特開2022-179082車両用操向システムの制御装置及びそれを備えたステアバイワイヤシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022179082
(43)【公開日】2022-12-02
(54)【発明の名称】車両用操向システムの制御装置及びそれを備えたステアバイワイヤシステム
(51)【国際特許分類】
B62D 6/00 20060101AFI20221125BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20221125BHJP
B62D 101/00 20060101ALN20221125BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20221125BHJP
B62D 113/00 20060101ALN20221125BHJP
【ＦＩ】
B62D6/00
B62D5/04
B62D101:00
B62D119:00
B62D113:00
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021086326
(22)【出願日】2021-05-21
(71)【出願人】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】100200333
【弁理士】
【氏名又は名称】古賀 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100121887
【弁理士】
【氏名又は名称】菅野 好章
(72)【発明者】
【氏名】植本 隆明
(72)【発明者】
【氏名】椿 貴弘
【テーマコード（参考）】
3D232
3D333
【Ｆターム（参考）】
3D232CC49
3D232DA03
3D232DA04
3D232DA15
3D232DA23
3D232DA63
3D232DA64
3D232DC01
3D232DC02
3D232DC03
3D232DC08
3D232DC12
3D232DC17
3D232DC33
3D232DC34
3D232DD01
3D232DD02
3D232DD05
3D232DD10
3D232DD17
3D232EB01
3D232EB04
3D232EB12
3D232EC23
3D232EC29
3D232EC37
3D232GG01
3D333CB02
3D333CB31
3D333CB46
3D333CD60
3D333CE16
3D333CE24
3D333CE53
(57)【要約】
【課題】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及びそれを備えたＳＢＷシステムを提供する。
【解決手段】トーションバーを備え、操舵終端を有し、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、終端角度の近傍に設定される閾値を超えた場合、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、少なくとも第１トルク信号に基づく第１目標操舵トルクの演算のための第１目標操舵トルク生成部と、少なくとも第１目標操舵トルクに基づく第１目標捩れ角の演算のための第１変換部と、少なくとも第１目標捩れ角に基づく第１電流指令値の演算のための第１捩れ角制御部とを備え、弾性項生成部が、操舵角に追従して閾値が変動し、切増し状態での操舵角の変動に対する閾値の変動の割合が、舵角速度が速いときに小さくなる特性を有する。
【選択図】図８
【解決手段】トーションバーを備え、操舵終端を有し、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、終端角度の近傍に設定される閾値を超えた場合、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、少なくとも第１トルク信号に基づく第１目標操舵トルクの演算のための第１目標操舵トルク生成部と、少なくとも第１目標操舵トルクに基づく第１目標捩れ角の演算のための第１変換部と、少なくとも第１目標捩れ角に基づく第１電流指令値の演算のための第１捩れ角制御部とを備え、弾性項生成部が、操舵角に追従して閾値が変動し、切増し状態での操舵角の変動に対する閾値の変動の割合が、舵角速度が速いときに小さくなる特性を有する。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項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、少なくとも前記第１トルク信号に基づく第１目標操舵トルクの演算のための第１目標操舵トルク生成部と、
少なくとも前記第１目標操舵トルクに基づく第１目標捩れ角の演算のための第１変換部と、
少なくとも前記第１目標捩れ角に基づく、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値の演算のための第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、前記操舵機構が切増し状態の場合において、前記操舵角の変動に対する前記閾値の変動の割合が、舵角速度が速いときに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。
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、少なくとも前記第１トルク信号に基づく第１目標操舵トルクの演算のための第１目標操舵トルク生成部と、
少なくとも前記第１目標操舵トルクに基づく第１目標捩れ角の演算のための第１変換部と、
少なくとも前記第１目標捩れ角に基づく、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値の演算のための第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、前記操舵機構が切増し状態の場合において、前記操舵角の変動に対する前記閾値の変動の割合が、舵角速度が速いときに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。
【請求項2】
前記弾性項生成部が有する特性が、
更に、前記舵角速度が速いとき、前記操舵機構が切戻し状態の場合での前記割合が、前記切増し状態の場合より大きい特性である請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
更に、前記舵角速度が速いとき、前記操舵機構が切戻し状態の場合での前記割合が、前記切増し状態の場合より大きい特性である請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
【請求項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。
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。
【請求項4】
前記切戻し状態の場合での前記ローパスフィルタの遮断周波数が、前記切増し状態の場合より高く設定されている請求項３に記載の車両用操向システムの制御装置。
【請求項5】
前記弾性項生成部が、
前記操舵角の大きさが前記閾値を超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号の大きさが大きくなる特性を更に有する請求項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。
前記操舵角の大きさが前記閾値を超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号の大きさが大きくなる特性を更に有する請求項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。
【請求項6】
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。
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。
【請求項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、少なくとも前記第２トルク信号に基づいて第２目標操舵トルクを出力する第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６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
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６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
【請求項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、少なくとも前記第２トルク信号に基づいて第２目標操舵トルクを出力する第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６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
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６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
【請求項9】
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、少なくとも前記第２トルク信号に基づいて第２目標操舵トルクを出力する第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１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６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
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１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６のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
【請求項10】
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７乃至９のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
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７乃至９のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。
【請求項11】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置と、
前記制御装置により制御される前記操舵機構とを備えるステアバイワイヤシステム。
前記制御装置により制御される前記操舵機構とを備えるステアバイワイヤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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及びそれを備えたステアバイワイヤシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
ＳＢＷシステムにおいて、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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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ＳＢＷ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ＳＢＷ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第６１６７６３４号公報
【特許文献2】特開２０１７－２４６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献２のＳＢＷ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。
【0010】
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及びそれを備えたＳＢＷシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
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、少なくとも前記第１トルク信号に基づく第１目標操舵トルクの演算のための第１目標操舵トルク生成部と、少なくとも前記第１目標操舵トルクに基づく第１目標捩れ角の演算のための第１変換部と、少なくとも前記第１目標捩れ角に基づく、前記トーションバーの捩れ角を追従させるような第１電流指令値の演算のための第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、前記操舵機構が切増し状態の場合において、前記操舵角の変動に対する前記閾値の変動の割合が、舵角速度が速いときに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。
【0012】
また、本発明の上記目的は、前記弾性項生成部が有する特性が、更に、前記舵角速度が速いとき、前記操舵機構が切戻し状態の場合での前記割合が、前記切増し状態の場合より大きい特性であることにより、或いは、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ことにより、或いは、前記切戻し状態の場合での前記ローパスフィルタの遮断周波数が、前記切増し状態の場合より高く設定されていることにより、或いは、前記弾性項生成部が、前記操舵角の大きさが前記閾値を超えてから大きくなるに従って、前記第１トルク信号の大きさが大きくなる特性を更に有することにより、或いは、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することにより、或いは、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、少なくとも前記第２トルク信号に基づいて第２目標操舵トルクを出力する第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ことにより、或いは、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、少なくとも前記第２トルク信号に基づいて第２目標操舵トルクを出力する第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ことにより、或いは、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、少なくとも前記第２トルク信号に基づいて第２目標操舵トルクを出力する第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１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ことにより、或いは、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ことにより、より効果的に達成される。
【0013】
更に、本発明の上記目的は、上記車両用操向システムの制御装置と、前記制御装置により制御される前記操舵機構とを備えるステアバイワイヤシステムにより達成される。
【発明の効果】
【0014】
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切増し状態での特性を、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。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】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。
【図2】コラム軸への各種センサの配設例を示す構造図である。
【図3】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4】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。
【図5】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。
【図6】ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。
【図7】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。
【図8】弾性項生成部の構成例を示すブロック図である。
【図9】切増し／切戻し判定を説明するための線図である。
【図10】可変ゲイン部の構成例を示すブロック図である。
【図11】切増し状態における閾値の変動について説明するための線図である。
【図12】切戻し状態における閾値の変動について説明するための線図である。
【図13】弾性項生成部の変形例で使用されるマップの特性例を示す線図である。
【図14】目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。
【図15】制限部での上下限値の設定例を示す線図である。
【図16】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17】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。
【図18】目標操舵トルク生成部２００の動作例を示すフローチャートである。
【図19】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。
【図20】位相補償部の挿入例を示すブロック図である。
【図21】反力制御系の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。
【図22】反力制御系の動作例（第２実施形態）の一部を示すフローチャートである。
【図23】反力制御系の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。
【図24】反力制御系の動作例（第３実施形態）の一部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。具体的には、本発明では、操舵角に追従して閾値を変動させ、ハンドルを切り増して操舵角の大きさが大きくなる状態（切増し状態）における操舵角の変動に対する閾値の変動の割合を舵角速度に応じて変更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。
【0017】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0018】
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。
【0019】
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１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。
【0020】
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θ１を検出し、下側角度センサ３４Ｂはコラム角θ２を検出する。ハンドル角θ１及びコラム角θ２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。
【0021】
【数1】
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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４０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の一部又は全部を具備しても良い。
【0026】
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。
【0027】
反力制御系６０は、目標操舵トルク生成部１００（第２目標操舵トルク生成部）及び２００（第１目標操舵トルク生成部）、変換部３００（第１変換部）、捩れ角制御部４００（第１捩れ角制御部）、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。なお、目標操舵トルクＴｒｅｆＡが第２目標操舵トルク、目標操舵トルクＴｒｅｆが第１目標操舵トルク、目標捩れ角Δθｒｅｆが第１目標捩れ角、電流指令値Ｉｍｃが第１電流指令値に対応する。
【0028】
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。
【0029】
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（第２トルク信号）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の大きさは、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。
【0030】
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。
【0031】
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ＤＧを出力する。乗算部１４０にてダンパゲインＤＧを乗算された舵角速度ωｈ１は、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂ（第３トルク信号）として加算部１５０に入力される。ダンパゲインＤＧ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ＤＧ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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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（第１トルク信号）を生成する。つまり、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が閾値θｔｈを超えたら、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の大きさが大きくなるようにする。
【0035】
弾性項生成部２１０は、閾値θｔｈを操舵角θｈに追従して変動させ、切増し状態における操舵角θｈの変動に対する閾値θｔｈの変動の割合（以下、「閾値変動率」とする）が、舵角速度が速いときに小さくなるようにする。イメージとしては、閾値θｔｈが操舵角θｈから逃げるように動作し、遅い操舵に対しては操舵角θｈと略同程度に動作して逃げられるが、速い操舵に対しては操舵角θｈより遅れて動作して逃げられないようにする。これにより、速い操舵のときにのみ、反力を上昇させる。
【0036】
ハンドルを切り戻して操舵角の大きさが小さくなる状態（切戻し状態）における閾値変動率は、切増し状態の場合とは異なる変化とする。イメージとしては、閾値θｔｈが操舵角θｈを追いかけるように動作し、遅い操舵に対しては、切増し状態の場合と同様に操舵角θｈと略同程度に動作して追いつくが、速い操舵に対しては、切増し状態の場合とは異なり、遅い操舵の場合と同様に操舵角θｈと略同程度に動作して追いつくようにする。つまり、速い操舵の場合、切戻し状態での閾値変動率は切増し状態の場合より大きくなる。切戻し状態での閾値変動率を切増し状態の場合と同様な変化にすると、操舵終端近傍にて速い操舵でハンドルを切り戻した後、即座に速い操舵でハンドルを切り増した場合、閾値θｔｈが操舵角θｈに追いつけない状態で切り増すことになるので、反力を十分に上昇させることができない。この点を解消するために、切戻し状態では、速い操舵の場合でも閾値θｔｈは操舵角θｈと略同程度に動作して追いつくようにする。
【0037】
閾値θｔｈを上記のように動作させるために、弾性項生成部２１０は、操舵角θｈに対してローパスフィルタ（ＬＰＦ）によるフィルタ処理を施すことにより、閾値θｔｈを決め、ＬＰＦの遮断周波数を切増し状態と切戻し状態とで異なる値とする。ＬＰＦによって操舵角θｈに対して遅れをもたせた変化を閾値θｔｈに与え、閾値θｔｈの追従性を変化させる。また、切戻し状態での遮断周波数を切増し状態での遮断周波数より高く設定することにより、切戻し状態での速い操舵に対しても、閾値θｔｈが操舵角θｈに追いつくようにする。
【0038】
弾性項生成部２１０の構成例を図８に示す。弾性項生成部２１０は微分部２１１、切増し／切戻し判定部２１２、フィルタ部２１３及び可変ゲイン部２１４を備え、操舵角θｈは、これらの構成要素全てに入力される。
【0039】
微分部２１１は、操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、舵角速度ωｈ２は切増し／切戻し判定部２１２に入力される。
【0040】
切増し／切戻し判定部２１２は、操舵機構が切増し状態か切戻し状態であるかの判定（以下、「切増し／切戻し判定」とする）を行う。例えば図９に示されるように、操舵角θｈ及び舵角速度ωｈ２の正負関係で切増し／切戻し判定を行う。判定結果は操舵状態ＳＴｓとしてフィルタ部２１３に出力される。切増し／切戻し判定を、操舵トルクを使用して行っても良い。即ち、特開２００３－１７０８５６号公報で示されるように、操舵トルクの符号と操舵トルク変化率の符号とが同一で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切増し状態と判定し、操舵トルクの符号と操舵トルク変化率の符号とが異符号で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切戻し状態と判定するようにしても良い。または、操舵トルクと舵角速度ωｈ２を使用し、操舵トルクと舵角速度ωｈ
２の符号が同一の場合に切増し状態と判定し、異符号の場合に切戻し状態と判定するようにしても良い。
２の符号が同一の場合に切増し状態と判定し、異符号の場合に切戻し状態と判定するようにしても良い。
【0041】
フィルタ部２１３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。ＬＰＦの遮断周波数は、切増し状態と切戻し状態とで異なる値とし、切戻し状態での遮断周波数を切増し状態での遮断周波数より高くする。例えば、経験値として、切増し状態での遮断周波数を１～５Ｈｚとし、切戻し状態での遮断周波数を５～１０Ｈｚとする。切増し状態か切戻し状態かは、操舵状態ＳＴｓより判断する。なお、閾値θｔｈは、可変ゲイン部２１４において操舵角θｈの大きさに対する閾値として使用されるので、フィルタ処理後の値が負数の場合、正数にした値を閾値θｔｈとして出力する。
【0042】
可変ゲイン部２１４は、操舵角θｈの大きさが、フィルタ部２１３から出力される閾値θｔｈを超えてからトルク信号ＴｒｅｆＢ０を出力するような特性のマップ（以下、「可変ゲインマップ」とする）を有する。可変ゲインマップは、例えば、図１０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、トルク信号ＴｒｅｆＢ０の大きさ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１０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、可変ゲインマップはθｌｉｍ以下の領域で定義される。このように、可変ゲイン部２１４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、可変ゲインマップは、図１０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１０では、符号部２１５は操舵角θｈの符号（＋１、－１）を乗算部２１６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ＴｒｅｆＢ０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ＴｒｅｆＢ０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。
【0043】
このような構成の弾性項生成部２１０における閾値θｔｈの変動について説明する。
【0044】
まず、切増し状態における閾値θｔｈの変動について説明する。
【0045】
舵角速度が遅い場合、操舵角θｈの変動の周波数成分はフィルタ部２１３のＬＰＦにより殆ど遮断されることなく通過するので、フィルタ部２１３から出力される閾値θｔｈは、操舵角θｈとほぼ同じ大きさとなる。よって、図１１（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、操舵角θｈの変動の周波数成分の中で遮断される周波数成分が出てくるので、閾値θｔｈの変動は操舵角θｈの変動より抑制されたものとなる。よって、図１１（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。つまり、舵角速度が遅いときは、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、舵角速度が速いときは、反力が上昇するので、操舵終端での衝突を抑制することができる。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、舵角速度がゼロになり、図１１（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。よって、キックバックの発生が抑えられる。
【0046】
次に、切戻し状態における閾値θｔｈの変動について説明する。切戻し状態と切増し状態とで遮断周波数を異なる値とする効果を説明するために、遮断周波数を同じ値にした場合と比較して説明する。
【0047】
切戻し状態と切増し状態での遮断周波数を同じにした場合、切戻し状態における閾値θｔｈは、切増し状態の場合と同様な動作となる。即ち、舵角速度が遅い場合は、閾値θｔｈは操舵角θｈとほぼ同じ大きさとなり、閾値θｔｈは操舵角θｈに追従して移動するが、舵角速度が速くなると、閾値θｔｈの変動が操舵角θｈの変動より抑制されたものとなり、図１２（Ａ）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、操舵角θｈと閾値θｔｈの間にギャップ（例えば、図１２（Ａ）でのＷＧ）が生じる。この状態において速い操舵で切増し状態に移行した場合、ギャップが解消するまでの間、トルク信号ＴｒｅｆＢ０は略ゼロとなり、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に基づく反力が生じないので、操舵終端での衝突の抑制効果が不十分となる。これに対して、切戻し状態での遮断周波数を高くした場合、切戻し状態における閾値θｔｈは、舵角速度が速いときでも操舵角θｈの変動の周波数成分は殆ど遮断されないので、図１２（Ｂ）に示されるように、操舵角θｈに追従して移動する。よって、この状態において速い操舵で切増し状態に移行しても、閾値θｔｈは、図１１（Ｂ）に示される動作に移行できるので、トルク信号ＴｒｅｆＢ０に基づく反力が生じ、操舵終端での衝突を抑制することができる。
【0048】
弾性項生成部２１０において、閾値θｔｈを変動させるのではなく、操舵角θｈの大きさ（絶対値）から閾値θｔｈを減算した値を用いることにより、実質的に閾値θｔｈが操舵角θｈに追従するようにしても良い。即ち、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜と閾値θｔｈとの差分ｄθ（＝｜θｈ｜－θｔｈ）を求め、可変ゲインマップの代わりに、図１３に示されるような差分ｄθに対するトルク信号ＴｒｅｆＢ０の大きさを定義したマップを使用して、トルク信号ＴｒｅｆＢ０を求めるようにしても良い。図１３に示されるマップは、閾値θｔｈが原点になるように可変ゲインマップを移動させた特性となっている。
【0049】
なお、弾性項生成部２１０ではフィルタ部２１３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２１３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２１３で処理し、フィルタ部２１３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。所定の角度として、例えば終端角度から１０ｄｅｇ手前の位置の角度を設定する。
【0050】
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場合、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。
【0051】
【数2】
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
捩れ角制御部４００は、偏差ｄΔθに対して補償値ＣＦＢ（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ＣＦＢ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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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２１１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θ１又は下側角度センサが検出するコラム角θ２に対して微分演算とＬＰＦ処理を行って算出しても良い。微分部１２０及び２１１を１つにして共用しても良い。
【0059】
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。
【0060】
目標転舵角生成部６００の構成例を図１４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。
【0061】
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１５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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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ＣｔＦＢ（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。
【0066】
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。
【0067】
【0068】
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。
【0069】
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１７のフローチャートを参照して説明する。
【0070】
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）。
【0071】
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）。
【0072】
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ＤＧ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ＤＧ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）。
【0073】
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１８のフローチャートを参照して説明する。
【0074】
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内の微分部２１１、切増し／切戻し判定部２１２、フィルタ部２１３及び可変ゲイン部２１４に入力される（ステップＳ３１）。
【0075】
微分部２１１は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈ２を算出し、切増し／切戻し判定部２１２に出力する（ステップＳ３２）。
【0076】
切増し／切戻し判定部２１２は、操舵角θｈ及び舵角速度ωｈから、図９に示される特性に従って切増し／切戻し判定を行い、判定結果である操舵状態ＳＴｓをフィルタ部２１３に出力する（ステップＳ３３）。
【0077】
フィルタ部２１３は、操舵状態ＳＴｓより操舵機構が切増し状態か切戻し状態であるかを判断し（ステップＳ３４）、各状態に応じて予め設定された遮断周波数を用いて、操舵角θｈに対してＬＰＦ処理を行い（ステップＳ３５）、閾値θｔｈを可変ゲイン部２１４に出力する。
【0078】
可変ゲイン部２１４は、入力した閾値θｔｈを図１０に示される可変ゲインマップに設定し（ステップＳ３６）、可変ゲインマップを用いて、操舵角θｈに応じたトルク信号ＴｒｅｆＢ０を求め、位相補償部２２０に出力する（ステップＳ３７）。
【0079】
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Ｓ３８）。
【0080】
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Ｓ４０）。
【0081】
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Ｓ５０）、目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部５２０に加算入力される。
【0082】
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Ｓ６０）。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ＣＦＢを乗算することにより電流指令値Ｉｍｃを求める（ステップＳ７０）。
【0083】
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Ｓ８０）。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Ｓ９０）。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Ｓ１００）。
【0084】
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Ｓ１１０）。目標転舵角生成部６００の動作例については、図１９のフローチャートを参照して説明する。
【0085】
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Ｓ１１１）、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Ｓ１１２）、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Ｓ１１３）。目標転舵角θｔｒｅｆは減算部８１０に加算入力される。
【0086】
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Ｓ１２０）。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ＣｔＦＢを乗算することにより電流指令値Ｉｍｃｔを求める（ステップＳ１３０）。
【0087】
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Ｓ１４０）。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Ｓ１５０）。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Ｓ１６０）。
【0088】
【0089】
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２０（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。
【0090】
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。
【0091】
上述の弾性項生成部２１０は、フィルタ部２１３が有するＬＰＦの遮断周波数を切増し状態と切戻し状態とで異なる値としているが、切増し状態のときのみにフィルタ処理を行い、切戻し状態ではフィルタ処理を行わず、操舵角θｈを閾値θｔｈとして使用するようにしても良い。切戻し状態においてフィルタ処理を行わないことにより、遅い操舵だけではなく速い操舵に対しても、閾値θｔｈが操舵角θｈに追いつくようにすることができる。
【0092】
本発明の他の実施の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。
【0093】
第１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。
【0094】
図２１に示す反力制御系の構成例（第２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２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（第２変換部）が追加され、目標操舵トルク生成部１００及び２００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及び３１０の後段に加算部５１１が配置されている。
【0095】
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に変換する。目標捩れ角ΔθｒｅｆＡ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に変換し、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢ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。なお、本実施形態では、目標操舵トルクＴｒｅｆＢが第１目標操舵トルクに対応し、目標捩れ角ΔθｒｅｆＡが第２目標捩れ角に対応する。
【0096】
第２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１６でのステップＳ４０～Ｓ５０）が異なる。異なる動作について、図２２のフローチャートを参照して説明する。
【0097】
ステップＳ３０の後、変換部３１０は目標操舵トルクＴｒｅｆＡを目標捩れ角ΔθｒｅｆＡに変換し（ステップＳ４１）、変換部３００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Ｓ４２）。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Ｓ４３）。目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部５２０に加算入力され、ステップＳ６０へと続く。
【0098】
図２３に示す反力制御系の構成例（第３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３実施形態での反力制御系６０Ｂでは、図２１に示される第２実施形態での反力制御系６０Ａと比べると、捩れ角制御部４１０（第２捩れ角制御部）が更に追加され、加算部が捩れ角制御部４００及び４１０の後段に移動している。
【0099】
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ＣＦＢ（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３１０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ＣＦＢ（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。なお、本実施形態では、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢが第１目標捩れ角に対応し、電流指令値ＩｍｃＢが第２電流指令値に対応する。
【0100】
第３実施形態の動作は、第２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１６及び図２２でのステップＳ４３～Ｓ７０）が異なる。異なる動作について、図２４のフローチャートを参照して説明する。
【0101】
ステップＳ４２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Ｓ５１）。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ＣＦＢを乗算することにより電流指令値ＩｍｃＡを求める（ステップＳ５２）。一方、捩れ角制御部４１０は、目標捩れ角ΔθｒｅｆＢに補償値ＣＦＢを乗算することにより電流指令値ＩｍｃＢを求める（ステップＳ５３）。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Ｓ５４）。電流指令値Ｉｍｃは減算部５３０に加算入力され、ステップＳ８０へと続く。
【0102】
上述の実施形態（第１～第３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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【符号の説明】
【0106】
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、２１１ 微分部
１３０ ダンパゲイン部
１６０、２２０ 位相補償部
２１０ 弾性項生成部
２１２ 切増し／切戻し判定部
２１３ フィルタ部
２１４ 可変ゲイン部
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
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、２１１ 微分部
１３０ ダンパゲイン部
１６０、２２０ 位相補償部
２１０ 弾性項生成部
２１２ 切増し／切戻し判定部
２１３ フィルタ部
２１４ 可変ゲイン部
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
【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】