JP6750341B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

たとえば、特許文献１には、ステアリングと転舵軸とが機械的に分離したステアバイワイヤ式の操舵装置が開示されている。特許文献１の操舵装置では、転舵輪に対して路面から伝達される路面情報が反映されない軸力（理想軸力）と、転舵輪に対して路面情報が反映される軸力（推定軸力）とを所定の割合で配分することにより最終的に得られる推定ステアリングラック軸力に基づいて、ステアリングに反力を付与するようにしている。この推定ステアリングラック軸力は、ステアリングに反力を付与する反力モータに供給する電流の目標値である目標反力電流として設定される。ステアリングに付与される反力は、反力モータに供給する電流を目標反力電流にフィードバック制御することによって制御されている。

ところで、転舵輪に対して路面情報が反映される推定軸力は、転舵モータに流れる電流にゲインを乗じることによって演算される。この推定軸力には、転舵輪の転舵に伴ってラックシャフトや転舵モータなどの各部の摩擦に起因する摩擦成分が含まれている。このため、特許文献１の操舵装置では、予め定められたマップに基づいて摩擦成分を演算し、フリクション成分を除去した推定軸力を用いて、推定ステアリングラック軸力を演算している。

国際公開ＷＯ２０１３／０６１５６８号公報

ところで、路面情報に基づいてラックシャフトに生じる軸力と、転舵モータから付与されるトルクによってラックシャフトに生じる軸力との向きにより、転舵モータに流れる電流に基づいて演算される推定軸力の演算の効率（正効率および逆効率）は異なってしまう。操舵装置に正効率と逆効率とが存在するのは、ボールねじ機構およびラックアンドピニオン機構を有する操舵装置では、操舵装置の一方側に力が加わるときの伝達効率と、操舵装置の他方側に力が加わるときの伝達効率が異なるためである。これにより、正効率のときに演算される推定軸力と逆効率のときに演算される推定軸力との間には、両推定軸力の差に起因するヒステリシスが生じてしまう。このため、路面情報を反力に反映させたとしても、ステアリングの操舵角については成り行きでしかなく、ステアリングに付与する反力によって良好な操舵フィーリングおよび良好なコントローラビリティを得られないおそれがあった。こうした課題は、ステアバイワイヤ方式の操舵装置に限らず、たとえば運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置であっても、運転者のステアリング操作に路面情報を伝達させて操舵フィーリングやコントローラビリティを調整するものであれば同様に生じる。

本発明は、こうした実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、路面情報をより的確にステアリングに伝達させることができる操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成しうる操舵制御装置は、車両のステアリングに付与されるトルクを発生するアクチュエータを備える操舵装置を制御対象とし、前記アクチュエータの動作を制御する操舵制御装置において、前記ステアリングの操舵角、あるいは前記ステアリングの動作に対応して変化する転舵輪の転舵角、あるいは前記操舵角または前記転舵角に換算可能な回転軸の回転角を、当該回転角の目標値である目標回転角に一致させるように前記アクチュエータをフィードバック制御する回転角制御処理部と、前記転舵輪に対して路面から伝達される路面情報が反映される推定軸力を演算する推定軸力演算部と、前記推定軸力の特性の変化を判定する判定部と、前記推定軸力の特性の変化に基づき、その変化による影響を除去するように前記推定軸力を補償する補償部と、前記補償部により補償された前記推定軸力に基づき、前記目標回転角を演算する目標回転角演算部と、を有する。

この構成によれば、補償部によって推定軸力が補償されることにより、路面情報を推定軸力として、より的確に反映させることができる。このため、回転角制御処理部によって推定軸力に基づいて演算される目標回転角をフィードバック制御することにより、回転角をあるべき角度である目標回転角に角度制御することができる。この角度制御を通じて、アクチュエータにより発生するトルクには路面情報が反映されている。このため、ステアリングに付与されるトルクによって、ステアリングに路面情報をより的確に伝達させることができる。ステアリングに路面情報がより的確に伝達される分、より良好な操舵フィーリングやコントローラビリティを実現できる。

上記の操舵制御装置において、前記転舵輪と前記ステアリングとの間の動力伝達を断続可能な動力伝達装置を備える操舵装置を制御対象とする場合、前記転舵輪と前記ステアリングとの間の動力伝達が遮断された状態であって、前記アクチュエータは、前記ステアリングの操作に抗する力である反力を発生する反力アクチュエータと、前記転舵輪を転舵させる力を発生する転舵アクチュエータとを含み、前記回転角制御処理部は、前記ステアリングの操舵角あるいは前記ステアリングの操舵角に換算可能な回転軸の回転角を、前記目標回転角としての目標操舵角に一致させるように、前記反力アクチュエータをフィードバック制御し、前記目標回転角演算部は、前記補償部により補償された前記推定軸力に基づき、前記目標操舵角を演算することが好ましい。

この構成によれば、ステアリング操作に抗する力である反力に、路面情報を推定軸力としてより的確に反映させることができる。このため、回転角制御処理部に目標操舵角がフィードバックされることにより、回転軸の回転角に基づき求められる操舵角をあるべき角度である目標操舵角に角度制御することができる。そして、ステアリングに付与される反力によって、路面情報をより的確にステアリングに伝達させることができる。

上記の操舵制御装置において、前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角に基づき演算される転舵角を、当該回転角の目標値である目標転舵角に一致させるように前記転舵アクチュエータをフィードバック制御する転舵角制御処理部を備え、前記推定軸力演算部は、前記転舵アクチュエータの実電流値に基づき、前記推定軸力を演算することが好ましい。

この構成によれば、転舵輪とステアリングとの間の動力伝達が遮断された状態であっても、路面情報を反映した推定軸力を難なく演算することができる。
上記の操舵制御装置において、前記アクチュエータは、前記ステアリングの操作を補助する力である補助力を発生する補助力アクチュエータであって、前記回転角制御処理部は、前記転舵輪の転舵角あるいは前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角を、前記目標回転角としての目標転舵角に一致させるように前記補助力アクチュエータをフィードバック制御し、前記目標回転角演算部は、前記補償部により補償された前記推定軸力に基づき、前記目標回転角としての前記目標転舵角を演算することが好ましい。

この構成によれば、ステアリングの操作を補助する補助力に、路面情報を推定軸力としてより的確に反映させることができる。このため、回転角制御処理部に目標転舵角がフィードバックされることにより、回転軸の回転角に基づき求められる転舵角をあるべき角度である目標転舵角に角度制御することができる。そして、ステアリングに付与される補助力によって、路面情報をより的確にステアリングに伝達させることができる。

上記の操舵制御装置において、前記推定軸力演算部は、前記補助力アクチュエータの実電流値に基づき、前記推定軸力を演算することが好ましい。
この構成によれば、補助力によってステアリングの操作を補助する場合であっても、補助力を加味して推定軸力を難なく演算することができる。

上記の操舵制御装置において、前記判定部は、前記転舵輪から転舵シャフトに伝達される路面情報の一つである路面反力に起因する軸力の向きと前記アクチュエータが発生したトルクにより前記転舵シャフトに生じる軸力の向きとが同じときの効率である正効率のときの前記推定軸力の変化と、前記転舵輪から前記転舵シャフトに伝達される路面反力に起因する軸力の向きと前記アクチュエータが発生したトルクにより転舵シャフトに生じる軸力の向きとが逆である逆効率のときの前記推定軸力の変化とに基づいて、前記推定軸力の特性の変化として、前記正効率および前記逆効率の切替りを判定し、前記補償部は、前記推定軸力の特性の変化である前記正効率および前記逆効率の切替りによる影響を抑制するように前記推定軸力を補償することが好ましい。

この構成によれば、正効率および逆効率の切替りによる影響を抑制するように推定軸力を補償することにより、正効率のときの推定軸力と逆効率のときの推定軸力との違いにより生じる推定軸力のヒステリシスによる影響を低減させることができ、推定軸力をより的確に演算することができる。また、ステアリングの伝達効率の変化による影響が低減された推定軸力に基づいて、ステアリングに付与されるトルクが演算される分、より良好な操舵フィーリングおよびコントローラビリティを実現できる。

上記の操舵制御装置において、前記補償部は、前記推定軸力の特性の変化である前記正効率および前記逆効率の切替りに応じた効率補償ゲインを演算し、当該効率補償ゲインを前記推定軸力に乗算することにより、前記推定軸力を補償することが好ましい。

この構成によれば、推定軸力に正効率および逆効率の切替りに応じた効率補償ゲインを乗算することにより、正効率のときの推定軸力と逆効率のときの推定軸力との違いにより生じる推定軸力のヒステリシスによる影響を低減させることができる。推定軸力のヒステリシスの影響が低減する分、推定軸力をより的確に演算することができる。

上記の操舵制御装置において、前記補償部は、前記転舵輪が連結された転舵シャフトと交差した状態で噛み合う前記回転軸としてのピニオンシャフトの回転速度であるピニオン角速度と前記推定軸力とを乗算した判定値を演算し、前記判定値が正のときの前記効率補償ゲインは、前記判定値が負のときの前記効率補償ゲインよりも小さくなる関係に基づいて、前記判定値に応じた前記効率補償ゲインを演算することが好ましい。

この構成によれば、ピニオン角速度および推定軸力に基づいて演算される判定値と、効率補償ゲインとの間の関係に基づいて、効率補償ゲインを演算できる。
上記の操舵制御装置において、前記補償部は、演算された前記効率補償ゲインに、車速に応じたゲインを乗算することにより補償後効率ゲインを演算し、当該補償後効率ゲインを前記推定軸力に乗算することにより、前記推定軸力を補償することが好ましい。

この構成によれば、効率補償ゲインに車速に応じたゲインをさらに乗算することにより、効率補償を行った推定軸力が、路面情報によって現実に発生した実軸力から理想的に演算される推定軸力とずれることを抑制できる。

上記の操舵制御装置において、前記補償部は、前記推定軸力から前記転舵輪の転舵に伴って発生する摩擦成分を除去することにより、前記推定軸力を補償することが好ましい。
この構成によれば、推定軸力から摩擦成分を除去することにより、ステアリングに付与されるトルクに摩擦成分が含まれることが抑制される。

本発明の操舵制御装置によれば、路面情報をより的確にステアリングに伝達できる。

第１の実施形態における操舵制御装置および操舵装置を示す構成図。 第１の実施形態における操舵制御装置を示すブロック図。 第１の実施形態における操舵制御装置の推定軸力演算部を示すブロック図。 第１の実施形態において、ある初期推定軸力のときの車速と摩擦補償量との関係を示す図。 第１の実施形態における効率補償ゲイン補償部による補償を行わない場合の推定軸力と、理想的な推定軸力との関係を示す図。 車速と効率補償ゲインを補償するゲインとの関係を示す図。 効率補償をした推定軸力、効率補償をしていない推定軸力、およびラック軸の実軸力と理想的に対応した推定軸力について、時間と推定軸力との間の関係を示す図。 効率補償をした推定軸力、効率補償をしていない推定軸力、およびラック軸の実軸力と理想的に対応した推定軸力について、実軸力と推定軸力との間の関係を示す図。 効率補償をした推定軸力、効率補償をしていない推定軸力、およびラック軸の実軸力と理想的に対応した推定軸力について、車速を変化させたときの、時間と推定軸力との間の関係を示す図。 第２の実施形態における操舵制御装置および操舵装置を示す構成図。 第２の実施形態における操舵制御装置を示すブロック図。

＜第１の実施形態＞
以下、操舵制御装置をステアバイワイヤ方式の操舵装置の制御装置に具体化した第１の実施形態について説明する。

図１に示すように、操舵装置は、ステアリング１０の操作に抗する力である反力を発生させる反力アクチュエータ２０およびステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる転舵力を発生させる転舵アクチュエータ４０を有している。なお、反力アクチュエータ２０および転舵アクチュエータ４０は、アクチュエータの一例である。

反力アクチュエータ２０は、ステアリング１０に固定されたステアリングシャフト２２、反力側減速機２４、反力側減速機２４に連結された回転軸２６ａを有する反力モータ２６、および反力モータ２６を駆動するインバータ２８を備えている。反力モータ２６は、たとえば３相ブラシレスモータである。反力モータ２６は、インバータ２８を介してバッテリ７２に接続されている。

転舵アクチュエータ４０は、第１ラックアンドピニオン機構４８、第２ラックアンドピニオン機構５２、転舵側モータ５６、およびインバータ５８を備えている。
第１ラックアンドピニオン機構４８は、車体の左右方向に延びるラック軸４６とラック軸４６に対して所定の角度だけ交差して配置されたピニオン軸４２とを備えている。ラック軸４６に形成された第１ラック歯４６ａと、ピニオン軸４２に形成されたピニオン歯４２ａとの噛合を介して、ピニオン軸４２の回転運動がラック軸４６の往復直線運動に変換される。なお、ラック軸４６は、ラックハウジング４４に収容されている。ラック軸４６の両端には、図示しないタイロッドを介して転舵輪３０が連結されている。ピニオン軸４２は、クラッチ１２を介してステアリングシャフト２２に連結されている。クラッチ１２は、ステアリングシャフト２２とピニオン軸４２との間の動力伝達を断続する。

第２ラックアンドピニオン機構５２は、ラック軸４６とラック軸４６に対して所定の角度だけ交差するピニオン軸５０とを備えている。ラック軸４６に形成された第２ラック歯４６ｂとピニオン軸５０に形成されたピニオン歯５０ａとが噛合されている。

ピニオン軸５０は、転舵側減速機５４を介して、転舵側モータ５６の回転軸５６ａに連結されている。転舵側モータ５６には、インバータ５８が接続されている。
ステアリング１０には、スパイラルケーブル装置６０が連結されている。スパイラルケーブル装置６０は、ステアリング１０に固定された第１ハウジング６２と、車体に固定された第２ハウジング６４と、第２ハウジング６４の内部に固定された筒状部材６６と、筒状部材６６に巻き付けられるスパイラルケーブル６８とを備えている。筒状部材６６には、ステアリングシャフト２２が挿入されている。スパイラルケーブル６８は、ステアリング１０に固定されたホーン７０と、車体に固定されたバッテリ７２などとの間を接続する電気配線である。

制御装置８０（操舵制御装置）は、反力アクチュエータ２０の制御を通じて、ステアリング１０の操作に応じた操舵反力を発生させる。また、制御装置８０は、転舵アクチュエータ４０の制御を通じて、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる。制御装置８０は、通常時はクラッチ１２を遮断状態に維持しつつ、ステアリング１０の操作に応じて転舵輪３０を転舵させる制御を実行する。

制御装置８０は、操舵側センサ９２によって検出される反力モータ２６の回転軸２６ａの回転角度θｓ０、およびトルクセンサ９４によって検出されるステアリングシャフト２２に加わる操舵トルクＴｒｑｓを取り込む。また、制御装置８０は、車速センサ９６によって検出される車速Ｖを取り込む。制御装置８０は、インバータ５８に設けられる各スイッチング素子の動作を制御する。また、制御装置８０は、電流センサ５８ａを介して、転舵側モータ５６へ供給される電流Ｉを検出する。

また、制御装置８０は、中央処理装置（ＣＰＵ８２）およびメモリ８４を備えている。ＣＰＵ８２はメモリ８４に記憶されたプログラムを実行することにより、反力アクチュエータ２０および転舵アクチュエータ４０の操作を制御する。

つぎに、制御装置８０の機能的な構成を、図２を参照しつつ説明する。図２は、メモリ８４に記憶されたプログラムをＣＰＵ８２が実行することで実現される処理の一部を、機能ブロックとして表したものである。

図２に示すように、積算処理部Ｍ２は、操舵側センサ９２によって検出された回転角度θｓ０と転舵側センサ９０によって検出された回転角度θｔ０とを、０〜３６０度の角度領域の相対角から０〜３６０度よりも広い角度領域の絶対角に変換することで、回転角度θｓ，θｔとする。たとえば、回転角度θｓ０，θｔ０が、ステアリング１０が車両を直進させる中立位置から１回転操作されたときの角度である場合、その角度に３６０度加算または減算した角度を回転角度θｓ，θｔとする。また、たとえばステアリング１０が車両を直進させる中立位置から右側または左側に最大限回転操作される場合、回転軸２６ａは複数回回転する。したがって、積算処理部Ｍ２では、たとえばステアリング１０が中立位置にある状態から左または右へ操作されることにより、回転軸２６ａが所定の方向に２回転する場合、出力値（回転角度θｓ０，θｔ０）を７２０度とする。なお、積算処理部Ｍ２は、中立位置における回転角度θｓ０，θｔ０はゼロである。

計量単位設定処理部Ｍ４は、積算処理部Ｍ２による処理が施された操舵側センサ９２の出力値である回転角度θｓに換算係数Ｋｓを乗算して操舵角θｈを算出し、積算処理部Ｍ２による処理が施された転舵側センサ９０の出力値である回転角度θｔに換算係数Ｋｔを乗算して、転舵角θｐを算出する。ここで、換算係数Ｋｓは、反力側減速機２４と反力モータ２６の回転軸２６ａとの回転速度比に応じて定められており、これにより、ステアリング１０が中立位置にあるときの回転軸２６ａの位置を基準とする回転軸２６ａの回転角度θｓの変化量をステアリング１０の回転角である回転角度θｓに変換する。このため、操舵角θｈは、中立位置を基準とするステアリング１０の回転角度となる。また、換算係数Ｋｔは、転舵側減速機５４と転舵側モータ５６の回転軸５６ａとの回転速度比、およびピニオン軸５０とピニオン軸４２との回転速度比の積である。換算係数Ｋｓおよび換算係数Ｋｔを用いることにより、回転軸５６ａの回転量である回転角度θｔは、クラッチ１２が連結されているときのステアリング１０の回転量である回転角度θｓに変換することができる。

なお、回転角度θｓ，θｔ、操舵角θｈ、および転舵角θｐは、回転軸２６ａ，５６ａが所定方向へ向けて回転する場合に正の値、逆方向へ向けて回転する場合に負の値となる。たとえば、積算処理部Ｍ２は、ステアリング１０が中立位置にある状態から、左または右方向へ操作されることにより、回転軸２６ａが所定方向とは逆回転する場合に、出力値を負の値とする。ただし、これは、制御系のロジックの一例に過ぎない。

反力トルク設定処理部Ｍ６は、操舵トルクＴｒｑｓに基づき、反力トルクＴｒｑａ＊を設定する。反力トルクＴｒｑａ＊は、操舵トルクＴｒｑｓが大きいほど大きい値に設定される。加算処理部Ｍ８は、反力トルクＴｒｑａ＊に操舵トルクＴｒｑｓを加算することにより、加算値を算出する。

反力設定処理部Ｍ１０は、電流Ｉに基づき、ステアリング１０の回転に抗する力である反力Ｆｉｒを設定する。
減算処理部Ｍ１２は、加算処理部Ｍ８により算出される加算値から、反力設定処理部Ｍ１０により算出される反力Ｆｉｒを減算することにより、減算値Δを算出する。

目標操舵角算出処理部Ｍ２０は、減算処理部Ｍ１２により算出される減算値Δに基づき、目標操舵角θｈ＊を設定する。なお、減算値Δと、目標操舵角θｈ＊との間には、以下の式（１）に示される関係がある。目標操舵角算出処理部Ｍ２０は、式（１）に示されるモデル式を用いて、目標操舵角θｈ＊を演算する。なお、「’」は時間に対する微分項である旨を意味している。

Δ＝Ｃ・θｈ＊’＋Ｊ・θｈ＊’’ …（１）
上記の式（１）にて表現されるモデルは、ステアリング１０と転舵輪３０とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリング１０の回転に伴って回転する回転軸のトルク（減算値Δ）と回転角度（目標操舵角θｈ＊）との関係を定めるモデルである。上記の式（１）において、粘性係数Ｃは、操舵装置の摩擦等をモデル化したものである。また、慣性係数Ｊは、操舵装置の慣性をモデル化したものである。ここで、粘性係数Ｃおよび慣性係数Ｊは、車速Ｖに応じて可変である。

操舵角フィードバック処理部Ｍ２２は、操舵角θｈを目標操舵角θｈ＊にフィードバック制御するための操作量として、反力モータ２６が生成する反力トルクの目標値である目標反力トルクＴｒｑｒ＊を設定する。具体的には、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２は、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素（すなわち、ＰＩＤ）のそれぞれの出力値の和を、目標反力トルクＴｒｑｒ＊として算出する。

操作信号生成処理部Ｍ２４は、目標反力トルクＴｒｑｒ＊に基づき、インバータ２８の操作信号ＭＳｓを生成する。たとえば、操作信号生成処理部Ｍ２４は、目標反力トルクＴｒｑｒ＊に基づきｑ軸電流の指令値を設定し、ｄｑ軸の電流を指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄｑ軸の電圧指令値を設定する周知の電流フィードバック制御にて操作信号ＭＳｓを演算することができる。なお、ｄ軸電流はゼロに制御してもよいが、反力モータ２６の回転速度が大きい場合には、ｄ軸電流の絶対値をゼロより大きい値に設定し、弱め界磁制御を実行してもよい。もっとも、低回転速度領域においてｄ軸電流の絶対値をゼロよりも大きい値に設定することも可能である。なお、反力トルク設定処理部Ｍ６、加算処理部Ｍ８、反力設定処理部Ｍ１０、減算処理部Ｍ１２、目標操舵角算出処理部Ｍ２０、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２、および操作信号生成処理部Ｍ２４は反力処理部（トルク処理部）の一例であり、特に、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２および操作信号生成処理部Ｍ２４は操舵角制御処理部（回転角制御処理部）の一例である。また、目標操舵角算出処理部Ｍ２０は、目標回転角演算部の一例である。

操舵角転舵角変換部Ｍ２６は、目標操舵角θｈ＊に基づき、操舵角θｈと転舵角θｐとの比である舵角比に基づいて、目標転舵角θｐ＊を算出する。
転舵角フィードバック処理部Ｍ２８は、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊にフィードバック制御するための操作量として、転舵側モータ５６が生成する目標転舵トルクＴｒｑｔ＊を設定する。具体的には、転舵角フィードバック処理部Ｍ２８は、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素のそれぞれの出力値の和を、目標転舵トルクＴｒｑｔ＊として算出する。

操作信号生成処理部Ｍ３０は、目標転舵トルクＴｒｑｔ＊に基づき、インバータ５８の操作信号ＭＳｔを生成する。操作信号生成処理部Ｍ３０による操作信号ＭＳｔの生成処理は、操作信号生成処理部Ｍ２４による操作信号ＭＳｓの生成処理と同様に行うことができる。なお、転舵角フィードバック処理部Ｍ２８および操作信号生成処理部Ｍ３０は、転舵角制御処理部（回転角制御処理部）の一例である。

つぎに、反力設定処理部Ｍ１０について詳しく説明する。
反力設定処理部Ｍ１０は、軸力配分演算部Ｍ１０ａと、理想軸力Ｆｉｂを演算する理想軸力演算部Ｍ１０ｂと、推定軸力Ｆｅｒを演算する推定軸力演算部Ｍ１０ｃとを備えている。

理想軸力演算部Ｍ１０ｂは、転舵輪３０に作用する軸力の理想値である理想軸力Ｆｉｂを演算する。理想軸力演算部Ｍ１０ｂは、目標転舵角θｐ＊に基づき、理想軸力Ｆｉｂを演算する。たとえば、目標転舵角θｐ＊の絶対値が大きくなるにつれて、理想軸力Ｆｉｂの絶対値が大きくなるように、理想軸力Ｆｉｂが設定されている。

推定軸力演算部Ｍ１０ｃは、転舵輪３０に作用する軸力の推定値である推定軸力Ｆｅｒ（路面軸力）を演算する。推定軸力演算部Ｍ１０ｃは、転舵側モータ５６の実電流値である電流Ｉ、角速度ωｈ、および車速Ｖに基づき、推定軸力Ｆｅｒを演算する。角速度ωｈは、たとえば操舵角θｈを微分することにより求められる。

軸力配分演算部Ｍ１０ａは、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力が反力Ｆｉｒに反映されるように、理想軸力Ｆｉｂおよび推定軸力Ｆｅｒを所定の割合で配分した反力Ｆｉｒを演算する。なお、転舵輪３０に対して加えられる軸力は、転舵輪３０に対して路面から伝達される路面情報である。

軸力配分演算部Ｍ１０ａは、ゲイン演算部Ｍ１０ａａと、乗算処理部Ｍ１０ａｂと、乗算処理部Ｍ１０ａｃと、加算処理部Ｍ１０ａｄとを備えている。ゲイン演算部Ｍ１０ａａは、理想軸力Ｆｉｂと推定軸力Ｆｅｒとを配分するためのそれぞれの配分割合である配分ゲインＧｉｂおよび配分ゲインＧｅｒを演算する。ゲイン演算部Ｍ１０ａａは、取り込まれる車速Ｖに基づいて、配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒを演算する。配分ゲインＧｉｂは、車速Ｖが基準速度より大きい場合に車速Ｖの増大に伴い漸減し、やがて車速Ｖに関わらず下限値で一定となる。また、配分ゲインＧｉｂは、車速Ｖが基準速度よりも小さい場合、車速Ｖに関わらず上限値で一定となる。配分ゲインＧｅｒは、車速Ｖが基準速度より大きい場合に車速Ｖの増大に伴い漸増し、やがて車速Ｖに関わらず上限値で一定となる。また、配分ゲインＧｅｒは、車速Ｖが基準速度よりも小さい場合、車速Ｖに関わらず下限値で一定となる。

そして、乗算処理部Ｍ１０ａｂは、理想軸力演算部Ｍ１０ｂの出力値である理想軸力Ｆｉｂに配分ゲインＧｉｂを乗算する。また、乗算処理部Ｍ１０ａｃは、推定軸力演算部Ｍ１０ｃの出力値である推定軸力Ｆｅｒに配分ゲインＧｅｒを乗算する。加算処理部Ｍ１０ａｄは、理想軸力Ｆｉｂに配分ゲインＧｉｂを乗算したものと、推定軸力Ｆｅｒに配分ゲインＧｅｒを乗算したものとを加算することにより、反力Ｆｉｒを演算する。理想軸力Ｆｉｂは、反力Ｆｉｒにおける路面情報が反映されない理想成分である。推定軸力Ｆｅｒは、反力Ｆｉｒにおける路面情報が反映された路面成分である。

つぎに、推定軸力演算部Ｍ１０ｃについて詳しく説明する。
図３に示すように、推定軸力演算部Ｍ１０ｃは、初期推定軸力演算部Ｍ１００、ローパスフィルタＭ１０２，Ｍ１０４，Ｍ１２０、乗算処理部Ｍ１０６、摩擦補償量演算部Ｍ１０８、上下限ガード処理部Ｍ１１０、減算処理部Ｍ１１２、効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４、効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６、および乗算処理部Ｍ１１８を有している。

初期推定軸力演算部Ｍ１００は、転舵側モータ５６の実電流値である電流Ｉを取得し、この電流Ｉにより算出されるｑ軸の電流Ｉｑに基づき、初期推定軸力Ｆｅｉを演算する。ｑ軸の電流Ｉｑの演算は、転舵側モータ５６の回転角度θｔ０に基づき、回転座標系であるｄｑ軸の座標系への変換処理によって実現することができる。そして、初期推定軸力演算部Ｍ１００は、ｑ軸の電流Ｉｑに所定の係数Ｋを乗算することによって初期推定軸力Ｆｅｉを演算する。

ここで、所定の係数Ｋは、転舵側減速機５４のギア比、ピニオン軸４２のトルクとラック軸４６の軸力との比、およびトルク定数などに基づき設定されるものである。転舵側モータ５６によってラック軸４６に加えられる軸力と、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力とがつりあいの関係とみなせる場合、ｑ軸の電流Ｉｑに基づき、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力を推定軸力Ｆｅｒとして推定することができる。この推定軸力Ｆｅｒは、少なくとも路面情報が反映された成分である。

ローパスフィルタＭ１０２（ＬＰＦ）は、初期推定軸力演算部Ｍ１００の出力値である初期推定軸力Ｆｅｉをローパスフィルタ処理した値であるフィルタ処理後の初期推定軸力Ｆｅｉ’を演算する。

ローパスフィルタＭ１０４は、角速度ωｈをローパスフィルタ処理した値であるフィルタ処理後の角速度ωｈ’を演算する。なお、角速度ωｈは、たとえばピニオン軸４２の回転速度である。

乗算処理部Ｍ１０６は、ローパスフィルタＭ１０２により演算された初期推定軸力Ｆｅｉ’と、ローパスフィルタＭ１０４により演算された角速度ωｈ’とを乗算することにより、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈを演算する。

摩擦補償量演算部Ｍ１０８は、ローパスフィルタＭ１０２により演算される初期推定軸力Ｆｅｉ’および車速Ｖに基づいて、摩擦補償量Ｆｆを演算する。摩擦補償量演算部Ｍ１０８は、摩擦補償量Ｆｆ、初期推定軸力Ｆｅｉ’、および車速Ｖの関係を定めた３次元マップを備えており、初期推定軸力Ｆｅｉ’および車速Ｖを入力として、摩擦補償量Ｆｆをマップ演算する。摩擦補償量演算部Ｍ１０８は、入力される初期推定軸力Ｆｅｉ’が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きな絶対値を有する摩擦補償量Ｆｆを演算する。車速Ｖが大きいほど、初期推定軸力Ｆｅｉ’の変化に対する摩擦補償量Ｆｆの変化の割合は小さくなる。なお、初期推定軸力Ｆｅｉ’が「０」近傍のとき、すなわち摩擦補償量Ｆｆ（初期推定軸力Ｆｅｉ’）の正負の符号が切り替わる部分の近傍では、初期推定軸力Ｆｅｉ’の変化に対する摩擦補償量Ｆｆの変化はより緩やかである（徐々に変化する）。

図４に示すように、車速Ｖが設定値に達するまでは摩擦補償量Ｆｆはほとんど変化しないが、車速Ｖが設定値を超えた以降は、車速Ｖが大きくなるにつれて摩擦補償量Ｆｆは、より小さな値となる。

上下限ガード処理部Ｍ１１０は、予め記憶された、摩擦補償量Ｆｆに対する上限値および下限値に基づいて、摩擦補償量Ｆｆを補償する。すなわち、摩擦補償量Ｆｆが上限値よりも大きい場合、摩擦補償量Ｆｆが上限値を超えないように、たとえば摩擦補償量Ｆｆは上限値に設定される。また、摩擦補償量Ｆｆが下限値よりも小さい場合、摩擦補償量Ｆｆが下限値を下回らないように、たとえば摩擦補償量Ｆｆは下限値に設定される。なお、上限値および下限値は、車速Ｖなどの各種の変数に応じて可変であってもよい。そして、上下限ガード処理部Ｍ１１０は、上限値および下限値に基づいて補償された摩擦補償量Ｆｆ’を演算する。

減算処理部Ｍ１１２は、初期推定軸力演算部Ｍ１００により演算された初期推定軸力Ｆｅｉから、上下限ガード処理部Ｍ１１０により演算された摩擦補償量Ｆｆ’を減算した値である摩擦補償後推定軸力Ｆｅｆを演算する。

効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４は、乗算処理部Ｍ１０６により演算されたヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈおよび車速Ｖに基づいて、効率補償ゲインＦｅを演算する。効率とは、転舵側モータ５６に流れる電流に基づいて演算される推定軸力Ｆｅｒを演算できる度合い（比率）である。正効率および逆効率は、路面情報に基づいてラック軸４６に現実に生じる軸力（実軸力）の向きと、転舵側モータ５６からラック軸４６に付与されるトルクによってラック軸４６に生じる軸力の向きとにより定義される。効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４は、効率補償ゲインＦｅ、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈ、および車速Ｖの関係を定めた３次元マップを備えており、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈおよび車速Ｖを入力として、効率補償ゲインＦｅを演算する。効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４は、入力されるヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが大きい程、より小さな絶対値を有する効率補償ゲインＦｅを演算する。なお、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈが正のときの効率補償ゲインＦｅは、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈが負のときの効率補償ゲインＦｅよりも小さい値である。なお、効率補償ゲインＦｅは、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈの値によらずに常に正であり、車速Ｖが大きくなるにつれて小さくなる。また、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈが「０」近傍のとき、すなわちヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈの正負が切り替わる部分の近傍では、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈの変化に対する効率補償ゲインＦｅの変化は緩やかである（徐々に変化する）。

効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６は、効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４により演算された効率補償ゲインＦｅを車速Ｖに応じて補償することにより、補償後効率補償ゲインＦｅ’を演算する。これは、効率補償ゲインＦｅを補償しなければ、初期推定軸力Ｆｅｉに摩擦補償および効率補償を行ったとしても、ラック軸４６の実軸力と推定軸力Ｆｅｒとが１対１に対応しない場合があるためである。一例として、図５に効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６が設けられず、効率補償ゲインＦｅを補償しなかった場合の推定軸力Ｆｅｒを、破線で示す。なお、実線は、ラック軸４６の実軸力に対応して、理想的に路面情報を反映した推定軸力を表している。図５のグラフに示される効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６によって効率補償ゲインＦｅを補償しない場合の推定軸力は、理想的な推定軸力に対して小さい絶対値を有する分、ずれてしまう。このため、効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６は、図６に示すように、たとえば効率補償ゲインＦｅにゲインＧを乗算することにより、効率補償ゲインＦｅを補償する。なお、ゲインＧは車速Ｖが「０」を起点として大きくなるにつれて減少したのち（中速域で最小）、今度は車速Ｖが大きくなるにつれて（高速域）、増加する。また、たとえばゲインＧは車速Ｖの全領域で１より大きい値である。

乗算処理部Ｍ１１８は、減算処理部Ｍ１１２により演算された摩擦補償後推定軸力Ｆｅｆと、効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６により演算された補償後効率補償ゲインＦｅ’とを乗算した値である効率補償後推定軸力Ｆｅｒ’を演算する。

ローパスフィルタＭ１２０は、乗算処理部Ｍ１１８により演算された効率補償後推定軸力Ｆｅｒ’をローパスフィルタ処理した値であるフィルタ処理後の推定軸力Ｆｅｒ（効率補償後推定軸力）を演算する。そして、ローパスフィルタＭ１２０により演算された推定軸力Ｆｅｒは、軸力配分演算部Ｍ１０ａに出力される。

なお、ローパスフィルタＭ１０２，Ｍ１０４、乗算処理部Ｍ１０６、摩擦補償量演算部Ｍ１０８、上下限ガード処理部Ｍ１１０、効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４、および効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６は判定部（特性変化判定部）の一例である。また、減算処理部Ｍ１１２および乗算処理部Ｍ１１８は、補償部（推定軸力補償部）の一例である。また、初期推定軸力演算部Ｍ１００は、推定軸力演算部の一例である。

以上に説明した本実施形態によれば、以下に示す作用および効果を奏する。
（１）効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４により演算される効率補償ゲインＦｅを用いて、推定軸力Ｆｅｒ（効率補償後推定軸力Ｆｅｒ’）を演算する効率補償を行うことにより、必要な路面情報をより的確に推定軸力Ｆｅｒに反映させることができる。

比較例として、図７および図８を用いて効率補償を行わなかった場合の推定軸力、およびラック軸４６の実軸力に対して理想的な推定軸力を説明する。なお、図７および図８では、効率補償を行った場合の推定軸力Ｆｅｒの時間変化を実線で示し、ラック軸４６の実軸力に対する理想的な推定軸力の時間変化を破線で示し、１点鎖線に効率補償を行っていない場合の推定軸力の時間変化を一点鎖線で示す。

ラック軸４６に作用する実軸力に対して理想的に演算される推定軸力は、ラック軸４６に作用する実軸力に対して１対１に対応する。このため、図８に破線で示すように、理想的に演算される推定軸力は、実軸力と同じ値を示す（推定軸力の実軸力に対する傾きは１である）。

これに対し、１点鎖線で示される効率補償を行っていない場合の推定軸力は、破線で示される理想的に演算される推定軸力とずれている。このずれは、正効率のときの推定軸力と逆効率のときの推定軸力とが異なるために生じる。このため、図８に１点鎖線で示すように、効率補償を行っていない場合の推定軸力には、正効率と逆効率によるヒステリシスが生じてしまう。なお、正効率は、たとえば転舵側モータ５６の回転に伴うラック軸４６の移動方向と実軸力の方向が一致しているときの効率である。逆効率は、たとえば転舵側モータ５６の回転に伴うラック軸４６の移動方向と実軸力の方向が反対のときの効率である。すなわち、正効率と逆効率によるヒステリシスは、転舵側モータ５６の実電流値に基づいた電流Ｉｑによって初期推定軸力Ｆｅｉを演算するために生じる。図８に示す正効率と逆効率のヒステリシスの影響によって、効率補償を行っていない場合の推定軸力では、推定軸力が最大になる点でわずかな時間の間に急激に推定軸力が変動してしまうことにより、操舵フィーリングおよびコントローラビリティ（車両をどれだけ意のままに操作できるかという操作性の指標）が悪化してしまう。推定軸力が反映された反力Ｆｉｒに基づいて演算される目標操舵角θｈ＊が変動することにより、フィードバック制御により目標操舵角θｈ＊に追従する操舵角θｈも変動してしまう。これにより、ステアリング１０に適切な操舵反力を付与できない分、推定軸力の中心位置がわかりにくくなり、コントローラビリティが悪化してしまう。また、本来よりも大きいまたは小さい推定軸力が演算されてしまうと、路面情報が目標操舵角θｈ＊に的確に反映されなくなってしまう。

この点、本実施形態では、効率補償を行うことにより、図８に実線で示される効率補償を行った場合の推定軸力Ｆｅｒは、破線で示される理想的に演算される推定軸力とほとんど一致する。すなわち、転舵輪３０を介して路面から得られる路面情報を的確に反映した推定軸力Ｆｅｒを演算することができるため、推定軸力Ｆｅｒが反映された反力Ｆｉｒに基づいて演算される目標操舵角θｈ＊もより的確に演算することができ、その目標操舵角θｈ＊に基づいて操舵角θｈをあるべき角度にフィードバック制御することができる。このため、ステアリング１０に付与する反力によって、より的確な路面情報をステアリング１０に伝達することができ、運転者はより的確に路面情報を把握することができる。また、路面情報を的確に反映した推定軸力Ｆｅｒを演算できる分、コントローラビリティおよび操舵フィーリングをより向上させることができる。

（２）転舵側モータ５６の実電流値に基づいた電流Ｉｑによって演算される初期推定軸力Ｆｅｉは、正効率と逆効率とで異なる。このため、転舵輪３０を介して路面から得られる路面情報を正確に反映した推定軸力Ｆｅｒを演算するには、各効率（正効率および逆効率）に応じた効率補償ゲインＦｅを乗算する必要がある。しかし、各効率のときの初期推定軸力Ｆｅｉは、車速Ｖが大きくなるにつれてその影響が小さくなる（推定軸力Ｆｅｒ自体も小さくなる）。このため、効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４は、車速Ｖに応じた可変な効率補償ゲインＦｅを演算することにより、より路面情報を的確に反映した推定軸力Ｆｅｒを演算することができる。また、車速Ｖが変化したときであっても、より的確な効率補償ゲインＦｅを得られる。

図９に示すように、時間とともに２点鎖線で示される車速Ｖが変化した（ここでは、車速Ｖが大きくなった）ときであっても、１点鎖線で示される効率補償を行っていない場合の推定軸力は、破線で示される理想的に演算される推定軸力とずれるのに対し、実線で示される効率補償を行った場合の推定軸力Ｆｅｒは、理想的に演算される推定軸力とほとんど一致する。このため、路面情報を的確に反映した推定軸力Ｆｅｒを演算できる。

（３）転舵側モータ５６は、車両の外部で発生する外力（逆入力）に加えて、ラック軸４６、サスペンション、転舵側モータ５６自身などに起因する摩擦成分に打ち勝って転舵輪３０を転舵させる。このため、転舵側モータ５６の実電流値に基づいた電流Ｉｑによって演算される初期推定軸力Ｆｅｉは、摩擦成分を含んだ状態で演算されることとなる。この摩擦成分は、車速Ｖが大きくなるにつれて、その影響が小さくなる特性を有している。このため、摩擦補償量演算部Ｍ１０８が、車速Ｖに対して可変な摩擦補償量Ｆｆを演算することにより、より路面情報を的確に反映した推定軸力Ｆｅｒを演算できる。

（４）図５に示すように、破線で示される効率補償ゲインＦｅを用いて補償された推定軸力であっても、実線で示される理想的に演算された推定軸力と異なる傾きを有することがある。このため、効率補償ゲイン補償部Ｍ１１６は、効率補償ゲインＦｅを車速Ｖに応じて補償することにより、より路面情報を的確に反映させるための効率補償ゲインＦｅ’を演算する。この効率補償ゲインＦｅ’を用いて演算された推定軸力は、図５における実線で示される理想的に演算された推定軸力とほとんど同じ傾きを有する。

（５）効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４および摩擦補償量演算部Ｍ１０８は、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈおよび初期推定軸力Ｆｅｉ’の正負の符号が切り替わる部分の近傍で、効率補償ゲインＦｅおよび摩擦補償量Ｆｆが徐々に変化するマップを用いて、効率補償ゲインＦｅおよび摩擦補償量Ｆｆを演算する。これによって、ヒステリシス切替り判定値Ｖｄｈおよび初期推定軸力Ｆｅｉ’、すなわち初期推定軸力Ｆｅｉにわずかにノイズが乗ることにより、正負の符号が切り替わってしまった場合であっても、演算される効率補償ゲインＦｅおよび摩擦補償量Ｆｆが大きく変動することを抑制できる。

（６）推定軸力Ｆｅｒの基礎成分である初期推定軸力Ｆｅｉは、転舵側モータ５６の実電流値に基づいた電流Ｉｑによって演算されるため、軸力センサを設けることなく、初期推定軸力Ｆｅｉを検出することができる。すなわち、路面情報を検出するための構成に、軸力センサを用いる必要がなく、操舵装置の構成要素をより少なくできる。

（７）推定軸力Ｆｅｒは転舵側モータ５６の実電流値に基づいた電流Ｉｑによって演算されるため、通常時にクラッチ１２を遮断状態に維持するステアバイワイヤシステムであっても、路面情報を反映した推定軸力Ｆｅｒを算出することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、操舵制御装置をＥＰＳの制御装置に具体化した第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図１に示した第１の実施形態の同様の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図１０に示すように、本実施形態の操舵装置は、第１の実施形態の操舵装置と比較すると、クラッチ１２および反力アクチュエータ２０を備えておらず、ステアリング１０がステアリングシャフト１００に固定されている。このため、ステアリング１０およびステアリングシャフト１００の回転に応じて、ラック軸４６が軸方向に往復移動する。なお、ステアリングシャフト１００は、ステアリング１０側から順に、コラム軸１０２、中間軸１０４、およびピニオン軸１０６を連結することにより構成されている。

ラック軸４６とピニオン軸１０６とは、所定の交差角をもって配置されている。また、ラック軸４６に形成された第１ラック歯４６ａとピニオン軸１０６に形成されたピニオン歯１０６ａとが噛合することによって、第１ラックアンドピニオン機構４８が構成されている。そして、ステアリング１０の操作に伴うステアリングシャフト１００の回転運動が第１ラックアンドピニオン機構４８によりラック軸４６の軸方向の往復直線運動に変換されることで、転舵輪３０の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

制御装置８０は、ステアリング１０の操作を補助する力を発生する転舵アクチュエータ４０をステアリング１０の操作に応じて制御する。なお、トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト１００のうちのピニオン軸１０６に加わる操舵トルクＴｒｑｓを検出する。転舵アクチュエータ４０は、補助力アクチュエータ（アクチュエータ）の一例である。

つぎに制御装置８０の機能的な構成を、図１１を参照しつつ説明する。なお、図１１において図２に示したブロックに対応するブロックについては、便宜上、同一の符号を付している。

積算処理部Ｍ２は、転舵側センサ９０によって検出された回転角度θｔ０を、０〜３６０度よりも広い角度領域の数値に変換して回転角度θｔとする。また、計量単位設定処理部Ｍ４は、積算処理部Ｍ２による処理が施された転舵側センサ９０の出力値に換算係数Ｋｔを乗算することにより、転舵角θｐを演算する。なお、換算係数Ｋｔは、転舵側減速機５４と転舵側モータ５６の回転軸５６ａとの回転速度比、およびピニオン軸５０とピニオン軸１０６との間の回転速度比の積となっている。

アシストトルク設定処理部Ｍ４０は、車速Ｖと操舵トルクＴｒｑｓとに基づき、アシストトルクＴｒｑｂ＊を設定する。アシストトルクＴｒｑｂ＊は、操舵トルクＴｒｑｓが大きいほど大きい値に設定される。また、アシストトルクＴｒｑｂ＊は、車速Ｖが大きくなるほど小さい値に設定される。また、アシストトルクＴｒｑｂ＊は、車速Ｖが大きくなるほど、操舵トルクＴｒｑｓに対する変化の勾配であるアシスト勾配が小さくなるように設定されている。加算処理部Ｍ４２は、アシストトルクＴｒｑｂ＊に操舵トルクＴｒｑｓを加算する。

反力設定処理部Ｍ４４は、ステアリング１０の回転に抗する力である反力Ｆｉｒを設定する。
偏差算出処理部Ｍ４６は、加算処理部Ｍ４２の出力から反力Ｆｉｒを減算した値を出力する。

目標転舵角算出処理部Ｍ４８は、偏差算出処理部Ｍ４６により算出される減算値Δに基づき、目標転舵角θｐ＊を設定する。なお、減算値Δと、目標転舵角θｐ＊との間には、以下の式（２）に示される関係がある。目標転舵角算出処理部Ｍ４８は、式（２）に示されるモデル式を用いて、目標転舵角θｐ＊を演算する。なお、「’」は時間に対する微分項である旨を意味している。

Δ＝Ｃ・θｐ＊’＋Ｊ・θｐ＊’’ …（２）
上記の式（２）で表現されるモデルは、ステアリング１０の回転に伴って回転する回転軸のトルク（減算値Δ）と回転角度（目標転舵角θｐ＊）との関係を定めるモデルである。上記の式（２）において、粘性係数Ｃおよび慣性係数Ｊは、式（１）と同様のものである。

転舵角フィードバック処理部Ｍ５０は、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊にフィードバック制御するための操作量として、転舵側モータ５６が生成する目標転舵トルクＴｒｑｔ＊を設定する。具体的には、転舵角フィードバック処理部Ｍ５０は、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素のそれぞれの出力値の和を、目標転舵トルクＴｒｑｔ＊として算出する。加算処理部Ｍ５２は、加算処理部Ｍ４２の出力値（アシストトルクＴｒｑｂ＊に操舵トルクＴｒｑｓを加算した値）に目標転舵トルクＴｒｑｔ＊を加算する。なお、転舵角フィードバック処理部Ｍ５０は、転舵角制御処理部（回転角制御処理部）の一例である。

操作信号生成処理部Ｍ５４は、加算処理部Ｍ４２の出力値に基づき、インバータ５８の操作信号ＭＳｔを生成してインバータ５８に出力する。たとえば、操作信号生成処理部Ｍ５４は、加算処理部Ｍ５２の出力値である、アシストトルクＴｒｑｂ＊、操舵トルクＴｒｑｓ、および目標転舵トルクＴｒｑｔ＊をそれぞれ加算した値に基づきｑ軸電流の指令値を設定し、ｄｑ軸の電流を指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄｑ軸の電圧指令値を設定する周知の電流フィードバック制御にて操作信号ＭＳｔを演算することができる。なお、アシストトルク設定処理部Ｍ４０、加算処理部Ｍ４２、反力設定処理部Ｍ４４、偏差算出処理部Ｍ４６、目標転舵角算出処理部Ｍ４８、転舵角フィードバック処理部Ｍ５０、加算処理部Ｍ５２、および操作信号生成処理部Ｍ５４は、補助力処理部の一例である。また、特に転舵角フィードバック処理部Ｍ５０、加算処理部Ｍ５２、および操作信号生成処理部Ｍ５４は、転舵角制御処理部の一例である。

反力設定処理部Ｍ４４は、軸力配分演算部Ｍ１０ａ、理想軸力演算部Ｍ１０ｂ、および推定軸力演算部Ｍ１０ｃを備えている。軸力配分演算部Ｍ１０ａは、転舵輪３０に対して路面から加えられる軸力（路面情報）が反映されるように、反力Ｆｉｒを設定するための演算を実行する。理想軸力演算部Ｍ１０ｂは、目標転舵角θｐ＊に基づいて、反力Ｆｉｒの成分のうち、理想軸力Ｆｉｂを算出する。推定軸力演算部Ｍ１０ｃは、反力Ｆｉｒの成分のうち、推定軸力Ｆｅｒを算出する。

そして、軸力配分演算部Ｍ１０ａは、乗算処理部Ｍ１０ａｂにより、理想軸力演算部Ｍ１０ｂの出力値に配分ゲインＧｉｂを乗算する。軸力配分演算部Ｍ１０ａは、乗算処理部Ｍ１０ａｃにより、推定軸力演算部Ｍ１０ｃの出力値に配分ゲインＧｅｒを乗算する。軸力配分演算部Ｍ１０ａは、加算処理部Ｍ１０ａｄにおいて、理想軸力Ｆｉｂに配分ゲインＧｉｂを乗算したものと、推定軸力Ｆｅｒに配分ゲインＧｅｒを乗算したものとを加算することにより、反力Ｆｉｒを算出して出力する。

なお、推定軸力演算部Ｍ１０ｃの各構成要素は、図３に示すものと同じである。
以上に説明した本実施形態によれば、上記の第１の実施形態の（３）〜（６）の作用および効果に加えて、以下に示す作用および効果を奏する。

（８）効率補償を行うことにより、推定軸力Ｆｅｒは理想的に演算される推定軸力とほとんど一致するため、推定軸力Ｆｅｒが反映された反力Ｆｉｒに基づいて演算される目標転舵角θｐ＊はより的確に演算される。このため、目標転舵角θｐ＊は、転舵角フィードバック処理部Ｍ５０によってフィードバック制御されることにより、転舵角θｐをあるべき角度に角度制御することができる。これにより、ステアリング１０の操作を補助する補助力を付与する場合であっても、より的確にステアリング１０に路面情報を伝達させることができ、コントローラビリティおよび操舵フィーリングの悪化が抑制される。

（９）推定軸力Ｆｅｒは、転舵側モータ５６の実電流値に基づいた電流Ｉｑによって演算されるため、ステアリング１０の操作を補助する場合であっても、補助力の影響まで加味して推定軸力を容易に演算することができる。

なお、各実施形態は次のように変更してもよい。以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・各実施形態において、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒについて、車速Ｖとの関係は変更可能である。たとえば、配分ゲインＧｉｂは、車速Ｖが大きいほど小さい値となるものであってもよい。また、配分ゲインＧｅｒは、車速Ｖが大きいほど大きい値となるものであってもよい。すなわち、車両の仕様や使用環境等に応じて、各配分ゲインＧｉｂ，Ｇｅｒについて、車速Ｖとの関係を設定することができる。

・第１の実施形態において、理想軸力Ｆｉｂは、目標操舵角θｈ＊、操舵トルクＴｒｑｓ、および車速Ｖ等、目標転舵角θｐ＊以外のパラメータに基づき算出される等、他の方法で演算されるようにしてもよい。第２の実施形態についても同様である。

・第１の実施形態において、推定軸力Ｆｅｒは、ヨーレートや車速の変化に基づき演算される等、他の方法で推定演算されるようにしてもよい。第２の実施形態についても同様である。

・各実施形態では、目標操舵角算出処理部Ｍ２０や目標転舵角算出処理部Ｍ４８において、サスペンションやホールアライメント等の仕様によって決定されるばね定数を用いた、いわゆるばね項を追加してモデル化したモデル式を用いるようにしてもよい。

・第１の実施形態では、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２において、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力として、比例要素、積分要素、および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、反力アクチュエータ２０の操作量（目標反力トルクＴｒｑｒ＊）を算出したが、これに限らない。たとえば、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２において、目標操舵角θｈ＊から操舵角θｈを減算した値を入力として、比例要素および微分要素の各出力値の和や、比例要素のみによって、目標反力トルクＴｒｑｒ＊を算出するものであってもよい。また、各実施形態では、転舵角フィードバック処理部Ｍ２８，Ｍ５０において、目標転舵角θｐ＊から転舵角θｐを減算した値を入力とする比例要素および微分要素の各出力値の和や、比例要素のみによって、転舵アクチュエータ４０の操作量（目標転舵トルクＴｒｑｔ＊）を算出するものであってもよい。

・第２の実施形態では、加算処理部Ｍ４２が設けられたが、加算処理部Ｍ４２は省いてもよい。この場合、偏差算出処理部Ｍ４６や加算処理部Ｍ５２において用いられる値は、アシストトルクＴｒｑｂ＊のみであればよい。

・第２の実施形態では、推定軸力Ｆｅｒの算出に操舵トルクＴｒｑｓを考慮しなかったが、考慮するようにしてもよい。すなわち、推定軸力Ｆｅｒは、ｑ軸の電流Ｉｑに基づき演算される転舵側モータ５６によってラック軸４６に加えられる軸力と、操舵トルクＴｒｑｓとを加算して得られるようにしてもよい。この場合、操舵トルクＴｒｑｓを考慮する分、推定軸力Ｆｅｒをより精度よく算出することができる。

・各実施形態において、推定軸力Ｆｅｒは、ｑ軸の電流Ｉｑに基づき演算されるものに限らない。転舵輪３０に加えられる軸力を、たとえば軸力を検出できる圧力センサ等を用いて直接的に検出して、その検出結果を推定軸力Ｆｅｒとして用いるようにしてもよい。

・各実施形態において、推定軸力演算部Ｍ１０ｃでは、効率補償に加えて、摩擦補償も行われたが、これに限らない。たとえば、推定軸力演算部Ｍ１０ｃでは、効率補償のみを行ってもよい。

・各実施形態では、効率補償ゲイン演算部Ｍ１１４では、効率補償ゲインＦｅ（補償後効率補償ゲインＦｅ’）を乗算することにより、摩擦補償後推定軸力Ｆｅｒ’（推定軸力）を補償したが、これに限らない。たとえば、摩擦補償後推定軸力Ｆｅｒ’への効率補償ゲインＦｅの乗算に代わり、予め定められたオフセット値を摩擦補償後推定軸力Ｆｅｒ’に加算するオフセット補正（シフト補正）を行うようにしてもよい。

・第１の実施形態では、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２は、操舵角θｈを目標操舵角θｈ＊に近付けるようにフィードバック制御し、転舵角フィードバック処理部Ｍ２８は、転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊に近付けるようにフィードバック制御したが、これに限らない。また、第２の実施形態では、転舵角フィードバック処理部Ｍ５０は転舵角θｐを目標転舵角θｐ＊に近付けるようにフィードバック制御したが、これに限らない。すなわち、操舵角フィードバック処理部Ｍ２２、転舵角フィードバック処理部Ｍ２８、および転舵角フィードバック処理部Ｍ５０は、操舵角θｈあるいは転舵角θｐに代えて、それぞれ操舵角θｈあるいは転舵角θｐに換算可能な回転軸の回転角に基づいて、フィードバック制御してもよい。なお、操舵角θｈあるいは転舵角θｐは、それぞれ操舵角θｈあるいは転舵角θｐに換算可能な回転軸の回転角から算出してもよい。

・各実施形態において、軸力配分演算部Ｍ１０ａが設けられたが、これに限らない。この場合、たとえば理想軸力演算部Ｍ１０ｂを設けず、推定軸力演算部Ｍ１０ｃのみによってステアリング１０に付与される反力Ｆｉｒが演算される。

・各実施形態において、操舵装置に反力アクチュエータ２０および転舵アクチュエータ４０が設けられたが、ステアリング１０またはステアリング１０に一体回転可能に連結された部材にトルクを付与するアクチュエータであれば、どのようなものであってもよい。

・各実施形態において、転舵アクチュエータ４０としては、ラックアシスト型であれば、たとえばラック軸４６の同軸上に転舵側モータ５６を配置するものや、ラック軸４６に対して平行に転舵側モータ５６を配置するもの等であってもよい。

また、第２の実施形態においては、ラックアシスト型電動パワーステアリングシステムに替えて、ステアリングシャフト１００のコラム軸１０２に補助力を付与するコラムアシスト型電動パワーステアリングシステムを実現するようにしてもよい。この場合、転舵アクチュエータ４０（転舵側モータ５６）に替えて、補助用のモータを備える補助力アクチュエータをステアリングシャフト１００（特にコラム軸１０２）に機械的に連結して設けるようにすればよい。なお、補助用のモータの回転軸の回転角度とステアリングシャフト１００の操舵角との間には相関関係がある。したがって、補助用のモータの回転軸の回転角度と転舵輪３０の転舵角との間にも相関関係がある。そのため、制御装置８０は、積算処理部Ｍ２により、センサによって検出される補助用のモータの回転軸の回転角度に処理を施し、これに換算係数を乗算して、転舵角θｐを算出すればよい。なお、この場合の換算係数は、補助力アクチュエータにおける減速機と補助用のモータの回転軸との回転速度比、およびコラム軸１０２とピニオン軸１０６との回転速度比の積とすればよい。

・各実施形態において、制御装置８０としては、ＣＰＵ８２やメモリ８４の他、専用のハードウェア（ＡＳＩＣ：特定用途向け集積回路）を設けるようにしてもよい。そして、ＣＰＵ８２の一部の処理については、ハードウェア処理とし、ハードウェアからＣＰＵ８２が反力アクチュエータ２０および転舵アクチュエータ４０などの操作を制御するための情報を取得するようにしてもよい。

１０…ステアリング、１２…クラッチ、２０…反力アクチュエータ、２２…ステアリングシャフト、２４…反力側減速機、２６…反力モータ、２６ａ…回転軸、２８…インバータ、３０…転舵輪、４０…転舵アクチュエータ、４２…ピニオン軸、４２ａ…ピニオン歯、４４…ラックハウジング、４６…ラック軸、４８…第１ラックアンドピニオン機構、５０…ピニオン軸、５０ａ…ピニオン歯、５２…第２ラックアンドピニオン機構、５４…転舵側減速機、５６…転舵側モータ、５６ａ…回転軸、５８…インバータ、５８ａ…電流センサ、６０…スパイラルケーブル装置、６２…第１ハウジング、６４…第２ハウジング、６６…筒状部材、６８…スパイラルケーブル、７０…ホーン、７２…バッテリ、８０…制御装置、８２…ＣＰＵ、８４…メモリ、９０…転舵側センサ、９２…操舵側センサ、９４…トルクセンサ、９６…車速センサ、Ｍ２…積算処理部、Ｍ４…計量単位設定処理部、Ｍ６…反力トルク設定処理部、Ｍ８…加算処理部、Ｍ１０…反力設定処理部、Ｍ１０ａ…軸力配分演算部、Ｍ１０ｂ…理想軸力演算部、Ｍ１０ｃ…推定軸力演算部、Ｍ１２…減算処理部、Ｍ２０…目標操舵角算出処理部、Ｍ２２…操舵角フィードバック処理部、Ｍ２４…操作信号生成処理部、Ｍ２６…操舵角転舵角変換部、Ｍ２８…転舵角フィードバック処理部、Ｍ３０…操作信号生成処理部、Ｍ１００…初期推定軸力演算部、Ｍ１０２，Ｍ１０４，Ｍ１２０…ローパスフィルタ、Ｍ１０６…乗算処理部、Ｍ１０８…摩擦補償量演算部、Ｍ１１０…上下限ガード処理部、Ｍ１１２…減算処理部、Ｍ１１４…効率補償ゲイン演算部、Ｍ１１６…効率補償ゲイン補償部、Ｍ１１８…乗算処理部、Δ…出力値、Ｃ…粘性係数、Ｉ…電流、Ｊ…慣性係数、Ｋ…係数、Ｖ…車速、θｈ…操舵角、θｐ…転舵角、θｓ，θｔ…回転角度、θｈ＊…目標操舵角、θｐ＊…目標転舵角、θｓ０，θｔ０…回転角度、ωｈ…角速度、Ｆｅ…効率補償ゲイン、Ｆｅ’…補償後効率補償ゲイン、Ｆｆ…摩擦補償量、Ｆｅｆ…摩擦補償後推定軸力、Ｆｅｉ…初期推定軸力、Ｆｅｒ’…効率補償後推定軸力、Ｆｅｒ…推定軸力、Ｆｉｂ…理想軸力、Ｆｉｒ…反力、Ｇｅｒ，Ｇｉｂ…配分ゲイン、Ｉｑ…電流、Ｋｓ，Ｋｔ…換算係数、ＭＳｓ，ＭＳｔ…操作信号、Ｔｒｑａ＊…反力トルク、Ｔｒｑｂ＊…アシストトルク、Ｔｒｑｒ＊…目標反力トルク、Ｔｒｑｔ＊…目標転舵トルク、Ｖｄｈ…判定値。

Claims (8)

1. 車両のステアリングに付与されるトルクを発生するアクチュエータを備える操舵装置を制御対象とし、前記アクチュエータの動作を制御する操舵制御装置において、
   前記ステアリングの操舵角あるいは前記ステアリングの動作に対応して変化する転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角を、当該回転角の目標値である目標回転角に一致させるように前記アクチュエータをフィードバック制御する回転角制御処理部と、
   前記転舵輪に対して路面から伝達される路面情報が反映される推定軸力を演算する推定軸力演算部と、
   前記推定軸力の特性の変化を判定する判定部と、
   前記推定軸力の特性の変化に基づき、その変化による影響を除去するように前記推定軸力を補償する補償部と、
   前記補償部により補償された前記推定軸力に基づき、前記目標回転角を演算する目標回転角演算部と、を有し、
   前記判定部は、前記転舵輪から転舵シャフトに伝達される路面情報の一つである路面反力に起因する軸力の向きと前記アクチュエータが発生したトルクにより前記転舵シャフトに生じる軸力の向きとが同じときの効率である正効率のときの前記推定軸力の変化と、前記転舵輪から前記転舵シャフトに伝達される路面反力に起因する軸力の向きと前記アクチュエータが発生したトルクにより前記転舵シャフトに生じる軸力の向きとが逆である逆効率のときの前記推定軸力の変化とに基づいて、前記推定軸力の特性の変化として、前記正効率および前記逆効率の切替りを判定し、
   前記補償部は、前記推定軸力の特性の変化である前記正効率および前記逆効率の切替りによる影響を抑制するように前記推定軸力を補償するとともに、前記推定軸力の特性の変化である前記正効率および前記逆効率の切替りに応じた効率補償ゲインを演算し、当該効率補償ゲインを前記推定軸力に乗算することにより、前記推定軸力を補償する操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記転舵輪と前記ステアリングとの間の動力伝達を断続可能な動力伝達装置を備える操舵装置を制御対象とする場合、
   前記転舵輪と前記ステアリングとの間の動力伝達が遮断された状態であって、
   前記アクチュエータは、前記ステアリングの操作に抗する力である反力を発生する反力アクチュエータと、前記転舵輪を転舵させる力を発生する転舵アクチュエータとを含み、
   前記回転角制御処理部は、前記ステアリングの操舵角あるいは前記ステアリングの操舵角に換算可能な回転軸の回転角を、前記目標回転角としての目標操舵角に一致させるように、前記反力アクチュエータをフィードバック制御し、
   前記目標回転角演算部は、前記補償部により補償された前記推定軸力に基づき、前記目標操舵角を演算する操舵制御装置。
3. 請求項２に記載の操舵制御装置において、
   前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角に基づき演算される転舵角を、当該回転角の目標値である目標転舵角に一致させるように前記転舵アクチュエータをフィードバック制御する転舵角制御処理部を備え、
   前記推定軸力演算部は、前記転舵アクチュエータの実電流値に基づき、前記推定軸力を演算する操舵制御装置。
4. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記アクチュエータは、前記ステアリングの操作を補助する力である補助力を発生する補助力アクチュエータであって、
   前記回転角制御処理部は、前記転舵輪の転舵角あるいは前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角を、前記目標回転角としての目標転舵角に一致させるように前記補助力アクチュエータをフィードバック制御し、
   前記目標回転角演算部は、前記補償部により補償された前記推定軸力に基づき、前記目標回転角としての前記目標転舵角を演算する操舵制御装置。
5. 請求項４に記載の操舵制御装置において、
   前記推定軸力演算部は、前記補助力アクチュエータの実電流値に基づき、前記推定軸力を演算する操舵制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記補償部は、前記転舵輪が連結された転舵シャフトと交差した状態で噛み合う前記回転軸としてのピニオンシャフトの回転速度であるピニオン角速度と前記推定軸力とを乗算した判定値を演算し、
   前記判定値が正のときの前記効率補償ゲインは、前記判定値が負のときの前記効率補償ゲインよりも小さくなる関係に基づいて、前記判定値に応じた前記効率補償ゲインを演算する操舵制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記補償部は、演算された前記効率補償ゲインに、車速に応じたゲインを乗算することにより補償後効率ゲインを演算し、当該補償後効率ゲインを前記推定軸力に乗算することにより、前記推定軸力を補償する操舵制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記補償部は、前記推定軸力から前記転舵輪の転舵に伴って発生する摩擦成分を除去することにより、前記推定軸力を補償する操舵制御装置。

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