JP7334656B2 - モータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの制御装置に関する。

従来、自動運転システム、運転支援システム、ステアバイワイヤシステムなどのステアリングシステムの制御に使用されるモータへの給電を制御する制御装置が知られている。たとえば特許文献１の制御装置は、自動運転制御用の制御装置によって設定される目標舵角に基づいて目標モータトルク（目標自動操舵トルク）を演算し、この演算される目標モータトルクをモータのトルク定数で徐算することにより目標モータ電流を演算する。モータの制御装置は、電流検出回路を通じて検出されるモータ電流を目標モータ電流に一致させるべくモータへ供給する電流をフィードバック制御する。

特許文献１の制御装置は、外乱オブザーバを有している。外乱オブザーバは、回転角センサを通じて検出されるモータの回転角と、目標舵角に基づき演算される目標モータトルクとに基づいて外乱トルクおよび実舵角を推定する。外乱トルクとは、舵角に影響を及ぼすモータトルク以外のトルクをいう。

特許文献１の制御装置は、目標舵角と外乱オブザーバによって推定される実舵角との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とともに、目標舵角の二階微分値にステアリングシステムの慣性モーメント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。制御装置は、フィードバック制御トルクにフィードフォワード制御トルクを加算することにより目標モータトルクを演算する。フィードフォワード制御トルクを使用することによりステアリングシステムの慣性による応答性の遅れが補償される。また、制御装置は、外乱オブザーバにより演算される外乱トルクを使用して目標モータトルクを補正する。外乱トルクが補償されることにより、より精度の高いモータ制御が実現される。

特開２０１８－１８３０４６号公報

フィードフォワード制御を行うためには、制御装置に制御対象であるプラントを模擬したモデルの逆モデルを持たせる必要がある。ただし、フィードフォワード制御用のモデルの特性と実際のプラントの特性との間に誤差が存在する場合、制御装置に要求される制御性能を確保することが困難となるおそれがある。同様の理由によって、特許文献１の制御装置においても目標舵角に対する実舵角の追従性能が低下するおそれがある。

本発明の目的は、目標角度に対する実角度の追従性能を確保することができるモータの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成し得るモータの制御装置は、車両の転舵輪を転舵させるプラントの駆動源であるモータの制御装置である。モータの制御装置は、前記転舵輪の転舵角に換算可能な角度を目標角度に追従させるフィードバック制御の実行を通じて前記モータに発生させるフィードバック制御トルクを演算する第１の処理部と、前記目標角度に応じて前記モータに発生させるフィードフォワード制御トルクを演算する第２の処理部と、前記プラントを模擬したモデルを使用して前記モータに発生させるトルク以外に前記転舵角に換算可能な角度に影響を及ぼす外乱トルクを演算する第３の処理部と、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した値から前記第３の処理部により演算される前記外乱トルクを減算することによって前記モータに発生させるトルクを補正する第４の処理部と、を有している。前記第２の処理部は、前記外乱トルクが補償された車載状態の前記プラントを模擬したモデルの逆モデルを使用して前記フィードフォワード制御トルクを演算する。

この構成によれば、第２の処理部では、外乱トルクが補償された車載状態のプラントを模擬したモデルの逆モデルが使用されることによってフィードフォワード制御トルクが演算される。このフィードフォワード制御トルクを使用することにより、目標角度に対する実角度の追従性能を確保することができる。

上記のモータの制御装置において、前記第３の処理部により演算される外乱トルクは３次以上の多次遅れ系の外乱トルクであることを前提として、前記第２の処理部は、前記外乱トルクが補償された車載状態の前記プラントの逆モデルを使用して前記目標角度に応じた前記フィードフォワード制御トルクを演算する演算部と、前記演算部により演算される前記フィードフォワード制御トルクに対してフィルタリング処理を施すフィルタと、を有していてもよい。前記フィルタの次数は、前記第３の処理部により演算される前記外乱トルクの次数と同じ次数に設定されていることが好ましい。

外乱トルクが３次以上の多次遅れ系となる場合、高周波領域では第３の処理部による外乱トルクの演算精度が低下することによって、第２の処理部および第３の処理部を通じて補償されるプラントの伝達関数（すなわち、目標角度から実角度までの伝達関数）が１でなくなるおそれがある。このため、第３の処理部による外乱トルクの演算精度が低下する高周波領域においては、第２の処理部によるフィードフォワード制御の影響も抑えることが好ましい。

この点、上記の構成によれば、第２の処理部は、第３の処理部により演算される外乱トルクの次数と同じ次数のフィルタを有している。高周波領域ではフィードフォワード制御トルクに対してフィルタによる処理が施されることにより高周波の信号が除去される。このため、プラントを補償することが困難となる高周波領域における第２の処理部の影響を抑えることが可能である。

また、第２の処理部では、外乱トルクが補償された車載状態のプラントを模擬したモデルの逆モデルが使用されることによってフィードフォワード制御トルクが演算される。このフィードフォワード制御トルクを使用することにより、第３の処理部では除去することが困難である高周波領域の外乱トルクが打ち消される。したがって、目標角度に対する実角度の追従性能を確保することができる。

上記のモータの制御装置において、前記外乱トルクが補償された車載状態の前記プラントを模擬したモデルは、慣性項、粘性項およびばね項を含んでいてもよい。
この構成によれば、プラントに存在する慣性、粘性およびばね（剛性）の影響を打ち消すことが可能である。このため、目標角度に対する実角度の追従性能を確保することができる。

本発明のモータの制御装置によれば、目標角度に対する実角度の追従性能を確保することができる。

モータの制御装置の第１の実施の形態が搭載される電動パワーステアリング装置の構成図。 モータの制御装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図。 第１の実施の形態における指令値演算部の構成を示すブロック図。 角度フィードバック制御部の構成の一例を示すブロック図。 （ａ）は第１の実施の形態のフィードバック制御系の構成を示すブロック線図、（ｂ）は外乱オブザーバによってプラントが完全に補償されたと仮定した場合のフィードバック制御系のブロック線図。 第１の実施の形態の角度フィードバック制御部の構成を示すブロック図。 モータの制御装置の第２の実施の形態が搭載されるステアバイワイヤ方式の操舵装置の構成図。 モータの制御装置の第２の実施の形態のブロック図。

以下、モータの制御装置をＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）の制御装置に具体化した第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１０は、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との間の動力伝達経路として機能するステアリングシャフト１３、ピニオンシャフト１４および転舵シャフト１５を有している。転舵シャフト１５は車幅方向（図１中の左右方向）に沿って延びている。転舵シャフト１５の両端にはタイロッド１６，１６を介して転舵輪１２，１２が連結されている。ピニオンシャフト１４は、転舵シャフト１５に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト１４のピニオン歯１４ａは、転舵シャフト１５のラック歯１５ａに噛み合わされている。ステアリングホイール１１の回転操作に連動して転舵シャフト１５が直線運動する。転舵シャフト１５の直線運動がタイロッド１６を介して左右の転舵輪１２，１２に伝達されることにより、転舵輪１２，１２の転舵角θ_ｗが変更される。

また、ＥＰＳ１０は、運転者による操舵を補助するための力であるアシスト力を生成する構成として、モータ２１および減速機構２２を有している。モータ２１は、アシスト力の発生源であるアシストモータとして機能する。モータ２１としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。モータ２１は、減速機構２２を介してピニオンシャフト２３に連結されている。ピニオンシャフト２３のピニオン歯２３ａは、転舵シャフト１５のラック歯１５ｂに噛み合わされている。モータ２１の回転は減速機構２２によって減速されて、当該減速された回転力がアシスト力としてピニオンシャフト２３を介して転舵シャフト１５に伝達される。モータ２１の回転に応じて、転舵シャフト１５は車幅方向に沿って移動する。

また、ＥＰＳ１０は、制御装置５０を有している。制御装置５０は、各種のセンサの検出結果に基づきモータ２１を制御する。センサには、トルクセンサ５１、車速センサ５２および回転角センサ５３が含まれている。トルクセンサ５１は、ステアリングホイール１１の回転操作を通じてステアリングシャフト１３に加わる操舵トルクＴ_ｈを検出する。車速センサ５２は、車速Ｖを検出する。回転角センサ５３はモータ２１に設けられている。回転角センサ５３はモータ２１の回転角θ_ｍを検出する。制御装置５０は、モータ２１に対する通電制御を通じて操舵トルクＴ_ｈに応じたアシスト力を発生させるアシスト制御を実行する。制御装置５０は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈ、車速センサ５２を通じて検出される車速Ｖ、および回転角センサ５３を通じて検出される回転角θ_ｍに基づき、モータ２１に対する給電を制御する。

つぎに、制御装置５０について詳細に説明する。
図２に示すように、制御装置５０は、ピニオン角演算部６１、指令値演算部６２、および通電制御部６３を有している。

ピニオン角演算部６１は、回転角センサ５３を通じて検出されるモータ２１の回転角θ_ｍに基づき、ピニオンシャフト２３の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。ピニオン角演算部６１は、たとえばモータ２１の回転角θ_ｍを減速機構２２の減速比で徐算することによりピニオン角θ_ｐを演算する。

ちなみに、ピニオン角演算部６１は、ピニオンシャフト１４の回転角をピニオン角θ_ｐとして演算してもよい。この場合、ピニオン角演算部６１は、たとえばモータ２１の回転角θ_ｍをモータ２１からピニオンシャフト１４までの間の減速比で徐算することによりピニオンシャフト１４の回転角であるピニオン角θ_ｐを演算する。

指令値演算部６２は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈおよび車速センサ５２を通じて検出される車速Ｖに基づき、アシスト指令値Ｔ^＊を演算する。アシスト指令値Ｔ^＊は、モータ２１に発生させるべき回転力であるアシストトルクを示す。指令値演算部６２は、操舵トルクＴ_ｈの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが遅いほど、より大きな絶対値のアシスト指令値Ｔ^＊を演算する。

通電制御部６３は、アシスト指令値Ｔ^＊に応じた電力をモータ２１へ供給する。具体的には、つぎの通りである。すなわち、通電制御部６３は、アシスト指令値Ｔ^＊に基づきモータ２１へ供給すべき電流の目標値である電流指令値を演算する。また、通電制御部６３は、モータ２１に対する給電経路に設けられた電流センサ６４を通じて、モータ２１へ供給される電流Ｉ_ｍを検出する。そして通電制御部６３は、電流指令値と実際の電流Ｉ_ｍの値との偏差を求め、当該偏差を無くすようにモータ２１に対する給電を制御する（電流Ｉ_ｍのフィードバック制御）。これにより、モータ２１はアシスト指令値Ｔ^＊に応じたトルクを発生する。

つぎに、指令値演算部６２について詳細に説明する。
図３に示すように、指令値演算部６２は、加算器７０、目標操舵トルク演算部７１、トルクフィードバック制御部７２、目標角度演算部７３、角度フィードバック制御部７４、および加算器７５を有している。

加算器７０は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈとトルクフィードバック制御部７２により演算される第１のアシストトルクＴ_１ ^＊とを加算することにより、ステアリングシャフト１３に印加されるトルクとしての入力トルクＴ_ｉｎ ^＊を演算する。

目標操舵トルク演算部７１は、加算器７０により演算される入力トルクＴ_ｉｎ ^＊に基づき目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊を演算する。目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊とは、ステアリングホイール１１に印加すべき操舵トルクＴ_ｈの目標値をいう。目標操舵トルク演算部７１は、入力トルクＴ_ｉｎ ^＊の絶対値が大きいほど、より大きな絶対値の目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊を演算する。

トルクフィードバック制御部７２は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈ、および目標操舵トルク演算部７１により演算される目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊を取り込む。トルクフィードバック制御部７２は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈを目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊に追従させるべく操舵トルクＴ_ｈのフィードバック制御を実行することにより第１のアシストトルクＴ_１ ^＊を演算する。

目標角度演算部７３は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈ、トルクフィードバック制御部７２により演算される第１のアシストトルクＴ_１ ^＊、および車速センサ５２を通じて検出される車速Ｖを取り込む。目標角度演算部７３は、これら取り込まれる操舵トルクＴ_ｈ、第１のアシストトルクＴ_１ ^＊、および車速Ｖに基づき、ピニオンシャフト２３の回転角の目標値である目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。

目標角度演算部７３は、たとえば次式（Ａ）により表されるモデルを使用して目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を演算する。式（Ａ）により表されるモデルは、第１のアシストトルクＴ_１ ^＊に相当するトルクがステアリングシャフト１３に印加されたときのピニオン角θ_ｐをモデル化したものである。

Ｔ_１ ^＊＝Ｊθ_ｐ ^＊′′＋Ｃθ_ｐ ^＊′＋Ｋθ_ｐ ^＊ …（Ａ）
ただし、「Ｊ」はＥＰＳ１０の慣性モーメントをモデル化した慣性係数である。「Ｃ」はＥＰＳ１０の摩擦などをモデル化した粘性係数である。「Ｋ」はＥＰＳ１０が搭載される車両のサスペンションおよびホイールアライメントなどの仕様をばねとみなしてモデル化したばね係数である。

角度フィードバック制御部７４は、目標角度演算部７３により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊およびピニオン角演算部６１により演算される実際のピニオン角θ_ｐをそれぞれ取り込む。角度フィードバック制御部７４は、実際のピニオン角θ_ｐを目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に追従させるべくピニオン角θ_ｐのフィードバック制御を実行することにより第２のアシストトルクＴ_２ ^＊を演算する。

加算器７５は、トルクフィードバック制御部７２により演算される第１のアシストトルクＴ_１ ^＊と、角度フィードバック制御部７４により演算される第２のアシストトルクＴ_２ ^＊とを合算することによりアシスト指令値Ｔ^＊を演算する。アシスト指令値Ｔ^＊に基づく電流がモータ２１へ供給されることにより、モータ２１はアシスト指令値Ｔ^＊に応じたトルクを発生する。

つぎに、角度フィードバック制御部７４について詳細に説明する。
図４に示すように、角度フィードバック制御部７４は、フィードバック制御部８１、フィードフォワード制御部８２、外乱オブザーバ８３、および加算器８４を有している。

フィードバック制御部８１は、外乱オブザーバ８３によって演算されるピニオン角θ_ｐの推定値であるピニオン角推定値θ_ｐｅを目標ピニオン角θ_ｐ ^＊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８１は、減算器８１ＡおよびＰＤ制御部（比例微分制御部）８１Ｂを有している。減算器８１Ａは、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と、外乱オブザーバ８３により演算されるピニオン角推定値θ_ｐｅとの偏差Δθ_ｐ（＝θ_ｐ ^＊－θ_ｐｅ）を演算する。ＰＤ制御部８１Ｂは、減算器８１Ａによって演算される偏差Δθ_ｐに対して比例微分演算を実行することにより、フィードバック制御トルクＴ_ｆｂを演算する。すなわち、フィードバック制御トルクＴ_ｆｂは、偏差Δθ_ｐを入力とする比例要素の出力値と微分要素の出力値との和である。

フィードフォワード制御部８２は、たとえばＥＰＳ１０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。一例としてのフィードフォワード制御部８２は、角加速度演算部８２Ａ、乗算部８２Ｂおよび三次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２Ｃを有している。角加速度演算部８２Ａは、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊を２階微分することにより、目標ピニオン角加速度α_ｐ（＝ｄ^２θ_ｐ ^＊／ｄｔ^２）を演算する。乗算部８２Ｂは、角加速度演算部８２Ａにより演算される目標ピニオン角加速度α_ｐにＥＰＳ１０の慣性Ｊを乗算することにより、慣性補償値としてのフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆ（＝Ｊ・α_ｐ）を演算する。慣性Ｊは、たとえばＥＰＳ１０の物理モデルから求められる。ローパスフィルタ８２Ｃは、乗算部８２Ｂにより演算されるフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆに対してフィルタリング処理を施すことによって、フィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆに含まれる雑音を除去する。

外乱オブザーバ８３は、外乱トルクを推定して補償するために設けられている。外乱トルクは、制御対象であるプラント（ＥＰＳ１０）に外乱として発生する非線形のトルクであって、モータ２１が発生するトルク以外のピニオン角θ_ｐに影響を及ぼすトルクである。外乱オブザーバ８３は、プラントの目標値である第２のアシストトルクＴ_２ ^＊とプラントの出力である実際のピニオン角θ_ｐとに基づいて、外乱トルク補償値としての外乱トルク推定値Ｔ_ｌｄｅ、およびピニオン角推定値θ_ｐｅを演算する。ちなみに、外乱オブザーバ８３は、第２のアシストトルクＴ_２ ^＊に代えてアシスト指令値Ｔ^＊を使用して外乱トルク推定値Ｔ_ｌｄｅ、およびピニオン角推定値θ_ｐｅを演算するようにしてもよい。

加算器８４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を加算した値から外乱トルク推定値Ｔ_ｌｄｅを減算することにより第２のアシストトルクＴ_２ ^＊（＝Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ－Ｔ_ｌｄ）を演算する。これにより、慣性および外乱トルクが補償された第２のアシストトルクＴ_２ ^＊が得られる。この第２のアシストトルクＴ_２ ^＊に基づくアシスト指令値Ｔ^＊が使用されることにより、より精度の高いモータ制御を実行することが可能となる。

つぎに、フィードフォワード制御部８２にローパスフィルタ８２Ｃが設けられている理由を説明する。
フィードフォワード制御部８２は、実際の制御対象であるプラントＰを模擬したモデルであるノミナルプラントＰ_ｎの逆モデル１／Ｐ_ｎを有している。すなわち、フィードフォワード制御部８２は「１／Ｐ_ｎ」を補償する。ここでは前述したように、ノミナルプラントＰ_ｎにおいて慣性系のみが適用されている場合を例に挙げて検討する。この場合、ノミナルプラントＰ_ｎの伝達関数は「１／Ｊｓ^２」となる。また、フィードフォワード制御部８２の伝達関数は「Ｊｓ^２」となる。

外乱オブザーバ８３によって外乱が完全に推定され、その推定された外乱によってプラントＰが完全に補償されたと仮定する場合、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊からプラントＰの出力であるピニオン角θ_ｐまでの伝達関数は「１」となる。

ここで、外乱オブザーバ８３により演算される外乱トルク推定値Ｔ_ｌｄｅと実際の外乱トルクＴ_ｌｄとの関係は、次式（Ｂ１），（Ｂ２）で表される。
Ｔ_ｌｄｅ＝α・Ｔ_ｌｄ ………（Ｂ１）
α＝ω^３／（ｓ＋ω）^３ …（Ｂ２）
ただし、「ω」は周波数である。

式（Ｂ１），（Ｂ２）から分かるように、プラントＰを補償するための外乱オブザーバ８３が推定する外乱は３次遅れ系となる。このため、外乱オブザーバ８３の外乱推定精度は周波数が高くなるほどより低下する。したがって、高周波数領域においては、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊からピニオン角θ_ｐまでの伝達関数、すなわちフィードフォワード制御部８２と外乱オブザーバ８３とで補償されたプラントＰの伝達関数が「１」とならないおそれがある。このため、外乱オブザーバ８３における外乱の演算精度が低下してプラントＰを補償することが困難となる高周波数領域では、フィードフォワード制御による影響についてもより小さくすることが好ましい。そこで、フィードフォワード制御部８２として、外乱オブザーバ８３により演算される外乱と同じ次数である三次のローパスフィルタ８２Ｃを有する構成が採用されている。ローパスフィルタ８２Ｃにより高周波の信号が除去される。

さらに本実施の形態では、外乱オブザーバ８３を通じて除去することが困難である高周波領域の外乱を打ち消すために、フィードフォワード制御部８２として、つぎの構成を採用している。

すなわち、フィードフォワード制御部８２は、外乱オブザーバ８３により完全に補償されたプラントＰ′を模擬したモデルの逆モデル、換言すればプラントＰ′の逆プラント１／Ｐ′を模擬したモデルを有している。プラントＰ′を模擬したモデルは、プラントの慣性項、粘性項およびばね項を含んでいる。

プラントＰ′は、つぎのようにして得られる。
図５（ａ）のブロック線図において外乱オブザーバ８３によってプラントＰが完全に補償されると仮定した場合、図５（ｂ）のブロック線図に示すように実際のプラントＰをノミナルプラントＰ_ｎｅに置き換えることができる。ただし、ノミナルプラントＰ_ｎｅは、外乱オブザーバ８３により推定される外乱によって車両に搭載された状態のプラントＰが完全に補償されると仮定した場合において、車両に搭載された状態のプラントＰを完全に模擬したモデルである。

図５（ａ）のブロック線図から次式（Ｃ１），（Ｃ２）が導出される。
θ_ｐ=Ｐ・Ｔ_２ ………………（Ｃ１）
Ｔ_２=Ｔ_ｆｂ－Ｔ_ｌｄｅ …………（Ｃ２）
図５（ｂ）のブロック線図から次式（Ｃ３）が導出される。

θ_ｐ=Ｐ_ｎｅ・（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｌｄ）…（Ｃ３）
フィードバック制御トルクＴ_ｆｂからピニオン角θ_ｐまでの伝達関数は、先の式（Ｂ１），（Ｂ２）および式（Ｃ１），（Ｃ２），（Ｃ３）に基づき、次式（Ｄ１）で表すことができる。

θ_ｐ＝［１／｛（１／Ｐ）・（１－α）＋α／Ｐ_ｎｅ｝］・Ｔ_ｆｂ …（Ｄ１）
したがって、完全に補償されたプラントＰ′の伝達関数は次式（Ｄ２）で表される。
Ｐ′＝１／｛（１／Ｐ）・（１－α）＋α／Ｐ_ｎｅ｝
＝１／｛（Ｊｓ^２＋Ｃｓ＋Ｋ）・（１－α）＋Ｊｓ^２・α｝…（Ｄ２）
ただし、「Ｊ」はＥＰＳ１０の慣性モーメントをモデル化した慣性係数である。「Ｃ」はＥＰＳ１０の摩擦などをモデル化した粘性係数である。「Ｋ」はＥＰＳ１０が搭載される車両のサスペンションおよびホイールアライメントなどの仕様をばねとみなしてモデル化したばね係数である。

完全に補償されたプラントＰ′の逆プラント１／Ｐ′の伝達関数は、先の式（Ｄ２）を変形することにより、次式（Ｄ３）で表される。
１／Ｐ′＝（１／Ｐ）・（１－α）＋（１／Ｐ_ｎｅ）・α
＝（Ｊｓ^２＋Ｃｓ＋Ｋ）・（１－α）＋Ｊｓ^２・α……（Ｄ３）
したがって、フィードフォワード制御部８２に先の式（Ｄ３）で表される完全に補償されたプラントＰ′の逆プラント１／Ｐ′を模擬したモデルを持たせることによって、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊からピニオン角θ_ｐまでの伝達関数は、次式（Ｄ４）で示されるように「１」となる。

θ_ｐ＝（１／Ｐ′）・Ｐ′・θ_ｐ ^＊＝１・θ_ｐ ^＊ …………………（Ｄ４）
フィードフォワード制御部８２の具体的な構成は、つぎの通りである。
図６に示すように、フィードフォワード制御部８２は、演算部８２Ｄおよびローパスフィルタ８２Ｃを有している。演算部８２Ｄは、外乱トルクが完全に補償された車載状態のプラントＰ′の逆プラント１／Ｐ′を模擬した式（Ｄ３）で表されるモデルを有している。演算部８２Ｄは、式（Ｄ３）で表されるモデルを使用して目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に応じたフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆを演算する。ローパスフィルタ８２Ｃは、演算部８２Ｄにより演算されるフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆに対してフィルタリング処理を施す。

したがって、第１の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）フィードフォワード制御部８２は、外乱オブザーバ８３により外乱トルクが完全に補償された車載状態のプラントＰ′を模擬したモデルの逆モデルを使用してフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆを演算する。このフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆを使用することにより、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に対するピニオン角θ_ｐの追従性能を確保することができる。

（２）フィードフォワード制御部８２は、外乱オブザーバ８３により演算される外乱トルク推定値Ｔ_ｌｄｅと同じ次数である三次のローパスフィルタ８２Ｃを有している。ローパスフィルタ８２Ｃにより高周波の信号が除去される。このため、外乱の演算精度が低下してプラントＰを補償することが困難となる高周波数領域におけるフィードフォワード制御の影響を抑えることが可能である。また、フィードフォワード制御部８２により演算されるフィードフォワード制御トルクＴ_ｆｆを使用することにより、外乱オブザーバ８３では除去することが困難である高周波領域の外乱トルクであれ打ち消される。したがって、目標角度に対する実角度の追従性能を確保することができる。

（３）外乱トルクが完全に補償された車載状態のプラントＰ′を模擬したモデルは、慣性項、粘性項およびばね項を含んでいる。このため、プラントＰに存在する慣性、粘性およびばね（剛性）の影響を打ち消すことが可能である。

＜第２の実施の形態＞
つぎに、モータの制御装置をステアバイワイヤ方式の操舵装置に適用した第２の実施の形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部材および構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。

図７に示すように、車両の操舵装置９０では、ステアリングシャフト１３とピニオンシャフト１４との間が機械的に分離されている。操舵装置９０は、操舵反力を生成するための構成として、反力モータ９１および減速機構９２を有している。操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール１１の操作方向と反対方向へ向けて作用する力をいう。操舵反力をステアリングホイール１１に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。

反力モータ９１は、操舵反力の発生源である。反力モータ９１としてはたとえば三相のブラシレスモータが採用される。反力モータ９１の回転軸は、減速機構９２を介して、ステアリングシャフト１３に連結されている。反力モータ９１のトルクは、操舵反力としてステアリングシャフト１３に付与される。反力モータ９１には回転角センサ９３が設けられている。回転角センサ９３は、反力モータ９１の回転角θ_ｍｒを検出する。

なお、トルクセンサ５１は、ステアリングシャフト１３における減速機構９２とステアリングホイール１１との間の部分に設けられている。また、モータ２１は、転舵力の発生源である転舵モータとして機能する。転舵力とは、転舵輪１２，１２を転舵させるための駆動力をいう。

つぎに、操舵装置９０の制御装置１００について詳細に説明する。
図８に示すように、制御装置１００は、操舵角演算部１０１、指令値演算部１０２、および通電制御部１０３を有している。

操舵角演算部１０１は、回転角センサ９３を通じて検出される反力モータ９１の回転角θ_ｍｒに基づきステアリングホイール１１の回転角である操舵角θ_ｓを演算する。
指令値演算部１０２は、操舵トルクＴ_ｈ、車速Ｖおよび操舵角θ_ｓに基づき操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊を演算する。指令値演算部１０２は、操舵トルクＴ_ｈの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが遅いほど、より大きな絶対値の操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊を演算する。指令値演算部１０２は、操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊を演算する過程でステアリングホイール１１の目標操舵角θ_ｓ ^＊を演算する。

通電制御部１０３は、操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊に応じた電力を反力モータ９１へ供給する。具体的には、通電制御部１０３は、操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊に基づき反力モータ９１に対する電流指令値を演算する。また、通電制御部１０３は、反力モータ９１に対する給電経路に設けられた電流センサ１０４を通じて、当該給電経路に生じる電流Ｉ_ｍｒを検出する。そして通電制御部１０３は、電流指令値と実際の電流Ｉ_ｍｒの値との偏差を求め、当該偏差を無くすように反力モータ９１に対する給電を制御する。これにより、反力モータ９１は操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊に応じたトルクを発生する。

また、制御装置１００は、ピニオン角演算部６１および通電制御部６３の他、角度フィードバック制御部１０５を有している。
角度フィードバック制御部１０５は、先の図４に示される第１の実施の形態の角度フィードバック制御部７４と同様の処理機能を有している。角度フィードバック制御部１０５は、指令値演算部１０２により演算される目標操舵角θ_ｓ ^＊を目標ピニオン角θ_ｐ ^＊として取り込む。また、角度フィードバック制御部１０５は、ピニオン角演算部６１により演算されるピニオン角θ_ｐを取り込む。角度フィードバック制御部１０５は、実際のピニオン角θ_ｐを目標ピニオン角θ_ｐ ^＊（ここでは、目標操舵角θ_ｓ ^＊に等しい。）に追従させるべくピニオン角θ_ｐのフィードバック制御を通じてピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊を演算する。通電制御部６３は、ピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に応じた電力を転舵モータとしてのモータ２１へ供給する。これにより、モータ２１はピニオン角指令値Ｔ_ｐ ^＊に応じた角度だけ回転する。

つぎに、指令値演算部１０２について詳細に説明する。
図３に括弧書きの符号を付して示すように、指令値演算部１０２は、基本的には第１の実施の形態の指令値演算部６２と同様の処理機能を有している。ただし、指令値演算部１０２は、下記の点において第１の実施の形態の指令値演算部６２と異なる。

トルクフィードバック制御部７２は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈ、および目標操舵トルク演算部７１により演算される目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊を取り込む。トルクフィードバック制御部７２は、操舵トルクＴ_ｈを目標操舵トルクＴ_ｈ ^＊に追従させるべく操舵トルクＴ_ｈのフィードバック制御を通じて第１の操舵反力指令値Ｔ_ｒ１ ^＊を演算する。

目標角度演算部７３は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴ_ｈ、トルクフィードバック制御部７２により演算される第１の操舵反力指令値Ｔ_ｒ１ ^＊、および車速センサ５２を取り込む。目標角度演算部７３は、操舵トルクＴ_ｈ、第１の操舵反力指令値Ｔ_ｒ１ ^＊、および車速Ｖに基づき、ステアリングホイール１１の目標操舵角θ_ｓ ^＊を演算する。

角度フィードバック制御部７４は、操舵角演算部１０１により演算される操舵角θ_ｓ、および目標角度演算部７３により演算される目標操舵角θ_ｓ ^＊を取り込む。角度フィードバック制御部７４は、操舵角演算部１０１により演算される操舵角θ_ｓを目標操舵角θ_ｓ ^＊に追従させるべく操舵角θ_ｓのフィードバック制御を通じて第２の操舵反力指令値Ｔ_ｒ２ ^＊を演算する。

加算器７５は、トルクフィードバック制御部７２により演算される第１の操舵反力指令値Ｔ_ｒ１ ^＊と、角度フィードバック制御部７４により演算される第２の操舵反力指令値Ｔ_ｒ２ ^＊とを合算することにより操舵反力指令値Ｔ_ｒ ^＊を演算する。

したがって、第２の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態と同様に、目標ピニオン角θ_ｐ ^＊に対するピニオン角θ_ｐの追従性能を確保することができる。
＜他の実施の形態＞
なお、第１および第２の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。

・第１の実施の形態では、制御装置５０の適用先として、転舵シャフト１５にアシスト力を付与するタイプのＥＰＳ１０を例に挙げたが、ステアリングシャフト１３にアシスト力を付与するタイプのＥＰＳであってもよい。図１に二点鎖線で示すように、モータ２１は、たとえば減速機構２２を介してステアリングシャフト１３に連結される。ピニオンシャフト２３は割愛することができる。

・第２の実施の形態において、操舵装置９０にクラッチを設けてもよい。この場合、先の図５に二点鎖線で示すように、ステアリングシャフト１３とピニオンシャフト１４とをクラッチ９４を介して連結する。クラッチ９４としては、励磁コイルに対する通電の断続を通じて動力の断続を行う電磁クラッチが採用される。制御装置１００は、クラッチ９４の断続を切り替える断続制御を実行する。クラッチ９４が切断されるとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との間の動力伝達が機械的に切断される。クラッチ９４が接続されるとき、ステアリングホイール１１と転舵輪１２，１２との間の動力伝達が機械的に連結される。

・第１および第２の実施の形態において、外乱オブザーバ８３がピニオン角推定値θ_ｐｅを演算する際に積分演算を使用する場合、たとえば高周波領域においては離散化誤差に起因して外乱オブザーバ８３の外乱推定性能が低下するおそれがある。この場合、離散系の積分演算には双一次変換の関係式を利用してもよい。

・第１および第２の実施の形態において、指令値演算部６２，１０２としてつぎの構成を採用してもよい。すなわち、指令値演算部６２には、先の図３に示される目標操舵トルク演算部７１およびトルクフィードバック制御部７２に代えて、操舵トルクＴ_ｈおよび車速Ｖに基づき第１のアシストトルクＴ_１ ^＊を演算する演算部を設ける。この演算部は、操舵トルクＴ_ｈのフィードバック制御ではなく、たとえば操舵トルクＴ_ｈと第１のアシストトルクＴ_１ ^＊との関係を車速Ｖに応じて規定する三次元マップを使用して、第１のアシストトルクＴ_１ ^＊を演算する。

・第１および第２の実施の形態において、指令値演算部６２，１０２として先の図３に示される加算器７５を割愛した構成を採用してもよい。この場合、角度フィードバック制御部７４により演算される第２のアシストトルクＴ_２ ^＊がアシスト指令値Ｔ^＊として使用される。

・車両には、車両の安全性あるいは利便性をより向上させるための様々な運転支援機能あるいはシステムが運転を代替する自動運転機能を実現する自動運転システムが搭載されることがある。この場合、図１および図７に二点鎖線で示すように、車両には、各種の車載システムの制御装置を統括制御する上位制御装置５００が搭載される。上位制御装置５００は、その時々の車両の状態に基づき最適な制御方法を求め、その求められる制御方法に応じて各種の車載制御装置に対して個別の制御を指令する。

上位制御装置５００は、制御装置５０，１００による操舵制御に介入する。上位制御装置５００は、たとえば車両に目標車線上を走行させるための指令値θ^＊として付加角度指令値を演算する。付加角度指令値は、その時々の車両の走行状態に応じて車両を車線に沿って走行させるために必要とされるピニオン角θ_ｐあるいは操舵角θ_ｓの目標値（現在のピニオン角θ_ｐあるいは操舵角θ_ｓに付加すべき角度）である。図３に二点鎖線で示すように、指令値θ^＊は、目標角度演算部７３により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊あるいは目標操舵角θ_ｓ ^＊に加算される。

・第１および第２の実施の形態において、指令値演算部６２，１０２は、上位制御装置５００による自動運転制御の実行時、上位制御装置５００によって演算される自動運転用の目標ピニオン角θ_ｐ ^＊と、目標角度演算部７３により演算される目標ピニオン角θ_ｐ ^＊とを切り替えて使用するようにしてもよい。自動運転用の目標ピニオン角θ_ｐ ^＊は、現在のピニオン角θ_ｐに付加すべき角度ではなく、車両の走行状態に応じた理想的な角度である。

＜他の技術的思想＞
つぎに、第１および第２の実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記モータは、操舵を補助するための力であるアシスト力または転舵輪を転舵させるための力である転舵力の発生源であること。

２１…モータ
５０，１００…制御装置
８１…フィードバック制御部（第１の処理部）
８２…フィードフォワード制御部（第２の処理部）
８２Ｃ…ローパスフィルタ
８２Ｄ…演算部
８３…外乱オブザーバ（第３の処理部）
８４…加算器（第４の処理部）

Claims (3)

1. 車両の転舵輪を転舵させるプラントの駆動源であるモータの制御装置であって、
   前記転舵輪の転舵角に換算可能な角度を目標角度に追従させるフィードバック制御の実行を通じて前記モータに発生させるフィードバック制御トルクを演算する第１の処理部と、
   前記目標角度に応じて前記モータに発生させるフィードフォワード制御トルクを演算する第２の処理部と、
   前記プラントを模擬したモデルを使用して前記モータに発生させるトルク以外に前記転舵角に換算可能な角度に影響を及ぼす外乱トルクを演算する第３の処理部と、
   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した値から前記第３の処理部により演算される前記外乱トルクを減算することによって前記モータに発生させるトルクを補正する第４の処理部と、を有し、
   前記第２の処理部は、前記外乱トルクが補償された車載状態の前記プラントを模擬したモデルの逆モデルを使用して前記フィードフォワード制御トルクを演算するモータの制御装置。
2. 前記第３の処理部により演算される外乱トルクは３次以上の多次遅れ系の外乱トルクであることを前提として、
   前記第２の処理部は、前記外乱トルクが補償された車載状態の前記プラントの逆モデルを使用して前記目標角度に応じた前記フィードフォワード制御トルクを演算する演算部と、
   前記演算部により演算される前記フィードフォワード制御トルクに対してフィルタリング処理を施すフィルタと、を有し、
   前記フィルタの次数は、前記第３の処理部により演算される前記外乱トルクの次数と同じ次数に設定されている請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記外乱トルクが補償された前記プラントを模擬したモデルは、慣性項、粘性項およびばね項を含んでいる請求項１または請求項２に記載のモータの制御装置。