JP2022057362A - 電動パワーステアリング装置、制御装置、制御方法、およびモータモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】手放し状態と判定するまでにかかる時間を短くする。【解決手段】本開示の例示的な実施形態に係る制御装置は、入力軸と出力軸とを有する操舵系へ駆動力を付与するモータの制御に用いられる制御装置であって、プロセッサと、プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶する記憶装置と、を備え、プロセッサは、プログラムに従って、運転者の操作が入力される入力軸とモータにより駆動力が付与される出力軸との間に設けられるトーションバーにかかるトーションバートルクと、入力軸の回転角度とから、入力軸に入力された操舵トルクを演算し、演算した操舵トルクと閾値とを比較し、演算した操舵トルクが閾値を上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、入力軸への運転者の操作の入力が無い手放し状態と判定する。【選択図】図１

Description

本開示は、電動パワーステアリング装置、制御装置、制御方法、およびモータモジュールに関する。

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

近年、自動車の自動運転技術が発展してきている。自動車の自動運転においては、運転者がハンドルを手で握って操作している操作状態であるか、運転者がハンドルから手を放している手放し状態であるかに応じて車両の制御を切り替えることが求められている。

特許文献１は、電動パワーステアリング装置のモータへ供給する電流を制御する制御装置を開示している。特許文献１の制御装置は、ハンドルが操舵された位置から中立位置への急激な戻りを抑制するためのダンパ電流を演算するダンパ制御部を有する。ここで、車両が直進走行を行えるハンドルの位置を、ハンドルの中立位置と呼ぶ。また、特許文献１の制御装置は、手放し判定部を有する。手放し判定部は、手放し状態であるか否かの判定を通じて、ダンパ制御部による制御の有効と無効とを切り替える。

特許第３８６６５００号公報

運転者がハンドルから手を放した場合に制御装置が手放し状態と判定するまでにかかる時間を短くする技術が求められている。

本開示の実施形態は、手放し状態と判定するまでにかかる時間を短くすることが可能な制御装置および制御方法を提供する。また、本開示の実施形態は、そのような制御装置を備えたモータモジュールおよび電動パワーステアリング装置を提供する。

本開示の例示的な実施形態に係る制御装置は、入力軸と出力軸とを有する操舵系へ駆動力を付与するモータの制御に用いられる制御装置であって、プロセッサと、前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶する記憶装置と、を備え、前記プロセッサは、前記プログラムに従って、運転者の操作が入力される前記入力軸と前記モータにより駆動力が付与される前記出力軸との間に設けられるトーションバーにかかるトーションバートルクと、前記入力軸の回転角度とから、前記入力軸に入力された操舵トルクを演算し、演算した前記操舵トルクと閾値とを比較し、演算した前記操舵トルクが前記閾値を上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、前記入力軸への前記運転者の操作の入力が無い手放し状態と判定する。

本開示の例示的な実施形態に係る制御方法は、入力軸と出力軸とを有する操舵系へ駆動力を付与するモータを制御する制御方法であって、運転者の操作が入力される前記入力軸と前記モータにより駆動力が付与される前記出力軸との間に設けられるトーションバーにかかるトーションバートルクと、前記入力軸の回転角度とから、前記入力軸に入力された操舵トルクを演算することと、演算した前記操舵トルクと閾値とを比較することと、演算した前記操舵トルクが前記閾値を上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、前記入力軸への前記運転者の操作の入力が無い手放し状態と判定することと、を包含する。

本開示の例示的な実施形態によると、運転者がハンドルから手を放してから手放し状態と判定するまでにかかる時間を短くすることができる。

図１は、本開示の例示的な実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０００を示す図である。 図２は、本開示の例示的な実施形態に係る制御装置１００を示すブロック図である。 図３は、本開示の例示的な実施形態に係るプロセッサ２００に実装される、入力軸５２２に入力される操舵トルクＴ_ｈを演算する機能を機能ブロック単位で例示する機能ブロック図である。 図４は、本開示の例示的な実施形態に係る操作状態および手放し状態を判定する処理を説明する図である。 図５は、本開示の例示的な実施形態に係る操作状態および手放し状態を判定する処理の別の例を説明する図である。 図６は、本開示の例示的な実施形態に係るプロセッサ２００に実装される機能を機能ブロック単位で示す機能ブロック図である。 図７は、本開示の例示的な実施形態に係る戻り制御部２３０の機能を説明するための機能ブロック図である。 図８は、本開示の例示的な実施形態に係るダンパ制御部２４０の機能を説明するための機能ブロック図である。 図９は、本開示の例示的な実施形態に係る手放し状態と操作状態との間の変化を検出する処理のシミュレーション結果を示す図である。 図１０は、本開示の例示的な実施形態に係る手放し状態と操作状態との間の変化を検出する処理のシミュレーション結果を示す図である。 図１１は、本開示の例示的な実施形態に係るハンドル５２１の戻り特性のシミュレーション結果を示す図である。

本開示の実施形態を説明する前に、本発明者等が見出した知見を説明する。

上述の特許文献１では、トルクセンサはトーションバーにかかるトーションバートルクを検出する。特許文献１が開示する手放し判定部は、トルクセンサから入力されたトーションバートルクが０または０近傍のときには、手放し状態であると判定し、トーションバートルク｜Ｔｈ｜＞Ｘ１ （Ｘ１は０より大きい定数）のように、トーションバートルクが定数Ｘ１以上になると、手放し状態でないと判定する。トルクセンサは、トーションバーの捩れからトーションバーに加わる力、すなわちハンドルへの操舵を検出する。しかしながら、ハンドルの操舵からトーションバーに捩れが生じるまでにはタイムラグが存在する。このため、トルクセンサから入力されたトーションバートルクのみから手放しの有無を判定し、その結果に基づいてダンパ制御を実行する場合、ハンドルが操舵された位置から中点位置へ戻るまでに時間を要するという課題がある。

本願発明者らは鋭意検討を行い、電動パワーステアリング装置の入力軸にかかる操舵トルクの変化は、トーションバーにかかるトーションバートルクの変化よりもタイムラグが小さくなることに着目した。そして、トーションバートルクと入力軸の回転角度とを用いて取得した操舵トルクを用いて手放しの有無を判定することで、運転者がハンドルから手を放してから手放し状態と判定するまでにかかる時間を短くできることを見出した。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

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

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

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

ステアリングシステム５２０は、例えば、ハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを備える。操舵系であるステアリングシステム５２０において、例えば、ステアリングシャフト５２２が入力軸となり、回転軸５２４のラック軸５２６側の部分が出力軸５２４Ａとなる。

補助トルク機構５４０は、例えば、トルクセンサ５４１、回転角度センサ５４２、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００、モータ５４３、減速ギア５４４、インバータ５４５およびトーションバー５４６を備える。

トーションバー５４６は、運転者のハンドル操作が入力される入力軸（ステアリングシャフト）５２２とモータ５４３により駆動力が付与される出力軸５２４Ａとの間に設けられている。トルクセンサ５４１は、トーションバー５４６の捩じれ量を検出することにより、トーションバー５４６に加わるトーションバートルクＴ_ｔｏｒを検出する。回転角度センサ（舵角センサ）５４２は、入力軸５２２の回転角度（操舵角）θ_ｈを検出する。回転角度θ_ｈはハンドル５２１の回転角度に実質的に等しい。

ＥＣＵ１００は、トルクセンサ５４１、回転角度センサ５４２、車両に搭載された車速センサ３００（図２）などによって検出される検出信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、インバータ５４５に出力する。例えば、インバータ５４５は、直流電力を、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の擬似正弦波である三相交流電力にモータ駆動信号に従って変換し、モータ５４３に供給する。モータ５４３は、例えば表面磁石型同期モータ（ＳＰＭＳＭ）またはスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ）であり、三相交流電力の供給を受けて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ５４３は、減速ギア５４４を介してステアリングシステム５２０に生成した補助トルクを伝達する。以降、ＥＣＵ１００を、ＥＰＳの制御装置１００と記載することとする。

制御装置１００とモータ５４３とはモジュール化され、モータモジュールとして製造および販売される。モータモジュールはモータ５４３および制御装置１００を備え、ＥＰＳ１０００に好適に利用される。または、制御装置１００は、モータ５４３とは独立して、ＥＰＳ１０００を制御するための制御装置として製造および販売され得る。

［２．制御装置１００の構成例］
図２は、本実施形態に係る制御装置１００の構成の典型例を示すブロック図である。制御装置１００は、例えば、電源回路１１１と、角度センサ１１２と、入力回路１１３と、通信Ｉ／Ｆ１１４と、駆動回路１１５と、メモリ１１６と、プロセッサ２００とを備える。制御装置１００は、それらの電子部品を実装したプリント配線基板（ＰＣＢ）として実現され得る。

トルクセンサ５４１および回転角度センサ５４２が、プロセッサ２００に電気的に接続され、トルクセンサ５４１および回転角度センサ５４２からプロセッサ２００に、トーションバートルクＴ_ｔｏｒおよび回転角度θ_ｈがそれぞれ送信される。車速センサ３００は、車両の動力伝達経路のうちの任意の位置に設けられ得る。例えばＣＡＮ通信により車速センサ３００からプロセッサ２００に車速ｖが送信される。図２に示す例では、通信Ｉ／Ｆ１１４を介して車速センサ３００からプロセッサ２００に車速ｖが送信される。

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

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

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

角度センサ１１２は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ１１２は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ１１２は、モータ５４３のロータの回転角を検出してプロセッサ２００に出力する。制御装置１００は、角度センサ１１２の代わりに、モータの回転速度、加速度を検出する速度センサ、加速度センサを備え得る。

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

プロセッサ２００は、半導体集積回路であり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロプロセッサとも称される。プロセッサ２００は、メモリ１１６に格納された、モータ駆動を制御するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。プロセッサ２００は、ＣＰＵを搭載したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＡＳＳＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ）を含む用語として広く解釈される。プロセッサ２００は、実電流値およびロータの回転角などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。

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

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

メモリ１１６は、記憶装置の一例であり、プロセッサ２００に電気的に接続される。メモリ１１６は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ）または読み出し専用のメモリである。メモリ１１６は、プロセッサ２００にモータ駆動を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。メモリ１１６は、プロセッサ２００に後述の各種演算および各種制御処理を実行させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。

次に、トーションバートルクＴ_ｔｏｒと入力軸５２２の回転角度θ_ｈとを用いて操舵トルクＴ_ｈを取得し、取得した操舵トルクＴ_ｈを用いて手放しの有無を判定する処理を説明する。操舵トルクＴ_ｈは、運転者がハンドル５２１を操舵するときにハンドル５２１に加わるトルクである。

図３は、プロセッサ２００に実装される、入力軸５２２に入力される操舵トルクＴ_ｈを演算する機能を機能ブロック単位で例示する機能ブロック図である。

それぞれの機能ブロックの処理（またはタスク）は、典型的にはソフトウェアのモジュール単位でコンピュータプログラムに記述され、メモリ１１６に格納される。ただし、ＦＰＧＡなどを用いる場合、これらの機能ブロックの全部または一部は、ハードウェア・アクセラレータとして実装され得る。

各機能ブロックをソフトウェア（またはファームウェア）として制御装置１００に実装する場合、そのソフトウェアの実行主体は、プロセッサ２００であり得る。本開示の実施形態に係る制御装置１００は、プロセッサ２００と、プロセッサ２００の動作を制御するプログラムを記憶するメモリ１１６とを備える。プロセッサ２００は、プログラムに従って、（１）トーションバー５４６にかかるトーションバートルクＴ_ｔｏｒと、入力軸５２２の回転角度θ_ｈとから、入力軸５２２に入力された操舵トルクＴ_ｈを演算することと、（２）演算した操舵トルクＴ_ｈと閾値Ｋとを比較することと、（３）演算した操舵トルクＴ_ｈが閾値Ｋを上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、入力軸５２２への運転者の操作の入力が無い手放し状態と判定することと、を実行する。

ここで、ハンドル慣性をＪ_ｈ、ハンドル粘性をＢ_ｈとするとき、操舵トルクＴ_ｈ、トーションバートルクＴ_ｔｏｒ、回転角度θ_ｈの関係は、下記の式（１）により表される。

ハンドル慣性Ｊ_ｈおよびハンドル粘性Ｂ_ｈは、トーションバー５４６よりもハンドル５２１側の材質、重さ、長さ等のうちの少なくとも一つから導出される定数である。

図３を参照して、プロセッサ２００には、トルクセンサ５４１および回転角度センサ５４２からトーションバートルクＴ_ｔｏｒおよび回転角度θ_ｈがそれぞれ送信される。プロセッサ２００は、回転角度θ_ｈを微分して得られる回転角度θ_ｈの変化速度と、ハンドル粘性Ｂ_ｈとを乗算する。また、プロセッサ２００は、回転角度θ_ｈを二階微分して得られる回転角度θ_ｈの変化加速度と、ハンドル慣性Ｊ_ｈとを乗算する。これら二つの乗算結果とトーションバートルクＴ_ｔｏｒとを加算することで、操舵トルクＴ_ｈが算出される。

図４は、運転者がハンドル５２１を手で握って操作している操作状態、および運転者がハンドル５２１から手を放している手放し状態を判定する処理を説明する図である。図４の横軸は操舵トルクＴ_ｈの絶対値を示している。操作状態は、入力軸５２２への運転者の操作の入力が有る状態である。手放し状態は、入力軸５２２への運転者の操作の入力が無い状態である。

プロセッサ２００は、演算した操舵トルクＴ_ｈと閾値Ｋとを比較する。プロセッサ２００は、図４中の矢印２１１に示すように、操舵トルクＴ_ｈが閾値Ｋを上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、操作状態から手放し状態になったと判定する。プロセッサ２００は、図４中の矢印２１２に示すように、演算した操舵トルクＴ_ｈが閾値Ｋを下回る状態から上回る状態へ変化したと判定した場合、手放し状態から操作状態になったと判定する。

入力軸５２２にかかる操舵トルクＴ_ｈの変化は、トーションバー５４６にかかるトーションバートルクＴ_ｔｏｒの変化よりもタイムラグが小さい。従って、トーションバートルクＴ_ｔｏｒのみを用いて手放しの有無を判定する場合と比較して、トーションバートルクＴ_ｔｏｒと回転角度θ_ｈとを用いて取得した操舵トルクＴ_ｈを用いて手放しの有無を判定する方が、運転者がハンドル５２１から手を放してから手放し状態と判定するまでにかかる時間を短くすることができる。また、手放し状態から操作状態になったと判定するまでにかかる時間を短くすることができる。

プロセッサ２００は、トーションバートルクＴ_ｔｏｒ、回転角度θ_ｈの変化速度、回転角度θ_ｈの変化加速度を組み合わせて、操舵トルクＴ_ｈを演算する。回転角度θ_ｈの変化速度および変化加速度を利用するという簡易な演算により、操舵トルクＴ_ｈの変化をより早く検出することができる。トーションバートルクＴ_ｔｏｒおよび回転角度θ_ｈから算出されるパラメータのみを用いて操舵トルクＴ_ｈを演算することで、操舵トルクＴ_ｈの変化をより早く検出することができる。

なお、操作状態から手放し状態への変化の判定に用いる閾値と、手放し状態から操作状態への変化の判定に用いる閾値とは互いに異なっていてもよい。図５は、操作状態および手放し状態を判定する処理の別の例を説明する図である。図５の横軸は操舵トルクＴ_ｈの絶対値を示している。

図５に示す例では、操作状態にあるとき、プロセッサ２００は、演算した操舵トルクＴ_ｈと閾値Ｋ１とを比較する。プロセッサ２００は、図５中の矢印２１１に示すように、操舵トルクＴ_ｈが閾値Ｋ１を上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、操作状態から手放し状態になったと判定する。

一方、手放し状態にあるとき、プロセッサ２００は、演算した操舵トルクＴ_ｈと閾値Ｋ２とを比較する。閾値Ｋ２は閾値Ｋ１よりも大きい。プロセッサ２００は、図５中の矢印２１２に示すように、演算した操舵トルクＴ_ｈが閾値Ｋ２を下回る状態から上回る状態へ変化したと判定した場合、手放し状態から操作状態になったと判定する。

図５に示す例では、第１閾値Ｋ１は第２閾値Ｋ２よりも小さく設定している。これにより、振動等の外乱による誤判定を抑制することができる。

プロセッサ２００は、ハンドル５２１が操作されている場合に、入力軸５２２を中立位置へ復帰させる方向へ駆動力を付与する戻り駆動と、入力軸５２２の中立位置への急激な復帰を抑制するためのダンパ駆動とをモータ５４３に実行させる。ここで、中立位置は、車両が直進走行を行えるハンドル５２１の位置のことである。

プロセッサ２００は、運転者による入力軸５２２を回転させるハンドル操作がなされている場合、モータ５４３を戻り駆動させるための戻りトルク（アクティブリターントルク）を演算する。プロセッサ２００は、手放し状態と判定した場合、モータ５４３をダンパ駆動させるためのダンパ駆動トルクを演算する。また、戻りトルクも演算する。

プロセッサ２００は、戻りトルクとダンパ駆動トルクとを用いてモータ５４３を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。駆動回路１１５はＰＷＭ信号に従ってモータ５４３を駆動する。これにより、入力軸５２２の中立位置への急激な復帰を抑制しながら、入力軸５２２を中立位置へ復帰させることができる。

図６は、プロセッサ２００に実装される機能を機能ブロック単位で示す機能ブロック図である。図６に示す例では、プロセッサ２００は、ベースアシスト制御部２１０、戻り制御部２３０、ダンパ制御部２４０、安定化補償器２５０、モータ制御部２６０、加算器２７２および２７３を有する。典型的には、それぞれの部に相当する機能ブロックの処理（またはタスク）は、ソフトウェアのモジュール単位でコンピュータプログラムに記述され、メモリ１１６に格納される。ただし、ＦＰＧＡなどを用いる場合、これらの機能ブロックの全部または一部は、ハードウェア・アクセラレータとして実装され得る。

プロセッサ２００は、入力として、トルクセンサ５４１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｏｒ、車速センサ３００によって検出される車速ｖ、回転角度センサ５４２によって検出される回転角度θ_ｈ、および入力軸５２２の回転速度ωを取得する。回転速度ωは、ハンドル５２１の回転速度（操舵速）に実質的に等しい。例えば、ＥＰＳ１０００が、入力軸５２２の回転速度を検出する速度センサを備えている場合には、プロセッサ２００は、その速度センサの出力信号から回転速度ωを取得することができる。また、入力軸５２２の回転角度θ_ｈの検出に用いる回転角度センサ５４２の出力信号から角速度を演算することにより回転速度ωを取得してもよい。

ベースアシスト制御部２１０は、入力としてトーションバートルクＴ_ｔｏｒおよび車速ｖを取得し、それらの信号に基づいてベースアシストトルクＴ_ＢＡＳＥを生成して出力する。ベースアシスト制御部２１０の典型例は、トーションバートルクＴ_ｔｏｒおよび車速ｖと、ベースアシストトルクＴ_ＢＡＳＥとの対応を規定するテーブル（いわゆる、ルックアップテーブル）である。ベースアシスト制御部２１０は、トーションバートルクＴ_ｔｏｒおよび車速ｖに基づいてベースアシストトルクＴ_ＢＡＳＥを決定する。

図７は、戻り制御部２３０の機能を説明するための機能ブロックを示す。戻り制御部２３０は、入力として車速ｖおよび回転角度θ_ｈを取得し、それらに基づいてアクティブリターントルクＴ_ＡＲを生成する。戻り制御部２３０は、戻りトルク演算部２３１、車速ゲイン補正部２３２、乗算器２３３および位相補償器２３４を有する。戻りトルク演算部２３１は、回転角度θ_ｈとアクティブリターントルク（戻りトルク）との対応を規定したテーブルであり、回転角度θ_ｈに応じたアクティブリターントルクが決定される。車速ゲイン補正部２３２は、車速ｖとアクティブリターントルクに対するゲインｇ_ａとの対応を規定するテーブルである。車速ゲイン補正部２３２によって、車速ｖに応じたゲインｇ_ａが決定される。乗算器２３３は、戻りトルク演算部２３１で決定されたアクティブリターントルクに、車速ゲイン補正部２３２で決定されたゲインｇ_ａを乗算する。位相補償器２３４は、乗算器２３３の乗算結果に位相遅れ補償または位相進み補償を適用することにより、アクティブリターントルクＴ_ＡＲを生成する。

図８は、ダンパ制御部２４０の機能を説明するための機能ブロックを示す。ダンパ制御部２４０は、入力として回転速度ω、トーションバートルクＴ_ｔｏｒ、車速ｖおよび回転角度θ_ｈを取得し、それらに基づいてダンパ駆動トルクＴ_Ｄを生成する。ダンパ制御部２４０は、マップ２４１、２４２、２４３、行き戻り判定部２４４、乗算器２４５、２４６を有する。

マップ２４１は、回転速度ωとトルクとの対応を規定したマップであり、回転速度ωに応じたトルクが決定される。マップ２４２は、トーションバートルクＴ_ｔｏｒとトルクとの対応を規定したマップであり、トーションバートルクＴ_ｔｏｒに応じたトルクが決定される。マップ２４３は、車速ｖとトルクとの対応を規定したマップであり、車速ｖに応じたトルクが決定される。乗算器２４５は、マップ２４１、２４２、２４３の出力信号同士を乗算し、乗算値を出力する。

行き戻り判定部２４４には、回転速度ω、トーションバートルクＴ_ｔｏｒ、車速ｖ、回転角度θ_ｈが入力される。行き戻り判定部２４４は、それらの入力に基づいて、操舵角の絶対値が増加しているか減少しているか等の操舵状態を数値化した行き戻りレシオを演算する。乗算器２４６は、乗算器２４５の出力と行き戻りレシオとを乗算し、ダンパ駆動トルクＴ_Ｄを生成する。

図６を参照して、安定化補償器２５０は、ベースアシストトルクＴ_ＢＡＳＥに位相遅れ補償または位相進み補償を適用することにより、安定化補償トルクを生成する。加算器２７２は、安定化補償器２５０から出力される安定化補償トルクに、戻り制御部２３０から出力されるアクティブリターントルクＴ_ＡＲを加算する。加算器２７３は、加算器２７２の加算値に、ダンパ制御部２４０から出力されるダンパ駆動トルクＴ_Ｄを加算し、モータの駆動の制御に用いるトルク指令値Ｔ_ｒｅｆが生成される。なお、加算器２７２および／または加算器２７３の出力も、加算器２７１の出力と同様に、安定化補償器２５０に入力してもよい。

モータ制御部２６０は、電流制御部と称される場合がある。モータ制御部２６０は、トルク指令値Ｔ_ｒｅｆに基づいて電流指令値を生成し、例えばベクトル制御に従って電流指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。

図９および図１０は、手放し状態と操作状態との間の変化を検出する処理のシミュレーション結果を示す図である。図９および図１０それぞれの縦軸はトルク、横軸は時間を示している。
図中の破線は閾値Ｋを示している。一点鎖線は、運転者がハンドル５２１を操舵するときにハンドル５２１に加わる操舵トルクを示している。点線は、トーションバートルクＴ_ｔｏｒを示している。実線は、上述の演算で求めた操舵トルクＴ_ｈを示している。

図９および図１０は、１．０秒から５．０秒まで一定の操舵トルクをハンドル５２１に加え、その後にハンドル５２１に加える操舵トルクをゼロにしたときのシミュレーション結果を示している。

図９を参照して、操舵トルクをハンドル５２１に加えてから、トーションバートルクＴ_ｔｏｒが閾値Ｋ以上になるのに２０ｍｓ掛かっているのに対し、演算した操舵トルクＴ_ｈは４ｍｓで閾値Ｋ以上になっている。図１０を参照して、ハンドル５２１に加える操舵トルクをゼロにしてから、トーションバートルクＴ_ｔｏｒが閾値Ｋ未満になるのに１８ｍｓ掛かっているのに対し、演算した操舵トルクＴ_ｈは３ｍｓで閾値Ｋ未満になっている。本実施形態の演算で求めた操舵トルクＴ_ｈを用いることで、手放し状態と操作状態との間の変化を早く検出できることが分かる。

図１１は、ハンドル５２１の戻り特性のシミュレーション結果を示す図である。図１１の縦軸は回転角度、横軸は時間を示している。

実線３０１は、本実施形態の演算で求めた操舵トルクＴ_ｈを用いて手放し状態を判定したときの、ハンドル５２１の戻り特性を示している。点線３０２は、トーションバートルクＴ_ｔｏｒのみを用いて手放し状態を判定したときの、ハンドル５２１の戻り特性を示している。本実施形態の演算で求めた操舵トルクＴ_ｈを用いた場合、ダンパ制御が早く作動する(ブレーキする)ことになり、ハンドル５２１のオーバーシュートが改善していることが分かる。

本実施形態によれば、手放し状態と操作状態との間の変化を早く検出できる。これにより、手動運転から自動運転の切り替え、および自動運転から手動運転の切り替えを早く行うことができる。

本開示の実施形態は、例えば、車両に搭載される電動パワーステアリング装置を制御するための制御装置に利用され得る。

１００：制御装置（ＥＣＵ）、１１６：記憶装置（メモリ）、２００：プロセッサ、５２１：ハンドル、５４３：モータ、５４６：トーションバー、１０００：電動パワーステアリング装置

Claims (13)

1. 入力軸と出力軸とを有する操舵系へ駆動力を付与するモータの制御に用いられる制御装置であって、
   プロセッサと、
   前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶する記憶装置と、
   を備え、
   前記プロセッサは、前記プログラムに従って、
   運転者の操作が入力される前記入力軸と前記モータにより駆動力が付与される前記出力軸との間に設けられるトーションバーにかかるトーションバートルクと、前記入力軸の回転角度とから、前記入力軸に入力された操舵トルクを演算し、
   演算した前記操舵トルクと閾値とを比較し、
   演算した前記操舵トルクが前記閾値を上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、前記入力軸への前記運転者の操作の入力が無い手放し状態と判定する、制御装置。
2. 前記プロセッサは、前記トーションバートルクと前記回転角度の変化加速度とを組み合わせて前記操舵トルクを演算する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記プロセッサは、前記トーションバートルクと前記回転角度の変化速度とを組み合わせて前記操舵トルクを演算する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記プロセッサは、前記トーションバートルクおよび前記回転角度から算出されるパラメータを用いて前記操舵トルクを演算する、請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. ＪｈおよびＢｈを前記トーションバーよりもハンドル側の材質、重さ、長さの少なくとも一つから導出される定数としたとき、前記プロセッサは、
   （操舵トルク）＝（トーションバートルク）＋Ｊｈ・（回転角度の変化加速度）＋Ｂｈ・（回転角度の変化速度）
   の関係から前記操舵トルクを演算する、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記プロセッサは、演算した前記操舵トルクが前記閾値を下回る状態から上回る状態へ変化したと判定した場合、前記入力軸への前記運転者の操作の入力が有る操作状態と判定する、請求項１から５のいずれかに記載の制御装置。
7. 前記操作状態から前記手放し状態への変化を判定する前記閾値を第１閾値とし、
   前記手放し状態から前記操作状態への変化を判定する前記閾値を第２閾値とする場合、
   前記第１閾値は前記第２閾値よりも小さい、請求項６に記載の制御装置。
8. 前記モータは、ハンドルが操作されている場合に、前記入力軸を中立位置へ復帰させる方向へ駆動力を付与する戻り駆動と、前記入力軸の前記中立位置への急激な復帰を抑制するためのダンパ駆動とを実行可能であって、
   前記プロセッサは、前記手放し状態と判定した場合、前記モータを前記ダンパ駆動させるためのダンパ駆動トルクを演算する、請求項１から７のいずれかに記載の制御装置。
9. 前記プロセッサは、
   前記モータを前記戻り駆動させるための戻りトルクを演算し、
   前記ダンパ駆動トルクと前記戻りトルクとを用いてトルク指令値を演算し、
   前記トルク指令値に基づいて前記モータを制御する、請求項８に記載の制御装置。
10. 前記プロセッサは、
    前記運転者による前記入力軸を回転させるハンドル操作がなされている場合、前記モータを前記戻り駆動させるための戻りトルクを演算し、
    前記手放し状態と判定した場合、前記戻りトルクの演算に加えて、前記ダンパ駆動トルクを演算する、請求項８または９に記載の制御装置。
11. モータと、
    請求項１から１０のいずれかに記載の制御装置と、
    を備える、モータモジュール。
12. 請求項１０に記載のモータモジュールと、
    前記トーションバートルクを検出するトルクセンサと、
    前記回転角度を検出する角度センサと、
    を備える、電動パワーステアリング装置。
13. 入力軸と出力軸とを有する操舵系へ駆動力を付与するモータを制御する制御方法であって、
    運転者の操作が入力される前記入力軸と前記モータにより駆動力が付与される前記出力軸との間に設けられるトーションバーにかかるトーションバートルクと、前記入力軸の回転角度とから、前記入力軸に入力された操舵トルクを演算することと、
    演算した前記操舵トルクと閾値とを比較することと、
    演算した前記操舵トルクが前記閾値を上回る状態から下回る状態へ変化したと判定した場合、前記入力軸への前記運転者の操作の入力が無い手放し状態と判定することと、
    を包含する、制御方法。

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