JP7145389B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、運転者によってハンド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操舵装置に関する。

下記特許文献１には、トーションバーのねじれを検出する操舵トルクセンサと、コラムシャフトの回転角（操舵角）を検出する操舵角センサと、操舵トルクセンサによって得られる操舵トルク検出値および操舵角センサによって得られる操舵角検出値に基づいてハンドル端トルク（ドライバトルク）を演算するトルク生成部とを含むステアリングシステムが開示されている。

特開２００６－１５１３６０号公報

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操舵装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、車両を操舵するためのハンドル（２）と、前記ハンドルと一体的に回転する回転軸（６，７，１３）の中間部に設けられたトーションバー（１０）と、一端が前記回転軸と同行回転する部材に接続され、他端が車体に対し静止する部材に接続されたスパイラルケーブル（３３）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手段（１１）と、運転者によって前記ハンドルに加えられるドライバトルクを推定するドライバトルク推定手段（５１）とを含み、前記ドライバトルク推定手段は、前記ハンドルの回転角を演算するハンドル回転角演算手段（６１～６４；２５）と、前記トーションバートルクと、前記ハンドル回転角の２階微分値とハンドル慣性モーメントとの積であるハンドル慣性トルク補償値と、前記スパイラルケーブルによって前記ハンドルに作用するスパイラルケーブルトルクの補償値とを加算した加算値を含む値を、ドライバトルクとして演算するドライバトルク演算手段（６５～６７，７３，７４）とを含む、操舵装置である。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。

この構成では、トーションバートルクおよびハンドル慣性トルクの他に、スパイラルケーブルによってハンドルに作用するスパイラルケーブルトルクを考慮して、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、前記ハンドルの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構（４）と、前記転舵機構に操舵補助力を付与するための電動モータ（１８）と、前記電動モータの回転角に基づいて、前記回転軸における前記トーションバーよりも下流側部分（９）の回転角を演算するための回転角演算手段（６１，６２）をさらに含み、前記ハンドル回転角演算手段は、前記回転軸における前記下流側部分の回転角および前記トーションバートルクを用いて前記ハンドルの回転角を演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置である。

請求項３に記載の発明は、前記ハンドルの回転角を検出するための回転角検出手段（２５）をさらに含み、前記ハンドル回転角演算手段は、前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて前記ハンドルの回転角を演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置である。
請求項４に記載の発明は、前記ドライバトルク演算手段は、前記加算値に、前記ハンドルの重心に作用する重力によって前記回転軸に与えられる回転アンバランストルクの補償値を加算して前記ドライバトルクを演算するように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の操舵装置である。

この構成では、ハンドルの重心に作用する重力によって回転軸に与えられる回転アンバランス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５に記載の発明は、前記ドライバトルク演算手段は、前記加算値に、前記回転軸における前記トーションバーよりも上流側部分および前記ハンドルに作用する粘性摩擦トルクの補償値を加算して前記ドライバトルクを演算するように構成されており、前記粘性摩擦トルクの補償値は、前記ハンドル回転角の１階微分値と所定の粘性摩擦トルク係数との積である、請求項１～４のいずれか一項に記載の操舵装置である。

この構成では、回転軸におけるトーションバーよりも上流側部分およびハンドルに作用する粘性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６に記載の発明は、前記ドライバトルク演算手段は、前記加算値に、前記回転軸における前記上流側部分および前記ハンドルに作用するクーロン摩擦トルクの補償値を加算して前記ドライバトルクを演算するように構成されており、前記クーロン摩擦トルクの補償値は、所定のクーロン摩擦トルク変化勾配と前記ハンドル回転角の１階微分値との積の双曲線正接値と、所定のクーロン摩擦トルク係数との積である、請求項１～５のいずれか一項に記載の操舵装置である。

この構成では、回転軸におけるトーションバーよりも上流側部分およびハンド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７に記載の発明は、前記スパイラルケーブルトルクの補償値は、前記スパイラルケーブルのばね定数と前記ハンドル回転角との積または前記ハンドル回転角に対する前記スパイラルケーブルトルクの補償値を表すマップデータから求められる、請求項１～６のいずれか一項に記載の操舵装置である。

請求項８に記載の発明は、前記ハンドルが車両に搭載された状態で、前記ハンドルの回転中心位置を通る鉛直線が前記ハンドルの回転平面となす角をハンドル傾き角とし、前記ハンドル回転角は、車両の向きが直進方向となるハンドル位置を中立位置として、中立位置からの回転量および回転方向に応じた角度であり、前記回転アンバランストルクの補償値は、前記ハンドルの重心位置と回転中心位置との間の距離と、前記ハンドルの質量と、前記ハンドル回転角の正弦値と、前記ハンドル傾き角の余弦値との積である、請求項４に記載の操舵装置である。

請求項９に記載の発明は、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、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／オフ判定手段をさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の操舵装置である。

本発明の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。 ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 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。 ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔと粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃとの関係の一例を示すグラフである。 ハンドルの重心位置と第１軸の中心軸線とを示す図解的な正面図である。 図５Ａの図解的な側面図である。 ハンドル角度推定値θ_ｓｗと回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕとの関係の一例を示すグラフである。 ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔとクーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒとの関係の一例を示すグラフである。 ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔとクーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒとの関係の他の例を示すグラフである。 ドライバトルク推定部の構成を示すブロック図である。 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。

図１は、本発明の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。
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。

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（以下、「ハンドル」という）２と、このハンドル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。ハンドル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。

ハンドル２には、各種のスイッチを含む電子部品２７が搭載されている。
ステアリングシャフト６は、ハンドル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。
第１軸８は、ハンドル２と一体的に回転する回転軸におけるトーションバー１０よりも上流側部分の一例である。第２軸９は、ハンドル２と一体的に回転する回転軸におけるトーションバー１０よりも下流側部分の一例である。

第１軸８には、スパイラルケーブル装置３０が連結されている。スパイラルケーブル装置３０は、ステータ３１と、ロテータ３２と、スパイラルケーブル３３とを備えている。ステータ３１は車体側に固定されている。ステータ３１は、図示しない第１コネクタを有している。ロテータ３２は、ステータ３１に対して相対的に回転自在に取り付けられている。ロテータ３２は、第１軸８と一体的に回転（同行回転）するようにハンドル２または第１軸８に固定されている。ロテータ３２は、図示しない第２コネクタを有している。

スパイラルケーブル３３は、ステータ３１とロテータ３２とによって区画された空間に収容されている。スパイラルケーブル３３の一端は、ロテータ３２の第２コネクタに接続されている。第２コネクタは、図示しない接続ケーブルを介してハンドル２に搭載された電子部品２７に電気的に接続されている。スパイラルケーブル３３の他端は、ステータ３１の第１コネクタに接続されている。第１コネクタは、図示しない接続ケーブルを介して車体側の装置（例えば各種スイッチに対応する装置）に電気的に接続されている。

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。

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＆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。

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。

ハンドル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ｒ_ｗｇで表す場合がある。減速比ｒ_ｗｇ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。

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。

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）は、レゾルバ等の回転角センサ２３によって検出される。また、車速Ｖは車速センサ２４によって検出される。回転角センサ２３の出力信号および車速センサ２４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。

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）３８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３９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。

モータ制御部４１は、例えば、車速センサ２４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２３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３９によって検出されるモータ電流に基づいて、駆動回路３８を駆動制御する。
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３９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３８を駆動制御する。これにより、操舵状況に応じた適切な操舵補助が実現される。

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２３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（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。

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、ローパスフィルタ５２と、ハンズオン／オフ判定部５３とを含む。ドライバトルク推定部５１は、回転角センサ２３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。
ローパスフィルタ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Ｔ_ｄに対してローパスフィルタ処理を行う。ハンズオン／オフ判定部５３は、ローパスフィルタ５２によるローパスフィルタ処理後のドライバトルク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。以下、これらについて説明する。

ドライバトルク推定部５１は、この実施形態では、次式（１）に基づいて、ドライバトルクＴ_ｄを演算する。
Ｔ_ｄ＝Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｃ＋Ｔ_ｒｕ＋Ｔ_ｆｒ＋Ｔ_ｓｃ …（１）
Ｊ_ｓｗ：ハンドル慣性モーメント
θ_ｓｗ：ハンドル角度推定値（ハンドル回転角）
ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２：ハンドル角加速度推定値（ハンドル角度推定値の２階微分値）
Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２：ハンドル慣性トルク補償値｛＝－（ハンドル慣性トルク推定値）｝
Ｔ_ｔｂ：トーションバートルク（この実施形態では、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_ｃ：粘性摩擦トルク補償値｛＝－（粘性摩擦トルク推定値）｝
Ｔ_ｒｕ：回転アンバランストルク補償値｛＝－（回転アンバランストルク推定値）｝
Ｔ_ｆｒ：クーロン摩擦トルク補償値｛＝－（クーロン摩擦トルク推定値）｝
Ｔ_ｓｃ：スパイラルケーブルトルク補償値｛＝－（スパイラルケーブルトルク推定値）｝
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。ハンドル角度推定値θ_ｓｗは、ハンドル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。

ハンドル慣性トルク推定値（－Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２）、粘性摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｃ）、クーロン摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｆｒ）およびスパイラルケーブルトルク推定値（－Ｔ_ｓｃ）は、ドライバトルクＴ_ｄの方向とは反対方向に作用する。このため、これらの推定値（－Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２），（－Ｔ_ｃ），（－Ｔ_ｆｒ），（－Ｔ_ｓｃ）の符号は、ドライバトルクＴ_ｄの符号とは反対となる。

したがって、ハンドル慣性トルク補償値Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２、粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃ、クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒおよびスパイラルケーブルトルク補償値Ｔ_ｓｃの符号は、ドライバトルクＴ_ｄの符号と同じとなる。
回転アンバランストルク推定値（－Ｔ_ｒｕ）の符号は、ハンドル角度推定値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。したがって、回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕの符号は、ハンドル角度推定値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。
［ハンドル角度推定値θ_ｓｗの演算方法］
この実施形態では、ハンドル角度推定値θ_ｓｗは、次式（２）によって表される。

θ_ｓｗ＝（Ｔ_ｔｂ／ｋ_ｔｂ）＋θ_ｗｗ …（２）
ｋ_ｔｂ：トーションバー１０の剛性
θ_ｗｗ：第２軸９の回転角度（第２軸回転角）
第２軸回転角θ_ｗｗは、次式（３．１）に基づいて演算される。
θ_ｗｗ＝（θ_ｍ／ｒ_ｗｇ）＋（Ｔ_ｍ／ｋ_ｇｅａｒ） …（３．１）
θ_ｍ：電動モータ１８の回転角（この実施形態では、回転角センサ２３によって検出されるロータ回転角）
Ｔ_ｍ：モータトルク推定値
ｋ_ｇｅａｒ：ウォームギヤとウォームホイール間の剛性
モータトルク推定値Ｔ_ｍは、例えば、電流検出部３９（図２参照）によって検出されるモータ電流に電動モータ１８のトルク定数を乗算することによって演算することができる。

第２軸回転角θ_ｗｗは、次式（３．２）に基づいて演算されてもよい。
θ_ｗｗ＝θ_ｍ／ｒ_ｗｇ …（３．２）
式（３．１）からわかるように、ｋ_ｇｅａｒが大きい場合には（Ｔ_ｍ／ｋ_ｇｅａｒ）の値は小さな値となるが、ｋ_ｇｅａｒが小さい場合には（Ｔ_ｍ／ｋ_ｇｅａｒ）の値は大きな値となる。したがって、ｋ_ｇｅａｒが大きい場合には、式（３．２）に基づいて第２軸回転角θ_ｗｗを演算してもよいが、ｋ_ｇｅａｒが小さい場合には、式（３．１）に基づいて第２軸回転角θ_ｗｗを演算することが好ましい。
［粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃの演算方法］
粘性摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｃ）は、第１軸８およびハンドル２に作用する粘性摩擦トルクの推定値である。粘性摩擦トルクは、第１軸８を支持する軸受やハンドル２に接続されるスパイラルケーブル３３等の摺動に起因して発生する。

粘性摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｃ）は、次式（４－１）に基づいて演算される。
－Ｔ_ｃ＝－Ｇ_ｃ・ｄθ_ｓｗ／ｄｔ …（４－１）
Ｇ_ｃ：粘性摩擦トルク係数
ｄθ_ｓｗ／ｄｔ：ハンドル角速度推定値（θ_ｓｗの１階微分値）
したがって、粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃは、次式（４－２）に基づいて演算される。

Ｔ_ｃ＝Ｇ_ｃ・ｄθ_ｓｗ／ｄｔ …（４－２）
粘性摩擦トルク係数Ｇ_ｃ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を駆動し、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔ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。定常状態とは、ハンドル２に回転角加速度が発生していない状態、つまり、ハンドル角加速度推定値ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２が０である状態をいう。そして、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔに対するトーションバートルクＴ_ｔｂの変化率（勾配）を粘性摩擦トルク係数Ｇ_ｃとして求める。この際、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔとトーションバートルクＴ_ｔｂとの関係が線形でない場合には、それらの関係を任意の多項式にて近似してもよい。

ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔと粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃとの関係の一例を図４に示す。粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃの絶対値は、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔの絶対値が大きくなるほど大きくなる。
［回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕの演算方法］
回転アンバランストルク推定値（－Ｔ_ｒｕ）について説明する。図５Ａに示すように、ハンドル２の回転平面における重心位置Ｇと、回転中心Ｃ（ハンドル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。ハンドル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、ハンドル２の質量をｍとし、重力加速度をｇ_ｃｇとする。さらに、図５Ｂに示すように、ハンドル２が車両に搭載された状態で、ハンドル２の回転中心位置Ｃを通る鉛直線がハンドル２の回転平面となす角をハンドル傾き角δとする。

回転アンバランストルク推定値（－Ｔ_ｒｕ）は、ハンドル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の推定値である。具体的には、回転アンバランストルク推定値（－Ｔ_ｒｕ）は、次式（５－１）に基づいて演算される。
－Ｔ_ｒｕ＝－Ｇ_ｇｒ・ｓｉｎ（θ_ｓｗ） …（５－１）
Ｇ_ｇｒは、重力トルク係数であり、ハンドル２の質量ｍと重力加速度ｇ_ｃｇとオフセット距離ｄ_ｃｇとハンドル傾き角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、ハンドル角度推定値θ_ｓｗの正弦値である。

したがって、回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕは、次式（５－２）に基づいて演算される。
Ｔ_ｒｕ＝Ｇ_ｇｒ・ｓｉｎ（θ_ｓｗ） …（５－２）
オフセット距離ｄ_ｃｇ、ハンドル２の質量ｍおよびハンドル傾き角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、手放し状態でハンドル角度推定値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。ハンドル角度推定値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。
ハンドル角度推定値θ_ｓｗと回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕとの関係の一例を図６に示す。ハンドル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、回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕの絶対値は、ハンドル角度推定値θ_ｓｗが±９０［ｄｅｇ］のときと、±２７０［ｄｅｇ］のときとに最大となり、これらの位置から±１８０［ｄｅｇ］毎ずれた角度位置でも最大となる。
［クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒの演算方法］
クーロン摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｆｒ）は、第１軸８およびハンドル２に作用するクーロン摩擦トルクの推定値である。クーロン摩擦トルクは、第１軸８を支持する軸受やハンドル２に接続されるスパイラルケーブル３３等で発生する。

クーロン摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｆｒ）は、次式（６－１）に基づいて演算される。
（－Ｔ_ｆｒ）＝－Ｇ_ｆ・ｔａｎｈ（η・ｄθ_ｓｗ／ｄｔ） …（６－１）
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
したがって、クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒは、次式（６－２）に基づいて演算される。

Ｔ_ｆｒ＝Ｇ_ｆ・ｔａｎｈ（η・ｄθ_ｓｗ／ｄｔ） …（６－２）
クーロン摩擦トルク係数Ｇ_ｆｒ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、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔの絶対値がゼロよりも大きくなった時点、即ち、ハンドル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。

ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔとクーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒとの関係の一例を図７に示す。クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆの絶対値は、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔの絶対値が０から大きくなると、ハンドル角速度推定値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。ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔの絶対値が小さい範囲での、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔに対するクーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒ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。

なお、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔとクーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒ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補償値Ｔ_ｆを演算するようにしてもよい。この場合、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔとクーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒとの関係は、図８に示すような関係であってもよい。この例では、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔが－Ａ以下の範囲では、クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒは－Ｇ_ｆの値をとる。ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔが＋Ａ以上の範囲では、クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒは＋Ｇ_ｆの値をとる。ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔが－Ａから＋Ａまでの範囲では、クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒは、ハンドル角速度推定値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。
［スパイラルケーブルトルク補償値Ｔ_ｓｃの演算方法］
スパイラルケーブルトルク推定値（－Ｔ_ｓｃ）は、スパイラルケーブル３３のばね特性によってハンドル２に作用するトルクである。

スパイラルケーブルトルク推定値（－Ｔ_ｓｃ）は、次式（７－１）に基づいて演算される。
（－Ｔ_ｓｃ）＝－ｋ_ｓｃ・θ_ｓｗ …（７－１）
ｋ_ｓｃ：スパイラルケーブル３３のばね定数
したがって、スパイラルケーブルトルク補償値Ｔ_ｓｃは、次式（７－２）に基づいて演算される。

Ｔ_ｓｃ＝ｋ_ｓｃ・θ_ｓｗ …（７－２）
なお、ハンドル角度推定値θ_ｓｗとスパイラルケーブルトルク補償値Ｔ_ｓｃ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スパイラルケーブルトルク補償値Ｔ_ｓｃを演算するようにしてもよい。
図９は、ドライバトルク推定部５１の構成を示すブロック図である。

ドライバトルク推定部５１は、ロータ回転角演算部６１と、第２軸回転角演算部（θ_ｗｗ演算部）６２と、第１乗算部６３と、第１加算部６４と、第１微分演算部６５と、第２微分演算部６６と、第２乗算部６７とを含む。ドライバトルク推定部５１は、さらに、第３乗算部６８と、ｔａｎｈ演算部６９と、第４乗算部７０と、ｓｉｎ演算部７１と、第５乗算部７２と、第６乗算部７３と、第２加算部７４とを含む。

ロータ回転角演算部６１は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８の回転角（ロータ回転角）θ_ｍを演算する。第２軸回転角演算部（θ_ｗｗ演算部）６２は、前記式（３－１）に基づいて、第２軸回転角θ_ｗｗを演算する。第２軸回転角演算部（θ_ｗｗ演算部）６２は、前記式（３－２）に基づいて、第２軸回転角θ_ｗｗを演算するものであってもよい。

第１乗算部６３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、トーションバー１０の剛性ｋ_ｔｂの逆数を乗算する。第１加算部６４は、第１乗算部６３の乗算結果Ｔ_ｔｂ／ｋ_ｔｂに、第２軸回転角演算部６２によって演算された第２軸回転角θ_ｗｗを加算することにより、ハンドル角度推定値θ_ｓｗを演算する（前記式（２）参照）。

第１微分演算部６５は、第１加算部６４によって演算されたハンドル角度推定値θ_ｓｗを時間微分することにより、ハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔを演算する。第２微分演算部６６は、第１微分演算部６５によって演算されたハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔを時間微分することにより、ハンドル角加速度推定値ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２を演算する。

第２乗算部６７は、第２微分演算部６６によって演算されたハンドル角加速度推定値ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２に、ハンドル慣性モーメントＪ_ｓｗを乗算することにより、ハンドル慣性トルク補償値Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２を演算する。
第３乗算部６８は、第１微分演算部６５によって演算されたハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔに、粘性摩擦トルク係数Ｇ_ｃを乗算することにより、粘性摩擦トルク補償値Ｔ_ｃを演算する（前記式（４－２）参照）。

ｔａｎｈ演算部６９は、第１微分演算部６５によって演算されたハンドル角速度推定値ｄθ_ｓｗ／ｄｔと、クーロン摩擦トルク変化勾配ηとを用いて、ｔａｎｈ（η・ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）を演算する。第４乗算部７０は、ｔａｎｈ演算部６９によって演算されたｔａｎｈ（η・ｄθ_ｓｗ／ｄｔ）に、クーロン摩擦トルク係数Ｇ_ｆを乗算することにより、クーロン摩擦トルク補償値Ｔ_ｆｒを演算する（前記式（６－２）参照）。

ｓｉｎ演算部７１は、第１加算部６４によって演算されたハンドル角度推定値θ_ｓｗの正弦値ｓｉｎ（θ_ｓｗ）を演算する。第５乗算部７２は、ｓｉｎ演算部７１によって演算されたハンドル角度推定値θ_ｓｗの正弦値ｓｉｎθ_ｓｗに、重力トルク係数Ｇ_ｇｒを乗算することにより、回転アンバランストルク補償値Ｔ_ｒｕを演算する（前記式（５－２）参照）。

第６乗算部７３は、第１加算部６４によって演算されたハンドル角度推定値θ_ｓｗにスパイラルケーブル３３のばね定数ｋ_ｓｃを乗算することにより、スパイラルケーブルトルク補償値Ｔ_ｓｃを演算する（前記式（７－２）参照）。
第２加算部７４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、第２、第３、第４、第５および第６乗算部６７、６８、７０、７２および７３それぞれによって演算されたＪ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２、Ｔ_ｃ、Ｔ_ｆｒ、Ｔ_ｒｕおよびＴ_ｓｃを加算することにより、ドライバトルク（推定値）Ｔ_ｄを演算する。

この実施形態では、ハンドル慣性トルク推定値（－Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ）およびトーションバートルクＴ_ｔｂの他に、粘性摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｃ）、回転アンバランストルク推定値（－Ｔ_ｒｕ）、クーロン摩擦トルク推定値（－Ｔ_ｆｒ）およびスパイラルケーブルトルク推定値（－Ｔ_ｓｃ）をも考慮して、ドライバトルクＴ_ｄが演算されているので、高精度にドライバトルクを推定できる。

図３に戻り、ローパスフィルタ５２は、ドライバトルク推定部５１によって演算されたドライバトルクＴ_ｄのうち、所定のカットオフ周波数ｆｃより高い周波数成分を減衰させる。カットオフ周波数ｆｃは、例えば、３［Ｈｚ］以上７［Ｈｚ］以下の範囲内の値に設定される。ローパスフィルタ５２は、この実施形態では、２次のバターワースフィルタからなる。ローパスフィルタ５２によるローパスフィルタ処理後のドライバトルクＴ_ｄ’は、ハンズオン／オフ判定部５３に与えられる。

図１０は、ハンズオン／オフ判定部５３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５３の動作説明においては、ローパスフィルタ５２によるローパスフィルタ処理後のドライバトルクＴ_ｄを、単に「ドライバトルクＴ_ｄ’」ということにする。
ハンズオン／オフ判定部５３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。ハンズオン／オフ判定部５３は、所定時間Ｔ［ｓｅｃ］毎にこれら４状態の識別を行う。

「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。

上記４状態のいずれであるかが未定の判定開始時において、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５３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５３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。

「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５３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５３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５３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Ｔ［ｓｅｃ］が経過する毎に、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを、現在値（ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒ）に所定値Ｔｓを加算した値に更新する。

「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５３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。

「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５３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５３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。

「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５３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５３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５３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Ｔ［ｓｅｃ］が経過する毎に、タイムカウンタ値ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒを、現在値（ｈｏｄ_ｔｉｍｅｒ）に所定値Ｔｓを加算した値に更新する。

「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５３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。

「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５３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５３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。

なお、判定開始時において、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５３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５３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。
この実施形態では、ドライバトルク推定部５１によって高精度にドライバトルクＴ_ｄが推定される。そして、推定されたドライバトルクＴ_ｄの高周波数成分が除去される。この高周波数成分除去後のドライバトルク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高精度に判定できる。

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、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、ドライバトルク推定部５１は、前記式（１）に基づいて、ドライバトルクＴ_ｄを演算しているが、ドライバトルク推定部５１は、次式（８）、（９）、（１０）または（１１）に基づいて、ドライバトルクＴ_ｄを演算してもよい。

Ｔ_ｄ＝Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｓｃ …（８）
Ｔ_ｄ＝Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｒｕ＋Ｔ_ｓｃ …（９）
Ｔ_ｄ＝Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｒｕ＋Ｔ_ｆｒ＋Ｔ_ｓｃ …（１０）
Ｔ_ｄ＝Ｊ_ｓｗ・ｄ^２θ_ｓｗ／ｄｔ^２＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｃ＋Ｔ_ｒｕ＋Ｔ_ｓｃ …（１１）
また、前述の実施形態では、トーションバートルクＴ_ｔｂおよび第２軸回転角θ_ｗｗを用いて演算されたハンドル角度推定値θ_ｓｗをハンドル２の回転角としてドライバトルクＴ_ｄを演算しているが、第２軸回転角θ_ｗｗをハンドル角度推定値θ_ｓｗとしてドライバトルクＴ_ｄを演算してもよい。

また、図１に２点鎖線で示すように、ハンドル２の回転角を検出する舵角センサ２５を第１軸８に設け、舵角センサ２５が検出するハンドル２の回転角をハンドル回転角θ_ｓｗとしてドライバトルクＴ_ｄを演算してもよい。
また、前述の実施形態では、ハンドル操作状態判定部４２（図３参照）内のローパスフィルタ５２は、ドライバトルク推定部５１の後段に設けられているが、ドライバトルク推定部５１の前段に設けるようにしてもよい。また、ローパスフィルタ５２を省略してもよい。

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。
また、前述の実施形態では、この発明をコラムアシスト式ＥＰＳに適用した場合の例を示したが、この発明は、デュアルピニオン式ＥＰＳ、ラックアシスト式ＥＰＳ等のコラムアシスト式ＥＰＳ以外のＥＰＳにも適用することができる。

デュアルピニオン式ＥＰＳとは、図１のラック（以下、第１ラックという）に噛み合うピニオン（以下、第１ピニオンという）を有するピニオン軸（第１ピニオン軸）とは別に、ステアリングシャフトに連結されない第２ピニオン軸とを有し、第２ピニオン軸に対して操舵補助機構が設けられるＥＰＳである。第２ピニオン軸は、ラック軸に設けられた第２ラックに噛み合う第２ピニオンを有している。この場合には、操舵補助機構は、電動モータと、電動モータのトルクを第２ピニオン軸に伝達するための減速機とからなる。

デュアルピニオン式ＥＰＳの場合、ハンドルと一体的に回転する回転軸（例えば、図１のステアリングシャフト６、中間軸７、ピニオン軸１３）におけるトーションバーよりも下流側部分の回転角は、電動モータの回転角と、減速機の減速比と、第２ピニオンと第２ラックからなる第２ラック＆ピニオン機構のラックゲインと、第１ピニオンと第１ラックからなる第１ラック＆ピニオン機構のラックゲインとに基づいて演算される。なお、ラック＆ピニオン機構の「ラックゲイン」とは、ピニオンの１回転当たりのラックの直線変位量［mm/rev］をいう。

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。

１…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、２３…回転角センサ、３３…スパイラルケーブル、４２…ハンドル操作状態判定部、５１…ドライバトルク推定部、５２…ローパスフィルタ、５３…ハンズオン／オフ判定部

Claims (9)

1. 車両を操舵するためのハンドルと、
   前記ハンドルと一体的に回転される回転軸の中間部に設けられたトーションバーと、
   一端が前記回転軸と同行回転する部材に接続され、他端が車体に対し静止する部材に接続されたスパイラルケーブルと、
   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手段と、
   運転者によって前記ハンドルに加えられるドライバトルクを推定するドライバトルク推定手段とを含み、
   前記ドライバトルク推定手段は、
   前記ハンドルの回転角を演算するハンドル回転角演算手段と、
   前記トーションバートルクと、前記ハンドル回転角の２階微分値とハンドル慣性モーメントとの積であるハンドル慣性トルク補償値と、前記スパイラルケーブルによって前記ハンドルに作用するスパイラルケーブルトルクの補償値とを加算した加算値を含む値を、ドライバトルクとして演算するドライバトルク演算手段とを含む、操舵装置。
2. 前記ハンドルの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
   前記転舵機構に操舵補助力を付与するための電動モータと、
   前記電動モータの回転角に基づいて、前記回転軸における前記トーションバーよりも下流側部分の回転角を演算するための回転角演算手段をさらに含み、
   前記ハンドル回転角演算手段は、前記回転軸における前記下流側部分の回転角および前記トーションバートルクを用いて前記ハンドルの回転角を演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記ハンドルの回転角を検出するための回転角検出手段をさらに含み、
   前記ハンドル回転角演算手段は、前記回転角検出手段によって検出される回転角に基づいて前記ハンドルの回転角を演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置。
4. 前記ドライバトルク演算手段は、前記加算値に、前記ハンドルの重心に作用する重力によって前記回転軸に与えられる回転アンバランストルクの補償値を加算して前記ドライバトルクを演算するように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の操舵装置である。
5. 前記ドライバトルク演算手段は、前記加算値に、前記回転軸における前記トーションバーよりも上流側部分および前記ハンドルに作用する粘性摩擦トルクの補償値を加算して前記ドライバトルクを演算するように構成されており、
   前記粘性摩擦トルクの補償値は、前記ハンドル回転角の１階微分値と所定の粘性摩擦トルク係数との積である、請求項１～４のいずれか一項に記載の操舵装置。
6. 前記ドライバトルク演算手段は、前記加算値に、前記回転軸における前記上流側部分および前記ハンドルに作用するクーロン摩擦トルクの補償値を加算して前記ドライバトルクを演算するように構成されており、
   前記クーロン摩擦トルクの補償値は、所定のクーロン摩擦トルク変化勾配と前記ハンドル回転角の１階微分値との積の双曲線正接値と、所定のクーロン摩擦トルク係数との積である、請求項１～５のいずれか一項に記載の操舵装置。
7. 前記スパイラルケーブルトルクの補償値は、前記スパイラルケーブルのばね定数と前記ハンドル回転角との積または前記ハンドル回転角に対する前記スパイラルケーブルトルクの補償値を表すマップデータから求められる、請求項１～６のいずれか一項に記載の操舵装置。
8. 前記ハンドルが車両に搭載された状態で、前記ハンドルの回転中心位置を通る鉛直線が前記ハンドルの回転平面となす角をハンドル傾き角とし、
   前記ハンドル回転角は、車両の向きが直進方向となるハンドル位置を中立位置として、中立位置からの回転量および回転方向に応じた角度であり、
   前記回転アンバランストルクの補償値は、前記ハンドルの重心位置と回転中心位置との間の距離と、前記ハンドルの質量と、前記ハンドル回転角の正弦値と、前記ハンドル傾き角の余弦値との積である、請求項４に記載の操舵装置。
9. 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、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／オフ判定手段をさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の操舵装置。

Images