JP2016193690A - 自動操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵機構における操舵に滑らかな動きを与えること。
【解決手段】自動操舵装置は、所定周期毎に入力される下位指令状態量に基づいて、操舵機構の舵角制御を行うＥＰＳ用マイコンと、下位指令状態量の今回値の入力後、前回値と今回値との間の状態量をＥＰＳ用マイコンが補間するための目標状態量を所定周期よりも短い周期で演算する状態量補間部とを備えている。そして、状態量補間部は、今回値の入力があったとき、該入力時の実モータ回転速度ωｒと、前回値に対する今回値の変化率Δθｒ＊との差分の絶対値について、所定閾値α未満のとき補間パターンとして直線パターンを選択する一方、所定閾値α以上のとき補間パターンとして曲線パターンを選択する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動操舵装置に関する。

従来、運転者によるステアリングホイールの操作を必要なしに自動的に操舵機構を操舵することで、車両の自動運転を可能にする自動操舵装置がある。こうした自動操舵装置では、上位ＥＣＵからの舵角指示値と、操舵機構に関連して設けられる舵角センサの出力とに基づき、操舵機構のモータが制御されることで該操作機構の舵角制御が行われている。

ただし、操舵機構の舵角制御では、上位ＥＣＵによる舵角指示値の指示が所定周期毎に行われることから、操舵機構の舵角がステップ状に変化する。こうした操舵機構の舵角の変化を滑らかにすべく舵角指示値を補間するようにしたものもある（例えば、特許文献１）。特許文献１では、舵角指示値の変化分を所定周期よりも短い周期でさらに分割することで、操舵機構の舵角がより細かいステップ状に変化するようにしている。

特開２０００−２７２５３０号公報

ところで、上述した操舵機構の舵角制御では、舵角指示値の変化分に関係なく新たな指示によって実際のモータの回転速度を急変させている場合もある。例えば、前回の舵角指示値におけるさらに前の舵角指示値の変化分が大きい且つ該前回の舵角指示値と今回の舵角指示値の変化分が小さいとき、実際のモータの回転速度が急変しうる。特に、舵角指示値の増減（正負）が変化するときには、実際のモータの回転速度の急変が顕著である。このように、操舵指示値の新たな指示時において、操舵機構における操舵に滑らかな動きを与える点で改良の余地が残されている。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵機構における操舵に滑らかな動きを与えることができる自動操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決する自動操舵装置は、所定周期毎に入力される指令状態量に基づいて、操舵機構の舵角制御を行う舵角制御部と、指令状態量の前回値と今回値との間の状態量を舵角制御部が補間するための目標状態量を所定周期よりも短い周期で演算する状態量補間部とを備える。そして、状態量補間部は、今回値の入力があったとき、該入力時の操舵機構の操舵の舵角速度に換算可能な状態量と、前回値に対する今回値の変化率とに基づいて、適切な補間方法を選択可能に構成される。

上記構成によれば、指令状態量の今回値の入力時の操舵機構の操舵の舵角速度に換算可能な状態量と、指令状態量の前回値に対する今回値とからは、今回値の入力の前後の舵角速度の変化量が得られる。これにより、今回値の入力があったとき、該入力の後の補間方法を選択することで、該入力の前後の操舵機構の操舵の舵角速度の変化量の変化具合の調整が可能になる。すなわちこの場合、操舵機構における操舵に与える動きの自由度を高めることができる。

こうした構成において、今回値の入力があったとき、該入力の前の操舵機構の操舵の舵角速度に対して該入力の後における操舵機構の操舵の舵角速度の変化が小さくなるような補間方法を選択可能にすることができる。すなわちこの場合、今回値の入力があったとき、操舵機構の操舵の舵角速度の急変が抑えられることとなり、操舵機構における操舵に滑らかな動きを与えることができる。

こうした状態量補間部が選択可能な補間方法としては、具体的に、指令状態量の前回値と今回値との間の状態量を直線的に補間する方法と、指令状態量の前回値と今回値との間の状態量を曲線的に補間する方法とを含むことが好ましい。

上述したように、今回値の入力の前の操舵機構の操舵の舵角速度に対して該入力の後における操舵機構の操舵の舵角速度の変化が小さくなるように曲線的に補間する方法を選択するとき、該入力の直後の操舵機構の操舵の舵角速度に比べて、前回値に対する今回値の変化率が大きいと、前回値と今回値との間にて操舵機構の操舵の舵角速度を急変させてしまいかねない。

そこで、上記状態量補間部は、曲線的に補間する方法を選択するとき、指令状態量の今回値の入力後の操舵機構における操舵の舵角速度の変化を一定にする関数を用いることが好ましい。

上記構成によれば、指令状態量の今回値の入力の前の操舵機構の操舵の舵角速度に対して該入力の後における操舵機構の操舵の舵角速度の変化が小さくなるように曲線的に補間する方法が選択されるときであっても、前回値と今回値との間における操舵機構の操舵の舵角速度の急変を抑えることができる。したがって、操舵機構における操舵に滑らかな動きを好適に与えることができる。

また、上記自動操舵装置において、状態量補間部は、曲線的に補間する方法を選択するとき、操舵機構の操舵の舵角速度に換算可能な状態量と、指令状態量の前回値に対する今回値の変化率とに基づいて、異なる関数を選択しうることが好ましい。

上記構成によれば、指令状態量の今回値の入力の前後の舵角速度の変化量に基づいて、曲線的に補間する方法を選択するとき、該舵角速度の変化が増加及び減少するいずれの場合であっても適切な補間を行うことができる。すなわちこの場合、今回値の入力の前の操舵機構の操舵の舵角速度に対して該入力の後における操舵機構の操舵の舵角速度が変化するなかで、該舵角速度の変化が増加又は減少するように変化するいずれであっても、操舵機構における操舵に滑らかな動きを好適に与えることができる。

本発明によれば、操舵機構における操舵に滑らかな動きを与えることができる。

自動操舵装置の概略を示す図。 自動操舵装置における上位ＥＣＵ及びＥＰＳ−ＥＣＵの制御構成を示すブロック図。 ＥＰＳマイコンにおける状態量補間部の処理手順を示すフローチャート。 （ａ），（ｂ）は舵角速度の変化の態様を示す図。

以下、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という）を備えた自動操舵装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、車両には、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という）を有する自動操舵装置１が搭載される。ＥＰＳは、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪を転舵させる操舵機構７、運転者のステアリング操作を補助する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２０、及びＥＰＳアクチュエータ２０の作動を制御するＥＰＳ−ＥＣＵ２８を備える。

操舵機構７は、運転者により操作されるステアリングホイール２、及びステアリングホイール２と一体回転するステアリングシャフト３を備える。ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２の中心に連結されたコラムシャフト８、コラムシャフト８の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト９、及びインターミディエイトシャフト９の下端部に連結されたピニオンシャフト１０からなる。ピニオンシャフト１０の下端部は、ピニオンシャフト１０に交わる方向へ延びるラック軸５（正確にはラック歯が形成された部分４）に噛合される。したがって、ステアリングシャフト３の回転運動は、ピニオンシャフト１０及びラック軸５からなるラックアンドピニオン機構６によりラック軸５の往復直線運動に変換される。こうした往復直線運動が、ラック軸５の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１１を介して左右の転舵輪１２，１２にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪１２，１２の転舵角が変更される。

ＥＰＳアクチュエータ２０は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、アシスト力の発生源であるモータ２１を備える。モータ２１としては、ブラシレスモータなどが採用される。モータ２１は、減速機構２２を介してコラムシャフト８に連結される。減速機構２２は、モータ２１の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト８に伝達する。すなわち、ステアリングシャフト３にモータ２１のトルクがアシスト力（操舵補助力）として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

また、本実施形態の自動操舵装置１は、所定周期毎に生成する指令状態量としての上位指令状態量θｓ＊（本実施形態では、舵角指示値）に基づいて操舵機構７のモータ２１の状態量制御、すなわちモータ回転角制御を行うことで操舵機構７におけるコラムシャフト８（転舵輪１２，１２）の舵角制御を行う。自動操舵装置１は、上位指令状態量θｓ＊を車内ネットワーク９０（ＣＡＮ）を介して、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８に所定周期毎に送信する上位コントローラである上位ＥＣＵ２９を備える。

ＥＰＳ−ＥＣＵ２８及び上位ＥＣＵ２９は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求あるいは走行状態を示す情報として取得し、これら取得される各種の情報に応じて上記モータ回転角制御を行う。すなわち、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８には、回転角センサ２３が接続される。また、上位ＥＣＵ２９には、カーナビ等のＧＰＳ２４、及び車速センサ２５が接続される。

回転角センサ２３は、モータ２１に設けられてモータ２１の実モータ回転角θｒを検出する。ＧＰＳ２４は、車両の上位位置情報θｃｏｎを検出する。車速センサ２５は、車速（車両の走行速度）ＳＰを検出する。

次に、自動操舵装置１における電気的構成について、詳しく説明する。
図２に示すように、上位ＥＣＵ２９は、ＧＰＳ２４で検出される上位位置情報θｃｏｎ、車速センサ２５で検出される車速ＳＰをそれぞれ入力とする。上位ＥＣＵ２９は、マイクロプロセッシングユニット等からなる上位用マイコン３０を備える。上位用マイコン３０は、車速ＳＰ及び上位位置情報θｃｏｎに基づき最適な上位指令状態量θｓ＊を生成する上位指令状態量生成部３１を有する。そして、上位用マイコン３０における上位指令状態量生成部３１は、上記各種入力に基づき上位指令状態量θｓ＊を車内ネットワーク９０（ＣＡＮ）を介して、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８に所定周期毎に送信する。

また、図２に示すように、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８は、上位ＥＣＵ２９よりＣＡＮ９０を介して所定周期毎に送信されてくる、上位指令状態量θｓ＊を入力する。そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８は、モータ２１を回転させるモータ回転制御指令を生成し、モータ２１に出力する。

次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８の各機能について、詳しく説明する。
ＥＰＳ−ＥＣＵ２８は、マイクロプロセッシングユニット等からなる舵角制御部としてのＥＰＳ用マイコン４０と、モータ２１の実モータ電流Ｉｒを検出する電流センサ５０と、ＰＷＭ信号に基づきモータ２１へ駆動電力を供給するように駆動するインバータ回路等の駆動回路部４４とを有する。

ＥＰＳ用マイコン４０は、モータ制御信号を生成するための目標電流値を演算する、状態量補間部４１及びＰＩＤ制御部４２を有する。また、ＥＰＳ用マイコン４０は、状態量補間部４１及びＰＩＤ制御部４２を通じて演算された目標電流値に基づきモータ制御信号を生成してＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ制御部４３とを有する。

また、ＥＰＳ用マイコン４０は、所定周期で入力する上位指令状態量θｓ＊を、所定の変換係数を用いて実モータ回転角θｒに関わる情報に変換する変換器４５を有する。変換器４５は、上位指令状態量θｓ＊を減速比等を乗算して指令状態量としての下位指令状態量θｒ＊（本実施形態では、モータ回転角指示値）に変換する。

ここで、状態量補間部４１、ＰＩＤ制御部４２、ＰＷＭ制御部４３、及び駆動回路部４４の機能について、さらに詳しく説明する。
状態量補間部４１は、変換器４５で変換される下位指令状態量θｒ＊と、その時に回転角センサ２３で検出される実モータ回転角θｒを微分器４６で微分して得られる実モータ回転速度ωｒとを入力する。実モータ回転速度ωｒは、減速機構２２の減速比等を用いて、操舵機構７における操舵（コラムシャフト８）の舵角速度に換算可能な状態量である。

そして、状態量補間部４１は、下位指令状態量の今回値（以下、「下位指令状態量θｒ＊」という）を入力すると、その下位指令状態量の前回値（以下、「下位指令状態量θｒ０＊」という）に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率、及び実モータ回転速度ωｒに基づいて適切な補間パターン（補間方法）を選択する。続いて、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ０＊（前回値）と下位指令状態量θｒ＊（今回値）との下位指令状態量間（モータ回転角指示値間）を補間するための目標状態量θｐ＊を生成する。

状態量補間部４１は、上位ＥＣＵ２９が上位指令状態量θｓ＊を送信する所定周期よりも短い周期で目標状態量θｐ＊を生成する。すなわち、上位ＥＣＵ２９が上位指令状態量θｓ＊を送信する所定周期を周期Ｔ（例えば、５０ｍｓｅｃ）とし、該周期ＴをＮ分割（例えば、２０分割）する場合、周期Ｔ／Ｎ（この場合には、２．５ｍｓｅｃ）毎に目標状態量θｐ＊が状態量補間部４１によって生成（更新）される。

具体的に、状態量補間部４１は、選択した補間パターン毎の演算によって目標状態量θｐ＊を生成し、該目標状態量θｐ＊を減算器４７に周期Ｔ／Ｎ毎に出力する。本実施形態では、こうした補間パターンとして、下位指令状態量θｒ０＊と下位指令状態量θｒ＊との下位指令状態量間を直線的に補間する直線パターンでの補間パターンと、該下位指令状態量間を曲線的に補間する曲線パターンでの補間パターンとが用意されており、それぞれに予め定めた関数に当て嵌めてＮ個の目標状態量θｐ＊が演算される。

例えば、図３に示すように、直線パターンでの補間パターンにおいて目標状態量θｐ＊は、下位指令状態量θｒ０＊と下位指令状態量θｒ＊との下位指令状態量間が直線によって結ばれるように（モータ回転角指示値間をＮ等分した平均値毎に変化するように）演算される。また、曲線パターンでの補間パターンにおいて目標状態量θｐ＊は、下位指令状態量θｒ０＊と下位指令状態量θｒ＊との下位指令状態量間が放物線によって結ばれるように（モータ回転角指示値間を二次関数的に変化するように）演算される。こうした補間パターンの詳細については、後述する。

ＰＩＤ制御部４２は、状態量補間部４１が出力する目標状態量θｐ＊と、その時に回転角センサ２３で検出される実モータ回転角θｒとを減算器４７が減算して得られる下位指令状態量偏差Δθｐを入力する。またさらに、ＰＩＤ制御部４２は、下位指令状態量偏差Δθｐを入力すると、比例制御＋積分制御＋微分制御（ＰＩＤ制御）を行い、目標電流値Ｉｒ＊を生成し、該目標電流値Ｉｒ＊を減算器４８に対して出力する。

ＰＷＭ制御部４３は、ＰＩＤ制御部４２が出力する目標電流値Ｉｒ＊と、その時に電流センサ５０で検出される実モータ電流Ｉｒとを減算器４８が減算して得られる電流偏差ΔＩｒを入力する。またさらに、ＰＷＭ制御部４３は、電流偏差ΔＩｒを入力すると、駆動回路部４４を駆動させるためのモータ制御信号Ｓｒを生成し、該モータ制御信号Ｓｒを駆動回路部４４に対して出力する。

次に、補間パターンの選択において、ＥＰＳ−ＥＣＵ２８におけるＥＰＳ用マイコン４０の処理手順を説明する。
図３に示すように、ＥＰＳ用マイコン４０における状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ＊の入力があったとき、該入力時の実モータ回転速度ωｒと、下位指令状態量θｒ０＊に対する該下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分（ωｒ−Δθｒ＊）の絶対値が所定閾値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

変化率Δθｒ＊は、下位指令状態量θｒ＊と下位指令状態量θｒ０＊との差分を、上位ＥＣＵ２９が上位指令状態量θｓ＊を送信する周期Ｔで除算して得られるものであって、下位指令状態量θｒ０＊と下位指令状態量θｒ＊との下位指令状態量間の勾配を表す。すなわち、変化率Δθｒ＊は、下位指令状態量θｒ＊に向けたモータ回転角制御において、生じさせることとなるモータ回転速度を表すものであって、操舵機構７における操舵の舵角速度に換算することができる。なお、実モータ回転速度ωｒは、下位指令状態量θｒ＊に向けたモータ回転角制御の直前までにおいて、生じさせているモータ回転速度を表すものであって、操舵機構７における操舵の舵角速度に換算することができる。

そして、実モータ回転速度ωｒと、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分の絶対値は、該下位指令状態量θｒ＊の入力の前後のモータ回転速度の変化量を表すものであって、操舵機構７における操舵の舵角速度の変化量に換算することができる。所定閾値αは、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後のモータ回転速度の変化量について、該モータ回転速度（操舵機構７の操舵の舵角速度）が急変するとして経験的に導かれる値に設定される。

実モータ回転速度ωｒと、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分の絶対値が所定閾値α未満の場合には、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度の変化量が小さく、該舵角速度が急変しないことが判定される。また、実モータ回転速度ωｒと、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分の絶対値が所定閾値αよりも大きい場合には、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度の変化量が大きく、該舵角速度が急変することが判定される。

ステップＳ１０１にて、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分の絶対値が所定閾値α未満であるとき（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、状態量補間部４１は、下位指令状態量間の補間パターンとして直線パターンを選択する（ステップＳ１０２）。

続いて、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ０＊を始点（原点）として、周期Ｔに対して下位指令状態量θｒ＊に向かう直線に沿って周期Ｔ／Ｎ毎の目標状態量θｐ＊を演算して生成する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３にて、状態量補間部４１は、生成した目標状態量θｐ＊を該周期Ｔ／Ｎ毎に順次出力する。

一方、ステップＳ１０１にて、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分の絶対値が所定閾値α以上であるとき（ステップＳ１０１：ＮＯ）、状態量補間部４１は、下位指令状態量間の補間パターンとして曲線パターンを選択する（ステップＳ１０４）。

続いて、状態量補間部４１は、ステップＳ１０１で用いた実モータ回転速度ωｒに対して変化率Δθｒ＊が大きい（Δθｒ＊＞ωｒ）か否かを判定する（ステップＳ１０５）。
実モータ回転速度ωｒに対して変化率Δθｒ＊が大きい（Δθｒ＊＞ωｒ）場合には、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後のモータ回転速度の変化量について、該モータ回転速度（操舵機構７の操舵の舵角速度）が急変するなかで、大きく増加（正）するように変化することが判定される。また、実モータ回転速度ωｒに対して変化率Δθｒ＊が大きくない（Δθｒ＊≦ωｒ）場合には、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後のモータ回転速度の変化量について、該モータ回転速度（操舵機構７の操舵の舵角速度）が急変するなかで、大きく減少（負）するように変化することが判定される。

ステップＳ１０５にて、実モータ回転速度ωｒに対して変化率Δθｒ＊が大きい（Δθｒ＊＞ωｒ）とき（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、状態量補間部４１は、下位指令状態量間の補間パターンとして曲線パターンのなかでも、下に凸の放物線に沿った関数（正の二次関数）による曲線パターンを選択する（ステップＳ１０６）。このとき本実施形態では、現状の実モータ回転速度ωｒで進む直線（一次関数）に下に凸の放物線に沿った関数（正の二次関数）を足し合わせることで、下位指令状態量θｒ＊の入力の後の目標状態量θｐ＊の増加の変化を緩やかにした曲線パターンによる補間がなされることとなる。

そして、ステップＳ１０６にて、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ０＊（前回値）を始点（原点）として、周期Ｔに対して下位指令状態量θｒ＊（今回値）に向かう下に凸の放物線に沿って周期Ｔ／Ｎ毎の目標状態量θｐ＊を演算して生成する。ステップＳ１０６にて、状態量補間部４１は、生成した目標状態量θｐ＊を該周期Ｔ／Ｎ毎に順次出力する。

一方、ステップＳ１０５にて、実モータ回転速度ωｒに対して変化率Δθｒ＊が大きくない（Δθｒ＊≦ωｒ）とき（ステップＳ１０５：ＮＯ）、状態量補間部４１は、下位指令状態量間の補間パターンとして曲線パターンのなかでも、上に凸の放物線に沿った関数（負の二次関数）による曲線パターンを選択する（ステップＳ１０７）。このとき本実施形態では、現状の実モータ回転速度ωｒで進む直線（一次関数）に上に凸の放物線に沿った関数（負の二次関数）を足し合わせることで、下位指令状態量θｒ＊の入力の後の目標状態量θｐ＊の減少の変化を緩やかにした曲線パターンによる補間がなされることとなる。

そして、ステップＳ１０７にて、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ０＊（前回値）を始点（原点）として、周期Ｔに対して下位指令状態量θｒ＊（今回値）に向かう上に凸の放物線に沿って周期Ｔ／Ｎ毎の目標状態量θｐ＊を演算して生成する。ステップＳ１０７にて、状態量補間部４１は、生成した目標状態量θｐ＊を該周期Ｔ／Ｎ毎に順次出力する。

また、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の曲線パターンでの補間で用いられる関数としては、正負の二次関数が用いられることから、下位指令状態量θｒ＊の入力の後の目標状態量θｐ＊の増加及び減少の変化速度が一次関数をなすこととなる。すなわちこの場合、下位指令状態量θｒ＊の入力の後の目標状態量θｐ＊の変化速度の変化（変化加速度）、すなわちモータ回転速度の加速度（操舵機構７の操舵の舵角速度の加速度）が一定であるということとなる。

以上に説明した自動操舵装置１によれば、以下の（１）〜（４）に示す作用及び効果を奏する。
（１）実モータ回転速度ωｒと、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分（ωｒ−Δθｒ＊）の絶対値からは、該下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７における操舵の舵角速度の変化量が得られる。

そして、本実施形態では、下位指令状態量θｒ＊の入力があったとき、こうして得られる操舵機構７における操舵の舵角速度の変化量に応じて、該入力の後の補間パターンを選択することで、該入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度の変化量の変化具合の調整が可能になる。すなわちこの場合、操舵機構７における操舵に与える動きの自由度を高めることができる。

具体的に、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度の変化量が小さく、該舵角速度が急変しないことを判定するとき（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、従来同様、補間パターンとして直線パターンを選択する。

これにより、図４（ａ）に示すように、下位指令状態量θｒ＊の入力の前の操舵機構７の操舵の舵角速度ｖ０に対して該入力の後の操舵機構７の操舵の舵角速度ｖｓの変化量βが所定閾値α未満のとき、そもそも該舵角速度が急変しない（変化が小さい）ことが判定されていることから直線パターンにより補間される。したがって、制御の効率化の観点でメリットを有している。

一方、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度の変化量が大きく、該舵角速度が急変することを判定するとき（ステップＳ１０１：ＮＯ）、従来同様、直線パターンで補間しようとすると、操舵機構７における操舵の舵角速度の急変を抑えることができなくなる。

その点、状態量補間部４１は、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度の変化量が大きく、該舵角速度が急変することを判定するとき（ステップＳ１０１：ＮＯ）、補間パターンとして曲線パターンを選択する。

これにより、図４（ｂ）に示すように、下位指令状態量θｒ＊の入力の前の操舵機構７の操舵の舵角速度ｖ０に対して下位指令状態量θｒ＊の入力の後の操舵機構７の操舵の舵角速度ｖｓの変化量γが所定閾値α以上のとき、曲線パターンにより補間することで該舵角速度が急変されることなく滑らかに変化される。したがって、操舵機構７における操舵の舵角速度の急変を抑える観点でメリットを有している。

このように、下位指令状態量θｒ＊の入力があったとき、該入力の前の操舵機構７の操舵の舵角速度に対して該入力の後における操舵機構７の操舵の舵角速度の変化が小さくなるような補間パターンを選択可能にすることができる。すなわちこの場合、下位指令状態量θｒ＊の入力があったとき、操舵機構７の操舵の舵角速度の急変が抑えられることとなり、操舵機構７における操舵に滑らかな動きを与えることができる。

（２）また、状態量補間部４１が曲線パターンを選択するとき、該入力の直後の操舵機構７の操舵の舵角速度に比べて、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊が大きいと、下位指令状態量間にて操舵機構７の操舵の舵角速度を急変させてしまいかねない。

そこで、状態量補間部４１は、補間パターンとして曲線パターンを選択するとき、下位指令状態量θｒ＊の入力後の操舵機構７における操舵の舵角速度の変化（加速度）を一定にする二次関数を用いた補間を行うこととしている。

すなわちこの場合、下位指令状態量θｒ＊の入力の前の操舵機構７の操舵の舵角速度に対して該入力の後における操舵機構７の操舵の舵角速度の変化が小さくなるように曲線パターンが選択されるときであっても、下位指令状態量間における操舵機構７の操舵の舵角速度の急変を抑えることができる。したがって、操舵機構７における操舵に滑らかな動きを好適に与えることができる。

（３）また、状態量補間部４１は、曲線パターンを選択するとき、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度が急変するなかで、大きく増加（正）するように変化することを判定するとき（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、下に凸の放物線に沿った関数（正の二次関数）による曲線パターンを選択する。

すなわちこの場合、図４（ｂ）に示すように、下位指令状態量θｒ＊の入力の後のモータ回転速度（操舵機構７の操舵の舵角速度）の増加の変化が滑らかであるということとなる。

一方、状態量補間部４１は、曲線パターンを選択するとき、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度が急変するなかで、大きく減少（負）するように変化することを判定するとき（ステップＳ１０５：ＮＯ）、上記同様、下に凸の放物線に沿った関数で補間しようとすると、該舵角速度の急変を却って招きうる。

その点、状態量補間部４１は、補間パターンとして曲線パターンを選択するとき、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度が急変するなかで、大きく減少（負）するように変化することを判定するとき（ステップＳ１０５：ＮＯ）、上に凸の放物線に沿った関数（負の二次関数）による曲線パターンを選択する。

すなわちこの場合、図４（ｂ）における舵角速度ｖ０と舵角速度ｖｓとを入れ替えて示されるように、下位指令状態量θｒ＊の入力の後のモータ回転速度（操舵機構７の操舵の舵角速度）の減少の変化が滑らかであるということとなる。

これにより、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度が急変するなかで、こうした急変が増加及び減少するいずれの場合であっても適切な補間を行うことができる。すなわちこの場合、下位指令状態量θｒ＊の入力の前後の操舵機構７の操舵の舵角速度が急変するなかで、大きく増加又は大きく減少するように変化するいずれであっても、操舵機構７における操舵に滑らかな動きを好適に与えることができる。

（４）本実施形態では、操舵機構７における操舵の舵角速度に換算可能な状態量として、回転角センサ２３で検出される実モータ回転角θｒを微分して得られる実モータ回転速度ωｒを用いている。これにより、例えば、操舵機構７におけるコラムシャフト８の舵角を直接的に検出するようなセンサを設ける必要がなくなり、自動操舵装置１の構成を簡素化してコスト面においてもメリットを見出すことができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・曲線パターンでは、実モータ回転速度ωｒと変化率Δθｒ＊との大小に関係なく共通の関数を定めるようにしてもよい。

・実モータ回転速度ωｒと変化率Δθｒ＊との大小の比較について、これらが同値の場合、補間パターンを選択する処理においてステップＳ１０５（ＹＥＳ）からステップＳ１０７へと移行してもよい。すなわちこの場合、ステップＳ１０５では、実モータ回転速度ωｒに対して変化率Δθｒ＊が小さくない（Δθｒ＊≧ωｒ）か否かが判定される。

・曲線パターンで用いる関数としては、二次以上の関数に変更することもできる。また、例えば、曲線パターンで用いる関数を三次関数に定めるときには、下位指令状態量θｒ＊の入力後の操舵機構７における操舵の舵角速度の変化（加速度）の変化（躍度又は加加速度）を一定にすることができる。

・曲線パターンで用いる関数としては、下位指令状態量θｒ＊の入力後の操舵機構７における操舵の舵角速度の変化（加速度）が一定でなくてもよい。例えば、補間すべき所定周期の間で複数の関数を切り替えたりすることで、下位指令状態量θｒ＊の入力後の操舵機構７における操舵の舵角速度の変化（加速度）に変化を与えるようにしてもよい。

・上記実施形態は、実モータ回転速度ωｒと、下位指令状態量θｒ０＊に対する下位指令状態量θｒ＊の変化率Δθｒ＊との差分（ωｒ−Δθｒ＊）の絶対値に基づいて、補間パターンを選択可能であればよく、補間すべき所定周期の間で直線パターンと曲線パターンとを切り替える補間パターンを含ませてもよい。

・実モータ回転速度ωｒと変化率Δθｒ＊との差分の絶対値と所定閾値αの比較について、これらが同値の場合、補間パターンを選択する処理においてステップＳ１０１（ＹＥＳ）からステップＳ１０２へと移行してもよい。すなわちこの場合、ステップＳ１０１では、実モータ回転速度ωｒと変化率Δθｒ＊との差分の絶対値が所定閾値α以下であるか否かが判定される。

・上記実施形態では、操舵機構７における操舵の舵角速度に換算可能な状態量として、回転角センサ２３で検出される実モータ回転角θｒを微分して得られる実モータ回転速度ωｒを用いていたが、操舵角センサを用いて操舵機構７における操舵（コラムシャフト８）の舵角速度を得られるようにしてもよい。操舵角センサは、磁気式の回転角センサであってコラムシャフト８に設けられる。この場合、補間パターンを選択する処理のステップＳ１０１では、操舵角センサで検出される操舵角を微分して得られる舵角速度ｖｓと、上位指令状態量θｓ０＊（前回値）に対する上位指令状態量θｓ＊（今回値）の差分を周期Ｔで除算して得られる変化率Δθｓ＊との差分（ｖｓ−Δθｓ＊）の絶対値に基づいて、所定閾値αとの比較を行えばよい。またこの場合には、上位指令状態量θｓ＊と操舵角センサで検出される操舵角を用いてモータ回転制御指令を生成するようにしてもよい。すなわちこの場合、変換器４５を省略することができる。

・上位指令状態量生成部３１は、モータ回転角指示値を生成、出力するようにしてもよい。すなわちこの場合、変換器４５を省略することができる。
・上位指令状態量生成部３１は、ピニオン角指示値を生成、出力するようにしてもよい。この場合にも、補間パターンを選択する処理においてステップＳ１０１では、操舵角センサで検出される操舵角を微分して得られる舵角速度ｖｓを用いるようにしてもよいが、自動操舵装置１をコラムアシストＥＰＳ以外のラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに具体化する場合、減速比等に基づき変換する必要がある。

・上記実施形態では、上位用マイコン３０及びＥＰＳ用マイコン４０の２個のマイコンを用いて具体化したが、これらの機能を兼ね備えた１個のマイコンで具体化してもよい。
・上記実施形態では、自動操舵装置１をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、自動操舵装置１をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。

・ＥＰＳアクチュエータ２０の駆動源であるモータ２１として、誘導モータやステッピングモータ等、その種類を問わず採用することができる。
次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）上記自動操舵装置において、舵角制御部は、操舵機構のモータの回転制御を行うことで操舵機構の舵角制御を行うようになっており、操舵機構の操舵の舵角速度に換算可能な状態量は、操舵機構のモータの回転角を検出して得られる回転速度である。上記構成によれば、例えば、操舵角を直接的に検出するようなセンサを設ける必要がなくなり、自動操舵装置の構成を簡素化してコスト面においてもメリットを見出すことができる。

θｓ＊…上位指令状態量（舵角指示値）、θｒ＊…下位指令状態量（モータ回転角指示値）、θｐ＊…目標状態量、Δθｒ＊…変化率、θｒ…実モータ回転角、ωｒ…実モータ回転速度、１…自動操舵装置、７…操舵機構、８…コラムシャフト、１２…転舵輪、２０…ＥＰＳアクチュエータ、２１…モータ、３０…上位用マイコン、４０…ＥＰＳ用マイコン（舵角制御部）、４１…状態量補間部。

Claims (4)

1. 所定周期毎に入力される指令状態量に基づいて、操舵機構の舵角制御を行う舵角制御部と、
   前記指令状態量の前回値と今回値との間の状態量を前記舵角制御部が補間するための目標状態量を前記所定周期よりも短い周期で演算する状態量補間部と、を備え、
   前記状態量補間部は、前記今回値の入力があったとき、該入力時の操舵機構の操舵の舵角速度に換算可能な状態量と、前記前回値に対する前記今回値の変化率とに基づいて、適切な補間方法を選択可能に構成される自動操舵装置。
2. 前記状態量補間部が選択可能な補間方法には、前記前回値と前記今回値との間の状態量を直線的に補間する方法と、前記前回値と前記今回値との間の状態量を曲線的に補間する方法とを含む請求項１に記載の自動操舵装置。
3. 上記状態量補間部は、前記曲線的に補間する方法を選択するとき、前記今回値の入力後の前記操舵機構における操舵の舵角速度の変化を一定にする関数を用いる請求項２に記載の自動操舵装置。
4. 前記状態量補間部は、前記曲線的に補間する方法を選択するとき、前記操舵機構の操舵の舵角速度に換算可能な状態量と、前記前回値に対する前記今回値の変化率とに基づいて、異なる関数を選択しうる請求項２又は請求項３に記載の自動操舵装置。