本發(fā)明涉及車輛用轉(zhuǎn)向操縱裝置。

背景技術(shù)：

在日本特開2004-175122號(hào)公報(bào)中公開了包括具備對(duì)轉(zhuǎn)向盤的操作狀態(tài)進(jìn)行判定的功能的電子控制裝置(ecu)的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置(eps)。日本特開2004-175122號(hào)公報(bào)所記載的ecu對(duì)由轉(zhuǎn)向操縱角傳感器檢測(cè)出的轉(zhuǎn)向操縱角θh的時(shí)間微分值dθh/dt和由轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)出的轉(zhuǎn)矩tp的積進(jìn)行運(yùn)算，來作為針對(duì)轉(zhuǎn)向盤的作功量w，使用該作功量w來判定轉(zhuǎn)向盤的操作狀態(tài)。具體而言，在正方向上作功量w超過規(guī)定的閾值w1(w1＞0)的情況下或者在負(fù)方向上作功量w超過規(guī)定的閾值－w1的情況下，ecu判定為是駕駛員正在對(duì)轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱的實(shí)際轉(zhuǎn)向操縱狀態(tài)。

另外，在作功量w的絕對(duì)值為閾值w1以下且轉(zhuǎn)矩tp的絕對(duì)值為規(guī)定的閾值tp1(tp1＞0)以下的情況下，ecu判定為是轉(zhuǎn)向盤的放手狀態(tài)。另外，在作功量w的絕對(duì)值為閾值w1以下且轉(zhuǎn)向操縱角θh的絕對(duì)值為規(guī)定的閾值θh1(θh1＞0)以下的情況下，ecu判定為是轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向保持狀態(tài)。

在日本特開2004-175122號(hào)公報(bào)所記載的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置中，在實(shí)際的轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)為轉(zhuǎn)向盤的放手狀態(tài)時(shí)，若被從路面輸入外力(負(fù)荷轉(zhuǎn)矩)，則轉(zhuǎn)矩tp以及轉(zhuǎn)向操縱角度產(chǎn)生變化，所以產(chǎn)生作功量w。因此，在上述以往例子中，即使是轉(zhuǎn)向盤的放手狀態(tài)，也有可能誤判定是實(shí)際轉(zhuǎn)向操縱狀態(tài)。另外，在上述以往例子中，即使實(shí)際的轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)是實(shí)際轉(zhuǎn)向操縱狀態(tài)，在轉(zhuǎn)向盤的切換時(shí)，由于作功量橫穿零，所以在這個(gè)期間，也有可能誤判定為是放手狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高精度地判定是駕駛員正在握持轉(zhuǎn)向盤的手放上(hands-on)狀態(tài)還是駕駛員未握持轉(zhuǎn)向盤的手放開(hands-off)狀態(tài)的車輛用轉(zhuǎn)向操縱裝置。

作為本發(fā)明的一方式的車輛用轉(zhuǎn)向操縱裝置具備：

轉(zhuǎn)向盤；

輸入軸，連結(jié)有上述轉(zhuǎn)向盤；

輸出軸，經(jīng)由扭桿與上述輸入軸連結(jié)；

電動(dòng)機(jī)，經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)與上述輸出軸連結(jié)；

轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器，用于對(duì)施加至上述扭桿的扭桿轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)；

旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)器，對(duì)上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)；以及

轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定裝置，

上述轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定裝置包括：

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器，使用至少包括由上述轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩以及由上述旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)器檢測(cè)出的上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角的檢測(cè)值，來推斷由駕駛員施加至上述轉(zhuǎn)向盤的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

低通濾波器，對(duì)由上述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器推斷出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行低通濾波處理；以及

手放上/放開判定器，基于由上述低通濾波器進(jìn)行的低通濾波處理后的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，來判定是手放上狀態(tài)還是手放開狀態(tài)。

在該構(gòu)成中，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。而且，對(duì)推斷出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行低通濾波處理。由此，能夠精度良好地推斷由駕駛員施加至轉(zhuǎn)向盤的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。而且，基于低通濾波處理后的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來判定是手放上狀態(tài)還是手放開狀態(tài)，所以能夠高精度地判定是手放上狀態(tài)還是手放開狀態(tài)。

附圖說明

通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加清楚，其中，相同附圖標(biāo)記表示相同要素，其中：

圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是表示ecu的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。

圖3是表示轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。

圖4是表示柱式eps的物理模型的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5是表示驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖6是用于說明手放上/放開判定部的動(dòng)作的狀態(tài)遷移圖。

圖7a是表示針對(duì)柏油路的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。

圖7b是表示針對(duì)壞道路的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。

圖8是表示驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部的其他的結(jié)構(gòu)例的框圖。

具體實(shí)施方式

圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。

該電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置(車輛用轉(zhuǎn)向操縱裝置)1是在柱部配置有電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的柱輔助式電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置(以下，稱為柱式eps)。

柱式eps1具備：作為用于對(duì)車輛進(jìn)行方向操縱的轉(zhuǎn)向操縱部件的轉(zhuǎn)向盤2、與該轉(zhuǎn)向盤2的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)來使轉(zhuǎn)向輪3轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4和用于輔助駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱的轉(zhuǎn)向操縱輔助機(jī)構(gòu)5。轉(zhuǎn)向盤2和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸6、第一萬向聯(lián)軸節(jié)28、中間軸7以及第二萬向聯(lián)軸節(jié)29以機(jī)械方式連結(jié)。

轉(zhuǎn)向軸6包括與轉(zhuǎn)向盤2連結(jié)的輸入軸8和經(jīng)由第一萬向聯(lián)軸節(jié)28與中間軸7連結(jié)的輸出軸9。輸入軸8和輸出軸9經(jīng)由扭桿10在同一軸線上能夠相對(duì)旋轉(zhuǎn)地連結(jié)。即，若轉(zhuǎn)向盤2旋轉(zhuǎn)，則輸入軸8以及輸出軸9相互相對(duì)旋轉(zhuǎn)并向同一方向旋轉(zhuǎn)。

在轉(zhuǎn)向軸6的周圍設(shè)置有轉(zhuǎn)矩傳感器11。轉(zhuǎn)矩傳感器11基于輸入軸8以及輸出軸9的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移量來檢測(cè)施加至扭桿10的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb。由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb被輸入至ecu12。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4由包括小齒輪軸13和作為轉(zhuǎn)向軸的齒條軸14的齒輪齒條機(jī)構(gòu)構(gòu)成。在齒條軸14的各端部，經(jīng)由橫拉桿15以及轉(zhuǎn)向臂(圖示略)連結(jié)有轉(zhuǎn)向輪3。小齒輪軸13經(jīng)由第二萬向聯(lián)軸節(jié)29與中間軸7連結(jié)。小齒輪軸13與轉(zhuǎn)向盤2的轉(zhuǎn)向操縱聯(lián)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。在小齒輪軸13的前端連結(jié)有小齒輪16。

齒條軸14沿著汽車的左右方向(與前進(jìn)方向正交的方向)呈直線狀地延伸。在齒條軸14的軸向的中間部形成有與小齒輪16嚙合的齒條17。通過該小齒輪16以及齒條17，小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換成齒條軸14的軸向移動(dòng)。通過使齒條軸14沿軸向移動(dòng)，能夠使轉(zhuǎn)向輪3轉(zhuǎn)向。

若轉(zhuǎn)向操縱(旋轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)向盤2，則該旋轉(zhuǎn)經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸6以及中間軸7傳遞至小齒輪軸13。然后，小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)通過小齒輪16以及齒條17而被轉(zhuǎn)換成齒條軸14的軸向移動(dòng)。由此，轉(zhuǎn)向輪3被轉(zhuǎn)向。

轉(zhuǎn)向操縱輔助機(jī)構(gòu)5包括用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)向操縱輔助力的電動(dòng)機(jī)18和用于將電動(dòng)機(jī)18的輸出轉(zhuǎn)矩放大并傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4的減速機(jī)構(gòu)19。在該實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)18是三相無刷電機(jī)。減速機(jī)構(gòu)19由包括蝸桿20和與該蝸桿20嚙合的蝸輪21的蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。減速機(jī)構(gòu)19被收容在作為傳遞機(jī)構(gòu)殼體的齒輪殼22內(nèi)。以下，有時(shí)用n表示減速機(jī)構(gòu)19的減速比(齒輪比)。減速比n被定義為蝸桿20的角速度ωwg相對(duì)于蝸輪21的角速度ωww的比ωwg/ωww。

蝸桿20被電動(dòng)機(jī)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，蝸輪21與輸出軸9能夠一體旋轉(zhuǎn)地連結(jié)。蝸輪21被蝸桿20旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。

駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤2進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱，從而通過電動(dòng)機(jī)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蝸桿20。由此，蝸輪21被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)向軸6賦予電機(jī)轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)向軸6(輸出軸9)旋轉(zhuǎn)。然后，轉(zhuǎn)向軸6的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由中間軸7傳遞至小齒輪軸13。小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換成齒條軸14的軸向移動(dòng)。由此，轉(zhuǎn)向輪3轉(zhuǎn)向。即，通過電動(dòng)機(jī)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蝸桿20，從而能夠進(jìn)行由電動(dòng)機(jī)18實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向操縱輔助。

作為施加至減速機(jī)構(gòu)19的轉(zhuǎn)矩，有電動(dòng)機(jī)18的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)矩以外的外部轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)矩以外的外部轉(zhuǎn)矩包括由駕駛員施加至轉(zhuǎn)向盤2的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw、從轉(zhuǎn)向輪3側(cè)施加至齒條軸14(減速機(jī)構(gòu)19)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩(加載負(fù)荷)。

電動(dòng)機(jī)18的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角由分解器等旋轉(zhuǎn)角傳感器25進(jìn)行檢測(cè)。另外，車速由車速傳感器26進(jìn)行檢測(cè)。旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號(hào)以及由車速傳感器26檢測(cè)出的車速v被輸入至ecu12。電動(dòng)機(jī)18被ecu12控制。

圖2是表示ecu12的電氣結(jié)構(gòu)的示意圖。

ecu12具備：微型計(jì)算機(jī)40、被微型計(jì)算機(jī)40控制并向電動(dòng)機(jī)18供給電力的驅(qū)動(dòng)電路(3相逆變器電路)31和用于對(duì)流經(jīng)電動(dòng)機(jī)18的電流(以下稱為電機(jī)電流)進(jìn)行檢測(cè)的電流檢測(cè)部32。

微型計(jì)算機(jī)40具備cpu以及存儲(chǔ)器(rom、ram、非易失性存儲(chǔ)器等)，通過執(zhí)行規(guī)定的程序來作為多個(gè)功能處理部發(fā)揮作用。該多個(gè)功能處理部包括電機(jī)控制部41和轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部42。

電機(jī)控制部41基于由車速傳感器26檢測(cè)出的車速v、由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb、基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出而運(yùn)算出的電動(dòng)機(jī)18的旋轉(zhuǎn)角以及由電流檢測(cè)電路33檢測(cè)出的電機(jī)電流，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路31進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)向操縱狀況對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向操縱輔助。

具體而言，電機(jī)控制部41基于扭桿轉(zhuǎn)矩ttb以及車速v來設(shè)定流經(jīng)電動(dòng)機(jī)18的電機(jī)電流的目標(biāo)值即電流指令值。電流指令值對(duì)應(yīng)于與轉(zhuǎn)向操縱狀況對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向操縱輔助力(輔助轉(zhuǎn)矩)的目標(biāo)值。然后，電機(jī)控制部41對(duì)驅(qū)動(dòng)電路31進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使由電流檢測(cè)電路33檢測(cè)出的電機(jī)電流接近電流指令值。

轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部42基于由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb以及基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出而運(yùn)算出的電動(dòng)機(jī)18的旋轉(zhuǎn)角來判定是駕駛員正在握持轉(zhuǎn)向盤的手放上狀態(tài)還是駕駛員未握持轉(zhuǎn)向盤的手放開狀態(tài)。

圖3是表示轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部42的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。

轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部42包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51、低通濾波器52和手放上/放開判定部53。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號(hào)和由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。低通濾波器52對(duì)由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51推斷出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw進(jìn)行低通濾波處理。手放上/放開判定部53基于由低通濾波器52進(jìn)行的低通濾波處理后的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’來判定是手放上狀態(tài)還是手放開狀態(tài)。以下，對(duì)這些進(jìn)行說明。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51使用柱式eps的物理模型來推斷由駕駛員施加至轉(zhuǎn)向盤2的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。

圖4是表示柱式eps的物理模型的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4整體表示柱式eps的2慣性系統(tǒng)模型m2。圖4的點(diǎn)劃線所示的部分表示柱式eps的1慣性系統(tǒng)模型m1。

1慣性系統(tǒng)模型m1包括轉(zhuǎn)向盤。對(duì)轉(zhuǎn)向盤輸入驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩)tsw。

2慣性系統(tǒng)模型m2包括轉(zhuǎn)向盤和下柱。下柱包括輔助電機(jī)、蝸桿以及蝸輪。由蝸桿以及蝸輪構(gòu)成減速機(jī)構(gòu)。對(duì)轉(zhuǎn)向盤輸入驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。對(duì)下柱輸入相當(dāng)于電機(jī)轉(zhuǎn)矩tms乘以減速機(jī)構(gòu)的減速比n所得的值n·tms的轉(zhuǎn)矩和從轉(zhuǎn)向輪側(cè)向下柱施加的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tls。

圖4中的各附圖標(biāo)記的含義如下。

jsw：轉(zhuǎn)向盤慣性

tsw：驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

ttb：扭桿轉(zhuǎn)矩

ktb：扭桿剛性

ctb：扭桿粘性

n：減速比

θsw：轉(zhuǎn)向盤角度

dθsw/dt：轉(zhuǎn)向盤角速度

jeq：下柱慣性

θww：蝸輪角度

dθww/dt：蝸輪角速度

tls：負(fù)荷轉(zhuǎn)矩(逆輸入轉(zhuǎn)矩)

在該實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51使用1慣性系統(tǒng)模型m1，使用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器(擾動(dòng)觀測(cè)器、擴(kuò)張擾動(dòng)觀測(cè)器)來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。

關(guān)于1慣性系統(tǒng)模型m1的轉(zhuǎn)向盤慣性的運(yùn)動(dòng)方程式用以下的式(1)表示。

d²θsw/dt²是轉(zhuǎn)向盤的加速度。

針對(duì)1慣性系統(tǒng)模型m1的狀態(tài)方程式能夠用以下的式(2)表示。

在上述式(2)中，^xe(帶帽的xe)是狀態(tài)變量矢量，用以下的式(3)表示。

在上述式(2)中，u1是輸入矢量，用以下的式(4)表示。

在上述式(2)中，y是輸出矢量(測(cè)量值)，用以下的式(5)表示。在上述式(2)中，^y是輸出矢量推斷值。

y＝ttb＝ktb(θsw-θww)···(5)

在上述式(2)中，ae是系統(tǒng)矩陣，用以下的式(6)表示。

在上述式(2)中，be是輸入矩陣，用以下的式(7)表示。

在上述式(2)中，le是觀測(cè)器增益矩陣，用以下的式(8)表示。

在上述式(8)中，g1、g2、g3是觀測(cè)器增益，預(yù)先設(shè)定。

在上述式(2)中，ce是輸出矩陣，用以下的式(9)表示。

ce＝[ktboo]···(9)

在上述式(2)中，de是直接矩陣，用以下的式(10)表示。

de＝[-ktbo]···(10)

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51基于上述式(2)表示的狀態(tài)方程式來運(yùn)算狀態(tài)變量矢量^xe。由此，獲得驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的推斷值tsw。

圖5是表示驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51的結(jié)構(gòu)的框圖。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51包括蝸輪角度運(yùn)算部(θww運(yùn)算部)61、蝸輪角速度運(yùn)算部62和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器101。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器101包括輸入矢量輸入部63、直接矩陣乘法器64、輸出矩陣乘法器65、第一加法器66、增益乘法器67、輸入矩陣乘法器68、系統(tǒng)矩陣乘法器69、第二加法器70、積分器71和狀態(tài)變量矢量輸出部72。

蝸輪角度運(yùn)算部61基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號(hào)來運(yùn)算電動(dòng)機(jī)18的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角(以下稱為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角)θm，基于得到的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角θm來運(yùn)算蝸輪21的旋轉(zhuǎn)角(以下稱為蝸輪角度)θww。具體而言，通過用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角θm除以減速機(jī)構(gòu)19的減速比n來運(yùn)算蝸輪角度θww。

蝸輪角速度運(yùn)算部62通過對(duì)由蝸輪角度運(yùn)算部61運(yùn)算出的蝸輪角度θww進(jìn)行時(shí)間微分來運(yùn)算蝸輪角速度dθww/dt。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器101根據(jù)由蝸輪角度運(yùn)算部61運(yùn)算出的蝸輪角度θww、由蝸輪角速度運(yùn)算部62運(yùn)算出的蝸輪角速度dθww/dt、由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb，來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。

由蝸輪角度運(yùn)算部61運(yùn)算出的蝸輪角度θww以及由蝸輪角速度運(yùn)算部62運(yùn)算出的蝸輪角速度dθww/dt被給予至輸入矢量輸入部63。輸入矢量輸入部63輸出輸入矢量u1(參照上述式(4))。

積分器71的輸出為狀態(tài)變量矢量^xe(參照上述式(3))。在運(yùn)算開始時(shí)，作為狀態(tài)變量矢量^xe而給予初始值。狀態(tài)變量矢量^xe的初始值例如為0。

系統(tǒng)矩陣乘法器69對(duì)狀態(tài)變量矢量^xe乘以系統(tǒng)矩陣ae。

輸出矩陣乘法器65對(duì)狀態(tài)變量矢量^xe乘以輸出矩陣ce(參照上述式(9))。直接矩陣乘法器64對(duì)從輸入矢量輸入部63輸出的輸入矢量u1乘以直接矩陣de(參照上述式(10))。

第一加法器66從由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb即輸出矢量(測(cè)量值)y減去輸出矩陣乘法器65的輸出(ce·^xe)以及直接矩陣乘法器64的輸出(de·u1)。換句話說，第一加法器66對(duì)輸出矢量y與輸出矢量推斷值^y(＝ce·^xe+de·u1)之差(y－＾y)進(jìn)行運(yùn)算。增益乘法器67對(duì)第一加法器66的輸出(y－＾y)乘以觀測(cè)器增益le(參照上述式(8))。

輸入矩陣乘法器68對(duì)從輸入矢量輸入部63輸出的輸入矢量u1乘以輸入矩陣be(參照上述式(7))。第二加法器70通過將輸入矩陣乘法器68的輸出(be·u1)、系統(tǒng)矩陣乘法器69的輸出(ae·^xe)和增益乘法器67的輸出(le(y－＾y))相加來運(yùn)算狀態(tài)變量矢量的微分值d^xe/dt。積分器71通過對(duì)第二加法器70的輸出(d^xe/dt)進(jìn)行積分來運(yùn)算狀態(tài)變量矢量^xe。狀態(tài)變量矢量輸出部72基于狀態(tài)變量矢量^xe來輸出轉(zhuǎn)向盤角度(推斷值)θsw、轉(zhuǎn)向盤角速度(推斷值)dθsw/dt以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(推斷值)tsw。從狀態(tài)變量矢量輸出部72輸出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(推斷值)tsw被給予至低通濾波器52(參照?qǐng)D3)。

返回到圖3，低通濾波器52使來自驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw中的、比規(guī)定的截止頻率fc高的頻率分量衰減。低通濾波器52在該實(shí)施方式中由2階的巴特沃思濾波器構(gòu)成。由低通濾波器52進(jìn)行的低通濾波處理后的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’被給予至手放上/放開判定部53。

圖6是用于說明手放上/放開判定部53的動(dòng)作的狀態(tài)遷移圖。

在手放上/放開判定部53的動(dòng)作說明中，將由低通濾波器52進(jìn)行的低通濾波處理后的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw簡稱為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’。

手放上/放開判定部53識(shí)別高于閾值的手放上狀態(tài)(st1)、閾值以下的手放上狀態(tài)(st2)、閾值以下的手放開狀態(tài)(st3)以及高于閾值上的手放開狀態(tài)(st4)這4個(gè)狀態(tài)，來作為駕駛員的轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)。

高于閾值的手放上狀態(tài)(st1)是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值大于規(guī)定的閾值α(＞0)的手放上狀態(tài)。

閾值以下的手放上狀態(tài)(st2)是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值為閾值α以下的手放上狀態(tài)。

閾值以下的手放開狀態(tài)(st3)是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值為閾值α以下的手放開狀態(tài)。

高于閾值的手放開狀態(tài)(st4)是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值大于閾值α的手放開狀態(tài)。

閾值α例如被設(shè)定為0.1[nm]以上0.3[nm]以下的范圍內(nèi)的值。

在運(yùn)算開始時(shí)，在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值大于閾值α?xí)r，手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)是高于閾值的手放上狀態(tài)(st1)。而且，手放上/放開判定部53將輸出信號(hào)(out)設(shè)定為1，并且將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer設(shè)定為0。輸出信號(hào)(out)是表示判定結(jié)果的信號(hào)，1表示判定結(jié)果為手放上，0表示判定結(jié)果為手放開。

在高于閾值的手放上狀態(tài)(st1)下，若驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值變?yōu)殚撝郸烈韵拢瑒t手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)變成閾值以下的手放上狀態(tài)(st2)。而且，手放上/放開判定部53將輸出信號(hào)(out)設(shè)定為1。另外，在手放上/放開判定部53判定為是閾值以下的手放上狀態(tài)(st2)的情況下，每當(dāng)經(jīng)過規(guī)定時(shí)間ts[sec]，將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer更新為對(duì)當(dāng)前值(hod_timer)加上ts所得的值。

在閾值以下的手放上狀態(tài)(st2)下，在時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer達(dá)到規(guī)定的手放開判定用閾值β(＞0)前，若驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值大于閾值α，則手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)變成高于閾值的手放上狀態(tài)(st1)，將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer設(shè)定為0。

在閾值以下的手放上狀態(tài)(st2)下，若驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值不大于閾值α且時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer達(dá)到手放開判定用閾值β，則手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)變成閾值以下的手放開狀態(tài)(st3)。而且，手放上/放開判定部53將輸出信號(hào)(out)設(shè)定為0，并且將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer設(shè)定為0。手放開判定用閾值β例如被設(shè)定為0.5[sec]以上1.0[sec]以下的范圍內(nèi)的值。

在閾值以下的手放開狀態(tài)(st3)下，若驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值大于閾值α，則手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)變成高于閾值的手放開狀態(tài)(st4)。而且，手放上/放開判定部53將輸出信號(hào)(out)設(shè)定為0。另外，在手放上/放開判定部53判定為是高于閾值的手放開狀態(tài)(st4)的情況下，每當(dāng)經(jīng)過規(guī)定時(shí)間ts[sec]，將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer更新為對(duì)當(dāng)前值(hod_timer)加上ts所得的值。

在高于閾值的手放開狀態(tài)(st4)下，在時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer達(dá)到規(guī)定的手放上判定用閾值γ(＞0)前，若驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值變?yōu)殚撝郸烈韵拢瑒t手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)變成閾值以下的手放開狀態(tài)(st3)，并將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer設(shè)定為0。手放上判定用閾值γ例如被設(shè)定為0.05[sec]以上0.1[sec]以下的范圍內(nèi)的值。

在高于閾值的手放開狀態(tài)(st4)下，若驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值不變?yōu)殚撝郸烈韵虑視r(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer達(dá)到手放上判定用閾值γ，則手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)變成高于閾值的手放上狀態(tài)(st1)。而且，手放上/放開判定部53將輸出信號(hào)(out)設(shè)定為1，并且將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer設(shè)定為0。

此外，在運(yùn)算開始時(shí)，在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’的絕對(duì)值為閾值α以下時(shí)，手放上/放開判定部53判定為轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)是閾值以下的手放開狀態(tài)(st3)。而且，手放上/放開判定部53將輸出信號(hào)(out)設(shè)定為0，并且將時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer設(shè)定為0。

在該實(shí)施方式中，使用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器(擾動(dòng)觀測(cè)器、擴(kuò)張擾動(dòng)觀測(cè)器)來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。然后，除去推斷出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw的高頻率分量。基于該高頻率分量除去后的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw’，使用轉(zhuǎn)矩閾值α和時(shí)間計(jì)數(shù)器值hod_timer來進(jìn)行手放上/放開判定。因此，能夠高精度地判定是駕駛員正在握持轉(zhuǎn)向盤的手放上狀態(tài)還是駕駛員未握持轉(zhuǎn)向盤的手放開狀態(tài)。

手放上/放開判定結(jié)果例如能夠利用于在具有自動(dòng)駕駛模式和手動(dòng)駕駛模式作為駕駛模式的車輛中，在將駕駛模式從自動(dòng)駕駛模式切換為手動(dòng)駕駛模式時(shí)，在確認(rèn)是手放上狀態(tài)之后，切換為手動(dòng)駕駛模式這樣的模式切換控制。

調(diào)查了低通濾波器52的截止頻率對(duì)判定精度的影響。具體而言，以時(shí)間序列的方式測(cè)量出在柏油路上使車輛以車速20[km/h]行駛且轉(zhuǎn)向盤為中立位置時(shí)由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb。分別針對(duì)手放上狀態(tài)以及手放開狀態(tài)進(jìn)行了這樣的測(cè)量。另外，以時(shí)間序列的方式測(cè)量出在壞道路(石板路)上使車輛以車速20[km/h]行駛且轉(zhuǎn)向盤為中立位置時(shí)由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb。分別針對(duì)手放上狀態(tài)以及手放開狀態(tài)進(jìn)行了這樣的測(cè)量。

該實(shí)驗(yàn)的目的在于調(diào)查低通濾波器52的截止頻率的影響，所以將獲取到的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb的時(shí)間序列數(shù)據(jù)視為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。針對(duì)獲取到的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，使用截止頻率不同的多種低通濾波器，進(jìn)行了低通濾波處理。而且，設(shè)定任意的閾值，在低通濾波處理后的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的值為閾值以上的情況下判定為手放上，在小于閾值的情況下判定為手放開。

計(jì)算使閾值從零變化到足夠大的值時(shí)的假陽性率和真陽性率。此處，假陽性率是指對(duì)于實(shí)際是手放開的現(xiàn)象，但轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部誤判定為是手放上狀態(tài)的比例[％]。真陽性率是指對(duì)于實(shí)際是手放上的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部也正確地判定為是手放上狀態(tài)的比例[％]。分別針對(duì)低通濾波器的截止頻率fc為1[hz]、3[hz]、5[hz]、7[hz]以及9[hz]的情況進(jìn)行了這樣的計(jì)算。

圖7a是表示針對(duì)柏油路的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。圖7b是表示針對(duì)壞道路的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。在圖7a以及圖7b中，橫軸為假陽性率，縱軸為真陽性率。圖7a以及圖7b的各曲線示出每個(gè)截止頻率的試驗(yàn)結(jié)果。圖7a以及圖7b的各曲線是通過標(biāo)繪與按照每個(gè)閾值計(jì)算出的假陽性率以及真陽性率對(duì)應(yīng)的點(diǎn)而得到的曲線。

例如在閾值為零的情況下(各圖表的右端的點(diǎn))，在手放上時(shí)始終判定為是手放上，在手放開時(shí)始終判定為是手放上。換句話說，真陽性率以及假陽性率都為100％。反之，在閾值始終大于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(在該實(shí)驗(yàn)中為扭桿轉(zhuǎn)矩ttb)的情況下(各圖表的左端的點(diǎn))，在手放上時(shí)始終判定為是手放開，在手放開時(shí)始終判定為手放開。換句話說，真陽性率以及假陽性率都為0％。

在轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部的判定精度最低的情況下，圖表成為45度的傾斜，真陽性率與假陽性率相等(1/2的概率產(chǎn)生誤判定)。另一方面，在轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部的判定精度最高的情況下，圖表沿著y軸(縱軸)上升，在y軸值漸漸接近100％的狀態(tài)下沿x軸(橫軸)方向延伸。

從圖7a以及圖7b可知，對(duì)于轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部的判定精度，與柏油路相比壞道路降低。另外，可知：不管哪種路面狀況，低通濾波器的截止頻率越低，轉(zhuǎn)向盤操作狀態(tài)判定部的判定精度越高。然而，若降低低通濾波器的截止頻率，則手放上/放開判定的響應(yīng)性變差。從這樣的觀點(diǎn)來看，作為低通濾波器的截止頻率，優(yōu)選3[hz]以上7[hz]以下，更優(yōu)選4[hz]以上6[hz]以下，最優(yōu)選5[hz]。在該實(shí)施方式中，低通濾波器52的截止頻率被設(shè)定成5[hz]。

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明還能夠以其它的方式來實(shí)施。例如在上述的實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51使用1慣性系統(tǒng)模型m1，使用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。然而，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部也可以使用圖4所示的2慣性系統(tǒng)模型m2，使用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。詳細(xì)地對(duì)這樣的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51a進(jìn)行說明。

針對(duì)2慣性系統(tǒng)模型m2的狀態(tài)方程式能夠用以下的式(11)表示。

在上述式(11)中，^xe(帶帽的xe)是狀態(tài)變量矢量，用以下的式(12)表示。

在上述式(11)中，u1是輸入矢量，用以下的式(13)表示。

u1＝tms···(13)

在上述式(11)中，y是輸出矢量(測(cè)量值)，用以下的式(14)表示。在上述式(11)中，^y是輸出矢量推斷值。

在上述式(11)中，ae是系統(tǒng)矩陣，用以下的式(15)表示。

在上述式(11)中，be是輸入矩陣，用以下的式(16)表示。

在上述式(11)中，le是觀測(cè)器增益矩陣，用以下的式(17)表示。

在上述式(17)中，g1、g2、g3、g4、g5、g6是觀測(cè)器增益，預(yù)先設(shè)定。

在上述式(11)中，ce是輸出矩陣，用以下的式(18)表示。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51a基于上述式(11)表示的狀態(tài)方程式來運(yùn)算狀態(tài)變量矢量^xe。由此，獲得驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的推斷值tsw。

圖8是表示驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51a的結(jié)構(gòu)的框圖。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷部51a包括電機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算部81、轉(zhuǎn)子角運(yùn)算部82以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器102。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器102包括輸出矢量輸入部83、輸出矩陣乘法器84、第一加法器85、增益乘法器86、輸入矩陣乘法器87、系統(tǒng)矩陣乘法器88、第二加法器89、積分器90以及狀態(tài)變量矢量輸出部91。

電機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算部81通過對(duì)由電流檢測(cè)電路33檢測(cè)出的電機(jī)電流乘以電動(dòng)機(jī)18的轉(zhuǎn)矩系數(shù)來運(yùn)算從電動(dòng)機(jī)18產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩tms。轉(zhuǎn)子角運(yùn)算部82基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號(hào)來運(yùn)算電動(dòng)機(jī)18的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角(以下稱為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角)θm。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩推斷觀測(cè)器102根據(jù)由電機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算部81運(yùn)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩tms、由轉(zhuǎn)子角運(yùn)算部82運(yùn)算出的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角θm和由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb來推斷驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw。

由轉(zhuǎn)子角運(yùn)算部82運(yùn)算出的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角θm以及由轉(zhuǎn)矩傳感器11檢測(cè)出的扭桿轉(zhuǎn)矩ttb被給予至輸出矢量輸入部83。

輸出矢量輸入部83輸出輸出矢量y(參照上述式(14))。

積分器90的輸出為狀態(tài)變量矢量^xe(參照上述式(12))。在運(yùn)算開始時(shí)，作為狀態(tài)變量矢量^xe而給予初始值。狀態(tài)變量矢量^xe的初始值例如為0。

系統(tǒng)矩陣乘法器88對(duì)狀態(tài)變量矢量^xe乘以系統(tǒng)矩陣ae(參照上述式(15))。

輸出矩陣乘法器84對(duì)狀態(tài)變量矢量^xe乘以輸出矩陣ce(參照上述式(18))。

第一加法器85從輸出矢量y減去輸出矩陣乘法器84的輸出(ce·^xe)。換句話說，第一加法器85對(duì)輸出矢量y與輸出矢量推斷值^y(＝ce·^xe)之差(y－＾y)進(jìn)行運(yùn)算。增益乘法器86對(duì)第一加法器85的輸出(y－＾y)乘以觀測(cè)器增益le(參照上述式(17))。

輸入矩陣乘法器87對(duì)由電機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算部81運(yùn)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩tms(輸入矢量u1)乘以輸入矩陣be(參照上述式(16))。第二加法器89通過將輸入矩陣乘法器87的輸出(be·u1)、系統(tǒng)矩陣乘法器88的輸出(ae·^xe)和增益乘法器86的輸出(le(y－＾y))相加來運(yùn)算狀態(tài)變量矢量的微分值d^xe/dt。積分器90通過對(duì)第二加法器89的輸出(d^xe/dt)進(jìn)行積分來運(yùn)算狀態(tài)變量矢量^xe。狀態(tài)變量矢量輸出部91基于狀態(tài)變量矢量^xe來輸出轉(zhuǎn)向盤角度(推斷值)θsw、轉(zhuǎn)向盤角速度(推斷值)dθsw/dt、蝸輪角度θww(推斷值)、蝸輪角速度dθww/dt(推斷值)、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩tsw(推斷值)以及負(fù)荷轉(zhuǎn)矩tls(推斷值)。從狀態(tài)變量矢量輸出部91輸出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(推斷值)tsw被給予至低通濾波器52(參照?qǐng)D3)。

在上述的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)18是三相無刷電機(jī)，但電動(dòng)機(jī)18也可以是有刷直流電機(jī)。