JP7759781B2 - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構（ＦＦＡ：Force Feedback Actuator）と、転舵輪を転舵する転舵機構（ＲＷＡ：Road Wheel Actuator）とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Steer By Wire）システムがある。ＳＢＷシステムでは、操舵機構と転舵機構とが制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を介して電気的に接続され、ハンドルの操作を電気信号によって転舵機構に伝えて転舵輪を転舵すると共に、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で生成する。操舵機構は、反力用モータを備える反力アクチュエータにより操舵反力を生成し、転舵機構は、転舵用モータを備える転舵アクチュエータにより転舵輪を転舵する。反力アクチュエータとハンドルとは、コラム軸を介して機械的に接続されており、反力アクチュエータが生成した反力（トルク）が、コラム軸とハンドルを介して運転者に伝達される（例えば、特許文献１）。

特開２０２０－１７５７７０号公報

操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されているＳＢＷシステムにおいて、制御装置は、操舵トルク目標値に対して実際の操舵トルクである実操舵トルクが追従するような制御を行う。しかしながら、減速機構や反力用モータ等の操舵機構に作用する摩擦によって、適切に操舵反力が伝達されない可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、適切な操舵反力を伝達可能な摩擦補償制御を行うことができる車両用操向システムの制御装置を提供すること、を目的としている。

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システムの制御装置は、ハンドルの操舵角に応じて前記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角に応じて転舵輪を転舵する転舵用モータとを具備した車両用操向システムの制御装置であって、前記操舵反力を得るための操舵トルクの目標値である操舵トルク目標値を生成する操舵トルク目標値生成部と、前記操舵トルク目標値に基づいて第１電流指令値を生成する操舵トルク制御部と、を備え、前記操舵トルク制御部は、前記ハンドルの実際の操舵トルクである実操舵トルクに基づき、静摩擦補償値を導出する静摩擦補償部と、前記ハンドルの実際の操舵角速度である実操舵角速度に基づき、動摩擦補償値を導出する動摩擦補償部と、を備え、前記操舵トルク制御部は、前記静摩擦補償値及び前記動摩擦補償値に基づき、前記反力用モータを駆動するための第２電流指令値を生成する。

上記構成によれば、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分を補償することができ、適切な操舵反力を伝達可能な摩擦補償制御を行うことができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記静摩擦補償部は、前記第１電流指令値に応じて前記静摩擦補償値を導出し、前記動摩擦補償部は、前記第１電流指令値に応じて前記動摩擦補償値を導出することが好ましい。

上記構成によれば、第１電流指令値の増減に応じた静摩擦補償値及び動摩擦補償値が得られる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記静摩擦補償部は、前記第１電流指令値の増加に伴って単調増加する第１ゲインを生成する第１電流感応ゲイン生成部と、前記第１電流指令値の増加に伴って単調減少する第２ゲインを生成する第２電流感応ゲイン生成部と、を備え、前記静摩擦補償部は、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインに基づき前記静摩擦補償値を導出することが好ましい。

上記構成によれば、第１電流指令値の増加に伴って増減するゲインに応じて、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分を適切に補償した静摩擦補償値が得られる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記静摩擦補償部は、前記ハンドルの切り増し操舵時における実操舵トルクと、前記ハンドルの切り戻し操舵時における実操舵トルクとの中間値を算出するヒステリシス成分除去部を備え、前記ヒステリシス成分除去部は、所定値に前記第１ゲインを乗じた値に基づいて前記中間値を算出し、前記静摩擦補償部は、前記実操舵トルクから前記中間値を減算した値に前記第２ゲインを乗じて前記静摩擦補償値を導出することが好ましい。

上記構成によれば、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分の大きさに対して単調増加する値に近似した静摩擦補償値を導出することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記動摩擦補償部は、前記第１電流指令値の増加に伴って単調増加する第３ゲインを生成する第３電流感応ゲイン生成部を備え、前記動摩擦補償部は、前記第３ゲインに基づき前記動摩擦補償値を導出することが好ましい。

上記構成によれば、第１電流指令値の増加に伴って増減するゲインに応じて、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分を適切に補償した動摩擦補償値が得られる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記動摩擦補償部は、前記実操舵角速度の大きさが所定の操舵角速度閾値以上であるとき、前記第３ゲインに前記実操舵角速度の符号関数を乗じて前記動摩擦補償値を導出することが好ましい。

上記構成によれば、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分の大きさに対して単調増加する値に近似した動摩擦補償値を導出することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記動摩擦補償部は、前記実操舵角速度の大きさが所定の操舵角速度閾値以上であるとき、前記第３ゲインに前記実操舵角速度の符号関数及び所定の係数を乗じて動摩擦補償値を導出することが好ましい。

上記構成によれば、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分の大きさに対して単調増加する値に近似した動摩擦補償値を導出することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記操舵トルク制御部は、前記実操舵角速度に基づき、前記静摩擦補償値及び前記動摩擦補償値との比率を制御する比率制御部を備えることが好ましい。

上記構成によれば、実操舵角速度の変化に応じて、静摩擦補償値に対する静摩擦補償値比率及び動摩擦補償値に対する動摩擦補償値比率を変化させることができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記比率制御部は、前記実操舵角速度の大きさが所定の操舵角速度閾値以上であるとき、前記動摩擦補償値の比率を前記静摩擦補償値の比率よりも大きくし、前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値未満であるとき、前記静摩擦補償値の比率を前記動摩擦補償値の比率よりも大きくすることが好ましい。

上記構成によれば、操舵状態に応じて変化する操舵機構のクーロン静摩擦及びクーロン動摩擦の比率に追従した摩擦補償制御が可能となる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記比率制御部は、前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値以上となってから前記動摩擦補償値の比率の最大値となるまでの期間において、前記動摩擦補償値の比率を単調増加させ、前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値未満となってから前記動摩擦補償値の比率の最小値となるまでの期間において、前記動摩擦補償値の比率を単調減少させることが好ましい。

上記構成によれば、静摩擦補償値と動摩擦補償値との切り替えによる操舵反力の変動を抑制することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記比率制御部は、前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値以上となってから前記静摩擦補償値の比率の最小値となるまでの期間において、前記静摩擦補償値の比率を単調減少させ、前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値未満となってから前記静摩擦補償値の比率の最大値となるまでの期間において、前記静摩擦補償値の比率を単調増加させることが好ましい。

上記構成によれば、静摩擦補償値と動摩擦補償値との切り替えによる操舵反力の変動を抑制することができる。

本発明によれば、適切な操舵反力を伝達可能な摩擦補償制御を行うことができる車両用操向システムの制御装置を提供することができる。

図１は、本開示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。 図２は、ＥＣＵのハードウェア構成を示す模式図である。 図３は、本開示に係る制御装置の基本的な制御ブロック構成の一例を示す図である。 図４は、本開示における操舵方向を説明するための領域図である。 図５は、実操舵トルクと操舵トルク目標値との関係を示す概念図である。 図６は、実操舵トルクと操舵トルク目標値との差分と反力用モータのモータ電流値の関係を示す概念図である。 図７は、実施形態に係る操舵トルク制御部の構成例を示すブロック図である。 図８は、実施形態に係る摩擦補償部の構成例を示すブロック図である。 図９は、実施形態に係る静摩擦補償部の構成例を示すブロック図である。 図１０は、第１電流感応ゲインマップの一例を示す線図である。 図１１は、ヒステリシス成分除去部の入出力特性の具体例を説明する概念図である。 図１２は、ヒステリシス成分除去処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は、ヒステリシス成分抽出部の出力特性の具体例を説明する概念図である。 図１４は、第２電流感応ゲインマップの一例を示す線図である。 図１５は、静摩擦補償値の具体例を説明する概念線図である。 図１６は、実施形態に係る動摩擦補償部の構成例を示すブロック図である。 図１７は、操舵状態判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１８は、動摩擦補償値符号生成部の入力特性の具体例を説明する概念図である。 図１９は、操舵状態判定部の出力特性の具体例を説明する概念図である。 図２０は、動摩擦補償値符号生成部の出力特性の具体例を説明する概念図である。 図２１は、第３電流感応ゲインマップの一例を示す線図である。 図２２は、第３電流感応ゲインマップを用いた動摩擦補償値の具体例を説明する概念図である。 図２３は、第３電流感応ゲインマップを用いた動摩擦補償値の変形例を説明する概念図である。 図２４は、操舵状態判定フラグの切り替え例を示す概念図である。 図２５は、比率制御部の動作例を示す概念図である。

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。

図１は、本開示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。運転者が操作するハンドルを有する操舵機構を構成する反力装置３０、転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置４０、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３０から出力される操舵角θｈを電気信号として伝える。

反力装置３０は、反力用モータ３１及び反力用モータ３１の回転速度を減速する減速機構３２を備える。反力装置３０は、転舵輪５Ｌ，５Ｒから伝わる車両の運動状態を操舵反力として運転者に伝達する。反力用モータ３１は、ウォーム減速機や遊星歯車減速機などの減速機構３２を介して、操舵反力をハンドル１に付与する。

反力装置３０は、舵角センサ３３及びトルクセンサ３４を更に備えている。舵角センサ３３は、ハンドル１の操舵角θｈを検出する。トルクセンサ３４は、ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出する。以下、舵角センサ３３によって検出される操舵角θｈを、「実操舵角θｈ＿ａｃｔ」とも称し、トルクセンサ３４によって検出される操舵トルクＴｈを、「実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔ」とも称する。

本開示において、コラム軸２には、操舵可能な限界となる操舵終端を物理的に設定するストッパ（回転制限機構）３５が設けられている。すなわち、操舵角θｈの大きさ（絶対値）は、ストッパ３５によって制限される。

転舵装置４０は、転舵用モータ４１、転舵用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２、及び転舵用モータ４１の回転運動を直線運動に変換するピニオンラック機構４４を備える。転舵装置４０は、操舵角θｈに応じて転舵用モータ４１を駆動し、その駆動力を、減速機構４２を介してピニオンラック機構４４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４４の近傍には角度センサ４３が配置されており、転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔを検出する。転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔに代えて、例えば、転舵用モータ４１のモータ角、あるいは、ラックの位置等を検出し、当該検出値を用いる態様であっても良い。以下、角度センサ４３によって検出される転舵角θｔを、「実転舵角θｔ＿ａｃｔ」とも称する。

制御装置５０は、反力装置３０及び転舵装置４０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３１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４１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。

具体的に、制御装置５０は、例えば、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＥＣＵは、主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成される。図２は、ＥＣＵのハードウェア構成を示す模式図である。反力装置３０及び転舵装置４０の協調制御は、主としてＥＣＵのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される。

図３は、本開示に係る制御装置の制御ブロック構成の一例を示す図である。図３において、反力装置３０は、反力用モータ３１及び上述した構成に加え、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部３７、インバータ３８、及びモータ電流検出器３９を含む。また、転舵装置４０は、転舵用モータ４１及び上述した構成に加え、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８、及びモータ電流検出器４９を含む。制御装置５０は、反力装置３０の制御を行う反力制御系６０、及び、転舵装置４０の制御を行う転舵制御系７０の各制御ブロックを実現する。反力制御系６０と転舵制御系７０とが協調して、反力装置３０及び転舵装置４０を制御する。

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。制御装置５０は、データやプログラム等を格納するために、例えば、図２に示すように、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等を含む態様であっても良い。また、制御装置５０がＰＷＭ制御部３７、インバータ３８、モータ電流検出器３９、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８、及びモータ電流検出器４９を具備した態様であっても良い。

図３に示すように、制御装置５０は、各制御ブロックとして、操舵トルク目標値生成部２００、操舵トルク制御部４００、電流制御部５００、転舵角目標値生成部６００、転舵角制御部７００、及び電流制御部８００を備えている。操舵トルク目標値生成部２００、操舵トルク制御部４００、及び電流制御部５００は、反力制御系６０を構成する制御ブロックである。転舵角目標値生成部６００、転舵角制御部７００、及び電流制御部８００は、転舵制御系７０を構成する制御ブロックである。

反力制御系６０は、トルクセンサ３４によって検出される実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔが反力装置３０の操舵トルクの目標値である操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに追従するような制御を行う。

操舵トルク目標値生成部２００は、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆを生成する。

操舵トルク制御部４００は、反力用モータ３１に供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆを生成する。操舵トルク制御部４００では、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆと実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとの偏差Ｔｈ＿ｅｒｒがゼロに近づくようなモータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆを演算する。

電流制御部５００は、反力用モータ３１の電流制御を行う。電流制御部５００は、操舵トルク制御部４００から出力されるモータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆとモータ電流検出器３９で検出される反力用モータ３１の実電流値（モータ電流値）Ｉｈ＿ａｃｔとの偏差Ｉｈ＿ｅｒｒがゼロに近づくような電圧制御指令値Ｖｈ＿ｒｅｆを演算する。

反力装置３０では、電圧制御指令値Ｖｈ＿ｒｅｆに基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して反力用モータ３１が駆動制御される。

転舵制御系７０は、角度センサ４３によって検出される実転舵角θｔ＿ａｃｔが転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに追従するような制御を行う。

転舵角目標値生成部６００は、操舵角θｈに基づき転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆを生成する。

転舵角制御部７００は、転舵用モータ４１に供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆを生成する。転舵角制御部７００では、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆと実転舵角θｔ＿ａｃｔとの偏差θｔ＿ｅｒｒがゼロに近づくようなモータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆを演算する。

電流制御部８００は、転舵用モータ４１の電流制御を行う。電流制御部８００は、転舵角制御部７００から出力されるモータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆとモータ電流検出器４９で検出される転舵用モータ４１の実電流値（モータ電流値）Ｉｔ＿ａｃｔとの偏差Ｉｔ＿ｅｒｒがゼロに近づくような電圧制御指令値Ｖｔ＿ｒｅｆを演算する。

転舵装置４０では、電圧制御指令値Ｖｔ＿ｒｅｆに基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して転舵用モータ４１が駆動制御される。

本実施形態において、操舵トルク制御部４００、電流制御部５００、転舵角目標値生成部６００、転舵角制御部７００、及び電流制御部８００は、それぞれ反力制御系６０又は転舵制御系７０における各制御を実現可能な構成であれば良く、これら各制御ブロックの構成により限定されない。

ここで、本開示における操舵方向について説明する。図４は、本開示における操舵方向を説明するための領域図である。図４において、横軸は操舵角を示し、縦軸は舵角速度を示している。

図４に示す領域Ａ（（θｈ，ωｈ）＝（＋，＋））では、ハンドル１が右方向に切られた状態で（θｈ＞０）、さらに右方向に切り増されている（ωｈ＞０）ことを示している（以下、「右切り増し操舵」とも称する）。図４に示す領域Ｂ（（θｈ，ωｈ）＝（＋，－））では、ハンドル１が右方向に切られた状態で（θｈ＞０）、左方向に切り戻されている（ωｈ＜０）ことを示している（以下、「左切り戻し操舵」とも称する）。図４に示す領域Ｃ（（θｈ，ωｈ）＝（－，－））では、ハンドル１が左方向に切られた状態で（θｈ＜０）、さらに左方向に切り増されている（ωｈ＜０）ことを示している（以下、「左切り増し操舵」とも称する）。図４に示す領域Ｄ（（θｈ，ωｈ）＝（－，＋））では、ハンドル１が左方向に切られた状態で（θｈ＜０）、右方向に切り戻されている（ωｈ＞０）ことを示している（以下、「右切り戻し操舵」とも称する）。また、図４において、操舵角θｈ軸上（ωｈ＝０）では、ハンドル１が切り増しも切り戻しも行われていない（（θｈ，ωｈ）＝（θｈ，０））ことを示し、舵角速度ωｈ軸上（θｈ＝０）では、ハンドル１がセンター位置にある（（θｈ，ωｈ）＝（０，ωｈ））ことを示している。

図１に示す態様のＳＢＷシステムにおいて、減速機構３２や反力用モータ３１等のギアの接触面には、垂直荷重の増加に対して単調増加するクーロン摩擦（静摩擦及び動摩擦）が生じ、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに応じた操舵反力が適切に伝達されない可能性がある。このクーロン摩擦により、コラム軸２に、１Ｎｍ程度の静摩擦と、０．５Ｎｍ程度の動摩擦が生じる。

図５は、実操舵トルクと操舵トルク目標値との関係を示す概念図である。図６は、操舵トルク目標値と実操舵トルクとの差分と反力用モータのモータ電流値の関係を示す概念図である。

図５に示す例において、横軸は操舵角を示し、縦軸は操舵トルクを示している。図５に示す実線は実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔを示し、破線は操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆを示している。図５においては、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆを操舵角θｈに比例の関係になるように設定している。

図６に示す例において、図５に示した操舵を行った際の、横軸は反力用モータのモータ電流値を示し、縦軸は実操舵トルクと操舵トルク目標値とのトルク差分として表れるフリクション成分（＝Ｔｈ＿ａｃｔ－Ｔｈ＿ｒｅｆ）を示している。なお、図６では、右操舵時のモータ電流値Ｉｈ＿ａｃｔを正値とし、左操舵時のモータ電流値Ｉｈ＿ａｃｔを負値としているが、右操舵時のモータ電流値Ｉｈ＿ａｃｔが負値であり、左操舵時のモータ電流値Ｉｈ＿ａｃｔが正値である態様であっても良い。

図５及び図６に示すように、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、図中に矢示Ａした右切り増し操舵では正値となり、正値の操舵角θｈの増加に伴って増加する。また、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、図中に矢示Ｂした左切り戻し操舵では負値となり、正値の操舵角θｈの減少に伴って減少する。また、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、図中に矢示Ｃした左切り増し操舵では負値となり、負値の操舵角θｈの増加に伴って増加する。また、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、図中に矢示Ｄした右切り戻し操舵では正値となり、負値の操舵角θｈの減少に伴って減少する。このように、操舵機構のクーロン摩擦に起因して、操舵トルク目標値生成部２００によって生成された操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに対して実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔが乖離する現象が発生する。

図５に示すように、トルクＴｈは、操舵角θｈの増加に伴い単調増加する特性を有している。また、図６に示すように、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆの大きさは、モータ電流値Ｉｈ＿ａｃｔに増加に伴い単調増加する特性を有している。

以下、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆを補償するための具体的な構成及び動作について説明する。

図７は、実施形態に係る操舵トルク制御部の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、本実施形態に係る操舵トルク制御部４００は、減算部４１０、ＰＩＤ制御部４２０、減算部４３０、及び摩擦補償部４４０を備える。

操舵トルク制御部４００には、操舵トルク目標値生成部２００から出力される操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆ、トルクセンサ３４によって検出される実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔ、及び舵角センサ３３によって検出される実操舵角θｈ＿ａｃｔが入力される。

減算部４１０は、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆと実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとの偏差Ｔｈ＿ｅｒｒを算出する。ＰＩＤ制御部４２０は、減算部４１０の演算結果である操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆと実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとの偏差Ｔｈ＿ｅｒｒがゼロに近づくようにＰＩＤ制御を行う。

摩擦補償部４４０には、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔ、実操舵角θｈ＿ａｃｔ、及びＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａが入力される。本開示において、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａは「第１電流指令値」に対応する。

摩擦補償部４４０は、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆを補償するための電流補償値Ｉｒｅｆ＿ｂを導出する。

減算部４３０は、ＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａから摩擦補償部４４０によって導出された電流補償値Ｉｒｅｆ＿ｂを減じてモータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆを算出する。これにより、操舵機構に生じるクーロン摩擦による影響が抑制されたモータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆが得られる。本開示において、モータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆは「第２電流指令値」に対応する。

図８は、実施形態に係る摩擦補償部の構成例を示すブロック図である。摩擦補償部４４０は、静摩擦補償部４５０、動摩擦補償部４６０、及び比率制御部４７０を含む。

静摩擦補償部４５０は、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔ、及び電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａに基づき、静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔを導出する。

動摩擦補償部４６０は、実操舵角θｈ＿ａｃｔ、及び電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａに基づき、動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙを導出する。また、動摩擦補償部４６０は、実操舵角θｈ＿ａｃｔに基づき、ハンドル１の操舵状態を示す操舵状態判定フラグＬｓを導出する。

比率制御部４７０は、動摩擦補償部４６０から出力される操舵状態判定フラグＬｓに応じた比率で、静摩擦補償部４５０から出力される静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔと動摩擦補償部４６０から出力される動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙとを加算し、電流補償値Ｉｒｅｆ＿ｂを算出する。

以下、実施形態に係る静摩擦補償部４５０について、詳細に説明する。

図９は、実施形態に係る静摩擦補償部の構成例を示すブロック図である。静摩擦補償部４５０は、主要な構成部として、ヒステリシス成分抽出部４５１、第１電流感応ゲイン生成部４５２、及び第２電流感応ゲイン生成部４５３を含む。

本開示において、フィルタ部４５５は、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔに含まれるノイズ成分を除去するフィルタである。フィルタ部４５５を構成するフィルタとしては、例えばＬＰＦ（Low Pass Filter）やＢＰＦ（Band Pass Filter）が例示される。フィルタ部４５５は、例えば下記（１）式に示される１次の伝達関数で表される。なお、以下の説明において、「ｘ（ｚ^－１）」は、変数あるいは係数ｘの１サンプル前の過去値を示している。下記（１）式に示す伝達関数は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。１サンプル前の過去値は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＡＭに一時記憶されている。

［ｂ_０＋ｂ_１（ｚ^－１）］／［１＋ａ_１（ｚ^－１）］・・・（１）

ヒステリシス成分抽出部４５１は、ヒステリシス成分除去部４５６、及び減算部４５７を含む。ヒステリシス成分除去部４５６には、フィルタ部４５５によるフィルタ処理後の実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔ及び第１電流感応ゲイン生成部４５２によって生成された第１ゲインＧｉ１が入力される。

図１０は、第１電流感応ゲインマップの一例を示す線図である。第１電流感応ゲイン生成部４５２は、図１０に示す第１電流感応ゲインマップを用いて、第１ゲインＧｉ１を生成する。

第１ゲインＧｉ１は、図１０に示すように、ＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａの増加に伴い単調増加する特性を有している。

図１０に示す第１電流感応ゲインマップは、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。なお、第１ゲインＧｉ１を生成するための態様は、図１０に示すマップに限定されず、例えば、図１０に示す特性を有する伝達関数により第１ゲインＧｉ１を生成する態様であっても良い。この場合の伝達関数についても、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶される態様であっても良い。

図５に示すように、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆは、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの切り増し操舵時の値と切り戻し操舵時の値との略中間の値に相当する。換言すると、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔは、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆを略中間値とするヒステリシス特性を有している。ヒステリシス成分除去部４５６は、フィルタ部４５５によるフィルタ処理後の実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔからヒステリシス成分を除去した、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに相当する中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（≒Ｔｈ＿ｒｅｆ）を算出する。

図１１は、ヒステリシス成分除去部の入出力特性の具体例を説明する概念図である。図１１に示す例において、横軸は時間を示し、縦軸は操舵トルクを示している。図１１に示す実線は実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔを示し、破線は操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに相当する実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（≒Ｔｈ＿ｒｅｆ）を示している。

図１１では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において右切り増し操舵、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において左切り戻し操舵、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において左切り増し操舵、時刻ｔ４以降において右切り戻し操舵した例を示している。

図５及び図６を参照して説明したように、右切り増し操舵において、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、正値の操舵角θｈの増加に伴って増加する。このため、図１１に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの右切り増し操舵では、正値の操舵トルクの増加に伴い、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに対する実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの乖離が大きくなる。

また、図５及び図６を参照して説明したように、左切り戻し操舵において、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、正値の操舵角θｈの減少に伴って減少する。このため、図１１に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの左切り戻し操舵では、正値の操舵トルクの低下に伴い、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに対する実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの乖離が小さくなる。

また、図５及び図６を参照して説明したように、左切り増し操舵において、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、負値の操舵角θｈの増加に伴って増加する。このため、図１１に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの左切り増し操舵では、負値の操舵トルクの増加に伴い、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに対する実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの乖離が大きくなる。

また、図５及び図６を参照して説明したように、右切り戻し操舵において、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆは、負値の操舵角θｈの減少に伴って減少する。このため、図１１に示すように、時刻ｔ４以降の右切り戻し操舵では、負値の操舵トルクの減少に伴い、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに対する実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの乖離が小さくなる。

ヒステリシス成分除去部４５６は、以下に示すヒステリシス成分除去処理によって、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに相当する実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（≒Ｔｈ＿ｒｅｆ）を算出する。

図１２は、ヒステリシス成分除去処理の一例を示すフローチャートである。ヒステリシス成分除去部４５６は、ＥＣＵの１サンプリング間隔ごとに図１２に示すヒステリシス成分除去処理を実行する。

ヒステリシス成分除去部４５６は、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔを取得し（ステップＳ１０１）、下記（２）式に示す条件式を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０２）。下記（２）式において、ΔＴは、予め定められた所定のトルク幅を示している。下記（２）式及びトルク幅ΔＴは、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎの１サンプル前の過去値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（ｚ^－１）は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＡＭに一時記憶されている。

Ｔｈ＿ａｃｔ＞Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（ｚ^－１）＋ΔＴ×Ｇｉ１・・・（２）

上記（２）式の条件式を満たす場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ヒステリシス成分除去部４５６は、下記（３）式を用いて、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを算出し（ステップＳ１０３）、ヒステリシス成分除去処理を終了する。下記（３）式は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ＝Ｔｈ＿ａｃｔ－ΔＴ×Ｇｉ１・・・（３）

上記（２）式の条件式を満たしていない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、続いて、ヒステリシス成分除去部４５６は、下記（４）式に示す条件式を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０４）。下記（４）式は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

Ｔｈ＿ａｃｔ＜Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（ｚ^－１）－ΔＴ×Ｇｉ１・・・（４）

上記（４）式の条件式を満たす場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、ヒステリシス成分除去部４５６は、下記（５）式を用いて、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを算出し（ステップＳ１０５）、ヒステリシス成分除去処理を終了する。下記（５）式は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ＝Ｔｈ＿ａｃｔ＋ΔＴ×Ｇｉ１・・・（５）

上記（４）式の条件式を満たしていない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、ヒステリシス成分除去部４５６は、下記（６）式を用いて、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを算出し（ステップＳ１０６）、ヒステリシス成分除去処理を終了する。下記（６）式は、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ＝Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ（ｚ^－１）・・・（６）

上述したヒステリシス成分除去処理により、図１１に示す入出力特性が得られる。図１１に示す実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとその中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎとの差分は、所定のトルク幅ΔＴと第１ゲインＧｉ１とを掛け合わせた値（ΔＴ×Ｇｉ１）に相当する。

より具体的に、時刻ｔ１における実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとその中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎとの差分は、ΔＴ×Ｇｉ１＿ＢＬに相当する。また、時刻ｔ３における実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとその中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎとの差分は、－ΔＴ×Ｇｉ１＿ＢＬに相当する。Ｇｉ１＿ＢＬは、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ＝０における第１ゲインに相当する（図１０参照）。

操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆの大きさは、上述したように、モータ電流値に対して単調増加する特性を有している。従って、所定値（トルク幅ΔＴ）に対し、ＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａの増加に伴い単調増加する特性を有する第１ゲインＧｉ１を掛け合わせることで（ΔＴ×Ｇｉ１）、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆの大きさに対して単調増加する値に近似した値を導出することができる。

図１３は、ヒステリシス成分抽出部の出力特性の具体例を説明する概念図である。図１３に示す例において、横軸は時間を示し、縦軸は実操舵トルクとその中間値との差分（＝Ｔｈ＿ａｃｔ－Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎ）を示している。図１３に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、図１１に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４に対応する。

減算部４５７は、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔから上述したヒステリシス成分除去処理によって導出した実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを減算する。これにより、図１３に示す実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔのヒステリシス成分が抽出される。

図１３に示す実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔのヒステリシス成分は、トルク幅ΔＴ及び図１０に示す第１ゲインＧｉ１を適切に調整した値とすることで、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆの大きさに対して単調増加する値の近似値と見做せる。

図１４は、第２電流感応ゲインマップの一例を示す線図である。第２電流感応ゲイン生成部４５３は、図１４に示す第２電流感応ゲインマップを用いて、第２ゲインＧｉ２を生成する。

第２ゲインＧｉ２は、図１４に示すように、ＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａの増加に伴い単調減少する特性を有している。

図１４に示す第２電流感応ゲインマップは、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。なお、第２ゲインＧｉ２を生成するための態様は、図１４に示すマップに限定されず、例えば、図１４に示す特性を有する伝達関数により第２ゲインＧｉ２を生成する態様であっても良い。この場合の伝達関数についても、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶される態様であっても良い。

乗算部４５４は、ヒステリシス成分抽出部４５１から出力される実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔのヒステリシス成分に対し、図１４に示す特性の第２ゲインＧｉ２を乗じる。これにより、静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔが得られる。

図１５は、静摩擦補償値の具体例を説明する概念線図である。図１５に示す例において、横軸は時間を示し、縦軸は静摩擦補償値を示している。図１５に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、図１１及び図１３に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４に対応する。

第１ゲインＧｉ１及び第２ゲインＧｉ２をそれぞれ設定することで、図１５に示す静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔが得られる。電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａの絶対値が大きいほど、静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔが単調増加するように大きくなる。

以上説明したように、実施形態に係る静摩擦補償部４５０は、ハンドル１の切り増し操舵時における実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔと、ハンドル１の切り戻し操舵時における実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとの中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを算出するヒステリシス成分除去部４５６を備える。ヒステリシス成分除去部４５６は、所定のトルク幅ΔＴに第１ゲインＧｉ１を乗じた値（ΔＴ×Ｇｉ１）に基づいて中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを算出する。静摩擦補償部４５０は、実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔから中間値Ｔｈ＿ａｃｔ＿ｃｅｎを減算した値に第２ゲインＧｉ２を乗じて静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔを導出する。

以下、実施形態に係る動摩擦補償部４６０について、詳細に説明する。

図１６は、実施形態に係る動摩擦補償部の構成例を示すブロック図である。動摩擦補償部４６０は、主要な構成部として、動摩擦補償値符号生成部４６１、及び第３電流感応ゲイン生成部４６２を含む。

本開示において、微分部４６４は、実操舵角θｈ＿ａｃｔを微分して、ハンドル１の実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔを算出する構成部である。

動摩擦補償値符号生成部４６１は、符号抽出部４６５、絶対値演算部４６６、操舵状態判定部４６７、及び乗算部４６８を含む。操舵状態判定部４６７には、絶対値演算部４６６により絶対値処理された実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が入力される。

操舵状態判定部４６７は、以下に示す操舵状態判定処理によって、操舵状態判定フラグＬｓを導出する。

図１７は、操舵状態判定処理の一例を示すフローチャートである。操舵状態判定部４６７は、ＥＣＵの１サンプリング間隔ごとに図１７に示す操舵状態判定処理を実行する。

操舵状態判定部４６７は、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜を取得し（ステップＳ２０１）、下記（８）式に示す条件式を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０２）。下記（８）式において、ωｔｈは、予め定められた所定の操舵角速度閾値を示している。下記（８）式及び操舵角速度閾値ωｔｈは、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ・・・（８）

上記（８）式の条件式を満たす場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、操舵状態判定部４６７は、操舵状態判定フラグＬｓを「１」（Ｌｓ＝１）とし（ステップＳ２０３）、操舵状態判定処理を終了する。

上記（８）式の条件式を満たしていない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、操舵状態判定部４６７は、操舵状態判定フラグＬｓを「０」（Ｌｓ＝０）とし（ステップＳ２０４）、操舵状態判定処理を終了する。

上述した操舵状態判定処理において、上記（８）式の条件式を満たしている場合に（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、操舵状態判定フラグＬｓが「１」（Ｌｓ＝１）となり（ステップＳ２０３）、ハンドル１が操舵されているものと見做される。また、上記（８）式の条件式を満たしていない場合に（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、操舵状態判定フラグＬｓが「０」（Ｌｓ＝０）となり（ステップＳ２０４）、ハンドル１が操舵されていないものと見做される。

図１８は、動摩擦補償値符号生成部の入力特性の具体例を説明する概念図である。図１９は、操舵状態判定部の出力特性の具体例を説明する概念図である。図１８及び図１９に示す例において、横軸は時間を示している。また、図１８に示す例において、縦軸は実操舵角速度を示し、図１９に示す例において、縦軸は操舵状態判定フラグの値を示している。

図１８及び図１９では、ハンドル１のセンター位置から所定周波数で左右に転舵した場合の時間応答を示している。また、図１８及び図１９では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間及び時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となり（図１７のステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、操舵状態判定フラグＬｓが「１」（Ｌｓ＝１）となった（図１７のステップＳ２０３）例を示している。

本開示において、動摩擦補償値符号生成部４６１の符号抽出部４６５は、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔの符号を抽出する。具体的には、例えば、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔの値を、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔの絶対値で除算する。これにより、符号抽出部４６５は、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔの符号が「＋」の場合には「１」を出力し、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔの符号が「－」の場合には「－１」を出力する。具体的に、符号抽出部４６５は、例えば実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔの符号関数Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）を生成する。

図２０は、動摩擦補償値符号生成部の出力特性の具体例を説明する概念図である。図２０に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、図１８及び図１９に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４に対応する。

乗算部４６８は、操舵状態判定フラグＬｓに対して、符号抽出部４６５から出力される符号関数Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）を乗じることで、図２０に示すＬｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）が得られる。具体的に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、Ｌｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝１となり、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、Ｌｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝－１となる。

図２１は、第３電流感応ゲインマップの一例を示す線図である。第３電流感応ゲイン生成部４６２は、図２１に示す第３電流感応ゲインマップを用いて、第３ゲインＧｉ３を生成する。

第３ゲインＧｉ３は、図２１に示すように、ＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａの増加に伴い単調増加する特性を有している。

図２２は、第３電流感応ゲインマップを用いた動摩擦補償値の具体例を説明する概念図である。図２２に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、図１８、図１９、及び図２０に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４に対応する。

乗算部４６３は、動摩擦補償値符号生成部４６１の出力値Ｌｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）に対し、図２１に示す特性の第３ゲインＧｉ３を乗じることで、動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙのディメンジョンを電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａと同様の電流値とする。これにより、図２２に示す動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙが得られる。

具体的に、動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙは、図２２に示す例において、操舵状態判定フラグＬｓが「１」（Ｌｓ＝１）となる時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、及び、Ｌｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝－１となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａに応じた値となる。Ｇｉ３＿ＢＬは、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ＝０における第３ゲインに相当する（図２１参照）。なお、図２２に示す破線は、上述した操舵状態判定処理における操舵角速度閾値ωｔｈを「０」に近似させた例を示している。

操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆの大きさは、上述したように、モータ電流値の増加に対して単調増加する特性を有している。従って、動摩擦補償値符号生成部４６１の出力値Ｌｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）に対し、ＰＩＤ制御部４２０から出力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａの増加に伴い単調増加する特性を有する第３ゲインＧｉ３を掛け合わせることで（Ｌｓ×Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）×Ｇｉ３）、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆの大きさに対して単調増加する値に近似した値を導出することができる。

図２３は、第３電流感応ゲインマップを用いた動摩擦補償値の変形例を説明する概念図である。図２３に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、図１８、図１９、図２０、及び図２１に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４に対応する。

図１７に示す操舵状態判定処理のステップＳ２０４において、操舵状態判定フラグＬｓを「｜ωｈ＿ａｃｔ｜／ωｔｈ」とすることで（Ｌｓ＝｜ωｈ＿ａｃｔ｜／ωｔｈ）、図１８に示す－ωｔｈ＜ωｈ＿ａｃｔ＜ωｔｈの領域において、図２３に示すように、動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙを滑らかに変化させることができる。

以上説明したように、実施形態に係る動摩擦補償部４６０は、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が所定の操舵角速度閾値ωｔｈ以上であり（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）、かつ、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔが正値であるとき（Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＞０）、第３ゲインＧｉ３に実操舵角速度の符号関数（Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝１）を乗じて動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙを導出し、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が所定の操舵角速度閾値ωｔｈ以上であり（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）、かつ、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔが負値であるとき、第３ゲインＧｉに実操舵角速度の符号関数（Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝－１）を乗じて動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙを導出する。

あるいは、動摩擦補償部４６０は、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が所定の操舵角速度閾値ωｔｈ以上であり（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）、かつ、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔが正値であるとき（Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＞０）、第３ゲインＧｉ３に実操舵角速度の符号関数（Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝１）及び所定の係数を乗じて動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙを導出し、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が所定の操舵角速度閾値ωｔｈ以上であり（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）、かつ、実操舵角速度ωｈ＿ａｃｔが負値であるとき、第３ゲインＧｉに実操舵角速度の符号関数（Ｓｇｎ（ωｈ＿ａｃｔ）＝－１）及び所定の係数を乗じて動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙを導出する態様であっても良い。

以下、実施形態に係る比率制御部４７０について、詳細に説明する。

比率制御部４７０は、上述したように、動摩擦補償部４６０から出力される操舵状態判定フラグＬｓに応じた比率で、静摩擦補償部４５０から出力される静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔと動摩擦補償部４６０から出力される動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙとを加算し、電流補償値Ｉｒｅｆ＿ｂを算出する。比率制御部４７０は、操舵状態判定フラグＬｓの変化、すなわち実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜の変化に応じて、静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔに対する静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔ及び動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙに対する動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙを変化させる。

具体的に、比率制御部４７０は、例えば、下記（９）式を用いて、電流補償値Ｉｒｅｆ＿ｂを算出する。下記（９）式、及び、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔ並びに動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙは、例えば、制御装置５０を構成するＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

Ｉｒｅｆ＿ｂ＝ｒ＿ｓｔ×Ｉｒｅｆ＿ｓｔ＋ｒ＿ｄｙ×Ｉｒｅｆ＿ｄｙ・・・（９）

図２４は、操舵状態判定フラグの切り替え例を示す概念図である。図２５は、比率制御部の動作例を示す概念図である。図２４及び図２５に示す例において、横軸は時間を示している。また、図２４に示す例において、縦軸は操舵状態判定フラグの値を示し、図２５に示す例において、縦軸は静摩擦補償値及び動摩擦補償値の比率を示している。図２５に示す例において、実線は静摩擦補償値比率を示し、破線は動摩擦補償値比率を示している。

図２４及び図２５では、時刻ｔ１において操舵状態判定フラグＬｓが「０」から「１」に切り替わり、時刻ｔ２において操舵状態判定フラグＬｓが「１」から「０」に切り替わり、時刻ｔ３において操舵状態判定フラグＬｓが「０」から「１」に切り替わる例を示している。

操舵状態判定フラグＬｓが「１」（Ｌｓ＝１）の状態では、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上となる（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）。操舵状態判定フラグＬｓが「０」（Ｌｓ＝０）の状態では、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満となる（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）。

図２４及び図２５に示す例において、時刻ｔ１（ｔ３）において操舵状態判定フラグＬｓが「１」（Ｌｓ＝１）、すなわち、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となると、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔは、「１．０」から単調減少し、時刻ｔ１’（ｔ３’）において「０．３」となる。

換言すれば、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔは、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となった時刻ｔ１（ｔ３）から、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔの最小値（図２５に示す例では、「０．３」）となる時刻ｔ１’（ｔ３’）までの期間において単調減少する。

また、図２４及び図２５に示す例において、時刻ｔ１（ｔ３）において操舵状態判定フラグＬｓが「１」（Ｌｓ＝１）、すなわち、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となると、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙは、「０」から単調増加し、時刻ｔ１’’（ｔ３’’）において「１．０」となる。

換言すれば、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙは、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となった時刻ｔ１（ｔ３）から、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙの最大値（図２５に示す例では、「１．０」）となる時刻ｔ１’（ｔ３’）までの期間において単調増加する。

また、図２４及び図２５に示す例において、時刻ｔ２において操舵状態判定フラグＬｓが「０」（Ｌｓ＝０）、すなわち、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）となると、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔは、「０．３」から単調増加し、時刻ｔ２’において「１．０」となる。

換言すれば、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔは、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）となった時刻ｔ２から、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔの最大値（図２５に示す例では、「１．０」）となる時刻ｔ２’までの期間において単調増加する。

また、図２４及び図２５に示す例において、時刻ｔ２において操舵状態判定フラグＬｓが「０」（Ｌｓ＝０）、すなわち、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）となると、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙは、「１．０」から単調減少し、時刻ｔ２’’において「０」となる。

換言すれば、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙは、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）となった時刻ｔ２から、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙの最小値（図２５に示す例では、「０」）となる時刻ｔ２’’までの期間において単調減少する。

このように、操舵状態判定フラグＬｓの変化、すなわち実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜の変化に応じて、静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔに対する静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔ及び動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙに対する動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙを変化させることで、操舵状態に応じて変化する操舵機構のクーロン静摩擦及びクーロン動摩擦の比率に追従した摩擦補償制御が可能となる。

また、操舵状態判定フラグＬｓの切り替え時から静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔ及び動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙを徐々に変化させることで、操舵状態の変化に伴って生じる静摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｓｔと動摩擦補償値Ｉｒｅｆ＿ｄｙとの切り替えによる操舵反力の変動を抑制することができる。

以上説明したように、実施形態に係る比率制御部４７０は、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が所定の操舵角速度閾値ωｔｈ以上であるとき（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙを静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔよりも大きくし、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満であるとき（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔを動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙよりも大きくする。

また、比率制御部４７０は、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となってから動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙの最大値（図２５に示す例では、「１．０」）となるまでの期間において、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙを単調増加させ、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値未満（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）となってから動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙの最小値（図２５に示す例では、「０」）となるまでの期間において、動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙを単調減少させる。

また、比率制御部４７０は、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ以上（｜ωｈ＿ａｃｔ｜≧ωｔｈ）となってから静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔの最小値（図２５に示す例では、「０．３」）となるまでの期間において、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔを単調減少させ、実操舵角速度｜ωｈ＿ａｃｔ｜が操舵角速度閾値ωｔｈ未満（｜ωｈ＿ａｃｔ｜＜ωｔｈ）となってから静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔの最大値（図２５に示す例では、「１．０」）となるまでの期間において、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔを単調増加させる。

上記構成の静摩擦補償部４５０において、図１０に示す第１ゲインＧｉ１の特性、図１４に示す第２ゲインＧｉ２、図２１に示す第３ゲインＧｉ３、トルク幅ΔＴ、操舵角速度閾値ωｔｈ、静摩擦補償値比率ｒ＿ｓｔ、及び動摩擦補償値比率ｒ＿ｄｙ等を適宜適切に調整した値とすることで、操舵機構のクーロン摩擦に起因して生じるフリクション成分Ｔｈ＿Ｆを適切に補償することができる。これにより、操舵トルク目標値によって適切に設定された操舵反力を伝達することができる。

なお、上述した実施形態で使用した図は、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。

１ ハンドル
２ コラム軸
３ａ，３ｂ タイロッド
５Ｌ，５Ｒ 転舵輪
１０ 車速センサ
１１ イグニションキー
１２ バッテリ
３０ 反力装置
３１ 反力用モータ
３２ 減速機構
３３ 舵角センサ
３４ トルクセンサ
３５ ストッパ（回転制限機構）
４０ 転舵装置
４１ 転舵用モータ
４２ 減速機構
４３ 角度センサ
４４ ピニオンラック機構
５０ 制御装置
６０ 反力制御系
７０ 転舵制御系
２００ 操舵トルク目標値生成部
４００ 操舵トルク制御部
４１０ 減算部
４２０ ＰＩＤ制御部
４３０ 減算部
４４０ 摩擦補償部
４５０ 静摩擦補償部
４５１ ヒステリシス成分抽出部
４５２ 第１電流感応ゲイン生成部
４５３ 第２電流感応ゲイン生成部
４５４ 乗算部
４５５ フィルタ部
４５６ ヒステリシス成分除去部
４５７ 減算部
４６０ 動摩擦補償部
４６１ 動摩擦補償値符号生成部
４６２ 第３電流感応ゲイン生成部
４６３ 乗算部
４６４ 微分部
４６５ 符号抽出部
４６６ 絶対値演算部
４６７ 操舵状態判定部
４６８ 乗算部
４７０ 比率制御部
５００ 電流制御部
６００ 転舵角目標値生成部
７００ 転舵角制御部
８００ 電流制御部

Claims (10)

1. ハンドルの操舵角に応じて前記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角に応じて転舵輪を転舵する転舵用モータとを具備した車両用操向システムの制御装置であって、
   前記操舵反力を得るための操舵トルクの目標値である操舵トルク目標値を生成する操舵トルク目標値生成部と、
   前記操舵トルク目標値に基づいて第１電流指令値を生成する操舵トルク制御部と、
   を備え、
   前記操舵トルク制御部は、
   前記ハンドルの実際の操舵トルクである実操舵トルクに基づき、静摩擦補償値を導出する静摩擦補償部と、
   前記ハンドルの実際の操舵角速度である実操舵角速度に基づき、動摩擦補償値を導出する動摩擦補償部と、
   を備え、
   前記操舵トルク制御部は、
   前記静摩擦補償値及び前記動摩擦補償値に基づき、前記反力用モータを駆動するための第２電流指令値を生成し、
   前記静摩擦補償部は、
   前記第１電流指令値に応じて前記静摩擦補償値を導出し、
   前記動摩擦補償部は、
   前記第１電流指令値に応じて前記動摩擦補償値を導出する、
   車両用操向システムの制御装置。
2. 前記静摩擦補償部は、
   前記第１電流指令値の増加に伴って単調増加する第１ゲインを生成する第１電流感応ゲイン生成部と、
   前記第１電流指令値の増加に伴って単調減少する第２ゲインを生成する第２電流感応ゲイン生成部と、
   を備え、
   前記静摩擦補償部は、
   前記第１ゲイン及び前記第２ゲインに基づき前記静摩擦補償値を導出する、
   請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
3. 前記静摩擦補償部は、
   前記ハンドルの切り増し操舵時における実操舵トルクと、前記ハンドルの切り戻し操舵時における実操舵トルクとの中間値を算出するヒステリシス成分除去部を備え、
   前記ヒステリシス成分除去部は、
   所定値に前記第１ゲインを乗じた値に基づいて前記中間値を算出し、
   前記静摩擦補償部は、
   前記実操舵トルクから前記中間値を減算した値に前記第２ゲインを乗じて前記静摩擦補償値を導出する、
   請求項２に記載の車両用操向システムの制御装置。
4. 前記動摩擦補償部は、
   前記第１電流指令値の増加に伴って単調増加する第３ゲインを生成する第３電流感応ゲイン生成部を備え、
   前記動摩擦補償部は、
   前記第３ゲインに基づき前記動摩擦補償値を導出する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
5. 前記動摩擦補償部は、
   前記実操舵角速度の大きさが所定の操舵角速度閾値以上であるとき、前記第３ゲインに前記実操舵角速度の符号関数を乗じて前記動摩擦補償値を導出する、
   請求項４に記載の車両用操向システムの制御装置。
6. 前記動摩擦補償部は、
   前記実操舵角速度の大きさが所定の操舵角速度閾値以上であるとき、前記第３ゲインに前記実操舵角速度の符号関数及び所定の係数を乗じて動摩擦補償値を導出する、
   請求項４に記載の車両用操向システムの制御装置。
7. 前記操舵トルク制御部は、
   前記実操舵角速度に基づき、前記静摩擦補償値及び前記動摩擦補償値との比率を制御する比率制御部を備える、
   請求項１から６の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
8. 前記比率制御部は、
   前記実操舵角速度の大きさが所定の操舵角速度閾値以上であるとき、前記動摩擦補償値の比率を前記静摩擦補償値の比率よりも大きくし、
   前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値未満であるとき、前記静摩擦補償値の比率を前記動摩擦補償値の比率よりも大きくする、
   請求項７に記載の車両用操向システムの制御装置。
9. 前記比率制御部は、
   前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値以上となってから前記動摩擦補償値の比率の最大値となるまでの期間において、前記動摩擦補償値の比率を単調増加させ、
   前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値未満となってから前記動摩擦補償値の比率の最小値となるまでの期間において、前記動摩擦補償値の比率を単調減少させる、
   請求項８に記載の車両用操向システムの制御装置。
10. 前記比率制御部は、
    前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値以上となってから前記静摩擦補償値の比率の最小値となるまでの期間において、前記静摩擦補償値の比率を単調減少させ、
    前記実操舵角速度の大きさが前記操舵角速度閾値未満となってから前記静摩擦補償値の比率の最大値となるまでの期間において、前記静摩擦補償値の比率を単調増加させる、
    請求項８又は９に記載の車両用操向システムの制御装置。