WO2023032010A1 - 操舵装置 - Google Patents

操舵装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023032010A1
WO2023032010A1 PCT/JP2021/031780 JP2021031780W WO2023032010A1 WO 2023032010 A1 WO2023032010 A1 WO 2023032010A1 JP 2021031780 W JP2021031780 W JP 2021031780W WO 2023032010 A1 WO2023032010 A1 WO 2023032010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steering
command value
torque
lane
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/031780
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勉 田村
ロバート フックス
直紀 小路
ミツコ ヨシダ
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ジェイテクト filed Critical 株式会社ジェイテクト
Priority to PCT/JP2021/031780 priority Critical patent/WO2023032010A1/ja
Publication of WO2023032010A1 publication Critical patent/WO2023032010A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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

Definitions

  • This invention relates to a steering device.
  • Patent Document 1 discloses that the target driving lane in automatic driving is switched starting from the driver's steering intervention.
  • the automated driving system senses at least the input of the direction change command and the driver's grip on the steering wheel, thereby causing the vehicle to steer the vehicle along the centerline of the adjacent lane in the direction corresponding to the direction change command value.
  • the automatic steering command value is switched to the automatic steering command value for running the vehicle.
  • the driver starts steering intervention after a direction change command is input, the lane center keeping torque for the current lane (the lane before the change) is invalidated. Torque in the direction to return the vehicle to the center is no longer generated.
  • An object of the present invention is to provide a steering device capable of generating torque.
  • An embodiment of the present invention includes a steering member, an electric motor that drives a steering mechanism, a manual steering command value generation unit that generates a manual steering command value using a steering torque, and an automatic steering command value.
  • An integrated angle command value calculation unit that calculates an integrated angle command value by adding command values, and a motor control unit that controls the electric motor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system to which a motor control device according to an embodiment of the invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the motor control ECU.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the manual steering command value generator.
  • FIG. 4 is a graph showing a setting example of the assist torque command value Tac with respect to the steering torque Td .
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a reference EPS model used in the command value setting section.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the angle control section.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example of a physical model of the electric power steering system.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimator.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the procedure of command value selection processing performed by the host ECU.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the operation at the time of automatic lane change.
  • FIG. 12A is a schematic diagram for explaining the operation at the time of automatic lane change in the comparative example.
  • FIG. 12B is a schematic diagram for explaining the operation at the time of automatic lane change in the present embodiment.
  • An embodiment of the present invention includes a steering member, an electric motor that drives a steering mechanism, a manual steering command value generation unit that generates a manual steering command value using a steering torque, and an automatic steering command value.
  • An integrated angle command value calculation unit that calculates an integrated angle command value by adding command values, and a motor control unit that controls the electric motor.
  • the reference position of the vehicle is moved to the predetermined position by the driver's steering intervention while the direction change command is being continuously input. to automatically drive the vehicle along the center line of the second traffic lane from the automatic steering command value for automatically driving the vehicle along the center line of the first traffic lane when the vehicle reaches the lateral position of The automatic steering command value is switched to the automatic steering command value of .
  • the reference position of the vehicle is moved to the predetermined position by the driver's steering intervention while the direction change command is being continuously input. until the lateral position is reached, a torque is generated in the direction of returning the vehicle to the center of the first traffic lane.
  • torque is generated in a direction to move the vehicle into the second travel lane.
  • the predetermined lateral position is set between the center line of the first traffic lane and the boundary between the first traffic lane and the second traffic lane.
  • An embodiment of the present invention includes a steering member, an electric motor that drives a steering mechanism, a manual steering command value generation unit that generates a manual steering command value using a steering torque, and an automatic steering command value.
  • an integrated angle command value computing unit that adds command values to compute an integrated angle command value;
  • a motor control unit that controls the electric motor based on the integrated angle command value; If the automatic steering command value is for running along the center line of the vehicle, the condition that the direction change command is input based on the driver's operation and the reference position of the vehicle has reached a predetermined lateral position is satisfied.
  • a command value switching unit for switching the automatic steering command value to an automatic steering command value for causing the vehicle to travel along the center line of the adjacent lane corresponding to the direction indicated by the direction change command. , to provide the steering system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system to which a motor control device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • An electric power steering system 1 includes a steering wheel (steering wheel) 2 as a steering member for steering a vehicle, a steering mechanism 4 for steering steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and a driving mechanism. and a steering assist mechanism 5 for assisting a person's steering.
  • the steering wheel 2 and steering mechanism 4 are mechanically connected via a steering shaft 6 and an intermediate shaft 7 .
  • the steering shaft 6 includes an input shaft 8 connected to the steering wheel 2 and an output shaft 9 connected to the intermediate shaft 7.
  • the input shaft 8 and the output shaft 9 are connected via a torsion bar 10 so as to be relatively rotatable.
  • a torque sensor 12 is arranged near the torsion bar 10 .
  • the torque sensor 12 detects steering torque (torsion bar torque) Td applied to the steering wheel 2 based on relative rotational displacement amounts of the input shaft 8 and the output shaft 9 .
  • the steering torque Td detected by the torque sensor 12 is, for example, a positive value for torque for steering to the left and a negative value for torque for steering to the right. , and the larger the absolute value, the larger the magnitude of the steering torque Td .
  • the steering mechanism 4 consists of a rack and pinion mechanism including a pinion shaft 13 and a rack shaft 14 as a steering shaft.
  • the steered wheels 3 are connected to each end of the rack shaft 14 via tie rods 15 and knuckle arms (not shown).
  • the pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7 .
  • the pinion shaft 13 rotates in conjunction with steering of the steering wheel 2 .
  • a pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13 .
  • the rack shaft 14 extends linearly along the lateral direction of the vehicle.
  • a rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed in the axially intermediate portion of the rack shaft 14 .
  • the pinion 16 and rack 17 convert the rotation of the pinion shaft 13 into axial movement of the rack shaft 14 .
  • the steerable wheels 3 can be steered.
  • the steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for generating a steering assist force (assist torque) and a speed reducer 19 for amplifying the output torque of the electric motor 18 and transmitting it to the steering mechanism 4 .
  • the speed reducer 19 comprises a worm gear mechanism including a worm gear 20 and a worm wheel 21 meshing with the worm gear 20 .
  • the speed reducer 19 is accommodated in a gear housing 22 as a transmission mechanism housing.
  • the reduction ratio (gear ratio) of the speed reducer 19 may be represented by N.
  • the reduction ratio N is defined as the ratio ⁇ wg / ⁇ ww of the rotation angle ⁇ wg of the worm gear 20 to the rotation angle ⁇ ww of the worm wheel 21 .
  • the worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18 . Also, the worm wheel 21 is connected to the output shaft 9 so as to be rotatable together.
  • the worm gear 20 When the worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18, the worm wheel 21 is rotationally driven, motor torque is applied to the steering shaft 6, and the steering shaft 6 (output shaft 9) rotates. Rotation of the steering shaft 6 is transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7 . Rotation of the pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14 . As a result, the steerable wheels 3 are steered. That is, by rotationally driving the worm gear 20 with the electric motor 18, the steering assistance with the electric motor 18 and the steering of the steerable wheels 3 become possible.
  • the electric motor 18 is provided with a rotation angle sensor 23 for detecting the rotation angle of the rotor of the electric motor 18 .
  • the torque applied to the output shaft 9 includes motor torque by the electric motor 18 and disturbance torque other than the motor torque.
  • the disturbance torque T lc other than the motor torque includes steering torque T d , road load torque (road surface reaction torque) T rl , friction torque T f and the like.
  • the steering torque Td is torque applied to the output shaft 9 from the steering wheel 2 side due to force applied to the steering wheel 2 by the driver, force generated by steering inertia, or the like.
  • the road load torque Trl is generated by the self-aligning torque generated in the tire, the force generated by the suspension and tire wheel alignment, the frictional force of the rack and pinion mechanism, and the like. is the torque applied to
  • the vehicle has a CCD (Charge Coupled Device) camera 25 that captures the road in front of the vehicle, a GPS (Global Positioning System) 26 that detects the position of the vehicle, and a radar that detects road shapes and obstacles. 27, a map information memory 28 storing map information, a direction change input device 29 and the like are mounted.
  • CCD Charge Coupled Device
  • GPS Global Positioning System
  • the CCD camera 25, GPS 26, radar 27, and map information memory 28 are connected to a host ECU (ECU: Electronic Control Unit) 201 for driving support control and automatic driving control. Based on the information and map information obtained by the CCD camera 25, GPS 26 and radar 27, the host ECU 201 recognizes the surrounding environment, estimates the position of the vehicle, and plans routes, and determines control target values for steering and drive actuators. .
  • ECU Electronic Control Unit
  • the host ECU 201 sets an automatic steering command value for automatic steering.
  • the automatic steering control is, for example, control for running the vehicle along the target trajectory.
  • the host ECU 201 sets a first automatic steering command value ⁇ adac1 , a second automatic steering command value ⁇ adac2 , and a third automatic steering command value ⁇ adac3 as automatic steering command values.
  • the first automatic steering command value ⁇ adac1 is an automatic steering command value for causing the vehicle to travel along the center line of the lane in which the vehicle is currently traveling (hereinafter referred to as "current lane”).
  • the second automatic steering command value ⁇ adac2 is an automatic steering command value for driving the vehicle along the center line of the lane adjacent to the right of the current lane (hereinafter referred to as the "right lane”).
  • the third automatic steering command value ⁇ adac3 is an automatic steering command value for driving the vehicle along the center line of the lane adjacent to the left of the current lane (hereinafter referred to as the "left lane").
  • the automatic steering command values ⁇ adac1 , ⁇ adac2 , and ⁇ adac3 are target steering angle values for automatically driving the vehicle along the center line of each lane. Since the processing for setting the automatic steering command values ⁇ adac1 , ⁇ adac2 , and ⁇ adac3 is well known, detailed description thereof will be omitted here.
  • the second automatic steering command value ⁇ adac2 is not set.
  • the third automatic steering command value ⁇ adac3 is not set.
  • the direction change input device 29 has, for example, a blinker lever for operating the direction indicator.
  • the driver When turning right or left or changing course, the driver inputs a direction change command by operating the turn signal lever.
  • a direction change command to the left or a direction change command to the right is input by the driver operating the turn signal lever.
  • the turn signal lever When the turn signal lever is tilted from the turn indicator off position, which is the normal position, to the turn indicator on position, the input of the direction change command starts, and when the turn signal lever is returned to the turn indicator off position, the input of the direction change command stops. be done. That is, the direction change command is continuously input while the winker lever is tilted to the direction indicator ON position.
  • the host ECU 201 uses a direction change command or the like to perform command value selection processing for selecting one of the automatic steering command values ⁇ adac1 , adac2 , and ⁇ adac3 . Details of the command value selection process will be described later.
  • the automatic steering command value selected by the command value selection process will be referred to as an automatic steering command value ⁇ adac .
  • the automatic steering command value ⁇ adac selected by the host ECU 201 is given to the motor control ECU 202 via the vehicle-mounted network.
  • the steering torque T d detected by the torque sensor 12 and the output signal of the rotation angle sensor 23 are input to the motor control ECU 202 .
  • the motor control ECU 202 controls the electric motor 18 based on these input signals and information given from the host ECU 201 .
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the motor control ECU 202. As shown in FIG.
  • the motor control ECU 202 includes a microcomputer 40, a drive circuit (inverter circuit) 31 that is controlled by the microcomputer 40 and supplies power to the electric motor 18, and a current flowing through the electric motor 18 (hereinafter referred to as "motor current I"). ) and a current detection circuit 32 for detecting the current.
  • the microcomputer 40 has a CPU and memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and functions as a plurality of functional processing units by executing predetermined programs.
  • the plurality of function processing units include a manual steering command value generation unit 41 , an integrated angle command value calculation unit 42 and a control unit 43 .
  • the manual steering command value generator 41 converts the steering angle (more precisely, the rotation angle ⁇ of the output shaft 9) corresponding to the steering wheel operation to a manual steering command value ⁇ mdac. It is provided for setting as The manual steering command value generator 41 uses the steering torque Td detected by the torque sensor 12 to generate a manual steering command value ⁇ mdac .
  • the integrated angle command value calculation unit 42 adds the manual steering command value ⁇ mdac to the automatic steering command value ⁇ adac set by the host ECU 201 to calculate the integrated angle command value ⁇ acmd .
  • the controller 43 angle-controls the electric motor 18 based on the integrated angle command value ⁇ acmd . More specifically, the control unit 43 drives and controls the drive circuit 31 so that the steering angle ⁇ (the rotation angle ⁇ of the output shaft 9) approaches the integrated angle command value ⁇ acmd .
  • Control unit 43 includes an angle control unit 44 and a torque control unit (current control unit) 45 .
  • the angle control unit 44 calculates a motor torque command value Tm , which is a target value of the motor torque of the electric motor 18, based on the integrated angle command value ⁇ acmd .
  • the torque control unit 45 drives the drive circuit 31 so that the motor torque of the electric motor 18 approaches the motor torque command value Tm .
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the manual steering command value generator 41. As shown in FIG. 3
  • the manual steering command value generation section 41 includes an assist torque command value setting section 51 and a command value setting section 52 .
  • the assist torque command value setting unit 51 sets an assist torque command value Tac , which is a target value of assist torque required for manual operation.
  • the assist torque command value setting unit 51 sets the assist torque command value Tac based on the steering torque Td detected by the torque sensor 12 .
  • a setting example of the assist torque command value Tac with respect to the steering torque Td is shown in FIG.
  • the assist torque command value Tac is set to a positive value when the electric motor 18 should generate a steering assist force for left steering, and when the electric motor 18 should generate a steering assist force for right steering. Negative value.
  • the assist torque command value Tac is positive for positive steering torque Td values and negative for negative steering torque Td values.
  • the assist torque command value Tac is set such that its absolute value increases as the absolute value of the steering torque Td increases.
  • the assist torque command value setting unit 51 may calculate the assist torque command value Tac by multiplying the steering torque Td by a preset constant.
  • the command value setting unit 52 uses the reference EPS model to set the manual steering command value ⁇ mdac .
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the reference EPS model used by the command value setting unit 52.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the reference EPS model used by the command value setting unit 52.
  • This reference EPS model is a single inertia model that includes a lower column.
  • a lower column corresponds to the output shaft 9 and the worm wheel 21 .
  • Jc is the inertia of the lower column
  • ⁇ c is the rotation angle of the lower column
  • Td is the steering torque.
  • a steering torque T d , a torque N ⁇ T m acting on the output shaft 9 from the electric motor 18 and a road load torque T rl are applied to the lower column.
  • a road load torque Trl is expressed by the following equation (1) using a spring constant k and a viscous damping coefficient c.
  • T rl ⁇ k ⁇ c ⁇ c(d ⁇ c /dt) (1)
  • the spring constant k and the viscous damping coefficient c are set to predetermined values obtained in advance through experiments, analyses, or the like.
  • J c ⁇ d 2 ⁇ c /dt 2 T d + N ⁇ T m ⁇ k ⁇ c ⁇ c(d ⁇ c /dt) (2)
  • the command value setting unit 52 substitutes the steering torque Td detected by the torque sensor 12 for Td , and substitutes the assist torque command value Tac set by the assist torque command value setting unit 51 for N ⁇ Tm . Then, by solving the differential equation of equation (2), the rotation angle ⁇ c of the lower column is calculated. Then, the command value setting unit 52 sets the obtained rotation angle ⁇ c of the lower column as the manual steering command value ⁇ mdac .
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the angle control unit 44. As shown in FIG.
  • the angle control unit 44 calculates the motor torque command value Tm based on the integrated angle command value ⁇ acmd .
  • the angle control unit 44 includes a low-pass filter (LPF) 61, a feedback control unit 62, a feedforward control unit 63, a disturbance torque estimation unit 64, a torque addition unit 65, a disturbance torque compensation unit 66, a first deceleration It includes a ratio division section 67 , a reduction ratio multiplication section 68 , a rotation angle calculation section 69 and a second reduction ratio division section 70 .
  • LPF low-pass filter
  • the rotation angle calculator 69 calculates the rotor rotation angle ⁇ m of the electric motor 18 based on the output signal of the rotation angle sensor 23 .
  • a second reduction ratio dividing unit 70 divides the rotor rotation angle ⁇ m calculated by the rotation angle calculation unit 69 by the reduction ratio N, thereby dividing the rotor rotation angle ⁇ m into the rotation angle (actual steering angle) of the output shaft 9. Convert to ⁇ .
  • a low-pass filter 61 performs low-pass filter processing on the integrated angle command value ⁇ acmd .
  • the integrated angle command value ⁇ cmd after low-pass filtering is given to the feedback control section 62 and the feedforward control section 63 .
  • the feedback control section 62 is provided to bring the steering angle estimated value ⁇ calculated by the disturbance torque estimating section 64 closer to the integrated angle command value ⁇ cmd after the low-pass filter processing.
  • the feedback controller 62 includes an angular deviation calculator 62A and a PD controller 62B.
  • the angle deviation calculation unit 62A calculates the deviation ( ⁇ cmd - ⁇ ) between the integrated angle command value ⁇ cmd and the actual steering angle ⁇ calculated by the second reduction ratio division unit 70 as the angle deviation ⁇ . can be
  • the PD control section 62B calculates the feedback control torque Tfb by performing PD calculation (proportional differential calculation) on the angular deviation ⁇ calculated by the angular deviation calculating section 62A.
  • the feedback control torque T fb is applied to the torque addition section 65 .
  • the feedforward control section 63 is provided to compensate for the response delay due to the inertia of the electric power steering system 1 and improve the control response.
  • Feedforward control section 63 includes an angular acceleration calculation section 63A and an inertia multiplication section 63B.
  • the angular acceleration calculator 63A calculates the target angular acceleration d 2 ⁇ cmd /dt 2 by second-order differentiating the integrated angle command value ⁇ cmd .
  • the inertia J is obtained, for example, from a physical model (see FIG. 7) of the electric power steering system 1, which will be described later.
  • the feedforward control torque Tff is given to the torque adder 65 as an inertia compensation value.
  • the torque adder 65 calculates a basic torque command value (T fb +T ff ) by adding the feedforward control torque T ff to the feedback control torque T fb .
  • the disturbance torque estimator 64 is provided for estimating nonlinear torque (disturbance torque: torque other than motor torque) generated as a disturbance in the plant (controlled object of the electric motor 18).
  • Estimated values of disturbance torque T lc , steering angle ⁇ , and steering angle differential value (angular velocity) d ⁇ /dt are represented by ⁇ T lc , ⁇ , and d ⁇ /dt, respectively. Details of the disturbance torque estimator 64 will be described later.
  • the disturbance torque estimation value ⁇ T lc calculated by the disturbance torque estimator 64 is given to the disturbance torque compensator 66 as a disturbance torque compensation value.
  • the steering angle estimated value ⁇ calculated by the disturbance torque estimator 64 is provided to the angle deviation calculator 62A.
  • T cmd tilt command value for the output shaft 9 in which the disturbance torque is compensated is obtained.
  • the steering torque command value T cmd is given to the first reduction gear ratio dividing section 67 .
  • the first speed reduction ratio dividing unit 67 divides the steering torque command value Tcmd by the speed reduction ratio N to calculate the motor torque command value Tm .
  • This motor torque command value Tm is given to the torque control section 45 (see FIG. 2).
  • the disturbance torque estimator 64 will be described in detail.
  • the disturbance torque estimator 64 is composed of a disturbance observer that estimates the disturbance torque T lc , the steering angle ⁇ , and the angular velocity d ⁇ /dt using, for example, the physical model 101 of the electric power steering system 1 shown in FIG. .
  • This physical model 101 includes a plant (an example of a motor driven object) 102 including an output shaft 9 and a worm wheel 21 fixed to the output shaft 9 .
  • the plant 102 is provided with a steering torque Td from the steering wheel 2 through the torsion bar 10 and a road load torque Trl from the steered wheels 3 side.
  • Tlc indicates disturbance torque other than the motor torque applied to the plant 102 .
  • the disturbance torque Tlc is shown as the sum of the steering torque Td , the road load torque Trl , and the friction torque Tf . contains.
  • the state equation for the physical model 101 in FIG. 7 is expressed by the following formula (4).
  • x is a state variable vector
  • u1 is a known input vector
  • u2 is an unknown input vector
  • y is an output vector (measured value).
  • A is the system matrix
  • B1 is the first input matrix
  • B2 is the second input matrix
  • C is the output matrix
  • D is the feedthrough matrix.
  • x e is a state variable vector of the extended system and is expressed by the following equation (6).
  • a e is a system matrix of the extended system
  • B e is a known input matrix of the extended system
  • Ce is an output matrix of the extended system.
  • a disturbance observer (extended state observer) represented by the following equation (7) is constructed from the extended state equation of equation (5) above.
  • ⁇ x e represents the estimated value of x e .
  • L is an observer gain.
  • ⁇ y represents the estimated value of y.
  • ⁇ x e is represented by the following equation (8).
  • ⁇ is the estimated value of ⁇
  • ⁇ Tlc is the estimated value of Tlc .
  • the disturbance torque estimator 64 calculates the state variable vector ⁇ xe based on the equation (7).
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimator 64. As shown in FIG. 8
  • the disturbance torque estimation unit 64 includes an input vector input unit 81, an output matrix multiplication unit 82, a first addition unit 83, a gain multiplication unit 84, an input matrix multiplication unit 85, a system matrix multiplication unit 86, a second It includes an addition section 87 , an integration section 88 and a state variable vector output section 89 .
  • the input vector input unit 81 outputs an input vector u1 .
  • the output of the integrator 88 is the state variable vector ⁇ x e (see equation (8) above).
  • an initial value is given as the state variable vector ⁇ xe .
  • the initial value of the state variable vector ⁇ x e is 0, for example.
  • a system matrix multiplier 86 multiplies the state variable vector ⁇ x e by the system matrix A e .
  • the output matrix multiplier 82 multiplies the state variable vector ⁇ x e by the output matrix C e .
  • the gain multiplier 84 multiplies the output (y ⁇ y) of the first adder 83 by the observer gain L (see the above equation (7)).
  • the input matrix multiplication unit 85 multiplies the input vector u1 output from the input vector input unit 81 by the input matrix Be .
  • the second adder 87 outputs the output (Be ⁇ u 1 ) of the input matrix multiplier 85, the output (A e ⁇ x e ) of the system matrix multiplier 86, and the output of the gain multiplier 84 (L(y ⁇ ⁇ y)) is added to calculate the differential value d ⁇ x e /dt of the state variable vector.
  • the integrator 88 calculates the state variable vector ⁇ x e by integrating the output (d ⁇ x e /dt) of the second adder 87 .
  • a state variable vector output unit 89 calculates an estimated disturbance torque value ⁇ T lc , an estimated steering angle value ⁇ , and an estimated angular velocity value d ⁇ /dt based on the state variable vector ⁇ xe.
  • a general disturbance observer consists of an inverse model of the plant and a low-pass filter.
  • the equation of motion of the plant is expressed by Equation (3) as described above. Therefore, the inverse model of the plant becomes the following equation (9).
  • Inputs to a general disturbance observer are J ⁇ d 2 ⁇ /dt 2 and N ⁇ T m . .
  • the noise effect due to differentiation can be reduced.
  • the disturbance torque estimator 64 a general disturbance observer composed of an inverse model of the plant and a low-pass filter may be used.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the torque control unit 45. As shown in FIG.
  • the torque control unit 45 (see FIG. 2) includes a motor current command value calculation unit 91, a current deviation calculation unit 92, a PI control unit 93, and a PWM (Pulse Width Modulation) control unit 94.
  • the motor current command value calculation unit 91 divides the motor torque command value Tm calculated by the angle control unit 44 (see FIG. 2) by the torque constant Kt of the electric motor 18, thereby obtaining the motor current command value Icmd . Calculate.
  • the PI control unit 93 performs PI calculation (proportional integral calculation) on the current deviation ⁇ I calculated by the current deviation calculation unit 92 to guide the motor current I flowing through the electric motor 18 to the motor current command value Icmd . Generate a drive command value.
  • the PWM control section 94 generates a PWM control signal having a duty ratio corresponding to the drive command value, and supplies it to the drive circuit 31 . As a result, electric power corresponding to the drive command value is supplied to the electric motor 18 .
  • FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of command value selection processing by the host ECU 201 .
  • step S1 determines whether or not a direction change command is input. If no direction change command has been input (step S1: NO), the host ECU 201 selects the first automatic steering command value ⁇ adac1 for the current lane as the automatic steering command value ⁇ adac (step S2). Then, the process returns to step S1.
  • step S1 if it is determined that a direction change command has been input (step S1: YES), the center line of the adjacent lane corresponding to the direction indicated by the direction change command and the width center line of the vehicle is equal to or less than a predetermined distance ⁇ (step S3).
  • a direction change command is input, although not shown, a direction indicator corresponding to the direction indicated by the direction change command blinks.
  • the adjacent lane according to the direction indicated by the direction change command means the left lane if the direction change command is a change command to the left, and if the direction change command is a change command to the right. means right lane.
  • the lateral deviation ⁇ y between the center line of the adjacent lane and the vehicle reference position means the distance in the Y direction between the vehicle reference position and the center line of the adjacent lane, assuming that the width direction of the adjacent lane is the Y direction.
  • the adjacent lane corresponding to the direction indicated by the direction change command determined to have been input in step S1 will be referred to as the "adjacent lane of interest".
  • step S3 If it is determined in step S3 that the lateral deviation ⁇ y is not equal to or less than the predetermined distance ⁇ (step S3: NO), the host ECU 201 returns to step S2.
  • step S3 If it is determined in step S3 that the lateral deviation ⁇ y is equal to or less than the predetermined distance ⁇ (step S3: YES), the host ECU 201 automatically sets the automatic steering command value ⁇ adac2 or ⁇ adac3 corresponding to the adjacent lane of interest. It is selected as the steering command value ⁇ adac (step S4). Thereby, the automatic steering command value ⁇ adac is switched.
  • the host ECU 201 sets the adjacent lane of interest as the current lane, sets the lane on the left side of the newly set current lane as the left lane, and sets the lane on the right side of the newly set current lane as the right lane. (step S5). That is, the current lane, left lane and right lane are updated. Then, the host ECU 201 returns to step S1.
  • step S3 it is determined whether or not the lateral deviation ⁇ y between the center line of the adjacent lane corresponding to the direction indicated by the direction change command and the vehicle reference position is equal to or less than a predetermined distance ⁇ .
  • the host ECU 201 determines that the vehicle reference position is on the side indicated by the direction change command with respect to the center line of the current lane, and that the lateral deviation ⁇ y between the center line of the current lane and the vehicle reference position is , or whether or not the command value switching condition of being equal to or greater than a predetermined distance ⁇ is satisfied.
  • the host ECU 201 proceeds to step S3 if the command value switching condition is not satisfied, and proceeds to step S4 if the command value switching condition is satisfied.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the operation when changing an auto lane.
  • the driver's steering intervention changes the traveling lane so that the vehicle automatically travels in the second traveling lane (right lane) 302 on the right side of the first traveling lane.
  • the automatic steering command value ⁇ adac1 corresponding to the first driving lane 301 is selected as the automatic steering command value ⁇ adac .
  • a dashed line L1 indicates the center line of the first lane 301
  • a line L2 indicated by a dashed line indicates the center line of the second lane 302.
  • a white line Lb which is spaced approximately in the center of the line, indicates the boundary line between the first traffic lane 301 and the second traffic lane 302 .
  • the vehicle reference position in the example of FIG. 11, the front end of the width center of the vehicle
  • the center of the second driving lane (right lane) 302
  • the automatic steering command value ⁇ adac2 corresponding to the second traffic lane 302 is selected as the automatic steering command value ⁇ adac .
  • the automatic steering command value ⁇ adac is switched from the first automatic steering command value ⁇ adac1 corresponding to the first driving lane 301 to the second automatic steering command value ⁇ adac2 corresponding to the second driving lane 302 . Then, the second driving lane 302 is updated to the current lane, and the first driving lane 301 is updated to the left lane. Thereby, the automatic lane change operation by the automatic driving system is started.
  • the predetermined lateral position indicated by the straight line Lth may be set between the center line L1 of the first traffic lane 301 and the boundary (white line Lb) between the first traffic lane 301 and the second traffic lane 302. preferable.
  • the automatic steering command value ⁇ adac2 corresponding to the second traffic lane 302 changes to the automatic steering command value ⁇ will be selected as adac .
  • the predetermined lateral position may be a lateral position estimated from the driver torque, vehicle speed and time.
  • the absolute value of the manual steering command value increases according to the driver's steering intervention.
  • the first automatic steering command value ⁇ adac1 corresponding to the first driving lane 301 is selected as the automatic steering command value ⁇ adac , so the vehicle is positioned in the center of the first driving lane 301.
  • Torque in the returning direction is generated. This torque increases as the lateral deviation from the center line of the first travel lane 301 to the vehicle reference position increases.
  • the automatic steering command value ⁇ adac is switched from the first automatic steering command value ⁇ adac1 corresponding to the first driving lane 301 to the automatic steering command value ⁇ adac2 corresponding to the second driving lane 302.
  • a torque (guidance torque) is generated in the direction of moving the vehicle into the second driving lane 302 . Therefore, the vehicle moves along the route indicated by the solid line Lp.
  • the automatic steering command value is changed to an automatic steering command value for driving the vehicle along the center line of the adjacent lane (hereinafter referred to as "second lane") corresponding to the direction instructed by the direction change command. Therefore, when the driver starts steering intervention after inputting a direction change command and gripping the steering wheel, the lane center keeping torque for the first lane (the lane before the change) is nullified. The torque in the direction of returning to the center of one lane is no longer generated.
  • FIG. 12A two sets of three lines drawn on the side of the vehicle indicate that the direction indicators (winkers) are blinking.
  • the automatic steering command value is switched when the vehicle reference position reaches a predetermined lateral position Lth.
  • the adjacent lane hereinafter referred to as "second lane" corresponding to the direction indicated by the direction change command.
  • the automatic steering command value is switched to the automatic steering command value for driving the vehicle along the center line of the vehicle.
  • the reference position of the vehicle reaches the predetermined lateral position Lth. Since the lane center keeping torque for the first lane is not nullified, a torque is generated in the direction of returning to the center of the first lane. Then, when the reference position of the vehicle reaches the predetermined lateral position Lth, torque is generated in the direction of moving the vehicle to the second lane. That is, after the reference position of the vehicle exceeds the predetermined lateral position Lth, it is possible to generate torque in the direction of guiding the vehicle to the center of the changed lane. This allows the driver to better recognize the intention of the automated driving system to change lanes from the torque.
  • FIG. 12B two sets of three lines drawn on the side of the vehicle indicate that the direction indicators are blinking. Also, in FIG. 12B, the inclined surfaces on both sides of the road surface of the first lane represent that torque is generated in the direction from the high side to the low side. Similarly, the sloping surface of the road surface of the second lane indicates that torque is generated in the direction from high to low.
  • the vehicle is maintained in the current lane as long as the vehicle does not reach a predetermined lateral position. Lane changes are less likely to occur.
  • the command value setting unit 52 sets the manual steering command value ⁇ mdac based on the reference EPS model, but the command value setting unit 52 may manually A steering command value ⁇ mdac may be set.
  • the command value setting unit 52 may set the manual steering command value ⁇ mdac using a map that stores the relationship between the steering torque Td and the manual steering command value ⁇ mdac . More specifically, the command value setting unit 52 includes the map for each combination of the spring constant k and the viscous damping coefficient c, and the spring constant k and the viscous damping coefficient c set in advance or calculated, and the torque sensor A manual steering command value ⁇ mdac corresponding to the steering torque T d detected by 12 may be obtained from the map. Further, the command value setting unit 52 may be configured to include the map for each vehicle speed or for each disturbance torque estimation value ⁇ Tlc calculated by the disturbance torque estimating unit 64 .
  • the angle control section 44 (see FIG. 6) includes the feedforward control section 63, but the feedforward control section 63 may be omitted.
  • the feedback control torque Tfb calculated by the feedback control section 62 becomes the basic target torque.
  • the disturbance torque estimator 64 estimates the disturbance torque Tlc based on the motor torque command value Tm and the rotation angle ⁇ of the plant.
  • a motor torque acquisition unit that acquires the motor torque applied to the motor may be provided, and the motor torque acquired by this motor torque acquisition unit may be used instead of the motor torque command value Tm .

Abstract

操舵装置は、転舵機構を駆動する電動モータと、操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、自動操舵指令値に手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、電動モータを制御するモータ制御部とを含む。車両が第１走行車線を自動走行しているときに、ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、ドライバの操舵介入により、車両が第２走行車線を自動走行するように走行車線が変更される場合、モータ制御部は、ドライバの操舵介入開始から車両の基準位置が所定の横位置に到達するまでの間、統合角度指令値に基づいて電動モータを制御する。

Description

操舵装置
　この発明は、操舵装置に関する。
　下記特許文献１には、ドライバの操舵介入を起点として、自動運転における目標走行車線を切り替えることが開示されている。
特開２０１９－０５９２６２号公報
　一般的な自動車線変更では、自動運転システムが、少なくとも方向変更指令の入力およびドライバのハンドルへの把持を検知することによって、方向変更指令値に応じた方向の隣接車線の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値に、自動操舵指令値が切り替えられる。このような自動車線変更制御では、方向変更指令が入力された後にドライバが操舵介入を開始すると、現在の車線（変更前の車線）に対する車線中央維持トルクが無効化されるため、現在の車線の中央に車両を戻す方向のトルクが発生しなくなる。
　また、このような自動車線変更では、ドライバが周囲の安全状況を確認するという前提に基づいているが、一度操舵介入を開始すると、車線変更が開始されるためドライバ自身による安全確認が十分でなく、機能を誤用してしまうことが懸念される。
　この発明の目的は、操舵介入に基づいて車線が自動変更される際に、操舵介入が開始されてから車両が所定の横位置に達するまでは、変更前の車線の中央に車両を戻す方向のトルクを発生させることができる、操舵装置を提供することである。
　本発明の一実施形態は、操舵部材と、転舵機構を駆動する電動モータと、操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、前記電動モータを制御するモータ制御部とを含み、車両が第１走行車線を自動走行しているときに、ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、ドライバの操舵介入により、前記車両が第２走行車線を自動走行するように走行車線が変更される場合、前記モータ制御部は、前記ドライバの操舵介入開始から前記車両の基準位置が所定の横位置に到達するまでの間、前記統合角度指令値に基づいて前記電動モータを制御する、操舵装置を提供する。
　この構成では、操舵介入に基づいて車線が自動変更される際に、操舵介入が開始されてから車両が所定の横位置に達するまでは、変更前の車線の中央に車両を戻す方向のトルクを発生させることができる。さらに、所定の横位置までは車線変更がドライバの手動操舵によって行われるため、この間、ドライバの操作への関与が高まり、手動操舵と同様にドライバによる周囲の安全確認動作が行われるため、車線変更時の安全性が向上する。これによって、自動車線変更機能の誤用を低減できる。
　本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。 図２は、モータ制御用ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図である。 図３は、手動操舵指令値生成部の構成を示すブロック図である。 図４は、操舵トルクＴｄに対するアシストトルク指令値Ｔａｃの設定例を示すグラフである。 図５は、指令値設定部で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。 図６は、角度制御部の構成を示すブロック図である。 図７は、電動パワーステアリングシステムの物理モデルの構成例を示す模式図である。 図８は、外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。 図９トルク制御部の構成を示す模式図である。 図１０は、上位ＥＣＵによって行われる指令値選択処理の手順を示すフローチャートである。 図１１は、自動車線変更時の動作を説明するための模式図である。 図１２Ａは、比較例の自動車線変更時の動作を説明するための模式図である。 図１２Ｂは、本実施形態の自動車線変更時の動作を説明するための模式図である。
［本発明の実施形態の説明］
　本発明の一実施形態は、操舵部材と、転舵機構を駆動する電動モータと、操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、前記電動モータを制御するモータ制御部とを含み、車両が第１走行車線を自動走行しているときに、ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、ドライバの操舵介入により、前記車両が第２走行車線を自動走行するように走行車線が変更される場合、前記モータ制御部は、前記ドライバの操舵介入開始から前記車両の基準位置が所定の横位置に到達するまでの間、前記統合角度指令値に基づいて前記電動モータを制御する、操舵装置を提供する。
　この構成では、操舵介入に基づいて車線が自動変更される際に、操舵介入が開始されてから車両が所定の横位置に達するまでは、変更前の車線の中央に車両を戻す方向のトルクを発生させることができる。
　本発明の一実施形態では、前記ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、前記方向変更指令の入力が継続している状態で前記ドライバの操舵介入によって前記車両の基準位置が前記所定の横位置に達すると、前記車両を前記第１走行車線の中心線に沿って自動走行させるための自動操舵指令値から、前記車両を前記第２走行車線の中心線に沿って自動走行させるための自動操舵指令値に、前記自動操舵指令値が切り替えられる。
　本発明の一実施形態では、前記ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、前記方向変更指令の入力が継続している状態で前記ドライバの操舵介入によって前記車両の基準位置が前記所定の横位置に達するまでは、前記車両を前記第１走行車線の中央に戻す方向のトルクが発生される。
　本発明の一実施形態では、前記車両が前記所定の横位置に達すると、前記第２走行車線内に前記車両を移動させる方向のトルクが発生される。
　本発明の一実施形態では、前記所定の横位置は、前記第１走行車線の中心線と、前記第１走行車線と前記第２走行車線との境界との間位置に設定されている。
　本発明の一実施形態は、操舵部材と、転舵機構を駆動する電動モータと、操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、前記統合角度指令値に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御部と、前記自動操舵指令値が、ある車線の中心線に沿って走行させるための自動操舵指令値である場合において、ドライバ操作に基づいて方向変更指令が入力されておりかつ車両の基準位置が所定の横位置に到達したという条件を満たしたときに、前記自動操舵指令値を、前記方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線の中心線に沿って前記車両を走行させるための自動操舵指令値に切り替える指令値切替部とを含む、操舵装置を提供する。
［本発明の実施形態の詳細な説明］
　以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
[１]電動パワーステアリングシステムの概略構成
　図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
　電動パワーステアリングシステム１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
　ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
　トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルク（トーションバートルク）Ｔｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクＴｄの大きさが大きくなるものとする。
　転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。
　ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。
　ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
　操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。以下において、減速機１９の減速比（ギヤ比）をＮで表す場合がある。減速比Ｎは、ウォームホイール２１の回転角θｗｗに対するウォームギヤ２０の回転角θｗｇの比θｗｇ／θｗｗとして定義される。
　ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、出力軸９に一体回転可能に連結されている。
　電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト６（出力軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助や転舵輪３の転舵が可能となる。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。
　出力軸９（電動モータ１８の駆動対象の一例）に加えられるトルクとしては、電動モータ１８によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクＴｌｃには、操舵トルクＴｄ、路面負荷トルク（路面反力トルク）Ｔｒｌ、摩擦トルクＴｆ等が含まれる。
　操舵トルクＴｄは、運転者によってステアリングホイール２に加えられる力や、ステアリング慣性によって発生する力等によって、ステアリングホイール２側から出力軸９に加えられるトルクである。
　路面負荷トルクＴｒｌは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力、ラックアンドピニオン機構の摩擦力等によって、転舵輪３側からラック軸１４を介して出力軸９に加えられるトルクである。
　車両には、車両の進行方向前方の道路を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２５、自車位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）２６、道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７、地図情報を記憶した地図情報メモリ２８、方向変更入力装置２９等が搭載されている。
　ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６、レーダー２７および地図情報メモリ２８は、運転支援制御や自動運転制御を行うための上位ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）２０１に接続されている。上位ＥＣＵ２０１は、ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６およびレーダー２７によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。
　この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための自動操舵指令値を設定する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるための制御である。この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵指令値として、第１自動操舵指令値θａｄａｃ１と、第２自動操舵指令値θａｄａｃ２と、第３自動操舵指令値θａｄａｃ３とを設定する。
　第１自動操舵指令値θａｄａｃ１は、現在走行中の車線（以下、「現在車線」という。）の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値である。第２自動操舵指令値θａｄａｃ２は、現在車線の右隣の車線（以下、「右車線」という。）の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値である。第３自動操舵指令値θａｄａｃ３は、現在車線の左隣の車線（以下、「左車線」という。）の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値である。
　つまり、自動操舵指令値θａｄａｃ１，θａｄａｃ２，θａｄａｃ３は、車両をそれぞれの車線の中心線に沿って車両を自動走行させるための操舵角の目標値である。このような自動操舵指令値θａｄａｃ１，θａｄａｃ２，θａｄａｃ３を設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　なお、右車線が存在しない場合には、第２自動操舵指令値θａｄａｃ２は設定されない。同様に、左車線が存在しない場合には、第３自動操舵指令値θａｄａｃ３は設定されない。
　方向変更入力装置２９は、例えば、方向指示器を作動させるためのウインカ－レバーを備えている。ドライバは、右左折または進路変更を行う場合に、ウインカ－レバーを操作することにより、方向変更指令を入力する。ドライバがウインカ－レバーを操作することによって、左方向への方向変更指令または右方向への方向変更指令が入力される。ウインカーレバーが通常位置である方向指示器オフ位置から方向指示器オン位置に倒されると方向変更指令の入力が開始され、ウインカーレバーが方向指示器オフ位置に戻されると方向変更指令の入力が停止される。つまり、方向変更指令は、ウインカーレバーが方向指示器オン位置に倒されている間、継続して入力される。
　上位ＥＣＵ２０１は、方向変更指令等を用いて、自動操舵指令値θａｄａｃ１，ａｄａｃ２，θａｄａｃ３のうちの１つを選択するための指令値選択処理を行う。指令値選択処理の詳細については、後述する。指令値選択処理によって選択された自動操舵指令値を、自動操舵指令値θａｄａｃということにする。
　上位ＥＣＵ２０１によって選択された自動操舵指令値θａｄａｃは、車載ネットワークを介して、モータ制御用ＥＣＵ２０２に与えられる。トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄ、回転角センサ２３の出力信号は、モータ制御用ＥＣＵ２０２に入力される。モータ制御用ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、電動モータ１８を制御する。
[２]モータ制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成
　図２は、モータ制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成を説明するためのブロック図である。
　モータ制御用ＥＣＵ２０２は、マイクロコンピュータ４０と、マイクロコンピュータ４０によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉ」という）を検出するための電流検出回路３２とを備えている。
　マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、手動操舵指令値生成部４１と、統合角度指令値演算部４２と、制御部４３とを含む。
　手動操舵指令値生成部４１は、運転者がステアリングホイール２を操作した場合に、当該ステアリングホイール操作に応じた操舵角（より正確には出力軸９の回転角θ）を手動操舵指令値θｍｄａｃとして設定するために設けられている。手動操舵指令値生成部４１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄを用いて手動操舵指令値θｍｄａｃを生成する。
　統合角度指令値演算部４２は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θａｄａｃに手動操舵指令値θｍｄａｃを加算して、統合角度指令値θａｃｍｄを演算する。
　制御部４３は、統合角度指令値θａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８を角度制御する。より具体的には、制御部４３は、操舵角θ（出力軸９の回転角θ）が統合角度指令値θａｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。
　制御部４３は、角度制御部４４とトルク制御部（電流制御部）４５とを含む。角度制御部４４は、統合角度指令値θａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８のモータトルクの目標値であるモータトルク指令値Ｔｍを演算する。トルク制御部４５は、電動モータ１８のモータトルクがモータトルク指令値Ｔｍに近づくように駆動回路３１を駆動する。
[２．１] 手動操舵指令値生成部４１の構成
　図３は、手動操舵指令値生成部４１の構成を示すブロック図である。
　手動操舵指令値生成部４１は、アシストトルク指令値設定部５１と、指令値設定部５２とを含む。
　アシストトルク指令値設定部５１は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値であるアシストトルク指令値Ｔａｃを設定する。アシストトルク指令値設定部５１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄに基づいて、アシストトルク指令値Ｔａｃを設定する。操舵トルクＴｄに対するアシストトルク指令値Ｔａｃの設定例は、図４に示されている。
　アシストトルク指令値Ｔａｃは、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシストトルク指令値Ｔａｃは、操舵トルクＴｄの正の値に対しては正をとり、操舵トルクＴｄの負の値に対しては負をとる。そして、アシストトルク指令値Ｔａｃは、操舵トルクＴｄの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。
　なお、アシストトルク指令値設定部５１は、操舵トルクＴｄに予め設定された定数を乗算することによって、アシストトルク指令値Ｔａｃを演算してもよい。
　指令値設定部５２は、この実施形態では、リファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θｍｄａｃを設定する。
　図５は、指令値設定部５２で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。
　このリファレンスＥＰＳモデルは、ロアコラムを含む単一慣性モデルである。ロアコラムは、出力軸９およびウォームホイール２１に対応する。図５において、Ｊｃは、ロアコラムの慣性であり、θｃはロアコラムの回転角であり、Ｔｄは、操舵トルクである。ロアコラムには、操舵トルクＴｄ、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔｍおよび路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。路面負荷トルクＴｒｌは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式(1)で表される。
　Ｔｒｌ＝－ｋ・θｃ－ｃ（ｄθｃ／ｄｔ）　　…(1)
　この実施形態では、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃとして、予め実験・解析等で求めた所定値が設定されている。
　リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(2)で表される。
　Ｊｃ・ｄ２θｃ／ｄｔ２＝Ｔｄ＋Ｎ・Ｔｍ－ｋ・θｃ－ｃ（ｄθｃ／ｄｔ）　　…(2)
　指令値設定部５２は、Ｔｄにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄを代入し、Ｎ・Ｔｍにアシストトルク指令値設定部５１によって設定されるアシストトルク指令値Ｔａｃを代入して、式(2)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算する。そして、指令値設定部５２は、得られたロアコラムの回転角θｃを手動操舵指令値θｍｄａｃとして設定する。
[２．２]角度制御部４４の構成
　図６は、角度制御部４４の構成を示すブロック図である。
　角度制御部４４は、統合角度指令値θａｃｍｄに基づいてモータトルク指令値Ｔｍを演算する。角度制御部４４は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と、フィードバック制御部６２と、フィードフォワード制御部６３と、外乱トルク推定部６４と、トルク加算部６５と、外乱トルク補償部６６と、第１減速比除算部６７と、減速比乗算部６８と、回転角演算部６９と、第２減速比除算部７０とを含む。
　減速比乗算部６８は、第１減速比除算部６７によって演算されるモータトルク指令値Ｔｍに減速機１９の減速比Ｎを乗算することにより、モータトルク指令値Ｔｍを出力軸９（ウォームホイール２１）に作用する操舵トルク指令値Ｔｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔｍ）に換算する。
　回転角演算部６９は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータ回転角θｍを演算する。第２減速比除算部７０は、回転角演算部６９によって演算されるロータ回転角θｍを減速比Ｎで除算することにより、ロータ回転角θｍを出力軸９の回転角（実操舵角）θに換算する。
　ローパスフィルタ６１は、統合角度指令値θａｃｍｄに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の統合角度指令値θｃｍｄは、フィードバック制御部６２およびフィードフォワード制御部６３に与えられる。
　フィードバック制御部６２は、外乱トルク推定部６４によって演算される操舵角推定値^θを、ローパスフィルタ処理後の統合角度指令値θｃｍｄに近づけるために設けられている。フィードバック制御部６２は、角度偏差演算部６２ＡとＰＤ制御部６２Ｂとを含む。角度偏差演算部６２Ａは、統合角度指令値θｃｍｄと操舵角推定値^θとの偏差Δθ（＝θｃｍｄ－^θ）を演算する。なお、角度偏差演算部６２Ａは、統合角度指令値θｃｍｄと、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θとの偏差（θｃｍｄ－θ）を、角度偏差Δθとして演算するようにしてもよい。
　ＰＤ制御部６２Ｂは、角度偏差演算部６２Ａによって演算される角度偏差Δθに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、フィードバック制御トルクＴｆｂを演算する。フィードバック制御トルクＴｆｂは、トルク加算部６５に与えられる。
　フィードフォワード制御部６３は、電動パワーステアリングシステム１の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部６３は、角加速度演算部６３Ａと慣性乗算部６３Ｂとを含む。角加速度演算部６３Ａは、統合角度指令値θｃｍｄを２階微分することにより、目標角加速度ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２を演算する。
　慣性乗算部６３Ｂは、角加速度演算部６３Ａによって演算された目標角加速度ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２に、電動パワーステアリングシステム１の慣性Ｊを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクＴｆｆ（＝Ｊ・ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２）を演算する。慣性Ｊは、例えば、後述する電動パワーステアリングシステム１の物理モデル（図７参照）から求められる。フィードフォワード制御トルクＴｆｆは、慣性補償値として、トルク加算部６５に与えられる。
　トルク加算部６５は、フィードバック制御トルクＴｆｂにフィードフォワード制御トルクＴｆｆを加算することにより、基本トルク指令値（Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ）を演算する。
　外乱トルク推定部６４は、プラント（電動モータ１８の制御対象）に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：モータトルク以外のトルク）を推定するために設けられている。外乱トルク推定部６４は、プラントへの入力値である操舵トルク指令値Ｔｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔｍ）と、プラントの出力である実操舵角θとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｌｃ、操舵角θおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴｌｃ、操舵角θおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｌｃ、^θおよびｄ^θ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部６４の詳細については、後述する。
　外乱トルク推定部６４によって演算された外乱トルク推定値^Ｔｌｃは、外乱トルク補償値として外乱トルク補償部６６に与えられる。外乱トルク推定部６４によって演算された操舵角推定値^θは、角度偏差演算部６２Ａに与えられる。
　外乱トルク補償部６６は、基本トルク指令値（Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ）から外乱トルク推定値^Ｔｌｃを減算することにより、操舵トルク指令値Ｔｃｍｄ（＝Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ－^Ｔｌｃ）を演算する。これにより、外乱トルクが補償された操舵トルク指令値Ｔｃｍｄ（出力軸９に対するトルク指令値）が得られる。
　操舵トルク指令値Ｔｃｍｄは、第１減速比除算部６７に与えられる。第１減速比除算部６７は、操舵トルク指令値Ｔｃｍｄを減速比Ｎで除算することにより、モータトルク指令値Ｔｍを演算する。このモータトルク指令値Ｔｍが、トルク制御部４５（図２参照）に与えられる。
　外乱トルク推定部６４について詳しく説明する。外乱トルク推定部６４は、例えば、図７に示す電動パワーステアリングシステム１の物理モデル１０１を使用して、外乱トルクＴｌｃ、操舵角θおよび角速度ｄθ／ｄｔを推定する外乱オブザーバから構成されている。
　この物理モデル１０１は、出力軸９および出力軸９に固定されたウォームホイール２１を含むプラント（モータ駆動対象の一例）１０２を含む。プラント１０２には、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介して操舵トルクＴｄが与えられるとともに、転舵輪３側から路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。
　さらに、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介して操舵トルク指令値Ｔｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔｍ）が与えられるとともに、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０との間の摩擦によって摩擦トルクＴｆが与えられる。
　プラント１０２の慣性をＪとすると、物理モデル１０１の慣性についての運動方程式は、次式(3)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ｄ２θ／ｄｔ２は、プラント１０２の角加速度である。Ｎは、減速機１９の減速比である。Ｔｌｃは、プラント１０２に与えられるモータトルク以外の外乱トルクを示している。この実施形態では、外乱トルクＴｌｃは、操舵トルクＴｄと路面負荷トルクＴｒｌと摩擦トルクＴｆとの和として示されているが、実際には、外乱トルクＴｌｃはこれら以外のトルクを含んでいる。
　図７の物理モデル１０１に対する状態方程式は、次式(4)で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　前記式(4)において、ｘは、状態変数ベクトル、ｕ１は、既知入力ベクトル、ｕ２は、未知入力ベクトル、ｙは、出力ベクトル（測定値）である。前記式(4)において、Ａは、システム行列、Ｂ１は、第１入力行列、Ｂ２は、第２入力行列、Ｃは、出力行列、Ｄは、直達行列である。
　前記状態方程式を、未知入力ベクトルｕ２を状態の１つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式（拡張状態方程式）は、次式(5)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　前記式(5)において、ｘｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(6)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　前記式(5)において、Ａｅは、拡張系のシステム行列、Ｂｅは、拡張系の既知入力行列、Ｃｅは、拡張系の出力行列である。
　前記式（5）の拡張状態方程式から、次式（7）の方程式で表される外乱オブザーバ（拡張状態オブザーバ）が構築される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式(7)において、^ｘｅはｘｅの推定値を表している。また、Ｌはオブザーバゲインである。また、^ｙはｙの推定値を表している。^ｘｅは、次式（8）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式(8)において、^θはθの推定値であり、^ＴｌｃはＴｌｃの推定値である。
　外乱トルク推定部６４は、前記式(7)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。
　図８は、外乱トルク推定部６４の構成を示すブロック図である。
　外乱トルク推定部６４は、入力ベクトル入力部８１と、出力行列乗算部８２と、第１加算部８３と、ゲイン乗算部８４と、入力行列乗算部８５と、システム行列乗算部８６と、第２加算部８７と、積分部８８と、状態変数ベクトル出力部８９とを含む。
　減速比乗算部６８（図６参照）によって演算される操舵トルク指令値Ｔｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔｍ）は、入力ベクトル入力部８１に与えられる。入力ベクトル入力部８１は、入力ベクトルｕ１を出力する。
　積分部８８の出力が状態変数ベクトル^ｘｅ（前記式(8)参照）となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^ｘｅとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^ｘｅの初期値は、たとえば０である。
　システム行列乗算部８６は、状態変数ベクトル^ｘｅにシステム行列Ａｅを乗算する。出力行列乗算部８２は、状態変数ベクトル^ｘｅに出力行列Ｃｅを乗算する。
　第１加算部８３は、第２減速比除算部７０（図６参照）によって演算された実操舵角θである出力ベクトル（測定値）ｙから、出力行列乗算部８２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部８３は、出力ベクトルｙと出力ベクトル推定値^ｙ(＝Ｃｅ・^ｘｅ）との差（ｙ－＾ｙ）を演算する。ゲイン乗算部８４は、第１加算部８３の出力（ｙ－＾ｙ）にオブザーバゲインＬ（前記式(7)参照）を乗算する。
　入力行列乗算部８５は、入力ベクトル入力部８１から出力される入力ベクトルｕ１に入力行列Ｂｅを乗算する。第２加算部８７は、入力行列乗算部８５の出力（Ｂｅ・ｕ１）と、システム行列乗算部８６の出力（Ａｅ・^ｘｅ）と、ゲイン乗算部８４の出力（Ｌ（ｙ－＾ｙ））とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値ｄ^ｘｅ／ｄｔを演算する。積分部８８は、第２加算部８７の出力（ｄ^ｘｅ／ｄｔ）を積分することにより、状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。状態変数ベクトル出力部８９は、状態変数ベクトル^ｘｅに基づいて、外乱トルク推定値^Ｔｌｃ、操舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する。
　一般的な外乱オブザーバは、前述の拡張状態オブザーバとは異なり、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される。プラントの運動方程式は、前述のように式(3)で表される。したがって、プラントの逆モデルは、次式(9)となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　一般的な外乱オブザーバへの入力は、Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２およびＮ・Ｔｍであり、実操舵角θの２階微分値を用いるため、回転角センサ２３のノイズの影響を大きく受ける。これに対して、前述の実施形態の拡張状態オブザーバでは、積分型で外乱トルクを推定するため、微分によるノイズ影響を低減できる。
　なお、外乱トルク推定部６４として、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される一般的な外乱オブザーバを用いてもよい。
[２．３] トルク制御部４５の構成
　図９は、トルク制御部４５の構成を示す模式図である。
　トルク制御部４５（図２参照）は、モータ電流指令値演算部９１と、電流偏差演算部９２と、ＰＩ制御部９３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部９４とを含む。
　モータ電流指令値演算部９１は、角度制御部４４（図２参照）によって演算されたモータトルク指令値Ｔｍを電動モータ１８のトルク定数Ｋｔで除算することにより、モータ電流指令値Ｉｃｍｄを演算する。
　電流偏差演算部９２は、モータ電流指令値演算部９１によって得られたモータ電流指令値Ｉｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉｃｍｄ－Ｉ）を演算する。
　ＰＩ制御部９３は、電流偏差演算部９２によって演算された電流偏差ΔＩに対するＰＩ演算（比例積分演算）を行うことにより、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉをモータ電流指令値Ｉｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部９４は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路３１に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ１８に供給されることになる。
［３］上位ＥＣＵ２０１による指令値選択処理
　図１０は、上位ＥＣＵ２０１による指令値選択処理の手順を示すフローチャートである。
　まず、上位ＥＣＵ２０１は、方向変更指令が入力されているか否かを判定する（ステップＳ１）。方向変更指令が入力されていない場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、上位ＥＣＵ２０１は、現在車線に対する第１自動操舵指令値θａｄａｃ１を、自動操舵指令値θａｄａｃとして選択する（ステップＳ２）。そして、ステップＳ１に戻る。
　ステップＳ１において、方向変更指令が入力されていると判別されている場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線の中心線と、車両の幅中心線上の所定位置（以下、「車両基準位置」という。）との横偏差Δｙが、所定距離α以下であるか否かを判別する（ステップＳ３）。なお、方向変更指令が入力されている場合には、図示しないが、方向変更指令によって指示される方向に応じた方向指示器が点滅される。
　方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線とは、方向変更指令が左方向への変更指令である場合には左車線を意味し、方向変更指令が右方向への変更指令である場合には右車線を意味する。前記隣接車線の中心線と車両基準位置との横偏差Δｙとは、前記隣接車線の幅方向をＹ方向とすると、車両基準位置と前記隣接車線の中心線との間のＹ方向距離をいう。以下において、ステップＳ１で入力されていると判別された方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線を、「注目隣接車線」ということにする。
　ステップＳ３において、横偏差Δｙが所定距離α以下ではないと判別された場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、上位ＥＣＵ２０１は、ステップＳ２に戻る。
　ステップＳ３において、横偏差Δｙが所定距離α以下であると判別された場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、上位ＥＣＵ２０１は、注目隣接車線に対応する自動操舵指令値θａｄａｃ２またはθａｄａｃ３を、自動操舵指令値θａｄａｃとして選択する（ステップＳ４）。これにより、自動操舵指令値θａｄａｃが切り替えられる。
　そして、上位ＥＣＵ２０１は、注目隣接車線を現在車線に設定し、新たに設定された現在車線の左側の車線を左車線に設定し、新たに設定された現在車線の右側の車線を右車線に設定する（ステップＳ５）。つまり、現在車線、左車線および右車線が更新される。そして、上位ＥＣＵ２０１は、ステップＳ１に戻る。
　前記ステップＳ３では、方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線の中心線と、車両基準位置との横偏差Δｙが、所定距離α以下であるか否かを判別している。上位ＥＣＵ２０１は、この判別に代えて、車両基準位置が現在車線の中心線に対して方向変更指令によって指示される方向側にあり、かつ現在車線の中心線と車両基準位置との横偏差Δｙが、所定距離β以上であるという指令値切替条件を満たしている否かを判別するようにしてもよい。
　この場合、上位ＥＣＵ２０１は、指令値切替条件を満たしていなければ、ステップＳ３に移行し、指令値切替条件を満たしていれば、ステップＳ４に移行する。
［４］自動車線変更時の動作の説明
　図１１は、自動車線変更時の動作を説明するための模式図である。
　車両が第１走行車線３０１を自動走行しているときに、ドライバの操舵介入により、第１走行車線の右側にある第２走行車線（右車線）３０２を車両が自動走行するように走行車線が変更される場合について説明する。車両が第１走行車線３０１を自動走行しているときには、第１走行車線３０１に対応する自動操舵指令値θａｄａｃ１が、自動操舵指令値θａｄａｃとして選択される。
　図１１において、一点鎖線で示す直線Ｌ１は、第１走行車線３０１の中央線を示し、一点鎖線で示す直線Ｌ２は、第２走行車線３０２の中央線を示し、直線Ｌ１と直線Ｌ２との間のほぼ中央に間隔を空けて配置された白線Ｌｂは、第１走行車線３０１と第２走行車線３０２との境界線を示す。
　第１走行車線３０１を車両が自動走行している時点ｔ１において、ドライバによって右方向の方向変更指令が入力されると、車両の右方向指示器が点滅される。また、それとほぼ同時に、ドライバがハンドルの右方向操舵を開始する。つまり、操舵介入が開始される。これにより、車両が右方向に操舵されていく。
　そして、前記右方向の方向変更指令が継続して入力されている状態で、車両基準位置（図１１の例では、車両の幅中心の前端）と、第２走行車線（右車線）３０２の中心線との横偏差Δｙが所定距離αに等しくなると（時点ｔ２）、第２走行車線３０２に対応する自動操舵指令値θａｄａｃ２が、自動操舵指令値θａｄａｃとして選択される。つまり、自動操舵指令値θａｄａｃが、第１走行車線３０１に対応する第１自動操舵指令値θａｄａｃ１から、第２走行車線３０２に対応する第２自動操舵指令値θａｄａｃ２に切り替えられる。そして、第２走行車線３０２が現在車線に更新され、第１走行車線３０１が左車線に更新される。これにより、自動運転システムによる自動車線変更動作が開始される。
　なお、図１１に二点鎖線で示す直線Ｌｔｈは、第１走行車線３０１の中心線に平行な直線であって、第２走行車線３０２の中心線Ｌ２から所定距離αだけ第１走行車線３０１の中央線Ｌ１側に近い箇所を通過する直線を示している。直線Ｌｔｈで示す所定の横位置は、第１走行車線３０１の中心線Ｌ１と、第１走行車線３０１と第２走行車線３０２との境界（白線Ｌｂ）との間位置に設定されることが好ましい。
　この実施形態では、車両基準位置が、直線Ｌｔｈで示す所定の横位置に達したときに（時点ｔ２）、第２走行車線３０２に対応する自動操舵指令値θａｄａｃ２が、自動操舵指令値θａｄａｃとして選択されることになる。なお、所定の横位置は、ドライバトルク、車速および時間から推定される横位置であってもよい。
　時点ｔ１で、操舵介入が開始されると、手動操舵指令値の絶対値がドライバの操舵介入に応じて大きくなる。しかし、時点ｔ１から時点ｔ２までは、第１走行車線３０１に対応する第１自動操舵指令値θａｄａｃ１が、自動操舵指令値θａｄａｃとして選択されるので、第１走行車線３０１の中央に車両を戻す方向のトルク（反力トルク）が発生する。このトルクは、第１走行車線３０１の中心線から車両基準位置までの横偏差が大きくなるほど大きくなる。
　時点ｔ２に達すると、自動操舵指令値θａｄａｃが、第１走行車線３０１に対応する第１自動操舵指令値θａｄａｃ１から、第２走行車線３０２に対応する自動操舵指令値θａｄａｃ２に切り替えられるので、第２走行車線３０２内に車両を移動させる方向のトルク（ガイダンストルク）が発生する。したがって、車両は実線Ｌｐで示す経路に沿って移動することになる。
　以下において、自動運転システムが、方向変更指令の入力およびドライバのハンドルへの把持を検知することによって、自動操舵指令値が変更予定の車線に対応する自動操舵指令値に切り替えられる制御方法を比較例ということにする。
　図１２Ａを参照して、比較例では、第１車線を車両が自動走行している場合において、方向変更指令が入力されかつ自動運転システムがドライバのハンドルへの把持を検知すると、自動操舵指令値が、方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線（以下、「第２車線」という。）の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値に変更される。このため、ドライバが、方向変更指令の入力およびハンドルの把持を行った後に、操舵介入を開始すると、第１車線（変更前の車線）に対する車線中央維持トルクが無効化されるため、車両を第１車線の中央に戻す方向のトルクは発生しなくなる。
　なお、図１２Ａにおいて、車両の側方に描かれた２組の３本線は、方向指示器（ウインカー）が点滅されていることを示している。
　一方、本実施形態では、図１２Ｂに示すように、第１車線を車両が自動走行している場合において、ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始され、ドライバによる手動操舵が行われた後において、車両基準位置が所定の横位置Ｌｔｈに達すると、自動操舵指令値が切り替えられる。具体的には、第１車線の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値から、方向変更指令によって指示される方向に応じた隣接車線（以下、「第２車線」という。）の中心線に沿って車両を走行させるための自動操舵指令値に、自動操舵指令値が切り替えられる。
　このため、第１車線を車両が自動走行している場合において、方向変更指令の入力が開始された後にドライバが操舵介入を開始しても、車両の基準位置が所定の横位置Ｌｔｈに達するまでは、第１車線に対する車線中央維持トルクが無効化されないため、第１車線の中央に戻す方向のトルクが発生する。そして、車両の基準位置が所定の横位置Ｌｔｈに達すると、第２車線に車両を移動させる方向のトルクが発生する。つまり、車両の基準位置が所定の横位置Ｌｔｈを超えてからは、変更後の車線の中央に車両をガイドする方向のトルクを発生させることができる。このことで、ドライバは自動運転システムの車線変更の意図をトルクによってより認識することができる。
　なお、図１２Ｂにおいて、車両の側方に描かれた２組の３本線は、方向指示器が点滅されていることを示している。また、図１２Ｂにおいて、第１車線の路面の両側の傾斜面は、高い方から低い方に向かう方向のトルクが発生していることを表している。同様に、第２車線の路面の傾斜面は、高い方から低い方に向かう方向のトルクが発生していることを表している。
　本実施形態では、ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始された後も、所定の横位置に車両が移動するまでは、現在車線の中央に車両を戻す方向のトルクをハンドル２に与えることができる。これにより、車線変更したい方向へのドライバの手動操作による操作を誘発できるため、自動車線変更時の安全性が向上する。
　また、短時間であれば、ドライバの不用意な操舵によって、操舵トルクが発生したとしても、所定の横位置に車両が達しない限りは、現在車線に車両が維持されるため、ドライバが意図しない車線変更が発生しにくくなる。
　以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、指令値設定部５２（図３参照）は、リファレンスＥＰＳモデルに基づいて手動操舵指令値θｍｄａｃを設定しているが、指令値設定部５２は他の方法によって手動操舵指令値θｍｄａｃを設定してもよい。
　例えば、指令値設定部５２は、操舵トルクＴｄと手動操舵指令値θｍｄａｃとの関係を記憶したマップを用いて、手動操舵指令値θｍｄａｃを設定してもよい。より具体的には、指令値設定部５２は、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃの組み合わせ毎に前記マップを備え、予め設定されるかまたは演算されるばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃならびにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｄに対応した手動操舵指令値θｍｄａｃを、前記マップから取得してもよい。また、指令値設定部５２は、車速毎、または外乱トルク推定部６４によって演算された外乱トルク推定値^Ｔｌｃ毎に前記マップを備える構成であってもよい。
　また、前述の実施形態では、角度制御部４４（図６参照）は、フィードフォワード制御部６３を備えているが、フィードフォワード制御部６３を省略してもよい。この場合には、フィードバック制御部６２によって演算されるフィードバック制御トルクＴｆｂが基本目標トルクとなる。
　また、前述の実施形態において、外乱トルク推定部６４は、モータトルク指令値Ｔｍとプラントの回転角θとに基づいて外乱トルク^Ｔｌｃを推定しているが、電動モータ１８が発生しているモータトルクを取得するモータトルク取得部を設け、このモータトルク取得部で取得したモータトルクをモータトルク指令値Ｔｍの代わりに用いてもよい。
　また、前述の実施形態では、手動操舵指令値および自動操舵指令値が角度指令値である場合について説明したが、手動操舵指令値および自動操舵指令値がトルク指令値である場合にも、この発明を適用することができる。
　また、前述の実施形態では、この発明をコラムタイプＥＰＳのモータ制御に適用した場合の例を示したが、この発明は、コラムタイプ以外のＥＰＳのモータ制御にも適用することができる。
　本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
　１…電動パワーステアリング装置、３…転舵輪、４…転舵機構、１８…電動モータ、２９…方向変更指令入力装置、４１…手動操舵指令値生成部、４２…統合角度指令値演算部、４３…制御部、４４…角度制御部、４５…トルク制御部、５１…アシストトルク指令値設定部、５２…指令値設定部、５３…ばね定数演算部、５４…粘性減衰係数演算部、６１…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、６２…フィードバック制御部、６３…フィードフォワード制御部、６４…外乱トルク推定部（外乱オブザーバ）、６５…トルク加算部、６６…外乱トルク補償部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…モータ制御用ＥＣＵ

Claims (5)

  1. 　操舵部材と、
    　転舵機構を駆動する電動モータと、
    　操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、
    　自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、
    　前記電動モータを制御するモータ制御部とを含み、
    　車両が第１走行車線を自動走行しているときに、ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、ドライバの操舵介入により、前記車両が第２走行車線を自動走行するように走行車線が変更される場合、前記モータ制御部は、前記ドライバの操舵介入開始から前記車両の基準位置が所定の横位置に到達するまでの間、前記統合角度指令値に基づいて前記電動モータを制御する、操舵装置。
  2. 　前記ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、前記方向変更指令の入力が継続している状態で前記ドライバの操舵介入によって前記車両の基準位置が前記所定の横位置に達すると、前記車両を前記第１走行車線の中心線に沿って自動走行させるための自動操舵指令値から、前記車両を前記第２走行車線の中心線に沿って自動走行させるための自動操舵指令値に、前記自動操舵指令値が切り替えられる、請求項１に記載の操舵装置。
  3. 　前記ドライバ操作によって方向変更指令の入力が開始されてから、前記方向変更指令の入力が継続している状態で前記ドライバの操舵介入によって前記車両の基準位置が前記所定の横位置に達するまでは、前記車両を前記第１走行車線の中央に戻す方向のトルクが発生される、請求項２に記載の操舵装置。
  4. 　前記車両が前記所定の横位置に達すると、前記第２走行車線内に前記車両を移動させる方向のトルクが発生される、請求項２または３に記載の操舵装置。
  5. 　前記所定の横位置は、前記第１走行車線の中心線と、前記第１走行車線と前記第２走行車線との境界との間位置に設定されている、請求項２～４のいずれか一項に記載の操舵装置。
PCT/JP2021/031780 2021-08-30 2021-08-30 操舵装置 WO2023032010A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/031780 WO2023032010A1 (ja) 2021-08-30 2021-08-30 操舵装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/031780 WO2023032010A1 (ja) 2021-08-30 2021-08-30 操舵装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023032010A1 true WO2023032010A1 (ja) 2023-03-09

Family

ID=85412279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/031780 WO2023032010A1 (ja) 2021-08-30 2021-08-30 操舵装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023032010A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005088806A (ja) * 2003-09-18 2005-04-07 Hitachi Unisia Automotive Ltd 操舵制御装置
JP2005162015A (ja) * 2003-12-03 2005-06-23 Nissan Motor Co Ltd 車線追従装置
JP2014118025A (ja) * 2012-12-15 2014-06-30 Mazda Motor Corp 車線維持支援装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005088806A (ja) * 2003-09-18 2005-04-07 Hitachi Unisia Automotive Ltd 操舵制御装置
JP2005162015A (ja) * 2003-12-03 2005-06-23 Nissan Motor Co Ltd 車線追従装置
JP2014118025A (ja) * 2012-12-15 2014-06-30 Mazda Motor Corp 車線維持支援装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3608203B1 (en) Motor control apparatus
CN110406589B (zh) 马达控制装置
WO2019107438A1 (ja) 車両用操舵装置
JP7129004B2 (ja) モータ制御装置
CN112154092B (zh) 马达控制装置
JP2019098817A (ja) 車両用操舵装置
JP7316524B2 (ja) 操舵角演算装置およびそれを利用したモータ制御装置
US11383760B2 (en) Steering system
CN110937015B (zh) 电机控制装置和电机控制方法
EP3744611B1 (en) Electric power steering system
CN113928410A (zh) 转向装置
WO2023032010A1 (ja) 操舵装置
WO2023286169A1 (ja) モータ制御装置
WO2023079765A1 (ja) モータ制御装置
WO2023062748A1 (ja) モータ制御装置
WO2023100369A1 (ja) モータ制御装置
WO2023079764A1 (ja) モータ制御装置
WO2023127149A1 (ja) モータ制御装置
WO2023144895A1 (ja) モータ制御装置
WO2023084646A1 (ja) 操舵装置
JP2023069907A (ja) モータ制御装置
JP2023048867A (ja) モータ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21955286

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE