特許7124449ハンズオンオフ検出装置、電動パワーステアリング装置、外部トルク推定方法およびハンズオンオフ検出装置制御プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-16
(45)【発行日】2022-08-24
(54)【発明の名称】ハンズオンオフ検出装置、電動パワーステアリング装置、外部トルク推定方法およびハンズオンオフ検出装置制御プログラム
(51)【国際特許分類】
B62D 6/00 20060101AFI20220817BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20220817BHJP
B62D 101/00 20060101ALN20220817BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20220817BHJP
【ＦＩ】
B62D6/00
B62D5/04
B62D101:00
B62D119:00
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2018101834
(22)【出願日】2018-05-28
(65)【公開番号】P2019206230
(43)【公開日】2019-12-05
【審査請求日】2021-04-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100140718
【弁理士】
【氏名又は名称】仁内 宏紀
(72)【発明者】
【氏名】皆木 亮
(72)【発明者】
【氏名】澤田 英樹
(72)【発明者】
【氏名】藤原 有紀恵
【審査官】村山 禎恒
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１１４３２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０９６２６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６２Ｄ ６／００－６／１０
Ｂ６２Ｄ ５／０４
Ｂ６２Ｄ １０１／００
Ｂ６２Ｄ １１９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサとに接続された電動モータと、
前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記トルクセンサから操舵トルクを取得し、
前記制御部は、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得し、
前記制御部は、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出し、
前記制御部は、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定し、
前記制御部は、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施し、
前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をし、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定し、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定する、
ハンズオンオフ検出装置。
【請求項2】
前記制御部は、カウンタを有し、
前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、前記カウンタのカウンタ値を所定の加算値だけ加算し、
前記カウンタ値を加算する条件を満たさない場合は、前記カウンタ値を所定の減算値だけ減算し、
前記カウンタ値が、所定のハンズオン判定閾値以上となった場合、ドライバがステアリングを把持しているハンズオン状態であると判定し、
前記カウンタ値が、所定のハンズオフ判定閾値未満となった場合、ドライバがステアリングを把持していないハンズオフ状態であると判定する
請求項１に記載のハンズオンオフ検出装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、かつ、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクが所定のトルク閾値より大きい場合に、前記カウンタ値を所定の加算値だけ加算する、
請求項２に記載のハンズオンオフ検出装置。
【請求項4】
前記制御部は、所定の動作フラグが有効化されている期間において、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、かつ、前記ローパスフィルタ処理後にさらにバンドパスフィルタ処理を施した前記外乱トルクが所定のトルク閾値より大きい場合に、前記カウンタ値を所定の加算値だけ加算する、
請求項２に記載のハンズオンオフ検出装置。
【請求項5】
前記モータトルクを、前記電動モータの動作誤差を考慮した補正モータトルクに変換して使用する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハンズオンオフ検出装置。
【請求項6】
前記加算値は前記減算値よりも大きい、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のハンズオンオフ検出装置。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のハンズオンオフ検出装置を搭載した電動パワーステアリング装置。
【請求項8】
ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとから操舵トルクを検出する操舵トルク検出工程と、前記アウトプットシャフトと連結された電動モータからロータ回転角を検出するロータ回転角検出工程と、
前記電動モータからモータ電流値を検出するモータ電流値検出工程と、
前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出するモータトルク算出工程と、
前記モータトルクと前記電動モータに連結された減速機構の変形特性から補正モータトルクを算出する補正モータトルク算出工程と、
前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクと、前記補正モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定する外部トルク推定工程と、を備える、
外部トルク推定方法。
【請求項9】
ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサと接続された電動モータと、
前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、
を備えるハンズオンオフ検出装置において、
前記制御部に、前記トルクセンサから操舵トルクを取得させ、
前記制御部に、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得させ、
前記制御部に、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出させ、
前記制御部に、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定させ、
前記制御部に、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施させ、
前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をさせ、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定させ、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定させる、
ハンズオンオフ検出装置制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流指令値によりモータを駆動制御し、モータの駆動制御により車両の操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に搭載するハンズオンオフ検出装置、同ハンズオンオフ検出装置を搭載した電動パワーステアリング装置、外部トルク推定方法およびハンズオンオフ検出装置制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
車両の操舵系をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）では、モータの駆動力が操舵補助力（アシスト力）としてステアリングシャフトまたはラック軸に付与される。
【0003】
先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：Advanced Driver Assistance System）は、自動車のドライバの運転操作を支援するシステムであり、見通しの悪い状況や、わき見運転などによって事故が起こる危険性を検知し、事故を未然に防止もしくは軽減することを目的としている。ＡＤＡＳにおいて、ドライバがステアリングを把持している状態（ハンズオン状態）であるか、ドライバがステアリングを把持していない状態（ハンズオフ状態）であるかの判断を行う「ハンズオン／ハンズオフ検出」が用いられている。近年、ハンズオン／ハンズオフ検出における検出精度の向上が益々重要になってきている。
【0004】
特許文献１に記載のハンドル操作状態判定装置は、ドライバのステアリング操舵によって生じるドライバトルクを推定することでハンズオン／ハンズオフ検出を行っている。ドライバトルクは、ＥＰＳのモータに設置された回転角センサが検出した回転角度と、ステアリングシャフトに設置されたトルクセンサが検出したステアリングトルク（トーションバートルク）と、を入力とするトルク推定オブザーバによって推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－１１４３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、ステアリングシャフトは、ハンドルの回転を操向車輪に伝えるものであるため、ステアリングシャフトには、ドライバトルクのみならず、操向車輪が路面から受ける反力によって生じる路面反力トルクも作用する。
しかしながら、特許文献１に記載のハンドル操作状態判定装置は、トルク推定オブザーバにより、ステアリングトルク（トーションバートルク）から直接ドライバトルクを推定している。そのため、推定されたドライバトルクが、ドライバのステアリング操舵により発生した真のドライバトルクであるのか、それとも路面反力等が要因により発生した路面反力トルクであるのか、を判定することは困難であった。
しかしながら、特許文献１に記載のハンドル操作状態判定装置は、トルク推定オブザーバにより、ステアリングトルク（トーションバートルク）から直接ドライバトルクを推定している。そのため、推定されたドライバトルクが、ドライバのステアリング操舵により発生した真のドライバトルクであるのか、それとも路面反力等が要因により発生した路面反力トルクであるのか、を判定することは困難であった。
【0007】
上記事情を踏まえ、本発明は、路面反力トルク等に対してロバストなハンズオン／ハンズオフ検出を行うことができるハンズオンオフ検出装置、同ハンズオンオフ検出装置を搭載した電動パワーステアリング装置、外部トルク推定方法およびハンズオンオフ検出装置制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のハンズオンオフ検出装置は、ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサとに接続された電動モータと、前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、を備え、前記制御部は、前記トルクセンサから操舵トルクを取得し、前記制御部は、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得し、前記制御部は、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出し、前記制御部は、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定し、前記制御部は、前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施し、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をし、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定し、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定する。
本発明のハンズオンオフ検出装置は、ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサとに接続された電動モータと、前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、を備え、前記制御部は、前記トルクセンサから操舵トルクを取得し、前記制御部は、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得し、前記制御部は、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出し、前記制御部は、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定し、前記制御部は、前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施し、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をし、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定し、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定する。
【0009】
本発明のハンズオンオフ検出装置は、前記制御部は、カウンタを有し、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、前記カウンタのカウンタ値を所定の加算値だけ加算し、前記カウンタ値を加算する条件を満たさない場合は、前記カウンタ値を所定の減算値だけ減算し、前記カウンタ値が、所定のハンズオン判定閾値以上となった場合、ドライバがステアリングを把持しているハンズオン状態であると判定し、前記カウンタ値が、所定のハンズオフ判定閾値未満となった場合、ドライバがステアリングを把持していないハンズオフ状態であると判定してもよい。
【0010】
本発明のハンズオンオフ検出装置は、前記制御部は、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、かつ、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクが所定のトルク閾値より大きい場合に、前記カウンタ値を所定の加算値だけ加算してもよい。
【0011】
本発明のハンズオンオフ検出装置は、前記制御部は、所定の動作フラグが有効化されている期間において、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、かつ、前記ローパスフィルタ処理後にさらにバンドパスフィルタ処理を施した前記外乱トルクが所定のトルク閾値より大きい場合に、前記カウンタ値を所定の加算値だけ加算してもよい。
【0012】
本発明のハンズオンオフ検出装置は前記モータトルクを、前記電動モータの動作誤差を考慮した補正モータトルクに変換して使用してもよい。
【0013】
本発明のハンズオンオフ検出装置は、前記加算値は前記減算値よりも大きくてもよい。
【0014】
本発明の電動パワーステアリング装置は、上記のハンズオンオフ検出装置を搭載している。
【0015】
本発明の外部トルク推定方法は、ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとから操舵トルクを検出する操舵トルク検出工程と、前記アウトプットシャフトと連結された電動モータからロータ回転角を検出するロータ回転角検出工程と、前記電動モータからモータ電流値を検出するモータ電流値検出工程と、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出するモータトルク算出工程と、前記モータトルクと前記電動モータに連結された減速機構の変形特性から補正モータトルクを算出する補正モータトルク算出工程と、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクと、前記補正モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定する外部トルク推定工程と、を備える。
【0016】
本発明のハンズオンオフ検出装置制御プログラムは、ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサと接続された電動モータと、前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、を備えるハンズオンオフ検出装置において、前記制御部に、前記トルクセンサから操舵トルクを取得させ、前記制御部に、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得させ、前記制御部に、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出させ、前記制御部に、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定させ、前記制御部に、前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施させ、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をさせ、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定させ、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定させる。
【発明の効果】
【0017】
本発明のハンズオンオフ検出装置、同ハンズオンオフ検出装置を搭載した電動パワーステアリング装置、外部トルク推定方法およびハンズオンオフ検出装置制御プログラムによれば、路面反力トルク等に対してロバストなハンズオン／ハンズオフ検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図2】同電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトの構成図である。
【図3】同電動パワーステアリング装置のＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図4】同ＥＵＣの制御部の構成を示すブロック図である。
【図5】同ＥＣＵがドライバの操舵を補助する場合における機能ブロック図である。
【図6】同ＥＣＵがハンズオン／ハンズオフ検出する場合における機能ブロック図である。
【図7】モータ電流値から動作誤差を考慮した補正モータトルクを求めるグラフである。
【図8】本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の状態変数線図である。
【図9】オブザーバの状態変数線図である。
【図10】操舵トルク、操舵トルク推定値と外乱トルク推定値の測定結果である。
【図11】ハンズオフ状態において、アウトプットシャフト側から路面反力を模擬した外乱トルクを入力した場合の測定結果である。
【図12】ハンズオフ状態における外乱トルク推定値と操舵トルク推定値の測定結果である。
【図13】ハンズオン状態における外乱トルク推定値と操舵トルク推定値の測定結果である。
【図14】ハンズオンオフカウンタの動作を示すグラフである。
【図15】本発明の第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置のＥＣＵがハンズオン／ハンズオフ検出する場合における機能ブロック図である。
【図16】同電動パワーステアリング装置のバンドパスフィルタのボード線図である。
【図17】同電動パワーステアリング装置のＬＤＷバンドパスフィルタの効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について、図１から図１４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るハンズオンオフ検出装置２００を搭載する電動パワーステアリング装置１００の構成を示す模式図である。電動パワーステアリング装置１００は、コラム部（ステアリングシャフト）に電動モータと減速機構とが配置されるコラムアシスト式電動パワーステアリング装置である。
本発明の第一実施形態について、図１から図１４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るハンズオンオフ検出装置２００を搭載する電動パワーステアリング装置１００の構成を示す模式図である。電動パワーステアリング装置１００は、コラム部（ステアリングシャフト）に電動モータと減速機構とが配置されるコラムアシスト式電動パワーステアリング装置である。
【0020】
電動パワーステアリング装置１００は、図１に示すように、車両を操向するための操舵部材であるハンドル１と、ハンドル１の回転に連動して操向車輪を転舵する転舵機構２と、ドライバの操舵を補助する操舵補助機構３と、を備えている。
【0021】
転舵機構２は、ハンドル１に連結されたステアリングシャフト（コラム軸、ハンドル軸）２０と、ハンドル１の舵角θISを検出する舵角センサ２０ａと、ユニバーサルジョイント２４と、中間軸２５と、ピニオンラック機構２６と、タイロッド２７ａ，２７ｂと、ハブユニット２８ａ，２８ｂと、を有している。
ステアリングシャフト２０は、ユニバーサルジョイント２４、中間軸２５、ピニオンラック機構２６、タイロッド２７ａ，２７ｂを経て、さらにハブユニット２８ａ，２８ｂを介して操向車輪に連結される。
ステアリングシャフト２０には、トルクセンサ２９が設けられている。トルクセンサ２９は操舵トルク（ステアリングトルク）Ｔｓの算出に用いられる。
ステアリングシャフト２０は、ユニバーサルジョイント２４、中間軸２５、ピニオンラック機構２６、タイロッド２７ａ，２７ｂを経て、さらにハブユニット２８ａ，２８ｂを介して操向車輪に連結される。
ステアリングシャフト２０には、トルクセンサ２９が設けられている。トルクセンサ２９は操舵トルク（ステアリングトルク）Ｔｓの算出に用いられる。
【0022】
操舵補助機構３は、図１に示すように、電動モータ３０と、減速機構３１と、車速を検出する車速センサ３２と、ＥＣＵ（コントロールユニット）３３と、を有する。
【0023】
図２は、ステアリングシャフト２０の構成図である。
ステアリングシャフト２０は、ハンドル１に連結されたインプットシャフト２１と、ユニバーサルジョイント２４に連結されたアウトプットシャフト２２と、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とを連結するトーションバー２３と、を有している。インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とは、トーションバー２３を介して、同一軸線上において相対回転可能に連結されている。
なお、ステアリングシャフト２０はトーションバー２３を用いず、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とが連結（一体化）されているものであってもよい。
ステアリングシャフト２０は、ハンドル１に連結されたインプットシャフト２１と、ユニバーサルジョイント２４に連結されたアウトプットシャフト２２と、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とを連結するトーションバー２３と、を有している。インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とは、トーションバー２３を介して、同一軸線上において相対回転可能に連結されている。
なお、ステアリングシャフト２０はトーションバー２３を用いず、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とが連結（一体化）されているものであってもよい。
【0024】
トルクセンサ２９は、図２に示すように、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とに取り付けられている。トルクセンサ２９は、例えば、アウトプットシャフト２２に対するインプットシャフト２１の位相回転変位量を電気的に検知（磁束密度の増減を検知）して、位相回転変位量から操舵トルクＴｓを算出する（操舵トルク検出工程）。トルクセンサ２９は回転パルス数を検出するものであって、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とから検出した回転パルス数の差から操舵トルクＴｓを検出するものであってもよい。また、トルクセンサ２９は、歪ゲージや光センサにより操舵トルクＴｓを検出するものであってもよい。トルクセンサ２９は、検出した操舵トルクＴｓをＥＵＣ３３に出力する。
なお、トルクセンサ２９がインプットシャフト２１の角度（ハンドル１の舵角）θISを検出可能なものである場合は、舵角センサ２０ａは必ずしも必要ではない。
なお、トルクセンサ２９がインプットシャフト２１の角度（ハンドル１の舵角）θISを検出可能なものである場合は、舵角センサ２０ａは必ずしも必要ではない。
【0025】
トルクセンサ２９は、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２の回転角度を検出し、検出した回転角度をＥＵＣ３３に出力し、ＥＵＣ３３が回転角度に基づき操舵トルクＴｓを算出してもよい。
【0026】
ピニオンラック機構２６は、図示しないピニオンとラックとを有している。
ピニオンは、中間軸２５に連結しており、中間軸２５の回転に連動して回転する。
ラックは、自動車の左右方向（直進方向に直交する方向）に沿って直線状に延びている。ラックは、ラックの軸方向の中間部付近において、ピニオンと噛み合う。ピニオンおよびラックは、ピニオンの回転をラックの軸方向移動に変換する。ラックを軸方向に移動させることにより、操向車輪が転舵される。
ピニオンは、中間軸２５に連結しており、中間軸２５の回転に連動して回転する。
ラックは、自動車の左右方向（直進方向に直交する方向）に沿って直線状に延びている。ラックは、ラックの軸方向の中間部付近において、ピニオンと噛み合う。ピニオンおよびラックは、ピニオンの回転をラックの軸方向移動に変換する。ラックを軸方向に移動させることにより、操向車輪が転舵される。
【0027】
ドライバによってハンドル１が操舵（回転）されると、ハンドル１の回転が、ステアリングシャフト２０および中間軸２５を介して、ピニオンに伝達される。そして、ピニオンの回転は、ラックの軸方向移動に変換される。ピニオンラック機構２６の両端部に連結されたタイロッド２７ａ，２７ｂおよびハブユニット２８ａ，２８ｂがラックの軸方向に移動し、ハブユニット２８ａ，２８ｂに連結された操向車輪が転舵される。
【0028】
電動モータ３０は、ハンドル１の操舵力を補助する、例えば三相ブラシレスモータである。電動モータ３０は、減速機構３１を介してアウトプットシャフト２２に連結されている。電動モータ３０には、レゾルバやＴＭＲセンサ等の回転角センサが接続されており、回転角センサによって電動モータ３０のロータの回転角（ロータ回転角）θOSが検出される（ロータ回転角検出工程）。回転角センサは、検出したロータ回転角θOSをＥＣＵ３３に出力する。電動モータ３０には電流センサが接続されており、電流センサによって電動モータ３０に流れるモータ電流値Ｉｍが測定される。電流センサは、測定したモータ電流値ＩｍをＥＵＣ３３に出力する（モータ電流値検出工程）。
【0029】
減速機構３１は、ウォームギヤ３１ａと、ウォームギヤ３１ａと噛み合うウォームホイール３１ｂと、を有するウォームギヤ機構からなる。ウォームギヤ３１ａは、電動モータ３０によって回転駆動される。また、ウォームホイール３１ｂは、アウトプットシャフト２２に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール３１ｂは、ウォームギヤ３１ａによって回転駆動される。
【0030】
車速センサ３２は、車速Ｖｅｌを検出するセンサである。車速センサ３２は、検出した車速ＶｅｌをＥＣＵ３３に出力する。
【0031】
図３は、ＥＣＵ３３の構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ（コントロールユニット）３３は、図３に示すように、制御部３４と、制御部３４によって制御され、電動モータ３０に電力を供給するモータ駆動回路３５と、を有する。
ＥＣＵ（コントロールユニット）３３は、図３に示すように、制御部３４と、制御部３４によって制御され、電動モータ３０に電力を供給するモータ駆動回路３５と、を有する。
【0032】
図４は、制御部３４の構成を示すブロック図である。
制御部３４は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３６と、メモリ３７と、記憶部３８と、入出力制御部３９と、を備えるプログラム実行可能な装置（コンピュータ）である。所定のプログラムを実行することにより、後述する電流指令値演算部４１等の複数の機能ブロックとして機能する。なお、制御部３４の少なくとも一部の機能を、専用の論理回路等によって構成してもよい。
制御部３４は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３６と、メモリ３７と、記憶部３８と、入出力制御部３９と、を備えるプログラム実行可能な装置（コンピュータ）である。所定のプログラムを実行することにより、後述する電流指令値演算部４１等の複数の機能ブロックとして機能する。なお、制御部３４の少なくとも一部の機能を、専用の論理回路等によって構成してもよい。
【0033】
記憶部３８は、上述したプログラムや必要なデータを記憶する不揮発性の記録媒体である。記憶部３８は、例えばＲＯＭやハードディスク等で構成される。記憶部３８に記録されたプログラムは、メモリ３７に読み込まれ、ＣＰＵ３６によって実行される。
【0034】
入出力制御部３９は、車速センサ３２および電動モータ３０の回転角センサ等からの入力データを受け取る。また、入出力制御部３９は、ＣＰＵ３６が車速センサ３２や電動モータ３０を制御する際に、ＣＰＵ３６の指示に基づき、車速センサ３２や電動モータ３０に対する制御信号等を生成する。
【0035】
モータ駆動回路３５は、電動モータ３０をＰＷＭ駆動するインバータである。モータ駆動回路３５は、例えば駆動素子としてＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
【0036】
ＥＣＵ３３は、トルクセンサ２９で検出された操舵トルクＴｓと、車速センサ３２で検出された車速Ｖｅｌと、に基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、電動モータ３０に供給する電流を制御する。
【0037】
図５は、ＥＣＵ３３がドライバの操舵を補助する場合におけるＥＣＵ３３の機能ブロック図である。
トルクセンサ２９によって検出された操舵トルクＴｓと、車速センサ３２によって検出された車速Ｖｅｌとは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部４１に入力される。電流指令値演算部４１は、入力された操舵トルクＴｓと車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、電動モータ３０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。
トルクセンサ２９によって検出された操舵トルクＴｓと、車速センサ３２によって検出された車速Ｖｅｌとは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部４１に入力される。電流指令値演算部４１は、入力された操舵トルクＴｓと車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、電動モータ３０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。
【0038】
電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部４２Ａを経て電流制限部４３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部４２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算される。偏差Ｉは操舵動作の特性改善のため、ＰＩ（比例積分）制御部４５に入力される。
【0039】
ＰＩ制御部４５でＰＩ制御された電圧制御値Ｖｒｅｆが、変調信号（キャリア）ＣＦと共にＰＷＭ制御部４６に入力される。ＰＷＭ制御部４６はデューティを演算し、ＰＷＭ信号によりモータ駆動回路３５を介して電動モータ３０をＰＷＭ駆動する。
【0040】
モータ電流値はモータ電流検出手段で検出され、減算部４２Ｂに入力されてフィードバックされる。３相ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部４６は、電圧制御値を所定の式に従って３相分のＰＷＭデューティ値Ｄを演算するデューティ演算部と、ＰＷＭデューティ値Ｄで駆動素子としてのＦＥＴのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部とで構成されている。モータ駆動回路３５は、例えばＵ相の上段ＦＥＴ及び下段ＦＥＴで成る上下アームとで成る３相ブリッジで構成されており、各ＦＥＴがＰＷＭデューティ値ＤでＯＮ／ＯＦＦされることによって電動モータ３０を駆動される。
【0041】
加算部４２Ａには補償信号生成部４４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部４４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）４４３と慣性４４２を加算部４４４で加算し、その加算結果に収れん性４４１を加算部４４５で加算し、加算部４４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
【0042】
ドライバがハンドル１を操舵すると、インプットシャフト２１が回転し、トーションバー２３がねじれることで、インプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２とに位相回転変位が生じる。トルクセンサ２９は、アウトプットシャフト２２に対するインプットシャフト２１の位相回転変位量(θIS－θOS)から操舵トルクＴｓを検出する。ＥＣＵ２３は、操舵トルクＴｓと車速センサ３２が検出した車速Ｖｅｌとに基づいて、操舵トルクＴｓが小さくなるように電動モータ３０の駆動を制御する。これにより、ＥＣＵ３３によって制御された電動モータ３０によってウォームギヤ３１ａが回転駆動される。これにより、ウォームホイール３１ｂが回転駆動され、アウトプットシャフト２２にモータトルクが付与されるとともにアウトプットシャフト２２が回転する。そして、アウトプットシャフト２２の回転は、中間軸２５を介してピニオンラック機構２６に伝達される。さらに、ピニオンラック機構２６のピニオンの回転は、ラックの軸方向移動に変換され、操向車輪が転舵される。このように、電動モータ３０は、ウォームギヤ３１ａを回転駆動することによって、ドライバの操舵を補助することができる。
【0043】
次に、電動パワーステアリング装置１００によるハンズオン／ハンズオフ検出について詳しく説明する。ハンズオン／ハンズオフ検出は、トルクセンサ２９、電動モータ３０、ＥＣＵ２３とによって構成されたハンズオンオフ検出装置２００によって実施される。
【0044】
図６は、ＥＣＵ３３がハンズオン／ハンズオフ検出する場合におけるＥＣＵ３３の機能ブロック図である。ＥＣＵ３３がハンズオン／ハンズオフ検出を実施する際の機能ブロックは、モータトルク算出部５０と、ステアリング状態オブザーバ５１と、ローパスフィルタ５２と、ローパスフィルタ５３と、位相比較部５４と、第一閾値比較部５５と、判定部５６とで構成される。
【0045】
モータトルク算出部５０、ステアリング状態オブザーバ５１、ローパスフィルタ５２、ローパスフィルタ５３、位相比較部５４、第一閾値比較部５５、判定部５６は、ＥＣＵ３３の制御部３４が所定のプログラムを実行することにより実現される機能ブロックである。
【0046】
＜モータトルク算出部＞
電動モータ３０の電流センサによって検出されたモータ電流値Ｉｍが取得され、モータトルク算出部５０に入力される。モータトルク算出部５０は、モータ電流値Ｉｍに電動モータ３０のトルク定数を乗じて算出したモータトルクＴｍを、ステアリング状態オブザーバ５１に出力する。
電動モータ３０の電流センサによって検出されたモータ電流値Ｉｍが取得され、モータトルク算出部５０に入力される。モータトルク算出部５０は、モータ電流値Ｉｍに電動モータ３０のトルク定数を乗じて算出したモータトルクＴｍを、ステアリング状態オブザーバ５１に出力する。
【0047】
＜ステアリング状態オブザーバ＞
トルクセンサ２９によって検出された操舵トルクＴｓと、電動モータ３０の回転角センサによって検出されたロータ回転角θOSと、モータトルクＴｍとが取得され、ステアリング状態オブザーバ５１に入力される。ステアリング状態オブザーバ（オブザーバ）５１は、操舵トルクＴｓ、ロータ回転角θOS、及びモータトルクＴｍに基づいて、アウトプットシャフト２２に作用するトルクのうちモータトルクＴｍ以外のトルクである外乱トルクＴｄｉｓを推定する（外部トルク推定工程）。
トルクセンサ２９によって検出された操舵トルクＴｓと、電動モータ３０の回転角センサによって検出されたロータ回転角θOSと、モータトルクＴｍとが取得され、ステアリング状態オブザーバ５１に入力される。ステアリング状態オブザーバ（オブザーバ）５１は、操舵トルクＴｓ、ロータ回転角θOS、及びモータトルクＴｍに基づいて、アウトプットシャフト２２に作用するトルクのうちモータトルクＴｍ以外のトルクである外乱トルクＴｄｉｓを推定する（外部トルク推定工程）。
【0048】
電動パワーステアリング装置１００のステアリング機構に基づき、インプットシャフト２１の角度であるインプットシャフト角度θISと、インプットシャフト角速度・θIS（点付きのθIS）とを要素に持つベクトルを状態変数ベクトルｘとし、ロータ回転角θOS、ドライバトルクＴｄ、モータトルクＴｍとを要素に持つベクトルを入力変数ベクトルｕとした状態方程式は式１のように表すことができる。ここで、Ｋｔはトーションバー２３のバネ定数であり、Ｊｓはステアリング系のハンドル慣性である。
【0049】
【数1】
【0050】
操舵トルクＴｓは、アウトプットシャフト２２に対するインプットシャフト２１の位相回転変位量(θIS－θOS)にバネ定数Ｋｔを乗じたトルクに、電動モータ３０のモータトルクＴｍを加えたものであり、操舵トルクＴｓの推定値である操舵トルク推定値＾Ｔｓは、状態変数ベクトルｘと入力変数ベクトルｕとを用いて式２のように表現することができる。
【0051】
【数2】
【0052】
ここで、式２におけるＦ（Ｔｍ）は、モータトルクＴｍによって変化するウォームギヤ変形等の動作誤差を考慮した補正モータトルクを求める関数である。図７に示すグラフは、Ｆ（Ｔｍ）の一例である。図７の横軸はモータ電流値Ｉｍ（モータトルクＴｍをトルク定数で割った値）であり、縦軸が対応する補正モータトルクである。図７に示すＦ（Ｔｍ）の例においては、モータ電流値がゼロ付近において発生するバックラッシュを考慮した補正モータトルクを出力することができる。
【0053】
図８は、式１および式２に基づく状態変数線図である。また図９は、操舵トルクＴｓを用いて、状態変数ベクトルｘ（インプットシャフト角度θISと、インプットシャフト角速度・θIS）を推定するオブザーバの状態変数線図である。Ｌはオブザーバゲインである。図９に示すオブザーバの状態方程式は式３のように表現される。
【0054】
【数3】
【0055】
次に、図９および式３に示すオブザーバのオブザーバゲインＬを求める。オブザーバの入力変数ベクトルｕの一つであるドライバトルクＴｄは未知の数値であるため、ドライバトルクＴｄをゼロとして、オブザーバゲインＬを求める。式４は、ドライバトルクＴｄをゼロとした、オブザーバの状態方程式である。また、式５は、ドライバトルクＴｄをゼロとした操舵トルク推定値＾Ｔｓを算出する式（式２）である。
【0056】
【数4】
【0057】
【数5】
【0058】
ドライバがステアリングを把持していない状態（ハンズオフ状態）において、電動モータ３０を任意に動作させて、状態変数ベクトルｘ（インプットシャフト角度θISと、インプットシャフト角速度・θIS）を推定できるようにオブザーバゲインＬを調整する。
実際のインプットシャフト角度θISとオブザーバによって推定されるインプットシャフト角度θISとの推定誤差をゼロにできるようオブザーバゲインＬを調整する。
実際のインプットシャフト角度θISとオブザーバによって推定されるインプットシャフト角度θISとの推定誤差をゼロにできるようオブザーバゲインＬを調整する。
【0059】
オブザーバゲインＬの調整後、オブザーバによって推定される状態変数ベクトルｘから、式５により操舵トルク推定値＾Ｔｓを得ることができる。
【0060】
オブザーバゲインＬの調整後、電動モータ３０からのモータトルク以外のトルクがインプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２に作用しない状態において、操舵トルク推定値＾Ｔｓは、操舵トルクＴｓとほぼ一致する。ここで、操舵トルク推定値＾Ｔｓは操舵トルクＴｓと完全に一致する必要はなく、例えばオフセット誤差等の誤差を有していてもよい。
【0061】
ここで、車体に取り付けられたインプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２には、ベアリングなどとの摩擦や車体から伝達される振動などの外乱が作用する。このような外乱を考慮して、上記オフセット誤差を設定することが望ましい。
【0062】
次に、電動モータ３０によるモータトルク以外のトルク（外乱トルクＴｄｉｓ）がインプットシャフト２１とアウトプットシャフト２２に作用する状態を検討する。外乱トルクＴｄｉｓがインプットシャフト２１やアウトプットシャフト２２に作用する場合、トルクセンサ２９が検出した操舵トルクＴｓと、ステアリング状態オブザーバ５１が推定した操舵トルク推定値＾Ｔｓとには、外乱トルクＴｄｉｓに起因する差が生じる。そこで、式５に示すように、操舵トルクＴｓと、操舵トルク推定値＾Ｔｓとの差分（Ｔｓ－＾Ｔｓ）に所定の係数を乗じたものを、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓ（ハット付きのＴｄｉｓ）とする。
【0063】
【数6】
【0064】
式６において、Ｍは外乱トルクゲインである。外乱トルクゲインＭは、式７を満たす範囲において、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓのノイズ成分を強調しすぎない範囲で可能な限り大きい値に設定される。ここで、外乱トルクゲインＭが式６を満たす場合、外乱トルクゲインＭの方が、オブザーバゲインＬよりも応答が遅くなる。
【0065】
【数7】
【0066】
また、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓは、式６に示すように、入力変数ベクトルｕの一つであるドライバトルク推定値＾Ｔｄとして、ステアリング状態オブザーバ５１にフィードバックされる。ドライバトルク推定値＾ＴｄをドライバトルクＴｄとしてステアリング状態オブザーバ５１にフィードバックすることで、ステアリング状態オブザーバ５１の動作がドライバトルクＴｄを考慮したものとなるように補正される。
【0067】
＜ローパスフィルタ＞
ステアリング状態オブザーバ５１が推定した外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓは、ローパスフィルタ５２に入力される。ローパスフィルタ５２は外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓから所定のカットオフ周波数より高い周波数成分を減衰させる。本実施形態において、カットオフ周波数は、１５Ｈｚ程度に設定されている。ローパスフィルタ５２により、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓに含まれる高周波のノイズ成分を減衰させ、ハンズオン／ハンズオフ検出の精度を高めることができる。
ステアリング状態オブザーバ５１が推定した外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓは、ローパスフィルタ５２に入力される。ローパスフィルタ５２は外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓから所定のカットオフ周波数より高い周波数成分を減衰させる。本実施形態において、カットオフ周波数は、１５Ｈｚ程度に設定されている。ローパスフィルタ５２により、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓに含まれる高周波のノイズ成分を減衰させ、ハンズオン／ハンズオフ検出の精度を高めることができる。
【0068】
ステアリング状態オブザーバ５１に入力されるトルクセンサ２９が検出した操舵トルクＴｓは、別途ローパスフィルタ５３に入力される。ローパスフィルタ５３の構成は、ローパスフィルタ５２と同じである。ローパスフィルタ５３は、操舵トルクＴｓから所定のカットオフ周波数より高い周波数成分を減衰させる。本実施形態において、カットオフ周波数は、１５Ｈｚ程度に設定されている。ローパスフィルタ５２のカットオフ周波数とローパスフィルタ５３のカットオフ周波数を同じに設定することで、両ローパスフィルタから出力される信号の比較を実施しやすい。
【0069】
＜位相比較部＞
ローパスフィルタ５２を通過した外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと、ローパスフィルタ５３を通過した操舵トルクＴｓは、位相比較部５４に入力される。
外乱トルクが、ハンドル側（インプットシャフト側）からの入力、すなわちドライバトルクである場合、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは同位相となる。最も簡単な位相比較は、式８のように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓの符号で判別する方法である。２つの信号の相互相関や位相関係を演算して、同位相であるかをより正確に求めてもよい。
操舵トルクＴｓは位相回転変位量(θIS－θOS)から算出しているため、インプットシャフト側に作用した外乱は操舵トルクＴｓと比較して同位相となる。
ローパスフィルタ５２を通過した外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと、ローパスフィルタ５３を通過した操舵トルクＴｓは、位相比較部５４に入力される。
外乱トルクが、ハンドル側（インプットシャフト側）からの入力、すなわちドライバトルクである場合、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは同位相となる。最も簡単な位相比較は、式８のように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓの符号で判別する方法である。２つの信号の相互相関や位相関係を演算して、同位相であるかをより正確に求めてもよい。
操舵トルクＴｓは位相回転変位量(θIS－θOS)から算出しているため、インプットシャフト側に作用した外乱は操舵トルクＴｓと比較して同位相となる。
【0070】
【数8】
【0071】
一方、外乱トルクが、ピニオン側（アウトプットシャフト側）からの入力、すなわち路面反力トルクである場合、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは逆位相となる。最も簡単な位相比較は、式９のように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓの符号で判別する方法である。２つの信号の相互相関や位相関係を演算して、逆位相であるかをより正確に求めてもよい。
操舵トルクＴｓは位相回転変位量(θIS－θOS)から算出しているため、アウトプットシャフト側に作用した外乱は操舵トルクＴｓと比較して逆位相となる。
操舵トルクＴｓは位相回転変位量(θIS－θOS)から算出しているため、アウトプットシャフト側に作用した外乱は操舵トルクＴｓと比較して逆位相となる。
【0072】
【数9】
【0073】
図１０は、電動パワーステアリング装置１００における操舵トルクＴｓ、操舵トルク推定値^Ｔｓと外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの測定結果である。図１０中のＡｃｔｕａｌ Ａｎｇｌｅとはハンドル１の実際の回転角度[ｄｅｇ]を示している。
図１０に示すように、ドライバがハンドルを操舵している時（ハンズオン状態）、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは同位相となっているが、ドライバがハンドルから手を放した状態(ハンズオフ状態)において、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは逆位相となる。
図１０に示すように、ドライバがハンドルを操舵している時（ハンズオン状態）、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは同位相となっているが、ドライバがハンドルから手を放した状態(ハンズオフ状態)において、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとは逆位相となる。
【0074】
図１１は、ドライバがハンドルから手を放した状態(ハンズオフ状態)において、ピニオン側(アウトプットシャフト側)から路面反力を模擬した路面反力トルクを入力した場合の測定結果である。外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルク推定値^Ｔｓの位相関係は逆位相となっている。このように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓの位相関係を確認することにより、外乱トルクが、ドライバのステアリング操舵により発生したインプットシャフト側からの入力されたドライバトルクであるのか、それとも路面反力等が要因により発生したアウトプットシャフト側から入力された路面反力トルクであるのか、を判定できる。これにより、路面反力トルクが発生した場合であってもロバストなハンズオン／ハンズオフ検出が可能となる。
【0075】
位相比較部５４は、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとが同位相であるか、逆位相であるかを示す結果フラグを出力する。
【0076】
＜第一閾値比較部＞
ローパスフィルタ５２を通過した外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと、ローパスフィルタ５３を通過した操舵トルクＴｓは、第一閾値比較部５５にも入力される。
第一閾値比較部５５は、式１０や式１１の示すように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値と操舵トルクＴｓの絶対値がトルク閾値（たとえば０．１[Ｎｍ]）より大きいかを判別する。
ローパスフィルタ５２を通過した外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと、ローパスフィルタ５３を通過した操舵トルクＴｓは、第一閾値比較部５５にも入力される。
第一閾値比較部５５は、式１０や式１１の示すように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値と操舵トルクＴｓの絶対値がトルク閾値（たとえば０．１[Ｎｍ]）より大きいかを判別する。
【0077】
【数10】
【0078】
【数11】
【0079】
図１２は、ドライバがハンドルに触れない状態(ハンズオフ状態)で、電動モータ３０を＋９０ｄｅｇから－９０ｄｅｇ／ｓｅｃまで繰り返し自動操舵させた場合における外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルク推定値＾Ｔｓを示している。Ｔａｒｇｅｔ Ａｎｇｌｅは目標角度であり、Ａｃｔｕａｌ Ａｎｇｌｅは舵角センサ２０ａが検出したハンドル１の舵角θISである。自動操舵では舵角θISが目標角度に追従するように電動モータ３０が制御される。
図１２に示すように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値と操舵トルクＴｓの絶対値は、両者とも小さい。
図１２に示すように、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値と操舵トルクＴｓの絶対値は、両者とも小さい。
【0080】
図１３は、ドライバがハンドルに触れた状態（ハンズオン状態）で、電動モータ３０を－９０ｄｅｇから＋９０ｄｅｇ／ｓｅｃまで繰り返し自動操舵させた場合における外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルク推定値＾Ｔｓを示している。外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値と操舵トルクＴｓの絶対値は、両者とも大きい。すなわち、ハンズオフ状態よりハンズオン状態の方が、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルク推定値^Ｔｓの絶対値が大きくなる。このトルクの差を利用して、ハンズオン／ハンズオフ検出を補助し、ハンズオン／ハンズオフ検出の信頼性を向上させることができる。
【0081】
第一閾値比較部５５は、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルク推定値＾Ｔｓがトルク閾値を超えているか、超えていないかを示す結果フラグを出力する。
【0082】
なお、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓのみをトルク閾値と比較するか、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルク推定値＾Ｔｓの両方をトルク閾値と比較するかは任意である。
【0083】
＜判定部＞
判定部５６は、ハンズオン／ハンズオフ検出における最終的な判定を行う。トルクセンサ２９やモータ角度センサのノイズ等の影響を緩和して検出の信頼性を向上させるため、カウンタ（「ハンズオンオフカウンタ」と称す）を用いた判定を行う。判定部５６には、位相比較部５４による位相比較の結果フラグと、第一閾値比較部５５による閾値比較の結果フラグと、が入力される。
判定部５６は、ハンズオン／ハンズオフ検出における最終的な判定を行う。トルクセンサ２９やモータ角度センサのノイズ等の影響を緩和して検出の信頼性を向上させるため、カウンタ（「ハンズオンオフカウンタ」と称す）を用いた判定を行う。判定部５６には、位相比較部５４による位相比較の結果フラグと、第一閾値比較部５５による閾値比較の結果フラグと、が入力される。
【0084】
ハンズオン／ハンズオフ検出に用いるハンズオンオフカウンタは、ゼロから所定の最大値までの範囲で動作するカウンタである。ハンズオンオフカウンタは、カウンタ値がゼロの場合にデクリメントされても、カウンタ値はクリップされゼロのままである。また、ハンズオンオフカウンタは、カウンタ値が所定の最大値の場合にインクリメントされても、カウンタ値はクリップされ所定の最大値のままである。
【0085】
ハンズオンオフカウンタは、所定の最大値に近づくほど「ハンズオン状態」の可能性が高いことを示す。一方、ハンズオンオフカウンタは、ゼロに近づくほど「ハンズオフ状態」の可能性が高いことを示す。
【0086】
図１４はハンズオンオフカウンタの動作を示すグラフである。
ハンズオンオフカウンタは、（ｉ）外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとが同位相であり、かつ、（ｉｉ）外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値がトルク閾値を超えている場合に、所定のインクリメント量だけインクリメント（加算）される。この処理は所定の周期ごとに行われる。結果フラグを所定の周期で確認した際、上記の（ｉ）かつ（ｉｉ）の条件を満たしていない場合、ハンズオンオフカウンタは所定のデクリメント量だけデクリメント（減算）される。
すなわち、ハンズオンオフカウンタに対するインクリメントとデクリメントのいずれか一方の処理が所定の周期で行われる。
ハンズオンオフカウンタは、（ｉ）外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとが同位相であり、かつ、（ｉｉ）外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓの絶対値がトルク閾値を超えている場合に、所定のインクリメント量だけインクリメント（加算）される。この処理は所定の周期ごとに行われる。結果フラグを所定の周期で確認した際、上記の（ｉ）かつ（ｉｉ）の条件を満たしていない場合、ハンズオンオフカウンタは所定のデクリメント量だけデクリメント（減算）される。
すなわち、ハンズオンオフカウンタに対するインクリメントとデクリメントのいずれか一方の処理が所定の周期で行われる。
【0087】
ハンズオンオフカウンタのカウンタ値は、ゼロから所定の最大値までの範囲で設定されたハンズオン判定閾値およびハンズオフ判定閾値と大小比較が実施される。
（ａ）カウンタ値がハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオフ状態」から「ハンズオン状態」への遷移を検出したと判定される。
（ｂ）カウンタ値がハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオン状態」から「ハンズオフ状態」への遷移を検出したと判定される。
（ａ）カウンタ値がハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオフ状態」から「ハンズオン状態」への遷移を検出したと判定される。
（ｂ）カウンタ値がハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオン状態」から「ハンズオフ状態」への遷移を検出したと判定される。
【0088】
本実施形態において、ハンズオン判定閾値は、所定の最大値に設定されている。また、ハンズオフ判定閾値は「１」に設定されている。
図１４に示すように、ハンズオンオフカウンタのカウンタ値のインクリメントが開始され、カウンタ値が、ハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオン状態」と判定される。
また、ハンズオンオフカウンタのカウンタ値のデクリメントが開始され、カウンタ値が、ハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオフ状態」と判定される。
所定の条件を満たす期間が続かないとハンズオン／ハンズオフ検出を行わないため、ノイズに強いロバストなハンズオン／ハンズオフ検出が可能となる。
図１４に示すように、ハンズオンオフカウンタのカウンタ値のインクリメントが開始され、カウンタ値が、ハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオン状態」と判定される。
また、ハンズオンオフカウンタのカウンタ値のデクリメントが開始され、カウンタ値が、ハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオフ状態」と判定される。
所定の条件を満たす期間が続かないとハンズオン／ハンズオフ検出を行わないため、ノイズに強いロバストなハンズオン／ハンズオフ検出が可能となる。
【0089】
なお、本実施形態ではハンズオン判定閾値とハンズオフ判定閾値とは異なる閾値であるが、同じ閾値でもあってもよい。
【0090】
なお、ハンズオンオフカウンタのインクリメント量とデクリメント量とは同じでなくてもよい。例えば、図１４に示すように、インクリメント量をデクリメント量より多くすることで、ハンズオフ状態からハンズオン状態への遷移の検出を短時間で迅速に行うことができる。また、ハンズオン状態からハンズオフ状態へ遷移の検出に時間をかけて行うこととなり、ロバストで信頼性の高いハンズオフ検出が可能となる。このような検出特性は、ハンズオン状態で自動運転が有効化され、ハンズオフ状態で自動運転が無効化される自動運転システムにおけるハンズオン／ハンズオフ検出に最適である。誤検出による誤動作等によるリクスを低減するため、ロバストで信頼性の高い「ハンズオフ検出」を行った後に自動運転を無効化することが望ましいからである。
【0091】
一方、ドライバの駐車支援を行うパーキングアシストシステムにおいては、逆にハンズオン状態でパーキングアシスト機能が無効化され、ハンズオフ状態でパーキングアシスト機能が有効化される。すなわちパーキングアシストシステムにおいては、ロバストで信頼性の高い「ハンズオン検出」を行った後にパーキングアシスト機能を無効化させる必要がある。そこで、パーキングアシストシステムにおいては、インクリメント量をデクリメント量より少なくし、ハンズオフ状態からハンズオン状態へ遷移の検出に時間をかける行うことで、ロバストで信頼性の高いハンズオン検出が可能となる。
【0092】
判定部５６は、ハンズオン状態を検出すると、ハンズオンフラグ（ＨＯＤ Ｆｌａｇ）を出力する。
【0093】
本実施形態のハンズオンオフ検出装置２００およびハンズオンオフ検出装置２００を搭載した電動パワーステアリング装置１００によれば、ステアリング状態オブザーバ５１によって操舵トルク推定値^Ｔｓが推定される。さらに、操舵トルクＴｓと、操舵トルク推定値^Ｔｓとの差分に所定の係数を乗じたものを、外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓ（ハット付きのＴｄｉｓ）とする。外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとが同位相であるか、逆位相であるかを比較することで、外乱トルクが、ドライバのステアリング操舵により発生したインプットシャフト側からの入力されたドライバトルクであるのか、それとも路面反力等が要因により発生したアウトプットシャフト側から入力された路面反力トルクであるのか、を判定できる。これにより、路面反力トルクが発生した場合であってもロバストなハンズオン／ハンズオフ検出が可能となる。
【0094】
また、本実施形態のハンズオンオフ検出装置２００およびハンズオンオフ検出装置２００を搭載した電動パワーステアリング装置１００によれば、推定された操舵トルク推定値^Ｔｓやトルクセンサ２９が検出した操舵トルクＴｓに対してローパスフィルタ処理が行われる。これにより、ノイズ成分が取り除かれ、ハンズオン状態であるかハンズオフ状態であるかを高精度に判定できるようになる。
【0095】
また、本実施形態のハンズオンオフ検出装置２００およびハンズオンオフ検出装置２００を搭載した電動パワーステアリング装置１００によれば、ステアリング状態オブザーバ５１は、電動モータ３０のモータトルクＴｍを入力として用いている。さらに、ステアリング状態オブザーバ５１は、モータトルクＴｍによって変化するウォームギヤ変形等の誤差を考慮した補正モータトルクに変換した上で使用している。ウォームギヤの誤差を補正し、より高精度に操舵トルク推定値＾Ｔｓを推定することができる。
【0096】
また、本実施形態のハンズオンオフ検出装置２００およびハンズオンオフ検出装置２００を搭載した電動パワーステアリング装置１００によれば、ドライバが、両手でハンドルを把持した場合あっても、片手でハンドルを把持した場合あっても、ハンズオン状態を検出できる。
【0097】
以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第一実施形態および変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【0098】
（変形例１）
例えば、上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００はコラムアシスト式電動パワーステアリング装置であったが、電動パワーステアリング装置の態様はこれに限定されない。電動パワーステアリング装置は下流式であってもよく、ステアバイワイヤ式であってもよい。いずれの方式でおいても、路面反力トルク等に対してロバストなハンズオン／ハンズオフ検出を行うことができる。
例えば、上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００はコラムアシスト式電動パワーステアリング装置であったが、電動パワーステアリング装置の態様はこれに限定されない。電動パワーステアリング装置は下流式であってもよく、ステアバイワイヤ式であってもよい。いずれの方式でおいても、路面反力トルク等に対してロバストなハンズオン／ハンズオフ検出を行うことができる。
【0099】
【0100】
ＬＤＷ（Ｌａｎｅ ｄｅｐｕｔｕｒｅ Ｗａｒｎｉｎｇ）は車両が車線レーンから逸脱しないようにハンドル１を振動させる機能である。ＬＤＷによる振動の振動周波数はおよそ１０～２０[Ｈｚ]であり、ＬＤＷ機能が有効化されると、ステアリング機構の静止摩擦が減少するため、ドライバの操舵トルク推定値^Ｔｓを推定することが難しくなる。その結果、ハンズオン／ハンズオフ検出が難しくなる。
【0101】
第二実施形態に係るハンズオンオフ検出装置２００Ｂを搭載する電動パワーステアリング装置１００Ｂは、ＬＤＷ（Ｌａｎｅ ｄｅｐｕｔｕｒｅ Ｗａｒｎｉｎｇ）が有効化され動作している際にも、ハンズオン／ハンズオフ検出を高精度に実施できる。
【0102】
図１５は、第二実施形態に係るハンズオンオフ検出装置２００ＢのＥＣＵ３３がハンズオン／ハンズオフ検出する場合におけるＥＣＵ３３の機能ブロック図である。第二実施形態に係るハンズオンオフ検出装置２００Ｂは、ハンズオン／ハンズオフ検出する場合におけるＥＣＵ３３の機能ブロック図のみが、第一実施形態に係るハンズオンオフ検出装置２００と異なっている。
【0103】
図１５に示すように、ＥＣＵ３３がハンズオン／ハンズオフ検出を実施する際の機能ブロックは、ステアリング状態オブザーバ（オブザーバ）５１と、ローパスフィルタ５２と、ローパスフィルタ５３と、位相比較部５４と、第一閾値比較部５５と、判定部５６Ｂとに加えて、ＬＤＷバンドパスフィルタ５７と、第二閾値比較部５８とで構成される。判定部５６Ｂは、第一実施形態の判定部５６と判定方法の一部が異なる。
【0104】
ＬＤＷバンドパスフィルタ５７は、ＬＤＷの周波数に合わせたバンドパスフィルタで、ローパスフィルタ５２が出力する外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓ（ハット付きのＴｄｉｓ）をフィルタリングする。バンドパスフィルタ処理後の外乱トルク推定値Ｔｈは、第二閾値比較部５８に出力される。
【0105】
ＬＤＷバンドパスフィルタ５７は、ＬＤＷ機能が有効化されていることを示す動作フラグであるＬＤＷ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｌａｇ（ＦＬＤＷ）を受け取る。ＬＤＷ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｌａｇが有意となり、ＬＤＷ機能が有効化されているときのみ、ＬＤＷバンドパスフィルタ５７は有効化される。
【0106】
図１６は中心周波数を２０Ｈｚとしたバンドパスフィルタのボード線図である。低周波の影響を小さくするために、バンドパスフィルタのゲイン差を４０ｂＢ以上に設定している。
【0107】
図１７は、ＬＤＷバンドパスフィルタ処理の有無を比較するグラフである。図１７左側に示す、ＬＤＷバンドパスフィルタ処理無しの場合では、ドライバがハンドルを１ｄｅｇから１００ｄｅｇまで操舵しているが、１００ｄｅｇ近くまで操舵しないとハンズオン検出ができないことが分かる。一方、図１７右側に示す、ＬＤＷバンドパスフィルタ処理有りの場合は、ハンズオン状態とハンズオフ状態とで、外乱トルク推定値に差があるので、ハンズオン／ハンズオフ検出が容易となる。
【0108】
第二閾値比較部５８は、第一実施形態の第一閾値比較部５５と同様、ＬＤＷバンドパスフィルタ処理を行った外乱トルク推定値Ｔｈの絶対値がトルク閾値（たとえば０．１[Ｎｍ]）より大きいかを判別している。
【0109】
判定部５６Ｂは、ＬＤＷ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｌａｇ（ＦＬＤＷ）を受け取る。ＬＤＷ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｌａｇが有意でなく、ＬＤＷ機能が無効化されている場合、判定部５６Ｂの動作は、第一実施形態の判定部５６の動作と同じである。
【0110】
一方、ＬＤＷ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｌａｇ（ＦＬＤＷ）が有意であり、ＬＤＷ機能が有効化されている場合、判定部５６Ｂは以下のように、ハンズオン／ハンズオフ検出を行う。
ハンズオンオフカウンタは、（ｉ）ローパスフィルタ５２経由で入力される外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとが同位相であり、かつ、（ｉｉ）ＬＤＷバンドパスフィルタ５７経由で入力される外乱トルク推定値Ｔｈがトルク閾値を超えている場合に、所定のインクリメント量だけインクリメント（加算）される。この処理は所定の周期ごとに行われる。結果フラグを所定の周期で確認した際、上記の（ｉ）かつ（ｉｉ）の条件を満たしていない場合、ハンズオンオフカウンタは所定のデクリメント量だけデクリメント（減算）される。
ハンズオンオフカウンタは、（ｉ）ローパスフィルタ５２経由で入力される外乱トルク推定値＾Ｔｄｉｓと操舵トルクＴｓとが同位相であり、かつ、（ｉｉ）ＬＤＷバンドパスフィルタ５７経由で入力される外乱トルク推定値Ｔｈがトルク閾値を超えている場合に、所定のインクリメント量だけインクリメント（加算）される。この処理は所定の周期ごとに行われる。結果フラグを所定の周期で確認した際、上記の（ｉ）かつ（ｉｉ）の条件を満たしていない場合、ハンズオンオフカウンタは所定のデクリメント量だけデクリメント（減算）される。
【0111】
ハンズオンオフカウンタのカウンタ値は、ゼロから所定の最大値までの範囲で設定されたハンズオン判定閾値およびハンズオフ判定閾値と大小比較が実施される。
（ａ）カウンタ値がハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオフ状態」から「ハンズオン状態」への遷移を検出したと判定される。
（ｂ）カウンタ値がハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオン状態」から「ハンズオフ状態」への遷移を検出したと判定される。
（ａ）カウンタ値がハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオフ状態」から「ハンズオン状態」への遷移を検出したと判定される。
（ｂ）カウンタ値がハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオン状態」から「ハンズオフ状態」への遷移を検出したと判定される。
【0112】
本実施形態のハンズオンオフ検出装置２００Ｂおよびハンズオンオフ検出装置２００Ｂを搭載した電動パワーステアリング装置１００Ｂによれば、ＬＤＷ機能が有効化されている際も、ハンズオン状態であるかハンズオフ状態であるかを高精度に判定できる。
【産業上の利用可能性】
【0113】
本発明は、電動パワーステアリング装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0114】
１００，１００Ｂ 電動パワーステアリング装置
２００，２００Ｂ ハンズオンオフ検出装置
１ ハンドル
２ 転舵機構
２０ ステアリングシャフト
２１ インプットシャフト
２２ アウトプットシャフト
２３ トーションバー
２４ ユニバーサルジョイント
２５ 中間軸
２６ ピニオンラック機構
２７ａ タイロッド
２７ｂ タイロッド
２８ａ ハブユニット
２８ｂ ハブユニット
２９ トルクセンサ
３ 操舵補助機構
３０ 電動モータ
３１ 減速機構
３１ａ ウォームギヤ
３１ｂ ウォームホイール
３２ 車速センサ
３４ 制御部
３５ モータ駆動回路
３６ ＣＰＵ
３７ メモリ
３８ 記憶部
３９ 入出力制御部
４１ 電流指令値演算部
４２Ａ 加算部
４２Ｂ 減算部
４３ 電流制限部
４４ 補償信号生成部
４５ ＰＩ（比例積分）制御部
４６ ＰＷＭ制御部
５１ ステアリング状態オブザーバ（オブザーバ）
５２ ローパスフィルタ
５３ ローパスフィルタ
５４ 位相比較部
５５ 第一閾値比較部
５６，５６Ｂ 判定部
５７ バンドパスフィルタ
５８ 第二閾値比較部
２００，２００Ｂ ハンズオンオフ検出装置
１ ハンドル
２ 転舵機構
２０ ステアリングシャフト
２１ インプットシャフト
２２ アウトプットシャフト
２３ トーションバー
２４ ユニバーサルジョイント
２５ 中間軸
２６ ピニオンラック機構
２７ａ タイロッド
２７ｂ タイロッド
２８ａ ハブユニット
２８ｂ ハブユニット
２９ トルクセンサ
３ 操舵補助機構
３０ 電動モータ
３１ 減速機構
３１ａ ウォームギヤ
３１ｂ ウォームホイール
３２ 車速センサ
３４ 制御部
３５ モータ駆動回路
３６ ＣＰＵ
３７ メモリ
３８ 記憶部
３９ 入出力制御部
４１ 電流指令値演算部
４２Ａ 加算部
４２Ｂ 減算部
４３ 電流制限部
４４ 補償信号生成部
４５ ＰＩ（比例積分）制御部
４６ ＰＷＭ制御部
５１ ステアリング状態オブザーバ（オブザーバ）
５２ ローパスフィルタ
５３ ローパスフィルタ
５４ 位相比較部
５５ 第一閾値比較部
５６，５６Ｂ 判定部
５７ バンドパスフィルタ
５８ 第二閾値比較部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
