(57)【要約】【課題】  トルクセンサの故障が検出されている場合に、据え切り操作が可能な操舵アシストを行う。【解決手段】  アシストＥＣＵは、据え切り操作を検出したとき（時刻ｔ２）、モータを操舵操作方向に駆動し、モータの回転した角度が第１閾値Ａ１に到達すると（時刻ｔ３）、モータを反操舵操作方向に駆動する。そして、モータの回転角度が第２閾値Ａ２にまで低下すると（時刻ｔ４）、モータを停止させる。この状態から操舵操作が検出された場合には（時刻ｔ５）、再度、モータを操舵操作方向に第１閾値Ａ１だけ駆動する。アシストＥＣＵは、こうした処理を繰り返すことにより、ドライバーの操舵操作を確認しつつ操舵アシストを継続する。【選択図】  図５
2014000930.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センサと、
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モータと、
前記操舵トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出されていない場合に、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて前記モータを駆動制御する正常時モータ制御手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出されている場合に、前記操舵トルクとは異なる情報に基づいて前記モータを駆動制御する異常時モータ制御手段と
を備えた車両の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、
前記操舵ハンドルの操舵操作を検出する操舵操作検出手段と、
前記操舵ハンドルの操舵操作が検出されたときに、前記モータを前記操舵ハンドルの操舵操作方向に駆動する操舵操作方向駆動手段と、
前記操舵操作方向駆動手段による前記モータの駆動後に、前記モータを前記操舵操作方向と反対方向に駆動する反操舵操作方向駆動手段と
を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記操舵操作方向駆動手段は、前記操舵ハンドルの操舵操作が検出されたときに、前記モータを前記操舵操作方向に第１設定量だけ駆動し、
前記反操舵操作方向駆動手段は、前記操舵操作方向駆動手段による前記モータの駆動後に、前記第１設定量よりも小さな第２設定量だけ前記モータを前記操舵操作方向と反対方向に駆動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】
前記第２設定量は、前記操舵操作方向駆動手段による前記モータの駆動に伴って発生したタイヤのねじれ分に相当する量であることを特徴とする請求項２記載の車両の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記操舵ハンドルの操舵操作速度が速い場合は遅い場合に比べて前記第１設定量を大きくするように変更する第１設定量変更手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の車両の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記操舵ハンドルの操舵操作速度が速い場合は遅い場合に比べて、前記操舵操作方向駆動手段が前記モータに通電する目標電流を高くするように変更する目標電流変更手段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車両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車両の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、ドライバーが操舵ハンドルに付与した操舵トルクをトルクセンサにより検出し、検出した操舵トルクに基づいて目標アシストトルクを計算する。そして、目標アシストトルクが得られるようにモータに流す電流を制御することにより、ドライバーの操舵操作をアシストする。こうしたモータの通電制御をアシスト制御と呼ぶ。
【０００３】
トルクセンサが故障した場合には、目標アシストトルクの計算ができなくなり、アシスト制御を行うことができない。これに対してトルク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。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、トルクセンサの故障が検出された場合、車速がゼロまたはゼロ近傍となっているときに、操舵角センサにより検出されたハンドルの操舵角に基づいて、操舵角の絶対値が大きくなるほど大きくなる操舵アシスト量を計算し、計算した操舵アシスト量を発生するように電動モータを駆動制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２００８４２号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置においては、通常の摩擦係数の路面において据え切り操作ができるように操舵角に対する操舵アシスト量を設定してしまうと、摩擦係数の低い路面（低μ路面）においては、操舵アシスト量が大きくなり過ぎてしまう。このため、過アシストとならないように、最初から操舵アシスト量を小さく設定せざるを得ない。この結果、通常の摩擦係数の路面においては据え切り操作が困難となる。
【０００６】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、トルクセンサの故障が検出されている場合に、据え切り操作が可能な操舵アシストを行うことを目的とする。
【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センサ（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モータ（２０）と、前記操舵トルクセンサの異常を検出する異常検出手段（７２）と、前記操舵トルクセンサの異常が検出されていない場合に、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて前記モータを駆動制御する正常時モータ制御手段（７１）と、前記操舵トルクセンサの異常が検出されている場合に、前記操舵トルクとは異なる情報に基づいて前記モータを駆動制御する異常時モータ制御手段（８０）とを備えた車両の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、前記操舵ハンドルの操舵操作を検出する操舵操作検出手段（Ｓ１２）と、前記操舵ハンドルの操舵操作が検出されたときに、前記モータを前記操舵ハンドルの操舵操作方向に駆動する操舵操作方向駆動手段（Ｓ１４）と、前記操舵操作方向駆動手段による前記モータの駆動後に、前記モータを前記操舵操作方向と反対方向に駆動する反操舵操作方向駆動手段（Ｓ１６）とを備えたことにある。
【０００８】
本発明においては、操舵トルクセンサの異常が検出されている場合には、異常時モータ制御手段が操舵トルクとは異なる情報に基づいてモータを駆動制御する。異常時モータ制御手段は、操舵操作検出手段と、操舵操作方向駆動手段と、反操舵操作方向駆動手段とを備え、操舵ハンドルの操舵操作が検出されたとき、操舵操作方向駆動手段が、モータを操舵ハンドルの操舵操作方向に駆動する。これにより操舵アシストトルクが発生する。
【０００９】
ステアリング機構には、操舵ハンドルからタイヤの接地面までのあいだに弾性要素が存在しているため、ドライバーが操舵操作を開始した場合には、弾性要素が変形する。この弾性要素の変形により変化する物理量を検出することで、操舵ハンドルの操舵操作を検出することができるが、モータが操舵アシストトルクを発生して車輪を転舵した後は、弾性要素の変化を検出することが難しいため、ドライバーが操舵ハンドルの操舵操作を続けているのか否かを判断することができない。そこで、モータが操舵操作方向に駆動された後に、反操舵操作方向駆動手段がモータを操舵操作方向と反対方向に駆動する。これにより、弾性要素の変形を元に戻すことができる。ドライバーが操舵操作を継続していれば、弾性要素が再度変形するため、操舵操作を検出することができる。こうして、操舵操作方向駆動手段がモータを操舵操作方向に再度駆動する。従って、ドライバーが操舵操作を継続しているあいだ、操舵操作方向駆動手段と反操舵操作方向駆動手段とが交互に作動することにより、ドライバーの操舵操作を検出しながら操舵アシストを行うことができる。
【００１０】
本発明の他の特徴は、前記操舵操作方向駆動手段（Ｓ１４，Ｓ１５）は、前記操舵ハンドルの操舵操作が検出されたときに、前記モータを前記操舵操作方向に第１設定量（Ａ１）だけ駆動し、前記反操舵操作方向駆動手段（Ｓ１６，Ｓ１７）は、前記操舵操作方向駆動手段による前記モータの駆動後に、前記第１設定量よりも小さな第２設定量（Ａ１−Ａ２）だけ前記モータを前記操舵操作方向と反対方向に駆動することにある。
【００１１】
本発明によれば、操舵操作方向駆動手段と反操舵操作方向駆動手段とを適切なタイミングで交互に作動させることができる。
【００１２】
尚、第１設定量は、モータの操舵操作方向への駆動開始からモータが回転した角度を設定するもの、あるいは、モータの操舵操作方向への駆動開始からの経過時間を設定するもの、あるいは、モータの回転速度（角速度）が予め設定した設定速度に到達するまでの時間を設定するものなどを採用することができる。また、第２設定量は、モータの反操舵操作方向への駆動開始からモータが回転した角度を設定するもの、あるいは、モータの反操舵操作方向への駆動開始からの経過時間を設定するもの、あるいは、モータの反操舵操作方向への回転速度（角速度）が予め設定した設定速度に到達するまでの時間を設定するものなどを採用することができる。
【００１３】
本発明の他の特徴は、前記第２設定量は、前記操舵操作方向駆動手段による前記モータの駆動に伴って発生したタイヤのねじれ分に相当する量であることにある。
【００１４】
本発明によれば、操舵操作方向へのモータの駆動に伴って発生したタイヤのねじれ分に相当する量、つまり、タイヤのねじれを戻すために必要な量だけ、モータを反操舵操作方向に駆動するため、操舵操作の検出が一層容易になる。
【００１５】
本発明の他の特徴は、前記操舵ハンドルの操舵操作速度が速い場合は遅い場合に比べて前記第１設定量（Ａ１）を大きくするように変更する第１設定量変更手段を備えたことにある。
【００１６】
本発明によれば、ドライバーが速い操舵操作をした場合には、一回の操舵アシスト量が増えるため、一層スムーズな操舵アシストを行うことができる。
【００１７】
本発明の他の特徴は、前記操舵ハンドルの操舵操作速度が速い場合は遅い場合に比べて、前記操舵操作方向駆動手段が前記モータに通電する目標電流（ｉ２）を高くするように変更する目標電流変更手段を備えたことにある。
【００１８】
本発明によれば、ドライバーが速い操舵操作をした場合には、操舵アシストトルクが増えるため、一層スムーズな操舵アシストを行うことができる。
【００１９】
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】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の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】正常時アシストマップを表すグラフである。
【図４】異常時モータ制御量演算ルーチンを表すフローチャートである。
【図５】操舵トルクセンサの異常時における動作説明図である。
【図６】閾値マップを表すグラフである。
【図７】目標電流マップを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る車両の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。
【００２２】
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。
【００２３】
ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回動操作に連動したステアリングシャフト１２の軸線周りの回転をラックアンドピニオン機構１３によりラックバー１４の左右方向のストローク運動に変換して、このラックバー１４のストローク運動により左前輪Ｗflと右前輪Ｗfrとを転舵するようになっている。ステアリングシャフト１２は、操舵ハンドル１１を上端に連結したメインシャフト１２ａと、ラックアンドピニオン機構１３と連結されるピニオンシャフト１２ｃと、メインシャフト１２ａとピニオンシャフト１２ｃとをユニバーサルジョイント１２ｄ，１２ｅを介して連結するインターミディエイトシャフト１２ｂとから構成される。
【００２４】
ラックバー１４は、ギヤ部１４ａがラックハウジング１５内に収納され、その左右両端がラックハウジング１５から露出してタイロッド１６と連結される。左右のタイロッド１６の他端は、左右前輪Ｗfl，Ｗfrに設けられたナックル（図示略）に接続される。以下、左前輪Ｗflと右前輪Ｗfrとを単に操舵輪Ｗと呼ぶ。
【００２５】
ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）には減速機２５を介してモータ２０が組み付けられている。モータ２０は、例えば、三相ブラシレスモータが使用される。モータ２０は、ロータの回転により減速機２５を介してステアリングシャフト１２をその中心軸周りに回転駆動して、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシストトルクを付与する。
【００２６】
モータ２０には、モータ回転角センサ２３が設けられる。このモータ回転角センサ２３は、例えば、レゾルバにより構成され、モータ２０のロータの回転角θｍを表す検出信号を出力する。モータ回転角θｍは、モータ２０の電気角の計算に利用される。
【００２７】
モータ２０とステアリングシャフト１２とが減速機２５を介して連結されていることから、ドライバーが操舵ハンドル１１を操舵操作したときに、モータ２０のロータがまわされてモータ回転角センサ２３の検出角度が変化する。従って、モータ回転角センサ２３は、モータ２０の電気角の検出に使用されるだけでなく、ドライバーの操舵操作を検出する操舵操作センサとして使用される。この場合、モータ回転角センサ２３により検出されるモータ２０の回転方向から操舵ハンドル１１の操舵操作方向を検出することができ、さらに、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍの変化した量に基づいて操舵ハンドル１１の操舵操作量（操舵ハンドル１１を回転させた角度）を検出することができる。また、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍの単位時間当たりの変化度合（時間微分値）を演算することによりモータ回転速度（角速度）を検出することができ、このモータ回転速度に基づいて操舵ハンドル１１の操舵速度を検出することができる。
【００２８】
ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）には、操舵ハンドル１１と減速機２５との間に操舵トルクセンサ２１が設けられている。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）に介装されているトーションバー１２ｔに働いた捩り力を、操舵ハンドル１１に付与された操舵トルクＴｒとして検出する。例えば、トーションバー１２ｔの両端にレゾルバを設け、この２つのレゾルバにより検出される回転角度の差に基づいて操舵トルクＴｒを検出する。
【００２９】
尚、操舵トルクＴｒは、ステアリングシャフト１２に右回転方向に働くトルク（トーションバー１２ｔの上部が下部に対して相対的に右回転位置となる捩り状態でのトルク）を正の値で、左回転方向に働くトルク（トーションバー１２ｔの上部が下部に対して相対的に左回転位置となる捩り状態でのトルク）を負の値で表すことにする。また、操舵トルクＴｒの大きさについて論じる場合には、その絶対値を用いる。尚、本実施形態においては、トーションバー１２ｔの捩れ角度をレゾルバにより検出するが、ＭＲセンサ等の他の回転角センサにより検出することもできる。
【００３０】
次に、アシストＥＣＵ１００について説明する。アシストＥＣＵ１００は、図２に示すように、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。
【００３１】
モータ２０としては、種々のものを採用することができる。例えば、三相ＤＣブラシレスモータを使用する場合には、モータ駆動回路４０としては三相インバータを使用すればよく、ブラシ付モータを使用する場合には、モータ駆動回路４０としてはＨブリッジ回路を使用するとよい。本実施形態においては、三相ＤＣブラシレスモータを使用するものとして説明する。
【００３２】
電子制御回路５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと、各種の入出力インタフェースと、モータ駆動回路４０にスイッチ駆動信号を供給するスイッチ駆動回路等を備えている。
【００３３】
電子制御回路５０は、その機能に着目すると、モータ２０の制御量である目標電流を計算するモータ制御量計算部７０と、目標電流がモータ２０に流れるようにスイッチ駆動信号をモータ駆動回路４０に出力するモータ制御部６０とを備えている。各機能部における処理は、マイコンにより、それぞれ所定の短い周期で繰り返し実行される。
【００３４】
モータ制御量計算部７０は、正常時制御量計算部７１と、異常時制御量計算部７２と、異常検出部７３と、制御切替部７４とを備えている。正常時制御量計算部７１は、異常検出部７３から出力される異常判定フラグＦfailを入力し、異常判定フラグＦfailが「０」である場合に、目標アシストトルクに対応した目標電流ｉ１を計算し、異常判定フラグＦfailが「１」である場合には、その計算処理を停止する演算ブロックである。異常時制御量計算部７２は、異常検出部７３から出力される異常判定フラグＦfailを入力し、異常判定フラグＦfailが「１」である場合に、後述する異常時モータ制御量演算ルーチンを実行して目標電流ｉ２を計算し、異常判定フラグＦfailが「０」である場合には、その演算処理を停止する演算ブロックである。
【００３５】
異常検出部７３は、操舵トルクセンサ２１の異常の有無を判定し、異常無しと判定している場合には、異常判定フラグＦfailを「０」に設定し、異常有りと判定している場合には、異常判定フラグＦfailを「１」に設定し、設定した異常判定フラグＦfailを正常時制御量計算部７１と異常時制御量計算部７２と制御切替部７４とに出力する。
【００３６】
制御切替部７４は、正常時制御量計算部７１により計算された目標電流ｉ１と異常時制御量計算部７２により計算された目標電流ｉ２とを入力して、異常判定フラグＦfailが「０」の場合には、目標電流ｉ１を選択し、異常判定フラグＦfailが「１」の場合には、目標電流ｉ２を選択する。そして、選択した目標電流ｉ１（またはｉ２）を目標電流ｉ＊に設定して、目標電流ｉ＊をモータ制御部６０に出力する。
【００３７】
モータ制御量計算部７０の各機能部の詳細については後述する。
【００３８】
モータ制御部６０は、電流フィードバック制御部６１とＰＷＭ信号発生部６２とを備えている。電流フィードバック制御部６１は、制御切替部７４から出力された目標電流ｉ＊を入力し、モータ駆動回路４０に設けられた電流センサ４１により検出されるモータ電流ｉｍ（実電流ｉｍと呼ぶ）を読み込み、目標電流ｉ＊と実電流ｉｍとの偏差を計算し、この偏差を使った比例積分制御により実電流ｉｍが目標電流ｉ＊に追従するように目標電圧ｖ＊を計算する。そして、目標電圧ｖ＊に対応したＰＷＭ制御信号（スイッチ駆動信号）をモータ駆動回路（インバータ）４０のスイッチング素子に出力する。これにより、モータ２０が駆動され、目標電流ｉ＊に対応したアシストトルクがステアリング機構１０に付与される。
【００３９】
尚、本実施形態においては、三相ＤＣブラシレスモータを使用しているため、電流フィードバック制御部６１は、モータ２０に設けたモータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍを入力し、この回転角θｍを電気角に変換して、電気角に基づいて目標電流の位相を制御する。
【００４０】
次に、モータ制御量計算部７０の各機能部について詳細説明する。正常時制御量計算部７１は、車速センサ２４により検出される車速Ｖと、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｒとを入力して、図３に示す正常時アシストマップを参照して目標アシストトルクＴａを計算する。正常時アシストマップは、正常時制御量計算部７１に記憶されており、代表的な複数の車速Ｖごとに、操舵トルクＴｒと目標アシストトルクＴａとの関係を設定した関係付けデータであり、操舵トルクＴｒの大きさ（絶対値）が大きくなるほど大きくなり、かつ、車速Ｖが大きくなるほど小さくなる目標アシストトルクＴａを設定する特性を有する。目標アシストトルクＴａは、操舵トルクＴｒの方向に働くように計算される。
【００４１】
尚、目標アシストトルクＴａの計算にあたっては、各種の補償トルクを目標アシストトルクＴａに付加するようにしてもよい。例えば、ステアリング機構１０における摩擦力分を補償する摩擦補償トルクを付加しても良い。また、摩擦分に加えて粘性分を補償する摩擦粘性補償トルクを付加するようにしてもよい。
【００４２】
正常時制御量計算部７１は、異常検出部７３から出力される異常判定フラグＦfailが「０」である場合に、こうした計算処理を所定の短い周期で繰り返し実行し、計算結果である目標アシストトルクＴａをトルク定数で除算した目標電流ｉ１を制御切替部７４に出力する。
【００４３】
異常検出部７３は、操舵トルクセンサ２１の異常の有無を判定する。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）の途中に設けられたトーションバー１２ｔの捩れ角度を検出することにより操舵トルクを計算できるようにしたもので、トーションバー１２ｔの一端の回転角度と他端の回転角度との角度差から捩れ角度を検出する。操舵トルクセンサ２１は、回転角度を検出するためにレゾルバやＭＲセンサ等の回転角センサを備え、操舵トルクＴｒに対応する捩れ角度の計算値に加えて、回転角センサの検出信号もアシストＥＣＵ１００に出力する。尚、回転角センサの検出信号のみをアシストＥＣＵ１００に出力し、アシストＥＣＵ１００で操舵トルクを計算するようにしてもよい。
【００４４】
操舵トルクセンサ２１に設けられた回転角センサは、回転角に応じた電圧信号を出力する。従って、出力信号の電圧値が適正範囲から外れている場合には、回転角センサに断線や短絡が発生したと考えられる。また、例えば、レゾルバのように出力電圧が正弦波状に周期的に変化する回転角センサを使用している場合には、出力電圧が一定値に固定されている場合等においても、断線や短絡が発生したと考えられる。
【００４５】
異常検出部７３は、回転角センサの出力電圧に基づいて、上記のように操舵トルクセンサ２１の異常を検出する（異常の有無を判定する）。そして、操舵トルクセンサ２１の異常判定結果にしたがって、異常判定フラグＦfailを「１」（異常あり）または「０」（異常なし）に設定する。
【００４６】
次に、異常時制御量計算部７２について説明する。上述した正常時制御量計算部７１は、操舵トルクＴｒに基づいて目標電流ｉ１を計算するが、操舵トルクセンサ２１が故障した場合には、目標電流ｉ１を計算することができない。そこで、異常時制御量計算部７２は、操舵トルクセンサ２１の異常が検出された場合に、正常時制御量計算部７１に代わって、目標電流ｉ２を計算する。
【００４７】
異常時制御量計算部７２は、ドライバーによる据え切り操作を検出したときに、その操舵操作方向に一定量だけモータ２０を回転させて操舵アシストし、モータ２０を停止させた後に、モータ２０をタイヤのねじれ分だけ逆回転させ、その後、操舵操作が検出されている場合には、更に一定量だけ操舵操作方向にモータ２０を回転させるように目標電流ｉ２を計算する。車速がゼロまたはゼロ近傍での操舵操作、つまり、据え切り操作を行う場合、操舵アシストがないと操舵操作が困難となる。従来技術のように操舵角に比例させた大きさで操舵アシストを行ってしまうと、低μ路面においては、一旦、操舵ハンドル１１を回動操作すると操舵アシストが働いて、操舵操作をやめても操舵ハンドル１１が回ってしまう。これは、操舵操作の開始後において、ドライバーの操舵操作を適切に検出できていないからである。
【００４８】
そこで、本実施形態においては、操舵アシストを時系列的に分割し、一定量だけ操舵アシストを行う度に、操舵操作が行われているか否かを判断し、操舵操作が検出された場合には、再度、一定量の操舵アシストを再開するようにしている。以下、操舵操作を検出する原理について説明する。
【００４９】
操舵ハンドル１１からタイヤの接地面までのあいだには、弾性要素が存在している。例えば、操舵ハンドル１１と減速機２５との間にはトーションバー１２ｔが弾性要素として存在する。また、減速機２５とタイヤの接地面との間には、タイヤのゴム部分による弾性、ステアリングシャフト１２の下流側部分の弾性、ラックハウジング１５の取付ブッシュなどが弾性要素として存在する。
【００５０】
ドライバーが操舵ハンドル１１に回動操作力を入力したときには弾性要素が変形するため、タイヤの接地面の向きが変わらなくても操舵ハンドル１１を回すことができる。従って、操舵操作の開始時においては、減速機２５に連結されたモータ２０のロータが回される。このため、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍの変化を捉えることで操舵操作を検出することができる。操舵操作により弾性要素が変形した後は、操舵アシストが無い場合には、操舵ハンドル１１をそれ以上回動操作することが難しくなり、減速機２５が回転しなくなる。このため、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍの変化が生じない。従って、ドライバーが操舵ハンドル１１を回動操作入力しているにも関わらず、その操作を検出することができない。一方、従来装置のように操舵角に比例したトルクで操舵アシストを行ってしまうと、今度は、低μ路面では操舵操作をやめても操舵ハンドルが回ってしまうおそれがある。
【００５１】
そこで、本実施形態においては、ドライバーが操舵操作を開始したことを回転角θｍの変化を捉えて検出し、その操舵操作方向に一定量だけモータ２０を回転させて操舵アシストする。そして、モータ２０を停止させた後に、モータ２０を弾性要素の変形分（本実施形態ではタイヤのねじれ分）だけ反操舵操作方向に回転させる。これにより、弾性要素の変形（タイヤのゴム部分のねじれ）が元に戻り、弾性要素は、操舵操作方向に弾性変形可能状態となる。従って、ドライバーが操舵操作を続けていれば、その操作力により弾性要素が変形して減速機２５が操舵操作方向に回転し、これに伴う回転角θｍの変化により、操舵操作を検出することができる。そして、操舵操作を検出した場合には、再度、モータ２０を操舵操作方向に回転させて操舵アシストする。このように、操舵アシストを一定量毎に分割し、各操舵アシストの終了時にモータ２０を逆転させて弾性要素の変形を戻してから操舵操作を検出するという処理を繰り返し行うことで、据え切り時における操舵アシストを可能にしている。
【００５２】
以下、異常時制御量計算部７２の具体的な処理について説明する。図４は、異常時制御量計算部７２の行う異常時モータ制御量演算ルーチンを表す。異常時モータ制御量演算ルーチンは、入力した異常判定フラグＦfailが「１」である場合に、所定の演算周期で繰り返し実施される。
【００５３】
異常時モータ制御量演算ルーチンが起動すると、まず、異常時制御量計算部７２は、ステップＳ１１において、車速Ｖを読み込み、車速Ｖが閾値Ｖref以下であるか否かを判断する。この閾値Ｖrefは、車輪Ｗの転舵に大きな力の必要となる据え切り操作に対応する車速か否かを判別する据え切り判定用車速である。従って、閾値Ｖrefは、ゼロあるいはゼロ近傍値に設定される（例えば、時速０〜２ｋｍ／時）。車速Ｖが閾値Ｖref以下でない場合には、一旦、本ルーチンを終了する。この場合、目標電流ｉ２は、ゼロ（ｉ２＝０）となる。尚、本実施形態においては、トルクセンサ異常時での据え切り操作時における操舵アシスト制御に特徴があるため、ここでは、据え切り操作時における目標電流ｉ２の設定について説明するが、据え切り操作ではない場合には、操舵アシストを行わない構成でもよいし、従来から知られている種々の操舵アシストを行うようにしてもよい。
【００５４】
一方、車速Ｖが閾値Ｖref以下である場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、異常時制御量計算部７２は、ステップＳ１２において、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍを読み込み、右方向あるいは左方向に操舵操作されたか否かを判断する。例えば、一定時間内に回転角θｍが右方向あるいは左方向に操舵判定閾値以上変化したか否かを判断する。操舵操作が検出されなかった場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、一旦、本ルーチンを終了する。
【００５５】
異常時モータ制御量演算ルーチンは、所定の短い演算周期で繰り返される。そして、ステップＳ１２において「Ｙｅｓ」と判定されると、つまり、据え切り操作が検出されると、異常時制御量計算部７２は、その処理をステップＳ１３に進めて、操舵量カウンタの値Σθをリセットする（Σθ＝０）。続いて、異常時制御量計算部７２は、ステップＳ１４において、操舵操作された方向にモータ２０を回転させるための目標電流ｉ２を設定し、この目標電流ｉ２を制御切替部７４に出力する。この目標電流ｉ２は、この実施形態においては、予め一定値に設定されている。従って、モータ２０の回転方向を特定した一定の目標電流ｉ２が出力される。尚、目標電流ｉ２を出力するとは、目標電流ｉ２を表す情報を出力することを意味する。
【００５６】
これにより、モータ制御部６０が目標電流ｉ２にしたがってモータ２０を駆動制御し、モータ２０が一定の操舵アシストトルクを発生する。異常時制御量計算部７２は、続くステップＳ１５において、操舵量カウンタの値である操舵量Σθが予め設定した第１閾値Ａ１以上になったか否かを判断する。操舵量カウンタの値は、モータ２０を駆動してからモータ２０が回転した角度、つまり、モータ２０により操舵アシストした操舵量を表す。操舵アシストの開始時点においては、操舵量Σθがゼロとなっているため、異常時制御量計算部７２は、その処理をステップＳ１４に戻す。こうして、操舵量カウンタにより計測される操舵量Σθが第１閾値Ａ１に到達するまで、モータ２０を操舵操作方向に駆動するための目標電流ｉ２が出力される。
【００５７】
操舵量Σθが第１閾値Ａ１に到達すると（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、異常時制御量計算部７２は、ステップＳ１６において、操舵操作方向とは反対方向にモータ２０を回転させるための目標電流ｉ２を設定し、この目標電流ｉ２を制御切替部７４に出力する。この目標電流ｉ２は、予め一定値に設定されている。本実施形態においては、目標電流ｉ２は、ステップＳ１４において設定される目標電流ｉ２よりも絶対値が小さく設定されるが、必ずしもそのようにする必要はない。これにより、モータ制御部６０が目標電流ｉ２にしたがってモータ２０を反操舵操作方向に駆動制御する。これにより、ステアリング機構１０における弾性要素の変形が戻され始める。
【００５８】
異常時制御量計算部７２は、続くステップＳ１７において、操舵量カウンタにより計測される操舵量Σθが第２閾値Ａ２（＜Ａ１）以下になったか否かを判断する。モータ２０を逆回転させた場合には、操舵量カウンタにより計測される操舵量Σθはディクリメントされていく。モータ２０を逆回転させた直後は、まだ、操舵量Σθが第２閾値Ａ２以下にまで低下していないため、異常時制御量計算部７２は、その処理をステップＳ１６に戻す。従って、操舵量カウンタにより計測される操舵量Σθが第２閾値Ａ２に到達するまで、モータ２０を反操舵操作方向に駆動するための目標電流ｉ２が出力される。
【００５９】
この第２閾値Ａ２は、タイヤのねじれ分が元に戻るタイミングを設定したものである。つまり、第１閾値Ａ１から第２閾値Ａ２を減算した値（Ａ１−Ａ２）が、タイヤのねじれ分を元に戻すために必要な反操舵操作方向の操舵量となっている。従って、ステップＳ１６，Ｓ１７の処理を繰り返し実行することにより、タイヤのねじれ分が戻される。こうして、操舵量Σθが第２閾値Ａ２以下にまで低下すると、異常時制御量計算部７２は、ステップＳ１８において、目標電流ｉ２をゼロに設定する（ｉ２＝０）。これによりモータ２０の反操舵操作方向への駆動が停止される。この場合、車輪Ｗが反操舵操作方向に転舵されることなく、タイヤのねじれ分が元に戻される。
【００６０】
異常時制御量計算部７２は、ステップＳ１８の処理が完了すると、一旦、本ルーチンを終了する。そして、所定の短い演算周期で同様の処理を実行する。１演算周期後に本ルーチンが起動した場合、タイヤのねじれ分が元に戻されているため、ドライバーが操舵ハンドル１１に操舵操作力を入力していれば、その力によりタイヤが操舵操作方向に弾性変形してモータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍが変化する。従って、ステップＳ１２において、ドライバーの操舵操作を検出することができる。このため、ステップＳ１３以降の処理により操舵アシストを再開させることができる。
【００６１】
このように、本ルーチンによれば、据え切り操作時においては、一定量の操舵アシストを行った後、モータ２０を逆回転させてタイヤを含めたステアリング機構１０における弾性要素の変形を戻すことにより、ドライバーの操舵操作を検出できる状態にし、その状態から操舵操作が検出された場合に操舵アシストを再開させる。つまり、操舵操作の検出→操舵アシスト→弾性要素の変形戻し→操舵操作の検出→操舵アシスト・・という処理をサイクリックに繰り返す。従って、据え切り操作が行われた場合であっても、ドライバーが操舵操作を行っているあいだ操舵アシストを行うことができる。
【００６２】
ここで、異常時モータ制御量演算ルーチンが実行されたときの動作について図５を用いて説明する。尚、説明に際して、３つの角度θ１，θ２，θ３を定義する。図１に示すように、操舵ハンドル１１の角度（回転位置）をθ１、操舵トルクセンサ２１の下流側となる減速機２５の角度（入力側の回転位置）をθ２、タイヤの接地面の切れ角にギヤ比を乗算した値、つまり、タイヤの接地面の切れ角を操舵ハンドル１１の角度に換算した角度をθ３とする。θ２は、モータ回転角θｍと一対一に対応したものとなる。
【００６３】
図５に示すように、時刻ｔ１にてドライバーにより操舵ハンドル１１が回動操作されると、それに遅れて減速機２５が回転し始める。この減速機２５の回転によりモータ２０のロータが回される。そして、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍの変化量が操舵判定閾値に達した時刻ｔ２にて、異常時制御量計算部７２は、操舵操作が行われたことを検出する（Ｓ１２：Ｙｅｓ）。これにより、モータ２０に目標電流ｉ＊が流れて、モータ２０が操舵操作方向に一定のアシストトルクを発生する。こうして、タイヤの接地面の切れ角が増加していく。
【００６４】
モータ２０の駆動により減速機２５が回転し、その角度θ２が第１閾値Ａ１’に達するまでモータ２０が駆動される。尚、第１閾値Ａ１’は、モータ回転角θｍの閾値である第１閾値Ａ１を、減速機２５の回転角に換算した角度を表す。同様に、図中の第２閾値Ａ２’は、モータ回転角θｍの閾値である第２閾値Ａ２を、減速機２５の回転角に換算した角度を表す。この例においては、操舵アシストの途中で、減速機２５の角度θ２が操舵ハンドル１１の角度θ１を上回るようになるため、ドライバーの操舵トルクの方向が反転する。そして、減速機２５の角度θ２が第１閾値Ａ１’に達した時刻ｔ３において（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、モータ２０に反操舵操作方向となる目標電流ｉ＊が流れて、モータ２０が反操舵操作方向のトルクを発生する。これにより、減速機２５の角度θ２が減少していく。このとき、タイヤのねじれ分が戻されていく。そして、減速機２５の角度θ２が第２閾値Ａ２’にまで低下すると、つまり、減速機２５が角度（Ａ１’−Ａ２’）だけ反操舵操作方向に回転すると、モータ２０への通電が停止される（時刻ｔ４：Ｓ１８）。この時点においては、タイヤのねじれ分が元に戻されているため、ドライバーにとって操舵ハンドル１１を回動操作することができる状態になっている。
【００６５】
ドライバーの操舵操作力が継続して操舵ハンドル１１に入力されていると、操舵ハンドル１１が操舵操作方向に回転し、減速機２５が操舵操作方向に回転する。そして、時刻ｔ４から減速機２５の回転した角度が閾値を超えた時刻ｔ５において、異常時制御量計算部７２は、操舵操作が行われたことを検出する（Ｓ１２：Ｙｅｓ）。これにより、モータ２０に目標電流ｉ＊が流れて、モータ２０が操舵操作方向に一定のアシストトルクを発生する。
【００６６】
このように、本実施形態においては、一定量だけ操舵アシストを行う度に、タイヤのねじれ分だけ元に戻すことによって操舵操作が行われているか否かを判断できる状態にし、その状態で操舵操作が検出された場合には、再度、一定量の操舵アシストを行うといった処理を繰り返す。従って、操舵トルクセンサ２１に異常が発生した場合であっても、適切な据え切り操作が可能となる。
【００６７】
＜変形例１＞
上述した実施形態においては、モータ回転角センサ２３により検出される回転角θｍに基づいて、ドライバーが操舵ハンドル１１に入力した操舵操作（操作方向、操舵操作量）を検出しているが、それに代えて、例えば、ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）の回転角を検出する操舵角センサを設けて操舵ハンドル１１の操舵操作を直接的に検出する構成であってもよい。この場合、操舵角センサは、操舵トルクセンサ２１よりも操舵ハンドル１１側に設けられるものに限らず、減速機２５側に設けられるものであってもよい。
【００６８】
＜変形例２＞
上述した実施形態においては、ドライバーの操舵操作の検出を、一定時間内におけるモータ回転角θｍの変化量が閾値以上であるか否かを判断して行っているが、それに代えて、例えば、操舵操作速度が閾値以上になったときに、ドライバーの操舵操作が行われたと判断するようにしてもよい。この場合、操舵操作速度は、モータ回転角速度（モータ回転角θｍの時間微分値）に限らず、操舵角センサを設けている場合には、操舵角速度（操舵角の時間微分値）を用いることもできる。
【００６９】
＜変形例３＞
上述した実施形態においては、モータ２０を操舵操作方向に回転させる一回の操舵量が一定値に設定されているが（モータ回転角θｍにおける第１閾値Ａ１）、一回の操舵量を可変にするようにしてもよい。例えば、ドライバーにとって速く操舵したい場合には、一回の操舵量（Ａ１）を大きくするようにするとよい。この場合、ステップＳ１２において、操舵操作を検出したときに、その操舵速度（モータ回転角速度、あるいは、操舵ハンドル１１の操舵角速度）を計算し、操舵速度が速いほど大きな値となる第１閾値Ａ１を設定する処理をステップＳ１２とステップＳ１３との間に組み込めばよい。例えば、図６に示すような閾値マップを異常時制御量計算部７２に記憶しておき、この閾値マップを参照して、操舵速度に対する第１閾値Ａ１を設定するようにすればよい。これによれば、一層スムーズな操舵アシストを行うことができる。
【００７０】
＜変形例４＞
上述した実施形態においては、ステップＳ１４において設定される目標電流ｉ２が一定値となっているが、目標電流ｉ２を可変にするようにしてもよい。例えば、ドライバーにとって速く操舵したい場合には、目標電流ｉ２を大きくするようにするとよい。この場合、ステップＳ１２において、操舵操作を検出したときに、操舵速度（モータ回転角速度、あるいは、操舵ハンドル１１の操舵角速度）を計算し、操舵速度が速いほど大きな値となる目標電流ｉ２を設定する処理をステップＳ１２とステップＳ１３との間に組み込めばよい。例えば、図７に示すような目標電流マップを異常時制御量計算部７２に記憶しておき、この目標電流マップを参照して、操舵速度に対する目標電流ｉ２を設定するようにすればよい。これによれば、一層スムーズな操舵アシストを行うことができる。
【００７１】
＜変形例５＞
上述した実施形態においては、モータ２０を操舵操作方向に回転させる一回の操舵量を、回転角度（角度の積算値：Ａ１）で設定しているが、一回の操舵量は、回転角度で設定するものに限るものではない。例えば、一回の操舵量を、モータ２０の駆動開始からの経過時間により設定するようにしてもよい。つまり、モータ２０を操舵操作方向に起動して設定時間経過したときにモータ２０を停止させるようにしてもよい。これによっても一回の操舵量を設定することができる。また、例えば、一回の操舵量を、モータ２０の駆動開始からモータ回転速度が予め設定した設定速度に到達するまでの時間により設定してもよい。つまり、モータ２０を操舵操作方向に起動してモータ回転速度が予め設定した設定速度に到達したときにモータ２０を停止させるようにしてもよい。これによっても、一回の操舵量を設定することができる。
【００７２】
同様に、モータ２０を反操舵操作方向に回転させる一回の操舵量に関しても、回転角度（角度の積算値：Ａ１−Ａ２）で設定するものに限るものではない。例えば、一回の操舵量を、モータ２０の駆動開始からの経過時間により設定するようにしてもよいし、モータ２０の駆動開始からモータ回転速度が予め設定した設定速度に到達するまでの時間により設定してもよい。
【００７３】
＜変形例６＞
上述した実施形態においては、モータ２０として三相ブラシレスモータを使用しているため、モータ回転角センサ２３を備えているが、例えば、ブラシ付モータを使用した場合には、モータ回転角センサ２３を備えていないことが多い。この場合、ステップＳ１２における操舵操作の検出については、例えば、モータ端子間に発生する逆起電圧を測定することによりモータ回転速度および回転方向を推定することができる。従って、この回転速度が予め設定した閾値を超えたときに、操舵操作が行われたと判定するようにすればよい。モータ回転速度は、逆起電圧を逆電圧定数で除算することにより検出することができる。
【００７４】
また、ステップＳ１５あるいはステップＳ１７において判定するモータ２０を停止させるタイミングについては、変形例５にて説明したように、設定時間の経過、あるいは、設定速度への到達タイミングを用いればよい。モータ回転速度は、逆起電圧を計算することにより求められる。この変形例６によれば、モータ回転角センサ２３を備えていないブラシ付モータを使用した場合においても、操舵角センサを設けずに異常時モータ制御量演算ルーチンを実行することができる。従って、低コストにて実施することが可能となる。
【００７５】
＜変形例７＞
ストロークエンド付近（最大舵角付近）から操舵操作が行われた場合には、ステップＳ１４〜Ｓ１５において、ストロークエンド当たりにより、モータ２０を第１閾値Ａ１まで回転させることができないケースが考えられる。そこで、例えば、ステップＳ１４において、モータ２０を操舵操作方向に駆動する場合に、上限時間を設けておいて、モータ２０の駆動開始から上限時間経過しても操舵量カウンタの値Σθが第１閾値Ａ１に到達しない場合には、強制的にモータ２０を反転駆動または停止させるようにするとよい。これによれば、モータ２０の過熱を防止することができる。
【００７６】
以上、本実施形態および変形例にかかる車両の電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態および変形例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。
【００７７】
例えば、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。
【００７８】
また、本実施形態においては、車速を検出する車速検出手段（ステップＳ１１）を設け、車速がゼロあるいはゼロ近傍であって操舵ハンドル１１の操舵操作が検出されたときに、操舵アシストを行うようにしているが、ステップＳ１１の処理を設けない構成であっても可能である。
【００７９】
また、上記変形例１〜７を任意に組み合わせるように構成することもできる。
【符号の説明】
【００８０】
１…電動パワーステアリング装置、１０…ステアリング機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１２ｔ…トーションバー、２０…モータ、２１…操舵トルクセンサ、２３…モータ回転角センサ、２４…車速センサ、２５…減速機、４０…モータ駆動回路、５０…電子制御回路、６０…モータ制御部、７０…モータ制御量計算部、７１…正常時制御量計算部、７２…異常時制御量計算部、７３…異常検出部、７４…制御切替部、１００…アシストＥＣＵ、Ｗfl…左前輪、Ｗfr…右前輪。
【図１】
2014000930.tif 000003
【図２】
2014000930.tif 000004
【図３】
2014000930.tif 000005
【図４】
2014000930.tif 000006
【図５】
2014000930.tif 000007
【図６】
2014000930.tif 000008
【図７】
2014000930.tif 000009