CN110386188A - 驾驶员扭矩推定装置和具备该装置的转向操纵装置 - Google Patents

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CN110386188A CN201910303318.XA CN201910303318A CN110386188A CN 110386188 A CN110386188 A CN 110386188A CN 201910303318 A CN201910303318 A CN 201910303318A CN 110386188 A CN110386188 A CN 110386188A
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Abstract

本发明提供驾驶员扭矩推定装置和具备驾驶员扭矩推定装置的转向操纵装置。电动助力转向装置包括：第二轴，其经由扭杆与第一轴连结；基本驾驶员扭矩推定部(扩张状态观测器)，其基于扭杆扭矩和第二轴的旋转角，通过扰动观测器推定基本驾驶员扭矩；重力扭矩运算部，其使用方向盘的旋转角，运算因作用于方向盘的重心的重力而被给予第一轴的重力扭矩；和驾驶员扭矩推定部，其使用通过基本驾驶员扭矩推定部推定的基本驾驶员扭矩、和通过重力扭矩运算部运算的重力扭矩，推定驾驶员扭矩。

Description

驾驶员扭矩推定装置和具备该装置的转向操纵装置
相关申请的交叉引用
本申请主张于2018年4月17日提出的日本专利申请2018-079319号和于2018年7月17日提出的日本专利申请2018-134213号的优先权，并在此引用包括其说明书、附图和摘要在内的全部内容。
技术领域
本发明涉及驾驶员扭矩推定装置和具备驾驶员扭矩推定装置的转向操纵装置，其中，驾驶员扭矩推定装置能够推定驾驶员施加于方向盘的驾驶员扭矩。
背景技术
在日本特开2017－114324号公报中公开了车辆用转向操纵装置中的转向盘操作状态判定装置。车辆用转向操纵装置包括输入轴、输出轴和电动马达。输入轴与方向盘连结。输出轴经由扭杆与输入轴连结。电动马达经由减速器与输出轴连结。日本特开2017－114324号公报记载的转向盘操作状态判定装置具备驾驶员扭矩推定部，该驾驶员扭矩推定部基于施加于扭杆的扭杆扭矩和输出轴的旋转角通过扰动观测器推定驾驶员扭矩。
发明内容
本发明的目的之一在于提供能够高精度地推定驾驶员扭矩的驾驶员扭矩推定装置和具备驾驶员扭矩推定装置的转向操纵装置。
本发明的一个方式的驾驶员扭矩推定装置在结构上的特征在于，包括：第一轴，其与用于转向操纵车辆的方向盘连结；第二轴，其经由扭杆与上述第一轴连结；扭矩检测部，其用于检测施加于上述扭杆的扭杆扭矩；旋转角获取部，其获取上述第二轴的旋转角；基本驾驶员扭矩推定部，其基于上述扭杆扭矩和上述第二轴的旋转角，通过扰动观测器推定基本驾驶员扭矩；重力扭矩运算部，其使用上述方向盘的旋转角，运算因作用于上述方向盘的重心的重力而被给予上述第一轴的重力扭矩；和驾驶员扭矩推定部，其使用通过上述基本驾驶员扭矩推定部推定的上述基本驾驶员扭矩、和通过上述重力扭矩运算部运算的上述重力扭矩，推定驾驶员扭矩。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中，
图1是表示应用了本发明的一个实施方式的驾驶员扭矩推定装置的电动助力转向装置的简要结构的示意图。
图2是表示ECU的电气结构的框图。
图3是表示转向盘操作状态判定部的电气结构的框图。
图4是表示柱式EPS的物理模型的结构的示意图。
图5是表示扩张状态观测器的结构的框图。
图6A是表示方向盘的重心位置和第一轴的中心轴线的图解的主视图。
图6B是图6A的图解的侧视图。
图7是表示方向盘旋转角θsw与重力扭矩Tg的关系的一个例子的曲线图。
图8是表示过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)与库伦摩擦扭矩Tf的关系的一个例子的曲线图。
图9是表示过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)与库伦摩擦扭矩Tf的关系的其他例子的曲线图。
图10是用于说明手握着/手放开判定部的动作的状态迁移图。
图11是表示应用了本发明的一个实施方式的转向操纵装置的电动助力转向***的简要结构的示意图。
图12是用于说明马达控制用ECU的电气结构的框图。
图13是表示图12的手动转向操纵指令值生成部的结构的框图。
图14是表示针对驾驶员扭矩Td的辅助扭矩指令值Tac的设定例子的曲线图。
图15是表示在指令值设定部中使用的参照EPS模型的一个例子的示意图。
图16是表示手动转向操纵指令值生成部的变形例的框图。
图17是表示马达控制用ECU的变形例的框图。
图18是表示图17的手动转向操纵指令值生成部的结构的框图。
具体实施方式
首先，说明本发明的第一实施方式。图1是表示应用了本发明的一个实施方式的驾驶员扭矩推定装置的电动助力转向装置的简要结构的示意图。该电动助力转向装置(车辆用转向操纵装置)1是在柱部配置有电动马达和减速器的转向柱辅助式电动助力转向装置(以下称为“柱式EPS”)。
柱式EPS1具备方向盘2、转向机构4和转向操纵辅助机构5。方向盘2是用于操纵车辆转向的转向操纵部件。转向机构4与该方向盘2的旋转连动而使转向轮3转向。转向操纵辅助机构5辅助驾驶员的转向操纵。方向盘2和转向机构4经由转向操纵轴6、第一万向节28、中间轴7和第二万向节29机械连结。
转向操纵轴6包括第一轴8和第二轴9。第一轴8与方向盘2连结。第二轴9经由第一万向节28与中间轴7连结。第一轴8和第二轴9经由扭杆10连结为能够相对旋转。在转向操纵轴6的周围设置有扭矩传感器11。扭矩传感器11基于第一轴8和第二轴9的相对旋转位移量检测施加于扭杆10的扭杆扭矩Ttb。通过扭矩传感器11检测的扭杆扭矩Ttb被输入ECU(电子控制单元：Electronic Control Unit)12。
转向机构4由包括小齿轮轴13和作为转向轴的齿条轴14的齿轮齿条机构构成。齿条轴14的各端部经由横拉杆15和转向节臂(省略图示)与转向轮3连结。小齿轮轴13经由第二万向节29与中间轴7连结。小齿轮轴13的前端与小齿轮16连结。
齿条轴14沿车辆的左右方向直线状延伸。在齿条轴14的轴向的中间部形成有与小齿轮16啮合的齿条17。小齿轮轴13的旋转通过该小齿轮16和齿条17被变换为齿条轴14的轴向移动。通过使齿条轴14在轴向移动，能够将转向轮3转向。
若方向盘2被转向操纵(旋转)，则该旋转经由转向操纵轴6和中间轴7向小齿轮轴13传递。小齿轮轴13的旋转通过小齿轮16和齿条17被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3被转向。转向操纵辅助机构5包括：电动马达18，其用于产生转向操纵辅助力；和减速器19，其用于放大电动马达18的输出扭矩并将其传递至转向机构4。在该实施方式中，电动马达18是三相无刷马达。减速器19由包括蜗杆20和与该蜗杆20啮合的蜗轮21的蜗轮蜗杆机构构成。减速器19收容在齿轮壳体22内。以下，存在用N表示减速器19的减速比(传动比)的情况。减速比N被定义为蜗杆20的角速度ωwg与蜗轮21的角速度ωww之比ωwg/ωww。
蜗杆20通过电动马达18被旋转驱动。蜗轮21与第二轴9连结为能够一体旋转。蜗轮21通过蜗杆20被旋转驱动。电动马达18对应于驾驶员的转向操纵状态被驱动，蜗杆20通过电动马达18被旋转驱动。由此，蜗轮21被旋转驱动，对转向操纵轴6施加马达扭矩，并且转向操纵轴6(第二轴9)旋转。转向操纵轴6的旋转经由中间轴7被传递至小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3被转向。即，通过电动马达18旋转驱动蜗杆20，能够通过电动马达18辅助转向操纵。
电动马达18的转子的旋转角通过旋转变压器等旋转角传感器25检测。车速V通过车速传感器26检测。旋转角传感器25的输出信号和通过车速传感器26检测的车速V被输入ECU12。电动马达18通过ECU12控制。图2是表示ECU12的电气结构的简图。
ECU12具备微机40、驱动电路(三相变频器电路)31和电流检测部32。驱动电路31通过微机40控制，向电动马达18供电。电流检测部32检测在电动马达18流动的电流(以下称为“马达电流”)。微机40具备CPU和存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)。微机40通过执行规定的程序作为多个功能处理部发挥功能。该多个功能处理部包括马达控制部41和转向盘操作状态判定部42。
马达控制部41基于车速V、扭杆扭矩Ttb、转子旋转角和马达电流驱动控制驱动电路31来实现与转向操纵状况对应的适当的转向操纵辅助。车速V通过车速传感器26检测。扭杆扭矩Ttb通过扭矩传感器11检测。转子旋转角基于旋转角传感器25的输出来运算。马达电流通过电流检测部32检测。具体而言，马达控制部41基于扭杆扭矩Ttb和车速V设定在电动马达18流动的马达电流的目标值即电流指令值。电流指令值对应于与转向操纵状况对应的转向操纵辅助力(辅助扭矩)的目标值。马达控制部41驱动控制驱动电路31，以使通过电流检测部32检测出的马达电流接近电流指令值。
转向盘操作状态判定部42基于扭杆扭矩Ttb和转子旋转角判定，是处于驾驶员握着方向盘2的手握着状态，还是处于驾驶员未握着方向盘2的手放开状态。扭杆扭矩Ttb通过扭矩传感器11检测。转子旋转角基于旋转角传感器25的输出来运算。图3是表示转向盘操作状态判定部42的电气结构的框图。
转向盘操作状态判定部42包括驾驶员扭矩推定部51和手握着/手放开判定部52。驾驶员扭矩推定部51基于旋转角传感器25的输出信号和通过扭矩传感器11检测出的扭杆扭矩Ttb推定驾驶员扭矩Td。手握着/手放开判定部52基于通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩(推定驾驶员扭矩)Td判定是手握着状态还是手放开状态。
首先，说明驾驶员扭矩推定部51。扭杆扭矩Ttb通过下式(1)表示。
Ttb＝Td－Jsw·d2θsw/dt2+Tc+Tg+Tf…(1)
Jsw：方向盘惯性
θsw：方向盘旋转角
d2θsw/dt2：方向盘角加速度
Jsw·d2θsw/dt2：方向盘惯性扭矩
Tc：作用于方向盘2的粘性摩擦扭矩
Tg：因作用于方向盘2的重心的重力而被给予第一轴8的重力扭矩
Tf：作用于第一轴8和方向盘2的库伦摩擦扭矩
在该实施方式中，在为左转向操纵方向的扭矩的情况下，扭杆扭矩Ttb和驾驶员扭矩Td的符号为正，在为右转向操纵方向的扭矩的情况下，扭杆扭矩Ttb和驾驶员扭矩Td的符号为负。方向盘旋转角θsw表示方向盘2距离中立位置的正反旋转量，在该实施方式中，从中立位置向左方的旋转量为正值，从中立位置向右方的旋转量为负值。
粘性摩擦扭矩Tc和库伦摩擦扭矩Tf在与方向盘角速度dθsw/dt的方向相反的方向作用。因此，粘性摩擦扭矩Tc和库伦摩擦扭矩Tf的符号、与方向盘角速度dθsw/dt的符号相反。在将方向盘粘性设为Csw时，粘性摩擦扭矩Tc表示为Tc＝－Csw·dθsw/dt。根据方向盘旋转角θsw，重力扭矩Tg的符号存在与驾驶员扭矩Td的符号相同的情况和相反的情况。
根据上述式(1)，驾驶员扭矩Td通过下式(2)表示。
Td＝Ttb+Jsw·d2θsw/dt2－Tc－Tg－Tf
＝Tdo－Tg－Tf …(2)
其中，Tdo＝Ttb+Jsw·d2θsw/dt2－Tc。
Tdo是虽然方向盘惯性扭矩Jsw·d2θsw/dt2和粘性摩擦扭矩Tc已被考虑但重力扭矩Tg和库伦摩擦扭矩Tf未被考虑的驾驶员扭矩。
Tdo是本发明的基本驾驶员扭矩的一个例子。
在该实施方式中，存在将通过Tdo＝Ttb+Jsw·d2θsw/dt2－Tc表示的Tdo称为基本驾驶员扭矩的情况。
驾驶员扭矩推定部51包括蜗轮旋转角运算部61、扩张状态观测器(扰动观测器)62、重力扭矩运算部63、摩擦扭矩运算部64和推定驾驶员扭矩运算部65。蜗轮旋转角运算部61基于旋转角传感器25的输出信号运算电动马达18的输出轴的旋转角(以下称为“转子旋转角θm”)。基于获得的转子旋转角θm运算蜗轮21的旋转角(以下称为“蜗轮旋转角θww”)。具体而言，通过转子旋转角θm除以减速器19的减速比N运算蜗轮旋转角θww。
扩张状态观测器62根据蜗轮旋转角θww和扭杆扭矩Ttb推定基本驾驶员扭矩Tdo、方向盘旋转角θsw和方向盘角速度dθsw/dt。蜗轮旋转角θww通过蜗轮旋转角运算部61运算。扭杆扭矩Ttb通过扭矩传感器11检测。扩张状态观测器62使用柱式EPS的物理模型推定基本驾驶员扭矩Tdo、方向盘旋转角θsw和方向盘角速度dθsw/dt。
图4是表示柱式EPS的物理模型的结构的示意图。图4的整体表示柱式EPS的双惯性***模型M2。在图4的双点划线所示的部分中，表示柱式EPS的单惯性***模型M1的单惯性***模型M1包括方向盘。驾驶员扭矩Tsw输入方向盘。
双惯性***模型M2包括方向盘和下柱。下柱包括辅助马达、蜗杆和蜗轮。减速器由蜗杆和蜗轮构成。驾驶员扭矩Tsw输入方向盘。与在马达扭矩Tms上乘以减速器的减速比N得到的值N·Tms相当的扭矩、和从转向轮侧施加于下柱的负载扭矩Tls被输入下柱。
图4中的各附图标记的意思如以下所述。
Jsw：方向盘惯性
Tsw：驾驶员扭矩
Ttb：扭杆扭矩
ktb：扭杆刚性
csw：方向盘粘性
N：减速比
θsw：方向盘旋转角
dθsw/dt：方向盘角速度
Jeg：下柱惯性
θww：蜗轮旋转角
dθww/dt：蜗轮角速度
Tls：负载扭矩(反向输入扭矩)
在该实施方式中，扩张状态观测器62使用单惯性***模型M1，并且使用扩张扰动状态观测器(扰动观测器)推定驾驶员扭矩Tsw。如后所述，通过扩张状态观测器62推定的驾驶员扭矩Tsw相当于上述的基本驾驶员扭矩Tdo。
针对单惯性***模型M1的方向盘惯性的运动方程式通过下式(3)表示。
数1
d2θsw/dt2是方向盘的角加速度。在式(3)中，ktb(θsw－θww)相当于上述式(1)的扭杆扭矩Ttb。csw·(dθsw/dt)相当于上述式(1)的粘性摩擦扭矩Tc。式(3)的驾驶员扭矩Tsw相当于上述式(2)的Tdo。
针对单惯性***模型M1的状态方程式能够通过下式(4)表示。
数2
在上述式(4)中，是状态变量矢量，通过下式(5)表示。
数3
在上述式(4)中，u1是输入矢量，通过下式(6)表示。
数4
u1＝θww …(6)
在上述式(4)中，y是输出矢量(测定值)，通过下式(7)表示的上述式(4)中的是输出矢量推定值。
数5
y＝Ttb＝ktb(θsw-θww) …(7)
在上述式(4)中，Ae是***行列，通过下式(8)表示。
数6
在上述式(4)中，Be是输入行列，通过下式(9)表示。
数7
在上述式(4)中，Le是观测器增益行列，通过下式(10)表示。
数8
在上述式(10)中，L1、L2、L3分别是第一、第二和第三观测器增益，被预先设定。在上述式(4)中，Ce是输出行列，通过下式(11)表示。
数9
Ce＝[ktb 0 0] …(11)
在上述式(4)中，De是馈通行列(feedthrough matrix)，通过下式(12)表示。
数10
De＝-ktb …(12)
扩张状态观测器62基于通过上述式(4)表示的状态方程式运算状态变量矢量e。由此，能够获得基本驾驶员扭矩Tdo(＝Tsw)。
图5是表示扩张状态观测器62的结构的框图。扩张状态观测器62包括De乘法器71、Ce乘法器72、第一加法器73、L1乘法器74、L2乘法器75、L3乘法器76和Be乘法器77。扩张状态观测器62还包括－ktb/Jsw乘法器78、－csw/Jsw乘法器79、1/Jsw乘法器80、第二加法器81、第三加法器82、第四加法器83、第一积分器84、第二积分器85和第三积分器86。
通过蜗轮旋转角运算部61运算的蜗轮旋转角θww(相当于输入矢量u1)被给予De乘法器71，并且被给予Be乘法器77。第一积分器84、第二积分器85和第三积分器86的输出分别成为状态变量矢量(参照上述式(5))所包含的方向盘旋转角θsw、方向盘角速度dθsw/dt和基本驾驶员扭矩Tsw(＝Tdo)。在运算开始时，被给予初始值作为θsw、dθsw/dt和Tsw。θsw、dθsw/dt和Tsw的初始值例如是0。
－ktb/Jsw乘法器78在θsw上乘以－ktb/Jsw。－csw/Jsw乘法器79在dθsw/dt上乘以－csw/Jsw。1/Jsw乘法器80在Tdo(Tsw)上乘以1/Jsw。第二加法器81将上述3个乘法器78、79、80的乘法结果相加。Ce乘法器72在θsw上乘以ktb。即，Ce乘法器72运算上述式(4)中的De乘法器71在通过蜗轮旋转角运算部61运算的蜗轮旋转角θww上乘以－ktb。即，Ce乘法器72运算上述式(4)中的De·u1。
第一加法器73从通过扭矩传感器11检测出的扭杆扭矩Ttb即输出矢量(测定值)y减去Ce乘法器72的输出和De乘法器71的输出(De·u1)。即，第一加法器73运算输出矢量y与输出矢量推定值 之差
L1乘法器74在第一加法器73的输出上乘以第一观测器增益L1(参照上述式(10))。L2乘法器75在第一加法器73的输出上乘以第二观测器增益L2。L3乘法器76在第一加法器73的输出上乘以第三观测器增益L3。由此，运算基本驾驶员扭矩Tsw(＝Tdo)的微分值。
Be乘法器77在通过蜗轮旋转角运算部61运算的蜗轮旋转角θww上乘以ktb/Jsw。即，Be乘法器77运算上述式(4)中的Be·u1。第三加法器82在L1乘法器74的输出上加上dθsw/dt。由此，运算方向盘旋转角θsw的微分值。第一积分器84通过对θsw的微分值进行积分运算方向盘旋转角θsw。
第四加法器83在L2乘法器75的输出上加上Be乘法器77的输出和第二加法器81的输出。由此，运算方向盘角速度dθsw/dt的微分值。第二积分器85通过对dθsw/dt的微分值进行积分运算方向盘角速度dθsw/dt。第三积分器86通过对L3乘法器76的输出进行积分运算基本驾驶员扭矩Tsw(＝Tdo)。
返回至图3，通过扩张状态观测器62运算出的方向盘旋转角θsw被给予重力扭矩运算部63。通过扩张状态观测器62运算出的方向盘角速度dθsw/dt被给予摩擦扭矩运算部64。通过扩张状态观测器62运算出的基本驾驶员扭矩Tdo被给予推定驾驶员扭矩运算部65。
重力扭矩运算部63基于通过扩张状态观测器62推定出的方向盘旋转角θsw运算重力扭矩Tg。重力扭矩Tg是因作用于方向盘2的重心的重力而被给予第一轴8的重力扭矩。如图6A所示，方向盘2在旋转平面上的重心位置G和旋转中心位置C(方向盘2的旋转平面和第一轴8的中心轴线的交点)不一致。将方向盘2在旋转平面上的重心位置G与旋转中心位置C之间的距离称为偏移距离dcg。将方向盘2的质量设为m，将重力加速度设为gcg。
图6A的单点划线表示方向盘2从中立位置绕逆时针方向旋转了θsw的状态。在该状态下，对方向盘2的重心G施加重力扭矩Tg，在本实施方式的情况下，方向盘2想要返回至中立位置。因此，可知对于驾驶员扭矩推定，如果不考虑该重力扭矩的影响，会在驾驶员扭矩推定值上产生误差。
并且，如图6B所示，将在方向盘2搭载于车辆的状态下在方向盘2的旋转中心位置C(或者重心位置G)通过的铅垂线与方向盘2的旋转平面所夹的角设为方向盘倾斜角δ。重力扭矩Tg是通过作用于方向盘2的重心G的重力m·gcg而被给予第一轴8的扭矩。
重力扭矩运算部63基于下式(13)运算重力扭矩Tg。
Tg＝－Ggr·sin(θsw) …(13)
Ggr是重力扭矩系数，是与方向盘2的质量m、重力加速度gcg、偏移距离dcg和方向盘倾斜角δ的余弦值cos(δ)之积m·gcg·dcg·cos(δ)对应的值。sin(θsw)是方向盘旋转角θsw的正弦值。
在偏移距离dcg、方向盘2的质量m和方向盘倾斜角δ已知的情况下，重力扭矩系数Ggr能够根据Ggr＝m·dcg·gcg·cos(δ)的式子求出。重力扭矩系数Ggr也能如以下那样求出。即，在放手状态下，将方向盘旋转角θsw作为参数，测定定常状态下的扭杆扭矩Ttb。将方向盘旋转角θsw为90度时的扭杆扭矩Ttb的绝对值作为重力扭矩系数Ggr求出。
在图7中示出方向盘旋转角θsw与重力扭矩Tg的关系的一个例子。作用于方向盘2的重心的重力m·gcg是铅垂方向的力。因此，在方向盘旋转角θsw为±90[deg]时，和方向盘旋转角θsw为±270[deg]时，重力扭矩系数Ggr的绝对值最大。返回至图3，摩擦扭矩运算部64基于通过扩张状态观测器62推定出的方向盘角速度dθsw/dt运算库伦摩擦扭矩Tf。
库伦摩擦扭矩Tf是作用于第一轴8和方向盘2的库伦摩擦扭矩。库伦摩擦扭矩Tf在支承第一轴8的轴承等产生。摩擦扭矩运算部64基于式(14)运算库伦摩擦扭矩Tf。
Tf＝－Gf·tanh(η·LPF(dθsw/dt)) …(14)
Gf：库伦摩擦扭矩系数
η：库伦摩擦扭矩变化梯度(绝对值)
LPF(dθsw/dt)：对方向盘角速度dθsw/dt实施了一阶滞后***(1次遅れ系)的过滤处理得到的值(以下称为“过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)”)
库伦摩擦扭矩系数Gf能够如以下那样求出。在放手状态下，将通过电动马达18施加于第二轴9的马达扭矩缓缓变大。求出在方向盘角速度dθsw/dt的绝对值大于零的时刻、即在方向盘2开始动作的时刻的扭杆扭矩Ttb的绝对值，作为库伦摩擦扭矩系数Gf。库伦摩擦扭矩变化梯度η通过调整(チューニング)决定。
在图8中示出过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)与库伦摩擦扭矩Tf的关系的一个例子。在过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)为正时，库伦摩擦扭矩Tf取负值。在过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)为负时，库伦摩擦扭矩Tf取正值。若过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)的绝对值从0变大，则在LPF(dθsw/dt)的绝对值较小的范围，库伦摩擦扭矩Tf的绝对值以比较大的变化率变大，之后，库伦摩擦扭矩Tf的绝对值收敛至库伦摩擦扭矩系数Gf的大小。随着库伦摩擦扭矩变化梯度η变大，在过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)的绝对值较小的范围，库伦摩擦扭矩Tf相对于LPF(dθsw/dt)的变化率变大。
此外，也可以预先作成表示过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)与库伦摩擦扭矩Tf的关系的映射，基于该映射运算库伦摩擦扭矩Tf。此时，过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)与库伦摩擦扭矩Tf的关系也可以是如图9所示那样的关系。在该例中，在过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)为－A以下的范围，库伦摩擦扭矩Tf取+Gf的值。在过滤处理后的方向盘角速度LPF(dθsw/dt)为+A以上的范围，库伦摩擦扭矩Tf取－Gf的值。在LPF(dθsw/dt)为大于－A小于+A的范围，随着方向盘角速度dθsw/dt变大，库伦摩擦扭矩Tf从+Gf至－Gf线性变化。
返回至图3，推定驾驶员扭矩运算部65将通过扩张状态观测器62推定出的基本驾驶员扭矩Tdo(＝Tsw)、通过重力扭矩运算部63运算出的重力扭矩Tg和通过摩擦扭矩运算部64运算出的库伦摩擦扭矩Tf代入上述式(2)。由此，运算驾驶员扭矩(驾驶员扭矩推定值)Td。
接下来，说明手握着/手放开判定部52。图10是用于说明手握着/手放开判定部52的动作的状态迁移图。手握着/手放开判定部52将“超过阈值的手握着状态(ST1)”、“阈值以下的手握着状态(ST2)”、“阈值以下的手放开状态(ST3)”和“超过阈值的手放开状态(ST4)”这四种状态识别为驾驶员的转向盘操作状态。
“超过阈值的手握着状态(ST1)”是驾驶员扭矩Td的绝对值大于规定的阈值α(＞0)的手握着状态。“阈值以下的手握着状态(ST2)”是驾驶员扭矩Td的绝对值为阈值α以下的手握着状态。“阈值以下的手放开状态(ST3)”是驾驶员扭矩Td的绝对值为阈值α以下的手放开状态。“超过阈值的手放开状态(ST4)”是驾驶员扭矩Td的绝对值大于阈值α的手放开状态。阈值α例如被设定为0.1[Nm]以上0.3[Nm]以下的范围内的值。
在运算开始时，当驾驶员扭矩Td的绝对值大于阈值α时，手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态是“超过阈值的手握着状态(ST1)”。而且，手握着/手放开判定部52将输出信号(out)设定为“1”并且将计时器值hod_timer设定为0。输出信号(out)是表示判定结果的信号，“1”表示判定结果是手握着，“0”表示判定结果是手放开。
在“超过阈值的手握着状态(ST1)”，若驾驶员扭矩Td的绝对值为阈值α以下，则手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态成为“阈值以下的手握着状态(ST2)”。而且，手握着/手放开判定部52将输出信号(out)设定为“1”。另外，在判定为是“阈值以下的手握着状态(ST2)”时，随着规定时间Ts1[sec]经过，手握着/手放开判定部52将计时器值hod_timer更新为在当前值(hod_timer)上加上Ts1得到的值。
在“阈值以下的手握着状态(ST2)”，在计时器值hod_timer到达规定的手放开判定用阈值β(＞0)以前，若驾驶员扭矩Td的绝对值大于阈值α，则手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态成为“超过阈值的手握着状态(ST1)”，并将计时器值hod_timer设定为0。
在“阈值以下的手握着状态(ST2)”，若驾驶员扭矩Td的绝对值没有大于阈值α，而是计时器值hod_timer到达手放开判定用阈值β，则手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态成为“阈值以下的手放开状态(ST3)”。而且，手握着/手放开判定部52将输出信号(out)设定为“0”，并将计时器值hod_timer设定为0。手放开判定用阈值β例如设定为0.5[sec]以上1.0[sec]以下的范围内的值。
在“阈值以下的手放开状态(ST3)”，若驾驶员扭矩Td的绝对值大于阈值α，则手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态成为“超过阈值的手放开状态(ST4)”。而且，手握着/手放开判定部52将输出信号(out)设定为“0”。另外，在判定为是“超过阈值的手放开状态(ST4)”时，每经过规定时间Ts2[sec]，手握着/手放开判定部52将计时器值hod_timer更新为在当前值(hod_timer)上加上Ts2得到的值。Ts2可以是与上述Ts1相同的值，也可以是不同的值。
在“超过阈值的手放开状态(ST4)”，在计时器值hod_timer到达规定的手握着判定用阈值γ(＞0)以前，若驾驶员扭矩Td的绝对值为阈值α以下，则手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态成为“阈值以下的手放开状态(ST3)”，并将计时器值hod_timer设定为0。手握着判定用阈值γ例如设定为0.05[sec]以上0.1[sec]以下的范围内的值。
在“超过阈值的手放开状态(ST4)”，若驾驶员扭矩Td的绝对值没有成为阈值α以下，而是计时器值hod_timer到达手握着判定用阈值γ，则手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态成为“超过阈值的手握着状态(ST1)”。而且，手握着/手放开判定部52将输出信号(out)设定为“1”，并将计时器值hod_timer设定为0。
此外，在运算开始时，当驾驶员扭矩Td的绝对值为阈值α以下时，手握着/手放开判定部52判定为转向盘操作状态是“阈值以下的手放开状态(ST3)”。而且，手握着/手放开判定部52将输出信号(out)设定为“0”，并将计时器值hod_timer设定为0。在上述实施方式中，考虑通过作用于方向盘2的重心G的重力而被给予第一轴8的重力扭矩Tg，运算驾驶员扭矩Td。因此，能够推定高精度的驾驶员扭矩。另外，在该结构中，除重力扭矩Tg之外，还考虑作用于第一轴8和方向盘2的库伦摩擦扭矩Tf，运算驾驶员扭矩Td。因此，能够推定更高精度的驾驶员扭矩。
另外，在上述实施方式中，基于通过驾驶员扭矩推定部51推定出的高精度的驾驶员扭矩Td，使用扭矩阈值α和计时器值hod_timer进行手握着/手放开判定。因此，能够高精度地判定是处于驾驶员握着方向盘2的手握着状态，还是处于驾驶员未握着方向盘2的手放开状态。
手握着/手放开判定结果能够利用于模式切换控制，所谓模式切换控制为，例如，在准备有自动驾驶模式和手动驾驶模式作为驾驶模式的车辆中，在将驾驶模式从自动驾驶模式切换为手动驾驶模式时，从确认到处于手握着状态开始，向手动驾驶模式切换。以上，说明了本发明的第一实施方式，但本发明也能在其他方式中实施。例如，在上述实施方式中，作为在通过重力扭矩运算部63运算重力扭矩Tg中使用的方向盘旋转角，使用了通过扩张状态观测器62推定出的方向盘旋转角θsw。作为在通过摩擦扭矩运算部64运算库伦摩擦扭矩Tf中使用的方向盘角速度，使用了通过扩张状态观测器62推定出的方向盘角速度dθsw/dt。然而，也可以设置检测方向盘2的旋转角的转向角传感器，将通过该转向角传感器检测出的方向盘旋转角θsw，在通过重力扭矩运算部63运算重力扭矩Tg中使用。也可以对通过转向角传感器检测出的方向盘旋转角θsw进行时间微分，得到方向盘角速度dθsw/dt，将该方向盘角速度dθsw/dt用于利用通过摩擦扭矩运算部64运算库伦摩擦扭矩Tf。
在上述实施方式中，电动马达18是三相无刷马达，但电动马达18也可以是有刷直流马达。在上述实施方式中，说明了将本发明应用于柱式EPS的情况。然而，本发明也能应用于用于辅助的电动马达18经由减速器与小齿轮轴13连结的小齿轮辅助式EPS。在这种情况下，也能使用图4的模型，因此能够通过与上述实施方式相同的方法推定驾驶员扭矩Td。
在小齿轮辅助式EPS中，电动马达、减速器、扭矩传感器和扭杆设置在小齿轮轴。减速器例如由通过电动马达旋转的蜗杆、和在小齿轮轴设置并且与蜗杆啮合的蜗轮构成。扭杆设置在小齿轮轴的比蜗轮靠方向盘侧的部分。根据检测电动马达的转子旋转角的旋转角传感器的信号，运算蜗轮旋转角(小齿轮轴的旋转角)。也可以相对于小齿轮轴的扭杆在蜗轮侧设置检测小齿轮轴的旋转角的小齿轮轴旋转角传感器，根据小齿轮轴旋转角传感器的信号，运算小齿轮轴的旋转角。在转向操纵轴不设置扭杆、减速器。
在为具有这种结构的小齿轮辅助式EPS时，与电动马达的个数、减速器的结构(蜗轮蜗杆机构、滚珠丝杠机构、减速带机构等)无关，小齿轮辅助式EPS的物理模型能够通过图4表示。因为一般而言，与图4中的扭杆刚性相比，设置在比扭杆靠方向盘侧的中间轴、万向节、转向操纵轴的刚性足够高。因此，在具有这种结构的小齿轮辅助式EPS中，与上述实施方式相同，能够高精度地推定驾驶员扭矩。
接下来，说明本发明的第二实施方式。图11是表示应用了本发明的一个实施方式的转向操纵装置的电动助力转向装置的简要结构的示意图。在图11中，对与上述图1的各部分对应的部分标注相同的附图标记来表示。由于图11的电动助力转向装置1A的机械式结构与上述图1的电动助力转向装置1的机械式结构相同，所以省略其说明。
在车辆搭载有拍摄车辆的行进方向前方的道路的CCD照相机(Charge CoupledDevice：电荷耦合器件)125、用于检测本车位置的GPS(Global Positioning System：全球定位***)126、用于检测道路形状、障碍物的雷达127和存储有地图信息的地图信息存储器128。
CCD照相机125、GPS126、雷达127和地图信息存储器128与用于进行自动辅助控制、自动驾驶控制的上位ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)201连接。上位ECU201基于通过CCD照相机125、GPS126和雷达127获得的信息和地图信息，进行周边环境识别、本车位置推定、路线规划等，并且决定转向操纵、驱动促动器的控制目标值。
在该实施方式中，上位ECU201设定用于自动转向操纵的自动转向操纵指令值θadac。在该实施方式中，自动转向操纵控制例如是用于使车辆沿目标轨道行驶的控制。自动转向操纵指令值θadac是用于使车辆沿目标轨道自动行驶的转向操纵角的目标值。由于这种设定自动转向操纵指令值θadac的处理是公知的，所以这里省略详细说明。
通过上位ECU201设定的自动转向操纵指令值θadac经由车载网络被给予马达控制用ECU202。除上位ECU201之外，在马达控制用ECU202还连接有扭矩传感器11、旋转角传感器25等。扭矩传感器11基于第一轴8和第二轴9的相对旋转位移量检测施加于扭杆10的扭杆扭矩Ttb。旋转角传感器25检测电动马达18的转子的旋转角(以下称为“转子旋转角”)。马达控制用ECU202基于这些传感器的输出信号和从上位ECU201被给予的信息控制电动马达18。
图12是用于说明马达控制用ECU202的电气结构的框图。马达控制用ECU202具备微机140、驱动电路(变频器电路)131和电流检测电路132。驱动电路(变频器电路)131通过微机140控制，向电动马达18供电。电流检测电路132检测在电动马达18流动的电流(以下称为马达电流I”)。
微机140具备CPU和存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序作为多个功能处理部发挥功能。该多个功能处理部包括驾驶员扭矩推定部51、手动转向操纵指令值生成部141、集成角度指令值运算部142和控制部143。
驾驶员扭矩推定部51基于旋转角传感器25的输出信号和通过扭矩传感器11检测出的扭杆扭矩Ttb推定驾驶员扭矩Td。由于驾驶员扭矩推定部51的结构与上述图3的驾驶员扭矩推定部51相同，所以省略其详细说明。设置有手动转向操纵指令值生成部141是为了在驾驶员操作了转向盘2时，将与该转向盘操作对应的转向操纵角(更正确而言，第二轴9的旋转角θ)，设定为手动转向操纵指令值θmdac。手动转向操纵指令值生成部141使用通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩Td生成手动转向操纵指令值θmdac。之后详细叙述手动转向操纵指令值生成部141。
集成角度指令值运算部142在通过上位ECU201设定的自动转向操纵指令值θadac上加上手动转向操纵指令值θmdac来运算集成角度指令值θacmd。
控制部143基于集成角度指令值θacmd对电动马达18进行角度控制。更具体而言，控制部143驱动控制驱动电路131，以使转向操纵角θ(第二轴9的旋转角θ)接近集成角度指令值θacmd。
控制部143例如包括角度控制部144和扭矩控制部(电流控制部)145。角度控制部144进行针对集成角度指令值θacmd与基于旋转角传感器25的输出信号运算的转向操纵角θ的偏差的PD(比例微分)运算。由此，运算电动马达18的马达扭矩的目标值即马达扭矩指令值Tmc。扭矩控制部145例如首先通过马达扭矩指令值Tmc除以电动马达18的扭矩常量Kt来运算电流指令值Icmd。扭矩控制部145驱动驱动电路131，以使通过电流检测电路132检测出的马达电流I的值接近电流指令值Icmd。
图13是表示手动转向操纵指令值生成部141的结构的框图。手动转向操纵指令值生成部141包括辅助扭矩指令值设定部151和指令值设定部152。
辅助扭矩指令值设定部151设定手动转向操纵所需的辅助扭矩的目标值即辅助扭矩指令值Tac。辅助扭矩指令值设定部151基于通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩Td设定辅助扭矩指令值Tac。针对驾驶员扭矩Td的辅助扭矩指令值Tac的设定例子如图14所示。对于驾驶员扭矩Td，例如，用于向左方转向操纵的扭矩取正值，用于向右方转向操纵的扭矩取负值。在应从电动马达18产生用于左方转向操纵的转向操纵辅助力时，辅助扭矩指令值Tac取正值，在应从电动马达18产生用于右方转向操纵的转向操纵辅助力时，辅助扭矩指令值Tac取负值。
针对驾驶员扭矩Td的正值，辅助扭矩指令值Tac取正，针对驾驶员扭矩Td的负值，辅助扭矩指令值Tac取负。辅助扭矩指令值Tac被设定为其绝对值随着驾驶员扭矩Td的绝对值变大而变大。此外，辅助扭矩指令值设定部151也可以通过在驾驶员扭矩Td上乘以已预先设定的常量来运算辅助扭矩指令值Tac。
在该实施方式中，指令值设定部152使用参照EPS模型设定手动转向操纵指令值θmdac。图15是表示在指令值设定部152中使用的参照EPS模型的一个例子的示意图。该参照EPS模型是包含下柱的单一惯性模型。下柱与第二轴9和蜗轮21对应。在图15中，Jc是下柱的惯性。θc是下柱的旋转角。Ttb是扭杆扭矩。扭杆扭矩Ttb、从电动马达18作用于第二轴9的扭矩N·Tmc和路面负载扭矩Trl被给予下柱。路面负载扭矩Trl使用弹簧常数k和粘性衰减系数c通过下式(15)表示。
Trl＝－k·θc－c(dθc/dt) …(15)
该实施方式中的弹簧常数k和粘性衰减系数c被设定为预先通过实验·解析等求出的规定值。参照EPS模型的运动方程式通过下式(16)表示。
Jc·d2θc/dt2＝Ttb+N·Tmc－k·θc－c(dθc/dt) …(16)
指令值设定部152利用该式(16)设定手动转向操纵指令值θmdac。此时，使用通过辅助扭矩指令值设定部151(参照图13)设定的辅助扭矩指令值Tac作为N·Tmc。
将通过扭矩传感器11检测出的扭杆扭矩Ttb代入式(16)的Ttb，求解式(16)的微分方程式来运算柱角度θc。将得到的柱角度θc设定为手动转向操纵指令值θmdac的情况被考虑。然而，通过扭矩传感器11检测出的扭杆扭矩Ttb还包含除驾驶员实际施加于转向盘2的驾驶员扭矩以外的扰动。因此，担忧在将扭杆扭矩Ttb代入式(16)的Ttb运算出手动转向操纵指令值θmdac时，即便在驾驶员未操作转向盘2时，也基于除驾驶员扭矩以外的扰动设定手动转向操纵指令值θmdac。
因此，在该实施方式中，指令值设定部152将通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩Td代入上述式(16)的Ttb求解式(16)的微分方程式来运算柱角度θc。指令值设定部152将得到的柱角度θc设定为手动转向操纵指令值θmdac。由此，能够抑制在驾驶员未操作转向盘2时基于除驾驶员扭矩以外的扰动设定手动转向操纵指令值θmdac。
在图11的电动助力转向装置1A中，在自动转向操纵指令值上加上手动转向操纵指令值来运算集成角度指令值，基于该集成角度指令值控制电动马达18。由此，能够在手动转向操纵控制与自动转向操纵控制之间不进行切换地，一边进行通过自动转向操纵控制主体的转向操纵控制，一边实现可手动转向操纵的协调控制。由此，由于能够无缝进行手动转向操纵控制与自动转向操纵控制之间的转换，所以能够减轻驾驶员的不适感。
在图11的电动助力转向装置1A中，如上述所述，能够抑制在驾驶员未操作转向盘2时基于除驾驶员扭矩以外的扰动设定手动转向操纵指令值θmdac。图16是表示图13的手动转向操纵指令值生成部的变形例的框图。手动转向操纵指令值生成部141A包括辅助扭矩指令值设定部151A和指令值设定部152A。向指令值设定部152A输入通过扭矩传感器11检测的扭杆扭矩Ttb和通过辅助扭矩指令值设定部151A已被设定的辅助扭矩指令值Tac。辅助扭矩指令值设定部151A基于通过扭矩传感器11检测的扭杆扭矩Ttb设定辅助扭矩指令值Tac。针对扭杆扭矩Ttb的辅助扭矩指令值Tac的设定例子能够使用将图14的横轴从驾驶员扭矩Td置换为扭杆扭矩Ttb的例子。通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩Td被给予指令值设定部152A。
在驾驶员扭矩Td的绝对值|Td|为规定的阈值ψ(ψ＞0)以上时，指令值设定部152A将分别已输入指令值设定部152A的扭杆扭矩Ttb和辅助扭矩指令值Tac代入上述式(16)的Ttb和N·Tmc，求解式(16)的微分方程式。由此，设定手动转向操纵指令值θmdac(＝θc)。另一方面，在驾驶员扭矩Td的绝对值|Td|小于阈值ψ时，分别将零代入上述式(16)的Ttb和N·Tmc，求解式(16)的微分方程式。由此，设定手动转向操纵指令值θmdac(＝θc)。
在该手动转向操纵指令值生成部141A中，使用扭杆扭矩Ttb设定了手动转向操纵指令值θmdac。然而，在驾驶员扭矩Td的绝对值|Td|小于阈值ψ时，被输入手动转向操纵指令值生成部141A的扭杆扭矩Ttb实际为零。由此，能够抑制在驾驶员未操作转向盘2时基于除驾驶员扭矩以外的扰动设定手动转向操纵指令值θmdac。另外，使用扭杆扭矩Ttb设定了手动转向操纵指令值θmdac。由此，与使用通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩Td的情况相比，能够减小针对驾驶员的转向盘操作的手动转向操纵指令值θmdac的时间延迟。
图17是表示图12的马达控制用ECU的变形例的框图。在图17中，对于与上述图12的各部分对应的部分，标注与图12相同的附图标记来表示。与图12的马达控制用ECU202相比，在通过微机140A内的CPU实现的功能处理部的结构上，马达控制用ECU202A存在不同。微机140A包括转向盘操作状态判定部42、手动转向操纵指令值生成部141B、集成角度指令值运算部142和控制部143作为功能处理部。
转向盘操作状态判定部42基于旋转角传感器25的输出信号和扭杆扭矩Ttb判定，是处于驾驶员握着转向盘的手握着状态，还是处于驾驶员未握着转向盘的手放开状态。由于转向盘操作状态判定部42的结构与上述图2和图3的转向盘操作状态判定部42相同，所以省略其详细说明。转向盘操作状态判定部42在判定为转向盘操作状态是手握着状态时输出手握着状态信号，在判定为转向盘操作状态是手放开状态时输出手放开状态信号。
手动转向操纵指令值生成部141B使用转向盘操作状态判定部42的输出信号(手握着/手放开状态信号)和通过扭矩传感器11检测的扭杆扭矩Ttb生成手动转向操纵指令值θmdac。之后详细叙述手动转向操纵指令值生成部141B。集成角度指令值运算部142在通过上位ECU201设定的自动转向操纵指令值θadac上加上手动转向操纵指令值θmdac来运算集成角度指令值θacmd。
控制部143基于集成角度指令值θacmd对电动马达18进行角度控制。由于控制部143的结构与图12的控制部143相同，所以省略其详细说明。
图18是表示手动转向操纵指令值生成部141B的结构的框图。手动转向操纵指令值生成部141B包括辅助扭矩指令值设定部151A和指令值设定部152B。
辅助扭矩指令值设定部151A设定手动转向操纵所需的辅助扭矩的目标值即辅助扭矩指令值Tac。由于辅助扭矩指令值设定部151A的动作与图16的辅助扭矩指令值设定部151A的动作相同，所以省略其详细说明。向指令值设定部152B输入通过扭矩传感器11检测的扭杆扭矩Ttb和通过辅助扭矩指令值设定部151A已被设定的辅助扭矩指令值Tac。转向盘操作状态判定部42的输出信号(手握着/手放开状态信号)被给予指令值设定部152B。
在转向盘操作状态判定部42的输出信号是手握着状态信号时，指令值设定部152B将已分别输入指令值设定部152B的扭杆扭矩Ttb和辅助扭矩指令值Tac代入上述式(16)的Ttb和N·Tmc，求解式(16)的微分方程式。由此，设定手动转向操纵指令值θmdac(＝θc)。另一方面，在转向盘操作状态判定部42的输出信号是手放开状态信号时，指令值设定部152B分别将零代入上述式(16)的Ttb和N·Tmc，求解式(16)的微分方程式。由此，设定手动转向操纵指令值θmdac(＝θc)。
在该手动转向操纵指令值生成部141B中，使用扭杆扭矩Ttb设定了手动转向操纵指令值θmdac。然而，在转向盘操作状态判定部42的输出信号是手放开状态信号时，被输入手动转向操纵指令值生成部141B的扭杆扭矩Ttb实际为零。由此，能够抑制在驾驶员未操作转向盘2时基于除驾驶员扭矩以外的扰动设定手动转向操纵指令值θmdac。另外，使用扭杆扭矩Ttb设定了手动转向操纵指令值θmdac。由此，与使用通过驾驶员扭矩推定部51推定出的驾驶员扭矩Td的情况相比，能够减小针对驾驶员的转向盘操作的手动转向操纵指令值θmdac的时间延迟。
以上，说明了本发明的第二实施方式，但本发明还能以其他方式实施。例如，在上述实施方式中，指令值设定部152、152A、152B(参照图13、图16、图18)基于参照EPS模型设定了手动转向操纵指令值θmdac。然而，指令值设定部152、152A、152B也可以通过其他方法设定手动转向操纵指令值θmdac。
例如，指令值设定部152、152A、152B也可以使用存储有驾驶员扭矩Td(在图13的情况下)或者扭杆扭矩Ttb(在图16或者图18的情况下)与手动转向操纵指令值θmdac的关系的映射，设定手动转向操纵指令值θmdac。在上述第二实施方式中，示出将本发明应用于转向柱类型EPS时的例子。然而，本发明也能应用于除转向柱类型以外的EPS。
本发明也能应用于线控转向***。除此之外，本发明能够在权利要求书记载的事项的范围实施各种设计变更。

Claims (11)

1.一种驾驶员扭矩推定装置，其中，包括：
第一轴，其与用于转向操纵车辆的方向盘连结；
第二轴，其经由扭杆与所述第一轴连结；
扭矩检测部，其用于检测施加于所述扭杆的扭杆扭矩；
旋转角获取部，其获取所述第二轴的旋转角；
基本驾驶员扭矩推定部，其基于所述扭杆扭矩和所述第二轴的旋转角，通过扰动观测器推定基本驾驶员扭矩；
重力扭矩运算部，其使用所述方向盘的旋转角，运算因作用于所述方向盘的重心的重力而被给予所述第一轴的重力扭矩；和
驾驶员扭矩推定部，其使用通过所述基本驾驶员扭矩推定部推定的所述基本驾驶员扭矩、和通过所述重力扭矩运算部运算的所述重力扭矩，推定驾驶员扭矩。
2.根据权利要求1所述的驾驶员扭矩推定装置，其中，
所述基本驾驶员扭矩推定部构成为，推定所述基本驾驶员扭矩并且推定所述方向盘的旋转角，
所述重力扭矩运算部构成为，使用通过所述基本驾驶员扭矩推定部推定的所述方向盘的旋转角运算所述重力扭矩。
3.根据权利要求1所述的驾驶员扭矩推定装置，其中，
还包括摩擦扭矩运算部，该摩擦扭矩运算部使用所述方向盘的角速度，运算作用于所述方向盘和所述第一轴的库伦摩擦扭矩，
所述驾驶员扭矩推定部构成为，使用通过所述基本驾驶员扭矩推定部推定的所述基本驾驶员扭矩、通过所述重力扭矩运算部运算的所述重力扭矩和通过所述摩擦扭矩运算部运算的所述库伦摩擦扭矩，推定驾驶员扭矩。
4.根据权利要求3所述的驾驶员扭矩推定装置，其中，
所述基本驾驶员扭矩推定部构成为，推定所述基本驾驶员扭矩并且推定所述方向盘的旋转角和所述方向盘的角速度，
所述重力扭矩运算部构成为，使用通过所述基本驾驶员扭矩推定部推定的所述方向盘的旋转角，运算所述重力扭矩，
所述摩擦扭矩运算部构成为，使用通过所述基本驾驶员扭矩推定部推定的所述方向盘的角速度，运算所述库伦摩擦扭矩。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的驾驶员扭矩推定装置，其中，
当将在所述方向盘的旋转中心位置通过的铅垂线与所述方向盘的旋转平面所夹的角设为方向盘倾斜角，将以所述车辆的方向成为前进方向的方向盘位置为中立位置而与所述方向盘从该中立位置的旋转量和旋转方向对应的角度设为方向盘旋转角时，
所述重力扭矩运算部构成为，运算所述方向盘的重心位置与旋转中心位置之间的距离、所述方向盘的质量、所述方向盘旋转角的正弦值和所述方向盘倾斜角的余弦值之积，作为所述重力扭矩。
6.一种转向操纵装置，包括：
用于控制转向角的电动马达；
手动转向操纵指令值生成部，其生成手动转向操纵指令值；
集成角度指令值运算部，其在自动转向操纵指令值上加上所述手动转向操纵指令值来运算集成角度指令值；和
控制部，其基于所述集成角度指令值对所述电动马达进行角度控制，
其中，
所述手动转向操纵指令值生成部构成为，使用通过权利要求1～4中的任一项记载的所述驾驶员扭矩推定装置推定出的驾驶员扭矩，生成所述手动转向操纵指令值。
7.根据权利要求6所述的转向操纵装置，其中，
所述手动转向操纵指令值生成部包括辅助扭矩指令值设定部，该辅助扭矩指令值设定部基于通过所述驾驶员扭矩推定部推定出的驾驶员扭矩，设定辅助扭矩指令值，
所述手动转向操纵指令值生成部构成为，使用所述驾驶员扭矩和所述辅助扭矩指令值，生成所述手动转向操纵指令值。
8.一种转向操纵装置，包括：
用于控制转向角的电动马达；
手动转向操纵指令值生成部，其生成手动转向操纵指令值；
集成角度指令值运算部，其在自动转向操纵指令值上加上所述手动转向操纵指令值来运算集成角度指令值；和
控制部，其基于所述集成角度指令值对所述电动马达进行角度控制，
其中，
所述手动转向操纵指令值生成部构成为，仅在通过权利要求1～4中的任一项记载的所述驾驶员扭矩推定装置推定出的驾驶员扭矩的绝对值为规定值以上时，使用通过所述扭矩检测部检测的扭杆扭矩，生成所述手动转向操纵指令值。
9.根据权利要求8所述的转向操纵装置，其中，
所述手动转向操纵指令值生成部包括辅助扭矩指令值设定部，该辅助扭矩指令值设定部基于通过所述扭矩检测部检测的扭杆扭矩，设定辅助扭矩指令值，
所述手动转向操纵指令值生成部构成为，仅在通过所述驾驶员扭矩推定部推定出的驾驶员扭矩的绝对值为规定值以上时，使用所述扭杆扭矩和所述辅助扭矩指令值，生成所述手动转向操纵指令值。
10.一种转向操纵装置，包括：
手握着/手放开判定部，其基于通过权利要求1～4中的任一项记载的所述驾驶员扭矩推定装置推定出的驾驶员扭矩判定是处于手握着状态还是处于手放开状态；
用于控制转向角的电动马达；
手动转向操纵指令值生成部，其生成手动转向操纵指令值；
集成角度指令值运算部，其在自动转向操纵指令值上加上所述手动转向操纵指令值来运算集成角度指令值；和
控制部，其基于所述集成角度指令值对所述电动马达进行角度控制，
其中，
所述手动转向操纵指令值生成部构成为，仅在通过所述手握着/手放开判定部判定为是手握着状态时，使用通过所述扭矩检测部检测的扭杆扭矩，生成所述手动转向操纵指令值。
11.根据权利要求10所述的转向操纵装置，其中，
所述手动转向操纵指令值生成部包括辅助扭矩指令值设定部，该辅助扭矩指令值设定部基于通过所述扭矩检测部检测的扭杆扭矩，设定辅助扭矩指令值，
所述手动转向操纵指令值生成部构成为，仅在通过所述手握着/手放开判定部判定为是手握着状态时，使用所述扭杆扭矩和所述辅助扭矩指令值，生成所述手动转向操纵指令值。
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