JP6481800B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

従来、自動車用操舵系において、電動式のパワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が提案され、実用化されている。現在においては、ステアリングホイールに付加された操舵トルクに応じて、電動モータで補助操舵トルクを発生し、この補助操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置の開発が進められている。このような電動パワーステアリング装置では、モータが減速機構を介してステアリング軸に接続され、モータの回転は、減速機構により減速された後、ステアリング軸に伝達される。

また、近年においては、車両を自動操舵する自動運転技術が着目されており、様々な技術が開発されている。電動パワーステアリング装置において自動操舵を実現する場合、舵角制御（ステアリングの舵角を所望の角度に追従させるためのモータ電流指令値を演算・制御すること）とアシスト制御（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）を付与する際、操舵補助力のトルクを正確に発生させるためのモータ電流のフィードバック制御等）を独立して保有し、これらの出力を切り換える構成などが採用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。舵角の制御方法について詳述すると、ステアリングの舵角（絶対舵角）を何らかの方法で検出する必要があり、従来は、ハンドル舵角センサ、コラム舵角センサ、車輪舵角センサ等の角度センサを用いて舵角を検出していた（例えば、特許文献４参照）。

特許第３９１２２７９号公報 特許第３９１７００８号公報 特開２００４−０１７８８１号公報 特許第４０９７１３４号

しかしながら、自動運転中、ドライバーによるハンドル操作（ステアリング操舵）が介入したとき、介入した操作が十分に反映されない場合がある。また、同操作が介入したとき、ドライバーが違和感、不快感を覚えることがある。さらに、舵角を検出するために用いる角度センサに異常が生じた場合には、実際の舵角と検出される舵角に大きな乖離が生じ、適切な舵角制御が行えないという課題もある。

＜課題１（自動運転中のドライバー介入時の違和感、舵角制御とアシスト制御の両立）＞
舵角制御には、舵角指令に対する応答性、路面反力などに対する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、例えば、位置制御部にはＰ制御（比例制御）、速度制御部にはＰＩ制御（比例積分制御）が用いられている。舵角制御とアシスト制御のそれぞれの出力である指令値を切り換える際、例えばドライバーによるスイッチ入力によって急な切換が生じると、指令値が急変動し、ハンドル挙動が不自然になるため、ドライバーへ違和感を与える。このため、舵角制御指令値とアシスト制御指令値にそれぞれの徐変ゲイン（徐々に変化するゲイン）を乗じ、徐々に出力を切り換えることによって、電流指令値の急変動を抑制する手法が用いられている（特許文献３等参照）。
しかし、この手法では、切換中は舵角制御指令値が徐変ゲインで制限され、電流指令値へ出力されるため、舵角制御指令値に対し、電流指令値の出力が、制限されたぶん小さくなってしまう。この制限により、舵角速度指令値に対し、モータの実速度が遅くなるため、舵角速度指令値と実速度との間に偏差が発生し、速度制御内のＩ制御（積分制御）の積分値が蓄積してしまうことで、速度制御から更に大きな舵角制御指令値が出力されてしまう。この結果、アシスト制御指令値に対する徐変ゲインが徐々に大きくなっていく状態では、徐変ゲインによる制限が緩和されていくため、徐変ゲインが大きくなるに従って舵角制御指令値が過剰な値となり、ハンドルが舵角速度指令値に対して過剰に応答し、引っ掛かり感といった形でドライバーに違和感と不快感を与える。

＜課題２＞
そもそも、上記課題１を含む先行技術（例えば特許文献３参照）に係る方法では、舵角偏差にＰ制御、速度制御にＰＩ制御を行っており、舵角制御中にドライバーによる手入力の介入があった場合に、当然、舵角制御が舵角指令値に追従するよう動作し、舵角制御からアシスト制御への「切換動作」が行われるまで、手動による舵を切ることは困難である。また、「手入力検出」「切換動作」により、時間的な遅れが発生し、ドライバーによる操舵介入動作が十分に行えないことがある。

＜課題３＞
角度センサに異常が生じていない場合には、角度センサを利用して舵角制御を行う一方、角度センサに何らかの異常が検出された場合には、角度センサを用いる代わりに、舵角の推定値を求め、求めた舵角の推定値を利用して舵角制御を行うことができれば、角度センサに異常が発生しても、精度の高い舵角制御を実現することが可能となるが、このような機能を実現する装置は未だ提供されていない。

本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、少なくとも上述したいずれかの課題を解消すること、すなわち車両の自動運転中、ドライバーによるハンドル操作（操舵）が介入したとき、介入した操作を十分に反映することができ、尚かつ、同操作が介入したときにドライバーが覚えることがある違和感、不快感を低減することができる電動パワーステアリング装置を提供する、または、角度センサに何らかの異常が検出された場合には、角度センサを用いる代わりに、舵角の推定値を求め、求めた舵角の推定値を利用して舵角制御を行う電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、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を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置であって、車両の目標軌道に基づき演算された舵角指令値θｒｅｆが入力され、入力された舵角指令値θｒｅｆに基づきステアリング機構の舵角を制御する舵角制御部を備え、舵角制御部は、入力される舵角異常判定信号が正常であることを示す場合には、検出されるハンドル舵角θｈを実操舵角θｒとして出力する一方、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、入力されるモータ角度θｍを用いて、ステアリング機構の実操舵角の推定値θｒを求め、実操舵角推定値θｒとして出力する舵角演算部と、入力される目標操舵角θｔと、実操舵角θｒまたは実操舵角推定値θｒとに基づき、舵角速度指令値ωｒｅｆを導出する位置制御部とを具備する。

ここで、上記構成にあっては、舵角演算部は、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、モータ角度θｍとともに、入力される操舵トルクＴｔを用いて、実操舵角推定値θｒを求める態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、舵角演算部は、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、モータの相対角度Δθｍと、トーションバーの捩れ相対角Δθを利用して実操舵角推定値θｒを導出する態様が好ましい。

さらにまた、上記構成にあっては、舵角演算部は、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、モータの相対角度Δθｍを利用して実操舵角推定値θｒを導出する態様が好ましい。

また、本発明の他の形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、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を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置であって、車両の目標軌道に基づき演算された舵角指令値θｒｅｆが入力され、入力された舵角指令値θｒｅｆに基づきステアリング機構の舵角を制御する舵角制御部を備え、舵角制御部は、入力される舵角異常判定信号が正常であることを示す場合には、検出されるハンドル舵角θｈを実操舵角θｒとして出力する一方、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、入力される実舵角速度ωｒを用いて、ステアリング機構の実操舵角の推定値θｒを求め、実操舵角推定値θｒとして出力する舵角演算部と、入力される目標操舵角θｔと、実操舵角θｒまたは実操舵角推定値θｒとに基づき、舵角速度指令値ωｒｅｆを導出する位置制御部とを具備する。

ここで、上記構成にあっては、舵角演算部は、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、実舵角速度ωｒとともに、入力される操舵トルクＴｔを用いて、実操舵角推定値θｒを求める態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、舵角演算部は、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、実舵角速度ωｒの時間積分値Ｓと、トーションバーの捩れ相対角Δθを利用して実操舵角推定値θｒを導出する態様が好ましい。

さらにまた、上記構成にあっては、舵角演算部は、舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、実舵角速度ωｒの時間積分値Ｓを利用して実操舵角推定値θｒを導出する態様が好ましい。

本発明によれば、車両の自動運転中、ドライバーによるハンドル操作（操舵）が介入したとき、介入した操作を十分に反映することができ、尚かつ、同操作が介入したときにドライバーが覚えることがある違和感、不快感を低減する、または角度センサに何らかの異常が検出された場合には、角度センサを用いる代わりに、舵角の推定値を求め、求めた舵角の推定値を利用して舵角制御を行うことができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を、アシストマップ出力電流の一例とともに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を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。 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を有する電動パワーステアリング装置の概略動作例を示すフローチャートである。 車両システム全体の構成例を示すブロック図である。 ＥＰＳ側ＥＣＵ内の舵角制御部の第１の構成を示すブロック図である。 舵角演算部による演算処理を示すフローチャートである。 ＥＰＳ側ＥＣＵ内の舵角制御部の第２の構成を示すブロック図である。 舵角演算部による演算処理を示すフローチャートである。 車両挙動のシミュレーション結果を示す図である。 車両挙動のシミュレーション結果を示す図である。 各徐変ゲインの、手入力判定後のアシスト制御への遷移について説明するグラフである。 舵角制御の第１の形態を示す舵角制御部のブロック図である。 舵角制御の第２の形態を示す舵角制御部のブロック図である。 舵角制御の第３の形態を示す舵角制御部のブロック図である。 舵角制御の第４の形態を示す舵角制御部のブロック図である。 舵角制御の第５の形態を示す舵角制御部のブロック図である。 舵角制御の第６の形態を示す舵角制御部のブロック図である。 舵角制御の第６の形態の別例を示す舵角制御部のブロック図である。 違和感の無い操舵介入が実現されたことの根拠を示す、角度（目標角度、ハンドル舵角）および操舵トルクの経時変化を表すグラフである。 実施例１における、舵角速度制御の積分方式の違いによるハンドル舵角と操舵トルクとの関係を表すグラフである（舵角速度制御部で擬似積分を行う場合）。 実施例１における、舵角速度制御の積分方式の違いによるハンドル舵角と操舵トルクとの関係を表すグラフである（舵角速度制御部でＰ制御を行う場合）。 ドライバーの操舵モデルを考慮したシミュレーションに用いたプラントモデルを示す図である。 ドライバーの操舵モデルの一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電動パワーステアリング装置の好適な実施形態について詳細に説明する（図１等参照）。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

電動パワーステアリング装置１００の構成を図に示して説明する（図１参照）。電動パワーステアリング装置１００は、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を付与する装置である。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）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ，４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、さらにハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。コラム軸２と同一軸上に、トーションバーとハンドル軸が配置されている。

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および操舵トルクＴｔを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。

電動パワーステアリング装置１００を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリー１３から電力が供給されるとともに、イグニッションキー１１を経てイグニッションキー信号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Ｔｔ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からハンドル舵角θｒが検出される一方、モータ２０に連結された回転センサからモータ角度θｓを得る（詳細は後述）。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Ｔｔ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速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Ｔｔ及び車連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ｌｒｅｆｌを演算する。

アシストマップとは、操舵トルクと操舵補助指令値（電流値）との対応関係を示す情報である。アシストマップは、例えば、低速、中速、及び高速の各速度域における、操舵トルク及び操舵補助指令値の対応関係を示す情報を含む。対応関係を示す情報は、複数の一次関数のパラメータにより表される場合もあれば、高次多項式で表される場合もある。

電流指令値Ｉｒｅｆｌ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、モータ回転角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。

近年、車両に搭載されているカメラ、レーザレーダ等を利用して、自動的にブレーキをかけて安全に止まることとか、自動運転支援をさせることなどの取り組みが行われている。自動運転支援としては、例えば、運転者がハンドル又はその他の装置でトルクを入力することで、電動パワーステアリング装置はトルクセンサで操舵トルクを検出し、その情報を車両や電動パワーステアリング装置内の制御の切換に利用し、自動運転支援を解除して通常のアシスト制御（手動操舵制御）に戻ることなどが行われている。

まず本発明の前提となる電動パワーステアリング装置、つまり自動操舵制御モード及び手動操舵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１００について、図３を参照して説明する。

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（電動パワーステアリング装置）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、自動操舵制御又は手動操舵制御の切換指令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、車両側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、自動操舵制御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、生成した目標操舵角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Ｔｔ及び車速Ｖｓに基づいて演算されたモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを出力するトルク制御部１４１と、目標操舵角θｔ、実操舵角θｒ、モータ角速度ω及び操舵トルクＴｔに基づいて舵角自動制御のためのモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを演算して出力する舵角制御部２００と、切換指令ＳＷによってモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆ及び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に基づいてモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算部１４４と、を具備している。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、トルク制御部１４１によるトルク制御モード（手動操舵制御）と、舵角制御部２００による位置／速度制御モード（自動操舵制御）とを切り換え、手動操舵制御ではモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを出力し、自動操舵制御ではモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを出力する。また、電流制御／駆動部１４３は、ＰＩ電流制御部、ＰＷＭ制御部、インバータ等で構成されている。

このような構成における概略動作例を、フローチャートを参照しながら以下に説明する（図４参照）。

操舵系の動作がスタートすると、先ずトルク制御部１４１によるトルク制御（手動操舵制御モード）が実施され（ステップＳＰ１）、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ＳＰ２）。上記手動操舵の動作は切換指令部１３１より、自動操舵制御への切換指令ＳＷが出力されるまで繰り返される（ステップＳＰ３）。

自動操舵制御モードとなり、切換指令部１３１より切換指令ＳＷが出力されると、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ＳＰ４）、舵角センサ１４から実操舵角θｒが入力され（ステップＳＰ５）、トルクセンサ１５４から操舵トルクＴｔが入力され（ステップＳＰ６）、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ＳＰ７）、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ＳＰ１０）。なお、目標操舵角θｔ、実操舵角θｒ、操舵トルクＴｔ、モータ角速度ωの入力順番は適宜変更可能である。

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ＳＰ１１）、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ＳＰ１２）、上記ステップＳＰ３にリターンする。モータ電流指令値Ｉｍｒｅｆによる駆動制御（自動操舵制御）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。

本実施形態では、上述したごとき一般的な構成の電動パワーステアリング装置１００を備えた車両において、自動運転中、ドライバーによるハンドル操作（操舵）が介入したとき、介入した操作を十分に反映させ、尚かつ、同操作が介入したときのドライバーへの違和感や不快感を低減させるとともに、舵角センサ１４に異常が生じていない場合には、舵角センサ１４を利用して舵角制御を行う一方、舵角センサ１４に何らかの異常が検出された場合には、舵角センサ１４を用いる代わりに、舵角の推定値を求め、求めた舵角の推定値を利用して舵角制御を行う。以下、本実施形態の電動パワーステアリング装置１００における各構成について説明する（図５等参照）。

本実施形態の電動パワーステアリング装置１００に関する車両側ＥＣＵ１３０、ＥＰＳ側ＥＣＵ１４０、プラント１６０の構成を示す（図５参照）。なお、図５中における二重線は複数の信号が送信ないし受信されることを意味する。

車両側ＥＣＵ１３０は、車両状態量検出器１３０ａ、切換指令部１３１、目標軌道演算部１３４、車両運動制御部１３５を備える。

車両状態量検出器１３０ａは、車両に搭載されたカメラ、距離センサ、角速度センサ、加速度センサなどで検出される各データに基づき車両状態量を検出し、該車両状態量を切換指令部１３１、目標軌道演算部１３４、車両運動制御部１３５に送信する。

切換指令部１３１は、上記の車両状態量、およびボタンやスイッチ等からの信号に基づき、ＥＰＳ側ＥＣＵ１４０（の切換判定／徐変ゲイン生成部１４５）に切換指令ＳＷを出力する。

目標軌道演算部１３４は、車両状態量に基づいて目標軌道データを演算子し、車両運動制御部１３５に出力する。

車両運動制御部１３５は、車両状態量に基づき、舵角指令値生成部１３５ａによって舵角指令値θｒｅｆを生成し、ＥＰＳ側ＥＣＵ１４０の舵角制御部２００に該舵角指令値θｒｅｆを出力する。

ＥＰＳ側ＥＣＵ１４０は、切換部１４２、電流制御／駆動部１４３、切換判定／徐変ゲイン生成部１４５、ＥＰＳ状態量検出器１４６、アシスト制御部１４７、舵角制御部２００を備える（図５参照）。

ＥＰＳ状態量検出器１４６は、プラント１６０から出力されるハンドル舵角θｈ、さらに、車両に搭載された角度センサ（ハンドル側、コラム側）、モータ角度センサ、トルクセンサなどで検出された各種データに基づいてＥＰＳ状態量を検出する。ＥＰＳ状態量検出器１４６によって検出されたＥＰＳ状態量（ハンドル舵角θｈ、コラム舵角（トーションバー下側の舵角）、ハンドル舵角（トーションバー上側の舵角）、モータ角度、操舵トルク、その他）は、切換判定／徐変ゲイン生成部１４５、アシスト制御部１４７のそれぞれへと出力される。なお、図５に例示する車両システムにおいてはハンドル舵角θｈをＥＰＳ側ＥＣＵ１４０で検出するが、代わりに車両側ＥＣＵ１３０側で検出してもよい。

切換判定／徐変ゲイン生成部１４５は、車両側ＥＣＵ１３０の切換指令部１３１からの（アシスト制御と舵角制御との）切換指令ＳＷと、操舵トルクＴｔに基づき切換判定を行い、各徐変ゲインを管理し、各機能へ出力する。本実施形態の切換判定／徐変ゲイン生成部１４５は、舵角制御部２００へ、速度制御徐変ゲインＧＦＡ２、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３および舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４を出力し、アシスト制御部１４７へアシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２を出力し、切換部１４２へ舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１およびアシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１を出力する。

アシスト制御部１４７は、操舵トルクＴｔおよびアシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２に基づいて、舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１を切換部１４２に出力する。

舵角制御部２００は、舵角指令値θｒｅｆ、速度制御徐変ゲインＧＦＡ２、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４、ＥＰＳ状態量に基づいて舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１を算出し、切換部１４２に出力する。切換部１４２は、舵角制御部２００からの舵角制御電流指令値ＩｒｅｆＰ１とアシスト制御部１４７からの電流指令値ＩｒｅｆＴ１を、切換判定／徐変ゲイン生成部１４５からの舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１およびアシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１に応じて切り換える。電流制御／駆動部１４３は、電流検出値がモータ電流指令値Ｉｒｅｆに追従するようにフィードバック制御する。これにより、モータ１５０の駆動トルクを制御できる。電流制御／駆動部１４３は、一般に用いられるモータ制御のシステムに係る構成でよい。

プラント１６０は、電流制御／駆動部１４３からのモータ駆動制御信号（モータ電流）に従うメカ伝達特性（ＥＰＳおよび車両に関する）と、ドライバーによる操舵手入力に従うドライバー操舵伝達特性とを備え、あるいは発揮する（図５参照）。なお、本明細書でいう「プラント」とは、車両と電動パワーステアリング装置１００のメカ特性、ドライバーの特性など、要は制御対象を総称したものを指している。

続いて、本実施形態において特徴的なＥＰＳ側ＥＣＵ１４０における舵角制御部２００の概略と各構成について説明する（図６参照）。

Ａ．舵角制御部２００の第１の構成
＜舵角演算部２０１＞
舵角演算部２０１は、舵角制御モード時において、舵角センサ１４から出力されるハンドル舵角θｈ、回転センサ１５１から出力されるモータ角度θｍ、トルクセンサ１５４から出力される操舵トルクＴｔ、舵角異常判定部１４８から出力される舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈを利用して実操舵角θｒまたは実操舵角の推定値θｒを求める。詳述すると、舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈに基づいて、検出される舵角（本実施形態では、ハンドル舵角）が正常であると判断される場合、舵角演算部２０１は、ハンドル舵角θｈを実操舵角θｒとして出力する。一方、舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈに基づいて、検出される舵角が異常であると判断される場合、舵角演算部２０１は、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、モータ相対角度Δθｍと、トーションバーの捩れ相対角Δθを用いて、実操舵角の推定値θｒを出力する。これにより、舵角制御モード時にハンドル舵角の舵角異常が発生したとしても、実際の操舵角を精度よく推定することができるため、自動運転中の車両・ＥＰＳの挙動に支障はなく、事故の発生等を防止することができる。また、舵角異常の発生により、ドライバーが違和感を覚えることもない。なお、舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈは、例えばＥＳＰ側ＥＣＵ１４０の舵角異常判定部（図示略）から出力される判定信号である。舵角異常判定部は、ハンドル舵角θｈが正常範囲内にある場合には、正常である旨の舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈを舵角演算部２０１に出力する一方、ハンドル舵角θｈが正常範囲から外れている場合には、異常である旨の舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈを舵角演算部２０１に出力する。

＜上下限可変リミッタ２０２＞
車両側ＥＣＵ１３０から受信した自動運転などのための舵角指令値θｒｅｆに対して、通信エラー等による異常な値、過剰な値が舵角制御に入力されるのを防止するため上下限可変リミッタ（舵角指令値上下限可変リミッタとも呼ぶ）２０２で制限する。舵角制御とアシスト制御の切換動作に伴い、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４に応じて、上下限リミッタ値が逐次適切な値に可変となっている。

＜可変レートリミッタ２０４＞
可変レートリミッタ２０４は、舵角指令値θｒｅｆの急変によって舵角制御出力としての舵角制御電流指令値が急激に変動することを避けるため、舵角指令値θｒｅｆをレートリミット処理する。可変レートリミッタ２０４によるこのような処理は、急なハンドル挙動によるドライバーへの安全性向上にもつながる。本実施形態の可変レートリミッタ２０４においては、舵角制御とアシスト制御の切換動作に伴い、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４に応じて、レートリミッタ値が逐次適切な値に可変となっている。

＜ハンドル振動除去手段２０６＞
自動操舵中、舵角指令が変化しているときに、舵角指令値θｒｅｆ３に、トーションバーのバネ性とステアリングホイールの慣性モーメントによる振動を励起する周波数（約10Hz前後）成分が発生する。舵角指令値上下限可変リミッタ２０２、可変レートリミッタ２０４、舵角指令徐変の後の舵角指令値θｒｅｆ３に含まれるハンドル振動周波数成分を低減するためにローパスフィルタ、ノッチフィルタ（ハンドル振動除去手段２０６にはこれらのフィルタが用いられる）、または、位相遅れ補償により、振動周波数成分を低減させることができる。

＜位置制御部２０８＞
位置制御部２０８は、目標操舵角θｔと実操舵角θｒまたは実操舵角(推定値)θｒの偏差に比例ゲインを乗じて舵角速度指令値ωｒｅｆを算出する。この機能により、目標操舵角θｔに対し実操舵角θｒまたは実操舵角(推定値)θｒを近づけるための舵角速度指令値を生成することができる。なお、本明細書でいう位置制御とは、周方向における舵角の位置を制御することであり、別言すれば、「ハンドル舵角の角度制御」と表現することもできる。

＜速度指令値上下限可変リミッタ２１０＞
徐変ゲイン乗算後の舵角速度指令値ωｒｅｆ１に対し、速度指令値上下限可変リミッタ２１０による処理を行い、目標舵角速度ωｔを出力する。この速度指令値上下限可変リミッタ２１０は制限値を、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３により、逐次適値に変更可能で、上下限リミッタ値を徐変ゲインＧＦＡ３がある閾値未満では小さくし、それ以上で大きくすることにより、舵角速度指令値が制限される。

＜舵角速度制御部２１２＞
本実施形態の舵角制御部２００では、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒを舵角速度制御部２１２に入力し、実舵角速度ωｒが目標舵角速度ωｔに追従するような電流指令値を算出する。ここで、実舵角速度ωｒの算出は、図示しない実舵角速度演算部で一般的に用いられている演算をすることによって行っている。具体的には、例えばモータ角度センサの差分演算とギア比から実舵角速度を算出してもよいし、ハンドル舵角もしくはコラム舵角の差分演算から実舵角速度を算出してもよい。高周波のノイズを低減するために、演算システムの最終段に図示しないＬＰＦ（ローパスフィルタ）が挿入されている。

＜舵角制御出力上下限リミッタ２１４＞
舵角制御の電流指令値に対して過出力防止のため、舵角制御出力上下限リミッタ２１４で制限する。

＜操舵介入補償兼ハンドル制振手段２２０＞
操舵介入補償兼ハンドル制振手段２２０は、トルクセンサが検出したトルク信号に基づくハンドル制振手段として機能する。これによれば、自動操舵中のハンドル振動の制振効果がハンドル振動除去手段２０６のみを用いた場合と比べてさらに向上する。本実施形態の操舵介入補償兼ハンドル制振手段２２０は、ゲインと位相補償によりハンドル制振機能を実現する。例えば、位相補償は１次フィルタで構成してもよい。これによりトーションバーの捩れを解消する方向に電流指令値が出力される。また、操舵介入補償兼ハンドル制振手段２２０は、捩れ角を低減する方向に働き、ドライバーによる手入力の介入時の引っ掛かりの違和感を低減する効果も兼ねている。

＜ＦＦフィルタ２３０＞
ＦＦ（フィードフォワード）フィルタ２３０は、位置制御部２０８内に設定可能なオプションの構成である（図８等に示す後述の実施形態等参照）。ＦＦフィルタ２３０によれば、目標操舵角θｔへの追従性が向上する。ＦＦフィルタ２３０は例えば１次の位相進みフィルタであるという効果を奏するものであるが、それ以外の位相補償をするものでもよいし、擬似微分、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を利用したものでもよい。

なお、ここで、本実施形態における各種徐変ゲインについて説明しておくと以下のとおりである（図５及び図６参照）。

＜舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１＞
舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１は、舵角制御出力上下限リミッタ２１４の出力の電流指令値に対して乗じられる。舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１は、アシスト制御と舵角制御の切換動作を円滑に行い、ドライバーへの違和感、安全性、等を実現するために用いられる。

＜速度制御徐変ゲインＧＦＡ２＞
速度制御徐変ゲインＧＦＡ２は、舵角速度制御部２１２の中の信号に乗じられ、円滑な切換を実現するために用いられる。主に切換時の舵角速度制御内の積分値の蓄積の影響を緩和するために用いられる。

＜速度指令徐変ゲインＧＦＡ３＞
速度指令徐変ゲインＧＦＡ３は、主にアシスト制御から舵角制御への切換時に円滑な切換を実現するために用いられる。位置制御出力の舵角速度指令値ωｒｅｆに対し、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３が乗じられる。

＜舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４＞
舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４は、可変レートリミッタ２０４からの舵角指令値に対して乗じられる。

＜アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１＞
アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１は、アシスト制御部１４７からの出力である電流指令値に対して乗じられる。アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１は、舵角制御とアシスト制御の切換動作を円滑にするのと、自動運転中のドライバーによる操舵介入を実現するために用いられる。

＜アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２＞
アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２は、アシスト制御内のアシストマップ出力電流（アシストマップ出力電流の一例が記載されている図２のグラフ（縦軸は電流指令値、横軸は操舵トルクＴｔを表す）参照）に対して乗じられる。アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２は、舵角制御とアシスト制御の切換動作を円滑にするのと、自動運転中のドライバーによる操舵介入を実現するために用いられる。

Ａ−１．舵角演算部２０１による演算処理
次に、舵角演算部２０１によって実行される演算処理（第１演算処理）について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
舵角演算部２０１は、舵角制御モード時において、舵角センサ１４から出力されるハンドル舵角θｈ、回転センサ１５１から出力されるモータ角度θｍ、トルクセンサ１５４から出力される操舵トルクＴｔ、舵角異常判定部１４８から出力される舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈを取得する（ステップＳ１）。舵角演算部２０１は、舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈに基づき、検出される舵角が正常であるか否かを判断する(ステップＳ２)。舵角演算部２０１は、検出される舵角が正常であると判断すると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ハンドル舵角θｈを実操舵角θｒとして出力する。そして、舵角演算部２０１は、今回求めた実操舵角θｒ、モータ角度θｍ、操舵トルクＴｔのそれぞれを、実操舵角の過去値Ｚθｒ、モータ角度の過去値Ｚθｍ、操舵トルクの過去値ＺＴｔとしてメモリ（図示略）に格納し（ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５）、処理を終了する。

一方、舵角演算部２０１は、ステップＳ２において、検出される舵角が異常であると判断すると（ステップＳ２；ＮＯ）、ステップＳ６に進み、舵角異常が検出されて初めての演算（すなわち１回目の演算）であるであるか否かを判断する。舵角演算部２０１は、舵角異常が検出されて１回目の演算でないと判断すると（ステップＳ６；ＮＯ）、ステップＳ７をスキップし、ステップＳ８に進む。一方、舵角演算部２０１は、舵角異常が検出されて１回目の演算であると判断すると（ステップＳ６；ＹＥＳ）、モータ角度の過去値Ｚθｍ、操舵トルクの過去値ＺＴｔを用いて、モータ初期角度θ０（＝Ｚθｍ）、トーションバーの初期捩れ角Δθ０（＝ＺＴｔ／Ｋｔｏｒ；Ｋｔｏｒはトーションバーバネ定数）を求める（ステップＳ７）。そして、舵角演算部２０１は、現時点でのモータ角度θｍからモータ初期角度θ０を減じることでモータ相対角度Δθｍを求めるとともに、現時点でのトーションバーの捩れ角Ｔｔ／Ｋｔｏｒからトーションバーの初期捩れ角Δθ０を減じることでトーションバーの捩れ相対角Δθを求める（ステップＳ８）。さらに、舵角演算部２０１は、モータ相対角度Δθｍに所定の係数Ｃｇ（コラム軸とモータ軸の間の減速比の逆数）を乗じたうえで、トーションバーの捩れ相対角度Δθｍと、実操舵角の過去値Ｚθｒを加算することで、実操舵角の推定値θｒを求め（ステップＳ９）、処理を終了する。

Ｂ．舵角制御部２００の第２の構成
図８は、ＥＰＳ側ＥＣＵ１４０における舵角制御部２００の第２の構成を示す図であり、前掲図６に対応している。なお、舵角演算部２０１ａを除く他の構成は、前掲図６と同様であるため、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。

＜舵角演算部２０１ａ＞
舵角演算部２０１ａは、舵角制御モード時において、操舵トルクＴｔを用いることなく、舵角センサ１４から出力されるハンドル舵角θｈ、回転センサ１５１から出力されるモータ角度θｍ、舵角異常判定部１４８から出力される舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈを利用して実操舵角θｒまたは実操舵角の推定値θｒを求める点において、図６に示す舵角演算部２０１と異なる。このように、操舵トルクＴｔを利用しない場合には、より簡易に実操舵角θｒまたは実操舵角の推定値θｒを求めることが可能となる。

Ｂ−１．舵角演算部２０１ａによる演算処理
次に、舵角演算部２０１ａによって実行される演算処理（第２演算処理）について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
舵角演算部２０１ａは、舵角制御モード時において、舵角センサ１４から出力されるハンドル舵角θｈ、回転センサ１５１から出力されるモータ角度θｍ、舵角異常判定部１４８から出力される舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈを取得する（ステップＳａ１）。舵角演算部２０１は、舵角異常判定信号Ｆｌｇ＿θｈに基づき、検出される舵角が正常であるか否かを判断する(ステップＳａ２)。舵角演算部２０１は、検出される舵角が正常であると判断すると（ステップＳａ２；ＹＥＳ）、ステップＳａ３に進み、ハンドル舵角θｈを実操舵角θｒとして出力する。そして、舵角演算部２０１は、今回求めた実操舵角θｒ、モータ角度θｍのそれぞれを、実操舵角の過去値Ｚθｒ、モータ角度の過去値Ｚθｍとしてメモリ（図示略）に格納し（ステップＳａ３→ステップＳａ４→ステップＳａ５）、処理を終了する。

一方、舵角演算部２０１は、ステップＳａ２において、検出される舵角が異常であると判断すると（ステップＳａ２；ＮＯ）、ステップＳａ６に進み、舵角異常が検出されて初めての演算（すなわち１回目の演算）であるであるか否かを判断する。舵角演算部２０１は、舵角異常が検出されて１回目の演算でないと判断すると（ステップＳａ６；ＮＯ）、ステップＳａ７をスキップし、ステップＳａ８に進む。一方、舵角演算部２０１は、舵角異常が検出されて１回目の演算であると判断すると（ステップＳａ６；ＹＥＳ）、モータ角度の過去値Ｚθｍを用いて、モータ初期角度θ０（＝Ｚθｍ）を求める（ステップＳａ７）。そして、舵角演算部２０１は、現時点でのモータ角度θｍからモータ初期角度θ０を減じることでモータ相対角度Δθｍを求める（ステップＳａ８）。さらに、舵角演算部２０１は、モータ相対角度Δθｍに所定の係数Ｃｇ（コラム軸とモータ軸の間の減速比の逆数）を乗じたうえで、実操舵角の過去値Ｚθｒを加算することで、実操舵角の推定値θｒを求め（ステップＳａ９）、処理を終了する。

＜シミュレーション結果＞
図１０Ａ及び図１０Ｂは、意図的に実操舵角または実操舵角（推定値）に１[sec]＋９０[deg]のオフセット値を加算した際の車両挙動のシミュレーション結果を示す。車両側ＥＣＵ１３０の舵角指令値生成部（図５参照）において、車両横位置の目標値を０[m]で、横位置に対して微分先行型のＰＩ−Ｄ制御を適応し、舵角指令値θｒｅｆをＥＰＳ側ＥＣＵ１４０の舵角制御部２００（図５参照）に出力したところ、横位置が目標の０[m]に収束することがわかる（図１０Ｂ参照）。これは、上述のＰＩ−Ｄ制御の比例と積分の補償が効果を示していると考えられる。なお、図示はしていないが、積分がない場合でも横位置にはオフセットが発生するが、比例ゲインを大きめに設定すれば解消され得る。

Ｃ．手入力判定後のアシスト制御への遷移
ここで、手入力判定後のアシスト制御への遷移について説明しておく（図１１参照）。以下、自動運転状態（舵角制御とアシスト制御の両方が介在している状態）中に、ドライバーによる手入力の検知後の各徐変ゲインについて説明する。

徐変ゲインＧＦＡ１〜４（舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１、速度制御徐変ゲインＧＦＡ２、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４）については、手入力判定後、100％から逐次減少していき、0％に遷移する本実施形態では、直線的に変化させている。なお、切換動作をより円滑にするために、Ｓ字カーブに沿うように遷移させてもよいし、直線的に変化する信号に対しＬＰＦ（ローパスフィルタ）を通した値を各徐変ゲインとしてもよい（例えば、１次ＬＰＦ、カットオフ周波数2[Hz]）。ただし、徐変ゲインＧＦＡ１〜４は同じ遷移として連動させる必要はなく、それぞれ、調整要素として独立させた遷移にしてもよい。

（舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４）
舵角指令値の可変レートリミッタの変化率設定値を０にする。つまり、θｒｅｆ２を一定値にする。これに関しフローチャートなどの図示は割愛するが舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４が100％の状態から0％側に変化した際に変化率設定値を変更すれば実現できる。すなわち、切換状態に入ったらθｒｅｆ２を一定値にし、一定値に舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４を乗じることでθｒｅｆ３と目標操舵角θｔが０に近づく。また、θｒｅｆ２に対して、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４を乗じることで、切換中の目標操舵角θｔを0[deg]に近づけ、舵角制御を中立状態に作用させる。また、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４の乗算をハンドル振動除去手段２０６の手前で行うことで、舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４の乗算により発生するハンドル振動周波数成分を取り除かせる。

（アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２）
車両の自動運転状態においては、このアシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２を100％以上に設定してもよい（なお、図１１に示す例では300％に設定している）。これにより、ドライバーによる操作介入時に、舵角制御の干渉による引っ掛かり感、違和感を低減することができる。なお、切換動作をより円滑にするために、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１、アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２を、Ｓ字カーブに沿うように遷移させてもよいし、直線的に変化する信号に対しＬＰＦ（ローパスフィルタ）を通した値を各徐変ゲインとしてもよい。

（アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１）
自動運転状態、手動アシスト状態においては、このアシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１を常に100%以上に設定してもよいが、図１１に示すようにしてもよい。

自動運転状態において、アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２を100％以上に上げることにより、システムの安定性が不安定側に影響することで、振動が発生する場合がある。安定性を確保するために、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１を調整要素として、例えば、120％に設定することで、振動の発生を抑えることが可能となる。

続いて、舵角制御の実施形態を示す（図１２等参照）。なお、図１２等においては、ハンドル振動除去手段２０６（図６参照）の後段の目標操舵角θｔおよびそれ以降の構成を図示している。

＜舵角制御の第１の形態＞
図１２に示す舵角制御部２００の舵角速度制御部２１２は、舵角速度制御にＰＩ制御を行い、Ｉ制御には擬似積分を行う。より具体的には、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒとの偏差ωｅにＫｖｉを乗じて偏差の大きさに比例した操作量Ｄ１とし、さらに、擬似積分によるＩ制御をする（図１２参照）。図中の記号Ｉｒ１は擬似積分後、Ｉｒ２は比例ゲインＫｖｐ後、Ｉｒ３は加算後の信号をそれぞれ表す（他の実施形態においても同様）。舵角制御の第１の形態では、加算後の信号Ｉｒ３に速度制御徐変ゲインＧＦＡ２を乗じ、信号ＩｒｅｆＷとして舵角速度制御部２１２から出力される。前述したように、速度制御徐変ゲインＧＦＡ２は、舵角速度制御部２１２の中の信号に乗じられ、円滑な切換を実現するために用いられる。なお、舵角速度制御部２１２における擬似積分は、例えば１次遅れの伝達関数とゲインで ［１／（Ｔｓ＋１）］×Ｔ として構成することができる。

＜舵角制御の第２の形態＞
図１３に示す舵角制御部２００の舵角速度制御部２１２は、舵角速度制御にＰＩ制御を行い、Ｉ制御には擬似積分を行う。より具体的には、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒとの偏差にＫｖｉを乗じて偏差の大きさに比例した操作量Ｄ１とし、さらに、擬似積分によるＩ制御をする（図１３参照）。舵角制御の第２の形態では、上述した第１の形態と同様、加算後の信号Ｉｒ３に速度制御徐変ゲインＧＦＡ２を乗じ、信号ＩｒｅｆＷとして舵角速度制御部２１２から出力される。

＜舵角制御の第３の形態＞
図１４に示す舵角制御部２００の舵角速度制御部２１２は、舵角速度制御にＰＩ制御を行い、Ｉ制御には擬似積分を行う。舵角制御の第３の形態では、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒとの偏差に速度制御徐変ゲインＧＦＡ２を乗じて信号ωｅ１を生成し、この信号ωｅ１にＫｖｉを乗じて偏差の大きさに比例した操作量Ｄ１とし、さらに、擬似積分によるＩ制御をする（図１４参照）。

＜舵角制御の第４の形態＞
図１５に示す舵角制御部２００の舵角速度制御部２１２は、位相遅れ補償を行う。舵角制御の第４の形態では、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒとの偏差にＫｖｐを乗じて偏差の大きさに比例した操作量Ｄ１とし、さらに、位相遅れ補償を行った後の信号Ｉｒ１に速度制御徐変ゲインＧＦＡ２を乗じ、信号ＩｒｅｆＷとして舵角速度制御部２１２から出力される（図１５参照）。

＜舵角制御の第５の形態＞
図１６に示す舵角制御部２００の舵角速度制御部２１２は、位相遅れ補償を行う。舵角制御の第５の形態では、上述した第４の形態と同様、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒとの偏差にＫｖｐを乗じて偏差の大きさに比例した操作量Ｄ１とし、さらに、位相遅れ補償を行った後の信号Ｉｒ１に速度制御徐変ゲインＧＦＡ２を乗じ、信号ＩｒｅｆＷとして舵角速度制御部２１２から出力される（図１６参照）。擬似積分のＰＩ制御は、等価的に位相遅れ補償とゲインに置き換えられる。

＜舵角制御の第６の形態＞
図１７、図１８に示す舵角制御部２００の舵角速度制御部２１２は、比例制御（Ｐ制御）を行う。舵角制御の第６の形態では、目標舵角速度ωｔと実舵角速度ωｒとの偏差にＫｖｐを乗じて偏差の大きさに比例した操作量の信号Ｉｒ１に速度制御徐変ゲインＧＦＡ２を乗じ、信号ＩｒｅｆＷとして舵角速度制御部２１２から出力される（図１７、図１８参照）。

上述した舵角制御の第１〜第５の各形態によれば、車両の自動運転中において「手入力検出」、「切換動作」が無くとも、引っ掛かり感等の違和感の無い操舵介入を実現することができる。以下、その根拠となる結果等を実施例１として説明する（図１９〜図２１参照）。

＜実施例１＞
（課題１および課題２の解決の根拠）
ドライバーの操舵モデルを考慮したシミュレーションにより、自動運転中（ただし、舵角指令値θｒｅｆは０[deg]固定とする。）に、ドライバー目標角度θａｒｍ（図中の太線参照）に対して、実操舵角（以下、ハンドル舵角とも呼び、記号θｈで表す。細線参照）、操舵トルクＴｔ（破線参照）の時間応答を一例として図１９等に示す。

ここで、シミュレーションに用いたプラントモデルについて説明して置く（図２２、図２３参照）。

図２２に、シミュレーションに用いたプラントモデル（メカモデル）を示す。このプラントモデルでは、電流指令値に対するモータ電流値の追従性は十分に早いものとし、電流制御部の詳細説明は割愛し、電流指令値＝モータ電流 とし、信号名 Iref として扱っている。車速Vは一定としている。コラム慣性モーメント Jc は、モータ慣性モーメント、シャフト、ラック＆ピニオン、タイヤの慣性モーメントをコラム軸に換算した合計としている。モータ角度θm と コラム角度θc は、ウォーム減速比の関係とする。コラム角θc と タイヤ転舵角δはオーバーオールレイシオ Nover の比の関係とする。トーションバートルクと操舵トルクは同じ信号で、Ｔｔとする。コラムからタイヤに掛けて、一つのコラム慣性としてモデル化した。
Jc ： コラム慣性[kgm^2]
Dc ： コラム減衰係数[Nm/(rad/s)]
Jh ： ハンドル慣性[kgm^2]
Dh ： ハンドル減衰係数[Nm/(rad/s)]
Ks ： トーションバーバネ定数[Nm/rad]
Ds ： トーションバー減衰定数[Nm/(rad/s)]
Kt ： モータトルク定数[Nm/A]
減速比 ： ng
Tc ： モータ発生トルクのコラム軸換算[Nm]
ただし、モータ発生トルクはコラム軸のトルクに換算（減速機分考慮）。また、電流指令値Irefに対し実際のモータ電流は一致しているものとして扱っているため、電流制御は省略している。
Th ： ハンドル手入力トルク[Nm]
Tt ： トーションバートルク[Nm]
Iref ： 電流指令値[A]
θh ： ハンドル舵角[rad]
θc ： コラム舵角[rad]
V ： 車速[m/s]
Yveh ： 車両重心での横方向移動距離[m]
δ ： タイヤ転舵角[rad]
Fd ： 車両重心に働く横方向外力[N]
Tsat ： Tsat ' のコラム軸換算[Nm]
Tsat ' ： 路面反力によりキングピン周りに働くモーメント[Nm]

車両運動モデルについて説明しておく。車両の微分方程式は数式１、数式２のようになる。

ラプラス変換後の横滑り角βとヨーレートγを数式３に示す。

キングピン周りに働く、タイヤが路面から受けるモーメントを数式４に示す。

近似条件下での車両重心での横方向加速度を数式５に示す。

車両重心での横方向移動距離を数式６に示す。

なお、車両運動モデルは、タイヤ転舵角δから、路面反力によりキングピン周りに働くモーメントTsat ' への伝達特性を考慮したものならばよい。なお、シミュレーションに用いる車両モデルと操舵モデルについては、上記に限らず、一般の文献等を参照してもよい。また、車両モデルの関係式である、数式１、数式２、数式４、数式５については、例えば、東京電機大学出版局、「自動車の運動と制御」（安部正人著）に示されている。操舵モデルについては、例えば、三重大学修士論文、「腕の筋骨格特性を考慮した車のステアリング操舵感評価に関する研究」（横井大介著）に示されている。

図２３に、ドライバーの操舵モデルの一例を示す。ドライバーによる操舵をシミュレーションする際、図２３に示す操舵モデルを用い、メカモデル（図２２参照）から出力されるハンドル舵角θh を操舵モデルへ入力し、操舵モデルから出力される手入力トルクTh をメカモデルへ出力した。ここでは、目標角度（ドライバーの操舵目標角度）をθarm としている。

一例として示した条件は、以下に説明する「擬似積分、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１＝１倍、アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２＝３倍」「ただし、舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１、速度制御徐変ゲインＧＦＡ２、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３および舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４は１倍」とした。

図１９に示したドライバー目標角度θａｒｍを入力した際のそれぞれの条件でのハンドル舵角θｈと操舵トルク Ｔｔ（＝トーションバートルク）を比較した（図１９〜図２１参照）。

太線・・・擬似積分（図２１ではＰ制御）、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１＝１倍、アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２＝１倍
細線・・・擬似積分（図２１ではＰ制御）、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１＝１倍、アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２＝３倍
破線・・・純積分（図２１ではＰＩ制御）、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１＝１倍、アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２＝１倍
ただし、舵角制御出力徐変ゲインＧＦＡ１、速度制御徐変ゲインＧＦＡ２、速度指令徐変ゲインＧＦＡ３および舵角指令徐変ゲインＧＦＡ４は１倍とした。

太線と破線から、速度制御のＰＩ制御を「擬似積分」で行った方が（図２１の場合は、Ｐ制御で行った方が）、操舵できていることがわかる。その理由としては以下を挙げることができる。

すなわち、破線は、7.5[deg] までハンドル舵角θｈを切れているが、速度制御ＰＩの純積分の影響により、速度偏差（舵角速度指令値と実舵角速度の偏差）が蓄積され続けることで、最終的に舵角指令値θｒｅｆ（=0[deg]）まで強制的に戻されてしまい、さらに、非常に大きな操舵トルクが発生してしまい、よって、ドライバーによる操舵は困難となる（0[deg]で１５[Nm]以上の操舵トルク発生）。ただし、従来技術においては、切換前の舵角制御中において、アシスト制御指令値は 0[deg] であるが、破線よりも操舵が困難であるため割愛している。また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置との比較のために、ＧＦＴ１＝１倍、ＧＦＴ２＝１倍として、積分方式の違いを見ることにした。

これに対して、太線では、約14[deg]まで操舵できており、舵角指令値0[deg]に引き戻されることもない。これは、擬似積分（図２１ではＰ制御）を用いることにより、速度偏差の蓄積が限定されること（図２１では、積分による速度偏差の蓄積が無いこと）に起因する。さらに、細線（アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２＝３倍）では、太線よりも軽い操舵が実現できることが確認できる。アシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２を大きくすることでドライバーによる操舵介入が軽い操舵で実現できるのが分かる。

また、上述した舵角制御の第１〜第５の各形態によれば、ハンドル振動除去手段２０６と操舵介入補償兼ハンドル制振手段２２０を用いることで、自動操舵中のハンドルの振動抑制を実現することができる。

ここまで説明した本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００は、角度センサに異常が生じていない場合には、角度センサを利用して舵角制御を行う一方、角度センサに何らかの異常が検出された場合には、角度センサを用いる代わりに、舵角の推定値を求め、求めた舵角の推定値を利用して舵角制御を行う。これにより、舵角制御モード時にハンドル舵角の舵角異常が発生したとしても、実際の操舵角を精度よく推定することができるため、自動運転中の車両・ＥＰＳの挙動に支障はなく、事故の発生等を防止することができる。また、舵角異常の発生により、ドライバーが違和感を覚えることもない。また、別の側面において、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００は、車両の自動運転での高性能なヒューマン・マシン・インターフェースを実現する。すなわち、自動運転中のドライバーによる操舵の介入時に、「手入力検出」「切換動作」が無い状態においても手動操舵を実現し、ドライバーによる緊急操舵時の高い安全性を確保して、舵角制御とアシスト制御を両立する制御方法を実現する。また、舵角制御からアシスト制御への切換時も、引っ掛かり感等のドライバーの違和感、不快感を低減する。また、アシスト制御から舵角制御への切換も違和感なく円滑に実施される。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態ではハンドル振動除去手段２０６にＬＰＦを用いているがこれは好適な一例にすぎず、この他、例えばハンドル振動周波数（約10Hz前後）に合わせたノッチフィルタにより、成分を低減してもよい。

また、上述した実施形態では操舵介入補償兼ハンドル制振手段２２０に１次の位相進み補償を用いているが、２次以上の位相補償フィルタを利用してもよい。

また、上述した各徐変ゲインは、実施形態に例示したものに限らず、状況に応じて更新してもよい。例えば、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１やアシストマップ徐変ゲインＧＦＴ２は、100％以上に設定することに限らず、状況に応じて0％以上100％未満の値に設定してもよい。

上述した実施形態における舵角制御と車両制御を組み合わせた場合の車両運動挙動はあくまで一例にすぎない。例えば図１０Ａ及び図１０Ｂのシミュレーションでは、単純に舵角制御のみを実施した場合の車両制御の挙動を把握することを前提としているため、アシスト制御出力徐変ゲインＧＦＴ１＝0％としている。ここで、舵角制御は、上記各実施形態に示したものに限定する趣旨ではなく、舵角指令値に対して実操舵角（推定値）が追従する制御構成であれば、舵角センサ１４を用いずに同様の車両運動を実現し得る。なお、車両制御についても、例えば横方向の外乱（例えば横風）が発生した場合には、車両の横位置の目標値に修正を加える等の態様で車両制御を行うようにすればよい。

本発明は、電動パワーステアリングに適用して好適である。

１…ハンドル（ステアリングホイール）
２…コラム軸（トーションバー）
３…減速ギア
４ａ，４ｂ…ユニバーサルジョイント
５…ピニオンラック機構
６ａ，６ｂ…タイロッド
７ａ，７ｂ…ハブユニット
８Ｌ，８Ｒ…操向車輪
１０…トルクセンサ
１２…車速センサ
１４…舵角センサ
２０…モータ
２１…回転センサ
３０…コントロールユニット
３１…電流指令値演算部
３２Ａ…加算部
３２Ｂ…減算部
３３…電流制限部
３４…補償部
３５…ＰＩ制御部
３６…ＰＷＭ制御部
３７…インバータ
３８…モータ電流検出器
４０…ＣＡＮ
１００…電動パワーステアリング装置
１３０…車両側ＥＣＵ
１３０ａ…車両状態量検出器
１３１…切換指令部
１３２…目標操舵角生成部
１３４…目標軌道演算部
１３５…車両運動制御部
１３５ａ…舵角指令値生成部
１４０…ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）側ＥＣＵ
１４１…トルク制御部
１４２…切換部
１４３…電流制御／駆動部
１４４…モータ角速度演算部
１４５…切換判定／徐変ゲイン生成部
１４６…ＥＰＳ状態量検出器
１４７…アシスト制御部
１５０…モータ
１５１…回転センサ
１５４…トルクセンサ
１６０…プラント
２００…舵角制御部
２０１、２０１ａ…舵角演算部
２０２…上下限可変リミッタ
２０４…可変レートリミッタ
２０６…ハンドル振動除去手段
２０８…位置制御部
２１０…速度指令値上下限可変リミッタ
２１２…舵角速度制御部
２１４…舵角制御出力上下限リミッタ
２２０…操舵介入補償兼ハンドル制振手段
２３０…ＦＦフィルタ
３４１…収れん性
３４２…慣性
３４３…セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）
３４４…加算部
３４５…加算部
ＣＭ…補償信号
ＧＦＡ１…舵角制御出力徐変ゲイン
ＧＦＡ２…速度制御徐変ゲイン
ＧＦＡ３…速度指令徐変ゲイン
ＧＦＡ４…舵角指令徐変ゲイン
ＧＦＴ１…アシスト制御出力徐変ゲイン
ＧＦＴ２…アシストマップ徐変ゲイン
ＩｒｅｆＰ１…舵角制御電流指令値
Ｔｈ…操舵トルク
Ｖｓ…車速
Ｆｌｇ＿θｈ…舵角異常判定信号
θｈ…ハンドル舵角
θｍ…モータ角度
θｒ…実操舵角（または実操舵角の推定値）
θｒｅｆ…舵角指令値
θｓ…モータ回転角
θｔ…目標操舵角
ωｒ…実舵角速度
ωｒｅｆ…舵角速度指令値

Claims (4)

1. 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を
   付与する電動パワーステアリング装置の制御装置であって、
   車両側ＥＣＵにおいて、
   前記車両の目標値に基づき、舵角指令値θｒｅｆを演算し、かつ、横風などの外乱が発生した場合に前記車両の横位置の目標値に修正を加える車両運動制御部を有し、
   前記車両運動制御部において演算された舵角指令値θｒｅｆがＥＰＳ側ＥＣＵの舵角制御部に入力され、
   前記ＥＰＳ側ＥＣＵは、
   入力された舵角指令値θｒｅｆに基づき前記ステアリング機構の舵角を制御する舵角制御部と、
   前記舵角制御部からの舵角制御出力とアシスト制御部からのアシスト制御出力に乗じる徐変ゲインを生成し、該徐変ゲインを乗じて前記舵角制御部による舵角制御モードと前記アシスト制御部によるアシスト制御モードとの切換判定をする切換判定／徐変ゲイン生成部と、
   を有しており、
   前記舵角制御部は、
   入力される舵角異常判定信号が正常であることを示す場合には、検出されるハンドル舵角θｈを実操舵角θｒとして出力する一方、前記舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、入力されるモータ角度の過去値Ｚθｍを用いて、前記ステアリング機構の実操舵角の推定値θｒを求め、実操舵角推定値θｒとして出力する舵角演算部と、
   入力される目標操舵角θｔと、前記実操舵角θｒまたは前記実操舵角推定値θｒとに基づき、舵角速度指令値ωｒｅｆを導出する位置制御部とを具備する、電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記舵角演算部は、
   前記舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、前記モータ角度の過去値Ｚθｍとともに、入力される操舵トルクＴｔを用いて、前記実操舵角推定値θｒを求める、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記舵角演算部は、
   前記舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、モータの相対角度Δθｍと、トーションバーの捩れ相対角Δθを利用して前記実操舵角推定値θｒを導出する、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記舵角演算部は、
   前記舵角異常判定信号が異常であることを示す場合には、正常時の実操舵角の過去の値Ｚθｒと、モータの相対角度Δθｍを利用して前記実操舵角推定値θｒを導出する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。