WO2021256354A1 - 電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、制御方法、およびモータモジュール - Google Patents

Abstract

自動運転および手動運転の両方の機能を実現しつつ、演算回路に対する演算負荷を低減する。モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であり、プロセッサは、プログラムに従って、目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、目標アシストトルクに基づいてモータを制御することと、を実行する。ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインが可変である。

Description

電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、制御方法、およびモータモジュール

　本開示は、電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、制御方法、およびモータモジュールに関する。本願は、２０２０年６月１７日に日本に出願された特願２０２０－１０４２１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

一般の自動車は、電動モータ（以降、単に「モータ」と表記する。）およびモータの制御装置を備える電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を搭載している。電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル（またはステアリングホイール）操作を、モータを駆動することによりアシストする装置である。　

近年、自動運転技術の発展に伴い、自動運転および手動運転の両方の機能を実現することがＥＰＳに求められている。自動運転および手動運転の両方の機能を１つのアクチュエータを用いて実現する場合において、両者の間で制御方法を切り替える技術が提案されている。国際公開第２０１９／１０７４３７号は、手動運転を制御するために用いるアシスト制御部と、自動運転を制御するために用いる角度制御部との間で重み付加算を行うための重み係数（つまり、比率）を調整することによって、両者の制御を切り替える技術を開示している。

国際公開第２０１９／１０７４３７号

演算負荷のさらなる低減が望まれている。　

本開示の実施形態は、自動運転および手動運転の両方の機能を実現しつつ、演算負荷を低減することが可能な、電動パワーステアリング装置の制御装置および制御方法を提供する。

本開示の制御装置は、非限定的で例示的な実施形態において、モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であって、プロセッサと、前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリと、を備え、前記プロセッサは、前記プログラムに従って、目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、前記目標アシストトルクに基づいて前記モータを制御することと、を実行し、前記ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインが可変である。　

本開示の制御装置は、非限定的で例示的な他の実施形態において、モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であって、プロセッサと、前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリと、を備え、前記プロセッサは、前記プログラムに従って、目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、前記ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器の有効化および無効化をトリガーに応答して切り替えることと、前記目標アシストトルクに基づいて前記モータを制御することと、を実行する。　

本開示のモータモジュールは、非限定的で例示的な実施形態において、モータと、上記の制御装置と、を備える。　

本開示の制御方法は、非限定的で例示的な実施形態において、モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御方法であって、目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、前記目標アシストトルクに基づいて前記モータを制御すること、を包含し、前記ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインは、自動運転信号を示すハンドルトルクに応じて変化する。

本開示の例示的な実施形態によると、自動運転および手動運転の両方の機能を実現しつつ、演算負荷を低減することが可能な、電動パワーステアリング装置の新規な制御装置および制御方法が提供される。

図１は、本開示の例示的な実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０００の構成例を模式的に示す図である。 図２は、本開示の例示的な実施形態に係る制御装置１００の構成例を示すブロック図である。 図３は、本開示の例示的な実施形態に係るＥＰＳ制御器２３０の、プロセッサ２００に実装される機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図４Ａは、第１実施形態に係る積分器１２ｃが有効化された状態におけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図４Ｂは、第１実施形態に係る積分器１２ｃが有効化された状態における角度制御部２３１の機能ブロックの他の構成を例示する機能ブロック図である。 図５は、第１実施形態に係る、ハンドルトルクＴ_ｈに対する積分器１２ｃのゲインまたは重みの関係を例示するグラフである。 図６は、手動ハンドル角θ_ｄと自動目標ハンドル角θ_ｒとの比率に応じて変化するゲインを例示するグラフである。 図７Ａは、第２実施形態に係る、手動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図７Ｂは、第２実施形態に係る、自動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図８Ａは、第２実施形態に係る、手動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の他の構成の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図８Ｂは、第２実施形態に係る、自動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の他の構成の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図９は、第２実施形態に係る、ハンドルトルクＴ_ｈに対する積分器１２ｃのゲインの関係を例示するグラフである。

本開示の実施形態を説明する前に、本発明者等が見出した知見およびその技術背景を説明する。　

国際公開第２０１９／１０７４３７号に開示される制御装置において、アシスト制御部と角度制御部とが個別の制御部として設けられている。アシスト制御部は手動運転に必要なアシストトルクの目標値を設定し、角度制御部は角度制御に必要なトルクの目標値を設定する。手動運転または自動運転を示すドライバの入力状態に依存する角度偏差が、シェアードコントロール部に入力情報として入力される。シェアードコントロール部は、アシスト制御部および角度制御部によって設定される目標値に基づいて重み付加算を行うための重み係数を演算し、目標アシストトルクを出力する。しかしながら、この方法によれば、アシスト制御部および角度制御部の両方の機能を同時に処理する必要があり、演算回路に大きな演算負荷がかかる。結果として、データ処理量の大きい高価な演算回路が必要になるという課題がある。　

本発明者等の検討によれば、電動パワーステアリング装置の制御装置において、入力される目標ハンドル角に応じて、ＰＩ制御におけるＩ制御を行う積分器のゲインを可変としたり、この積分器の有効化および無効化を切り替えたりすることが有効である。これによって、手動運転に関するアシスト制御部および自動運転に関する角度制御部の両方の機能を１つの角度制御部において実現することが可能となることを見出し本発明に至った。　

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電動パワーステアリング装置の制御装置、制御方法および当該制御装置を備える電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。　

以下の実施形態は、例示であり、本開示による電動パワーステアリング装置の制御装置、制御方法は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、ステップ、そのステップの順序等は、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。　

［１．電動パワーステアリング装置１０００の構成］　図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０００の構成例を模式的に示す図である。　

電動パワーステアリング装置１０００（以降、「ＥＰＳ」と表記する。）は、ステアリングシステム５２０、および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。ＥＰＳ１０００は、運転者がハンドルを操作することによって発生するステアリングシステムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより、運転者の操作の負担が軽減される。　

ステアリングシステム５２０は、例えば、ハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを備える。　

補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、舵角センサ５４２、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００、モータ５４３、減速ギア５４４、インバータ５４５およびトーションバー５４６を備える。操舵トルクセンサ５４１は、トーションバー５４６の捩じれ量を検出することにより、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。舵角センサ５４２は、ハンドルの操舵角を検出する。なお、操舵トルクは、操舵トルクセンサの値ではなく、演算より導出される推定値であってもよい。操舵角は角度センサの出力値に基づいて演算することも可能である。　

ＥＣＵ１００は、操舵トルクセンサ５４１、舵角センサ５４２、車両に搭載された車速センサ（不図示）などによって検出される検出信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、インバータ５４５に出力する。例えば、インバータ５４５は、直流電力を、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の擬似正弦波である三相交流電力にモータ駆動信号に従って変換し、モータ５４３に供給する。モータ５４３は、例えば表面磁石型同期モータ（ＳＰＭＳＭ）またはスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ）であり、三相交流電力の供給を受けて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ５４３は、減速ギア５４４を介してステアリングシステム５２０に生成した補助トルクを伝達する。以降、ＥＣＵ１００を、ＥＰＳの制御装置１００と記載することとする。　

制御装置１００とモータとはモジュール化され、モータモジュールとして製造および販売される。モータモジュールはモータおよび制御装置１００を備え、ＥＰＳに好適に利用される。または、制御装置１００は、モータとは独立して、ＥＰＳを制御するための制御装置として製造および販売され得る。　

［２．制御装置１００の構成例］　図２は、本実施形態に係る制御装置１００の構成の典型例を示すブロック図である。制御装置１００は、例えば、電源回路１１１と、角度センサ１１２と、入力回路１１３と、通信Ｉ／Ｆ１１４と、駆動回路１１５と、ＲＯＭ１１６と、プロセッサ２００とを備える。制御装置１００は、それらの電子部品を実装したプリント配線基板（ＰＣＢ）として実現され得る。　

車両に搭載された車速センサ３００、操舵トルクセンサ５４１および舵角センサ５４２が、プロセッサ２００に電気的に接続され、車速センサ３００、操舵トルクセンサ５４１および舵角センサ５４２からプロセッサ２００に、車速ｖ、操舵トルクＴｓおよび操舵角θがそれぞれ送信される。　

制御装置１００は、インバータ５４５（図１を参照）に電気的に接続される。制御装置１００は、インバータ５４５が有する複数のスイッチ素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）のスイッチング動作を制御する。具体的には、制御装置１００は、各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号（以降、「ゲート制御信号」と表記する。）を生成して
インバータ５４５に出力する。　

制御装置１００は、車速ｖ、操舵トルクＴｓなどに基づいてトルク指令値を生成し、例えばベクトル制御によってモータ５４３のトルクおよび回転速度を制御する。制御装置１００は、ベクトル制御に限らず、他のクローズドループ制御を行い得る。回転速度は、単位時間（例えば１分間）にロータが回転する回転数（ｒｐｍ）または単位時間（例えば１秒間）にロータが回転する回転数（ｒｐｓ）で表される。ベクトル制御は、モータに流れる電流を、トルクの発生に寄与する電流成分と、磁束の発生に寄与する電流成分とに分解し、互いに直交する各電流成分を独立に制御する方法である。　

電源回路１１１は、外部電源（不図示）に接続されており、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧を生成する。生成されるＤＣ電圧は例えば３Ｖまたは５Ｖである。　

角度センサ１１２は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ１１２は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ１１２は、ロータの回転角を検出してプロセッサ２００に出力する。制御装置１００は、角度センサ１１２の代わりに、モータの回転速度、加速度を検出する速度センサ、加速度センサを備え得る。　

入力回路１１３は、電流センサ（不図示）によって検出されたモータ電流値（以下、「実電流値」と表記する。）を受け取って、実電流値のレベルをプロセッサ２００の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をプロセッサ２００に出力する。入力回路１１３の典型例は、アナログデジタル変換回路である。　

プロセッサ２００は、半導体集積回路であり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロプロセッサとも称される。プロセッサ２００は、ＲＯＭ１１６に格納された、モータ駆動を制御するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。プロセッサ２００は、ＣＰＵを搭載したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＡＳＳＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔ）を含む用語として広く解釈される。プロセッサ２００は、実電流値およびロータの回転角などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。　

通信Ｉ／Ｆ１１４は、例えば、車載のコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）に準拠してデータの送受信を行うための入出力インタフェースである。　

駆動回路１１５は、典型的にはゲートドライバ（またはプリドライバ）である。駆動回路１１５は、ゲート制御信号をＰＷＭ信号に従って生成し、インバータ５４５が有する複数のスイッチ素子のゲートにゲート制御信号を与える。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、ゲートドライバは必ずしも必要とされない場合がある。その場合、ゲートドライバの機能は、プロセッサ２００に実装され得る。　

ＲＯＭ１１６は、プロセッサ２００に電気的に接続される。ＲＯＭ１１６は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ１１６は、プロセッサ２００にモータ駆動を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。　

図３は、本開示の例示的な実施形態に係るＥＰＳ制御器２３０の、プロセッサ２００に実装される機能ブロックを例示する機能ブロック図である。本開示の例示的な実施形態におけるプロセッサ２００は、角度制御部２３１、電流制御部２３２およびＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調部２３３を機能ブロックとして有するＥＰＳ制御器２３０によって実現され得る。典型的には、それぞれのユニットに相当する機能ブロックの処理（またはタスク）は、ソフトウェアのモジュール単位でコンピュータプログラムに記述され、ＲＯＭ１１６に格納される。ただし、ＦＰＧＡなどを用いる場合、これらの機能ブロックの全部または一部は、ハードウェア・アクセラレータとして実装され得る。　

各機能ブロックをソフトウェア（またはファームウェア）として制御装置１００に実装する場合、そのソフトウェアの実行主体は、プロセッサ２００であり得る。本開示の制御装置は、ある一態様において、プロセッサ２００と、プロセッサ２００の動作を制御するプログラムを記憶するメモリとを備える。プロセッサ２００は、プログラムに従って、（１）目標ハンドル角とステアリング角θ_ｇとに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクＴ_ｒを演算することと、（２）目標アシストトルクＴ_ｒに基づいてモータを制御することとを実行する。目標アシストトルクＴ_ｒに基づいてモータを制御することは、目標アシストトルクＴ_ｒに基づいて電流制御を行うことによって指令電圧Ｖｒを演算することと、指令電圧ＶｒをＰＷＭ変調してＰＷＭ信号を生成することと、を含む。ここで、ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインが可変である。　

他の一態様において、プロセッサ２００は、プログラムに従って、（１）目標ハンドル角とステアリング角θ_ｇとに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクＴ_ｒを演算することと、（２）ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器の有効化および無効化をトリガーに応答して切り替えることと、（３）目標アシストトルクＴ_ｒに基づいてモータを制御することとを実行する。トリガーの例は、ハンズオン状態またはハンズオフ状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令、自動運転信号を示すハンドルトルクもしくはトーショントルクと閾値との大小関係に応じて変化する信号、または上位装置から出力されるモード指令である。上位装置の例は上位ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）である。トリガーにつていの詳細は後述する。　

各機能ブロックをソフトウェアおよび／またはハードウェアとして制御装置１００に実装する場合、他の一態様において、本開示の制御装置１００は、目標ハンドル角とステアリング角θ_ｇとに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクＴ_ｒを演算する角度制御部と、目標アシストトルクＴ_ｒに基づいて電流制御を行うことによって指令電圧Ｖｒを演算する電流制御部と、指令電圧ＶｒをＰＷＭ変調してＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部とを備える。ここで、ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインが可変である。さらに他の一態様において、制御装置１００は、目標ハンドル角とステアリング角θ_ｇとに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクＴ_ｒを演算し、ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器の有効化および無効化をトリガーに応答して切り替えることが可能な角度制御部と、目標アシストトルクＴ_ｒに基づいて電流制御を行うことによって指令電圧Ｖｒを演算する電流制御部と、指令電圧ＶｒをＰＷＭ変調してＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部とを備える。　

ＥＰＳ制御器２３０は、目標ハンドル角とステアリング角θ_ｇとに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクＴ_ｒを演算する。本開示の実施形態における目標ハンドル角は、手動ハンドル角θ_ｄおよび自動目標ハンドル角θ_ｒを含み得る。本明細書において、手動ハンドル角θ_ｄまたは自動目標ハンドル角θ_ｒは目標ハンドル角と表記される場合がある。　

本開示の実施形態におけるＥＰＳの制御装置２００は、１つの角度制御器と見做すことができる。本開示の実施形態におけるＥＰＳ制御器２３０は、角度制御部２３１、電流制御部２３２およびＰＷＭ変調部２３３を有する。自動目標ハンドル角θ_ｒ、手動ハンドル角θ_ｄおよびステアリング角θ_ｇが入力信号としてＥＰＳ制御器２３０に入力される。ＥＰＳ制御器２３０は、自動目標ハンドル角θ_ｒ、手動ハンドル角θ_ｄを含む角度に関する指令値の切替および積分項の調整を行うことによって、手動運転モードと自動運転モードとの間の制御の切替を行う。　

角度制御部２３１は、自動目標ハンドル角θ_ｒまたは手動ハンドル角θ_ｄと、ステアリング角θ_ｇとに基づいて目標アシストトルクＴ_ｒを演算して出力する。手動ハンドル角θ_ｄは手動運転モードにおいて、運転者が動かしたハンドルの角度を示す。自動目標ハンドル角θ_ｒは、自動運転モードにおいて、カメラ等のセンサから導出されるハンドル角度の目標値を示す。本開示の実施形態では、目標ハンドル角に応じて、ＰＩ制御におけるＩ制御を行う積分器のゲインが変わったり、この積分器の有効化および無効化の切り替えが行われたりする。　

手動運転モードにおいて、角度制御部２３１は、手動ハンドル角θ_ｄにステアリング角θ_ｇを追従させながらパワーアシスト制御を行う。このパワーアシスト制御における残留偏差が操舵トルクとなる。一方、自動運転モードにおいて、角度制御部２３１は、自動目標ハンドル角θ_ｒにステアリング角θ_ｇを追従させ、残留偏差を無くす制御を行う。このように、手動運転に関与するアシスト制御および自動運転に関与する角度制御の両方の機能が１つの角度制御部に実装される。手動運転モードと自動運転モードとの間の制御の違いは、角度に関する指令値の相違であり、さらに、後述するＩ制御に用いる積分器の有無である。　

本開示の実施形態において、ＥＰＳ制御器２３０は、概して手動運転モードおよび自動運転モードを有するが、角度制御部２３１に入力される目標ハンドル角と、Ｉ制御の有効、無効またはゲインの可変との組み合わせに基づいて上記２つのモードを４つの制御モードにさらに区分けすることができる。以下に、４つの制御モードを列挙する。下記の第２～４制御モードにおいて、Ｉ制御におけるゲインを目標ハンドル角に応じて変えることによって、運転者が感じる操舵感を適宜調整することが可能となる。［第１制御モード］　第１制御モードは手動ハンドル角θ_ｄに基づくＰ制御をプロセッサに実行させるモードである。このモードは手動運転モードに対応する。運転者はステアリングにおける手動ハンドル角に対するステアリング角の残留偏差を操舵感として感じることができる。［第２制御モード］　第２制御モードは手動ハンドル角θ_ｄに基づくＰＩ制御をプロセッサに実行させるモードである。このモードは手動運転モードに対応するが、Ｉ制御を付加することによってトルクが補助される。そのために、運転手は疲労感を感じづらくなる。［第３制御モード］　第３制御モードは手動ハンドル角θ_ｄと自動目標ハンドル角θ_ｒとに基づくＰＩ制御をプロセッサに実行させるモードである。このモードは半自動運転モードに対応する。運転者はハンドル角をよりガイドされる感覚を持つ。［第４制御モード］　第４制御モードは自動目標ハンドル角θ_ｒに基づくＰＩ制御をプロセッサに実行させるモードである。このモードは完全な自動運転モードに対応する。運転者は手放し状態においても車両を走行させることが可能となる。　

図４Ａから図６を参照しながら、ＥＰＳ制御器２３０が有する角度制御部２３１の機能および動作を詳しく説明する。　

（第１実施形態）　本実施形態におけるＥＰＳ制御器２３０によれば、何らかの信号や命令をトリガーとしてＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインが可変である。ＰＩ
制御におけるＩ制御に用いる積分器は有効化されている。　

図４Ａは、積分器１２ｃが有効化された状態におけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。図４Ｂは、積分器１２ｃが有効化された状態における角度制御部２３１の機能ブロックの他の構成を例示する機能ブロック図である。図５は、ハンドルトルクＴ_ｈに対する積分器１２ｃのゲインまたは重みの関係を例示するグラフである。　

図４Ａに例示されるように、角度制御部２３１は、減算器１０、トーションバー剛性ユニット１１、Ｐ制御器１２ａ、Ｄ制御器１２ｂ、Ｉ制御器１２ｃおよび加算器１３を有する。本明細書においてＩ制御器は積分器と記載され、Ｄ制御器は微分器と記載される場合がある。角度制御部２３１は、目標ハンドル角とステアリング角θ_ｇとに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクＴ_ｒを演算する。　

図５に示されるグラフの例において、ハンドルトルクＴ_ｈが存在しない状態またはあっても微小である状態がハンズオフ状態である。この状態は自動運転モードに対応する。ＥＰＳ制御器２３０は第４制御モードに従って動作する。ここで、ハンドルトルクＴ_ｈは自動運転信号を示す。第４制御モードにおいて、積分器１２ｃのゲインは最大となり、そのゲインはハンドルトルクＴ_ｈに依存せずに一定の値を示す。　

ハンドルトルクＴ_ｈが常に生じている状態が手動運転の状態である。ＥＰＳ制御器２３０は第２制御モードに従って動作する。第２制御モードにおいて、積分器１２ｃのゲインは完全にゼロとはならず微小な値を示す。ただし、その値は一定である。　

第２および第４制御モードを規定するハンドルトルクＴ_ｈの範囲の間に位置する領域、すなわち、自動運転から手動運転への移行期間がハンズオン状態である。ＥＰＳ制御器２３０は第３制御モードに従って動作する。第３制御モードにおいて、ハンドルトルクＴ_ｈが上昇するにつれて、積分器１２ｃのゲインは連続的に減少する。ただし、この例に限定されず、例えば、積分器１２ｃのゲインは段階的に減少してもよいし、非線形に連続的に変化してもよい。　

図４Ａに例示されるように、積分器１２ｃは、制御モードの如何に関わらず有効化されている。目標ハンドル角として、手動ハンドル角θ_ｄおよび自動目標ハンドル角θ_ｒの少なくとも１つが角度制御部２３１に入力される。第２、第３制御モードにおいては、減算器１０から出力される、手動ハンドル角θ_ｄおよび自動目標ハンドル角θ_ｒを含む目標ハンドル角と、ステアリング角θ_ｇとの偏差が、Ｐ制御器１２ａ、Ｄ制御器１２ｂおよびＩ制御器１２ｃのそれぞれに入力される。第４制御モードにおいては、減算器１０から出力される、自動目標ハンドル角θ_ｒとステアリング角θ_ｇとの偏差が、制御器１２ａ、Ｄ制御器１２ｂおよびＩ制御器１２ｃのそれぞれに入力される。加算器１３は、Ｐ制御器１２ａ、Ｄ制御器１２ｂ、Ｉ制御器１２ｃのそれぞれから出力される出力値を加算して目標アシストトルクＴｒを出力する。ただし、図４Ｂに示されるように、Ｄ制御器１２ｂは必須の構成要素ではなく、角度制御部２３１は、少なくともＰ制御器１２ａ、Ｉ制御器１２ｃを有していればよい。Ｄ制御器１２ｂを利用することで、瞬間的な外乱に対する応答性を向上させることができる。　

ハンドルトルクＴ_ｈはハンズオンまたはハンズオフ状態の判断に利用され得る。図５の例において、積分器１２ｃのゲインは、第３制御モードの選択時に、ハンドルトルクＴ_ｈの値に応じて連続的に変化する。積分器１２ｃを常に有効化することで、Ｐ制御のみでは残存し得る残留偏差を０にすることが可能となる。これにより、目標ハンドル角と実際のステアリング角の間に発生する角度の誤差をなくすことができ、結果として、目標の走行軌道に沿った走行が可能となる。変形例としてハンドルトルクＴ_ｈの代わりにトーショントルクＴ_ｔｏｒの値を用いることができる。　

図６は、手動ハンドル角θ_ｄと自動目標ハンドル角θ_ｒとの比率に応じて変化するゲインを例示するグラフである。ある一態様において、手動ハンドル角θ_ｄと自動目標ハンドル角θ_ｒとの比率に応じて積分器１２ｃのゲインは変化し得る。この比率、つまり、直線の傾きは、上位装置から出力されるモード指令に応じて決定され得る。図６の例において比率は線形に変化するが、これに限定されず、非線形に変化し、または、段階的に変化し得る。　

再び図３を参照する。　

入力信号として、例えば目標アシストトルクＴ_ｒ、モータ角度θ_ｍ、および実電流値Ｉ_ｍが電流制御部２３２に入力する。電流制御部２３２は、例えばベクトル制御に従って、目標アシストトルクＴ_ｒ、モータ角度θ_ｍ、および実電流値Ｉ_ｍに基づいて電流制御を行うことによって指令電圧Ｖｒを演算する。ＰＷＭ変調部２３３は、指令電圧ＶｒをＰＷＭ変調してＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。　

本実施形態によれば、１つの角度制御器で手動および自動運転モードの制御が実現されるので、従来技術に比べて、プロセッサなどの演算回路が処理すべきデータ量が低減され得る。結果として、演算回路のコストを抑えることが可能となる。　

（第２実施形態）　図７Ａから図９を参照して、第２実施形態におけるＥＰＳ制御器２３０を説明する。以下、第１実施形態に係るＥＰＳ制御器２３０との相違点を主に説明する。　

図７Ａは、手動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。図７Ｂは、自動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。図８Ａは、手動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の他の構成の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。図８Ｂは、自動運転モードにおけるＥＰＳ制御器２３０の角度制御部２３１の他の構成の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。図９は、ハンドルトルクＴ_ｈに対する積分器１２ｃのゲインの関係を例示するグラフである。　

本実施形態におけるＥＰＳ制御器２３０は、何らかの信号や命令をトリガーとして、ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器１２ｃの有効化および無効化を切り替える。図９に例示されるように、本実施形態における制御モードは、第１制御モードおよび第４制御モードを含む。ハンドルトルクＴ_ｈが存在しない状態またはあっても微小である状態、つまり、ハンズオフ状態において、ＥＰＳ制御器２３０は第４制御モードに従って動作する。積分器１２ｃは有効化されており、そのゲインは一定の値に固定され得る。図７Ｂに示されるように、角度制御部２３１は、自動目標ハンドル角θｒおよびステアリング角θｇに基づいて目標アシストトルクＴｒを演算する。ただし、図８Ｂに示されるように、微分器１２ｂは必須ではない。　

ハンドルトルクＴ_ｈが常に生じた状態、つまり、ハンズオン状態において、ＥＰＳ制御器２３０は第１制御モードに従って動作する。積分器１２ｃは完全に無効化され、その結果、そのゲインはゼロである。図７Ａに示されるように、角度制御部２３１は、手動ハンドル角θ_ｄおよびステアリング角θ_ｇに基づいて目標アシストトルクＴ_ｒを演算する。ただし、図８Ａに示されるように、微分器１２ｂは必須ではない。　

トリガーの例は、ハンズオン状態またはハンズオフ状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令、上位装置から出力されるモード指令、または、自動運転信号を示すハンドルトルクＴ_ｈと閾値Ｖ_ｔｈとの大小関係に応じて変化する信号である。ただし、ハンドルトルクＴ_ｈの代わりにトーショントルクＴ_ｔｏｒの値を用いることができる。図９に示されるように、ハンドルトルクＴ_ｈが閾値Ｖ_ｔｈ未満である範囲において、第４制御モードに従ってＥＰＳ制御器２３０が動作し、ハンドルトルクＴ_ｈが閾値Ｖ_ｔｈ以上である範囲において、第１制御モードに従ってＥＰＳ制御器２３０が動作する。　

本実施形態において、角度制御部２３１は、ハンズオン状態もしくはハンズオフ状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令、または上位装置から出力されるモード指令に応答して、手動ハンドル角θ_ｄおよび自動目標ハンドル角θ_ｒの一方を、ＰＩ制御に用いる入力値として選択する。角度制御部２３１は、積分器１２ｃの有効化および無効化を、選択した入力値に応じて切り替える。より詳しく説明すると、角度制御部２３１は、ハンズオフ状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令に応答して、ＰＩ制御に用いる入力値として自動目標ハンドル角θｒを選択し、積分器１２ｃを有効化する。これに対し、角度制御部２３１は、ハンズオン状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令に応答して、ＰＩ制御に用いる入力値として手動ハンドル角θ_ｄを選択し、積分器１２ｃを無効化する。　

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、１つの角度制御器で手動・自動運転モードの制御が実現されるので、従来技術に比べて、プロセッサなどの演算回路が処理するデータ量が低減され得る。結果として、演算回路のコストを抑えることが可能となる。

本開示の実施形態は、車両に搭載されるＥＰＳを制御するための制御装置に利用され得る。

１００：制御装置、１１１：電源回路、１１２：角度センサ、１１３：入力回路、１１４：通信Ｉ／Ｆ、１１５：駆動回路、１１６：ＲＯＭ、２００：プロセッサ、２３０：ＥＰＳ制御器、２３１：角度制御部、２３２：電流制御部、２３３：ＰＷＭ変調部

Claims (11)

1. 　モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であって、
   　プロセッサと、
   　前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリと、
   を備え、
   　前記プロセッサは、前記プログラムに従って、
   　目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、
   　前記目標アシストトルクに基づいて前記モータを制御することと、
   を実行し、
   　前記ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインが可変である、制御装置。
2. 　前記積分器のゲインは、自動運転信号を示すハンドルトルクまたはトーショントルクの値に応じて変化する、請求項１に記載の制御装置。
3. 　前記目標ハンドル角は、手動ハンドル角および自動目標ハンドル角を含み、
   　前記手動ハンドル角と前記自動目標ハンドル角との比率に応じて前記ゲインは変化し、
   　前記比率は、上位装置から出力されるモード指令に応じて決定される、請求項１に記載の制御装置。
4. 　モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であって、
   　プロセッサと、
   　前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリと、
   を備え、
   　前記プロセッサは、前記プログラムに従って、
   　目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、
   　前記ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器の有効化および無効化をトリガーに応答して切り替えることと、
   　前記目標アシストトルクに基づいて前記モータを制御することと、
   を実行する制御装置。
5. 　前記トリガーは、ハンズオン状態またはハンズオフ状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令である、請求項４に記載の制御装置。
6. 　前記トリガーは、自動運転信号を示すハンドルトルクまたはトーショントルクと、閾値との大小関係に応じて変化する信号である、請求項４に記載の制御装置。
7. 　前記トリガーは上位装置から出力されるモード指令である、請求項４に記載の制御装置。
8. 　前記目標ハンドル角は、手動ハンドル角および自動目標ハンドル角を含み、
   　前記プロセッサは、
   　ハンズオン状態もしくはハンズオフ状態を示すハンズオン・ハンズオフの指令、または上位装置から出力されるモード指令に応答して、前記手動ハンドル角および前記自動目標ハンドル角の一方を、前記ＰＩ制御に用いる入力値として選択し、
   　前記積分器の有効化および無効化を、選択した前記入力値に応じて切り替える、請求項４に記載の制御装置。
9. 　前記ＰＩ制御はＤ制御をさらに含む、請求項１から８のいずれかに記載の制御装置。
10. 　モータと、
    　請求項１から９のいずれかに記載の制御装置と、
    を備えるモータモジュール。
11. 　モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御方法であって、
    　目標ハンドル角とステアリング角とに基づいてＰＩ制御を行うことによって目標アシストトルクを演算することと、
    　前記目標アシストトルクに基づいて前記モータを制御することと、
    を包含し、
    　前記ＰＩ制御のＩ制御に用いる積分器のゲインは、自動運転信号を示すハンドルトルクまたはトーショントルクに応じて変化する、制御方法。

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