WO2024257466A1

WO2024257466A1 - モータ制御装置

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Publication number: WO2024257466A1
Application number: PCT/JP2024/014833
Authority: WO
Inventors: 裕貴中原; 勉田村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2024-04-12
Publication date: 2024-12-19
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JPWO2024257466A1; CN121368554A; EP4729392A1

Abstract

モータ制御装置は、トーションバートルクを用いて手動操舵指令値を演算する手動操舵指令値演算部と、運転支援用の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統合角度指令値演算部と、統合角度指令値に基づいて、電動モータを駆動制御する制御部とを含み、運転支援モードにおいて、手動操舵指令値演算部は、操舵装置のリファレンスモデルの運動方程式を利用して手動操舵指令値を演算するように構成されており、手動操舵指令値演算部は、運動方程式における仮想ばね反力として、手動操舵指令値に応じた仮想ばね反力に、自動操舵指令値に応じた仮想ばね反力が付加された仮想ばね反力を用いて、手動操舵指令値を演算する。

Description

モータ制御装置

　本開示は、舵角制御用の電動モータの制御装置に関する。

　下記特許文献１には、トーションバートルクを用いてアシストトルク指令値を生成するアシストトルク指令値設定部と、トーションバートルクおよびアシストトルク指令値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、アシストトルク指令値のみに基づいて電動モータを制御する第１制御と、統合角度指令値に基づいて電動モータを制御する第２制御とを、切替信号に基づいて切り替える切替部とを備えたモータ制御装置が開示されている。

　運転モードが手動運転モードである場合には、第１制御によって電動モータが制御される。一方、例えばレーン・センタリング・アシスト（ＬＣＡ）制御のような運転支援が行われている運転支援モード時には、第２制御によって電動モータが制御される。

国際公開第２０２３／２８６１６９号

　特許文献１に記載の第１制御では、ドライバがステアリングホイールを操舵した場合、セルフアライニングトルクによって、操舵角は出力軸の中立位置に対応した零度付近に戻ろうとする。一方、第２制御では、ドライバの操舵介入によって車両が目標走行ラインから逸脱したときには、システムは、自動操舵指令値に応じた運転支援力によって車両を目標走行ラインに戻そうとする。このような運転支援力は、セルフアライニングトルク以上の力を有しているため、操舵角は零度を通り越して逆方向まで戻ろうとする。

　このような運転支援力は、ドライバの操舵感に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、車両が直進走行している場合に、ドライバの操舵感が悪化しやすい。

　本開示の目的は、運転支援モード時におけるドライバの操舵感を改善することが可能となるモータ制御装置を提供することである。

　本開示の一実施形態は、操舵装置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、トーションバートルクを用いて手動操舵指令値を演算する手動操舵指令値演算部と、運転支援用の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、前記電動モータを駆動制御する制御部とを含み、運転支援モードにおいて、前記手動操舵指令値演算部は、前記操舵装置のリファレンスモデルの運動方程式を利用して前記手動操舵指令値を演算するように構成されており、前記手動操舵指令値演算部は、前記運動方程式における仮想ばね反力として、前記手動操舵指令値に応じた仮想ばね反力に、前記自動操舵指令値に応じた仮想ばね反力が付加された仮想ばね反力を用いて、前記手動操舵指令値を演算する、モータ制御装置を提供する。

　この構成では、運転支援モード時におけるドライバの操舵感を改善することが可能となる。

　本開示における上述の、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、本開示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、トーションバートルクＴ_ｔｂに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｓの設定例を示すグラフである。図４は、リファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。図５は、手動操舵指令値演算部の構成を示すブロック図である。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。図１０は、重み設定部による重み設定処理の手順を示すフローチャートである。図１１は、手動操舵指令値演算部の変形例を示すブロック図である。図１２は、モータ制御用ＥＣＵの変形例を示すブロック図である。図１３は、図１２の重み設定部による重み設定処理の手順を示すフローチャートである。

　［本開示の実施形態の説明］
　本開示の一実施形態は、操舵装置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、トーションバートルクを用いて手動操舵指令値を演算する手動操舵指令値演算部と、運転支援用の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、前記電動モータを駆動制御する制御部とを含み、運転支援モードにおいて、前記手動操舵指令値演算部は、前記操舵装置のリファレンスモデルの運動方程式を利用して前記手動操舵指令値を演算するように構成されており、前記手動操舵指令値演算部は、前記運動方程式における仮想ばね反力として、前記手動操舵指令値に応じた仮想ばね反力に、前記自動操舵指令値に応じた仮想ばね反力が付加された仮想ばね反力を用いて、前記手動操舵指令値を演算する、モータ制御装置を提供する。

　本開示の一実施形態では、前記手動操舵指令値演算部は、前記手動操舵指令値を演算する際に、前記運動方程式における仮想ダンパ反力として、前記手動操舵指令値の微分値に応じた仮想ダンパ反力に、前記自動操舵指令値の微分値に応じた仮想ダンパ反力が付加された仮想ダンパ反力を用いる。

　本開示の一実施形態では、前記手動操舵指令値演算部は、前記トーションバートルクまたは周囲環境情報を用いて、前記自動操舵指令値に応じた仮想ばね反力に対して重み付け処理を行う。

　［本開示の実施形態の詳細な説明］
　以下では、本開示の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

　図１は、本開示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に与えられたトーションバートルク（操舵トルク）Ｔ_ｔｂ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トーションバートルクＴ_ｔｂは、例えば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左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トーションバートルクＴ_ｔｂ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。減速比Ｎは、ウォームホイール２１の回転角であるウォームホイール角θ_ｗｗに対するウォームギヤ２０の回転角であるウォームギヤ角θ_ｗｇの比（θ_ｗｇ／θ_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Ｔ_ｌｃとがある。モータトルク以外の外乱トルクＴ_ｌｃには、トーションバートルクＴ_ｔｂ、路面反力トルク（路面負荷トルク）Ｔ_ｒｌ、摩擦トルクＴ_ｆ等が含まれる。

　トーションバートルクＴ_ｔｂ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。

　路面反力トルク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。

　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。車両には、さらに、操舵モードを手動で切り替えるための２つのモードスイッチ３１，３２が搭載されている。

　操舵モードには、後述するように、手動運転によって操舵が行われる手動操舵モードと、手動運転および自動運転の両方に基づく操舵が可能な協調操舵モードとがある。

　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_ａｄを設定する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標走行ライン（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_ａｄは、車両を目標走行ラインに沿って自動走行させるための操舵角の目標値である。

　この実施形態では、自動操舵指令値θ_ａｄは、出力軸９の中立位置からの回転量（回転角）で表され、中立位置から右操舵方向への回転量が正の値として表され、中立位置から左操舵方向への回転量が負の値として表される。自動操舵指令値θ_ａｄは、例えば、車速、目標走行ライン（この実施形態では車線中央ライン）に対する横偏差および目標走行ラインに対する車両のヨー偏差に基づいて、設定される。このような自動操舵指令値θ_ａｄ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。

　なお、自動操舵制御（運転支援制御）は、例えば、車両が走行車線の中央を走行するように操舵を支援するレーン・センタリング・アシスト（ＬＣＡ）制御、車両が走行車線内を維持するように操舵を支援するレーン・キーピング・アシスト（ＬＫＡ）制御等であってもよい。

　また、上位ＥＣＵ２０１は、車両が走行している走行車線の曲率ρを出力する。曲率ρは、車両が走行している走行車線の曲率半径をｒで表すとすると、ρ＝１／ｒとなる。曲率ρが大きいほど（曲率半径ｒが小さいほど）、曲線路の曲がり具合が大きくなる。曲率ρは、本開示における「周囲環境情報」の一例である。

　また、上位ＥＣＵ２０１は、第１モードスイッチ３１および第２モードスイッチ３２の操作に基づいて、操舵モード（運転モード）が、手動操舵モード（手動運転モード）であるか協調操舵モード（運転支援モード）であるかを示す操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅを出力する。

　具体的には、第１モードスイッチ３１がドライバによってオンされたときに、上位ＥＣＵ２０１は、操舵モードが手動操舵モードであることを示す操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅを出力する。一方、第２モードスイッチ３２がドライバによってオンされたときに、上位ＥＣＵ２０１は、操舵モードが協調操舵モードであることを示す操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅを出力する。

　自動操舵指令値θ_ａｄ、曲率ρおよび操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅ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トーションバートルクＴ_ｔｂおよび回転角センサ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５０と、マイクロコンピュータ５０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）４１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉ_ｍ」という）を検出するための電流検出回路４２とを備えている。

　マイクロコンピュータ５０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。複数の機能処理部は、アシストトルク指令値設定部５１と、重み設定部５２と、手動操舵指令値演算部５３と、統合角度指令値演算部５４と、角度制御部５５と、第１スイッチ５６と、第２スイッチ５７と、加算部５８と、トルク制御部（電流制御部）５９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_ａｓ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トーションバートルクＴ_ｔｂに基づいて、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓを設定する。

　図３は、トーションバートルクＴ_ｔｂに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｓの設定例を示すグラフである。

　アシストトルク指令値Ｔ_ａｓは、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正の値とされ、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負の値とされる。アシストトルク指令値Ｔ_ａｓは、トーションバートルクＴ_ｔｂの正の値に対しては正をとり、トーションバートルクＴ_ｔｂ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_ａｓは、トーションバートルクＴ_ｔｂ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、トーションバートルクＴ_ｔｂ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_ａｓを演算してもよい。また、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓは、車速をも考慮して設定されてもよい。

　重み設定部５２は、トルクセンサ１２によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂおよび上位ＥＣＵ２０１から与えられる曲率ρに基づいて、手動操舵指令値演算部５３で用いられる重みＷ（図５参照）を設定する。重み設定部５２の詳細については、後述する。

　手動操舵指令値演算部５３は、協調操舵モード時において、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_ｃ）を手動操舵指令値θ_ｍｄとして設定するために設けられている。手動操舵指令値演算部５３は、トルクセンサ１２によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂと、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_ａｓと、上位ＥＣＵ２０１から与えられる自動操舵指令値θ_ａｄと、重み設定部５２によって設定される重みＷとを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄを生成する。手動操舵指令値演算部５３の詳細については、後述する。

　統合角度指令値演算部５４は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄに手動操舵指令値θ_ｍｄを加算して、統合角度指令値θ_ｃｍｄを演算する。

　角度制御部５５は、統合角度指令値θ_ｃｍｄに基づいて、統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍを演算する。角度制御部５５の詳細については、後述する。

　第１スイッチ５６および第２スイッチ５７は、入力される操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅに応じて、オンオフされる。具体的には、操舵モードが手動操舵モードであることを示す操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅが入力されている場合には、第１スイッチ５６がオンにされ、第２スイッチ５７がオフにされる。

　一方、操舵モードが協調操舵モードであることを示す操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅが入力されている場合には、第１スイッチ５６がオフにされ、第２スイッチ５７がオンにされる。

　第１スイッチ５６がオン状態であり、第２スイッチ５７がオフ状態である場合には、加算部５８は、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓを、モータトルク指令値Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}（＝Ｔ_ａｓ）として出力する。一方、第２スイッチ５７がオン状態であり、第１スイッチ５６がオフ状態である場合には、加算部５８は、角度制御部５５から出力される統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍをモータトルク指令値Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}（＝Ｔ_ｃｏｍ）として出力する。

　加算部５８の出力であるモータトルク指令値Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}は、トルク制御部５９に与えられる。

　トルク制御部５９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，ｃｍｄ}に近づくように駆動回路４１を駆動する。トルク制御部５９の詳細については、後述する。

　手動操舵指令値演算部５３について、詳しく説明する。

　まず、特許文献１（国際公開第２０２３／２８６１６９号）に記載された手動操舵指令値生成部による手動操舵指令値θ_ｍｄの設定方法について説明する。

　手動操舵指令値生成部は、図４のリファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄを生成する。図４のリファレンスＥＰＳモデルは、本開示の「操舵装置のリファレンスモデル」の一例である。

　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。ただし、このモデルは一例であり、上記以外の構成（例えばラックバーなど）を含む慣性モデルであってもよい。図４において、Ｊ_ｍｄは、ロアコラムの慣性（以下、「コラム慣性」という。）であり、θ_ｃｏｌはロアコラムの回転角であり、Ｔ_ｔｂは、トーションバートルクである。ロアコラムには、トーションバートルクＴ_ｔｂ、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍおよび路面反力トルク（仮想反力）Ｔ_ｒｌが与えられる。

　路面反力トルクＴ_ｒｌは、仮想ばねのばね定数ｋ_ｍｄおよび仮想ダンパの粘性減衰係数ｃ_ｍｄ）を用いて、次式（１）で表される。

　ばね定数ｋ_ｍｄおよび粘性減衰係数ｃ_ｍｄは、予め実験、解析等によって求められている。以下において、ｋ_ｍｄ・θ_ｃｏｌを仮想ばね反力といい、ｃ_ｍｄ（ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔ）を仮想ダンパ反力という場合がある。

　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。

　式（２）において、Ｊ_ｍｄ・ｄ^２θ_ｃｏｌ／ｄｔ^２は、ロアコラムに作用する慣性モーメントである。

　手動操舵指令値生成部は、Ｔ_ｔｂにトルクセンサ１２によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂを代入し、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_ａｓ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_ｃｏｌを演算する。そして、手動操舵指令値生成部は、得られたロアコラムの回転角θ_ｃｏｌを手動操舵指令値θ_ｍｄとして生成する。このようにして、手動操舵指令値θ_ｍｄを設定する方法を比較方法ということにする。

　式（２）の運動方程式は、Ｔ_ｍをＴ_ａｓに置き換えるとともに、θ_ｃｏｌをθ_ｍｄに置き換えた運動方程式と等価である。

　本実施形態では、手動操舵指令値演算部５３は、前述したリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式（２）を利用して手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。具体的には、本実施形態では、手動操舵指令値演算部５３は、前述したリファレンスＥＰＳモデルの運動方程式（２）を変形した運動方程式に基づいて手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。

　図５は、手動操舵指令値演算部５３の構成を示すブロック図である。

　図５において、Ｊ_ｍｄは、コラム慣性である。ｓは、微分演算子である。θ_ｍｄは、手動操舵指令値であり、比較方法のロアコラムの回転角θ_ｃｏｌに相当する。ｃ_ｍｄは、仮想ダンパの粘性減衰係数である。ｋ_ｍｄは、仮想ばねのばね定数である。仮想ダンパの粘性減衰係数ｃ_ｍｄおよび仮想ばねのばね定数ｋ_ｍｄは、予め実験、解析等によって求められている。

　手動操舵指令値演算部５３は、減速比乗算部１０１と、加減算部１０２と、慣性除算部１０３と、第１積分部１０４と、第２積分部１０５と、第１仮想ダンパ反力演算部１０６と、微分部１０７と、第２仮想ダンパ反力演算部１０８と、第１重み乗算部１０９と、第１加算部１１０と、第１仮想ばね反力演算部１１１と、第２仮想ばね反力演算部１１２と、第２重み乗算部１１３と、第２加算部１１４を含む。

　減速比乗算部１０１は、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓに減速機１９の減速比Ｎを乗算することにより、電動モータ１８の回転軸に対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｓを、出力軸９に対するアシストトルク指令値Ｎ・Ｔ_ａｓに変換する。

　加減算部１０２には、トーションバートルクＴ_ｔｂと、出力軸９に対するアシストトルク指令値Ｎ・Ｔ_ａｓと、第１加算部１１０から与えられる仮想ダンパ反力（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）と、第２加算部１１４から与えられる仮想ばね反力（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）とが入力する。

　加減算部１０２は、トーションバートルクＴ_ｔｂに出力軸９に対するアシストトルク指令値Ｎ・Ｔ_ａｓを加算し、その加算結果から仮想ダンパ反力（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）および仮想ばね反力（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）を減算する。これにより、加減算部１０２は、前記式（２）の左辺のＪ_ｍｄ・ｄ^２θ_ｃｏｌ／ｄｔ^２に相当する慣性モーメントＪ_ｍｄ・ｄ^２θ_ｍｄ／ｄｔ^２(＝Ｔ_ｔｂ＋Ｎ・Ｔ_ａｓ―（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）－（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）)を演算する。

　慣性除算部１０３は、加減算部１０２によって演算された慣性モーメントＪ_ｍｄ・ｄ^２θ_ｍｄ／ｄｔ^２をコラム慣性Ｊ_ｍｄで除算することにより、手動操舵指令値θ_ｍｄの２階微分値ｄ^２θ_ｍｄ／ｄｔ^２を演算する。

　第１積分部１０４は、手動操舵指令値θ_ｍｄの２階微分値ｄ^２θ_ｍｄ／ｄｔ^２を積分することにより、手動操舵指令値θ_ｍｄの１階微分値ｄθ_ｍｄ／ｄｔを演算する。

　第２積分部１０５は、手動操舵指令値θ_ｍｄの１階微分値ｄθ_ｍｄ／ｄｔを積分することにより、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。この手動操舵指令値θ_ｍｄが、手動操舵指令値演算部５３から出力される。

　第１仮想ダンパ反力演算部１０６は、第１積分部１０４よって演算された手動操舵指令値θ_ｍｄの１階微分値ｄθ_ｍｄ／ｄｔに、粘性減衰係数ｃ_ｍｄを乗算することにより、第１仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔを演算する。

　微分部１０７は、自動操舵指令値θ_ａｄを微分する。第２仮想ダンパ反力演算部１０８は、微分部１０７によって演算された自動操舵指令値θ_ａｄの微分値ｄθ_ａｄ／ｄｔに、粘性減衰係数ｃ_ｍｄを乗算することにより、第２仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔを演算する。

　第１重み乗算部１０９は、第２仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔに、重み設定部５２によって設定される重みＷ（０≦Ｗ≦１）を乗算する。

　第１加算部１１０は、第１仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔに、重み乗算後の第２仮想ダンパ反力Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔを加算することにより、仮想ダンパ反力（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）を演算する。この仮想ダンパ反力（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）は、加減算部１０２にフィードバックされる。

　第１仮想ばね反力演算部１１１は、第２積分部１０５によって演算された手動操舵指令値θ_ｍｄに、ばね定数ｋ_ｍｄを乗算することにより、第１仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄを演算する。

　第２仮想ばね反力演算部１１２は、自動操舵指令値θ_ａｄに、ばね定数ｋ_ｍｄを乗算することにより、第２仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ａｄを演算する。

　第２重み乗算部１１３は、第２仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ａｄに、重み設定部５２によって設定される重みＷ（０≦Ｗ≦１）を乗算する。

　第２加算部１１４は、第１仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄに、重み乗算後の第２仮想ばね反力Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄを加算することにより、仮想ばね反力（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）を演算する。この仮想ばね反力（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）は、加減算部１０２にフィードバックされる。

　つまり、手動操舵指令値演算部５３は、次式（３）の運動方程式に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。

　式（３）において、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）は、仮想ばね反力である。（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）は、仮想ダンパ反力である。

　つまり、手動操舵指令値演算部５３は、前記式（２）の仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｃｏｌおよび仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔとして、それぞれ、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）および（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）を用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。

　手動操舵指令値演算部５３は、このような構成を有しているので、重みＷを変化させることにより、目標走行ラインへの車両の追従性を調整することができる。この理由については、後述する。

　図６は、角度制御部５５の構成を示すブロック図である。

　角度制御部５５は、統合角度指令値θ_ｃｍｄに基づいて、統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍを演算する。角度制御部５５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、加算部５８（図２参照）によって演算されるモータトルク指令値Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}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，ｃｍｄ}を出力軸９（ウォームホイール２１）に作用する出力軸トルク指令値Ｎ・Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}に変換する。

　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_ｃに換算する。

　この実施形態では、実操舵角θ_ｃは、出力軸９の中立位置からの回転量（回転角）で表され、中立位置から右操舵方向への回転量が正の値として表され、中立位置から左操舵方向への回転量が負の値として表される。

　ローパスフィルタ６１は、統合角度指令値θ_ｃｍｄ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_ｃｍｄｌ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。なお、ローパスフィルタ６１を設けなくてもよい。

　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_ｃｍｄｌ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_ｃｍｄｌと操舵角推定値^θ_ｃとの偏差Δθ（＝θ_ｃｍｄｌ－^θ_ｃ）を演算する。なお、角度偏差演算部６２Ａは、統合角度指令値θ_ｃｍｄｌと、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θ_ｃとの偏差（θ_ｃｍｄｌ－θ_ｃ）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_ｃｍｄｌを２階微分することにより、目標角加速度ｄ^２θ_ｃｍｄｌ／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_ｃｍｄｌ／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_ｃｍｄｌ／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、出力軸トルク指令値Ｎ・Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}と、実操舵角θ_ｃ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_ｃ／ｄｔを推定する。外乱トルクＴ_ｌｃ、操舵角θ_ｃおよび操舵角微分値（角速度）ｄθ_ｃ／ｄｔの推定値を、それぞれ^Ｔ_ｌｃ、^θ_ｃおよびｄ^θ_ｃ／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、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_ｃ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、統合トルク指令値Ｔ_ｃｏ（＝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統合トルク指令値Ｔ_ｃｏ（出力軸９に対するトルク指令値）が得られる。

　統合トルク指令値Ｔ_ｃｏ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、統合トルク指令値Ｔ_ｃｏを減速比Ｎで除算することにより、統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍ（電動モータ１８に対するトルク指令値）を演算する。この統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍが、第２スイッチ５７（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３００を使用して、外乱トルクＴ_ｌｃ、操舵角θ_ｃおよび角速度ｄθ_ｃ／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３００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）３０１を含む。プラント３０１には、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介してトーションバートルクＴ_ｔｂが与えられるとともに、転舵輪３側から路面反力トルクＴ_ｒｌが与えられる。

　さらに、プラント３０１には、ウォームギヤ２０を介して出力軸トルク指令値Ｎ・Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}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３０１の慣性をＪとすると、物理モデル３００の慣性についての運動方程式は、次式（４）で表される。

　ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２は、プラント３０１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３０１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、トーションバートルクＴ_ｔｂと路面反力トルク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３００に対する状態方程式は、次式（５）で表わされる。

　前記式（５）において、ｘは、状態変数ベクトル、ｕ_１は、既知入力ベクトル、ｕ_２は、未知入力ベクトル、ｙは、出力ベクトル（測定値）である。また、前記式（５）において、Ａは、システム行列、Ｂ_１は、第１入力行列、Ｂ_２は、第２入力行列、Ｃは、出力行列、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（６）で表される。

　前記式（６）において、ｘ_ｅは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式（７）で表される。

　前記式（６）において、Ａ_ｅは、拡張系のシステム行列、Ｂ_ｅは、拡張系の既知入力行列、Ｃ_ｅは、拡張系の出力行列である。

　前記式（６）の拡張状態方程式から、次式（８）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（８）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（９）で表される。

　式（９）において、^θ_ｃはθ_ｃ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（８）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出力軸トルク指令値Ｎ・Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}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（９）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_ｃ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（８）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_ｃおよび角速度推定値ｄ^θ_ｃ／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（１０）となる。

　一般的な外乱オブザーバへの入力は、Ｊ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２およびＮ・Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}であり、実操舵角θ_ｃ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５９の構成を示す模式図である。

　トルク制御部５９（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、加算部５８（図２参照）によって演算されたモータトルク指令値Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}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_{ｍ，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_{ｍ，ｃｍｄ}と電流検出回路４２によって検出されたモータ電流Ｉ_ｍとの偏差ΔＩ（＝Ｉ_{ｍ，ｃｍｄ}－Ｉ_ｍ）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_{ｍ，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４１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、重み設定部５２によって実行される重み設定処理について説明する。

　まず、手動操舵指令値演算部５３の重みＷの大きさによって、目標走行ラインへの車両の追従性が変化することについて説明する。

　手動操舵指令値演算部５３は、前述したように、前記式（２）の仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｃｏｌおよび仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔとして、それぞれ、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）および（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）を用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算している。

　図２および図６を参照して、協調操舵モード時には、例えば実操舵角θ_ｃが統合角度指令値θ_ｃｍｄに追従するように、電動モータ１８が制御される。実操舵角θ_ｃが統合角度指令値θ_ｃｍｄに完全に追従していると仮定すると、θ_ｍｄ＝θ_ｃ－θ_ａｄという関係が成り立つ。

　この場合、前記式（３）内の第１仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ（手動操舵指令値θ_ｍｄに応じた仮想ばね反力）は、次式（１１）で表される。

　同様に、前記式（３）内の第１仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ（手動操舵指令値θ_ｍｄに応じた仮想ダンパ反力）は、次式（１２）で表される。

　つまり、第１仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄは、実操舵角θ_ｃに応じた実操舵角成分ｋ_ｍｄ・θ_ｃと、自動操舵指令値θ_ａｄに応じた自動操舵成分－ｋ_ｍｄ・θ_ａｄとを含む。同様に、第１仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔは、実操舵角θ_ｃの１階微分に応じた実操舵角成分ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃ／ｄｔと、自動操舵指令値θ_ａｄの１階微分に応じた自動操舵成分－ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔとを含む。

　式（１１）および式（１２）が成り立つと仮定すると、前記式（３）は、次式（１３）に示すようになる。

　Ｗ＝０の場合には、前記式（１３）は、前記式（２）と等価な式になる。したがって、協調操舵モード時において、比較方法と同様に、自動操舵指令値θ_ａｄに応じた運転支援力が作用する。つまり、目標走行ラインへの車両の追従性が高くなる。

　一方、Ｗ＝１の場合には、前記式（１３）は、次式（１４）となる。

　つまり、Ｗ＝１の場合には、仮想ばね反力はｋ_ｍｄ・θ_ｃとなり、自動操舵指令値θ_ａｄに応じた自動操舵成分－ｋ_ｍｄ・θ_ａｄは零となる。同様に、Ｗ＝１の場合には、仮想ダンパ反力はｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃ／ｄｔとなり、自動操舵指令値θ_ａｄの１階微分に応じた自動操舵成分－ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔは零となる。つまり、Ｗ＝１の場合には、自動操舵指令値θ_ａｄに応じた運転支援力は作用しなくなる。つまり、目標走行ラインへの車両の追従性がない状態となる。

　Ｗが、０＜Ｗ＜１の範囲にある場合には、Ｗ＝０である基本特性から、目標走行ラインへの車両の追従性を弱めた協調制御が行われる。この場合、Ｗが大きいほど、目標走行ラインへの車両の追従性が弱くなる。

　図１０は、重み設定部５２による重み設定処理の手順を示すフローチャートである。図１０の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。なお、Ｗの初期値は、０であるものとする。

　重み設定部５２は、まず、トーションバートルクＴ_ｔｂが所定の閾値Ａ（Ａ＞０）以下であるか否かを判別する（ステップＳ１）。閾値Ａは、ドライバがハンドルを握っている状態（ハンズオン状態）であるかであるかドライバがハンドルを握っていない状態（ハンズオフ状態）であるかを判定するための閾値である。

　トーションバートルクＴ_ｔｂが閾値Ａ以下である場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、重み設定部５２は、ハンズオフ状態であると判定し、重みＷを零に設定する（ステップＳ２）。つまり、ハンズオフ状態である場合には、目標走行ラインへの車両の追従性が高くなるように、Ｗが設定される。この理由は、ハンズオフ状態である場合に目標走行ラインへの車両の追従性を弱めると、車両を目標走行ラインに追従させることができなくなるからである。

　なお、ステップＳ１でトーションバートルクＴ_ｔｂが閾値Ａ以下であると判別された場合に、Ｗを零に近い零以上の値に設定してもよい。重み設定部５２は、ステップＳ２の処理を行うと、今回の演算周期での処理を終了する。

　なお、ステップＳ１では、ドライバによる接触の有無を判定するセンサをハンドルに取り付けて、接触面圧もしくは接触時間が所定の閾値Ｂ（Ｂ＞０）以下であるか否かを判別するようにしもよい。

　ステップＳ１において、トーションバートルクＴ_ｔｂが閾値Ａよりも大きいと判別された場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、重み設定部５２は、ハンズオン状態であると判定し、走行車線が直進路であるか否かを判別する（ステップＳ３）。この実施形態では、重み設定部５２は、曲率ρが所定の閾値Ｃ（Ｃ＞０）以下であれば、走行車線が直進路であると判別し、曲率ρが閾値Ｃよりも大きければ、走行車線が曲線路であると判別する。

　走行車線が直進路である場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、重み設定部５２は、Ｗを０よりも大きく１よりも小さい範囲内の所定値α（０＜α＜１）に設定する（ステップＳ４）。つまり、この実施形態では、重み設定部５２は、ステップＳ２で設定される重みよりも大きな値をαとして設定する。この実施形態では、α＝０．７に設定されている。これにより、Ｗ＝０である場合よりも、目標走行ラインへの車両の追従性が弱められる。言い換えれば、比較方法によって手動操舵指令値θ_ｍｄを生成する場合に比べて、自動操舵指令値θ_ａｄに応じた運転支援力が弱められる。これにより、運転支援モード時におけるドライバの操舵感を改善することが可能となる。

　なお、ステップＳ３で走行車線が直線路であると判別された場合に、Ｗを０よりも大きく１よりも小さい範囲内の所定値α（０＜α＜１）に設定することが好ましいが、Ｗを１に設定してもよい。重み設定部５２は、ステップＳ４の処理を行うと、今回の演算周期での処理を終了する。

　ステップＳ３において、走行車線が曲線路であると判別された場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、重み設定部５２は、Ｗを零に設定する（ステップＳ５）。つまり、この実施形態では、重み設定部５２は、ステップＳ４で設定される重みよりも小さな値を重みとして設定する。つまり、走行車線が曲線路である場合には、目標走行ラインへの車両の追従性が高くなるように、Ｗが設定される。この理由は、曲線路では、車両に作用する遠心力によって、目標走行ラインから車両が逸脱しやすくなるためである。

　なお、ステップＳ３で走行車線が曲線路であると判別された場合に、Ｗを零に近い零以上の値に設定してもよい。また、ステップＳ３で走行車線が曲線路であると判別された場合に、ステップＳ４で設定される重み以上の値を重みとして設定してもよい。重み設定部５２は、ステップＳ５の処理を行うと、今回の演算周期での処理を終了する。

　以下、図２を参照して、本実施形態の動作について説明する。

　この実施形態では、手動操舵モードとは、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓのみに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードをいう。また、協調操舵モードとは、自動操舵指令値θ_ａｄと手動操舵指令値θ_ｍｄとの両方が加味された統合角度指令値θ_ｃｍｄに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードをいう。

　操舵モードが手動操舵モードに設定されている場合には、第１スイッチ５６がオンとなり、第２スイッチ５７がオフとなる。操舵モードが協調操舵モードに設定されている場合には、第１スイッチ５６がオフとなり、第２スイッチ５７がオンとなる。つまり、このモータ制御用ＥＣＵ２０２は、運転者によるモードスイッチ３１，３２の操作によって、手動操舵モードと協調操舵モードの間で操舵モードの切り替えを行うことが可能となる。

　前述の実施形態では、統合角度指令値θ_ｃｍｄに基づいて電動モータ１８を制御できる協調操舵モードと、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓのみに基づいて電動モータ１８を制御できる手動操舵モードとを切り替えることができるようになる。

　つまり、統合角度指令値θ_ｃｍｄに基づいて電動モータ１８を制御できる電動パワーステアリングシステム１において、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓのみに基づいて電動モータ１８を制御することが可能となる。

　前述の実施形態では、手動操舵モード時には、アシストトルク指令値Ｔ_ａｓのみに基づいて電動モータ１８が制御されるから、ドライバは、実際の路面反力トルクを受け取ることができるようになる。

　前述の実施形態では、協調操舵モード時には、手動操舵指令値演算部５３は、前記式（２）の仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｃｏｌおよび仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔとして、それぞれ、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）および（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）を用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算している。

　これにより、重みＷを変化させることによって、目標走行ラインへの車両の追従性を調整することができるようになる。これにより、運転支援モード時におけるドライバの操舵感を改善することが可能となる。

　前述の実施形態では、第２仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔに乗算される重みＷと、第２仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ａに乗算される重みＷは同じである。しかし、第２仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔに乗算される重みＷと、第２仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ａに乗算される重みＷとが異なっていてもよい。

　また、前述の実施形態では、前記式（２）の仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｃｏｌとして、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）を用いるとともに、前記式（２）の仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔとして、仮想ダンパ反力（ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔ＋Ｗ・ｃ_ｍｄ・ｄθ_ａｄ／ｄｔ）を用いている。しかし、前記式（２）の仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｃｏｌとして、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）を用いるが、前記式（２）の仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔとして、ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔを用いてもよい。

　この場合には、手動操舵指令値演算部は、図１１に示されるような構成となる。図１１において、前述の図５の各部に対応する部分には、図５と同じ符号を付して示す。

　図１１の手動操舵指令値演算部５３Ａは、図５の手動操舵指令値演算部５３の微分部１０７と、第２仮想ダンパ反力演算部１０８と、第１重み乗算部１０９と、第１加算部１１０とを備えていない。第１仮想ダンパ反力演算部１０６によって演算される第１仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔが仮想ダンパ反力として加減算部１０２にフィードバックされる。

　この場合には、手動操舵指令値演算部５３Ａは、次式（１５）の運動方程式に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。

　式（１５）において、ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄは、仮想ばね反力である。ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔは、仮想ダンパ反力である。

　つまり、手動操舵指令値演算部５３Ａは、前記式（２）の仮想ばね反力ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄおよび仮想ダンパ反力ｃ_ｍｄ・ｄθ_ｃｏｌ／ｄｔとして、それぞれ、（ｋ_ｍｄ・θ_ｍｄ＋Ｗ・ｋ_ｍｄ・θ_ａｄ）およびｃ_ｍｄ・ｄθ_ｍｄ／ｄｔを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄを演算する。

　図１２は、モータ制御用ＥＣＵの変形例を示すブロック図である。図１２において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。

　図１２のモータ制御用ＥＣＵ２０２Ｂでは、以下の（１）、（２）および（３）において、図２のモータ制御用ＥＣＵ２０２と異なっている。
（１）図２の第１スイッチ５６、第２スイッチ５７および加算部５８が設けられていない。
（２）重み設定部５２Ｂには、トルクセンサ１２によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂおよび上位ＥＣＵ２０１から与えられる曲率ρの他、操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅが入力する。
（３）重み設定部５２Ｂの動作が、図２の重み設定部５２の動作と異なっている。

　この変形例では、角度制御部５５によって得られる統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍが、モータトルク指令値Ｔ_{ｍ，ｃｍｄ}としてトルク制御部５９に与えられる。したがって、操舵モードが協調操舵モードである場合のみならず、操舵モードが手動操舵モードである場合にも、統合モータトルク指令値Ｔ_ｃｏｍ（統合角度指令値θ_ｃｍｄ）に基づいて、電動モータ１８が制御される。なお、この変形例では、操舵モードが手動操舵モードである場合には、自動操舵指令値θ_ａｄは、零に設定される。

　図１３は、重み設定部５２Ｂによる重み設定処理の手順を示すフローチャートである。図１３において、図１０の各ステップに対応するステップには、図１０と同じステップ番号を付して示す。

　図１３の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。なお、Ｗの初期値は、０であるものとする。

　重み設定部５２Ｂは、まず、操舵モード信号Ｓ_ｍｏｄｅに基づいて、操舵モードが手動操舵モードあるか否かを判別する（ステップＳ１１）。

　操舵モードが手動操舵モードである場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、重み設定部５２Ｂは、重みＷを１に設定する（ステップＳ１２）。つまり、操舵モードが手動操舵モードである場合には、目標走行ラインへ車両を追従させる必要がないので、目標走行ラインへの車両の追従性が低くなるように、Ｗを設定している。重み設定部５２Ｂは、ステップＳ１２の処理を行うと、今回の演算周期での処理を終了する。

　ステップＳ１１において、操舵モードが協調操舵モードであると判別された場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、重み設定部５２Ｂは、ステップＳ１に移行する。そして、重み設定部５２Ｂは、図１０を用いて説明したステップＳ１以降の処理を行う。

　以上、本開示の実施形態および変形例について説明したが、本開示はさらに他の形態で実施することもできる。

　前述の実施形態および変形例では、重み設定部５２,５２Ｂは、トーションバートルクＴ_ｔｂおよび曲率（周囲環境情報の一例）ρに基づいて重みＷを設定している。しかし、重み設定部５２,５２Ｂは、トーションバートルクＴ_ｔｂのみに基づいて重みＷを設定してもよいし、曲率（周囲環境情報の一例）ρのみに基づいて重みＷを設定してもよい。ただし、重み設定部５２,５２Ｂは、トーションバートルクＴ_ｔｂおよび曲率ρのうち少なくともトーションバートルクＴ_ｔｂに基づいて重みを設定することが好ましい。

　トーションバートルクＴ_ｔｂのみに基づいて重みＷを設定する場合には、図１０および図１３において、ステップＳ３，Ｓ５は省略される。つまり、図１０および図１３において、ステップＳ１でＴ_ｔｂ＞Ａと判別された場合には、重み設定部５２，５２ＢはステップＳ４に移行する。

　曲率ρのみに基づいて重みＷを設定する場合には、図１０および図１３において、ステップＳ１，Ｓ２は省略される。つまり、図１０では、重み設定部５２は、まず、ステップＳ３の処理を行う。図１３では、ステップＳ１１で操舵モードが協調操舵モードであると判別された場合には、重み設定部５２ＢはステップＳ３に移行する。

　前述の実施形態では、前記式（３），（１５）におけるばね定数ｋ_ｍｄは、予め実験、解析等によって求められている。しかし、前記式（３），（１５）におけるばね定数ｋ_ｍｄは、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、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θ_ｃとを用いて、次式（１６）に基づいて、演算されてもよい。

　また、前述の実施形態では、前記式（３），（１５）における粘性減衰係数ｃ_ｍｄは、予め実験、解析等によって求められている。

　しかし、前記式（３），（１５）における粘性減衰係数ｃ_ｍｄは、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と、第２減速比除算部７０によって演算される実操舵角θ_ｃとを用いて、次式（１７）に基づいて、演算されてもよい。

　また、前述の実施形態では、角度制御部５５（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が基本目標トルクとなる。

　また、前述の実施形態では、本開示をコラムタイプＥＰＳのモータ制御に適用した場合の例を示したが、本開示は、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、本開示は、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。

　本開示の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本開示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、本開示はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本開示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、２０２３年６月１５日に日本国特許庁に提出された特願２０２３－０９８５４４号に対応しており、それら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、５１…アシストトルク指令値設定部、５２，５２Ｂ…重み設定部、５３，５３Ａ…手動操舵指令値演算部、５４…統合角度指令値演算部、５５…角度制御部、５６…第１スイッチ、５７…第２スイッチ、５８…加算部、５９…トルク制御部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２，２０２Ａ…モータ制御用ＥＣＵ

Claims

　操舵装置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、
　トーションバートルクを用いて手動操舵指令値を演算する手動操舵指令値演算部と、
　運転支援用の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、前記電動モータを駆動制御する制御部とを含み、
　運転支援モードにおいて、前記手動操舵指令値演算部は、前記操舵装置のリファレンスモデルの運動方程式を利用して前記手動操舵指令値を演算するように構成されており、
　前記手動操舵指令値演算部は、前記運動方程式における仮想ばね反力として、前記手動操舵指令値に応じた仮想ばね反力に、前記自動操舵指令値に応じた仮想ばね反力が付加された仮想ばね反力を用いて、前記手動操舵指令値を演算する、モータ制御装置。
　前記手動操舵指令値演算部は、前記手動操舵指令値を演算する際に、前記運動方程式における仮想ダンパ反力として、前記手動操舵指令値の微分値に応じた仮想ダンパ反力に、前記自動操舵指令値の微分値に応じた仮想ダンパ反力が付加された仮想ダンパ反力を用いる、請求項１に記載のモータ制御装置。
　前記手動操舵指令値演算部は、前記トーションバートルクまたは周囲環境情報を用いて、前記自動操舵指令値に応じた仮想ばね反力に対して重み付け処理を行う、請求項１に記載のモータ制御装置。