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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-14
(45)【発行日】2022-12-22
(54)【発明の名称】モータ制御装置
(51)【国際特許分類】
H02P 23/12 20060101AFI20221215BHJP
B62D 6/00 20060101ALI20221215BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20221215BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20221215BHJP
B62D 101/00 20060101ALN20221215BHJP
B62D 137/00 20060101ALN20221215BHJP
【ＦＩ】
H02P23/12
B62D6/00
B62D5/04
B62D119:00
B62D101:00
B62D137:00
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2018074100
(22)【出願日】2018-04-06
(65)【公開番号】P2018183046
(43)【公開日】2018-11-15
【審査請求日】2021-03-16
(31)【優先権主張番号】P 2017079970
(32)【優先日】2017-04-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】仲出 知弘
(72)【発明者】
【氏名】ロバート フックス
(72)【発明者】
【氏名】大野 真
(72)【発明者】
【氏名】東 真康
【審査官】三島木 英宏
(56)【参考文献】
【文献】特許第５８７１００１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】国際公開第２０１６／０８８７１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１２８３８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２３／１２
Ｂ６２Ｄ ６／００
Ｂ６２Ｄ ５／０４
Ｂ６２Ｄ １０１／００
Ｂ６２Ｄ １１９／００
Ｂ６２Ｄ １３７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラントを駆動するための電動モータを制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段と、
前記目標モータトルク設定手段によって設定された目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段とを含み、
前記目標モータトルク設定手段は、
基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段と、
前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記プラントに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバと、
前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱オブザーバによって推定された前記外乱トルクによって補正する外乱トルク補償手段と、
前記外乱トルク補償手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含み、
前記電動モータは、車両のステアリングシステム制御に用いられる電動モータである、
モータ制御装置。
【請求項2】
前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記プラントの回転角を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、
前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記プラントの回転角を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、
前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段と、
前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクを演算するフィードフォワード制御トルク演算手段と、
前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段と、
前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクを演算するフィードフォワード制御トルク演算手段と、
前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項6】
ステアリングホイールにトーションバーを介して連結されたステアリングコラムに、操舵力を付与する電動モータを制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段と、
前記目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段とを含み、
前記目標モータトルク設定手段は、
基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段と、
前記目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角とに基づいて、前記ステアリングコラムに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバと、
前記ステアリングホイールの振動を抑制するための制振トルクを演算する制振トルク演算手段と、
前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱トルクおよび前記制振トルクによって補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項7】
前記ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を含み、前記制振トルク演算手段は、前記操舵トルクに所定の制振ゲインを乗算することによって、制振トルクを演算するように構成されており、
前記基本目標トルク設定手段は、
前記ステアリングコラムの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記ステアリングコラムの回転角または前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記ステアリングコラムの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して比例微分演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段とを含む、請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項8】
前記比例微分演算に用いられる比例ゲインおよび微分ゲインをそれぞれＫＰおよびＫＤとし、前記制振ゲインをＫＲとし、前記トーションバーの剛性をＫｔｂとし、前記ステアリングホイールの慣性をＪＳＷとし、前記ステアリングホイールおよび前記ステアリングコラムの反共振周波数ωａを次式（ａ）で表すと、前記比例ゲインＫＰ、前記微分ゲインＫＤおよび前記制振ゲインＫＲは、次式（ｂ）～（ｄ）で表される、請求項７に記載のモータ制御装置。
ωａ＝｛Ｋｔｂ・（１／ＪＳＷ）｝１／２ …（ａ）
ＫＰ＝ωａ２ …（ｂ）
ＫＤ＝４ωａ …（ｃ）
ＫＲ＝４／ＪＳＷ …（ｄ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば、自動運転システム、運転支援システム、ステアバイワイヤシステム、後輪操舵システム等におけるステアリングシステム制御に用いられる電動モータ、さらにはこれらのステアリングシステムの転舵角制御用の電動モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動運転システム、運転支援システム、ステアバイワイヤシステム、後輪操舵システム等においては、電動モータによって転舵輪の転舵角が制御されている。この種のモータ制御には、目標転舵角と実転舵角との差に応じて、電動モータのモータトルクを制御する舵角フィードバック制御が用いられている。舵角フィードバック制御としては、一般的には、ＰＩＤ制御が用いられる。具体的には、目標転舵角と実転舵角との差の項、当該差の積分項および当該差の微分項にそれぞれ比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインが乗算された後、それらの項が加算されることにより目標トルクが演算される。そして、モータトルクが、目標トルクと等しくなるように電動モータが制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2004-256076号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述のＰＩＤ制御は、線形な制御アルゴリズムであるため、路面反力トルク（ラック軸側外乱トルク）、ステアリングシステムの摩擦トルク、ステアリング側外乱トルク等の非線形な外乱トルクの変動によって、転舵角制御精度の低下やばらつきが発生する。
この発明の目的は、外乱トルクを補償でき、精度の高いモータ制御が行えるモータ制御装置を提供することである。
この発明の目的は、外乱トルクを補償でき、精度の高いモータ制御が行えるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
請求項１に記載の発明は、プラントを駆動するための電動モータ（１８）を制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段（２３）と、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段（４２;１５３）と、前記目標モータトルク設定手段によって設定された目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段（４５，４６）とを含み、前記目標モータトルク設定手段は、基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段（６２；６２ and ６３）と、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記プラントに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバ（６４）と、前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱オブザーバによって推定された前記外乱トルクによって補正する外乱トルク補償手段（６５）と、前記外乱トルク補償手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。
【0006】
この構成によれば、外乱トルクを補償できるので、精度の高いモータ制御が行えるようになる。
請求項２に記載の発明は、前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角（θｍ）とに基づいて、前記外乱トルク（^Ｔｌｄ）および前記プラントの回転角（^θ）を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角（θｃｍｄ）と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角（^θ）との差を演算する角度偏差演算手段（６２Ａ）と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルク（Ｔｆｂ）を演算する基本目標トルク演算手段（６２Ｂ）とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。
請求項２に記載の発明は、前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角（θｍ）とに基づいて、前記外乱トルク（^Ｔｌｄ）および前記プラントの回転角（^θ）を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角（θｃｍｄ）と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角（^θ）との差を演算する角度偏差演算手段（６２Ａ）と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルク（Ｔｆｂ）を演算する基本目標トルク演算手段（６２Ｂ）とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。
【0007】
請求項３に記載の発明は、前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角（θｍ）とに基づいて、前記外乱トルク（^Ｔｌｄ）および前記プラントの回転角（^θ）を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角（θｃｍｄ）と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角（^θ）との差を演算する角度偏差演算手段（６２Ａ）と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルク（Ｔｆｂ）を演算するフィードバック制御トルク演算手段（６２Ｂ）と、前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルク（Ｔｆｆ）を演算するフィードフォワード制御トルク演算手段（６３）と、前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段（６５）とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。
【0008】
請求項４に記載の発明は、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角（θｃｍｄ）と、前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記プラントの回転角（θ）との差を演算する角度偏差演算手段と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。
【0009】
請求項５に記載の発明は、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角（θｃｍｄ）と、前記回転角検出手段によって検出される回転角（θ）から演算される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段と、前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクを演算するフィードフォワード制御トルク演算手段と、前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。
【0010】
請求項６に記載の発明は、前記電動モータは、車両のステアリングシステム制御に用いられる電動モータである、請求項１～５のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。
請求項７に記載の発明は、ステアリングホイール（２）にトーションバー（１０）を介して連結されたステアリングコラム（９，２１）に、操舵力を付与する電動モータ（１８）を制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段（２３）と、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段（４２Ａ）と、前記目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段（４５，４６）とを含み、前記目標モータトルク設定手段は、基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段（６２；６２ and ６３）と、前記目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角とに基づいて、前記ステアリングコラムに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバ（６４）と、前記ステアリングホイールの振動を抑制するための制振トルクを演算する制振トルク演算手段（１６０，１６１）と、前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱トルクおよび前記制振トルクによって補正する補正手段（６５）と、前記補正手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置である。
請求項７に記載の発明は、ステアリングホイール（２）にトーションバー（１０）を介して連結されたステアリングコラム（９，２１）に、操舵力を付与する電動モータ（１８）を制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段（２３）と、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段（４２Ａ）と、前記目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段（４５，４６）とを含み、前記目標モータトルク設定手段は、基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段（６２；６２ and ６３）と、前記目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角とに基づいて、前記ステアリングコラムに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバ（６４）と、前記ステアリングホイールの振動を抑制するための制振トルクを演算する制振トルク演算手段（１６０，１６１）と、前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱トルクおよび前記制振トルクによって補正する補正手段（６５）と、前記補正手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置である。
【0011】
この構成によれば、外乱トルクを補償できるので、精度の高いモータ制御が行えるようになる。また、この構成によれば、自動操舵時等においてステアリングホイールの慣性とトーションバーにより発生する捩り振動を抑制することが可能となる。
請求項８に記載の発明は、前記ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１２）を含み、前記制振トルク演算手段は、前記操舵トルクに所定の制振ゲインを乗算することによって、制振トルクを演算するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記ステアリングコラムの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記ステアリングコラムの回転角または前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記ステアリングコラムの回転角との差を演算する角度偏差演算手段（６２Ａ）と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して比例微分演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段（６２）とを含む、請求項７に記載のモータ制御装置である。
請求項８に記載の発明は、前記ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１２）を含み、前記制振トルク演算手段は、前記操舵トルクに所定の制振ゲインを乗算することによって、制振トルクを演算するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記ステアリングコラムの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記ステアリングコラムの回転角または前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記ステアリングコラムの回転角との差を演算する角度偏差演算手段（６２Ａ）と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して比例微分演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段（６２）とを含む、請求項７に記載のモータ制御装置である。
【0012】
請求項９に記載の発明は、前記比例微分演算に用いられる比例ゲインおよび微分ゲインをそれぞれＫＰおよびＫＤとし、前記制振ゲインをＫＲとし、前記トーションバーの剛性をＫｔｂとし、前記ステアリングホイールの慣性をＪＳＷとし、前記ステアリングホイールおよび前記ステアリングコラムの反共振周波数ωａを次式（ａ）で表すと、前記比例ゲインＫＰ、前記微分ゲインＫＤおよび前記制振ゲインＫＲは、次式（ｂ）～（ｄ）で表される、請求項８に記載のモータ制御装置である。
【0013】
ωａ＝｛Ｋｔｂ・（１／ＪＳＷ）｝１／２ …（ａ）
ＫＰ＝ωａ２ …（ｂ）
ＫＤ＝４ωａ …（ｃ）
ＫＲ＝４／ＪＳＷ …（ｄ）
ＫＰ＝ωａ２ …（ｂ）
ＫＤ＝４ωａ …（ｃ）
ＫＲ＝４／ＪＳＷ …（ｄ）
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
この電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：electric power steering）１は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムタイプＥＰＳである。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
この電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：electric power steering）１は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムタイプＥＰＳである。
【0016】
電動パワーステアリングシステム１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【0017】
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に加えられるステアリング側外乱トルクＴｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほどステアリング側外乱トルクの大きさが大きくなるものとする。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に加えられるステアリング側外乱トルクＴｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほどステアリング側外乱トルクの大きさが大きくなるものとする。
【0018】
転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。
【0019】
ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。
【0020】
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。
操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。
【0021】
ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、出力軸９に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト６（出力軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助や転舵輪３の転舵が可能となる。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。
電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト６（出力軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助や転舵輪３の転舵が可能となる。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。
【0022】
減速機１９に加えられるトルクとしては、電動モータ１８によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクＴｌｄには、ステアリング側外乱トルクＴｄと、路面反力トルク（ラック軸側外乱トルク）Ｔｌｓと、減速機１９に発生する摩擦トルクＴｆ等が含まれる。ステアリング側外乱トルクＴｄは、運転者によってステアリングホイール２に加えられる力、ステアリング慣性によって発生する力等によって、ステアリングホイール２側から減速機１９に加えられるトルクである。路面反力トルクＴｌｓは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力、ラックアンドピニオン機構の摩擦力等によって、転舵輪３側からラック軸１４を介して減速機１９に加えられるトルクである。
【0023】
車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４、車両の進行方向前方の道路を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２５、自車位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）２６および道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７が搭載されている。車両には、さらに、地図情報を記憶した地図情報メモリ２８および自動操舵モードの設定およびその解除を行うための自動操舵モードスイッチ２９が搭載されている。
【0024】
ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６、レーダー２７、地図情報メモリ２８および自動操舵モードスイッチ２９は、自動支援制御や自動運転制御を行うための自動運転制御用ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）２０１に接続されている。自動運転制御用ＥＣＵ２０１は、ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６およびレーダー２７によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。また、自動運転制御用ＥＣＵ２０１は、自動操舵モードスイッチ２９からの入力信号に基づいて、自動操舵モードの設定および解除を指示する。
【0025】
この実施形態では、自動運転制御用ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための目標舵角θｃｍｄａを設定するとともに、自動操舵モードスイッチ２９の操作に応じたモード切替信号（自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号）を生成する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるためのレーンキープ制御（運転支援制御の一種）である。目標舵角θｃｍｄａは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための舵角（操舵角または転舵角）の目標値である。このような目標舵角θｃｍｄａを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0026】
自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって設定される目標舵角θｃｍｄａならびに自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって生成されるモード切替信号は、車載ネットワークを介して、後述するステアリング制御用ＥＣＵ２０２に与えられる。
トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄ、回転角センサ２３の出力信号、車速センサ２４によって検出される車速Ｖは、ステアリング制御用ＥＣＵ２０２に入力される。ステアリング制御用ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および自動運転制御用ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、電動モータ１８を制御する。
トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄ、回転角センサ２３の出力信号、車速センサ２４によって検出される車速Ｖは、ステアリング制御用ＥＣＵ２０２に入力される。ステアリング制御用ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および自動運転制御用ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、電動モータ１８を制御する。
【0027】
ステアリング制御用ＥＣＵ２０２は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって自動操舵モード設定信号が与えられると、自動操舵制御を行う自動制御モードに従って電動モータ１８を制御する。また、自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって自動操舵モード解除信号が与えられると、ステアリング制御用ＥＣＵ２０２は、自動操舵制御を解除して、手動操舵制御（アシスト制御）を行う手動操舵モード（アシスト制御モード）に従って電動モータ１８を制御する。手動操舵モードとは、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄと、車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、運転者による操舵を補助するための操舵補助力（アシストトルク）を電動モータ１８から発生させる制御モードである。
【0028】
なお、ステアリング制御用ＥＣＵ２０２は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１からのモード切替信号に従って制御モードを切り替える他、自動操舵モード時には、運転者のステアリング操作（操舵操作）による介入動作があったときに、自動操舵モードから手動操舵モードへと制御モードを切り替える機能（オーバーライド機能）を備えている。
図２は、ステアリング制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成を説明するためのブロック図である。
図２は、ステアリング制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【0029】
ステアリング制御用ＥＣＵ２０２は、マイクロコンピュータ４０と、マイクロコンピュータ４０によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉ」という）を検出するための電流検出回路３２とを備えている。
マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、目標アシストトルク設定部４１と、目標自動操舵トルク設定部４２と、モード切替部（目標トルク切替部）４３と、目標モータ電流演算部４４と、電流偏差演算部４５と、ＰＩ制御部４６と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４７とを含む。
マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、目標アシストトルク設定部４１と、目標自動操舵トルク設定部４２と、モード切替部（目標トルク切替部）４３と、目標モータ電流演算部４４と、電流偏差演算部４５と、ＰＩ制御部４６と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４７とを含む。
【0030】
目標アシストトルク設定部４１は、アシストトルクの目標値である目標アシストトルクＴｍ１を設定する。目標アシストトルク設定部４１は、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄと車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、目標アシストトルクＴｍ１を設定する。目標アシストトルクＴｍ１は、ステアリング側外乱トルクＴｄの正の値に対しては正をとり、ステアリング側外乱トルクＴｄの負の値に対しては負をとる。そして、目標アシストトルクＴｍ１は、ステアリング側外乱トルクＴｄの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、目標アシストトルクＴｍ１は、車速センサ２４によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。
【0031】
目標自動操舵トルク設定部４２は、自動操舵モード時における電動モータ１８のモータトルクの目標値である目標自動操舵トルクＴｍ２を設定する。目標自動操舵トルク設定部４２の詳細については、後述する。
モード切替部４３には、目標アシストトルクＴｍ１と、目標自動操舵トルクＴｍ２と、自動運転制御用ＥＣＵ２０１からのモード切替信号と、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄとが入力される。モード切替部４３は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１からのモード切替信号に従って制御モードを切り替える。また、制御モードが自動操舵モードに設定されているときに、例えば、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄの絶対値｜Ｔｄ｜が所定のトルク閾値以上となると、モード切替部４３は、制御モードを手動操舵モードに切り替える。
モード切替部４３には、目標アシストトルクＴｍ１と、目標自動操舵トルクＴｍ２と、自動運転制御用ＥＣＵ２０１からのモード切替信号と、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄとが入力される。モード切替部４３は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１からのモード切替信号に従って制御モードを切り替える。また、制御モードが自動操舵モードに設定されているときに、例えば、トルクセンサ１２によって検出されるステアリング側外乱トルクＴｄの絶対値｜Ｔｄ｜が所定のトルク閾値以上となると、モード切替部４３は、制御モードを手動操舵モードに切り替える。
【0032】
制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、モード切替部４３は、目標アシストトルク設定部４１によって設定される目標アシストトルクＴｍ１を、目標モータトルクＴｍとして出力する。制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、モード切替部４３は、目標自動操舵トルク設定部４２によって設定される目標自動操舵トルクＴｍ２を、目標モータトルクＴｍとして出力する。
【0033】
目標モータ電流演算部４４はモード切替部４３によって設定された目標モータトルクＴｍを電動モータ１８のトルク定数Ｋｔで徐算することにより、目標モータ電流Ｉｃｍｄを演算する。
電流偏差演算部４５は、目標モータ電流演算部４４によって得られた目標モータ電流Ｉｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉｃｍｄ－Ｉ）を演算する。
電流偏差演算部４５は、目標モータ電流演算部４４によって得られた目標モータ電流Ｉｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉｃｍｄ－Ｉ）を演算する。
【0034】
ＰＩ制御部４６は、電流偏差演算部４５によって演算された電流偏差ΔＩに対するＰＩ演算（比例積分演算）を行うことにより、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉを目標モータ電流Ｉｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部４７は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路３１に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ１８に供給されることになる。
【0035】
制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、目標アシストトルクＴｍ１が目標モータトルクＴｍとして設定されるので、目標アシストトルクＴｍ１に応じたモータトルクが電動モータ１８から発生するように、電動モータ１８が制御される（手動操舵制御）。一方、制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、目標自動操舵トルクＴｍ２が目標モータトルクＴｍとして設定されるので、目標自動操舵トルクＴｍ２に応じたモータトルクが電動モータ１８から発生するように、電動モータ１８が制御される（自動操舵制御）。
【0036】
図３は、目標自動操舵トルク設定部４２の構成を示すブロック図である。
目標自動操舵トルク設定部４２は、目標舵角θｃｍｄａに基づいて目標自動操舵トルクＴｍ２を演算する。目標自動操舵トルク設定部４２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と、フィードバック制御部６２と、フィードフォワード制御部６３と、外乱トルク推定部６４と、トルク加算部６５と、第１減速比徐算部６６と、減速比乗算部６７と、回転角演算部６８と、第２減速比徐算部６９とを含む。以下において、目標自動操舵トルク設定部４２によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ２を、説明の便宜上、「目標自動操舵トルクＴｍ」という場合がある。
目標自動操舵トルク設定部４２は、目標舵角θｃｍｄａに基づいて目標自動操舵トルクＴｍ２を演算する。目標自動操舵トルク設定部４２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と、フィードバック制御部６２と、フィードフォワード制御部６３と、外乱トルク推定部６４と、トルク加算部６５と、第１減速比徐算部６６と、減速比乗算部６７と、回転角演算部６８と、第２減速比徐算部６９とを含む。以下において、目標自動操舵トルク設定部４２によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ２を、説明の便宜上、「目標自動操舵トルクＴｍ」という場合がある。
【0037】
減速比乗算部６７は、第１減速比徐算部６６によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ（Ｔｍ２）に減速機１９の減速比Ｎを乗算することにより、目標自動操舵トルクＴｍを出力軸９（ウォームホイール２１）に作用するトルクＮ・Ｔｍに換算する。
回転角演算部６８は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータ回転角θｍを演算する。第２減速比徐算部６９は、回転角演算部６８によって演算されるロータ回転角θｍを減速比Ｎで徐算することにより、ロータ回転角θｍを出力軸９の回転角（実舵角）θに換算する。図１の実施形態においては、出力軸９の回転角（操舵角）を「舵角」という。
回転角演算部６８は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータ回転角θｍを演算する。第２減速比徐算部６９は、回転角演算部６８によって演算されるロータ回転角θｍを減速比Ｎで徐算することにより、ロータ回転角θｍを出力軸９の回転角（実舵角）θに換算する。図１の実施形態においては、出力軸９の回転角（操舵角）を「舵角」という。
【0038】
ローパスフィルタ６１は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１から与えられる目標舵角θｃｍｄａに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄは、フィードバック制御部６２およびフィードフォワード制御部６３に与えられる。
フィードバック制御部６２は、外乱トルク推定部６４によって演算される舵角推定値^θを、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄに近づけるために設けられている。フィードバック制御部６２は、角度偏差演算部６２ＡとＰＤ制御部６２Ｂとを含む。角度偏差演算部６２Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄと、外乱トルク推定部６４によって演算される舵角推定値^θとの偏差Δθ（＝θｃｍｄ－^θ）を演算する。なお、角度偏差演算部６２Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄと、第２減速比徐算部６９によって演算される実舵角θとの偏差（θｃｍｄ－θ）を、角度偏差Δθとして演算するようにしてもよい。
フィードバック制御部６２は、外乱トルク推定部６４によって演算される舵角推定値^θを、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄに近づけるために設けられている。フィードバック制御部６２は、角度偏差演算部６２ＡとＰＤ制御部６２Ｂとを含む。角度偏差演算部６２Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄと、外乱トルク推定部６４によって演算される舵角推定値^θとの偏差Δθ（＝θｃｍｄ－^θ）を演算する。なお、角度偏差演算部６２Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄと、第２減速比徐算部６９によって演算される実舵角θとの偏差（θｃｍｄ－θ）を、角度偏差Δθとして演算するようにしてもよい。
【0039】
ＰＤ制御部６２Ｂは、角度偏差演算部６２Ａによって演算される角度偏差Δθに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、フィードバック制御トルクＴｆｂを演算する。フィードバック制御トルクＴｆｂは、トルク加算部６５に与えられる。
フィードフォワード制御部６３は、電動パワーステアリングシステム１の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部６３は、角加速度演算部６３Ａと慣性乗算部６３Ｂとを含む。角加速度演算部６３Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄを２階微分することにより、目標角加速度ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２を演算する。慣性乗算部６３Ｂは、角加速度演算部６３Ａによって演算された目標角加速度ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２に、電動パワーステアリングシステム１の慣性Ｊを乗算することにより、フィードフォワードトルクＴｆｆ（＝Ｊ・ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２）を演算する。慣性Ｊは、例えば、後述する電動パワーステアリングシステム１の物理モデル（図４参照）から求められる。フィードフォワードトルクＴｆｆは、慣性補償値として、トルク加算部６５に与えられる。
フィードフォワード制御部６３は、電動パワーステアリングシステム１の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部６３は、角加速度演算部６３Ａと慣性乗算部６３Ｂとを含む。角加速度演算部６３Ａは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄを２階微分することにより、目標角加速度ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２を演算する。慣性乗算部６３Ｂは、角加速度演算部６３Ａによって演算された目標角加速度ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２に、電動パワーステアリングシステム１の慣性Ｊを乗算することにより、フィードフォワードトルクＴｆｆ（＝Ｊ・ｄ２θｃｍｄ／ｄｔ２）を演算する。慣性Ｊは、例えば、後述する電動パワーステアリングシステム１の物理モデル（図４参照）から求められる。フィードフォワードトルクＴｆｆは、慣性補償値として、トルク加算部６５に与えられる。
【0040】
外乱トルク推定部６４は、プラント（制御対象（モータ駆動対象））に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：モータトルク以外のトルク）を推定して補償するために設けられている。外乱トルク推定部６４は、プラントの目標値である目標操舵トルクＮ・Ｔｍ（＝Ｔｃｍｄ）と、プラントの出力である実舵角θとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｌｄ、実舵角θおよび舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴｌｄ、実舵角θおよび舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｌｄ、^θおよびｄ^θ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部６４によって演算された外乱トルク推定値^Ｔｌｄは、外乱トルク補償値としてトルク加算部６５に与えられる。外乱トルク推定部６４によって演算された舵角推定値^θは、角度偏差演算部６２Ａに与えられる。外乱トルク推定部６４の詳細については、後述する。
【0041】
トルク加算部６５は、フィードバック制御トルクＴｆｂにフィードフォワードトルクＴｆｆを加算した値から外乱トルク推定値^Ｔｌｄを減算することにより、目標操舵トルクＴｃｍｄ（＝Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ－^Ｔｌｄ）を演算する。これにより、慣性および外乱トルクが補償された目標操舵トルク（出力軸９に対する目標トルク）が得られる。これにより、精度の高いモータ制御（舵角制御）が行われるようになる。この実施形態では、フィードバック制御トルクＴｆｂにフィードフォワードトルクＴｆｆを加算した値が基本目標トルクとなる。
【0042】
目標操舵トルクＴｃｍｄは第１減速比徐算部６６に与えられる。第１減速比徐算部６６は、目標操舵トルクＴｃｍｄを減速比Ｎで徐算することにより、目標自動操舵トルクＴｍ（Ｔｍ２）を演算する。この目標自動操舵トルクＴｍ（Ｔｍ２）がモード切替部４３（図２参照）に与えられる。
外乱トルク推定部６４について詳しく説明する。外乱トルク推定部６４は、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルを使用して、外乱トルク推定値^Ｔｌｄ、舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する外乱オブザーバから構成されている。
外乱トルク推定部６４について詳しく説明する。外乱トルク推定部６４は、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルを使用して、外乱トルク推定値^Ｔｌｄ、舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する外乱オブザーバから構成されている。
【0043】
図４は、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルの構成例を示す模式図である。
この物理モデル７１は、出力軸９および出力軸９に固定されたウォームホイール２１を含むステアリングコラム（プラント）７２を含む。ステアリングコラム７２には、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介してステアリング側外乱トルクＴｄが与えられるとともに、転舵輪３側から路面反力トルクＴｌｓが与えられる。さらに、ステアリングコラム７２には、ウォームギヤ２０を介してモータトルクＮ・Ｔｍが与えられるとともに、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０との間の摩擦によって摩擦トルクＴｆが与えられる。
この物理モデル７１は、出力軸９および出力軸９に固定されたウォームホイール２１を含むステアリングコラム（プラント）７２を含む。ステアリングコラム７２には、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介してステアリング側外乱トルクＴｄが与えられるとともに、転舵輪３側から路面反力トルクＴｌｓが与えられる。さらに、ステアリングコラム７２には、ウォームギヤ２０を介してモータトルクＮ・Ｔｍが与えられるとともに、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０との間の摩擦によって摩擦トルクＴｆが与えられる。
【0044】
ステアリングコラム７２の慣性をＪとすると、物理モデル７１の慣性についての運動方程式は、次式(1)で表される。
【0045】
【数1】
【0046】
ｄ２θ／ｄｔ２は、ステアリングコラム７２の加速度である。Ｎは、減速機１９の減速比である。Ｔｌｄは、ステアリングコラム７２に与えられるモータトルク以外の外乱トルクを示している。ここでは、外乱トルクＴｌｄは、ステアリング側外乱トルクＴｄ、摩擦トルクＴｆおよび路面反力トルクＴｌｓの和として示されているが、実際には、外乱トルクＴｌｄはこれら以外のトルクを含んでいる。
【0047】
図４の物理モデル７１に対する状態方程式は、次式(2)で表わされる。
【0048】
【数2】
【0049】
前記式(2)において、ｘは、状態変数ベクトルである。前記式(2)において、ｕ１は、既知入力ベクトルである。前記式(2)において、ｕ２は、未知入力ベクトルである。前記式(2)において、ｙは、出力ベクトル（測定値）である。前記式(2)において、Ａは、システム行列である。前記式(2)において、Ｂ１は、第１入力行列である。前記式(2)において、Ｂ２は、第２入力行列である。前記式(2)において、Ｃは、出力行列である。前記式(2)において、Ｄは、直達行列である。
【0050】
前記状態方程式を、未知入力ベクトルｕ２を状態の１つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式（拡張状態方程式）は、次式(3)で表される。
【0051】
【数3】
【0052】
前記式(3)において、ｘｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(4)で表される。
【0053】
【数4】
【0054】
前記式(3)において、Ａｅは、拡張系のシステム行列である。前記式(3)において、Ｂｅは、拡張系の既知入力行列である。前記式(3)において、Ｃｅは、拡張系の出力行列である。
前記式(3)の拡張状態方程式から、次式（5）の方程式で表される外乱オブザーバ（拡張状態オブザーバ）が構築される。
前記式(3)の拡張状態方程式から、次式（5）の方程式で表される外乱オブザーバ（拡張状態オブザーバ）が構築される。
【0055】
【数5】
【0056】
式（5）において、^ｘｅはｘｅの推定値を表している。また、Ｌはオブザーバゲインである。また、^ｙはｙの推定値を表している。^ｘｅは、次式(6)で表される。
【0057】
【数6】
【0058】
^θはθの推定値であり、^ＴｌｄはＴｌｄの推定値である。
外乱トルク推定部６４は、前記式（5）の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。
図５は、外乱トルク推定部６４の構成を示すブロック図である。
外乱トルク推定部６４は、入力ベクトル入力部８１と、出力行列乗算部８２と、第１加算部８３と、ゲイン乗算部８４と、入力行列乗算部８５と、システム行列乗算部８６と、第２加算部８７と、積分部８８と、状態変数ベクトル出力部８９とを含む。
外乱トルク推定部６４は、前記式（5）の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。
図５は、外乱トルク推定部６４の構成を示すブロック図である。
外乱トルク推定部６４は、入力ベクトル入力部８１と、出力行列乗算部８２と、第１加算部８３と、ゲイン乗算部８４と、入力行列乗算部８５と、システム行列乗算部８６と、第２加算部８７と、積分部８８と、状態変数ベクトル出力部８９とを含む。
【0059】
減速比乗算部６７（図３参照）によって演算される目標操舵トルクＮ・Ｔｍは、入力ベクトル入力部８１に与えられる。入力ベクトル入力部８１は、入力ベクトルｕ１を出力する。
積分部８８の出力が状態変数ベクトル^ｘｅ（前記式(6)参照）となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^ｘｅとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^ｘｅの初期値は、たとえば０である。
積分部８８の出力が状態変数ベクトル^ｘｅ（前記式(6)参照）となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^ｘｅとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^ｘｅの初期値は、たとえば０である。
【0060】
システム行列乗算部８６は、状態変数ベクトル^ｘｅにシステム行列Ａｅを乗算する。出力行列乗算部８２は、状態変数ベクトル^ｘｅに出力行列Ｃｅを乗算する。
第１加算部８３は、第２減速比徐算部６９（図３参照）によって演算された実舵角θである出力ベクトル（測定値）ｙから、出力行列乗算部８２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部８３は、出力ベクトルｙと出力ベクトル推定値^ｙ(＝Ｃｅ・^ｘｅ）との差（ｙ－＾ｙ）を演算する。ゲイン乗算部８４は、第１加算部８３の出力（ｙ－＾ｙ）にオブザーバゲインＬ（前記式(5)参照）を乗算する。
第１加算部８３は、第２減速比徐算部６９（図３参照）によって演算された実舵角θである出力ベクトル（測定値）ｙから、出力行列乗算部８２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部８３は、出力ベクトルｙと出力ベクトル推定値^ｙ(＝Ｃｅ・^ｘｅ）との差（ｙ－＾ｙ）を演算する。ゲイン乗算部８４は、第１加算部８３の出力（ｙ－＾ｙ）にオブザーバゲインＬ（前記式(5)参照）を乗算する。
【0061】
入力行列乗算部８５は、入力ベクトル入力部８１から出力される入力ベクトルｕ１に入力行列Ｂｅを乗算する。第２加算部８７は、入力行列乗算部８５の出力（Ｂｅ・ｕ１）と、システム行列乗算部８６の出力（Ａｅ・^ｘｅ）と、ゲイン乗算部８４の出力（Ｌ（ｙ－＾ｙ））とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値ｄ^ｘｅ／ｄｔを演算する。積分部８８は、第２加算部８７の出力（ｄ^ｘｅ／ｄｔ）を積分することにより、状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。状態変数ベクトル出力部８９は、状態変数ベクトル^ｘｅに基づいて、外乱負荷推定値^Ｔｌｄ、舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する。
【0062】
一般的な外乱オブザーバは、前述の拡張状態オブザーバとは異なり、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される。プラントの運動方程式は、次式（7）で表される。
【0063】
【数7】
【0064】
したがって、プラントの逆モデルは、次式（8）となる。
【0065】
【数8】
【0066】
一般的な外乱オブザーバへの入力は、Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２およびＴｍであり、実舵角θの２階微分値を用いるため、回転角センサ２３のノイズの影響を大きく受ける。これに対して、前述の実施形態の拡張状態オブザーバでは、モータトルク入力から推定される舵角推定値^θと実舵角θとの差（ｙ－^ｙ）に応じて、積分型で外乱トルクを推定するため、微分によるノイズ影響を低減できる。
【0067】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、この発明をコラムタイプＥＰＳの自動操舵制御に適用した場合の例を示したが、この発明は、コラムタイプ以外のＥＰＳの自動操舵制御にも適用することができる。
例えば、この発明によるモータ制御装置は、図６に示すような、デュアルピニオンタイプの電動パワーステアリングシステムの自動操舵制御にも適用することができる。
例えば、この発明によるモータ制御装置は、図６に示すような、デュアルピニオンタイプの電動パワーステアリングシステムの自動操舵制御にも適用することができる。
【0068】
図６において、図１と対応する各部には、図１と同じ符号を付して示す。図６の電動パワーステアリングシステム１Ａは、デュアルピニオンタイプの電動パワーステアリングシステムである。この電動パワーステアリングシステム１Ａでは、ラック軸１４の軸方向の第１端部側に、ピニオン軸１３（以下、「第１ピニオン軸１３」という）のピニオン１６（以下、「第１ピニオン１６」という）に噛み合うラック１７（以下「第１ラック１７」という）が形成されている。ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、第１ピニオン軸１３に伝達される。そして、第１ピニオン軸１３の回転は、第１ピニオン１６および第１ラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
【0069】
操舵補助機構５は、電動モータ１８と、減速機１９と、第２ピニオン軸９１と、第２ピニオン９２と、第２ラック９３とを含む。第２ピニオン軸９１は、ステアリングシャフト６とは分離して配置されている。減速機１９は、電動モータ１８の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォームギヤ（図示略）と、このウォームギヤと噛み合い、第２ピニオン軸９１に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とからなる。第２ピニオン９２は、第２ピニオン軸９１の先端に連結されている。第２ラック９３は、ラック軸１４の軸方向の第１端部とは反対の第２端部側に形成されている。第２ピニオン９２は、第２ラック９３に噛み合っている。電動モータ１８には、そのロータの回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。
【0070】
電動モータ１８が回転駆動されると、電動モータ１８の回転が減速機１９を介して第２ピニオン軸９１に伝達される。第２ピニオン軸９１の回転は、第２ピニオン９２および第２ラック９３によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
図６のステアリング制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成は、図１のステアリング制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成（図２参照）と同様である。ただし、図６の電動パワーステアリングシステム１Ａでは、プラント（モータ駆動対象）は、第２ピニオン軸９１および第２ピニオン軸９１に固定されたウォームホイールから構成される。減速比Ｎとしては、図６の減速機１９の減速比が用いられる。
図６のステアリング制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成は、図１のステアリング制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成（図２参照）と同様である。ただし、図６の電動パワーステアリングシステム１Ａでは、プラント（モータ駆動対象）は、第２ピニオン軸９１および第２ピニオン軸９１に固定されたウォームホイールから構成される。減速比Ｎとしては、図６の減速機１９の減速比が用いられる。
【0071】
また、この発明によるモータ制御装置は、図７に示すようなステアバイワイヤシステムの転舵モータの制御装置にも適用することができる。図７において、図１と対応する各部には、図１と同じ符号を付して示す。
ステアバイワイヤシステム１Ｂは、ステアリングホイール２と、転舵輪３を転舵するための転舵機構４と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト６とを含む。ただし、ステアリングシャフト６は、転舵機構４に機械的に連結されていない。
ステアバイワイヤシステム１Ｂは、ステアリングホイール２と、転舵輪３を転舵するための転舵機構４と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト６とを含む。ただし、ステアリングシャフト６は、転舵機構４に機械的に連結されていない。
【0072】
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、入力軸８に連結されたトーションバー１０と、トーションバー１０に連結された出力軸９とを含む。出力軸９には、減速機１２１を介して反力モータ１２２が連結されている。反力モータ１２２は、ステアリングホイール２に操舵反力（操舵方向と反対方向のトルク）を付与するための電動モータである。減速機１２１は、反力モータ１２２の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、出力軸９に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。反力モータ１２２には、反力モータ１２２の回転角を検出するための回転角センサ１２３が設けられている。
【0073】
転舵機構４は、転舵軸としてのラック軸１４と、ラック軸１４に転舵力を付与するための転舵アクチュエータ１３０とを含む。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。
転舵アクチュエータ１３０は、図６の操舵補助機構５と同様な構成を有している。つまり、転舵アクチュエータ１３０は、転舵モータ１８と、減速機１９と、ピニオン軸９１と、ピニオン９２と、ラック９３とを含む。ピニオン軸９１は、ステアリングシャフト６とは、分離して配置されている。減速機１９は、転舵モータ１８の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、ピニオン軸９１に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。
転舵アクチュエータ１３０は、図６の操舵補助機構５と同様な構成を有している。つまり、転舵アクチュエータ１３０は、転舵モータ１８と、減速機１９と、ピニオン軸９１と、ピニオン９２と、ラック９３とを含む。ピニオン軸９１は、ステアリングシャフト６とは、分離して配置されている。減速機１９は、転舵モータ１８の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、ピニオン軸９１に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。
【0074】
ピニオン９２は、ピニオン軸９１の先端に連結されている。ラック９３は、ラック軸１４の端部に設けられている。ピニオン９２は、ラック９３に噛み合っている。転舵モータ１８には、転舵モータ１８の回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。
自動運転制御用ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための目標舵角（目標転舵角）θｃｍｄａを演算するとともに、自動操舵モードスイッチ２９の操作に応じたモード切替信号（自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号）を生成する。自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって演算される目標舵角θｃｍｄａおよび自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって生成されるモード切替信号は、ステアリング制御用ＥＣＵ２０３に与えられる。 回転角センサ２３，１２３の出力信号および車速センサ２４によって検出される車速Ｖは、ステアリング制御用ＥＣＵ２０３に入力される。ステアリング制御用ＥＣＵ２０３は、これらの入力信号と自動運転制御用ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、反力モータ１２２および転舵モータ１８を制御する。つまり、ステアリング制御用ＥＣＵ２０３は、反力モータ１２２のモータ制御回路と、転舵モータ１８のモータ制御回路とを含んでいる。
自動運転制御用ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための目標舵角（目標転舵角）θｃｍｄａを演算するとともに、自動操舵モードスイッチ２９の操作に応じたモード切替信号（自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号）を生成する。自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって演算される目標舵角θｃｍｄａおよび自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって生成されるモード切替信号は、ステアリング制御用ＥＣＵ２０３に与えられる。 回転角センサ２３，１２３の出力信号および車速センサ２４によって検出される車速Ｖは、ステアリング制御用ＥＣＵ２０３に入力される。ステアリング制御用ＥＣＵ２０３は、これらの入力信号と自動運転制御用ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、反力モータ１２２および転舵モータ１８を制御する。つまり、ステアリング制御用ＥＣＵ２０３は、反力モータ１２２のモータ制御回路と、転舵モータ１８のモータ制御回路とを含んでいる。
【0075】
反力モータ１２２のモータ制御回路は、マイクロコンピュータによって構成される反力モータ制御部（図示略）と、反力モータ制御部によって制御され、反力モータ１２２に電力を供給する駆動回路（図示略）と、反力モータ１２２に流れるモータ電流を検出する電流検出部（図示略）とを備えている。反力モータ制御部は、例えば、回転角センサ１２３の出力に基づいて演算される操舵角θｈ（ステアリングホイール２の回転角）と車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて目標操舵角を設定する。そして、操舵角θｈが目標操舵角と等しくなるように、反力モータ１２２の駆動回路を制御する。
【0076】
図８は、転舵モータ１８のモータ制御回路を示している。
転舵モータ１８のモータ制御回路は、マイクロコンピュータによって構成される転舵モータ制御部１４１と、転舵モータ制御部１４１によって制御され、転舵モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）１４２と、転舵モータ１８に流れるモータ電流を検出する電流検出回路１４３とを備えている。
転舵モータ１８のモータ制御回路は、マイクロコンピュータによって構成される転舵モータ制御部１４１と、転舵モータ制御部１４１によって制御され、転舵モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）１４２と、転舵モータ１８に流れるモータ電流を検出する電流検出回路１４３とを備えている。
【0077】
転舵モータ制御部１４１は、目標舵角設定部１５１と、モード切替部１５２と、目標モータトルク演算部１５３と、目標モータ電流演算部１５４と、電流偏差演算部１５５と、ＰＩ制御部１５６と、ＰＷＭ制御部１５７とを含む。
目標舵角設定部１５１は、例えば、回転角センサ１２３の出力に基づいて演算される操舵角θｈと車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて手動操舵モード時用の目標操舵角を演算し、この目標操舵角から手動操舵モード時用の転舵輪３の転舵角（例えば、ピニオン軸９１の回転角）の目標値である目標舵角θｃｍｄｂを設定する。この目標舵角θｃｍｄｂは、モード切替部１５２に与えられる。
目標舵角設定部１５１は、例えば、回転角センサ１２３の出力に基づいて演算される操舵角θｈと車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて手動操舵モード時用の目標操舵角を演算し、この目標操舵角から手動操舵モード時用の転舵輪３の転舵角（例えば、ピニオン軸９１の回転角）の目標値である目標舵角θｃｍｄｂを設定する。この目標舵角θｃｍｄｂは、モード切替部１５２に与えられる。
【0078】
モード切替部１５２には、自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって演算される目標舵角θｃｍｄａが与えられる。モード切替部１５２は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１から与えられるモード切替信号に基づいて、制御モードを切り替える。制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、モード切替部１５２は、目標舵角設定部１５１によって設定される目標舵角θｃｍｄｂを、目標舵角θｃｍｄｃとして出力する。制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、モード切替部１５２は、自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって設定される目標舵角θｃｍｄａを、目標舵角θｃｍｄｃとして出力する。
【0079】
目標モータトルク演算部１５３は、モード切替部１５２から出力される目標舵角θｃｍｄｃに基づいて、転舵モータ１８のモータトルクの目標値である目標モータトルクＴｍを演算する。目標モータトルク演算部１５３の構成は、図３の目標自動操舵トルク設定部４２の構成と同様である。減速比Ｎとしては、転舵アクチュエータ１３０内の減速機１９の減速比が用いられる。
【0080】
目標モータ電流演算部１５４は、目標モータトルク演算部１５３によって設定された目標モータトルクＴｍを転舵モータ１８のトルク定数Ｋｔで徐算することにより、目標モータ電流Ｉｃｍｄを演算する。電流偏差演算部１５５は、目標モータ電流演算部１５４によって得られた目標モータ電流Ｉｃｍｄと電流検出回路１４３によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉｃｍｄ－Ｉ）を演算する。
【0081】
ＰＩ制御部１５６は、電流偏差演算部１５５によって演算された電流偏差ΔＩに対するＰＩ演算（比例積分演算）を行うことにより、転舵モータ１８に流れるモータ電流Ｉを目標モータ電流Ｉｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部１５７は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路１４２に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が転舵モータ１８に供給されることになる。これにより、目標モータトルクＴｍに応じたモータトルクが転舵モータ１８から発生するように、転舵モータ１８が制御される。この結果、手動操舵モード時には、転舵輪３の転舵角が、目標舵角設定部１５１によって設定される目標舵角θｃｍｄｂに近づくように制御される。一方、自動操舵モード時には、転舵輪３の転舵角が、自動運転制御用ＥＣＵ２０１によって設定される目標舵角θｃｍｄａに近づくように制御される。
【0082】
また、この発明によるモータ制御装置は、後輪操舵システムの転舵角制御にも適用することができる。また、この発明によるモータ制御装置は、転舵角制御だけではなく、ステアリングシステム制御に用いられる電動モータの制御（例えば、ステアリングホイールの角度制御等）にも適用することができる。
さらにこの発明は、角度フィードバック制御以外のフィードバック制御によって電動モータを制御する場合にも、適用可能である。
さらにこの発明は、角度フィードバック制御以外のフィードバック制御によって電動モータを制御する場合にも、適用可能である。
【0083】
前述の実施形態では、目標自動操舵トルク設定部４２および目標モータトルク演算部１５３は、フィードフォワード制御部６３を備えているが、フィードフォワード制御部６３を省略してもよい。この場合には、フィードバック制御部６２によって演算されるフィードバック制御トルクＴｆｂが基本目標トルクとなる。
前述の全ての実施形態において、外乱トルク推定部６４は、目標モータトルク（目標自動操舵トルクＴｍ２）と実舵角θ（プラントの回転角θ）とに基づいて外乱トルク^Ｔｌｄを推定しているが、電動モータ１８が発生しているモータトルクを取得するモータトルク取得部を設け、このモータトルク取得部で取得したモータトルクを目標モータトルクＴｍ２の代わりに用いてもよい。
前述の全ての実施形態において、外乱トルク推定部６４は、目標モータトルク（目標自動操舵トルクＴｍ２）と実舵角θ（プラントの回転角θ）とに基づいて外乱トルク^Ｔｌｄを推定しているが、電動モータ１８が発生しているモータトルクを取得するモータトルク取得部を設け、このモータトルク取得部で取得したモータトルクを目標モータトルクＴｍ２の代わりに用いてもよい。
【0084】
図９は、図３に示される目標自動操舵トルク設定部４２の変形例を示すブロック図である。図９において、前述の図３の各部に対応する部分には図３と同じ符号を付して示す。
この目標自動操舵トルク設定部４２Ａは、図３に示される目標自動操舵トルク設定部４２に比べて、制振トルク演算部１６０が設けられている点が異なっている。制振トルク演算部１６０は、自動制御モード時におけるステアリングホイール２の振動を抑制するための制振トルクを演算する。制振トルク演算部１６０は、この変形例では、乗算部１６１から構成されている。乗算部１６１は、トルクセンサ１２によって検出される自動運転中（手放し状態）のステアリングホイール慣性トルク（以下、操舵トルク）に予め設定された制振ゲインＫＲ（ＫＲ＞１）を乗算して、制振トルクＫＲ・Ｔｄを演算する。
この目標自動操舵トルク設定部４２Ａは、図３に示される目標自動操舵トルク設定部４２に比べて、制振トルク演算部１６０が設けられている点が異なっている。制振トルク演算部１６０は、自動制御モード時におけるステアリングホイール２の振動を抑制するための制振トルクを演算する。制振トルク演算部１６０は、この変形例では、乗算部１６１から構成されている。乗算部１６１は、トルクセンサ１２によって検出される自動運転中（手放し状態）のステアリングホイール慣性トルク（以下、操舵トルク）に予め設定された制振ゲインＫＲ（ＫＲ＞１）を乗算して、制振トルクＫＲ・Ｔｄを演算する。
【0085】
図９では、ＰＤ制御部６２Ｂの構成がより具体的に示されている。ｓは微分演算子である。図９において、ＰＤ制御部６２Ｂは、比例ゲイン乗算部１７１と、微分演算部１７２と、微分ゲイン乗算部１７３と、加算部１７４とを含んでいる。比例ゲイン乗算部１７１は、角度偏差演算部６２Ａによって演算される角度偏差Δθ（＝θｃｍｄ－^θ）に比例ゲインＫＰを乗算する。
【0086】
微分演算部１７２は、角度偏差Δθの時間微分値ｄΔθ／ｄｔを演算する。微分ゲイン乗算部１７３は、微分演算部１７２によって演算された微分値ｄΔθ／ｄｔに微分ゲインＫＤを乗算する。加算部１７４は、比例ゲイン乗算部１７１の乗算結果ＫＰ・Δθと、微分ゲイン乗算部１７３の乗算結果ＫＤ・ｄΔθ／ｄｔとを加算することにより、フィードバック制御トルクＴｆｂを演算する。
【0087】
トルク加算部６５は、フィードバック制御トルクＴｆｂとフィードフォワードトルクＴｆｆと制振トルク（ＫＲ・Ｔｄ）とを加算した値から、外乱トルク推定値^Ｔｌｄを減算することにより、目標操舵トルクＴｃｍｄ（＝Ｔｆｂ＋Ｔｆｆ＋ＫＲ・Ｔｄ－^Ｔｌｄ）を演算する。この実施形態では、フィードバック制御トルクＴｆｂにフィードフォワードトルクＴｆｆを加算した値が基本目標トルクとなる。
【0088】
目標操舵トルクＴｃｍｄは第１減速比徐算部６６に与えられる。第１減速比徐算部６６は、目標操舵トルクＴｃｍｄを減速比Ｎで徐算することにより、目標自動操舵トルクＴｍ（Ｔｍ２）を演算する。この目標自動操舵トルクＴｍ（Ｔｍ２）がモード切替部４３（図２参照）に与えられる。
この目標自動操舵トルク設定部４２Ａにおいても前述の目標自動操舵トルク設定部４２と同様に、ステアリングコラムに外乱として発生する非線形な外乱トルク（モータトルク以外のトルク）が補償される。このため、自動制御モード時の電動パワーステアリングシステム１は、図１０Ａに示すように、外乱トルクに依存しない２慣性（ステアリングホイール２の慣性ＪＳＷおよびステアリングコラム１８１の慣性ＪＣ）のモデルとして取り扱うことが可能となる。ステアリングコラム１８１は、出力軸９およびウォームホイール２１を含む。
この目標自動操舵トルク設定部４２Ａにおいても前述の目標自動操舵トルク設定部４２と同様に、ステアリングコラムに外乱として発生する非線形な外乱トルク（モータトルク以外のトルク）が補償される。このため、自動制御モード時の電動パワーステアリングシステム１は、図１０Ａに示すように、外乱トルクに依存しない２慣性（ステアリングホイール２の慣性ＪＳＷおよびステアリングコラム１８１の慣性ＪＣ）のモデルとして取り扱うことが可能となる。ステアリングコラム１８１は、出力軸９およびウォームホイール２１を含む。
【0089】
図１０Ａにおいて、１０はトーションバーを示している。図１０Ａにおいて、θ（実舵角θ）は、ステアリングコラム１８１の回転角（以下、コラム角度θという）であり、θＳＷは、ステアリングホイール２の回転角（以下、ステアリング角度θＳＷという）である。また、図１０Ａにおいて、Ｋｔｂは、トーションバー１０の剛性（以下、トーションバー剛性Ｋｔｂという）であり、Ｔｄは、操舵トルク（トーションバートルク）であり、ＫＲ・Ｔｄは制振トルクであり、Ｎは、減速機１９の減速比であり、Ｔｍは、目標モータトルクである。以下において、ステアリングホイール２の慣性ＪＳＷをステアリング慣性ＪＳＷといい、ステアリングコラム１８１の慣性ＪＣをコラム慣性ＪＣという場合がある。
【0090】
図１１は、自動運転モード時の電動パワーステアリングシステムのフィードバック制御系の構成を示す制御ブロック図である。ただし、説明の便宜上、フィードバック制御部にフィードバックされる舵角は、外乱トルク推定部６４によって演算される舵角推定値^θではなく、第２減速比徐算部６９によって演算される実舵角θ（コラム角度θ）としている。
【0091】
ローパスフィルタ処理後の目標舵角θｃｍｄとコラム角度θとの偏差に対するＰＤ制御によって、フィードバック制御トルクＴｆｂが生成される。フィードバック制御トルクＴｆｂに制振トルク（ＫＲ・Ｔｄ）が加算される。この加算値（Ｔｆｂ＋ＫＲ・Ｔｄ）は、コラム角度θの角加速度（以下、コラム角加速度ｄ２θ／ｄｔ２という）を表す。
このコラム角加速度ｄ２θ／ｄｔ２にコラム慣性ＪＣを乗算した値に応じたモータトルクＮ・Ｔｍが、電動モータ１８からステアリングコラム１８１（図１０Ａ参照）に与えられる。このモータトルクＮ・Ｔｍにコラム慣性ＪＣの逆数を乗算し、その乗算結果を２階積分した値が、コラム角度θとしてフィードバックされる。
このコラム角加速度ｄ２θ／ｄｔ２にコラム慣性ＪＣを乗算した値に応じたモータトルクＮ・Ｔｍが、電動モータ１８からステアリングコラム１８１（図１０Ａ参照）に与えられる。このモータトルクＮ・Ｔｍにコラム慣性ＪＣの逆数を乗算し、その乗算結果を２階積分した値が、コラム角度θとしてフィードバックされる。
【0092】
このコラム角度θとステアリング角度θＳＷとの差にトーションバー剛性Ｋｔｂを乗算した値が、操舵トルクＴｄとなる。この操舵トルクＴｄに制振ゲインＫＲを乗算した値が、制振トルクとして、フィードバックされる。この操舵トルクＴｄにステアリング慣性ＪＳＷの逆数を乗算し、その乗算結果を２階積分した値が、ステアリング角度θＳＷとしてフィードバックされる。
【0093】
図９の目標自動操舵トルク設定部４２Ａでは、制振トルク演算部１６０が設けられているので、自動制御モード時のステアリングホイール２の振動を抑制することができる。具体的には、自動制御モード時にトーションバー１０とステアリング慣性ＪＳＷにより発生する捩り振動を抑制することができる。この点についてより具体的に説明する。
図１０Ａに示される２慣性モデルにおいて、制振トルクＫＲ・Ｔｄがフィードバックされないとすると、共振周波数ωｒおよび反共振周波数ωａは、それぞれ次式(9),(10)で表される。
図１０Ａに示される２慣性モデルにおいて、制振トルクＫＲ・Ｔｄがフィードバックされないとすると、共振周波数ωｒおよび反共振周波数ωａは、それぞれ次式(9),(10)で表される。
【0094】
ωｒ＝［Ｋｔｂ・｛（１／ＪＳＷ）＋１｝］１／２ …(9)
ωａ＝｛Ｋｔｂ・（１／ＪＳＷ）｝１／２ …(10)
図９の目標自動操舵トルク設定部４２Ａでは、制振トルクＫＲ・Ｔｄがフィードバックされるので、コラム慣性ＪＣを仮想的に１／ＫＲにすることができる。つまり、図１０Ａに示されるモデルは、図１０Ｂに示されるモデルと等価となる。したがって、図１０Ａに示される２慣性モデルの共振周波数ωｒは、次式(11)のようになる。
ωａ＝｛Ｋｔｂ・（１／ＪＳＷ）｝１／２ …(10)
図９の目標自動操舵トルク設定部４２Ａでは、制振トルクＫＲ・Ｔｄがフィードバックされるので、コラム慣性ＪＣを仮想的に１／ＫＲにすることができる。つまり、図１０Ａに示されるモデルは、図１０Ｂに示されるモデルと等価となる。したがって、図１０Ａに示される２慣性モデルの共振周波数ωｒは、次式(11)のようになる。
【0095】
ωｒ＝［Ｋｔｂ・｛（１／ＪＳＷ）＋ＫＲ｝］１／２ …(11)
これにより、共振周波数ωｒを高くすることができるから、自動操舵モード時における振動を抑制できる。
以下、比例ゲインＫＰ、微分ゲインＫＤおよび制振ゲインＫＲの設定方法について説明する。これらのゲインは、図１１に示される目標舵角θｃｍｄからステアリング角度θＳＷまでの伝達係数を用いて、安定性と応答性が両立できるような値に設定される。具体的には、前記式(10)の反共振周波数ωａを用いて、比例ゲインＫＰ、微分ゲインＫＤおよび制振ゲインＫＲは、次式(12)～(14)で示される値に設定される。
これにより、共振周波数ωｒを高くすることができるから、自動操舵モード時における振動を抑制できる。
以下、比例ゲインＫＰ、微分ゲインＫＤおよび制振ゲインＫＲの設定方法について説明する。これらのゲインは、図１１に示される目標舵角θｃｍｄからステアリング角度θＳＷまでの伝達係数を用いて、安定性と応答性が両立できるような値に設定される。具体的には、前記式(10)の反共振周波数ωａを用いて、比例ゲインＫＰ、微分ゲインＫＤおよび制振ゲインＫＲは、次式(12)～(14)で示される値に設定される。
【0096】
ＫＰ＝ωａ２ …(12)
ＫＤ＝４ωａ …(13)
ＫＲ＝４／ＪＳＷ …(14)
制振トルク演算部１６０としては、自動制御モード時のステアリングホイール２の振動を抑制するための制振トルクを演算できるものであれば、図９に記載されている制振トルク演算部１６０以外のものであってもよい。
ＫＤ＝４ωａ …(13)
ＫＲ＝４／ＪＳＷ …(14)
制振トルク演算部１６０としては、自動制御モード時のステアリングホイール２の振動を抑制するための制振トルクを演算できるものであれば、図９に記載されている制振トルク演算部１６０以外のものであってもよい。
【0097】
図９の目標自動操舵トルク設定部４２Ａにおいて、フィードフォワード制御部６３を省略してもよい。その場合には、基本目標トルクは、フィードバック制御トルクＴｆｂのみからなる。
その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0098】
１，１Ａ…電動パワーステアリング装置、１Ｂ…ステアバイワイヤシステム、３…転舵輪、４…転舵機構、１８…電動モータ、４２，４２Ａ…目標自動操舵トルク設定部、６１…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、６２…フィードバック制御部、６３…フィードフォワード制御部、６４…外乱トルク推定部（外乱オブザーバ）、６５…トルク加算部、１５１…目標舵角設定部、１５３…目標モータトルク演算部、１６０…制振トルク演算部、１６１…制振ゲイン乗算部、１７１…比例ゲイン乗算部、１７２…微分演算部、１７３…微分ゲイン乗算部、１７４…加算部、２０１…自動運転制御用ＥＣＵ、２０２，２０３…ステアリング制御用ＥＣＵ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】