JP6044440B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アシストトルクによって操舵時のフィールを調整するステアリング制御装置に関する。

従来、車両の操舵部材に加わる操舵力を補助するステアリング制御装置の一つとして、アシストトルク（補助操舵トルク）を発生させる操舵補助用モータを、操舵トルクの検出値に基づいて駆動する第１の制御と、操舵角および車速の検出値から推定した目標操舵トルクと操舵トルクの検出値との偏差に基づいて駆動する第２の制御とを行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

これにより、路面状況に応じた操舵トルクでの運転（第１の制御）と、路面状況に関係なく定められた操舵トルクでの運転（第２の制御）とを切り替えることを可能としている。また、第２の制御では、操舵部材における操舵角と操舵トルクとの関係を規定する規範操舵モデルを利用して、目標操舵トルクを生成すること、規範操舵モデルを特徴づける機械インピーダンスを、車速や操舵角に応じて変化させることが記載されている。

特許第４２３２４７１号公報

ところで、ドライバは操舵時のフィール（手感）から車両の状況を把握することができることが知られている。しかし、上述の路面負荷だけに応じた第１の制御では、ドライバの操舵状態に応じた細やかなフィールを調整することができないという問題があった。

また、第２の制御では、機械インピーダンス（ひいてはフィール）を変化させるパラメータとして操舵角や車速を用いているため、実際の運転で起こり得る様々な操舵状態（切り込み、切り戻し、保舵、急操舵等）に応じた細やかな調整を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、操舵部材の操舵状態に応じたフィールを実現することを目的とする。

本発明のステアリング制御装置は、操舵状態量生成手段と調整トルク生成手段と、指令値生成手段とを備える。操舵状態量生成手段は、操舵部材に加わる操作を表す操舵状態量を生成する。調整トルク生成手段は、操舵状態量生成手段により生成された操舵状態量に従って、操舵部材に連結された操舵軸で検出される操舵トルクと操舵角との関係を規定する機械インピーダンスを調整するための調整トルクを生成する。但し、操舵状態量には、少なくとも切り込み、切り戻し、保舵の状態を識別し、且つ、切り込み、切り戻しの操作量を表現する物理量が用いられている。指令値生成手段は、調整トルク生成手段にて生成された調整トルクに基づいて、アシストトルクを出力するモータを制御するための指令値を生成する。

このような構成によれば、機械インピーダンスを変化させるパラメータとして操舵状態量を用いているため、操舵部材の操舵状態（切り込み、切り戻し、保舵等）に応じたフィールを、簡易な制御によって実現することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

また、本発明は、前述したステアリング制御装置の他、ステアリング制御装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム、ステアリング制御方法など、種々の形態で実現することができる。

電動パワーステアリングシステムの概略構成を表す構成図である。 ＥＣＵの制御機構の概略構成を表す構成図である。 ベースアシスト部の構成を表す構成図である。 負荷推定器の構成を表す構成図である。 （ａ）が剛性調整マップの特性を例示するグラフ、（ｂ）が剛性調整マップに従って剛性成分に相当するゲインを変化させることによって操舵トルクから操舵角までの伝達特性が変化する様子を示したボード線図である。 （ａ）が粘性調整マップの特性を例示するグラフ、（ｂ）が粘性調整マップに従って剛性成分を変化させることによって操舵トルクから操舵角までの伝達特性が変化する様子を示したボード線図である。 （ａ）が慣性調整マップの特性を例示するグラフ、（ｂ）が慣性調整マップに従って慣性成分を変化させることによって操舵トルクから操舵角までの伝達特性が変化する様子を示したボード線図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜全体構成＞
本実施形態の電動パワーステアリングシステム１は、図１に示すように、ドライバによるハンドル（操舵部材）２の操作をモータ６によってアシストするものである。ハンドル２は、ステアリングシャフト３の一端に固定され、ステアリングシャフト３の他端にはトルクセンサ４が接続されており、このトルクセンサ４の他端には、インターミディエイトシャフト５が接続されている。なお、以下の説明では、ステアリングシャフト３からトルクセンサ４を経てインターミディエイトシャフト５に至る軸体全体を、まとめて操舵軸ともいう。また、以下では、操舵軸の回転角を舵角、操舵軸の回転角速度を操舵速度、操舵軸の回転角加速度を操舵加速度ともいう。

トルクセンサ４は、操舵トルクＴｓを検出するためのセンサである。具体的には、ステアリングシャフト３とインターミディエイトシャフト５とを連結するトーションバーを有し、このトーションバーのねじれ角に基づいてそのトーションバーに加えられているトルクを検出する。

モータ６は、ハンドル２の操舵力をアシスト（補助）するものであり、減速機構６ａを介してその回転がインターミディエイトシャフト５に伝達される。すなわち、減速機構６ａは、モータ６の回転軸の先端に設けられたウォームギアと、このウォームギアと噛み合った状態でインターミディエイトシャフト５に同軸状に設けられたウォームホイールとにより構成されており、これにより、モータ６の回転がインターミディエイトシャフト５に伝達される。逆に、ハンドル２の操作や路面からの反力（路面反力）によってインターミディエイトシャフト５が回転すると、その回転が減速機構６ａを介してモータ６に伝達され、モータ６も回転することになる。

また、モータ６は、本実施形態ではブラシレスモータであり、内部にレゾルバ等の回転センサを備え、モータ６の回転状態を出力可能に構成されている。本実施形態のモータ６は、回転センサからの回転状態として、少なくともモータ速度ω（回転角速度を示す情報）を出力可能に構成されている。なお、モータ速度ωの代わりに、モータ速度ωに減速機構６ａのギア比を乗じることで求められる操舵速度を用いてもよい。

インターミディエイトシャフト５における、トルクセンサ４が接続された一端とは反対側の他端は、ステアリングギアボックス７に接続されている。ステアリングギアボックス７は、ラックとピニオンギアからなるギア機構にて構成されており、インターミディエイトシャフト５の他端に設けられたピニオンギアに、ラックの歯が噛み合っている。そのため、ドライバがハンドル２を回すと、インターミディエイトシャフト５が回転（すなわちピニオンギアが回転）し、これによりラックが左右に移動する。ラックの両端にはそれぞれタイロッド８が取り付けられており、ラックとともにタイロッド８が左右の往復運動を行う。これにより、タイロッド８がその先のナックルアーム９を引っ張ったり押したりすることで、操舵輪である各タイヤ１０の向きが変わる。

また、車両における所定の部位には、車速Ｖを検出するための車速センサ１１が設けられている。
このような構成により、ドライバがハンドル２を回転（操舵）させると、その回転がステアリングシャフト３、トルクセンサ４、およびインターミディエイトシャフト５を介してステアリングギアボックス７に伝達される。そして、ステアリングギアボックス７内で、インターミディエイトシャフト５の回転がタイロッド８の左右移動に変換され、タイロッド８が動くことによって、左右の両タイヤ１０が操舵される。

ＥＣＵ１５は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、トルクセンサ４にて検出された操舵トルクＴｓ、モータ６のモータ速度ω、および車速センサ１１にて検出された車速Ｖに基づいて、アシストトルク指令Ｔａを演算する。そして、その演算結果に応じた駆動電圧Ｖｄをモータ６へ印加することにより、ドライバがハンドル２を回す力（ひいては両タイヤ１０を操舵する力）のアシスト量を制御するものである。

本実施形態ではモータ６がブラシレスモータであるため、ＥＣＵ１５からモータ６へ出力（印加）される駆動電圧Ｖｄは、詳しくは、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電圧Ｖｄｕ，Ｖｄｖ，Ｖｄｗである。ＥＣＵ１５からモータ６へこれら各相の駆動電圧Ｖｄｕ，Ｖｄｖ，Ｖｄｗを印加（各相の駆動電流を通電）することで、モータ６の回転トルクが制御される。ブラシレスモータを３相の駆動電圧で駆動（例えばＰＷＭ駆動）する方法やその３相の駆動電圧を生成する駆動回路（例えば３相インバータ）についてはよく知られているため、ここではその詳細説明は省略する。

ＥＣＵ１５は、直接的にはモータ６へ印加する駆動電圧Ｖｄを制御することによりモータ６を制御するものであるが、モータ６を制御することで結果としてそのモータ６により駆動される操舵系メカ１００を制御するものであると言え、よってＥＣＵ１５の制御対象はこの操舵系メカ１００であると言える。なお、操舵系メカ１００は、図１に示したシステム構成図のうちＥＣＵ１５を除く機構全体、すなわちハンドル２から各タイヤ１０に至る、ハンドル２の操舵力が伝達される機構全体を示す。

＜ＥＣＵ＞
次に、ＥＣＵ１５の概略構成（制御機構）を図２のブロック図に示す。なお、図２に示したＥＣＵ１５の制御機構のうち、電流フィードバック（ＦＢ）部４２を除く各部、および電流ＦＢ部４２の機能の一部は、実際には、ＥＣＵ１５が備える図示しないＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することによって実現されるものである。つまり、ＣＰＵによって実現される各種機能を機能ブロック毎に分けて図示したものが図２である。但し、これら各図に示した制御機構がソフトウェアにて実現されることはあくまでも一例であり、図２等に示した制御機構全体または一部を例えばロジック回路等のハードウェアにて実現するようにしてもよいことはいうまでもない。

ＥＣＵ１５は、図２に示すように、ベースアシスト指令Ｔｂ^*を生成するベースアシスト部２０と、補正トルク指令Ｔｒを生成する補正部３０と、ベースアシスト指令Ｔｂ^*と補正トルク指令Ｔｒを加算することによりアシストトルク指令Ｔａを生成する加算器４１と、アシストトルク指令Ｔａに基づいてモータ６へ駆動電圧Ｖｄを印加することによりモータ６を通電駆動する電流フィードバック（ＦＢ）部４２と、を備えている。

ベースアシスト部２０は、路面反力（路面負荷）に応じた操舵反力（操舵トルク）の特性の実現、すなわち路面負荷に対応した反応（反力）が準定常的にドライバへ伝達されるようにすることで車両の状態や路面の状態をドライバが把握しやすくなるようにすると共に、操舵状態に応じてドライバに与える手感（ハンドルからタイヤまでの感覚的硬さ，ねばり，重さ）を調整することで操舵時のフィールを向上させることを実現するためのブロックである。ベースアシスト部２０は、操舵トルクＴｓとモータ速度ωと車速Ｖに基づき、上述した路面負荷に応じた伝達感や操舵状態に応じたフィールが実現されるようにハンドル２の操作をアシストするための、ベースアシスト指令Ｔｂ^*を生成する。

補正部３０は、車両全体としての操作安定性（車両運動特性）の実現、すなわち、車両の挙動が不安定となることによってハンドルに伝わる不安定な挙動（振動的な挙動等）を抑制して、車両の挙動（各車輪１０の操舵時の挙動）が所望の挙動特性となるように（具体的には車両が適切に収斂するように）するためのブロックである。補正部３０は、操舵トルクＴｓとモータ速度ωと車速Ｖに基づき、上述した不安定な挙動を抑制（収斂）するための補正トルク指令Ｔｒを生成する。

加算器４１は、ベースアシスト部２０で生成されたベースアシスト指令Ｔｂ^*と補正部３０で生成された補正トルク指令Ｔｒとを加算することにより、アシストトルク指令Ｔａを生成する。

電流ＦＢ部４２は、アシストトルク指令Ｔａに基づき、そのアシストトルク指令Ｔａに対応したアシストトルク（アシスト操舵力）が操舵軸（特にトルクセンサ４よりもタイヤ１０側）に付与されるようにモータ６へ駆動電圧Ｖｄを印加する。具体的には、アシストトルク指令Ｔａに基づいて、モータ６の各相へ通電すべき目標電流（相毎の目標電流）を設定する。そして、各相の通電電流Ｉｍを検出・フィードバックして、その検出値（各相の通電電流Ｉｍ）がそれぞれ目標電流と一致するように駆動電圧Ｖｄを制御（通電電流を制御）することで、操舵軸に対して所望のアシストトルクを発生させる。

なお、このような補正部３０および電流ＦＢ部４２は公知の技術（例えば、特開２０１３−５２７９３号公報参照）であるため、ここでは説明を省略し、以下では、本発明の主要部に関わるベースアシスト部２０について詳述する。

＜ベースアシスト部＞
ベースアシスト部２０は、図３に示すように、負荷推定器２１と、基本負荷量演算部２２と、ドライバ仕事率演算部２３と、剛性調整量演算部２４と、粘性調整量演算部２５と、慣性調整量演算部２６と、微分器２６１と、目標演算器２７と、偏差演算器２８と、コントローラ部２９とを備えている。

負荷推定器２１は、ベースアシスト指令Ｔｂ^*（アシストトルクに相当）と操舵トルクＴｓとに基づいて路面負荷を推定する。基本負荷量演算部２２は、負荷推定器２１にて推定された路面負荷（推定負荷Ｔｘ）と自車両の走行速度（車速Ｖ）とに基づいて、操舵トルクの目標値の基本成分である基本トルクＴｆ^*を生成する。

ドライバ仕事率演算部２３は、モータ速度ωに減速機構６ａのギア比を乗じることで求めた操舵速度に、操舵トルクＴｓを乗じることでドライバ仕事率Ｗを算出する。但し、操舵トルクＴｓおよびモータ速度ω（ひいては操舵速度）は、いずれもハンドル２を右回転させた場合と、左回転させた場合とで逆極性の値となる。また、操舵トルクＴｓは、Ｔｓ＝０となるハンドル２の位置を中立位置として、中立位置から右回転させた場合と左回転させた場合とで逆極性の値となる。中立位置は、タイヤがグリップしている通常走行時には、車両を直進させる位置が中立位置となり、オーバステアによるスピン発生時にはタイヤが横滑りしている方向が中立位置となる。ここでは、右回転時に正、左回転時に負となるものとする。

従って、操舵トルクＴｓとモータ速度ωの極性が同じでありドライバ仕事率Ｗが正極性となる場合は、ハンドルを切り込む操作によって生じた値であること、操舵トルクＴｓとモータ速度ωの極性が異なっておりドライバ仕事率Ｗが負極性となる場合は、ハンドルを切り戻す操作によって生じた値であること、ドライバ仕事率Ｗがゼロであれば保舵の状態であることを表す。

つまり、ハンドルを中立位置から左右どちらかに切り込んだ場合、操舵トルクＴｓ、モータ速度ωの極性は同じであるため、ドライバ仕事率Ｗは正極性の値となる。ハンドルを切った状態で保持すると（保舵の状態）、モータ速度ωは０であるため、ドライバ仕事率は０となる。この保舵の状態から、ハンドルを切り戻した場合、切り込んだときとはモータ速度ωの極性が反転し、操舵トルクＴｓとモータ速度ωの極性が互いに異なったものとなるため、ドライバ仕事率Ｗは負極性の値となる。なお、操舵トルクＴｓは、タイヤの向きが車両の進行方向から外れるほど大きな値となり、また、モータ速度ωが急な操舵を行うほど大きな値となり、これらの操作の度合い（操作量）に応じて、ドライバ仕事率Ｗの絶対値は大きな値をとる。

なお、操舵速度はモータ速度ωに比例した値であるため、モータ速度ωを操舵速度と見なして、モータ速度ωに操舵トルクＴｓを乗じたものをドライバ仕事率Ｗとして用いてもよい。

微分器２６１は、操舵速度に相当するモータ速度ωを微分することで操舵加速度に相当するモータ加速度αを生成する。
剛性調整量演算部２４は、ドライバ仕事率Ｗと推定負荷Ｔｘと車速Ｖに基づいて、目標操舵トルクＴｓ^*に含まれる調整成分の一つであり、操舵時にドライバに与える操舵系メカ１００の剛性感を調整するための剛性調整トルクＴｋ^*を生成する。粘性調整量演算部２５は、ドライバ仕事率Ｗとモータ速度ωと車速Ｖに基づいて、目標操舵トルクＴｓ^*に含まれる調整成分（調整トルク）の一つであり、操舵時にドライバに与える操舵系メカ１００の粘性感を調整するための粘性調整トルクＴｃ^*を生成する。慣性調整量演算部２６は、ドライバ仕事率Ｗとモータ加速度αに基づいて、目標操舵トルクＴｓ^*に含まれる調整成分の一つであり、操舵時にドライバに与える操舵系メカ１００の慣性感を調整するための慣性調整トルクＴｉ^*を生成する。

目標演算器２７は、基本トルクＴｆ^*、剛性調整トルクＴｋ^*、粘性調整トルクＴｃ^*、慣性調整トルクＴｉ^*を加算して目標操舵トルクＴｓ^*を演算する。偏差演算器２８は、操舵トルクＴｓと目標操舵トルクＴｓ^*との差であるトルク偏差を演算する。コントローラ部２９は、微分器や積分器等を備えており、ハンドル操作時にドライバに与える路面負荷に応じた伝達感や操舵状態量に応じたフィールを調整するための出力を生成する。

コントローラ部２９は、トルク偏差（操舵トルクＴｓと目標操舵トルクＴｓ^*との差）に基づき、トルク偏差が０になるよう、すなわち操舵トルクＴｓが目標操舵トルクＴｓ^*に追従するように制御することで、路面負荷に応じた伝達感や操舵状態量に応じたフィールを実現するアシストトルク（アシスト量とも言う）を発生させるためのベースアシスト指令Ｔｂ^*を生成する。

負荷推定器２１は、図４に示すように、ベースアシスト指令Ｔｂ^*と操舵トルクＴｓとを加算する加算器２１ａと、その加算結果から所定の周波数以下の帯域の成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１ｂとを備え、このＬＰＦ２１ｂにより抽出された周波数成分を推定負荷Ｔｘとして出力する。通常、ドライバは、主に１０Ｈｚ以下の操舵反力情報を頼りに運転をしているため、概ね１０Ｈｚ以下の周波数成分を通過（抽出）させ、１０Ｈｚより高い周波数成分は遮断するようにしている。

基本負荷量演算部２２は、路面反力に応じてドライバがハンドル操作を重いまたは軽いと感じることができるようにするための、或いは路面反力の上昇に対するドライバの操舵反力（或いは操舵トルク）の上昇度合い（勾配）を実現するための、目標操舵トルクＴｓ^*を生成するものである。本実施形態の基本負荷量演算部２２は、実際には、推定負荷Ｔｘおよび車速Ｖに対応する目標操舵トルクＴｓ^*がマップ化されており、そのマップをもとに目標操舵トルクＴｓ^*を生成する。

剛性調整量演算部２４は、剛性成分演算部２４ａと乗算器２４ｂを備える。剛性成分演算部２４ａは、ドライバ仕事率Ｗおよび車速Ｖに応じて、ハンドル操作時にドライバに与える剛性感（ばね感）を調整するためのゲインＫ（機械インピーダンスの剛性成分に相当する値）を、予め用意された剛性調整マップを用いて生成するものである。乗算器２４ｂは、ゲインＫに推定負荷Ｔｘを乗じることで剛性調整トルクＴｋ^*を生成する。つまり、ゲインＫは、路面負荷（推定負荷Ｔｘ）に対する調整ゲインといえる。

剛性調整マップは、例えば、図５（ａ）に示すものが用いられる。すなわち、ドライバ仕事率Ｗが０（保舵の状態）のときに、所定のゲインＫ（＞０）を持ち、保舵の状態からドライバ仕事率Ｗが正極方向に増加する（ハンドルの切り込み）に従ってゲインＫ（すなわち、剛性）も増加するように設定されている。また、保舵の状態からドライバ仕事率Ｗが負極方向に増加する（ハンドルの切り戻し）に従ってゲインも低下し、ゲインが０に達するとマイナスのゲインが増加する。但し、ドライバ仕事率Ｗの絶対値が大きくなるほど、ゲインＫの増加，減少は緩やかになり、特に負極性側では、ドライバ仕事率Ｗの所定値以下ではゲインＫが一定となるように設定されている。但し、図５（ａ）に示したマップは、車速Ｖがある一定値である場合について示したものである。従って、実際には図５（ａ）に示した特性は車速Ｖによって変化する。具体的には、切り込み側（Ｗ＞０）では、車速Ｖが遅いほど大きなゲインＫ（剛性）が得られる特性となり、切り戻し側（Ｗ＜０）では、車速Ｖによらずほぼ同じ特性となる。

粘性調整量演算部２５は、粘性成分演算部２５ａと乗算器２５ｂを備える。粘性成分演算部２５ａは、ドライバ仕事率Ｗおよび車速Ｖに応じて、ハンドル操作時にドライバに与える粘性感を調整するために使用する粘性成分Ｃを、予め用意された粘性調整マップを用いて生成するものである。乗算器２５ｂは、粘性成分Ｃに操舵速度に相当するモータ速度ωを乗じることで粘性調整トルクＴｃ^*を生成する。つまり、粘性成分Ｃは、
粘性調整マップは、例えば、図６（ａ）に示すものが用いられる。すなわち、ドライバ仕事率Ｗが０（保舵の状態）のときに粘性成分Ｃはゼロとなる。保舵の状態からドライバ仕事率Ｗが正極方向（ハンドルの切り込み）に増加するに従って粘性成分Ｃは減少し、ドライバ仕事率Ｗが所定値以上であるときは一定の値をとるように設定されている。また、保舵の状態からドライバ仕事率Ｗが負極方向（ハンドルの切り戻し）に増加するに従って粘性成分Ｃは増大し、ドライバ仕事率Ｗが所定値以下であるときは一定の値をとるように設定されている。但し、図６（ａ）に示したマップは、車速Ｖがある一定値である場合について示したものである。従って、実際には図６（ａ）に示した特性は車速Ｖによって変化する。具体的には、車速Ｖが遅いほど、全体的に大きな粘性成分Ｃが得られるように変化し、その変化する比率は、切り込み側（Ｗ＞０）より、切り戻し側（Ｗ＜０）のほうがより大きくなるような特性を有する。

慣性調整量演算部２６は、慣性成分演算部２６ａと乗算器２６ｂを備える。慣性成分演算部２６ａは、ドライバ仕事率Ｗに応じて、ハンドル操作時にドライバに与える慣性感を調整するための慣性成分Ｉを、予め用意された慣性調整マップを用いて生成するものである。乗算器２６ｂは、微分器２６１によって生成されたモータ加速度αに慣性成分Ｉを乗じることで慣性調整トルクＴｉ^*を演算する。

慣性調整マップは、例えば、図７（ａ）に示すものが用いられる。すなわち、ドライバ仕事率Ｗが０（保舵の状態）を含む所定の微操作域内では慣性成分Ｉは負極性の一定値となる。ドライバ仕事率Ｗが微操作域の上限値より大きな値に設定された切り込み側所定値以上および微操作域の下限値より小さな値に設定された切り戻し側所定値以下では慣性成分Ｉは正極性の一定値となる。ドライバ仕事率Ｗが微操作域の上限値から切り込み側所定値の間および微操作域の下限値から切り戻し側所定値の間では、ドライバ仕事率Ｗの絶対値の増加に従って慣性成分Ｉも増加するように設定されている。ここでは、慣性成分Ｉを変化させるパラメータとしてドライバ仕事率Ｗを用いているが、ゲインＫ，粘性成分Ｃと同様に、ドライバ仕事率Ｗに加えて車速Ｖを用いてもよい。

ところで、機械インピーダンス（剛性成分，粘性成分，慣性成分）は、物体に加わる力Ｆと、物体の変位量ｘとの関係を規定するものであり、（１）式の関係式によって表される。

ここでは、ｘは操舵角（モータの回転角）、その１回微分値は操舵速度（モータ速度ω）、その２回微分は操舵加速度（モータ加速度α）を表す。つまり、剛性調整量演算部２４，粘性調整量演算部２５，慣性調整量演算部２６は、（１）式に従ってハンドル操作時にドライバに与えるフィールの調整に必要なトルクを求めるものである。但し、本実施形態では、剛性調整トルクＴｋ^*の算出に、操舵角ｘではなく推定負荷Ｔｘを使用しているため、剛性成分の代わりに剛性成分に相当するゲインＫが用いられている。なお、操舵角ｘとゲインＫの関係は、操舵系メカ１００の特性を表す関係式から簡単に求めることができる。

＜効果＞
以上説明したように、電動パワーステアリングシステム１では、ベースアシスト部２０が路面負荷（推定負荷Ｔｘ）に応じた反力をドライバへ伝達する成分と、ドライバ仕事率Ｗに応じて操舵系メカ１００の機械インピーダンスを調整する成分とから、アシストトルクの発生源となるモータ６を制御するベースアシスト指令Ｔｂ^*を生成している。

従って、電動パワーステアリングシステム１によれば、ハンドル操作時にドライバに対して、路面負荷に応じた伝達感や操舵状態に応じたフィールを的確に提供することができる。しかも、機械インピーダンスを変化させるパラメータとして切り込み、切り戻し、保舵等の操舵状態を識別可能なドライバ仕事率Ｗを用いているため、操舵状態毎に制御を切り替える必要がなく、簡易な制御によって細やかにフィールの調整を行うことができる。

電動パワーステアリングシステム１では、剛性成分演算部２４ａで使用する剛性調整マップとして、図５（ａ）に例示したものを使用している。これにより、ドライバ仕事率Ｗが正（つまり切り込み）のときには剛性が増加するため、保舵の状態から徐々に切り込んでいくに従ってドライバに与える手応えを適切に増加させることができる。また、ドライバ仕事率Ｗは、ハンドルを速く大きく切り込むほど剛性が増加するため、ドライバが切り込もうとする強さの度合いに応じた適切な手応えをドライバに与えることができる。

逆に、ドライバ仕事率Ｗが負（つまり切り戻し）のときには剛性が減少するため、緩やかにハンドルが戻る感覚をドライバに与えることができる。特に、ゲインＫを負の値にすることによって、その効果を顕著なものとすることができる。

つまり、従来装置のように操舵角に応じて剛性を変化させた場合、切り込み、切り戻しで剛性を変化させることができないため、切り込みで適切な手応えをドライバに与えるように設定できたとしても、切り戻しのときにも剛性が高い（ばね反力が強い）ままとなり、ハンドルが急激に戻ることになる。しかし、電動パワーステアリングシステム１では、ドライバ仕事率Ｗに応じて剛性（ゲインＫ）を変化させているため、切り込みと切り戻しとで異なる剛性を簡単に実現することができる。

また、特殊な状況として、オーバステア発生時にカウンタステアへ移行するときの操舵状態は、操舵トルクＴｓが減少する方向にハンドル２を操作する切り戻しとなる。このような危険回避行動においては、フィールの微妙な違いがドライバの操作に大きな影響を及ぼすことになる。そして、ドライバ仕事率Ｗは、このような特殊な切り戻しが行われたときに、切り戻しを表す負極性の値が生成されるため、危険回避行動時にもドライバに適切なフィールを与えることができ、その結果、ドライバに適切な行動をとらせることができる。

電動パワーステアリングシステム１では、粘性成分演算部２５ａで使用する粘性調整マップとして、図６（ａ）に例示したものを使用している。これにより、ドライバ仕事率Ｗが正（つまり切り込み）のときには粘性が減少するため、切り込んでいったときのモータに起因した余分な粘性感（ねっとりした感覚）がなくなり、心地よいすっきりしたフィールをドライバに与えることができる。特に粘性成分Ｃを負の値にすることによって、その効果を顕著なものとすることができる。

逆に、ドライバ仕事率Ｗが負（つまり切り戻し）のときには粘性が増加するため、ハンドルの戻りが緩やかになり、収斂性を向上させることができる。つまり、ドライバ仕事率Ｗに従って粘性成分Ｃを調整することにより、心地よい切り込み感覚の実現と切り戻し時の良好な収斂性を、いずれも実現することができる。

電動パワーステアリングシステム１では、慣性成分演算部２６ａで使用する慣性調整マップとして、図７（ａ）に例示したものを使用している。これにより、ドライバ仕事率Ｗが０（つまり保舵）、もしくは微操作域内の値を有しているとき（保舵からの微操舵，切り込み或いは切り戻しの初期）は、モータ慣性に起因する余分な慣性感が除去されるため、ドライバに自然なフィールを与えることができる。

また、ドライバ仕事率Ｗの絶対値が微操作域を超えた大きな値を有しているとき（ある程度大きな切り込みまたは切り戻しを行ったとき）は、適度な慣性が与えられるため、慣性力に伴う反力成分としてのフィールを実現することができる。

なお、保舵からの微操舵は、実際の運転で大部分を占める行動であり、ドライバのフィールを調整するにあたっては重要な要素とされており、機械インピーダンスをドライバ仕事率Ｗに従って調整することにより、保舵からの微操作域を、他の操舵域とは分離して調整することにより、ドライバにより的確なフィールを与えることができる。

図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）は、それぞれ、剛性成分に相当するゲインＫ、粘性成分Ｃ、慣性成分Ｉの変化に対する操舵系メカ１００の機械インピーダンスの変化を操舵トルクＴｓから操舵角までの伝達特性として表現したものをシミュレーションによって求めたボード線図である。

図５（ｂ）では、粘性成分Ｃ、慣性成分Ｉを固定し、ゲインＫを図５（ａ）に示したＫ０，Ｋ１，Ｋ２としたときの伝達特性を示したものである。図５（ｂ）からは、伝達特性において剛性成分の特徴が表現される部位、すなわち定常ゲインが、ゲインＫを増減することによって変化していることがわかる。

図５（ｂ）では、剛性成分に相当するゲインＫ、慣性成分Ｉを固定し、粘性成分Ｃを図５（ａ）に示したＣ０，Ｃ１，Ｃ２としたときの伝達特性を示したものである。図５（ｂ）からは、伝達特性において粘性成分の特徴が表現される部位、すなわち折点周波数付近のゲインが、粘性成分Ｃを増減することによって変化することがわかる。

図６（ｂ）では、剛性成分に相当するゲイン、粘性成分Ｃを固定し、慣性成分を図６（ａ）に示したＩ０，Ｉ１，Ｉ２としたときの伝達特性を示したものである。図６（ｂ）からは、伝達特性において慣性成分の特徴が表現される部位、すなわち折点周波数より高い周波数のゲインが、慣性成分Ｉを増減することによって変化することがわかる。

なお、図５〜図７に示した、剛性成分調整マップ、粘性成分調整マップ、慣性成分調整マップは、一例に過ぎず、所望の特性を実現できるように適宜設定すればよい。
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。

上記実施形態では、機械インピーダンスを変化させるパラメータとして、操舵トルクＴｓと操舵速度（モータ速度ω）の積からなるドライバ仕事率Ｗを用いているが、これに限るものではなく、操舵軸の回転角に応じて増減する第１の物理量と、操舵軸の回転速度に応じて増減する第２の物理量との積によって求められる操舵状態量であればよい。第１の物理量としては、上記実施形態で用いた操舵トルクＴｓの他に、ヨーレート、横加速度、操舵角等を用いてもよい。また、第２の物理量としてはハンドルに連動して変位する部位の変位速度であればよい。

上記実施形態では、ベースアシスト部２０で生成されたベースアシスト指令Ｔｂ^*に補正部３０で生成された補正トルク指令Ｔｒを加えたものを電流ＦＢ部４２に供給するアシストトルク指令Ｔａとしているが、補正部３０を省略し、ベースアシスト指令Ｔｂ^*をそのままアシストトルク指令Ｔａとするように構成してもよい。

上記実施形態では、機械インピーダンスとして、剛性成分、粘性成分、慣性成分の全てを調整しているが、いずれか一つまたはいずれか二つを調整するように構成してもよい。
上記実施形態では、負荷推定器２１において、ベースアシスト指令Ｔｂ^*と操舵トルクＴｓから推定負荷Ｔｘを生成しているが、ベースアシスト指令Ｔｂ^*の代わりに電流ＦＢ部４２で検出される通電電流Ｉｍを用いてもよい。

上記実施形態では、基本トルクＴｆ^*を、推定負荷Ｔｘから生成しているが、操舵角から生成するように構成してもよい。
上記実施形態では、基本トルクＴｆ^*と、機械インピーダンス調整用のトルクＴｋ^*，Ｔｃ^*，Ｔｉ^*を別々に求めた後、これらを加算して目標操舵トルクＴｓ^*を生成しているが、特許文献１に記載されているように、機械インピーダンスを反映した規範操舵モデルを用いて操舵角から目標操舵トルクＴｓ^*を求めるように構成されたシステムに本発明を適用してもよい。この場合、規範操舵モデル中で使用される機械インピーダンスを、操舵状態量（例えば、ドライバ仕事率Ｗ）によって調整するように構成すればよい。

上記実施形態では、本発明をＥＰＳに適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離された構成を有するステア・バイ・ワイヤに適用してもよい。この場合、基本トルクＴｆ^*を用いることなく、剛性調整トルクＴｋ^*と粘性調整トルクＴｃ^*と慣性調整トルクＴｉ^*を加算したものを目標操舵トルクＴｓ^*とすればよい。

１…電動パワーステアリングシステム ２…ハンドル ３…ステアリングシャフト ４…トルクセンサ ５…インターミディエイトシャフト ６…モータ ６ａ…減速機構 ７…ステアリングギアボックス ８…タイロッド ９…ナックルアーム １０…タイヤ １１…車速センサ ２０…ベースアシスト部 ２１…負荷推定器 ２１ａ，４１…加算器 ２１ｂ…ＬＰＦ ２２…基本負荷量演算部 ２３…ドライバ仕事率演算部 ２４…剛性調整量演算部 ２４ａ…剛性成分演算部 ２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ…乗算器 ２５…粘性調整量演算部 ２５ａ…粘性成分演算部 ２６…慣性調整量演算部 ２６ａ…慣性成分演算部 ２６ｂ…乗算器 ２７…目標演算器 ２８…偏差演算器 ２９…コントローラ部 ３０…補正部 ４１…加算器 ４２…電流フィードバック部 １００…操舵系メカ ２６１…微分器

Claims (10)

1. 操舵部材に連結された操舵軸に加わる操舵トルクに応じたアシストトルクをモータによって出力することで操舵特性を制御するステアリング制御装置（１５）であって、
   操舵部材に加わる操作を表す操舵状態量を生成する操舵状態量生成手段（２３）と、
   前記操舵状態量生成手段により生成された操舵状態量に従って、前記操舵軸で検出される操舵トルクと操舵角との関係を規定する機械インピーダンスを調整するための調整トルクを生成する調整トルク生成手段（２４，２５，２６）と、
   前記調整トルク生成手段にて生成された調整トルクに基づいて、該調整トルクを含んだ前記アシストトルクを前記モータに出力させるように前記モータを制御するための指令値を生成する指令値生成手段（２１，２２，２７，２８，２９）と、
   を備え、
   前記操舵状態量は、少なくとも切り込み、切り戻し、保舵の状態を識別し、且つ、切り込み、切り戻しの操作量を表現する物理量であり、
   前記調整トルク生成手段は、前記機械インピーダンスとして剛性成分、慣性成分のうち少なくとも一つを調整することを特徴とするステアリング制御装置。
2. 前記調整トルク生成手段が用いる前記機械インピーダンスには、前記剛性成分が少なくとも含まれ、
   前記剛性成分は、前記アシストトルクと前記操舵トルクとから推定される路面負荷に対する調整ゲインであることを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記路面負荷に対する調整ゲインは、前記操舵状態量が切り戻しの状態を示す場合は負の値または前記操作量の増加に従って減少する値をとり、前記操舵状態量が切り込みの状態を示す場合は正の値または前記操作量の増加に従って増加する値をとることを特徴とする請求項２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記調整トルク生成手段が用いる前記機械インピーダンスには、前記慣性成分が少なくとも含まれ、
   前記慣性成分は、前記操舵軸の角加速度に対する調整ゲインであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
5. 前記操舵軸の角速度に対する調整ゲインは、前記操舵状態量が保舵の状態を含む予め設定された微操作域内では一定値をとり、前記操舵状態量が前記微操作域から離れるに従って増加する値をとることを特徴とする請求項４に記載のステアリング制御装置。
6. 前記指令値生成手段は、少なくとも前記調整トルクを含んだ目標操舵トルクを生成し、前記指令値は、前記操舵トルクと前記目標操舵トルクとの差が０になるようなアシストトルクを発生させるためのものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
7. 前記目標操舵トルクには、前記アシストトルクを用いて算出される基本トルクが含まれることを特徴とする請求項６に記載のステアリング制御装置。
8. 前記基本トルクは、前記アシストトルクと前記操舵部材に加わる操舵トルクとから推定される路面負荷に応じた値を有することを特徴とする請求項７に記載のステアリング制御装置。
9. 前記操舵状態量は、前記操舵軸の回転量に応じて増減する第１の物理量と、前記操舵軸の回転速度に応じて増減する第２の物理量との積であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
10. 前記操舵状態量は、前記第１の物理量として前記操舵トルク、前記第２の物理量として前記操舵軸の角速度を用いて求めたドライバ仕事率であることを特徴とする請求項９に記載のステアリング制御装置。