特開 2024-16530 操舵演算装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016530

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】操舵演算装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20240131BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022118732

(22)【出願日】2022-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】辻井 俊介

(72)【発明者】

【氏名】林 毓鋒

(72)【発明者】

【氏名】板本 英則

(72)【発明者】

【氏名】玉泉 晴天

【テーマコード（参考）】

3D232

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D232DA03

3D232DA15

3D232DA63

3D232DC10

3D232DC33

3D232DC34

3D232EB11

3D232EC23

3D232GG01

3D333CB02

3D333CB19

3D333CC15

3D333CC18

(57)【要約】

【課題】チルト角を検出するセンサを必須とすることなく、第１折れ角および第２折れ角を算出できる操舵演算装置を提供する。
【解決手段】ＰＵ５２は、回転角度θｍに基づきピニオン軸２２の回転角度を算出する。ＰＵ５２は、上位ＥＣＵ８０との通信を介して操舵角θｈを取得する。ＰＵ５２は、操舵角θｈおよびピニオン角を入力として、第１折れ角および第２折れ角を推定する。第１折れ角は、コラム軸１４の軸方向と中間軸１８の軸方向とのなす角度である。第２折れ角は、中間軸１８の軸方向とピニオン軸２２の軸方向とのなす角度である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操舵装置の状態量を演算する操舵演算装置であって、
前記操舵装置は、ステアリングホイール、入力軸、中間軸、出力軸、第１カルダンジョイント、第２カルダンジョイントおよび転舵輪を備え、
前記入力軸は前記ステアリングホイールに連結されており、
前記第１カルダンジョイントは、前記入力軸および前記中間軸を連結する部材であり、
前記第２カルダンジョイントは、前記中間軸および前記出力軸を連結する部材であり、
前記転舵輪には、前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクが、前記入力軸、前記中間軸、および前記出力軸を介して伝達され、
操舵角変数取得処理、出力軸角度変数取得処理、およびジョイント角変数算出処理を実行するように構成され、
前記操舵角変数取得処理は、前記ステアリングホイールの回転角度を示す変数である操舵角変数の値を取得する処理であり、
前記出力軸角度変数取得処理は、前記出力軸の回転角度を示す変数である出力軸角度変数の値を取得する処理であり、
前記ジョイント角変数算出処理は、前記操舵角変数の値と、前記出力軸角度変数の値とを入力として、ジョイント角変数の値を算出する処理であり、
前記ジョイント角変数は、前記入力軸の軸方向と前記出力軸の軸方向とのなす角度を定める変数である操舵演算装置。

【請求項2】

前記ジョイント角変数は、前記入力軸と前記中間軸とのなす角度を定める第１折れ角と、前記出力軸と前記中間軸とのなす角度を定める第２折れ角と、を含む請求項１記載の操舵演算装置。

【請求項3】

前記ジョイント角変数は、前記第１折れ角および前記第２折れ角に加えて、さらに、差角変数を含み、
前記差角変数は、第１平面および第２平面のなす角度に応じた変数であり、
前記第１平面は、前記入力軸の軸方向および前記中間軸の軸方向に平行な平面であり、
前記第２平面は、前記出力軸の軸方向および前記中間軸の軸方向に平行な平面である請求項２記載の操舵演算装置。

【請求項4】

前記操舵角変数取得処理は、前記操舵角変数の互いに異なる複数の値を取得する処理を含み、
前記出力軸角度変数取得処理は、前記操舵角変数の前記複数の値のそれぞれに同期した前記出力軸角度変数の値を取得する処理を含み、
前記ジョイント角変数算出処理は、前記操舵角変数の前記複数の値と該複数の値のそれぞれに同期した前記出力軸角度変数の値とを入力として前記ジョイント角変数の値を算出する処理である請求項１記載の操舵演算装置。

【請求項5】

前記操舵角変数取得処理が取得対象とする前記複数の値は、前記操舵角変数の絶対値の最小値と前記絶対値の最大値との差が所定値以上となる値を含む請求項４記載の操舵演算装置。

【請求項6】

関係規定データを記憶する記憶装置を備え、
前記関係規定データは、関係式を規定するデータであり、
前記関係式は、前記操舵角変数の値、前記出力軸角度変数の値、および前記ジョイント角変数の値の関係を定める式であり、
前記ジョイント角変数算出処理は、前記関係式に前記操舵角変数の互いに異なる複数の値および該複数の値のそれぞれに同期した前記出力軸角度変数の値を入力することによって最小２乗法によって前記ジョイント角変数の値を算出する処理を含む請求項４記載の操舵演算装置。

【請求項7】

前記操舵装置は、前記転舵輪を転舵させる動力を生成するアクチュエータを備え、
操作処理、および反映処理を実行するように構成され、
前記操作処理は、前記ステアリングホイールの操作に応じて前記アクチュエータを操作する処理であり、
前記反映処理は、前記ジョイント角変数の値を前記アクチュエータの操作に反映させる処理である請求項１記載の操舵演算装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操舵演算装置に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば下記特許文献１には、ステアリングホイールの回転動力が、３つの軸を介して操舵輪に伝達される装置が記載されている。ここで、３つの軸は、２つのカルダンジョイントによって、連結されている。そしてこの装置では、チルト角センサの検出値に基づき、カルダンジョイントの折れ角を推定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－４９９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記折れ角の推定手法では、チルト角センサを備えない場合には、折れ角の推定ができない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．操舵装置の状態量を演算する操舵演算装置であって、前記操舵装置は、ステアリングホイール、入力軸、中間軸、出力軸、第１カルダンジョイント、第２カルダンジョイントおよび転舵輪を備え、前記入力軸は前記ステアリングホイールに連結されており、前記第１カルダンジョイントは、前記入力軸および前記中間軸を連結する部材であり、前記第２カルダンジョイントは、前記中間軸および前記出力軸を連結する部材であり、前記転舵輪には、前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクが、前記入力軸、前記中間軸、および前記出力軸を介して伝達され、操舵角変数取得処理、出力軸角度変数取得処理、およびジョイント角変数算出処理を実行するように構成され、前記操舵角変数取得処理は、前記ステアリングホイールの回転角度を示す変数である操舵角変数の値を取得する処理であり、前記出力軸角度変数取得処理は、前記出力軸の回転角度を示す変数である出力軸角度変数の値を取得する処理であり、前記ジョイント角変数算出処理は、前記操舵角変数の値と、前記出力軸角度変数の値とを入力として、ジョイント角変数の値を算出する処理であり、前記ジョイント角変数は、前記入力軸の軸方向と前記出力軸の軸方向とのなす角度を定める変数である操舵演算装置である。

【0006】

出力軸の回転角度と操舵角との関係が、入力軸および中間軸間の折れ角と、中間軸および出力軸間の折れ角と、に依存することから、出力軸の回転角度と操舵角とによって、上記一対の折れ角を把握することができる。上記構成では、この点に鑑み、操舵角変数の値と出力軸角度変数の値とを入力としてジョイント角変数の値を算出することができる。そのため、チルト角を検出するセンサを必須とすることなく、ジョイント角変数の値を算出できる。

【0007】

２．前記ジョイント角変数は、前記入力軸と前記中間軸とのなす角度を定める第１折れ角と、前記出力軸と前記中間軸とのなす角度を定める第２折れ角と、を含む上記１記載の操舵演算装置である。

【0008】

上記構成では、第１折れ角と第２折れ角とを単一の変数の値として定量化する場合と比較して、第１折れ角と第２折れ角とに関するより詳細な情報を取得できる。
３．前記ジョイント角変数は、前記第１折れ角および前記第２折れ角に加えて、さらに、差角変数を含み、前記差角変数は、第１平面および第２平面のなす角度に応じた変数であり、前記第１平面は、前記入力軸の軸方向および前記中間軸の軸方向に平行な平面であり、前記第２平面は、前記出力軸の軸方向および前記中間軸の軸方向に平行な平面である上記２記載の操舵演算装置である。

【0009】

出力軸の回転角度と操舵角との関係は、入力軸および中間軸間の折れ角と、中間軸および出力軸間の折れ角と、に加えて、上記なす角度にも依存する。これは、出力軸の回転角度と操舵角とによって、上記なす角度を把握することができることを意味する。したがって、上記構成では、差角変数の値を算出できる。

【0010】

４．前記操舵角変数取得処理は、前記操舵角変数の互いに異なる複数の値を取得する処理を含み、前記出力軸角度変数取得処理は、前記操舵角変数の前記複数の値のそれぞれに同期した前記出力軸角度変数の値を取得する処理を含み、前記ジョイント角変数算出処理は、前記操舵角変数の前記複数の値と該複数の値のそれぞれに同期した前記出力軸角度変数の値とを入力として前記ジョイント角変数の値を算出する処理である上記１～３のいずれか１つに記載の操舵演算装置である。

【0011】

上記構成では、ジョイント角変数の値に応じて、出力軸の回転角度と操舵角との関係が変化する。そして、操舵角が様々な値を取るときの出力軸の回転角度には、出力軸の回転角度と操舵角との関係についての詳細な情報が含まれる。そのため、上記構成では、操舵角変数の複数の値を用いてジョイント角変数の値を算出することにより、上記関係についての詳細な情報に基づきジョイント角変数の値を算出できる。

【0012】

５．前記操舵角変数取得処理が取得対象とする前記複数の値は、前記操舵角変数の絶対値の最小値と前記絶対値の最大値との差が所定値以上となる値を含む上記４記載の操舵演算装置である。

【0013】

操舵角の絶対値の最大値と最小値との差が大きい場合には、小さい場合よりも、出力軸の回転角度と操舵角との関係についてのジョイント角変数の値を特定するうえでより有益な情報を得ることができる。そのため、上記構成では、所定値の設定によって、ジョイント角変数の値を算出する精度を高めることができる。

【0014】

６．関係規定データを記憶する記憶装置を備え、前記関係規定データは、関係式を規定するデータであり、前記関係式は、前記操舵角変数の値、前記出力軸角度変数の値、および前記ジョイント角変数の値の関係を定める式であり、前記ジョイント角変数算出処理は、前記関係式に前記操舵角変数の互いに異なる複数の値および該複数の値のそれぞれに同期した前記出力軸角度変数の値を入力することによって最小２乗法によって前記ジョイント角変数の値を算出する処理を含む上記４または５記載の操舵演算装置である。

【0015】

操舵角と出力軸の回転角度とジョイント角変数の値とには、物理的な関係式が成立する。そのため上記構成では、関係式のうちのジョイント角変数の値を未知数として、最小２乗法にてジョイント角変数の値を算出できる。

【0016】

７．前記操舵装置は、前記転舵輪を転舵させる動力を生成するアクチュエータを備え、操作処理、および反映処理を実行するように構成され、前記操作処理は、前記ステアリングホイールの操作に応じて前記アクチュエータを操作する処理であり、前記反映処理は、前記ジョイント角変数の値を前記アクチュエータの操作に反映させる処理である上記１～６のいずれか１つに記載の操舵演算装置である。

【0017】

ジョイント角変数の値によって、操舵角と出力軸の回転角度との関係と、操舵トルクと出力軸に加わるトルクとの関係とが変化する。そのため、ジョイント角変数の値を加味せずに、ステアリングホイールの操作に応じてアクチュエータを操作する場合、ジョイント角変数の値によっては、アクチュエータの操作が適切な操作とならない懸念がある。そこで、上記構成では、ジョイント角変数の値を操作処理に反映させることによって、操作処理をより適切な処理とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態にかかる操舵制御システムの構成を示す図である。

【図2】同実施形態にかかる第１カルダンジョイントの構成を示す図である。

【図3】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理を示すブロック図である。

【図4】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。

【図5】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。

【図6】同実施形態にかかるチルト角の算出処理に用いる座標を定義する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、操舵演算装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
「システム構成」
図１に示すように、操舵装置１０は、運転者によってステアリングホイール１２に入力される操舵トルクと、転舵アクチュエータ４０の動力との協働で転舵輪３６を転舵させる装置である。操舵装置１０は、電動パワーステアリング装置である。以下では、右方向あるいは左方向へステアリングホイール１２が操作された場合を「操舵」と称する。

【0020】

ステアリングホイール１２は、コラム軸１４に固定されている。コラム軸１４は、第１カルダンジョイント１６を介して中間軸１８に機械的に連結されている。中間軸１８は、周知の収縮可能な構成を有する。中間軸１８の軸方向の２つの端部のうちの第１カルダンジョイント１６に連結される端部とは逆側の端部は、第２カルダンジョイント２０を介してピニオン軸２２に連結されている。

【0021】

図２に、第１カルダンジョイント１６の構成を示す。
第１カルダンジョイント１６は、第１ヨーク１６ａ、第２ヨーク１６ｂ、および十字軸１６ｃを備える。十字軸１６ｃは十字形状を有している。十字軸１６ｃは、第１ヨーク１６ａおよび第２ヨーク１６ｂを互いに回転可能に連結する。第１ヨーク１６ａは、コラム軸１４の端部とボルトにより締結されている。なお、第１ヨーク１６ａをコラム軸１４の端部と溶接してもよい。第２ヨーク１６ｂは、中間軸１８の端部と溶接により固定されている。

【0022】

なお、第２カルダンジョイント２０の構成は、第１カルダンジョイント１６の構成と同様であることから、その記載を省略する。
図１に戻り、ピニオン軸２２は、ラック軸３０と所定の交差角をもって配置されている。ラック軸３０に形成されたラック歯３０ａとピニオン軸２２に形成されたピニオン歯２２ａとが噛合されることでラックアンドピニオン機構３２が構成されている。また、ラック軸３０の両端には、タイロッド３４が連結されている。タイロッド３４の先端は、転舵輪３６が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。ラックアンドピニオン機構３２により、ステアリングホイール１２の回転操作が、ラック軸３０の軸方向への変位動作に変換される。この軸方向への変位動作がタイロッド３４を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪３６の転舵角が変更される。なお、転舵角は、転舵輪３６であるタイヤの切れ角のことである。

【0023】

転舵アクチュエータ４０は、駆動源であるアシストモータ４２と、アシストモータ４２のトルクを伝達する伝達機構４４と、ボールねじ機構４６とを備えている。ボールねじ機構４６は、伝達機構４４を介して伝達されたアシストモータ４２のトルクをラック軸３０が軸方向に変位する力に変換する。アシストモータ４２は、一例として、３相のブラシレスモータである。アシストモータ４２の端子には、インバータ６０の出力電圧が印加される。

【0024】

制御装置５０は、制御対象としての転舵輪３６の制御量を制御すべくインバータ６０を操作する。制御装置５０は、制御量の制御のために、回転角センサ７０によって検出されるアシストモータ４２の回転角度θｍを参照する。また、制御装置５０は、インバータ６０が出力する電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを参照する。なお、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗはインバータ６０の各レッグに設けられたシャント抵抗の電圧降下量として把握されるものであってもよい。また、制御装置５０は、トルクセンサ７２によって検出されるステアリングホイール１２に加わるトルクＴｒｑを参照する。

【0025】

制御装置５０は、ＰＵ５２および記憶装置５４を備えている。ＰＵ５２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、およびＴＰＵ等の少なくとも１つを備えるソフトウェア処理装置である。
上位ＥＣＵ８０は、車両の制御に関する制御装置５０よりも上位の指令を生成する電子制御装置である。上位ＥＣＵ８０は、舵角センサ８２によって検出される操舵角θｈを参照する。操舵角θｈは、ステアリングホイール１２の回転角である。換言すれば、コラム軸１４の回転角である。

【0026】

制御装置５０と上位ＥＣＵ８０とは、通信可能となっている。そして、制御装置５０は、上位ＥＣＵ８０が取得した操舵角θｈを受信可能である。ただし、操舵角θｈのサンプリング周期は、回転角度θｍのサンプリング周期よりも長い。

【0027】

「アシスト制御について」
図３に、制御装置５０が実行する処理を示す。図３に示す処理は、記憶装置５４に記憶されたアシスト制御プログラム５４ａを、ＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。

【0028】

ピニオン角算出処理Ｍ１０は、回転角度θｍを入力としてピニオン軸２２の回転角度であるピニオン角θｐを算出する処理である。
操舵角算出処理Ｍ１２は、ピニオン角θｐを入力として操舵角θｈを算出する処理である。操舵角算出処理Ｍ１２は、図１に示す記憶装置５４に記憶された関係規定データ５４ｂを用いて操舵角θｈを算出する処理である。関係規定データ５４ｂは、下記の式（ｃ１）にて規定される関係式を規定するデータを含む。この関係式は、ピニオン角θｐを独立変数として操舵角θｈを従属変数とする。

【0029】

【数1】

【0030】

ここで、第１カルダンジョイント１６の折れ角α１、第２カルダンジョイント２０の折れ角α２、および差角変数ψを用いた。第１カルダンジョイント１６の折れ角α１は、コラム軸１４の軸方向と中間軸１８の軸方向とのなす角度である。また、第２カルダンジョイント２０の折れ角α２は、中間軸１８の軸方向とピニオン軸２２の軸方向とのなす角度である。差角変数ψは、「９０－ξ＋ε」である。ここで、「ξ」は、コラム軸１４の軸方向および中間軸１８の軸方向の双方に平行な第１平面と、中間軸１８の軸方向およびピニオン軸２２の軸方向の双方に平行な第２平面と、のなす角度である。「ε」は、第１カルダンジョイント１６の２つのヨークのうちの中間軸１８側のヨークである第２ヨーク１６ｂと、第２カルダンジョイント２０の２つのヨークのうちの中間軸１８側のヨークとの位相差である。ここでの位相差は中間軸１８の軸方向周りの回転角のずれを示す。

【0031】

上記の式（ｃ１）は、カルダンジョイントの一対のヨークの回転角度と折れ角との関係を規定する式を、第１カルダンジョイント１６および第２カルダンジョイント２０に適用することによって導出される。

【0032】

すなわち、以下の式（ｃ２），（ｃ３）の連立方程式を用いて導出される。
ｔａｎθ２＝ｃｏｓα１・ｔａｎθｈ …（ｃ２）
ｔａｎ（θｐ´）＝ｃｏｓα２・ｔａｎ（θ２＋ψ） …（ｃ３）
なお、上記の「θ２」は、中間軸１８の回転角度である。また、「θｐ´」は、ピニオン角θｐの「θｈ」に対する位相差を示す。詳しくは、式（ｃ２）と式（ｃ３）とから、以下の式（ｃ４）が求まる。

【0033】

θｐ‘
＝ａｒｃｔａｎ（ｔａｎ［ａｒｃｔａｎ｛ｔａｎ（θｈ）・ｃｏｓ（α１）｝＋ψ］・ｃｏｓ（α２））…（ｃ４)
したがって、ピニオン角θｐは、以下の式（ｃ５）となる。

【0034】

θｐ＝θｐ´－ａｒｃｔａｎ｛ｔａｎ（ψ）・ｃｏｓ（α２）｝…（ｃ５）
式（ｃ４）および式（ｃ５）からθｐ´を消去することによって上記の式（ｃ１）が導出される。

【0035】

補償トルク算出処理Ｍ２０は、トルクＴｒｑから重力の影響を除去することによって、操舵トルクＴｈを算出する処理である。すなわち、ステアリングホイール１２の回転中心は、ステアリングホイール１２の重心とずれている。そのため、トルクセンサ７２によって検出されるトルクＴｒｑは、運転者がステアリングホイール１２に入力するトルクと重力との合力となる。補償トルク算出処理Ｍ２０は、トルクＴｒｑに含まれる重力成分を除去することによって、操舵トルクＴｈを算出する処理である。

【0036】

ここで、トルクＴｒｑに寄与する重力の大きさは、操舵角θｈに依存して周期的に変化する。そのため、補償トルク算出処理Ｍ２０は、操舵角θｈを入力として操舵トルクＴｈを算出する処理となっている。

【0037】

ところで、コラム軸１４は、図１に示す回転中心ＯＴを中心として回転可能である。そしてこれにより、ステアリングホイール１２の位置を調整可能である。ただし、回転中心ＯＴを中心とする回転量であるチルト角θｔｌが変化すると、操舵角θｈが同一であっても、トルクＴｒｑに寄与する重力の大きさが変化する。そのため、補償トルク算出処理Ｍ２０は、チルト角θｔｌを入力として操舵トルクＴｈを算出する処理となっている。

【0038】

アシストトルク算出処理Ｍ２２は、操舵トルクＴｈを入力として、アシストトルクＴａを算出する処理である。すなわち、アシストトルク算出処理Ｍ２２は、アシストトルクＴａの大きさを運転者の操舵の意思に応じた適切な大きさとすべく、操舵トルクＴｈの大きさに応じてアシストトルクＴａの大きさを変更する処理である。アシストトルク算出処理Ｍ２２は、操舵トルクＴｈの大きさが大きい場合のアシストトルクＴａの大きさを操舵トルクＴｈの大きさが小さい場合のアシストトルクＴａの大きさ以上とする処理であってもよい。また、アシストトルク算出処理Ｍ２２は、操舵トルクＴｈの大きさが同じであっても、切り戻し時と切り込み時とでアシストトルクＴａを異なる値に設定する処理であってもよい。

【0039】

操作信号出力処理Ｍ２４は、アシストトルクＴａ、回転角度θｍおよび電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを入力として、アシストモータ４２のトルクをアシストトルクＴａに制御するためのインバータ６０の操作信号ＭＳを生成して出力する処理である。なお、操作信号ＭＳは、実際には、インバータ６０の各スイッチング素子に対する操作信号である。

【0040】

「チルト角の推定について」
上記のようにチルト角θｔｌは変化する。チルト角θｔｌが変化する場合、第１折れ角α１、第２折れ角α２、および差角変数ψも変化する。そのため、本実施形態では、第１折れ角α１、第２折れ角α２、差角変数ψ、およびチルト角θｔｌは、仕様によって一義的に定まる値ではなく、運転者がチルト角θｔｌを変化させることによって変化する変数である。

【0041】

以下では、これら変数の推定処理について詳述する。
図４および図５に、上記推定処理の手順を示す。図４および図５に示す処理は、記憶装置５４に記憶されたアシスト制御プログラム５４ａをＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。

【0042】

図４に示す一連の処理において、ＰＵ５２は、まず更新フラグＦが「１」であるか否かを判定する（Ｓ１０）。更新フラグＦは、「１」である場合に、上記変数の更新のための処理を実行していることを示す。更新フラグＦは、「０」である場合に、上記変数の更新のための処理を実行していないことを示す。

【0043】

ＰＵ５２は、更新フラグＦが「０」であると判定する場合（Ｓ１０：ＮＯ）、起動スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わった時点であるか否かを判定する（Ｓ１２）。起動スイッチは、車両を走行可能な状態とするスイッチである。たとえば、車両の推力生成装置が内燃機関のみの場合、起動スイッチは、イグニッションスイッチであってよい。また、車両の推力生成装置がモータを備える場合、起動スイッチは、モータとバッテリとの間の電気経路を開閉するスイッチであってよい。

【0044】

ＰＵ５２は、起動スイッチがＯＮ状態に切り替わったと判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、更新フラグＦに「１」を代入する（Ｓ１４）。
ＰＵ５２は、Ｓ１０の処理において肯定判定する場合と、Ｓ１４の処理を完了する場合と、には、ピニオン角θｐを取得する（Ｓ１６）。また、ＰＵ５２は、上位ＥＣＵ８０との通信によって操舵角θｈを取得する（Ｓ１８）。そして、ＰＵ５２は、記憶装置５４に、ピニオン角θｐおよび操舵角θｈの組を保存する（Ｓ２０）。ピニオン角θｐと操舵角θｈとは、同期したデータである。これは、たとえば、図５に示す一連の処理の周期を、操舵角θｈの受信間隔とすることによって実現できる。

【0045】

次にＰＵ５２は、Ｓ２０の処理によって記憶された操舵角θｈの絶対値の極大値と極小値との差が所定値Δｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ２２）。ＰＵ５２は、上記差が所定値Δｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、最小２乗法によって、第１折れ角α１、第２折れ角α２、および差角変数ψを求める（Ｓ２４）。

【0046】

すなわち、ＰＵ５２は、Ｓ２０の処理によって記憶したピニオン角θｐおよび操舵角θｈの組のそれぞれについて、上記の式（ｃ１）の右辺にピニオン角θｐを入れた値と操舵角θｈとの差の２乗を算出する。そして、ＰＵ５２は、差の２乗に関する、Ｓ２０の処理によって記憶したピニオン角θｐおよび操舵角θｈの組の総和を最小とする、第１折れ角α１、第２折れ角α２、および差角変数ψを探索する。

【0047】

次にＰＵ５２は、関係規定データ５４ｂによって規定されている、第１折れ角α１、第２折れ角α２、および差角変数ψを更新する（Ｓ２６）。
次にＰＵ５２は、図６に示す点Ａおよび点Ｂの座標を算出する（図５のＳ２８）。

【0048】

図６には、コラム軸１４の端部のうちのステアリングホイール１２に連結される側の端部側における軸中心を、点Ａとしている。また、点Ｂは、第１カルダンジョイント１６の十字軸１６ｃの中心である。点Ｃは、第２カルダンジョイント２０の十字軸の中心である。また、点Ｄは、ピニオン軸２２の回転中心軸上の１点である。点Ｄは、点Ｃとともに、ピニオン軸２２に平行なベクトルを定義するために導入されている。

【0049】

上述したように中間軸１８が伸縮することから、チルト角θｔｌが変化すると、点Ｂおよび点Ｃ間の距離が変化する。一方、点Ｂは、回転中心ＯＴの周りに回転することから、回転中心ＯＴと点Ｂとの距離は、チルト角θｔｌの変化によって変化しない。同様に、回転中心ＯＴと点Ａとの距離も変化しない。これらを考慮して、６個の連立方程式Ｅｑ１～Ｅｑ６を用いて６個の未知数である、点Ａの座標（ｘａ，ｙａ，ｚａ）と、点Ｂの座標（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）と、を算出する。

【0050】

ここで方程式Ｅｑ１は、回転中心ＯＴと点Ａとの間の長さの２乗に関する方程式である。この長さの２乗は予め定められた固定値である。また、回転中心ＯＴの座標（ｘＯ，ｙＯ，ｚＯ）も固定値である。

【0051】

方程式Ｅｑ２は、点Ａおよび点Ｂが存在する平面を表現する方程式に、点Ａの座標成分を代入した式である。同平面は、チルト角θｔｌの変化によっては変化しない。
方程式Ｅｑ３は、第１折れ角α１を用いて点Ｂから点Ａへ進むベクトルと、点Ｂから点Ｃへ進むベクトルとの内積を表現した式である。

【0052】

方程式Ｅｑ４は、回転中心ＯＴと点Ｂとの間の長さの２乗に関する方程式である。この長さの２乗は予め定められた固定値である。
方程式Ｅｑ５は、点Ａおよび点Ｂが存在する平面を表現する方程式に、点Ｂの座標成分を代入した式である。

【0053】

方程式Ｅｑ６は、第２折れ角α２を用いて点Ｃから点Ｂへ進むベクトルと、点Ｃから点Ｄへ進むベクトルとの内積を表現した式である。
次にＰＵ５２は、Ｓ２８の処理によって求めた座標成分を用いて、点Ｂから点Ａに進むベクトルを算出する（Ｓ３０）。

【0054】

そして、ＰＵ５２は、チルト角θｔｌを算出する（Ｓ３２）。チルト角θｔｌは、一例として、基準点Ｂ０から基準点Ａ０へと進む方向に対する点Ｂから点Ａに進む方向のなす角度として定量化される。基準点Ｂ０は点Ｂの基準点である。基準点Ａ０は、点Ａの基準点である。ステアリングホイール１２が基準位置にある場合、点Ａは、基準点Ａ０に一致する。また、ステアリングホイール１２が基準位置にある場合、点Ｂは、基準点Ｂ０に一致する。

【0055】

ＰＵ５２は、基準点Ｂ０から基準点Ａ０へと進むベクトルと、点Ｂから点Ａに進むベクトルとの内積と、基準点Ｂ０および基準点Ａ０間の距離と、点Ｂおよび点Ａ間の距離とに基づき、チルト角θｔｌを算出する。

【0056】

そしてＰＵ５２は、更新フラグＦに「０」を代入する（Ｓ３４）。
なお、ＰＵ５２は、Ｓ３４の処理を完了する場合と、Ｓ１２，Ｓ２２の処理において否定判定する場合と、には、図４および図５に示す一連の処理を一旦終了する。

【0057】

「本実施形態の作用および効果」
ＰＵ５２は、操舵角θｈとピニオン角θｐとの時系列データを用いて、上記の関係式（ｃ１）に基づき、第１折れ角α１、第２折れ角α２および差角変数ψを推定する。そして、ＰＵ５２は、第１折れ角α１、第２折れ角α２および差角変数ψを用いて点Ａおよび点Ｂの座標成分を算出する。そして、ＰＵ５２は、点Ａおよび点Ｂの座標成分に基づき、チルト角θｔｌを算出する。そして、ＰＵ５２は、チルト角θｔｌを用いることによって、トルクＴｒｑに対する重力成分の影響を精度良く除去して操舵トルクＴｈを把握できる。

【0058】

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１～４］操舵演算装置は、制御装置５０に対応する。入力軸は、コラム軸１４に対応する。出力軸は、ピニオン軸２２に対応する。操舵角変数取得処理は、Ｓ２２の処理において肯定判定されるまで周期的に繰り返されるＳ１８の処理に対応する。出力軸角度変数取得処理は、Ｓ２２の処理において肯定判定されるまで周期的に繰り返されるＳ１６の処理に対応する。ジョイント角変数算出処理は、Ｓ２０～Ｓ２４の処理に対応する。［５］Ｓ２２の処理に対応する。［６］関係式は、上記の式（ｃ１）に対応する。［７］操作処理は、操作信号出力処理Ｍ２４に対応する。反映処理は、補償トルク算出処理Ｍ２０に対応する。すなわち、補償トルク算出処理Ｍ２０はチルト角θｔｌを入力とする。チルト角θｔｌは、第１折れ角α１、第２折れ角α２に依存する。したがって、第１折れ角α１および第２折れ角α２が変化することによって、チルト角θｔｌが変化しうる。チルト角θｔｌが変化すると、トルクＴｒｑが同じであっても、操舵トルクＴｈが変化する。そして、これにより、操作信号ＭＳが変化する。すなわち、第１折れ角α１および第２折れ角α２の変化が操作信号ＭＳに反映される。

【0059】

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0060】

「出力軸角度変数取得処理について」
・出力軸角度変数取得処理としては、アシストモータ４２の回転角度θｍを入力として算出される値を取得する処理に限らない。たとえば、ピニオン軸２２の回転角度を検出するセンサを備えることによって、その検出値を取得する処理としてもよい。またたとえば、ラック軸３０の軸方向の変位量を検出するセンサを備えて、そのセンサの検出値を入力として算出される値を取得する処理であってもよい。

【0061】

「関係式について」
・関係式としては、ピニオン角θｐを独立変数として且つ操舵角θｈを出力変数とする式に限らない。たとえば、操舵角θｈを独立変数として且つピニオン角θｐを出力変数とする式であってもよい。関係式としては、関数形式の式となっていることも必須ではない。たとえばピニオン角θｐおよび操舵角θｈを用いた演算の値が「０」等の定数となる式であってもよい。

【0062】

「ジョイント角変数算出処理について」
・ジョイント角変数算出処理としては、関係式を用いた最小二乗法による処理に限らない。たとえば、操舵角θｈおよびピニオン角θｐを入力として、第１折れ角α１、第２折れ角α２、および差角変数ψを出力とする回帰モデルであってもよい。ここで、学習済みモデルとしての回帰モデルは、線形回帰モデルであってもよい。また回帰モデルは、ニューラルネットワークであってもよい。回帰モデルの学習は、操舵角θｈおよびピニオン角θｐと、それらに対応して計測された第１折れ角α１、第２折れ角および差角変数ψの値と、を訓練データとして実現できる。

【0063】

・中間軸１８が位相差εを有しない構成の場合、または位相差εの公差が無視できる場合には、なす角度ξを推定対象となる差角変数としてもよい。
・中間軸１８が位相差εを有しない構成の場合、または位相差εの公差が無視できる場合であって且つ、コラム軸１４の軸方向と中間軸１８の軸方向とピニオン軸２２の軸方向とが１つの平面に平行な場合には、差角変数ψを推定しなくてもよい。

【0064】

「反映処理について」
・反映処理としては、補償トルク算出処理Ｍ２０を含んだ処理に限らない。たとえば、アシストトルク算出処理Ｍ２２において、操舵トルクＴｈ、操舵角θｈおよびチルト角θｔｌを入力としてアシストトルクＴａを算出する処理を実現してもよい。その場合、アシストトルク算出処理Ｍ２２によって反映処理を構成できる。

【0065】

・反映処理としては、操舵トルクＴｈのうちの重力成分を補償する処理に限らない。たとえば、トルクセンサ７２がピニオン軸２２に加わるトルクを検出するセンサの場合、同センサの検出値をコラム軸１４に加わるトルクである操舵トルクＴｈに変換する処理であってもよい。これは、操舵トルクＴｈとピニオン軸２２に加わるトルクとの比率の操舵角θｈへの依存性が第１折れ角α１および第２折れ角α２に応じて変化することに鑑みたものである。

【0066】

また、たとえば、操舵角θｈに応じてアシストトルクＴａを定める制御器を備える場合、反映処理にピニオン角θｐに基づき操舵角を推定する処理を含めてもよい。
「操舵演算装置について」
・制御装置５０としては、ＰＵ５２と記憶装置５４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、操舵演算装置は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

【0067】

「操舵装置について」
・アシストモータ４２の回転軸とラック軸３０とが平行に配置される構成に限らない。たとえば、ラックアンドピニオン機構３２とは別に第２のラックアンドピニオン機構を備えて、同第２のラックアンドピニオン機構を介してアシストモータ４２のトルクを付与してもよい。

【0068】

「その他」
・折れ角α１，α２が変化する要因としては、チルト角の変化に限らない。たとえばテレスコピック機能の利用が折れ角α１，α２が変化する要因となってもよい。

【符号の説明】

【0069】

１０…操舵装置
１２…ステアリングホイール
１４…コラム軸
１６…第１カルダンジョイント
１６ａ…第１ヨーク
１６ｂ…第２ヨーク
１６ｃ…十字軸
１８…中間軸
２０…第２カルダンジョイント
２２…ピニオン軸
２２ａ…ピニオン歯
３０…ラック軸
３０ａ…ラック歯
３２…ラックアンドピニオン機構
３４…タイロッド
３６…転舵輪
４０…転舵アクチュエータ
４２…アシストモータ
４４…伝達機構
４６…ボールねじ機構
５０…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】