JP7307879B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、操舵装置に関する。

電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：electric power steering）のアシストトルク制御やステアバイワイヤシステムの反力トルク制御において、路面情報を運転者に伝達することで操舵性能を向上させるために、ＥＰＳや車両に搭載されたセンサ信号を用いて、路面反力やラック軸力を推定する技術が開発されている。
例えば、特許文献１では、ＥＰＳに搭載されたセンサ情報（モータ電流、モータ角度および操舵トルク）と、車両に搭載されたセンサ情報（車速）とを使用して、ラック軸力を推定する技術が開示されている。

特開２０１７－２２６３１８号公報

特許文献１に記載の技術では、摩擦トルクを精度よく推定できないため、路面やタイヤの状態に応じて、ラック軸力の推定精度が低下するという問題がある。
この発明の目的は、操舵装置で発生する摩擦トルクを精度よく推定できる、操舵装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、電動モータと、前記電動モータのトルクにより軸方向移動して転舵輪を転舵する転舵軸と、複数の伝動装置と、前記電動モータの角速度を検出または推定する角速度検出部と、前記電動モータを制御する制御部とを備え、前記複数の伝動装置の１つは、前記電動モータの回転速度を減じて出力する第１伝動装置であり、前記制御部は、前記複数の伝動装置で生じる各摩擦トルクが合成された合成摩擦トルクを推定する合成摩擦トルク推定部を有し、前記合成摩擦トルク推定部は、前記角速度に基づき、前記第１伝動装置のすべり速度を演算するすべり速度演算部と、前記すべり速度に基づき、前記第１伝動装置の摩擦係数を演算する摩擦係数演算部と、前記第１伝動装置の歯面垂直抗力を演算するための歯面垂直抗力演算部と、前記第１伝動装置の摩擦係数および歯面垂直抗力と、予め設定された１または複数の補正係数とを用いて、前記合成摩擦トルクを演算する摩擦トルク演算部とを有する操舵装置である。

この構成では、第１伝動装置の歯面垂直抗力を演算する歯面垂直抗力演算部と、第１伝動装置の摩擦係数および歯面垂直抗力と、予め設定された１または複数の補正係数とを用いて、合成摩擦トルクが演算される。これにより、操舵装置で発生する摩擦トルクを精度よく推定できる。また、各伝動装置の摩擦トルクを、それぞれの噛み合いモデルを用いて別々に演算してから、それらを合成する場合に比べて、合成摩擦トルクの演算が簡単となる。

請求項２に記載の発明は、前記摩擦トルク演算部は、前記摩擦係数に所定の第１補正係数を乗算した値を合成摩擦係数とし、前記歯面垂直抗力に所定の第２補正係数を乗算した値を合成歯面垂直抗力とし、前記合成摩擦係数と前記合成歯面垂直抗力とに基づいて、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置である。
請求項３に記載の発明は、前記摩擦トルク演算部は、前記摩擦係数と前記歯面垂直抗力とに基づいて前記第１伝動装置に生じる第１摩擦トルクを演算し、得られた第１摩擦トルクに所定の第３補正係数を乗算することにより、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置である。

請求項４に記載の発明は、操舵部材と、前記操舵部材と一体回転するステアリング軸とをさらに備え、前記第１伝動装置は、前記電動モータのトルクを前記ステアリング軸または前記転舵軸に出力する伝動装置であり、前記複数の伝動装置の他の１つは、前記ステアリング軸の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する第２伝動装置である、請求項１～３のいずれか一項に記載の操舵装置である。

請求項５に記載の発明は、前記操舵部材から入力される操舵トルクを検出するトルク検出部をさらに備え、前記制御部は、前記操舵トルク、前記電動モータのトルク、前記合成摩擦トルクおよび電動モータの角度に基づき、前記転舵軸に作用する軸力を推定する軸力推定部を有する、請求項４に記載の操舵装置である。
請求項６に記載の発明は、前記操舵部材から入力される操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記転舵軸に作用する軸力を検出または推定する軸力検出部とをさらに備え、前記歯面垂直抗力演算部は、前記電動モータのトルク、前記操舵トルクおよび前記軸力に基づき演算される第１接触力が所定値よりも大きい場合は、前記第１接触力を前記歯面垂直抗力に設定し、前記第１接触力が前記所定値以下の場合は前記所定値を前記歯面垂直抗力に設定する、請求項４に記載の操舵装置である。

請求項７に記載の発明は、操舵部材と、前記操舵部材と一体回転するステアリング軸と、前記操舵部材から入力される操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記転舵軸に作用する軸力を検出または推定する軸力検出部とをさらに備え、前記第１伝動装置は、前記電動モータのトルクを前記ステアリング軸または前記転舵軸に出力する伝動装置であり、前記複数の伝動装置の他の１つは、前記ステアリング軸の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する第２伝動装置であり、前記歯面垂直抗力演算部は、前記電動モータのトルク、前記操舵トルクおよび前記軸力に基づいて前記第１伝動装置における第１接触状態での歯面垂直抗力である第１歯面垂直抗力を演算するとともに、前記第１伝動装置における第２接触状態での歯面垂直抗力である第２歯面垂直抗力を設定するように構成されており、前記摩擦トルク演算部は、前記第１歯面垂直抗力に所定の第４補正係数を乗算することにより、合成第１歯面垂直抗力を演算し、前記第２歯面垂直抗力に第５補正係数を乗算することにより、合成第２歯面垂直抗力を演算し、前記摩擦係数に所定の第６補正係数を乗算することにより、合成摩擦係数を演算し、前記合成第１歯面垂直抗力と前記合成第２歯面垂直抗力のうち絶対値が大きい方の歯面垂直抗力と、前記合成摩擦係数とに基づいて、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置である。

請求項８に記載の発明は、前記歯面垂直抗力演算部は、前記摩擦トルク演算部によって演算された前回の合成摩擦トルクに基づいて、前記第１歯面垂直抗力を補正する第１歯面垂直抗力補正部を有しており、前記摩擦トルク演算部は、補正後の前記１歯面垂直抗力に前記第４補正係数を乗算することにより、合成第１歯面垂直抗力を演算し、前記第２歯面垂直抗力に前記第５補正係数を乗算することにより、合成第２歯面垂直抗力を演算し、前記摩擦係数に前記第６補正係数を乗算することにより、合成摩擦係数を演算し、前記合成第１歯面垂直抗力と前記合成第２歯面垂直抗力のうち絶対値が大きい方の歯面垂直抗力と、前記合成摩擦係数とに基づいて、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項７に記載の操舵装置である。

請求項９に記載の発明は、前記複数の伝動装置の１つは、前記第１伝動装置から前記転舵軸に至るまでの動力伝達経路に配置される第３伝動装置である、請求項１～８のいずれか一項に記載の操舵装置である。

本発明の一実施形態に係る操舵装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。 ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 電動パワーステアリングシステムの１慣性モデルを示す模式図である。 拡張状態オブザーバの構成を示すブロック図である。 ウォームホイールとウォームギヤの噛み合い摩擦トルクと、ラックとピニオンの噛み合い摩擦トルクとの間に相関関係があることを説明するためのグラフである。 摩擦トルク推定部の構成を示すブロック図である。 ウォームホイールとウォームギヤの噛み合いモデルを示す模式図である。 切り込みおよび切り戻しを繰り返し行った場合のラック軸力推定値^Ｆ_ｒ等の時間的変化を示すグラフである。 ラック軸力の実測値とラック軸力推定値^Ｆ_ｒ等の関係を示すグラフである。 摩擦トルク推定部の変形例の構成を示すブロック図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
この電動パワーステアリング装置（操舵装置）１は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムアシスト式電動パワーステアリング装置（以下、「コラム式ＥＰＳ」という）である。

コラム式ＥＰＳ１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６、第１ユニバーサルジョイント２８、中間軸７および第２ユニバーサルジョイント２９を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された第１軸８と、第１ユニバーサルジョイント２８を介して中間軸７に連結された第２軸９とを含む。第１軸８と第２軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ１１が設けられている。トルクセンサ１１は、第１軸８および第２軸９の相対回転変位量に基づいて、トーションバー１０に加えられているトーションバートルクＴ_ｔｂを検出する。トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂは、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラック＆ピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、第２ユニバーサルジョイント２９を介して中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によってラックアンドピニオン機構が構成され、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。

操舵補助機構５は、操舵補助力を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。この実施形態では、電動モータ１８は、三相ブラシレスモータである。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９は、ギヤハウジング２２内に収容されている。以下において、減速機１９の減速比（ギヤ比）をｉ_ｗｗで表す。減速比ｉ_ｗｗは、ウォームホイール２１の回転角であるウォームホイール角θ_ｗｗに対するウォームギヤ２０の回転角であるウォームギヤ角θ_ｗｇの比（θ_ｗｇ／θ_ｗｗ）として定義される。

ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。ウォームホイール２１は、第２軸９に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８は運転者の操舵状態や自動運転システム等の外部制御装置の指示に応じて駆動され、電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動される。これにより、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６にモータトルクが付与されることによりステアリングシャフト６（第２軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。

ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助が可能となっている。
電動モータ１８のロータの回転角は、レゾルバ等の回転角センサ２５によって検出される。また、車速Ｖは車速センサ２６によって検出される。回転角センサ２５の出力信号および車速センサ２６によって検出される車速Ｖは、ＥＣＵ１２に入力される。電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。

図２は、ＥＣＵ１２の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ４０と、マイクロコンピュータ４０によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（３相インバータ回路）３１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流」という）を検出するための電流検出部３２とを備えている。

マイクロコンピュータ４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、モータ制御部４１と、第１乗算部４２と、回転角演算部４３と、第２乗算部４４と、微分演算部４５と、ラック軸力推定部４６と、第３乗算部４７と、摩擦トルク推定部４８とが含まれる。

第１乗算部４２は、電流検出部３２によって検出されるモータ電流Ｉ_ｍに電動モータ１８のトルク定数Ｋ_Ｔと減速機１９の減速比ｉ_ｗｗとを乗算することにより、電動モータ１８のモータトルクＴ_ｍ（＝Ｋ_Ｔ・Ｉ_ｍ）によって第２軸９（ウォームホイール２１）に作用するトルク（以下、「駆動トルクｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ」という。）を演算する。
回転角演算部４３は、回転角センサ２５の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータ回転角θ_ｍを演算する。第２乗算部４４は、ロータ回転角θ_ｍに、減速機１９の減速比ｉ_ｗｗの逆数を乗算することにより、ロータ回転角θ_ｍを第２軸９（ウォームホイール２１）の回転角（以下、「ウォームホイール角θ_ｗｗ」という。）に換算する。微分演算部４５は、ウォームホイール角θ_ｗｗを時間微分することにより、ウォームホイール角速度ｄθ_ｗｗ／ｄｔを演算する。

モータ制御部４１は、例えば、車速センサ２６によって検出される車速Ｖ、トルクセンサ１１によって検出されるトーションバートルクＴ_ｔｂ、電流検出部３２によって検出されるモータ電流Ｉ_ｍおよび回転角演算部４３によって演算されるロータ回転角θ_ｍに基づいて、駆動回路３１を駆動制御する。
具体的には、モータ制御部４１は、トーションバートルクＴ_ｔｂおよび車速Ｖに基づいて、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉ_ｍの目標値である電流指令値を設定する。電流指令値は、車両状態および操舵状況に応じた操舵補助力（アシストトルク）の目標値に対応している。そして、モータ制御部４１は、電流検出部３２によって検出されるモータ電流が電流指令値に近づくように、駆動回路３１を駆動制御する。これにより、車両状態および操舵状況に応じた適切な操舵補助が実現される。なお、電流指令値は、自動運転システム等の外部制御装置からの指示に応じて設定する場合もある。

ラック軸力推定部４６は、ウォームホイール角θ_ｗｗ、駆動トルクｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ、トーションバートルクＴ_ｔｂおよび摩擦トルク推定部４８によって推定される摩擦トルク（合成摩擦トルク）Ｔ_ｆに基づいて、ラック軸力Ｆ_ｒを推定する。以下において、ラック軸力Ｆ_ｒの推定値を^Ｆ_ｒで表す。
第３乗算部４７は、ラック軸力^Ｆ_ｒにラック＆ピニオン機構１６，１７のギヤ比ｉ_ｒｐを乗算することにより、ラック軸力^Ｆ_ｒによって第２軸９（ウォームホイール２１）に作用するトルク（以下、「トルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・^Ｆ_ｒ」という。）を演算する。

摩擦トルク推定部４８は、ウォームホイール角速度ｄθ_ｗｗ／ｄｔ、駆動トルクｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ、トーションバートルクＴ_ｔｂおよびラック軸力推定部４６によって推定されるトルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・^Ｆ_ｒに基づいて、減速機１９で発生する摩擦トルクとラック＆ピニオン機構１６，１７で発生する摩擦トルクとの合成値（合成摩擦トルク）Ｔ_ｆを推定する。

以下、ラック軸力推定部４６および摩擦トルク推定部４８について、詳しく説明する。
まず、ラック軸力推定部４６について説明する。ラック軸力推定部４６は、図２に示すように、加算部５１と、拡張状態オブザーバ５２とを含んでいる。
加算部５１は、駆動トルクｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍと、トーションバートルクＴ_ｔｂと、摩擦トルク推定部４８によって推定される摩擦トルクＴ_ｆとを加算する。以下において、ｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍとＴ_ｔｂとＴ_ｆとの総和（ｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｆ）を、Ｔ_ｉｎで表す。

拡張状態オブザーバ５２は、ウォームホイール角θ_ｗｗと加算部５１の加算結果Ｔ_ｉｎに基づいて、ラック軸力Ｆ_ｒ等を推定する。拡張状態オブザーバ５２の詳細については、後述する。
拡張状態オブザーバ５２は、例えば、図３に示す電動パワーステアリング装置１の１慣性モデル１０１を使用して、ウォームホイール角θ_ｗｗ、ウォームホイール角速度ｄθ_ｗｗ／ｄｔ、トルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・Ｆ_ｒおよびラック軸力Ｆ_ｒを推定する。以下において、ウォームホイール角θ_ｗｗ、ウォームホイール角速度ｄθ_ｗｗ／ｄｔ、トルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・Ｆ_ｒおよびラック軸力Ｆ_ｒの推定値を、それぞれ、^ｄθ_ｗｗ／ｄｔ、^ｄθ_ｗｗ／ｄｔ、ｉ_ｒｐ・^Ｆ_ｒおよび^Ｆ_ｒで表す。

この１慣性モデル１０１は、各部の連結は剛体として仮定し、第２軸９およびウォームホイール２１の慣性、電動モータ１８のロータ慣性、ウォームギヤ２０の慣性、インターミディエイトシャフト（第１，２ユニバーサルジョイント２８，２９と中間軸７）の慣性、ピニオン軸１３の慣性、ラック軸１４の質量（ピニオン軸１３換算の慣性）を合計したプラント１０２の慣性モデルである。プラント１０２には、ステアリングホイール２からトーションバー１０を介してトーションバートルクＴ_ｔｂが与えられるとともに、転舵輪３側からトルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・Ｆ_ｒが与えられる。

また、プラント１０２には、ウォームギヤ２０を介して駆動トルクｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍが与えられる。さらに、プラント１０２には、減速機１９で発生する摩擦トルクとラック＆ピニオン機構１６，１７で発生する摩擦トルクとの合成値（合成摩擦トルク）Ｔ_ｆが与えられる。
プラント１０２の慣性をＪ_ｓとすると、１慣性モデル１０１の運動方程式は、次式(1)で表される。

ｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｆ＝Ｔ_ｉｎであるので、ラック軸力Ｆ_ｒのトルク換算値ｉ_ｒｐ・Ｆ_ｒを求める式は、次式(2)となる。

拡張状態オブザーバの状態空間モデルは、次式(3)で表される。

前記式(3)において、ｘ_ｅは状態変数ベクトル、ｕ_１は既知入力ベクトル、ｙは出力ベクトル（測定値）、Ａ_ｅはシステム行列、Ｂ_ｅは入力行列、Ｃ_ｅ１は第１出力行列、Ｄ_ｅは直達行列である。
ｘ_ｅ、ｕ_１およびｙは、それぞれ、次式(4)で表される。

Ａ_ｅ、Ｂ_ｅ、Ｃ_ｅ１およびＤ_ｅは、それぞれ、次式(5)で表される。

拡張状態モデルにLuenbergerの状態オブザーバを適用することで、通常の状態オブザーバと同様に、トルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・Ｆ_ｒ（ラック軸力Ｆ_ｒ）の推定が可能となる。オブザーバモデルを次式(6)に示す。

式(6)において、^ｘ_ｅはｘ_ｅの推定値を表している。また、Ｌはオブザーバゲイン行列である。また、^ｙはｙの推定値を表している。オブザーバゲイン行列Ｌは、次式（7）で表される。

式(7)において、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３はそれぞれ第１、第２および第３オブザーバゲイン、ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］は極周波数である。極周波数ωは、オブザーバにより補償したい負荷に応じて設定される。
ラック軸力Ｆ_ｒ(推定値)は、状態変数ベクトル^ｘ_ｅを用いて、次式（8）で表される。

式(8)において、Ｃ_ｅ２は第２出力行列であり、次式（9)で表される。

図４は、拡張状態オブザーバ５２の構成を示すブロック図である。
拡張状態オブザーバ５２は、Ａ_ｅ乗算部６１と、Ｂ_ｅ乗算部６２と、Ｃ_ｅ１乗算部６３と、Ｃ_ｅ２乗算部６４と、Ｄ_ｅ乗算部６５と、第１加算部６６と、第２加算部６７と、Ｌ乗算部６８と、第３加算部６９と、積分部７０とを含む。
図２の加算部５１の加算結果Ｔ_ｉｎ（＝ｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ＋Ｔ_ｔｂ＋Ｔ_ｆ）は、前記式（6）の入力ベクトルｕ_１に相当し、Ｂ_ｅ乗算部６２およびＤ_ｅ乗算部６５に与えられる。図２の第２乗算部４４によって演算されるウォームホイール角θ_ｗｗは、前記式（6）の出力ベクトル（測定値）ｙに相当し、第２加算部６７に与えられる。

積分部７０の演算結果が、状態変数ベクトルｘ_ｅの推定値^ｘ_ｅに含まれる、ウォームホイール角の推定値^θ_ｗｗ、ウォームホイール角速度の推定値^ｄθ_ｗｗ／ｄｔおよびトルク換算ラック軸力の推定値ｉ_ｒｐ・^Ｆ_ｒとなる。演算開始時、これらの推定値^θ_ｗｗ、^ｄθ_ｗｗ／ｄｔおよびｉ_ｒｐ・^Ｆ_ｒの初期値は、例えば０である。
Ｃ_ｅ１乗算部６３は、積分部７０によって演算される^ｘ_ｅにＣ_ｅ１を乗算することにより、前記式（6）のＣ_ｅ１・^ｘ_ｅを演算する。この実施形態では、Ｃ_ｅ１・^ｘ_ｅは、ウォームホイール角の推定値^θ_ｗｗとなる。

Ｃ_ｅ２乗算部６４は、積分部７０によって演算される^ｘ_ｅにＣ_ｅ２を乗算することにより、前記式（8）のＣ_ｅ２・^ｘ_ｅを演算する。この実施形態では、Ｃ_ｅ２・^ｘ_ｅは、ラック軸力推定値^Ｆ_ｒであり、このラック軸力推定値^Ｆ_ｒが、拡張状態オブザーバ５２の出力となる。
Ａ_ｅ乗算部６１は、積分部７０によって演算される^ｘ_ｅにＡ_ｅを乗算することにより、前記式（6）のＡ_ｅ・^ｘ_ｅを演算する。Ｂ_ｅ乗算部６２は、Ｔ_ｉｎにＢ_ｅを乗算することにより、前記式（6）のＢ_ｅ・ｕ_１を演算する。Ｄ_ｅ乗算部６５は、Ｔ_ｉｎにＤ_ｅを乗算することにより、前記式（6）のＤ_ｅ・ｕ_１を演算する。

第１加算部６６は、Ｃ_ｅ１乗算部６３によって演算されるＣ_ｅ１・^ｘ_ｅ (＝^θ_ｗｗ)に、Ｄ_ｅ乗算部６５によって演算されるＤ_ｅ・ｕ_１を加算することにより、前記式（6）の出力ベクトルの推定値^ｙを演算する。この実施形態では、Ｄ_ｅ＝０であるので、^ｙ＝^θ_ｗｗとなる。
第２加算部６７は、出力ベクトルの測定値ｙ(＝θ_ｗｗ)から、第１加算部６６によって演算される出力ベクトルの推定値^ｙを減算することにより、これらの差（ｙ－＾ｙ）を演算する。

Ｌ乗算部６８は、第２加算部６３の演算結果（ｙ－＾ｙ）にオブザーバゲインＬを乗算することにより、前記式（6）のＬ（ｙ－＾ｙ）を演算する。
第３加算部６９は、Ａ_ｅ乗算部６１の演算結果Ａ_ｅ・^ｘ_ｅと、Ｂ_ｅ乗算部６２の演算結果Ｂ_ｅ・ｕ_１と、Ｌ乗算部６８の演算結果Ｌ（ｙ－＾ｙ）を加算することにより、前記式（6）のｄ^ｘ_ｅ／ｄｔを演算する。積分部７１は、ｄ^ｘ_ｅ／ｄｔを積分することによって、前記式（6）の^ｘ_ｅを演算する。

以下、摩擦トルク推定部４８について詳しく説明する。
摩擦トルク推定部４８の基本的な考え方について説明する。
後述するように、ウォームホイールとウォームギヤの噛み合いモデルおよび摩擦係数推定モデル（ＬｕＧｒｅモデル等）を用いて、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０の噛み合い摩擦トルク（以下、第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗという。）を推定できる。同様にして、ラックとピニオンの噛み合いモデルおよび摩擦係数推定モデルを用いて、ラック１７とピニオン１６の噛み合い摩擦トルク（以下、第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐという。）を推定できる。

このようにして、推定された第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗ、第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐおよびそれらの合成摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗ＋Ｔ_ｆＲ＆Ｐを、横軸にモータトルクをとり、縦軸に摩擦トルクをとって、グラフで示すと、図５に示すようになる。図５において、Ｗ１は、第１接触状態での第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗの範囲を、Ｗ２は、第２接触状態での第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗの範囲を、Ｒ１は、第１接触状態での第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐの範囲を、Ｒ２は、第２接触状態での第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐの範囲を、それぞれ示している。

図５から、第１接触状態における第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗと第１接触状態における第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐとの間には相関関係があり、第２接触状態における第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗと第２接触状態における第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐとの間にも相関関係があることがわかる。したがって、第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗと、合成摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗ＋Ｔ_ｆＲ＆Ｐとの間にも、相関関係があることがわかる。

この相関関係を利用して、摩擦トルク推定部４８は、第１摩擦Ｔ_ｆＷ＆Ｗを推定し、推定された第１摩擦Ｔ_ｆＷ＆Ｗから、第１摩擦Ｔ_ｆＷ＆Ｗおよび第２摩擦Ｔ_ｆ２の合成摩擦トルクＴ_ｆを推定する。
あるいは、摩擦トルク推定部４８は、第１摩擦Ｔ_ｆＷ＆Ｗを演算するための複数の演算要素を推定し、推定された複数の第１摩擦Ｔ_ｆＷ＆Ｗの演算要素から合成摩擦トルクＴ_ｆを演算するための複数の合成演算要素を推定し、推定された複数の合成演算要素を用いて合成摩擦トルクＴ_ｆを推定する。

この実施形態では、摩擦トルク推定部４８は、ウォームホイールとウォームギヤの噛み合いモデルを用いて、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０における１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１（請求項の「第１歯面垂直抗力」に相当）に所定の１点接触時補正係数（請求項の「第４補正係数」に相当）を乗算することにより、１点接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ１ｃｏｍ}（請求項の「合成第１歯面垂直抗力」に相当）を演算する。

また、摩擦トルク推定部４８は、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０における２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２（請求項の「第２歯面垂直抗力」に相当）に所定の２点接触時補正係数（請求項の「第５補正係数」に相当）を乗算することにより、２点接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ２ｃｏｍ}（請求項の「合成第２歯面垂直抗力」に相当）を演算する。そして、摩擦トルク推定部４８は、１点接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ１ｃｏｍ}と２点接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ２ｃｏｍ}のうち、絶対値が大きい方の値を、合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍとして演算する。

また、摩擦トルク推定部４８は、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０における滑り速度ｖ_ｓを演算し、得られた滑り速度ｖ_ｓを用いてウォームホイール２１とウォームギヤ２０における摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗを演算する。そして、摩擦トルク推定部４８は、摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗに所定の摩擦係数補正係数（請求項の「第１補正係数」または「第６補正係数」に相当）を乗算することにより、合成摩擦係数μ_ｃｏｍを演算する。そして、摩擦トルク推定部４８は、合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍと合成摩擦係数μ_ｃｏｍとを用いて、合成摩擦トルクＴ_ｆを演算する。

図６は、摩擦トルク推定部４８の構成を示すブロック図である。
摩擦トルク推定部４８は、すべり速度演算部８１と、摩擦係数演算部８２と、摩擦係数補正部８３と、２点接触歯面垂直抗力演算部８４と、２点接触歯面垂直抗力補正部８５と、１点接触歯面垂直抗力演算部８６と、１点接触歯面垂直抗力補正部８７と、最大値選択部８８と、乗算部８９と、乗算部９０とを含んでいる。

まず、２点接触歯面垂直抗力演算部８４、２点接触歯面垂直抗力補正部８５、１点接触歯面垂直抗力演算部８６、１点接触歯面垂直抗力補正部８７および最大値選択部８８について説明する。
２点接触歯面垂直抗力演算部８４および１点接触歯面垂直抗力演算部８６は、それぞれ、ウォームホイールとウォームギヤの噛み合いモデルを用いて、２点接触での歯面垂直抗力および１点接触での歯面垂直抗力を設定する。

図７は、ウォームホイールとウォームギヤの噛み合いモデルを示す模式図である。
図７において、添え字のｗｗはウォームホイールを、ｗｇはウォームギヤをそれぞれ示す。また、ｘ軸およびｙ軸は、ウォームギヤおよびウォームホイールのピッチ円上の噛み合い点における接線である。また、ｚ軸は、これらのギヤに共通する径方向に沿う方向である。ウォームホイールの回転は、ｙ方向の移動に対応し、ウォームギヤの回転は、ｘ方向の移動に対応する。ウォームホイールの圧力角β_ｗｗが常に一定であると仮定した。さらに、歯面の摩擦トルクは、ウォームホイールのリード角γ_ｗｗの方向に働くと仮定した。

システムが停止しているときには、予圧（preload）Ｆ_０によって、ウォームホイールに噛み合うウォームギヤの歯は、ウォームホイールの上下の２点で接触する。このような状態を２点接触状態という。
ウォームホイールとウォームギヤとの間の相互作用力Ｆ_ｃ，ｗｗ，Ｆ_ｃ，ｗｇは、２つの接触点ｉ＝１，２で発生する、歯面垂直抗力Ｎ_ｉ，ｘｘ（ｘｘ＝ｗｗ，ｗｇ）および摩擦トルクＦ_ｉ，ｘｘからなる。歯面垂直抗力Ｎ_ｉ，ｘｘは、係数ｋ_ｃのばねによって表される材料ひずみによって生成される。

なお、上側ばねまたは下側ばねの圧縮量が零になると、接触点が失われる。２つの接触点の一方が失われた状態を、１点接触状態という。
ギヤ歯面の摩擦トルクＴ_ｆｗ＆ｗは、次式(10)によって表される。

前記式(10)において、μ_Ｗ＆Ｗは摩擦係数であり、ｒ_ｗｗはウォームギヤの半径であり、Ｆ_Ｎは歯面垂直抗力である。以下、歯面垂直抗力Ｆ_Ｎの演算方法について説明する。
次式(11)は、予圧Ｆ_０を考慮しない場合の歯面間の接触力である歯面接触力Ｆ_ｃを表す式である。

前記式(11)において、Ｊ_ｗｗはウォームホイール慣性であり、Ｊ_ｗｇはウォームギヤ慣性であり、Ｊ_ｍはモータ慣性であり、Ｊ_ｃはこれらの慣性をコラム軸上に換算した慣性の合計である。また、Ｔ_ｍはモータトルクであり、Ｔ_ｗｗは第２軸９に作用する外部トルクであり、ｉ_ｗｗは減速機１９のギヤ比である。外部トルクＴ_ｗｗは、トーションバートルクＴ_ｔｂとトルク換算ラック軸力ｉ_ｒｐ・＾Ｆ_ｒとの和（Ｔ_ｔｂ＋ｉ_ｒｐ・＾Ｆ_ｒ）である。ｉ_ｒｐはラック＆ピニオン機構１６，１７のギヤ比である。

接触状態が２点接触状態である場合には、歯面接触力Ｆ_ｃが所定値Ｆ_０／sin（β_ｗｗ）以下（Ｆ_ｃ≦Ｆ_０／sin（β_ｗｗ））になる。この場合には、歯面垂直抗力Ｆ_Ｎは、次式(12a)に基づいて設定される。一方、接触状態が１点接触状態である場合には、歯面接触力Ｆ_ｃが所定値Ｆ_０／sin（β_ｗｗ）よりも大きく（Ｆ_ｃ＞Ｆ_０／sin（β_ｗｗ））なる。この場合には、歯面垂直抗力Ｆ_Ｎは、次式(12b)に基づいて設定される。

接触状態が２点接触状態である場合には、式(12a)に基づいて演算される歯面垂直抗力Ｆ_Ｎの絶対値が、式(12b)に基づいて演算される歯面垂直抗力Ｆ_Ｎの絶対値よりも大きくなり、接触状態が１点接触状態である場合には、その逆になることが知られている。したがって、式(12a)に基づいて演算される歯面垂直抗力Ｆ_Ｎと、式(12b)に基づいて演算される歯面垂直抗力Ｆ_Ｎとのうち、その絶対値が大きい方の値が、歯面垂直抗力Ｆ_Ｎとなる。

図６に戻り、２点接触歯面垂直抗力演算部８４は、前記式(12a)で示される歯面垂直抗力Ｆ_Ｎを、第２接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２として設定する。２点接触歯面垂直抗力補正部８５は、２点接触歯面垂直抗力演算部８４によって設定された歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２に２点接触時補正係数を乗算することにより、第２接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ２ｃｏｍ}を演算する。

１点接触歯面垂直抗力演算部８６は、前記式(12b)で示される歯面垂直抗力Ｆ_Ｎを、第１接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１として設定する。１点接触歯面垂直抗力補正部８７は、１点接触歯面垂直抗力演算部８６によって設定された歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１に１点接触時補正係数を乗算することにより、第１接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ１ｃｏｍ}を演算する。

最大値選択部８８は、第１接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ１ｃｏｍ}と、第２接触状態に対する合成歯面垂直抗力Ｆ_{Ｎ２ｃｏｍ}のうち、その絶対値が大きい方の合成歯面垂直抗力を、最終的な合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍとして選択して、乗算部８９に与える。
次に、すべり速度演算部８１、摩擦係数演算部８２および摩擦係数補正部８３について説明する。すべり速度演算部８１および摩擦係数演算部８２は、ＬｕＧｒｅモデルを用いて、ウォームホイールとウォームギヤの噛み合い部の摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗを推定する。ＬｕＧｒｅモデルによる摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗの演算は、二物体間のすべり速度ｖ_ｓとブラシの撓み状態変数ｐとを用いて次式(13)で表わされる。

ここで、μ_ｃは、クーロン摩擦係数である。μ_ｂａは、静摩擦係数である。ｖ_ｓｔｂは、ストライベック速度係数である。σ_０は、ブラシの剛性係数である。σ_１は、ブラシの減衰係数である。σ_２は粘性摩擦係数である。これらの６つのパラメータは、実験的に求められる。ＬｕＧｒｅモデルの入力であるすべり速度ｖ_ｓは、次式(14)に基づいて、演算される。

すべり速度演算部８１は、前記式(14)に基づいて、すべり速度ｖ_ｓを演算する。なお、前記式(14)中のウォームホイール角速度ｄθ_ｗｗ／ｄｔとして、拡張状態オブザーバ５２によって演算されるウォームホイール角速度推定値＾ｄθ_ｗｗ／ｄｔを用いてもよい。その場合には、図２の微分演算部４５を省略することができる。
摩擦係数演算部８２は、すべり速度演算部８１によって演算されたすべり速度ｖ_ｓを用い、前記式(13)に基づいて、摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗを演算する。摩擦係数補正部８３は、摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗに所定の摩擦係数補正係数を乗算することにより、合成摩擦係数μ_ｃｏｍを演算する。摩擦係数補正部８３によって演算された合成摩擦係数μ_ｃｏｍは、乗算部８９に与えられる。

乗算部８９は、合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍに、合成摩擦係数μ_ｃｏｍを乗算する。乗算部９０は、乗算部８９の乗算結果である合成摩擦力μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍに、ｒ_ｗｗ／sin（γ_ｗｗ）を乗算することにより、合成摩擦トルクＴ_ｆを演算する。
本実施形態では、摩擦トルク推定部４８によって減速機１９で発生する第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗと、ラック＆ピニオン機構１６，１７で発生する第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐとの総和を推定しているので、電動パワーステアリング装置１で発生する摩擦トルクを精度よく推定できる。

また、本実施形態では、減速機１９の摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗ、２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２および１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１と、予め設定された摩擦係数補正係数、２点接触時補正係数および１点接触時補正係数とに基づいて、第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗと第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐとの総和である合成摩擦トルクＴ_ｆを演算している。このため、第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗと第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐとを、それぞれの噛み合いモデルを用いて別々に演算してから、それらを合成する場合に比べて、合成摩擦トルクＴ_ｆの演算が簡単となる。

本実施形態では、２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２に２点接触時補正係数を乗算した値と、１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１に１点接触時補正係数を乗算した値のうち、その絶対値が大きい方の値を、合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍとして演算している。しかし、２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２と１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１のうち、その絶対値が大きい方の値を減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎとして演算し、得られた減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎに所定の垂直抗力補正係数（請求項の「第２補正係数」に相当）を乗算することにより、合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍを演算するようにしてもよい。

また、２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２と１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１のうち、その絶対値が大きい方の値を減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎとして演算し、得られた減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎに減速機１９の摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗを乗算し、この乗算結果μ_Ｗ＆Ｗ・Ｆ_Ｎに所定の摩擦トルク補正係数（請求項の「第３補正係数」に相当）を乗算することにより、合成摩擦トルクＴ_ｆを演算するようにしてもよい。

図８は、切り込みおよび切り戻しを繰り返し行った場合に、ラック軸力推定部４６によって推定されたラック軸力推定値^Ｆ_ｒ等の時間的変化を示すグラフである。図９は、ラック軸力の実測値とラック軸力推定値^Ｆ_ｒ等との関係を示すグラフである。
図８および図９において、曲線Ｓ１は、駆動トルクｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍとトーションバートルクＴ_ｔｂとの総和（ｉ_ｗｗ・Ｔ_ｍ＋Ｔ_ｔｂ）をラック軸方向の力に換算した値を示すグラフである。曲線Ｓ２は、ラック軸力推定部４６によって推定されラック軸力推定値^Ｆ_ｒを示すグラフである。曲線Ｓ３は、ラック軸力の実測値を示すグラフである。図９の横軸には、ラック軸力の実測値がとられている。

図８および図９から、本実施形態では、電動パワーステアリング装置１内の摩擦を概ね補償できていることがわかる。また、図８から、切り込み時に比べて、切り戻し時に、ラック軸力推定誤差が大きくなっていることがわかる。この原因は、モータ側から力を加えて切り込む場合と、コラム軸側から切り戻される場合の摩擦トルクの違いによるものと考えられる。そこで、本発明者らは、図６の摩擦トルク推定部４８に比べて、ラック軸力推定誤差を低減できる摩擦トルク推定部（以下、摩擦トルク推定部の変形例という。）を発明した。

図１０は、摩擦トルク推定部の変形例の構成を示すブロック図である。図１０において、前述の図６の各部に対応する部分には、図６と同じ符号を付して示す。
摩擦トルク推定部４８Ａでは、補正項演算部９１と加算部９２（請求項の「第１歯面垂直抗力補正部」に相当）とが追加されている点で、図６の摩擦トルク推定部４８と異なっている。

補正項演算部９１は、乗算部８９の前回の演算結果（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１に所定の補正ゲインＡを乗算することにより、補正項Ａ・（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１を演算する。加算部９２は、１点接触歯面垂直抗力演算部８６によって設定された１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１に、補正項Ａ・（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１を加算することにより、１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１を補正する。この補正後の１点接触状態に対する歯面垂直抗力（Ｆ_Ｎ１＋Ａ・（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１）が、１点接触歯面垂直抗力補正部８７に与えられる。

補正項Ａ・（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１は、切り込み時に１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１の絶対値が小さくなり、切り戻し時に１点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ１の絶対値が大きくなるように、設定される。これにより、切り込み時に合成摩擦トルクＴ_ｆの絶対値が小さくなり、切り戻し時に合成摩擦トルクＴ_ｆの絶対値が大きくなる。これにより、切り込み時および切り戻し時におけるラック軸力推定誤差を低減できる。

この変形例においても、２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２と、補正後の１点接触状態に対する歯面垂直抗力（Ｆ_Ｎ１＋Ａ・（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１）のうち、その絶対値が大きい方の値を減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎとして演算し、得られた減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎに所定の垂直抗力補正係数を乗算することにより、合成歯面垂直抗力Ｆ_Ｎｃｏｍを演算するようにしてもよい。

また、２点接触状態に対する歯面垂直抗力Ｆ_Ｎ２と補正後の１点接触状態に対する歯面垂直抗力（Ｆ_Ｎ１＋Ａ・（μ_ｃｏｍ・Ｆ_Ｎｃｏｍ）_ｎ－１）のうち、その絶対値が大きい方の値を減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎとして演算し、得られた減速機１９の歯面垂直抗力Ｆ_Ｎに減速機１９の摩擦係数μ_Ｗ＆Ｗを乗算し、この乗算結果μ_Ｗ＆Ｗ・Ｆ_Ｎに所定の摩擦トルク補正係数を乗算することにより、合成摩擦トルクＴ_ｆを演算するようにしてもよい。

前述の実施形態では、ウォームホイール２１とウォームギヤ２０の噛み合い摩擦トルク（第１摩擦トルクＴ_ｆＷ＆Ｗ）を演算するための複数の値と複数の補正係数とを用いて、合成摩擦トルクＴ_ｆを推定している。しかし、ラック１７とピニオン１６の噛み合い摩擦トルク（第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐ）を演算するための複数の値と複数の補正係数とを用いて、合成摩擦トルクＴ_ｆを推定してもよい。また、第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐを推定し、第２摩擦トルクＴ_ｆＲ＆Ｐと補正係数とを用いて、合成摩擦トルクＴ_ｆを推定してもよい。

前述の実施形態では、この発明をコラム式ＥＰＳに適用した例を示したが、この発明は、伝動装置を複数有するものであれば、電動モータの出力がラック軸に付与されるラックアシスト式ＥＰＳ等のコラム式ＥＰＳ以外のＥＰＳにも適用することができる。
例えば、ラック軸と平行に配置された電動モータの回転力がプーリおよびベルトを介して、ラック軸に組み付けられたボールネジ機構に伝達され、ラック軸が移動されるラックパラレル式ＥＰＳでは、プーリとベルトからなる伝動装置と、ボールネジ機構の２つの伝動装置とを備える。

また、図１のピニオン軸（以下、第１ピニオン軸という。）とは別に、ステアリングシャフトに連結されない第２ピニオン軸を有し、第２ピニオン軸に対して減速機を介して電動モータが連結されるデュアルピニオン式ＥＰＳでは、電動モータの回転力を第２ピニオン軸に伝達する減速機と、２つのラック＆ピニオン機構の３つの伝動装置とを備える。第２ピニオン軸とラック軸とで構成されるラック＆ピニオン機構は、減速機からラック軸に至るまでの動力伝達経路に配置される第３の伝動装置となる。

また、この発明は、ステアバイワイヤシステムにも適用することができる。
その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…電動パワーステアリング装置（操舵装置）、３…転舵輪、４…転舵機構、１６…ピニオン、１７…ラック、１８…電動モータ、１９…減速機、４６…ラック軸力推定部、４８，４８Ａ…摩擦トルク推定部、８１…すべり速度演算部、８２…摩擦係数演算部、８３…摩擦係数補正部、８４…２点接触歯面垂直抗力演算部、８５…２点接触歯面垂直抗力補正部、８６…１点接触歯面垂直抗力演算部、８７…１点接触歯面垂直抗力補正部、８８…最大値選択部、８９…乗算部、９０…乗算部、９１…補正項演算部、９２…加算部

Claims (9)

1. 電動モータと、
   前記電動モータのトルクにより軸方向移動して転舵輪を転舵する転舵軸と、
   複数の伝動装置と、
   前記電動モータの角速度を検出または推定する角速度検出部と、
   前記電動モータを制御する制御部と、を備え、
   前記複数の伝動装置の１つは、前記電動モータの回転速度を減じて出力する第１伝動装置であり、
   前記制御部は、前記複数の伝動装置で生じる各摩擦トルクが合成された合成摩擦トルクを推定する合成摩擦トルク推定部を有し、
   前記合成摩擦トルク推定部は、
   前記角速度に基づき、前記第１伝動装置のすべり速度を演算するすべり速度演算部と、
   前記すべり速度に基づき、前記第１伝動装置の摩擦係数を演算する摩擦係数演算部と、
   前記第１伝動装置の歯面垂直抗力を演算するための歯面垂直抗力演算部と、
   前記第１伝動装置の摩擦係数および歯面垂直抗力と、予め設定された１または複数の補正係数とを用いて、前記合成摩擦トルクを演算する摩擦トルク演算部とを有する、操舵装置。
2. 前記摩擦トルク演算部は、前記摩擦係数に所定の第１補正係数を乗算した値を合成摩擦係数とし、前記歯面垂直抗力に所定の第２補正係数を乗算した値を合成歯面垂直抗力とし、前記合成摩擦係数と前記合成歯面垂直抗力とに基づいて、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記摩擦トルク演算部は、前記摩擦係数と前記歯面垂直抗力とに基づいて前記第１伝動装置に生じる第１摩擦トルクを演算し、得られた第１摩擦トルクに所定の第３補正係数を乗算することにより、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置。
4. 操舵部材と、
   前記操舵部材と一体回転するステアリング軸とをさらに備え、
   前記第１伝動装置は、前記電動モータのトルクを前記ステアリング軸または前記転舵軸に出力する伝動装置であり、
   前記複数の伝動装置の他の１つは、前記ステアリング軸の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する第２伝動装置である、請求項１～３のいずれか一項に記載の操舵装置。
5. 前記操舵部材から入力される操舵トルクを検出するトルク検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記操舵トルク、前記電動モータのトルク、前記合成摩擦トルクおよび電動モータの角度に基づき、前記転舵軸に作用する軸力を推定する軸力推定部を有する、請求項４に記載の操舵装置。
6. 前記操舵部材から入力される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記転舵軸に作用する軸力を検出または推定する軸力検出部と、をさらに備え、
   前記歯面垂直抗力演算部は、
   前記電動モータのトルク、前記操舵トルクおよび前記軸力に基づき演算される第１接触力が所定値よりも大きい場合は、前記第１接触力を前記歯面垂直抗力に設定し、前記第１接触力が前記所定値以下の場合は前記所定値を前記歯面垂直抗力に設定する、請求項４に記載の操舵装置。
7. 操舵部材と、
   前記操舵部材と一体回転するステアリング軸と、
   前記操舵部材から入力される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記転舵軸に作用する軸力を検出または推定する軸力検出部と、をさらに備え、
   前記第１伝動装置は、前記電動モータのトルクを前記ステアリング軸または前記転舵軸に出力する伝動装置であり、
   前記複数の伝動装置の他の１つは、前記ステアリング軸の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する第２伝動装置であり、
   前記歯面垂直抗力演算部は、
   前記電動モータのトルク、前記操舵トルクおよび前記軸力に基づいて前記第１伝動装置における第１接触状態での歯面垂直抗力である第１歯面垂直抗力を演算するとともに、前記第１伝動装置における第２接触状態での歯面垂直抗力である第２歯面垂直抗力を設定するように構成されており、
   前記摩擦トルク演算部は、前記第１歯面垂直抗力に所定の第４補正係数を乗算することにより、合成第１歯面垂直抗力を演算し、前記第２歯面垂直抗力に第５補正係数を乗算することにより、合成第２歯面垂直抗力を演算し、前記摩擦係数に所定の第６補正係数を乗算することにより、合成摩擦係数を演算し、前記合成第１歯面垂直抗力と前記合成第２歯面垂直抗力のうち絶対値が大きい方の歯面垂直抗力と、前記合成摩擦係数とに基づいて、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項１に記載の操舵装置。
8. 前記歯面垂直抗力演算部は、前記摩擦トルク演算部によって演算された前回の合成摩擦トルクに基づいて、前記第１歯面垂直抗力を補正する第１歯面垂直抗力補正部を有しており、
   前記摩擦トルク演算部は、補正後の前記第１歯面垂直抗力に前記第４補正係数を乗算することにより、合成第１歯面垂直抗力を演算し、前記第２歯面垂直抗力に前記第５補正係数を乗算することにより、合成第２歯面垂直抗力を演算し、前記摩擦係数に前記第６補正係数を乗算することにより、合成摩擦係数を演算し、前記合成第１歯面垂直抗力と前記合成第２歯面垂直抗力のうち絶対値が大きい方の歯面垂直抗力と、前記合成摩擦係数とに基づいて、前記合成摩擦トルクを演算するように構成されている、請求項７に記載の操舵装置。
9. 前記複数の伝動装置の１つは、前記第１伝動装置から前記転舵軸に至るまでの動力伝達経路に配置される第３伝動装置である、請求項１～８のいずれか一項に記載の操舵装置。

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