JP7129004B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、舵角制御用の電動モータの制御装置に関する。

電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：electric power steering）、ステアバイワイヤシステムおよび後輪操舵システム等による自動運転や運転支援においては、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角度フィードバック制御が用いられている。角度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。

特開２００４－２５６０７６号公報 国際公開第２０１４／１６２７６９号

前述のＰＩＤ制御は、線形な制御アルゴリズムであるため、路面負荷トルク（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、操舵トルク（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、角度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、角度制御性能への外乱トルクの影響を抑制することができ、精度の高い角度制御が行えるモータ制御装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、舵角制御用の電動モータ（１８）を駆動制御するためのモータ制御装置（４０）であって、操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部（４１）と、自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部（４２）と、前記統合角度指令値に基づいて、前記電動モータを角度制御する制御部（４３）とを含み、前記制御部は、前記統合角度指令値に基づいて、基本トルク指令値を演算する基本トルク指令値演算部（６１～６３，６５）と、前記電動モータの駆動対象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トルク推定部（６４）と、前記基本トルク指令値を前記外乱トルクによって補正する外乱トルク補償部（６６）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。

この構成では、統合角度指令値に基づいて基本トルク指令値が演算され、外乱トルク推定部によって推定された外乱トルクによって基本トルク指令値が補正されているので、角度制御性能への外乱トルクの影響を抑制することができる。これにより、精度の高い角度制御が行えるようになる。
また、この構成では、自動操舵指令に手動操舵指令値が加算されて、統合角度指令値が演算され、この統合角度指令値に基づいて電動モータが角度制御される。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を行いながら手動操舵が可能な協調制御を実現できる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、運転者の違和感を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置である。
請求項３に記載の発明は、前記ばね定数が前記外乱トルク推定部によって推定される前記外乱トルクに応じて設定され、前記粘性減衰係数が予め所定値に設定される、請求項２に記載のモータ制御装置である。

この構成では、手動操舵時に実際の路面負荷に応じた操舵感を得ることが可能となる。
請求項４に記載の発明は、前記ばね定数および前記粘性減衰係数が、前記外乱トルク推定部によって推定される前記外乱トルクに応じて設定演算される、請求項２に記載のモータ制御装置である。
この構成では、手動操舵時に実際の路面負荷に応じた操舵感を得ることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、前記外乱トルク補償部による補正後の前記基本トルク指令値または前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記電動モータの回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記駆動対象の回転角を推定するように構成されており、前記基本トルク指令値演算部は、前記統合角度指令値と、前記駆動対象の回転角との差である角度偏差を演算する角度偏差演算部（６２Ａ）と、前記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、前記基本トルク指令値を演算するフィードバック演算部（６２Ｂ）とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。

請求項６に記載の発明は、前記外乱トルク推定部は、前記外乱トルク補償部による補正後の前記基本トルク指令または前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記電動モータの回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記駆動対象の回転角を推定するように構成されており、前記基本トルク指令値演算部は、前記統合角度指令値と、前記駆動対象の回転角との差である角度偏差を演算する角度偏差演算部（６２Ａ）と、前記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演算部（６２Ｂ）と、前記統合角度指令値の二階微分値に所定値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演算部（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、前記基本トルク指令値を演算する加算部（６５）とを含む、請求項１～４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、所定の第１の情報に応じて、前記自動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第１の重み付け部（４６）をさらに備え、前記統合角度指令値演算部は、前記第１の重み付け部による重み付け処理後の自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項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、所定の第２の情報に応じて、前記手動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第２の重み付け部（４９）をさらに備え、前記統合角度指令値演算部は、前記自動操舵指令値に前記第２の重み付け部による重み付け処理後の前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。

請求項９に記載の発明は、所定の第３の情報に応じて、前記自動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第３の重み付け部（４７）と、所定の第４の情報に応じて、前記手動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第４の重み付け部（４８）とをさらに備え、前記統合角度指令値演算部は、前記第３の重み付け部による重み付け処理後の自動操舵指令値に、前記第４の重み付け部による重み付け処理後の前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。

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。 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。 手動操舵指令値生成部の構成を示すブロック図である。 操舵トルクＴ_ｄに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｃの設定例を示すグラフである。 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である。 角度制御部の構成を示すブロック図である。 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。 外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。 トルク制御部の構成を示す模式図である。 Ａは、自動操舵指令値θ_ａｄａｃを示すグラフであり、Ｂは、手動操舵によってステアリングホイールに加えられた操舵トルクＴｄを示すグラフである。 自動操舵指令値および操舵トルクがそれぞれ図１０Ａおよび図１０Ｂのように変化した場合の、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃおよび統合角度指令値θ_ａｃｍｄの変化を示すグラフである。 手動操舵指令値生成部の第１変形例を示すブロック図である。 手動操舵指令値生成部の第２変形例を示すブロック図である。 モータ制御用ＥＣＵの第１変形例を示すブロック図である。 手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに対する重みＷ_ａｄの設定例を示すグラフである。 モータ制御用ＥＣＵの第２変形例を示すブロック図である。 各モード設定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が入力されたときに設定される第１重みＷ_ａｄの設定例を示すグラフである。 各モード設定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が入力されたときに設定される第２重みＷ_ｍｄの設定例を示すグラフである。 モータ制御用ＥＣＵの第３変形例を示すブロック図である。

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。
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。

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に与えられた操舵トルク（トーションバートルク）Ｔ_ｄ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操舵トルクＴ_ｄ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操舵トルクＴ_ｄの大きさが大きくなるものとする。

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。

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。

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の角速度ω_ｗｗに対するウォームギヤ２０の角速度ω_ｗｇの比ω_ｗｇ／ω_ｗｗとして定義される。

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。

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とがある。モータトルク以外の外乱トルクＴ_ｌｃには、操舵トルクＴ_ｄ、路面負荷トルク（路面反力トルク）Ｔ_ｒｌ、摩擦トルクＴ_ｆ等が含まれる。
操舵トルクＴ_ｄ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。

路面負荷トルクＴ_ｒｌ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。

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。

この実施形態では、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵のための自動操舵指令値θ_ａｄａｃ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。自動操舵指令値θ_ａｄａｃ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指令値θ_ａｄａｃ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。

上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄａｃ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操舵トルクＴ_ｄ、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。

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。

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、手動操舵指令値生成部４１と、統合角度指令値演算部４２と、制御部４３とを含む。
手動操舵指令値生成部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（より正確には出力軸９の回転角θ）を手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定するために設けられている。手動操舵指令値生成部４１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを生成する。

統合角度指令値演算部４２は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを加算して、統合角度指令値θ_ａｃｍｄを演算する。
制御部４３は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８を角度制御する。より具体的には、制御部４３は、操舵角θ（出力軸９の回転角θ）が統合角度指令値θ_ａｃｍｄに近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。

制御部４３は、角度制御部４４とトルク制御部（電流制御部）４５とを含む。角度制御部４４は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８のモータトルクの目標値であるモータトルク指令値Ｔ_ｍを演算する。トルク制御部４５は、電動モータ１８のモータトルクがモータトルク指令値Ｔ_ｍに近づくように駆動回路３１を駆動する。
図３は、手動操舵指令値生成部４１の構成を示すブロック図である。

手動操舵指令値生成部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。
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Ｔ_ａｃ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１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄに基づいて、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃを設定する。操舵トルクＴ_ｄに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｃの設定例は、図４に示されている。

アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、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べきときには正の値とされ、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べきときには負の値とされる。アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、操舵トルクＴ_ｄの正の値に対しては正をとり、操舵トルクＴ_ｄ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Ｔ_ａｃは、操舵トルクＴ_ｄ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Ｔ_ｄ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Ｔ_ａｃを演算してもよい。
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θ_ｍｄａｃ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。ロアコラムは、出力軸９およびウォームホイール２１に対応する。図５において、Ｊ_ｃは、ロアコラムの慣性であり、θ_ｃはロアコラムの回転角であり、Ｔ_ｄは、操舵トルクである。ロアコラムには、操舵トルクＴ_ｄ、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍおよび路面負荷トルクＴ_ｒｌが与えられる。路面負荷トルクＴ_ｒｌ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。

Ｔ_ｒｌ＝－ｋ・θ_ｃ－ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ） …(1)
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。
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。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ－ｋ・θ_ｃ－ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ） …(2)
指令値設定部５２は、Ｔ_ｄにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄを代入し、Ｎ・Ｔ_ｍ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Ｔ_ａｃ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θ_ｃ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θ_ｃを手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定する。

図６は、角度制御部４４の構成を示すブロック図である。
角度制御部４４は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいてモータトルク指令値Ｔ_ｍを演算する。角度制御部４４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、外乱トルク補償部６６と、第１減速比除算部６７と、減速比乗算部６８と、回転角演算部６９と、第２減速比除算部７０とを含む。

減速比乗算部６８は、第１減速比除算部６７によって演算されるモータトルク指令値Ｔ_ｍに減速機１９の減速比Ｎを乗算することにより、モータトルク指令値Ｔ_ｍを出力軸９（ウォームホイール２１）に作用する操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔ_ｍ）に換算する。
回転角演算部６９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θ_ｍを演算する。第２減速比除算部７０は、回転角演算部６９によって演算されるロータ回転角θ_ｍを減速比Ｎで除算することにより、ロータ回転角θ_ｍを出力軸９の回転角（実操舵角）θに換算する。

ローパスフィルタ６１は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄ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統合角度指令値θ_ｃｍｄ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操舵角推定値^θを、ローパスフィルタ処理後の統合角度指令値θ_ｃｍｄ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、統合角度指令値θ_ｃｍｄと操舵角推定値^θとの偏差Δθ（＝θ_ｃｍｄ－^θ）を演算する。なお、角度偏差演算部６２Ａは、統合角度指令値θ_ｃｍｄと、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θとの偏差（θ_ｃｍｄ－θ）を、角度偏差Δθとして演算するようにしてもよい。

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Ｔ_ｆｂを演算する。フィードバック制御トルクＴ_ｆｂ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、統合角度指令値θ_ｃｍｄを２階微分することにより、目標角加速度ｄ^２θ_ｃｍｄ／ｄｔ^２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ｄ^２θ_ｃｍｄ／ｄｔ^２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制御トルクＴ_ｆｆ（＝Ｊ・ｄ^２θ_ｃｍｄ／ｄｔ^２）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７参照）から求められる。フィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆは、慣性補償値として、トルク加算部６５に与えられる。

トルク加算部６５は、フィードバック制御トルクＴ_ｆｂにフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆを加算することにより、基本トルク指令値（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）を演算する。
外乱トルク推定部６４は、プラント（電動モータ１８の制御対象）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、プラントへの入力値である操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔ_ｍ）と、プラントの出力である実操舵角θとに基づいて、外乱トルク（外乱負荷）Ｔ_ｌｃ、操舵角θおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴ_ｌｃ、操舵角θおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔ_ｌｃ、^θおよびｄ^θ／ｄｔで表す。外乱トルク推定部６４の詳細については、後述する。

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^Ｔ_ｌｃは、外乱トルク補償値として外乱トルク補償部６６に与えられる。外乱トルク推定部６４によって演算された操舵角推定値^θは、角度偏差演算部６２Ａに与えられる。
外乱トルク補償部６６は、基本トルク指令値（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）から外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃを減算することにより、操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄ（＝Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ－^Ｔ_ｌｃ）を演算する。これにより、外乱トルクが補償された操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄ（出力軸９に対するトルク指令値）が得られる。

操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄは、第１減速比除算部６７に与えられる。第１減速比除算部６７は、操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄを減速比Ｎで除算することにより、モータトルク指令値Ｔ_ｍを演算する。このモータトルク指令値Ｔ_ｍが、トルク制御部４５（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、例えば、図７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Ｔ_ｌｃ、操舵角θおよび角速度ｄθ／ｄｔを推定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、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介して操舵トルクＴ_ｄが与えられるとともに、転舵輪３側から路面負荷トルクＴ_ｒｌが与えられる。
さらに、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介して操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔ_ｍ）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Ｔ_ｆが与えられる。

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(3)で表される。

ｄ^２θ／ｄｔ^２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。Ｔ_ｌｃは、プラント１０２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。この実施形態では、外乱トルクＴ_ｌｃは、操舵トルクＴ_ｄと路面負荷トルクＴ_ｒｌと摩擦トルクＴ_ｆとの和として示されているが、実際には、外乱トルクＴ_ｌｃはこれら以外のトルクを含んでいる。

図７の物理モデル１０１に対する状態方程式は、次式(4)で表わされる。

前記式(4)において、ｘは、状態変数ベクトルである。前記式(4)において、ｕ_１は、既知入力ベクトルである。前記式(4)において、ｕ_２は、未知入力ベクトルである。前記式(4)において、ｙは、出力ベクトル（測定値）である。前記式(4)において、Ａは、システム行列である。前記式(4)において、Ｂ_１は、第１入力行列である。前記式(4)において、Ｂ_２は、第２入力行列である。前記式(4)において、Ｃは、出力行列である。前記式(4)において、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ｕ_２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。

前記式(5)において、ｘ_ｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(6)で表される。

前記式(5)において、Ａ_ｅは、拡張系のシステム行列である。前記式(5)において、Ｂ_ｅは、拡張系の既知入力行列である。前記式(5)において、Ｃｅは、拡張系の出力行列である。

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。

式(7)において、^ｘ_ｅはｘ_ｅ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。^ｘ_ｅは、次式（8）で表される。

式(8)において、^θはθの推定値であり、^Ｔ_ｌｃはＴ_ｌｃの推定値である。
外乱トルク推定部６４は、前記式(7)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘ_ｅを演算する。

図８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。
減速比乗算部６８（図６参照）によって演算される操舵トルク指令値Ｔ_ｃｍｄ（＝Ｎ・Ｔ_ｍ）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ｕ_１を出力する。

積分部８８の出力が状態変数ベクトル^ｘ_ｅ（前記式(8)参照）となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^ｘ_ｅとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^ｘ_ｅの初期値は、たとえば０である。
システム行列乗算部８６は、状態変数ベクトル^ｘ_ｅにシステム行列Ａ_ｅを乗算する。出力行列乗算部８２は、状態変数ベクトル^ｘ_ｅに出力行列Ｃ_ｅを乗算する。

第１加算部８３は、第２減速比除算部７０（図６参照）によって演算された実操舵角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(Ｃ_ｅ・^ｘ_ｅ)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(＝Ｃ_ｅ・^ｘ_ｅ）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(7)参照）を乗算する。

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ｕ_１に入力行列Ｂ_ｅを乗算する。第２加算部８７は、入力行列乗算部８５の出力（Ｂｅ・ｕ_１）と、システム行列乗算部８６の出力（Ａ_ｅ・^ｘ_ｅ）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^ｘ_ｅ／ｄｔを演算する。積分部８８は、第２加算部８７の出力（ｄ^ｘ_ｅ／ｄｔ）を積分することにより、状態変数ベクトル^ｘ_ｅ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^ｘ_ｅに基づいて、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃ、操舵角推定値^θおよび角速度推定値ｄ^θ／ｄｔを演算する。

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、前述のように式(3)で表される。したがって、プラントの逆モデルは、次式(9)となる。

一般的な外乱オブザーバへの入力は、Ｊ・ｄ^２θ／ｄｔ^２およびＮ・Ｔ_ｍ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、前述の実施形態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。

なお、外乱トルク推定部６４として、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一般的な外乱オブザーバを用いてもよい。
図９は、トルク制御部４５の構成を示す模式図である。
トルク制御部４５（図２参照）は、モータ電流指令値演算部９１と、電流偏差演算部９２と、ＰＩ制御部９３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部９４とを含む。

モータ電流指令値演算部９１は、角度制御部４４（図２参照）によって演算されたモータトルク指令値Ｔ_ｍを電動モータ１８のトルク定数Ｋ_ｔで除算することにより、モータ電流指令値Ｉ_ｃｍｄを演算する。
電流偏差演算部９２は、モータ電流指令値演算部９１によって得られたモータ電流指令値Ｉ_ｃｍｄ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（＝Ｉ_ｃｍｄ－Ｉ）を演算する。

ＰＩ制御部９３は、電流偏差演算部９２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をモータ電流指令値Ｉ_ｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部９４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。

自動操舵制御が行われているときに運転手によってステアリングホイール２が操作されたときに、統合角度指令値θ_ａｃｍｄがどのように変化するのかについて、シミュレーションを行った。
具体的には、図１０Ａに曲線Ａで示すような自動操舵指令値θ_ａｄａｃが、上位ＥＣＵ２０１からモータ制御用ＥＣＵ２０２に与えられているときに、図１０Ｂに折れ線Ｂで示すような操舵トルクＴ_ｄが手動操舵によってステアリングホイール２に加えられる場合について、シミュレーションを行った。

図１０Ｂに曲線Ｂで示すような操舵トルクＴ_ｄがステアリングホイール２に加えられることによって、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが図１１の曲線Ｃに示すように変化した。これにより、統合角度指令値θ_ａｃｍｄは、図１１に曲線Ｄに示すように変化した。
つまり、自動操舵制御が行われているときに手動操舵が行われると、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値が大きくなるにつれて、統合角度指令値θ_ａｃｍｄは自動操舵指令値θ_ａｄａｃから外れていく。一方、手動操舵が停止されると、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値がほぼ零まで低下する。これにより、統合角度指令値θ_ａｃｍｄは、自動操舵指令値θ_ａｄａｃに徐々に近づいていき、自動操舵指令値θ_ａｄａｃと等しくなる。したがって、自動操舵制御主体での操舵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。

前述の実施形態では、自動操舵指令値θ_ａｄａｃに手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが加算されて、統合角度指令値θ_ａｃｍｄが演算され、この統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいて電動モータ１８が制御される。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、手動操舵を行う際に運転者に違和感を与えない。

また、前述の実施形態では、統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいて基本トルク指令値（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）が演算され、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^Ｔ_ｌｃによって基本トルク指令値（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）が補正されているので、角度制御性能に対する外乱トルクの影響を抑制することができる。これにより、高精度の角度制御を実現することが可能となる。また、これにより、自動操舵制御中に手動操舵が行われたときの操舵感への角度制御部４４の影響を排除することが可能となるので、操舵感の設計が容易となる。具体的には、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃの設定値に応じた操舵感を得ることができるので、操舵感の設計が容易となる。

図１２は、手動操舵指令値生成部の第１変形例を示すブロック図である。図１２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。
手動操舵指令値生成部４１Ａは、アシストトルク指令値設定部５１および指令値設定部５２の他、ばね定数演算部５３を含んでいる。
ばね定数演算部５３は、外乱トルク推定部６４（図６参照）によって演算された外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃと、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θとに基づいて、ばね定数ｋを演算する。具体的には、ばね定数演算部５３は、次式(11)に基づいて、ばね定数ｋを演算する。

ｋ＝^Ｔ_ｌｃ／θ …(11)
前述した式(2)内の粘性減衰係数ｃは、前述した実施形態と同様に、予め設定される。
指令値設定部５２は、式(11)によって演算されるｋおよび予め設定されたｃを、それぞれ前述の式(2)内のｋおよびｃとして用いて、式(2)の微分方程式を解くことによってθ_ｃを演算し、得られたθ_ｃを手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定する。

第１変形例に係る手動操舵指令値生成部４１Ａでは、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^Ｔ_ｌｃを用いてばね定数ｋが演算されるので、実際の路面負荷に応じた操舵感を得ることができるようになる。
図１３は、手動操舵指令値生成部の第２変形例を示すブロック図である。図１３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。

手動操舵指令値生成部４１Ｂは、アシストトルク指令値設定部５１および指令値設定部５２の他、ばね定数演算部５３および減衰係数演算部５４を含んでいる。
ばね定数演算部５３は、第１変形例とばね定数演算部５３と同様に、ばね定数ｋを、前記式(11)に基づいて、ばね定数ｋを演算する。
減衰係数演算部５４は、外乱トルク推定部６４（図６参照）によって演算された外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃと、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θとに基づいて、粘性減衰係数ｃを演算する。具体的には、減衰係数演算部５４は、次式(12)に基づいて、粘性減衰係数ｃを演算する。

ｃ＝^Ｔ_ｌｃ／（ｄθ／ｄｔ） …(12)
指令値設定部５２は、式(11)によって演算されるｋおよび式(12)によって演算されるｃを、それぞれ前述の式(2)内のｋおよびｃとして用いて、式(2)の微分方程式を解くことによってθ_ｃを演算し、得られたθ_ｃを手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定する。
第２変形例に係る手動操舵指令値生成部４１Ｂでは、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^Ｔ_ｌｃを用いてばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃが演算されるので、実際の路面負荷に応じた操舵感を得ることができるようになる。

図１４は、モータ制御用ＥＣＵの第１変形例を示すブロック図である。図１４において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
以下において、自動操舵指令値θ_ａｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードを自動操舵モードといい、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードを手動操舵モードということにする。

図１４のモータ制御用ＥＣＵ２０２Ａでは、上位ＥＣＵ２０１から与えられる自動操舵指令値θ_ａｄａｃに対して重み付け処理を行う重み付け部４６が設けられている点が、図２のモータ制御用ＥＣＵ２０２と異なっている。重み付け部４６は、「本発明の第１の重み付け部」の一例である。
重み付け部４６は、手動操舵指令値生成部４１によって生成される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに応じて、自動操舵指令値θ_ａｄａｃに対して重み付け処理を行う。

具体的には、まず、重み付け部４６は、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに基づいて重みＷ_ａｄを設定する。次に、重み付け部４６は、上位ＥＣＵ２０１から入力される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに重みＷ_ａｄを乗算する。そして、重み付け部４６は、乗算値Ｗ_ａｄ・θ_ａｄａｃを、重み付け処理後の自動操舵指令値θ_ａｄａｃ’として統合角度指令値演算部４２に与える。

統合角度指令値演算部４２は、手動操舵指令値生成部４１によって生成される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに、重み付け部４６による重み付け処理後の自動操舵指令値θ_ａｄａｃ’を加算することにより、統合角度指令値θ_ａｃｍｄを演算する。
重み付け部４６によって設定される重みＷ_ａｄについて説明する。手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに対する重みＷ_ａｄの設定例は、図１５に示されている。重みＷ_ａｄは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに応じて、０～１．０の範囲内の値に設定される。重みＷ_ａｄは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが零のときに１．０に設定される。また、重みＷ_ａｄは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値が所定値Ｅ（ただし、Ｅ＞０）以上のときに零に設定される。そして、重みＷ_ａｄは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値が０～Ｅの範囲内において、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値の増加に伴って非線形に漸減し、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値の低下に伴って非線形に漸増するように設定される。所定値Ｅは、予め実験・解析等により設定されている。

なお、重みＷ_ａｄは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値が０～Ｅの範囲内において、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値の増加に伴って線形に漸減し、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値の低下に伴って線形に漸増するように設定されてもよい。
このモータ制御用ＥＣＵ２０２Ａでは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが零であるときには、上位ＥＣＵ２０１から入力される自動操舵指令値θ_ａｄａｃがそのまま統合角度指令値演算部４２に与えられる。この場合には、自動操舵指令値θ_ａｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御されるので、操舵モードは自動操舵モードとなる。

一方、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの絶対値が所定値Ｅ以上であるときには、自動操舵指令値θ_ａｄａｃは零となる。この場合には、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御されるので、操舵モードは手動操舵モードとなる。
つまり、このモータ制御用ＥＣＵ２０２Ａでは、操舵モードを、自動操舵指令値θ_ａｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御される自動操舵モードに設定したり、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御される手動操舵モードに設定したりすることが可能となる。自動操舵モードと手動操舵モードの間の切り替えは、操舵トルクＴ_ｄを用いて算出される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに基づいて行われるので、運転者のステアリング操作によってこれらの操舵モード間の切り替えを行うことが可能である。

また、自動操舵モードから手動操舵モードへの切り替え時には自動操舵指令値θ_ａｄａｃの絶対値が零まで漸減され、手動操舵モードから自動操舵モードへの切り替え時には自動操舵指令値θ_ａｄａｃの絶対値が零から漸増される。このため、このモータ制御用ＥＣＵ２０２Ａでは、自動操舵モードと手動操舵モードとの間の切り替えを滑らかに行うことが可能となる。

なお、第１変形例では、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに応じて、自動操舵指令値θ_ａｄａｃに対して重み付け処理を行ったが、本発明はこのような実施態様に限定されない。例えば、操舵トルクＴ_ｄに応じて、自動操舵指令値θ_ａｄａｃに対して重み付け処理を行ってもよい。具体的には、トルクセンサ１２で検出された操舵トルクＴ_ｄを重み付け部４６に入力し、図１５の横軸を操舵トルクＴ_ｄとしたグラフから重みＷ_ａｄを設定すれば第１変形例と同様の効果を奏することができる。

図１６は、モータ制御用ＥＣＵの第２変形例を示すブロック図である。図１６において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
図１６のモータ制御用ＥＣＵ２０２Ｂでは、第１、第２および第３モードスイッチ１１１，１１２，１１３からのモード設定信号が入力される点と、第１重み付け部４７および第２重み付け部４８が設けられている点とが、図２のモータ制御用ＥＣＵ２０２と異なっている。

第１重み付け部４７は、「本発明の第３の重み付け部」の一例であり、第２重み付け部４８は、「本発明の第４の重み付け部」の一例である。
第１モードスイッチ１１１は、運転者によってオンされたときに、操舵モードを通常操舵モードに設定するための通常操舵モード設定信号Ｓ１を出力する。通常操舵モードとは、図２のモータ制御用ＥＣＵ２０２と同様に、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃおよび自動操舵指令値θ_ａｄａｃに基づいて電動モータ１８が制御されるモードである。

第２モードスイッチ１１２は、運転者によってオンされたときに、操舵モードを自動操舵モードに設定するための自動操舵モード設定信号Ｓ２を出力する。
第３モードスイッチ１１３は、運転者によってオンされたときに、操舵モードを手動操舵モードに設定するための手動操舵モード設定信号Ｓ３を出力する。
各モード設定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、第１および第２重み付け部４７，４８に与えられる。

第１重み付け部４７は、入力されるモード設定信号に応じて、上位ＥＣＵ２０１から入力される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに対して第１重み付け処理を行う。具体的には、第１重み付け部４７は、モード設定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうちのいずれかが入力されたときには、まず、現在の操舵モードおよび入力されたモード設定信号に応じて、第１重みＷ_ａｄを設定する。次に、第１重み付け部４７は、上位ＥＣＵ２０１から入力される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに第１重みＷ_ａｄを乗算する。そして、第１重み付け部４７は、乗算値Ｗ_ａｄ・θ_ａｄａｃを、第１重み付け処理後の自動操舵指令値θ_ａｄａｃ’として統合角度指令値演算部４２に与える。

第２重み付け部４８は、手動操舵指令値生成部４１と統合角度指令値演算部４２との間に設けられている。第２重み付け部４８は、入力されるモード設定信号に応じて、手動操舵指令値生成部４１によって生成される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに対して、第２重み付け処理を行う。
具体的には、第２重み付け部４８は、モード設定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうちのいずれかが入力されたときには、まず、現在の操舵モードおよび入力されたモード設定信号に応じて、第２重みＷ_ｍｄを設定する。次に、第２重み付け部４８は、手動操舵指令値生成部４１から入力される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに第２重みＷ_ｍｄを乗算する。そして、第２重み付け部４６は、乗算値Ｗ_ｍｄ・θ_ｍｄａｃを、第２重み付け処理後の手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ’として統合角度指令値演算部４２に与える。

統合角度指令値演算部４２は、第１重み付け処理後の自動操舵指令値θ_ａｄａｃ’と、第２重み付け処理後の手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ’とを加算して、統合角度指令値θ_ａｃｍｄを演算する。
この第２変形例では、操舵モードが通常操舵モードに設定されている場合には、第１重みＷ_ａｄおよび第２重みＷ_ｍｄは１．０となる。操舵モードが自動操舵モードに設定されている場合には、第１重みＷ_ａｄが１．０となり、第２重みＷ_ｍｄが零となる。操舵モードが手動操舵モードに設定されている場合には、第１重みＷ_ａｄが零となり、第２重みＷ_ｍｄが１．０となる。つまり、このモータ制御用ＥＣＵ２０２Ｂでは、運転者によるモードスイッチ１１１，１１２，１１３の操作によって、通常操舵モードと自動操舵モードと手動操舵モードとの間で操舵モードの切り替えを行うことが可能となる。

操舵モードの切り替えに伴う第１重みＷ_ａｄおよび第２重みＷ_ｍｄの設定例が、図１７および図１８にそれぞれ示されている。図１７では、各モード設定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の入力時（時点ｔ１）から所定時間Ｔが経過する時点ｔ２までに、第１重みＷ_ａｄが零から１．０まで漸増する状態が折れ線Ｌ１で示され、１．０から零まで漸減する状態が折れ線Ｌ２で示されている。また図１８では、時点ｔ１から時点ｔ２までに、第２重みＷ_ｍｄが零から１．０まで漸増する状態が折れ線Ｌ３で示され、１．０から零まで漸減する状態が折れ線Ｌ４で示されている。これにより、第１重み付け処理後の自動操舵指令値θ_ａｄａｃ’および第２重み付け処理後の手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ’のそれぞれの絶対値が漸増または漸減されることになるため、操舵モード間の切り替えが滑らかに行われる。

第１重みＷ_ａｄおよび第２重みＷ_ｍｄを零と１．０との間で切り替えるのに要する時間Ｔは、予め実験・解析等で求められた所定値が設定されている。また、第１重みＷ_ａｄおよび第２重みＷ_ｍｄとで、零と１．０との間で切り替えるのに要する時間Ｔが異なるように設定してもよい。また、第１重みＷ_ａｄおよび第２重みＷ_ｍｄは、線形ではなく、非線形に漸増・漸減するように設定されてもよい。

この第２変形例においては、操舵モードの変更を伴わないモードスイッチ１１１，１１２，１１３の操作が行われても、その操作は無効とされるものとする。また、この第２変形例においては、各モードスイッチ１１１，１１２，１１３が操作されてから所定時間Ｔが経過するまでに、いずれかのモードスイッチ１１１，１１２，１１３が操作されたとしても、その操作は無効とされるものとする。

なお、運転者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、自動操舵モード設定信号Ｓ２または手動操舵モード設定信号Ｓ３を発生させるようにしてもよい。具体的には、図１６に二点鎖線で示すように、運転者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１１４を設ける。ハンズオンオフ判定部１１４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運転者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運転者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１１４としては、運転者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。

ハンズオンオフ判定部１１４は、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（解放状態）から把持した状態（把持状態）に変化したときには、手動操舵モード設定信号Ｓ３を出力する。一方、ハンズオンオフ判定部１１４は、把持状態から解放状態に変化したときには、自動操舵モード設定信号Ｓ２を出力する。
なお、このようなハンズオンオフ判定部１１４を設ける場合には、自動操舵モードと手動操舵モードとの切り替えが、ハンズオンオフ判定部１１４に基づき行われる動作モードと、第２、第３モードスイッチ１１２，１１３に基づき行われる動作モードとを運転者が切り替えられるようにすることが好ましい。

図１９は、モータ制御用ＥＣＵの第３変形例を示すブロック図である。図１９において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
図１９のモータ制御用ＥＣＵ２０２Ｃでは、運転可否判定部１１５と重み付け部４９が設けられている点が、図２のモータ制御用ＥＣＵ２０２と異なっている。重み付け部４９は、「本発明の第２の重み付け部」の一例である。

運転可否判定部１１５は、例えば、車内に設けられた車載カメラ１２０によって撮像される運転者の映像に基づいて、運転者が運転を行ってはいけない状態であるか否かを判定する。例えば、運転可否判定部１１５は、運転者が居眠りをしている可能性が高いと判定したときに、運転者が運転を行ってはいけない状態であると判定する。
運転可否判定部１１５は、運転者が運転を行ってはいけない状態であると判定したときには、運転禁止信号Ｓ４を出力する。運転禁止信号Ｓ４は、重み付け部４９に与えられる。

重み付け部４９は、手動操舵指令値生成部４１と統合角度指令値演算部４２との間に設けられている。重み付け部４９は、運転可否判定部１１５から与えられる運転禁止信号Ｓ４に応じて、手動操舵指令値θ_{ｍｄａｃｃ}に対して重み付け処理を行う。
具体的には、重み付け部４９は、運転禁止信号Ｓ４が入力されると、まず重みＷ_ｍｄを設定する。次に、重み付け部４９は、手動操舵指令値生成部４１によって生成される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに重みＷ_ａｄを乗算する。そして、重み付け部４６は、乗算値Ｗ_ｍｄ・θ_ｍｄａｃを、重み付け処理後の手動操舵指令値θ_{ｍｄａｃｃ}’として統合角度指令値演算部４２に与える。

重みＷ_ｍｄは、例えば、前述の図１８の折れ線Ｌ４に示す特性に従って設定される。つまり、運転禁止信号Ｓ４が入力された時点ｔ１から所定時間Ｔが経過する時点ｔ２まで、重みＷ_ｍｄは１．０から零まで漸減する。そして、時点ｔ２以降においては、重みＷ_ｍｄは零を維持する。
したがって、運転可否判定部１１５からの運転禁止信号Ｓ４が重み付け部４９に入力されたときには、重み付け処理後の手動操舵指令値θ_{ｍｄａｃｃ}’の絶対値が漸減し、所定時間Ｔの経過後には零となる。そして、それ以降においては、重み付け処理後の手動操舵指令値θ_{ｍｄａｃｃ}’ は零を維持する。これにより、操舵モードが自動操舵モードとなるので、その後において、運転者がステアリング操作を行ったとしても、当該ステアリング操作はモータ制御に反映されなくなる。これにより、運転者が運転を行っていけない状態にあるときに、運転者のステアリング操作に基づいて電動モータ１８が制御されるのを回避することができる。

なお、この第３変形例において、自動操舵モードを通常操舵モードに戻すためのモードスイッチを設けることが好ましい。
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、指令値設定部５２（図３、図１２、図１３参照）は、リファレンスＥＰＳモデルに基づいて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているが、指令値設定部５２は他の方法によって手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定してもよい。

例えば、指令値設定部５２は、操舵トルクＴｄと手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとの関係を記憶したマップを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定してもよい。より具体的には、指令値設定部５２は、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃの組み合わせ毎に前記マップを備え、予め設定されるかまたは演算されるばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃならびにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄに対応した手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを、前記マップから取得してもよい。また、指令値設定部５２は、車速毎、または外乱トルク推定部６４によって演算された外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃ毎に前記マップを備える構成であってもよい。

また、前述の実施形態では、角度制御部４４（図６参照）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。
また、前述の実施形態において、外乱トルク推定部６４は、モータトルク指令値Ｔ_ｍとプラントの回転角θとに基づいて外乱トルク^Ｔ_ｌｃ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モータトルク指令値Ｔ_ｍの代わりに用いてもよい。

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。
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。

１…電動パワーステアリング装置、３…転舵輪、４…転舵機構、１８…電動モータ、４１，４１Ａ，４１Ｂ…手動操舵指令値生成部、４２…統合角度指令値演算部、４３…制御部、４４…角度制御部、４５…トルク制御部、５１…アシストトルク指令値設定部、５２…指令値設定部、５３…ばね定数演算部、５４…粘性減衰係数演算部、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、６６…外乱トルク補償部、４６～４９…重み付け部

Claims (9)

1. 舵角制御用の電動モータを駆動制御するためのモータ制御装置であって、
   操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、
   自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、
   前記統合角度指令値に基づいて、前記電動モータを角度制御する制御部とを含み、
   前記制御部は、
   前記統合角度指令値に基づいて、基本トルク指令値を演算する基本トルク指令値演算部と、
   前記電動モータの駆動対象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トルク推定部と、
   前記基本トルク指令値を前記外乱トルクによって補正する外乱トルク補償部とを含む、モータ制御装置。
2. 前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ばね定数が前記外乱トルク推定部によって推定される前記外乱トルクに応じて設定され、前記粘性減衰係数が予め所定値に設定される、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記ばね定数および前記粘性減衰係数が、前記外乱トルク推定部によって推定される前記外乱トルクに応じて設定される、請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記外乱トルク推定部は、前記外乱トルク補償部による補正後の前記基本トルク指令値または前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記電動モータの回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記駆動対象の回転角を推定するように構成されており、
   前記基本トルク指令値演算部は、
   前記統合角度指令値と、前記駆動対象の回転角との差である角度偏差を演算する角度偏差演算部と、
   前記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、前記基本トルク指令値を演算するフィードバック演算部とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記外乱トルク推定部は、前記外乱トルク補償部による補正後の前記基本トルク指令値または前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記電動モータの回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記駆動対象の回転角を推定するように構成されており、
   前記基本トルク指令値演算部は、
   前記前記統合角度指令値と、前記駆動対象の回転角との差である角度偏差を演算する角度偏差演算部と、
   前記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演算部と、
   前記統合角度指令値の二階微分値に所定値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演算部と、
   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、前記基本トルク指令値を演算する加算部とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 所定の第１の情報に応じて、前記自動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第１の重み付け部をさらに備え、
   前記統合角度指令値演算部は、前記第１の重み付け部による重み付け処理後の自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 所定の第２の情報に応じて、前記手動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第２の重み付け部をさらに備え、
   前記統合角度指令値演算部は、前記自動操舵指令値に前記第２の重み付け部による重み付け処理後の前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
9. 所定の第３の情報に応じて、前記自動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第３の重み付け部と、
   所定の第４の情報に応じて、前記手動操舵指令値に対して重み付け処理を行う第４の重み付け部とをさらに備え、
   前記統合角度指令値演算部は、前記第３の重み付け部による重み付け処理後の自動操舵指令値に、前記第４の重み付け部による重み付け処理後の前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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