JP4940720B2 - 路面反力推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置に関する。
この方法は、パワーステアリング装置やステアバイワイヤシステムなどの、車両の操舵装置に有用なものである。

上記の路面反力推定装置において外乱オブザーバを用いれば、転舵モータに伝達される路面反力Ｆ_r と転舵モータのトルクリップルなどの脈動Ｆ_rip と転舵モータが受ける摩擦力Ｆ_fricの和として、転舵モータに作用する外乱ｄ_r の推定値ｄ_rEを求めることができ、よって、所望の路面反力の推定値Ｆ_rEは、この外乱の推定値ｄ_rEを用いて以下の様に表すことができる。
Ｆ_rE ＝ ｄ_rE −Ｆ_rip −Ｆ_fric …（１）

例えば下記の非特許文献１には、モータに作用する外乱ｄ_r の推定値ｄ_rEから電流検出誤差に起因する脈動Ｆ_rip を、トルクリプルオブザーバを用いて除去する微小振動抑制制御技法が開示されている。この従来技術では、外乱（ｄ_r ）を交流成分と直流成分とに分けて考え、その外乱の交流成分と直流成分とをそれぞれ独立に推定しているが、この従来技術に従えば、推定する外乱の交流成分の周波数をモータの電気角速度の定数倍に設定することによって、電流検出誤差に起因する脈動を含まない外乱の値を推定することができる。

また、モータが減速機などから受ける摩擦力Ｆ_fricを外乱推定値ｄ_rEから除去することによって高精度に路面反力Ｆ_r を推定する従来技法としては、例えば、下記の特許文献１や特許文献２に記載の従来技術がある。これらの従来技術では、外乱推定値（ｄ_rE）の履歴に基づき、前回の制御周期における路面反力推定値（Ｆ_rE）と今回の制御周期における外乱推定値（ｄ_rE）から、今回の制御周期における路面反力推定値（Ｆ_rE）を一意に決定する推定処理方式が採用されている。
花本、外３名、「周期性外乱を有するブラシレスＤＣモータの微小振動抑制制御」、平成９年電気学会論文集Ｄ編、１１７巻３号、p.３３５〜３４１ 特開平１０−２６４０５７ 特開２００３−１２７８８８

オブザーバを用いて推定処理を実行する場合、一般に、推定されるべき実際の値に対する推定値の追従性を高く設定すると、その際の推定精度が低くなってしまうことがある。例えば、モータの脈動の変化が激しい場合には、脈動の変化の速さよりも推定誤差の収束の速さの方が十分に大きくなければ、脈動の推定値を実際の値に対して十分に追従させることができなくなる。しかし、推定誤差の収束の速さを非常に大きくすると、推定値に対するノイズの影響が無視できなくなってしまう。即ち、オブザーバを用いた推定処理においては、推定値の追従性と推定精度との間にトレードオフ関係が存在し得る。

非特許文献１に記載の従来技術では、脈動を推定するオブザーバの追従性を確保するために、ブラシレスＤＣモータの電気角速度が大きな場合には、オブザーバの固有値の実部も大きく設定される。これは、脈動の変化の速さが電気角速度に比例するためであるが、この様なオブザーバの設定に従えば、オブザーバの追従性を高く確保することはできても、上記のトレードオフ関係によって、特に電気角速度が大きい時に脈動の推定値がノイズの影響を受け易くなってしまう。したがって、上記の従来技術では、必ずしも精度良く脈動を除去することはできない。

また、特許文献１や特許文献２に記載の従来技術によれば、外乱推定値の履歴のみに基づいて、減速機などから受ける摩擦力を外乱推定値から除去するので、路面反力（＝外乱推定値−摩擦力）を正確に推定できない場合がある。この様な問題は、例えば減速機などの機械系から転舵モータが受ける摩擦力の変化は実際には複雑なヒステリシス特性を示すので、外乱推定値の履歴だけからではこれらの変化を正確には求めることができないために生じる。
このため、特許文献１や特許文献２に記載の従来技術によれば、生じた推定誤差がその後も保持され続ける結果、路面反力の推定値に大きな零点誤差（オフセット）が生じてしまうことがあった。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、転舵輪に係わる外乱オブザーバを有する路面反力推定装置において、路面反力の推定精度を従来よりも高くすることである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、転舵モータの角速度関連値に基づいて、転舵モータの電気角の回転周波数を決定し、その回転周波数の自然数倍の周波数をノッチ周波数として可変設定されるノッチフィルタを用いて、外乱の推定値が有する脈動を除去する脈動除去手段とを備えることである。

ただし、上記の角速度関連値としては、上記の転舵モータの角速度の定数倍の数値を持てば任意の変数パラメータを用いることができ、例えば、転舵輪の向きを駆動制御する転舵軸のスライド速度（動作速度）などを用いても良い。
また、上記のノッチフィルタの段数は任意でよく、上記の自然数も１以上の任意の値を取ることができる。
また、上記の転舵モータの相数は任意で良い。
なお、以下では、上記のノッチ周波数の２π〔radian〕倍をノッチ角速度と言うことがある。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、回転周波数の自然数倍の周波数が定められた下限値より小さい場合には、ノッチ周波数は、その下限値に設定されることである。
ただし、この下限値としては、脈動の除去処理作用に関して特に問題が生じない範囲内において、適当に大きな値を設定すれば良い。

また、本発明の第３の手段は、転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、外乱の推定値と転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段とを設けることである。

ただし、上記の角速度関連値とは、転舵モータの角速度の定数倍の数値のことであり、例えば、転舵輪の向きを駆動制御する転舵軸のスライド速度（動作速度）などを適用しても良い。
また、上記の転舵モータの相数は任意で良い。

また、本発明の第４の手段は、上記の第１または第２の手段において、上記の外乱の推定値と転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて、外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段を設けることである。

また、本発明の第５の手段は、上記の第３または第４の手段のオフセット除去手段において、転舵モータに係わる機械系から転舵モータが受ける摩擦力が、静止摩擦力であるか動摩擦力であるかを判定する判定手段を設け、上記の零点誤差が除去された外乱の推定値を算出するための複数の演算式の中から、上記の判定手段の判定結果に基づいて、用いるべき最適な演算式を択一的に選択することである。
ただし、ここで言う機械系とは、転舵モータに対して機械的な摩擦力を及ぼす、例えば減速機などのことである。

また、本発明の第６の手段は、上記の第５の手段のオフセット除去手段において、以下の５つの条件ａ〜ｅのうちの、条件ａ，ｂ，ｄが同時にそれぞれ成立する時、または条件ａ，ｃ，ｅが同時にそれぞれ成立する時に、上記の摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変化したと判定することである。
（条件ａ）前回の制御周期において摩擦力が静止摩擦力であると判定された。
（条件ｂ）今回の制御周期における外乱の推定値が、前回の制御周期における零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも大きい。
（条件ｃ）今回の制御周期における外乱の推定値が、前回の制御周期における零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも小さい。
（条件ｄ）今回の制御周期における角速度関連値が所定の閾値ε１（≧０）よりも大きい。
（条件ｅ）今回の制御周期における角速度関連値が所定の閾値ε２（≦０）よりも小さい。

ただし、上記の動摩擦力の値は、転舵輪、転舵軸、転舵モータ、減速機などの実際に用いる装置を使った実験を通して、好適または最適な形のものを経験的に決定することができる。
なお、上記の閾値ε１や閾値ε２は、上記の角速度関連値の測定誤差が０に近づく時に０に近づく安全定数であって、理論的には０でよい。また、特に、この閾値ε１を０に設定する場合には、条件ｂが成り立てば条件ｄも必然的に満たされるため、この場合、条件ｂの判定処理を実行していれば条件ｄの判定処理は省略することができる。同様に、上記の閾値ε２を０に設定する場合には、条件ｃが成り立てば条件ｅも必然的に満たされるため、この場合、条件ｃの判定処理を実行していれば条件ｅの判定処理は省略することができる。

また、本発明の第７の手段は、上記の第５または第６の手段のオフセット除去手段において、摩擦力が静止摩擦力であると判定される期間中の、零点誤差が除去された外乱推定値として、摩擦力が動摩擦力であると最後に判定された制御周期において算出された、零点誤差が除去された外乱推定値を継続的に採用することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

本発明の第１の手段によれば、電流検出誤差に起因する脈動がノッチフィルタによって除去されるため、上記の外乱オブザーバにおいては、それらの脈動を推定したり除去したりする必要がない。このため、本発明における外乱オブザーバでは、転舵モータの電気角速度とは無関係に、ノイズの影響を受け難い構成を採用することができる。即ち、外乱の推定誤差の収束の速さを転舵モータの電気角速度の上昇に応じて速くする必要がない。
したがって、本発明の第１の手段によれば、外乱の推定値がノイズの影響を受け難くすることができ、かつ、脈動項も効果的に除去されるので、路面反力を高精度に推定することができる。

また、本発明の第２の手段によれば、ノッチ周波数が所定の閾値を下回ることがなくなるため、転舵モータの角速度が大きい場合の脈動除去処理性能を十分に確保しつつ、転舵モータの角速度が小さい場合の当該フィルタリング処理の過渡応答性の劣化現象を効果的かつ未然に防止することができる。
即ち、ノッチ周波数が低過ぎると転舵モータの角速度が小さい場合に、当該フィルタリング処理の過渡応答性の劣化現象を招くが、本発明の第２の手段によれば、上記の閾値設定により転舵モータの角速度が小さい場合には、当該フィルタリング処理が事実上省略されるため、その様な過渡応答性の劣化現象が生じる恐れも必然的に払拭される。また、この様な場合には、脈動の影響は小さいので事実上無視することができ、よって当該フィルタリング処理の省略も許される。

また、上記の本発明の第３または第４の手段によれば、摩擦力の除去処理において、転舵モータの角速度関連値の履歴を利用することができ、これによって、ヒステリシス特性に応じた推定処理が実現できるので、機械系から受ける摩擦力に起因するオフセット誤差が小さい路面反力推定装置を構成することが可能となる。

より具体的には、例えば、本発明の第５の手段によれば、上記の判定手段の判定結果に基づいて、用いるべき最適な演算式が択一的に選択されるので、各摩擦の状態に個別に応じた適切な演算式を複数用意することによって、零点誤差を的確に除去することができる。したがって、本発明の第５の手段によれば、路面反力推定値の零点誤差が摩擦力の変化によって拡大することを効果的に防止することができる。

また、本発明の第６の手段によれば、転舵モータの角速度関連値を用いて、上記の摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変化するタイミングを従来よりも的確に判定することができるため、摩擦力の変化に起因して路面反力推定値のオフセット誤差が拡大することを効果的に抑制することができる。

また、静止摩擦力は、転舵モータの回転方向と外乱推定値だけでは一意に定まらないが、上記の本発明の第７の手段を用いれば、静止摩擦力が作用し始めるその直前と直後とにおいて路面反力は変化しないと仮定されて、推定処理がそのまま継続される。このため、本発明の第７の手段によれば、路面反力推定値のオフセット誤差が拡大することを効果的に抑制することができる。

なお、本発明を実施する際には、上記のオフセット除去手段と脈動除去手段の両方を併用して路面反力を推定することがより望ましいが、特にその場合には、外乱オブザーバから得られた外乱の推定値に対して、上記の脈動除去手段を上記のオフセット除去手段よりも先に作用させることがより望ましい。この場合、上記のオフセット除去手段では、脈動が効果的に除去された外乱の推定値が処理できるので、これにより、そのオフセット除去処理中において判定誤りが生じる恐れをより確実に排除することができる。

また、上記のオフセット除去手段では、以下の設計ガイドライン（１）〜（５）にしたがって、所望のオフセット除去処理を構成すると良い。
（１）転舵モータの角速度関連値と外乱推定値の履歴に基づいて摩擦力を除去する。
（２）静止摩擦が作用している時は、前時刻（前制御周期）でのオフセットが除去された外乱推定値をそのまま維持する。
（３）動摩擦が作用している時は、現時刻の角速度関連値の符号と現時刻の外乱推定値に基づいて摩擦力を除去する。
（４）転舵モータに作用する摩擦力が、静止摩擦から動摩擦に変わったかは、現時刻の角速度関連値の符号と現時刻の外乱推定値と前時刻のオフセットが除去された外乱推定値に基づいて判定する。
（５）転舵モータに作用する摩擦力が、動摩擦から静止摩擦に変わったかは、角速度関連値の符号変化に基づいて判定する。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１に本実施例１のステアバイワイヤシステムの論理的な構成図を示す。このステアバイワイヤシステムは、運転者が操作するハンドル１を有する操舵機構（１〜７）と、転舵輪１３を転舵する転舵機構（８〜１３）と、これらの連動動作を電気的に実現する制御装置１０００等から構成されている。

より具体的には、操舵機構のトルクセンサ２は運転者がハンドル１に及ぼす操舵トルクＴ_h を検出し、回転角センサ５は反力モータ４の回転角Θ_h を検出し、電流センサ６はモータ駆動回路７から反力モータ４に給電される電流Ｉ_h を検出する。ただし、反力モータ４とハンドル１とは減速機３によって連動されており、よって反力モータ４の回転角Θ_h はハンドル１の回転角に比例する。そして、これらの検出値は、Ａ／Ｄ変換装置を備えた制御装置１０００に入力される。

一方、転舵機構の転舵モータ１０は、３相のブラシレスＤＣモータであり、その回転角Θ_r は、回転角センサ１１によって検出される。また、モータ駆動回路８から転舵モータ１０に給電される各相電流Ｉ_v ，Ｉ_u は、電流センサ９で検出され、これらの検出値も、Ａ／Ｄ変換装置を備えた制御装置１０００に入力される。

図２に上記の制御装置１０００の制御ブロックダイヤグラムを示す。
上記の転舵モータ１０は、Ｕ相電流Ｉ_u とＶ相電流Ｉ_v を電流センサ９で検出することにより、物理的には３相制御されるが、ＵＶＷ／ｄｑ変換処理部１８００、電流制御部１６００、及びｄｑ／ＵＶＷ変換処理部１９００などを用いて、論理的にはｄｑ座標空間で電流制御される。
路面反力推定部１００は、本発明の路面反力推定装置に相当する部分であり、転舵速度演算部から入力される転舵軸１２のその軸方向へのスライド速度（以下、転舵速度ｖ_r と言う）と、ＵＶＷ／ｄｑ変換処理部１８００から出力されるｑ軸電流Ｉ_q とに基づいて、所望の路面反力推定値Ｆ_rEを算出する。

図３に、この路面反力推定部１００の制御ブロックダイヤグラムを示す。この路面反力推定部１００は、外乱推定部（外乱オブザーバ１１０）と脈動除去部１２０とオフセット除去部１３０から構成されている。
以下、これらの各部の構成と動作をそれぞれ順に説明する。

まず最初に、図４の外乱オブザーバ１１０（外乱推定手段）では、例えば本図４や前記の式（１）に示した様に、転舵モータ１０に作用する外乱ｄ_r を路面反力Ｆ_r と電流検出誤差に起因する脈動力Ｆ_rip と減速機の摩擦による摩擦力Ｆ_fricの和と見なし、その推定値である外乱推定値ｄ_rEを転舵速度ｖ_r とｑ軸電流Ｉ_q に基づいて算出している。
ただし、ここでｓは複素周波数であり、Ｋ_trは転舵モータ１０のトルク定数、Ｇ_r はそのゲイン、Ｍ_r は転舵モータ１０の慣性係数である。また、ローパスフィルタ１１１のフィルタ特性は、パラメータω_orとパラメータξ_orのチューニングによって最適に決定することができる。

また、図３の外乱推定値ｄ_rE′は、上記の外乱オブザーバ１１０の出力値である外乱推定値ｄ_rEに対して、以下の様なフィルタリング処理を施すことによって得られる値である。即ち、図３の脈動除去部１２０では、伝達関数が次式（数１）で定義されるノッチフィルタＦ_n （ｓ，ω_n ）を用いて、外乱推定値ｄ_rEから脈動力Ｆ_rip を除去する。ただし、ここでｓは複素周波数であり、ξ₁ ，ξ₂ はフィルタ特性を決定する正のパラメータである。

例えば、このノッチフィルタＦ_n （ｓ，ω_n ）を２段階に用いて、以下の様な直列２段のノッチフィルタを構成することができる。
（１段目）
ω_n ＝Ω１＝ｍａｘ（Ｃ，ω_e ） （Ｃは所定の定数）
（２段目）
ω_n ＝Ω２＝ｍａｘ（Ｃ，２ω_e ）

ここで、ω_e （≡αｖ_r ；αは比例定数）と２ω_e （＝２αｖ_r ）を用いるのは、通常のブラシレスＤＣモータにおいては、前記の非特許文献１にも記載されている様に、その電気角速度ω_e の１倍及び２倍の脈動が支配的になっていることが多いからである。
また、上記のｍａｘ関数は、２つの引数の中から小さくない方を選択する関数であるが、この様な下限値Ｃをノッチ角速度ω_n に対して設けるのは、ノッチ周波数ω_n が小さ過ぎるとフィルタ出力ｄ_rE′の過渡応答が遅くなり好ましくないからである。逆に、電気角速度ω_e が小さい時にはモータに生じる脈動力Ｆ_rip も小さいので、その場合には特にフィルタリングを実行する必要も無いからだと言うこともできる。

以上のフィルタリング処理（脈動除去部１２０）により、前記式（１）の脈動項Ｆ_rip が排除されるので、上記の外乱推定値（フィルタ出力ｄ_rE′）は、次式（２）に示す様に、路面反力の推定値Ｆ_rEと、転舵モータ１０に作用する摩擦力Ｆ_fricとの和で表すことができる。
（外乱推定値ｄ_rE′）
ｄ_rE′＝ Ｆ_rE ＋ Ｆ_fric …（２）

図４に外乱オブザーバ１１０の制御ブロックダイヤグラムを例示する。本図４のオフセット除去部１３０は、上記の脈動除去部１２０から出力される外乱推定値ｄ_rE′から、転舵モータ１０に作用する摩擦力Ｆ_fricを除去することによって、式（２）中の所望の路面反力推定値Ｆ_rEを得るためのものである。そして、この摩擦力の除去処理においては、転舵モータ１０に動摩擦力が作用している時に現われる、路面反力推定値Ｆ_rEと外乱推定値ｄ_rE′との間の関係（図５のグラフ）を利用する。

（Ｆ_rEとｄ_rE′の関係）
即ち、動摩擦が作用している時は、
ｖ_r ＞０ならば、ｄ_rE′＝ｆ₁(Ｆ_rE) 、
ｖ_r ＜０ならば、ｄ_rE′＝ｆ₂(Ｆ_rE) …（３）

例えば、本図５のグラフにおける関数ｆ₁ は、Ｆ_rE≧０においてｄ_rE′＝Ｆ_rE＋ｄ₀ （ｄ₀ は正の定数）なる形をしており、また、Ｆ_rE＜０においてはｄ_rE′＝ａＦ_rE＋ｄ₀ （０＜ａ＜１）なる形をしている。また、関数ｆ₂ は、この関数ｆ₁ を原点周りに１８０°回転させた点対称形を有している。

このグラフを用いて、上記のオフセット除去部１３０をソフトウェアで実現するための制御処理手順を図６に例示する。オフセット除去部１３０の制御処理手順では、その処理の初期状態として、制御変数ｋの初期値を０、Ｍ（０）＝０（：静止摩擦作用中）、ｖ_r （０）＝０、及びＦ_rE（０）＝０を仮定する。ただし、ここで、上記の制御変数ｋは、この処理の制御周期の幅に離散化された時刻を示す。

まず、この手順の最初のステップ２０５では、制御変数ｋの値を１増加させる。次のステップ２１０では、現時刻（今回の制御周期）の転舵軸の速度ｖ_r （ｋ）の符号を判定する。その結果、ｖ_r （ｋ）＞０ならばステップ２２０へ、そうでなければステップ２３０に処理を移す。

次に、ステップ２２０やステップ２３０では、次式（４）に示す様に、図５の関数ｆ₁ ，ｆ₂ の逆関数ｆ₁ ^-1，ｆ₂ ^-1を用いて、今回の路面反力推定Ｆ_rE（ｋ）の値を暫定する。
（Ｆ_rE（ｋ）の暫定）
Ｆ_rE（ｋ）＝ｆ₁ ^-1（ｄ_rE′（ｋ）） （ステップ２２０），
Ｆ_rE（ｋ）＝ｆ₂ ^-1（ｄ_rE′（ｋ）） （ステップ２３０） …（４）

次に、ステップ２２５やステップ２３５では、次式（５）に示す様に、図５の関数ｆ₁ ，ｆ₂ を用いて、前回の制御周期で静止摩擦力が作用していた場合に実行すべきその後の処理（ステップ２５０）の準備として、路面反力推定Ｆ_rE（ｋ−１）の関数値ｆ₀ を求める。この関数値ｆ₀ は、次式（５）や図５などからも分かる様に、前述の（条件ｂ）や（条件ｃ）における「前回の制御周期における零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和」に相当する数値を持つ。
（関数値ｆ₀ ）
ｆ₀ ＝ｆ₁ （Ｆ_rE（ｋ−１）） （ステップ２２５），
ｆ₀ ＝ｆ₂ （Ｆ_rE（ｋ−１）） （ステップ２３５）， …（５）

次に、ステップ２４０では、前回の制御周期における摩擦力の種類を判定し、Ｍ（ｋ−１）＝０（：静止摩擦）の場合にはステップ２５０へ、Ｍ（ｋ−１）＝１（：動摩擦）の場合にはステップ２６０に処理を移す。
次に、ステップ２５０では、外乱推定値ｄ_rE′と関数値ｆ₀ との差Ｄ（＝ｄ_rE′（ｋ）−ｆ₀ ）を求める。一方、ステップ２６０では、その代わりに、この変数Ｄに前回の転舵軸の速度ｖ_r （ｋ−１）を代入する。

次に、ステップ２７０では、今回の転舵軸の速度ｖ_r （ｋ）と変数Ｄとの積の符号を判定し、それが正ならばステップ２９０に、そうでなければステップ２８０に処理を移す。ただし、ここでは、積ｖ_r （ｋ）・Ｄの符号だけが判定できれば十分であるから、必ずしも積ｖ_r （ｋ）・Ｄの値そのものを求める必要はない。なお、ここでは、前述の閾値ε１やε２が何れも０であることを仮定しているので、転舵モータ１０の角速度関連値ｖ_r （ｋ）の絶対値の閾値ε１やε２に対する大小判定は行っていない。

次に、ステップ２８０やステップ２９０では、今回の摩擦力の種別を記憶する。例えば、ステップ２８０では、現時刻の摩擦力は静止摩擦力であるので、配列Ｍのｋ番目の要素変数Ｍ（ｋ）に０を格納する。また、その次のステップ２８５では、前回の路面反力推定値Ｆ_rE（ｋ−１）の値を今回の路面反力推定値Ｆ_rE（ｋ）の値として採用する。

そして、以上の処理手順に従えば、以下の処理結果を得ることができる。
（１）前時刻ｋ−１に静止摩擦が作用していた場合（Ｍ（ｋ−１）＝０の時）
ａ）ｄ_rE′（ｋ）> ｆ₁(Ｆ_rE（ｋ−１）) 、かつ、ｖ_r （ｋ）＞０の時
ステップ２７０により転舵モータに働く摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変わったと判定され、次式の出力結果を得る。
Ｆ_rE（ｋ) ＝ｆ₁ ^-1（ｄ_rE′（ｋ））

ｂ）ｄ_rE′（ｋ）< ｆ₂ （Ｆ_rE（ｋ−１）) 、かつ、ｖ_r （ｋ）＜０の時
ステップ２７０により転舵モータに働く摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変わったと判定され、次式の出力結果を得る。
Ｆ_rE（ｋ) ＝ｆ₂ ^-1（ｄ_rE′（ｋ））

ｃ）その他の場合
ステップ２７０により転舵モータに静止摩擦が作用していると判定され、ステップ２８５の作用により次式の出力結果を得る。
Ｆ_rE（ｋ）＝Ｆ_rE（ｋ−１）

（２）前時刻ｋ−１に動摩擦が作用していた場合（Ｍ（ｋ−１）＝１の時）
ａ）ｖ_r （ｋ−１）＞０、かつ、ｖ_r （ｋ）＞０の時
ステップ２７０により転舵モータに動摩擦が作用していると判定され、次式の出力結果を得る。
Ｆ_rE（ｋ) ＝ｆ₁ ^-1（ｄ_rE′（ｋ））

ｂ）ｖ_r （ｋ−１）＜０、かつ、ｖ_r （ｋ）＜０の時
ステップ２７０により転舵モータに動摩擦が作用していると判定され、次式の出力結果を得る。
Ｆ_rE（ｋ) ＝ｆ₂ ^-1（ｄ_rE′（ｋ））

ｃ）その他の場合
ステップ２７０により転舵モータに働く摩擦力が動摩擦力から静止摩擦力に変わったと判定され、ステップ２８５の作用により次式の出力結果を得る。
Ｆ_rE（ｋ）＝Ｆ_rE（ｋ−１）

以上のように路面反力を推定することによって、電流検出誤差に起因する脈動が小さい路面反力推定値を算定することができ、かつ、減速機の摩擦に起因するオフセット誤差が小さい路面反力推定値を得ることができる。

図７に、制御装置１０００の反力モータ制御部の制御ブロックダイヤグラムを例示する。目標トルク演算部１１００では、上記の通りに算出された路面反力推定値Ｆ_rEに基づいて、例えばマップなどのテーブル情報を用いて操舵トルクの目標値Ｔ_h ^* を決定する。
トルク制御部１２００は、検出された操舵トルクＴ_h と上記の目標値Ｔ_h ^* に基づいて、反力モータが出力すべきトルクの目標値ｕ_h ^* を算出する。この目標値ｕ_h ^* は、例えば本図７に例示する様な比例制御などによって求めることができる。
また、電流制御部１３００では、反力モータに給電されている電流Ｉ_h と上記の目標値ｕ_h ^* を用いた比例積分制御によって、モータ駆動回路７が出力すべき目標電圧Ｖ_h ^* を算出する。
上記の路面反力推定値Ｆ_rEは、例えばこの様に、反力モータの出力を路面反力に応じて最適に制御する場合に有効に利用することができる。

なお、転舵モータ１０は、前述の通り論理的にはｄｑ座標空間で電流制御されるが、この電流制御についても、周知のＰＤＩ制御やＰＩ制御などを用いて、例えば図２や図８に例示する様に構成することができる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の実施例１では、転舵モータ１０に３相のブラシレスＤＣモータを使用したが、本発明の脈動除去手段（例：図３の脈動除去部１２０）を当該装置１００に備えない場合には、転舵モータ１０は、必ずしもブラシレスＤＣモータである必要はない。即ち、転舵モータに例えばブラシ付きのＤＣモータなどを使用した場合にも、本発明のオフセット除去手段（例：図６のオフセット除去部１３０）の作用により、上記と同様のオフセット除去効果を得ることができる。

なお、上記の実施例では、ステアバイワイヤシステムに本願発明を適用する例を示したが、本発明は、ステアバイワイヤシステムにその用途が限定されるものではなく、車両のパワーステアリング装置やオートクルーズシステムなどにも利用することができる。

実施例１のステアバイワイヤシステムの論理的な構成図。 制御装置１０００の制御ブロックダイヤグラム。 路面反力推定部１００の制御ブロックダイヤグラム。 外乱オブザーバ１１０の制御ブロックダイヤグラム。 路面反力推定値Ｆ_rEと外乱推定値ｄ_rE′との関係を示すグラフ。 オフセット除去部１３０を実現する制御処理手順を例示するフローチャート。 制御装置１０００の反力モータ制御部の制御ブロックダイヤグラム。 制御装置１０００の転舵モータ制御部の制御ブロックダイヤグラム。

１０ ： 転舵モータ
１００ ： 路面反力推定装置
１１０ ： 外乱オブザーバ
１２０ ： 脈動除去部
１３０ ： オフセット除去部
１０００ ： 制御装置

Claims (7)

1. 転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、
   前記転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、前記転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、
   前記転舵モータの前記角速度関連値に基づいて、前記転舵モータの電気角の回転周波数を決定し、その回転周波数の自然数倍の周波数をノッチ周波数として可変設定されるノッチフィルタを用いて、前記外乱の推定値が有する脈動を除去する脈動除去手段とを有する
   ことを特徴とする路面反力推定装置。
2. 前記回転周波数の自然数倍の周波数が定められた下限値より小さい場合には、前記ノッチ周波数は、その下限値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の路面反力推定装置。
3. 転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、
   前記転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、
   前記転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、
   前記外乱の推定値と前記転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて、
   前記外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段と
   を有する
   ことを特徴とする路面反力推定装置。
4. 前記外乱の推定値と前記転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて、
   前記外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段と
   を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面反力推定装置。
5. 前記オフセット除去手段は、
   前記転舵モータに係わる機械系から前記転舵モータが受ける摩擦力が、静止摩擦力であるか動摩擦力であるかを判定する判定手段を有し、
   前記零点誤差が除去された前記外乱の推定値を算出するための複数の演算式の中から、前記判定手段の判定結果に基づいて、用いるべき最適な演算式を択一的に選択する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の路面反力推定装置。
6. 前回の制御周期において前記摩擦力が静止摩擦力であると判定された場合に、
   前記オフセット除去手段は、
   もし、今回の制御周期における前記外乱の推定値が、前回の制御周期における前記零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも大きく、かつ、今回の制御周期における前記角速度関連値が所定の閾値ε１（≧０）よりも大きければ、或いは、
   もし、今回の制御周期における前記外乱の推定値が、前回の制御周期における前記零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも小さく、かつ、今回の制御周期における前記角速度関連値が所定の閾値ε２（≦０）よりも小さければ、
   前記摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変化したと判定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の路面反力推定装置。
7. 前記オフセット除去手段は、
   前記摩擦力が静止摩擦力であると判定される期間中の、前記零点誤差が除去された外乱推定値として、前記摩擦力が動摩擦力であると最後に判定された制御周期において算出された、前記零点誤差が除去された外乱推定値を継続的に採用する
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の路面反力推定装置。

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