JP6417954B2 - 自動運転装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転装置に関する。

従来、運転者によるステアリングホイールの操作を必要なしに自動的に操舵機構を操舵することで、車両の自動運転を可能にする自動運転装置がある。自動運転装置では、自動的に操舵機構を操舵するために、目標とするステアリングホイールの操舵角とステアリングホイールの実際の操舵角との偏差を解消するようにフィードバックする位置制御が行われるなかで、操舵機構を操舵するトルクの発生源たるモータに供給する電流が制御されている。

そして、自動運転装置における車両の自動運転中には、ステアリングホイールに意図しない振動を生じることもあり、こうした意図しない振動を抑制することができるようにしたものもある（例えば、特許文献１）。特許文献１では、上記位置制御が行われるなかで、上記偏差に意図しない振動成分を加味した上でモータに供給する電流を制御することとしている。

特開２００３−２３７６０７号公報

ところで、特許文献１では、上記偏差に振動成分を加味することとしているが、こうした振動成分が、例えば、直進時に轍や路面の石等により急な衝撃に起因するとき、目標とする操舵角を定め難いことから上記位置制御だと応答が追い付かず、却って振動を発生させる要因となりうる。もっとも、上記位置制御におけるゲインを高めることでその応答を早くしたとしても、オーバーシュートの発生が多くなって振動を抑制するどころか振動を発生させる要因となりうる。したがって、自動運転に関わる制御が不安定になる懸念があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自動運転に関わる制御が不安定になることを抑制することができる自動運転装置を提供することにある。

上記課題を解決する自動運転装置は、所定周期毎に入力される指令状態量に基づいて、操舵機構のモータの状態量制御を行う第１の制御手段、及び車両の状態判定条件に応じて前記状態量制御を選択する第２の制御手段を備える。また、第１の制御手段は、モータを含む操舵機構のアクチュエータの位置制御部、速度制御部、及び電流制御部から構成される第１の構成手段と、操舵機構のアクチュエータの速度制御部、及び電流制御部から構成される第２の構成手段と、操舵機構のアクチュエータの電流制御部から構成される第３の構成手段の３つの構成手段を有する。また、第２の制御手段は、車両の状態判定条件に応じて、状態量制御として第１の構成手段、第２の構成手段、又は第３の構成手段を選択するとともに、所定周期毎に入力される指令状態量を生成する。またさらに、自動運転装置は、操舵機構に生じる振動を検出する振動検出センサを更に備える。そして、第２の制御手段は、状態量制御として第１の構成手段の選択中における指令状態量の変化幅が所定範囲内であってさらに振動検出センサが車両の外部からの振動を検知するとき、一時的に位置制御部を切り離すべく状態量制御を前記第３の構成手段に切り替える。

一般に、自動運転装置における位置制御部では比例制御（所謂、Ｐ制御）が行われるとともに、電流制御部では比例制御にさらに積分制御（動作）や微分制御（動作）を加えた制御（所謂、ＰＩＤ制御）が行われる。すなわちこの場合、電流制御部では、位置制御部よりも応答が早いということが言える。

そして、上記構成のように、操舵機構への車両の外部からの振動が検出されるなかでモータの状態量制御が位置制御部を切り離した状態での電流制御部によって行われるとき、それまでの位置制御部を通じた状態量制御よりも応答が早い状態量制御が行われることとなる。すなわちこの場合、例えば、操舵機構への振動として、直進時に轍や路面の石等により急な衝撃に起因した振動が生じているとき、制御自体が振動を発生させる要因になることなく状態量制御を行うことができる。

もっとも、一時的でも位置制御部を切り離してしまうとき、指令状態量に基づく状態量制御ができないこととなる。その点、上記構成によれば、一時的に位置制御部が切り離されるのは、指令状態量の変化幅が所定範囲内であって、指令状態量に基づく状態量制御の必要性が比較的に低い場面であることとしている。すなわちこの場合、指令状態量に基づく状態量制御ができないにもかかわらず、車両の自動運転への影響を最小限に止めることができる。

したがって、上記のように構成された自動運転装置では、自動運転に関わる制御が不安定になることを抑制することができる。
また、上記自動運転装置において、第１の制御手段は、第３の構成手段の選択中における電流制御部を、前記振動検出センサが検知する車両の外部からの振動を抑制する振動抑制制御を行う振動抑制部に接続することが好ましい。

上記構成によれば、振動検出センサで車両の外部からの振動が検出されるとき、こうした振動の抑制が積極的に行われることとなる。すなわち、位置制御部による状態量制御が行われる場合よりも応答が早いなかで、振動検出センサで検出される車両の外部からの振動を好適に抑制することができる。

またさらに、上述したように、一時的に位置制御部が切り離されることとなる指令状態量の変化幅が所定範囲内のとき、操舵角の変化が少なく操舵による振動が比較的に少ないこととなる。すなわちこの場合、操舵角が連続的に変化される操舵の最中であることから操舵による振動が比較的に多いときよりも、振動検出センサで検出される振動を車両の外部からの振動として検出され易くすることができる。したがって、振動検出センサで検出される車両の外部からの振動を好適に抑制することができる。

このように振動を抑える方法として具体的には、振動抑制部は、振動検出センサが検知する振動の成分を分析する振動分析部と、振動分析部の分析結果に基づき振動検出センサが検知する振動に対して逆相のトルクをモータに発生させるための指令状態量を電流制御部に出力する指令状態量出力部と、を有することが好ましい。

本発明によれば、自動運転に関わる制御が不安定になることを抑制することができる。

自動運転装置の概略を示す図。 自動運転装置における自動運転ＥＣＵの制御構成を示すブロック図。 自動運転装置におけるＥＰＳＥＣＵの制御構成を示すブロック図。 自動運転用マイコンの処理手順を示すフローチャート。 電流制御２の制御系を示す図。

以下、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という）を備えた自動運転装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、車両には、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という）を有する自動運転装置１が搭載される。ＥＰＳは、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪を転舵させる操舵機構７、運転者のステアリング操作を補助する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２０、及びＥＰＳアクチュエータ２０の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ２８を備える。

操舵機構７は、運転者により操作されるステアリングホイール２、及びステアリングホイール２と一体回転するステアリングシャフト３を備える。ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２の中心に連結されたコラムシャフト８、コラムシャフト８の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト９、及びインターミディエイトシャフト９の下端部に連結されたピニオンシャフト１０からなる。ピニオンシャフト１０の下端部は、ピニオンシャフト１０に交わる方向へ延びるラック軸５（正確にはラック歯が形成された部分４）に噛合される。したがって、ステアリングシャフト３の回転運動は、ピニオンシャフト１０及びラック軸５からなるラックアンドピニオン機構６によりラック軸５の往復直線運動に変換される。こうした往復直線運動が、ラック軸５の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１１を介して左右の転舵輪１２，１２にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪１２，１２の転舵角が変更される。

ＥＰＳアクチュエータ２０は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、アシスト力の発生源であるモータ２１を備える。モータ２１としては、ブラシレスモータなどが採用される。モータ２１は、減速機構２２を介してコラムシャフト８に連結される。減速機構２２は、モータ２１の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト８に伝達する。すなわち、ステアリングシャフト３にモータ２１のトルクがアシスト力（操舵補助力）として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

また、本実施形態の自動運転装置１は、所定周期毎に生成する指令状態量としての自動運転指令操舵角度データθｓ＊に基づいて操舵機構７のモータ２１の状態量制御、すなわちモータ回転角制御を行う。自動運転装置１は、自動運転指令操舵角度データθｓ＊を車内ネットワーク９０（ＣＡＮ）を介して、ＥＰＳＥＣＵ２８に所定周期毎に送信する上位コントローラである自動運転ＥＣＵ２９を備える。

ＥＰＳＥＣＵ２８及び自動運転ＥＣＵ２９は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求あるいは走行状態を示す情報として取得し、これら取得される各種の情報に応じて上記モータ回転角制御を行う。すなわち、ＥＰＳＥＣＵ２８には、回転角センサ２３、及び操舵角センサ２６が接続される。また、自動運転ＥＣＵ２９には、カーナビ等のＧＰＳ２４、車速センサ２５、及び振動検出センサとしてのヨーレートセンサ２７が接続される。

回転角センサ２３は、モータ２１に設けられてモータ２１の実モータ回転角θｒを検出する。ＧＰＳ２４は、車両の上位位置情報θｃｏｎを検出する。車速センサ２５は、車速（車両の走行速度）ＳＰを検出する。操舵角センサ２６は、磁気式の回転角センサであってコラムシャフト８に設けられて操舵角θｓを検出する。ヨーレートセンサ２７は、車両の重心点を通る鉛直軸回りの回転角速度、すなわちヨーレートＹＲを検出する。

次に、自動運転装置１における電気的構成について、詳しく説明する。
図２に示すように、自動運転ＥＣＵ２９は、ＧＰＳ２４で検出される上位位置情報θｃｏｎ、車速センサ２５で検出される車速ＳＰ、操舵角センサ２６で検出される操舵角θｓ、及びヨーレートセンサ２７で検出されるヨーレートＹＲをそれぞれ入力とする。なお、その他、自動運転ＥＣＵ２９は、自動運転モード切替判定部３３（速度制御＋電流制御）の有効無効を判定する判定信号（速度制御）や、自動運転モード切替判定部３４（電流制御１）の有効無効を判定する判定信号（電流制御）も入力とする。

そして、自動運転ＥＣＵ２９は、上記各種入力に基づき指令状態量である自動運転指令操舵角度データθｓ＊、自動運転指令操舵速度データωｓ１＊、自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊、及び自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を車内ネットワーク９０（ＣＡＮ）を介して、ＥＰＳＥＣＵ２８に送信する。またさらに、自動運転ＥＣＵ２９は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御）、自動運転モード切替フラグＦＬＧ２（電流制御１）、及び自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）を車内ネットワーク９０（ＣＡＮ）を介して、ＥＰＳＥＣＵ２８に送信する。

ここで、自動運転ＥＣＵ２９の各機能について、詳しく説明する。
自動運転ＥＣＵ２９は、マイクロプロセッシングユニット等からなる第２の制御手段としての自動運転用マイコン３０を備える。自動運転用マイコン３０は、車速ＳＰ及び上位位置情報θｃｏｎに基づき最適な自動運転指令操舵角度データθｓ＊を生成する自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１を有する。

なお、自動運転用マイコン３０は、判定信号（速度制御）に基づき自動運転車両異常フラグＦＬＧＡＢ１のＯＮ及びＯＦＦを切り替えることで、自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１の機能の停止（ＦＬＧＡＢ１＝ＯＮ）及び継続（ＦＬＧＡＢ１＝ＯＦＦ）を切り替える自動運転モード切替判定部３３（速度制御＋電流制御）を有する。これにより、状態判定条件である車両における異常が想定される自動運転車両異常に陥ったとき、自動運転車両異常フラグＦＬＧＡＢ１をＯＮして、一時的に位置制御部５１（後述する比例制御）を切り離す。

すなわちこの場合、自動運転用マイコン３０は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ１を自動運転モード切替指令部３５（速度制御＋電流制御）からＥＰＳＥＣＵ２８へ出力するとともに、最適な自動運転指令操舵速度データωｓ１＊を自動運転指令操舵速度データωｓ１＊生成部３６で生成する。またさらに、自動運転用マイコン３０は、自動運転指令操舵速度データωｓ１＊生成部３６で生成した自動運転指令操舵速度データωｓ１＊を自動運転指令操舵速度データωｓ１＊出力部３７を介して、ＥＰＳＥＣＵ２８へ出力する。これにより、モータ回転角制御の制御系として、後述する速度制御部５３及び電流制御部５５がアクティブとなる速度制御の制御系（第２の構成手段）が選択され、これによる速い制御周期（後述する比例制御＋積分制御＋微分制御）によって指令値（指令状態量）に対して、モータ回転角制御が早く追従できるようになる。

また、自動運転用マイコン３０は、判定信号（電流制御）に基づき操舵角度偏差値異常フラグＦＬＧＡＢ２のＯＮ及びＯＦＦを切り替えることで、自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１の機能の停止（ＦＬＧＡＢ２＝ＯＮ）及び継続（ＦＬＧＡＢ２＝ＯＦＦ）を切り替える自動運転モード切替判定部３４（電流制御１）を有する。これにより、状態判定条件である路面状態における異常が想定される操舵角度偏差値異常に陥ったとき、操舵角度偏差値異常フラグＦＬＧＡＢ２をＯＮして、一時的に位置制御部５１（後述する比例制御）を切り離す。

すなわちこの場合、自動運転用マイコン３０は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ２を自動運転モード切替指令部３８（電流制御１）からＥＰＳＥＣＵ２８へ出力するとともに、最適な自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊を自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊生成部３９で生成する。またさらに、自動運転用マイコン３０は、自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊生成部３９で生成した自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊を自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊出力部４０を介して、ＥＰＳＥＣＵ２８へ出力する。これにより、モータ回転角制御の制御系として、後述する電流制御部５５のみがアクティブとなる電流制御１の制御系（第３の構成手段）が選択され、これによるより速い制御周期（後述する比例制御＋積分制御＋微分制御）によって指令値（指令状態量）に対して、モータ回転角制御が早く追従できるようになる。

一方、自動運転用マイコン３０は、自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１において、車速ＳＰ及び上位位置情報θｃｏｎの入力後、自動運転車両異常フラグＦＬＧＡＢ１がＯＦＦ且つ操舵角度偏差値異常フラグＦＬＧＡＢ２がＯＦＦの場合、車両及び路面状態を正常と判断して、所定周期毎に自動運転指令操舵角度データθｓ＊を生成する。すなわちこの場合、モータ回転角制御の制御系として、後述する位置制御部５１、速度制御部５３、及び電流制御部５５がアクティブとなる位置制御の制御系（第１の構成手段）が選択される。またさらに、自動運転用マイコン３０は、生成した自動運転指令操舵角度データθｓ＊を、自動運転指令操舵角度データθｓ＊出力部３２を介して、ＥＰＳＥＣＵ２８へ出力する。なお、自動運転指令操舵角度データθｓ＊は、自動運転指令操舵角度データθｓ＊出力部３２を介して、自動運転指令操舵速度データωｓ１＊生成部３６や自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊生成部３９、またさらに後述する振動判定部４１ａに対しても出力される。

また、自動運転用マイコン３０は、車両の走行状態及び車両外部からの振動状態に基づき振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３のＯＮ及びＯＦＦを切り替えることで、自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１の機能の停止（ＦＬＧＡＢ３＝ＯＮ）及び継続（ＦＬＧＡＢ３＝ＯＦＦ）を切り替える自動運転モード切替判定部４１（電流制御２）を有する。自動運転モード切替判定部４１（電流制御２）は、操舵機構７（ステアリングシャフト３）への振動の発生を判定する振動判定部４１ａを有する。

こうした車両の走行状態としては、車両の直進状態が操舵角θｓと、自動運転指令操舵角度データθｓ＊の直近指令値（θｓ（ｎ）＊）及びそれのさらに直近指令値（θｓ（ｎ−１）＊）に基づく指令偏差値Δθｓ＊とから特定される。またこうした振動状態としては、轍や路面の石等により急な衝撃に起因した車両外部からの操舵機構７への振動の発生がヨーレートＹＲから特定される。

なお、こうした振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３のＯＮ及びＯＦＦの切り替えは、位置制御部５１が切り離されていない場合、すなわち自動運転車両異常フラグＦＬＧＡＢ１がＯＦＦ、且つ、操舵角度偏差値異常フラグＦＬＧＡＢ２がＯＦＦの場合に行われる。

自動運転用マイコン３０は、状態判定条件である車両が直進状態且つ操舵機構７への振動の発生を判断する場合、振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３をＯＮして、一時的に位置制御部５１（後述する比例制御）を切り離す。

すなわちこの場合、自動運転用マイコン３０は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）を自動運転モード切替指令部４２（電流制御２）からＥＰＳＥＣＵ２８へ出力するとともに、最適な自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を振動抑制制御部４６（振動抑制部）で生成し、ＥＰＳＥＣＵ２８へ出力する。そして、モータ回転角制御の制御系として、後述する電流制御部５５のみがアクティブとなる電流制御２の制御系（第３の構成手段）が選択され、これによるより速い制御周期（後述する比例制御＋積分制御＋微分制御）によって指令値（指令状態量）に対して、モータ回転角制御が早く追従できるようになる。

振動抑制制御部４６は、振動判定部４１ａでの判断に用いられるヨーレートＹＲに基づき振動の位相等を分析する振動分析部４３を有する。また、振動抑制制御部４６は、振動分析部４３での分析の結果に応じて、発生している振動を打ち消しうるトルクをモータ２１に発生可能にする自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を生成する自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊生成部４４を有する。こうした自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊として、自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊生成部４４は、振動分析部４３で分析された振動に対して、逆相となるトルクを発生させるためのデータを生成することとなる。なお、振動抑制制御部４６は、振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３がＯＮされているとき、自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を生成する。

また、振動抑制制御部４６は、自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊生成部４４で生成した自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊をＥＰＳＥＣＵ２８へ出力する指令状態量出力部としての自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊出力部４５を有する。

一方、自動運転用マイコン３０は、車両が直進状態且つ操舵機構７への振動の発生を判断しない場合、振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３をＯＮしないで、それまでの自動運転を継続する。

また、図３に示すように、ＥＰＳＥＣＵ２８は、自動運転ＥＣＵ２９よりＣＡＮ９０を介して送信されてくる、指令状態量である自動運転指令操舵角度データθｓ＊、自動運転指令操舵速度データωｓ１＊、自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊、及び自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊をそれぞれ入力する。そして、ＥＰＳＥＣＵ２８は、モータ２１を回転させるモータ回転制御指令を生成し、モータ２１に出力する。またさらに、ＥＰＳＥＣＵ２８は、ＣＡＮ９０を介して送信されてくる、各自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御），ＦＬＧ２（電流制御１），ＦＬＧ３（電流制御２）をそれぞれ入力する。そして、ＥＰＳＥＣＵ２８は、各自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御），ＦＬＧ２（電流制御１），ＦＬＧ３（電流制御２）に応じてその時にアクティブにされる制御部による制御系にてモータ回転角制御を制御する。

次に、ＥＰＳＥＣＵ２８の各機能について、詳しく説明する。
ＥＰＳＥＣＵ２８は、マイクロプロセッシングユニット等からなる第１の制御手段としてのＥＰＳ用マイコン５０と、ＰＷＭ信号に基づきモータ２１へ駆動電力を供給するように駆動するインバータ回路等の駆動回路部５７と、モータ２１の実モータ電流Ｉｒを検出する電流センサ６１とを有する。

ＥＰＳ用マイコン５０は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御）、自動運転モード切替フラグＦＬＧ２（電流制御１）、及び自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）の入力に応じた制御系を構成する、位置制御部５１、速度制御部５３、及び電流制御部５５と、各制御系を通じて生成されたモータ回転制御指令をＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ出力部５６とを有する。

また、ＥＰＳ用マイコン５０は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御）を入力（ＯＮ）するとき、位置制御部５１の切り離し、速度制御部５３及び電流制御部５５がアクティブにされる制御系への切り替えを行う自動運転モード切替部５２（速度制御）を有する。また、ＥＰＳ用マイコン５０は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ２（電流制御１）又は自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）を入力（ＯＮ）するとき、位置制御部５１の切り離し、電流制御部５５のみがアクティブにされる制御系への切り替えを行う自動運転モード切替部５４（電流制御）を有する。

また、ＥＰＳ用マイコン５０は、所定周期で入力する自動運転指令操舵角度データθｓ＊及び自動運転指令操舵速度データωｓ１＊を、所定の変換係数を用いて操舵角θｓに関わる情報から実モータ回転角θｒに関わる情報にそれぞれ変換する変換器５９，６０を有する。変換器５９は、自動運転指令操舵角度データθｓ＊を自動運転指令モータ回転角度データθｒ＊に変換する。また、変換器６０は、自動運転指令操舵速度データωｓ１＊を自動運転指令モータ回転速度データωｒ１＊に変換する。

ここで、位置制御部５１、速度制御部５３、及び電流制御部５５の機能について、自動運転モード切替部（速度制御）５２及び自動運転モード切替部（電流制御）５４の機能と合わせて、さらに詳しく説明する。

位置制御部５１は、変換器５９で変換される自動運転指令モータ回転角度データθｒ＊と、その時に回転角センサ２３で検出される実モータ回転角θｒとを位置減算器７０が減算して得られるモータ回転角度偏差値Δθｒを入力する。またさらに、位置制御部５１は、モータ回転角度偏差値Δθｒを入力すると、比例制御（Ｐ制御）を行い、自動運転指令モータ回転速度データωｒ０＊を生成し、該自動運転指令モータ回転速度データωｒ０＊を自動運転モード切替部５２（速度制御）のａ接点５２ａに対して出力する。

自動運転モード切替部５２（速度制御）は、入力用の接点としてａ接点５２ａ及びｂ接点５２ｂ、出力用の接点としてｃ接点５２ｃを有する。こうした自動運転モード切替部５２（速度制御）において、ａ接点５２ａには、上述したように自動運転指令モータ回転速度データωｒ０＊が入力される一方、ｂ接点５２ｂには、変換器６０で変換された自動運転指令モータ回転速度データωｒ１＊が入力される。

そして、自動運転モード切替部５２（速度制御）は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御）が入力されていないとき、ａ接点５２ａとｃ接点５２ｃとを接続することで、位置制御部５１から入力する自動運転指令モータ回転速度データωｒ０＊を出力する。一方、自動運転モード切替部５２（速度制御）は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ１（速度制御）が入力されているとき、ｂ接点５２ｂとｃ接点５２ｃとを接続することで、自動運転ＥＣＵ２９からＣＡＮ９０を介して送信された自動運転指令操舵速度データωｓ１＊に基づく自動運転指令モータ回転速度データωｒ１＊を出力する。

速度制御部５３は、自動運転モード切替部５２（速度制御）が出力する各自動運転指令モータ回転速度データωｒ０＊，ωｒ１＊のいずれかと、その時に回転角センサ２３で検出される実モータ回転角θｒを微分器５８で微分して得られる実モータ回転速度ωｒとを速度減算器７１が減算して得られるモータ回転速度偏差値Δωｒを入力する。またさらに、速度制御部５３は、モータ回転速度偏差値Δωｒを入力すると、比例制御＋積分制御＋微分制御（ＰＩＤ制御）を行い、自動運転指令モータ電流データＩｒ０＊を生成し、該自動運転指令モータ電流データＩｒ０＊を自動運転モード切替部５４（電流制御）のａ接点５４ａに対して出力する。

自動運転モード切替部５４（電流制御）は、入力用の接点としてａ接点５４ａ、ｂ接点５４ｂ、及びｃ接点５４ｃ、出力用の接点としてｄ接点５４ｄを有する。こうした自動運転モード切替部５４（電流制御）において、ａ接点５４ａには、上述したように自動運転指令モータ電流データＩｒ０＊が入力される一方、ｂ接点５４ｂには、自動運転ＥＣＵ２９よりＣＡＮ９０を介して送信されてくる自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊が入力される。また、自動運転モード切替部５４（電流制御）において、ｃ接点５４ｃには、自動運転ＥＣＵ２９よりＣＡＮ９０を介して送信されてくる自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊が入力される。

そして、自動運転モード切替部５４（電流制御）は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ２（電流制御１）及び自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）が入力されていないとき、ａ接点５４ａとｄ接点５４ｄとを接続することで、速度制御部５３から入力する自動運転指令モータ電流データＩｒ０＊を出力する。一方、自動運転モード切替部５４（電流制御）は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ２（電流制御１）が入力されているとき、ｂ接点５４ｂとｄ接点５４ｄとを接続することで、自動運転ＥＣＵ２９からＣＡＮ９０を介して送信された自動運転指令モータ電流データＩｒ１＊を出力する。他方、自動運転モード切替部５４（電流制御）は、自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）が入力されているとき、ｃ接点５４ｃとｄ接点５４ｄとを接続することで、自動運転ＥＣＵ２９からＣＡＮ９０を介して送信された自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を出力する。

電流制御部５５は、自動運転モード切替部５４（電流制御）が出力する各自動運転指令モータ電流データＩｒ０＊，Ｉｒ１＊，Ｉｒ２＊のいずれかと、その時に電流センサ６１で検出される実モータ電流Ｉｒとを電流減算器７２が減算して得られるモータ電流偏差値ΔＩｒを入力する。またさらに、電流制御部５５は、モータ電流偏差値ΔＩｒを入力すると、比例制御＋積分制御＋微分制御（ＰＩＤ制御）を行い、モータ電圧指令Ｖ＊を生成し、該モータ電圧指令Ｖ＊をＰＷＭ出力部５６に出力する。そして、ＰＷＭ出力部５６は、駆動回路部５７を駆動させるためのモータ制御信号Ｓｒを生成し、該モータ制御信号Ｓｒを駆動回路部５７に対して出力する。

次に、アクティブにされる制御系の切り替えにおいて、特に自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）の出力にかかる自動運転ＥＣＵ２９における自動運転用マイコン３０の処理手順を説明する。

図４に示すように、自動運転用マイコン３０は、自動運転車両異常フラグＦＬＧＡＢ１がＯＦＦ、且つ、操舵角度偏差値異常フラグＦＬＧＡＢ２がＯＦＦである位置制御中である、又は振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３がＯＮである電流制御２中であるか否かを自動運転モード切替判定部４１（電流制御２）にて判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１にて、位置制御中又は電流制御２中のいずれでもないとき（ステップＳ１０１：ＮＯ）、自動運転用マイコン３０は、これまでの制御系による制御を継続させ、自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１にて最適な自動運転指令操舵角度データθｓ＊を生成する。

一方、ステップＳ１０１にて、位置制御中又は電流制御２中のいずれかであるとき（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、自動運転用マイコン３０は、操舵角θｓ及び指令偏差値Δθｓ＊に基づき車両が直進状態であるか否かを自動運転モード切替判定部４１（電流制御２）にて判定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２にて、自動運転モード切替判定部４１は、操舵角θｓの変化幅が閾値αの正負の範囲内（操舵角θｓの絶対値が閾値α以下）であるか否かと、指令偏差値Δθｓ＊の変化幅が閾値βの正負の範囲内（指令偏差値Δθｓ＊の絶対値が閾値β以下）であるか否かとを判定する。

そして、自動運転モード切替判定部４１は、操舵角θｓ及び指令偏差値Δθｓ＊の各変化幅がそれぞれ閾値の正負の範囲内（操舵角θｓの絶対値が閾値α以下且つ指令偏差値Δθｓ＊の絶対値が閾値β以下）であるときに車両が直進状態であることを判定する。閾値αは、操舵角θｓが操舵中点（車両が直進することとなる操舵角）であるとして経験的に導かれる値に設定される。また、閾値βは、指令偏差値Δθｓ＊が変化していないとして経験的に導かれる値に設定される。

続いて、ステップＳ１０２にて、車両が直進状態であるとき（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、自動運転用マイコン３０は、ヨーレートＹＲに基づき振動ありか否かを自動運転モード切替判定部４１（電流制御２）における特に振動判定部４１ａにて判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３にて、振動判定部４１ａは、ヨーレートＹＲに基づく振動の強さ（振幅の大きさや、振動の長さ等）が所定の閾値を超えるか否かを判定し、ヨーレートＹＲに基づく振動の強さが所定の閾値を超える場合、操舵機構７への振動の発生を判定する。所定の閾値は、操舵機構７への振動として運転者が不快に思うとして経験的に導かれる値に設定される。

ステップＳ１０３にて、操舵機構７に振動が発生しているとき（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、自動運転用マイコン３０は、自動運転モード切替判定部４１（電流制御２）を通じて振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３をＯＮする（ステップＳ１０４）。またさらに、ステップＳ１０４にて、自動運転用マイコン３０は、電流制御２中となるように、自動運転モード切替指令部４２（電流制御２）を通じて自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）をＥＰＳＥＣＵ２８に対して出力する。その後、自動運転用マイコン３０は、振動抑制制御部４６において、振動分析部４３の振動の分析を通じて自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊生成部４４にて最適な自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を生成し、自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊出力部４５を通じて該自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊をＥＰＳＥＣＵ２８へ出力する。

一方、ステップＳ１０２にて、車両が直進状態でないとき（ステップＳ１０２：ＮＯ）、又は操舵機構７に振動が発生していないとき（ステップＳ１０３：ＮＯ）、自動運転用マイコン３０は、位置制御中となるよう制御する（ステップＳ１０５）。すなわちこの場合、自動運転用マイコン３０は、そもそも位置制御中であれば該位置制御中を継続する一方、そもそも電流制御２中であれば振動抑制フラグＦＬＧＡＢ３をＯＦＦして位置制御中となるように、その旨を示す情報をＥＰＳＥＣＵ２８に対して出力する。その後、自動運転用マイコン３０は、自動運転指令操舵角度データθｓ＊生成部３１にて最適な自動運転指令操舵角度データθｓ＊を生成する。

以上に説明した自動運転装置１によれば、以下の（１）〜（３）に示す作用及び効果を奏する。
（１）図５に示すように、自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）がＯＮされるとき、自動運転モード切替部５４（電流制御）には、自動運転指令操舵角度データθｓ＊に関わる自動運転指令モータ電流データＩｒ０＊，Ｉｒ１＊の代わりに、振動抑制制御部４６により生成される自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊が入力される。すなわちこの場合、自動運転モード切替部５４（電流制御）は、操舵機構７に発生している振動の分析に基づく自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊を出力する。

続いて、電流制御部５５は、操舵機構７に発生している振動の分析に基づく自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊と、その時に電流センサ６１で検出される実モータ電流Ｉｒとを電流減算器７２が減算して得られる、操舵機構７に発生している振動を抑制するためのモータ電流偏差値ΔＩｒｆを入力する。またさらに、電流制御部５５は、モータ電流偏差値ΔＩｒｆを入力すると、操舵機構７に発生している振動を抑制するためのモータ電圧指令Ｖｆ＊を生成し、該モータ電圧指令Ｖｆ＊をＰＷＭ出力部５６に出力する。そして、ＰＷＭ出力部５６は、操舵機構７に発生している振動を抑制するように、駆動回路部５７を駆動させるためのモータ制御信号Ｓｒｆを生成し、該モータ制御信号Ｓｒｆを駆動回路部５７に対して出力することとなる。

したがって、自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）がＯＮされるとき、ＥＰＳ用マイコン５０は、操舵機構７に発生している振動と逆相の振動をモータ２１によって発生させるように、モータ回転角制御を行うこととなる。

このように、車両が直進状態において操舵機構７への車両の外部からの振動が検出されるなかでモータ回転角制御が位置制御部５１を切り離した状態での電流制御部５５によって行われるとき、それまでの位置制御部５１を通じたモータ回転角制御よりも応答が早い（５倍程早い制御周期にて）モータ回転角制御が行われることとなる。すなわちこの場合、操舵機構７への振動として、車両の直進状態時に轍や路面の石等により急な衝撃に起因した振動が生じているとき、制御自体が振動を発生させる要因になることなくモータ回転角制御を行うことができる。

もっとも、一時的でも位置制御部５１を切り離してしまうとき、自動運転指令操舵角度データθｓ＊に基づくモータ回転角制御ができないこととなる。その点、車両が直進状態にあるとき、位置制御中であれば、自動運転指令操舵角度データθｓ＊の変化、すなわちモータ回転角度偏差値Δθｒ（モータ電流偏差値ΔＩｒ）が比較的に小さく、モータ回転角制御自体の必要性が比較的に低い場面ということとなる。

そこで、本実施形態では、一時的に位置制御部５１が切り離されるのは、車両が直進状態であると判定する場面であって、自動運転指令操舵角度データθｓ＊に基づくモータ回転角制御の必要性が比較的に低い場面であることとしている。すなわちこの場合、自動運転指令操舵角度データθｓ＊に基づくモータ回転角制御ができないにもかかわらず、車両の自動運転への影響を最小限に止めることができる。

したがって、上記のように構成された自動運転装置１では、自動運転に関わる制御が不安定になることを抑制することができる。
（２）また、図５に示すように、ヨーレートセンサ２７で車両の外部からの振動が検出されることで、自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）がＯＮされるとき、電流制御部５５と振動抑制制御部４６とが接続される制御系をなし、こうした振動の抑制が振動抑制制御部４６によって積極的に行われることとなる。すなわち、位置制御部５１によるモータ回転角制御が行われる場合よりも応答が早い（５倍程早い制御周期の）なかで、ヨーレートセンサ２７で検出される車両の外部からの振動を好適に抑制することができる。

（３）またさらに、上述したように、一時的に位置制御部５１が切り離されることとなる車両が直進状態にあるとき、操舵角θｓの変化が少なく操舵（ステアリング操作）による振動が比較的に少ないこととなる。すなわちこの場合、操舵角θｓが連続的に変化される操舵の最中であることから操舵による振動が比較的に多いときよりも、ヨーレートセンサ２７で検出される振動を車両の外部からの振動として検出され易くすることができる。したがって、ヨーレートセンサ２７で検出される車両の外部からの振動を好適に抑制することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）がＯＮされるとき、少なくとも一時的に位置制御部５１が切り離されていればよく、速度制御部５３については切り離されていなくてもよい。すなわちこの場合、第２の制御手段たる自動運転用マイコン３０は、第２の構成手段を選択することとなる。

・自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）をＯＮする過程において、ステップＳ１０２では、少なくとも指令偏差値Δθｓ＊の変化幅が閾値βの正負の範囲内（指令偏差値Δθｓ＊の絶対値が閾値β以下）であるか否かを判定すればよい。車両が直進状態にない場合であっても、自動運転指令操舵角度データθｓ＊の変化、すなわちモータ回転角度偏差値Δθｒ（モータ電流偏差値ΔＩｒ）が比較的に小さければ、モータ回転角制御自体の必要性が比較的に低い場面ということができ、上記実施形態と同等の効果を奏しうる。

・自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）をＯＮする過程において、ステップＳ１０２では、閾値αや閾値βを０（零）に定めるように、該ステップＳ１０２の判定に対して幅を持たせないで構成することもできる。

・本実施形態の自動運転装置１は、振動抑制制御部４６を備えないで構成してもよい。この場合、例えば、自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）がＯＮされるとき、自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊としては、直近の指令値（自動運転指令操舵角度θｓ＊に基づく指令値）を継続的に指令するようにすることで、該直近の指令値に対して、モータ回転角制御が早く追従できるようになる。したがって、轍や路面の石等により急な衝撃に起因した車両外部からの操舵機構７への振動が発生していても、位置制御部５１を通じたモータ回転角制御よりも応答が早い（５倍程早い制御周期にて）モータ回転角制御が行われることで、自動運転に関わる制御が不安定になることが抑制される。

・自動運転モード切替フラグＦＬＧ３（電流制御２）のＯＮ及びＯＦＦの切り替えについては、運転者による手動切替によって行われるようにしてもよい。
・本実施形態では、ヨーレートセンサ２７によって操舵機構７への振動を検出するようにしたが、トルクセンサにてステアリングシャフト３のねじれを抑制する制御を行うことで、操舵機構７への振動を抑制するようにしてもよい。こうしたトルクセンサは、モータ２１と左右の転舵輪１２，１２との間に設けられるようにする。

・本実施形態では、ヨーレートセンサ２７によって操舵機構７への振動を検出するようにしたが、回転角センサ２３（モータ２１の回転角）によって操舵機構７への振動を検出するようにしてもよい。

・実モータ回転角θｒは、操舵角θｓを、所定の変換係数を用いて操舵角θｓに関わる情報から実モータ回転角θｒに関わる情報にそれぞれ変換して用いることもできる。またさらに、こうして変換された実モータ回転角θｒから実モータ回転速度ωｒを得ることもできる。

・自動運転用マイコン３０は、自動運転指令モータ回転角度データθｒ＊や自動運転指令モータ回転速度データωｒ１＊を生成して出力するように構成されていてもよい。
・ＥＰＳ用マイコン５０では、自動運転指令操舵角度データθｓ＊を入力するとき、まず自動運転指令操舵角度データθｓ＊と操舵角θｓとを減算して操舵角度偏差値Δθｓを得た後、変換器５９により該操舵角度偏差値Δθｓをモータ回転角度偏差値Δθｒに変換するようにしてもよい。

・位置制御の制御系と、速度制御の制御系と、電流制御１の制御系のそれぞれの切り替えについて、その条件を変更してもよい。例えば、電流制御１の制御系は、ヨーレートＹＲや横Ｇ（車両横加速度）に基づき切り替えられるようにしてもよい。

・本実施形態では、自動運転用マイコン３０及びＥＰＳ用マイコン５０の２個のマイコンを用いて具体化したが、これらの機能を兼ね備えた１個のマイコン（第１の制御手段及び第２の制御手段）で具体化してもよい。

・本実施形態では、自動運転装置１をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、自動運転装置１をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。
・ＥＰＳアクチュエータ２０の駆動源であるモータ２１として、誘導モータやステッピングモータ等、その種類を問わず採用することができる。

次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記第２の制御手段は、車両が直進中にあることから前記指令状態量の変化幅が所定範囲内にあるときに一時的に前記位置制御部を切り離す。上記構成によれば、一時的に位置制御部が切り離されるのは、指令状態量に基づく状態量制御の必要性がより低い場面を想定することができる。すなわちこの場合、指令状態量に基づく状態量制御ができないにもかかわらず、車両の自動運転への影響をより好適に抑制することができる。

（ロ）前記第２の制御手段は、一時的に前記位置制御部を切り離すとき、前記第２の構成手段又は前記第３の構成手段を選択する。上記構成によれば、少なくとも位置制御部を切り離すことができるので、制御自体が振動を発生させる要因になることがなくなり、自動運転に関わる制御が不安定になることを抑制することができる。

θｓ＊…自動運転指令操舵角データ（指令状態量）、ωｓ１＊…自動運転指令操舵速度データ（指令状態量）、Ｉｒ１＊，Ｉｒ２＊…自動運転指令モータ電流データ（指令状態量）、１…自動運転装置、７…操舵機構、２０…ＥＰＳアクチュエータ、２１…モータ、２７…ヨーレートセンサ（振動検出センサ）、３０…自動運転用マイコン（第２の制御手段）、４３…振動分析部、４４…自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊生成部、４５…自動運転指令モータ電流データＩｒ２＊出力部（指令状態量出力部）、４６…振動抑制制御部（振動抑制部）、５０…ＥＰＳ用マイコン（第１の制御手段）、５１…位置制御部、５３…速度制御部、５５…電流制御部。

Claims (3)

1. 所定周期毎に入力される指令状態量に基づいて、操舵機構のモータの状態量制御を行う第１の制御手段、及び車両の状態判定条件に応じて前記状態量制御を選択する第２の制御手段を備え、
   前記第１の制御手段は、
   前記モータを含む操舵機構のアクチュエータの位置制御部、速度制御部、及び電流制御部から構成される第１の構成手段と、
   前記操舵機構のアクチュエータの速度制御部、及び電流制御部から構成される第２の構成手段と、
   前記操舵機構のアクチュエータの電流制御部から構成される第３の構成手段の３つの構成手段を有し、
   前記第２の制御手段は、車両の状態判定条件に応じて、前記状態量制御として前記第１の構成手段、前記第２の構成手段、又は前記第３の構成手段を選択するとともに、前記所定周期毎に入力される指令状態量を生成する自動運転装置において、
   操舵機構に生じる振動を検出する振動検出センサを更に備え、
   前記第２の制御手段は、前記状態量制御として前記第１の構成手段の選択中における前記指令状態量の変化幅が所定範囲内であってさらに前記振動検出センサが車両の外部からの振動を検知するとき、一時的に前記位置制御部を切り離すべく前記状態量制御を前記第３の構成手段に切り替えること、
   を特徴とする自動運転装置。
2. 前記第１の制御手段は、前記第３の構成手段の選択中における前記電流制御部を、前記振動検出センサが検知する車両の外部からの振動を抑制する振動抑制制御を行う振動抑制部に接続する請求項１に記載の自動運転装置。
3. 前記振動抑制部は、
   前記振動検出センサが検知する振動の成分を分析する振動分析部と、
   前記振動分析部の分析結果に基づき前記振動検出センサが検知する振動に対して逆相のトルクを前記モータに発生させるための指令状態量を前記電流制御部に出力する指令状態量出力部と、を有する請求項２に記載の自動運転装置。