JP2018114934A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より的確に車両の進行方向のずれを抑制できる車両用制御装置を提供する。
【解決手段】位置フィードバック制御部５０は角度偏差ｄθに基づいて電流指令値Ｉｓ＊を生成する。減算器５１ａは、電流指令値Ｉｓ＊と補正量Ｔｃとの和から実電流値Ｉを減算することにより、電流偏差ｄＩを演算する。電流フィードバック制御部５１は電流偏差ｄＩに基づいて電圧指令値Ｖｓ＊を生成する。外乱判定部５３によって、ヨーレートＹｒ、横加速度Ｌａ、および回転角度θｍに基づいて、車両がどれだけ直進方向からずれているかを判定することができる。補正量演算部５４は、外乱判定部５３により生成される外乱判定フラグＦ、横加速度Ｌａ、および車速Ｖに基づいて、車両の進行方向のずれを補正するための補正量Ｔｃを生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用制御装置に関する。

車両の進行方向を自動的に変化させる自動運転を可能にする車両用制御装置がある。自動運転を可能にする車両では、車両の走行状態に応じて、操舵機構の操舵量を調整するための種々の制御が考えられている。

たとえば、特許文献１には、車両の走行状態として、路面の傾き（カントやバンク）や横風などの外乱が車両に作用したときに、操舵機構の操舵量を調整する方法が開示されている。特許文献１では、車両の横方向に外乱が作用したとき、この外乱によって車両が本来の進行方向からずれて（偏向して）しまうことを抑制するために、車両のずれを誘引する因子を打ち消すために必要な操舵トルクを低減する補正量を操舵トルクおよび横加速度に基づいて演算していた。これにより、運転者が車両のずれを誘引する因子を打ち消すために長時間にわたって操舵トルクを入力することが抑制され、その操舵トルクを低減することにより、運転者の負担を軽減するようにしている。

特開２０１０−２５４１７８号公報

ところで、自動運転時には、運転者の操舵がないため、操舵トルクが「０」となる。このため、操舵トルクおよび横加速度に基づいて車両の進行方向のずれを誘引する因子を打ち消そうとすると、自動運転時には操舵トルクがないために、的確に補正量を演算することができない。

本発明は、より的確に車両の進行方向のずれを抑制できる車両用制御装置を提供することにある。

上記目的を達成しうる車両用制御装置は、外部からの入力により決定される回転角度指令値に基づいて、転舵輪の転舵角を変化させる動力を発生させるモータを制御する車両用制御装置において、前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転角が前記回転角度指令値に追従するように前記モータの回転角度について位置フィードバック制御を実行する位置フィードバック制御部と、前記位置フィードバック制御部による前記位置フィードバック制御の結果に基づいて、前記モータの電流について電流フィードバック制御を実行することにより、前記モータを制御するための制御量を演算する電流フィードバック制御部と、前記回転角度指令値が車両の直進を示す指令である場合、ヨーレートおよび横加速度の少なくとも一方と前記転舵輪の転舵角に関連する舵角情報に基づいて、外乱により前記車両が直進方向からずれているか否かを判定する外乱判定部と、前記外乱判定部によって前記外乱により前記車両が直進方向からずれている旨判定される場合、前記位置フィードバック制御の結果に加算され、前記外乱の影響を打ち消すための補正量を演算する補正量演算部と、を備えている。

この構成によれば、外乱判定部によって、ヨーレートおよび横加速度の少なくとも一方と舵角情報に基づいて、外乱により車両が直進方向からずれているか否かが判定される。すなわち、操舵トルクを用いることなしに、ヨーレートおよび横加速度の少なくとも一方と舵角情報に基づいて、外乱により車両が直進方向からずれているか否かを判定することができる。そして、外乱判定部によって外乱により車両が直進方向からずれている旨判定される場合、補正量演算部により演算される補正量が位置フィードバック制御の結果に加算され、位置フィードバック制御の結果と補正量との和に基づいて、電流フィードバック制御が実行される。これにより、モータの制御量を、外乱の影響を打ち消すように変化させることができる。よって、車両の進行方向のずれを検出して的確に抑制することができる。

上記の車両用制御装置において、前記補正量演算部は、前記横加速度の絶対値が大きいほど、かつ車速が小さいほど、より絶対値の大きな補正量を演算することが好ましい。
この構成によれば、外乱判定部によって、外乱により車両が直進方向からずれている旨判定される場合、補正量演算部は、横加速度および車速に応じた補正量を演算することができる。

上記の車両用制御装置において、前記外乱判定部は、前記回転角度指令値と前記回転角度との偏差である角度偏差が角度閾値以上である場合、前記ヨーレートまたは前記横加速度と同じ方向に、前記回転角度が前記回転角度指令値よりも大きい場合、前記外乱により前記車両が直進方向からずれている旨判定することが好ましい。

この構成によれば、横加速度と同じ方向に回転角度が回転角度閾値よりも大きい場合、すなわち車両の進行方向が、本来想定される車両の進行方向よりも横加速度と同じ方向にずれてしまった場合には、外乱により車両が直進方向からずれている旨を判定することができる。

上記の車両用制御装置において、前記外乱判定部は、前記回転角度指令値と前記回転角度との偏差である角度偏差が角度閾値未満である場合、一定時間内に、前記ヨーレートまたは前記横加速度と反対方向の前記回転角度指令値が２回以上発生したとき、前記外乱により前記車両が直進方向からずれている旨判定することが好ましい。

この構成によれば、一定時間内にヨーレートまたは横加速度と反対方向の回転角度指令値が２回以上発生したとき、前回の直進を示す指令と今回の直進を示す指令との間で、外乱によって車両が直進方向からずれてしまったと考えられる。このため、外乱判定部は、外乱により車両が直進方向からずれている旨判定することにより、補正量演算部は補正量を演算する。

上記の車両用制御装置は、前記回転角度指令値に基づいて自動運転を実行する車両用制御装置に好適である。また、外部からの入力の周期は、前記位置フィードバック制御部および前記電流フィードバック制御部の演算周期よりも長く設定されていることが好ましい。

この構成によれば、外部からの入力の周期が、位置フィードバック制御部および電流フィードバック制御部の演算周期よりも長いため、今回の外部からの入力と次回の外部からの入力との間に外乱によって車両の進行方向がずれてしまうおそれがある。この点、位置フィードバック制御部や電流フィードバック制御部などのより演算周期が短いものに基づいて、外乱による車両の進行方向のずれをより迅速に抑制できる。

本発明の車両用制御装置によれば、より的確に車両の進行方向のずれを抑制できる。

電動パワーステアリング装置について、その概略構成を示す構成図。 電動パワーステアリング装置について、その電気的構成を示すブロック図。 補正量演算部で演算される補正量と横加速度との関係を示すグラフ。 外乱判定処理を示すフローチャート。 外乱判定処理における第１の処理を示すフローチャート。 外乱判定処理における第２の処理を示すフローチャート。 外力による車両の偏向の発生時、車両を直進させるよう補正する際の車両の挙動と外乱判定処理との関係を示す模式図。 外力による車両の偏向の発生時、車両を外乱と反対側の向きに進むよう補正する際の車両の挙動と外乱判定処理との関係を示す模式図。 外力による車両の偏向の発生時、車両の不安定な挙動を抑制する際の車両の挙動と外乱判定処理との関係を示す模式図。

以下、車両用制御装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、車両Ａには、後述する操舵機構２に対して車両Ａの進行方向を自動的に変化させる動力を付与する自動操舵装置１（自動運転装置）が搭載されている。

操舵機構２は、運転者により操作されるステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０と固定されるステアリングシャフト１１とを備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａと、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂと、インターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃとを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部は、ラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２に連結されている。ステアリングシャフト１１の回転運動は、ラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２の軸方向の往復直線運動に変換される。この往復直線運動が、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１４を介して、左右の転舵輪１５にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪１５の転舵角が変化する。

コラムシャフト１１ａの途中には、操舵機構２に付与される回転力（操舵力）の発生源であるモータ２０を有する操舵力付与機構３が設けられている。たとえば、モータ２０は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づいて回転する３相ブラシレスモータである。モータ２０の回転軸２１は、減速機構２２を介してコラムシャフト１１ａに連結されている。操舵力付与機構３は、モータ２０の回転軸２１の回転力を、減速機構２２を介してコラムシャフト１１ａに伝達することにより、この回転力（トルク）が操舵力として、左右の転舵輪１５の転舵角を変化させる。

モータ２０には、車両Ａに設けられる各種のセンサによって検出される各種の状態量に基づいて、モータ２０の駆動を制御する操舵ＥＣＵ３０（車両用制御装置）が接続されている。各種のセンサとしては、トルクセンサ４０、回転角センサ４１、車速センサ４２、ヨーレートセンサ４３、および横加速度センサ４４が設けられる。トルクセンサ４０はコラムシャフト１１ａに設けられ、回転角センサ４１はモータ２０に設けられている。トルクセンサ４０は、運転者がステアリング操作した際に、ステアリングシャフト１１に生じる操舵トルクＴｈを検出する。回転角センサ４１は、モータ２０の回転軸２１の回転角度θｍを検出する。車速センサ４２は、車両Ａの走行速度である車速Ｖを検出する。ヨーレートセンサ４３は、車両Ａの重心点を通る鉛直軸周りの回転角速度（車両Ａの旋回方向への回転角の変化速度）、すなわちヨーレートＹｒを検出する。横加速度センサ４４は、車両Ａに作用する横加速度Ｌａを検出する。横加速度Ｌａは、車両Ａを上からみたとき、車両Ａの進行方向に対して直交する左右方向に作用する加速度をいう。操舵ＥＣＵ３０は、これらのセンサを通じて取得される操舵トルクＴｈ、回転角度θｍ、車速Ｖ、ヨーレートＹｒ、および横加速度Ｌａに基づいて、モータ２０を制御する。

操舵ＥＣＵ３０には、車載される自動操舵ＥＣＵ４が接続されている。自動操舵ＥＣＵ４は、車両Ａの走行状態に応じて車両の進行方向を自動的に変化させる自動操舵の制御を操舵ＥＣＵ３０に対して指示するものである。

自動操舵ＥＣＵ４は、車両の走行状態を示す車両情報θｃｏｎを取り込む。車両情報θｃｏｎは、カーナビ等のＧＰＳ、車速センサ４２、ヨーレートセンサ４３、その他の車載センサ（カメラ、距離センサ、およびレーザー等）、および車間通信により認識される車両Ａの周辺環境を含む車両Ａの走行状態を示す情報である。自動操舵ＥＣＵ４は、車両情報θｃｏｎに基づいて自動操舵制御に用いられる角度指令値θｓ＊を生成し、この角度指令値θｓ＊を操舵ＥＣＵ３０に出力する。なお、角度指令値θｓ＊は、転舵輪１５の転舵角に換算可能な回転角の自動操舵制御における目標値である。転舵輪１５の転舵角に換算可能な回転角としては、ステアリングホイール１０の回転角である操舵角が用いられる。

なお、操舵ＥＣＵ３０には、図示しない切替スイッチが接続されている。切替スイッチは、運転者の操作に基づいて自動操舵制御を実行するか否かを操舵ＥＣＵ３０に指示するものである。本実施形態では、操舵ＥＣＵ３０は、自動操舵制御が指示される間は自動操舵制御を実行し、運転者によるステアリング操作などの介入操作があれば自動操舵制御と並行してステアリング操作を補助する介入操舵制御を実行する。また、操舵ＥＣＵ３０は、自動操舵制御が指示されない間（自動操舵制御をしないことが指示される間）、自動操舵制御を実行しないで、ステアリング操作を補助するＥＰＳ制御を実行する。この場合、操舵ＥＣＵ３０は、自動操舵ＥＣＵ４が出力する角度指令値θｓ＊を無効、あるいは入力しないようにすればよい。

つぎに、自動操舵装置１の電気的構成について説明する。
図２に示すように、操舵ＥＣＵ３０は、モータ制御信号Ｓｍを生成する操舵マイコン３１（マイクロコンピュータ）と、モータ制御信号Ｓｍに基づいてモータ２０に駆動電力を供給する駆動回路３２と、モータ２０に付与される駆動電力の実電流値Ｉを検出する電流センサ３３とを備えている。

操舵マイコン３１は、位置フィードバック制御部５０、電流フィードバック制御部５１、制御信号生成部５２、外乱判定部５３、および補正量演算部５４を有している。位置フィードバック制御部５０は、モータ制御信号Ｓｍを生成するための電流指令値Ｉｓ＊を演算する。電流フィードバック制御部５１は、電流指令値Ｉｓ＊および実電流値Ｉに基づいて、フィードバック制御を行うことにより、電圧指令値Ｖｓ＊を演算する。制御信号生成部５２は、演算された電圧指令値Ｖｓ＊に基づき、モータ制御信号Ｓｍを生成して、ＰＷＭ信号として出力する。外乱判定部５３および補正量演算部５４は、車両Ａの走行状態に応じて、位置フィードバック制御部５０および電流フィードバック制御部５１の制御状態を変更する。また、操舵マイコン３１は、減算器５０ａ、減算器５１ａ、および変換器５５を備えている。

なお、自動操舵ＥＣＵ４は、自動操舵制御を実行する場合、所定周期ごとに、車両情報θｃｏｎに基づいて車両Ａの挙動を制御する上で最適な角度指令値θｓ＊を生成する。自動操舵ＥＣＵ４は、生成した角度指令値θｓ＊を操舵マイコン３１に所定周期ごとに出力し、操舵マイコン３１は、角度指令値θｓ＊に基づいてモータ２０の駆動を制御する。

また、操舵マイコン３１の変換器５５は、所定周期ごとに入力される角度指令値θｓ＊を、所定の係数を用いて、モータ２０の回転角度θｍ（これを回転角度指令値θｍ＊とする）に変換する。転舵輪１５の転舵角に換算可能な回転角（操舵角）と、モータ２０の回転角度θｍとの間には相関関係があり、互いに変換（換算）することができる。

つぎに、操舵マイコン３１について詳しく説明する。
操舵マイコン３１に設けられた減算器５０ａは、回転角度指令値θｍ＊から回転角度θｍを減算することにより、角度偏差ｄθを演算する。位置フィードバック制御部５０には、角度偏差ｄθが入力される。位置フィードバック制御部５０は、角度偏差ｄθに基づいて、比例制御、積分制御、および微分制御（ＰＩＤ制御）を実行することにより、電流指令値Ｉｓ＊を生成する。すなわち、位置フィードバック制御部５０は、角度偏差ｄθ、ならびに比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインに基づいてフィードバック演算を行うことにより、電流指令値Ｉｓ＊を生成する位置フィードバック制御を実行する。位置フィードバック制御部５０は、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインをそれぞれ角度偏差ｄθに乗算して得られる各成分を加算することにより、電流指令値Ｉｓ＊を生成する。

減算器５１ａは、位置フィードバック制御部５０が生成する電流指令値Ｉｓ＊、電流センサ３３により検出される実電流値Ｉ、および補正量演算部５４により演算される補正量Ｔｃを取得する。減算器５１ａは、電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に補正量Ｔｃを加算することにより、電流偏差ｄＩを演算する。

電流フィードバック制御部５１は、減算器５１ａにより演算される電流偏差ｄＩを取得する。電流フィードバック制御部５１は、電流偏差ｄＩを取得すると、比例制御、積分制御、および微分制御（ＰＩＤ制御）を実行し、電圧指令値Ｖｓ＊を生成する。電流フィードバック制御部５１は、電流偏差ｄＩ、ならびに比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインに基づいてフィードバック制御を行うことにより、電圧指令値Ｖｓ＊を生成する電流フィードバック制御を実行する。電流フィードバック制御部５１は、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインをそれぞれ電流偏差ｄＩに乗算して得られる各成分を加算することにより、電圧指令値Ｖｓ＊を生成する。

制御信号生成部５２は、電流フィードバック制御部５１により得られた電圧指令値Ｖｓ＊に基づいて、駆動回路３２を駆動させるためのモータ制御信号Ｓｍを生成する。
外乱判定部５３は、ヨーレートセンサ４３により検出されるヨーレートＹｒ、横加速度センサ４４により検出される横加速度Ｌａ、回転角度指令値θｍ＊、回転角センサ４１により検出される回転角度θｍ、および電流指令値Ｉｓ＊を取得する。外乱判定部５３は、道路の傾き（カントやバンクなど）を走行している場合や横風などの外乱が車両Ａに作用している場合に、当該外乱が自動操舵制御に与える影響を判定し、当該判定結果に基づいて外乱判定フラグＦを生成する。

たとえば、道路が車両Ａの横方向に傾いている場合、道路の傾きによって車両Ａの重心点を通る鉛直軸周りに車両Ａを旋回させる力、すなわちヨーイングモーメントが車両Ａに作用する。このヨーイングモーメントは、ヨーレートセンサ４３により検出されるヨーレートＹｒによって検出することができる。また、道路が車両Ａの横方向に傾いている場合、重力により車両Ａの横方向に横加速度Ｌａが作用する。外乱判定部５３は、ヨーレートＹｒ、横加速度Ｌａ、および回転角度θｍによって、車両Ａの進行方向が直進方向に対してどれだけずらされているか、すなわち車両Ａがどれだけ偏向しているかを判定することができる。特に車両Ａの進行方向を大きくずらすほどの道路の傾斜は、自動操舵制御において無視できない場合もある。そして、外乱判定部５３は、外乱の影響により、モータ２０から発生するトルクを補正するべきか否かを示す外乱判定フラグＦ（Ｆ＝２，１，０，−１）を生成する。なお、横風が車両Ａに作用している場合も道路が傾いている場合と同様に、外乱判定部５３によって、ヨーレートＹｒ、横加速度Ｌａ、および回転角度θｍに基づいて、車両Ａがどれだけ直進方向からずれているかを判定することができる。

補正量演算部５４は、外乱判定部５３により生成される外乱判定フラグＦ、横加速度センサ４４により検出される横加速度Ｌａ、および車速センサ４２により検出される車速Ｖに基づいて、車両Ａのずれを補正するための補正量Ｔｃを生成する。補正量演算部５４は、車両Ａのずれを補正するべきと判定されるとき（Ｆ＝１）、すなわちモータ２０から発生するトルクを補正すべき旨を示すとき、補正量Ｔｃを減算器５１ａに出力する。補正量Ｔｃは、電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算される。このため、電流フィードバック制御部５１は、補正量Ｔｃの加算によって電流偏差ｄＩを増減させることにより、より値の大きな、あるいはより値の小さな電圧指令値Ｖｓ＊を演算する。また、補正量演算部５４は、補正量Ｔｃを加算した後、加算した補正量Ｔｃが多少大きく作用していると判定されるとき（Ｆ＝−１）、補正量Ｔｃを漸減する。これにより、電流フィードバック制御部５１は、補正量Ｔｃの漸減に伴って、補正前の電圧指令値Ｖｓ＊に漸近する電圧指令値Ｖｓ＊を演算する。また、補正量演算部５４は、車両Ａのずれを補正する必要がないと判定されるとき（Ｆ＝０）、補正量Ｔｃを「０」とすることにより、補正量Ｔｃの電流フィードバック制御部５１への影響をなくす。また、補正量演算部５４は、十分に車両Ａのずれを打ち消すことができたと判定されるとき（Ｆ＝２）、補正量Ｔｃをそのまま維持することにより、車両の直進状態を維持する。

図３に示すように、補正量演算部５４は、車両Ａのずれを補正するべきと判定されるとき、横加速度Ｌａの絶対値が大きいほど、かつ車速Ｖが小さいほど、より絶対値の大きな補正量Ｔｃを演算する。

なお、制御信号生成部５２には、電流指令値Ｉｓ＊に基づく電圧指令値Ｖｓ＊の他、トルクセンサ４０が検出する操舵トルクＴｈに基づいて、モータ２０が出力するべきトルクを示すアシストトルクの目標値として演算される電流指令値に応じた電圧指令値が入力されることもある。制御信号生成部５２には、自動操舵制御と並行して介入操舵制御が実行される場合、電圧指令値Ｖｓ＊およびアシストトルクの目標値として演算される電流指令値に応じた電圧指令値を加算したものが入力される。なお、アシストトルクやアシストトルクの目標値として演算される電流指令値に応じた電圧指令値は、位置フィードバック制御部５０および電流フィードバック制御部５１などと別に設けられる図示しないアシストトルク演算部やアシストトルク電流フィードバック制御部などにより演算される。

つぎに、外乱判定処理について説明する。外乱判定部５３により行われる外乱判定処理は、外乱により車両Ａが直進方向からずれるときに、自動操舵ＥＣＵ４が新たな角度指令値θｓ＊を生成するまでの間、外乱による車両Ａの進行方向のずれを低減するものである。なお、自動操舵ＥＣＵ４が出力する角度指令値θｓ＊の生成される周期は、外乱判定処理の周期を含め、位置フィードバック制御部５０が出力する電流指令値Ｉｓ＊の演算周期および電流フィードバック制御部５１が出力する電圧指令値Ｖｓ＊の演算周期よりも長い。このため、外乱により車両Ａが偏向することにより、自動操舵ＥＣＵ４がその偏向を修正するための角度指令値θｓ＊を生成した場合には、外乱判定処理を終了し、自動操舵ＥＣＵ４による車両Ａの進行方向の修正に期待する。

図４に示すように、外乱判定部５３は、角度指令値θｓ＊の絶対値が回転角度閾値θｓｔｈ以下であるか否か、すなわち直進指令であるか否かを判定する（ステップＳ１）。なお、回転角度閾値θｓｔｈは、角度指令値θｓ＊、すなわち車両Ａの進行方向が、変化していないと判断できるとして経験的に求められる値に設定される。

外乱判定部５３は、角度指令値θｓ＊の絶対値が回転角度閾値θｓｔｈよりも大きい場合（ステップＳ１のＮＯ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝０）を生成する（ステップＳ２）。これにより、補正量演算部５４で演算される補正量Ｔｃが「０」になる。

外乱判定部５３は、角度指令値θｓ＊の絶対値が回転角度閾値θｓｔｈ以下である場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、電流指令値Ｉｓ＊が電流閾値Ｉｓ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、外乱判定部５３は、モータ２０に付与されるトルクの指令値が、「０」近傍にあるか否かを判定する。電流閾値Ｉｓ０は、電流指令値Ｉｓ＊が、すなわちモータ２０に付与されるトルクの指令値が「０」近傍にないと判断できるとして経験的に求められる値に設定される。

外乱判定部５３は、電流指令値Ｉｓ＊が電流閾値Ｉｓ０以上である場合（ステップＳ３のＮＯ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝０）を生成する（ステップＳ２）。
外乱判定部５３は、電流指令値Ｉｓ＊が電流閾値Ｉｓ０よりも小さい場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ以上であるか否かは、言い換えると、直進指令が継続中だとしても、回転角度指令値θｍ＊と回転角度θｍとの間に直進中でないと考えられる角度のずれが生じてしまったか否かを判定するものである。なお、角度偏差閾値ｄｔｈは、直進中でないと考えられるほどの角度のずれがあると判断できる角度偏差ｄθとして経験的に求められる値に設定される。

外乱判定部５３は、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ以上である場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、第１の処理を実行する（Ｓ１００）。また、外乱判定部５３は、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ未満である場合（ステップＳ４のＮＯ）、第２の処理を実行する（Ｓ２００）。

つぎに、第１の処理（Ｓ１００）について説明する。
図５に示すように、外乱判定部５３は、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ以上である場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、ヨーレートＹｒの絶対値がヨーレート閾値Ｙｒ０以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、外乱判定部５３は、ヨーレートＹｒの絶対値がヨーレート閾値Ｙｒ０以下である場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、横加速度Ｌａの絶対値が横加速度閾値Ｌａ０以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ５およびステップＳ６の判定は、車両Ａが直進しているか否かを判定する車両直進判定である。外乱判定部５３は、ステップＳ５でＹＥＳおよびステップＳ６でＹＥＳのとき、車両Ａが直進していると判定する。

外乱判定部５３は、横加速度Ｌａの絶対値が横加速度閾値Ｌａ０以下である場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝２）を生成する（ステップＳ７）。ステップＳ５およびステップＳ６でＹＥＳの場合、車両Ａは直進していると考えられるため、補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算することにより、十分に車両Ａのずれを打ち消すことができたと考えられる。このため、電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算される補正量Ｔｃをそのまま維持する。すなわち、今回の補正量Ｔｃ（ｔ）を、前回の補正量Ｔｃ（ｔ−１）とする。

これに対し、外乱判定部５３は、ヨーレートＹｒの絶対値がヨーレート閾値Ｙｒ０よりも大きい場合（ステップＳ５のＮＯ）、あるいは横加速度Ｌａの絶対値が横加速度閾値Ｌａ０よりも大きい場合（ステップＳ６のＮＯ）、横加速度Ｌａと同じ方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。すなわち、外乱判定部５３は、外乱によって車両Ａが直進方向から所定量ずれているか否かを判定する。

外乱判定部５３は、横加速度Ｌａと同じ方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きい場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝１）を生成する（ステップＳ９）。これにより、補正量演算部５４で演算される補正量Ｔｃが、減算器５１ａで電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算される。なお、横加速度Ｌａと同じ方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きい場合とは、車両Ａの進行方向が、本来想定される車両Ａの進行方向よりも横加速度と同じ方向にずれてしまった場合である。横加速度Ｌａと同じ方向に車両Ａが偏向したままであると考えられるため、補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算することにより、車両Ａの偏向を補正する。

これに対し、外乱判定部５３は、横加速度Ｌａと同じ方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きくない場合（ステップＳ８のＮＯ）、横加速度Ｌａと反対方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０）。

外乱判定部５３は、横加速度Ｌａと反対方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きい場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝−１）を生成する（ステップＳ１１）。車両Ａの本来の進行方向に対して、横加速度Ｌａと反対方向に車両Ａの進行方向がずれるまで、補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算したと考えられるためである。

これに対し、外乱判定部５３は、横加速度Ｌａと反対方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きくない場合（ステップＳ１０のＮＯ）、ヨーレートＹｒと同じ方向に、回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。

外乱判定部５３は、ヨーレートＹｒと同じ方向に回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きい場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝１）を生成する（ステップＳ１３）。これにより、補正量演算部５４で演算される補正量Ｔｃが、減算器５１ａで電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算される。なお、ヨーレートＹｒの向きによって、補正量Ｔｃの符号が正と負との間で変化する。

これに対し、外乱判定部５３は、ヨーレートＹｒと同じ方向に回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きくない場合（ステップＳ１２のＮＯ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝−１）を生成する（ステップＳ１４）。車両Ａの本来の進行方向に対して、ヨーレートＹｒと反対方向に車両Ａの進行方向がずれるまで、補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算したと考えられるためである。

以上で第１の処理を終了する。
つぎに、第２の処理（ステップＳ２００）について説明する。
図６に示すように、外乱判定部５３は、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ以上ではない場合（ステップＳ４のＮＯ）、ステップＳ２１のＹＥＳを示す前回フラグＦｌがあるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

外乱判定部５３は、前回フラグＦｌがない場合（ステップＳ２０のＮＯ）、一定時間内に、横加速度Ｌａと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が２回以上発生したか否かを判定する（ステップＳ２１）。この一定時間は、角度指令値θｓ＊の演算周期の複数回程度の長さで、外乱によって車両Ａの挙動が不安定になっていることを判定できる程度の時間に設定される。

外乱判定部５３は、一定時間内に、横加速度Ｌａと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が２回以上発生している場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝１）、および前回フラグＦｌを生成する（ステップＳ２２）。たとえば、前回フラグＦｌは、外乱によって車両Ａの挙動が不安定になっていることを示すものである。この場合、外乱によって車両Ａの挙動が不安定になっていると考えられるため、外乱の影響を抑制すべく、減算器５１ａによって補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算する。なお、生成された前回フラグＦｌは、一定時間の経過により消去される。

これに対し、外乱判定部５３は、一定時間内に、横加速度Ｌａと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が２回以上発生していない場合（ステップＳ２１のＮＯ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝０）を生成する（ステップＳ２３）。横加速度Ｌａと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が１回しか発生していない場合には、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ未満であるため、直進中でないと考えられるほどの角度のずれがない。外乱による車両Ａの進行方向のずれを低減する必要はないので、補正量Ｔｃを「０」とする。

つぎに、外乱判定部５３は、前回フラグＦｌがある場合（ステップＳ２０のＹＥＳ）、補正量Ｔｃと同じ方向に回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２４）。

外乱判定部５３は、補正量Ｔｃと同じ方向に回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きい場合（ステップＳ２４のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝−１）を生成する（ステップＳ２５）。角度偏差が生じるほど、補正量Ｔｃを、電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算したと考えられるためである。

外乱判定部５３は、補正量Ｔｃと同じ方向に回転角度θｍが回転角度指令値θｍ＊よりも大きくない場合（ステップＳ２４のＮＯ）、補正量Ｔｃと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が発生したか否かを判定する（ステップＳ２６）。

外乱判定部５３は、補正量Ｔｃと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が発生した場合（ステップＳ２６のＹＥＳ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝１）を生成する（ステップＳ２７）。減算器５１ａにおいて補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算することにより、外乱の影響を抑制する。

これに対し、外乱判定部５３は、補正量Ｔｃと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が発生していない場合（ステップＳ２６のＮＯ）、外乱判定フラグＦ（Ｆ＝２）を生成する（ステップＳ２８）。補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算することにより、外乱の影響を抑制できたと考えられるので、補正量Ｔｃをそのまま維持する。

以上で外乱判定部５３により実行される外乱判定処理を終了する。なお、外乱判定フラグＦに基づいた補正量Ｔｃが、次回の演算周期で電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算されることにより、次回モータ２０に供給される駆動電力が変動する。

つぎに、車両Ａの挙動と外乱判定処理の関連について以下の図７〜９を用いて説明する。ここでは、図４〜図６のフローチャートも参照して説明を行う。なお、図７〜９の車両Ａの挙動は、自動操舵ＥＣＵ４が新たな角度指令値θｓ＊を生成するまでの間に、外乱による車両Ａの進行方向のずれを外乱判定処理によって低減する際の挙動を模式的に表したものである。

図７に１点鎖線で示すように、車両Ａに直進指令が与えられる場合であっても、実線で示すように、道路の傾きや横風などの外乱によって、車両Ａは直進方向から外乱と同じ方向にずれて（偏向して）しまう。そして、外乱によって車両Ａが点Ｐ１までずれた際に、図４のステップＳ１〜Ｓ４がＹＥＳと判定され、図５のステップＳ５またはステップＳ６がＮＯと判定された後に、ステップＳ８がＹＥＳと判定されるため、ステップＳ９により補正量Ｔｃを電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算することができる。これにより、外乱による車両Ａの進行方向のずれが低減される。直進方向に補正されることにより、点Ｐ２に示すように、次周期の外乱判定処理において車両Ａが直進（本来の直進方向と並行な方向）していると判定されると（図４のステップＳ１〜Ｓ４にてＹＥＳ、図５のステップＳ５〜Ｓ６にてＹＥＳ）、ステップＳ７により電流指令値Ｉｓ＊と実電流値Ｉとの差分に加算される補正量Ｔｃがそのまま維持される。その後、１点鎖線で示される本来の直進した際の車両Ａの軌跡と、点Ｐ２での車両Ａの軌跡とのずれが容認できる範囲を超えた場合には、次回以降に演算される角度指令値θｓ＊によってこのずれが解消される。

また、図８に１点鎖線で示すように、車両Ａに直進指令が与えられる場合であっても、実線で示すように、道路の傾きや横風などの外乱によって、車両Ａは直進方向から外乱と同じ方向にずれてしまう。そして、同様に点Ｐ３において、外乱判定部５３は、図４のステップＳ１〜Ｓ４でＹＥＳと判定し、図５のステップＳ５またはステップＳ６がＮＯと判定された後に、ステップＳ８がＹＥＳと判定されるため、ステップＳ９により外乱による車両Ａの進行方向のずれが低減される。しかし、図７とは異なり、点Ｐ３から進む車両Ａの進行方向に示すように、補正量Ｔｃを加算した場合であっても、未だ横加速度Ｌａと同じ方向に車両Ａの進行方向がずれている場合がある。この場合には、点Ｐ４に示すように、次周期の外乱判定処理において横加速度Ｌａと同じ方向に車両Ａの進行方向がずれていると判定され（図４のステップＳ１〜Ｓ４にてＹＥＳ、図５のステップＳ５〜Ｓ６にてＮＯ、ステップＳ８にてＹＥＳ）、ステップＳ９により補正量Ｔｃが再度加算される。

ここで、加算する際の補正量Ｔｃが、外乱の影響を打ち消す分よりも多少大きく作用する場合がある。この場合は、点Ｐ５に示すように、次周期の外乱判定処理において横加速度Ｌａと反対方向に車両Ａの進行方向がずれていると判定され（図４のステップＳ１〜Ｓ４でＹＥＳ、図５のステップＳ５〜Ｓ６でＮＯ、ステップＳ８にてＮＯ、ステップＳ１０にてＹＥＳ）、ステップＳ１１により補正量Ｔｃが漸減される。

このように、直進とみなせないようなずれが発生しているときには、横加速度Ｌａ、ヨーレートＹｒ、および舵角情報とに基づいて当該ずれを検出することができる。そして、ずれが発生しているときには、補正量Ｔｃを加算あるいは漸減することで、車両Ａの進行方向のずれを自動的に低減し、車両Ａを直進させることができる。

また、図９に示すように、車両Ａの進行方向に対するずれがとても小さい場合（ステップＳ４のＮＯ）、そのずれが生じては角度指令値θｓ＊の生成によって１点鎖線で示される直進方向に戻されるような状況が複数回繰り返されるときがある。このようなケースには、今回生成された角度指令値θｓ＊から次回生成される角度指令値θｓ＊までの間に外乱によって、車両Ａがずれてしまうために生じると考えられる。このため、角度偏差ｄθが角度偏差閾値ｄｔｈ以上でないとしても（ステップＳ４のＮＯ）、一定時間内に、横加速度Ｌａと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が２回以上発生したと判定した場合には（ステップＳ２１のＹＥＳ）、補正量Ｔｃを加算する（ステップＳ２２）。これにより、外乱によって車両Ａの進行方向のずれが複数回繰り返される場合であっても、外乱判定処理によってそのずれを抑制することができ、車両Ａの挙動が不安定になることが抑制される。

本実施形態の作用および効果を説明する。
（１）本実施形態では、ヨーレートＹｒ、横加速度Ｌａ、回転角度指令値θｍ＊、回転角度θｍ、および電流指令値Ｉｓ＊により、路面の傾斜や横風などの外乱が車両Ａに作用することによって車両Ａの進行方向がずれたかどうかを判定することができる。このため、操舵トルクＴｈを用いることなく、車両Ａの進行方向がずれたかどうかを判定できる。外乱判定部５３が車両Ａの進行方向が外乱と同じ方向にずれたと判定した場合には、補正量演算部５４により補正量Ｔｃが演算されるので、車両Ａの進行方向のずれを抑制することができる。

（２）自動操舵ＥＣＵ４が新たな角度指令値θｓ＊を生成するまでの間に、外乱によって車両Ａの進行方向のずれが発生してしまうことがある。特に、角度指令値θｓ＊の演算周期は、他の外乱判定処理や位置フィードバック制御部５０が出力する電流指令値Ｉｓ＊などの演算周期と比べて長いため、前回の角度指令値θｓ＊が演算されたときから、今回の角度指令値θｓ＊が演算されるまでの間に車両Ａが外乱によってずれてしまう。このため、比較例として外乱判定処理を行わない場合、車両Ａの進行方向のずれが生じては元の進行方向に戻る挙動を繰り返してしまうため、車両Ａの挙動が不安定になる。この点、本実施形態では、一定時間内に、複数回（２回以上）、横加速度Ｌａと反対方向の回転角度指令値θｍ＊が発生したと判定されるときには、そのずれを打ち消すように補正量Ｔｃを演算することにより、車両Ａのずれを抑制することができる。

（３）外乱判定部５３によって外乱が自動操舵制御において無視できないことが判定されることによって、位置フィードバック制御部５０および電流フィードバック制御部５１の制御状態を一時的にでも変更すると、外部から入力される角度指令値θｓ＊に対する回転角度θｍの追従性を低下させてしまうおそれがある。

この点、車両Ａが直進中のときは、外部から入力される角度指令値θｓ＊の変化が比較的小さく、モータ２０の駆動の制御の必要性が比較的低い場面ということとなる。そこで、本実施形態では、外乱判定部５３は、車両Ａが直進中にあるか否かを判定し（図４のステップＳ１）、車両Ａが直進中にあるときのみ、外乱の車両Ａへの影響を判定（図４のステップＳ３〜Ｓ４、図５、図６）している。これにより、位置フィードバック制御部５０および電流フィードバック制御部５１の制御状態を一時的に変更したとしても、車両Ａの自動操舵制御への影響を最小限に止めることができ、自動操舵制御に関わる制御が不安定になることを抑制できる。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・本実施形態では、ヨーレートセンサ４３および横加速度センサ４４によって車両Ａが直進しているか否かを判定したが、ヨーレートセンサ４３および横加速度センサ４４の少なくとも一方が設けられればよい。

・直進中であるか否かについては、モータ２０の回転角度θｍの変化幅を用いたり、モータ２０の実電流値Ｉの変化幅を用いたりして判定するようにしてもよい。また、直進中であるか否かについては、外乱判定処理のステップＳ５およびステップＳ６の少なくとも一方のみを実行することにより、ステップＳ５およびステップＳ６の少なくとも一方がＹＥＳのときに、直進中である旨判定してもよい。

・外乱判定部５３は、図４の外乱判定処理のステップＳ１の処理において、直進指令か否かを判定したが、判定しないようにしてもよい。
・図４のステップＳ４においてＮＯの場合、第２の処理（図６参照）が実行されるが、実行しなくてもよい。たとえば、ステップＳ４においてＮＯの場合、ステップＳ２を実行して外乱判定処理を終了してもよい。

・位置フィードバック制御部５０は、比例制御（Ｐ制御）を実行するものでもよいし、比例制御に加えて積分制御（ＰＩ制御）を実行するものであってもよい。電流フィードバック制御部５１も同様である。

・車両情報θｃｏｎには、カーナビ等のＧＰＳやカメラの画像から得られた情報が含まれている。こうした情報によって、たとえばトンネルの出口や橋の上のように車両Ａが横風を受けやすいことや、バンクを有する道路の走行中であること等、車両Ａの走行状態を把握することができるので、これらを考慮して外乱判定処理を実行してもよい。

・自動操舵ＥＣＵ４は、角度指令値θｓ＊の替わりに、回転角度θｍに換算した指令値を出力するようにしてもよい。
・本実施形態は、自動操舵制御中に介入操作があった場合、自動操舵制御を中断または停止して、ＥＰＳ制御に切り替えるようにした自動操舵装置１に適用してもよい。

・自動操舵制御としては、たとえばレーンキープアシスト制御やＡＤＡＳ（先進運転支援システム）などが採用される。
・本実施形態は、たとえばステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用可能である。この場合、操舵力付与機構３をラックシャフト１２の周辺に設けるようにすればよい。また、本変形例において、自動操舵制御中は、たとえばステアリングホイール１０の回転と転舵輪１５の転舵とが連動しないようにして、運転者がステアリングホイール１０を操作しても転舵輪１５の転舵に影響しないようにしてもよい。

・本実施形態では、自動操舵制御のみを想定し、運転者のステアリング操作（ＥＰＳ制御）を想定しない場合、ステアリングホイール１０やトルクセンサ４０を省いてもよい。
・本実施形態では、自動操舵装置１を、モータ２０によってコラムシャフト１１ａに回転力を付与するＥＰＳに具体化したが、モータ２０によってピニオンシャフト１１ｃに回転力を付与するＥＰＳに具体化してもよいし、モータ２０によってラックシャフト１２の軸方向に移動する力を付与するＥＰＳに具体化してもよい。

１…自動操舵装置、２…操舵機構、３…操舵力付与機構、４…自動操舵ＥＣＵ、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…コラムシャフト、１１ｂ…インターミディエイトシャフト、１１ｃ…ピニオンシャフト、１２…ラックシャフト、１３…ラックアンドピニオン機構、１４…タイロッド、１５…転舵輪、２０…モータ、２１…回転軸、２２…減速機構、３０…操舵ＥＣＵ、３１…操舵マイコン、３２…駆動回路、３３…電流センサ、４０…トルクセンサ、４１…回転角センサ、４２…車速センサ、４３…ヨーレートセンサ、４４…横加速度センサ、５０…位置フィードバック制御部、５０ａ…減算器、５１…電流フィードバック制御部、５１ａ…減算器、５２…制御信号生成部、５３…外乱判定部、５４…補正量演算部、５５…変換器、Ａ…車両、Ｆ…外乱判定フラグ、Ｉ…実電流値、Ｖ…車速、θｍ…回転角度、ｄθ…角度偏差、ｄＩ…角度偏差、Ｌａ…横加速度、Ｓｍ…モータ制御信号、Ｔｃ…補正量、Ｔｈ…操舵トルク、Ｙｒ…ヨーレート、θｍ＊…回転角度指令値、θｓ＊…角度指令値、ｄｔｈ…角度偏差閾値、Ｉｓ＊…電流指令値、Ｉｓ０…電流閾値、Ｌａ０…横加速度閾値、Ｖｓ＊…電圧指令値、Ｙｒ０…ヨーレート閾値、θｃｏｎ…車両情報、θｓｔｈ…回転角度閾値。

Claims (5)

1. 外部からの入力により決定される回転角度指令値に基づいて、転舵輪の転舵角を変化させる動力を発生させるモータを制御する車両用制御装置において、
   前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転角が前記回転角度指令値に追従するように前記モータの回転角度について位置フィードバック制御を実行する位置フィードバック制御部と、
   前記位置フィードバック制御部による前記位置フィードバック制御の結果に基づいて、前記モータの電流について電流フィードバック制御を実行することにより、前記モータを制御するための制御量を演算する電流フィードバック制御部と、
   前記回転角度指令値が車両の直進を示す指令である場合、ヨーレートおよび横加速度の少なくとも一方と前記転舵輪の転舵角に関連する舵角情報に基づいて、外乱により前記車両が直進方向からずれているか否かを判定する外乱判定部と、
   前記外乱判定部によって前記外乱により前記車両が直進方向からずれている旨判定される場合、前記位置フィードバック制御の結果に加算され、前記外乱の影響を打ち消すための補正量を演算する補正量演算部と、を備える車両用制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
   前記補正量演算部は、前記横加速度の絶対値が大きいほど、かつ車速が小さいほど、より絶対値の大きな補正量を演算する車両用制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用制御装置において、
   前記外乱判定部は、前記回転角度指令値と前記回転角度との偏差である角度偏差が角度閾値以上である場合、
   前記ヨーレートまたは前記横加速度と同じ方向に、前記回転角度が前記回転角度指令値よりも大きい場合、前記外乱により前記車両が直進方向からずれている旨判定する車両用制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
   前記外乱判定部は、前記回転角度指令値と前記回転角度との偏差である角度偏差が角度閾値未満である場合、
   一定時間内に、前記ヨーレートまたは前記横加速度と反対方向の前記回転角度指令値が２回以上発生したとき、前記外乱により前記車両が直進方向からずれている旨判定する車両用制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用制御装置は、前記回転角度指令値に基づいて自動操舵制御を実行する車両用制御装置であり、
   外部からの入力の周期は、前記位置フィードバック制御部および前記電流フィードバック制御部の演算周期よりも長く設定されている車両用制御装置。

Images