特許 6566104 電動パワーステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6566104

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】電動パワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20190819BHJP

   B62D 101/00 20060101ALN20190819BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20190819BHJP

【ＦＩ】

   B62D6/00

   B62D101:00

   B62D119:00

【請求項の数】6

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2018-173892(P2018-173892)

(22)【出願日】2018年9月18日

(62)【分割の表示】特願2018-520637(P2018-520637)の分割

【原出願日】2018年1月15日

(65)【公開番号】特開2019-6393(P2019-6393A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2018年9月18日

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2017/028610

(32)【優先日】2017年8月7日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2017-17384(P2017-17384)

(32)【優先日】2017年2月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078776

【弁理士】

【氏名又は名称】安形 雄三

(72)【発明者】

【氏名】北爪 徹也

(72)【発明者】

【氏名】下川邊 聡

【審査官】 飯島 尚郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０１７２３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−０１３６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７４６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２４１７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２１９８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１６６１００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６２Ｄ １０１／００−１３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
舵角、前記操舵トルク、前記電流指令値、車速及び実舵角速度によってハンドル戻し制御電流を演算し、前記ハンドル戻し制御電流で前記電流指令値を補正した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、
前記ハンドル戻し制御部が、目標舵角速度及び前記実舵角速度の速度偏差に基づいて前記ハンドル戻し制御電流を演算する構成であり、
前記舵角及び前記車速に基づいて目標戻り速度を演算し、前記操舵トルク及び前記電流指令値から算出されたアシストトルクとの加算値に基づいて、前記目標戻り速度を補正して前記目標舵角速度を求めるようになっており、
前記操舵トルク、若しくは前記電流指令値から算出されたアシストトルク、若しくは前記操舵トルク及び前記アシストトルクの両方、若しくは前記操舵トルク及び前記アシストトルクの加算トルク値に対して、ゲイン調整部によってゲイン調整して、前記加算値を求めて前記目標舵角速度を算出するようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

【請求項2】

前記ゲイン調整部が、前記操舵トルク、若しくは前記アシストトルク、若しくは前記加算トルク値の微小領域で、入力と出力が等しい特性（ゲイン＝１）よりも小さな出力値となる特性を有している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項3】

前記ゲイン調整部が、前記車速を入力し、前記車速に応じて前記微小領域の特性を可変する請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項4】

少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
舵角、前記操舵トルク、前記電流指令値、車速及び実舵角速度によってハンドル戻し制御電流を演算し、前記ハンドル戻し制御電流で前記電流指令値を補正した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、
前記ハンドル戻し制御部が、目標舵角速度及び前記実舵角速度の速度偏差に基づいて前記ハンドル戻し制御電流を演算する構成であり、
前記舵角及び前記車速に基づいて目標戻り速度を演算し、前記操舵トルク及び前記電流指令値から算出されたアシストトルクとの加算値に基づいて、前記目標戻り速度を補正して前記目標舵角速度を求めるようになっており、
前記操舵トルク、若しくは前記電流指令値から算出されたアシストトルク、若しくは前記操舵トルク及び前記アシストトルクの両方、若しくは前記操舵トルク及び前記アシストトルクの加算トルク値に対して、不感帯を有する不感帯部によって調整して、前記加算値を求めて前記目標舵角速度を算出するようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

【請求項5】

前記不感帯部が、前記操舵トルク、若しくは前記アシストトルク、若しくは前記加算トルク値の微小領域で不感帯幅を有している請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項6】

前記不感帯部が、前記車速を入力し、前記車速に応じて前記微小領域の不感帯特性を可変する請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に目標舵角速度と実舵角速度の速度偏差にＰＩＤ（比例・積分・微分）制御等を行う、電動パワーステアリング装置のハンドル戻し制御において、操舵トルク及びアシストトルク（電流指令値）に含まれる運転者の意図した操舵入力若しくは操舵入力に基づく車両運動特性のみを目標舵角速度の算出に用いることで、運転者の意図に合ったハンドル戻し制御を行う機能を有する電動パワーステアリング装置に関する。特に操舵トルク及びアシスト電流に含まれる外乱成分を取り除いて目標舵角速度を算出し、ハンドル戻し制御電流で電流指令値を補正することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的にかつ滑らかに中立点に戻すようにし、ハンドル戻し制御の機能を一層向上した信頼性の高い電動パワーステアリング装置に関する。また、目標舵角速度と実舵角速度との速度偏差を位相補償してハンドル戻し制御電流を求め、また目標舵角速度の算出に用いる粘性係数を操舵系の切増し／切戻し状態に応じて可変してハンドル戻し制御電流を求める高性能な電動パワーステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両のステアリング機構にモータの回転力でアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機構を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、アシストトルク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。

【0003】

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は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ラック・ピニオン機構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、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｄを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θ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が減速ギア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Ｔｄ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によってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良い。

【0004】

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）５０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ５０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、ＣＡＮ５０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ＣＡＮ５１も接続可能である。

【0005】

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ(Central Processing Unit)（ＭＣＵ(Micro Controller Unit)、ＭＰＵ(Micro Processor Unit)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。

【0006】

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Ｔｄ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ５０からの）車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部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Ｔｄ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との電流偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その電流偏差ΔＩが操舵動作の特性改善のためのＰＩ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。インバータ３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

【0007】

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。

【0008】

このような電動パワーステアリング装置では、減速ギアやラック・ピニオンにより摩擦が大きく、また、アシストトルクを発生させるためのモータによりステアリング軸回りの等価慣性モーメントが大きい。そのため、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）が小さい低車速域などでは、摩擦の方がＳＡＴよりも大きいことによりハンドル戻りが悪くなる。つまり、低車速域で直進状態に戻す際に、ＳＡＴのみでは舵角が中立点まで戻ってこない。そのため、運転者の操舵介入により中立点まで戻す必要があり、運転者の負担となる。

【0009】

一方、ＳＡＴが大きい高車速域ではＳＡＴが大きいため、ハンドル戻りの舵角速度は低車速に比べて速くなる傾向にある。しかし、慣性モーメントが大きいため慣性トルクが大きく、舵角の中立点でハンドルが収束せず、オーバーシュートしてしまう。このような状況では、運転者は車両特性を不安定と感じる。

【0010】

従って、低車速ではハンドル戻りを補助するため、また、高車速では車両特性を安定にするために収れん性を増加させることが必要となる。それらを達成するために様々なハンドル戻り時に適度なアシストをするための制御手法が提案されている。それらのハンドル戻し制御の中でも、運転者による操舵介入時でも滑らかなハンドル戻し制御を行うことを目的とした先行技術として、特許第４６８５５５７号公報（特許文献１）に示される電動パワーステアリング装置がある。

【0011】

特許文献１の装置では、目標舵角速度に追従するように構成された制御器において、ベース目標舵角速度を車速及びトルクによる乗算及び加算の補正で、目標舵角速度を算出している。運転者による操舵介入時には、トルクが加わった方向に目標舵角速度を補正することで、運転者操舵時の違和感を減少させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特許第４６８５５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

手放し状態で滑らかなハンドル戻りを実現させるためには、舵角加速度が大きく変動せずに、舵角中立点で舵角速度が０となることが良い。しかしながら、特許文献１記載の装置では、目標舵角速度を設定する際には、操舵トルクによる補正を行っているが、アシストトルクによる補正は行っていない。アシストトルクは一般的に車速が大きくなるほど小さくなるように設定するため、操舵トルク及び車速による補正では、好ましい補正量の算出に手間がかかることが課題となっている。また、過大な設定値となっている場合にはハンドル戻し制御が過大に働き、運転者にとって違和感になることがある。

【0014】

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、目標舵角速度と舵角速度との速度偏差にＰＩＤ制御等を行うハンドル戻し制御において、操舵トルク及びアシスト電流に含まれる運転者の操舵意図若しくは車両運動特性のみを目標舵角速度の算出に用いることで、或いは操舵トルク及びアシスト電流に含まれる外乱成分を取り除いて目標舵角速度を算出することで、運転者の意図に合ったハンドル戻し制御の機能を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、運転者の操舵介入時でも、操舵トルク、車速及び操舵状態に基づく、車両特性を考慮した補正により、違和感なく滑らかなハンドル戻し制御を実現できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、舵角、前記操舵トルク、前記電流指令値、車速及び実舵角速度によってハンドル戻し制御電流を演算し、前記ハンドル戻し制御電流で前記電流指令値を補正した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、前記ハンドル戻し制御部が、目標舵角速度及び前記実舵角速度の速度偏差に基づいて前記ハンドル戻し制御電流を演算する構成であり、前記舵角及び前記車速に基づいて目標戻り速度を演算し、前記操舵トルク及び前記電流指令値から算出されたアシストトルクとの加算値に基づいて、前記目標戻り速度を補正して前記目標舵角速度を求めるようになっており、前記操舵トルク、若しくは前記電流指令値から算出されたアシストトルク、若しくは前記操舵トルク及び前記アシストトルクの両方、若しくは前記操舵トルク及び前記アシストトルクの加算トルク値に対して、ゲイン調整部によってゲイン調整して、或いは不感帯を有する不感帯部によって調整して、前記加算値を求めて前記目標舵角速度を算出するようになっていることにより達成される。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、仮想操舵系（車両）モデルには仮想的な慣性モーメント、仮想的な粘性係数を設定できるため、操舵系特性として好ましくない慣性モーメント、粘性係数を持っている場合においても、仮想操舵系（車両）モデルを用いて目標舵角速度を求めてフィードバック制御することで仮想的な慣性モーメント、仮想的な粘性係数に近づけることが可能となる。これにより、直進状態に戻す走行状態において、違和感なくハンドルを積極的に中立点に戻すことができる。

【0017】

本発明（第１実施形態〜第４実施形態）では、運転者の意図ではない変動成分（路面などからの外乱）による違和感を低減させるため、操舵トルク又はアシストトルク或いはその両方（若しくはその加算トルク値）が小さい微小領域において、出力が小さくなるようにゲインを調整する調整部、或いは不感帯幅を有する調整部を設けている。これにより、算出する目標舵角速度が安定し、ハンドル戻し制御によって滑らかな戻りの操舵感を実現することができる。特に直進状態走行に近い走行では、運転者は軽く保舵している状況であり、運転者は外乱によるザワザワした振動を感じやすい。本発明では、操舵トルクやアシストトルクが小さい領域で出力が小さくなるようにゲインを調整するゲイン調整部や不感帯部を設けているので、この振動を感じにくくできる。また、運転者の意図しない成分を減衰するフィルタも有していることで、さらに滑らかな戻りの操舵感を実現することができる。

【0018】

また、本発明（第５実施形態）では、特に目標舵角速度と実舵角速度との速度偏差に位相進みなどの位相補償を施している。これにより、遅れや外乱成分を取り除き、最適なハンドル戻り性能を達成することができる。

【0019】

更に、本発明（第６実施形態）では、目標舵角速度ω₀ を求めるために用いる粘性係数Ｃを、操舵系の切増し／切戻し状態に応じて変更若しくは切り換えるようにしている。これにより、ハンドル戻り性能と切増し操舵フィールの両方を高次元で達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】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。

【図2】従来の電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。

【図3】本発明の基本となる構成例を示すブロック図である。

【図4】操舵トルクゲイン部の出力ゲイン例を示す特性図である。

【図5】目標戻り速度演算部の出力例を示す特性図である。

【図6】車速ゲイン部の出力例を示す特性図である。

【図7】粘性係数出力部の出力例を示す特性図である。

【図8】本発明の基本動作例を示すフローチャートの一部である。

【図9】本発明の基本動作例を示すフローチャートの一部である。

【図10】フィルタの特性例を示すゲイン図である。

【図11】本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。

【図12】ゲイン調整部の特性例を示す特性図である。

【図13】不感帯部の特性例を示す特性図である。

【図14】本発明の第１実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【図15】本発明の第１実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【図16】本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。

【図17】ゲイン調整部の特性例を示す特性図である。

【図18】本発明の第２実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【図19】本発明の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。

【図20】ゲイン調整部の特性例を示す特性図である。

【図21】本発明の第３実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【図22】本発明の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。

【図23】位相調整部の特性例を示す特性図である。

【図24】本発明の第５実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【図25】本発明の構成例（第６実施形態）を示すブロック図である。

【図26】切増し／切戻し時の状態量を説明する特性図である。

【図27】切増し／切戻しの判定例を示す線図である。

【図28】粘性係数出力部の出力の変更例を示す特性図である。

【図29】本発明の第６実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【図30】本発明の第６実施形態の動作例を示すフローチャートの一部である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

電動パワーステアリング装置において、アシスト力を伝達するための減速ギアやラック・ピニオンの摩擦により動作が阻害され、直進状態に戻したい走行状態であるにも拘わらずハンドルが中立点まで戻らず、車両が直進状態になり難いことがある。舵角及び車速に応じたハンドル戻し制御電流により電流指令値を補正（補償）することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的に中立点に戻すことができる。

【0022】

本発明では、舵角及び車速に応じて目標戻り速度（目標値）を定義し、コラム軸に付加される操舵トルク及びアシストトルク（電流指令値）から算出される目標速度値を目標戻り速度に加算し、その加算結果に、仮想的な操舵系特性に応じた伝達特性を乗算することで目標舵角速度を算出する。その目標舵角速度と実舵角速度との速度偏差に対して比例（Ｐ）制御、積分（Ｉ）制御、微分（Ｄ）制御のうちの少なくとも１つの制御を実施する。目標戻り速度を、操舵トルク及びアシストトルクを粘性係数で除算して算出された目標速度値で補正して求めた目標舵角速度を用いて、フィードバック制御を行う。或いは操舵系の粘性係数を切増し／切戻し状態に応じて変更若しくは切り換え、目標戻り速度を、操舵トルク及びアシストトルクを粘性係数で除算して算出された目標速度値で補正して求めた目標舵角速度を用いて、フィードバック制御を行う。或いは目標速度値を求めるときに、操舵トルク又はアシストトルク或いはその両方（若しくはその加算トルク値）に、出力が小さくなるようなゲイン調整処理か不感帯処理をして、目標舵角速度を算出してフィードバック制御を行う。或いは、目標舵角速度と実舵角速度との速度偏差を位相補償して、フィードバック制御を行う。これらにより、運転者による操舵介入時にも自然なフィーリングのハンドル戻し制御を実現することができる。

【0023】

本発明の基本構成では、操舵トルクと電流指令値（アシスト電流）を用いてステアリング軸トルクを算出し、目標舵角速度と実舵角速度の速度偏差に基づいてハンドル戻し制御電流を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に関し、主たる運転者の意図した操舵入力以上若しくは操舵入力に基づく車両運動特性以上の周波数（例えば１０［Ｈｚ］〜）を減衰させるように、ステアリング軸トルクから目標舵角速度を算出する経路にＬＰＦ（ローパスフィルタ）を介挿している。これにより、ＥＰＳの持つノイズ成分や共振による振動、不要なロードノイズ成分や運転者が意図しないトルク変動や車両変動などをカットし、より滑らかなハンドル戻し性能を提供する。

【0024】

本発明における仮想操舵系（車両）モデルとは、舵角θ及び車速Ｖｓから求めた目標戻り速度ωｔ（−ωｔ）と、操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａとから求めた目標速度値の合計である補正後目標戻り速度に、操舵系の仮想的な慣性モーメントＪ及び仮想的な粘性係数Ｃに応じた操舵系伝達関数を適用することで、目標舵角速度ω_０を算出するモデルである。

【0025】

仮想操舵系（車両）モデルを用いることで、操舵系の仮想的な慣性モーメントＪ、仮想的な粘性係数Ｃを設定することができるため、操舵系（車両）特性を任意に決めることが可能となる。また、仮想操舵系（車両）モデルにはアシストトルクＴａも加味した運転者の操舵介入も考慮されているため、運転者が操舵している状態でも滑らかなハンドル戻りを提供することができる。

【0026】

ここにおいて、操舵系に静止摩擦、クーロン摩擦及び弾性項がないと仮定した場合、セルフアライニングトルクＳＡＴ、操舵トルクＴｄ、アシストトルクＴａの力の釣り合い方程式は、下記数１となる。

【0027】

【数1】

ここで、Ｊは仮想的な操舵系の慣性モーメント、Ｃは仮想的な操舵系の粘性係数である。
そして、実舵角速度ωは舵角θの時間微分であるので、下記数２が成立する。

【0028】

【数2】

よって、目標舵角速度をω_０とすると、下記数３が成立する。

【0029】

【数3】

そして、ｓをラプラス演算子とすると下記数４となり、数４を整理すると下記数５となる。

【0030】

【数4】

【0031】

【数5】

よって、目標舵角速度ω_０は上記数５より、下記数６となる。

【0032】

【数6】

数６を整理すると下記数７となる。

【0033】

【数7】

上記数７より、目標舵角速度ω_０が求まる。ここで、ＳＡＴ／ＣはセルフアライニングトルクＳＡＴによって発生する舵角速度として、車両特性に応じて設定する戻り舵角速度として考えることができる。

【0034】

【数8】

上記数８は仮想操舵系（車両）モデルから求められる伝達特性である。

【0035】

【数9】

また、上記数９は操舵トルクＴｄ、アシストトルクＴａによって発生する舵角速度である。

【0036】

セルフアライニングトルクＳＡＴは一般的に舵角θ及び車速Ｖｓによって決まるため、戻り舵角速度は車速Ｖｓ及び舵角θに応じて設定できるように構成する。数７を目標舵角速度ω_０と戻り舵角速度ωｔを用いて表すと、下記数１０となる。操舵トルクＴｄはトルクセンサによって検出でき、アシストトルクＴａは電流指令値からモータトルク定数、ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔを考慮して算出可能である。操舵トルクＴｄとアシストトルクＴａの合計に対して仮想的なステアリングの粘性係数Ｃで除算することで、操舵トルクＴｄとアシストトルクＴａによって発生する舵角速度ω_１を算出する。戻り舵角速度ωｔと舵角速度ω_１を加算し、加算値に数８の伝達関数を乗算することで目標舵角速度ω_０を得る。

【0037】

本発明では、目標舵角速度ω_０と実舵角速度ωの速度偏差に応じてＰＩＤ制御（少なくともＰＩ）を行うが、ＰＩＤ制御の前の速度偏差に位相補償を施すことにより最適なハンドル戻し制御性能を達成する。

【0038】

【数10】

位相補償として、位相進み補償を施した場合、その前段の実舵角速度に施したノイズ除去などのためのフィルタ（図示せず）、数１０の第２項の算出経路に施したフィルタや仮想操舵系（車両）モデルによる位相遅れを回復できる。これにより、運転者は快適なハンドル戻り性能を得ることができる。また、１次遅れを含む位相遅れ補償を施した場合は、高周波の偏差が抑制されるため、滑らかな制御出力となる。これにより、特に直進状態に近いときに、軽くハンドルに手を添えている状態のときなどにザワザワする振動を感じにくくなる。更に位相進みと位相遅れを組み合わせてもよく、この場合は、一般的に運転者の操舵周波数や運転者の操舵による車両運動は１０［Ｈｚ］程度までと言われているため、位相進み・遅れフィルタ特性として１０［Ｈｚ］以内では位相が遅れず、位相遅れは１０［Ｈｚ］を超えた周波数帯でゲインを落とすように設定する。更に、位相進み・遅れ補償と１次遅れ補償を多段に組み合わせても良い。

【0039】

また、上記数１０において粘性係数Ｃを小さくすると、操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａによって発生する舵角速度ω_１が大きくなり、目標舵角速度に占める比率を相対的に大きくすることができる。従って、運転者の動作が目標舵角速度に反映され易くなる。これにより、運転者の操舵によって制御出力が変化し易くなることで、ハンドル戻し制御が実装されながらも、不自然な抵抗感などが発生することなく操舵することが可能となる。一方、粘性係数Ｃを大きくすると、目標舵角速度における戻り目標速度ωt の比率が相対的に大きくなる。これにより、運転者の操舵の影響を小さくしつつ、安定したハンドル戻りを実現することできる。例えば、切増し操舵では粘性係数Ｃを小さく、切戻し操舵では粘性係数Ｃを大きくすることで、切増し操舵では、運転者が抵抗なく操舵できるようになる。一方、切戻し操舵では、運転者がハンドルに手をかけていたとしても、安定したハンドル戻りを実現することができる。

【0040】

先ず本発明の基本概念を説明する。

【0041】

操舵トルクＴｄ、アシストトルクＴａには路面外乱による変動成分などが含まれるが、これは運転者の意図によるものではない。これを目標舵角速度ω_０に反映すると、車両は運転者の意図しない挙動となり、違和感となる可能性がある。このため、本発明では、操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａを用いて算出する目標速度値ω_１の後段に、運転者の意図した操舵入力若しくは操舵入力に基づく車両運動特性(ヨーやロールなど)より高い周波数成分を減衰させるフィルタ（ＬＰＦ）を設ける。これにより、安定した制御、滑らかな戻り、運転者の意図に合った操舵感を実現する。一般的に、運転者の操舵周波数や運転者の操舵による車両運動は１０［Ｈｚ］程度までと言われているため、フィルタ特性として１０［Ｈｚ］で、ゲイン０［ｄＢ］より３［ｄＢ］以上低下する減衰特性を有するものとする。

【0042】

図３は本発明の基本となるハンドル戻し制御部１００の構成例を示している。操舵トルクＴｄは、操舵トルクゲインＴｈを出力する操舵トルクゲイン部１１０及び加算部１０２に入力される。舵角θは目標戻り速度ωｔを演算する目標戻り速度演算部１２０に入力される。また、車速Ｖｓは目標戻り速度演算部１２０、車速ゲインＫＰを出力する車速ゲイン部１３０及び粘性係数Ｃを出力する粘性係数出力部１３３に入力される。粘性係数出力部１３３からの粘性係数Ｃは操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０に入力される。実舵角速度ωは減算部１０３に減算入力される。電流指令値Ｉｒｅｆはゲイン部１１１で、モータトルク定数、ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔと乗算され、アシストトルクＴａとして加算部１０２に入力される。従って、加算部１０２の加算結果は、操舵トルクＴｄとアシストトルクＴａの合計トルク値となり、その合計トルク値が伝達関数“１／Ｃ”の操舵系特性部１５０に入力される。操舵系特性部１５０からの目標速度値ω_１はローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５１に入力される。ＬＰＦ１５１で運転者の操舵入力以上若しくは操舵入力に基づく車両運動特性以上の周波数（例えば１０［Ｈｚ］〜）を減衰された目標速度値ω_２が加算部１０１に入力される。

【0043】

舵角θ及び車速Ｖｓに基づいて目標戻り速度演算部１２０で演算された目標戻り速度ωｔは、反転部１２１で符号を反転（−ωｔ）されて加算部１０１に入力される。加算部１０１での加算結果である目標速度値ω_３が伝達関数“１／（Ｊ／Ｃｓ＋１）”の操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１６０は、慣性モーメントＪ、粘性係数Ｃから前記数８に従って伝達関数を決め、目標舵角速度ω_０を出力する。目標舵角速度ω_０が減算部１０３に加算入力される。実舵角速度ωは減算部１０３に減算入力され、目標舵角速度ω_０と舵角速度ωとの速度偏差ＳＧ１が減算部１０３で算出され、速度偏差ＳＧ１が乗算部１３２に入力される。

【0044】

また、操舵トルクゲイン部１１０から出力される操舵トルクゲインＴｈは乗算部１３２及びリミッタ１４２に入力される。車速ゲイン部１３０からの車速ゲインＫＰも乗算部１３２及びリミッタ１４２に入力される。

【0045】

乗算部１３２で、速度偏差ＳＧ１が操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰと乗算され、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２（比例制御値）として出力される。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２は、加算部１０４に入力されると共に、特性改善のため、積分部１４０及び積分ゲイン部１４１とからなる積分制御部に入力され、積分制御値がリミッタ１４２に入力される。積分制御値は、リミッタ１４２で操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰに応じて出力を制限される。制限された信号ＳＧ４が加算部１０４で、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２と加算され、ハンドル戻し制御電流ＨＲとして出力される。積分部１４０の積分は、摩擦の影響を受け易い低操舵トルク域を補償し、特に手放しで摩擦に負ける領域で積分を利かせる。加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆがハンドル戻し制御電流ＨＲと加算されて補正（補償）され、補正された補償電流指令値Ｉｒｅｆｎがモータ駆動系に入力される。

【0046】

操舵トルクゲイン部１１０、車速ゲイン部１３０、減算部１０３及び乗算部１３２でハンドル戻し制御ゲイン算出部を構成し、粘性係数出力部１３３、操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０で操舵系特性部を構成し、積分部１４０、積分ゲイン部１４１、リミッタ１４２、加算部１０４でハンドル戻し制御電流演算部を構成している。

【0047】

操舵トルクゲイン部１１０は図４に示すような特性であり、操舵トルクＴｄがトルク値Ｔｄ１までは一定値ゲインＴｈ１を出力し、トルク値Ｔｄ１を超えると次第に減少し、トルク値Ｔｄ２以上でゲイン０となる出力特性となっている。図４では線形に減少しているが、非線形でも良い。また、目標戻り速度演算部１２０は図５（Ａ）に示すように、車速Ｖｓをパラメータとして、舵角θが大きくなるに従って目標戻り速度ωｔが次第に大きくなる出力特性であり、また、図５（Ｂ）に示すように、車速Ｖｓが高速になるに従って連続して漸増しない出力特性で、目標戻り速度ωｔが変化する。即ち、車速Ｖｓが高速になるに従って徐々に増加した後に一旦減少し、その後に車速Ｖｓが増加すると再び増加する特性である。車速ゲイン部１３０は図６に示す特性であり、少なくとも車速Ｖｓ１までは小さいゲインＫＰ１で一定であり、車速Ｖｓ１以上では次第に大きくなり、車速Ｖｓ２以上では大きなゲインＫＰ２で一定であるが、このような特性に限定されるものではない。

【0048】

また、車速Ｖｓに応じて粘性係数Ｃを可変する粘性係数出力部１３３は図７に示す特性であり、少なくとも車速Ｖｓ３までは小さい粘性係数Ｃ１で一定であり、車速Ｖｓ３以上で車速Ｖｓ４（＞Ｖｓ３）以下では次第に大きくなり、車速Ｖｓ４以上では大きな粘性係数Ｃ２で一定であるが、このような特性に限定されるものではない。車速Ｖｓ３以上で車速Ｖｓ４以下の領域では、非線形に増加しても良い。

【0049】

このような基本構成において、その動作例を図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。

【0050】

先ず操舵トルクＴｄ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖｓ、舵角θ、実舵角速度ωを入力（読み取り）し（ステップＳ１）、操舵トルクゲイン部１１０は操舵トルクゲインＴｈを出力する（ステップＳ２）。ゲイン部１１１は電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数等の乗算値Ｋｔを乗算してアシストトルクＴａを算出する（ステップＳ３）。加算部１０２でアシストトルクＴａと操舵トルクＴｄとが加算され、その合計値であるトルク値ＡＤ１が操舵系特性部１５０に入力される（ステップＳ４）。

【0051】

また、目標戻り速度演算部１２０は入力された舵角θ及び車速Ｖｓに基づいて目標戻り速度ωｔを演算し（ステップＳ１０）、反転部１２１が目標戻り速度ωｔの符号反転を行い（ステップＳ１１）、反転された目標戻り速度“−ωｔ”を加算部１０１に入力する。車速ゲイン部１３０は車速Ｖｓに従った車速ゲインＫＰを出力する（ステップＳ１２）。粘性係数出力部１３３は車速Ｖｓに従った粘性係数Ｃを出力する（ステップＳ１３）。粘性係数Ｃは操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１５０はトルク値ＡＤ１を粘性係数Ｃで除算し（ステップＳ１４）、目標速度値ω_１を出力する（ステップＳ１５）。目標速度値ω_１がＬＰＦ１５１に入力されてフィルタ処理される（ステップＳ１６）。

【0052】

加算部１０１で、ＬＰＦ１５１でフィルタ処理された目標速度値ω_２と目標戻り速度“−ωｔ”とが加算され、加算結果である目標速度値ω_３が操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１６０から目標舵角速度ω_０が出力される（ステップＳ３０）。減算部１０３で目標舵角速度ω_０と実舵角速度ωとの速度偏差ＳＧ１が算出される（ステップＳ３１）。速度偏差ＳＧ１は乗算部１３２に入力され、操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰと乗算され（ステップＳ３２）、その乗算によってハンドル戻し制御ゲインＳＧ２が求められる。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２は積分部１４０で積分処理され（ステップＳ３３）、更に積分ゲイン部１４１で積分結果が積分ゲインＫＩと乗算され（ステップＳ３４）、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３が出力される。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３はリミッタ１４２に入力され、リミッタ１４２で操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰを用いてリミット処理される（ステップＳ３５）。

【0053】

リミッタ１４２でリミット処理されたハンドル戻し制御ゲインＳＧ４は加算部１０４に入力され、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２と加算され（ステップＳ３６）、ハンドル戻し制御電流ＨＲが出力される。加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆがハンドル戻し制御電流ＨＲと加算されて補正され（ステップＳ３７）、補償電流指令値Ｉｒｅｆｎを出力する（ステップＳ３８）。

【0054】

操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａによって算出する目標速度値の後段に、運転者の意図した操舵入力若しくは操舵入力に基づく車両運動特性（ヨーやロールなど）より高い周波数成分を減衰させるフィルタ（ＬＰＦ）を設けることで、安定した制御、滑らかな戻り、運転者の意図に合った操舵感を実現することができる。一般的に、運転者の操舵周波数や運転者の操舵による車両運動は１０［Ｈｚ］程度までと言われているため、本発明で使用するＬＰＦ１５１の周波数特性は、図１０に示すように１０［Ｈｚ］で、ゲイン０［ｄＢ］より３［ｄＢ］以上低下する減衰特性を有するものであれば良く、特性Ａに限られず、特性ＢやＣであっても良い。

【0055】

以下に、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0056】

上述した基本構成において、操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａには路面外乱による変動成分などが含まれるが、これは運転者の意図によるものではない。これを目標舵角速度ω_０に反映すると、車両は運転者の意図しない挙動となり、違和感となる可能性がある。運転者の意図ではない変動成分による違和感を低減させるために、操舵トルクＴｄ又はアシストトルクＴａ或いはその両方（若しくはその加算トルク値）が小さい微小領域において、出力が小さくなるように不感帯部又はゲインを調整するゲイン調整部を設ける。これにより、算出する目標舵角速度が安定し、ハンドル戻し制御によって滑らかな戻りの操舵感を実現する。特に直進状態走行に近い走行では、運転者は軽く保舵している状況であり、運転者は外乱によるザワザワした振動を感じやすい。小さい領域で出力を小さくするようにゲインを調整するゲイン調整部や不感帯部を設けることで、この振動を感じにくくすることができる。

【0057】

本発明の第１実施形態〜第４実施形態では、目標舵角速度を算出/補正するために用いるアシストトルク（電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数、減速ギア比及びギア効率を乗算したトルク値）と操舵トルクＴｄの一方若しくは両方に、或いはアシストトルクと操舵トルクの加算結果であるトルク値に、微小な領域において出力が小さくなるように不感帯部若しくは感度を下げるゲイン調整部を前述した基本構成に加える。これにより、外乱などによる不要な目標舵角速度の補正を防止し、より滑らかなハンドル戻し性能を実現する。

【0058】

図１１は本発明に係るハンドル戻し制御部１００Ａの構成例（第１実施形態）を示しており、図３に対応しているので、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。なお、第１実施形態では、ＬＰＦ１５１は無くても良い。

【0059】

第１実施形態では新たにゲイン調整部１１２が設けられており、加算部１０２の加算結果であるトルク値ＡＤ１がゲイン調整部１１２に入力され、ゲイン調整部１１２でゲイン調整されたトルク値ＡＤ２は操舵系特性部１５０に入力される。

【0060】

ゲイン調整部１１２は図１２（Ａ）に示されるように、出力ＡＤ２は、トルク値ＡＤ１が小さい±ＡＤｒの領域では、入力と出力が等しいゲイン＝１．０の特性よりも小さな値である。ここで、所定値ＡＤｒは、運転者が路面からの外乱を比較的感じやすい操舵トルク１［Ｎｍ］程度と低車速でのアシストトルク１０［Ｎｍ］程度を考慮した領域となる加算トルク１１［Ｎｍ］程度までに設定する。所定値±ＡＤｒを超える範囲では徐々にゲイン＝１．０の特性に近づくようになり、トルク値ＡＤ１が±ＡＤｒ１を超える領域ではゲインが“１．０”となっている特性（補正）で、トルク値ＡＤ２を出力する。ここでは、正負各３本の直線でゲインを調整しているが、±ＡＤｒ１の領域では非線形であっても良い。また、トルク値ＡＤ１が±ＡＤｒ１を超える領域で、ゲイン＝１．０の特性と同じ値となる特性を例示したが、ゲイン＝１．０の特性よりも小さい値となっていても良い。また、トルク値ＡＤ１に対する補正はゲイン調整部１１２に代え、図１３に特性例を示すような微小不感帯を有する不感帯部であっても良い。その他、トルク値ＡＤ１が小さい領域でゲイン＝１．０の特性の値よりも小さい値を出力すれば、どのような特性線であっても良い。アシストトルクは車速応じて変化するＳＡＴに見合った操舵力となるように、車両試験を行って決定される。このようにアシストトルクは車速に応じて変化するので、外乱抑制と戻り性能のバランスをとりながら、低車速から高車速まで車両試験を行ってＡＤｒとＡＤｒに対応する出力値ＡＤ２を決定する。車両試験の時間や負荷を低減するために、ゲイン調整部１１２若しくは不感帯部に車速を入力して、ＡＤｒとＡＤｒに対応する出力値ＡＤ２を車速に応じて段階的に若しくは連続的に変化させるようにしても良い。一般的に、アシストトルクは車速が高くなるにつれ小さくなるので、ＡＤｒを車速が高くなるほど小さくするように設定することもできる。図１２（Ｂ）に設定例を示す。ゲイン調整部１１２には、車速Ｖｓがパラメータとして入力される。高車速でのＡＤｒはＡＤｈｒ、低車速でのＡＤｒはＡＤｌｒであり、ＡＤｈｒ＜ＡＤｌｒとなっている。高車速と低車速との間の車速においては、一般に知られているような補間方法を用いて、出力値ＡＤ２を求めることができる。実際には戻り性能のバランスをとりながら、車両試験を行って決定されるため、ＡＤｒは車速が高いほど小さくなる特性になるとは限らない。トルク値ＡＤ２は、伝達関数“１／Ｃ”の操舵系特性部１５０に入力される。

【0061】

このような構成において、その動作例（第１実施形態）を図１４及び図１５のフローチャートを参照して説明する。

【0062】

先ず操舵トルクＴｄ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖｓ、舵角θ、実舵角速度ωを入力（読み取り）し（ステップＳ１）、操舵トルクＴｄは操舵トルクゲイン部１１０及び加算部１０２に入力される。操舵トルクゲイン部１１０は操舵トルクゲインＴｈを出力する（ステップＳ２）。ゲイン部１１１は電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数、減速ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔを乗算してアシストトルクＴａを算出する（ステップＳ３）。加算部１０２で操舵トルクＴｄとアシストトルクＴａとが加算され、トルク値ＡＤ１が求まる（ステップＳ４）。ゲイン調整部１１２でトルク値ＡＤ１がゲイン調整され、操舵系特性部１５０に入力される（ステップＳ５）。なお、ゲイン調整部１１２の代わりに不感帯部が設けられている場合には、不感帯処理されたトルク値ＡＤ２が操舵系特性部１５０に入力される。

【0063】

また、目標戻り速度演算部１２０は入力された舵角θ及び車速Ｖｓに基づいて目標戻り速度ωｔを演算し（ステップＳ１０）、反転部１２１が目標戻り速度ωｔの符号反転を行う（ステップＳ１１）。車速ゲイン部１３０は車速Ｖｓに従った車速ゲインＫＰを出力する（ステップＳ１２）。粘性係数出力部１３３は車速Ｖｓに従った粘性係数Ｃを出力する（ステップＳ１３）。粘性係数Ｃは操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１５０はトルク値ＡＤ２を粘性係数Ｃで除算し（ステップ１４）目標速度値ω_１を出力する（ステップ１５）。目標速度値ω_１がＬＰＦ１５１に入力されてフィルタ処理される（ステップＳ１６）。

【0064】

加算部１０１で目標戻り速度“−ωｔ”とフィルタ処理後の目標速度値ω_２が加算され、加算結果である目標速度値ω_３が操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１６０から目標舵角速度ω_０が出力される（ステップＳ３０）。減算部１０３で、目標舵角速度ω_０と実舵角速度ωとの速度偏差ＳＧ１が算出される（ステップＳ３１）。速度偏差ＳＧ１は乗算部１３２に入力され、操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰと乗算され（ステップＳ３２）、それらの乗算によってハンドル戻し制御ゲインＳＧ２が求められる。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２は積分部１４０で積分処理され（ステップＳ３３）、更に積分ゲイン部１４１で積分結果が積分ゲインＫＩと乗算処理され（ステップＳ３４）、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３が出力される。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３はリミッタ１４２に入力され、リミッタ１４２で操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫｐを用いてリミット処理される（ステップＳ３５）。

【0065】

リミッタ１４２でリミット処理されたハンドル戻し制御ゲインＳＧ４は加算部１０４に入力され、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２と加算され（ステップＳ３６）、ハンドル戻し制御電流ＨＲが出力される。加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆがハンドル戻し制御電流ＨＲと加算されて補正され（ステップＳ３７）、補償電流指令値Ｉｒｅｆｎが出力される（ステップＳ３８）。

【0066】

次に、本発明の第２実施形態のハンドル戻し制御部１００Ｂを、図１６に示して説明する。第２実施形態においても、ＬＰＦ１５１は無くても良い。

【0067】

図１６は図３及び図１１に対応しており、本第２実施形態では加算部１０２からのトルク値ＡＤ１ではなく、操舵トルクＴｄの入力を可変するゲイン調整部１１２Ａが設けられている。即ち、操舵トルクＴｄを入力して、図１７に示すような特性で操舵トルクＴｄａを出力するゲイン調整部１１２Ａが加算部１０２の前段に設けられている。ゲイン調整された操舵トルクＴｄａは加算部１０２に入力される。図１７の操舵トルクＴｄ_０は、運転者が路面からの外乱を比較的感じやすい操舵トルク１［Ｎｍ］程度を含む領域０［Ｎｍ］〜１．５［Ｎｍ］程度に設定する。第２実施形態においても、ゲイン調整部１１２Ａに代えて、図１３に示すような不感帯特性を有する不感帯部を設けても良い。

【0068】

第２実施形態の動作例は図１８のフローチャートに示されるように、先ず操舵トルクＴｄ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖｓ、舵角θ、実舵角速度ωを入力（読み取り）し（ステップＳ１）、操舵トルクゲイン部１１０は操舵トルクゲインＴｈを出力する（ステップＳ２）。また、操舵トルクＴｄはゲイン調整部１１２Ａに入力されてゲイン調整され、ゲイン調整された操舵トルクＴｄａが加算部１０２に入力される（ステップＳ２Ａ）。ゲイン部１１１は電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数、ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔを乗算してアシストトルクＴａを算出する（ステップＳ３）。加算部１０２で操舵トルクＴｄａとアシストトルクＴａとが加算され、加算結果が操舵系特性部１５０に入力される（ステップＳ４）。以降は前述の第１実施形態と同様である。即ち、以降は、図１４のステップＳ１０〜図１５のステップＳ３８が実施される。

【0069】

なお、ゲイン調整部１１２Ａの代わりに不感帯部が設けられている場合には、不感帯処理された操舵トルクＴｄａが加算部１０２に入力される（ステップＳ２Ａ）。

【0070】

次に、本発明の第３実施形態のハンドル戻し制御部１００Ｃを、図１９に示して説明する。第３実施形態においても、ＬＰＦ１５１は無くても良い。

【0071】

図１９は図１６に対応しており、本第３実施形態では操舵トルクＴｄのゲイン調整ではなく、ゲイン部１１１からのアシストトルクＴａを可変するゲイン調整部１１２Ｂが設けられている。即ち、ゲイン部１１１からのアシストトルクＴａを入力して、図２０に示すような特性でアシストトルクＴｂを出力するゲイン調整部１１２Ｂが加算部１０２の前段に設けられており、ゲイン調整されたアシストトルクＴｂは加算部１０２に入力される。図２０のアシストトルクＴａ_１は、運転者が路面からの外乱を比較的感じやすい操舵トルク１［Ｎｍ］程度のときの低車速でのアシストトルク１０［Ｎｍ］程度を考慮した領域０［Ｎｍ］〜１０［Ｎｍ］程度に設定する。第３実施形態においても、ゲイン調整部１１２Ｂに代えて、図１３に示すような不感帯特性の不感帯部を設けても良い。第１実施形態の説明と同様に、車速をゲイン部１１２Ｂ若しくは不感帯部に入力して、Ｔａ_１とＴａ_１に対応するアシストトルクＴｂを車速に応じて段階的に若しくは連続的に変化させるようにしても良い。また、ゲイン調整部１１２Ｂや不感帯はアシストトルクＴ_ａに施すのではなく、電流指令値Ｉｒｅｆに施しても良く、その後に乗算値Ｋｔを乗算しても良い。

【0072】

第３実施形態の動作例は図２１のフローチャートに示されるように、先ず操舵トルクＴｄ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖｓ、舵角θ、実舵角速度ωを入力（読み取り）し（ステップＳ１）、操舵トルクＴｄは操舵トルクゲイン部１１０及び加算部１０２に入力される。操舵トルクゲイン部１１０は操舵トルクゲインＴｈを出力する（ステップＳ２）。ゲイン部１１１は電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数、ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔを乗算してアシストトルクＴａを算出する（ステップＳ３）。アシストトルクＴａはゲイン調整部１１２Ｂに入力されてゲイン調整され、ゲイン調整されたアシストトルクＴｂが加算部１０２に入力される（ステップＳ３Ａ）。加算部１０２でゲイン調整されたアシストトルクＴｂと操舵トルクＴｄとが加算され、加算結果が操舵系特性部１５０に入力される（ステップＳ４）。以降は前述の第１実施形態と同様である。即ち、以降は、図１４のステップＳ１０〜図１５のステップＳ３８が実施される。

【0073】

なお、ゲイン調整部１１２Ｂの代わりに不感帯部が設けられている場合には、不感帯処理されたアシストトルクＴｂが加算部１０２に入力される（ステップＳ３Ａ）。

【0074】

また、前述のゲイン調整部若しくは不感帯部を操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａの両方に対して実施することも可能である（第４実施形態）。

【0075】

以上説明したように第１実施形態〜第４実施形態では、操舵トルク又はアシストトルク或いはその両方（若しくはその加算トルク値）が小さい微小領域において、出力が小さくなるようにゲインを調整するゲイン調整部を設けたり、或いは不感帯幅を有する調整部を設けている。これにより、運転者の意図ではない変動成分による違和感を低減させることができ、算出する目標舵角速度が安定し、ハンドル戻し制御によって滑らかな戻りの操舵感を実現することができる。特に直進状態走行に近い走行では、運転者は軽く保舵している状況であり、運転者は外乱によるザワザワした振動を感じやすい。しかし、小さい領域で出力が小さくなるようにゲインを調整するゲイン調整部や不感帯部を設けているので、この振動を感じにくくできる。

【0076】

次に、目標舵角速度と実舵角速度との速度偏差に位相進みなどの位相補償を施し、遅れや外乱成分を取り除き、最適なハンドル戻り性能を達成する第５実施形態を説明する。

【0077】

図２２は第５実施形態のハンドル戻し制御部１００Ｄの構成例を、図３に対応させて示しており、第５実施形態では、減算部１０３と乗算部１３２との間に位相補償部１７０が介挿されている。相補償部１７０以外は全て図３に対応しているので、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【0078】

位相補償部１７０は図２３に示すような特性であり、図２３（Ａ）は位相進みの補償を実施する場合の特性である。位相補償部１７０は、減算部１０３から入力される速度偏差ＳＧ１を位相進み処理して補償後速度偏差ＳＧ１Ｐを出力し、補償後速度偏差ＳＧ１Ｐは乗算部１３２に入力される。また、図２３（Ｂ）は位相遅れの補償を実施する場合の特性である。位相補償部１７０は、減算部１０３から入力される速度偏差ＳＧ１を位相遅れ処理して補償後速度偏差ＳＧ１Ｐを出力し、補償後速度偏差ＳＧ１Ｐは乗算部１３２に入力される。図２３（Ｃ）は位相進みと位相遅れの補償を組み合わせて実施する場合の特性である。位相補償部１７０は、減算部１０３から入力される速度偏差ＳＧ１に対して位相進みと位相遅れの処理をして補償後速度偏差ＳＧ１Ｐを出力し、補償後速度偏差ＳＧ１Ｐは乗算部１３２に入力される。なお、位相進みと位相遅れの順番は適宜変更可能である。また、位相遅れは１次遅れ補償でも良い。

【0079】

このような構成において、その動作例を図８及び図２４のフローチャートを参照して説明する。

【0080】

先ず図８のフローチャートに示されるように、操舵トルクＴｄ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖｓ、舵角θ、実舵角速度ωを入力（読み取り）し（ステップＳ１）、操舵トルクゲイン部１１０は操舵トルクゲインＴｈを出力する（ステップＳ２）。ゲイン部１１１は電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数、減速ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔを乗算してアシストトルクＴａを算出する（ステップＳ３）。加算部１０２で操舵トルクＴｄとアシストトルクＴａとが加算され、その合計トルク値ＡＤが操舵系特性部１５０に入力される（ステップＳ４）。

【0081】

また、目標戻り速度演算部１２０は入力された舵角θ及び車速Ｖｓに基づいて目標戻り速度ωｔを演算し（ステップＳ１０）、反転部１２１が目標戻り速度ωｔの符号反転を行う（ステップＳ１１）。反転された目標戻り速度“−ωｔ”を加算部１０１に入力する。車速ゲイン部１３０は車速Ｖｓに従った車速ゲインＫＰを出力する（ステップＳ１２）。粘性係数出力部１３３は車速Ｖｓに従った粘性係数Ｃを出力する（ステップＳ１３）。粘性係数Ｃは操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１５０は、トルク値ＡＤを粘性係数Ｃで除算し（ステップＳ１４）、目標速度値ω_１を出力する（ステップＳ１５）。目標速度値ω_１がＬＰＦ１５１に入力されてフィルタ処理される（ステップＳ１６）。

【0082】

以後は図２４のフローチャートに示されるように、ＬＰＦ１５１でフィルタ処理された目標速度値ω_２は加算部１０１で目標戻り速度“−ωｔ”と加算され、加算結果である目標速度値ω_３が操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１６０から目標舵角速度ω_０出力される（ステップＳ３０）。減算部１０３で目標舵角速度ω_０と実舵角速度ωとの速度偏差ＳＧ１が算出される（ステップＳ３１）。

【0083】

速度偏差ＳＧ１は位相補償部１７０に入力されて上述したような位相補償が実施される（ステップＳ３１Ａ）。位相補償部１７０からの補償後速度偏差ＳＧ１Ｐが乗算部１３２に入力され、操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰと乗算され（ステップＳ３２）、その乗算によってハンドル戻し制御ゲインＳＧ２が求められる。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２は積分部１４０で積分処理され（ステップＳ３３）、更に積分ゲイン部１４１で積分結果が積分ゲインＫＩと乗算処理され（ステップＳ３４）、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３が出力される。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３はリミッタ１４２に入力され、リミッタ１４２で操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰを用いてリミット処理される（ステップＳ３５）。

【0084】

リミッタ１４２でリミット処理されたハンドル戻し制御ゲインＳＧ４は加算部１０４に入力され、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２と加算され（ステップＳ３６）、ハンドル戻し制御電流ＨＲが出力される。加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆがハンドル戻し制御電流ＨＲと加算されて補正され（ステップＳ３７）、補償電流指令値Ｉｒｅｆｎが出力される（ステップＳ３８）。

【0085】

以上説明したように、第５実施形態では、目標舵角速度と実舵角速度との速度偏差に位相進みなどの位相補償を施しているので、遅れや外乱成分を取り除き、最適なハンドル戻り性能を達成することができる。

【0086】

次に、操舵系の切増し／切戻し状態に応じて粘性係数Ｃを変更若しくは切り換えるようにして、ハンドル戻り性能と切増操舵フィールの両立を高次元で達成する第６実施形態について説明する。

【0087】

図２５は第６実施形態のハンドル戻し制御部１００Ｅの構成例を、図３に対応させて示しており、新たに切増し／切戻し判定部１８０が設けられると共に、粘性係数出力部１３３が粘性係数出力部１３３Ａに変更されている。他の構成は図３と同様であるが、ＬＰＦ１５１は無くても良い。

【0088】

切増し／切戻し判定部１８０は、本例では舵角θ及び実舵角速度ωに基づいて切増し／切戻しの判定を行い、図２６に示すように実舵角速度ωの所定領域（＋ω_ｒ〜−ω_ｒ）を設定して、切増し／切戻し状態に応じた情報として状態量ゲインαを出力する。状態量ゲインαは粘性係数出力部１３３Ａに入力される。切増し／切戻し状態に応じた情報としての状態量ゲインαは、切増しのときに“１”、切戻しのときに“０”のように出力されても良いし、後述するように、“１”と“０”の間を連続的に変化するようにしても良い。切増し／切戻し判定部１８０は、本例では図２７に示すように、舵角θと舵角速度ωの方向（正負）関係に基づいて切増し／切戻し状態を判定して、切増し／切戻し状態に応じた状態量ゲインαを出力する。切増し／切戻しの判定は操舵トルクＴｄと舵角速度ωの方向（正負）関係でも良く、他に公知の判定手法を用いることができる。

【0089】

また、粘性係数出力部１３３Ａは、車速Ｖｓ及び切増し／切戻し情報としての状態量ゲインαに応じて図２８（Ａ）又は（Ｂ）に示すような特性を用いて粘性係数Ｃを出力し、粘性係数Ｃを操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０に入力する。即ち、粘性係数出力部１３３Ａは、切増し時に出力する小さい粘性係数と切戻し時に出力する大きな粘性係数を有しており、切増し／切戻し情報としての状態量ゲインαに応じて変更若しくは切り換えて粘性係数Ｃを出力する。図２８（Ａ）又は（Ｂ）ではいずれも細線が切増し時の粘性係数であり、太線が切戻し時の粘性係数である。図２８（Ａ）の特性例では、車速Ｖｓ３までは一定の粘性係数Ｃ１ｒ及びＣ１ｔであり、車速Ｖｓ３から車速Ｖｓ４までの範囲で粘性係数はいずれも線形に増加し、車速Ｖｓ４以上の範囲で一定の粘性係数Ｃ２ｒ及びＣ２ｔとなっている。また、車速Ｖｓ３と車速Ｖｓ４を切増しと切戻しで同じ値としているが、異なる値としても良い。また、図２８（Ｂ）の特性例では、切増し／切戻し状態のいずれの粘性係数も、車速Ｖｓ５までは非線形に減少（漸減）し、車速Ｖｓ５以上の範囲で非線形に増加（漸増）する特性となっている。また、図２８（Ｂ）では、車速Ｖｓ５を切増しと切戻しで同じ値としているが、異なる値としても良い。

【0090】

そして、本発明の粘性係数出力部１３３Ａには車速と状態量ゲインαが入力されており、下記数１１に従って最終粘性係数Ｃを演算し、操舵系特性部１５０及び１６０に入力する。
（数１１）
最終粘性係数Ｃ＝切増し状態の粘性係数×α＋切戻し状態の粘性係数×（１−α）
ここで、αは、０≦α≦１である。

前述したように、粘性係数Ｃを小さくすると、操舵トルクＴｄ及びアシストトルクＴａによって発生する舵角速度ω_１が大きくなり、目標舵角速度に占める比率を相対的に大きくすることができる。従って、運転者の動作が目標舵角速度に反映され易くなるため、運転者の操舵によって制御出力が変化し易くなることで、ハンドル戻し制御が実装されながらも、不自然な抵抗感などが発生することなく操舵することが可能となる。一方、粘性係数Ｃを大きくすると、目標舵角速度における戻り目標速度ωtの比率が相対的に大きくなるため、運転者の操舵の影響を小さくしつつ、安定したハンドル戻りを実現することできる。例えば、切増し操舵では粘性係数Ｃを小さく、切戻し操舵では粘性係数Ｃを大きくすることで、切増し操舵では、運転者が抵抗なく操舵できるようになる。一方、切戻し操舵では、運転者がハンドルに手をかけていたとしても、安定したハンドル戻りを実現することができる。粘性係数は、上述した操舵感と戻り性能のバランスをとりながら、車両試験を行って決定される。

【0091】

このような構成において、その動作例を図２９及び図３０のフローチャートを参照して説明する。

【0092】

先ず操舵トルクＴｄ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖｓ、舵角θ、実舵角速度ωを入力（読み取り）し（ステップＳ１）、操舵トルクゲイン部１１０は操舵トルクゲインＴｈを出力する（ステップＳ２）。ゲイン部１１１は電流指令値Ｉｒｅｆにモータトルク定数、減速ギア比及びギア効率の乗算値Ｋｔを乗算してアシストトルクＴａを算出する（ステップＳ３）。加算部１０２で操舵トルクＴｄとアシストトルクＴａとが加算され、その合計トルク値ＡＤが操舵系特性部１５０に入力される（ステップＳ４）。

【0093】

また、目標戻り速度演算部１２０は入力された舵角θ及び車速Ｖｓに基づいて目標戻り速度ωｔを演算し（ステップＳ１０）、反転部１２１が目標戻り速度ωｔの符号反転を行う（ステップＳ１１）。反転された目標戻り速度“−ωｔ”を加算部１０１に入力する。車速ゲイン部１３０は車速Ｖｓに従った車速ゲインＫＰを出力する（ステップＳ１２）。切増し／切戻し判定部１８０は舵角θ及び実舵角速度ωに基づいて切増し／切戻し状態を判定し、切増し／切戻し情報としての状態量ゲインαを粘性係数出力部１３３Ａに入力する（ステップＳ１２Ａ）。粘性係数出力部１３３Ａは車速Ｖｓ及び切増し／切戻し情報としての状態量ゲインαに従った粘性係数Ｃを出力する（ステップＳ１３）。粘性係数Ｃは操舵系特性部１５０及び操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１５０はトルク値ＡＤを粘性係数Ｃで除算し（ステップＳ１４）、目標速度値ω_１を出力する（ステップＳ１５）。目標速度値ω_１がＬＰＦ１５１に入力されてフィルタ処理される（ステップＳ１６）。

【0094】

ＬＰＦ１５１でフィルタ処理された目標速度値ω_２は加算部１０１で目標戻り速度“−ωｔ”と加算され、加算結果である目標速度値ω_３が操舵系特性部１６０に入力される。操舵系特性部１６０から目標舵角速度ω_０が出力される（ステップＳ３０）。減算部１０３で目標舵角速度ω_０と実舵角速度ωとの速度偏差ＳＧ１が算出される（ステップＳ３１）。

【0095】

速度偏差ＳＧ１は乗算部１３２に入力され、操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰが乗算され（ステップＳ３２）、その乗算によってハンドル戻し制御ゲインＳＧ２が求められる。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２は積分部１４０で積分処理され（ステップＳ３３）、更に積分ゲイン部１４１で積分結果が積分ゲインＫＩと乗算処理され（ステップＳ３４）、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３が出力される。ハンドル戻し制御ゲインＳＧ３はリミッタ１４２に入力され、リミッタ１４２で操舵トルクゲインＴｈ及び車速ゲインＫＰを用いてリミット処理される（ステップＳ３５）。

【0096】

リミッタ１４２でリミット処理されたハンドル戻し制御ゲインＳＧ４は加算部１０４に入力され、ハンドル戻し制御ゲインＳＧ２と加算され（ステップＳ３６）、ハンドル戻し制御電流ＨＲが出力される。加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆがハンドル戻し制御電流ＨＲと加算されて補正され（ステップＳ３７）、補償電流指令値Ｉｒｅｆｎが出力される（ステップＳ３８）。

【0097】

本以上説明したように第６実施形態では、目標舵角速度ω₀ を求めるために用いる粘性係数Ｃを、操舵系の切増し／切戻し状態に応じて変更若しくは切り換えるようにしているので、ハンドル戻り性能と切増し操舵フィールの両方を高次元で達成することができる。

【0098】

なお、舵角速度ωはモータ角速度×ギア比で求めることも可能であり、仮想操舵系モデルの伝達特性は車速、舵角、切増し／切戻し／保舵状態に応じて可変させても良い。また、図８及び図９のデータ入力、演算や処理の順番は適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0099】

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）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ，１００Ｄ、１００Ｅ
ハンドル戻し制御部
１１０ 操舵トルクゲイン部
１１１ ゲイン部
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ ゲイン調整部
１２０ 目標戻り速度演算部
１２１ 反転部
１３０ 車速ゲイン部
１３３，１３３Ａ 粘性係数出力部
１４０ 積分部
１４１ 積分ゲイン部
１４２ リミッタ
１５０ 操舵系特性部（１／Ｃ）
１５１ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１６０ 操舵系特性部（１／（Ｊ／Ｃｓ＋１））
１７０ 位相調整部
１８０ 切増し／切戻し判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】