(57)【要約】  電流センサが故障した場合に、正常時モータ制御部に代わって異常時モータ制御部がモータを駆動制御する。異常時モータ制御部は、全てのスイッチング素子をオフにした状態でモータ電流Ｉがゼロになるタイミングを検出する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。そして、モータ電流Ｉがゼロになる都度、操舵トルク｜ｔｒ｜に応じたオン時間Ｔ０を設定し（Ｓ１４〜Ｓ１５）、オン時間Ｔ０だけ、操舵トルクの方向に応じたスイッチング素子をオンにする（Ｓ１７〜Ｓ２０）。これにより、操舵トルク｜ｔｒ｜に応じた平均電流Ｉavgがモータ２０に流れて、操舵アシストの追従性の低下が抑制される。
2012114442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するためのモータと、
前記モータを正回転方向に駆動するときにオンされる正回転用スイッチング素子と、前記モータを逆回転方向に駆動するときにオンされる逆回転用スイッチング素子とを有するＨブリッジ回路を用いたモータ駆動回路と、
前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常が検出されていない場合に、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、前記モータ電流検出手段により検出されたモータ電流とに基づく電流フィードバック制御により前記モータ駆動回路を制御する正常時モータ制御手段と、
前記モータ電流検出手段の異常が検出されている場合に、前記電流フィードバック制御を用いずに前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて前記モータ駆動回路を制御する異常時モータ制御手段と
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記異常時モータ制御手段は、
前記モータの端子間に電源電圧が印加されないように前記モータ駆動回路が制御された状態で、前記モータの端子間電圧を検出するオフ状態電圧検出部と、
前記オフ状態電圧検出部により検出された前記モータの端子間電圧に基づいて、前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングを検出する電流ゼロタイミング検出部と、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じた通電設定時間を設定する通電時間設定部と、
前記電流ゼロタイミング検出手段により前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、前記通電時間設定部により設定された通電設定時間だけ前記正回転用スイッチング素子あるいは前記逆回転用スイッチング素子をオンにするスイッチング制御部と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記電流ゼロタイミング検出部は、
前記モータの端子間電圧が、前記モータに流れる電流の方向が正方向であると判定できる正方向判定電圧レベルと、前記モータに流れる電流の方向が負方向であると判定できる負方向判定電圧レベルとのあいだの値となることが検出されたタイミングと、
前記モータの端子間電圧が、前記正方向判定電圧レベルから前記負方向判定電圧レベルへ変化したこと、あるいは、前記負方向判定電圧レベルから前記正方向判定電圧レベルへ変化したことが検出されたタイミングと
の少なくとも一方のタイミングを、前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングとして検出することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御部は、前記操舵トルクの方向に応じた回転方向の前記正回転用スイッチング素子あるいは前記逆回転用スイッチング素子を前記通電時間設定部により設定された通電設定時間だけオンすることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記通電時間設定部は、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて前記正回転用スイッチング素子の通電設定時間と前記逆回転用スイッチング素子の通電設定時間とを別々に設定し、
前記スイッチング制御部は、前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、前記正回転用スイッチング素子と前記逆回転用スイッチング素子とを交互に、前記別々に設定された通電設定時間だけオンすることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記電流ゼロタイミング検出部により前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出されたとき、前記正回転用スイッチング素子あるいは前記逆回転用スイッチング素子をオンする前に、前記オフ状態電圧検出部により検出される前記モータの端子間電圧に基づいて、前記モータの回転速度を推定する回転速度推定部と、
前記回転速度推定部により推定された前記モータの回転速度に基づいて、前記回転速度が高い場合には低い場合に比べて前記通電設定時間が長くなるように前記通電設定時間を補正する通電設定時間補正部と
を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記通電設定時間には上限値が設定されており、
操舵位置を検出する操舵位置検出部と、
前記操舵位置検出部により検出された操舵位置が、操舵可能範囲の終端を機械的に規制するストロークエンドに近い場合にはストロークエンドから離れている場合に比べて、前記通電設定時間の上限値を小さくする上限値変更部と
を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の操舵操作に基づいてモータを駆動して操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵ハンドルに付与した操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを演算して、この目標操舵アシストトルクが得られるようにモータの通電を制御する。通常、電動パワーステアリング装置は、目標操舵アシストトルクに比例する目標電流を計算するとともにモータに流れた実際の電流を電流センサにより検出し、目標電流と実際に流れた電流との偏差に応じた電圧をモータに印加する。つまり、フィードバック制御によりモータを駆動制御する。【０００３】
電流センサが故障した場合には、フィードバック制御を行うことができない。こうした電流センサの故障時においても操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置が特許文献１において提案されている。この特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置は、電流センサの故障が検出されたとき、フィードバック制御に代えてオープンループ制御に切り替える。つまり、操舵トルクに比例した大きさの電圧をモータに印加するように設定したデューティ比でモータ駆動回路のスイッチング素子を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８８７７号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記のようなオープンループ制御でモータを駆動した場合には、フィードバック制御に比べて、操舵操作に対する操舵アシストの追従性が極端に低下する。つまり、速い速度で操舵操作したときに発生できる操舵アシストが極端に低下する。この理由は、オープンループ制御を行う場合に、モータ制御量に、モータで発生する逆起電圧による電圧低下が加味されていないからである。モータが回転すれば、モータコイルに逆起電圧が発生する。このため、例えば、モータの目標印加電圧が５Ｖであっても、逆起電圧が３Ｖであれば、その差である２Ｖに相当する電流しかモータに流すことができない。モータの回転速度がさらに上昇して、逆起電圧が印加電圧を上回る場合には、逆起電圧と印加電圧との差によりエネルギーがモータ駆動回路側（電源側）に戻ってしまい、操舵アシストを行うことができないだけでなく、逆に、操舵操作のブレーキとなる。このため、電流センサが故障した場合には、操舵操作が重くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、電流センサが故障した場合でも、操舵アシストの追従性の低下を抑制して、良好な操舵アシストを継続させることにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（２１）と、ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するためのモータ（２０）と、前記モータを正回転方向に駆動するときにオンされる正回転用スイッチング素子（Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ）と、前記モータを逆回転方向に駆動するときにオンされる逆回転用スイッチング素子（Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ）とを有するＨブリッジ回路を用いたモータ駆動回路（４０）と、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（３１）と、前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段（９１）と、前記モータ電流検出手段の異常が検出されていない場合に、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、前記モータ電流検出手段により検出されたモータ電流とに基づく電流フィードバック制御により前記モータ駆動回路を制御する正常時モータ制御手段（７０）と、前記モータ電流検出手段の異常が検出されている場合に、前記電流フィードバック制御を用いずに前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて前記モータ駆動回路を制御する異常時モータ制御手段（８０）とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記異常時モータ制御手段は、前記モータの端子間に電源電圧が印加されないように前記モータ駆動回路が制御された状態で、前記モータの端子間電圧を検出するオフ状態電圧検出部（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ５２，Ｓ５３）と、前記オフ状態電圧検出部により検出された前記モータの端子間電圧に基づいて、前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングを検出する電流ゼロタイミング検出部（Ｓ１３，Ｓ３６，Ｓ４０）と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じた通電設定時間を設定する通電時間設定部（Ｓ１５，Ｓ３２）と、前記電流ゼロタイミング検出手段により前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、前記通電時間設定部により設定された通電設定時間だけ前記正回転用スイッチング素子あるいは前記逆回転用スイッチング素子をオンにするスイッチング制御部（Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３７，Ｓ３８）とを備えたことにある。
【０００８】
本発明においては、モータ駆動回路からモータに電流が流れて、モータが操舵アシストトルクを発生する。モータ駆動回路は、正回転用スイッチング素子と逆回転用スイッチング素子とを有するＨブリッジ回路にて構成される。従って、モータはブラシ付モータとなる。例えば、モータの一方の通電端子と電源とを接続するスイッチング素子と、モータの他方の通電端子とグランドとを接続するスイッチング素子とで正回転用スイッチング素子が構成され、モータの他方の通電端子と電源とを接続するスイッチング素子と、モータの一方の通電端子とグランドとを接続するスイッチング素子とで逆回転用スイッチング素子が構成される。モータ駆動回路においては、モータを正回転させるときに正回転用スイッチング素子がオンされ、モータを逆回転させるときに逆回転用スイッチング素子がオンされる。このスイッチング素子がオンされる時間によりモータに流れる電流が調整され、結果として操舵アシストトルクが調整される。
【０００９】
正常時モータ制御手段は、操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、モータ電流検出手段により検出されたモータ電流とに基づく電流フィードバック制御によりモータ駆動回路を制御して、適切な操舵アシストトルクを発生させる。モータ電流検出手段が故障した場合には、こうした電流フィードバック制御を行うことができない。そこで、本発明は、異常検出手段と異常時モータ制御手段とを備えている。
【００１０】
異常検出手段は、モータ電流検出手段の異常を検出する。つまり、モータ電流検出手段の異常の有無を判断する。モータ電流検出手段の異常が検出されると、正常時モータ制御手段に代わって異常時モータ制御手段がモータ駆動回路を制御する。この異常時モータ制御手段は、操舵操作に対する操舵アシストの追従性が低下しないようにするため、オフ状態電圧検出部と電流ゼロタイミング検出部と通電時間設定部とスイッチング制御部とを備えている。
【００１１】
オフ状態電圧検出部は、モータの端子間に電源電圧が印加されないようにモータ駆動回路が制御された状態で、モータの端子間電圧を検出する。例えば、正回転用スイッチング素子と逆回転用スイッチング素子とをオフにした状態でモータの端子間電圧を検出する。モータ駆動回路には、各スイッチング素子に逆導通ダイオード（電源装置により印加される電圧により電流が流れる方向とは反対方向の電流のみが流れるダイオード）が並列に設けられるため、スイッチング素子をオフしても、短期間の間は、逆導通ダイオードを介して電流が流れようとする。そこで、電流ゼロタイミング検出部は、オフ状態電圧検出部により検出されたモータの端子間電圧に基づいて、モータに流れる電流がゼロとなるタイミングを検出する。つまり、モータに流れる電流がゼロであると判定されるタイミングを取得する。
【００１２】
一方、通電時間設定部は、操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じた通電設定時間を設定する。そして、スイッチング制御部は、電流ゼロタイミング検出手段によりモータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、つまり、モータに流れる電流がゼロとなったことが検出される都度、通電時間設定部により設定された通電設定時間だけ正回転用スイッチング素子あるいは逆回転用スイッチング素子をオンにする。
【００１３】
従って、本発明においては、モータに流れる電流がゼロになる都度、通電設定時間だけ正回転用スイッチング素子あるいは逆回転用スイッチング素子がオンされるため、モータに流れる電流は三角波状になる。従って、モータに流れる電流の平均値を、通電設定時間により制御することができる。この通電設定時間は、操舵トルクに応じて設定される。この結果、モータに流れる平均電流を操舵トルクに応じて制御することが可能となる。また、このように制御した場合には、モータの回転速度が大きくなっても平均電流の減少度合が小いため、操舵アシストの追従性の低下が抑制されて、良好な操舵アシストを継続させることができる。
【００１４】
本発明の他の特徴は、前記電流ゼロタイミング検出部は、前記モータの端子間電圧が、前記モータに流れる電流の方向が正方向であると判定できる正方向判定電圧レベルと、前記モータに流れる電流の方向が負方向であると判定できる負方向判定電圧レベルとのあいだの値となることが検出されたタイミングと、前記モータの端子間電圧が、前記正方向判定電圧レベルから前記負方向判定電圧レベルへ変化したこと、あるいは、前記負方向判定電圧レベルから前記正方向判定電圧レベルへ変化したことが検出されたタイミングとの少なくとも一方のタイミングを、前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングとして検出する（Ｓ１２〜１３，Ｓ５０，Ｓ３６，Ｓ４０）ことにある。
【００１５】
正回転用スイッチング素子と逆回転用スイッチング素子とをオフ状態にしているときには、モータの回転方向に応じてモータの端子間電圧が大きく異なる。モータの端子間電圧が正方向判定電圧レベルに達していれば、モータには正方向に電流が流れていると判定でき、モータの端子間電圧が負方向判定電圧レベルに達していれば、モータには負方向に電流が流れていると判定できる。ここで、正方向と負方向とは、モータに流れる電流方向を区別するために使用した用語であって、電流方向のどちらを正方向に定めてもよい。
【００１６】
このことを利用して、電流ゼロタイミング検出部は、モータの端子間電圧が、正方向判定電圧レベルと負方向判定電圧レベルとのあいだの値となることが検出されたタイミングと、モータの端子間電圧が、正方向判定電圧レベルから負方向判定電圧レベルへ変化したこと、あるいは、負方向判定電圧レベルから正方向判定電圧レベルへ変化したことが検出されたタイミングとの少なくとも一方のタイミングを、モータに流れる電流がゼロとなるタイミングとして検出する。従って、モータ電流がゼロとなるタイミングを容易に検出することができる。
【００１７】
尚、正方向判定電圧レベルおよび逆方向判定電圧レベルは、例えば、モータ駆動回路に印加される電源電圧とスイッチング素子に並列に設けられる逆導通ダイオードにおける電圧降下分とから計算できる。
【００１８】
本発明の他の特徴は、前記スイッチング制御部は、前記操舵トルクの方向に応じた回転方向の前記正回転用スイッチング素子あるいは前記逆回転用スイッチング素子を前記通電時間設定部により設定された通電設定時間だけオンする（Ｓ１７〜Ｓ２０）ことにある。
【００１９】
本発明においては、モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、操舵トルクの方向に応じた回転方向の正回転用スイッチング素子あるいは逆回転用スイッチング素子を通電設定時間だけオンする。例えば、操舵トルクが左操舵方向に働くトルクであれば、モータを左操舵方向に回転させるスイッチング素子（正回転用スイッチング素子あるいは逆回転用スイッチング素子の一方）を、モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、操舵トルクの大きさに応じた通電設定時間だけオンする。従って、操舵トルクの方向に応じた一方のスイッチング素子の通電時間を制御することにより、モータに流れる平均電流を操舵トルクの大きさに応じて制御することが可能となる。
【００２０】
本発明の他の特徴は、前記通電時間設定部は、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて前記正回転用スイッチング素子の通電設定時間と前記逆回転用スイッチング素子の通電設定時間とを別々に設定し（Ｓ３１〜Ｓ３２）、前記スイッチング制御部は、前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、前記正回転用スイッチング素子と前記逆回転用スイッチング素子とを交互に、前記別々に設定された通電設定時間だけオンする（Ｓ３３〜Ｓ４０）ことにある。
【００２１】
モータに微小な電流を流す場合（操舵トルクが微小である場合）、通電設定時間が非常に短くなる。これに伴ってステアリングシステムで発生する振動の周期が短くなると、この振動に車両の他の部品が共振するなどの不具合を生じるおそれがある。そこで、本発明においては、通電時間設定部が、操舵トルクに応じて正回転用スイッチング素子の通電設定時間と逆回転用スイッチング素子の通電設定時間とを別々に設定する。例えば、操舵トルクの方向がモータの正回転方向であれば、逆回転用スイッチング素子の通電設定時間よりも正回転用スイッチング素子の通電設定時間の方が長く設定され、操舵トルクの方向がモータの逆回転方向であれば、正回転用スイッチング素子の通電設定時間よりも逆回転用スイッチング素子の通電設定時間の方が長く設定される。
【００２２】
スイッチング制御部は、モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出される都度、正回転用スイッチング素子と逆回転用スイッチング素子とを交互に、それぞれ別々に設定された通電設定時間だけオンする。従って、モータには正方向の電流と負方向の電流とが交互に流れる。これにより、正回転用スイッチング素子の通電設定時間と逆回転用スイッチング素子の通電設定時間との比率を調整することにより平均電流を制御することができる。従って、操舵トルクが小さい場合でも、三角波状のモータ電流の周期を長くすることができ、この結果、ステアリングシステムに発生する振動の周期を長く設定することができる。これにより、ステアリングシステムの振動に車両の他の部品が共振するという不具合を抑制することができる。
【００２３】
本発明の他の特徴は、前記電流ゼロタイミング検出部により前記モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出されたとき、前記正回転用スイッチング素子あるいは前記逆回転用スイッチング素子をオンする前に、前記オフ状態電圧検出部により検出される前記モータの端子間電圧に基づいて、前記モータの回転速度を推定する回転速度推定部（Ｓ２１）と、前記回転速度推定部により推定された前記モータの回転速度に基づいて、前記回転速度が高い場合には低い場合に比べて前記通電設定時間が長くなるように前記通電設定時間を補正する通電設定時間補正部（Ｓ２２，Ｓ２３）とを備えたことにある。
【００２４】
上述した各発明においては、操舵操作に対する操舵アシストの追従性を向上させることができるが、それでも、モータ回転速度が上昇するにつれて必要な操舵トルクも増加するため、操舵操作に引っ掛かりを感じることがある。そこで、本発明では、回転速度推定部が、モータに流れる電流がゼロとなるタイミングが検出されたとき、正回転用スイッチング素子あるいは逆回転用スイッチング素子をオンする前に、モータの端子間電圧に基づいてモータの回転速度を推定する。モータに電流が流れていないときのモータ端子電圧は、逆起電圧に等しい。従って、モータの端子間電圧を逆起電圧定数で除算すればモータの回転速度を推定することができる。
【００２５】
通電設定時間補正部は、推定されたモータの回転速度が高い場合には低い場合に比べて通電設定時間が長くなるように通電設定時間を補正する。この結果、本発明によれば、モータの回転速度が高い場合でも操舵操作の引っ掛かり感を低減することができる。
【００２６】
本発明の他の特徴は、前記通電設定時間には上限値が設定されており、操舵位置を検出する操舵位置検出部（Ｓ６１）と、前記操舵位置検出部により検出された操舵位置が、操舵可能範囲の終端を機械的に規制するストロークエンドに近い場合にはストロークエンドから離れている場合に比べて、前記通電設定時間の上限値を小さくする上限値変更部（Ｓ６２）とを備えたことにある。
【００２７】
操舵ハンドルを速く回して操舵位置がストロークエンドに達すると、ストッパ当たりにより、モータの回転が急激に停止状態となるためモータの逆起電力が急激に消滅し、その影響でモータに流れる電流が急増して、電流サージの発生するおそれがある。そこで、本発明においては、操舵位置検出部が操舵位置を検出し、その操舵位置がストロークエンドに近い場合には、上限値変更部が通電設定時間の上限値を小さくする。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータに流れる平均電流が低く抑えられるため、ストッパ当たりが発生しても電流サージを抑制することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、モータの電流制限が少なくなる。この結果、本発明によれば、回路保護と十分な操作アシスト量の確保とを両立させることができる。尚、操舵位置の検出は、直接的に操舵角を検出するものに限らず、他の車両状態を表すパラメータから推定により検出するようにしてもよい。
【００２８】
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】アシストＥＣＵの機能ブロック図である。
【図３】正常時モータ制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図４】アシストマップを表すグラフである。
【図５】異常時モータ制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図６】オン時間設定マップを表すグラフである。
【図７】他のオン時間設定マップを表すグラフである。
【図８】スイッチ指令信号とモータ電圧Ｖｍとモータ電流Ｉの変化を表すグラフである。
【図９】従来装置のオープンループ制御によるモータ回転速度ωと実電流Ｉとの関係を表すグラフである。
【図１０】本実施形態におけるモータ回転速度ωと平均電流Ｉavgとの関係を表すグラフである。
【図１１】変形例１にかかる異常時モータ制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１２】変形例１にかかるオン時間設定マップを表すグラフである。
【図１３】変形例１にかかる電流方向判定処理（サブルーチン）を表すフローチャートである。
【図１４】変形例１にかかるスイッチ指令信号とモータ電圧Ｖｍとモータ電流Ｉの変化を表すグラフである。
【図１５】図１４の一部拡大図である。
【図１６】変形例２にかかる異常時モータ制御ルーチンの変形部分を表すフローチャートである。
【図１７】変形例２にかかる補正係数設定マップを表すグラフである。
【図１８】変形例３にかかるスイッチ指令信号と時間カウント値との変化を表すグラフである。
【図１９】変形例４にかかるオン時間設定マップを表すグラフである。
【図２０】変形例５にかかる異常時モータ制御ルーチンの変形部分を表すフローチャートである。
【図２１】変形例５にかかる操舵角の推定計算に使うパラメータの説明図である。
【図２２】変形例５にかかるオン時間上限値マップを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置１の概略構成を表している。
【００３１】
この電動パワーステアリング装置１は、操舵ハンドル１１の操舵操作により転舵輪を転舵するステアリング機構１０と、ステアリング機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生するモータ２０と、操舵ハンドル１１の操作状態に応じてモータ２０の作動を制御する電子制御ユニット１００とを主要部として備えている。以下、電子制御ユニット１００をアシストＥＣＵ１００と呼ぶ。
【００３２】
ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するための機構で、操舵ハンドル１１を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備える。このステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたギヤ部１４ａと噛み合って、ラックバー１４とともにラックアンドピニオン機構を構成する。
【００３３】
ラックバー１４は、ギヤ部１４ａがラックハウジング１６内に収納され、その左右両端がラックハウジング１６から露出してタイロッド１７と連結される。このラックバー１４のタイロッド１７との連結部には、ストロークエンドを構成するストッパ１８が形成され、このストッパ１８とラックハウジング１６の端部との当接によりラックバー１４の左右動ストロークが機械的に規制されている。左右のタイロッド１７の他端は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２２に設けられたナックル１９に接続される。こうした構成により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。
【００３４】
ステアリングシャフト１２には減速ギヤ２５を介してモータ２０が組み付けられている。モータ２０は、その回転により減速ギヤ２５を介してステアリングシャフト１２をその軸中心に回転駆動して、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を付与する。このモータ２０は、ブラシ付直流モータである。
【００３５】
ステアリングシャフト１２には、操舵ハンドル１１と減速ギヤ２５との中間位置に操舵トルクセンサ２１が組みつけられている。操舵トルクセンサ２１は、例えば、ステアリングシャフト１２の中間部に介装されたトーションバー（図示略）の捩れ角度をレゾルバ等により検出し、この捩れ角に基づいてステアリングシャフト１２に働いた操舵トルクｔｒを検出する。操舵トルクｔｒは、正負の値により操舵ハンドル１１の操作方向が識別される。例えば、操舵ハンドル１１の左方向への操舵時における操舵トルクｔｒを正の値で、操舵ハンドル１１の右方向への操舵時における操舵トルクｔｒを負の値で示す。尚、本実施形態においては、トーションバーの捩れ角度をレゾルバにより検出するが、エンコーダ等の他の回転角センサにより検出することもできる。
【００３６】
次に、アシストＥＣＵ１００について図２を用いて説明する。アシストＥＣＵ１００は、モータ２０の目標制御量を演算し、演算された目標制御量に応じたスイッチ駆動信号を出力する電子制御回路５０と、電子制御回路５０から出力されたスイッチ駆動信号にしたがってモータ２０に通電するモータ駆動回路４０とを含んで構成される。
【００３７】
電子制御回路５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる演算回路と入出力インタフェースを備えたマイクロコンピュータ６０（以下、マイコン６０と呼ぶ）と、マイコン６０から出力されるスイッチ制御信号を増幅してモータ駆動回路４０に供給するスイッチ駆動回路３０とを備える。
【００３８】
アシストＥＣＵ１００は、電源装置２００から電力供給される。この電源装置２００は、図示しないバッテリと、エンジンの回転により発電するオルタネータとから構成される。この電源装置２００の定格出力電圧は、例えば１２Ｖに設定されている。尚、図中においては、電源装置２００からモータ駆動回路４０への電源供給ラインである電源ライン２１０のみを示しているが、電子制御回路５０の作動電源も電源装置２００から供給される。
【００３９】
モータ駆動回路４０は、電源ライン２１０とグランドライン２２０との間に設けられ、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｈとを並列接続した上アーム回路４５Ｈと、スイッチング素子Ｑ１Ｌとスイッチング素子Ｑ２Ｌとを並列接続した下アーム回路４５Ｌとを直列に接続し、この上アーム回路４５Ｈと下アーム回路４５Ｌとの接続部Ａ１，Ａ２から、モータ２０への電力供給を行うための通電ライン４７ａ，４７ｂを引き出したＨブリッジ回路で構成されている。従って、モータ２０の一方の通電端子２０ａは、スイッチング素子Ｑ１Ｈを介して電源ライン２１０に接続されるとともに、スイッチング素子Ｑ１Ｌを介してグランドライン２２０に接続される。また、モータ２０の他方の通電端子２０ｂは、スイッチング素子Ｑ２Ｈを介して電源ライン２１０に接続されるとともに、スイッチング素子Ｑ２Ｌを介してグランドライン２２０に接続される。
【００４０】
モータ駆動回路４０に設けられるスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌとしては、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍetal  Ｏxide  Ｓemiconductor  Ｆield  Ｅffect  Ｔransistor）が使用される。スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌは、各ソース−ドレイン間に電源電圧が印加されるように上下のアーム回路４５Ｈ，４５Ｌに設けられ、また、各ゲートが電子制御回路５０のスイッチ駆動回路３０に接続される。
【００４１】
尚、図中に回路記号で示すように、ＭＯＳ−ＦＥＴには構造上、ダイオードが寄生している。このダイオードを寄生ダイオードと呼ぶ。各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌの寄生ダイオードは、電源ライン２１０からグランドライン２２０への電流の流れを遮断し、グランドライン２２０から電源ライン２１０へ向かう電流のみを許容する逆導通ダイオードである。また、モータ駆動回路４０は、寄生ダイオードとは別の逆導通ダイオード（電流遮断方向は寄生ダイオードと同じであって、電源電圧方向に対して逆方向にのみ導通するダイオード）をスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに並列に接続した構成であってもよい。
【００４２】
マイコン６０は、スイッチ駆動回路３０を介してモータ駆動回路４０の各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのゲートに独立した駆動信号を出力する。この駆動信号により、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのオン状態とオフ状態とが切り替えられる。
【００４３】
モータ駆動回路４０においては、スイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとがオフに維持された状態でスイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとがオンすると、図中の（＋）方向に電流が流れる。これにより、モータ２０は、正回転方向のトルクを発生する。また、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとがオフに維持された状態でスイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとがオンすると、図中の（−）方向に電流が流れる。これにより、モータ２０は、逆回転方向のトルクを発生する。従って、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとが本発明の正回転用スイッチング素子に相当し、スイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとが本発明の逆回転用スイッチング素子に相当する。
【００４４】
アシストＥＣＵ１００は、モータ２０に流れる電流を検出する電流センサ３１を備えている。この電流センサ３１は、下アーム回路４５Ｌとグランドとを接続するグランドライン２２０に設けられる。電流センサ３１は、例えば、グランドライン２２０にシャント抵抗（図示略）を設け、このシャント抵抗の両端に現れる電圧をアンプ（図示略）で増幅し、増幅した電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示略）によりデジタル信号に変換してマイコン６０に供給する。以下、電流センサ３１により検出されるモータ２０に流れる電流の値を、モータ実電流Ｉｍと呼ぶ。尚、電流センサ３１は、電圧信号を増幅する機能およびデジタル信号に変換する機能をマイコン６０側に設けてもよい。
【００４５】
また、アシストＥＣＵ１００は、モータ２０の端子間電圧を検出する電圧センサ３２を備えている。この電圧センサ３２は、モータ２０の端子間電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示略）によりデジタル信号に変換してマイコン６０に供給する。以下、電圧センサ３２により検出される電圧の値を、モータ電圧Ｖｍと呼ぶ。モータ電圧Ｖｍは、上アーム回路４５Ｈと下アーム回路４５Ｌとの一方の接続部Ａ１のグランドに対する電位Ｖ１と、他方の接続部Ａ２のグランドに対する電位Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）に相当する。尚、電圧センサ３２は、電圧信号をデジタル信号に変換する機能をマイコン６０側に設けてもよい。
【００４６】
また、アシストＥＣＵ１００は、モータ駆動回路４０に供給される電源電圧、つまり、電源装置２００の出力電圧を検出する電圧センサ３３を備えている。この電圧センサ３３は、電源ライン２１０の電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示略）によりデジタル信号に変換してマイコン６０に供給する。以下、電圧センサ３３により検出される電圧の値を、電源電圧Ｖｂと呼ぶ。尚、電圧センサ３３は、電圧信号をデジタル信号に変換する機能をマイコン６０側に設けてもよい。
【００４７】
また、アシストＥＣＵ１００は、車速センサ３４を接続している。車速センサ３４は、車速ｖｘを表す検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。
【００４８】
次に、マイコン６０の制御処理について説明する。マイコン６０は、その機能に着目すると、正常時モータ制御部７０と、異常時モータ制御部８０と、異常検出部９１と、制御切替部９２とを備えている。各機能部における処理は、マイコン６０に記憶された制御プログラムを所定の周期で繰り返し実行することにより行われる。
【００４９】
正常時モータ制御部７０は、電流センサ３１に異常が検出されていないとき、つまり、通常時において、モータ２０の駆動制御を行うブロックである。以下、正常時モータ制御部７０の処理について説明する。図３は、正常時モータ制御部７０により実行される正常時モータ制御ルーチンを表す。
【００５０】
本制御ルーチンが起動すると、正常時モータ制御部７０は、まず、ステップＳ７１において、車速センサ２２によって検出された車速ｖｘと、操舵トルクセンサ２１によって検出された操舵トルクｔｒを読み込む。
【００５１】
続いて、正常時モータ制御部７０は、ステップＳ７２において、図４に示すアシストマップを参照して、入力した車速ｖｘおよび操舵トルクｔｒに応じて設定される目標アシストトルクｔ＊を計算する。アシストマップは、代表的な複数の車速ｖｘごとに、操舵トルクｔｒと目標アシストトルクｔ＊との関係を設定した関係付けデータである。アシストマップは、操舵トルクｔｒが大きくなるにしたがって目標アシストトルクｔ＊が増加し、車速が低くなるにしたがって目標アシストトルクｔ＊が増加する特性を有している。尚、図４は、左方向の操舵時におけるアシストマップであって、右方向の操舵時におけるアシストマップは、左方向のものに対して操舵トルクｔｒと目標アシストトルクｔ＊の符号をそれぞれ反対（つまり負）にしたものとなる。
【００５２】
続いて、正常時モータ制御部７０は、ステップＳ７３において、目標アシストトルクｔ＊を発生させるために必要な電流値である目標電流Ｉ＊を計算する。目標電流Ｉ＊は、目標アシストトルクｔ＊をトルク定数で除算することにより求められる。続いて、正常時モータ制御部７０は、ステップＳ７４において、目標電流Ｉ＊から電流センサ３１により検出されたモータ実電流Ｉｍを減算した偏差ΔＩを算出し、この偏差ΔＩを使ったＰＩ制御（比例積分制御）により、モータ実電流Ｉｍが目標電流Ｉ＊に追従するように目標指令電圧Ｖ＊を計算する。目標指令電圧Ｖ＊は、例えば、下記式により計算する。
Ｖ＊＝Ｋｐ・ΔＩ＋Ｋｉ・∫ΔＩ  ｄｔ
ここでＫｐは、ＰＩ制御における比例項の制御ゲイン、Ｋｉは、ＰＩ制御における積分項の制御ゲインである。
【００５３】
続いて、正常時モータ制御部７０は、ステップＳ７５において、目標指令電圧Ｖ＊に応じたＰＷＭ（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation）制御信号を制御切替部９２に出力する。正常時モータ制御部７０は、ＰＷＭ制御信号を出力すると正常時モータ制御ルーチンを一旦終了する。そして、所定の周期で上述した処理を繰り返す。
【００５４】
制御切替部９２は、異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「０」である場合に、正常時モータ制御部７０の出力するＰＷＭ制御信号を、そのままスイッチ駆動回路３０に出力し、異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「１」である場合に、異常時モータ制御部８０の出力する制御信号を、そのままスイッチ駆動回路３０に出力する。
【００５５】
スイッチ駆動回路３０は、入力した制御信号を増幅してモータ駆動回路４０に出力する。これにより、異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「０」である場合には、目標指令電圧Ｖ＊に応じたデューティ比のパルス信号列がＰＷＭ制御信号としてモータ駆動回路４０に出力される。このＰＷＭ制御信号により、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのデューティ比が制御され、モータ２０の駆動電圧が目標指令電圧Ｖ＊に調整される。こうして、モータ２０には、操舵操作方向に回転する向きに目標電流Ｉ＊が流れる。この結果、モータ２０は、目標アシストトルクｔ＊に等しいトルクを出力し、運転者の操舵操作をアシストする。
【００５６】
異常検出部９１は、電流センサ３１により検出されるモータ実電流Ｉｍと、正常時モータ制御部７０で計算される目標電流Ｉ＊とを入力し、モータ実電流Ｉｍと目標電流Ｉ＊とが所定期間にわたって大きく相違する場合に電流センサ３１が故障していると判定する。例えば、モータ実電流Ｉｍと目標電流Ｉ＊との偏差（｜Ｉｍ−Ｉ＊｜）を計算し、この偏差が予め設定された基準値よりも大きくなる連続時間が、予め設定された基準時間を超えた場合に、電流センサ３１が故障していると判定する。
【００５７】
異常検出部９１は、電流センサ３１の故障を検出していない場合には、異常判定信号Ｆfailを「０」に設定し、電流センサ３１の故障を検出した場合には、異常判定信号Ｆfailを「１」に設定する。異常検出部９１は、設定した異常判定信号Ｆfailを、正常時モータ制御部７０、異常時モータ制御部８０、制御切替部９２に出力する。正常時モータ制御部７０は、異常判定信号Ｆfailが「０」である場合に、その作動を継続し、異常判定信号Ｆfailが「１」である場合に、その作動を停止する。また、異常時モータ制御部８０は、異常判定信号Ｆfailが「１」である場合に、その作動を継続し、異常判定信号Ｆfailが「０」である場合に、その作動を停止する。
【００５８】
異常時モータ制御部８０は、電流センサ３１が故障した場合に、応急的にモータ２０の駆動制御を行うブロックである。
【００５９】
異常時モータ制御部８０は、モータ２０を駆動するに当たって、モータ２０を正回転させる場合には、スイッチ駆動回路３０へ出力するスイッチ制御信号により、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフ状態に維持して、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオン／オフさせ（オン状態とオフ状態とを繰り返し交互に切り替える）、モータ２０を逆回転させる場合には、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオフ状態に維持して、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオン／オフさせる。異常時モータ制御部８０は、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオン／オフさせるときの１回のオン時間を操舵トルクｔｒに応じた時間に設定する。また、異常時モータ制御部８０は、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンさせるタイミングを、モータ２０に流れる電流がゼロとなった時点に設定する。従って、異常時モータ制御部８０は、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンさせるタイミング（電流＝０）と１回のオン時間を制御する。
【００６０】
こうした制御を行うことで、モータ２０に三角波状の電流が流れ、その平均電流を操舵トルクｔｒに応じた所望の値に調整することができる。以下、モータ２０に流れる電流をモータ電流Ｉと呼ぶ。
【００６１】
まず、電流センサ３１が故障しているときに、モータ電流Ｉがゼロとなったことを検出する方法について説明する。スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフ状態に維持して、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌを同時にオンにした場合には、接続部Ａ１の電位Ｖ１は、電源電圧Ｖｂとほぼ等しくなり（Ｖ１≒Ｖｂ）、接続部Ａ２の電位Ｖ２は、ほぼゼロ（Ｖ１≒０）となる。逆に、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオフ状態に維持して、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを同時にオンにした場合には、接続部Ａ１の電位Ｖ１は、ほぼゼロ（Ｖ１≒０）となり、接続部Ａ２の電位Ｖ２は、電源電圧Ｖｂとほぼ等しくなり（Ｖ２≒Ｖｂ）なる。
【００６２】
また、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを同時にオフにした場合には、モータ電流Ｉの方向によって電位Ｖ１，Ｖ２が決まる。つまり、図２の（＋）方向に電流が流れている場合には、スイッチング素子Ｑ１Ｌの寄生ダイオードとスイッチング素子Ｑ２Ｈの寄生ダイオードとを介して電流が流れていることになる。従って、寄生ダイオードでの電圧降下をＶｒとすると、電位Ｖ１、電位Ｖ２は次式にて表される。
Ｖ１≒０−Ｖｒ
Ｖ２≒Ｖｂ＋Ｖｒ
【００６３】
同様に、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを同時にオフにした場合には、図２の（−）方向に電流が流れていれば、スイッチング素子Ｑ２Ｌの寄生ダイオードとスイッチング素子Ｑ１Ｈの寄生ダイオードとを介して電流が流れていることになる。従って、寄生ダイオードでの電圧降下をＶｒとすると、電位Ｖ１、電位Ｖ２は次式にて表される。
Ｖ１≒Ｖｂ＋Ｖｒ
Ｖ２≒０−Ｖｒ
【００６４】
また、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフにした状態で、モータ電流Ｉがゼロとなる場合は、モータ２０の端子間電圧Ｖｍ（＝Ｖ１−Ｖ２）は、モータ２０で発生している逆起電圧Ｅと同じになる。
【００６５】
従って、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフにした状態で、モータ２０の端子間電圧Ｖｍを電圧センサ３２により検出すれば、検出したモータ電圧Ｖｍに基づいて、モータ電流Ｉの流れている方向を特定することができる。つまり、電圧センサ３２により検出されるモータ電圧Ｖｍ（＝Ｖ１−Ｖ２）が、ほぼ−（Ｖｂ＋２Ｖｒ）となる場合には、モータ電流Ｉの方向は（＋）方向であり、モータ電圧Ｖｍが、ほぼ（Ｖｂ＋２Ｖｒ）となる場合には、モータ電流Ｉの方向は（−）方向である。また、モータ電圧Ｖｍが、それ以外の値となる場合には、モータ電流Ｉはゼロであると判定することができる。モータ電流Ｉの方向の判別式は、以下のように表される。
Ｖｍ≒−（Ｖｂ＋２Ｖｒ）    ・・・（＋）方向
Ｖｍ≒（Ｖｂ＋２Ｖｒ）          ・・・（−）方向
−（Ｖｂ＋２Ｖｒ）＜Ｖｍ＜（Ｖｂ＋２Ｖｒ）    ・・・Ｉ＝０
この場合、寄生ダイオードの電圧降下Ｖｒは、予め想定される一定値に設定しておけばよい。
【００６６】
尚、通常のＨブリッジ回路の制御においては、上アーム回路４５Ｈと下アーム回路４５Ｌとの短絡を防止するために、モータ２０の通電方向を切り替えるとき、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフにするデッドタイムが設けられるが、モータ２０の端子間電圧Ｖｍを検出するに当たっては、このデッドタイムとは別に、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフする期間を設ける。
【００６７】
異常時モータ制御部８０は、こうした原理を利用して、モータ電流Ｉがゼロになっている状態か否かを判定し、モータ電流Ｉがゼロとなったタイミングを検出する。そして、モータ電流Ｉがゼロとなったことが検出される都度、その検出タイミングでスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオンするためのオン指令信号を出力する。スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌを１回にオンする時間は、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜によって設定される。この１回にオンする時間をオン時間Ｔ０と呼ぶ。
【００６８】
スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌは、駆動信号によりオンされた後、オン時間Ｔ０が経過すると再びオフに戻される。このため、モータ電流Ｉの波形は、三角波状となる。異常時モータ制御部８０は、このオン時間Ｔ０を操舵トルクｔｒに応じた時間に設定することで、操舵トルクｔｒに応じた電流をモータ２０に流して、モータ２０から適切な操舵アシストトルクを発生させる。
【００６９】
次に、異常時モータ制御部８０の実行する異常時モータ制御ルーチンについて説明する。図５は、異常時モータ制御ルーチンを表すフローチャートである。異常時モータ制御ルーチンは、異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「０」から「１」に切り替わると起動する。
【００７０】
異常時モータ制御ルーチンが起動すると、異常時モータ制御部８０は、まずステップＳ１１において、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフにするオフ指令信号を出力する。これにより、モータ駆動回路４０のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌがオフになる。続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ１２において、電圧センサ３２により検出されるモータ電圧Ｖｍと電圧センサ３３により検出される電源電圧Ｖｂとを読み込む。
【００７１】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ１３において、モータ電流Ｉがゼロになったか否かを判断する。上述したように、モータ電流Ｉの方向は、電圧センサ３２により検出されるモータ電圧Ｖｍ（＝Ｖ１−Ｖ２）から判別できる。この例では、電流の方向を判別する式に電源電圧Ｖｂが含まれるため、電圧センサ３３により検出される検出値を読み込んでいるが、電源電圧Ｖｂを一定値としてみなせば、電源電圧Ｖｂの読み込み処理は省略してもよい。
【００７２】
異常時モータ制御部８０は、モータ電流Ｉがゼロであれば、そのまま次のステップＳ１４に処理を進めるが、モータ電流Ｉがゼロでない場合には、その処理をステップＳ１２に戻して、モータ電流Ｉがゼロになるまで待つ。異常時モータ制御部８０は、モータ電圧Ｖｍに基づいて、上述した判別式でモータ電流Ｉがゼロとなる範囲に入っていることが検出されたとき（−（Ｖｂ＋２Ｖｒ）＜Ｖｍ＜（Ｖｂ＋２Ｖｒ））、モータ電流Ｉの方向が（＋）方向から（−）方向に切り替わったことが検出されたとき、モータ電流Ｉの方向が（−）方向から（＋）方向に切り替わったことが検出されたときの何れにおいてもモータ電流Ｉがゼロになったと判定する。
【００７３】
異常時モータ制御部８０は、ステップＳ１２〜Ｓ１３のループ処理を行っているときに、毎回、モータ電圧Ｖｍにより判定されるモータ電流Ｉの方向を記憶する。そして、直前回のモータ電流Ｉの方向と今回検出したモータ電流Ｉの方向とを比較して、モータ電流Ｉの方向が変化した場合においても、モータ電流Ｉがゼロになったと判定する。これにより、モータ電圧Ｖｍが判別式（−（Ｖｂ＋２Ｖｒ）＜Ｖｍ＜（Ｖｂ＋２Ｖｒ））を満たさなくても、モータ電流Ｉの方向反転に基づいて、モータ電流Ｉがゼロとなるタイミングを確実に検出することができる。この場合、モータ電圧Ｖｍは、モータ電流Ｉの方向に応じて符号（正負）が異なり、しかも、モータ電流Ｉがゼロでなければ絶対値が大きいため、異常時モータ制御部８０は、モータ電流Ｉの方向反転を容易に検出することができる。尚、モータ電流Ｉの方向の反転検出を行わずに、モータ電圧Ｖｍが判別式（−（Ｖｂ＋２Ｖｒ）＜Ｖｍ＜（Ｖｂ＋２Ｖｒ））を満たしたときにのみ、モータ電流Ｉがゼロになったと判定するようにしてもよい。
【００７４】
異常時モータ制御部８０は、こうした処理を繰り返して、モータ電流Ｉがゼロになったと判定すると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１４に進め、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクｔｒを読み込む。続いて、ステップＳ１５において、操舵トルクｔｒに基づいて、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌの１回のオン時間Ｔ０を設定する。異常時モータ制御部８０は、図６に示すオン時間設定マップを記憶しており、このオン時間設定マップを参照して、操舵トルクｔｒに応じたオン時間Ｔ０を設定する。オン時間設定マップは、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜の増加にしたがってオン時間Ｔ０が増加する特性を有している。オン時間Ｔ０は、上限値Ｔ０maxが設定されており、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜がｔｒ０以上となる場合には、上限値Ｔ０maxに設定される。尚、オン時間Ｔ０の設定にあたっては、図６の例のような操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜に比例するオン時間Ｔ０を設定したマップに限らず、例えば、図７に示すように、複数の折れ点を有する折れ線特性のマップ（ｍｐ１）や、多項式からなる曲線特性のマップ（ｍｐ２）等を使用することができる。
【００７５】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ１６において、オン時間Ｔ０がゼロでないか否かを判断し、オン時間Ｔ０がゼロの場合、つまり、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜がゼロの場合には、その処理をステップＳ１２に戻す。
【００７６】
異常時モータ制御部８０は、オン時間Ｔ０がゼロでない場合には、ステップＳ１７において、操舵トルクｔｒの符号（正負）を判断し、操舵トルクｔｒが正の値である場合、つまり、左方向の操舵トルクｔｒが検出されている場合には、ステップＳ１８において、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオンするためのオン指令信号を出力する。また、操舵トルクｔｒが負の値である場合、つまり、右方向の操舵トルクｔｒが検出されている場合には、ステップＳ１９において、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンするためのオン指令信号を出力する。これにより、モータ駆動回路４０のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌがオンして、モータ２０には電源装置２００から供給される電流が流れ始める。
【００７７】
異常時モータ制御部８０は、ステップＳ１８あるいはステップＳ１９においてオン指令信号を出力すると、ステップＳ２０において、オン指令信号出力からの経過時間を計測し、経過時間がオン時間Ｔ０に到達するまで待機する。そして、異常時モータ制御部８０は、経過時間がオン時間Ｔ０に到達すると、その処理をステップＳ１１に戻す。従って、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌがオフにされて電源装置２００からモータ２０への通電が遮断される。これにより、モータ電流Ｉが減少に転じる。そして、モータ電流Ｉがゼロに達すると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、再び、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜に応じたオン時間Ｔ０だけモータ２０が通電される。
【００７８】
このような処理が繰り返されることで、モータ電流Ｉがゼロになったことが検出される都度、その検出タイミングで、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌがオンされる。これにより、モータ電流Ｉは、図８に示すような三角波状となり、その平均電流が、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜に応じたものとなる。このように、異常時モータ制御部８０は、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌの１回のオン時間を操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜に応じて調整することにより、モータ２０に流れる平均電流を制御する。これにより、モータ２０は、操舵トルクｔｒに応じた操舵アシストトルクを発生する。
【００７９】
尚、異常時モータ制御ルーチンが起動した直後においては、ステップＳ１３でモータ電流Ｉがゼロになるまで待機するときに、モータ電流Ｉの絶対値が減少する方向にモータ２０に通電するようにしてもよい。つまり、モータ電流Ｉが（＋）方向に流れている場合には、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンにして（＋）方向に流れる電流を積極的に減少させ、モータ電流Ｉが（−）方向に流れている場合には、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオンにして（−）方向に流れる電流を積極的に減少させて、待機時間を短くするようにしてもよい。
【００８０】
図８は、異常時モータ制御ルーチンを実行したときのスイッチ指令信号とモータ電圧Ｖｍとモータ電流Ｉの変化を表したグラフである。このグラフは、モータ２０を正方向に回転させる場合の例である。異常時モータ制御部８０は、モータ電流Ｉがゼロになったことが検出されるまで待機し、時刻ｔ１においてモータ電流Ｉがゼロになったことを検出すると、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオフからオンに切り替える。これにより、モータ電流Ｉが（＋）方向に流れ始める。電流が流れ始めるときの増加度合は、（（Ｖｂ−ωφ）／Ｌ）にて近似することができる。ここで、ωはモータ２０の回転速度、φはモータ２０の逆起電圧定数、Ｌはモータインダクタンスである。ωφは、モータ２０で発生する逆起電圧を表す。
【００８１】
スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌがオンしてからオン時間Ｔ０が経過するとスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌがオフされる（時刻ｔ２）。これにより、モータ電流Ｉは、減少に転じ、やがてゼロになる、または、その方向が（−）方向に切り替わる（時刻ｔ３）。異常時モータ制御部８０は、モータ電流Ｉがゼロになったことを検出したタイミングで（時刻ｔ４）、再び、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜に応じたオン時間Ｔ０だけモータ２０に通電する。こうして、モータ２０には、三角波状の電流が流れる。
【００８２】
図中において、Ｔ１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間を示している。オン時間Ｔ０は、任意に設定することができるが、期間Ｔ１は、モータ２０の回路方程式にて決まる。また、モータ電流Ｉの平均値（平均電流Ｉavgと呼ぶ）は、１回の通電時おけるピーク値Ｉｐの約半分となる。従って、オン時間Ｔ０を調整することでモータ２０に流れる平均電流Ｉavgを調整することができる。そして、オン時間Ｔ０を操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜が大きくなるほど長くすることで、操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜に比例した平均電流Ｉavgをモータ２０に流すことができる。
【００８３】
尚、オン時間Ｔ０は、例えば、数ミリ秒程度に設定する。正常時モータ制御部７０のＰＷＭキャリア周波数が例えば２０ｋＨｚであることを考えれば、オン時間Ｔ０は、ＰＷＭ制御信号の１回のオン時間に比べて遙かに長いものである。
【００８４】
このようにモータ２０に断続的に電流を流した場合、操舵ハンドル１１の動きが振動的になると懸念されるが、１秒間に数回以上の周期で通電すれば、モータ２０や操舵ハンドル１１の慣性により振動は滑らかになる。従って、違和感の少ない操舵アシストを行うことができる。
【００８５】
ここで、異常時モータ制御部８０にてモータ２０を駆動制御した場合の操舵操作に対する操舵アシストの追従性について、つまり、速い速度で操舵操作したときの操舵アシスト性能について、従来装置と対比して説明する。まず、従来装置から説明する。特許文献１に提案されている従来装置においては、電流センサの故障時においてオープンループ制御を行っている。従って、目標電流Ｉrefが与えられたとき、それに対する出力電圧Ｖは、以下の式（１）により計算される。
【数１】
2012114442.tif 000003
しかし、実際には、逆起電圧が含まれた次式（２）のような微分方程式にしたがって電流Ｉが流れる
【数２】
2012114442.tif 000004
従って、目標電流Ｉrefと実電流Ｉとの比は、次式（３）のように計算される。尚、電流の変化は無視できる程度であるため、ｄＩ／ｄｔ＝０としている。
【数３】
2012114442.tif 000005
【００８６】
この式によれば、モータ２０の回転速度ωがゼロ（ω＝０）であれば、目標電流Ｉrefと実電流Ｉとは同一値となるが、回転速度ωが上昇すると実電流Ｉが減少し、逆起電圧ωφが出力電圧Ｖを超えるとモータ２０を制動するブレーキが発生することがわかる。このオープンループ制御による特性を図９に示す。図９は、回転速度ωと実電流Ｉとの関係を表している。実電流Ｉは、次式（４）のように表される。ここで、Ｉmaxは、モータ駆動回路４０で流すことが許容される最大の電流値を表し、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの仕様にて決定される。以下、Ｉmaxを電流最大値Ｉmaxと呼ぶ。電流最大値Ｉmaxは、例えば、５０アンペアに設定される。
【数４】
2012114442.tif 000006
【００８７】
この一次関数の傾きをΔとすると、Δは次式（５）にて表される。尚、Ｖmaxは、電流最大値Ｉmaxにモータ２０の内部抵抗Ｒを乗じた値（Ｉmax×Ｒ）を表す。以下、Ｖmaxを電圧最大値Ｖmaxと呼ぶ。電圧最大値Ｖmaxは、例えば、モータ２０の内部抵抗Ｒを０．１オームとすると、５ボルト（５０Ａ×０.１Ω）に設定される。
【数５】
2012114442.tif 000007
【００８８】
尚、逆起電圧はモータ２０の回転速度から推定できるが、ブラシ付モータは、通常、回転角センサや回転速度センサを備えていない。従って、電流センサ故障時におけるオープンループ制御においては、逆起電圧を推定することができない。
【００８９】
次に、本実施形態の異常時モータ制御部８０により制御される特性（ω−Ｉ）について説明する。上述したモータの電圧方程式（２）を解くと、モータ電流Ｉは次式（６）にて表される。
【数６】
2012114442.tif 000008
ここでは、計算を簡単にするために、指数関数はｔ＝０での傾きで近似している。
【００９０】
上述したように、モータ２０を断続的に通電した場合には、モータ電流Ｉの波形は、図８に示すように三角波状になる。従って、三角波のピーク電流Ｉｐの半分程度が平均電流Ｉavgとなる。平均電流Ｉavgは、上記の式（６）にオン時間Ｔ０を代入することで、次式（７）にように表される。
【数７】
2012114442.tif 000009
【００９１】
この式（７）から分かるように、オン時間Ｔ０が長いほど平均電流Ｉavgは増加する。しかし、オン時間Ｔ０の最大値は、モータ２０が急に停止して逆起電圧がゼロになっても過電流にならないという条件を満足する必要がある。つまり、ピーク電流Ｉｐがモータ駆動回路４０で許容される電流最大値Ｉmaxを超えないようにする必要がある。従って、オン時間Ｔ０の上限値Ｔ０maxは、次式（８）にて表される。
【数８】
2012114442.tif 000010
【００９２】
従って、平均電流Ｉavgは、次式（９）にて表すことができる。
【数９】
2012114442.tif 000011
【００９３】
図１０は、この平均電流Ｉavgのモータ回転速度ωに対する特性を表す。図中においては、従来装置の特性と比較するために、従来装置の特性を破線にて示し、本実施形態の特性を実線にて示している。ここで、２つの一次関数の傾きΔを比較する。本実施形態における一次関数の傾きは、次式（１０）にて表される。
【数１０】
2012114442.tif 000012
【００９４】
従来装置の特性における傾きΔ（＝−φ・Ｉmax／Ｖmax）と、本実施形態の特性における傾きΔ（＝−φ・Ｉmax／２Ｖｂ）とを比較すると、本実施形態のほうが計算式の分母が大きくなるため、傾きΔは小さくなる。通常の電動パワーステアリング装置においては、電圧最大値Ｖmaxは電源電圧Ｖｂに比べて小さい。例えば、Ｖmax＝５ボルト、Ｖｂ＝１２Ｖとした場合には、本実施形態の特性における傾きΔは、従来装置の特性における傾きの約１／５となる。従って、本実施形態によれば、モータ回転速度ωが大きくなっても、出力電流の減少幅を小さくすることができる。
【００９５】
以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、電流センサ３１が故障した場合には、モータ２０を駆動制御するブロックが正常時モータ制御部７０から異常時モータ制御部８０に切り替えられる。異常時モータ制御部８０は、モータ駆動回路４０の全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフ状態にしてモータ電圧Ｖｍを検出し、このモータ電圧Ｖｍに基づいて、モータ電流Ｉがゼロになる状態を検出する。異常時モータ制御部８０は、モータ電流Ｉがゼロになったことを検出する都度、その検出タイミングで、操舵トルクｔｒに応じて設定されるオン時間Ｔ０だけスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ（正回転時）あるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ（逆回転時）をオン状態にする。
【００９６】
これにより、モータ２０には三角波状の電流が断続的に流れる。この場合、オン時間Ｔ０が操舵トルク｜ｔｒ｜の増加に応じて増加するように設定されているため、モータ２０に流れる平均電流Ｉavgも、操舵トルク｜ｔｒ｜の増加に応じて増加する。また、モータ２０に流れる電流が本来必要な電流値に満たなくて操舵アシスト不足が生じる場合でも、それにより操舵トルクが増加するため、結果的にオン時間Ｔ０が増加する。
【００９７】
しかも、電流特性（図１０）から分かるように、モータ回転速度ωの増加した場合でも、それに伴う出力電流の減少度合が小さい。
【００９８】
この結果、本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、電流センサ３１が故障した場合であっても、操舵トルクｔｒに応じた所望の操舵アシストが得られるだけでなく、速い操舵操作が行われた場合でも操舵アシストの低下を抑制することができる。つまり、操舵操作に対する操舵アシストの追従性を向上することができる。これにより、操舵フィーリングの低下を抑制することができる。
【００９９】
＜変形例１＞
上述した実施形態においては、モータ２０に微小な電流を流す場合、オン時間Ｔ０が非常に短くなり、これに伴ってステアリングシステム（モータ２０およびステアリング機構１０）で発生する振動の周期も非常に短くなる。振動の周期が短くなると、この振動に車両の他の部品が共振するなどの不都合を生じることが考えられる。そこで、この変形例１においては、オン時間Ｔ０をあまり短くしなくても、モータ２０に微小な電流を流すことができるようにして、上記の不都合を解消する。
【０１００】
この変形例１においては、モータ２０に（＋）方向の電流と（−）方向の電流を交互に流すようにし、（＋）方向に電流を流す時間と、（−）方向に電流を流す時間の比率を調整することにより、モータ２０に流れる平均電流Ｉavgを制御する。この変形例１では、モータ電流Ｉの方向を検出する期間だけ、瞬時的に４つのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ全てをオフにするが、基本的には、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌのどちらかがオン状態になっているものである。
【０１０１】
この変形例１においては、異常時モータ制御部８０の処理が上述した実施形態と相違するのみで、他の構成は実施形態と同一である。以下、異常時モータ制御部８０の処理について説明する。図１１は、変形例１としての異常時モータ制御部８０が実施する異常時モータ制御ルーチンを表すフローチャートである。
【０１０２】
変形例１としての異常時モータ制御ルーチンが起動すると、異常時モータ制御部８０は、まずステップＳ３１において、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクｔｒを読み込む。続いて、ステップＳ３２において、操舵トルクｔｒに基づいて、モータ２０が正回転する方向に電流を流す時間を調整するための正方向オン時間Ｔ０１と、モータ２０が逆回転する方向に電流を流す時間を調整するための逆方向オン時間Ｔ０２とを設定する。
【０１０３】
異常時モータ制御部８０は、図１２に示すようなオン時間設定マップを記憶しており、このオン時間設定マップを参照して、正方向オン時間Ｔ０１と逆方向オン時間Ｔ０２とを設定する。オン時間設定マップは、操舵トルクｔｒが正の場合には、正方向オン時間Ｔ０１が逆方向オン時間Ｔ０２に比べて長くなり、操舵トルクｔｒが負の場合には、逆方向オン時間Ｔ０２が正方向オン時間Ｔ０１に比べて長くなる特性を有している。操舵トルクｔｒがゼロの場合には、正方向オン時間Ｔ０１と逆方向オン時間Ｔ０２とは同一に設定される。また、正方向オン時間Ｔ０１は、操舵トルクｔｒが負の所定値−ｔｒ１より大きな範囲において、操舵トルクｔｒの増加にしたがって長くなる値に設定され、操舵トルクｔｒが負の所定値−ｔｒ１以下の範囲においてゼロに設定される。逆方向オン時間Ｔ０２は、操舵トルクｔｒが正の所定値＋ｔｒ１より小さな範囲において、操舵トルクｔｒの減少（マイナス方向の増加）にしたがって長くなる値に設定され、操舵トルクｔｒが正の所定値＋ｔｒ１以上の範囲においてゼロに設定される。また、正方向オン時間Ｔ０１および逆方向オン時間Ｔ０２は、ともに上限値Ｔ０maxが設定されている。
【０１０４】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ３３において、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオンするためのオン指令信号、および、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフするためのオフ指令信号を出力する。これにより、モータ２０には電源装置２００から供給された電流が（＋）方向に流れ始める。尚、本ルーチンの起動時には、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌはオフされている。
【０１０５】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ３４において、計時を開始して、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに指令信号を出力してからの経過時間が正方向オン時間Ｔ０１に到達するまで待機する。この間、モータ２０には、（＋）方向に流れる電流が増加していく。そして、正方向オン時間Ｔ０１の経過が検出されると（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、ステップＳ３５において、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオフするためのオフ指令信号、および、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンするためのオン指令信号を出力する。つまり、今までとは反対方向の電流をモータ２０に流すように、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの状態を反転させる指令信号を出力する。これにより、（＋）方向に増加していたモータ電流Ｉは、減少に転じる。
【０１０６】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ５０において、電流方向判定処理を行う。図１３は、この電流方向判定処理を表すサブルーチンである。電流方向判定処理が開始されると、まず、モータ電流Ｉの流れる方向の検出タイミングであるか否かを判断する。この変形例１においては、モータ電流Ｉの流れる方向が反転することを検出して、モータ電流Ｉがゼロであると推定する。そして、その検出時点から、正方向オン時間Ｔ０１あるいは逆方向オン時間Ｔ０２だけ経過したタイミングでモータ２０への通電方向を切り替えるようにして、連続した三角波状の電流をモータ２０に流す。ところが、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンしている期間においては、電圧センサ３２により検出されるモータ電圧Ｖｍからはモータ電流Ｉの流れる方向を検出することができない。そこで、この異常時モータ制御ルーチンにおいては、定期的に、４つのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを瞬時的にオフ状態にして、その時のモータ電圧Ｖｍからモータ電流Ｉの方向を検出する。ステップＳ５１の判断は、このように定期的に行うモータ電流Ｉの方向を検出するタイミングであるか否かの判断である。
【０１０７】
異常時モータ制御部８０は、ステップＳ５１において、モータ電流Ｉの方向を検出するタイミングとなるまで待つ。この検出タイミングの周期は、予め定められている。従って、検出タイミングの到来は、タイマの経過時間から判断することができる。モータ電流Ｉの方向検出タイミングとなると（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ５２において、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフにするオフ指令信号を出力する。これにより、モータ駆動回路４０のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌがオフになる。続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ５３において、電圧センサ３２により検出されるモータ電圧Ｖｍと電圧センサ３３により検出される電源電圧Ｖｂとを読み込んだ後、本サブルーチンを抜けてメインルーチンのステップＳ３６にその処理を進める。尚、電源電圧Ｖｂを一定値としてみなせば、電源電圧Ｖｂの読み込み処理は省略してもよい。
【０１０８】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ３６において、電圧センサ３２により検出されるモータ電圧Ｖｍ（＝Ｖ１−Ｖ２）に基づいて、モータ電流Ｉの方向が反転したか否かを判断する。つまり、直前回に検出したモータ電圧Ｖｍから得られるモータ電流Ｉの方向と、今回検出したモータ電圧Ｖｍから得られるモータ電流Ｉの方向とが相違するか否かを判断する。モータ電流Ｉの方向が反転していない場合（Ｓ３６：Ｎｏ）、異常時モータ制御部８０は、その処理をステップＳ３５に戻す。従って、一時的にオフされていたスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌは元の状態に戻される。尚、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ３５〜Ｓ３６のループ処理を行っているときに、毎回、モータ電圧Ｖｍにより判定されるモータ電流Ｉの方向を記憶する。そして、ステップＳ３６においては、直前回のモータ電流Ｉの方向と今回検出したモータ電流Ｉの方向とを比較して、モータ電流Ｉの方向が反転したか否かを判断する。
【０１０９】
これにより、所定の周期でスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌが一時的にオフされ、その時のモータ電圧Ｖｍからモータ電流Ｉの方向が判定される。異常時モータ制御部８０は、こうした処理を繰り返して、モータ電流Ｉの方向が反転したことを検出すると（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、続くステップＳ３７において、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオンするためのオン指令信号を出力して、４つのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを元の状態に戻す（スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌは、そのままオフ状態）。
【０１１０】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ３８において、計時を開始して、モータ電流Ｉの方向の反転が検出されてからの経過時間が逆方向オン時間Ｔ０２に到達するまで待機する。この間、モータ２０には、（−）方向に流れる電流が増加していく。そして、逆方向オン時間Ｔ０２の経過が検出されると（Ｓ３８：Ｙｅｓ）、ステップＳ３９において、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオンするためのオン指令信号、および、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフするためのオフ指令信号を出力する。つまり、今までとは反対方向の電流をモータ２０に流すように、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの状態を反転させる指令信号を出力する。これにより、（−）方向に増加していたモータ電流Ｉは、減少に転じる。
【０１１１】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ５０において、上述した電流方向判定処理を行う。つまり、所定の周期で全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを一時的にオフ状態にしてモータ電圧Ｖｍと電源電圧Ｖｂとを読み込み、そのときのモータ電圧Ｖｍ（＝Ｖ１−Ｖ２）に基づいて、モータ電流Ｉの方向を判定する。
【０１１２】
異常時モータ制御部８０は、ステップＳ４０において、ステップＳ３６と同様に、モータ電流Ｉの方向が反転したか否かを判断し、モータ電流Ｉの方向が反転するまで、こうした処理を繰り返す。そして、モータ電流Ｉの方向が反転したことを検出すると（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ３１に戻す。
【０１１３】
図１４は、変形例１の異常時モータ制御ルーチンを実行したときのスイッチ指令信号とモータ電圧Ｖｍとモータ電流Ｉの変化を表したグラフである。モータ電流Ｉは、三角波状に変化する。この三角波の１周期分が、上述した異常時モータ制御ルーチンのステップＳ３１からステップＳ４０までの処理の１回分に相当する。このグラフは、操舵トルクｔｒが正の値となる場合、つまり、モータ２０に（＋）方向の電流を流す場合の例を示している。従って、正回転オン時間Ｔ０１は、逆回転オン時間Ｔ０２に比べて長く設定されている。
【０１１４】
例えば、時刻ｔ１においてモータ電流Ｉの方向の反転が検出されると、その検出時点から正回転オン時間Ｔ０１経過するまでスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌのオン状態が継続される。図１５は、図１４における時刻ｔ１付近の塗りつぶした部分を拡大したものである。これにより、モータ電流Ｉが増加していく。そして、正回転オン時間Ｔ０１経過した時刻ｔ２においてスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの状態が反転される。つまり、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌがオン状態となり、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌがオフ状態となる。正回転オン時間Ｔ０１は、操舵トルクｔｒに応じた値に設定されているため、操舵トルクｔｒが大きいほど、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの状態が反転される時点のモータ電流Ｉのピーク値が大きくなる。
【０１１５】
モータ電流Ｉは、時刻ｔ２から減少に転じる。異常時モータ制御部８０は、所定の周期でモータ電流Ｉの方向検出を開始する。この場合、モータ電流Ｉの方向検出タイミングの都度、４つのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌが一時的にオフ状態に設定される。この一時的なオフ状態は、短いため、図１４においては、時間幅を持たない直線にて表されている。モータ電流Ｉは、減少していき、時刻ｔ３において、その方向が（−）方向に反転する。時刻ｔ４において、モータ電流Ｉの反転が検出されると、その検出時点から逆回転オン時間Ｔ０２経過するまでスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌのオン状態が継続される。これにより、（−）方向のモータ電流Ｉが増加していく。そして、逆回転オン時間Ｔ０２経過した時刻ｔ５においてスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの状態が反転される。つまり、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌがオン状態、スイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌがオフ状態となる。これにより、モータ電流Ｉは増加に転じる。そして、所定の周期のモータ電流Ｉの方向検出が開始され、時刻ｔ６においてモータ電流Ｉの方向が反転すると、その反転が検出された時刻ｔ７から正回転オン時間Ｔ０１経過するまでスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌがオン状態に維持される。
【０１１６】
図中において、Ｔ１１およびＴ１２は、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの状態が反転されてからモータ電流Ｉがゼロになるまでの期間を表しており、モータ２０の回路方程式にて決まる。従って、正回転オン時間Ｔ０１と逆回転オン時間Ｔ０２とに応じてモータ２０に流れる平均電流Ｉavgが設定される。そして、正回転オン時間Ｔ０１と逆回転オン時間Ｔ０２とを操舵トルクｔｒに応じた長さに設定することで、操舵トルクに応じた平均電流Ｉavgをモータ２０に流すことができる。
【０１１７】
以上説明した変形例１によれば、モータ２０に（＋）方向の電流と（−）方向の電流を交互に流すようにし、（＋）方向に電流を流す正回転オン時間Ｔ０１と、（−）方向に電流を流す逆回転オン時間Ｔ０２の比率を調整することにより平均電流Ｉavgを制御する。従って、操舵トルクの大きさが小さい場合でも、三角波状のモータ電流Ｉの周期を長くすることができ、この結果、ステアリングシステムに発生する振動の周期を長く設定することができる。これにより、ステアリングシステムの振動に車両の他の部品が共振するという不具合を抑制することができる。
【０１１８】
＜変形例２＞
上述した実施形態によれば操舵操作に対する操舵アシストの追従性を向上させることができるが、それでも、モータ回転速度が上昇するにつれて必要な操舵トルクも増加するため、操舵操作に引っ掛かりを感じることがある。そこで、変形例２においては、モータ回転速度ωを推定し、モータ回転速度ωの大きさ｜ω｜が高い場合に、積極的にオン時間Ｔ０を増加させて、操舵操作の引っ掛かり感を低減する。
【０１１９】
この変形例２においては、異常時モータ制御部８０の処理が上述した実施形態と相違するのみで、他の構成は実施形態と同一である。図１６は、変形例２としての異常時モータ制御部８０が実施する異常時モータ制御ルーチンの変形部分を表すフローチャートである。この変形例２においては、実施形態の異常時モータ制御ルーチン（図５）のステップＳ１６とステップＳ１７との間に、ステップＳ２１〜ステップＳ２５の処理を加えたものである。以下、この変形部分の異常時モータ制御部８０の処理について説明する。
【０１２０】
異常時モータ制御部８０は、モータ電流Ｉがゼロになったことを検出すると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４からステップＳ１６の処理を行う。そして、ステップＳ１６において、オン時間Ｔ０がゼロでないと判断した場合には、ステップＳ２１において、モータ回転速度ωを計算する。このステップＳ２１が行われるタイミングは、モータ電流Ｉがゼロであると判断されたときである。従って、現時点のモータ電圧Ｖｍ（＝Ｖ１−Ｖ２）は、モータ２０の逆起電圧に等しい。そこで、ステップＳ２１においては、モータ電圧Ｖｍを逆起電圧定数φで除算することでモータ回転速度ωを計算する。
【０１２１】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ２２において、モータ回転速度ωの大きさ｜ω｜に応じた補正係数Ｋωを計算する。異常時モータ制御部８０は、図１７に示すような補正係数設定マップを記憶している。この補正係数設定マップは、モータ回転速度ωの大きさ｜ω｜が大きくなるほど補正係数Ｋωが増加する特性を有している。異常時モータ制御部８０は、この補正係数設定マップを参照して、補正係数Ｋωを計算する。
【０１２２】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ２３において、ステップＳ１５で設定したオン時間Ｔ０に補正係数Ｋωを乗じた値を、新たなオン時間Ｔ０に設定する（Ｔ０＝Ｔ０×Ｋω）。続いて、ステップＳ２４において、補正されたオン時間Ｔ０が上限値Ｔ０maxを超えているか否かを判断し、オン時間Ｔ０が上限値Ｔ０maxを超えている場合（Ｓ２４：Ｙｅｓ）には、ステップＳ２５において、オン時間Ｔ０を上限値Ｔ０maxに設定する（Ｔ０＝Ｔ０max）。一方、オン時間Ｔ０が上限値Ｔ０maxを超えていない場合（Ｓ２４：Ｎｏ）には、ステップＳ２５の処理を飛ばす。
【０１２３】
異常時モータ制御部８０は、こうしてオン時間Ｔ０を設定すると、上述したステップＳ１７からの処理を行う。
【０１２４】
以上説明した変形例２によれば、モータ回転速度ωを推定し、その大きさ｜ω｜が高くなるほどオン時間Ｔ０が増加するように補正するため、操舵操作の引っ掛かり感を低減することができる。
【０１２５】
尚、モータ２０の端子間電圧を検出する場合、その検出回路の構成によっては、全てのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオフ状態にしているときに、モータ２０の通電端子２０ａ，２０ｂの電圧が不安定になったり、片側の通電端子２０ａ（２０ｂ）の電圧が負電圧になったりする場合が考えられる。そうした場合には、期間Ｔ１およびその後の逆起電圧測定時において、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌの何れか１つをオン状態にして、残り３つをオフ状態にしておくと良い。例えば、正回転時（（＋）方向に電流を流す場合）にはスイッチング素子Ｑ２Ｈまたはスイッチング素子Ｑ１Ｌをオン状態に、逆回転時（（−）方向に電流を流す場合）にはスイッチング素子Ｑ１Ｈまたはスイッチング素子Ｑ２Ｌをオン状態にしておくと良い。
【０１２６】
＜変形例３＞
上述した実施形態においては、オン時間Ｔ０のあいだ（オン期間Ｔ０と呼ぶ）、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌを連続的にオン状態に維持するが、モータ駆動回路４０の構成によっては、上アーム回路４５Ｈのスイッチング素子Ｑ１Ｈあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈをオン状態に長時間維持させることができない場合がある。そうした場合には、異常時モータ制御部８０は、図１８に示すように、１回のオン期間Ｔ０中に、適切な周期でオフ状態に切り替えるとともに、他方のスイッチング素子をオン状態に切り替えるようにするとよい。図１８は、モータ２０を正回転方向の駆動するときの例を表している。この例では、異常時モータ制御部８０は、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオン状態にするオン期間Ｔ０中に、そのスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌが一時的にオフ状態となる期間を周期的に設け、このオフ状態となる期間に他方のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオン状態にする。尚、モータ２０の逆回転方向の駆動時においては、スイッチ指令信号の出力対象となるスイッチング素子が逆になる。
【０１２７】
この場合、異常時モータ制御部８０は、異常時モータ制御ルーチンでステップＳ２０においてオン時間Ｔ０の経過をカウントする場合、オフ状態となる時間を経過時間に加算しないようにしてもよいし（モード１と呼ぶ）、オフ状態となる時間を経過時間から減算するようにしてもよい（モード２と呼ぶ）。図１８の下段のグラフは、モード１，２における経過時間のカウント値の推移を表している。そして、カウント値がオン時間Ｔ０に達したときに、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ２０において、「Ｙｅｓ」と判断する。
【０１２８】
尚、上述した変形例３においては、一方のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌをオン状態にするオン期間Ｔ０中に周期的にオフ状態を組み込み、そのオフ状態となる期間中に他方のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌをオン状態にするが、他方のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌあるいはスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌに関しては、必ずしもオン状態にする必要はなく、オフ状態が維持されるようにしてもよい。
【０１２９】
以上説明した変形例３によれば、モータ駆動回路４０の設計制約が少なくなる。従って、種々のモータ駆動回路を採用することができるようになる。
＜変形例４＞
上述した実施形態においては、オン時間Ｔ０の設定にあたっては、図６あるいは図７に示すオン時間設定マップを使用しているが、オン時間Ｔ０を操舵トルクｔｒの大きさ｜ｔｒ｜だけでなく、車速に応じて可変するようにしてもよい。例えば、図１９に示すように、車速を高車速と低車速とに分け、高車速時には低車速時に比べてオン時間Ｔ０が短くなるように設定しても良い。また、車速に応じたオン時間Ｔ０特性の切替は、２段階に限らず３段階以上にしてもよい。
【０１３０】
この場合、異常時モータ制御部８０は、異常時モータ制御ルーチンのステップＳ１４において、操舵トルクｔｒの読み込み処理に加えて、車速センサ２２により検出される車速ｖｘの読み込み処理を行うようにするとよい。そして、ステップＳ１５においては、車速ｖｘに応じたオン時間設定マップを使って、車速ｖｘと操舵トルク｜ｔｒ｜とに基づいたオン時間Ｔ０を設定するようにすればよい。
【０１３１】
以上説明した変形例４によれば、高速走行においては操舵操作が軽くなりすぎない。このため、操舵フィーリングが向上する。
【０１３２】
＜変形例５＞
操舵ハンドル１１をストロークエンドまで回すと、ストッパ１８とラックハウジング１６の端部との当接によりラックバー１４の左右動ストロークが機械的に規制される。この状態をストッパ当たりと呼ぶ。操舵ハンドル１１を速く回して操舵位置がストロークエンドに達すると、ストッパ当たりにより、モータ２０の回転が急激に停止状態となるためモータ２０の逆起電力が急激に消滅し、その影響でモータ２０に流れる電流が急増して電流サージを発生することがある。この電流サージから回路を保護するためにオン時間Ｔ０の上限値Ｔ０maxが設定されている。このため、上限値Ｔ０maxが最大アシスト量の制約となっている。
【０１３３】
そこで、変形例５においては、操舵位置がストロークエンド付近であるかどうかを判断し、操舵位置がストロークエンド付近である場合にのみ、上限値Ｔ０maxを低下させることにより、回路保護とアシスト量の確保とを両立させる。
【０１３４】
この変形例５においても、異常時モータ制御部８０の処理が上述した実施形態と相違するのみで、他の構成は実施形態と同一である。図２０は、変形例５としての異常時モータ制御部８０が実施する異常時モータ制御ルーチンの変形部分を表すフローチャートである。この変形例５においては、実施形態の異常時モータ制御ルーチン（図５）のステップＳ１６とステップＳ１７との間に、ステップＳ６１〜ステップＳ６４の処理を加えたものである。以下、この変形部分の異常時モータ制御部８０の処理について説明する。
【０１３５】
異常時モータ制御部８０は、ステップＳ１６において、オン時間Ｔ０がゼロでないと判断した場合には、ステップＳ６１において、操舵角θを計算する。例えば、左右の後輪の車輪速を表す情報を取得し、この車輪速に基づいて、次式（１１）により操舵角θを計算により推定する。
【数１１】
2012114442.tif 000013
ここで、図２１に示すように、Ｖ１は左後輪ＲＷ１の回転速度、Ｖ２は右後輪ＲＷ２の回転速度、Ｇはモータ２０から前輪ＦＷ１，ＦＷ２までのギヤ比、ａは左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２のトレッド、ｂはホイールベースを表す。
【０１３６】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ６２において、操舵角θの大きさ｜θ｜に応じたオン時間Ｔ０の上限値Ｔ０maxを計算する。異常時モータ制御部８０は、図２２に示すようなオン時間上限値設定マップを記憶している。このオン時間上限値設定マップは、操舵角θの大きさ｜θ｜が設定角度θ１より大きくなると、｜θ｜の増加にしたがって上限値Ｔ０maxが減少し、｜θ｜がストロークエンド近傍の設定角度θ２（＞θ１）より大きくなる範囲では上限値Ｔ０maxが最小となる特性を有している。つまり、ストロークエンド付近の上限値Ｔ０maxが、ストロークエンドから離れた操舵角範囲の上限値Ｔ０maxよりも小さくなる特性を有している。
【０１３７】
続いて、異常時モータ制御部８０は、ステップＳ６３において、ステップＳ１５で設定したオン時間Ｔ０が上限値Ｔ０maxを超えているか否かを判断し、オン時間Ｔ０が上限値Ｔ０maxを超えている場合（Ｓ６３：Ｙｅｓ）には、ステップＳ６４において、オン時間Ｔ０を上限値Ｔ０maxに設定する（Ｔ０＝Ｔ０max）。一方、オン時間Ｔ０が上限値Ｔ０maxを超えていない場合（Ｓ６３：Ｎｏ）には、ステップＳ６４の処理を飛ばす。
【０１３８】
異常時モータ制御部８０は、こうしてオン時間Ｔ０を設定すると、上述したステップＳ１７からの処理を行う。
【０１３９】
以上説明した変形例５によれば、操舵角θを推定し、その大きさ｜θ｜に基づいて、操舵位置がストロークエンド近傍となる場合に、オン時間Ｔ０の上限値Ｔ０maxを小さくする。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ２０に流れる平均電流Ｉavgが低く抑えられるため、ストッパ当たりが発生しても電流サージを抑制することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、モータ２０の電流制限が少なくなる。この結果、回路保護と十分な操作アシスト量の確保とを両立させることができる。尚、ステアリング機構１０に操舵角θを検出できる回転角センサを備えている構成であれば、その回転角センサを使って操舵角θを検出すればよい。
【０１４０】
以上、本実施形態および変形例の電動パワーステアリング装置１について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【０１４１】
例えば、本実施形態では、モータ駆動回路（Ｈブリッジ回路）４０に使用するスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１ＬとしてＭＯＳ―ＦＥＴを用いているが、これに限るものではなく、他のスイッチング半導体素子を用いることも可能である。
【０１４２】
また、本実施形態においては、モータ２０の端子間電圧Ｖｍを直接検出しているが、通電端子２０ａの電位Ｖ１を検出する電圧センサと、通電端子２０ｂの電位Ｖ２を検出する電圧センサとを備え、両電圧センサにより検出された電位差（Ｖ１−Ｖ２）を計算して、端子間電圧Ｖｍを検出する構成であってもよい。
【０１４３】
また、本実施形態では、アシストマップ、オン時間設定マップ、補正係数設定マップ、オン時間上限値設定マップを用いて、目標アシストトルクｔ＊、オン時間Ｔ０、補正係数Ｋω、上限値Ｔ０maxを設定しているが、こうしたマップに代えて関数等を使った計算式を用いるようにしてもよい。
【０１４４】
また、本実施形態においては、モータ２０の発生するトルクをステアリングシャフト１２に付与するコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置１について説明したが、モータの発生するトルクをラックバー１４に付与するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
【０１４５】
また、上述した変形例１〜５を任意に組み合わせるようにしてもよい。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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