特許 7533388 トルク推定方法、トルク推定装置、及びトルク推定プログラム

(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】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】トルク推定方法、トルク推定装置、及びトルク推定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20240806BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 317

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021114553

(22)【出願日】2021-07-09

(65)【公開番号】P2023010427

(43)【公開日】2023-01-20

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】羽多野 顕

(72)【発明者】

【氏名】高橋 太郎

(72)【発明者】

【氏名】美馬 直生

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－９７８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３３３３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２６２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６５８３５９２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－０１４４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－８２５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－３８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１４００６０９４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特表２００５－５３８３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５７５８０２８（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／００－５／２８

Ｂ６２Ｄ ５／００－６／１０

Ｈ０２Ｋ ７／００－７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力軸と出力軸とを備える回転運動伝達機構の軸トルクの値を推定するトルク推定方法であって、
前記入力軸と前記出力軸とのねじれ角の測定値が０である時点から前記軸トルクの値を推定する時点までの前記ねじれ角の最大値を特定するステップと、
前記軸トルクの値を推定する時点での前記ねじれ角の測定値と、前記ねじれ角の最大値と、に基づいて、前記軸トルクの値を推定するステップと、を有し、
前記ねじれ角の最大値を特定するステップにおいて、第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値との差に基づいて、前記ねじれ角の最大値を特定する、
トルク推定方法。

【請求項2】

前記ねじれ角の最大値を特定するステップにおいて、
前記第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされたねじれ角の測定値と、前記第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされたねじれ角の測定値と、の差を算出し、
前記ねじれ角の差の正負が反転した時点を、前記ねじれ角が極値をとる時点として検出し、
検出された前記ねじれ角の極値のうち最も絶対値の大きい極値を、ねじれ角の最大値として特定する、
請求項１に記載のトルク推定方法。

【請求項3】

前記軸トルクの値を推定するステップにおいて、
前記ねじれ角の最大値から前記軸トルクのヒステリシスの値を推定し、
前記ヒステリシスの値に基づいて軸トルクの値を推定する、
請求項１又は２に記載のトルク推定方法。

【請求項4】

前記軸トルクの値を推定するステップにおいて、
回転運動を停止させるときの前記軸トルクの値を推定する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルク推定方法。

【請求項5】

前記入力軸に取り付けられた第１のセンサと、前記出力軸に取り付けられた第２のセンサと、から前記入力軸と前記出力軸のねじれ角を検出する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトルク推定方法。

【請求項6】

入力軸と出力軸とを備える回転運動伝達機構の軸トルクを推定するトルク推定装置であって、
入力軸に取り付けられた第１のセンサと、
出力軸に取り付けられた第２のセンサと、
遮断周波数がそれぞれ異なる第１及び第２のローパスフィルタと、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサから検出した前記入力軸と前記出力軸のねじれ角の測定値に基づいて、前記軸トルクの値を推定する制御部と、を備え、
前記制御部は、
第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値との差に基づいて、前記入力軸と前記出力軸とのねじれ角の測定値が０である時点から前記軸トルクの値を推定する時点までの前記ねじれ角の最大値を特定し、
前記軸トルクの値を推定する時点での前記ねじれ角の測定値と、前記ねじれ角の最大値と、に基づいて、前記軸トルクの値を推定する、
トルク推定装置。

【請求項7】

入力軸と出力軸とを備える回転運動伝達機構の軸トルクを推定する処理をコンピュータに実行させるトルク推定プログラムあって、
前記入力軸と前記出力軸とのねじれ角の測定値が０である時点から前記軸トルクの値を推定する時点までの前記ねじれ角の最大値を特定するステップと、
前記軸トルクの値を推定する時点での前記ねじれ角の測定値と、前記ねじれ角の最大値と、に基づいて、前記軸トルクの値を推定するステップと、を有し、
前記ねじれ角の最大値を特定するステップにおいて、第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値との差に基づいて、前記ねじれ角の最大値を特定する、
トルク推定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はトルク推定方法、トルク推定装置、及びトルク推定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

変速機等の回転運動伝達機構の入力軸と出力軸との間には、ねじれ角が発生することがある。このねじれ角から、回転運動伝達機構の軸トルクを推定する技術が特許文献１に開示されている。

【0003】

回転運動を行っていた回転運動伝達機構を停止させたとき、軸トルクの値が０になっても、入力軸と出力軸の間のねじれ角の値が０にならない現象いわゆるヒステリシスが知られている。このヒステリシスの大きさは、ねじれ角の値が０になってから再び０に戻るまでの軸トルクの最大値に依存することが、非特許文献１に開示されている。

【0004】

そのため、ねじれ角から軸トルクを推定する場合、ヒステリシスの大きさを推定し、推定したヒステリシスの大きさを加味して、軸トルクの値を推定する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－９７８９６号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Rached Dhaouadi、他２名著、「A New Dynamic Model of Hysteresis in Harmonic Drives」、IEEE TRANSCATIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS ５０巻６号 ２００３年１２月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に開示された技術においては、上述したヒステリシスの値を推定するために、ねじれ角の値を長期間に渡ってデータとして取得し、その傾向を分析している。しかしながら、この手法は長期間に渡ってねじれ角の値をデータとして記憶しておく必要があるので、メモリリソースを消費してしまう問題点があった。

【0008】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、軸トルクを推定するのに必要なメモリリソースを抑制可能なトルク推定方法、トルク推定装置、及びトルク推定プログラムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るトルク推定方法は、
入力軸と出力軸とを備える回転運動伝達機構の軸トルクの値を推定するトルク推定方法であって、
前記入力軸と前記出力軸とのねじれ角の測定値が０である時点から前記軸トルクの値を推定する時点までの前記ねじれ角の最大値を特定するステップと、
前記軸トルクの値を推定する時点での前記ねじれ角の測定値と、前記ねじれ角の最大値と、に基づいて、前記軸トルクの値を推定するステップと、を有し、
前記ねじれ角の最大値を特定するステップにおいて、第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値との差に基づいて、前記ねじれ角の最大値を特定するトルク推定方法である。

【0010】

上述の本発明の一態様に係るトルク推定方法では、まず、第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされたねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされたねじれ角の測定値との差に基づいて、推定時点でのねじれ角の最大値を特定する。そして、特定されたねじれ角の最大値と、推定時点でのねじれ角の値に基づいて、軸トルクの値を推定する。
このように、本発明の一態様に係るトルク推定方法は、少なくともねじれ角の最大値を記憶しておけば実行可能であるため、軸トルクを推定するのに必要なメモリリソースを抑制することができる。

【0011】

上述のトルク推定方法において、前記ねじれ角の最大値を特定するステップは、
前記第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされたねじれ角の測定値と、前記第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされたねじれ角の測定値と、の差を算出し、
前記ねじれ角の差の正負が反転した時点を、前記ねじれ角が極値をとる時点として検出し、
検出された前記ねじれ角の極値のうち最も絶対値の大きい極値を、ねじれ角の最大値として特定してもよい。
このように、本発明の一態様に係るトルク推定方法は、少なくとも最も値の大きい極値を記憶しておけば、ねじれ角の最大値を特定することができるため、軸トルクを推定するのに必要なメモリリソースを抑制することができる。

【0012】

上述のトルク推定方法において、前記軸トルクの値を推定するステップは、
前記ねじれ角の最大値から前記軸トルクのヒステリシスの値を推定し、
前記ヒステリシスの値に基づいて軸トルクの値を推定してもよい。
このように、本発明の一態様に係るトルク推定方法は、単一の値（ねじれ角の最大値）からヒステリシスの値を推定することができるため、軸トルクを推定するのに必要なメモリリソースを抑制することができる。

【0013】

上述のトルク推定方法において、軸トルクの値を推定するステップは、
回転運動を停止させるときの軸トルクの値を推定してもよい。
ヒステリシスは回転運動が停止するときの軸トルクの推定値に特に影響を及ぼすので、本発明の一態様に係るトルク推定方法は、回転運動が停止する時の軸トルクの値を推定するときに特に効果を奏する。

【0014】

上述のトルク推定方法は、前記入力軸に取り付けられた第１のセンサと、前記出力軸に取り付けられた第２のセンサと、から前記入力軸と前記出力軸のねじれ角を検出してもよい。

【0015】

本発明の一態様に係るトルク推定装置は、
入力軸と出力軸とを備える回転運動伝達機構の軸トルクを推定するトルク推定装置であって、
入力軸に取り付けられた第１のセンサと、
出力軸に取り付けられた第２のセンサと、
遮断周波数がそれぞれ異なる第１及び第２のローパスフィルタと、
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサから検出した前記入力軸と前記出力軸のねじれ角の測定値に基づいて、前記軸トルクの値を推定する制御部と、を備え、
前記制御部は、
第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値との差に基づいて、前記入力軸と前記出力軸とのねじれ角の測定値が０である時点から前記軸トルクの値を推定する時点までの前記ねじれ角の最大値を特定し、
前記軸トルクの値を推定する時点での前記ねじれ角の測定値と、前記ねじれ角の最大値と、に基づいて、前記軸トルクの値を推定するトルク推定装置である。

【0016】

本発明の一態様に係るトルク推定プログラムは、
入力軸と出力軸とを備える回転運動伝達機構の軸トルクを推定する処理をコンピュータに実行させるトルク推定プログラムあって、
前記入力軸と前記出力軸とのねじれ角の測定値が０である時点から前記軸トルクの値を推定する時点までの前記ねじれ角の最大値を特定するステップと、
前記軸トルクの値を推定する時点での前記ねじれ角の測定値と、前記ねじれ角の最大値と、に基づいて、前記軸トルクの値を推定するステップと、を有し、
前記ねじれ角の最大値を特定するステップにおいて、第１の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるローパスフィルタ処理がなされた前記ねじれ角の測定値との差に基づいて、前記ねじれ角の最大値を特定するトルク推定プログラムである。

【発明の効果】

【0017】

本発明により、軸トルクを推定するのに必要なメモリリソースを抑制することが可能なトルク推定方法、トルク推定装置、及びトルク推定プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】回転運動伝達機構のねじれ角と軸トルクの大きさの関係を示したグラフである。

【図2】回転運動伝達機構のねじれ角と軸トルクの大きさの関係を示したグラフである。

【図3】第１の実施形態に係るトルク推定装置の構成を示すブロック図である。

【図4】第１の実施形態に係るトルク推定方法の処理を示すフローチャートである。

【図5】ねじれ角の最大値を特定するステップの処理を示すフローチャートである。

【図6】第１の実施形態に係るトルク推定方法の処理を説明するためのグラフである。

【図7】ねじれ角の極値を検出する処理を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0020】

（第１の実施形態）
＜ねじれ角と軸トルクとの関係におけるヒステリシスの説明＞
本実施形態に係るトルク推定方法は、ヒステリシスに起因する軸トルクの推定の誤差を補正するものである。
まず、図１及び２を用いて、このヒステリシスについて詳しく説明する。図１、図２は、回転運動伝達機構のねじれ角と軸トルクの大きさの関係を示したグラフである。図１では、原点Ｐ０から軸トルクが変動し始めて、点Ｐ１で最大値をとって再び０に戻る場合と、点Ｐ２で最大値をとって再び０に戻る場合との２つの場合を図示している。

【0021】

ヒステリシスによって、いずれの場合においても、軸トルクが０に戻った時点でのねじれ角の値は０にならず、それぞれの場合において異なるねじれ角の値をとる（点Ｐ３及びＰ４）。つまり、これら点Ｐ３及びＰ４がとるねじれ角の値は、点Ｐ１及びＰ２の値、すなわち軸トルクの最大値にそれぞれ依存している。

【0022】

図２では、原点Ｐ０から軸トルクが変動し始めて、点Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、及びＰ６を記載の順に経て、点Ｐ７に至るように変化していく様子を図示している。図１と同様に、点Ｐ１を経て軸トルクの値が０に戻った場合、ヒステリシスに起因して原点Ｐ０には戻らず、点Ｐ３に至る。この点Ｐ３の値は、前述した通り、点Ｐ１の軸トルクの値に依存している。

【0023】

点Ｐ３に至った後に、逆方向に軸トルクをかけると、点Ｐ５においてねじれ角の値は０になる。ここで、点Ｐ５から点Ｐ６を経由して点Ｐ７に至った場合、点Ｐ７のねじれ角の値は点Ｐ６での軸トルクの値のみに依存し、点Ｐ１の軸トルクの値には依存しない。つまり、軸トルクの最大値は、ねじれ角の値が０になった時点でリセットされる。言い換えると、ヒステリシスの大きさは、ねじれ角の値が０になってから再び０に戻るまでの軸トルクの最大値に依存する。
なお、本明細書において、軸トルクの値とは、軸トルクの大きさ、すなわち絶対値のことを指している。

【0024】

以上のことから、ねじれ角の値が０になってから再び０に戻るまでの軸トルクの最大値を知ることができれば、ヒステリシスの値を推定できる。さらに、軸トルクの最大値は、ねじれ角の最大値から推定可能である。そのため、ねじれ角の値が０になってから再び０に戻るまでのねじれ角の最大値を知ることができれば、ヒステリシスの値を推定できる。

【0025】

そのため、本実施形態では、ねじれ角の値が０になってから再び０に戻るまでのねじれ角の最大値を特定することによって、ヒステリシスに起因する軸トルクの推定誤差を補正する。

【0026】

＜トルク推定装置の構成＞
次に、図３を参照して、第１の実施形態に係るトルク推定装置について説明する。図３は、第１の実施形態に係るトルク推定装置の構成を示すブロック図である。図３には、本実施形態に係るトルク推定装置１に加え、回転運動伝達機構２、動力源３、及び動力出力対象部材４も示されている。

【0027】

回転運動伝達機構２は、例えば変速機であり、動力源３が出力した回転運動を動力出力対象部材４に伝達するための装置である。回転運動伝達機構２は入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２を備えており、入力軸Ｓ１に入力された回転運動を、適切な角速度、向きに変更して、出力軸Ｓ２から出力する。

【0028】

動力源３は例えば、エンジンやモーターなどの回転運動を出力することが可能な装置である。動力源３は、入力軸Ｓ１と連結されている。
動力出力対象部材４は、例えば、移動体のホイールやロボットアームのリンクであり、回転運動が出力される対象である。動力出力対象部材４は出力軸Ｓ２と連結されている。

【0029】

図３に示すように、トルク推定装置１は、入力軸側エンコーダ１１、出力軸側エンコーダ１２、ねじれ角算出部１３、制御部１４、及びローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２を備えている。
入力軸側エンコーダ１１は、入力軸Ｓ１に取り付けられるセンサ（第１のセンサ）であり、入力軸Ｓ１の回転角を検出する。入力軸側エンコーダ１１は、検出した入力軸Ｓ１の回転角の情報をねじれ角算出部１３に対して出力する。

【0030】

出力軸側エンコーダ１２は、出力軸Ｓ２に取り付けられるセンサ（第２のセンサ）であり、出力軸Ｓ２の回転角を検出する。出力軸側エンコーダ１２は、検出した出力軸Ｓ２の回転角の情報をねじれ角算出部１３に対して出力する。

【0031】

ねじれ角算出部１３は、入力軸側エンコーダ１１から取得した入力軸Ｓ１の回転角の情報と、出力軸側エンコーダ１２から取得した出力軸Ｓ２の回転角の情報とに基づいて、ねじれ角を算出する。ねじれ角算出部１３が算出したねじれ角は、ノイズを含むため、ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２に出力される。

【0032】

ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２は、それぞれ異なる遮断周波数を有するローパスフィルタである。ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２は、ねじれ角算出部１３が算出したねじれ角に対し、それぞれ異なる遮断周波数でローパスフィルタ処理（以下、ＬＰＦ処理）を行う。ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２は、ＬＰＦ処理したねじれ角を制御部１４に出力する。

【0033】

なお、本実施形態においては、ローパスフィルタ（第１のローパスフィルタ）ＬＰＦ１の遮断周波数が、ローパスフィルタ（第２のローパスフィルタ）ＬＰＦ２の遮断周波数よりも小さいものとするが、この大小関係は逆であってもよい。
また、以後、ローパスフィルタＬＰＦ１によってＬＰＦ処理されたねじれ角をねじれ角Ｌと呼び、ローパスフィルタＬＰＦ２によってＬＰＦ処理されたねじれ角をねじれ角Ｈと呼ぶこととする。

【0034】

制御部１４は、ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２から、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈの値を取得する。そして、制御部１４は、取得したねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈの値に基づいて、回転運動伝達機構２に作用する軸トルクの値を推定する。

【0035】

ここで、制御部１４は、例えば、推定した軸トルクの値に基づいて、動力源３の出力を制御する。制御部１４は、推定した軸トルクの値に基づいて、より精密に回転運動を制御できる。
なお、制御部１４は、動力源３の出力を制御せずに、軸トルクの値を推定するだけでもよい。

【0036】

より具体的には、図３に示すように、制御部１４は、減算部１４１、ねじれ角最大値リセット部１４２、ねじれ角最大値検出部１４３、及びトルク推定部１４４を備える。
減算部１４１は、ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２から、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈの値を取得し、ねじれ角Ｌからねじれ角Ｈを引いた値、すなわち、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値を算出する。減算部１４１は、算出した（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値をねじれ角最大値検出部１４３に出力する。

【0037】

ねじれ角最大値リセット部１４２は、ローパスフィルタＬＰＦ１からねじれ角Ｌの値を取得する。ねじれ角最大値リセット部１４２は、ねじれ角Ｌの値の正負の反転を検出し、ねじれ角Ｌの値の正負の反転が検出された場合は、ねじれ角最大値検出部１４３に通知する。

【0038】

ねじれ角最大値検出部１４３は、減算部１４１から（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値を取得し、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負の反転を検出する。ねじれ角最大値検出部１４３は、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負の反転を検出した場合、その時点を、ねじれ角が極値をとる時点とみなし、その時点のねじれ角Ｌの値をローパスフィルタＬＰＦ１から取得する。

【0039】

ねじれ角最大値検出部１４３は、取得したねじれ角Ｌの値が、その時点でのねじれ角Ｌの最大値よりも大きかった場合、ねじれ角の最大値を、取得したねじれ角Ｌの値に更新する。ねじれ角最大値検出部１４３は、トルク推定部１４４にねじれ角Ｌの最大値を出力する。
なお、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転した時点を、ねじれ角が極値をとる時点とみなせる理由については後述する。

【0040】

さらに、ねじれ角最大値検出部１４３は、ねじれ角最大値リセット部１４２から通知を受けた場合、ねじれ角の最大値をリセットする。具体的には、ねじれ角の最大値を０に更新する。

【0041】

トルク推定部１４４は、ローパスフィルタＬＰＦ１からねじれ角Ｌの値を取得し、ねじれ角最大値検出部１４３からねじれ角の最大値を取得する。そして、トルク推定部１４４は、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｌの最大値に基づいて、回転運動伝達機構２の軸トルクの値を推定する。具体的には、トルク推定部１４４は、ねじれ角Ｌの最大値からヒステリシスの大きさを推定し、推定したヒステリシスの大きさと、ねじれ角Ｌの値に基づいて、回転運動伝達機構２の軸トルクの値を推定する。

【0042】

なお、トルク推定部１４４は、回転運動伝達機構２が継続的に回転運動を続けている場合はねじれ角Ｌの値のみに基づいて軸トルクの値を推定し、回転運動伝達機構２が回転運動を停止する場合にねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｌの最大値に基づいて軸トルクの値を推定してもよい。

【0043】

また、制御部１４は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、軸トルクの値を推定するためのプログラムやデータ等が格納されたＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部と、を備えている。すなわち、制御部１４は、コンピュータとしての機能を有しており、上記プログラムに基づいて軸トルクの値を推定する。

【0044】

そのため、図１に示す制御部１４を構成する各機能ブロックは、ハードウェア的には、上記ＣＰＵ、記憶部、その他の回路等によって構成でき、ソフトウェア的には、記憶部に格納された軸トルクの値を推定するためのプログラムなどによって実現できる。すなわち、制御部１４は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいは両者の組み合わせによって、様々な形態で実現できる。

【0045】

＜トルク推定方法＞
次に、図４を用いて、トルク推定装置１が回転運動伝達機構２に作用する軸トルクの値を推定するための処理すなわち本実施形態に係るトルク推定方法について詳しく説明する。図４は、第１の実施形態に係るトルク推定方法の処理を示すフローチャートである。図４の説明においては、図３を適宜参照する。
まず、図４に示すように、トルク推定装置１において、入力軸側エンコーダ１１が入力軸Ｓ１の回転角の情報を検出すると共に、出力軸側エンコーダ１２が出力軸Ｓ２の回転角の情報を検出する（ステップＳＴ１）。

【0046】

次に、ねじれ角算出部１３は、入力軸側エンコーダ１１が検出した入力軸Ｓ１の回転角の情報と出力軸側エンコーダ１２が検出した出力軸Ｓ２の回転角の情報とから、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とのねじれ角を算出する（ステップＳＴ２）。
次に、算出されたねじれ角には、ノイズが含まれているため、それを除去するためにローパスフィルタＬＰＦ１によってＬＰＦ処理を行う（ステップＳＴ３）。なお、ローパスフィルタＬＰＦ２によってＬＰＦ処理を行ってもよい。

【0047】

次に、制御部１４は、詳細には後述する処理によって、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とのねじれ角の値が０の時点から、軸トルクの値を推定する時点までの、ねじれ角の最大値を特定する（ステップＳＴ４）。

【0048】

最後に、制御部１４は、軸トルクの値を推定する時点でのねじれ角の測定値と、ステップＳＴ４で特定したねじれ角の最大値と、に基づいて、回転運動伝達機構２の軸トルクの値を推定する（ステップＳＴ５）。具体的には、制御部１４は、ステップＳＴ４で特定したねじれ角の最大値からヒステリシスの大きさを推定し、推定したヒステリシスの大きさに基づいて、軸トルクの値を推定する。

【0049】

ヒステリシスが軸トルクの推定値に大きな影響を与えるのは、特に回転運動を停止させるときである。そのため、本実施形態に係るトルク推定装置１は、特に、回転運動を停止させるときの軸トルクの値を推定する場合に、図４に示すような処理によって、軸トルクを推定してもよい。また、トルク推定装置１は、回転運動が継続している場合は、ヒステリシスの値を考慮せずに軸トルクを算出するようにしてもよく、例えば、ねじれ角に固有のばね定数をかけることで軸トルクを算出するようにしてもよい。このような構成にすると、軸トルクの推定に必要な処理を簡素化できる。

【0050】

以下、図５を用いて、前述したねじれ角の最大値を特定するステップ（図４のステップＳＴ４）における処理について、さらに詳しく説明する。図５は、ねじれ角の最大値を特定するステップの処理を示すフローチャートである。本実施形態に係るトルク推定装置１は、第１の遮断周波数におけるＬＰＦ処理がなされたねじれ角の測定値と、第２の遮断周波数におけるＬＰＦ処理がなされたねじれ角の測定値との差に基づいて、ねじれ角の最大値を特定する。

【0051】

まずは、図４のステップＳＴ２においてねじれ角算出部１３が算出したねじれ角に対して、遮断周波数の小さいＬＰＦ処理（以下、弱いＬＰＦ処理と記載）と、遮断周波数の大きいＬＰＦ処理（以下、強いＬＰＦ処理と記載）を行い、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈを出力する（ステップＳＴ４１）。具体的には、弱いＬＰＦ処理は、ローパスフィルタＬＰＦ１によるＬＰＦ処理であり、強いＬＰＦ処理は、ローパスフィルタＬＰＦ２によるＬＰＦ処理である。
なお、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈのうちいずれか一方として、図３におけるステップＳＴ３でＬＰＦ処理を行ったねじれ角を用いてもよい。本実施形態では、ねじれ角Ｌとして、図３におけるステップＳＴ３でＬＰＦ処理を行ったねじれ角を用いる。

【0052】

次に、減算部１４１は、ねじれ角Ｌの値からねじれ角Ｈの値を引く処理を行う。つまり、減算部１４１は、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値を算出する（ステップＳＴ４２）。なお、ねじれ角Ｈの値からねじれ角Ｌの値を引いてもよい。
次に、ねじれ角最大値検出部１４３は、ステップＳＴ４２で求めた（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転したか否かを判定する（ステップＳＴ４３）。

【0053】

図６は、図５のステップＳＴ４１～ＳＴ４３に対応する処理の実例を示すためのグラフである。図６に記載された４つのグラフの横軸は、トルク推定装置１のデータ取得数を表しており、実質的に時間を表している。また、これら４つのグラフは、横軸の値を揃えて記載されている。図６のグラフａ～ｄは、ＬＰＦ処理を行う前のねじれ角、ねじれ角Ｌ、ねじれ角Ｈ、及び（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値をそれぞれ縦軸にとっている。

【0054】

なお、これらのグラフには測定された全てのねじれ角が記載されているが、これは、説明を簡潔に行うために記載されているのであって、トルク推定装置１がグラフに記載された全てのねじれ角を同時に記憶している訳ではない。

【0055】

上述した通り、ねじれ角最大値検出部１４３は、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転した時点を、ねじれ角が極値をとる時点として検出する。そこで、図６のグラフｄの正負が反転した時点に着目する。直線Ｌ１～Ｌ６は、それぞれ、図６のグラフｄの正負が反転した時点を含み、横軸に対して垂直な直線である。この直線Ｌ１～Ｌ６とグラフｂ及びｃを参照すると、確かに直線Ｌ１～Ｌ６は、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈが極値をとる時点の近傍を通過していることがわかる。

【0056】

図５のフローチャートの説明に戻る。
（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転しない場合（ステップＳＴ４３ＮＯ）、後述するステップＳＴ４６に移行する。
他方、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転した場合（ステップＳＴ４３ＹＥＳ）、その時点におけるねじれ角Ｌの値を新たに検出したねじれ角Ｌの極値であると判定する。そして、新たに検出したねじれ角Ｌの極値が、その時点でのねじれ角Ｌの最大値よりも大きいか否か判定する（ステップＳＴ４４）。

【0057】

新たに検出したねじれ角Ｌの極値が、その時点でのねじれ角Ｌの最大値よりも大きい場合（ステップＳＴ４４ＹＥＳ）、ねじれ角Ｌの最大値を、新たに検出したねじれ角Ｌの極値へと更新する（ステップＳＴ４５）。そして、後述するステップＳＴ４６に移行する。
他方、新たに検出したねじれ角Ｌの極値が、その時点でのねじれ角Ｌの最大値よりも小さい場合（ステップＳＴ４４ＮＯ）、ねじれ角Ｌの最大値を更新せずに、ねじれ角Ｌの値の正負が反転しているかどうかを判定する（ステップＳＴ４６）。

【0058】

正負が反転した場合（ステップＳＴ４６ＹＥＳ）、ねじれ角Ｌの値が０になった時点があったと判定し、ねじれ角Ｌの最大値をリセットし（ステップＳＴ４７）、そのまま処理を終了する。
他方、正負が反転しない場合（ステップＳＴ４６ＮＯ）、ねじれ角Ｌの最大値をリセットせずに、ステップＳＴ４１に戻る。すなわち、ねじれ角Ｌの最大値がリセットされるまで、ステップＳＴ４１～ＳＴ４６を繰り返す。ねじれ角Ｌの最大値がリセットされると、図５に示した処理を新たに開始する。

【0059】

以上説明したような処理によってねじれ角Ｌの最大値を特定する場合、制御部１４が記憶しておく必要があるのは、ねじれ角の最大値のみである。そのため、このような処理でねじれ角の最大値を特定することで、軸トルクを推定するのに必要なメモリリソースを抑制することができる。
なお、ねじれ角最大値検出部１４３が行うステップＳＴ４３～ＳＴ４５と、ねじれ角最大値リセット部１４２が行うステップＳＴ４６は、実際には並行して行われる処理である。

【0060】

＜ねじれ角の極値の特定方法＞
前述した通り、本実施形態に係るトルク推定装置１は、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転した時点を、ねじれ角Ｌが極値をとる時点として判定する。以下、このような処理によって、ねじれ角Ｌが極値をとる時点を特定できる理由について、図７を用いて詳しく説明する。

【0061】

図７は、ねじれ角の極値を検出する処理を説明するためのグラフである。図７は、ねじれ角の値を時間に対してプロットしたグラフであり、ねじれ角１０１Ｌ及びねじれ角１０１Ｈのグラフが重ねて表記されている。ねじれ角１０１Ｌ及びねじれ角１０１Ｈは、極大値をもつねじれ角に対して、それぞれ弱いＬＰＦ処理及び強いＬＰＦ処理を行ったものである。
ここで、点Ｐ８は、ねじれ角１０１Ｌが極大値をとる点であり、その時刻を時刻ｔ１とする。また、点Ｐ９は、ねじれ角Ｌ及びねじれ角Ｈが交わる点であり、その時刻を時刻ｔ２とする。

【0062】

ねじれ角に対して遮断周波数の異なるＬＰＦ処理を行った場合、遮断周波数の大きいＬＰＦ処理を行ったねじれ角は、遮断周波数の小さいＬＰＦ処理を行ったねじれ角と比較して、値の増減が遅延する。そのため、図７に示すねじれ角１０１Ｌ及びねじれ角１０１Ｈのグラフを見ると、ねじれ角１０１Ｈのグラフが、ねじれ角１０１Ｌに対して遅延しているように見える。
なお、これは、遮断周波数の異なるＬＰＦ処理を行うことによって、疑似的な時間差分を作り出していると言える。

【0063】

ねじれ角１０１Ｌ及びねじれ角１０１Ｈが極大値をもつ場合、図７に示すように、ねじれ角１０１Ｌ及びねじれ角１０１Ｈのグラフが交わる時刻、すなわち時刻ｔ２を境界として、ねじれ角１０１Ｌ及びねじれ角１０１Ｈの値の大小関係は入れ替わる。
つまり、時刻ｔ２は、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転する時点に対応している。

【0064】

時刻ｔ２は、厳密にはねじれ角Ｌが極大値をとる時刻ｔ１とは一致しない。しかし、弱いＬＰＦ処理及び強いＬＰＦ処理におけるそれぞれの遮断周波数を調整することによって、時刻ｔ１と時刻ｔ２との差は、誤差範囲にまで小さくすることができる。よって、弱いＬＰＦ処理及び強いＬＰＦ処理におけるそれぞれの遮断周波数が適切に設定されていれば、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転した時点を、ねじれ角Ｌが極値をとる時点として判定してもよい。

【0065】

以上説明した理由から、本実施形態に係るトルク推定装置１は、（ねじれ角Ｌ―ねじれ角Ｈ）の値の正負が反転した時点を、ねじれ角Ｌが極値をとる時点として判定してもよい。このように特定した場合、本実施形態に係るトルク推定装置１は、ねじれ角Ｌの極値を特定するためにねじれ角の値を記憶しておく必要がないので、メモリリソースを抑制することができる。

【0066】

なお、上述したねじれ角の極値の特定方法に関連する方法として、ねじれ角の値から所定の時間前のねじれ角の値を引き、その値の正負が反転した時点をねじれ角が極値をとる時点として特定する方法が想定される。しかしながら、この方法は、少なくとも所定の時間分のねじれ角の値を記憶しておく必要があるため、トルク推定に必要なメモリリソースを抑制することは難しい。

【0067】

以上、説明したような構成にすることによって、本実施形態に係るトルク推定装置１は、軸トルクの推定に必要なメモリリソースを抑制することができる。

【0068】

本実施形態に係るトルク推定方法は、トルク推定装置１に搭載されたトルク推定プログラムによって、実行されてもよい。

【0069】

なお、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、Solid-State drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、又はその他の形式の伝搬信号を含む。

【0070】

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

【符号の説明】

【0071】

１ トルク推定装置
２ 回転運動伝達機構
３ 動力源
４ 動力出力対象部材
１１ 入力軸側エンコーダ
１２ 出力軸側エンコーダ
１３ ねじれ角算出部
１４ 制御部
１４１ 減算部
１４２ ねじれ角最大値リセット部
１４３ ねじれ角最大値検出部
１４４ トルク推定部
ＬＰＦ１、ＬＰＦ２ ローパスフィルタ
Ｓ１ 入力軸
Ｓ２ 出力軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】