特開 2023-50060 モータの制御装置、モータの制御方法、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023050060

(43)【公開日】2023-04-10

(54)【発明の名称】モータの制御装置、モータの制御方法、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20230403BHJP

   B62D 101/00 20060101ALN20230403BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20230403BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20230403BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D101:00

B62D113:00

B62D119:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021214760

(22)【出願日】2021-12-28

(31)【優先権主張番号】P 2021160026

(32)【優先日】2021-09-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021160027

(32)【優先日】2021-09-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 修司

(72)【発明者】

【氏名】三宅 聡平

【テーマコード（参考）】

3D232

【Ｆターム（参考）】

3D232CC09

3D232CC42

3D232DA03

3D232DA15

3D232DA23

3D232DA63

3D232DA64

3D232DC08

3D232DC12

3D232DC13

3D232DD01

3D232DD02

3D232DD07

3D232DD17

3D232EB04

3D232GG01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】運転者が感じ得る操舵感を改善することが可能な制御装置を提供する。
【解決手段】モータの制御装置は、操舵トルクに基づいて動作し、モータである制御対象に入力を与えるトルク制御器２１０と、制御対象からの出力に基づいて補正トルクを生成し、制御対象の入力を補正トルクによって補正するモデルフォロイング制御器２３０Ａと、を備える。モデルフォロイング制御器２３０Ａは、第１カットオフ周波数を有するハイパスフィルタ２３３、および第１カットオフ周波数よりも大きい第２カットオフ周波数を有するローパスフィルタ２３２を含み、ローパスフィルタ２３２およびハイパスフィルタ２３３の伝達関数を、それぞれ、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）とするとき、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、制御対象の伝達関数がノミナルモデルに拘束されるように構成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であって、
操舵トルクに基づいて動作し、前記モータである制御対象に入力を与えるトルク制御器と、
前記制御対象からの出力に基づいて補正トルクを生成し、前記制御対象の入力を前記補正トルクによって補正するモデルフォロイング制御器と、
を備え、
前記モデルフォロイング制御器は、
第１カットオフ周波数を有するハイパスフィルタ、および前記第１カットオフ周波数よりも大きい第２カットオフ周波数を有するローパスフィルタを含み、
前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタの伝達関数を、それぞれ、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）とするとき、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、前記制御対象の伝達関数がノミナルモデルに拘束されるように構成されている、制御装置。

【請求項2】

前記第１カットオフ周波数は、２Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下である、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記第２カットオフ周波数は、３Ｈｚ以上である、請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記トルク制御器は、操舵周波数が所定範囲内にあるときに前記操舵トルクに位相補償を適用することによって目標モータトルクを生成し、前記制御対象に入力する、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項5】

モータと、
請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備えるモータモジュール。

【請求項6】

請求項５に記載のモータモジュールを備える電動パワーステアリング装置。

【請求項7】

モータを備える電動パワーステアリング装置の前記モータを制御するための、コンピュータに実装される方法であって、
操舵トルクを取得することと、
前記操舵トルクに基づいて操作量を決定し、前記モータである制御対象に入力することと、
第１カットオフ周波数を有するハイパスフィルタ、および前記第１カットオフ周波数よりも大きい第２カットオフ周波数を有するローパスフィルタを含むモデルフォロイング制御器であって、前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタの伝達関数を、それぞれ、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）とするとき、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、前記制御対象の伝達関数をノミナルモデルに拘束するモデルフォロイング制御器を用いて、前記制御対象からの出力に基づいて補正トルクを生成し、前記制御対象の入力を前記補正トルクによって補正することと、
をコンピュータに実行させる方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

一般の自動車は、電動モータ（以降、単に「モータ」と表記する。）およびモータの制御装置を備える電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を搭載している。電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル（またはステアリングホイール）操作を、モータを駆動することによりアシストする装置である。従来、トルク制御によって操舵トルクに応じたモータ出力が実現され、これにより、ハンドル操作のアシストが行われる。

【0003】

特許文献１および２は、それぞれ、外乱オブザーバ制御に関する技術を開示している。特許文献１では、外乱または制御対象のパラメータ変動が操舵制御に与える影響を低減するためのロバスト制御器が用いられる。特許文献２では、サスペンション前後方向共振点で励起される共振点外乱を抑圧するために、外乱オブザーバで構成した共振点外乱制御器が用いられる。特許文献３は、操舵機構の内部摩擦によって生じる摩擦トルクを消去して、路面反力に応じた違和感のない適度な操舵反力を生成する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０６－２１９３１０号公報

【特許文献2】国際公開第２０１６／２０８６６５号

【特許文献3】特開２００５－８８６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

運転者のハンドル操作のアシストを行うときに運転者が感じ得る操舵感を改善することが望まれる。

【0006】

近年、自動車の快適性の評価に用いる１つの基準であるＮＶＨ（騒音・振動・ハッシュネス）に対する市場の要求がますます厳しくなってきている。しかし、従来のトルク制御は、とりわけ、高周波外乱の影響を受け易く、高周波のトルク変動を抑制できず、そのため、市場の要求に応えることが困難になりつつある。

【0007】

従来、モータの角速度ωの関数とする摩擦モデルを構築し、構築したモデルを用いて摩擦補償制御が行われていた。しかし、一般的な摩擦特性において、モータの角速度ωがゼロとなる付近で急激に摩擦トルクの符号が反転することにより、チャタリングが起きやすいという課題があった。

【0008】

本発明は上記の課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、モデルフォロイング制御および／または摩擦補償制御をトルク制御に適用することにより、運転者が感じ得る操舵感を改善することが可能なモータの制御装置、当該制御装置を備えるモータモジュール、当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置、および、モータの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の制御装置は、非限定的で例示的な実施形態において、モータを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータを制御するための制御装置であって、操舵トルクに基づいて動作し、前記モータである制御対象に入力を与えるトルク制御器と、前記制御対象からの出力に基づいて補正トルクを生成し、前記制御対象の入力を前記補正トルクによって補正するモデルフォロイング制御器と、を備え、前記モデルフォロイング制御器は、第１カットオフ周波数を有するハイパスフィルタ、および前記第１カットオフ周波数よりも大きい第２カットオフ周波数を有するローパスフィルタを含み、前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタの伝達関数を、それぞれ、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）とするとき、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、前記制御対象の伝達関数がノミナルモデルに拘束されるように構成されている。

【0010】

本開示のモータモジュールは、非限定的で例示的な実施形態において、モータと、上記の制御装置と、を備える。

【0011】

本開示の電動パワーステアリング装置は、非限定的で例示的な実施形態において、上記のモータモジュールを備える。

【0012】

本開示の制御方法は、非限定的で例示的な実施形態において、モータを備える電動パワーステアリング装置の前記モータを制御するための、コンピュータに実装される方法であって、操舵トルクを取得することと、前記操舵トルクに基づいて操作量を決定し、前記モータである制御対象に入力することと、第１カットオフ周波数を有するハイパスフィルタ、および前記第１カットオフ周波数よりも大きい第２カットオフ周波数を有するローパスフィルタを含むモデルフォロイング制御器であって、前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタの伝達関数を、それぞれ、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）とするとき、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、前記制御対象の伝達関数をノミナルモデルに拘束するモデルフォロイング制御器を用いて、前記制御対象からの出力に基づいて補正トルクを生成し、前記制御対象の入力を前記補正トルクによって補正することと、をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0013】

本開示の例示的な実施形態によると、モデルフォロイング制御および／または摩擦補償制御をトルク制御に適用することにより、運転者が感じ得る操舵感を改善することが可能なモータの制御装置、当該制御装置を備えるモータモジュール、当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置、および、モータの制御方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例を模式的に示す図である。

【図2】図２は、本開示の実施形態に係る制御装置の構成の典型例を示すブロック図である。

【図3】図３は、本開示の実施形態に係るモータの制御を行うためのプロセッサの機能を例示する機能ブロック図である。

【図4】図４は、第１の実装例におけるモデルフォロイング制御器の構成例を示す機能ブロック図である。

【図5】図５は、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性Ｔ（ｓ）、および、プラントとノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）とのモデル化誤差Δ（ｓ）の逆数のゲイン特性を例示するグラフである。

【図6】図６は、トルク制御器における位相補償器の伝達関数Ｃ（ｓ）のゲイン線図を例示するグラフである。

【図7】図７は、ハイパスフィルタの伝達関数ＨＰＦ（ｓ）のゲイン線図を例示するグラフである。

【図8】図８は、ノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）のゲイン線図を例示するグラフである。

【図9】図９は、モデルフォロイング制御を適用しない場合の操舵角およびトーショントルクの測定結果を示すグラフである。

【図10】図１０は、モデルフォロイング制御を適用した場合の操舵角およびトーショントルクの測定結果を示すグラフである。

【図11】図１１は、モデルフォロイング制御を適用しない場合、および、モデルフォロイング制御を適用した場合のそれぞれの操舵角の時間変化の測定結果を示すグラフである。

【図12】図１２は、第２の実装例におけるモデルフォロイング制御器の構成例を示す機能ブロック図である。

【図13】図１３は、摩擦補償制御を適用しない場合、および、摩擦補償制御を適用する場合の操舵角および操舵トルクのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図14】図１４は、従来の摩擦補償制御を適用した場合、および、第２の実装例による摩擦補償制御を適用した場合の操舵角および操舵トルクのシミュレーション結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電動パワーステアリング装置に搭載されるモータの制御装置、モータの制御方法、当該制御装置を備えるモータモジュール、および、当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0016】

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

【0017】

［１．電動パワーステアリング装置１０００の構成］
図１に、本開示の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０００の構成例を模式的に示す。

【0018】

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

【0019】

ステアリングシステム５２０は、例えば、ハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを備える。

【0020】

補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、舵角センサ５４２、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００、モータ５４３、減速ギア５４４、インバータ５４５およびトーションバー５４６を備える。操舵トルクセンサ５４１は、トーションバー５４６の捩じれ量を検出することにより、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。舵角センサ５４２は、ハンドルの操舵角を検出する。なお、操舵トルクは、操舵トルクセンサの値ではなく、演算より導出される推定値であってもよい。操舵角は角度センサの出力値に基づいて演算することも可能である。

【0021】

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

【0022】

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

【0023】

［２．制御装置１００の構成例］
図２に、本開示の実施形態に係る制御装置１００の構成の典型例を示す。制御装置１００は、例えば、電源回路１１１と、角度センサ１１２と、入力回路１１３と、通信Ｉ／Ｆ１１４と、駆動回路１１５と、ＲＯＭ１１６と、プロセッサ２００とを備える。制御装置１００は、それらの電子部品を実装したプリント配線基板（ＰＣＢ）として実現され得る。制御装置１００は、モータを備える電動パワーステアリング装置のモータを制御するために用いられる。

【0024】

車両に搭載された車速センサ３００、操舵トルクセンサ５４１および舵角センサ５４２が、プロセッサ２００に通信可能に接続され、車速センサ３００、操舵トルクセンサ５４１および舵角センサ５４２からプロセッサ２００に、それぞれ、車速、操舵トルクおよび操舵角が送信される。

【0025】

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

【0026】

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

【0027】

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

【0028】

角度センサ１１２は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ１１２は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ１１２は、ロータの回転角を検出してプロセッサ２００に出力する。制御装置１００は、角度センサ１１２の代わりに、モータの回転速度、加速度を検出する速度センサ、加速度センサを備え得る。プロセッサ２００は、モータの電気角θ_ｍに基づいて角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を演算することができる。

【0029】

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

【0030】

プロセッサ２００は、半導体集積回路であり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロプロセッサとも称される。プロセッサ２００は、ＲＯＭ１１６に格納された、モータ駆動を制御するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。制御装置１００は、プロセッサ２００に加えてまたは代えて、ＣＰＵを搭載したＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＡＳＳＰ（Application Specific Standard Product）、または、これら回路の中から選択される２つ以上の回路の組み合わせを有し得る。プロセッサ２００は、実電流値およびロータの回転角などに従って電流指令値を設定してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。

【0031】

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

【0032】

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

【0033】

ＲＯＭ１１６は、プロセッサ２００に電気的に接続される。ＲＯＭ１１６は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ１１６は、プロセッサ２００にモータ駆動を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。

【0034】

図３に、本開示の実施形態に係るモータの制御を行うためのプロセッサ２００の機能ブロックを示す。図示される実装例において、コンピュータであるプロセッサ２００は、トルク制御器、モデルフォロイング制御器、減算器、および加算器を用いてモータの制御に必要な処理（またはタスク）を逐次実行する。

【0035】

各機能ブロックは、ソフトウェア（またはファームウェア）および／またはハードウェアとしてプロセッサ２００に実装される。各機能ブロックの処理は、典型的に、ソフトウェアのモジュール単位でコンピュータプログラムに記述され、ＲＯＭ１１６に格納される。ただし、ＦＰＧＡなどを用いる場合、これらの機能ブロックの全部または一部は、ハードウェア・アクセラレータとして実装され得る。また、本開示の実施形態によるモータの制御方法は、コンピュータに実装され、コンピュータに所望の動作を実行させることによって実施され得る。

【0036】

制御装置１００は、トルク制御器２１０、モデルフォロイング制御器２３０、減算器ＡＤ１および加算器ＡＤ２を備える。言い換えると、プロセッサ２００に、トルク制御器２１０、モデルフォロイング制御器２３０、減算器ＡＤ１および加算器ＡＤ２のそれぞれに対応した機能が実装される。

【0037】

トルク制御器２１０は、操舵トルクＴ_ｈに基づいて動作し、モータである制御対象２２０に入力を与える。例えば、操舵トルクセンサ５４１によって検出された操舵トルクＴ_ｈがトルク制御器２１０に入力する。トルク制御器２１０は、操舵周波数または操舵速が所定範囲内にあるときに操舵トルクＴ_ｈに位相補償を適用することによって目標モータトルク（またはトルク指令値）Ｔ_ｒｅｆを生成し、制御対象２２０に入力する。

【0038】

図３に例示されるトルク制御器２１０は、ベースアシスト演算部２１１および位相補償器２１２を有する。

【0039】

ベースアシスト演算部２１１は、操舵トルクＴ_ｈおよび車速を取得する。ベースアシスト演算部２１１は、操舵トルクＴ_ｈおよび車速に基づいてベースアシストトルクを生成する。例えば、ベースアシスト演算部２１１は、操舵トルクＴ_ｈ、車速と、ベースアシストトルクとの対応を規定するルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し得る。ベースアシスト演算部２１１は、ＬＵＴを参照して、操舵トルクＴ_ｈおよび車速に基づいて、対応関係にあるベースアシストトルクを決定することができる。さらに、ベースアシスト演算部２１１は、操舵トルクＴ_ｈの変動量に対するベースアシストトルクの変化量の比率によって規定される傾きに基づいてベースアシストゲインを決定することができる。

【0040】

本開示の実施形態における位相補償器２１２は、運転者がハンドルを操作するときに操舵周波数が取り得る範囲内においてアシストゲインを調整し、トーションバーの剛性を補償する。本開示の実施形態において、上記の所定範囲の例は５Ｈｚ以下である。位相補償器２１２は、操舵周波数が５Ｈｚ以下であるときに操舵トルク（トーショントルク）に例えば１次の位相補償を適用してもよい。１次の位相補償は、例えば数１の数式の伝達関数によって表される。

【数1】

ここで、ｓはラプラス変換子であり、ｆ_１は伝達関数のゼロ点の周波数（Ｈｚ）であり、ｆ_２は伝達関数の極の周波数（Ｈｚ）である。ゲイン（またはループゲイン）を縦軸にとり、周波数の対数を横軸にとったグラフはゲイン線図と呼ばれる。ゲイン線図において、ゼロ点は、ゲインカーブと０ｄＢを示す横軸との交点を意味し、極はゲインカーブの極大点を意味する。例えば、極の周波数を零点よりも大きくすることで位相進み補償を適用することができる。その周波数の間隔が大きいほど、位相進み量が多くなる。

【0041】

位相補償器２１２は、ベースアシスト演算部２１１から出力されるベースアシストトルクおよびベースアシストゲインに基づいて目標モータトルクＴ_ｒｅｆを生成する。例えば、位相補償器２１２は安定化補償器であり、ベースアシストトルクに安定性位相補償を適用することができる。位相補償器２１２は、ベースアシストゲインに応じて周波数特性が可変である２次以上の伝達関数を有し得る。２次以上の伝達関数は、応答性のパラメータωおよびダンピングのパラメータζを用いて表される。２次以上の伝達関数は、例えば数２の数式によって表すことができる。伝達関数の次数を２次とすることで伝達関数の特性にダンピングを与えることができる。ダンピングを変えることで位相特性を調整することが可能となる。

【数2】

ここで、ｓはラプラス変換子であり、ω_１はゼロ点の周波数であり、ω_２は極の周波数であり、ζ_１はゼロ点のダンピングであり、ζ_２は極のダンピングである。極の周波数ω_２はゼロ点の周波数ω_１よりも小さい。

【0042】

モデルフォロイング制御器２３０は、制御対象２２０からの出力であるモータの角速度ω（ＭＲ角速度）に基づいて外乱トルクを推定し、推定外乱トルクを算出して制御対象２２０の入力にフィードバックするように構成される。モデルフォロイング制御器２３０から制御対象２２０の入力にフィードバックされるトルクは、制御対象２２０の入力を補正する「補正トルク」に相当する。モデルフォロイング制御器２３０は、制御対象２２０の出力に基づいて当該補正トルクを生成する。モデルフォロイング制御器２３０の例は、モデルフォロイング制御を行うように構成されたモデルフォロイング制御器である。モデルフォロイング制御器２３０の具体的な構成については後で詳細に説明する。

【0043】

減算器ＡＤ１は、目標モータトルクＴ_ｒｅｆから、モデルフォロイング制御器２３０から出力される推定外乱トルクを減算する。減算器ＡＤ１からの出力は、加算器ＡＤ２とモデルフォロイング制御器２３０とに入力される。加算器ＡＤ２は、減算器ＡＤ１からの出力に外乱トルクＴ_ｄを加算して制御対象２２０に出力する。ここで、本開示の実施形態における外乱の例は、モータ、減速ギアなどのメカに起因する摩擦、トルクリップルもしくはガタつき、セルフアライニングトルク、または、舗装されていないガタガタ道もしくは砂利道などを走行したときに生じ得る外乱である。ここで、セルフアライニングトルクは、ハンドルを切るときに捩じれるタイヤの弾性によってハンドルが戻る方向に働くトルクを意味する。

【0044】

［第１の実装例］
モデルフォロイング制御器は、逆プラントモデル、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタ（またはＱフィルタ）を有する。モデルフォロイング制御器は、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタの伝達関数を、それぞれ、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）とするとき、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）がノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）に拘束されるように構成されている。なお、本明細書において「制御対象の伝達関数がノミナルモデルに拘束される」とは、例えば、入出力関係を見たときに、制御対象の伝達関数が、見かけ上、ノミナルモデルの伝達関数に見えるように制御対象が制御されることを意味する。

【0045】

図４に、第１の実装例におけるモデルフォロイング制御器２３０Ａの構成例を示す。モデルフォロイング制御器２３０Ａは、制御対象逆モデル２３１、ローパスフィルタ２３２、ハイパスフィルタ２３３および減算器ＳＵ１を有する。ハイパスフィルタ２３３は第１カットオフ周波数を有し、ローパスフィルタ２３２は第２カットオフ周波数を有する。

【0046】

制御対象逆モデル２３１にモータの角速度ωが入力される。減算器ＳＵ１は、制御対象逆モデル２３１の出力から減算器ＡＤ１の出力を差し引いて推定外乱トルク＾Ｔ_ｄを生成する。推定外乱トルク＾Ｔ_ｄは、直列結合されたローパスフィルタ２３２およびハイパスフィルタ２３３によるフィルタ処理をこの順番で受け、減算器ＡＤ１に入力される。このように、モデルフォロイング制御器２３０Ａは、推定外乱トルク＾Ｔ_ｄを制御対象２２０の入力にフィードバックする。なお、「＾Ｔ_ｄ」は、図４および図１２に示すハット付きのＴ_ｄを意味する。

【0047】

モデルフォロイング制御器２３０Ａは、制御対象２２０であるモータの角速度ωを電流制御のアウターループに用いるフィードバックループを意味するモデルフォロイング制御を実行する。第１の実装例では、モデルフォロイング制御器２３０Ａが形成するフィードバックループによって、角速度ωに依存するトルクリップルの補償を行うことが可能である。制御に用いる角速度ωの信号をモータの種別ごと補正することが可能であり、電流信号などに比べ角速度ωの信号の精度を高めることができる。その結果、精度の高いトルクリップルの補償をトルク制御に適用することが可能となる。

【0048】

モデルフォロイング制御器２３０Ａは、従来の外乱推定器（または外乱オブザーバ）と構成的には類似するが、狙う作用・効果が異なる。従来の外乱推定器は、逆プラントモデルをプラントモデルに近い値に選定することによって外乱トルクを推定し、予め外乱トルクを加減することで外乱の影響を低減する。この補償対象としている周波数帯域は、車両挙動で取り得る４Ｈｚ以下の低い周波数である。

【0049】

本開示の実施形態によるモデルフォロイング制御は、フィードバックループによってプラントが逆プラントモデルで定義するノミナルモデルに拘束される効果を活用する。補償対象となり得る周波数帯域は、４Ｈｚから１５０Ｈｚ程度であり、従来の外乱推定器の周波数帯域と異なる。例えば、トルクリップルが無いように逆プラントモデルを定義すれば、モデルフォロイング制御によって、プラントモデルはトルクリップルの無い特性に拘束され、その結果、トルクリップルの補償を適用することにより、トルクリップルを低減することが可能となる。その他にも慣性または粘性のモデルを構築し、そのモデルにプラントモデルを拘束することでプラントモデルの低慣性化または低粘性化を実現し得る。モデルフォロイング制御を実行することにより、モータのトルクリップルの補償に加え、例えばロストルク補償またはモータ慣性補償が行われる。

【0050】

本明細書において、制御対象２２０、制御対象２２０を拘束するために用いるノミナルモデル（またはプラントモデル）、当該プラントモデルの逆プラントモデルで定義される制御対象逆モデル２３１、ローパスフィルタ２３２の伝達関数、およびハイパスフィルタ２３３の伝達関数を、それぞれ、Ｐ（ｓ）、Ｐ_ｎ（ｓ）、Ｐ_ｎ ^－１（ｓ）、Ｑ（ｓ）およびＨＰＦ（ｓ）と記載する。

【0051】

プラントモデル（ノミナルモデル）は数３の数式で表され、逆プラントモデルは数４の数式で表される。Ｊ_ｍｎおよびＢ_ｍｎを適切に設定することによって、制御対象２２０のＰ（ｓ）に所望の周波数特性を付与することができる。本実施形態においてプラントモデル（ノミナルモデル）は、１慣性系のモデルである。

【数3】

【数4】

【0052】

モデルフォロイング制御器で構成されるインナーループの相補感度関数をＴ（ｓ）とし、プラントモデルのモデル化誤差をΔ（ｓ）とする。Ｔ（ｓ）はＱ（ｓ）ＨＰＦ（ｓ）で表され、Δ（ｓ）に関して、数５に示す関係が成り立つ。モデルフォロイング制御器のロバスト安定性は、Ｔ（ｓ）とΔ（ｓ）との間に数６の数式で示すスモールゲイン定理が成立するときに保証される。外乱抑制のためにはＴ（ｓ）＝１であればよいが、ロバスト安定性を考慮すると、数６の数式を満たす必要がある。このことから理解されるように、外乱抑制とロバスト安定性とは両立しない。

【数5】

【数6】

【0053】

図５に、ステアリング系全体の伝達関数のゲイン線図を例示する。ゲイン線図における横軸は周波数〔Ｈｚ〕を示し、縦軸はゲイン〔ｄＢ〕を示す。第１の実装例では、周波数帯域によって外乱抑制を実現するために、周波数帯域を、Ｔ（ｓ）＝１となる、外乱抑制が必要な領域Ｉと、ロバスト安定性を確保するためにＴ（ｓ）を下げる領域ＩＩとに区分する。領域ＩＩにおいて、１／Δ（ｓ）＞Ｔ（ｓ）が成り立つ。

【0054】

ステアリング系全体の伝達関数のゲイン特性は、例えば２０Ｈｚ付近と５０Ｈｚ付近とにピークを有し、モデル化誤差は、２つのピークのうちの５０Ｈｚ付近のピークに現れる。すなわち、Δ（ｓ）は５０Ｈｚ付近にピークを有し、図５に示す１／Δ（ｓ）は５０Ｈｚ付近にボトムを有する。ゲイン特性の調整方法として、１／Δ（ｓ）の調整、およびＴ（ｓ）の折れ点の調整がある。１／Δ（ｓ）の調整は、プラントモデルのＪ_ｍｎおよびＢ_ｍｎを調整することで行われ、Ｔ（ｓ）の折れ点の調整は、ローパスフィルタ２３２の第２カットオフ周波数を調整することで行われる。さらに、操舵のアシスト量、操舵速または車速によって外乱に対する感度は調整され得る。モデル化誤差のボトムの周波数が、領域Ｉと領域ＩＩとの境界の周波数に近い場合、対策として、ローパスフィルタ２３２の次数を上げて、外乱抑圧が必要な領域ＩおけるＴ（ｓ）を急峻に立ち下げる方法がしばしば採用される。

【0055】

制御装置１００は、低周波のトルク信号に対してはトルク制御を行い、かつ、高周波の外乱に対しては角速度ω≒０となる制御を行うことによって、ハンドルが取られないように操舵の安定化を実現する。この目的を達成するために、制御装置１００は、トルク制御器２１０を用いてトルク制御の高周波ゲインを下げること、および、モデルフォロイング制御器２３０Ａを用いて、制御対象Ｐ（ｓ）を高周波ゲインが下がる特性に拘束することを実行する。後者の処理を行う理由は、図４に示すＴｄのような外乱が制御対象２２０に入力されたときに制御対象２２０がその外乱に反応しないようにするためである。

【0056】

図６に、トルク制御器２１０における位相補償器２１２の伝達関数Ｃ（ｓ）のゲイン線図を例示する。図７に、ハイパスフィルタ２３３の伝達関数ＨＰＦ（ｓ）のゲイン線図を例示する。図８に、ノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）のゲイン線図を例示する。ゲイン線図における横軸は周波数〔Ｈｚ〕を示し、縦軸はゲイン〔ｄＢ〕を示す。例えば、図６に示す伝達関数Ｃ（ｓ）のゲイン特性を有する位相補償器２１２を適用すれば、図８に示すように、ノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）のゲイン特性において高周波ゲインを下げることができる。伝達関数Ｃ（ｓ）のゲイン線図におけるカットオフ周波数ｆｃは、例えば２Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下であり、Ｐ_ｎ（ｓ）のゲイン線図におけるカットオフ周波数ｆｃは、例えば２Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下である。

【0057】

モデルフォロイング制御器２３０Ａは、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性におけるゲインが１である周波数帯域において、制御対象２２０の伝達関数Ｐ（ｓ）がノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）に拘束されるように構成されている。逆プラントモデルＰ_ｎ ^－１（ｓ）は、拘束したい逆特性を与え、Ｑ（ｓ）・ＨＰＦ（ｓ）のゲイン特性を活かすように設計される。プラントモデルのＪ_ｍｎおよびＢ_ｍｎを適切に設計することによって、図８に示すように、高周波領域においてゲインが下がるノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）のゲイン特性が得られる。領域Ｉと領域ＩＩとの境界の周波数（領域Ｉを規定する周波数範囲の下限値）は、運転者によって入力され得る最大周波数であり、一般に２Ｈｚから１０Ｈｚ程度である。この周波数は、ハイパスフィルタ２３３の第１カットオフ周波数に依存する。そのため、モデルフォロイング制御の有効範囲の下限周波数は、トルク制御を阻害しないように、ハイパスフィルタ２３３の第１カットオフ周波数を調整することによって決定される。

【0058】

ローパスフィルタ２３２とハイパスフィルタ２３３とは直列結合されている。ローパスフィルタ２３２は多段のＬＰＦから構成され得る。つまり、Ｑ（ｓ）はｎ段ＬＰＦ（ｎは１以上）の伝達関数として表され得る。第２カットオフ周波数は、第１カットオフ周波数よりも大きい。第１カットオフ周波数は、例えば２Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下であり、例えば５Ｈｚ以上７Ｈｚ以下であることが好ましい。第２カットオフ周波数は、例えば３Ｈｚ以上であり、好ましくは５０Ｈｚ以下である。ただし、第２カットオフ周波数の上限は１４０Ｈｚから２００Ｈｚ程度に設定され得る。図８に示すノミナルモデルＰ_ｎ（ｓ）のゲイン特性のカットオフ周波数ｆｃは、第１カットオフ周波数と第２カットオフ周波数とに依存し、例えば２Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下である。

【0059】

本発明者等は、本開示の実施形態によるモデルフォロイング制御を適用して得られる効果を、実車測定を行うことで確認した。実車測定において、モデルフォロイング制御をトルク制御に適用することによる、トルクリップルおよびハンドルの取られを低減する効果を測定した。ここで、ハンドルの取られとは、手放しの状態で段差を乗り越えたときにハンドルが左右に振れることを意味する。

【0060】

図９に、モデルフォロイング制御を適用しない場合の操舵角およびトーショントルクの測定結果を示す。図１０に、モデルフォロイング制御を適用した場合の操舵角およびトーショントルクの測定結果を示す。グラフにおいて、横軸は操舵角〔ｄｅｇ〕を示し、縦軸はトーショントルク〔Ｎｍ〕を示す。グラフは、端から端まで（ハンドルを左一杯に切った状態から右一杯に切った状態、またはその逆）角速度１８０〔ｄｅｇ／ｓ〕で操舵した時に計測された波形を示している。

【0061】

モデルフォロイング制御を適用しない場合と比較して、モデルフォロイング制御を適用した場合、グラフの一点鎖線で囲う部分を拡大してみると、トルクリップルを抑制できていることがわかった。具体的には、トーショントルクの変動量が０．１［Ｎｍ］程度減少することがわかった。

【0062】

図１１に、モデルフォロイング制御を適用しない場合、および、モデルフォロイング制御を適用した場合のそれぞれの操舵角の時間変化の測定結果を示す。グラフにおいて、横軸は時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は操舵角［ｄｅｇ］を示す。車両が段差を乗り越えた時間の領域を破線の矩形で示している。モデルフォロイング制御をトルク制御に適用することによって、車両が段差を乗り越えたときの操舵角の変動が抑制され、ハンドルの取られを適切に低減できていることがわかった。

【0063】

第１の実装例によれば、モデルフォロイング制御をトルク制御に適用することによって、外乱の高周波成分を低減することが可能となる。その結果、操舵するときに生じ得るトルクリップル、および、段差を車両が乗り越えるときに生じ得るハンドルの取られを適切に低減することが可能となる。

【0064】

［第２の実装例］
次に、図１２から図１４を参照して、第２の実装例によるモデルフォロイング制御器を説明する。第２の実装例によるモデルフォロイング制御器は、摩擦補償算出器を有する点で、第１の実装例によるモデルフォロイング制御器と異なる。以下、第１の実装例によるモデルフォロイング制御器との差異点を主に説明する。

【0065】

モデルフォロイング制御器が推定する外乱には、モータ、減速ギアなどのメカの摩擦が含まれるため、第２の実装例によるモデルフォロイング制御器は、推定外乱トルクから摩擦成分を取り出し、摩擦補償を推定外乱トルクに適用するように構成されている。摩擦補償の対象は、例えばモータの摩擦、減速ギアの摩擦または減速ギアの摩擦左右差である。

【0066】

従来の摩擦補償制御を適用しようとすると、モータの角速度ωがゼロ付近では、チャタリング防止のためにモータの角速度ωに対する摩擦補償トルク（Ｎｍ）の変化を緩やかにせざるを得なくなり、結果として、高精度な摩擦補償制御が行えない場合があった。発明者の検討によれば、この課題を解決するためには、摩擦を逐次推定し、補償することが望ましい。

【0067】

第２の実装例によるモデルフォロイング制御器は、外乱補償トルクを制御対象の入力にフィードバックするように構成されている。モデルフォロイング制御器は、具体的には、推定外乱トルクから低周波成分を除去するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタに並列結合され、推定外乱トルクに摩擦補償を適用してメカの摩擦トルクの推定値を算出する摩擦補償算出器と、ハイパスフィルタによって低周波成分が除去された推定外乱トルクに、摩擦トルクの推定値を加算し、外乱補償トルクを生成する加算器とを有する。第２の実装例において、推定外乱トルクは「第１補正トルク」に相当し、外乱補償トルクは「第２補正トルク」に相当する。

【0068】

図１２に、第２の実装例におけるモデルフォロイング制御器２３０Ｂの構成例を示す。モデルフォロイング制御器２３０Ｂは、第１の実装例によるモデルフォロイング制御器２３０Ａと同様にモデルフォロイング制御を行うように構成されている。ただし、モデルフォロイング制御の機能は必須でない。

【0069】

モデルフォロイング制御器２３０Ｂは摩擦補償算出器２５０を有する。摩擦補償算出器２５０は、ハイパスフィルタ２３３に並列結合され、推定外乱トルク＾Ｔ_ｄに摩擦補償を適用してメカの摩擦トルクの推定値を算出する。摩擦補償算出器２５０は、減算器２５１、リミッタ２５２およびゲイン調整器２５３を有する。減算器２５１は、ローパスフィルタ２３２からの出力値からハイパスフィルタ２３３からの出力値を差し引く。リミッタ２５２は、減算器２５１からの出力値に制限をかける。リミッタ２５２は、入力値が上限または下限の閾値を越える場合、入力値を上限または下限の閾値にクリップする。

【0070】

ゲイン調整器２５３はリミッタ２５２からの出力値にゲインＫをかける。制御対象２２０の伝達関数がノミナルモデルに拘束される条件下でゲイン調整器２５３のゲインＫの最大値は決定される。ゲインＫの最大値は、例えば１から１．２程度に設定される。

【0071】

推定外乱トルク＾Ｔ_ｄにはメカの摩擦が含まれる。外乱の推定において、モータの出力トルクの伝達経路から、先ず摩擦が推定され、次に、セルフアライニングトルクなどのモータに働くトルクが推定される。このため、摩擦補償算出器２５０は、最初に推定した外乱のうちの摩擦トルクに相当する値を摩擦トルクの推定値として算出する。一般に、適度な摩擦がＥＰＳに必要とされるために、実際に働く摩擦力よりも小さい値を摩擦トルクの推定値とすることによって、適度な摩擦力を残しつつ、高精度な摩擦補償を実現することが可能となる。

【0072】

モデルフォロイング制御に用いる推定外乱トルクに摩擦補償を適用するために、モデルフォロイング制御の安定性条件に留意する必要がある。この条件は、上述したスモールゲイン定理より、安定性を考慮した特性に拘束した摩擦補償算出器２５０の伝達関数のゲイン特性におけるゲインが１を越えないことである。これは、ローパスフィルタ２３２の設計条件から導かれる。第２の実装例ではこの条件を常に満足するように摩擦補償ゲイン、つまりゲインＫの値を最大１とし、かつ、この条件下でゲイン特性におけるゲインが１となるようにリミッタ２５２の前段に減算器２５１を設けて減算処理を適用している。言い換えると、摩擦補償算出器２５０は、１－ＨＰＦ（ｓ）の伝達関数を有するローパスフィルタとして振る舞う。

【0073】

推定外乱トルク＾Ｔ_ｄは、低周波成分＾Ｔ_ｄ１、中周波成分＾Ｔ_ｄ２、および高周波成分＾Ｔ_ｄ３を含む。ローパスフィルタ２３２は、推定外乱トルク＾Ｔ_ｄから高周波成分＾Ｔ_ｄ３を除去し、ハイパスフィルタ２３３は、さらに、推定外乱トルク＾Ｔ_ｄから低周波成分＾Ｔ_ｄ１を除去する。このように、ハイパスフィルタ２３３の第１カットオフ周波数以上ローパスフィルタ２３２の第２カットオフ周波数以下の範囲にある推定外乱トルクの中周波成分＾Ｔ_ｄ２だけが摩擦補償の対象となる。ただし、外乱に含まれる想定される摩擦は外乱のうちの低周波成分であるために、上記のフィルタ処理によると、低周波成分＾Ｔ_ｄ１は摩擦補償の対象外となってしまう。そこで、摩擦補償算出器２５０をハイパスフィルタ２３３に並列結合することによって、ハイパスフィルタ２３３によるフィルタ処理を受け補償されなくなった外乱の低周波成分＾Ｔ_ｄ１を推定外乱トルク＾Ｔ_ｄに再度加え、摩擦補償を実現している。より詳細には、摩擦補償算出器２５０において低周波成分＾Ｔ_ｄ１にゲインＫを乗じた値を中周波成分＾Ｔ_ｄ２に加算することによって、外乱補償トルクが生成される。なお、「＾Ｔ_ｄ１」は図１２に示すハット付きのＴ_ｄ１を意味し、「＾Ｔ_ｄ２」は図１２に示すハット付きのＴ_ｄ２を意味し、「＾Ｔ_ｄ３」は図１２に示すハット付きのＴ_ｄ３を意味する。

【0074】

ＥＰＳを搭載する車両は、自動運転モードおよび手動運転モードを有する走行モードに従って走行することが可能である。この場合、ゲイン調整器２５３のゲインＫは、走行モードに応じて切り替えるようにしてもよい。ゲインＫが大きいほど、摩擦の低減の程度が大きくなる。自動運転モード時に設定されるゲインＫは、手動運転モード時に設定されるゲインＫよりも大きいことが好ましい。これにより、摩擦の低減がより求められる自動運転モードに最適な摩擦補償を適用することができる。

【0075】

モデルフォロイング制御器２３０Ｂは加算器ＡＤ３をさらに有する。加算器ＡＤ３は、ハイパスフィルタ２３３からの出力値に、ゲイン調整器からの出力値を加算する。加算器ＡＤ３からの出力は、外乱補償トルクとして制御対象２２０の入力にフィードバックされる。

【0076】

高速道路を走行するときなどに白線または黄線などの車線を認識し、車線に追従した車両の自動走行をアシストする補助装置が開発されている。ＥＰＳおよび補助装置を搭載した車両において、減速ギアの摩擦に左右差があると、車線の中心に沿って車両を直進走行させる補助装置の制御に影響が及び得ることが知られている。本開示の実施形態による摩擦補償制御によれば、減速ギアの摩擦に左右差がある場合であっても、逐次摩擦トルクの推定値を算出することができるために、上記の課題を解決することが可能となる。なお、プラントモデルの出力であるモータの角速度ωは、減速ギアの摩擦の左右差に関する情報を含んでいる。

【0077】

本発明者等は、ゲイン調整による摩擦補償制御を適用して得られる効果を、シミュレーションを行うことで確認した。シミュレーションによって、摩擦補償制御による摩擦の低減効果を測定した。

【0078】

図１３に、ゲイン調整による摩擦補償制御を適用しない場合、および、ゲイン調整による摩擦補償制御を適用する場合の操舵角および操舵トルクのシミュレーション結果を示す。グラフにおいて、横軸は操舵角［ｄｅｇ］を示し、縦軸は操舵トルク［Ｎｍ］を示す。破線で示すグラフは、摩擦補償制御を適用しない場合の波形を示し、実線で示すグラフは、摩擦補償制御を適用した場合の波形を示している。図中の矢印は操舵トルクの幅を表し、その幅が摩擦の大きさに相当する。摩擦補償制御を適用することによって摩擦を適切に低減できることが分かった。

【0079】

図１４に、従来の摩擦補償制御を適用した場合、および、ゲイン調整による摩擦補償制御を適用した場合の操舵角および操舵トルクのシミュレーション結果を示す。グラフにおいて、横軸は操舵角［ｄｅｇ］を示し、縦軸は操舵トルク［Ｎｍ］を示す。破線で示すグラフは、従来の摩擦補償制御を適用した場合の波形を示し、実線で示すグラフは、ゲイン調整による摩擦補償制御を適用した場合の波形を示している。従来の摩擦補償制御によれば、上述したように、モータの角速度ωがゼロ付近では、チャタリング防止のためにモータの角速度ωに対する摩擦補償トルク（Ｎｍ）の変化を緩やかにせざるを得なくなる。これに起因して、ハンドルを切り返すときに（図中の破線の丸で囲む部分を参照）、操舵トルクにスパイクが確認された。これに対し、ゲイン調整による摩擦補償制御を適用した場合には、スパイクは確認されず、摩擦が適切に低減できていることがわかった。

【0080】

第２の実装例によれば、ゲイン調整による摩擦補償制御をトルク制御にさらに適用することによって、外乱の高周波成分を低減しつつ、摩擦を適切に低減することが可能となる。

【0081】

［第３の実装例］
第３の実装例において制御対象は、ハンドル５２１と自在軸継手５２３Ａ，５２３Ｂと回転軸５２４とトーションバー５４６とモータ５４３と減速ギア５４４とを有する。第３の実装例における制御対象はトーションバー５４６を介して互いに相対回転可能な部分を含んでいるため、制御対象の運動は、単純な１慣性系の運動方程式のみでは記述できない。第３の実装例における制御対象は、車両の運転者がハンドル５２１を握る強さによって、１慣性系と２慣性系との間で変化する。運転者がハンドル５２１を強く握るほど、制御対象は、１慣性系に近くなる。運転者がハンドルを弱く握るほど、制御対象は、２慣性系に近くなる。第３の実装例において、モデルフォロイング制御器には、制御対象の出力として、減速ギア５４４の角速度に相当する角速度が入力される。

【0082】

第３の実装例では、プラントモデル（ノミナルモデル）を１慣性系と２慣性系との間の周波数特性を有するモデルとする。第３の実装例におけるプラントモデル（ノミナルモデル）の伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）は数７の数式で表され、逆プラントモデルの伝達関数Ｐ_ｎ ^－１（ｓ）は数８の数式で表される。

【0083】

【数7】

【0084】

【数8】

【0085】

数７の数式および数８の数式において、sはラプラス変換子であり、J_STGｎはノミナルモデルの慣性モーメントを表すパラメータであり、B_STGｎはノミナルモデルの粘性摩擦係数を表すパラメータであり、ω_１ｎは伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）のゼロ点の周波数であり、ω_２ｎは伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）の極の周波数であり、ζ_１ｎは伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）のゼロ点における減衰比であり、ζ_２ｎは伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）の極における減衰比である。

【0086】

第３の実装例においてノミナルモデルは、１慣性系と２慣性系との間の周波数特性を有するモデルである。上記のノミナルモデルの伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）を表す数７の数式は、２慣性系を表す式に減衰項を加えた式である。数７の数式において減衰項は、２ζ_１ｎω_１ｎｓおよび２ζ_２ｎω_２ｎｓである。これらの減衰項を数７の数式から除いた式が、２慣性系を表す式となる。第３の実装例においてノミナルモデルの伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）の次数は、３である。

【0087】

第３の実装例においてノミナルモデルは、運転者（操舵者）がハンドル５２１を操舵する際の機械特性が考慮されたモデルである。制御対象は、運転者がハンドル５２１を強く握るほど１慣性系に近づき、運転者がハンドル５２１を弱く握るほど２慣性系に近づく。そのため、第３の実装例における制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）は、運転者の腕からハンドル５２１にどのように力が加えられるかによって１慣性系と２慣性系との間で変化する。第３の実装例においては、ノミナルモデルを１慣性系と２慣性系との間の周波数特性を有するモデルとすることにより、制御対象の状態が１慣性系と２慣性系との間のいずれの状態であっても、ノミナルモデルの伝達関数Ｐ_ｎ（ｓ）と制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）とのモデル化誤差Δ（ｓ）が大きくなり過ぎないようにできる。したがって、運転者がハンドル５２１をどのように操舵したかに関わらず、ノミナルモデルを用いて好適に制御対象を制御できる。このように、第３の実装例において、ノミナルモデルは、運転者のハンドル５２１の握り方によって制御対象に与えられる機械特性を考慮したモデルとなっている。第３の実装例における制御装置１００は、このようなノミナルモデルを内部モデルとして有することにより、制御対象の好適な制御を行うことができる。第３の実装例におけるその他の構成は、上述した他の実装例と同様にできる。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本開示の実施形態は、車両に搭載されるＥＰＳを制御するためのモータの制御装置に利用され得る。

【符号の説明】

【0089】

１００：制御装置（ＥＣＵ）、２００：プロセッサ、２１０：トルク制御器、２１１：応答性位相補償部、２１２：位相補償器、２２０：制御対象、２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ：モデルフォロイング制御器、２３１：制御対象逆モデル、２３２：ローパスフィルタ、２３３：ハイパスフィルタ、２５０：摩補償算出器、２５０：摩擦補償算出器、２５１：減算器、２５２：リミッタ、２５３：ゲイン調整器、１０００：電動パワーステアリング装置、ＡＤ１：減算器、ＡＤ２，ＡＤ３：加算器、ＳＵ１：減算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】