JP2017013579A - パワーステアリング装置の制御装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、運転者が意図しない自動操舵解除が起きないパワーステアリング装置の制御装置を提供することである。【解決手段】本発明におけるパワーステアリング装置の動作を制御する制御装置は、ステアリングホイールの操作により入力される操舵トルクに基づいて操舵力を補助するアシスト制御と、舵角指令値に基づいて転舵輪の舵角を制御する自動操舵制御と、のいずれかの制御を選択し、前記自動操舵制御が選択されている状態において前記操舵トルクが所定の閾値を超えた場合には、当該自動操舵制御が解除されるとともに前記アシスト制御が選択され、前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクの増加量に応じて舵角速度指令値を設定することで、前記自動操舵制御の解除を抑制する解除抑制制御を行うことを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は自動操舵を行うパワーステアリング装置の制御装置及びパワーステアリング装置に関する。

パワーステアリング装置などの操舵装置の制御装置は、車両の運転状態に基づき、モータなどを備えたアクチュエータを制御して運転者の操舵力に操舵補助力を付与するアシストモードと、上位コントローラの指令値に基づいて目標舵角を生成し、アクチュエータを制御して転舵輪舵角を自動で調整する自動操舵モードと、を有するものがある。このような操舵装置で、自動操舵中にトルクセンサによって検出される運転者の操舵トルクが所定の値（閾値）以上になったとき、自動操舵からアシストに切換えることを特徴とするものがある（例えば、下記特許文献１を参照）。

また、自動操舵中のハンドル振動を抑制するためにトーションバーに生じるねじれ角を検出し、ねじれ角とねじれ角微分値に基づいてモータの電流指令値を算出し、モータを制御する操舵装置がある（例えば、下記特許文献２を参照）。

また、自動操舵中の目標舵角の角加速度が制限値以下になるように目標舵角を補正し、転舵角の情報に基づいて、転舵角が補正後の目標舵角に追従するようにモータを制御する舵角装置も提案されている（例えば、特許文献３を参照）

特開平４−５５１６８号公報 特開２００３−２３７６０７号公報 国際公開第２０１１／１５２２１４号

しかし、駐車を自動操舵で行う際にスムーズな駐車を実現するためには、比較的大きい舵角で高速な転舵が要求されるが、特許文献１に記載されている操舵装置を用いた場合、モータによって駆動されるトーションバーよりもタイヤ側の高速な動作に対し、ステアリングホイールの慣性力によりトーションバーよりもステアリングホイール側の動作が遅れる。そのため、ピニオンの回転角度とステアリングホイールの回転角度の間に差が発生し（ねじれ角）、ねじれ角を基に算出される操舵トルクが運転者の操舵がなくても上昇する。自動操舵モードがアシストモードに移行する閾値トルクを超えると、運転者の意図に反して、自動運転が解除されてアシストモードに移行する可能性がある。

また、特許文献２に記載されている操舵装置では、低速または微小量の転舵の場合、ステアリングホイールの振動を抑制することができるが、駐車の際の自動操舵のように大舵角の高速の転舵を行う場合、モータ電流値の急劇な変化が起きる可能性がある。ステアリングホイール動作の滑らかさが損なわれることにより、運転者が不安感を感じたり、ねじれ角を十分に小さく抑えることが難しくなったりする可能性がある。

また、特許文献３に記載されている操舵装置は、舵角加速度が制限値を超えないようにするため、目標舵角を生成するための制限値をパワーステアリング装置のダイナミクスに応じて設定しなければならないが、その際に部品の個体ばらつきや温度による粘性抵抗の変化などを考慮しなければならない。そのため、最もトーションバーねじれが発生する条件を想定して舵角加速度制限値を設定した場合、トーションバーねじれが発生しない動作環境・状態下では、より高い加速度で動作させ、高速転舵することができるのにもかかわらず、それよりも低い速度で転舵されることになる。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自動操舵中に大舵角の高速転舵を行う場合に、運転者が意図しない自動操舵解除の発生を抑制したパワーステアリング装置の制御装置及びパワーステアリング装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明のパワーステアリング装置の制御装置及びパワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作により入力される操舵トルクに基づいて操舵力を補助するアシスト制御と、舵角指令値に基づいて転舵輪の舵角を制御する自動操舵制御と、のいずれかの制御を選択し、前記自動操舵制御が選択されている状態において前記操舵トルクが所定の閾値を超えた場合には、当該自動操舵制御が解除されるとともに前記アシスト制御が選択され、前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクの増加量に応じて舵角速度指令値を設定することで、前記自動操舵制御の解除を抑制する解除抑制制御を行うことを特徴とする。

本発明のパワーステアリング装置の制御装置は、自動操舵中にステアリングホイールが接続される入力軸と操舵機構への出力軸との間に設置されたトーションバーのねじれ角（操舵トルク）が発生する場合に、目標舵角速度を補正する目標速度補正器により、目標舵角速度を補正し、運転者の意図に反して自動操舵が解除されないようにパワーステアリング装置を操作することができる。舵角速度や操舵トルクはパワーステアリング装置の動作状態やタイヤが設置する路面の状態などにより変化するため、これらをフィードバックし、補正した目標舵角速度に追従する制御を行うことで、パワーステアリング装置の動作環境や状態を考慮した、自動操舵中の操舵トルク発生抑制制御を行うことができる。したがって本発明によれば、自動操舵中に大舵角の高速転舵が必要とされる場面で、運転者の意図しない自動運転解除が発生しない。

パワーステアリング装置１及び制御装置２の構成を示す概略図である。 実施形態１に係るパワーステアリング装置１の制御装置２の構成を示す概略図である。 実施形態１に係る制御選択器３０の処理を示すフローチャートである。 実施形態１に係る自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。 実施形態１に係る自動操舵演算装置２９の処理を示すフローチャートである。 実施形態１に係る目標速度補正器３６の処理を示すフローチャート 実施形態１に係る自動操舵演算装置２９の制御系の構成例を示すブロック図である。 制御装置２にステップ状の目標舵角を入力した場合の操舵トルクの出力例を示す図である。 実施形態１に係る制御装置２の効果を示す制御結果の一例である。 比較例に係るパワーステアリング装置１の動作の一例である。 実施形態１に係るパワーステアリング装置１の動作の一例である。 実施形態２に係るパワーステアリング装置１の制御装置２の構成を示す概略図である。 実施形態２に係る自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。 実施形態３に係る自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。 実施形態３に係る目標速度補正器３４の処理を示すフローチャートである。 実施形態４に係る自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。 実施形態４に係る目標速度補正器３４の処理を示すフローチャートである。 実施形態５に係る自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。 実施形態５に係る目標速度補正器３４の処理を示すフローチャートである。 パワーステアリング装置１を備えた車両の構成を示す概略図である。

図１は、パワーステアリング装置の制御装置２と、これを備えたパワーステアリング装置１を示す概略図である。パワーステアリング装置１は、大まかに、制御装置２および操舵機構３により構成される。

操舵機構３は、ステアリングホイール４、ステアリングシャフト５、ピニオン軸６、ラック軸７を有する。ラック軸７には、減速機構８を介してモータ９が接続される。運転者によってステアリングホイール４が操作されると、ステアリングシャフト５を介してピニオン軸６に回転が伝達される。ピニオン軸６の回転運動は、ラック軸７の直動運動に変換される。これにより、ラック軸７の両端に連結される左右の転舵輪１０、１１が転舵される。ラック軸７には、ピニオン軸６とかみ合うラック歯が形成されている。ラック軸７は、ラックアンドピニオンの機構により、回転を直動に変換する。

ステアリングシャフト５とピニオン軸６の間には、トルクセンサ１２が設けられる。トルクセンサ１２は、不図示のトーションバーのねじれ角に基づいて操舵トルクを出力する。トーションバーは、ステアリングシャフト５とピニオン軸６の接続部に配置される。

モータ９に接続される減速機構８は、例えば図１ではモータ９の出力軸に取り付けられたベルト・プーリ１３によって駆動されるボールねじ１４が用いられる。この構成によって、モータ９のトルクをラック軸７の並進方向力に変換する。なお。減速機構８は、ステアリングホイール４入力と同様にラックアンドピニオンを用いる構成や、ボールねじのナットを中空モータなどで直接駆動する構成などを用いてもよい。

上位コントローラ１５は、運転者が自動操舵による制御を選択する際に操作する自動運転スイッチ（ＳＷ）からの信号や、車両に設けられたカメラ、センサ、地図情報などから得られる車両状態信号などが入力される。運転者によって自動操舵スイッチが操作されて自動運転での車両制御が選択されると、車両状態信号に基づいて車両の経路を生成し、それを実現するためにパワーステアリング装置１の制御装置２に自動操舵制御を実行させる自動操舵フラグ１９とパワーステアリング装置１に要求する目標舵角２０を出力する。

制御装置２は、入力端子１６と出力端子１７を備える。また、制御装置２は、電源１８が接続される。制御装置２の入力端子１６には、例えば、自動操舵フラグ１９、目標舵角２０、操舵トルク値２１、モータ回転角・回転速度２２、車速などの車両状態信号２３が入力される。また、制御装置２の出力端子１７からは、制御装置２で演算されたモータ制御電流２４、上位コントローラ１５へパワーステアリング装置１の操作状態を伝える信号２５などが出力される。

以下、図面を参照して、本発明に係るパワーステアリング装置１の制御装置２及びパワーステアリング装置１の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る制御装置２の構成の概略を示す。図２に示すように、制御装置２は要求トルク生成部２６と、モータ制御回路とモータ駆動回路を有するモータ駆動部２７と、から構成される。制御装置２は、電源１８からの電力供給で駆動する。

図２において、要求トルク生成部２６は、アシスト演算回路２８と、自動操舵演算回路２９と、制御選択器３０と、から構成される。アシスト演算回路２８は、運転者の操舵を補助するアシストモードにおけるモータ９への要求トルクを演算する。自動操舵演算回路２９は、舵角を目標舵角２０に自動的に一致させる自動操舵モードにおけるモータ９への要求トルクを演算する。制御選択器３０は、上位コントローラ１５の自動操舵フラグ１９の値に基づいてアシストモード或いは自動操舵モードの要求トルクを選択する。

本実施形態では、アシストモードと自動操舵モードの両方の要求トルクを常に計算し、制御選択器３０でいずれかを選択する構成となっている。しかし、先に制御選択器３０でモードを選択しておき、アシストモード或いは自動操舵モードのどちらか一方のみの演算を行う構成としてもよい。

図３は、制御選択器３０の動作を示すフローチャートである。制御選択器３０は、上位コントローラ１５から出力される自動操舵フラグ１９を読み取り、自動操舵、アシストのどちらの制御を選択しているか判断する（ステップＳ１）。例えば、図３では自動操舵フラグ１９の値が１の場合にステップＳ３に進み、それ以外の場合にはアシスト演算回路の演算結果を要求トルク３１として選択する（ステップＳ６）。

ステップＳ３に進んだ場合、操舵トルク２１を読み込み、操舵トルク２１と操舵トルク閾値の大小を判定する。なお、操舵トルク閾値は、通常時の運転者の操舵トルクなどを参考に決めるとよい。操舵トルク閾値よりも操舵トルク２１が小さいと判断された場合は、運転者の意図による操舵トルク２１が発生していないとして、自動操舵演算回路の演算結果を要求トルク３１として選択する（ステップＳ５）。一方、操舵トルク２１が閾値以上と判断された場合は、運転者の意図による操舵トルク２１が発生しているとして、アシスト演算回路の演算結果を要求トルク３１として選択する（ステップＳ６）。

図３のフローチャートに示す本実施形態では、操舵トルク２１が一瞬でも閾値を超えた場合にアシスト演算回路の演算結果を要求トルクとしている。しかし、トルクセンサのノイズの影響等を排除するため、例えば制御装置２の複数回のサンプリングで常に操舵トルク２１が閾値を超えている場合や、操舵トルク２１にフィルタをかけてフィルタ後の値が閾値を超えている場合に、アシスト演算回路の演算結果を要求トルク３１とすることにしてもよい。

図２に示すアシスト演算回路２８の演算処理について説明する。アシスト演算回路２８は、運転者がステアリングホイール４を転舵することで発生する操舵トルク２１の大きさに応じて、モータ９に対する要求トルク３１を決定する。この際に車速などの車両状態情報２３を利用し、車速によってラック軸７に付与するアシスト力を変化させる構成としてもよい。

モータ駆動部２７は、モータ制御回路で要求トルク値３１を実現するために必要なモータ目標電流値を演算する。モータ駆動部２７は、当該演算結果に基づき、モータ駆動回路を操作してモータに流れるモータ電流２４が目標電流値と一致するように、制御・出力する。アシストモード時には、要求トルク３１を実現するモータトルクにより、減速機構８を介してラック軸７に並進方向力を付与し、運転者が小さな操舵トルクで操作できるようにアシストする。

図４は、自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。自動操舵演算回路２９は、舵角・舵角速度変換器３２と、目標速度演算器３４と、目標速度補正器３６と、要求トルク演算器３９と、を有する。舵角・舵角速度変換器３２は、モータ回転角・角速度の信号を実舵角・実舵角速度に変換する。
目標速度演算器３４は、目標舵角２０と実舵角３３に基づいてパワーステアリング装置１の目標舵角速度３５を演算する。目標速度補正器３６は、操舵トルク２１に基づいて目標舵角速度３５を補正し、補正目標舵角速度３７を演算する。要求トルク演算器３９は、補正目標舵角速度３７と実舵角速度３８に基づいてモータ９に対する要求トルク３１を演算する。

図５は、自動操舵演算器２９の演算処理を示すフローチャートである。制御が開始されると、目標速度演算器３４は、上位コントローラ１５で計算された舵角目標値δｒ（目標舵角２０）を読み込む（ステップＳ１０１）。次に、舵角・舵角速度変換器３２で演算された、実舵角δ（実舵角３３）を読み込み（Ｓ１０２）、舵角差Δδ（＝目標舵角δｒ−実舵角δ）を算出する（Ｓ１０３）。次に、目標速度演算器３４は、舵角差Δδを基に目標舵角速度ωｒ（目標舵角速度３５）を演算する（ステップＳ１０４）。次に、目標速度補正器３６は、操舵トルク２１を読み取り（ステップＳ１０５）、目標舵角速度ωｒ（目標舵角速度３５）を補正して自動操舵解除抑制制御を行う（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０では、補正目標舵角速度３７が演算される。自動操舵解除抑制制御の詳細は、後述する。次に、要求トルク演算器３９は、舵角・舵角速度変換器３２で演算された実舵角速度ω（実舵角速度３８）を読み込む（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０８では、舵角速度差Δω（＝目標舵角速度ωｒ−実舵角速度ω）を算出する。要求トルク演算器３９は、この舵角速度差Δωを用いて、モータ９に対する要求トルクＴｒ（要求トルク３１）を演算する（ステップＳ１０９）。要求トルクＴｒは、制御選択器３０を介して、モータ駆動部２７に出力される。

以降は、アシストモードの説明で述べたように、モータ制御回路で要求トルク値３１を実現するために必要なモータ目標電流値を演算し、演算結果に基づいてモータ駆動回路を操作してモータに流れるモータ電流２４が目標電流値と一致するように制御する。この操作より、モータ９は、減速機構８を介してラック軸７に並進方向力を付与し、パワーステアリング装置１を目標舵角に一致するように駆動する。

図６は、目標速度補正器３６の処理を示すフローチャートである。目標速度補正器３６は、図５のステップＳ１０５において読み取った操舵トルク２１に基づき、操舵トルク量の増加を判断する（ステップＳ２０１）。

操舵トルク２１が増加している場合には、目標舵角速度ωｒの増加を判断する（ステップＳ２０２）。目標舵角速度ωｒが増加している場合には、目標舵角速度を減少補正する（減少させる補正量を付加）（ステップＳ２０３）。目標舵角速度ωｒが減少している場合には、目標舵角速度ωｒを増加補正する（増加させる補正量を付加）（ステップＳ２０４）。補正量は、例えば操舵トルクの大きさに基づいて計算され、発生している操舵トルクが大きいほど大きくなる量とするとよい。

また、ステップＳ２０１で操舵トルク２１が減少していると判断された場合、目標舵角速度の補正量を低減する（補正量がない場合は目標舵角速度を変更しない）（ステップＳ２０５）。

図７は、図５および図６においてフローチャート形式で示される自動操舵の演算を、ブロック図形式で示した図である。ここで、ｓはラプラス演算子を示す。また、Ｋ_Ｐ１は比例ゲインを示す。また、実舵角δ及び実舵角速度ωは、モータ９に設置された回転角センサから出力されるモータ回転角及びモータ角速度に基づいて、舵角・舵角速度変換器３２から出力される。図７の目標速度演算器３４は、下記式（１）により目標舵角速度ωｒを演算する。

また、目標速度補正器３６は、式（２）により目標舵角速度ωｒを補正し、補正目標舵角速度ωｍとする。

ここで、Ｋ_ＴＢはゲイン、ｔは操舵トルクを示し、Ｋ_ＴＢｔが補正量になる。ここで、式（２）は舵角速度の符号に対して逆符号の操舵トルクが発生するとしている。式（２）によって図６のフローチャートのように目標舵角速度の補正を行う。つまり、操舵トルク量ｔが大きくなると、式（２）の第二項のＫ_ＴＢｔが大きくなるが、舵角速度と操舵トルクの符号が反対のため、目標舵角速度が増加している場合には（ωｒ＞０）Ｋ_ＴＢｔは負の値になり、目標舵角速度を減少させる補正をする。逆に目標舵角速度が減少している場合には（ωｒ＜０）Ｋ_ＴＢｔは正の値になり、目標舵角速度を減少させる補正をする。また、操舵トルク量ｔが減少する場合には、Ｋ_ＴＢｔ補正量が低減される。

また、図７における目標速度補正器３６は、ゲイン後に目標速度ωｒに対して加算する表記になっているが、操舵トルクの検出する時の符号の向きを考慮して減算に設定することもある。

要求トルク演算器３９は、式（３）により要求トルクＴｒを演算する。ここで、Ｋ_Ｐ２は比例ゲインを示し、Ｋ_Ｉ２は積分ゲインを示す。

図８は、制御装置２にステップ状の目標舵角６７を入力した場合に発生するパワーステアリング装置１の操舵トルク６８の出力例を示す図である。ここで、ステップ状の目標舵角６７のステップ前後の舵角差Δδｓとし、その際に発生する操舵トルク最大値の大きさｔ_ｍａｘとする。

図９は、ステップ前後の舵角差Δδｓを横軸にそのときの操舵トルク最大値の大きさｔ_ｍａｘを縦軸にした場合のｔ_ｍａｘとΔδｓの関係を示す。図９において、実線７０は本実施形態の制御装置２を備えるパワーステアリング装置１の挙動を示す。点線６９は、比較例として、本実施形態の制御装置２を備えていないパワーステアリング装置１の挙動を示す。

点線６９を参照すると、ステップ状入力前後の舵角差Δδｓの増加に伴って、モータ９によってピニオン軸６よりも転舵輪１０、１１側が速く動く。そのため、ステアリングホイール４の慣性力により動作が遅れるステアリングシャフト５とピニオン軸６の角度差が大きくなり、発生する操舵トルク最大値の大きさｔ_ｍａｘが大きくなる。

一方、実線７０で示されるように、本実施形態の制御装置２を備えたパワーステアリング装置１はステップ状入力前後の舵角差Δδｓが大きくなるにつれて、操舵トルク最大値の大きさｔ_ｍａｘの変化が小さくなる。ｔ_ｍａｘの変化量はゲインＫ_ＴＢによって調整できるが、特にパワーステアリング装置１に要求される最大の舵角速度で転舵する場合に、図９のグラフで座標７１（Δδ_ｍａｘ、ｔ_ｌｉｍ）を下回るようにＫ_ＴＢを設計するとよい。ここで、Δδ_ｍａｘは制御装置２の１回分の制御周期で変化する舵角差であり、ｔ_ｌｉｍは自動操舵解除の操舵トルク閾値４０である。

このような構成を有するパワーステアリング装置１の制御装置２は、自動操舵中にパワーステアリング装置の操舵トルク２１が自動操舵解除の操舵トルク閾値４０を超えないように動作を制御することが可能である。

図１０は、比較例として、本実施形態の制御装置２を備えないパワーステアリング装置１の動作の一例を示したものである。図１０には、上位コントローラ１５が自動駐車などの自動操舵中に、ある舵角まで比較的大きな舵角速度で自動操舵する場合の舵角の時間変化４１、目標舵角速度の時間変化４２、操舵トルクの時間変化４３を示している。なお、図１０に示す動作中は操舵トルク閾値を超えても自動操舵が解除されないようにしているものとする。

舵角の時間変化４１の点線４４は、上位コントローラ１５で生成される目標舵角を示している。実線４５は、点線４４の目標舵角に対して制御された結果の、本実施形態の制御装置２を備えないパワーステアリング装置１の実舵角を示す。また、点線４４の目標舵角に対する目標舵角速度の時間変化を実線４６に示す。ピニオン軸６は、ほぼこの目標舵角速度の時間変化４２の実線４６どおりに動作するが、トーションバーやステアリングシャフト５を介して接続されるステアリングホイール４は慣性力によって動作が遅れる。そのため、トーションバーがねじられて操舵トルクの時間変化４３の実線４７で示すように、運転者の操作がなくても操舵トルクが発生する。この実線４７に示すのは比較的大きな舵角速度で操舵した場合なので、動き出しと停止直後に大きな操舵トルクが発生し、それが点線で示す自動操舵解除の操舵トルク閾値４０を超えることがわかる。そのため、実際の自動操舵で制御中は、動き出しで操舵トルクが自動操舵解除の操舵トルク閾値４０を超えた時点で自動操舵からアシストに移行する。

これに対し、図１１は、本実施形態の制御装置２を備えたパワーステアリング装置１の動作の一例を示す。図１１においても、それぞれ舵角の時間変化４８、目標舵角速度の時間変化４９、操舵トルクの時間変化５０を示している。図１１の上位コントローラ１５は、図１０と同じ舵角目標値を制御装置２に与えているものとする。

舵角の時間変化４８において、点線５１は、上位コントローラ１５から与えられる目標舵角を示し、実線５２は、制御装置２の制御によるパワーステアリング装置１の実舵角を示す。目標舵角速度の時間変化４９に示される点線５４は、制御装置２の目標速度演算器３４によって演算される目標舵角速度３５を示し、実線５３は目標速度補正器３６によって演算される補正目標舵角速度３７を示す。操舵トルクの時間変化５０に示される実線５５は、本実施形態の制御装置２により駆動されるパワーステアリング装置１のトルクセンサ１２で検出される操舵トルクを示し、点線４０は、図１０と同じ自動操舵解除の操舵トルク閾値を示す。

図１１に示すように、時間５６から時間６０の目標舵角５１が増加し始める区間は、実線５２で示すように実舵角が変化する。このとき、ピニオン軸６の回転に対してトーションバーよりもステアリングホイール４側が遅れて動くため、トーションバーがねじられ、実線５５に示すように操舵トルクが変動する。

時間５６から時間５７までの区間は、実線５５の操舵トルク量が増大している。この操舵トルク量をトルクセンサ１２で検出し、目標速度補正器３６による演算で実線５３の同区間に示すように目標舵角速度を低減した値を補正目標舵角速度とする。この結果、動き出しの操舵トルクのピークが図１０に比べて小さくなる。

時間５７から時間５８までの区間は、実線５５に示すように操舵トルク量が減少しているので、実線５３に示すように目標舵角速度の補正量を低減して補正目標舵角速度を大きくする。

時間５８から時間５９までの区間は、実線５５に示すように操舵トルク量が再び増大する。この区間では、目標舵角速度が減少しているので、補正量を加えることで目標舵角速度を増加させた補正舵角速度とし、速度変化を低減する。

時間５９から時間６０までの区間は、実線５５の操舵トルクの大きさが小さくなるため、補正量を低減し、その後目標舵角速度と一致する補正目標舵角速度を生成する。これらの制御の結果、パワーステアリング装置１が動き出す際に発生するトーションバーがねじられることで発生する操舵トルクの振動をすばやく抑制することができる。

また、時間６０から時間６１までは、操舵トルクが発生しないため、目標舵角速度が補正されない（目標舵角速度と補正目標舵角速度が一致する）ため、一定速度で転舵される。

時間６１から時間６５までは、転舵状態から停止状態に移行する制動区間に相当する。

時間６１から時間６２では目標舵角の増加がなくなり、パワーステアリング装置１の転舵が制動される。このときに、ピニオン軸６の回転速度の低下に対してステアリングシャフト５側の回転速度低下が追いつかず、トーションバーがねじれて時間６１から時間６２の区間では実線５５に示すように操舵トルクが発生する。

時間６１から時間６２までの区間は、実線５５の操舵トルク量が増大しており、これをトルクセンサ１２で検出する。この区間では舵角速度が減少するため、目標速度補正器３６による演算で目標舵角速度に補正量を加算した補正目標舵角速度を生成し、舵角速度の変化を低減する。この結果、実線５５で示される制動時に発生する操舵トルクのピークが小さく抑えられる。

時間６２から時間６３までの区間は、実線５５で示すように操舵トルク量が減少するため、実線５３に示すように目標舵角速度の補正量を低減して補正目標舵角速度を大きくする。

時間６３から時間６４までの区間では、操舵トルク量が再び増大する。この区間では目標舵角速度が増加しているため、目標舵角速度から補正量を減算した補正目標舵角を生成する。

時間６４から時間６５までの区間は、実線５５の操舵トルク量が小さくなるため補正量を低減し、その後目標舵角速度と一致する補正目標舵角速度を生成する。これらの制御によって操舵トルクの振動を始動時と同様にすばやく抑制することができる。

本実施形態の制御装置２で駆動されるパワーステアリング装置１は、図９のように目標舵角速度を補正し、操舵トルク閾値４０を超えないようにパワーステアリング装置１を駆動する。そのため、操舵トルクの発生量を抑制され、高い舵角速度で転舵しても運転者が意図しない自動運転の解除が発生しない。

また、本実施形態の制御装置２は舵角の加速時、制動時の操舵トルクが発生すると操舵トルクの大きさに応じて補正量を決めて速度変化を抑制するが、逆に操舵トルクが減少すると補正量を小さくして速度変化を増加させる。そのため、操舵トルクが操舵トルク閾値を超えない最大の速度で自動操舵することが可能であり、スムーズな自動駐車を実現することが可能となる。

また、本実施形態では、トルクセンサによって測定される操舵トルクをフィードバックして補正量を決定する構成としているため、使用環境などによって変化する実際のパワーステアリング装置１の動作状況に合わせた補正を行うことができる。そのため、部品の個体差や温度による粘性抵抗の変化を吸収して制御を実現できる。

さらに、目標舵角速度を補正し、補正した目標舵角速度を実現するための要求トルク演算器を有する構成のため、モータ回転角速度から算出される舵角速度のフィードバック値にパワーステアリング装置１の状態や路面状態の情報も含まれるため実際の使用環境に合わせた制御とできる。

また、舵角速度を補正し、その後に要求トルク演算器を有する構成のため、補正した舵角速度と実舵角速度を滑らかにつなぐように要求トルクを演算できるので比較的大きな舵角速度で転舵した場合にも、ステアリングホイールの振動を抑制できる。

また、本実施形態を説明する図１では、要求トルクを演算するために入力する舵角速度をモータに取り付けられたセンサから得るものとしたが、ピニオン軸６回転センサやラック軸７ストロークセンサなどのトルクセンサ１２を構成するトーションバーよりも転舵輪側に取り付けられ、モータ９と連結された部分の移動量、移動速度を検出できるセンサであればほぼ同様の効果が得られる。

また、本実施形態の制御装置２は、目標舵角を上位コントローラ１５から与えられるとして図１に示したが、上位コントローラ１５を持たず、自動操舵スイッチや車両状態などの情報を基に、制御装置２内で目標舵角を生成する構成としても同等の効果が得られる。

また、本実施形態では、トルクセンサ１２で検出される操舵トルクを用いて目標舵角速度を修正する構成として説明したが、トーションバーよりもステアリングホイール４側に回転角センサを設け、この回転角センサを用いてトーションバーに発生するねじれ角を求め、ねじれ角を基に目標舵角速度を補正する構成としても同等の効果が得られる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態におけるパワーステアリング装置の制御装置及びパワーステアリングについて説明する。本実施形態におけるパワーステアリング装置１及び制御装置の基本構成は図１と同様であり説明を省略する。

図１２は、本実施形態の制御装置２の構成概要を示す。第１の実施形態における構成を示す図２とは、操舵トルクを自動操舵演算回路２９に入力しない点が異なる。それ以外の構成は、図２と同様のため説明を省略する。

図１３は、本実施形態の自動操舵演算回路２９の概略を示す。図１３は、第１の実施形態における自動操舵演算回路２９を示す図４と比較して、ねじれ角推定器２０１を有し、推定ねじれ角２０２を目標速度補正器に入力する点が異なる。共通する構成については説明を省略する。

ねじれ角推定器２０１は、以下の式（４）を用いてねじれ角を推定する。以下に示す式（４）は、ステアリングシャフトまわりの運動方程式を表している。なお、トーションバーよりもステアリングホイール４側のイナーシャをＪ、ステアリングシャフト６周りの減衰係数をＣｃ、トーションバーの剛性をＫ_Ｔ、トーションバーのねじり粘性をＣ_Ｔとする。

式（４）をラプラス変換すると、式（５）が得られる。

ここで、Ｘはδのラプラス変換を表し、Ｙはθのラプラス変換を表す。式（５）は、ピニオン軸側の舵角からステアリングシャフト周り回転角の伝達関数に相当する。また、ねじれ角のラプラス変換をＺとすると、ピニオン軸の舵角に対するねじれ角の伝達関数は式（６）となる。

式（６）で示される伝達関数を用いてモータ回転角から計算されるピニオン軸回転角からトーションバーの推定ねじれ角２０２を演算する。

第１の実施形態で述べたように、ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサによってねじれ角を測定し、操舵トルクの代わりに用いても目標速度補正器３６によるほぼ同等の補正効果が得られる。そのため、本実施形態で示す推定ねじれ角２０２を用いて目標舵角速度を補正してもほぼ同等の自動操舵解除抑制制御を実施することができる。

（第３の実施形態）
図１４は、第３の実施形態における自動操舵演算回路２９の構成を示す。第１の実施形態と異なる点は、目標速度補正器３６に目標舵角２０と実舵角３３を入力する点である。それ以外の部分は、図４と同様のため説明を省略する。

図１５は、本実施形態の自動操舵演算回路２９における目標速度補正器３６の処理を示すフローチャートである。図１５のフローチャートは、第１の実施形態である図６に示すフローチャートとほぼ同じであるが、ステップＳ３０１が異なる。ステップＳ３０１では、目標舵角と実舵角の差が閾値角度δｔｈよりも大きい場合にのみステップＳ２０１移行し、目標舵角速度の補正を行う。目標舵角と実舵角の差が閾値角度δｔｈよりも小さい場合には、目標舵角速度の補正は行わず、目標速度演算器３４で演算された目標舵角速度を維持する。ここで、閾値角度θｔｈを実験などで得た操舵トルクが閾値４０を超えることが見込まれる値よりも小さい値に設定するとよい。

本実施形態に示す制御装置２を用いたパワーステアリング装置１は、操舵トルクが小さい値になる目標舵角が与えられた場合には補正をかけないことで、より速い転舵が可能となる。一方、大きな操舵トルクになるような目標舵角が与えられた場合には、自動操舵解除抑制制御が実行され、運転者が意図しない自動操舵の解除が起きないようにパワーステアリング装置１が制御される。

（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態における自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。第１の実施形態と異なる点は、目標速度補正器３６にモータ電流値４０１を入力する点である。それ以外の部分は、第１の実施形態である図４と同様のため説明を省略する。

図１７は、本実施形態の自動操舵演算回路２９における目標速度補正器３６の処理を示すフローチャートである。図１７のフローチャートは、第１の実施形態である図６に示すフローチャートとほぼ同じだが、ステップＳ４０１が異なる。ステップＳ４０１では、モータ電流値４０１の大きさが閾値電流値Ｉｔｈよりも大きい場合にのみステップＳ２０１移行し、目標舵角速度の補正を行う。モータ電流値４０１がＩｔｈよりも小さい場合には、目標舵角速度の補正は行わず、目標速度演算器３４で演算された目標舵角速度を維持する。ここで、閾値電流値Ｉｔｈを実験などで得た操舵トルクが閾値４０を超えることが見込まれる値よりも小さい値に設定するとよい。

本実施形態に示す制御装置２を用いたパワーステアリング装置１は、操舵トルクが小さい値になる目標舵角が与えられた場合には補正をかけないことで、より速い転舵が可能となる。一方、大きな操舵トルクになるような目標舵角が与えられた場合には自動操舵解除抑制制御が実行され、運転者が意図しない自動操舵の解除が起きないようにパワーステアリング装置１が制御される。

（第５の実施形態）
図１８は、第５の実施形態における自動操舵演算回路２９の構成を示す概略図である。第１の実施形態と異なる点は、目標速度補正器３６に実舵角速度３８を入力する点である。それ以外の部分は図４と同様のため、説明を省略する。

図１９は、本実施形態の自動操舵演算回路２９における目標速度補正器３６の処理を示すフローチャートである。図１９のフローチャートは、第１の実施形態１である図６に示すフローチャートとほぼ同じだが、ステップＳ５０１が異なる。ステップＳ５０１では、実舵角速度３８の大きさが閾値舵角速度ωｔｈよりも大きい場合にのみステップＳ２０１移行し、目標舵角速度の補正を行う。実舵角速度３８がωｔｈよりも小さい場合には、目標舵角速度の補正は行わず、目標速度演算器３４で演算された目標舵角速度を維持する。ここで、閾値舵角速度ωｔｈを実験などで得た操舵トルクが閾値４０を超えることが見込まれる値よりも小さい値に設定するとよい。

本実施形態に示す制御装置２を用いたパワーステアリング装置１は、操舵トルクが小さい値になる目標舵角が与えられた場合には補正をかけないことで、より速い転舵が可能となる。一方、大きな操舵トルクになるような目標舵角が与えられた場合には、自動操舵解除抑制制御が実行され、運転者が意図しない自動操舵の解除が起きないようにパワーステアリング装置１が制御される。

（第６の実施形態）
図２０は、本発明の第６の実施形態として、本発明に係るパワーステアリング装置の制御装置及びパワーステアリング装置を備えた車両６０１を示す。車両６０１は、エンジン或いは走行モータ６０２、減速装置６０３及びエンジン制御装置６０４、パワーステアリング装置１及び制御装置２、ブレーキ装置６０５及びブレーキ装置の制御装置６０６、車載地図情報呈示装置６０７、ＧＰＳ６０８、カメラ、ソナー、レーザレーダなどのセンサ６０９、前後、横加速度センサ及びヨーレイトセンサ６１１、車速センサ６１２、車両の運動制御を行う上位コントローラ１５、ＣＡＮなどの車内ＬＡＮ６１３を備える。

本実施形態の車両６０１は、車載地図情報呈示装置６０７、ＧＰＳ６０８により得られる車両６０１の位置情報、カメラ、ソナー、レーザレーダなどのセンサ６０９、前後、横加速度センサ及びヨーレイトセンサ６１１、車速センサ６１２から得られる、車両運動や車両周囲の情報を基に上位コントローラ１５で車両６０１の目標軌道を生成する。上位コントローラ１５はこの目標軌道を達成するために制御装置６０４に目標速度を制御装置２に目標舵角を、制御装置６０６に目標制動力を出力する。

本実施形態の車両６０１は、第１から第６の実施形態で説明した電動パワーステアリング装置１を備える。そのため、例えば狭い空間に自動駐車を行う際に必要とされる大舵角切り返しが必要な際には上位コントローラから大舵角の高速転舵の目標舵角を要求されるが、その際に運転者の意図しない自動操舵解除がされることがない。

１ パワーステアリング装置
２ 制御装置
３ 操舵機構
４ ギヤ
５ ステアリングシャフト
６ ピニオン軸
７ ラック軸
８ 減速機構
９ モータ
１０、１１ 転舵輪
１２ トルクセンサ
１３ ベルト・プーリ
１４ ボールねじ
１５ 上位コントローラ
１６ 入力端子
１７ 出力端子
１８ 電源
１９ 自動操舵フラグ
２０ 目標舵角
２１ 操舵トルク値
２２ モータ回転角、角速度
２３ 車両状態信号
２４ モータ制御電流値
２５ 操作状態信号
２６ 要求トルク生成部
２７ モータ駆動部
２８ アシスト演算回路
２９ 自動操舵演算回路
３０ 制御選択器
３１ 要求トルク
３２ 舵角・舵角速度変換器
３３ 実舵角
３４ 目標速度演算器
３５ 目標舵角速度
３６ 目標速度補正器
３７ 補正目標舵角速度
３８ 実舵角速度
３９ 要求トルク演算器
４０ 操舵トルク閾値
４１、４８ 舵角の時間変化
４２、４９ 目標舵角速度の時間変化
４３、５０ 操舵トルクの時間変化
４４、５１ 上位コントローラ１５で生成される目標舵角δｒ
４５、５２ 実舵角δ
４６、５４ 目標舵角速度ωｒ
４７、５５ 操舵トルク
５３ 補正目標舵角速度ωｍ

Claims (20)

1. ステアリングホイールの操作により入力される操舵トルクに基づいて操舵力を補助するアシスト制御と、舵角指令値に基づいて転舵輪の舵角を制御する自動操舵制御と、のいずれかの制御を選択してパワーステアリング装置の動作を制御する制御装置であって、
   前記自動操舵制御が選択されている状態において前記操舵トルクが所定の閾値を超えた場合には、当該自動操舵制御が解除されるとともに前記アシスト制御が選択され、
   前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクの増加量に応じて舵角速度指令値を設定することで、前記自動操舵制御の解除を抑制する解除抑制制御を行うことを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記舵角速度指令値は、前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクが増加するに従って、前記転舵輪の実舵角と舵角指令値との差である舵角差より算出される目標舵角速度からの補正量が大きくなるように設定されることを特徴とする制御装置。
3. 請求項２に記載の制御装置であって、
   前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクが減少するに従って、前記舵角速度指令値を、前記目標舵角速度に近づける制御を行うことを特徴とする制御装置。
4. 請求項３に記載の制御装置であって、
   前記操舵トルクが所定の閾値を超えないように、前記舵角速度指令値を前記目標舵角速度に近づける制御を行うことを特徴とする制御装置。
5. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記舵角速度指令値は、前記操舵トルクに基づくフィードバック制御により求められることを特徴とする制御装置。
6. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記舵角速度指令値に基づいて、前記転舵輪の舵角を制御するモータの出力トルク指令値を演算する舵角速度制御部を有することを特徴とする制御装置。
7. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記操舵トルクは、前記ステアリングホイールと前記転舵輪の間に設けられるトルク検出手段によって検出されることを特徴とする制御装置。
8. 請求項７に記載の制御装置であって、
   前記解除抑制制御は、前記トルク検出手段よりも前記転舵輪側の舵角速度を制御するものであることを特徴とする制御装置。
9. 請求項８に記載の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記転舵輪の舵角を制御するモータの出力トルクを演算し、
   前記転舵輪側の前記舵角速度は、前記モータの回転角を検知する回転角センサの出力に基づいて、制御されることを特徴とする制御装置。
10. 請求項１に記載の制御装置であって、
    前記転舵輪の目標舵角と実舵角の差が所定値以上の場合に、前記解除抑制制御を行うことを特徴とする制御装置。
11. 請求項１に記載の制御装置であって、
    前記転舵輪の舵角を制御するモータに流れる電流が所定値以上の場合に、前記解除抑制制御を行うことを特徴とする制御装置。
12. 請求項１に記載の制御装置であって、
    前記転舵輪の舵角速度が所定値以上の場合に、前記解除抑制制御を行うことを特徴とする制御装置。
13. ステアリングホイールの操作により入力される操舵トルクに基づいて操舵力を補助するアシスト制御と、舵角指令値に基づいて転舵輪の舵角を制御する自動操舵制御と、のいずれかの制御により動作するパワーステアリング装置であって、
    前記自動操舵制御されている状態において前記操舵トルクが所定の閾値を超えた場合には、当該自動操舵制御が解除されるとともに前記アシスト制御により動作し、
    前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクの増加量に応じて舵角速度指令値を設定することで、前記自動操舵制御の解除を抑制する解除抑制制御を行うパワーステアリング装置。
14. 請求項１３に記載のパワーステアリング装置であって、
    前記舵角速度指令値は、前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクが増加するに従って、前記転舵輪の実舵角と舵角指令値との差である舵角差より算出される目標舵角速度からの補正量が大きくなるように設定されることを特徴とするパワーステアリング装置。
15. 請求項１４に記載のパワーステアリング装置であって、
    前記自動操舵制御に基づく転舵に起因する前記操舵トルクが減少するに従って、前記舵角速度指令値を、前記目標舵角速度に近づける制御を行うことを特徴とするパワーステアリング装置。
16. 請求項１３に記載のパワーステアリング装置であって、
    前記舵角速度指令値は、前記操舵トルクに基づくフィードバック制御により求められることを特徴とするパワーステアリング装置。
17. 請求項１３に記載のパワーステアリング装置であって、
    前記舵角速度指令値に基づいて、前記転舵輪の舵角を制御するモータの出力トルク指令値を演算する舵角速度制御部を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
18. 請求項１３に記載のパワーステアリング装置であって、
    前記操舵トルクは、前記ステアリングホイールと前記転舵輪の間に設けられるトルク検出手段によって検出されることを特徴とするパワーステアリング装置。
19. 請求項１８に記載のパワーステアリング装置であって、
    前記解除抑制制御は、前記トルク検出手段よりも前記転舵輪側の舵角速度を制御するものであることを特徴とするパワーステアリング装置。
20. 請求項１９に記載の制御装置であって、
    前記制御装置は、前記転舵輪の舵角を制御するモータの出力トルクを演算し、
    前記転舵輪側の前記舵角速度は、前記モータの回転角を検知する回転角センサの出力に基づいて、制御されることを特徴とするパワーステアリング装置。

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