JP7035574B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

従来、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達を分離した、いわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置が知られている。この操舵装置は、ステアリングシャフトに付与される操舵反力の発生源である反力モータ、および転舵輪を転舵させる転舵力の発生源である転舵モータを有している。車両が走行しているとき、操舵装置の制御装置（操舵制御装置）は、反力モータを通じて操舵反力を発生させる反力制御を実行するとともに、転舵モータを通じて転舵輪を転舵させる転舵制御を実行する。

たとえば特許文献１の操舵制御装置は、つぎのような転舵制御を実行する。すなわち、操舵制御装置は、操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量、および操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量を演算し、これら定常ステア制御量と微分ステア制御量とを加算した値を転舵輪の目標転舵角として設定する。操舵制御装置は、実際の転舵角を目標転舵角に一致させるように転舵モータへの給電を制御する。操舵制御装置は、車両の走行モード（ノーマルモード、スポーツモードなど）に応じて微分ステア制御量を演算する。これにより、操舵角速度に対する転舵角の位相を走行モードに適合させること、ひいては目標の転舵応答を得ることが可能である。

特開２０１４－１５１８８１号公報

近年では、車両の高機能化あるいは高性能化に向けた様々な車載制御装置の開発が進められている。操舵制御装置についても、転舵応答を含めステアリングホイールの操作に対する転舵輪の動作について、更なる改善が検討されている。

本発明の目的は、転舵輪に適切な転舵動作を行わせることができる操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る操舵制御装置は、車両の転舵輪を転舵させるための機構に付与される駆動力の発生源であるモータを操舵状態に応じて演算される指令値に基づき制御する。操舵制御装置は、操舵状態に応じて演算される、転舵輪の転舵動作に連動して回転する回転体の目標回転角に基づき前記機構における慣性成分、粘性成分、およびばね成分の少なくとも一つを補償するべく前記指令値に反映させる補償量を演算する補償制御部を有している。

転舵輪を転舵させるための機構毎に、転舵輪の転舵動作に対する慣性成分、粘性成分、およびばね成分の影響の大きさが異なることが考えられる。このため、従来の微分ステアリング制御では必ずしも転舵輪の転舵動作に対する各成分（慣性、粘性、ばね）の影響を抑えることができないおそれがある。

この点、上記の操舵制御装置によれば、転舵輪を転舵させるための機構における慣性成分、粘性成分、およびばね成分の少なくとも一つを補償するための補償量が指令値に反映される。たとえば慣性成分が転舵輪の転舵動作に及ぼす影響は大きいものの、粘性成分およびばね成分は問題にならない機構の場合、慣性成分のみを補償すればよい。また、慣性成分およびばね成分が転舵輪の転舵動作に及ぼす影響は大きいものの、粘性成分は問題にならない機構の場合、慣性成分およびばね成分のみを補償すればよい。また、慣性成分、粘性成分、およびばね成分のすべてが転舵輪の転舵動作に影響を及ぼす機構の場合、慣性成分、粘性成分、およびばね成分のすべてを補償すればよい。このように、転舵輪を転舵させるための機構の特性に応じて、慣性成分、粘性成分およびばね成分を選択的に補償することにより、転舵輪の転舵動作に影響を及ぼす成分（慣性、粘性、ばね）を好適に抑えることができる。したがって、補償量が反映された指令値に基づきモータが制御されることにより、転舵輪は適切な転舵動作を行う。転舵輪の転舵応答性を確保することも可能である。

上記の操舵制御装置において、前記回転体の目標回転角を操舵状態に基づき演算する第１の演算部と、前記目標回転角に前記回転体の実際の回転角を一致させるフィードバック制御を通じて前記指令値を演算する第２の演算部と、を備えていることが好ましい。この場合、前記補償制御部は、前記第１の演算部により演算される目標回転角に基づき前記補償量を演算する補償量演算部と、前記補償量演算部により演算される補償量を前記第１の演算部により演算される目標回転角に加算することにより前記指令値の演算に使用される最終的な目標回転角を演算する加算器と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、補償制御部により演算される補償量は、第１の演算部により演算される目標回転角に加算されることにより指令値に反映される。
上記の操舵制御装置において、前記モータは、前記機構を構成する転舵シャフトに駆動力を付与する転舵モータであることが好ましい。

この構成によるように、ステアリングホイールと離れている箇所である転舵シャフトに駆動力を付与する場合、上述のように慣性成分、粘性成分、およびばね成分の少なくとも一つを補償することが、転舵輪に適切な転舵動作を行わせるうえで効果的である。

本発明によれば、転舵輪に適切な転舵動作を行わせることができる。

操舵制御装置の第１の実施の形態が搭載されるステアバイワイヤ方式の操舵装置の構成図。 第１の実施の形態における制御装置の制御ブロック図。 第１の実施の形態における目標舵角演算部の制御ブロック図。 第１の実施の形態における車両モデルの制御ブロック図。 第１の実施の形態における補償制御部の制御ブロック図。 第１の実施の形態における目標転舵角および実際の転舵角の時間に対する変化を示すグラフ。 第２の実施の形態における補償制御部の要部を示す制御ブロック図。 第３の実施の形態における制御装置の要部を示す制御ブロック図。 第３の実施の形態における転舵角および転舵状態判定値の時間に対する変化を示すグラフ。 操舵制御装置の第４の実施の形態が搭載される電動パワーステアリング装置の構成図。 第４の実施の形態における操舵制御装置の制御ブロック図。

＜第１の実施の形態＞
操舵制御装置をステアバイワイヤ方式の操舵装置に適用した第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、車両の操舵装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２を有している。また、操舵装置１０は、車幅方向（図１中の左右方向）に沿って延びる転舵シャフト１４を有している。転舵シャフト１４の両端には、それぞれタイロッド１５，１５を介して左右の転舵輪１６，１６が連結されている。転舵シャフト１４が直線運動することにより、転舵輪１６，１６の転舵角θ_ｗが変更される。

＜操舵反力を発生させるための構成：反力ユニット＞
また、操舵装置１０は、操舵反力を生成するための構成として、反力モータ３１、減速機構３２、回転角センサ３３、およびトルクセンサ３４を有している。ちなみに、操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール１１の操作方向と反対方向へ向けて作用する力（トルク）をいう。操舵反力をステアリングホイール１１に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。

反力モータ３１は、操舵反力の発生源である。反力モータ３１としてはたとえば三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のブラシレスモータが採用される。反力モータ３１（正確には、その回転軸）は、減速機構３２を介して、ステアリングシャフト１２に連結されている。減速機構３２は、ステアリングシャフト１２におけるステアリングホイール１１と反対側の部分に設けられている。反力モータ３１のトルクは、操舵反力としてステアリングシャフト１２に付与される。

回転角センサ３３は反力モータ３１に設けられている。回転角センサ３３は、反力モータ３１の回転角θ_ａを検出する。反力モータ３１の回転角θ_ａは、舵角（操舵角）θ_ｓの演算に使用される。反力モータ３１とステアリングシャフト１２とは減速機構３２を介して連動する。このため、反力モータ３１の回転角θ_ａとステアリングシャフト１２の回転角、ひいてはステアリングホイール１１の回転角である舵角θ_ｓとの間には相関がある。したがって、反力モータ３１の回転角θ_ａに基づき舵角θ_ｓを求めることができる。

トルクセンサ３４は、ステアリングホイール１１の回転操作を通じてステアリングシャフト１２に加わる操舵トルクＴ_ｈを検出する。トルクセンサ３４は、ステアリングシャフト１２における減速機構３２よりもステアリングホイール１１側の部分に設けられている。

＜転舵力を発生させるための構成：転舵ユニット＞
また、操舵装置１０は、転舵輪１６，１６を転舵させるための動力である転舵力を生成するための構成として、転舵モータ４１、減速機構４２、および回転角センサ４３を有している。

転舵モータ４１は転舵力の発生源である。転舵モータ４１としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。転舵モータ４１（正確には、その回転軸）は、減速機構４２を介してピニオンシャフト４４に連結されている。ピニオンシャフト４４のピニオン歯４４ａは、転舵シャフト１４のラック歯１４ｂに噛み合わされている。転舵モータ４１のトルクは、転舵力としてピニオンシャフト４４を介して転舵シャフト１４に付与される。転舵モータ４１の回転に応じて、転舵シャフト１４は車幅方向（図中の左右方向）に沿って移動する。

回転角センサ４３は転舵モータ４１に設けられている。回転角センサ４３は転舵モータ４１の回転角θ_ｂを検出する。
ちなみに、操舵装置１０は、ピニオンシャフト１３を有している。ピニオンシャフト１３は、転舵シャフト１４に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト１３のピニオン歯１３ａは、転舵シャフト１４のラック歯１４ａに噛み合わされている。ピニオンシャフト１３を設ける理由は、ピニオンシャフト４４と共に転舵シャフト１４をハウジング（図示略）の内部に支持するためである。すなわち、操舵装置１０に設けられる支持機構（図示略）によって、転舵シャフト１４は、その軸方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオンシャフト１３，４４へ向けて押圧される。これにより、転舵シャフト１４はハウジングの内部に支持される。ただし、ピニオンシャフト１３を使用せずに転舵シャフト１４をハウジングに支持する他の支持機構を設けてもよい。

なお、ピニオンシャフト４４は、転舵シャフト１４と共に転舵輪１６，１６を転舵させるための機構である転舵機構を構成する。
＜制御装置＞
また、操舵装置１０は、制御装置５０を有している。制御装置５０は、各種のセンサの検出結果に基づき反力モータ３１、および転舵モータ４１を制御する。センサとしては、前述した回転角センサ３３、トルクセンサ３４および回転角センサ４３に加えて、車速センサ５０１がある。車速センサ５０１は、車両に設けられて車両の走行速度である車速Ｖを検出する。

制御装置５０は、反力モータ３１の駆動制御を通じて操舵トルクＴ_ｈに応じた操舵反力を発生させる反力制御を実行する。制御装置５０は操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づき目標操舵反力を演算し、この演算される目標操舵反力、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づきステアリングホイール１１の目標操舵角を演算する。制御装置５０は、実際の舵角θ_ｓを目標操舵角に追従させるべく実行される舵角θ_ｓのフィードバック制御を通じて舵角補正量を演算し、この演算される舵角補正量を目標操舵反力に加算することにより操舵反力指令値を演算する。制御装置５０は、操舵反力指令値に応じた操舵反力を発生させるために必要とされる電流を反力モータ３１へ供給する。

制御装置５０は、転舵モータ４１の駆動制御を通じて転舵輪１６，１６を操舵状態に応じて転舵させる転舵制御を実行する。制御装置５０は、回転角センサ４３を通じて検出される転舵モータ４１の回転角θ_ｂに基づきピニオンシャフト４４の実際の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。このピニオン角θ_ｐは、転舵輪１６，１６の転舵角θ_ｗを反映する値である。制御装置５０は、前述した目標操舵角を使用して目標ピニオン角を演算する。そして制御装置５０は、目標ピニオン角と実際のピニオン角θ_ｐとの偏差を求め、当該偏差を無くすように転舵モータ４１に対する給電を制御する。

＜制御装置の詳細構成＞
つぎに、制御装置５０について詳細に説明する。
図２に示すように、制御装置５０は、反力制御を実行する反力制御部５０ａ、および転舵制御を実行する転舵制御部５０ｂを有している。

＜反力制御部＞
反力制御部５０ａは、目標操舵反力演算部５１、目標舵角演算部５２、舵角演算部５３、舵角フィードバック制御部５４、加算器５５、および通電制御部５６を有している。

目標操舵反力演算部５１は、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づき目標操舵反力Ｔ_１ ^＊を演算する。
目標舵角演算部５２は、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づきステアリングホイール１１の目標舵角θ^＊を演算する。目標舵角演算部５２は、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊および操舵トルクＴ_ｈの総和を入力トルクとするとき、この入力トルクに基づいて理想的な舵角を定める理想モデルを有している。この理想モデルは、ステアリングホイール１１と転舵輪１６，１６との間の動力伝達経路が機械的に連結された操舵装置を前提として、入力トルクに応じた理想的な転舵角に対応する舵角（操舵角）を予め実験などによりモデル化したものである。目標舵角演算部５２は、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊と操舵トルクＴ_ｈとを加算することにより入力トルクを求め、この入力トルクから理想モデルに基づいて目標舵角θ^＊（目標操舵角）を演算する。

舵角演算部５３は、回転角センサ３３を通じて検出される反力モータ３１の回転角θ_ａに基づきステアリングホイール１１の実際の舵角θ_ｓを演算する。舵角フィードバック制御部５４は、実際の舵角θ_ｓを目標舵角θ^＊に追従させるべく舵角θ_ｓのフィードバック制御を通じて舵角補正量Ｔ_２ ^＊を演算する。加算器５５は、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊に舵角補正量Ｔ_２ ^＊を加算することにより操舵反力指令値Ｔ^＊を算出する。

通電制御部５６は、操舵反力指令値Ｔ^＊に応じた電力を反力モータ３１へ供給する。具体的には、通電制御部５６は、操舵反力指令値Ｔ^＊に基づき反力モータ３１に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部５６は、反力モータ３１に対する給電経路に設けられた電流センサ５７を通じて、当該給電経路に生じる実際の電流値Ｉ_ａを検出する。この電流値Ｉ_ａは、反力モータ３１に供給される実際の電流の値である。そして通電制御部５６は、電流指令値と実際の電流値Ｉ_ａとの偏差を求め、当該偏差を無くすように反力モータ３１に対する給電を制御する（電流Ｉ_ａのフィードバック制御）。これにより、反力モータ３１は操舵反力指令値Ｔ^＊に応じたトルクを発生する。運転者に対して路面反力に応じた適度な手応え感を与えることが可能である。

＜転舵制御部＞
図２に示すように、転舵制御部５０ｂは、ピニオン角演算部６１、舵角比変更制御部６２、補償制御部６３、ピニオン角フィードバック制御部６４、および通電制御部６５を有している。

ピニオン角演算部６１は、回転角センサ４３を通じて検出される転舵モータ４１の回転角θ_ｂに基づきピニオンシャフト４４の実際の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。前述したように、転舵モータ４１とピニオンシャフト４４とは減速機構４２を介して連動する。このため、転舵モータ４１の回転角θ_ｂとピニオン角θ_ｐとの間には相関関係がある。この相関関係を利用して転舵モータ４１の回転角θ_ｂからピニオン角θ_ｐを求めることができる。さらに、これも前述したように、ピニオンシャフト４４は、転舵シャフト１４に噛合されている。このため、ピニオン角θ_ｐと転舵シャフト１４の移動量との間にも相関関係がある。すなわち、ピニオン角θ_ｐは、転舵輪１６，１６の転舵角θ_ｗを反映する値である。

舵角比変更制御部６２は、車両の走行状態（たとえば車速Ｖ）に応じて舵角θ_ｓに対する転舵角θ_ｗの比である舵角比を設定し、この設定される舵角比に応じて目標ピニオン角を演算する。舵角比変更制御部６２は、車速Ｖが遅くなるほど舵角θ_ｓに対する転舵角θ_ｗがより大きくなるように、また車速Ｖが速くなるほど舵角θ_ｓに対する転舵角θ_ｗがより小さくなるように、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。舵角比変更制御部６２は、車両の走行状態に応じて設定される舵角比を実現するために、目標舵角θ^＊に対する補正角度を演算し、この演算される補正角度を目標舵角θ^＊に加算することにより舵角比に応じた目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。

補償制御部６３は、たとえばステアリングホイール１１の操作に対する転舵輪１６，１６の応答性（以下、「転舵応答性」という。）を向上させるための制御を実行する。補償制御部６３は、舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に基づき、操舵装置１０の転舵機構の慣性成分、粘性成分、およびばね成分を補償するための補償量を演算する。補償制御部６３は、補償量を舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に加算することにより、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。補償制御部６３については、後に詳述する。

ピニオン角フィードバック制御部６４は、実際のピニオン角θ_ｐを、補償制御部６３により演算される最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に追従させるべくピニオン角θ_ｐのフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を通じてピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊を演算する。

通電制御部６５は、ピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に応じた電力を転舵モータ４１へ供給する。具体的には、通電制御部６５は、ピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に基づき転舵モータ４１に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部６５は、転舵モータ４１に対する給電経路に設けられた電流センサ６６を通じて、当該給電経路に生じる実際の電流値Ｉ_ｂを検出する。この電流値Ｉ_ｂは、転舵モータ４１に供給される実際の電流の値である。そして通電制御部６５は、電流指令値と実際の電流値Ｉ_ｂとの偏差を求め、当該偏差を無くすように転舵モータ４１に対する給電を制御する（電流Ｉ_ｂのフィードバック制御）。これにより、転舵モータ４１はピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に応じた角度だけ回転する。

＜目標舵角演算部＞
つぎに、目標舵角演算部５２について詳細に説明する。
前述したように、目標舵角演算部５２は、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊および操舵トルクＴ_ｈの総和である入力トルクから理想モデルに基づいて目標舵角θ^＊を演算する。この理想モデルは、ステアリングシャフト１２に印加されるトルクとしての入力トルクＴ_ｉｎ ^＊が、次式（Ａ）で表されることを利用したモデルである。

Ｔ_ｉｎ ^＊＝Ｊθ^＊′′＋Ｃθ^＊′＋Ｋθ^＊ …（Ａ）
ただし、「Ｊ」はステアリングホイール１１およびステアリングシャフト１２の慣性モーメント、「Ｃ」は転舵シャフト１４のハウジングに対する摩擦などに対応する粘性係数（摩擦係数）、「Ｋ」はステアリングホイール１１およびステアリングシャフト１２をそれぞればねとみなしたときのばね係数である。

式（Ａ）から分かるように、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊は、目標舵角θ^＊の二階時間微分値θ^＊′′に慣性モーメントＪを乗じた値、目標舵角θ^＊の一階時間微分値θ^＊′に粘性係数Ｃを乗じた値、および目標舵角θ^＊にばね係数Ｋを乗じた値を加算することによって得られる。目標舵角演算部５２は、式（Ａ）に基づく理想モデルに従って目標舵角θ^＊を演算する。

図３に示すように、式（Ａ）に基づく理想モデルは、ステアリングモデル７１、および車両モデル７２に分けられる。
ステアリングモデル７１は、ステアリングシャフト１２および反力モータ３１など、操舵装置１０の各構成要素の特性に応じてチューニングされる。ステアリングモデル７１は、加算器７３、減算器７４、慣性モデル７５、第１の積分器７６、第２の積分器７７および粘性モデル７８を有している。

加算器７３は、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊と操舵トルクＴ_ｈとを加算することにより入力トルクＴ_ｉｎ ^＊を演算する。
減算器７４は、加算器７３により算出される入力トルクＴ_ｉｎ ^＊から後述する粘性成分Ｔ_ｖｉ ^＊およびばね成分Ｔ_ｓｐ ^＊をそれぞれ減算することにより、最終的な入力トルクＴ_ｉｎ ^＊を演算する。

慣性モデル７５は、式（Ａ）の慣性項に対応する慣性制御演算部として機能する。慣性モデル７５は、減算器７４により算出される最終的な入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に慣性モーメントＪの逆数を乗ずることにより、舵角加速度α^＊を演算する。

第１の積分器７６は、慣性モデル７５により算出される舵角加速度α^＊を積分することにより、舵角速度ω^＊を演算する。
第２の積分器７７は、第１の積分器７６により算出される舵角速度ω^＊をさらに積分することにより、目標舵角θ^＊を演算する。目標舵角θ^＊は、ステアリングモデル７１に基づくステアリングホイール１１（ステアリングシャフト１２）の理想的な回転角である。

粘性モデル７８は、式（Ａ）の粘性項に対応する粘性制御演算部として機能する。粘性モデル７８は、第１の積分器７６により算出される舵角速度ω^＊に粘性係数Ｃを乗ずることにより、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊の粘性成分Ｔ_ｖｉ ^＊を演算する。

車両モデル７２は、操舵装置１０が搭載される車両の特性に応じてチューニングされる。操舵特性に影響を与える車両側の特性は、たとえばサスペンションおよびホイールアライメントの仕様、および転舵輪１６，１６のグリップ力（摩擦力）などにより決まる。車両モデル７２は、式（Ａ）のばね項に対応するばね特性制御演算部として機能する。車両モデル７２は、第２の積分器７７により算出される目標舵角θ^＊にばね係数Ｋを乗ずることにより、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊のばね成分Ｔ_ｓｐ ^＊（トルク）を演算する。

このように構成した目標舵角演算部５２によれば、ステアリングモデル７１の慣性モーメントＪおよび粘性係数Ｃ、ならびに車両モデル７２のばね係数Ｋをそれぞれ調整することによって、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊と目標舵角θ^＊との関係を直接的にチューニングすること、ひいては所望の操舵特性を実現することができる。

また、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊は、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊からステアリングモデル７１および車両モデル７２に基づき演算される目標舵角θ^＊が使用されて演算される。そして、実際のピニオン角θ_ｐが目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に一致するようにフィードバック制御される。前述したように、ピニオン角θ_ｐと転舵輪１６，１６の転舵角θ_ｗとの間には相関関係がある。このため、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に応じた転舵輪１６，１６の転舵動作もステアリングモデル７１および車両モデル７２により定まる。すなわち、車両の操舵感がステアリングモデル７１および車両モデル７２により決まる。したがって、ステアリングモデル７１および車両モデル７２を調整することにより所望の操舵感を実現することが可能となる。

しかし、運転者の操舵方向と反対方向へ向けて作用する力（トルク）である操舵反力（ステアリングを通じて感じる手応え）は目標舵角θ^＊に応じたものにしかならない。すなわち、車両挙動あるいは路面状態（路面の滑りやすさなど）によって操舵反力が変わらない。このため、運転者は操舵反力を通じて車両挙動あるいは路面状態を把握しにくい。そこで本例では、こうした懸念を解消する観点に基づき、車両モデル７２をつぎのように構成している。

＜車両モデル＞
図４に示すように、車両モデル７２は、仮想ラックエンド軸力演算部９０、理想軸力演算部９１、推定軸力演算部９２、推定軸力演算部９３、推定軸力演算部９４、軸力配分演算部９５および換算部９６を有している。

仮想ラックエンド軸力演算部９０は、目標舵角θ^＊に基づき、ステアリングホイール１１の操作範囲を仮想的に制限するための仮想ラックエンド軸力Ｆ_ｅｎｄを演算する。仮想ラックエンド軸力Ｆ_ｅｎｄは、反力モータ３１に発生させる操舵方向と反対方向のトルク（操舵反力トルク）を急激に増大させる観点に基づき演算される。仮想ラックエンド軸力演算部９０は、制御装置５０の図示しない記憶装置に格納された仮想ラックエンドマップを使用して仮想ラックエンド軸力Ｆ_ｅｎｄを演算する。仮想ラックエンド軸力Ｆ_ｅｎｄは、目標舵角θ^＊が角度しきい値に達した以降に発生するとともに、目標舵角θ^＊の増加に対して急激に増大する。

理想軸力演算部９１は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に基づき、転舵輪１６，１６を通じて転舵シャフト１４に作用する軸力の理想値である理想軸力Ｆ１を演算する。理想軸力演算部９１は、制御装置５０の図示しない記憶装置に格納された理想軸力マップを使用して理想軸力Ｆ１を演算する。理想軸力Ｆ１は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（あるいは目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に所定の換算係数を乗算することにより得られる目標転舵角）の絶対値が増大するほど、また車速Ｖが遅いほど、より大きな絶対値に設定される。なお、車速Ｖは必ずしも考慮しなくてもよい。

推定軸力演算部９２は、転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂに基づき、転舵シャフト１４に作用する推定軸力Ｆ２（路面反力）を演算する。ここで、転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂは、路面状態（路面摩擦抵抗）に応じた外乱が転舵輪１６に作用することに起因して目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と実際のピニオン角θ_ｐとの間の差が発生することによって変化する。すなわち、転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂには、転舵輪１６，１６に作用する実際の路面反力が反映される。このため、転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂに基づき路面状態の影響を反映した軸力を演算することが可能である。推定軸力Ｆ２は、車速Ｖに応じた係数であるゲインを転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂに乗算することにより求められる。

推定軸力演算部９３は、車両に設けられる横加速度センサ５０２を通じて検出される横加速度ＬＡに基づき、転舵シャフト１４に作用する推定軸力Ｆ３を演算する。推定軸力Ｆ３は、車速Ｖに応じた係数であるゲインを横加速度ＬＡに乗算することにより求められる。横加速度ＬＡには路面摩擦抵抗などの路面状態が反映される。このため、横加速度ＬＡに基づき演算される推定軸力Ｆ３は実際の路面状態が反映されたものとなる。

推定軸力演算部９４は、車両に設けられるヨーレートセンサ５０３を通じて検出されるヨーレートＹＲに基づき、転舵シャフト１４に作用する推定軸力Ｆ４を演算する。推定軸力Ｆ４は、ヨーレートＹＲを微分した値であるヨーレート微分値に、車速Ｖに応じた係数である車速ゲインを乗算することにより求められる。車速ゲインは、車速Ｖが速くなるほどより大きな値に設定される。ヨーレートＹＲには路面摩擦抵抗などの路面状態が反映される。このため、ヨーレートＹＲに基づき演算される推定軸力Ｆ４は実際の路面状態が反映されたものとなる。

軸力配分演算部９５は、仮想ラックエンド軸力Ｆ_ｅｎｄ、理想軸力Ｆ１、推定軸力Ｆ２、推定軸力Ｆ３、および推定軸力Ｆ４に対してそれぞれ個別に設定される分配比率（ゲイン）を乗算した値を合算することにより、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に対するばね成分Ｔ_ｓｐ ^＊の演算に使用される最終的な軸力Ｆ_ｓｐを演算する。分配比率は、車両挙動、路面状態あるいは操舵状態が反映される各種の状態量に応じて設定される。

換算部９６は、軸力配分演算部９５により演算される最終的な軸力Ｆ_ｓｐに基づき入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に対するばね成分Ｔ_ｓｐ ^＊を演算（換算）する。この最終的な軸力Ｆ_ｓｐに基づくばね成分Ｔ_ｓｐ ^＊が入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に反映されることによって、車両挙動あるいは路面状態に応じた操舵反力をステアリングホイール１１に付与することが可能となる。

＜補償制御部＞
つぎに、補償制御部６３について詳細に説明する。
図５に示すように、補償制御部６３は、４つの演算部１０１，１０２，１０３，１０４、２つの微分器１０５，１０６、および加算器１０７を有している。

演算部１０１は、舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊にゲインＧ_Ａを乗算することにより演算値θ_ｐａを演算する。ゲインＧ_Ａは、たとえば次式（Ｂ）に基づき求められる。

Ｇ_Ａ＝１／Ｋ_Ｇ …（Ｂ）
ただし、「Ｋ_Ｇ」は転舵機構のマウント剛性（車体に対する支持剛性）である。
微分器１０５は、演算部１０１により演算される演算値θ_ｐａを微分することにより演算値θ_ｐａ′を演算する。微分器１０６は、微分器１０５により演算される演算値θ_ｐａ ^′をさらに微分することにより演算値θ_ｐａ ^′′を演算する。

演算部１０２は、演算部１０１により演算される演算値θ_ｐａにゲインＧ_Ｂを乗算することにより、転舵機構のばね成分（剛性成分）を補償するためのばね補償量（剛性補償量）θ_ｐｂを演算する。ゲインＧ_Ｂは、たとえば次式（Ｃ）に基づき求められる。

Ｇ_Ｂ＝２・Ｃ_ｆｆ・ξ …（Ｃ）
ただし、「Ｃ_ｆｆ」はコーナリングフォース、「ξ」はトレールである。
演算部１０３は、微分器１０５により演算される演算値θ_ｐａ ^′にゲインＧ_Ｃを乗算することにより、転舵機構の粘性成分を補償するための粘性補償量θ_ｐｃを演算する。次式（Ｄ）で表されるように、ゲインＧ_Ｃは転舵機構の粘性Ｃ_ｗに基づき設定される。

Ｇ_Ｃ＝Ｃ_ｗ …（Ｄ）
演算部１０４は、微分器１０６により演算される演算値θ_ｐａ ^′′にゲインＧ_Ｄを乗算することにより、転舵機構の慣性成分を補償するための慣性補償量θ_ｐｄを演算する。次式（Ｅ）で表されるように、ゲインＧ_Ｄは転舵機構の慣性Ｊ_ｗに基づき設定される。

Ｇ_Ｄ＝Ｊ_ｗ …（Ｅ）
ばね補償量θ_ｐｂ、粘性補償量θ_ｐｃ、および慣性補償量θ_ｐｄは、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に対する補正角度である。

加算器１０７は、舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に、ばね補償量θ_ｐｂ、粘性補償量θ_ｐｃおよび慣性補償量θ_ｐｄを合算することにより、最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。

ピニオン角フィードバック制御部６４は、この最終的な目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に基づくピニオン角θ_ｐのフィードバック制御を通じてピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊を演算する。これにより、操舵装置１０における転舵機構のマウント剛性およびコーナリングフォースなどによるばね成分、転舵機構（ピニオンシャフト４４および転舵シャフト１４など）の粘性およびキングピンの粘性などによる粘性成分、ならびに転舵機構の慣性および転舵輪１６の慣性などによる慣性成分が補償される。

ここで、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（目標転舵角）、実際の転舵角θ_ｗ、および比較例としての転舵角θ_ｗｅｘの時間に対する変化の一例を説明する。転舵角θ_ｗは、ピニオン角θ_ｐに所定の換算係数を乗算することにより得ることができる。目標転舵角は、目標ピニオン角に所定の換算係数を乗算することにより得ることができる。比較例としての転舵角θ_ｗｅｘは、制御装置５０として補償制御部６３を割愛した構成を採用した場合の転舵角である。

図６のグラフに矢印Ｐ１で示すように、転舵機構のばね成分が補償されることにより、実際の転舵角θ_ｗは、比較例と比べて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（目標転舵角）に対して、より近似した値となる。転舵機構のばね成分は、ピニオン角θ_ｐに対する転舵シャフト１４の軸力をより減少させるように作用することに基づく。

また、図６のグラフに矢印Ｐ２で示すように、転舵機構の粘性成分が補償されることにより、実際の転舵角θ_ｗの位相は、比較例と比べて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（目標転舵角）の位相に対して、より近似するように進められる。これは、転舵機構の粘性成分は、ピニオン角θ_ｐに対する転舵シャフト１４の軸力を増大させる方向に作用することに基づく。

また、図６のグラフに矢印Ｐ３で示すように、転舵機構の慣性成分が補償されることにより、実際の転舵角θ_ｗの時間に対する変化量（傾き）は、比較例と比べて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（目標転舵角）の時間に対する変化量に対して、より近似した値となる。転舵機構の慣性成分は、ピニオン角θ_ｐの増大に対する転舵シャフト１４の軸力の変化度合いをより減少させるように作用することに基づく。

このように、転舵角θ_ｗは、比較例と比べて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（目標転舵角）に対して、より一致するかたちで変化する。
＜第１の実施の形態の効果＞
したがって、第１の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に対して、ばね補償量θ_ｐｂ、粘性補償量θ_ｐｃ、および慣性補償量θ_ｐｄが加算される。これにより、操舵装置１０における転舵機構のマウント剛性およびコーナリングフォースなどによるばね成分、転舵機構の粘性およびキングピン粘性などによる粘性成分、ならびに転舵機構の慣性および転舵輪１６の慣性などによる慣性成分が補償される。このため、転舵遅れが改善、すなわち転舵応答性が向上する。また、転舵輪１６，１６は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に応じて適切に転舵動作を行う。ステアリングホイール１１と離れた箇所に設けられた転舵シャフト１４に駆動力を付与する場合、上述のように慣性成分、粘性成分、およびばね成分を補償することが転舵輪１６，１６に適切な転舵動作を行わせるうえで効果的である。

ここで、補償制御部６３に代えて従来の微分ステアリング制御部を設けた場合について検討する。微分ステアリング制御部は、舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の変化速度（目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の微分値）にゲインを乗算することにより得られる補正角度を、舵角比変更制御部６２により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に加算する、いわゆる微分ステアリング制御を実行する。この微分ステアリング制御の実行を通じて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の位相が進められることにより、転舵遅れが改善される。

しかし、微分ステアリング制御は、転舵機構（ピニオンシャフト４４および転舵シャフト１４など）の粘性成分を補償するものであるといえる。このため、先の図６のグラフに矢印Ｐ２で示されるように、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊の位相を進めることにより、たしかに転舵遅れに対する改善効果はあるかもしれない。しかし、従来の微分ステアリング制御では、図６のグラフに矢印Ｐ１および矢印Ｐ３で示されるような転舵機構のばね成分および慣性成分の補償を行うことができない。これらばね成分および慣性成分が、ステアリングホイール１１の操作に対する転舵輪１６，１６の転舵応答性、あるいは適切な転舵動作に影響を及ぼすことも考えられる。この点、補償制御部６３によれば、転舵機構の粘性成分のみならず、ばね成分および慣性成分も補償される。したがって、転舵輪１６，１６の転舵応答性を向上させることができる。また、転舵輪１６，１６は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に応じて適切に転舵動作を行う。

＜第１の実施の形態の変形例＞
ちなみに、ゲインＧ_Ａ，Ｇ_Ｂ，Ｇ_Ｃ，Ｇ_Ｄは、つぎのようにして求めてもよい。
まず、ゲインＧ_Ａはピニオンシャフト４４から転舵輪１６までの動力伝達経路におけるばね成分のうち少なくとも一以上を使用して求めればよい。すなわち、ゲインＧ_Ａは２つ以上のばね成分に基づき求めてもよい。たとえば、次式（Ｂ１）で表されるように、転舵機構のマウント剛性Ｋ_Ｇ、および転舵輪１６（タイヤホイール）の剛性Ｋ_Ｗを使用してゲインＧ_Ａを演算してもよい。

Ｇ_Ａ＝１／（Ｋ_Ｇ＋Ｋ_Ｗ） …（Ｂ１）
つぎに、ゲインＧ_Ｂは、次式（Ｃ１）で表されるようにトレールξを使用せずに求めてもよいし、次式（Ｃ２）で表されるようにコーナリングフォースＣ_ｆｆを使用せずに求めてもよい。

Ｇ_Ｂ＝２・Ｃ_ｆｆ …（Ｃ１）
Ｇ_Ｂ＝２・ξ ……（Ｃ２）
また、ゲインＧ_Ｂは、次式（Ｃ３）で表されるように、コーナリングフォースＣ_ｆｆおよびトレールξに加えて、車両の重心から転舵輪１６の中心（前輪のタイヤ中心）までの距離Ｌ_ｆを使用して求めてもよい。

Ｇ_Ｂ＝２・Ｃ_ｆｆ・ξ・Ｌ_ｆ ……（Ｃ３）
なお、式（Ｃ），（Ｃ１），（Ｃ３）におけるコーナリングフォースＣ_ｆｆは、タイヤ力検出装置（図示略）を通じて検出されるタイヤ横力から推定してもよいし、定数であってもよい。また、式（Ｃ），（Ｃ２），（Ｃ３）におけるトレールξは、タイヤ力検出装置（図示略）通じて検出されるタイヤ横力および転舵輪１６の垂直軸周りのモーメントから推定してもよいし、定数であってもよい。

つぎに、ゲインＧ_Ｃはピニオンシャフト４４から転舵輪１６までの動力伝達経路における粘性成分のうち少なくとも一以上を使用して求めればよい。すなわち、ゲインＧ_Ｃは２つ以上の粘性成分に基づき求めてもよい。たとえば、次式（Ｄ１）で表されるように、転舵機構の粘性Ｃ_ｗ、転舵輪１６におけるタイヤホイールの粘性Ｃ_ｗｗ、および転舵輪１６におけるタイヤの粘性Ｃ_ｗｔを合算することによりゲインＧ_Ｃを求めてもよい。

Ｇ_Ｃ＝Ｃ_ｗ＋Ｃ_ｗｗ＋Ｃ_ｗｔ …（Ｄ１）
最後に、ゲインＧ_Ｄはピニオンシャフト４４から転舵輪１６までの動力伝達経路における慣性成分のうち少なくとも一以上を使用して求めればよい。すなわち、ゲインＧ_Ｄは２つ以上の慣性成分に基づき求めてもよい。たとえば、次式（Ｅ１）で表されるように、転舵機構の慣性Ｊ_ｗ、転舵輪１６におけるタイヤホイールの慣性ＪＣ_ｗｗ、および転舵輪１６におけるタイヤの慣性Ｊ_ｗｔを合算することによりゲインＧ_Ｄを求めてもよい。

Ｇ_Ｄ＝Ｊ_ｗ＋Ｊ_ｗｗ＋Ｊ_ｗｔ …（Ｅ１）
また、ゲインＧ_Ｂ，Ｇ_Ｃ，Ｇ_Ｄは、車速センサ５０１を通じて検出される車速Ｖ、あるいはタイヤ力検出装置（図示略）を通じて検出される荷重に応じて変化させてもよい。

＜第２の実施の形態＞
つぎに、操舵制御装置の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には図１～図５に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。

転舵輪１６，１６が切り込み方向へ転舵する場合と、転舵輪１６，１６が切り返し方向へ転舵する場合とでは、転舵シャフト１４における力の釣り合い方向、すなわち転舵輪１６，１６（タイヤ）に作用するトルクの符号が逆になる。このため、演算部１０２により演算されるばね補償量θ_ｐｂの正負の符号は、転舵状態（転舵方向）に応じて反転させることが好ましい。

ちなみに、転舵輪１６，１６の切り込み方向とは、ステアリングホイール１１が切り込み方向へ操作された場合における転舵輪１６，１６の転舵方向をいう。また、転舵輪１６，１６の切り返し方向とは、ステアリングホイール１１が切り返し方向へ操作された場合における転舵輪１６，１６の転舵方向をいう。

転舵輪１６，１６の転舵状態は、たとえば次式（Ｆ）で表されるように、ピニオントルクＴ_ｐとピニオン角速度（転舵速度）ω_ｐとを乗算した値である判定値Ｈ_ｐに基づき判定することができる。ピニオントルクＴ_ｐは、転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂに基づき得られる。

Ｈ_ｐ＝Ｔ_ｐ・ω_ｐ …（Ｆ）
たとえば判定値Ｈ_ｐが正の値である場合、転舵輪１６は切り込み方向へ向けて転舵している切り込み動作状態である。また、判定値Ｈ_ｐが負の値ある場合、転舵輪１６は切り返し方向へ向けて転舵している切り返し動作状態である。また、判定値Ｈ_ｐが「０」である場合、転舵輪１６は転舵角θ_ｗが一定値に維持されている状態である。このことを利用して、本実施の形態では、補償制御部６３をつぎのように構成している。

図７に示すように、補償制御部６３は図５に示される構成に加えて、さらに微分器１１１、乗算器１１２、ゲイン演算部１１３、および乗算器１１４を有している。
微分器１１１は、ピニオン角演算部６１により演算されるピニオン角θ_ｐを微分することにより、ピニオン角速度ω_ｐを演算する。

乗算器１１２は、ピニオントルクＴ_ｐとピニオン角速度ω_ｐとを乗算することにより転舵状態の判定値Ｈ_ｐを演算する。
ゲイン演算部１１３は、ゲインマップＭ_Ｇを使用して判定値Ｈ_ｐに応じたゲインＧ_ｈを演算する。ゲインマップＭ_Ｇは、判定値Ｈ_ｐとゲインＧ_ｈとの関係を規定するマップであって、判定値Ｈ_ｐが正の値である場合には正の値のゲインＧ_ｈが、判定値Ｈ_ｐが負の値である場合には負の値のゲインＧ_ｈが演算されるように設定されている。ちなみに、ゲインＧ_ｈの絶対値は「１」である。

乗算器１１４は、演算部１０２により演算されるばね補償量θ_ｐｂとゲインＧ_ｈとを乗算することにより最終的なばね補償量θ_ｐｂを演算する。
判定値Ｈ_ｐが正の値（「１」）であるとき、すなわち転舵輪１６が切り込み動作状態であるとき、最終的なばね補償量θ_ｐｂは正の値となる。判定値Ｈ_ｐが負の値（「－１」）であるとき、すなわち転舵輪１６が切り返し動作状態であるとき、最終的なばね補償量θ_ｐｂは負の値となる。

＜第２の実施の形態の効果＞
したがって、第２の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（２）演算部１０２により演算されるばね補償量θ_ｐｂの正負の符号を判定値Ｈ_ｐに基づき反転させることによって、転舵輪１６が切り込み方向へ転舵する場合および転舵輪１６が切り返し方向へ転舵する場合の双方において、転舵機構のばね成分を適切に補償することができる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
ちなみに、判定値Ｈ_ｐは、次式（Ｆ１），（Ｆ２），（Ｆ３）のうちいずれか一に基づき演算してもよい。

Ｈ_ｐ＝Ｔ_ｐ・ω_ｐ・Ｇ_１＋ｄＴ_ｐ・θ_ｐ・Ｇ_２…（Ｆ１）
ただし、「ｄＴ_ｐ」はピニオントルクＴ_ｐの微分値、「θ_ｐ」はピニオン角である。また、「Ｇ_１」，「Ｇ_２」は所定のゲインである。

Ｈ_ｐ＝Ｔ_ｈ・ωｓ …（Ｆ２）
ただし、「Ｔ_ｈ」は操舵トルク、「ωｓ」は操舵速度である。操舵速度は、舵角θ_ｓを微分することにより得られる。

Ｈ_ｐ＝Ｔ_ｈ・ωｓ・Ｇ_１＋ｄＴ_ｐ・θ_ｓ・Ｇ_２…（Ｆ３）
なお、本実施の形態では、ゲインＧ_ｈを演算部１０２により演算されるばね補償量θ_ｐｂに乗算することにより最終的なばね補償量θ_ｐｂの符号を決定したが、演算部１０２がゲインＧ_ｈに基づきゲインＧ_Ｂの正負を反転するようにしてもよい。

＜第３の実施の形態＞
つぎに、操舵制御装置の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には図１～図５に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。

本実施の形態では、操舵装置１０における転舵側の様々な情報を使用して転舵状態を判定する。転舵状態を示す判定値Ｈ_ｐは、次式（Ｇ１）または次式（Ｇ２）に基づき演算することができる。

Ｈ_ｐ＝Ｘ_１・Ｘ_２ …（Ｇ１）
ただし、「Ｘ_１」には、下記（ａ_１）～（ａ_１３）のいずれか一の状態量、あるいは下記（ａ_１）～（ａ_１３）のいずれか二以上の状態量の積が代入される。「Ｘ_２」には、下記（ａ_１）～（ａ_１３）の微分値のいずれか一つの状態量、あるいは下記（ａ_１）～（ａ_１３）の微分値のいずれか二以上の状態量の積が代入される。下記（ａ_１）～（ａ_１３）の状態量におけるすべての組み合わせが有効である。

Ｈ_ｐ＝Ｙ_１＋Ｙ_２ …（Ｇ２）
ただし、「Ｙ_１」には、下記（ａ_１）～（ａ_１３）のいずれか一の状態量と所定のゲインとの積、あるいは下記（ａ_１）～（ａ_１３）のいずれか二以上の状態量にそれぞれ所定のゲインを乗算した値の積が代入される。「Ｙ_２」には、下記（ａ_１）～（ａ_１３）のいずれか一の状態量の微分値と所定のゲインとの積、あるいは下記（ａ_１）～（ａ_１３）のいずれか二以上の状態量の微分値にそれぞれ所定のゲインを乗算した値の積が代入される。下記（ａ_１）～（ａ_１３）の状態量におけるすべての組み合わせが有効である。

（ａ_１）目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（あるいは目標転舵角）。
（ａ_２）ピニオン角θ_ｐ（あるいは転舵角）
（ａ_３）ピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊（あるいは電流指令値）
（ａ_４）転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂ
（ａ_５）推定軸力Ｆ２
（ａ_６）横加速度ＬＡ
（ａ_７）推定軸力Ｆ３
（ａ_８）ヨーレートＹＲ
（ａ_９）推定軸力Ｆ４
（ａ_１０）横加速度ＬＡの微分値とヨーレートＹＲの微分値に基づく推定軸力
（ａ_１１）理想軸力Ｆ１
（ａ_１２）転舵輪１６の横力
（ａ_１３）転舵輪１６のセルフアライニングトルク（検出値または推定値）
ここで、操舵装置１０の制御装置５０は、操舵状態に応じて反力制御および転舵制御を実行するところ、製品仕様などによっては転舵状態を考慮して反力制御および転舵制御を実行することが要求される。

そこで、本実施の形態では、転舵状態（切り込み動作状態、切り返し動作状態）に応じた判定値Ｈ_ｐを使用して、反力制御および転舵制御を実行する際の制御パラメータを演算する。

ここでは、目標操舵反力演算部５１により演算される制御パラメータである目標操舵反力Ｔ_１ ^＊に転舵状態を反映させる場合について説明する。ただし、判定値Ｈ_ｐとしては、（ａ_４）の状態量である転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂ、および（ａ_２）の状態量であるピニオン角θ_ｐの微分値（ピニオン角速度ω_ｐ）を先の式（Ｇ１）に適用して得られるものを使用する。

この場合、ピニオン角θ_ｐおよび判定値Ｈ_ｐの時間に対する変化の一例は、図９のグラフに示される通りである。
図９のグラフに矢印Ｐ４で示すように、転舵輪１６が切り込み動作状態であるとき、すなわちピニオン角θ_ｐの転舵中立位置に対応する０度を基準とする絶対値が大きくなるとき、判定値Ｈ_ｐは正の値となる。また、図９のグラフに矢印Ｐ５で示すように、転舵輪１６が切り返し動作状態であるとき、すなわちピニオン角θ_ｐが０度に向かっていくとき、判定値Ｈ_ｐは負の値となる。ピニオン角θ_ｐが（転舵輪１６，１６の転舵位置）が保持されているとき、あるいはピニオン角θ_ｐが車両の直進状態に対応する角度であるとき、判定値Ｈ_ｐは「０」となる。

さて、制御装置５０の構成を説明する。
図８に示すように、制御装置５０（反力制御部５０ａ）は、微分器１２１、乗算器１２２、ゲイン演算部１２３、および乗算器１２４を有している。

微分器１２１は、ピニオン角演算部６１により演算されるピニオン角θ_ｐを微分することにより、ピニオン角速度ω_ｐを演算する。
乗算器１２２は、転舵モータ４１の電流値Ｉ_ｂとピニオン角速度ω_ｐとを乗算することにより転舵状態（転舵方向）の判定値Ｈ_ｐを演算する。

ゲイン演算部１２３は、ゲインマップＭ_Ｇ２を使用して判定値Ｈ_ｐに応じたゲインＧ_ｈ２を演算する。ゲインマップＭ_Ｇ２は、判定値Ｈ_ｐとゲインＧ_ｈ２との関係を規定するマップであって、判定値Ｈ_ｐが正の値である場合にはゲインＧ_ｈ２１が、判定値Ｈ_ｐが負の値である場合にはゲインＧ_ｈ２２が演算されるように設定されている。ゲインＧ_ｈ２１，Ｇ_ｈ２２はいずれも正の値であって、ゲインＧ_ｈ２１はゲインＧ_ｈ２２よりも小さい値に設定されている。

乗算器１２４は、目標操舵反力演算部５１により演算される目標操舵反力Ｔ_１ ^＊とゲインＧ_ｈ２とを乗算することにより最終的な目標操舵反力Ｔ_１ ^＊を演算する。
制御装置５０は、乗算器１２４により演算される最終的な目標操舵反力Ｔ_１ ^＊を使用することにより、転舵状態に応じた適切な反力制御および転舵制御を実行することができる。

＜第３の実施の形態の効果＞
したがって、第３の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（３）制御装置５０は、転舵状態（転舵輪１６，１６が切り込み動作状態であるのか切り返し動作状態であるのか）を推定し、この推定される転舵状態に応じたゲインＧ_ｈ２を制御パラメータ（ここでは、目標操舵反力Ｔ_１ ^＊）に乗算する。制御装置５０は、転舵状態に応じた制御パラメータを使用することにより、転舵状態に応じた適切な転舵制御、および転舵状態に応じた適切な反力制御を実行することができる。また、転舵状態によらず一律に同じ制御パラメータを使用して転舵制御および反力制御を実行する場合と異なり、転舵制御および反力制御の双方の制御性能を改善することができる。

ちなみに、判定値Ｈ_ｐを演算するための構成（乗算器１２２に相当する構成）、およびゲインＧ_ｈ２を演算するための構成（ゲイン演算部１２３に相当する構成）は、製品仕様などに応じて、制御装置５０における少なくとも一の演算部または制御部に対応して設ければよい。すなわち、判定値Ｈ_ｐを演算するための構成、およびゲインＧ_ｈ２を演算するための構成は、制御装置５０における目標操舵反力演算部５１以外の１つの演算部または制御部に設けてもよいし、制御装置５０のすべての演算部および制御部（図２の例では全部で１０個）、またはすべてではない複数の演算部および制御部に対応して設けてもよい。

＜第４の実施の形態＞
つぎに、車両用制御装置を電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」と略記する。）に適用した第４の実施の形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。

図１０に示すように、ＥＰＳ１５０は、ステアリングホイール１１と転舵輪１６，１６との間の動力伝達経路として機能するステアリングシャフト１２、ピニオンシャフト１３および転舵シャフト１４を有している。転舵シャフト１４の往復直線運動は、転舵シャフト１４の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１５を介して左右の転舵輪１６，１６に伝達される。

また、ＥＰＳ１５０は、操舵補助力（アシスト力）を生成する構成として、アシストモータ１５１、減速機構１５２、トルクセンサ３４、回転角センサ１５３および制御装置１５４を有している。回転角センサ１５３はアシストモータ１５１に設けられて、その回転角θ_ｍを検出する。

アシストモータ１５１は、操舵補助力の発生源であって、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。アシストモータ１５１は、減速機構１５２を介してピニオンシャフト４４に連結されている。アシストモータ１５１の回転は減速機構１５２によって減速されて、当該減速された回転力が操舵補助力としてピニオンシャフト４４から転舵シャフト１４を介してピニオンシャフト１３に伝達される。

制御装置１５４は、アシストモータ１５１に対する通電制御を通じて操舵トルクＴ_ｈに応じた操舵補助力を発生させるアシスト制御を実行する。制御装置１５４は、トルクセンサ３４を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈ、車速センサ５０１を通じて検出される車速Ｖ、回転角センサ１５３を通じて検出される回転角θ_ｍに基づき、アシストモータ１５１に対する給電を制御する。

図１１に示すように、制御装置１５４は、ピニオン角演算部１６１、基本アシスト成分演算部１６２、目標ピニオン角演算部１６３、ピニオン角フィードバック制御部（ピニオン角Ｆ／Ｂ制御部）１６４、加算器１６５、および通電制御部１６６を備えている。

ピニオン角演算部１６１は、アシストモータ１５１の回転角θ_ｍを取り込み、この取り込まれる回転角θ_ｍに基づきピニオンシャフト４４の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。

基本アシスト成分演算部１６２は、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づいて基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊を演算する。基本アシスト成分演算部１６２は、操舵トルクＴ_ｈと基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊との関係を車速Ｖに応じて規定する三次元マップを使用して、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊を演算する。基本アシスト成分演算部１６２は、操舵トルクＴ_ｈの絶対値が大きくなるほど、また車速Ｖが遅くなるほど、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊の絶対値をより大きな値に設定する。

目標ピニオン角演算部１６３は、基本アシスト成分演算部１６２により演算される基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊、および操舵トルクＴ_ｈを取り込む。目標ピニオン角演算部１６３は、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊および操舵トルクＴ_ｈの総和を入力トルクとするとき、入力トルクに基づいて理想的なピニオン角を定める理想モデルを有している。理想モデルは、入力トルクに応じた理想的な転舵角に対応するピニオン角を予め実験などによりモデル化したものである。目標ピニオン角演算部１６３は、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊と操舵トルクＴ_ｈとを加算して入力トルクを求め、この求められる入力トルクから理想モデルに基づいて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。なお、目標ピニオン角演算部１６３は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算するに際しては車速Ｖ、およびアシストモータ１５１に対する給電経路に設けられた電流センサ１６７を通じて検出される電流値Ｉ_ｍを加味する。この電流値Ｉ_ｍは、アシストモータ１５１に供給される実際の電流の値である。

ピニオン角フィードバック制御部１６４は、目標ピニオン角演算部１６３により算出される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊およびピニオン角演算部１６１により算出される実際のピニオン角θ_ｐをそれぞれ取り込む。ピニオン角フィードバック制御部１６４は、実際のピニオン角θ_ｐが目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に追従するように、ピニオン角のフィードバック制御としてＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を行う。すなわち、ピニオン角フィードバック制御部１６４は、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と実際のピニオン角θ_ｐとの偏差を求め、当該偏差を無くすように基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊の補正成分Ｔ_ａ２ ^＊を演算する。

加算器１６５は、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊に補正成分Ｔ_ａ２ ^＊を加算することによりアシスト指令値Ｔ_ａ ^＊を演算する。アシスト指令値Ｔ_ａ ^＊は、アシストモータ１５１に発生させるべき回転力（アシストトルク）を示す指令値である。

通電制御部１６６は、アシスト指令値Ｔ_ａ ^＊に応じた電力をアシストモータ１５１へ供給する。具体的には、通電制御部１６６は、アシスト指令値Ｔ_ａ ^＊に基づきアシストモータ１５１に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部１６６は電流センサ１６７を通じて検出される電流値Ｉ_ｍを取り込む。そして通電制御部１６６は、電流指令値と実際の電流値Ｉ_ｍとの偏差を求め、当該偏差を無くすようにアシストモータ１５１に対する給電を制御する。これにより、アシストモータ１５１はアシスト指令値Ｔ_ａ ^＊に応じたトルクを発生する。その結果、操舵状態に応じた操舵アシストが行われる。

このＥＰＳ１５０によれば、入力トルク（基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊および操舵トルクＴ_ｈの総和）から理想モデルに基づいて目標ピニオン角θ_ｐ ^＊が設定され、実際のピニオン角θ_ｐが目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に一致するようにフィードバック制御される。前述したように、ピニオン角θ_ｐと転舵輪１６，１６の転舵角θ_ｗとの間には相関関係がある。このため、入力トルクに応じた転舵輪１６，１６の転舵動作も理想モデルにより定まる。すなわち、車両の操舵感が理想モデルにより決まる。したがって、理想モデルの調整により所望の操舵感を実現することが可能となる。

また、実際の転舵角θ_ｗが、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に応じた転舵角θ_ｗに維持される。このため、路面状態あるいはブレーキングなどの外乱に起因して発生する逆入力振動の抑制効果も得られる。すなわち、転舵輪１６，１６を介してステアリングシャフト１２などの操舵機構に振動が伝達される場合であれ、ピニオン角θ_ｐが目標ピニオン角θ_ｐ ^＊となるように補正成分Ｔ_ａ２ ^＊が調節される。このため、実際の転舵角θ_ｗは、理想モデルにより規定される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に応じた転舵角θ_ｗに維持される。結果的にみれば、逆入力振動を打ち消す方向へ操舵補助が行われることにより、逆入力振動がステアリングホイール１１に伝わることが抑制される。

しかし、運転者の操舵方向と反対方向へ向けて作用する力（トルク）である操舵反力（ステアリングを通じて感じる手応え）は目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に応じたものにしかならない。すなわち、たとえば乾燥路および低摩擦路などの路面状態によっては操舵反力が変わらないため、運転者は手応えとして路面状態を把握しにくい。

そこで本例では、たとえば先の第１の実施の形態における目標舵角演算部５２の演算機能を目標ピニオン角演算部１６３に持たせている。
目標ピニオン角演算部１６３は、先の図３に示される目標舵角演算部５２と同様の機能的な構成を有している。先の目標舵角演算部５２が目標操舵反力Ｔ_１ ^＊を取り込むのに対し、本例の目標ピニオン角演算部１６３は、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊を取り込む。また、先の目標舵角演算部５２が転舵モータ４１に供給される電流の電流値Ｉ_ｂを取り込むのに対し、本例の目標ピニオン角演算部１６３は、アシストモータ１５１に供給される電流の電流値Ｉ_ｍを取り込む。目標ピニオン角演算部１６３が操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖを取り込むことについては、先の目標舵角演算部５２と同じである。また、先の目標舵角演算部５２が目標舵角θ^＊を演算することに対し、本例の目標ピニオン角演算部１６３は目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。取り込む信号の一部、および生成する信号が異なるだけであって、目標ピニオン角演算部１６３の内部的な演算処理の内容は、先の目標舵角演算部５２と同じである。

ここで、図１０に二点鎖線で示されるように、ＥＰＳ１５０にはＶＧＲ機構（Variable-Gear-Ratio／可変ギヤ比機構）１７０が設けられることもある。ＶＧＲ機構１７０は、操舵性の向上を目的として、ステアリングシャフト１２（ステアリングホイール１１とトルクセンサ３４との間の部分）にＶＧＲモータ１７１を設け、当該ＶＧＲモータ１７１を使用して舵角θｓと転舵角θ_ｗとの比率（ギヤ比）を変化させる。ＶＧＲモータ１７１のステータ１７１ａは、ステアリングシャフト１２のステアリングホイール１１側の部分である入力シャフト１２ａに連結されている。ＶＧＲモータ１７１のロータ１７１ｂは、ステアリングシャフト１２におけるピニオンシャフト１３側の部分である出力シャフト１２ｂに連結されている。

ステアリングホイール１１を回転させるとき、ＶＧＲモータ１７１のステータ１７１ａはステアリングホイール１１と同じ量だけ回転する。また、制御装置１５４は、ステアリングホイール１１の回転および車速Ｖに応じてＶＧＲモータ１７１のロータ１７１ｂを回転させる。このため、入力シャフト１２ａに対する出力シャフト１２ｂの相対的な回転角θ_ｓｇは、次式（Ｈ）で表される。

θ_ｓｇ＝θ_ｓ+θ_ｇ …（Ｈ）
ただし、「θ_ｓ」は操舵角、「θ_ｇ」はＶＧＲモータの回転角である。
したがって、ＶＧＲモータ１７１の回転角θ_ｇを制御することにより、任意のギヤ比を実現することができる。

図１１に括弧書きで示されるように、目標舵角演算部としての目標ピニオン角演算部１６３は、舵角θｓおよびＶＧＲモータ１７１の回転角θ_ｇの合計値、すなわち入力シャフト１２ａに対する出力シャフト１２ｂの相対的な回転角θ_ｓｇの目標値を演算する。また、当該目標舵角演算部としての目標ピニオン角演算部１６３は、回転角θ_ｓｇの目標値を演算するとき、操舵速度ωｓおよびＶＧＲモータ１７１の回転速度の合計値を使用する。舵角フィードバック制御部としてのピニオン角フィードバック制御部１６４は、回転角θ_ｓｇの目標値と実際の回転角θ_ｓｇとの偏差を求め、当該偏差を無くすように基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊の補正成分Ｔ_ａ２ ^＊を演算する。

ＶＧＲ機構１７０を有するＥＰＳ１５０の制御装置１５４には、ＶＧＲモータ１７１を制御する部分として、舵角比変更制御部および微分ステアリング制御部が設けられる。舵角比変更制御部は、たとえば舵角θ_ｓ（操舵角）および車速Ｖに基づきＶＧＲモータ１７１の目標回転角を演算する。微分ステアリング制御部は、操舵速度ω_ｓおよび車速Ｖに基づきＶＧＲモータ１７１の目標回転角を補正することにより、最終的な目標回転角を演算する。ＶＧＲモータ１７１の実際の回転角を目標回転角に一致させるフィードバック制御を通じて、ＶＧＲモータ１７１への給電が制御される。

ここで、ＶＧＲモータ１７１を制御する部分としての微分ステアリング制御部に代えて、先の図５または図７に示される補償制御部６３に準じた演算機能を持たせてもよい。また、ＶＧＲ機構１７０を有するかどうかにかかわらず、先の図８に示される制御装置５０の演算機能（転舵状態を示す判定値Ｈ_ｐを演算する部分である乗算器１２２、およびゲインＧ_ｈ２を演算する部分であるゲイン演算部１２３）をＥＰＳ１５０の制御装置１５４に持たせてもよい。このようにすれば、ＥＰＳ１５０の制御装置１５４として、先の第１～第３の実施の形態に準じた効果を得ることができる。

なお、第４の実施の形態はつぎのように変更して実施してもよい。
すなわち、本実施の形態では、転舵シャフト１４に操舵補助力を付与するＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）１５０を例に挙げたが、ステアリングシャフトに操舵補助力を付与するタイプのＥＰＳであってもよい。具体的には、つぎの通りである。

図１０に二点鎖線で示すように、アシストモータ１５１は、減速機構１５２を介して転舵シャフト１４ではなくステアリングシャフト１２に連結されている。ピニオンシャフト４４は割愛することができる。この場合、制御装置１５４は、ピニオン角θ_ｐのフィードバック制御ではなく、舵角θｓのフィードバック制御を実行する。

すなわち、図１１に括弧書きで示されるように、ピニオン角演算部１６１は、アシストモータ１５１の電流値Ｉ_ｍに基づき舵角θｓを演算する舵角演算部として機能する。目標ピニオン角演算部１６３は、操舵トルクＴ_ｈ、車速Ｖ、基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊および電流値Ｉ_ｍに基づき舵角θｓの目標値である目標舵角を演算する目標舵角演算部として機能する。目標舵角演算部は、先の図３に示される目標舵角演算部５２と基本的には同様の構成を有している。ただし、制御装置１５４に設けられる微分器７９は舵角θｓを微分することにより操舵速度ω_ｓを演算する。ピニオン角フィードバック制御部１６４は、目標舵角と実際の舵角θｓとの偏差を求め、当該偏差を無くすように基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊の補正成分Ｔ_ａ２ ^＊を演算する舵角フィードバック制御部として機能する。

＜他の実施の形態＞
なお、各実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１～第３の実施の形態における目標操舵反力演算部５１は、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づいて目標操舵反力Ｔ_１ ^＊を求めるようにしたが、操舵トルクＴ_ｈのみに基づいて目標操舵反力Ｔ_１ ^＊を求めるようにしてもよい。また、第４の実施の形態における基本アシスト成分演算部１６２は、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づいて基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊を求めるようにしたが、操舵トルクＴ_ｈのみに基づいて基本アシスト成分Ｔ_ａ１ ^＊を求めるようにしてもよい。

・第１～第４の実施の形態において、車両モデル７２（図４参照）は、３つの推定軸力演算部９２，９３，９４のうち少なくとも一を有していればよい。推定軸力演算部９２，９３，９４のいずれか一により演算される推定軸力が入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に反映されることにより、操舵反力に車両挙動あるいは路面状態を反映させることができる。

・第１～第３の実施の形態において、操舵装置１０にクラッチを設けてもよい。この場合、図１に二点鎖線で示すように、ステアリングシャフト１２とピニオンシャフト１３とをクラッチ２１を介して連結する。クラッチ２１としては、励磁コイルに対する通電の断続を通じて動力の断続を行う電磁クラッチが採用される。制御装置５０は、クラッチ２１の断続を切り替える断続制御を実行する。クラッチ２１が切断されるとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１６，１６との間の動力伝達経路が機械的に切断される。クラッチ２１が接続されるとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１６，１６との間の動力伝達が機械的に連結される。

・第１～第３の実施の形態では、転舵機構のばね成分、粘性成分、および慣性成分のすべてを補償するようにしたが、製品仕様などに応じて、ばね成分、粘性成分および慣性成分の少なくとも一つを補償するようにしてもよい。たとえば慣性成分が転舵輪１６，１６の転舵動作に及ぼす影響は大きいものの、粘性成分およびばね成分は問題にならない場合、慣性成分のみを補償すればよい。また、慣性成分およびばね成分が転舵輪１６，１６の転舵動作に及ぼす影響は大きいものの、粘性成分は問題にならない場合、慣性成分およびばね成分のみを補償すればよい。このように、転舵機構の特性に応じて、慣性成分、粘性成分およびばね成分を選択的に補償することにより、転舵輪１６，１６の転舵動作に影響を及ぼす成分（慣性、粘性、ばね）を好適に抑えることができる。転舵機構ごとの特性に柔軟に対応することが可能である。

＜他の技術的な思想＞
つぎに、各実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）転舵輪の転舵状態（切り込み動作／切り返し動作）に応じてゲインを演算し、当該演算されるゲインを補償制御部により演算される補償量に乗算すること。

（ロ）転舵輪の転舵状態に応じてゲインを演算し、当該演算されるゲインを前記指令値の演算過程で使用される制御パラメータに乗算すること。

１０，１５０…操舵装置、１２…ステアリングシャフト、１４…転舵機構を構成する転舵シャフト、１６…転舵輪、４１…転舵モータ、４４…転舵機構を構成するピニオンシャフト（回転体）、５０，１５４…制御装置（操舵制御装置）、５２…第１の演算部を構成する目標舵角演算部、６２…第１の演算部を構成する舵角比変更制御部、６３…補償制御部、６４…ピニオン角フィードバック制御部（第２の演算部）、１０２，１０３，１０４…演算部（補償量演算部）、１０７…加算器、１５１…アシストモータ、１６３…第１の演算部を構成する目標ピニオン角演算部、Ｔ_ｐ ^＊…ピニオン角指令値、Ｔ_ａ ^＊…アシスト指令値、θ_p…ピニオン角、θ^＊…目標舵角（目標回転角）、θ_ｐ ^＊…目標ピニオン角（目標回転角）、θ_ｐｂ…ばね補償量、θ_ｐｃ…粘性補償量、θ_ｐｄ…慣性補償量。

Claims (2)

1. 車両の転舵輪を転舵させるための機構に付与される駆動力の発生源であるモータを操舵状態に応じて演算される指令値に基づき制御する操舵制御装置であって、
   転舵輪の転舵動作に連動して回転する回転体の目標回転角を操舵状態に基づき演算する第１の演算部と、
   前記目標回転角に前記回転体の実際の回転角を一致させるフィードバック制御を通じて前記指令値を演算する第２の演算部と、
   前記目標回転角に基づき前記機構における慣性成分、粘性成分、およびばね成分の少なくとも一つを補償するべく前記指令値に反映させる補償量である補正角度を演算する補償制御部と、を備え、
   前記補償制御部は、
   前記第１の演算部により演算される前記目標回転角に基づき前記補正角度を演算する補償量演算部と、
   前記補償量演算部により演算される前記補正角度を前記第１の演算部により演算される前記目標回転角に加算することにより前記指令値の演算に使用される最終的な目標回転角を演算する加算器と、を有し、
   前記補償量演算部は、前記機構の特性に応じて、前記慣性成分、前記粘性成分、および前記ばね成分を選択的に補償するように構成されている操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記モータは、前記機構を構成する転舵シャフトに駆動力を付与する転舵モータである操舵制御装置。

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