JP6413589B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

従来、車両の運転の支援を行うシステムが知られている。
たとえば、緊急時に自動運転などの運転支援を停止するシステムも検討されているところ、当該システムでは、ステアリングホイールが保舵されているときに、運転支援を停止することが好ましい。これは、緊急時に運転支援が停止されたとき、即座に手動運転へ移行することができるからである。しかし、運転支援システムは運転者の運転負荷を軽減する上で有効である反面、運転支援システムへの過信などから運転者はステアリングホイールを握っていない（保舵していない）場合がある。このため、運転支援を停止させる際、運転者がステアリングホイールを保舵しているかどうかを検出することが求められる。ステアリングホイールの保舵を検出する手段として、操舵角の時間微分値と操舵トルクとの積とを積算した仕事量に応じて運転者による操舵状態（操舵状態、手放し状態、保舵時状態）を検出する装置が提案されている（たとえば特許文献１を参照）。

特開２００４−１７５１２２号公報

しかし、操舵トルクを用いて保舵を検出する方法では、車両が直進している場合（ステアリングホイールが中立位置付近に位置して動かない場合）などにおいては、ステアリングホイールの保舵を検出することが困難である。これは、ステアリングホイールが動かない場合には、操舵トルクが発生しないためである。

本発明の目的は、より確実に運転者がステアリングホイールを保舵していることを検出することにある。

上記目的を達成しうる車両用操舵装置は、ステアリングホイールと転舵輪とを結ぶ操舵機構に自動操舵力を付与するアクチュエータと、前記操舵機構の構成要素であるステアリングシャフトの一部分である入力軸と出力軸との間に連結されるトーションバーと、車両状態に応じて演算される目標操舵角に基づき前記自動操舵力の目標値である電流指令値を演算し、前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記自動操舵力を発生させる自動操舵モードと、前記自動操舵力を発生させない手動操舵モードとの間で切り替え可能である。前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられている場合、前記入力軸と前記出力軸との間の位相差に基づき、ステアリングホイールが保舵されていると判定されるとき、自動操舵を継続する。

この構成によれば、入力軸の回転角と、出力軸の回転角との間の位相差に基づきステアリングホイールが保舵されていることを検出することができる。運転者が保舵することにより、たとえば固有振動数が小さくなるため、保舵していないときと比べてより位相差が生じるためである。自動操舵中には運転者がステアリングホイールを保舵していることが好ましく、運転者のステアリングホイールの保舵を検出することができれば、制御装置は自動操舵を継続してもよいと判定することができる。また、入力軸の回転角と出力軸の回転角の位相差によって、運転者の保舵を検出するため、直進中などのステアリング操作のないような状況であっても、より確実に運転者の保舵を検出することができる。

上記の車両用操舵装置において、前記入力軸の回転角を検出する第１のセンサと、前記出力軸の回転角を検出する第２のセンサと、を備えていることが好ましい。前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられているとき、前記入力軸の回転角よりも前記出力軸の回転角の位相が少なくとも１サンプリング時間分進んでいる場合、ステアリングホイールが保舵されている旨検出する。

この構成によれば、入力軸の回転角および出力軸の回転角がそれぞれ検出され、入力軸の回転角の位相は、出力軸の回転角の位相よりも少なくとも１サンプリング時間だけ進んでいる。保舵している場合は、手放し状態と比べて、出力軸の回転角の位相はより進んでいるため、保舵していることをより確実に検出することができる。

上記の車両用操舵装置において、前記制御装置はつぎの３つの検出値を比較することによりステアリングホイールが保舵されているかどうかを判定することが好ましい。すなわち、前記出力軸の回転角と、前記出力軸の回転角から少なくとも１サンプリング時間分だけ進んで検出される前記入力軸の回転角との差の２乗から演算される第１の検出値と、前記出力軸の回転角と、前記出力軸の回転角から少なくとも１サンプリング時間分だけ遅れて検出される前記入力軸の回転角との差の２乗から演算される第２の検出値と、前記出力軸の回転角と、前記出力軸の回転角から少なくとも１サンプリング時間分の２倍だけ遅れて検出される前記入力軸の回転角との差、の２乗から演算される第３の検出値と、を比較することが好ましい。

この構成によれば、第１〜第３の検出値の大小関係や、これらの検出値が閾値よりも小さいか否かによって、運転者のステアリングホイールの保舵を判定することができる。
上記の車両用操舵装置において、前記制御装置は、前記第１の検出値よりも前記第２の検出値が小さい、または前記第３の検出値よりも前記第２の検出値が小さい場合、ステアリングホイールが保舵されていると判定することが好ましい。

この構成によれば、記第１の検出値よりも前記第２の検出値が小さい、または前記第３の検出値よりも前記第２の検出値が小さい場合に保舵していると判定される。前記第１〜第３の検出値がある閾値よりも小さい（より０に近い）場合に、いずれの保舵状態（操舵状態、手放し状態、保舵状態）かを判定するものと比べて、より確実に保舵状態を判定することができる。

上記の車両用操舵装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサを備えていることが好ましい。前記制御装置は、手動操舵モードに切り替えられているとき、前記操舵トルクに応じて電流指令値を演算し、当該電流指令値に基づき前記アクチュエータを制御することにより、ステアリングホイールの操舵を補助するアシスト力を発生させる。その一方、前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられているとき、前記トルクセンサを利用して、前記入力軸の回転角および前記出力軸の回転角をそれぞれ検出する。

この構成によれば、トルクセンサによって入力軸の回転角および出力軸の回転角を検出することができる。従来から操舵装置に備えられているトルクセンサを用いることで、追加のセンサを設けることなしに、自動操舵制御装置は運転者の保舵状態を判定することができる。

上記の車両用操舵装置において、前記制御装置は手動操舵モードに切り替えられているときにも、ステアリングホイールが保舵されているかどうかの判定処理を実行してもよい。

この構成によれば、手動操舵時にも検出値は演算されるため、手動操舵から自動操舵へと切り替えた直後から、運転者の保舵状態を判定することができる。

本発明によれば、運転者のステアリングホイールの保舵をより確実に検出できる車両用操舵装置を提供できる。

電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図。 実施形態の電動パワーステアリング装置について電子制御装置および自動操舵装置の構成を示すブロック図。 ステアリングホイール保舵状態ごとの回転角の差異を示すグラフ。 自動操舵制御部の動作を示すフローチャート。

以下、車両用操舵装置を車両の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した一実施形態について説明する。ここでは、いわゆるデュアルピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＤＰ−ＥＰＳ）を例に挙げる。

図１に示すように、ＥＰＳ１０は運転者のステアリングホイール２１の操作に基づいて転舵輪２９を転舵させる操舵機構２０、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３０、およびアシスト機構３０を制御するＥＣＵ（電子制御装置）４０を備えている。

操舵機構２０は、ステアリングホイール２１およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１と連結されたコラムシャフト２３と、コラムシャフト２３の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２４、およびインターミディエイトシャフト２４の下端部に連結された第１ピニオンシャフト２５を有している。コラムシャフト２３は、ステアリングホイール２１側のインプットシャフト２３ａと、インターミディエイトシャフト２４側のロアシャフト２３ｂとが、トーションバー２３ｃの両端にそれぞれ接続されてなる。第１ピニオンシャフト２５の下端部２５ａは、第１ピニオンシャフト２５に交わる方向へ延びるラックシャフト２６（正確にはそのラック歯２６ａ）に噛合っている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、第１ピニオンシャフト２５およびラックシャフト２６からなる第１ラックアンドピニオン機構２７を介してラックシャフト２６の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト２６の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２８を介して左右の転舵輪２９にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪２９の転舵角が変化する。

アシスト機構３０は、アシスト力の発生源であるモータ３１、モータ３１に連結されるウォームシャフト３２、ウォームシャフト３２と噛み合うウォームホイール３３、およびウォームホイール３３と一体的に回転する第２ピニオンシャフト３４を備えている。第２ピニオンシャフト３４の下端部３４ａはラックシャフト２６（正確にはそのラック歯２６ｂ）に噛合っている。したがって、第２ピニオンシャフト３４の回転運動は、第２ピニオンシャフト３４およびラックシャフト２６からなる第２ラックアンドピニオン機構２７ａを介してラックシャフト２６の軸方向の往復直線運動に変換される。すなわち、モータ３１によりラックシャフト２６の軸方向へ向けたアシスト力が付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

ＥＣＵ４０は、車載される各種のセンサを通じて取得される各種の情報に基づき、目標アシスト力を演算し、当該アシスト力を発生させるためにモータ３１を制御する。また、ＥＣＵ４０は車載されるエンジン制御装置６０および自動操舵装置７０との間でそれぞれ行われる信号の授受に基づき、手動操舵および自動操舵を行うために、モータ３１を制御する。エンジン制御装置６０は、各種センサの出力に応じて車両のエンジン（図示しない）の駆動を制御する。

各種のセンサとしては、つぎのようなセンサが設けられている。たとえば、コラムシャフト２３には、トルクセンサ５０および操舵角センサ５１が設けられている。トルクセンサ５０は、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト２２に付与される操舵トルクτに応じた検出信号として、インプットシャフト２３ａの回転角θＵ、およびロアシャフト２３ｂの回転角θＬに応じた検出信号を生成する。操舵角センサ５１は、コラムシャフト２３の回転角、すなわちステアリングホイール２１の操舵角θｓに応じた検出信号を生成する。また、モータ３１には、回転角センサ５２が設けられている。回転角センサ５２は、モータ３１の回転軸の回転角θに応じた検出信号を生成する。

ここで、トルクセンサ５０について詳しく説明する。トルクセンサ５０は、インプットシャフト２３ａに一体回転可能に連結された環状の第１多極磁石５０ｃと、ロアシャフト２３ｂに一体回転可能に連結された環状の第２多極磁石５０ｄと、第１多極磁石５０ｃの周面に対向して設けられた第１磁気センサ５０ａと、第２多極磁石５０ｄの周面に対向して設けられた第２磁気センサ５０ｂとを有している。第１磁気センサ５０ａおよび第２磁気センサ５０ｂとしては、たとえばＭＲ（磁気抵抗効果）センサが用いられる。

運転者のステアリングホイール２１の操作に伴って、インプットシャフト２３ａに操舵トルクτが付与されると、この操舵トルクτがインプットシャフト２３ａからトーションバー２３ｃを介してロアシャフト２３ｂに伝達される。操舵トルクτがロアシャフト２３ｂに伝達される際には、ロアシャフト２３ｂに捩れ変形が生じる。これにより、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間には、操舵トルクτに応じた相対的な回転変位が生じる。

インプットシャフト２３ａが回転するとき、インプットシャフト２３ａの回転と連動して第１多極磁石５０ｃが回転するため、第１多極磁石５０ｃから第１磁気センサ５０ａに作用する磁気は変化する。同様に、ロアシャフト２３ｂの回転と連動して第２多極磁石５０ｄが回転するため、第２多極磁石５０ｄから第２磁気センサ５０ｂに作用する磁気は変化する。これらの磁気の変化に対応して、第１磁気センサ５０ａおよび第２磁気センサ５０ｂは検出信号を生成する。ＥＣＵ４０は、第１磁気センサ５０ａの検出信号から、インプットシャフト２３ａの回転角θＵを、第２磁気センサ５０ｂの検出信号から、ロアシャフト２３ｂの回転角θＬをそれぞれ演算する。ＥＣＵ４０は、インプットシャフト２３ａの回転角θＵとロアシャフト２３ｂの回転角θＬの差を計算することで、インプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂとの間の相対的な回転変位Δθ（＝θＵ−θＬ）を演算する。ＥＣＵ４０は、この相対的な回転変位Δθとトーションバー２３ｃのばね定数との積から、操舵トルクτを演算することができる。

図２に示すように、ＥＣＵ４０は、指令制御部４１と、アクチュエータ制御部４２と、駆動回路４３と、電流センサ４４と、を有している。指令制御部４１は、各種センサの検出信号に基づき、モータ３１の制御指令値である電流指令値を演算する。アクチュエータ制御部４２は、指令制御部４１により演算される電流指令値に基づいてモータ３１を制御する。駆動回路４３は、車載バッテリ等の電源から供給される直流電流を交流電流に変換するインバータ回路を含み、当該インバータ回路により生成される交流電流をモータ３１に供給する。駆動回路４３とモータ３１との間の給電経路には、電流センサ４４が設けられている。電流センサ４４は、モータ３１に供給される実際の電流値に応じた検出信号を生成して、当該検出信号をアクチュエータ制御部４２へ出力する。

また、自動操舵装置７０は、自動操舵制御部７１と、自動操舵スイッチ７２と、保舵判定部７３と、警告部７４と、を有している。
自動操舵スイッチ７２は、運転者により操作される。運転者による自動操舵スイッチ７２の操作を通じて、自動操舵制御部７１は、自身の動作状態を自動操舵モードと手動操舵モードの間で切り替える。運転者は、たとえば、スイッチをＯＮにすることにより、自動操舵モードを選択し、自動操舵スイッチ７２をＯＦＦにすることにより手動操舵モードを選択する。自動操舵モードは、運転者のステアリングホイール２１の操作によらずにモータ３１からステアリングシャフト２２に回転力（自動操舵力）が付与されて、走行状態に応じて操舵角θｓが自動的に変化する、いわゆる自動操舵制御が行われるモードである。手動操舵モードは、運転者のステアリングホイール２１の操作に応じてモータ３１からステアリングシャフト２２に回転力（アシスト力）が付与されることにより操舵のアシストが行われる、いわゆる操舵アシスト制御が行われるモードである。

手動操舵モードが選択されているとき、自動操舵制御部７１はＥＣＵ４０に対して何らの指令も生成しない。指令制御部４１は回転角θＵ，θＬに基づき操舵トルクを演算し、その操舵トルクτに応じて電流指令値を演算する。これに対し、自動操舵モードが選択されているとき、自動操舵制御部７１はたとえば車載カメラを通じて得られる車両前方の走行路面の情報、および各種の検出信号（θＵ，θＬ，θｓ，θ）を取り込んで、これらに基づき、目標操舵角を演算する。指令制御部４１は、自動操舵制御部７１により生成される目標操舵角に基づき電流指令値を演算する。自動操舵スイッチ７２を通じて、自動操舵モードが選択された旨検出されるとき、自動操舵制御部７１は保舵判定部７３へ自動操舵モードが選択された旨を通知する。

保舵判定部７３は、自動操舵制御部７１から自動操舵モードである旨通知されると、トルクセンサ５０から得られる回転角θＵおよび回転角θＬを直ちに取り込んで記憶する。保舵判定部７３は、トルクセンサ５０から得られる回転角θＵ，θＬに基づいて、運転者がステアリングホイール２１を保舵（保持）しているか否かを判定する。その後、自動操舵モードの実行が継続される間、回転角θＵ，θＬを一定のサンプリング周期（１サンプリング時間ｔ）で取り込む。一例として当該サンプリング周期は１０ｍｓに設定される。そして、間欠的に記憶される回転角θＵ，θＬに基づいて、保舵判定部７３は運転者がステアリングホイール２１を保舵しているか否かを判定し、自動操舵制御部７１に判定結果を出力する。

警告部７４は、自動操舵モードが実行されている際に、運転者がステアリングホイール２１を保舵していない場合など、自動操舵モードを継続することが好ましくない場合に、運転者に警告する。

ところで、自動操舵モード中でも、運転者の判断によることなしに、自動操舵装置７０が完全に車両を制御して、運転を継続することは好ましくない。むしろ運転者の操縦を補助するシステムとして運用されることが好ましい。たとえば、自動操舵装置７０が障害物の存在を認識しなかったために、それを回避するための操舵制御を実行しない場合には、即座に運転者がステアリングホイール２１を操舵することが望ましい。そのため、運転者がステアリングホイール２１を保舵しているかどうかを判定する必要がある。

本例では、回転角θＵと回転角θＬとの位相差に基づき保舵判定を行うところ、まず、当該判定の前提となる自動操舵時にインプットシャフト２３ａの回転角θＵとロアシャフト２３ｂの回転角θＬとの間に位相差が生じることについて説明する。

自動操舵モードに設定されている場合、自動操舵制御部７１からの指令（目標操舵角）に基づいてＥＣＵ４０はモータ３１を制御する。モータ３１は実際の操舵角θｓを目標操舵角に追従させるために、ステアリングシャフト２２に回転力（自動操舵力）を付与する。モータ３１により付与される回転力は、最初にロアシャフト２３ｂに対して付与される。この後、回転力はロアシャフト２３ｂから少し遅れて、インプットシャフト２３ａへと伝達される。すなわち、回転角θＬに対して、回転角θＵの位相は遅れる。この位相の遅れは、インプットシャフト２３ａにステアリングホイール２１が連結されていること、運転者がステアリングホイール２１を保舵していること、あるいはロアシャフト２３ｂとの間にトーションバー２３ｃが介在していること等の様々な要因によって発生する。これらの要因の中でも、インプットシャフト２３ａにステアリングホイール２１が連結されていることは、回転角θＵの位相遅れの特に大きな要因と考えられる。

ステアリングホイール２１がインプットシャフト２３ａに連結されている場合、ステアリングホイール２１の分だけ質量が増加するため、当該質量の増加に応じてインプットシャフト２３ａの振動特性、代表的には固有周波数が変化する。固有振動数は、一般的には、ばね定数を質量で割った商の平方根で表され、質量が増加すると固有振動数は小さくなることが知られている。そのため、インプットシャフト２３ａの質量が大きくなるほど、インプットシャフト２３ａの固有振動数はより小さくなる。固有振動数が小さくなると、ロアシャフト２３ｂから回転力が加わっても、ロアシャフト２３ｂと比べるとインプットシャフト２３ａは回転しにくくなる。そのため、理想的には、時間が経過するにつれて、回転角θＬと回転角θＵとの位相の差は大きくなる。

ステアリングホイール２１だけでなく、運転者がステアリングホイール２１を保舵することによって、インプットシャフト２３ａの質量が増加することによっても、インプットシャフト２３ａは回転しにくくなる。また、運転者がステアリングホイール２１を保舵することによって、運転者の手がダンパーとして働くことによる影響もある。その他にも、摩擦係数やトーションバー２３ｃの弾性係数などの様々な要因が考えられる。

図３は、主にインプットシャフト２３ａの質量の増加による振動特性の変化を考慮した場合に、ロアシャフト２３ｂに回転が加わったときの回転角θＵおよび回転角θＬの時間変化を表している。

図３に実線で示されるように、自動操舵モードが選択されているときは、モータ３１により付与される回転力（自動操舵力）によってロアシャフト２３ｂは回転し、回転角θＵは時間と共に増加する。

図３に１点鎖線で示されるように、たとえば、自動操舵モード時にステアリングホイール２１を保舵していないような、いわゆる手放し状態では、おおよそ１サンプリング時間ｔだけ回転角θＬに比べて回転角θＵが遅れている。このため、たとえば時刻ｎのインプットシャフト２３ａの回転角θＵは、時刻ｎから１サンプリング時間ｔだけ前の、時刻ｎ−１のロアシャフト２３ｂの回転角θＬとほぼ同じ角度になる。すなわち、時刻ｎの回転角θＵと、時刻ｎ−１の回転角θＬとの差を求めると、ほぼ零になる。

また、図３に点線で示されるように、運転者がステアリングホイール２１を保舵している状態では、手放し状態と比べてさらにインプットシャフト２３ａの回転はロアシャフト２３ｂの回転に対して遅れる。その差はおおよそ２サンプリング時間２ｔである。このため、たとえば時刻ｎの回転角θＵは、時刻ｎから２サンプリング時間２ｔだけ前の、時刻ｎ−２の回転角θＬとほぼ同じ角度である。すなわち、時刻ｎの回転角θＵから時刻ｎ−２の回転角θＬとの差を求めると、ほぼ零になる。

図３に２点鎖線で示されるように、運転者がステアリングホイール２１を操舵している状態では、手放し状態や保舵状態とは異なり、回転角θＵは回転角θＬに比べて位相が進んでいる。言い換えれば、ロアシャフト２３ｂの回転はインプットシャフト２３ａの回転と比べて１サンプリング時間ｔだけ遅れている。このため、時刻ｎの回転角θＵは、時刻ｎから１サンプリング時間ｔだけ後の、時刻ｎ＋１の回転角θＬとの差を求めると、ほぼ零となる。

そのため、それぞれの保舵状態（操舵状態、手放し状態、保舵状態）ごとに、保舵状態を検出するための式を立てることができる。ある時刻ｎのときのロアシャフト２３ｂの回転角θＵを回転角θＵｎと表記し、時刻ｎ−１のときは回転角θＵ（ｎ−１）と表記する。他の時間、およびインプットシャフト２３ａについても同様である。保舵判定部７３は、次式（１）〜（３）を用いて、保舵状態を示す情報として、検出値α，β，γを演算する。

｛θＵ（ｎ−１）−θＬｎ｝＾２＋｛θＵ（ｎ−２）−θＬ（ｎ−１）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−３）−θＬ（ｎ−２）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−４）−θＬ（ｎ−３）｝＾２＝α …（１）
｛θＵｎ−θＬ（ｎ−１）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−１）−θＬ（ｎ−２）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−２）−θＬ（ｎ−３）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−３）−θＬ（ｎ−４）｝＾２＝β …（２）
｛θＵｎ−θＬ（ｎ−２）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−１）−θＬ（ｎ−３）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−２）−θＬ（ｎ−４）｝＾２＋｛θＵ（ｎ−３）−θＬ（ｎ−５）｝＾２＝γ …（３）
ここで、式（１）〜（３）の左辺に回転角θＵと回転角θＬの差の２乗の項が４つあるのは、１つの項のみで保舵状態を判定する場合、特定のタイミングで瞬間的に異常が発生したときに誤差が大きくなるためであり、かつ誤差の影響を軽減するためでもある。また、２乗和にしているのは、回転角θＵと回転角θＬとの差をとるときに、回転角θＵと回転角θＬの差を取ったときの符号の影響を抑制するためであり、かつ誤差の影響も軽減するためでもある。

保舵判定部７３は、検出値α，β，γのいずれが０に近いかを判定することによって、保舵状態を判定する。具体的には、検出値α，β，γのいずれが閾値よりも小さいかで保舵を判定することができる。検出値αが閾値よりも小さい場合は、保舵判定部７３は、運転者がステアリングホイール２１を操舵している操舵状態であると判定する。検出値βが閾値よりも小さい場合には、保舵判定部７３は、運転者がステアリングホイール２１から手を放している手放し状態であると判定する。検出値γが閾値よりも小さい場合、保舵判定部７３は、運転者がステアリングホイール２１を保舵している保舵状態であると判定する。

ただし、検出値α，β，γと閾値との比較を通じて保舵状態を判定する場合、保舵判定に困るような状況が想定される。たとえば、検出値α，β，γのいずれも閾値よりも大きい場合には、保舵状態を判定することはできない。また、この場合にはトルクセンサ５０そのものに異常が発生していることも想定されるため、保舵状態を判定することは困難である。そのため、保舵判定部７３は、検出値αが検出値βよりも小さいときに操舵状態であると判定する。また、保舵判定部７３は、検出値γが検出値βよりも小さいときに保舵状態であると判定する。すなわち、検出値αが検出値βよりも小さい（操舵状態）、または検出値γが検出値βよりも小さい（保舵状態）ときに、運転者がステアリングホイール２１を保舵していると判定する。保舵判定部７３は、検出値αが検出値βと等しいか大きい、または検出値γが検出値βと等しいか大きい場合には、手放し状態と判定する。

つぎに、自動操舵制御部７１により実行される自動操舵時の保舵判定処理について、説明する。前提として、自動操舵制御部７１の動作状態は、手動操舵モードである。
図４のフローチャートに示されるように、まず、自動操舵制御部７１は自動操舵スイッチ７２がＯＮされたかどうかを判定する（ステップＳ１）。運転者は車両の運転状態を通常の手動操舵から、自動操舵へ移行させる場合、自動操舵スイッチ７２をＯＮにする。自動操舵制御部７１は、自動操舵スイッチ７２がＯＮされている場合は、自身の動作状態を手動操舵モードから自動操舵モードへ切り替える（ステップＳ２）。

つぎに、自動操舵制御部７１は、運転者が自分の意思で操舵しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。具体的には、操舵トルクτが閾値ｔｈよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ４）。自動操舵中であっても、運転者が自分の意思でステアリングホイール２１を操舵して、車両を運転しているような場合には、自動操舵モードから手動操舵モードへ切り替えることが好ましい。運転者の意思で操舵されている場合にまで、自動操舵を継続することは運転者の要求と一致していないためである。ここで、閾値ｔｈは、自動操舵中の車両の振動等によって発生するトルクやセンサの製造ばらつきを考慮して決定される。操舵状態にないと判定された場合（ステップＳ４でＮＯ）、自動操舵制御部７１は、自身の動作状態を自動操舵モードに切り替える、または継続する（ステップＳ５）。

つぎに、自動操舵制御部７１は、時刻ｎのときの回転角である今回角θＬｎと、その１つ前にサンプリングした回転角である前回角θＬ（ｎ−１）との間に偏差があるか否かを判定する（ステップＳ６）。なお、通常は車両が走行しているとき、車両にわずかに発生する振動等によって、ロアシャフト２３ｂは振動し、当該振動がインプットシャフト２３ａにまで伝達する。そのとき、回転角θＬの位相は変化し、その回転角θＬの位相の変化に対応して回転角θＵの位相も遅れて変化する。そのため、通常走行している場合には、回転角θＬｎと回転角θＬ（ｎ−１）との間に偏差が生じるため、ステップＳ６で判定（ＹＥＳ）されやすい。

つぎに、自動操舵制御部７１は、保舵判定部７３により演算される保舵状態を示す情報である検出値α，β，γを取り込む（ステップＳ７）。つぎに、自動操舵制御部７１は、検出値αが検出値βよりも小さいかどうか、または検出値γが検出値βよりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ８）。自動操舵制御部７１は、保舵判定条件（α＜β，γ＜β）が成立する場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、自動操舵モードを維持し、自動操舵を継続する（ステップＳ９）。ちなみに、α＜βのときは操舵状態、γ＜βのときは保舵状態である旨判定される。いずれの状態であれ、運転者はステアリングホイール２１を保舵していることにかわりはない。

つぎに、自動操舵制御部７１は、目的地へ到達するなどして、車両が停車しているかどうかを判定する（ステップＳ１１）。車両が停車している場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、自動操舵スイッチ７２をＯＦＦして（ステップ１２）、処理を終了する。なお、自動操舵スイッチ７２は、運転者によってＯＦＦされることもある。自動操舵スイッチ７２がＯＦＦされると、自動操舵制御部７１は自動操舵モードを終了して手動操舵モードへと切り替える。

なお、ステップＳ１１でＮＯの場合、すなわち、車両が停車していないとき、自動操舵制御部７１はステップＳ１へ処理を移行する。
ステップＳ８でＮＯの場合、すなわち保舵判定条件が成立しないとき、運転者がステアリングホイール２１を保舵していると判定できないため、自動操舵制御部７１は、警告部７４を介して運転者へ警告し（ステップＳ１０）、ステップＳ１１へ処理を移行する。警告部７４による警告から一定時間が経過しても、保舵状態を確認することができない場合、自動操舵制御部７１は、たとえばＧＰＳなどによって予め発見してある安全と推測できる場所（路肩など）まで自動操舵を継続し、車両が停車したのちに、自動操舵を手動操舵に切り替えるようにしてもよい。

ステップＳ６でＮＯの場合、すなわち、回転角θＬｎと回転角θＬ（ｎ−１）との間に偏差が生じていないとき、自動操舵制御部７１は保舵判定部７３による保舵判定処理をスキップし、ステップＳ９へ処理を移行する。

ステップＳ４でＹＥＳの場合、すなわち、運転者が自分の意思で操舵しているとき、自動操舵制御部７１はステップＳ１２へ処理を移行する。閾値ｔｈよりも大きい操舵トルクτが検出される場合は、運転者がステアリングホイール２１を操舵しているために、操舵トルクτが生じていると考えられるからである。

ステップＳ１でＮＯの場合、すなわち、自動操舵スイッチ７２がＯＦＦであるとき、自動操舵制御部７１は、指令制御部４１の制御状態を手動操舵モードに維持し（ステップＳ３）、処理を終了する。

本実施形態の効果について説明する。
（１）自動操舵制御部７１は、保舵判定部７３から得られた運転者のステアリングホイール２１の保舵状態を示す情報から、自動操舵を継続するかどうかを判定することができる。保舵判定部７３は、検出された回転角θＵ，θＬの位相の違いから、運転者の保舵状態を判定する。すなわち、運転者の保舵状態に応じて、トーションバー２３ｃの上下のシャフト、すなわちインプットシャフト２３ａとロアシャフト２３ｂの間で振動特性の差異が生じることに基づいて、保舵状態を判定する。このため、より確実に運転者の保舵状態を検出することができる。

たとえば、操舵トルクτから保舵状態を判定しようとすると、車両が直進しているような場合には、運転者はステアリングホイール２１を操舵していないために、操舵トルクτはほとんど生じない。そのため、運転者の保舵状態を検出できるのは、運転者がステアリングホイール２１を操舵することにより、操舵トルクτが発生したときになる。ところで、より正確にいえば、車両は路面などから振動を受けるため、運転者が操舵しないような直進中であっても微弱な操舵トルクτは検出されうる。しかし、その微弱な操舵トルクτが、運転者が保舵しているために生じたのか、運転者は保舵していないが車両が路面などから振動を受けたために発生した操舵トルクτなのかを判定するのは困難である。これに対して、本実施形態では、路面などから振動を受けた際に、インプットシャフト２３ａの回転角θＵと、ロアシャフト２３ｂの回転角θＬとの間には位相差が生じる。この位相差を用いて前出の式（１）〜（３）から検出値α，β，γが演算され、検出値α，β，γの大小関係に基づいて操舵状態、手放し状態、保舵状態のいずれであるかを保舵判定部７３は判定できる。

（２）本実施形態では、追加のセンサを設けることなく、ステアリングホイール２１の保舵状態を検出することができる。すなわち、トルクセンサ５０は、操舵装置であれば、通常備えられている構成であり、トルクセンサ５０から運転者の保舵状態を検出することができれば、特別に新しい構成を必要としないため経済的である。

なお、各実施形態は次のように変更してもよい。なお、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、ステップＳ４で操舵状態にあると判定された場合には、自動操舵スイッチを自動的にＯＦＦにして手動運転モードに切り替えたが、一時的に手動運転モードに切り替えるだけでもよい。たとえば、自動操舵スイッチをＯＮのまま、操舵トルクτが閾値より小さくなった場合に、自動操舵モードを継続するようにしてもよい。

・保舵判定部７３は常時駆動していてもよい。このとき、保舵判定部７３は、自動操舵モードのときだけでなく手動操舵モードのときにも、保舵判定を行う。すなわち、運転者が自ら手動操舵している場合には、インプットシャフト２３ａの回転角θＵはロアシャフト２３ｂの回転角θＬと比べて、位相が進んでいる。また、保舵状態であっても、車両は路面からの振動を受けるため、回転角θＵは回転角θＬと比べて、位相が遅れる。そのため、手動操舵モードのときから、保舵判定部７３が保舵状態を判定しておくことで、自動操舵モードに切り替わった直後にも、保舵判定部７３は保舵状態を判定することができる。

・本実施形態では、車両が直進時に路面から受ける微弱な振動によっても、保舵判定部７３は保舵状態を判定したが、積極的にステアリングシャフト２２を振動させる構成を設けてもよい。たとえば、運転者が不快に感じないほどの微弱な振動（回転）をモータ３１が常時発生させると、路面などの外的要因によって振動が発生しない場合であっても、保舵判定部７３は回転角θＵ，θＬの位相の違いで保舵状態を判定することができる。

・自動操舵制御部７１は、保舵判定部７３によって間欠的に演算されている検出値αがある閾値よりも小さいか否かで操舵状態にあるかどうかを判定してもよい。
・本実施形態では、保舵判定部７３は検出値αが検出値βよりも小さい、または検出値γが検出値βよりも小さいときに保舵状態と判定したが、検出値αが閾値よりも小さい場合は操舵状態、検出値βが閾値よりも小さい場合には手放し状態、検出値γが閾値よりも小さい場合には保舵状態であると判定するようにしてもよい。

・本実施形態では、検出値α，β，γを式（１）〜（３）によって求めたが、式（１）〜（３）の左辺の項はいくつであってもよい。たとえば、４つより少ない項であってもよいし、４つより多い項であってもよい。

・本実施形態では磁気センサとしてＭＲセンサを用いたが、ホールセンサであってもよいし、レゾルバであってもよい。また、インプットシャフト２３ａの回転角θＵとロアシャフト２３ｂの回転角θＬを測定できるセンサであれば何でもよい。たとえば、ラックシャフト２６の軸方向の移動量を検出するポテンショメータであってもよい。

・本実施形態では、トルクセンサ５０によってインプットシャフト２３ａおよびロアシャフト２３ｂの回転角θＵおよび回転角θＬを検出したが、操舵角センサ５１および回転角センサ５２によって回転角θＵ，θＬを求めてもよい。すなわち、トーションバー２３ｃの上下で、回転角θＵ，θＬを検出することのできるセンサであれば何でもよい。

・本実施形態では、時刻ｎの回転角θＵと、時刻ｎから１サンプリング時間ｔだけ前の、時刻ｎ−１の回転角θＬを用いて、式（１）から検出値αを演算したが、１サンプリング時間ｔに限らない。たとえば、１サンプリング時間ｔが短いために全ての時刻で検出値α，β，γを演算しなくてもよい場合には、１サンプリング時間ｔの整数倍の時間ごとに検出値α，β，γを演算すればよい。すなわち、式（１）は、１サンプリング時間ｔではなく、２サンプリング時間２ｔで演算してもよいし、３以上のサンプリング時間で演算してもよい。式（２），（３）についても同様である。

・本実施形態では、ＥＣＵ４０と自動操舵装置７０を別に設けたが、両者を１つにまとめた制御装置を設けてもよい。
・本実施形態では、ＲＰ−ＥＰＳに具体化して示したが、これに限らない。たとえば、コラムアシスト式であってもよいし、ラックアシスト式であってもよい。

１０…ＥＰＳ、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイール、２２…ステアリングシャフト、２３…コラムシャフト、２３ａ…インプットシャフト、２３ｂ…ロアシャフト、２３ｃ…トーションバー、２４…インターミディエイトシャフト、２５…ピニオンシャフト、２６…ラックシャフト、２７…第１ラックアンドピニオン機構、２７ａ…第２ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、２９…転舵輪、３０…アシスト機構、３１…モータ、３２…ウォームシャフト、４０…ＥＣＵ、４１…指令制御部、４２…アクチュエータ制御部、４３…駆動回路、４４…電流センサ、５０…トルクセンサ、５１…操舵角センサ、５２…回転角センサ、６０…エンジン制御装置、７０…自動操舵装置、７１…自動操舵制御部、７２…自動操舵スイッチ、７３…保舵判定部、７４…警告部。

Claims (4)

1. ステアリングホイールと転舵輪とを結ぶ操舵機構に自動操舵力を付与するアクチュエータと、
   前記操舵機構の構成要素であるステアリングシャフトの一部分である入力軸と出力軸との間に連結されるトーションバーと、
   車両状態に応じて演算される目標操舵角に基づき前記自動操舵力の目標値である電流指令値を演算し、前記アクチュエータを制御する制御装置と、
   前記入力軸の回転角を検出する第１のセンサと、
   前記出力軸の回転角を検出する第２のセンサと、を備え、
   前記制御装置は、前記自動操舵力を発生させる自動操舵モードと、前記自動操舵力を発生させない手動操舵モードとの間で切り替え可能であって、
   前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられている場合、
   前記入力軸と前記出力軸との間の位相差に基づき、ステアリングホイールが保舵されていると判定されるとき、自動操舵を継続し、
   前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられているとき、前記入力軸の回転角よりも前記出力軸の回転角の位相が少なくとも１サンプリング時間分進んでいる場合、ステアリングホイールが保舵されている旨検出する車両用操舵装置。
2. ステアリングホイールと転舵輪とを結ぶ操舵機構に自動操舵力を付与するアクチュエータと、
   前記操舵機構の構成要素であるステアリングシャフトの一部分である入力軸と出力軸との間に連結されるトーションバーと、
   車両状態に応じて演算される目標操舵角に基づき前記自動操舵力の目標値である電流指令値を演算し、前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記自動操舵力を発生させる自動操舵モードと、前記自動操舵力を発生させない手動操舵モードとの間で切り替え可能であって、
   前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられている場合、
   前記入力軸と前記出力軸との間の位相差に基づき、ステアリングホイールが保舵されていると判定されるとき、自動操舵を継続し、
   前記制御装置は、
   前記出力軸の回転角と、前記出力軸の回転角から少なくとも１サンプリング時間分だけ進んで検出される前記入力軸の回転角との差の２乗から演算される第１の検出値と、
   前記出力軸の回転角と、前記出力軸の回転角から少なくとも１サンプリング時間分だけ遅れて検出される前記入力軸の回転角との差の２乗から演算される第２の検出値と、
   前記出力軸の回転角と、前記出力軸の回転角から少なくとも１サンプリング時間分の２倍だけ遅れて検出される前記入力軸の回転角との差、の２乗から演算される第３の検出値と、を比較することによりステアリングホイールが保舵されているかどうかを判定する車両用操舵装置。
3. 請求項２に記載の車両用操舵装置であって、
   前記制御装置は、前記第１の検出値よりも前記第２の検出値が小さい、または前記第３の検出値よりも前記第２の検出値が小さい場合、ステアリングホイールが保舵されていると判定する車両用操舵装置。
4. ステアリングホイールと転舵輪とを結ぶ操舵機構に自動操舵力を付与するアクチュエータと、
   前記操舵機構の構成要素であるステアリングシャフトの一部分である入力軸と出力軸との間に連結されるトーションバーと、
   車両状態に応じて演算される目標操舵角に基づき前記自動操舵力の目標値である電流指令値を演算し、前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記自動操舵力を発生させる自動操舵モードと、前記自動操舵力を発生させない手動操舵モードとの間で切り替え可能であって、
   前記制御装置は、自動操舵モードに切り替えられている場合、
   前記入力軸と前記出力軸との間の位相差に基づき、ステアリングホイールが保舵されていると判定されるとき、自動操舵を継続し、
   前記制御装置は、手動操舵モードに切り替えられているときにも、ステアリングホイールが保舵されているかどうかの判定処理を実行する車両用操舵装置。