(57)【要約】【課題】特別な装置を使用することなく、ステアリングシャフトが折れるなどの事故により運転者がハンドルに加える力がステアリング機構に機械的に伝達されない場合にも運転者による転舵操作を可能にする電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】本電動パワーステアリング装置におけるＥＣＵ１００内のマイコン１０において、操舵可能時には目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６が操舵補助のためのモータ制御部として機能し、操舵角検出値θが変化したにもかかわらずストローク検出値Ｌが変化しないことから操舵不能判定部５１により操舵不能と判定される場合には、目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３により操舵角検出値θに応じてモータ６によりラック軸を変位させることにより運転者による転舵操作を可能とすることができる。【選択図】図２
2009166674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両操舵のための操作手段による操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両の車輪を転舵するステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
前記操作手段による操作の量を示す操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
前記操作手段から前記ステアリング機構への機械的なトルク伝達が可能か不能かを判定する操舵不能判定手段と、
前記操舵不能判定手段によりトルク伝達が可能と判定されるときに、前記電動モータを駆動することにより前記操舵補助力を与える操舵補助手段と、
前記操舵不能判定手段によりトルク伝達が不能と判定されるときに、前記操舵角度検出手段によって検出される操舵角度に応じて、前記電動モータを駆動することにより前記ステアリング機構を制御する制御手段と
を備える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】
前記ステアリング機構による前記車輪の転舵角または当該転舵角に対応して機械的に変化する量を検出する転舵側検出手段をさらに備え、
前記操舵不能判定手段は、前記操舵角度検出手段により検出される操舵角度が変化しているにもかかわらず、前記転舵側検出手段により検出される量が変化しないときに、前記トルク伝達が不能であると判定することを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記転舵側検出手段は、前記ステアリング機構に含まれ前記車輪を転舵するラック軸の変位量であるストローク量を検出するラックストローク検出手段であり、
前記制御手段は、前記操舵角度検出手段によって検出される操舵角度に応じた目標とすべきストローク量を算出し、算出された目標とすべきストローク量と前記ラックストローク検出手段により検出されるストローク量とに基づき前記電動モータを駆動することを特徴とする、請求項２に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、電動モータによって車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関し、更に詳しくは、操舵操作不能時においてもステアリング機構を動作させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルに加える力を補助することを前提とするので、ステアリングシャフトが折れたり接続部分が外れたりするなどの事故により運転者がハンドルに加える力がステアリング機構に機械的に伝達されない場合にはほとんど機能しないことになる。
【０００４】
これに対し、ハンドルに加えられる力がステアリング機構に機械的に伝達されないことを前提とする、いわゆるステアバイワイヤ技術を使用したステアリング装置が従来より提案されている（例えば特許文献１を参照）。この装置によれば、ハンドルとステアリング機構が機械的に繋がっていないので、運転者がステアリング機構を動かすためにハンドルに力を加える必要がない。またこの構成では、そもそもステアリングシャフトが折れるなどの事故は生じない。
【特許文献１】特開平９−１４２３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、いわゆるステアバイワイヤ技術を使用したステアリング装置は、運転者に良好な操舵フィーリングを与えるための反力トルクを発生させるアクチュエータや精密な制御機構が必要となるので製造コストがかかる。
【０００６】
また、もしこの装置を電動パワーステアリング装置と併用しようとする場合には、ハンドルに加えられる力をステアリング機構へ機械的に伝達する場合と伝達しない場合とを切り換えるための特別な制御機構（例えばステアリングシャフトを接続したり切り離したりする機構）が必要となるため、さらに製造コストがかかる。
【０００７】
そこで本発明は、特別な装置を使用することなく、ステアリングシャフトが折れるなどの事故により運転者がハンドルに加える力がステアリング機構に機械的に伝達されない場合にも運転者による操舵操作を可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、車両操舵のための操作手段による操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両の車輪を転舵するステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
前記操作手段による操作の量を示す操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
前記操作手段から前記ステアリング機構への機械的なトルク伝達が可能か不能かを判定する操舵不能判定手段と、
前記操舵不能判定手段によりトルク伝達が可能と判定されるときに、前記電動モータを駆動することにより前記操舵補助力を与える操舵補助手段と、
前記操舵不能判定手段によりトルク伝達が不能と判定されるときに、前記操舵角度検出手段によって検出される操舵角度に応じて、前記電動モータを駆動することにより前記ステアリング機構を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記ステアリング機構による前記車輪の転舵角または当該転舵角に対応して機械的に変化する量を検出する転舵側検出手段をさらに備え、
前記操舵不能判定手段は、前記操舵角度検出手段により検出される操舵角度が変化しているにもかかわらず、前記転舵側検出手段により検出される量が変化しないときに、前記トルク伝達が不能であると判定することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、
前記転舵側検出手段は、前記ステアリング機構に含まれ前記車輪を転舵するラック軸の変位量であるストローク量を検出するラックストローク検出手段であり、
前記制御手段は、前記操舵角度検出手段によって検出される操舵角度に応じた目標とすべきストローク量を算出し、算出された目標とすべきストローク量と前記ラックストローク検出手段により検出されるストローク量とに基づき前記電動モータを駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記第１の発明によれば、操舵不能判定手段によりトルク伝達が可能と判定されるときには操舵補助手段により操舵補助力が与えられるとともに、操舵不能判定手段によりトルク伝達が不能と判定されるときには操舵角度検出手段によって検出される操舵角度に応じて、電動モータが駆動されることによりステアリング機構が制御されるので、例えばステアリングシャフトが折れたり接続部分が外れたりするなどの事故により運転者が操作手段に加える力がステアリング機構に機械的に伝達されない場合にも特別な装置を設けることなく運転者による転舵操作を可能とすることができる。
【００１２】
上記第２の発明によれば、操舵不能判定手段によって操舵角度検出手段で検出される操舵角度が変化しているにもかかわらず、転舵側検出手段により検出される量が変化しないときに機械的なトルク伝達が不能であると簡単に判定することができる。
【００１３】
上記第３の発明によれば、ラックストローク検出手段により検出されるストローク量を操舵不能判定に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
＜１．  全体構成＞
図１は、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の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１０１に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１０１の回転角度を示す操舵角を検出する操舵角センサ２と、ハンドル１０１の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、ラックピニオン機構１０４のラック軸における左右の変位量を検出するストロークセンサ５と、ハンドル操作（操舵操作）における運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ６とを備え、さらに図示されていないが電動モータ６の操舵補助力をラックピニオン機構１０４のピニオン軸に伝達する減速ギヤと、車載バッテリからイグニションスイッチを介して電源の供給を受け、操舵角センサ２、トルクセンサ３、および図示されない車速センサからのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている。なお、以上のような構成要素は、一般的な電動パワーステアリング装置に備えられていることが多く、周知のものである。
【００１５】
このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル１０１を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ３によって検出されると共に操舵角が操舵角センサ２によって検出され、検出された操舵トルクおよび操舵角と車速センサによって検出された車速とに基づいてＥＣＵによりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤを介してピニオン軸に加えられることにより、操舵操作における運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクとモータ６の発生する操舵補助力によるトルクとの和が、出力トルクとしてラックピニオン機構１０４に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。
【００１６】
＜２．  制御装置の構成＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ１００の機能的構成を示すブロック図である。このＥＣＵ１００は、モータ制御部として機能するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）１０と、そのマイコン１０から出力される指令値Ｄに応じたデューティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成するＰＷＭ信号生成回路１８と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧をモータ６に印加するモータ駆動回路２０と、モータ６に流れる電流を検出する電流検出器１９とから構成される。
【００１７】
マイコン１０は、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部１２と、減算器１４と、フィードバック制御演算部（以下「ＦＢ制御演算部」と略記する）１６と、操舵不能判定部５１と、目標ストローク設定部５２と、モータ制御演算部５３とからなるモータ制御部として機能する。
【００１８】
より詳しくは、このモータ制御部のうちの目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６は、操舵可能時における操舵補助のためのモータ制御部として機能し、目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３は、操舵不能時におけるモータ制御部として機能し、操舵不能判定部５１はこれらのモータ制御部の機能を切り替えるものである。以下、それぞれについて説明する。
【００１９】
このようなモータ制御部において、目標電流設定部１２は、トルクセンサ３から出力される操舵トルクの検出値（以下「操舵トルク検出値」という）Ｔと、車速センサ４から出力される車速の検出値（以下「車速検出値」という）Ｖとに基づき、モータ６に流すべき電流の目標値Ｉｔ、すなわちハンドル操作を容易にする操舵補助力を発生させるためにモータ６に流すべき電流の値を生成する。具体的には、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ６に供給すべきアシスト電流の値と操舵トルクの値との関係を車速に応じて示すマップ（「アシストマップ」と呼ばれる）が目標電流設定部１２内部に予め保持されており、目標電流設定部１２は、このアシストマップを参照して、上記操舵トルク検出値Ｔおよび車速検出値Ｖに対応するアシスト電流の値を求め、これを電流目標値Ｉｔとして出力する。このアシストマップは、車速が小さいほど、また操舵トルクが大きいほどアシスト電流値を大きくするように設定されている。これにより、ハンドル１０１が重いときほど操舵補助力が大きくなり、ハンドル操作が容易になる。
【００２０】
また減算器１４は、この電流目標値Ｉｔと電流検出器１９から出力されるモータ電流の検出値Ｉｓとの偏差（Ｉｔ−Ｉｓ）を算出する。ＦＢ制御演算部１６は、この偏差（Ｉｔ−Ｉｓ）に基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべきフィードバック制御のための上記指令値Ｄを生成する。
【００２１】
次に上記モータ制御部において、操舵不能判定部５１は、操舵角センサ２から出力される操舵角の検出値（以下「操舵角検出値」という）θと、ストロークセンサ５から出力されるラック軸の位置変化量の検出値（以下「ストローク検出値」という）Ｌとに基づき、ステアリングシャフトが折れたり途中の接続部分が外れたりするなどの原因により、操舵不能状態であるか否かを判定する。そして、操舵不能状態（異常状態）である場合には、制御信号Ｓ１によって目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６を停止するよう制御するとともに、制御信号Ｓ２によって目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３を起動するよう制御する。なお、操舵可能時（通常時）には、目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６は起動しており、目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３は停止しているものとする。以上のような操舵不能判定部５１の具体的な動作については後述する。
【００２２】
また上記モータ制御部において、目標ストローク設定部５２は、ストローク検出値Ｌに基づき、ラック軸において変化すべきその位置変化量（ストローク値）の目標値Ｌｔ、すなわちハンドル操作に対応して生じるべき転舵量（転舵角）を発生させるための目標値を生成する。モータ制御演算部５３は、この目標値Ｌｔに基づき目標とすべきラック軸の変位を生じさせるためにはモータ６をどれだけ動かせばよいかを制御する演算を行うことにより、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべき制御のための上記指令値Ｄを生成する。
【００２３】
すなわちモータ制御演算部５３は、上記目標値Ｌｔとストローク検出値Ｌとの偏差（Ｌｔ−Ｌ）に基づく比例積分制御演算を行うことにより、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべきフィードバック制御のための上記指令値Ｄを生成する。
【００２４】
ＰＷＭ信号生成回路１８は、上記ＦＢ制御演算部１６または上記モータ制御演算部５３のいずれかから受け取った指令値Ｄに応じたデューティ比のパルス信号、すなわち指令値Ｄに応じてパルス幅の変化するＰＷＭ信号を生成する。モータ駆動回路２０は、スイッチング素子としての複数のパワートランジスタを用いて構成されており、それらのパワートランジスタをＰＷＭ信号によってオン／オフさせることにより、そのＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）に応じた電圧をモータ６に印加する。モータ６は、その電圧印加によって流れる電流に応じた大きさおよび方向のトルクを発生する。次に、操舵不能判定部５１の動作について詳しく説明する。
【００２５】
＜３．  操舵不能判定部の動作＞
図３は、上記操舵不能判定部５１をソフトウェア的に実現するためにマイコン１０が実行する操舵不能判定処理の手順を示すフローチャートである。イグニションスイッチがオンされると、マイコン１０は、この手順に従って以下のように動作する。
【００２６】
まず、操舵不能判定部５１は、記憶された値を消去するなどの必要な初期化処理を行う（ステップＳ１０）。なお、前述したように操舵可能時（通常時）には、目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６は起動しており、目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３は停止しているものとしたが、ここで操舵不能判定部５１は、制御信号Ｓ１によって目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６を起動するよう制御するとともに、制御信号Ｓ２によって目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３を停止状態に維持するよう制御してもよい。
【００２７】
次に、操舵不能判定部５１は、操舵角センサ２から操舵角検出値θを取得してその値を記憶するとともに（ステップＳ１２）、ストロークセンサ５からストローク検出値Ｌを取得してその値を記憶する（ステップＳ１４）。
【００２８】
そして、操舵不能判定部５１は、前回または所定時間前に記憶された操舵角検出値θを呼び出し、呼び出された値と今回上記ステップＳ１２において取得された値とを比較し、操舵角検出値θが時間的に変化したか否かを判定する（ステップ１６）。このステップＳ１６での判定の結果、操舵角検出値θが変化した場合には（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１８の判定処理へ進み、操舵角検出値θが変化しない場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１２へ戻り、以降、操舵角検出値θが変化するまでステップＳ１２〜Ｓ１６を繰り返し実行する。なお、操舵角検出値θが時間的に変化したか否かの判定には所定の閾値による制限が設けられていてもよい。この構成では変化量が上記閾値以下の場合には変化しないものと判定される。
【００２９】
続いて、操舵不能判定部５１は、前回または所定時間前に記憶されたストローク検出値Ｌを呼び出し、呼び出された値と今回上記ステップＳ１４において取得された値とを比較し、ストローク検出値Ｌが時間的に変化したか否かを判定する（ステップ１８）。このステップＳ１８での判定の結果、ストローク検出値Ｌが変化した場合には（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２へ戻り、以降、操舵角検出値θが変化したにもかかわらずストローク検出値Ｌが変化しない場合となるまでステップＳ１２〜Ｓ１８を繰り返し実行する。なお、ストローク検出値Ｌが時間的に変化したか否かの判定にも所定の閾値による制限が設けられていてもよい。この構成では変化量が上記閾値以下の場合には変化しないものと判定される。
【００３０】
また上記ステップＳ１８での判定の結果、ストローク検出値Ｌが変化しない場合には（ステップＳ１８：Ｎｏ）、操舵不能判定部５１は、制御信号Ｓ１によって目標電流設定部１２、減算器１４、およびＦＢ制御演算部１６を停止するよう制御し（ステップＳ２０）、さらに制御信号Ｓ２によって目標ストローク設定部５２およびモータ制御演算部５３を起動するよう制御して（ステップＳ２２）、上記一連の処理を終了する。
【００３１】
以上のように、操舵角検出値θが変化したにもかかわらず（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ストローク検出値Ｌが変化しない場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、運転者によってハンドル１０１に力が加えられることにより操舵角が変化してもラック軸の変位が生じていない状態であり、これはハンドル１０１とラック軸とを接続するトルク伝達手段であるステアリングシャフトが折れるなどすることによりハンドル１０１からステアリング機構へのトルク伝達が不能となっている状態であることを意味している。したがって、この状態では機械的なトルク伝達による操舵は不能であり操舵補助は意味をなさない。そこで、操舵角検出値θに応じてモータ６を回転させラック軸を変位させることにより、あたかもハンドル１０１からステアリング機構への機械的なトルク伝達がなされているかのように転舵が行われる。
【００３２】
＜４．  効果＞
以上のように上記実施形態によれば、特別な装置を使用することなく、マイコン１０によって上述した操舵不能判定部５１、目標ストローク設定部５２、およびモータ制御演算部５３の機能を実現することにより、ステアリングシャフトが折れたり接続部分が外れたりするなどの事故により運転者がハンドルに加える力がステアリング機構に機械的に伝達されない場合にも操舵角検出値θに応じてモータ６によりラック軸を変位させることにより運転者による転舵操作を可能とすることができる。
【００３３】
＜５．  変形例＞
上記実施形態では、操舵不能判定部５１により、操舵角検出値θが変化したにもかかわらず、ストローク検出値Ｌが変化しない場合、機械的なトルク伝達が不能となっている状態であると判定されるが、ストローク検出値に代えて、車輪１０８の転舵角の検出値が使用されてもよい。またピニオン軸の変位量の検出値など、転舵角に対応して機械的に変化する量の検出値を広く使用することができる。すなわち、このような検出値を検出する（一般的な電動パワーステアリング装置に使用されることが多い）転舵側検出手段を設けることにより、操舵角検出値θが変化したにもかかわらず、上記転舵側検出手段の検出値が変化しない場合、機械的なトルク伝達が不能となっている状態であると簡単にかつ特別な装置を設けることなく判定することができる。
【００３４】
また、操舵不能判定部５１により、操舵角検出値θが変化したにもかかわらず、トルクセンサ３によってトルクが検出されない場合、機械的なトルク伝達が不能となっている状態であると判定されてもよいし、操舵角検出値θと比較することなく、車が走行中であるにもかかわらず一定時間トルクセンサ３によってトルクが検出されない場合などに機械的なトルク伝達が不能となっている状態であると判定されてもよい。さらに、例えば運転者が故障判定ボタンなどを押下することにより機械的なトルク伝達が不能となっていることが判定されるなど、およそハンドル１０１からステアリング機構への機械的なトルク伝達が不能か否かが判定される構成であればよい。
【００３５】
上記実施形態では、モータ６によりピニオン軸が駆動されるいわゆるピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置の例が記載されているが、ステアリングシャフトが折れたりするなどすることによりハンドル１０１からステアリング機構への機械的なトルク伝達が不能となっている場合であってもモータ６を駆動することによりステアリング機構を動かすことができる構成であれば上記ピニオンアシスト型に限定されることはない。また、油圧式のパワーステアリング装置であっても本発明の適用は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】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の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態における操舵不能判定部を実現するためにマイコンによって実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…ハンドル、１０２…ステアリングシャフト、１０４…ラックピニオン機構、１０６…連結部材、１０８…車輪、θ…操舵角検出値、Ｔ…トルク検出値、Ｖ…車速検出値、Ｌ…ストローク検出値、Ｄ…指令値
【図１】
2009166674.tif 000003
【図２】
2009166674.tif 000004
【図３】
2009166674.tif 000005