JP5579267B2 - 自動操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータの駆動力により転舵輪を自動操舵する自動操舵装置に関するものである。

従来、ステアリングシャフトの操舵トルクの検出値が自動操舵時に所定値以上になったときに、運転者によってハンドルが操作されたものと判断して自動操舵を解除する車両の自動操舵装置が知られている。しかし、ステアリングシャフトの操舵トルクは、運転者によるハンドルの操作によってだけでなくハンドルの慣性力によっても増大する。従って、ハンドルの操舵角加速度が大きくなると、ハンドルの慣性力によって自動操舵が誤って解除されるおそれがある。

従来、自動操舵が誤って解除されることを防止するために、自動操舵時の操舵トルクの検出値が所定値以上になったときであっても、操舵角加速度の検出値が所定値よりも大きいときには、運転者によるハンドル操作ではなくハンドルの慣性力により操作トルクの検出値が増加したものと判断して、自動操舵を解除せずに維持する車両の自動操舵装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、従来、ステアリングシャフトに設けられたトーションバーの捩れによって生じる自動操舵時のハンドルの振動を抑制するために、トーションバーの捩れ角の情報に基づいて求めた操舵力をモータによってステアリングシャフトに与える車両の操舵装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平８−３３７１８１号公報 特開２００３−２３７６０７号公報

しかし、特許文献２に示されている車両の操舵装置では、ハンドルの振動を抑制するモータの制御を強くすると、モータ回転角加速度が大きくなったときに、目標舵角に車輪の舵角を一致させるための角度制御を滑らかに行うことができなくなってしまう。また、特許文献２に示されている車両の操舵装置では、ハンドルの振動を抑制する制御を弱めると、モータ回転角加速度が大きくなったときに、ハンドルの振動を十分に抑制することが困難になってしまう。

また、特許文献１に示されている車両の自動操舵装置では、ハンドルの振動を抑制する手段がないので、ハンドルに振動が生じると、ハンドルの振動が継続してしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ハンドルの振動を抑制することができるとともに、角度制御を滑らかにすることができる自動操舵装置を得ることを目的とする。

この発明に係る自動操舵装置は、転舵輪を転舵させるモータ、転舵輪の転舵角に応じた信号を発生する転舵角検出部、及び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、転舵角検出部からの情報に基づいて、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制御装置を備えている。

この発明に係る自動操舵装置では、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が補正され、補正後の目標舵角に転舵輪の転舵角が追従するようにモータが制御されるので、モータの回転角加速度を直接制限することができ、ハンドルの慣性力の増大を抑制することができる。これにより、ハンドルの振動を抑制することができる。また、転舵輪の転舵角の角加速度が制限されるので、転舵輪の転舵角の角度制御も滑らかにすることができる。

この発明の実施の形態１による車両の自動操舵装置を示す構成図である。 図１の制御ユニットを示すブロック図である。 図２のモータ角加速度制限器における演算過程を示すブロック線図である。 図２の角度制御器における演算過程を示すブロック線図である。 図２の自動操舵制御部の動作を示すフローチャートである。 目標舵角の補正を行っていない場合のハンドル角と時間との関係を示すグラフである。 目標舵角の補正を行った場合のハンドル角と時間との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による車両の自動操舵装置の制御ユニットを示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による車両の自動操舵装置を示す構成図である。 図９の制御ユニットを示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による車両の自動操舵装置を示す構成図である。 図１１の制御ユニットを示すブロック図である。 図１２の自動操舵制御部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態５による自動操舵制御部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態５による自動操舵制御部において制限値を車速に応じて設定する場合の車速と制限値との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態６による自動操舵装置のモータ角加速度制限器における演算過程を示すブロック線図である。 図１６の目標舵角演算器からモータ角加速度制限器へ送られる補正前の目標舵角の時間的変化を示すグラフである。 図１６のモータ角加速度制限器によって算出された補正後の目標舵角の時間的変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態７による自動操舵装置の制御ユニットを示すブロック図である。 図１９のモータ角加速度制限器における演算過程を示すブロック線図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車両の自動操舵装置を示す構成図である。図において、ハンドル１には、ステアリング軸２の端部が連結されている。ステアリング軸２は、ステアリング軸２の軸線を中心としてハンドル１とともに回転される。ステアリング軸２には、転舵機構部４が設けられている。転舵機構部４には、左右一対の転舵輪５が設けられている。転舵機構部４は、ステアリング軸２の回転に応じて各転舵輪５を転舵させる。即ち、各転舵輪５の転舵角は、ステアリング軸２の回転角度に応じて変化する。

ステアリング軸２の中間部には、減速装置３及びトルクセンサ（トルク検出部）６が設けられている。トルクセンサ６は、ステアリング軸２の減速装置３とハンドル１との間の部分に設けられている。トルクセンサ６は、ステアリング軸２が受ける操舵トルクを検出する。

この例では、ステアリング軸２の一部がトーションバーとされている。トルクセンサ６は、ステアリング軸２のトーションバーの捩れ角に応じた信号を発生する。ステアリング軸２が受ける操舵トルクは、トルクセンサ６からの信号に基づいて求められる。

減速装置３には、回転軸（モータ軸）を有するモータ７が設けられている。モータ７は、電力を受けて回転軸を回転させることによりトルクを発生する。モータ７が発生するトルクは、減速装置３を介してステアリング軸２に与えられる。これにより、ステアリング軸２の回転角度及び各転舵輪５の転舵角は、モータ７の回転軸の回転角度（モータ回転角度）に応じて変化する。この例では、モータ７としてブラシレスＤＣモータが用いられている。なお、モータ７としては、例えばブラシ付きＤＣモータ等を用いてもよい。

モータ７には、モータ回転角度に応じた信号を発生する角度センサ（転舵角検出部）８が設けられている。従って、角度センサ８は、ステアリング軸２の回転角度及び各転舵輪の転舵角のそれぞれに応じた信号を発生する。この例では、角度センサ８としてレゾルバが用いられている。なお、角度センサ８としては、例えばエンコーダ等を用いてもよい。

車両には、モータ７を流れる電流を検出する電流センサ９と、車両の速度（車速）を検出する車速センサ１０とが設けられている。

車室内には、ハンドル１の操作によって各転舵輪５を転舵させる手動操舵と、ハンドルの操作を行わずにモータ７のトルクによって各転舵輪５を自動的に転舵させる自動操舵との間で操舵のモードを切り替え可能な切替スイッチ（図示せず）が設けられている。

切替スイッチからの情報は、目標舵角演算器１１へ送られる。目標舵角演算器１１は、切替スイッチの操作によって操舵のモードが自動操舵とされているとき（自動操舵時）に、複数の検出器（例えば車外の撮影を行うカメラ等）からの情報に基づいて、各転舵輪５の目標とする転舵角（目標舵角）を演算する。

トルクセンサ６、角度センサ８、電流センサ９、車速センサ１０及び目標舵角演算器１１のそれぞれからの情報は、制御ユニット１２へ送られる。制御ユニット１２は、トルクセンサ６、角度センサ８、電流センサ９、車速センサ１０及び目標舵角演算器１１のそれぞれからの情報に基づいて、モータ７への電流を調整し、モータ７を制御する。なお、目標舵角演算器１１は、制御ユニット１２と別個の自動操舵メインコントローラに搭載されている。

制御ユニット１２は、自動操舵制御部１３、パワーアシスト制御部１４及びモータ制御部１５を有している。

自動操舵制御部１３は、目標舵角演算器１１及び角度センサ８のそれぞれからの情報に基づいて、自動操舵を行うために必要なモータ７の電流を自動操舵用目標電流として算出する。

パワーアシスト制御部１４は、トルクセンサ６、角度センサ８及び車速センサ１０のそれぞれからの情報に基づいて、手動操舵時にハンドル１の操舵をアシストするために必要なモータ７の電流をパワーアシスト用目標電流として算出する。

モータ制御部１５は、自動操舵制御部１３、パワーアシスト制御部１４及び電流センサ９のそれぞれからの情報に基づいて、モータ７の電流を制御する。制御ユニット１２の演算は、所定の周期で繰り返し行われる。

図２は、図１の制御ユニット１２を示すブロック図である。図において、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器（角加速度制限器）１６及び角度制御器１７を有している。

モータ角加速度制限器１６は、目標舵角演算器１１から目標舵角の情報を受信し、受信した目標舵角の角加速度があらかじめ設定された制限値（所定の制限値）以下になるように目標舵角を補正する。即ち、モータ角加速度制限器１６は、目標舵角演算器１１からの目標舵角を補正前の目標舵角θ_refとして受信し、補正前の目標舵角θ_refの角加速度を制限して求めた目標舵角を補正後の目標舵角θ_ref2として算出する。

ここで、図３は、図２のモータ角加速度制限器１６における演算過程を示すブロック線図である。図において、モータ角加速度制限器１６は、補正前の目標舵角θ_refを目標舵角演算器１１から受信すると、伝達要素ｂ１〜ｂ５の順に演算を行うことにより目標舵角θ_refを補正し、補正後の目標舵角θ_ref2を算出する。なお、図３のブロック線図は離散モデルで示し、図３におけるｚはｚ変換を示している。

伝達要素ｂ１では、補正前の目標舵角θ_refと補正後の目標舵角θ_ref2との偏差をサンプリング時間（演算周期）Ｔｓで割ることにより、目標舵角速度を算出する。ただし、演算を初めて実行するときの補正後の目標舵角θ_ref2の値（即ち、補正後の目標舵角θ_ref2の初期値）は、補正前の目標舵角θ_refの値とする。

伝達要素ｂ２では、伝達要素ｂ１で算出した目標舵角速度と目標舵角速度の前回値との差をサンプリング時間Ｔｓで割ることにより、目標舵角加速度を算出する。

伝達要素（リミッタ）ｂ３では、伝達要素ｂ２で算出した目標舵角加速度と所定の制限値とを比較し、目標舵角加速度が所定の制限値よりも大きいときに所定の制限値を補正後の目標舵角加速度の値とし、目標舵角加速度が所定の制限値以下であるときに目標舵角加速度の値をそのまま補正後の目標舵角加速度の値とする。

伝達要素ｂ４では、伝達要素ｂ３からの補正後の目標舵角加速度を積分し、補正後の目標舵角速度を算出する。

伝達要素ｂ５では、伝達要素ｂ４で算出した補正後の目標舵角速度を積分し、補正後の目標舵角θ_ref2を算出する。

角度制御器１７は、図２に示すように、角度センサ８及びモータ角加速度制限器１６のそれぞれからの情報に基づいて、モータ回転角度を制御する角度制御電流を自動操舵用目標電流として算出する。即ち、角度制御器１７は、角度センサ８からの情報に基づいて転舵輪５の転舵角θｐを求め、求めた転舵輪５の転舵角θｐを補正後の目標舵角（即ち、角加速度を制限した目標舵角）θ_ref2に追従させるための角度制御電流を自動操舵用目標電流として算出する。

ここで、図４は、図２の角度制御器１７における演算過程を示すブロック線図である。図において、角度制御器１７は、伝達要素ｂ６及び伝達要素ｂ７の順に演算を行うことにより、補正後の目標舵角θ_ref2から自動操舵用目標電流（角度制御電流）を算出する。なお、ｓはラプラス演算子、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、Ｋｄは微分ゲインである。

伝達要素ｂ６では、モータ角加速度制限器１６から受信した補正後の目標舵角θ_ref2と、角度センサ８からの情報に基づいて求めた転舵角θｐとの偏差を算出する。

伝達要素ｂ７では、伝達要素ｂ６で算出された偏差に対してＰＩＤ制御を実施することにより自動操舵用目標電流（角度制御電流）を算出する。

パワーアシスト制御部１４は、図２に示すように、トルクセンサ６、角度センサ８及び車速センサ１０のそれぞれからの情報を受ける。パワーアシスト制御部１４は、トルクセンサ６及び車速センサ１０のそれぞれからの情報から求めた操舵トルク及び車速に基づいて、運転者の操舵トルクを軽減する基本アシストトルクをモータ７に発生させる基本アシスト指令電流を算出する。また、パワーアシスト制御部１４は、角度センサ８からの情報（モータ回転角度）から求めたモータ回転角速度に基づいて、ハンドル１を操作したときの粘性感を調整するための粘性補償指令電流を算出する。さらに、パワーアシスト制御部１４は、基本アシスト指令電流と粘性補償指令電流との差をパワーアシスト用目標電流として算出する。

モータ制御部１５は、図２に示すように、電流制御器１８及び駆動回路１９を有している。電流制御器１８は、パワーアシスト制御部１４、角度制御器１７、角度センサ８、及び電流センサ９のそれぞれからの情報を受ける。電流制御器１８は、手動操舵時にパワーアシスト用目標電流を指令電流とし、自動操舵時に自動操舵用目標電流を指令電流とする。また、電流制御器１８は、電流センサ９で検出した電流が指令電流と一致するように、角度センサ８からの情報に応じたモータ７の印加電圧を算出する。駆動回路１９は、電流制御器１８で算出された印加電圧がモータ７に印加されるようにモータ７を制御する。具体的には、電流制御器１８は、電流センサ９で検出した電流と指令電流との偏差に基づいて、モータ７の印加電圧を制御するためのＰＷＭ信号（電圧指令信号）を算出する。駆動回路１９は、電流制御器１８からの電圧指令信号に基づいて、モータ７に対してＰＷＭ制御を行う。

次に、自動操舵制御部１３の動作について説明する。図５は、図２の自動操舵制御部１３の動作を示すフローチャートである。自動操舵制御部１３は、目標舵角演算器１１からの情報を受信することにより、目標舵角θ_refをメモリに記憶する（ステップＳ１）。また、自動操舵制御部１３は、角度センサ８からの情報を受信することにより、転舵角θｐをメモリに記憶する（ステップＳ２）。

この後、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６において、目標舵角θ_refの角加速度を制限値以下に制限することにより目標舵角θ_refを補正し、補正後の目標舵角θ_ref2を算出する（ステップＳ３）。

この後、自動操舵制御部１３は、角度制御器１７において、補正後の目標舵角θ_ref2と転舵角θｐとの偏差に基づいて自動操舵用目標電流を算出する（ステップＳ４）。

このような自動操舵装置では、目標舵角θ_refの角加速度が制限値以下になるように目標舵角θ_refが補正され、補正後の目標舵角θ_ref2に転舵輪５の転舵角θｐが追従するようにモータ７が制御されるので、モータ７の回転角加速度を直接制限することができ、ハンドルの慣性力の増大を抑制することができる。これにより、ハンドルの振動を抑制することができる。また、転舵輪５の転舵角θｐの角加速度が制限されるので、転舵角θｐの角度制御を滑らかにすることができる。

ここで、図６は目標舵角の補正を行っていない場合のハンドル角と時間との関係を示すグラフ、図７は目標舵角の補正を行った場合のハンドル角と時間との関係を示すグラフである。図６及び図７の各グラフを対比すると、ハンドル角の振動は、目標舵角の補正を行っていない場合（図６）よりも目標舵角の補正を行った場合（図７）のほうが抑制されていることが分かる。これにより、目標舵角の角加速度を制限する補正を行うことにより、ハンドル角の振動が抑制されることが確認された。

また、補正前の目標舵角θ_refと補正後の目標舵角θ_ref2との偏差を求めるために、各周期の演算で算出された補正後の目標舵角θ_ref2が次回の周期の演算に用いられるので、補正後の目標舵角θ_ref2の最終的な値を補正前の目標舵角θ_refに一致させることができる。従って、目標舵角θ_refの角加速度を制限することによる転舵角θｐの角度制御の誤差を抑制することができる。

また、演算を初めて実行するときの補正後の目標舵角θ_ref2の初期値は、補正前の目標舵角θ_refの値とされるので、補正後の目標舵角θ_ref2が補正前の目標舵角θ_refから大きくずれることを防止することができる。

なお、上記の例では、補正後の目標舵角θ_ref2の初期値が補正前の目標舵角θ_refの値とされるようになっているが、補正後の目標舵角θ_ref2の初期値を転舵角θｐの値とするようにしてもよい。この場合、転舵角θｐは、角度センサ８からの情報に基づいて算出される。このようにすれば、補正前の目標舵角θ_refの初期値と転舵角θｐとがずれている場合であっても、転舵角θｐの角度制御を滑らかにすることができる。

即ち、補正前の目標舵角θ_refの初期値と転舵角θｐの値とがずれていると、角度制御器１７で算出される自動操舵用目標電流の値が大きくなるので、ハンドル１に大きな慣性力が作用し、ハンドル１の振動が発生してしまう。補正後の目標舵角θ_ref2の初期値を転舵輪５の転舵角θｐとすることにより、角加速度を制限値で制限したまま、補正前の目標舵角θ_refに補正後の目標舵角θ_ref2を近づけることができる。従って、目標舵角θ_refの初期値と転舵角θｐとがずれている場合であっても、ハンドル１の振動を抑制したまま、転舵角θｐの角度制御を滑らかにすることができる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２による車両の自動操舵装置の制御ユニット１２を示すブロック図である。図において、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６及び角度制御器１７に加えて、振動抑制器２１及び加算器２２を有している。

振動抑制器２１は、トルクセンサ６からの情報に基づいて、ステアリング軸２が受ける操舵トルクに応じた振動抑制電流を算出する。即ち、振動抑制器２１は、トルクセンサ６で検出した操舵トルクにゲインを掛けることにより、振動抑制電流を算出する。

加算器２２は、角度制御器１７で算出された角度制御電流に、振動抑制器２１で算出された振動抑制電流を加算し、角度制御電流及び振動抑制電流の合計を自動操舵用目標電流とする。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような自動操舵装置では、トルクセンサ６からの情報に基づいて、モータ７が制御されるので、ステアリング軸２が受ける操舵トルクに応じてモータ７が発生するトルクを変化させることができ、ステアリング軸２の捩れによって生じるハンドル１の振動をさらに抑制することができる。また、振動抑制器２１のゲインは従来に比べ小さく設定することができるため、振動抑制器２１と角度制御器１７とが干渉せず、転舵角θｐの角度制御を精度良く滑らかに行うことができる。つまり、自動操舵時にハンドル振動をさらに低減し、かつ、滑らかな角度制御を達成することができる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３による車両の自動操舵装置を示す構成図である。この例では、ステアリング軸２にトルクセンサ６は設けられていない。従って、ステアリング軸２の一部がトーションバーとなっていることはない。また、ハンドル１には、ハンドル１の回転角度に応じた信号を発生するハンドル角センサ３１が設けられている。制御ユニット１２へは、ハンドル角センサ３１、角度センサ８、電流センサ９及び目標舵角演算器１１のそれぞれからの情報が送られる。この例では、車速センサ１０からの情報は制御ユニット１２へ送られない。制御ユニット１２は、パワーアシスト制御部１４を有しておらず、自動操舵制御部１３及びモータ制御部１５を有している。

自動操舵制御部１３は、ハンドル角センサ３１、角度センサ８及び目標舵角演算器１１のそれぞれからの情報に基づいて、自動操舵用目標電流を算出する。モータ制御部１５は、自動操舵制御部１３で算出された自動操舵用目標電流に、電流センサ９で検出された電流が追従するように、モータ７を制御する。

図１０は、図９の制御ユニット１２を示すブロック図である。図において、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６、角度制御器１７、振動抑制器２１及び加算器２２を有している。モータ角加速度制限器１６、角度制御器１７及び加算器２２の構成は、実施の形態２の構成と同様である。

ハンドル角センサ３１からの情報は、振動抑制器２１へ送られる。振動抑制器２１は、ハンドル角センサ３１からの情報に基づいて、振動抑制電流を算出する。即ち、振動抑制器２１は、ハンドル角センサ３１からの情報に基づいてハンドル１の回転角度（ハンドル角）を求め、求めたハンドル角を２階微分してハンドル角加速度を求めた後、求めたハンドル角加速度にゲインを掛けることにより、振動抑制電流を算出する。

自動操舵時には、運転者によるハンドル１の操作が行われていないので、ハンドル１の運動方程式は、式（１）で表される。

Ｊ_hｄω_h＝−Ｔ_sens …（１）

ただし、Ｊ_hはハンドル１の慣性力、ｄω_hはハンドル角の２階微分（ハンドル角加速度）、Ｔ_sensは操舵トルクである。

従って、式（１）の関係を利用して、振動抑制器２１は、操舵トルクＴ_sensを直接検出せずに、ハンドル角の２階微分であるハンドル角加速度ｄω_hを求めることにより、振動抑制電流を算出する。他の構成は実施の形態２と同様である。

このような自動操舵装置では、ハンドル角センサ３１からの情報に基づいて、モータ７が制御されるので、ステアリング軸２自体の弾性変形による捩れとハンドルの慣性力とに起因して発生するハンドル１の振動をさらに抑制することができる。また、トルクセンサを必要としないためコスト低減も図ることができる。

なお、上記の例では、トルクセンサ６がステアリング軸２に設けられていないが、ステアリング軸２にトルクセンサ６を設け、トルクセンサ６及びハンドル角センサ３１のそれぞれの情報を振動抑制器２１へ送るようにしてもよい。この場合、振動抑制器２１では、トルクセンサ６及びハンドル角センサ３１のそれぞれの情報に基づいて、振動抑制電流が別個に算出される。このようにすれば、振動抑制器２１を冗長系にすることができ、振動抑制器２１の信頼性の向上を図ることができる。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４による車両の自動操舵装置を示す構成図である。図において、ハンドル角センサ３１及びトルクセンサ６は、ハンドル１及びステアリング軸２にいずれも設けられていない。また、制御ユニット１２へは、車速センサ１０からの情報は送られず、角度センサ８、電流センサ９及び目標舵角演算器１１のそれぞれからの情報が送られる。制御ユニット１２は、パワーアシスト制御部１４を有しておらず、自動操舵制御部１３及びモータ制御部１５を有している。

目標舵角演算器１１は、複数の検出器（例えば車外を撮影するカメラ等）からの情報に基づいて、各転舵輪５の目標舵角を演算するとともに、車両の自動操舵が緊急時の自動操舵であるか否かを判定する。緊急時の自動操舵としては、例えば車両の前方に障害物がある場合に障害物を回避するために行われる自動操舵等が挙げられる。また、目標舵角演算器１１は、目標舵角の情報と、緊急時の自動操舵であるか否かを示す情報（緊急フラグ信号）とを自動操舵制御部１３へ出力する。この例では、目標舵角演算器１１は、緊急時の自動操舵（緊急自動操舵）であると判定したときに緊急フラグ信号の出力を停止し、緊急ではない通常時の自動操舵（通常自動操舵）であると判定したときに緊急フラグ信号を出力する。

図１２は、図１１の制御ユニット１２を示すブロック図である。目標舵角の情報及び緊急フラグ信号は、目標舵角演算器１１からモータ角加速度制限器１６へ送られる。モータ角加速度制限器１６は、緊急フラグ信号の受信の有無に基づいて、目標舵角の補正の要否を判定する。即ち、モータ角加速度制限器１６は、緊急フラグ信号の受信が「１」で通常自動操舵であると判定したときに、目標舵角の角加速度を制限値以下に制限する補正を目標舵角θ_refに対して行って補正後の目標舵角θ_ref2とし、緊急フラグ信号の受信が「０」で緊急自動操舵であると判定したときに、目標舵角の補正は行わず、目標舵角演算器１１からの目標舵角θ_refをそのまま補正後の目標舵角θ_ref2とする。即ち、モータ角加速度制限器１６による処理は、モータ角加速度制限器１６で緊急自動操舵であると判定されることにより停止される。

角度制御器１７は、角度センサ８からの情報に基づいて転舵輪５の転舵角を求め、求めた転舵角が、モータ角加速度制限器１６で算出された補正後の目標舵角θ_ref2に追従するように、角度制御電流を自動操舵用目標電流として算出する。他の構成は実施の形態１と同様である。

次に、自動操舵制御部１３の動作について説明する。図１３は、図１２の自動操舵制御部１３の動作を示すフローチャートである。自動操舵制御部１３は、目標舵角演算器１１からの情報を受信することにより、目標舵角θ_refと、緊急フラグ信号の受信の有無を示す情報とをメモリに記憶する（ステップＳ１１）。また、自動操舵制御部１３は、角度センサ８からの情報を受信することにより、転舵角θｐをメモリに記憶する（ステップＳ１２）。

この後、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６において、緊急フラグ信号を目標舵角演算器１１から受信したか否かを判定する（ステップＳ１３）。

緊急フラグ信号の受信が「１」で通常自動操舵であると判定した場合、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６において、目標舵角θ_refの角加速度を制限値以下に制限することにより目標舵角θ_refを補正し、補正後の目標舵角θ_ref2を算出する（ステップＳ１４）。

緊急フラグ信号の受信が「０」で緊急自動操舵であると判定した場合、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６による処理を停止し、モータ角加速度制限器１６において、目標舵角θ_refをそのまま補正後の目標舵角θ_ref2とする（ステップＳ１５）。

この後、自動操舵制御部１３は、角度制御器１７において、補正後の目標舵角θ_ref2と転舵角θｐとの偏差に基づいて自動操舵用目標電流を算出する（ステップＳ１６）。

このような自動操舵装置では、緊急自動操舵時に目標舵角の補正が停止されるので、通常自動操舵時にハンドル１の振動を抑制することができるとともに、緊急自動操舵時に自動操舵の動作を目標舵角に早期に追従させることができる。例えば前方の障害物を自動操舵によって回避する場合等には、ハンドル１に生じる振動を抑制することよりも、ハンドル操舵を早期に行うことのほうが重要である。従って、この実施の形態では、目標舵角の補正を停止することにより転舵輪５の転舵角を目標舵角に早期に追従させることができ、緊急自動操舵時における動作の信頼性の向上を図ることができる。

実施の形態５．
なお、実施の形態４では、緊急自動操舵時に目標舵角の補正（即ち、モータ角加速度制限器１６による処理）が停止されるようになっているが、モータ角加速度制限器１６による緊急フラグ信号の受信の有無に応じて制限値を変えるようにしてもよい。

即ち、モータ角加速度制限器１６は、緊急フラグ信号の受信が「１」で通常自動操舵であると判定したときに第１の基準値Ａ１を制限値として設定し、緊急フラグ信号の受信が「０」で緊急自動操舵であると判定したときに第１の基準値Ａ１よりも大きな第２の基準値Ａ０（Ａ０＞Ａ１）を制限値として設定するようになっている。他の構成は実施の形態４と同様である。

次に、自動操舵制御部１３の動作について説明する。図１４は、この発明の実施の形態５による自動操舵制御部１３の動作を示すフローチャートである。自動操舵制御部１３は、目標舵角演算器１１からの情報を受信することにより、目標舵角θ_refと、緊急フラグ信号の受信の有無を示す情報とをメモリに記憶する（ステップＳ２１）。また、自動操舵制御部１３は、角度センサ８からの情報を受信することにより、転舵角θｐをメモリに記憶する（ステップＳ２２）。

この後、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６において、緊急フラグ信号の受信の有無に応じて第１の基準値Ａ１及び第２の基準値Ａ０のいずれかを制限値として設定する。即ち、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６において、緊急フラグ信号の受信の有無に基づいて、通常自動操舵であると判定したときに第１の基準値Ａ１を制限値として設定し、緊急自動操舵であると判定したときに第２の基準値Ａ０を制限値として設定する（ステップＳ２３）。

この後、自動操舵制御部１３は、モータ角加速度制限器１６において、目標舵角θ_refの角加速度が制限値以下になるように目標舵角θ_refを補正し、補正後の目標舵角θ_ref2として算出する（ステップＳ２４）。

この後、自動操舵制御部１３は、角度制御器１７において、補正後の目標舵角θ_ref2と転舵角θｐとの偏差に基づいて自動操舵用目標電流を算出する（ステップＳ２５）。

このような自動操舵装置では、通常自動操舵時と緊急自動操舵時とで制限値が変更されるので、通常自動操舵時に所定の制限値を設定することによりハンドル１の振動を抑制することができる。また、緊急自動操舵時に通常自動操舵時よりも制限値を大きくすることにより、モータ回転角加速度の制限の度合いを小さくすることができる。従って、緊急自動操舵時には転舵輪５の転舵角を目標舵角に早期に追従させることができ、緊急自動操舵時における動作の信頼性の向上を図ることができる。

なお、上記の例では、通常自動操舵時及び緊急自動操舵時のそれぞれの制限値が基準値Ａ１，Ａ０で一定となっているが、各制限値を時間の経過に応じて連続的に変化させるようにしてもよい。通常自動操舵時及び緊急自動操舵時の少なくともいずれかの制限値を時間の経過に応じて連続的に小さくすることにより、補正後の目標舵角θ_ref2をさらに滑らかに変化させることができ、ハンドル１の振動をさらに抑制することができる。

また、上記の例では、緊急自動操舵であるか否かを判定する情報のみが緊急フラグ信号に含まれているが、目標舵角演算器１１からの緊急フラグ信号を緊急度に応じた信号とし、緊急度を判定する情報を緊急フラグ信号に加えてもよい。この場合、緊急度に応じた基準値が制限値としてモータ角加速度制限器１６により設定される。このようにすれば、目標舵角の角加速度に対して、状況に応じた制限をさらに適切に行うことができる。

また、上記の例では、緊急フラグ信号に基づいて制限値を設定したが、制限値を変えるための情報は緊急フラグ信号に限定されない。

例えば、車速に応じた情報に基づいて制限値を変えてもよい。この場合、車速に応じた情報は、車速センサ１０からの情報とされる。また、制限値は、図１５に示すように、車速に応じてメモリにあらかじめ記憶される。車速が高くなると、ハンドル操舵角は小さくなるので、目標舵角の角加速度も小さくなる。従って、車速が高くなるに従って連続的に小さくなるように制限値を設定しておけば、車速が高い場合にハンドル操舵角の角加速度を小さくすることができ、ハンドル１の振動をより効果的に抑制することができる。

また、路面摩擦係数に応じた情報に基づいて制限値を変えてもよい。この場合、路面摩擦係数に応じた信号を発生する路面センサ（検出部）が車両に設けられる。また、制限値は、路面摩擦係数に応じてメモリにあらかじめ記憶される。路面摩擦係数が低い滑りやすい路面では、急な操舵を行っても操舵に対する車両の応答が遅れ、車両が不安定になる場合があるので、目標舵角の角加速度は小さいほうが望ましい。従って、路面摩擦係数が低くなるに従って連続的に小さくなるように制限値を設定しておけば、路面摩擦係数が低い場合に急な操舵が行われることを防止することができ、ハンドル１の振動をより効果的に抑制することができる。

さらに、操舵トルクに応じた情報に基づいて制限値を変えてもよい。この場合、操舵トルクに応じた情報は、トルクセンサ６からの情報とされる。また、制限値は、操舵トルクに応じてメモリにあらかじめ記憶される。例えば、操舵トルクが大きくなるに従って連続的に小さくなるように制限値を設定しておけば、操舵トルクが大きくなってハンドル１の振動を励起する慣性力が大きいと判断される場合に、目標舵角の角加速度を適切に制限することができ、ハンドル１の振動を抑制することができる。また、運転者がハンドル１を操作しようとしてハンドル１に手を添えた場合、操舵トルクの増加に従って制限値が小さくなるので、補正後の目標舵角の変化を小さくすることができ、運転者による操作と自動操舵との干渉を小さくすることができる。これにより、運転者によるハンドル１の操作を円滑に行うことができる。

実施の形態６．
この例では、モータ角加速度制限器１６の処理内容が異なっていることを除き、実施の形態１と同様の構成となっている。従って、この例では、目標舵角θ_refから補正後の目標舵角θ_ref2を算出するときの図５のステップ３の処理内容が実施の形態１と異なっている。

図１６は、この発明の実施の形態６による自動操舵装置のモータ角加速度制限器１６における演算過程を示すブロック線図である。図において、モータ角加速度制限器（角加速度制限器）１６は、補正前の目標舵角θ_refを目標舵角演算器１１から受信すると、伝達要素ｃ１〜ｃ６の順に演算を行うことにより目標舵角θ_refを補正し、補正後の目標舵角θ_ref2を算出する。なお、図１６のブロック線図は離散モデルで示し、図１６におけるｚはｚ変換を示している。また、目標舵角θ_refは、ステアリング軸２換算した転舵輪５の目標舵角である。

伝達要素ｃ１は、図３の伝達要素ｂ１と同様の構成となっている。即ち、伝達要素ｃ１では、補正前の目標舵角θ_refと補正後の目標舵角θ_ref2との偏差をサンプリング時間Ｔ_s1で割ることにより、目標舵角速度を算出する。ただし、演算を初めて実行するときの補正後の目標舵角θ_ref2の値（即ち、補正後の目標舵角θ_ref2の初期値）は、転舵角θｐの値とする。このようにすれば、補正前の目標舵角θ_refの初期値と転舵角θｐとがずれている場合であっても、転舵角θｐの角度制御を滑らかにすることができる。なお、補正後の目標舵角θ_ref2の値の初期値を、補正前の目標舵角θ_refの値としてもよい。

伝達要素（リミッタ）ｃ２では、伝達要素ｃ１で算出した目標舵角速度と所定の第１の制限値（速度制限値）とを比較し、目標舵角速度の値を第１の制限値以下に制限する。即ち、伝達要素ｃ２では、目標舵角速度が第１の制限値よりも大きいときに第１の制限値を目標舵角速度の値とし、目標舵角速度が第１の制限値以下であるときに目標舵角速度の値をそのまま目標舵角速度の値とする。

伝達要素ｃ３では、伝達要素ｃ２で第１の制限値以下に制限された目標舵角速度と、伝達要素ｃ５で演算された補正後の目標舵角速度ｄθ_ref2との偏差をサンプリング時間Ｔ_s2で割ることにより、目標舵角加速度を算出する。ただし、演算を初めて実行するときの補正後の目標舵角速度ｄθ_ref2の値（即ち、補正後の目標舵角速度ｄθ_ref2の初期値）は、０又は転舵角θｐの微分値（ｄθｐ）とする。

伝達要素（リミッタ）ｃ４では、伝達要素ｃ３で算出した目標舵角加速度と所定の第２の制限値（加速度制限値）とを比較し、目標舵角加速度の値を第２の制限値以下に制限する。即ち、伝達要素ｃ４では、目標舵角加速度が第２の制限値よりも大きいときに第２の制限値を目標舵角加速度の値とし、目標舵角加速度が第２の制限値以下であるときに目標舵角加速度の値をそのまま目標舵角加速度の値とする。

伝達要素ｃ５では、伝達要素ｃ４で第２の制限値以下に制限された目標舵角加速度を積分し、補正後の目標舵角速度ｄθ_ref2を算出する。

伝達要素ｃ６では、伝達要素ｃ５で算出した補正後の目標舵角速度を積分し、補正後の目標舵角θ_ref2を算出する。

モータ角加速度制限器１６は、上記のような伝達要素ｃ１〜ｃ６を有しているので、伝達要素ｃ２及びｃ４（２つのリミッタ）を除けば、補正前の目標舵角θ_refから補正後の目標舵角θ_ref2を算出するまでの処理は、積分要素（伝達要素ｃ５及びｃ６）を２組含む２次のローパスフィルタとなっている。

伝達要素ｃ１におけるサンプリング時間Ｔ_s1、及び伝達要素ｃ３におけるサンプリング時間Ｔ_s2は、ローパスフィルタのカットオフ周波数をω_c、減衰比をζ_cとすると、それぞれ以下のように表される。

Ｔ_s1＝２ζ_c／ω_c…（２）
Ｔ_s2＝１／（２ζ_cω_c）…（３）

他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような自動操舵装置では、目標舵角θ_refの角加速度を所定の加速度制限値以下に制限するだけでなく、目標舵角θ_refの角速度も所定の速度制限値以下に制限するので、転舵角θｐの角度制御をさらに滑らかに行うことができる。また、モータ角加速度制限器１６が、２次のローパスフィルタ（伝達要素ｃ１、ｃ３、ｃ５及びｃ６）と２つのリミッタ（伝達要素ｃ２及びｃ４）とを有しているので、ローパスフィルタを設計する要領でモータ角加速度制限器１６を容易に設計することができる。

また、２つのリミッタによりモータ７の回転角加速度及び回転速度を制限しつつ、２次のローパスフィルタにより目標舵角をオーバーシュートさせてから目標値に収束させることができるので、ハンドルの振動を抑制しながら、例えば、車速０での操舵（据え切り操舵）時に生じるタイヤの残留捩れを抑制することができ、タイヤの残留捩れにより生じるモータ７の残留電流を抑制することができる。

図１７は、図１６の目標舵角演算器１１からモータ角加速度制限器１６へ送られる補正前の目標舵角θ_refの時間的変化を示すグラフである。また、図１８は、図１６のモータ角加速度制限器１６によって算出された補正後の目標舵角θ_ref2の時間的変化を示すグラフである。図１７及び図１８に示すように、補正後の目標舵角θ_ref2（図１８）は、補正前の目標舵角θ_ref（図１７）よりも滑らかに変化していることが分かる。また、補正後の目標舵角θ_ref2は、オーバーシュートさせてから目標値に収束することが分かる。

なお、上記の例では、モータ角加速度制限器１６に含まれるローパスフィルタの次数（即ち、微分要素及び積分要素の組の数）は２次となっているが、モータ角加速度制限器１６が３次以上のローパスフィルタを含んでいてもよい。この場合、ローパスフィルタの次数と同数のリミッタ（伝達要素）がモータ角加速度制限器１６に含まれる。従って、例えばローパスフィルタの次数を３次とすれば、目標舵角のジャーク、角加速度及び角速度のそれぞれを制限値以下に制限することができ、転舵角θｐの角度制御をさらに滑らかにすることができる。

また、上記の例では、複数次のローパスフィルタ及び複数のリミッタを有するモータ角加速度制限器１６が実施の形態１のモータ角加速度制限器１６に適用されているが、複数次のローパスフィルタ及び複数のリミッタを有するモータ角加速度制限器１６を実施の形態２〜５のモータ角加速度制限器１６に適用してもよい。
また、ローパスフィルタの次数とリミッタの数は異なっていてもよい。例えば、２次のローパスフィルタで、リミッタは伝達要素（リミッタ）ｃ４のみとし、伝達要素ｃ３で算出した目標舵角加速度と所定の第２の制限値（加速度制限値）とを比較し、目標舵角加速度の値を第２の制限値以下に制限してもよい。

実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、目標舵角演算器１１からの目標舵角θ_refをモータ角加速度制限器１６で補正した後、補正後の目標舵角θ_ref2に転舵輪５の転舵角θｐを追従させるための自動操舵用目標電流を角度制御器１７で算出するようになっているが、目標舵角演算器１１からの目標舵角θ_refに転舵輪５の転舵角θｐを追従させるための自動操舵用目標電流を角度制御器１７で算出した後、角度制御器１７で算出した自動操舵用目標電流をモータ角加速度制限器１６で補正してもよい。

即ち、本実施の形態では、自動操舵制御部１３のモータ角加速度制限器１６及び角度制御器１７の処理の順序が実施の形態１に対して入れ替わっている。

図１９は、この発明の実施の形態７による自動操舵装置の制御ユニット１２を示すブロック図である。図において、角度制御器１７は、角度センサ８及び目標舵角演算器１１のそれぞれからの情報に基づいて、モータ回転角度を制御する角度制御電流を自動操舵用目標電流ｉ_refとして算出する。即ち、角度制御器１７は、角度センサ８からの情報に基づいて転舵輪５の転舵角θｐを求め、求めた転舵輪５の転舵角θｐを、目標舵角演算器１１からの目標舵角θ_refに追従させるための角度制御電流を自動操舵用目標電流ｉ_refとして算出する。角度制御器１７は、実施の形態１の角度制御器１７と同様の構成となっている。

モータ角加速度制限器１６は、角度制御器１７で算出された自動操舵用目標電流ｉ_refの前回値からの変化量が所定の制限値以下になるように自動操舵用目標電流ｉ_refを補正し、補正後の自動操舵用目標電流ｉ_ref2とする。自動操舵用目標電流ｉ_refが、転舵輪５の転舵角θｐを目標舵角θ_refに追従させるための角度制御電流であることから、モータ角加速度制限器１６は、結果的に、転舵角θｐの角加速度を所定の制限値以下に制限することとなる。

図２０は、図１９のモータ角加速度制限器１６における演算過程を示すブロック線図である。図において、モータ角加速度制限器１６は、補正前の自動操舵用目標電流ｉ_refを角度制御器１７から受けると、伝達要素ｄ１〜ｄ３の順に演算を行うことにより補正前の自動操舵用目標電流ｉ_refを補正し、補正後の自動操舵用目標電流ｉ_ref2を算出する。

伝達要素ｄ１では、角度制御器１７からの自動操舵用目標電流ｉ_refと自動操舵用目標電流ｉ_refの前回値との差をサンプリング時間Ｔｓで割ることにより、自動操舵用目標電流ｉ_refの前回値からの変化量を算出する。

伝達要素（リミッタ）ｄ２では、伝達要素ｄ１で算出した自動操舵用目標電流ｉ_refの変化量を所定の制限値以下に制限する。即ち、伝達要素ｄ２では、自動操舵用目標電流ｉ_refの変化量と所定の制限値とを比較し、自動操舵用目標電流ｉ_refの変化量が所定の制限値よりも大きいときに所定の制限値を補正後の変化量とし、自動操舵用目標電流ｉ_refの変化量が所定の制限値以下であるときに所定の制限値をそのまま補正後の変化量とする。伝達要素ｄ２における所定の制限値は、目標舵角の角加速度、ハンドル角の角加速度、又はモータ７の回転角加速度に基づいて設定される。

伝達要素ｄ３では、伝達要素ｄ２からの補正後の変化量を積分し、補正後の自動操舵用目標電流ｉ_ref2を算出する。

他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、自動操舵用目標電流ｉ_refの前回値からの変化量を所定の制限値以下に制限するようにしても、補正後の自動操舵用目標電流ｉ_ref2を角加速度に応じて制限することができ、モータ７の回転角加速度を制限することができる。これにより、ハンドルの慣性力の増大を抑制することができ、ハンドルの振動を抑制することができる。また、転舵輪５の転舵角θｐの角加速度が制限値以下に制限されるので、転舵角θｐの角度制御を滑らかにすることができる。

なお、上記の例では、モータ角加速度制限器１６及び角度制御器１７の処理の順序を入れ替えた自動操舵制御部１３が実施の形態１の自動操舵制御部１３に適用されているが、モータ角加速度制限器１６及び角度制御器１７の処理の順序を入れ替えた自動操舵制御部１３を実施の形態２〜６の自動操舵制御部１３に適用してもよい。

また、各上記実施の形態では、目標舵角を設定する目標舵角演算器１１が、制御ユニット１２とは別個の自動操舵メインコントローラに搭載されているが、目標舵角演算器１１を制御ユニット１２に含めてもよい。

１ ハンドル、２ ステアリング軸、５ 転舵輪、６ トルクセンサ（トルク検出部）、７ モータ、８ 角度センサ（転舵角検出部）、１２ 制御ユニット（制御装置）。

Claims (8)

1. 転舵輪を転舵させるモータ、
   上記転舵輪の転舵角に応じた信号を発生する転舵角検出部、及び
   目標舵角の角加速度が制限値以下になるように上記目標舵角を補正し、補正後の目標舵角を算出する角加速度制限器を有し、上記転舵角検出部からの情報に基づいて、上記転舵角が上記補正後の目標舵角に追従するように上記モータを制御する制御装置
   を備え、
   上記角加速度制限器は、補正前の上記目標舵角と上記補正後の目標舵角との差に基づいて目標舵角速度を算出し、上記目標舵角速度と上記目標舵角速度の前回値との偏差から目標舵角加速度を算出し、算出した目標舵角加速度を所定の制限値で制限して得られた補正後の目標舵角加速度を積分して補正後の目標舵角速度を算出し、補正後の目標舵角速度を積分して補正後の目標舵角を算出することを特徴とする自動操舵装置。
2. 転舵輪を転舵させるモータ、
   上記転舵輪の転舵角に応じた信号を発生する転舵角検出部、及び
   目標舵角の角加速度が制限値以下になるように上記目標舵角を補正し、補正後の目標舵角を算出する角加速度制限器を有し、上記転舵角検出部からの情報に基づいて、上記転舵角が上記補正後の目標舵角に追従するように上記モータを制御する制御装置
   を備え、
   上記角加速度制限器は、補正前の上記目標舵角と上記補正後の目標舵角との差に基づいて目標舵角速度を算出し、算出した目標舵角速度を第１の制限値で制限し、第１の制限値で制限された目標舵角速度と補正後の目標舵角速度との偏差から目標舵角加速度を算出し、算出した目標舵角加速度を第２の制限値で制限して補正後の目標舵角加速度を算出し、算出した補正後の目標舵角加速度を積分して補正後の目標舵角速度を算出し、補正後の目標舵角速度を積分して補正後の目標舵角を算出することを特徴とする自動操舵装置。
3. 上記転舵輪は、ハンドルに連結されたステアリング軸の回転に応じて転舵されるようになっており、
   上記ステアリング軸が受ける操舵トルクを検出するトルク検出部をさらに備え、
   上記制御装置は、上記トルク検出部からの情報にゲインを掛けることにより、振動抑制電流を演算し、上記補正後の目標舵角と上記転舵角との偏差に基づき、角度制御電流を演算し、上記振動抑制電流と上記角度制御電流との和から上記モータの目標電流を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動操舵装置。
4. 上記転舵輪は、ハンドルに連結されたステアリング軸の回転に応じて転舵されるようになっており、
   上記ハンドルの回転角度を検出するハンドル角検出部をさらに備え、
   上記制御装置は、上記ハンドル角検出部からの情報に基づいてハンドル角加速度を求め、上記ハンドル角加速度にゲインを掛けることにより、振動抑制電流を演算し、上記補正後の目標舵角と上記転舵角との偏差に基づき、角度制御電流を演算し、上記振動抑制電流と上記角度制御電流との和から上記モータの目標電流を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動操舵装置。
5. 転舵輪を転舵させるモータ、
   上記転舵輪の転舵角に応じた信号を発生する転舵角検出部、及び
   上記転舵角の角加速度を制限値以下に制限する角加速度制限器を有し、上記転舵角検出部からの情報に基づいて、上記転舵角が目標舵角に追従するように上記モータを制御する制御装置
   を備え、
   上記角加速度制限器は、上記目標舵角の角加速度、ハンドル角の角加速度、又は上記モータの回転角加速度のいずれか１つ以上に基づいて所定の制限値を設定し、上記モータの目標電流の変化量を上記所定の制限値で制限することを特徴とする自動操舵装置。
6. 転舵輪を転舵させるモータ、
   上記転舵輪の転舵角に応じた信号を発生する転舵角検出部、及び
   ３次のローパスフィルタで上記転舵角のジャークを制限値以下に制限するジャーク制限器を有し、上記転舵角検出部からの情報に基づいて、上記転舵角が目標舵角に追従するように上記モータを制御する制御装置
   を備えていることを特徴とする自動操舵装置。
7. 上記制御装置は、上記目標舵角を補正する演算を所定の周期で繰り返し行うようになっており、
   補正後の上記目標舵角の初期値は、上記転舵角又は補正前の上記目標舵角のいずれかの値とし、かつ上記補正後の目標舵角速度の初期値は、零又は転舵角の微分値とすることを特徴とする請求項２に記載の自動操舵装置。
8. 上記制御装置は、上記目標舵角をオーバーシュートさせてから目標舵角に収束させることを特徴とする請求項２に記載の自動操舵装置。

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