(57)【要約】【課題】トルクセンサ故障時にも正常時に近い操舵フィーリングを得る。【解決手段】操舵をアシストするアシストトルクを発生させるアシストモータ１０と、運転者により入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１６と、車両に発生した実ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１８と、操舵トルクセンサ１６が正常か否かを判定するトルクセンサ故障検出部２３と、を備え、トルクセンサ故障検出部２３により操舵トルクセンサ１６が正常であると判定されたときには、操舵トルクセンサ１６の検出値に基づいてアシストモータ１０に供給するアシスト電流を制御し、トルクセンサ故障検出部２３により操舵トルクセンサ１６が正常でないと判定されたときには、車両の状態情報に基づいて算出される規範ヨーレートとヨーレートセンサ１８により検出される実ヨーレートとの偏差に基づいてアシストモータ１０に供給するアシスト電流を制御する。【選択図】図２
2009051292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵をアシストするアシストトルクを発生させるアシストモータと、
運転者により入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
車両に発生した実ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
前記操舵トルクセンサが正常か否かを判定する故障判定手段と、
を備え、
前記故障判定手段により前記操舵トルクセンサが正常であると判定されたときには、前記操舵トルクセンサの検出値に基づいて前記アシストモータに供給するアシスト電流を制御し、
前記故障判定手段により前記操舵トルクセンサが正常でないと判定されたときには、車両の状態情報に基づいて算出される規範ヨーレートと前記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートとの偏差に基づいて前記アシストモータに供給するアシスト電流を制御することを特徴とする電動ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動ステアリング装置は、ステアリングシャフトに設けたトルクセンサにより運転者がハンドルに付加した操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクに応じてアシストモータを制御し、該モータで発生させたアシストトルクをステアリングシャフトあるいはラックに付加することで、運転者のハンドル操作負担を軽減している。
【０００３】
したがって、トルクセンサが故障すると適正なアシストトルクを得ることが困難となる。そこで、トルクセンサ故障時にもアシストモータを制御することができる代替制御方法が考えられている。例えば、特許文献１に記載の発明では、ステアリングシステムのいずれか（トルクセンサを含む）に故障が検出された場合に、故障箇所に応じて予め設定された代替信号を設定し、この代替信号を使ってアシストモータを制御することが開示されている。
なお、トルクセンサの故障検出については、例えば、特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１９３８３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３９８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のトルクセンサ故障時の代替制御方法では、予め設定された代替信号に基づいてアシストモータを制御するので、アシストトルクの大きさや増減に不自然さがあり、トルクセンサ正常時におけるアシストトルクの増減感との違いに、運転者が戸惑う場合があった。
【０００５】
そこで、この発明は、トルクセンサ故障時にも正常時に近い操舵フィーリングを得ることができる電動ステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電動ステアリング装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、運転者の操舵をアシストするアシストトルクを発生させるアシストモータ（例えば、後述する実施例におけるアシストモータ１０）と、運転者により入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（例えば、後述する実施例における操舵トルクセンサ１６）と、車両に発生した実ヨーレートを検出するヨーレートセンサ（例えば、後述する実施例におけるヨーレートセンサ１８）と、前記操舵トルクセンサが正常か否かを判定する故障判定手段（例えば、後述する実施例におけるトルクセンサ故障検出部２３）と、備え、前記故障判定手段により前記操舵トルクセンサが正常であると判定されたときには、前記操舵トルクセンサの検出値に基づいて前記アシストモータに供給するアシスト電流を制御し、前記故障判定手段により前記操舵トルクセンサが正常でないと判定されたときには、車両の状態情報に基づいて算出される規範ヨーレートと前記ヨーレートセンサにより検出される実ヨーレートとの偏差に基づいて前記アシストモータに供給するアシスト電流を制御することを特徴とする電動ステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動ステアリング装置１００）である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、操舵トルクセンサの異常時には、操舵トルクセンサの出力を用いず、ヨーレート偏差に基づいてアシストモータに供給するアシスト電流を制御することができるので、操舵トルクセンサの異常時にも適正な操舵補助力を発生させることができる。また、運転者が操舵補助力を欲しているときに、例えばステアリングホイールの切り増しや切り戻し時に、操舵補助力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明に係る電動ステアリング装置の実施例を図１から図６の図面を参照して説明する。
初めに、図１を参照して、電動ステアリング装置の構成を説明する。電動ステアリング装置１００は、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。
ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられており、車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９，９を介して転舵輪としての左右の前輪１１，１１が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１１，１１を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸８とタイロッド９，９は転舵機構を構成する。
【０００９】
電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータからなるアシストモータ１０を備えており、アシストモータ１０で発生したトルク（アシストトルク）は、減速装置１４によって倍力されてピニオン軸５に伝達される。なお、減速装置１４は、アシストモータ１０の出力軸に設けられたウォームギヤ１２と、ピニオン軸５に設けられウォームギヤ１２に噛合するウォームホイールギヤ１３とからなる。
【００１０】
アシストモータ１０は、モータシャフトの回転角を検出するためのレゾルバ１７を備え、検出した回転角に対応する出力信号をステアリング電子制御装置（以下、ＥＰＳ−ＥＣＵと略す）３０へ出力する。
前記ラック＆ピニオン機構（８ａ，７）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン軸５に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ１６が設けられており、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する出力信号をＥＰＳ−ＥＣＵ３０へ出力する。
【００１１】
また、メインシャフト３には、操舵角を検出するための舵角センサ（操舵角検出手段）１５が設けられている。さらに、車体の適所には、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１８と、車速を検出する車速センサ１９と、車両の水平方向加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ２０と、車両の前後方向加速度（縦Ｇ）を検出する縦Ｇセンサ２１が取り付けられている。
【００１２】
舵角センサ１５は検出した操舵角に対応する出力信号を、ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する出力信号を、車速センサ１９は検出した車速に対応した出力信号を、横Ｇセンサ２０は検出した横Ｇに対応した出力信号を、縦Ｇセンサ２１は検出した縦Ｇに対応する出力信号を、それぞれ車内ネットワーク（車内ＬＡＮ）へ出力する。
【００１３】
ＥＰＳ−ＥＣＵ３０や車両挙動安定化電子制御装置（以下、ＶＳＡ−ＥＣＵと略す）５０等の車載の電子制御装置は、車内ＬＡＮを介してそれぞれの制御に必要な信号を選択的に取り込み、必要な処理を行う。
なお、ＶＳＡ−ＥＣＵ５０は、ブレーキ時の車輪ロックを防ぐＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）と、加速時などの車輪空転を防ぐＴＣＳ（トラクションコントロールシステム）と、旋回時の横すべり抑制を総合的に制御して車両挙動を安定させる電子制御装置である。
【００１４】
ＥＰＳ−ＥＣＵ３０は、操舵トルクセンサ１６が正常に作動しているときには、レゾルバ１７で検出されたアシストモータ１０の回転角と、車速センサ１９で検出された車速と、操舵トルクセンサ１６により検出された操舵トルクに基づいてアシストモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、アシストモータ１０に流れる実電流（アシスト電流）が目標電流と一致するようにＰＩＤ制御を行うことにより、アシストモータ１０のアシスト電流を制御し、出力トルク（操舵補助力）を制御する。
また、ＥＰＳ−ＥＣＵ３０は、操舵トルクセンサ１６の異常時には、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差（ヨーレート偏差）に基づいてアシストモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、アシストモータ１０に流れる実電流が目標電流と一致するようにＰＩＤ制御を行うことにより、アシストモータ１０の出力トルクを制御し、操舵補助力を制御する。
【００１５】
そのため、この電動ステアリング装置１００は、図２の制御ブロック図に示すように、操舵トルクセンサ１６が正常か否かを判定するトルクセンサ故障検出部（故障判定手段）２３と、アシストモータ１０に流れる実電流を検出する２つの電流センサ２４ａ，２４ｂを備えている。
【００１６】
次に、図２の制御ブロック図を参照して、この実施例におけるアシストモータ１０に対する電流制御を説明する。
ＥＰＳ−ＥＣＵ３０は、トルクセンサ故障検出部２３と、ベース電流算出部３１、イナーシャ補償電流算出部３２、ダンパ補償電流算出部３３、フィルタ３４、回転速度算出部３５、加減算器３６、切り替え器３７、３相ｄｑ変換器３８、ＰＩＤ制御部３９、規範ヨーレート算出部４１、ヨーレート偏差算出部４２、ヨーレート偏差補償電流算出部４３、とを備えている。
【００１７】
トルクセンサ故障検出部２３は、操舵トルクセンサ１６の出力信号に基づいて操舵トルクセンサ１６が正常か否かを判定し、判定結果に応じた出力信号（正常信号あるいは異常信号）を切り替え器３７へ出力する。
ベース電流算出部３１は、操舵トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴおよび車速センサ１９で検出された車速Ｖに基づき、図３に示すベース電流テーブルを参照して、操舵トルクＴと車速Ｖに応じたベース電流ＤＴを算出する（ＤＴ＝ｆ（Ｔ，Ｖ））。この実施例のベース電流テーブルは、操舵トルクＴが大きくなるにしたがってベース電流ＤＴのゲインが大きくなるように設定されており、また、車速Ｖが高くなるにしたがってベース電流ＤＴのゲインが小さく且つ不感帯（ゲインがゼロに設定されるトルク域）が大きくなるように設定されている。これにより、車速Ｖの増大に応じてしっかりとした操舵トルクの手応え感を付与している。
【００１８】
また、操舵トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴはフィルタ３４において時間微分され、操舵トルクＴの時間微分値Ｆ4が算出される。
イナーシャ補償電流算出部３２は、車速センサ１９で検出された車速Ｖに基づき、図４に示す慣性係数テーブルを参照して車速Ｖに応じた慣性係数ｋＴを算出し、操舵トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴと、フィルタ３４から出力される操舵トルクＴの時間微分値Ｆ4と、慣性係数ｋＴとを乗じてイナーシャ補償電流ＤＴＤを算出する（ＤＴＤ＝Ｔ・Ｆ4・ｋＴ）。このイナーシャ補償電流ＤＴＤは、アシストモータ１０およびステアリングシステムの慣性モーメントを打ち消すためのトルクを発生させるものであり、これによりアシストモータ１０の応答性を向上させる。この実施例の慣性係数テーブルでは、車速Ｖが高くなるにしたがって慣性係数ｋＴが小さくなるように設定されている。
【００１９】
回転速度算出部３５は、レゾルバ１７で検出されたアシストモータ１０の回転角θを時間微分した値に減速係数ｋθを乗じてステアリングシャフト１の回転速度Ｓを算出する（Ｓ＝ｋθ・ｄθ／ｄｔ）。
そして、ダンパ補償電流算出部３３は、回転速度算出部３５で算出された回転速度Ｓと車速センサ１９で検出された車速Ｖに基づいて、図５に示すダンパ補償電流テーブルを参照して、回転速度Ｓと車速Ｖに応じたダンパ補償電流ＤＳを算出する。
【００２０】
この実施例のダンパ補償電流テーブルでは、回転速度Ｓが大きくなるにしたがってダンパ補償電流ＤＳのゲイン（以下、ダンパゲインと略す）が大きくなるように設定されており、また、車速Ｖが高くなるにしたがってダンパゲインが大きくなるように設定されていて、回転速度Ｓが大きいほど、車速Ｖが高いほど大きなダンパ効果が得られるようにしている。これにより、良好な操舵フィールを得ることができ、ステアリングホイール２の収斂性を向上させることができる。
【００２１】
加減算器３６は、ベース電流算出部３１で算出したベース電流ＤＴと、イナーシャ補償電流算出部３２で算出したイナーシャ補償電流ＤＴＤを加算し、ダンパ補償電流算出部３３で算出したダンパ補償電流ＤＳを減算して第１目標電流Ｄｒ１を算出し（Ｄｒ１＝ＤＴ＋ＤＴＤ−ＤＳ）、切り替え器３７へ出力する。この第１目標電流Ｄｒ１は、操舵トルクセンサ１６が正常なときにアシストモータ１０に対する目標電流となる。
【００２２】
一方、規範ヨーレート算出部４１は、車速センサ１９で検出された車速Ｖと、舵角センサ１５で検出された操舵角αとに基づいて、規範ヨーレートを算出する。ここで、規範ヨーレートは、車速Ｖと操舵角α（車両の状態情報）に基づいて算出される理想モデル上のヨーレートである。
【００２３】
ヨーレート偏差算出部４２では、規範ヨーレート算出部４１で算出された規範ヨーレートから、ヨーレートセンサ１８で検出された実ヨーレートを減算して偏差（以下、ヨーレート偏差という）を算出し、ヨーレート偏差補償電流算出部４３へ出力する。
【００２４】
ヨーレート偏差補償電流算出部４３では、車速センサ１９で検出された車速Ｖと、ヨーレート偏差算出部４２で算出されたヨーレート偏差とに基づいて、図６に示すヨーレート偏差補償電流テーブルを参照して、ヨーレート偏差補償電流ＤＹを算出し、これを第２目標電流Ｄｒ２として切り替え器３７へ出力する。この第２目標電流Ｄｒ２であるヨーレート偏差補償電流ＤＹは、操舵トルクセンサ１６が異常のときにアシストモータ１０に対する目標電流となる。この実施例のヨーレート偏差補償電流テーブルでは、ヨーレート偏差が大きくなるにしたがってヨーレート偏差補償電流ＤＹが大きくなるように設定されており、また、車速Ｖが高くなるにしたがってヨーレート偏差補償電流ＤＹが小さくなるように設定されている。
【００２５】
切り替え器３７は、トルクセンサ故障検出部２３から正常信号を入力したときには、第１目標電流Ｄｒ１だけをＰＩＤ制御部３９へ出力して、第２目標電流Ｄｒ２を出力しないように制御し、トルクセンサ故障検出部２３から異常信号を入力したときには、第２目標電流Ｄｒ２だけをＰＩＤ制御部３９へ出力して、第１目標電流Ｄｒ１を出力しないように制御する。
【００２６】
そして、３相ｄｑ変換器３８は、電流計２４ａ，２４ｂにより検出されたアシストモータ１０に流れている実電流とレゾルバ１７により検出された回転角により３相からｄｑ変換する。
そして、ＰＩＤ制御部３９は、アシストモータ１０に流れる交流電流を、切り替え器３７から出力される目標電流（第１目標電流Ｄｒ１または第２目標電流Ｄｒ２）と一致させるようにＰＩＤ制御を行う。
【００２７】
このように構成された電動ステアリング装置１００では、操舵トルクセンサ１６の異常が検出されたときには、アシストモータ１０の目標電流を決定する際に操舵トルクセンサ１６の出力を用いないで、ヨーレート偏差に基づいて算出されるヨーレート偏差補償電流ＤＹをアシストモータ１０の目標電流として用いて、アシストモータ１０のアシスト電流を制御し、出力トルク（操舵補助力）を制御することができるので、操舵トルクセンサ１６の故障時にも操舵補助力を付与することができる。
【００２８】
そして、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差であるヨーレート偏差が生じたときに操舵補助力を発生させ、しかも、ヨーレート偏差が大きいほど大きな操舵補助力を発生させることができるので、ステアリングホイール２を操作している運転者が補助して欲しいとき、例えばステアリングホイール２の切り増しや切り戻し時に操舵補助力を発生させることができる。
一方、運転者がステアリングホイール２を保舵しているときには運転者は余り操舵補助を必要としないが、このようなときにはヨーレート偏差が生じないので操舵補助力が発生しない。
したがって、操舵トルクセンサ１６の故障時にも、操舵補助力に対する運転者の要望に近い傾向で操舵補助力をステアリングシャフト１に付与することができ、使い勝手がよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明に係る電動ステアリング装置の実施例における構成図である。
【図２】前記実施例の電動ステアリング装置におけるアシストモータに対する電流制御のブロック図である。
【図３】ベース電流テーブルの一例を示す図である。
【図４】慣性係数テーブルの一例を示す図である。
【図５】ダンパ補償電流テーブルの一例を示す図である。
【図６】ヨーレート偏差補償電流テーブルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  アシストモータ
１６  操舵トルクセンサ
１８  ヨーレートセンサ
２３  トルクセンサ故障検出部（故障判定手段）
１００  電動ステアリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009051292.tif 000006
【図５】
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【図６】
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