JPWO2019107438A1 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

車両用操舵装置は、車両の転舵機構に操舵力を付与する電動モータと、操舵トルクに応じた目標アシストトルクを設定する第１設定部と、目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する第２設定部と、第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限する制限処理部９５と、制限処理部による制限処理後の角度制御用目標トルクを用いて目標自動操舵トルクを演算する第１演算部９６と、目標自動操舵トルクと目標アシストトルクとを、ドライバ入力に応じて変化する値に応じて重み付け加算することにより、電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを演算する第２演算部９７，９８，９９を含む。

Description

この発明は、自動で操舵角を制御する自動操舵制御と、手動で操舵角を制御する手動操舵制御（アシスト制御）とを同じ電動モータを用いて実現することができる車両用操舵装置に関する。

下記特許文献１には、自動で操舵角を制御する自動操舵制御と、手動操舵制御とを同じアクチュエータ（電動モータ）を用いて実現することができる車両用操舵装置が開示されている。特許文献１に記載の発明では、アクチュエータによってステアリングシャフトに付与すべき操舵トルク（以下、目標アクチュエータトルクＴ_ｔという）は、次式（ａ）で表される。

Ｔ_ｔ＝Ｋ_ａｓｓｔ・Ｔ_ａｓｓｔ＋Ｋ_ａｕｔｏ・Ｔ_ａｕｔｏ …（ａ）
前記式（ａ）において、Ｔ_ａｓｓｔは、目標アシストトルクであり、Ｔ_ａｕｔｏは自動操舵制御を行うための目標操舵トルク（以下、目標自動操舵トルクという）であり、Ｋ_ａｓｓｔおよびＫ_ａｕｔｏはそれぞれ重み係数である。アクチュエータは、目標アクチュエータトルクＴ_ｔと一致するトルクを発生するように制御される。

手動操舵制御時には、Ｋ_ａｕｔｏは零とされるため、Ｔ_ｔ＝Ｋ_ａｓｓｔ・Ｔ_ａｓｓｔとなる。また、手動操舵制御中は、係数Ｋ_ａｓｓｔは１に設定されるため、Ｔ_ｔ＝Ｔ_ａｓｓｔとなる。自動操舵制御時には、前記式（ａ）に基づいて、目標アクチュエータトルクＴ_ｔが演算される。自動操舵制御中は、運転者によるステアリング操作が加えられなければ、自動操舵制御開始と終了のとき以外は、操舵トルクは０となるので、目標アシストトルクＴ_ａｓｓｔは０となる。また、自動操舵制御中は、係数Ｋ_ａｕｔｏは１に設定されるため、Ｔ_ｔ＝Ｔ_ａｕｔｏとなる。

特許文献１に記載の発明では、自動操舵制御中に操舵介入が検出された場合に、自動操舵制御から手動操舵制御へ移行させるための移行制御が開始される。この移行制御においては、所定時間が経過するごとに、Ｋ_ａｕｔｏの値を所定値Ｋ_１だけ減少させるとともにＫ_ａｓｓｔの値を所定値Ｋ_２だけ増加させる。ただし、Ｋ_ａｕｔｏの値が０を下回ったときにはＫ_ａｕｔｏは０に固定され、Ｋ_ａｓｓｔの値が１を上回ったときにはＫ_ａｓｓｔは１に固定される。そして、更新後のＫ_ａｕｔｏおよびＫ_ａｓｓｔを用いて目標アクチュエータトルクＴ_ｔを演算し、演算された目標アクチュエータトルクＴ_ｔと一致するトルクがアクチュエータから発生するようにアクチュエータが制御される。このようにして、Ｋ_ａｕｔｏの値が０でかつＫ_ａｓｓｔの値が１になると、移行制御は終了する。

特開2004-256076号公報

特許文献１に記載の移行制御では、Ｋ_ａｕｔｏの値が時間に対して漸次減少され、Ｋ_ａｓｓｔの値が時間に対して漸次増加される。そして、Ｋ_ａｕｔｏの値が０でかつＫ_ａｓｓｔの値が１になると、移行制御は終了する。これにより、自動操舵制御を解除する際に、目標アクチュエータトルクＴ_ｔの変動を抑制できるので、運転者が感じる違和感を低減することができる。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、移行制御が開始してから終了するまでの時間（移行制御時間）は常に一定となるから、運転者の操舵操作によって移行制御時間を変化させることはできない。このため、例えば、緊急時において、自動操舵制御から手動操舵制御への切り替えを、急速に行うことができないおそれがある。

この発明の目的は、新規な方法によって自動操舵制御および手動操舵制御を同じ電動モータを用いて行うことができ、自動操舵と手動操舵の度合をスムーズに調整することが可能な車両用操舵装置を提供することである。

この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置は、車両の転舵機構に操舵力を付与する電動モータと、操舵トルクに応じた目標アシストトルクを設定する第１設定部と、目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する第２設定部と、前記第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限する制限処理部と、前記制限処理部による制限処理後の角度制御用目標トルクを用いて目標自動操舵トルクを演算する第１演算部と、前記目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを、ドライバ入力に応じて変化する値に応じて重み付け加算することにより、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを演算する第２演算部とを含む。

この構成によれば、新規な方法によって、自動操舵制御および手動操舵制御を同じ電動モータを用いて行うことができる車両用操舵装置が得られる。また、この構成によれば、自動操舵制御から手動操舵制御へ、あるいはその逆へと、各制御の重み付け量を変化させながらシームレスにすばやく切り替えることが可能となる車両用操舵装置が得られる。

この発明の一実施形態では、前記制限処理部は、前記第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを、所定の上限値と所定の下限値との間に制限するように構成されている。

この発明の一実施形態では、前記第２設定部は、前記角度偏差を零に近づけるためのフィードバック制御部を含んでおり、前記制限処理部は、ドライバ入力に応じて変化する値に基づいて、前記フィードバック制御部のフィードバックゲインを制御することにより、前記第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限するように構成されている。

この発明の一実施形態では、前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差である。

この発明の一実施形態では、前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差であり、前記第２演算部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値と、前記制限処理部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値とが異なる。

本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の車両用操舵装置の一実施形態である電動パワーステアリング装置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、操舵トルクＴ_ｄに対する目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃの設定例を示すグラフである。 図４は、角度制御部の構成を示すブロック図である。 図５は、補償対象負荷推定部の構成を示すブロック図である。 図６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７は、外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。 図８は、シェアードコントロール部の構成を示すブロック図である。 図９は、リミッタの動作を説明するための説明図である。 図１０は、β演算部の動作を説明するための説明図である。 図１１は、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜に対する比例ゲインＫ_Ｐの設定例を示すグラフである。 図１２は、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜に対する微分ゲインＫ_Ｄの設定例を示すグラフである。

図１は、本発明の車両用操舵装置の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。

この電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：electric power steering）１は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムタイプＥＰＳ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ωｗ_ｇ／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、ステアリングホイール２の慣性力によって、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等によって、路面側から転舵輪３およびラック軸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、トーションバー１０からタイヤまでのトルク伝達経路で発生する摩擦によって出力軸９に加えられるトルクである。摩擦トルクＴ_ｆは、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０との間の摩擦およびラックアンドピニオン機構の摩擦によって出力軸９に加えられるトルクを含む。

この実施形態では、モータトルク以外の外乱トルクＴ_ｌｃから、操舵トルクＴ_ｄまたはステアリングホイール２の慣性力の影響を補償した操舵トルクＴ_ｄ’を減算したトルクが、後述する角度制御部４２（図２参照）によって演算される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃに対して補償されるべき負荷（補償対象負荷）Ｔ_ｌｅとなる。したがって、この実施形態では、補償対象負荷Ｔ_ｌｅは、路面負荷トルク（路面反力トルク）Ｔ_ｒｌおよび摩擦トルクＴ_ｆを含んでいる。以下において、補償対象負荷Ｔ_ｌｅを減速機１９の減速比Ｎで除算した値（Ｔ_ｌｅ／Ｎ）をＴ_ｌｅｍで表すことにする。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４、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、自動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、自動操舵のための目標操舵角θ_ｃｍｄａ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。目標操舵角θ_ｃｍｄａ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。このような目標操舵角θ_ｃｍｄａ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。この実施形態では、出力軸９の回転角を「操舵角」ということにする。

上位ＥＣＵ２０１によって設定される目標操舵角θ_ｃｍｄａ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、車速センサ２４によって検出される車速Ｖ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、アシスト制御部（assist map）４１と、角度制御部(Angle controller)４２と、補償対象負荷推定部４３と、シェアードコントロール部（shared control）４４と、目標モータ電流演算部４５と、電流偏差演算部４６と、ＰＩ制御部４７と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４８と、回転角演算部４９と、減速比除算部５０とを含む。

アシスト制御部４１は、本発明の第１設定部の一例である。角度制御部４２は、本発明の第２設定部の一例である。シェアードコントロール部４４は、本発明の第１演算部および第２演算部の一例である。

回転角演算部４９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。減速比除算部５０は、回転角演算部４９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。

アシスト制御部４１は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値である目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃを設定する。アシスト制御部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と車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃを設定する。操舵トルクＴ_ｄに対する目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃの設定例は、図３に示されている。

目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃは、操舵トルクＴ_ｄの正の値に対しては正をとり、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。また、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃは、操舵トルクＴ_ｄの負の値に対しては負をとり、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。そして、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃ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。また、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃは、車速センサ２４によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。

角度制御部４２は、上位ＥＣＵ２０１から与えられる目標操舵角θ_ｃｍｄａと減速比除算部５０によって演算される実操舵角θとに基づいて、角度制御（操舵角制御）に必要となる角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃを設定する。角度制御部４２の詳細については、後述する。

補償対象負荷推定部４３は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄと、減速比除算部５０によって演算される実操舵角θと、シェアードコントロール部４４によって設定される目標モータトルクＴ_ｍとに基づいて、補償対象負荷Ｔ_ｌｅｍを推定する。後述するように、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃと、補償対象負荷推定部４３によって推定される補償対象負荷Ｔ_ｌｅｍとに基づいて、自動操舵に必要なモータトルクの目標値である目標自動操舵トルクＴ_ｍ，ａｄ（図８参照）が演算される。補償対象負荷推定部４３の詳細については、後述する。

シェアードコントロール部４４には、アシスト制御部４１によって設定される目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃと、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃと、角度制御部４２によって演算される角度偏差Δθ（図４参照）と、補償対象負荷推定部４３によって推定される補償対象負荷Ｔ_ｌｅｍとが入力される。シェアードコントロール部４４は、これらの入力に基づいて、目標モータトルクＴ_ｍを演算する。シェアードコントロール部４４の詳細については、後述する。

目標モータ電流演算部４５は、シェアードコントロール部４４によって演算された目標モータトルク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、目標モータ電流Ｉ_ｃｍｄを演算する。

電流偏差演算部４６は、目標モータ電流演算部４５によって得られた目標モータ電流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４７は、電流偏差演算部４６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を目標モータ電流Ｉ_ｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部４８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。

以下、角度制御部４２、補償対象負荷推定部４３およびシェアードコントロール部４４について詳しく説明する。

図４は、角度制御部４２の構成を示すブロック図である。

角度制御部４２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、トルク加算部６４と、減速比除算部６５とを含む。

ローパスフィルタ６１は、上位ＥＣＵ２０１から与えられる目標操舵角θ_ｃｍｄａ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目標操舵角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、減速比除算部５０（図２参照）によって演算される実操舵角θを、目標操舵角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、目標操舵角θ_ｃｍｄと、減速比除算部５０によって演算される実操舵角θとの偏差Δθ（＝θ_ｃｍｄ−θ）を演算する。角度偏差演算部６２Ａによって演算された角度偏差Δθは、ＰＤ制御部６２Ｂに与えられるとともに、シェアードコントロール部４４にも与えられる。

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。具体的には、ＰＤ制御部６２Ｂは、比例処理部１１１、微分処理部１１２、比例ゲイン乗算部１１３、微分ゲイン乗算部１１４および加算部１１５を備えている。

比例ゲイン乗算部１１３は、比例処理部１１１が角度偏差Δθを比例処理したものに、比例ゲインＫ_Ｐを乗算する。微分ゲイン乗算部１１４は、微分処理部１１２が角度偏差Δθを微分処理したものに、微分ゲインＫ_Ｄを乗算する。加算部１１５は、比例ゲイン乗算部１１３および微分ゲイン乗算部１１４の各乗算結果を加算することにより、フィードバック制御トルクＴ_ｆｂを演算する。フィードバック制御トルクＴ_ｆｂは、トルク加算部６４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、目標操舵角θ_ｃｍｄを二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、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トルクＴ_ｆｆ（＝Ｊ・ｄ^２θ_ｃｍｄ／ｄｔ^２）を演算する。慣性Ｊは、例えば、電動パワーステアリングシステム１の物理モデルから求められる。フィードフォワードトルクＴ_ｆｆは、慣性補償値として、トルク加算部６４に与えられる。

トルク加算部６４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トルクＴ_ｆｆを加算することにより、角度制御用目標操舵トルク（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）を演算する。これにより、慣性が補償された角度制御用目標操舵トルク（出力軸９に対する目標トルク）が得られる。これにより、精度の高いモータ制御（操舵角制御）が行われるようになる。

角度制御用目標操舵トルク（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）は、減速比除算部６５に与えられる。減速比除算部６５は、角度制御用目標操舵トルク（Ｔ_ｆｂ＋Ｔ_ｆｆ）を減速比Ｎで除算することにより、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃ（電動モータ１８に対する目標トルク）を演算する。この角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃは、シェアードコントロール部４４（図２参照）に与えられる。

図５は、補償対象負荷推定部４３の構成を示すブロック図である。

補償対象負荷推定部４３は、減速比乗算部７１と、外乱トルク推定部（外乱オブザーバ）７２と、減算部７３と、減速比除算部７４とを含んでいる。

減速比乗算部７１は、シェアードコントロール部４４によって設定された目標モータトルクＴ_ｍに減速比Ｎを乗算することにより、目標モータトルクＴ_ｍ-を出力軸９に作用する目標操舵トルクＮ・Ｔ_ｍに換算する。

外乱トルク推定部７２は、プラント（制御対象（モータ駆動対象））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。外乱トルク推定部７２は、プラントの目標値である目標操舵トルク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。以下において、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で表す場合がある。

減算部７３は、外乱トルク推定部７２によって推定された外乱トルクＴ_ｌｃから、トルクセンサ１２によって検出された操舵トルクＴ_ｄを減算することによって、出力軸９（減速機１９）に加えられる補償対象負荷Ｔ_ｌｅ（＝Ｔ_ｌｃ−Ｔ_ｄ）を演算する。減速比除算部７４は、減算部７３によって演算された補償対象負荷Ｔ_ｌｅを減速比Ｎで除算することによって、減速機１９を介して電動モータ１８のモータシャフトに加えられる補償対象負荷Ｔ_ｌｅｍを演算する。減速比除算部７４によって演算された補償対象負荷Ｔ_ｌｅｍは、シェアードコントロール部４４に与えられる。

外乱トルク推定部７２について詳しく説明する。外乱トルク推定部７２は、例えば、図６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。また、プラント１０２には、転舵輪３側から路面負荷トルクＴ_ｒｌが与えられるとともにラックアンドピニオン機構の摩擦等によって摩擦トルクＴ_ｆの一部Ｔ_ｆ１が与えられる。さらに、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介して目標操舵トルク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との間の摩擦等によって摩擦トルクＴ_ｆの一部Ｔ_ｆ２が与えられる。ここでは、Ｔ_ｆ＝Ｔ_ｆ１＋Ｔ_ｆ２とする。

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(1)で表される。

ｄ^２θ／ｄｔ^２は、プラント１０２の加速度である。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、主として、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とを含むと考える。

図６の物理モデル１０１に対する状態方程式は、例えば、次式(2)で表わされる。

前記式(2)において、ｘは、状態変数ベクトルである。前記式(2)において、ｕ_１は、既知入力ベクトルである。前記式(2)において、ｕ_２は、未知入力ベクトルである。前記式(2)において、ｙは、出力ベクトル（測定値）である。前記式(2)において、Ａは、システム行列である。前記式(2)において、Ｂ_１は、第１入力行列である。前記式(2)において、Ｂ_２は、第２入力行列である。前記式(2)において、Ｃは、出力行列である。前記式(2)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_１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、例えば、次式(3)で表される。

前記式(3)において、ｘ_ｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(4)で表される。

前記式(3)において、Ａ_ｅは、拡張系のシステム行列である。前記式(3)において、Ｂ_ｅは、拡張系の既知入力行列である。前記式(3)において、Ｃ_ｅは、拡張系の出力行列である。

前記式(3)の拡張状態方程式から、次式（5）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（5）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(6)で表される。

^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７２は、前記式（5）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７は、外乱トルク推定部７２の構成を示すブロック図である。

外乱トルク推定部７２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７１（図５参照）によって演算される目標操舵トルク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(6)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、例えば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、減速比除算部５０（図２参照）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(5)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（Ｂ_ｅ・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を出力する。

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、前述したように、式（1）で表される。したがって、プラントの逆モデルは、次式（7）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Ｔ_ｍであり、実操舵角θの二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、モータトルク入力から推定される操舵角推定値^θと実操舵角θとの差（ｙ−^ｙ）に応じて、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。

図８は、シェアードコントロール部４４の構成を示すブロック図である。

シェアードコントロール部４４は、絶対値演算部９１と、除算部９２と、β演算部９３と、α演算部９４と、リミッタ９５と、減算部９６と、α乗算部９７と、β乗算部９８と、加算部９９とを含んでいる。リミッタ９５は、本発明の制限処理部の一例である。

絶対値演算部９１は、角度偏差Δθの絶対値｜Δθ｜を演算する。除算部９２は、絶対値演算部９１によって演算された角度偏差Δθの絶対値｜Δθ｜を、予め設定されたシェアードコントロール有効角度偏差幅（以下、単に「有効角度偏差幅Ｗ」という）で除算することによって、重み演算用変数｜Δθ｜／Ｗを演算する。なお、Ｗ＞０である。

β演算部９３は、次式（8）に基づいて、重み係数βを演算する。つまり、β演算部９３は、次式（8）で定義される飽和関数sat_０，１（｜Δθ｜／Ｗ）を用いて、重み係数βを演算する。飽和関数sat_０，１（｜Δθ｜／Ｗ）は、「ドライバ入力に応じて変化する値」の一例である角度偏差Δθを用いて演算される。

つまり、β演算部９３は、図９に実線の折れ線で示すように、｜Δθ｜／Ｗが１よりも大きければ、１を出力する。また、β演算部９３は、｜Δθ｜／Ｗが０以上でかつ１以下であれば、｜Δθ｜／Ｗの演算結果を出力する。したがって、重み係数βは０以上１以下の値をとる。

α演算部９４は、１からβを減算することにより、重み係数αを演算する。つまり、α演算部９４は、図９に鎖線の折れ線で示すように、｜Δθ｜／Ｗが１よりも大きければ、０を出力する。また、α演算部９４は、｜Δθ｜／Ｗが０以上でかつ１以下であれば、｛１−（｜Δθ｜／Ｗ）｝の演算結果を出力する。したがって、重み係数αは０以上１以下の値をとる。

リミッタ９５は、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃを所定の下限飽和値Ｔ_ｍｉｎ（Ｔ_ｍｉｎ＜０）と上限飽和値Ｔ_ｍａｘ（Ｔ_ｍａｘ＞０）との間に制限する。この実施形態では、Ｔ_ｍｉｎ＝−Ｔ_ｍａｘである。具体的には、リミッタ７５は、次式（9）に基づいて、制限処理後の角度制御用目標トルクsat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）を演算する。

リミッタ９５は、図１０に示すように、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃが下限飽和値Ｔ_ｍｉｎ以上でかつ上限飽和値Ｔ_ｍａｘ以下の値であるときには、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃを、そのまま出力する。また、リミッタ７５は、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃが下限飽和値Ｔ_ｍｉｎ未満であれば、下限飽和値Ｔ_ｍｉｎを出力する。また、リミッタ７５は、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃが上限飽和値Ｔ_ｍａｘよりも大きいときには上限飽和値Ｔ_ｍａｘを出力する。

リミッタ９５は、自動操舵中に運転者が自動操舵を解除しやすくするために設けられている。具体的には、自動操舵中に運転者が自動操舵を解除するために操舵操作（操舵介入）を行うと角度偏差Δθが大きくなるので、角度制御部４２（図２参照）によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値が大きくなる。角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値が大きくなると、運転者が操舵介入する際の操舵反力が大きくなるので、運転者は操舵介入を行いにくくなる。そこで、リミッタ９５を設けて、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値が大きくなりすぎるのを防止している。

減算部９６は、リミッタ９５による制限処理後の角度制御用目標トルクsat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）から、補償対象負荷推定部４３（図２参照）によって推定される補償対象負荷Ｔ_ｌｅｍを減算することにより、目標自動操舵トルクＴ_ｍ，ａｄ（＝sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）を演算する。これにより、路面負荷トルクＴ_ｒｌや摩擦トルクＴ_ｆが補償された目標自動操舵トルクＴ_ｍ，ａｄが得られる。

α乗算部９７は、減算部９６によって演算された目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に、α演算部９４によって演算された重み係数αを乗算することにより、α・（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）を演算する。

β乗算部９８は、アシスト制御部４１（図２参照）によって設定された目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに、β演算部９３によって演算された重み係数βを乗算することにより、β・Ｔ_ｍ，ｍｃを演算する。

加算部９９は、α乗算部９７によって演算されたα・（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）と、β乗算部９８によって演算されたβ・Ｔ_ｍ，ｍｃとを加算することによって、目標モータトルクＴ_ｍを演算する。目標モータトルクＴ_ｍは、次式(10)で表される。

Ｔ_ｍ＝α・（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）＋β・Ｔ_ｍ，ｍｃ …(10)
つまり、シェアードコントロール部４４は、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）と、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃとを重み付け加算することにより、目標モータトルクＴ_ｍを演算する。

目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに対する重み係数βは、（｜Δθ｜／Ｗ）＞１のときには１となり、０≦｜Δθ｜≦１のときには（｜Δθ｜／Ｗ）となる。一方、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に対する重み係数αは、｜Δθ｜／Ｗ＞１のときには０となり、０≦｜Δθ｜／Ｗ≦１のときには（１−｜Δθ｜／Ｗ）となる。

したがって、｜Δθ｜／Ｗ＞１のときには、β＝１でかつα＝０となるので、Ｔ_ｍ＝Ｔ_ｍ，ｍｃとなる。これにより、角度偏差Δθの絶対値｜Δθ｜が有効角度偏差幅Ｗよりも大きいときには、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵によって操舵が行われる。

｜Δθ｜／Ｗが零のときには、β＝０でかつα＝１となるので、Ｔ_ｍ＝（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）となる。これにより、角度偏差Δθが０のときには、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に基づいて操舵が行われることになる。

｜Δθ｜／Ｗが０≦｜Δθ｜／Ｗ≦１の範囲内にある場合には、｜Δθ｜／Ｗが小さくなるほど（｜Δθ｜が零に近づくほど）、βが小さくなり、αが大きくなる。一方、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）の絶対値は、｜Δθ｜が小さくなるほど小さくなる。また、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃの絶対値は、角度偏差Δθに関係なく、操舵トルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるほど大きくなる。

したがって、｜Δθ｜／Ｗが０≦｜Δθ｜／Ｗ≦１の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作を行っていないときには、｜Ｔ_ｄ｜および｜Δθ｜は比較的小さいので、主として（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に基づいて操舵が行われることになる。これにより、自動操舵による操舵が可能となる。

｜Δθ｜／Ｗが０≦｜Δθ｜／Ｗ≦１の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作（操舵介入）を行うと、｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるため、主として目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵による操舵が可能となる。この際、｜Δθ｜が大きくなり、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値｜Ｔ_ｍ，ａｃ｜が大きくなるが、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃに対してリミッタ９５によって制限がかけられているので、運転者による操舵介入時に操舵反力が大きくなるのを抑制できるから、運転者は操舵介入を行いやすくなる。

｜Δθ｜／Ｗが０≦｜Δθ｜／Ｗ≦１の範囲内にある場合において、運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を弱めた場合、｜Ｔ_ｄ｜が大きい状態から小さい状態に変化するため、｜Δθ｜も大きい状態から小さい状態に変化する。これにより、式(10)に基づき、操舵介入の度合に応じて目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃの絶対値は大きい状態から小さい状態へ変化し、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）は小さい状態から大きい状態へ変化する。

運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を強めた場合は、それぞれ逆方向に変化する。よって、運転者が操舵介入の度合を調整するだけで、自動操舵が主体的な状態と運転者の操舵が主体的な状態とを、切り替えのつなぎ目を意識することなく、シームレスにスムーズに切り替えることができる。

前述の実施形態では、比較的簡単な制御によって、自動操舵制御および手動操舵制御を同じ電動モータを用いて行うことができる。また、角度偏差Δθの絶対値が有効角度偏差幅Ｗに達したときに、目標モータトルクＴ_ｍが目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃと等しくなるので、運転者の操舵操作によって、自動操舵から手動操作に迅速に切り替えることが可能となる。

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、β演算部９３（図８参照）は、飽和関数sat_０，１（｜θ｜／Ｗ））を用いて、重み係数βを演算している。しかし、β演算部９３は、操舵トルクＴ_ｄを用いて、重み係数βを演算してもよい。

具体的には、β演算部９３は、次式(11)で示される飽和関数sat_０，１（Ｐ）に基づいて演算されてもよい。飽和関数sat_０，１（Ｐ）は、「ドライバ入力に応じて変化する値」の一例である操舵トルクＴ_ｄを用いて演算される。この場合には、図２および図８に二点鎖線で示すように、シェアードコントロール部４４に、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄが入力される。

ハンドル手放し状態（Ｔ_ｄ＝０）のときには、Ｐは低下する。ハンドル把持状態においては、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるとＰが増加する。

目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに対する重み係数βは、Ｐ＞１のときには１となり、０≦Ｐ≦１のときにはＰとなる。一方、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に対する重み係数αは、Ｐ＞１のときには０となり、０≦Ｐ≦１のときには（１−Ｐ）となる。

したがって、Ｐ＞１のときには、β＝１でかつα＝０となるので、Ｔ_ｍ＝Ｔ_ｍ，ｍｃとなる。これにより、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きくなると、目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵によって操舵が行われる。

Ｐ＜０のときには、β＝０でかつα＝１となるので、Ｔ_ｍ＝（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）となる。これにより、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が零のときには、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に基づいて操舵が行われることになる。

Ｐが０≦Ｐ≦１の範囲内にある場合には、Ｐ（＝β）が小さくなるほど、αが大きくなる。そのため、目標モータトルクＴ_ｍに占める目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）の割合は、Ｐが小さくなるほど大きくなる。逆に、目標モータトルクＴ_ｍに占める目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃの割合は、操舵トルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるほど、即ちＰが大きくなるほど、大きくなる。

したがって、Ｐが０≦Ｐ≦１の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作を行っていないときには、操舵トルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜およびＰは比較的小さいので、主として（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）に基づいて操舵が行われることになる。これにより、自動操舵による操舵が可能となる。

Ｐが０≦Ｐ≦１の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作（操舵介入）を行うと、操舵トルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるため、主として目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵による操舵が可能となる。この際、｜Δθ｜が大きくなり、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値｜Ｔ_ｍ，ａｃ｜が大きくなるが、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃに対してリミッタ９５によって制限がかけられているので、運転者による操舵介入時に操舵反力が大きくなるのを抑制できるから、運転者は操舵介入を行いやすくなる。

Ｐが０≦Ｐ≦１の範囲内にある場合において、運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を弱めた場合、操舵トルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きい状態から小さい状態に変化する。そのため、Ｐ（＝β）も大きい状態から小さい状態に変化し、αは小さい状態から大きい状態に変化する。これにより、式(10)に基づき、操舵介入の度合に応じて目標モータトルクＴ_ｍに占める目標アシストトルクＴ_ｍ，ｍｃの割合が小さくなり、目標自動操舵トルク（sat_{Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘ}（Ｔ_ｍ，ａｃ）−Ｔ_ｌｅｍ）の割合が大きくなる。

運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を強めた場合は、それぞれ逆方向に変化する。よって、運転者が操舵介入の度合を調整するだけで、自動操舵が主体的な状態と運転者の操舵が主体的な状態とを、切り替えのつなぎ目を意識することなく、シームレスにスムーズに切り替えることができる。

また、β演算部９３は、次式(12)で示される飽和関数sat_０，１（Ｑ_ｎ）を用いて、重み係数βを演算してもよい。飽和関数sat_０，１（Ｑ_ｎ）は、「ドライバ入力に応じて変化する値」の一例である操舵トルクＴ_ｄを用いて演算される。この場合にも、図２および図８に二点鎖線で示すように、シェアードコントロール部４４に、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄが入力される。

式(12)において、Ｑ_ｎはＱの今回値を示し、Ｑ_ｎ−１はＱの前回値を示している。また、｜Ｔ_ｄ（ｎ）｜は、操舵トルクＴ_ｄの絶対値の今回値を示している。

ハンドル手放し状態（Ｔ_ｄ＝０）のときには、Ｑ_ｎは低下する。ハンドル把持状態においては、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるとＱ_ｎが増加する。したがって、この場合にも、重み係数βが式(11)で示される飽和関数に基づいて演算される場合と同様な作用効果が得られる。

また、前述の実施形態では、運転者が自動操舵を解除しやすくするために、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃを下限飽和値Ｔ_ｍｉｎと上限飽和値Ｔ_ｍａｘとの間に制限するリミッタ９５（図８参照）が設けられている。しかしながら、リミッタ９５の代わりに、図４に二点鎖線で示すように、ＰＤ制御部（図４参照）のフィードバックゲインを制御するゲイン制御部６６を設けてもよい。ゲイン制御部６６は、本発明の制限処理部の一例である。

ゲイン制御部６６は、この実施形態では、比例ゲインＫ_Ｐおよび微分ゲインＫ_Ｄを、ドライバ入力に応じて変化する値に基づき制御することにより、操舵介入時に角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値が過大になるのを抑制する。

ゲイン制御部６６で用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」としては、例えば、角度偏差Δθや操舵トルクＴ_ｄ等を用いることができる。ただし、ゲイン制御部６６で用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」は、βの演算に用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」とは、異なる値であることが好ましい。

ゲイン制御部６６で用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」が操舵トルクＴ_ｄである場合の比例ゲインＫ_Ｐおよび微分ゲインＫ_Ｄの設定例を、それぞれ図１１および図１２に示す。

図１１を参照して、比例ゲインＫ_Ｐは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が０のときには、正の所定値 Ｋ_Ｐ０に設定される。操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が所定値Ａ_１（Ａ_１＞０）以上の範囲では、比例ゲインＫ_Ｐは、Ｋ_Ｐ０よりも小さな正の所定値Ｋ_Ｐ１に設定される。操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が０以上Ａ_１以下の範囲においては、比例ゲインＫ_Ｐは、Ｋ_Ｐ０からＫ_Ｐ１までの範囲で｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるほど小さくなる特性に従って設定される。

図１２を参照して、微分ゲインＫ_Ｄは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が０のときには、正の所定値 Ｋ_Ｄ０に設定される。操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が所定値Ｂ_１（Ｂ_１＞０）以上の範囲では、微分ゲインＫ_Ｄは、Ｋ_Ｄ０よりも小さな正の所定値Ｋ_Ｄ１に設定される。操舵トルクの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が０以上Ｂ_１以下の範囲においては、微分ゲインＫ_Ｄは、Ｋ_Ｄ０からＫ_Ｄ１までの範囲で｜Ｔ_ｄ｜が大きくなるほど小さくなる特性に従って設定される。

自動操舵中に運転者が操舵介入を行うと、角度偏差Δθの絶対値が大きくなり、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値が大きくなり、操舵反力が大きくなるので、運転者は操舵介入を行いにくくなる。しかし、操舵介入によって操舵トルクＴ_ｄの絶対値が大きくなると、ゲイン制御部６６によって比例ゲインＫ_Ｐおよび微分ゲインＫ_Ｄが減少される。これにより、角度制御部４２によって設定される角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの応答性が低下するので、角度制御用目標トルクＴ_ｍ，ａｃの絶対値が過大となるのを抑制できる。

なお、図１１、１２の設定例では、横軸に操舵トルクＴ_ｄの絶対値を用いたが、「ドライバ入力に応じて変化する値」として操舵トルクＴ_ｄを採用する場合には、図１１、１２の横軸に前記式(11)で定義される飽和関数sat_０，１（Ｐ）や前記式(12)で定義される飽和関数sat_０，１（Ｑ_ｎ）等を用いてもよい。また「ドライバ入力に応じて変化する値」として角度偏差Δθを採用する場合には、図１１、１２の横軸に角度偏差Δθの絶対値等を用いることができる。

また、前述の実施形態では、角度制御部４２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。

また、前述の実施形態では、補償対象負荷Ｔ_ｌｅは、路面負荷トルクＴ_ｒｌおよび摩擦トルクＴ_ｆを含んでいるが、何れか一方のみを含んでいてもよい。

また、補償対象負荷Ｔ_ｌｅは、トーションバー１０からタイヤまでのトルク伝達経路の構成部材の慣性力によって出力軸９に加えられる慣性トルクを含んでいてもよい。

本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。

この出願は、２０１７年１１月３０日に日本国特許庁に提出された特願２０１７−２３０５６１号に対応しており、その出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。

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…アシスト制御部、４２…角度制御部、４３…補償対象負荷推定部、４４…シェアードコントロール部、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…トルク加算部、６６…ゲイン制御部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…モータ制御用ＥＣＵ

Claims (5)

1. 車両の転舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
   操舵トルクに応じた目標アシストトルクを設定する第１設定部と、
   目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する第２設定部と、
   前記第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限する制限処理部と、
   前記制限処理部による制限処理後の角度制御用目標トルクを用いて目標自動操舵トルクを演算する第１演算部と、
   前記目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを、ドライバ入力に応じて変化する値に応じて重み付け加算することにより、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを演算する第２演算部とを含む、車両用操舵装置。
2. 前記制限処理部は、前記第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを、所定の上限値と所定の下限値との間に制限するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記第２設定部は、前記角度偏差を零に近づけるためのフィードバック制御部を含んでおり、
   前記制限処理部は、ドライバ入力に応じて変化する値に基づいて、前記フィードバック制御部のフィードバックゲインを制御することにより、前記第２設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
4. 前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
5. 前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差であり、前記第２演算部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値と、前記制限処理部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値とが異なる、請求項３に記載の車両用操舵装置。

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