JP2019182393A - Driver torque estimation device and steering gear comprising same - Google Patents

Abstract

To provide a driver torque estimation device which can estimate a driver torque with high accuracy.SOLUTION: An electric power steering device 1 includes: a second shaft 9 which is connected to a first shaft 8 via a torsion bar 10; a basic driver torque estimation part (extended state observer) 62 which estimates a basis driver torque by a disturbance observer on the basis of a torsion bar torque and a rotational angle of the second shaft 9; a gravitational torque calculation part 63 which calculates a gravitational torque, which is given to the first shaft 8 by a gravity force acting on a center of gravity of a steering wheel 2, by use of a rotational angle of the steering wheel 2; and a driver torque estimation part 51 which estimates a driver torque by use of the basic driver torque estimated by the basic driver torque estimation part 62 and the gravitational torque calculated by the gravitational torque calculation part 63.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、運転者によってステアリングホイールに加えられるドライバトルクを推定することが可能なドライバトルク推定装置およびそれを備えた操舵装置に関する。   The present invention relates to a driver torque estimation device capable of estimating a driver torque applied to a steering wheel by a driver, and a steering device including the driver torque estimation device.

下記特許文献１には、ステアリングホイールが連結された入力軸と、入力軸にトーションバーを介して連結された出力軸と、出力軸に減速機を介して連結された電動モータとを含む車両用操舵装置におけるハンドル操作状態判定装置が開示されている。特許文献１に記載のハンドル操作状態判定装置は、トーションバーに加えられているトーションバートルクと出力軸の回転角とに基づいて、外乱オブザーバによって、ドライバトルクを推定するドライバトルク推定部を備えている。   Patent Document 1 listed below includes a vehicle including an input shaft to which a steering wheel is connected, an output shaft connected to the input shaft via a torsion bar, and an electric motor connected to the output shaft via a speed reducer. A steering wheel operation state determination device in a steering device is disclosed. The steering wheel operation state determination device described in Patent Literature 1 includes a driver torque estimation unit that estimates a driver torque by a disturbance observer based on a torsion bar torque applied to the torsion bar and a rotation angle of the output shaft. Yes.

特開２０１７−１１４３２４号公報JP 2017-114324 A

この発明の目的は、高精度にドライバトルクを推定できるドライバトルク推定装置およびそれを備えた操舵装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a driver torque estimating device capable of estimating a driver torque with high accuracy and a steering device including the driver torque estimating device.

請求項１に記載の発明は、車両を操舵するためのステアリングホイール（２）が連結された第１軸（８）と、前記第１軸にトーションバー（１０）を介して連結された第２軸（９）と、前記トーションバーに加えられているトーションバートルクを検出するためのトルク検出部（１１）と、前記第２軸の回転角を取得する回転角取得部（２５）と、前記トーションバートルクと前記第２軸の回転角とに基づいて、外乱オブザーバによって基本ドライバトルクを推定する基本ドライバトルク推定部（６２）と、前記ステアリングホイールの回転角を用いて、前記ステアリングホイールの重心に作用する重力によって前記第１軸に与えられる重力トルクを演算する重力トルク演算部（６３）と、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記基本ドライバトルクと、前記重力トルク演算部によって演算される前記重力トルクとを用いて、ドライバトルクを推定するドライバトルク推定部（５１）とを含む、ドライバトルク推定装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。   According to the first aspect of the present invention, a first shaft (8) to which a steering wheel (2) for steering a vehicle is connected, and a second shaft connected to the first shaft via a torsion bar (10). A shaft (9), a torque detector (11) for detecting a torsion bar torque applied to the torsion bar, a rotation angle acquisition unit (25) for acquiring a rotation angle of the second shaft, Based on the torsion bar torque and the rotation angle of the second axis, a basic driver torque estimation unit (62) for estimating a basic driver torque by a disturbance observer, and using the rotation angle of the steering wheel, the center of gravity of the steering wheel Estimated by a gravitational torque calculating unit (63) for calculating a gravitational torque applied to the first axis by gravity acting on the basic driver torque estimating unit. A serial basic driver torque, using said gravity torque calculated by the gravity torque calculation unit, the driver torque estimation unit for estimating the driver torque and a (51), a driver torque estimation device. In addition, although the alphanumeric character in parentheses represents a corresponding component in an embodiment described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment. The same applies hereinafter.

この構成では、ステアリングホイールの重心に作用する重力によって第１軸に与えられる重力トルクを考慮して、ドライバトルクが演算されるため、高精度にドライバトルクを推定できる。
請求項２に記載の発明は、前記基本ドライバトルク推定部は、前記基本ドライバトルクを推定するとともに、前記ステアリングホイールの回転角を推定するように構成されており、前記重力トルク演算部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記ステアリングホイールの回転角を用いて、前記重力トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載のドライバトルク推定装置である。 In this configuration, the driver torque is calculated in consideration of the gravity torque applied to the first axis by the gravity acting on the center of gravity of the steering wheel, so that the driver torque can be estimated with high accuracy.
The invention according to claim 2 is configured such that the basic driver torque estimating unit estimates the basic driver torque and also estimates a rotation angle of the steering wheel. 2. The driver torque estimation device according to claim 1, wherein the gravity torque is calculated using a rotation angle of the steering wheel estimated by a basic driver torque estimation unit.

請求項３に記載の発明は、前記ステアリングホイールの角速度を用いて、前記ステアリングホイールおよび前記第１軸に作用するクーロン摩擦トルクを演算する摩擦トルク演算部（６４）をさらに含み、前記ドライバトルク推定部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記基本ドライバトルクと、前記重力トルク演算部によって演算される前記重力トルクと、前記摩擦トルク演算部によって演算される前記クーロン摩擦トルクとを用いて、ドライバトルクを推定するように構成されている、請求項１に記載のドライバトルク推定装置である。   The invention according to claim 3 further includes a friction torque calculation unit (64) for calculating a Coulomb friction torque acting on the steering wheel and the first shaft using an angular velocity of the steering wheel, and the driver torque estimation The unit uses the basic driver torque estimated by the basic driver torque estimation unit, the gravity torque calculated by the gravity torque calculation unit, and the Coulomb friction torque calculated by the friction torque calculation unit. The driver torque estimating device according to claim 1, wherein the driver torque estimating device is configured to estimate a driver torque.

この構成では、ステアリングホイールの重心に作用する重力によって第１軸に与えられる重力トルクの他、第１軸およびステアリングホイールに作用するクーロン摩擦トルクをも考慮して、ドライバトルクが演算されるため、より高精度にドライバトルクを推定できる。
請求項４に記載の発明は、前記基本ドライバトルク推定部は、前記基本ドライバトルクを推定するとともに、前記ステアリングホイールの回転角および前記ステアリングホイールの角速度を推定するように構成されており、前記重力トルク演算部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記ステアリングホイールの回転角を用いて、前記重力トルクを演算するように構成されており、前記摩擦トルク演算部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記ステアリングホイールの角速度を用いて、前記クーロン摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項３に記載のドライバトルク推定装置である。 In this configuration, the driver torque is calculated in consideration of the Coulomb friction torque acting on the first shaft and the steering wheel in addition to the gravity torque applied to the first shaft by the gravity acting on the center of gravity of the steering wheel. The driver torque can be estimated with higher accuracy.
According to a fourth aspect of the present invention, the basic driver torque estimating unit is configured to estimate the basic driver torque, and to estimate a rotation angle of the steering wheel and an angular velocity of the steering wheel, and the gravity The torque calculation unit is configured to calculate the gravitational torque using a rotation angle of the steering wheel estimated by the basic driver torque estimation unit, and the friction torque calculation unit is configured to calculate the basic driver torque estimation. 4. The driver torque estimation device according to claim 3, configured to calculate the Coulomb friction torque using an angular velocity of the steering wheel estimated by a unit. 5.

請求項５に記載の発明は、前記ステアリングホイールの回転中心位置を通る鉛直線が前記ステアリングホイールの回転平面となす角をステアリングホイール傾き角とし、前記車両の向きが直進方向となるステアリングホイール位置を中立位置として当該中立位置からの前記ステアリングホイールの回転量および回転方向に応じた角度をステアリングホイール回転角とすると、前記重力トルク演算部は、前記ステアリングホイールの重心位置と回転中心位置との間の距離と、前記ステアリングホイールの質量と、前記ステアリングホイール回転角の正弦値と、前記ステアリングホイール傾き角の余弦値との積を、前記重力トルクとして演算するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のドライバトルク推定装置である。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a steering wheel position in which a vertical line passing through a rotation center position of the steering wheel is an angle formed with a rotation plane of the steering wheel as a steering wheel inclination angle, and a direction of the vehicle is a straight traveling direction. When the angle according to the rotation amount and the rotation direction of the steering wheel from the neutral position is a steering wheel rotation angle as a neutral position, the gravity torque calculation unit is between the gravity center position and the rotation center position of the steering wheel. 2. The product of a distance, a mass of the steering wheel, a sine value of the steering wheel rotation angle, and a cosine value of the steering wheel tilt angle is calculated as the gravitational torque. 4. The driver torque estimation apparatus according to claim 4.

請求項６に記載の発明は、舵角制御用の電動モータ（１８）と、手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部（１４１）と、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（１４２）と、前記統合角度指令値に基づいて、前記電動モータを角度制御する制御部（１４３）とを含み、前記手動操舵指令値生成部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記ドライバトルク推定手段（５１）によって推定されたドライバトルクを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、操舵装置である。   The invention according to claim 6 is an electric motor (18) for steering angle control, a manual steering command value generation unit (141) for generating a manual steering command value, and the manual steering command value as an automatic steering command value. The manual steering includes an integrated angle command value calculation unit (142) that adds and calculates an integrated angle command value, and a control unit (143) that controls the angle of the electric motor based on the integrated angle command value. The command value generation unit is configured to generate the manual steering command value using the driver torque estimated by the driver torque estimation means (51) according to any one of claims 1 to 5. It is a steering device.

この構成では、自動操舵指令値に手動操舵指令値が加算されて、統合角度指令値が演算され、この統合角度指令値に基づいて電動モータが制御される。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御を行いながら手動操舵が可能な協調制御を実現できる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、運転者の違和感を低減することができる。   In this configuration, the manual steering command value is added to the automatic steering command value to calculate the integrated angle command value, and the electric motor is controlled based on the integrated angle command value. Accordingly, it is possible to realize cooperative control that allows manual steering while performing steering control by the main body of the automatic steering control without switching between manual steering control and automatic steering control. Thereby, since the transition between the manual steering control and the automatic steering control can be performed seamlessly, the driver's uncomfortable feeling can be reduced.

また、この構成では、運転者がハンドルを操作していない可能性が高い場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値が設定されるのを抑制することができる。
請求項７に記載の発明は、前記手動操舵指令値生成部は、前記ドライバトルク推定手段によって推定されたドライバトルクに基づいて、アシストトルク指令値を設定するアシストトルク指令値設定部（１５１）を含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記ドライバトルクと前記アシストトルク指令値とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項６に記載の操舵装置である。 In this configuration, when there is a high possibility that the driver is not operating the steering wheel, it is possible to suppress the manual steering command value from being set based on disturbances other than the driver torque.
According to a seventh aspect of the present invention, the manual steering command value generation unit includes an assist torque command value setting unit (151) that sets an assist torque command value based on the driver torque estimated by the driver torque estimation means. The steering apparatus according to claim 6, wherein the manual steering command value generation unit is configured to generate the manual steering command value using the driver torque and the assist torque command value. .

請求項８に記載の発明は、舵角制御用の電動モータ（１８）と、手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部（１４１Ａ）と、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（１４２）と、前記統合角度指令値に基づいて、前記電動モータを角度制御する制御部（１４３）とを含み、前記手動操舵指令値生成部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記ドライバトルク推定手段（５１）によって推定されたドライバトルクの絶対値が所定値以上の場合にのみ、前記トルク検出手段によって検出されるトーションバートルクを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、操舵装置である。   The invention according to claim 8 is an electric motor (18) for steering angle control, a manual steering command value generation unit (141A) for generating a manual steering command value, and the manual steering command value as an automatic steering command value. The manual steering includes an integrated angle command value calculation unit (142) that adds and calculates an integrated angle command value, and a control unit (143) that controls the angle of the electric motor based on the integrated angle command value. The command value generation unit is used by the torque detection unit only when the absolute value of the driver torque estimated by the driver torque estimation unit (51) according to any one of claims 1 to 5 is a predetermined value or more. The steering device is configured to generate the manual steering command value by using the detected torsion bar torque.

この構成では、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御を行いながら手動操舵が可能な協調制御を実現できる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、運転者の違和感を低減することができる。
また、この構成では、運転者がハンドルを操作していない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値が設定されるのを抑制することができる。 With this configuration, it is possible to realize cooperative control capable of manual steering while performing steering control by the main body of the automatic steering control without switching between manual steering control and automatic steering control. Thereby, since the transition between the manual steering control and the automatic steering control can be performed seamlessly, the driver's uncomfortable feeling can be reduced.
Further, in this configuration, when the driver is not operating the steering wheel, it is possible to suppress the manual steering command value from being set based on disturbances other than the driver torque.

請求項９に記載の発明は、前記手動操舵指令値生成部は、前記トルク検出手段によって検出されるトーションバートルクに基づいて、アシストトルク指令値を設定するアシストトルク指令値設定部（１５１Ａ）を含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記ドライバトルク推定手段によって推定されたドライバトルクの絶対値が所定値以上の場合にのみ、前記トーションバートルクと前記アシストトルク指令値とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項８に記載の操舵装置である。   According to a ninth aspect of the present invention, the manual steering command value generation unit includes an assist torque command value setting unit (151A) that sets an assist torque command value based on the torsion bar torque detected by the torque detection unit. The manual steering command value generation unit uses the torsion bar torque and the assist torque command value only when the absolute value of the driver torque estimated by the driver torque estimation means is equal to or greater than a predetermined value, The steering apparatus according to claim 8, wherein the steering apparatus is configured to generate a manual steering command value.

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記ドライバトルク推定装置よって推定されたドライバトルクに基づいて、ハンズオン状態であるかハンズオフ状態であるかを判定するハンズオン／オフ判定部（５２）と、舵角制御用の電動モータ（１８）と、手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部（１４１Ｂ）と、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（１４２）と、前記統合角度指令値に基づいて、前記電動モータを角度制御する制御部（１４３）とを含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記ハンズオン／オフ判定手段（４２）によってハンズオン状態であると判定されている場合にのみ、前記トルク検出手段によって検出されるトーションバートルクを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている操舵装置である。   The invention according to claim 10 determines whether the device is in the hands-on state or the hands-off state based on the driver torque estimated by the driver torque estimating device according to any one of claims 1 to 5. A hands-on / off determination unit (52), an electric motor (18) for steering angle control, a manual steering command value generation unit (141B) for generating a manual steering command value, and the manual steering command value as an automatic steering command value And an integrated angle command value calculation unit (142) that calculates an integrated angle command value, and a control unit (143) that controls the angle of the electric motor based on the integrated angle command value. The steering command value generation unit detects the torsion bar detected by the torque detection means only when the hands-on / off determination means (42) determines that the hands-on state is established. Using a torque, a steering system that is configured to generate the manual steering command value.

この構成では、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御を行いながら手動操舵が可能な協調制御を実現できる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、運転者の違和感を低減することができる。
また、この構成では、運転者がハンドルを操作していない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値が設定されるのを抑制することができる。 With this configuration, it is possible to realize cooperative control capable of manual steering while performing steering control by the main body of the automatic steering control without switching between manual steering control and automatic steering control. Thereby, since the transition between the manual steering control and the automatic steering control can be performed seamlessly, the driver's uncomfortable feeling can be reduced.
Further, in this configuration, when the driver is not operating the steering wheel, it is possible to suppress the manual steering command value from being set based on disturbances other than the driver torque.

請求項１１に記載の発明は、前記手動操舵指令値生成部は、前記トルク検出手段によって検出されるトーションバートルクに基づいて、アシストトルク指令値を設定するアシストトルク指令値設定部（１５１Ｂ）を含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記ハンズオン／オフ判定手段によってハンズオン状態であると判定されている場合にのみ、前記トーションバートルクと前記アシストトルク指令値とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項１０に記載の操舵装置である。   According to an eleventh aspect of the present invention, the manual steering command value generation unit includes an assist torque command value setting unit (151B) that sets an assist torque command value based on the torsion bar torque detected by the torque detection unit. The manual steering command value generation unit includes the manual steering command using the torsion bar torque and the assist torque command value only when the hands-on / off determination unit determines that the hands-on state is established. The steering apparatus of claim 10, configured to generate a value.

本発明の一実施形態に係るドライバトルク推定装置が適用された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。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of an electric power steering device to which a driver torque estimating device concerning one embodiment of the present invention was applied. ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of ECU. ハンドル操作状態判定部の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of a steering wheel operation state determination part. コラム式ＥＰＳの物理モデルの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the physical model of column type EPS. 拡張状態オブザーバの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an extended state observer. ステアリングホイールの重心位置と第１軸の中心軸線とを示す図解的な正面図である。FIG. 3 is a schematic front view showing a gravity center position of a steering wheel and a central axis of a first axis. 図６Ａの図解的な側面図である。FIG. 6B is a schematic side view of FIG. 6A. ステアリングホイール回転角θ_ｓｗと重力トルクＴ_ｇとの関係の一例を示すグラフである。It is a graph showing an example of the relationship between the steering wheel rotation angle theta _sw and the gravity torque T _g. フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）とクーロン摩擦トルクＴ_ｆとの関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between steering wheel angular velocity LPF (d (theta) _sw / dt) after a filter process, and Coulomb friction torque _Tf . フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）とクーロン摩擦トルクＴ_ｆとの関係の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the relationship between steering wheel angular velocity LPF (d (theta) _sw / dt) after a filter process, and Coulomb friction torque _Tf . ハンズオン／オフ判定部の動作を説明するための状態遷移図である。It is a state transition diagram for demonstrating operation | movement of the hands-on / off determination part. 本発明の一実施形態に係る操舵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。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system to which a steering device according to an embodiment of the present invention is applied. 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。It is a block diagram for demonstrating the electrical structure of ECU for motor control. 図１２の手動操舵指令値生成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the manual steering command value production | generation part of FIG. ドライバトルクＴ_ｄに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｃの設定例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a setting of assist torque command value _Tac with respect to driver torque _Td . 指令値設定部で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the reference EPS model used by the command value setting part. 手動操舵指令値生成部の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of a manual steering command value production | generation part. モータ制御用ＥＣＵの変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of ECU for motor control. 図１７の手動操舵指令値生成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the manual steering command value production | generation part of FIG.

まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るドライバトルク推定装置が適用された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装置（車両用操舵装置）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アシスト式電動パワーステアリング装置（以下、「コラム式ＥＰＳ」という）である。 First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an electric power steering apparatus to which a driver torque estimating apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
This electric power steering device (vehicle steering device) 1 is a column assist type electric power steering device (hereinafter referred to as “column type EPS”) in which an electric motor and a speed reducer are arranged in a column portion.

コラム式ＥＰＳ１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、第１ユニバーサルジョイント２８、中間軸７および第２ユニバーサルジョイント２９を介して機械的に連結されている。   The column-type EPS 1 includes a steering wheel (steering wheel) 2 as a steering member for steering the vehicle, a steering mechanism 4 that steers the steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and a driver's And a steering assist mechanism 5 for assisting steering. The steering wheel 2 and the steering mechanism 4 are mechanically connected via a steering shaft 6, a first universal joint 28, an intermediate shaft 7 and a second universal joint 29.

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された第１軸８と、第１ユニバーサルジョイント２８を介して中間軸７に連結された第２軸９とを含む。第１軸８と第２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。
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ１１が設けられている。トルクセンサ１１は、第１軸８および第２軸９の相対回転変位量に基づいて、トーションバー１０に加えられているトーションバートルクＴ_ｔｂを検出する。トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂは、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。 The steering shaft 6 includes a first shaft 8 connected to the steering wheel 2 and a second shaft 9 connected to the intermediate shaft 7 via a first universal joint 28. The first shaft 8 and the second shaft 9 are connected via a torsion bar 10 so as to be relatively rotatable.
A torque sensor 11 is provided around the steering shaft 6. The torque sensor 11 detects the torsion bar torque T _tb applied to the torsion bar 10 based on the relative rotational displacement amount of the first shaft 8 and the second shaft 9. The torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 is input to an ECU (Electronic Control Unit) 12.

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、第２ユニバーサルジョイント２９を介して中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。   The steered mechanism 4 includes a rack and pinion mechanism including a pinion shaft 13 and a rack shaft 14 as a steered shaft. The steered wheel 3 is connected to each end of the rack shaft 14 via a tie rod 15 and a knuckle arm (not shown). The pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7 via the second universal joint 29. A pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13.

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。   The rack shaft 14 extends linearly along the left-right direction of the vehicle. A rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed at an intermediate portion in the axial direction of the rack shaft 14. By the pinion 16 and the rack 17, the rotation of the pinion shaft 13 is converted into the axial movement of the rack shaft 14. The steered wheels 3 can be steered by moving the rack shaft 14 in the axial direction.

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。この実施形態では、電動モータ１８は、三相ブラシレスモータである。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、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ω_ｗｇ／ω_ｗｗとして定義される。 When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into an axial movement of the rack shaft 14 by the pinion 16 and the rack 17. Thereby, the steered wheel 3 is steered.
The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for generating a steering assist force, and a speed reducer 19 for amplifying the output torque of the electric motor 18 and transmitting it to the steering mechanism 4. In this embodiment, the electric motor 18 is a three-phase brushless motor. The reduction gear 19 includes a worm gear mechanism including a worm gear 20 and a worm wheel 21 that meshes with the worm gear 20. The reduction gear 19 is accommodated in the gear housing 22. In the following, the reduction ratio (gear ratio) of the reduction gear 19 may be represented by N. The reduction ratio N is defined as the ratio ω _wg / ω _ww of the angular speed ω _wg of the worm gear 20 to the angular speed ω _ww of the worm wheel 21.

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。ウォームホイール２１は、第２軸９に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８は運転者の操舵状態に応じて駆動され、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。これにより、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（第２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による操舵補助が可能となっている。 The worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18. The worm wheel 21 is coupled to the second shaft 9 so as to be integrally rotatable. The worm wheel 21 is rotationally driven by the worm gear 20.
The electric motor 18 is driven according to the steering state of the driver, and the worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18. As a result, the worm wheel 21 is rotationally driven, motor torque is applied to the steering shaft 6, and the steering shaft 6 (second shaft 9) rotates. The rotation of the steering shaft 6 is transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into the axial movement of the rack shaft 14. Thereby, the steered wheel 3 is steered. That is, by rotating the worm gear 20 by the electric motor 18, steering assistance by the electric motor 18 is possible.

電動モータ１８のロータの回転角は、レゾルバ等の回転角センサ２５によって検出される。また、車速Ｖは車速センサ２６によって検出される。回転角センサ２５の出力信号および車速センサ２６によって検出される車速Ｖは、ＥＣＵ１２に入力される。電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。
図２は、ＥＣＵ１２の電気的構成を示す概略図である。 The rotation angle of the rotor of the electric motor 18 is detected by a rotation angle sensor 25 such as a resolver. The vehicle speed V is detected by the vehicle speed sensor 26. The output signal of the rotation angle sensor 25 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 26 are input to the ECU 12. The electric motor 18 is controlled by the ECU 12.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrical configuration of the ECU 12.

ＥＣＵ１２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（３相インバータ回路）３１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流」という）を検出するための電流検出部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、モータ制御部４１と、ハンドル操作状態判定部４２とが含まれる。 The ECU 12 includes a microcomputer 40, a drive circuit (three-phase inverter circuit) 31 that is controlled by the microcomputer 40 and supplies electric power to the electric motor 18, and a current that flows through the electric motor 18 (hereinafter referred to as “motor current”). And a current detection unit 32 for detection.
The microcomputer 40 includes a CPU and a memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and functions as a plurality of function processing units by executing a predetermined program. The plurality of function processing units include a motor control unit 41 and a handle operation state determination unit 42.

モータ制御部４１は、車速センサ２６によって検出される車速Ｖ、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂ、回転角センサ２５の出力に基づいて演算されるロータ回転角および電流検出部３２によって検出されるモータ電流に基づいて、駆動回路３１を駆動制御することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。
具体的には、モータ制御部４１は、トーションバートルクＴ_ｔｂおよび車速Ｖに基づいて、電動モータ１８に流れるモータ電流の目標値である電流指令値を設定する。電流指令値は、操舵状況に応じた操舵補助力（アシストトルク）の目標値に対応している。そして、モータ制御部４１は、電流検出部３２によって検出されるモータ電流が電流指令値に近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。 The motor control unit 41 includes a vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 26, a torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11, and a rotor rotation angle and current detection unit 32 calculated based on the output of the rotation angle sensor 25. Based on the detected motor current, drive control of the drive circuit 31 is performed, thereby realizing appropriate steering assistance according to the steering situation.
Specifically, the motor control unit 41 sets a current command value that is a target value of the motor current flowing through the electric motor 18 based on the torsion bar torque T _tb and the vehicle speed V. The current command value corresponds to the target value of the steering assist force (assist torque) corresponding to the steering situation. The motor control unit 41 drives and controls the drive circuit 31 so that the motor current detected by the current detection unit 32 approaches the current command value.

ハンドル操作状態判定部４２は、トルクセンサ１１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２５の出力に基づいて演算されるロータ回転角に基づいて、運転者がステアリングホイール２を握っているハンズオン状態であるか運転者がステアリングホイール２を握っていないハンズオフ状態（手放し状態）であるかを判定する。
図３は、ハンドル操作状態判定部４２の電気的構成を示すブロック図である。 In the steering operation state determination unit 42, the driver holds the steering wheel 2 based on the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 and the rotor rotation angle calculated based on the output of the rotation angle sensor 25. It is determined whether it is a hands-on state or a hands-off state in which the driver does not hold the steering wheel 2 (hand-off state).
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the handle operation state determination unit 42.

ハンドル操作状態判定部４２は、ドライバトルク推定部５１と、ハンズオン／オフ判定部５２とを含む。ドライバトルク推定部５１は、回転角センサ２５の出力信号と、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂとに基づいて、ドライバトルクＴ_ｄを推定する。ハンズオン／オフ判定部５２は、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルク（推定ドライバトルク）Ｔ_ｄに基づいて、ハンズオン状態かハンズオフ状態かを判定する。 The steering wheel operation state determination unit 42 includes a driver torque estimation unit 51 and a hands-on / off determination unit 52. The driver torque estimating unit 51 estimates the driver torque _Td based on the output signal of the rotation angle sensor 25 and the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11. The hands-on / off determination unit 52 determines whether the hands-on state or the hands-off state based on the driver torque (estimated driver torque) _Td estimated by the driver torque estimation unit 51.

まず、ドライバトルク推定部５１について説明する。
トーションバートルクＴ_ｔｂは、次式（１）によって表される。
Ｔ_ｔｂ＝Ｔ_ｄ−Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２＋Ｔ_ｃ＋Ｔ_ｇ＋Ｔ_ｆ…（１）
Ｊ_ｓｗ：ステアリングホイール慣性
θ_ｓｗ：ステアリングホイール回転角
ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２：ステアリングホイール角加速度
Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２：ステアリングホイール慣性トルク
Ｔ_ｃ：ステアリングホイール２に作用する粘性摩擦トルク
Ｔ_ｇ：ステアリングホイール２の重心に作用する重力によって第１軸８に与えられる重力トルク
Ｔ_ｆ：第１軸８およびステアリングホイール２に作用するクーロン摩擦トルク
トーションバートルクＴ_ｔｂおよびドライバトルクＴ_ｄの符号は、この実施形態では、左操舵方向のトルクの場合には正となり、右操舵方向のトルクの場合には負となるものとする。ステアリングホイール回転角θ_ｓｗは、ステアリングホイール２の中立位置からの正逆回転量を表し、この実施形態では、中立位置から左方向への回転量が正の値となり、中立位置から右方向への回転量が負の値となるものとする。 First, the driver torque estimation unit 51 will be described.
The torsion bar torque T _tb is expressed by the following equation (1).
T _tb = T _d −J _sw · d ² θ _sw / dt ² + T _c + T _g + T _f (1)
J _sw : Steering wheel inertia θ _sw : Steering wheel rotation angle d ² θ _sw / dt ² : Steering wheel angular acceleration J _sw · d ² θ _sw / dt ² : Steering wheel inertia torque T _c : Viscosity acting on steering wheel 2 Friction torque T _g : Gravitational torque applied to the first shaft 8 by gravity acting on the center of gravity of the steering wheel 2 T _f : Coulomb friction torque acting on the first shaft 8 and the steering wheel 2 Torsion bar torque T _tb and driver torque T _In this embodiment, the sign of _d is positive in the case of torque in the left steering direction and negative in the case of torque in the right steering direction. The steering wheel rotation angle θ _sw represents the forward / reverse rotation amount from the neutral position of the steering wheel 2, and in this embodiment, the rotation amount from the neutral position to the left is a positive value, and from the neutral position to the right The amount of rotation shall be a negative value.

粘性摩擦トルクＴ_ｃおよびクーロン摩擦トルクＴ_ｆは、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔの方向とは反対方向に作用する。このため、粘性摩擦トルクＴ_ｃおよびクーロン摩擦トルクＴ_ｆの符号は、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔの符号とは反対となる。粘性摩擦トルクＴ_ｃは、ステアリングホイール粘性をＣ_ｓｗとすると、Ｔ_ｃ＝−Ｃ_ｓｗ・ｄθ_ｓｗ／ｄｔと表せる。重力トルクＴ_ｇの符号は、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗによって、ドライバトルクＴ_ｄの方向と同じになる場合と反対になる場合とがある。 Viscous friction torque _{T c} and Coulomb friction torque _{T f} acts in the opposite direction to the direction of the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt. For this reason, the signs of the viscous friction torque _Tc and the Coulomb friction torque _Tf are opposite to the signs of the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt. The viscous friction torque T _c can be expressed as T _c = −C _sw · dθ _sw / dt, where C _sw is the steering wheel viscosity. The sign of the gravity torque The T _g, the steering wheel rotation angle theta _sw, and a case where the opposite to the case where the same as the direction of the driver torque T _d.

前記式（１）から、ドライバトルクＴ_ｄは、次式（２）で表される。
Ｔ_ｄ＝Ｔ_ｔｂ＋Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２−Ｔ_ｃ−Ｔ_ｇ−Ｔ_ｆ
＝Ｔ_ｄｏ−Ｔ_ｇ−Ｔ_ｆ …（２）
ただし、Ｔ_ｄｏ＝Ｔ_ｔｂ＋Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２−Ｔ_ｃである。Ｔ_ｄｏは、ステアリングホイール慣性トルクＪ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２および粘性摩擦トルクＴ_ｃは考慮されているが、重力トルクＴ_ｇおよびクーロン摩擦トルクＴ_ｆが考慮されていないドライバトルクである。Ｔ_ｄｏは、本願発明の基本ドライバトルクの一例である。この実施形態では、Ｔ_ｄｏ＝Ｔ_ｔｂ＋Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２−Ｔ_ｃで表されるＴ_ｄｏを、基本ドライバトルクという場合がある。 From the formula (1), the driver torque _Td is expressed by the following formula (2).
T _d = T _tb + J _sw · d ² θ _sw / dt ² −T _c −T _g −T _f
= T _do -T _g -T _f (2)
_However, a _{T do = T tb + J sw} · d 2 θ sw / dt 2 -T c. T _do is a driver torque in which the steering wheel inertia torque J _sw · d ² θ _sw / dt ² and the viscous friction torque T _c are considered, but the gravity torque T _g and the Coulomb friction torque T _f are not considered. . T _do is an example of the basic driver torque of the present invention. In this _embodiment, there is a case of _{T do} represented by _{T do = T tb + J sw} · d 2 θ sw / dt 2 -T c, that basic driver torque.

ドライバトルク推定部５１は、ウォームホイール回転角演算部６１と、拡張状態オブザーバ（外乱オブザーバ）６２と、重力トルク演算部６３と、摩擦トルク演算部６４と、推定ドライバトルク演算部６５とを含む。
ウォームホイール回転角演算部６１は、回転角センサ２５の出力信号に基づいて、電動モータ１８の出力軸の回転角（以下、「ロータ回転角θ_ｍ」という。）を演算し、得られロータ回転角θ_ｍに基づいて、ウォームホイール２１の回転角（以下、「ウォームホイール回転角θ_ｗｗ」という。）を演算する。具体的には、ロータ回転角θ_ｍを減速機１９の減速比Ｎで除算することにより、ウォームホイール回転角θ_ｗｗを演算する。 The driver torque estimation unit 51 includes a worm wheel rotation angle calculation unit 61, an expanded state observer (disturbance observer) 62, a gravity torque calculation unit 63, a friction torque calculation unit 64, and an estimated driver torque calculation unit 65.
The worm wheel rotation angle calculation unit 61 calculates the rotation angle of the output shaft of the electric motor 18 (hereinafter referred to as “rotor rotation angle θ _m ”) based on the output signal of the rotation angle sensor 25, and obtains the rotor rotation. Based on the angle θ _m , the rotation angle of the worm wheel 21 (hereinafter referred to as “worm wheel rotation angle θ _ww ”) is calculated. Specifically, the worm wheel rotation angle θ _ww is calculated by dividing the rotor rotation angle θ _m by the reduction ratio N of the speed reducer 19.

拡張状態オブザーバ６２は、ウォームホイール回転角演算部６１によって演算されるウォームホイール回転角θ_ｗｗと、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂとから、基本ドライバトルクＴ_ｄｏ、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗおよびステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔを推定する。
拡張状態オブザーバ６２は、コラム式ＥＰＳの物理モデルを使用して、基本ドライバトルクＴ_ｄｏ、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗおよびステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔを推定する。 The expanded state observer 62 calculates the basic driver torque T _do , the steering wheel rotation angle from the worm wheel rotation angle θ _ww calculated by the worm wheel rotation angle calculation unit 61 and the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11. Estimate θ _sw and steering wheel angular velocity dθ _sw / dt.
The extended state observer 62 estimates the basic driver torque T _do , the steering wheel rotation angle θ _sw and the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt using a physical model of column type EPS.

図４は、コラム式ＥＰＳの物理モデルの構成を示す模式図である。図４の全体は、コラム式ＥＰＳの２慣性系モデルＭ２を表している。図４の鎖線で示される部分は、コラム式ＥＰＳの１慣性系モデルＭ１を表している
１慣性系モデルＭ１は、ステアリングホイールを含む。ステアリングホイールには、ドライバトルクＴ_ｓｗが入力する。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a physical model of the column type EPS. 4 represents a two-inertia system model M2 of a column type EPS. A portion indicated by a chain line in FIG. 4 represents one inertial system model M1 of a column type EPS. One inertial model M1 includes a steering wheel. A driver torque T _sw is input to the steering wheel.

２慣性系モデルＭ２は、ステアリングホイールとロアーコラムとを含む。ロアーコラムは、アシストモータ、ウォームギヤおよびウォームホイールを含む。ウォームギヤおよびウォームホイールによって減速機が構成されている。ステアリングホイールには、ドライバトルクＴ_ｓｗが入力する。ロアーコラムには、モータトルクＴ_ｍｓに減速機の減速比Ｎを乗算した値Ｎ・Ｔ_ｍｓに相当するトルクと、転舵輪側からロアーコラムに加えられる負荷トルクＴ_ｌｓとが入力する。 The two-inertia model M2 includes a steering wheel and a lower column. The lower column includes an assist motor, a worm gear, and a worm wheel. A reduction gear is constituted by the worm gear and the worm wheel. A driver torque T _sw is input to the steering wheel. A torque corresponding to a value N · T _ms obtained by multiplying the motor torque T _ms by a reduction gear ratio N of the reduction gear and a load torque T _ls applied to the lower column from the steered wheel side are input to the lower column.

図４における各符号の意味は次の通りである。
Ｊ_ｓｗ：ステアリングホイール慣性
Ｔ_ｓｗ：ドライバトルク
Ｔ_ｔｂ：トーションバートルク
ｋ_ｔｂ：トーションバー剛性
ｃ_ｓｗ：ステアリングホイール粘性
Ｎ：減速比
θ_ｓｗ：ステアリングホイール回転角
ｄθ_ｓｗ／ｄｔ：ステアリングホイール角速度
Ｊ_ｅｇ：ロアコラム慣性
θ_ｗｗ：ウォームホイール回転角
ｄθ_ｗｗ／ｄｔ：ウォームホイール角速度
Ｔ_ｌｓ：負荷トルク（逆入力トルク）
この実施形態では、拡張状態オブザーバ６２は、１慣性系モデルＭ１を使用し、拡張外乱状態オブザーバ（外乱オブザーバ）を用いてドライバトルクＴ_ｓｗを推定する。拡張状態オブザーバ６２によって推定されるドライバトルクＴ_ｓｗは、後述するように、前述した基本ドライバトルクＴ_ｄｏに相当する。 The meaning of each symbol in FIG. 4 is as follows.
J _sw : Steering wheel inertia T _sw : Driver torque T _tb : Torsion bar torque k _tb : Torsion bar rigidity c _sw : Steering wheel viscosity N: Reduction ratio θ _sw : Steering wheel rotation angle dθ _sw / dt: Steering wheel angular velocity J _eg : Lower column inertia θ _ww : Worm wheel rotation angle dθ _ww / dt: Worm wheel angular velocity T _ls : Load torque (reverse input torque)
In this embodiment, the extended state observer 62 uses the one-inertia system model M1 and estimates the driver torque T _sw using the extended disturbance state observer (disturbance observer). The driver torque T _sw estimated by the extended state observer 62 corresponds to the above-described basic driver torque T _do as described later.

１慣性系モデルＭ１のステアリングホイール慣性についての運動方程式は、次式(3)で表される。   The equation of motion for the steering wheel inertia of the one-inertia system model M1 is expressed by the following equation (3).

ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２は、ステアリングホイールの角加速度である。
式（３）において、ｋ_ｔｂ（θ_ｓｗ−θ_ｗｗ）は、前記式（１）のトーションバートルクＴ_ｔｂに相当し、ｃ_ｓｗ・（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）は、前記式（１）の粘性摩擦トルクＴ_ｃに相当するので、式（３）のドライバトルクＴ_ｓｗは、前記式（２）のＴ_ｄｏに相当する。

d ² θ _sw / dt ² is an angular acceleration of the steering wheel.
In Expression (3), k _tb (θ _sw −θ _ww ) corresponds to the torsion bar torque T _tb in Expression (1), and c _sw · (dθ _sw / dt) is the viscosity in Expression (1). Since it corresponds to the friction torque _Tc , the driver torque T _sw in the equation (3) corresponds to T _do in the equation (2).

１慣性系モデルＭ１に対する状態方程式は、次式（４）で表わすことができる。   The state equation for the one-inertia system model M1 can be expressed by the following equation (4).

前記式（４）において、^ｘ_ｅ（ハット付きのｘｅ）は、状態変数ベクトルであり、次式（５）で表される。

In the equation (4), ^ x _e (xe with a hat) is a state variable vector and is represented by the following equation (5).

前記式（４）において、ｕ１は、入力ベクトルであり、次式（６）で表される。

In the equation (4), u1 is an input vector and is represented by the following equation (6).

前記式（４）において、ｙは、出力ベクトル（測定値）であり、次式（７）で表される。前記式（４）において、^ｙは、出力ベクトル推定値である。

In the formula (4), y is an output vector (measured value), and is represented by the following formula (7). In the equation (4), ^ y is an output vector estimated value.

前記式（４）において、Ａ_ｅは、システム行列であり、次式（８）で表される。

In the equation (4), A _e is a system matrix and is represented by the following equation (8).

前記式（４）において、Ｂ_ｅは、入力行列であり、次式（９）で表される。

In the formula (4), _Be is an input matrix and is represented by the following formula (9).

前記式（４）において、Ｌ_ｅは、オブザーバゲイン行列であり、次式（１０）で表される。

In the formula (4), _{L e} is the observer gain matrix is expressed by the following equation (10).

前記（１０）において、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ第１、第２および第３オブザーバゲインであり、予め設定される。
前記式（４）において、Ｃ_ｅは、出力行列であり、次式（１１）で表される。

In (10), L1, L2, and L3 are the first, second, and third observer gains, respectively, and are preset.
In the formula (4), _{C e} is the output matrix is expressed by the following equation (11).

前記式（４）において、Ｄ_ｅは、直達行列であり、次式(１２)で表される。

In the above equation (4), _De is a direct matrix and is represented by the following equation (12).

拡張状態オブザーバ６２は、前記式（４）で表される状態方程式に基づいて状態変数ベクトル^ｘ_ｅを演算する。これにより、基本ドライバトルクＴ_ｄｏ（＝Ｔ_ｓｗ）が得られる。

The extended state observer 62 calculates the state variable vector ^ x _e based on the state equation expressed by the above equation (4). Thereby, the basic driver torque T _do (= T _sw ) is obtained.

図５は、拡張状態オブザーバ６２の構成を示すブロック図である。
拡張状態オブザーバ６２は、Ｄ_ｅ乗算器７１と、Ｃ_ｅ乗算器７２と、第１加算器７３と、Ｌ１乗算器７４と、Ｌ２乗算器７５と、Ｌ３乗算器７６と、Ｂ_ｅ乗算器７７とを含む。拡張状態オブザーバ６２は、さらに、−ｋ_ｔｂ／Ｊ_ｓｗ乗算器７８と、−ｃ_ｓｗ／Ｊ_ｓｗ乗算器７９と、１／Ｊ_ｓｗ乗算器８０と、第２加算器８１と、第３加算器８２と、第４加算器８３と、第１積分器８４と、第２積分器８５と、第３積分器８６とを含む。 FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the extended state observer 62.
Extended state observer 62, _D and _e multiplier 71, and _{C e} multiplier 72, a first adder 73, the L1 multiplier 74, and L2 multiplier 75, and L3 multiplier 76, _{B e} multiplier 77 Including. The extended state observer 62 further includes a −k _tb / J _sw multiplier 78, a −c _sw / J _sw multiplier 79, a 1 / J _sw multiplier 80, a second adder 81, and a third adder. 82, a fourth adder 83, a first integrator 84, a second integrator 85, and a third integrator 86.

ウォームホイール回転角演算部６１によって演算されるウォームホイール回転角θ_ｗｗ（入力ベクトルｕ１に相当する）は、Ｄ_ｅ乗算器７１に与えられるとともに、Ｂ_ｅ乗算器７７に与えられる。
第１積分器８４、第２積分器８５および第３積分器８６の出力が、それぞれ状態変数ベクトル^ｘ_ｅ（前記式（５）参照）に含まれるステアリングホイール回転角θ_ｓｗ、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔおよび基本ドライバトルクＴ_ｓｗ（＝Ｔ_ｄｏ）となる。演算開始時には、θ_ｓｗ、ｄθ_ｓｗ／ｄｔおよびＴ_ｓｗとして初期値が与えられる。θ_ｓｗ、ｄθ_ｓｗ／ｄｔおよびＴ_ｓｗの初期値は、たとえば０である。 The worm wheel rotational angle theta _ww that is calculated by the worm wheel rotational angle calculation unit 61 _{(corresponding} to the input vector u1), together with the given D _e multiplier 71 is provided to B _e multiplier 77.
The outputs of the first integrator 84, the second integrator 85, and the third integrator 86 are the steering wheel rotation angle θ _sw and the steering wheel angular velocity dθ included in the state variable vector ^ x _e (see the above equation (5)), respectively. _sw / dt and basic driver torque T _sw (= T _do ). At the start of calculation, initial values are given as θ _sw , dθ _sw / dt and T _sw . The initial values of θ _sw , dθ _sw / dt, and T _sw are, for example, 0.

−ｋ_ｔｂ／Ｊ_ｓｗ乗算器７８は、θ_ｓｗに−ｋ_ｔｂ／Ｊ_ｓｗを乗算する。−ｃ_ｓｗ／Ｊ_ｓｗ乗算器７９は、ｄθ_ｓｗ／ｄｔに−ｃ_ｓｗ／Ｊ_ｓｗを乗算する。１／Ｊ_ｓｗ乗算器８０は、Ｔ_ｄｏ（Ｔ_ｓｗ）に１／Ｊ_ｓｗを乗算する。第２加算器８１は、これらの３つの乗算器７８，７９，８０の乗算結果を加算する。
Ｃ_ｅ乗算器７２は、θ_ｓｗにｋ_ｔｂを乗算する。つまり、Ｃ_ｅ乗算器７２は、前記式（４）におけるＣ_ｅ・^ｘ_ｅを演算する。Ｄ_ｅ乗算器７１は、ウォームホイール回転角演算部６１によって演算されるウォームホイール回転角θ_ｗｗに−ｋ_ｔｂを乗算する。つまり、Ｃ_ｅ乗算器７２は、前記式（４）におけるＤ_ｅ・ｕ１を演算する。 The −k _tb / J _sw multiplier 78 multiplies θ _sw by −k _tb / J _sw . The −c _sw / J _sw multiplier 79 multiplies dθ _sw / dt by −c _sw / J _sw . The 1 / J _sw multiplier 80 multiplies T _do (T _sw ) by 1 / J _sw . The second adder 81 adds the multiplication results of these three multipliers 78, 79 and 80.
C _e multiplier 72 multiplies the _{k tb} to theta _sw. That is, the C _e multiplier 72 calculates C _e · ^ x _e in the equation (4). The _De multiplier 71 multiplies the worm wheel rotation angle θ _ww calculated by the worm wheel rotation angle calculation unit 61 by −k _tb . That is, the C _e multiplier 72 calculates D _e · u1 in the equation (4).

第１加算器７３は、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂである出力ベクトル（測定値）ｙから、Ｃ_ｅ乗算器７２の出力(Ｃ_ｅ・^ｘ_ｅ)およびＤ_ｅ乗算器７１の出力（Ｄ_ｅ・ｕ１）を減算する。つまり、第１加算器７３は、出力ベクトルｙと出力ベクトル推定値^ｙ(＝Ｃ_ｅ・^ｘ_ｅ＋Ｄ_ｅ・ｕ１）との差（ｙ−＾ｙ）を演算する。 The first adder 73 uses the output vector (measured value) y which is the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11, and the output (C _e · ^ x _e ) of the C _e multiplier 72 and the D _e multiplier. The output (D _e · u1) of 71 is subtracted. That is, the first adder 73 calculates the difference (y− ^ y) between the output vector y and the output vector estimated value ^ y (= C _e · ^ x _e + D _e · u1).

Ｌ１乗算器７４は、第１加算器７３の出力（ｙ−＾ｙ）に第１オブザーバゲインＬ１（前記式（１０）参照）を乗算する。Ｌ２乗算器７５は、第１加算器７３の出力（ｙ−＾ｙ）に第２オブザーバゲインＬ２を乗算する。Ｌ３乗算器７６は、第１加算器７３の出力（ｙ−＾ｙ）に第３オブザーバゲインＬ３を乗算することにより、基本ドライバトルクＴ_ｓｗ（＝Ｔ_ｄｏ）の微分値を演算する。 The L1 multiplier 74 multiplies the output (y− ^ y) of the first adder 73 by a first observer gain L1 (see the above equation (10)). The L2 multiplier 75 multiplies the output (y− ^ y) of the first adder 73 by the second observer gain L2. The L3 multiplier 76 calculates the differential value of the basic driver torque T _sw (= T _do ) by multiplying the output (y− ^ y) of the first adder 73 by the third observer gain L3.

Ｂ_ｅ乗算器７７は、ウォームホイール回転角演算部６１によって演算されるウォームホイール回転角θ_ｗｗにｋ_ｔｂ／Ｊ_ｓｗを乗算する。つまり、Ｂ_ｅ乗算器７７は、前記式（４）におけるＢ_ｅ・ｕ１を演算する。第３加算器８２は、Ｌ１乗算器７４の出力（Ｌ１・（ｙ−＾ｙ））にｄθ_ｓｗ／ｄｔを加算することにより、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗの微分値を演算する。第１積分器８４は、θ_ｓｗの微分値を積分することにより、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗを演算する。 The _Be multiplier 77 multiplies the worm wheel rotation angle θ _ww calculated by the worm wheel rotation angle calculation unit 61 by k _tb / J _sw . That, _{B e} multiplier 77 calculates the _B e · u1 in Formula (4). The third adder 82 calculates the differential value of the steering wheel rotation angle θ _sw by adding dθ _sw / dt to the output (L1 · (y− ^ y)) of the L1 multiplier 74. The first integrator 84, by integrating the differential value of theta _sw, calculates a steering wheel rotation angle theta _sw.

第４加算器８３は、Ｌ２乗算器７５の出力（Ｌ２・（ｙ−＾ｙ））に、Ｂ_ｅ乗算器７７の出力および第２加算器８１の出力を加算することにより、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔの微分値を演算する。第２積分器８５は、ｄθ_ｓｗ／ｄｔの微分値を積分することにより、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔを演算する。
第３積分器８６は、Ｌ３乗算器７６の出力（Ｌ３・（ｙ−＾ｙ））を積分することにより、基本ドライバトルクＴ_ｓｗ（＝Ｔ_ｄｏ）を演算する。 The fourth adder 83, the output of the L2 multiplier 75 (L2 · (y- ^ y )), by adding the output of the output and a second adder 81 of the _{B e} multiplier 77, the steering wheel angular velocity dθ The differential value of _sw / dt is calculated. The second integrator 85, by integrating the differential value of d [theta] _sw / dt, and calculates the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt.
The third integrator 86 calculates the basic driver torque T _sw (= T _do ) by integrating the output (L3 · (y− ^ y)) of the L3 multiplier 76.

図３に戻り、拡張状態オブザーバ６２によって演算されたステアリングホイール回転角θ_ｓｗは、重力トルク演算部６３に与えられる。拡張状態オブザーバ６２によって演算されたステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔは、摩擦トルク演算部６４に与えられる。拡張状態オブザーバ６２によって演算された基本ドライバトルクＴ_ｄｏは、推定ドライバトルク演算部６５に与えられる。 Returning to FIG. 3, the steering wheel rotation angle θ _sw calculated by the expanded state observer 62 is given to the gravity torque calculation unit 63. The steering wheel angular velocity dθ _sw / dt calculated by the expanded state observer 62 is given to the friction torque calculator 64. The basic driver torque T _do calculated by the extended state observer 62 is given to the estimated driver torque calculation unit 65.

重力トルク演算部６３は、拡張状態オブザーバ６２によって推定されたステアリングホイール回転角θ_ｓｗに基づいて、重力トルクＴ_ｇを演算する。重力トルクＴ_ｇは、ステアリングホイール２の重心に作用する重力によって第１軸８に与えられる重力トルクである。
図６Ａに示すように、ステアリングホイール２の回転平面における重心位置Ｇと、回転中心位置Ｃ（ステアリングホイール２の回転平面と第１軸８の中心軸線との交点）とは一致しない。ステアリングホイール２の回転平面における重心位置Ｇと回転中心位置Ｃとの間の距離をオフセット距離ｄ_ｃｇということにする。また、ステアリングホイール２の質量をｍとし、重力加速度をｇ_ｃｇとする。 The gravitational torque calculation unit 63 calculates the gravitational torque T _g based on the steering wheel rotation angle θ _sw estimated by the expanded state observer 62. The gravity torque _Tg is a gravity torque applied to the first shaft 8 by gravity acting on the center of gravity of the steering wheel 2.
As shown in FIG. 6A, the gravity center position G on the rotation plane of the steering wheel 2 and the rotation center position C (intersection of the rotation plane of the steering wheel 2 and the central axis of the first shaft 8) do not match. The distance between the gravity center position G and the rotation center position C on the rotation plane of the steering wheel 2 is referred to as an offset distance _dcg . Further, the mass of the steering wheel 2 is m, and the gravitational acceleration is g _cg .

図６Ａの一点鎖線は、ステアリングホイール２が中立位置から反時計方向にθ_ｓｗだけ回転した状態を示している。この状態では、ステアリングホイール２の重心Ｇに重力トルクＴ_ｇがかかり、本実施形態の場合、ステアリングホイール２は中立位置に戻ろうとする。したがって、ドライバトルク推定には、この重力トルクの影響を考慮しなければ、ドライバトルク推定値に誤差が生じることがわかる。 6A shows a state where the steering wheel 2 is rotated counterclockwise by θ _sw from the neutral position. In this state, gravity torque _Tg is applied to the center of gravity G of the steering wheel 2, and in this embodiment, the steering wheel 2 attempts to return to the neutral position. Therefore, it can be seen that an error occurs in the estimated value of the driver torque if the influence of the gravitational torque is not considered in the estimation of the driver torque.

さらに、図６Ｂに示すように、ステアリングホイール２が車両に搭載された状態で、ステアリングホイール２の回転中心位置Ｃ（あるいは重心位置Ｇ）を通る鉛直線がステアリングホイール２の回転平面となす角をステアリングホイール傾き角δとする。重力トルクＴ_ｇは、ステアリングホイール２の重心Ｇに作用する重力ｍ・ｇ_ｃｇによって第１軸８に与えられるトルクである。 Further, as shown in FIG. 6B, in a state where the steering wheel 2 is mounted on the vehicle, an angle formed by a vertical line passing through the rotation center position C (or the gravity center position G) of the steering wheel 2 and the rotation plane of the steering wheel 2 is determined. The steering wheel tilt angle δ is assumed. The gravity torque T _g is a torque applied to the first shaft 8 by gravity m · g _cg acting on the center of gravity G of the steering wheel 2.

重力トルク演算部６３は、次式（１３）に基づいて重力トルクＴ_ｇを演算する。
Ｔ_ｇ＝−Ｇ_ｇｒ・ｓｉｎ（θ_ｓｗ） …（１３）
Ｇ_ｇｒは、重力トルク係数であり、ステアリングホイール２の質量ｍと重力加速度ｇ_ｃｇとオフセット距離ｄ_ｃｇとステアリングホイール傾き角δの余弦値ｃｏｓ（δ）との積ｍ・ｇ_ｃｇ・ｄ_ｃｇ・ｃｏｓ（δ）に応じた値である。ｓｉｎ（θ_ｓｗ）は、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗの正弦値である。 Gravity torque calculation unit 63 calculates the gravity torque _{T g} based on the following equation (13).
T _g = −G _gr · sin (θ _sw ) (13)
G _gr is a gravitational torque coefficient, and the product m · g _cg · d _cg · of the mass m of the steering wheel 2, the gravitational acceleration g _cg , the offset distance d _cg and the cosine value cos (δ) of the steering wheel tilt angle δ It is a value corresponding to cos (δ). sin (θ _sw ) is a sine value of the steering wheel rotation angle θ _sw .

オフセット距離ｄ_ｃｇ、ステアリングホイール２の質量ｍおよびステアリングホイール傾き角δがわかっている場合には、重力トルク係数Ｇ_ｇｒは、Ｇ_ｇｒ＝ｍ・ｄ_ｃｇ・ｇ_ｃｇ・ｃｏｓ（δ）の式から求めることができる。
重力トルク係数Ｇ_ｇｒは、次のようにして求めることもできる。すなわち、手放し状態でステアリングホイール回転角θ_ｓｗをパラメータとして定常状態におけるトーションバートルクＴ_ｔｂを測定する。ステアリングホイール回転角θ_ｓｗが９０度のときのトーションバートルクＴ_ｔｂの絶対値を、重力トルク係数Ｇ_ｇｒとして求める。 When the offset distance d _cg , the mass m of the steering wheel 2 and the steering wheel inclination angle δ are known, the gravitational torque coefficient G _gr can be calculated from the equation G _gr = m · d _cg · g _cg · cos (δ). Can be sought.
The gravitational torque coefficient G _gr can also be obtained as follows. That is, the torsion bar torque T _tb in the steady state is measured with the steering wheel rotation angle θ _sw as a parameter in the released state. The absolute value of the torsion bar torque T _tb when the steering wheel rotation angle θ _sw is 90 degrees is obtained as the gravitational torque coefficient G _gr .

ステアリングホイール回転角θ_ｓｗと重力トルクＴ_ｇとの関係の一例を図７に示す。ステアリングホイール２の重心に作用する重力ｍ・ｇ_ｃｇは鉛直方向の力であるため、ステアリングホイール回転角θ_ｓｗが±９０［ｄｅｇ］のときと、±２７０［ｄｅｇ］のときとに、その絶対値が最大となる。
図３に戻り、摩擦トルク演算部６４は、拡張状態オブザーバ６２によって推定されたステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔに基づいて、クーロン摩擦トルクＴ_ｆを演算する。 An example of the relationship between the steering wheel rotation angle θ _sw and the gravity torque T _g is shown in FIG. Since gravity m · g _cg acting on the center of gravity of the steering wheel 2 is a force in the vertical direction, the absolute value thereof is obtained when the steering wheel rotation angle θ _sw is ± 90 [deg] and ± 270 [deg]. The value is the maximum.
Returning to FIG. 3, the friction torque calculation unit 64 calculates the Coulomb friction torque T _f based on the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt estimated by the expanded state observer 62.

クーロン摩擦トルクＴ_ｆは、第１軸８およびステアリングホイール２に作用するクーロン摩擦トルクである。クーロン摩擦トルクＴ_ｆは、第１軸８を支持する軸受等で発生する。
摩擦トルク演算部６４は、式（１４）に基づいてクーロン摩擦トルクＴ_ｆを演算する。
Ｔ_ｆ＝−Ｇ_ｆ・ｔａｎｈ（η・ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）） …（１４）
Ｇ_ｆ：クーロン摩擦トルク係数
η：クーロン摩擦トルク変化勾配（絶対値）
ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）：ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔに対して１次遅れ系のフィルタ処理が施された値（以下、「フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）」という）
クーロン摩擦トルク係数Ｇ_ｆは、次のようにして求めることができる。手放し状態で、電動モータ１８により第２軸９に付与されるモータトルクを徐々に大きくし、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔの絶対値がゼロよりも大きくなった時点、即ち、ステアリングホイール２が動き始めた時点でのトーションバートルクＴ_ｔｂの絶対値をクーロン摩擦トルク係数Ｇ_ｆとして求める。クーロン摩擦トルク変化勾配ηについては、チューニングによって決定する。 The coulomb friction torque T _f is a coulomb friction torque that acts on the first shaft 8 and the steering wheel 2. The Coulomb friction torque _Tf is generated by a bearing or the like that supports the first shaft 8.
The friction torque calculator 64 calculates the Coulomb friction torque _Tf based on the equation (14).
_{T f = -G f · tanh (} η · LPF (dθ sw / dt)) ... (14)
G _f : Coulomb friction torque coefficient η: Coulomb friction torque change gradient (absolute value)
LPF (dθ _sw / dt): A value obtained by applying a first-order lag filter process to the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt (hereinafter referred to as “filtered steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt)”. )
Coulomb friction torque coefficient G _f can be obtained as follows. In the released state, the motor torque applied to the second shaft 9 by the electric motor 18 is gradually increased, and the steering wheel 2 moves when the absolute value of the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt becomes larger than zero, that is, the steering wheel 2 moves. The absolute value of the torsion bar torque T _tb at the beginning is obtained as the Coulomb friction torque coefficient G _f . The Coulomb friction torque change gradient η is determined by tuning.

フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）とクーロン摩擦トルクＴ_ｆとの関係の一例を図８に示す。クーロン摩擦トルクＴ_ｆは、フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）が正のときに負の値をとり、フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）が負のときに正の値をとる。クーロン摩擦トルクＴ_ｆの絶対値は、フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）の絶対値が０から大きくなると、ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）の絶対値が小さい範囲では比較的大きな変化率で大きくなり、その後、クーロン摩擦トルク係数Ｇ_ｆの大きさに収束していく。フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）の絶対値が小さい範囲での、ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）に対するクーロン摩擦トルクＴ_ｆの変化率は、クーロン摩擦トルク変化勾配ηが大きいほど大きくなる。 FIG. 8 shows an example of the relationship between the steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) after filtering and the Coulomb friction torque T _f . Coulomb friction torque _{T f} is the steering wheel angular velocity LPF after filtering (dθ _sw / dt) takes a negative value when the positive, when the filtered steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) is negative Takes a positive value. The absolute value of the Coulomb friction torque _{T f} is the absolute value of the steering wheel angular velocity LPF after filtering (dθ _sw / dt) increases from zero, relatively large in a range having a small absolute value of the LPF (dθ _sw / dt) increase in changing rate, then, it converges to the magnitude of the Coulomb friction torque coefficient G _f. The rate of change of Coulomb friction torque T _{f with} respect to LPF (dθ _sw / dt) in the range where the absolute value of steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) after filter processing is small increases as the Coulomb friction torque change gradient η increases. growing.

なお、フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）とクーロン摩擦トルクＴ_ｆとの関係を表すマップを予め作成し、このマップに基づいてクーロン摩擦トルクＴ_ｆを演算するようにしてもよい。この場合、フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）とクーロン摩擦トルクＴ_ｆとの関係は、図９に示すような関係であってもよい。この例では、フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）が−Ａ以下の範囲では、クーロン摩擦トルクＴ_ｆは＋Ｇ_ｆの値をとる。フィルタ処理後のステアリングホイール角速度ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）が＋Ａ以上の範囲では、クーロン摩擦トルクＴ_ｆは−Ｇ_ｆの値をとる。ＬＰＦ（ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）が−Ａから＋Ａまでの範囲では、クーロン摩擦トルクＴ_ｆは、ステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔが大きくなるにしたがって、＋Ｇ_ｆから−Ｇ_ｆまで線形的に変化する。 A map representing the relationship between the steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) after filtering and the Coulomb friction torque T _f is created in advance, and the Coulomb friction torque T _f is calculated based on this map. Good. In this case, the relationship between the filtered steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) and the Coulomb friction torque T _f may be as shown in FIG. In this example, in the range where the steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) after the filter processing is −A or less, the Coulomb friction torque T _f takes a value of + G _f . In the range where the steering wheel angular velocity LPF (dθ _sw / dt) after the filtering process is + A or more, the Coulomb friction torque T _f takes a value of −G _f . In the range of LPF (dθ _sw / dt) from −A to + A, the Coulomb friction torque T _f linearly changes from + G _f to −G _{f as} the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt increases.

図３に戻り、推定ドライバトルク演算部６５は、拡張状態オブザーバ６２によって推定された基本ドライバトルクＴ_ｄｏ（＝Ｔ_ｓｗ）、重力トルク演算部６３によって演算された重力トルクＴ_ｇおよび摩擦トルク演算部６４によって演算されたクーロン摩擦トルクＴ_ｆを、前記式（２）に代入することにより、ドライバトルク（ドライバトルク推定値）Ｔ_ｄを演算する。 Returning to FIG. 3, the estimated driver torque calculation unit 65 includes the basic driver torque T _do (= T _sw ) estimated by the expanded state observer 62, the gravitational torque T _g calculated by the gravity torque calculation unit 63, and the friction torque calculation unit. By substituting the Coulomb friction torque _Tf calculated by 64 into the equation (2), the driver torque (driver torque estimated value) _Td is calculated.

次に、ハンズオン／オフ判定部５２について説明する。
図１０は、ハンズオン／オフ判定部５２の動作を説明するための状態遷移図である。
ハンズオン／オフ判定部５２は、ドライバのハンドル操作状態として、「閾値より上のハンズオン状態（ＳＴ１）」と、「閾値以下のハンズオン状態（ＳＴ２）」と、「閾値以下のハンズオフ状態（ＳＴ３）」と、「閾値より上のハンズオフ状態（ＳＴ４）」との４状態を識別する。 Next, the hands-on / off determination unit 52 will be described.
FIG. 10 is a state transition diagram for explaining the operation of the hands-on / off determination unit 52.
The hands-on / off determination unit 52 includes a “hands-on state above a threshold (ST1)”, a “hands-on state below a threshold (ST2)”, and a “hands-off state below a threshold (ST3)”. And four states, “hands-off state above the threshold (ST4)”.

「閾値より上のハンズオン状態（ＳＴ１）」は、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が所定の閾値α（＞０）より大きいハンズオン状態である。「閾値以下のハンズオン状態（ＳＴ２）」は、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値α以下であるハンズオン状態である。「閾値以下のハンズオフ状態（ＳＴ３）」は、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値α以下であるハンズオフ状態である。「閾値より上のハンズオフ状態（ＳＴ４）」は、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値αより大きいハンズオフ状態である。「閾値αは、たとえば、０．１［Ｎｍ］以上０．３［Ｎｍ］以下の範囲内の値に設定される。 The “hands-on state (ST1) above the threshold value” is a hands-on state in which the absolute value of the driver torque _Td is greater than a predetermined threshold value α (> 0). The “hands-on state below the threshold (ST2)” is a hands-on state where the absolute value of the driver torque _Td is below the threshold value α. The “hands-off state below the threshold (ST3)” is a hands-off state where the absolute value of the driver torque _Td is below the threshold α. The “hands-off state above the threshold value (ST4)” is a hands-off state in which the absolute value of the driver torque _Td is greater than the threshold value α. “The threshold value α is set to a value within a range of 0.1 [Nm] to 0.3 [Nm], for example.

演算開始時において、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値αよりも大きいときには、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値より上のハンズオン状態（ＳＴ１）」であると判定する。そして、ハンズオン／オフ判定部５２は、出力信号（ｏｕｔ）を“１”に設定するとともにタイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを０に設定する。出力信号（ｏｕｔ）は、判定結果を表す信号であり、“１”は判定結果がハンズオンであることを表し、“０”は判定結果がハンズオフであることを表す。 At the start of calculation, when the absolute value of the driver torque _Td is larger than the threshold value α, the hands-on / off determination unit 52 determines that the handle operation state is “a hands-on state (ST1) above the threshold value”. Then, the hands-on / off determination unit 52 sets the output signal (out) to “1” and sets the time counter value hod_timer to 0. The output signal (out) is a signal indicating the determination result, “1” indicates that the determination result is hands-on, and “0” indicates that the determination result is hands-off.

「閾値より上のハンズオン状態（ＳＴ１）」において、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値α以下になると、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値以下のハンズオン状態（ＳＴ２）」になったと判定する。そして、ハンズオン／オフ判定部５２は、出力信号（ｏｕｔ）を“１”に設定する。また、ハンズオン／オフ判定部５２は、「閾値以下のハンズオン状態（ＳＴ２）」であると判定している場合には、所定時間Ｔｓ１［ｓｅｃ］が経過する毎に、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを、現在値（ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒ）にＴｓ１を加算した値に更新する。 In the “hands-on state (ST1) above the threshold value”, when the absolute value of the driver torque _Td becomes equal to or less than the threshold value α, the hands-on / off determination unit 52 changes the handle operation state to the “hands-on state (ST2) below the threshold value”. It is determined that it has become. The hands-on / off determination unit 52 sets the output signal (out) to “1”. In addition, when the hands-on / off determination unit 52 determines that the “hands-on state below the threshold (ST2)”, the time counter value hod_timer is set to the current time value every time the predetermined time Ts1 [sec] elapses. It is updated to a value obtained by adding Ts1 to the value (hod_timer).

「閾値以下のハンズオン状態（ＳＴ２）」において、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒが所定のハンズオフ判定用閾値β（＞０）に達する前に、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値αよりも大きくなると、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値より上のハンズオン状態（ＳＴ１）」になったと判定し、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを０に設定する。 When the absolute value of the driver torque _Td becomes larger than the threshold value α before the time counter value hod_timer reaches a predetermined hands-off determination threshold value β (> 0) in the “hands-on state below the threshold value (ST2)”, The off determination unit 52 determines that the handle operation state is the “hands-on state (ST1) above the threshold”, and sets the time counter value hod_timer to 0.

「閾値以下のハンズオン状態（ＳＴ２）」において、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値αよりも大きくなることなく、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒがハンズオフ判定用閾値βに達すると、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値以下のハンズオフ状態（ＳＴ３）」になったと判定する。そして、ハンズオン／オフ判定部５２は、出力信号（ｏｕｔ）を“０”に設定するとともにタイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを０に設定する。ハンズオフ判定用閾値βは、たとえば、０．５［ｓｅｃ］以上１．０［ｓｅｃ］以下の範囲内の値に設定される。 In the “hands-on state below the threshold (ST2)”, when the time counter value hod_timer reaches the hands-off determination threshold β without the absolute value of the driver torque _Td becoming larger than the threshold α, the hands-on / off determination unit 52 Then, it is determined that the steering operation state has become the “hands-off state below the threshold (ST3)”. Then, the hands-on / off determination unit 52 sets the output signal (out) to “0” and sets the time counter value hod_timer to 0. The hands-off determination threshold value β is set to a value within the range of 0.5 [sec] or more and 1.0 [sec] or less, for example.

「閾値以下のハンズオフ状態（ＳＴ３）」において、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値αよりも大きくなると、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値より上のハンズオフ状態（ＳＴ４）」になったと判定する。そして、ハンズオン／オフ判定部５２は、出力信号（ｏｕｔ）を“０”に設定する。また、ハンズオン／オフ判定部５２は、「閾値より上のハンズオフ状態（ＳＴ４）」であると判定している場合には、所定時間Ｔｓ２［ｓｅｃ］が経過する毎に、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを、現在値（ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒ）にＴｓ２を加算した値に更新する。Ｔｓ２は、前述のＴｓ１と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。 In the “hands-off state below the threshold (ST3)”, when the absolute value of the driver torque _Td is greater than the threshold α, the hands-on / off determination unit 52 determines that the handle operation state is “the hands-off state above the threshold (ST4)”. It is determined that Then, the hands-on / off determination unit 52 sets the output signal (out) to “0”. In addition, when the hands-on / off determination unit 52 determines that the “hands-off state above the threshold (ST4)”, the time counter value hod_timer is set every time the predetermined time Ts2 [sec] elapses. The current value (hod_timer) is updated to a value obtained by adding Ts2. Ts2 may be the same value as Ts1 described above, or may be a different value.

「閾値より上のハンズオフ状態（ＳＴ４）」において、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒが所定のハンズオン判定用閾値γ（＞０）に達する前に、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値α以下になると、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値以下のハンズオフ状態（ＳＴ３）」になったと判定し、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを０に設定する。ハンズオン判定用閾値γは、たとえば、０．０５［ｓｅｃ］以上０．１［ｓｅｃ］以下の範囲内の値に設定される。 In the “hands-off state above the threshold (ST4)”, when the absolute value of the driver torque _Td becomes equal to or less than the threshold α before the time counter value hod_timer reaches the predetermined hands-on determination threshold γ (> 0), The off determination unit 52 determines that the steering operation state is the “hands-off state equal to or lower than the threshold (ST3)”, and sets the time counter value hod_timer to 0. The hands-on determination threshold value γ is set to a value in the range of 0.05 [sec] or more and 0.1 [sec] or less, for example.

「閾値より上のハンズオフ状態（ＳＴ４）」において、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値α以下になることなく、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒがハンズオン判定用閾値γに達すると、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値より上のハンズオン状態（ＳＴ１）」になったと判定する。そして、ハンズオン／オフ判定部５２は、出力信号（ｏｕｔ）を“１”に設定するとともにタイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを０に設定する。 In the “hands-off state above the threshold (ST4)”, when the time counter value hod_timer reaches the hands-on determination threshold γ without the absolute value of the driver torque _Td being equal to or less than the threshold α, the hands-on / off determination unit 52 Then, it is determined that the steering wheel operation state becomes the “hands-on state (ST1) above the threshold”. Then, the hands-on / off determination unit 52 sets the output signal (out) to “1” and sets the time counter value hod_timer to 0.

なお、演算開始時において、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値が閾値α以下であるときには、ハンズオン／オフ判定部５２は、ハンドル操作状態が「閾値以下のハンズオフ状態（ＳＴ３）」であると判定する。そして、ハンズオン／オフ判定部５２は、出力信号（ｏｕｔ）を“０”に設定するとともにタイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを０に設定する。
前述の実施形態では、ステアリングホイール２の重心Ｇに作用する重力によって第１軸８に与えられる重力トルクＴ_ｇを考慮して、ドライバトルクＴ_ｄが演算されるため、高精度にドライバトルクを推定できる。また、この構成では、重力トルクＴ_ｇの他、第１軸８およびステアリングホイール２に作用するクーロン摩擦トルクＴ_ｆをも考慮して、ドライバトルクＴ_ｄが演算されるため、より高精度にドライバトルクを推定できる。 When the absolute value of the driver torque _Td is equal to or less than the threshold value α at the start of calculation, the hands-on / off determination unit 52 determines that the steering operation state is “a hands-off state (ST3) equal to or less than the threshold value”. Then, the hands-on / off determination unit 52 sets the output signal (out) to “0” and sets the time counter value hod_timer to 0.
In the above embodiments, in consideration of the gravity torque The T _g is applied to the first shaft 8 by the gravity acting on the center of gravity G of the steering wheel 2, since the driver torque T _d is calculated, the estimated driver torque with high precision it can. The driver in this configuration, other gravity torque T _g, in consideration of the Coulomb friction torque T _f which acts on the first shaft 8 and the steering wheel 2, since the driver torque T _d is calculated, more precisely Torque can be estimated.

また、前述の実施形態では、ドライバトルク推定部５１によって推定された高精度のドライバトルクＴ_ｄに基づき、トルク閾値αとタイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒとを用いてハンズオン／オフ判定が行われる。このため、運転者がステアリングホイール２を握っているハンズオン状態であるか運転者がステアリングホイール２を握っていないハンズオフ状態であるかを高精度に判定できる。 Further, in the above-described embodiment, the hands-on / off determination is performed using the torque threshold value α and the time counter value hod_timer based on the highly accurate driver torque _Td estimated by the driver torque estimating unit 51. Therefore, it is possible to determine with high accuracy whether the driver is in the hands-on state holding the steering wheel 2 or whether the driver is in the hands-off state where the driver is not holding the steering wheel 2.

ハンズオン／オフ判定結果は、たとえば、運転モードとして自動運転モードと手動運転モードとが用意されている車両において、運転モードを自動運転モードから手動運転モードに切り替える際に、ハンズオン状態であることを確認してから、手動運転モードに切り替えるといったモード切替制御に利用することができる。
以上、本発明の第１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、重力トルク演算部６３による重力トルクＴ_ｇの演算に用いられるステアリングホイール回転角としては、拡張状態オブザーバ６２によって推定されたステアリングホイール回転角θ_ｓｗが用いられている。また、摩擦トルク演算部６４によるクーロン摩擦トルクＴ_ｆの演算に用いられるステアリングホイール角速度としては、拡張状態オブザーバ６２によって推定されたステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔが用いられている。しかしながら、ステアリングホイール２の回転角を検出する舵角センサを設けて、この舵角センサによって検出されるステアリングホイール回転角θ_ｓｗを、重力トルク演算部６３による重力トルクＴ_ｇの演算に用いるようにしてもよい。また、舵角センサによって検出されるステアリングホイール回転角θ_ｓｗを時間微分することによって得られるステアリングホイール角速度ｄθ_ｓｗ／ｄｔを、摩擦トルク演算部６４によるクーロン摩擦トルクＴ_ｆの演算に用いるようにしてもよい。 Hands-on / off judgment result is confirmed to be in the hands-on state when the operation mode is switched from the automatic operation mode to the manual operation mode, for example, in a vehicle in which the automatic operation mode and the manual operation mode are prepared as the operation modes. Then, it can be used for mode switching control such as switching to the manual operation mode.
Although the first embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, in the above-described embodiment, the steering wheel rotation angle θ _sw estimated by the expanded state observer 62 is used as the steering wheel rotation angle used in the calculation of the gravity torque T _g by the gravity torque calculation unit 63. The steering wheel angular velocity dθ _sw / dt estimated by the expanded state observer 62 is used as the steering wheel angular velocity used for calculating the Coulomb friction torque T _f by the friction torque calculating unit 64. However, a steering angle sensor that detects the rotation angle of the steering wheel 2 is provided, and the steering wheel rotation angle θ _sw detected by the steering angle sensor is used for the calculation of the gravity torque T _g by the gravity torque calculation unit 63. May be. Further, the steering wheel angular velocity dθ _sw / dt obtained by time differentiation of the steering wheel rotation angle θ _sw detected by the rudder angle sensor is used for the calculation of the Coulomb friction torque T _f by the friction torque calculation unit 64. Also good.

また、前述の実施形態では、電動モータ１８は三相ブラシレスモータであったが、電動モータ１８はブラシ付き直流モータであってもよい。
前述の実施形態では、この発明をコラム式ＥＰＳに適用した場合につい説明したが、この発明は、アシスト用の電動モータ１８が減速機を介してピニオン軸１３に連結されたピニオンアシスト式ＥＰＳにも適用することができる。この場合にも、図４のモデルを使用できるので、ドライバトルクＴ_ｄを前述の実施形態と同様な方法によって推定することができる。 In the above-described embodiment, the electric motor 18 is a three-phase brushless motor. However, the electric motor 18 may be a DC motor with a brush.
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the column type EPS has been described. However, the present invention also applies to the pinion assist type EPS in which the assisting electric motor 18 is connected to the pinion shaft 13 via the reduction gear. Can be applied. Also in this case, since the model of FIG. 4 can be used, the driver torque _Td can be estimated by the same method as in the above-described embodiment.

ピニオンアシスト式ＥＰＳでは、電動モータ、減速機、トルクセンサおよびトーションバーが、ピニオン軸に設けられる。減速機は、例えば、電動モータによって回転されるウォームギヤと、ピニオン軸に設けられ、ウォームギヤと噛み合うウォームホイールとからなる。トーションバーは、ピニオン軸におけるウォームホイールよりもステアリングホイール側の部分に設けられる。電動モータのロータ回転角を検出する回転角センサの信号からウォームホイール回転角（ピニオン軸の回転角）が演算される。ピニオン軸のトーションバーに対してウォームホイール側にピニオン軸の回転角を検出するピニオン軸回転角センサを設け、ピニオン軸回転角センサの信号からピニオン軸の回転角を演算してもよい。ステアリングシャフトには、トーションバーや減速機は設けられない。   In the pinion assist type EPS, an electric motor, a reducer, a torque sensor, and a torsion bar are provided on the pinion shaft. The speed reducer includes, for example, a worm gear that is rotated by an electric motor and a worm wheel that is provided on a pinion shaft and meshes with the worm gear. The torsion bar is provided in a portion closer to the steering wheel than the worm wheel on the pinion shaft. The worm wheel rotation angle (rotation angle of the pinion shaft) is calculated from the signal of the rotation angle sensor that detects the rotor rotation angle of the electric motor. A pinion shaft rotation angle sensor that detects the rotation angle of the pinion shaft may be provided on the worm wheel side with respect to the torsion bar of the pinion shaft, and the rotation angle of the pinion shaft may be calculated from the signal of the pinion shaft rotation angle sensor. There is no torsion bar or speed reducer on the steering shaft.

このような構成を有するピニオンアシスト式ＥＰＳの場合は、電動モータの個数や減速機の構成（ウォームギヤ機構、ボールネジ機構、減速ベルト機構等）に関わらず、その物理モデルは図４で表すことができる。なぜなら、一般的にトーションバーよりステアリングホイール側に設けられる中間軸、ユニバーサルジョイント、ステアリングシャフトの剛性は、図４中のトーションバー剛性と比べて十分に高いからである。したがって、このような構成を有するピニオンアシスト式ＥＰＳのでは、前述の実施形態と同様にして高精度にドライバトルクを推定することができる。   In the case of the pinion assist type EPS having such a configuration, the physical model can be represented in FIG. 4 regardless of the number of electric motors and the configuration of the speed reducer (worm gear mechanism, ball screw mechanism, speed reduction belt mechanism, etc.). . This is because the rigidity of the intermediate shaft, universal joint, and steering shaft that are generally provided on the steering wheel side of the torsion bar is sufficiently higher than the rigidity of the torsion bar in FIG. Therefore, in the pinion assist type EPS having such a configuration, the driver torque can be estimated with high accuracy in the same manner as in the above-described embodiment.

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置が適用された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１１において、前述の図１の各部に対応する部分には同じ符号を付して示す。
図１１の電動パワーステアリング装置１Ａの機械的構成は、前述の図１の電動パワーステアリング装置１の機械的構成と同様なので、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus to which a steering apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. In FIG. 11, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals.
The mechanical configuration of the electric power steering apparatus 1A shown in FIG. 11 is the same as that of the electric power steering apparatus 1 shown in FIG.

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１２５、自車位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）１２６、道路形状や障害物を検出するためのレーダー１２７および地図情報を記憶した地図情報メモリ１２８が搭載されている。
ＣＣＤカメラ１２５、ＧＰＳ１２６、レーダー１２７および地図情報メモリ１２８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１２５、ＧＰＳ１２６およびレーダー１２７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。 The vehicle includes a CCD (Charge Coupled Device) camera 125 that captures a road ahead in the direction of travel of the vehicle, a GPS (Global Positioning System) 126 for detecting the position of the vehicle, and a radar for detecting road shapes and obstacles. 127 and a map information memory 128 storing map information are installed.
The CCD camera 125, GPS 126, radar 127, and map information memory 128 are connected to a host ECU (ECU: Electronic Control Unit) 201 for performing automatic support control and automatic driving control. The host ECU 201 performs surrounding environment recognition, vehicle position estimation, route planning, and the like based on information obtained by the CCD camera 125, the GPS 126, and the radar 127 and map information, and determines control target values for steering and drive actuators. .

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_ａｄａｃ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。自動操舵指令値θ_ａｄａｃ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。このような自動操舵指令θ_ａｄａｃ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。 In this embodiment, the _{host ECU 201} sets an automatic steering command value θ _adac for automatic steering. In this embodiment, the automatic steering control is, for example, control for causing the vehicle to travel along the target track. The automatic steering command value θ _adac is a target value of the steering angle for automatically driving the vehicle along the target track. Since the process of setting the automatic steering command θ _adac is well known, detailed description thereof is omitted here.

上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令θ_ａｄａｃ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。モータ制御用ＥＣＵ２０２には、上位ＥＣＵ２０１の他、トルクセンサ１１、回転角センサ２５等が接続されている。
トルクセンサ１１は、第１軸８および第２軸９の相対回転変位量に基づいて、トーションバー１０に加えられているトーションバートルクＴ_ｔｂを検出する。回転角センサ２５は、電動モータ１８のロータの回転角（以下、「ロータ回転角」という）を検出する。モータ制御用ＥＣＵ２０２は、これらのセンサの出力信号および上位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。 The automatic steering command θ _adac set by the host ECU 201 is given to the motor control ECU 202 via the in-vehicle network. In addition to the host ECU 201, the torque sensor 11, the rotation angle sensor 25, and the like are connected to the motor control ECU 202.
The torque sensor 11 detects the torsion bar torque T _tb applied to the torsion bar 10 based on the relative rotational displacement amount of the first shaft 8 and the second shaft 9. The rotation angle sensor 25 detects the rotation angle of the rotor of the electric motor 18 (hereinafter referred to as “rotor rotation angle”). The motor control ECU 202 controls the electric motor 18 based on the output signals of these sensors and information given from the host ECU 201.

図１２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１４０と、マイクロコンピュータ１４０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）１３１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１３２とを備えている。 FIG. 12 is a block diagram for explaining an electrical configuration of the motor control ECU 202.
The motor control ECU 202 is controlled by the microcomputer 140, a drive circuit (inverter circuit) 131 that supplies electric power to the electric motor 18, and a current that flows through the electric motor 18 (hereinafter referred to as “motor current I”). ) Is detected.

マイクロコンピュータ１４０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、ドライバトルク推定部５１と、手動操舵指令値生成部１４１と、統合角度指令値演算部１４２と、制御部１４３とを含む。   The microcomputer 140 includes a CPU and a memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and functions as a plurality of function processing units by executing a predetermined program. The plurality of function processing units include a driver torque estimation unit 51, a manual steering command value generation unit 141, an integrated angle command value calculation unit 142, and a control unit 143.

ドライバトルク推定部５１は、回転角センサ２５の出力信号と、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂとに基づいて、ドライバトルクＴ_ｄを推定する。ドライバトルク推定部５１の構成は、前述した図３のドライバトルク推定部５１と同様なので、その詳細な説明を省略する。
手動操舵指令値生成部１４１は、運転者がハンドル２を操作した場合に、当該ハンドル操作に応じた操舵角（より正確には第２軸９の回転角θ）を手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定するために設けられている。手動操舵指令値生成部１４１は、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルクＴ_ｄを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを生成する。手動操舵指令値生成部１４１の詳細については後述する。 The driver torque estimating unit 51 estimates the driver torque _Td based on the output signal of the rotation angle sensor 25 and the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11. Since the configuration of the driver torque estimating unit 51 is the same as that of the driver torque estimating unit 51 of FIG. 3 described above, detailed description thereof is omitted.
When the driver operates the steering wheel 2, the manual steering command value generation unit 141 sets the steering angle (more precisely, the rotation angle θ of the second shaft 9) according to the steering operation as the manual steering command value θ _mdac. It is provided for setting. The manual steering command value generation unit 141 generates the manual steering command value θ _mdac using the driver torque T _d estimated by the driver torque estimation unit 51. Details of the manual steering command value generation unit 141 will be described later.

統合角度指令値演算部１４２は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを加算して、統合角度指令値θ_ａｃｍｄを演算する。
制御部１４３は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８を角度制御する。より具体的には、制御部１４３は、操舵角θ（第２軸９の回転角θ）が統合角度指令値θ_ａｃｍｄに近づくように、駆動回路１３１を駆動制御する。 The integrated angle command value calculation unit 142 _adds the manual steering command value θ _mdac to the automatic steering command value θ _adac set by the _host ECU ₂₀₁ to calculate the integrated angle command value θ _acmd .
The controller 143 controls the angle of the electric motor 18 based on the integrated angle command value θ _acmd . More specifically, the control unit 143 drives and controls the drive circuit 131 so that the steering angle θ (the rotation angle θ of the second shaft 9) approaches the integrated angle command value _θacmd .

制御部１４３は、例えば、角度制御部１４４とトルク制御部（電流制御部）１４５とを含む。角度制御部１４４は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄと、回転角センサ２５の出力信号に基づいて演算される操舵角θとの偏差に対するＰＤ（比例微分）演算を行うことにより、電動モータ１８のモータトルクの目標値であるモータトルク指令値Ｔ_ｍｃを演算する。
トルク制御部１４５は、例えば、まず、モータトルク指令値Ｔ_ｍｃを電動モータ１８のトルク定数Ｋ_ｔで徐算することにより、電流指令値Ｉ_ｃｍｄを演算する。そして、トルク制御部１４５は、電流検出回路１３２によって検出されるモータ電流Ｉが電流指令値Ｉ_ｃｍｄに近づくように駆動回路１３１を駆動する。 The control unit 143 includes, for example, an angle control unit 144 and a torque control unit (current control unit) 145. The angle control unit 144 performs a PD (proportional differentiation) calculation on the deviation between the integrated angle command value θ _acmd and the steering angle θ calculated based on the output signal of the rotation angle sensor 25, thereby the motor of the electric motor 18. A motor torque command value T _mc that is a target value of torque is calculated.
For example, the torque control unit 145 first calculates the current command value I _cmd by gradually calculating the motor torque command value T _mc with the torque constant K _t of the electric motor 18. Then, the torque control unit 145 drives the drive circuit 131 so that the motor current I detected by the current detection circuit 132 approaches the current command value _Icmd .

図１３は、手動操舵指令値生成部１４１の構成を示すブロック図である。
手動操舵指令値生成部１４１は、アシストトルク指令値設定部１５１と、指令値設定部１５２とを含む。
アシストトルク指令値設定部１５１は、手動操舵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_ａｃを設定する。アシストトルク指令値設定部１５１は、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルクＴ_ｄに基づいて、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃを設定する。ドライバトルクＴ_ｄに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｃの設定例は、図１４に示されている。ドライバトルクＴ_ｄは、例えば左方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、右方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、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正の値とされ、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負の値とされる。 FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of the manual steering command value generation unit 141.
Manual steering command value generation unit 141 includes an assist torque command value setting unit 151 and a command value setting unit 152.
The assist torque command value setting unit 151 sets an assist torque command value _Tac that is a target value of assist torque necessary for manual steering. The assist torque command value setting unit 151 sets the assist torque command value _Tac based on the driver torque _Td estimated by the driver torque estimation unit 51. An example of setting the assist torque command value _Tac for the driver torque _Td is shown in FIG. For the driver torque _Td , for example, the torque for steering in the left direction is a positive value, and the torque for steering in the right direction is a negative value. The assist torque command value _Tac is a positive value when a steering assist force for leftward steering is to be generated from the electric motor 18, and a steering assist force for rightward steering is generated from the electric motor 18. When power is to be negative.

アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、ドライバトルクＴ_ｄの正の値に対しては正をとり、ドライバトルクＴ_ｄ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Ｔａｃは、ドライバトルク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。
なお、アシストトルク指令値設定部１５１は、ドライバトルクＴ_ｄ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_ａｃを演算してもよい。 Assist torque command value T _ac, relative to the positive values of the driver torque T _d takes a positive, a negative for negative values of the driver torque T _d. The assist torque command value Tac is set such that the absolute value of the assist torque command value Tac increases as the absolute value of the driver torque _Td increases.
The assist torque command value setting unit 151 may calculate the assist torque command value _Tac by multiplying the driver torque _Td by a preset constant.

指令値設定部１５２は、この実施形態では、リファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定する。
図１５は、指令値設定部１５２で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。
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、第２軸９およびウォームホイール２１に対応する。図１５において、Ｊ_ｃは、ロアコラムの慣性であり、θ_ｃ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から第２軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍｃおよび路面負荷トルクＴ_ｒｌが与えられる。路面負荷トルクＴ_ｒｌは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式（１５）で表される。 In this embodiment, the command value setting unit 152 sets the manual steering command value θ _mdac using a reference EPS model.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a reference EPS model used in the command value setting unit 152.
This reference EPS model is a single inertia model including a lower column. The lower column corresponds to the second shaft 9 and the worm wheel 21. In FIG. 15, J _c is the inertia of the lower column, θ _c is the rotation angle of the lower column, and T _tb is the torsion bar torque. The lower column is given a torsion bar torque T _tb , torque N · T _mc acting on the second shaft 9 from the electric motor 18, and road load torque T _rl . The road surface load torque T _rl is expressed by the following equation (15) using the spring constant k and the viscous damping coefficient c.

Ｔ_ｒｌ＝−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ） …（１５）
この実施形態におけるばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃは、予め実験・解析等で求められた所定値が設定されている。
リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式（１６）で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｔｂ＋Ｎ・Ｔ_ｍｃ−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ）…（１６）
指令値設定部１５２は、この式（１６）を利用して、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定する。その際、Ｎ・Ｔ_ｍｃとしては、アシストトルク指令値設定部１５１（図１３参照）によって設定されるアシストトルク指令値Ｔ_ａｃが用いられる。 T _rl = −k · θ _c −c (dθ _c / dt) (15)
The spring constant k and the viscous damping coefficient c in this embodiment are set to predetermined values obtained in advance through experiments and analysis.
The equation of motion of the reference EPS model is expressed by the following equation (16).
_Jc · d ² θ _c / dt ² = T _tb + N · T _mc −k · θ _c −c (dθ _c / dt) (16)
The command value setting unit 152 sets the manual steering command value θ _mdac using the equation (16). At that time, the assist torque command value T _ac set by the assist torque command value setting unit 151 (see FIG. 13) is used as N · T _mc .

式（１６）のＴ_ｔｂにトルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂを代入して、式（１６）の微分方程式を解くことによってコラム角度θ_ｃを演算し、得られたコラム角度θ_ｃを手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定することが考えられる。しかしながら、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂには、運転者によってハンドル２に実際に加えられたドライバトルク以外の外乱も含まれている。このため、式（１６）のＴ_ｔｂにトーションバートルクＴ_ｔｂを代入して手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを演算した場合には、運転者がハンドル２を操作していないときであっても、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されるおそれがある。 By substituting the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 to T _tb of formula (16), calculates the column angle theta _c by solving the differential equation of Formula (16), the column resulting angle theta It is conceivable to set _c as the manual steering command value θ _mdac . However, the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 includes disturbances other than the driver torque actually applied to the steering wheel 2 by the driver. For this reason, when the manual steering command value θ _mdac is calculated by substituting the torsion bar torque T _tb for T _tb in the equation (16), the driver can operate even when the driver is not operating the steering wheel 2. There is a risk that the manual steering command value θ _mdac may be set based on disturbances other than torque.

そこで、この実施形態では、指令値設定部１５２は、前記式（１６）のＴ_ｔｂに、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルクＴ_ｄを代入して、式（１６）の微分方程式を解くことによってコラム角度θ_ｃを演算する。そして、指令値設定部１５２は、得られたコラム角度θ_ｃを手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定する。これにより、運転者がハンドル２を操作していない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されるのを抑制することができる。 Therefore, in this embodiment, the command value setting unit 152 substitutes the driver torque T _d estimated by the driver torque estimating unit 51 for T _tb of the equation (16), and obtains the differential equation of the equation (16). computing a column angle theta _c by solving. Then, the command value setting unit 152 sets the obtained column angle θ _c as the manual steering command value θ _mdac . Thereby, when the driver is not operating the steering wheel 2, it is possible to suppress the manual steering command value θ _{mdac from} being set based on disturbances other than the driver torque.

図１１の電動パワーステアリング装置１Ａでは、自動操舵指令値に手動操舵指令値が加算されて、統合角度指令値が演算され、この統合角度指令値に基づいて電動モータ１８が制御される。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間で切り替えを行うことなく、自動操舵制御主体での操舵制御を行いながら手動操舵が可能な協調制御を実現できる。これにより、手動操舵制御と自動操舵制御との間での移行をシームレスに行うことができるので、運転者の違和感を低減することができる。   In the electric power steering apparatus 1A of FIG. 11, the manual steering command value is added to the automatic steering command value to calculate the integrated angle command value, and the electric motor 18 is controlled based on the integrated angle command value. Accordingly, it is possible to realize cooperative control that allows manual steering while performing steering control by the main body of the automatic steering control without switching between manual steering control and automatic steering control. Thereby, since the transition between the manual steering control and the automatic steering control can be performed seamlessly, the driver's uncomfortable feeling can be reduced.

また、図１１の電動パワーステアリング装置１Ａでは、前述したように、運転者がハンドル２を操作していない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されるのを抑制することができる。
図１６は、図１３の手動操舵指令値生成部の変形例を示すブロック図である。
手動操舵指令値生成部１４１Ａは、アシストトルク指令値設定部１５１Ａおよび指令値設定部１５２Ａを含んでいる。指令値設定部１５２Ａには、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂおよびアシストトルク指令値設定部１５１Ａによって設定されたアシストトルク指令値Ｔ_ａｃが入力する。アシストトルク指令値設定部１５１Ａは、トルクセンサ１１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_ａｃを設定する。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_ａｃの設定例は、図１４の横軸をドライバトルクＴ_ｄからトーションバートルクＴ_ｔｂに置き換えたものを用いることができる。また、指令値設定部１５２Ａには、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルクＴ_ｄが与えられる。 In the electric power steering apparatus 1A of FIG. 11, as described above, when the driver does not operate the steering wheel 2, the manual steering command value θ _mdac is set based on disturbances other than the driver torque. Can be suppressed.
FIG. 16 is a block diagram illustrating a modified example of the manual steering command value generation unit of FIG.
The manual steering command value generation unit 141A includes an assist torque command value setting unit 151A and a command value setting unit 152A. The torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 and the assist torque command value T _ac set by the assist torque command value setting unit 151A are input to the command value setting unit 152A. Assist torque command value setting unit 151A, based on the torsion bar torque _{T tb} detected by the torque sensor 11, and sets the assist torque command value _{T ac.} Configuration Examples of the assist torque command value T _ac for torsion bar torque T _tb may be those obtained by replacing the torsion bar torque T _tb horizontal axis of FIG. 14 from the driver torque T _d. The command value setting unit 152A is given the driver torque _Td estimated by the driver torque estimation unit 51.

ドライバトルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が所定の閾値ψ（ψ＞０）以上である場合には、指令値設定部１５２Ａは、前記式（１６）のＴ_ｔｂおよびＮ・Ｔ_ｍｃに、それぞれ指令値設定部１５２Ａに入力されたトーションバートルクＴ_ｔｂおよびアシストトルク指令値Ｔ_ａｃを代入して、式（１６）の微分方程式を解くことによって、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ（＝θ_ｃ）を設定する。一方、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が閾値ψ未満である場合には、前記式（１６）のＴ_ｔｂおよびＮ・Ｔ_ｍｃに、それぞれ零を代入して、式（１６）の微分方程式を解くことによって、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ（＝θ_ｃ）を設定する。 When the absolute value | T _d | of the driver torque T _d is equal to or greater than a predetermined threshold value ψ (ψ> 0), the command value setting unit 152A determines that T _tb and N · T _mc in the equation (16) The manual steering command value θ _mdac (= θ _c ) is obtained by substituting the torsion bar torque T _tb and the assist torque command value T _ac input to the command value setting unit 152A and solving the differential equation of equation (16). Set. On the other hand, when the absolute value | T _d | of the driver torque T _d is less than the threshold ψ, zero is substituted for T _tb and N · T _mc in the equation (16), respectively, and the equation (16) The manual steering command value θ _mdac (= θ _c ) is set by solving the differential equation.

この手動操舵指令値生成部１４１Ａでは、トーションバートルクＴ_ｔｂを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているが、ドライバトルクＴ_ｄの絶対値｜Ｔ_ｄ｜が閾値ψ未満である場合には手動操舵指令値生成部１４１Ａに入力されるトーションバートルクＴ_ｔｂが実質的に零にされる。これにより、運転者がハンドル２を操作していない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されるのを抑制することができる。また、トーションバートルクＴ_ｔｂを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているので、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルクＴ_ｄを用いる場合に比べて、運転者のハンドル操作に対する手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの時間遅れを小さくできる。 In this manual steering command value generation unit 141A, the manual steering command value θ _mdac is set using the torsion bar torque T _tb , but when the absolute value | T _d | of the driver torque T _d is less than the threshold ψ. The torsion bar torque T _tb input to the manual steering command value generation unit 141A is substantially zeroed. Thereby, when the driver is not operating the steering wheel 2, it is possible to suppress the manual steering command value θ _{mdac from} being set based on disturbances other than the driver torque. In addition, since the manual steering command value θ _mdac is set using the torsion bar torque T _tb , compared with the case where the driver torque T _d estimated by the driver torque estimating unit 51 is used, the driver's manual operation for the steering operation is performed. The time delay of the steering command value θ _mdac can be reduced.

図１７は、図１２のモータ制御用ＥＣＵの変形例を示すブロック図である。図１７において、前述の図１２の各部に対応する部分には、図１２と同じ符号を付して示す。
モータ制御用ＥＣＵ２０２Ａは、図１２のモータ制御用ＥＣＵ２０２と比べて、マイクロコンピュータ１４０Ａ内のＣＰＵによって実現される機能処理部の構成が異なっている。マイクロコンピュータ１４０Ａは、機能処理部として、ハンドル操作状態判定部４２と、手動操舵指令値生成部１４１Ｂと、統合角度指令値演算部１４２と、制御部１４３とを含む。 FIG. 17 is a block diagram showing a modification of the motor control ECU of FIG. 17, portions corresponding to the respective portions in FIG. 12 described above are denoted by the same reference numerals as in FIG.
The motor control ECU 202A is different from the motor control ECU 202 in FIG. 12 in the configuration of the function processing unit realized by the CPU in the microcomputer 140A. The microcomputer 140A includes a steering wheel operation state determination unit 42, a manual steering command value generation unit 141B, an integrated angle command value calculation unit 142, and a control unit 143 as function processing units.

ハンドル操作状態判定部４２は、回転角センサ２５の出力信号およびトーションバートルクＴ_ｔｂに基づいて、運転者がハンドルを握っているハンズオン状態であるか運転者がハンドルを握っていないハンズオフ状態であるかを判定する。ハンドル操作状態判定部４２の構成は、前述した図２および図３のハンドル操作状態判定部４２と同様なので、その詳細な説明を省略する。ハンドル操作状態判定部４２は、ハンドル操作状態がハンズオン状態であると判定したときにはハンズオン状態信号を出力し、ハンドル操作状態がハンズオフ状態であると判定したときにはハンズオフ状態信号を出力するものとする。 Based on the output signal of the rotation angle sensor 25 and the torsion bar torque T _tb , the handle operation state determination unit 42 is in a hands-on state where the driver is holding the handle or is in a hands-off state where the driver is not holding the handle. Determine whether. Since the configuration of the handle operation state determination unit 42 is the same as that of the handle operation state determination unit 42 of FIGS. 2 and 3 described above, detailed description thereof is omitted. The handle operation state determination unit 42 outputs a hands-on state signal when it is determined that the handle operation state is a hands-on state, and outputs a hands-off state signal when it is determined that the handle operation state is a hands-off state.

手動操舵指令値生成部１４１Ｂは、ハンドル操作状態判定部４２の出力信号（ハンズオン／オフ状態信号）と、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂとを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを生成する。手動操舵指令値生成部１４１Ｂの詳細については後述する。
統合角度指令値演算部１４２は、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを加算して、統合角度指令値θ_ａｃｍｄを演算する。 The manual steering command value generation unit 141B uses the output signal (hands on / off state signal) of the steering wheel operation state determination unit 42 and the torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 to obtain the manual steering command value θ _mdac . Generate. Details of the manual steering command value generation unit 141B will be described later.
The integrated angle command value calculation unit 142 _adds the manual steering command value θ _mdac to the automatic steering command value θ _adac set by the _host ECU ₂₀₁ to calculate the integrated angle command value θ _acmd .

制御部１４３は、統合角度指令値θ_ａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８を角度制御する。制御部１４３の構成は、図１２の制御部１４３と同様なので、その詳細な説明を省略する。
図１８は、手動操舵指令値生成部１４１Ｂの構成を示すブロック図である。
手動操舵指令値生成部１４１Ｂは、アシストトルク指令値設定部１５１Ａと、指令値設定部１５２Ｂとを含む。 The controller 143 controls the angle of the electric motor 18 based on the integrated angle command value θ _acmd . Since the configuration of the control unit 143 is the same as that of the control unit 143 of FIG. 12, detailed description thereof is omitted.
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of the manual steering command value generation unit 141B.
Manual steering command value generation unit 141B includes an assist torque command value setting unit 151A and a command value setting unit 152B.

アシストトルク指令値設定部１５１Ａは、手動操舵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_ａｃを設定する。アシストトルク指令値設定部１５１Ａの動作は、図１６のアシストトルク指令値設定部１５１Ａの動作と同様なので、その詳細な説明を省略する。
指令値設定部１５２Ｂには、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂおよびアシストトルク指令値設定部１５１Ａによって設定されたアシストトルク指令値Ｔ_ａｃが入力する。また、指令値設定部１５２Ｂには、ハンドル操作状態判定部４２の出力信号（ハンズオン／オフ状態信号）が与えられる。 Assist torque command value setting unit 151A sets the assist torque command value T _ac is a target value of the assist torque required for manual steering. Since the operation of the assist torque command value setting unit 151A is the same as the operation of the assist torque command value setting unit 151A of FIG. 16, detailed description thereof is omitted.
The torsion bar torque T _tb detected by the torque sensor 11 and the assist torque command value T _ac set by the assist torque command value setting unit 151A are input to the command value setting unit 152B. Further, the output signal (hands on / off state signal) of the handle operation state determination unit 42 is given to the command value setting unit 152B.

ハンドル操作状態判定部４２の出力信号がハンズオン状態信号である場合には、指令値設定部１５２Ｂは、前記式（１６）のＴ_ｔｂおよびＮ・Ｔ_ｍｃに、それぞれ指令値設定部１５４Ｂに入力されたトーションバートルクＴ_ｔｂおよびアシストトルク指令値Ｔ_ａｃを代入して、式（１６）の微分方程式を解くことによって、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ（＝θ_ｃ）を設定する。一方、ハンドル操作状態判定部４２の出力信号がハンズオフ状態信号である場合には、指令値設定部１５２Ｂは、前記式（１６）のＴ_ｔｂおよびＮ・Ｔ_ｍｃに、それぞれ零を代入して、式（１６）の微分方程式を解くことによって、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃ（＝θ_ｃ）をに設定する。 When the output signal of the handle operation state determination unit 42 is a hands-on state signal, the command value setting unit 152B is input to the command value setting unit 154B in T _tb and N · T _mc of the above equation (16), respectively. The manual steering command value θ _mdac (= θ _c ) is set by substituting the torsion bar torque T _tb and the assist torque command value T _ac and solving the differential equation of equation (16). On the other hand, when the output signal of the handle operation state determination unit 42 is a hands-off state signal, the command value setting unit 152B substitutes zero for T _tb and N · T _mc in the above equation (16), respectively. The manual steering command value θ _mdac (= θ _c ) is set to be by solving the differential equation of equation (16).

この手動操舵指令値生成部１４１Ｂでは、トーションバートルクＴ_ｔｂを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているが、ハンドル操作状態判定部４２の出力信号がハンズオフ状態信号である場合には手動操舵指令値生成部１４１Ｂに入力されるトーションバートルクＴ_ｔｂが実質的に零にされる。これにより、運転者がハンドル２を操作していない場合に、ドライバトルク以外の外乱に基づいて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃが設定されるのを抑制することができる。また、トーションバートルクＴ_ｔｂを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているので、ドライバトルク推定部５１によって推定されたドライバトルクＴ_ｄを用いる場合に比べて、運転者のハンドル操作に対する手動操舵指令値θ_ｍｄａｃの時間遅れを小さくできる。 In the manual steering command value generation unit 141B, the manual steering command value θ _mdac is set using the torsion bar torque T _tb . However, when the output signal of the steering operation state determination unit 42 is a hands-off state signal, The torsion bar torque T _tb input to the steering command value generation unit 141B is made substantially zero. Thereby, when the driver is not operating the steering wheel 2, it is possible to suppress the manual steering command value θ _{mdac from} being set based on disturbances other than the driver torque. In addition, since the manual steering command value θ _mdac is set using the torsion bar torque T _tb , compared with the case where the driver torque T _d estimated by the driver torque estimating unit 51 is used, the driver's manual operation for the steering operation is performed. The time delay of the steering command value θ _mdac can be reduced.

以上、本発明の第２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、指令値設定部１５２、１５２Ａ、１５２Ｂ（図１３、図１６、図１８参照）は、リファレンスＥＰＳモデルに基づいて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているが、指令値設定部１５２、１５２Ａ、１５２Ｂは他の方法によって手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定してもよい。 Although the second embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, in the above-described embodiment, the command value setting units 152, 152A, and 152B (see FIGS. 13, 16, and 18) set the manual steering command value θ _mdac based on the reference EPS model. The value setting units 152, 152A, and 152B may set the manual steering command value θ _mdac by other methods.

例えば、指令値設定部１５２、１５２Ａ、１５２Ｂは、ドライバトルクＴ_ｄ（図１３の場合）またはトーションバートルクＴ_ｔｂ（図１６または図１８の場合）と手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとの関係を記憶したマップを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定してもよい。
また、前述第２実施形態では、この発明をコラムタイプＥＰＳに適用した場合の例を示したが、この発明は、コラムタイプ以外のＥＰＳにも適用することができる。また、この発明は、ステアバイワイヤシステムにも適用することができる。 For example, the command value setting units 152, 152A, and 152B store the relationship between the driver torque T _d (in the case of FIG. 13) or the torsion bar torque T _tb (in the case of FIG. 16 or FIG. 18) and the manual steering command value θ _mdac. The manual steering command value θ _mdac may be set using the map.
In the second embodiment, an example in which the present invention is applied to the column type EPS has been described. However, the present invention can also be applied to an EPS other than the column type EPS. The present invention can also be applied to steer-by-wire systems.

その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, the present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.

１，１Ａ…コラム式ＥＰＳ、８…第１軸、９…第２軸、１０…トーションバー、１１…トルクセンサ、１２…ＥＣＵ、１８…電動モータ、１９…減速機、２０…ウォームギヤ、２１…ウォームホイール、２５…回転角センサ、２６…車速センサ、４２…ハンドル操作状態判定部、５１…ドライバトルク推定部、５２…ハンズオン／オフ判定部、６１…ウォームホイール回転角演算部、６２…拡張状態オブザーバ（外乱オブザーバ）、６３…重力トルク演算部、６４…摩擦トルク演算部、６５…推定ドライバトルク演算部、１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ…手動操舵指令値生成部、１４２…統合角度指令値演算部、１４３…制御部、１５１，１５１Ａ…アシストトルク指令値設定部、１５２，１５２Ａ，１５２Ｂ…指令値設定部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…モータ制御用ＥＣＵ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Column type EPS, 8 ... 1st axis | shaft, 9 ... 2nd axis | shaft, 10 ... Torsion bar, 11 ... Torque sensor, 12 ... ECU, 18 ... Electric motor, 19 ... Reduction gear, 20 ... Worm gear, 21 ... Worm wheel, 25 ... rotation angle sensor, 26 ... vehicle speed sensor, 42 ... handle operation state determination unit, 51 ... driver torque estimation unit, 52 ... hands on / off determination unit, 61 ... worm wheel rotation angle calculation unit, 62 ... extended state Observer (disturbance observer), 63 ... gravitational torque calculator, 64 ... friction torque calculator, 65 ... estimated driver torque calculator, 141, 141A, 141B ... manual steering command value generator, 142 ... integrated angle command value calculator, 143 ... Control unit, 151, 151A ... Assist torque command value setting unit, 152, 152A, 152B ... Command value setting unit, 201 ... Upper E U, 202 ... motor control ECU

Claims (11)

車両を操舵するためのステアリングホイールが連結された第１軸と、
前記第１軸にトーションバーを介して連結された第２軸と、
前記トーションバーに加えられているトーションバートルクを検出するためのトルク検出部と、
前記第２軸の回転角を取得する回転角取得部と、
前記トーションバートルクと前記第２軸の回転角とに基づいて、外乱オブザーバによって基本ドライバトルクを推定する基本ドライバトルク推定部と、
前記ステアリングホイールの回転角を用いて、前記ステアリングホイールの重心に作用する重力によって前記第１軸に与えられる重力トルクを演算する重力トルク演算部と、
前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記基本ドライバトルクと、前記重力トルク演算部によって演算される前記重力トルクとを用いて、ドライバトルクを推定するドライバトルク推定部とを含む、ドライバトルク推定装置。 A first shaft to which a steering wheel for steering a vehicle is coupled;
A second shaft connected to the first shaft via a torsion bar;
A torque detector for detecting a torsion bar torque applied to the torsion bar;
A rotation angle acquisition unit for acquiring a rotation angle of the second axis;
A basic driver torque estimator for estimating a basic driver torque by a disturbance observer based on the torsion bar torque and the rotation angle of the second axis;
A gravitational torque calculator for calculating a gravitational torque applied to the first shaft by gravity acting on the center of gravity of the steering wheel, using the rotation angle of the steering wheel;
A driver torque estimating device including a driver torque estimating unit configured to estimate a driver torque using the basic driver torque estimated by the basic driver torque estimating unit and the gravitational torque calculated by the gravitational torque calculating unit; . 前記基本ドライバトルク推定部は、前記基本ドライバトルクを推定するとともに、前記ステアリングホイールの回転角を推定するように構成されており、
前記重力トルク演算部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記ステアリングホイールの回転角を用いて、前記重力トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載のドライバトルク推定装置。 The basic driver torque estimating unit is configured to estimate the basic driver torque and to estimate the rotation angle of the steering wheel,
2. The driver torque estimation device according to claim 1, wherein the gravity torque calculation unit is configured to calculate the gravity torque using a rotation angle of the steering wheel estimated by the basic driver torque estimation unit. . 前記ステアリングホイールの角速度を用いて、前記ステアリングホイールおよび前記第１軸に作用するクーロン摩擦トルクを演算する摩擦トルク演算部をさらに含み、
前記ドライバトルク推定部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記基本ドライバトルクと、前記重力トルク演算部によって演算される前記重力トルクと、前記摩擦トルク演算部によって演算される前記クーロン摩擦トルクとを用いて、ドライバトルクを推定するように構成されている、請求項１に記載のドライバトルク推定装置。 A friction torque calculator for calculating a Coulomb friction torque acting on the steering wheel and the first shaft using an angular velocity of the steering wheel;
The driver torque estimating unit includes the basic driver torque estimated by the basic driver torque estimating unit, the gravitational torque calculated by the gravity torque calculating unit, and the Coulomb friction torque calculated by the friction torque calculating unit. The driver torque estimation device according to claim 1, wherein the driver torque is estimated using 前記基本ドライバトルク推定部は、前記基本ドライバトルクを推定するとともに、前記ステアリングホイールの回転角および前記ステアリングホイールの角速度を推定するように構成されており、
前記重力トルク演算部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記ステアリングホイールの回転角を用いて、前記重力トルクを演算するように構成されており、
前記摩擦トルク演算部は、前記基本ドライバトルク推定部によって推定される前記ステアリングホイールの角速度を用いて、前記クーロン摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項３に記載のドライバトルク推定装置。 The basic driver torque estimating unit is configured to estimate the basic driver torque, and to estimate the rotation angle of the steering wheel and the angular velocity of the steering wheel,
The gravitational torque calculating unit is configured to calculate the gravitational torque using a rotation angle of the steering wheel estimated by the basic driver torque estimating unit,
The driver torque estimation device according to claim 3, wherein the friction torque calculation unit is configured to calculate the Coulomb friction torque using an angular velocity of the steering wheel estimated by the basic driver torque estimation unit. . 前記ステアリングホイールの回転中心位置を通る鉛直線が前記ステアリングホイールの回転平面となす角をステアリングホイール傾き角とし、前記車両の向きが直進方向となるステアリングホイール位置を中立位置として当該中立位置からの前記ステアリングホイールの回転量および回転方向に応じた角度をステアリングホイール回転角とすると、
前記重力トルク演算部は、前記ステアリングホイールの重心位置と回転中心位置との間の距離と、前記ステアリングホイールの質量と、前記ステアリングホイール回転角の正弦値と、前記ステアリングホイール傾き角の余弦値との積を、前記重力トルクとして演算するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のドライバトルク推定装置。 The angle between the vertical line passing through the rotation center position of the steering wheel and the rotation plane of the steering wheel is the steering wheel tilt angle, and the steering wheel position where the vehicle is in the straight direction is the neutral position. When the angle according to the amount and direction of rotation of the steering wheel is the steering wheel rotation angle,
The gravitational torque calculation unit includes a distance between a center of gravity position and a rotation center position of the steering wheel, a mass of the steering wheel, a sine value of the steering wheel rotation angle, and a cosine value of the steering wheel tilt angle. The driver torque estimation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the product is calculated as the gravitational torque. 舵角制御用の電動モータと、
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、前記電動モータを角度制御する制御部とを含み、
前記手動操舵指令値生成部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記ドライバトルク推定装置によって推定されたドライバトルクを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、操舵装置。 An electric motor for steering angle control;
A manual steering command value generating unit for generating a manual steering command value;
An integrated angle command value calculation unit for calculating the integrated angle command value by adding the manual steering command value to the automatic steering command value;
A control unit for controlling the angle of the electric motor based on the integrated angle command value;
The manual steering command value generation unit is configured to generate the manual steering command value using the driver torque estimated by the driver torque estimation device according to any one of claims 1 to 5. The steering device. 前記手動操舵指令値生成部は、前記ドライバトルク推定部によって推定されたドライバトルクに基づいて、アシストトルク指令値を設定するアシストトルク指令値設定部を含み、
前記手動操舵指令値生成部は、前記ドライバトルクと前記アシストトルク指令値とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項６に記載の操舵装置。 The manual steering command value generation unit includes an assist torque command value setting unit that sets an assist torque command value based on the driver torque estimated by the driver torque estimation unit,
The steering apparatus according to claim 6, wherein the manual steering command value generation unit is configured to generate the manual steering command value using the driver torque and the assist torque command value. 舵角制御用の電動モータと、
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、前記電動モータを角度制御する制御部とを含み、
前記手動操舵指令値生成部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記ドライバトルク推定装置によって推定されたドライバトルクの絶対値が所定値以上の場合にのみ、前記トルク検出部によって検出されるトーションバートルクを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、操舵装置。 An electric motor for steering angle control;
A manual steering command value generating unit for generating a manual steering command value;
An integrated angle command value calculation unit for calculating the integrated angle command value by adding the manual steering command value to the automatic steering command value;
A control unit for controlling the angle of the electric motor based on the integrated angle command value;
The said manual steering command value production | generation part is only by the said torque detection part, when the absolute value of the driver torque estimated by the said driver torque estimation apparatus as described in any one of Claims 1-5 is more than predetermined value. A steering apparatus configured to generate the manual steering command value using detected torsion bar torque. 前記手動操舵指令値生成部は、前記トルク検出部によって検出されるトーションバートルクに基づいて、アシストトルク指令値を設定するアシストトルク指令値設定部を含み、
前記手動操舵指令値生成部は、前記ドライバトルク推定部によって推定されたドライバトルクの絶対値が所定値以上の場合にのみ、前記トーションバートルクと前記アシストトルク指令値とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項８に記載の操舵装置。 The manual steering command value generation unit includes an assist torque command value setting unit that sets an assist torque command value based on the torsion bar torque detected by the torque detection unit,
The manual steering command value generation unit uses the torsion bar torque and the assist torque command value only when the absolute value of the driver torque estimated by the driver torque estimation unit is greater than or equal to a predetermined value. The steering apparatus according to claim 8, wherein the steering apparatus is configured to generate a command value. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記ドライバトルク推定装置よって推定されたドライバトルクに基づいて、ハンズオン状態であるかハンズオフ状態であるかを判定するハンズオン／オフ判定部と、
舵角制御用の電動モータと、
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、前記電動モータを角度制御する制御部とを含み、
前記手動操舵指令値生成部は、前記ハンズオン／オフ判定部によってハンズオン状態であると判定されている場合にのみ、前記トルク検出部によって検出されるトーションバートルクを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、操舵装置。 Based on the driver torque estimated by the driver torque estimation device according to any one of claims 1 to 5, a hands-on / off determination unit that determines whether a hands-on state or a hands-off state;
An electric motor for steering angle control;
A manual steering command value generating unit for generating a manual steering command value;
An integrated angle command value calculation unit for calculating the integrated angle command value by adding the manual steering command value to the automatic steering command value;
A control unit for controlling the angle of the electric motor based on the integrated angle command value;
The manual steering command value generator generates the manual steering command value using the torsion bar torque detected by the torque detector only when the hands-on / off determination unit determines that the hands-on state is established. A steering device configured to generate. 前記手動操舵指令値生成部は、前記トルク検出部によって検出されるトーションバートルクに基づいて、アシストトルク指令値を設定するアシストトルク指令値設定部を含み、
前記手動操舵指令値生成部は、前記ハンズオン／オフ判定部によってハンズオン状態であると判定されている場合にのみ、前記トーションバートルクと前記アシストトルク指令値とを用いて、前記手動操舵指令値を生成するように構成されている、請求項１０に記載の操舵装置。 The manual steering command value generation unit includes an assist torque command value setting unit that sets an assist torque command value based on the torsion bar torque detected by the torque detection unit,
The manual steering command value generation unit calculates the manual steering command value using the torsion bar torque and the assist torque command value only when the hands-on / off determination unit determines that the hands-on state is established. The steering device of claim 10, configured to generate.

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