JP6590090B2

JP6590090B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP6590090B2
Application number: JP2018568652A
Authority: JP
Inventors: 澤田　英樹; 英樹澤田; 有紀恵藤原; 亮皆木; 孝義菅原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: CN110225858A; EP3572303A4; US20190382048A1; US10807636B2; JPWO2018151291A1; CN110225858B; EP3572303A1; WO2018151291A1; BR112019014968A2

Description

本発明は、車両の操舵系を運転者が操舵するに際して、操舵系にアシスト力を付与するモータを制御するアシストモードと、車両が自律走行するに際して車両から随時与えられる目標操舵角に応じてモータを制御する自動モードとを有する電動パワーステアリング装置に関し、特にトルクセンサより下流にあるモータの角度情報を利用し、手放し時の周波数応答に合わせた２次以上の共振フィルタを用いてハンドル角度を推定し、手放し状態の推定ハンドル角度と実ハンドル角度との比較を行うことでハンドＯＮ／ＯＦＦ判定（ステアリングの片手(hand)把持（ＯＮ）若しくは両手(hands)把持（ＯＮ）と、ステアリングを把持していない状態（ＯＦＦ）との判定）を行い、ハンドルの共振を含めた自由振動系に絡むノイズの影響を受けることなく、精度の良い手入力の判定を行う電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル（ステアリングホイール）１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θhを検出する舵角センサ１４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、減速機構としての減速ギア（減速比１／Ｎ）３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｒ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（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、操舵角θｈを検出する舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良い。

コントロールユニット１００には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ)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１００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。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等を含む）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、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット１００の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｒ及び車速センサ１２からの車速Ｖｓは電流指令値演算部１０１に入力され、電流指令値演算部１０１は操舵トルクＴｒ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部１０２Ａで、特性を改善するための補償部１１０からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部１０３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部１０２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍを減算される。

減算部１０２Ｂでの減算結果である偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ制御部１０５でＰＩ（比例積分）等の電流制御をされ、電流制御された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部１０６に入力されてDutyを演算され、Dutyを演算されたＰＷＭ信号でインバータ１０７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器１０８で検出され、減算部１０２Ｂに減算入力されてフィードバックされる。また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサ２０Ａから、モータ２０の電気角信号θｅを取得する。

補償部１１０は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）１１３を加算部１１４で慣性補償値１１２と加算し、その加算結果に更に加算部１１５で収れん性制御値１１１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部１０２Ａに入力し、特性改善を実施する。

このような電動パワーステアリング装置において、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：Advanced Driver Assistance System）は、車載向けアプリケーションの中で最も急速な成長を遂げている分野の一つである。ＡＤＡＳは車社会の将来を考えて、安全性と利便性を向上させるために開発されたシステムで、見通しの悪い状況や、わき見運転などによって事故が起こる危険性を検知し、事故を未然に防止若しくは軽減するためのものとなる。車両を運転するためには「認知」、「判断」、「操作」といった動作が必要になるが、その一連の動作に対して安全を確保するということに重点をおいて、ＡＤＡＳが運転者の支援を行う。将来の自動運転技術に繋がる技術として、運転者がステアリングを把持しているかの手入力の判断、つまりハンドＯＮ／ＯＦＦ（Hands-ON/OFF）の検出技術があるが、その検出精度の向上が益々重要になってきている。

従来のハンドＯＮ／ＯＦＦの検出技術として、例えば特開平８−３３７１８１号公報（特許文献１）及び特開平１１−２０８４９８号公報（特許文献２）に開示されたものがある。特許文献１に開示された自動操舵装置は、自動操舵入力点とハンドルとの間にかかる捩れトルクＴｔが所定値以上であるときに自動操舵が解除される機構を備えたものであり、自動操舵が誤って解除されないようにしている。

トーションバーに関連する捩れトルクＴｔを検出して、手入力を判定する場合の一般的な構成は図３であり、コラム軸２に捩れトルクＴｔを検出するためのトルクセンサ部２００が設けられている。トルクセンサ部２００に配置されているトーションバー２０１を用いた構成であり、トーションバー２０１を介した入力側コラム軸（ＩＳ）２Ａと出力側コラム軸（ＯＳ）２Ｂの捩れをスタブシャフト２０２、アルミ製スリーブ２０３等により形成し、アルミ製スリーブ２０３の外周面に巻回されているコイル２０４に誘起される電圧を捩れトルクＴｔとして検出する。トルクセンサ部２００に配置されているトーショッバー２０１に対してハンドル１側が入力側コラム軸（ＩＳ）２Ａであり、ピニオン側が出力側コラム軸（ＯＳ）２Ｂであり、出力側コラム軸２Ｂにウォーム及びウォームホイールで成る減速ギア（減速比１／Ｎ（Ｎ＞１．０））３が設けられている。出力側コラム軸２Ｂに取付けられているウォームホイールは、モータ２０の出力軸に連結されているウォームにより減速比１／Ｎで駆動回転され、モータ２０はコントロールユニット（ＥＣＵ）１００で制御される。

このような構造で、トルク検出値が所定値Ｔ₀以上であっても、コラム軸２の回転角加速度θ”が所定値Ａより大きい場合には、自動操舵が解除されない構成としている。また、特許文献２に開示された自動操舵装置は、自動操舵中の運転者による手動操舵を正確に検出して自動操舵を確実に解除するため、コラム軸２に発生する捩れトルクＴｔと、ハンドル１の慣性モーメントＩｈを操舵角加速度θｈ”まで回転加速するために要するトルクＴｉとの差に基づいて、自動操舵の解除を判定している。

即ち、図４に示すモデル図を参照して説明すると、ハンドル１が開放され、モータ２０により入力側コラム軸２Ａが減速ギア３側から角度θ_Oだけ回転駆動されたとき、ハンドル１が慣性に打ち勝って角度θｈだけ回転したとすると、入力側コラム軸２Ａの捩れ剛性（バネ定数）をＫｈ、ハンドル１の慣性モーメントをＩｈとすると、下記数１が成立する。

（数１）
Ｉｈ×θｈ”＋Ｋｈ（θｈ−θ_O）＝０
ただし、θｈ”は、角度θｈの二階微分値である回転角加速度である。

この場合に、入力側コラム軸２Ａにかかる捩れトルクＴｔは、下記数２で表わされる。

（数２）
Ｔｔ＝Ｋｈ×（θ_O−ｈ）
上記数１及び数２より、下記数３が成立する。

（数３）
Ｔｔ＝Ｉｈ×θｈ”

数３で表されるように、捩れトルクＴｔはハンドル１の回転角加速度θｈ”を検出することにより推定できることになる。そして、自動操舵が行われているときに、運転者が自動操舵力に抗してハンドル１を回転させると、入力側コラム軸２Ａに捩れトルクＴｔが発生する。この捩れトルクＴｔは、ハンドル１の慣性モーメントＩｈを回転角加速度θｈ”まで加速するために要するトルクＴｉ（＝Ｉｈ×θｈ”）と、運転者による手動操舵トルクＴｄとの和になるので、下記数４が成立する。

（数４）
Ｔｔ＝Ｔｉ＋Ｔｄ＝Ｉｈ×θｈ”＋Ｔｄ

上記数４から明らかなように、入力側コラム軸２Ａの捩れトルクＴｔと、ハンドル１を回転加速するために要するトルクＴｉとの差（Ｔｔ−Ｔｉ）は、運転者による手動操舵トルクＴｄに等しいので、下記数５が成立する。

（数５）
Ｔｔ−Ｔｉ＝Ｔｔ−Ｉｈ×θｈ”＝Ｔｄ

従って、上記トルク差（Ｔｔ−Ｔｉ）を求めることによって、自動操舵中における運転者の手動操舵（手入力）の有無を判断することができる。

特開平８−３３７１８１号公報特開１１−２０８４９８号公報

特許文献１及び特許文献２に開示された自動操舵装置では、コラム軸（ステアリングシャフト）に発生する捩れトルクＴｔを検出し、操舵角加速度θ”とハンドル１の慣性モーメントＩｈから操舵中トルクＴｉを求めて比較（Ｔｔ−Ｔｉ）を実施する。その後、必要に応じてステアリングの自動操舵運転を解除又は設定を行う。従って、慣性モーメントＩｈに相当する部分は、アシストされる負荷側より上流側の情報（チューニング作業で決定）で求められるので、バネ定数Ｋｈ等による自由振動系に絡むノイズの影響を受け易くなる問題がある。角加速度θ”を求めるために２階微分が必要であり、非常にノイズ多くなる問題がある。操舵の変化点で微分すれば、特にノイズが大きくなる。

また、特許文献１及び特許文献２に開示された自動操舵装置では手入力をトルク検出値（捩れトルク）で判定しており、コラム軸角度で行う手法については全く言及していない。

更に、ハンドルにタッチセンサを設けて手入力を検出する手法もあるが、タッチセンサの取付けにコストがかかると共に、手袋などの装着や環境によって検出精度が低下してしまう問題がある。

本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、コストアップを生じることなく、バネ定数等による自由振動系に絡むノイズの影響を受けずに、外乱の影響を受けない状況で精度良く手入力（ハンドＯＮ／ＯＦＦ）を判定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ことにある。ステアリングを両手若しくは片手で把持した場合をハンドＯＮ（手入力有り）とし、ステアリングを把持していない場合をハンドＯＦＦ（手入力無し）としている。

本発明は、ハンドルに連結されたコラム軸にトーションバーを備え、減速機構を介し、電流指令値により車両の操舵機構にアシストトルクを付与するモータを駆動制御すると共に、アシストモードと自動モードを切り替える機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記トーションバーに関するトルク情報に基づいてトーションバー捩れ角を求めるトーションバー捩れ角算出部と、前記モータの電気角信号から所定演算式を用いて出力側相対角度を出力する出力側コラム軸相対角度生成部と、前記トーションバー捩れ角及び前記出力側相対角度に基づいて実ハンドル角度を求める実ハンドル角度算出部と、前記出力側相対角度から手放し状態の推定ハンドル角度を求める共振フィルタと、前記実ハンドル角度及び前記手放し状態の推定ハンドル角度の偏差角度が所定角度以上となる時間が所定時間１以上継続したときにハンドＯＮを判定するハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部とを具備することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部が、前記ハンドＯＮの判定後、前記偏差角度が前記所定角度より小さい時間が所定時間２以上継続したときにハンドＯＦＦを判定することにより、或いは前記トーションバーに関するトルク情報が、前記ハンドルに関するコラム軸角度又は前記トーションバーに関する捩れトルクであることにより、或いは前記トーションバー捩れ角算出部が、前記捩れトルクを入力し、前記トーションバーのバネ定数で除算することにより前記トーションバー捩れ角を演算するトーションバー捩れ角演算部であることにより、或いは前記トーションバー捩れ角算出部が、トルクセンサ検出入力側コラム角度及びトルクセンサ検出出力側コラム角度を入力し、前記トーションバーのバネ定数を用いて前記トーションバー捩れ角を生成するトーションバー捩れ角生成部であることにより、或いは前記出力側コラム軸相対角度生成部は、前記電気角信号をアンチロールオーバー処理して後に、前記所定演算式によって前記出力側相対角度を出力するようになっていることにより、或いは前記所定演算式が、前記電気角信号に前記モータの極対数、前記減速機構の減速比を乗算する演算式であることにより、或いは前記共振フィルタは、実機で出力側コラム軸からステアリングが回されたときの前記ハンドルの共振を再現し、前記出力側コラム角度を入力して得た前記手放し状態の推定ハンドル角度が前記実ハンドル角度とほぼ同一となる特性となっていることにより、或いは前記共振フィルタが、２次以上のＬＰＦ（ローパスフィルタ）であることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセンサより下流にあるモータの角度情報若しくはトルク検出値（捩れトルク）を利用し、手放し時の周波数応答に合わせた共振フィルタによりハンドル角度を推定し、実ハンドル角度との比較（差）に基づいてハンドＯＮ／ＯＦＦの判定を行っているので、ハンドルの共振を含めた自由振動系に絡むノイズの影響を受けることなく、精度の良い手入力の判定を行うことができる。本発明では２階微分を行うことはないので、判定が簡易であり、ノイズの影響も受け難い。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。コラム式ステアリングのステアリングシャフト（コラム軸）の機構を示す図である。ステアリングシャフト（コラム軸）にかかる力を解析するためのモデル図である。トーションバーとハンドル角度、出力側コラム角度の関係を示す機構図である。センサの装着例及びコラム角度、ハンドル角度の関係を示す図である。本発明に係る手入力判定部の構成例を示すブロック図である。捩れトルクを入力する場合の構成例の一部を示すブロック図である。本発明に用いる共振フィルタの特性例を示すボード線図である。ハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部の構成例を示すブロック図である。本発明の動作例を示すフローチャートである。ハンドルに触れている場合の操舵系角度特性の一例を示すタイムチャートである。ハンドルに触れていない場合の操舵系角度特性の一例を示すタイムチャートである。

ハンドルが接続されたコラム軸にトーションバーを備えた車両の操舵系を運転者が操舵するに際して、操舵系にアシスト力を付与するモータを制御するアシストモードと、車両が自律走行するに際して車両から随時与えられる目標操舵角に応じてモータを制御する自動モードとを有する電動パワーステアリング装置において、運転者がステアリングを把持しているかの判断（ハンドＯＮ／ＯＦＦ若しくは手入力）の検出技術があるが、その検出において、外乱ノイズの影響を受けない検出精度の向上が益々重要になってきている。

本発明では、従来トルク系で判定していたハンドＯＮ／ＯＦＦ判定に代え、微分を用いない角度系で判定する手法を提案する。具体的にはトルクセンサより下流にあるＥＰＳのアシストモータの角度情報を利用し、手放し時の周波数応答に合わせて設計された共振フィルタ（例えば２次以上のＬＰＦ（ローパスフィルタ））によりハンドル角度を推定し、コラム軸に関する角度情報若しくは捩れトルクとモータの電気角信号とから算出された実ハンドル角度と、手放し状態で推定された推定ハンドル角度との偏差角度に基づき、角度閾値及び時間閾値との２段階の比較を行うことでハンドルＯＮ／ＯＦＦの判定、つまり手入力の判定を行う。本発明では、ステアリングを両手若しくは片手で把持した場合をハンドＯＮ（手入力有り）とし、ステアリングを把持していない場合をハンドＯＦＦ（手入力無し）としている。微分演算を伴うモータ角速度やモータ角加速度などを用いずとも、ハンドルの共振を含めた捩れ剛性等による自由振動系に絡むノイズの影響を受けずに、精度の良いハンドルＯＮ／ＯＦＦの判定を行うようにしている。

本発明は、操舵系を図１のユニバーサルジョイント４ａから切り離した状態で出力側コラム軸２Ｂを回す（角度を与える）と、ハンドル１に手を触れている場合とハンドル１に手を触れていない場合とで、入力側コラム軸２Ａに現れる振動特性が異なる現象に基づいている。図５は、トーションバー２３とハンドル角度θｈ、出力側コラム角度θｃの関係を示す機構図であり、トーションバー捩れ角をθｄとすると、下記数６が成立する。

（数６）
θｈ＝θｃ＋θｄ

そして、図１２は、ハンドル１に手を触れている場合の特性を、切増し（〜ｔ１）、保舵状態（ｔ１〜ｔ２）、切戻し（ｔ２〜ｔ３）、保舵状態（ｔ３〜）について、出力側コラム角度θｃを変化させたときの実ハンドル角度（入力側コラム角度）を示している。同様に図１３は、ハンドル１に手を触れていない場合の特性を、例えば右切り（〜ｔ１）、保舵状態（ｔ１〜ｔ２）、左切り（ｔ２〜ｔ３）、保舵状態（ｔ３〜）について、出力側コラム角度θｃを変化させたときの実ハンドル角度（入力側コラム角度）を示している。図１２及び図１３の特性の相違は、トーションバー振動のトーションバー捩れ角θｄに起因しており、ハンドルの手放し（ハンドＯＦＦ）若しくは手触れ（ハンドＯＮ）を判定することができる。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

先ず、角度情報を用いて判定する場合の各種センサの配設関係を図６に示して説明する。

トーションバー２３を備えたコラム軸２のハンドル１側の入力側コラム軸２Ａには、角度センサとしてのホールＩＣセンサ２１及びトルクセンサ入力側ロータの２０°ロータセンサ２２が装着されている。ホールＩＣセンサ２１は２９６°周期のＡＳ＿ＩＳ角度θｎを出力する。トーションバー２３よりもハンドル１側に装着された２０°ロータセンサ２２は、２０°周期の入力側コラム角度信号θh1（ＴＳ＿ＩＳ角度１）及びθh2（ＴＳ＿ＩＳ角度２）を出力し、入力側コラム角度信号θh1は角度演算部５０に入力される。また、コラム軸２の出力側コラム軸２Ｂには、トルクセンサ出力側ロータの４０°ロータセンサ２４が装着されており、４０°ロータセンサ２４から出力側コラム角度信号θc1（ＴＳ＿ＯＳ角度１）及びθc2（ＴＳ＿ＯＳ角度２）が出力され、出力側コラム角度信号θc1は角度演算部５０に入力される。入力側コラム角度信号θh1及び出力側コラム角度信号θc1は共に角度演算部５０で絶対角度が演算され、トルクセンサ検出入力側コラム角度θth及びトルクセンサ検出出力側コラム角度θtcが出力される。

トルクセンサ検出入力側コラム角度θth及びトルクセンサ検出出力側コラム角度θtcから捩れトルクＴｔを求める場合には、トーションバー２３のバネ定数をＫｈとすると、下記数７より求めることができる。

（数７）
Ｔｔ＝Ｋｈ（θth−θtc）

また、トルク検出値から捩れトルクＴｔを求めて判定する場合には、前述した図３の構成から捩れトルクＴｔを直接求める。

本発明の手入力判定部の構成は、図３の構成から捩れトルクＴｔを直接検出する場合と、図６の構成から捩れトルクＴｔを求める場合とに適用できる。先ず、図６の構成から捩れトルクＴｔを求める場合の実施形態を図７に示して説明する。

トルクセンサ検出入力側コラム角度θth及びトルクセンサ検出出力側コラム角度θtcを入力してトーションバー捩れ角θｄを生成するトーションバー捩れ角生成部１２０と、回転センサ２０Ａからのモータの電気角信号θｅを入力して出力側（ＯＳ）相対角度θｔを出力する出力側（ＯＳ）相対角度生成部１５０と、トーションバー捩れ角θｄ及び出力側相対角度θｔを加算して実ハンドル角度θhrを出力する実ハンドル角度算出部としての加算部１２１と、出力側相対角度θｔを入力して手放し状態の推定ハンドル角度θheを出力する共振フィルタ１４０と、実ハンドル角度θhrから推定ハンドル角度θheを減算して偏差角度θdeを求める減算部１２２と、偏差角度θdeに基づいてハンドＯＮ／ＯＦＦを判定するハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部１３０とで構成されている。

トーションバー捩れ角生成部１２０は、本例では図６に示すトルクセンサ検出入力側コラム角度θth及びトルクセンサ検出出力側コラム角度θtcに基づいてトーションバー捩れ角θｄを求めている（θｄ＝θth−θtc若しくはθｄ＝｜θth−θtc｜）が、図３に示すトルクセンサ部２００で検出された捩れトルクＴｔからトーションバー捩れ角θｄを求めることができる。この場合の構成は図８であり、検出された捩れトルクＴｔをトーションバー捩れ角演算部１２０Ａに入力し、下記数８を演算してトーションバー捩れ角θｄを求める。

（数８）
θｄ＝Ｔｔ／Ｋｈ

また、出力側相対角度生成部１１０はモータ電気角スケールでアンチロールオーバー処理（波形処理（例えば鋸波の角度信号を連続的な角度信号に処理する））を行い、下記数９に基づいて出力側相対角度θｔを出力する。

（数９）
θｔ＝θｅ×１／極対数×減速比
但し、極対数はモータの極対数、減速比は減速機構の減速比である。

なお、出力側からのチューニングに当たっては、ユニットに存在する摩擦、モータのロストルク、モータ軸のスプライン部のガタ、慣性、入力側ベアリングの予圧などが関連する。

手放し状態の推定ハンドル角度θheを求める共振フィルタ１４０は、実機で出力側コラム軸２Ｂからステアリングを回してハンドル１の共振を再現したデータを用い、入力側コラム角度であるハンドル角度θｈと出力側コラム角度θｃの測定結果から周波数応答を取り、それに合わせた共振フィルタに設計されている。共振フィルタ１４０の特性例を示すボード線図は図９の特性Ｂ（実線）であり、共振フィルタ１４０のゲインは３Ｈｚ近辺まで平坦で、１０Ｈｚ近辺で一般的な２次のＬＰＦ（破線の特性Ａ）よりも凸状に大きくなっており、約２０Ｈｚ以下で一般的な２次のＬＰＦ（破線の特性Ａ）より少し低下している。また、共振フィルタ１４０の位相は、約２０Ｈｚ以下で一般的な２次のＬＰＦ（破線の特性Ａ）よりも遅れが小さく、約２０Ｈｚ以下で一般的な２次のＬＰＦ（破線の特性Ａ）よりも遅れが大きくなっている。即ち、実機若しくは実車を模擬した台上試験装置等で、ＥＣＵに通電をした状態で、ハンドル１には一切手を触れない手放し状態で、（実際には図１のユニバーサルジョイント４aの部分を離して手入力を与えることにより）出力側コラム軸２Ｂを回し、ハンドル角度θｈ及び出力側コラム角度θｃの測定を行う。捩れトルクＴｔから捩れ角θｄ（トルクセンサにより捩れ角θｄは直接求まる）を求め、出力側コラム角度θｃに加算することでハンドル角度θｈが求まる（数６参照）。フィルタの設計では、上記実機若しくは実車を模擬した台上試験装置等の実機データの出力側コラム角度θｃとハンドル角度θｈを用いる。このハンドル角度θｈには、ハンドルの共振も含まれる。手放しでの測定のため、出力側コラム角度θｃを入力した理想のフィルタ結果θhe（手放し状態の推定ハンドル角度）はハンドル角度θｈになるべきなので、共振を再現させるためには、２次のフィルタが必要になる。設計した共振フィルタ１４０は、手放し状態の推定ハンドル角度θheを実機データのハンドル角度θｈに合わせるように調整しており、結果的に図９の特性となる。

実出力側コラム角度θｃの波形は図１２及び図１３に示されており、これに対して実ハンドル角度θhrは操舵の変化点等で振動波形がみられる。共振フィルタ１４０からの手放し状態の推定ハンドル角度θheは、チューニングにより設計された共振フィルタ１４０によりノイズも除去され、減算部１２２に入力される。

ハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部１３０の構成は例えば図１０に示すようになっており、減算部１２２で求められた偏差角度θdeは絶対値化部１３１に入力され、絶対値化された偏差角度｜θde｜は角度比較部１３２に入力され、予め設定されている角度閾値θthと比較される。即ち、下記数１０が成立するか否かが判定される。

（数１０）
｜θhr−θhc｜＝｜θde｜ ≧ θth

上記数１０が成立する場合、角度比較部１３２は角度成立信号ＡＥを出力する。角度成立信号ＡＥは成立時間比較部１３３及び不成立時間比較部１３４に入力され、成立時間比較部１３３は角度成立信号ＡＥが予め設定されている時間閾値Ｔ1以上継続したときにハンドＯＮを示す判定信号ＤＳ１を出力し、判定信号ＤＳ１はＯＲ回路１３５を経てハンドＯＮの判断信号ＤＳとして出力される。また、不成立時間比較部１３４はハンドＯＮ判定後、数１０の不成立状態が予め設定されている時間閾値Ｔ2だけ継続した場合、ハンドＯＦＦを示す判定信号ＤＳ２を出力し、判定信号ＤＳ２はＯＲ回路１３５を経てハンドＯＦＦの判断信号ＤＳとして出力される。ハンドＯＮ状態を一定時間保持する目的は、運転者がハンドルに触れている場合でも、入力側と出力側の角度差が出ない場合(例えば路面状態が良く、直線を走行中など)や瞬間的な手放しなどのときに、ハンドＯＦＦとして判定しないようにする必要があるためである。

なお、図１０の例では偏差角度θdeを絶対値化して１つの角度閾値θthと比較しているが、絶対値化することなく正負の角度閾値±θthと比較するようにしても良い。

このような構成において、その動作例を図１１のフローチャートを参照して説明する。

先ず、トルクセンサ検出入力側コラム角度θth及びトルクセンサ検出出力側コラム角度θtcをトーションバー捩れ角生成部１２０に入力し（ステップＳ１０）、トーションバー捩れ角生成部１２０はトーションバー捩れ角θｄを生成する（ステップＳ１１）。トーションバー捩れ角θｄは加算部１２１に入力される。なお、図３に示す捩れトルクＴｔを入力する図８の場合には、捩れトルクＴｔをトーションバー捩れ角演算部１２０Ａに入力し、トーションバー捩れ角演算部１２０Ａはトーションバー捩れ角θｄを演算する。

また、モータ電気角θｅを出力側相対角度生成部１１０に入力し（ステップＳ１２）、出力側相対角度生成部１１０は出力側相対角度θｔを生成し（ステップＳ１３）、出力側相対角度θｔを加算部１２１及び共振フィルタ１４０に入力する。次いで、加算部１２１はトーションバー捩れ角θｄ及び出力側相対角度θｔを加算して実ハンドル角度θhrを演算し（ステップＳ１４）、共振フィルタ１４０は出力側相対角度θｔを処理して推定ハンドル角度θheを演算し（ステップＳ１５）、それぞれ減算部１２２に入力する。減算部１２２は実ハンドル角度θhrから手放し状態の推定ハンドル角度θheを減算して偏差角度θdeを演算し（ステップＳ１６）、ハンドルＯＮ／ＯＦＦ判定部１３０に入力する。

ハンドルＯＮ／ＯＦＦ判定部１３０では、先ず絶対値化部１３１で偏差角度θdeの絶対値｜θde｜を求め（ステップＳ２０）、角度比較部１３２において数９が成立するか否かを判定する（ステップＳ２１）。数９が成立しない場合には上記ステップＳ２０にリターンし、数９が成立すれば角度比較部１３２は角度成立信号ＡＥを出力する（ステップＳ２２）。角度成立信号ＡＥは成立時間比較部１３３に入力され、その継続時間が時間閾値Ｔ1と比較される（ステップＳ２３）。成立時間比較部１３３は、角度成立信号ＡＥが時間閾値Ｔ1以上継続したときに判定信号ＤＳ１を出力し（ステップＳ２４）、判定信号ＤＳ１はＯＲ回路１３５を経て判断信号ＤＳが出力される（ステップＳ２５）。また、不成立時間比較部１３４はハンドＯＮ判定後、数９の不成立状態が時間閾値Ｔ2だけ継続したか否かを判定し（ステップＳ２６）、不成立状態が時間閾値Ｔ2以上となったときに判定信号ＤＳ２を出力し（ステップＳ２７）、判定信号ＤＳ２はＯＲ回路１３５を経て判断信号ＤＳとして出力される（ステップＳ２８）。

図１２は、実機若しくは実車を模擬した台上試験装置等で、ＥＣＵに通電をした状態で、ハンドルに手を触れた状態（ハンドＯＮ）での推定ハンドル角度θhe、実ハンドル角度θhr及び出力側コラム角度θｃの波形例を示しており、時点ｔ１までが切増し、時点ｔ１〜ｔ２が保舵状態、時点ｔ２〜ｔ３が切戻し、時点ｔ３以降が保舵状態を示している。図１３は、図１２と同じ時間スケールでのハンドルに手を触れていない状態（ハンドＯＦＦ）での各角度の波形例を示している。

１ハンドル（ステアリングホイール）
２コラム軸（ハンドル軸）
２Ａ入力側コラム軸（ＩＳ）
２Ｂ出力側コラム軸（ＯＳ）
２０モータ
２３、２０１トーションバー
１００コントロールユニット
１２０入出力（ＩＳ／ＯＳ）差角度生成部
１３０ハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部
１４０共振フィルタ
１５０出力側（ＯＳ）相対角度生成部
２００トルクセンサ部

Claims

ハンドルに連結されたコラム軸にトーションバーを備え、減速機構を介し、電流指令値により車両の操舵機構にアシストトルクを付与するモータを駆動制御すると共に、アシストモードと自動モードを切り替える機能を有する電動パワーステアリング装置において、
前記トーションバーに関するトルク情報に基づいてトーションバー捩れ角を求めるトーションバー捩れ角算出部と、
前記モータの電気角信号から所定演算式を用いて出力側相対角度を出力する出力側コラム軸相対角度生成部と、
前記トーションバー捩れ角及び前記出力側相対角度に基づいて実ハンドル角度を求める実ハンドル角度算出部と、
前記出力側相対角度から手放し状態の推定ハンドル角度を求める共振フィルタと、
前記実ハンドル角度及び前記手放し状態の推定ハンドル角度の偏差角度が所定角度以上となる時間が所定時間１以上継続したときにハンドＯＮを判定するハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部と、
を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ハンドＯＮ／ＯＦＦ判定部が、前記ハンドＯＮの判定後、前記偏差角度が前記所定角度より小さい時間が所定時間２以上継続したときにハンドＯＦＦを判定する請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記トーションバーに関するトルク情報が、前記ハンドルに関するコラム軸角度又は前記トーションバーに関する捩れトルクである請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記トーションバー捩れ角算出部が、前記捩れトルクを入力し、前記トーションバーのバネ定数で除算することにより前記トーションバー捩れ角を演算するトーションバー捩れ角演算部である請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記トーションバー捩れ角算出部が、トルクセンサ検出入力側コラム角度及びトルクセンサ検出出力側コラム角度を入力し、前記トーションバーのバネ定数を用いて前記トーションバー捩れ角を生成するトーションバー捩れ角生成部である請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
前記出力側コラム軸相対角度生成部は、前記電気角信号をアンチロールオーバー処理して後に、前記所定演算式によって前記出力側相対角度を出力するようになっている請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記所定演算式が、前記電気角信号に前記モータの極対数、前記減速機構の減速比を乗算する演算式である請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
前記共振フィルタは、
実機で出力側コラム軸からステアリングが回されたときの前記ハンドルの共振を再現し、前記出力側コラム角度を入力して得た前記手放し状態の推定ハンドル角度が前記実ハンドル角度とほぼ同一となる特性となっている請求項１乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記共振フィルタが、２次以上のＬＰＦである請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。