JP2020019346A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱トルクを補償でき、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。【解決手段】手動操舵指令値生成部４１は、操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する。統合角度指令値演算部４２は、自動操舵指令値に手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する。制御部４３は、統合角度指令値に基づいて、電動モータ１８を角度制御する。制御部４３は、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、電動モータ１８の駆動対象に作用する電動モータ１８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、基本トルク指令値を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。手動操舵指令値生成部４１は、手動操舵指令値の生成に、外乱トルクに基づいて算出される推定トルクを用いる。【選択図】図２

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）とを含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記手動操舵指令値の生成に、前記外乱トルクに基づいて算出される推定トルクを用いることを特徴とする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。

また、この構成では、手動操舵指令値の生成に、外乱トルクに基づいて算出される推定トルクが用いられるので、手動操舵時に実際の路面状況に応じた操舵感を得ることが可能となる。
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、前記推定トルクとを用いて、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、前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、仮想バネ・ダンパ負荷と、前記推定トルクとを用いて、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４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、仮想バネ・ダンパ負荷と、前記推定トルクの高周波成分とを用いて、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５に記載の発明は、前記推定トルクが、前記外乱トルク、前記外乱トルクから前記操舵トルクを減算した値、ならびに前記外乱トルクから前記操舵トルクおよび所定の摩擦トルクを減算した値のうちのいずれか１つである、請求項２〜４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、前記推定トルクが、前記外乱トルクの高周波成分から前記操舵トルクを減算した値、または前記外乱トルクの高周波成分から前記操舵トルクおよび所定の摩擦トルクを減算した値である、請求項３に記載のモータ制御装置である。

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。 図２は、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は、手動操舵指令値生成部の構成を示すブロック図である。 図４は、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。 図５は、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。 図６は、角度制御部の構成を示すブロック図である。 図７は、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８は、外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。 図９は、トルク制御部の構成を示す模式図である。

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。
摩擦トルクＴ_ｆは、出力軸９（電動モータ１８の駆動対象）に加えられる摩擦トルクのうち、操舵トルクＴ_ｄおよび路面負荷トルクＴ_ｒｌに含まれていない摩擦トルクである。摩擦トルクＴ_ｆは、電動モータ１８と出力軸９との間で発生する摩擦トルクを少なくとも含む。この実施形態では、摩擦トルクＴ_ｆは、主として、減速機１９によって発生する摩擦トルク（ウォームホイール２１とウォームギヤ２０との間に発生する摩擦トルク）からなる。

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および後述する制御部４３内の角度制御部４４から与えられる外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃ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。
図３に戻り、指令値設定部５２は、操舵トルクＴ_ｄと、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃと、後述する角度制御部４４内の外乱トルク推定部６４（図６参照）によって演算される外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃとに基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定する。

外乱トルク推定部６４によって演算される外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃは、電動モータ１８の駆動対象（出力軸９）に作用するモータトルク以外の外乱トルクの推定値である。外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃは、前述した操舵トルクＴ_ｄ、路面負荷トルクＴ_ｒｌ、摩擦トルクＴ_ｆ等を含んでいる。
指令値設定部５２は、基本的には、図５のリファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定する。

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。

リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(1)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋Ｔ_ｒｌ …(1)
この実施形態では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌ（式(1)のＴ_ｒｌ）として、外乱トルク推定部６４（図３および図６参照）によって演算される外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃを用いる。この場合には、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＋^Ｔ_ｌｃ …(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、手動操舵指令値生成部４１内の指令値設定部５２（図３参照）に与えられるとともに、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。

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、前述の実施形態では、外乱トルク推定部６４によって演算されかつ路面負荷トルクＴ_ｒｌを含む外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されているので、手動操舵時に実際の路面状況に応じた操舵感を得ることが可能となる。
以下、手動操舵指令値生成部４１内の指令値設定部５２（図３参照）の変形例について説明する。
［第１変形例］
第１変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌ（前記式(1)のＴ_ｒｌ）として、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃ（≒Ｔ_ｄ＋Ｔ_ｒｌ＋Ｔ_ｆ）から操舵トルクＴ_ｄを減算した値（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）を用いる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(10)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）
＝Ｎ・Ｔ_ｍ＋^Ｔ_ｌｃ …(10)
指令値設定部５２は、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部５１（図３参照）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(10)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。

第１変形例では、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄを減算した値（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）を用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されているので、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに含まれている操舵トルクＴ_ｄが手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に用いられるのを防止できる。これにより、手動操舵時に実際の路面状況に応じた操舵感をより効果的に得ることが可能となる。
［第２変形例］
第２変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄおよび摩擦トルクＴ_ｆを減算した値（^Ｔ_lｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）を用いる。摩擦トルクＴ_ｆは、例えば、減速機１９に発生する摩擦を推定する摩擦モデル等を用いて推定することができる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(11)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）
＝Ｎ・Ｔ_ｍ＋^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｆ …(11)
指令値設定部５２は、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部５１（図３参照）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(11）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。

第２変形例では、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄおよび摩擦トルクＴ_ｆを減算した値（^Ｔ_lｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）を用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されているので、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに含まれている操舵トルクＴ_ｄおよび摩擦トルクＴ_ｆが手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に用いられるのを防止できる。これにより、手動操舵時に実際の路面状況に応じた操舵感をより効果的に得ることが可能となる。
［第３変形例］
第３変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃとの和（Ｔ_ｖｓｄ＋^Ｔ_ｌｃ）を用いる。

仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式(12)で表される。
Ｔ_ｖｓｄ＝−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ） …(12)
この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(13)で表される。

Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋^Ｔ_ｌｃ …(13)
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る。後述する第４〜第１０変形例においても同様である。
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（図３参照）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(13)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。

第３変形例では、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃが用いられているので、手動操舵時に実際の路面状況に応じた操舵感を得ることが可能となる。また、第３変形例では、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄが用いられているので、手動操舵時に手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを零に戻そうとする反力が発生する。これにより、自動操舵中に手動操作が行われたとしても、手動操作が停止されたときに、操舵角θが自動操舵指令値θ_ａｄａｃに追従しやすくなる。
［第４変形例］
第４変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄを減算した値（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）との和｛Ｔ_ｖｓｄ＋（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）｝を用いる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(14)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）
＝Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋^Ｔ_lｃ …(14)
指令値設定部５２は、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部５１（図３参照）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(14)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。

第４変形例においても、第３変形例と同様な効果が得られる。
［第５変形例］
第５変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄおよび摩擦トルクＴ_ｆを減算した値（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）との和｛Ｔ_ｖｓｄ＋（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）｝を用いる。摩擦トルクＴ_ｆは、例えば、減速機１９に発生する摩擦を推定する摩擦モデル等を用いて推定することができる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(15)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）
＝Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｆ …(15)
指令値設定部５２は、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部５１（図３参照）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(15)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。

第５変形例においても、第３変形例と同様な効果が得られる。
［第６変形例］
外乱トルク推定部６４（図６参照）によって演算される外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃには、路面負荷トルクＴ_ｒｌが含まれている。当該路面負荷トルクＴ_ｒｌは、操舵角を中立位置（直進位置）に戻すための定常成分（セルフアライニングトルク）と、路面外乱トルク（例えば、路面上の石、路面表面の凹凸等によって生じる外乱トルク）、ラックアンドピニオン機構の摩擦トルク等の変動成分とを含んでいる。外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに含まれている路面負荷トルクＴ_ｒｌの低周波成分が定常成分であり、当該路面負荷トルクＴ_ｒｌの高周波成分が変動成分である。

第６変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ）との和{Ｔ_ｖｓｄ＋HPF（^Ｔ_ｌｃ）}を用いる。外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ）は、ハイパスフィルタを用いて、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの周波数成分のうち、所定周波数よりも高い周波数成分のみを抽出することによって求めることができる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(16)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋HPF（^Ｔ_ｌｃ） …(16)
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（図３参照）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(16)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。

第６変形例では、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄが用いられているので、手動操舵時に手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを零に戻す反力が発生する。一方、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの低周波成分（定常成分）は用いられないので、前述の第３〜第５変形例に比べて、手動操舵時に操舵角を中立位置（直進位置）に戻すための反力は低減される。これにより、自動操舵中において手動操舵が行われたとしても、手動操作が停止されたときに、操舵角が自動操舵指令値θ_ａｄａｃにより追従しやすくなる。

また、第６変形例では、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ）が用いられている。これにより、路面外乱トルクやラックアンドピニオン機構の摩擦トルク等が手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの設定に用いられることになるので、手動操舵時に実際の路面状況に応じた操舵感を得ることが可能となる。
［第７変形例］
第７変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄを減算した値（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）の高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）との和{Ｔ_ｖｓｄ＋HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）}を用いる。HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）は、ハイパスフィルタを用いて、（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）の周波数成分のうち、所定周波数よりも高い周波数成分のみを抽出することによって求めることができる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(17)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ） …(17)
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（図３参照）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(17)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。

第７変形例においても、第６変形例と同様な効果が得られる。
［第８変形例］
第８変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃから操舵トルクＴ_ｄおよび摩擦トルクＴ_ｆを減算した値（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）の高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）との和{Ｔ_ｖｓｄ＋HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）}を用いる。

摩擦トルクＴ_ｆは、例えば、減速機１９に発生する摩擦を推定する摩擦モデル等を用いて推定することができる。HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）は、ハイパスフィルタを用いて、（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）の周波数成分のうち、所定周波数よりも高い周波数成分のみを抽出することによって求めることができる。
この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(18)で表される。

Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋HPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ） …(18)
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（図３参照）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(18)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。

第８変形例においても、第６変形例と同様な効果が得られる。
［第９変形例］
第９変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ）から操舵トルクＴ_ｄを減算した値｛HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ｝との和{Ｔ_ｖｓｄ＋HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ}とを用いる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(19)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋｛HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ｝
＝Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋HPF（^Ｔ_ｌｃ） …(19)
指令値設定部５２は、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部５１（図３参照）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(19)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。

第９変形例においても、第６変形例と同様な効果が得られる。
［第１０変形例］
第１０変形例では、指令値設定部５２は、図５の路面負荷トルクＴ_ｒｌとして、仮想バネ・ダンパ負荷Ｔ_ｖｓｄと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃの高周波成分HPF（^Ｔ_ｌｃ）から操舵トルクＴ_ｄおよび摩擦トルクＴ_ｆを減算した値｛HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ｝との和{Ｔ_ｖｓｄ＋HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ}を用いる。摩擦トルクＴ_ｆは、例えば、減速機１９に発生する摩擦を推定する摩擦モデル等を用いて推定することができる。

この場合には、図５のリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(20)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋｛HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ｝
＝Ｎ・Ｔ_ｍ＋｛−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）｝
＋HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｆ …(20)
指令値設定部５２は、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部５１（図３参照）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(20)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。

第１０変形例においても、第６変形例と同様な効果が得られる。
［その他の変形例］
前述の第１変形例〜第１０変形例のいずれかの変形例を採用する場合には、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たときに、操舵トルクＴ_ｔｂと、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクとを、それぞれ零に設定するようにしてもよい。

外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクとは、前記式(13)の^Ｔ_lｃ、前記式(14)の（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）、前記式(15)の（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）、前記式(16)のHPF（^Ｔ_ｌｃｆ）、前記式(17)のHPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）、前記式(18)のHPF（^Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ）、前記式(19)の｛HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ｝または前記式(20)の｛HPF（^Ｔ_ｌｃ）−Ｔ_ｄ−Ｔ_ｆ｝をいう。

具体的には、図２および図３に一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）かを判定するためのハンズオンオフ判定部４８を設ける。ハンズオンオフ判定部４８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４８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４８から出力されるハンズオンオフ判定信号は、指令値設定部５２に与えられる。指令値設定部５２は、ハンズオンオフ判定部４８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、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを演算する。つまり、指令値設定部５２は、前記式 (13)〜(20)のうちのいずれかに基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ（＝θ_ｃ）を演算する。

一方、ハンズオンオフ判定部４８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、指令値設定部５２は、前記式(13)〜(20)のＴ_ｔｂ、Ｎ・Ｔ_ｍｃおよび外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクに、それぞれ零を代入して微分方程式を解くことによって手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ（＝θ_ｃ）を演算する。
この変形例では、運転者が手動操舵を行っていない場合には、手動操舵指令値生成部４１に入力される操舵トルクＴ_ｔｂが実質的に零にされるとともに、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの演算に外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクが零にされる。これにより、運転者が手動操舵を行っていない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されるのを防止することができる。

前述のその他の変形例では、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たときに、操舵トルクＴ_ｔｂと、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクとを、それぞれ零に設定している。しかし、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たときに、操舵トルクＴ_ｔｂと、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍと、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクのうち、外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクのみを零に設定してもよいし、操舵トルクＴ_ｔｂと外乱トルク推定値^Ｔ_ｌｃに基づく推定トルクとを零に設定してもよい。

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、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Ｔ_ｆｂが基本トルク指令値となる。

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推定値^Ｔ_ｌｃを演算しているが、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…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、４８…ハンズオンオフ判定部、５１…アシストトルク指令値設定部、５２…指令値設定部、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、６６…外乱トルク補償部

Claims (6)

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み、
   前記手動操舵指令値生成部は、前記手動操舵指令値の生成に、前記外乱トルクに基づいて算出される推定トルクを用いることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、前記推定トルクとを用いて、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. 前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、仮想バネ・ダンパ負荷と、前記推定トルクとを用いて、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。
4. 前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、仮想バネ・ダンパ負荷と、前記推定トルクの高周波成分とを用いて、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。
5. 前記推定トルクが、前記外乱トルク、前記外乱トルクから前記操舵トルクを減算した値、ならびに前記外乱トルクから前記操舵トルクおよび所定の摩擦トルクを減算した値のうちのいずれか１つである、請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記推定トルクが、前記外乱トルクの高周波成分から前記操舵トルクを減算した値、または前記外乱トルクの高周波成分から前記操舵トルクおよび所定の摩擦トルクを減算した値である、請求項３に記載のモータ制御装置。

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