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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】2023-04-05
(45)【発行日】2023-04-13
(54)【発明の名称】電動パワーステアリング装置
(51)【国際特許分類】
B62D 6/00 20060101AFI20230406BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20230406BHJP
B62D 113/00 20060101ALN20230406BHJP
B62D 117/00 20060101ALN20230406BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20230406BHJP
【ＦＩ】
B62D6/00
B62D5/04
B62D113:00
B62D117:00
B62D119:00
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019098617
(22)【出願日】2019-05-27
(65)【公開番号】P2020192855
(43)【公開日】2020-12-03
【審査請求日】2022-04-14
(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】弁理士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】フックス ロバート
【審査官】菅 和幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－０６３４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５４３３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０８７５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１７６４４０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－１９５０８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－００１４２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２００９０２２０５４（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６２Ｄ ６／００
Ｂ６２Ｄ ５／０４
Ｂ６２Ｄ １１３／００
Ｂ６２Ｄ １１７／００
Ｂ６２Ｄ １１９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
操舵系にモータトルクを付与する電動モータと、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出部と、
前記電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、
前記操舵系に付与される操舵トルクを検出または推定する操舵トルク検出部と、
自動操舵角指令値に基づき前記電動モータの目標トルクを設定する目標トルク設定部と、
前記目標トルクに対応する電流指令値を設定する電流指令値設定部と、
前記モータ電流を前記電流指令値に追従させる電流制御部と、を備え、
前記目標トルク設定部は、
前記電動モータの回転角が前記自動操舵角指令値に追従するように前記電動モータの基本目標トルクを設定する基本目標トルク演算部と、
前記操舵トルクに基づき第１補償値を設定する第１補償値演算部と、
前記目標トルクまたは前記モータトルク、前記回転角および前記操舵トルクに基づいて、前記操舵系に作用する、前記操舵トルク以外の外乱トルクの推定値である第２補償値を演算する第２補償値演算部と、
前記第１補償値および前記第２補償値によって前記基本目標トルク補正する補正部と、を有する電動パワーステアリング装置。
【請求項2】
前記第１補償値演算部は、重みを設定する重み設定部と、
前記重みを前記操舵トルクに乗算することにより、第１補償値を演算する乗算部とを有する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
車線追従走行制御装置として、自車両の走行状態に関する状態量を推定してフィードバックし、自車両を走行車線に追従して走行させるための自動操舵トルクを発生するものが知られている。この種の車線追従走行制御装置として、車両の走行状態に関する状態量として、操舵系に加わる外乱トルクを推定してフィードバックすることで、外乱トルクによる車線追従性の悪化を抑制するようにしたものが提案されている。しかしながら、外乱トルクをフィードバックするようにすると、ドライバが意図的に操舵介入を行ったときにも、ドライバの操舵トルクが外乱トルクとしてフィードバックされ、ドライバの操舵トルクが打ち消されてしまうので、ドライバが操舵介入しずらいという問題がある。
【0003】
この問題を解決するために、特許文献１は、操舵系に加わる外乱トルクを高周波成分と低周波成分とに分けてオブザーバで推定し、それらを、外乱トルクの高周波成分のフィードバックゲインが低周波成分のフィードバックゲインよりも小さいレギュレータでフィードバックする車線追従走行制御装置を開示している。特許文献１の車線追従走行制御装置では、車線追従走行中に、ドライバが操舵介入を行ったときには、その操舵トルクにより外乱トルクの高周波成分の推定結果は大きくなるが、そのフィードバック成分は小さくなるので、ドライバは容易に操舵介入できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００３－６３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この発明の目的は、システムとドライバの優先度合が変更可能となり、ドライバとシステムの協調が可能となる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１に記載の発明は、操舵系にモータトルクを付与する電動モータと、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出部と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、前記操舵系に付与される操舵トルクを検出または推定する操舵トルク検出部と、自動操舵角指令値に基づき前記電動モータの目標トルクを設定する目標トルク設定部と、前記目標トルクに対応する電流指令値を設定する電流指令値設定部と、前記モータ電流を前記電流指令値に追従させる電流制御部とを備え、前記目標トルク設定部は、前記電動モータの回転角が前記自動操舵角指令値に追従するように前記電動モータの基本目標トルクを設定する基本目標トルク演算部と、前記目標トルクまたは前記電動モータが発生するモータトルク、前記回転角および前記操舵トルクに基づいて、前記操舵トルクに基づき第１補償値を設定する第１補償部と、前記操舵系に作用する、前記操舵トルク以外の外乱トルクの推定値である第２補償値を演算する第２補償部と、前記第１補償値および前記第２補償値によって前記基本目標トルク補正する補正部と、を有する電動パワーステアリング装置である。
【0007】
この構成では、操舵系に作用する、操舵トルク以外の外乱トルクの推定値は、第２補償値として演算され、基本目標トルクに対する補償値として使用されるので、当該外乱トルクによる自動操舵時の追従性能低下を抑制することができる。
一方、操舵系に付与される操舵トルクに基いて第１補償値が演算されるので、ドライバに好適な触覚情報を提供することが可能となる。例えば、操舵トルクをそのまま第１補償値として設定すると、ドライバの入力を無視するシステム優先の制御となり、絶対値が操舵トルクよりも小さな値を第１補償値として設定すると、ドライバの入力を受け付ける制御となる。このように、第１補償値を調整することにより、システムとドライバの優先度合が変更可能となり、人（ドライバ）とシステムの協調が可能となる。
一方、操舵系に付与される操舵トルクに基いて第１補償値が演算されるので、ドライバに好適な触覚情報を提供することが可能となる。例えば、操舵トルクをそのまま第１補償値として設定すると、ドライバの入力を無視するシステム優先の制御となり、絶対値が操舵トルクよりも小さな値を第１補償値として設定すると、ドライバの入力を受け付ける制御となる。このように、第１補償値を調整することにより、システムとドライバの優先度合が変更可能となり、人（ドライバ）とシステムの協調が可能となる。
【0008】
請求項２に記載の発明は、前記第１補償値演算部は、重みを設定する重み設定部と、前記重みを前記操舵トルクに乗算することにより、第１補償値を演算する乗算部とを有する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施形態に係る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。
【図2】モータ制御用ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図3】トーションバートルクＴｔｂに対する目標アシストトルクＴｍ，ｍｄの設定例を示すグラフである。
【図4】電動パワーステアリングシステムの物理モデルの構成例を示す模式図である。
【図5】外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。
【図6】トルク制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
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、ドライバ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。
図１は、本発明の一実施形態に係る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。
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、ドライバ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。
【0011】
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、トーションバー１０に加えられるトーションバートルクＴｔｂ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トーションバートルクＴｔｂ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トーションバートルクＴｔｂの大きさが大きくなるものとする。トーションバートルクＴｔｂは、本発明の「操舵系に付与される操舵トルク」の一例である。
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、トーションバー１０に加えられるトーションバートルクＴｔｂ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トーションバートルクＴｔｂ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トーションバートルクＴｔｂの大きさが大きくなるものとする。トーションバートルクＴｔｂは、本発明の「操舵系に付与される操舵トルク」の一例である。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。以下において、減速機１９の減速比（ギヤ比）をＮで表す場合がある。減速比Ｎは、ウォームホイール２１の回転角であるウォームホイール角θｗｗに対するウォームギヤ２０の回転角であるウォームギヤ角θｗｇの比（θｗｇ／θｗｗ）として定義される。
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。以下において、減速機１９の減速比（ギヤ比）をＮで表す場合がある。減速比Ｎは、ウォームホイール２１の回転角であるウォームホイール角θｗｗに対するウォームギヤ２０の回転角であるウォームギヤ角θｗｇの比（θｗｇ／θｗｗ）として定義される。
【0015】
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。
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。
【0016】
出力軸９（電動モータ１８の駆動対象の一例）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Ｔｌｃとがある。外乱トルクＴｌｃには、トーションバートルクＴｔｂ、路面負荷トルク（路面反力トルク）Ｔｒｌ、減速機１９に発生する摩擦トルクＴｆ等が含まれる。
トーションバートルクＴｔｂは、ドライバによってステアリングホイール２に加えられる力や、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側から出力軸９に加えられるトルクである。
トーションバートルクＴｔｂは、ドライバによってステアリングホイール２に加えられる力や、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側から出力軸９に加えられるトルクである。
【0017】
路面負荷トルクＴｒｌ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を介して出力軸９に加えられるトルクである。
車両には、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、道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７および地図情報を記憶した地図情報メモリ２８が搭載されている。
車両には、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、道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７および地図情報を記憶した地図情報メモリ２８が搭載されている。
【0018】
ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６、レーダー２７および地図情報メモリ２８は、運転支援制御や自動運転制御を行うための上位ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）２０１に接続されている。上位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。
【0019】
この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための目標自動操舵角θｃ，ｃｍｄａを設定する。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制御である。目標自動操舵角θｃ，ｃｍｄａは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための操舵角の目標値である。このような目標自動操舵角θｃ，ｃｍｄａ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。
【0020】
上位ＥＣＵ２０１によって設定される目標自動操舵角θｃ，ｃｍｄａは、車載ネットワークを介して、モータ制御用ＥＣＵ２０２に与えられる。トルクセンサ１２によって検出されるトーションバートルクＴｔｂ、回転角センサ２３の出力信号は、モータ制御用ＥＣＵ２０２に入力される。モータ制御用ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および上位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。
【0021】
図２は、モータ制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成を説明するためのブロック図である。
モータ制御用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。
モータ制御用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。
【0022】
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、基本目標トルク演算部４２と、第１補正部４３と、第２補正部４４と、第１減速比除算部４５と、統合トルク演算部４６と、トルク制御部４７と、減速比乗算部４８と、回転角演算部４９と、第２減速比除算部５０と、第１補償値演算部５１と、第２補償値演算部５２とを含む。
【0023】
目標アシストトルク設定部４１は、手動操舵に必要なアシストトルクの目標値である目標アシストトルク（アシスト制御量）Ｔｍ，ｍｄ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トーションバートルクＴｔｂに基づいて、目標アシストトルクＴｍ，ｍｄを設定する。トーションバートルクＴｔｂに対する目標アシストトルクＴｍ，ｍｄの設定例は、図３に示されている。
【0024】
目標アシストトルクＴｍ，ｍｄは、トーションバートルクＴｔｂの正の値に対しては正をとり、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させる。また、目標アシストトルクＴｍ，ｍｄは、トーションバートルクＴｔｂの負の値に対しては負をとり、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させる。そして、目標アシストトルクＴｍ，ｍｄは、トーションバートルクＴｔｂ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。
【0025】
なお、目標アシストトルク設定部４１は、トーションバートルクＴｔｂに予め設定された定数を乗算することによって、目標アシストトルクＴｍ，ｍｄを演算してもよい。
図２に戻り、回転角演算部４９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減速比除算部５０は、回転角演算部４９によって演算されるロータ回転角θｍを減速比Ｎで除算することにより、ロータ回転角θｍを出力軸９の回転角（実操舵角）θに換算する。
図２に戻り、回転角演算部４９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減速比除算部５０は、回転角演算部４９によって演算されるロータ回転角θｍを減速比Ｎで除算することにより、ロータ回転角θｍを出力軸９の回転角（実操舵角）θに換算する。
【0026】
基本目標トルク演算部４２は、上位ＥＣＵ２０１から与えられる目標自動操舵角θｃ，ｃｍｄａと実操舵角θとを用いて、自動操舵に必要な基本目標トルクＴ０，ａｄを設定する。具体的には、目標自動操舵角θｃ，ｃｍｄａと実操舵角θとの偏差Δθ（＝θｃ，ｃｍｄａ－θ）に対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、基本目標トルクＴ０，ａｄを演算する。
【0027】
第１補正部４３は、基本目標トルクＴ０，ａｄから第１補償値演算部５１によって演算される第１補償値ｗ・Ｔｔｂを減算する。ｗは重みである。これにより、外乱トルクＴｌｃに含まれるトーションバートルクＴｔｂの少なくとも一部が補償された第１基本目標トルクＴ１，ａｄ（出力軸９に対するトルク）を得ることが可能となる。第１補償値演算部５１については、後述する。
【0028】
第２補正部４４は、第１基本目標トルクＴ１，ａｄから第２補償値演算部５２によって演算される第２補償値（^Ｔｌｃ－Ｔｔｂ）を減算する。これにより、トーションバートルクＴｔｂを除いた外乱トルクＴｌｃが補償された第２基本目標トルクＴ２，ａｄ（出力軸９に対するトルク）が得られる。第２補償値演算部５２については、後述する。この実施形態では、第１補正部４３および第２補正部４４によって、本発明の「補正部」が構成されている。
【0029】
第１減速比除算部４５は、第２基本目標トルクＴ２，ａｄを減速比Ｎで除算することにより、目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄ（電動モータ１８に対する目標トルク）を演算する。
統合トルク演算部４６は、目標アシストトルクＴｍ，ｍｄに目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄを加算することによって、目標統合トルクＴｍ，ｍａを演算する。
統合トルク演算部４６は、目標アシストトルクＴｍ，ｍｄに目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄを加算することによって、目標統合トルクＴｍ，ｍａを演算する。
【0030】
トルク制御部４７は、電動モータ１８のモータトルクが目標統合トルクＴｍ，ｍａに近づくように駆動回路３１を駆動する。トルク制御部４７の詳細については後述する。
減速比乗算部４８は、第１減速比除算部４５によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄに減速比Ｎを乗算することにより、目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄを、出力軸９（ウォームホイール２１）に作用する目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄに換算する。
減速比乗算部４８は、第１減速比除算部４５によって演算される目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄに減速比Ｎを乗算することにより、目標自動操舵トルクＴｍ，ａｄを、出力軸９（ウォームホイール２１）に作用する目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄに換算する。
【0031】
第１補償値演算部５１は、重み設定部５３と重み乗算部５４とからなる。重み乗算部５４は、重み設定部５３によって設定される重みｗを、トーションバートルクＴｔｂに乗算することによって、第１補償値ｗ・Ｔｔｂを演算する。重みｗは、０以上１以下の値をとる。
重み設定部５３は、基本的には、ドライバに操舵介入させたくないときには、重みｗを比較的大きな値に設定し、ドライバに操舵介入させたいときには、重みｗを比較的小さな値に設定する。この実施形態では、重み設定部５３は、トーションバートルクＴｔｂの絶対値が所定値α未満でありドライバによる操舵介入の意思が小さいときには、重みｗを例えば１に設定し、トーションバートルクＴｔｂの絶対値が所定値α以上でありドライバによる操舵介入の意思が大きいときには、重みｗを例えば０に設定する。
重み設定部５３は、基本的には、ドライバに操舵介入させたくないときには、重みｗを比較的大きな値に設定し、ドライバに操舵介入させたいときには、重みｗを比較的小さな値に設定する。この実施形態では、重み設定部５３は、トーションバートルクＴｔｂの絶対値が所定値α未満でありドライバによる操舵介入の意思が小さいときには、重みｗを例えば１に設定し、トーションバートルクＴｔｂの絶対値が所定値α以上でありドライバによる操舵介入の意思が大きいときには、重みｗを例えば０に設定する。
【0032】
なお、重み設定部５３は、ドライバがステアリングホイール２を把持したか解放したかに応じて、重みｗを設定してもよい。具体的には、図２に二点鎖線で示すように、ドライバがステアリングホイール２を把持したか解放したかを判定するためのハンズオンオフ判定部５９を設ける。そして、重み設定部５３は、ドライバがステアリングホイール２を解放しているとき（ハンズオフ時）には重みを１に設定し、ドライバがステアリングホイール２を把持しているとき（ハンズオン時）には重みを０に設定する。
【0033】
ハンズオンオフ判定部５９としては、ステアリングホイール２に設けられたタッチセンサ（図示せず）の出力信号に基づいてドライバがステアリングホイール２を把持したか解放したかを判定するもの、車内に設けられたカメラ（図示せず）の撮像画像に基づいてドライバがステアリングホイール２を把持したか解放したかを判定するもの等を用いることができる。なお、ハンズオンオフ判定部５９としては、ドライバがステアリングホイール２を把持したか解放したかを判定できるものであれば、前述の構成以外のものを用いることができる。
【0034】
さらに、重み設定部５３は、緊急時に、ドライバによる操舵介入をさせないように重みｗを１に設定するようにしてもよいし、自動操舵と手動操舵の両方が可能となるように重みｗを０．５に設定するようにしてもよい。
第２補償値演算部５２は、外乱トルク推定部５５と減算部５６とからなる。外乱トルク推定部５５は、減速比乗算部４８によって演算される目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄと、第２減速比除算部５０によって演算される実操舵角θとに基づいて外乱トルクＴｌｃを推定する。外乱トルクＴｌｃの推定値を^Ｔｌｃで表す。減算部５６は、外乱トルク推定値^ＴｌｃからトーションバートルクＴｔｂを減算することにより、第２補償値（^Ｔｌｃ－Ｔｔｂ）を演算する。
第２補償値演算部５２は、外乱トルク推定部５５と減算部５６とからなる。外乱トルク推定部５５は、減速比乗算部４８によって演算される目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄと、第２減速比除算部５０によって演算される実操舵角θとに基づいて外乱トルクＴｌｃを推定する。外乱トルクＴｌｃの推定値を^Ｔｌｃで表す。減算部５６は、外乱トルク推定値^ＴｌｃからトーションバートルクＴｔｂを減算することにより、第２補償値（^Ｔｌｃ－Ｔｔｂ）を演算する。
【0035】
外乱トルク推定部５５について詳しく説明する。外乱トルク推定部５５は、例えば、図４に示す電動パワーステアリングシステム１の物理モデル１０１を使用して、外乱トルク推定値^Ｔｌｃ、実操舵角推定値^θおよび角速度推定値^ｄθ／ｄｔを演算する、外乱オブザーバから構成されている。
この物理モデル１０１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を含むプラント（モータ駆動対象の一例）１０２を含む。プラント１０２には、トーションバー１０の捩じれトルクであるトーションバートルクＴｔｂが与えられるとともに、転舵輪３側から路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。さらに、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介してモータから目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄ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１０１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を含むプラント（モータ駆動対象の一例）１０２を含む。プラント１０２には、トーションバー１０の捩じれトルクであるトーションバートルクＴｔｂが与えられるとともに、転舵輪３側から路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。さらに、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介してモータから目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄ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。
【0036】
プラント１０２の慣性をＪとすると、物理モデル１０１の慣性についての運動方程式は、次式（１）で表される。
【0037】
【数1】
【0038】
ｄ２θ／ｄｔ２は、プラント１０２の角加速度である。Ｎは、減速機１９の減速比である。Ｔｌｃは、プラント１０２に与えられる外乱トルクを示している。この実施形態では、外乱トルクＴｌｃは、トーションバートルクＴｔｂと路面負荷トルクＴｒｌと摩擦トルクＴｆとの和として示されているが、実際には、外乱トルクＴｌｃはこれら以外のトルクを含んでいる。
【0039】
図４の物理モデル１０１に対する状態方程式は、次式（２）で表わされる。
【0040】
【数2】
【0041】
前記式（２）において、ｘは状態変数ベクトル、ｕ１は既知入力ベクトル、ｕ２は未知入力ベクトル、ｙは出力ベクトルである。また、前記式（２）において、Ａはシステム行列、Ｂ１は第１入力行列、Ｂ２は第２入力行列、Ｃは出力行列、Ｄは直達行列である。
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。
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。
【0042】
【数3】
【0043】
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。
【0044】
【数4】
【0045】
前記式（３）において、Ａｅは拡張系のシステム行列、Ｂｅは拡張系の既知入力行列、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。
【0046】
【数5】
【0047】
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。
【0048】
【数6】
【0049】
式（６）において、^θは実操舵角θの推定値であり、^ｄθ／ｄｔは角速度ｄθ／ｄｔの推定値であり、^Ｔｌｃは外乱トルクＴｌｃの推定値である。
外乱トルク推定部５５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５５の構成を示すブロック図である。
外乱トルク推定部５５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５５の構成を示すブロック図である。
【0050】
外乱トルク推定部５５は、入力ベクトル入力部６１と、出力行列乗算部６２と、第１加算部６３と、ゲイン乗算部６４と、入力行列乗算部６５と、システム行列乗算部６６と、第２加算部６７と、積分部６８と、状態変数ベクトル出力部６９とを含む。
減速比乗算部４８（図２参照）によって演算される目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄは、入力ベクトル入力部６１に与えられる。入力ベクトル入力部６１は、入力ベクトルｕ１を入力行列乗算部６５に出力する。なお、目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄの代わりに、統合トルク演算部４６によって演算される目標統合トルク（目標トルク）Ｔｍ，ｍａを用いてもよい。
減速比乗算部４８（図２参照）によって演算される目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄは、入力ベクトル入力部６１に与えられる。入力ベクトル入力部６１は、入力ベクトルｕ１を入力行列乗算部６５に出力する。なお、目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄの代わりに、統合トルク演算部４６によって演算される目標統合トルク（目標トルク）Ｔｍ，ｍａを用いてもよい。
【0051】
積分部６８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。
システム行列乗算部６６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６２は、状態変数ベクトル^ｘｅに出力行列Ｃｅを乗算する。
システム行列乗算部６６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６２は、状態変数ベクトル^ｘｅに出力行列Ｃｅを乗算する。
【0052】
第１加算部６３は、実操舵角θである出力ベクトルｙから、出力行列乗算部６２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部６３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６４は、第１加算部６３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。
入力行列乗算部６５は、入力ベクトル入力部６１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６７は、入力行列乗算部６５の出力（Ｂｅ・ｕ１）と、システム行列乗算部６６の出力（Ａｅ・^ｘｅ）と、ゲイン乗算部６４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６８は、第２加算部６７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６９は、状態変数ベクトル^ｘｅに基づいて、外乱トルク推定値^Ｔｌｃ、実操舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する。
入力行列乗算部６５は、入力ベクトル入力部６１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６７は、入力行列乗算部６５の出力（Ｂｅ・ｕ１）と、システム行列乗算部６６の出力（Ａｅ・^ｘｅ）と、ゲイン乗算部６４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６８は、第２加算部６７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６９は、状態変数ベクトル^ｘｅに基づいて、外乱トルク推定値^Ｔｌｃ、実操舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する。
【0053】
前述の拡張状態オブザーバの代わりに、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外乱オブザーバを用いてもよい。この場合、プラントの運動方程式は、前述のように式（１）で表される。
したがって、プラントの逆モデルは、次式（７）となる。
したがって、プラントの逆モデルは、次式（７）となる。
【0054】
【数7】
【0055】
プラントの逆モデルを用いた外乱オブザーバへの入力は、Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２およびＮ・Ｔｍ，ａｄであり、実操舵角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、前述の拡張状態オブザーバでは、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という利点がある。
次に、図２のトルク制御部４７について説明する。
次に、図２のトルク制御部４７について説明する。
【0056】
図６は、トルク制御部４７の構成を示すブロック図である。
トルク制御部４７は、目標モータ電流演算部７１と、電流偏差演算部７２と、ＰＩ制御部７３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部７４とを含む。
目標モータ電流演算部７１は、統合トルク演算部４６（図２参照）によって演算された目標統合トルクＴｍ，ｍａを電動モータ１８のトルク定数Ｋｔで除算することにより、目標モータ電流Ｉｃｍｄを演算する。
トルク制御部４７は、目標モータ電流演算部７１と、電流偏差演算部７２と、ＰＩ制御部７３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部７４とを含む。
目標モータ電流演算部７１は、統合トルク演算部４６（図２参照）によって演算された目標統合トルクＴｍ，ｍａを電動モータ１８のトルク定数Ｋｔで除算することにより、目標モータ電流Ｉｃｍｄを演算する。
【0057】
電流偏差演算部７２は、目標モータ電流演算部７１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。
ＰＩ制御部７３は、電流偏差演算部７２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７４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。
ＰＩ制御部７３は、電流偏差演算部７２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７４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。
【0058】
前述の実施形態では、トーションバートルクＴｔｂを除いた外乱トルクＴｌｃの推定値は、そのまま第２補償値（^Ｔｌｃ－Ｔｔｂ）として演算され、常に基本目標トルクＴ０，ａｄに対する補償値として使用される（図２の第２補償値演算部５２、第２補正部４４参照）。これにより、外乱トルクによる自動操舵時の追従性能低下を抑制することができる。
【0059】
一方、操舵系に付与される操舵トルクとしてのトーションバートルクＴｔｂについては、それに重みｗが乗算された値が、第１補償値（ｗ・Ｔｔｂ）として演算されている（図２の第１補償値演算部５１、第１補正部４３参照）。これにより、ドライバに好適な触覚情報を提供できるようになる。言い換えれば、これにより、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ；Human Machine Interface）機能を実現できる。
【0060】
例えば、操舵トルクをそのまま補償する場合（ｗ＝１）には、ドライバの入力を無視するシステム優先の制御となり、操舵トルクをそのまま補償しない場合（ｗ＜１）には、ドライバの入力を受け付ける制御となる。つまり、重みｗを調整することにより、システムとドライバの優先度合が変更可能となり、人（ドライバ）とシステムの協調が可能となる。
【0061】
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、トルクセンサ１２によって検出されるトーションバートルクＴｔｂが操舵トルクとして用いられているが、ステアリングホイール２に加えられるドライバトルクを推定し、推定されたドライバトルクを操舵トルクとして用いてもよい。
【0062】
また、推定操舵トルクを用いる場合には、実操舵角θ、目標自動出力軸トルクＮ・Ｔｍ，ａｄおよびトーションバートルクＴｔｂの３つの演算値を入力として、第1補償値および第２補償値の２つを１つのオブザーバを用いて推定する構成としてもよい。
また、前述の実施形態では、この発明をコラムタイプＥＰＳのモータ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のモータ制御にも適用することができる。また、この発明は、ステアバイワイヤシステムの転舵角制御用の電動モータの制御にも適用することができる。
また、前述の実施形態では、この発明をコラムタイプＥＰＳのモータ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のモータ制御にも適用することができる。また、この発明は、ステアバイワイヤシステムの転舵角制御用の電動モータの制御にも適用することができる。
【0063】
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】
【0064】
１…電動パワーステアリングシステム、３…転舵輪、４…転舵機構、１８…電動モータ、４１…目標アシストトルク設定部、４２…基本目標トルク演算部、４３…第１補正部、４４…第２補正部、４５…第１減速比除算部、４６…統合トルク演算部、４７…トルク制御部、４８…減速比乗算部、４９…回転角演算部、５０…第２減速比除算部、５１…第１補償値演算部、５２…第２補償値演算部、５３…重み設定部、５４…重み乗算部、５５…外乱トルク推定部、５６…減算部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】