WO2018070511A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2018070511A1
WO2018070511A1 PCT/JP2017/037145 JP2017037145W WO2018070511A1 WO 2018070511 A1 WO2018070511 A1 WO 2018070511A1 JP 2017037145 W JP2017037145 W JP 2017037145W WO 2018070511 A1 WO2018070511 A1 WO 2018070511A1
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WO
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steering angle
unit
command value
lateral
target steering
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PCT/JP2017/037145
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English (en)
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貴弘 椿
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日本精工株式会社
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Priority to EP17859944.5A priority patent/EP3489113A4/en
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    • B62D6/007—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits adjustable by the driver, e.g. sport mode

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering device that enables manual steering and automatic steering by performing assist control and steering angle control on a steering system by motor drive control based on a motor current command value, and in particular, steering angle control.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that reduces the influence of vehicle vibrations by compensating a target steering angle, which is a target value in, based on vehicle information.
  • An electric power steering device that applies a steering assist force (assist torque) to a steering system of a vehicle by a rotational force of a motor is driven by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reduction mechanism.
  • Assist control is performed by applying a steering assist force to the shaft or the rack shaft.
  • Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque.
  • the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. This is done by adjusting the duty of modulation) control.
  • a column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of the handle 1 is a reduction gear (worm gear) 3 constituting a reduction mechanism, universal joints 4a and 4b,
  • the pinion rack mechanism 5 and the tie rods 6a and 6b are connected to the steering wheels 8L and 8R via the hub units 7a and 7b.
  • a torsion bar is inserted in the column shaft 2, and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle ⁇ of the steering wheel 1 by a torsion angle of the torsion bar and a torque sensor 10 for detecting the steering torque Tt are provided.
  • a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
  • the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
  • the control unit 30 calculates the current command value of the assist control command based on the steering torque Tt detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates the current command value.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the voltage control command value Vref.
  • the steering angle sensor 14 is not essential and may not be provided, and the steering angle can be obtained from a rotation angle sensor such as a resolver connected to the motor 20.
  • the control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that transmits and receives various types of vehicle information, and the vehicle speed V can also be received from the CAN 40.
  • the control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that exchanges communications, analog / digital signals, radio waves, and the like other than the CAN 40.
  • the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU, MCU, etc.).
  • FIG. 2 shows general functions executed by a program inside the CPU.
  • the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2.
  • the steering torque Tt detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 are a current command for calculating a current command value Iref1.
  • the value is input to the value calculation unit 31.
  • the current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Tt and the vehicle speed V.
  • the voltage control command value Vref whose characteristics are improved by the PI control unit 35 is input to the PWM control unit 36, and the motor 20 is further PWM driven via the inverter 37.
  • the motor current Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38 and fed back to the subtraction unit 32B.
  • the inverter 37 is composed of an FET bridge circuit as a semiconductor switching element.
  • a rotation angle sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20, and the rotation angle (motor rotation angle) ⁇ e is detected and output from the rotation angle sensor 21.
  • the compensation signal CM from the compensation signal generation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the compensation of the steering system system is performed by the addition of the compensation signal CM, thereby improving the convergence and inertia characteristics.
  • the compensation signal generation unit 34 adds the self-aligning torque (SAT) 343 and the inertia 342 by the addition unit 344, and further adds the convergence 341 to the addition result by the addition unit 345, and compensates the addition result of the addition unit 345.
  • the signal CM is used.
  • Patent Document 1 proposes an automatic steering control device that performs a hand operation automatically in accordance with a set steering angle, and particularly aims at parking assistance.
  • a torque control mode assistant control
  • a parking assistance mode steering angle control
  • control is performed using parking data stored in advance.
  • P control is performed in the position control in the parking assist mode
  • PI control is performed in the speed control.
  • Patent Document 2 the motor current command value for automatic control to the target steering angle is adjusted according to the vehicle speed, and the rate is set to the target steering angle.
  • the smoothing process by the limiter accurate steering according to the target steering angle and smooth control with respect to a sudden change in the target steering angle are performed.
  • a damping effect can be obtained without using a torque sensor.
  • an object of the present invention is to improve the followability of the actual steering angle with respect to the target steering angle, and to perform efficient vibration suppression against vehicle vibration.
  • an object of the present invention is to provide an electric power steering device that reduces a sense of discomfort to the driver in steering angle control.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that drives a motor based on a motor current command value and performs assist control and steering angle control on a steering system by drive control of the motor.
  • a torque control unit that calculates a first motor current command value for the assist control based on torque, and a target steering angle generation that generates a target steering angle that is a target value in the steering angle control based on vehicle information
  • a steering angle control unit that calculates a second motor current command value for the steering angle control based on at least the target steering angle and the actual steering angle, the first motor current command value and the first
  • the motor current command value is calculated from the two motor current command values
  • the target steering angle generation unit calculates from the lateral position command value obtained based on the vehicle information and the lateral position deviation.
  • a lateral position controller that calculates a speed command value, a lateral speed calculator that calculates a lateral speed from the lateral position, and a lateral speed controller that calculates a basic target steering angle based on the lateral speed command value and the lateral speed
  • a vehicle behavior stabilization unit that calculates a compensation target steering angle for vibration suppression from lateral acceleration obtained based on the vehicle information, and the target is calculated from the basic target steering angle and the compensation target steering angle. This is accomplished by generating a steering angle.
  • the object of the present invention is to provide the second motor current command value by the IP control based on the motor speed command value calculated by the rudder angle control unit using the target steering angle and the actual steering angle.
  • the lateral position control unit calculates the lateral speed command value by multiplying the deviation by a proportional gain
  • the lateral speed control unit calculates the lateral speed command value and the
  • the basic target steering angle by IP control using the lateral velocity
  • the vehicle behavior stabilization unit multiplies the gain by a phase compensation unit that performs phase compensation using a phase compensation filter.
  • a gain unit for calculating the compensation target steering angle from the lateral acceleration through the phase compensation unit and the gain unit, or the characteristic of the phase compensation filter depends on the vehicle speed.
  • the target steering angle generator further includes a first limiter that limits the lateral position command value with a first limit value set in advance, or
  • the target steering angle generation unit further includes a rate limiting unit that limits a change in the lateral position command value with a preset rate limit value, or the target steering angle generation unit
  • the lateral position command vibration removing unit further reduces a vibration frequency component included in the lateral position command value with respect to the lateral position command value, or the characteristics of the lateral position command vibration removing unit are
  • the target steering angle generating unit uses a FF filter to change a compensation value for improving the lateral position followability to the lateral position command value by changing according to the vehicle speed.
  • a lateral speed command filter unit obtained from a position command value, and by compensating the lateral speed command value by the compensation value, or by changing the characteristics of the FF filter according to the vehicle speed, or This is achieved more effectively by the fact that the target steering angle generation unit further includes a second limiter that limits the target steering angle with a preset second limit value.
  • the target steering angle is calculated by performing the vibration damping process based on the lateral acceleration, it is possible to perform accurate vibration damping, and further, the speed I
  • -P control proportional advance type PI control
  • the electric power steering apparatus performs assist control, which is a function of the conventional EPS, and steering angle control necessary for automatic steering in parking assistance and automatic driving.
  • the torque control unit and the steering angle control unit operate to switch the motor current command values (first motor current command value and second motor current command value) output from each unit, and Is controlled.
  • the motor speed command value is calculated using the target steering angle and the actual steering angle, and the IP control (proportional advance type PI control) is performed based on the motor speed command value. 2 motor current command value).
  • the control structure is resistant to disturbances such as road surface changes.
  • the lateral speed command value is calculated using the lateral position and the lateral position command value which is the lateral position target value, and the target steering angle (basic target steering) obtained by performing the IP control based on the lateral speed command value. Angle) is compensated by a target steering angle (compensation target steering angle) calculated based on the lateral acceleration. As a result, the follow-up performance at the lateral speed and the damping effect against the vehicle vibration in the lateral direction are improved.
  • FIG. 3 shows a configuration example (first embodiment) of the present invention.
  • a rotation angle sensor 21 such as a resolver for detecting a motor rotation angle ⁇ e is connected to the motor 20, and the motor 20 is connected to the vehicle side.
  • Drive control is performed via an ECU (control unit) 100 and an EPS-side ECU 200.
  • the vehicle-side ECU 100 includes a switching command unit 110 that outputs a switching command SW for switching the operation mode of the EPS based on buttons, switches, and the like indicating the driver's intention, and from a camera (image), GPS (Global Positioning System), and the like.
  • a vehicle speed V from the vehicle speed sensor 51 are input as vehicle information VI, and a target steering angle generator 120 that generates a target steering angle ⁇ ref based on them is provided.
  • the actual steering angle ⁇ r detected by the steering angle sensor 52 provided on the column shaft is input to the steering angle control unit 220 in the EPS side ECU 200 via the vehicle side ECU 100.
  • the vehicle speed V is also input to the target steering angle generation unit 120 as vehicle information VI, and is also input to the torque control unit 210 in the EPS side ECU 200 via the vehicle side ECU 100.
  • the vehicle speed V can also be received from CAN or the like.
  • the EPS operation mode includes a “manual steering mode” for performing assist control and an “automatic steering mode” for performing steering angle control.
  • the switching command unit 110 is a signal for identifying the automatic steering mode, for example, a driver.
  • the switching command SW is output based on a vehicle state signal such as a button or switch provided around the dashboard or the steering wheel, or a parking mode provided in the shift, and the switching command SW is output from the switching unit 230 in the EPS-side ECU 200. Is input.
  • the target steering angle generation unit 120 generates a target steering angle ⁇ ref based on the vehicle information VI including the vehicle speed V, and the generated target steering angle ⁇ ref is input to the steering angle control unit 220. Details of the target steering angle generation unit 120 will be described later.
  • the EPS-side ECU 200 includes a torque control unit 210 that calculates a motor current command value (first motor current command value) Itref for assist control, and a motor current command value (second motor current command value) Imref for steering angle control.
  • a steering angle control unit 220 that calculates the operation mode, a switching unit 230 that switches the operation mode, a current control / drive unit 240 that drives and controls the motor 20, and a motor speed calculation unit 250 that calculates the motor speed ⁇ e.
  • the steering torque Tt detected by the torque sensor 53 is input to the torque control unit 210 and the steering angle control unit 220.
  • the motor speed calculation unit 250 calculates the motor speed ⁇ e based on the motor rotation angle ⁇ e from the rotation angle sensor 21, and the motor speed ⁇ e is input to the steering angle control unit 220.
  • the torque control unit 210 includes, for example, a current command value calculation unit 31, a compensation signal generation unit 34, an addition unit 32A, and a current limiting unit 33 in the configuration example shown in FIG. Based on Tt and the vehicle speed V, a motor current command value Itref corresponding to the current command value Irefm in FIG. 2 is calculated using an assist map. Note that the current limiter 33 and / or the compensation signal generator 34 may be omitted.
  • the steering angle control unit 220 calculates a motor current command value Imref based on the target steering angle ⁇ ref, the actual steering angle ⁇ r, the steering torque Tt, and the motor speed ⁇ e in order to perform the steering angle control. Details of the steering angle control unit 220 will be described later.
  • the switching unit 230 switches between the manual steering mode by the torque control unit 210 and the automatic steering mode by the rudder angle control unit 220 based on the switching command SW.
  • the motor current command value Itref is switched.
  • Motor current command value Imref is output as motor current command value Iref.
  • the current control / driving unit 240 includes, for example, a subtraction unit 32B, a PI control unit 35, a PWM control unit 36, and an inverter 37 in the configuration example shown in FIG. 2, and includes a motor current command value Iref and a motor current detector 38. Using the detected motor current Im, the drive of the motor is controlled by the same operation as in the configuration example of FIG.
  • the target steering angle generation unit 120 and the steering angle control unit 220 will be described in detail.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the target steering angle generation unit 120, and the target steering angle generation unit 120 includes a vehicle state quantity detection unit 130, a target trajectory calculation unit 140, and a vehicle motion control unit 150.
  • the vehicle state quantity detection unit 130 receives data output from the camera, GPS, angular velocity sensor, acceleration sensor, and the like and the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 51 as vehicle information VI, and inputs the lateral position Yp, the lateral acceleration Y ⁇ , and the target.
  • a vehicle state quantity Cv which is data necessary for calculation in the track calculation unit 140, is obtained and output together with the vehicle speed V.
  • the lateral position Yp is calculated as a relative distance of the host vehicle with respect to the lane based on image data from a camera or the like and GPS position information.
  • the lateral position Yp, the lateral acceleration Y ⁇ , and the vehicle speed V are input to the vehicle motion control unit 150.
  • the vehicle state quantity Cv may include the lateral position Yp, the lateral acceleration Y ⁇ , and the vehicle speed V.
  • the target trajectory calculation unit 140 calculates the lateral position command value Yref by an existing method based on the vehicle state quantity Cv, and outputs it to the vehicle motion control unit 150.
  • the vehicle motion control unit 150 calculates the target steering angle ⁇ ref based on the lateral position command value Yref, the lateral position Yp, the lateral acceleration Y ⁇ , and the vehicle speed V.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the vehicle motion control unit 150.
  • the vehicle motion control unit 150 includes limiting units 151 (first limiting unit) and 158 (second limiting unit), a rate limiting unit 152, a lateral position command vibration removing unit 153, A lateral position control unit 154, a lateral speed calculation unit 155, a lateral speed control unit 156, a vehicle behavior stabilization unit 157, a subtraction unit 159, and an addition unit 160 are provided.
  • the restriction unit 151 applies a restriction to the lateral position command value Yref with a restriction value (first restriction value) including a preset upper limit value and lower limit value, and outputs the restricted value as the lateral position command value Yref1.
  • a restriction value first restriction value
  • the magnitude of the upper limit (absolute value) and the magnitude of the lower limit may be the same or different.
  • the rate limiter 152 sets a limit value (rate limit value) for the amount of change in the lateral position command value Yref1 in order to avoid a sudden change in the target steering angle due to a sudden change in the lateral position command value. And the lateral position command value Yref2 is output. This also leads to improved safety for the driver.
  • a configuration example of the rate limiting unit 152 is shown in FIG.
  • the holding unit (Z ⁇ 1 ) 164 holds the past value (data before one sample) of the lateral position command value Yref2, and the difference from the lateral position command value Yref1 added to the subtraction unit 161 is changed. Calculated as Yrefd1.
  • the change setting unit 162 limits the change Yrefd1 with preset limit values (upper limit value, lower limit value), and outputs the change Yrefd2. That is, when the change amount Yrefd1 is within the range between the upper limit value and the lower limit value, the change amount Yrefd1 is output as it is as the change amount Yref2, and when it is out of the range, the limit value is output as the change amount Yrefd2. Then, the adding unit 163 adds the change amount Yrefd2 to the past value of the lateral position command value Yref2 held in the holding unit (Z ⁇ 1 ) 164, and outputs the added value as the lateral position command value Yref2.
  • the command value Yref2 is held in the holding unit (Z ⁇ 1 ) 164.
  • the change Yrefd1 does not exceed the limit value.
  • the change amount Yrefd1 at each time point (t2, t3) in the time point t1 and the subsequent calculation cycle T is limited by the limit value, so that the lateral position command value Yref2 is stepped as shown in FIG.
  • the rate limiter 152 can mitigate the change, so that a sudden current change is prevented and the driver is less anxious about automatic steering. be able to.
  • the lateral position command vibration removal unit 153 is a vibration frequency included in the lateral position command value Yref2 in order to reduce the influence of the vibration phenomenon caused by the resonance characteristics (yaw resonance, etc.) of the vehicle during vehicle control.
  • the component is reduced by filter processing such as phase delay compensation or a notch filter, and the lateral position command value Yref3 is output.
  • any filter may be used as long as the gain in the vibration frequency band can be lowered and mounted in the ECU.
  • the phase delay compensation and the frequency characteristics of the filter may be changed according to the vehicle speed. If the vibration frequency component is very small, the lateral position command vibration removing unit 153 may be omitted.
  • the lateral speed calculation unit 155 calculates the lateral speed YV from the lateral position Yp.
  • an operation equivalent to differentiation may be performed.
  • a difference operation a low-pass filter for removing high-frequency noise, and a gain are used.
  • a first-order filter is used as the low-pass filter, and the cutoff frequency is preferably set between 10 Hz and 30 Hz.
  • calculation may be performed using pseudo-differentiation and gain using a high-pass filter.
  • the high-pass filter for example, a first-order filter is used, and the cutoff frequency is preferably set between 10 Hz and 30 Hz.
  • the lateral speed control unit 156 uses the lateral speed command value YVref and the lateral speed YV to perform a target steering angle (basic target steering angle) ⁇ ref so that the lateral speed YV follows the lateral speed command value YVref by the IP control. Is calculated.
  • a configuration example of the lateral speed control unit 156 is shown in FIG.
  • the deviation YDf is multiplied by integration and gain (Kyvi) by the integrating unit 171 and added to the subtracting unit 174. Is done.
  • the lateral speed YV is also input to the proportional unit 172, multiplied by a gain (Kyvp) in the proportional unit 172, and subtracted and input to the subtracting unit 174.
  • the subtraction result of the subtraction unit 174 is output as the target steering angle ⁇ refa.
  • the vehicle behavior stabilization unit 157 calculates a target steering angle (compensated target steering angle) ⁇ refb for further improving the damping effect on the vibration of the vehicle based on the lateral acceleration Y ⁇ .
  • the vehicle behavior stabilization unit 157 includes a phase compensation unit 181 having a phase compensation filter and a gain unit 182.
  • the lateral acceleration Y ⁇ is converted into the lateral acceleration Y ⁇ c by the phase compensation filter in the phase compensation unit 181, further multiplied by the gain Kacc in the gain unit 182, and output as the target steering angle ⁇ refb.
  • the phase compensation filter may be a primary filter or a secondary filter, and may be any of a low-pass filter, a high-pass filter, a notch filter, and a band-pass filter as long as the phase characteristics can be stabilized. Further, the frequency characteristics of the phase compensation filter may be changed according to the vehicle speed V so that a more accurate vibration damping effect can be obtained. For example, a gain map corresponding to the vehicle speed V is prepared, and the phase compensation is performed by changing the cutoff frequency according to the vehicle speed V. The arrangement of the phase compensation unit 181 and the gain unit 182 may be reversed.
  • the target steering angle ⁇ refa from the lateral speed control unit 156 and the target steering angle ⁇ refb from the vehicle behavior stabilization unit 157 are added by the adding unit 160 and output to the limiting unit 158 as the target steering angle ⁇ refc.
  • the limiter 158 limits the target steering angle ⁇ refc with a limit value (second limit value) made up of a preset upper limit value and lower limit value to prevent an excessive output, and outputs the target steering angle ⁇ ref. To do.
  • FIG. 10 shows a configuration example of the rudder angle control unit 220.
  • the rudder angle control unit 220 includes a rate limiting unit 261, a handle vibration removal unit 262, a position control unit 263, a speed control unit 264, a handle vibration damping unit 269, A limiting unit 270, a subtracting unit 271, and an adding unit 272 are provided.
  • the rate limiting unit 261 is configured to operate smoothly with respect to the target steering angle ⁇ ref by the same configuration and operation as the rate limiting unit 152 in the vehicle motion control unit 150 in order to smoothly output when the target steering angle ⁇ ref changes abruptly.
  • the rate is limited to output the target steering angle ⁇ ref1. For example, even if the target steering angle ⁇ ref changes like the lateral position command value Yref1 shown in FIG. 7 due to the rate limiting in the rate limiting unit 261, the target steering angle ⁇ ref1 is equal to the lateral position command value Yref2 in FIG. It changes like a staircase like this, and a sudden change can be eased.
  • the steering wheel vibration removing unit 262 performs a filtering process using a notch filter on the vibration frequency component included in the target steering angle ⁇ ref1.
  • the target steering angle ⁇ ref2 is output.
  • the handle vibration frequency (hereinafter simply referred to as “handle vibration frequency”) due to the spring property of the torsion bar and the inertial moment of the steering wheel is about 12.5 [Hz], and is near the handle vibration frequency, for example, 12.5 ⁇ 5.
  • a notch filter is used to reduce only the gain at 0.0 [Hz].
  • a filter having a second-order transfer function G notch expressed by the following equation 1 is used.
  • FIG. 11A shows gain characteristics
  • FIG. 11B shows phase characteristics. From FIG. 11, it can be seen that the gain decreases at about 12.5 Hz.
  • the center frequencies ⁇ n and ⁇ d of the transfer function G notch are set based on the handle vibration frequency, they are not necessarily matched, and are set near the handle vibration frequency, for example, 2 ⁇ ⁇ 7.5 ⁇ It may be set within a range of 2 ⁇ ⁇ 17.5 [rad / s]. Further, a filter whose gain is lower than that of the notch filter may be used depending on the range and size of the vibration frequency component to be reduced. When the vibration frequency component is very small, the handle vibration removal unit 262 is omitted. Also good.
  • the speed control unit 264 calculates a motor current command value Imrefa such that the motor speed ⁇ e follows the motor speed command value ⁇ ref by the IP control using the motor speed command value ⁇ ref and the motor speed ⁇ e.
  • the motor speed ⁇ e is also input to the proportional unit 266, multiplied by a gain (Kvp) in the proportional unit 266, and subtracted and input to the subtracting unit 268.
  • the subtraction result of the subtraction unit 268 is output as the motor current command value Imrefa.
  • the actual steering angular speed may be used instead of the motor speed ⁇ e, and the actual steering angular speed may be calculated from the actual steering angle ⁇ r
  • the steering wheel damping unit 269 calculates a motor current command value Imrefb for further improving the damping effect of the steering wheel vibration based on the steering torque Tt.
  • the steering wheel damping unit 269 calculates the motor current command value Imrefb by phase compensation and gain multiplication.
  • the filter that performs phase compensation may be a primary filter or a secondary filter, and may be a low-pass filter, a high-pass filter, or the like as long as the phase characteristics can be stabilized.
  • FIG. 12 shows an example of frequency characteristics when a primary high-pass filter is used.
  • FIG. 12A shows gain characteristics
  • FIG. 12B shows phase characteristics. Since the cut-off frequency is set based on the handle vibration frequency, it is set to 12.5 Hz in FIG. If the vibration frequency component to be reduced is very small, the handle damping unit 269 may be omitted.
  • the motor current command value Imrefa from the speed control unit 264 and the motor current command value Imrefb from the handle damping unit 269 are added by the adding unit 272 and output to the limiting unit 270 as the motor current command value Imrefc.
  • the limiting unit 270 limits the motor current command value Imrefc with a limit value including a preset upper limit value and a lower limit value to prevent overoutput, and outputs a motor current command value Imref.
  • the vehicle speed sensor 51 and the torque sensor 53 detect the vehicle speed V and the steering torque Tt, respectively (step S10).
  • the torque control unit 210 in the EPS side ECU 200 receives the vehicle speed V and the steering torque Tt, and is the same as the current command value calculation unit 31, the compensation signal generation unit 34, the addition unit 32A, and the current limiting unit 33 shown in FIG.
  • a motor current command value Itref for assist control is calculated (step S20).
  • the motor current command value Itref is input to the current control / drive unit 240 as the motor current command value Iref via the switching unit 230, and the current control / drive unit 240 drives the motor 20 using the motor current command value Iref (step).
  • the operations in steps S10 to S30 are repeated until a switching command SW is output from switching command unit 110 in vehicle-side ECU 100 (step S40).
  • the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 51 is combined with a signal from the camera or the like as the vehicle information VI and the target steering angle generation unit 120.
  • the actual steering angle ⁇ r and the steering torque Tt detected by the steering angle sensor 52 and the torque sensor 53 are input to the steering angle control unit 220 (step S60).
  • the motor speed calculation unit 250 calculates the motor speed ⁇ e from the motor rotation angle ⁇ e from the rotation angle sensor 21, and outputs it to the steering angle control unit 220 (step S70).
  • the target steering angle generation unit 120 having received the vehicle information VI generates a target steering angle ⁇ ref based on the vehicle information VI and outputs it to the steering angle control unit 220 (step S80). Details of the operation of the target steering angle generator 120 will be described later. Note that the operation of the motor speed calculation unit 250 and the operation of the target steering angle generation unit 120 may be executed in parallel or in reverse order.
  • the steering angle control unit 220 receives the actual steering angle ⁇ r, the steering torque Tt, the motor speed ⁇ e, and the target steering angle ⁇ ref, and calculates a motor current command value Imref for steering angle control based on these (step S220). ). Details of the operation of the steering angle control unit 220 will be described later.
  • step S310 the switching unit 230 is switched by the switching command SW (step S310), and the motor current command value Imref from the rudder angle control unit 220 is input to the current control / drive unit 240 as the motor current command value Iref to control the current control / drive.
  • Unit 240 drives motor 20 using motor current command value Iref (step S320). The operations in steps S50 to S320 are repeated until switching command SW is changed from switching command unit 110 (step S330). When the switching command SW is changed, the process returns to step S10.
  • the vehicle information VI is input to the vehicle state quantity detection unit 130.
  • the vehicle state quantity detection unit 130 obtains the lateral position Yp, the lateral acceleration Y ⁇ , and the vehicle state quantity Cv (step S90), and the vehicle state quantity Cv is calculated as a target trajectory calculation unit.
  • the lateral position Yp and the lateral acceleration Y ⁇ are input to the vehicle motion control unit 150 together with the vehicle speed V.
  • the target trajectory calculation unit 140 calculates a lateral position command value Yref based on the vehicle state quantity Cv (step S100), and the lateral position command value Yref is input to the vehicle motion control unit 150.
  • the lateral position command value Yref is in the restriction unit 151
  • the lateral position Yp is in the subtraction unit 159 and the lateral speed calculation unit 155
  • the lateral acceleration Y ⁇ is in the vehicle behavior stabilization unit 157
  • the vehicle speed V is in the lateral direction.
  • the limiting unit 151 limits the lateral position command value Yref using the preset upper limit value and lower limit value, and outputs the limited value to the rate limiting unit 152 as the lateral position command value Yref1 (step S110). That is, if the lateral position command value Yref is within the range between the upper limit value and the lower limit value, the lateral position command value Yref is output as it is as the lateral position command value Yref1. Alternatively, the lower limit value is output as the lateral position command value Yref1.
  • the rate limiting unit 152 executes rate limiting as described above (step S120), and outputs the lateral position command value Yref2 to the lateral position command vibration removing unit 153.
  • the lateral position command vibration removal unit 153 calculates a lateral position command value Yref3 in which the vibration frequency component included in the lateral position command value Yref2 is reduced based on the frequency characteristics set according to the input vehicle speed V (step S130). ).
  • the lateral position command value Yref3 is added and input to the subtraction unit 159.
  • the subtracting unit 159 calculates a deviation Yp obtained by subtracting the subtracted lateral position Yp from the lateral position command value Yref3 (step S140), and the deviation Yp is input to the lateral position control unit 154.
  • the lateral position control unit 154 multiplies the deviation Yp by the proportional gain Kypp to calculate a lateral speed command value YVref (step S150).
  • the lateral speed command value YVref is input to the lateral speed control unit 156.
  • the lateral speed calculation unit 155 that has input the lateral position Yp calculates the lateral speed YV from the lateral position Yp (step S160) and outputs it to the lateral speed control unit 156.
  • the lateral speed control unit 156 calculates the target steering angle ⁇ refa by the IP control using the lateral speed command value YVref and the lateral speed YV (step S170), and outputs the target steering angle ⁇ ref to the adding unit 160.
  • the phase compensation unit 181 converts the lateral acceleration Y ⁇ to the lateral acceleration Y ⁇ c by using a phase compensation filter set according to the input vehicle speed V. (Step S180), the lateral acceleration Y ⁇ c is multiplied by the gain Kacc in the gain unit 182 (step S190), and is output to the adding unit 160 as the target steering angle ⁇ refb.
  • the target steering angle ⁇ refa and the target steering angle ⁇ refb are added (step S200), and the target steering angle ⁇ refc of the addition result is input to the limiting unit 158.
  • the limiting unit 158 limits the target steering angle ⁇ refc by the same operation as the limiting unit 151 using the preset upper limit value and lower limit value, and outputs the target steering angle ⁇ ref (step S210).
  • the operation up to the calculation of the lateral velocity command value YVref and the operation of the lateral velocity calculation unit 155, and further the operation up to the calculation of the target steering angle ⁇ refa and the operation of the vehicle behavior stabilization unit 157 are executed in parallel, even in the reverse order. May be.
  • the target steering angle ⁇ ref is input to the rate limiting unit 261
  • the actual steering angle ⁇ r is input to the subtraction unit 271
  • the motor speed ⁇ e is input to the speed control unit 264
  • the steering torque Tt is input to the steering wheel damping unit 269. Is done.
  • the rate limiting unit 261 performs rate limiting on the target steering angle ⁇ ref by the same operation as the rate limiting unit 152 in the vehicle motion control unit 150 (step S230), and applies the target steering angle ⁇ ref1 to the steering wheel vibration removing unit 262. Output.
  • the steering wheel vibration removal unit 262 reduces the vibration frequency component included in the target steering angle ⁇ ref1 by using the notch filter having the transfer function G notch expressed by Equation 1, and calculates the target steering angle ⁇ ref2 (step S240).
  • the target steering angle ⁇ ref2 is added and input to the subtracting unit 271.
  • the subtraction unit 271 calculates a deviation ⁇ d obtained by subtracting the subtracted input actual steering angle ⁇ r from the target steering angle ⁇ ref2 (step S250), and the deviation ⁇ d is input to the position control unit 263.
  • the position control unit 263 multiplies the deviation ⁇ d by the proportional gain Kpp to calculate the motor speed command value ⁇ ref (step S260).
  • the motor speed command value ⁇ ref is input to the speed control unit 264.
  • the speed control unit 264 calculates the motor current command value Imrefa through the IP control using them, and outputs the motor current command value Imrefa to the addition unit 272.
  • the steering wheel damping unit 269 having received the steering torque Tt calculates a motor current command value Imrefb based on the steering torque Tt by phase compensation and gain multiplication (step S280). Motor current command value Imrefb is input to adder 272.
  • the motor current command value Imrefa and the motor current command value Imrefb are added (step S290), and the motor current command value Imrefc as a result of the addition is input to the limiting unit 270.
  • the limiting unit 270 limits the motor current command value Imrefc by using the upper limit value and the lower limit value that are set in advance and performs the same operation as the limiting units 151 and 158 in the vehicle motion control unit 150, thereby limiting the motor current command value.
  • Output as Imref (step S300).
  • the operation up to the calculation of the motor current command value Imrefa and the operation of the handle damping unit 269 may be executed in reverse or in parallel.
  • phase compensation filter included in the phase compensation unit 181 in the vehicle behavior stabilization unit 157 a primary phase compensation filter having a numerator cutoff frequency of 1 Hz and a denominator cutoff frequency of 0.2 Hz is used.
  • the gain Kacc was set to a target steering angle equivalent to 50 deg with respect to a lateral acceleration of 1 m / s 2 , and simulation was performed with and without the vehicle behavior stabilization unit 157 installed. The results are shown in FIGS.
  • FIG. 16 shows the time response of the lateral position Yp when the lateral position command value Yref is changed as indicated by the thin solid line, with the horizontal axis representing time [sec] and the vertical axis representing the lateral position [m] of the vehicle. This is shown when the vehicle behavior stabilization unit 157 is present (thick solid line) and when it is not present (broken line). As can be seen from FIG. 16, the lateral position Yp is more stable without vibration when the vehicle behavior stabilization unit 157 is present, and is not stable when the vehicle behavior stabilization unit 157 is absent.
  • FIG. 17 The time response of the lateral acceleration Y ⁇ in the same simulation is shown in FIG.
  • the horizontal axis is time [sec] and the vertical axis is the horizontal acceleration [m / s 2 ].
  • the horizontal acceleration Y ⁇ when the vehicle behavior stabilization unit 157 is present is indicated by a bold solid line.
  • the lateral acceleration Y ⁇ when there is no line is indicated by a broken line.
  • FIG. 17 shows that the lateral acceleration Y ⁇ is less likely to vibrate when the vehicle behavior stabilization unit 157 is present.
  • FIG. 18 shows another configuration example (second embodiment) of the vehicle motion control unit in the target steering angle generation unit.
  • a lateral velocity command filter unit 351 and an addition unit 352 are added to the vehicle motion control unit 350 in the second embodiment. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the lateral speed command filter unit 351 has an FF (feed forward) filter, and the lateral position command value Yref2 subjected to rate limiting by the rate limiting unit 152 by the FF filter is converted into a lateral speed command value (compensation value) YVrefc. Convert to The converted lateral velocity command value YVrefc is added to the lateral velocity command value YVref output from the lateral position control unit 154 by the adding unit 352, and is output to the lateral velocity control unit 156 as the lateral velocity command value YVrefm. Thereby, the followability of the lateral position to the lateral position command value can be improved.
  • FF feed forward
  • a phase advance filter in order to advance the phase of the lateral position command value Yref2, a phase advance filter, a high-pass filter, a differential equivalent filter, or the like is used. Further, the characteristics of the FF filter may be changed according to the vehicle speed V in order to further improve the followability.
  • FIG. 19 shows an example of the operation of the target steering angle generator in the second embodiment.
  • operations in the lateral speed command filter unit 351 and the addition unit 352 are added (steps S151 and S152).
  • the lateral position command value Yref2 output from the rate limiting unit 152 is input to the lateral speed command filter unit 351 together with the vehicle speed V in addition to the lateral position command vibration removing unit 153.
  • the lateral speed command filter unit 351 converts the lateral position command value Yref2 into the lateral speed command value YVrefc using an FF filter whose characteristics are set according to the vehicle speed V (step S151), and outputs the result to the adding unit 352.
  • the lateral speed command value YVref output from the lateral position control unit 154 is input not to the lateral speed control unit 156 but to the adding unit 352, and the adding unit 352 adds the lateral speed command value YVrefc and the lateral speed command value YVref. (Step S152).
  • the addition result is input to the lateral speed control unit 156 as a lateral speed command value YVrefm. Note that the operation of the lateral speed command filter unit 351, the operation from the lateral position command vibration removal unit 153 to the lateral position control unit 154, and the operation of the lateral speed calculation unit 155 are executed in parallel even if the order is reversed. May be.
  • a component having an FF filter (lateral speed command filter unit 351) is added to the vehicle motion control unit, but a component having an FF filter may be added to the steering angle control unit.
  • FIG. 20 is a configuration example (third embodiment) in which a component having an FF filter is added to the steering angle control unit.
  • a motor speed command filter unit 321 and an addition unit 322 are added to the rudder angle control unit 320 in the third embodiment. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the motor speed command filter unit 321 converts the target steering angle ⁇ ref1 subjected to the rate limitation by the rate limiting unit 261 into the motor speed command value ⁇ refc by the FF filter.
  • the converted motor speed command value ⁇ refc is added to the motor speed command value ⁇ ref output from the position control unit 263 by the adding unit 322 and output to the speed control unit 264 as the motor speed command value ⁇ refm.
  • FIG. 21 shows an operation example of the rudder angle control unit 320 in the third embodiment.
  • the operations in the motor speed command filter unit 321 and the addition unit 322 are added (steps S261 and S262).
  • the target steering angle ⁇ ref1 output from the rate limiting unit 261 is input to the motor speed command filter unit 321 in addition to the steering wheel vibration removal unit 262.
  • the motor speed command filter unit 321 converts the target steering angle ⁇ ref1 into a motor speed command value ⁇ refc using an FF filter (step S261), and outputs it to the addition unit 322.
  • the motor speed command value ⁇ ref output from the position control unit 263 is input to the addition unit 322 instead of the speed control unit 264, and the addition unit 322 adds the motor speed command value ⁇ refc and the motor speed command value ⁇ ref ( Step S262).
  • the addition result is input to the speed controller 264 as a motor speed command value ⁇ refm.
  • the operation of the motor speed command filter unit 321 and the operation from the handle vibration removal unit 262 to the position control unit 263 may be executed in reverse or in parallel.
  • the switching unit 230 switches the motor current command value based on the switching command SW from the switching command unit 110, but this switching is performed gradually. You may do it. Thereby, the discontinuity of the motor current command value at the time of operation mode switching can be eased.
  • limiting units 151, 158 and 270 and the rate limiting units 152 and 261 may be omitted when the cost is more important than the effect of each unit.

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Abstract

【課題】目標操舵角に対する実操舵角の追従性を向上し、更に車両の振動に対して効率的な制振を行うことにより、舵角制御における運転者への違和感を軽減した電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】操舵トルク等に基づいて第１モータ電流指令値を演算するトルク制御部と、車両情報に基づいて目標操舵角を生成する目標操舵角生成部と、目標操舵角、実操舵角等に基づいて第２モータ電流指令値を演算する舵角制御部とを備え、第１及び第２モータ電流指令値よりモータ電流指令値を演算し、目標操舵角生成部は、横位置指令値及び横位置の偏差より横速度指令値を演算する横位置制御部と、横位置より横速度を演算する横速度演算部と、横速度指令値及び横速度に基づいて基本目標操舵角を演算する横速度制御部と、車両情報に基づいて求められる横方向加速度より補償目標操舵角を演算する車両挙動安定化部とを具備し、基本及び補償目標操舵角より目標操舵角を生成する。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、モータ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、手動操舵及び自動操舵を可能とする電動パワーステアリング装置に関し、特に舵角制御における目標値である目標操舵角を車両情報に基づいて補償することにより、車両振動の影響を軽減する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（モータ回転角）θｅ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）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
　このような電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）において、自動操舵による駐車支援機能（パーキングアシスト）を搭載した車両へのＥＰＳの応用が実施されており、更に、近年研究開発が進められている自動運転技術における自動操舵にＥＰＳを応用する提案がなされている。このようなＥＰＳでは、従来のＥＰＳが実行しているアシスト制御と、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がそれぞれ実行される。そして、舵角制御では、操舵角の制御目標である目標操舵角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。また、安定した自動操舵を実現すべく、目標操舵角の急激な変動やハンドル振動への対策がなされている。
　特許第３９１７００８号公報（特許文献１）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）と駐車支援モード（舵角制御）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。
　特開２０１３－２５２７２９号公報（特許文献２）に開示されている電動パワーステアリング装置では、目標操舵角への自動制御のためのモータ電流指令値を車速に応じて調整し、目標操舵角にレートリミッタによる円滑化処理を施すことにより、目標操舵角に従った正確な操舵及び急激な目標操舵角の変化に対する円滑な制御を行っている。更に、トーションバーの捩れ角に基づいて求めた制振用電流指令値で電流指令値を補正することにより、トルクセンサを用いずに制振効果を得られるようにしている。
特許第３９１７００８号公報 特開２０１３－２５２７２９号公報
　車両において舵角制御を行う場合、走行車速、摩擦や路面反力の変化等で外乱や負荷状況が大きく変化するので、それらに対して耐性のある制御構成を採用する必要がある。しかしながら、特許文献１記載の装置が採用している速度ＰＩ制御では、例えば路面反力が変化した場合、路面反力の変化によって実操舵角の応答が変わってしまうため、目標操舵角に精度良く追従することができず、車両が目標軌跡から外れる可能性がある。
　また、特許文献２記載の装置では、制振効果を得るために、目標操舵角を算出する過程ではなく、算出された目標操舵角に対してレートリミッタ等による処理を施しているので、振動の要因に合わせた制振処理を行う等、効率的な制振を行うのが難しい可能性がある。
　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、目標操舵角に対する実操舵角の追従性を向上し、更に車両の振動に対して効率的な制振を行うことにより、舵角制御における運転者への違和感を軽減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、モータ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、少なくとも操舵トルクに基づいて、前記アシスト制御のための第１モータ電流指令値を演算するトルク制御部と、車両情報に基づいて、前記舵角制御における目標値となる目標操舵角を生成する目標操舵角生成部と、少なくとも前記目標操舵角及び実操舵角に基づいて、前記舵角制御のための第２モータ電流指令値を演算する舵角制御部とを備え、前記第１モータ電流指令値及び前記第２モータ電流指令値より前記モータ電流指令値を演算し、前記目標操舵角生成部は、前記車両情報に基づいて求められる横位置指令値及び横位置の偏差より横速度指令値を演算する横位置制御部と、前記横位置より横速度を演算する横速度演算部と、前記横速度指令値及び前記横速度に基づいて基本目標操舵角を演算する横速度制御部と、前記車両情報に基づいて求められる横方向加速度より制振のための補償目標操舵角を演算する車両挙動安定化部とを具備し、前記基本目標操舵角及び前記補償目標操舵角より前記目標操舵角を生成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、前記目標操舵角及び前記実操舵角を用いて演算されるモータ速度指令値に基づいて、Ｉ－Ｐ制御によって前記第２モータ電流指令値を演算することにより、或いは、前記横位置制御部が、前記偏差に比例ゲインを乗算して前記横速度指令値を演算することにより、或いは、前記横速度制御部が、前記横速度指令値及び前記横速度を用いて、Ｉ－Ｐ制御によって前記基本目標操舵角を演算することにより、或いは、前記車両挙動安定化部が、位相補償フィルタを用いて位相補償を行う位相補償部と、ゲインを乗算するゲイン部とを具備し、前記位相補償部及び前記ゲイン部を介して、前記横方向加速度より前記補償目標操舵角を演算することにより、或いは、前記位相補償フィルタの特性が車速に応じて変化することにより、或いは、前記目標操舵角生成部が、前記横位置指令値に対して、予め設定される第１制限値によって制限をかける第１制限部を更に具備することにより、或いは、前記目標操舵角生成部が、前記横位置指令値の変化分に対して、予め設定されるレート制限値によって制限をかけるレート制限部を更に具備することにより、或いは、前記目標操舵角生成部が、前記横位置指令値に対して、前記横位置指令値に含まれる振動周波数成分を低減する横位置指令振動除去部を更に具備することにより、或いは、前記横位置指令振動除去部が有する特性が、車速に応じて変化することにより、或いは、前記目標操舵角生成部が、ＦＦフィルタを用いて、前記横位置指令値への前記横位置の追従性を上げるための補償値を前記横位置指令値より求める横速度指令フィルタ部を更に具備し、前記補償値により前記横速度指令値を補償することにより、或いは、前記ＦＦフィルタの特性が車速に応じて変化することにより、或いは、前記目標操舵角生成部が、前記目標操舵角に対して、予め設定される第２制限値によって制限をかける第２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、横方向加速度に基づいた制振処理を施して目標操舵角を算出しているので、的確な制振を行うことが可能であり、更に、速度Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により舵角制御を行うことにより、応答特性の振動抑制を実現し、追従性を向上することができる。
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。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 目標操舵角生成部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 車両運動制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 レート制限部の構成例を示すブロック図である。 レート制限による横位置指令値の変化例を示すグラフである。 横速度制御部の構成例を示すブロック図である。 車両挙動安定化部の構成例を示すブロック図である。 舵角制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ハンドル振動除去部が有するノッチフィルタの周波数特性の例を示すボード線図である。（Ａ）がゲイン特性、（Ｂ）が位相特性である。 ハンドル制振部が有するフィルタの周波数特性の例を示すボード線図である。（Ａ）がゲイン特性、（Ｂ）が位相特性である。 本発明の全体の動作例を示すフローチャートである。 目標操舵角生成部の動作例（第１実施形態）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）を示すフローチャートである。 車両挙動安定化部の有無でのシミュレーションにおける横位置の時間応答の結果を示すグラフである。 車両挙動安定化部の有無でのシミュレーションにおける横方向加速度の時間応答の結果を示すグラフである。 車両運動制御部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 目標操舵角生成部の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 舵角制御部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 舵角制御部の動作例（第３実施形態）を示すフローチャートである。
　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、駐車支援や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では、トルク制御部及び舵角制御部がそれぞれ動作し、各部から出力されるモータ電流指令値（第１モータ電流指令値、第２モータ電流指令値）を切り換えて、モータを駆動制御する。舵角制御では、目標操舵角及び実操舵角を用いてモータ速度指令値を演算し、モータ速度指令値に基づいてＩ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）を行い、モータ電流指令値（第２モータ電流指令値）を算出している。これにより、応答特性の振動抑制を実現すると共に、路面変化等の外乱に耐性のある制御構造となっている。更に、横位置及び横位置の目標値である横位置指令値を用いて横速度指令値を演算し、横速度指令値に基づいてＩ－Ｐ制御を行って求められる目標操舵角（基本目標操舵角）を、横方向加速度に基づいて演算される目標操舵角（補償目標操舵角）により補償している。これにより、横速度での追従性及び横方向での車両振動に対する制振効果を向上させている。
　以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
　図３は本発明の構成例（第１実施形態）を示しており、モータ２０にはモータ回転角θｅを検出するためのレゾルバ等の回転角センサ２１が接続されており、モータ２０は車両側ＥＣＵ（コントロールユニット）１００及びＥＰＳ側ＥＣＵ２００を介して駆動制御される。
　車両側ＥＣＵ１００は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、ＥＰＳの動作モードを切り換える切換指令ＳＷを出力する切換指令部１１０と、カメラ（画像）やＧＰＳ（Global　Positioning　System）等からの信号及び車速センサ５１からの車速Ｖを車両情報ＶＩとして入力し、それらに基づいて目標操舵角θｒｅｆを生成する目標操舵角生成部１２０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５２で検出される実操舵角θｒは、車両側ＥＣＵ１００を経て、ＥＰＳ側ＥＣＵ２００内の舵角制御部２２０に入力される。車速Ｖも、車両情報ＶＩとして目標操舵角生成部１２０に入力されると共に、車両側ＥＣＵ１００を経て、ＥＰＳ側ＥＣＵ２００内のトルク制御部２１０に入力される。なお、車速ＶはＣＡＮ等から受信することも可能である。
　ＥＰＳの動作モードにはアシスト制御を行う「手動操舵モード」と舵角制御を行う「自動操舵モード」とがあり、切換指令部１１０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等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はＥＰＳ側ＥＣＵ２００内の切換部２３０に入力される。
　目標操舵角生成部１２０は、車速Ｖを含む車両情報ＶＩを基に目標操舵角θｒｅｆを生成し、生成された目標操舵角θｒｅｆは舵角制御部２２０に入力される。目標操舵角生成部１２０の詳細については後述する。
　ＥＰＳ側ＥＣＵ２００は、アシスト制御のためのモータ電流指令値（第１モータ電流指令値）Ｉｔｒｅｆを演算するトルク制御部２１０、舵角制御のためのモータ電流指令値（第２モータ電流指令値）Ｉｍｒｅｆを演算する舵角制御部２２０、動作モードの切換を行う切換部２３０、モータ２０を駆動制御する電流制御／駆動部２４０及びモータ速度ωｅを演算するモータ速度演算部２５０とを具備している。また、トルクセンサ５３で検出される操舵トルクＴｔが、トルク制御部２１０及び舵角制御部２２０に入力される。
　モータ速度演算部２５０は、回転角センサ２１からのモータ回転角θｅに基づいてモータ速度ωｅを演算し、モータ速度ωｅは舵角制御部２２０に入力される。
　トルク制御部２１０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、補償信号生成部３４、加算部３２Ａ及び電流制限部３３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に相当するモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを算出する。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。
　舵角制御部２２０は、舵角制御を行うために、目標操舵角θｒｅｆ、実操舵角θｒ、操舵トルクＴｔ及びモータ速度ωｅに基づいて、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを算出する。舵角制御部２２０の詳細については後述する。
　切換部２３０は、切換指令ＳＷに基づいて、トルク制御部２１０による手動操舵モードと、舵角制御部２２０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、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。
　電流制御／駆動部２４０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、モータ電流指令値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。
　目標操舵角生成部１２０及び舵角制御部２２０について、詳細に説明する。
　図４は目標操舵角生成部１２０の構成例を示しており、目標操舵角生成部１２０は車両状態量検出部１３０、目標軌道演算部１４０及び車両運動制御部１５０を具備する。
　車両状態量検出部１３０は、カメラ、ＧＰＳ、角速度センサ、加速度センサ、等から出力されるデータ及び車速センサ５１からの車速Ｖを車両情報ＶＩとして入力し、横位置Ｙｐ、横方向加速度Ｙα及び目標軌道演算部１４０での演算に必要なデータである車両状態量Ｃｖを求め、車速Ｖと共に出力する。横位置Ｙｐは、カメラ等の画像データ及びＧＰＳの位置情報に基づいて、車線に対する自車両の相対的な距離として算出される。横位置Ｙｐ、横方向加速度Ｙα及び車速Ｖは、車両運動制御部１５０に入力される。なお、車両状態量Ｃｖに横位置Ｙｐ、横方向加速度Ｙα及び車速Ｖが含まれることもある。
　目標軌道演算部１４０は、車両状態量Ｃｖに基づいて、既存の方法により横位置指令値Ｙｒｅｆを演算し、車両運動制御部１５０に出力する。
　車両運動制御部１５０は、横位置指令値Ｙｒｅｆ、横位置Ｙｐ、横方向加速度Ｙα及び車速Ｖに基づいて、目標操舵角θｒｅｆを演算する。図５は車両運動制御部１５０の構成例で、車両運動制御部１５０は制限部１５１（第１制限部）及び１５８（第２制限部）、レート制限部１５２、横位置指令振動除去部１５３、横位置制御部１５４、横速度演算部１５５、横速度制御部１５６、車両挙動安定化部１５７、減算部１５９並びに加算部１６０を具備する。
　制限部１５１は、横位置指令値Ｙｒｅｆに対して、予め設定される上限値及び下限値からなる制限値（第１制限値）によって制限をかけ、横位置指令値Ｙｒｅｆ１として出力する。これにより、通信異常、メモリ異常等に起因して、横位置指令値Ｙｒｅｆに異常値が発生した場合に、制限をかけることができる。なお、上限値の大きさ（絶対値）と下限値の大きさは同じでも異なっても良い。
　レート制限部１５２は、横位置指令値の急変によって目標操舵角が急激に変動することを避けるために、横位置指令値Ｙｒｅｆ１の変化分に対して制限値（レート制限値）を設定して制限をかけ、横位置指令値Ｙｒｅｆ２を出力する。これにより、運転者への安全性向上にも繋がる。レート制限部１５２の構成例を図６に示す。保持部（Ｚ－１）１６４には横位置指令値Ｙｒｅｆ２の過去値（１サンプル前のデータ）が保持されており、減算部１６１に加算入力される横位置指令値Ｙｒｅｆ１との差分が変化分Ｙｒｅｆｄ１として算出される。変化分設定部１６２は、変化分Ｙｒｅｆｄ１に対して、予め設定される制限値（上限値、下限値）にて制限をかけ、変化分Ｙｒｅｆｄ２として出力する。つまり、変化分Ｙｒｅｆｄ１が上限値及び下限値の範囲内の場合は、変化分Ｙｒｅｆｄ１をそのまま変化分Ｙｒｅｆ２として出力し、範囲外の場合は、制限値を変化分Ｙｒｅｆｄ２として出力する。そして、加算部１６３にて、保持部（Ｚ－１）１６４に保持されている横位置指令値Ｙｒｅｆ２の過去値に変化分Ｙｒｅｆｄ２を加算し、横位置指令値Ｙｒｅｆ２として出力すると共に、その横位置指令値Ｙｒｅｆ２を保持部（Ｚ－１）１６４に保持する。このような処理を行うことにより、例えば、横位置指令値Ｙｒｅｆ１が、図７に示されるように、時点ｔ１において制限値を越える変化分で変化した場合、変化分Ｙｒｅｆｄ１が制限値を超えなくなる時点ｔ４までは、時点ｔ１及びその後の演算周期Ｔでの各時点（ｔ２、ｔ３）での変化分Ｙｒｅｆｄ１は制限値で制限されるので、横位置指令値Ｙｒｅｆ２は、図７に示されるように階段状に変化することになり、時点ｔ４以降で横位置指令値Ｙｒｅｆ１と一致することになる。よって、横位置指令値Ｙｒｅｆ１が急激に変化しても、レート制限部１５２により、その変化を緩和させることができるので、急激な電流変化を防止し、運転者に自動操舵の不安感を減少させることができる。
　横位置指令振動除去部１５３は、車両制御中での車両のもつ共振特性（ヨー共振等）に起因して発生する振動現象の影響を軽減するために、横位置指令値Ｙｒｅｆ２に含まれる振動周波数成分を、位相遅れ補償又はノッチフィルタ等によるフィルタ処理により低減し、横位置指令値Ｙｒｅｆ３を出力する。フィルタとしては、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。また、一般的に、車両のヨー共振の周波数及びゲインは車速に応じて変化するので、位相遅れ補償及びフィルタの周波数特性は車速に応じて変化させても良い。なお、振動周波数成分が微小な場合等では、横位置指令振動除去部１５３は省略しても良い。
　横位置制御部１５４は、横位置指令値Ｙｒｅｆ３と横位置Ｙｐの偏差Ｙｄ（＝Ｙｒｅｆ３－Ｙｐ）に比例ゲインＫｙｐｐを乗算し、Ｐ制御により横速度指令値ＹＶｒｅｆを算出する。
　横速度演算部１５５は、横位置Ｙｐから横速度ＹＶを算出する。算出するためには、微分相当の演算を行えば良く、例えば、差分演算、高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ、及びゲインを用いる。ローパスフィルタとして、例えば１次のフィルタを使用し、カットオフ周波数は１０Ｈｚから３０Ｈｚの間に設定するのが良い。ローパスフィルタに代わりに、ハイパスフィルタを使用した擬似微分とゲインで算出しても良い。ハイパスフィルタとしても、例えば１次のフィルタを使用し、カットオフ周波数は１０Ｈｚから３０Ｈｚの間に設定するのが良い。
　横速度制御部１５６は、横速度指令値ＹＶｒｅｆ及び横速度ＹＶを用いて、Ｉ－Ｐ制御により、横速度ＹＶが横速度指令値ＹＶｒｅｆに追従するような目標操舵角（基本目標操舵角）θｒｅｆａを算出する。
　横速度制御部１５６の構成例を図８に示す。横速度指令値ＹＶｒｅｆと横速度ＹＶの偏差ＹＤｆ（＝ＹＶｒｅｆ－ＹＶ）が減算部１７３で算出され、偏差ＹＤｆは、積分部１７１にて積分及びゲイン（Ｋｙｖｉ）乗算され、減算部１７４に加算入力される。横速度ＹＶは比例部１７２にも入力され、比例部１７２にてゲイン（Ｋｙｖｐ）乗算され、減算部１７４に減算入力される。減算部１７４の減算結果が、目標操舵角θｒｅｆａとして出力される。
　車両挙動安定化部１５７は、横方向加速度Ｙαに基づいて、車両の振動に対する制振効果を更に向上させるための目標操舵角（補償目標操舵角）θｒｅｆｂを算出する。車両挙動安定化部１５７は、例えば、図９に示されるように、位相補償フィルタを有する位相補償部１８１及びゲイン部１８２より構成される。横方向加速度Ｙαは、位相補償部１８１にて位相補償フィルタにより横方向加速度Ｙαｃに変換され、更にゲイン部１８２にてゲインＫａｃｃを乗算され、目標操舵角θｒｅｆｂとして出力される。位相補償フィルタは１次フィルタでも２次フィルタでも良く、安定化可能な位相特性であれば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタのいずれかで良い。また、位相補償フィルタの周波数特性を車速Ｖに応じて変化させ、より的確な制振効果が得られるようにしても良い。例えば、車速Ｖに応じたゲインマップを用意し、カットオフ周波数を車速Ｖに応じて変化させて、位相補償を行う。なお、位相補償部１８１及びゲイン部１８２の配置は逆でも良い。
　横速度制御部１５６からの目標操舵角θｒｅｆａ及び車両挙動安定化部１５７からの目標操舵角θｒｅｆｂは、加算部１６０にて加算され、目標操舵角θｒｅｆｃとして制限部１５８に出力される。
　制限部１５８は、目標操舵角θｒｅｆｃに対して、過出力防止のために、予め設定される上限値及び下限値からなる制限値（第２制限値）によって制限をかけ、目標操舵角θｒｅｆを出力する。
　図１０は舵角制御部２２０の構成例を示しており、舵角制御部２２０は、レート制限部２６１、ハンドル振動除去部２６２、位置制御部２６３、速度制御部２６４、ハンドル制振部２６９、制限部２７０、減算部２７１及び加算部２７２を具備する。
　レート制限部２６１は、目標操舵角θｒｅｆが急激に変化した場合に円滑化して出力するために、車両運動制御部１５０内のレート制限部１５２と同様の構成及び動作により、目標操舵角θｒｅｆに対してレート制限を行い、目標操舵角θｒｅｆ１を出力する。レート制限部２６１でのレート制限により、例えば、目標操舵角θｒｅｆが、図７に示される横位置指令値Ｙｒｅｆ１のように変化しても、目標操舵角θｒｅｆ１は、同図の横位置指令値Ｙｒｅｆ２のように階段状に変化し、急激な変化を緩和することができる。
　ハンドル振動除去部２６２は、自動操舵モードにおける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の影響を軽減するために、目標操舵角θｒｅｆ１に含まれる振動周波数成分を、ノッチフィルタによるフィルタ処理により低減し、目標操舵角θｒｅｆ２を出力する。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ハンドル振動周波数（以下、単に「ハンドル振動周波数」とする）は約１２．５［Ｈｚ］であり、ハンドル振動周波数の近傍、例えば１２．５±５．０［Ｈｚ］でのゲインのみを低下させるために、ノッチフィルタを使用する。ノッチフィルタとして、例えば、下記数１で表現される２次の伝達関数Ｇｎｏｔｃｈを有するフィルタを使用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、ωｎ及びωｄは中心周波数、ζｎ及びζｄは減衰定数、ｓはラプラス演算子である。ωｎ＝ωｄ＝２π×１２．５［ｒａｄ／ｓ］、ζｎ＝０．２、ζｄ＝０．６とした場合の伝達関数Ｇｎｏｔｃｈの周波数特性を図１１に示す。図１１（Ａ）はゲイン特性、図１１（Ｂ）は位相特性である。図１１から、約１２．５Ｈｚにおいてゲインが低下していることがわかる。なお、伝達関数Ｇｎｏｔｃｈの中心周波数ωｎ及びωｄはハンドル振動周波数に基づいて設定されるが、必ずしも一致させる必要はなく、ハンドル振動周波数の近傍に設定するということで、例えば２π×７．５～２π×１７．５［ｒａｄ／ｓ］の範囲で設定しても良い。また、低減すべき振動周波数成分の範囲や大きさによってはノッチフィルタよりゲインが緩く低下するフィルタを使用しても良く、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２６２は省略しても良い。
　位置制御部２６３は、目標操舵角θｒｅｆ２と実操舵角θｒの偏差θｄ（＝θｒｅｆ２－θｒ）に比例ゲインＫｐｐを乗算し、Ｐ制御によりモータ速度指令値ωｒｅｆを算出する。
　速度制御部２６４は、モータ速度指令値ωｒｅｆ及びモータ速度ωｅを用いて、Ｉ－Ｐ制御により、モータ速度ωｅがモータ速度指令値ωｒｅｆに追従するようなモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆａを算出する。モータ速度指令値ωｒｅｆとモータ速度ωｅの偏差Ｄｆ（＝ωｒｅｆ－ωｅ）が減算部２６７で算出され、偏差Ｄｆは、積分部２６５にて積分及びゲイン（Ｋｖｉ）乗算され、減算部２６８に加算入力される。モータ速度ωｅは比例部２６６にも入力され、比例部２６６にてゲイン（Ｋｖｐ）乗算され、減算部２６８に減算入力される。減算部２６８の減算結果が、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆａとして出力される。なお、モータ速度ωｅの代わりに実舵角速度を使用しても良く、実舵角速度は実操舵角θｒより算出しても良い。
　ハンドル制振部２６９は、操舵トルクＴｔに基づいて、ハンドル振動の制振効果を更に向上させるためのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｂを算出する。ハンドル制振部２６９は、車両運動制御部１５０内の車両挙動安定化部１５７と同様に、位相補償及びゲイン乗算により、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｂを算出する。位相補償を行うフィルタとしては、１次フィルタでも２次フィルタでも良く、安定化可能な位相特性であれば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等で良い。例えば、１次のハイパスフィルタを使用した場合の周波数特性の例を図１２に示す。図１２（Ａ）がゲイン特性、図１２（Ｂ）が位相特性である。カットオフ周波数はハンドル振動周波数に基づいて設定するので、図１２では１２．５Ｈｚとしている。なお、低減すべき振動周波数成分が微小な場合等では、ハンドル制振部２６９は省略しても良い。
　速度制御部２６４からのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆａ及びハンドル制振部２６９からのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｂは、加算部２７２にて加算され、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｃとして制限部２７０に出力される。
　制限部２７０は、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｃに対して、過出力防止のために、予め設定される上限値及び下限値からなる制限値によって制限をかけ、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを出力する。
　このような構成において、その動作例を、図１３～図１５のフローチャートを参照して説明する。なお、動作開始時のＥＰＳの動作モードは、「手動操舵モード」であるとする。
　操舵系の動作を開始すると、車速センサ５１及びトルクセンサ５３が、それぞれ車速Ｖ及び操舵トルクＴｔを検出する（ステップＳ１０）。ＥＰＳ側ＥＣＵ２００内のトルク制御部２１０は、車速Ｖ及び操舵トルクＴｔを入力し、図２に示される電流指令値演算部３１、補償信号生成部３４、加算部３２Ａ及び電流制限部３３と同様の動作により、アシスト制御のためのモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを算出する（ステップＳ２０）。モータ電流指令値Ｉｔｒｅｆは切換部２３０を介してモータ電流指令値Ｉｒｅｆとして電流制御／駆動部２４０に入力され、電流制御／駆動部２４０はモータ電流指令値Ｉｒｅｆを用いてモータ２０を駆動する（ステップＳ３０）。ステップＳ１０～Ｓ３０の動作が、車両側ＥＣＵ１００内の切換指令部１１０から切換指令ＳＷが出力されるまで繰り返される（ステップＳ４０）。
　「自動操舵モード」となり、切換指令部１１０から切換指令ＳＷが出力されると（ステップＳ４０）、車速センサ５１が検出した車速Ｖがカメラ等からの信号と共に車両情報ＶＩとして目標操舵角生成部１２０に入力される（ステップＳ５０）。また、舵角センサ５２及びトルクセンサ５３がそれぞれ検出した実操舵角θｒ及び操舵トルクＴｔは舵角制御部２２０に入力される（ステップＳ６０）。更に、モータ速度演算部２５０は、回転角センサ２１からのモータ回転角θｅよりモータ速度ωｅを算出し、舵角制御部２２０に出力する（ステップＳ７０）。
　車両情報ＶＩを入力した目標操舵角生成部１２０は、車両情報ＶＩを基に目標操舵角θｒｅｆを生成し、舵角制御部２２０に出力する（ステップＳ８０）。目標操舵角生成部１２０の動作の詳細については後述する。なお、モータ速度演算部２５０の動作と目標操舵角生成部１２０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２２０は、実操舵角θｒ、操舵トルクＴｔ、モータ速度ωｅ及び目標操舵角θｒｅｆを入力し、これらに基づいて、舵角制御のためのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを算出する（ステップＳ２２０）。舵角制御部２２０の動作の詳細については後述する。
　その後、切換部２３０が切換指令ＳＷにより切り換えられ（ステップＳ３１０）、舵角制御部２２０からのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆがモータ電流指令値Ｉｒｅｆとして電流制御／駆動部２４０に入力され、電流制御／駆動部２４０はモータ電流指令値Ｉｒｅｆを用いてモータ２０を駆動する（ステップＳ３２０）。ステップＳ５０～Ｓ３２０の動作が、切換指令部１１０から切換指令ＳＷが変更されるまで繰り返される（ステップＳ３３０）。切換指令ＳＷが変更されたら、ステップＳ１０に戻る。
　目標操舵角生成部１２０の動作例の詳細を、図１４のフローチャートを参照して説明する。
　車両情報ＶＩは車両状態量検出部１３０に入力され、車両状態量検出部１３０は横位置Ｙｐ、横方向加速度Ｙα及び車両状態量Ｃｖを求め（ステップＳ９０）、車両状態量Ｃｖは目標軌道演算部１４０に入力され、横位置Ｙｐ及び横方向加速度Ｙαは、車速Ｖと共に車両運動制御部１５０に入力される。
　目標軌道演算部１４０は、車両状態量Ｃｖに基づいて横位置指令値Ｙｒｅｆを算出し（ステップＳ１００）、横位置指令値Ｙｒｅｆは車両運動制御部１５０に入力される。
　車両運動制御部１５０では、横位置指令値Ｙｒｅｆが制限部１５１に、横位置Ｙｐが減算部１５９及び横速度演算部１５５に、横方向加速度Ｙαが車両挙動安定化部１５７に、車速Ｖが横位置指令振動除去部１５３及び車両挙動安定化部１５７にそれぞれ入力される。
　制限部１５１は、予め設定された上限値及び下限値を用いて、横位置指令値Ｙｒｅｆに制限をかけ、横位置指令値Ｙｒｅｆ１として、レート制限部１５２に出力する（ステップＳ１１０）。即ち、横位置指令値Ｙｒｅｆが上限値と下限値の範囲内であれば、横位置指令値Ｙｒｅｆをそのまま横位置指令値Ｙｒｅｆ１として出力し、範囲外であれば、越えた制限値に従い、上限値又は下限値を横位置指令値Ｙｒｅｆ１として出力する。
　レート制限部１５２では、前述したようなレート制限が実行され（ステップＳ１２０）、横位置指令値Ｙｒｅｆ２を横位置指令振動除去部１５３に出力する。
　横位置指令振動除去部１５３は、入力した車速Ｖに応じて設定された周波数特性に基づいて、横位置指令値Ｙｒｅｆ２に含まれる振動周波数成分を低減した横位置指令値Ｙｒｅｆ３を算出する（ステップＳ１３０）。横位置指令値Ｙｒｅｆ３は減算部１５９に加算入力される。
　減算部１５９では、減算入力された横位置Ｙｐを横位置指令値Ｙｒｅｆ３から減算した偏差Ｙｐが算出され（ステップＳ１４０）、偏差Ｙｐは横位置制御部１５４に入力される。
　横位置制御部１５４は、偏差Ｙｐに比例ゲインＫｙｐｐを乗算し、横速度指令値ＹＶｒｅｆを算出する（ステップＳ１５０）。横速度指令値ＹＶｒｅｆは横速度制御部１５６に入力される。
　横位置Ｙｐを入力した横速度演算部１５５は、横位置Ｙｐから横速度ＹＶを算出し（ステップＳ１６０）、横速度制御部１５６に出力する。
　横速度制御部１５６は、横速度指令値ＹＶｒｅｆ及び横速度ＹＶを用いて、Ｉ－Ｐ制御により目標操舵角θｒｅｆａを算出し（ステップＳ１７０）、加算部１６０に出力する。
　横方向加速度Ｙα及び車速Ｖを入力した車両挙動安定化部１５７では、位相補償部１８１が、入力した車速Ｖに応じて設定された位相補償フィルタを用いて、横方向加速度Ｙαを横方向加速度Ｙαｃに変換し（ステップＳ１８０）、横方向加速度Ｙαｃは、ゲイン部１８２にてゲインＫａｃｃを乗算され（ステップＳ１９０）、目標操舵角θｒｅｆｂとして加算部１６０に出力される。
　加算部１６０では、目標操舵角θｒｅｆａ及び目標操舵角θｒｅｆｂが加算され（ステップＳ２００）、加算結果の目標操舵角θｒｅｆｃは制限部１５８に入力される。
　制限部１５８は、予め設定された上限値及び下限値を用いて、制限部１５１と同様の動作により、目標操舵角θｒｅｆｃに制限をかけ、目標操舵角θｒｅｆとして出力する（ステップＳ２１０）。
　なお、横速度指令値ＹＶｒｅｆ算出までの動作と横速度演算部１５５の動作、更に目標操舵角θｒｅｆａ算出までの動作と車両挙動安定化部１５７の動作は、それぞれ順番が逆でも、並行して実行されても良い。
　舵角制御部２２０の動作例の詳細を、図１５のフローチャートを参照して説明する。
　舵角制御部２２０では、目標操舵角θｒｅｆがレート制限部２６１に、実操舵角θｒが減算部２７１に、モータ速度ωｅが速度制御部２６４に、操舵トルクＴｔがハンドル制振部２６９にそれぞれ入力される。
　レート制限部２６１は、車両運動制御部１５０内のレート制限部１５２と同様の動作により、目標操舵角θｒｅｆに対してレート制限をかけ（ステップＳ２３０）、目標操舵角θｒｅｆ１をハンドル振動除去部２６２に出力する。
　ハンドル振動除去部２６２は、数１で表わされる伝達関数Ｇｎｏｔｃｈを有するノッチフィルタを用いて、目標操舵角θｒｅｆ１に含まれる振動周波数成分を低減し、目標操舵角θｒｅｆ２を算出する（ステップＳ２４０）。目標操舵角θｒｅｆ２は減算部２７１に加算入力される。
　減算部２７１では、減算入力された実操舵角θｒを目標操舵角θｒｅｆ２から減算した偏差θｄが算出され（ステップＳ２５０）、偏差θｄは位置制御部２６３に入力される。
　位置制御部２６３は、偏差θｄに比例ゲインＫｐｐを乗算し、モータ速度指令値ωｒｅｆを算出する（ステップＳ２６０）。モータ速度指令値ωｒｅｆは速度制御部２６４に入力される。
　モータ速度ωｅ及びモータ速度指令値ωｒｅｆを入力した速度制御部２６４は、それらを用いて、Ｉ－Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆａを算出し（ステップＳ２７０）、加算部２７２に出力する。
　操舵トルクＴｔを入力したハンドル制振部２６９は、位相補償及びゲイン乗算により、操舵トルクＴｔに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｂを算出する（ステップＳ２８０）。モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｂは加算部２７２に入力される。
　加算部２７２では、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆａ及びモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｂが加算され（ステップＳ２９０）、加算結果のモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｃは制限部２７０に入力される。
　制限部２７０は、予め設定された上限値及び下限値を用いて、車両運動制御部１５０内の制限部１５１及び１５８と同様の動作により、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆｃに制限をかけ、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆとして出力する（ステップＳ３００）。
　なお、モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆａ算出までの動作とハンドル制振部２６９の動作は、順番が逆でも、並行して実行されても良い。
　本実施形態の効果として、車両挙動安定化部１５７の有無でのシミュレーション結果について説明する。
　車両挙動安定化部１５７内の位相補償部１８１が有する位相補償フィルタとして、分子のカットオフ周波数が１Ｈｚ、分母のカットオフ周波数が０．２Ｈｚの１次位相補償フィルタを使用し、ゲイン部１８２のゲインＫａｃｃを、１ｍ／ｓ２の横方向加速度に対して５０ｄｅｇ相当の目標操舵角となるように設定し、車両挙動安定化部１５７を設置した場合と設置しない場合でシミュレーションを行った。その結果を図１６及び図１７に示す。
　図１６は、横軸を時間［ｓｅｃ］、縦軸を車両の横位置［ｍ］として、横位置指令値Ｙｒｅｆを細実線で示されるように変化させた場合の横位置Ｙｐの時間応答を、車両挙動安定化部１５７がある場合（太実線）とない場合（破線）とで示したものである。図１６からわかるように、車両挙動安定化部１５７がある場合の方が横位置Ｙｐは振動せずに安定しており、車両挙動安定化部１５７がない場合は安定せず振動している。
　同じシミュレーションでの横方向加速度Ｙαの時間応答を図１７に示す。図１７は、横軸を時間［ｓｅｃ］、縦軸を横方向加速度［ｍ／ｓ２］として、図１６と同様に、車両挙動安定化部１５７がある場合の横方向加速度Ｙαを太実線で、ない場合の横方向加速度Ｙαを破線で示したものである。図１７より、車両挙動安定化部１５７がある場合の方が、横方向加速度Ｙαが振動しづらいのがわかる。
　本発明の他の実施形態について説明する。
　図１８は目標操舵角生成部内の車両運動制御部の他の構成例（第２実施形態）を示しており、図５に示される第１実施形態での車両運動制御部１５０と比べると、第２実施形態での車両運動制御部３５０には、横速度指令フィルタ部３５１及び加算部３５２が追加されている。その他の構成は第１実施形態と同じなので、説明は省略する。
　横速度指令フィルタ部３５１はＦＦ（フィードフォワード）フィルタを有しており、ＦＦフィルタにより、レート制限部１５２にてレート制限をかけられた横位置指令値Ｙｒｅｆ２を横速度指令値（補償値）ＹＶｒｅｆｃに変換する。変換後の横速度指令値ＹＶｒｅｆｃは、加算部３５２にて、横位置制御部１５４から出力される横速度指令値ＹＶｒｅｆに加算され、横速度指令値ＹＶｒｅｆｍとして横速度制御部１５６に出力される。これにより、横位置指令値への横位置の追従性を上げることができる。ＦＦフィルタとしては、横位置指令値Ｙｒｅｆ２の位相を進ませるべく、位相進みフィルタ、ハイパスフィルタ、微分相当のフィルタ等を使用する。また、追従性を更に向上させるために、ＦＦフィルタの特性を車速Ｖに応じて変化させても良い。
　第２実施形態での目標操舵角生成部の動作例を図１９に示す。図１４に示される第１実施形態での動作例に比べると、横速度指令フィルタ部３５１及び加算部３５２での動作が加わっている（ステップＳ１５１、１５２）。レート制限部１５２から出力された横位置指令値Ｙｒｅｆ２は、横位置指令振動除去部１５３の他に、横速度指令フィルタ部３５１にも、車速Ｖと共に入力される。横速度指令フィルタ部３５１は、車速Ｖに応じて特性を設定されたＦＦフィルタを用いて、横位置指令値Ｙｒｅｆ２を横速度指令値ＹＶｒｅｆｃに変換し（ステップＳ１５１）、加算部３５２に出力する。横位置制御部１５４から出力された横速度指令値ＹＶｒｅｆは、横速度制御部１５６ではなく、加算部３５２に入力され、加算部３５２では、横速度指令値ＹＶｒｅｆｃと横速度指令値ＹＶｒｅｆが加算される（ステップＳ１５２）。加算結果は横速度指令値ＹＶｒｅｆｍとして横速度制御部１５６に入力される。なお、横速度指令フィルタ部３５１の動作、横位置指令振動除去部１５３から横位置制御部１５４までの動作、及び横速度演算部１５５の動作は、順番が前後しても、並行して実行されても良い。
　第２実施形態では車両運動制御部にＦＦフィルタを有する構成要素（横速度指令フィルタ部３５１）が追加されたが、舵角制御部にＦＦフィルタを有する構成要素を追加することも可能である。
　図２０は、ＦＦフィルタを有する構成要素を舵角制御部に追加した構成例（第３実施形態）である。図１０に示される第１実施形態での舵角制御部２２０と比べると、第３実施形態での舵角制御部３２０には、モータ速度指令フィルタ部３２１及び加算部３２２が追加されている。その他の構成は第１実施形態と同じなので、説明は省略する。
　モータ速度指令フィルタ部３２１は、ＦＦフィルタにより、レート制限部２６１にてレート制限をかけられた目標操舵角θｒｅｆ１をモータ速度指令値ωｒｅｆｃに変換する。変換後のモータ速度指令値ωｒｅｆｃは、加算部３２２にて、位置制御部２６３から出力されるモータ速度指令値ωｒｅｆに加算され、モータ速度指令値ωｒｅｆｍとして速度制御部２６４に出力される。これにより、目標操舵角に対する実操舵角の制御帯域を高周波側まで広げることができ、その結果、舵角制御の応答性を向上させることができる。
　第３実施形態での舵角制御部３２０の動作例を図２１に示す。図１５に示される第１実施形態での動作例に比べると、モータ速度指令フィルタ部３２１及び加算部３２２での動作が加わっている（ステップＳ２６１、２６２）。レート制限部２６１から出力された目標操舵角θｒｅｆ１は、ハンドル振動除去部２６２の他に、モータ速度指令フィルタ部３２１にも入力される。モータ速度指令フィルタ部３２１は、ＦＦフィルタを用いて、目標操舵角θｒｅｆ１をモータ速度指令値ωｒｅｆｃに変換し（ステップＳ２６１）、加算部３２２に出力する。位置制御部２６３から出力されたモータ速度指令値ωｒｅｆは、速度制御部２６４ではなく、加算部３２２に入力され、加算部３２２では、モータ速度指令値ωｒｅｆｃとモータ速度指令値ωｒｅｆが加算される（ステップＳ２６２）。加算結果はモータ速度指令値ωｒｅｆｍとして速度制御部２６４に入力される。なお、モータ速度指令フィルタ部３２１の動作とハンドル振動除去部２６２から位置制御部２６３までの動作は、順番が逆でも、並行して実行されても良い。
　なお、上述の実施形態（第１～第３実施形態）では、切換部２３０は、切換指令部１１０からの切換指令ＳＷに基づいてモータ電流指令値を切り換えているが、この切換を徐々に行うようにしても良い。これにより、動作モード切換時でのモータ電流指令値の不連続性を緩和することができる。
　また、制限部１５１、１５８及び２７０並びにレート制限部１５２及び２６１は、各部の効果よりコストを重視する場合等では省略しても良い。
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、５３　　　　　　トルクセンサ
１２、５１　　　　　　車速センサ
１４、５２　　　　　　舵角センサ
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　　　　　　　　切換指令部
１２０　　　　　　　　目標操舵角生成部
１３０　　　　　　　　車両状態量検出部
１４０　　　　　　　　目標軌道演算部
１５０、３５０　　　　車両運動制御部
１５１、１５８、２７０　　制限部
１５２、２６１　　　　レート制限部
１５３　　　　　　　　横位置指令振動除去部
１５４　　　　　　　　横位置制御部
１５５　　　　　　　　横速度演算部
１５６　　　　　　　　横速度制御部
１５７　　　　　　　　車両挙動安定化部
１８１　　　　　　　　位相補償部
１８２　　　　　　　　ゲイン部
２００　　　　　　　　ＥＰＳ側ＥＣＵ
２１０　　　　　　　　トルク制御部
２２０、３２０　　　　舵角制御部
２３０　　　　　　　　切換部
２４０　　　　　　　　電流制御／駆動部
２５０　　　　　　　　モータ速度演算部
２６２　　　　　　　　ハンドル振動除去部
２６３　　　　　　　　位置制御部
２６４　　　　　　　　速度制御部
２６９　　　　　　　　ハンドル制振部
３２１　　　　　　　　モータ速度指令フィルタ部
３５１　　　　　　　　横速度指令フィルタ部

Claims (13)

  1. 　モータ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、
    　少なくとも操舵トルクに基づいて、前記アシスト制御のための第１モータ電流指令値を演算するトルク制御部と、
    　車両情報に基づいて、前記舵角制御における目標値となる目標操舵角を生成する目標操舵角生成部と、
    　少なくとも前記目標操舵角及び実操舵角に基づいて、前記舵角制御のための第２モータ電流指令値を演算する舵角制御部とを備え、
    　前記第１モータ電流指令値及び前記第２モータ電流指令値より前記モータ電流指令値を演算し、
    　前記目標操舵角生成部は、
    　前記車両情報に基づいて求められる横位置指令値及び横位置の偏差より横速度指令値を演算する横位置制御部と、
    　前記横位置より横速度を演算する横速度演算部と、
    　前記横速度指令値及び前記横速度に基づいて基本目標操舵角を演算する横速度制御部と、
    　前記車両情報に基づいて求められる横方向加速度より制振のための補償目標操舵角を演算する車両挙動安定化部とを具備し、
    　前記基本目標操舵角及び前記補償目標操舵角より前記目標操舵角を生成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、
    　前記目標操舵角及び前記実操舵角を用いて演算されるモータ速度指令値に基づいて、Ｉ－Ｐ制御によって前記第２モータ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. 　前記横位置制御部が、前記偏差に比例ゲインを乗算して前記横速度指令値を演算する請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 　前記横速度制御部が、前記横速度指令値及び前記横速度を用いて、Ｉ－Ｐ制御によって前記基本目標操舵角を演算する請求項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。
  5. 　前記車両挙動安定化部が、
    　位相補償フィルタを用いて位相補償を行う位相補償部と、ゲインを乗算するゲイン部とを具備し、
    　前記位相補償部及び前記ゲイン部を介して、前記横方向加速度より前記補償目標操舵角を演算する請求項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. 　前記位相補償フィルタの特性が車速に応じて変化する請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 　前記目標操舵角生成部が、
    　前記横位置指令値に対して、予め設定される第１制限値によって制限をかける第１制限部を更に具備する請求項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. 　前記目標操舵角生成部が、
    　前記横位置指令値の変化分に対して、予め設定されるレート制限値によって制限をかけるレート制限部を更に具備する請求項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. 　前記目標操舵角生成部が、
    　前記横位置指令値に対して、前記横位置指令値に含まれる振動周波数成分を低減する横位置指令振動除去部を更に具備する請求項１乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 　前記横位置指令振動除去部が有する特性が、車速に応じて変化する請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
  11. 　前記目標操舵角生成部が、
    　ＦＦフィルタを用いて、前記横位置指令値への前記横位置の追従性を上げるための補償値を前記横位置指令値より求める横速度指令フィルタ部を更に具備し、
    　前記補償値により前記横速度指令値を補償する請求項１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。
  12. 　前記ＦＦフィルタの特性が車速に応じて変化する請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
  13. 　前記目標操舵角生成部が、
    　前記目標操舵角に対して、予め設定される第２制限値によって制限をかける第２制限部を更に具備する請求項１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。
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