JPWO2017213130A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動操舵中に運転者により操舵介入が行われても手動操舵を実現し、運転者による緊急操舵時の安全性をより確保した、アシスト制御と舵角制御を両立した電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】舵角制御のための舵角制御電流指令値を演算する舵角制御部を備え、舵角制御部は、基本舵角速度指令値を演算する位置制御部と、補償舵角速度指令値を求める操舵介入補償部と、基本舵角速度指令値、補償舵角速度指令値及び実舵角速度より舵角制御電流指令値を演算する舵角速度制御部とを具備し、操舵介入補償部は、操舵トルクに対して操舵介入補償ゲインを乗算する補償ゲイン部を具備し、補償ゲイン部を介して、操舵トルクより補償舵角速度指令値を求め、少なくとも舵角制御電流指令値を用いて電流指令値を演算する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電流指令値に基づくモータの駆動制御によって操舵系に対してアシスト制御及び舵角制御を行うことにより、自動操舵も可能とする電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵中に運転者により操舵介入が行われても、安全で且つ違和感の低減が可能な電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵系にモータの回転力で操舵補助力（アシストトルク）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、減速機構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として付与し、アシスト制御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は、アシスト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１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）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にはトーションバーが介挿されており、トーションバーの捩れ角によりハンドル１の操舵角θを検出する舵角センサ１４、操舵トルクＴｔ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）３０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３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。

なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転角センサから操舵角を取得することも可能である。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｔ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｔ及び車速Ｖに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更にインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０のモータ電流Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は、半導体スイッチング素子としてのＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

モータ２０にはレゾルバ等の回転角センサ２１が連結されており、回転角センサ２１から回転角θが検出されて出力される。

また、加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４Ｃと慣性３４Ｂを加算部３４Ｄで加算し、その加算結果に更に収れん性３４Ａを加算部３４Ｅで加算し、加算部３４Ｅの加算結果を補償信号ＣＭとしている。

近年、車両の自動運転技術の研究開発が進められており、その中の自動操舵において、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を応用する提案がなされている。ＥＰＳにより自動操舵を実現する場合、従来のＥＰＳが実行しているアシスト制御のための機構と、車両が所望の方向に走行するように操舵系を制御する舵角制御のための機構を独立して保有し、これらの出力を調整可能とする構成が一般的となっている。また、舵角制御では、操舵角の制御目標である舵角指令に対する応答性及び路面反力等に対する外乱抑圧性で優れた性能をもつ位置速度制御が用いられており、例えば、位置制御ではＰ（比例）制御、速度制御ではＰＩ（比例積分）制御が採用されている。

アシスト制御と舵角制御を独立して実行し、双方からの出力である指令値を切り換えて全体の制御を行う場合、スイッチ等により急に切り換えてしまうと、指令値が急変動し、ハンドル挙動が不自然になり、運転者へ違和感を与えるおそれがある。特開２００４−１７８８１号公報（特許文献１）では、この問題への対応として、トルク制御方式（アシスト制御に相当）と回転角制御方式（舵角制御に相当）の切り換えにおいて、双方からの指令値それぞれに係数（自動化係数及び手動化係数）を乗算して加算した値を最終指令値とし、この係数を徐々に変化させることにより、指令値の急変動を抑制するようにしている。また、回転角制御方式での位置制御ではＰ制御、速度制御ではＰＩ制御を使用している。

特許第３９１７００８号公報（特許文献２）では、設定操舵角に従ってハンド操作を自動で行い、特に駐車支援を目的とした自動操舵制御装置が提案されている。この装置では、トルク制御モード（アシスト制御に相当）と駐車支援モード（舵角制御に相当）が切り換えられるようになっており、駐車支援モードでは、予め記憶された駐車データを使用して制御を行っている。そして、駐車支援モードでの位置制御ではＰ制御、速度制御ではＰＩ制御を行っている。

特許第３９１２２７９号公報（特許文献３）はＥＰＳを直接応用したものではないが、自動操舵モードへの切り換えにより舵角制御を開始する際に、操舵速度（舵角速度）を緩やかに増加させることにより、開始時のハンドル急変動による運転者への違和感を低減している。

特開２００４−１７８８１号公報 特許第３９１７００８号公報 特許第３９１２２７９号公報

しかしながら、特許文献１では、方式の切り換え中は舵角制御に対する指令値（舵角制御指令値）が係数により制限されて最終指令値に出力されるので、制限された分だけ最終指令値が小さくなってしまう。この制限により、舵角制御指令値から算出される舵角速度に対する指令値（舵角速度指令値）に対して、モータの実速度が遅くなってしまうので、舵角速度指令値と実速度の間に偏差が発生し、速度制御内のＩ（積分）制御の積分値が蓄積しまうことになり、速度制御から更に大きな舵角制御指令値が出力されてしまうことになる。この結果、アシスト制御に対する指令値（アシスト制御指令値）に乗算する係数が徐々に大きくなっていく状態では、係数による制限が緩和されていくので、係数が大きくなるに従って舵角制御指令値が過剰な値となり、ハンドルが舵角速度指令値に対して過剰に反応し、引っ掛かり感等の違和感や不快感を運転者に与えるおそれがある。

また、特許文献１では、位置制御にＰ制御、速度制御にＰＩ制御を使用しており、舵角制御中に運転者による手入力の介入があった場合、舵角制御は舵角制御指令値に追従するように動作するので、舵角制御からアシスト制御への切換動作が行われるまで、手動により操舵することが困難となる。また、手入力検出や切換動作により時間的な遅れが発生し、運転者による操舵介入の動作を十分に行うことができないおそれがある。

特許文献２でも、位置制御にＰ制御、速度制御にＰＩ制御を用いた舵角制御を行っている。車両において舵角制御を行う場合、車速、摩擦及び路面反力の変化等により外乱や負荷状況が大きく変化するため、装置は、それらに対して耐性がある制御構成でなければならない。しかし、特許文献２記載の装置の制御構成のみでは、例えば路面反力が変化した場合や、目標操舵角が素早く変化した場合に、ステアリングホイールのマスとトーションバーによるバネによる固有振動により振動が発生し、それを運転者が違和感や不快感として感じるおそれがある。

特許文献３では、舵角制御開始時に徐々に舵角速度を増加させているが、増加が始まると舵角速度の上限値に達するまで増加し続けるので、Ｉ制御の積分値が過剰に蓄積してしまう。その結果、舵角制御指令値が過剰な値となり、ハンドルが舵角速度指令値に対して過剰に反応し、運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。

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、自動操舵中に運転者により操舵介入が行われても手動操舵を実現し、運転者による緊急操舵時の安全性をより確保した、アシスト制御と舵角制御を両立した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、電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系に対してアシスト制御及び舵角制御を行う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、少なくとも舵角指令値及び実操舵角に基づいて、前記舵角制御のための舵角制御電流指令値を演算する舵角制御部を備え、前記舵角制御部は、前記舵角指令値及び前記実操舵角に基づいて基本舵角速度指令値を演算する位置制御部と、操舵トルクに応じて操舵介入補償のための補償舵角速度指令値を求める操舵介入補償部と、前記基本舵角速度指令値及び前記補償舵角速度指令値より算出される舵角速度指令値並びに実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算する舵角速度制御部とを具備し、前記操舵介入補償部は、前記操舵トルクに対して操舵介入補償ゲインを乗算する補償ゲイン部を具備し、前記補償ゲイン部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求め、少なくとも前記舵角制御電流指令値を用いて前記電流指令値を演算することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記舵角制御部が、前記舵角速度指令値を、ＦＦフィルタを用いて拡張舵角速度指令値に変換するフィルタ部を更に具備し、前記舵角速度制御部が、前記拡張舵角速度指令値及び前記実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算することにより、或いは、前記位置制御部が、前記舵角指令値及び前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して前記基本舵角速度指令値を算出する比例ゲイン部を具備することにより、或いは、前記位置制御部が、規範モデルを用いて前記舵角指令値を目標操舵角に変換する規範モデル部と、前記目標操舵角と前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して舵角速度指令値１を算出する比例ゲイン部と、ＦＦフィルタを用いて、前記舵角指令値を舵角速度指令値２に変換するフィルタ部とを具備し、前記舵角速度指令値１に前記舵角速度指令値２を加算して前記基本舵角速度指令値を演算することにより、或いは、前記操舵介入補償ゲインが、車速が増加すると減少することにより、或いは、前記操舵介入補償部が、前記操舵トルクに対して位相補償を行う操舵介入位相補償部を更に具備し、前記補償ゲイン部及び前記操舵介入位相補償部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求めることにより、或いは、前記舵角速度制御部が、Ｉ−Ｐ制御によって前記舵角制御電流指令値を演算することにより、或いは、少なくとも前記操舵トルクに基づいて、前記アシスト制御のためのアシスト制御電流指令値を演算するアシスト制御部を更に備え、前記アシスト制御電流指令値及び前記舵角制御電流指令値より前記電流指令値を演算することにより、或いは、前記アシスト制御電流指令値を調整するために、前記アシスト制御電流指令値に対してアシスト制御出力徐変ゲインを乗算することにより、或いは、前記アシスト制御部内で求められるアシストマップ出力電流に対してアシストマップ徐変ゲインを乗算することにより、或いは、値がゼロの前記アシスト制御出力徐変ゲインを前記アシスト制御電流指令値に乗算することにより、前記操舵系に対して前記舵角制御のみを行うようにすることにより、或いは、前記舵角制御部が、前記舵角制御電流指令値に対して、予め設定された制限値によって制限をかける舵角制御電流指令値制限部を更に具備することにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、舵角制御において、ゲインを利用して操舵介入の補償を行っているので、自動操舵中に操舵介入があっても安全で且つ違和感を低減できる。

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。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。 本発明に関わる車両システム全体の構成例を示すブロック図である。 切換判定／徐変ゲイン生成部の構成例を示すブロック図である。 手入力判定部の構成例を示すブロック図である。 操舵状態に応じた徐変ゲインの変化例を示すグラフである。 舵角制御部及び切換部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 舵角指令値可変制限部での制限値の例を示す特性図である。 位置制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 操舵介入補償部の構成例を示すブロック図である。 操舵介入補償ゲインの車速に対する変化例を示す特性図である。 速度指令値可変制限部での制限値の例を示す特性図である。 舵角速度制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ハンドル制振部の構成例を示すブロック図である。 舵角制御電流指令値制限部での制限値の例を示す特性図である。 ＥＰＳ側ＥＣＵの動作例を示すフローチャートである。 切換判定／徐変ゲイン生成部の動作例を示すフローチャートである。 舵角制御部の動作例（第１実施形態）の一部を示すフローチャートである。 舵角制御部の動作例（第１実施形態）の一部を示すフローチャートである。 シミュレーションで使用する運転者の操舵モデルの例を示すブロック図である。 操舵介入補償に関するシミュレーションでの目標角度、実操舵角及び操舵トルクの時間応答の例を示すグラフである。 操舵介入補償に関するシミュレーションでの実操舵角及び操舵トルクの変化例を示すグラフである。 舵角指令値に対する追従性に関するシミュレーション結果を示すグラフである。 ハンドル振動に関するシミュレーション結果を示すグラフである。 操舵状態移行時の目標舵角速度、徐変ゲイン及び制限値の変化例（第１実施形態）を示すグラフである。 舵角制御部及び切換部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 ＦＦフィルタに関するシミュレーションでの舵角速度指令値から実舵角速度までの周波数特性例を示す特性図である。 ＦＦフィルタに関するシミュレーション結果を示すグラフである。 舵角制御部及び切換部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 位置制御部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 位置制御部のＦＦフィルタゲインの車速に対する変化例を示す特性図である。 舵角制御部の動作例（第３実施形態）の一部を示すフローチャートである。 舵角制御部の動作例（第３実施形態）の一部を示すフローチャートである。 規範モデル及びＦＦフィルタに関するシミュレーションでの舵角速度指令値から実操舵角までの伝達関数の周波数特性例を示す特性図である。 規範モデル及びＦＦフィルタに関するシミュレーションでの各伝達関数の周波数特性例を示す特性図である。 規範モデル及びＦＦフィルタに関するシミュレーション結果を示すグラフである。 舵角速度制御部の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 舵角速度制御部の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。 操舵状態移行時の目標舵角速度、徐変ゲイン及び制限値の変化例（第６実施形態）を示すグラフである。

本発明に係る電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、従来のＥＰＳの機能であるアシスト制御と、自動運転における自動操舵で必要となる舵角制御を行う。アシスト制御及び舵角制御は、それぞれアシスト制御部及び舵角制御部で実行され、各部から出力されるアシスト制御電流指令値及び舵角制御電流指令値を用いて、モータを駆動制御するための電流指令値を演算する。自動操舵（自動操舵状態）では舵角制御とアシスト制御の両方が実行され、運転者が操舵に関与する手動操舵（手動操舵状態）ではアシスト制御が実行される。自動操舵中での操舵介入により発生する違和感を軽減するために、操舵トルクに応じた操舵介入補償を行う。具体的には、予め用意された操舵介入補償ゲインにより操舵介入補償部で求められた補償値（補償舵角速度指令値）により、舵角速度指令値を補償する。操舵介入補償ゲインは、車速に応じて変化させることも可能である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

先ず、本発明に係る電動パワーステアリング装置を含む車両システム全体について説明する。

図３は本発明に関わる車両システム全体の構成例（第１実施形態）を示しており、車両に搭載されるＥＣＵ（以下、「車両側ＥＣＵ」とする）１００、ＥＰＳに搭載されるＥＣＵ（以下、「ＥＰＳ側ＥＣＵ」とする）２００、及びプラント４００からなる。

車両側ＥＣＵ１００は、車両状態量検出部１１０、切換指令部１２０、目標軌道演算部１３０及び車両運動制御部１４０を備える。

車両状態量検出部１１０は、車載カメラ、距離センサ、角速度センサ、加速度センサ等を備え、それらから検出されるデータを車両状態量Ｃｖとして、切換指令部１２０、目標軌道演算部１３０及び車両運動制御部１４０に出力する。

切換指令部１２０は、車両状態量Ｃｖと共に、動作モードを切り換えるための信号Ｓｇをダッシュボード等に設けられたボタンやスイッチ等から入力し、切換信号ＳＷをＥＰＳ側ＥＣＵ２００に出力する。動作モードには「アシスト制御モード」と「舵角制御モード」があり、「アシスト制御モード」は手動操舵に対応したモードであり、「舵角制御モード」は自動操舵に対応したモードである。運転者の意思を示す信号Ｓｇの値を基に、車両状態量Ｃｖ中の各データの値を加味して動作モードを決定し、決定した動作モードを切換信号ＳＷとして出力する。

目標軌道演算部１３０は、車両状態量Ｃｖに基づいて、既存の方法により目標軌道Ａｍを演算し、車両運動制御部１４０に出力する。

車両運動制御部１４０は舵角指令値生成部１４１を備えており、舵角指令値生成部１４１は、目標軌道Ａｍ及び車両状態量Ｃｖに基づいて、操舵角の制御目標値である舵角指令値θｒｅｆを生成し、ＥＰＳ側ＥＣＵ２００に出力する。

ＥＰＳ側ＥＣＵ２００は、ＥＰＳ状態量検出部２１０、切換判定／徐変ゲイン生成部２２０、舵角制御部３００、アシスト制御部２３０、切換部２４０、電流制御／駆動部２５０及びモータ電流検出器３８を備えている。

ＥＰＳ状態量検出部２１０は、角度センサ、トルクセンサ及び速度センサを備え、ＥＰＳ状態量を検出する。具体的には、角度センサはハンドル舵角（トーションバーの上側の角度）θｈを実操舵角θｒとして検出し、トルクセンサは操舵トルクＴｔを検出し、速度センサは車速Ｖを検出する。また、実操舵角θｒに対して微分演算を行うことにより、実舵角速度ωｒを算出する。実操舵角θｒ及び実舵角速度ωｒは舵角制御部３００に入力され、操舵トルクＴｔは切換判定／徐変ゲイン生成部２２０、舵角制御部３００及びアシスト制御部２３０に入力され、車速Ｖは舵角制御部３００及びアシスト制御部２３０に入力される。なお、実操舵角θｒとしてコラム舵角（トーションバーの下側の角度）を使用しても良く、モータ角度センサ（回転角センサ）を備え、モータの回転角を実操舵角θｒとしても良い。更に、実操舵角θｒ及び車速Ｖは車両側ＥＣＵ１００で検出して、ＥＰＳ側ＥＣＵ２００に送信するようにしても良い。また、実舵角速度ωｒは、モータ角度センサで検出される回転角の差分演算とギア比から算出しても良く、実操舵角θｒの差分演算から算出しても良い。ＥＰＳ状態量検出部２１０の最終段に、高周波ノイズ低減のためにＬＰＦ（ローパスフィルタ）を挿入しても良く、その場合、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）とゲインにより実舵角速度ωｒを算出しても良い。

切換判定／徐変ゲイン生成部２２０は、車両側ＥＣＵ１００からの切換信号ＳＷ及び操舵トルクＴｔに基づいて自動操舵と手動操舵の切換判定を行い、その判定結果に基づいて徐変ゲインを決定する。徐変ゲインとして、舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１、速度制御徐変ゲインＧｆａ２、速度指令徐変ゲインＧｆａ３、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４、アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１及びアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２を求め、Ｇｆａ１及びＧｆｔ１は切換部２４０に、Ｇｆａ２、Ｇｆａ３及びＧｆａ４は舵角制御部３００に、Ｇｆｔ２はアシスト制御部２３０に入力される。切換判定／徐変ゲイン生成部２２０の詳細については後述する。

舵角制御部３００は、舵角制御を行うために、車両側ＥＣＵ１００からの舵角指令値θｒｅｆ、実操舵角θｒ、実舵角速度ωｒ、操舵トルクＴｔ、車速Ｖ並びに徐変ゲインＧｆａ２、Ｇｆａ３及びＧｆａ４を用いて、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１を算出する。舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１は切換部２４０に入力される。なお、実舵角速度ωｒを、ＥＰＳ状態量検出部２１０ではなく、舵角制御部３００で算出しても良い。舵角制御部３００の詳細については後述する。

アシスト制御部２３０は、アシスト制御を行うために、例えば、図２に示される構成例での電流指令値演算部３１、電流制限部３３、補償信号生成部３４及び加算部３２Ａを備え、操舵トルクＴｔ及び車速Ｖに基づいて、アシストマップを使用して、図２での電流指令値Ｉｒｅｆｍに相当するアシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴ１を算出する。但し、図２の構成例とは異なり、切換判定／徐変ゲイン生成部２２０から出力されるアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２を入力し、電流指令値演算部３１からの出力（アシストマップ出力電流）に乗算し、乗算結果を加算部３２Ａに入力する。電流指令値演算部３１で用いられるアシストマップは操舵トルクＴｔに対する電流指令値の特性を定めたマップであり、車速感応型で、車速Ｖが増加すると電流指令値が減少する特性となっている。なお、電流制限部３３及び／又は補償信号生成部３４はなくても良い。

切換部２４０は、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１、アシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴ１並びに徐変ゲインＧｆａ１及びＧｆｔ１を用いて、電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。切換部２４０の詳細については後述する。

電流制御／駆動部２５０は、例えば、図２に示される構成例での減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７を備え、電流指令値Ｉｒｅｆとモータ電流検出器３８で検出されるモータ電流Ｉｍを用いて、図２の構成例と同様の動作により、モータを駆動制御する。

プラント４００は、ハンドル操舵における運転者の特性とＥＰＳ及び車両のメカ特性を模擬した制御対象の物理モデルであり、運転者操舵伝達特性４１０及びメカ伝達特性４２０を備える。運転者の操舵により発生するハンドル手入力トルクＴｈ及びＥＰＳ側ＥＣＵ２００からのモータ電流Ｉｍに基づいてメカ系が動作し、それにより車両及びＥＰＳに関する状態情報ＥＶが生じるので、メカ伝達特性４２０は、その状態情報ＥＶを出力する。車両側ＥＣＵ１００の車両状態量検出部１１０及びＥＰＳ側ＥＣＵ２００のＥＰＳ状態量検出部２１０は、この状態情報ＥＶから、車両状態量Ｃｖ及びＥＰＳ状態量をそれぞれ検出する。状態情報ＥＶ中のハンドル舵角θｈに応じて運転者の操舵によるハンドル手入力トルクＴｈが発生するので、運転者操舵伝達特性４１０は、そのハンドル手入力トルクＴｈを出力する。

次に、ＥＰＳ側ＥＣＵ２００の切換判定／徐変ゲイン生成部２２０、舵角制御部３００及び切換部２４０について、詳細に説明する。

図４は切換判定／徐変ゲイン生成部２２０の構成例を示しており、切換判定／徐変ゲイン生成部２２０は切換判定部２２１及び徐変ゲイン生成部２２２を備え、切換判定部２２１は手入力判定部２２３及び操舵状態判定部２２４を備える。

手入力判定部２２３は、操舵トルクＴｔを用いて手入力の有無を判定する。手入力判定部２２３の構成例を図５に示しており、手入力判定部２２３は平滑化フィルタ部２２５、絶対値化部２２６及び判定処理部２２７を備える。平滑化フィルタ部２２５は平滑化フィルタを有しており、操舵トルクＴｔを平滑化フィルタにより平滑化し、平滑後の操舵トルクＴｔ’を出力する。操舵トルクＴｔ’は絶対値化部２２６に入力され、絶対値化部２２６は操舵トルクＴｔ’の絶対値（絶対値データ）｜Ｔｔ’｜を出力する。絶対値｜Ｔｔ’｜は判定処理部２２７に入力される。判定処理部２２７は予め定められた閾値Ｔｔｈと絶対値｜Ｔｔ’｜を比較し、絶対値｜Ｔｔ’｜が閾値Ｔｔｈ以上の場合、「手入力あり」と判定し、絶対値｜Ｔｔ’｜が閾値Ｔｔｈ未満の場合、「手入力なし」と判定し、判定結果を手入力判定信号Ｊｈとして出力する。

操舵状態判定部２２４は、車両側ＥＣＵ１００からの切換信号ＳＷ及び手入力判定信号Ｊｈから操舵状態を判定する。切換信号ＳＷが「アシスト制御モード」又は手入力判定信号Ｊｈが「手入力あり」の場合、操舵状態は「手動操舵」であると判定し、そうではない場合、つまり、切換信号ＳＷが「舵角制御モード」であり且つ手入力判定信号Ｊｈが「手入力なし」の場合、操舵状態は「自動操舵」であると判定する。判定結果は、操舵状態判定信号Ｊｓとして出力する。なお、手入力判定信号Ｊｈのみから操舵状態を判定しても良い。つまり、手入力判定信号Ｊｈが「手入力あり」の場合、操舵状態は「手動操舵」であると判定し、手入力判定信号Ｊｈが「手入力なし」の場合、操舵状態は「自動操舵」であると判定しても良い。

徐変ゲイン生成部２２２は、操舵状態判定信号Ｊｓに基づいて徐変ゲインを決定する。徐変ゲインは操舵状態によって異なる値を取り、操舵状態は操舵状態判定信号Ｊｓにより判断する。

徐変ゲインＧｆａ１、Ｇｆａ２、Ｇｆａ３及びＧｆａ４は、自動操舵状態では１００％、手動操舵状態では０％であり、自動操舵状態から手動操舵状態へ及び手動操舵状態から自動操舵状態への移行に際しては、値が徐々に変化する。例えば、自動操舵状態から手動操舵状態へ移行する場合、徐変ゲインＧｆａ１〜Ｇｆａ４は、図６（Ａ）に示されるように変化する。即ち、時点ｔ１で操舵状態判定信号Ｊｓが「自動操舵」から「手動操舵」に変わると、その時点から徐変ゲインは逐次減少し、時点ｔ２において０％となる。手動操舵状態から自動操舵状態へ移行する場合は、これとは逆に、操舵状態判定信号Ｊｓが「自動操舵」に変わった時点から徐変ゲインは逐次増加する。徐変ゲインが減少中又は増加中（以下、この状態を「切換状態」とする）に操舵状態判定信号Ｊｓの値が変わったら、徐変ゲインは、減少中ならば増加に、増加中ならば減少に転じる。なお、図６（Ａ）では切換状態での徐変ゲインは直線的に変化させているが、切換動作を円滑にするために、Ｓ字カーブのように変化させても良く、直線的に変化する徐変ゲインをＬＰＦ、例えばカットオフ周波数が２Ｈｚの１次ＬＰＦに通して使用しても良い。また、徐変ゲインＧｆａ１〜Ｇｆａ４は連動した同じ変化をする必要はなく、それぞれ独立した変化をしても良い。

アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１は、自動操舵状態ではαｔ１［％］（０≦αｔ１≦１５０）、手動操舵状態では１００％であり、図６（Ｂ）に示されるように、徐変ゲインＧｆａ１〜Ｇｆａ４の場合と同様に、切換状態では値を徐々に変化させる。

アシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２は、自動操舵状態ではαｔ２［％］（０≦αｔ２≦１５０）、手動操舵状態では１００％であり、図６（Ｃ）に示されるように、徐変ゲインＧｆａ１〜Ｇｆａ４の場合と同様に、切換状態では値を徐々に変化させる。

舵角制御部３００及び切換部２４０の構成例を図７に示す。舵角制御部３００は、舵角指令値可変制限部３１０、可変レート制限部３２０、ハンドル振動除去部３３０、位置制御部３４０、操舵介入補償部３５０、速度指令値可変制限部３６０、舵角速度制御部３７０、ハンドル制振部３８０、舵角制御電流指令値制限部３９０、乗算部３９１及び３９２並びに加算部３９３及び３９４を備え、切換部２４０は、乗算部２４１及び２４２並びに加算部２４３を備える。

舵角制御部３００の舵角指令値可変制限部３１０は、車両側ＥＣＵ１００から受信する自動操舵等のための舵角指令値θｒｅｆに対して、通信エラー等による異常な値や過剰な値が舵角制御に入力されるのを防止するために、制限値（上限値、下限値）を設定して制限をかけ、舵角指令値θｒｅｆ１として出力する。自動操舵状態及び手動操舵状態において適切な制限値を設定すべく、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４に応じて制限値を設定する。例えば、図８に示されるように、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４が１００％の場合を自動操舵状態であると判断して、実線で示される制限値で制限をかけ、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４が０％の場合を手動操舵状態であると判断して、破線で示されるような自動操舵状態のときよりも絶対値が小さい制限値で制限をかける。舵角指令徐変ゲインＧｆａ４が０〜１００％の間の場合は切換状態であると判断して、実線と破線の間の値で制限をかける。切換状態のとき、実線の自動操舵状態での制限値又は破線の手動操舵状態での制限値で制限をかけても良い。なお、上限値の大きさ（絶対値）と下限値の大きさは異なっても良い。

可変レート制限部３２０は、舵角指令値θｒｅｆの急変によって、舵角制御の出力である舵角制御電流指令値が急激に変動することを避けるために、舵角指令値θｒｅｆ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、舵角指令値θｒｅｆ２を出力する。例えば、１サンプル前の舵角指令値θｒｅｆ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、舵角指令値θｒｅｆ１を加減算し、舵角指令値θｒｅｆ２として出力し、制限値以下の場合は、舵角指令値θｒｅｆ１をそのまま舵角指令値θｒｅｆ２として出力する。舵角指令値可変制限部３１０の場合と同様に、自動操舵状態及び手動操舵状態において適切な制限値を設定すべく、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４に応じて制限値を設定する。舵角指令徐変ゲインＧｆａ４より操舵状態を判断し、自動操舵状態では予め定められた制限値とし、手動操舵状態では制限値をゼロとし、舵角指令値θｒｅｆ２が変化せずに一定となるようにする。切換状態では両制限値の中間の値を使用するが、自動操舵状態での制限値又は手動操舵状態での制限値を使用しても良い。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良い。

乗算部３９１では、舵角指令値θｒｅｆ２に舵角指令徐変ゲインＧｆａ４が乗算され、舵角指令値θｒｅｆ３として出力される。これにより、自動操舵状態から手動操舵状態への切換状態における後述のハンドル振動除去部３３０から出力される目標操舵角θｔをゼロに漸近させ、舵角制御を中立状態に作用させることができる。

ハンドル振動除去部３３０は、舵角指令値θｒｅｆ３に含まれる振動周波数成分を低減する。自動操舵中、舵角指令が変化しているときに、舵角指令値θｒｅｆ３に、トーションバーのバネ性及びステアリングホイールの慣性モーメントによる振動を励起する周波数（約１０Ｈｚ前後）成分が発生する。この舵角指令値θｒｅｆ３に含まれるハンドル振動周波数成分を、ＬＰＦやノッチフィルタ等でのフィルタ処理又は位相遅れ補償により低減し、目標操舵角θｔを出力する。フィルタとしては、ハンドル振動周波数の帯域のゲインを下げ、ＥＣＵに実装可能であれば、任意のフィルタを使用して良い。ハンドル振動除去部３３０の手前に、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４を乗算する乗算部３９１を設置することにより、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４の乗算により発生するハンドル振動周波数成分の低減を可能としている。なお、ハンドル振動周波数成分が微小な場合等では、ハンドル振動除去部３００を省略しても良い。

位置制御部３４０は、Ｐ（比例）制御により、目標操舵角θｔと実操舵角θｒの偏差に基づいて、目標操舵角θｔに実操舵角θｒを近づけるための舵角速度指令値（基本舵角速度指令値）ωｒｅｆ１を算出する。

位置制御部３４０の構成例を図９に示す。位置制御部３４０は、比例ゲイン部３４１及び減算部３４２を備える。減算部３４２にて目標操舵角θｔと実操舵角θｒの偏差θｅ（＝θｔ−θｒ）が求められ、偏差θｅは比例ゲイン部３４１に入力される。比例ゲイン部３４１は、偏差θｅに比例ゲインＫｐｐを乗算し、舵角速度指令値ωｒｅｆ１を算出する。

操舵介入補償部３５０は、操舵トルクＴｔに応じた操舵介入補償のための舵角速度指令値（補償舵角速度指令値）ωｒｅｆ２を算出する。舵角速度指令値ωｒｅｆ２と位置制御部３４０からの舵角速度指令値ωｒｅｆ１を加算したものが舵角速度指令値ωｒｅｆとなり、操舵介入補償部３５０の機能により、操舵トルクの発生を緩和する方向に舵角速度指令値を生成することができ、自動操舵中での操舵介入を実現することができる。

操舵介入補償部３５０の構成例を図１０に示す。操舵介入補償部３５０は、補償ゲイン部３５１及び操舵介入位相補償部３５２を備える。

補償ゲイン部３５１は、操舵トルクＴｔに操舵介入補償ゲインＫｔｐを乗算し、舵角速度指令値ωｒｅｆｔを算出する。操舵介入補償ゲインＫｔｐは、車速Ｖに応じて変化する車速感応ゲインであり、チューニングにより調整されている。例えば、図１１に示されるように、車速Ｖが増加するにつれて、操舵介入補償ゲインＫｔｐは減少するようになっている。これにより、高車速ほど重いフィールにすることができる。アシスト制御部２３０で使用するアシストマップも車速Ｖが増加するにつれてアシスト制御電流指令値が減少する車速感応マップであるから、高速走行時に運転者により操舵介入があった場合、舵角速度指令値及びアシスト制御電流指令値の増加は抑えられ、急な操舵とならず、安全な操舵が可能である。なお、図１１では操舵介入補償ゲインＫｔｐは折れ線のように変化しているが、曲線的に変化するようにしても良い。

操舵介入位相補償部３５２は、位相補償として位相進み補償を設定し、舵角速度指令値ωｒｅｆｔを舵角速度指令値ωｒｅｆ２に変換する。例えば、分子のカットオフ周波数を１．０Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を１．３Ｈｚとした１次フィルタで位相進み補償を行う。これにより、急操舵した場合等でのスッキリ感や引っ掛かり感を改善することができる。なお、コスト重視の場合等では、操舵介入位相補償部３５２は省略可能である。また、操舵介入位相補償部３５２を、補償ゲイン部３５１への操舵トルクＴｔの入力の前段に設置しても良い。この場合、操舵介入位相補償部３５２には操舵トルクＴｔが入力され、位相補償された操舵トルクが補償ゲイン部３５１に入力されることになる。

加算部３９３では、位置制御部３４０から出力される舵角速度指令値ωｒｅｆ１及び操舵介入補償部３５０から出力される舵角速度指令値ωｒｅｆ２が加算され、舵角速度指令値ωｒｅｆとして出力される。

乗算部３９２では、舵角速度指令値ωｒｅｆに速度指令徐変ゲインＧｆａ３が乗算され、舵角速度指令値ωｒｅｆｇとして出力される。速度指令徐変ゲインＧｆａ３は、手動操舵状態から自動操舵状態への切換時に円滑な切換を実現するために用いられる。なお、速度指令徐変ゲインＧｆａ３は、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１に乗算される舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１と同期して変化する（完全な同期でなくても良い）。

速度指令値可変制限部３６０は、舵角速度指令値ωｒｅｆｇに対して、制限値（上限値、下限値）を設定して制限をかけ、目標舵角速度ωｔを出力する。制限値は、速度指令徐変ゲインＧｆａ３に応じて設定される。例えば、速度指令徐変ゲインＧｆａ３が所定の閾値未満では、制限値の大きさ（絶対値）を図１２の破線で示されるような小さい値とし、それ以上では制限値の大きさを実線で示される値まで大きくする。なお、所定の閾値を切換状態での速度指令徐変ゲインＧｆａ３の任意の値とし、Ｇｆａ３が所定の閾値未満では、制限値の大きさは破線の小さい値で固定とし、Ｇｆａ３が所定の閾値を超えたら、実線のところまで制限値の大きさを徐々に大きくするようにしても良い。なお、上限値の大きさと下限値の大きさは異なっても良い。

舵角速度制御部３７０は、目標舵角速度ωｔ、実舵角速度ωｒ及び速度制御徐変ゲインＧｆａ２を入力し、実舵角速度ωｒが目標舵角速度ωｔに追従するような舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷを、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により算出する。

舵角速度制御部３７０の構成例を図１３に示す。舵角速度制御部３７０は、ゲイン乗算部３７１及び３７２、積分部３７３、減算部３７４及び３７５並びに乗算部３７６を備える。

ゲイン乗算部３７１は、減算部３７４で算出される目標舵角速度ωｔ及び実舵角速度ωｒの偏差ωｅ（＝ωｔ−ωｒ）にゲインＫｖｉを乗算し、操作量Ｄ１を出力する。積分部３７３は、操作量Ｄ１を積分し、制御量Ｉｒ１を算出する。乗算部３７６では、制御量Ｉｒ１に速度制御徐変ゲインＧｆａ２が乗算させ、制御量Ｉｒ３として出力される。速度制御徐変ゲインＧｆａ２の乗算は、手動操舵状態と自動操舵状態間の円滑な切換を実現するために行われ、これにより、切換時の舵角速度制御での積分値の蓄積の影響を緩和することができる。ゲイン乗算部３７２は、実舵角速度ωｒにゲインＫｖｐを乗算し、制御量Ｉｒ２を出力する。減算部３７５では、制御量Ｉｒ３とＩｒ２の偏差（Ｉｒ３−Ｉｒ２）が算出され、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷとして出力される。なお、積分部３７３の積分として、実装上実現可能な積分方式であれば、任意の方式を使用可能であり、擬似積分を使用する場合は、１次遅れの伝達関数及びゲインで構成すれば良い。また、速度制御徐変ゲインＧｆａ２は、舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１と同期して変化させても良い。

なお、舵角速度制御部３７０はＩ−Ｐ制御を使用しているが、目標舵角速度に対して実舵角速度を追従させられるならば、一般的に使用されている制御方法を使用しても良い。例えばＰＩ制御、２自由度ＰＩ制御、モデル規範制御、モデルマッチング制御、ロバスト制御、更に、外乱を推定し、外乱成分を打ち消す補償手段を一部に組み合わせた制御方法等を使用しても良い。

ハンドル制振部３８０は、トーションバートルク信号である操舵トルクＴｔに基づいて、ハンドルの振動を制振する。自動操舵中のハンドル振動に対して、ハンドル振動除去部３３０も効果を奏するが、ハンドル制振部３８０により、更に効果を向上させることができる。ハンドル制振部３８０は、ゲインと位相補償によりハンドル振動の制振を行い、トーションバーの捩れを解消する方向に働く舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＶを出力する。また、ハンドル制振部３８０は、捩れ角を低減する方向に働き、運転者による手入力の介入時の引っ掛かりの違和感を低減する効果も兼ねている。

ハンドル制振部３８０の構成例を図１４に示す。ハンドル制振部３８０は、ゲイン部３８１及び制振位相補償部３８２を備える。ゲイン部３８１は、操舵トルクＴｔにゲインＫｖを乗算し、制御量Ｉｒｖを出力する。制振位相補償部３８２は、例えば１次フィルタで構成され、制御量Ｉｒｖを舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＶに変換する。１次フィルタではなく、２次以上の位相補償フィルタで構成しても良い。

加算部３９４では、舵角速度制御部３７０から出力される舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷ及びハンドル制振部３８０から出力される舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＶが加算され、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ２として出力される。

舵角制御電流指令値制限部３９０は、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ２に対して、過出力防止のために、制限値（上限値、下限値）を設定して制限をかけ、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１を出力する。例えば、図１５に示されるように、上限値及び下限値を設定して舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ２に対して制限をかける。なお、上限値の大きさ（絶対値）と下限値の大きさは異なっても良い。

切換部２４０は、乗算部２４１及び２４２並びに加算部２４３で構成されている。

切換部２４０の乗算部２４１では、舵角制御部３００から出力される舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１に、切換判定／徐変ゲイン生成部２２０から出力される舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１が乗算され、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰとして出力される。舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１は、手動操舵状態と自動操舵状態間の切換動作を円滑に行い、運転者への違和感や安全性等を実現するために用いられる。乗算部２４２では、アシスト制御部２３０から出力されるアシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴ１にアシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１が乗算され、アシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴとして出力される。アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１は、手動操舵状態と自動操舵状態間の切換動作を円滑に行い、自動運転中の運転者による操舵介入を実現するために用いられる。加算部２４３では、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ及びアシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴが加算され、電流指令値Ｉｒｅｆとして出力される。

前述のアシスト制御部２３０で使用されるアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２も、アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１と同じ目的で用いられる。自動操舵状態において、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、Ｇｆｔ１をαｔ１に、Ｇｆｔ２をαｔ２に設定し、αｔ１及びαｔ２を調整することにより、システムの安定性を向上させ、振動の発生を抑えることが可能となる。また、自動操舵状態におけるシステムの安定性を維持できるのであれば、簡易的にαｔ１を０％、αｔ２を１００％としても良い。この場合、αｔ１は０％ということより、アシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴはゼロ指令となり、アシスト制御をなくした状態においても操舵介入を実現できることとなる。

このような構成において、ＥＰＳ側ＥＣＵ２００の動作例を、図１６〜図１９のフローチャートを参照して説明する。

動作を開始すると、ＥＰＳ状態量検出部２１０は実操舵角θｒ、操舵トルクＴｔ、車速Ｖを検出し（ステップＳ１０）、実操舵角θｒを舵角制御部３００に、操舵トルクＴｔを切換判定／徐変ゲイン生成部２２０、舵角制御部３００及びアシスト制御部２３０に、車速Ｖを舵角制御部３００及びアシスト制御部２３０にそれぞれ出力する。更に、ＥＰＳ状態量検出部２１０は、実操舵角θｒより実舵角速度ωｒを算出し（ステップＳ２０）、舵角制御部３００に出力する。

操舵トルクＴｔを入力した切換判定／徐変ゲイン生成部２２０は、車両側ＥＣＵ１００から出力される切換信号ＳＷの入力の有無も踏まえて自動操舵と手動操舵の切換判定を行い、その判定結果に基づいて徐変ゲインを決定し（ステップＳ３０）、徐変ゲインＧｆａ２、Ｇｆａ３及びＧｆａ４を舵角制御部３００に、Ｇｆｔ２をアシスト制御部２３０に、Ｇｆａ１及びＧｆｔ１を切換部２４０にそれぞれ出力する。切換判定／徐変ゲイン生成部２２０の動作の詳細については後述する。

舵角制御部３００は、車両側ＥＣＵ１００からの舵角指令値θｒｅｆ、ＥＰＳ状態量検出部２１０からの実操舵角θｒ、実舵角速度ωｒ、操舵トルクＴｔ及び車速Ｖ、並びに切換判定／徐変ゲイン生成部２２０からの徐変ゲインＧｆａ２、Ｇｆａ３及びＧｆａ４を入力し、それらを用いて舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１を算出し（ステップＳ４０）、切換部２４０に出力する。舵角制御部３００の動作の詳細については後述する。

アシスト制御部２３０は、操舵トルクＴｔ、車速Ｖ及びアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２を入力し、図２に示される電流指令値演算部３１と同様の動作により、アシストマップ出力電流（電流値）を算出する（ステップＳ５０）。そして、アシストマップ出力電流にアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２を乗算し（ステップＳ６０）、乗算結果に対して、図２に示される加算部３２Ａ、電流制限部３３及び補償信号生成部３４と同様の動作を行い、アシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴ１を算出し（ステップＳ７０）、切換部２４０に出力する。

切換部２４０は、入力した舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１に対して舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１を乗算部２４１で乗算し（ステップＳ８０）、乗算結果である舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰを加算部２４３に出力する。また、入力したアシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴ１に対してアシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１を乗算部２４２で乗算し（ステップＳ９０）、乗算結果であるアシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴを加算部２４３に出力する。加算部２４３は、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ及びアシスト制御電流指令値ＩｒｅｆＴを加算し（ステップＳ１００）、加算結果である電流指令値Ｉｒｅｆを電流制御／駆動部２５０に出力する。

電流制御／駆動部２５０は、図２に示される減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７と同様の動作により、電流指令値Ｉｒｅｆ及びモータ電流検出器３８で検出されたモータ電流Ｉｍを用いて、モータ電流Ｉｍが電流指令値Ｉｒｅｆに追従するように制御し（ステップＳ１１０）、モータを駆動制御する。

切換判定／徐変ゲイン生成部２２０の動作例の詳細を、図１７のフローチャートを参照して説明する。なお、操舵状態判定部２２４において、操舵状態判定信号Ｊｓには、初期値として「手動操舵」が設定されているとする。

入力した操舵トルクＴｔは、切換判定部２２１内の手入力判定部２２３に入力される。手入力判定部２２３は、操舵トルクＴｔを平滑化フィルタ部２２５で平滑化し（ステップＳ２１０）、平滑後の操舵トルクＴｔ’の絶対値｜Ｔｔ’｜を絶対値化部２２６で求める（ステップＳ２２０）。絶対値｜Ｔｔ’｜は判定処理部２２７に入力される。判定処理部２２７は、絶対値｜Ｔｔ’｜が閾値Ｔｔｈ以上の場合（ステップＳ２３０）、「手入力あり」と判定し（ステップＳ２４０）、絶対値｜Ｔｔ’｜が閾値Ｔｔｈ未満の場合（ステップＳ２３０）、「手入力なし」と判定し（ステップＳ２５０）、判定結果である手入力判定信号Ｊｈを操舵状態判定部２２４に出力する。

操舵状態判定部２２４は、切換信号ＳＷの入力の有無を確認し（ステップＳ２６０）、切換信号ＳＷを入力しており、切換信号ＳＷが「アシスト制御モード」又は手入力判定信号Ｊｈが「手入力あり」の場合（ステップＳ２７０）、操舵状態判定信号Ｊｓを「手動操舵」に更新し（ステップＳ２８０）、そうではない場合（ステップＳ２７０）、操舵状態判定信号Ｊｓを「自動操舵」に更新する（ステップＳ２９０）。切換信号ＳＷを入力していない場合は、操舵状態判定信号Ｊｓはそのままとする。操舵状態判定信号Ｊｓは徐変ゲイン生成部２２２に入力される。

徐変ゲイン生成部２２２は、操舵状態判定信号Ｊｓの値を確認する（ステップＳ３００）。操舵状態判定信号Ｊｓが「手動操舵」の場合、各徐変ゲイン（Ｇｆａ１〜Ｇｆａ４、Ｇｆｔ１、Ｇｆｔ２）を手動操舵状態での値（Ｇｆａ１〜Ｇｆａ４では０％、Ｇｆｔ１及びＧｆｔ２では１００％）に遷移させる（ステップＳ３１０）。操舵状態判定信号Ｊｓが「自動操舵」の場合、各徐変ゲインを自動操舵状態での値（Ｇｆａ１〜Ｇｆａ４では１００％、Ｇｆｔ１では１２０％、Ｇｆｔ２では３００％）に遷移させる（ステップＳ３２０）。

舵角制御部３００の動作例の詳細を、図１８及び図１９のフローチャートを参照して説明する。

舵角指令値可変制限部３１０は、入力した舵角指令徐変ゲインＧｆａ４の値を確認し（ステップＳ４１０）、Ｇｆａ４が０％の場合、制限値を、図８に示される「手動操舵時」の制限値とし（ステップＳ４２０）、Ｇｆａ４が１００％の場合、図８に示される「自動操舵時」の制限値とし（ステップＳ４３０）、Ｇｆａ４が０〜１００％の場合、中間の値を制限値とする（ステップＳ４４０）。そして、設定された制限値を用いて、車両側ＥＣＵ１００から入力した舵角指令値θｒｅｆに対して制限をかけ（ステップＳ４５０）、舵角指令値θｒｅｆ１を出力する。

舵角指令値θｒｅｆ１は、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４及び実操舵角θｒと共に、可変レート制限部３２０に入力される。可変レート制限部３２０は、舵角指令徐変ゲインＧｆａ４の値を確認し（ステップＳ４６０）、Ｇｆａ４が０％の場合、制限値をゼロとし（ステップＳ４７０）、保持している１サンプル前の舵角指令値θｒｅｆ１の値を実操舵角θｒの値にする（ステップＳ４７１）。ステップＳ４７１は、Ｇｆａ４が０％より大きくなる舵角制御が開始された時点では、前の舵角制御終了時の値が残った状態であり、その値をそのまま使用すると舵角指令値の急変によりハンドルが急変するおそれがあるので、実操舵角θｒと一致させた状態で開始させることにより急変を抑制するための処置である。Ｇｆａ４が１００％の場合、制限値を予め定められた値とし（ステップＳ４８０）、Ｇｆａ４が０〜１００％の場合、中間の値を制限値とする（ステップＳ４９０）。そして、舵角指令値θｒｅｆ１と１サンプル前の舵角指令値θｒｅｆ１との差分（変化量）を算出する（ステップＳ５００）。変化量の絶対値が制限値より大きい場合（ステップＳ５１０）、変化量の絶対値が制限値となるように、舵角指令値θｒｅｆ１を加減算し（ステップＳ５２０）、舵角指令値θｒｅｆ２として出力する（ステップＳ５３０）。変化量の絶対値が制限値以下の場合（ステップＳ５１０）、舵角指令値θｒｅｆ１をそのまま舵角指令値θｒｅｆ２として出力する（ステップＳ５３０）。

舵角指令値θｒｅｆ２は、乗算部３９１で舵角指令徐変ゲインＧｆａ４を乗算され（ステップＳ５４０）、舵角指令値θｒｅｆ３として出力され、舵角指令値θｒｅｆ３はハンドル振動除去部３３０に入力される。

ハンドル振動除去部３３０は、舵角指令値θｒｅｆ３に対して、振動周波数成分を低減し（ステップＳ５５０）、目標操舵角θｔとして位置制御部３４０に出力する。

目標操舵角θｔは、位置制御部３４０内の減算部３４２に加算入力される。減算部３４２には実操舵角θｒが減算入力されており、減算部３４２にて目標操舵角θｔと実操舵角θｒの偏差θｅが求められる（ステップＳ５６０）。偏差θｅは比例ゲイン部３４１に入力され、比例ゲイン部３４１は、偏差θｅに比例ゲインＫｐｐを乗算し、舵角速度指令値ωｒｅｆ１を算出する（ステップＳ５７０）。舵角速度指令値ωｒｅｆ１は加算部３９３に入力される。

一方、操舵介入補償部３５０は、車速Ｖ及び操舵トルクＴｔを入力し、車速Ｖ及び操舵トルクＴｔは補償ゲイン部３５１に入力される。補償ゲイン部３５１は、図１１に示される特性に基づいて、車速Ｖより操舵介入補償ゲインＫｔｐを求め、操舵トルクＴｔに乗算して舵角速度指令値ωｒｅｆｔを算出する（ステップＳ５８０）。舵角速度指令値ωｒｅｆｔは操舵介入位相補償部３５２に入力され、操舵介入位相補償部３５２は、位相補償により、舵角速度指令値ωｒｅｆｔを舵角速度指令値ωｒｅｆ２に変換する（ステップＳ５９０）。舵角速度指令値ωｒｅｆ２は加算部３９３に入力される。

加算部３９３に入力された舵角速度指令値ωｒｅｆ１及びωｒｅｆ２は加算され（ステップＳ６００）、舵角速度指令値ωｒｅｆとして出力される。舵角速度指令値ωｒｅｆは、乗算部３９２で速度指令徐変ゲインＧｆａ３を乗算され（ステップＳ６１０）、舵角速度指令値ωｒｅｆｇとして速度指令値可変制限部３６０に入力される。

速度指令値可変制限部３６０は、舵角速度指令値ωｒｅｆｇと共に、速度指令徐変ゲインＧｆａ３を入力し、速度指令徐変ゲインＧｆａ３の値を確認する（ステップＳ６２０）。そして、Ｇｆａ３が所定の閾値未満の場合、制限値を、図１２に示される「Ｇｆａ３小」の制限値とし（ステップＳ６３０）、所定の閾値以上の場合、「Ｇｆａ３大」の制限値とする（ステップＳ６４０）。設定された制限値を用いて、舵角速度指令値ωｒｅｆｇに対して制限をかけ（ステップＳ６５０）、目標舵角速度ωｔを出力する。目標舵角速度ωｔは舵角速度制御部３７０に入力される。

舵角速度制御部３７０は、目標舵角速度ωｔと共に、実舵角速度ωｒ及び速度制御徐変ゲインＧｆａ２を入力する。目標舵角速度ωｔは減算部３７４に加算入力され、実舵角速度ωｒは減算部３７４に減算入力され、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒの偏差ωｅがゲイン乗算部３７１に入力される（ステップＳ６６０）。ゲイン乗算部３７１は偏差ωｅにゲインＫｖｉを乗算し（ステップＳ６７０）、操作量Ｄ１を出力する。操作量Ｄ１は積分部３７３に入力され、積分部３７３は、操作量Ｄ１を積分して制御量Ｉｒ１を算出し（ステップＳ６８０）、乗算部３７６に出力する。乗算部３７６は、制御量Ｉｒ１に速度制御徐変ゲインＧｆａ２を乗算し（ステップＳ６９０）、制御量Ｉｒ３を出力する。制御量Ｉｒ３は減算部３７５に加算入力される。また、実舵角速度ωｒはゲイン乗算部３７２にも入力され、ゲイン乗算部３７２は、実舵角速度ωｒにゲインＫｖｐを乗算し（ステップＳ７００）、制御量Ｉｒ２を出力し、制御量Ｉｒ２は減算部３７５に減算入力される。減算部３７５では、制御量Ｉｒ３とＩｒ２の偏差が算出され（ステップＳ７１０）、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷとして、加算部３９４に出力される。

操舵トルクＴｔはハンドル制振部３８０にも入力される。ハンドル制振部３８０では、ゲイン部３８１が、入力した操舵トルクＴｔにゲインＫｖを乗算し（ステップＳ７２０）、制御量Ｉｒｖを出力する。制御量Ｉｒｖは制振位相補償部３８２で位相補償され（ステップＳ７３０）、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＶとして出力される。舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＶは、加算部３９４に出力される。

加算部３９４に入力された舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷ及びＩｒｅｆＶは加算され（ステップＳ７４０）、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ２として舵角制御電流指令値制限部３９０に入力される。

舵角制御電流指令値制限部３９０は、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ２に対して、図１５に示される特性の制限値を用いて制限をかけ、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１を出力する（ステップＳ７５０）。

なお、舵角制御部３００の動作とアシスト制御部２３０の動作は、順番が逆でも、並行して実行されても良い。舵角制御部３００の動作においては、加算部３９３に入力される舵角速度指令値ωｒｅｆ１算出までの動作と舵角速度指令値ωｒｅｆ２算出までの動作、加算部３９４に入力される舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷ算出までの動作と舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＶ算出までの動作等も、それぞれ順番が逆でも、並行して実行されても良い。

本実施形態の効果を、シミュレーション結果に基づいて説明する。

シミュレーションでは、プラント４００のプラントモデルとして、車両運動モデル及び運転者の操舵モデルを設定する。車両運動モデルとして、例えば、安部正人、「自動車の運動と制御」、学校法人東京電機大学、東京電機大学出版局、２００９年９月２０日発行、第１版２刷、３章（ｐ．４９−１０５）、４章（ｐ．１０７−１３０）、５章（ｐ．１３１−１４７）に示されているモデルを使用し、操舵モデルとして、例えば、横井大介、修士論文「腕の筋骨格特性を考慮した車のステアリング操舵感評価に関する研究」、三重大学大学院工学研究科博士前期課程機械工学専攻、２００７年２月６日受付、２章（ｐ．３−５）、３章（ｐ．６−９）（参考文献）に示されているモデルを使用しても良く、これらに限定されず、他のモデルを使用しても良い。本シミュレーションで使用する操舵モデルを、参考として、図２０に示す。図２０において、Ｃ_ａｒｍ及びＣ_ｐａｌｍは粘性係数、Ｋ_ａｒｍ及びＫ_ｐａｌｍはバネ定数、Ｉ_ａｒｍは腕の慣性モーメントである。メカモデル（メカ伝達特性）から出力されるハンドル舵角θｈを操舵モデル（運転者操舵伝達特性）に入力し、操舵モデルから出力されるハンドル手入力トルクＴｈをメカモデルに出力する。参考文献に記載されている目標角度を、以下では運転者の目標角度（操舵目標角度）θａｒｍとする。更に、参考文献では、腕の質量系をコラム慣性モーメントに加算しているが、手のひらからハンドルへ加えられる力をハンドル手入力トルクＴｈとすることにより、手のひらの角度とハンドル舵角θｈの間で作用するバネ定数Ｋ_ｐａｌｍ及び粘性係数Ｃ_ｐａｌｍの値は十分大きな値としてシミュレーションを行っても支障がなく、本シミュレーションではそのようにしている。また、電流指令値に対するモータ電流の追従性は十分に早く、電流制御／駆動部２５０の動作による影響は軽微であり、電流指令値＝モータ電流とする。更に、車速Ｖは一定とする。

先ず、操舵介入補償による効果について説明する。

舵角指令値θｒｅｆを０［ｄｅｇ］固定として、運転者の目標角度θａｒｍを入力した場合の自動操舵のシミュレーションを行った。参考として、同条件で運転者の操舵モデルを考慮したシミュレーションでの運転者の目標角度θａｒｍの時間変化に対する実操舵角θｒ及び操舵トルクＴｔの時間応答を、図２１に示す。図２１では、縦軸が角度［ｄｅｇ］及び操舵トルク［Ｎｍ］、横軸が時間［ｓｅｃ］であり、太実線が運転者の目標角度θａｒｍ、細実線が実操舵角（本実施形態ではハンドル舵角）θｒ、破線が操舵トルクＴｔを示す。なお、図２１において、アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１は０％、つまりアシスト制御は効かないようにした。また、図２１は、運転者の目標角度θａｒｍの変化に対して、実操舵角θｒ及び操舵トルクＴｔが変化する様子を説明するためのシミュレーションの一例である。

このような運転者の目標角度θａｒｍを入力した場合の実操舵角θｒ及び操舵トルクＴｔの変化について、操舵介入補償がなくＰＩ制御にて速度制御を行った場合と操舵介入補償がある場合とで比較を行った。なお、前者では、本実施形態との比較のために、アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１及びアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２を共に１００％として、積分方式の違いを見ることにした。後者では、アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１を０％とした。また、従来の先行技術（例えば特許文献１）においては、切換前の舵角制御中ではアシスト制御指令値は０［ｄｅｇ］であるが、前者の場合よりも操舵介入が困難であると推測されるので割愛した。

図２２がシミュレーション結果である。縦軸が操舵トルク［Ｎｍ］、横軸が実操舵角［ｄｅｇ］であり、操舵介入補償がない場合を破線で、操舵介入補償がある場合を実線で示している。

図２２での破線が示すように、操舵介入補償がない場合、７．５［ｄｅｇ］までは実操舵角θｒを切れているが、速度制御でのＰＩ制御の積分の影響により、速度偏差（舵角速度指令値と実舵角速度の偏差）が蓄積され続けることで、最終的に舵角指令値θｒｅｆ（＝０［ｄｅｇ］）まで強制的に戻されてしまい、更に、１５［Ｎｍ］以上の非常に大きな操舵トルクが発生してしまい、運転者による操舵が困難な状態となる。

これに対して、図２２での実線が示すように、操舵介入補償がある場合は、約２２［ｄｅｇ］まで操舵できており、舵角指令値θｒｅｆ（＝０［ｄｅｇ］）に引き戻されることもない。これは、位置制御部３４０から出力される舵角速度指令値ωｒｅｆ１に操舵介入補償部３５０から出力される舵角速度指令値ωｒｅｆ２が加算され、操舵した状態における舵角速度指令値ωｒｅｆと実舵角速度ωｒの速度偏差が０近傍で釣り合うためである。このように、操舵介入補償部３５０の機能により、運転者による操舵介入を実現することが可能となる。また、操舵介入補償ゲインＫｔｐを大きくすることで、より軽い操舵を実現することができる。

次に、運転者による操舵介入がなく（ハンドル手入力トルクＴｈ＝０［Ｎｍ］）、舵角制御のみを実行した場合の自動操舵での舵角制御中のハンドル振動に対する効果について説明する。

ハンドル振動に対する効果の説明に先立ち、舵角指令値θｒｅｆに対して実操舵角θｒが追従する様子を説明するために、舵角指令値θｒｅｆに対する追従性について説明する。

図２３は、舵角指令値θｒｅｆを０［ｄｅｇ］から１００［ｄｅｇ］までランプ状に変化させた時間応答の一例を示している。図２３では、縦軸が舵角［ｄｅｇ］、横軸が時間［ｓｅｃ］であり、点線が舵角指令値θｒｅｆを示す。この舵角指令値θｒｅｆに対して、カットオフ周波数が２Ｈｚの１次ＬＰＦを有するハンドル振動除去部３３０から出力された目標操舵角θｔ及び実操舵角θｒの応答の様子を、それぞれ細実線及び太実線で示す。図２３から、目標操舵角θｔ及び実操舵角θｒが舵角指令値θｒｅｆに追従していることがわかる。

以上の説明より、自動操舵中に操舵介入及び舵角追従の両方を実現可能であると言える。

ハンドル振動に対する効果確認のシミュレーションでは、図２３と同様の舵角指令値θｒｅｆに対して舵角制御を行った場合、ハンドル振動除去部３３０及びハンドル制振部３８０の有無によるトーションバートルクの時間応答の違いを調べた。ハンドル振動除去部３３０ではカットオフ周波数が２Ｈｚの１次ＬＰＦを使用した。ハンドル制振部３８０では、トーションバートルク１Ｎｍに対してコラム軸換算トルクが１０Ｎｍ相当になるゲインＫｖを使用し、分子のカットオフ周波数を１０Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を２０Ｈｚとした１次フィルタでの位相進み補償を行った。その結果を図２４に示す。図２４では、縦軸がトーションバートルク［Ｎｍ］、横軸が時間［ｓｅｃ］であり、実線はハンドル振動除去部３３０及びハンドル制振部３８０による振動対策がある場合で、点線は振動対策がない場合である。図２４から、ハンドル振動除去部３３０及びハンドル制振部３８０により、ハンドルの振動が抑制されていることがわかる。

効果の説明の最後として、舵角制御開始時の舵角速度の増加によりＩ制御の積分値が過剰に蓄積し、舵角制御指令値が過剰となるおそれがある問題（特許文献３等での課題）に対する効果について説明する。

図２５は、手動操舵状態から自動操舵状態へ移行する際の目標舵角速度ωｔ、徐変ゲイン及び速度指令値可変制限部３６０での制限値の時間変化を示す図である。なお、速度制御徐変ゲインＧｆａ２及び速度指令徐変ゲインＧｆａ３は、舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１と同期した変化をするとして、図２５にはＧｆａ１のみを示す。アシスト制御出力徐変ゲインＧｆｔ１及びアシストマップ徐変ゲインＧｆｔ２も、Ｇｆａ１と同期した変化をするとして、Ｇｆｔ１の変化の様子のみを参考として示す。また、速度指令値可変制限部３６０での制限値の大きさは、Ｇｆａ３が所定の閾値未満では小さい値で固定とし、Ｇｆａ３が所定の閾値以上では徐々に大きくなるような設定とした。

舵角速度指令値ωｒｅｆは、速度指令徐変ゲインＧｆａ３を乗算され、更に速度指令値可変制限部３６０で制限をかけられて、目標舵角速度ωｔとなる。手動操舵状態から自動操舵状態への移行が開始すると、Ｇｆａ３は０から徐々に大きくなり、目標舵角速度ωｔも０から徐々に大きくなる。その後、時点ｔ１０で速度指令値可変制限部３６０への入力である舵角速度指令値ωｒｅｆｇが制限値（制限値ａ）に到達すると、目標舵角速度ωｔは制限値ａで一定となるが、Ｇｆａ３は増加し続ける。そして、時点ｔ１１でＧｆａ３が所定の閾値となると、制限値は徐々に大きくなり、それに合わせて目標舵角速度ωｔも大きくなっていく。時点ｔ１２でＧｆａ３が１００％となり、更に、時点ｔ１３で制限値が制限値ｂになると、目標舵角速度ωｔは制限値ｂ内で変化するようになる。時点ｔ１０〜ｔ１３の間、目標舵角速度ωｔが制限値ａで制限を受け、更に舵角速度制御部３７０での速度制御徐変ゲインＧｆａ２の乗算により制限を受けるので、舵角速度制御部３７０内での積分値の過剰な蓄積が抑制され、運転者への違和感を生じる舵角制御出力としての電流指令値を低減することができる。また、制限値の遷移完了後（つまり、時点ｔ１３以降）は、Ｇｆａ３及び速度指令値可変制限部３６０により舵角速度指令値ωｒｅｆは制限されず、Ｇｆａ２により舵角速度制御部３７０内の信号も制限されないので、通常の舵角制御にシフトすることができる。

なお、第１実施形態における各徐変ゲイン（Ｇｆａ１〜Ｇｆａ４、Ｇｆｔ１、Ｇｆｔ２）の乗算に関して、徐変ゲイン乗算による効果よりコストを重視する場合等では、少なくとも１つの乗算を残して、後の乗算は省略可能である。また、各制限部（舵角指令値可変制限部、可変レート制限部、速度指令値可変制限部、舵角制御電流指令値制限部）も、同様の場合等では省略可能である。舵角指令値可変制限部３１０、可変レート制限部３２０及び乗算部３９１、更にハンドル振動除去部３３０が省略された場合、位置制御部３４０には目標操舵角θｔとして舵角指令値θｒｅｆが入力されることになる。乗算部３９２及び速度指令値可変制限部３６０が省略された場合、舵角速度制御部３６０には目標舵角速度ωｔとして舵角速度指令値ωｒｅｆが入力されることになる。

本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態では、舵角制御及び操舵介入時の応答性の向上を図るべく、舵角速度指令値に対して、ＦＦ（フィードフォワード）フィルタによる処理を施し、処理後の舵角速度指令値（拡張舵角速度指令値）を用いて舵角速度制御を行う。そのために、第１実施形態と比べると、舵角制御部の構成が異なる。図２６に第２実施形態での舵角制御部５００の構成例を示す。図７に示される第１実施形態での舵角制御部３００と比べると、加算部３９３と乗算部３９２との間にフィルタ部５５５が挿入されており、加算部３９３から出力される舵角速度指令値ωｒｅｆは乗算部３９２ではなくフィルタ部５５５に入力され、フィルタ部５５５から出力される舵角速度指令値（拡張舵角速度指令値）ωｒｅｆａが乗算部３９２に入力される。

フィルタ部５５５はＦＦフィルタを有しており、ＦＦフィルタにより舵角速度指令値ωｒｅｆを舵角速度指令値ωｒｅｆａに変換する。ＦＦフィルタを使用することにより、舵角指令値ωｒｅｆに対する実舵角速度ωｒの制御帯域を高周波側まで広げることができ、舵角制御のインナーループとしての速度制御の応答性を向上させることができる。速度制御の応答性が向上すれば、速度制御の外側である位置制御（舵角制御）や操舵介入補償のゲインを、オーバーシュートすることなく大きく調整することができるので、結果的に舵角制御及び操舵介入時の応答性を向上させることができる。ＦＦフィルタとして、例えば、分子のカットオフ周波数を３Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を５Ｈｚとした位相進み補償を行うフィルタを使用する。

第２実施形態での動作例は、第１実施形態での動作例と比べると、舵角制御部の動作においてフィルタ部５５５の動作が加わる点が異なる。即ち、図１８及び図１９に示される第１実施形態での舵角制御部３００の動作例において、加算部３９３にて舵角速度指令値ωｒｅｆ１及びωｒｅｆ２が加算され、舵角速度指令値ωｒｅｆとして出力されるステップＳ６００までは第１実施形態と同じ動作で、舵角速度指令値ωｒｅｆはフィルタ部５５５に入力される。フィルタ部５５５は、ＦＦフィルタにより、舵角速度指令値ωｒｅｆを舵角速度指令値ωｒｅｆａに変換し、乗算部３９２に出力する。そして、乗算部３９２で舵角速度指令値ωｒｅｆａに速度指令徐変ゲインＧｆａ３を乗算して以降の動作（ステップＳ６１０〜）は、第１実施形態と同じである。

第２実施形態でのフィルタ部５５５のＦＦフィルタによる効果を、シミュレーション結果を基に説明する。

ＦＦフィルタのシミュレーションでは、先ず、舵角速度指令値ωｒｅｆから実舵角速度ωｒまでの周波数特性を、ＦＦフィルタがない場合とある場合とで比較する。ＦＦフィルタとして、分子のカットオフ周波数を３Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を５Ｈｚとした位相進み補償を行うフィルタを使用し、ＦＦフィルタがない場合は、大きさが１のゲインを使用することでシミュレーションを行った。その結果を図２７に示す。図２７（Ａ）はゲイン特性、図２７（Ｂ）は位相特性を示し、細実線はＦＦフィルタがない場合、太実線はＦＦフィルタがある場合を示す。舵角速度制御の応答周波数（限界周波数）をゲインが−３ｄＢまで減衰したときとすると、ＦＦフィルタがない場合（細実線）は約３Ｈｚで、ＦＦフィルタがある場合（太実線）は約５Ｈｚで、ＦＦフィルタがある場合の方が高い値となっている。よって、ＦＦフィルタにより、舵角速度制御の応答が向上していることが確認できる。

ＦＦフィルタの使用により、舵角制御部５００の位置制御部３４０での比例ゲインＫｐｐを上げることができ、これにより舵角制御の応答性を向上させることができるという効果がある。この効果を確認するために、図２３で示される舵角制御の時間応答のシミュレーション条件を変えて、シミュレーションを行った。具体的には、比例ゲインＫｐｐを２倍にし、更に、ハンドル振動除去部３３０として大きさが１のゲインを使用することにより、ハンドル振動除去部３３０はないものとした。この条件での時間応答を図２８に示す。図２８は、図２３の場合と同様に、舵角指令値θｒｅｆを０［ｄｅｇ］から１００［ｄｅｇ］までランプ状に変化させた時間応答を示しており、縦軸が舵角［ｄｅｇ］、横軸が時間［ｓｅｃ］であり、点線が舵角指令値θｒｅｆを示す。この舵角指令値θｒｅｆに対して、ＦＦフィルタがない場合の時間応答を細実線で、ＦＦフィルタがある場合の時間応答を太実線で示す。違いがわかるように、図２８（Ａ）の一部を拡大したものを図２８（Ｂ）に示す。図２８から、ＦＦフィルタなしの場合、２．１ｓｅｃ過ぎから２．４ｓｅｃ辺りまで舵角がオーバーシュートしているが、ＦＦフィルタありの場合は、オーバーシュートせずに舵角指令値θｒｅｆに追従していることがわかる。ＦＦフィルタの使用により舵角速度制御の応答性が向上したことで、比例ゲインＫｐｐを上げてもオーバーシュートしづらくなったのである。よって、結果的に、舵角制御の応答性を向上させることができる。また、同様に、操舵介入に対する応答性も向上させることができる。

本発明の第３実施形態について説明する。

第２実施形態では舵角制御部内にＦＦフィルタを有するフィルタ部を設けているが、第３実施形態では位置制御部内にＦＦフィルタを有するフィルタ部を設ける。

第３実施形態での舵角制御部６００の構成例を図２９に示す。図７に示される第１実施形態での舵角制御部３００と比べると、第３実施形態での舵角制御部６００では位置制御部３４０が位置制御部６４０に変わっており、位置制御部６４０には、目標操舵角θｔ及び実操舵角θｒの他に車速Ｖが入力されている。位置制御部６４０は、第１実施形態での位置制御部３４０と同様に、目標操舵角θｔと実操舵角θｒに基づいて目標操舵角θｔに実操舵角θｒを近づけるための舵角速度指令値ωｒｅｆ１を算出するが、目標操舵角θｔに対する実操舵角θｒの制御帯域を高周波側まで広げるために、規範モデル及びＦＦフィルタを使用する。これにより、舵角制御の応答性（追従性）を向上させることができる。

位置制御部６４０の構成例を図３０に示す。位置制御部６４０は、規範モデル部６４１、フィルタ部６４２、比例ゲイン部３４１、減算部３４２及び加算部６４３を備える。

規範モデル部６４１は、下記数１で定義される伝達関数Ｇ_{ｍｏｄｅｌ}を有し、伝達関数Ｇ_{ｍｏｄｅｌ}を用いて、目標操舵角θｔを目標操舵角θｔ１に変換する。

ここで、Ｔ_ｍ１＝１／（２π×ｆ_ｍ１）、Ｔ_ｍ２＝１／（２π×ｆ_ｍ２）であり、ｆ_ｍ１及びｆ_ｍ２はカットオフ周波数、ｓはラプラス演算子である。伝達関数Ｇ_{ｍｏｄｅｌ}はモデル規範制御の手法での所望の伝達特性を定義するものであり、上記数１では分母が６次、分子が０次としているが、これに限られるものではない。

減算部３４２にて目標操舵角θｔ１と実操舵角θｒの偏差θｅが求められ、偏差θｅは比例ゲイン部３４１に入力される。比例ゲイン部３４１は、偏差θｅに比例ゲインＫｐｐを乗算し、Ｐ制御により舵角速度指令値ωｒｅｆｐを算出する。

フィルタ部６４２はＦＦフィルタを有しており、ＦＦフィルタにより目標操舵角θｔを舵角速度指令値ωｒｅｆｑに変換する。ＦＦフィルタの伝達関数Ｇｆは下記数２で定義される。

ＫｆｆはＦＦフィルタゲインであり、Ｐ_ωθは加算部３９３からの出力である舵角速度指令値ωｒｅｆから実操舵角θｒまでの伝達関数であり、フィッティングによる同定等により予め定義されている。ＦＦフィルタゲインＫｆｆは、車速Ｖに応じて変化させる。車速に応じて路面反力や後述の操舵介入補償マップが変化することにより、舵角指令値に対する実操舵角の応答性が変化してしまうので、ＦＦフィルタゲインＫｆｆを車速感応型とする。これにより、車速によらずに、舵角指令値に対する実操舵角の応答性をほぼ一定にすることができる。ＦＦフィルタゲインＫｆｆは、例えば、図３１に示されるように、車速Ｖが０ｋｍ／ｈから大きくなるにつれ単調に減少し、車速Ｖが２０ｋｍ／ｈのときに１．１となり、車速Ｖが６０ｋｍ／ｈのときに１となり、それ以降は１のままで一定となるように変化する。

舵角速度指令値ωｒｅｆｐ及びωｒｅｆｑは加算部６４３で加算され、舵角速度指令値ωｒｅｆ１として出力される。

第３実施形態での動作例は、舵角制御部の動作における位置制御部の動作が第１実施形態の動作例と異なる。

図３２及び図３３に舵角制御部６００の動作例を示す。舵角制御部６００は、ステップＳ５５０までは図１８及び図１９に示される第１実施形態での舵角制御部３００の動作例と同じ動作を行い、ハンドル振動除去部３３０から出力された目標操舵角θｔは位置制御部６４０に入力される。位置制御部６４０は、目標操舵角θｔを規範モデル部６４１及びフィルタ部６４２に入力する。規範モデル部６４１は、数１を用いて、目標操舵角θｔを目標操舵角θｔ１に変換する（ステップＳ５５５）。目標操舵角θｔ１は減算部３４２に加算入力され、実操舵角θｒが減算部３４２に減算入力され、目標操舵角θｔ１と実操舵角θｒの偏差θｅが求められる（ステップＳ５６０）。偏差θｅは比例ゲイン部３４１に入力され、比例ゲイン部３４１は、偏差θｅに比例ゲインＫｐｐを乗算し、舵角速度指令値ωｒｅｆｐを算出する（ステップＳ５７０）。目標操舵角θｔを入力したフィルタ部６４２は、車速Ｖも入力し、図３１に示される特性を用いて車速ＶからＦＦフィルタゲインＫｆｆを求め、数２を用いて、目標操舵角θｔを舵角速度指令値ωｒｅｆｑに変換する（ステップＳ５７１）。舵角速度指令値ωｒｅｆｐ及びωｒｅｆｑは加算部６４３で加算され（ステップＳ５７２）、舵角速度指令値ωｒｅｆ１が出力され、舵角速度指令値ωｒｅｆ１は加算部３９３に入力される。それ以降の動作（ステップＳ５８０〜）は第１実施形態と同じである。

第３実施形態での位置制御部６４０での規範モデル及びＦＦフィルタの効果を、シミュレーション結果を基に説明する。

位置制御部６４０での規範モデル及びＦＦフィルタのシミュレーションでは、先ず、舵角速度指令値ωｒｅｆから実操舵角θｒまでの伝達関数Ｐ_ωθの周波数特性を、周波数スイープにより、或いは伝達関数でのフィッティングによる同定により特定する。その結果を図３４に示す。図３４（Ａ）は伝達関数Ｐ_ωθのゲイン特性、図３４（Ｂ）は位相特性を示し、細実線が周波数スイープの結果を示し、太実線がフィッティングの結果を示す。なお、フィッティングの結果での伝達関数Ｐ_ωθは下記数３である。

また、数１で定義される規範モデル部６４１の伝達関数Ｇ_{ｍｏｄｅｌ}において、カットオフ周波数ｆ_ｍ１及びｆ_ｍ２は、それぞれ１０Ｈｚ、２０Ｈｚとした。ＦＦフィルタの伝達関数Ｇｆは、数２に基づいて計算する。このような設定における伝達関数Ｇ_{ｍｏｄｅｌ}、伝達関数Ｐ_ωθ及びＦＦフィルタの伝達関数Ｇｆの周波数特性を図３５に示す。図３５（Ａ）はゲイン特性、図３５（Ｂ）は位相特性である。

規範モデル及びＦＦフィルタによる効果として、舵角制御（舵角指令値θｒｅｆに対する実操舵角θｒ）の追従性を挙げることができるので、上記の設定の下、車速Ｖ＝６０［ｋｍ／ｈ］で、舵角指令値θｒｅｆを０［ｄｅｇ］から１００［ｄｅｇ］までランプ状に変化させたシミュレーションを行った。その結果を図３６に示す。図３６では、縦軸が舵角［ｄｅｇ］、横軸が時間［ｓｅｃ］であり、破線が舵角指令値θｒｅｆを示す。この舵角指令値θｒｅｆに対して、舵角偏差（目標舵角θｔと実操舵角θｒの偏差）に単純にゲインを乗算した値を基に算出した実操舵角の時間応答を細実線で、位置制御部６４０中の規範モデル及びＦＦフィルタによるモデル規範制御により算出した実操舵角の時間応答を太実線で、規範モデル部６４１から出力される目標操舵角θｔ１の時間応答を点線で示す。図３６から、細実線で示される単純にゲインを乗算したものと比較して、設定した規範モデル及びＦＦフィルタにより追従性が向上し、更に規範モデル出力である目標操舵角θｔ１と良く一致していることがわかる。但し、図３６により規範モデル及びＦＦフィルタの効果を示したが、舵角偏差に対して単純にゲインを乗算した場合（細実線）においても、舵角指令値θｒｅｆに対して実操舵角θｒが十分に追従していることを確認することができる。

本発明の他の実施形態について説明する。

第１実施形態では、舵角速度制御部３７０での速度制御徐変ゲインＧｆａ２の乗算は、積分部３７３からの出力である制御量Ｉｒ１に対して行われているが、減算部３７５からの出力である舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷに対して行うことも可能である。

図３７は、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷに対して速度制御徐変ゲインＧｆａ２を乗算する場合の舵角速度制御部の構成例（第４実施形態）である。図１３に示される第１実施形態での舵角速度制御部３７０と比べると、第４実施形態での舵角速度制御部７７０では、乗算部３７６が積分部３７３の後ではなく、減算部３７５の後に設置されており、その他の構成は同じである。

第４実施形態での舵角速度制御部７７０の動作例では、図１８及び図１９に示される第１実施形態の動作例において、積分部３７３が操作量Ｄ１を積分して制御量Ｉｒ１を算出するステップＳ６８０までは同じ動作で、その後、制御量Ｉｒ１は減算部３７５に入力され、減算部３７５にて制御量Ｉｒ１とＩｒ２の偏差（Ｉｒ１−Ｉｒ２）として制御量Ｉｒ３’が算出される。そして、乗算部３７６は、制御量Ｉｒ３’に速度制御徐変ゲインＧｆａ２を乗算し、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＷとして加算部３９４に出力する。それ以降（ステップＳ７２０〜）は、第１実施形態と同じ動作である。

速度制御徐変ゲインＧｆａ２の乗算を、舵角速度制御部３７０内の他の箇所で行うことも可能である。

図３８に示される舵角速度制御部の構成例（第５実施形態）では、減算部３７４からの出力である偏差ωｅに対して速度制御徐変ゲインＧｆａ２を乗算している。図１３に示される第１実施形態での舵角速度制御部３７０と比べると、第５実施形態での舵角速度制御部８７０では、乗算部３７６が積分部３７３の後ではなく、減算部３７４の後に設置されており、その他の構成は同じである。

第５実施形態での舵角速度制御部８７０の動作例では、図１８及び図１９に示される第１実施形態の動作例において、減算部３７４が目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒの偏差ωｅを算出するステップＳ６６０までは同じ動作で、偏差ωｅはゲイン乗算部３７１ではなく、乗算部３７６に入力され、乗算部３７６は、偏差ωｅに速度制御徐変ゲインＧｆａ２を乗算し、偏差ωｅ１としてゲイン乗算部３７１に出力する。その後は、ステップＳ６９０がなくなるだけで、第１実施形態と同じ動作である。

上述の実施形態（第１〜第５実施形態）では、速度指令値可変制限部３６０は、速度指令徐変ゲインＧｆａ３に応じて制限値を設定し、Ｇｆａ３が所定の閾値になったときに制限値を切り換えているが、Ｇｆａ３の代わりに舵角制御出力徐変ゲインＧｆａ１を使用し、Ｇｆａ１が１００％になったときに制限値を切り換えるようにしても良い。この場合の構成（第６実施形態）では、速度指令値可変制限部にはＧｆａ３の代わりにＧｆａ１が入力され、その他の構成は他の実施形態と同じである。第６実施形態での動作では、速度指令値可変制限部での制限値決定の判断動作（図１９でのステップＳ６２０）が、Ｇｆａ１が１００％未満か否かの確認に変わるだけである。第６実施形態において、手動操舵状態から自動操舵状態へ移行する際の目標舵角速度ωｔ、徐変ゲイン及び速度指令値可変制限部での制限値の時間変化は、図３９に示されるようになる。図２５で示される時間変化と比べると、速度指令値可変制限部での制限値が、Ｇｆａ１が１００％となる時点ｔ１２から徐々に大きくなっており、それに合わせて目標舵角速度ωｔも大きくなっている。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
２１ 回転角センサ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
３７ インバータ
３８ モータ電流検出器
１００ 車両側ＥＣＵ
１１０ 車両状態量検出部
１２０ 切換指令部
１３０ 目標軌道演算部
１４０ 車両運動制御部
１４１ 舵角指令値生成部
２００ ＥＰＳ側ＥＣＵ
２１０ ＥＰＳ状態量検出部
２２０ 切換判定／徐変ゲイン生成部
２２１ 切換判定部
２２２ 徐変ゲイン生成部
２２３ 手入力判定部
２２４ 操舵状態判定部
２２５ 平滑化フィルタ部
２２６ 絶対値化部
２２７ 判定処理部
２３０ アシスト制御部
２４０ 切換部
２５０ 電流制御／駆動部
３００、５００、６００ 舵角制御部
３１０ 舵角指令値可変制限部
３２０ 可変レート制限部
３３０ ハンドル振動除去部
３４０、６４０ 位置制御部
３４１ 比例ゲイン部
３５０ 操舵介入補償部
３５１ 補償ゲイン部
３５２ 操舵介入位相補償部
３６０ 速度指令値可変制限部
３７０、７７０、８７０ 舵角速度制御部
３７１、３７２ ゲイン乗算部
３７３ 積分部
３８０ ハンドル制振部
３８１ ゲイン部
３８２ 制振位相補償部
３９０ 舵角制御電流指令値制限部
４００ プラント
５５５、６４２ フィルタ部
６４１ 規範モデル部

Claims (12)

1. 電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系に対してアシスト制御及び舵角制御を行う電動パワーステアリング装置において、
   少なくとも舵角指令値及び実操舵角に基づいて、前記舵角制御のための舵角制御電流指令値を演算する舵角制御部を備え、
   前記舵角制御部は、
   前記舵角指令値及び前記実操舵角に基づいて基本舵角速度指令値を演算する位置制御部と、
   操舵トルクに応じて操舵介入補償のための補償舵角速度指令値を求める操舵介入補償部と、
   前記基本舵角速度指令値及び前記補償舵角速度指令値より算出される舵角速度指令値並びに実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算する舵角速度制御部とを具備し、
   前記操舵介入補償部は、前記操舵トルクに対して操舵介入補償ゲインを乗算する補償ゲイン部を具備し、前記補償ゲイン部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求め、
   少なくとも前記舵角制御電流指令値を用いて前記電流指令値を演算することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記舵角制御部が、
   前記舵角速度指令値を、ＦＦフィルタを用いて拡張舵角速度指令値に変換するフィルタ部を更に具備し、
   前記舵角速度制御部が、前記拡張舵角速度指令値及び前記実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記位置制御部が、前記舵角指令値及び前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して前記基本舵角速度指令値を算出する比例ゲイン部を具備する請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記位置制御部が、
   規範モデルを用いて前記舵角指令値を目標操舵角に変換する規範モデル部と、
   前記目標操舵角と前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して舵角速度指令値１を算出する比例ゲイン部と、
   ＦＦフィルタを用いて、前記舵角指令値を舵角速度指令値２に変換するフィルタ部とを具備し、
   前記舵角速度指令値１に前記舵角速度指令値２を加算して前記基本舵角速度指令値を演算する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記操舵介入補償ゲインが、車速が増加すると減少する請求項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。
6. 前記操舵介入補償部が、
   前記操舵トルクに対して位相補償を行う操舵介入位相補償部を更に具備し、
   前記補償ゲイン部及び前記操舵介入位相補償部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求める請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記舵角速度制御部が、Ｉ−Ｐ制御によって前記舵角制御電流指令値を演算する請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
8. 少なくとも前記操舵トルクに基づいて、前記アシスト制御のためのアシスト制御電流指令値を演算するアシスト制御部を更に備え、
   前記アシスト制御電流指令値及び前記舵角制御電流指令値より前記電流指令値を演算する請求項１乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記アシスト制御電流指令値を調整するために、前記アシスト制御電流指令値に対してアシスト制御出力徐変ゲインを乗算する請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記アシスト制御部内で求められるアシストマップ出力電流に対してアシストマップ徐変ゲインを乗算する請求項８又は９に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 値がゼロの前記アシスト制御出力徐変ゲインを前記アシスト制御電流指令値に乗算することにより、前記操舵系に対して前記舵角制御のみを行うようにする請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記舵角制御部が、
    前記舵角制御電流指令値に対して、予め設定された制限値によって制限をかける舵角制御電流指令値制限部を更に具備する請求項１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。

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