(57)【要約】【課題】電流検出部が故障した場合においても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】電流検出手段が故障した場合には、アシスト力を発生させる電流フィードバック手段に、実電流値を使用するのではなく、モータの回転角加速度からモータ電流値を推定することによって、電流フィードバック手段を構成することとした。その結果、モータの回転角加速度には、車体の負荷や、急激な外乱負荷が反映されるため、フィーリングの向上を図ることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記モータの電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記操舵トルクの大きさに応じて、前記モータをフィードバック系で駆動する電流フィードバック手段と、
前記モータに対する駆動電力の供給を通じて、前記操舵力補助装置の作動を制御する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、
前記モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
前記制御手段は、前記故障検出手段が前記電流検出手段の故障を検出した場合には、前記電流フィードバック手段を、モータ回転角加速度検出手段から検出したモータ回転角加速度によって制御するように切り替えること、
を特徴とした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、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置は、操舵トルク及び車速から電流指令値を生成し、この電流指令値とアシスト用モータに流れる実電流との偏差を比例・積分・微分補償する電流フィードバック制御系を構成することにより、アシスト力を発生させている。
【０００３】
しかし、従来の電流フィードバック制御系では、上記モータに流れる実電流を検出する電流検出部が故障した場合には、電流フィードバック制御系が機能しないため、アシスト力の発生を停止させていた。その結果、操舵フィーリングが急激に悪化する場合があった。
【０００４】
そのため、例えば特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、電流検出部が故障した場合には、上記電流フィードバック制御系をオープンループ系に切り替えることにより、操舵フィーリングの急激な低下を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１６７０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電流検出部が故障した場合に、電流フィードバック制御系をオープンループ系に切り替えるだけでは、車体に大きな負荷がかかったり、急激な外乱負荷（例えば轍等）がかかった場合などには、十分なアシスト力が得られない。そのため、操舵フィーリングの向上が十分に図れないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、電流検出部が故障した場合においても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータ（２１）を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置（２４）と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（２６）と、前記モータ（２１）の電流を検出する電流検出手段（３４）と、前記電流検出手段（３４）の故障を検出する故障検出手段（２９）と、前記操舵トルクの大きさに応じて、前記モータ（２１）をフィードバック系で駆動する電流フィードバック手段（２９）と、
前記モータ（２１）に対する駆動電力の供給を通じて、前記操舵力補助装置（２４）の作動を制御する制御手段（２９）とを備えた電動パワーステアリング装置（１）において、前記モータ（２１）の回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段（２９）と、前記制御手段（２９）は、前記故障検出手段（２９）が前記電流検出手段（３４）の故障を検出した場合には、前記電流フィードバック手段（２９）を、モータ回転角加速度検出手段（２９）から検出したモータ回転角加速度によって制御するように切り替えること、を要旨とする。
【０００９】
本請求項の電動パワーステアリング装置は、電流検出手段が故障した場合には、アシスト力を発生させる電流フィードバック手段に、実電流値を使用するのではなく、モータの回転角加速度からモータ電流値を推定することによって、電流フィードバック手段を構成することとした。即ち、モータの回転角加速度には、車体の負荷や、急激な外乱負荷が反映されるため、フィーリングの向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電流検出部が故障した場合においても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】ＥＰＳの制御ブロック図。
【図３】モータ電流検出部が故障時（非故障時）の切替部の処理手順を示すフローチャート。
【図４】モータ回転角加速度/電流変換部の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更されるようになっている。
【００１３】
また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２４と、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動を制御するＥＣＵ２７とを備えている。
【００１４】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２４は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２３を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２３により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１５】
一方、ＥＣＵ２７には、車速センサ２５、トルクセンサ２６、及びモータ回転角センサ２２が接続されており、ＥＣＵ２７は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ、及びモータ回転角θmを検出する。
【００１６】
尚、トルクセンサ２６はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ＥＣＵ２７は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ２７は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。
【００１７】
次に、本実施形態のＥＰＳ１における電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳ１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２７は、モータ制御信号を出力するマイコン２９と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１に駆動電力を供給するモータ駆動回路４０、及びモータ２１に通電されるモータ実電流値Ｉmを検出するためのモータ電流検出部３４とを備えている。
【００１８】
モータ駆動回路４０は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として２つのアームを並列接続してなる公知のＨブリッジ回路（図示せず）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、モータ駆動回路４０を構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ２８の電源電圧に基づくモータ駆動電力を生成して、モータ２１へと出力する構成になっている。
【００１９】
ＥＣＵ２７には、モータ２１のモータ回転角θmを検出するためのモータ回転角センサ２２が接続されている。そして、マイコン２９は、これら各センサの出力信号に基づき検出されたモータ２１のモータ実電流値Ｉm及びモータ回転角θm、並びに上記操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、モータ駆動回路４０にモータ制御信号を出力する。
【００２０】
以下に示す各制御ブロックは、マイコン２９が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。マイコン２９は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
【００２１】
図２に示すように、マイコン２９は、モータ２１を制御する電流指令値Ｉ*を演算する電流指令値演算部３０と、上記モータ駆動回路４０を制御するモータ制御信号Ｅを生成するモータ制御信号生成部４４と、を備えている。
【００２２】
トルクセンサ２６により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ２５により検出された車速Ｖは、電流指令値演算部３０に入力される。電流指令値演算部３０は、横軸に操舵トルクτ、縦軸に電流指令値Ｉ*で構成されたマップ（図示せず）である。
また、上記マップは、車速Ｖをパラメータとして、同じ操舵トルクτの場合、車速Ｖが小さいほど、電流指令値Ｉ*は大きくなっている。
【００２３】
モータ制御信号生成部４４は、電流フィードバック手段を構成する、減算器３６、比例・積分・微分補償器３１、モータ回転角加速度/電流変換部３３及び切替部３５と、モータ電流検出部の故障を検出する故障検出部３２と、を備えている。
【００２４】
故障検出部３２は、モータ電流検出部の故障を検出すると、切替部３５を切替る切替フラグＦＬＧ１をセット（ＦＬＧ１＝「１」）する。また、故障検出部３２は、モータ電流検出部が正常の場合には、切替部３５を切替る切替フラグＦＬＧ１をリセット（ＦＬＧ１＝「０」）する。尚、故障検出部の検出方法は、特許文献１に記載の故障検出方法と同一であるため記載を省略する。
【００２５】
切替部３５は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「０」の場合には、モータ電流検出部３４が正常であると判断して、接点３５cと接点３５ｂを接続する。そうすることによって、モータ電流検出部３４から検出されたモータ電流検出部通過後の実電流値Ｉmoが電流フィードバック手段にフィードバックされる。
【００２６】
一方、切替部３５は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「１」の場合には、モータ電流検出部３４が故障であると判断して、接点３５cと接点３５aを接続する。そうすることによって、モータ回転角加速度/電流変換部３３から検出されたモータ推定電流値Ｉmsuiが電流フィードバック手段にフィードバックされる。
【００２７】
モータ回転角加速度/電流変換部３３は、モータ回転角θmからモータ回転角加速度を演算し、モータ軸換算イナーシャ（ノミナル値）Ｊnと、モータトルク定数（ノミナル値）Ｋtnと、からモータ推定電流値Ｉmsuiを求め、切替部３５の接点３５aに出力する。
【００２８】
電流指令値演算部３０から出力された電流指令値Ｉ*と、切替部３５から出力されたフィードバック電流値Ｉは、減算器３６に入力され、電流偏差ΔＩを生成する。電流偏差ΔＩは、比例・積分・微分補償器３１に入力され、ゲインと位相が補償された後、モータ制御信号Ｅとなり、モータ駆動回路４０に出力される。
【００２９】
次に、本実施形態のマイコン２９によるモータ電流検出部が故障時（非故障時）の切替部３５の処理手順について、図３に基づいて説明する。
マイコン２９は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「１」か否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、マイコン２９は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「１」の場合（ＦＬＧ１＝「１」、ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、切替部３５の接点３５cと接点３５aを接続（ステップＳ１０２）して、処理を終える。
【００３０】
一方、マイコン２９は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「０」の場合（ＦＬＧ１＝「０」、ステップＳ１０１：ＮＯ）には、切替部３５の接点３５cと接点３５ｂを接続（ステップＳ１０３）して、処理を終える。
【００３１】
次に、本実施形態のマイコン２９によるモータ回転角加速度/電流変換部３３の処理手順について、図４に基づいて説明する。
マイコン２９は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「１」か否かを判定する（ステップＳ２０１）。そして、マイコン２９は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「１」の場合（ＦＬＧ１＝「１」、ステップＳ２０１：ＹＥＳ）には、モータ軸換算イナーシャ（ノミナル値）Ｊnを読み込む（ステップＳ２０２）。次に、マイコン２９は、モータトルク定数（ノミナル値）Ｋtnを読み込む（ステップＳ２０３）。更に、マイコン２９は、モータ回転角θmを読み込む（ステップＳ２０４）。
【００３２】
次に、マイコン２９は、モータ回転角θmからモータ回転角加速度ｄ/ｄｔ（ｄθm/ｄｔ）を演算する（ステップＳ２０５）。そして、マイコン２９は、演算して求められたモータ回転角加速度からモータ推定トルク（Ｔmsui）を演算する（Ｔmsui＝Ｊn×ｄ/ｄｔ（ｄθm/ｄｔ）、ステップＳ２０６）。更に、マイコン２９は、演算して求められたモータ推定トルク（Ｔmsui）から、モータ推定電流値（Ｉmsui）を演算する（Ｉmsui＝１/Ｋtn×Ｔmsui、ステップＳ２０７）。
【００３３】
次に、マイコン２９は、演算したモータ推定電流（Ｉmsui）を切替部３５の接点３５aに出力する（ステップＳ２０８）。そして、マイコン２９は、ＩＧ（イグニッションスイッチ）がオフか否かを判定する（ステップＳ２０９）。そして、マイコン２９は、ＩＧがオフでない場合（ステップＳ２０９：ＮＯ）には、ステップ２０４に戻る。一方、マイコン２９は、ＩＧがオフの場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）には、処理を終える。また、マイコン２９は、故障検出部３２から出力された切替フラグＦＬＧ１が「０」の場合（ＦＬＧ１＝「０」、ステップＳ２０１：ＮＯ）には、何もしないでこの処理を終える。
【００３４】
次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
電流検出手段が故障した場合には、アシスト力を発生させる電流フィードバック手段に、実電流値を使用するのではなく、モータの回転角加速度からモータ電流値を推定することによって、電流フィードバック手段を構成することとした。即ち、モータの回転角加速度には、車体の負荷や、急激な外乱負荷が反映される。その結果、より操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、モータ回転角センサから演算により、モータの回転角加速度を求めたが、モータシャフトに加速度センサを取り付け、その出力値を使用してもよい。
【００３６】
・本実施形態では、モータをＤＣモータについて記載したが、モータはブラシレスＤＣモータでもよい。
【００３７】
・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
８：コラムシャフト、９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：タイロッド、１２：転舵輪、２１：モータ、２２：モータ回転角センサ、
２３：減速機構、２４：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、
２５：車速センサ、２６：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、
２７：ＥＣＵ、２８：バッテリ、
２９：マイコン（故障検出手段、電流フィードバック手段、制御手段、加速度検出手段、）、
３０：電流指令値演算部、３１：比例・積分・微分補償器、３２：故障検出部、
３３：モータ回転角加速度/電流変換部、３４：モータ電流検出部（電流検出手段）、
３５：切替部、３５a、３５ｂ、３５c：接点、３６：減算器、
４０：モータ駆動回路、４４：モータ制御信号生成部、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、θm：モータ回転角、
Ｉ*：電流指令値、Ｉ：フィードバック電流値、ΔＩ：電流偏差、
Ｉm：モータ実電流値、Ｉmo：モータ電流検出部通過後の実電流値、
Ｉmsui：モータ推定電流値、Ｅ：モータ制御信号、
Ｊn：モータ軸換算イナーシャ（ノミナル値）、
Ｋtn：モータトルク定数（ノミナル値）、
Ｔmsui：モータ推定トルク、ＦＬＧ１：切替フラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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