JP6106012B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリングモータにより目標とする操舵トルクを出力する操舵制御装置に関する。

近年、交通事故の低減やドライバの負担を軽減することを目的として、車両の車線逸脱を防止するように操舵を支援補助する車線維持支援制御の技術が開発されている。例えば、特開平１１−７８９５３号公報（以下、特許文献１）では、ＣＣＤカメラを通じて得た道路区分線に沿って車両を走行させるように操舵トルクをアシストする車両用操舵装置の技術が開示されている。このような車線維持支援制御（操舵支援制御）においては、システムが目標経路を設定し、経路に沿うように、目標横加速度、目標ヨーレート、目標操舵角等の旋回目標値を決定する。そして、電動パワーステアリングシステムを用いて本機能を実現する場合、旋回目標値に対して適切な目標操舵トルクが決定される。この旋回目標値に対する目標操舵トルクの決定方法は、車両質量やタイヤの種類・走行路面等の状況に応じて変化するため、旋回目標値に対して実旋回量をセンサにより取得し、フィードバック制御を行う構成が考えられる。しかし、このフィードバック制御では、操舵支援制御システムで設定される旋回目標値とドライバが想定する旋回目標値との間に差異が生じた場合には、ドライバの操舵トルクを妨げる方向にフィードバック制御が働くため、制御システムとの干渉感が顕著となってしまうことから、できるだけ旋回目標値に対してフィードフォワード制御を主体とした支援方式が望ましい。

このフィードフォワード制御を高精度に実現するためには、旋回目標値で発生するセルフアライニングトルクや摩擦トルク等の外力トルクを事前に精度良く把握する必要があるが、これらのパラメータは、上述のとおり車両質量やタイヤ種類等の状況で変化するため、旋回目標値に対する操舵系に入力されるトルク成分との関係を精度良くオンラインで計測・推定できる必要がある。例えば、特開２００３−１２７８８８号公報（以下、特許文献２）では、外力トルクの推定値を、モータ発生トルク及びドライバトルクを推定し、オンラインで同定する技術が開示されている。

特開平１１−７８９５３号公報 特開２００３−１２７８８８号公報

しかしながら、上述の操舵支援制御システムのような電動パワーステアリングモータの発生するトルクが支配的な制御においては、上述の特許文献２の技術で開示されている、モータ電流から操舵系の回動軸回りのトルク（ピニオントルク）を推定する手法では、ウォームギア等のギアを介してトルクが伝達される際の、操舵状態（操舵の切り増しや切り戻し）における変換特性の変化が考慮されていないため、セルフアライニングトルクや摩擦トルクの高精度な推定ができず、その結果、フィードフォワード制御を十分な精度で行うことができないという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、操舵状態（操舵の切り増しや切り戻し）における電動パワーステアリングモータからトルクが伝達される際の変換特性の変化を考慮し、設定される目標操舵トルクに対して、操舵角に応じ、操舵の切り増し時、或いは、切り戻し時の電動パワーステアリングモータのトルク値（若しくはモータ電流値）を適切に設定して精度良く制御することができる操舵制御装置を提供することを目的としている。

本発明の操舵制御装置の一態様は、電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出手段と、操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定する操舵状態判定手段と、上記電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクの補正量を上記操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定するトルク補正量設定手段と、上記操舵の切り増しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、上記操舵の切り戻しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り戻し時の補正量で補正する目標操舵トルク補正手段と、上記補正した目標操舵トルクが出力されて上記電動パワーステアリングモータを駆動する電動パワーステアリングモータ駆動手段とを備え、上記トルク補正量設定手段が設定する上記操舵の切り増し時の補正量は、予め設定する操舵切り増し補正ゲインを操舵角に乗算して算出するものであって、上記電動パワーステアリングモータによるモータトルクとドライバによるドライバトルクが操舵系に作用する外力トルクを推定する外力トルク推定手段を有し、上記操舵切り増し補正ゲインは、操舵の切り増し時における上記ドライバトルクが作用していない場合の上記モータトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きと上記モータトルクが作用していない場合の上記ドライバトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きとに基づいて算出し、上記目標操舵トルク補正手段は、上記目標操舵トルクから上記操舵の切り増し時の補正量を加減算して上記操舵の切り増し時における目標操舵トルクを算出する。また、本発明の操舵制御装置の他の一態様は、電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出手段と、操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定する操舵状態判定手段と、上記電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクの補正量を上記操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定するトルク補正量設定手段と、上記操舵の切り増しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、上記操舵の切り戻しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り戻し時の補正量で補正する目標操舵トルク補正手段と、上記補正した目標操舵トルクが出力されて上記電動パワーステアリングモータを駆動する電動パワーステアリングモータ駆動手段とを備え、上記トルク補正量設定手段が設定する上記操舵の切り増し時の補正量は、予め設定する操舵切り増し補正ゲインを操舵角に乗算して算出するものであって、上記電動パワーステアリングモータによるモータトルクとドライバによるドライバトルクが操舵系に作用する外力トルクを推定する外力トルク推定手段を有し、上記操舵切り増し補正ゲインは、操舵の切り増し時における上記ドライバトルクが作用していない場合の上記モータトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きと操舵の切り戻し時における上記ドライバトルクが作用していない場合の上記モータトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きとに基づいて算出し、上記目標操舵トルク補正手段は、上記目標操舵トルクから上記操舵の切り増し時の補正量を加減算して上記操舵の切り増し時における目標操舵トルクを算出する。更に、本発明の操舵制御装置の他の異なる一態様は、電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出手段と、操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定する操舵状態判定手段と、上記電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクの補正量を上記操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定するトルク補正量設定手段と、上記操舵の切り増しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、上記操舵の切り戻しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り戻し時の補正量で補正する目標操舵トルク補正手段と、上記補正した目標操舵トルクが出力されて上記電動パワーステアリングモータを駆動する電動パワーステアリングモータ駆動手段とを備え、上記トルク補正量設定手段が設定する上記操舵の切り増し時の補正量は、予め設定する操舵切り増し補正ゲインを操舵角に乗算して算出するものであって、上記電動パワーステアリングモータによるモータトルクとドライバによるドライバトルクが操舵系に作用する外力トルクを推定する外力トルク推定手段を有し、操舵角と外力トルクとのヒステリシス特性で操舵方向が変化した操舵角におけるヒステリシス幅を計測し、操舵角と該ヒステリシス幅の特性に基づいて操舵角に対するヒステリシス幅の傾きを算出し、上記操舵角に対するヒステリシス幅の傾きが正の場合は上記操舵切り増し補正ゲインを前回の値に対して減少する方向に補正する一方、上記操舵角に対するヒステリシス幅の傾きが負の場合は上記操舵切り増し補正ゲインを前回の値に対して増加する方向に補正して求め、上記目標操舵トルク補正手段は、上記目標操舵トルクから上記操舵の切り増し時の補正量を加減算して上記操舵の切り増し時における目標操舵トルクを算出する。

本発明による操舵制御装置によれば、操舵状態（操舵の切り増しや切り戻し）における電動パワーステアリングモータからトルクが伝達される際の変換特性の変化を考慮し、設定される目標操舵トルクに対して、操舵角に応じ、操舵の切り増し時、或いは、切り戻し時の電動パワーステアリングモータのトルク値（若しくはモータ電流値）を適切に設定して精度良く制御することが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の操舵系の構成説明図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る車線維持支援制御プログラムのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る切り増し補正ゲインＫfi算出ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係るフィードフォワード演算項で用いる白線の曲率の説明図である。 本発明の実施の一形態に係るフィードバック演算項で用いる自車両の予測される走行位置での左右両白線の中心からのずれ量の説明図である。 本発明の実施の一形態に係るフィードバック演算項で用いる自車両の走行姿勢に基づく演算の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る切り戻しゲインの特性説明図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵角に対する外力トルクの操舵切り増し、切り戻しのそれぞれの場合のリファレンストルクとアシストトルクの説明図である。 本発明の実施の一形態に係る切り増し補正ゲインＫfiの更新設定の説明図で、図１０（ａ）は操舵角と外力トルクとのヒステリシス特性で操舵方向が変化した操舵角におけるヒステリシス幅の説明図を示し、図１０（ｂ）は操舵角に対するヒステリシス幅の座標の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る車速に応じた切り増し補正ゲインＫfiの特性の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る設定される目標操舵トルクと該目標操舵トルクを実現するための目標電流の説明図で、図１２（ａ）は設定される目標操舵トルクの一例を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の目標操舵トルクを実現するために設定される目標電流の一例を示す。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は操舵角をドライバ入力と独立して設定自在な電動パワーステアリング装置を示し、この電動パワーステアリング装置１は、ステアリング軸２が、図示しない車体フレームにステアリングコラム３を介して回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、また、エンジンルーム側へ延出する端部には、ピニオン軸５が連設されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオンが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。従って、ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン軸（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５にアシスト伝達機構１１を介して、電動モータパワーステアリングモータ（電動モータ）１２が連設されており、この電動モータ１２にてステアリングホイール４に加える操舵トルクのアシスト、及び、設定された操舵角となるような操舵トルクの付加が行われる。電動モータ１２は、後述する操舵制御部２０で設定する目標操舵角θpdとなるように、目標電流Ｉcmdが制御量として電動パワーステアリングモータ駆動手段としてのモータ駆動部２１に出力されて、モータ駆動部２１により駆動される。尚、操舵制御部２０は、操舵トルクのアシスト機能も備えているが、本実施の形態では、操舵トルクのアシスト機能については説明を省略する。

操舵制御部２０には、走行路の形状として前方の左右白線を認識して白線位置情報を取得する前方認識装置３１、車速Ｖを検出する車速センサ３２、操舵角θｐを検出する操舵角センサ３３、操舵トルクＴsensを検出する操舵トルクセンサ３４、ヨーレート（ｄθ／ｄｔ：θはヨー角を示す）を検出するヨーレートセンサ３５、横加速度ａｙを検出する横加速度センサ３６が接続されている。

前方認識装置３１は、例えば、車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する１組のＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラからの画像データを処理するステレオ画像処理装置とから構成されている。

前方認識装置３１のステレオ画像処理装置における、ＣＣＤカメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、ＣＣＤカメラで撮像した自車両の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を求め、距離画像を生成する。

白線データの認識では、白線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の白線の位置を画像平面上で特定する。この白線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。自車両の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、例えば、図５に示すように、ステレオカメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸、車長方向（距離方向）をｚ軸とする。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。道路モデルは、道路上の自車両の走行レーンを距離方向に複数区間に分割し、各区間における左右の白線を所定に近似して連結することによって表現される。

そして、操舵制御部２０は、上述の各入力信号を基に、走行路を走行するのに必要な目標操舵角θpdを算出し、該目標舵角θpdに応じて電動モータ１２が発生する目標操舵トルクＴcmdを算出し、目標舵角θpdと操舵角θｐから操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定し、目標操舵トルクＴcmdの補正量を操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定し、操舵の切り増しの場合は、目標操舵トルクＴcmdを操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、操舵の切り戻しの場合は、目標操舵トルクＴcmdを操舵の切り戻し時の補正量で補正し、補正した目標操舵トルクＴcmdを目標電流Ｉcmdに変換してモータ駆動部２１に出力して電動モータ１２を駆動する。

このため、操舵制御部２０は、図２に示すように、目標操舵角算出部２０ａ、切り戻しゲイン設定部２０ｂ、目標操舵トルク算出部２０ｃ、操舵状態判定部２０ｄ、補正ゲイン算出部２０ｅ、切り戻し時目標電流算出部２０ｆ、切り増し時目標電流算出部２０ｇから主要に構成されている。

目標操舵角算出部２０ａは、前方認識装置３１から認識された画像情報が入力され、車速センサ３２から車速Ｖが入力され、ヨーレートセンサ３５からヨーレート（ｄθ／ｄｔ）が入力され、横加速度センサ３６から横加速度ａｙが入力される。そして、例えば、以下の（１）式により、前方走行路に沿って走行するのに必要な目標操舵角θpdを算出する。
θpd＝Ｇff・κ＋Ｇfb1・（（ｘｒ＋ｘｌ）／２−ｘｖ）
＋Ｇfb2・（（θtr＋θtl）／２−θ） …（１）

上述の（１）式の第１演算項「Ｇff・κ」は、フィードフォワードの演算項を示し、Ｇffはフィードフォワードゲインを示し、κは、例えば、以下の（２）式で示すような、車線曲率を示す。
κ＝（κｒ＋κｌ）／２ …（２）
ここで、κｒは右白線による曲率成分であり、κｌは左白線による曲率成分である。これら、左右白線の曲率成分κｒ，κｌは、具体的には、図５に示すような、左右白線のそれぞれを構成する点に関して、二次の最小自乗法によって計算された二次項の係数を用いることによって定められる。例えば、ｘ＝Ａ・ｚ^２＋Ｂ・ｚ＋Ｃの二次式で白線を近似した場合、Ａの値が曲率成分として用いられる。尚、これら白線の曲率成分κｒ、κｌは、それぞれの白線の曲率そのものでも良い。

また、上述の（１）式の第２演算項「Ｇfb1・（（ｘｒ＋ｘｌ）／２−ｘｖ）」は、フィードバックの演算項を示し、Ｇfb1はフィードバックゲインを示し、ｘｖは車両の前方注視点のｚ座標におけるｘ座標である。この前方注視点とは、本実施の形態においては、例えば、図６に示すように、予め設定しておいた予見時間Ｔ（例えば、１．２秒）経過後に自車両が存在すると予測される点である。この前方注視点におけるｚ座標ｚｖは、例えば、ｚｖ＝Ｔ・Ｖで算出される。尚、単純に、前方の予め設定する距離の点としても良い。

従って、前方注視点のｘ座標ｘｖは、車両の諸元や車両固有のスタビリティファクタＡ等を用いる場合には、例えば、以下の（３）式で算出することができる。また、車両速度Ｖやヨーレート（ｄθ／ｄｔ）を用いる場合には、以下の（４）式で算出することができる。
ｘｖ＝（１／２）・（１／（１＋Ａ・Ｖ^２））・（θｐ／Ｌｗ）・（Ｖ・Ｔ）^２
…（３）
ｘｖ＝（１／２）・（ｄθ／ｄｔ）／Ｖ・（Ｖ・Ｔ）^２ …（４）
ここで、Ｌｗはホイールベースである。

また、（１）式における、ｘｒは前方注視点のｚ座標における右白線のｘ座標であり、ｘｌは前方注視点のｚ座標における左白線のｘ座標である。

従って、（１）式の第２演算項は、図６に示すように、前方注視点と左右白線の中心点とのｘ座標偏差の演算項となっており、前方認識装置３１で認識した自車両の予測される走行位置を基準とした左右白線の形状に基づいた演算項となっている。

また、（１）式の第３演算項「Ｇfb2・（（θtr＋θtl）／２−θ）」は、フィードバック演算項を示し、Ｇfb2はフィードバックゲインを示し、図７に示すように、θtrは前方認識装置３１からの画像情報による右白線に対する自車両の傾き、θtlは前方認識装置３１からの画像情報による左白線に対する自車両の傾きである。尚、これら、θtr、θtlは、例えば、画像情報で得られる白線の各点に対して、二次の最小二乗法によって計算された、一次項の係数（すなわち、白線を、ｘ＝Ａ・ｚ^２＋Ｂ・ｚ＋ｃの式で近似した際のＢの値）を用いる。

従って、（１）式の第３演算項は、図７に示すように、前方認識装置３１で認識した白線に対する自車両の走行姿勢（ヨー角θ）の演算項となっている。

上述のように、（１）式により算出される目標操舵角θpdは、切り戻しゲイン設定部２０ｂ、操舵状態判定部２０ｄ、切り戻し時目標電流算出部２０ｆ、切り増し時目標電流算出部２０ｇに出力される。尚、本実施の形態では、目標操舵角θpdを上述の（１）式で算出するようになっているが、これに限定するものではなく、他の算出式（例えば、フィードバック演算項が異なる式等）で算出するものであっても良い。

以下、切り戻しゲイン設定部２０ｂ、目標操舵トルク算出部２０ｃ、操舵状態判定部２０ｄ、補正ゲイン算出部２０ｅ、切り戻し時目標電流算出部２０ｆ、切り増し時目標電流算出部２０ｇの構成は、目標操舵角算出部２０ａで算出した目標操舵角θpdを実現するための目標電流Ｉcmdを求め、出力する構成となっているため、本発明の原理と共に説明する。

すなわち、操舵系の外力トルクＴextの推定式は、操舵系の回動軸としてピニオン軸周りの運動方程式は、以下の（５）式で表現される。
Ｊ・（ｄ^２θｐ／ｄｔ^２）＋Ｃ・（ｄθｐ／ｄｔ）＝Ｔmtr＋Tdrv−Ｔext …（５）
ここで、Ｊはピニオン軸周りの操舵系慣性モーメント、Ｃは粘性摩擦係数、Ｔmtrは電動モータパワーステアリングモータ（電動モータ）のトルク（アシストトルク）、Tdrvはドライバトルクを示す。

上述の（５）式を外力トルクＴextについて変形すると、以下の（６）式が得られる。
Ｔext＝Ｔmtr＋Tdrv−（Ｊ・（ｄ^２θｐ／ｄｔ^２）＋Ｃ・（ｄθｐ／ｄｔ））…（６）
ここで、「（Ｊ・（ｄ^２θｐ／ｄｔ^２）＋Ｃ・（ｄθｐ／ｄｔ））」の演算項は、操舵の過渡項であり、操舵角変化が無視できる範囲においては、この過渡項を「０」と近似して、以下の（７）式を得ることができる。
Ｔext＝Ｔmtr＋Tdrv …（７）

一方、上述の外力トルクＴextの内訳は、以下の（８）式となる。
Ｔext＝Ｔsat＋Ｔjkup＋Ｔfric＋Ｔdis …（８）
ここで、Ｔsatはセルフアライニングトルク、Ｔjkupは車両のジャッキアップトルク、Ｔfricは摩擦トルク、Ｔdisは路面勾配・風等の外乱トルクである。

すなわち、（８）式からも明らかなように、外力トルクＴextは、セルフアライニングトルクＴsat、車両のジャッキアップトルクＴjkup等の操舵角依存項と、摩擦トルクＴfric、外乱トルクＴdis等の操舵角非依存項の要素に大別できるため、以下の（９）式により表現される。
Ｔext＝Ｋ・θｐ＋Ｔfric＋Ｔdis …（９）
ここで、Ｋは操舵角比例トルクゲインである。

上述の（５）式において、ドライバトルクTdrvは、ドライバの発生するピニオン軸周りのトルクであり、トーションバー軸に備えられているトルクセンサ（操舵トルクセンサ３４）によって検出される。すなわち、
Ｔdrv＝Ｔsens …（１０）

また、上述の（５）式において、電動モータのトルクＴmtrは、アシストトルクであり、シャント抵抗等によって検出されたモータ電流値を基に、以下の（１１）式を用いて推定される。
Ｔmtr＝η・ｒgr・Ｋｔ・Ｉｍ …（１１）
ここで、Ｋｔはモータトルク定数、Ｉｍはモータ電流値、ηは減速機伝達効率、ｒgrは減速機によるモータ軸トルクからピニオン軸トルクへの倍率である。

そして、ピニオンアシスト方式の電動パワーステアリングシステムにおいて、アシストトルクが無い状態で操舵角θｐを変化させるために必要なトルクをリファレンストルクとする。このリファレンストルクを計測するため、（７）式において、電動モータを非作動状態（Ｔmtr＝０）とした、以下の（１２）式により、リファレンストルクの計測を行う。すなわち、（１２）式は、ドライバトルクＴdrvから外力トルクＴextを推定する式であり、操舵トルクセンサ３４により計測されることを示す。
Ｔext＝Ｔdrv＝Ｔsens …（１２）
次に、電動モータのアシストトルクＴmtrの特性を検証するため、（６）式の過渡項を除外した（７）式で、ドライバがハンドル手放し状態（Ｔdrv＝０）とした、以下の（１３）式により、外力トルクＴextの計測を行った。
Ｔext＝Ｔmtr＝η・ｒgr・Ｋｔ・Ｉｍ …（１３）
以上の計測結果を、図９に示す。
図９より、操舵切り増し時に、リファレンストルクとアシストトルクとの乖離が顕著であり、一方、操舵切り戻し時には、リファレンストルクとアシストトルクとは略同等の値をとる。また、アシストトルクは切り増し時に、リファレンストルクよりも多くのトルクを発生させなければ操舵角θｐを発生できない。これは、リファレンストルクのように減速機を介さない場合と、アシストトルクのように減速機を介してトルクが伝達される場合の特性差と考えることができる。

リファレンストルクの傾きが、前述の（９）式におけるセルフアライニングトルクＴsat等の操舵角依存項に関する操舵角比例トルクゲインＫと考えられるが、アシストトルクから（１３）式を用いて推定した外力トルクＴextは、この操舵の切り増し時に顕著にみられる特性変動を考慮せず、セルフアライニングトルクＴsatの推定や、摩擦トルクＴfricの推定等を実施すると、過大なセルフアライニングトルクＴsatの値や摩擦トルクＴfricの値等として推定されてしまう。また、逆に、適切に推定されたセルフアライニングトルクＴsatの値を用いて制御を行おうとした場合には、操舵切り増し時にモータトルクが不足してしまう虞がある。

本願の発明者は、このような技術的課題に着目して本願を想到するに至ったものである。セルフアライニングトルクＴsat及び摩擦トルクＴfric等を精度良く推定するために、電動モータのアシストトルクによる外力トルクＴextの推定成分については、操舵の切り増し時の外力トルク増加分をリファレンストルクに適合するよう補正する必要がある。また、制御においては目標操舵トルクＴcmd、若しくは目標電流Ｉcmdに対して操舵の切り増し時に補正を行う必要がある。操舵角θｐが小さい領域では、この補正分を操舵角θｐによる線形ゲインで近似できる。よって、本特性を考慮し、操舵角依存の補正ゲインとしてモータ電流値からアシストトルクを推定する（１１）式を、以下の（１４）、（１５）式のように修正する。

・操舵の切り増し状態
Ｔmtr＝η・ｒgr・Ｋｔ・Ｉｍ±Ｋfi・θｐ …（１４）
ここで、Ｋfiは切り増し補正ゲイン（符号は操舵方向に依る）である。

・操舵の切り戻し状態
Ｔmtr＝η・ｒgr・Ｋｔ・Ｉｍ±Ｋfd・θｐ …（１５）
ここで、Ｋfdは切り戻し補正ゲイン（符号は操舵方向に依る）である。

以上の、切り増し補正ゲインＫfi、切り戻し補正ゲインＫfdは、操舵角θｐ−リファレンストルクの傾きに対する、操舵角θｐ−アシストトルクの傾きの差で表される。また、切り戻し補正ゲインＫfdは、図９からも明らかなように、特に操舵角θｐの絶対値が小さい領域では、Ｋfi＞Ｋfd≒０と近似され、（１５）式は、（１３）式となる。換言すれば、操舵の切り戻し時のアシストトルクは、リファレンストルクと略同じ値となるため、操舵の切り増し時の補正量「Ｋfi・θｐ」を求めることにより、操舵の切り増し、操舵の切り戻しの操舵状態におけるモータトルクＴmtrを精度良く求めることができるようになる。

次に、切り戻しゲイン設定部２０ｂ〜切り増し時目標電流算出部２０ｇの各構成について詳述する。
切り戻しゲイン設定部２０ｂは、車速センサ３２から車速Ｖが入力され、目標操舵角算出部２０ａから目標操舵角θpdが入力される。そして、予め実験、計算、学習等により設定しておいた、図８に示すような、車速Ｖに応じたマップを参照し、切り戻しゲインＫｄを設定する。更に、切り戻しゲイン設定部２０ｂでは、切り戻しゲインＫｄに目標操舵角θpdを乗算（Ｋｄ・θpd）して目標操舵トルク算出部２０ｃに出力する。

目標操舵トルク算出部２０ｃは、切り戻しゲイン設定部２０ｂから切り戻しゲインＫｄに目標操舵角θpdを乗算した値（Ｋｄ・θpd）が入力され、補正ゲイン算出部２０ｅから摩擦トルクＴfricが入力される。そして、例えば、以下の（１６）式により、操舵の切り増し、切り戻しを考慮する前の目標操舵トルクＴcmdを算出し、切り戻し時目標電流算出部２０ｆ、切り増し時目標電流算出部２０ｇに出力する。
Ｔcmd＝Ｋｄ・θpd＋Ｔfric＋Ｔdis …（１６）
ここで、摩擦トルクＴfricは、本実施の形態では後述するように補正ゲイン算出部２０ｅで算出した値を用いるようになっているが、他の方法で求めた値としても良い。また、外乱トルクＴdisは、本実施の形態では、別途外乱トルクを推定する手段にて予め算出した値である。このように、目標操舵トルク算出部２０ｃは目標操舵トルク算出手段として設けられている。

操舵状態判定部２０ｄは、操舵角センサ３３から操舵角θｐが入力され、目標操舵角算出部２０ａから目標操舵角θpdが入力される。そして、目標操舵角θpdと操舵角θｐとの偏差θdiff（＝θpd−θｐ）を算出し、目標操舵角θpdと偏差θdiffとを用いて、以下のように、操舵の切り増しと切り戻しとを判定する。

・操舵の切り増しと判定する条件
「θpd≧０、且つ、θdiff≧０の場合」、或いは、
「θpd＜０、且つ、θdiff＜０の場合」
・操舵の切り戻しと判定する条件
「θpd≧０、且つ、θdiff＜０の場合」、或いは、
「θpd＜０、且つ、θdiff≧０の場合」
この操舵状態判定部２０ｄで判定された判定結果は、切り戻し時目標電流算出部２０ｆ、切り増し時目標電流算出部２０ｇに出力される。このように、操舵状態判定部２０ｄは操舵状態判定手段として設けられている。

補正ゲイン算出部２０ｅは、操舵角センサ３３から操舵角θｐが入力され、操舵トルクセンサ３４から操舵トルクＴsensが入力され、モータ駆動部２１からモータ電流Ｉｍが入力される。そして、本実施の形態では、操舵角θｐと外力トルクＴextを軸にとった座標系において、図４に示すプログラムに従って、操舵角θｐと外力トルクＴextとのヒステリシス特性で操舵方向が変化した操舵角θｐにおけるヒステリシス幅Ｔｗを計測し、操舵角θｐと該ヒステリシス幅Ｔｗの特性に基づいて操舵角θｐに対するヒステリシス幅Ｔｗの傾きを算出し、操舵角θｐに対するヒステリシス幅Ｔｗの傾きが正の場合は切り増し補正ゲインＫfiを前回の値に対して減少する方向に補正する一方、操舵角θｐに対するヒステリシス幅Ｔｗの傾きが負の場合は切り増し補正ゲインＫfiを前回の値に対して増加する方向に補正して求める。尚、前述した如く、切り戻し補正ゲインＫfdは、Ｋfd≒０と近似する。

図４では、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）２０１で、以下の（１７）式により、外力トルクＴextを算出する。
Ｔext＝Ｔsens＋η・ｒgr・Ｋｔ・Ｉｍ−／＋Ｋfi・θｐ …（１７）
次いで、Ｓ２０２に進み、操舵角速度（ｄθｐ／ｄｔ）の正負符号の変化から操舵方向が変化したか否か判定する。

そして、操舵角速度（ｄθｐ／ｄｔ）の正負符号が変化して操舵方向が変化したと判定した場合は、Ｓ２０３に進み、図１０（ａ）に示すように、外力トルクＴextの上点と下点の幅をヒステリシス幅Ｔｗとして計測する。

次に、Ｓ２０４に進み、図１０（ｂ）に示すように、操舵角θｐ−ヒステリシス幅Ｔｗの座標系に計測点を投影する。

次いで、Ｓ２０５に進み、操舵角θｐ−ヒステリシス幅Ｔｗの座標系において、最小二乗法で線形回帰を行い、以下の（１８）式の回帰係数Ａlsm、Ｂlsmを求める。
Ｔｗ＝Ａlsm・θｐ＋Ｂlsm …（１８）

ここで、最小二乗法による回帰係数Ａlsmは、操舵切り戻し時の操舵角θｐ−アシストトルクの傾きＫｄより、操舵切り増し時の操舵角θｐ−アシストトルクの傾きＫｉが大きい場合にＡlsm＞０となり、その逆の場合にＡlsm＜０となる。

従って、Ｓ２０６に進むと、以下の（１９）式により、回帰係数Ａlsmに基づいて、補正ゲイン補正値ΔＫfiを算出する。
ΔＫfi＝−Ｇｌ・Ａlsm …（１９）
次いで、Ｓ２０７に進み、以下の（２０）式により、切り増し補正ゲインＫfiを更新し、Ｓ２０８に進んで、切り増し補正ゲインＫfiを出力する。
Ｋfi(k+1)＝Ｋfi(k)＋ΔＫfi …（２０）
ここで、上述の（１８）式、及び、図１０（ｂ）からも明らかなように、回帰係数Ｂlsmと摩擦トルクＴfricの関係は、Ｂlsm＝２・Ｔfricとなり、摩擦トルクＴfricは、以下の（２１）式で推定できる。
Ｔfric＝Ｂlsm／２ …（２１）
従って、（２１）式により推定される摩擦トルクＴfricは、目標操舵トルク算出部２０ｃに出力される。

尚、本実施の補正ゲイン算出部２０ｅでは、上述の如く、操舵角θｐ−ヒステリシス幅Ｔｗの座標系において回帰係数Ａlsm、Ｂlsmを求め、切り増し補正ゲインＫfiを更新して求めていく方法であるが、別の方法により算出するようにしても良い。例えば、図９に示すように、リファレンストルク及びアシストトルクを予め計測しておき、操舵角θｐに対するリファレンストルクの傾きをＫrefとし、操舵の切り増し時の操舵角θｐに対するアシストトルクの傾きをＫｉとして、以下の（２２）式で求めるようにしても良い。
Ｋfi＝Ｋｉ−Ｋref …（２２）
更に、操舵の切り戻し時の操舵角θｐに対するアシストトルクの傾きをＫｄとすると、アシストトルクの切り戻しの傾きは、Ｋｄ≒Ｋrefなので、一致していると考え、上述の（２２）式を変形した、以下の（２３）式により算出することもできる。
Ｋfi＝Ｋｉ−Ｋｄ …（２３）
すなわち、操舵の切り戻し状態と、操舵の切り増し状態を判定し、各々の傾きＫｄ、Ｋｉを計測することで、切り増し補正ゲインＫfiを推定するのである。

また、切り増し補正ゲインＫfiは、図１１に示すように、車速Ｖに対して単調増加する特性となっている。従って、車速Ｖに応じて切り増し補正ゲインＫfiのマップを設定し、推定された切り増し補正ゲインＫfiと車速Ｖによって、マップ値を変化させて学習するようにしても良い。また、適切な次数でフィッティング処理を行って、モデルパラメータを更新するようにしても良い。

こうして、補正ゲイン算出部２０ｅで設定された、切り戻し補正ゲインＫfd（＝０とする）は、切り戻し時目標電流算出部２０ｆに出力され、切り増し補正ゲインＫfiは、切り増し時目標電流算出部２０ｇに出力される。このように補正ゲイン算出部２０ｅは、トルク補正量設定手段としての機能を有して設けられている。

切り戻し時目標電流算出部２０ｆは、目標操舵角算出部２０ａから目標操舵角θpdが入力され、目標操舵トルク算出部２０ｃから操舵の切り増し、切り戻しを考慮する前の目標操舵トルクＴcmdが入力され、操舵状態判定部２０ｄから操舵状態の判定結果（切り増し、切り戻し）が入力され、補正ゲイン算出部２０ｅから切り戻し補正ゲインＫfd（＝０とする）が入力される。そして、操舵切り戻しと判定されている場合に、以下の（２４）式により、切り戻し時の目標操舵トルクＴcmdを目標電流Ｉcmdに変換して、モータ駆動部２１に出力する。
Ｉcmd＝（Ｋｄ・θpd＋Ｔfric＋Ｔdis）／（η・ｒgr・Ｋｔ） …（２４）

切り増し時目標電流算出部２０ｇは、目標操舵角算出部２０ａから目標操舵角θpdが入力され、目標操舵トルク算出部２０ｃから操舵の切り増し、切り戻しを考慮する前の目標操舵トルクＴcmdが入力され、操舵状態判定部２０ｄから操舵状態の判定結果（切り増し、切り戻し）が入力され、補正ゲイン算出部２０ｅから切り増し補正ゲインＫfiが入力される。そして、操舵切り増しと判定されている場合に、以下の（２５）式により、切り増し時の目標操舵トルクＴcmdを目標電流Ｉcmdに変換して、モータ駆動部２１に出力する。
Ｉcmd＝（Ｋｄ・θpd＋Ｔfric＋Ｔdis＋Ｋfi・θpd）
／（η・ｒgr・Ｋｔ） …（２５）
ここで、切り戻し時目標電流算出部２０ｆにおける上述の（２４）式では、切り増し時目標電流算出部２０ｇにおける上述の（２５）式の「＋Ｋfi・θpd」の補正項が無い。これは、前述した如く、本来の補正項である「＋Ｋfd・θpd」の補正項における切り戻し補正ゲインＫfdが「０」と近似されているためである。このように切り戻し時目標電流算出部２０ｆ、切り増し時目標電流算出部２０ｇは、目標操舵トルク補正手段としての機能を有して設けられている。

次に、上述の操舵制御部２０で実行される車線維持支援制御を図３のフローチャートで説明する。
まず、Ｓ１０１で必要なパラメータ、すなわち、走行路の形状、車速Ｖ、操舵角θｐ、操舵トルクＴsens、ヨーレート（ｄθ／ｄｔ）、横加速度ａｙを読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、目標操舵角算出部２０ａで、前述の（１）式により、目標操舵角θpdを算出する。

次いで、Ｓ１０３に進んで、切り戻しゲイン設定部２０ｂで、予め実験、計算、学習等により設定しておいた、図８に示すような、車速Ｖに応じたマップを参照し、切り戻しゲインＫｄを設定する。

次に、Ｓ１０４に進み、目標操舵トルク算出部２０ｃで、前述の（１６）式により、操舵の切り増し、切り戻しを考慮する前の目標操舵トルクＴcmdを算出する。

次いで、Ｓ１０５に進んで、操舵状態判定部２０ｄで、前述の如く、目標操舵角θpdと偏差θdiffとを用いて、操舵の切り増しと切り戻しとを判定し、操舵が切り戻し状態の場合は、Ｓ１０６に進み、切り戻し時目標電流算出部２０ｆで、前述の（２４）式により、切り戻し時の目標操舵トルクＴcmdを目標電流Ｉcmdに変換して算出する。

一方、Ｓ１０５で、操舵が切り増し状態の場合は、Ｓ１０７に進み、補正ゲイン算出部２０ｅで前述の如く算出されている切り増し補正ゲインＫfiを読み込む。

次いで、Ｓ１０８に進み、切り増し時目標電流算出部２０ｇで、前述の（２５）式により、切り増し時の目標操舵トルクＴcmdを目標電流Ｉcmdに変換して算出する。

そして、Ｓ１０６、或いは、Ｓ１０８で目標電流Ｉcmdを設定した後は、Ｓ１０９に進み、目標電流Ｉcmdをモータ駆動部２１に出力してプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、操舵制御部２０は、走行路を走行するのに必要な目標操舵角θpdを算出し、該目標舵角θpdに応じて電動モータ１２が発生する目標操舵トルクＴcmdを算出し、目標舵角θpdと操舵角θｐから操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定し、目標操舵トルクＴcmdの補正量を操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定し、操舵の切り増しの場合は、目標操舵トルクＴcmdを操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、操舵の切り戻しの場合は、目標操舵トルクＴcmdを操舵の切り戻し時の補正量で補正し、補正した目標操舵トルクＴcmdを目標電流Ｉcmdに変換してモータ駆動部２１に出力して電動モータ１２を駆動する。このため、操舵状態（操舵の切り増しや切り戻し）における電動パワーステアリングモータからトルクが伝達される際の変換特性の変化を考慮し、設定される目標操舵トルクに対して、操舵角に応じ、操舵の切り増し時、或いは、切り戻し時の電動パワーステアリングモータのトルク値（若しくはモータ電流値）を適切に設定して精度良く制御することが可能となる。

尚、本実施の形態においては、目標操舵トルクＴcmdを前方走行路に沿って走行するのに必要な目標操舵角θpdから算出し、該目標操舵トルクＴcmdを精度良く実現すべく制御するようになっているが、一般的なドライバトルクに対するアシストトルクを設定する電動パワーステアリング装置に対しても適用できることは言うまでも無い。

例えば、舵力感応パワーステアリング制御の応用例を、図１２に示す。舵力感応パワーステアリング制御は、所定の車速において、図１２（ａ）に示すように、操舵トルクセンサ３４によって検出されたドライバトルクＴdrv（＝Ｔsens）に対して、電動モータによるアシストトルクが設定され、これを目標操舵トルクＴcmdとして、更に、公知の慣性補償制御・ダンピング制御・摩擦補償制御が適応されるシステムがある。

そして、こうして最終的に設定される目標操舵トルクＴcmdに対して目標電流Ｉcmdを設定する際に、本実施形態による操舵の切り増し時、若しくは、切り戻し時の方向でアシストトルクを発生させる場合に、図１２（ｂ）に示すように、特に操舵の切り増し時に切り増し補正ゲインＫfiを考慮した目標電流Ｉcmdが設定されることで、図１２（ａ）に示す、目標操舵トルクＴcmdを精度良く発生できるようになる。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリング軸
４ ステアリングホイール
５ ピニオン軸
１０Ｌ、１０Ｒ 車輪
１２ 電動モータ
２０ 操舵制御部
２０ａ 目標操舵角算出部
２０ｂ 切り戻しゲイン設定部
２０ｃ 目標操舵トルク算出部（目標操舵トルク算出手段）
２０ｄ 操舵状態判定部（操舵状態判定手段）
２０ｅ 補正ゲイン算出部（トルク補正量設定手段）
２０ｆ 切り戻し時目標電流算出部（目標操舵トルク補正手段）
２０ｇ 切り増し時目標電流算出部（目標操舵トルク補正手段）
２１ モータ駆動部（電動パワーステアリングモータ駆動手段）
３１ 前方認識装置
３２ 車速センサ
３３ 操舵角センサ
３４ 操舵トルクセンサ
３５ ヨーレートセンサ
３６ 横加速度センサ

Claims (6)

1. 電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出手段と、
   操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定する操舵状態判定手段と、
   上記電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクの補正量を上記操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定するトルク補正量設定手段と、
   上記操舵の切り増しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、上記操舵の切り戻しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り戻し時の補正量で補正する目標操舵トルク補正手段と、
   上記補正した目標操舵トルクが出力されて上記電動パワーステアリングモータを駆動する電動パワーステアリングモータ駆動手段とを備え、
   上記トルク補正量設定手段が設定する上記操舵の切り増し時の補正量は、予め設定する操舵切り増し補正ゲインを操舵角に乗算して算出するものであって、
   上記電動パワーステアリングモータによるモータトルクとドライバによるドライバトルクが操舵系に作用する外力トルクを推定する外力トルク推定手段を有し、上記操舵切り増し補正ゲインは、操舵の切り増し時における上記ドライバトルクが作用していない場合の上記モータトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きと上記モータトルクが作用していない場合の上記ドライバトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きとに基づいて算出し、上記目標操舵トルク補正手段は、上記目標操舵トルクから上記操舵の切り増し時の補正量を加減算して上記操舵の切り増し時における目標操舵トルクを算出することを特徴とする操舵制御装置。
2. 電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出手段と、
   操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定する操舵状態判定手段と、
   上記電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクの補正量を上記操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定するトルク補正量設定手段と、
   上記操舵の切り増しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、上記操舵の切り戻しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り戻し時の補正量で補正する目標操舵トルク補正手段と、
   上記補正した目標操舵トルクが出力されて上記電動パワーステアリングモータを駆動する電動パワーステアリングモータ駆動手段とを備え、
   上記トルク補正量設定手段が設定する上記操舵の切り増し時の補正量は、予め設定する操舵切り増し補正ゲインを操舵角に乗算して算出するものであって、
   上記電動パワーステアリングモータによるモータトルクとドライバによるドライバトルクが操舵系に作用する外力トルクを推定する外力トルク推定手段を有し、上記操舵切り増し補正ゲインは、操舵の切り増し時における上記ドライバトルクが作用していない場合の上記モータトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きと操舵の切り戻し時における上記ドライバトルクが作用していない場合の上記モータトルクで得られる操舵角に応じた外力トルクの傾きとに基づいて算出し、上記目標操舵トルク補正手段は、上記目標操舵トルクから上記操舵の切り増し時の補正量を加減算して上記操舵の切り増し時における目標操舵トルクを算出することを特徴とする操舵制御装置。
3. 電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出手段と、
   操舵の切り増しと操舵の切り戻しを判定する操舵状態判定手段と、
   上記電動パワーステアリングモータが発生する目標操舵トルクの補正量を上記操舵の切り増し時と上記操舵の切り戻し時とで異なって設定するトルク補正量設定手段と、
   上記操舵の切り増しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り増し時の補正量で補正する一方、上記操舵の切り戻しの場合は、上記目標操舵トルクを上記操舵の切り戻し時の補正量で補正する目標操舵トルク補正手段と、
   上記補正した目標操舵トルクが出力されて上記電動パワーステアリングモータを駆動する電動パワーステアリングモータ駆動手段とを備え、
   上記トルク補正量設定手段が設定する上記操舵の切り増し時の補正量は、予め設定する操舵切り増し補正ゲインを操舵角に乗算して算出するものであって、
   上記電動パワーステアリングモータによるモータトルクとドライバによるドライバトルクが操舵系に作用する外力トルクを推定する外力トルク推定手段を有し、操舵角と外力トルクとのヒステリシス特性で操舵方向が変化した操舵角におけるヒステリシス幅を計測し、操舵角と該ヒステリシス幅の特性に基づいて操舵角に対するヒステリシス幅の傾きを算出し、上記操舵角に対するヒステリシス幅の傾きが正の場合は上記操舵切り増し補正ゲインを前回の値に対して減少する方向に補正する一方、上記操舵角に対するヒステリシス幅の傾きが負の場合は上記操舵切り増し補正ゲインを前回の値に対して増加する方向に補正して求め、上記目標操舵トルク補正手段は、上記目標操舵トルクから上記操舵の切り増し時の補正量を加減算して上記操舵の切り増し時における目標操舵トルクを算出することを特徴とする操舵制御装置。
4. 上記トルク補正量設定手段は、上記操舵の切り増し時の補正量を上記操舵の切り戻し時の補正量よりも大きく設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の操舵制御装置。
5. 上記目標操舵トルク算出手段は、検出した走行路の形状に基づいて目標操舵角と目標ヨーレートと目標横加速度の少なくとも1つの目標値を算出し、該目標値に応じて上記目標操舵トルクを算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の操舵制御装置。
6. 上記目標操舵トルク算出手段は、ドライバによるドライバトルクをアシストするアシストトルクを上記目標操舵トルクとして算出することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の操舵制御装置。

Images