JP2020175771A - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵角等の微変動に対して車両が過敏に反応することなく、適度な転舵を実現するための車両用操向システムの制御装置を提供する。
【解決手段】電気的に伝えられる操舵情報を用いて転舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置において、目標転舵角を生成する目標転舵角生成部と、目標転舵角に対して、転舵機構において検出される転舵角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する転舵角制御部とを備え、目標転舵角生成部が、操舵情報より目標転舵角を生成する微変動補正部を具備し、微変動補正部が、操舵情報の微変動に対する目標転舵角の変動を小さくする補正を操舵情報に対して行うことにより目標転舵角を生成し、モータ電流指令値に基づいて転舵機構を制御する。
【選択図】図３

Description

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（ＳＢＷ）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、電気的に伝えられる操舵角等の情報を用いて転舵機構を制御する車両用操向システムの制御装置に関する。

車両用操向システムの１つとして、広く普及している電動パワーステアリング装置の他に、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に生成する。適切な操舵感を与えるＳＢＷシステムとして、例えば特開２００６−２９８２２３号公報（特許文献１）に開示されている車両用操舵装置がある。

特許文献１の装置では、転舵輪が縁石等に当接した場合にもその当接状態を運転者に適切に伝えるために、転舵機構に備えられている転舵モータの駆動電流と転舵輪の転舵速度に基づいて、ハンドルに対する運転者の操舵操作を規制するか否かを判断している。このような判断を行うことにより、操舵操作を急速に実行した場合に転舵モータの位置制御の応答遅れによって、転舵軸の実際の位置と目標位置との偏差が大きくなっても、その操舵が不本意に規制されてしまうことがないようにしている。

特開２００６−２９８２２３号公報

一方、ＳＢＷシステムでは、運転者によるハンドル操作を的確に転舵機構に伝える必要があるが、運転者が意図しないハンドルの動きにより車両が不安定な動作になることを防止する必要もある。例えば、車両走行中に小石や白線等を踏んだ場合や、ブレーキジャダーやシミー等が発生する場合等、外乱作用によりハンドルが振動すると、ハンドルの操舵角での僅かな変動（微変動）が転舵機構の転舵角に影響を与える。ＳＢＷシステムでは、通常、ハンドル操作の情報として操舵角を使用し、その操舵角に基づいて転舵輪の転舵角の目標値である目標転舵角を決定し、目標転舵角に実際の転舵角が追従するような転舵角制御を行っている。よって、操舵角の微変動の影響が目標転舵角に直接反映してしまい、その結果、ハンドルの僅かな変動に対して、転舵角制御を行うことにより、不快な振動として車両が揺れてしまう場合がある。また、ハンドルのごく僅かな操舵により、車両が過敏に応答してしまう場合もあり、このような車両の挙動を抑制する必要がある。しかしながら、特許文献１の装置では、転舵モータの回転角から転舵位置（転舵角に相当）を算出し、車速及び操舵角に基づいて転舵位置の目標値（目標転舵角に相当）を算出し、転舵位置と目標値の偏差に基づくＰＩＤ（比例積分微分）制御により転舵機構での位置制御を行っているが、その位置制御において上記のようなハンドルの僅かな振動や操舵による影響を考慮しておらず、操舵角の微変動への対応がなされていない。

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、操舵角等の微変動に対して車両が過敏に反応することなく、適度な転舵を実現するための車両用操向システムの制御装置を提供することにある。

本発明は、電気的に伝えられる操舵情報を用いて転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、目標転舵角を生成する目標転舵角生成部と、前記目標転舵角に対して、前記転舵機構において検出される転舵角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する転舵角制御部とを備え、前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報より前記目標転舵角を生成する微変動補正部を具備し、前記微変動補正部が、前記操舵情報の微変動に対する前記目標転舵角の変動を小さくする補正を前記操舵情報に対して行うことにより前記目標転舵角を生成し、前記モータ電流指令値に基づいて前記転舵機構を制御することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記微変動補正部が行う補正が、前記操舵情報に応じて演算されるヒステリシス特性を有する信号を前記操舵情報から減算する補正であることにより、或いは、前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報の上下限値を制限する制限部を更に具備することにより、或いは、前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報の変化量を制限するレート制限部を更に具備することにより、より効果的に達成される。

本発明の車両用操向システムの制御装置によれば、目標転舵角の生成において、操舵角等の操舵情報の微変動に対する目標転舵角の変動が小さくなるような補正を行うことにより、操舵情報の微変動に対して車両が過敏に反応することなく、適度な転舵を実現することができる。

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。 本発明の構成例を示すブロック図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 微変動補正部の構成例を示すブロック図である。 ヒステリシス信号の特性例を示す線図である。 転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 目標操舵トルク生成部の構成例及び基本マップの特性例を示す図である。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 転舵角制御部の動作例を示すフローチャートである。 微変動補正の効果を示すシミュレーションにおいて用いた目標転舵角の変化例を示すグラフである。 微変動補正の効果を示すシミュレーションにおいて、微変動補正がある場合の目標転舵角の時間応答の例を示すグラフである。 微変動補正の効果を示すシミュレーションにおいて、ヒステリシス特性を有する信号及び微変動補正後の目標転舵角の変化例を示すグラフである。

本発明は、転舵機構を制御する制御装置において、操舵角等の操舵情報の微変動による車両の過敏な反応を抑制するために、操舵情報に基づいて目標転舵角を生成する際に、操舵情報の微変動に対する目標転舵角の変動が小さくなるような補正（以下、「微変動補正」とする）を行い、補正された目標転舵角に対して転舵角を追従させるような制御により転舵用モータに対する指令であるモータ電流指令値を演算する。微変動補正の方法として、例えば、ヒステリシス特性を有する信号（以下、「ヒステリシス信号」とする）を操舵情報に応じて演算し、そのヒステリシス信号を操舵情報から減算したものを目標転舵角とする。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

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。

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４０、転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置３０、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４０から出力される操舵情報である操舵角θｈを電気信号として伝える。

転舵装置３０は、転舵用モータ３１、転舵用モータ３１の回転速度を減速するギア３２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３４を備え、操舵角θｈの変化に合わせて、転舵用モータ３１を駆動し、その駆動力を、ギア３２を介してピニオンラック機構３４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３４の近傍には角度センサ３３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３１のモータ角やラックの位置等を使用しても良い。

反力装置４０は、反力用モータ４１及び反力用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２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４１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４０は、トーションバー（図示せず）を有するコラム軸２に設けられる舵角センサ４３及びトルクセンサ４４を更に備え、操舵角θｈ及びハンドル１の操舵トルクＴｓ（又はトーションバーの捩れ角Δθ）をそれぞれ検出する。

制御装置５０は、反力装置４０及び転舵装置３０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４１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３１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。

制御装置５０はＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）を有し、反力装置４０及び転舵装置３０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を図２に示す。図２において、反力用モータ４１、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部９２０、インバータ９３０及びモータ電流検出器９４０を反力装置４０が具備し、転舵用モータ３１、角度センサ３３、ＰＷＭ制御部４２０、インバータ４３０及びモータ電流検出器４４０を転舵装置３０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。また、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９２０、インバータ９３０、モータ電流検出器９４０、ＰＷＭ制御部４２０、インバータ４３０及びモータ電流検出器４４０を具備しても良い。

制御装置５０は、転舵装置３０の制御（以下、「転舵制御」とする）を行う構成と、反力装置４０の制御（以下、「反力制御」とする）を行う構成を有し、各構成が協調して、反力装置４０及び転舵装置３０を制御する。

転舵制御は、舵角速度演算部３１０、右切り／左切り判定部３２０、目標転舵角生成部１００、転舵角制御部２００、電流制御部３００及び減算部４１０により行われる。舵角速度演算部３１０にて操舵角θｈから演算された舵角速度ωｈに基づいて、右切り／左切り判定部３２０が操舵状態（右切り／左切り）を判定する。その判定結果と操舵角θｈに基づいて目標転舵角生成部１００にて目標転舵角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２００に入力され、転舵角制御部２００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とモータ電流検出器４４０で検出される転舵用モータ３１の電流値（モータ電流値）Ｉｍｄの偏差Ｉ２（＝Ｉｍｃｔ−Ｉｍｄ）が減算部４１０で算出され、偏差Ｉ２に基づいて電流制御部３００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２が求められる。転舵装置３０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４２０及びインバータ４３０を介して転舵用モータ３１が駆動制御される。

舵角速度演算部３１０は、操舵角θｈに対する微分演算により舵角速度ωｈを算出する。微分演算として、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とゲインによる擬似微分を行なっても良く、別の手段で算出しても良い。

右切り／左切り判定部３２０は、舵角速度ωｈを基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして出力する。即ち、舵角速度ωｈが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、舵角速度ωｈの代わりに、転舵角θｔや転舵用モータ３１の回転角等に対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。この場合、舵角速度演算部３１０は、その角速度を算出することになる。

目標転舵角生成部１００の構成例を図３に示す。目標転舵角生成部１００は、制限部１１０、レート制限部１２０及び微変動補正部１３０を備える。

制限部１１０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４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１１０は省略可能である。

レート制限部１２０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１２０は省略可能である。

微変動補正部１３０は、操舵角θｈ２及び操舵状態ＳＴｓを入力し、操舵角θｈ２に対して微変動補正を行うことにより、目標転舵角θｔｒｅｆを算出する。具体的には、操舵角θｈ２に応じたヒステリシス信号ＳＨｙを演算し、ヒステリシス信号ＳＨｙを操舵角θｈ２から減算することにより微変動補正を行う。図５は微変動補正部１３０の構成例を示すブロック図であり、操舵角θｈ２は減算部１３２に加算入力されると共に、ヒステリシス演算部１３１に入力され、ヒステリシス信号ＳＨｙはヒステリシス演算部１３１にて演算される。

ヒステリシス演算部１３１は操舵角θｈ２及び操舵状態ＳＴｓに基づき、下記数１に従ってヒステリシス信号ＳＨｙを演算する。なお、下記数１では、ｘ＝θｈ２、ｙ＝ＳＨｙとしており、ａ＞１、ｃ＞０であり、Ａ_ｈｙｓはヒステリシス幅である。

右切り操舵から左切り操舵、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際に、最終座標（ｘ１，ｙ１）の値に基づき、切り替え後の数１の“ｂ”に以下の数２を代入する。これにより、切り替え前後の連続性が保たれる。

上記数２は、上記数１中のｘにｘ１を、ｙ_Ｒ及びｙ_Ｌにｙ１を代入することにより導出することができる。

“ａ”として１より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数“ｅ”を用いた場合、数１及び数２は下記数３及び数４となる。

数３及び数４においてＡ_ｈｙｓ＝１［Ｎ・ｍ］、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、ヒステリシス信号ＳＨｙの線図例を図６に示す。即ち、ヒステリシス演算部１３１からのヒステリシス信号ＳＨｙ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する。

ヒステリシス演算部１３１で演算されたヒステリシス信号ＳＨｙを操舵角θｈ２から減算部１３２にて減算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを算出する。

このように、図６に示されるようなヒステリシス信号ＳＨｙを操舵角θｈ２から減算することにより、操舵角θｈ２に対して不感帯と同様な効果を得ることができる。つまり、操舵角θｈ２が微変動する場合は、図６でのＬ２及びＬ３においてヒステリシス信号ＳＨｙが一定となる範囲は狭くなり、ヒステリシス信号ＳＨｙは操舵角θｈ２の増減に合わせて増減するので、そのようなヒステリシス信号ＳＨｙを操舵角θｈ２から減算して算出された目標転舵角θｔｒｅｆの変動は小さくなる。一方、操舵角θｈ２の変動が大きい場合は、ヒステリシス信号ＳＨｙが一定となる範囲は広くなり、操舵角θｈ２からは略一定な値のヒステリシス信号ＳＨｙが減算されることになるので、目標転舵角θｔｒｅｆの変化は操舵角θｈ２の変化に略合うものとなる。

なお、微変動補正部１３０での微変動補正の方法については、操舵角θｈ２の微変動に対して目標転舵角θｔｒｅｆの変動が小さくなるのであれば、上記以外の方法を使用しても良い。例えば、通常は操舵角θｈ２を目標転舵角θｔｒｅｆとし、操舵角θｈ２の変化量が所定の小さな値以下の場合は、目標転舵角θｔｒｅｆは変化させず、前回の目標転舵角を目標転舵角θｔｒｅｆとする等の方法を使用しても良い。

転舵角制御部２００は、目標転舵角θｔｒｅｆに対して転舵角θｔを追従させるような制御を行い、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを算出する。図７は転舵角制御部２００の構成例を示すブロック図であり、転舵角制御部２００は、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部２１０、転舵角速度演算部２２０、速度制御部２３０、出力制限部２４０及び減算部２５０を備えている。目標転舵角生成部１００から出力される目標転舵角θｔｒｅｆは減算部２５０に加算入力され、転舵角θｔは減算部２５０に減算入力されると共に、転舵角速度演算部２２０に入力される。

転舵角ＦＢ補償部２１０は、減算部２５０で算出される、目標転舵角θｔｒｅｆと転舵角θｔの偏差Δθｔ_０に対して補償値Ｃ_ＦＢ（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Ｃ_ＦＢは単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ（比例積分）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。目標転舵角速度ωｔｒｅｆは速度制御部２３０に入力される。

転舵角速度演算部２２０は、転舵角θｔに対して、舵角速度演算部３１０と同様に、微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し、転舵角速度ωｔｔは速度制御部２３０に入力される。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。

速度制御部２３０は、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）による速度制御を行い、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Ｉｍｃｔａを算出する。減算部２３３で目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔとの差分（ωｔｒｅｆ−ωｔｔ）を算出し、その差分を、ゲインＫｖｉを有する積分部２３２にて積分し、積分結果は減算部２３４に加算入力される。転舵角速度ωｔｔは比例部２３１にも入力され、ゲインＫｖｐによる比例処理を施され、処理結果は減算部２３４に減算入力される。そして、減算部２３４での減算結果がモータ電流指令値Ｉｍｃｔａとして出力される。なお、速度制御部２３０は、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ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Ｉｍｃｔａを算出しても良い。

出力制限部２４０は、速度制御部２３０からのモータ電流指令値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。目標転舵角生成部１００内の制限部１１０と同様に、モータ電流指令値Ｉｍｃｔａ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。なお、制限部１１０と同様に、モータ電流指令値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出力制限部２４０は省略可能である。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは減算部４１０に加算入力され、減算部４１０にて、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が演算される。電流制御部３００は偏差Ｉ２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Ｖｒｅｆ２を出力する。

電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２は転舵装置３０に送られ、ＰＷＭ制御部４２０に入力されてデューティが演算され、ＰＷＭ制御部４２０からのＰＷＭ信号により、インバータ４３０を介して転舵用モータ３１がＰＷＭ駆動される。転舵用モータ３１のモータ電流値Ｉｍｄはモータ電流検出器４４０で検出され、制御装置５０の減算部４１０にフィードバックされる。

転舵制御では転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆに追従するような制御が行われるが、反力制御ではトーションバーの捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御が行われる。反力制御は、目標操舵トルク生成部５００、変換部６００、捩れ角制御部７００、電流制御部８００及び減算部９１０により行われる。目標操舵トルク生成部５００にて操舵角θｈ及び車速Ｖｓに基づいて目標操舵トルクＴｒｅｆが生成され、目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部６００にて目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角Δθと共に捩れ角制御部７００に入力され、捩れ角制御部７００にて、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃとモータ電流検出器９４０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９１０で算出され、偏差Ｉ１に基づいて電流制御部８００にて電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１が求められる。反力装置４０では、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部９２０及びインバータ９３０を介して反力用モータ４１が駆動制御される。なお、トーションバーの捩れ角Δθは、コラム軸２のハンドル側に設けられた上側角度センサとトーションバーを挟んで反対側に設けられた下側角度センサにて検出される角度の差として求めても良いし、操舵トルクＴｓから換算して求めても良い。

目標操舵トルク生成部５００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目標操舵トルクＴｒｅｆを出力する。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８（Ａ）に示されるように、目標操舵トルクＴｒｅｆが、操舵角θｈの大きさ（絶対値）｜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。なお、図８（Ａ）において、符号部５０１は操舵角θｈの符号（＋１、−１）を乗算部５０２に出力しており、操舵角θｈの大きさからマップにより目標操舵トルクＴｒｅｆの大きさを求め、これに操舵角θｈの符号を乗算し、目標操舵トルクＴｒｅｆを求める構成となっている。或いは、図８（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８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。

変換部６００は、トーションバーのバネ定数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。

捩れ角制御部７００の構成例を図９に示す。捩れ角制御部７００は、図７に示される転舵角制御部２００の構成例と同様の構成をしており、目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔの代わりに目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθを入力する。捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部７１０、捩れ角速度演算部７２０、速度制御部７３０、出力制限部７４０及び減算部７５０が、それぞれ転舵角ＦＢ補償部２１０、転舵角速度演算部２２０、速度制御部２３０、出力制限部２４０及び減算部２５０と同様の構成で同様の動作を行い、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。

減算部９１０、電流制御部８００、ＰＷＭ制御部９２０、インバータ９３０及びモータ電流検出器９４０は、それぞれ減算部４１０、電流制御部３００、ＰＷＭ制御部４２０、インバータ４３０及びモータ電流検出器４４０と同様な構成で同様な動作を行う。

なお、目標操舵トルク生成部５００の前段（操舵角θｈの入力口）又は後段に位相補償を行なう位相補償部を挿入しても良い。位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子のカットオフ周波数を１．０Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を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。また、捩れ角制御部７００では、捩れ角を制御対象とするのではなく、操舵トルクを制御対象とし、操舵トルクＴｓ及び目標操舵トルクＴｒｅｆを入力し、操舵トルクＴｓが目標操舵トルクＴｒｅｆになるような制御を行っても良い。この場合、変換部６００は不要となる。

このような構成において、本実施形態の動作例を図１０及び図１１のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、操舵角θｈ、車速Ｖｓ、転舵角θｔ及び捩れ角Δθが検出又は算出され（ステップＳ１０）、操舵角θｈは舵角速度演算部３１０、目標転舵角生成部１００及び目標操舵トルク生成部５００に、車速Ｖｓは目標操舵トルク生成部５００に、転舵角θｔは転舵角制御部２００に、捩れ角Δθは捩れ角制御部７００にそれぞれ入力される。

舵角速度演算部３１０は、操舵角θｈに対する微分演算により舵角速度ωｈを算出し（ステップＳ２０）、右切り／左切り判定部３２０に出力する。

右切り／左切り判定部３２０は、舵角速度ωｈを入力し、舵角速度ωｈの符号を基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして、目標転舵角生成部１００に出力する（ステップＳ３０）。

目標転舵角生成部１００では、操舵角θｈは制限部１１０に、操舵状態ＳＴｓは微変動補正部１３０にそれぞれ入力される。制限部１１０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Ｓ４０）、操舵角θｈ１としてレート制限部１２０に出力する。レート制限部１２０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Ｓ５０）、操舵角θｈ２として微変動補正部１３０に出力する。微変動補正部１３０は、ヒステリシス演算部１３１において、数３及び数４に基づいて、操舵角θｈ２及び操舵状態ＳＴｓに応じたヒステリシス信号ＳＨｙを演算し、減算部１３２において、操舵角θｈ２からヒステリシス信号ＳＨｙを減算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを算出する（ステップＳ６０）。目標転舵角θｔｒｅｆは転舵角制御部２００に出力される。

転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部２００は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔを演算する（ステップＳ７０）。転舵角制御部２００の動作例については、図１１のフローチャートを参照して説明する。

転舵角制御部２００に入力された目標転舵角θｔｒｅｆは減算部２５０、転舵角θｔは減算部２５０及び転舵角速度演算部２２０にそれぞれ入力される（ステップＳ７１）。

減算部２５０では、目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ_０が算出される（ステップＳ７２）。偏差Δθｔ_０は転舵角ＦＢ補償部２１０に入力され、転舵角ＦＢ補償部２１０は、偏差Δθｔ_０に補償値Ｃ_ＦＢを乗算することにより偏差Δθｔ_０を補償し（ステップＳ７３）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部２３０に出力する。

転舵角θｔを入力した転舵角速度演算部２２０は、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ７４）、速度制御部２３０に出力する。

速度制御部２３０では、目標転舵角速度ωｔｒｅｆと転舵角速度ωｔｔの差分が減算部２３３で算出され、その差分が積分部２３２で積分（Ｋｖｉ／ｓ）されて減算部２３４に加算入力される（ステップＳ７５）。更に、転舵角速度ωｔｔは比例部２３１で比例処理（Ｋｖｐ）され、比例結果が減算部２３４に減算入力され（ステップＳ７５）、減算部２３４での減算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃｔａが出力される。モータ電流指令値Ｉｍｃｔａは出力制限部２４０に入力される。

出力制限部２４０は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ７６）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ７７）。

モータ電流指令値Ｉｍｃｔは減算部４１０に加算入力され、モータ電流検出器４４０で検出されたモータ電流値Ｉｍｄとの偏差Ｉ２が減算部４１０で算出される（ステップＳ８０）。偏差Ｉ２は電流制御部３００に入力され、電流制御部３００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Ｓ９０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２に基づいて、ＰＷＭ制御部４２０及びインバータ４３０を介して、転舵用モータ３１が駆動制御される（ステップＳ１００）。

一方、目標操舵トルク生成部５００は、図８（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に応じた目標操舵トルクＴｒｅｆを生成し（ステップＳ１１０）、変換部６００に出力する。変換部６００は、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換し（ステップＳ１２０）、捩れ角制御部７００に出力する。

捩れ角Δθ及び目標捩れ角Δθｒｅｆを入力した捩れ角制御部７００は、捩れ角Δθ及び目標捩れ角Δθｒｅｆを対象として、転舵角制御部２００と同様の動作により、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ１３０）。

モータ電流指令値Ｉｍｃは減算部９１０に加算入力され、モータ電流検出器９４０で検出されたモータ電流値Ｉｍｒとの偏差Ｉ１が減算部９１０で算出される（ステップＳ１４０）。偏差Ｉ１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Ｖｒｅｆ１を算出する（ステップＳ１５０）。その後、電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１に基づいて、ＰＷＭ制御部９２０及びインバータ９３０を介して、反力用モータ４１が駆動制御される（ステップＳ１６０）。

なお、図１０及び図１１におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、捩れ角制御部７００内の速度制御部７３０は、転舵角制御部２００内の速度制御部２３０と同様に、Ｉ−Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ−Ｄ制御等、実現可能で、Ｐ、Ｉ及びＤのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部２００及び捩れ角制御部７００での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。転舵角制御部２００については、目標角度（ここでは目標転舵角θｔｒｅｆ）に対して実角度（ここでは転舵角θｔ）が追従する制御構成であれば、車両用装置に用いられている制御構成に限定されず、例えば、産業用位置決め装置や産業用ロボット等の産業用電動機に用いられている制御構成を適用しても良い。更に、上記では、操舵情報として操舵角を使用しているが、上側角度センサが検出するハンドル角や下側角度センサが検出するコラム角を操舵情報として使用しても良い。

本実施形態での微変動補正部による微変動補正の効果について、シミュレーション結果を基に説明する。

シミュレーションでは、操舵角θｈと微変動補正がない場合の目標転舵角θｔｒｅｆを一致させ、色々な外乱の影響でハンドルが一定時間振動し、その後、外乱の影響がなくなり運転者は通常に操舵したと想定し、目標転舵角θｔｒｅｆを、動作開始から２ｓｅｃまでは微変動として振幅１ｄｅｇで変化させ、それ以降は振幅５ｄｅｇで変化させて、微変動補正がある場合とない場合の目標転舵角θｔｒｅｆの時間応答を調べた。

図１２は上記のように変化させた目標転舵角θｔｒｅｆの時間変化を示すグラフであり、これが、微変動補正がない場合の目標転舵角θｔｒｅｆの時間応答となる。丸い破線で囲った箇所が、目標転舵角が微変動した箇所であり、このように変化する目標転舵角に対して転舵角が追従するように動作するので、車両の揺れの発生が懸念される。また、このように運転者が意図せずに僅かに操舵したとした場合は、車両が過敏に反応してしまうことが懸念される。

これに対して、微変動補正がある場合の目標転舵角θｔｒｅｆの時間応答を図１３に示す。図１３において、点線は、図１２の場合と同様に、微変動補正がない場合の目標転舵角θｔｒｅｆの時間応答であり、実線が、微変動補正がある場合の目標転舵角θｔｒｅｆの時間応答（図中では「変換後目標転舵角」と表記）である。両者を比較すると、丸い破線で囲った目標転舵角が微変動している０〜２ｓｅｃの間では、微変動補正がない場合より微変動補正がある場合の方が、目標転舵角が低減されているので、僅かなハンドルの動きに対して車両が過敏に反応するのが抑制される。それ以降の通常の操舵である振幅５ｄｅｇでの操舵では、適度に目標転舵角が出力されている。

本シミュレーションにおける操舵角（本シミュレーションでは、微変動補正がない場合の目標転舵角と一致）に対するヒステリシス信号ＳＨｙの変化の様子を図１４（Ａ）に、微変動補正がある場合の操舵角に対する目標転舵角θｔｒｅｆの変化の様子を図１４（Ｂ）に示す。図１４（Ａ）において、Ｈ１は操舵角が微変動した場合のヒステリシス信号ＳＨｙであり、Ｈ２は通常に操舵した場合のヒステリシス信号ＳＨｙである。このようなヒステリシス信号を操舵角から減算して算出された結果が、図１４（Ｂ）に示される目標転舵角θｔｒｅｆである。図１４（Ｂ）において、Ｔ１は操舵角が微変動した場合の目標転舵角θｔｒｅｆであり、Ｔ２は通常に操舵した場合の目標転舵角θｔｒｅｆである。Ｔ１からわかるように、操舵角が微変動しているときには目標転舵角の変動は小さくなっている。一方、Ｔ２からわかるように、操舵角が通常の操舵程度に変化しているときには目標転舵角は適度な変化となっている。

上述の実施形態では１つの制御装置で転舵制御と反力制御を行っているが、転舵制御用の制御装置と反力制御用の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、舵角速度演算部３１０及び右切り／左切り判定部３２０の処理は転舵制御用の制御装置で実行されることになるが、これらの処理を反力制御用の制御装置で実行し、右切り／左切り判定部３２０から出力される操舵状態ＳＴｓを転舵制御用の制御装置に送るようにしても良い。

図１に示されるＳＢＷシステムは反力装置４０と転舵装置３０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４０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４１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く、転舵装置３０と協調して動作するのであれば、トーションバー等を備えない反力装置でも良い。

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。

本発明の主たる目的は、目標転舵角生成における微変動補正の実現手段についてであり、目標転舵角に対する転舵角の追従性の実現手段に関しては、上記の転舵角制御部に限定しなくても良い。

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 車速センサ
３０ 転舵装置
３１ 転舵用モータ
３２ ギア
３３ 角度センサ
４０ 反力装置
４１ 反力用モータ
４２ 減速機構
４３ 舵角センサ
５０ 制御装置
１００ 目標転舵角生成部
１１０ 制限部
１２０ レート制限部
１３０ 微変動補正部
１３１ ヒステリシス演算部
２００ 転舵角制御部
２１０ 転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
２２０ 転舵角速度演算部
２３０、７３０ 速度制御部
２４０、７４０ 出力制限部
３００、８００ 電流制御部
３１０ 舵角速度演算部
３２０ 右切り／左切り判定部
４２０、９２０ ＰＷＭ制御部
４３０、９３０ インバータ
４４０、９４０ モータ電流検出器
５００ 目標操舵トルク生成部
５０１ 符号部
６００ 変換部
７００ 捩れ角制御部
７１０ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
７２０ 捩れ角速度演算部

Claims (4)

1. 電気的に伝えられる操舵情報を用いて転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、
   目標転舵角を生成する目標転舵角生成部と、
   前記目標転舵角に対して、前記転舵機構において検出される転舵角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する転舵角制御部とを備え、
   前記目標転舵角生成部が、前記操舵情報より前記目標転舵角を生成する微変動補正部を具備し、
   前記微変動補正部が、前記操舵情報の微変動に対する前記目標転舵角の変動を小さくする補正を前記操舵情報に対して行うことにより前記目標転舵角を生成し、
   前記モータ電流指令値に基づいて前記転舵機構を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。
2. 前記微変動補正部が行う補正が、前記操舵情報に応じて演算されるヒステリシス特性を有する信号を前記操舵情報から減算する補正である請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
3. 前記目標転舵角生成部が、
   前記操舵情報の上下限値を制限する制限部を更に具備する請求項１又は２に記載の車両用操向システムの制御装置。
4. 前記目標転舵角生成部が、
   前記操舵情報の変化量を制限するレート制限部を更に具備する請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用操向システムの制御装置。