JP7124449B2 - Hands-on-off detection device, electric power steering device, external torque estimation method, and hands-on-off detection device control program - Google Patents

Hands-on-off detection device, electric power steering device, external torque estimation method, and hands-on-off detection device control program Download PDF

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Description

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。 The present invention provides a hands-on/off detection device to be installed in an electric power steering device that drives and controls a motor according to a current command value and assists and controls a steering system of a vehicle by drive control of the motor, and an electric power steering equipped with the hands-on/off detection device. The present invention relates to a device, an external torque estimation method and a hands-on-off detection device control program.

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。 2. Description of the Related Art In an electric power steering system (EPS) that assists and controls a steering system of a vehicle with the rotational force of a motor, the driving force of the motor is applied to a steering shaft or a rack shaft as a steering assist force (assist force).

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。 Advanced Driver Assistance System (ADAS) is a system that assists the driving operation of an automobile driver. It is intended to prevent or mitigate In ADAS, "hands-on/hands-off detection" is used to determine whether the driver is gripping the steering wheel (hands-on state) or the driver is not gripping the steering wheel (hands-off state). there is In recent years, it has become more and more important to improve detection accuracy in hands-on/hands-off detection.

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。 The steering wheel operation state determination device described in Patent Document 1 performs hands-on/hands-off detection by estimating driver torque generated by steering by the driver. The driver torque is estimated by a torque estimation observer that inputs the rotation angle detected by the rotation angle sensor installed on the EPS motor and the steering torque (torsion bar torque) detected by the torque sensor installed on the steering shaft. be done.

特開2017-114324号公報JP 2017-114324 A

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。
By the way, since the steering shaft transmits the rotation of the steering wheel to the steered wheels, not only the driver torque but also the road surface reaction torque generated by the reaction force received by the steered wheels from the road surface acts on the steering shaft.
However, the steering wheel operation state determination device described in Patent Document 1 estimates the driver torque directly from the steering torque (torsion bar torque) using a torque estimation observer. Therefore, it is difficult to determine whether the estimated driver torque is the true driver torque generated by the driver's steering or the road surface reaction torque generated by factors such as the road surface reaction force. rice field.

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。 In view of the above circumstances, the present invention provides a hands-on/off detection device capable of robust hands-on/hands-off detection against road surface reaction torque, etc., an electric power steering device equipped with the same hands-on/off detection device, and an external torque estimation method. and a hands-on-off detection device control program.

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。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The hands-on-off detection device of the present invention comprises an input shaft to which a handle is connected, a torque sensor attached to an output shaft connected to the input shaft, and a torque sensor connected to the output shaft for detecting a rotor rotation angle. an electric motor connected to a sensor and a current sensor for detecting a motor current value; and a controller connected to the torque sensor and the electric motor, wherein the controller detects steering torque from the torque sensor. the control unit acquires the rotor rotation angle and the motor current value from the electric motor; the control unit calculates motor torque by multiplying the motor current value by a torque constant; , from the steering torque, the rotor rotation angle, and the motor torque, a disturbance torque, which is a torque other than the motor torque among the torques acting on the input shaft and the output shaft, is estimated; Low-pass filter processing is performed on the disturbance torque and the steering torque, phase comparison is performed between the disturbance torque after the low-pass filter processing and the steering torque, and it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in the same phase. If so, it is determined that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side, and if it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in opposite phase, the disturbance torque is input from the output shaft side It is determined that it is the input torque.

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。 In the hands-on-off detection device of the present invention, the control unit has a counter, and when it is determined that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side, the counter value of the counter is increased by a predetermined addition value. If the condition for adding the counter value is not satisfied, the counter value is subtracted by a predetermined subtraction value, and if the counter value exceeds a predetermined hands-on determination threshold value, the driver grips the steering wheel. If the counter value is less than a predetermined hands-off determination threshold, it may be determined that the driver is not gripping the steering wheel.

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。 In the hands-on-off detection device of the present invention, when the control unit determines that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side, and the disturbance torque after the low-pass filter processing is a predetermined torque threshold If greater, the counter value may be incremented by a predetermined additional value.

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。 In the hands-on-off detection device of the present invention, when the control unit determines that the disturbance torque is the torque input from the input shaft during a period in which a predetermined operation flag is activated, and A predetermined addition value may be added to the counter value when the disturbance torque subjected to band-pass filtering after low-pass filtering is greater than a predetermined torque threshold.

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。 The hands-on-off detection device of the present invention may convert the motor torque into a corrected motor torque that considers the operating error of the electric motor.

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。 In the hands-on-off detection device of the present invention, the added value may be greater than the subtracted value.

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。 An electric power steering system according to the present invention is equipped with the hands-on-off detection device described above.

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。
The external torque estimation method of the present invention includes a steering torque detection step of detecting a steering torque from an input shaft to which a steering wheel is connected and an output shaft connected to the input shaft, and an electric motor connected to the output shaft. A rotor rotation angle detection step of detecting a rotor rotation angle, a motor current value detection step of detecting a motor current value from the electric motor, and a motor torque calculation step of calculating a motor torque by multiplying the motor current value by a torque constant. a corrected motor torque calculation step of calculating a corrected motor torque from the motor torque and a deformation characteristic of a reduction mechanism coupled to the electric motor; the steering torque, the rotor rotation angle, the motor torque, and the corrected motor; and an external torque estimating step of estimating a disturbance torque, which is torque other than the motor torque among torques acting on the input shaft and the output shaft, from the torque.

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。 The hands-on-off detection device control program of the present invention comprises an input shaft to which a handle is connected, a torque sensor attached to an output shaft connected to the input shaft, and a torque sensor connected to the output shaft to detect a rotor rotation angle. A hands-on/off detection device comprising: an electric motor connected to an angle sensor that detects a current value of the motor; and a controller connected to the torque sensor and the electric motor, wherein the controller includes the The steering torque is obtained from a torque sensor, the controller obtains the rotor rotation angle and the motor current value from the electric motor, and the controller calculates the motor torque by multiplying the motor current value by a torque constant. and causing the control unit to estimate disturbance torque, which is torque other than the motor torque among the torques acting on the input shaft and the output shaft, from the steering torque, the rotor rotation angle, and the motor torque. and causing the control unit to perform low-pass filter processing on the disturbance torque and the steering torque, perform phase comparison between the disturbance torque after the low-pass filter processing and the steering torque, and perform a phase comparison between the disturbance torque and the steering torque. is in the same phase, the disturbance torque is determined to be the torque input from the input shaft side, and when it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in opposite phase, the disturbance torque is the torque input from the output shaft side.

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。 According to the hands-on/off detection device, the electric power steering device equipped with the hands-on-off detection device, the external torque estimation method, and the hands-on-off detection device control program of the present invention, robust hands-on/hands-off detection against road surface reaction torque, etc. It can be performed.

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。1 is a schematic diagram showing the configuration of an electric power steering device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 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。2 is a configuration diagram of a steering shaft of the same electric power steering device; FIG. 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。2 is a block diagram showing the configuration of an ECU of the electric power steering device; FIG. 同EUCの制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control part of same EUC. 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。FIG. 3 is a functional block diagram when the same ECU assists the steering of the driver; 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。FIG. 3 is a functional block diagram when the same ECU performs hands-on/hands-off detection; 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。It is a graph for obtaining a corrected motor torque in consideration of an operation error from a motor current value. 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。FIG. 2 is a state variable diagram of the electric power steering system according to the first embodiment of the present invention; オブザーバの状態変数線図である。FIG. 4 is a state variable diagram of an observer; 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。These are measurement results of steering torque, steering torque estimation value, and disturbance torque estimation value. 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。This is the measurement result when the disturbance torque simulating the road surface reaction force is input from the output shaft side in the hands-off state. 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。It is the measurement result of the disturbance torque estimated value and the steering torque estimated value in the hands-off state. 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。It is a measurement result of the disturbance torque estimated value and the steering torque estimated value in the hands-on state. ハンズオンオフカウンタの動作を示すグラフである。4 is a graph showing the operation of a hands-on-off counter; 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。FIG. 10 is a functional block diagram when the ECU of the electric power steering device according to the second embodiment of the present invention performs hands-on/hands-off detection; 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。It is a Bode diagram of a bandpass filter of the same electric power steering apparatus. 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。It is a graph which shows the effect of the LDW band pass filter of the same electric power steering apparatus.

(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。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 14. FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an electric power steering device 100 equipped with a hands-on/off detection device 200 according to this embodiment. The electric power steering device 100 is a column assist type electric power steering device in which an electric motor and a speed reduction mechanism are arranged on a column portion (steering shaft).

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。 As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus 100 includes a steering wheel 1 which is a steering member for steering a vehicle, a steering mechanism 2 which steers steered wheels in conjunction with the rotation of the steering wheel 1, and a steering assist mechanism 3 that assists the steering of the driver.

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。
The steering mechanism 2 includes a steering shaft (column shaft, steering wheel shaft) 20 connected to the steering wheel 1, a steering angle sensor 20a for detecting the steering angle θ IS of the steering wheel 1, a universal joint 24, an intermediate shaft 25, It has a pinion rack mechanism 26, tie rods 27a and 27b, and hub units 28a and 28b.
The steering shaft 20 is connected to the steered wheels via a universal joint 24, an intermediate shaft 25, a pinion rack mechanism 26, tie rods 27a and 27b, and via hub units 28a and 28b.
A torque sensor 29 is provided on the steering shaft 20 . A torque sensor 29 is used to calculate a steering torque (steering torque) Ts.

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。 The steering assist mechanism 3 includes an electric motor 30, a speed reduction mechanism 31, a vehicle speed sensor 32 for detecting vehicle speed, and an ECU (control unit) 33, as shown in FIG.

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。
FIG. 2 is a configuration diagram of the steering shaft 20. As shown in FIG.
The steering shaft 20 has an input shaft 21 connected to the steering wheel 1, an output shaft 22 connected to a universal joint 24, and a torsion bar 23 connecting the input shaft 21 and the output shaft 22. The input shaft 21 and the output shaft 22 are connected via a torsion bar 23 so as to be relatively rotatable on the same axis.
The input shaft 21 and the output shaft 22 may be connected (integrated) without using the torsion bar 23 for the steering shaft 20 .

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。
The torque sensor 29 is attached to the input shaft 21 and the output shaft 22, as shown in FIG. The torque sensor 29, for example, electrically detects a phase rotation displacement amount of the input shaft 21 with respect to the output shaft 22 (detects an increase or decrease in magnetic flux density), and calculates a steering torque Ts from the phase rotation displacement amount (steering torque detection process). The torque sensor 29 detects the number of rotation pulses, and may detect the steering torque Ts from the difference in the number of rotation pulses detected from the input shaft 21 and the output shaft 22 . Moreover, the torque sensor 29 may detect the steering torque Ts by a strain gauge or an optical sensor. Torque sensor 29 outputs the detected steering torque Ts to ECU 33 .
If the torque sensor 29 can detect the angle of the input shaft 21 (the steering angle of the steering wheel 1) θ IS , the steering angle sensor 20a is not necessarily required.

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。 The torque sensor 29 may detect the rotation angles of the input shaft 21 and the output shaft 22, output the detected rotation angles to the EUC 33, and the ECU 33 may calculate the steering torque Ts based on the rotation angles.

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。
The pinion rack mechanism 26 has a pinion and rack (not shown).
The pinion is connected to the intermediate shaft 25 and rotates as the intermediate shaft 25 rotates.
The rack extends linearly along the left-right direction of the automobile (direction orthogonal to the straight-ahead direction). The rack meshes with the pinion near the axial middle portion of the rack. The pinion and rack convert rotation of the pinion into axial movement of the rack. Axial movement of the rack steers the steerable wheels.

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。 When the steering wheel 1 is steered (rotated) by the driver, the rotation of the steering wheel 1 is transmitted to the pinion via the steering shaft 20 and the intermediate shaft 25 . Rotation of the pinion is then converted into axial movement of the rack. Tie rods 27a, 27b and hub units 28a, 28b connected to both ends of pinion rack mechanism 26 move in the axial direction of the rack, and steerable wheels connected to hub units 28a, 28b are steered.

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)。 The electric motor 30 is, for example, a three-phase brushless motor that assists the steering force of the steering wheel 1 . The electric motor 30 is connected to the output shaft 22 via a speed reduction mechanism 31 . A rotation angle sensor such as a resolver or a TMR sensor is connected to the electric motor 30, and the rotation angle sensor (rotor rotation angle) θ OS of the rotor of the electric motor 30 is detected (rotor rotation angle detection step). ). The rotation angle sensor outputs the detected rotor rotation angle θ OS to the ECU 33 . A current sensor is connected to the electric motor 30, and the motor current value Im flowing through the electric motor 30 is measured by the current sensor. The current sensor outputs the measured motor current value Im to the EUC 33 (motor current value detection step).

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。 The reduction mechanism 31 is a worm gear mechanism having a worm gear 31a and a worm wheel 31b that meshes with the worm gear 31a. The worm gear 31 a is rotationally driven by the electric motor 30 . Also, the worm wheel 31b is connected to the output shaft 22 so as to be able to rotate integrally therewith. The worm wheel 31b is rotationally driven by the worm gear 31a.

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。 The vehicle speed sensor 32 is a sensor that detects vehicle speed Vel. The vehicle speed sensor 32 outputs the detected vehicle speed Vel to the ECU 33 .

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。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the ECU 33. As shown in FIG.
The ECU (control unit) 33 has, as shown in FIG.

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。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control section 34. As shown in FIG.
The control unit 34 is a device (computer) capable of executing a program including a CPU (Central Processing Unit) 36, a memory 37, a storage unit 38, and an input/output control unit 39, as shown in FIG. By executing a predetermined program, it functions as a plurality of functional blocks such as a current command value calculator 41, which will be described later. At least part of the functions of the control unit 34 may be configured by a dedicated logic circuit or the like.

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。 The storage unit 38 is a non-volatile recording medium that stores the above-described programs and necessary data. The storage unit 38 is composed of, for example, a ROM, a hard disk, or the like. A program recorded in the storage unit 38 is read into the memory 37 and executed by the CPU 36 .

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。 The input/output control unit 39 receives input data from the vehicle speed sensor 32, the rotation angle sensor of the electric motor 30, and the like. The input/output control unit 39 also generates control signals and the like for the vehicle speed sensor 32 and the electric motor 30 based on instructions from the CPU 36 when the CPU 36 controls the vehicle speed sensor 32 and the electric motor 30 .

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。 The motor drive circuit 35 is an inverter that PWM-drives the electric motor 30 . The motor drive circuit 35 uses, for example, FETs (Field Effect Transistors) as drive elements, and is composed of an FET bridge circuit.

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。 The ECU 33 calculates the current command value of the assist (steering assistance) command based on the steering torque Ts detected by the torque sensor 29 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 32, and compensates the current command value. The current supplied to the electric motor 30 is controlled by the voltage control command value Vref obtained by applying the

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。
FIG. 5 is a functional block diagram of the ECU 33 when the ECU 33 assists the steering of the driver.
The steering torque Ts detected by the torque sensor 29 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 32 are input to a current command value calculator 41 that calculates a current command value Iref1. The current command value calculation unit 41 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the electric motor 30, using an assist map or the like based on the input steering torque Ts and vehicle speed Vel.

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。 The current command value Iref1 is input to the current limiter 43 via the adder 42A, the current command value Irefm whose maximum current is limited is input to the subtractor 42B, and the deviation I (Irefm -Im) is calculated. The deviation I is input to a PI (proportional-integral) control section 45 in order to improve steering operation characteristics.

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。 A voltage control value Vref PI-controlled by the PI control unit 45 is input to the PWM control unit 46 together with the modulation signal (carrier) CF. The PWM control unit 46 calculates the duty and PWM-drives the electric motor 30 via the motor drive circuit 35 according to the PWM signal.

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。 The motor current value is detected by the motor current detection means, input to the subtractor 42B, and fed back. In the case of a three-phase brushless motor, the PWM control unit 46 includes a duty calculation unit that calculates a PWM duty value D for three phases according to a predetermined formula for voltage control values, and a PWM duty value D that controls the gate of an FET as a drive element. It is composed of a gate driving section that drives and turns ON/OFF after compensating for dead time. The motor drive circuit 35 is composed of, for example, a three-phase bridge composed of upper and lower arms composed of a U-phase upper FET and a lower FET. driven.

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。 The compensation signal CM from the compensation signal generator 44 is added to the adder 42A, and the characteristics of the steering system are compensated by the addition of the compensation signal CM to improve convergence and inertia characteristics. . Compensation signal generation unit 44 adds self-aligning torque (SAT) 443 and inertia 442 in addition unit 444, adds convergence 441 to the addition result in addition unit 445, and outputs the addition result of addition unit 445 as a compensation signal. It is commercial.

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。 When the driver steers the steering wheel 1 , the input shaft 21 rotates and the torsion bar 23 twists, causing phase rotation displacement between the input shaft 21 and the output shaft 22 . The torque sensor 29 detects the steering torque Ts from the phase rotation displacement amount (θ IS −θ OS ) of the input shaft 21 with respect to the output shaft 22 . Based on the steering torque Ts and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 32, the ECU 23 controls driving of the electric motor 30 so that the steering torque Ts is reduced. As a result, the worm gear 31a is rotationally driven by the electric motor 30 controlled by the ECU 33. As shown in FIG. As a result, the worm wheel 31b is rotationally driven, motor torque is applied to the output shaft 22, and the output shaft 22 rotates. Rotation of the output shaft 22 is transmitted to the pinion rack mechanism 26 via the intermediate shaft 25 . Further, the rotation of the pinion of the pinion rack mechanism 26 is converted into axial movement of the rack to steer the steerable wheels. Thus, the electric motor 30 can assist the driver's steering by rotationally driving the worm gear 31a.

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。 Next, hands-on/hands-off detection by the electric power steering apparatus 100 will be described in detail. Hands-on/hands-off detection is performed by a hands-on/off detection device 200 configured by a torque sensor 29, an electric motor 30, and an ECU 23. FIG.

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。 FIG. 6 is a functional block diagram of the ECU 33 when the ECU 33 detects hands-on/hands-off. Functional blocks used when the ECU 33 performs hands-on/hands-off detection include a motor torque calculator 50, a steering state observer 51, a low-pass filter 52, a low-pass filter 53, a phase comparator 54, and a first threshold value comparator 55. , and a determination unit 56 .

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。 The motor torque calculation unit 50, the steering state observer 51, the low-pass filter 52, the low-pass filter 53, the phase comparison unit 54, the first threshold value comparison unit 55, and the determination unit 56 are controlled by the control unit 34 of the ECU 33 executing a predetermined program. It is a functional block to be implemented.

<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。
<Motor torque calculator>
A motor current value Im detected by the current sensor of the electric motor 30 is acquired and input to the motor torque calculation unit 50 . The motor torque calculator 50 outputs the motor torque Tm calculated by multiplying the motor current value Im by the torque constant of the electric motor 30 to the steering state observer 51 .

<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)。
<Steering state observer>
The steering torque Ts detected by the torque sensor 29 , the rotor rotation angle θ OS detected by the rotation angle sensor of the electric motor 30 , and the motor torque Tm are acquired and input to the steering state observer 51 . A steering state observer (observer) 51 estimates a disturbance torque Tdis, which is a torque acting on the output shaft 22 other than the motor torque Tm, based on the steering torque Ts, the rotor rotation angle θ OS , and the motor torque Tm. (external torque estimation step).

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。 Based on the steering mechanism of the electric power steering device 100, a vector having as elements an input shaft angle θ IS that is the angle of the input shaft 21 and an input shaft angular velocity θ IS (dotted θ IS ) is defined as a state variable vector x. , rotor rotation angle θ OS , driver torque Td, and motor torque Tm as elements. Here, Kt is the spring constant of the torsion bar 23, and Js is the handle inertia of the steering system.

Figure 0007124449000001
Figure 0007124449000001

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。 The steering torque Ts is obtained by adding the motor torque Tm of the electric motor 30 to the torque obtained by multiplying the phase rotation displacement amount (θ IS - θ OS ) of the input shaft 21 with respect to the output shaft 22 by the spring constant Kt. A steering torque estimated value ^Ts, which is an estimated value of Ts, can be expressed as shown in Equation 2 using a state variable vector x and an input variable vector u.

Figure 0007124449000002
Figure 0007124449000002

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。 Here, F(Tm) in Equation 2 is a function for obtaining a corrected motor torque that takes into account operating errors such as deformation of the worm gear that change with the motor torque Tm. The graph shown in FIG. 7 is an example of F(Tm). The horizontal axis of FIG. 7 is the motor current value Im (the value obtained by dividing the motor torque Tm by the torque constant), and the vertical axis is the corresponding corrected motor torque. In the example of F(Tm) shown in FIG. 7, it is possible to output a corrected motor torque in consideration of the backlash that occurs when the motor current value is near zero.

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。 FIG. 8 is a state variable diagram based on Equations 1 and 2. FIG. FIG. 9 is a state variable diagram of an observer that estimates a state variable vector x (input shaft angle θ IS and input shaft angular velocity·θ IS ) using steering torque Ts. L is the observer gain. The state equation of the observer shown in FIG. 9 is expressed as Equation 3.

Figure 0007124449000003
Figure 0007124449000003

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。 Next, the observer gain L of the observer shown in FIG. 9 and Equation 3 is obtained. Since the driver torque Td, which is one of the input variable vectors u of the observer, is an unknown value, the observer gain L is obtained with the driver torque Td set to zero. Equation 4 is an observer state equation with the driver torque Td set to zero. Formula 5 is a formula (formula 2) for calculating the steering torque estimated value ^Ts with the driver torque Td set to zero.

Figure 0007124449000004
Figure 0007124449000004

Figure 0007124449000005
Figure 0007124449000005

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。
When the driver does not grip the steering wheel (hands-off state), the observer is provided so that the electric motor 30 can be arbitrarily operated and the state variable vector x (input shaft angle θ IS and input shaft angular velocity θ IS ) can be estimated. Adjust the gain L.
The observer gain L is adjusted so that the estimation error between the actual input shaft angle θ IS and the input shaft angle θ IS estimated by the observer can be made zero.

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。 After adjusting the observer gain L, the steering torque estimated value ̂Ts can be obtained from the state variable vector x estimated by the observer according to Equation (5).

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。 After the observer gain L is adjusted, the estimated steering torque ^Ts substantially matches the steering torque Ts in a state where no torque other than the motor torque from the electric motor 30 acts on the input shaft 21 and the output shaft 22 . Here, the steering torque estimated value ^Ts does not need to match the steering torque Ts completely, and may have an error such as an offset error.

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。 Here, disturbances such as friction with bearings and vibrations transmitted from the vehicle body act on the input shaft 21 and the output shaft 22 attached to the vehicle body. It is desirable to set the offset error in consideration of such disturbance.

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。 Next, a state in which a torque (disturbance torque Tdis) other than the motor torque of the electric motor 30 acts on the input shaft 21 and the output shaft 22 will be examined. When the disturbance torque Tdis acts on the input shaft 21 and the output shaft 22, the steering torque Ts detected by the torque sensor 29 and the steering torque estimated value ^Ts estimated by the steering state observer 51 are different due to the disturbance torque Tdis. there is a difference. Therefore, as shown in Equation 5, the difference (Ts−̂Ts) between the steering torque Ts and the estimated steering torque ^Ts is multiplied by a predetermined coefficient to obtain the estimated disturbance torque ^Tdis (Tdis with a hat). ).

Figure 0007124449000006
Figure 0007124449000006

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。 In Equation 6, M is the disturbance torque gain. The disturbance torque gain M is set to a value that is as large as possible within the range that satisfies Equation 7 and does not overemphasize the noise component of the disturbance torque estimated value ^Tdis. Here, when the disturbance torque gain M satisfies Expression 6, the response of the disturbance torque gain M is slower than that of the observer gain L.

Figure 0007124449000007
Figure 0007124449000007

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。 Further, the disturbance torque estimated value ̂Tdis is fed back to the steering state observer 51 as the driver torque estimated value ̂Td, which is one of the input variable vectors u, as shown in Equation (6). By feeding back the estimated driver torque ̂Td to the steering state observer 51 as the driver torque Td, the operation of the steering state observer 51 is corrected so as to take the driver torque Td into consideration.

<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。
<Low pass filter>
A disturbance torque estimation value ^Tdis estimated by the steering state observer 51 is input to the low-pass filter 52 . A low-pass filter 52 attenuates frequency components higher than a predetermined cutoff frequency from the disturbance torque estimated value Tdis. In this embodiment, the cutoff frequency is set to approximately 15 Hz. The low-pass filter 52 can attenuate high-frequency noise components included in the disturbance torque estimation value ^Tdis to improve the accuracy of hands-on/hands-off detection.

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。 The steering torque Ts detected by the torque sensor 29 and input to the steering state observer 51 is separately input to the low-pass filter 53 . The configuration of the low-pass filter 53 is the same as that of the low-pass filter 52 . The low-pass filter 53 attenuates frequency components higher than a predetermined cutoff frequency from the steering torque Ts. In this embodiment, the cutoff frequency is set to approximately 15 Hz. By setting the cutoff frequency of the lowpass filter 52 and the cutoff frequency of the lowpass filter 53 to be the same, it is easy to compare the signals output from both lowpass filters.

<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。
<Phase comparator>
The disturbance torque estimated value ^Tdis that has passed through the low-pass filter 52 and the steering torque Ts that has passed through the low-pass filter 53 are input to the phase comparator 54 .
When the disturbance torque is an input from the steering wheel side (input shaft side), that is, the driver torque, the disturbance torque estimated value ̂Tdis and the steering torque Ts have the same phase. The simplest phase comparison is a method of determining by the signs of the disturbance torque estimated value ̂Tdis and the steering torque Ts, as in Equation (8). The cross-correlation or phase relationship of the two signals may be calculated to more accurately determine whether they are in phase.
Since the steering torque Ts is calculated from the phase rotation displacement amount (θ IS - θ OS ), the disturbance acting on the input shaft side has the same phase as the steering torque Ts.

Figure 0007124449000008
Figure 0007124449000008

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。
On the other hand, when the disturbance torque is the input from the pinion side (output shaft side), that is, the road surface reaction torque, the disturbance torque estimated value ^Tdis and the steering torque Ts are in opposite phases. The simplest phase comparison is a method of determining by the signs of the disturbance torque estimated value ̂Tdis and the steering torque Ts, as in Equation (9). A cross-correlation or phase relationship between the two signals may be calculated to more accurately determine whether they are in antiphase.
Since the steering torque Ts is calculated from the phase rotation displacement amount (θ IS - θ OS ), the disturbance acting on the output shaft side has an opposite phase to the steering torque Ts.

Figure 0007124449000009
Figure 0007124449000009

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。
FIG. 10 shows measurement results of the steering torque Ts, the steering torque estimated value ̂Ts, and the disturbance torque estimated value ̂Tdis in the electric power steering device 100. FIG. Actual Angle in FIG. 10 indicates the actual rotation angle [deg] of the steering wheel 1 .
As shown in FIG. 10, when the driver is steering the steering wheel (hands-on state), the disturbance torque estimation value ^Tdis and the steering torque Ts are in phase, but the driver has released the steering wheel. In the (hands-off state), the estimated disturbance torque ^Tdis and the steering torque Ts are in opposite phases.

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。 FIG. 11 shows the measurement results when the road reaction force torque simulating the road reaction force is input from the pinion side (output shaft side) when the driver releases the steering wheel (hands-off state). The disturbance torque estimated value ̂Tdis and the steering torque estimated value ̂Ts are in opposite phases. In this way, by confirming the phase relationship between the disturbance torque estimated value ^Tdis and the steering torque Ts, it is possible to determine whether the disturbance torque is the driver torque input from the input shaft side generated by the driver's steering or the road surface. It can be determined whether the road surface reaction torque is input from the output shaft side and is generated due to a reaction force or the like. This enables robust hands-on/hands-off detection even when road surface reaction torque is generated.

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。 The phase comparator 54 outputs a result flag indicating whether the estimated disturbance torque Tdis and the steering torque Ts are in the same phase or in the opposite phase.

<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。
<First threshold comparison unit>
The disturbance torque estimated value ̂Tdis that has passed through the low-pass filter 52 and the steering torque Ts that has passed through the low-pass filter 53 are also input to the first threshold comparator 55 .
The first threshold comparison unit 55 determines whether the absolute value of the estimated disturbance torque ^Tdis and the absolute value of the steering torque Ts are greater than a torque threshold (for example, 0.1 [Nm]), as shown in equations 10 and 11. discriminate.

Figure 0007124449000010
Figure 0007124449000010

Figure 0007124449000011
Figure 0007124449000011

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。
FIG. 12 shows the estimated disturbance torque ^Tdis and the estimated steering torque ^Ts when the electric motor 30 is repeatedly automatically steered from +90 deg to -90 deg/sec while the driver does not touch the steering wheel (hands-off state). ing. Target Angle is the target angle, and Actual Angle is the steering angle θ IS of the steering wheel 1 detected by the steering angle sensor 20a. In the automatic steering, the electric motor 30 is controlled so that the steering angle θ IS follows the target angle.
As shown in FIG. 12, both the absolute value of the estimated disturbance torque ^Tdis and the absolute value of the steering torque Ts are small.

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。 FIG. 13 shows the estimated disturbance torque ^Tdis and the estimated steering torque ^Ts when the electric motor 30 is automatically steered repeatedly from -90 deg/sec to +90 deg/sec while the driver is in contact with the steering wheel (hands-on state). ing. Both the absolute value of the estimated disturbance torque ^Tdis and the absolute value of the steering torque Ts are large. That is, the absolute values of the estimated disturbance torque value ̂Tdis and the estimated steering torque value ̂Ts are larger in the hands-on state than in the hands-off state. This torque difference can be used to assist hands-on/hands-off detection and improve the reliability of hands-on/hands-off detection.

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。 The first threshold comparison unit 55 outputs a result flag indicating whether or not the estimated disturbance torque value ^Tdis and the estimated steering torque value ^Ts exceed the torque threshold value.

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。 It is optional whether only the estimated disturbance torque value ^Tdis is compared with the torque threshold value or both the estimated disturbance torque value ^Tdis and the estimated steering torque value ^Ts are compared with the torque threshold value.

<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。
<Determination part>
The determination unit 56 makes a final determination in hands-on/hands-off detection. In order to reduce the influence of noise of the torque sensor 29 and the motor angle sensor and improve the reliability of detection, a counter (referred to as a "hands-on-off counter") is used for determination. The determination unit 56 receives the result flag of the phase comparison by the phase comparison unit 54 and the result flag of the threshold value comparison by the first threshold value comparison unit 55 .

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。 A hands-on/off counter used for hands-on/hands-off detection is a counter that operates from zero to a predetermined maximum value. Even if the hands-on-off counter is decremented when the counter value is zero, the counter value is clipped and remains zero. Moreover, even if the hands-on-off counter is incremented when the counter value reaches the predetermined maximum value, the counter value is clipped and remains at the predetermined maximum value.

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。 The closer the hands-on-off counter is to a predetermined maximum, the more likely it is to be "hands-on." On the other hand, the closer the hands-on-off counter is to zero, the more likely it is to be in a "hands-off state."

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。
FIG. 14 is a graph showing the operation of the hands-on-off counter.
The hands-on-off counter is set to a predetermined value when (i) the estimated disturbance torque ^Tdis and the steering torque Ts are in phase, and (ii) the absolute value of the estimated disturbance torque ^Tdis exceeds the torque threshold. is incremented (added) by the increment amount of This processing is performed at predetermined intervals. If the above conditions (i) and (ii) are not satisfied when the result flag is checked at a predetermined cycle, the hands-on-off counter is decremented (subtracted) by a predetermined decrement amount.
That is, the hands-on-off counter is either incremented or decremented at predetermined intervals.

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。
The counter value of the hands-on-off counter is compared with a hands-on determination threshold value and a hands-off determination threshold value set within a range from zero to a predetermined maximum value.
(a) If the counter value is equal to or greater than the hands-on determination threshold, it is determined that a transition from the "hands-off state" to the "hands-on state" has been detected.
(b) If the counter value is less than the hands-off determination threshold, it is determined that a transition from the "hands-on state" to the "hands-off state" has been detected.

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。
In this embodiment, the hands-on determination threshold is set to a predetermined maximum value. Also, the hands-off determination threshold is set to "1".
As shown in FIG. 14, the increment of the counter value of the hands-on-off counter is started, and when the counter value becomes equal to or greater than the hands-on determination threshold value, the "hands-on state" is determined.
Decrement of the counter value of the hands-on-off counter is started, and when the counter value becomes less than the hands-off determination threshold value, it is determined to be in the "hands-off state".
Since hands-on/hands-off detection is not performed unless a period satisfying a predetermined condition continues, robust hands-on/hands-off detection that is resistant to noise is possible.

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。 Note that although the hands-on determination threshold and the hands-off determination threshold are different thresholds in the present embodiment, they may be the same threshold.

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。 Note that the increment amount and decrement amount of the hands-on-off counter need not be the same. For example, as shown in FIG. 14, by making the increment amount larger than the decrement amount, the transition from the hands-off state to the hands-on state can be quickly detected in a short time. In addition, since it takes time to detect the transition from the hands-on state to the hands-off state, robust and highly reliable hands-off detection becomes possible. Such detection characteristics are optimal for hands-on/hands-off detection in an autonomous driving system in which autonomous driving is enabled in the hands-on state and disabled in the hands-off state. This is because it is desirable to disable automatic operation after performing robust and highly reliable "hands-off detection" in order to reduce the risk of malfunction due to erroneous detection.

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。 On the other hand, in a parking assist system that assists the driver in parking, the parking assist function is disabled in the hands-on state, and the parking assist function is enabled in the hands-off state. That is, in a parking assist system, it is necessary to disable the parking assist function after performing robust and reliable "hands-on detection". Therefore, in the parking assist system, by making the increment amount smaller than the decrement amount and taking time to detect the transition from the hands-off state to the hands-on state, robust and highly reliable hands-on detection becomes possible.

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。 When the determination unit 56 detects the hands-on state, it outputs a hands-on flag (HOD Flag).

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。 According to the hands-on-off detection device 200 of the present embodiment and the electric power steering device 100 equipped with the hands-on-off detection device 200, the steering state observer 51 estimates the steering torque estimated value ̂Ts. Further, the difference between the steering torque Ts and the estimated steering torque value ̂Ts is multiplied by a predetermined coefficient to obtain an estimated disturbance torque value ̂Tdis (Tdis with a hat). By comparing whether the disturbance torque estimated value ^Tdis and the steering torque Ts are in the same phase or in the opposite phase, the disturbance torque is the driver torque input from the input shaft side generated by the driver steering. or road surface reaction torque input from the output shaft side caused by a road surface reaction force or the like. This enables robust hands-on/hands-off detection even when road surface reaction torque is generated.

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。 Further, according to the hands-on-off detection device 200 of the present embodiment and the electric power steering device 100 equipped with the hands-on-off detection device 200, the estimated steering torque Ts and the steering torque Ts detected by the torque sensor 29 are Low-pass filtering is performed on the As a result, the noise component is removed, and it becomes possible to determine with high accuracy whether the hands-on state or the hands-off state.

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。 Further, according to the hands-on-off detection device 200 of the present embodiment and the electric power steering device 100 equipped with the hands-on-off detection device 200, the steering state observer 51 uses the motor torque Tm of the electric motor 30 as an input. Furthermore, the steering state observer 51 uses the corrected motor torque after converting it into a corrected motor torque that takes into account errors such as deformation of the worm gear that change with the motor torque Tm. By correcting the error of the worm gear, the steering torque estimated value ̂Ts can be estimated with higher accuracy.

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。 Further, according to the hands-on-off detection device 200 of the present embodiment and the electric power steering device 100 equipped with the hands-on-off detection device 200, even if the driver grips the steering wheel with both hands, even if the driver grips the steering wheel with one hand, hands-on state can be detected.

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。 As described above, the first embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like are included within the scope of the present invention. . Also, the constituent elements shown in the above-described first embodiment and modifications can be configured by appropriately combining them.

(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。
(Modification 1)
For example, the electric power steering apparatus 100 according to the above embodiment is a column assist type electric power steering apparatus, but the form of the electric power steering apparatus is not limited to this. The electric power steering device may be of the downstream type or of the steer-by-wire type. In either method, robust hands-on/hands-off detection against road surface reaction torque and the like can be performed.

(第二実施形態)
本発明の第二実施形態について、図15から図17を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 17. FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as those already described, and redundant descriptions will be omitted.

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。 LDW (Lane Depure Warning) is a function that vibrates the steering wheel 1 so that the vehicle does not deviate from the lane. The vibration frequency of the vibration caused by the LDW is about 10 to 20 [Hz], and when the LDW function is activated, the static friction of the steering mechanism decreases, making it difficult to estimate the driver's steering torque estimation value ^Ts. Become. As a result, hands-on/hands-off detection becomes difficult.

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。 The electric power steering device 100B equipped with the hands-on/off detection device 200B according to the second embodiment can perform hands-on/hands-off detection with high accuracy even when LDW (Lane Depure Warning) is enabled and operating.

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。 FIG. 15 is a functional block diagram of the ECU 33 of the hands-on/hands-off detection device 200B according to the second embodiment when the ECU 33 performs hands-on/hands-off detection. The hands-on/off detection device 200B according to the second embodiment differs from the hands-on/off detection device 200 according to the first embodiment only in the functional block diagram of the ECU 33 when detecting hands-on/hands-off.

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。 As shown in FIG. 15, functional blocks used when the ECU 33 performs hands-on/hands-off detection include a steering state observer (observer) 51, a low-pass filter 52, a low-pass filter 53, a phase comparator 54, and a first threshold value. In addition to the comparison section 55 and the determination section 56B, it is composed of an LDW bandpass filter 57 and a second threshold comparison section 58 . The judging section 56B differs from the judging section 56 of the first embodiment in a part of the judging method.

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。 The LDW bandpass filter 57 is a bandpass filter that matches the frequency of the LDW, and filters the disturbance torque estimation value ^Tdis (Tdis with a hat) output by the lowpass filter 52 . The disturbance torque estimated value Th after the band-pass filter processing is output to the second threshold comparing section 58 .

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。 The LDW bandpass filter 57 receives an LDW Active Flag (F LDW ), which is an operation flag indicating that the LDW function is enabled. The LDW bandpass filter 57 is enabled only when the LDW Active Flag is significant and the LDW function is enabled.

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。 FIG. 16 is a Bode diagram of a bandpass filter with a center frequency of 20 Hz. In order to reduce the influence of low frequencies, the gain difference of the bandpass filter is set to 40 bB or more.

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。 FIG. 17 is a graph comparing the presence and absence of LDW bandpass filtering. In the case of no LDW bandpass filtering shown on the left side of FIG. 17, the driver steers the steering wheel from 1 deg to 100 deg. On the other hand, in the case of LDW band-pass filtering, as shown on the right side of FIG. 17, there is a difference in the disturbance torque estimation value between the hands-on state and the hands-off state, so hands-on/hands-off detection is facilitated.

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。 As with the first threshold comparison section 55 of the first embodiment, the second threshold comparison section 58 determines that the absolute value of the disturbance torque estimated value Th subjected to the LDW bandpass filter processing is the torque threshold (for example, 0.1 [Nm]). is greater than.

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。 The determination unit 56B receives the LDW Active Flag (F LDW ). When the LDW Active Flag is not significant and the LDW function is disabled, the operation of the determination section 56B is the same as the operation of the determination section 56 of the first embodiment.

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。
On the other hand, when the LDW Active Flag (F LDW ) is significant and the LDW function is enabled, the determination unit 56B performs hands-on/hands-off detection as follows.
The hands-on-off counter is set so that (i) the disturbance torque estimation value ^Tdis input via the low-pass filter 52 and the steering torque Ts are in phase, and (ii) the disturbance torque input via the LDW band-pass filter 57 When the estimated value Th exceeds the torque threshold, it is incremented (added) by a predetermined increment amount. This processing is performed at predetermined intervals. If the above conditions (i) and (ii) are not satisfied when the result flag is checked at a predetermined cycle, the hands-on-off counter is decremented (subtracted) by a predetermined decrement amount.

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。
The counter value of the hands-on-off counter is compared with a hands-on determination threshold value and a hands-off determination threshold value set within a range from zero to a predetermined maximum value.
(a) If the counter value is equal to or greater than the hands-on determination threshold, it is determined that a transition from the "hands-off state" to the "hands-on state" has been detected.
(b) If the counter value is less than the hands-off determination threshold, it is determined that a transition from the "hands-on state" to the "hands-off state" has been detected.

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。 According to the hands-on-off detection device 200B of the present embodiment and the electric power steering device 100B equipped with the hands-on-off detection device 200B, whether the hands-on state or the hands-off state is highly discriminated even when the LDW function is activated. Accurate judgment is possible.

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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an electric power steering system.

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
100, 100B Electric power steering device 200, 200B Hands-on-off detection device 1 Handle 2 Steering mechanism 20 Steering shaft 21 Input shaft 22 Output shaft 23 Torsion bar 24 Universal joint 25 Intermediate shaft 26 Pinion rack mechanism 27a Tie rod 27b Tie rod 28a Hub unit 28b hub unit 29 torque sensor 3 steering assist mechanism 30 electric motor 31 reduction mechanism 31a worm gear 31b worm wheel 32 vehicle speed sensor 34 controller 35 motor drive circuit 36 CPU
37 memory 38 storage unit 39 input/output control unit 41 current command value calculation unit 42A addition unit 42B subtraction unit 43 current limiting unit 44 compensation signal generation unit 45 PI (proportional integral) control unit 46 PWM control unit 51 steering state observer (observer)
52 low-pass filter 53 low-pass filter 54 phase comparison unit 55 first threshold comparison unit 56, 56B determination unit 57 band-pass filter 58 second threshold comparison unit

Claims (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。
a torque sensor attached to an input shaft to which a handle is connected and an output shaft to which the input shaft is connected;
an electric motor coupled to the output shaft and connected to an angle sensor for detecting a rotor rotation angle and a current sensor for detecting a motor current value;
a controller connected to the torque sensor and the electric motor;
with
The control unit acquires steering torque from the torque sensor,
The control unit acquires the rotor rotation angle and the motor current value from the electric motor,
The control unit calculates a motor torque by multiplying the motor current value by a torque constant,
The control unit estimates disturbance torque, which is torque other than the motor torque among torques acting on the input shaft and the output shaft, from the steering torque, the rotor rotation angle, and the motor torque, and
The control unit
performing low-pass filter processing on the disturbance torque and the steering torque;
comparing the phases of the disturbance torque after the low-pass filter processing and the steering torque;
determining that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side when it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in phase;
when it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in opposite phase, it is determined that the disturbance torque is the torque input from the output shaft side;
Hands-on-off detector.
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。
The control unit
has a counter,
when it is determined that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side, adding a predetermined addition value to the counter value of the counter;
if the conditions for adding the counter value are not satisfied, subtracting a predetermined subtraction value from the counter value;
When the counter value exceeds a predetermined hands-on determination threshold value, it is determined that the driver is in a hands-on state in which the driver is gripping the steering wheel,
2. The hands-on/off detection device according to claim 1, wherein when the counter value is less than a predetermined hands-off determination threshold value, it is determined that the driver is in a hands-off state in which the driver is not gripping the steering wheel.
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。
The control unit
When it is determined that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side and when the disturbance torque after the low-pass filter processing is greater than a predetermined torque threshold, the counter value is increased by a predetermined addition value. to add,
3. A hands-on-off detection device according to claim 2.
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。
The control unit, during a period in which a predetermined operation flag is activated,
When it is determined that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side, and when the disturbance torque subjected to band-pass filtering after the low-pass filtering is greater than a predetermined torque threshold, the counter add a value by a given addition value,
3. A hands-on-off detection device according to claim 2.
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。
converting the motor torque into a corrected motor torque that takes into consideration the operating error of the electric motor;
A hands-on-off detection device according to any one of claims 1 to 4.
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。
the addition value is greater than the subtraction value;
A hands-on-off detection device according to any one of claims 2 to 4.
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。 An electric power steering device equipped with the hands-on-off detection device according to any one of claims 1 to 6. 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。
a steering torque detection step of detecting steering torque from an input shaft to which a steering wheel is connected and an output shaft connected to the input shaft;
a rotor rotation angle detection step of detecting a rotor rotation angle from an electric motor coupled to the output shaft;
a motor current value detection step of detecting a motor current value from the electric motor;
a motor torque calculation step of calculating a motor torque obtained by multiplying the motor current value by a torque constant;
a corrected motor torque calculation step of calculating a corrected motor torque from the motor torque and a deformation characteristic of a speed reduction mechanism coupled to the electric motor;
external for estimating disturbance torque, which is torque other than the motor torque among torques acting on the input shaft and the output shaft, from the steering torque, the rotor rotation angle, the motor torque, and the corrected motor torque; a torque estimation step;
External torque estimation method.
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。
a torque sensor attached to an input shaft to which a handle is connected and an output shaft to which the input shaft is connected;
an electric motor connected to the output shaft and connected to an angle sensor for detecting a rotor rotation angle and a current sensor for detecting a motor current value;
a controller connected to the torque sensor and the electric motor;
A hands-on-off detection device comprising:
causing the control unit to acquire the steering torque from the torque sensor;
causing the control unit to acquire the rotor rotation angle and the motor current value from the electric motor;
causing the control unit to calculate a motor torque obtained by multiplying the motor current value by a torque constant;
causing the control unit to estimate disturbance torque, which is torque other than the motor torque among torques acting on the input shaft and the output shaft, from the steering torque, the rotor rotation angle, and the motor torque;
to the control unit,
performing low-pass filter processing on the disturbance torque and the steering torque;
comparing the phases of the disturbance torque after the low-pass filter processing and the steering torque;
If it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in phase, it is determined that the disturbance torque is the torque input from the input shaft side;
When it is determined that the disturbance torque and the steering torque are in opposite phase, determining that the disturbance torque is the torque input from the output shaft side;
Hands-on-off detector control program.
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