特許 6835301 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】6835301

(24)【登録日】2021年2月8日

(45)【発行日】2021年2月24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 20060101AFI20210215BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20210215BHJP

   B62D 101/00 20060101ALN20210215BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20210215BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20210215BHJP

【ＦＩ】

   B62D6/00

   B62D5/04

   B62D101:00

   B62D113:00

   B62D119:00

【請求項の数】14

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2020-555539(P2020-555539)

(86)(22)【出願日】2019年12月12日

(86)【国際出願番号】JP2019048792

(87)【国際公開番号】WO2020122200

(87)【国際公開日】20200618

【審査請求日】2020年10月9日

(31)【優先権主張番号】特願2018-234462(P2018-234462)

(32)【優先日】2018年12月14日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(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】100075579

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 嘉昭

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100175259

【弁理士】

【氏名又は名称】尾林 章

(72)【発明者】

【氏名】北爪 徹也

(72)【発明者】

【氏名】丸山 翔也

【審査官】 田邉 学

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１０４５６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−２１０２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６２５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０３９３５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｂ６２Ｄ １０１／００

Ｂ６２Ｄ １１３／００

Ｂ６２Ｄ １１９／００

(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第１の電流指令値を演算し、前記第１の電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、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、
前記操舵系の舵角が、前記操舵系が取り得る最大舵角から所定の閾値舵角までの角度範囲内にある場合に、前記閾値舵角を基準とする前記舵角の舵角変位である制御回転変位を算出する制御回転変位算出部と、
前記操舵トルク又はラック軸力の一方と前記制御回転変位又は前記舵角の一方の符号とに応じた補正量で補正された前記制御回転変位を、シフト制御舵角として算出する制御舵角シフト部と、
前記シフト制御舵角と操舵速度とに応じた第２の電流指令値を出力するフィードフォワード制御部と、
を具備し、
前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク又は前記ラック軸力の一方と前記制御回転変位又は前記舵角の一方の符号とに基づいて目標舵角速度を演算し、前記目標舵角速度及び前記操舵速度の速度偏差から第１のシフト用舵角を演算し、前記第１のシフト用舵角でシフトされた前記制御回転変位を前記シフト制御舵角として算出し、
前記電動パワーステアリング装置は、前記第２の電流指令値を前記第１の電流指令値に加算して第３の電流指令値を算出し、前記第３の電流指令値により前記アシスト制御を行う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】

少なくとも操舵トルクに基づいて第１の電流指令値を演算し、前記第１の電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、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、
前記操舵系の舵角が、前記操舵系が取り得る最大舵角から所定の閾値舵角までの角度範囲内にある場合に、前記閾値舵角を基準とする前記舵角の舵角変位である制御回転変位を算出する制御回転変位算出部と、
前記操舵トルク又はラック軸力の一方と前記制御回転変位又は前記舵角の一方の符号とに応じた補正量で補正された前記制御回転変位を、シフト制御舵角として算出する制御舵角シフト部と、
前記シフト制御舵角と操舵速度とに応じた第２の電流指令値を出力するフィードフォワード制御部と、
を具備し、
前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク又は前記ラック軸力の一方と前記制御回転変位又は前記舵角の一方の符号とに基づいて舵角補正量を演算し、前記舵角補正量から第２のシフト用舵角を演算し、前記第２のシフト用舵角でシフトされた前記制御回転変位を前記シフト制御舵角として算出し、
前記電動パワーステアリング装置は、前記第２の電流指令値を前記第１の電流指令値に加算して第３の電流指令値を算出し、前記第３の電流指令値により前記アシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

【請求項3】

少なくとも操舵トルクに基づいて第１の電流指令値を演算し、前記第１の電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、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、
前記操舵系の舵角が、前記操舵系が取り得る最大舵角から所定の閾値舵角までの角度範囲内にある場合に、前記閾値舵角を基準とする前記舵角の舵角変位である制御回転変位を算出する制御回転変位算出部と、
前記操舵トルク又はラック軸力の一方と前記制御回転変位又は前記舵角の一方の符号とに応じた補正量で補正された前記制御回転変位を、シフト制御舵角として算出する制御舵角シフト部と、
前記シフト制御舵角と操舵速度とに応じた第２の電流指令値を出力するフィードフォワード制御部と、
を具備し、
前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク又は前記ラック軸力の一方と前記制御回転変位又は前記舵角の一方の符号とに基づいて補正ゲインを決定し、前記補正ゲインで補正された前記制御回転変位を前記シフト制御舵角として算出し、
前記電動パワーステアリング装置は、前記第２の電流指令値を前記第１の電流指令値に加算して第３の電流指令値を算出し、前記第３の電流指令値により前記アシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

【請求項4】

前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク及び前記符号の乗算結果若しくは前記ラック軸力及び前記符号の乗算結果に基づいて前記目標舵角速度を算出し、前記速度偏差を入力とする比例制御、積分制御及び微分制御の少なくとも１つにより、前記第１のシフト用舵角を演算する第１のシフト用舵角演算部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項5】

前記第１のシフト用舵角演算部は、前記速度偏差を入力とする比例制御、積分制御及び微分制御の少なくとも１つにより演算したシフト演算用角度を、第１のリミッタで制限して前記第１のシフト用舵角を演算し、
前記第１のリミッタは、前記シフト演算用角度の正領域と負領域で異なる特性を有することを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項6】

前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク及び前記符号の乗算結果若しくは前記ラック軸力及び前記符号の乗算結果と、車速と、に基づいて前記目標舵角速度を演算することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項7】

前記第１のシフト用舵角演算部は、前記速度偏差を入力とし、車速に感応する特性の比例制御、積分制御及び微分制御の少なくとも１つにより、前記第１のシフト用舵角を演算する、ことを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項8】

前記第１のシフト用舵角演算部は、前記速度偏差を入力とし、前記制御回転変位に感応する特性の比例制御、積分制御及び微分制御の少なくとも１つにより、前記第１のシフト用舵角を演算する、ことを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項9】

前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク及び前記符号の乗算結果若しくは前記ラック軸力及び前記符号の乗算結果に基づいて演算した前記舵角補正量を第２のリミッタで制限して前記第２のシフト用舵角を演算する第２のシフト用舵角演算部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項10】

前記制御舵角シフト部は、前記操舵トルク及び前記符号の乗算結果若しくは前記ラック軸力及び前記符号の乗算結果と、車速と、に基づいて前記舵角補正量を演算することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項11】

前記制御舵角シフト部は、車速に感応する特性のゲインで調整された前記舵角補正量に基づいて前記舵角補正量から第２のシフト用舵角を演算することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項12】

前記制御舵角シフト部は、前記制御回転変位に感応する特性のゲインで調整された前記舵角補正量に基づいて前記舵角補正量から第２のシフト用舵角を演算することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項13】

前記フィードフォワード制御部が、
前記シフト制御舵角に基づいて、前記操舵系のバネ定数を演算するｋ_０テーブルと、粘性係数を演算するμテーブルと、前記バネ定数に前記シフト制御舵角を乗算する第１の乗算部と、前記粘性係数に前記操舵速度を乗算する第２の乗算部と、前記第１の乗算部の乗算結果と前記第２の乗算部の乗算結果とを加算して端当て衝撃緩和電流指令値を出力する加算部とを有する端当て衝撃緩和制御部と、
前記端当て衝撃緩和電流指令値の最大値を制限して反転し、前記第２の電流指令値を出力する出力制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項14】

前記フィードフォワード制御部が、
前記シフト制御舵角に基づいて、前記操舵系のバネ定数を演算するｋ_０テーブルと、前記制御回転変位に基づいて前記操舵系の粘性係数を演算するμテーブルと、前記バネ定数に前記シフト制御舵角を乗算する第１の乗算部と、前記粘性係数に前記操舵速度を乗算する第２の乗算部と、前記第１の乗算部の乗算結果と前記第２の乗算部の乗算結果とを加算して端当て衝撃緩和電流指令値を出力する加算部とを有する端当て衝撃緩和制御部と、
前記端当て衝撃緩和電流指令値の最大値を制限して反転し、前記第２の電流指令値を出力する出力制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与すると共に、ラックエンド端当て時の衝撃、打音（異音）を抑制するために、アシスト力を低減して反力を増加させて仮想ラックエンドを形成する制御を行う電動パワーステアリング装置に関し、特に物理的ラックエンド手前の仮想ラックエンド付近でラックエンド制御出力（反力）を小さくすることによりアシスト力を増加させ、運転者がラックエンドまでストレスなく操舵でき、車両の旋回半径に影響することがない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】

車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力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（減速比：Ｎ）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アシスト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は、アシスト力の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、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（ギア比：Ｎ）、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、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられており、また、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Ｔｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。

【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）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。

【0005】

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（Central Processing Unit）（ＭＰＵ（Micro Processor Unit）やＭＣＵ（Micro Controller Unit）を含む）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、例えば図２に示されるような構成となっている。

【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からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｓは、アシスト制御のための電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する基本アシスト特性演算部３１に入力され、演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は減算部３２に入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。減算部３２での減算結果である電流偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆ１−Ｉｍ）はＰＩ制御等の電流制御部３５で制御され、電流制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２に入力されてフィードバックされる。本例では、モータ２０にレゾルバ等の回転角センサ２５が連結されており、モータ回転角θｍが検出されて出力されるようになっている。なお、モータ回転角θｍに減速ギア３のギア比（Ｎ）を乗算することにより、舵角θを得ることができる。

【0007】

このような電動パワーステアリング装置では、操舵系の最大舵角（ラックエンド）の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点で大きな衝撃が生じ、打音（異音）が発生して、運転者が不快に感じたり、ストレスを受ける可能性がある。なお、本明細書において「ラックエンド」とは、ピニオンラック機構５を形成するラックがストローク端に至った状態、すなわち操舵系が取り得る最大舵角又は最小舵角に舵角が至った状態（言い換えれば、舵角の絶対値が、操舵系が取り得る最大値になった場合）を意味する。

【0008】

そのため、特公平６−４４１７号公報（特許文献１）には、操舵系の操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角判定手段を備えると共に、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったときにモータへ供給する電力を減少させて、アシストトルクを減少させる補正手段を備えた電動式パワーステアリング装置が開示されている。

【0009】

また、特許第４１１５１５６号公報（特許文献２）には、調節機構が端位置に近づいているかどうかを決定し、調節機構が端位置に近づいていることが分かった場合、ステアリング補助を減少するように駆動手段を制御し、調節機構が端位置に近付く速度を決定するため、位置センサによって決定された調節速度が評価される電動パワーステアリング装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特公平６−４４１７号公報

【特許文献2】特許第４１１５１５６号公報

【特許文献3】ＷＯ２０１６／１０４５６９

【特許文献4】ＷＯ２０１６／１２５７７３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、特許文献１に開示された電動式パワーステアリング装置では、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことで電力を減少させており、操舵速度等を全く考慮していないので、微細な電流低減制御ができない。また、モータのアシストトルクを減少させる特性が全く示されておらず、具体的な構成となっていない。

【0012】

また、特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、アシスト制御量を終端に向かうに従って減少していくが、終端に近づく速度に応じてアシスト制御量低減の速さを調整し、終端での速度を十分に落とすようにしている。しかし、特許文献２では、速度に応じて低減する特性を変化させることのみを示しており、物理的なモデルには基づいていない。また、フィードバック制御していないため、路面状況（負荷状態）によっては得られない特性或いは結果が変化する恐れがある。

【0013】

このような問題を解決するため、操舵系の物理的な粘弾性モデルを規範モデルとした手法が、本出願人によるＷＯ２０１６／１０４５６９（特許文献３）、ＷＯ２０１６／１２５７７３（特許文献４）などにおいて提案されている。特許文献３及び特許文献４の電動パワーステアリング装置の概略構成は図３に示すようになっており、操舵系の粘弾性モデルの構成であり、舵角θ（若しくはラック軸変位）を入力して、ラックエンド制御用のラックエンド制御出力（反力）となる電流指令値Ｉｒｅｆ２を出力する仮想ラックエンド制御部１００が設けられており、仮想ラックエンド制御部１００で演算された電流指令値Ｉｒｅｆ２は、基本アシスト特性演算部３１で演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１と加算部３３で加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ３が減算部３２に入力されている。減算部３２以降のアシスト制御動作は、図２に示す従来例の動作と同様である。

【0014】

仮想ラックエンド制御部１００は、舵角θ（若しくはラック軸変位）を入力して処理し、ラックエンド接近を判定し、仮想ラックエンド制御部１００が演算を始める舵角より、物理的なラックエンドに向かう回転変位を制御回転変位θｒとして出力すると共に、舵角θの微分成分である操舵速度ωを出力する入力処理／判定部１０１と、制御回転変位θｒ及び操舵速度ωを入力してフィードフォワード（ＦＦ）処理する電流指令値Ｉｒｅｆｆを出力する端当て衝撃緩和制御部１５０と、電流指令値Ｉｒｅｆｆの最大値を制限する出力リミッタ１０２と、制限された電流指令値Ｉｔｅｆｍを反転する反転部（−１）１０３とで構成されている。また、端当て衝撃緩和制御部１５０は、操舵系のバネ定数ｋ_０を算出するｋ_０テーブル１５１と、操舵系の粘性係数μを算出するμテーブル１５２と、制御回転変位θｒ及びバネ定数ｋ_０を乗算する乗算部１５３と、操舵速度ω及び粘性係数μを乗算する乗算部１５４と、乗算部１５３及び１５４の各乗算結果を加算して電流指令値Ｉｒｅｆｆを出力する加算部１５５とで構成されている。

【0015】

入力処理／判定部１０１はパラメータ設定部等を含み、舵角θを入力して、制御スタート位置からの制御回転変位θｒ及び舵角θの微分成分である操舵速度ωを出力する。制御回転変位θｒは図４の模式図に示されるように、ラックエンド処理を行う制御スタート位置（正負）から物理的ラックエンドまでの角度変位を示しており、舵角θに応じて正方向に増加すると共に、負方向に減少する特性を有する。
すなわち、入力処理／判定部１０１は、操舵系が取り得る最大舵角から所定の閾値舵角までの角度範囲、又は操舵系が取り得る最小舵角から閾値舵角までの角度範囲内に舵角θがある場合（言い換えれば、舵角θの絶対値が、操舵系が取り得る最大値から所定閾値までの範囲に有る場合）に、閾値舵角を基準とする舵角θの舵角変位を、制御回転変位θｒとして算出する。なお、入力処理／判定部１０１は、特許請求の範囲に記載の「制御回転変位算出部」の一例であり、「制御スタート位置」は、特許請求の範囲に記載の「閾値舵角」の一例である。
仮想ラックエンドは物理的ラックエンドの手前に設定されており、仮想ラックエンドをできるだけ物理的ラックエンドに近づけることにより、操舵範囲を大きくすることができる。入力処理／判定部１０１から出力される制御回転変位θｒは、端当て衝撃緩和制御部１５０内のｋ_０テーブル１５１、μテーブル１５２及び乗算部１５３に入力され、操舵速度ωは乗算部１５４に入力される。ｋ_０テーブル１５１は操舵系のバネ定数ｋ_０を算出するデータテーブルであり、図５に示すように、制御回転変位θｒに応じて、変化領域の中央部で比較的急峻に増加（非線形増加）する特性を有している。また、μテーブル１５２は操舵系の粘性係数μを算出するデータテーブルであり、図６に示すように、制御回転変位θｒに応じて、全体的に比較的緩やかに漸増（非線形増加）する特性を有している。ｋ_０テーブル１５１からのバネ定数ｋ_０は乗算部１５３で制御回転変位θｒと乗算（ｋ_０×θｒ）されて加算部１５５に入力され、μテーブル１５２からの粘性係数μは乗算部１５４で操舵速度ωと乗算（μ×ω）されて加算部１５５に入力され、加算部１５５の加算結果（＝ｋ_０×θｒ＋μ×ω）である電流指令値Ｉｒｅｆｆが出力リミッタ１０２に入力され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが反転部（−１）１０３を経て電流制御経路の加算部３３に、補正用のラックエンド制御出力（反力）として入力されている。

【0016】

このように従来のラックエンド制御装置では、ラックエンドでの端当て衝撃緩和制御は、制御を開始する舵角からの回転変位に応じた機能となっており、端当て時の衝撃や異音を防止できるように、回転変位が大きくなるほど大きな出力を生成している。この場合、端当て衝撃緩和制御の出力が大きいいままであると、電動パワーステアリングのアシストトルクは小さくなるため、運転者は物理的ラックエンドまで操舵することができず、車両の最小回転半径が小さくなる恐れがある。

【0017】

物理的ラックエンド付近であっても、運転者の操舵トルクが十分に大きいときには運転者が物理的ラックエンド端まで操舵し、最小回転半径で車両を旋回させようとしていると考える。このとき、低い操舵速度で運転者が操舵するのであれば、端当て時の衝撃に伴う異音などは違和感が発生しないように小さくできる。ここで、端当て衝撃緩和制御は回転変位が大きくなるほど大きな出力になるように設定されるため、端当て衝撃緩和制御に入力される回転変位の絶対値が小さくなるように補正することで出力を低減させ、アシストトルクを増加させることができる。このときの補正量を適切に設定することで、物理的ラックエンドに到達しながらも、運転者は端当てによる衝撃のない操舵を達成できる。

【0018】

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、回転変位に基づいたラックエンド制御系を構成し、ラックエンド制御系に入力する回転変位を操舵トルクやＳＡＴ（セルフアライニングトルク、ラック軸力）に応じて調整して仮想ラックエンド付近で制御量を低減し、ラックエンドまで操舵できると共に、車両操舵の旋回半径に影響することがない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】

【0019】

本発明の実施形態によれば、少なくとも操舵トルクに基づいて第１の電流指令値を演算し、第１の電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、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が与えられる。電動パワーステアリング装置は、操舵系の舵角が、操舵系が取り得る最大舵角から所定の閾値舵角までの角度範囲内にある場合に、閾値舵角を基準とする舵角の舵角変位である制御回転変位を算出する制御回転変位算出部と、操舵トルク又はラック軸力の一方と制御回転変位又は舵角の一方の符号とに応じた補正量で補正された制御回転変位を、シフト制御舵角として算出する制御舵角シフト部と、シフト制御舵角と操舵速度とに応じた第２の電流指令値を出力するフィードフォワード制御部と、を具備し、第２の電流指令値を第１の電流指令値に加算して第３の電流指令値を算出し、第３の電流指令値によりアシスト制御を行う。

【発明の効果】

【0020】

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、物理モデルに基づいた制御系を構成し、粘弾性モデルに入力する変位を操舵トルクやＳＡＴに基づいて調整して、端当て衝撃緩和制御部を有している場合でも、仮想ラックエンド付近でラックエンド制御出力（反力）を低減しているのでアシスト力が増加され、物理的ラックエンド若しくはその至近距離まで操舵できるようになると共に、車両操舵の旋回半径に影響することがない利点がある。特に、制御舵角シフト部にはシフト舵角量を所定の領域で制限するリミッタが設けられているので、過度な補償を防止して操舵違和感を減少させ、ラックエンド衝撃の異音発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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】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】従来の粘弾性モデルに基づくラックエンド制御の構成例を示すブロック図である。

【図4】ラックエンド制御の舵角と制御回転変位の関係例を示す模式図である。

【図5】ｋｏ（バネ定数）テーブルの特性例を示す特性図である。

【図6】μ（粘性係数）テーブルの特性例を示す特性図である。

【図7】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8】（Ａ）及び（Ｂ）は、舵角速度演算部及び舵角補正量演算部の特性例を示す特性図である。

【図9】レートリミッタの構成例を示すブロック図である。

【図10】レートリミッタの動作例を示すタイミングチャートである。

【図11】（Ａ）及び（Ｂ）は、リミッタの制限領域を説明するための特性図である。

【図12】ｋ_０（バネ定数）テーブルの特性例を示す特性図である。

【図13】絶対舵角の算出例を示す構成図である。

【図14】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。

【図15】シフト用舵角演算部（Ａ）の動作例を示すフローチャートである。

【図16】シフト用舵角演算部（Ｂ）の動作例を示すフローチャートである。

【図17】フィードフォワード（ＦＦ）制御部の動作例を示すフローチャートである。

【図18】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】本発明の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。

【図21】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22】本発明の構成例（第８実施形態）を示すブロック図である。

【図23】（Ａ）及び（Ｂ）は、舵角速度演算部及び舵角補正量演算部の特性例を示す特性図である。

【図24】本発明の構成例（第９実施形態）を示すブロック図である。

【図25】ゲイン部（比例（Ｐ）制御部）の特性例を示す特性図である。

【図26】本発明の他の実施形態（第１０実施形態）を示すブロック図である。

【図27】第１０実施形態の動作例を示す線図である。

【図28】（Ａ）は第１１実施形態の制御舵角シフト部１２０の構成例を示すブロック図であり、（Ｂ）はゲイン設定部の特性例を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明は、ラックエンド端当て時の衝撃、異音を抑制するために、ラックエンド制御出力（反力）を発生して仮想ラックエンドを形成する制御に関し、仮想ラックエンド付近でラックエンド制御出力（反力）を小さくすることで、運転者がラックエンドまでストレスなく操舵でき、車両の旋回半径に影響することがないようにする。反力が大きくなった状態で運転者の切り増したいという意図である操舵トルクを用いて検知し、操舵トルク及び操舵速度に応じて、端当て衝撃緩和制御部に入力する制御回転変位の絶対値が小さくなるように補正して反力を低減させることで、アシスト力が増加させてラックエンドまで操舵できるようにする。

【0023】

ラックエンドでの端当て衝撃緩和制御は、ラックエンド制御を開始する舵角からの制御回転変位に応じた機能となっており、端当て時の衝撃や異音を防止できるように、制御回転変位が大きくなる程大きな出力を生成する。このとき、端当て衝撃緩和制御の出力が大きいままであると、電動パワーステアリングのアシストトルクは小さくなるため、運転者は物理的ラックエンドまで操舵することができず、車両の最小回転半径が大きくなる恐れがある。物理的ラックエンド付近であっても、運転者の操舵トルクが十分に大きいときには、運転者が物理的ラックエンド端まで操舵し、最小回転半径で車両を旋回させようとしていると考える。このとき、低い操舵速度で運転者が操舵するのであれば、端当て時の衝撃に伴う異音などは、違和感が発生しないように小さく出来る。ここで、本発明における端当て衝撃緩和制御部は、制御回転変位が大きくなるほど大きな出力になるように設定されるため、端当て衝撃緩和制御部に入力される制御回転変位の絶対値が小さくなるように補正することで、端当て衝撃緩和制御出力を低減させ、アシスト制御量（アシストトルク）を増加させることができる。このとき補正量を適切に設定することで、物理的ラックエンドに到達しながらも、運転者は端当てによる衝撃のない操舵を達成できる。

【0024】

本発明では、操舵トルク及び舵角符号（舵角の正負）に応じた目標操舵速度を算出し、目標操舵速度と実操舵速度の速度偏差に対して、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）（若しくは少なくともＰＩＤの１つ）制御器によって、第１の回転変位補正量（シフト用舵角）を求める（フィードバック（ＦＢ）形式のＡ側）。補正量の変化量が過剰になると、物理的ラックエンドに達したときに衝撃が発生するため、補正量にレートリミッタを設ける。また、補正量の絶対値が過剰にならないように、補正量算出経路にリミッタを設ける。更に、操舵トルク及び舵角符号（舵角の正負）に応じた舵角補正量に対して第２の回転変位補正量（シフト用舵角）を求めると共に、補正量の変化量が過剰になると、物理的ラックエンドに達したときに衝撃が発生するため、補正量算出経路にレートリミッタを設ける（フィードフォワード（ＦＦ）形式のＢ側）。Ａ側と同様に、補正量の絶対値が過剰にならないように、補正量にリミッタを設ける。

【0025】

次いで、第１の回転変位補正量と第２の回転変位補正量を加算して回転変位補正量（シフト舵角量）を求め、端当て衝撃緩和制御部を含むＦＦ制御部に入力する制御回転変位を回転変位補正量で補正する。補正後の制御回転変位（シフト制御舵角）で端当て衝撃緩和制御の出力（端当て衝撃緩和電流指令値）を算出することで、出力を低減させる。このようにすることで反力が小さくなり、アシスト力が回復するため、物理的ラックエンドまで操舵できるようになる。

【0026】

ＦＦ側（Ａ側）の第１の回転変位補正量は、操舵トルクに制御回転変位の符号を乗算し、切り増し時に「正」、切戻し時に「負」の値になるように正規化された正規化操舵トルクに応じて算出される。正規化操舵トルクが大きいほど、大きな正規化目標操舵速度になるように設定される。正規化目標操舵速度は、切り増し時の操舵速度が「正」になり、切戻し時の操舵速度が「負」になるように定義された操舵速度であり、手放し（操舵トルクが略０）時には、路面反力によりハンドルがセンタ方向に戻るため、正規化目標操舵速度は負の値となる。正規化目標操舵速度に制御回転変位の符号を乗算することで、実際の符号の目標操舵速度を算出する。算出された目標操舵速度と実操舵速度の速度偏差に対して、ＰＩＤ制御のうち少なくとも１つを適用して回転変位補正量とする。正規化目標操舵速度の最大値は、物理的ラックエンドに達しても衝撃が発生しない値に設定する。

【0027】

また、ＦＦ側（Ｂ側）の第２の回転変位補正量も、操舵トルクに応じた量に対して制御回転変位の符号を乗算して補正量とする。第１の回転変位補正量と第２の回転変位補正量を過剰に補正すると、制御回転変位が「正」であるにも関わらず、補正後の制御回転変位が「負」になってしまう。制御回転変位が「正」の状態で、端当て衝撃緩和制御の出力として「負」の値を出力することは、端当て衝撃緩和制御の機能目的に沿っていないため、制御回転変位が「正」のときに補正後の制御回転変位が「負」にならないようなリミッタを設ける。このリミッタは、第１の回転変位補正量と第２の回転変位補正量のそれぞれに設けても良いし、第１の回転変位補正量と第２の回転変位補正量を加算した後に設けても良い。

【0028】

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。ラック軸力とコラム軸トルクは等価であり、本発明では、反力が大きくなった状態で、運転者の切増したいという意図である操舵トルク又はラック軸力を用いて検知し、端当て衝撃緩和制御部に入力するシフト制御舵角を調整して反力を低減し、ラックエンド（至近距離）まで操舵できるようにしている。

【0029】

図７は、本発明の実施形態の一例（第１実施形態）を図３に対応させて示しており、舵角θ及び操舵トルクＴｈを入力して電流指令値Ｉｒｅｆ２を出力する仮想ラックエンド制御部１００Ａが設けられており、仮想ラックエンド制御部１００Ａは、舵角θを入力してラックエンドを判定し、制御回転変位θｒ及び操舵速度ωを出力する入力処理／判定部１０１と、制御回転変位θｒ、操舵速度ω及び操舵トルクＴｈを入力し、シフト制御用のシフト制御舵角θｒｓを出力する制御舵角シフト部１２０と、入力処理／判定部１０１からの操舵速度ω及び制御舵角シフト部１２０からのシフト制御舵角θｒｓを入力して電流指令値Ｉｒｅｆ２を出力するフィードフォワード（ＦＦ）制御部１６０とで構成され、ＦＦ制御部１６０は、前述と同様な端当て衝撃緩和制御部１５０と、端当て衝撃緩和制御部１５０からの端当て衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆの最大値を制限する出力リミッタ１６１と、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍを反転して補正用の電流指令値Ｉｒｅｆ２を出力する反転部（−）１６２とで構成されている。なお、出力リミッタ１６１と反転部１６２とで、出力制御部を構成している。

【0030】

制御舵角シフト部１２０は、制御回転変位θｒの正負符号を判定して符号ＳＮを出力する符号化部１２６を備えており、符号ＳＮ、操舵トルクＴｈ及び操舵速度ωに基づいてＦＢ機能のシフト用舵角θ_ａ３を算出するＡ側のシフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａと、符号ＳＮ及び操舵トルクＴｈに基づいてＦＦ機能のシフト用舵角θ_ｂ４を算出するＢ側のシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂとを備えている。制御舵角シフト部１２０は更に、Ａ側のシフト用舵角θ_ａ３及びＢ側のシフト用舵角θ_ｂ４を加算してシフト舵角量θ_ｔを出力する加算部１２５と、制御回転変位θｒからシフト舵角量θ_ｔを減算してシフト制御舵角θｒｓ（＝θｒ−θ_ｔ）を出力する減算部１２２とを備えている。加算部１２５と減算部１２２とでシフト制御部を構成している。符号化部１２６は、舵角θを入力して符号ＳＮを出力するようにしても良い。

【0031】

シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａは、操舵トルクＴｈ及び符号ＳＮを乗算する乗算部１２４Ａ−１と、乗算部１２４Ａ−１の乗算結果（Ｔｈ×ＳＮ）に応じて図８（Ａ）に示すような特性で目標舵角速度ω_ｒａ１を演算して出力する目標舵角速度演算部１２４Ａ−２と、目標舵角速度ω_ｒａ１及び符号ＳＮを乗算する乗算部１２４Ａ−３と、乗算部１２４Ａ−３の乗算結果（ω_ｒａ１×ＳＮ）である目標舵角速度ω_ｒａ２から操舵速度ωを減算して速度偏差ω_ｒａ３を求める減算部１２４Ａ−４と、速度偏差ω_ｒａ３を比例制御（比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）の少なくとも１つで良い）する比例処理部１２４Ａ−５と、比例制御されたシフト演算用角度θ_ａ１をレートリミット処理（円滑化）するレートリミッタ１２４Ａ−６と、レートリミッタ１２４Ａ−６でレートリミット処理されたシフト演算用角度θ_ａ２のシフト量を制限してシフト用舵角θ_ａ３を出力するリミッタ１２４Ａ−７とで構成されている。また、シフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂは、操舵トルクＴｈ及び符号ＳＮを乗算する乗算部１２４Ｂ−１と、乗算部１２４Ｂ−１の乗算結果（Ｔｈ×ＳＮ）に応じて図８（Ｂ）に示すような特性で舵角補正量θ_ｂ１を演算して出力する舵角補正量演算部１２４Ｂ−２と、舵角補正量演算部１２４Ｂ−２から出力されるシフト演算用角度θ_ｂ１に符号ＳＮを乗算してシフト演算用角度θ_ｂ２を出力する乗算部１２４Ｂ−３と、乗算部１２４Ｂ−３から出力されるシフト演算用角度θ_ｂ２をレートリミット処理（円滑化）するレートリミッタ１２４Ｂ−４と、レートリミッタ１２４Ｂ−４でレートリミット処理されたシフト演算用角度θ_ｂ３のシフト量を制限してシフト用舵角θ_ｂ４を出力するリミッタ１２４Ｂ−５とで構成されている。レートリミッタ１２４Ａ−６及びレートリミッタ１２４Ｂ−４は、必須のものではない。
なお、目標舵角速度演算部１２４Ａ−２は、操舵トルクＴｈ及び符号ＳＮの乗算結果（Ｔｈ×ＳＮ）の代わりに、ラック軸力及び符号ＳＮの乗算結果に応じて目標舵角速度ω_ｒａ１を演算して出力してもよい。また、シフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂは、操舵トルクＴｈ及び符号ＳＮの乗算結果（Ｔｈ×ＳＮ）の代わりに、ラック軸力及び符号ＳＮの乗算結果に応じて舵角補正量θ_ｂ１を演算して出力してもよい。他の実施形態においても同様である。

【0032】

シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａでは、目標舵角速度演算部１２４Ａ−２は操舵トルクＴｈ及び符号ＳＮの乗算結果に応じて目標舵角速度ω_ｒａ１を演算して出力し、目標舵角速度ω_ｒａ１は乗算部１２４Ａ−３に入力されて符号ＳＮと乗算され、乗算結果である目標舵角速度ω_ｒａ２は減算部１２４Ａ−４で操舵速度ωを減算されて速度偏差ω_ｒａ３が算出され、速度偏差ω_ｒａ３は比例制御部（Ｐ）１２４Ａ−５を経てシフト演算用角度θ_ａ１に変換処理され、シフト演算用角度θ_ａ１はレートリミッタ１２４Ａ−６に入力され、レートリミット処理されたシフト演算用角度θ_ａ２が更にリミッタ１２４Ａ−７に入力され、シフト量を制限されたシフト用舵角θ_ａ３が出力される。また、シフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂでは、舵角補正量演算部１２４Ｂ−２は操舵トルクＴｈ及び符号の乗算結果に応じて舵角補正量θ_ｂ１を演算して出力し、舵角補正量θ_ｂ１は乗算部１２４Ｂ−３に入力されて符号ＳＮと乗算され、乗算結果であるシフト演算用角度θ_ｂ２はレートリミッタ１２４Ｂ−４に入力され、レートリミット処理されたシフト演算用角度θ_ｂ３が更にリミッタ１２４Ｂ−５に入力され、シフト量を制限されたシフト用舵角θ_ｂ４が出力される。

【0033】

なお、シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａ及びシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂで、操舵トルクＴｈと制御回転変位θｒの符号ＳＮとを乗算する理由は、操舵トルクＴｈと制御回転変位θｒが一致した場合（切増し時）の操舵トルクＴｈを「正」と定義し、操舵トルクＴｈと制御回転変位θｒが不一致の場合（切戻し時）の操舵トルクＴｈを「負」と定義しているからである。また、シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａ及びシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂで別々に、操舵トルクＴｈと制御回転変位θｒの符号ＳＮとの乗算を行っているが、１つの乗算部でＡ側及びＢ側を兼用するようにしても良い。

【0034】

レートリミッタ１２４Ａ−６及び１２４Ｂ−４は同一構成であり、角度の急激な変化は制御定数の急激な変動、制御出力の急激な変動となるので、制御周期間の変化量を制限して滑らかな出力となるようにする。ここではレートリミッタ１２４Ａ−６について説明するが、レートリミッタ１２４Ｂ−４についても同様である。

【0035】

レートリミッタ１２４Ａ−６の構成は図９に示すように、シフト演算用角度θ_ａ１は減算部１２４−１に加算入力され、減算部１２４−１で保持部（Ｚ^−１）１２４−４からの過去値との減算が行われ、減算結果である角度θ_ａ１ｎが変化分設定部１２４−２で上限及び下限を制限されて変化分θ_ａ１ｍが出力される。変化分設定部１２４−２は、変化分が設定された上限及び下限を超えないようにするものであり、その特性は演算周期Ｔ毎に入力角度θ_ａ１と過去値との差分を上限及び下限で制限し、制限後の変化分θ_ａ１ｍと過去値との加算値を求め、変化分設定部１２４−２の上限及び下限の範囲外の場合には、差分θ_ａ1ｎを上限及び下限で制限し、制限された過去値に加算することを繰返し行うことにより、図１０に示すような階段状に出力θ_ａ２を変化させて、最終的に出力θ_ａ２を、入力されるシフト演算用角度θ_ａ１に一致させる。また、入力（角度）θ_ａ１との差分が変化分設定部１２４−２の上限及び下限の範囲内の場合には、変化分θ_ａ１ｍ＝差分θ_ａ１ｎを出力し、過去値に加算するので、その結果出力θ_ａ２と入力（角度）θ_ａ１は一致する。これらの結果、シフト演算用角度θ_ａ１が急激に変化しても、急激に変化するシフト演算用角度θ_ａ１を滑らかに変化させることができ、急激な舵角の変化（＝急激な操舵）を防止している。

【0036】

上記したレートリミッタ１２４Ａ−６及び１２４Ｂ−４の後段には、それぞれ図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すような特性のリミッタ１２４Ａ−７及び１２４Ｂ−５が設けられている。リミッタ１２４Ａ−７及び１２４Ｂ−５はいずれもシフト量を制限する機能を有し、リミッタ１２４Ａ−７は図１１（Ａ）の斜線部が制限される領域であり、リミッタ１２４Ｂ−５は図１１（Ｂ）の斜線部が制限される領域である。過度にシフトすると、反力が小さくなって操舵速度が急に速くなり、運転者にとっては違和感となる。これを防止するために、リミッタによりシフト量を制限している。リミッタ１２４Ａ−７は正側及び負側で異なる特性となっており、正側の制限値が大きくなっている。また、リミッタ１２４Ｂ−５は正側のみに制限値を設けており、負側は全て遮断する特性となっている。即ち、制御回転変位θｒが正の場合、リミッタ１２４Ａ−７の特性は図１１（Ａ）に示すように、シフト演算用角度θ_ａ２の正側（θ_ａ２＞０）では常に正の値（θ_ａ２）であり、非線形に徐々に大きくなり、シフト演算用角度θ_ａ２の負側（θ_ａ２＜０）で、正側よりも小さな非線形特性で徐々に大きくなっている。リミッタ１２４Ｂ−５の特性は図１１（Ｂ）に示すように、シフト演算用角度θ_ｂ３の正側（θ_ｂ３＞０）では常に正の値（θ_ｂ４）であり、非線形に徐々に大きくなり、シフト演算用角度θ_ｂ３の負側（θ_ｂ３＜０）では常に“０”となっている。

【0037】

なお、制御回転変位θｒが負の場合、リミッタ１２４Ａ−７及びリミッタ１２４Ｂ−５の特性は、それぞれ図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）の原点を１８０°回転した特性である。

【0038】

リミッタ１２４Ａ−７でシフト量を制限されたシフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａからのシフト用舵角θ_ａ３と、リミッタ１２４Ｂ−５でシフト量を制限されたシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂからのシフト用舵角θ_ｂ４とは加算部１２５で加算され、加算部１２５の加算結果であるシフト舵角量θ_ｔ（＝θ_ａ３＋θ_ｂ４）は減算部１２２に入力され、減算部１２２は制御回転変位θｒからシフト舵角量θ_ｔを減算して、シフトされたシフト制御舵角θｒｓを算出し、シフト制御舵角θｒｓはＦＦ制御部１６０内の端当て衝撃緩和制御部１５０に入力される。

【0039】

シフト制御舵角θｒｓは端当て衝撃緩和制御部１５０内のｋ_０テーブル１５１、μテーブル１５２及び乗算部１５３に入力され、操舵速度ωは乗算部１５４に入力される。ｋ_０テーブル１５１のバネ定数ｋ_０は図１２に示すようなＳ字状の漸増特性であり、シフト制御舵角θｒｓの増加に応じて漸増し、μテーブル１５２の粘性係数μは図１２に示すような緩やかな曲線状の漸増特性であり、シフト制御舵角θｒｓの増加に応じて漸増する。シフト制御舵角θｒｓに応じてｋ_０テーブル１５１から出力されたバネ定数ｋ_０は、乗算部１５３でシフト制御舵角θｒｓと乗算されて加算部１５５に入力され、シフト制御舵角θｒｓに応じてμテーブル１５２から出力された粘性係数μは、乗算部１５４で操舵速度ωと乗算されて加算部１５５に入力される。加算部１５５での加算結果である端当て衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆは出力リミッタ１６１及び反転部１６２の電流出力部を経て、電流指令値Ｉｒｅｆ２として加算部３３に入力される。加算部３３で電流指令値Ｉｒｅｆ１を補正し、補正された電流指令値Ｉｒｅｆ３が新たな電流指令値として減算部３２に加算入力される。

【0040】

仮想ラックエンド制御部１００Ａに入力される舵角θは、回転角センサ２５から得ることができるが、図１３に示すような構成の角度センサから取得することもできる。コラム軸２のハンドル１側の入力シャフト２Ａには、角度センサとしてのホールＩＣセンサ２１及びトルクセンサ入力側ロータの２０°ロータセンサ２２が装着されている。ホールＩＣセンサ２１は２９６°周期のＡＳ＿ＩＳ角度θｈを出力する。トーションバー２３よりもハンドル１側に装着された２０°ロータセンサ２２は、２０°周期のコラム入力側角度信号θｓを出力し、コラム入力側角度信号θｓは舵角演算部５０に入力される。また、コラム軸２の出力シャフト２Ｂには、トルクセンサ出力側ロータの４０°ロータセンサ２４が装着されており、４０°ロータセンサ２４からコラム出力側角度信号θｒが出力され、コラム出力側角度信号θｒは舵角演算部５０に入力される。このようにして検出されるコラム入力側角度信号θｓ及びコラム出力側角度信号θｒは舵角演算部５０に入力され、舵角θが演算される。

【0041】

以上のように、シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａは、目標舵角速度ω_ｒａ１に応じたシフト用舵角θ_ａ３を出力し、減算部１２２は、制御回転変位θｒからシフト用舵角θ_ａ３を減算することにより衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆを低減する。このため、衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆを低減する条件を舵角速度によって制限し、舵角速度が大きい場合に衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆを低減してしまうことにより、端当てにより衝撃音を生じるのを防止できる。
また、シフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂは、操舵トルクＴｈに基づく舵角補正量に応じたシフト用舵角θ_ｂ４を出力し、減算部１２２は、制御回転変位θｒからシフト用舵角θｂ４を減算することにより衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆを低減する。このため、操舵トルクＴｈがある程度大きくなったときに衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆを減少させることが可能となり、衝撃緩和制御の開始時の電流指令値の急変を回避して、違和感を抑制することができる。
なお、制御舵角シフト部１２０は、必ずしもシフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａ及びシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂの双方を備える必要はなく、何れか一方を備えればよい。他の実施形態においても同様である。

【0042】

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のフローチャートを参照して説明する。
先ず操舵トルクＴｈ、車速Ｖｓ及び舵角θが入力され（ステップＳ１）、基本アシスト特性演算部３１で電流指令値Ｉｒｅｆ１が演算される（ステップＳ２）。入力処理／判定部１０１は舵角θに基づいて操舵速度ω及び制御回転変位θｒを演算して出力する（ステップＳ３）。操舵速度ωは制御舵角シフト部１２０内の減算部１２４Ａ−４及び端当て衝撃緩和制御部１５０内の乗算部１５４に入力され、制御回転変位θｒは制御舵角シフト部１２０内の符号化部１２６に入力されると共に、減算部１２２に加算入力される。符号化部１２６は制御回転変位θｒの符号（正負）を判定して、符号ＳＮを出力する（ステップＳ４）。符号ＳＮは、シフト用舵角演算部１２４Ａ内の乗算部１２４Ａ−１及び乗算部１２４Ａ−３並びにシフト用舵角演算部１２４Ｂ内の乗算部１２４Ｂ−１及び乗算部１２４Ｂ−３に入力される。

【0043】

操舵トルクＴｈは、シフト用舵角演算部１２４Ａ内の乗算部１２４Ａ−１及びシフト用舵角演算部１２４Ｂ内の乗算部１２４Ｂ−１に入力され、それぞれ符号ＳＮと乗算される。乗算部１２４Ａ−１における乗算結果はシフト用舵角演算部１２４Ａ内の目標舵角速度演算部１２４Ａ−２に入力され、図８（Ａ）に示すような特性で目標舵角速度ω_ｒａ１が演算され、後述するようにしてＦＢ側のシフト用角度θ_ａ３が演算されて出力されると共に（ステップＳ１０）、乗算部１２４Ｂ−１における乗算結果はシフト用舵角演算部１２４Ｂ内の舵角補正量演算部１２４Ｂ−２に入力され、図８（Ｂ）に示すような特性で舵角補正量θ_ｂ１が演算され、後述するようにしてＦＦ側のシフト用角度θ_ｂ４が演算されて出力される（ステップＳ２０）。シフト用舵角演算部１２４Ａからのシフト用角度θ_ａ３及びシフト用舵角演算部１２４Ｂからのシフト用角度θ_ｂ４は加算部１２５に入力されて加算され（ステップＳ３０）、加算されたシフト用舵角θ_ｔは減算部１２２に減算入力される。減算部１２２は、制御回転変位θｒからシフト用舵角θ_ｔを減算してシフト制御舵角θｒｓを演算し（ステップＳ３１）、シフト制御舵角θｒｓはＦＦ制御部１６０内の端当て衝撃緩和制御部１５０に入力され、操舵速度ωを用いて端当て衝撃緩和処理される（ステップＳ４０）。

【0044】

端当て衝撃緩和処理された電流指令値Ｉｒｅｆｆは出力リミッタ１６１で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが反転部１６２で反転（−１）され、電流指令値Ｉｒｅｆ２として加算部３３に入力される（ステップＳ５０）。加算部３３で、電流指令値Ｉｒｅｆ１及びＩｒｅｆ２が加算されて電流指令値Ｉｒｅｆ３が演算され（ステップＳ５１）、電流指令値Ｉｒｅｆ３に基づいて操舵系のアシスト制御が実施される（ステップＳ５２）。

【0045】

次に、ＦＢ側のシフト用舵角演算部１２４Ａの動作例（図１４のステップＳ１０）を、図１５のフローチャートを参照して説明する。

【0046】

先ず操舵トルクＴｈ及び符号化部１２６からの符号ＳＮが乗算部１２４Ａ−１に入力され（ステップＳ１１）、乗算部１２４Ａ−１で乗算が行われる（ステップＳ１２）。乗算部１２４Ａ−１における乗算結果は目標舵角速度演算部１２４Ａ−２に入力され、目標舵角速度演算部１２４Ａ−２は、図８（Ａ）に示すような特性で目標舵角速度ω_ｒａ１を演算し（ステップＳ１３）、目標舵角速度ω_ｒａ１は乗算部１２４Ａ−３に入力されて符号ＳＮと乗算され（ステップＳ１４）、乗算結果である目標舵角速度ω_ｒａ２が減算部１２４Ａ−４に加算入力され、操舵速度ωとの速度偏差ω_ｒａ３が演算される（ステップＳ１５）。速度偏差ω_ｒａ３は比例部１２４Ａ−５に入力されて比例制御され（ステップＳ１６）、その出力であるシフト演算用角度θ_ａ１がレートリミッタ１２４Ａ−６でレートリミット処理され（ステップＳ１７）、レートリミット処理されたシフト演算用角度θ_ａ２がリミッタ１２４Ａ−７に入力されて上述した制限処理が実施される（ステップＳ１８）。リミッタ１２４Ａ−７から、シフト量を制限されたシフト用舵角θ_ａ３が出力される（ステップＳ１９）。

【0047】

続いて、ＦＦ側のシフト用舵角演算部１２４Ｂの動作例（図１４のステップＳ２０）を、図１６のフローチャートを参照して説明する。

【0048】

先ず操舵トルクＴｈ及び符号化部１２６からの符号ＳＮが乗算部１２４Ｂ−１に入力され（ステップＳ２１）、乗算部１２４Ｂ−１で乗算が行われる（ステップＳ２２）。乗算部１２４Ｂ−１における乗算結果は舵角補正量演算部１２４Ｂ−２に入力され、舵角補正量演算部１２４Ｂ−２は、図８（Ｂ）に示すような特性で舵角補正量θ_ｂ１を演算し（ステップＳ２３）、舵角補正量θ_ｂ１は乗算部１２４Ｂ３に入力されて符号ＳＮと乗算され（ステップＳ２４）、乗算結果であるシフト演算用角度θ_ｂ２がレートリミッタ１２４Ｂ−４に入力されてレートリミット処理され（ステップＳ２５）、レートリミット処理されたシフト演算用角度θ_ｂ３がリミッタ１２４Ｂ−５に入力されて上述した制限処理が実施される（ステップＳ２６）。リミッタ１２４Ｂ−５から、シフト量を制限されたシフト用舵角θ_ｂ４が出力される（ステップＳ２７）。

【0049】

次に、ＦＦ（フィードフォワード）制御部１６０の動作例（図１４のステップＳ４０）を、図１７に示して説明する。

【0050】

先ず制御舵角シフト部１２０からシフト制御舵角θｒｓが入力されると共に、入力処理／判定部１０１から操舵速度ωが入力され（ステップＳ４１）、図１２に示す特性で、ｋ_０テーブル１５１においてバネ定数ｋ_０が演算され（ステップＳ４２）、μテーブル１５２において粘性係数μが演算される（ステップＳ４３）。この演算順序は逆であっても良い。バネ定数ｋ_０は乗算部１５３に入力されてシフト制御舵角θｒｓと乗算され、粘性係数μは乗算部１５４に入力されて操舵速度ωと乗算される（ステップＳ４４）。乗算部１５３及び１５４の各乗算結果が加算部１５５に入力されて加算され（ステップＳ４５）、加算結果が端当て衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆとして出力される（ステップＳ４６）。端当て衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆは出力リミッタ１６１で制限処理を実施され（ステップＳ４７）、制限処理された電流指令値Ｉｒｅｆｍが反転部１６２で反転され（ステップＳ４８）、電流指令値Ｉｒｅｆ２として出力される（ステップＳ４９）。

【0051】

上記第１実施形態では、レートリミッタ１２４Ａ−６及び１２４Ｂ−４の後段にそれぞれシフト量制限用のリミッタ１２４Ａ−７及び１２４Ｂ−５を設けているが、図１８に示すようにレートリミッタ１２４Ａ−６及び１２４Ｂ−４の前段にそれぞれリミッタ１２４Ａ−７及び１２４Ｂ−５を設けても良い（第２実施形態）。また、図１８に示す第２実施形態におけるシフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａは、図１９に示すようにリミッタ１２４Ａ−７を比例制御部１２４Ａ−５の前段に配置し、比例制御部１２４Ａ−５に入力されるシフト演算用角度θ_ａ４を制限するようにしても良い（第３実施形態）。更に、図７の第１実施形態におけるシフト用舵角演算部１２４Ａ及び１２４Ｂ内のリミッタ１２４Ａ−７及び１２４Ｂ−５を削除し、図２０に示すように、レートリミッタ１２４Ａ−６からのシフト用舵角θ_ａ２及びレートリミッタ１２４Ｂ−４からのシフト用舵角θ_ｂ３を加算部１２５で加算し、加算されたシフト用舵角θ_ｔａをリミッタ１２７で制限し、シフト量を制限されたシフト舵角量θ_ｔｂを減算部１２２に入力するようにしても良い（第４実施形態）。

【0052】

上述の第１実施形態〜第４実施形態では、いずれもμテーブル１５２はシフト制御舵角θｒｓに基づいて粘性係数μを演算しているが、図７に対応させて図２１に示すように、制御回転変位θｒに基づいて粘性係数μを演算するようにしても良い（第５実施形態）。この第５実施形態でもリミッタの配置は、第２実施形態〜第４実施形態と同様に適宜変更可能である。

【0053】

また、上述の第１実施形態〜第５実施形態では、シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａとシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂの２つを備えているが、シフト用舵角演算部（Ａ）１２４Ａのみであっても良く（第６実施形態）、或いはシフト用舵角演算部（Ｂ）１２４Ｂのみであっても良い（第７実施形態）。また、第１実施形態〜第７実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

【0054】

図２２は本発明の第８実施形態を図７に対応させて示しており、第８実施形態では、目標舵角速度演算部１２４Ａ−２及び舵角補正量演算部１２４Ｂ−２にパラメータとして車速Ｖｓが入力されている。第８実施形態の目標舵角速度演算部１２４Ａ−２は、例えば図２３（Ａ）に示すように、車速Ｖｓが高くなるに従って目標舵角速度ω_ｒａ１が小さくなる特性であり、舵角補正量演算部１２４Ｂ−２は、例えば図２３（Ｂ）に示すように、車速Ｖｓが高くなるに従って舵角補正量θ_ｂ１が小さくなる特性である。特性は車速Ｖｓに対して逆でも良い。

【0055】

上記第８実施形態では、目標舵角速度演算部１２４Ａ−２及び舵角補正量演算部１２４Ｂ−２の各出力特性を車速Ｖｓに感応させているが、図２４に示すように、乗算部１２４Ｂ−３の後段、つまりレートリミッタ１２４Ｂ−４の前段にゲイン部１２４Ｂ−６を設け、比例制御部（Ｐ）１２４Ａ−５及びゲイン部１２４Ｂ−６を、車速Ｖｓに応じて可変するようにしても良い（第９実施形態）。車速Ｖｓに感応するゲイン部１２４Ｂ−６の特性は、例えば図２５に示すように車速Ｖｓが高くなるに従ってゲインＧが線形（＃１）若しくは非線形（＃２）に小さくなる。特性は、車速Ｖｓが高くなるに従ってゲインＧが線形若しくは非線形に大きくなるようにしても良い。比例制御部（Ｐ）１２４Ａ−５についても同様であり、車速Ｖｓに感応する特性となっている。第９実施形態においても、リミッタの配置は適宜変更可能である。

【0056】

上記第９実施形態では車速Ｖｓに応じてゲインを可変するようにしているが、図２６に示すように制御回転変位θｒによって、比例制御部１２４Ａ−５及びゲイン部１２４Ｂ−６のゲインを可変するようにしても良い（第１０実施形態）。即ち、第１０実施形態では、比例制御部１２４Ａ−５及びゲイン部１２４Ｂ−６が制御回転変位θｒに感応する特性である。第１０実施形態によれば、図２７に示すように、所定舵角θ_ｒ１以上でラックエンドに近づいたときにのみ制御回転変位をシフトできる。第１０実施形態においても、リミッタの配置は適宜変更可能である。

【0057】

図２８（Ａ）は、第１１実施形態の制御舵角シフト部１２０の構成例を示すブロック図である。制御舵角シフト部１２０は、操舵トルクＴｈと符号ＳＮとの乗算結果（Ｔｈ×ＳＮ）に基づいて補正ゲインＧを決定し、補正ゲインＧで補正された制御回転変位θｒをシフト制御舵角θｒｓとして算出してもよい。
第１１実施形態の制御舵角シフト部１２０は、操舵トルクＴｈ及び符号ＳＮを乗算する乗算部１２４Ｃ−１と、乗算部１２４Ｃ−１の乗算結果（Ｔｈ×ＳＮ）に応じて図２８（Ｂ）に示すような特性でゲインＧを設定するゲイン設定部１２４Ｃ−２と、ゲインＧを制御回転変位θｒに乗算してシフト制御舵角θｒｓを算出する乗算部１２４Ｃ−３を備える。他の実施形態と同様に、ゲインＧ及びその変化速度を制限するリミッタ及びレートリミッタを適宜備えてもよい。第１１実施形態によっても、操舵トルクＴｈに応じて制御回転変位θｒを低減し、衝撃緩和電流指令値Ｉｒｅｆｆを減少させることができる。

【0058】

本発明は、ハンドルとタイヤを転舵する機構が分離したステアバイワイアにも適用できる。

【符号の説明】

【0059】

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
１３ バッテリ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 基本アシスト特性演算部
３５ 電流制御部
３６ ＰＷＭ制御部
１００、１００Ａ〜１００Ｆ 仮想ラックエンド制御部
１０１ 入力処理／判定部
１２０ 制御舵角シフト部
１２４Ａ、１２４Ｂ シフト用舵角演算部
１２４Ａ−２ 目標舵角速度演算部
１２４Ｂ−２ 舵角補正量演算部
１２４Ｃ−２ ゲイン設定部
１２４Ａ−６、１２４Ｂ−４ レートリミッタ
１２４Ａ−７、１２４Ｂ−５ リミッタ
１２４Ｂ−６ ゲイン部
１２６ 符号化部
１２７ リミッタ
１５０ 端当て衝撃緩和制御部
１５１ ｋ_０（バネ定数）テーブル
１５２ μ（粘性係数）テーブル
１６０ フィードフォワード（ＦＦ）制御部

【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】