JPWO2004101346A1 - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

ステアリング軸反力トルク推定手段によりステアリング軸反力トルクを推定し、基準路面反力トルク推定手段により基準路面反力トルクを推定したのち、推定されたステアリング軸反力トルク及び基準路面反力トルクを重み付けして、目標操舵反力トルク生成手段により、これらに基づき目標操舵反力トルクを設定するようにして、目標操舵反力トルクのヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節して、容易に操舵フィーリングを改善する。

Description

この発明は、目標操舵反力トルクのヒステリシス幅と傾きを調節して、操舵フィーリングを改善した操舵制御装置に関するものである。

特開２０００−２３８６５４号公報に記載されている従来の操舵制御装置では、操舵反力トルクを以下により定めていた。
操舵反力トルク＝Ｋ・タイヤ反力＋補正値
ただし、補正値は車速と操舵角から設定する。
これにより適度なヒステリシスを持った操舵反力特性（操舵角−操舵反力特性）を実現していた。
また、特開２００２−２７４４０５号公報に記載されている従来の操舵制御装置では、操舵反力トルクを以下により定めていた。それにより機械的に連結されていない分離型パワーステアリング装置において、従来のパワーステアリング装置搭載車と同等の操舵フィーリングを実現していた。
操舵反力トルクＴｈｅ＝（１＋ｆ（ｏ））^−１ＳＡＴ
ＳＡＴ：セルファライニングトルク
ｆ（ｏ）：アシストトルクＴｅｍ＝ｆ（ｏ）・Ｔｈｅ
また、特開２００２−１９６３１号公報に記載されている従来の操舵制御装置では、ヒステリシスのある操舵反力トルクを切増切戻判定手段とあらかじめ設定したハンドル角と操舵反力トルクの関係式から生成した。
特開２０００−２３８６５４号公報に示された従来の操舵制御装置では、「操舵反力トルク＝Ｋ・タイヤ反力＋補正値」により操舵反力トルクのヒステリシスと傾きを調節できるが、補正値をあらかじめ設定する必要があり、路面摩擦μの変化等によっては、適切な補正値にならない場合がある。
さらに、特開２００２−２７４４０５号公報に示された従来のステアバイワイヤでは、パワーステアリングのアシストマップの関係と推定したセルファライニングトルクから操舵反力トルクを設定するために、パワーステアリングシステム搭載車と同等の操舵フィーリングを得ることはできるが、操舵フィーリングを従来のパワーステアリング装置搭載車よりさらに向上させるように操舵反力のヒステリシス幅や傾きを自由に設定することが容易でない。
また、特開２００２−１９６３１号公報に示される従来の操舵制御装置では、ハンドル角と操舵反力トルクの関係式をあらかじめ設定する必要があるため、複雑な操舵反力トルクを設定するためには、マッチング工数が多くなり、また演算処理が複雑になる。さらに、車輪にかかる外力は、路面摩擦係数、操舵状況等によって変化するものである。操舵角と車速から数式的に求めた操舵反力トルクでは、車輪にかかる外力や操舵装置に内在する摩擦を十分に考慮した操舵反力トルクに制御できないため、車両挙動を認識できない課題があり、さらに操舵フィーリングを悪化させてしまう恐れがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、目標操舵反力トルクのヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節して、容易に操舵フィーリングを改善する目標操舵反力トルクを生成することができ、路面摩擦の変化に対しても適切な操舵反力トルクが得られる操舵制御装置を得ることを目的にしている。
この発明に係わる操舵制御装置においては、ハンドルに印加される操舵反力トルクの目標値である目標操舵反力トルクを生成する目標操舵反力トルク生成手段を有し、操舵反力トルクが目標操舵反力トルクに一致するように制御する操舵制御装置において、目標操舵反力トルク生成手段は、ステアリング軸反力トルクを推定するステアリング軸反力トルク推定手段、及び基準路面反力トルクを推定する基準路面反力トルク推定手段を備え、ステアリング軸反力トルク推定手段によって推定されたステアリング軸反力トルク及び基準路面反力トルク推定手段によって推定された基準路面反力トルクを用いて目標操舵反力トルクを設定するので、走行時の車両挙動を運転者に伝えることができ、自然な操舵フィーリングが得られると共に、目標操舵反力トルクのヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節することができるため、操舵フィーリングを向上する適切な目標操舵反力トルクを容易に設定することができる。

図１は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の構成の概略を示す図である。
図２は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の目標操舵反力トルク生成手段を示すフローチャートである。
図３は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置のステアリング軸反力トルクＴｓｔｅと基準路面反力トルクＴｒｏａｄの関係を示す図である。
図４は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の重み係数Ｗの例を示す図である。
図５は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の反力ゲインＫ１の例を示す図である。
図６は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置のステアリング軸反力トルクと目標操舵反力トルクを示す図である。
図７は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の重み係数Ｐのマップの例を示す図である。
図８は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の操舵角速度のフィルタ処理の違いを示す図である。
図９は、この発明の実施の形態２による操舵制御装置の構成の概略を示す図である。
図１０は、この発明の実施の形態３による操舵制御装置の構成の概略を示す図である。
図１１は、この発明の実施の形態３のフローチャートである。
図１２は、この発明の実施の形態４による操舵制御装置の構成の概略を示す図である。
図１３は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の目標操舵反力トルクと保舵時の目標操舵反力トルクとの関係を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の構成の概略を示す図である。
図１においては、運転者がハンドル１を操作する操舵機構１６と、車輪１５を転舵する転舵機構１７が機械的に結合していない、いわゆるステアバイワイヤシステムと呼ばれる操舵制御装置である。操舵機構１６は、ハンドル軸２を通じてハンドル１の操舵角を検出するハンドル角検出手段３と、ハンドルに印加されている操舵反力トルクを検出する操舵反力トルク検出手段４と、この操舵反力トルクを任意に制御する反力モータ５を備える。転舵機構１７は、操舵車輪の車輪舵角に相当する角度を検出する車輪舵角検出手段１１と、車輪舵角を任意に制御する舵角モータ８を備える。舵角モータ８により制御されたステアリング軸１０の回転角がピニオンギア１２、ラック１３、ナックルアーム１４を介し、車輪１５の車輪舵角に変換される。
制御装置７は、車輪転舵時に車輪に作用する反力のステアリング軸換算値と転舵機構に作用する摩擦トルクのステアリング軸換算値の和であるステアリング軸反力トルクを推定するステアリング軸反力トルク推定手段及び車輪転舵時に車輪に作用する反力のステアリング軸換算値である基準路面反力トルクを推定する基準路面反力トルク推定手段を有し、推定されたステアリング軸反力トルク及び基準路面反力トルクからハンドルに印加する操舵反力トルクの目標値を生成する目標操舵反力トルク生成手段と、目標操舵反力トルクと操舵反力トルク検出手段４により検出される操舵反力トルクが一致するように反力モータを駆動するための目標電流値を設定する操舵反力トルク制御手段と、操舵車輪の目標車輪舵角を生成する目標車輪舵角生成手段と、目標車輪舵角と車輪舵角検出手段１１の出力が一致するように舵角モータを駆動するための目標電流値を設定する車輪舵角制御手段を備える。
駆動回路６は、反力トルク制御手段で設定される目標電流が、反力モータに印加されるように駆動電流の制御を行う。駆動回路９は、車輪舵角制御手段で設定される目標電流が、舵角モータに印加されるように駆動電流の制御を行う。
図２は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の目標操舵反力トルク生成手段を示すフローチャートである。
図３は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置のステアリング軸反力トルクＴｓｔｅと基準路面反力トルクＴｒｏａｄの関係を示す図である。
図３において、横軸は操舵角、縦軸はトルクである。
図４は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の重み係数Ｗの例を示す図である。
図４において、横軸は基準路面反力トルクの絶対値、縦軸は重み係数である。
図５は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の反力ゲインＫ１の例を示す図である。
図５において、横軸は基準路面反力トルクの絶対値、縦軸は反力ゲインである。
図６は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置のステアリング軸反力トルクと目標操舵反力トルクを示す図である。
図６において、横軸は舵角、縦軸はトルクである。
図７は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の重み係数Ｐのマップの例を示す図である。
図７において、横軸は操舵角速度、縦軸は重み係数Ｐである。
図８は、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の操舵角速度のフィルタ処理の違いを示す図である。
図８において、横軸は時間、縦軸は操舵角速度の絶対値である。
次に、図２のフローチャートを用いて、目標操舵反力トルク生成手段について、順次説明する。
まず、図２のステップＳ１のステアリング軸反力トルク推定手段について述べる。
ステアリング軸反力トルクとは、車輪転舵時に車輪に作用する路面反力のステアリング軸換算値（基準路面反力トルクＴｒｏａｄ）と転舵機構１７に作用する摩擦トルクのステアリング軸換算値Ｔｆｒｉｃの和である。このステアリング軸反力トルクの推定手法として以下の方法を用いている。
図１の転舵機構１７は、一般的電動パワーステアリング装置において、アシストモータの出力のみで車輪を転舵していることに相当する。力学的に、ステアリング軸反力トルクＴｓｔｅは、舵角モータ電流Ｉｍａ、舵角モータトルク定数Ｋｍａ、舵角モータの慣性Ｊｍａ、舵角モータギア比（舵角モータ８からステアリング軸１０までのギア比）Ｇｍａ、ステアリング軸角加速度ｄ２θ／ｄｔ２とすると、式１の関係が成り立つ。
Ｔｓｔｅ＝Ｇｍａ・Ｋｍａ・Ｉｍａ−Ｇｍａ^２・Ｊｍａ・ｄ^２θ／ｄｔ^２
（式１）
ステアリング軸角加速度ｄ^２θ／ｄｔ^２は、車輪舵角検出手段１１の出力値を２階微分することで得られる。モータの慣性項を考慮すると、早い操舵時のステアリング軸反力トルクを精度良く推定できる。
特に、モータの慣性が小さく、モータ慣性の影響が無視できる場合、式２で路面反力Ｔｓｔｅを推定できる。
Ｔｓｔｅ＝Ｇｍａ・Ｋｍａ・Ｉｍａ （式２）
Ｔｓｔｅにノイズが含まれる場合は、遅れが問題にならない程度のカットオフ周波数を持つローパスフィルタでノイズを除去する。
次に、図２のステップＳ２の基準路面反力トルク推定手段について述べる。
基準路面反力トルクＴｒｏａｄとは、車輪転舵時に車輪に作用する反力であり、ここではステアリング軸換算した反力トルクとする。基準路面反力トルクＴｒｏａｄと転舵機構１７に作用する摩擦トルクＴｆｒｉｃの和が、ステアリング軸反力トルクに相当する。すなわち、図３で示すように、基準路面反力トルクは、ステアリング軸反力トルクにおけるヒステリシス幅の中心を通る反力である。
基準路面反力トルク推定手段では、特開２００１−１２２１４６号公報で用いたフィルタ処理手法を用いる。すなわち、推定したステアリング軸反力トルクをローパスフィルタに通すことで基準路面反力トルクを推定する。ローパスフィルタのカットオフ周波数は０．０５〜１Ｈｚであるが、操舵速度や車速に応じて変更しても良い。
このようにして推定したステアリング軸反力トルクＴｓｔｅと推定した基準路面反力トルクＴｒｏａｄから目標操舵反力トルクを設定する。ステアリング軸反力トルクと基準路面反力トルクを用いることにより、目標操舵反力トルクのヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節することができる。
次に、図２のステップＳ３、ステップＳ４について説明する。
ここでは、ハンドル角や車輪舵角、基準路面反力トルクＴｒｏａｄなどによって変化する反力ゲインＫ１と重み係数Ｗを用い、式３を用いてステアリング軸反力トルクＴｓｔｅと基準路面反力トルクＴｒｏａｄの重み付けを行って、目標操舵反力トルクＴｒｅｆ１を算出する。
Ｔｒｅｆ１＝Ｋ１・｛Ｗ・Ｔｓｔｅ＋（１−Ｗ）・Ｔｒｏａｄ｝
Ｗ≧０
（式３）
たとえば、図３より、基準路面反力トルクＴｒｏａｄとステアリング軸反力トルクＴｓｔｅを以下の式で表す。
Ｔｒｏａｄ＝Ｋａｌｉｇｎ・θ
Ｔｓｔｅ＝Ｋａｌｉｇｎ・θ＋ｓｉｇｎ（ｄθ／ｄｔ）・Ｔｆｒｉｃ
ここで、θはステアリング軸角度、ｄθ／ｄｔはステアリング軸角速度、ｓｉｇｎ（ｄθ／ｄｔ）はステアリング軸角速度の符号、Ｋａｌｉｇｎはステアリング軸角度θに対する基準路面反力トルクＴｒｏａｄまたはステアリング軸反力トルクＴｓｔｅの傾きである。また、ｓｉｇｎ（ｄθ／ｄｔ）・Ｔｆｒｉｃはステアリング軸反力トルクＴｓｔｅのヒステリシス幅に相当する。式３に代入すると目標操舵反力トルクＴｒｅｆ１は以下の式になる。
Ｔｒｅｆ１＝Ｋ１・Ｋａｌｉｇｎ・θ＋Ｗ・Ｋ１・ｓｉｇｎ（ｄθ／ｄｔ）・Ｔｆｒｉｃ
すなわち、目標操舵反力トルクＴｒｅｆ１の傾きをＫ１で調整し、目標操舵反力トルクＴｒｅｆ１のヒステリシス幅をＷ・Ｋ１で調整することができる。
たとえば、基準路面反力トルクＴｒｏａｄが小さい領域で、重み係数Ｗを小さくすることで、ヒステリシス幅を小さくでき、オンセンター感が強くなる。また摩擦の影響が小さいクイックな操舵感を得ることができる。
さらに、基準路面反力トルクＴｒｏａｄが小さい領域で、反力ゲインＫ１を大きくし、基準路面反力トルクＴｒｏａｄが大きい領域で、反力ゲインＫ１を小さくすることで、オンセンター感を強くするとともに、操舵角が大きい領域で操舵反力トルクを小さくし、パワーアシスト効果を得る。
図６は、ステアリング軸反力トルクと、式３を用いて求めた目標操舵反力トルクの例である。
また、ステアリング軸反力トルク、基準路面反力トルクは車速によって変化するため、車速に応じて反力ゲインＫ１、重み係数Ｗを変化させる。図４、図５は、重み係数Ｗと反力ゲインＫ１の例である。横軸に基準路面反力トルクの絶対値を取っているのは、左右両方の操舵を考慮しているためである。
次に、図２のステップＳ５、ステップＳ６について説明する。
切り増しと切り戻しでヒステリシスのある操舵反力トルクを反力モータで制御しようとすると、ハンドルを保舵しようとした時や、ハンドルを軽く持っている時に、微小な操舵で操舵反力トルクがヒステリシス間でハンチングを起こし、操舵フィーリングを悪化させてしまう。
そこで、ハンドル操舵速度によりヒステリシス幅を変化させる。
図１３に示すように式４を用いて、Ｔｒｅｆ１のヒステリシス幅の中心を通る保舵時の目標操舵反力トルクＴｒｅｆ２を算出する。
Ｔｒｅｆ２＝Ｋ１・Ｔｒｏａｄ （式４）
さらに、式５を用いて新たな目標操舵反力トルクを算出する。
Ｔｒｅｆ３＝Ｐ・Ｔｒｅｆ１＋（１−Ｐ）・Ｔｒｅｆ２
０≦Ｐ≦１ （式５）
Ｐは操舵角速度が小さいときに０に近づく重みである。ハンドル角速度のノイズが大きい場合や、微小操舵時の影響を小さくする場合は操舵角速度にローパスフィルタ処理をした値からＰを求める。図７に、重み係数Ｐのマップの例を示す。
また、操舵角速度の絶対値にローパスフィルタ処理をした値からＰを求めてもよい。ハンドル切り返し時に瞬間的にハンドル角速度が０になるが、絶対値にローパスフィルタ処理することで、０にならない。つまり切り返し操作を保舵と判定しない。図８に、操舵角速度のフィルタ処理の違いを示す。
実施の形態１によれば、ステップＳ１、Ｓ２により、ステアリング軸反力トルクＴｓｔｅと基準路面反力トルクＴｒｏａｄから目標操舵反力トルクを生成するにより、走行時の車両挙動をドライバに伝えることができ、自然なフィーリングが得られる。
さらに、目標操舵反力トルクのヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節することができるため、操舵フィーリングを向上する適切な目標操舵反力トルクを容易に設定することができる。
また、ステアリング軸反力トルク、基準路面反力トルクともに推定して求めるため、マッチング工数を少なくすることができる。またステアリング軸反力トルク、基準路面反力トルクをともに推定して求めるため、走行状況の変化（路面摩擦μの変化など）に対応して安定した操舵反力トルクを設定することができる。
また、ステップＳ３、Ｓ４により、操舵フィーリングを向上する適切な目標操舵反力トルクを容易に設定することができる。
また、車速変化に対応して、操舵フィーリングの良い操舵反力トルクが得られる。
さらにまた、ステップＳ５、Ｓ６により、ハンドル速度が小さいときに、ヒステリシス幅を小さくした目標操舵反力トルクを生成することで、保舵時のヒステリシス幅間で発生するハンチング振動を抑え、操舵フィーリングを良くすることができる。
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による操舵制御装置の構成の概略を示す図である。
図９においては、運転者がハンドル１を操作する操舵機構１６と、車輪１５を転舵する転舵機構１７が機械的に結合していない図１の操舵制御装置に対し、操舵機構１６と、車輪１５を転舵する転舵機構１７が遊星ギア機構１８、遊星ギア機構１９を介して、機械的に結合した機構になっている。
ハンドル軸２は、遊星ギア機構１８のキャリア２１に結合されている。反力モータ５は、遊星ギア機構１８のリングギア２２にギアを介して接続され、リングギアの回転を制御する。ステアリング軸１０は、遊星ギア機構１９のキャリア２５に結合されている。遊星ギア機構１８のサンギア２０と遊星ギア機構１９のサンギア２４は、シャフト２８で結合されており、シャフト２８にギアを介して、舵角モータ８が接続される。遊星ギア機構１９のリングギア２６は、回転できないように固定されている。遊星ギア機構１８の遊星ギア２３、遊星ギア機構１９の遊星ギア２７も図中に示す。
図９では、舵角モータ８で、車輪舵角（ステアリング軸１０の角度）を制御する。遊星ギア機構１８は、差動機構として働き、ハンドル操舵角と車輪舵角との間に角度差を生じさせると共に、反力モータ５で、ハンドル１に印加されている操舵反力トルクを制御する。
遊星ギア機構１８のサンギア２０の角度をθ１ｓ、キャリア２１の角度をθ１ｃ、リングギア２２の角度をθ１ｒとする。リングギア２２の回転を固定した時のサンギア２０とキャリア２１のギア比をＧ１ｓとする。
θ１ｓ＝Ｇ１ｓ・θ１ｃ （式６）
サンギア２０の回転を固定した時のリングギア２２とキャリア２１のギア比をＧ１ｒとする。
θ１ｒ＝Ｇ１ｒ・θ１ｃ （式７）
遊星ギア機構の特性からキャリア２１にトルクＴ１ｃを入力した場合の、サンギア２０での出力トルクＴ１ｓ、リングギア２２での出力トルクＴ１ｒは、
Ｔ１ｓ／Ｇ１ｒ＝Ｔ１ｃ／（Ｇ１ｓ・Ｇ１ｒ）＝Ｔ１ｒ／Ｇ１ｓ
（式８）
の関係がある。
キャリア２１の入力トルクＴ１ｃは、操舵反力トルク検出手段４で検出した操舵反力トルクＴｓｅｎｓに等しいため、サンギア２０からの出力トルクＴ１ｓは、式９で求まる。
Ｔ１ｓ＝Ｔ１ｃ／Ｇ１ｓ＝Ｔｓｅｎｓ／Ｇ１ｓ （式９）
遊星ギア機構１９のサンギア２４の角度をθ２ｓ、キャリア２５の角度をθ２ｃとする。サンギア２４とキャリア２５のギア比をＧ２ｓとするとき、
θ２ｓ＝θ１ｓ＝Ｇ２ｓ・θ２ｃ （式１０）
舵角モータの電流Ｉｍａ、舵角モータトルク定数Ｋｍａ、舵角モータの慣性Ｊｍａ、舵角モータギア比（舵角モータ８からシャフト２８までのギア比）Ｇｍａ、ステアリング軸角加速度ｄ^２θ２ｃ／ｄｔ^２とすると、
Ｇｍａ^２・Ｊｍａ・ｄ^２θ１ｓ／ｄｔ^２＝Ｔ１ｓ＋Ｇｍａ・Ｋｍａ・Ｉ
ｍａ−Ｔｓｔｅ／Ｇ２ｓ （式１１）
と力学的に表すことができる。
これを、ステアリング軸角で表すと、
Ｇｍａ^２・Ｇ２ｓ・Ｊｍａ・ｄ^２θ２ｃ／ｄｔ^２＝Ｔｓｅｎｓ／Ｇ１ｓ
＋ Ｇｍａ・Ｋｍａ・Ｉｍａ−Ｔｓｔｅ／Ｇ２ｓ （式１２）
になり、よって、ステアリング軸反力トルクは、以下の式１３より推定可能である。
Ｔｓｔｅ＝Ｇ２ｓ・Ｔｓｅｎｓ／Ｇ１ｓ＋Ｇｍａ・Ｇ２ｓ・Ｋｍａ・
Ｉｍａ−Ｇｍａ^２・Ｇ２ｓ^２・Ｊｍａ・ｄ^２θ２ｃ／ｄｔ^２ （式１３）
ステアリング軸角加速度ｄ^２θ２ｃ／ｄｔ^２は、車輪舵角検出手段１１の出力値を２階微分することで得られる。
モータの慣性が小さく、モータ慣性の影響が無視できる場合、次式でステアリング軸反力トルクＴｓｔｅを推定できる。
Ｔｓｔｅ＝Ｇ２ｓ・Ｔｓｅｎｓ／Ｇ１ｓ ＋Ｇｍａ・Ｇ２ｓ・Ｋｍａ・Ｉｍａ
（式１４）
Ｔｓｔｅにノイズが含まれる場合は、遅れが問題にならない程度のカットオフ周波数を持つローパスフィルタでノイズを除去する。
図９に示す機構において、ステアリング軸反力トルクを推定するには、操舵機構１６からシャフト２８に作用する力を求める必要があるが、反力モータの慣性や出力トルク等を考慮して求めようとすると複雑になる。しかし、ハンドルに印加されている操舵反力トルクを検出する操舵反力トルク検出手段４の出力Ｔｓｅｎｓを用いることで、操舵機構１６からシャフト２８に作用する力をＴｓｅｎｓのゲイン倍として求めることができる。
そのため、検出した操舵反力トルクＴｓｅｎｓと舵角モータ電流Ｉｍａとステアリング軸角加速度ｄ^２θ２ｃ／ｄｔ^２からステアリング軸反力トルクを推定することができ、推定に必要な状態量を少なくでき、安定した推定が可能である。センサも図９の構成から、さらに追加する必要がなく、コストを低くすることができる。
また、ステアリング軸反力トルクを推定するために、路面摩擦係数μを推定、摩擦の方向判定をする必要がなく、ステアリング軸反力トルクを安定して推定することができる。
なお、ハンドル軸２が遊星ギア機構１８のサンギア２０に結合し、ステアリング軸１０は遊星ギア機構１９のサンギア２４に結合し、遊星ギア機構１８のキャリア２１と遊星ギア機構１９のキャリア２５をシャフト２８で結合した構成や、遊星ギア機構１８の代わりにハーモニックドライブ減速機構などの差動歯車機構を用いた構成においても、トルクの入出力関係を用いることで、操舵反力トルクを検出する操舵反力トルク検出手段４の出力結果Ｔｓｅｎｓと舵角モータ電流Ｉｍａとステアリング軸角加速度ｄ^２θ２ｃ／ｄｔ^２からステアリング軸反力トルクを推定することができる。
また、遊星ギア機構１９は単なる減速機構として作用するため、遊星ギア機構に代わるその他の減速機構を用いてもよい。
実施の形態２によれば、図９の構成によっても、ステアリング軸反力トルクを推定することができ、推定に必要な状態量を少なくでき、安定した推定が可能である。センサも図９の構成から、さらに追加する必要がなく、コストを低くすることができる。
また、実施の形態１と同様に、推定したステアリング軸反力トルクＴｓｔｅを用い、実施の形態１の図２フローチャートを実施することで、目標操舵反力トルクを生成する。それにより目標操舵反力トルク生成手段において、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
この発明は、従来の電動パワーステアリング操舵制御装置、またはハンドル操舵角に対する車輪転舵角の伝達比を可変にする伝達比可変機構と電動パワーステアリング装置を備えた操舵制御装置にも適用可能である。以下に電動パワーステアリング操舵制御装置に適用した実施例を説明する。
実施の形態３．
図１０はこの本発明の実施の形態３に係わる操舵装置の構成の概略を示す構成図である。運転者がハンドル１を操作すると、ハンドル１の回転角がステアリング軸１０、ピニオンギア１２、ラック１３、ナックルアーム１４を介し車輪１５の車輪舵角に変換される操舵装置において、電動パワーステアリング操舵制御装置は、ドライバが操舵した場合の操舵反力トルクを検出する操舵反力トルク検出手段４の出力に基づいて、制御装置７でアシストモータ２９のモータ電流目標値を演算する。駆動回路３０は制御装置７で設定される目標電流がアシストモータ電流に印加されるように駆動電流の制御を行う。
従来の電動パワーステアリング操舵制御装置では、操舵反力検出手段４の出力に基づいてアシストトルクを設定し、設定したアシストトルクを発生するようにモータ電流目標値を演算するのに対し、本発明では、目標操舵反力トルクＴｒｅｆを設定し、操舵反力トルクＴｓｅｎｓが目標操舵反力トルクＴｒｅｆに一致するようにアシストモータ電流目標値を演算する構成であり、推定したステアリング軸反力トルクＴｓｔｅ及び推定した基準路面反力トルクを用いて目標操舵反力トルクＴｒｅｆを設定する。
図１１は実施の形態３のフローチャートである。
ステップＳ１０１のステアリング軸反力推定手段について説明する。ステアリング軸反力トルクＴｓｔｅはアシストモータ電流Ｉｍａ、アシストモータトルク定数Ｋｍａ、アシストモータの慣性Ｊｍａ、アシストモータギア比（アシストモータ２９からステアリング軸１０までのギア比）Ｇｍａ、ステアリング軸角加速度ｄ^２θ／ｄｔ^２、操舵反力トルク検出手段４の出力Ｔｓｅｎｓとすると、次式から推定することができる。
Ｔｓｔｅ＝Ｔｓｅｎｓ＋Ｇｍａ・Ｋｍａ・Ｉｍａ−Ｇｍａ^２・Ｊｍａ・ｄ^２θ／ｄｔ^２
（式１５）
ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４では実施の形態１と同様に、推定したステアリング軸反力トルクＴｓｔｅを用い、図２のフローチャートを実施することで、目標操舵反力トルクを生成する。それにより目標操舵反力生成手段において、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
ステップＳ１０５ではドライバの操舵に対する操舵反力トルクＴｓｅｎｓを目標操舵反力Ｔｒｅｆ１に制御するようにアシストモータ電流目標値Ｉｒｅｆを算出する。例えば式１６を演算して電流目標値Ｉｒｅｆを算出する。ここで（ｓ）はラプラス演算子であり、Ｇｃ（ｓ）には例えばＰＩＤ制御を採用する。
Ｉｒｅｆ＝Ｇｃ（ｓ）・（Ｔｒｅｆ１−Ｔｓｅｎｓ） （式１６）
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で設定される目標電流Ｉｒｅｆがアシストモータ電流に印加されるように駆動回路の駆動電流制御を行う。
この実施の形態３によれば、電動パワーステアリング操舵制御装置において操舵反力のヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節することができ、操舵フィーリングが向上する。
実施の形態４．
ハンドル操舵角に対する車輪転舵角の伝達比を可変にする伝達比可変機構と電動パワーステアリング装置を備えた操舵制御装置における実施例を以下に説明する。
図１２に伝達比可変機構と電動パワーステアリング装置を備えた操舵制御装置を示す。図１２は図９と同じ機構であるが、図９の反力モータ５が伝達比可変機構の角度重畳モータ３１、図９の舵角モータ８が電動パワーステアリング装置のアシストモータ３２として動作する。
遊星ギア機構１８のサンギア２０の角度をθ１ｓ、キャリア２１の角度をθ１ｃ、リングギア２２の角度をθ１ｒとする。またステアリング軸１０の角度をθ２ｃとする。遊星ギア機構１８の差動機構を用いることにより、キャリア２１の角度θ１ｃとリングギア２２の角度θ１ｒとステアリング軸１０の角度θ２ｃの間には、式１６の関係式が成り立つ。
θ２ｃ＝θ１ｃ−θ１ｒ／Ｇ１ｒ （式１７）
すなわち、ハンドル操舵に応じて、角度重畳モータ３１でリングギアの角度θ１ｒを制御することで、ハンドル操舵角に対する車輪転舵角の伝達比を可変にすることができる。
実施の手順は、実施の形態３のフローチャート図１１と同様である。
図１１のステップＳ１０３において、反力ゲインＫ１、重み係数Ｗは、ハンドル角、車輪舵角、ハンドル角に対する車輪舵角の伝達比および、その他の車両状態量に応じて変更してもよい。
例えば、伝達比を考慮して反力ゲインＫ１、重み係数Ｗを設定することで、伝達比が変化した時の、ドライバの操舵反力トルク変化を抑えることができる。
この実施の形態４によれば、電動パワーステアリング操舵制御装置において操舵反力のヒステリシス幅と傾きをそれぞれ調節することができ、操舵フィーリングが向上する。さらに伝達比を考慮して、操舵反力を設定することで、伝達比が変化した時の、ドライバの操舵反力トルク変化を抑えることができる。

本発明は、自動車などの操舵制御装置に適用して好適である。

Claims (5)

1. ハンドルに印加される操舵反力トルクの目標値である目標操舵反力トルクを生成する目標操舵反力トルク生成手段を有し、上記操舵反力トルクが上記目標操舵反力トルクに一致するように制御する操舵制御装置において、上記目標操舵反力トルク生成手段は、ステアリング軸反力トルクを推定するステアリング軸反力トルク推定手段、及び基準路面反力トルクを推定する基準路面反力トルク推定手段を備え、上記ステアリング軸反力トルク推定手段によって推定されたステアリング軸反力トルク及び上記基準路面反力トルク推定手段によって推定された基準路面反力トルクを用いて上記目標操舵反力トルクを設定することを特徴とする操舵制御装置。
2. 上記ステアリング軸反力トルク及び上記基準路面反力トルクは、重み付けされて上記目標操舵反力トルクの設定に用いられることを特徴とする請求項１記載の操舵制御装置。
3. 上記ステアリング軸反力トルク及び上記基準路面反力トルクの重み付けに用いられる係数は、車速に応じて変化させることを特徴とする請求項２記載の操舵制御装置。
4. 上記目標操舵反力トルク生成手段により設定された目標操舵反力トルクと、保舵時に基準路面反力トルクより設定される目標操舵反力トルクとを用いて、操舵角速度に応じた重み付けを行い、新たな目標操舵反力トルクを設定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の操舵制御装置。
5. ハンドルに結合されたハンドル軸と車輪を転舵する転舵機構とが差動歯車機構を介して結合された操舵制御装置において、上記ステアリング軸反力トルク推定手段は、車輪舵角を制御する舵角モータのモータ電流と操舵反力トルクとステアリング軸角加速度とを用いてステアリング軸反力トルクを推定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の操舵制御装置。

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