JP7322767B2 - パワーステアリング制御装置、パワーステアリングの制御方法、プログラム、および自動操舵システム - Google Patents

Description

本発明は、パワーステアリング制御装置、パワーステアリングの制御方法、プログラム、および自動操舵システムに関する。

従来、パワーステアリング装置および自動操舵システムが搭載されている車両が知られている。自動操舵システムにおいては、運転手がハンドルを操作しているハンズオン状態であるか否かを判定することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、パワーステアリング装置においては、運転手が操作している場合の入力トルクを推定する装置等が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０１７－１１４３２４号公報 特開２００２－１５４４５０号公報

自動操舵システムは、運転手がステアリングホイールに力を付与した場合に、自動操舵を手動操舵に適切に切り換えられることが望ましい。また、自動操舵システムは、運転手がステアリングホイールの良好な操舵フィーリングを得られるように、適切に運転手の操舵を補助するようにフィードバック制御できることが望ましい。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、運転手がステアリングホイールを操作している場合に、適切なトルクで運転手の操舵を補助できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するトルク取得部と、前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得する操舵角取得部と、前記操舵トルクおよび前記操舵角に基づいて、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する推定値算出部と、算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するフィードバック部と、前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御する制御部とを備え、前記フィードバック部は、前記制御部が前記目標操舵角を取得してから前記推定値算出部が前記目標操舵角に対応する前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れを補償する位相補償部を有する、パワーステアリング制御装置を提供する。

前記位相補償部は、伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）が次式で示される位相進み補償器として機能し、

前記制御部において前記目標操舵角を入力してから前記操舵角取得部において前記目標操舵角に対応する前記操舵角を取得するまでの経路の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、直列伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、前記伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）の時定数Ｔ_ｎおよび係数αが予め定められていてもよい。

前記位相補償部は、伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）が次式で示される逆特性フィルタとして機能し、

前記制御部において前記目標操舵角を入力してから前記操舵角取得部において前記目標操舵角に対応する前記操舵角を取得するまでの経路の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、直列伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、前記逆特性フィルタの伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）の分母の伝達関数Ｃ_ｎ（ｓ）が予め定められていてもよい。

前記位相補償部は、前記推定値算出部が前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出する過程で発生する位相遅れを補償してもよい。

前記フィードバック部は、前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知する検知部と、前記検知部の検知結果に対応する前記フィードバック信号を生成する信号生成部とを有してもよい。

本発明の第２の態様においては、車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するステップと、前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得するステップと、前記操舵トルクおよび前記操舵角に基づいて、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出するステップと、算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するステップと、前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御するステップとを有し、前記フィードバック信号を生成するステップにおいて、前記フィードバック信号の位相遅れを補償して、前記目標操舵角の修正値を算出するステップを含み、前記フィードバック信号の位相遅れは、前記モータを制御するステップにおいて前記目標操舵角を取得してから前記推定値を算出するステップにおいて前記目標操舵角に対応する前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れである、コンピュータが実行する前記パワーステアリングの制御方法を提供する。

本発明の第３の態様においては、コンピュータにより実行されると、前記コンピュータを第１の態様の前記パワーステアリング制御装置として機能させる、プログラムを提供する。

本発明の第４の態様においては、車両のステアリングホイールと、前記ステアリングホイールにかかる操舵トルクを検出する第１検出器と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第２検出器とを有し、前記車両に搭載されているパワーステアリングと、前記パワーステアリングを制御する、第１の態様の前記パワーステアリング制御装置とを備える、自動操舵システムを提供する。

本発明によれば、運転手がステアリングホイールを操作している場合に、適切なトルクで運転手の操舵を補助できるという効果を奏する。

本実施形態に係る自動操舵システム１０の構成例を示す。 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の構成例を示す。 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の動作フローの一例を示す。

＜自動操舵システム１０の構成例＞
図１は、本実施形態に係る自動操舵システム１０の構成例を示す。自動操舵システム１０は、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるシステムである。自動操舵システム１０は、車両のパワーステアリング２０と、パワーステアリング制御装置１００とを備える。

パワーステアリング２０は、運転手がステアリングホイールをスムーズに操舵できるように、ステアリングホイールの回転動作を補助する。これにより、運転手は、より小さい入力トルクでステアリングホイールを操舵することができる。パワーステアリング２０は、ステアリングホイール２１、モータ２２、ウォーム２３、ウォームホイール２４、第１トーションバー２５、第２トーションバー２６、アクチュエータ２７、車輪２８、第１検出器３１、および第２検出器３２を有する。

運転手は、環状のステアリングホイール２１を操作することにより車両の進行方向を調整する。ここで、ステアリングホイール２１の角度を操舵角とする。また、運転手がステアリングホイール２１を操作している状態をハンズオン状態とし、ステアリングホイール２１を操作していない状態をハンズオフ状態とする。

モータ２２は、入力する駆動信号に応じてステアリングホイール２１を駆動する。駆動信号は、例えば、モータ２２に流す電流値を指定する信号である。モータ２２は、ウォーム２３を回転させ、ウォーム２３とかみ合うウォームホイール２４を回転させる。ウォームホイール２４の軸の一方の端部は、第１トーションバー２５を介してステアリングホイール２１に接続されている。

ウォームホイール２４の軸の一方の端部とは反対側の端部は、第２トーションバー２６を介してアクチュエータ２７に接続されている。アクチュエータ２７は、ウォームホイール２４から伝わる力に応じて、車輪２８の角度を変更する。アクチュエータ２７は、一例として、油圧アクチュエータである。

第１検出器３１は、ステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを検出する。第１検出器３１は、例えば、第１トーションバー２５に設けられており、第１トーションバー２５の復元力を操舵トルクとして検出する。本実施形態において、第１検出器３１が検出する操舵トルクをＴ_ｈとする。

第２検出器３２は、ステアリングホイール２１の操舵角を検出する。第２検出器３２は、例えば、ステアリングホイール２１に設けられており、車両を直進させるステアリングホイール２１の操舵角を基準とした角度を操舵角として検出する。一例として、基準の角度は０度である。これに代えて、第２検出器３２は、モータ２２に設けられていてもよい。この場合、第２検出器３２は、例えば、モータ２２がウォーム２３を回転させている角度を検出し、検出された角度に対応するステアリングホイール２１の角度を操舵角として出力する。本実施形態において、第２検出器３２が検出する操舵角をθ_ｈとする。

パワーステアリング制御装置１００は、以上のようなパワーステアリング２０を制御する。パワーステアリング制御装置１００は、入力する目標操舵角と、パワーステアリング２０から取得する操舵トルクおよび操舵角とに基づき、モータ２２を駆動させるための駆動信号をモータ２２に供給する。パワーステアリング制御装置１００は、例えば、車両に搭載されているＥＣＵ（Engine Control Unit）等から目標操舵角の情報を取得する。以上のようなパワーステアリング制御装置１００について、次に説明する。

＜パワーステアリング制御装置１００の構成例＞
図２は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の構成例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、運転手がハンズオン状態において、運転手によるステアリングホイール２１の操作を補助するようにパワーステアリング２０を制御する。また、パワーステアリング制御装置１００は、運転手がハンズオフ状態において、ステアリングホイール２１の操舵角が入力する目標操舵角となるようにパワーステアリング２０を制御する。パワーステアリング制御装置１００は、トルク取得部１１０と、操舵角取得部１２０と、記憶部１３０と、推定値算出部１５０と、フィードバック部１６０と、制御部１７０とを備える。

トルク取得部１１０は、車両のステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを車両のパワーステアリング２０から取得する。トルク取得部１１０は、例えば、第１検出器３１から操舵トルクを取得する。また、トルク取得部１１０は、第１検出器３１が検出してデータベース等に記憶した操舵トルクを、当該データベースから取得してもよい。この場合、トルク取得部１１０は、ネットワークを介して操舵トルクの情報を取得してもよい。

操舵角取得部１２０は、ステアリングホイール２１の操舵角をパワーステアリング２０から取得する。操舵角取得部１２０は、例えば、第２検出器３２から操舵角を取得する。また、操舵角取得部１２０は、第２検出器３２が検出してデータベース等に記憶した操舵角を、当該データベースから取得してもよい。この場合、操舵角取得部１２０は、ネットワークを介して操舵角の情報を取得してもよい。

記憶部１３０は、取得した操舵トルクおよび操舵角の情報を記憶する。また、記憶部１３０は、パワーステアリング制御装置１００が動作の過程で生成する（または利用する）中間データ、算出結果、閾値、およびパラメータ等を記憶する。記憶部１３０は、例えば、操舵トルクおよび操舵角の値を、取得した時刻に対応付けて記憶する。また、記憶部１３０は、目標操舵角に対応付けて操舵トルクおよび操舵角の値を記憶してもよい。記憶部１３０は、パワーステアリング制御装置１００内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してもよい。

記憶部１３０は、コンピュータがパワーステアリング制御装置１００として動作する場合、パワーステアリング制御装置１００として機能するＯＳ（Operating System）、およびプログラムの情報を格納してもよい。また、記憶部１３０は、当該プログラムの実行時に参照されるデータベースを含む種々の情報を格納してもよい。例えば、コンピュータは、記憶部１３０に記憶されたプログラムを実行することによって、パワーステアリング制御装置１００として機能する。

記憶部１３０は、例えば、コンピュータ等のＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、および作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。また、記憶部１３０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）および／またはＳＳＤ（Solid State Drive）等の大容量記憶装置を含んでもよい。また、コンピュータは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等を更に備えてもよい。

推定値算出部１５０は、操舵トルクおよび操舵角に基づいて、ステアリングホイール２１に加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する。推定値算出部１５０は、例えば、特許文献１に記載されているような状態オブザーバとして機能し、ドライバ入力トルクの推定値を算出する。これに代えて、推定値算出部１５０は、特許文献２に記載されているように、ドライバ入力トルクの推定値を算出してもよい。推定値算出部１５０によるドライバ入力トルクの推定については、既知の技術で実行できるので、ここでは詳細な説明を省略する。

フィードバック部１６０は、算出されたドライバ入力トルクの推定値に基づいて、フィードバック信号を生成する。フィードバック部１６０は、例えば、ドライバがハンズオン状態か否かを検出し、検出結果に応じたフィードバック信号を生成する。フィードバック部１６０は、検知部１６１と、信号生成部１６２と、位相補償部１６３とを有する。

検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知する。検知部１６１は、例えば、ドライバ入力トルクの推定値が閾値を超えたことに応じて、車両のドライバがステアリングホイール２１を操作しているハンズオン状態であることを検知する。また、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が閾値を超えた状態が予め定められた時間以上継続したことに応じて、ドライバがハンズオン状態であることを検知してもよい。なお、図２において、フィードバック部１６０が検知部１６１を有する例を示したが、フィードバック部１６０と検知部１６１とはパワーステアリング制御装置１００において独立に設けられていてもよい。

信号生成部１６２は、検知部１６１の検知結果に対応するフィードバック信号を生成する。信号生成部１６２は、例えば、検知部１６１によってドライバのハンズオン状態が検知されたことに応じて、フィードバック信号を生成する。信号生成部１６２は、例えば、ドライバ入力トルクの推定値に応じたフィードバック信号を生成する。また、信号生成部１６２は、検知部１６１がハンズオン状態からハンズオフ状態への切り換え、またはハンズオフ状態からハンズオン状態への切り換えを検知したことに応じて、フィードバック信号を生成してもよい。フィードバック信号は、目標操舵角の修正値である。また、フィードバック信号は、パワーステアリング２０の自動操舵の停止信号、パワーステアリング２０の自動操舵の開始信号等を含んでもよい。

位相補償部１６３は、フィードバック信号の位相遅れを補償する。位相補償部１６３の動作については、後述する。

制御部１７０は、フィードバック信号とステアリングホイール２１の目標操舵角とに基づき、パワーステアリング２０のモータ２２を制御する。制御部１７０は、例えば、入力する目標操舵角に対応する駆動信号を生成してモータ２２に供給する。制御部１７０には、パワーステアリング２０から取得した操舵トルクおよび操舵角の値がフィードバックされることが望ましい。この場合、制御部１７０は、目標操舵角、操舵トルク、および操舵角に基づいて、モータ２２を駆動する駆動信号を生成する。本実施形態において、このような制御部１７０の制御動作を自動操舵とする。

また、制御部１７０は、フィードバック信号に基づき、このような自動操舵を開始、継続、または停止する。制御部１７０は、自動操舵を停止した場合、フィードバック信号に基づいて目標操舵角を修正する。この場合、制御部１７０は、修正された目標操舵角に対応する駆動信号を生成してモータ２２に供給する。制御部１７０は、修正された目標操舵角と、フィードバックされた操舵トルクおよび操舵角とに基づいて、モータ２２を駆動する駆動信号を生成することが望ましい。本実施形態において、このような制御部１７０の制御動作を手動操舵とする。

制御部１７０の制御動作が手動操舵の場合、制御部１７０は、運転手の入力トルクに対応する駆動信号でモータ２２を駆動して、運転手によるステアリングホイール２１の操舵を補助する。ここで、制御部１７０が目標操舵角を取得してからモータ２２を駆動する駆動信号を出力するまでの間には、応答遅延が発生する。このような応答遅延が発生すると、運転手の操舵方向とは反発するようにモータ２２を駆動してしまうことがある。この場合、運転手が感じるステアリングホイール２１の操舵フィーリングが劣化してしまうことになる。

＜位相補償部１６３が位相進み補償器として機能する例＞
そこで、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、フィードバック部１６０に位相補償部１６３が設けられており、操舵フィーリングの劣化を低減させる。なお、このような応答遅延は、フィードバック部１６０が出力するフィードバック信号における位相遅れとなる。位相補償部１６３は、制御部１７０が目標操舵角を取得してから推定値算出部１５０が目標操舵角に対応するドライバ入力トルクの推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れを補償する。

例えば、位相補償部１６３は、伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）が次式で示される位相進み補償器として機能する。ここで、Ｔ_ｎは時定数であり、αは係数である。

例えば、制御部１７０において目標操舵角を入力してから操舵角取得部１２０において目標操舵角に対応する操舵角を取得するまでの経路の伝達関数をＧ（ｓ）とする。このような伝達関数Ｇ（ｓ）は、設計値、測定値等から予め算出することができる。そして、直列伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）の時定数Ｔ_ｎおよび係数αの値が予め定められていることが望ましい。

一例として、直列伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）・Ｇ（ｓ）の全帯域におけるピークゲインが１．０から１．３の範囲となるように、時定数Ｔ_ｎおよび係数αの値が予め定められる。この場合、パワーステアリング制御装置１００の雑音成分となる周波数帯域のゲインは、より小さい値となるように伝達関数Ｃ_ｐが設計されていることが望ましい。一例として、直列伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）・Ｇ（ｓ）の低周波数帯域のゲインが略０となるように、時定数Ｔ_ｎおよび係数αの値が予め定められる。ここで、低周波数帯域は、例えば、０Ｈｚから数百Ｈｚ、０Ｈｚから数ｋＨｚ、または０Ｈｚから数十ｋＨｚ程度である。これにより、位相補償部１６３は、伝達関数Ｇ（ｓ）における定常偏差を低減させることができる。

このように、位相補償部１６３は、定常偏差を低減させつつ、フィードバック信号の位相を進ませる。これにより、位相補償部１６３は、制御部１７０が目標操舵角を入力してから操舵角取得部１２０が目標操舵角に対応する操舵角を取得するまでの間に発生する位相遅れを低減できる。以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の制御動作について、次に説明する。

＜パワーステアリング制御装置１００の動作フローの一例＞
図３は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の動作フローの一例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、図３のＳ３００からＳ４３０の動作を実行することにより、パワーステアリング２０を制御して、ステアリングホイール２１を適切に操舵する。

まず、制御部１７０は、目標操舵角を取得する（Ｓ３００）。制御部１７０は、例えば、ＥＣＵから供給される目標操舵角を取得する。次に、制御部１７０は、目標操舵角に応じたモータ２２の駆動信号を生成して、パワーステアリング２０に供給する（Ｓ３１０）。制御部１７０は、操舵トルクおよび操舵角のフィードバックがある場合は、目標操舵角、操舵トルク、および操舵角に基づく駆動信号を生成してもよい。

次に、トルク取得部１１０は、車両のステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを車両のパワーステアリング２０から取得する（Ｓ３２０）。トルク取得部１１０は、パワーステアリング２０に設けられている第１検出器３１から操舵トルクの検出結果を取得する。次に、操舵角取得部１２０は、ステアリングホイール２１の操舵角をパワーステアリング２０から取得する（Ｓ３３０）。操舵角取得部１２０は、パワーステアリング２０に設けられている第２検出器３２から操舵角の検出結果を取得する。操舵トルクおよび操舵角のサンプリングタイミングおよびサンプリング時間は、略同一であることが望ましい。

次に、推定値算出部１５０は、操舵トルクおよび操舵角に基づいて、ステアリングホイール２１に加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する（Ｓ３５０）。次に、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値に基づき、ドライバがハンズオン状態であるか否かを検知する（Ｓ３６０）。例えば、ドライバ入力トルクの推定値が第１閾値以下の場合、または、第１閾値を超えた状態が予め定められた第１時間以上継続しない場合（Ｓ３６０：Ｎｏ）、検知部１６１は、ドライバがハンズオン状態ではないと判定する。

そして、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値に応じて、ドライバがハンズオフ状態か否かを検知する（Ｓ３７０）。例えば、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が第２閾値以下の状態を予め定められた第２時間以上継続している場合（Ｓ３７０：Ｙｅｓ）、ドライバがハンズオフ状態であることを検知する。ここで、第２閾値は、第１閾値よりも小さいか同じ値である。また、第２時間は、第１時間と同じ時間でもよく、異なる時間であってもよい。また、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が第２閾値以下の状態を第２時間以上継続していない場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、前回検知したドライバの状態を保持する（Ｓ３８０）。

例えば、パワーステアリング制御装置１００が動作を開始した後に運転手がステアリングホイール２１を第２時間以上操作しなかった場合、検知部１６１は、ハンズオフ状態を検知する（Ｓ３７０：Ｙｅｓ）。また、前回のドライバの状態がハンズオフ状態であり、運転手がステアリングホイール２１を操作しなかった時間が第２時間を経過していない場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、検知部１６１は、ハンズオフ状態を検知する（Ｓ３８０：Ｙｅｓ）。

検知部１６１がハンズオフ状態を検知した場合、信号生成部１６２は、自動操舵のフィードバック信号を生成する（Ｓ３９０）。信号生成部１６２は、例えば、自動操舵の開始を指示する開始信号をフィードバック信号として生成する。また、信号生成部１６２は、前回のフィードバック信号が自動操舵の開始信号だった場合、自動操舵の継続を指示する継続信号をフィードバック信号として生成してもよい。信号生成部１６２は、生成したフィードバック信号を制御部１７０に供給する。これに代えて、信号生成部１６２は、検知部１６１がハンズオフ状態を検知した場合に、フィードバック信号を生成しなくてもよい。

制御部１７０は、自動操舵の開始信号または継続信号を受け取ったことに応じて、パワーステアリング２０を制御してステアリングホイール２１を自動操舵する（Ｓ４００）。制御部１７０は、例えば、目標操舵角と検出された操舵角との角度偏差に基づいて、ステアリングホイール２１の操舵角を変更する変更角度を算出する。この場合、制御部１７０は、一例として、ＰＩＤ制御を実行して変更角度を算出する。そして、制御部１７０は、変更角度と操舵角とに基づいて、モータ２２がステアリングホイール２１を変更角度だけ回転させるための駆動信号を生成する。制御部１７０は、パワーステアリング２０に、生成した駆動信号を供給する。

また、制御部１７０は、信号生成部１６２がフィードバック信号を生成しなかった場合、目標操舵角の修正値を０として処理してもよい。この場合、例えば、検知部１６１は、ハンズオン状態を検知した場合にだけ、ドライバ入力トルクの推定値を信号生成部１６２に供給すればよく、ハンズオフ状態を検知した場合は信号生成部１６２に何も通知しなくてもよい。これにより、信号生成部１６２は、検知部１６１がハンズオン状態を検知した場合にだけ、フィードバック信号を生成すればよく、フィードバック部１６０の動作を簡略化できる。

そして、制御部１７０は、次の目標操舵角を取得して（Ｓ４１０）、Ｓ３２０に戻る。以上のように、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、運転手がステアリングホイール２１に力を付与しない場合、Ｓ３２０からＳ４１０の動作を繰り返し、目標操舵角に応じた自動操舵を継続する。

一方、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が第１閾値を超えている状態が第１時間以上継続した場合（Ｓ３６０：Ｙｅｓ）、ドライバのハンズオン状態を検知する。また、前回のドライバの状態がハンズオン状態であり、運転手がステアリングホイール２１を操作しなかった時間が第２時間を経過していない場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、検知部１６１は、ハンズオン状態を検知する（Ｓ３８０：Ｎｏ）。

検知部１６１がハンズオン状態を検知した場合、信号生成部１６２は、手動操舵のフィードバック信号を生成する（Ｓ４２０）。信号生成部１６２は、例えば、自動操舵の停止を指示する停止信号をフィードバック信号として生成する。また、信号生成部１６２は、前回のフィードバック信号が自動操舵の停止信号だった場合、手動操舵の継続を指示する継続信号をフィードバック信号として生成してもよい。

そして、信号生成部１６２は、ドライバ入力トルクの推定値に対応する目標操舵角の修正値をフィードバック信号として生成する。例えば、記憶部１３０には、ドライバ入力トルクの推定値と目標操舵角の修正値との対応テーブルが記憶されていてよく、信号生成部１６２は、このような対応テーブルを読み出して対応する目標操舵角の修正値をフィードバック信号とする。これに代えて、信号生成部１６２は、予め算出された関数等にドライバ入力トルクの推定値を代入して、目標操舵角の修正値を算出してもよい。

信号生成部１６２は、更に、インピーダンスモデルを用いて目標操舵角の修正値を算出してもよい。インピーダンスモデルは、例えば、パワーステアリング２０の少なくとも一部を２次のバネマスダンパ系の伝達関数で表したモデルである。この場合、例えば、記憶部１３０には、ドライバ入力トルクの推定値とアシストすべきモータ２２のトルクの値との対応テーブルが記憶されていることが望ましい。これに代えて、信号生成部１６２は、予め算出された関数等にドライバ入力トルクの推定値を代入して、アシストすべきモータ２２のトルクの値を算出してもよい。

そして、信号生成部１６２は、このようなドライバ入力トルクの推定値に対応するトルクの値をインピーダンスモデルに入力し、インピーダンスモデルの出力を目標操舵角の修正値として算出する。信号生成部１６２は、生成したフィードバック信号を位相補償部１６３に供給する。なお、ドライバ入力トルクでなく操舵トルクの値から目標操舵角の修正値を算出してもよい。

位相補償部１６３は、上述のように、フィードバック信号の位相を進ませる。位相補償部は、（数３）式の伝達関数Ｃ_ｐ（ｓ）を用いて、定常偏差を低減させつつ、フィードバック信号の位相を進ませる。位相補償部１６３は、位相を補償したフィードバック信号を制御部１７０に供給する。

制御部１７０は、自動操舵の停止信号または手動操舵の継続信号を受け取ったことに応じて、フィードバック信号を用いてパワーステアリング２０を制御してステアリングホイール２１を手動操舵する（Ｓ４３０）。制御部１７０は、例えば、目標操舵角を修正値だけ修正し、修正された目標操舵角と検出された操舵角との角度偏差に基づいて、ステアリングホイール２１の操舵角を変更する変更角度を算出する。そして、制御部１７０は、変更角度と操舵角とに基づいて、モータ２２がステアリングホイール２１を変更角度だけ回転させるための駆動信号を生成する。制御部１７０は、パワーステアリング２０に、生成した駆動信号を供給する。

そして、制御部１７０は、次の目標操舵角を取得して（Ｓ４１０）、Ｓ３２０に戻る。以上のように、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、運転手がステアリングホイール２１に力を付与した場合、目標操舵角とドライバ入力トルクの推定値とに応じた手動操舵を実行する。

なお、信号生成部１６２は、自動操舵の開始、停止、継続、手動操舵の継続等を指示するフィードバック信号を生成しなくてもよい。この場合、信号生成部１６２は、０を含む目標操舵角の修正値をフィードバック信号として制御部１７０に供給する。そして、制御部１７０は、ハンズオン状態およびハンズオフ状態のいずれの状態であっても、フィードバック信号である目標操舵角の修正値を取得した目標操舵角に加算して目標操舵角を更新すればよい。

以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、運転手のハンズオン状態およびハンズオフ状態を検出することにより、パワーステアリング２０の自動操舵および手動操舵を切り換える。そして、パワーステアリング制御装置１００は、フィードバック信号の位相遅れを低減させつつ、モータ２２を駆動する駆動信号を生成する。これにより、運転手がハンズオン状態の場合、パワーステアリング制御装置１００は、運転手がステアリングホイール２１を操舵する意志を反映させた駆動信号をモータ２２に高速に供給することができる。したがって、運転手の操舵方向と略一致するようにモータ２２を駆動することができ、ステアリングホイール２１の操舵フィーリングが劣化することを抑制できる。

また、パワーステアリング制御装置１００は、定常偏差を低減させたフィードバック信号を生成するので、目標操舵角を精度よく修正することができる。以上より、パワーステアリング制御装置１００は、適切に運転手の操舵を補助するように、モータ２２を制御することができる。

以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００において、位相補償部１６３が、制御部１７０が目標操舵角を入力してから操舵角取得部１２０が目標操舵角に対応する操舵角を取得するまでの間に発生する位相遅れを補償する例を説明したが、これに限定されることはない。位相補償部１６３は、制御部１７０が目標操舵角を入力してから推定値算出部１５０が目標操舵角に対応するドライバ入力トルクの推定値を算出するまでの間で発生した位相遅れであれば、同様に補償できる。

例えば、補償すべき位相遅れが発生している経路の伝達関数をＧ（ｓ）とし、直列伝達関数Ｃ_ｐ・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように時定数Ｔ_ｎおよび係数αの値を定めることにより、位相補償部１６３は、当該経路で発生する位相遅れを補償できる。一例として、位相補償部１６３は、推定値算出部１５０がドライバ入力トルクの推定値を算出する過程で発生する位相遅れを補償することもできる。

＜位相補償部１６３が逆特性フィルタとして機能する例＞
また、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００において、位相補償部１６３が位相進み補償器として動作する例を説明したが、これに限定されることはない。位相補償部１６３は、伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）が次式で示される逆特性フィルタとして機能してもよい。

例えば、制御部１７０において目標操舵角を入力してから操舵角取得部１２０において目標操舵角に対応する操舵角を取得するまでの経路の伝達関数をＧ（ｓ）とする。そして、直列伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、逆特性フィルタの伝達関数Ｃ_ｆの分母の伝達関数Ｃ_ｎ（ｓ）が予め定められている。

一例として、直列伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）・Ｇ（ｓ）の全帯域におけるピークゲインが１．０から１．３の範囲となるように、伝達関数Ｃ_ｎ（ｓ）が予め定められる。この場合、パワーステアリング制御装置１００の雑音成分となる周波数帯域のゲインは、より小さい値となるように伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）が設計されていることが望ましい。一例として、直列伝達関数Ｃ_ｆ（ｓ）・Ｇ（ｓ）の低周波数帯域のゲインが略０となるように、伝達関数Ｃ_ｎ（ｓ）が予め定められる。

上述のとおり、（４）式の右辺のＧ_ｄ（ｓ）は、ステアリングホイール２１の運動モデルから構築される逆特性モデルである。ステアリングホイール２１の運動方程式は、一例として、操舵トルクをＴ_ｈ、操舵角をθ_ｈ、ドライバ入力トルクをＴ_ｄ、時間をｔとした場合に次式で示される。

（数５）式の左辺第１項は慣性項であり、Ｉ_ｈを慣性係数とした。（数５）式の左辺第２項は粘性項であり、Ｃ_ｈを粘性係数とした。（数５）式の左辺には、更に重力項等が加わってもよい。例えば、ステアリングに作用する重力トルクＴ_ｇ、摩擦トルクＴ_ｆ、横加速度によるトルクＴ_ａｇ等が加わってもよい。そして、Ｇ_ｄ（ｓ）は、次式で示される逆特性モデルである。

逆特性フィルタは、例えば、操舵角の値を入力すると、対応する操舵トルクの値が出力されるフィルタである。言い換えると、ハンズオフ状態において、一のタイミングで一の操舵トルクおよび一の操舵角を検出した場合、理想的には、一の操舵角を逆特性フィルタに入力すると、逆特性フィルタは、対応する一の操舵トルクを出力する。

なお、伝達関数Ｃ_ｎ（ｓ）は、例えば、ローパスフィルタ等の線形フィルタである。このような伝達関数Ｃ_ｎ（ｓ）は、一例として、時定数をＴ_ｓとした場合に次式で示される。

以上のように、位相補償部１６３は、逆特性フィルタとして機能しても、目標操舵角を適切に修正するフィードバック信号を出力することができる。したがって、パワーステアリング制御装置１００は、運転手の操舵方向と略一致するようにモータ２２を駆動することができ、ステアリングホイール２１の操舵フィーリングが劣化することを抑制できる。また、パワーステアリング制御装置１００は、低周波数帯域のゲインを低減させるので、定常偏差を低減させたフィードバック信号を生成できる。以上より、パワーステアリング制御装置１００は、適切に運転手の操舵を補助するように、モータ２２を制御することができる。

また、上記のパワーステアリング制御装置１００は、ステアリングホイール２１と車輪２８とが機械的に接続されないステアバイワイヤ方式の車両にも適用可能である。

また、上記のパワーステアリング制御装置１００は、ハンズオン状態を検知した場合に自動操舵システム１０を停止してもよい。システム停止の例として、例えば、ハンズオン状態を検知した場合にモータへの指令値を０にする方法が挙げられる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ 自動操舵システム
２０ パワーステアリング
２１ ステアリングホイール
２２ モータ
２３ ウォーム
２４ ウォームホイール
２５ 第１トーションバー
２６ 第２トーションバー
２７ アクチュエータ
２８ 車輪
３１ 第１検出器
３２ 第２検出器
１００ パワーステアリング制御装置
１１０ トルク取得部
１２０ 操舵角取得部
１３０ 記憶部
１５０ 推定値算出部
１６０ フィードバック部
１６１ 検知部
１６２ 信号生成部
１６３ 位相補償部
１７０ 制御部

Claims (8)

1. 車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するトルク取得部と、
   前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得する操舵角取得部と、
   前記操舵トルクおよび前記操舵角に基づいて、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する推定値算出部と、
   算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するフィードバック部と、
   前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御する制御部と
   を備え、
   前記フィードバック部は、前記制御部が前記目標操舵角を取得してから前記推定値算出部が前記目標操舵角に対応する前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れを補償する位相補償部を有し、
   前記位相補償部は、
   伝達関数Ｃ _ｐ （ｓ）が次式で示される位相進み補償器として機能し、
   

   

   前記制御部において前記目標操舵角を入力してから前記操舵角取得部において前記目標操舵角に対応する前記操舵角を取得するまでの経路の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、直列伝達関数Ｃ _ｐ （ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、前記伝達関数Ｃ _ｐ （ｓ）の時定数Ｔ _ｎ および係数αが予め定められている、
   パワーステアリング制御装置。
2. 車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するトルク取得部と、
   前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得する操舵角取得部と、
   前記操舵トルクおよび前記操舵角に基づいて、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する推定値算出部と、
   算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するフィードバック部と、
   前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御する制御部と
   を備え、
   前記フィードバック部は、前記制御部が前記目標操舵角を取得してから前記推定値算出部が前記目標操舵角に対応する前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れを補償する位相補償部を有し、
   前記位相補償部は、
   伝達関数Ｃ _ｆ （ｓ）が次式で示される逆特性フィルタとして機能し、
   

   

   前記制御部において前記目標操舵角を入力してから前記操舵角取得部において前記目標操舵角に対応する前記操舵角を取得するまでの経路の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、直列伝達関数Ｃ _ｆ （ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、前記逆特性フィルタの伝達関数Ｃ _ｆ （ｓ）の分母の伝達関数Ｃ _ｎ （ｓ）が予め定められている、
   パワーステアリング制御装置。
3. 前記位相補償部は、前記推定値算出部が前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出する過程で発生する位相遅れを補償する、請求項１又は２に記載のパワーステアリング制御装置。
4. 前記フィードバック部は、
   前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知する検知部と、
   前記検知部の検知結果に対応する前記フィードバック信号を生成する信号生成部と
   を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のパワーステアリング制御装置。
5. 車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するステップと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得するステップと、
   前記操舵トルクおよび前記操舵角に基づいて、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出するステップと、
   算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するステップと、
   前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御するステップと
   を有し、
   前記フィードバック信号を生成するステップにおいて、位相補償部を用いて前記フィードバック信号の位相遅れを補償して、前記目標操舵角の修正値を算出するステップを含み、
   前記フィードバック信号の位相遅れは、前記モータを制御するステップにおいて前記目標操舵角を取得してから前記推定値を算出するステップにおいて前記目標操舵角に対応する前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れであり、
   前記位相補償部は、
   伝達関数Ｃ _ｐ （ｓ）が次式で示される位相進み補償器として機能し、
   

   

   前記目標操舵角を入力してから前記目標操舵角に対応する前記操舵角を取得するまでの前記車両内の経路の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、直列伝達関数Ｃ _ｐ （ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、前記伝達関数Ｃ _ｐ （ｓ）の時定数Ｔ _ｎ および係数αが予め定められている、
   コンピュータが実行する前記パワーステアリングの制御方法。
6. 車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するステップと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得するステップと、
   前記操舵トルクおよび前記操舵角に基づいて、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出するステップと、
   算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するステップと、
   前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御するステップと
   を有し、
   前記フィードバック信号を生成するステップにおいて、位相補償部を用いて前記フィードバック信号の位相遅れを補償して、前記目標操舵角の修正値を算出するステップを含み、
   前記フィードバック信号の位相遅れは、前記モータを制御するステップにおいて前記目標操舵角を取得してから前記推定値を算出するステップにおいて前記目標操舵角に対応する前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出するまでの間に発生する位相遅れであり、
   前記位相補償部は、
   伝達関数Ｃ _ｆ （ｓ）が次式で示される逆特性フィルタとして機能し、
   

   

   前記目標操舵角を入力してから前記目標操舵角に対応する前記操舵角を取得するまでの前記車両内の経路の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、直列伝達関数Ｃ _ｆ （ｓ）・Ｇ（ｓ）のゲインの周波数特性が予め定められた範囲内となるように、前記逆特性フィルタの伝達関数Ｃ _ｆ （ｓ）の分母の伝達関数Ｃ _ｎ （ｓ）が予め定められている、
   コンピュータが実行する前記パワーステアリングの制御方法。
7. コンピュータにより実行されると、前記コンピュータを請求項１から４のいずれか一項に記載の前記パワーステアリング制御装置として機能させる、プログラム。
8. 車両のステアリングホイールと、前記ステアリングホイールにかかる操舵トルクを検出する第１検出器と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第２検出器とを有し、前記車両に搭載されているパワーステアリングと、
   前記パワーステアリングを制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の前記パワーステアリング制御装置と
   を備える、自動操舵システム。

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