義しても良い。更に、図９では、符号部２１８は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部２１９に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップにより基本ゲインＧｆの大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、基本ゲインＧｆを求める構成となっているが、目標操舵トルク生成部１００の基本マップ部１１０と同様に、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。

操舵角判定部２１２は、操舵角θｈが判定角θｊを通過したか否かを判定する。上述のように、判定角θｊにおける舵角速度ωｈ２に応じてトルク信号ＴｒｅｆＢ０が大きくなる割合を変更するので、そのタイミングを検知するために、操舵角判定部２１２は、操舵角θｈが判定角θｊを通過したか否かを判定し、判定結果Ｊｒを出力する。通過したと判定したときは、判定結果Ｊｒを「通過」とし、通過していないと判定したときは、判定結果Ｊｒを「未通過」とする。

微分部２１３は、操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、舵角速度ωｈ２は傾きゲイン部２１４に入力される。

傾きゲイン部２１４は、傾きゲインマップを有し、傾きゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ２に応じてトルク信号ＴｒｅｆＢ０が大きくなる割合を変更するための傾きゲインＧｉを求める。傾きゲインマップは、例えば、図１０に示されるように、舵角速度ωｈ２の大きさ｜ωｈ２｜が大きくなる程、つまり、舵角速度ωｈ２が速くなる程、傾きゲインＧｉが直線的に大きくなる特性を有する。直線的な特性ではなく、単調に増加する特性であれば、曲線的な特性でも良く、マップではなく、数式、例えば一次関数等によって特性を定義しても良い。

傾きゲイン記憶部２１６は、傾きゲインＧｉを記憶する。

スイッチ部２１５は、操舵角判定部２１２から出力される判定結果Ｊｒに基づいて、傾きゲイン部２１４と傾きゲイン記憶部２１６の接続をＯＮ／ＯＦＦする。判定結果Ｊｒが「通過」の場合、接続をＯＮにして、傾きゲイン部２１４と傾きゲイン記憶部２１６を接続する。判定結果Ｊｒが「未通過」の場合、接続をＯＦＦにして、傾きゲイン部２１４と傾きゲイン記憶部２１６を接続しない。つまり、判定結果Ｊｒが「通過」の場合とは操舵角θｈが判定角θｊを通過した場合であり、このときに接続がＯＮとなり、傾きゲインＧｉが傾きゲイン記憶部２１６に記憶される。これにより、判定角θｊにおける舵角速度ωｈ２に応じた傾きゲインＧｉが記憶されることになる。

基本ゲインＧｆと傾きゲイン記憶部２１６に記憶されている傾きゲインＧｉとが乗算部２１７で乗算され、乗算結果がトルク信号ＴｒｅｆＢ０として出力される。図９に示される特性を有する基本ゲインＧｆと図１０に示される特性を有する傾きゲインＧｉを乗算する場合、トルク信号ＴｒｅｆＢ０は図１１に示されるような特性になる。即ち、トルク信号ＴｒｅｆＢ０は、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈを超えてから大きくなる程、ゼロから直線的に大きくなり、舵角速度ωｈ２が速くなる程、その大きくなる割合が大きくなる。このように、舵角速度ωｈ２が遅いとき、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の増加は抑えられ、その結果、反力の上昇も抑えられるので、操舵角が終端角度になる前に操舵終端に達したと誤認してしまう可能性や操舵終端まで操舵するために大きな操舵トルクを与えなければならない可能性が低くなり、ハンドルを切り戻す際のキックバックも小さくなる。舵角速度ωｈ２が速いときは、ある程度の大きさのキックバックが生じるが、舵角速度に関係なく反力を生成する場合に比べて、必要以上の反力を生成しないので、許容範囲のキックバックとなる。

なお、傾きゲイン記憶部２１６に記憶される傾きゲインＧｉの初期値に関して、判定角θｊにおける基本ゲインＧｆは０であり、通常、判定角θｊを通過した後に閾値θｔｈを通過するので、傾きゲインＧｉの初期値は問題とならないが、操舵角θｈが判定角θｊより大きい状態で動作を開始した場合を考慮して、傾きゲインＧｉの初期値として１又は舵角速度ωｈ２が０の時の値を設定する。

位相補償部２２０は、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に対して位相進み補償を行い、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを算出する。操舵終端付近まで操舵した際に、弾性項生成部２１０の効果で抑制がかかることにより、跳ね返される事象が生じる可能性があるので、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に対して位相進み補償を行うことにより、この跳ね返りの低減を図る。位相補償部２２０は、下記数２で表される１次の位相補償フィルタを有し、分子の遮断周波数を分母の遮断周波数よりも小さい値に設定することにより位相進みの設定とする。

ここで、Ｔｎ＝１／（２π・ｆｎ）、Ｔｄ＝１／（２π・ｆｄ）で、ｆｎ及びｆｄは遮断周波数であり、ｆｎ＜ｆｄとなっている。位相補償部２２０は、入力したトルク信号ＴｒｅｆＢ０に対して、上記数２で表される位相補償フィルタによる位相進み補償を行い、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを算出する。操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈ以下の場合、図１１に示されるようにトルク信号ＴｒｅｆＢ０はゼロであるから、位相補償部２２０から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＢもゼロとなり、位相進み補償は機能しないことになる。このように、弾性項生成部２１０と位相補償部２２０を組み合わせることにより、操舵終端での衝突抑制と同時に跳ね返り低減を実現することができる。位相補償フィルタは１次ではなく、２次以上でも良く、位相進み補償を実現するのであれば、ＰＤ（比例微分）制御等で位相進み補償を行っても良い。位相補償フィルタの特性を車速及び／又は舵角速度に応じて変更しても良い。例えば、車速又は舵角速度が速いときには応答性が速くなるように、Ｔｎを大きくするか、Ｔｄを小さくする。これにより、より適切な跳ね返り低減を実現することができる。なお、跳ね返り低減を他の手段で実現する場合等では、位相補償部２２０はなくても良い。

説明を図３に戻すと、目標操舵トルク生成部１００及び２００からそれぞれ出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢは、加算部５１０で加算され、加算結果は目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

変換部３００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。

減算部５２０では、目標捩れ角Δθｒｅｆが加算入力され、トーションバー２Ａの捩れ角Δθが減算入力され、減算結果である偏差ｄΔθが捩れ角制御部４００に入力される。

捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθ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が追従するような電流指令値Ｉｍｃを出力する。補償値Ｃ_ＦＢは単純なゲインでも、ＰＩ（比例積分）制御やＰＩＤ（比例積分微分）制御等の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、減算部５３０にて、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が演算される。電流制御部５００は偏差Ｉ１を入力し、ＰＩ制御等により電流制御を行い、電流制御された電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１を出力する。

電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１は反力装置３０に送られ、ＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティが演算され、ＰＷＭ制御部３７からのＰＷＭ信号により、インバータ３８を介して反力用モータ３１がＰＷＭ駆動される。反力用モータ３１のモータ電流値Ｉｍｒはモータ電流検出器３９で検出され、反力制御系６０の減算部５３０にフィードバックされる。

なお、目標操舵トルク生成部１００での微分部１２０で算出される舵角速度ωｈ１及び弾性項生成部２１０での微分部２１３で算出される舵角速度ωｈ２は、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を実施している。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ωｈ１及びωｈ２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。微分部１２０及び２１３を１つにして共用しても良い。

転舵制御系７０は、目標転舵角生成部６００、転舵角制御部７００、電流制御部８００並びに減算部８１０及び８２０を備え、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆに追従するような制御を行う。目標転舵角生成部６００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と転舵角θｔの偏差ｄθｔ（＝θｔｒｅｆ－θｔ）が転舵角制御部７００に入力され、転舵角制御部７００にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるような電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、電流指令値Ｉｍｃｔとモータ電流検出器４９で検出される転舵用モータ４１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｄの偏差Ｉ２（＝Ｉｍｃｔ－Ｉｍｄ）が減算部８２０で算出され、偏差Ｉ２に基づいて電流制御部８００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２が求められる。転舵装置４０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して転舵用モータ４１が駆動制御される。

目標転舵角生成部６００の構成例を図１２に示す。目標転舵角生成部６００は、制限部６１０、レート制限部６２０及び補正部６３０を備える。

制限部６１０は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。操舵角θｈの上下限値を制限することにより、ハードウェアエラー等によるＲＡＭのデータ化けや通信異常等の影響で操舵角θｈが異常値となった場合に、異常な値の出力を抑える。図１３に示されるように、操舵角に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力する操舵角θｈ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、それ以外の場合は操舵角θｈを、操舵角θｈ１として出力する。なお、操舵角が異常値とならない場合や、他の手段で異常な値の出力を抑える場合等では制限部６１０は省略可能である。

レート制限部６２０は、非常に急激な操舵が行われた場合、又は、上記のように操舵角が異常値になった場合に、操舵角の急変を防止するために、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て、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として出力し、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。操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけることにより、目標転舵角の急変を防止し、車両の不安定挙動を抑制する。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。また、操舵角が急変しない場合や、他の手段で急変を回避する場合等ではレート制限部６２０は省略可能である。

補正部６３０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１００内の基本マップ部１１０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。

減算部８１０では、目標転舵角θｔｒｅｆが加算入力され、転舵角θｔが減算入力され、減算結果である偏差ｄθｔが転舵角制御部７００に入力される。

転舵角制御部７００は、捩れ角制御部４００と同様に、偏差ｄθｔに対して補償値Ｃｔ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔが追従するような電流指令値Ｉｍｃｔを出力する。

減算部８２０、電流制御部８００、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８及びモータ電流検出器４９は、それぞれ減算部５３０、電流制御部５００、ＰＷＭ制御部３７、インバータ３８及びモータ電流検出器３９と同様な構成で同様な動作を行う。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１４～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、操舵角θｈ、車速Ｖｓ、捩れ角Δθ及び転舵角θｔが検出又は算出され（ステップＳ１０）、操舵角θｈは目標操舵トルク生成部１００及び２００並びに目標転舵角生成部６００に、車速Ｖｓは目標操舵トルク生成部１００に、捩れ角Δθは減算部５２０に、転舵角θｔは減算部８１０にそれぞれ入力される。

操舵角θｈ及び車速Ｖｓを入力した目標操舵トルク生成部１００は、目標操舵トルクＴｒｅｆＡを生成する（ステップＳ２０）。目標操舵トルク生成部１００の動作例については、図１５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１００に入力された操舵角θｈは基本マップ部１１０及び微分部１２０に、車速Ｖｓは基本マップ部１１０及びダンパゲイン部１３０にそれぞれ入力される（ステップＳ２１）。

基本マップ部１１０は、図５（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１５０に出力する（ステップＳ２２）。

微分部１２０は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ１を出力し（ステップＳ２３）、ダンパゲイン部１３０は図６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を出力し（ステップＳ２４）、乗算部１４０は舵角速度ωｈ１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１５０に出力する（ステップＳ２５）。そして、加算部１５０にてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ及びＴｒｅｆ＿ｂが加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆＡが演算される（ステップＳ２６）。

操舵角θｈを入力した目標操舵トルク生成部２００は、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを生成する（ステップＳ３０）。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は弾性項生成部２１０内の基本ゲイン部２１１、操舵角判定部２１２及び微分部２１３に入力される（ステップＳ３１）。

基本ゲイン部２１１は、図９に示される基本ゲインマップを用いて、操舵角θｈに応じた基本ゲインＧｆを求め、乗算部２１７に出力する（ステップＳ３２）。

操舵角判定部２１２は、操舵角θｈが判定角θｊを通過したか否かを判定し、通過したと判定したときは判定結果Ｊｒを「通過」とし、通過していないと判定したときは判定結果Ｊｒを「未通過」とする（ステップＳ３３）。判定結果Ｊｒはスイッチ部２１５に出力される。

微分部２１３は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、傾きゲイン部２１４に出力する（ステップＳ３４）。

傾きゲイン部２１４は、図１０に示される傾きゲインマップを用いて、舵角速度ωｈ２に応じた傾きゲインＧｉを求める（ステップＳ３５）。

スイッチ部２１５は、入力した判定結果Ｊｒが「通過」の場合（ステップＳ３６）、接続をＯＮにし（ステップＳ３７）、傾きゲイン部２１４から出力された傾きゲインＧｉが傾きゲイン記憶部２１６に記憶される（ステップＳ３８）。入力した判定結果Ｊｒが「未通過」の場合（ステップＳ３６）、接続をＯＦＦにし（ステップＳ３９）、傾きゲインＧｉは記憶されない。

乗算部２１７は、入力した基本ゲインＧｆと傾きゲイン記憶部２１６に記憶された傾きゲインＧｉを乗算し、乗算結果をトルク信号ＴｒｅｆＢ０として出力する（ステップＳ４０）。

位相補償部２２０は、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に対して位相進み補償を行い、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを算出し、加算部５１０に出力する（ステップＳ４１）。

加算部５１０において目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢが加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが変換部３００に出力される（ステップＳ５０）。

変換部３００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換し（ステップＳ６０）、目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部５２０に加算入力される。

減算部５２０には捩れ角Δθが減算入力されており、目標捩れ角Δθｒｅｆから捩れ角Δθを減算することにより、偏差ｄΔθが算出される（ステップＳ７０）。偏差ｄΔθは捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθに補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより電流指令値Ｉｍｃを求める（ステップＳ８０）。

電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、モータ電流検出器３９で検出されたモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が減算部５３０で算出される（ステップＳ９０）。偏差Ｉ１は電流制御部５００に入力され、電流制御部５００は電流制御により電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１を算出する（ステップＳ１００）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して、反力用モータ３１が駆動制御される（ステップＳ１１０）。

一方、操舵角θｈを入力した目標転舵角生成部６００は、目標転舵角θｔｒｅｆを生成する（ステップＳ１２０）。目標転舵角生成部６００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。

目標転舵角生成部６００に入力された操舵角θｈは制限部６１０に入力される。制限部６１０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Ｓ１２１）、操舵角θｈ１としてレート制限部６２０に出力する。レート制限部６２０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Ｓ１２２）、操舵角θｈ２として補正部６３０に出力する。補正部６３０は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求める（ステップＳ１２３）。目標転舵角θｔｒｅｆは減算部８１０に加算入力される。

減算部８１０には転舵角θｔが減算入力されており、目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差ｄθｔが算出される（ステップＳ１３０）。偏差ｄθｔは転舵角制御部７００に入力され、転舵角制御部７００は、偏差ｄθｔに補償値Ｃｔ_ＦＢを乗算することにより電流指令値Ｉｍｃｔを求める（ステップＳ１４０）。

電流指令値Ｉｍｃｔは減算部８２０に加算入力され、モータ電流検出器４９で検出されたモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が減算部８２０で算出される（ステップＳ１５０）。偏差Ｉ２は電流制御部８００に入力され、電流制御部８００は電流制御により電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を算出する（ステップＳ１６０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して、転舵用モータ４１が駆動制御される（ステップＳ１７０）。

なお、図１４～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。例えば、ステップＳ３４での操舵角θｈの微分及びステップＳ３５での傾きゲインＧｉの決定は、ステップＳ３６での判定結果Ｊｒが「通過」の場合のみに行なうようにしても良い。

上述の実施形態において、目標操舵トルク生成部１００はダンパ演算部（ダンパゲイン部１３０、乗算部１４０）を備えるが、ダンパ演算部による効果を別の手段で実現する場合や、演算量削減を重視する場合等では、ダンパ演算部を削減しても良い。この場合、微分部１２０及び加算部１５０も削減可能となる。目標操舵トルクＴｒｅｆＡに基づいて生成される反力にヒステリシス特性を付加するために、即ちハンドルの切増し操舵と切戻し操舵とで異なる反力を生成するために、ヒステリシス特性を有するトルク信号を目標操舵トルクＴｒｅｆＡに加算するようにしても良い。更に、基本マップ部１１０の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部１６０を挿入しても良い。つまり、図４中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図１８（Ａ）又は（Ｂ）に示されるような構成にしても良い。位相補償部１６０において、位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子の遮断周波数を１．０Ｈｚ、分母の遮断周波数を１．３Ｈｚとした１次フィルタで位相進み補償を行う場合、スッキリしたフィールを実現することができる。目標操舵トルク生成部１００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。

また、反力制御系６０の機能を、目標操舵トルクＴｒｅｆＢを基にした反力の生成に特化する場合等では、目標操舵トルク生成部１００を削減しても良い。この場合、加算部５１０も削減可能で、目標操舵トルク生成部２００から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＢが変換部３００に入力されることになる。

目標操舵トルク生成部２００に関しては、弾性項生成部２１０は基本ゲインマップと傾きゲインマップの２つのマップを使用してトルク信号ＴｒｅｆＢ０を求めているが、２つのマップを統合した図１１に示されるようなマップを使用して求めても良い。また、操舵角θｈが判定角θｊを通過した時点での舵角速度ωｈ２に基づいて傾きゲインＧｉを決定しているが、操舵角θｈを入力した時点での舵角速度ωｈ２に基づいて決定しても良い。この場合、操舵角判定部２１２、スイッチ部２１５及び傾きゲイン記憶部２１６は不要となる。

弾性項生成部が閾値変更機能を有する場合の実施形態（第２実施形態）について説明する。なお、以降の各実施形態において、既出の他の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明の一部又は全てを省略する。

第２実施形態での弾性項生成部２１０Ａは、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の生成で使用する閾値θｔｈの大きさを、判定角θｊにおける舵角速度ωｈ２に応じて変更する。具体的には、舵角速度ωｈ２が速くなるに従って、閾値の大きさを小さくする。

弾性項生成部２１０Ａの構成例を図１９に示す。弾性項生成部２１０Ａは、基本ゲイン部２１１、操舵角判定部２１２、微分部２１３、シフト量決定部２３１、符号部２３３、乗算部２３４、スイッチ部２１５、シフト量記憶部２３２及び加算部２３５を備え、操舵角θｈは、操舵角判定部２１２、微分部２１３、符号部２３３及び加算部２３５に入力される。

シフト量決定部２３１は、シフト量マップを有し、シフト量マップを用いて、舵角速度ωｈ２に応じて閾値θｔｈの大きさを変更する量であるシフト量Ｓｆｔの大きさ｜Ｓｆｔ｜を決定する。シフト量マップは、例えば、図２０に示されるように、舵角速度ωｈ２の大きさが大きくなる程、つまり、舵角速度ωｈ２が速くなる程、シフト量Ｓｆｔの大きさが直線的に大きくなる特性を有する。直線的な特性ではなく、単調に増加する特性であれば、曲線的な特性でも良く、マップではなく、数式、例えば一次関数等によって特性を定義しても良い。

シフト量記憶部２３２は、シフト量Ｓｆｔを記憶する。

符号部２３３は、舵角速度ωｈ２の符号Ｓｇｎ（＋１、－１）を乗算部２３４に出力する。乗算部２３４は、シフト量Ｓｆｔの大きさに符号Ｓｇｎを乗算し、シフト量Ｓｆｔを出力する。

基本ゲイン部２１１は、第１実施形態の場合と同様の構成及び動作により、操舵角θｈにシフト量Ｓｆｔを加算して算出される操舵角θｈｓを操舵角θｈと見做して、基本ゲインマップを用いて基本ゲインＧｆを求め、トルク信号ＴｒｅｆＢ０として出力する。

弾性項生成部２１０Ａは、判定角θｊにおける舵角速度ωｈ２に基づいて決定されるシフト量Ｓｆｔを操舵角θｈに加算することにより、実質的に、基本ゲイン部２１１が有する基本ゲインマップでの閾値θｔｈの大きさを変更するようにしている。その弾性項生成部２１０Ａの動作例を図２１のフローチャートを参照して説明する。なお、第２実施形態のその他の動作は、第１実施形態と同じである。

操舵角θｈは弾性項生成部２１０Ａ内の操舵角判定部２１２、微分部２１３、符号部２３３及び加算部２３５に入力される（ステップＳ３１Ａ）。

操舵角判定部２１２は、操舵角θｈが判定角θｊを通過したか否かを判定し、通過したと判定したときは判定結果Ｊｒを「通過」とし、通過していないと判定したときは判定結果Ｊｒを「未通過」とする（ステップＳ３３）。判定結果Ｊｒはスイッチ部２１５に出力される。

微分部２１３は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、シフト量決定部２３１に出力する（ステップＳ３４）。

シフト量決定部２３１は、図２０に示されるシフト量マップを用いて、舵角速度ωｈ２に応じたシフト量Ｓｆｔの大きさを求め、シフト量Ｓｆｔの大きさに符号部２３３で判定された舵角速度ωｈ２の符号Ｓｇｎが乗算部２３４で乗算されて、シフト量Ｓｆｔが求められる（ステップＳ３５Ａ）。

スイッチ部２１５は、入力した判定結果Ｊｒが「通過」の場合（ステップＳ３６）、接続をＯＮにし（ステップＳ３７）、シフト量Ｓｆｔがシフト量記憶部２３２に記憶される（ステップＳ３８Ａ）。入力した判定結果Ｊｒが「未通過」の場合（ステップＳ３６）、接続をＯＦＦにし（ステップＳ３９）、シフト量Ｓｆｔは記憶されない。

加算部２３５は、入力した操舵角θｈとシフト量記憶部２３２に記憶されたシフト量Ｓｆｔを加算し、加算結果を操舵角θｈｓとして基本ゲイン部２１１に出力する（ステップＳ４０Ａ）。

基本ゲイン部２１１は、図９に示される基本ゲインマップを用いて、操舵角θｈｓを操舵角θｈと見做して基本ゲインＧｆを求め、トルク信号ＴｒｅｆＢ０として出力する（ステップＳ４０Ｂ）。

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。例えば、ステップＳ３４での操舵角θｈの微分及びステップＳ３５Ａでのシフト量Ｓｆｔの決定は、ステップＳ３６での判定結果Ｊｒが「通過」の場合のみに行なうようにしても良い。

このような動作を弾性項生成部２１０Ａが行うことにより、トルク信号ＴｒｅｆＢ０は図２１に示されるような特性になる。即ち、トルク信号ＴｒｅｆＢ０は、操舵角θｈの大きさが閾値θｔｈを超えてから大きくなる程、ゼロから直線的に大きくなり、閾値θｔｈの大きさは、舵角速度ωｈ２が速くなる程、小さくなる。このように、舵角速度ωｈ２が遅いとき、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の立ち上がりが遅くなり、反力の上昇開始も遅くなるので、第１実施形態の場合と同様に、操舵終端と誤認してしまう可能性や操舵終端までの操舵のために大きな操舵トルクを与えなければならない可能性が低くなり、キックバックも小さくなる。舵角速度ωｈ２が速いときは、ある程度の大きさのキックバックが生じるが、舵角速度に関係なく反力を生成する場合に比べて、必要以上の反力を生成しないので、許容範囲のキックバックとなる。

シフト量記憶部２３２に記憶されるシフト量Ｓｆｔの初期値に関して、第１実施形態の場合と同様に、舵角θｈが判定角θｊより大きい状態で動作を開始した場合を考慮して、シフト量Ｓｆｔの初期値として０又は舵角速度ωｈ２が０の時の値を設定する。

なお、弾性項生成部２１０Ａは基本ゲインマップとシフト量マップの２つのマップを使用してトルク信号ＴｒｅｆＢ０を求めているが、２つのマップを統合した図２２に示されるようなマップを使用して求めても良い。

弾性項生成部が追従量変更機能を有する場合の実施形態（第３実施形態）について説明する。

第３実施形態での弾性項生成部２１０Ｂは、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の生成で使用する閾値θｔｈを操舵角θｈに追従して変動させ、その変動量を舵角速度に応じて変更する。具体的には、舵角速度が速くなるに従って、変動量を小さくする。変動量をこのように変更するために、弾性項生成部２１０Ｂは、操舵角θｈに対してＬＰＦによるフィルタ処理を施すことにより、閾値θｔｈを決める。

弾性項生成部２１０Ｂの構成例を図２３に示す。弾性項生成部２１０Ｂはフィルタ部２４１及び可変ゲイン部２４２を備え、操舵角θｈは、フィルタ部２４１及び可変ゲイン部２４２に入力される。

フィルタ部２４１は、ＬＰＦを有しており、操舵角θｈに対してＬＰＦによるフィルタ処理を施して、その結果を閾値θｔｈとして出力する。ＬＰＦとして、１次の伝達関数や２次の伝達関数等の任意の伝達関数で表されるＬＰＦを使用して良い。遮断周波数は、経験値として１～５Ｈｚとする。

可変ゲイン部２４２は、基本ゲインマップを有する基本ゲイン部２１１と同様の構成で構成されているが、閾値θｔｈは固定値ではなく、フィルタ部２４１から出力される閾値θｔｈが使用される。そして、基本ゲインＧｆをトルク信号ＴｒｅｆＢ０として出力する。

第３実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、弾性項生成部の動作が上述のように異なるだけで、他の動作は同じである。

このような構成の弾性項生成部２１０Ｂにおける閾値θｔｈの変動について説明する。

舵角速度が遅い場合、操舵角θｈの殆どの周波数成分はフィルタ部２４１のＬＰＦにより遮断されることなく通過するので、フィルタ部２４１から出力される閾値θｔｈは、操舵角θｈとほぼ同じ値となる。よって、図２４（Ａ）に示されるように、閾値θｔｈは操舵角θｈに追従して移動するので、トルク信号ＴｒｅｆＢ０はゼロに近い値となり、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に基づく反力は生じない。これに対して、舵角速度が速くなると、遮断される周波数成分が出てくるので、閾値θｔｈは、操舵角θｈよりも小さい値となる。よって、図２４（Ｂ）に示されるように、操舵角θｈに対する閾値θｔｈの追従が遅くなり、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の値が大きくなり、それに基づく反力が生じる。トルク信号ＴｒｅｆＢ０に基づく反力が生じている状態において保舵すると、閾値θｔｈが操舵角θｈに近づいていくので、トルク信号ＴｒｅｆＢ０が小さくなり、それに基づく反力が弱くなる。ハンドルを切り戻す際は、舵角速度ωｈ２がゼロになり、図２４（Ａ）に示される状態からの開始に戻るので、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に基づく反力もゼロからの開始となる。このように、舵角速度が遅いとき、閾値θｔｈが操舵角θｈに追従して移動し、反力の上昇が抑えられるので、操舵終端と誤認してしまう可能性や操舵終端までの操舵のために大きな操舵トルクを与えなければならない可能性が低くなり、キックバックの発生も抑えられる。舵角速度が速いときも、ハンドルを切り戻す際は閾値θｔｈが操舵角θｈに再び追従することになるので、キックバックの発生を抑えられる。

弾性項生成部２１０Ｂの構成については、閾値θｔｈを変動させるのではなく、操舵角θｈから閾値θｔｈを減算することにより、実質的に閾値θｔｈが操舵角θｈに追従するような構成でも良い。その構成例を図２５に示す。弾性項生成部２１０Ｂ’の基準ゲイン部２４４は、図２６に示されるように、基本ゲインマップと同じ傾きで原点を通るような特性の基準ゲインマップを使用して、トルク信号ＴｒｅｆＢ０を生成する。

なお、弾性項生成部２１０Ｂではフィルタ部２４１からの出力を閾値θｔｈとしているが、閾値θｔｈにマージンをもたせるべく、フィルタ部２４１からの出力に所定の値を加えたものを閾値θｔｈとしても良い。操舵角θｈにマージンをもたせた値をフィルタ部２４１で処理し、フィルタ部２４１からの出力を閾値θｔｈとしても良い。また、操舵角θｈが所定の角度を超えた時点から、閾値θｔｈの操舵角θｈへの追従を開始させるようにしても良い。その場合、操舵角θｈが所定の角度以内のときには、閾値θｔｈを所定の角度に固定するようにしても良い。

上述の実施形態（第１～第３実施形態）では、反力を上昇させるための目標操舵トルクＴｒｅｆＢを目標操舵トルクＴｒｅｆＡに加算しているが、目標操舵トルク生成から電流指令値算出までの各段階において、反力を上昇させるための基となる要素の加算を行うことが可能である。

図２７に示す反力制御系の構成例（第４実施形態）では、目標捩れ角演算後に上記加算を行っている。第４実施形態での反力制御系６０Ａでは、図３に示される第１実施形態での反力制御系６０と比べると、変換部３１０が追加され、目標操舵トルク生成部１００の後段に配置されている加算部５１０が削除され、代わりに変換部３００の後段に加算部５１１が配置されている。

変換部３１０は、変換部３００と同様に、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、目標操舵トルク生成部２００から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＢを目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに変換する。目標捩れ角ΔθｒｅｆＢは加算部５１１に入力される。また、変換部３００は、目標操舵トルク生成部１００から出力される目標操舵トルクＴｒｅｆＡを目標捩れ角ΔθｒｅｆＡに変換し、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡは加算部５１１に入力される。そして、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡとΔθｒｅｆＢの加算結果が目標捩れ角Δθｒｅｆとなる。

第４実施形態の動作は、第１実施形態の動作と比べると、反力制御系において目標操舵トルクＴｒｅｆＡ及びＴｒｅｆＢの生成後から偏差ｄΔθの算出前までの動作（図１４でのステップＳ５０～Ｓ６０）が異なる。異なる動作について、図２８のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ３０の後、変換部３００は目標操舵トルクＴｒｅｆＡを目標捩れ角ΔθｒｅｆＡに変換し（ステップＳ５１）、変換部３１０は目標操舵トルクＴｒｅｆＢを目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに変換する（ステップＳ５２）。そして、加算部５１１は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡとΔθｒｅｆＢを加算し、目標捩れ角Δθｒｅｆを出力する（ステップＳ５３）。目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部５２０に加算入力され、ステップＳ７０へと続く。

図２９に示す反力制御系の構成例（第５実施形態）では、電流指令値演算後に上記加算を行っている。第５実施形態での反力制御系６０Ｂでは、図２７に示される第４実施形態での反力制御系６０Ａと比べると、捩れ角制御部４１０が更に追加され、加算部が捩れ角制御部４００の後段に移動している。

捩れ角制御部４１０は、捩れ角制御部４００と同様に、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに対して補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、電流指令値ＩｍｃＢを出力する。電流指令値ＩｍｃＢは加算部５１２に入力される。減算部５２０は、変換部３００から出力される目標捩れ角ΔθｒｅｆＡからトーションバー２Ａの捩れ角Δθを減算し、減算結果である偏差ｄΔθＡが捩れ角制御部４００に入力される。捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθＡに対して補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、電流指令値ＩｍｃＡを出力する。電流指令値ＩｍｃＡは加算部５１２に入力される。そして、電流指令値ＩｍｃＡとＩｍｃＢの加算結果が電流指令値Ｉｍｃとなる。

第５実施形態の動作は、第４実施形態の動作と比べると、反力制御系において目標捩れ角ΔθｒｅｆＡ及びΔθｒｅｆＢの演算後から偏差Ｉ１の算出前までの動作（図１４及び２８でのステップＳ５３～Ｓ８０）が異なる。異なる動作について、図３０のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ５２の後、減算部５２０は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡから捩れ角Δθを減算することにより、偏差ｄΔθＡを算出する（ステップＳ６１）。偏差ｄΔθＡは捩れ角制御部４００に入力され、捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθＡに補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより電流指令値ＩｍｃＡを求める（ステップＳ６２）。一方、捩れ角制御部４１０は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより電流指令値ＩｍｃＢを求める（ステップＳ６３）。そして、加算部５１２は、電流指令値ＩｍｃＡとＩｍｃＢを加算し、電流指令値Ｉｍｃを出力する（ステップＳ６４）。電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、ステップＳ９０へと続く。

上述の実施形態（第１～第５実施形態）では１つの制御装置が反力制御系及び転舵制御系を有しているが、反力制御系のみを有する制御装置と転舵制御系のみを有する制御装置をそれぞれ設けても良い。この場合、制御装置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１に示されるＳＢＷシステムは反力装置３０と転舵装置４０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。更に、反力装置３０はトーションバーを備えているが、ハンドル１と反力用モータ３１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。

上述の実施形態での捩れ角制御部は直接的に電流指令値を演算しているが、電流指令値を演算する前に、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、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。

本発明の主たる目的は、操舵終端での衝突を抑制するための目標操舵トルク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、上記の変換部及び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
１０ 車速センサ
３０ 反力装置
３１ 反力用モータ
３２、４２ 減速機構
３３ 舵角センサ
３４、４３ 角度センサ
３５ ストッパ
３６ 捩れ角演算部
３７、４７ ＰＷＭ制御部
３８、４８ インバータ
３９、４９ モータ電流検出器
４０ 転舵装置
４１ 転舵用モータ
５０ 制御装置
６０、６０Ａ、６０Ｂ 反力制御系
７０ 転舵制御系
１００、２００ 目標操舵トルク生成部
１１０ 基本マップ部
１２０、２１３ 微分部
１３０ ダンパゲイン部
１６０、２２０ 位相補償部
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｂ’ 弾性項生成部
２１１ 基本ゲイン部
２１２ 操舵角判定部
２１４ 傾きゲイン部
２１６ 傾きゲイン記憶部
２３１ シフト量決定部
２３２ シフト量記憶部
２４１ フィルタ部
２４２ 可変ゲイン部
２４４ 基準ゲイン部
３００、３１０ 変換部
４００、４１０ 捩れ角制御部
５００、８００ 電流制御部
６００ 目標転舵角生成部
６１０ 制限部
６２０ レート制限部
６３０ 補正部
７００ 転舵角制御部

Claims (9)

1. トーションバーを備え、操舵可能な限界となる操舵終端を有し、反力アクチュエータを駆動制御することにより、操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置であって、
   操舵角の大きさが、前記操舵終端に対応する角度の近傍に設定される閾値の大きさを超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する弾性項生成部を具備し、前記第１トルク信号を第１目標操舵トルクとして出力する第１目標操舵トルク生成部と、
   前記第１目標操舵トルクを第１目標捩れ角に変換する第１変換部と、
   前記第１目標捩れ角に基づいて、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値を演算する第１捩れ角制御部とを備え、
   前記弾性項生成部が、前記操舵角の大きさが前記閾値の大きさを超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が大きくなり、前記第１トルク信号が大きくなる割合が、舵角速度が速くなるに従って大きくなる特性を有し、
   前記弾性項生成部が、前記第１トルク信号が大きくなる割合を、前記閾値よりも大きさが小さい位置に設定される判定角における前記舵角速度に基づいて決定するようになっており、
   前記第１電流指令値に基づいて前記反力アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操向システムの制御装置。
2. トーションバーを備え、操舵可能な限界となる操舵終端を有し、反力アクチュエータを駆動制御することにより、操舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置であって、
   操舵角の大きさが、前記操舵終端に対応する角度の近傍に設定される閾値の大きさを超えた場合、出力する第１トルク信号が操舵反力として機能する弾性項生成部を具備し、前記第１トルク信号を第１目標操舵トルクとして出力する第１目標操舵トルク生成部と、
   前記第１目標操舵トルクを第１目標捩れ角に変換する第１変換部と、
   前記第１目標捩れ角に基づいて、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値を演算する第１捩れ角制御部とを備え、
   前記弾性項生成部が、前記操舵角に追従して前記閾値が変動し、前記変動する量が、舵角速度が速くなるに従って小さくなる特性を有し、
   前記第１電流指令値に基づいて前記反力アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操向システムの制御装置。
3. 前記弾性項生成部が、
   前記操舵角に対してローパスフィルタを適用して得られる値を用いて前記閾値を決定する請求項２に記載の車両用操向システムの制御装置。
4. 前記弾性項生成部が、
   前記操舵角の大きさが前記閾値の大きさを超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号が大きくなる特性を更に有する請求項２又は３に記載の車両用操向システムの制御装置。
5. 前記第１目標操舵トルク生成部が、
   前記第１トルク信号に対して位相進み補償を行う位相補償部を更に具備し、
   前記位相補償部からの出力を前記第１目標操舵トルクとして出力する請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
6. 基本マップを用いて前記操舵角に応じた第２トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第２トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部を更に備え、
   前記第１目標操舵トルク生成部からの出力及び前記第２目標操舵トルクより前記第１目標操舵トルクを算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
7. 基本マップを用いて前記操舵角に応じた第２トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第２トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部と、
   前記第２目標操舵トルクを第２目標捩れ角に変換する第２変換部とを更に備え、
   前記第１変換部からの出力及び前記第２目標捩れ角より前記第１目標捩れ角を算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
8. 基本マップを用いて前記操舵角に応じた第２トルク信号を求める基本マップ部を具備し、前記第２トルク信号を第２目標操舵トルクとして出力する第２目標操舵トルク生成部と、
   前記第２目標操舵トルクを第２目標捩れ角に変換する第２変換部と、
   前記第２目標捩れ角に基づいて第２電流指令値を演算する第２捩れ角制御部とを更に備え、
   前記第１捩れ角制御部からの出力及び前記第２電流指令値より前記第１電流指令値を算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
9. 前記第２目標操舵トルク生成部が、
   車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第３トルク信号を求めるダンパ演算部を更に具備し、
   前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号より前記第２目標操舵トルクを算出する請求項６乃至８のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。

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