WO2017150445A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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unit
output
steering
motor
control unit
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PCT/JP2017/007487
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English (en)
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貴弘 椿
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日本精工株式会社
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    • B62D6/007—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits adjustable by the driver, e.g. sport mode

Definitions

  • the present invention relates to an assist mode for controlling a motor that applies an assist force to a steering system when a driver steers the steering system of the vehicle, and a motor according to a target steering angle that is given from the vehicle as needed when the vehicle travels autonomously.
  • the IP control proportional advance type PI control
  • the rate limiter and filter handle vibration removing unit
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus capable of removing vibrations (vibrations caused by a spring inertia system) due to the spring property of a torsion bar and the inertial moment of a handle (steering wheel) during automatic mode.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque Tr of the handle 1 and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle ⁇ h, and a motor 20 for assisting the steering force of the handle 1 is a reduction gear.
  • the control unit (ECU) 100 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
  • the control unit 100 calculates a steering assist command value of an assist (steering assist) command based on the steering torque Tr detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12, and obtains the steering assist command value.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the voltage control value E subjected to compensation or the like.
  • the steering angle sensor 14 is not essential and may not be provided, and the steering angle ⁇ can be acquired from a rotational position sensor such as a resolver connected to the motor 20.
  • the control unit 100 is connected to a CAN (Controller Area Network) 50 that transmits and receives various types of vehicle information, and the vehicle speed Vs can also be received from the CAN 50.
  • the control unit 100 can also be connected to a non-CAN 51 that exchanges communications other than the CAN 50, analog / digital signals, radio waves, and the like.
  • a Hall IC sensor 21 as an angle sensor and a 20 ° rotor sensor 22 as a torque sensor input side rotor are mounted on the input shaft 2A on the handle 1 side of the handle shaft 2.
  • the Hall IC sensor 21 outputs an AS_IS angle ⁇ n with a cycle of 296 °.
  • the 20 ° rotor sensor 22 mounted on the handle 1 side of the torsion bar 23 outputs a column input side angle signal ⁇ h1 with a cycle of 20 °, and the column input side angle signal ⁇ h1 is input to the steering angle calculation unit 50.
  • the 40 ° rotor sensor 24 of the torque sensor output side rotor is mounted on the output shaft 2B of the middle shaft 2, and the column output side angle signal ⁇ c1 is output from the 40 ° rotor sensor 24, and the column output side angle signal ⁇ c1. Is input to the rudder angle calculation unit 50.
  • a rate at which a rudder angle control unit having a position control system having a speed control loop system as a minor loop smoothes a target steering angle is known to include a limiter, and the rate limiter is a primary or secondary low-pass filter (LPF).
  • LPF primary or secondary low-pass filter
  • the present invention has been made on the basis of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to eliminate vibration caused by response characteristics by using IP control (proportional advance type PI control).
  • IP control proportional advance type PI control
  • Electric power steering that can remove the vibration due to spring inertia of the torsion bar and the moment of inertia of the handle (vibration caused by the spring inertia system) during automatic mode by using the rate limiter and filter (handle vibration removal unit) to provide an apparatus.
  • the present invention relates to an assist mode for controlling a motor that applies an assist force to the steering system when steering the steering system of the vehicle, and the motor according to a target steering angle that is given from the vehicle as needed when the vehicle autonomously travels.
  • the above-described object of the present invention is to provide a first motor current command value based on a vehicle speed of the vehicle and a steering torque input to a steering shaft of the steering system.
  • a torque control unit to calculate, and a steering angle control unit to calculate a second motor current command value based on the target steering angle, the actual steering angle, and the motor angular velocity of the motor, the steering angle control unit,
  • the first motor current command value is output in the assist mode
  • the second motor current command value is output in the automatic mode.
  • a rate limiter that changes the output value in a stepwise manner with respect to the target steering angle in order to match the output value with the target steering angle, and a frequency component in the vicinity of a predetermined center frequency by inputting the output of the rate limiter
  • a steering wheel vibration removing section that outputs the motor steering speed and a position control section that outputs a difference between the actual steering angle and the output value of the steering wheel vibration removing section and outputs a motor angular velocity command value, the motor angular velocity command value, and the An integration unit for calculating a deviation of the motor angular velocity and inputting the deviation; and a proportional unit for inputting the motor angular velocity; and subtracting the output of the proportional unit from the output of the integration unit to obtain the second motor current
  • a torque control unit that calculates a first motor current command value based on a vehicle speed of the vehicle and a steering torque input to a steering shaft of the steering system, and the target steering angle, the actual
  • a limiter a steering wheel vibration removal unit that inputs an output of the rate limiter and blocks and outputs a frequency component in the vicinity of a predetermined center frequency, and the actual steering angle and A position control unit that inputs a difference between output values of the handle vibration removal unit and outputs a motor angular velocity command value, calculates a deviation between the motor angular velocity command value and the motor angular velocity, and an integration unit that inputs the deviation;
  • a proportional unit that inputs the motor angular speed, a speed control unit that subtracts the output of the proportional unit from the output of the integrating unit, and outputs a signal of the torsion bar torque, and is equal to or higher than a predetermined cutoff frequency.
  • the steering angle control unit adds the output of the speed control unit and the output of the handle vibration suppression unit, and outputs the result as the second motor current command value. Is achieved.
  • the present invention also provides an assist mode for controlling a motor that applies assist force to the steering system when steering the steering system of the vehicle, and a target steering angle that is given from the vehicle at any time when the vehicle autonomously travels.
  • An electric power steering apparatus having an automatic mode for controlling the motor, wherein the object of the present invention is to provide a first motor current command based on a vehicle speed of the vehicle and a steering torque input to a steering shaft of the steering system.
  • a torque control unit that calculates a value
  • a steering angle control unit that calculates a second motor current command value based on the target steering angle, an actual steering angle, and a motor angular velocity of the motor, and the target based on vehicle information
  • a vehicle motion control unit that calculates a steering angle, and the vehicle motion control unit changes an output value in a stepwise manner with respect to a lateral position command in a predetermined cycle.
  • a rate limiter that matches the output value with the lateral position command, a lateral position command vibration removing unit that removes a vibration frequency component of the output of the rate limiter, and a lateral speed that calculates a lateral speed based on the lateral position.
  • a speed calculation unit a lateral position control unit that inputs a difference between output values of the lateral position and the lateral position command vibration removal unit and outputs a lateral speed command value, and a deviation between the lateral speed command value and the lateral speed.
  • An integration unit that calculates and inputs the deviation; and a proportional unit that inputs the lateral velocity; a lateral velocity control unit that subtracts and outputs the output of the proportional unit from the output of the integration unit; and a yaw rate signal And a vehicle behavior stabilization unit that passes the yaw rate signal of a predetermined cutoff frequency or more, and the vehicle motion control unit outputs the output of the lateral speed control unit and the output of the vehicle behavior stabilization unit. Add and said It is accomplished by a target steering angle.
  • the vibration caused by the response characteristic is removed by using the IP control (proportional advance type PI control), and the rate limiter and the filter (the handle vibration removing unit) are used.
  • IP control proportional advance type PI control
  • the rate limiter and the filter are used.
  • the automatic mode it is possible to eliminate vibrations caused by the spring property of the torsion bar and the moment of inertia of the handle (vibration caused by the spring inertia system).
  • the motor speed command FF (feed forward) filter can widen the control band of the actual steering angle with respect to the target steering angle to the high frequency side, thereby improving the response of the steering angle control.
  • a vibration phenomenon caused by a resonance characteristic (yaw resonance, etc.) of the vehicle occurs during vehicle control, it is included in the lateral position command yref after the rate limit.
  • the vibration frequency component can be reduced.
  • the vehicle behavior stabilization means based on the vehicle yaw rate signal ⁇ [rad / s] can further improve the vibration damping effect for the vibration phenomenon of the vehicle.
  • the present invention relates to an assist mode for controlling a motor that applies an assist force to a steering system when a driver steers the steering system of the vehicle, and a motor according to a target steering angle that is given from the vehicle as needed when the vehicle travels autonomously.
  • the electric power steering apparatus having the automatic mode for controlling the power by using the IP control (proportional lead type PI control), the vibration caused by the response characteristic is removed, and the rate limiter and the filter are used.
  • the automatic mode vibration due to the spring property of the torsion bar and the moment of inertia of the handle (vibration caused by the spring inertia system) is removed.
  • the power steering apparatus of the present invention has two operation modes (assist mode and automatic mode). That is, when the driver steers the steering system of the vehicle, the motor is controlled according to the assist mode for controlling the motor that applies assist force to the steering system and the target steering angle that is given from the vehicle as needed when the vehicle travels autonomously.
  • Automatic mode to control. In a vehicle having an electric power steering device having an automatic mode and an assist mode, it is difficult to suppress the vibration of the handle unless the handle's spring inertia system is taken into consideration.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the first embodiment of the present invention.
  • a rotation sensor 151 such as a resolver for detecting the motor rotation angle ⁇ s is connected to the motor 150.
  • the motor 150 is connected to the vehicle side.
  • Drive control is performed via ECU 130 and ECU 140 on the EPS (electric power steering device) side.
  • the ECU 130 on the vehicle side is based on a switching command unit 131 that outputs a switching command SW for an automatic mode or an assist mode based on a button, a switch, or the like indicating a driver's intention, and a signal from a camera (image) or a distance sensor. And a target steering angle generator 132 for generating the target steering angle ⁇ ref . Further, the actual steering angle ⁇ h detected by the steering angle sensor 152 provided on the column shaft is input to the steering angle control unit 200 in the EPS side ECU 140 via the vehicle side ECU 130.
  • the switching command unit 131 is based on a signal for identifying entering the automatic mode, for example, a signal of a vehicle state by a button or a switch provided on the dashboard or around the steering wheel or a parking mode provided for a shift or the like.
  • the switching command SW is output, and the switching command SW is input to the switching unit 142 in the ECU 140 on the EPS side.
  • the target steering angle generation unit 132 generates a target steering angle ⁇ ref by a known method based on data such as a camera (image) and a distance sensor, and the generated target steering angle ⁇ ref is stored in the ECU 140 on the EPS side. To the rudder angle control unit 200.
  • the EPS-side ECU 140 outputs a calculated motor current command value Itref based on the steering torque Th and the motor angular speed ⁇ c, the target steering angle ⁇ ref , the actual steering angle ⁇ h, and the motor angular speed ⁇ c.
  • a steering angle control unit 200 that calculates and outputs a motor current command value Imref for steering angle automatic control, a switching unit 142 that switches between motor current command values Itref and Imref by a switching command SW, and a motor from the switching unit 142
  • a motor drive unit 143 that drives and controls the motor 150 based on the current command value (Itref or Imref) and a motor angular speed calculation unit 144 that calculates the motor angular speed ⁇ c based on the motor rotation angle ⁇ s from the rotation sensor 151 are provided.
  • the switching unit 142 switches between the assist mode by the torque control unit 141 and the automatic mode by the rudder angle control unit 200 based on the switching command SW from the switching command unit 131 of the ECU 130.
  • the motor drive unit 143 includes a PI current control unit, a PWM control unit, an inverter, and the like (all not shown).
  • the steering angle control unit 200 is configured as shown in FIG. 5, and is a position control system in which the speed control loop system is a minor loop. Smoothing when the target steering angle ⁇ ref changes abruptly, that is, the target steering angle ⁇ ref is input to the rate limiter 211 that smoothly changes within the range of the predetermined time change rate, and the torsion bar in the automatic mode.
  • the target steering angle ⁇ ta that has passed through the handle vibration removal unit 212 that removes the vibration due to the spring property and the inertia moment of the handle (vibration caused by the spring inertia system) is added to the subtraction unit 213A.
  • the actual steering angle ⁇ h is subtracted and input to the subtracting unit 213A, and the angle deviation ⁇ b from the smoothed target steering angle ⁇ ta is multiplied by the gain K pp by the position control unit (K pp ) 214 to obtain the motor speed command value ⁇ ref.
  • Addition is input to the subtraction unit 213B.
  • the motor angular velocity ⁇ c from the motor angular velocity calculating unit 144 is subtracted and input to the subtracting unit 213B, and the calculated speed deviation Df is added and input to the subtracting unit 213C via the integrating unit (gain K iv times) 215a.
  • the angular velocity ⁇ c is multiplied by the gain K pv by the proportional unit 215b and is subtracted and input to the subtracting unit 213C. Then, the steering angle control unit 200 outputs the current command value Imref in which the subtraction result in the subtraction unit 213C is limited to the upper limit value and the lower limit value set by the limiter 217, to the switching unit 142.
  • the position control unit 214 and the speed control unit 215 constitute a current command value calculation unit.
  • the rudder angle control unit 200 in the ECU 140 on the EPS side is provided with a rate limiter 211 for a target steering angle and a handle vibration removal unit 212 that removes a vibration component caused by the spring inertia system. It is. As a result, it is possible to eliminate vibrations due to the spring property of the torsion bar and the moment of inertia of the handle during the automatic mode (vibration caused by the spring inertia system). By providing the rate limiter 211, it is possible to obtain an effect of reducing the response of the steering wheel steering angle even when the target steering angle changes suddenly, and the vehicle can be moved accurately with respect to the target steering angle regardless of the vehicle speed. Therefore, safety for the driver can be improved.
  • the rate limiter 211 smoothes and outputs when the target steering angle ⁇ t changes abruptly.
  • the rate limiter 211 is configured as shown in FIG. That is, the target steering angle ⁇ t is added to the subtracting unit 211-1, and the steering angle ⁇ t1, which is the result of subtraction from the past value, is set by the variation setting unit 211-2 as the variation ⁇ t2.
  • the change setting unit 211-2 sets the difference ⁇ t1 between the past value from the holding unit (Z ⁇ 1 ) 211-4 and the input ( ⁇ t), and the difference ⁇ t2 and the past value between the addition unit 211-3.
  • the addition result is output as a new target steering angle ⁇ t3.
  • the change setting unit 211-2 prevents the change from exceeding the set upper limit and lower limit, and its characteristics are obtained by calculating a difference from the input (target steering angle) ⁇ t for each calculation cycle T and changing the change.
  • the difference ⁇ is repeatedly added to the past value to change the output ⁇ t 3 in a stepwise manner as shown in FIG.
  • the result output ⁇ t3 matches the input (target steering angle) ⁇ t. As a result, even if the target steering angle ⁇ t changes abruptly, the target steering angle ⁇ t that changes abruptly can be changed smoothly, preventing a sudden change in current and making the driver feel uneasy about automatic driving. Plays a function to reduce.
  • the handle vibration frequency due to the spring property of the torsion bar and the moment of inertia of the handle is about 12.5 [Hz]. Since the handle vibration removing unit 212 operates to reduce the gain in the vicinity of the handle vibration frequency, that is, 12.5 ⁇ 5.0 [Hz], a notch filter is suitable for the application.
  • the notch filter used in the present embodiment can be expressed as, for example, an expression of a transfer function of a second-order filter, and can be expressed by Equation 1.
  • the center frequency is set based on the handle vibration frequency due to the spring property of the torsion bar and the moment of inertia of the handle, and is set in the range of 12.5 ⁇ 5 Hz, for example. Further, the center frequency ⁇ n and the center frequency ⁇ d do not coincide with each other and may be in the range of 2 ⁇ ⁇ 7.5 to 2 ⁇ ⁇ 17.5 [rad / s].
  • ⁇ ref Target rudder angle [rad]
  • ⁇ h Steering wheel steering angle [rad]
  • ⁇ c Column angle [rad]
  • ⁇ c Column angular velocity [rad / s]
  • LPF low pass filter
  • Tt Torsion bar torque [N ⁇ m]
  • I ref Current command value [A]
  • ⁇ ref Target angular velocity [rad / s]
  • the speed control loop system is a minor loop, and is smoothed when the target steering angle ⁇ ref changes suddenly, that is, smoothly changes within a predetermined time change rate range.
  • the target steering angle ⁇ ref is input to the rate limiter 311, and the target steering is performed via the handle vibration removing unit 312 that removes the vibration due to the spring property of the torsion bar and the inertia moment of the handle (vibration caused by the spring inertia system) during the automatic mode.
  • the angle ⁇ ta is added to the subtraction unit 313a.
  • the actual steering angle ⁇ h is subtracted input to the subtracting unit 313a, the angle deviation ⁇ b smoothed and target steering angle theta ta and actual steering angle ⁇ h is the gain K pp multiplied by the position control unit (K pp) 314, The motor speed command value ⁇ ref is added and input to the subtraction unit 313b.
  • the speed deviation Df calculated by subtracting and inputting the motor angular speed ⁇ c from the differentiating section 319 by the subtracting section 313b is added and input to the subtracting section 313c via the integrating section (gain Kiv times) 315a, and the motor angular speed ⁇ c is It is subtracted input into a gain K pv times has been subtracted portion 313c proportional portion 315b. Then, the entire block diagram, the subtraction result of the subtraction section 313c is outputted to the motor torque converting section 316 as a current command value I ref, the motor torque conversion unit 316 converts the current command value I ref to the motor torque Tm , Output to the adder 313e.
  • the added torque Ts generated by adding the torsion bar torque Tt and the motor torque Tm generated from the torsion bar unit 317 to the adding unit 313e is input to the column inertia unit 318a, and the output of the column inertia unit 318a is The signal is input to the integration unit 318b.
  • the output of the integration unit 318b is input to the differentiation unit 319 and the subtraction unit 313d as the column angle ⁇ c.
  • the differentiating unit 319 converts the output of the input column angle ⁇ c into the column angular velocity ⁇ c and outputs it to the proportional unit (K pv ) 315b and the subtracting unit 313b. Based on the column angular velocity ⁇ c, the current command value I ref and A motor torque Tm is generated.
  • the torsion bar torque Tt generated from the torsion bar unit 317 is output to the delay unit 320a, the output of the delay unit 320a is input to the handle inertia unit 320b, and then the output of the handle inertia unit 320b is input to the integration unit 320c.
  • a steering wheel steering angle ⁇ h is generated as an input calculation result.
  • the steering wheel steering angle ⁇ h generated from the integration unit 320c is subtracted and input to the subtraction unit 313a and used to generate the motor speed command value ⁇ ref.
  • the column angle ⁇ c output from the integrating unit 318b is subtracted and input by the subtracting unit 313d, and the steering angle ⁇ h is added and input to the subtracting unit 313d.
  • the torsion bar torque Tt is generated in the torsion bar portion 317 in the entire block diagram based on the difference between the column angle ⁇ c and the steering angle ⁇ h.
  • the transfer function G ⁇ t from the target rudder angle ⁇ ta to the torsion bar torque Tt in the overall block diagram represented as shown in FIG. 9 is as follows. Assuming that the target steering angle is ⁇ ta [rad] and the torsion bar torque is Tt [N ⁇ m], the transfer function G ⁇ t is expressed as shown in Equation 2.
  • Equation 3 Equation 4
  • Equation 3 G ⁇ i and G ih in Equation 3 are expressed as Equation 5 and Equation 6, respectively.
  • Equation 7 G ic in Equation 4 is expressed as Equation 7.
  • Equation 8 G ct appearing in Equation 4 and Equation 7 is expressed as Equation 8.
  • FIG. 10 shows the result of a simulation performed on the frequency characteristics of the transfer function from the target steering angle until the torsion bar torque is generated.
  • the gain of the frequency characteristic of the transfer function when the handle vibration removing unit 212 is not incorporated in the rudder angle control unit 200 is represented by a dotted line (A), and the phase is represented by a dotted line (C).
  • the gain of the frequency characteristic of the transfer function is represented by a solid line (B) and the phase is represented by a solid line (D).
  • the time response waveform of the torsion bar torque with and without the handle vibration removal unit 212 is shown in FIG. From FIG. 11, it can be seen that when the handle vibration removal unit 212 is present, vibration is suppressed although there is a peak.
  • FIG. 12 shows a time response of the steering wheel steering angle ⁇ h when the target steering angle ⁇ ref is input to the steering angle control unit 200.
  • the waveform (A) in FIG. 12 represents the time change of the target steering angle.
  • a waveform (B) is a time response of the steering angle ⁇ h when the target steering angle is input.
  • the time response of the steering wheel angle ⁇ h that follows the target steering angle when the steering wheel vibration removal unit 212 is provided is almost the same as the time response of the steering wheel angle ⁇ h that follows the target steering angle when the steering wheel vibration removal unit 212 is not provided. Therefore, the steering wheel vibration removing unit 212 does not affect the time response of the steering wheel steering angle ⁇ h. Further, it can be seen that the vibration convergence is improved.
  • the steering vibration damping unit 216 is steered to control the steering wheel damping unit 216 in order to cut off a predetermined frequency or less with respect to the torsion bar torque Tt and suppress steering vibration during operation.
  • This is a point provided in the unit 200.
  • the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, or “X” is appended after the reference numerals, and description thereof is omitted.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a control system of the electric power steering apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the steering angle control section 200X is ECU140A the EPS side, based on the steering torque Th and the motor angular velocity .omega.c, a torque control unit 141 for outputting the calculated motor current command value Itref, the target steering angle theta ref,
  • a steering angle control unit 200X that calculates and outputs a motor current command value Imref for steering angle automatic control based on the actual steering angle ⁇ h, the motor angular velocity ⁇ c, and the torsion bar torque Tt is provided.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of the rudder angle control unit 200X in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 will be described by paying attention to differences from the first embodiment described above.
  • the steering wheel damping unit 216 in the steering angle control unit 200X outputs a signal in which the torsion bar torque Tt is cut below a predetermined frequency to the adder 213D.
  • the output of the adder 213D is input to the limiter 217. That is, in addition to the configuration described above (FIG. 5), the signal output from the steering angle control unit 200 ⁇ / b> X is added to the output of the steering wheel damping unit 216 and input to the limiter 217.
  • FIG. 15 is a characteristic diagram (A) showing the frequency characteristics of the gain of the steering wheel damping section, and a characteristic chart (B) showing the frequency characteristics of the phase of the steering wheel damping section.
  • the handle damping unit 216 is a high-pass filter (HPF), which attenuates a cutoff frequency of 12.5 Hz or less and performs phase lead compensation (primary).
  • the cut-off frequency of the high-pass filter is set based on the handle vibration frequency due to the spring property of the torsion bar and the moment of inertia of the handle, and is set in the range of 12.5 ⁇ 5 Hz, for example.
  • an overall block diagram from the target steering angle ⁇ ref to the steering wheel steering angle ⁇ h can be shown as a configuration as shown in FIG. A model will be described based on this configuration.
  • FIG. 16 will be described by paying attention to differences from the first embodiment described above.
  • a proportional gain unit 321 is provided that allows the torsion torque Tt to be multiplied by the gain Ct and added to the subtraction unit 313c.
  • the transfer function G ⁇ t from the target rudder angle ⁇ ta to the torsion bar torque T t in the overall block diagram represented as shown in FIG. 16 has the target steering angle ⁇ ta [rad] and the torsion bar torque. Assuming T t [N ⁇ m], as in the first embodiment, it is expressed as shown in Equation 2, and G ⁇ i and G it in Equation 2 are expressed as shown in Equation 3 and Equation 4, respectively. .
  • G ih and G ⁇ i in Expression 3 are expressed as Expression 9 and Expression 10, respectively.
  • G t ′ in Expression 10 is expressed as Expression 11.
  • Equation 12 Equation 12
  • FIG. 19 A waveform (A) in FIG. 19 shows a time response of the steering angle with respect to the target steering angle when the steering vibration damping unit and the steering vibration removing unit are not compensated (thin line).
  • a waveform (B) shows a time response of the steering angle ⁇ h with respect to the target steering angle when only the steering vibration removing unit is provided (dotted line).
  • a waveform (C) indicates a time response of the steering angle ⁇ h with respect to the target steering angle when both the steering vibration damping unit and the steering vibration removing unit are provided (thick line).
  • FIG. 20 shows the torsion bar torque when the steering angle response in FIG. 21 is made. In addition, the convergence of vibration is improved.
  • the difference between the third embodiment and the second embodiment is that the motor speed command FF filter 218 is steered to control the motor speed command FF filter 218 in order to widen the control band of the actual rudder angle to the target rudder angle (after the rate limiter).
  • This is a point provided in the portion 200Y. Therefore, for convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the first embodiment and the second embodiment described above, or “Y” is added after the reference symbols, and description thereof is omitted.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a configuration example of the rudder angle control unit 200Y in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 will be described by paying attention to differences from the second embodiment described above.
  • the motor speed command FF filter 218 in the rudder angle control unit 200Y is configured to input the output of the rate limiter 211, perform a feed forward (FF) process, and add to the adder 213E.
  • the motor speed command FF filter 218 is provided in the rudder angle control unit 200Y in order to improve the responsiveness of the rudder angle control by expanding the control band of the actual rudder angle with respect to the target rudder angle to the high frequency side. is there.
  • the motor speed command FF filter will be described with reference to FIG.
  • the waveform (A) shows the time change of the target steering angle
  • the waveform (B) shows the time response of the actual steering angle when there is no motor speed command FF filter
  • (C) shows the motor speed command FF filter.
  • the time response of the actual steering angle in the case of being present is shown.
  • the followability of the steering angle control is improved when the motor speed command FF filter is provided rather than when the motor speed command FF filter is not provided.
  • it can be used more effectively for a sudden lane change. This is because the followability of the actual steering angle with respect to the target steering angle is improved, and the response of the vehicle motion control can be improved.
  • FIG. 23 is a block diagram showing a target steering angle generation unit 132X of the control system of the electric power steering device in the fourth embodiment of the present invention.
  • vehicle information for example, a camera, an angular velocity sensor, an acceleration sensor, a GPS, etc.
  • vehicle information for example, a camera, an angular velocity sensor, an acceleration sensor, a GPS, etc.
  • the target steering angle generator 132X that calculates the target steering angle ⁇ ref based on the horizontal position and the horizontal position command yref based on the lateral position and the horizontal position command yref is provided in the steering angle control unit 200Y described later. It is.
  • the target steering angle generation unit 132X includes a vehicle state quantity detector 132a, a target trajectory calculation unit 132b, and a vehicle motion control unit 132c.
  • the vehicle state quantity detector 132a calculates the lateral position, yaw, lateral G, and the like based on vehicle information (camera, angular velocity sensor, acceleration sensor, GPS, etc.).
  • the target trajectory calculation unit 132b calculates a lateral position command based on the calculation result of the vehicle state quantity detector 132a.
  • the vehicle motion control unit 132c calculates the target steering angle ⁇ ref based on the lateral position command yref, the lateral position Y [m], the yaw, the lateral G, and the like.
  • the lateral position Y [m] is calculated based on image data of a camera or the like and GPS position information.
  • the relative distance between the two in-house with respect to the lane is fed back to the vehicle motion control unit 132c.
  • the vehicle motion control unit 132c is a function necessary for a lane change on a substantially straight road, and similarly functions on a gentle curve.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a configuration example of the vehicle motion control unit 132c in the fourth embodiment of the present invention.
  • a lateral position command yref [m], a lateral position Y [m], and a yaw rate ⁇ [rad / s] are input to the vehicle motion control unit 132c illustrated in FIG.
  • a lateral position command upper / lower limiter 410 to which the lateral position command yref [m] is input and a lateral position command rate limiter 411 to which the output of the lateral position command upper / lower limiter 410 is input are provided.
  • a lateral position command vibration removing unit 412 and a lateral speed command FF filter 418 to which the output of the lateral position command rate limiter 411 is input are provided.
  • the output of the lateral position command vibration removing means 412 is added to the subtractor 413A and the output of the lateral speed command FF filter 418 is added to the adder 413B.
  • the subtraction unit 413A corresponds to the subtraction unit 213A of the second embodiment.
  • the yaw rate ⁇ [rad / s] is input to the vehicle behavior stabilization means 419, and the output of the vehicle behavior stabilization means 419 is added to the adder 413E.
  • the adding unit 413E corresponds to the adding unit 213D of the second embodiment.
  • the lateral position Y [m] is input to the lateral velocity calculation means 416 and is subtracted and input to the subtraction unit 413A.
  • the subtraction unit 413A corresponds to the subtraction unit 213A of the second embodiment. Even if the yaw rate ⁇ [rad / s] and the lateral G are replaced, the same vehicle behavior stabilization can be realized with the same control configuration.
  • the lateral position command upper / lower limiter 410 limits the upper limit and the lower limit of the lateral position command yref. Thus, when an abnormal value occurs due to a communication error, a memory error, etc., it can be limited by the upper / lower limiter.
  • the lateral position command rate limiter 411 performs rate limit processing on the lateral position command yref in order to prevent the target rudder angle target steering angle ⁇ ref, which is an output, from fluctuating rapidly due to a sudden change in the lateral position command yref. It also leads to improved safety for the driver.
  • the lateral position command vibration removal unit 412 includes a vibration frequency component included in the lateral position command yref after the rate limit when a vibration phenomenon caused by a resonance characteristic (yaw resonance, etc.) of the vehicle occurs during vehicle control. In order to reduce this, phase delay compensation, notch filter processing, or low-pass filter processing is performed. Further, since it is generally known that the frequency and gain of the yaw resonance of the vehicle change according to the vehicle speed, the frequency characteristic may be changed in response to the vehicle speed.
  • the lateral position control unit 414 calculates a lateral velocity command value by the lateral position control unit 414 by multiplying the deviation between the lateral position command value and the lateral position of the output signal of the lateral position command vibration removing unit 412 by a proportional gain Kpp.
  • the lateral speed control unit 415 passes the lateral speed command value and the lateral speed through the lateral speed control unit (IP controller), and the target rudder angle (the output value of the lateral speed control unit) such that the lateral speed follows the lateral speed command value. ) Is calculated.
  • IP controller lateral speed control unit
  • target rudder angle the output value of the lateral speed control unit
  • the lateral speed calculation unit 416 may perform a calculation corresponding to the differentiation of the detected lateral position Y.
  • a low-pass filter and a gain can be used to remove high-frequency noise.
  • the cut-off frequency may be set between 10 Hz and 30 Hz in a primary format. Or you may calculate by the pseudo-differentiation and gain using a high pass filter.
  • the high-pass filter may be set to a cutoff frequency between 10 Hz and 30 Hz, for example, in a first-order form.
  • the target rudder angle output limiter 417 is limited by an output limiter to prevent an excessive output of the target rudder angle.
  • the lateral velocity command FF filter 418 outputs the lateral position command yref after the rate limiter to the output of the lateral position control unit 414 using the filter and gain in the FF filter in order to improve the follow-up characteristic of the lateral position to the lateral position command yref. Is added to the lateral speed command value.
  • the lateral velocity command FF filter 418 may be a filter that advances the phase of the lateral position command yref using a phase advance, a high-pass filter, or a differential equivalent. Further, the filter characteristics and the gain may be variable depending on the vehicle speed. At the time of emergency avoidance, followability can be improved by setting a gain larger than that at the normal time.
  • the vehicle behavior stabilization unit 419 can further improve the vibration suppression effect on the vibration phenomenon of the vehicle by the vehicle behavior stabilization unit 419 based on the vehicle yaw rate signal ⁇ [rad / s].
  • the vehicle behavior stabilization unit 419 includes a phase compensation filter 419a and a proportional unit (gain Kyaw) 419b.
  • the phase compensation filter 419a may be a primary filter or a secondary filter. Further, the phase compensation filter 419a may be a low-pass filter, a high-pass filter, a notch filter, or a band-pass filter (BPF) as long as the phase characteristic can stabilize the vehicle behavior. Further, the phase compensation filter 419a may change the frequency characteristic in response to the vehicle speed. In this case, for example, a gain map for the vehicle speed and phase compensation for varying the cutoff frequency may be used. Note that Kyaw, which is the gain coefficient of the proportional unit 419b, may be a positive value or a negative value.
  • FIG. 25 shows the result of the time response simulation of the vehicle lateral position.
  • the waveform (A) is the time change of the lateral position command yref
  • the waveform (B) is the time response of the vehicle lateral position when the vehicle behavior stabilization means is provided
  • the waveform (C) is the vehicle behavior stabilization. The time response of the vehicle lateral position when there is no means is shown.
  • the lateral position of the vehicle is stable without vibration, and when the vehicle behavior stabilizing means is not provided, the lateral position of the vehicle is not stabilized and vibrates.
  • the phase compensation filter of the vehicle behavior stabilization means is a first-order low-pass filter, and its cutoff frequency is set to 0.5 Hz.
  • FIG. 26 shows a change in yaw rate over time in the simulation of FIG.
  • a waveform (A) is a time response of the yaw rate when the vehicle behavior stabilization unit is provided.
  • a waveform (B) is a time response of the yaw rate when there is no vehicle behavior stabilization unit.
  • the time response of the yaw rate is more stable when the vehicle behavior stabilization unit is present than when the vehicle behavior stabilization unit is not present, and the yaw rate is less likely to vibrate. I understand.

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Abstract

【課題】 Ｉ－Ｐ制御を用いていることによって、応答特性起因の振動を除去すると共に、ハンドル振動除去部を用いていることにより、自動モード中にトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動を除去することが可能な電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】 アシストモードに切り換えられた場合に第１のモータ電流指令値を出力し、自動モードに切り換えられた場合に第２のモータ電流指令値を出力し、目標操舵角について、所定中心周波数の近傍の周波数成分を遮断して出力するハンドル振動除去部と、実操舵角とハンドル振動除去部の出力値の差分を入力し、モータ角速度指令値を出力する位置制御部と、モータ角速度指令値とモータ角速度の偏差を演算して入力する積分部と、モータ角速度を入力する比例部と、積分部の出力から比例部の出力を減算して第２のモータ電流指令値を出力する速度制御部とを備える。

Description

電動パワーステアリング装置
　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おいて、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）を用いることによって、応答特性起因の振動を除去すると共に、レートリミッタ及びフィルタ（ハンドル振動除去部）を用いることにより、自動モード中にトーションバーのバネ性とハンドル（ステアリングホイール）の慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去することができる電動パワーステアリング装置に関する。
　従来技術として、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Ｔｒ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）指令の操舵補助指令値の演算を行い、操舵補助指令値に補償等を施した電圧制御値Ｅ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は必須のものではなく、配設されなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転位置センサから操舵角θを取得することも可能である。
　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（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ)５０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ５０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、ＣＡＮ５０以外の通信、アナログ／デジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ５１も接続可能である。
　また、コラム軸（ハンドル軸）２にトーションバーを具備する電動パワーステアリング装置では、例えば図２に示すような各種センサがトーションバー２３を挟むコラム軸２に装着され、角度が検出される。即ち、ハンドル軸２のハンドル１側の入力シャフト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°周期のコラム入力側角度信号θh1を出力し、コラム入力側角度信号θh1は舵角演算部５０に入力される。又はンドル軸２の出力シャフト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からコラム出力側角度信号θc1が出力され、コラム出力側角度信号θc1は舵角演算部５０に入力される。コラム入力側角度信号θh1及びコラム出力側角度信号θc1は共に舵角演算部５０で絶対角度に演算され、舵角演算部５０から絶対角度のハンドル角θh及びコラム角θcが出力される。なお、トーションバー捩れ角Δθ、ハンドル角θh、コラム角θcの関係を示す機構図は、図３に示すようになっている。
　他の従来技術として、並列駐車、縦列駐車を容易とする駐車支援装置を備えたパワーステアリング装置において、目標舵角と舵角の偏差に対して、速度ＰＩ制御を行い操舵制御することが知られており、例えば、特開２００３－３４１５４３号公報（特許文献１）に開示されている。
　自動モード（駐車支援機能）とアシストモードを有する車両における電動パワーステアリング装置において、速度制御ループ系をマイナーループとする位置制御系を有する舵角制御部が、目標操舵角を円滑化するためのレートリミッタを備え、該レートリミッタを１次若しくは２次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）とすることが知られており、例えば、特開２０１３－２５２７２９号公報（特許文献２）、特開２０１４－０５４８８５号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２００３－３４１５４３号公報 特開２０１３－２５２７２９号公報 特開２０１４－０５４８８５号公報
　特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置では、速度ＰＩ制御を用いた舵角追従制御を行っていた車両において舵角制御を行う場合、走行車速、摩擦や路面反力の変化によって実舵角の応答が変わるため、目標舵角に対して追従性が不足し、また、ハンドルのバネ慣性系が考慮されていないために発生するハンドル振動が、運転者に違和感を与えるという問題が生じる。
　特許文献２及び３に記載された電動パワーステアリング装置では、レートリミッタを備えているため、目標操舵角が急操舵であっても、円滑に操舵することができ、低車速においても良好な応答性を奏する。しかしながら、ハンドルのバネ慣性系の共振周波数に対する設計がされていないため、ハンドル振動を除去することは困難である。
　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、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）を用いていることによって、応答特性起因の振動を除去すると共に、レートリミッタ及びフィルタ（ハンドル振動除去部）を用いることにより、自動モード中にトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去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。
　本発明は、車両の操舵系を操舵するに際して前記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、前記車両が自律走行するに際して前記車両から随時与えられる目標操舵角に応じて前記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、本発明の上記目的は、前記車両の車速と前記操舵系のステアリングシャフトに入力された操舵トルクとに基づいて第１のモータ電流指令値を算出するトルク制御部と、前記目標操舵角、実操舵角及び前記モータのモータ角速度に基づいて第２のモータ電流指令値を算出する舵角制御部とを備え、前記舵角制御部は、前記アシストモード時に前記第１のモータ電流指令値を出力し、前記自動モード時に前記第２のモータ電流指令値を出力する構成であり、所定周期における前記目標操舵角について階段状に出力値を変化させ、前記出力値を前記目標操舵角に一致させるようにするレートリミッタと、前記レートリミッタの出力を入力して所定中心周波数の近傍の周波数成分を遮断して出力するハンドル振動除去部と、前記実操舵角及び前記ハンドル振動除去部の出力値の差分を入力してモータ角速度指令値を出力する位置制御部と、前記モータ角速度指令値及び前記モータ角速度の偏差を演算し、前記偏差を入力する積分部と、前記モータ角速度を入力する比例部とを備え、前記積分部の出力から前記比例部の出力を減算して前記第２のモータ電流指令値を出力する速度制御部とで構成されていることにより、
　或いは前記車両の車速と前記操舵系のステアリングシャフトに入力された操舵トルクとに基づいて第１のモータ電流指令値を算出するトルク制御部と、前記目標操舵角、実操舵角、前記モータのモータ角速度及びトーションバートルクに基づいて第２のモータ電流指令値を算出する舵角制御部とを備え、前記舵角制御部は、前記アシストモード時に前記第１のモータ電流指令値を出力し、前記自動モード時に前記第２のモータ電流指令値を出力する構成であり、所定周期における前記目標操舵角について階段状に出力値を変化させ、前記出力値を前記目標操舵角に一致させるようにするレートリミッタと、前記レートリミッタの出力を入力して所定中心周波数の近傍の周波数成分を遮断して出力するハンドル振動除去部と、前記実操舵角及び前記ハンドル振動除去部の出力値の差分を入力してモータ角速度指令値を出力する位置制御部と、前記モータ角速度指令値及び前記モータ角速度の偏差を演算し、前記偏差を入力する積分部と、前記モータ角速度を入力する比例部とを備え、前記積分部の出力から前記比例部の出力を減算して出力する速度制御部と、前記トーションバートルクの信号を入力し、所定の遮断周波数以上の前記信号を通過させるハンドル制振部とで構成され、前記舵角制御部は、前記速度制御部の出力と前記ハンドル制振部の出力とを加算して前記第２のモータ電流指令値として出力することにより達成される。
　また、本発明は、車両の操舵系を操舵するに際して前記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、前記車両が自律走行するに際して前記車両から随時与えられる目標操舵角に応じて前記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、本発明の上記目的は、前記車両の車速と前記操舵系のステアリングシャフトに入力された操舵トルクとに基づいて第１のモータ電流指令値を算出するトルク制御部と、前記目標操舵角、実操舵角、及び前記モータのモータ角速度に基づいて第２のモータ電流指令値を算出する舵角制御部と、車両情報に基づいて前記目標操舵角を算出する車両運動制御部とを備え、前記車両運動制御部は、所定周期における横位置指令について階段状に出力値を変化させ、前記出力値を前記横位置指令に一致させるようにするレートリミッタと、前記レートリミッタの出力の振動周波数成分を除去する横位置指令振動除去部と、横位置に基づいて横速度を演算する横速度演算部と、前記横位置及び前記横位置指令振動除去部の出力値の差分を入力して横速度指令値を出力する横位置制御部と、前記横速度指令値及び前記横速度の偏差を演算し、前記偏差を入力する積分部と、前記横速度を入力する比例部とを備え、前記積分部の出力から前記比例部の出力を減算して出力する横速度制御部と、ヨーレート信号を入力し、所定の遮断周波数以上の前記ヨーレート信号を通過させる車両挙動安定化部とで構成され、前記車両運動制御部は、前記横速度制御部の出力と前記車両挙動安定化部の出力とを加算して前記目標操舵角とするすることにより達成される。
　本発明の電動パワーステアリング装置によれば、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）を用いることによって応答特性起因の振動を除去すると共に、レートリミッタ及びフィルタ（ハンドル振動除去部）を用いることにより、自動モード中にトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去することが可能となる。
　また、モータ速度指令ＦＦ（フィードフォワード）フィルタによって、目標舵角に対する実舵角の制御帯域を高周波側まで広げ、舵角制御の応答性を向上させることができる。また、横位置指令振動除去部を設けることによって、車両制御中に車両の持つ共振特性（ヨー共振など）に起因する振動現象が発生するような場合、レートリミット後の横位置指令ｙrefに含まれる振動周波数成分を低減することができる。また、車両のヨーレート信号γ[rad/s]に基づく車両挙動安定化手段により、車両の振動現象に対する制振効果を一層向上することができる。
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。 センサの装着例及びコラム角、ハンドル角の関係を示す図である。 トーションバーとハンドル角、コラム角の関係を示す機構図である。 本発明の第１実施形態における、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。 本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明で使用するレートリミッタの一例を示すブロック図である。 本発明の変化分設定部の構成例を示すブロック図である。 本発明のハンドル振動除去部のゲイン及び位相の周波数特性を示す特性図である。 本発明の第１実施形態（目標操舵角からハンドル舵角まで）の全体のブロック線図である。 ハンドル振動除去部の有無によるシミュレーション結果を示す特性図である。 ハンドル振動除去部の有無に対するトーションバートルクの時間応答を示すシミュレーション図である。 ハンドル舵角の時間応答を示すシミュレーション図である。 本発明の第２実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の舵角制御部（第２実施形態）の構成例を示すブロック図である。 ハンドル制振部の周波数特性例を示す特性図である。 本発明の第２実施形態を示すブロック線図である。 本発明の第２実施形態（目標操舵角からハンドル舵角まで）を等価変換した全体のブロック線図である。 本発明の第２実施形態（目標操舵角からハンドル舵角まで）を等価変換した全体のブロック線図である。 ハンドル制振部及びハンドル振動除去部の有無に対するハンドル舵角の時間応答を示すシミュレーション結果である。 ハンドル制振部及びハンドル振動除去部の有無に対するハンドル舵角の時間応答を示すシミュレーション結果である。 本発明の第３実施形態を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の実操舵角の時間応答を示すシミュレーション結果である。 本発明の第４実施形態における目標操舵角生成部を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態における車両運動制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態の車両横位置の時間応答を示すシミュレーション結果である。 図２５におけるヨーレートの応答時間のシミュレーション結果である。
　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おいて、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）を用いることによって、応答特性起因の振動を除去すると共に、レートリミッタ及びフィルタを用いていることにより、自動モード中にトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去する。
　以下に、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
　先ず、本発明のパワーステアリング装置では、２つの動作モード（アシストモード及び自動モード）を具備している。即ち、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である。そして、自動モードとアシストモードを備える電動パワーステアリング装置を有する車両にあっては、ハンドルのバネ慣性系が考慮されなければ、ハンドルの振動を抑えることは困難である。
　図４は、本発明の第１実施形態の構成例を示しており、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は車両側のＥＣＵ１３０及びＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）側のＥＣＵ１４０を介して駆動制御される。
　車両側のＥＣＵ１３０は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、自動モード又はアシストモードの切換指令ＳＷを出力する切換指令部１３１と、カメラ（画像）や距離センサなどの信号に基づいて目標操舵角θrefを生成する目標操舵角生成部１３２とを具備している。また、コラム軸に設けられた舵角センサ１５２で検出された実操舵角θhは、車両側のＥＣＵ１３０を経てＥＰＳ側のＥＣＵ１４０内の舵角制御部２００に入力される。
　切換指令部１３１は、自動モード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側の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）、距離センサなどのデータを基に公知の手法で目標操舵角θrefを生成し、生成された目標操舵角θrefをＥＰＳ側のＥＣＵ１４０内の舵角制御部２００に入力する。
　ＥＰＳ側のＥＣＵ１４０は、操舵トルクＴｈ及びモータ角速度ωc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θref、実操舵角θh、モータ角速度ωc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（Ｉｔｒｅｆ又はＩｍｒｅｆ）に基づいてモータ１５０を駆動制御するモータ駆動部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ωc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、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によるアシストモードと、舵角制御部２００による自動モードとを切り換え、アシストモードではモータ電流指令値Ｉｔｒｅｆを出力し、自動モードではモータ電流指令値Ｉｍｒｅｆを出力する。また、モータ駆動部１４３は、ＰＩ電流制御部、ＰＷＭ制御部、インバータ等（いずれも図示せず）で構成されている。
　舵角制御部２００は図５に示すような構成となっており、速度制御ループ系をマイナーループとする位置制御系となっている。目標操舵角θrefが急激に変化した場合の平滑化、つまり所定時間変化率の範囲内で円滑に変化するようにするレートリミッタ２１１に目標操舵角θrefが入力され、自動モード中におけるトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去するハンドル振動除去部２１２を経た目標操舵角θｔａが減算部２１３Ａに加算入力される。
　そして、実操舵角θhは減算部２１３Ａに減算入力され、平滑化された目標操舵角θｔａとの角度偏差θｂが位置制御部（Ｋpp）２１４でゲインＫpp倍され、モータ速度指令値ωrefとして減算部２１３Ｂに加算入力される。減算部２１３Ｂにはモータ角速度演算部１４４からのモータ角速度ωcが減算入力され、演算された速度偏差Ｄｆが積分部（ゲインＫiv倍）２１５ａを経て、減算部２１３Ｃに加算入力されると共に、モータ角速度ωcは比例部２１５ｂでゲインＫpv倍されて減算部２１３Ｃに減算入力される。そして、舵角制御部２００は、減算部２１３Ｃでの減算結果がリミッタ２１７でそれぞれ設定された上限値及び下限値に制限された電流指令値Ｉｍｒｅｆを、切換部１４２に出力する。
　なお、位置制御部２１４及び速度制御部２１５で電流指令値演算部を構成している。
　本発明の第１実施形態において、ＥＰＳ側のＥＣＵ１４０における舵角制御部２００に、目標操舵角に対するレートリミッタ２１１、及びバネ慣性系起因の振動成分を除去するハンドル振動除去部２１２を設けることが特徴である。これにより、自動モード中におけるトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去することができる。そして、レートリミッタ２１１を設けることによって、目標操舵角の急変時においても、ハンドル操舵角の応答を和らげるような効果が得られるし、車速に関係なく、目標操舵角に対して正確に車両を移動させることができるので、運転者に対してより安全性を向上させることができる。
　レートリミッタ２１１は、目標操舵角θｔが急激に変化した場合に円滑化して出力するものであり、例えば図６に示すような構成となっている。即ち、目標操舵角θｔは減算部２１１－１に加算入力され、過去値との減算結果である操舵角θｔ１が変化分設定部２１１－２で変化分θｔ２の設定をされる。変化分設定部２１１－２は、保持部（Ｚ-1）２１１－４からの過去値と入力（θｔ）の差分θｔ１を設定し、加算部２１１－３での変化分θｔ２と過去値との加算結果を新たな目標操舵角θｔ３として出力する。変化分設定部２１１－２は、変化分が設定された上限及び下限を超えないようにするものであり、その特性は演算周期Ｔ毎に入力（目標操舵角）θｔとの差分を求め、変化分設定部２１１－２の上限及び下限の範囲外の場合には、差分を過去値に加算することを繰返し行うことにより、図７に示すような階段状に出力θｔ３を変化させて、最終的に出力θｔ３を目標操舵角θｔに一致させる。また、入力（目標操舵角）θｔとの差分が変化分設定部２１１－２の上限及び下限の範囲内の場合には、変化分θｔ２＝差分θｔ１を出力し、過去値に加算するので、その結果出力θｔ３と入力（目標操舵角）θｔは一致する。これらの結果、目標操舵角θｔが急激に変化しても、急激に変化する目標操舵角θｔを滑らかに変化させることができ、急激な電流変化を防止し、運転者の自動運転の不安感を低減させる機能を果たしている。
　次に、ハンドル振動除去部２１２の周波数特性について説明する。
　先ず、トーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによるハンドル振動周波数は、約１２．５［Hz］であることが知られている。ハンドル振動除去部２１２は、ハンドル振動周波数近傍、即ち１２．５±５．０［Hz］のゲインを低下させるように作用するものであるから、ノッチフィルタがその用途に適する。本実施形態において使用されるノッチフィルタは、例えば、２次のフィルタの伝達関数の式として表現することができ、数１で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 そして、数１の各定数を、中心周波数ωn=ωd=2π×12.5[rad/s]、減衰定数ζn=0.2、減衰定数ζd=0.6とした場合のボード線図を図８に示す。この図８より、ハンドル振動除去部２１２の周波数特性において、約１２．５［Hz］を中心周波数としてゲインが低下している様子が分かる。なお、中心周波数は、トーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによるハンドル振動周波数に基づいて設定され、例えば１２．５±５Ｈｚの範囲に設定される。さらに、中心周波数ωnと中心周波数ωdは一致せず、２π×７．５～２π×１７．５［rad/s］の範囲でも良い。
　次に、コラムからタイヤにかけてのシステムについて、一体となった慣性系（コラム慣性）として伝達関数を用いてまとめたモデルを示す。コラム慣性系をモデル化するため、以下のような物理量を使用する。
Ｊc：コラム慣性[kg・ｍ２]  
Ｄc：コラム減衰係数[N・m/(rad/s)]
Ｊh：ハンドル慣性[kg・ｍ２]
Ｄh：ハンドル減衰係数[N・m/(rad/s)]
Ｋs：トーションバーバネ定数[N・m/rad]
Ｄ s：トーションバー減衰定数[N・m/(rad/s)]
Ｋt：モータトルク定数[N・m/A]
　ただし、モータ発生トルクはコラム軸のトルクに換算（減速機構分を考慮）する。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、電流制御は省略する。
θref：目標舵角[rad] 
θh：ハンドル舵角[rad] 
θc：コラム角[rad]
ωc：コラム角速度[rad/s]
　なお、コラム角速度ωcはECU内でモータ回転角を差分演算してモータ回転速度にし、さらにコラム軸換算している。実際には、高周波域のノイズ除去のためにローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いている（図示せず）。
Ｔt:トーションバートルク[N・m] 
Ｉref：電流指令値[A]
ωref：目標角速度［rad/s］
　以上のような物理量を用いて、目標操舵角θrefからハンドル舵角θhまでの全体ブロック線図は、図９のような構成として示すことができる。この構成に基づいてモデルを説明する。
　先ず、速度制御ループ系をマイナーループとする位置制御系となっており、目標操舵角θrefが急激に変化した場合の平滑化、つまり所定時間変化率の範囲内で円滑に変化するようにするレートリミッタ３１１に目標操舵角θrefが入力され、自動モード中におけるトーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによる振動（バネ慣性系に起因する振動）を除去するハンドル振動除去部３１２を経た目標操舵角θtaが減算部３１３ａに加算入力される。
　そして、実操舵角θhは減算部３１３ａに減算入力され、平滑化された目標操舵角θtaと実操舵角θhとの角度偏差θｂが位置制御部（Ｋpp）３１４でゲインＫpp倍され、モータ速度指令値ωrefとして減算部３１３ｂに加算入力される。減算部３１３ｂで微分部３１９からのモータ角速度ωcが減算入力されて演算された速度偏差Ｄｆが、積分部（ゲインＫiv倍）３１５ａを経て減算部３１３ｃに加算入力されると共に、モータ角速度ωcは比例部３１５ｂでゲインＫpv倍されて減算部３１３ｃに減算入力される。そして、全体ブロック線図では、減算部３１３ｃでの減算結果が電流指令値Ｉrefとしてモータトルク変換部３１６に出力され、モータトルク変換部３１６が電流指令値ＩrefをモータトルクＴｍに変換して、加算部３１３ｅに出力する。そして、トーションバー部３１７から生成されるトーションバートルクＴtとモータトルクＴｍとが加算部３１３ｅに加算入力されて生成された加算トルクＴsはコラム慣性部３１８ａに入力され、コラム慣性部３１８ａの出力は積分部３１８ｂに入力される。積分部３１８ｂの出力はコラム角θcとして、微分部３１９及び減算部３１３ｄに入力される。微分部３１９は、入力されたコラム角θcの出力を、コラム角速度ωcに変換して、比例部（Ｋpv）３１５ｂ及び減算部３１３ｂに出力し、コラム角速度ωcに基づいて電流指令値Ｉref及びモータトルクＴｍが生成される。
　一方、トーションバー部３１７から生成されるトーションバートルクＴtは遅延部３２０ａに出力され、遅延部３２０ａの出力が、ハンドル慣性部３２０ｂに入力され、続いてハンドル慣性部３２０ｂの出力が積分部３２０ｃに入力された演算結果として、ハンドル舵角θhが生成される。積分部３２０ｃから生成されたハンドル舵角θhは、減算部３１３ａに減算入力され、モータ速度指令値ωrefの生成に使用される。また、積分部３１８ｂから出力されたコラム角θcは減算部３１３ｄで減算入力され、ハンドル舵角θhは減算部３１３ｄに加算入力される。このようにして、全体のブロック線図のトーションバー部３１７において、コラム角θcとハンドル舵角θhとの差分に基づいて、トーションバートルクＴtが生成される。
　従って、図９のように表された全体ブロック線図における、目標舵角θtaからトーションバートルクＴtまでの伝達関数Ｇθtは、以下のようになる。目標操舵角をθta[rad]とし、トーションバートルクをＴt[N・m]とすると、伝達関数Ｇθtは数２のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　そして、数２内のＧθi及びＧitは、それぞれ数３及び数４のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　また、数３内のＧωi及びＧihは、それぞれ数５及び数６のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 また、数４内のＧicは、数７のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 さらに、数４及び数７に現れるＧctは、数８のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　ここで、以上のように説明し、図９で示したようなブロック図で構成されたモデルに基づいて、ハンドル振動除去部２１２を舵角制御部２００に組み込んだ場合と、組み込んでいない場合とにおける、目標操舵角からトーションバートルクが発生するまでの伝達関数の周波数特性についてシミュレーションを行い、比較した結果を図１０に示す。
　図１０のシミュレーション結果において、ハンドル振動除去部２１２を、舵角制御部２００に組み込まない場合の伝達関数の周波数特性のゲインは点線（Ａ）で、位相は点線（Ｃ）で表わされ、ハンドル振動除去部２１２を、舵角制御部２００に組み込んだ場合の伝達関数の周波数特性のゲインは実線（Ｂ）で、位相は実線（Ｄ）で表される。これらを比較すると、ハンドル振動除去部２１２を、舵角制御部２００に組み込んだ場合には、約１２．５［Hz］を中心としてゲインが低下していること、つまり、トーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによるハンドル振動が除去されている様子が分かる。
　本発明の効果を説明するため、ハンドル振動除去部２１２が有る場合と、無い場合についてのトーションバートルクの時間応答波形を図１１に示す。図１１より、ハンドル振動除去部２１２が有る場合の方が、ピークはあるものの振動が抑制されていることが分かる。
　さらに、図１２は、舵角制御部２００に目標操舵角θrefを入力したときのハンドル舵角θhの時間応答を示している。ここで図１２の波形（Ａ）は、目標操舵角の時間変化である。波形（Ｂ）は、目標操舵角を入力したときのハンドル舵角θhの時間応答である。ハンドル振動除去部２１２が有る場合における目標操舵角に追従するハンドル舵角θhの時間応答と、ハンドル振動除去部２１２が無い場合における目標操舵角に追従するハンドル舵角θhの時間応答とがほとんど同じもので、ほぼ重なっており、ハンドル振動除去部２１２がハンドル舵角θhの時間応答に影響しないことを示している。さらに、振動の収斂（しゅうれん）性が向上していることが分かる。
　次に、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照して説明する。
　第２実施形態と上記第１実施形態との相違点は、トーションバートルクＴtについて所定の周波数以下を遮断して、動作中のハンドル振動を抑制するために、ハンドル制振部２１６を舵角制御部２００に設けた点である。このため、説明の便宜上、上述した実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して、又は符号の後に「Ｘ」を付してその説明を省略する。
　図１３は、本発明の第２実施形態に係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。図１３において、前述の第１実施形態との相違点について説明する。この場合、舵角制御部２００Ｘは、ＥＰＳ側のＥＣＵ１４０Ａは、操舵トルクＴｈ及びモータ角速度ωc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θref、実操舵角θh、モータ角速度ωc、及びトーションバートルク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２００Ｘを具備している。即ち前述（図４）の構成に加えて、トーションバートルクＴtを舵角制御部２００Ｘに入力するような構成となっている。図１４は、本発明の第２実施形態における、舵角制御部２００Ｘの構成例を示すブロック図である。
　図１４において、前述の第１実施形態との相違点に注目して説明する。この場合、舵角制御部２００Ｘにおけるハンドル制振部２１６は、トーションバートルクＴtについて所定の周波数以下を遮断した信号を加算器２１３Ｄに出力する。そして、加算部２１３Ｄの出力がリミッタ２１７に入力されるように構成されている。即ち前述（図５）の構成に加えて、ハンドル制振部２１６の出力に舵角制御部２００Ｘの出力する信号を加算してリミッタ２１７に入力するような構成となっている。
　或いは、ハンドル制振部２１６は、動作中のハンドル振動を抑制するため、舵角制御部２００Ｘに設けられたものである。図１５にハンドル制振部のゲインの周波数特性を示す特性図（Ａ）、ハンドル制振部の位相の周波数特性を示す特性図（Ｂ）を示す。図１５の特性図が示すようにハンドル制振部２１６は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であり、カットオフ周波数は１２．５Ｈｚ以下を減衰させると共に、位相進み補償（１次）を行っている。ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、トーションバーのバネ性とハンドルの慣性モーメントによるハンドル振動周波数に基づいて設定され、例えば１２．５±５Ｈｚの範囲に設定される。
　第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、目標操舵角θrefからハンドル舵角θhまでの、全体ブロック線図は、図１６のような構成として示すことができる。この構成に基づいてモデルを説明する。
　図１６において、前述の第1実施形態１との相違点に注目して説明する。この場合、前述（図９）の構成に加えて、トーショントルクＴtがゲインＣｔ倍されて減算部３１３ｃに加算入力されるような比例ゲイン部３２１を備えている。
　図１６に示すような目標舵角θrefからハンドル舵角θhまでの全体のブロック線図を等価変換すると、図１７のようなブロック線図になり、さらに、等価変換すると図１８のようなブロック線図になる。ただし、ここではレートリミッタ、出力リミッタ、ハンドル振動除去手段は省いている。
　そして、図１６のように表された全体ブロック線図における、目標舵角θtaからトーションバートルクＴtまでの伝達関数Ｇθtは、目標操舵角をθta[rad]とし、トーションバートルクをＴt[N・m]とすると、上記第１実施形態と同様に、数２のように表され、数２内のＧθi及びＧitは、それぞれ数３及び数４のように表される。
　第２実施形態においては、数３内のＧih及びＧωiは、それぞれ数９及び数１０のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　さらに、数１０内のＧt´は、数１１のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　さらに、数４内のＧct及びＧicは、それぞれ数１２及び数１３のように表させる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 　ここで、本発明の第２実施形態の効果について図１９を用いて説明する。図１９の波形（Ａ）はハンドル制振部及びハンドル振動除去部の補償が無い場合の目標操舵角に対するハンドル舵角の時間応答を示している（細線）。波形（Ｂ）はハンドル振動除去部のみが有る場合の目標操舵角に対するハンドル舵角θhの時間応答を示している（点線）。波形（Ｃ）はハンドル制振部及びハンドル振動除去部の両方が有る場合の目標操舵角に対するハンドル舵角θhの時間応答を示している（太線）。図２０に示すシミュレーション結果によると、ハンドル制振部及びハンドル振動除去部を併用するものが、制振効果が最も大きいから、動作中のハンドル振動を抑制するという効果が期待できる。ただし、図２１の舵角応答した際のトーションバートルクを図２０に示す。さらに、振動の収れん性が向上している。
　第３実施形態と上記第２実施形態との相違点は、（レートリミッタ後の）目標舵角に対する実舵角の制御帯域を高周波側まで広げるために、モータ速度指令ＦＦフィルタ２１８を舵角制御部２００Ｙに設けた点である。このため、説明の便宜上、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、又は符号の後に「Ｙ」を付してその説明を省略する。
　図２１は、本発明の第３実施形態における、舵角制御部２００Ｙの構成例を示すブロック図である。
　図２１において、前述の第２実施形態との相違点に注目して説明する。この場合、舵角制御部２００Ｙにおけるモータ速度指令ＦＦフィルタ２１８は、レートリミッタ２１１の出力を入力し、フィードフォワード（ＦＦ）処理をし、加算器２１３Ｅに加算入力されるように構成されている。そして、モータ速度指令ＦＦフィルタ２１８は、目標舵角に対する実舵角の制御帯域を高周波側まで広げることによって、舵角制御の応答性を向上させるため、舵角制御部２００Ｙに設けられたものである。
　次に、モータ速度指令ＦＦフィルタについて、シミュレーション結果を示す図２２を用いて説明する。図２２において、波形（Ａ）は、目標舵角の時間変化、波形（Ｂ）は、モータ速度指令ＦＦフィルタが無い場合における実操舵角の時間応答、（Ｃ）は、モータ速度指令ＦＦフィルタが有る場合における実操舵角の時間応答を示している。図２２が示しているとおり、モータ速度指令ＦＦフィルタが無い場合より、モータ速度指令ＦＦフィルタが有る場合の方が、舵角制御の追従性が向上しているのが分かる。第３実施形態によれば、急なレーンチェンジにもより効果的に使える。なぜなら、目標操舵角に対する実操舵角の追従性が高まり、車両運動制御の応答性も向上できるからである。
　以下、第４の実施形態について、第１実施形態～第３実施形態との相違点を中心に図面を参照して説明する。図２３は、本発明の第４実施形態における、電動パワーステアリング装置の制御系の目標操舵角生成部１３２Ｘを示すブロック図である。
　第４実施形態と上記第１実施形態～第３実施形態との相違点は、車両横位置の挙動が安定化するために、車両情報（例えば、カメラ、角速度センサ、加速度センサ、ＧＰＳなど）に基づいて、横位置及び横位置指令ｙrefを算出し、横位置及び横位置指令ｙrefに基づいて、目標舵角θrefを演算する目標操舵角生成部１３２Ｘを後述する舵角制御部２００Ｙに設けた点である。
　次に、第４実施形態における目標操舵角生成部１３２Ｘについて説明する。目標操舵角生成部１３２Ｘは、車両状態量検出器１３２ａ、目標軌道演算部１３２ｂ、車両運動制御部１３２ｃで構成されている。車両状態量検出器１３２ａは、車両情報（カメラ、角速度センサ、加速度センサ、ＧＰＳなど）に基づいて、横位置、ヨー、横Ｇ等を演算する。そして、目標軌道演算部１３２ｂは、車両状態量検出器１３２ａの演算結果に基づいて、横位置指令を演算する。そして、車両運動制御部１３２ｃは、横位置指令ｙref、横位置Ｙ[m]、ヨー及び横Ｇ等に基づいて、目標舵角θrefを演算する。なお、横位置Ｙ[m]はカメラ等の画像データ及びＧＰＳの位置情報に基づいて演算される。そして、車線に対する自社両の相対的な距離を車両運動制御部１３２ｃにフィードバックされる。車両運動制御部１３２ｃは、ほぼ直線の車道において、レーンチェンジする際に必要な機能であり、また、緩やかなカーブにおいても同様に機能する。
　図２４は、本発明の第４実施形態における、車両運動制御部１３２ｃの構成例を示すブロック図である。図２４に示す車両運動制御部１３２ｃには、横位置指令ｙref[m]、横位置Ｙ[m]及びヨーレートγ[rad/s]が入力される。そして、横位置指令ｙref[m]が入力される横位置指令上下限リミッタ４１０と、横位置指令上下限リミッタ４１０の出力が入力される横位置指令レートリミッタ４１１が設けられている。また、横位置指令レートリミッタ４１１の出力が入力される横位置指令振動除去部４１２及び横速度指令ＦＦフィルタ４１８が設けられている。そして、横位置指令振動除去手段４１２の出力は減算部４１３Ａに加算入力され、横速度指令ＦＦフィルタ４１８の出力は加算部４１３Ｂに加算入力される。減算部４１３Ａは第２実施形態の減算部２１３Ａに対応する。
　さらに、ヨーレートγ[rad/s]が、車両挙動安定化手段４１９に入力され、車両挙動安定化手段４１９の出力は、加算部４１３Ｅに加算入力される。加算部４１３Ｅは、第２実施形態の加算部２１３Ｄに対応する。また、横位置Ｙ[m]は、横速度演算手段４１６に入力され、減算部４１３Ａに減算入力される。減算部４１３Ａは第２実施形態の減算部２１３Ａに対応する。ヨーレートγ[rad/s]と横Ｇを置き換えても、同じ制御構成で、同様の車両挙動安定化を実現できる。（なお、車両挙動安定化が完全に一致するものではない。）ヨーレートγ[rad/s]と横Ｇの方向の定義については、実操舵角を正に（定常的）入力した際に、ヨーレートγ[rad/s]と横Ｇも正方向の値をとる。
　次に、車両運動制御部１３２ｃの各構成の機能について説明する。
　横位置指令上下限リミッタ４１０は、横位置指令ｙrefの上限及び下限の制限を行う。これによって、通信異常、メモリ異常などに起因し、異常値が発生した場合に、上下限リミッタにより制限することができる。
　横位置指令レートリミッタ４１１は、横位置指令ｙrefの急変によって、出力である目標舵角目標舵角θrefが急激に変動することを避けるため、横位置指令ｙrefをレートリミット処理する。また、ドライバへの安全性向上にも繋がる。
　横位置指令振動除去部４１２は、車両制御中に車両の持つ共振特性（ヨー共振、等）に起因する振動現象が発生するような場合、レートリミット後の横位置指令ｙrefに含まれる振動周波数成分を低減するために、位相遅れ補償、ノッチフィルタ処理又はローパスフィルタ処理を行う。また、車両のヨー共振の周波数とゲインは車速に応じて変わることが一般的に知られていることから、車速に感応して周波数特性を変化させても良い。
　横位置制御部４１４は、横位置指令振動除去部４１２の出力信号の横位置指令値と横位置の偏差に、比例ゲインＫｐｐを乗算し、横位置制御部４１４による横速度指令値を算出する。
　横速度制御部４１５は、横速度指令値と横速度を横速度制御部（I-P制御器）に通し、横速度が横速度指令値に追従するような目標舵角（横速度制御部の出力値）を算出する。
　横速度演算部４１６は、検出した横位置Ｙの微分相当の演算で良い。実装するには差分と、高周波のノイズを除去するためにローパスフィルタと、ゲインを用いることができる。ローパスフィルタとしては、例えば1次形式でカットオフ周波数を10Hzから30Hzの間に設定してもよい。或いは、ハイパスフィルタを利用した擬似微分とゲインで演算しても良い。ハイパスフィルタを用いる場合、ハイパスフィルタは、例えば1次形式で、カットオフ周波数を10Hzから30Hzの間に設定するようにしても良い。
　目標舵角出力リミッタ４１７は、目標舵角の過出力防止のため、出力リミッタで制限する。
　横速度指令ＦＦフィルタ４１８は、横位置指令ｙrefへの横位置の追従特性を上げるために、レートリミッタ後の横位置指令ｙrefをＦＦフィルタ内でのフィルタとゲインにより、横位置制御部４１４の出力の横速度指令値に加算する。横速度指令ＦＦフィルタ４１８については、位相進み、ハイパスフィルタ又は微分相当などを用いた横位置指令ｙrefの位相を進ませるフィルタでも良い。また、車速によって、フィルタ特性とゲインを可変としても良い。緊急回避時には、通常時よりも、大きいゲインにすることによって、追従性を向上することができる。
　車両挙動安定化部４１９は、車両のヨーレート信号γ[rad/s]に基づく車両挙動安定化部４１９により、車両の振動現象に対する制振効果が更に向上することができる。車両挙動安定化部４１９は、位相補償フィルタ４１９ａと比例部（ゲインＫyaw）４１９ｂとから構成される。そして、位相補償フィルタ４１９ａは、１次フィルタでも、２次フィルタであっても良い。また、位相補償フィルタ４１９ａは、車両挙動を安定化させ得る位相特性であればローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であっても良い。また、位相補償フィルタ４１９ａは、車速に感応して周波数特性を変化させても良い。この場合、例えば車速に対するゲインマップと、カットオフ周波数を可変する位相補償であっても良い。なお、比例部４１９ｂのゲイン係数であるＫyawは、正の値でも、負の値でも良い。
　次に、車両運動制御部１３２ｃの効果について、シミュレーションによるヨーレートの時間応答を図２５及び図２６に示して説明する。
　車両横位置の時間応答シミュレーションを行った結果を、図２５に示す。図２５において、波形（Ａ）は、横位置指令ｙrefの時間変化、波形（Ｂ）は、車両挙動安定化手段が有る場合における車両横位置の時間応答、波形（Ｃ）は、車両挙動安定化手段が無い場合における車両横位置の時間応答を示している。
　車両運動制御部内において車両挙動安定化手段を設けることによって、車両横位置が振動せずに安定しており、車両挙動安定化手段を設けられていない場合は、車両横位置が安定せず振動していることが、図２５から分かる。このシミュレーションにおいては、車両挙動安定化手段の位相補償フィルタは、１次形式のローパスフィルタとし、そのカットオフ周波数を０．５Ｈｚに設定した。
　また、図２６は、図２５のシミュレーションにおける、ヨーレートの時間変化である。波形（Ａ）は車両挙動安定化部が有る場合のヨーレートの時間応答である。また、波形（Ｂ）は車両挙動安定化部が無い場合のヨーレートの時間応答である。このシミュレーションの結果、ヨーレートの時間応答は、図２６が示すように、車両挙動安定化部が有る場合の方が、ヨーレートが振動しにくく、車両挙動安定化部が無い場合より安定していることが分かる。
２　　　　　　　　　　　　コラム軸（ハンドル軸）
２０　　　　　　　　　　　モータ
２３　　　　　　　　　　　トーションバー
１００　　　　　　　　　　コントロールユニット（ＥＣＵ）
１３０　　　　　　　　　　車両側のＥＣＵ
１３１　　　　　　　　　　切換指令部
１３２、１３２Ｘ　　　　　目標操舵角生成部
１３２ａ　　　　　　　　　車両状態量検出器
１３２ｂ　　　　　　　　　目標軌道演算部
１３２ｃ　　　　　　　　　車両運動制御部
１４０、１４０Ａ　　　　　ＥＰＳ側のＥＣＵ
１４１　　　　　　　　　　トルク制御部
１４２　　　　　　　　　　切換部
１４３　　　　　　　　　　モータ駆動部
１５０　　　　　　　　　　モータ
２００、２００Ｘ、２００Ｙ　　　　　舵角制御部
２１１、３１１　　　　　　レートリミッタ
２１２、３１２　　　　　　ハンドル振動除去部
２１４　　　　　　　　　　位置制御部
２１５　　　　　　　　　　速度制御部
２１５ａ、３１５ａ、３１８ｂ、３２０ｃ、４１５ａ　　　　積分部
２１５ｂ、３１４、３１５ｂ、４１５ｂ、４１９ｂ　　　　比例部
２１６　　　　　　　　　　ハンドル制振部
２１８　　　　　　　　　　モータ速度指令ＦＦフィルタ
３１６　　　　　　　　　　モータトルク変換部（Ｋt）
３１７　　　　　　　　　　トーションバー部
３１８ａ　　　　　　　　　コラム慣性部
３１９　　　　　　　　　　微分部（ｓ）
３２０ａ　　　　　　　　　遅延部
３２０ｂ　　　　　　　　　ハンドル慣性部
４１０　　　　　　　　　　横位置指令上下限リミッタ
４１１　　　　　　　　　　横位置指令レートリミッタ
４１２　　　　　　　　　　位置指令振動除去部
４１４　　　　　　　　　　横位置制御部
４１５　　　　　　　　　　横速度制御部
４１６　　　　　　　　　　横速度演算手段
４１８　　　　　　　　　　横速度指令FFフィルタ
４１９　　　　　　　　　　車両挙動安定化手段
４１９ａ　　　　　　　　　位相補償フィルタ

Claims (14)

  1. 車両の操舵系を操舵するに際して前記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、前記車両が自律走行するに際して前記車両から随時与えられる目標操舵角に応じて前記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、
    前記車両の車速と前記操舵系のステアリングシャフトに入力された操舵トルクとに基づいて第１のモータ電流指令値を算出するトルク制御部と、
    前記目標操舵角、実操舵角及び前記モータのモータ角速度に基づいて第２のモータ電流指令値を算出する舵角制御部とを備え、
    前記舵角制御部は、
    前記アシストモード時に前記第１のモータ電流指令値を出力し、前記自動モード時に前記第２のモータ電流指令値を出力する構成であり、
    所定周期における前記目標操舵角について階段状に出力値を変化させ、前記出力値を前記目標操舵角に一致させるようにするレートリミッタと、
    前記レートリミッタの出力を入力して所定中心周波数の近傍の周波数成分を遮断して出力するハンドル振動除去部と、
    前記実操舵角及び前記ハンドル振動除去部の出力値の差分を入力してモータ角速度指令値を出力する位置制御部と、
    前記モータ角速度指令値及び前記モータ角速度の偏差を演算し、前記偏差を入力する積分部と、前記モータ角速度を入力する比例部とを備え、前記積分部の出力から前記比例部の出力を減算して前記第２のモータ電流指令値を出力する速度制御部と、
    で構成されている電動パワーステアリング装置。
  2. 車両の操舵系を操舵するに際して前記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、前記車両が自律走行するに際して前記車両から随時与えられる目標操舵角に応じて前記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、
    前記車両の車速と前記操舵系のステアリングシャフトに入力された操舵トルクとに基づいて第１のモータ電流指令値を算出するトルク制御部と、
    前記目標操舵角、実操舵角、前記モータのモータ角速度及びトーションバートルクに基づいて第２のモータ電流指令値を算出する舵角制御部とを備え、
    前記舵角制御部は、
    前記アシストモード時に前記第１のモータ電流指令値を出力し、前記自動モード時に前記第２のモータ電流指令値を出力する構成であり、
    所定周期における前記目標操舵角について階段状に出力値を変化させ、前記出力値を前記目標操舵角に一致させるようにするレートリミッタと、
    前記レートリミッタの出力を入力して所定中心周波数の近傍の周波数成分を遮断して出力するハンドル振動除去部と、
    前記実操舵角及び前記ハンドル振動除去部の出力値の差分を入力してモータ角速度指令値を出力する位置制御部と、
    前記モータ角速度指令値及び前記モータ角速度の偏差を演算し、前記偏差を入力する積分部と、前記モータ角速度を入力する比例部とを備え、前記積分部の出力から前記比例部の出力を減算して出力する速度制御部と、
    前記トーションバートルクの信号を入力し、所定の遮断周波数以上の前記信号を通過させるハンドル制振部と、
    で構成され、
    前記舵角制御部は、前記速度制御部の出力と前記ハンドル制振部の出力とを加算して前記第２のモータ電流指令値として出力する電動パワーステアリング装置。
  3. 前記舵角制御部は、前記レートリミッタの出力を入力し、フィードフォワード処理をして出力するモータ速度指令フィードフォワードフィルタを更に備え、
    前記位置制御部が比例部を有し、前記差分を前記比例部に入力し、前記比例部の出力と、前記モータ速度指令フィードフォワードフィルタとを加算して、前記モータ角速度指令値として出力するようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記舵角制御部は、前記速度制御部の出力に対して、所定の上限値及び所定の下限値を設けて前記出力を制限して前記第２のモータ電流指令値を出力する出力リミッタを備える請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記ハンドル振動除去部が前記所定中心周波数の近傍を遮断するノッチフィルタである請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記所定中心周波数は、前記自動モード中における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周波数である請求項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。
  7. 前記所定の遮断周波数は、前記自動モード中における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周波数である請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記所定中心周波数が７．５～１７．５Ｈｚである請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 前記所定の遮断周波数が７．５～１７．５Ｈｚである請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 車両の操舵系を操舵するに際して前記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、前記車両が自律走行するに際して前記車両から随時与えられる目標操舵角に応じて前記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、
    前記車両の車速と前記操舵系のステアリングシャフトに入力された操舵トルクとに基づいて第１のモータ電流指令値を算出するトルク制御部と、
    前記目標操舵角、実操舵角、及び前記モータのモータ角速度に基づいて第２のモータ電流指令値を算出する舵角制御部と、
    車両情報に基づいて前記目標操舵角を算出する車両運動制御部と、
    を備え、
    前記車両運動制御部は、
    所定周期における横位置指令について階段状に出力値を変化させ、前記出力値を前記横位置指令に一致させるようにするレートリミッタと、
    前記レートリミッタの出力の振動周波数成分を除去する横位置指令振動除去部と、
    横位置に基づいて横速度を演算する横速度演算部と、
    前記横位置及び前記横位置指令振動除去部の出力値の差分を入力して横速度指令値を出力する横位置制御部と、
    前記横速度指令値及び前記横速度の偏差を演算し、前記偏差を入力する積分部と、前記横速度を入力する比例部とを備え、前記積分部の出力から前記比例部の出力を減算して出力する横速度制御部と、
    ヨーレート信号を入力し、所定の遮断周波数以上の前記ヨーレート信号を通過させる車両挙動安定化部と、
    で構成され、
    前記車両運動制御部は、前記横速度制御部の出力と前記車両挙動安定化部の出力とを加算して前記目標操舵角とする電動パワーステアリング装置。
  11. 前記舵角制御部は、前記レートリミッタの出力を入力し、フィードフォワード処理をして出力する横速度指令フィードフォワードフィルタを更に備え、
    前記横位置制御部が第１比例部を有し、前記差分を前記第１比例部に入力し、前記比例部の出力と、前記横速度指令フィードフォワードフィルタの出力とを加算し、前記横速度指令値として出力する請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
  12. 前記車両情報は、前記横位置指令、前記横位置及び前記ヨーレート信号である請求項１０又は１１に記載の電動パワーステアリング装置。
  13. 前記車両挙動安定化部は、位相補償フィルタと第２比例部とから構成され、前記位相補償フィルタが、１次フィルタ又は２次フィルタである請求項１０乃至１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  14. 前記位相補償フィルタは１次のローパスフィルタであり、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が０．５Ｈｚに設定されている請求項１３に記載の電動パワーステアリング装置。
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