(57)【要約】【課題】  車両用パワーステアリング装置に関し、カーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横風外乱の影響を抑制して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようにする。【解決手段】  車両の操舵−車両系モデルに基づいて、操舵角検出手段２２，ヨーレイト検出手段２３，横加速度検出手段２４，車速検出手段２５によりそれぞれ検出された該車両の操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyと車速Ｖとから、該車両の横方向外乱のうち、車両を横移動させようとする横力外乱φcwと車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段３２とをそなえ、推定手段３２による推定結果から、車両の横方向外乱のうちから横勾配外乱を除去したヨーモーメント外乱φmoを抑制するように操舵アシストトルクを補正する。【選択図】        図１
2005239012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され操舵系に操舵アシストトルクを付与するアクチュエータと、該車両の車速を検出する車速検出手段と、該車両に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該車速検出手段及び該操舵トルク検出手段からの検出情報に基づいて該アクチュエータを制御する制御手段とをそなえた、パワーステアリング装置であって、
該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、
該車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段，該操舵角検出手段，該ヨーレイト検出手段，該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえ、
該制御手段には、該推定手段による推定結果から、該車両の横方向外乱のうち主として横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように該アクチュエータで付与する該操舵アシストトルクを補正する補正手段をそなえている
ことを特徴とする、車両用パワーステアリング装置。
【請求項２】
該車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段をさらにそなえ、
該推定手段は、該車両のヨーレイト及び横速度をさらに推定するように構成され、
該補正手段は、該操舵角速度検出手段と該操舵角検出手段と該車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角と舵角速度と車速と、該推定手段により推定されたヨーレイトと横速度とから第１補正トルクを算出し、該推定手段により推定された上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第２補正トルクを算出して、該第１補正トルクと該第２補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正する
ことを特徴とする、請求項１記載の車両用パワーステアリング装置。
【請求項３】
該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとの各状態量から、状態量である上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の車両用パワーステアリング装置。
【請求項４】
該補正手段は、操舵角と舵角速度とヨーレイトと横速度とのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第１補正トルクを算出するとともに、上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第２補正トルクを算出して、該第１補正トルクと該第２補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用パワーステアリング装置。
【請求項５】
車両の車速Ｖを検出する車速検出手段と、
該車両の操舵角δを検出する操舵角検出手段と、
該車両のヨーレイトγを検出するヨーレイト検出手段と、
該車両の横加速度Ｇyを検出する横加速度検出手段と、
該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段，該操舵角検出手段，該ヨーレイト検出手段，該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえている
ことを特徴とする、車両用外乱推定装置。
【請求項６】
該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとの各状態量から、状態量である上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえている
ことを特徴とする、請求項５記載の車両用外乱推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に対して横方向に加わる外乱を考慮して車両の操舵のアシスト状態を制御する車両用パワーステアリング装置、及び、この外乱について推定する車両用外乱推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行時には、様々な外乱を受けるため操舵に影響が及ぶことが多い。このような点に着目して、走行中に車両が受ける外乱に応じて、車両の操舵系を制御する技術が開発されている。
例えば特許文献１には、電動パワーステアリング装置を用いた操舵アシスト制御により、車両に加わる横風等の外乱がドライバの操舵操作に影響しないようにする、いわゆる外乱抑制性能を高めることができるようにするものが提案されている。
【０００３】
この技術では、操舵反力（操舵アシスト力に対応する）の制御においては、操舵角に基づく操舵反力の舵角成分Ｔ１（＝操舵角にゲインをかけたもの）と、操舵角速度に基づくダンピング成分Ｔ２（＝操舵角速度にゲインをかけたもの）と、車両のヨーレイトに基づく第１の車両挙動抑制成分Ｔ３（＝ヨーレイトにゲインをかけたもの）と、車両の横加速度に基づく第２の車両挙動抑制成分Ｔ４（＝横加速度にゲインをかけたもの）と、転舵反力に基づく路面成分Ｔ５（＝転舵反力にゲインをかけたもの）とを算出し、次式のように、これら操舵反力の成分Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を加算して目標操舵反力Ｔｓを決定し、反力モータ（操舵アシスト用電動モータに対応する）の出力トルク、すなわち操向ハンドルの操舵反力をこの目標操舵反力Ｔｓに帰還制御する。
Ｔｓ＝Ｔ１＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５−Ｔ２
【０００４】
一方、自動操舵の技術であるが、特許文献２には、自車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくようにステアリング装置の操舵力をフィードバック制御する自動操舵制御において、自車両に横風やバンク等の外乱が作用したときに、自車両に働く横力とヨーイングモーメントとを演算により推定して、外乱による横力とヨーイングモーメントとを相殺するようにフィードバック制御における操舵量にフィードフォワードによる操舵量を加えた値に基づいてステアリング装置を自動操舵すると共に、自車両の走行状態に応じて外乱の判定しきい値を変更する技術が提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、車両の直線走行状態が検出された時は、車両に作用している外乱ヨーモーメント量を検出し、これに応じて外乱抑制ヨーモーメント量を求め、この外乱抑制ヨーモーメント量をヨーモーメント発生装置で発生させるための制御指令値を設定し、設定された制御指令値をヨーモーメント発生装置に出力する。したがって、制御指令値に基づいてヨーモーメント発生装置で発生する外乱抑制ヨーモーメントにより、横風外乱や路面外乱に対し車両姿勢を安定させるようにする技術が提案されている。
【特許文献１】特開平５−１０５１００号公報。
【特許文献２】特開２００１−９７２３４号公報
【特許文献３】特開２００２−２１１３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の各文献では、いずれも車両挙動に応じて操舵アシスト状態や操舵状態を制御しているが、車両挙動に影響を及ぼす外乱には、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とがある。
つまり、車両の横方向運動に作用する外乱要因には、横風や轍路など車両挙動に悪影響を及ぼすもののほか、路面の横勾配等の車両の走行性を考慮した道路構造などによる寧ろ操舵を助けるためのものがある。前者の要因による外乱に対しては、できるだけ操舵に対する影響を抑制したいが、後者の重力加速度成分等に起因した横勾配外乱については、一般にカーブ路をスムーズに走行するために必要なものであり、この影響については抑制すべきでない。
【０００７】
しかし、特許文献１の技術では、これらの外乱を分別できず、カーブ路をスムーズに走行するために必要な重力加速度成分をも外乱として除去してしまうことになり、適切な制御にはならない。
また、特許文献２には、外乱に起因して自車両に働く横力YwとヨーイングモーメントNwとを演算により推定する点は記載されているが、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して制御しようとする技術思想は見られない。
【０００８】
特許文献３にも、横風外乱や路面外乱に対し車両姿勢を安定させるとの記載はあるが、横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して制御しようとする技術思想は見られない。
また、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離する際に、推定する横方向外乱の具体的な種別をより適切に設定することが、操舵アシストを適切に行うためには重要でなる。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して推定することにより、カーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横方向外乱の影響を抑制できるように操舵アシストを適切に実施して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようにした、車両用パワーステアリング装置及び車両用外乱推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目標を達成するため、本発明の車両用パワーステアリング装置は、車両に搭載され操舵系に操舵アシストトルクを付与するアクチュエータと、該車両の車速を検出する車速検出手段と、該車両に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該車速検出手段及び該操舵トルク検出手段からの検出情報に基づいて該アクチュエータを制御する制御手段とをそなえた、パワーステアリング装置であって、該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、該車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段，該操舵角検出手段，該ヨーレイト検出手段，該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえ、該制御手段には、該推定手段による推定結果から、該車両の横方向外乱のうち主として横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように該アクチュエータで付与する該操舵アシストトルクを補正する補正手段をそなえていることを特徴としている。
【００１１】
なお、上記のアクチュエータとしては、きめの細かい操舵アシスト制御を実施するのに有利な電動モータが適している。
また、該車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段をさらにそなえ、該推定手段は、該車両のヨーレイト及び横速度をさらに推定するように構成され、該補正手段は、該操舵角速度検出手段と該操舵角検出手段と該車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角と舵角速度と車速と、該推定手段により推定されたヨーレイトと横速度とから第１補正トルクを算出し、該推定手段により推定された上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第２補正トルクを算出して、該第１補正トルクと第２補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することが好ましい（請求項２）。
【００１２】
さらに、該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとの各状態量から、状態量である上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえていることが好ましい（請求項３）。
さらに、該補正手段は、該補正手段は、操舵角と舵角速度とヨーレイトと横速度とのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第１補正トルクを算出するとともに、上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第２補正トルクを算出して、該第１補正トルクと第２補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することが好ましい（請求項４）。
【００１３】
また、本発明の車両用外乱推定装置は、該車両の車速Ｖを検出する車速検出手段と、該車両の操舵角δを検出する操舵角検出手段と、該車両のヨーレイトγを検出するヨーレイト検出手段と、該車両の横加速度Ｇyを検出する横加速度検出手段と、該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段，該操舵角検出手段，該ヨーレイト検出手段，該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえていることを特徴としている。
【００１４】
また、該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとの各状態量から、状態量である上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえていることが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両用パワーステアリング装置によれば、車両の横方向外乱を、横力によって車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定し、この推定結果から、車両の横方向外乱のうち主として横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように操舵アシストトルクを付与するので、操舵アシストを適切に付与することができる。
【００１６】
つまり、横風や轍路などに起因した車両挙動としては、横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoとして把握でき、車両の横方向外乱のうち、主としてこれらの横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように操舵アシストトルクを付与することで、カーブ路をスムーズに走行できるようにするために設けられた路面の横勾配等に起因する横勾配外乱φrbについては影響を抑制することなく、横風や轍路などに起因して横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoとして車両挙動に影響を及ぼし操舵の妨害になる外乱については影響を抑制することができ、例えばカーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横力外乱の影響を抑制して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようになる。
【００１７】
さらに、該車両の操舵角速度ωを検出する操舵角速度検出手段を設け、推定手段で車両のヨーレイトγ及び横速度ｖを推定するように構成し、補正手段で、操舵角速度検出手段と操舵角検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δと舵角速度ωと車速Ｖと、推定手段により推定されたヨーレイトγと横速度ｖとから第１補正トルクを算し、推定手段により推定された横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第２補正トルクを算出して、該第１補正トルクと該第２補正トルクとに基づいて操舵アシストトルクを補正すれば、操舵アシストを適切に行なうことができる（請求項２）。
【００１８】
また、推定手段では、オブザーバによって、操舵角検出手段とヨーレイト検出手段と横加速度検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyと車速Ｖとの各状態量から、状態量である横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定することで、横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを確実に分離して推定することができ、操舵の妨害になる外乱と寧ろ操舵を助けるための外乱とを確実に分離して把握することができる（請求項３）。
【００１９】
さらに、補正手段が、操舵角δ，舵角速度ω，ヨーレイトγ，横速度ｖのそれぞれに、車速Ｖに応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第１補正トルクを算出するとともに、横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速Ｖに応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第２補正トルクを算出して、該第１補正トルクと該第２補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することにより、操舵アシストをより適切に行なうことができる（請求項４）。
【００２０】
本発明の車両用外乱推定装置によれば、操舵−車両系モデルに基づいて、車両の車速Ｖと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyとから、車両の横方向外乱を、横力によって車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜による重量によって車両を横方向に移動させようとする横勾配外乱φrbとに分離して推定するので、操舵の妨害になる外乱と寧ろ操舵を助けるための外乱とを確実に分離して把握することができる。
【００２１】
また、推定手段では、オブザーバによって、操舵角検出手段とヨーレイト検出手段と横加速度検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δとヨーレイトγと横加速度Ｇyと車速Ｖとの各状態量から、状態量である横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定することで、横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを確実に分離して推定することができる（請求項６）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図１１は本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置及び車両用外乱推定装置について示すもので、これらの図に基づいて説明する。
本実施形態にかかる車両用パワーステアリング装置は、図１に示すように、操舵アクチュエータとして電動モータ（ここでは、ＤＣモータ）１１をそなえ、車両の操舵操作状態や車両の状態を検出してこれらの検出結果からＥＣＵ（電子制御ユニット）３０により目標とする操舵アシスト量を設定し、この目標操舵アシスト量が得られるようにＤＣモータ１１を制御するようになっている。
【００２３】
ＤＣモータ１１は、例えば図３に示すように、ステアリングホイール１，ステアリングシャフト２，ラックアンドピニオン３，タイロッド４，操舵輪（前輪）５Ｌ、５Ｒ等からなる操舵系（ここでは、ラックアンドピニオン３）に付設されている。もちろん、本装置は、ピニオンタイプの電動パワステだけでなく、油圧パワステに小型モータを追加する場合やラックアシストタイプの電動パワステにも適用することができる。
【００２４】
また、操舵操作状態及び車両状態を検出する手段としては、操舵角速度（前輪舵角速度）ωf_sを検出する操舵速度検出手段（前輪舵角速度検出手段）としてのハンドル角速度センサ２１と、操舵角度（前輪舵角）δf_sを検出する操舵角検出手段（前輪舵角検出手段）としてのハンドル角センサ２２と、車両のヨーレイトγsを検出するヨーレイト検出手段としてのヨーレイトセンサ（ヨー角速度センサ）２３と、車両の横加速度Ｇy_sを検出する横加速度検出手段としての横加速度センサ２４と、車速Ｖを検出する車速検出手段２５と、ドライバがステアリングホイール（ハンドル）を通じて加える操舵トルク（入力操舵トルク）Ｔh_sを検出する操舵トルク検出手段（操舵トルクセンサ）２６とがそなえられる。
【００２５】
ＥＣＵ３０には、その機能要素として、基本操舵アシスト量（基本アシストトルク）Ｔm_baseを算出する基本操舵アシスト量演算部（電動パワステ制御演算部）３１と、車両に加わる横方向外乱等を推定する推定手段としてのオブザーバ３２と、操舵系に加わる外乱成分に応じた操舵アシスト補正量（アシストトルク補正量）を算出して、これに応じて操舵アシスト量（外乱抑制制御量）を補正する補正手段（外乱抑制補正手段）３３とが設けられている。
【００２６】
電動パワステ制御演算部３１では、操舵トルク検出手段２６で検出された入力操舵トルクＴh_sと車速検出手段２５で検出された車速Ｖとに基づいて基本操舵アシスト量（基本アシストトルク）Ｔm_baseを算出する。
オブザーバ３２では、前輪舵角検出手段２２，ヨーレイト検出手段２３，横加速度検出手段２４，車速検出手段２５でそれぞれ検出された前輪舵角δf_s，ヨーレイトγs，横加速度Ｇy_s，車速Ｖに基づいて、車両に加わる横方向外乱等［具体的には、横力外乱推定値（横力によって車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwの推定値）φcw_e，ヨーモーメント外乱推定値（車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoの推定値）φmo_e，横勾配外乱推定値（走行路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbの推定値）φrb_e，横速度推定値ｖe，ヨーレイト推定値γe］を推定する。
【００２７】
この横方向外乱等を推定する機能（推定手段）と、上記の前輪舵角検出手段２２，ヨーレイト検出手段２３，横加速度検出手段２４，車速検出手段２５とから、本実施形態としての車両用外乱推定装置が構成される。
補正手段３３には、補正用操舵アシスト量（補正アシストトルク）Ｔm_addを算出する操舵アシスト補正量演算部（外乱抑制制御演算部）３４と，を加算する基本アシストトルクＴm_baseに補正アシストトルクＴm_addを加算する加算部３５とがそなえられる。
【００２８】
操舵アシスト補正量演算部３４は、オブザーバ３２でそれぞれ推定された横力外乱推定値φcw_e，ヨーモーメント外乱推定値φmo_e，横勾配外乱推定値φrb_e，横速度推定値ｖe，ヨーレイト推定値γeと、前輪舵角速度検出手段２１で検出された前輪舵角速度ωf_sと、前輪舵角速度検出手段２１で検出された前輪舵角δf_sと、車速検出手段２５で検出された車速Ｖとに基づいて、操舵系に加わる外乱成分に応じた補正アシストトルクＴm_addを算出する。
【００２９】
つまり、操舵アシスト補正量演算部３４では、前輪舵角速度ωf_sにゲインＫωを掛けて前輪舵角速度対応補正量（＝Ｋωωf_s）を、前輪舵角δf_sにゲインＫδを掛けて前輪舵角対応補正量（＝Ｋδωf_s）を、横速度推定値ｖeにゲインＫvを掛けて横速度対応補正量（＝Ｋvｖe）を、ヨーレイト推定値γeにゲインＫrを掛けてヨーレイト対応補正量（＝Ｋrγe）を、それぞれ算出し、これらの補正量の加算値（第１補正トルク）Ｔm_fb（＝Ｋωωf_s＋Ｋδωf_s＋Ｋvｖe＋Ｋrγe）により基本アシストトルクＴm_baseをフィードバック補正する。
【００３０】
また、横力外乱推定値φcw_eにゲインＫΦ_cwを掛けて横方向外乱対応補正量（第２補正トルク）Ｔm_cw（＝ＫΦ_cwφcw_e）を算出し、さらに、ヨーモーメント外乱推定値φmo_eにゲインＫΦ_moを掛けて横方向外乱対応補正量（第２補正トルク）Ｔm_mo（＝ＫΦ_moφmo_e）を算出し、これらの補正量Ｔm_cw，Ｔm_moにより基本アシストトルクＴm_baseをフィードフォワード補正する。
なお、図１中に示すように、横勾配外乱推定値φrb_eにゲインＫΦ_rb（＝微小値）を掛けて横勾配外乱対応補正量（第２補正トルク）Ｔm_rb（＝ＫΦ_rbφrb_e）を算出し、この補正量により基本アシストトルクＴm_baseをフィードフォワード補正してもよいが、基本的には、横力外乱推定値φcw_e及びヨーモーメント外乱推定値φmo_eを主体として（或いは、これらのみに応じて）、横方向外乱の影響が解消されるように、基本アシストトルクＴm_baseをフィードフォワード補正することが肝要である。
【００３１】
したがって、オブザーバ３２の推定によって分離された横勾配外乱と横力外乱とヨーモーメント外乱のうち、横風外乱の影響のみを抑制するように制御系が構成されている。
つまり、図４に示すように、一般に、カーブ路における道路の横勾配はカーブを曲がることによって生じる遠心力を打ち消してカーブでの旋回走行を容易にするために設けられている。また、直線路における横勾配は、２〜３％程度の小さい値であるが排水のために設けられている。オブザーバ３２では、横方向外乱のうちこのような横勾配外乱については外乱抑制対象から除外して横風外乱の影響のみを抑制するように制御系を構成しているのである。
【００３２】
オブザーバ３２による推定についてさらに説明すると、ＤＣモータ１１に関する各変数の関係は、図２〜図５に示すように制御ブロックにモデル化することができる。図３〜図５は図２の各部（一点鎖線で仕切られる部分Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３）をそれぞれ拡大して示したものである。
なお、図１及び図２〜図５における各パラメータについては以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
2005239012.tif 000003
【００３４】
図２に示す関係から、オブザーバの状態方程式として次式（Ａ）が導出される。
【数１】
2005239012.tif 000004
上式（Ａ）において、ゲインａ11，ａ12，ａ21，ａ22，ｂ1，ｂ2はいずれも車速に応じて決定し、ゲインll(1,1)〜ll(7,3)はいずれもモータの周波数特性を考慮して数式演算により適正値を設定することができる。
【００３５】
したがって、オブザーバ３２では、前輪舵角δf_s，ヨーレイトγs，横加速度Ｇy_s，操舵トルクＴh，車速Ｖの各状態量を入力量として、横速度推定値ｖeとヨーレイト推定値γeと横力外乱推定値φcw_eとヨーモーメント外乱推定値φmo_eと横勾配外乱推定値φrb_eとの各状態量を推定することができる。
ここで、横勾配外乱と横風外乱とモーメント外乱とを推定するオブザーバ３２について、さらに詳細に説明する。
【００３６】
オブザーバ３２を設計するにあたって、ロバストな横制御システムを構成する必要があり、次の仮定（ａ）〜（ｄ）を基本とする。
（ａ）センサ信号は,ステアリング角,ステアリンクトルク,ヨーレイト,横加速度を仮定する。
（ｂ）タイヤとサスペンションの非線形性は考慮しない。
（ｃ）横外乱に対してロバストな制御系を設計するためドライバの操作を想定しない（Ｔｈ＝０）。
【００３７】
図５に示すように、実際の操舵系は機械的な系とＤＣモータの系とで構成される。また、慣性系は、ステアリングホイール，ＤＣモータ,タイヤから成り、弾性系はトーションバーとタイヤから成る。ここで、キングピン回りに微分方程式をたてると次式（１）〜（３）のようになる。
【００３８】
【数２】
2005239012.tif 000005
ここで、δfは前輪実舵角、αはハンドル角（コラム軸回り）、Ｔsは路面からのセルフアライニンクトルク、ＴmはＤＣモータの付加トルク、Ｔhはドライバトルク（トルクセンサ値）である。なお、系のパラメータＩs，Ｃs，Ｎt，Ｎm，Ｋtをについては前記の表１に記載する。
【００３９】
ここで、前輪実舵角δfは、センサ値であるＴhとαとから計測可能である。
前式（２）を変形すると、次式（４）となる。
【００４０】
【数３】
2005239012.tif 000006
さらに、ここでは、図６に示すような二輪モデルを車両モデルとする。前輪実舵角δfをシステム入力として定義すると、かかるモデルの車両系の運動方程式を次式（５）,（６）のように記述できる。
【００４１】
【数４】
2005239012.tif 000007
ここで、ｖは車両の横速度,γは車両のヨーレイト,φは横方向外乱要素であり、φmoはモーメント外乱成分である。また、パラメータＩs，Ｃs，Ｎt，Ｎm，Ｋtは前記表１に記載する。
【００４２】
車両の横運動とヨー運動を表す微分方程式を示す上記の式（５）,（６）は、一般によく知られているものである。
横方向外乱φは、前述のように、横力外乱φcwと横勾配外乱φrbとから成る［下式（７）参照］。
【００４３】
【数５】
2005239012.tif 000008
これらの横力外乱φcw,ヨーモーメント外乱値φmo,横勾配外乱φrbは式（５）に外部入力として与えられるが、直接計測することはできない。そこで、これらの横方向外乱の対策として、図７に示すように、オブザーバで外乱を推定し、コントローラ（ＥＣＵ３０内の制御指令系）ではフィードフォワードループによって外乱の影響を近似的に打ち消す制御手法をとった。この手法では、外乱が一定値の場合積分制御と等価である。計測される出力信号である横加速度センサ値は、次式に示すように車両の状態量と横勾配外乱φrbとで表現されるが、横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoは含まれない。なお、コントローラ３０では横外乱以外の外乱については、車両の各状態量をフィードバックして外乱の影響を抑制している。
【００４４】
ところで、Ｇセンサの検出値Ｇy_sは、左右に勾配のない平坦路ｓでは、式（８ａ）のようになるが、横勾配の外乱φrb。が含まれると、式（８ｂ）のようになる。
【００４５】
【数６】
2005239012.tif 000009
上記の式（８ａ）は、３つの横方向外乱φcw，φmo，φrbを分離できる可能性があることを示しており、式（５），（６），（７），（８ｂ）を整理すると、次の状態方程式（９），（１０）が得られる。
【００４６】
【数７】
2005239012.tif 000010
ここで、未知の状態量ｖと横方向外乱φcw，φmo，φrbを同時に推定するオブザーバを設計するために、次式（１１），（１２）に示すように３つの横方向外乱φcw，φmo，φrbを状態量として拡張したモデルを定義する。
【００４７】
【数８】
2005239012.tif 000011
上式（１１），（１２）はｖ,γ,φcw，φmo，φrbの係数行列Ａ,Ｃ（下式）にかかる階級（ｒａｎｋ［Ｃ  ＣＡ  ・・・ＣＡn-1］T）が状態数（状態量の種類）ｎを満たすので、可観測であり、未知の状態量ｖと未知の外乱φcw，φrbをオブザーバによって推定することができる。ここで、ｖ,γ,φcw，φmo，φrbは推定結果であり、以下のＬは推定ゲイン行列である。
【００４８】
【数９】
2005239012.tif 000012
このようなオブザーバのブロック図を模式的に示すと、図８のようになる。
線形ロバストを制御するにあたり、４次の微分方程式を制御対象モデルとして適用すると、この４次モデルは、操舵系モデルの２つの状態変数である前輪実舵角δfと前輪実舵角速度δf´および車両系の２つの状態変数である横速度ｖとヨーレイトγとで構成される。ここで、横方向外乱φcw，φmo，φrbは外部入力として制御対象に与えられる。なお、前式（１）におけるドライバトルクはゼロと仮定する(Ｔh＝０)。
【００４９】
【数１０】
2005239012.tif 000013
そして、本ロバスト制御システムは、状態フィードバックループと外乱抑制フィードフォワードループとから構成する。状態フィードバックループは、十分な系の応答性と安定性を確保する。外乱抑制フィードフォワードループは、横風外乱の定常状態における影響を抑制する。式（１４）における制御入力は、次式（１５）〜（１７）により定める。
【００５０】
【数１１】
2005239012.tif 000014
ここで,［Ｋω，Ｋδ，Ｋv，Ｋγ］は状態フィードバックゲインであり、ＬＧ制御理論によって得られる。状態フィードバックループは,主に系を安定化させることを目的とする。前輪実舵角速度δfは、モータの付加電圧と電流から計算することができる。前輪実舵角δfは前式（４）から得られる。
【００５１】
ｖ,φcw，φmo，φrbは前記のように、外乱オブザーバから推定される。一方、外乱抑制フィードフォワードループは、横風外乱φcw，ヨーモーメント外乱φmoの影響を低減することを目的し、具体的には横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoによって生じるヨーレイトの定常値をゼロにするようにフィードフォワードゲインを定める。まず、フィードフォワードゲインｋff_cwを定める際,式（１４）においてφmo＝０，φrb＝０と仮定する。
【００５２】
以上の仮定から次の状態方程式（１８）が得られる。
【００５３】
【数１２】
2005239012.tif 000015
定常状態(ｄｘ／ｄｔ＝０)において式（１８）は次式（１９）のように変形される。
【００５４】
【数１３】
2005239012.tif 000016
ここで、δfss,ｖss,γssは、φcwに対するδf,ｖ,γの定常値である。従って、この方程式を直接解くと次式（２０）が得られる。
【００５５】
【数１４】
2005239012.tif 000017
外乱によって生じるヨーレイトの定常値を０にするために、式（２０）のγssの行に注目すると、次式（２１）が導出される。
【００５６】
【数１５】
2005239012.tif 000018
従って、式（２１）,（１７）からフィードフォワードゲインＫff_cw及びＫff_moを求める次式（２２ａ），（２２ｂ）を得ることができる。
【００５７】
【数１６】
2005239012.tif 000019
本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置は、上述のように構成されているので、操舵アシスト補正手段（操舵アシスト補正量演算部３４及び演算部３５）３３により、前輪舵角速度対応補正量（＝Ｋωωf_s）、前輪舵角対応補正量（＝Ｋδωf_s）、横速度対応補正量（＝Ｋvｖe）、ヨーレイト対応補正量（＝Ｋrγe）の加算値Ｔm_fb（＝Ｋωωf_s＋Ｋδωf_s＋Ｋvｖe＋Ｋrγe）により基本アシストトルクＴm_baseをフィードバック補正するとともに、横力外乱φcwに対応した補正量である横方向外乱対応補正量Ｔm_cw（＝ＫΦ_cwφcw_e）と、ヨーモーメント外乱φmoに対応した補正量である横方向外乱対応補正量Ｔm_mo（＝ＫΦ_moφmo_e）とにより基本アシストトルクＴm_baseをフィードフォワード補正するので、横方向外乱のうちから横勾配外乱を除去した横方向外乱（横風外乱等）φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように電動モータを制御して操舵アシストトルクを与えるので、カーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横風外乱の影響を抑制して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようになる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、各ゲインＫω,Ｋδ,Ｋv,Ｋr，Ｋff_cw，Ｋff_mo，Ｋff_rbについては、系の安定性や操舵フィーリングを向上させることができるように、車速に応じて適宜設定することが重要である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバの要部ブロック図であり、図２の部分Ｐ１を拡大して示したものである。
【図４】本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバの要部ブロック図であり、図２の部分Ｐ２を拡大して示したものである。
【図５】本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバの要部ブロック図であり、図２の部分Ｐ３を拡大して示したものである。
【図６】本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置を説明する模式図である。
【図７】走行する車両への横方向外乱を説明する図であり、（ａ）は走行する車両の模式的平面図、（ｂ）は走行する車両の模式的後面図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる操舵系モデルを示す模式図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる車両系モデルを示す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかるステアリング制御を説明するブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかるステアリング制御を説明するオブザーバのブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１  ＤＣモータ
２１  前輪舵角速度検出手段（操舵角速度検出手段）
２２  前輪舵角検出手段（操舵角検出手段）
２３  ヨーレイト検出手段
２４  横加速度検出手段
２５  車速検出手段
２６  操舵トルク検出手段
３０  制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１  基本制御量設定部（電動パワステ制御演算部）
３２  推定手段（オブザーバ）
３３  補正手段（外乱抑制補正手段）
３４  操舵アシスト補正量演算部（外乱抑制制御演算部）
３５  演算部
【図１】
2005239012.tif 000020
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005239012.tif 000026
【図８】
2005239012.tif 000027
【図９】
2005239012.tif 000028
【図１０】
2005239012.tif 000029
【図１１】
2005239012.tif 000030