(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者により操作されるハンドル（２）と、
前記ハンドルとコラム軸（３２）との間に接続されたトーションバー（４）と、
前記トーションバーのねじれ角に基づいて操舵トルク（Ｔｓ）を検出するトルクセンサ（４０）と、
前記コラム軸の回転運動を、ラックアンドピニオン機構により、車輪（９）を転舵させるラック（７３）の往復運動に変換する転舵装置（７）と、
前記コラム軸の回転又は前記ラックの推力を補助するアシストトルク（ＴＭ）を発生するモータ（５）と、
前記モータの回転角（θｍ）を検出するモータ回転角センサ（５０）と、
を備えた電動パワーステアリングシステム（１）に適用され、前記モータが出力するアシストトルクを制御する電動パワーステアリング制御装置であって、
運転者のハンドル操作と前記モータのアシストとによって行われる操舵の負荷であるステアリング軸負荷（Ｔｘ）を推定するステアリング軸負荷推定手段（４１）と、
前記モータに対するアシストトルク指令値の基本値である基本アシストトルク指令値（Ｔｍ*）を演算する基本アシスト制御手段（４４）と、
を備え、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記トルクセンサが検出した操舵トルク、前記モータ回転角センサが検出したモータ回転角を換算して得られる操舵角速度（ωｓ）又は操舵角加速度（αｓ）、及び、前記基本アシストトルク指令値の前回値（Ｔｍ*）に基づいて、前記ステアリング軸負荷を推定し、
前記ハンドルの切込み動作と切戻し動作との操舵状態の変化である、操舵トルクと操舵角速度との積の値に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記基本アシストトルク指令値に対する補正トルク（Ｔｃｏｍｐ）を演算する補正トルク演算手段（４５）をさらに備え、前記基本アシストトルク指令値と前記補正トルクとを加算した補正後アシストトルク（Ｔｍ**）指令値を前記モータに指令する請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置（１０２）であって、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
操舵トルク、及び、操舵角速度又は操舵角加速度に加え、前記基本アシストトルク指令値の前回値に代えて前記補正後アシストトルク指令値の前回値に基づいて、前記ステアリング軸負荷を推定することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記ハンドルの切込み動作から切戻し動作への変化、又は、切戻し動作から切込み動作への変化によって生ずる操舵系の特性変化に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記操舵系の特性変化について、周波数特性に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
運転者により操作されるハンドル（２）と、
前記ハンドルとコラム軸（３２）との間に接続されたトーションバー（４）と、
前記トーションバーのねじれ角に基づいて操舵トルク（Ｔｓ）を検出するトルクセンサ（４０）と、
前記コラム軸の回転運動を、ラックアンドピニオン機構により、車輪（９）を転舵させるラック（７３）の往復運動に変換する転舵装置（７）と、
前記コラム軸の回転又は前記ラックの推力を補助するアシストトルク（ＴＭ）を発生するモータ（５）と、
前記モータの回転角（θｍ）を検出するモータ回転角センサ（５０）と、
を備えた電動パワーステアリングシステム（１）に適用され、前記モータが出力するアシストトルクを制御する電動パワーステアリング制御装置（１０５）であって、
運転者のハンドル操作と前記モータのアシストとによって行われる操舵の負荷であるステアリング軸負荷（Ｔｘ）を推定するステアリング軸負荷推定手段（４１）と、
前記モータに対するアシストトルク指令値の基本値である基本アシストトルク指令値（Ｔｍ*）を演算する基本アシスト制御手段（４４）と、
を備え、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記トルクセンサが検出した操舵トルク、前記モータ回転角センサが検出したモータ回転角を換算して得られる操舵角速度（ωｓ）又は操舵角加速度（αｓ）、及び、前記基本アシストトルク指令値の前回値（Ｔｍ*）に基づいて、前記ステアリング軸負荷を推定し、
前記ハンドルの切込み動作と切戻し動作との操舵状態の変化であって、前記ハンドルの切込み動作から切戻し動作への変化、又は、切戻し動作から切込み動作への変化によって生ずる操舵系の特性変化について、周波数特性に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
前記基本アシストトルク指令値に対する補正トルク（Ｔｃｏｍｐ）を演算する補正トルク演算手段（４５）をさらに備え、前記基本アシストトルク指令値と前記補正トルクとを加算した補正後アシストトルク（Ｔｍ**）指令値を前記モータに指令する請求項５に記載の電動パワーステアリング制御装置（１０１−１０４、１０６）であって、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
操舵トルク、及び、操舵角速度又は操舵角加速度に加え、前記基本アシストトルク指令値の前回値に代えて前記補正後アシストトルク指令値の前回値に基づいて、前記ステアリング軸負荷を推定することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
操舵トルク及び操舵角速度に基づいて前記操舵状態が変化したことを判定する操舵状態変化判定手段（４２）を備え、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記操舵状態変化判定手段による判定信号に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項８】
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記モータの出力を前記ラックに伝達する動力伝達機構の伝達効率（η）に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項９】
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
車速（Ｖ）に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項１０】
前記基本アシスト制御手段は、
前記ステアリング軸負荷推定手段が推定したステアリング軸負荷の推定値に基づいて、前記基本アシストトルク指令値を演算することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の電動パワーステアリングシステムにおいて、操舵トルク等の情報に基づいて、モータが出力するアシストトルクを制御する制御装置が知られている。
例えば、特許文献１に開示された装置は、操舵トルクを検出するトルクセンサ、モータに流れる実電流を検出する電流センサ、及び、モータの回転角速度を検出するモータ回転角センサの検出値に基づいて、ステアリング軸に加わる軸力を推定する。この推定軸力はモータ制御信号出力部に入力され、推定軸力を使用した判定結果に基づいてアシスト目標値を変えることによって、操舵フィーリングの向上を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２６８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置において、電流センサによるモータ実電流の検出値は、実際のモータ出力を良く反映したものとなる反面、センサノイズ等の高周波成分が含まれる可能性がある。したがって、電流センサの検出値に基づいてステアリング軸に加わる軸力を推定した場合、高周波成分が含まれる推定値を、電動パワーステアリングシステムのアシスト制御の根幹となる演算に用いることは信頼性に問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ノイズの影響を回避しつつステアリング軸負荷を推定可能な電動パワーステアリング制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、運転者により操作されるハンドルと、ハンドルとコラム軸との間に接続されたトーションバーと、トーションバーのねじれ角に基づいて操舵トルク（Ｔｓ）を検出するトルクセンサと、コラム軸の回転運動を、ラックアンドピニオン機構により、車輪を転舵させるラックの往復運動に変換する転舵装置と、コラム軸の回転又はラックの推力を補助するアシストトルク（ＴＭ）を発生するモータと、モータの回転角（θｍ）を検出するモータ回転角センサと、を備えた電動パワーステアリングシステムに適用され、モータが出力するアシストトルクを制御する電動パワーステアリング制御装置である。
【０００７】
本発明の電動パワーステアリング制御装置は、運転者のハンドル操作とモータのアシストとによって行われる操舵の負荷であるステアリング軸負荷（Ｔｘ）を推定するステアリング軸負荷推定手段と、モータに対するアシストトルク指令値の基本値である基本アシストトルク指令値（Ｔｍ*）を演算する基本アシスト制御手段と、を備える。
ステアリング軸負荷推定手段は、トルクセンサが検出した操舵トルク、モータ回転角センサが検出したモータ回転角を換算して得られる操舵角速度（ωｓ）又は操舵角加速度（αｓ）、及び、基本アシストトルク指令値の前回値（Ｔｍ*）に基づいて、ステアリング軸負荷を推定することを特徴とする。
ここで、「前回値」とは、繰り返し実行される基本アシストトルク演算における以前の演算値であり、１回前の値（直前値）に限らず、２回以上前の値を含む。
【０００８】
或いは、本発明の別の態様の電動パワーステアリング制御装置は、基本アシストトルク指令値に対する補正トルク（Ｔｃｏｍｐ）を演算する補正トルク演算手段をさらに備え、基本アシストトルク指令値と補正トルクとを加算した補正後アシストトルク（Ｔｍ**）指令値をモータに指令する。
この場合、ステアリング軸負荷推定手段は、操舵トルク、及び、操舵角速度又は操舵角加速度に加え、基本アシストトルク指令値の前回値に代えて補正後アシストトルク指令値の前回値に基づいて、ステアリング軸負荷を推定してもよい。「前回値」の解釈は、基本アシストトルク指令値の場合と同様である。
【０００９】
このように本発明では、ステアリング軸負荷推定手段を設け、操舵トルク、及び、操舵角速度又は操舵角加速度に加え、基本アシストトルク指令値の前回値、又は補正後アシストトルク指令値の前回値に基づいて、ステアリング軸負荷を推定する。特許文献１の従来技術のように電流センサの検出値を用いないため、電流センサノイズによる高周波成分の影響を回避し、ステアリング軸負荷の推定における信頼性を向上させることができる。
【００１０】
ところで、ステアリング軸負荷は、ハンドルの切込み動作と切戻し動作との「操舵状態の変化」に基づいて変化する。そこで、ステアリング軸負荷推定手段は、操舵状態の変化に基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正する。
特許文献１の従来技術では、操舵状態の変化を考慮していないのに対し、操舵状態の変化を考慮することで、ステアリング軸負荷の推定値を適切に補正することができる。
また、操舵状態の変化を考慮して補正した推定値をアシスト制御に使用することで、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
【００１１】
操舵状態の変化を見出すための具体的な手段として、本発明の一つの態様の電動パワーステアリング制御装置は、操舵トルクと操舵角速度との積の値に基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正する。
また、「操舵状態の変化」の例として具体的には、ハンドルの切込み動作から切戻し動作への変化、又は、切戻し動作から切込み動作への変化によって生ずるギアのバックラッシュ等の「操舵系の特性変化」が挙げられる。本発明の別の態様では、操舵系の特性変化について、周波数特性に基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正する。この場合、操舵トルク及び操舵角速度に基づいて操舵状態が変化したことを判定する操舵状態変化判定手段を備え、ステアリング軸負荷推定手段は、操舵状態変化判定手段による判定信号に基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正してもよい。
【００１２】
さらに、ステアリング軸負荷推定手段は、モータの出力をラックに伝達する動力伝達機構の伝達効率や車速等にも基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正してもよい。これにより、ステアリング軸負荷の推定値をより精度良く補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【図２】電動パワーステアリングシステムのモデル図である。
【図３】ラックアンドピニオン機構の模式図である。
【図４】ラックアンドピニオン機構におけるピニオントルクとラック推力との関係を示すグラフである。
【図５】バックラッシュの周波数特性の例を示す図である。
【図６】車速とゲイン補正値との関係を示すマップである。
【図７】本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第３実施形態による電動パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態による電動パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第５実施形態による電動パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第６実施形態による電動パワーステアリング制御装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング制御装置について、図１〜図６を参照して説明する。電動パワーステアリング制御装置は、車両の電動パワーステアリングシステムにおいて、モータが出力するアシストトルクを制御する装置であり、例えばＥＣＵ（電子制御装置）として構成される。
【００１５】
図１に示すように、第１実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０１は、モータ５のアシストトルクによってコラム軸３２の回転を補助するコラムアシストタイプの電動パワーステアリングシステム１に適用される。電動パワーステアリングシステム１は、ハンドル２、ハンドル軸３１、コラム軸３２、インターミディエイト軸３３、トーションバー４、モータ５、ウォームギア６、転舵装置７、トルクセンサ４０、及びモータ回転角センサ５０等を含む。
運転者により操舵されるハンドル２は、ハンドル軸３１の一端に結合されている。トルクセンサ４０は、ハンドル軸３１の他端とコラム軸３２との間に接続されたトーションバー４のねじれ角に基づいてトーショントルクを検出する。トルクセンサ４０が検出したトーショントルクを、以下、「操舵トルクＴｓ」という。
【００１６】
モータ５は、ウォームギア６を介してコラム軸３２に接続され、コラム軸３２の回転を補助するアシストトルクＴＭ（図２参照）を発生する。アシストトルクＴＭが付加されたコラム軸３２の回転は、コラム軸３２と転舵装置７とを連結するインターミディエイト軸３３に伝達される。
また、モータ５の回転角θｍは、モータ回転角センサ５０によって検出される。
【００１７】
転舵装置７は、ピニオン及びラック（図３参照）からなるラックアンドピニオン機構によって構成されており、インターミディエイト軸３３を介して伝達されるコラム軸３２の回転運動を、ラックの往復運動に変換する。転舵装置７のラックの両端にはタイロッド８１が取り付けられており、ラックと共にタイロッド８１が左右に往復運動する。タイロッド８１がその先のナックルアーム８２を引っ張ったり押したりすることで、路面ｒｄに当接する車輪９を転舵させる。
さらに、車両の所定部位に設けられた車速センサ６０は、車速Ｖを検出する。
【００１８】
電動パワーステアリング制御装置１０１は、後述する他の実施形態と共通する構成として、ステアリング軸負荷推定部４１、基本アシスト制御部４４、及び、補正トルク演算部４５を含む。また、第１実施形態に特有の構成として、操舵状態変化判定部４２を含む。
これらの構成は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「ステアリング軸負荷推定手段」、「基本アシスト制御手段」、「補正トルク演算手段」及び「操舵状態変化判定手段」に相当し、具体的にはマイコン等で構成される。
【００１９】
また、図１では、電動パワーステアリング制御装置１０１の範囲（二点鎖線枠内）に、モータ角速度演算部５１及び操舵角速度演算部５２を含むように図示している。モータ角速度演算部５１は、モータ回転角センサ５０が検出したモータ回転角θｍを時間微分してモータ角速度ωｍを算出し、操舵角速度演算部５２は、モータ角速度ωｍをハンドル軸３１の角度変化である操舵角速度ωｓに換算する。
なお、モータ角速度演算部５１及び操舵角速度演算部５２は、電動パワーステアリング制御装置１０１の外部に設けられ、外部で演算された操舵角速度ωｓが電動パワーステアリング制御装置１０１に入力される態様としてもよい。
【００２０】
まず、基本アシスト制御部４４及び補正トルク演算部４５は、従来の電動パワーステアリング制御装置が備えている一般的な構成である。
従来の基本アシスト制御部は、一般に、トルクセンサが検出した操舵トルクＴｓ、モータ回転角センサが検出したモータ回転角θｍ、車速センサが検出した車速Ｖ等の情報が入力され、これらの情報に基づいて、モータ５に対するアシストトルク指令値の基本値である「基本アシストトルク指令値Ｔｍ*」を演算する。
【００２１】
これに対し、本実施形態の基本アシスト制御部４４は、操舵トルクＴｓや操舵角速度ωｓが直接入力されるのでなく、それらの情報がステアリング軸負荷推定部４１を通じて、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値として入力されることを特徴とする。
また、補正トルク演算部４５は、例えばハンドル２の切込み、切戻しや車両の収斂性を考慮して基本アシストトルク指令値Ｔｍ*に対する補正トルクＴｃｏｍｐを演算する。そして、基本アシストトルク指令値Ｔｍ*と補正トルクＴｃｏｍｐとが加算器４６で加算された「補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**」がモータ５に指令される。
基本アシスト制御部４４及び補正トルク演算部４５によるアシストトルク演算は、車両のイグニッションスイッチがオンのとき、繰り返し実行される。
【００２２】
次に、本発明の特徴的な構成であるステアリング軸負荷推定部４１は、運転者のハンドル操作とモータ５のアシストとによって行われる操舵の負荷である「ステアリング軸負荷Ｔｘ」を推定する。この推定は、トルクセンサ４０が検出した操舵トルクＴｓ、操舵角速度演算部５２から入力された操舵角速度ωｓ、及び、第１実施形態では、補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**の前回値に基づいて行われる。ここで、「前回値」とは、繰り返し実行される基本アシストトルク及び補正トルク演算における以前の演算値であり、基本的には１回前の値（直前値）を用いることが好ましいと考えられるが、２回以上前の値を用いてもよい。
補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**を用いる場合、後述の第５実施形態に対し、補正トルクＴｃｏｍｐに高周波成分が混入する可能性があるものの、モータ５の実際の挙動により近い情報を得ることができる点で有利である。
【００２３】
ここで、操舵トルクＴｓ、操舵角速度ωｓ、及び補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**の前回値に基づいてステアリング軸負荷Ｔｘを推定する理論について、電動パワーステアリングシステムのモデル図である図２を参照して説明する。図２のモデルは、ハンドル２に対応するハンドル部Ｈと、コラム軸３２に対応するコラム部Ｃと、転舵装置７のラックから車輪９までの部分に対応する負荷部Ｌとを有している。
【００２４】
ハンドル部Ｈとコラム部Ｃとは、トルクセンサ４０のトーションバー４に対応するバネＳｐｔによって連結されている。コラム部Ｃと負荷部Ｌとは、インターミディエイト軸３３に対応するバネＳｐｉｎによって連結されている。負荷部Ｌと路面ｒｄとは、車輪９のタイヤに対応するバネＳｐｔｉによって連結されている。
図中の記号Ｔはトルク、ｋはねじればね定数、Ｃは粘性摩擦係数、θは回転角を示し、記号の添え字「ｈ」、「ｃ」、「Ｌ」は、それぞれ、ハンドル部Ｃ、コラム部Ｃ、負荷部Ｌについての量であることを示す。ＴＭは、モータトルクを示し、第１実施形態における基本アシストトルク指令値Ｔｍ*又は補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**に対応する。
【００２５】
このモデルにおいて、各部における運動方程式は、式（１．１）〜（１．３）で表される。記号Ｊは慣性モーメントを示す。
【数１】
0005975046.tif 000002
【００２６】
コラム部Ｃについての式（１．２）を変形すると、式（１．２’）が得られる。
【数２】
0005975046.tif 000003
【００２７】
図２に示すように、ステアリング軸負荷Ｔｘは、コラム軸３２とインターミディエイト軸３３との連結部付近であるＸ部にかかり、インターミディエイト軸３３のトルクとコラム回転摩擦との和、すなわち、式（１．２’）の左辺に等しい。
また、操舵トルクＴｓ、すなわち、トルクセンサ４０が検出するトーショントルクは、式（２）で表される。
Ｔｓ＝ｋｔ（θｈ−θｃ）  ・・・（２）
【００２８】
したがって、ステアリング軸負荷Ｔｘは、式（３）で表される。
【数３】
0005975046.tif 000004
【００２９】
式（３）の右辺の第３項は、操舵角速度ωｓを時間微分して算出することができる。
以上より、ステアリング軸負荷推定部４１は、操舵トルクＴｓ、操舵角速度ωｓ、及び、補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**の前回値の情報に基づいて、ステアリング軸負荷Ｔｘを推定可能であることが説明される。
なお、式（３）の右辺の第３項を無視すると、ステアリング軸負荷Ｔｘは、操舵トルクＴｓとアシストトルクＴＭとの和に釣り合っていると考えることができる。
【００３０】
本実施形態のステアリング軸負荷推定部４１は、以上のように推定したステアリング軸負荷Ｔｘの推定値に対し、さらに種々の補正をすることで推定精度の向上を図る。
このステアリング軸負荷補正の一つとして、ハンドル２の切込み状態と切戻し状態との「操舵状態の変化」を考慮した補正を行う。そのための手段として、第１実施形態では、操舵状態変化判定部４２を備える。操舵状態変化判定部４２は、操舵トルクＴｓ及び操舵角速度ωｓが入力され、その変化に基づいて操舵状態が変化したことを判定し、判定信号Ｓｊをステアリング軸負荷推定部４１に出力する。ステアリング軸負荷推定部４１は、判定信号Ｓｊに基づいて、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。
【００３１】
「操舵状態の変化」において特に問題となるのは、切込み動作から切戻し動作、又は、切戻し動作から切込み動作への変化によって生じるギアのバックラッシュ等による「操舵系の特性変化」である。ギアのバックラッシュは、モータ５から転舵装置７のラックまでの動力伝達経路中の複数箇所で発生する。ここでは、転舵装置７のラックアンドピニオン機構を例として、駆動側と非駆動側との力の関係について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３２】
図３に示すように、転舵装置７のラックアンドピニオン機構では、ピニオン７１の歯７２とラック７３の歯７４とが噛み合う。まず、ピニオン７１のトルクによってラック７３を駆動する場合を考える。これは、ハンドル２の切込み時の動作に相当する。
このケース（Ｉ）では、トルク及び力の符号の末尾に「１」を付し、ピニオントルクをＴｐ１、ピニオントルクＴｐ１によってラック７３を軸方向に押す推力をＦｐ１と表す。また、ピニオン７１の半径をｒｐ、ラック歯７４の圧力角をα、リード角をγとする。
【００３３】
ピニオン７１がラック７３を軸方向に押す力Ｆｐ１は、式（４．１）で表される。
Ｆｐ１＝Ｔｐ１／ｒｐ  ・・・（４．１）
力Ｆｐ１がラック歯７４の歯面を垂直に押す力Ｆｔ１は、式（４．２）で表される。
Ｆｔ１＝Ｆｐ１ｃｏｓαｃｏｓγ  ・・・（４．２）
力Ｆｔ１によってラック７３が軸方向に押される力の基準値Ｆｒ１＿ｒｅｆは、式（４．３）で表される。
Ｆｒ１＿ｒｅｆ＝Ｆｔ１ｃｏｓγｃｏｓα  ・・・（４．３）
式（４．３）を式（４．１）、（４．２）により展開すると、式（４．４）が得られる。
Ｆｒ１＿ｒｅｆ＝（Ｔｐ１／ｒｐ）ｃｏｓ2αｃｏｓ2γ  ・・・・（４．４）
【００３４】
また、ラック歯７４の歯面滑り方向に沿って働く摩擦力は、歯面摩擦係数をμとすると「μＦｔ１」であり、摩擦力μＦｔ１のラック７３の軸方向の成分Ｆｒ１＿ｆｒｃは、式（４．５）で表される。
Ｆｒ１＿ｆｒｃ＝μＦｔ１ｓｉｎγｃｏｓα
＝μ（Ｔｐ１／ｒｐ）ｃｏｓ2αｓｉｎγｃｏｓγ・・・（４．５）
【００３５】
以上より、ピニオン７１がラック７３を駆動する場合、ピニオントルクＴｐ１に対するラック推力Ｆｒ１は、式（４．４）、（４．５）より、式（５）で表される。
Ｆｒ１＝Ｆｒ１＿ｒｅｆ−Ｆｒ１＿ｆｒｃ
＝（Ｔｐ１／ｒｐ）×（ｃｏｓ2αｃｏｓ2γ−μｃｏｓ2αｓｉｎγｃｏｓγ）
・・・（５）
【００３６】
次に、ラック７３の軸方向の力によってピニオン７１を回転させる場合を考える。これは、路面ｒｄの段差等によって車輪９の向きが動かされハンドル２が振れる場合や、ハンドル２の切込み動作を停止したとき、路面反力により車輪９がその向きを車両の直進方向に戻そうとするセルフアライニングトルクが作用する場合に相当する。
このケース（ＩＩ）では、トルク及び力の符号の末尾に「２」を付し、ラック７３の軸方向の推力をＦｒ２、ラック推力Ｆｒ２によってピニオン７１を回転させるトルクをＴｐ２と表す。また、各記号は上記のケース（Ｉ）の記号を援用する。
【００３７】
詳細な式の導出については省略し、ラック７３がピニオン７１を駆動する場合、ラック推力Ｆｒ２に対するピニオントルクＴｐ２は、式（６）で表される。
Ｔｐ２＝ｒｐ×Ｆｒ２×（ｃｏｓ2αｃｏｓ2γ−μｃｏｓ2αｃｏｓγｓｉｎγ）
・・・（６）
【００３８】
式（５）、（６）の半径ｒｐ、圧力角α、リード角γに所定の数値を入れ、歯面摩擦係数μ＝０、０．３、１．０として、ラック推力ＦｒとピニオントルクＴｐとの関係をプロットしたグラフが図４である。
ピニオン７１がラック７３を駆動する場合のケース（Ｉ）の特性線と、ラック７３がピニオン７１を駆動する場合のケース（ＩＩ）の特性線とは、ミラー線Ｍに対して反転した関係となる。歯面摩擦係数μが０に近く伝達効率が良いときほど両者の特性線は近づき、歯面摩擦係数μが１に近く伝達効率が悪いときほど両者の特性線は離れる傾向にある。
【００３９】
車両の走行中、切込み動作から切戻し動作への移行による「操舵状態の変化」に伴い、ラックアンドピニオン機構での動力伝達特性は、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４というヒステリシス特性に従って変化する。そこで、このようなギアのバックラッシュ等による操舵系の特性変化を考慮してステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する技術的意義がある。
なお、バックラッシュ以外の「操舵系の特性変化」の例として、動力伝達機構における静摩擦と動摩擦との切り替わり等が考えられる。
【００４０】
さらに、「操舵系の特性変化」について、具体的には、図５に例示するような周波数特性に基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正してもよい。すなわち、現象を示す周波数特性におけるピーク周波数ｆｐを考慮して、適切なゲイン補正を行うことが好ましい。
【００４１】
以上のように、ステアリング軸負荷推定部４１は、「操舵状態の変化」に基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。その他に本実施形態のステアリング軸負荷推定部４１は、モータ５の出力をラック７３に伝達する動力伝達機構の伝達効率ηにも基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。動力伝達機構としては、例えば、モータ５とコラム軸３２との間のウォームギア６、インターミディエイト軸３３、転舵装置７のラックアンドピニオン機構等がある。
【００４２】
さらに、本実施形態のステアリング軸負荷推定部４１は、車速センサ６０が検出した車速Ｖに基づいて、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。例えば、図６のマップに示すように、車速ＶがＶ１以下の領域では相対的に小さな車速ゲインＧ１を採用し、車速ＶがＶ２以上の領域では相対的に大きな車速ゲインＧ２（≒１）を採用し、車速ＶがＶ１からＶ２までの領域では、Ｇ１からＧ２の間で車速Ｖに応じて車速ゲインを変化させる、というような補正をする。
【００４３】
（効果）
本実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０１の効果について説明する。
（１）ステアリング軸負荷推定部４１は、操舵トルクＴｓ及び操舵角速度ωｓに加え、補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**の前回値に基づいて、ステアリング軸負荷Ｔｘを推定する。特許文献１の従来技術のように電流センサの検出値を用いないため、電流センサノイズによる高周波成分の影響を回避し、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定における信頼性を向上させることができる。
【００４４】
（２）本実施形態のステアリング軸負荷推定部４１は、ハンドル２の切込み動作と切戻し動作との「操舵状態の変化」に基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。特許文献１の従来技術では、操舵状態の変化を考慮していないのに対し、操舵状態の変化を考慮することで、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を適切に補正することができる。
また、本実施形態では、基本アシスト制御部４４がステアリング軸負荷Ｔｘの推定値に基づいて基本アシストトルク指令値Ｔｍ*を演算するため、適切な推定値をアシスト制御に使用することで、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、「操舵状態の変化」を見出すための具体的な手段として操舵状態変化判定部４２を備えている。これにより、ハンドル２の切込み動作と切戻し動作との移行に伴う操舵トルクＴｓや操舵角速度ωｓの変化から、「操舵状態の変化」を適切に見出すことができる。
【００４６】
（４）本実施形態のステアリング軸負荷推定部４１は、さらに、動力伝達機構の伝達効率η及び車速Ｖにも基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。これにより、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値をより精度良く補正することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態の電動パワーステアリング制御装置について、図７を参照して説明する。以下の実施形態の説明において、前述の実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
第２実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０２は、第１実施形態の操舵状態変化判定部４２に代えて、トルクセンサ４０から取得した操舵トルクＴｓと、操舵角速度演算部５２から取得した操舵角速度ωｓとの積を算出する乗算器４３を備えている。操舵トルクＴｓ又は操舵角速度ωｓの少なくともいずれか一方が変化したとき積の値が変化するため、操舵状態の変化を見出すことができる。
ステアリング軸負荷推定部４１は、乗算器４３が出力した値に基づいて、マップ等を用いて操舵状態の変化を推定し、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する。
第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果（１）〜（４）を奏する。
【００４９】
（第３〜第６実施形態）
第３〜第６実施形態の電動パワーステアリング制御装置について、図８〜図１１を参照して説明する。これらの第３〜第６実施形態は、上記第１、第２実施形態のように、ステアリング軸負荷推定部４１において、操舵状態の変化に基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する構成を有していない。ステアリング軸負荷推定部４１は、伝達効率η又は車速Ｖに基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する（図８、図９）か、或いは、推定値を補正しないで出力する（図１０、図１１）。
【００５０】
また、第３〜第５実施形態では、ステアリング軸負荷推定部４１がステアリング軸負荷Ｔｘの推定の基礎として用いる３つの値のうち操舵トルクＴｓは共通であり、他の１つ、又は２つの値が異なる。
図８に示す第３実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０３では、ステアリング軸負荷推定部４１は、第１、第２実施形態と同様、操舵トルクＴｓ、操舵角速度ωｓ、及び、「補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**の前回値」に基づいて、ステアリング軸負荷Ｔｘを推定する。
【００５１】
これに対し、図９に示す第４実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０４では、操舵角速度演算部５２が算出した操舵角速度ωｓを時間微分する操舵角加速度演算部５３が設けられ、ステアリング軸負荷推定部４１は、操舵角速度ωｓに代えて、操舵角加速度αｓに基づいてステアリング軸負荷Ｔｘを推定する。
操舵角加速度演算部５３もまた、電動パワーステアリング制御装置１０４の範囲に含む態様に限らず、電動パワーステアリング制御装置１０４の外部に設けられてもよい。
【００５２】
上記のようにステアリング軸負荷推定部４１に操舵角速度ωｓが入力される場合、例えばステアリング軸負荷推定部４１の内部で操舵角速度ωｓを微分することで、式（３）の第３項、すなわち「θｃの二回微分項」を算出する。これに対し、本実施形態のように、ステアリング軸負荷推定部４１は、外部の操舵角加速度演算部５３で微分された操舵角加速度αｓを入力することで、そのまま演算に用いることができる。
【００５３】
また、図１０に示す第５実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０５では、ステアリング軸負荷推定部４１は、操舵トルクＴｓ及び操舵角加速度αｓに加え、「基本アシストトルク指令値Ｔｍ*の前回値」、すなわち、加算器４６で補正トルクＴｃｏｍｐを加算する前の値に基づいて、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を推定する。ここで、「前回値」の解釈は、補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**の場合と同様である。
【００５４】
基本アシストトルク指令値Ｔｍ*は、補正後アシストトルク指令値Ｔｍ**に比べモータ５の実際の挙動を反映しにくい傾向にあるものの、基本アシスト制御部４４の演算値そのものであるため、高周波成分による変動を抑制する点で有利である。
なお、ステアリング軸負荷推定部４１が取得する情報の観点から言えば、この実施形態では補正トルク演算部４５を有しなくてもよい。
【００５５】
最後に、図１１に示す第６実施形態の電動パワーステアリング制御装置１０６では、ステアリング軸負荷推定部４１が推定したステアリング軸負荷Ｔｘの推定値が基本アシスト制御部４４に入力されず、補正トルク演算部４５にのみ入力される点が第１〜第５実施形態と異なる。
【００５６】
この場合、基本アシスト制御部４４は、トルクセンサ４０から取得した操舵トルクＴｓに基づいて基本アシストトルク指令値Ｔｍ*を演算する。ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値は、補正トルク演算部４５にて補正トルクＴｃｏｍｐに反映されることを通じて、アシスト制御に使用される。
なお、上記の他の実施形態についても、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正トルク演算部４５にのみ入力するようにしてもよい。
【００５７】
以上の第３〜第６実施形態は、いずれも第１実施形態の効果（１）を共有する。すなわち、電流センサノイズによる高周波成分の影響を回避し、ステアリング軸負荷Ｔｘの推定における信頼性を向上させることができる。
また、動力伝達機構の伝達効率η又は車速Ｖの少なくとも一方に基づいてステアリング軸負荷Ｔｘの推定値を補正する態様では、第１実施形態の効果（４）を共有する。
【００５８】
（その他の実施形態）
上記実施形態の電動パワーステアリング制御装置は、例えばＥＣＵとして構成される。しかし、それは物理的に１枚或いは１セットの電子基板で形成されることを意味しない。例えば、ステアリング軸負荷推定部４１と、基本アシスト制御部４４その他の部分とが物理的に独立して設けられ、ハーネス等で通信される形態としてもよい。
【００５９】
上記実施形態の電動パワーステアリング制御装置は、モータのアシストトルクによってコラム軸の回転を補助するコラムアシストタイプの電動パワーステアリングシステムに適用される。この他、本発明の電動パワーステアリング制御装置は、モータのアシストトルクによってラック推力を補助するラックアシストタイプの電動パワーステアリングシステムに適用されてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  ：電動パワーステアリングシステム、
１０１−１０６：電動パワーステアリング制御装置、
２  ：ハンドル、
３２：コラム軸、
４  ：トーションバー、
４０：トルクセンサ、
４１：ステアリング軸負荷推定部（ステアリング軸負荷推定手段）、
４４：基本アシスト制御部（基本アシスト制御手段）、
５  ：モータ、
５０：モータ回転角センサ
７  ：転舵装置、
９  ：車輪。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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