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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】2024-10-17
(45)【発行日】2024-10-25
(54)【発明の名称】操舵装置
(51)【国際特許分類】
B62D 6/00 20060101AFI20241018BHJP
H02P 23/12 20060101ALI20241018BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20241018BHJP
B62D 137/00 20060101ALN20241018BHJP
【ＦＩ】
B62D6/00
H02P23/12
B62D119:00
B62D137:00
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020120594
(22)【出願日】2020-07-14
(65)【公開番号】P2022024274
(43)【公開日】2022-02-09
【審査請求日】2023-06-09
(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】小路 直紀
(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】田邉 学
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１３１０１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０１９３４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１８３０４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０８１１１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２０６２６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１４４６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１４３２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０２２１６９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６２Ｄ ６／００
Ｈ０２Ｐ ２３／１２
Ｂ６２Ｄ １１９／００
Ｂ６２Ｄ １３７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
操舵部材と、前記操舵部材と機械的に分離された転舵機構と、
前記操舵部材に反力トルクを付与する反力モータと、
前記転舵機構を駆動する転舵モータと、
前記操舵部材に付与される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
前記操舵トルクに基づき手動操舵角指令値を設定する手動操舵角指令値設定部と、
反力用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき反力用統合角度指令値を演算する反力用統合角度指令値演算部と、
転舵用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき転舵用統合角度指令値を演算する転舵用統合角度指令値演算部と、
前記反力用統合角度指令値に基づいて前記反力モータを制御する反力制御部と、
前記転舵用統合角度指令値に基づいて前記転舵モータを制御する転舵角制御部と、を含み、
前記反力制御部は、
前記反力用統合角度指令値と、実操舵角または前記実操舵角の推定値との偏差に基づいて、前記反力モータに対するトルク指令値である第２基本指令値を演算する第２基本指令値演算部と、
前記反力モータの駆動対象に作用する前記反力モータのモータトルク以外の外乱トルクである第２外乱トルクを推定する第２外乱トルク推定部と、
前記第２基本指令値を前記第２外乱トルクによって補償する第２外乱トルク補償部とを有し、
前記第２外乱トルクが補償された後の前記第２基本指令値に基づいて、前記反力モータが制御される、操舵装置。
【請求項2】
前記転舵角制御部は、前記転舵用統合角度指令値と、実転舵角または前記実転舵角の推定値との偏差に基づいて、前記転舵モータに対するトルク指令値である第１基本指令値を演算する第１基本指令値演算部と、
前記転舵モータの駆動対象に作用する前記転舵モータのモータトルク以外の外乱トルクである第１外乱トルクを推定する第１外乱トルク推定部と、
前記第１基本指令値を前記第１外乱トルクによって補償する第１外乱トルク補償部を有し、
前記第１外乱トルクが補償された後の前記第１基本指令値に基づいて、前記転舵モータが制御される、請求項１に記載の操舵装置。
【請求項3】
前記手動操舵角指令値設定部は、前記手動操舵角指令値の生成に、前記操舵トルクに加え、前記第１外乱トルクに基づいて算出される推定トルクを用いる、請求項２に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、操向のために操作される操舵部材と転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータによって転舵機構が駆動される操舵装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、操向のために操作される操舵部材と転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータ（ステアリングモータ）によって転舵機構が駆動されるステア・バイ・ワイヤシステムが開示されている。特許文献１に記載のステア・バイ・ワイヤシステムでは、操作反力モータを有する操作部と、転舵モータを有する転舵部と、操作部を制御する操作反力制御部と、転舵部を制御する転舵制御部と、自動追従システムとを備えている。転舵制御部は、最終的な目標転舵角に基づいて転舵モータを制御する。
【0003】
特許文献１の自動追従システムでは、最終的な目標転舵角は、次のようにして設定される。自動追従システムが作動していないときには、操作ハンドルの操作角に基づいて演算された目標転舵角が、最終的な目標転舵角として設定される。自動追従システムが作動しておりかつ操舵トルクが第１閾値以上である場合または自動追従システムが作動しておりかつ操作角が第２閾値以上のときには、操作ハンドルの操作角に基づいて演算された目標転舵角に１よりも大きな所定値を乗算した値が、最終的な目標転舵角として設定される。自動追従システムが作動しておりかつ操舵トルクが第１閾値未満でありかつ操作角が第２閾値未満であるときには、自動追従システムによって設定される目標転舵角が、最終的な目標転舵角として設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００４－２２４２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述の特許文献１に記載のステア・バイ・ワイヤシステムでは、自動追従システムが作動している自動操舵制御中においては、操舵トルクが第１閾値以上になるか操作角が第２閾値以上になるのを待たなければ、目標転舵角に運転者の意図が反映されることはない。
この発明の目的は、自動操舵制御中において、転舵モータおよび反力モータに対して、運転者の意図を即座に反映させることが可能となる操舵装置を提供することである。
この発明の目的は、自動操舵制御中において、転舵モータおよび反力モータに対して、運転者の意図を即座に反映させることが可能となる操舵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】
この発明の一実施形態は、操舵部材と、前記操舵部材と機械的に分離された転舵機構と、前記操舵部材に反力トルクを付与する反力モータと、前記転舵機構を駆動する転舵モータと、前記操舵部材に付与される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記操舵トルクに基づき手動操舵角指令値を設定する手動操舵角指令値設定部と、反力用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき反力用統合角度指令値を演算する反力用統合角度指令値演算部と、転舵用自動操舵角指令値および前記手動操舵角指令値に基づき転舵用統合角度指令値を演算する転舵用統合角度指令値演算部と、前記反力モータの回転角を前記反力用統合角度指令値に追従させる反力制御部と、前記転舵モータの回転角を前記転舵用統合角度指令値に追従させる転舵角制御部とを含み、前記転舵角制御部は、前記転舵モータの駆動対象に作用する前記転舵モータのモータトルク以外の外乱トルクである第１外乱トルクを推定する第１外乱トルク推定部を有する、操舵装置を提供する。
【0007】
この構成では、自動操舵制御中において、転舵モータおよび反力モータに対して、運転者の意図を即座に反映させることが可能となる。
この発明の一実施形態では、前記転舵角制御部は、前記転舵用統合角度指令値に基づいて、第１基本指令値を演算する第１基本指令値演算部と、前記第１基本指令値を前記第１外乱トルクによって補償する第１外乱トルク補償部を有する。この構成では、第１基本指令値が第１外乱トルクによって補償されるので、転舵角制御部の角度制御性能に対する外乱の影響を抑制することができる。これにより、転舵モータに対して高精度の角度制御を実現できる。
この発明の一実施形態では、前記転舵角制御部は、前記転舵用統合角度指令値に基づいて、第１基本指令値を演算する第１基本指令値演算部と、前記第１基本指令値を前記第１外乱トルクによって補償する第１外乱トルク補償部を有する。この構成では、第１基本指令値が第１外乱トルクによって補償されるので、転舵角制御部の角度制御性能に対する外乱の影響を抑制することができる。これにより、転舵モータに対して高精度の角度制御を実現できる。
【0008】
この発明の一実施形態では、前記反力制御部は、前記反力用統合角度指令値に基づいて、第２基本指令値を演算する第２基本指令値演算部と、前記反力モータの駆動対象に作用する前記反力モータのモータトルク以外の外乱トルクである第２外乱トルクを推定する第２外乱トルク推定部と、前記第２基本指令値を前記第２外乱トルクによって補償する第２外乱トルク補償部とを有する。
【0009】
この発明の一実施形態では、前記手動操舵角指令値設定部は、前記手動操舵角指令値の生成に、前記第１外乱トルクに基づいて算出される推定トルクを用いる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係る操舵装置の概略構成を示す模式図。
【図2】反力ＥＣＵおよび転舵ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図。
【図3】手動操舵角指令値設定部の構成を示すブロック図。
【図4】操舵トルクＴｄに対するアシストトルク指令値Ｔａｃの設定例を説明するためのグラフ。
【図5】指令値設定部で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図。
【図6】反力用角度制御部の構成を示すブロック図。
【図8】外乱トルク推定部の構成を示すブロック図。
【図9】転舵用角度制御部の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
[１]操舵装置１の概略構成
図１に示すように、操舵装置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、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５とを含む。ただし、ステアリングシャフト５と転舵機構４との間には、トルクや回転などの動きが伝達されるような機械的な結合はない。
[１]操舵装置１の概略構成
図１に示すように、操舵装置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、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５とを含む。ただし、ステアリングシャフト５と転舵機構４との間には、トルクや回転などの動きが伝達されるような機械的な結合はない。
【0012】
ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール２に一端が連結された第１軸７と、第１軸７の他端に一端が連結されたトーションバー８と、トーションバー８の他端に一端が連結された第２軸９とを含む。
トーションバー８の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、第１軸７および第２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に与えられた操舵トルクＴｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルク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、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操舵トルクＴｄの大きさが大きくなるものとする。
トーションバー８の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、第１軸７および第２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に与えられた操舵トルクＴｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルク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、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操舵トルクＴｄの大きさが大きくなるものとする。
【0013】
第２軸９には、減速機１２を介して、第２軸９の回転角（以下、「ハンドル角」という場合がある。）を制御するための反力モータ１３が連結されている。反力モータ１３は、第２軸９に反力トルクを与えるための電動モータである。減速機１２は、反力モータ１３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１３には、反力モータ１３の回転角を検出するための回転角センサ１４が設けられている。
【0014】
転舵機構４は、ピニオン軸１５とラック軸１６とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１６の各端部には、タイロッド１７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１５は、減速機１８を介して、転舵モータ１９の出力軸に連結されている。減速機１８は、転舵モータ１９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、ピニオン軸１５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。ピニオン軸１５の先端には、ピニオン１５Ａが連結されている。転舵モータ１９には、転舵モータ１９の回転角を検出するための回転角センサ２０が設けられている。
【0015】
以下において、減速機１２の減速比（ギヤ比）をＮｒで表し、減速機１８の減速比をＮｓで表す。減速比は、ウォームホイールの回転速度に対するウォームギヤの回転速度の比として定義される。
ラック軸１６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１６には、ピニオン１５Ａに噛み合うラック１６Ａが形成されている。転舵モータ１９が回転すると、その回転力が減速機１８を介してピニオン軸１５に伝達される。そして、ラックアンドピニオン機構によって、ピニオン軸１５の回転がラック軸１６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。
ラック軸１６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１６には、ピニオン１５Ａに噛み合うラック１６Ａが形成されている。転舵モータ１９が回転すると、その回転力が減速機１８を介してピニオン軸１５に伝達される。そして、ラックアンドピニオン機構によって、ピニオン軸１５の回転がラック軸１６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。
【0016】
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。
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メモリ２８から得られる地図情報を元に、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。
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メモリ２８から得られる地図情報を元に、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。
【0017】
この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための転舵用自動操舵角指令値を、自動操舵角指令値θａｄとして設定する。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。自動操舵角指令値θａｄ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。このような自動操舵角指令値θａｄ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。自動操舵角指令値θａｄは、本発明の「操舵用自動操舵角指令値」の一例であるとともに、「反力用自動操舵角指令値」の一例でもある。
【0018】
この実施形態では、自動操舵角指令値θａｄならびに後述するアシストトルク指令値Ｔａｃおよび手動操舵角指令値θｍｄは、反力モータ１３によって第２軸９を左操舵方向に回転させたり、転舵モータ１９によって転舵輪３を左操舵方向に転舵させたりする場合には、正の値に設定される。一方、これらの指令値θａｄ，Ｔａｃ，θｍｄは、反力モータ１３によって第２軸９を右操舵方向に回転させたり、転舵モータ１９によって転舵輪３を右操舵方向に転舵させたりする場合には、負の値に設定される。また、この実施形態において、自動操舵角指令値θａｄは、ピニオン軸１５の回転角として設定され、手動操舵角指令値θｍｄは、第２軸９の回転角として設定される。
【0019】
上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵角指令値θａｄは、車載ネットワークを介して、反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３に与えられる。反力ＥＣＵ２０２は、反力モータ１３を制御するためのＥＣＵであり、転舵ＥＣＵ２０３は、転舵モータ１９を制御するためのＥＣＵである。
トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄおよび回転角センサ１４の出力信号は、反力ＥＣＵ２０２に入力される。反力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、反力モータ１３を制御する。
トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄおよび回転角センサ１４の出力信号は、反力ＥＣＵ２０２に入力される。反力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、反力モータ１３を制御する。
【0020】
回転角センサ２０の出力信号は、転舵ＥＣＵ２０３に入力される。転舵ＥＣＵ２０３は、回転角センサ２０の出力信号、反力ＥＣＵ２０２から与えられる情報および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、転舵モータ１９を制御する。
[２]反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３の電気的構成
[２．１]反力ＥＣＵ２０２
図２に示すように、反力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、反力モータ１３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、反力モータ１３に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｒｍ」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。
[２]反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３の電気的構成
[２．１]反力ＥＣＵ２０２
図２に示すように、反力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、反力モータ１３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３１と、反力モータ１３に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｒｍ」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。
【0021】
マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ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、手動操舵角指令値設定部４１と、ハンズオンオフ判定部４２と、切替部４３と、反力用統合角度指令値演算部４４と、反力用角度制御部４５とを含む。反力用角度制御部４５は、本発明の「反力制御部」の一例である。
【0022】
手動操舵角指令値設定部４１は、運転者がステアリングホイール２を操作した場合に、当該ステアリングホイール操作に応じた操舵角（より正確には第２軸９の回転角）を手動操舵角指令値θｍｄとして設定するために設けられている。手動操舵角指令値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄを用いて手動操舵角指令値θｍｄを設定する。手動操舵角指令値設定部４１の詳細については、後述する。手動操舵角指令値設定部４１によって設定された手動操舵角指令値θｍｄは、反力用統合角度指令値演算部４４に与えられる。
【0023】
ハンズオンオフ判定部４２は、運転者がステアリングホイール２を把持している（ハンズオン）か、把持していない（ハンズオフ）かを判定する。ハンズオンオフ判定部４２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の出力信号に基づいてハンズオンオフを判定するもの、車内に設けられたカメラの撮像画像に基づいてハンズオンオフ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４２としては、ハンズオンオフ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。ハンズオンオフ判定部４２から出力されるハンズオンオフ判定信号は、切替部４３に与えられる。
【0024】
切替部４３は、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されているときには、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵角指令値θａｄを、反力用自動操舵角指令値θｒｆとして反力用統合角度指令値演算部４４に与える。一方、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していないと判定されているときには、切替部４３は、零を反力用自動操舵角指令値θｒｆとして反力用統合角度指令値演算部４４に与える。
【0025】
反力用統合角度指令値演算部４４は、切替部４３から与えられる反力用自動操舵角指令値θｒｆに、手動操舵角指令値設定部４１によって設定される手動操舵角指令値θｍｄを加算して、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄを演算する。
反力用角度制御部４５は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて、反力モータ１３を角度制御する。この実施形態では、反力用角度制御部４５は、操舵角θｒｔ（第２軸９の回転角）の推定値^θｒｔ（図６参照）が反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。反力用角度制御部４５は、操舵角θｒｔが反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御してもよい。反力用角度制御部４５の詳細については、後述する。
[２．２] 転舵ＥＣＵ２０３
転舵ＥＣＵ２０３は、マイクロコンピュータ８０と、マイクロコンピュータ８０によって制御され、転舵モータ１９に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３３と、転舵モータ１９に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｓｍ」という。）を検出するための電流検出回路３４とを備えている。
反力用角度制御部４５は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて、反力モータ１３を角度制御する。この実施形態では、反力用角度制御部４５は、操舵角θｒｔ（第２軸９の回転角）の推定値^θｒｔ（図６参照）が反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。反力用角度制御部４５は、操舵角θｒｔが反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御してもよい。反力用角度制御部４５の詳細については、後述する。
[２．２] 転舵ＥＣＵ２０３
転舵ＥＣＵ２０３は、マイクロコンピュータ８０と、マイクロコンピュータ８０によって制御され、転舵モータ１９に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３３と、転舵モータ１９に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉｓｍ」という。）を検出するための電流検出回路３４とを備えている。
【0026】
マイクロコンピュータ８０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ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、転舵用統合角度指令値演算部８１と転舵用角度制御部８２とを含む。転舵用角度制御部８２は、本発明の「転舵角制御部」の一例である。
【0027】
転舵用統合角度指令値演算部８１は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵角指令値（転舵用操舵角指令値）θａｄに、反力ＥＣＵ２０２内の手動操舵角指令値設定部４１によって設定される手動操舵角指令値θｍｄを加算して、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄを演算する。
転舵用角度制御部８２は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて、転舵モータ１９を角度制御する。この実施形態では、転舵用角度制御部８２は、転舵角θｓｐ（ピニオン軸１５の回転角）の推定値^θｓｐ（図９参照）が転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに近づくように、駆動回路３３を駆動制御する。転舵用角度制御部８２は、転舵角θｓｐが転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに近づくように、駆動回路３３を駆動制御してもよい。転舵用角度制御部８２の詳細については後述する。
[３]手動操舵角指令値設定部４１の構成
図３に示すように、手動操舵角指令値設定部４１は、アシストトルク指令値設定部５１と、指令値設定部５２とを含む。
転舵用角度制御部８２は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて、転舵モータ１９を角度制御する。この実施形態では、転舵用角度制御部８２は、転舵角θｓｐ（ピニオン軸１５の回転角）の推定値^θｓｐ（図９参照）が転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに近づくように、駆動回路３３を駆動制御する。転舵用角度制御部８２は、転舵角θｓｐが転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに近づくように、駆動回路３３を駆動制御してもよい。転舵用角度制御部８２の詳細については後述する。
[３]手動操舵角指令値設定部４１の構成
図３に示すように、手動操舵角指令値設定部４１は、アシストトルク指令値設定部５１と、指令値設定部５２とを含む。
【0028】
アシストトルク指令値設定部５１は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値であるアシストトルク指令値Ｔａｃを設定する。アシストトルク指令値設定部５１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄに基づいて、アシストトルク指令値Ｔａｃを設定する。操舵トルクＴｄに対するアシストトルク指令値Ｔａｃの設定例は、図４に示されている。
【0029】
アシストトルク指令値Ｔａｃは、操舵トルクＴｄの正の値に対しては正をとり、操舵トルクＴｄの負の値に対しては負をとる。そして、アシストトルク指令値Ｔａｃは、操舵トルク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。
なお、アシストトルク指令値設定部５１は、操舵トルクＴｄに予め設定された定数を乗算することによって、アシストトルク指令値Ｔａｃを演算してもよい。
なお、アシストトルク指令値設定部５１は、操舵トルクＴｄに予め設定された定数を乗算することによって、アシストトルク指令値Ｔａｃを演算してもよい。
【0030】
指令値設定部５２は、この実施形態では、リファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θｍｄａｃを設定する。
図５は、指令値設定部５２で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。
このリファレンスＥＰＳモデルは、ロアコラムを含む単一慣性モデルである。図５において、Ｊｃは、ロアコラムの慣性であり、θｃはロアコラムの回転角であり、Ｔｄは、操舵トルクである。ロアコラムには、操舵トルクＴｄ、電動モータ（アシストモータ）からのトルクＮｃ・Ｔｍおよび路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。Ｎｃはアシストモータとロアコラムとの間の伝達経路に設けられ減速機の減速比であり、Ｔｍはアシストモータによって発生されるモータトルクである。路面負荷トルクＴｒｌは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式(1)で表される。
図５は、指令値設定部５２で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。
このリファレンスＥＰＳモデルは、ロアコラムを含む単一慣性モデルである。図５において、Ｊｃは、ロアコラムの慣性であり、θｃはロアコラムの回転角であり、Ｔｄは、操舵トルクである。ロアコラムには、操舵トルクＴｄ、電動モータ（アシストモータ）からのトルクＮｃ・Ｔｍおよび路面負荷トルクＴｒｌが与えられる。Ｎｃはアシストモータとロアコラムとの間の伝達経路に設けられ減速機の減速比であり、Ｔｍはアシストモータによって発生されるモータトルクである。路面負荷トルクＴｒｌは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式(1)で表される。
【0031】
【数1】
【0032】
この実施形態では、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃとして、予め実験・解析等で求めた所定値が設定されている。したがって、式(1)によって演算されるＴｒｌは、仮想的な路面負荷トルクである。
リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(2)で表される。
リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(2)で表される。
【0033】
【数2】
【0034】
指令値設定部５２は、Ｔｄにトルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄを代入し、Ｎｃ・Ｔｍにアシストトルク指令値設定部５１によって設定されるアシストトルク指令値Ｔａｃを代入して、式(2)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算する。そして、指令値設定部５２は、得られたロアコラムの回転角θｃを手動操舵角指令値θｍｄとして設定する。
[４]反力用角度制御部４５の構成
図６に示すように、反力用角度制御部４５は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄ、電流検出回路３２によって検出されるモータ電流Ｉｒｍおよび回転角センサ１４の出力信号に基づいて、反力モータ１３の駆動回路３１を制御する。反力用角度制御部４５は、角度偏差演算部６１と、ＰＤ制御部６２と、外乱トルク推定部６３と、外乱トルク補償部６４と、第１減速比除算部６５と、減速比乗算部６６と、電流指令値演算部６７と、電流偏差演算部６８と、ＰＩＤ制御部６９と、ＰＷＭ制御部７０と、回転角演算部７１と、第２減速比除算部７２とを含む。
[４]反力用角度制御部４５の構成
図６に示すように、反力用角度制御部４５は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄ、電流検出回路３２によって検出されるモータ電流Ｉｒｍおよび回転角センサ１４の出力信号に基づいて、反力モータ１３の駆動回路３１を制御する。反力用角度制御部４５は、角度偏差演算部６１と、ＰＤ制御部６２と、外乱トルク推定部６３と、外乱トルク補償部６４と、第１減速比除算部６５と、減速比乗算部６６と、電流指令値演算部６７と、電流偏差演算部６８と、ＰＩＤ制御部６９と、ＰＷＭ制御部７０と、回転角演算部７１と、第２減速比除算部７２とを含む。
【0035】
回転角演算部７１は、回転角センサ１４の出力信号に基づいて、反力モータ１３のロータ回転角θｒｍを演算する。第２減速比除算部７２は、回転角演算部７１によって演算されるロータ回転角θｒｍを減速機１２の減速比Ｎｒで除算することにより、ロータ回転角θｒｍを第２軸９の回転角（実操舵角）θｒｔに換算する。
外乱トルク推定部６３は、反力モータ１３の制御対象（以下、「第１プラント」という。）に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：反力モータトルク以外のトルク）を推定するために設けられている。外乱トルク推定部６３は、第１プラントへの入力値であるトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｍｄと、第１プラントの出力である実操舵角θｒｔとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび操舵角微分値（角速度）ｄθｒｔ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび操舵角微分値ｄθｒｔ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｒｔｄ、^θｒｔおよびｄ^θｒｔ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部６３の詳細については、後述する。
外乱トルク推定部６３は、反力モータ１３の制御対象（以下、「第１プラント」という。）に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：反力モータトルク以外のトルク）を推定するために設けられている。外乱トルク推定部６３は、第１プラントへの入力値であるトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｍｄと、第１プラントの出力である実操舵角θｒｔとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび操舵角微分値（角速度）ｄθｒｔ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび操舵角微分値ｄθｒｔ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｒｔｄ、^θｒｔおよびｄ^θｒｔ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部６３の詳細については、後述する。
【0036】
外乱トルク推定部６３によって演算される外乱トルク推定値^Ｔｒｔｄは、外乱トルク補償値として外乱トルク補償部６４に与えられる。外乱トルク推定部６３によって演算される操舵角推定値^θｒｔは、角度偏差演算部６１に与えられる。
角度偏差演算部６１は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄと操舵角推定値^θｒｔとの偏差Δθｒ（＝θｒｃｍｄ－^θｒｔ）を演算する。なお、角度偏差演算部６１は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄと、第２減速比除算部７２によって演算される実操舵角θｒｔとの偏差（θｒｃｍｄ－θｒｔ）を、角度偏差Δθｒとして演算するようにしてもよい。
角度偏差演算部６１は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄと操舵角推定値^θｒｔとの偏差Δθｒ（＝θｒｃｍｄ－^θｒｔ）を演算する。なお、角度偏差演算部６１は、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄと、第２減速比除算部７２によって演算される実操舵角θｒｔとの偏差（θｒｃｍｄ－θｒｔ）を、角度偏差Δθｒとして演算するようにしてもよい。
【0037】
ＰＤ制御部６２は、角度偏差演算部６１によって演算される角度偏差Δθｒに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、基本トルク指令値Ｔｒｃｍｄａ（第２軸９に対する基本トルク指令値）を演算する。
外乱トルク補償部６４は、基本トルク指令値Ｔｒｃｍｄａから外乱トルク推定値^Ｔｒｔｄを減算することにより、トルク指令値Ｔｒｃｍｄｂ（＝Ｔｒｃｍｄａ－^Ｔｒｔｄ）を演算する。これにより、外乱トルクが補償されたトルク指令値Ｔｒｃｍｄｂ（第２軸９に対するトルク指令値）が得られる。
外乱トルク補償部６４は、基本トルク指令値Ｔｒｃｍｄａから外乱トルク推定値^Ｔｒｔｄを減算することにより、トルク指令値Ｔｒｃｍｄｂ（＝Ｔｒｃｍｄａ－^Ｔｒｔｄ）を演算する。これにより、外乱トルクが補償されたトルク指令値Ｔｒｃｍｄｂ（第２軸９に対するトルク指令値）が得られる。
【0038】
第１減速比除算部６５は、トルク指令値Ｔｒｃｍｄｂを減速比Ｎｒで除算することにより、反力モータ１３に対するモータトルク指令値Ｔｒｃｍｄを演算する。このモータトルク指令値Ｔｒｃｍｄは、電流指令値演算部６７に与えられるとともに減速比乗算部６６に与えられる。
減速比乗算部６６は、モータトルク指令値Ｔｒｃｍｄに減速比Ｎｒを乗算することにより、モータトルク指令値Ｔｒｃｍｄを第２軸９に対するトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｍｄに換算する。このトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｍｄは、外乱トルク推定部６３に与えられる。
減速比乗算部６６は、モータトルク指令値Ｔｒｃｍｄに減速比Ｎｒを乗算することにより、モータトルク指令値Ｔｒｃｍｄを第２軸９に対するトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｍｄに換算する。このトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｍｄは、外乱トルク推定部６３に与えられる。
【0039】
電流指令値演算部６７は、第１減速比除算部６５によって演算されたモータトルク指令値Ｔｒｃｍｄを反力モータ１３のトルク定数Ｋｒで除算することにより、電流指令値Ｉｒｃｍｄを演算する。
電流偏差演算部６８は、電流指令値演算部６７によって得られた電流指令値Ｉｒｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉｒｍとの偏差ΔＩｒ（＝Ｉｒｃｍｄ－Ｉｒｍ）を演算する。
電流偏差演算部６８は、電流指令値演算部６７によって得られた電流指令値Ｉｒｃｍｄと電流検出回路３２によって検出されたモータ電流Ｉｒｍとの偏差ΔＩｒ（＝Ｉｒｃｍｄ－Ｉｒｍ）を演算する。
【0040】
ＰＩＤ制御部６９は、電流偏差演算部６８によって演算された電流偏差ΔＩｒに対するＰＩＤ演算（比例積分微分演算）を行うことにより、反力モータ１３に流れるモータ電流Ｉｒｍを電流指令値Ｉｒｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部７０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、前記駆動指令値に対応した電力が反力モータ１３に供給されることになる。
[４．１]外乱トルク推定部６３の詳細な説明
外乱トルク推定部６３は、例えば、図７Ａに示す反力モータ側機構の物理モデル３０１を使用して、外乱トルクＴｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび角速度ｄθｒｔ／ｄｔを推定する外乱オブザーバから構成されている。図７Ａにおいては、図１の減速機１２のウォームホイールが１２-ｗｗで表され、減速機１２のウォームギヤが１２-ｗｇで表されている。
[４．１]外乱トルク推定部６３の詳細な説明
外乱トルク推定部６３は、例えば、図７Ａに示す反力モータ側機構の物理モデル３０１を使用して、外乱トルクＴｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび角速度ｄθｒｔ／ｄｔを推定する外乱オブザーバから構成されている。図７Ａにおいては、図１の減速機１２のウォームホイールが１２-ｗｗで表され、減速機１２のウォームギヤが１２-ｗｇで表されている。
【0041】
この物理モデル３０１は、第２軸９および第２軸９に固定されたウォームホイール１２-ｗｗを含む第１プラント３０２を含む。第１プラント３０２には、反力モータ１３によるモータトルクＮｒ・Ｔｒｃｏｍと外乱トルクＴｒｔｄとが与えられる。外乱トルクＴｒｔｄは、ステアリングホイール２からトーションバー８を介して第１プラント３０２に与えられる操舵トルクＴｄと、操舵トルクＴｄ以外の外乱トルクＴｒｏｔｈｅｒとを含む。操舵トルクＴｄ以外の外乱トルクＴｒｏｔｈｅｒは、ウォームホイール１２ｗｗとウォームギヤ１２ｗｇとの間の摩擦による摩擦トルクを含む。
【0042】
第１プラント３０２の慣性をＪｒとすると、物理モデル３０１の慣性についての運動方程式は、次式(3)で表される。
【0043】
【数3】
【0044】
ｄ２θ／ｄｔ２は、プラント３０２の角加速度である。Ｔｒｔｄは、第１プラント３０２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、外乱トルク推定部６３は、物理モデル３０１の慣性についての運動方程式から構築される外乱オブザーバ（拡張状態オブザーバ）に基づいて、外乱トルクＴｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび角速度ｄθｒｔ／ｄｔを推定する。以下、具体的に説明する。
この実施形態では、外乱トルク推定部６３は、物理モデル３０１の慣性についての運動方程式から構築される外乱オブザーバ（拡張状態オブザーバ）に基づいて、外乱トルクＴｒｔｄ、操舵角θｒｔおよび角速度ｄθｒｔ／ｄｔを推定する。以下、具体的に説明する。
【0045】
図７の物理モデル３０１に対する状態方程式は、次式(4)で表わされる。
【0046】
【数4】
【0047】
ｘは、状態変数ベクトルである。ｕ１は、既知入力ベクトルである。ｕ２は、未知入力ベクトルである。ｙは、出力ベクトル（測定値）である。Ａは、システム行列である。Ｂ１は、第１入力行列である。Ｂ２は、第２入力行列である。Ｃは、出力行列である。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(5)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(5)で表される。
【0048】
【数5】
【0049】
Ａｅは、拡張系のシステム行列である。Ｂｅは、拡張系の既知入力行列である。Ｃｅは、拡張系の出力行列である。ｘｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(6)で表される。
【0050】
【数6】
【0051】
前記式（5）の拡張状態方程式から、次式（7）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。
【0052】
【数7】
【0053】
^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（8）で表される。
【0054】
【数8】
【0055】
^θｒｔはθｒｔの推定値であり、^ＴｒｔｄはＴｒｔｄの推定値である。
外乱トルク推定部６３は、前記式(7)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。
図８に示すように、外乱トルク推定部６３は、入力ベクトル入力部９１と、出力行列乗算部９２と、第１加算部９３と、ゲイン乗算部９４と、入力行列乗算部９５と、システム行列乗算部９６と、第２加算部９７と、積分部９８と、状態変数ベクトル出力部９９とを含む。
外乱トルク推定部６３は、前記式(7)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘｅを演算する。
図８に示すように、外乱トルク推定部６３は、入力ベクトル入力部９１と、出力行列乗算部９２と、第１加算部９３と、ゲイン乗算部９４と、入力行列乗算部９５と、システム行列乗算部９６と、第２加算部９７と、積分部９８と、状態変数ベクトル出力部９９とを含む。
【0056】
減速比乗算部６６（図６参照）によって演算されるトルク指令値Ｎｒ・Ｔｒｃｏｍは、入力ベクトル入力部９１に与えられる。入力ベクトル入力部９１は、入力ベクトルｕ１を出力する。
積分部９８の出力が状態変数ベクトル^ｘｅ（前記式(8)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９８の出力が状態変数ベクトル^ｘｅ（前記式(8)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。
【0057】
システム行列乗算部９６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９２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９３は、第２減速比除算部７２（図６参照）によって演算された実操舵角θｒｔである出力ベクトル（測定値）ｙから、出力行列乗算部９２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部９３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９４は、第１加算部９３の出力（ｙ－＾ｙ）にオブザーバゲインＬ（前記式(7)参照）を乗算する。
第１加算部９３は、第２減速比除算部７２（図６参照）によって演算された実操舵角θｒｔである出力ベクトル（測定値）ｙから、出力行列乗算部９２の出力(Ｃｅ・^ｘｅ)を減算する。つまり、第１加算部９３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９４は、第１加算部９３の出力（ｙ－＾ｙ）にオブザーバゲインＬ（前記式(7)参照）を乗算する。
【0058】
入力行列乗算部９５は、入力ベクトル入力部９１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９７は、入力行列乗算部９５の出力（Ｂｅ・ｕ１）と、システム行列乗算部９６の出力（Ａｅ・^ｘｅ）と、ゲイン乗算部９４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９８は、第２加算部９７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９９は、状態変数ベクトル^ｘｅに基づいて、外乱トルク推定値^Ｔｒｔｄ、操舵角推定値^θｒｔおよび角速度推定値ｄ^θｒｔ／ｄｔを演算する。
[５]転舵用角度制御部８２の構成
図９に示すように、転舵用角度制御部８２は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄ、電流検出回路３４によって検出されるモータ電流Ｉｓｍおよび回転角センサ２０の出力信号に基づいて、転舵モータ１９の駆動回路３３を制御する。転舵用角度制御部８２は、角度偏差演算部１０１と、ＰＤ制御部１０２と、外乱トルク推定部１０３と、外乱トルク補償部１０４と、第３減速比除算部１０５と、減速比乗算部１０６と、電流指令値演算部１０７と、電流偏差演算部１０８と、ＰＩＤ制御部１０９と、ＰＷＭ制御部１１０と、回転角演算部１１１と、第４減速比除算部１１２とを含む。
[５]転舵用角度制御部８２の構成
図９に示すように、転舵用角度制御部８２は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄ、電流検出回路３４によって検出されるモータ電流Ｉｓｍおよび回転角センサ２０の出力信号に基づいて、転舵モータ１９の駆動回路３３を制御する。転舵用角度制御部８２は、角度偏差演算部１０１と、ＰＤ制御部１０２と、外乱トルク推定部１０３と、外乱トルク補償部１０４と、第３減速比除算部１０５と、減速比乗算部１０６と、電流指令値演算部１０７と、電流偏差演算部１０８と、ＰＩＤ制御部１０９と、ＰＷＭ制御部１１０と、回転角演算部１１１と、第４減速比除算部１１２とを含む。
【0059】
回転角演算部１１１は、回転角センサ２０の出力信号に基づいて、転舵モータ１９のロータ回転角θｓｍを演算する。第４減速比除算部１１２は、回転角演算部１１１によって演算されるロータ回転角θｓｍを減速機１８の減速比Ｎｓで除算することにより、ロータ回転角θｓｍをピニオン軸１５の回転角（実転舵角）θｓｐに換算する。
外乱トルク推定部１０３は、転舵モータ１９の制御対象（以下、「第２プラント」という。）に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：転舵モータトルク以外のトルク）を推定するために設けられている。外乱トルク推定部１０３は、第２プラントへの入力値であるトルク指令値Ｎｓ・Ｔｓｃｍｄと、第２プラントの出力である実転舵角θｓｐとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび転舵角微分値（角速度）ｄθｓｐ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび転舵角微分値ｄθｓｐ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｓｔｄ、^θｓｐおよびｄ^θｓｐ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部１０３の詳細については、後述する。
外乱トルク推定部１０３は、転舵モータ１９の制御対象（以下、「第２プラント」という。）に外乱として発生する非線形なトルク（外乱トルク：転舵モータトルク以外のトルク）を推定するために設けられている。外乱トルク推定部１０３は、第２プラントへの入力値であるトルク指令値Ｎｓ・Ｔｓｃｍｄと、第２プラントの出力である実転舵角θｓｐとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび転舵角微分値（角速度）ｄθｓｐ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび転舵角微分値ｄθｓｐ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔｓｔｄ、^θｓｐおよびｄ^θｓｐ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部１０３の詳細については、後述する。
【0060】
外乱トルク推定部１０３によって演算される外乱トルク推定値^Ｔｓｔｄは、外乱トルク補償値として外乱トルク補償部１０４に与えられる。外乱トルク推定部１０３によって演算される転舵角推定値^θｓｐは、角度偏差演算部１０１に与えられる。
角度偏差演算部１０１は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄと転舵角推定値^θｓｐとの偏差Δθｓ（＝θｓｃｍｄ－^θｓｐ）を演算する。なお、角度偏差演算部１０１は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄと、第４減速比除算部１１２によって演算される実転舵角θｓｐとの偏差（θｓｃｍｄ－θｓｐ）を、角度偏差Δθｓとして演算するようにしてもよい。
角度偏差演算部１０１は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄと転舵角推定値^θｓｐとの偏差Δθｓ（＝θｓｃｍｄ－^θｓｐ）を演算する。なお、角度偏差演算部１０１は、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄと、第４減速比除算部１１２によって演算される実転舵角θｓｐとの偏差（θｓｃｍｄ－θｓｐ）を、角度偏差Δθｓとして演算するようにしてもよい。
【0061】
ＰＤ制御部１０２は、角度偏差演算部１０１によって演算される角度偏差Δθｓに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、基本トルク指令値Ｔｓｃｍｄａ（ピニオン軸１５に対する基本トルク指令値）を演算する。
外乱トルク補償部１０４は、基本トルク指令値Ｔｓｃｍｄａから外乱トルク推定値^Ｔｓｔｄを減算することにより、トルク指令値Ｔｓｃｍｄｂ（＝Ｔｓｃｍｄａ－^Ｔｓｔｄ）を演算する。これにより、外乱トルクが補償されたトルク指令値Ｔｓｃｍｄｂ（ピニオン軸１５に対するトルク指令値）が得られる。
外乱トルク補償部１０４は、基本トルク指令値Ｔｓｃｍｄａから外乱トルク推定値^Ｔｓｔｄを減算することにより、トルク指令値Ｔｓｃｍｄｂ（＝Ｔｓｃｍｄａ－^Ｔｓｔｄ）を演算する。これにより、外乱トルクが補償されたトルク指令値Ｔｓｃｍｄｂ（ピニオン軸１５に対するトルク指令値）が得られる。
【0062】
第３減速比除算部１０５は、トルク指令値Ｔｓｃｍｄｂを減速比Ｎｓで除算することにより、転舵モータ１９に対するモータトルク指令値Ｔｓｃｍｄを演算する。このモータトルク指令値Ｔｓｃｍｄは、電流指令値演算部１０７に与えられるとともに減速比乗算部１０６に与えられる。
減速比乗算部１０６は、モータトルク指令値Ｔｓｃｍｄに減速比Ｎｓを乗算することにより、モータトルク指令値Ｔｓｃｍｄをピニオン軸１５に対するトルク指令値Ｎｓ・Ｔｓｃｍｄに換算する。このトルク指令値Ｎｓ・Ｔｓｃｍｄは、外乱トルク推定部１０３に与えられる。
減速比乗算部１０６は、モータトルク指令値Ｔｓｃｍｄに減速比Ｎｓを乗算することにより、モータトルク指令値Ｔｓｃｍｄをピニオン軸１５に対するトルク指令値Ｎｓ・Ｔｓｃｍｄに換算する。このトルク指令値Ｎｓ・Ｔｓｃｍｄは、外乱トルク推定部１０３に与えられる。
【0063】
電流指令値演算部１０７は、第３減速比除算部１０５によって演算されたモータトルク指令値Ｔｓｃｍｄを転舵モータ１９のトルク定数Ｋｓで除算することにより、電流指令値Ｉｓｃｍｄを演算する。
電流偏差演算部１０８は、電流指令値演算部１０７によって得られた電流指令値Ｉｓｃｍｄと電流検出回路３４によって検出されたモータ電流Ｉｓｍとの偏差ΔＩｓ（＝Ｉｓｃｍｄ－Ｉｓｍ）を演算する。
電流偏差演算部１０８は、電流指令値演算部１０７によって得られた電流指令値Ｉｓｃｍｄと電流検出回路３４によって検出されたモータ電流Ｉｓｍとの偏差ΔＩｓ（＝Ｉｓｃｍｄ－Ｉｓｍ）を演算する。
【0064】
ＰＩＤ制御部１０９は、電流偏差演算部１０８によって演算された電流偏差ΔＩｓに対するＰＩＤ演算（比例積分微分演算）を行うことにより、転舵モータ１９に流れるモータ電流Ｉｓｍを電流指令値Ｉｓｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部１１０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３３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１９に供給されることになる。
[５．１]外乱トルク推定部１０３の詳細な説明
外乱トルク推定部１０３は、例えば、図７Ｂに示す転舵モータ側機構の物理モデル３０３を使用して、外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび角速度ｄθｓｐ／ｄｔを推定する外乱オブザーバから構成されている。図７Ｂにおいては、図１の減速機１８のウォームホイールが１８ｗｗで表され、減速機１８のウォームギヤが１８ｗｇで表されている。
[５．１]外乱トルク推定部１０３の詳細な説明
外乱トルク推定部１０３は、例えば、図７Ｂに示す転舵モータ側機構の物理モデル３０３を使用して、外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび角速度ｄθｓｐ／ｄｔを推定する外乱オブザーバから構成されている。図７Ｂにおいては、図１の減速機１８のウォームホイールが１８ｗｗで表され、減速機１８のウォームギヤが１８ｗｇで表されている。
【0065】
この物理モデル３０３は、ピニオン軸１５およびピニオン軸１５に固定されたウォームホイール１８ｗｗを含む第２プラント（転舵モータ１９の駆動対象）３０４を含む。第２プラント３０４には、転舵モータ１９によるモータトルクＮｓ・Ｔｓｃｏｍと外乱トルクＴｓｔｄとが与えられる。外乱トルクＴｓｔｄは、路面負荷トルクＴｒｌと、路面負荷トルクＴｒｌ以外の外乱トルクＴｓｏｔｈｅｒとを含む。路面負荷トルクＴｒｌ以外の外乱トルクＴｓｏｔｈｅｒは、ウォームホイール１８ｗｗとウォームギヤ１８ｗｇとの間の摩擦による摩擦トルクを含む。
【0066】
第２プラント３０４の慣性をＪｓとすると、物理モデル３０３の慣性についての運動方程式は、次式(9)で表される。
【0067】
【数9】
【0068】
ｄ２θ／ｄｔ２は、プラント３０３の角加速度である。Ｔｓｔｄは、第２プラント３０４に与えられる外乱トルクを示している。
外乱トルク推定部１０３は、式(9)の運動方程式に基づいて、前述した外乱トルク推定部６３と同様な方法によって、外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび角速度ｄθｓｐ／ｄｔを推定する。つまり、外乱トルク推定部１０３は、式(9)の運動方程式から構築される拡張状態オブザーバ（前述の式（7）に対応する）に基づいて、外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび角速度ｄθｓｐ／ｄｔを推定する。
[６]反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３の動作および効果の説明
図２を参照して、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されている場合には、上位ＥＣＵ２０１によって設定された自動操舵角指令値θａｄを反力用自動操舵角指令値θｒｆとし、これに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて反力用統合角度指令値θｒｃｍｄが演算される。この反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて反力モータ１３が制御される。また、自動操舵角指令値θａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄが演算され、この転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて転舵モータ１９が制御される。
外乱トルク推定部１０３は、式(9)の運動方程式に基づいて、前述した外乱トルク推定部６３と同様な方法によって、外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび角速度ｄθｓｐ／ｄｔを推定する。つまり、外乱トルク推定部１０３は、式(9)の運動方程式から構築される拡張状態オブザーバ（前述の式（7）に対応する）に基づいて、外乱トルクＴｓｔｄ、転舵角θｓｐおよび角速度ｄθｓｐ／ｄｔを推定する。
[６]反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３の動作および効果の説明
図２を参照して、ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していると判定されている場合には、上位ＥＣＵ２０１によって設定された自動操舵角指令値θａｄを反力用自動操舵角指令値θｒｆとし、これに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて反力用統合角度指令値θｒｃｍｄが演算される。この反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて反力モータ１３が制御される。また、自動操舵角指令値θａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算されて転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄが演算され、この転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて転舵モータ１９が制御される。
【0069】
これにより、自動操舵制御中において、転舵モータ１９および反力モータ１３に対して、運転者の意図を即座に反映させることができる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御（転舵制御および反力制御（ハンドル角制御））を行いながら、手動操舵が可能な協調制御を実現できる。また、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、手動操作を行う際に運転者に違和感を与えない。
【0070】
ハンズオンオフ判定部４２によって運転者がステアリングホイール２を把持していないと判定されている場合には、反力用統合角度指令値演算部４４には、反力用自動操舵角指令値θｒｆとして、零が与えられる。したがって、この場合には、転舵モータ１９は、自動操舵角指令値θａｄに手動操舵角指令値θｍｄが加算された転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて制御されるが、反力モータ１３は、手動操舵角指令値θｍｄのみからなる反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて制御される。この場合、手動操舵角指令値θｍｄは、ほぼ零であるので、自動操舵中においてステアリングホイール２が中立位置で固定される。これにより、運転者がステアリングホイール２を把持していない状態において、自動操舵によってステアリングホイール２が回転して、運転者がステアリングホイール２に巻き込まれるといった事態を回避することができる。
【0071】
また、本実施形態では、図６に示すように、反力用統合角度指令値θｒｃｍｄに基づいて基本トルク指令値Ｔｒｃｍｄａが演算され、外乱トルク推定部６３によって演算された外乱トルク推定値^Ｔｒｔｄによって基本トルク指令値Ｔｒｃｍｄａが補正されているので、反力用角度制御部４５の角度制御性能に対する外乱の影響を抑制することができる。これにより、反力モータ１３に対して高精度の角度制御を実現できる。
【0072】
同様に、図９に示すように、転舵用統合角度指令値θｓｃｍｄに基づいて基本トルク指令値Ｔｓｃｍｄａが演算され、外乱トルク推定部１０３によって演算された外乱トルク推定値^Ｔｓｔｄによって基本トルク指令値Ｔｓｃｍｄａが補正されているので、転舵用角度制御部８２の角度制御性能に対する外乱の影響を抑制することができる。これにより、転舵モータ１９に対して高精度の角度制御を実現できる。
[７]手動操舵角指令値設定部４１の変形例の説明
前述の実施形態では、手動操舵角指令値設定部４１内の指令値設定部５２（図３参照）は、式(2)に基づいて、ロアコラムの回転角θｃを演算している。
[７]手動操舵角指令値設定部４１の変形例の説明
前述の実施形態では、手動操舵角指令値設定部４１内の指令値設定部５２（図３参照）は、式(2)に基づいて、ロアコラムの回転角θｃを演算している。
【0073】
しかし、図３に二点鎖線で示すように、指令値設定部５２は、転舵用角度制御部８２内の外乱トルク推定部１０３（図９参照）によって推定される外乱トルク^Ｔｓｔｄを考慮して、ロアコラムの回転角θｃを演算してもよい。
具体的には、指令値設定部５２は、次式(10)～(12)のいずれかに基づいて、ロアコラムの回転角θｃを演算してもよい。
具体的には、指令値設定部５２は、次式(10)～(12)のいずれかに基づいて、ロアコラムの回転角θｃを演算してもよい。
【0074】
【数10】
【0075】
^Ｔｓｔｄ，ＨＰＦは、外乱トルク推定部１０３によって推定される外乱トルク^Ｔｓｔｄに対してハイパスフィルタ処理を施した後の外乱トルクである。
指令値設定部５２は、式(10)のＴｄにトルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄを代入し、Ｎｃ・Ｔｍにアシストトルク指令値設定部５１によって設定されるアシストトルク指令値Ｔａｃを代入して、式(10)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算する。そして、指令値設定部５２は、得られたロアコラムの回転角θｃを手動操舵角指令値θｍｄとして設定する。外乱トルクＴｓｔｄは、主として路面負荷トルクＴｒｌを含んでいる。
指令値設定部５２は、式(10)のＴｄにトルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｄを代入し、Ｎｃ・Ｔｍにアシストトルク指令値設定部５１によって設定されるアシストトルク指令値Ｔａｃを代入して、式(10)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算する。そして、指令値設定部５２は、得られたロアコラムの回転角θｃを手動操舵角指令値θｍｄとして設定する。外乱トルクＴｓｔｄは、主として路面負荷トルクＴｒｌを含んでいる。
【0076】
【数11】
【0077】
αは、所定の係数であり、^Ｔｓｔｄは、外乱トルク推定部１０３によって推定される外乱トルク^Ｔｓｔｄである。指令値設定部５２は、式(11)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算し、得られた回転角θｃを手動操舵角指令値θｍｄとして設定する。
【0078】
【数12】
【0079】
βは、所定の係数であり、^Ｔｓｔｄは、外乱トルク推定部１０３によって推定される外乱トルク^Ｔｓｔｄである。指令値設定部５２は、式(12)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θｃを演算、得られた回転角θｃを手動操舵角指令値θｍｄとして設定する。
このようにして手動操舵角指令値θｍｄを設定した場合には、運転者は、、路面の凹凸等の路面情報をステアリングホイール２を介して感じられるようになる。
[８]その他
以上、この発明の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、反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３には、上位ＥＣＵ２０１から同じ自動操舵角指令値θａｄが与えられている。しかし、上位ＥＣＵ２０１は、反力モータ１３用の自動操舵角指令値と、転舵モータ１９用の自動操舵角指令値とを個別に設定し、対応するＥＣＵ２０２，２０３に与えるようにしてもよい。
このようにして手動操舵角指令値θｍｄを設定した場合には、運転者は、、路面の凹凸等の路面情報をステアリングホイール２を介して感じられるようになる。
[８]その他
以上、この発明の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、反力ＥＣＵ２０２および転舵ＥＣＵ２０３には、上位ＥＣＵ２０１から同じ自動操舵角指令値θａｄが与えられている。しかし、上位ＥＣＵ２０１は、反力モータ１３用の自動操舵角指令値と、転舵モータ１９用の自動操舵角指令値とを個別に設定し、対応するＥＣＵ２０２，２０３に与えるようにしてもよい。
【0080】
前述の実施形態では、反力用角度制御部４５および転舵用角度制御部８２それぞれに、外乱トルク推定部６３，１０３が設けられている。しかし、反力用角度制御部４５に外乱トルク推定部６３を設けなくてもよい。また、外乱トルク補償部６４，１０４も本発明に必須の構成ではない。外乱トルク推定部１０３で推定される外乱トルク^Ｔｓｔｄは、外乱トルクの補償に用いずに、手動操舵角指令値θｍｄの設定のみに用いてもよい。
【0081】
この発明は、左転舵輪および右転舵輪がそれぞれ独立転舵される左右独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、左転舵輪および右転舵輪のそれぞれに転舵ＥＣＵが設けられる。
また、この発明は、例えば、前輪および後輪がそれぞれ独立転舵される４輪操舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、前輪および後輪のそれぞれに転舵ＥＣＵが設けられる。また、この発明は、４つの車輪がそれぞれ独立転舵される４輪独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、車輪ごとに転舵ＥＣＵが設けられる。
また、この発明は、例えば、前輪および後輪がそれぞれ独立転舵される４輪操舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、前輪および後輪のそれぞれに転舵ＥＣＵが設けられる。また、この発明は、４つの車輪がそれぞれ独立転舵される４輪独立転舵システムが採用されたステア・バイ・ワイヤシステムにも適用することができる。この場合には、車輪ごとに転舵ＥＣＵが設けられる。
【0082】
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】
【0083】
１…操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵輪、４…転舵機構、５…ステアリングシャフト、７…第１軸、８…トーションバー、９…第２軸、１１…トルクセンサ、１３…反力モータ、１４…回転角センサ、１９…転舵モータ、２０…回転角センサ、４１…手動操舵角指令値設定部、４２…ハンズオンオフ判定部、４３…切替部、４４…反力用統合角度指令値演算部、４５…反力用角度制御部、６３，１０３…外乱トルク推定部、６４，１０４…外乱トルク補償部、８１…転舵用統合角度指令値演算部、８２…転舵用角度制御部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…反力ＥＣＵ、２０３…転舵ＥＣＵ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】