(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操向のために操作される操作部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵輪を転舵するための舵取り機構が転舵用モータによって駆動される車両用操舵装置であって、
前記操作部材の操作角および操作角速度を検出するための角度センサと、
前記転舵輪の転舵角を検出するための転舵角センサと、
車速を検出するための車速検出手段と、
前記角度センサの出力値から目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段と、
前記目標転舵角と前記転舵角センサによって検出される転舵角とを用いて、前記転舵用モータをフィードバック制御する制御手段とを含み、
前記目標転舵角演算手段は、
前記操作部材の操作角速度を検出できるが前記操作部材の操作角を検出できない部分的故障が前記角度センサに発生したか否かを判定するセンサ故障判定部と、
前記角度センサに部分的故障が発生したと前記センサ故障判定部が判定していないときには、前記角度センサの出力値から求まる操作角を用いて目標転舵角を演算し、前記角度センサに部分的故障が発生したと前記センサ故障判定部が判定したときには、前記転舵用モータの回転方向が判定直前のまま継続しているものとして、判定直前の目標転舵角と前記車速検出手段によって検出された車速とを用いてその回転方向への目標転舵角を演算し、その後、操作角速度の絶対値が閾値を超える度に、前記転舵用モータの回転方向が反転したとして、その直前の目標転舵角と前記車速検出手段によって検出された車速とを用いてその反転方向への目標転舵角を演算する演算手段とを含む、車両用操舵装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記車速検出手段によって検出される車速に応じて前記閾値を変更させる手段を含む、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、操向のために操作される操作部材と舵取り機構とが機械的に結合されておらず、転舵用モータによって舵取り機構が駆動される車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作部材としてのステアリングホイールと舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作角を角度センサによって検出するとともに、そのセンサ出力に応じて制御される転舵用モータ（操舵用アクチュエータ）の駆動力を舵取り機構に伝達するようにしたステア・バイ・ワイヤシステムが提案されている。
ステア・バイ・ワイヤシステムにおいては、ステアリングホイールと舵取り機構との機械的な連結がないので、車両衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるとともに、舵取り機構の構成を簡素化および軽量化することができる。また、ステアリングホイールの配置位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダル等の他の操作手段の採用も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平10-278826号公報
【特許文献２】特開2004-90784号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記ステア・バイ・ワイヤシステムでは、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に結合されていないため、転舵用モータ、ステアリングホイールの操作角を検出するための角度センサ等の電気機器が故障すると、操舵制御を行えなくなる。そこで、転舵用モータ、角度センサ等の電気機器を複数設けておき、ある電気機器が故障したときには、その電気機器に代わりに他の故障していない電気機器を用いることにより、操舵不能となるのを回避できるようにしたものが提案されている。しかしながら、このような構成では、各電気機器を複数設ける必要があるため、コストが高くなる。
【０００５】
この発明の目的は、操作部材の操作角を検出するための角度センサに、操作角速度を検出できるが操作角を検出できないような部分的故障が発生した場合でも、操作部材の操作角を検出するための他の角度センサを用いることなく、簡易的に操舵制御が行なえるようになる車両用操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操向のために操作される操作部材（２）と舵取り機構（６）とが機械的に結合されておらず、転舵輪（５）を転舵するための舵取り機構が転舵用モータ（３）によって駆動される車両用操舵装置（１）であって、記操作部材の操作角および操作角速度を検出するための角度センサ（１１）と、前記転舵輪の転舵角を検出するための転舵角センサ（１３）と、車速を検出するための車速検出手段（１４）と、前記角度センサの出力値から目標転舵角を演算する目標転舵角演算手段（４１〜４５、５５）と、前記目標転舵角と前記転舵角センサによって検出される転舵角とを用いて、前記転舵用モータをフィードバック制御する制御手段（４６〜５４）とを含み、前記目標転舵角演算手段は、前記操作部材の操作角速度を検出できるが前記操作部材の操作角を検出できない部分的故障が前記角度センサに発生したか否かを判定するセンサ故障判定部（５５）と、前記角度センサに部分的故障が発生したと前記センサ故障判定部が判定していないときには、前記角度センサの出力値から求まる操作角を用いて目標転舵角を演算し、前記角度センサに部分的故障が発生したと前記センサ故障判定部が判定したときには、前記転舵用モータの回転方向が判定直前のまま継続しているものとして、判定直前の目標転舵角と前記車速検出手段によって検出された車速とを用いてその回転方向への目標転舵角を演算し、その後、操作角速度の絶対値が閾値を超える度に、前記転舵用モータの回転方向が反転したとして、その直前の目標転舵角と前記車速検出手段によって検出された車速とを用いてその反転方向への目標転舵角を演算する演算手段（４１〜４５）とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００７】
この構成では、操作角速度を検出できるが操作角を検出できないような部分的故障が角度センサに発生した場合でも、操作部材の操作角を検出するための他の角度センサを用いることなく、簡易的に操舵制御が行なえるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記演算手段は、前記車速検出手段によって検出される車速に応じて前記閾値を変更させる手段を含む、請求項１に記載の車両用操舵装置である。この構成では、角度センサに部分的故障が発生しているときに、例えば車速が速いほど閾値を小さくすることができる。これにより、車速が速いほど転舵用モータの回転方向を反転させやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。
【図２】図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、転舵用モータの構成を説明するための図解図である。
【図４】図４は、転舵用モータ制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、第２の目標転舵演算部の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、反力モータ制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図であり、ステア・バイ・ワイヤシステムの構成が示されている。
この車両用操舵装置１は、運転者が操向のために操作する操作部材としてステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転操作に応じて駆動される転舵用モータ（操舵用アクチュエータ）３と、転舵用モータ３の駆動力を、舵取り車輪としての前方左右車輪５に伝達するステアリングギヤ４とを備えている。ステアリングホイール２と、転舵用モータ３等を含む舵取り機構６との間には、ステアリングホイール２に加えられた操作トルクが舵取り機構６に機械的に伝達されるような機械的な結合はなく、ステアリングホイール２の操作量（操作角または操作トルク）に応じて転舵用モータ３が駆動制御されることによって、車輪５が転舵されるようになっている。
【００１３】
転舵用モータ３は、ブラシレスモータ等の電動モータにより構成されている。この実施形態では、転舵用モータ３は、ブラシレスモータによって構成されている。転舵用モータ３には、転舵用モータ３のロータの回転角を検出するためのレゾルバ等の回転角センサ２１が設けられている。
ステアリングギヤ４は、転舵用モータ３の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動（車両左右方向の直線運動）に変換する運動変換機構を有する。ステアリングロッド７の動きがタイロッド８およびナックルアーム９を介して車輪５に伝達され、車輪５のトー角（転舵角）が変化する。つまり、舵取り機構６は、転舵用モータ３、ステアリングギヤ４、ステアリングロッド７、タイロッド８およびナックルアーム９から構成されている。ステアリングギヤ４は、公知のものを用いることができ、転舵用モータ３の動きを転舵角が変化するように車輪５に伝達できれば構成は限定されない。
【００１４】
この実施形態では、転舵用モータ３が正転方向に回転されると、左方向に車両を換向させる方向（左転舵方向）に車輪５の転舵角が変化し、転舵用モータ３が逆転方向に回転されると、右方向に車両を換向させる方向（右転舵方向）に車輪５の転舵角が変化するものとする。なお、転舵用モータ３が駆動されていない状態では、車輪５がセルフアライメントトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアライメントが設定されている。
【００１５】
ステアリングホイール２は、車体側に回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール２に作用する反力トルク（操作反力）を発生する反力モータ（反力アクチュエータ）１９が設けられている。この反力モータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成されている。この実施形態では、反力モータ１９は、ブラシレスモータによって構成されている。反力モータ１９には、反力モータ１９のロータの回転角（ロータ角）を検出するためのレゾルバ等の回転角センサ２２が設けられている。
【００１６】
車体と回転シャフト１０との間には、ステアリングホイール２を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材１５が設けられている。この弾性部材１５は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。反力モータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していないとき、ステアリングホイール２は、弾性部材１５の弾力により、直進操舵位置に復帰する。
【００１７】
ステアリングホイール２の操作角（回転角）δｈ等を検出するために、回転シャフト１０の回転角を検出するための角度センサ１１が設けられている。この実施形態では、角度センサ１１は、回転シャフト１０の回転変位量に応じて互いに位相が異なる２種類のパルス列（Ａ相出力信号およびＢ相出力信号）を出力する光学式ロータリーエンコーダである。
【００１８】
また、運転者がステアリングホイール２に作用させる操舵トルクＴｈを検出するために、回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。さらに、車両の舵角（車輪５の転舵角）δを検出するための転舵角センサ１３が備えられている。転舵角センサ１３は、例えば、転舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。転舵角センサ１３は、例えば、転舵角検出開始時の車輪４の転舵角度位置を基準位置をとして、基準位置からの車輪４の転舵角変化量を転舵角δとして検出する。この実施形態では、左転舵方向に車輪４が転舵されると転舵角δは増加し、右転舵方向に車輪４が転舵されると転舵角δは減少するものとする。したがって、転舵用モータ３が正転方向に回転されると転舵角δは増加し、転舵用モータ３が逆転方向に回転されると転舵角δは減少する。また、車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。
【００１９】
角度センサ１１、トルクセンサ１２、速度センサ１４および回転角センサ２１，２２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０にそれぞれ接続されている。ＥＣＵ３０は、転舵用モータ３および反力モータ１９を制御する。
図２は、ＥＣＵ３０の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、転舵用モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、転舵用モータ３に流れるモータ電流を検出する電流検出部３３と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、反力モータ１９に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３４と、反力モータ１９に流れるモータ電流を検出する電流検出部３５とを備えている。
【００２０】
マイクロコンピュータ３１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、転舵用モータ３を制御するための転舵用モータ制御部４０と、反力モータ１９を制御するための反力モータ制御部７０とを備えている。
【００２１】
転舵用モータ制御部４０は、通常時には、速度センサ１４によって検出される車速Ｖ、角度センサ１１の出力信号に基づいて検出される操作角δｈおよび転舵角センサ１３によって検出される転舵角δに基づいて、駆動回路３２を介して転舵用モータ３を駆動することによって、操舵状況に応じた操舵制御を実現する。また、転舵用モータ制御部４０は、角度センサ１１に後述するような部分的故障が発生したときには、速度センサ１４によって検出される車速Ｖ、角度センサ１１の出力信号に基づいて検出される操作角速度ωｈ等に基づいて、駆動回路３２を介して転舵用モータ３を駆動することによって、簡易的な操舵制御を実現する。
【００２２】
反力モータ制御部７０は、速度センサ１４によって検出される車速Ｖ、角度センサ１１の出力信号に基づいて検出される操作角δｈおよびトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｈに基づいて、駆動回路３４を介して反力モータ１９を駆動することによって、操舵状況に応じた反力制御を実現する。
転舵用モータ３は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。転舵用モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００２３】
各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１００とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（ロータ角（電気角））θ-Ｓは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θ-Ｓに従う実回転座標系である。このロータ角θ-Ｓを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。
【００２４】
反力モータ１９は、例えば三相ブラシレスモータからなり、転舵用モータ３と同様な構造を有している。
図４は、転舵用モータ制御部４０の構成を示すブロック図である。
転舵用モータ制御部４０は、操作角検出部４１と、操作角速度検出部４２と、第１の目標転舵角演算部４３と、第２の目標転舵角演算部４４と、角度切換部４５と、角度偏差演算部４６と、ＰＩ（比例積分）制御部４７と、電流指令値生成部４８と、電流偏差演算部４９と、ＰＩ（比例積分）制御部５０と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部５１と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部５２と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５３と、回転角演算部５４と、センサ故障判定部５５とを含む。
【００２５】
操作角検出部４１は、角度センサ１１の出力信号に基づいてステアリングホイール２（回転シャフト１０）の操作方向（回転方向（正転／逆転））を検出するとともに、ステアリングホイール２の操作角δｈを検出する。この実施形態では、左方向への操舵を行う場合にはステアリングホイール２は正転方向（運転者側から見て反時計方向）に回転操作され、右方向への操舵を行なう場合にはステアリングホイール２は逆転方向（運転者側から見て時計方向）に回転操作されるものとする。
【００２６】
操作角検出部４１は、例えば、操作角検出開始時点でのステアリングホイール２の回転角度位置を基準位置とし、基準位置からのステアリングホイール２の回転量を操作角δｈとして検出する。この実施形態では、ステアリングホイール２が正転方向（左操舵方向）に回転されると操作角δｈは増加し、ステアリングホイール２が逆転方向（右操舵方向）に回転されると操作角δｈは減少するものとする。操作角検出部４１によって検出されたステアリングホイール２の操作角δｈは、第１の目標転舵角演算部４３に与えられる。操作角検出部４１によって検出されたステアリングホイール２の操作方向（以下、「操作方向検出値」という）は、センサ故障判定部５５に与えられる。
【００２７】
操作角速度検出部４２は、角度センサ１１のＡ相出力信号またはＢ相出力信号に基づいてステアリングホイール２の操作角速度ωｈを検出するものである。具体的には、操作角速度検出部４２は、Ａ相出力信号またはＢ相出力信号のパルスを一定期間間隔にカウントすることにより、操作角速度ωｈを検出する。操作角速度検出部４２によって検出されるステアリングホイール２の操作角速度ωｈは、第２の目標転舵角演算部４４に与えられる。
【００２８】
第１の目標転舵角演算部４３は、所定の伝達関数Ｋδ（Ｖ）を用いて、操作角検出部４１によって検出される操作角δｈおよび速度センサ１４によって検出される車速Ｖに応じた第１の目標転舵角δ１＊を演算するものである。第１の目標転舵角演算部４３によって演算された第１の目標転舵角δ１＊は、センサ故障判定部５５に与えられるとともに角度切換部４５に与えられる。  
【００２９】
第２の目標転舵角演算部４４は、操作角速度検出部４２によって検出される操作角速度ωｈ、速度センサ１４によって検出される車速Ｖ等に基づいて、第２の目標転舵角δ２＊を演算するものである。第２の目標転舵角演算部４４によって演算された第２の目標転舵角δ２＊は、角度切換部４５に与えられる。
角度切換部４５は、第１の目標転舵角演算部４３によって演算される第１の目標転舵角δ１＊と、第２の目標転舵角演算部４４によって演算される第２の目標転舵角δ２＊とのうちのいずれか一方を選択して、目標転舵角δ＊として出力するものである。角度切換部４５から出力される目標転舵角δ＊は、角度偏差演算部４６に与えられる。
【００３０】
センサ故障判定部５５は、操作角速度ωｈを検出できるが操作角δｈを検出できないような部分的故障が、角度センサ１１に発生したか否かを判定する。具体的には、センサ故障判定部５５は、角度センサ１１のＡ相出力信号およびＢ相出力信号を監視し、両出力信号のいずれか一方が異常となったときに、角度センサ１１に部分的故障が発生したと判定する。なお、角度センサ１１のＡ相出力信号およびＢ相出力信号の両方が異常となったときには、センサ故障判定部５５は、角度センサ１１に操作角および操作角速度の両方を検出できない故障が発生したと判定し、転舵用モータ制御部４０の動作を停止させる。
【００３１】
センサ故障判定部５５は、角度センサ１１に部分的故障が発生したと判定したときには、制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り換えるためのモード切換指令を生成する。つまり、センサ故障判定部５５は、角度センサ１１の部分的故障が生じていないと判定している場合（通常時）には、制御モードを第１制御モードに設定する。一方、角度センサ１１の部分的故障が生じていると判定した場合（部分的故障時）には、センサ故障判定部５５は、制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切換える。
【００３２】
センサ故障判定部５５からのモード切換指令は、角度切換部４５、操作角速度検出部４２および第２の目標転舵角演算部４４に与えられる。角度切換部４５は、第１制御モードにおいては、第１の目標転舵角δ１＊を選択して目標転舵角δ＊として出力する。一方、第２制御モードにおいては、角度切換部４５は、第２の目標転舵角δ２＊を選択して目標転舵角δ＊として出力する。
【００３３】
また、センサ故障判定部５５は、角度センサ１１の部分的故障を検出したときには、角度センサ１１のＡ相出力信号とＢ相出力信号のうちのいずれが異常であるかを示す異常信号識別信号を、モード切換指令とともに操作角速度検出部４２に与える。操作角速度検出部４２は、センサ故障判定部５６からのモード切換指令および異常信号識別信号を受信すると、角度センサ１１のＡ相出力信号とＢ相出力信号のうち正常な一方の出力信号に基づいて、操作角速度ωｈを検出する。
【００３４】
また、センサ故障判定部５５は、制御モードが第１制御モードであるときに、操作角検出部４１から与えられる操作方向検出値および第１の目標転舵角演算部４３から与えられる第１の目標転舵角δ１＊をメモリに記憶する。メモリには、所定期間分の操作方向検出値および第１の目標転舵角δ１＊が記憶されるようになっている。センサ故障判定部５５は、角度センサ１１の部分的故障を検出したときには、角度センサ１１の部分的故障を検出する直前に回転方向検出部４２によって検出された操作方向検出値および第１の目標転舵角演算部４３によって演算された第１の目標転舵角δ１＊を、第２の目標転舵角演算部４４に与える。
【００３５】
第２の目標転舵角演算部４４は、センサ故障判定部５５からのモード切換指令とともに、ステアリングホイール２の操作方向および第１の目標転舵角δ１＊を受信すると、受信した操作方向および第１の目標転舵角δ１＊と、操作角速度検出部４２によって検出される操作角速度ωｈと、速度センサ１４によって検出される車速Ｖとに基づいて、第２の目標転舵角δ２＊を演算する。第２の目標転舵角演算部４４の動作の詳細については後述する。
【００３６】
回転角演算部５４は、回転角センサ２１の出力信号に基づいて、転舵用モータ３のロータの回転角（電気角。以下、「ロータ角θＳ」という。）を演算する。
角度偏差演算部４６は、角度切換部４５から出力される目標転舵角δ＊と、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δとの偏差を演算する。ＰＩ制御部４７は、角度偏差演算部４６によって演算された角度偏差に対するＰＩ演算を行なう。
【００３７】
電流指令値生成部４８は、ＰＩ制御部４７の演算結果に基づいて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として生成する。具体的には、電流指令値生成部４８は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Ｉｄｑ＊」という。）を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部４８は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を有意値とする一方で、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を零とする。より具体的には、電流指令値生成部４８は、ＰＩ制御部４７の演算結果に基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。電流指令値生成部４８によって生成された二相電流指令値Ｉｄｑ＊は、電流偏差演算部４９に与えられる。
【００３８】
電流検出部３３は、転舵用モータ３のＵ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶおよびＷ相電流ＩＷ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流ＩＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３３によって検出された三相検出電流ＩＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５３に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部５３は、電流検出部３３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ＩＵＶＷ（Ｕ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶおよびＷ相電流ＩＷ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流ＩｄおよびＩｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部４９に与えられるようになっている。ＵＶＷ／ｄｑ変換部５３における座標変換には、回転角演算部５４によって演算されたロータ角θＳが用いられる。
【００３９】
電流偏差演算部４９は、電流指令値生成部４８によって生成される二相電流指令値Ｉｄｑ＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５３から与えられる二相検出電流Ｉｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部４９は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に対するｄ軸検出電流Ｉｄの偏差およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に対するｑ軸検出電流Ｉｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部５０に与えられる。
【００４０】
ＰＩ制御部５０は、電流偏差演算部４９によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、転舵用モータ３に印加すべき二相電圧指令値Ｖｄｑ＊（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊）を生成する。この二相電圧指令値Ｖｄｑ＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部５１に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部５１は、二相電圧指令値Ｖｄｑ＊を三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部５４によって演算されたロータ角θＳが用いられる。三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊は、Ｕ相電圧指令値ＶＵ＊、Ｖ相電圧指令値ＶＶ＊およびＷ相電圧指令値ＶＷ＊からなる。この三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊は、ＰＷＭ制御部５２に与えられる。
【００４１】
ＰＷＭ制御部５２は、Ｕ相電圧指令値ＶＵ＊、Ｖ相電圧指令値ＶＶ＊およびＷ相電圧指令値ＶＷ＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３２に供給する。
駆動回路３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部５２から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値ＶＵＶＷ＊に相当する電圧が転舵用モータ３の各相のステータ巻線１０１，１０２、１０３に印加されることになる。
【００４２】
角度偏差演算部４６およびＰＩ制御部４７は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、車輪５の転舵角δが、目標転舵角δ＊に近づくように制御される。また、電流偏差演算部４９およびＰＩ制御部５０は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、転舵用モータ３に流れるモータ電流が、電流指令値生成部４８によって生成された二相電流指令値Ｉｄｑ＊に近づくように制御される。
【００４３】
図５は、第２の目標転舵角演算部４４の動作を示すフローチャートである。
第２の目標転舵角演算部４４は、センサ故障判定部５５から、モード切換指令とともに、角度センサ１１の部分的故障が検出される直前の操作方向検出値および第１の目標転舵角δ１＊を受信すると（ステップＳ１）、受信した第１の目標転舵角δ１＊を第２の目標転舵角の前回値δ２ｎ−１＊として設定する（ステップＳ２）。
【００４４】
次に、第２の目標転舵角演算部４４は、受信した操作方向検出値に基づいて、転舵用モータ３を回転させるべき回転方向（以下、「転舵用モータ３の回転方向」という。）を決定する（ステップＳ３）。つまり、第２の目標転舵角演算部４４は、転舵方向を決定する。具体的には、第２の目標転舵角演算部４４は、受信した操作方向検出値が正転方向（左操舵方向）を表している場合には、転舵用モータ３の回転方向を正転方向（左転舵方向）に決定し、受信した操作方向検出値が逆転方向（右操舵方向）を表している場合には、転舵用モータ３の回転方向を逆転方向（右転舵方向）に決定する。これにより、転舵用モータ３の回転方向（転舵方向）は、角度センサ１１に部分的故障が発生する直前の操舵方向に対応した方向に決定される。
【００４５】
転舵用モータ３の回転方向が正転方向（左転舵方向）に決定された場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、第２の目標転舵角演算部４４は、転舵用モータ３の回転方向（転舵方向）を記憶するためのフラグＦをセット（Ｆ＝１）する（ステップＳ５）。そして、第２の目標転舵角演算部４４は、次式(1)に基づいて、第２の目標転舵角の今回値δ２ｎ＊を演算して、角度切換部４５に与える（ステップＳ６）。そして、ステップＳ９に移行する。
【００４６】
δ２ｎ＊＝δ２ｎ−１＊＋α（Ｖ）      …(1)
前記式(1)において、α（Ｖ）（＞０）は、転舵速度を制御するための転舵速度制御値であり、車速Ｖに応じて変更される。具体的には、車速Ｖが大きいほど転舵速度制御値α（Ｖ）は小さな値に設定される。これにより、車速Ｖが大きいほど転舵速度が遅くされる。転舵速度制御値α（Ｖ）は、転舵角速度が例えば９０deg／sを中心とした所定範囲内の速度となるような値に設定される。前記式(1)に基づいて第２の目標転舵角δ２ｎ＊が演算される場合には、第２の目標転舵角δ２ｎ＊は増加するため、転舵用モータ３は、正転方向（左転舵方向）に、転舵速度制御値α（Ｖ）の大きさに応じた回転速度で回転されることになる。
【００４７】
前記ステップＳ３において、転舵用モータ３の回転方向が逆転方向（右転舵方向）に決定された場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、第２の目標転舵角演算部４４は、フラグＦをリセット（Ｆ＝０）する（ステップＳ７）。そして、第２の目標転舵角演算部４４は、次式(2)に基づいて、第２の目標転舵角の今回値δ２ｎ＊を演算して、角度切換部４５に与える（ステップＳ８）。そして、ステップＳ９に移行する。
【００４８】
δ２ｎ＊＝δ２ｎ−１＊−α（Ｖ）      …(2)
前記式(2)に基づいて第２の目標転舵角δ２ｎ＊が演算される場合には、第２の目標転舵角δ２ｎ＊は減少するため、転舵用モータ３は、逆転方向（右転舵方向）に、転舵速度制御値α（Ｖ）の大きさに応じた回転速度で回転されることになる。
ステップＳ９では、第２の目標転舵角演算部４４は、操作角速度検出部４２によって検出される操作角速度ωｈの絶対値｜ωｈ｜が、閾値β（Ｖ）より大きいか否かを判別する。閾値β（Ｖ）（＞０）は、車速Ｖに応じて変更される。具体的には、車速Ｖが大きいほど閾値β（Ｖ）は小さい値に設定される。閾値β（Ｖ）は、例えば５００deg/sを中心とした所定範囲内の値となるように設定される。
【００４９】
操作角速度ωｈの絶対値｜ωｈ｜が閾値β（Ｖ）以下である場合には（ステップＳ９：ＮＯ）、第２の目標転舵角演算部４４は、現在設定されている第２の目標転舵角の今回値δ２ｎ＊を、第２の目標転舵角の前回値δ２ｎ−１＊として設定した後（ステップＳ１０）、フラグＦがセット（Ｆ＝１）されているか否かを判別する（ステップＳ１１）。フラグＦがセットされている場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、転舵用モータ３を現在の回転方向（左転舵方向）を維持したまま回転させるために、ステップＳ６に戻る。一方、フラグＦがリセットされている場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、転舵用モータ３を現在の回転方向（右転舵方向）を維持したまま回転させるために、ステップＳ８に戻る。
【００５０】
前記ステップＳ９において、操作角速度ωｈの絶対値｜ωｈ｜が閾値β（Ｖ）より大きいと判別された場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、第２の目標転舵角演算部４４は、現在の転舵方向とは反対方向にステアリングホイール２が操作されたと判断し、転舵方向を反転させるための処理を行なう。
すなわち、第２の目標転舵角演算部４４は、まず、現在設定されている第２の目標転舵角の今回値δ２ｎ＊を、第２の目標転舵角の前回値δ２ｎ−１＊として設定した後（ステップＳ１２）、フラグＦがセット（Ｆ＝１）されているか否かを判別する（ステップＳ１３）。フラグＦがセットされている場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、第２の目標転舵角演算部４４は、フラグＦをリセット（Ｆ＝０）した後（ステップＳ１４）、転舵用モータ３を現在の回転方向（左転舵方向）とは反対方向（右転舵方向）に回転させるために、ステップＳ８に移行する。これにより、転舵方向が反転される。
【００５１】
一方、フラグＦがリセットされている場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、第２の目標転舵角演算部４４は、フラグＦをセット（Ｆ＝１）した後（ステップＳ１５）、転舵用モータ３を現在の回転方向（右転舵方向）とは反対方向（左転舵方向）に回転させるために、ステップＳ６に移行する。これにより、転舵方向が反転される。
第１制御モード時には、第１の目標転舵角演算部４３によって演算される第１の目標転舵角δ１＊（＝δ＊）が、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δに収束するようにフィードバック制御が行なわれる。つまり、第１制御モードでは、操作角検出部４１によって検出される操作角δｈおよび速度センサ１４によって検出される車速Ｖに基づいて演算される第１の目標転舵角δ１＊（＝δ＊）と、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δとを用いて転舵用モータ３が制御されることにより、操舵状況に応じた適切な操舵制御が行われる。
【００５２】
一方、第２制御モード時には、第２の目標転舵角演算部４４によって演算される第２の目標転舵角δ２＊（＝δ＊）が、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δに収束するようにフィードバック制御が行なわれる。つまり、制御モードが第１制御モードから第２制御モードに切換えられると、角度センサ１１に部分故障が発生する直前のステアリングホイール２の操作方向に対応する方向に転舵用モータ３が回転駆動される。この際、転舵用モータ３の回転速度（転舵速度）は、車速Ｖが速いほど遅くされる。これにより、車速Ｖが速いときに転舵角変化が大きくなるのを抑制することができるようになる。
【００５３】
そして、ステアリングホイール２の操作角速度ωｈの絶対値が閾値β（Ｖ）を超えると、現在の転舵方向とは逆方向にステアリングホイール２を運転者が操作したと判断され、転舵用モータ３の回転方向（転舵方向）が反転される。この場合も、転舵用モータ３の回転速度（転舵速度）は、車速Ｖが速いほど遅くされる。なお、閾値β（Ｖ）は、車速Ｖが速いほど小さな値に設定される。これにより、車速Ｖが速いほど転舵用モータ３の回転方向（転舵方向）を反転されやすくすることができる。
【００５４】
転舵用モータ３の回転方向が反転された後において、ステアリングホイール２の操作角速度ωｈの絶対値が閾値β（Ｖ）を超えると、現在の転舵方向とは逆方向にステアリングホイール２を運転者が操作したと判断され、転舵用モータ３の回転方向が反転される。このような動作が繰り返し行なわれる。したがって、角度センサ１１に部分的故障が発生した場合にも、簡易的に操舵制御を行なうことができる。これにより、角度センサ１１に部分的故障が発生した場合に、例えば、直線道路に沿った走行、路側帯へのレーン変更が可能となる。
【００５５】
図６は、反力モータ制御部７０の構成を示すブロック図である。
反力モータ制御部７０は、目標反力トルク演算部７１と、電流指令値生成部７２と、電流偏差演算部７３と、ＰＩ（比例積分）制御部７４と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部７５と、ＰＷＭ制御部７６と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７と、回転角演算部７８とを含む。
回転角演算部７８は、回転角センサ２２の出力信号に基づいて、反力モータ１９のロータの回転角（電気角。以下、「ロータ角θＦ」という。）を演算する。
【００５６】
目標反力トルク演算部７１は、速度センサ１４によって検出される車速Ｖ、転舵用モータ制御部４０内の操作角演算部４１によって検出される操作角δｈおよびトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴｈに基づいて、目標反力トルクＴＦ＊を演算する。例えば、目標反力トルク演算部７１は、操舵角δｈおよび車速Ｖに基づいて目標反力トルク基本値を求め、この目標反力トルク基本値に対して操舵トルクＴｈに応じたゲインを乗じることにより、目標反力トルクＴＦ＊を演算する。
【００５７】
電流指令値生成部７２は、目標反力トルク演算部７１によって演算された目標反力トルクＴＦ＊に基づいて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として生成する。具体的には、電流指令値生成部７２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値ｉｄｑ＊」という。）を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部７２は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊を有意値とする一方で、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊を零とする。より具体的には、電流指令値生成部７２は、目標反力トルク演算部７１によって演算された目標反力トルクＴＦ＊に基づいて、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊を生成する。電流指令値生成部７２によって生成された二相電流指令値ｉｄｑ＊は、電流偏差演算部７３に与えられる。
【００５８】
電流検出部３５は、反力モータ１９のＵ相電流ｉＵ、Ｖ相電流ｉＶおよびＷ相電流ｉＷ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流ｉＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３５によって検出された三相検出電流ｉＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７は、電流検出部３５によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ｉＵＶＷ（Ｕ相電流ｉＵ、Ｖ相電流ｉＶおよびＷ相電流ｉＷ）をｄｑ座標系の二相検出電流ｉｄおよびｉｑ（以下総称するときには「二相検出電流ｉｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部７３に与えられるようになっている。ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７における座標変換には、回転角演算部７８によって演算されたロータ角θＦが用いられる。
【００５９】
電流偏差演算部７３は、電流指令値生成部７２によって生成される二相電流指令値ｉｄｑ＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部７７から与えられる二相検出電流ｉｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部７３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊に対するｄ軸検出電流ｉｄの偏差およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊に対するｑ軸検出電流ｉｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部７４に与えられる。
【００６０】
ＰＩ制御部７４は、電流偏差演算部７３によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、反力モータ１９に印加すべき二相電圧指令値ｖｄｑ＊（ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖｑ＊）を生成する。この二相電圧指令値ｖｄｑ＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部７５に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部７５は、二相電圧指令値ｖｄｑ＊を三相電圧指令値ｖＵＶＷ＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部７８によって演算されたロータ角θＦが用いられる。
三相電圧指令値ｖＵＶＷ＊は、Ｕ相電圧指令値ｖＵ＊、Ｖ相電圧指令値ｖＶ＊およびＷ相電圧指令値ｖＷ＊からなる。この三相電圧指令値ｖＵＶＷ＊は、ＰＷＭ制御部７６に与えられる。
【００６１】
ＰＷＭ制御部７６は、Ｕ相電圧指令値ｖＵ＊、Ｖ相電圧指令値ｖＶ＊およびＷ相電圧指令値ｖＷ＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３４に供給する。
駆動回路３４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部７６から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相電圧指令値ｖＵＶＷ＊に相当する電圧が反力モータ１９の各相のステータ巻線に印加されることになる。
【００６２】
電流偏差演算部７３およびＰＩ制御部７４は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、反力モータ１９に流れるモータ電流が、電流指令値生成部７２によって生成された二相電流指令値ｉｄｑ＊に近づくように制御される。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、制御モードが第１制御モードから第２制御モードに切換えられた直後においては、角度センサ１１に部分故障が発生する直前のステアリングホイール２の回転方向に対応する方向に転舵用モータ３が回転されているが、予め定められた回転方向に転舵用モータ３を回転させるようにしてもよい。
【００６３】
また、前述の実施形態では、転舵速度制御値α（Ｖ）は、車速Ｖに応じて変更されているが、予め設定された固定値であってもよい。同様に、閾値β（Ｖ）は、車速Ｖに応じて変更されているが、予め設定された固定値であってもよい。
また、前述の実施形態では、転舵用モータ制御部４０は、目標転舵角を演算し、実転舵角が目標転舵角に等しくなるように転舵用モータ３を制御（位置制御）しているが、目標転舵速度を演算し、実転舵速度が目標転舵速度に等しくなるように転舵用モータ３を制御（速度制御）するようにしてもよい。
【００６４】
また、ＰＩ制御部４７，５０，７４は、ＰＩＤ（比例積分微分）制御を行なうＰＩＤ制御部であってもよい。
その他、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。
【符号の説明】
【００６５】
１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵用モータ、６…舵取り機構、１１…角度センサ、３１…マイクロコンピュータ、４０…転舵用モータ制御部、４１…操作角検出部、４２…操作角速度検出部、４３…第１の目標転舵角演算部、４４…第２の目標転舵角演算部、４５…角度切換部、５５…センサ故障判定部
【図１】
0005971512.tif 000002
【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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