车辆用转向操纵装置的制作方法

本发明涉及车辆用转向操纵装置。

背景技术：

在日本特开2004-175122号公报中公开了包括具备对转向盘的操作状态进行判定的功能的电子控制装置(ecu)的电动动力转向装置(eps)。日本特开2004-175122号公报所记载的ecu对由转向操纵角传感器检测出的转向操纵角θh的时间微分值dθh/dt和由转矩传感器检测出的转矩tp的积进行运算，来作为针对转向盘的作功量w，使用该作功量w来判定转向盘的操作状态。具体而言，在正方向上作功量w超过规定的阈值w1(w1＞0)的情况下或者在负方向上作功量w超过规定的阈值－w1的情况下，ecu判定为是驾驶员正在对转向盘进行转向操纵的实际转向操纵状态。

另外，在作功量w的绝对值为阈值w1以下且转矩tp的绝对值为规定的阈值tp1(tp1＞0)以下的情况下，ecu判定为是转向盘的放手状态。另外，在作功量w的绝对值为阈值w1以下且转向操纵角θh的绝对值为规定的阈值θh1(θh1＞0)以下的情况下，ecu判定为是转向盘的转向保持状态。

在日本特开2004-175122号公报所记载的电动动力转向装置中，在实际的转向盘操作状态为转向盘的放手状态时，若被从路面输入外力(负荷转矩)，则转矩tp以及转向操纵角度产生变化，所以产生作功量w。因此，在上述以往例子中，即使是转向盘的放手状态，也有可能误判定是实际转向操纵状态。另外，在上述以往例子中，即使实际的转向盘操作状态是实际转向操纵状态，在转向盘的切换时，由于作功量横穿零，所以在这个期间，也有可能误判定为是放手状态。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够高精度地判定是驾驶员正在握持转向盘的手放上(hands-on)状态还是驾驶员未握持转向盘的手放开(hands-off)状态的车辆用转向操纵装置。

作为本发明的一方式的车辆用转向操纵装置具备：

转向盘；

输入轴，连结有上述转向盘；

输出轴，经由扭杆与上述输入轴连结；

电动机，经由减速机构与上述输出轴连结；

转矩检测器，用于对施加至上述扭杆的扭杆转矩进行检测；

旋转角检测器，对上述电动机的旋转角进行检测；以及

转向盘操作状态判定装置，

上述转向盘操作状态判定装置包括：

驱动转矩推断观测器，使用至少包括由上述转矩检测器检测出的扭杆转矩以及由上述旋转角检测器检测出的上述电动机的旋转角的检测值，来推断由驾驶员施加至上述转向盘的驱动转矩；

低通滤波器，对由上述驱动转矩推断观测器推断出的驱动转矩进行低通滤波处理；以及

手放上/放开判定器，基于由上述低通滤波器进行的低通滤波处理后的驱动转矩，来判定是手放上状态还是手放开状态。

在该构成中，由驱动转矩推断观测器推断驱动转矩。而且，对推断出的驱动转矩进行低通滤波处理。由此，能够精度良好地推断由驾驶员施加至转向盘的驱动转矩。而且，基于低通滤波处理后的驱动转矩来判定是手放上状态还是手放开状态，所以能够高精度地判定是手放上状态还是手放开状态。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同附图标记表示相同要素，其中：

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的电动动力转向装置的概略结构的示意图。

图2是表示ecu的电气结构的框图。

图3是表示转向盘操作状态判定部的电气结构的框图。

图4是表示柱式eps的物理模型的结构的示意图。

图5是表示驱动转矩推断部的结构的框图。

图6是用于说明手放上/放开判定部的动作的状态迁移图。

图7a是表示针对柏油路的试验结果的图表。

图7b是表示针对坏道路的试验结果的图表。

图8是表示驱动转矩推断部的其他的结构例的框图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的电动动力转向装置的概略结构的示意图。

该电动动力转向装置(车辆用转向操纵装置)1是在柱部配置有电动机和减速机构的柱辅助式电动动力转向装置(以下，称为柱式eps)。

柱式eps1具备：作为用于对车辆进行方向操纵的转向操纵部件的转向盘2、与该转向盘2的旋转联动来使转向轮3转向的转向机构4和用于辅助驾驶员的转向操纵的转向操纵辅助机构5。转向盘2和转向机构4经由转向轴6、第一万向联轴节28、中间轴7以及第二万向联轴节29以机械方式连结。

转向轴6包括与转向盘2连结的输入轴8和经由第一万向联轴节28与中间轴7连结的输出轴9。输入轴8和输出轴9经由扭杆10在同一轴线上能够相对旋转地连结。即，若转向盘2旋转，则输入轴8以及输出轴9相互相对旋转并向同一方向旋转。

在转向轴6的周围设置有转矩传感器11。转矩传感器11基于输入轴8以及输出轴9的相对旋转位移量来检测施加至扭杆10的扭杆转矩ttb。由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb被输入至ecu12。

转向机构4由包括小齿轮轴13和作为转向轴的齿条轴14的齿轮齿条机构构成。在齿条轴14的各端部，经由横拉杆15以及转向臂(图示略)连结有转向轮3。小齿轮轴13经由第二万向联轴节29与中间轴7连结。小齿轮轴13与转向盘2的转向操纵联动而旋转。在小齿轮轴13的前端连结有小齿轮16。

齿条轴14沿着汽车的左右方向(与前进方向正交的方向)呈直线状地延伸。在齿条轴14的轴向的中间部形成有与小齿轮16啮合的齿条17。通过该小齿轮16以及齿条17，小齿轮轴13的旋转被转换成齿条轴14的轴向移动。通过使齿条轴14沿轴向移动，能够使转向轮3转向。

若转向操纵(旋转)转向盘2，则该旋转经由转向轴6以及中间轴7传递至小齿轮轴13。然后，小齿轮轴13的旋转通过小齿轮16以及齿条17而被转换成齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3被转向。

转向操纵辅助机构5包括用于产生转向操纵辅助力的电动机18和用于将电动机18的输出转矩放大并传递到转向机构4的减速机构19。在该实施方式中，电动机18是三相无刷电机。减速机构19由包括蜗杆20和与该蜗杆20啮合的蜗轮21的蜗杆传动机构构成。减速机构19被收容在作为传递机构壳体的齿轮壳22内。以下，有时用n表示减速机构19的减速比(齿轮比)。减速比n被定义为蜗杆20的角速度ωwg相对于蜗轮21的角速度ωww的比ωwg/ωww。

蜗杆20被电动机18旋转驱动。另外，蜗轮21与输出轴9能够一体旋转地连结。蜗轮21被蜗杆20旋转驱动。

驾驶员对转向盘2进行转向操纵，从而通过电动机18旋转驱动蜗杆20。由此，蜗轮21被旋转驱动，对转向轴6赋予电机转矩，并且转向轴6(输出轴9)旋转。然后，转向轴6的旋转经由中间轴7传递至小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被转换成齿条轴14的轴向移动。由此，转向轮3转向。即，通过电动机18旋转驱动蜗杆20，从而能够进行由电动机18实现的转向操纵辅助。

作为施加至减速机构19的转矩，有电动机18的电机转矩和电机转矩以外的外部转矩。电机转矩以外的外部转矩包括由驾驶员施加至转向盘2的驱动转矩tsw、从转向轮3侧施加至齿条轴14(减速机构19)的负荷转矩(加载负荷)。

电动机18的转子的旋转角由分解器等旋转角传感器25进行检测。另外，车速由车速传感器26进行检测。旋转角传感器25的输出信号以及由车速传感器26检测出的车速v被输入至ecu12。电动机18被ecu12控制。

图2是表示ecu12的电气结构的示意图。

ecu12具备：微型计算机40、被微型计算机40控制并向电动机18供给电力的驱动电路(3相逆变器电路)31和用于对流经电动机18的电流(以下称为电机电流)进行检测的电流检测部32。

微型计算机40具备cpu以及存储器(rom、ram、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序来作为多个功能处理部发挥作用。该多个功能处理部包括电机控制部41和转向盘操作状态判定部42。

电机控制部41基于由车速传感器26检测出的车速v、由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb、基于旋转角传感器25的输出而运算出的电动机18的旋转角以及由电流检测电路33检测出的电机电流，对驱动电路31进行驱动控制，从而实现与转向操纵状况对应的适当的转向操纵辅助。

具体而言，电机控制部41基于扭杆转矩ttb以及车速v来设定流经电动机18的电机电流的目标值即电流指令值。电流指令值对应于与转向操纵状况对应的转向操纵辅助力(辅助转矩)的目标值。然后，电机控制部41对驱动电路31进行驱动控制，以使由电流检测电路33检测出的电机电流接近电流指令值。

转向盘操作状态判定部42基于由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb以及基于旋转角传感器25的输出而运算出的电动机18的旋转角来判定是驾驶员正在握持转向盘的手放上状态还是驾驶员未握持转向盘的手放开状态。

图3是表示转向盘操作状态判定部42的电气结构的框图。

转向盘操作状态判定部42包括驱动转矩推断部51、低通滤波器52和手放上/放开判定部53。驱动转矩推断部51基于旋转角传感器25的输出信号和由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb来推断驱动转矩tsw。低通滤波器52对由驱动转矩推断部51推断出的驱动转矩tsw进行低通滤波处理。手放上/放开判定部53基于由低通滤波器52进行的低通滤波处理后的驱动转矩tsw’来判定是手放上状态还是手放开状态。以下，对这些进行说明。

驱动转矩推断部51使用柱式eps的物理模型来推断由驾驶员施加至转向盘2的驱动转矩tsw。

图4是表示柱式eps的物理模型的结构的示意图。图4整体表示柱式eps的2惯性系统模型m2。图4的点划线所示的部分表示柱式eps的1惯性系统模型m1。

1惯性系统模型m1包括转向盘。对转向盘输入驱动转矩(转向盘转矩)tsw。

2惯性系统模型m2包括转向盘和下柱。下柱包括辅助电机、蜗杆以及蜗轮。由蜗杆以及蜗轮构成减速机构。对转向盘输入驱动转矩tsw。对下柱输入相当于电机转矩tms乘以减速机构的减速比n所得的值n·tms的转矩和从转向轮侧向下柱施加的负荷转矩tls。

图4中的各附图标记的含义如下。

jsw：转向盘惯性

tsw：驱动转矩

ttb：扭杆转矩

ktb：扭杆刚性

ctb：扭杆粘性

n：减速比

θsw：转向盘角度

dθsw/dt：转向盘角速度

jeq：下柱惯性

θww：蜗轮角度

dθww/dt：蜗轮角速度

tls：负荷转矩(逆输入转矩)

在该实施方式中，驱动转矩推断部51使用1惯性系统模型m1，使用驱动转矩推断观测器(扰动观测器、扩张扰动观测器)来推断驱动转矩tsw。

关于1惯性系统模型m1的转向盘惯性的运动方程式用以下的式(1)表示。

d²θsw/dt²是转向盘的加速度。

针对1惯性系统模型m1的状态方程式能够用以下的式(2)表示。

在上述式(2)中，^xe(带帽的xe)是状态变量矢量，用以下的式(3)表示。

在上述式(2)中，u1是输入矢量，用以下的式(4)表示。

在上述式(2)中，y是输出矢量(测量值)，用以下的式(5)表示。在上述式(2)中，^y是输出矢量推断值。

y＝ttb＝ktb(θsw-θww)···(5)

在上述式(2)中，ae是系统矩阵，用以下的式(6)表示。

在上述式(2)中，be是输入矩阵，用以下的式(7)表示。

在上述式(2)中，le是观测器增益矩阵，用以下的式(8)表示。

在上述式(8)中，g1、g2、g3是观测器增益，预先设定。

在上述式(2)中，ce是输出矩阵，用以下的式(9)表示。

ce＝[ktboo]···(9)

在上述式(2)中，de是直接矩阵，用以下的式(10)表示。

de＝[-ktbo]···(10)

驱动转矩推断部51基于上述式(2)表示的状态方程式来运算状态变量矢量^xe。由此，获得驱动转矩的推断值tsw。

图5是表示驱动转矩推断部51的结构的框图。

驱动转矩推断部51包括蜗轮角度运算部(θww运算部)61、蜗轮角速度运算部62和驱动转矩推断观测器101。驱动转矩推断观测器101包括输入矢量输入部63、直接矩阵乘法器64、输出矩阵乘法器65、第一加法器66、增益乘法器67、输入矩阵乘法器68、系统矩阵乘法器69、第二加法器70、积分器71和状态变量矢量输出部72。

蜗轮角度运算部61基于旋转角传感器25的输出信号来运算电动机18的输出轴的旋转角(以下称为转子旋转角)θm，基于得到的转子旋转角θm来运算蜗轮21的旋转角(以下称为蜗轮角度)θww。具体而言，通过用转子旋转角θm除以减速机构19的减速比n来运算蜗轮角度θww。

蜗轮角速度运算部62通过对由蜗轮角度运算部61运算出的蜗轮角度θww进行时间微分来运算蜗轮角速度dθww/dt。

驱动转矩推断观测器101根据由蜗轮角度运算部61运算出的蜗轮角度θww、由蜗轮角速度运算部62运算出的蜗轮角速度dθww/dt、由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb，来推断驱动转矩tsw。

由蜗轮角度运算部61运算出的蜗轮角度θww以及由蜗轮角速度运算部62运算出的蜗轮角速度dθww/dt被给予至输入矢量输入部63。输入矢量输入部63输出输入矢量u1(参照上述式(4))。

积分器71的输出为状态变量矢量^xe(参照上述式(3))。在运算开始时，作为状态变量矢量^xe而给予初始值。状态变量矢量^xe的初始值例如为0。

系统矩阵乘法器69对状态变量矢量^xe乘以系统矩阵ae。

输出矩阵乘法器65对状态变量矢量^xe乘以输出矩阵ce(参照上述式(9))。直接矩阵乘法器64对从输入矢量输入部63输出的输入矢量u1乘以直接矩阵de(参照上述式(10))。

第一加法器66从由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb即输出矢量(测量值)y减去输出矩阵乘法器65的输出(ce·^xe)以及直接矩阵乘法器64的输出(de·u1)。换句话说，第一加法器66对输出矢量y与输出矢量推断值^y(＝ce·^xe+de·u1)之差(y－＾y)进行运算。增益乘法器67对第一加法器66的输出(y－＾y)乘以观测器增益le(参照上述式(8))。

输入矩阵乘法器68对从输入矢量输入部63输出的输入矢量u1乘以输入矩阵be(参照上述式(7))。第二加法器70通过将输入矩阵乘法器68的输出(be·u1)、系统矩阵乘法器69的输出(ae·^xe)和增益乘法器67的输出(le(y－＾y))相加来运算状态变量矢量的微分值d^xe/dt。积分器71通过对第二加法器70的输出(d^xe/dt)进行积分来运算状态变量矢量^xe。状态变量矢量输出部72基于状态变量矢量^xe来输出转向盘角度(推断值)θsw、转向盘角速度(推断值)dθsw/dt以及驱动转矩(推断值)tsw。从状态变量矢量输出部72输出的驱动转矩(推断值)tsw被给予至低通滤波器52(参照图3)。

返回到图3，低通滤波器52使来自驱动转矩推断部51的驱动转矩tsw中的、比规定的截止频率fc高的频率分量衰减。低通滤波器52在该实施方式中由2阶的巴特沃思滤波器构成。由低通滤波器52进行的低通滤波处理后的驱动转矩tsw’被给予至手放上/放开判定部53。

图6是用于说明手放上/放开判定部53的动作的状态迁移图。

在手放上/放开判定部53的动作说明中，将由低通滤波器52进行的低通滤波处理后的驱动转矩tsw简称为驱动转矩tsw’。

手放上/放开判定部53识别高于阈值的手放上状态(st1)、阈值以下的手放上状态(st2)、阈值以下的手放开状态(st3)以及高于阈值上的手放开状态(st4)这4个状态，来作为驾驶员的转向盘操作状态。

高于阈值的手放上状态(st1)是驱动转矩tsw’的绝对值大于规定的阈值α(＞0)的手放上状态。

阈值以下的手放上状态(st2)是驱动转矩tsw’的绝对值为阈值α以下的手放上状态。

阈值以下的手放开状态(st3)是驱动转矩tsw’的绝对值为阈值α以下的手放开状态。

高于阈值的手放开状态(st4)是驱动转矩tsw’的绝对值大于阈值α的手放开状态。

阈值α例如被设定为0.1[nm]以上0.3[nm]以下的范围内的值。

在运算开始时，在驱动转矩tsw’的绝对值大于阈值α时，手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态是高于阈值的手放上状态(st1)。而且，手放上/放开判定部53将输出信号(out)设定为1，并且将时间计数器值hod_timer设定为0。输出信号(out)是表示判定结果的信号，1表示判定结果为手放上，0表示判定结果为手放开。

在高于阈值的手放上状态(st1)下，若驱动转矩tsw’的绝对值变为阈值α以下，则手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态变成阈值以下的手放上状态(st2)。而且，手放上/放开判定部53将输出信号(out)设定为1。另外，在手放上/放开判定部53判定为是阈值以下的手放上状态(st2)的情况下，每当经过规定时间ts[sec]，将时间计数器值hod_timer更新为对当前值(hod_timer)加上ts所得的值。

在阈值以下的手放上状态(st2)下，在时间计数器值hod_timer达到规定的手放开判定用阈值β(＞0)前，若驱动转矩tsw’的绝对值大于阈值α，则手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态变成高于阈值的手放上状态(st1)，将时间计数器值hod_timer设定为0。

在阈值以下的手放上状态(st2)下，若驱动转矩tsw’的绝对值不大于阈值α且时间计数器值hod_timer达到手放开判定用阈值β，则手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态变成阈值以下的手放开状态(st3)。而且，手放上/放开判定部53将输出信号(out)设定为0，并且将时间计数器值hod_timer设定为0。手放开判定用阈值β例如被设定为0.5[sec]以上1.0[sec]以下的范围内的值。

在阈值以下的手放开状态(st3)下，若驱动转矩tsw’的绝对值大于阈值α，则手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态变成高于阈值的手放开状态(st4)。而且，手放上/放开判定部53将输出信号(out)设定为0。另外，在手放上/放开判定部53判定为是高于阈值的手放开状态(st4)的情况下，每当经过规定时间ts[sec]，将时间计数器值hod_timer更新为对当前值(hod_timer)加上ts所得的值。

在高于阈值的手放开状态(st4)下，在时间计数器值hod_timer达到规定的手放上判定用阈值γ(＞0)前，若驱动转矩tsw’的绝对值变为阈值α以下，则手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态变成阈值以下的手放开状态(st3)，并将时间计数器值hod_timer设定为0。手放上判定用阈值γ例如被设定为0.05[sec]以上0.1[sec]以下的范围内的值。

在高于阈值的手放开状态(st4)下，若驱动转矩tsw’的绝对值不变为阈值α以下且时间计数器值hod_timer达到手放上判定用阈值γ，则手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态变成高于阈值的手放上状态(st1)。而且，手放上/放开判定部53将输出信号(out)设定为1，并且将时间计数器值hod_timer设定为0。

此外，在运算开始时，在驱动转矩tsw’的绝对值为阈值α以下时，手放上/放开判定部53判定为转向盘操作状态是阈值以下的手放开状态(st3)。而且，手放上/放开判定部53将输出信号(out)设定为0，并且将时间计数器值hod_timer设定为0。

在该实施方式中，使用驱动转矩推断观测器(扰动观测器、扩张扰动观测器)来推断驱动转矩tsw。然后，除去推断出的驱动转矩tsw的高频率分量。基于该高频率分量除去后的驱动转矩tsw’，使用转矩阈值α和时间计数器值hod_timer来进行手放上/放开判定。因此，能够高精度地判定是驾驶员正在握持转向盘的手放上状态还是驾驶员未握持转向盘的手放开状态。

手放上/放开判定结果例如能够利用于在具有自动驾驶模式和手动驾驶模式作为驾驶模式的车辆中，在将驾驶模式从自动驾驶模式切换为手动驾驶模式时，在确认是手放上状态之后，切换为手动驾驶模式这样的模式切换控制。

调查了低通滤波器52的截止频率对判定精度的影响。具体而言，以时间序列的方式测量出在柏油路上使车辆以车速20[km/h]行驶且转向盘为中立位置时由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb。分别针对手放上状态以及手放开状态进行了这样的测量。另外，以时间序列的方式测量出在坏道路(石板路)上使车辆以车速20[km/h]行驶且转向盘为中立位置时由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb。分别针对手放上状态以及手放开状态进行了这样的测量。

该实验的目的在于调查低通滤波器52的截止频率的影响，所以将获取到的扭杆转矩ttb的时间序列数据视为驱动转矩。针对获取到的扭杆转矩ttb的时间序列数据，使用截止频率不同的多种低通滤波器，进行了低通滤波处理。而且，设定任意的阈值，在低通滤波处理后的时间序列数据的值为阈值以上的情况下判定为手放上，在小于阈值的情况下判定为手放开。

计算使阈值从零变化到足够大的值时的假阳性率和真阳性率。此处，假阳性率是指对于实际是手放开的现象，但转向盘操作状态判定部误判定为是手放上状态的比例[％]。真阳性率是指对于实际是手放上的现象，转向盘操作状态判定部也正确地判定为是手放上状态的比例[％]。分别针对低通滤波器的截止频率fc为1[hz]、3[hz]、5[hz]、7[hz]以及9[hz]的情况进行了这样的计算。

图7a是表示针对柏油路的试验结果的图表。图7b是表示针对坏道路的试验结果的图表。在图7a以及图7b中，横轴为假阳性率，纵轴为真阳性率。图7a以及图7b的各曲线示出每个截止频率的试验结果。图7a以及图7b的各曲线是通过标绘与按照每个阈值计算出的假阳性率以及真阳性率对应的点而得到的曲线。

例如在阈值为零的情况下(各图表的右端的点)，在手放上时始终判定为是手放上，在手放开时始终判定为是手放上。换句话说，真阳性率以及假阳性率都为100％。反之，在阈值始终大于驱动转矩(在该实验中为扭杆转矩ttb)的情况下(各图表的左端的点)，在手放上时始终判定为是手放开，在手放开时始终判定为手放开。换句话说，真阳性率以及假阳性率都为0％。

在转向盘操作状态判定部的判定精度最低的情况下，图表成为45度的倾斜，真阳性率与假阳性率相等(1/2的概率产生误判定)。另一方面，在转向盘操作状态判定部的判定精度最高的情况下，图表沿着y轴(纵轴)上升，在y轴值渐渐接近100％的状态下沿x轴(横轴)方向延伸。

从图7a以及图7b可知，对于转向盘操作状态判定部的判定精度，与柏油路相比坏道路降低。另外，可知：不管哪种路面状况，低通滤波器的截止频率越低，转向盘操作状态判定部的判定精度越高。然而，若降低低通滤波器的截止频率，则手放上/放开判定的响应性变差。从这样的观点来看，作为低通滤波器的截止频率，优选3[hz]以上7[hz]以下，更优选4[hz]以上6[hz]以下，最优选5[hz]。在该实施方式中，低通滤波器52的截止频率被设定成5[hz]。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明还能够以其它的方式来实施。例如在上述的实施方式中，驱动转矩推断部51使用1惯性系统模型m1，使用驱动转矩推断观测器来推断驱动转矩tsw。然而，驱动转矩推断部也可以使用图4所示的2惯性系统模型m2，使用驱动转矩推断观测器来推断驱动转矩tsw。详细地对这样的驱动转矩推断部51a进行说明。

针对2惯性系统模型m2的状态方程式能够用以下的式(11)表示。

在上述式(11)中，^xe(带帽的xe)是状态变量矢量，用以下的式(12)表示。

在上述式(11)中，u1是输入矢量，用以下的式(13)表示。

u1＝tms···(13)

在上述式(11)中，y是输出矢量(测量值)，用以下的式(14)表示。在上述式(11)中，^y是输出矢量推断值。

在上述式(11)中，ae是系统矩阵，用以下的式(15)表示。

在上述式(11)中，be是输入矩阵，用以下的式(16)表示。

在上述式(11)中，le是观测器增益矩阵，用以下的式(17)表示。

在上述式(17)中，g1、g2、g3、g4、g5、g6是观测器增益，预先设定。

在上述式(11)中，ce是输出矩阵，用以下的式(18)表示。

驱动转矩推断部51a基于上述式(11)表示的状态方程式来运算状态变量矢量^xe。由此，获得驱动转矩的推断值tsw。

图8是表示驱动转矩推断部51a的结构的框图。

驱动转矩推断部51a包括电机转矩运算部81、转子角运算部82以及驱动转矩推断观测器102。驱动转矩推断观测器102包括输出矢量输入部83、输出矩阵乘法器84、第一加法器85、增益乘法器86、输入矩阵乘法器87、系统矩阵乘法器88、第二加法器89、积分器90以及状态变量矢量输出部91。

电机转矩运算部81通过对由电流检测电路33检测出的电机电流乘以电动机18的转矩系数来运算从电动机18产生的电机转矩tms。转子角运算部82基于旋转角传感器25的输出信号来运算电动机18的输出轴的旋转角(以下称为转子旋转角)θm。

驱动转矩推断观测器102根据由电机转矩运算部81运算出的电机转矩tms、由转子角运算部82运算出的转子旋转角θm和由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb来推断驱动转矩tsw。

由转子角运算部82运算出的转子旋转角θm以及由转矩传感器11检测出的扭杆转矩ttb被给予至输出矢量输入部83。

输出矢量输入部83输出输出矢量y(参照上述式(14))。

积分器90的输出为状态变量矢量^xe(参照上述式(12))。在运算开始时，作为状态变量矢量^xe而给予初始值。状态变量矢量^xe的初始值例如为0。

系统矩阵乘法器88对状态变量矢量^xe乘以系统矩阵ae(参照上述式(15))。

输出矩阵乘法器84对状态变量矢量^xe乘以输出矩阵ce(参照上述式(18))。

第一加法器85从输出矢量y减去输出矩阵乘法器84的输出(ce·^xe)。换句话说，第一加法器85对输出矢量y与输出矢量推断值^y(＝ce·^xe)之差(y－＾y)进行运算。增益乘法器86对第一加法器85的输出(y－＾y)乘以观测器增益le(参照上述式(17))。

输入矩阵乘法器87对由电机转矩运算部81运算出的电机转矩tms(输入矢量u1)乘以输入矩阵be(参照上述式(16))。第二加法器89通过将输入矩阵乘法器87的输出(be·u1)、系统矩阵乘法器88的输出(ae·^xe)和增益乘法器86的输出(le(y－＾y))相加来运算状态变量矢量的微分值d^xe/dt。积分器90通过对第二加法器89的输出(d^xe/dt)进行积分来运算状态变量矢量^xe。状态变量矢量输出部91基于状态变量矢量^xe来输出转向盘角度(推断值)θsw、转向盘角速度(推断值)dθsw/dt、蜗轮角度θww(推断值)、蜗轮角速度dθww/dt(推断值)、驱动转矩tsw(推断值)以及负荷转矩tls(推断值)。从状态变量矢量输出部91输出的驱动转矩(推断值)tsw被给予至低通滤波器52(参照图3)。

在上述的实施方式中，电动机18是三相无刷电机，但电动机18也可以是有刷直流电机。