WO2019026351A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2019026351A1
WO2019026351A1 PCT/JP2018/014851 JP2018014851W WO2019026351A1 WO 2019026351 A1 WO2019026351 A1 WO 2019026351A1 JP 2018014851 W JP2018014851 W JP 2018014851W WO 2019026351 A1 WO2019026351 A1 WO 2019026351A1
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WO
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steering
steering angle
unit
electric power
compensation
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Application number
PCT/JP2018/014851
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English (en)
French (fr)
Inventor
徹也 北爪
Original Assignee
日本精工株式会社
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Priority to JP2018550844A priority patent/JP6477995B1/ja
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/24—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted
    • B62D1/28—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted non-mechanical, e.g. following a line or other known markers
    • B62D1/286—Systems for interrupting non-mechanical steering due to driver intervention
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • 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 has a switching function of automatic steering control mode (steering angle control mode such as parking assistance) and manual steering control mode (assist control mode) in steering control of a vehicle, and drives a motor by a motor current command value
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus for applying an assist force to a steering system of a vehicle, and in particular, corrects a target steering angle value of steering angle control in an automatic steering control mode in the same direction as a steering torque is applied.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that improves the driver's steering feeling in a state where the steering torque has not reached the switching threshold by varying the amount according to the vehicle speed and the steering state.
  • An electric power steering apparatus for applying a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor uses a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear to drive the motor. Alternatively, the steering assist force is applied to the rack shaft.
  • a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to generate torque of steering assist force correctly.
  • the feedback control is to adjust the motor applied voltage so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value becomes smaller, and the motor applied voltage is generally adjusted by PWM (pulse width It is performed by adjusting the duty of modulation) control.
  • the column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of the steering wheel (steering wheel) 1 is a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, and a rack and pinion mechanism. 5, through tie rods 6a and 6b, and further connected to steering wheels 8L and 8R via hub units 7a and 7b.
  • the column shaft 2 is provided with a steering angle sensor 14 for detecting a steering angle ⁇ r of the steering wheel 1 and a torque sensor 10 for detecting a steering torque Th, and a motor 20 for assisting the steering force of the steering wheel 1 is a reduction gear. It is connected to the column shaft 2 via 3.
  • Electric power is supplied from the battery 13 to the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus, and an ignition key signal IG is input via the ignition key 11.
  • the control unit 30 calculates a current command value of the assist control based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12, and a voltage obtained by compensating the current command value.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the control command value Vref.
  • the steering angle ⁇ r is detected from the steering angle sensor 14, it can also be obtained from a rotation sensor connected to the motor 20.
  • the control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that transmits and receives various information of the vehicle, and the vehicle speed Vs can also be received from the CAN 40.
  • the control unit 30 can also be connected to a non-CAN 41 that transmits and receives communications other than the CAN 40, analog / digital signals, radio waves, and the like.
  • the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU and an MCU), and a typical function executed by a program inside the CPU is as shown in FIG.
  • the function and operation of the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2.
  • the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12 (or from CAN) have the current command value Iref1.
  • the current command value calculator 31 to be calculated is input.
  • Current command value calculation unit 31 calculates current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to motor 20, using an assist map or the like based on steering torque Th and vehicle speed Vs input.
  • the current command value Iref1 is input to the current limiting unit 33 through the adding unit 32A, and the current command value Iref3 whose maximum current is limited under the overheat protection condition is input to the subtracting unit 32B and is fed back with the motor current value Im.
  • 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 PWM-driven through the inverter 37 as a drive unit.
  • the current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38 and is fed back to the subtracting unit 32B.
  • a rotation sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20, and the actual steering angle ⁇ s is detected.
  • the compensation signal CM from the compensation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the addition of the compensation signal CM performs compensation of the system system to improve convergence, inertia characteristics, and the like.
  • the compensation unit 34 adds the self aligning torque (SAT) 343 and the inertia 342 in the addition unit 344 and further adds the convergence 341 to the addition result in the addition unit 345, and the addition result of the addition unit 345 is a compensation signal CM And
  • a general electric power steering apparatus having functions of a steering angle control mode and an assist control mode and having a function of switching a steering control mode will be described with reference to FIG. 3.
  • the vehicle-side ECU 130 outputs a switching command SW for switching the steering angle control mode or the assist control mode based on a button, switch or the like indicating the driver's intention, and a signal such as a camera (image) or a laser radar And a target steering angle generation unit 132 that generates a target steering angle ⁇ t based on Further, the actual steering angle ⁇ r detected by the steering angle sensor 14 provided on the column shaft (steering shaft, steering wheel shaft) is input to the steering angle control unit 200 in the EPS-side ECU 140 via the ECU 130.
  • the switching command unit 131 is a signal identifying that the steering angle control mode is to be entered, for example, a signal of a vehicle state by a button or a switch provided around the dashboard or steering wheel or a parking mode provided at a shift. Based on the output, the switching command SW is output, and the switching command SW is input to the switching unit 142 in the EPS side ECU 140. Further, the target steering angle generation unit 132 generates a target steering angle ⁇ t by a known method based on data of a camera (image), a laser radar, etc., and generates the target steering angle ⁇ t as a steering angle in the EPS side ECU 140 Input to the control unit 200.
  • the EPS side ECU 140 controls the steering angle based on the assist control unit 141 that outputs an assist control command value Itref calculated based on the steering torque Th and the vehicle speed Vs, and the target steering angle ⁇ t, the actual steering angle ⁇ r and the motor angular velocity ⁇ r.
  • Steering angle control command value Imref for calculating and outputting a steering angle control command value Imref, a switching unit 142 switching the assist control command value Itref and the steering angle control command value Imref by a switching command SW, and the switching unit 142
  • a motor angular velocity calculation unit 144 that calculates the actual steering angular velocity .omega.r.
  • the motor angular velocity calculation unit 144 is provided with a low pass filter (LPF) for cutting high frequency noise at the subsequent stage of calculation corresponding to differentiation.
  • LPF low pass filter
  • the steering angle control unit 200 outputs the steering angular velocity command value ⁇ c so that the actual steering angle ⁇ r follows the target steering angle ⁇ t, and the actual steering angular velocity to the steering angular velocity command value ⁇ c. It comprises the speed control unit 220 which outputs a steering angle control command value Imref so as to make ⁇ r follow. Further, switching unit 142 sets an assist control mode (manual steering control) by assist control unit 141 and a steering angle control mode by steering angle control unit 200 based on a switching command SW from switching command unit 131 of vehicle side ECU 130. In the assist control, the assist control command value Itref is output, and in the steering angle control, the steering angle control command value Imref is output.
  • back parking or parallel parking is automatically performed by controlling an actuator (motor) based on the relationship between the travel distance of the vehicle and the turning angle stored in advance. It is supposed to be done.
  • the conventional steering control device calculates the motor current command value so as to make the actual steering angle coincide with the target steering angle set according to the vehicle, thereby realizing automatic steering control.
  • Patent Document 1 when switching from steering angle control to torque assist control, control switching is performed by changing the fade transition time according to the assist torque amount. It is reducing the discomfort at the time.
  • Patent 4057955 gazette JP, 2015-93569, A
  • Automatic steering control performs control so that the actual steering angle matches the target steering angle, but when the driver operates the steering mechanism to apply the steering torque, the actual steering angle is separated from the target steering angle . Therefore, the automatic steering control outputs a motor current command value in the opposite direction to the steering torque so as to oppose the steering torque so that the actual steering angle coincides with the target steering angle.
  • the assist control outputs the steering torque in an auxiliary manner, so that the motor current command value in the same direction as the steering torque is output. Therefore, when switching from automatic steering control to manual steering control when steering torque is applied, the respective outputs are in opposite directions, so that the driver temporarily applies steering torque after the steering torque is applied. After the assist in the direction opposite to the steering torque is made, the manual steering control is gradually switched by fade processing. That is, finally, assistance in the same direction as the steering torque is performed. This gives the driver a sense of getting stuck when switching from automatic steering control to manual steering control, which makes the driver feel uncomfortable. Further, in steering at a threshold value or less at which switching to assist control is not performed, the driver can not perform free steering because the output of the steering angle control tries to match the target steering angle against the driver's steering.
  • Patent Document 2 JP-A-2015-93569
  • the steering angle deviation and the physical values of the deviation between the target steering torque and the steering torque are combined, mixed while changing the ratio according to the steering intervention
  • mixed A steering control device is disclosed that reflects the driver's steering intervention in the target value so as to reduce the deviation.
  • Patent Document 2 reflects the driver's steering intervention in the target value
  • the weight is set to the assist deviation and the follow-up deviation, and the units are made consistent and mixed according to the weight, so the control system becomes complicated. It will Furthermore, it is difficult to set dynamic steering characteristics because the configuration does not take into consideration the driver's dynamic steering.
  • the present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to enable the driver to switch steering smoothly with a simple configuration when the driver steers the steering wheel during automatic steering control. It is an object of the present invention to provide a high-performance electric power steering device which does not give a sense of discomfort to the driver.
  • manual steering control for driving the motor based on at least the first motor current command value calculated based on the steering torque, and the steering angle control unit are calculated to make the actual steering angle follow the target steering angle.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus having a function of switching between automatic steering control for driving the motor according to a second motor current command value, and the object of the present invention is to respond to the steering torque and the steering state and vehicle speed.
  • a target steering angle correction unit that performs arithmetic processing and outputs a target steering angle correction value, corrects the target steering angle with the target steering angle correction value, and inputs the corrected corrected target steering angle to the steering angle control unit And a correction output unit.
  • the above object of the present invention is to provide a phase compensation unit in which the target steering angle correction unit performs phase lead compensation or phase lag compensation based on the steering state, and a first compensation steering torque from the phase compensation unit. , And has a dead zone in a region where the first compensation steering torque is small, and outputs a second compensation steering torque that increases in the same direction as the first compensation steering torque increasing method according to the vehicle speed. Or the limiter for limiting the upper and lower limit values of the second compensation steering torque according to the vehicle speed and outputting the corrected target steering angle, or By providing a second phase compensation unit at the rear stage, or the target steering angle correction unit inputs the steering torque and has a dead zone in a region where the steering torque is small.
  • it is composed of a phase compensation unit that compensates for phase lag, and a limiter that limits the upper and lower limit values of the second compensation steering torque from the phase compensation unit according to the vehicle speed and outputs the corrected target steering angle.
  • the dead zone is variable according to the vehicle speed, or If the steering state is turning or turning back of the steering wheel, or the judgment of turning or turning back, the relation between the actual steering angle and the motor angular velocity, or the relation between the actual steering angle and the steering angular velocity, Or the relationship between the steering torque and the steering angular velocity, or the relationship between the steering angular velocity and the deviation between the target steering angle and the actual steering angle, or the rate of change of the target steering angle and the deviation between the steering angular velocity and the target steering angle This is achieved more effectively by being performed based on the relationship with the deviation of the steering angle and the steering angle, or by the correction output unit being an addition unit.
  • steering angle control of the steering wheel is performed at the time of automatic steering control such as parking assistance and automatic traveling, but steering torque is applied to the target steering angle when steering torque is applied by the driver.
  • the steering angle control is carried out so as to make correction in the same direction as the steering direction and to match the target steering angle, and the correction amount is made variable according to the vehicle speed and the steering state.
  • the rapid target steering angle is controlled to be smooth, the driver does not feel uneasy even in automatic driving.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of an electric power steering apparatus having a switching function of an automatic steering control mode and a manual steering control mode. It is a block diagram showing an example of composition of a steering angle control part. It is a block diagram showing an example of composition of the present invention. It is a block diagram which shows the structural example (1st Embodiment) of the target steering angle correction
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of determination of a steering state (turn up / turn back). It is a block diagram showing an example of composition of a steering angle control part. It is a block diagram showing an example of composition of a rate limiter. It is a characteristic view showing an example of a characteristic of a rate limit value. It is a flowchart which shows the whole operation example of this invention. It is a flowchart which shows the operation example of a target steering angle correction
  • the target steering angle is corrected in the same direction as the direction in which the steering torque is applied, and steering angle control is performed so as to coincide with the target steering angle.
  • the correction amount of the correction unit variable according to the vehicle speed, it becomes possible to appropriately set the correction amount according to the change of the vehicle characteristic due to the vehicle speed.
  • the slope (gain) of the correction amount with respect to torque is set so as to decrease as the vehicle speed increases, and the correction amount of the correction unit is limited by a limit value which decreases as the vehicle speed increases, so that excessive correction is not performed. .
  • a phase compensation unit is provided either before or after a gain unit having a dead zone, and the characteristics of the phase compensation unit are changed at the steering wheel turning back and turning.
  • a limiter is provided to prevent excessive vehicle deflection by the driver during autonomous driving.
  • the steering angle control is switched to the assist control, the steering angle control for the corrected target steering angle and the output of the assist control by the steering torque are added together and controlled at a certain ratio. The directions of the output of the angle control and that of the assist control can be made to coincide with each other, the control outputs of the both do not easily interfere with each other, and the sense of discomfort to the driver at the time of switching can be reduced.
  • Dynamic steering characteristics can be adjusted by changing the phase compensation characteristics. For example, if the phase delay occurs when the steering angle is increased, the correction amount is delayed with respect to the change of the steering torque, and the steering torque is increased during the steering angle increase. Therefore, the hysteresis can be broadened. In this case, since the correction amount by the steering torque is delayed, the steering torque is larger than when the phase delay is small.
  • the hysteresis width at the time of steering is wider than when the characteristics of the phase compensation unit are not switched. It becomes possible to provide.
  • the steering feeling can be adjusted, and there is an advantage that it does not respond excessively to the torque change due to the disturbance from the road surface or the change of the steering angle control amount.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 3, and the steering torque Th from the torque sensor 154 is determined according to the steering state ST and the vehicle speed Vs from the turn-up / turn-back determination unit 160.
  • a target steering angle correction unit 230 is provided which performs arithmetic processing and outputs the calculated target steering angle correction value ⁇ ha.
  • the target steering angle ⁇ t is determined by the target steering angle correction value ⁇ ha from the target steering angle correction unit 230 and the addition unit 145. It is added and corrected.
  • the corrected target steering angle ⁇ to corrected by the adding unit 145 is input to the steering angle control unit 200, and the steering angle control unit 200 receives the actual steering angle ⁇ r and the motor angular velocity ⁇ , and outputs the calculated motor current command value Imref. .
  • the target steering angle correction unit 230 has a configuration shown in FIG. 6 (first embodiment), and a phase compensation unit 231 that performs phase lead compensation or phase lag compensation of the steering torque Th based on the steering state ST; Dead zone for receiving the compensation steering torque Th1 and having a dead zone DB in a region where the compensation steering torque Th1 is small as shown in FIG. 7 and outputting the compensation steering torque Th2 increasing in the same direction as the method of increasing the compensation steering torque Th1. It comprises a gain section 232 and a limiter 233 which limits the upper and lower limit values of the compensation steering torque Th2 and outputs the target steering angle correction value ⁇ ha.
  • the vehicle speed Vs is input to the dead zone gain unit 232, and as shown in FIG. 7A, the compensation steering torque Th2 that has a constant dead zone DB and changes linearly is output, and the output gain (slope) is It becomes smaller as the vehicle speed Vs becomes higher. That is, from the dead zone gain portion 232, the compensation steering torque Th2 is smaller as the vehicle speed Vs is higher, and is output with the dead zone DB.
  • FIG. 7A shows an example in which the dead zone DB is constant and the output gain (slope) is linear, but as shown in FIG. 7B, even if the dead zone DB is variable according to the vehicle speed Vs. good.
  • the dead zone DB also increases as DB1 ⁇ DB2 ⁇ DB3.
  • the output gain linearly increases in FIGS. 7A and 7B, it may be a non-linear increase as shown in FIG. 7C.
  • the dead zone (DB4 to DB6) is variable according to the vehicle speed Vs, but may be constant.
  • the vehicle speed Vs is also input to the limiter 233, and as shown in FIG. 8, the limit value becomes smaller as the vehicle speed Vs becomes higher. That is, in the limiter 233, the upper and lower limit values are limited with a smaller limit value as the vehicle speed Vs is higher.
  • FIG. 9 shows characteristics in the case without phase compensation (characteristic B of the solid line), in the case of phase lag compensation (characteristic C of the broken line), and in the case of phase lead (characteristic D of one-dot chain line)
  • the relationship between the steering angle ⁇ and the steering torque Th becomes as shown by a characteristic A in FIG. If logic for correcting the target steering angle ⁇ t is inserted according to the torque, the relationship between the steering angle ⁇ and the steering torque Th can be changed as shown by the characteristic B. Then, in the case of the phase lead, the correction is early, and thus the characteristic D is obtained. In the case of the phase delay, the correction is delayed, so the characteristic C is obtained.
  • the steering state ST input to the phase compensation unit 231 is determined by the turn-up / turn-back determination unit 160.
  • the turn-up / turn-back determination unit 160 determines that the case where the steering angle ⁇ and the sign of the motor angular velocity ⁇ coincide with each other is a turn-up, and determines the case where the signs are different There is.
  • the determination of the rounding up / turning back may be a combination of the following signals, but in any case, rounding up is the case where the signs match, and it is determined that the rounding off is the case where the signs do not match.
  • the relationship between the actual steering angle and the motor angular velocity, or the relationship between the actual steering angle and the steering angular velocity, or the determination based on the steering torque and the steering angular velocity, the determination based on the steering angular velocity and the deviation between the target steering angle before correction and the actual steering angle The determination may be made based on the change rate of the target steering angle before correction and the deviation of the steering angular velocity, and the deviation of the target steering angle and the steering angle before correction.
  • FIG. 11 shows an example of the configuration of the steering angle control unit 200. Smoothing is performed when the corrected target steering angle ⁇ t0 from the addition unit 145 changes rapidly, that is, smoothly changes within a predetermined time change rate range.
  • the correction target steering angle ⁇ t0 is input to the rate limiter 211, and the target steering angle ⁇ ta that has passed through the LPF 212 that removes high frequency disturbance is added to the subtraction unit 213A.
  • the actual steering angle ⁇ r is subtracted and input to the subtracting unit 213A, the angular deviation from the smoothed target steering angle ⁇ ta is multiplied by the gain Kpp by the proportional gain (Kpp) unit 214, and added to the subtracting unit 213B as the motor speed command value ⁇ e.
  • Kpp proportional gain
  • the motor angular velocity ⁇ is subtracted from the motor angular velocity calculation unit 144 into the subtraction unit 213B, and the calculated speed deviation Df is passed through the integration unit 216A, multiplied by the gain Kvi by the integration gain (Kvi) unit 216B, and added to the subtraction unit 213C.
  • the speed deviation Df is multiplied by the gain Kvp by the proportional gain (Kvp) unit 216C and subtracted and input to the subtraction unit 213C.
  • the motor current command value Ib which is the subtraction result of the subtracting unit 213C, is output as the motor current command value Imref through the limiter 217 that limits the upper and lower limit values.
  • the rate limiter 211 smooths and outputs the correction target steering angle ⁇ t0 when the correction target steering angle ⁇ t0 changes rapidly, and has a configuration as shown in FIG. 12, for example. That is, the correction target steering angle ⁇ t0 is additionally input to the subtraction unit 211-1, and the steering angle ⁇ t1 which is a subtraction result with the past value from the holding unit (Z -1 ) 211-4 is sent to the change setting unit 211-2. It is input.
  • the change amount setting unit 211-2 performs upper / lower limit processing on the steering angle ⁇ t1, and outputs the result as a change amount ⁇ t2 to the addition unit 211-3.
  • the adding unit 211-3 outputs the addition result of the change amount ⁇ t2 and the past value as a new target steering angle ⁇ t3.
  • the variation setting unit 211-2 limits the variation to not exceed the set upper limit and lower limit.
  • the process performed for each calculation cycle T obtains the difference between the input (target steering angle) ⁇ t0 and the target steering angle ⁇ t3 of the previous calculation cycle, and is outside the upper limit and lower limit of the variation setting unit 211-2. Is implemented by repeatedly adding the difference ⁇ t2 limited by the upper limit or the lower limit to the past value. An example of the result obtained by this process is shown in FIG.
  • the upper limit is S, and even if there is a step-like input (target steering angle) ⁇ t0 of size 4S, the output ⁇ t3 is changed in steps of size S, and finally the output ⁇ t3 is the target steering angle ⁇ t0.
  • the change ⁇ t2 difference ⁇ t1 is output and added to the past value, so The result output ⁇ t3 matches the input (target steering angle) ⁇ t0.
  • FIG. 13 corresponds to the case where the upper limit is set to 4S or more.
  • step S1 When the operation of the steering system starts, the torque control by the torque control unit 141 is performed (step S1), and the motor 150 is driven by the current control / drive unit 143 using the motor current command value Itref (step S2). The above operation is repeated until the switching command SW is output from the switching command unit 131 (step S3).
  • step S4 when the switching command SW is output from the switching command unit 131, the steering torque Th is input (step S4), and the steering state ST is determined by the turn-up / turn-back determination unit 160 (step S5).
  • step S6 The vehicle speed Vs is input (step S6), and the target steering angle correction value ⁇ ha is calculated by the target steering angle correction unit 230 (step S10).
  • the target steering angle ⁇ t is input from the target steering angle generation unit 132 (step S20), and the addition unit 145 corrects the target steering angle ⁇ t by adding the target steering angle correction value ⁇ ha (step S21).
  • the corrected target steering angle ⁇ to is input to the steering angle control unit 200 (step S22).
  • the actual steering angle ⁇ r is input from the steering angle sensor 152 (step S23), the motor angular velocity ⁇ is input from the motor angular velocity calculation unit 144 (step S24), and the motor current command value Imref is generated by the steering angle control unit 200. (Step S25).
  • switching unit 142 is switched by switching command SW from switching command unit 131 (step S26), and motor 150 is driven by current control / drive unit 143 using motor current command value Imref from steering angle control unit 200. (Step S27), the process returns to step S3. The drive control based on the motor current command value Imref is repeated until the switching command SW is changed from the switching command unit 131.
  • step S10 in FIG. 14 an operation example of the target steering angle correction unit 230 will be described with reference to the flowchart in FIG.
  • the phase compensation unit 231 performs phase lead compensation or phase delay compensation of the steering torque Th based on the steering state ST (step S11), and the compensation steering torque Th1 from the phase compensation unit 231 is input to the dead zone gain unit 232 and the vehicle speed Vs The gain is multiplied based on (step S12).
  • the compensation steering torque Th2 from the dead zone gain unit 232 is input to the limiter 233, and the upper and lower limit values of the compensation steering torque Th2 are limited by the limit value according to the vehicle speed Vs (step S13).
  • the angle correction value ⁇ ha is output (step S14).
  • phase compensation may be performed by the phase compensation unit 231 (second embodiment).
  • a second phase compensation unit 231A may be provided downstream of the dead zone gain unit 232 of the first embodiment shown in FIG. 6 (third embodiment).
  • one of the two phase compensation units 231 and 231A can be mainly used for target correction, and the other can be used for noise removal and the like, and a smoother feeling can be obtained.
  • FIG. 17A shows that one of the two phase compensation units 231 and 231A can be mainly used for target correction, and the other can be used for noise removal and the like, and a smoother feeling can be obtained.
  • a second phase compensation unit 231B may be provided at the front stage of the dead zone gain unit 232 of the second embodiment shown in FIG. 16 (fourth embodiment). Also in this case, one of the two phase compensation units 231 and 231B can be mainly used for target correction, and the other can be used for noise removal and the like, and a smoother feeling can be obtained.

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Abstract

【課題】自動操舵制御中に運転者がハンドルを操舵した時に、簡易な構成で円滑に操舵を切り換えることができ、運転者に違和感を与えないようにした高性能な電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】少なくとも操舵トルクに基づいて演算された第１のモータ電流指令値によりモータを駆動する手動操舵制御と、舵角制御部で、目標操舵角に実操舵角を追従させるように演算された第２のモータ電流指令値によりモータを駆動する自動操舵制御とを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、操舵トルクに対して、操舵状態及び車速に応じた演算処理を行い、目標操舵角補正値を出力する目標操舵角補正部と、目標操舵角を目標操舵角補正値で補正し、補正された補正目標操舵角を制御部に入力する補正出力部とを具備する。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、車両の操舵制御において自動操舵制御モード（駐車支援等の舵角制御モード）及び手動操舵制御モード（アシスト制御モード）の切換機能を有し、モータ電流指令値によりモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵制御モードの舵角制御の目標舵角値を操舵トルクが加えられた方向と同一方向に補正すると共に、補正量を車速、操舵状態に応じて可変することで操舵トルクが切換閾値に達していない状態での、運転者の操舵感を改善した電動パワーステアリング装置に関する。
　車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。
　電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル（ステアリングホイール）１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ラック・ピニオン機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵角θｒを検出する舵角センサ１４及び操舵トルクＴｈ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ＩＧ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Ｔｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト制御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からは操舵角θｒが検出されるが、モータ２０に連結された回転センサから得ることもできる。
　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Ｖｓ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の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮからの）車速Ｖｓ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Ｔｈ及び車速Ｖｓ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、過熱保護条件で最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆ３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値Ｉｍとの偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３－Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉｒｅｆ４が操舵動作の特性改善のためのＰＩ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、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値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。
　また、モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が接続されており、実操舵角θｓが検出される。加算部３２Ａには補償部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によってシステム系の補償を行い、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において、近年自動操舵制御モード（駐車支援等の舵角制御モード）及び手動操舵制御モード（アシスト制御モード）を有し、これら制御モードの切換機能を有する車両が出現して来ており、自動操舵を実現する場合、舵角制御とアシスト制御を独立して保有し、これらの出力を切り換える構成が一般的である。舵角制御には、応答性や外乱抑圧性で優れた性能を持つ位置速度制御が用いられており、位置制御はＰ（比例）制御、速度制御はＰＩ（比例積分）制御等で構成される。
　舵角制御モード及びアシスト制御モードの機能を具備し、操舵制御モードを切り換える機能を有する一般的な電動パワーステアリング装置を図３について説明すると、モータ１５０にはモータ回転角θｓを検出するためのレゾルバ等の回転センサ１５１が接続されており、モータ１５０は車両側ＥＣＵ１３０及びＥＰＳ側ＥＣＵ１４０を介して駆動制御される。車両側ＥＣＵ１３０は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、舵角制御モード又はアシスト制御モードの切換指令ＳＷを出力する切換指令部１３１と、カメラ（画像）やレーザレーダなどの信号に基づいて目標操舵角θｔを生成する目標操舵角生成部１３２とを具備している。また、コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）に設けられた舵角センサ１４で検出された実操舵角θｒは、ＥＣＵ１３０を経てＥＰＳ側ＥＣＵ１４０内の舵角制御部２００に入力される。
　切換指令部１３１は、舵角制御モードに入ることを識別する信号、例えば運転者の意思をダッシュボードやハンドル周辺に設けたボタンやスイッチ、或いはシフトに設けた駐車モードなどによる車両状態の信号を基に切換指令ＳＷを出力し、切換指令ＳＷをＥＰＳ側ＥＣＵ１４０内の切換部１４２に入力する。また、目標操舵角生成部１３２は、カメラ（画像）、レーザレーダなどのデータを基に公知の手法で目標操舵角θｔを生成し、生成された目標操舵角θｔをＥＰＳ側ＥＣＵ１４０内の舵角制御部２００に入力する。
　ＥＰＳ側ＥＣＵ１４０は、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｓに基づいて演算されたアシスト制御指令値Ｉｔｒｅｆを出力するアシスト制御部１４１と、目標操舵角θｔ、実操舵角θｒ及びモータ角速度ωｒに基づいて舵角制御のための舵角制御指令値Ｉｍｒｅｆを演算して出力する舵角制御部２００と、切換指令ＳＷによってアシスト制御指令値Ｉｔｒｅｆ及び舵角制御指令値Ｉｍｒｅｆを切り換える切換部１４２と、切換部１４２からのモータ電流指令値Ｉｒｅｆ（＝Ｉｔｒｅｆ又はＩｍｒｅｆ）に基づいてモータ１５０を駆動制御する電流制御／駆動部１４３と、回転センサ１５１からのモータ回転角θｓに基づいてモータ速度を求め、モータ速度とギア比を用いて実舵角速度ωｒを演算するモータ角速度演算部１４４とを具備している。モータ角速度演算部１４４は、微分相当の演算の後段に高周波ノイズをカットするためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）を備えている。
　舵角制御部２００は図４に示すように、目標操舵角θｔに実操舵角θｒを追従させるように舵角速度指令値ωｃを出力する位置制御部２１０と、舵角速度指令値ωｃに実舵角速度ωｒを追従させるように舵角制御指令値Ｉｍｒｅｆを出力する速度制御部２２０とで構成されている。また、切換部１４２は、車両側ＥＣＵ１３０の切換指令部１３１からの切換指令ＳＷに基づいて、アシスト制御部１４１によるアシスト制御モード（手動操舵制御）と、舵角制御部２００による舵角制御モード（位置／速度制御モード）とを切り換え、アシスト制御ではアシスト制御指令値Ｉｔｒｅｆを出力し、舵角制御では舵角制御指令値Ｉｍｒｅｆを出力する。
　このような機能を備えた電動パワーステアリング装置において、従来は予め記憶した車両の移動距離と転舵角との関係に基づいてアクチュエータ（モータ）を制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。そして、従来の操舵制御装置は、実操舵角を車両に応じて設定される目標操舵角に一致するように、モータ電流指令値を演算し、自動操舵制御を実現している。例えば特許第４０５７９５５号公報（特許文献１）に示される自動操舵装置では、舵角制御からトルクアシスト制御への切り換えの際に、フェード移行時間をアシストトルク量に応じて変更することにより、制御切り換え時の違和感を減少させている。
特許第４０５７９５５号公報 特開２０１５－９３５６９号公報
　目標操舵角に実操舵角を追従させる自動操舵を行う電動パワーステアリング装置の自動操舵制御中に、運転者がハンドルを操舵したと判定した場合には自動制御を中止し、手動操舵制御のアシスト制御に円滑に切り換わることが望ましい。舵角制御中であっても、運転者が操舵したと判定する閾値に達していない場合には、運転者のステアリング操作に対して違和感の無い舵角制御を継続することが望ましい。また、舵角制御中であっても運転者が操舵したと判定する閾値に達していない場合には、運転者のステアリング操作に対して違和感の無い制御を継続することが望ましい。
　自動操舵制御は目標操舵角に対して実操舵角が一致するように制御を行うが、運転者がステアリング機構を操作して操舵トルクを加えた場合、実操舵角が目標操舵角から離れてしまう。そのため、自動操舵制御は実操舵角が目標操舵角に一致するように、操舵トルクに対して対抗するように、操舵トルクとは逆方向のモータ電流指令値を出力する。
　一方で、アシスト制御は操舵トルクを補助するように出力するため、操舵トルクとは同方向のモータ電流指令値を出力する。従って、操舵トルクが加えられた場合の自動操舵制御から手動操舵制御への切り換え時には、それぞれの出力が逆方向となるため、運転者としては操舵トルクが加えられてから、自動操舵制御により一時的に操舵トルクとは逆方向のアシストがなされた後に、フェード処理により徐々に手動操舵制御に切り換わる。つまり、最終的には操舵トルクと同一方向のアシストがなされることになる。これは、運転者としては、自動操舵制御から手動操舵制御に切り換わる際に引っ掛かった感覚となり、違和感となる。また、アシスト制御へ切り換わらない閾値以下での操舵では、舵角制御の出力が運転者の操舵に対抗して目標操舵角に一致させようとするため、運転者は自由な操舵ができない。
　また、特開２０１５－９３５６９号公報（特許文献２）には、舵角偏差と、目標操舵トルクと操舵トルクの偏差の物理値を合わせ、操舵介入に応じて割合を変えながら混合し、混合後に偏差を小さくするように運転者の操舵介入を目標値に反映する操舵制御装置が開示されている。特許文献２は運転者の操舵介入を目標値に反映しているが、アシスト偏差及び追従偏差に重みを設定すると共に、単位を一致させて重みに従って混合しているので、制御系が複雑になってしまう。更に、運転者の動的操舵を考慮した構成ではないため、動的な操舵特性を設定することが困難である。
　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、自動操舵制御中に運転者がハンドルを操舵した時に、簡易な構成で円滑に操舵を切り換えることができ、運転者に違和感を与えないようにした高性能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
　本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された第１のモータ電流指令値によりモータを駆動する手動操舵制御と、舵角制御部で、目標操舵角に実操舵角を追従させるように演算された第２のモータ電流指令値により前記モータを駆動する自動操舵制御とを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記操舵トルクに対して、操舵状態及び車速に応じた演算処理を行い、目標操舵角補正値を出力する目標操舵角補正部と、前記目標操舵角を前記目標操舵角補正値で補正し、補正された補正目標操舵角を前記舵角制御部に入力する補正出力部とを具備することにより達成される。
　本発明の上記目的は、前記目標操舵角補正部が、前記操舵トルクを前記操舵状態に基づいて位相進み補償若しくは位相遅れ補償する位相補償部と、前記位相補償部からの第１の補償操舵トルクを入力し、前記第１の補償操舵トルクが小さい領域で不感帯を有すると共に、前記車速に応じて、前記第１の補償操舵トルクの増加方法と同じ方向に増加する第２の補償操舵トルクを出力する不感帯ゲイン部と、前記第２の補償操舵トルクの上下限値を前記車速に応じて制限し、前記補正目標操舵角を出力するリミッタとで構成されていることにより、或いは前記不感帯ゲイン部の後段に第２の位相補償部が設けられていることにより、或いは前記目標操舵角補正部が、前記操舵トルクを入力し、前記操舵トルクが小さい領域で不感帯を有すると共に、前記車速に応じて、前記操舵トルクの増加方法と同じ方向に増加する第１の補償操舵トルクを出力する不感帯ゲイン部と、前記第１の補償操舵トルクを前記操舵状態に基づいて位相進み補償若しくは位相遅れ補償する位相補償部と、前記位相補償部からの第２の補償操舵トルクの上下限値を前記車速に応じて制限し、前記補正目標操舵角を出力するリミッタとで構成されていることにより、或いは前記不感帯ゲイン部の前段に第２の位相補償部が設けられていることにより、或いは前記不感帯ゲイン部の出力ゲインが、前記車速が高くなるに従って小さくなることにより、或いは前記リミッタのリミット値が、前記車速が高くなるに従って小さくなることにより、或いは前記不感帯が、前記車速に応じて可変であることにより、或いは前記操舵状態が、ハンドルの切増し若しくは切戻しであることにより、或いは前記切増し及び切戻しの判定を、前記実操舵角とモータ角速度との関係、又は前記実操舵角と舵角速度との関係、又は前記操舵トルクと舵角速度との関係、又は前記舵角速度と前記目標操舵角及び前記実操舵角の偏差との関係、又は前記目標操舵角の変化率及び前記舵角速度の偏差と前記目標操舵角及び操舵角の偏差との関係に基づいて行うようになっていることにより、或いは前記補正出力部が加算部であることにより、より効果的に達成される。
　本発明の電動パワーステアリング装置によれば、駐車支援、自動走行等の自動操舵制御時にはハンドルの舵角制御を行うが、運転者により操舵トルクが加わった際に、目標操舵角を操舵トルクが加わった方向と同一方向に補正し、その目標操舵角に一致するように舵角制御を実施すると共に、補正量を車速及び操舵状態に応じて可変している。これにより、補正した目標操舵角に対しての舵角制御と操舵トルクによるアシスト制御の出力を互いにある割合で足し合わせて制御する場合、自動操舵制御と手動操舵制御の出力の方向を一致させることができ、互いの制御出力が干渉し難くなるため、切り換え時に発生する運転者への違和感を減少させることができる。また、操舵トルクが切換閾値に達していない状態での操舵感を改善することができ、運転者に対する安全性の向上にも繋がる。
　また、本発明では、急激な目標操舵角については円滑化して制御しているので、自動運転においても運転者に不安感を与えることもない。
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制御系の構成例を示すブロック図である。 自動操舵制御モード及び手動操舵制御モードの切換機能有する電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック図である。 舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明の目標操舵角補正部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 不感帯ゲイン部の特性例を示す特性図である。 リミッタの特性例を示す特性図である。 位相補償を説明するための特性図である。 操舵状態（切増し／切戻し）の判定例を示す線図である。 舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 レートリミッタの構成例を示すブロック図である。 レートリミット値の特性例を示す特性図である。 本発明の全体動作例を示すフローチャートである。 目標操舵角補正部の動作例を示すフローチャートである。 本発明の目標操舵角補正部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 本発明の目標操舵角補正部の他の構成例（第３実施形態、第４実施形態）を示すブロック図である。
　本発明では、運転者から操舵トルクが加わった際に、目標操舵角を操舵トルクが加わった方向と同一方向に補正し、その目標操舵角に一致するように舵角制御を実施する。また、補正部の補正量を車速に応じて可変させることで、車速による車両特性の変化に応じて補正量を適切に設定することが可能となる。トルクに対する補正量の傾き（ゲイン）は、車速が高くなるに従って小さくなるように設定すると共に、補正部の補正量は車速が大きくなるに従って小さくなるリミット値で制限し、過大に補正されないようにする。
　本発明ではこれに加えて、不感帯を有するゲイン部の前後のいずれか又は両方に位相補償部を設け、位相補償部の特性をハンドル切戻し時と切増し時で位相補償の特性を変更する。これにより、運転者は舵角制御が中止されない範囲内で操舵している場合、補正量リミット値の範囲で車両を偏向させることができる。リミッタは、自動運転中の運転者による過度な車両偏向を防ぐために設けられている。また、舵角制御からアシスト制御に切り換わる際にも、補正した目標操舵角に対しての舵角制御と、操舵トルクによるアシスト制御の出力とを互いにある割合で足し合わせて制御するため、舵角制御とアシスト制御の出力の方向を一致させることができ、互いの制御出力が干渉し難くなり、切り換え時に発生する運転者への違和感を減少させることが出来る。
　また、位相補償部の特性を切戻し時と切増し時で切り換えることにより、切増し時と切戻し時で補正量に差異が生まれるため、操舵トルクのヒステリシスを可変させることが可能となる。位相補償特性を変えることで、動的な操舵特性を調整することができる。例えば、切増し時に位相遅れとした場合、操舵トルクの変化に対して補正量が遅れるため切増し中は操舵トルクが大きくなるため、ヒステリシスを広くすることができる、位相補償部の位相遅れが大きい場合、操舵トルクによる補正量が遅れるため、位相遅れが小さい場合に比べて操舵トルクは大きくなる。例えばヒステリシスを大きくする場合には、切り増し時の位相特性を切り戻し時のそれに比べて位相遅れにすることで、位相補償部の特性を切り換えないときに比べて、操舵時のヒステリシス幅を広く設けることが可能となる。ヒステリシスをつけることにより、操舵感の調整ができると共に、路面からの外乱や舵角制御量の変化に起因するトルク変化に、過度に反応しない利点がある。
　以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
　図５は本発明の実施形態を図３に対応させて示しており、トルクセンサ１５４からの操舵トルクＴｈに対して、切増し／切戻し判定部１６０からの操舵状態ＳＴ及び車速Ｖｓに応じた演算処理を行い、求めた目標操舵角補正値θｈａを出力する目標操舵角補正部２３０を備え、目標操舵角θｔは、目標操舵角補正部２３０からの目標操舵角補正値θｈａと加算部１４５で加算されて補正される。加算部１４５で補正された補正目標操舵角θｔｏが舵角制御部２００に入力され、舵角制御部２００は実操舵角θｒ及びモータ角速度ωを入力し、演算したモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを出力する。
　目標操舵角補正部２３０は図６に示す構成であり（第１実施形態）、操舵トルクＴｈを操舵状態ＳＴに基づいて位相進み補償若しくは位相遅れ補償する位相補償部２３１と、位相補償部２３１からの補償操舵トルクＴｈ１を入力し、図７に示すように補償操舵トルクＴｈ１が小さい領域で不感帯ＤＢを有すると共に、補償操舵トルクＴｈ１の増加方法と同じ方向に増加する補償操舵トルクＴｈ２を出力する不感帯ゲイン部２３２と、補償操舵トルクＴｈ２の上下限値を制限して目標操舵角補正値θｈａを出力するリミッタ２３３とで構成されている。
　不感帯ゲイン部２３２には車速Ｖｓが入力されており、図７（Ａ）に示すように、一定の不感帯ＤＢを有し、線形に変化する補償操舵トルクＴｈ２が出力され、出力ゲイン（傾斜）は車速Ｖｓが高くなるに従って小さくなっている。つまり、不感帯ゲイン部２３２からは、車速Ｖｓが高いほど補償操舵トルクＴｈ２は小さく、かつ不感帯ＤＢを有して出力される。図７（Ａ）は不感帯ＤＢが一定で、出力ゲイン（傾斜）が線形となっている例であるが、図７（Ｂ）に示すように、車速Ｖｓに応じて不感帯ＤＢを可変しても良い。つまり、車速Ｖｓが高いほど不感帯ＤＢもＤＢ１→ＤＢ２→ＤＢ３のように大きくなっている。また、図７（Ａ）及び（Ｂ）では出力ゲインは線形に増加しているが、図７（Ｃ）に示すように非線形の増加であっても良い。図７（Ｃ）では車速Ｖｓに応じて不感帯（ＤＢ４～ＤＢ６）が可変となっているが、一定であっても良い。
　また、リミッタ２３３にも車速Ｖｓが入力されており、図８に示すように車速Ｖｓが高くなるに従ってリミット値は小さくなる特性になっている。つまり、リミッタ２３３では、車速Ｖｓが高いほど小さいリミット値で上下限値を制限される。
　位相補償部２３１の特性を切戻し時と切増し時の操舵状態ＳＴで切り換えることにより、切増し時と切戻し時で補正量に差異が生まれるため、操舵トルクＴｈのヒステリシスを可変させることが可能となる。図９は位相補償なしの場合（実線の特性Ｂ）、位相遅れ補償の場合（破線の特性Ｃ）、位相進みの場合（一点鎖線の特性Ｄ）の特性を示しており、位相補償部２３１の位相遅れが大きい場合、操舵トルクＴｈの変化に対して補正量が遅れるため、位相遅れが小さい場合に比べて操舵トルクは大きくなる。自動操舵中は、運転者が操舵してトルクが上昇すると、ハンドルを目標操舵角θｔに戻そうとするため、操舵角θと操舵トルクＴｈの関係は図９の特性Ａのようになる。トルクに応じて目標操舵角θｔを補正するロジックを入れると、特性Ｂのように操舵角θと操舵トルクＴｈの関係を変えることができる。そして、位相進みの場合には補正が早めに入るので、特性Ｄのようになり、位相遅れの場合には補正が遅れるので、特性Ｃのようになる。
　位相補償部２３１に入力される操舵状態ＳＴは、切増し／切戻し判定部１６０で判定される。切増し／切戻し判定部１６０は例えば図１０に示すに示すように、操舵角θとモータ角速度ωの符号が一致する場合を切増しと判定し、符号の異なる場合を切戻しと判定している。切増し／切戻しの判定は以下の信号の組み合わせでも良いが、いずれの場合も符号が一致している場合を切増し、不一致の場合を切戻しと判定する。実操舵角とモータ角速度との関係、又は実操舵角と舵角速度との関係、又は操舵トルクと舵角速度による判定、舵角速度と、補正前の目標操舵角及び実操舵角の偏差とによる判定、補正前の目標操舵角の変化率及び舵角速度の偏差と、補正前の目標操舵角及び操舵角の偏差とによる判定などがある。
　目標舵角補正部２３０で補正された目標操舵角補正値θｈａは、補正出力部としての加算部１４５に入力され、加算部１４５で目標操舵角θｔを補正した補正目標操舵角θｔｏ（＝θｔ＋θｈａ）が舵角制御部２００に入力され、舵角制御部２００はモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを演算して出力する。
　図１１は舵角制御部２００の構成例を示しており、加算部１４５からの補正目標操舵角θｔ０が急激に変化した場合の平滑化、つまり所定時間変化率の範囲内で円滑に変化するようにするレートリミッタ２１１に補正目標操舵角θｔ０が入力され、高周波の外乱を除去するＬＰＦ２１２を経た目標操舵角θｔａが減算部２１３Ａに加算入力される。実操舵角θｒは減算部２１３Ａに減算入力され、平滑化された目標操舵角θｔａとの角度偏差が比例ゲイン（Ｋｐｐ）部２１４でゲインＫｐｐ倍され、モータ速度指令値ωｅとして減算部２１３Ｂに加算入力される。減算部２１３Ｂにはモータ角速度演算部１４４からモータ角速度ωが減算入力され、演算された速度偏差Ｄｆが積分部２１６Ａを経て積分ゲイン（Ｋｖｉ）部２１６ＢでゲインＫｖｉ倍されて減算部２１３Ｃに加算入力されると共に、速度偏差Ｄｆは比例ゲイン（Ｋｖｐ）部２１６ＣでゲインＫｖｐ倍されて減算部２１３Ｃに減算入力される。減算部２１３Ｃでの減算結果であるモータ電流指令値Ｉｂは、上下限値を制限するリミッタ２１７を経てモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆとして出力される。
　レートリミッタ２１１は、補正目標操舵角θｔ０が急激に変化した場合に円滑化して出力するものであり、例えば図１２に示すような構成となっている。即ち、補正目標操舵角θｔ０は減算部２１１－１に加算入力され、保持部（Ｚ－１）２１１－４からの過去値との減算結果である操舵角θｔ１が変化分設定部２１１－２に入力される。変化分設定部２１１－２は、操舵角θｔ１に対して上下限処理を施し、変化分θｔ２として加算部２１１－３に出力する。加算部２１１－３は、変化分θｔ２と過去値との加算結果を新たな目標操舵角θｔ３として出力する。変化分設定部２１１－２は、変化分が設定された上限及び下限を超えないように制限するものである。演算周期Ｔ毎に実施される処理は、入力（目標操舵角）θｔ０と前回演算周期の目標操舵角θｔ３との差分を求め、変化分設定部２１１－２の上限及び下限の範囲外の場合には、上限或いは下限で制限された差分θｔ２を過去値に加算することを繰返し行うことにより実施される。この処理により得られる結果の例を、図１３に示す。上限をＳとしており、大きさ４Ｓのステップ状の入力（目標操舵角）θｔ０があったとしても、大きさＳの階段状に出力θｔ３を変化させて、最終的に出力θｔ３を目標操舵角θｔ０に一致させる。また、入力（目標操舵角）θｔ０との差分が変化分設定部２１１－２の上限及び下限の範囲内の場合には、変化分θｔ２＝差分θｔ１を出力し、過去値に加算するので、その結果出力θｔ３と入力（目標操舵角）θｔ０は一致する。図１３においては、上限を４Ｓ以上に設定した場合に対応する。これらの結果、目標操舵角θｔ０が急激に変化しても、急激に変化する目標操舵角θｔ０を滑らかに変化させることができ、急激な電流変化（＝急激な操舵）を防止し、運転者に自動運転の不安感を減少させる機能を果たしている。
　このような構成において、全体の動作例を図１４のフローチャートを参照して説明する。
　操舵系の動作がスタートすると、トルク制御部１４１によるトルク制御が実施され（ステップＳ１）、モータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを用いて電流制御/駆動部１４３によりモータ１５０が駆動される（ステップＳ２）。上記動作は切換指令部１３１より切換指令ＳＷが出力されるまで繰り返される（ステップＳ３）。
　自動操舵制御となり、切換指令部１３１より切換指令ＳＷが出力されると、操舵トルクＴｈが入力され（ステップＳ４）、切増し／切戻し判定部１６０で操舵状態ＳＴが判定され（ステップＳ５）、車速Ｖｓが入力され（ステップＳ６）、目標操舵角補正部２３０で目標操舵角補正値θｈａが演算される（ステップＳ１０）。
　また、目標操舵角生成部１３２から目標操舵角θｔが入力され（ステップＳ２０）、加算部１４５で目標操舵角θｔに目標操舵角補正値θｈａを加算することによって補正され（ステップＳ２１）、補正された補正目標操舵角θｔｏが舵角制御部２００に入力される（ステップＳ２２）。また、舵角センサ１５２から実操舵角θｒが入力され（ステップＳ２３）、モータ角速度演算部１４４からモータ角速度ωが入力され（ステップＳ２４）、舵角制御部２００でモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆが生成される（ステップＳ２５）。その後、切換部１４２が切換指令部１３１からの切換指令ＳＷにより切り換えられ（ステップＳ２６）、舵角制御部２００からのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを用いて電流制御／駆動部１４３によりモータ１５０を駆動し（ステップＳ２７）、上記ステップＳ３にリターンする。モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆによる駆動制御は、切換指令部１３１から切換指令ＳＷが変更されるまで繰り返される。
　次に、目標操舵角補正部２３０の動作例（図１４のステップＳ１０）を図１５のフローチャートを参照して説明する。
　位相補償部２３１は、操舵トルクＴｈを操舵状態ＳＴに基づいて位相進み補償若しくは位相遅れ補償し（ステップＳ１１）、位相補償部２３１からの補償操舵トルクＴｈ１は不感帯ゲイン部２３２に入力され、車速Ｖｓに基づいてゲイン倍される（ステップＳ１２）。不感帯ゲイン部２３２からの補償操舵トルクＴｈ２はリミッタ２３３に入力され、車速Ｖｓに応じたリミット値で補償操舵トルクＴｈ２の上下限値が制限され（ステップＳ１３）、上下限値を制限された目標操舵角補正値θｈａが出力される（ステップＳ１４）。
　図６の目標操舵角補正部２３０では、位相補償された補償操舵トルクＴｈ１を不感帯ゲイン部２３２に入力してゲイン倍しているが、図１６に示すように操舵トルクＴｈを不感帯ゲイン部２３２に入力してゲイン倍した後に、位相補償部２３１で位相補償するようにしても良い（第２実施形態）。また、図１７（Ａ）に示すように、図６に示した第１実施形態の不感帯ゲイン部２３２の後段に第２の位相補償部２３１Ａを設けても良い（第３実施形態）。この場合、２つの位相補償部２３１及び２３１Ａのいずれか一方を主として目標補正に使用し、他方をノイズ除去等に用いることができ、より滑らかなフィーリングを得ることができる。更に、図１７（Ｂ）に示すように、図１６に示した第２実施形態の不感帯ゲイン部２３２の前段に第２の位相補償部２３１Ｂを設けても良い（第４実施形態）。この場合も、２つの位相補償部２３１及び２３１Ｂのいずれか一方を主として目標補正に使用し、他方をノイズ除去等に用いることができ、より滑らかなフィーリングを得ることができる。
１　　　　　　　　　　ハンドル（ステアリングホイール）
２　　　　　　　　　　コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０、１５４　　　　　トルクセンサ
１２　　　　　　　　　車速センサ
１４　　　　　　　　　舵角センサ
２０、１５０　　　　　モータ
３０　　　　　　　　　コントロールユニット（ＥＣＵ）
１３０　　　　　　　　車両側ＥＣＵ
１４０　　　　　　　　ＥＰＳ側ＥＣＵ
１４１　　　　　　　　アシスト制御部
１４２　　　　　　　　切換部
２００　　　　　　　　舵角制御部
２１０　　　　　　　　位置制御部
２２０　　　　　　　　速度制御部
２３０　　　　　　　　目標操舵角補正部
２３１，２３１Ａ，２３１Ｂ　　位相補償部
２３２　　　　　　　　不感帯ゲイン部
２３３　　　　　　　　リミッタ

Claims (11)

  1. 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された第１のモータ電流指令値によりモータを駆動する手動操舵制御と、舵角制御部で、目標操舵角に実操舵角を追従させるように演算された第２のモータ電流指令値により前記モータを駆動する自動操舵制御とを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、
    前記操舵トルクに対して、操舵状態及び車速に応じた演算処理を行い、目標操舵角補正値を出力する目標操舵角補正部と、
    前記目標操舵角を前記目標操舵角補正値で補正し、補正された補正目標操舵角を前記舵角制御部に入力する補正出力部と、
    を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記目標操舵角補正部が、
    前記操舵トルクを前記操舵状態に基づいて位相進み補償若しくは位相遅れ補償する位相補償部と、
    前記位相補償部からの第１の補償操舵トルクを入力し、前記第１の補償操舵トルクが小さい領域で不感帯を有すると共に、前記車速に応じて、前記第１の補償操舵トルクの増加方法と同じ方向に増加する第２の補償操舵トルクを出力する不感帯ゲイン部と、
    前記第２の補償操舵トルクの上下限値を前記車速に応じて制限し、前記補正目標操舵角を出力するリミッタと、
    で構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記不感帯ゲイン部の後段に第２の位相補償部が設けられている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記目標操舵角補正部が、
    前記操舵トルクを入力し、前記操舵トルクが小さい領域で不感帯を有すると共に、前記車速に応じて、前記操舵トルクの増加方法と同じ方向に増加する第１の補償操舵トルクを出力する不感帯ゲイン部と、
    前記第１の補償操舵トルクを前記操舵状態に基づいて位相進み補償若しくは位相遅れ補償する位相補償部と、
    前記位相補償部からの第２の補償操舵トルクの上下限値を前記車速に応じて制限し、前記補正目標操舵角を出力するリミッタと、
    で構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記不感帯ゲイン部の前段に第２の位相補償部が設けられている請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記不感帯ゲイン部の出力ゲインが、前記車速が高くなるに従って小さくなる請求項２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. 前記リミッタのリミット値が、前記車速が高くなるに従って小さくなる請求項２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。
  8. 前記不感帯が、前記車速に応じて可変である請求項２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。
  9. 前記操舵状態が、ハンドルの切増し若しくは切戻しである請求項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. 前記切増し及び切戻しの判定を、前記実操舵角とモータ角速度との関係、又は前記実操舵角と舵角速度との関係、又は前記操舵トルクと舵角速度との関係、又は前記舵角速度と前記目標操舵角及び前記実操舵角の偏差との関係、又は前記目標操舵角の変化率及び前記舵角速度の偏差と前記目標操舵角及び操舵角の偏差との関係に基づいて行うようになっている請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
  11. 前記補正出力部が加算部である請求項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。
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