JP2023172302A - 車両用操向システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面からの外乱によって生じる転舵角のズレを抑制しつつ、所望の入出力伝達特性を実現することができる車両用操向システムの制御装置を提供すること。【解決手段】車両用操向システムの制御装置は、転舵輪の転舵角の目標値である転舵角目標値に基づき、転舵用モータに供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値を生成する転舵角制御部を備える。転舵角制御部は、転舵角目標値に対する転舵角の追従性向上のためのフィードフォワード補償部７１０と、フィードフォワード補償部７１０の出力値と実転舵角θｔ＿ａｃｔとの偏差に基づきモータ電流指令値を制御するフィードバック補償部７２０と、転舵用モータを含む慣性系に作用する外乱成分ｄを推定し、モータ電流指令値から外乱成分ｄを除去する外乱オブザーバ７３０と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、車両用操向システムの制御装置に関する。

車両用操向システムの１つとして、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構（ＦＦＡ：Force Feedback Actuator）と、転舵輪を転舵する転舵機構（ＲＷＡ：Road Wheel Actuator）とが機械的に分離されているステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Steer By Wire）システムがある。ＳＢＷシステムでは、操舵機構と転舵機構とが制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を介して電気的に接続され、ハンドルの操作を電気信号によって転舵機構に伝えて転舵輪を転舵すると共に、運転者に適切な操舵感を与えるための操舵反力を操舵機構で生成する。操舵機構は、反力用モータを備える反力アクチュエータにより操舵反力を生成し、転舵機構は、転舵用モータを備える転舵アクチュエータにより転舵輪を転舵する。反力アクチュエータとハンドルとは、コラム軸を介して機械的に接続されており、反力アクチュエータが生成した反力（トルク）が、コラム軸とハンドルを介して運転者に伝達される。

操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されているＳＢＷシステムでは、路面からの外乱によって生じる転舵角のズレを抑制する必要がある。下記特許文献１では、ピニオン角に影響するトルクを外乱トルクとして推定し、ステアリングシャフトに加わるトルクに換算する構成が開示されている。

特開２０２０－２０３４９９号公報

上記従来技術では、ピニオン角指令値の２階時間微分値に対し慣性係数を乗じてフィードフォワード操作量を算出する。一般に慣性係数は一定値であるため、周波数によっては適切にフィードフォワード制御が行われず、適切な入出力伝達特性を設定できない可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、路面からの外乱によって生じる転舵角のズレを抑制しつつ、所望の入出力伝達特性を実現することができる車両用操向システムの制御装置を提供すること、を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る車両用操向システムの制御装置は、ハンドルの操舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵用モータを具備した車両用操向システムの制御装置であって、前記転舵輪の転舵角の目標値である転舵角目標値に基づき、前記転舵用モータに供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値を生成する転舵角制御部を備え、前記転舵角制御部は、前記転舵角目標値に対する転舵角の追従性向上のためのフィードフォワード補償部と、前記フィードフォワード補償部の出力値と前記転舵輪の実際の転舵角である実転舵角との偏差に基づき前記モータ電流指令値を制御するフィードバック補償部と、前記転舵用モータを含む慣性系に作用する外乱成分を推定し、前記モータ電流指令値から前記外乱成分を除去する外乱オブザーバと、を備える。

上記構成によれば、路面からの外乱によって生じる転舵角のズレを外乱オブザーバによって抑制することができる。また、フィードフォワード補償部により所望の入出力伝達特性を実現することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記転舵角目標値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の目標伝達特性をＧｍ、前記フィードフォワード補償部の出力値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の伝達特性をＧｒｅｆとしたとき、前記フィードフォワード補償部は、前記転舵角目標値に対し、伝達特性Ｇｍ／Ｇｒｅｆを適用した値を出力することが好ましい。

上記構成によれば、転舵角制御部において実現すべき目標伝達特性Ｇｍと、シミュレーションにより導出可能な伝達特性Ｇｒｅｆとを用いて、フィードフォワード補償部の伝達特性を設定することができる。これにより、転舵角制御部において実現する目標伝達特性Ｇｍに対する追従性を向上することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記転舵角目標値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の目標伝達特性をＧｍ、前記フィードフォワード補償部の出力値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の伝達特性をＧｒｅｆ、前記フィードバック補償部の出力値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の伝達特性をＰとしたとき、前記フィードフォワード補償部は、前記転舵角目標値に対し、前記目標伝達特性Ｇｍを適用した第１値を出力すると共に、前記転舵角目標値に対し、伝達特性Ｇｍ／Ｐを適用した第２値を出力し、前記フィードバック補償部は、前記第１値と前記実転舵角との偏差に基づき前記モータ電流指令値を制御し、前記外乱オブザーバは、前記第２値と前記フィードバック補償部の出力値とを加算した値に基づき前記モータ電流指令値を制御することが好ましい。

上記構成によれば、転舵角制御部において実現すべき目標伝達特性Ｇｍと、シミュレーションにより導出可能な伝達特性Ｐとを用いて、フィードフォワード補償部の伝達特性を設定することができる。これにより、転舵角制御部において実現する目標伝達特性Ｇｍに対する追従性を向上することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記外乱オブザーバは、所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆特性に対して前記フィルタを適用して前記慣性系の逆モデルを生成し、前記外乱オブザーバの出力値をトルク変換し、さらに前記フィルタを適用した値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算して、前記外乱成分のトルク推定値を算出し、前記トルク推定値を電流換算して前記外乱成分の電流推定値を算出し、前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力することが好ましい。

上記構成によれば、慣性系に作用する外乱を除去することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記外乱オブザーバは、所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆モデルを生成し、前記外乱オブザーバの出力値をトルク変換した値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算し、さらに前記フィルタを適用して前記外乱成分のトルク推定値を算出し、前記トルク推定値を電流換算して前記外乱成分の電流推定値を算出し、前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力することが好ましい。

上記構成によれば、慣性系に作用する外乱を除去することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記外乱オブザーバは、所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆特性を電流換算し、さらに前記フィルタを適用して前記慣性系の逆モデルを生成し、前記外乱オブザーバの出力値に前記フィルタを適用した値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算して、前記外乱成分の電流推定値を算出し、前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力することが好ましい。

上記構成によれば、慣性系に作用する外乱を除去することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記外乱オブザーバは、所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆特性を電流換算して前記慣性系の逆モデルを生成し、前記外乱オブザーバの出力値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算し、さらに前記フィルタを適用して、前記外乱成分の電流推定値を算出し、前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力することが好ましい。

上記構成によれば、慣性系に作用する外乱を除去することができる。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記フィードバック補償部は、ＰＩＤ制御器で構成されることが好ましい。

車両用操向システムの制御装置の望ましい態様として、前記フィードバック補償部は、ＰＤ制御器で構成されることが好ましい。

本発明によれば、路面からの外乱によって生じる転舵角のズレを抑制しつつ、所望の入出力伝達特性を実現することができる車両用操向システムの制御装置を提供することができる。

図１は、本開示に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの概要の例を示す構成図である。 図２は、ＥＣＵのハードウェア構成を示す模式図である。 図３は、ＳＢＷシステムの制御装置の基本的な制御ブロック構成の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 図５は、転舵角制御部及び制御対象を含むブロック線図の一例を示す図である。 図６は、外乱オブザーバの変形例を示すブロック線図である。 図７は、転舵角制御部において実現する目標伝達特性の一例を示すボード線図である。 図８は、図５を簡略化したブロック線図の一例を示す図である。 図９は、図８に示すブロック線図の変形例を示す図である。 図１０は、図９に示すブロック線図の変形例を示す図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本開示に係る制御装置を備えるＳＢＷシステムの概要の例を示す構成図である。ＳＢＷシステムは、運転者が操作するハンドルを有する操舵機構を構成する反力装置３０、転舵輪を転舵する転舵機構を構成する転舵装置４０、及び両装置の制御を行う制御装置５０を備える。

ＳＢＷシステムには、一般的な電動パワーステアリング装置が備える、コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、運転者によるハンドル１の操作を電気信号によって、具体的には、反力装置３０から出力される操舵角θｈを電気信号として伝える。

反力装置３０は、反力用モータ３１及び反力用モータ３１の回転速度を減速する減速機構３２を備える。反力装置３０は、転舵輪５Ｌ，５Ｒから伝わる車両の運動状態を操舵反力として運転者に伝達する。反力用モータ３１は、減速機構３２を介して、操舵反力をハンドル１に付与する。

反力装置３０は、舵角センサ３３及びトルクセンサ３４を更に備えている。舵角センサ３３は、ハンドル１の操舵角θｈを検出する。トルクセンサ３４は、ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出する。以下、舵角センサ３３によって検出される操舵角θｈを、「実操舵角θｈ＿ａｃｔ」とも称し、トルクセンサ３４によって検出される操舵トルクＴｈを、「実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔ」とも称する。

本開示において、コラム軸２には、操舵可能な限界となる操舵終端を物理的に設定するストッパ（回転制限機構）３５が設けられている。すなわち、操舵角θｈの大きさ（絶対値）は、ストッパ３５によって制限される。

転舵装置４０は、転舵用モータ４１、転舵用モータ４１の回転速度を減速する減速機構４２、及び転舵用モータ４１の回転運動を直線運動に変換するピニオンラック機構４４を備える。転舵装置４０は、操舵角θｈに応じて転舵用モータ４１を駆動し、その駆動力を、減速機構４２を介してピニオンラック機構４４に付与し、タイロッド３ａ，３ｂを経て、転舵輪５Ｌ，５Ｒを転舵する。ピニオンラック機構４４の近傍には角度センサ４３が配置されており、転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔを検出する。転舵輪５Ｌ，５Ｒの転舵角θｔに代えて、例えば、転舵用モータ４１のモータ角、あるいは、ラックの位置等を検出し、当該検出値を用いる態様であっても良い。以下、角度センサ４３によって検出される転舵角θｔを、「実転舵角θｔ＿ａｃｔ」とも称する。

制御装置５０は、反力装置３０及び転舵装置４０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１０で検出される車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ３１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び転舵用モータ４１を駆動制御するための電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。

制御装置５０には、バッテリ１２から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。また、制御装置５０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）２０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ２０から受信することも可能である。更に、制御装置５０には、ＣＡＮ２０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ２１も接続可能である。

具体的に、制御装置５０は、例えば、車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＥＣＵは、主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成される。図２は、ＥＣＵのハードウェア構成を示す模式図である。図２に示すように、制御装置５０は、制御用コンピュータ（Electronic Control Unit、以下、「ＥＣＵ」とも称する）１１０を含む。

ＥＣＵ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）１０４等を備え、これらがバス１０５に接続されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された制御プログラムを実行する。反力装置３０及び転舵装置４０は、主としてＥＣＵ１１０が実行する制御プログラムにより協調制御される。なお、制御装置５０は、１つのＥＣＵで構成される態様であっても良いし、反力装置３０を制御する反力制御用ＥＣＵと転舵装置４０を制御する転舵制御用ＥＣＵとを含む構成であっても良い。

ＲＯＭ１０２は、制御プログラム及び制御プログラムを実施する際に使用する制御データを記憶するためのメモリとして使用される。また、ＲＡＭ１０３は、制御プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。

ＥＥＰＲＯＭ１０４は、電源遮断後においても記憶内容を保持可能な不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１が制御プログラムを実行するために使用する制御データ等が格納される。ＥＥＰＲＯＭ１０４に格納された各種データは、ＥＣＵ１１０に電源が投入された後にＲＡＭ１０３に展開された制御プログラム上で使用され、所定のタイミングでＥＥＰＲＯＭ１０４に上書きされる。なお、ここでは、不揮発性メモリとしてＥＥＰＲＯＭを使用することとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、ＦＬＡＳＨ－ＲＯＭ（登録商標）、ＳＤＲＡＭ等の他の不揮発性メモリを使用することにしてもよい。

図３は、ＳＢＷシステムの制御装置の基本的な制御ブロック構成の一例を示す図である。図３において、反力装置３０は、反力用モータ３１及び上述した構成に加え、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部３７、インバータ３８、及びモータ電流検出器３９を含む。また、転舵装置４０は、転舵用モータ４１及び上述した構成に加え、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８、及びモータ電流検出器４９を含む。制御装置５０は、反力装置３０の制御を行う反力制御系６０、及び、転舵装置４０の制御を行う転舵制御系７０の各制御ブロックを実現する。反力制御系６０と転舵制御系７０とが協調して、反力装置３０及び転舵装置４０を制御する。なお、制御装置５０が反力制御用ＥＣＵと転舵制御用ＥＣＵとを含む構成である場合、反力制御系６０を反力制御用ＥＣＵにより実現し、転舵制御系７０を転舵制御用ＥＣＵにより実現する態様であっても良い。この場合、以下の説明における反力制御系６０を反力制御用ＥＣＵと読み替え、転舵制御系７０を転舵制御用ＥＣＵと読み替えれば良い。

反力制御系６０における各制御ブロックは、ＥＣＵ１１０において実行される反力制御プログラムによって実現される。また、転舵制御系７０における各制御ブロックは、ＥＣＵ１１０において実行される転舵制御プログラムによって実現される。なお、制御装置５０の各制御ブロックの一部又は全部をハードウェアで実現しても良い。また、制御装置５０がＰＷＭ制御部３７、インバータ３８、モータ電流検出器３９、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８、及びモータ電流検出器４９を具備した態様であっても良い。

図３に示すように、制御装置５０は、各制御ブロックとして、操舵トルク目標値生成部２００、路面反力適応トルク補償値生成部２２０、操舵トルク制御部４００、電流制御部５００、転舵角目標値生成部６００、転舵角制御部７００、及び電流制御部８００を備えている。操舵トルク目標値生成部２００、路面反力適応トルク補償値生成部２２０、操舵トルク制御部４００、及び電流制御部５００は、反力制御系６０を構成する制御ブロックである。転舵角目標値生成部６００、転舵角制御部７００、及び電流制御部８００は、転舵制御系７０を構成する制御ブロックである。

反力制御系６０は、トルクセンサ３４によって検出される実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔが反力装置３０の操舵トルクの目標値である操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆに追従するような制御を行う。

操舵トルク目標値生成部２００は、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆを生成する。

操舵トルク制御部４００は、反力用モータ３１に供給する電流の制御目標値である反力モータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆを生成する。操舵トルク制御部４００では、操舵トルク目標値Ｔｈ＿ｒｅｆと実操舵トルクＴｈ＿ａｃｔとの偏差Ｔｈ＿ｅｒｒがゼロに近づくような電流指令値を生成し、当該電流指令値の上下限値を出力制限部により出力制限して、反力モータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆを演算する。

電流制御部５００は、反力用モータ３１の電流制御を行う。電流制御部５００は、操舵トルク制御部４００から出力される反力モータ電流指令値Ｉｈ＿ｒｅｆとモータ電流検出器３９で検出される反力用モータ３１の実電流値（モータ電流値）Ｉｈ＿ａｃｔとの偏差Ｉｈ＿ｅｒｒがゼロに近づくような電圧制御指令値Ｖｈ＿ｒｅｆを演算する。

反力装置３０では、電圧制御指令値Ｖｈ＿ｒｅｆに基づいて、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８を介して反力用モータ３１が駆動制御される。

転舵制御系７０は、角度センサ４３によって検出される実転舵角θｔ＿ａｃｔが転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに追従するような制御を行う。

転舵角目標値生成部６００は、操舵角θｈに基づき転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆを生成する。

転舵角制御部７００は、転舵用モータ４１に供給する電流の制御目標値である転舵モータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆを生成する。転舵角制御部７００では、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆと実転舵角θｔ＿ａｃｔとの偏差θｔ＿ｅｒｒがゼロに近づくような転舵モータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆを演算する。なお、実施形態に係る転舵角制御部のより具体的な構成例については、図４を参照して後述する。図３では、図４に示す具体的な構成に対し、一部構成を省略している。

電流制御部８００は、転舵用モータ４１の電流制御を行う。電流制御部８００は、転舵角制御部７００から出力される転舵モータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆとモータ電流検出器４９で検出される転舵用モータ４１の実電流値（モータ電流値）Ｉｔ＿ａｃｔとの偏差Ｉｔ＿ｅｒｒがゼロに近づくような電圧制御指令値Ｖｔ＿ｒｅｆを演算する。

転舵装置４０では、電圧制御指令値Ｖｔ＿ｒｅｆに基づいて、ＰＷＭ制御部４７及びインバータ４８を介して転舵用モータ４１が駆動制御される。

本実施形態において、操舵トルク制御部４００、電流制御部５００、転舵角目標値生成部６００、転舵角制御部７００、及び電流制御部８００は、それぞれ反力制御系６０又は転舵制御系７０における各制御を実現可能な構成であれば良く、これら各制御ブロックの構成により限定されない。以下、本実施形態に係る転舵角制御部７００の具体的な構成について、図４を参照して説明する。

図４は、実施形態に係る転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係る転舵角制御部７００は、主要な構成要素として、フィードフォワード（ＦＦ）補償部７１０、フィードバック（ＦＢ）補償部７２０、及び外乱オブザーバ７３０を備える。

フィードフォワード補償部７１０は、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに対する実転舵角θｔ＿ａｃｔの追従性向上のためのフィルタ（ＦＦフィルタ）で構成される。フィードフォワード補償部７１０は、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに対してフィルタ処理を行う。

フィードバック補償部７２０は、例えば転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆと実転舵角θｔ＿ａｃｔとの偏差θｔ＿ｅｒｒがゼロに近づくようにＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御器で構成される。フィードバック補償部７２０は、ＰＩＤ制御器に限定されず、例えばＰＤ制御器で構成される態様であっても良い。

外乱オブザーバ７３０は、転舵角制御部７００の制御対象（Ｐｌａｎｔ）に作用する外乱成分を推定してフィードバック補償部７２０の出力値から除去する。図５に示すＰｌａｎｔは、転舵装置４０を含む慣性系である。

図５は、転舵角制御部及び制御対象を含むブロック線図の一例を示す図である。Ｐｌａｎｔの伝達特性であるプラントモデルは、下記（１）式で表せる。下記（１）式において、Ｊ_ｔはＰｌａｎｔの慣性係数を示し、Ｃ_ｔはＰｌａｎｔの粘性係数を示している。

１／（Ｊ_ｔｓ^２＋Ｃ_ｔｓ）・・・（１）

外乱オブザーバ７３０は、２次のＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を具備している。ＬＰＦの伝達特性は、下記（２）式で示される。

１／（Ｔ_ｄｓ＋１）^２・・・（２）

上記（２）式に示す伝達特性のＬＰＦにおいて、外乱オブザーバ７３０における外乱補償帯域を調整することができる。具体的には、カットオフ周波数を高くすることにより、外乱補償帯域を高域側に広げることができる。

図５に示す例において、外乱オブザーバ７３０は、上記（１）式に示すプラントモデルの逆特性Ｊ_ｔｓ^２＋Ｃ_ｔｓに対して、上記（２）式に示す伝達特性のＬＰＦを適用して、Ｐｌａｎｔの逆モデル（Ｊ_ｔｓ^２＋Ｃ_ｔｓ）／（Ｔ_ｄｓ＋１）^２を生成する。外乱オブザーバ７３０は、係数Ｋｔを乗じて出力値をトルク変換し、さらに、上記（２）式に示す伝達特性のＬＰＦを適用した値を、実転舵角θｔ＿ａｃｔにＰｌａｎｔの逆モデルを乗じた値から減算して、外乱成分のトルク推定値Ｔｄ＿ｅｓｔを算出する。そして、当該外乱トルク推定値Ｔｄ＿ｅｓｔを係数Ｋｔで除算することにより電流変換して外乱成分の電流推定値Ｉｄ＿ｅｓｔを算出し、当該電流推定値Ｉｄ＿ｅｓｔに補償ゲインＫｏｂｓを乗じてフィードバック補償部７２０の出力値Ｉｔ＿ｒｅｆ０から除去した値Ｉｔ＿ｒｅｆ０－Ｋｏｂｓ×Ｉｄ＿ｅｓｔを、転舵モータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆとして出力する。なお、補償ゲインＫｏｂｓは、０以上１以下の値に設定される。また、ＬＰＦの次数は２次に限定されず、所定の高域減衰特性を有する２次以上のＬＰＦであれば良い。また、ＬＰＦを２次以上の伝達特性とすることにより、Ｐｌａｎｔの逆モデルの外乱補償帯域内成分を適正化することができる。

図６は、外乱オブザーバの変形例を示すブロック線図である。図６に示す変形例において、Ｊ_ｔ’及びＣ_ｔ’は、それぞれ下記（３）式及び下記（４）式で表せる。

Ｊ_ｔ’＝Ｊ_ｔ／Ｋｔ・・・（３）

Ｃ_ｔ’＝Ｃ_ｔ／Ｋｔ・・・（４）

外乱オブザーバ７３０ａは、上記（１）式に示すプラントモデルの逆特性Ｊ_ｔｓ^２＋Ｃ_ｔｓを、上記（３）式及び上記（４）式を用いて電流変換し、さらに、上記（２）式に示す伝達特性のＬＰＦを適用して、Ｐｌａｎｔの逆モデル（Ｊ_ｔｓ^２＋Ｃ_ｔｓ）／（Ｔ_ｄｓ＋１）^２を生成する。外乱オブザーバ７３０ａは、出力値に上記（２）式に示す伝達特性のＬＰＦを適用した値を、実転舵角θｔ＿ａｃｔにＰｌａｎｔの逆モデルを乗じた値から減算して外乱成分の電流推定値Ｉｄ＿ｅｓｔを算出し、当該電流推定値Ｉｄ＿ｅｓｔに補償ゲインＫｏｂｓを乗じて、フィードバック補償部７２０の出力値Ｉｔ＿ｒｅｆ０から除去した値Ｉｔ＿ｒｅｆ０－Ｋｏｂｓ×Ｉｄ＿ｅｓｔを、転舵モータ電流指令値Ｉｔ＿ｒｅｆとして出力する。

上述した外乱オブザーバ７３０，７３０ａにより、Ｐｌａｎｔに作用する外乱成分ｄを除去することができる。なお、図５及び図６に示す外乱オブザーバ７３０，７３０ａの構成は一例であって、これらに限定されない。

図７は、転舵角制御部において実現する目標伝達特性の一例を示すボード線図である。図７では、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆを入力し、実転舵角θｔ＿ａｃｔを出力する制御系の伝達特性の目標値である目標伝達特性Ｇｍの一例として、２次のＬＰＦ特性を例示している。目標伝達特性Ｇｍにおけるカットオフ周波数ｆｃは、例えば５［Ｈｚ］～１５［Ｈｚ］程度とされる。

図８は、図５を簡略化したブロック線図の一例を示す図である。以下、フィードフォワード補償部７１０の伝達特性をＧｆｆ、フィードバック補償部７２０の伝達特性をＧｆｂ、フィードフォワード補償部７１０の出力値θｔ＿ｒｅｆ０を入力し、実転舵角θｔ＿ａｃｔを出力する制御系の伝達特性をＧｒｅｆ、フィードバック補償部７２０の出力値Ｉｔ＿ｒｅｆ０を入力し、実転舵角θｔ＿ａｃｔを出力する制御系の伝達特性をＰとして説明する。伝達特性Ｇｒｅｆ及び伝達特性Ｐは、シミュレーションにより導出可能である。

フィードフォワード補償部７１０の伝達特性Ｇｆｆは、目標伝達特性Ｇｍ及びシミュレーションにより導出可能な伝達特性Ｇｒｅｆで示される下記（５）式で表せる。

Ｇｆｆ＝Ｇｍ／Ｇｒｅｆ・・・（５）

一方、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆを入力とし、実転舵角θｔ＿ａｃｔを出力とする制御系の伝達特性をＧｒｅｆ’としたとき、伝達特性Ｇｒｅｆ’は、下記（６）式に示されるように、目標伝達特性Ｇｍと等価となる。

Ｇｒｅｆ’＝Ｇｆｆ×Ｇｒｅｆ＝（Ｇｍ／Ｇｒｅｆ）×Ｇｒｅｆ＝Ｇｍ・・・（６）

すなわち、図８に示すブロック線図において、フィードフォワード補償部７１０は、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに対し、上記（５）式に示す伝達特性を適用した値θｔ＿ｒｅｆ０を出力し、フィードバック補償部７２０は、フィードフォワード補償部７１０の出力値θｔ＿ｒｅｆ０と実転舵角θｔ＿ａｃｔとの偏差θｔ＿ｅｒｒに基づき制御を行う。

図８、及び上記（５）式に示す態様では、転舵角制御部７００において実現すべき目標伝達特性Ｇｍと、シミュレーションにより導出可能な伝達特性Ｇｒｅｆとを用いて、フィードフォワード補償部７１０の伝達特性を設定することができる。これにより、転舵角制御部７００において実現する目標伝達特性Ｇｍに対する追従性を向上することができる。

また、伝達特性Ｇｒｅｆは、下記（７）式で表せる。

Ｇｒｅｆ＝Ｇｆｂ×Ｐ／（１＋Ｇｆｂ×Ｐ）・・・（７）

上記（５）式に対し、上記（７）を適用すると、下記（８）式が得られる。

Ｇｆｆ＝Ｇｍ（１＋Ｇｆｂ）／Ｇｆｂ×Ｐ＝Ｇｍ／Ｇｆｂ×Ｐ＋Ｇｍ・・・（８）

従って、図８に示すブロック線図は、図９で表せる。図９は、図８に示すブロック線図の変形例を示す図である。

図９に示すブロック線図では、フィードフォワード補償部７１０の伝達特性にフィードバック補償部７２０の伝達特性Ｇｆｂが含まれることとなる。ここで、図９に示すブロック線図を変形すると、図１０で表せる。図１０は、図９に示すブロック線図の変形例を示す図である。

図１０に示す変形例において、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆを入力し、フィードバック補償部７２０の出力値Ｉｔ＿ｒｅｆ０を出力する制御系の入出力特性は、下記（９）式から下記（１３）式で表せる。

Ｉｔ＿ｒｅｆ０
＝Ｉｔ＿ｒｅｆ１＋Ｉｔ＿ｒｅｆ２・・・（９）

Ｉｔ＿ｒｅｆ１＝（Ｇｍ／Ｐ）×θｔ＿ｒｅｆ・・・（１０）

Ｉｔ＿ｒｅｆ２＝Ｇｆｂ×（θｔ＿ｒｅｆ１－θｔ＿ａｃｔ）・・・（１１）

θｔ＿ｒｅｆ１＝Ｇｍ×θｔ＿ｒｅｆ・・・（１２）

Ｉｔ＿ｒｅｆ０
＝（Ｇｍ／Ｐ）×θｔ＿ｒｅｆ＋Ｇｆｂ×（Ｇｍ×θｔ＿ｒｅｆ－θｔ＿ａｃｔ）
・・・（１３）

すなわち、図１０に示す変形例において、フィードフォワード補償部７１０ａは、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに対し、目標伝達特性Ｇｍを適用した値θｔ＿ｒｅｆ１（第１値）を出力し、フィードバック補償部７２０ａは、フィードフォワード補償部７１０ａの出力値θｔ＿ｒｅｆ１（第１値）と実転舵角θｔ＿ａｃｔとの偏差θｔ＿ｅｒｒに基づき制御を行う。また、フィードフォワード補償部７１０ａは、転舵角目標値θｔ＿ｒｅｆに対し、伝達特性Ｇｍ／Ｐを適用した値Ｉｔ＿ｒｅｆ１（第２値）を出力し、外乱オブザーバ７３０（７３０ａ）は、フィードフォワード補償部７１０ａの出力値Ｉｔ＿ｒｅｆ１（第２値）とフィードバック補償部７２０ａの出力値Ｉｔ＿ｒｅｆ２とを加算した値Ｉｔ＿ｒｅｆ０に基づき制御を行う。

図１０、及び、上記（９）式から上記（１３）式に示す態様では、転舵角制御部７００において実現すべき目標伝達特性Ｇｍと、シミュレーションにより導出可能な伝達特性Ｐとを用いて、フィードフォワード補償部７１０ａの伝達特性を設定することができる。これにより、転舵角制御部７００において実現する目標伝達特性Ｇｍに対する追従性を向上することができる。

なお、上述した実施形態で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ ハンドル
２ コラム軸
３ａ，３ｂ タイロッド
５Ｌ，５Ｒ 転舵輪
１０ 車速センサ
１１ イグニションキー
１２ バッテリ
３０ 反力装置
３１ 反力用モータ
３２ 減速機構
３３ 舵角センサ
３４ トルクセンサ
３５ ストッパ（回転制限機構）
４０ 転舵装置
４１ 転舵用モータ
４２ 減速機構
４３ 角度センサ
４４ ピニオンラック機構
５０ 制御装置
６０ 反力制御系
７０ 転舵制御系
１０１ ＣＰＵ（Central Processing Unit）
１０２ ＲＯＭ（Read Only Memory）
１０３ ＲＡＭ（Random Access Memory）
１０４ ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）
１０５ バス
１１０ ＥＣＵ
２００ 操舵トルク目標値生成部
４００ 操舵トルク制御部
５００ 電流制御部
６００ 転舵角目標値生成部
７００ 転舵角制御部
７１０，７１０ａ フィードフォワード補償部
７２０，７２０ａ フィードバック補償部
７３０，７３０ａ 外乱オブザーバ
８００ 電流制御部

Claims (9)

1. ハンドルの操舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵用モータを具備した車両用操向システムの制御装置であって、
   前記転舵輪の転舵角の目標値である転舵角目標値に基づき、前記転舵用モータに供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値を生成する転舵角制御部を備え、
   前記転舵角制御部は、
   前記転舵角目標値に対する転舵角の追従性向上のためのフィードフォワード補償部と、
   前記フィードフォワード補償部の出力値と前記転舵輪の実際の転舵角である実転舵角との偏差に基づき前記モータ電流指令値を制御するフィードバック補償部と、
   前記転舵用モータを含む慣性系に作用する外乱成分を推定し、前記モータ電流指令値から前記外乱成分を除去する外乱オブザーバと、
   を備える、
   車両用操向システムの制御装置。
2. 前記転舵角目標値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の目標伝達特性をＧｍ、前記フィードフォワード補償部の出力値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の伝達特性をＧｒｅｆとしたとき、
   前記フィードフォワード補償部は、
   前記転舵角目標値に対し、伝達特性Ｇｍ／Ｇｒｅｆを適用した値を出力する、
   請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
3. 前記転舵角目標値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の目標伝達特性をＧｍ、前記フィードフォワード補償部の出力値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の伝達特性をＧｒｅｆ、前記フィードバック補償部の出力値を入力し、前記実転舵角を出力する制御系の伝達特性をＰとしたとき、
   前記フィードフォワード補償部は、
   前記転舵角目標値に対し、前記目標伝達特性Ｇｍを適用した第１値を出力すると共に、前記転舵角目標値に対し、伝達特性Ｇｍ／Ｐを適用した第２値を出力し、
   前記フィードバック補償部は、
   前記第１値と前記実転舵角との偏差に基づき前記モータ電流指令値を制御し、
   前記外乱オブザーバは、
   前記第２値と前記フィードバック補償部の出力値とを加算した値に基づき前記モータ電流指令値を制御する、
   請求項１に記載の車両用操向システムの制御装置。
4. 前記外乱オブザーバは、
   所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、
   前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆特性に対して前記フィルタを適用して前記慣性系の逆モデルを生成し、
   前記外乱オブザーバの出力値をトルク変換し、さらに前記フィルタを適用した値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算して、前記外乱成分のトルク推定値を算出し、
   前記トルク推定値を電流換算して前記外乱成分の電流推定値を算出し、
   前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
5. 前記外乱オブザーバは、
   所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、
   前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆モデルを生成し、
   前記外乱オブザーバの出力値をトルク変換した値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算し、さらに前記フィルタを適用して前記外乱成分のトルク推定値を算出し、
   前記トルク推定値を電流換算して前記外乱成分の電流推定値を算出し、
   前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
6. 前記外乱オブザーバは、
   所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、
   前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆特性を電流換算し、さらに前記フィルタを適用して前記慣性系の逆モデルを生成し、
   前記外乱オブザーバの出力値に前記フィルタを適用した値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算して、前記外乱成分の電流推定値を算出し、
   前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
7. 前記外乱オブザーバは、
   所定の高域減衰特性を有するフィルタを備え、
   前記慣性系の伝達特性であるプラントモデルの逆特性を電流換算して前記慣性系の逆モデルを生成し、
   前記外乱オブザーバの出力値を、前記実転舵角に前記逆モデルを乗じた値から減算し、さらに前記フィルタを適用して、前記外乱成分の電流推定値を算出し、
   前記電流推定値に補償ゲインを乗じた値を前記フィードバック補償部の出力値から除去して、前記モータ電流指令値として出力する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
8. 前記フィードバック補償部は、ＰＩＤ制御器で構成される、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。
9. 前記フィードバック補償部は、ＰＤ制御器で構成される、
   請求項１から３の何れか一項に記載の車両用操向システムの制御装置。

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