JP5751241B2 - 車両操舵装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両操舵装置及びプログラムに係り、特に、電動パワーステアリングのアシストトルクを発生させるように制御する車両操舵装置及びプログラムに関する。

タイヤのスリップ角と横力の動特性（図１参照）は、緩和長と呼ばれるパラメータによって記述される。緩和長は、接地荷重など様々な要因に応じて変化し、緩和長が長くなるほど横力の発生遅れが生じ、操縦性能に悪影響を及ぼす。

従来、緩和長の影響を補償するために、コーナリングフォースまたはセルフアライニングトルクの遅れがパワーステアリング性能に及ぼす影響を考慮し、遅れについて位相進み制御をすることによって緩和長の影響を補償していた（特許文献１）。

特許文献１の技術では、セルフアライニングトルクの推定値としてのＳＡＴ補償値に位相進み制御を行って、位相遅れの補償を施している。

特開２００８−１１４６８７号公報

しかし、位相進み制御は、高周波数領域でゲインが大きくなり、高周波振動などのノイズの影響を受けやすくなるという課題がある。このようなノイズの低減には、一般的にローパスフィルタ処理が考えられるが、ローパスフィルタには位相を遅らせる性質があり、位相進み制御の効果を相殺してしまうという問題がある。

本発明では、上記問題点を解決するために成されたものであり、緩和長補償トルクを精度よく演算し、高い操縦性能を実現する車両操舵装置及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明の車両操舵装置は、車速を検出する車速検出手段と、車両の前輪実舵角状態量を検出する状態量検出手段と、緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮して前記前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための路面反力トルクモデルと、前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで前記前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ前記車速検出手段により検出された車速に応じて予め定められた、前輪実舵角状態量に対する前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクを表す伝達関数、及び前記状態量検出手段により検出された前輪実舵角状態量に基づいて、前記第２の路面反力トルクと前記第１の路面反力トルクとの差分に等しい前記緩和長補償トルクを演算する演算手段と、前記演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算する加算手段と、前記加算手段によって加算されたアシストトルクを発生させるように制御する操舵トルク制御手段と、を含んで構成されている。

第１の発明によれば、車速を検出する車速検出手段により車速を検出し、状態量検出手段により前輪実舵角状態量を検出し、演算手段により前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための路面反力トルクモデルと、前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ前記車速検出手段により検出された車速に応じて予め定められた前輪実舵角状態量に対する前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクを表す伝達関数と、前記状態量検出手段により検出された前輪実舵角状態量とに基づいて、緩和長補償トルクを演算し、加算手段により前記演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算し、加算されたアシストトルクを発生させるように制御する。

このように、路面反力トルクモデルと、規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ車速に応じて定められる伝達関数と、検出された前輪実舵角状態量とに基づいて緩和長補償トルクを演算することにより、緩和長補償トルクを精度良く演算し、高い操縦性能を実現することができる。

第２の発明の車両操舵装置は、車速を検出する車速検出手段と、車両の前輪実舵角状態量を検出する状態量検出手段と、緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮して前記前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための予め定められた路面反力トルクモデルと前記状態量検出手段により検出された前輪実舵角状態量と前記車速検出手段により検出された車速とに基づいて、第１の路面反力トルクを演算する路面反力トルク演算手段と、前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで前記前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための予め定められた規範反力トルクモデルと前記前輪実舵角状態量と前記車速とに基づいて、第２の路面反力トルクを演算する規範反力トルク演算手段と、前記規範反力トルク演算手段により演算された第２の路面反力トルクと前記路面反力トルク演算手段により演算された第１の路面反力トルクの差分を、前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクとして演算する緩和長補償トルク演算手段と、前記緩和長補償トルク演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算する加算手段と、前記加算手段によって加算されたアシストトルクを発生させるように制御する操舵トルク制御手段と、を含んで構成されている。

第２の発明によれば、車速検出手段により車速を検出し、状態量検出手段により前輪実舵角状態量を検出し、路面反力トルク演算手段により前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための予め定められた路面反力トルクモデルと前輪実舵角状態量と車速とに基づいて第１の路面反力トルクを演算し、規範反力トルク演算手段により前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための予め定められた規範反力トルクモデルと前輪実舵角状態量と車速とに基づいて、第２の路面反力トルクを演算し、緩和長補償トルク演算手段により規範反力トルク演算手段により演算された第２の路面反力トルクと路面反力トルク演算手段により演算された第１の路面反力トルクの差分を、緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクとして演算し、加算手段により前記緩和長補償トルク演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算し、加算されたアシストトルクを発生させるように制御する。

このように、路面反力トルクモデルに基づいて第１の路面反力トルクを演算し、規範反力トルクモデルに基づいて第２の路面反力トルクを演算し、第２の路面反力トルクと第１の路面反力トルクの差から緩和長補償トルクを演算することにより、緩和長補償トルクを精度よく演算し、高い操縦性能を実現することができる。

また、上記前輪実舵角状態量として、前輪実舵角速度を検出することができる。

また、上記前輪実舵角状態量として、前輪実舵角を検出することができる。

また、上記規範反力トルクモデルを、緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで、かつ、高グリップタイヤを装着したときの路面反力トルクを求めるための規範反力トルクモデルとすることができる。

また、本発明のプログラムは、コンピュータを、上記の車両操舵装置を構成する各手段として機能させるためのプログラムである。

以上説明したように、本発明の車両操舵装置、及びプログラムによれば、緩和長補償トルクを精度良く演算し、高い操縦性能を実現することができる。

タイヤのスリップ角と横力の動特性を示す図である。 第１の実施の形態の車両操舵装置の構成を示す概略図である。 操舵トルクから操舵角までのボード線図を示す図である。 連成系のブロック線図を示す図である。 制御系構成を示す図である。 コントローラの構成を示す図である。 コントローラのボード線図を示す図である。 前輪実舵角速度を観測量としたときのコントローラを示す図である。 舵角速度からアシストトルクまでのコントローラボード線図 舵角速度からアシストトルクまでのコントローラボード線図 舵角速度からアシストトルクまでのコントローラボード線図 舵角速度からアシストトルクまでのコントローラボード線図 操舵角−操舵トルクの特性を示す図である。 操舵角−手応え特性を示す図である。 操舵角から路面反力トルクまでの定常ゲインを変化しないための前後輪のコーナリングパワー増加の関係を示す図である。 前輪実舵角速度を観測量としたときのコントローラ（グリップ増）を示す図である。 操舵角−操舵トルクの特性を示す図である。 操舵角−手応え特性を示す図である。 第１の実施の形態の車両操舵装置の機能的構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態の車両操舵装置における補償トルク算出処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施の形態の車両操舵装置の機能的構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態の車両操舵装置における補償トルク算出処理ルーチンを示すフローチャートである。 第３の実施の形態の車両操舵装置の機能的構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態の車両操舵装置における補償トルク算出処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜発明の原理＞
まず、補償トルクを推定する原理について説明する。本発明は、既に位相が遅れてしまっているコーナリングフォースやセルフアライニングトルクに基づいて位相を進めるのではなく、コーナリングフォース発生の要因である前輪実舵角の状態量に着目し、前輪実舵角状態量から車両運動モデルに基づいてコーナリングフォースの動特性を補償する。

前輪実舵角状態量は、セルフアライニングトルクに比べ位相の進んだ情報量となる結果、コーナリングフォースの動特性の補償に、位相進み制御を用いる必要がなくなる。このため、補償時に高周波数領域でゲインが大きくなることもなく、高周波振動などのノイズの影響を受ける心配がなくなる。

ステアリングの動特性と車両運動が連成するシステムは、下記（１）〜（８）式の運動方程式によって記述されることが知られている（非特許文献：山田ほか：自動車技術会春季学術講演会前刷集20125034）。

ただし、θ_１：操舵角、Ｔ_１：操舵トルク、Ｉ_１：ステアリングホイール慣性モーメント、Ｃ_１：ステアリングホイール減衰係数、Ｋ_ｔｂ：トーションバー剛性、θ_２：コラムシャフト回転角、Ｔ_ＳＡＴ：路面反力トルク（セルフアライニングトルク）、Ｉ_２：モータ慣性モーメント、Ｃ_２：コラムシャフト減衰係数、Ｒ_２：摩擦トルク、α：アシストトルク係数、δ：前輪実舵角、β：車体スリップ角、ｒ：ヨー角速度、Ｍ：車両質量、Ｉ：ヨー慣性モーメント、Ｆ_ｆ、Ｆ_ｒ：前後輪のコーナリングフォース、Ｋ_ｆ、Ｋ_ｒ：前後輪のコーナリングスティッフネス、Ｌ_ｆ、Ｌ_ｒ：前後輪の車軸−重心間距離、ξ：トレール長、Ｎ：オーバーオールギヤ比、Ｖ：車速とする。

上記の方程式は、タイヤの動特性を無視したモデルのため、実際には時間遅れを伴う特性を有しており、上記（７）、（８）式は、下記（９）、（１０）式のような数式でモデル化される。

ただし、τ_ｆ、τ_ｒ、は、前後輪横力発生の時定数であり、下記（１１）、（１２）式で表される。また、σ_ｆ、σ_ｒは、前後輪の緩和長である。

上記のタイヤ動特性の存在は、ステアリングと車両運動の連成特性に影響を与える。

図３は、操舵トルクから操舵角までのボード線図を示している。実線は、緩和長を考慮していない上記（１）−（８）式のモデルを、破線は、緩和長を考慮している上記（１）−（６）、（９）−（１２）式のモデルを表している。この図から、緩和長を考慮したモデルでは、１Ｈｚ付近に共振現象が生じており、車両運動の操縦性能を議論する場合、緩和長の考慮が重要となることがわかる。

本発明は、電動パワーステアリングの制御によって、図３の破線の特性を実線の特性に変更することを目的としている。

まず、緩和長を考慮した上記（１）−（６）、（９）−（１２）式のモデルを図４の操舵トルクと路面反力トルクを入力、操舵角と前輪実舵角を出力とした操舵系と、前輪実舵角を入力、路面反力トルクを出力とした車両運動に分離して記述する。このとき操舵系は、下記（１３）、（１４）式の状態方程式によって記述できる。

ただし、Ａ_Ｓ、Ｂ_Ｓ、Ｃ_Ｓ、Ｄ_Ｓ、ｘ_Ｓ、ｕ_Ｓ、ｙ_Ｓは下記（１５）−（２１）式のとおりである。なお、Ｋ_ｆｒｃは、上記（２）式中Ｒ_２（θ_２）と記述された摩擦トルクの弾性係数である。上記（１３）、（１４）式及び下記（１５）−（２１）式で記述される操舵系には、通常のパワーステアリング制御ロジックも含まれており、ここでは、簡易にトーションバーねじれトルクに比例した（α倍）トルクをアシストするロジックを想定している。

また、車両運動は、下記の（２２）、（２３）式の状態方程式によって記述できる。ただし、Ａ_ｖ、Ｂ_ｖ、Ｃ_ｖ、Ｄ_ｖ、ｘ_ｖ、ｕ_ｖ、ｙ_ｖは下記（２４）−（３０）式のとおりである。

上記（２２）−（３０）式は、緩和長を含むモデルであるが、緩和長を含まない理想的な車両モデルは、以下の（３１）、（３２）式の状態方程式によって記述できる。ただし、Ａ_ｖ０、Ｂ_ｖ０、Ｃ_ｖ０、Ｄ_ｖ０、ｘ_ｖ０、ｕ_ｖ０、ｙ_ｖ０は、下記（３３）−（３９）式のとおりである。

上記（２０）式からわかるように車両運動から操舵系には、路面反力トルクの入力として影響を及ぼす。電動パワーステアリングモータのトルクは路面反力トルクと加算されてコラムシャフトの回転運動に寄与することから、図５のように前輪実舵角から電動パワーステアリングの補償トルクを演算する。車両運動と並列にコントローラを構成することで、車両運動からの影響を自由に調整することができる。このとき、上記（２０）式の操舵系への入力は、下記（４０）式で記述される。ただしＴ_ｃは、補償トルクである。

ここでは、路面反力トルクにおけるタイヤ緩和長の影響を補償するために、コントローラを図６に示す構成とする。この図において、路面反力トルクモデルは、路面反力トルクを推定するためのタイヤ緩和長を含む車両運動モデルであり、上記（２２）−（３０）式で記述される。また、規範反力トルクモデルは、規範反力トルクを推定するためのタイヤ緩和長を含まない車両運動モデルであり、上記（３１）−（３９）式で記述される。

図６の車両運動からの出力である路面反力トルクとコントローラ中の路面反力トルクモデルの出力は、一致することから両者は相殺され、操舵系への入力は、規範反力トルクのみとなる。この結果、ドライバはタイヤ発生力の遅れを感じることなく、操舵操作を行うことができる。

そのため、前輪実舵角から補償トルクを演算するコントローラは下記（４１）式で表すことができる。ただし、Ｋ（ｓ）は上記（２１）−（３０）式で記述される路面反力トルクモデル、Ｋ _０ （ｓ）は上記（３１）−（３９）式で記述される規範反力トルクモデルである。

図７は、図６に示すコントローラの周波数特性である。上記（２２）−（３０）式で記述されるタイヤ緩和長を含む車両モデルと、上記（３１）−（３９）式で記述されるタイヤ緩和長を含まない理想的な車両運動モデルの定常特性は一致することから、図７は、低周波領域でゲインが小さくなる特性となっている。このとき、コントローラの伝達関数の分子多項式における定数項は０となり、上記（４１）式を変形して、下記の（４２）式で記述できる。ただし、ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は、前輪実舵角速度（＝ｓ・δ）から補償トルクを演算するコントローラであり、図８のボード線図の特性となる。なお、伝達関数Ｇ（ｓ）は、路面反力トルクモデルと、規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ車速に応じて予め定められた、前輪実舵角状態量に対する緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクを表す伝達関数の一例である。

また、上記図８に示すボード線図の特性は、特定の車速である場合であり、図９〜図１２に示すように、車速に応じて、特性が異なる。
前輪実舵角のセンシングは、容易ではないが、前輪実舵角速度は、電動パワーステアリングのモータ角速度から容易に換算することができ、上記（４２）式および図８に示す特性を持つコントローラ構成とすることで、実用上の課題を克服することができる。また、図８に示す特性を持つコントローラは、１０Ｈｚ以上の高周波数領域でのゲインが十分小さく、高周波数振動などのノイズによる悪影響の心配も必要ない。

図１３は、１００ｋｍ／ｈ走行中に、２．２Ｎｍの操舵トルクを１．０ｒａｄ／ｓの正弦波状に入力したときの操舵角−操舵トルクの比較を示しており、実線は緩和長補償がある場合を表し、破線は制御がない場合を表している。

また、図１４は、切り増し時にドライバが感じる手応えを操舵角と操舵トルクから演算した結果を示している。なお、実線は緩和長補償がある場合を表し、破線は制御がない場合を表している。

縦軸の手応え量は、ドライバの触覚特性に基づいて決まるドライバの手応え感覚を定量化した指標であり、操舵角の変化に対する操舵トルクの変化の割合の感覚量と、操舵トルクの感覚量とのマップから求められる（特開2011-57173、特開2009-279967を参照）。

制御なしの場合、タイヤ発生力の遅れの結果、操舵初期の６〜７ｄｅｇ付近までの手ごたえは小さく、その後８ｄｅｇ付近で急激に手応えが増加することがわかる。

これに対し、本発明の制御を行う場合、タイヤ発生力の遅れが操舵系に与える影響を補償する結果、手応えが遅れなく滑らかに増加し、その結果、高い操縦性能が期待できる。

＜第１の実施の形態に係る車両操舵装置の構成＞
図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る車両操舵装置１００は、ステアリングホイール１に連動するトーションバー２に、ＥＰＳモータ３が取り付けられている。このＥＰＳモータ３は、コンピュータ５０に連結されている。

ＥＰＳモータ３は、操舵輪の切り角を変更するための操舵アシストトルクをコラム軸４とステアリングギア５を介して操舵輪へ出力する。

また、図１９に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る車両操舵装置１００は、モータ回転角速度センサ１０と、車速センサ２０と、操舵トルクセンサ３０と、ＥＰＳモータ３とを備えている。車両操舵装置１００のコンピュータ５０は、ＣＰＵとＲＡＭと後述する補償トルク算出処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することができる。

モータ回転角速度センサ１０は、ＥＰＳモータ３の回転角速度を計測し、コンピュータ５０に出力する。

車速センサ２０は、自車の速度を計測し、コンピュータ５０に出力する。

操舵トルクセンサ３０は、操舵トルクを計測し、コンピュータ５０に出力する。

コンピュータ５０は、前輪実舵角速度算出部５２と、緩和長補償トルク算出部５４と、アシストトルク算出部５６と、パワーステアリング制御部５８とを備えている。

前輪実舵角速度算出部５２は、モータ回転角速度センサ１０から入力されたモータ回転角速度に基づいて前輪実舵角速度を算出し、緩和長補償トルク算出部５４に出力する。

緩和長補償トルク算出部５４は、車速センサ２０から入力された車速に対応して予め求められたＧ（ｓ）と、前輪実舵角速度算出部５２から入力された前輪実舵角速度とに基づいて、上記（４２）式に従って緩和長補償トルクを算出し、パワーステアリング制御部５８に出力する。

アシストトルク算出部５６は、車速センサ２０から入力された車速と、操舵トルクセンサ３０から入力された操舵トルクとに基づいてアシストトルクを算出し、パワーステアリング制御部５８へ出力する。なお、アシストトルクの算出方法については、従来既知の手法を用いればよく、詳細な説明を省略する。

パワーステアリング制御部５８は、緩和長補償トルク算出部５４から入力された緩和長補償トルクと、アシストトルク算出部５６から入力されたアシストトルクとを加算し、算出されたアシストトルクを発生させるように、ＥＳＰモータ３を制御する。

＜第１の実施の形態に係る車両操舵装置の作用＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係る車両操舵装置１００の作用について説明する。車両操舵装置１００のＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＣＰＵが実行することにより、図２０に示す補償トルク算出処理ルーチンが実行される。

まず、ステップＳ１００において、モータ回転角速度センサ１０により計測されたモータ回転角速度を取得する。

次に、ステップＳ１０２において、車速センサ２０により計測された車速を取得する。

次に、ステップＳ１０４において、操舵トルクセンサ３０により計測された操舵トルクを取得する。

次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１００において取得したモータ回転角速度に基づいて前輪実舵角速度を算出する。

次に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０２において取得した車速に対応するＧ（ｓ）と、ステップＳ１０６において取得した前輪実舵角速度とに基づいて、上記（４２）式に従って、緩和長補償トルクを算出する。

次に、ステップＳ１１０において、ステップＳ１０２において取得した車速とステップＳ１０４において取得した操舵トルクとに基づいてアシストトルクを算出する。

次に、ステップＳ１１２において、ステップＳ１０８において得られた緩和長補償トルクと、ステップＳ１１０において得られたアシストトルクとを加算する。ステップＳ１１４では、上記ステップＳ１１２で算出したアシストトルクに基づいて、ＥＰＳモータ３を制御して、上記ステップＳ２００へ戻る。

以上、本発明の実施の形態にかかる車両操舵装置によれば、緩和長補償トルクを精度よく演算し、緩和長の影響を補償するパワーステアリング制御を実現し、タイヤのグリップ性能を補償することで高い操縦性能を実現することができる。

また、緩和長補償トルクを算出する際に、検出された前輪実舵角速度と、車速に対応するＧ（ｓ）とに基づいて、上記（４２）式に従って、緩和長補償トルクを算出することにより、緩和長補償トルクを精度よく演算し、高い操縦性能ができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、計測された前輪実舵角と、車速に対応する（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））とを用いて、上記（４１）式に従って緩和長補償トルクを算出している点が第１の実施の形態とは異なる。なお、第１の実施の形態の車両操舵装置１００と同一の構成となる部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

＜第２の実施の形態に係る車両操舵装置の構成＞
図２１に示すように、第２の実施の形態の車両操舵装置１００は、ＣＰＵとＲＡＭと後述する補償トルク算出処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することができる。この車両操舵装置１００は、機能的には図２１に示すように前輪実舵角センサ４０と、車速センサ２０と、操舵トルクセンサ３０と、コンピュータ５０と、ＥＰＳモータ３とを備えている。

前輪実舵角センサ４０は、前輪の実舵角を計測し、緩和長補償トルク算出部５４に出力する。

コンピュータ５０の緩和長補償トルク算出部５４は、前輪実舵角センサから入力された前輪実舵角と、車速センサ２０から入力された車速に対応して予め求められた（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））とに基づいて、上記（４１）式に従って緩和長補償トルクを算出し、パワーステアリング制御部５８へ出力する。なお、伝達関数（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））は、路面反力トルクモデルと、規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ車速に応じて予め定められた、前輪実舵角状態量に対する緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクを表す伝達関数の一例である。

＜第２の実施の形態に係る車両操舵装置の作用＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る車両操舵装置１００の作用について説明する。車両操舵装置１００のＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＣＰＵが実行することにより、図２２に示す補償トルク算出処理ルーチンが実行される。

ステップＳ２００において、前輪実舵角センサ４０により計測された前輪実舵角を取得する。

ステップＳ１０８において、ステップＳ２００において取得した前輪実舵角と、ステップＳ１０２において取得した車速に対応する（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））とに基づいて、上記（４１）式に従って緩和長補償トルクを算出する。

以上、第２の実施の形態の車両操舵装置によれば、前輪実舵角と、車速に対応する（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））とに基づいて、上記（４１）式に従って緩和長補償トルクを算出することにより、緩和長補償トルクを精度よく演算し、高い操縦性能ができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、路面反力トルクと規範反力トルクを別々に算出し、算出された路面反力トルクと規範反力トルクの差から緩和長補償トルクを算出している点が第２の実施の形態とは異なる。なお、第２の実施の形態の車両操舵装置１００と同一の構成となる部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

＜第３の実施の形態に係る車両操舵装置の構成＞
図２３に示すように、第３の実施の形態に係る車両操舵装置１００は、ＣＰＵとＲＡＭと後述する補償トルク算出処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することができる。この車両操舵装置１００は、機能的には図２３に示すように前輪実舵角センサ４０と、車速センサ２０と、操舵トルクセンサ３０と、コンピュータ５０と、ＥＰＳモータ３とを備えている。

路面反力トルク算出部６０は、前輪実舵角センサ４０から入力された前輪実舵角と車速センサ２０から入力された車速とに基づいて、上記（２２）−（３０）式で記述される路面反力トルクモデルに従って路面反力トルクＴ_ＳＡＴを算出し、緩和長補償トルク算出部５４に出力する。

規範反力トルク算出部６２は、前輪実舵角センサ４０から入力された前輪実舵角と車速センサ２０から入力された車速とに基づいて、上記（３１）−（３９）式で記述される規範反力トルクモデルに従って規範反力トルクＴ_ＳＡＴを算出し、緩和長補償トルク算出部５４に出力する。

緩和長補償トルク算出部５４は、規範反力トルク算出部６２から入力された規範反力トルクと、路面反力トルク算出部６０から入力された路面反力トルクとの差から緩和長補償トルクＴcを算出し、パワーステアリング制御部５８に出力する。

＜第３の実施の形態に係る車両操舵装置の作用＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係る車両操舵装置１００の作用について説明する。車両操舵装置１００のＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＣＰＵが実行することにより、図２４に示す補償トルク算出処理ルーチンが実行される。

ステップＳ３００において、ステップＳ２００において取得した前輪実舵角とステップＳ１０２において取得した車速とに基づいて、上記（２２）−（３０）式で記述される路面反力トルクモデルに従って路面反力トルクを算出する。

ステップＳ３０２において、ステップＳ２００において取得した前輪実舵角とステップＳ１０２において取得した車速とに基づいて、上記（３１）−（３９）式で記述される規範反力トルクモデルに従って規範反力トルクを算出する。

ステップＳ１０８において、ステップＳ３０２において取得した規範反力トルクとステップＳ３００において取得した路面反力トルクとの差から緩和長補償トルクを算出する。

以上、第３の実施の形態の車両操舵装置によれば、規範反力トルクと路面反力トルクを別々に算出し、その差をとることにより緩和長補償トルクを算出することにより、緩和長補償トルクを精度よく演算し、高い操縦性能ができる。

なお、モータ回転角速度に基づいて前輪実舵角速度を算出し、前輪実舵角速度から前輪実舵角を算出して、その算出された前輪実舵角を用いて規範反力トルクと路面反力トルクを別々に算出し、その差をとることにより緩和長補償トルクを算出するようにしてもよい。

次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、緩和長補償トルクを、規範反力トルクモデルとして高グリップタイヤを装着したときの車両運動モデルを用いて導出される伝達関数Ｇ（ｓ）を用いた前輪実舵角速度を利用したコントローラにより算出している点が第１の実施の形態とは異なる。なお、第１の実施の形態の車両操舵装置１００と同一の構成となる部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１〜３の実施の形態に係る発明は、緩和長の遅れの補償を目的としているが、規範反力モデルに用いられるタイヤ特性を変更することによって、高グリップタイヤを装着した時の操舵感を模擬することが可能である。ところで、操舵角から路面反力トルクまでの定常ゲインは、

と記述できる。この値が変化しないようにＫ_ｆ、Ｋ _ｒ を増加させる場合、上記（２２）−（３０）式で記述されるタイヤ緩和長を含む車両運動モデルと、上記（３１）−（３９）式で記述されるタイヤ緩和長を含まない高グリップの理想的な車両運動モデルの定常特性は一致する。

このとき、コントローラの伝達関数の分子多項式における定数項は０となり、上記（４２）式と同様に前輪実舵角速度を利用したコントローラ設計が可能となる。

図１５は、今回利用している車両諸元から、後輪のコーナリングパワーを定数倍したときに、上記（４３）式を一定値に保つための前輪のコーナリングパワーの増分を示している。この諸元では、後輪コーナリングパワーを１．２倍する場合、前輪コーナリングパワーも１．０９０９倍すれば、操舵角から路面反力トルクまでの定常ゲインは変化しない。

図１６は、後輪コーナリングパワーを１．２倍、前輪コーナリングパワーも１．０９０９倍したときの操舵感を実現するための、前輪実舵角速度から補償トルクを演算するコントローラのボード線図を示している。上記図８の特性と比較すると、グリップを増加させるために低周波数領域のゲインが多少大きくなっていることが分かる。

図１７は、１００ｋｍ／ｈ走行中に、２．２Ｎｍの操舵トルクを１．０ｒａｄ／ｓの正弦波状に入力したときの操舵角−操舵トルクの比較を示しており、上記図１３に示す特性にグリップ増加の補償を行った結果を太線で追記している。また、図１８は、切り増し時にドライバが感じる手応えを操舵角と操舵トルクから演算した結果を示している。グリップを増加させる制御を行うことによって、微小操舵角領域の手応えがより増加している。なお、実線は緩和長補償がある場合、破線は制御がない場合、太線がグリップ増加の補償がある場合を表している。

＜第４の実施の形態に係る車両操舵装置の構成＞
第４の実施の形態の車両操舵装置１００の緩和長補償トルク算出部５４は、前輪実舵角速度算出部５２から入力された前輪実舵角速度と、上記（４３）式の値が変化しないようにＫ_ｆ、Ｋ _ｒ を増加させた条件において予め定められた、計測された車速に対応するＧ（ｓ）とに基づいて、上記（４２）式に従って緩和長補償トルクを算出し、パワーステアリング制御部５８に出力する。

＜第４の実施の形態に係る車両操舵装置の作用＞
次に、本発明の第４の実施の形態に係る車両操舵装置１００の作用について説明する。車両操舵装置１００のＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＣＰＵが実行することにより、図２０に示す補償トルク算出処理ルーチンが実行される。

ステップＳ１０８において、ステップＳ１０６において取得した前輪実舵角速度と、上記（４３）式の値が変化しないようにＫ_ｆ、Ｋ _ｒ を増加させた条件において予め定められた、ステップＳ１０２において取得した車速に対応するＧ（ｓ）とに基づいて、上記（４２）式に従って緩和長補償トルクを算出する。

以上、第４の実施の形態の車両操舵装置によれば、前輪実舵角速度と、上記（４３）式の値が変化しないようにＫ_ｆ、Ｋ _ｒ を増加させた条件において予め定められた、車速に応じたＧ（ｓ）とに基づいて、上記（４２）式に従って緩和長補償トルクを算出ことにより、高グリップタイヤを装着した時の操舵感を模擬し、高い操縦性能を実現することができる。

また、本発明によって、低燃費化（低転がり抵抗）や低コスト化のために犠牲にされていたタイヤのグリップ性能を補償することが可能となり、低コストながら高い操縦性能を有する車両を実現できる。

なお、上記の第４の実施の形態において、上記の第２の実施の形態で説明した、計測された前輪実舵角と、車速に対応する（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））とを用いて、緩和長補償トルクを算出する技術を適用してもよい。この場合には、計測された前輪実舵角と、Ｋ_ｆ、Ｋ _ｒ を所望の値に設定したときの（Ｋ _０ （ｓ）−Ｋ（ｓ））とに基づいて緩和長補償トルクを算出するようにすればよい。

また、上記の第４の実施の形態において、上記の第３の実施の形態で説明した、計測された前輪実舵角と車速に基づいて、路面反力トルクと規範反力トルクを別々に算出し、算出された路面反力トルクと規範反力トルクの差から緩和長補償トルクを算出する技術を適用してもよい。この場合には、Ｋ_ｆ、Ｋ _ｒ を所望の値に設定したときの路面反力トルクモデルと規範反力トルクモデルとに従って、路面反力トルクと規範反力トルクを算出するようにすればよい。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

また、本願明細書中において、プログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能であるし、ネットワークを介して提供することも可能である。また、本実施の形態の車両操舵装置１００の各部をハードウエアにより構成してもよい。

１ ステアリングホイール
２ トーションバー
３ ＥＳＰモータ
４ コラム軸
５ ステアリングギア
１０ モータ回転角速度センサ
２０ 車速センサ
３０ 操舵トルクセンサ
４０ 前輪実舵角センサ
５０ コンピュータ
５２ 前輪実舵角速度算出部
５４ 緩和長補償トルク算出部
５６ アシストトルク算出部
５８ パワーステアリング制御部
６０ 路面反力トルク算出部
６２ 規範反力トルク算出部
１００ 車両操舵装置

Claims (7)

1. 車速を検出する車速検出手段と、
   車両の前輪実舵角状態量を検出する状態量検出手段と、
   緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮して前記前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための路面反力トルクモデルと、前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで前記前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ前記車速検出手段により検出された車速に応じて予め定められた、前輪実舵角状態量に対する前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクを表す伝達関数、及び前記状態量検出手段により検出された前輪実舵角状態量に基づいて、前記第２の路面反力トルクと前記第１の路面反力トルクとの差分に等しい前記緩和長補償トルクを演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算する加算手段と、
   前記加算手段によって加算されたアシストトルクを発生させるように制御する操舵トルク制御手段と、
   を含む車両操舵装置。
2. 車速を検出する車速検出手段と、
   車両の前輪実舵角状態量を検出する状態量検出手段と、
   緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮して前記前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための予め定められた路面反力トルクモデルと前記状態量検出手段により検出された前輪実舵角状態量と前記車速検出手段により検出された車速とに基づいて、第１の路面反力トルクを演算する路面反力トルク演算手段と、
   前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで前記前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための予め定められた規範反力トルクモデルと前記前輪実舵角状態量と前記車速とに基づいて、第２の路面反力トルクを演算する規範反力トルク演算手段と、
   前記規範反力トルク演算手段により演算された第２の路面反力トルクと前記路面反力トルク演算手段により演算された第１の路面反力トルクの差分を、前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクとして演算する緩和長補償トルク演算手段と、
   前記緩和長補償トルク演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算する加算手段と、
   前記加算手段によって加算されたアシストトルクを発生させるように制御する操舵トルク制御手段と、
   を含む車両操舵装置。
3. 前記状態量検出手段は、前記前輪実舵角状態量として、前輪実舵角速度を検出する請求項１又は２記載の車両操舵装置。
4. 前記状態量検出手段は、前記前輪実舵角状態量として、前輪実舵角を検出する請求項１又は２記載の車両操舵装置。
5. 前記規範反力トルクモデルを、前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで、かつ、高グリップタイヤを装着したときの路面反力トルクを求めるための規範反力トルクモデルとする請求項１〜４の何れか１項記載の車両操舵装置。
6. コンピュータを、
   緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮して状態量検出手段により検出された車両の前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための路面反力トルクモデルと、前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで前記前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための規範反力トルクモデルとの差を用いて表され、かつ車速検出手段により検出された車速に応じて予め定められた、前輪実舵角状態量に対する前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクを表す伝達関数、及び前記前輪実舵角状態量に基づいて、前記第２の路面反力トルクと前記第１の路面反力トルクとの差分に等しい前記緩和長補償トルクを演算する演算手段、
   前記演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算する加算手段、及び
   前記加算手段によって加算されたアシストトルクを発生させるように制御する操舵トルク制御手段
   として機能させるためのプログラム。
7. コンピュータを
   緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮して状態検出手段により検出された車両の前輪実舵角状態量に基づいて第１の路面反力トルクを求めるための予め定められた路面反力トルクモデルと前記前輪実舵角状態量と車速検出手段により検出された車速とに基づいて、第１の路面反力トルクを演算する路面反力トルク演算手段、
   前記緩和長に応じたタイヤの動特性を考慮しないで前記前輪実舵角状態量に基づいて第２の路面反力トルクを求めるための予め定められた規範反力トルクモデルと前記前輪実舵角状態量と前記車速とに基づいて、第２の路面反力トルクを演算する規範反力トルク演算手段、
   前記規範反力トルク演算手段により演算された第２の路面反力トルクと前記路面反力トルク演算手段により演算された第１の路面反力トルクの差分を、前記緩和長を補償するための操舵トルクである緩和長補償トルクとして演算する緩和長補償トルク演算手段と、
   前記緩和長補償トルク演算手段により演算された緩和長補償トルクを電動パワーステアリングのアシストトルクに加算する加算手段、及び
   前記加算手段によって加算されたアシストトルクを発生させるように制御する操舵トルク制御手段
   として機能させるためのプログラム。