CN104875786A - 车辆用转向操作装置、该装置的故障判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用转向操作装置、该装置的故障判断方法以及转向马达的控制方法。该车辆用转向操作装置具备：转舵机构(30)，通过与操作部的操作相应的转向马达(34)的驱动来使转向轮(4)转向；马达角传感器(36)，将转向马达(34)的旋转角作为电角进行检测；转向角传感器(42)，检测转向轮(4)的转向角；存储器，预先存储所检测的电角与转向角的对应关系；以及故障判断器，通过对检测出的电角与转向角的关系和存储于存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障。

Description

车辆用转向操作装置、该装置的故障判断方法

本申请要求2014年2月27日提交的日本专利申请2014-036630号的优先权，并在此引用其全部内容。

技术领域

本发明涉及车辆用转向操作装置，尤其涉及在传感器等产生了故障的情况下能够简易地检测该故障的产生，并且在故障产生后能够继续进行车辆的转向操作的车辆用转向操作装置以及该装置的故障判断方法和转向马达控制方法。

背景技术

作为车辆用转向操作装置的一个例子，提出有不对转向操作机构和转舵机构进行机械式连结的被称为线控转向系统的装置。

在该装置中，转向操作机构和转舵机构不进行机械式连结。该装置具备转舵控制器，该转舵控制器根据来自设置在转向操作机构侧以及转舵机构侧的各种传感器的输入来控制设置在转舵机构侧的转向马达。作为设置在转向操作机构侧的传感器的一个例子，能够列举对由驾驶员进行旋转操作的转向操作部的转向操作角进行检测的转向操作角传感器、对施加至转向操作部的转向操作转矩进行检测的转矩传感器等。作为设置在转舵机构侧的传感器的一个例子，能够列举对转向马达的旋转角进行检测的马达角传感器、对通过转向马达的驱动来转向的转向轮的转向角进行检测的转向角传感器等。

例如，参照日本特开平10－197238号公报、日本特开2013－112279号公报。

在上述的线控转向系统中，代替转向操作机构与转舵机构的机械式连结，通过转向控制器根据来自各种传感器的输入对转向马达进行驱动控制，来进行与转向操作部的旋转操作相应的车辆的转向操作，所以需要检测传感器的故障或者与转向马达的旋转动作连动的机械构件的故障等。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种在传感器或者与转向马达的旋转动作连动的机械构件等中产生了故障的情况下，通过简易的处理来检测故障的产生的车辆用转向操作装置以及车辆用转向操作装置的故障判断方法等。

作为本发明的一个方式的车辆用转向操作装置具备：转舵机构，通过与操作部的操作相应的转向马达的驱动来使车辆的转向轮转向；马达角传感器，将转向马达的旋转角作为周期性的电角进行检测；转向角传感器，检测转向轮的转向角；存储器，预先存储检测的电角与转向角的对应关系；以及故障判断器，通过对检测出的电角与检测出的转向角的关系和存储于存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障。

根据本结构，故障判断器通过对由马达角传感器检测出的电角与由转向角传感器检测出的转向角的关系和存储于存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障，所以不需要附加机构就能够简易地检测故障的产生。

另外，也可以在上述的结构上进一步附加如下的部件：转向操作角传感器，检测操作部的转向操作角；顺序存储器，顺序存储从马达角传感器检测出的电角；推断转向角计算器，在由故障判断器判断为有故障时，基于存储于顺序存储器的电角和从转向操作角传感器检测出的转向操作角来计算转向轮的推断转向角；以及转舵控制器，基于转向操作角和上述计算出的推断转向角来控制转向马达的驱动。

根据该结构，转舵控制器能够基于转向操作角和推断转向角继续地对转向马达进行驱动控制，所以能够继续故障产生后的车辆的转向操作。

关于上述的各结构所涉及的故障判断器，也可以在转向角为与转向轮的中立位置对应的角度时执行对从马达角传感器检测出的电角与从转向角传感器检测出的转向角的关系和存储于存储器的电角与转向角的对应关系进行比较的判断。通过该结构，能够减少判断次数，并能够减少处理负荷。

另外，也可以使上述的各结构所涉及的马达角传感器为旋转变压器。根据该结构，马达电角的可靠性提高，并能够简易地检测在转向角传感器、转向马达、或者与转向马达的旋转动作连动的机械构件中产生的故障等。

一种车辆用转向操作装置的故障判断方法，该车辆用转向操作装置具备：转舵机构，通过与操作部的操作相应的转向马达的驱动来使车辆的转向轮转向；马达角传感器，将转向马达的旋转角作为周期性的电角进行检测；转向角传感器，检测转向轮的转向角；以及存储器，预先存储检测的电角与转向角的对应关系，该车辆用转向操作装置的故障判断方法具备：通过对检测出的电角与检测出的转向角的关系和存储于存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障的步骤。

根据该故障判断方法，不需要附加机构就能够简易地检测故障的产生。

一种车辆用转向操作装置中的转向马达的控制方法，该车辆用转向操作装置具备：转舵机构，通过与操作部的操作相应的转向马达的驱动来使车辆的转向轮转向；马达角传感器，将上述转向马达的旋转角作为周期性的电角进行检测；转向角传感器，检测上述转向轮的转向角；以及存储器，预先存储上述检测的电角与转向角的对应关系，该车辆用转向操作装置还具备：转向操作角传感器，检测上述操作部的转向操作角；顺序存储器，顺序存储上述检测出的电角；以及转舵控制器，控制上述转向马达的驱动，该车辆用转向操作装置中的转向马达的控制方法的特征在于，通过对上述检测出的电角与上述检测出的转向角的关系和存储于上述存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障，基于有故障的判断来读出存储于上述顺序存储器的电角，基于读出的电角与上述检测出的转向操作角来计算上述转向轮的推断转向角，上述转舵控制器基于上述转向操作角以及推断转向角来控制上述转向马达的驱动。

通过该控制方法，转舵控制器也能够基于转向操作角和推断转向角来继续地对转向马达进行驱动控制，所以能够继续故障产生后的车辆的转向操作。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明上述以及其它特征和优点会变得更加清楚。其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中，

图1是本发明的实施方式所涉及的车辆用转向操作装置的概要图。

图2是图1所示的ECU的框图。

图3是表示马达电角－转向角对应映射图的一个例子的图。

图4是表示ECU的功能的框图。

图5是表示ECU的处理的主流程。

图6是表示ECU的有无故障判断处理的子流程图。

图7是表示ECU的故障位置判断处理的子流程图。

图8是表示ECU的推断转向角计算处理的子流程图。

图9是表示ECU的车辆停止处理的子流程图。

图10表示ECU的马达控制处理的子流程图。

图11是表示转向操作角－马达电角对应映射图的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。

如图1所示，车辆用转向操作装置1作为主要的结构具备：转向操作机构10，具备由车辆的驾驶员进行旋转操作的作为操作部的转向盘14；转舵机构30，具备与转向盘14的旋转操作相应地进行旋转驱动的转向马达34；以及作为控制器的ECU50，根据转向盘14的旋转角(转向操作角)来驱动控制转向马达34。

转向操作机构10包括设置于车辆的驾驶席的转向柱12、由驾驶员进行旋转操作的转向盘14、检测转向盘14的旋转角(转向操作角)的转向操作角传感器16、检测作用于转向盘14的旋转转矩的转矩传感器18、以及向转向盘14赋予与驾驶员的转向操作方向反方向的力的反作用力马达20而构成。

在转向柱12内收纳有与转向盘14的旋转中心部连结的轴15。轴15是在转向柱12的轴向上延伸的部件，轴15被配置在转向柱12内的轴承(未图示)以自由旋转的方式支承。

转向操作角传感器16被配设成绕转向柱12内的轴15，并与ECU50电连接。转向操作角传感器16对与转向盘14的旋转操作连动地旋转的轴15的旋转角进行检测。转向操作角传感器16例如利用霍尔传感器来检测安装在轴15的外周的磁铁的磁力，并将轴15的旋转角作为转向操作角θh顺序输出至ECU50侧。

在本说明书中，转向操作角传感器16以转向盘14的中立位置为基准，将向右方向的旋转操作作为正的电压值进行输出，将向左方向的旋转操作作为负的电压值进行输出。另外，随着向右方向的旋转角度增大，输出逐渐增大的电压值，随着向左方向的旋转角度增大，输出逐渐减小的电压值。所谓中立位置是车辆前进状态下的转向盘14在旋转方向上的位置，在以下的说明中也相同。

与转向操作角传感器16相同，转矩传感器18被配设成绕转向柱12内的轴15，转矩传感器18对通过驾驶员的旋转操作作用于转向盘14以及轴15的转矩Th进行检测。转矩传感器18与ECU50电连接，并将转矩Th顺序输出至ECU50。

反作用力马达20经由具有规定的齿轮比的齿轮机构与轴15连结。反作用力马达20是被ECU50驱动控制的直流马达，反作用力马达20向轴15赋予与驾驶员对转向盘14的旋转操作方向反方向的转矩。该转矩作为反作用力发挥作用。反作用力马达20的转子的旋转角通过旋转角传感器20a来检测。旋转角传感器20a与ECU50电连接，并将反作用力马达20的转子的旋转角顺序输出至ECU50。

转舵机构30包括筒状的外壳32、由ECU50进行驱动控制的转向马达34、对转向马达34的旋转角进行检测的马达角传感器36、将转向马达34的转子的旋转运动转换为车辆的左右方向的直线运动的机构、以及被上述转换机构驱动而在车辆的左右方向上进行直线运动的作为转向轴的齿条38而构成。另外，转舵机构30具备与齿条38的两端部连结的横拉杆40、以及对与齿条38的直线运动相应地转向的转向轮4的转向角θw进行检测的转向角传感器42。

外壳32通常被安装成与设置在车辆的前轮侧或者后轮侧的任意一侧的转向轮4的位置对应，并相对于车辆不动。转向马达34是收纳在设置于外壳32的马达壳体32a内的无刷马达。转向马达34具有基于从ECU50输出的驱动控制信号来正反向地旋转的转子34a和定子34b。在转子34a上贯通有齿条38。转子34a与齿条38经由未图示的滚珠丝杠机构连结。该滚珠丝杠机构与上述转换机构相当，该滚珠丝杠机构将转子34a的旋转运动转换为齿条38的轴向的直线运动。

在转向马达34内，马达角传感器36与转子34a配置在同轴上。马达角传感器36是由与转子34a同步旋转的转子和定子构成的旋转变压器。该旋转变压器的转子具有与转向马达34的极数一致的极数的磁极。马达角传感器36与ECU50电连接。马达角传感器36将转向马达34的转子34a的旋转角(机械角)作为周期性的马达电角θt顺序输出至ECU50。在本说明书中为了便于说明，设定在齿条38处于中立位置时的马达角传感器36的马达电角θt为0°。

齿条38是在外壳32的轴向(车辆的左右方向)上延伸的部件。由于齿条38经由滚珠丝杠机构与转子34a连结，所以齿条38与转子34a的向正反方向的旋转运动相应地在外壳32内在车辆的左右方向上移动。齿条38的向左右方向的直线运动经由与齿条38的两端侧连接的横拉杆40传递至转向轮4。

横拉杆40是一端部与齿条38连接，另一端部与未图示的转向节连接的部件，横拉杆40与齿条38的直线运动相应地推拉转向节。通过经由横拉杆40对转向节进行推拉动作，装配在了车轮上的转向轮4同步地在车辆的左右方向上任意地转向，其中，车轮组装在转向节上。

转向轮4的转向角θw(实际转向角)通过转向角传感器42来检测。转向角传感器42例如配设在外壳32的一端部侧。转向角传感器42基于与转向节的距离、或者齿条38的行程量来检测转向轮4的转向角θw，其中，转向节与转向轮4的转向相应地进行位移。转向角传感器42与其他的传感器同样地与ECU50电连接，并将转向轮4的转向角θw顺序输出至ECU50。

如上所述，转舵机构30包括通过ECU50的驱动控制来进行旋转运动的转向马达34而构成。而且，转舵机构30是通过将转向马达34的旋转运动转换为齿条38的直线运动并将齿条38的直线运动经由转向横拉杆40传递至转向节来使转向轮4任意地转向的结构。如图所示，转向操作机构10和转舵机构30没有经由将彼此耦合的机械构件，换言之，与转向盘14连动地旋转的轴15和使转向轮4转向的齿条38以及横拉杆40以没有机械连结的状态独立地设置。转向操作机构10和转舵机构30的动作通过以ECU50为中心的驱动控制来实现，其中，ECU50基于来自各种传感器的输入来执行必要的处理。

图2是用于说明ECU50的功能的框图。ECU50具备微型计算机52，该微型计算机52包括作为运算器的CPU、对驱动控制所需的基本程序以及下述的马达电角－转向角对应映射图M1等进行存储的ROM、以及对来自各种传感器的输入值、运算结果进行暂时地存储的RAM等存储器。

微型计算机52按照它的各功能具备对在转舵机构30中产生的故障进行检测的故障判断器52A、执行转舵机构30的转向马达34的驱动控制的转舵控制器52B、以及执行转向操作机构10的反作用力马达20的驱动控制的反作用力控制器52C。应予说明，为了便于说明，首先对故障判断器52A以及转舵控制器52B进行详细说明，后述反作用力控制器52C。

故障判断器52A参照顺序检测出的马达电角θt以及转向角θw的值和马达电角－转向角对应映射图M1来判断故障的有无。在判断结果为无故障的情况下，将转向操作模式维持在正常模式。另一方面，在判断结果为有故障的情况下，将转向操作模式从通常模式切换为故障模式。

图3是表示作为预先储存于ROM的存储区域的数据的马达电角－转向角对应映射图M1的概要的图。如该图所示，在马达电角－转向角对应映射图M1中，与转向马达34的旋转相应地从马达角传感器36检测的马达电角θt、和与转向轮4的转向相应地从转向角传感器42检测的转向角θw的对应关系被作为函数而加以规定。

如该图所示，在本实施方式中，在转向轮4从最大左转向角(－50°)移动至最大右转向角(50°)的期间，从马达角传感器36例如反复检测到十个周期(360°×10)的马达电角θt。另外，在本实施方式中，中立位置的转向轮4的转向角(0°)与马达电角(0°)对应，转向角θw每变化10°，周期性地反复检测到相同的马达电角θt。另外，来自马达角传感器36的马达电角θt所涉及的信号通过未图示的转换电路转换为数字信号。应予说明，转向角θw与马达电角θt的关系并不局限于图3所示的关系。

转舵控制器52B根据当前的转向操作模式是正常模式还是故障模式来对计算转向马达34的目标旋转角θk的运算处理进行切换，并控制驱动转向马达34。在转向操作模式为正常模式的情况下，转舵控制器52B基于转向操作角θh以及转向角θw来计算转向马达34的目标旋转角θk，并经由转向马达驱动电路56对转向马达34进行控制驱动。

在转向操作模式为故障模式的情况下，转舵控制器52B根据故障位置并基于转向操作角θh以及由故障判断器52A计算出的推断转向角θz来计算转向马达34的目标旋转角θk，并为了确保故障时的车辆的转向操作而对转向马达34进行驱动控制。将上述内容作为前提，对故障判断器52A以及转舵控制器52B的具体处理及其关系进行说明。

图4是按照各处理功能表示故障判断器52A以及转舵控制器52B的结构的框图。图5是对由构成故障判断器52A以及转舵控制器52B的ECU50执行的处理进行说明的主流程图。如该图所示，EUC50以点火开关接通为条件反复执行马达电角存储处理(步骤S100)、有无故障判断处理(步骤S110)、转向操作模式判断处理(步骤S111)、故障位置判断处理(步骤S120)、以及马达控制处理(步骤S160)。以下，随着各处理的流程对故障判断器52A以及转舵控制器52B进行说明。

如图4所示，故障判断器52A具有马达电角存储部80、马达电角－转向角比较判断部82、马达故障判断部83、转向操作模式切换部84、故障位置特定部85、推断转向角计算部86、驱动源停止部88、以及车辆停止显示输出部90。

在图5的步骤S100中，马达电角存储部80执行将从马达角传感器36顺序检测的马达电角θt顺序更新并存储至RAM的存储区域的马达电角存储处理并转移处理。下述详细内容，但被马达电角存储部80更新存储的马达电角θt在故障模式时被读出。另外，虽然在本例中更新存储马达电角θt，但也可以将马达电角θt的历史数据保持恒定期间。

图6是对图5所示的有无故障判断处理(步骤S110)进行说明的子流程图。

在图6的步骤S112中，马达电角－转向角比较判断部82对从马达角传感器36检测出的马达电角θt与从转向角传感器42检测出的转向角θw的关系、和在图3所示的马达电角－转向角对应映射图M1中规定的马达电角θt与转向角θw的对应关系进行比较来判断故障的有无。

具体而言，对转向角θw与马达电角θt的双方的值的关系、和在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的双方的值的对应关系进行比较，来判断检测出的马达电角θt以及转向角θw是否与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值一致。例如，在从马达角传感器36检测出的马达电角θt为360°，从转向角传感器42检测出的转向角θw为10°的情况下，双方的值与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值一致，马达电角－转向角比较判断部82判断为无故障。另一方面，例如，在从马达角传感器36检测出的马达电角θt为360°，从转向角传感器42检测出的转向角θw为5°的情况下，转向角θw的值与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值不一致，所以马达电角－转向角比较判断部82判断为有故障。

在上述判断的结果为马达电角θt和转向角θw与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值一致(判断为无故障)的情况下，马达电角－转向角比较判断部82向马达故障判断部83输出转向角θw并将处理转移至步骤S114。

另一方面，在上述判断的结果为马达电角θt和转向角θw的任意一个与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值不一致(判断为有故障)的情况下，马达电角－转向角比较判断部82将处理转移至步骤S118，马达电角－转向角比较判断部82向转向操作模式切换部84输出故障检测信号Pi并结束处理。

马达故障判断部83基于步骤S112的判断结果是无故障的结果来执行对是否是转向马达34自身产生故障进行判断的马达故障判断处理(步骤S114)。该处理是即使在马达电角θt和转向角θw与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值一致的情况下也考虑存在转向马达34自身产生故障的可能性而执行的处理。另外，这里所谓的转向马达34自身的故障是假定转向马达34不进行与从马达控制部62输出的驱动控制信号对应的旋转动作的情况。

马达故障判断部83对从马达电角－转向角比较判断部82输入的转向角θw、和在下述的马达控制处理(步骤S160)中在前次计算出并存储的目标旋转角θk进行比较。而且，在转向角θw不与目标旋转角θk对应的情况下判断为转向马达34自身有故障，将处理转移至步骤S115。另一方面，马达故障判断部83在转向角θw与目标旋转角θk对应的情况下判断为转向马达34自身无故障，将处理转移至步骤S116。

像这样，马达故障判断处理是以马达电角θt和转向角θw与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值一致为前提而执行的，换言之，是以在马达角传感器36以及转向角传感器42中未产生故障为前提而执行的，所以能够简易地检测转向马达34自身产生的故障。

马达故障判断部83基于步骤S114的判断结果是转向马达34自身有故障的结果，向驱动源停止部88以及车辆停止显示输出部90输出车辆停止信号Pk并结束处理(步骤S115)。此外，下述驱动源停止部88以及车辆停止显示输出部90。

马达故障判断部83基于步骤S114的判断结果是转向马达34自身无故障的结果，将转向角θw输出至转舵控制器52B的目标旋转角计算部60(步骤S116)。

根据执行以上的步骤S112的处理的故障判断器52A，对从马达角传感器36检测的马达电角θt与从转向角传感器42检测的转向角θw的关系、和在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的对应关系进行比较，并基于马达电角θt和转向角θw与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值是否一致来判断故障的有无，所以不需要附加机构就能够简易地检测故障的产生。

转向操作模式切换部84在从马达电角－转向角比较判断部82输入了故障检测信号Pi的情况下，将转向操作模式从正常模式切换为故障模式。具体而言，向故障位置特定部85输出故障位置辨别开始信号Pj。另外，在转向操作模式成为了故障模式的情况下，转向操作模式判断处理(步骤S111)的判断成为是，之后，以基于马达电角－转向角比较判断部82的判断结果的故障位置辨别开始信号Pj的输出为契机，执行以下说明的故障模式时的故障位置判断处理(S120)。另一方面，在转向操作模式为正常模式的情况下，转向操作模式判断处理的判断成为否，转移至下述的马达控制处理(步骤S160)。

图7是对图5所示的故障位置判断处理(步骤S120)进行说明的子流程图。在该故障位置判断处理中，对通过上述的有无故障判断处理检测出的故障的状况进行解析并确定出发生了故障的位置，并且根据故障位置来判断车辆能否行驶。

故障位置特定部85基于来自转向操作模式切换部84的故障位置辨别开始信号Pj的输入，向推断转向角计算部86输出故障时继续转向信号Pw，并执行故障位置特定处理(图7的步骤S122)。下述详细内容，但推断转向角计算部86基于从马达电角存储部80读出的马达电角θt来计算推断转向角θz。计算出的推断转向角θz被输出至下述的目标旋转角计算部60。目标旋转角计算部60基于转向操作角θh以及推断转向角θz来计算目标旋转角θk，马达控制部62基于目标旋转角θk来控制转向马达34。故障位置特定部85通过输出故障时继续转向信号Pw使转向马达34暂时地驱动，来如以下这样确定出产生了故障的位置。

首先，故障位置特定部85确定故障位置是否是马达角传感器36。这里，所谓的马达角传感器36的故障是假定相对于转向马达34的旋转角，马达电角θt不同的情况。

故障位置特定部85读出在故障时继续转向信号Pw的输出后存储的转向马达34的马达电角θt，并对读出前后的马达电角θt的变化量与目标旋转角θk是否对应进行判断。

在判断的结果为两者对应的情况下，确定故障位置不是马达角传感器36，在两者不同的情况下，确定故障位置是马达角传感器36。另外，在确定故障位置不是马达角传感器36的情况下，确定存在具有故障的可能性的位置是转向角传感器42或者是与转向马达34的旋转动作连动的机械构件。

接下来，故障位置特定部85确定故障位置是否是转向角传感器42。这里，所谓的转向角传感器42的故障是假定相对于转向轮4的实际转向角，输出的转向角θw不同的情况。

故障位置特定部85对在上述的故障时继续转向信号Pw的输出后从转向马达34输出的马达电角θt的变化趋势与通过转向动作从转向角传感器42输出的转向角θw的变化趋势是否处于对应关系进行判断。所谓的变化趋势处于对应关系例如是指像马达电角θt的变化表示向右方向的转向操作时，转向角θw的变化也表示向右方向的转向操作这样，马达电角θt以及转向角θw在相同的方向上变化。

在判断的结果为马达电角θt的变化趋势与转向角θw的变化趋势处于对应关系的情况下，确定故障位置不是转向角传感器42，同时确定故障位置是与转向马达34的旋转运动连动的机械构件。在马达电角θt的变化趋势与转向角θw的变化趋势不处于对应关系的情况下，确定故障位置是转向角传感器42。

在执行针对上述马达角传感器36以及转向角传感器42的一系列的处理，确定出故障位置不是马达角传感器36并且不是转向角传感器42的情况下，确定故障位置是与转向马达34的旋转运动连动的机械构件。

故障位置特定部85对在步骤S122中确定出的故障位置是否是马达角传感器36进行判断(图7的步骤S124)。在判断的结果为故障位置不是马达角传感器36的情况下将处理转移至步骤S126。在判断的结果为故障位置是马达角传感器36的情况下将处理转移至步骤S130。

故障位置特定部85对在步骤S122中确定出的故障位置是否是转向角传感器42进行判断(图7的步骤S126)。在判断的结果为故障位置是转向角传感器42的情况下将处理转移至步骤S128。在判断的结果为故障位置不是转向角传感器42的情况下，换言之在判断的结果为故障位置是与转向马达34的旋转运动连动的机械构件的情况下，与故障位置是马达角传感器36的情况相同，将处理转移至步骤S130。

与在步骤S122中确定出的故障位置是转向角传感器42相应地，故障位置特定部85之后继续向推断转向角计算部86输出故障时继续转向信号Pw并结束处理(图7的步骤S128)。推断转向角计算部86基于故障时继续转向信号Pw的输入来执行推断转向角计算处理(步骤S140)。

与在步骤S122中确定出的故障位置是马达角传感器36或者是与转向马达34的旋转运动连动的机械构件相应地，故障位置特定部85向驱动源停止部88以及车辆停止显示输出部90输出车辆停止信号Pk并结束处理(图7的步骤S130)。驱动源停止部88以及车辆停止显示输出部90基于车辆停止信号Pk的输入来执行车辆停止处理(步骤S150)。

图8是对图7所示的推断转向角计算处理(步骤S140)进行说明的子流程图。该推断转向角计算处理是在执行故障位置特定处理(步骤S122)的情况下或者是在确定该故障位置判断处理的结果为故障位置是转向角传感器42的情况下(步骤S128)执行的。

推断转向角计算部86基于故障时继续转向信号Pw的输入来读出由马达电角存储部80存储的马达电角θt并转移处理(步骤S142)。应予说明，在上述的故障位置特定处理(步骤S122)以及确定故障位置是转向角传感器42的情况下输入故障时继续转向信号Pw(步骤S128)。

推断转向角计算部86基于在步骤S142读出的马达电角θt以及从转向操作角传感器16检测出的转向操作角θh来计算推断转向角θz并转移处理(步骤S144)。这里，推断转向角θz是代替正常模式时从转向角传感器42检测的转向角θw的与转向轮4的转向角(实际转向角)相关的信息。

图11是表示将转向操作角θh与马达电角θt的对应关系作为函数而加以规定的转向操作角－马达电角对应映射图M2的一个例子的图。推断转向角θz是通过参照图3所示的马达电角－转向角对应映射图M1和图11所示的转向操作角－马达电角对应映射图M2而计算出的。即，如在马达电角－转向角对应映射图M1中示出那样，多个转向角θw与同一马达电角θt处于对应的关系(例如相对于θt＝360°，θw＝－40°、－30°、－20°…)，所以不能够根据获取的马达电角θt直接计算出推断转向角θz。

因此，通过一并参照转向操作角－马达电角对应映射图M2来计算推断转向角θz。具体而言，首先参照转向操作角－马达电角对应映射图M2来确定出与转向操作角θh对应的马达电角θt的周期Tn。接下来，参照马达电角－转向角对应映射图M1计算出与确定出的周期Tn中的马达电角θt对应的转向角作为推断转向角θz。

推断转向角计算部86将在步骤S144中计算出的推断转向角θz输出至转舵控制器52B的目标旋转角计算部60并结束处理(步骤S146)。

如上所述，在推断转向角计算处理中，在通过有无故障判断处理(步骤S110)检测出某些故障(转向马达34自身以外的故障)并在通过故障位置特定处理(步骤S122)确定故障位置的情况下，或者在确定故障位置特定处理的结果为故障位置是转向角传感器42的情况下，基于存储于马达电角存储部80的马达电角θt和转向操作角θh来计算代替转向角θw的推断转向角θz。

通过执行这样的处理，能够确定出故障位置，并且即使在故障位置是转向角传感器42，产生了从该转向角传感器42检测的转向角θw的可靠性丧失的故障的情况下，下述的转舵控制器52B也能够通过代替转向角θw的推断转向角θz来继续转向马达34的驱动控制。因此，即使在转向角传感器42的故障产生后也能够确保车辆的转向操作。

图9是对车辆停止处理(步骤S150)进行说明的流程图。在故障位置为转向马达34自身的情况下，为马达角传感器36的情况下，或者为与转向马达34的旋转动作连动的机械构件的情况下执行该车辆停止处理。

驱动源停止部88基于从马达故障判断部83或者故障位置特定部85输入的车辆停止信号Pk来执行使与车辆的驱动轮连接的图外的马达、发动机等驱动源停止的驱动源停止处理并转移处理(步骤S152)。

车辆停止显示输出部90基于从马达故障判断部83或者故障位置特定部85输入的车辆停止信号Pk，来执行通过设置在车辆的驾驶席的周围的图外的显示器、灯等报告器向驾驶员报告驱动源停止的主旨、以及应该使车辆停止的主旨的驱动源停止显示输出处理(步骤S154)。通过执行驱动源停止部88以及车辆停止显示输出部90的车辆停止处理，能够使在转向马达34自身、马达角传感器36、或者与转向马达34的旋转动作连动的机械构件中产生故障的车辆迅速地停止。

如图4所示，转舵控制器52B具有目标旋转角计算部60和马达控制部62。图10是对由构成转舵控制器52B的ECU50执行的马达控制处理(步骤S160)进行说明的流程图。

目标旋转角计算部60对与从转向操作角传感器16检测的转向操作角θh相应的目标转向角θf进行计算并转移处理(步骤S162)。目标转向角θf是基于预先规定了转向操作角θh和目标转向角θf的对应关系的映射图、规定的函数计算出的。

例如，若要通过映射图来计算出目标转向角θf，预先存储与能够检测出转向操作角传感器16的转向操作角θh的分辨率相应地计算规定的目标转向角θf的映射图，能够通过参照该映射图来计算出与转向操作角θh对应的目标转向角θf。

若要通过函数来计算出目标转向角θf，通过能够与转向操作角θh的大小对应地计算出目标转向角θf的线性函数或者非线性函数来计算即可。

为了改变转向操作比，使相对于转向操作角θh的目标转向角θf与车辆行驶速度相应地变化，预先存储与行驶速度相应的多个映射图，并读出与行驶速度对应的映射图来计算出目标转向角θf即可。在通过函数计算目标转向角θf时，为了改变转向操作比，例如预先存储多个即使是同一转向操作角θh也能够与行驶速度相应地计算出不同的目标转向角θf的线性函数或者非线性函数，并读出与行驶速度对应的函数来计算目标转向角θf即可。

目标旋转角计算部60对当前的转向操作模式是否是正常模式进行判断(步骤S164)。在判断的结果为正常模式的情况下，将处理转移至步骤S166，在为故障模式的情况下，将处理转移至步骤S168。

[步骤S166]

目标旋转角计算部60与当前的转向操作模式是正常模式相应地，基于在步骤S162计算出的目标转向角θf与从转向角传感器42检测的转向角θw的差分来计算目标旋转角θk。目标旋转角计算部60将计算出的目标旋转角θk输出至马达控制部62并转移处理。

另一方面，目标旋转角计算部60与当前的转向操作模式是故障模式相应地，基于在步骤S162计算出的目标转向角θf与从推断转向角计算部86输入的推断转向角θz的差分来计算目标旋转角θk(步骤S168)。目标旋转角计算部60将计算出的目标旋转角θk输出至马达控制部62并转移处理。

马达控制部62例如通过PWM控制来控制转向马达34(步骤S170)。马达控制部62向转向马达驱动电路56输出驱动控制信号，以得到与在步骤S166或者步骤S168中计算出的目标旋转角θk对应的旋转角以及使转向轮4转向的转矩，并结束处理。转向马达驱动电路56进行控制，使转向马达34与从马达控制部62输入的驱动控制信号相应地进行旋转驱动。

如上所述，在马达控制处理中，与转向操作模式是正常模式还是故障模式相应地通过不同的处理来计算目标旋转角θk。而且，特别是在故障模式的情况下(在故障位置为转向角传感器42的情况下)，基于通过推断转向角计算处理(步骤S140)代替转向角θw而计算的推断转向角θz来计算目标旋转角θk，所以即使在转向角传感器42故障后也能够确保通过转向马达34的驱动实现的车辆的转向操作。

接下来，对反作用力控制器52C进行简要说明。反作用力控制器52C基于从转向操作角传感器16检测的转向操作角θh和从转矩传感器18检测的转矩Th来驱动控制反作用力马达20，以产生与驾驶员对转向盘14的旋转操作方向反方向的转矩。来自反作用力控制器52C的驱动控制信号被输出至反作用力马达驱动电路58。反作用力马达驱动电路58与从反作用力控制器52C输入的驱动控制信号相应地向反作用力马达20输出规定的电流，使反作用力马达20旋转驱动。通过反作用力控制器52C对反作用力马达20的驱动控制，驾驶员能够在转向盘14的旋转操作时感觉到与旋转操作方向反方向的手感地对车辆进行转向操作。应予说明，也能够与车辆的特性相应地省略反作用力马达20以及反作用力控制器52C。另外，也可以是与反作用力马达20以及反作用力控制器52C一起在轴15的端部配设未图示的扭簧，或者是代替反作用力马达20以及反作用力控制器52C在轴15的端部配设未图示的扭簧，并赋予与转向盘14的旋转操作相应的反作用力的结构。

在本实施方式中，通过作为马达角传感器36采用因构造特性而耐老化性良好，并将转向马达34的旋转角作为周期性的电角进行输出的旋转变压器，使与转向马达34的旋转角对应的马达电角θt的可靠性提高。由此，能够简易地检测由转向角传感器42检测的转向角θw的可靠性丧失这样的故障等。

另外，在本实施方式中，每当输入马达电角θt以及转向角θw时，顺序执行马达电角－转向角比较判断部82的处理(步骤S112)，但并不局限于此。例如，也可以仅在转向角θw是与中立位置对应的值(0°)的情况下才对转向角θw与马达电角θt的关系进行判断。

具体而言，在步骤S112的前段设置判断转向角θw是否是与中立位置对应的角度的处理，仅在转向角θw与中立位置对应的情况下执行转移至步骤S112的处理即可。通过这样的结构，能够减少步骤S112的处理次数，并能够减少施加给ECU50的处理负荷。

另外，以与在车辆的行驶时频率最高的中立位置对应的转向角θw的输入为条件来执行判断，所以同以与其他的位置对应的转向角θw的输入为条件的情况相比，能够充分地确保故障检测所要求的精度。

在马达电角－转向角比较判断部82的处理(步骤S112)中，基于马达电角θt和转向角θw是否与在马达电角－转向角对应映射图M1中规定的值一致来判断有无故障，但也可以设定规定的阈值，若值的差异在阈值内则视作一致，并进行无故障的判断。

在本实施方式中，对在齿条38处于中立位置时的马达角传感器36的马达电角θt为0°进行了说明，但并不局限于此，也可以相对于齿条38的中立位置，在马达电角θt中存在相位差。在该情况下，在ECU50中执行将相位差修正为0°等的处理即可。

在本实施方式中，在故障位置为马达角传感器36的情况下，转移至车辆停止处理(步骤S150)，但也可以是不执行该处理而执行马达控制处理(步骤S160)，通过与正常模式的情况相同的处理(步骤S166)来计算目标旋转角θk，确保车辆的转向操作的结构。应予说明，优选此时将应使车辆停止的主旨报告给驾驶员。

另外，在本实施方式的马达电角存储处理(步骤S100)中，在来自马达角传感器36的输入信号(马达电角θt)消失的情况下，由于存在马达角传感器36断线的可能性，所以也可以不进行有无故障判断处理(步骤S110)以及故障位置判断处理(步骤S120)而立即转移至车辆停止处理(步骤S150)。另外，也可以是与上述的情况相同地立即执行马达控制处理(步骤S160)，通过与正常模式的情况相同的处理来计算目标旋转角θk，确保车辆的转向操作的结构。应予说明，同样优选将应使车辆停止的主旨报告给驾驶员。

另外，在本实施方式中的有无故障判断处理(步骤S110)中，在来自转向角传感器42的输入信号(θw)消失的情况下，由于存在转向角传感器42断线的可能性，所以也可以不进行故障位置判断处理(步骤S120)而立即执行推断转向角计算处理(步骤S140)，并通过基于推断转向角θz的转向马达34的控制(步骤S168)来确保车辆的转向操作。

另外，在本实施方式的故障位置特定处理(步骤S122)中，即使在确定为故障位置是转向角传感器42或者与转向马达34的旋转动作连动的机械构件的情况下，在故障时继续转向信号Pw输出前后的转向角θw不变的情况下，也不能够确定出故障位置是转向角传感器42以及与转向马达34的旋转运动连动的机械构件的哪一个，所以也可以立即转移至车辆停止处理(步骤S150)。

在上述的实施方式中，以转向轮4位于前方的车辆为例进行了说明，但例如以叉车等车辆为代表，在为转向轮4位于后方的车辆的情况下也能够同样地应用车辆用转向操作装置1。而且，在该情况下，转向盘14的旋转操作方向与转向轮4的转向方向的关系相反。

Claims (6)

1.一种车辆用转向操作装置，其特征在于，包括:

转舵机构，通过与操作部的操作相应的转向马达的驱动来使车辆的转向轮转向；

马达角传感器，将所述转向马达的旋转角作为周期性的电角进行检测；

转向角传感器，检测所述转向轮的转向角；

存储器，预先存储所述检测的电角与转向角的对应关系；以及

故障判断器，通过对所述检测出的电角与所述检测出的转向角的关系和存储于所述存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向操作装置，其特征在于，还包括:

转向操作角传感器，检测所述操作部的转向操作角；

顺序存储器，顺序存储所述检测出的电角；

推断转向角计算器，在由所述故障判断器判断为有故障时，基于存储于所述顺序存储器的电角和所述检测出的转向操作角来计算所述转向轮的推断转向角；以及

转舵控制器，基于所述转向操作角和所述计算出的推断转向角来控制所述转向马达的驱动。

3.根据权利要求1所述的车辆用转向操作装置，其特征在于，

在所述转向角为与所述转向轮的中立位置对应的角度时执行基于所述故障判断器的判断。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的车辆用转向操作装置，其特征在于，

所述马达角传感器是旋转变压器。

5.一种车辆用转向操作装置的故障判断方法，该车辆用转向操作装置具备：转舵机构，通过与操作部的操作相应的转向马达的驱动来使车辆的转向轮转向；马达角传感器，将所述转向马达的旋转角作为周期性的电角进行检测；转向角传感器，检测所述转向轮的转向角；以及存储器，预先存储所述检测的电角与转向角的对应关系，该车辆用转向操作装置的故障判断方法的特征在于，

通过对所述检测出的电角与所述检测出的转向角的关系和存储于所述存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障。

6.一种车辆用转向操作装置中的转向马达的控制方法，

该车辆用转向操作装置具备：转舵机构，通过与操作部的操作相应的转向马达的驱动来使车辆的转向轮转向；马达角传感器，将所述转向马达的旋转角作为周期性的电角进行检测；转向角传感器，检测所述转向轮的转向角；以及存储器，预先存储所述检测的电角与转向角的对应关系，

该车辆用转向操作装置还具备：转向操作角传感器，检测所述操作部的转向操作角；顺序存储器，顺序存储所述检测出的电角；以及转舵控制器，控制所述转向马达的驱动，该车辆用转向操作装置中的转向马达的控制方法的特征在于，

通过对所述检测出的电角与所述检测出的转向角的关系和存储于所述存储器的电角与转向角的对应关系进行比较来判断有无故障，

基于有故障的判断来读出存储于所述顺序存储器的电角，

基于读出的电角与所述检测出的转向操作角来计算所述转向轮的推断转向角，

所述转舵控制器基于所述转向操作角以及推断转向角来控制所述转向马达的驱动。