JP7093504B2 - ドライバトルク推定装置およびそれを備えた操舵装置 - Google Patents

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。

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。

特開２０１７－１１４３２４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 コラム式ＥＰＳの物理モデルの構成を示す模式図である。 拡張状態オブザーバの構成を示すブロック図である。 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。 図６Ａの図解的な側面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 モータ制御用ＥＣＵの変形例を示すブロック図である。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

－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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

「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。

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。

「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。

「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。

「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。

「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。

「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。

「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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１，１Ａ…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

Claims (11)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。

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