CN109311510A - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

在车辆自动驾驶中，在驾驶员干预方向盘操作(操舵)时，充分地反映所干预的操作并且降低在干预该操作时驾驶员所体会到的别扭感、不适感。电动动力转向装置的ECU具有：舵角控制部(200)，其被输入舵角指令值，控制转向机构的舵角；辅助控制部(147)，其被输入辅助图渐变增益，输出辅助控制输出渐变增益；以及切换判断/渐变增益生成部(145)，其生成与舵角控制输出和辅助控制输出进行乘法运算的渐变增益，乘以该渐变增益，进行舵角控制部(200)的舵角控制模式与辅助控制部(147)的辅助控制模式的切换判断。舵角控制部(200)具有位置控制部(208)、舵角速度控制部(212)、操舵干预补偿兼方向盘减振部件(220)。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及一种电动动力转向装置。

背景技术

以往，在汽车用操舵系统中提出了电动式动力转向装置(EPS：Electric PowerSteering)并已实际应用。目前，正开发着以下一种电动动力转向装置：根据对转向轮赋予的操舵扭矩，使电动机产生辅助操舵扭矩，将该辅助操舵扭矩传递给转向轴。在这种电动动力转向装置中，电动机经由减速机构与转向轴相连接，在通过减速机构对电动机的旋转进行减速之后，传递给转向轴。

另外，近年来，对车辆自动操舵的自动驾驶技术受到关注，开发了各种技术。采用了以下结构等：在电动动力转向装置中实现自动操舵的情况下，独立地掌握舵角控制(对用于使转向机构的舵角跟踪期望角度的电动机电流指令值进行运算和控制)和辅助控制(对用于以电动机的旋转力对转向机构赋予操舵助力(辅助力)的电动机电流指令值进行运算和控制)，并切换这些输出等(例如参照专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3912279号公报

专利文献2：日本专利第3917008号公报

专利文献3：日本特开2004-017881号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在自动驾驶中，当驾驶员干预方向盘操作(转向机构操舵)时，有时干预的操作并未被充分反映。另外，在干预该操作时，驾驶员会有别扭感、不适感。以下，详细说明上述情况。

<课题1(在自动驾驶中驾驶员干预时的别扭感、舵角控制与辅助控制的并存)>

在舵角控制中使用对舵角指令的响应性、对路面反作用力等的干扰抑制性方面具有良好性能的位置速度控制，例如在位置控制部中使用P控制(比例控制)，在速度控制部中使用PI控制(比例积分控制)。在将舵角控制和辅助控制的各输出即指令值进行切换时，例如当由驾驶员进行开关输入而产生突然切换时，指令值突然变动而方向盘行为变得不自然，因此使驾驶员感到别扭。因此，使用以下方法：将舵角控制指令值和辅助控制指令值乘以各自的渐变增益(逐渐变化的增益)，逐渐切换输出，由此抑制电流指令值的突然变动(参照专利文献3等)。

但是，在该方法中，在切换过程中舵角控制指令值由渐变增益限制，输出到电流指令值，因此对舵角控制指令值，电流指令值的输出与所受限制的量对应地变小。通过该限制，电动机的实际速度相对舵角速度指令值变慢，因此在舵角速度指令值与实际速度之间产生偏差，速度控制内的I控制(积分控制)的积分值得到累积，由此从速度控制输出更大的舵角控制指令值。其结果，在针对辅助控制指令值的渐变增益逐渐变大的状态下，由渐变增益引起的限制得到缓和，因此随着渐变增益增加而舵角控制指令值变为过度值，方向盘对舵角速度指令值过度地响应，以受阻感的方式使驾驶员感到别扭和不适。

<课题2>

原本在包含上述课题1的现有技术(例如参照专利文献3)所涉及的方法中，对舵角偏差进行P控制而对速度控制进行PI控制，在舵角控制中由驾驶员进行手动输入的干预的情况下，当然，以舵角控制跟踪舵角指令值的方式进行动作，直到进行从舵角控制向辅助控制的“切换动作”为止，难以以手动方式切换方向盘。另外，由于“手动输入检测”“切换动作”而在时间上发生延迟，从而有时驾驶员无法充分进行操舵干预动作。

本发明的目的在于，提供一种在车辆自动驾驶中驾驶员干预方向盘操作(操舵)时能够充分反映所干预的操作并且能够减少在干预该操作时驾驶员所感觉到的别扭、不适的电动动力转向装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明是一种电动动力转向装置，具有：

电动机，其对车辆转向机构赋予操舵助力；以及

ECU，其根据基于上述车辆的目标轨道运算出的舵角指令值，生成上述转向机构的控制信号，

该电动动力转向装置根据上述舵角指令值来驱动上述电动机，对上述车辆的上述转向机构进行辅助控制，并且相互切换自动操舵控制模式与手动操舵控制模式，

上述ECU具有：

舵角控制部，其被输入上述舵角指令值，控制上述转向机构的舵角；

辅助控制部，其被输入辅助图渐变增益，输出辅助控制输出渐变增益；以及

切换判断/渐变增益生成部，其生成与上述舵角控制输出和辅助控制输出相乘的渐变增益，并乘以该渐变增益，进行上述舵角控制部的舵角控制模式与上述辅助控制部的辅助控制模式的切换判断，

上述舵角控制部具有：

位置控制部，其对上述转向机构的目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益来计算舵角速度指令值ωref；

舵角速度控制部，其根据被输入的目标舵角速度ωt和实际舵角速度ωr，通过使用伪积分的PI控制来计算针对上述电动机的电流指令值，以使上述实际舵角速度ωr跟踪上述目标舵角速度ωt；以及

操舵干预补偿兼方向盘减振部件，其根据驾驶员干预操舵时的操舵扭矩，输出向消除由该操舵干预引起的上述转向机构的扭杆的扭曲的方向的电流指令值。

根据如上所述结构的电动动力转向装置，在车辆自动驾驶过程中即使不进行“手动输入检测”“切换动作”，也能够实现无别扭感的操舵干预。另外，还能够实现减轻操舵干预时的受阻感等别扭感并且抑制从舵角控制向辅助控制的别扭感的切换动作。

在电动动力转向装置中，优选上述舵角控制部还具有减少方向盘振动频率成分的滤波器或通过相位滞后补偿来减少振动频率成分的方向盘振动去除部件。

在以往的通常技术(例如参照专利文献2)中，进行在位置控制部中使用P控制而在速度控制部中使用了速度PI控制的舵角跟踪控制。在车辆中进行舵角控制的情况下，由于行驶车速、摩擦、路面反作用力的变化等，干扰、负载状况发生较大的变化，因此必须具有经得起这些变化的控制结构。然而，在以往的控制技术中的结构中，例如在路面反作用力发生变化的情况下、目标舵角讯速地发生变化的情况下，由于转向轮的弹簧与惯性系统而产生振动，充分存在驾驶员对该振动感觉别扭、不适的可能性(课题3)。与此相对，根据如上所述电动动力转向装置，通过使用方向盘振动去除部件和操舵干预补偿兼方向盘减振部件，能够实现在自动操舵中抑制方向盘振动。

另外，优选上述舵角控制部还具有使用限制器限制上述舵角速度指令值ωref直到完成上述渐变的上下限可变限制器。

在以往的通常技术(例如参照专利文献1)中，提出了以下方法：在开始进行舵角控制时以逐渐地增加舵角速度的方式进行控制，减少在开始时由方向盘突然变动引起使驾驶员感到别扭。然而，在该方法中，当开始渐变时直到达到舵角速度上限值为止持续增加，因此I控制的积分值过度地累积。其结果，随着渐变增益变大而舵角控制指令值变为过度的值，方向盘对舵角速度指令值过度地响应，从而使驾驶员感到别扭(课题4)。与此相对，根据如上所述电动动力转向装置，通过上下限可变限制器以及舵角控制输出渐变增益、速度指令渐变增益、速度指令渐变增益，减少如上所述带给驾驶员的别扭感。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度控制渐变增益乘以上述舵角速度控制部中的信号。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度指令渐变增益乘以上述舵角速度指令值ωref。

上述舵角控制部还可以具有可变速率限制器，该可变速率限制器对上述舵角指令值进行速率限制处理，避免由该舵角指令值θref的急变导致作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的舵角指令渐变增益乘以来自上述可变速率限制器的舵角指令值。

为了解决上述课题，本发明是一种电动动力转向装置，具有：

电动机，其对车辆的转向机构赋予操舵助力；以及

ECU，其根据基于上述车辆的目标轨道运算出的舵角指令值，生成上述转向机构的控制信号，

该电动动力转向装置根据上述舵角指令值来驱动上述电动机，对上述车辆的上述转向机构进行辅助控制，并且相互切换自动操舵控制模式与手动操舵控制模式，

上述ECU具有：

舵角控制部，其被输入上述舵角指令值，控制上述转向机构的舵角；

辅助控制部，其通过上述电动机的旋转力对上述转向机构赋予操舵助力；以及

切换判断/渐变增益生成部，其生成与上述舵角控制输出和辅助控制输出相乘的渐变增益，并乘以该渐变增益，进行上述舵角控制部的舵角控制模式与上述辅助控制部的辅助控制模式的切换判断，

上述舵角控制部具有：

位置控制部，其对上述转向机构的目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益而计算舵角速度指令值ωref；

舵角速度控制部，其根据被输入的目标舵角速度ωt和实际舵角速度ωr，通过使用了比例增益Kv和相位滞后补偿的控制来计算针对上述电动机的电流指令值，以使上述实际舵角速度ωr跟踪上述目标舵角速度ωt；以及

操舵干预补偿兼方向盘减振部件，其根据驾驶员干预操舵时的操舵扭矩，输出向消除由该操舵干预引起的上述转向机构的扭杆的扭曲的方向的电流指令值。

根据如上所述结构的电动动力转向装置，在车辆自动驾驶中即使不进行“手动输入检测”、“切换动作”，也能够实现无别扭感的操舵干预。另外，还能够实现减轻操舵干预时的受阻感等别扭感并且抑制从舵角控制向辅助控制的别扭感的切换动作。

在电动动力转向装置中，优选上述舵角控制部还具有减少方向盘振动频率成分的滤波器或通过相位滞后补偿来减少振动频率成分的方向盘振动去除部件。

在以往的通常技术(例如参照专利文献2)中，进行在位置控制部中使用P控制而在速度控制部使用了速度PI控制的舵角跟踪控制。在车辆中进行舵角控制的情况下，由于行驶车速、摩擦、路面反作用力的变化等而干扰、负载状况发生较大的变化，因此必须具有经得起这些变化的控制结构。然而，在以往的控制技术的结构中，例如在路面反作用力发生变化的情况下、并且目标舵角讯速地发生变化的情况下，由于转向轮的弹簧与惯性系统而产生振动，充分存在驾驶员对该振动感觉别扭、不适的可能性(课题3)。与此相对，根据如上所述电动动力转向装置，通过使用方向盘振动去除部件和操舵干预补偿兼方向盘减振部件，能够实现在自动操舵中抑制方向盘的振动。

另外，优选上述舵角控制部还具有使用限制器来限制上述舵角速度指令值ωref直到完成上述渐变的上下限可变限制器。

在以往的通常技术(例如参照专利文献1)中，提出了以下方法：在开始进行舵角控制时以逐渐地增加舵角速度的方式进行控制，减少在开始时由方向盘突然变动带给驾驶员的别扭感。然而，在该方法中，当开始渐变时在达到舵角速度上限值之前持续增加，因此I控制的积分值过度地累积。其结果，随着渐变增益变大而舵角控制指令值变为过度的值，方向盘对舵角速度指令值过度地响应，从而使驾驶员感到别扭(课题4)。与此相对，根据如上所述电动动力转向装置，通过上下限可变限制器以及舵角控制输出渐变增益、速度指令渐变增益、速度指令渐变增益，减少如上所述带给驾驶员的别扭感。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度控制渐变增益乘以上述舵角速度控制部中的信号。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度指令渐变增益乘以上述舵角速度指令值ωref。

上述舵角控制部还可以具有可变速率限制器，该可变速率限制器对上述舵角指令值进行速率限制处理，避免由该舵角指令值θref的急变导致作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的舵角指令渐变增益乘以来自上述可变速率限制器的舵角指令值。

在电动动力转向装置中，上述ECU还可以具有被输入辅助图渐变增益并输出辅助控制输出的辅助控制部，并且将上述辅助控制部的输出乘以辅助控制输出渐变增益GFT1。

为了解决上述课题，本发明是一种电动动力转向装置，具有：

电动机，其对车辆的转向机构赋予操舵助力；以及

ECU，其根据基于上述车辆的目标轨道运算出的舵角指令值，生成上述转向机构的控制信号，

根据上述舵角指令值来驱动上述电动机，对上述车辆的上述转向机构进行辅助控制，并且相互切换自动操舵控制模式与手动操舵控制模式，

上述ECU具有：

舵角控制部，其被输入上述舵角指令值，控制上述转向机构的舵角；

辅助控制部，其被输入辅助图渐变增益，并输出辅助控制输出渐变增益；以及

切换判断/渐变增益生成部，其生成与上述舵角控制输出和辅助控制输出相乘的渐变增益，并乘以该渐变增益，进行对上述舵角控制部的舵角控制模式与上述辅助控制部的辅助控制模式的切换判断，

上述舵角控制部具有：

位置控制部，其对上述转向机构的目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益来计算舵角速度指令值ωref；

舵角速度控制部，其根据被输入的目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr，通过比例控制来计算针对上述电动机的电流指令值，以使上述实际舵角速度ωr跟踪上述目标舵角速度ωt；以及

操舵干预补偿兼方向盘减振部件，其根据驾驶员干预操舵时的操舵扭矩，输出向消除由该操舵干预引起的上述转向机构的扭杆的扭曲的方向的电流指令值。

根据如上所述结构的电动动力转向装置，在车辆自动驾驶中即使不进行“手动输入检测”“切换动作”，也能够实现无别扭感的操舵干预。另外，还能够实现减轻操舵干预时的受阻感等别扭感并且抑制从舵角控制向辅助控制的别扭感的切换动作。

在电动动力转向装置中，优选上述舵角控制部还具有减少方向盘振动频率成分的滤波器或通过相位滞后补偿来减少振动频率成分的方向盘振动去除部件。

在以往的通常技术(例如参照专利文献2)中，进行在位置控制部中使用P控制而在速度控制部使用了速度PI控制的舵角跟踪控制。在车辆中进行舵角控制的情况下，由于行驶车速、摩擦、路面反作用力的变化等而干扰、负载状况发生较大的变化，因此必须具有经得起这些变化的控制结构。然而，在以往的控制技术的结构中，例如在路面反作用力发生变化的情况下、并且目标舵角讯速地发生变化的情况下，由于转向轮的弹簧与惯性系统而产生振动，充分存在驾驶员对该振动感觉别扭、不适的可能性(课题3)。与此相对，根据如上所述电动动力转向装置，通过使用方向盘振动去除部件和操舵干预补偿兼方向盘减振部件，能够实现在自动操舵过程中抑制方向盘振动。

另外，优选上述舵角控制部还具有使用限制器限制上述舵角速度指令值ωref直到完成上述渐变的上下限可变限制器。

在以往的通常技术(例如参照专利文献1)中，提出了以下方法：在开始进行舵角控制时以逐渐地增加舵角速度的方式进行控制，减少在开始时由方向盘突然变动带给驾驶员的别扭感。然而，在该方法中，当开始渐变时在达到舵角速度上限值之前持续增加，因此I控制的积分值过度地累积。其结果，随着渐变增益变大而舵角控制指令值变为过度的值，方向盘对舵角速度指令值过度地响应，从而使驾驶员感到别扭感(课题4)。与此相对，根据如上所述电动动力转向装置，通过上下限可变限制器以及舵角控制输出渐变增益、速度指令渐变增益、速度指令渐变增益，减少如上所述使驾驶员感到的别扭感。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度控制渐变增益乘以上述舵角速度控制部中的信号。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度指令渐变增益乘以上述舵角速度指令值ωref。

上述舵角控制部还可以具有可变速率限制器，该可变速率限制器对上述舵角指令值进行速率限制处理，避免由该舵角指令值θref的急变导致作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。

上述ECU也可以将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的舵角指令渐变增益乘以来自上述可变速率限制器的舵角指令值。

在电动动力转向装置中，上述ECU还可以具有被输入辅助图渐变增益并输出辅助控制输出的辅助控制部，并且将上述辅助控制部的输出乘以辅助控制输出渐变增益GFT1。

发明的效果

根据本发明，在车辆自动驾驶中，在驾驶员干预方向盘操作(操舵)时，能够充分反映所干预的操作并且能够减少在干预该操作时驾驶员可感到的别扭感、不适感。

附图说明

图1是表示电动动力转向装置的概要的结构图。

图2是与辅助图输出电流的一例一起示出电动动力转向装置的控制系的结构例的框图。

图3是表示具有自动操舵控制模式和手动操舵控制模式的切换功能的电动动力转向装置的一例的框图。

图4是表示具有自动操舵控制模式和手动操舵控制模式的切换功能的电动动力转向装置的概要动作例的流程图。

图5是表示车辆系统整体的结构例的框图。

图6A是表示EPS侧ECU内的舵角控制部的一例的框图。

图6B是说明各渐变增益的、手动输入判断后向辅助控制的迁移的线形图。

图7是表示舵角控制的第一方式的舵角控制部的框图。

图8是表示舵角控制的第二方式的舵角控制部的框图。

图9是表示舵角控制的第三方式的舵角控制部的框图。

图10是表示舵角控制的第四方式的舵角控制部的框图。

图11是表示舵角控制的第五方式的舵角控制部的框图。

图12是表示舵角控制的第六方式的舵角控制部的框图。

图13A是表示舵角控制的第六方式的其它例的舵角控制部的框图。

图13B是表示舵角控制的第七方式的舵角控制部的框图。

图13C是表示舵角控制的第八方式的舵角控制部的框图。

图14A是示出表示实现了无别扭感的操舵干预的依据的、角度(目标角度、方向盘舵角)以及操舵扭矩的经时变化的伪积分的情况的线形图。

图14B是示出表示实现了无别扭感的操舵干预的依据的、角度(目标角度、方向盘舵角)以及操舵扭矩的经时变化的P控制的情况的线形图。

图15是表示实施例1中的由舵角速度控制的积分方式的差异引起的方向盘舵角与操舵扭矩的关系的线形图(通过舵角速度控制部进行伪积分的情况)。

图16是表示实施例1中的由舵角速度控制的差异引起的方向盘舵角与操舵扭矩的关系的线形图(通过舵角速度控制部进行P控制的情况)。

图17A是表示使舵角指令值从0[deg]至100[deg]为止斜坡状地变化时的舵角时间响应的线形图。

图17B是表示在P控制的情况下使舵角指令值从0[deg]至100[deg]为止斜坡状地变化时的舵角时间响应的线形图。

图18是表示对舵角指令值进行舵角控制时的、扭杆扭矩的时间响应的线形图。

图19是表示实施例2-1中使舵角指令值从0[deg]至100[deg]为止斜坡状地变化时的舵角时间响应的线形图。

图20是表示实施例2-1中对舵角指令值进行舵角控制时的、扭杆扭矩的时间响应的线形图。

图21是表示从目标操舵角θt向实际操舵角θr的传递函数Gθ(频率响应)的图。

图22是表示通过二次滤波器对频率响应的增益进行拟合的结果的波德图。

图23是表示在实施例3中使舵角指令值从0[deg]至100[deg]为止斜坡状地变化时的舵角时间响应的线形图。

图24是分别表示实施例4中的(A)目标舵角速度ωt、(B)舵角控制输出渐变增益GFA1、(C)辅助控制输出渐变增益GFT1、(D)舵角速度指令值上下限可变限制值的线形图。

图25是分别表示舵角控制渐变增益成为100％时切换限制值的情况下的(A)目标舵角速度ωt、(B)舵角控制输出渐变增益GFA1、(C)辅助控制输出渐变增益GFT1、(D)舵角速度指令值上下限可变限制值的线形图。

图26是表示用于考虑到驾驶员的操舵模型的模拟的设备模型的图。

图27是表示驾驶员的操舵模型的一例的图。

图28是表示辅助图的一例(速度0km/h)的线形图。

图29是表示辅助图的一例(速度20km/h)的线形图。

图30是表示辅助图的一例(速度60km/h)的线形图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明所涉及的电动动力转向装置的优选实施方式(参照图1等)。此外，在本说明书和附图中，实质上对具有相同功能结构的结构要素附加相同的附图标记而省略重复说明。

根据附图说明电动动力转向装置100的通常结构(参照图1)。方向盘(转向轮)1的柱轴(转向轴)2经由减速齿轮3、万向接头4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆(tie rod)6a、6b，进一步经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R相连结。在与柱轴2的相同轴上配置有扭杆和方向盘轴。

另外，在柱轴2上设置有检测方向盘1的操舵角θr的舵角传感器14以及检测操舵扭矩Tt的扭矩传感器10，对方向盘1的操舵力进行辅助的电动机20经由减速齿轮3与柱轴2相连结。

在控制电动动力转向装置100的控制单元(ECU)30中，从电池13供电，并且经由点火开关11被输入点火开关信号IG。控制单元30根据由扭矩传感器10检测出的操舵扭矩Tt以及由车速传感器12检测出的车速Vs来运算辅助控制的电流指令值，根据对电流指令值施加补偿等而得到的电压控制指令值Vref，控制提供给电动机20的电流。此外，由舵角传感器14检测出操舵角θr，但是还能够通过与电动机20相连结的旋转传感器检测出。

发送和接收车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)40与控制单元30相连接，还能够从CAN 40接收车速Vs。另外，发送和接收CAN 40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN 41还能够与控制单元30相连接。

控制单元30主要由CPU(也包含MPU、MCU)构成，图2示出在其CPU内部通过程序执行的一般功能。

参照图2说明控制单元30的功能和动作，由扭矩传感器10检测出的操舵扭矩Tt以及由车速传感器12检测出的(或来自CAN 40的)车速Vs被输入到用于运算电流指令值Iref1的电流指令值运算部31。电流指令值运算部31根据被输入的操舵扭矩Tt和车连vs，使用辅助图等，对提供给电动机20的电流的控制目标值即电流指令值lrefl进行运算。

辅助图是表示操舵扭矩与操舵辅助指令值(电流值)的对应关系的信息，图28～图30示出的线形图中的“电流指令值”对应于该辅助图。辅助图例如包括表示低速、中速以及高速的各速度区域中的操舵扭矩和操舵辅助指令值的对应关系的信息。表示对应关系的信息有时根据多个一阶函数的参数来表示，也有时通过高次多项式来表示。

电流指令值Irefl经由加法部32A被输入到电流限制部33，在过热保护条件下限制最大电流的电流指令值Iref3被输入到减法部32B，运算与反馈的电动机电流值Im之间的偏差Iref4(＝Iref3-Im)，该偏差Iref4被输入到用于改进操舵动作的特性的PI控制部35。由PI控制部35进行特性改进的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制部36，并且经由作为驱动部的逆变器37对电动机20进行PWM驱动。由电动机电流检测器38检测电动机20的电流值Im，并反馈至减法部32B。

另外，旋转变压器等旋转传感器21与电动机20相连接，检测出实际操舵角θs。在加法部32A中将来自补偿部34的补偿信号CM进行加法运算，通过相加补偿信号CM来进行系统类的补偿，从而改进收敛性、惯性特性等。补偿部34通过加法部344将自动回正力矩(SAT)343与惯性342进行加法运算，通过加法部345进一步将其加法结果加上收敛性341，将加法部345的加法结果作为补偿信号CM。

近年来，使用搭载于车辆的摄像机、激光雷达等，致力于自动进行制动而安全停车或进行自动驾驶辅助等。作为自动驾驶辅助，例如驾驶员通过方向盘或其它装置来输入扭矩，由此电动动力转向装置通过扭矩传感器检测操舵扭矩，将其信息用于车辆、电动动力转向装置内的控制切换，解除自动驾驶辅助而返回至通常的辅助控制(手动操舵控制)等。

首先，参照图3说明作为本发明的前提的电动动力转向装置、即具备自动操舵控制模式和手动操舵控制模式的功能并具有切换操舵控制模式的功能的一般电动动力转向装置100。

用于检测电动机旋转角度θs的旋转变压器等旋转传感器151与电动机150相连接，电动机150经由车辆侧ECU 130和EPS(电动动力转向装置)侧ECU140进行驱动控制。车辆侧ECU 130具备：切换指令部131，其根据表示驾驶员的意思的按钮、开关等，输出自动操舵控制或手动操舵控制的切换指令SW；以及目标操舵角生成部132，其根据摄像机(图像)、激光雷达等的信号，生成目标操舵角θt。另外，由设置于柱轴(转向轴、方向盘轴)的舵角传感器14检测出的实际操舵角θr经由车辆侧ECU 130被输入到EPS侧ECU 140内的舵角控制部200。

切换指令部131根据用于识别进入到自动操舵控制到的信号、例如根据将驾驶员的意思通过设置于仪表盘、方向盘外围的按钮、开关或为换挡而设置的停车模式等的车辆状态的信号来输出切换指令SW，将切换指令SW输入到EPS侧ECU 140内的切换部142。另外，目标操舵角生成部132根据摄像机(图像)、激光雷达等的数据并通过公知的方法来生成目标操舵角θt，将所生成的目标操舵角θt输入到EPS侧ECU 140内的舵角控制部200。

EPS侧ECU 140具备：扭矩控制部141，其输出根据操舵扭矩Tt和车速Vs运算出的电动机电流指令值Itref；舵角控制部200，其根据目标操舵角θt、实际操舵角θr、电动机角速度ω以及操舵扭矩Tt运算并输出用于进行舵角自动控制的电动机电流指令值Imref；切换部142，其根据切换指令SW来切换电动机电流指令值Itref和Imref；电流控制/驱动部143，其根据来自切换部142的电动机电流指令值Iref(＝Itref或Imref)对电动机150进行驱动控制；以及电动机角速度运算部144，其根据来自旋转传感器151的电动机旋转角度θs来运算电动机角速度ω。切换部142根据来自车辆侧ECU 130的切换指令部131的切换指令SW，切换扭矩控制部141的扭矩控制模式(手动操舵控制)以及舵角控制部200的位置/速度控制模式(自动操舵控制)，在手动操舵控制中输出电动机电流指令值Itref，在自动操舵控制中输出电动机电流指令值Imref。另外，电流控制/驱动部143由PI电流控制部、PWM控制部、逆变器等构成。

以下，参照流程图说明这种结构的概要动作例(参照图4)。

当操舵系统开始动作时，首先，由扭矩控制部141实施扭矩控制(手动操舵控制模式)(步骤SP1)，使用电动机电流指令值Itref并通过电流控制/驱动部143来驱动电动机150(步骤SP2)。由切换指令部131将上述手动操舵的动作反复进行直到向自动操舵控制输出切换指令SW(步骤SP3)。

当成为自动操舵控制模式而由切换指令部131输出切换指令SW时，从目标操舵角生成部132输入目标操舵角θt(步骤SP4)，从舵角传感器14输入实际操舵角θr(步骤SP5)，从扭矩传感器154输入操舵扭矩Tt(步骤SP6)，从电动机角速度运算部144输入电动机角速度ω(步骤SP7)，在舵角控制部200中生成电动机电流指令值Imref(步骤SP10)。此外，能够适当地变更目标操舵角θt、实际操舵角θr、操舵扭矩Tt、电动机角速度ω的输入顺序。

之后，切换部142根据来自切换指令部131的切换指令SW进行切换(步骤SP11)，由电流控制/驱动部143使用来自舵角控制部200的电动机电流指令值Imref来驱动电动机150(步骤SP12)，返回至上述步骤SP3。基于电动机电流指令值Imref的驱动控制(自动操舵控制)反复进行直到由切换指令部131变更切换指令SW。

在本实施方式中，具备如上所述一般结构的电动动力转向装置100的车辆具有以下结构：在自动驾驶中驾驶员干预方向盘操作(操舵)时，充分反映所干预的操作并且减少干预该操作时使驾驶员感到的别扭感、不适感。以下，说明本实施方式的电动动力转向装置100中的各结构(参照图5等)。

示出与本实施方式的电动动力转向装置100有关的车辆侧ECU 130、EPS侧ECU140、设备160的结构(参照图5)。此外，图5中的双重线意味着发送或接收多个信号这一情况。

车辆侧ECU 130具备车辆状态量检测器130a、切换指令部131、目标轨道运算部134、车辆运动控制部135。

车辆状态量检测器130a根据由搭载于车辆的摄像机、距离传感器、角速度传感器、加速度传感器等检测出的各数据来检测车辆状态量，将该车辆状态量发送到切换指令部131、目标轨道运算部134、车辆运动控制部135。

切换指令部131根据上述车辆状态量以及来自按钮、开关等的信号，将切换指令SW输出到EPS侧ECU 140(的切换判断/渐变增益生成部145)。

目标轨道运算部134根据车辆状态量来运算目标轨道数据，并输出到车辆运动控制部135。

车辆运动控制部135根据车辆状态量，通过舵角指令值生成部135a生成舵角指令值θref，将该舵角指令值θref输出到EPS侧ECU 140的舵角控制部200。

EPS侧ECU 140具备切换部142、电流控制/驱动部143、切换判断/渐变增益生成部145、EPS状态量检测器146、辅助控制部147、舵角控制部200(参照图5)。

EPS状态量检测器146根据从设备160输出的方向盘舵角θh以及由搭载于车辆的角度传感器(方向盘侧、柱侧)、电动机角度传感器、扭矩传感器等检测出的各种数据来检测EPS状态量。由EPS状态量检测器146检测出的EPS状态量(方向盘舵角θh、柱舵角(扭杆下侧的舵角)、方向盘舵角(扭杆上侧的舵角)、电动机角度、操舵扭矩、其它)被分别输出到切换判断/渐变增益生成部145、辅助控制部147。此外，在图5例示的车辆系统中通过EPS侧ECU140检测方向盘舵角θh，但是作为代替，也可以在车辆侧ECU 130侧进行检测。

切换判断/渐变增益生成部145根据来自车辆侧ECU 130的切换指令部131的(辅助控制与舵角控制的)切换指令SW以及操舵扭矩Tt来进行切换判断，并管理各渐变增益而输出到各功能。本实施方式的切换判断/渐变增益生成部145向舵角控制部200输出速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3以及舵角指令渐变增益GFA4，向辅助控制部147输出辅助图渐变增益GFT2，向切换部142输出舵角控制输出渐变增益GFA1和辅助控制输出渐变增益GFT1。

辅助控制部147根据操舵扭矩Tt和辅助图渐变增益GFT2，将舵角控制电流指令值IrefP1输出到切换部142，通过电动机20的旋转力赋予操舵助力(辅助)。

舵角控制部200根据舵角指令值θref、速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3、舵角指令渐变增益GFA4、EPS状态量来计算舵角控制电流指令值IrefP1，并输出到切换部142。切换部142根据来自切换判断/渐变增益生成部145的舵角控制输出渐变增益GFA1和辅助控制输出渐变增益GFT1来切换来自舵角控制部200的舵角控制电流指令值IrefP1和来自辅助控制部147的电流指令值IrefT1。电流控制/驱动部143以电流检测值跟踪电动机电流指令值Iref的方式进行反馈控制。由此，能够控制电动机150的驱动扭矩。电流控制/驱动部143是与通常使用的电动机控制系统有关的结构即可。

设备160具备基于来自电流控制/驱动部143的电动机驱动控制信号(电动机电流)的机械传递特性(与EPS和车辆有关)以及基于由驾驶员进行操舵手动输入的驾驶员操舵传递特性或显示(参照图5)。此外，本说明书所指的“设备”是指车辆与电动动力转向装置100的机械特性、驾驶员的特性等，总之是指控制对象的总称。

接着，说明EPS侧ECU 140中的舵角控制部200的概要和各结构(参照图6)。

在未图示的实际舵角速度运算部中进行通常使用的运算来进行实际舵角速度的计算。具体地说，例如可以根据电动机角度传感器的差分运算和齿轮比来计算实际舵角速度，也可以根据方向盘舵角或柱舵角的差分运算来计算实际舵角速度。将未图示的LPF(低通滤波器)插入到运算系统的最终级，以降低高频噪声。

此外，在本实施方式中，将方向盘舵角(扭杆上侧的角度)视为实际舵角，但是也可以通过将柱舵角视为实际舵角来实现。

<上下限可变限制器202>

针对从车辆侧ECU 130接收的用于自动驾驶等的舵角指令值θref，为了防止由通信错误等引起的异常值、过度值被输入到舵角控制，使用上下限可变限制器(还被称为舵角指令值上下限可变限制器)202进行限制。随着舵角控制与辅助控制的切换动作，根据舵角指令渐变增益GFA4，上下限限制值依次变化为适当的值。

<可变速率限制器204>

可变速率限制器204将舵角指令值θref进行速率限制处理，以避免由舵角指令值θref的急变引起作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。可变速率限制器204的这种处理还有助于提高突然的方向盘行为对驾驶员的安全性。在本实施方式的可变速率限制器204中，随着舵角控制与辅助控制的切换动作，根据舵角指令渐变增益GFA4，速率限制值依次变化为适当的值。

<方向盘振动去除部件206>

在自动操舵中，在舵角指令发生变化时，在舵角指令值θref3中产生由扭杆的弹性和转向轮的惯量而激起振动的频率(大约10Hz左右)成分。为了降低舵角指令值上下限可变限制器202、可变速率限制器204、舵角指令渐变后的舵角指令值θref3中包含的方向盘振动频率成分而通过低通滤波器、陷波滤波器(这些滤波器被用于方向盘振动去除部件206)或相位滞后补偿，能够减少振动频率成分。

<位置控制部208>

位置控制部208将目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益而计算舵角速度指令值ωref。通过该功能，能够生成用于使实际操舵角(舵角)θr接近目标操舵角θt的舵角速度指令值。此外，本说明书所指的位置控制是指控制圆周方向上的舵角位置，换言之，还能够表现为“方向盘舵角的角度控制”。

<速度指令值上下限可变限制器210>

通过速度指令值上下限可变限制器210对渐变增益乘法运算后的舵角速度指令值ωref1进行处理，并输出目标舵角速度ωt。该速度指令值上下限可变限制器210根据速度指令渐变增益GFA3能够将限制值依次变更为适当的值，在渐变增益GFA3小于某一阈值时将上下限限制值设为较小，在大于某一阈值时将上下限限制值设为较大，由此限制舵角速度指令值。

<舵角速度控制部212>

在本实施方式的舵角控制部200中，将目标舵角速度ωt和实际舵角速度ωr输入到舵角速度控制部212，计算实际舵角速度ωr跟踪目标舵角速度ωt这样的电流指令值。

<舵角控制输出上下限限制器214>

通过舵角控制输出上下限限制器214对舵角控制的电流指令值进行限制，以防止过度输出。

<操舵干预补偿兼方向盘减振部件220>

操舵干预补偿兼方向盘减振部件220作为基于由扭矩传感器检测出的扭矩信号的方向盘减振部件而发挥功能。根据该功能，与仅使用方向盘振动去除部件206的情况相比进一步提高自动操舵中的方向盘振动的减振效果。本实施方式的操舵干预补偿兼方向盘减振部件220通过增益与相位补偿来实现方向盘减振功能。例如相位补偿也可以由初级滤波器构成。由此，向消除扭杆扭曲的方向输出电流指令值。另外，操舵干预补偿兼方向盘减振部件220还兼备以下效果：向减小扭曲角的方向起作用，减少在驾驶员进行手动输入干预时的受阻的别扭感。

<FF滤波器230>

FF(前馈)滤波器230为能够设置于位置控制部208内的可选结构(参照图7等示出的后述的实施方式等)。根据FF滤波器230，提高对目标操舵角θt的跟踪性。FF滤波器230例如还起到一阶相位超前滤波器这种效果，但是也可以是进行除此以外的相位补偿的滤波器，也可以使用伪微分、HPF(高通滤波器)。

此外，在此，以下，说明本实施方式中的各种渐变增益(参照图5、图6)。

<舵角控制输出渐变增益GFA1>

将舵角控制输出渐变增益GFA1乘以舵角控制输出上下限限制器214的输出的电流指令值。舵角控制输出渐变增益GFA1用于顺利地进行辅助控制与舵角控制的切换动作并实现对驾驶员的别扭感、安全性等。

<速度控制渐变增益GFA2>

速度控制渐变增益GFA2被乘以舵角速度控制部212中的信号，用于实现顺利的切换。主要用于缓和切换时舵角速度控制内的积分值的累积影响。

<速度指令渐变增益GFA3>

速度指令渐变增益GFA3主要用于从辅助控制切换为舵角控制时实现顺利的切换。将位置控制输出的舵角速度指令值ωref乘以速度指令渐变增益GFA3。

<舵角指令渐变增益GFA4>

将舵角指令渐变增益GFA4乘以来自可变速率限制器204的舵角指令值。

<辅助控制输出渐变增益GFT1>

将辅助控制输出渐变增益GFT1乘以来自辅助控制部147的输出即电流指令值。辅助控制输出渐变增益GFT1用于实现顺利地进行舵角控制与辅助控制的切换动作以及自动驾驶中驾驶员干预操舵。

<辅助图渐变增益GFT2>

将辅助图渐变增益GFT2乘以辅助控制内的辅助图输出电流(参照记载了辅助图输出电流的一例的图2的线形图(纵轴表示电流指令值，横轴表示操舵扭矩Tt))。辅助图渐变增益GFT2用于实现顺利地进行舵角控制与辅助控制的切换动作以及自动驾驶中驾驶员干预操舵。

<手动输入判断后向辅助控制的迁移>

在此，说明手动输入判断后向辅助控制的迁移(参照图6B)。以下，说明在自动驾驶状态(存在舵角控制和辅助控制两者的状态)下由驾驶员进行手动输入的检测后的各渐变增益。

关于渐变增益GFA1～4(舵角控制输出渐变增益GFA1、速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3、舵角指令渐变增益GFA4)，在进行手动输入判断之后从100％依次减少而迁移到0％的本实施方式中，直线性地发生变化。此外，为了更顺利地进行切换动作，可以沿S字曲线进行迁移，也可以将对直线性地变化的信号通过了LPF(低通滤波器)的值设为各渐变增益(例如，一阶LPF、截止频率2[Hz])。其中，渐变增益GFA1～4不一定作为相同迁移而连动，也可以作为调整要素而分别独立地迁移。

(舵角指令渐变增益GFA4)

将舵角指令值的可变速率限制器的变化率设定值设为0。也就是说，将θref2设为固定值。关于这些，省略图示流程图等，但是如果在舵角指令渐变增益GFA4从100％的状态变化为0％侧时变更变化率设定值则能够实现。即，如果进入切换状态则将θref2设为固定值，通过将固定值乘以舵角指令渐变增益GFA4，使θref3与目标操舵角θt接近0。另外，通过将θref2乘以舵角指令渐变增益GFA4，使切换中的目标操舵角θt接近0[deg]，使舵角控制作用于空档状态。另外，在方向盘振动去除部件206的前面进行舵角指令渐变增益GFA4的乘法运算，由此去除由舵角指令渐变增益GFA4的乘法运算而产生的方向盘振动频率成分。

(辅助图渐变增益GFT2)

在车辆自动驾驶状态下，也可以将该辅助图渐变增益GFT2设定为100％以上(此外，在图6B示出的示例中设定为300％)。由此，在驾驶员干预操作时，能够减少由舵角控制的干扰引起的受阻感、别扭感。此外，为了更顺利地进行切换动作，可以使辅助控制输出渐变增益GFT1、辅助图渐变增益GFT2进行沿S字曲线迁移，也可以将针对直线性地变化的信号通过了LPF(低通滤波器)的值设为各渐变增益。

(辅助控制输出渐变增益GFT1)

在自动驾驶状态、手动辅助状态下，也可以将该辅助控制输出渐变增益GFT1始终设定为100％以上，但是也可以如图6B所示那样设定。

在自动驾驶状态中，通过将辅助图渐变增益GFT2提高到100％以上，系统的稳定性对不稳定侧产生影响，由此有时产生振动。为了确保稳定性，将辅助控制输出渐变增益GFT1作为调整要素，例如设定为120％，由此能够抑制产生振动。

接着，示出舵角控制的实施方式(参照图7等)。此外，在图7等中图示方向盘振动去除部件206(参照图6)后级的目标操舵角θt以及在此以后的结构。

<舵角控制的第一方式>

图7示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212对舵角速度控制进行PI控制，在I控制中进行伪积分。更具体地说，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr之间的偏差ωe乘以Kvi而设为与偏差大小成比例的操作量D1，并且，通过伪积分进行I控制(参照图7)。图中的标号Ir1表示伪积分之后，Ir2表示比例增益Kvp之后，Ir3表示相加之后(在其它实施方式中也相同)。此外，舵角速度控制部212中的伪积分例如通过一阶滞后传递函数和增益能够构成为[1/(Ts+1)]×T。

<舵角控制的第二方式>

图8示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212对舵角速度控制进行PI控制，在I控制中进行伪积分。更具体地说，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr之间的偏差乘以Kvi而设为与偏差大小成比例的操作量D1，并且，通过伪积分进行I控制(参照图8)。

<舵角控制的第三方式>

图9示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212对舵角速度控制进行PI控制，在I控制中进行伪积分。更具体地说，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr的偏差乘以Kvi而设为与偏差大小成比例的操作量D1，并且，通过伪积分进行I控制(参照图9)。

<舵角控制的第四方式>

图10示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212进行相位滞后补偿。在舵角控制的第四方式中，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr的偏差乘以Kvp而设为与偏差大小成比例的操作量D1，并且，将进行相位滞后补偿之后的信号Ir4乘以速度控制渐变增益GFA2，作为信号IrefW从舵角速度控制部212输出(参照图10)。

<舵角控制的第五方式>

图11示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212进行相位滞后补偿。在舵角控制的第五方式中，与上述第四方式同样地，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr之间的偏差乘以Kvp而设为与偏差大小成比例的操作量D1，并且，将进行相位滞后补偿之后的信号Ir4乘以速度控制渐变增益GFA2，作为信号IrefW从舵角速度控制部212输出(参照图11)。伪积分的PI控制等效地被替换为相位滞后补偿和增益。

<舵角控制的第六方式>

图12A、图13A示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212进行比例控制(P控制)。更具体地说，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr之间的偏差乘以Kvp而设为与偏差大小成比例的操作量(参照图12、图13A)。

<舵角控制的第七方式>

图13B示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212通过使用了比例增益和相位滞后补偿的控制来计算电流指令值。更具体地说，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr的偏差ωe乘以增益Kv而设为与偏差大小成比例的操作量D1，并且，将进行相位滞后补偿之后的信号Ir4乘以速度控制渐变增益GFA2，计算电流指令值IrefW。

<舵角控制的第八方式>

图13C示出的舵角控制部200的舵角速度控制部212通过使用了比例增益和相位滞后补偿的控制来计算电流指令值。更具体地说，将目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr之间的偏差ωe乘以增益Kv而设为与偏差大小成比例的操作量D1，根据该操作量D1和速度控制渐变增益GFA2来求出操作量D2，进行相位滞后补偿而计算电流指令值IrefW。

根据上述舵角控制的第一～第八各方式，在车辆自动驾驶中即使不进行“手动输入检测”、“切换动作”，也能够实现不存在受阻感等的别扭感的操舵干预。以下，作为实施例1而说明成为其依据的结果等(参照图14A～图20)。

<实施例1>

(课题1和课题2的解决依据)

通过考虑到驾驶员的操舵模型的模拟，在自动驾驶中(其中，将舵角指令值θref固定设为0[deg])，对驾驶员目标角度θarm(参照图中的粗线)，将实际操舵角(以下，还称为方向盘舵角，用标号θh表示。参照细线)、操舵扭矩Tt(参照虚线)的时间响应作为一例而在图14A等中示出。

在此，说明用于模拟的设备模型(参照图26、图27)。

图26示出用于模拟的设备模型(机械模型)。在该设备模型中，电动机电流值对于电流指令值的跟踪性足够快，省略电流控制部的详细说明，设为电流指令值＝电动机电流，并视为信号名称Iref。车速V为固定。柱惯量Jc为将电动机惯量、轴、齿条&齿轮、轮胎的惯量换算为柱轴的合计。电动机角度θm与柱角度θc设为蜗杆减速比的关系。柱角θc与轮胎转舵角δ设为总传动比(Nover)的比的关系。扭杆扭矩与操舵扭矩为相同信号，设为Tt。整个从柱至轮胎作为一个柱惯性而进行模型化。

Jc：柱惯量[kgm^2]

Dc：柱衰减系数[Nm/(rad/s)]

Jh：方向盘惯量[kgm^2]

Dh：方向盘衰减系数[Nm/(rad/s)]

Ks：扭杆弹簧常数[Nm/rad]

Ds：扭杆衰减常数[Nm/(rad/s)]

Kt：电动机扭矩常数[Nm/A]

减速比：ng

Tc：电动机产生扭矩的柱轴换算[Nm]

其中，电动机产生扭矩被换算为柱轴的扭矩(考虑与减速机对应的量)。另外，被视为实际电动机电流与电流指令值Iref一致，因此省略电流控制。

Th：方向盘手动输入扭矩[Nm]

Tt：扭杆扭矩[Nm]

Iref：电流指令值[A]

θh：方向盘舵角[rad]

θc：柱舵角[rad]

V：车速[m/s]

Yveh：车辆重心上的横向移动距离[m]

δ：轮胎转舵角[rad]

Fd：作用于车辆重心的横向外力[N]

Tsat：Tsat’的柱轴换算[Nm]

Tsat’：由路面反作用力引起作用于中心销周围的力矩[Nm]

说明车辆运动模型。式1、式2为车辆的微分方程式。

[式1]

[式2]

式3示出拉普拉斯变换后的侧滑角β与偏航率γ。

[式3]

式4示出作用于中心销周围、轮胎从路面接受的力矩。

[式4]

式5示出近似条件下的车辆重心上的横向加速度。

[式5]

a_y＝V(sβ+γ)

式6示出车辆重心上的横向移动距离。

[式6]

此外，车辆运动模型为考虑到从轮胎转舵角δ向通过路面反作用力作用于中心销周围的力矩Tsat’的传递特性即可。此外，用于模拟的车辆模型与操舵模型并不限定于上述模型，也可以参照一般文献等。另外，例如在东京电机大学出版社，“汽车的运动与控制(自動車の運動と制御)”(安部正人著)中示出车辆模型的关系式即式1、式2、式4、式5。例如在三重大学硕士论文，“与考虑了手腕肌肉骨骼特征的汽车转向操舵感评价有关的研究(腕の筋骨格特性を古考慮した車のステアリング操舵感評価に関する研究)”(横井大介著)中示出了操舵模型。

图27示出驾驶员的操舵模型的一例。在模拟驾驶员操舵时，使用图27示出的操舵模型，将从机械模型(参照图26)输出的方向盘舵角θh输入到操舵模型，将从操舵模型输出的手动输入扭矩Th输出到机械模型。在此，将目标角度(驾驶员的操舵目标角度)设为θarm。

作为一例而示出的条件为以下说明的“伪积分、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝3倍”、“其中，舵角控制输出渐变增益GFA1、速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3以及舵角指令渐变增益GFA4为1倍”。

将输入图14A示出的驾驶员目标角度θarm时的各条件下的方向盘舵角θh与操舵扭矩Tt(＝扭杆扭矩)进行了比较(参照图14A～图16)。

粗线：伪积分(在图16中为P控制)、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝1倍。

细线：伪积分(在图16中为P控制)、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝3倍。

虚线：纯积分(在图16中为PI控制)、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝1倍。

其中，舵角控制输出渐变增益GFA1、速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3和舵角指令渐变增益GFA4为1倍。

根据粗线与虚线可知，通过“伪积分”进行速度控制的PI控制(在图16的情况下进行P控制)才能够进行操舵。以下，可例举其理由。

即，虚线为使方向盘舵角θh转到7.5[deg]，但是受到速度控制PI的纯积分的影响，速度偏差(舵角速度指令值与实际舵角速度的偏差)被持续累积，由此最终强制地返回至舵角指令值θref(＝0[deg])，并且，产生非常大的操舵扭矩，因此，驾驶员的操舵变得困难(在0[deg]产生15[Nm]以上的操舵扭矩)。但是，在以往技术中，在切换前的舵角控制中，辅助控制指令值为0[deg]，但是操舵比虚线更难，因此省略。另外，为了与本实施方式所涉及的电动动力转向装置进行比较，设为GFT1＝1倍、GFT2＝1倍，观察积分方式的差异。

与此相对，在粗线中，能够操舵到大约14[deg]，也不被拉回到舵角指令值0[deg]。这是由于使用伪积分(在图16中为P控制)从而速度偏差的累积受到限定(在图16中，不存在由积分引起的速度偏差的累积)。并且，在细线(辅助图渐变增益GFT2＝3倍)中，能够确认可实现比粗线轻的操舵。可知通过增加辅助图渐变增益GFT2，驾驶员的操舵干预能够以轻操舵来实现。

另外，将输入图14B示出的驾驶员目标角度θarm时的各条件下的方向盘舵角θh与操舵扭矩Tt(＝扭杆扭矩)进行了比较(参照图14B～图16)。

粗线：P控制、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝1倍。

细线：P控制、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝3倍。

虚线：PI控制、辅助控制输出渐变增益GFT1＝1倍、辅助图渐变增益GFT2＝1倍。

其中，舵角控制输出渐变增益GFA1、速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3和舵角指令渐变增益GFA4为1倍。

根据粗线与虚线可知，通过P控制进行速度控制(参照图14B、图16)才能够进行操舵。以下，可举出其理由。

即，虚线为使方向盘舵角θh转到7.5[deg]，但是受到速度控制PI的纯积分的影响，速度偏差(舵角速度指令值与实际舵角速度之间的偏差)被持续累积，由此最终强制地返回至舵角指令值θref(＝0[deg])，并且，产生非常大的操舵扭矩，因此，驾驶员的操舵变得困难(在0[deg]产生15[Nm]以上的操舵扭矩)。但是，在以往技术中，在切换前的舵角控制中，辅助控制指令值为0[deg]，但是操舵比虚线更难，因此省略。另外，为了与本实施方式所涉及的电动动力转向装置进行比较，设为GFT1＝1倍、GFT2＝1倍，观察积分方式的差异。

与此相对，在粗线中能够操舵到大约14[deg]，也不被拉回到舵角指令值0[deg]。这是由于使用比例控制从而不存在由积分引起的速度偏差的累积。并且，在细线(辅助图渐变增益GFT2＝3倍)中，能够确认可实现比粗线轻的操舵。可知通过增加辅助图渐变增益GFT2，驾驶员的操舵干预能够以轻操舵来实现。

另外，根据上述舵角控制的第一～第五各方式，通过使用方向盘振动去除部件206和操舵干预补偿兼方向盘减振部件220，能够实现抑制自动操舵中的方向盘的振动。为了验证这些，不存在驾驶员的操舵干预(方向盘手动输入扭矩Th＝0[Nm])，仅执行舵角控制，将自动驾驶下的舵角控制中的方向盘振动的优劣进行了比较。以下，说明实施例2(参照图17A、图18)。

<实施例2-1>

(课题3的解决依据)

首先，图17A示出使舵角指令值从0[deg]至100[deg]斜坡状地变化的时间响应。作为一例，示出方向盘振动去除部件206后级的目标操舵角(细线)、实际操舵角(粗线)分别响应于舵角指令值(虚线)的情形。

在此，因为P控制因此在舵角指令值与实际操舵角之间产生恒定偏差，但是在保持系统稳定性的范围内(将方向盘减振部件的相位补偿与增益进行组合并验证)，将比例增益Kvp调整为稍大，进一步，在车辆运动控制部的舵角指令值生成部中校正恒定偏差量，因此并不存在问题(参照图17B)。

接着，图18示出与上述相同对舵角指令值进行舵角控制时的、扭杆扭矩的时间响应。

虚线：不存在方向盘振动去除部件，不存在方向盘减振部件。

细线：存在方向盘振动去除部件，不存在方向盘减振部件。

粗线：存在方向盘振动去除部件，存在方向盘减振部件。

其中，在方向盘振动去除部件206中使用一阶LPF截止频率2Hz，在操舵干预补偿兼方向盘减振部件220中使用增益(对于扭杆扭矩1Nm相当于柱轴换算扭矩5Nm)和一阶相位补偿(分子截止频率2Hz、分母截止频率5Hz)的相位超前。

根据该线形图可知方向盘振动去除部件206和操舵干预补偿兼方向盘减振部件220的效果，可知两者均存在才能抑制方向盘的振动(参照图18)。

<实施例2-2>

(课题3的解决依据)

图19示出使舵角指令值从0[deg]至100[deg]斜坡状地变化的时间响应。作为一例，示出方向盘振动去除部件206后级的目标操舵角(细线)、存在FF的情况下的实际操舵角(粗线)、不存在FF的情况下的实际操舵角(一点划线)分别响应于舵角指令值(虚线)的情形。其中，作为FF滤波器230使用分子的截止频率为0.2Hz，分母为5Hz的一阶相位超前滤波器、增益Kpf＝0.2的滤波器。与不存在FF相比存在FF更进一步提高对目标操舵角的跟踪性。

接着，图20示出与上述相同对舵角指令值进行舵角控制时的扭杆扭矩的时间响应。

虚线：不存在方向盘振动去除部件，不存在方向盘减振部件。

细线：存在方向盘振动去除部件，不存在方向盘减振部件。

粗线：存在方向盘振动去除部件，存在方向盘减振部件。

其中，在方向盘振动去除部件206中使用一阶LPF截止频率2Hz，在操舵干预补偿兼方向盘减振部件220中使用增益(对扭杆扭矩1Nm相当于柱轴换算扭矩5Nm)和一阶相位补偿(分子截止频率2Hz、分母截止频率5Hz)的相位超前。

根据该线形图可知方向盘振动去除部件206与操舵干预补偿兼方向盘减振部件220的效果，可知存在两者才能抑制方向盘的振动(参照图20)。

<实施例3>

在图8中，考虑了FF滤波器230处于通过状态(增益＝1的状态)下的、从目标操舵角θt向实际操舵角θr的传递函数Gθ(频率响应)(参照图21)。粗线：增益，细线：相位。传递函数Gθ可以通过设备模型的公式求出，也可以使用实验的频率响应法等一般确定方法来求出。

在本实施例3的FF滤波器230中，在控制理论中通常使用的方法中，如果将该传递函数Gθ的逆传递函数设为FF滤波器230则关于舵角控制跟踪性，目标操舵角θt与实际操舵角θr一致。

图22示出将上述传递函数Gθ的增益进行拟合的结果的波德图(细线：Gθ，粗线：拟合结果)。其中，拟合结果用以下五阶传递函数表示。

[式7]

[b5,b4,b3,b2,b1,b0]＝

1.0e+06*[0.000000001711022 0.000000365522821 0.0000394483002460.002478609805019 0.090668013717508 1.67554097535588]

[a5,a4,a3,a2,a1,a0]＝

1.0e+06*[0.000000026525824 0.000003320000000 0.0002086453156160.007649590856893 0.162938496592083 1.76372734247987]

(对舵角指令的跟踪性)

示出将上述GFIT的逆传递函数(替换分母与分子)应用于FF滤波器230的模拟结果(参照图23)。

图23示出使舵角指令值从0[deg]至100[deg]斜坡状地变化的时间响应。作为示例，示出方向盘振动去除部件206后级的目标操舵角(细线)、存在FF的实际操舵角(粗线)、不存在FF的实际操舵角(一点划线)响应于舵角指令值(虚线)的情形。其中，将一阶LPF(截止频率2[Hz])应用于方向盘振动去除部件206。与不存在FF相比，存在FF更能够跟踪目标操舵角，呈现FF滤波器的有效性。

<实施例4>

(课题4的解决依据)

在开始舵角控制时(从辅助控制进行切换时)，将位置控制部输出的舵角速度指令值ωref乘以渐变增益GFA3。该渐变增益GFA3与对舵角控制电流指令值IrefP1相乘的渐变增益GFA1同步。除此以外，对渐变增益GFA3乘法运算后的舵角速度指令值ωref1设置上下限可变限制器。该限制器能够依次切换舵角速度指令值的限制值，在渐变增益GFA3小于设定阈值时将该限制值固定在较小的值，在阈值以上逐渐增加，由此舵角速度指令值受到限制，作为目标舵角速度ωt而输出到舵角速度控制部。并且，将速度控制器内的信号乘以渐变增益GFA。

结果是，抑制速度控制内的积分值的过度累积(在基于比例与伪积分的PI控制的情况下或基于相位滞后补偿与增益的PI控制的情况下)或抑制产生从速度控制输出的过度电流指令值(在比例控制的情况下)，减小作为使驾驶员感到别扭感的舵角控制输出的电流指令值。另外，在渐变完成之后，舵角速度指令值不受到渐变增益GFA3和上下限可变限制器的限制，速度控制内的信号不受到渐变增益GFA2的限制，因此能够转换到通常的舵角控制(但是，在本实施方式中，速度控制渐变增益GFA2、速度指令渐变增益GFA3在图24中并未显示，与舵角控制输出渐变增益GFA1一致)。由此，从辅助控制向舵角控制的切换也不会使驾驶员感到别扭而能够顺利地进行。

另外，在上述实施例4中，图25示出在舵角控制渐变增益成为100％时切换限制值的情况下的结果。

至此说明的本实施方式所涉及的电动动力转向装置100实现车辆自动驾驶中的高性能的人机接口。即，在自动驾驶中驾驶员干预操舵时，在不进行“手动输入检测”、“切换动作”的状态下也实现手动操舵，确保驾驶员紧急操舵时的高安全性，从而实现使舵角控制与辅助控制并存的控制方法。另外，在从舵角控制切换为辅助控制时也减少受阻感等驾驶员的别扭感、不适感。另外，从辅助控制向舵角控制的切换也无别扭感地顺利地实施。

此外，上述实施方式为本发明的优选实施方式的一例，但是并不限定于此，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够实施各种变形。例如在上述实施方式中将LPF用于方向盘振动去除部件206，但是这仅是优选一例，除此以外，例如也可以通过与方向盘振动频率(大于10Hz左右)一致的陷波滤波器，减少成分。

另外，在上述实施方式中，将一阶相位超前补偿用于操舵干预补偿兼方向盘减振部件220，但是也可以使用二阶以上的相位补偿滤波器。

工业上的可用性

本发明优选应用于电动动力转向。

附图标记说明

1：方向盘(转向轮)；2：柱轴(扭杆)；3：减速齿轮；4a、4b：万向接头；5：齿轮齿条机构；6a、6b：拉杆；7a、7b：轮毂单元；8L、8R：转向车轮；10：扭矩传感器；12：车速传感器；14：舵角传感器；20：电动机；21：旋转传感器；30：控制单元；31：电流指令值运算部；32A：加法部；32B：减法部；33：电流限制部；34：补偿部；35：PI控制部；36：PWM控制部；37：逆变器；38：电动机电流检测器；40：CAN；100：电动动力转向装置；130：车辆侧ECU；130a：车辆状态量检测器；131：切换指令部；132：目标操舵角生成部；134：目标轨道运算部；135：车辆运动控制部；135a：舵角指令值生成部；140：EPS(电动动力转向装置)侧ECU；141：扭矩控制部；142：切换部；143：电流控制/驱动部；144：电动机角速度运算部；145：切换判断/渐变增益生成部；146：EPS状态量检测器；147：辅助控制部；150：电动机；151：旋转传感器；154：扭矩传感器；160：设备；200：舵角控制部；202：上下限可变限制器；204：可变速率限制器；206：方向盘振动去除部件；208：位置控制部；210：速度指令值上下限可变限制器；212：舵角速度控制部；214：舵角控制输出上下限限制器；220：操舵干预补偿兼方向盘减振部件；230：FF滤波器；341：收敛性；342：惯性；343：自动回正力矩(SAT)；344：加法部；345：加法部；CM：补偿信号；GFA1：舵角控制输出渐变增益；GFA2：速度控制渐变增益；GFA3：速度指令渐变增益；GFA4：舵角指令渐变增益；GFT1：辅助控制输出渐变增益；GFT2：辅助图渐变增益；IrefP1：舵角控制电流指令值；Th：操舵扭矩；Vs：车速；θr：实际操舵角；θref：舵角指令值；θs：电动机旋转角度；θt：目标操舵角；ωref：舵角速度指令值。

Claims (23)

1.一种电动动力转向装置，具有：

电动机，其对车辆转向机构赋予操舵助力；以及

ECU，其根据基于上述车辆的目标轨道运算出的舵角指令值，生成上述转向机构的控制信号，

该电动动力转向装置根据上述舵角指令值来驱动上述电动机，对上述车辆的上述转向机构进行辅助控制，并且相互切换自动操舵控制模式与手动操舵控制模式，

该电动动力转向装置的特征在于，

上述ECU具有：

舵角控制部，其被输入上述舵角指令值，控制上述转向机构的舵角；

辅助控制部，其被输入辅助图渐变增益，输出辅助控制输出渐变增益；以及

切换判断/渐变增益生成部，其生成与上述舵角控制输出和辅助控制输出相乘的渐变增益，并乘以该渐变增益，进行上述舵角控制部的舵角控制模式与上述辅助控制部的辅助控制模式的切换判断，

上述舵角控制部具有：

位置控制部，其对上述转向机构的目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益来计算舵角速度指令值ωref；

舵角速度控制部，其根据输入的目标舵角速度ωt和实际舵角速度ωr，通过使用伪积分的PI控制来计算针对上述电动机的电流指令值，以使上述实际舵角速度ωr跟踪上述目标舵角速度ωt；以及

操舵干预补偿兼方向盘减振部件，其根据驾驶员干预操舵时的操舵扭矩，输出向消除由该操舵干预引起的上述转向机构的扭杆的扭曲的方向的电流指令值。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有减少方向盘振动频率成分的滤波器或通过相位滞后补偿来减少振动频率成分的方向盘振动去除部件。

3.根据权利要求1或2所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有使用限制器限制上述舵角速度指令值ωref直到完成上述渐变的上下限可变限制器。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度控制渐变增益乘以上述舵角速度控制部中的信号。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度指令渐变增益乘以上述舵角速度指令值ωref。

6.根据权利要求1～5的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有可变速率限制器，该可变速率限制器将上述舵角指令值进行速率限制处理，避免由该舵角指令值θref的急变导致作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。

7.根据权利要求6所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的舵角指令渐变增益乘以来自上述可变速率限制器的舵角指令值。

8.一种电动动力转向装置，具有：

电动机，其对车辆的转向机构赋予操舵助力；以及

ECU，其根据基于上述车辆的目标轨道运算出的舵角指令值，生成上述转向机构的控制信号，

该电动动力转向装置根据上述舵角指令值来驱动上述电动机，对上述车辆的上述转向机构进行辅助控制，并且相互切换自动操舵控制模式与手动操舵控制模式，

该电动动力转向装置的特在于，

上述ECU具有：

舵角控制部，其被输入上述舵角指令值，控制上述转向机构的舵角；

辅助控制部，其通过上述电动机的旋转力对上述转向机构赋予操舵助力；以及

切换判断/渐变增益生成部，其生成与上述舵角控制输出和辅助控制输出相乘的渐变增益，并乘以该渐变增益，进行上述舵角控制部的舵角控制模式与上述辅助控制部的辅助控制模式的切换判断，

上述舵角控制部具有：

位置控制部，其对上述转向机构的目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益来计算舵角速度指令值ωref；

舵角速度控制部，其根据被输入的目标舵角速度ωt和实际舵角速度ωr，通过使用了比例增益Kv和相位滞后补偿的控制来计算针对上述电动机的电流指令值，以使上述实际舵角速度ωr跟踪上述目标舵角速度ωt；以及

操舵干预补偿兼方向盘减振部件，其根据驾驶员干预操舵时的操舵扭矩，输出向消除由该操舵干预引起的上述转向机构的扭杆的扭曲的方向的电流指令值。

9.根据权利要求8所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有减少方向盘振动频率成分的滤波器或通过相位滞后补偿来减少振动频率成分的方向盘振动去除部件。

10.根据权利要求8或9所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有使用限制器来限制上述舵角速度指令值ωref直到完成上述渐变的上下限可变限制器。

11.根据权利要求8～10的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度控制渐变增益乘以上述舵角速度控制部中的信号。

12.根据权利要求8～11的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度指令渐变增益乘以上述舵角速度指令值ωref。

13.根据权利要求8～12的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有可变速率限制器，该可变速率限制器对上述舵角指令值进行速率限制处理，避免由该舵角指令值θref的急变导致作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。

14.根据权利要求13所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的舵角指令渐变增益乘以来自上述可变速率限制器的舵角指令值。

15.根据权利要求8～14的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU还具有被输入辅助图渐变增益并输出辅助控制输出的辅助控制部，并且将上述辅助控制部的输出乘以辅助控制输出渐变增益GFT1。

16.一种电动动力转向装置，具有：

电动机，其对车辆的转向机构赋予操舵助力；以及

ECU，其根据基于上述车辆的目标轨道运算出的舵角指令值，生成上述转向机构的控制信号，

该电动动力转向装置根据上述舵角指令值来驱动上述电动机，对上述车辆的上述转向机构进行辅助控制，并且相互切换自动操舵控制模式与手动操舵控制模式，

该电动动力转向装置的特征在于，

上述ECU具有：

舵角控制部，其被输入上述舵角指令值，控制上述转向机构的舵角；

辅助控制部，其通过上述电动机的旋转力对上述转向机构赋予操舵助力；以及

切换判断/渐变增益生成部，其生成与上述舵角控制输出和辅助控制输出相乘的渐变增益，并乘以该渐变增益，进行上述舵角控制部的舵角控制模式与上述辅助控制部的辅助控制模式的切换判断，

上述舵角控制部具有：

位置控制部，其对上述转向机构的目标操舵角θt与实际操舵角θr之间的偏差乘以比例增益来计算舵角速度指令值ωref；

舵角速度控制部，其根据被输入的目标舵角速度ωt与实际舵角速度ωr，通过比例控制来计算针对上述电动机的电流指令值，以使上述实际舵角速度ωr跟踪上述目标舵角速度ωt；以及

操舵干预补偿兼方向盘减振部件，其根据驾驶员干预操舵时的操舵扭矩，输出向消除由该操舵干预引起的上述转向机构的扭杆的扭曲的方向的电流指令值。

17.根据权利要求16所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有减少方向盘振动频率成分的滤波器或通过相位滞后补偿来减少振动频率成分的方向盘振动去除部件。

18.根据权利要求16或17所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有使用限制器限制上述舵角速度指令值ωref直到完成上述渐变的上下限可变限制器。

19.根据权利要求16～18的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度控制渐变增益乘以上述舵角速度控制部中的信号。

20.根据权利要求16～19的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的速度指令渐变增益乘以上述舵角速度指令值ωref。

21.根据权利要求16～20的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述舵角控制部还具有可变速率限制器，该可变速率限制器对上述舵角指令值进行速率限制处理，避免由该舵角指令值θref的急变导致作为舵角控制输出的舵角控制电流指令值急剧变动。

22.根据权利要求21所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU将由上述切换判断/渐变增益生成部输出到上述舵角控制部的舵角指令渐变增益乘以来自上述可变速率限制器的舵角指令值。

23.根据权利要求16～22的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

上述ECU还具有被输入辅助图渐变增益并输出辅助控制输出的辅助控制部，并且将上述辅助控制部的输出乘以辅助控制输出渐变增益GFT1。