JP2019064483A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な操舵フィーリングを実現できる操舵制御装置を提供する。【解決手段】操舵装置２は、運転者により操舵される操舵部３と、運転者による操舵部３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部５と、操舵部３と転舵部５とを機械的に断接可能なクラッチ６とを備える。操舵部３は、ステアリングシャフト１２における操舵側モータ１７のトルク伝達部位よりもステアリングホイール１１側に設けられ、操舵トルクＴhを検出するトルクセンサ４２とを備える。操舵制御装置１は、クラッチ６が接続された状態では、位相遅れ補償後の操舵トルクに基づいて操舵側モータ１７で発生すべき目標アシスト力を演算し、位相遅れ補償及び位相進み遅れ補償後の操舵トルクに基づいて転舵側モータ３３で発生すべき目標アシスト力を演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

従来、操舵装置の一種として、運転者により操舵される操舵部と運転者の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部とが、クラッチにより機械的に断接可能なステアバイワイヤ式のものがある。

例えば特許文献１の操舵制御装置では、通常は、クラッチにより操舵部と転舵部とを遮断したステアバイワイヤモード（ＳＢＷモード）とし、操舵側モータを有する操舵側アクチュエータにより操舵部に運転者の操舵に抗する操舵反力を付与するとともに、転舵側モータを有する転舵側アクチュエータにより転舵部に転舵輪を転舵させる転舵力を付与する。一方、同操舵制御装置では、操舵側アクチュエータの故障時は、クラッチにより操舵部と転舵部とを締結した電動パワーステアリングモード（ＥＰＳモード）とし、操舵側アクチュエータを停止させるとともに、転舵側アクチュエータにより運転者による操舵を補助するアシスト力を付与する。また、転舵側アクチュエータの故障時は、同じくＥＰＳモードとし、転舵側アクチュエータを停止させるとともに、操舵側アクチュエータにより運転者による操舵を補助するアシスト力を付与する。

特開２０１６−１３２２６４号公報

ところで、上記従来の構成では、トルクセンサがステアリングシャフトにおける操舵側モータのトルク伝達部位よりもステアリングホイール側に設けられている。ここで、操舵トルクは、操舵装置を構成する各種部材の慣性や粘性等の影響により、ステアリングホイールから離れるほど時間的に遅れて伝達される。そのため、ＥＰＳモードにおいて、トルクセンサで検出される操舵トルクの値をそのまま用いて、該トルクセンサから離れた位置に設けられる操舵側モータ及び転舵側モータで発生すべき目標アシスト力を演算すると、遅れて伝達される操舵トルクの影響により振動等が発生するおそれがあり、操舵フィーリングの低下を招いてしまう。

本発明の目的は、良好な操舵フィーリングを実現できる操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵制御装置は、運転者により操舵される操舵部と、転舵輪を転舵させる転舵部と、前記操舵部と前記転舵部とを機械的に断接可能なクラッチと、前記操舵部に運転者の操舵に抗する操舵反力を付与可能な操舵側モータを有する操舵側アクチュエータと、前記転舵部に前記転舵輪を転舵させる転舵力を付与可能な転舵側モータを有する転舵側アクチュエータとを備えた操舵装置を制御対象とし、前記操舵部は、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトにおける前記操舵側モータのトルク伝達部位よりも前記ステアリングホイール側に設けられたトルクセンサとを備えるものであって、前記トルクセンサにより検出される操舵トルクに対して位相遅れ補償を行う第１位相補償制御部と、前記操舵トルクに対して前記第１位相補償制御部よりも位相を遅らせるように位相遅れ補償を行う第２位相補償制御部と、前記クラッチが接続された状態で、前記第１位相補償制御部による位相遅れ補償後の前記操舵トルクに基づいて前記操舵側モータで発生すべき目標アシスト力を演算し、前記第２位相補償制御部による位相遅れ補償後の前記操舵トルクに基づいて前記転舵側モータで発生すべき目標アシスト力を演算する制御部とを備えた。

上記構成によれば、操舵側モータに対し、第１位相補償制御部による位相遅れ補償後の操舵トルクに基づいて目標アシスト力を演算するため、操舵側モータで発生するトルクによって振動が発生することを抑制できる。また、操舵側モータよりもトルクセンサから離れて設けられる転舵側モータに対しては、第２位相補償制御部により第１位相補償制御部よりも位相が遅れるように位相遅れ補償を行った操舵トルクに基づいて目標アシスト力を演算するため、転舵側モータで発生するトルクによって振動が発生することを抑制できる。このようにトルクセンサに対する相対位置に応じて検出される操舵トルクに位相補償を行うことで、振動の発生を抑制し、良好な操舵フィーリングを実現できる。

上記操舵制御装置において、前記第２位相補償制御部は、前記操舵トルクに対し、前記位相遅れ補償に加えて位相進み補償を行うことが好ましい。
上記構成によれば、特に操舵トルクの高周波成分の位相が進められることで、転舵側モータの応答性を向上させて、良好な操舵フィーリングを実現できる。

上記操舵制御装置において、前記第２位相補償制御部は、前記操舵トルクに対して位相遅れ補償を行う位相遅れ補償制御部と、位相進み遅れ補償を行う位相進み遅れ補償制御部とを含むことが好ましい。

上記構成によれば、第２位相補償制御部は、位相遅れ補償と位相進み遅れ補償との二段階の位相補償を行うことにより、容易に第１位相補償制御部よりも位相が遅れるように操舵トルクの位相補償を行うことができる。

上記操舵制御装置において、前記制御部は、前記操舵トルクに基づいて前記操舵側モータ及び前記転舵側モータで発生すべき前記目標アシスト力の基礎成分をそれぞれ演算するとともに、車速が小さくなるほど前記操舵トルクに対する前記各基礎成分の変化の割合であるアシスト勾配が大きくなるように該各基礎成分を演算し、前記第１位相補償制御部は、前記アシスト勾配が大きくなるほど、前記位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相遅れ補償の特性を変更し、前記第２位相補償制御部は、前記アシスト勾配が大きくなるほど、前記位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相遅れ補償の特性を変更するとともに、車速が小さくなるほど、前記位相進み遅れ補償のうちの位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相進み遅れ補償の特性を変更することが好ましい。

上記構成によれば、車速が小さくなるほど、アシスト勾配が大きくなるため、演算される目標アシスト力が大きくなる。これにより、大きなアシスト力の必要な低速時に目標アシスト力が大きく演算されるため、良好な操舵フィーリングを実現できる。一方で、操舵トルクが遅れて伝達されることに起因して、目標アシスト力が大きくなる車速が遅い状態で振動が発生しやすくなる。この点上記構成では、第１及び第２位相補償制御部は、アシスト勾配が大きくなるほど、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように位相遅れ補償の特性をそれぞれ変更し、さらに第２位相補償制御部は、車速が小さくなるほど、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように位相進み遅れ補償の特性を変更する。そのため、振動等が発生することを好適に抑制し、良好な操舵フィーリングを実現できる。

上記操舵制御装置において、前記制御部は、前記操舵側モータ及び前記転舵側モータのいずれか一方のモータの方が、他方のモータよりも前記操舵トルクに基づく前記目標アシスト力が小さくなるように演算することが好ましい。

上記構成によれば、操舵側モータ及び転舵側モータから操舵装置に付与されるアシスト力が過大となって操舵フィーリングが低下することを抑制できる。

本発明によれば、良好な操舵フィーリングを実現できる。

ステアバイワイヤ式の操舵装置の概略構成図。 操舵制御装置のブロック図。 モータ推定温度演算部のブロック図。 操舵側モータ制御部のブロック図。 操舵トルクと基本アシスト成分、及びアシスト勾配を示すグラフ。 （ａ）は位相遅れ補償制御部のゲイン線図、（ｂ）は位相遅れ補償制御部の位相線図。 転舵側モータ制御部のブロック図。 （ａ）は位相進み遅れ補償制御部のゲイン線図、（ｂ）は位相進み遅れ補償制御部の位相線図。 （ａ）は補正前後のｑ軸電流指令値の変化を示すグラフ、（ｂ）はモータ推定温度の変化を示すグラフ。

以下、操舵制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵制御装置１の制御対象となるステアバイワイヤ式の操舵装置２は、運転者により操舵される操舵部３と、運転者による操舵部３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部５と、操舵部３と転舵部５とを機械的に断接可能なクラッチ６とを備えている。

操舵部３は、ステアリングホイール１１が固定されるステアリングシャフト１２を備えている。ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１側から順にコラム軸１３と入力中間軸１４とを連結することにより構成されている。入力中間軸１４は、クラッチ６の入力側部材に接続されている。

操舵部３には、ステアリングシャフト１２に操舵力を付与可能な操舵側アクチュエータ１６が設けられている。操舵側アクチュエータ１６は、駆動源となる操舵側モータ１７と、操舵側モータ１７の回転を減速してコラム軸１３に伝達する操舵側減速機１８とを備えている。なお、本実施形態の操舵側モータ１７には、三相のブラシレスモータが採用されている。

転舵部５は、第１ピニオン軸２１と、第１ピニオン軸２１に連結されたラック軸２２とを備えている。第１ピニオン軸２１の上端には出力中間軸２４が連結されており、出力中間軸２４はクラッチ６の出力側部材に接続されている。第１ピニオン軸２１とラック軸２２とは、所定の交差角をもって配置されており、第１ピニオン軸２１に形成された第１ピニオン歯２１ａとラック軸２２に形成された第１ラック歯２２ａとを噛合することによって第１ラックアンドピニオン機構２５が構成されている。ラック軸２２の両端には、タイロッド２６が連結されており、タイロッド２６の先端は、転舵輪４が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。

転舵部５には、ラック軸２２に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータ３１が第２ピニオン軸３２を介して設けられている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源となる転舵側モータ３３と、転舵側モータ３３の回転を減速して第２ピニオン軸３２に伝達する転舵側減速機３４とを備えている。なお、本実施形態の転舵側モータ３３には、三相のブラシレスモータが採用されている。第２ピニオン軸３２とラック軸２２とは、所定の交差角をもって配置されており、第２ピニオン軸３２に形成された第２ピニオン歯３２ａとラック軸２２に形成された第２ラック歯２２ｂとを噛合することによって第２ラックアンドピニオン機構３５が構成されている。

このように構成された操舵装置２では、クラッチ６が開放された状態（ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）モード）において、運転者の操舵に応じて転舵側アクチュエータ３１により第２ピニオン軸３２が回転駆動され、この回転が第２ラックアンドピニオン機構３５によりラック軸２２の軸方向移動に変換されることで、転舵輪４の転舵角が変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１６からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール１１に付与される。

また、クラッチ６が締結された状態（電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モード）において、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト１２の回転が第１ラックアンドピニオン機構２５によりラック軸２２の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド２６を介してナックルに伝達されることで、転舵輪４の転舵角が変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１６及び転舵側アクチュエータ３１の少なくとも一方から運転者による操舵を補助するためのアシスト力が付与される。

次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
操舵制御装置１は、クラッチ６、操舵側アクチュエータ１６及び転舵側アクチュエータ３１に接続されており、これらの作動を制御する。なお、操舵制御装置１は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、各種制御が実行される。

操舵制御装置１には、車両の車速Ｖを検出する車速センサ４１、及びステアリングシャフト１２に付与された操舵トルクＴhを検出するトルクセンサ４２が接続されている。なお、トルクセンサ４２は、コラム軸１３における操舵側アクチュエータ１６（操舵側減速機１８）との連結部分よりもステアリングホイール１１側に設けられており、トルクセンサ４２は、トーションバー４３の捩れに基づいて操舵トルクＴhを検出する。また、操舵制御装置１には、操舵部３の操舵量を示す検出値として操舵側モータ１７の回転角θ_sを検出する操舵側回転センサ４４、及び転舵部５の転舵量を示す検出値として転舵側モータ３３の回転角θ_tを検出する転舵側回転センサ４５が接続されている。さらに、操舵制御装置１には、操舵側モータ１７近傍の周辺温度Ｏdを検出する温度センサ４６が接続されている。そして、操舵制御装置１は、これら各センサにより検出される各種状態量に基づいて、操舵側モータ１７（操舵側アクチュエータ１６）、転舵側モータ３３（転舵側アクチュエータ３１）及びクラッチ６の作動を制御する。

図２に示すように、操舵制御装置１は、モータ制御信号Ｓm_s，Ｓm_t及びクラッチ制御信号Ｓclを出力する制御部としてのマイコン５１と、操舵側モータ１７に駆動電力を供給するモータ駆動回路５２と、転舵側モータ３３に駆動電力を供給するモータ駆動回路５３と、クラッチ６に駆動電力を供給するクラッチ駆動回路５４とを備えている。そして、モータ制御信号Ｓm_s，Ｓm_tがモータ駆動回路５２，５３に出力されることにより、操舵側モータ１７及び転舵側モータ３３にモータ制御信号Ｓm_s，Ｓm_tに応じた駆動電力がそれぞれ供給され、操舵側アクチュエータ１６及び転舵側アクチュエータ３１の作動が制御される。また、クラッチ制御信号Ｓclがクラッチ駆動回路５４に出力されることにより、クラッチ６の作動が制御される。

詳しくは、マイコン５１には、上記車速Ｖ、操舵トルクＴh、回転角θ_s，θ_t及び周辺温度Ｏdが入力される。また、マイコン５１には、モータ駆動回路５２，５３と各相のモータコイルとの間の接続線５５，５６に設けられた電流センサ５７，５８により検出される操舵側モータ１７及び転舵側モータ３３の各電流値Ｉ_s，Ｉ_tが入力される。なお、図２では、説明の便宜上、各相の接続線５５，５６及び各相の電流センサ５７，５８をそれぞれ１つにまとめて図示している。そして、マイコン５１は、これら各状態量に基づいてモータ制御信号Ｓm_s，Ｓm_t及びクラッチ制御信号Ｓclを出力する。

マイコン５１は、モータ制御信号Ｓm_sを出力する操舵側モータ制御部６１と、モータ制御信号Ｓm_tを出力する転舵側モータ制御部６２と、クラッチ制御信号Ｓclを出力するクラッチ制御部６３と、モータ推定温度Ｏmを演算するモータ推定温度演算部６４とを備えている。モータ推定温度演算部６４には、温度センサ４６により検出される周辺温度Ｏd及び電流センサ５７により検出される操舵側モータ１７の電流値Ｉ_sが入力される。そして、モータ推定温度演算部６４は、周辺温度Ｏd及び電流値Ｉ_sに基づいて、操舵側モータ１７のモータ推定温度Ｏmを演算する。

具体的には、図３に示すように、モータ推定温度演算部６４は、電流値Ｉ_sに基づいてモータ推定温度Ｏmの温度増減値δＯを演算する温度増減値演算部７１を備えている。温度増減値演算部７１は、電流値Ｉ_sの二乗と温度増減値δＯとの関係を示すマップを備えている。このマップは、温度増減値δＯが電流値Ｉ_sの二乗に比例して大きくなる傾向を有し、電流値Ｉ_sの二乗が非温度上昇電流値Ｉ0の二乗よりも小さな範囲で温度増減値δＯが負の値となり、非温度上昇電流値Ｉ0の二乗よりも大きな範囲で温度増減値δＯが正の値となるように設定されている。なお、非温度上昇電流値Ｉ0は、通電に伴う発熱量が操舵側モータ１７の最低放熱量と略等しくなる値であり、操舵側モータ１７の最低放熱量は、操舵側モータ１７の使用が想定される条件の中の最も放熱し難い最悪条件下において操舵側モータ１７が放熱する量である。非温度上昇電流値Ｉ0及び最低放熱量は、それぞれ操舵側モータ１７の放熱特性を考慮して予め設定されている。そして、温度増減値演算部７１は、入力された電流値Ｉ_sを二乗し、マップを参照することにより該二乗した電流値Ｉ_sに応じた温度増減値δＯを演算する。このように演算された温度増減値δＯは、第１加算器７２に出力される。

第１加算器７２には、温度増減値δＯに加え、直前の演算周期で該第１加算器７２が出力した温度増減合計値ΔＯの前回値が遅延処理部７３から入力される。第１加算器７２は、温度増減値δＯと温度増減合計値ΔＯの前回値とを足し合わせた温度増減合計値ΔＯの今回値を遅延処理部７３及び第２加算器７４に出力する。

第２加算器７４には、温度増減合計値ΔＯの今回値に加え、周辺温度Ｏdが入力される。そして、モータ推定温度演算部６４は、温度増減合計値ΔＯの今回値に周辺温度Ｏdを足し合わせてモータ推定温度Ｏmを演算し、上記操舵側モータ制御部６１及びクラッチ制御部６３に出力する。

図２に示すように、クラッチ制御部６３は、入力されるモータ推定温度Ｏmが操舵側モータ１７を停止させることの必要な限界温度Ｏlimよりも低い過熱保護開始温度Ｏst以上であるか否かを判定する。そして、クラッチ制御部６３は、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst未満である場合には、クラッチ６を開放状態とするクラッチ制御信号Ｓclをクラッチ駆動回路５４に出力する。これにより、クラッチ６が開放状態となり、ＳＢＷモードとなる。一方、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst以上である場合には、クラッチ６を接続状態とするクラッチ制御信号Ｓclをクラッチ駆動回路５４に出力する。これにより、クラッチ６が接続状態となり、ＥＰＳモードとなる。

ＳＢＷモードでは、操舵側モータ制御部６１は、操舵トルクＴhに基づき、モデル式（理想モデル）を利用して目標操舵角を演算する。なお、モデル式として、例えばステアリングホイール１１と転舵輪４とが機械的に連結されたものにおいて、転舵輪４の転舵角に換算可能な回転軸に作用するトルクと回転角との関係を定めて表したものを用いることができる。また、操舵側モータ制御部６１は、操舵側モータ１７の回転角θ_sを、例えばステアリング中立位置からの回転数をカウントすることにより、３６０°を超える範囲の絶対角に換算し、操舵側減速機１８の減速比を考慮してステアリングホイール１１の回転角である上側操舵角θhを演算する。そして、操舵制御装置１は、上側操舵角θhが目標操舵角に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、操舵側モータ１７に駆動電力を供給し、操舵部３（ステアリングホイール１１）に操舵反力を付与する。

また、ＳＢＷモードでは、転舵側モータ制御部６２は、転舵側モータ３３の回転角θ_tを絶対角に換算し、転舵側減速機３４の減速比、第１及び第２ラックアンドピニオン機構２５，３５の減速比を考慮して下側操舵角θpを演算する。なお、下側操舵角θpは、クラッチ６が締結状態である場合におけるステアリングホイール１１の回転角度に相当する。転舵側モータ制御部６２は、操舵側モータ制御部６１から目標操舵角を取得し、下側操舵角θpが目標操舵角に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、転舵側モータ３３に駆動電力を供給し、転舵部５（第２ピニオン軸３２）に転舵力を付与する。なお、下側操舵角θpが追従すべき目標操舵角として、上側操舵角θhが追従すべき目標操舵角に対して車速Ｖに応じて変化する伝達比を乗じたものとしてもよい。

ＥＰＳモードでは、操舵側アクチュエータ１６及び転舵側アクチュエータ３１のいずれか一方を停止させた場合には、操舵トルクＴhに基づいて他方の目標アシスト力を演算し、該目標アシスト力が操舵装置２に付与されるように、該他方のモータの作動を制御する。また、上記のように操舵側モータ１７のモータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst以上となることでＥＰＳモードに切り替わった場合には、操舵トルクＴhに基づいて操舵側モータ１７の目標アシスト力を演算し、モータ推定温度Ｏmが限界温度Ｏlimを超えない範囲の電力供給に基づいて該目標アシスト力が操舵装置２に付与されるように、操舵側モータ１７の作動を制御する。このとき、転舵側アクチュエータ３１については、操舵トルクＴhに基づいて転舵側モータ３３の目標アシスト力を演算し、該目標アシスト力が操舵装置２に付与されるように、転舵側モータ３３の作動を制御する。

先ず、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst以上となることでＥＰＳモードに切り替わった場合の操舵側モータ制御部６１の制御態様について説明する。
図４に示すように、操舵側モータ制御部６１は、操舵側モータ１７の目標アシスト力となるアシスト指令値Ｔa_s*を演算するアシスト指令値演算部８１と、アシスト指令値Ｔa_s*に対応した電流指令値Ｉd_s*,Ｉq_s*を演算する電流指令値演算部８２とを備えている。また、操舵側モータ制御部６１は、電流指令値Ｉd_s*,Ｉq_s*を制限するガード処理部８３と、ガード処理部８３により補正された電流指令値Ｉd_s**,Ｉq_s**に基づいてモータ制御信号Ｓm_sを生成するモータ制御信号生成部８４とを備えている。

アシスト指令値演算部８１は、アシスト指令値Ｔa_s*の基礎成分である基本アシスト成分Ｔab_s*を演算する基本アシスト成分演算部８５と、操舵トルクＴhの位相補償を行う第１位相補償制御部としての位相遅れ補償制御部８６を備えている。基本アシスト成分演算部８５は、位相遅れ補償制御部８６による位相補償後の操舵トルクＴh'及び車速Ｖに基づいて、基本アシスト成分Ｔab_s*を演算する。

図５に示すように、基本アシスト成分演算部８５は、操舵トルクＴh'の絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きな絶対値となる基本アシスト成分Ｔab_s*を演算する。特に、操舵トルクＴh'と基本アシスト成分Ｔab_s*との関係では、操舵トルクＴh´が大きいほど、操舵トルクＴh'の変化に対する基本アシスト成分Ｔab_s*の変化の割合が大きくなるように設定されている。すなわち、基本アシスト成分演算部８５は、操舵トルクＴh'が大きいほど、接線Ｌ１，Ｌ２の傾きで表されるアシスト勾配Ｒagが大きくなるように基本アシスト成分Ｔab_s*を演算する。

図４に示すように、基本アシスト成分演算部８５は、操舵トルクＴh'及び車速Ｖに応じたアシスト勾配Ｒagを位相遅れ補償制御部８６に出力する。位相遅れ補償制御部８６は、アシスト勾配Ｒagに基づいて、位相補償の特性（フィルタ係数）を変更する。

具体的には、位相遅れ補償制御部８６は、下記（１）式の伝達関数Ｇｃ１（ｓ）で表される位相遅れ補償（ローパスフィルタ）を行う。

なお、（１）式において「Ｔ１」は時定数、「ｓ」はラプラス演算子、「ａ」は「１」よりも小さな係数を示す。係数ａは、上流側の操舵システムを示す伝達関数Ｇｓｕ（ｓ）に伝達関数Ｇｃ１（ｓ）を直列補償要素として加えた開ループ伝達関数（＝Ｇｓｕ（ｓ）×Ｇｃ１（ｓ））が、例えばナイキスト線図を用いた安定判別により安定となるように設定される。なお、伝達関数Ｇｓｕ（ｓ）は、マイコン５１に入力される操舵トルクＴhに対し、該操舵トルクＴhに基づいて操舵側モータ１７で発生したトルクが操舵側減速機１８、及びステアリングシャフト１２を介してトルクセンサ４２に伝達されるまでのシステムを数式化した伝達関数である。そして、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、アシスト勾配Ｒagの上昇に応じて、ゲインを低減させるとともに位相の遅れ量が大きくなるように、係数ａの値を小さくすることで、位相遅れ補償の特性を変更する。このように位相遅れ補償の特性を変更することで、上記モータ制御信号生成部８４による電流フィードバック制御の実行により振動の発生を抑制し、良好な操舵フィーリングを実現している。

図４に示すように、アシスト指令値演算部８１は、操舵トルクＴhを微分したトルク微分値dＴhに基づいてトルク微分補償成分Ｔti_s*を演算するトルク微分補償成分演算部８７を備えている。トルク微分補償成分演算部８７は、入力されるトルク微分値dＴh（の絶対値）が大きいほど、基本アシスト成分Ｔab_s*（の絶対値）をより増加させるような値を有するトルク微分補償成分Ｔti_s*を演算する。なお、トルク微分補償成分Ｔti_s*を基本アシスト成分Ｔab_s*に重畳することにより、例えばブレーキ操作に伴って生じるブレーキ振動等の外乱を抑制する効果がある。

このように演算された基本アシスト成分Ｔab_s*とトルク微分補償成分Ｔti_s*とは、加算器８８に入力される。そして、アシスト指令値演算部８１は、これら基本アシスト成分Ｔab_s*及びトルク微分補償成分Ｔti_s*の加算値を、アシスト指令値Ｔa_s*として電流指令値演算部８２に出力する。

電流指令値演算部８２は、アシスト指令値Ｔa_s*に基づいて、操舵側モータ１７の駆動電流の目標値である電流指令値Ｉd_s*,Ｉq_s*を演算する。本実施形態では、電流指令値演算部８２は、アシスト指令値Ｔa_s*に基づいてｄ／ｑ座標系におけるｑ軸上のｑ軸電流指令値Ｉq_s*を演算し、ｑ軸電流指令値Ｉq_s*をガード処理部８３に出力する。なお、ｄ軸上のｄ軸電流指令値Ｉd_s*はゼロに設定されており、電流指令値演算部８２は、ｄ軸電流指令値Ｉd_s*もガード処理部８３に出力する。

ガード処理部８３には、電流指令値Ｉd_s*,Ｉq_s*に加えて、モータ推定温度Ｏmが入力される。ガード処理部８３は、モータ推定温度Ｏmに応じて電流指令値Ｉd_s*,Ｉq_s*の絶対値を制限した電流指令値Ｉd_s**,Ｉq_s**をモータ制御信号生成部８４に出力する。具体的には、ガード処理部８３は、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏstよりも大きく、かつ限界温度Ｏlimよりも小さい過熱予備温度Ｏpr以上であるか否かを判定する。そして、モータ推定温度Ｏmが過熱予備温度Ｏpr以上であり、ｑ軸電流指令値Ｉq_s*の絶対値が非温度上昇電流値Ｉ0の絶対値よりも大きい場合には、このｑ軸電流指令値Ｉq_s*の絶対値を非温度上昇電流値Ｉ0に制限する。一方、モータ推定温度Ｏmが過熱予備温度Ｏpr未満の場合、又はｑ軸電流指令値Ｉq_s*の絶対値が非温度上昇電流値Ｉ0の絶対値以下の場合には、入力されたｑ軸電流指令値Ｉq_s*の値を制限しない。なお、ｄ軸上のｄ軸電流指令値Ｉd_s*はゼロに設定されているため、ガード処理部８３は、モータ推定温度Ｏmにかかわらず、ｄ軸電流指令値Ｉd_s*を制限しない。

モータ制御信号生成部８４は、補正後の電流指令値Ｉd_s**,Ｉq_s**に操舵側モータ１７の電流値Ｉ_sを追従させる電流フィードバック制御を実行することにより、モータ制御信号Ｓm_sを生成し、モータ駆動回路５２に出力する。具体的には、モータ制御信号生成部８４には、補正後のｄ軸電流指令値Ｉd_s**及びｑ軸電流指令値Ｉq_s**に加え、各電流値Ｉ_s及び回転角θ_sが入力される。モータ制御信号生成部８４は、回転角θ_sに基づいて各電流値Ｉ_sをｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ／ｑ座標系における操舵側モータ１７の実際の電流値であるｄ軸電流値及びｑ軸電流値を演算する。そして、モータ制御信号生成部８４は、ｄ軸電流値をｄ軸電流指令値Ｉd_s**に追従させるべく、またｑ軸電流値をｑ軸電流指令値Ｉq_s**に追従させるべく、それぞれの偏差に基づく電流フィードバック制御を行うことによりモータ制御信号Ｓm_sを生成する。このモータ制御信号Ｓm_sがモータ駆動回路５２に出力されることにより操舵側モータ１７にモータ制御信号Ｓm_sに応じた駆動電力が供給され、操舵側モータ１７（操舵側アクチュエータ３１）からアシスト指令値Ｔa_s*に応じたモータトルクがアシスト力としてステアリングシャフト１２に付与される。

次に、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst以上となることでＥＰＳモードに切り替わった場合の転舵側モータ制御部６２の制御態様について説明する。
図７に示すように、転舵側モータ制御部６２は、転舵側モータ３３の目標アシスト力となるアシスト指令値Ｔa_t*を演算するアシスト指令値演算部９１を備えている。また、転舵側モータ制御部６２は、アシスト指令値Ｔa_t*に対応した電流指令値Ｉd_t*,Ｉq_t*を演算する電流指令値演算部９２と、電流指令値Ｉd_t*,Ｉq_t*に基づいてモータ制御信号Ｓm_tを生成するモータ制御信号生成部９３とを備えている。

アシスト指令値演算部９１は、基本アシスト成分Ｔab_t*を演算する基本アシスト成分演算部９４と、操舵トルクＴhの位相を遅らせる位相遅れ補償制御部９５と、操舵トルクＴの位相を遅らせるとともに進ませる位相進み遅れ補償制御部９６とを備えている。なお、本実施形態では、位相遅れ補償制御部９５及び位相進み遅れ補償制御部９６により、第２位相補償制御部が構成されている。基本アシスト成分演算部８５は、位相遅れ補償制御部９５及び位相進み遅れ補償制御部９６による位相補償後の操舵トルクＴh''及び車速Ｖに基づいて、基本アシスト成分Ｔab_t*を演算する。なお、基本アシスト成分演算部９４は、操舵側モータ制御部６１の基本アシスト成分演算部８５と同様に、操舵トルクＴh''の絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きな絶対値となる基本アシスト成分Ｔab_s*を演算する。本実施形態では、基本アシスト成分演算部９４が演算する操舵トルクＴh''及び車速Ｖに対する基本アシスト成分Ｔab_t*の絶対値は、基本アシスト成分演算部８５が演算する操舵トルクＴh'及び車速Ｖに対する基本アシスト成分Ｔab_s*よりも大きくなるように設定されている。

位相遅れ補償制御部９５は、下記（２）式の伝達関数Ｇｃ２（ｓ）で表される位相遅れ補償を行う。

なお、（２）式において「Ｔ２」は時定数、「ｓ」はラプラス演算子、「ｂ」は「１」よりも小さな係数を示す。そして、位相遅れ補償制御部９５は、位相遅れ補償制御部８６と同様に、アシスト勾配Ｒagの上昇に応じて、ゲインを低減させるとともに位相の遅れ量が大きくなるように、係数ｂの値を小さくすることで、位相遅れ補償の特性を変更する（図６（ａ），（ｂ）参照）。

また、位相進み遅れ補償制御部９６は、下記（３）式の伝達関数Ｇｃ３（ｓ）で表される位相進み遅れ補償（バンドパスフィルタ）を行う。

なお、（３）式において「Ｔ３」及び「Ｔ４」は時定数、「ｓ」はラプラス演算子、「ｃ」は「１」よりも小さな係数、「ｄ」は「１」よりも大きな係数を示す。そして、位相進み遅れ補償制御部９６は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、車速Ｖの減少に応じて、ゲインを低減させるとともに位相の遅れ量が大きくなるように、係数ｃの値を小さくすることで、位相進み遅れ補償の特性を変更する。

係数ｂ，ｃ，ｄは、下流側の操舵システムを示す伝達関数Ｇｓｌ（ｓ）に伝達関数Ｇｃ２（ｓ）及び伝達関数Ｇｃ３（ｓ）を直列補償要素として加えた開ループ伝達関数（＝Ｇｓｌ（ｓ）×Ｇｃ２（ｓ）×Ｇｃ３（ｓ））が、例えばナイキスト線図を用いた安定判別により安定となるように設定される。なお、伝達関数Ｇｓｌ（ｓ）は、マイコン５１に入力される操舵トルクＴhに対し、該操舵トルクＴhに基づいて転舵側モータ３３で発生したトルクが転舵側減速機３４、第２ピニオン軸３２、ラック軸２２、第１ピニオン軸２１、出力中間軸２４、クラッチ６、入力中間軸１４、及びコラム軸１３を介してトルクセンサ４２に伝達されるシステムを数式化した伝達関数である。このように位相遅れ補償及び位相進み遅れ補償の特性を変更することで、上記モータ制御信号生成部９３による電流フィードバック制御の実行により振動の発生を抑制し、良好な操舵フィーリングを実現している。

図７に示すように、アシスト指令値演算部９１は、上記トルク微分補償成分演算部８７と同様に、操舵トルクＴhを微分したトルク微分値dＴhに基づいてトルク微分補償成分Ｔti_t*を演算するトルク微分補償成分演算部９７を備えている。基本アシスト成分Ｔab_t*とトルク微分補償成分Ｔti_t*とは、加算器９８に入力される。そして、アシスト指令値演算部９１は、これら基本アシスト成分Ｔab_t*及びトルク微分補償成分Ｔti_t*の加算値を、アシスト指令値Ｔa_t*として電流指令値演算部９２に出力する。また、電流指令値演算部９２は、上記電流指令値演算部８２と同様に、アシスト指令値Ｔa_t*に基づいて、転舵側モータ３３の駆動電流の目標値である電流指令値Ｉd_t*,Ｉq_t*を演算する。そして、モータ制御信号生成部９３は、上記モータ制御信号生成部８４と同様に、電流指令値Ｉd_t*,Ｉq_t*に転舵側モータ３３の各電流値Ｉ_tを追従させる電流フィードバック制御を実行することにより、モータ制御信号Ｓm_tを生成し、モータ駆動回路５３に出力する。

次に、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst以上になることでＥＰＳモードに切り替わった場合における操舵側モータ１７の制御態様について、一例を説明する。
例えば図９（ａ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間は、ｑ軸電流指令値Ｉq_s*が非温度上昇電流値Ｉ0以下であるため、通電による発熱量よりも放熱量が大きくなり、図９（ｂ）に示すように、モータ推定温度Ｏmは徐々に低下する。また、時刻ｔ１以降、ｑ軸電流指令値Ｉq_s*が非温度上昇電流値Ｉ0よりも大きくなると、モータ推定温度Ｏmが徐々に上昇する。そして、モータ推定温度Ｏmが過熱予備温度Ｏpr未満である時刻ｔ２までは、操舵側モータ１７に供給する電流が制限されず、補正後のｑ軸電流指令値Ｉq_s**は、アシスト指令値Ｔa_s*に基づいた補正前のｑ軸電流指令値Ｉq_s*と同一になる。このように操舵側モータ１７の過熱保護を実行している間でも、運転者の操舵に応じて大きなアシスト力が付与される。

その後、モータ推定温度Ｏmの上昇が続き、時刻ｔ２において、モータ推定温度Ｏmが過熱予備温度Ｏprに達すると、操舵側モータ１７に供給する電流が制限され、補正後のｑ軸電流指令値Ｉq_s**が非温度上昇電流値Ｉ0となる。これにより、モータ推定温度Ｏmの上昇が抑制され、操舵側モータ１７の過熱が防止される。続いて、時刻ｔ３において、ｑ軸電流指令値Ｉq_s*が非温度上昇電流値Ｉ0以下になると、モータ推定温度Ｏmは徐々に低下する。そして、時刻ｔ４において、ｑ軸電流指令値Ｉq_s*が非温度上昇電流値Ｉ0より大きくなっても、モータ推定温度Ｏmが過熱予備温度Ｏpr未満である間は、操舵側モータ１７に供給する電流が制限されず、補正後のｑ軸電流指令値Ｉq_s**は、アシスト指令値Ｔa_s*に基づいた補正前のｑ軸電流指令値Ｉq_s*と同一になる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）操舵側モータ制御部６１は、位相遅れ補償制御部８６による位相遅れ補償後の操舵トルクＴh'に基づいてアシスト指令値Ｔa_s*を演算し、操舵側モータ１７の作動を制御する。そのため、操舵側モータ１７で発生するトルクによって振動が発生することを抑制できる。転舵側モータ制御部６２は、操舵側モータ１７よりもトルクセンサ４２から大きく離れて設けられる転舵側モータ３３に対して、位相遅れ補償制御部９５による位相遅れ補償に加え、位相進み遅れ補償制御部９６による位相進み遅れ補償を行った操舵トルクＴh''に基づいてアシスト指令値Ｔa_t*を演算し、転舵側モータ３３の作動を制御する。そのため、転舵側モータ３３で発生するトルクによって振動が発生することを抑制できる。このようにトルクセンサ４２に対する相対位置に応じて検出される操舵トルクＴhに位相補償を行うことで、振動の発生を抑制し、良好な操舵フィーリングを実現できる。

（２）位相進み遅れ補償制御部９６は、操舵トルクＴhに対し、位相遅れ補償に加えて位相進み補償を行うため、特に操舵トルクＴhの高周波成分の位相が進められることで、転舵側モータ３３の応答性を向上させて、良好な操舵フィーリングを実現できる。

（３）操舵トルクＴhに対して、位相遅れ補償制御部９５による位相遅れ補償及び位相進み遅れ補償制御部９６による位相進み遅れ補償の二段階の位相遅れ補償を行うことにより、容易に操舵トルクＴh''の位相が位相遅れ補償制御部８６による位相遅れ補償後の操舵トルクＴh'よりも大きく遅れるように位相補償を行うことができる。

（４）操舵側モータ制御部６１及び転舵側モータ制御部６２は、それぞれ操舵トルクＴhに基づいて発生すべき基本アシスト成分Ｔab_s*，Ｔab_t*を演算するとともに、車速Ｖが小さくなるほどアシスト勾配Ｒagが大きくなるように基本アシスト成分Ｔab_s*，Ｔab_t*を演算する。したがって、車速Ｖが小さくなるほど、アシスト勾配Ｒagが大きくなるため、アシスト指令値Ｔa_s*，Ｔa_t*が大きくなる。これにより、大きなアシスト力の必要な低速時に目標アシスト力が大きく演算されるため、良好な操舵フィーリングを実現できる。一方、操舵トルクＴhが遅れて伝達されることに起因して、基本アシスト成分Ｔab_s*，Ｔab_t*が大きくなる車速Ｖが遅い状態で振動が発生しやすくなる。この点、位相遅れ補償制御部８６，９５は、アシスト勾配Ｒagが大きくなるほど、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように位相遅れ補償の特性を変更する。また、位相進み遅れ補償制御部９６は、車速Ｖが小さくなるほど、位相進み遅れ補償のうちの位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相進み遅れ補償の特性を変更する。これにより、振動等が発生することを好適に抑制し、良好な操舵フィーリングを実現できる。

（５）マイコン５１は、転舵側モータ３３よりも操舵側モータ１７の方が操舵トルクＴhに対するアシスト指令値Ｔa_s*，Ｔa_t*が小さくなるように、これらアシスト指令値Ｔa_s*，Ｔa_t*を演算する。そのため、操舵側モータ１７及び転舵側モータ３３から操舵装置２に付与されるアシスト力が過大となって操舵フィーリングが低下することを抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、転舵側モータ３３よりも操舵側モータ１７の方が操舵トルクＴhに対するアシスト指令値Ｔa_s*，Ｔa_t*が小さくなるように演算したが、これに限らず、例えば操舵側モータ１７よりも転舵側モータ３３の方が操舵トルクＴhに対するアシスト指令値Ｔa_s*，Ｔa_t*が大きくなるように演算してもよい。

・上記実施形態では、位相遅れ補償制御部８６，９５は、アシスト勾配Ｒagが大きくなるほど、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように位相遅れ補償の特性を変更したが、これに限らず、アシスト勾配Ｒagの大きさに関わらず、位相遅れ補償の特性を変更しなくてもよい。同様に、位相進み遅れ補償制御部９６は、車速Ｖの大きさに関わらず、位相進み遅れ補償のうちの位相遅れ補償について、その特性を変更しなくてもよい。

・上記実施形態では、転舵側モータ制御部６２は位相遅れ補償制御部９５による位相遅れ補償及び位相進み遅れ補償制御部９６による位相進み遅れ補償を行うことで、補償後の操舵トルクＴh''の位相が位相遅れ補償制御部８６による位相遅れ補償後の操舵トルクＴh'よりも大きく遅れるようにした。しかし、これに限らず、例えば位相進み遅れ補償に代えて位相遅れ補償と位相進み補償とをそれぞれ行う位相補償制御部を設けてもよい。また、例えば位相進み遅れ補償制御部９６による位相進み遅れ補償のみで、補償後の操舵トルクＴh''の位相が位相遅れ補償制御部８６による位相遅れ補償後の操舵トルクＴh'よりも大きく遅れるようにしてもよい。要は、基本アシスト成分Tab_t*を演算する際に用いる操舵トルクＴh''が、基本アシスト成分Ｔab_s*を演算する際に用いる操舵トルクＴh'の位相よりも大きく遅れるように位相補償が行われれば、その態様は適宜変更可能である。

・上記実施形態では、温度センサ４６により検出される操舵側モータ１７近傍の周辺温度Ｏdに、通電による温度増減値δＯを足し合わせることによりモータ推定温度Ｏmを演算したが、これに限らず、例えば温度センサにより操舵側モータ１７の温度を直接測定し、この測定結果をモータ推定温度Ｏmとしてもよい。

・上記実施形態では、操舵側モータ１７のモータ推定温度Ｏmを演算し、モータ推定温度Ｏmが過熱保護開始温度Ｏst以上となった場合にクラッチ６を接続してＥＰＳモードとした。しかし、これに限らず、例えば転舵側モータ３３のモータ推定温度を演算し、該モータ推定温度が過熱保護開始温度Ｏst以上となった場合にＥＰＳモードとし、転舵側モータ３３によりモータ推定温度Ｏmが限界温度Ｏlimを超えない範囲の電力供給を行うことでアシスト力を発生させるようにしてもよい。また、例えば電源電圧の低下を検出した場合等にクラッチ６を接続してＥＰＳモードとしてもよく、クラッチ６を接続する条件は適宜変更可能である。

・上記実施形態では、クラッチ６を接続した状態で、操舵側モータ１７及び転舵側モータ３３の双方からアシスト力を付与したが、これに限らず、操舵側モータ１７及び転舵側モータ３３のいずれか一方のみからアシスト力を付与してもよい。なお、この場合においても、アシスト指令値Ｔa_t*を演算する際に用いる操舵トルクＴh''の位相遅れ量が、アシスト指令値Ｔa_s*を演算する際に用いる操舵トルクＴh'の位相遅れ量よりも大きくなることは言うまでもない。

１…操舵制御装置、２…操舵装置、３…操舵部、４…転舵輪、５…転舵部、６…クラッチ、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１６…操舵側アクチュエータ、１７…操舵側モータ、２２…ラック軸、３１…転舵側アクチュエータ、３３…転舵側モータ、４２…トルクセンサ、５１…マイコン（制御部）、５２，５３…モータ駆動回路、５４…クラッチ駆動回路、６１…操舵側モータ制御部、６２…転舵側モータ制御部、６３…クラッチ制御部、６４…モータ推定温度演算部、８６，９５…位相遅れ補償制御部（第１位相補償制御部、第２位相補償制御部）、９６…位相進み遅れ補償制御部（第２位相補償制御部）、Ｉ_s，Ｉ_t…電流値、Ｉd_s*，Ｉd_t*…ｄ軸電流指令値、Ｉq_s*，Ｉq_t*…ｑ軸電流指令値、Ｒag…アシスト勾配、Ｓcl…クラッチ制御信号、Ｓm_s，Ｓm_t…モータ制御信号、Ｔh…操舵トルク、Ｔa_s*，Ta_t*…アシスト指令値（目標アシスト力）、Ｔab_s*，Tab_t*…基本アシスト成分（基礎成分）、θ_s，θ_t…回転角。

Claims (5)

1. 運転者により操舵される操舵部と、転舵輪を転舵させる転舵部と、前記操舵部と前記転舵部とを機械的に断接可能なクラッチと、前記操舵部に運転者の操舵に抗する操舵反力を付与可能な操舵側モータを有する操舵側アクチュエータと、前記転舵部に前記転舵輪を転舵させる転舵力を付与可能な転舵側モータを有する転舵側アクチュエータとを備えた操舵装置を制御対象とし、
   前記操舵部は、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトにおける前記操舵側モータのトルク伝達部位よりも前記ステアリングホイール側に設けられたトルクセンサとを備えるものであって、
   前記トルクセンサにより検出される操舵トルクに対して位相遅れ補償を行う第１位相補償制御部と、
   前記操舵トルクに対して前記第１位相補償制御部よりも位相を遅らせるように位相遅れ補償を行う第２位相補償制御部と、
   前記クラッチが接続された状態で、前記第１位相補償制御部による位相遅れ補償後の前記操舵トルクに基づいて前記操舵側モータで発生すべき目標アシスト力を演算し、前記第２位相補償制御部による位相遅れ補償後の前記操舵トルクに基づいて前記転舵側モータで発生すべき目標アシスト力を演算する制御部とを備えた操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記第２位相補償制御部は、前記操舵トルクに対し、前記位相遅れ補償に加えて位相進み補償を行う操舵制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の操舵制御装置において、
   前記第２位相補償制御部は、前記操舵トルクに対して位相遅れ補償を行う位相遅れ補償制御部と、位相進み遅れ補償を行う位相進み遅れ補償制御部とを含む操舵制御装置。
4. 請求項３に記載の操舵制御装置において、
   前記制御部は、前記操舵トルクに基づいて前記操舵側モータ及び前記転舵側モータで発生すべき前記目標アシスト力の基礎成分をそれぞれ演算するとともに、車速が小さくなるほど前記操舵トルクに対する前記各基礎成分の変化の割合であるアシスト勾配が大きくなるように該各基礎成分を演算し、
   前記第１位相補償制御部は、前記アシスト勾配が大きくなるほど、前記位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相遅れ補償の特性を変更し、
   前記第２位相補償制御部は、前記アシスト勾配が大きくなるほど、前記位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相遅れ補償の特性を変更するとともに、車速が小さくなるほど、前記位相進み遅れ補償のうちの位相遅れ補償について、ゲインを低減させて位相遅れ量が大きくなるように該位相進み遅れ補償の特性を変更する操舵制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記制御部は、前記操舵側モータ及び前記転舵側モータのいずれか一方のモータの方が、他方のモータよりも前記操舵トルクに基づく前記目標アシスト力が小さくなるように演算する操舵制御装置。