特許 7482130 車両用操向装置

(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】

(24)【登録日】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】車両用操向装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20240502BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D5/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021533172

(86)(22)【出願日】2021-02-05

(86)【国際出願番号】 JP2021004436

(87)【国際公開番号】W WO2021157727

(87)【国際公開日】2021-08-12

【審査請求日】2023-09-12

(31)【優先権主張番号】P 2020019440

(32)【優先日】2020-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 啓太郎

【審査官】菅 和幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３３５５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８１１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１５３２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６６２５５３０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６２Ｄ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハンドルに操舵反力を付与する反力用モータと、
前記ハンドルの操舵に応じてタイヤを転舵する転舵用モータと、
前記反力用モータ及び前記転舵用モータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
少なくとも車両の車速及び操舵角に応じた所定の基本マップに基づき第１トルク信号を生成し、前記反力用モータに対する目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
前記車両の操向車輪に作用する路面反力に応じた第２トルク信号を生成するトルク補正値演算部と、
を備え、
前記トルク補正値演算部は、
推定された路面反力を低周波成分及び高周波成分に分離し、当該低周波成分及び高周波成分に対してそれぞれレベル制限を行い、当該レベル制限後の低周波成分及び高周波成分をそれぞれトルク値に変換した値を加算して前記第２トルク信号を生成し、
前記目標操舵トルク生成部は、
少なくとも前記第１トルク信号と前記第２トルク信号とを加算して、前記目標操舵トルクを生成する、
車両用操向装置。

【請求項2】

前記トルク補正値演算部は、
前記転舵用モータの電流値及び前記操向車輪の転舵角に基づき、前記推定された路面反力を算出する路面反力推定部と、
前記推定された路面反力をそれぞれ異なる周波数帯域に制限した第１帯域制限路面反力及び第２帯域制限路面反力に分岐する帯域制限部と、
前記第１帯域制限路面反力及び第２帯域制限路面反力に対し、それぞれ上限値及び下限値でレベル制限するレベル制限部と、
前記第１帯域制限路面反力をレベル制限した第１レベル制限路面反力、及び、前記第２帯域制限路面反力をレベル制限した第２レベル制限路面反力に対し、それぞれ所定のゲインを乗じて加算することにより前記第２トルク信号を生成する補正トルク生成部と、
を備える、
請求項１に記載の車両用操向装置。

【請求項3】

前記帯域制限部は、それぞれ通過帯域が異なる第１フィルタ及び第２フィルタを備え、
前記第１フィルタは、
前記推定された路面反力の低周波成分を含む第１周波数帯域を通過帯域とする低域通過型フィルタであり、前記路面反力の低周波成分を前記第１帯域制限路面反力として出力し、
前記第２フィルタは、
前記推定された路面反力の高周波成分を含む第２周波数帯域を通過帯域とする高域通過型フィルタであり、前記路面反力の高周波成分を前記第２帯域制限路面反力として出力する、
請求項２に記載の車両用操向装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用操向装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用操向装置として、運転者が操舵を行う操舵反力生成装置（ＦＦＡ：Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ａｃｔｕａｔｏｒ、操舵機構）と、車両の舵を切るタイヤ転舵装置（ＲＷＡ：Ｒｏａｄ Ｗｈｅｅｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ、転舵機構）とが機械的に分離されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）式の車両用操向装置がある。このようなＳＢＷ式の車両用操向装置は、操舵機構と転舵機構とがコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を介して電気的に接続され、電気信号によって操舵機構と転舵機構と間の制御が行われる構成である。

【0003】

このようなＳＢＷ式の車両用操向装置においては、転舵輪に作用する路面反力を検出あるいは推定して操舵反力に反映する必要があるが、悪路通過時に転舵輪に作用する過大な路面反力は、運転者のハンドル操作の妨げとなる場合がある。このため、操舵反力を所定の閾値を超える路面反力が検出された時点で一定値とする技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４５８６５５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

路面反力は、路面の状況によって特性が異なる。具体的には、例えば、路面が大きく波打つようにうねっている場合と、未舗装路の路面を走行している場合とでは、転舵輪が受ける路面反力の周波数成分が異なる。上記従来技術では、路面反力の特性に依らず、路面反力の絶対値がしきい値を超えたか否かのみを検出し、過大な路面反力に対して操舵反力を一定値とするため、本来ハンドルを介して運転者に伝達されるべき路面状況が操舵反力に反映されない可能性がある。

【0006】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、路面反力の特性に応じて、適切に路面反力を操舵反力に反映し得る車両用操向装置を提供すること、を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る車両用操向装置は、ハンドルに操舵反力を付与する反力用モータと、前記ハンドルの操舵に応じてタイヤを転舵する転舵用モータと、前記反力用モータ及び前記転舵用モータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、少なくとも車両の車速及び操舵角に応じた所定の基本マップに基づき第１トルク信号を生成し、前記反力用モータに対する目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記車両の操向車輪に作用する路面反力に応じた第２トルク信号を生成するトルク補正値演算部と、を備え、前記トルク補正値演算部は、推定された路面反力を低周波成分及び高周波成分に分離し、当該低周波成分及び高周波成分に対してそれぞれレベル制限を行い、当該レベル制限後の低周波成分及び高周波成分をそれぞれトルク値に変換した値を加算して前記第２トルク信号を生成し、前記目標操舵トルク生成部は、少なくとも前記第１トルク信号と前記第２トルク信号とを加算して、前記目標操舵トルクを生成する。

【0008】

上記構成によれば、路面反力の低周波成分及び高周波成分のそれぞれが適切にレベル制限された第２トルク信号を得ることができる。これにより、路面反力に対する目標操舵トルクの追従性を損なうことなく、路面反力の特性に応じた適切な操舵反力を得ることができる。

【0009】

車両用操向装置の望ましい態様として、前記トルク補正値演算部は、前記転舵用モータの電流値及び前記操向車輪の転舵角に基づき、前記推定された路面反力を算出する路面反力推定部と、前記推定された路面反力をそれぞれ異なる周波数帯域に制限した第１帯域制限路面反力及び第２帯域制限路面反力に分岐する帯域制限部と、前記第１帯域制限路面反力及び第２帯域制限路面反力に対し、それぞれ上限値及び下限値でレベル制限するレベル制限部と、前記第１帯域制限路面反力をレベル制限した第１レベル制限路面反力、及び、前記第２帯域制限路面反力をレベル制限した第２レベル制限路面反力に対し、それぞれ所定のゲインを乗じて加算することにより前記第２トルク信号を生成する補正トルク生成部と、を備えることが好ましい。

【0010】

上記構成によれば、路面反力の低周波成分及び高周波成分をそれぞれ適切にレベル制限することができる。また、路面反力に応じた目標操舵トルクＴｒｅｆを得るための補正値である第２トルク信号が得られる。

【0011】

車両用操向装置の望ましい態様として、前記帯域制限部は、それぞれ通過帯域が異なる第１フィルタ及び第２フィルタを備え、前記第１フィルタは、前記推定された路面反力の低周波成分を含む第１周波数帯域を通過帯域とする低域通過型フィルタであり、前記路面反力の低周波成分を前記第１帯域制限路面反力として出力し、前記第２フィルタは、前記推定された路面反力の高周波成分を含む第２周波数帯域を通過帯域とする高域通過型フィルタであり、前記路面反力の高周波成分を前記第２帯域制限路面反力として出力することが好ましい。

【0012】

これにより、路面反力の特性に応じて第１フィルタ及び第２フィルタの遮断周波数を適宜設定することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、路面反力の特性に応じて、適切に路面反力を操舵反力に反映し得る車両用操向装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、ステアバイワイヤ式の車両用操向装置の全体構成を示す図である。

【図2】図２は、ＳＢＷシステムを制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。

【図3】図３は、実施形態に係るコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る目標操舵トルク生成部の一構成例を示すブロック図である。

【図5】図５は、基本マップ部が保持する基本マップの特性例を示す図である。

【図6】図６は、ダンパゲインマップ部が保持するダンパゲインマップの特性例を示す図である。

【図7】図７は、ヒステリシス補正部の特性例を示す図である。

【図8】図８は、捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。

【図9】図９は、目標転舵角生成部の一構成例を示すブロック図である。

【図10】図１０は、転舵角制御部の一構成例を示すブロック図である。

【図11】図１１は、実施形態に係るトルク補正値演算部の一構成例を示すブロック図である。

【図12】図１２は、路面から転舵用モータまでの間に発生するトルクの様子を示すイメージ図である。

【図13】図１３は、路面反力推定部の一構成例を示すブロック図である。

【図14】図１４は、第１フィルタの特性の一例を示す模式図である。

【図15】図１５は、第２フィルタの特性の一例を示す模式図である。

【図16】図１６は、路面反力の一例を示す図である。

【図17】図１７は、第１フィルタの出力である第１帯域制限路面反力の一例を示す図である。

【図18】図１８は、第２フィルタの出力である第２帯域制限路面反力の一例を示す図である。

【図19】図１９は、第１リミッタにおける第１帯域制限路面反力の上限値及び下限値の設定例を示す図である。

【図20】図２０は、第２リミッタにおける第２帯域制限路面反力の上限値及び下限値の設定例を示す図である。

【図21】図２１は、第１リミッタの出力である第１レベル制限路面反力の一例を示す図である。

【図22】図２２は、第２リミッタの出力である第２レベル制限路面反力の一例を示す図である。

【図23】図２３は、実施形態に係るトルク補正値演算部から出力されるトルク信号の一例を示す図である。

【図24】図２４は、路面反力を帯域制限せずにレベル制限した比較例を示す図である。

【図25】図２５は、路面反力を帯域制限せずにレベル制限した比較例におけるトルク信号の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0016】

図１は、ステアバイワイヤ式の車両用操向装置の全体構成を示す図である。図１に示すステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）式の車両用操向装置（以下、「ＳＢＷシステム」とも称する）は、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図１に示されるように、ＳＢＷシステムは、反力装置６０及び駆動装置７０を備え、コントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。

【0017】

反力装置６０は、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４、減速機構３、角度センサ７４、反力用モータ６１等を備えている。これらの各構成部は、ハンドル１のコラム軸２に設けられている。

【0018】

反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。トルクセンサ１０は、操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。

【0019】

駆動装置７０は、転舵用モータ７１、ギア７２、角度センサ７３等を備えている。転舵用モータ７１により発生する駆動力は、ギア７２、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。

【0020】

駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、転舵用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０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１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び転舵用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

【0021】

角度センサ７３は、転舵角θｔではなく転舵用モータ７１の角度を検出する態様であっても良い。この場合、角度センサ７３の検出値を転舵角θｔに変換し、後段の制御に用いる態様であっても良い。

【0022】

コントロールユニット（ＥＣＵ）５０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５０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓ等に基づいて電流指令値の演算を行い、反力用モータ６１及び転舵用モータ７１に供給する電流を制御する。

【0023】

コントロールユニット５０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０等の車載ネットワークが接続されている。また、コントロールユニット５０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。

【0024】

コントロールユニット５０は、主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成される。図２は、ＳＢＷシステムを制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。

【0025】

コントロールユニット５０を構成する制御用コンピュータ１１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）１００４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１００５、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１００６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ１００７等を備え、これらがバスに接続されている。

【0026】

ＣＰＵ１００１は、ＳＢＷシステムの制御用コンピュータプログラム（以下、制御プログラムという）を実行して、ＳＢＷシステムを制御する処理装置である。

【0027】

ＲＯＭ１００２は、ＳＢＷシステムを制御するための制御プログラムを格納する。また、ＲＡＭ１００３は、制御プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。ＥＥＰＲＯＭ１００４には、制御プログラムが入出力する制御データ等が格納されている。制御データは、コントロールユニット３０に電源が投入された後にＲＡＭ１００３に展開された制御用コンピュータプログラム上で使用され、所定のタイミングでＥＥＰＲＯＭ１００４に上書きされる。

【0028】

ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３、及びＥＥＰＲＯＭ１００４等は情報を格納する記憶装置であって、ＣＰＵ１００１が直接アクセスできる記憶装置（一次記憶装置）である。

【0029】

Ａ／Ｄ変換器１００６は、操舵トルクＴｓ、及び操舵角θｈの信号等を入力し、ディジタル信号に変換する。

【0030】

インターフェース１００５は、ＣＡＮ４０に接続されている。インターフェース１００５は、車速センサ１２からの車速Ｖの信号（車速パルス）を受け付けるためのものである。

【0031】

ＰＷＭコントローラ１００７は、反力用モータ６１及び転舵用モータ７１に対する電流指令値に基づいてＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を出力する。

【0032】

このようなＳＢＷシステムに本開示を適用した実施形態１の構成について説明する。

【0033】

図３は、実施形態に係るコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。本実施形態では、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置６０を捩れ角制御で制御し、駆動装置７０を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置７０は他の制御方法で制御しても良い。なお、本実施形態において、捩れ角Δθは、ハンドル１のコラム軸２の上側に設けられた舵角センサ１４の検出角をコラム軸換算した角と、ハンドル１のコラム軸２の下側に設けられた角度センサ７４の検出角をコラム軸換算した角とのなす角となる。具体的に、捩れ角Δθは、舵角センサ１４の検出角をコラム軸換算した角をθ_１、角度センサ７４の検出角をコラム軸換算した角をθ_２としたとき、θ_１及びθ_２の偏差から、Δθ＝θ_２－θ_１で表される。

【0034】

コントロールユニット５０は、内部ブロック構成として、目標操舵トルク生成部２００、捩れ角制御部３００、トルク補正値演算部４００、変換部５００、目標転舵角生成部９１０、及び転舵角制御部９２０を備えている。

【0035】

目標操舵トルク生成部２００は、本開示において反力装置６０の操舵トルクの目標値である目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する。

【0036】

変換部５００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。

【0037】

捩れ角制御部３００は、反力用モータ６１に供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値Ｉｍｃを生成する。

【0038】

目標転舵角生成部９１０は、操舵角θｈに基づき目標転舵角θｔｒｅｆを生成する。

【0039】

転舵角制御部９２０は、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する。

【0040】

トルク補正値演算部４００は、転舵用モータ７１の電流値（以下、「転舵用モータ電流値」とも称する）Ｉｍｄ及び転舵角θｔに基づき、後述する路面反力推定部４１０により推定された路面反力Ｔ_ＳＡＴ（図１１参照）に応じた目標操舵トルクＴｒｅｆを得るためのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐを演算する。

【0041】

まず、本実施形態に係る目標操舵トルク生成部２００について、図４を参照して説明する。

【0042】

図４は、実施形態に係る目標操舵トルク生成部の一構成例を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係る目標操舵トルク生成部２００は、基本マップ部２１０、乗算部２１１、微分部２２０、ダンパゲインマップ部２３０、ヒステリシス補正部２４０、乗算部２６０、及び加算部２６１，２６２，２６３を備える。図５は、基本マップ部が保持する基本マップの特性例を示す図である。図６は、ダンパゲインマップ部が保持するダンパゲインマップの特性例を示す図である。

【0043】

基本マップ部２１０には、操舵角θｈ及び車速Ｖｓが入力される。基本マップ部２１０は、図５に示す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＿ａ０を出力する。すなわち、基本マップ部２１０は、車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０を出力する。

【0044】

図５に示すように、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０は、操舵角θｈの大きさ（絶対値）｜θｈ｜の増加に伴い徐々に変化率が小さくなる曲線に沿って増加する特性を有する。また、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０は、車速Ｖｓの増加に伴い増加する特性を有する。なお、図５では操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜に応じたマップを構成しているが、正負の操舵角θｈに応じたマップを構成しても良い。この場合、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０の値は、正負の値を取り得、後述する符号計算は不要となる。以下の説明では、図５に示す操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜に応じた正の値であるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０を出力する態様について説明する。

【0045】

図４に戻って、符号抽出部２１３は、操舵角θｈの符号を抽出する。具体的には、例えば、操舵角θｈの値を、操舵角θｈの絶対値で除算する。これにより、符号抽出部２１３は、操舵角θｈの符号が「＋」の場合には「１」を出力し、操舵角θｈの符号が「－」の場合には「－１」を出力する。具体的に、符号抽出部２１３は、例えば操舵角θｈの符号関数（ｓｉｇｎ（θｈ））を生成する。

【0046】

乗算部２１１は、基本マップ部２１０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０に対して、符号抽出部２１３から出力される「１」又は「－１」を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａとして加算部２６１に出力する。具体的に、乗算部２１１は、基本マップ部２１０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ０に対して、例えば符号抽出部２１３により生成された操舵角θｈの符号関数（ｓｉｇｎ（θｈ））を乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａとして加算部２６１に出力する。

【0047】

本実施形態におけるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが、本開示の「第１トルク信号」に対応する。

【0048】

微分部２２０には、操舵角θｈが入力される。微分部２２０は、操舵角θｈを微分して、角速度情報である舵角速度ωｈを算出する。微分部２２０は、算出した舵角速度ωｈを乗算部２６０に出力する。

【0049】

ダンパゲインマップ部２３０には、車速Ｖｓが入力される。ダンパゲインマップ部２３０は、図６に示す車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Ｖｓに応じたダンパゲインＤ_Ｇを出力する。

【0050】

図６に示すように、ダンパゲインＤ_Ｇは、車速Ｖｓが高くなるに従い徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインＤ_Ｇは、操舵角θｈに応じて可変する態様としても良い。

【0051】

図４に戻って、乗算部２６０は、微分部２２０から出力される舵角速度ωｈに対して、ダンパゲインマップ部２３０から出力されるダンパゲインＤ_Ｇを乗算し、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部２６２に出力する。

【0052】

ヒステリシス補正部２４０は、操舵角θｈ及び操舵状態信号ＳＴｓに基づき、下記（１）式及び（２）式を用いてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを演算する。操舵状態信号ＳＴｓについては、ここでは説明を省略するが、モータ角速度ωｍの符号に基づき、操舵方向が右切りか左切りかを判定した結果を示す状態信号である。なお、下記（１）式及び（２）式において、ｘは操舵角θｈ、ｙ_Ｒ＝Ｔｒｅｆ＿ｃ及びｙ_Ｌ＝Ｔｒｅｆ＿ｃはトルク信号（第４トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃとする。また、係数ａは１よりも大きい値であり、係数ｃは０よりも大きい値である。係数Ａｈｙｓは、ヒステリシス特性の出力幅を示し、係数ｃは、ヒステリシス特性の丸みを表す係数である。

【0053】

ｙ_Ｒ＝Ａｈｙｓ｛１－ａ^{－ｃ（ｘ－ｂ）}｝・・・（１）

【0054】

ｙ_Ｌ＝－Ａｈｙｓ｛１－ａ^{ｃ（ｘ－ｂ’）}｝・・・（２）

【0055】

右切り操舵の際には、上記（１）式を用いて、トルク信号（第４トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃ（ｙ_Ｒ）を算出する。左切り操舵の際には、上記（２）式を用いて、トルク信号（第４トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃ（ｙ_Ｌ）を算出する。なお、右切り操舵から左切り操舵へ切り替える際、又は、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際には、操舵角θｈ及びトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの前回値であるの最終座標（ｘ_１，ｙ_１）の値に基づき、操舵切り替え後の上記（１）式及び（２）式に対し、下記（３）式又は（４）式に示す係数ｂ又はｂ’を代入する。これにより、操舵切り替え前後の連続性が保たれる。

【0056】

ｂ＝ｘ_１＋（１／ｃ）ｌｏｇ_ａ｛１－（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（３）

【0057】

ｂ’＝ｘ_１－（１／ｃ）ｌｏｇ_ａ｛１－（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（４）

【0058】

上記（３）式及び（４）式は、上記（１）式及び（２）式において、ｘにｘ_１を代入し、ｙ_Ｒ及びｙ_Ｌにｙ_１を代入することにより導出することができる。

【0059】

係数ａとして、例えば、ネイピア数ｅを用いた場合、上記（１）式、（２）式、（３）式、（４）式は、それぞれ下記（５）式、（６）式、（７）式、（８）式で表せる。

【0060】

ｙ_Ｒ＝Ａｈｙｓ［１－ｅｘｐ｛－ｃ（ｘ－ｂ）｝］・・・（５）

【0061】

ｙ_Ｌ＝－Ａｈｙｓ［｛１－ｅｘｐ｛ｃ（ｘ－ｂ’）｝］・・・（６）

【0062】

ｂ＝ｘ_１＋（１／ｃ）ｌｏｇ_ｅ｛１－（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（７）

【0063】

ｂ’＝ｘ_１－（１／ｃ）ｌｏｇ_ｅ｛１－（ｙ_１／Ａｈｙｓ）｝・・・（８）

【0064】

図７は、ヒステリシス補正部の特性例を示す図である。図７に示す例では、上記（７）式及び（８）式において、Ａｈｙｓ＝１［Ｎｍ］、ｃ＝０．３と設定し、０［ｄｅｇ］から開始し、＋５０［ｄｅｇ］、－５０［ｄｅｇ］の操舵をした場合の、ヒステリシス補正されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃの特性例を示している。図７に示すように、ヒステリシス補正部２４０から出力されるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは、０の原点→Ｌ１（細線）→Ｌ２（破線）→Ｌ３（太線）のようなヒステリシス特性を有している。

【0065】

なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるＡｈｙｓ及び丸みを表す係数であるｃを、車速Ｖｓ及び操舵角θｈの一方又は双方に応じて可変としても良い。

【0066】

また、舵角速度ωｈは、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を実施している。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦの処理を実施しても良い。更に、舵角速度ωｈ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の処理を行って算出しても良い。舵角速度ωｈの代わりにモータ角速度ωｍを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部２２０は不要となる。

【0067】

上述のように求められたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ，Ｔｒｅｆ＿ｂ，Ｔｒｅｆ＿ｃ、及び、トルク補正値演算部４００により演算されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐは、図４に示す加算部２６１，２６２，２６３で加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。

【0068】

本実施形態におけるトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐが、本開示の「第２トルク信号」に対応する。トルク補正値演算部４００及びトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐについては後述する。

【0069】

図３に戻って、捩れ角制御部３００では、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部２００及び変換部５００を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。反力用モータ６１のモータ角θｍは角度センサ７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、電流制御部１３０は、捩れ角制御部３００から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１４０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。

【0070】

以下、捩れ角制御部３００について、図８を参照して説明する。

【0071】

図８は、捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。捩れ角制御部３００は、目標捩れ角Δθｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。捩れ角制御部３００は、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部３１０、捩れ角速度演算部３２０、速度制御部３３０、安定化補償部３４０、出力制限部３５０、減算部３６１及び加算部３６２を備えている。

【0072】

変換部５００から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆは、減算部３６１に加算入力される。捩れ角Δθは、減算部３６１に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部３２０に入力される。モータ角速度ωｍは、安定化補償部３４０に入力される。

【0073】

捩れ角ＦＢ補償部３１０は、減算部３６１で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ０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が追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは、単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

【0074】

目標捩れ角速度ωｒｅｆは、速度制御部３３０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部３１０及び速度制御部３３０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。

【0075】

捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角Δθに対して微分演算処理を行い、捩れ角速度ωｔを算出する。捩れ角速度ωｔは、速度制御部３３０に出力される。捩れ角速度演算部３２０は、微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度演算部３２０は、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部３３０に出力するようにしても良い。

【0076】

速度制御部３３０は、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出する。

【0077】

減算部３３３は、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ－ωｔ）を算出する。積分部３３１は、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ－ωｔ）を積分し、積分結果を減算部３３４に加算入力する。

【0078】

捩れ角速度ωｔは、比例部３３２にも出力される。比例部３３２は、捩れ角速度ωｔに対してゲインＫｖｐによる比例処理を行い、比例処理結果を減算部３３４に減算入力する。減算部３３４での減算結果は、モータ電流指令値Ｉｍｃａ１として出力される。なお、速度制御部３３０は、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ－Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出しても良い。

【0079】

安定化補償部３４０は、補償値Ｃｓ（伝達関数）を有しており、モータ角速度ωｍからモータ電流指令値Ｉｍｃａ２を算出する。追従性及び外乱特性を向上させるために、捩れ角ＦＢ補償部３１０及び速度制御部３３０のゲインを上げると、高域の制御的な発振現象が発生してしまう。この対策として、モータ角速度ωｍに対し、安定化するために必要な伝達関数（Ｃｓ）を安定化補償部３４０に設定する。これにより、反力装置制御システム全体の安定化を実現することができる。

【0080】

加算部３６２は、速度制御部３３０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ１と安定化補償部３４０からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ２とを加算し、モータ電流指令値Ｉｍｃｂとして出力する。

【0081】

出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｂに対する上限値及び下限値が予め設定されている。出力制限部３５０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。

【0082】

なお、本実施形態における捩れ角制御部３００の構成は一例であり、図８に示す構成とは異なる態様であっても良い。例えば、捩れ角制御部３００は、安定化補償部３４０を具備しない構成であっても良い。

【0083】

図３に戻り、転舵角制御部９２０では、目標転舵角生成部９１０にて操舵角θｈに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成される。目標転舵角θｔｒｅｆは、転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力され、転舵角制御部９２０にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される転舵用モータ電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１３０と同様の構成及び動作により、転舵用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。

【0084】

以下、目標転舵角生成部９１０について、図９を参照して説明する。

【0085】

図９は、目標転舵角生成部の一構成例を示すブロック図である。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。

【0086】

制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限した操舵角θｈ１を出力する。図８に示す捩れ角制御部３００内の出力制限部３５０と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。

【0087】

レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、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、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。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。

【0088】

補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。

【0089】

なお、本実施形態における目標転舵角生成部９１０の構成は一例であり、図９に示す構成とは異なる態様であっても良い。

【0090】

以下、図３に示す転舵角制御部９２０について、図１０を参照して説明する。

【0091】

図１０は、転舵角制御部の一構成例を示すブロック図である。転舵角制御部９２０は、目標転舵角θｔｒｅｆ、及び操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する。転舵角制御部９２０は、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６、及び減算部９２７を備えている。

【0092】

目標転舵角生成部９１０から出力される目標転舵角θｔｒｅｆは、減算部９２７に加算入力される。転舵角θｔは、減算部９２７に減算入力されると共に、転舵角速度演算部９２２に入力される。

【0093】

転舵角ＦＢ補償部９２１は、減算部９２７で算出される目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角θｔとの偏差Δθｔ０に対して補償値ＣＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔが追従するような目標転舵角速度ωｔｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは、単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。

【0094】

目標転舵角速度ωｔｒｅｆは、速度制御部９２３に入力される。転舵角ＦＢ補償部９２１及び速度制御部９２３により、目標転舵角θｔｒｅｆに転舵角θｔを追従させ、所望のトルクを実現することが可能となる。

【0095】

転舵角速度演算部９２２は、転舵角θｔに対して微分演算処理を行い、転舵角速度ωｔｔを算出する。転舵角速度ωｔｔは、速度制御部９２３に出力される。

【0096】

速度制御部９２３は、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標転舵角速度ωｔｒｅｆに転舵角速度ωｔｔが追従するようなモータ電流指令値（第１電流指令値）Ｉｍｃｔａを算出する。なお、速度制御部９２３は、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ－Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値（第１電流指令値）Ｉｍｃｔａを算出しても良い。

【0097】

減算部９２８は、目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ－ωｔｔ）を算出する。積分部９２４は、目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ－ωｔｔ）を積分し、積分結果を減算部９２９に加算入力する。

【0098】

転舵角速度ωｔｔは、比例部９２５にも出力される。比例部９２５は、転舵角速度ωｔｔに対して比例処理を行い、比例処理結果を減算部９２９に減算入力する。

【0099】

出力制限部９２６は、モータ電流指令値（第１電流指令値）Ｉｍｃｔａに対して出力制限処理を行い、モータ電流指令値（第２電流指令値）Ｉｍｃｔを出力する。出力制限部９２６は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａに対する上限値及び下限値が予め設定されている。出力制限部９２６は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを出力する。

【0100】

なお、本実施形態における転舵角制御部９２０の構成は一例であり、図１０に示す構成とは異なる態様であっても良い。

【0101】

以下、本実施形態に係る図３に示したトルク補正値演算部４００について、図１１から図２５を参照して説明する。図１１は、実施形態に係るトルク補正値演算部の一構成例を示すブロック図である。

【0102】

本実施形態に係る車両用操向装置は、物理的に実際の力が働くことにより操向車輪８Ｌ，８Ｒに作用する路面反力Ｔ_ＳＡＴを推定し、この推定した路面反力Ｔ_ＳＡＴに応じた目標操舵トルクＴｒｅｆを得る構成である。図１１に示すように、本実施形態に係るトルク補正値演算部４００は、路面反力推定部４１０、帯域制限部４２０、レベル制限部４３０、及び補正トルク生成部４４０を備えている。

【0103】

ここで、路面から転舵用モータ７１までの間に発生するトルクの様子について、図１２を参照して説明する。図１２は、路面から転舵用モータまでの間に発生するトルクの様子を示すイメージ図である。

【0104】

運転者がハンドルを操舵することによって目標転舵角θｔｒｅｆが生成され、その目標転舵角θｔｒｅｆに従い、転舵用モータ７１が操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵させる転舵モータトルクＴｍを発生する。その結果、操向車輪８Ｌ，８Ｒが転舵され、路面反力Ｔ_ＳＡＴが発生する。その際、転舵用モータ７１（のロータ）、減速機構等によりコラム軸に作用する慣性（コラム軸換算慣性）Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによって抵抗となるトルクが生じる。更に、転舵用モータ７１の回転速度により、ダンパ項（ダンパ係数Ｄ_Ｍ）として表現される物理的なトルク（粘性トルク）が発生する。これらの力の釣り合いから、下記（９）式に示す運動方程式が得られる。

【0105】

Ｊ×α_Ｍ＋Ｆｒ×ｓｉｇｎ（ω_Ｍ）＋Ｄ_Ｍ×ω_Ｍ＝Ｔｍ－Ｔ_ＳＡＴ・・・（９）

【0106】

上記（９）式において、ω_Ｍはコラム軸換算（コラム軸に対する値に変換）されたモータ角速度であり、α_Ｍはコラム軸換算されたモータ角加速度である。そして、上記（９）式を路面反力Ｔ_ＳＡＴについて解くと、下記（１０）式が得られる。

【0107】

Ｔ_ＳＡＴ＝Ｔｍ－Ｊ×α_Ｍ－Ｆｒ×ｓｉｇｎ（ω_Ｍ）－Ｄ_Ｍ×ω_Ｍ・・・（１０）

【0108】

上記（１０）式からわかるように、コラム軸換算慣性Ｊ、静摩擦Ｆｒ及びダンパ係数Ｄ_Ｍを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω_Ｍ、モータ角加速度α_Ｍ、及び転舵モータトルクＴｍより路面反力Ｔ_ＳＡＴを算出することができる。なお、コラム軸換算慣性Ｊは、簡易的にモータ慣性と減速比の関係式を用いてコラム軸に換算した値でも良い。

【0109】

路面反力推定部４１０には、転舵用モータ電流値Ｉｍｄ及び転舵角θｔが入力される。路面反力推定部４１０は、上記（１０）式を用いて、路面反力Ｔ_ＳＡＴを算出する。

【0110】

図１３は、路面反力推定部の一構成例を示すブロック図である。路面反力推定部４１０は、換算部４１１、角速度演算部４１２、角加速度演算部４１３、ブロック４１４、ブロック４１５、ブロック４１６、ブロック４１７、及び減算部４１８，４１９を備える。

【0111】

換算部４１１には、転舵用モータ電流値Ｉｍｄが入力される。換算部４１１は、予め定められたギア比及びトルク定数を乗算することにより、コラム軸換算された転舵モータトルクＴｍを算出する。

【0112】

角速度演算部４１２には、転舵角θｔが入力される。角速度演算部４１２は、転舵角θｔを転舵用モータ７１の角度に変換し、この転舵用モータ７１の角度に対して微分演算処理を行い、さらに、ギア比による除算により、コラム軸換算されたモータ角速度ω_Ｍを算出する。

【0113】

角加速度演算部４１３には、モータ角速度ω_Ｍが入力される。角加速度演算部４１３は、モータ角速度ω_Ｍを微分し、コラム軸換算されたモータ角加速度α_Ｍを算出する。

【0114】

そして、上記転舵モータトルクＴｍ、モータ角速度ω_Ｍ、及びモータ角加速度α_Ｍを用いて、図１３に示す構成により、上記（１０）式に基づき路面反力Ｔ_ＳＡＴが算出される。

【0115】

ブロック４１４には、角速度演算部４１２から出力されたモータ角速度ω_Ｍが入力される。ブロック４１４は、符号関数として機能し、入力データの符号を出力する。

【0116】

ブロック４１５には、角速度演算部４１２から出力されたモータ角速度ω_Ｍが入力される。ブロック４１５は、入力データにダンパ係数Ｄ_Ｍを乗算して出力する。

【0117】

ブロック４１６は、ブロック４１４からの入力データに静摩擦Ｆｒを乗算して出力する。

【0118】

ブロック４１７には、角加速度演算部４１３から出力されたモータ角加速度α_Ｍが入力される。ブロック４１７は、入力データにコラム軸換算慣性Ｊを乗算して出力する。

【0119】

減算部４１８は、換算部４１１から出力される転舵モータトルクＴｍからブロック４１７の出力を減算する。

【0120】

減算部４１９は、減算部４１８の出力からブロック４１５の出力とブロック４１６の出力とを減算する。

【0121】

上記構成により、上記（１０）式を実現することができる。すなわち、図１３に示す路面反力推定部４１０の構成により、路面反力Ｔ_ＳＡＴが算出される。

【0122】

なお、転舵用モータ７１の角度を検出する態様では、角速度演算部４１２は、検出された転舵用モータ７１の角度に対して微分演算処理を行い、さらに、ギア比による除算により、コラム軸換算されたモータ角速度ω_Ｍを算出する。また、コラム角が直接検出可能な場合は、転舵角θｔ又は転舵用モータ７１の角度の代わりにコラム角を角度情報として使用しても良い。この場合、コラム軸換算は不要となる。また、転舵角θｔ又は転舵用モータ７１の角度ではなく、転舵角速度又は転舵モータ角速度をコラム軸換算した信号をモータ角速度ω_Ｍとして入力し、転舵用モータ７１の角度に対する微分処理を省略しても良い。更に、路面反力Ｔ_ＳＡＴは、上記以外の方法で算出しても良いし、路面反力Ｔ_ＳＡＴに相当する検出値を使用しても良い。

【0123】

図１１に示すように、帯域制限部４２０は、路面反力推定部４１０から出力される路面反力Ｔ_ＳＡＴを、それぞれ異なる周波数帯域に制限した第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ及び第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨに分岐する。具体的に、帯域制限部４２０は、例えば、図１１に示すように、それぞれ通過帯域が異なる第１フィルタ４２１及び第２フィルタ４２２を備える。

【0124】

図１４は、第１フィルタの特性の一例を示す模式図である。図１５は、第２フィルタの特性の一例を示す模式図である。本実施形態において、第１フィルタ４２１は、図１４に示すように、周波数ｆ１以下の第１周波数帯域を通過帯域とする低域通過型フィルタ（以下、「ＬＰＦ」とも称する）である。また、本実施形態において、第２フィルタ４２２は、図１５に示すように、周波数ｆ２以上の第２周波数帯域を通過帯域とする高域通過型フィルタ（（以下、「ＨＰＦ」とも称する））である。換言すれば、第１フィルタ４２１は、周波数ｆ１を遮断周波数とするＬＰＦであり、第２フィルタ４２２は、周波数ｆ２を遮断周波数とするＨＰＦである。

【0125】

図１１に戻り、路面反力推定部４１０から出力された路面反力Ｔ_ＳＡＴは、帯域制限部４２０において２経路に分岐して第１フィルタ４２１と第２フィルタ４２２とにそれぞれ入力される。帯域制限部４２０は、第１フィルタ４２１の出力である第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ及び第２フィルタ４２２の出力である第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨを出力する。

【0126】

図１６は、路面反力の一例を示す図である。図１７は、第１フィルタの出力である第１帯域制限路面反力の一例を示す図である。図１８は、第２フィルタの出力である第２帯域制限路面反力の一例を示す図である。図１６、図１７、図１８では、説明を容易とするため、第１フィルタ４２１の通過帯域である第１周波数帯域に含まれる正弦波信号と第２フィルタ４２２の通過帯域である第２周波数帯域に含まれる正弦波信号との合成信号を路面反力として例示している。

【0127】

図１６に示す路面反力Ｔ_ＳＡＴは、第１フィルタ４２１により図１７に示す第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬに帯域制限されて出力され、第２フィルタ４２２により図１８に示す第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨに帯域制限されて出力される。

【0128】

なお、第１フィルタ４２１の遮断周波数ｆ１と第２フィルタ４２２の遮断周波数ｆ２との大小関係をｆ１≦ｆ２とすることで、路面反力Ｔ_ＳＡＴの低周波成分と高周波成分とを分離することができるが、第１フィルタ４２１の遮断周波数ｆ１と第２フィルタ４２２の遮断周波数ｆ２との大小関係をｆ１＜ｆ２とすれば、路面反力Ｔ_ＳＡＴの低周波成分と高周波成分とをより明確に分離することができるのでより好ましい。第１フィルタ４２１の遮断周波数ｆ１及び第２フィルタ４２２の遮断周波数ｆ２は、想定される路面反力の特性に応じて適宜設定すれば良い。

【0129】

図１１に戻って、レベル制限部４３０は、帯域制限部４２０から出力される第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ及び第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨに対し、それぞれ上限値及び下限値でレベル制限を行う。具体的に、レベル制限部４３０は、例えば、図１１に示すように、第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬを上限値及び下限値でレベル制限する第１レベルリミッタ４３１と、第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨを上限値及び下限値でレベル制限する第２レベルリミッタ４３２とを備える。

【0130】

図１９は、第１レベルリミッタにおける第１帯域制限路面反力の上限値及び下限値の設定例を示す図である。図２０は、第２レベルリミッタにおける第２帯域制限路面反力の上限値及び下限値の設定例を示す図である。

【0131】

本実施形態において、第１レベルリミッタ４３１は、図１９に示すように、予め定められた第１上限値Ｆｔｈ１及び第１下限値－Ｆｔｈ１で第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬをレベル制限するリミッタ回路である。また、本実施形態において、第２レベルリミッタ４３２は、図２０に示すように、予め定められた第２上限値Ｆｔｈ２及び第２下限値－Ｆｔｈ２で第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨをレベル制限するリミッタ回路である。第１上限値Ｆｔｈ１及び第１下限値－Ｆｔｈ１、並びに、第２上限値Ｆｔｈ２及び第２下限値－Ｆｔｈ２は、例えばコントロールユニット５０のＲＯＭ１００２又はＥＥＰＲＯＭ１００４に格納されている。第１上限値Ｆｔｈ１及び第１下限値－Ｆｔｈ１、並びに、第２上限値Ｆｔｈ２及び第２下限値－Ｆｔｈ２は、想定される路面反力の特性に応じて適宜設定すれば良い。

【0132】

帯域制限部４２０の第１フィルタ４２１から出力された第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬは、第１レベルリミッタ４３１に入力される。第１レベルリミッタ４３１は、例えば、下記（１１）式に示す関数を用いて、第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}を算出して出力する。

【0133】

Ｉｆ ｜Ｔ_ＳＡＴＬ｜＞｜Ｆｔｈ１｜
Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}＝ｓｉｇｎ（Ｔ_ＳＡＴＬ）×｜Ｆｔｈ１｜
Ｅｌｓｅ
Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}＝Ｔ_ＳＡＴＬ ・・・（１１）

【0134】

帯域制限部４２０の第２フィルタ４２２から出力された第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨは、第２レベルリミッタ４３２に入力される。第２レベルリミッタ４３２は、例えば、下記（１２）式に示す関数を用いて、第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}を算出して出力する。

【0135】

Ｉｆ ｜Ｔ_ＳＡＴＨ｜＞｜Ｆｔｈ２｜
Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}＝ｓｉｇｎ（Ｔ_ＳＡＴＨ）×｜Ｆｔｈ２｜
Ｅｌｓｅ
Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}＝Ｔ_ＳＡＴＨ ・・・（１２）

【0136】

図２１は、第１レベルリミッタの出力である第１レベル制限路面反力の一例を示す図である。図２２は、第２レベルリミッタの出力である第２レベル制限路面反力の一例を示す図である。なお、説明を容易とするため、図２１では、図１７に示す第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬを入力とした例を示し、図２２では、図１８に示す第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨを入力とした例を示している。

【0137】

図１７に示す第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬは、第１レベルリミッタ４３１により図２１に示す第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}にレベル制限されて出力される。また、図１８に示す第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨは、第２レベルリミッタ４３２により図２２に示す第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}にレベル制限されて出力される。

【0138】

なお、第１レベルリミッタ４３１における第１上限値Ｆｔｈ１及び第１下限値－Ｆｔｈ１の大きさ｜Ｆｔｈ１｜と、第２レベルリミッタ４３２における第２上限値Ｆｔｈ２及び第２下限値－Ｆｔｈ２の大きさ｜Ｆｔｈ２｜とは、同じ値であっても良いし、それぞれ異なる値であっても良い。

【0139】

図１１に戻り、補正トルク生成部４４０は、レベル制限部４３０の第１レベルリミッタ４３１から出力される第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}及び第２レベルリミッタ４３２から出力される第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}にそれぞれ所定のゲインを乗じて加算することで、物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力として推定された路面反力Ｔ_ＳＡＴに応じた目標操舵トルクＴｒｅｆを得るためのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐを生成する。具体的に、補正トルク生成部４４０は、図１１に示すように、乗算部４４１，４４２、加算部４４３を備えている。

【0140】

乗算部４４１は、レベル制限部４３０の第１レベルリミッタ４３１から出力される第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}に予め定められたゲインｋ１を乗じる。

【0141】

乗算部４４２は、レベル制限部４３０の第２レベルリミッタ４３２から出力される第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}に予め定められたゲインｋ２を乗じる。

【0142】

ゲインｋ１及びゲインｋ２は、第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}及び第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}をトルク値に変換するための係数である。ゲインｋ１及びゲインｋ２は、例えばコントロールユニット５０のＲＯＭ１００２又はＥＥＰＲＯＭ１００４に格納されている。ゲインｋ１及びゲインｋ２は、想定される路面反力の特性に応じて適宜設定すれば良い。

【0143】

加算部４４３は、乗算部４４１の出力値と乗算部４４２の出力値とを加算して、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐを生成する。

【0144】

トルク補正値演算部４００は、図４に示すように、補正トルク生成部４４０により生成されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐを、目標操舵トルク生成部２００に出力する。目標操舵トルク生成部２００は、上述したように、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ（第１トルク信号），Ｔｒｅｆ＿ｂ，Ｔｒｅｆ＿ｃ、及び、トルク補正値演算部４００により演算されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐ（第２トルク信号）を加算して、目標操舵トルクＴｒｅｆを出力する。これにより、物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力として推定された路面反力Ｔ_ＳＡＴに追従した目標操舵トルクＴｒｅｆが得られる。

【0145】

なお、乗算部４４１において第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}に乗じるゲインｋ１と、乗算部４４２において第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}に乗じるゲインｋ２とは、同じ値であっても良いし、それぞれ異なる値であっても良い。

【0146】

図２３は、実施形態に係るトルク補正値演算部から出力されるトルク信号の一例を示す図である。なお、説明を容易とするため、図２３では、図２１に示す第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}及び図２２に示す第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}を入力とした例を示している。

【0147】

図２４は、路面反力を帯域制限せずにレベル制限した比較例を示す図である。図２５は、路面反力を帯域制限せずにレベル制限した比較例におけるトルク信号の一例を示す図である。図２４では、説明を容易とするため、図１６と同様の路面反力を例示している。

【0148】

操向車輪が転舵されることによって物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力は、車両が走行する路面の状況によって特性が異なる。具体的には、例えば、路面が大きく波打つようにうねっている場合には、低周波成分を多く含む路面反力が発生し、未舗装路の路面を走行している場合には、高周波成分を多く含む路面反力が発生する。このように、車両が走行する路面の状況に応じて、物理的に実際の力が働くことにより操向車輪が受ける路面反力の周波数成分が異なる。

【0149】

路面反力の特性に依らず、路面反力の絶対値がしきい値を超えたか否かのみを検出し、過大な路面反力に対して操舵反力を一定値とする構成では、例えば図２４に示すように、低周波成分に重畳した高周波成分が上限値Ｆｔｈ及び下限値－Ｆｔｈによって著しく制限される。このため、例えば図２５に示すように、生成されるトルク信号に路面反力の高周波成分が反映されない状態が生じ得る。このため、物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力に対する目標操舵トルクの追従性が著しく損なわれ、適切な操舵反力が得られない場合がある。

【0150】

本実施形態に係るトルク補正値演算部４００において、帯域制限部４２０は、路面反力推定部４１０により物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力として推定された路面反力Ｔ_ＳＡＴを、それぞれ異なる周波数帯域に制限した第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ及び第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨに分岐する。レベル制限部４３０は、帯域制限部４２０から出力される第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ及び第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨに対し、それぞれ上限値及び下限値でレベル制限を行う。補正トルク生成部４４０は、レベル制限部４３０から出力される第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}及び第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}にそれぞれ所定のゲインを乗じて加算することで、物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力として推定された路面反力Ｔ_ＳＡＴに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐを生成する。

【0151】

換言すれば、本実施形態に係るトルク補正値演算部４００は、物理的に実際の力が働くことにより発生する路面反力として推定された路面反力Ｔ_ＳＡＴを低周波成分（第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ）及び高周波成分（第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨ）に分離し、これら路面反力Ｔ_ＳＡＴの低周波成分（第１帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＬ）及び高周波成分（第２帯域制限路面反力Ｔ_ＳＡＴＨ）に対してそれぞれレベル制限を行い、レベル制限後の低周波成分（第１レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＬｌｉｍ}）及び高周波成分（第２レベル制限路面反力Ｔ_{ＳＡＴＨｌｉｍ}）をそれぞれトルク値に変換して加算することによりトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐ（第２トルク信号）を生成する構成である。

【0152】

このような構成とすることで、図２３に示すように、路面反力の低周波成分及び高周波成分のそれぞれが適切にレベル制限されたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｐ（第２トルク信号）を得ることができる。これにより、路面反力に対する目標操舵トルクの追従性を損なうことなく、路面反力の特性に応じた適切な操舵反力を得ることができる。

【0153】

なお、上述した実施形態では、帯域制限部４２０における第１フィルタ４２１の遮断周波数ｆ１と第２フィルタ４２２の遮断周波数ｆ２との大小関係をｆ１≦ｆ２、あるいは、より好ましくはｆ１＜ｆ２とする例について説明したが、例えば、第１フィルタ４２１の遮断周波数ｆ１と第２フィルタ４２２の遮断周波数ｆ２との大小関係は、ｆ３を遮断周波数ｆ１に比べてごく小さい値（例えば、ｆ３＝（ｆ１）／１０程度）としたとき、ｆ１＝ｆ２－ｆ３とする態様であっても良い。

【0154】

また、上述で使用した図は、本開示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開示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、本開示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。

【符号の説明】

【0155】

１ ハンドル
２ コラム軸
３ 減速機構
５ ピニオンラック機構
６ａ，６ｂ タイロッド
７ａ，７ｂ ハブユニット
８Ｌ，８Ｒ 操向車輪
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
１４ 舵角センサ
５０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
６０ 反力装置
６１ 反力用モータ
７０ 駆動装置
７１ 転舵用モータ
７２ ギア
７３ 角度センサ
１３０ 電流制御部
１４０ モータ電流検出器
２００ 目標操舵トルク生成部
２１０ 基本マップ部
２１１ 乗算部
２１３ 符号抽出部
２２０ 微分部
２３０ ダンパゲインマップ部
２４０ ヒステリシス補正部
２６０ 乗算部
２６１，２６２，２６３ 加算部
３００ 捩れ角制御部
３１０ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
３２０ 捩れ角速度演算部
３３０ 速度制御部
３３１ 積分部
３３２ 比例部
３３３，３３４ 減算部
３４０ 安定化補償部
３５０ 出力制限部
３６１ 減算部
３６２ 加算部
４００ トルク補正値演算部
４１０ 路面反力推定部
４１１ 換算部
４１２ 角速度演算部
４１３ 角加速度演算部
４１４，４１５，４１６，４１７ ブロック
４１８，４１９ 減算部
４２０ 帯域制限部
４２１ 第１フィルタ
４２２ 第２フィルタ
４３０ レベル制限部
４３１ 第１レベルリミッタ
４３２ 第２レベルリミッタ
４４０ 補正トルク生成部
４４１，４４２ 乗算部
４４３ 加算部
５００ 変換部
９１０ 目標転舵角生成部
９２０ 転舵角制御部
９２１ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２ 転舵角速度演算部
９２３ 速度制御部
９２６ 出力制限部
９２７ 減算部
９３０ 電流制御部
９３１ 制限部
９３２ レート制限部
９３３ 補正部
９４０ モータ電流検出器
１００１ ＣＰＵ
１００２ ＲＯＭ
１００３ ＲＡＭ
１００４ ＥＥＰＲＯＭ
１００５ インターフェース
１００６ Ａ／Ｄ変換器
１００７ ＰＷＭコントローラ
１１００ 制御用コンピュータ（ＭＣＵ）

【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】