JP2023019619A - 操舵制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の自動運転或いは運転支援の際に、ステアリング機構の摩擦を補償することでトルクが急激に変動しないように操舵制御を行う。【課題を解決するための手段】自動運転又は運転支援が行われる車両における操舵を制御する操舵制御装置（８８）は、車両の目標舵角及び車速に基づいて、車両の基準舵角を演算する基準舵角演算部（８８２）と、演算された基準舵角（θｔ）及び前記目標舵角（θ）間の偏差が所定値（Δ）以上となるか否かを判定し、所定値以上となると判定された場合に、演算された基準舵角が目標舵角を追従するように基準舵角を補償する補償部（８８４）とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の自動運転或いは運転支援の際に、ステアリング機構の摩擦を補償することでトルクが急激に変動しないように操舵制御を行う操舵制御装置、及びそのような操舵制御装置を備える電動パワーステアリング装置の技術分野に関する。

この種の操舵制御装置として、車両の運転支援の際に、ステアリング機構の摩擦を補償するものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５―３４３３０２号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、目標横加速度の増減方向が、増加から減少または減少から増加に切り替わるとき、目標横加速度に対する要求トルクがヒステリシスの分だけ急激に変動して操舵感に悪影響を及ぼす可能性が有るという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上述した技術的問題に鑑みなされたものであり、自動運転或いは運転支援が行われる車両において、目標横加速度の増減方向が増加から減少または減少から増加に切り替わる際にも、要求トルクが急激に変動することを抑制可能な操舵制御装置、及びそのような操舵制御装置を備える電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

本発明に係る操舵制御装置の一態様は上記課題を解決するために、自動運転又は運転支援が行われる車両における操舵を制御する操舵制御装置であって、前記車両の目標舵角及び車速に基づいて、前記車両の基準舵角を演算する基準舵角演算部と、前記演算された基準舵角及び前記目標舵角間の偏差が所定値以上となるか否かを判定し、前記所定値以上となると判定された場合に、前記演算された基準舵角が前記目標舵角を追従するように前記演算された基準舵角を補償する補償部とを備える。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は上記課題を解決するために、上述した本発明に係る操舵制御装置の一態様と、該操舵制御装置により前記補償された基準舵角に基づいて要求トルクが制御される電動アクチュエータとを備える。

本発明に係る操舵制御装置の一態様によれば、車両が自動運転又は運転支援により進行すべき方向に応じた目標舵角及び該車両の車速に基づいて、基準舵角演算部によって、車両の基準舵角が演算される。続いて、補償部によって、先ずは演算された基準舵角（θｔ）及び目標舵角（θ）間の偏差が所定値（Δ）以上となるか否かが判定され、ここで所定値（Δ）以上となると判定された場合には、演算された基準舵角（θｔ）は、補償される結果、目標舵角（θ）を追従するものとされる。即ち、この場合には、補償によって、基準舵角は、所定値（Δ）未満だけ離間した形で、目標舵角（θ）を追従することになる。この結果、目標横加速度の増減方向が増加から減少または減少から増加に切り替わる際にも、補償された基準舵角（θｔ）に基づく要求トルクが急激に変動することを抑制可能となる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様によれば、上述した本発明に係る操舵制御装置の一態様を備えるので、自動運転中や運転支援中に要求トルクが急激に変動することを抑制可能となる。

本発明によるこのような作用効果は、以下に説明する発明の実施形態により、より明らかにされる。

第１実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示した電動パワーステアリング装置のうち運転支援制御部の構成を示すブロック図である。 図２に示した運転支援制御部のうち摩擦補償部の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における、車速Ｖと摩擦トルクＴｔとの関係を示す特性図である。 第１実施形態における、操舵制御動作の基準舵角演算方法（言い換えれば、基準舵角を目標舵角に適宜追従させる方法）を示すフローチャートである。 第１実施形態における、操舵制御動作の中で、基準舵角θｔを目標舵角θに追従させる様子を示す特性図である。 第１実施形態における、操舵制御動作の中で、目標舵角θに対して設定される摩擦補償制御量Ｔｃを示す特性図である。 第１実施形態の比較例として摩擦補償が無しの場合（（図８（Ａ））と、第１実施形態による摩擦補償が有りの場合（図８（Ｂ））とにおける、目標舵角及び操舵角の時間変化を夫々示す特性図である。 第１実施形態において、シミュレーション用に、Ｘ－Ｙ平面上でカーブして進む車両の軌跡の一例を示す特性図である。 図９の一例を用いたシミュレーション結果としての、第１実施形態による摩擦補償が無しの場合と有りの場合における、操舵角の時間変化を夫々示す特性図（図１０（Ａ））及びその部分拡大図（図１０（Ｂ））である。 図９の一例を用いたシミュレーション結果としての、第１実施形態による摩擦補償が有りの場合における、ステアリング機構に発生している摩擦の時間変化を示す特性図（図１１（Ａ））及びこのときの摩擦補償制御量Ｔｃｆの時間変化を示す特性図（図１１（Ｂ））である。 第２実施形態における、図７と同趣旨の特性図である。 第２実施形態における、図５と同趣旨のフローチャートである。 第２実施形態における、摩擦補償制御量Ｔｃの演算処理の一例を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞

図１から図１１を参照して、本発明に係る操舵制御装置を有する電動パワーステアリング装置の第１実施形態について説明する。第１実施形態における電動パワーステアリング装置は、自動運転或いは運転支援を前提とする。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置は、ハンドル１１、トルクセンサ１５、ステアリング機構２０、電動アクチュエータ２２、並びに、操安制御部８２及び運転支援制御部８４を有するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）８０を備えて構成されている。

ハンドル１１は、運転支援又は自動運転の際に運転手により適宜ステアリング操作が行われ或いはハンドフリーの状態でその回動動作が行われ、操舵角及び操舵角速度がＥＣＵ８０へ出力される。トルクセンサ１５は、ハンドル１１でステアリング操作或いは回動動作が行われた際にハンドル１１に与えられるトルクを計測するセンサであり、計測結果であるトルクセンサ値がＥＣＵ８０へ出力される。

電動アクチュエータ２２は、アシストモータ或いは回動モータを有し、ＥＣＵ８０からのトルク入力に応じて回動する。ステアリング機構２０は、ステアリングラックを有し、電動アクチュエータ２２及びハンドル１１から与えられるトルクにより、自動運転或いは運転支援におけるステアリング動作が行われるように構成されている。

ＥＣＵ８０は、コントローラ或いはプロセッサ、各種のメモリ等を有し、その内部に操安制御部８２及び運転支援制御部８４がハードウエア的或いはソフトウエア的に構築されている。ＥＣＵ８０には、目標舵角θ、車速Ｖ、及び車両の各種状況或いは状態を示すその他車両情報（例えば、横加速度、ヨーレートなど）が入力される。ＥＣＵ８０に上述の如く入力される情報に基づいて、操安制御部８２は、既存の操安制御を行うように構成されている。運転支援制御部８４は、目標舵角θ、車速Ｖ及びその他の車両情報を入力として、目標舵角を追従するように補償された基準舵角に基づく補償後の目標トルクを演算出力し、電動アクチュエータ２２へのトルク入力（即ち、要求トルクを示す信号）とするように構成されている。ここで、運転支援制御部８４について、図２を参照して詳細に説明する。

図２に示すように、運転支援制御部８４は、目標トルク演算部８６、摩擦補償部８８及び加算器９０を備える。運転支援制御部８４には、自動運転或いは運転支援により逐次設定される道路の中央を走行するのに必要な目標舵角θ、車速センサで計測される車速Ｖ、及び、その他の車両情報が入力され、ステアリング機構２０のステアリングラックを動かすために必要な目標トルクＴが出力される。運転支援制御部８４は、既存の目標トルク演算部８６に加え、本実施形態に係る摩擦補償部８８を備えて構成される。摩擦補償部８８には目標舵角θと車速Ｖとが入力され、摩擦補償制御量Ｔｃｆ（即ち、後述の如くローパスフィルタ処理済の摩擦補償制御量）が、「加算出力部」の一例としての加算器９０にて、目標トルクＴに加算され、補償後目標トルクＴｍとされる。

尚、図２では目標トルク演算部８６の後で加算されているが、加算する場所は任意である。また、摩擦補償制御量Ｔｃｆに代えて、ローパスフィルタ処理が施されない摩擦補償制御量Ｔｃが、目標トルクＴに加算され、補償後目標トルクＴｍとされてもよい。このように本実施形態では、運転支援制御部８４或いはそのうち特に摩擦補償部８８が「操作制御装置」の一例を構成している。ここで、摩擦補償部８８について、図３から図７を参照して更に詳細に説明する。

図３において、摩擦補償部８８は、車速Ｖに基づいて摩擦トルクＴｔを演算する摩擦トルク演算部８８１、この摩擦トルクＴｔ及び目標舵角θに基づいて基準舵角θｔを演算する基準舵角演算部８８２、この基準舵角θｔを目標舵角θから減算する（即ち、－θｔと＋θとを加算する）減算器８８３、この減算結果に基づいて摩擦補償制御量Ｔｃを演算する摩擦補償制御量演算部８８４、並びにこの摩擦補償制御量Ｔｃにローパスフィルタ処理を施して摩擦補償制御量Ｔｃｆを出力するローパスフィルタ８８５を備えて構成される。

摩擦補償部８８は、先ず、車速センサから入力される車速Ｖに基づいて、ステアリング機構２０（図１参照）に対して補償されるべき摩擦トルクＴｔが演算或いは設定される。ここで、摩擦トルクＴｔの演算方法（或いは設定方法）の好ましい一例について図４を参照して説明を加える。摩擦補償部８８では、好ましくは図４に示す如きマップを用いて、摩擦トルクＴｔが算出される。図４には、横軸を車速Ｖとし、縦軸を摩擦トルクＴｔとしたときの摩擦トルクＴｔの曲線が示されており、このようなマップは、ＥＣＵ８０が有するメモリ内に保持され、適宜更新される。尚、ここで決定する摩擦トルクＴｔは、正確には大きさだけの物理量であり、その補償方向（即ち、符号）は、後段にて決定される。

図４に示すように、当該マップを用いると、車速Ｖが大きいときの方が、車速Ｖが小さいときよりも小さな摩擦トルクＴｔが設定される。これは、安定性向上を図る観点、及び、高速ではステアリング機構２０（図１参照）の逆入力振動により、摩擦が目減りするので、補償する摩擦が少なくて済むからである。また、安定性の観点から、図４のように車速Ｖが０のときは摩擦トルクＴｔを０にしてもよい。

尚、摩擦トルク演算には、車速Ｖに加え、目標舵角θや操舵トルク（例えば、図１のトルクセンサ１５から出力されるトルクセンサ値）を用いてもよい。このとき、目標舵角θが大きいときは、安定性向上を図る観点から、補償するべき摩擦を小さくするとよい。また、操舵感が悪化することを防ぐため、操舵トルクが大きいときは、摩擦トルクＴｔを少なくするとよい。

再び図３において、摩擦補償部８８では、上述の摩擦トルクＴｔの演算処理に続いて、基準舵角演算部８８２により基準舵角θｔが演算或いは設定される。ここで図５のフローチャート及び図６の特性図を参照して、基準舵角演算部８８２における基準舵角演算方法の好ましい一例を説明する。尚、図５に示す処理ルーチンは、所定の演算周期（例えば５ｍｓｅｃ）毎に実行されてよい。また図６では、基準舵角θｔの正負の符号の定義は、説明の便宜上、中立位置（ゼロ点）から左回転方向を正とする。

図５において、先ず、基準舵角θｔが初期化されているか否か、即ち今回周期が初回周期であるか否かが判定される（ステップＳ１００）。

ここで、基準舵角θｔが初期化されていない場合（ステップＳ１００：Ｎｏ）、ステップＳ１０２に進み、逆に、今回周期が初回周期でない場合、即ち基準舵角θｔが前回周期以前に初期化されている場合（ステップ１００：Ｙes）、そのままステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０２では、基準舵角θｔの初期値が、目標舵角θ（今回周期の値、以下同じ）に設定される。即ち、θｔ＝θに設定される。尚、基準舵角θｔの初期値はゼロであってもよい。ステップＳ１０２を終えると、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、本実施形態に係る基準舵角θｔ及び目標舵角θ間の偏差とで大小判定を行う「所定値」の一例である、偏差上限値Δが演算される。偏差上限値Δは、上述の如く演算された摩擦トルクＴｔ及びゲインＫを用いて、Δ＝Ｔｔ／Ｋとして演算される。ゲインＫは、操舵感と舵角追従性を考慮して決定される任意の固定値で合ってよい。尚、Ｔｔ及びＫは正の値であるので、偏差上限値Δは正の値である。

続いて、ステップＳ１０６では、目標舵角θと、上記ステップＳ１０４で演算された偏差上限値Δと、現在の基準舵角θｔとが、θ＞θｔ＋Δなる関係であるか否かが判定される。即ち、θ及びθｔ間の偏差（θ－θｔ）が偏差上限値Δより大きいか否か、言い換えれば、偏差上限値Δ以下であるか否かが判定される。この判定の結果、θ＞θｔ＋Δである場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進み、逆に、θ≦θｔ＋Δである場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０８では、基準舵角θｔが、目標舵角θと上記ステップＳ１０４で演算された偏差上限値Δとを用いて、θｔ＝θ－Δなる式により、新たな値に変更される。即ち、目標舵角θから基準舵角θｔを引いた偏差Δθ（＝θ－θｔ）が、Δθ＞Δの場合には、基準舵角θｔがθｔ＝θ－Δに変更（更新）される。

他方、ステップＳ１１０では、目標舵角θ（今回周期の値）と、上記ステップＳ１０４で演算された偏差上限値Δと、現在の基準舵角θｔとが、θ＜θｔ－Δなる関係であるか否かが判定される。即ち、θ及びθｔ間の偏差（θ－θｔ）が偏差上限値－Δより小さいか否か、言い換えれば、偏差上限値－Δ以上であるか否かが判定される。この判定の結果、θ＜θｔ－Δである場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２では、基準舵角θｔが、目標舵角θと上記ステップＳ１０４で演算された偏差上限値Δとを用いて、θｔ＝θ＋Δなる式により、新たな値に変更される。即ち、目標舵角θから基準舵角θｔを引いた偏差Δθ（＝θ－θｔ）が、Δθ＜－Δの場合には、基準舵角θｔが、θｔ＝θ＋Δに変更（更新）される。なお、上記のステップＳ１１０で、θ≧θｔ－Δである場合（ステップ１１０：Ｎｏ）、今回周期の処理はそのまま終了する。従って、この場合には、現在の基準舵角θｔが変更されずに維持される。即ち、目標舵角θから基準舵角θｔを引いた偏差Δθ（＝θ－θｔ）が、－Δ≦Δθ≦Δの場合には、基準舵角θｔが変更されずに維持される。

図６は、目標舵角θの変化態様と基準舵角θｔの変化態様の関係の一例を時系列で示す図である。図６の目標舵角θの変化態様では、時刻ｔ１までハンドル１１が左に切られ、時刻ｔ１から右に戻されている。これに応じて、基準舵角θｔは、時刻ｔ１までは、θ＞θｔ＋Δなる関係となり、それ故に、θｔ＝θ－Δの関係で変更される（図５のステップＳ１０８参照）。また、基準舵角θｔは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、θ≦θｔ＋Δ、且つ、θ≧θｔ－Δなる関係となるので、変更されずに維持される（図５のステップＳ１１０：Ｎｏ参照）。また、基準舵角θｔは、時刻ｔ２以降は、θ＜θｔ－Δなる関係となり、それ故に、θｔ＝θ＋Δの関係で変更される（図５のステップＳ１１２参照）。

再び図３において、摩擦補償制御量演算部８８４では、上述の基準舵角θｔの演算処理に続いて、この基準舵角θｔを目標舵角θから減算した減算器８８３による減算結果に基づいて、摩擦補償制御量Ｔｃが演算或いは設定される。摩擦補償制御量Ｔｃの正負の定義は、左回りのトルクの方向を正とする。

摩擦補償制御量Ｔｃは、目標舵角θと、上述の如く演算された基準舵角θｔと、ゲインＫ（＝Ｔｔ／Δ）とを用いて、Ｔｃ＝Ｋ・Δθ なる式、即ちＴｃ＝Ｋ（θ－θｔ）なる式により演算される。尚、ここで用いられるゲインＫは、上述の基準舵角演算で用いられたゲインＫと同一である（図６のステップＳ１０４参照）。

ここで図７を参照して、摩擦補償制御量演算部８８４における摩擦補償制御量Ｔｃの演算方法の好ましい一例について説明を加える。図７は、上述の如く演算される摩擦補償制御量Ｔｃの特性の説明図である。図７では、横軸を目標舵角θとし、縦軸を摩擦補償制御量Ｔｃとしている。図７では、代表として、上述の如く演算される摩擦トルクＴｔがＴｔ１の場合と、摩擦トルクＴｔがＴｔ２（＜Ｔｔ１）の場合とが示されている。即ち、例えば、低速域Ｖ１または中速域Ｖ２のときの摩擦トルクＴｔ１の場合と、高速域Ｖ３のときの摩擦トルクＴｔ２の場合とが示されている。また、図７では、Ｔｔ１及びＴｔ２のいずれの場合も、理解の容易化のため、便宜上、基準舵角θｔが同一で、目標舵角θの変化に応じて変化しないものとする。尚、基準舵角θｔが変化した場 合には、それに応じてグラフが新たな基準舵角θｔを中心として横軸方向に平行移動するだけである。

図７に示すように、偏差上限値Δは、Δ＝Ｔｔ／Ｋであることから、摩擦トルクＴｔが大きいほど大きくなる（例えば、Ｔｔ１のときの偏差上限値Δ１は、Ｔｔ２のときの偏差上限値Δ２よりも大きい）。また、－Δ≦Δθ≦Δの範囲では、基準舵角θｔが変更されずに維持され、Ｔｃ＝Ｋ・Δθ、即ちＴｃ＝Ｋ・（θ－θｔ）から、摩擦補償制御量Ｔｃの大きさは、Δθに比例して増加する。そして、Δθ＞Δ、及び、Δθ＜－Δの範囲では、基準舵角θｔが上述の如く変更されてΔθの大きさが一定の大きさΔとなるので、Ｔｃ＝Ｋ・Δθ及びΔ＝Ｔｔ／Ｋから、摩擦補償制御量Ｔｃの大きさは、摩擦トルクＴｔの大きさに対応した一定値となる。

再び図３において、ローパスフィルタ８８５では、上述の摩擦補償制御量Ｔｃの演算処理に続いて、好ましくは摩擦補償制御量Ｔｃがローパスフィルタによりフィルタ処理される。ここでは、フィルタ処理後の摩擦補償制御量を、記号Ｔｃｆで表す。ローパスフィルタは、例えば、以下のような一次のローパスフィルタであってもよいし、他の形式であってもよい（例えば次数を上げてもよい）。

Ｔｃｆ＝１／（ｆｃ・ｓ＋１）・Ｔｃ
ここで、ｆｃはカットオフ周波数であり、操舵感や舵角振動を考慮できるよう、可変値であることが望ましい。

このようにして、摩擦補償部８８から出力されるフィルタ後摩擦補償制御量Ｔｃｆは、図２に示した如く、目標トルク演算部８６ から出力された目標トルクＴに、加算器９０により加算される。そして、運転支援制御部８４から出力される補償後目標トルクＴｍは、電動アクチュエータ２２が有するアシストモータにより、ステアリング機構２０のステアリングラックに付与される。

以上図１から図７を参照して詳細に説明したように第１実施形態によれば、摩擦補償部８８の中で、車速Ｖや目標舵角θに応じて最適な大きさ・方向の摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）を生成し、ステアリング機構２０（図１参照）に発生する摩擦を補償することができる。これにより、微小な変化を伴うあらゆる目標舵角θに対し、操舵角の追従性を向上させることができる。特に、図５に示した如く目標舵角θと基準舵角θｔ との偏差に応じて適切に基準舵角θｔを変化させること（言い換えれば、基準舵角θｔを目標舵角θに適宜追従させること）で、スムーズで違和感（振動）が無く、実際の摩擦特性に近い摩擦補償制御量を生成することができる。また、図５に示した如く目標舵角θと基準舵角θｔとの偏差に応じて適切に基準舵角θｔを変化させることで、中立位置（目標舵角θ＝０）に限らず任意の操舵位置で摩擦を補償することができる。

次に図８から図１１を参照して、第１実施形態における上記効果の例を示す２つのシミュレーション結果について説明する。以下、摩擦補償あり（本実施形態）、摩擦補償なし（比較例）とは、摩擦補償部８８（図２参照）の有無を述べたものである。

図８は、第１のシミュレーションを示す。図８において、第１のシミュレーションは、摩擦補償あり（図８（Ｂ）：本実施形態）の場合と摩擦補償なし（図８（Ａ）：比較例）の場合とで、舵角追従性を比較したものであり、どちらも車速は４０ｋｍ／ｈ、目標舵角として同じ波形を入力したものである。車両は運転支援制御部８４を有しており、目標舵角に対し、目標トルクを計算し、アクチュエータがステアリングラックを動かすことで舵角制御する。本来であれば、車両挙動が変わることで目標舵角も刻々と変化するものであるが、ここでは舵角追従性単体を評価するために目標舵角を固定する。破線が目標舵角の時系列波形、実線が操舵角の時系列波形を示したものである。この結果から、摩擦補償ありは摩擦補償なしよりも舵角追従性が向上していることがわかる。

次に、図９から図１１に、第２のシミュレーションを示す。図９において、第２のシミュレーションでは前述の第１のシミュレーション１と異なり、目標舵角は車両の状態によって、車線に追従するための最適な値になるよう、刻々と変化するものとする。

図９は第２のシミュレーションで走行するコース座標を示す図（即ち、地上の道路地図に見立てた平面図）であり、車速８０ｋｍ／ｈで直線からカーブに進入するタスクを表している。車両は運転支援制御部８４を有しており、ドライバの操舵無しでコースを自動で追従する。

図１０（Ａ）は操舵角の変化を示す時系列であり、図１０（Ｂ）は旋回定常時の挙動を分かりやすく示すため、図１０（Ａ）の 時間５秒から２０秒までを拡大して表示したものである。破線が摩擦補償なし、実線が摩擦補償ありの結果を示す。摩擦補償ありの波形は摩擦補償なしと比べ、舵角の変動（即ち、走行すべき道路の中央に対して左右へ細かくふらつくこと）が少ないことが分かる。これは、摩擦補償を入れることで、ステアリング機構の摩擦を補償することができ、微小な舵角制御が可能になるため、直進安定性が向上するからだと考えられる。

図１１（Ａ）は摩擦補償ありのとき、実際にステアリング機構に発生している摩擦を、詳細な摩擦モデルで計算したものであり、図１１（Ｂ）はこのときの摩擦補償制御量Ｔｃｆの変化を示す時系列である。この結果から、摩擦補償制御量Ｔｃｆは実際の摩擦と似た波形を生成することができていることが分かる。即ち、第１実施形態によれば、目標舵角θに対し、最適な大きさ・方向の摩擦補償制御量Ｔｃｆを生成することができていることが分かる。
＜第２実施形態＞

図１２から図１４を参照して、本発明に係る操舵制御装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ハードウエア構成に関しては図１等に示した第１実施形態と同様であり、主に基準舵角θｔの演算及び摩擦補償制御量Ｔｃの演算が第１実施形態と異なる。このため、第２実施形態については以下、当該異なる点について説明し、第１実施形態と同様の構成及び動作処理については同一の参照符号を付し（図５及び図１３参照）、それらの説明は適宜省略する。

第２実施形態では、偏差上限値Δが固定値であり、代わりにゲインＫを可変値にする。図１２は、第２実施形態により実現される摩擦補償制御量Ｔｃの特性を示す図であり、第１実施形態の図７に相当する図である。第２実施形態では、図１２に示すように、偏差上限値Δが所定の固定値であり、ゲインＫが可変される。尚、第２実施形態では、第１実施形態と同様、ゲインＫと偏差上限値Δとの関係は、Δ＝Ｔｔ／Ｋである。従って、第２実施形態では、ゲインＫは、摩擦トルクＴｔが大きくなるにつれて大きくなる。このため、－Δ≦Δθ≦Δの範囲では、摩擦トルクＴｔが大きくなるにつれて、同一のΔθに対する摩擦補償制御量Ｔｃの変化量が大きくなる。尚、Δθ＞Δ、及び、Δθ＜－Δの範囲では、摩擦補償制御量Ｔｃの大きさは、摩擦トルクＴｔの大きさとなり一定となるのは、第１実施形態と同様である。但し、偏差上限値Δは固定であることから、摩擦トルクＴｔの如何に関らず、Δθ＞Δ、及び、Δθ＜－Δの範囲は固定され、この範囲で、摩擦補償制御量Ｔｃの大きさが、摩擦トルクＴｔの大きさで一定となる。

尚、第２実施形態では、基準舵角θｔの演算方法及び摩擦補償制御量Ｔｃの演算方法のみが第１実施形態と異なることになり、 摩擦トルクＴｔの演算方法やローパスフィルタの処理は同様であってよい。以下、第２実施形態における基準舵角θｔの演算方法及び摩擦補償制御量Ｔｃの演算方法のみについて説明する。

図１３は、第２実施形態における基準舵角演算方法の好ましい一例を示すフローチャートである。この基準舵角演算方法 は、図５で示した第１実施形態における基準舵角演算方法に対して、ステップＳ１０４の処理が無い点のみが異なる。即ち、第２実施形態では、偏差上限値Δが所定の固定値であるので、偏差上限値Δを摩擦トルクＴｔに応じて演算する必要が無く、当該固定値がステップＳ１０６以降でそのまま用いられる。

図１４は、第２実施形態における摩擦補償制御量Ｔｃの演算処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２００では、ゲインＫが演算（設定）される。ゲインＫは、上述の如く演算された摩擦トルクＴｔと、偏差上限値Δ（固定値）を用いて、Ｋ＝Ｔｔ／Δとして演算される。

ステップＳ２０２では、目標舵角θと、基準舵角θｔと、上記ステップ２００で設定したゲインＫとを用いて、Ｔｃ＝Ｋ・Δθなる式、即ちＴｃ＝Ｋ（θ－θｔ）なる式により演算される。

以上説明した第２実施形態によれば、上述の第１実施形態と略同様の効果が得られる。但し、第２実施形態では、ゲインＫが大きすぎると振動し易くなるので、かかる振動が発生しないように、偏差上限値Δを適切に決定することが望ましい。
＜変形形態＞

第１実施形態では、運転支援制御部８４に、車線を追従するために必要な目標舵角θが入力されているが、目標値として、横加速度、ヨーレートなどを用いてもよい。その際、摩擦補償部８８も目標舵角θを別の目標値に置き換え、それに対応して基準舵角を別の目標値に対する基準値に置き換えることで、同じロジックで使用することができ、その効果も第１実施形態と同様である。

操舵感向上のため、摩擦トルクＴｔを、ハンドル１１（図１参照）を介して入力されるドライバ操舵トルクによって可変にしてもよい。

ステアリング機構２０（図１参照）の特性として、ステアリングラックへの負荷が増えることで摩擦が大きくなるので、摩擦トルクＴｔは操舵角や、横加速度、ラック軸力に応じて可変にする。また、コラムＥＰＳの場合だとモータが出しているトルクによって摩擦が上がるので、アシスト量（図１のトルク入力）に応じて可変にしてもよい。

第１実施形態で十分実際の摩擦特性に近い摩擦波形が出ているが、さらに静摩擦を考慮するために、目標舵角速度に応じて摩擦トルクＴｔを可変にしてもよい。これにより、静摩擦、動摩擦、弾性摩擦勾配を考慮した摩擦補償制御量Ｔｃを生成することが可能となる。

以上詳細に説明したように実施形態によれば、目標舵角θ、車速Ｖ等に基づいて、適切な方向や大きさの摩擦補償制御量Ｔｃ或いはＴｃｆを出力する摩擦補償部８８を設けることで、自動運転或いは運転支援中、ステアリング機構２０に発生する摩擦を補償し、舵角追従性を向上させる。これにより、直線時のふらつき低減や、外乱応答性の向上を図る。

更に、瞬間的なトルク変動によって車が必要以上の横加速度を出した場合、指示される目標横加速度自体が変わって、目標横加速度の増減方向が何度も入れ替わり、振動を増幅させるといった不都合の発生も抑制し得る。目標横加速度の増減方向が切り替わるときに、要求トルクが滑らかに減少、または増加するようになっているので、目標横加速度の微小な変動に対して、摩擦補償制御量Ｔｃ或いはＴｃｆも微小に変動するようになっており、トルクの変動幅も小さくて済む。

付記
以上説明した実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
［付記１］

本発明に係る付記１記載の操舵制御装置は、自動運転又は運転支援が行われる車両における操舵を制御する操舵制御装置であって、前記車両の目標舵角（θ）及び車速（Ｖ）に基づいて、前記車両の基準舵角（θｔ）を演算する基準舵角演算部と、前記演算された基準舵角（θｔ）及び前記目標舵角（θ）間の偏差が所定値（Δ）以上となるか否かを判定し、前記所定値（Δ）以上となると判定された場合に、前記演算された基準舵角（θｔ）が前記目標舵角（θ）を追従するように前記演算された基準舵角（θｔ）を補償する補償部とを備えることを特徴とする。

付記１記載の操舵制御装置によれば、車両が自動運転又は運転支援により進行すべき方向に応じた目標舵角（θ）及び該車両の車速（Ｖ）に基づいて、基準舵角演算部によって、車両の基準舵角（θｔ）が演算される。続いて、補償部によって、先ず演算された基準舵角（θｔ）及び目標舵角（θ）間の偏差が所定値（Δ）以上となるか否かが判定され、ここで所定値（Δ）以上となると判定された場合には、演算された基準舵角（θｔ）は、補償される結果、演算された基準舵角（θｔ）が目標舵角（θ）を追従するものとされる。即ち、この場合には、補償によって、演算された基準舵角（θｔ）は、所定値（Δ）未満だけ離間した形で、目標舵角（θ）を追従する（言い換えれば、目標舵角（θ）から所定値（Δ）以上離間しないで変動する）ことになる。他方、前記偏差が所定値（Δ）以上とならない場合には、演算された基準舵角（θｔ）が補償されることはないが、この場合には、補償がないままでも、演算された基準舵角（θｔ）は、所定値（Δ）未満だけ離間した形で目標舵角（θ）を追従することとされる。

ここで「所低値（Δ）」の設定については、実験的若しくは経験的に、シミュレーションにより、又は機械学習により、要求トルクの変動が操舵感或いは乗り心地に悪影響を及ぼさない限界値を求め、これに多少のマージンを加味して設定すればよい。この値は、事前に所定値として設定してもよいし、機械学習によって所定値を自動運転中や運転支援中に適宜に更新してもよい。いずれの方式においても、基準舵角（θｔ）を目標舵角（θ）に向けて変動させる際の要求トルクの変動が急激に変動しない許容範囲内に収まる程度に小さい値に所定値を設定する。また、補償部による「追従」に関しては、目標舵角（θ）に対応する目標トルク（Ｔ）に対して、補償部で目標舵角及び車速に基づき適切な方向及び大きさを有するものとして演算される摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）を加算する方式等で行えばよい。これにより、操舵反力である摩擦トルクを補償することができ、目標舵角（θ）に対する実舵角の追従性を上げることができる。このように車両のステアリング機構に発生する摩擦を補償し、舵角追従性を向上させることで、直線時のふらつき低減や、外乱応答性の向上を図ることも可能となる。

以上の結果、目標横加速度の増減方向が増加から減少または減少から増加に切り替わる際にも、基準舵角に対して適宜に補償が行われるので、ステアリング機構の回動或いは回動支援を行う電動アクチュエータにおける、該補償された基準舵角に基づく要求トルクが急激に変動することを抑制可能となる。
［付記２］

付記２記載の操舵制御装置は、前記車速（Ｖ）を含む前記車両の状態を示す所定種類のパラメータに基づいて、前記車両のステアリング機構に対して補償すべき摩擦トルク値（Ｔｔ）を演算する摩擦トルク演算部を更に備え、前記基準舵角演算部は、前記車速（Ｖ）に代えて若しくは加えて前記演算された摩擦トルク値（Ｔｔ）及び前記目標舵角（θ）に基づいて、前記基準舵角（θｔ）を演算することを特徴とする付記１に記載の操舵制御装置である。

付記２記載の操舵制御装置によれば、先ず、摩擦トルク演算部では、車速（Ｖ）を含む所定種類のパラメータ（例えば、車速（Ｖ）の他、横加速度、ヨーレート、ドライバ操舵トルクなど）に基づいて、ステアリング機構に対して補償すべき摩擦トルク値（Ｔｔ）が演算される。次いで、基準舵角演算部では、車速（Ｖ）に代えて若しくは加えて、このように演算された摩擦トルク値（Ｔｔ）及び目標舵角（θ）に基づいて、基準舵角（θｔ）が演算される。従って、目標横加速度の増減方向が増加から減少または減少から増加に切り替わる際にも、車速（Ｖ）を含む所定種類のパラメータで示される車両の状態を反映した形で補償が行われ、要求トルクが滑らかに減少または増加するようにできる。更に目標横加速度の微小な変動に対して摩擦補償制御量も微小に変動するようにできるので、要求トルクの変動幅も小さくできる。このように要求トルクが急激に変動することを、より効果的に抑制可能となる。
［付記３］

付記３記載の操舵制御装置は、前記摩擦トルク演算部は、前記車速（Ｖ）が第１の車速値の際に補償すべき摩擦トルク値（Ｔｔ）が、前記車速が前記第１の車速より小さい第２の車速値の際に補償すべき摩擦トルク値より小さくなるように、前記補償すべき摩擦トルク値（Ｔｔ）を演算することを特徴とする付記２に記載の操舵制御装置である。

付記３記載の操舵制御装置によれば、車速（Ｖ）によって実際のステアリング摩擦特性は異なるものの、車速（Ｖ）に応じてより適切な摩擦トルクを補償可能となる。例えば、高速では、ステアリング機構の逆入力振動により摩擦が目減りするので、摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）を減少させるなどの、実際のステアリング機構に応じた個別具体的な対応が可能となる。
［付記４］

付記４記載の操舵制御装置は、前記補償部は、前記演算された基準舵角の補償として、前記演算された摩擦トルク値（Ｔｔ）に基づいて設定される偏差上限値に比べて、前記演算された基準舵角（θｔ）及び前記目標舵角（θ）間の偏差の絶対値が大きい場合には、前記偏差の絶対値が減少する方向に前記基準舵角（θｔ）を変更し、大きくない場合には、前記基準舵角（θｔ）を変更しないことを特徴とする付記２又は３に記載の操舵制御装置である。

付記４記載の操舵制御装置によれば、演算された摩擦トルク値（Ｔｔ）に基づいて設定される偏差上限値に比べて、演算された基準舵角（θｔ）及び前記目標舵角（θ）間の偏差の絶対値が大きい場合には、補償部によって、偏差の絶対値が減少する方向に基準舵角（θｔ）が変更される。逆に、偏差上限値に比べて、前記偏差の絶対値が大きくない場合には、基準舵角（θｔ）は変更されない、即ち維持される。従って、弾性摩擦勾配を考慮した、実際の摩擦特性に近い摩擦トルク（Ｔｔ）を補償可能となる。即ち、ステアリング機構の実際の可動状況に応じて、補償する摩擦トルク（Ｔｔ）が過剰であったり不足することを回避可能となる。
［付記５］

付記５記載の操舵制御装置は、前記補償部は、前記演算された基準舵角（θｔ）の補償として、前記演算された基準舵角（θｔ）及び前記目標舵角（θ）間の偏差にゲインを乗じることで摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）を算出することを特徴とする付記２から４の何れか一項に記載の操舵制御装置である。

付記５記載の操舵制御装置によれば、補償部では、演算された基準舵角（θｔ）の補償として、前記偏差にゲインを乗じることで、摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）が算出される。すると、該算出された摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）が目標トルク（Ｔ）に対して、そのまま或いは他の処理を経た後に加算されることで、補正後目標トルク（Ｔｍ）が設定されることになる。このように比較的簡単な処理として基準舵角の補償を実行可能となる。
［付記６］

付記６記載の操舵制御装置は、前記算出される摩擦補償制御量（Ｔc）に対しローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを更に備えることを特徴とする付記５に記載の操舵制御装置である。

付記６記載の操舵制御装置によれば、付記６記載の如くに算出された摩擦補償制御量（Ｔｃ）が目標トルク（Ｔ）に対して、ローパスフィルタ処理を経た後に（即ち、摩擦補償制御量（Ｔｃｆ）として）加算されることで、補正後目標トルク（Ｔｍ）が設定されることになる。従って、ローパスフィルタに適切な定数を与えるといった比較的簡単な処理により、ハンズオン時の操舵感を向上させることも可能となる。
［付記７］

付記７記載の操舵制御装置は、前記補償部は、前記演算された基準舵角の補償として、前記演算された摩擦トルク値（Ｔｔ）を前記ゲインで除することで偏差上限値（Δ）を設定し、前記目標舵角（θ）から前記演算された基準舵角（θｔ）を引いた偏差（θ－θｔ）が、前記設定された偏差上限値（Δ）より大きい場合には、前記演算された基準舵角（θｔ）を、前記目標舵角（θ）から前記設定された偏差上限値（Δ）を引いた値（θ－Δ）に変更し、前記引いた偏差（θ－θｔ）が、前記設定された偏差上限値（Δ）の負の値（－Δ）より小さい場合には、前記演算された基準舵角（θｔ）を、前記目標舵角（θ）に前記設定された偏差上限値（Δ）を足した値（θ＋Δ）に変更し、前記引いた偏差（θ－θｔ）の絶対値が、前記設定された偏差上限値（Δ）以下の場合には、前記演算された基準舵角（θｔ）を変更せずに維持することを特徴とする付記５又は６に記載の操舵制御装置である。

付記７記載の操舵制御装置によれば、ゲインの値を変更することで、目標舵角（θ）の微小な変化に対してどれだけ摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）を増加させるかを任意に設計することができる。例えばゲインを大きくすることで、応答性が上がり、直進走行時のふらつき（或いは湾曲する道路中央に対するふらつき）の低減や、横風などの外乱応答性を向上さることができる。従って、弾性摩擦勾配を考慮した、実際の摩擦特性に近い摩擦トルク（Ｔｔ）を補償することができる。即ち、ステアリング機構の実際の可動状況に応じて、補償する摩擦トルク（Ｔｔ）が過剰であったり不足することを回避可能となる。
［付記８］

付記８記載の操舵制御装置は、前記目標舵角（θ）に基づいて目標トルク（Ｔ）を演算する目標トルク演算部と、前記補償された基準舵角（θｔ）に対応して算出された摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）を前記演算された目標トルク（Ｔ）に加算して補償後の目標トルク（Ｔｍ）を、当該車両のステアリング機構に係る電動アクチュエータに対して出力する加算出力部とを更に備えることを特徴とする付記１から７の何れか一項に記載の操舵制御装置である。

付記８記載の操舵制御装置によれば、目標トルク演算部により、目標舵角（θ）に基づいて或いは目標舵角（θ）及び車速（Ｖ）等に基づいて、目標トルク（Ｔ）が演算されると、補償された基準舵角（θｔ）に対応して算出された摩擦補償制御量（Ｔｃ或いはＴｃｆ）は、加算出力部によって、演算された目標トルク（Ｔ）に加算される。これにより、補償後の目標トルク（Ｔｍ）が、電動アクチュエータに対して出力される。従って、目標横加速度の増減方向が増加から減少または減少から増加に切り替わる際にも、摩擦補償制御量（Ｔｃ）がそのまま或いはローパスフィルタ処理等を介して目標トルク（Ｔ）に加算されてなる補正後目標トルク（Ｔｍ）に従うことで、電動アクチュエータに係る要求トルクが急激に変動することを抑制可能となる。
［付記９］

付記９記載の電動パワーステアリング装置は、付記１から８の何れか一項に記載の操舵制御装置と、前記補償された基準舵角に基づいて要求トルクが制御される電動アクチュエータとを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

付記９記載の電動パワーステアリング装置によれば、上述した各付記に係る操舵制御装置を備えるので、自動運転中や運転支援中に、目標横加速度の増減方向が増加から減少または減少から増加に切り替わる際にも、電動アクチュエータに係る要求トルクが急激に変動することを抑制可能となる。

本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う操舵制御装置或いは電動パワーステアリング装置もまた本発明の技術思想に含まれる。

１１…ハンドル
１５…トルクセンサ
２０…ステアリング機構
２２…電動アクチュエータ（アシストモータ）
８０…ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
８４…運転支援制御部
８６…目標トルク演算部
８８…摩擦補償部
８８１…摩擦トルク（Ｔｔ）演算部
８８２…基準舵角（θｔ）演算部
８８４…摩擦補償制御量（Ｔｃ）演算部
８８５…ローパスフィルタ

Claims (9)

1. 自動運転又は運転支援が行われる車両における操舵を制御する操舵制御装置であって、
   前記車両の目標舵角及び車速に基づいて、前記車両の基準舵角を演算する基準舵角演算部と、
   前記演算された基準舵角及び前記目標舵角間の偏差が所定値以上となるか否かを判定し、前記所定値以上となると判定された場合に、前記演算された基準舵角が前記目標舵角を追従するように前記演算された基準舵角を補償する補償部と
   を備えることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記車速を含む前記車両の状態を示す所定種類のパラメータに基づいて、前記車両のステアリング機構に対して補償すべき摩擦トルク値を演算する摩擦トルク演算部を更に備え、
   前記基準舵角演算部は、前記車速に代えて若しくは加えて前記演算された摩擦トルク値及び前記目標舵角に基づいて、前記基準舵角を演算することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記摩擦トルク演算部は、前記車速が第１の車速値の際に補償すべき摩擦トルク値が、前記車速が前記第１の車速より小さい第２の車速値の際に補償すべき摩擦トルク値より小さくなるように、前記補償すべき摩擦トルク値を演算することを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記補償部は、前記演算された基準舵角の補償として、前記演算された摩擦トルク値に基づいて設定される偏差上限値に比べて、前記演算された基準舵角及び前記目標舵角間の偏差の絶対値が大きい場合には、前記偏差の絶対値が減少する方向に前記基準舵角を変更し、大きくない場合には、前記基準舵角を変更しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の操舵制御装置。
5. 前記補償部は、前記演算された基準舵角の補償として、前記演算された基準舵角及び前記目標舵角間の偏差にゲインを乗じることで摩擦補償制御量を算出することを特徴とする請求項２から４の何れか一項に記載の操舵制御装置。
6. 前記算出される摩擦補償制御量に対しローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の操舵制御装置。
7. 前記補償部は、前記演算された基準舵角の補償として、
   前記演算された摩擦トルク値を前記ゲインで除することで偏差上限値を設定し、
   前記目標舵角から前記演算された基準舵角を引いた偏差が、前記設定された偏差上限値より大きい場合には、前記演算された基準舵角を、前記目標舵角から前記設定された偏差上限値を引いた値に変更し、
   前記引いた偏差が、前記設定された偏差上限値の負の値より小さい場合には、前記演算された基準舵角を、前記目標舵角に前記設定された偏差上限値を足した値に変更し、
   前記引いた偏差の絶対値が、前記設定された偏差上限値以下の場合には、前記演算された基準舵角を変更せずに維持する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の操舵制御装置。
8. 前記目標舵角に基づいて目標トルクを演算する目標トルク演算部と、前記補償された基準舵角に対応して算出された摩擦補償制御量を前記演算された目標トルクに加算して補償後の目標トルクを、当該車両のステアリング機構に係る電動アクチュエータに対して出力する加算出力部とを更に備えることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の操舵制御装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の操舵制御装置と、
   前記補償された基準舵角に基づいて要求トルクが制御される電動アクチュエータと
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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