JP2019098817A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の操舵操作によって移行制御時間を変化させることができる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御開始条件を満たしたときに、その時点において角度制御部４２によって設定されている角度制御用目標トルクを、移行制御開始時の角度制御用目標トルクとして記憶する手段と、移行制御開始時の角度制御用目標トルクと路面負荷推定部４３によって推定される路面負荷トルクとに基づいて移行制御時用の目標自動操舵トルクを演算し、角度偏差Δθに応じた値の絶対値を用いて移行制御用の目標自動操舵トルクと目標アシストトルクとを重み付け加算することによって目標モータトルクを演算し、当該目標モータトルクに基づいて電動モータ１８を制御する手段とを含む。【選択図】図２

Description

この発明は、自動で操舵角を制御する自動操舵制御と、手動で操舵角を制御する手動操舵制御（アシスト制御）とを同じ電動モータを用いて実現することができる車両用操舵装置に関する。

下記特許文献１には、自動で操舵角を制御する自動操舵制御と、手動操舵制御とを同じアクチュエータ（電動モータ）を用いて実現することができる車両用操舵装置が開示されている。特許文献１に記載の発明では、アクチュエータによってステアリングシャフトに付与すべき操舵トルク（以下、目標アクチュエータトルクＴｔという）は、次式（ａ）で表される。

Ｔｔ＝Ｋａｓｓｔ・Ｔａｓｓｔ＋Ｋａｕｔｏ・Ｔａｕｔｏ …（ａ）
前記式（ａ）において、Ｔａｓｓｔは、目標アシストトルクであり、Ｔａｕｔｏは自動操舵制御を行うための目標操舵トルク（以下、目標自動操舵トルクという）であり、ＫａｓｓｔおよびＫａｕｔｏはそれぞれ重み係数である。アクチュエータは、目標アクチュエータトルクＴｔと一致するトルクを発生するように制御される。

手動操舵制御時には、Ｋａｕｔｏは零とされるため、Ｔｔ＝Ｋａｓｓｔ・Ｔａｓｓｔとなる。また、手動操舵制御中は、係数Ｋａｓｓｔは１に設定されるため、Ｔｔ＝Ｔａｓｓｔとなる。自動操舵制御時には、前記式（ａ）に基づいて、目標アクチュエータトルクＴｔが演算される。自動操舵制御中は、運転者によるステアリング操作が加えられなければ、自動操舵制御開始と終了のとき以外は、操舵トルクは０となるので、目標アシストトルクＴａｓｓｔは０となる。また、自動操舵制御中は、係数Ｋａｕｔｏは１に設定されるため、Ｔｔ＝Ｔａｕｔｏとなる。

特許文献１に記載の発明では、自動操舵制御中に操舵介入が検出された場合に、自動操舵制御から手動操舵制御へ移行させるための移行制御が開始される。この移行制御においては、所定時間が経過するごとに、Ｋａｕｔｏの値を所定値Ｋ１だけ減少させるとともにＫａｓｓｔの値を所定値Ｋ２だけ増加させる。ただし、Ｋａｕｔｏの値が０を下回ったときには０に固定され、Ｋａｓｓｔの値が１を上回ったときには１に固定される。そして、更新後のＫａｕｔｏおよびＫａｓｓｔを用いて目標アクチュエータトルクＴｔを演算し、演算された目標アクチュエータトルクＴｔと一致するトルクがアクチュエータから発生するようにアクチュエータが制御される。このようにして、Ｋａｕｔｏの値が０でかつＫａｓｓｔの値が１になると、移行制御は終了する。

特開2004-256076号公報

特許文献１に記載の移行制御では、Ｋａｕｔｏの値が時間に対して漸次減少され、Ｋａｓｓｔの値が時間に対して漸次増加される。そして、Ｋａｕｔｏの値が０でかつＫａｓｓｔの値が１になると、移行制御は終了する。これにより、自動操舵制御を解除する際に、目標アクチュエータトルクＴｔの変動を抑制できるので、運転者が感じる違和感を低減することができる。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、移行制御が開始してから終了するまでの時間（移行制御時間）は常に一定となるから、運転者の操舵操作によって移行制御時間を変化させることはできない。このため、例えば、緊急時において、自動操舵制御から手動操舵制御への切り替えを、急速に行うことができないおそれがある。

この発明の目的は、運転者の操舵操作によって移行制御時間を変化させることができる車両用操舵装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、車両の転舵機構（４）に操舵力を付与する電動モータ（１８）と、目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する設定手段（４２）と、前記電動モータの駆動対象が路面から受ける路面負荷トルクを推定する推定手段（４３）と、前記設定手段によって設定される角度制御用目標トルクと、前記推定手段によって推定される路面負荷トルクとに基づいて目標自動操舵トルクを設定し、当該目標自動操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御することによって自動操舵制御を行う自動操舵制御手段（４４，４６）と、操舵トルクに応じた目標アシストトルクに基づいて前記電動モータを制御することによって手動操舵制御を行う手動操舵制御手段（４１，４６）と、前記自動操舵制御手段による自動操舵制御中の運転者の操舵操作に基づいて、自動操舵制御を手動操舵制御に切り替える自動操舵解除手段（４６Ａ）とを含み、前記自動操舵解除手段は、操舵トルクの絶対値が第１所定値以上であるという条件を少なくとも含む移行制御開始条件を満たしたときに、移行制御を行う移行制御手段を含み、前記移行制御手段は、前記移行制御開始条件を満たしたときに、その時点において前記角度制御用目標トルクによって設定されている角度制御用目標トルクを、移行制御開始時の角度制御用目標トルクとして記憶する第１手段と、前記移行制御開始時の角度制御用目標トルクと前記推定手段によって推定される路面負荷トルクとに基づいて移行制御用の目標自動操舵トルクを演算し、前記角度偏差に応じた値の絶対値を用いて前記移行制御用の目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを重み付け加算することによって目標モータトルクを演算し、当該目標モータトルクに基づいて前記電動モータを制御する第２手段と、前記角度偏差に応じた値の絶対値が第２所定値よりも大きくなったときに、前記移行制御を終了し、自動操舵制御を手動操舵制御に切り替える第３手段とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。

この構成では、目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差に応じた値の絶対値を用いて移行制御用の目標自動操舵トルクと目標アシストトルクとを重み付け加算することによって目標モータトルクを演算している。したがって、この構成では、運転者の操舵操作によって移行制御時間を変化させることができる。
請求項２に記載の発明は、前記移行制御手段は、前記移行制御開始条件を満たしたときに、その時点での前記角度偏差を移行制御開始時の角度偏差として記憶する第４手段をさらに含み、前記角度偏差に応じた値は、現在の角度偏差と移行制御開始時の角度偏差との差である、請求項１に記載の車両用操舵装置である。

請求項３に記載の発明は、前記第２手段は、前記第２所定値に対する前記角度偏差に応じた値の絶対値の比に基づいて、前記移行制御時用の目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを重み付け加算することによって前記目標モータトルクを演算するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置である。
請求項４に記載の発明は、前記角度偏差に応じた値をΔθｘとし、前記移行制御開始時の角度制御用目標トルクをＴｍ，ａｃｏとし、前記推定手段によって推定される路面負荷トルクをＴｒｌｃとし、前記目標アシストトルクをＴｍ，ｍｃとし、前記第２所定値をｗ（＞０）とし、前記移行制御用の目標モータトルクをＴｍとすると、Ｔｍは次式（ｂ）で表される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

Ｔｍ＝｛１−（｜Δθｘ｜／ｗ）｝・（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）
＋（｜Δθｘ｜／ｗ）・Ｔｍ，ｍｃ …（ｂ）
請求項５に記載の発明は、前記自動操舵解除手段は、前記移行制御中に、前記角度偏差に応じた値の絶対値が第３所定値（＞０）よりも小さくなったときに、移行制御を中止して、自動操舵制御に戻る手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

請求項６に記載の発明は、運転者がハンドルを握っていない手放し状態を検出するための手放し状態検出手段と、前記移行制御中に、前記手放し状態検出手段によって手放し状態が検出されたときには、前記自動操舵制御手段による自動操舵に比べて、前記実操舵角が前記目標操舵角により緩やかに近づくように前記電動モータを制御する戻し制御手段とをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

本発明の車両用操舵装置の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、モータ制御用ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図である。 図３は、操舵トルクＴｄに対する目標アシストトルクＴｍ，ｍｃの設定例を示すグラフである。 図４は、角度制御部の構成を示すブロック図である。 図５は、路面負荷推定部の構成を示すブロック図である。 図６は、電動パワーステアリングシステムの物理モデルの構成例を示す模式図である。 図７は、外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。 図８Ａは、自動操舵モード中に自動操舵解除制御部によって実行される動作の一例を説明するためのフローチャートの一部である。 図８Ｂは、自動操舵モード中に自動操舵解除制御部によって実行される動作の一例を説明するためのフローチャートの一部である。 図９は、戻し制御を説明するための説明図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の車両用操舵装置の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
この電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：electric power steering）１は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムタイプＥＰＳである。

電動パワーステアリングシステム１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルク（トーションバートルク）Ｔｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクＴｄの大きさが大きくなるものとする。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、出力軸９に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト６（出力軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助や転舵輪３の転舵が可能となる。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。

出力軸９（電動モータ１８の駆動対象）に加えられるトルクとしては、電動モータ１８によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクＴｌｃには、操舵トルクＴｄと路面負荷トルク（路面反力トルク）Ｔｒｌとが含まれる。操舵トルクＴｄは、運転者によってステアリングホイール２に加えられる力、ステアリング慣性によって発生する力等によって、ステアリングホイール２側から出力軸９（電動モータ１８の駆動対象）に加えられるトルクである。

路面負荷トルクＴｒｌは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力、ラックアンドピニオン機構の摩擦力等によって、路面側から転舵輪３およびラック軸１４を介して出力軸９（電動モータ１８の駆動対象）に加えられるトルクである。以下において、路面から出力軸９に伝達される路面負荷トルクをＴｒｌで表し、Ｔｒｌを減速機１９の減速比Ｎで除算した値（Ｔｒｌ／Ｎ）をＴｒｌｃで表すことにする。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４、車両の進行方向前方の道路を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２５、自車位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）２６および道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７が搭載されている。車両には、さらに、地図情報を記憶した地図情報メモリ２８および自動操舵モードの設定およびその解除を行うための自動操舵モードスイッチ２９が搭載されている。

ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６、レーダー２７、地図情報メモリ２８および自動操舵モードスイッチ２９は、自動支援制御や自動運転制御を行うための上位ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）２０１に接続されている。上位ＥＣＵ２０１は、ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６およびレーダー２７によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。また、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵モードスイッチ２９からの入力信号に基づいて、自動操舵モードの設定および解除を指示する。

この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための目標操舵角θｃｍｄａを設定するとともに、自動操舵モードスイッチ２９の操作に応じたモード切替信号（自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号）を生成する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるためのレーンキープ制御（運転支援制御の一種）である。目標操舵角θｃｍｄａは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための操舵角の目標値である。このような目標操舵角θｃｍｄａを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。この実施形態では、出力軸９の回転角を「操舵角」ということにする。

上位ＥＣＵ２０１によって設定される目標操舵角θｃｍｄａならびに上位ＥＣＵ２０１によって生成されるモード切替信号は、車載ネットワークを介して、モータ制御用ＥＣＵ２０２に与えられる。
トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄ、回転角センサ２３の出力信号、車速センサ２４によって検出される車速Ｖは、モータ制御用ＥＣＵ２０２に入力される。モータ制御用ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、電動モータ１８を制御する。

モータ制御用ＥＣＵ２０２は、上位ＥＣＵ２０１によって自動操舵モード設定信号が与えられると、自動操舵制御を行う自動制御モードに従って電動モータ１８を制御する。また、上位ＥＣＵ２０１によって自動操舵モード解除信号が与えられると、モータ制御用ＥＣＵ２０２は、自動操舵制御を解除して、手動操舵制御（アシスト制御）を行う手動操舵モード（アシスト制御モード）に従って電動モータ１８を制御する。手動操舵モードとは、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄと、車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、運転者による操舵を補助するための操舵補助力（アシストトルク）を電動モータ１８から発生させる制御モードである。

なお、モータ制御用ＥＣＵ２０２は、上位ＥＣＵ２０１からのモード切替信号に従って制御モードを切り替える他、自動操舵モード時には、運転者のステアリング操作（操舵操作）による介入動作があったときに、自動操舵モードから手動操舵モードへと制御モードを切り替える機能（オーバーライド機能）を備えている。
図２は、モータ制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成を説明するためのブロック図である。

モータ制御用ＥＣＵ２０２は、マイクロコンピュータ４０と、マイクロコンピュータ４０によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉ」という）を検出するための電流検出回路３２とを備えている。
マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト制御部（assist map）４１と、角度制御部(angle controller)４２と、路面負荷推定部(road load estimator)４３と、トルク減算部４４と、ハンドル操作状態判定部４５と、目標モータトルク設定部４６と、目標モータ電流演算部４７と、電流偏差演算部４８と、ＰＩ制御部４９と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部５０と、回転角演算部５１と、減速比除算部５２とを含む。

回転角演算部５１は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータ回転角θｍを演算する。減速比除算部５２は、回転角演算部５１によって演算されるロータ回転角θｍを減速比Ｎで除算することにより、ロータ回転角θｍを出力軸９の回転角（実操舵角）θに換算する。
アシスト制御部４１は、アシストトルクの目標値（手動操舵モード時のモータトルクの目標値）である目標アシストトルクＴｍ，ｍｃを設定する。アシスト制御部４１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄと車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、目標アシストトルクＴｍ，ｍｃを設定する。操舵トルクＴｄに対する目標アシストトルクＴｍ，ｍｃの設定例は、図３に示されている。操舵トルクＴｄは、例えば左方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、右方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標アシストトルクＴｍ，ｍｃは、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。

目標アシストトルクＴｍ，ｍｃは、操舵トルクＴｄの正の値に対しては正をとり、操舵トルクＴｄの負の値に対しては負をとる。そして、目標アシストトルクＴｍ，ｍｃは、操舵トルクＴｄの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、目標アシストトルクＴｍ，ｍｃは、車速センサ２４によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。

角度制御部４２は、上位ＥＣＵ２０１から与えられる目標操舵角θｃｍｄａと減速比除算部５２によって演算される実操舵角θとに基づいて、角度制御（操舵角制御）に必要となる角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃを設定する。角度制御部４２の詳細については、後述する。
路面負荷推定部４３は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄと、減速比除算部５２によって演算される実操舵角θと、目標モータトルク設定部４６によって設定される目標モータトルクＴｍとに基づいて、路面負荷トルクＴｒｌｃを推定する。路面負荷推定部４３の詳細については、後述する。

トルク減算部４４は、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃから路面負荷推定部４３によって推定される路面負荷トルクＴｒｌｃを減算することによって、自動操舵モード時のモータトルクの目標値である目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄを演算する。
ハンドル操作状態判定部４５は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄおよび減速比除算部５２によって演算される実操舵角θに基づいて、運転者がハンドルを握っているハンズオン状態（把持状態）であるか運転者がハンドルを握っていないハンズオフ状態（手放し状態）であるかを判定する。ハンドル操作状態判定部４５からは、判定結果であるハンズオン／オフ判別信号が出力される。ハンドル操作状態判定部４５としては、例えば、特開２０１７−１１４３２４号公報に開示されているハンドル操作状態判定部を用いることができる。また、ハンドル操作状態判定部４５として、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを判別できるものであれば、その他の公知手段を用いることができる。

目標モータトルク設定部（モード切替制御部）４６には、アシスト制御部４１によって設定される目標アシストトルクＴｍ，ｍｃと、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃと、角度制御部４２によって演算される目標操舵角θｃｍｄ（図４参照）および角度偏差Δθ（図４参照）とが入力される。また、目標モータトルク設定部４６には、路面負荷推定部４３によって推定される路面負荷トルクＴｒｌｃと、トルク減算部４４によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄと、ハンドル操作状態判定部４５から出力されるハンズオン／オフ判別信号と、上位ＥＣＵ２０１から出力される自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号と、トルクセンサから出力される操舵トルクＴｄとが入力される。目標モータトルク設定部４６は、これらの入力に基づいて、目標モータトルクＴｍを設定する。目標モータトルク設定部４６の詳細については、後述する。

目標モータ電流演算部４７は、目標モータトルク設定部４６によって設定された目標モータトルクＴｍを電動モータ１８のトルク定数Ｋｔで除算することにより、目標モータ電流Ｉｃｍｄを演算する。
電流偏差演算部４８は、目標モータ電流演算部４７によって得られた目標モータ電流Ｉｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉｃｍｄ−Ｉ）を演算する。

ＰＩ制御部４９は、電流偏差演算部４８によって演算された電流偏差ΔＩに対するＰＩ演算（比例積分演算）を行うことにより、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉを目標モータ電流Ｉｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部５０は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路３１に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ１８に供給されることになる。

以下、角度制御部４２、路面負荷推定部４３および目標モータトルク設定部４６について詳しく説明する。
図４は、角度制御部４２の構成を示すブロック図である。
角度制御部４２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と、目標操舵角切替部６２と、フィードバック制御部６３と、フィードフォワード制御部６４と、トルク加算部６５と、減速比除算部６６とを含む。

ローパスフィルタ６１は、上位ＥＣＵ２０１から与えられる目標操舵角θｃｍｄａに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の目標操舵角θｃｍｄは、目標操舵角切替部６２に与えられるとともに、目標モータトルク設定部４６にも与えられる。
目標操舵角切替部６２は、第１入力端子Ｐ１と第２入力端子Ｐ２とを有している。第１入力端子Ｐ１には、ローパスフィルタ処理後の目標操舵角θｃｍｄが入力される。第２入力端子Ｐ２には、目標モータトルク設定部４６（自動操舵解除制御部４６Ａ）によって後述する戻し制御（図８Ｂ参照）が行われるときに、目標モータトルク設定部４６から戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃが入力される。目標操舵角切替部６２は、第１入力端子Ｐ１に入力される目標操舵角θｃｍｄと、第２入力端子Ｐ２に入力される戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃのうちのいずれか一方を選択して出力する。通常は、目標操舵角切替部６２は、第１入力端子Ｐ１に入力される目標操舵角θｃｍｄを選択している。目標操舵角切替部６２は、目標モータトルク設定部４６によって制御される。

フィードバック制御部６３は、減速比除算部５２（図２参照）によって演算される実操舵角θを、目標操舵角切替部６２から出力される目標操舵角θｃｍｄまたはθｃｍｄ，ｒｃに近づけるために設けられている。フィードバック制御部６３は、角度偏差演算部６３ＡとＰＤ制御部６３Ｂとを含む。角度偏差演算部６３Ａは、目標操舵角切替部６２から出力される目標操舵角θｃｍｄまたはθｃｍｄ，ｒｃと、減速比除算部５２によって演算される実操舵角θとの偏差Δθ（＝（θｃｍｄ−θ）または（θｃｍｄ，ｒｃ−θ））を演算する。角度偏差演算部６３Ａによって演算された角度偏差Δθは、ＰＤ制御部６３Ｂに与えられるとともに、目標モータトルク設定部４６にも与えられる。

ＰＤ制御部６３Ｂは、角度偏差演算部６３Ａによって演算される角度偏差Δθに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、フィードバック制御トルクＴｆｂを演算する。フィードバック制御トルクＴｆｂは、トルク加算部６５に与えられる。
フィードフォワード制御部６４は、電動パワーステアリングシステム１の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部６４は、角加速度演算部６４Ａと慣性乗算部６４Ｂとを含む。角加速度演算部６４Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標操舵角θｃｍｄを二階微分することにより、目標角加速度ｄ^２θｃｍｄ／ｄｔ^２を演算する。慣性乗算部６４Ｂは、角加速度演算部６４Ａによって演算された目標角加速度ｄ^２θｃｍｄ／ｄｔ^２に、電動パワーステアリングシステム１の慣性Ｊを乗算することにより、フィードフォワードトルクＴｆｆ（＝Ｊ・ｄ^２θｃｍｄ／ｄｔ^２）を演算する。慣性Ｊは、例えば、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルから求められる。フィードフォワードトルクＴｆｆは、慣性補償値として、トルク加算部６５に与えられる。

トルク加算部６５は、フィードバック制御トルクＴｆｂにフィードフォワードトルクＴｆｆを加算することにより、角度制御用目標操舵トルク（Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ）を演算する。これにより、慣性が補償された角度制御用目標操舵トルク（出力軸９に対する目標トルク）が得られる。これにより、精度の高いモータ制御（操舵角制御）が行われるようになる。

角度制御用目標操舵トルク（Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ）は、減速比除算部６６に与えられる。減速比除算部６６は、角度制御用目標操舵トルク（Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ）を減速比Ｎで除算することにより、角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃ（電動モータ１８に対する目標トルク）を演算する。この角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃは、目標モータトルク設定部４６（図２参照）に与えられる。

図５は、路面負荷推定部４３の構成を示すブロック図である。
路面負荷推定部４３は、減速比乗算部７１と、外乱トルク推定部（外乱オブザーバ）７２と、減算部７３と、減速比除算部７４とを含んでいる。
減速比乗算部７１は、目標モータトルク設定部４６によって設定された目標モータトルクＴｍに、減速比Ｎを乗算することにより、目標操舵トルクＮ・Ｔｍを演算する。

外乱トルク推定部７２は、プラント（制御対象（モータ駆動対象））に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：モータトルク以外のトルク）を推定する。外乱トルク推定部７２は、プラントの目標値である目標操舵トルクＮ・Ｔｍと、プラントの出力である実操舵角θとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｌｃ、操舵角θおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔを推定する。以下において、外乱トルクＴｌｃ、操舵角θおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｌｃ、^θおよびｄ^θ／ｄｔで表す場合がある。

減算部７３は、外乱トルク推定部７２によって推定された外乱トルクＴｌｃから、トルクセンサ１２によって検出された操舵トルクＴｄを減算することによって、出力軸９（減速機１９）に伝達される路面負荷トルクＴｒｌ（＝Ｔｌｃ−Ｔｄ）を演算する。減速比除算部７４は、減算部７３によって演算された出力軸９に伝達される路面負荷トルクＴｒｌを減速比Ｎで除算することによって、減速機１９を介して電動モータ１８のモータシャフトに伝達される路面負荷トルクＴｒｌｃを演算する。減速比除算部７４によって演算された路面負荷トルクＴｒｌｃは、トルク減算部４４（図２参照）および目標モータトルク設定部４６に与えられる。

外乱トルク推定部７２について詳しく説明する。外乱トルク推定部７２は、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルを使用して、外乱トルクＴｌｃ、操舵角θおよび角速度ｄθ／ｄｔを推定する外乱オブザーバから構成されている。
図６は、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルの構成例を示す模式図である。

この物理モデル１０１は、出力軸９および出力軸９に固定されたウォームホイール２１を含むプラント（モータ駆動対象）１０２を含む。プラント１０２には、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介して操舵トルクＴｄが与えられるとともに、転舵輪３側から路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。さらに、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介してモータトルクＮ・Ｔｍが与えられる。

プラント１０２の慣性をＪとすると、物理モデル１０１の慣性についての運動方程式は、次式(1)で表される。

ｄ^２θ／ｄｔ^２は、プラント１０２の加速度である。Ｎは、減速機１９の減速比である。Ｔｌｃは、プラント１０２に与えられるモータトルク以外の外乱トルクを示している。この実施形態では、外乱トルクＴｌｃは、主として、操舵トルクＴｄと路面負荷トルクＴｒｌとを含むと考える。
図６の物理モデル１０１に対する状態方程式は、例えば、次式(2)で表わされる。

前記式(2)において、ｘは、状態変数ベクトルである。前記式(2)において、ｕ１は、既知入力ベクトルである。前記式(2)において、ｕ２は、未知入力ベクトルである。前記式(2)において、ｙは、出力ベクトル（測定値）である。前記式(2)において、Ａは、システム行列である。前記式(2)において、Ｂ１は、第１入力行列である。前記式(2)において、Ｂ２は、第２入力行列である。前記式(2)において、Ｃは、出力行列である。前記式(2)において、Ｄは、直達行列である。

前記状態方程式を、未知入力ベクトルｕ１を状態の１つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式（拡張状態方程式）は、例えば、次式(3)で表される。

前記式(3)において、ｘｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(4)で表される。

前記式(3)において、Ａｅは、拡張系のシステム行列である。前記式(3)において、Ｂｅは、拡張系の既知入力行列である。前記式(3)において、Ｃｅは、拡張系の出力行列である。
前記式(3)の拡張状態方程式から、次式（5）の方程式で表される外乱オブザーバ（拡張状態オブザーバ）が構築される。

式（5）において、^ｘｅはｘｅの推定値を表している。また、Ｌはオブザーバゲインである。また、^ｙはｙの推定値を表している。^ｘｅは、次式(6)で表される。

^θはθの推定値であり、^ＴｌｃはＴｌｃの推定値である。
外乱トルク推定部７１は、前記式（5）の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。
図７は、外乱トルク推定部７２の構成を示すブロック図である。
外乱トルク推定部７２は、入力ベクトル入力部８１と、出力行列乗算部８２と、第１加算部８３と、ゲイン乗算部８４と、入力行列乗算部８５と、システム行列乗算部８６と、第２加算部８７と、積分部８８と、状態変数ベクトル出力部８９とを含む。

減速比乗算部７１（図５参照）によって演算される目標操舵トルクＮ・Ｔｍは、入力ベクトル入力部８１に与えられる。入力ベクトル入力部８１は、入力ベクトルｕ１を出力する。
積分部８８の出力が状態変数ベクトル^ｘｅ（前記式(6)参照）となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^ｘｅとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^ｘｅの初期値は、例えば０である。

システム行列乗算部８６は、状態変数ベクトル^ｘｅにシステム行列Ａｅを乗算する。出力行列乗算部８２は、状態変数ベクトル^ｘｅに出力行列Ｃｅを乗算する。
第１加算部８３は、減速比除算部５２（図２参照）によって演算された実操舵角θである出力ベクトル（測定値）ｙから、出力行列乗算部８２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部８３は、出力ベクトルｙと出力ベクトル推定値^ｙ(＝Ｃｅ・^ｘｅ）との差（ｙ−＾ｙ）を演算する。ゲイン乗算部８４は、第１加算部８３の出力（ｙ−＾ｙ）にオブザーバゲインＬ（前記式(5)参照）を乗算する。

入力行列乗算部８５は、入力ベクトル入力部８１から出力される入力ベクトルｕ１に入力行列Ｂｅを乗算する。第２加算部８７は、入力行列乗算部８５の出力（Ｂｅ・ｕ１）と、システム行列乗算部８６の出力（Ａｅ・^ｘｅ）と、ゲイン乗算部８４の出力（Ｌ（ｙ−＾ｙ））とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値ｄ^ｘｅ／ｄｔを演算する。積分部８８は、第２加算部８７の出力（ｄ^ｘｅ／ｄｔ）を積分することにより、状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。状態変数ベクトル出力部８９は、状態変数ベクトル^ｘｅに基づいて、外乱トルク推定値^Ｔｌｃ、操舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを出力する。

一般的な外乱オブザーバは、前述の拡張状態オブザーバとは異なり、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される。プラントの運動方程式は、次式（7）で表される。

したがって、プラントの逆モデルは、次式（8）となる。

一般的な外乱オブザーバへの入力は、Ｊ・ｄ^２θ／ｄｔ^２およびＴｍであり、実操舵角θの二階微分値を用いるため、回転角センサ２３のノイズの影響を大きく受ける。これに対して、前述の実施形態の拡張状態オブザーバでは、モータトルク入力から推定される操舵角推定値^θと実操舵角θとの差（ｙ−^ｙ）に応じて、積分型で外乱トルクを推定するため、微分によるノイズ影響を低減できる。

以下、目標モータトルク設定部４６について詳しく説明する。
制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、目標モータトルク設定部４６は、アシスト制御部４１によって設定される目標アシストトルクＴｍ，ｍｃを、目標モータトルクＴｍとして設定する。制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、目標モータトルク設定部４６は、トルク減算部４４によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄ（＝Ｔｍ，ａｃ−Ｔｒｌｃ）を、目標モータトルクＴｍとして設定する。

目標モータトルク設定部４６は、自動操舵モード時において、運転者のステアリング操作による介入動作に基づいて、自動操舵モードから手動操舵モードへと制御モードを切り替える自動操舵解除制御部４６Ａ（図２参照）を備えている。自動操舵解除制御部４６Ａは、所定の移行開始条件を満たしているか否かを判定し、移行開始条件を満たしていると判定されたときに、移行制御を開始する。移行開始条件は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄの絶対値｜Ｔｄ｜が所定のトルク閾値以上であるという条件を少なくとも含んでいる。

図８Ａおよび図８Ｂは、自動操舵モード中に自動操舵解除制御部４６Ａによって実行される動作の一例を説明するためのフローチャートである。
自動操舵解除制御部４６Ａは、まず、移行制御開始条件を満たしているか否かを判定する(ステップＳ１)。移行制御開始条件は、この例では、操舵トルクＴｄの絶対値｜Ｔｄ｜が所定のトルク閾値Ｔｔｈ（Ｔｔｈ＞０）以上であり、かつ操舵トルクＴｄの符号（sign(Ｔｄ)）と角度偏差Δθの符号（sign(Δθ)）の符号とが同じであり、かつ角度偏差Δθの絶対値｜Δθ｜が角度閾値α（α＞０）よりも大きいことである。操舵トルクＴｄの符号（sign(Ｔｄ)）と角度偏差Δθの符号（sign(Δθ)）の符号とが同じであるという条件は、操舵トルクＴｄの方向が角度偏差Δθの絶対値が大きくなる方向（目標操舵角から遠ざかる方向）であることを意味している。角度閾値αは、後述する所定の移行角度幅ｗ（ｗ＞０）に比べて十分に小さい値に設定される。

移行制御開始条件を満たしていないと判定された場合には(ステップＳ１：ＮＯ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、ステップＳ１に戻る。
前記ステップＳ１において、移行制御開始条件を満たしていると判定された場合には(ステップＳ１：ＹＥＳ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御を開始する。具体的には、自動操舵解除制御部４６Ａは、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御開始条件を満たしていると判定されたときの角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃ（角度制御部４２の出力）を移行制御開始時の角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃｏとしてメモリに記憶する。また、自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御開始条件を満たしていると判定されたときの角度偏差Δθを移行制御開始時の角度偏差Δθｏとしてメモリに記憶する。

次に、自動操舵解除制御部４６Ａは、次式(9)に基づいて、移行制御用の目標モータトルクＴｍを設定する(ステップＳ３)。
Ｔｍ＝｛１−（｜Δθｔｃ｜／ｗ）｝・（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）
＋（｜Δθｔｃ｜／ｗ）・Ｔｍ，ｍｃ …(9)
Δθｔｃ＝Δθ−Δθｏ
これにより、電動モータ１８は、前記式(9)に基づいて設定された移行制御用の目標モータトルクＴｍに、モータトルクが等しくなるように駆動制御される。

前記式(9)において、ｗ（ｗ＞０）は予め設定された移行角度幅である。Δθｔｃは、現在の角度偏差Δθと、ステップＳ２においてメモリに記憶された移行制御開始時の角度偏差Δθｏとの差である。Δθｔｃは、「角度偏差Δθに応じた値Δθｘ」の一例である。Ｔｍ，ａｃｏは、ステップＳ２においてメモリに記憶された移行制御開始時の角度制御用目標トルクである。Ｔｒｌｃは、路面負荷推定部４３によって推定される現在の路面負荷トルクである。Ｔｍ，ｍｃは、アシストトルク制御部４１によって設定される現在の目標アシストトルクである。

前記式(9)によれば、移行角度幅ｗに対する｜Δθｔｃ｜の比（｜Δθｔｃ｜／ｗ）に応じて、（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）とＴｍ，ｍｃとが重み付け加算されることによって目標モータトルクＴｍが設定される。｜Δθｔｃ｜が大きくなるほど、（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）に対する重み｛１−（｜Δθｔｃ｜／ｗ）｝が小さくなり、Ｔｍ，ｍｃに対する重み（｜Δθｔｃ｜／ｗ）が大きくなる。つまり、移行制御開始時の角度偏差Δθｏに比べて角度偏差Δθが広がっていくほど、（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）に対する重みが減少し、Ｔｍ，ｍｃに対する重みが増加していくので、制御モードは徐々に手動操舵モードに近づいていく。

式(9)の右辺の第１項において、目標自動操舵トルク（Ｔｍ，ａｃ−Ｔｒｌｃ）ではなく、（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）が用いられている理由について説明する。つまり、角度制御部４２から出力される角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃではなく、移行制御開始時点での角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃｏが用いられている理由について説明する。自動操舵中に運転者が自動操舵を解除するために操舵操作（操舵介入）を行うと角度偏差Δθが大きくなるため、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃの絶対値が大きくなる。角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃの絶対値が大きくなると、運転者が操舵介入する際の操舵反力が大きくなるため、運転者が操舵介入を行いにくくなる。そこで、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃではなく、移行制御開始時点での角度制御用目標トルクＴｍ，ａｃｏを用いることにより、操舵反力が大きくなりすぎるのを防止している。

次に、自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御中止条件を満たしたか否かを判定する(ステップＳ４)。移行制御中止条件は、次の第１条件または第２条件のうちのいずれかを満たしたことである。第１条件は、角度偏差Δθの絶対値｜Δθ｜が、移行制御開始時の角度偏差Δθｏの絶対値｜Δθｏ｜に、０よりも大きく１よりも小さい所定値ε（０＜ε＜１）を乗算した値ε・｜Δθｏ｜よりも小さいことである。第２条件は、操舵トルクＴｄの符号（sign(Ｔｄ)）と角度偏差Δθの符号（sign(Δθ)）の符号とが異なることである。第２条件は、操舵トルクＴｄの方向が角度偏差Δθの絶対値が小さくなる方向（目標操舵角に近づく方向）であることを意味している。

移行制御中止条件を満たしていない場合には(ステップＳ４：ＮＯ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオフ状態（手放し状態）であるか否かを判別する(ステップＳ５)。ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオフ状態でなければ、つまりハンズオン状態（把持状態）であれば(ステップＳ５：ＮＯ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、角度偏差Δθｔｃの絶対値｜Δθｔｃ｜が移行角度幅ｗ以上であるか否かを判定する(ステップＳ６)。角度偏差Δθｔｃの絶対値｜Δθｔｃ｜が移行角度幅ｗ未満であれば(ステップＳ６：ＮＯ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、ステップＳ３に戻る。これにより、ステップＳ３以降の処理が再度実行される。

ステップＳ６において、角度偏差Δθｔｃの絶対値｜Δθｔｃ｜が移行角度幅ｗ以上であると判定された場合には(ステップＳ６：ＹＥＳ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御を終了し、制御モードを手動操舵モードに切り替える(ステップＳ７)。そして、今回の自動操舵制御モードに対する処理を終了する。
ステップＳ４において、移行制御中止条件を満たしたと判定された場合には(ステップＳ４：ＹＥＳ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、移行制御を中止し、制御モードを自動操舵モードに戻した後(ステップＳ８)、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ５において、ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオフ状態（手放し状態）であると判別された場合には(ステップＳ５：ＹＥＳ)、自動操舵解除制御部４６ＡはステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、自動操舵解除制御部４６Ａは、その時点での角度偏差Δθを戻し制御開始時の角度偏差Δθｈｏｄとしてメモリに記憶するとともに、その時点での時刻を戻し制御開始時の時刻ｔｈｏｄとしてメモリに記憶する。そして、自動操舵解除制御部４６Ａは、実操舵角θを目標操舵角θｃｍｄに徐々に近づけていくための戻し制御を開始する。

つまり、自動操舵解除制御部４６Ａは、戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃを演算して目標操舵角切替部（図３参照）６２の第２入力端子Ｐ２に与えるとともに、目標操舵角切替部６２が第２入力端子Ｐ２に入力される戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃを選択して出力するように、目標操舵角切替部６２を制御する(ステップＳ１０)。そして、自動操舵解除制御部４６Ａは、トルク減算部４４の出力Ｔｍ，ａｄ（戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃを用いて演算される）を、目標モータトルクＴｍとして出力する。

具体的には、自動操舵解除制御部４６Ａは、次式(10)に基づいて、戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃを演算する。
θｃｍｄ，ｒｃ＝θｃｍｄ＋Δθｒｃ
Δθｒｃ＝Δθｈｏｄ−γ・sign(Δθ)・（ｔ−ｔｈｏｄ） …(10)
式(10)において、Δθｈｏｄは、ステップＳ９においてメモリに記憶された戻し制御開始時の角度偏差Δθである。γ（γ＞０）は予め設定された所定値である。sign(Δθ)は、角度偏差の符号である。ｔは現在時刻である。ｔｈｏｄは、ステップＳ９においてメモリに記憶された戻し制御開始時の時刻である。

この後、自動操舵解除制御部４６Ａは、ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオフ状態（手放し状態）であるか否かを判別する(ステップＳ１１)。ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオフ状態であれば、自動操舵解除制御部４６Ａは、前記式(10)によって演算されたΔθｒｃの絶対値｜Δθｒｃ｜が所定値δ（δ＞０）未満であるか否かを判別する(ステップＳ１２)。Δθｒｃの絶対値｜Δθｒｃ｜が所定値δ以上である場合には(ステップＳ１２：ＮＯ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、ステップＳ１０に戻る。これにより、ステップＳ１０およびＳ１１の処理が再度繰り返される。

ステップＳ１２において、Δθｒｃの絶対値｜Δθｒｃ｜が所定値δ未満であると判別された場合には(ステップＳ１２：ＹＥＳ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、戻し制御を停止する(ステップＳ１３)。具体的には、自動操舵解除制御部４６Ａは、目標操舵角切替部６２が第１入力端子Ｐ１に入力される目標操舵角θｃｍｄを選択して出力するように、目標操舵角切替部６２を制御する。そして、自動操舵解除制御部４６Ａは、制御モードを自動操舵モードに戻した後(ステップＳ１４)、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１１において、ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオン状態であると判別された場合には(ステップＳ１１：ＮＯ)、自動操舵解除制御部４６Ａは、戻し制御を停止した後(ステップＳ１５)、ステップＳ３に戻る。具体的には、自動操舵解除制御部４６Ａは、目標操舵角切替部６２が第１入力端子Ｐ１に入力される目標操舵角θｃｍｄを選択して出力するように、目標操舵角切替部６２を制御した後、ステップＳ３に戻る。

図９を用いて戻し制御について説明する。
説明を簡単にするために、目標操舵角θｃｍｄが０度であると仮定する。したがって、角度偏差Δθは実操舵角θと等しくなる。移行制御の開始時点ｔ０から実操舵角θが大きくなり、時点ｔ１において、ステップＳ５の処理によって、ハンドル操作状態判定部４５による判定結果がハンズオフであると判定されたとする。この時点ｔ１がｔｈｏｄとしてメモリに記憶されるとともに、この時点ｔ１での角度偏差ΔθがΔθｈｏｄとしてメモリに記憶される。

そして、前記式(10)によってΔθｒｃが演算され、それを用いて戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃが演算され、この戻し制御用目標操舵角θｃｍｄ，ｒｃを用いて演算された目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄ（トルク減算部４４の出力）に基づいて電動モータ１８が制御される。この例では、sign(Δθ)は０よりも大きいので、前記式(10)の右辺の第２項｛γ・sign(Δθ)・（ｔ−ｔｈｏｄ）｝は、時間の経過に従って徐々に大きくなる。｛γ・sign(Δθ)・（ｔ−ｔｈｏｄ）｝の時間に対する変化率がγである。したがって、式(10)によって演算されるΔθｒｃ（この例ではθｃｍｄを０としているため、θｃｍｄ，ｒｃ＝Δθｒｃ）は、図９に直線Ｌｃで示すように、時間の経過に従って徐々に小さくなる。これにより、実操舵角θ（この例では、θ＝Δθ）も、直線Ｌｃで示すように徐々に本来の目標操舵角θｃｍｄ（この例では０度）に近づいていく。そして、Δθｒｃの絶対値｜Δθｒｃ｜がδ未満になると戻し制御は終了し、制御モードが自動操舵モードに戻る。これにより、移行制御中にハンズオフ状態（手放し状態）となった場合には、通常の自動操舵モード時に比べて、実操舵角θが目標操舵角θｃｍｄにより緩やかに近づくように、車両が自動操舵される。

前述の実施形態では、移行制御開始時の角度偏差Δθｏと角度偏差Δθとの差Δθｔｃの絶対値｜Δθｔｃ｜が移行角度幅ｗ以上になったときに移行制御が終了するので、運転者のステアリング操作によって移行制御時間を変化させることができる。具体的には、運転者によってステアリングホイール２に加えられる操舵力が大きいほど、前記｜Δθｔｃ｜が移行角度幅ｗに達するまでの時間が短くなるので、移行制御時間は短くなる。これにより、運転者は、例えば緊急性の高い場合に、自動操舵モードを迅速に解除することが可能となる。

また、前述の実施形態では、移行制御中に操舵反力が大きくなるのを抑制できるので、運転者が操舵介入を行いやすくなる。
また、前述の実施形態では、移行制御が開始された後において、前記絶対値｜Δθｔｃ｜が移行角度幅ｗ以上になる前に、角度偏差Δθの絶対値｜Δθ｜がε・｜Δθｏ｜よりも小さくなった場合またはΔθの符号とΔθｏの符号とが異なるようになった場合には、移行制御が中止され、制御モードが自動的に自動操舵モードに戻る。これにより、例えば、移行制御開始後に、運転者が目標軌道に沿うようにステアリング操舵を行った場合等に、制御モードを自動的に自動操舵モードに戻すことが可能となる。

また、前述の実施形態では、移行制御中においてハンズオフ状態（手放し状態）となった場合には、前述の戻し制御によって、実操舵角θが目標操舵角θｃｍｄに緩やかに近づくように、車両を自動操舵することができる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、図８ＡのステップＳ３では、現在の角度偏差Δθと、ステップＳ２においてメモリに記憶された移行制御開始時の角度偏差Δθｏとの差Δθｔｃ（＝Δθ−Δθｏ）の絶対値｜Δθｔｃ｜を用いて、移行制御用の目標モータトルクＴｍを設定している（式(9)参照）。しかし、絶対値｜Δθｔｃ｜の代わりに、角度偏差の絶対値｜Δθ｜を用いて、移行制御時の目標モータトルクＴｍを設定してもよい。言い換えれば、「角度偏差Δθに応じた値Δθｘ」は、現在の角度偏差Δθと移行制御開始時の角度偏差Δθｏとの差Δθｔｃであってもよいし、角度偏差Δθそのものであってもよい。

また、図８ＡのステップＳ５および図８ＢのステップＳ９〜Ｓ１５を省略してもよい。つまり、前述した戻し制御を行わなくてもよい。
また、前述の実施形態では、角度制御部４２は、フィードフォワード制御部６４を備えているが、フィードフォワード制御部６４を省略してもよい。
その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…電動パワーステアリング装置、３…転舵輪、４…転舵機構、１８…電動モータ、４１…アシスト制御部、４２…角度制御部、４３…路面負荷推定部、４４…トルク減算部、４５…ハンドル操作状態判定部、４６…目標モータトルク設定部、４６Ａ…自動操舵解除制御部、６１…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、６２…目標操舵角切替部、６３…フィードバック制御部、６４…フィードフォワード制御部、６５…トルク加算部、６６…減速比除算部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…モータ制御用ＥＣＵ

Claims (6)

1. 車両の転舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
   目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する設定手段と、
   前記電動モータの駆動対象が路面から受ける路面負荷トルクを推定する推定手段と、
   前記設定手段によって設定される角度制御用目標トルクと、前記推定手段によって推定される路面負荷トルクとに基づいて目標自動操舵トルクを設定し、当該目標自動操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御することによって自動操舵制御を行う自動操舵制御手段と、
   操舵トルクに応じた目標アシストトルクに基づいて前記電動モータを制御することによって手動操舵制御を行う手動操舵制御手段と、
   前記自動操舵制御手段による自動操舵制御中の運転者の操舵操作に基づいて、自動操舵制御を手動操舵制御に切り替える自動操舵解除手段とを含み、
   前記自動操舵解除手段は、操舵トルクの絶対値が第１所定値以上であるという条件を少なくとも含む移行制御開始条件を満たしたときに、移行制御を行う移行制御手段を含み、
   前記移行制御手段は、
   前記移行制御開始条件を満たしたときに、その時点において前記角度制御用目標トルクによって設定されている角度制御用目標トルクを、移行制御開始時の角度制御用目標トルクとして記憶する第１手段と、
   前記移行制御開始時の角度制御用目標トルクと前記推定手段によって推定される路面負荷トルクとに基づいて移行制御用の目標自動操舵トルクを演算し、前記角度偏差に応じた値の絶対値を用いて前記移行制御用の目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを重み付け加算することによって目標モータトルクを演算し、当該目標モータトルクに基づいて前記電動モータを制御する第２手段と、
   前記角度偏差に応じた値の絶対値が第２所定値よりも大きくなったときに、前記移行制御を終了し、自動操舵制御を手動操舵制御に切り替える第３手段とを含む、車両用操舵装置。
2. 前記移行制御手段は、前記移行制御開始条件を満たしたときに、その時点での前記角度偏差を移行制御開始時の角度偏差として記憶する第４手段をさらに含み、
   前記角度偏差に応じた値は、現在の角度偏差と移行制御開始時の角度偏差との差である、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記第２手段は、前記第２所定値に対する前記角度偏差に応じた値の絶対値の比に基づいて、前記移行制御時用の目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを重み付け加算することによって前記目標モータトルクを演算するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記角度偏差に応じた値をΔθｘとし、前記移行制御開始時の角度制御用目標トルクをＴｍ，ａｃｏとし、前記推定手段によって推定される路面負荷トルクをＴｒｌｃとし、前記目標アシストトルクをＴｍ，ｍｃとし、前記第２所定値をｗ（＞０）とし、前記移行制御用の目標モータトルクをＴｍとすると、Ｔｍは次式（ｂ）で表される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
   Ｔｍ＝｛１−（｜Δθｘ｜／ｗ）｝・（Ｔｍ，ａｃｏ−Ｔｒｌｃ）
   ＋（｜Δθｘ｜／ｗ）・Ｔｍ，ｍｃ …（ｂ）
5. 前記自動操舵解除手段は、前記移行制御中に、前記角度偏差に応じた値の絶対値が第３所定値（＞０）よりも小さくなったときに、移行制御を中止して、自動操舵制御に戻る手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
6. 運転者がハンドルを握っていない手放し状態を検出するための手放し状態検出手段と、
   前記移行制御中に、前記手放し状態検出手段によって手放し状態が検出されたときには、前記自動操舵制御手段による自動操舵に比べて、前記実操舵角が前記目標操舵角により緩やかに近づくように前記電動モータを制御する戻し制御手段とをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。

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