JP5930078B2

JP5930078B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5930078B2
Application number: JP2014560714A
Authority: JP
Inventors: 貴弘椿; 徹也北爪; 淑樹二宮
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: US20150344066A1; EP2955080B1; EP2955080A1; WO2014122997A1; CN104684792B; JPWO2014122997A1; CN104684792A; EP2955080A4; US9623899B2

Description

本発明は、自動操舵モード（駐車支援モード）と手動操舵モードの機能を有し、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵モードから手動操舵モードへの切換判定の性能を向上した電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル（ステアリングホイール）１のコラム軸（ステアリングシャフト）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の操舵補助指令値の演算を行い、操舵補助指令値に補償等を施した電流制御値Ｅによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶｅｌはＣＡＮ（Controller Area Network）等から受信することも可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット１００は、例えば特開２００２−３６９５６５号公報に開示されているような構成となっている。

図２では、ステアリング装置の補助操舵力を発生するモータ２０はモータ駆動部２１によって駆動され、モータ駆動部２１は二点鎖線で示すコントロールユニット１００で制御され、コントロールユニット１００にはトルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速検出系からの車速Ｖｅｌが入力される。モータ２０では、モータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流値ｉが計測されて出力される。

コントロールユニット１００は操舵トルクＴｈを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部１１０と、モータ２０の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部１２０とで構成されている。トルク系制御部１１０はアシスト量演算部１１１、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３、ロバスト安定化補償部１１４及びセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）推定フィードバック部１１５によって構成され、加算部１１６Ａ及び１１６Ｂ、減算部１１６Ｃを具備している。また、モータ系制御部１２０は補償部１２１、外乱推定部１２２、モータ角速度演算部１２３、モータ角加速度演算部１２４及びモータ特性補償部１２５で構成され、加算部１２６Ａ及び１２６Ｂを具備している。

操舵トルクＴｈはアシスト量演算部１１１、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５に入力され、いずれも車速Ｖｅｌをパラメータ入力としている。アシスト量演算部１１１は操舵トルクＴｈに基づいてアシストトルク量を演算し、ヨーレート収れん性制御部１１３は操舵トルクＴｈ及びモータ角速度ωを入力とし、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。また、微分制御部１１２はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっており、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５は操舵トルクＴｈと、アシスト量演算部１１１の出力に微分制御部１１２の出力を加算部１１６Ａで加算した信号と、モータ角速度演算部１２３で演算された角速度ωと、モータ角加速度演算部１２４からの角加速度αとを入力してＳＡＴを推定し、推定したＳＡＴをフィードバックフィルタを用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるようになっている。

また、アシスト量演算部１１１の出力に微分制御部１１２の出力を加算部１１６Ａで加算した信号に、ヨーレート収れん性制御部１１３の出力を加算部１１６Ｂで加算した信号をアシスト量ＡＱとしてロバスト安定化補償部１１４に入力している。ロバスト安定化補償部１１４は例えば特開平８−２９０７７８号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部１１４の出力からＳＡＴ推定フィードバック部１１５の出力を減算部１１６Ｃで減算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝えることができるアシスト量Ｉａが得られる。

更に、モータ角速度演算部１２３はモータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流値ｉに基づいてモータ角速度ωを演算するものであり、モータ角速度ωはモータ角加速度演算部１２４、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５に入力される。モータ角加速度演算部１２４では、入力されたモータ角速度ωに基づいてモータ角加速度αを演算し、演算したモータ角加速度αはモータ特性補償部１２５及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５に入力される。モータ特性補償部１２５の出力Ｉｃに、ロバスト安定化補償部１１４の出力からＳＡＴ推定フィードバック部１１５の出力を減算したアシスト量Ｉａが加算部１２６Ａで加算され、その加算信号が電流指令値Ｉｒとして微分補償部等で成る補償部１２１に入力される。補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｒａに外乱推定部１２２の出力を加算部１２６Ｂで加算した信号がモータ駆動部２１及び外乱推定部１２２に入力される。外乱推定部１２２は特開平８−３１０４１７号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｒａに外乱推定部１２２の出力を加算した信号と、モータ電流値ｉとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。

このような電動パワーステアリング装置において、近年駐車支援機能（パーキングアシスト）を搭載し、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える車両が出現して来ており、駐車支援機能を搭載した車両にあってはカメラ（画像）や距離センサなどのデータを基に目標操舵角を設定し、目標操舵角に従った自動制御が行われる。

従来周知の自動操舵モード（駐車支援モード）と手動操舵モードの機能を有する電動パワーステアリング装置では、予め記憶した車両の移動距離と転舵角との関係に基づいてアクチュエータ（モータ）を制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。

そして、従来の装置は自動操舵モード中に運転者がハンドルを操作し、その操舵トルクが予め設定した所定値を越えたと判断されると自動操舵制御を中止するようになっている。しかしながら、トルクセンサの出力を所定値と比較するだけでその判断を行うと、トルクセンサのノイズにより、或いはタイヤが小石を踏んだような場合やモータによる自動操舵が行われた場合のハンドルの慣性トルクにより、トルクセンサの出力が一時的に所定値を越えることがあり、その度に自動操舵制御が中止されてしまう問題がある。このような不都合を回避するために所定値を高めに設定すると、自動操舵モードと手動操舵モードとが干渉し合って運転者に違和感を与えるだけでなく、自動操舵制御中に運転者がハンドルを操作しても自動操舵制御が直ちに中止されなくなる可能性がある。

このような問題を解決する自動操舵装置として、例えば特許第３８４５１８８号公報（特許文献１）が提案されている。特許文献１に開示された装置は、目標位置までの車両の移動軌跡を記憶又は算出する移動軌跡設定手段と、車輪を転舵するアクチュエータ（モータ）と、運転者がハンドルに加える操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（トルクセンサ）と、移動軌跡設定手段により設定された移動軌跡に基づいてアクチュエータの駆動を制御すると共に、予め設定された所定値以上の操舵トルクが所定時間以上に亘って検出されたときに移動軌跡に基づくアクチュエータの制御を中止するアクチュエータ制御手段とを備えた車両の自動操舵装置において、所定値を複数種類設定し、各所定値に対応して所定時間を変更するようになっている。

特許第３８４５１８８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置では、運転者の操舵トルクに応じた所定時間を経過すると、自動操舵制御を中止するようになっている。所定値を複数種類設定し、各所定値に対応して所定時間を変更する煩雑さがあり、演算負荷が大きいといった問題がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、自動操舵モードと手動操舵モードの機能を有する車両において、自動操舵モード中に、運転者がハンドルを操舵したことをトルクセンサからの操舵トルクで検知し、発生トルクの大きさに応じた容量（積分値）が所定値以上となったときに手動操舵モードに切り換えるようにし、特に操舵トルク、又はモータ状態情報（モータ角速度（回転速度）、モータ角加速度若しくはモータ遠心加速度）が大きいときに早く切り換えるようにし、運転者に違和感を与えないようにした高性能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値１を演算し、前記モータ電流指令値１に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、目標操舵角に実操舵角を近づけるようにモータ電流指令値２を算出する舵角制御部と、前記操舵トルクを積分して所定閾値と比較することにより操舵トルク判定信号を出力するトルク積分判定部と、前記モータ電流指令値１及びモータ電流指令値２を入力し、切換信号又は前記操舵トルク判定信号により切り換えられる切換部とを具備し、前記トルク積分判定部が、前記操舵トルクの絶対値をトルク閾値と比較して所定信号を出力するトルク値比較部と、前記所定信号を入力し、前記操舵トルクの絶対値に応じたトルク感応ゲインを前記所定信号に乗算した積分入力値を出力するトルク感応型ゲイン部と、前記トルク感応型ゲイン部からの前記積分入力値を積分する積分演算部と、前記積分演算部からの積分値を積分閾値と比較して前記操舵トルク判定信号を出力する切換判定部とで構成され、前記トルク感応型ゲイン部が、前記操舵トルクが大きくなるに従って、線形若しくは非線形に大きくなる前記積分入力値を出力するようになっており、前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令又は前記操舵トルク判定信号に応じて前記切換部が切り換えられることにより達成される。

また、本発明は、操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値１を演算し、前記モータ電流指令値１に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、目標操舵角に実操舵角を近づけるようにモータ電流指令値２を算出する舵角制御部と、前記操舵トルクを積分して所定閾値と比較することにより操舵トルク判定信号を出力するトルク積分判定部と、前記モータ電流指令値１及びモータ電流指令値２を入力し、切換信号又は前記操舵トルク判定信号により切り換えられる切換部とを具備し、前記トルク積分判定部が、前記操舵トルクの絶対値をトルク閾値と比較して所定信号を出力するトルク値比較部と、前記所定信号を入力し、モータ状態情報に応じたモータ状態感応ゲインを前記所定信号に乗算した積分入力値を出力するモータ状態情報感応型ゲイン部と、前記モータ状態情報感応型ゲイン部からの前記積分入力値を積分する積分演算部と、前記積分演算部からの積分値を積分閾値と比較して前記操舵トルク判定信号を出力する切換判定部とで構成され、前記モータ状態情報感応型ゲイン部が、前記モータ状態情報が大きくなるに従って、線形若しくは非線形に大きくなる前記積分入力値を出力するようになっており、前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令又は前記操舵トルク判定信号に応じて前記切換部が切り換えられることにより達成される。

前記モータ状態情報感応型ゲイン部が、モータ角速度感応型ゲイン部、モータ角加速度感応型ゲイン部若しくはモータ遠心加速度感応型ゲイン部であることによっても、本発明の上記目的は達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、自動操舵モード（駐車支援機能）と手動操舵モードを有する車両において、操舵トルクが所定のトルク閾値以上となったときに操舵トルクを積分すると共に、操舵トルク又はモータ状態情報（モータ角速度、モータ角加速度若しくはモータ遠心加速度）が大きくなるに従って大きなゲインで積分し、積分値の大きさを更に所定の積分閾値と比較してモードの切換制御を行っているので、操舵トルクが大きいほど、更にモータ状態情報が大きいほど、切換判定のために要する時間を短くすることができる。

時間の経過ではなく、操舵トルクの積分値で切換制御の判断をしているので、特に自動操舵モード中の手動操舵モードへの切換においても、運転者に違和感を与えることはない。

また、操舵トルクの閾値と判定時間の設定値を複数持つ必要はなく、構成が簡易で演算負荷を小さくできる利点がある。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。従来の電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。本発明の構成例（第１実施例）を示すブロック図である。トルク積分判定部の構成例を示すブロック図である。操舵トルク感応型ゲイン部の特性例（線形、非線形）を示す図である。本発明の動作例（第１実施例）を示すフローチャートである。トルク積分判定部の動作例を示すフローチャートである。操舵トルクと積分の動作例を示すタイムチャートである。本発明の効果を説明するための特性図である。本発明の構成例（第２実施例）を示すブロック図である。トルク積分判定部の構成例を示すブロック図である。モータ角速度感応型ゲイン部の特性例（線形、非線形）を示す図である。本発明の動作例（第３実施例）を示すフローチャートである。トルク積分判定部の構成例を示すブロック図である。モータ角加速度感応型ゲイン部の特性例（線形、非線形）を示す図である。本発明の動作例（第４実施例）を示すフローチャートである。トルク積分判定部の構成例を示すブロック図である。モータ遠心加速度感応型ゲイン部の特性例（線形、非線形）を示す図である。

本発明では、自動操舵モードと手動操舵モードの機能を有する車両の電動パワーステアリング装置において、自動操舵モード中に、運転者がハンドルを操舵したことをトルクセンサからの操舵トルクで検知すると共に、発生トルクの大きさに応じた容量（積分値）が所定値以上となったときに手動操舵モードに切り換えるようにし、どのような状況においても運転者に違和感を与えないようにしている。

時間の経過ではなく、操舵トルクの積分値でモード切換制御の判断をしているので、どのような状況においても運転者に違和感を与えることがない。また、本発明では操舵トルクが大きいほど、更にモータ状態情報（モータ角速度、モータ角加速度若しくはモータ遠心加速度）が大きいほど、切換判定のために要する時間を短くすることができ、確実なモード切換制御を実施することができる。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図３は本発明の構成例を示しており、モータ１５０にはモータ回転角θｓを検出するためのレゾルバ等の回転センサ１５１が接続されており、モータ１５０は車両側のＥＣＵ１３０及びＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）側のＥＣＵ１４０を介して駆動制御される。

車両側のＥＣＵ１３０は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、自動操舵モード又は手動操舵モードの切換指令ＳＷを出力する切換指令部１３１と、カメラ（画像）や距離センサなどの信号に基づいて目標操舵角θｔを生成する目標操舵角生成部１３２とを具備している。また、コラム軸に設けられた舵角センサ１５２で検出された実操舵角θｒ及び車速センサ１５３からの車速Ｖｅｌは、ＥＣＵ１３０を経てＥＰＳ側のＥＣＵ１４０内の舵角制御部２００に入力される。舵角センサ１５２はコラム軸（インターミディエイト、ピニオン軸を含む）、ラックアンドピニオンのラックの変位、車輪速度などによる舵角推定値であっても良い。また、車速ＶｅｌはＣＡＮ等から受信することも可能である。

切換指令部１３１は、自動操舵モードに入ることを識別する信号、例えば運転者の意思をダッシュボードやハンドル周辺に設けたボタンやスイッチ、或いはシフトに設けた駐車モードなどによる車両状態の信号を基に切換指令ＳＷを出力し、切換指令ＳＷをＥＰＳ側のＥＣＵ１４０内の切換部１４２に入力する。また、目標操舵角生成部１３２は、カメラ（画像）、距離センサなどのデータを基に公知の手法で目標操舵角θｔを生成し、生成された目標操舵角θｔをＥＰＳ側のＥＣＵ１４０内の舵角制御部２００に入力する。

ＥＰＳ側のＥＣＵ１４０は、トルクセンサ１５４からの操舵トルクＴｈ及びモータ角速度ωに基づいて演算されたモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを出力するトルク制御部１４１と、目標操舵角θｔ、実操舵角θｒ、車速Ｖｅｌ、操舵トルクＴｈ、モータ角速度ωに基づいて舵角自動制御のためのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを演算して出力する舵角制御部２００と、切換指令部１３１からの切換指令ＳＷ又は操舵トルク判定信号ＴＤによって、モータ電流指令値Ｉｔｒｅｆ及びＩｍｒｅｆを切り換えてモータ電流指令値Ｉｒｅｆを出力する切換部１４２と、切換部１４２からのモータ電流指令値Ｉｒｅｆ（Ｉｔｒｅｆ又はＩｍｒｅｆ）に基づいてモータ１５０を駆動制御する電流制御／駆動部１４３と、回転センサ１５１からのモータ回転角θｓに基づいてモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算部１４４と、操舵トルクＴｈに基づいて操舵トルク判定信号ＴＤを出力するトルク積分判定部３００とを具備している。

切換部１４２は、ＥＣＵ１３０の切換指令部１３１からの切換指令ＳＷ又はトルク積分判定部３００からの操舵トルク判定信号ＴＤに基づいて、トルク制御部１４１によるトルク制御モード（手動操舵モード）と、舵角制御部２００による自動操舵モードとを切り換え、手動操舵モードではモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆをモータ電流指令値Ｉｒｅｆとして出力し、自動操舵モードではモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆをモータ電流指令値Ｉｒｅｆとして出力する。また、電流制御／駆動部１４３は、ＰＩ電流制御部、ＰＷＭ制御部、インバータ等で構成されている。

トルク積分判定部３００は図４に示すような構成となっており、操舵トルクＴｈのノイズを除去するためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）３０１と、ＬＰＦ３０１から出力される操舵トルクＴｈａの絶対値を求める絶対値部３０２と、操舵トルクＴｈａの絶対値を所定のトルク閾値Ｔｔｈと比較して出力信号Ｃｔ又は過去値初期化信号Ｐｉを出力するトルク値比較部３０３と、出力信号Ｃｔの上下限値を制限し、過大な信号を入力しないようにするリミッタ３０４と、リミッタ３０４からのリミッタ出力値Ｃｔａを入力し、操舵トルクＴｈの絶対値｜Ｔｈａ｜に感応したゲインを乗算して積分入力値Ｃｔｂを出力するトルク感応型ゲイン部３０５と、積分入力値Ｃｔｂを積分する積分演算部３０６と、積分演算部３０６で積分された積分出力値Ｉｏｕｔを所定の積分閾値Ｓｔｈと比較して操舵トルク判定信号ＴＤを出力する切換判定部３０７とで構成されている。

タイヤが縁石や石等に衝突した場合、ハンドルの慣性トルクにより操舵トルクＴｈが一時的に所定値を超えたり、或いは操舵トルクＴｈが所定値に満たない場合に、自動操舵制御が切り換わってしまったり、切り換わり難くなるのを回避するために、操舵トルクＴｈのノイズを除去するＬＰＦ３０１を設けている。トルク値比較部３０３は、操舵トルクＴｈａの絶対値｜Ｔｈａ｜をトルク閾値Ｔｔｈと比較し、絶対値｜Ｔｈａ｜がトルク閾値Ｔｔｈ以上のときに積分動作を実施し、絶対値｜Ｔｈａ｜がトルク閾値Ｔｔｈよりも小さいときに積分値を０に初期化する。即ち、トルク値比較部３０３は下記のような動作を行う。
（表１）
｜Ｔｈａ｜≧Ｔｔｈのとき、出力信号Ｃｔ＝｜Ｔｈａ｜
｜Ｔｈａ｜＜Ｔｔｈのとき、出力信号Ｃｔ＝０、過去値初期化信号Ｐｉ出力

トルク値比較部３０３から過去値初期化信号Ｐｉが出力されると、積分演算部３０６内の過去値保持部（Ｚ^−１）が０に初期化される。また、トルク感応型ゲイン部３０５は、操舵トルクＴｈの絶対値｜Ｔｈａ｜が大きくなるに従ってゲインＫを１．０以上に上昇させる可変ゲイン部３０５−１と、リミッタ出力値に可変ゲイン部３０５−１からのゲインＫを乗算して積分入力値Ｃｔｂを出力する乗算部３０５−２とで構成されている。可変ゲイン部３０５−１は、例えば図５（Ａ）に示すような線形変化特性、図５（Ｂ）のような非線形変化特性を有している。このような特性を有することにより、操舵トルクＴｈ（絶対値｜Ｔｈａ｜）が大きくなるほど積分の効果も大きくなる。切換判定部３０７は、積分出力値Ｉｏｕｔを積分閾値Ｓｔｈと比較し、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈ以上のときに切換条件が成立し、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換え、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈよりも小さいときに切換条件不成立とし、自動操舵モードを継続する。即ち、切換判定部３０７は下記のような動作を行う。
（表２）
Ｉｏｕｔ≧Ｓｔｈのとき、切換条件成立
Ｉｏｕｔ＜Ｓｔｈのとき、切換条件不成立

絶対値部３０２を設けることで、値の大きさのみで判定することができる。そのため、単一のトルク閾値Ｔｔｈで大小を比較して判定することができる。また、構成として、絶対値部３０２とトルク値比較部３０３とを組み合わせ、トルク値比較部３０３の内部処理で絶対値を判定するようにしても良い。トルク閾値Ｔｔｈを正負複数設定する場合は絶対値部は不要であり、積分演算後に絶対値を求めるようにしても良い。

このような構成において、全体の動作例を図６のフローチャートを参照して説明する。

操舵系の動作がスタートすると、トルク制御部１４１によるトルク制御（手動操舵モード）が実施され（ステップＳ１）、モータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを用いて電流制御/駆動部１４３によりモータ１５０が駆動される（ステップＳ２）。上記動作は切換指令部１３１より切換指令ＳＷが出力されるまで繰り返される（ステップＳ３）。

自動操舵モードとなり、切換指令部１３１より切換指令ＳＷが出力されると、舵角制御部２００へ目標操舵角生成部１３２から目標操舵角θｔが入力され（ステップＳ４）、舵角センサ１５２から実操舵角θｒが入力され（ステップＳ５）、トルクセンサ１５４から操舵トルクＴｈが入力され（ステップＳ６）、車速センサ１５３から車速Ｖｅｌが入力され（ステップＳ７）、モータ角速度演算部１４４からモータ角速度ωが入力され（ステップＳ８）、舵角制御部２００でモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆが生成される（ステップＳ１００）。なお、目標操舵角θｔ、実操舵角θｒ、操舵トルクＴｈ、モータ角速度ωの入力の順番は任意である。

その後、切換部１４２が切換指令部１３１からの切換指令ＳＷにより切り換えられて自動操舵モードとなり（ステップＳ１０）、舵角制御部２００からのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを用いて電流制御／駆動部１４３によりモータ１５０を駆動する（ステップＳ１１）。

このような自動操舵モード中に、操舵トルクＴｈはトルク積分判定部３００でトルク積分動作を実施され（ステップＳ２００）、積分されたトルク積分値（積分出力値Ｉｏｕｔ）が所定の閾値以上になっているか否かが判定される（ステップＳ２００Ａ）。トルク積分値が閾値以上の場合には、トルク積分判定部３００より操舵トルク判定信号ＴＤが出力され、切換部１４２が切り換えられて上記ステップＳ１にリターンして手動操舵モードとなる。トルク積分値が閾値よりも小さい場合には上記ステップＳ３にリターンして上記動作（自動操舵モード）が繰り返される。

次にトルク積分判定部３００の動作（図６におけるステップＳ２００及びＳ２００Ａ）を、図７のフローチャートを参照して詳細に説明する。

既に入力（ステップＳ６）されている操舵トルクＴｈを読み取り（ステップＳ２０１）、ＬＰＦ３０１でノイズ除去を行い（ステップＳ２０２）、絶対値部３０２でＬＰＦ３０１からの操舵トルクＴｈａの絶対値｜Ｔｈａ｜を求める（ステップＳ２０３）。トルク値比較部３０３にはトルク閾値Ｔｔｈが予め入力されており、トルク値比較部３０３は絶対値｜Ｔｈａ｜がトルク閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判定し（ステップＳ２０４）、絶対値｜Ｔｈａ｜がトルク閾値Ｔｔｈ以上である場合には、出力信号Ｃｔを絶対値｜Ｔｈａ｜としてリミッタ３０４で最大値を制限し、リミッタ出力値Ｃｔａをトルク感応型ゲイン部３０５で操舵トルクＴｈの絶対値｜Ｔｈａ｜に応じてゲイン（Ｋ）倍する（ステップＳ２０５）。即ち、リミッタ出力値Ｃｔａは可変ゲイン部３０５−１及び乗算部３０５−２に入力され、可変ゲイン部３０５−１は絶対値｜Ｔｈａ｜に従って、例えば図５（Ａ）、（Ｂ）のような特性でゲインＫ（１．０以上）を出力する。ゲインＫは乗算部３０５−２でリミッタ出力値Ｃｔａと乗算され、乗算値が積分入力値Ｃｔｂとして出力される。

トルク感応型ゲイン部３０５でゲイン倍された積分入力値Ｃｔｂは積分演算部３０５に入力し、積分演算部３０５で積分動作を行う（ステップＳ２０６）。また、絶対値｜Ｔｈａ｜がトルク閾値Ｔｔｈよりも小さい場合には、出力信号Ｃｔを０にして積分動作をしないようにすると共に、過去値初期化信号Ｐｉを出力して積分演算部３０６を初期化する（ステップＳ２０７）。初期化は積分演算部３０６内の過去値保持部（Ｚ^−１）を０にリセットすることにより行われる。

積分演算部３０６からの積分出力値Ｉｏｕｔは切換判定部３０７に入力され、切換判定部３０７において積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０８）。積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈ以上である場合には切換条件が成立し（ステップＳ２１０）、操舵トルク判定信号ＴＤにより切換部１４２を切り換え（ステップＳ２１１）、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換える（ステップＳ２１２）。また、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈよりも小さい場合には切換条件が不成立であり、切換は行われない（ステップＳ２１３）。

図８は、トルク閾値Ｔｔｈに対する操舵トルクＴｈ（Ｔｈａ）の時間変化の一例（実線特性Ａ，破線特性Ｂ）を積分動作の関連で示しており、先ず特性Ａについて説明する。スタートから時点ｔ_１までは操舵トルクＴｈがトルク閾値Ｔｔｈよりも小さいので積分は行われない。時点ｔ_１から時点ｔ_２までの間は、操舵トルクＴｈがトルク閾値Ｔｔｈ以上であるので積分が行われるが、積分値が積分閾値Ｓｔｈよりも小さいので切換条件は不成立となっている。そして、時点ｔ_２から時点ｔ_３までは操舵トルクＴｈがトルク閾値Ｔｔｈよりも小さいので積分は行われず、時点ｔ_３以降は操舵トルクＴｈがトルク閾値Ｔｔｈ以上であるので積分が行われる。時点ｔ_４において積分値が所定値（積分閾値Ｓｔｈ）以上となり、切換条件が成立する様子を示している。つまり、図８の斜線部が積分領域（面積）となっているが、時点ｔ_２においては積分値が積分閾値Ｓｔｈよりも小さくて切換条件は不成立、時点ｔ_４において積分値が積分閾値Ｓｔｈ以上となり、切換条件が成立する例を示している。

本発明では、操舵トルクＴｈ（絶対値｜Ｔｈａ｜）が大きくなるに従って積分入力値Ｃｔｂが大きくなる特性のトルク感応型ゲイン部３０５を介挿している。そのため、図８の実線特性Ａに対して、操舵トルクＴｈが大きい領域においては破線特性Ｂのように操舵トルクが強調されて大きくなり、その分積分値も全体的に大きくなり、積分閾値Ｓｔｈに達する時間が短くなる。例えば時点ｔ_４において積分値が積分閾値Ｓｔｈとなっていた特性が、それよりも早い時点ｔ_４０で積分閾値Ｓｔｈに達して切換条件が成立し、大きな操舵トルクＴｈに対してより大きな効果を奏する。

図９は、操舵トルクＴｈの操舵パターン＃１〜＃３と判定時間Ｄ１〜Ｄ３の関係を示しており、トルク閾値Ｔｔｈが与えられている。そして、操舵トルクＴｈがトルク閾値Ｔｔｈに達するタイミングは同一で、それ以降はいずれもトルク閾値Ｔｔｈよりも大きくなっており、トルク閾値Ｔｔｈに達すると積分演算が開始される。この図９より、操舵トルクＴｈが大きいほど判定時間が短くなることが分かる。これは、操舵トルクＴｈが大きいほど積分の変化率が大きく、積分閾値Ｓｔｈに早く到達するためである。

なお、切換部１４２で操舵モードの切換を行う場合に、フェードゲインを用いて徐変させるようにしても良い。また、上述では操舵トルクＴｈの絶対値｜Ｔｈａ｜をトルク感応型ゲイン部３０５に入力しているが、操舵トルクＴｈの入力でゲインを可変することも可能である。

図１０は本発明の構成例（第２実施例）を図３に対応させて示しており、トルク積分判定部３００Ａを除いて図３の第１実施例と全く同様である。トルク積分判定部３００Ａは、操舵トルクＴｈと、モータ状態情報としてのモータ角速度（回転速度）ωとに基づいて操舵トルク判定信号ＴＤを出力する。

トルク積分判定部３００Ａは図１１に示すような構成となっており、前述した図４の構成とほぼ同じであるが、トルク感応型ゲイン部３０５がモータ角速度ωに感応するモータ角速度感応型ゲイン部３０５Ａとなっている。モータ角速度感応型ゲイン部３０５Ａは、モータ角速度ωが大きくなるに従ってゲインＫを１．０以上に上昇させる可変ゲイン部３０５−１Ａと、リミッタ出力値に可変ゲイン部３０５−１ＡからのゲインＫを乗算して積分入力値Ｃｔｂを出力する乗算部３０５−２Ａとで構成されている。可変ゲイン部３０５−１Ａは、例えば図１２（Ａ）に示すような線形変化特性、図１２（Ｂ）のような非線形変化特性を有している。このような特性を有することにより、モータ角速度ωが大きくなるほど積分の効果も大きくなる。切換判定部３０７は第１実施例と同様に、積分出力値Ｉｏｕｔを積分閾値Ｓｔｈと比較し、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈ以上のときに切換条件が成立し、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換え、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈよりも小さいときに切換条件不成立とし、自動操舵モードを継続する。

このような構成において、第２実施例の動作は第１実施例と同様であるが、トルク積分判定部３００Ａ内のモータ角速度感応型ゲイン部３０５Ａの動作のみが異なる。即ち、モータ角速度感応型ゲイン部３０５Ａは、リミッタ出力値Ｃｔａをモータ角速度ωに応じてゲイン（Ｋ）倍する。リミッタ出力値Ｃｔａは可変ゲイン部３０５−１Ａ及び乗算部３０５−２Ａに入力され、可変ゲイン部３０５−１Ａはモータ角速度ωに従って、例えば図１２（Ａ）、（Ｂ）のような特性でゲインＫ（１．０以上）を出力する。ゲインＫは乗算部３０５−２Ａでリミッタ出力値Ｃｔａと乗算され、乗算値が積分入力値Ｃｔｂとして出力される。これにより、モータ角速度ωが大きいとき、つまりモータの高速回転時の判定時間を短くすることができる。

図１３は本発明の構成例（第３実施例）を図３に対応させて示しており、トルク積分判定部３００Ｂ及びモータ角加速度演算部１４５を除いて図３の第１実施例と全く同様である。トルク積分判定部３００Ｂは、操舵トルクＴｈと、モータ状態情報としてのモータ角加速度αとに基づいて操舵トルク判定信号ＴＤを出力する。

トルク積分判定部３００Ｂは図１４に示すような構成となっており、前述した図１１の構成とほぼ同じであるが、モータ角速度感応型ゲイン部３０５Ａがモータ角加速度αに感応するモータ角加速度感応型ゲイン部３０５Ｂとなっている。モータ角加速度感応型ゲイン部３０５Ｂは、モータ角加速度演算部１４５からのモータ角加速度αが大きくなるに従ってゲインＫを１．０以上に上昇させる可変ゲイン部３０５−１Ｂと、リミッタ出力値に可変ゲイン部３０５−１ＢからのゲインＫを乗算して積分入力値Ｃｔｂを出力する乗算部３０５−２Ｂとで構成されている。可変ゲイン部３０５−１Ｂは、例えば図１５（Ａ）に示すような線形変化特性、図１５（Ｂ）のような非線形変化特性を有している。このような特性を有することにより、モータ角加速度αが大きくなるほど積分の効果も大きくなる。切換判定部３０７は第１実施例及び第２実施例と同様に、積分出力値Ｉｏｕｔを積分閾値Ｓｔｈと比較し、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈ以上のときに切換条件が成立し、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換え、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈよりも小さいときに切換条件不成立とし、自動操舵モードを継続する。

このような構成において、第３実施例の動作は第１実施例及び第２実施例と同様であるが、モータ角加速度演算部１４５によるモータ角加速度αの演算と、トルク積分判定部３００Ｂ内のモータ角加速度感応型ゲイン部３０５Ｂの動作のみが異なる。即ち、モータ角加速度演算部１４５は、モータ角速度ωに基づいてモータ角加速度αを演算してモータ角加速度感応型ゲイン部３０５Ｂに入力する。また、モータ角加速度感応型ゲイン部３０５Ｂは、リミッタ出力値Ｃｔａをモータ角加速度αに応じてゲイン（Ｋ）倍する。リミッタ出力値Ｃｔａは可変ゲイン部３０５−１Ｂ及び乗算部３０５−２Ｂに入力され、可変ゲイン部３０５−１Ｂはモータ角加速度αに従って、例えば図１５（Ａ）、（Ｂ）のような特性でゲインＫ（１．０以上）を出力する。ゲインＫは乗算部３０５−２Ｂでリミッタ出力値Ｃｔａと乗算され、乗算値が積分入力値Ｃｔｂとして出力される。これにより、モータ角加速度αが大きいとき、つまりモータの高速回転時の判定時間を短くすることができる。

図１６は本発明の構成例（第４実施例）を図３に対応させて示しており、トルク積分判定部３００Ｃ及びモータ遠心加速度演算部１４６を除いて図３の第１実施例と全く同様である。トルク積分判定部３００Ｃは、操舵トルクＴｈと、モータ状態情報としてのモータ遠心加速度ω^２とに基づいて操舵トルク判定信号ＴＤを出力する。

トルク積分判定部３００Ｃは図１７に示すような構成となっており、前述した図１１及び図１４の構成とほぼ同じであるが、モータ遠心加速度ω^２に感応するモータ遠心加速度感応型ゲイン部３０５Ｃを備えている。モータ遠心加速度感応型ゲイン部３０５Ｃは、モータ遠心加速度演算部１４６からのモータ遠心加速度ω^２が大きくなるに従ってゲインＫを１．０以上に上昇させる可変ゲイン部３０５−１Ｃと、リミッタ出力値に可変ゲイン部３０５−１ＣからのゲインＫを乗算して積分入力値Ｃｔｂを出力する乗算部３０５−２Ｃとで構成されている。可変ゲイン部３０５−１Ｃは、例えば図１８（Ａ）に示すような線形変化特性、図１８（Ｂ）のような非線形変化特性を有している。このような特性を有することにより、モータ遠心加速度ω^２が大きくなるほど積分の効果も大きくなる。切換判定部３０７は第１実施例〜第３実施例と同様に、積分出力値Ｉｏｕｔを積分閾値Ｓｔｈと比較し、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈ以上のときに切換条件が成立し、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換え、積分出力値Ｉｏｕｔが積分閾値Ｓｔｈよりも小さいときに切換条件不成立とし、自動操舵モードを継続する。

このような構成において、第４実施例の動作は第１実施例〜第３実施例と同様であるが、モータ遠心加速度演算部１４６によるモータ遠心加速度ω^２の演算と、トルク積分判定部３００Ｃ内のモータ遠心加速度感応型ゲイン部３０５Ｃの動作のみが異なる。即ち、モータ遠心加速度演算部１４６は、モータ角速度ωに基づいてモータ遠心加速度ω^２を演算してモータ遠心加速度感応型ゲイン部３０５Ｃに入力する。また、モータ遠心加速度感応型ゲイン部３０５Ｃは、リミッタ出力値Ｃｔａをモータ遠心加速度ω^２に応じてゲイン（Ｋ）倍する。リミッタ出力値Ｃｔａは可変ゲイン部３０５−１Ｃ及び乗算部３０５−２Ｃに入力され、可変ゲイン部３０５−１Ｃはモータ遠心加速度ω^２に従って、例えば図１８（Ａ）、（Ｂ）のような特性でゲインＫ（１．０以上）を出力する。ゲインＫは乗算部３０５−２Ｃでリミッタ出力値Ｃｔａと乗算され、乗算値が積分入力値Ｃｔｂとして出力される。これにより、モータ遠心加速度ω^２が大きいとき、つまりモータの高速回転時の判定時間を短くすることができる。

なお、切換部１４２で操舵モードの切換を行う場合に、フェードゲインを用いて徐変させるようにしても良い。

１ハンドル（ステアリングホイール）
２コラム軸（ステアリングシャフト）
１０、１５４トルクセンサ
１２、１５３車速センサ
１３バッテリ
２０，１５０モータ
２１モータ駆動部
１００コントロールユニット（ＥＣＵ）
１１０トルク系制御部
１２０モータ系制御部
１５１回転センサ
１５２舵角センサ
１３０車両側のＥＣＵ
１３１切換指令部
１３２目標操舵角生成部
１４０ＥＰＳ側のＥＣＵ
１４１トルク制御部
１４２切換部
１４３電流制御／駆動部
１４４モータ角速度演算部
１４５モータ角加速度演算部
１４６モータ遠心加速度演算部
３００トルク積分判定部
３０３トルク値比較部
３０５トルク感応型ゲイン部
３０６積分演算部
３０７切換判定部

Claims

操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値１を演算し、前記モータ電流指令値１に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、
目標操舵角に実操舵角を近づけるようにモータ電流指令値２を算出する舵角制御部と、
前記操舵トルクを積分して所定閾値と比較することにより操舵トルク判定信号を出力するトルク積分判定部と、
前記モータ電流指令値１及びモータ電流指令値２を入力し、切換信号又は前記操舵トルク判定信号により切り換えられる切換部とを具備し、
前記トルク積分判定部が、
前記操舵トルクの絶対値をトルク閾値と比較して所定信号を出力するトルク値比較部と、前記所定信号を入力し、前記操舵トルクの絶対値に応じたトルク感応ゲインを前記所定信号に乗算した積分入力値を出力するトルク感応型ゲイン部と、前記トルク感応型ゲイン部からの前記積分入力値を積分する積分演算部と、前記積分演算部からの積分値を積分閾値と比較して前記操舵トルク判定信号を出力する切換判定部とで構成され、
前記トルク感応型ゲイン部が、前記操舵トルクが大きくなるに従って、線形若しくは非線形に大きくなる前記積分入力値を出力するようになっており、
前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令又は前記操舵トルク判定信号に応じて前記切換部が切り換えられることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記トルク積分判定部が、前記複数のトルク値比較部の前段にＬＰＦを具備している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記トルク値比較部が、前記絶対値が前記トルク閾値以上のときに前記絶対値を出力し、前記絶対値が前記トルク閾値より小さいときに出力を０にすると共に、前記積分演算部を初期化する過去値初期化信号を出力する機能を具備している請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記切換判定部が、前記積分値が前記積分閾値以上のときに前記操舵トルク判定信号を出力し、前記積分値が前記積分閾値より小さいときに前記操舵トルク判定信号を出力しない機能を具備している請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記自動操舵モード中に、前記絶対値が前記トルク閾値以上であり、かつ前記積分値が前記積分閾値以上となったときに、前記操舵トルク判定信号により前記切換部を切り換えて前記手動操舵モードとする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値１を演算し、前記モータ電流指令値１に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、
目標操舵角に実操舵角を近づけるようにモータ電流指令値２を算出する舵角制御部と、
前記操舵トルクを積分して所定閾値と比較することにより操舵トルク判定信号を出力するトルク積分判定部と、
前記モータ電流指令値１及びモータ電流指令値２を入力し、切換信号又は前記操舵トルク判定信号により切り換えられる切換部とを具備し、
前記トルク積分判定部が、
前記操舵トルクの絶対値をトルク閾値と比較して所定信号を出力するトルク値比較部と、前記所定信号を入力し、モータ状態情報に応じたモータ状態感応ゲインを前記所定信号に乗算した積分入力値を出力するモータ状態情報感応型ゲイン部と、前記モータ状態情報感応型ゲイン部からの前記積分入力値を積分する積分演算部と、前記積分演算部からの積分値を積分閾値と比較して前記操舵トルク判定信号を出力する切換判定部とで構成され、
前記モータ状態情報感応型ゲイン部が、前記モータ状態情報が大きくなるに従って、線形若しくは非線形に大きくなる前記積分入力値を出力するようになっており、
前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令又は前記操舵トルク判定信号に応じて前記切換部が切り換えられることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記モータ状態情報がモータ角速度であり、前記モータ状態情報感応型ゲイン部がモータ角速度感応型ゲイン部である請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ状態情報がモータ角加速度であり、前記モータ状態情報感応型ゲイン部がモータ角加速度感応型ゲイン部である請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ状態情報がモータ遠心加速度であり、前記モータ状態情報感応型ゲイン部がモータ遠心加速度感応型ゲイン部である請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
前記トルク積分判定部が、前記トルク値比較部の前段にＬＰＦを具備している請求項６乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記トルク値比較部が、前記絶対値が前記トルク閾値以上のときに前記絶対値を出力し、前記絶対値が前記トルク閾値より小さいときに出力を０にすると共に、前記積分演算部を初期化する過去値初期化信号を出力する機能を具備している請求項６乃至１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記切換判定部が、前記積分値が前記積分閾値以上のときに前記操舵トルク判定信号を出力し、前記積分値が前記積分閾値より小さいときに前記操舵トルク判定信号を出力しない機能を具備している請求項６乃至１１のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記自動操舵モード中に、前記絶対値が前記トルク閾値以上であり、かつ前記積分値が前記積分閾値以上となったときに、前記操舵トルク判定信号により前記切換部を切り換えて前記手動操舵モードとする請求項６乃至１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。