JP2004161073A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動パワーステアリング装置において、タイヤ等の走行装置の異常を運転者が確実に認識できるようにする。
【解決手段】タイヤ等の走行装置の異常を検出するための異常検出部２０をＥＣＵ内に設ける。この異常検出部２０において、ＦＦＴ部２１は、操舵トルク信号Ｔｓに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことによりスペクトルデータを算出し、判定部２２は、そのスペクトルデータに基づき、異常に起因するばね下共振等を検出することで異常の有無を判定する。判定部２２が異常ありと判定すると、警告信号Ｓａがアクティブとなり、警告部が警告を発する。これにより運転者は走行装置における異常を認識する。また、判定部２２が異常ありと判定した場合に、上記のように警告を発すると共に、モータ制御のための電流目標値の絶対値を小さくすることで操舵補助力を低減するようにしてもよい。
【選択図】 図３
【解決手段】タイヤ等の走行装置の異常を検出するための異常検出部２０をＥＣＵ内に設ける。この異常検出部２０において、ＦＦＴ部２１は、操舵トルク信号Ｔｓに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことによりスペクトルデータを算出し、判定部２２は、そのスペクトルデータに基づき、異常に起因するばね下共振等を検出することで異常の有無を判定する。判定部２２が異常ありと判定すると、警告信号Ｓａがアクティブとなり、警告部が警告を発する。これにより運転者は走行装置における異常を認識する。また、判定部２２が異常ありと判定した場合に、上記のように警告を発すると共に、モータ制御のための電流目標値の絶対値を小さくすることで操舵補助力を低減するようにしてもよい。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両操舵のための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する。
【０００２】
【従来の技術】
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。この電動パワーステアリング装置では、ハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられており、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づき、電動モータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モータに実際に流れる電流値との偏差に基づき、電動モータの駆動手段に与えるべき電圧指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、例えば、その電圧指令値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信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とから成り、そのデューティ比に応じた電圧すなわち電圧指令値に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出器によって検出され、この検出値と上記電流目標値との差が上記電圧指令値を生成するための偏差として使用される。電動パワーステアリング装置では、このようにして、操舵トルクに基づき設定される目標値の電流が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行われる。そして、その電動モータが発生する操舵補助力としてのトルク（「アシストトルク」と呼ばれる）とハンドルに加えられる操舵トルクとの和である出力トルクにより、転舵輪の向きが変えられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４３０５８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４７２４７号公報
【特許文献３】
特開平６−１７１５４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油圧方式のパワーステアリング装置が搭載された車両では、路面の凹凸等に起因するキックバック等により路面状態に関する情報（以下「路面情報」という）が運転者に伝わる。しかし、電動パワーステアリング装置が搭載された車両では、上記のように転舵輪としてのタイヤから操舵のための操作手段としてのハンドルまでの間に電動モータが介在するため、その電動モータの摩擦力や慣性等により路面情報が運転者に伝わり難い。これは、転舵輪としてのタイヤにアンバランスがあったりタイヤの空気圧が低下したりしている等、タイヤを含む走行装置に異常がある場合にも、その異常を示す情報が運転者に伝わり難いことを意味する。したがって、タイヤ等の走行装置に異常があっても運転者はその異常を認識できないことがある。
【０００５】
そこで本発明は、転舵輪としてのタイヤを含む走行装置における異常を運転者が確実に認識できるようにした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。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
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、
前記操作手段に加えられる操舵トルクを検出し、当該操舵トルクを示す操舵トルク信号を出力するトルク検出手段と、
前記操舵トルク信号に含まれる特定周波数成分に基づき、前記車両の転舵輪を含む走行装置における異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに警告を発する告知手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このような第１の発明によれば、車両の転舵輪を含む走行装置に異常がある場合には、従来の電動パワーステアリング装置ではハンドル（操舵のための操作手段）にまで伝わり難かったばね下共振等の異常に起因する振動が操舵トルク信号における特定周波数成分に基づいて検出され、告知手段により警告が発せられる。これにより、運転者は当該異常を確実に認識することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに前記操舵補助力を低減する異常時制御手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
このような第２の発明によれば、転舵輪を含む走行装置に異常が発生した場合に、操舵補助力が低減されるので、当該異常に起因する車両の不安定な挙動の発生が抑制される。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、
前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号にフーリエ変換を施すことにより、前記操舵トルク信号の周波数スペクトルを示すスペクトルデータを算出するフーリエ変換手段と、
前記スペクトルデータから前記特定周波数成分に対応する周波数帯域のスペクトル強度を求め、当該スペクトル強度に基づき前記異常の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、
前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号におけるピークを検出し、当該検出されたピーク間の時間間隔に基づき前記操舵トルク信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
前記算出された周波数が、前記特定周波数成分に対応する周波数範囲に入っているか否かに応じて、前記異常の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
このような第４の発明によれば、転舵輪を含む走行装置の異常によってばね下共振等の振動が発生した場合に、操舵トルク信号におけるピーク間の時間間隔に基づき算出された周波数から当該異常の有無が判定される。このため、異常検出のための処理の負担が比較的軽いので、専用ハードウェアを使用することなく、汎用マイクロプロセッサにおけるソフトウェア処理により異常検出手段を低コストで実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の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）１００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１００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、ハンドル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、その操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を受け、トルクセンサ３や車速センサ４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）５とを備えている。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１００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、その検出された操舵トルクと車速センサ４によって検出された車速とに基づいて、ＥＣＵ５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７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、ハンドル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、ステアリングシャフト１０２を介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。
【００１４】
また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、転舵輪としてのタイヤ１０８を含む走行装置に異常がある場合に、その異常を運転者に知らせる告知手段としての警告部５０を備えており、この警告部５０には、後述のようにＥＣＵ５により生成される警告信号Ｓａが入力される。警告部５０は、ランプ、音声発生装置、および／または表示装置等を用いて構成され、入力される警告信号Ｓａがアクティブになると、ランプの点灯、音声、および／または表示等により異常を運転者に告知する。
【００１５】
＜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ＥＣＵ５のハードウェア構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）１０と、ＰＷＭ信号生成回路３２と、モータ駆動回路３４と、電流検出器３６とを備えており、マイコン１０には、トルクセンサ３から操舵トルク信号Ｔｓが、車速センサ４から車速信号Ｖｓがそれぞれ入力される。このＥＣＵ５において、電流検出器３６は、モータ６に供給される電流すなわちモータ電流を検出して、その検出結果を電流検出値Ｉｍとして出力する。この電流検出値Ｉｍもマイコン１０に入力される。マイコン１０は、その内部のメモリに格納されたプログラムを実行することによりモータ制御部として機能する。すなわち、操舵トルク信号Ｔｓ、車速信号Ｖｓおよび電流検出値Ｉｍに基づき、モータ６が操舵トルクおよび車速に応じて適切な操舵補助力を発生させるようにモータ６に印加すべき電圧の値である電圧指令値Ｖｄを算出する。ＰＷＭ信号生成回路３２は、その電圧指令値Ｖｄに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号を生成し、モータ駆動回路３４に供給する。モータ駆動回路３４は、スイッチング素子としての複数個のパワートランジスタを用いて構成され、それらのスイッチング素子は、ＰＷＭ信号生成回路３２で生成されたＰＷＭ信号によってオン／オフされる。これにより、モータ駆動回路３４は、電圧指令値Ｖｄに応じた電圧を発生させ、これをモータ６に印加する。また、モータ制御部としてのマイコン１０は、上記モータ制御のための動作と並行して、操舵トルク信号Ｔｓに基づき走行装置における異常を検出し、異常の有無を示す警告信号Ｓａを生成する。
【００１６】
なお実際には、ＥＣＵ５は、上記構成要素の他、マイコン１０に入力すべきセンサ信号等をマイコン１０への入力に適した信号とするために必要に応じて信号形式の変換や、レベル変換、フィルタ処理等を行う入力インターフェース回路、および、マイコン１０から出力される電圧指令値Ｖｄや警告信号Ｓａ等の信号を出力先の回路に適した信号とするために必要に応じて信号形式やレベル変換等を行う出力インターフェース回路を備えているが、これらのインターフェース回路のように本発明とは直接に関係しない構成要素は図２において省略されている。
【００１７】
図３（ａ）は、上記ＥＣＵ５内におけるモータ制御部（マイコン）１０の機能的構成の一例（以下「第１構成例」という）を示すブロック図である。このモータ制御部１０は、目標電流設定部１２と、減算器１４と、制御演算部１６と、異常検出部２０とを備えており、異常検出部２０は、フーリエ変換部（以下「ＦＦＴ部」という）２１と判定部２２とからなる。モータ制御部１０におけるこれらの構成要素は、マイコン１０が所定プログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。
【００１８】
上記モータ制御部１０において、トルクセンサ３から出力される操舵トルク信号Ｔｓは目標電流設定部１２およびＦＦＴ部２１に入力され、車速センサ４から出力される車速信号Ｖｓは目標電流設定部１２に入力される。
【００１９】
目標電流設定部１２は、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓに基づき、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ６に供給すべき電流の値である電流目標値Ｉｔを決定する。
【００２０】
電動モータ６は、この電流目標値Ｉｔに基づき、減算器１４と制御演算部１６とＰＷＭ信号生成回路３２とモータ駆動回路３４と電流検出器３６とからなる駆動制御手段によって、以下のように駆動制御される。
【００２１】
すなわち、減算器１４は、目標電流設定部１２から出力される電流目標値Ｉｔと電流検出器３６から実際のモータ電流の値として出力される電流検出値Ｉｍとの偏差ΔＩ＝Ｉｔ−Ｉｍを算出する。この偏差ΔＩは制御演算部１６に入力される。制御演算部１６は、この偏差ΔＩに基づく制御演算（通常は比例積分演算）によって電圧指令値Ｖｄを算出する。この電圧指令値Ｖｄは、モータ制御部としてのマイコン１０から出力される。マイコン１０から出力された電圧指令値ＶｄはＰＷＭ信号生成回路３２に入力され、そこで、電圧指令値Ｖｄに応じたデューティ比のＰＷＭ信号が生成される。そして、モータ駆動回路３４におけるスイッチング素子がそのＰＷＭ信号によってオン／オフされることで、電圧指令値Ｖｄに応じた電圧が生成され、この電圧がモータ６に印加される。この電圧印加によってモータ６に電流が流れ、モータ６はこの電流に応じたトルクを発生する。このときのモータ電流は電流検出器３６によって検出され、その検出結果である電流検出値Ｉｍは上記の偏差ΔＩ＝Ｉｔ−Ｉｍの算出に使用される。このようにして、モータ制御部（マイコン）１０で算出された電流目標値Ｉｔに等しい電流がモータ６に流れるようにフィードバック制御が行われる。
【００２２】
一方、ＦＦＴ部２１と判定部２２からなる異常検出部２０は、電動モータ６の駆動のための上記制御動作と並行して動作し、操舵トルク信号Ｔｓに基づき、転舵輪としてのタイヤ１０８を含む走行装置における異常を検出し、その検出結果を示す警告信号Ｓａを出力する。すなわち、ＦＦＴ部２１は、操舵トルク信号Ｔｓに対してフーリエ変換を施すことにより、周波数スペクトルを示すデータ（以下「スペクトルデータ」という）を算出し、判定部２２は、そのスペクトルデータに基づいて異常の有無を判定し、その判定結果を警告信号Ｓａとして出力する。この警告信号Ｓａは、既述のように警告部５０に入力される。
【００２３】
図３（ｂ）は、上記ＥＣＵ５内におけるモータ制御部（マイコン）１０の機能的構成の他の例（以下「第２構成例」という）を示すブロック図である。この第２構成例によるモータ制御部１０も、上記第１構成例と同様の機能を有する目標電流設定部１２、減算器１４、制御演算部１６、ＦＦＴ部２１および判定部２２ｂを備えている。しかし、この第２構成例では、目標電流設定部１２と減算器１４との間に乗算器１３が介設されており、判定部２２ｂは、異常の有無についての判定結果に応じて、上記警告信号Ｓａに加えてゲインＫを出力する。このゲインＫは、目標電流設定部１２から出力される電流目標値（以下、これを第１構成例における電流目標値と区別するために「電流目標基本値」という）Ｉｔ１と共に乗算器１３に入力される。乗算器１３は、電流目標基本値Ｉｔ１とゲインＫとを乗算し、それらの乗算結果であるＫ×Ｉｔ１を出力する。この乗算値Ｋ×Ｉｔ１は、フィードバック制御のための電流目標値Ｉｔ２として減算器１４に入力される。第２構成例によるモータ制御部１０の他の動作は第１構成例の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２４】
上記第２構成例において、判定部２２ｂは、異常を検出しないときにはゲインＫとして“１”を出力し、異常を検出したときにはゲインＫとして“１”よりも小さい所定値Ｋａｂを出力する。したがって、判定部２２ｂによって異常が検出されると、フィードバック制御のための電流目標値Ｉｔ２の絶対値が正常の場合よりも小さくなり、その結果、モータ６の発生する操舵補助力が低減される。このようにして第２構成例では、判定部２２ｂと乗算器１３とはモータ６の駆動制御についての異常時制御手段として機能する。
【００２５】
＜３．モータ制御部実現のためのソフトウェア処理＞
本実施形態において、上記構成のモータ制御部は、マイコン１０が所定プログラムを実行することにより、すなわち図４（ａ）に示すモータ制御処理と図４（ｂ）に示す異常検出処理とを並行的に実行することにより、ソフトウェア的に実現される。以下、これら図４（ａ）（ｂ）に示す処理について説明する。なお以下では、モータ制御部は機能的には図３（ｂ）（第２構成例）に示すように構成されているものとして説明する。
【００２６】
本実施形態では、イグニションスイッチ９がオンされると、図４（ａ）に示すモータ制御処理と図４（ｂ）に示す異常検出処理とが互いに独立したプロセスとして起動され、ＥＣＵ５におけるマイコン１０は、これらの処理を並行的に実行する。このうちモータ制御処理においてマイコン１０は以下のように動作する。
【００２７】
まず、トルクセンサ３から操舵トルク信号Ｔｓを、車速センサ４から車速信号Ｖｓを、それぞれ受け取る（ステップＳ１２，Ｓ１４）。以下では、このとき受け取った操舵トルク信号Ｔｓの値を操舵トルク検出値といい、また、このとき受け取った車速信号Ｖｓの値を車速検出値という。続いてマイコン１０は、電流検出器３６から電流検出値Ｉｍを受け取る（ステップＳ１６）。
【００２８】
次に、操舵トルク検出値および車速検出値に基づき電流目標基本値Ｉｔ１を算出する（ステップＳ２０）。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に供給すべき電流の値である電流目標基本値と操舵トルクとの関係を車速をパラメータとして示すテーブル（「マップ」とも呼ばれる）を予めマイコン１０内のメモリに記憶させておき、このテーブルを参照して電流目標基本値Ｉｔ１を決定する。
【００２９】
次に、後述のように異常検出処理で設定されるゲインＫを上記電流目標基本値Ｉｔ１に乗じ、これにより得られる乗算値Ｋ×Ｉｔ１をフィードバック制御のための電流目標値Ｉｔ２とする（ステップＳ２２）。
【００３０】
上記のようにして電流目標値Ｉｔ２が算出されると、その電流目標値Ｉｔ２と電流検出器３６から出力される電流検出値Ｉｍとの偏差ΔＩ＝Ｉｔ２−Ｉｍを算出し、この偏差ΔＩに基づくフィードバック制御演算（通常は比例積分演算）によって電圧指令値Ｖｄを算出する（ステップＳ２４）。そして、この電圧指令値Ｖｄをモータ制御部としてのマイコン１０から出力し（ステップＳ２６）、ステップＳ１２へ戻る。以降、イグニションスイッチ９がオフされるまで、以上のモータ制御処理（ステップＳ１２〜Ｓ２６）を繰り返し実行する。
【００３１】
マイコン１０は、図４（ａ）に示す上記モータ制御処理と並行して図４（ｂ）に示す異常検出処理を実行する。この異常検出処理においてマイコン１０は以下のように動作する。
【００３２】
まず、トルクセンサ３から所定時間だけ操舵トルク信号Ｔｓを受け取ることにより、所定個数の操舵トルク検出値からなる時系列データを取得する（ステップＳ５２）。次に、この時系列データに対して高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」という）を施すことにより、操舵トルク信号Ｔｓの周波数スペクトルを示すスペクトルデータを算出する（ステップＳ５４）。そして、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が搭載された車両のタイヤのアンバランスやタイヤの空気圧の低下等、走行装置に異常がある場合に生じる振動の周波数（通常は、ばね下共振の周波数）の帯域として予め設定された周波数帯域（以下「判定用周波数帯域」といい、典型的には１５〜２０Ｈｚである）のスペクトル強度ＳＩを、そのスペクトルデータから求める（ステップＳ５６）。
【００３３】
次に、この判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが予め決められた閾値Ｓｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５８）。この判定の結果、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが閾値Ｓｔｈ以下の場合（ステップＳ５８で“Ｎｏ”と判定された場合）には、異常は存在しないとして、警告信号Ｓａを非アクティブとし（ステップＳ６０）、上記モータ制御処理において電流目標基本値Ｉｔ１に乗ずべきゲインＫとして“１”を設定する（ステップＳ６２）。その後、ステップＳ５２へ戻り、以降、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが閾値Ｓｔｈ以下である間は、ステップＳ５２〜Ｓ６２を繰り返し実行する。この間に、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが閾値Ｓｔｈよりも大きくなれば、ステップＳ５８で“Ｙｅｓ”と判定されてステップＳ６４へ進み、警告信号Ｓａをアクティブとし、上記ゲインＫとして所定値Ｋａｂを設定する（ステップＳ６６）。ここで、所定値Ｋａｂは異常発生時におけるゲインとして予め決められた“１”よりも小さい値である。その後、ステップＳ５２へ戻り、それ以降のステップを繰り返し実行する。
【００３４】
＜４．作用および効果＞
既述のように、電動パワーステアリング装置が搭載された車両では、転舵輪としてのタイヤ等に異常があっても、その異常に起因するばね下共振等の振動はモータ６の摩擦力や慣性等により運転者には伝わり難い。しかし、その振動は、操舵トルクを検出するためにステアリングシャフト１０２中に介挿されるトーションバーまでは十分に伝達されるので、トルクセンサ３から出力される操舵トルク信号Ｔｓには、その異常に起因するばね下共振等に相当する周波数成分が含まれている。したがって、上記実施形態によれば、電動パワーステアリング装置を搭載した車両のタイヤのアンバランスやタイヤの空気圧の低下等、転舵輪としてのタイヤ１０８を含む走行装置に異常が発生した場合に、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩに基づき当該異常に起因するばね下共振等の振動が検出され（ステップＳ５８）、警告信号Ｓａがアクティブとされると共に、電流目標基本値Ｉｔ１に乗ずべきゲインＫとして“１”よりも小さい値であるＫａｂが設定される（ステップＳ６４，Ｓ６６）。これにより、警告部５０が音声、ランプの点灯、および／または表示等により警告を発するので、運転者は当該異常を確実に認識することができる。また、これにより、モータ６の駆動制御のための電流目標値Ｉｔ２＝Ｋ×Ｉｔ１の絶対値が小さくなるので、操舵補助力が低減され、その結果、当該異常による車両の不安定な挙動の発生が抑制される。
【００３５】
なお、上記のモータ制御処理および異常検出処理（図４）では、モータ制御部（マイコン）１０は、機能的には図３（ｂ）の第２構成例に示すように構成されていることを前提としているが、図３（ａ）の第１構成例に示すように構成されている場合には、上記モータ制御処理においてステップＳ２２が省略され（電流目標基本値Ｉｔ１がモータ６の駆動制御のための目標値となる）、上記異常検出処理においてステップＳ６２およびＳ６６が省略されることになる。この場合、異常の有無によって操舵補助力は変化しないが、第２構成例の場合と同様、走行装置において異常が発生すると、その異常に起因するばね下共振等の振動が検出され、警告部５０により警告が発せられるので、運転者は当該異常を確実に認識することができる。
【００３６】
＜５．変形例＞
上記実施形態では、走行装置における異常の有無の判定に必要となるスペクトルデータを算出するために、操舵トルク信号Ｔｓに対するフーリエ変換（具体的にはＦＦＴ）がマイコン１０によってソフトウェア的に行われるが、より短い時間でそのフーリエ変換を行う必要がある場合には、これに代えて、ＦＦＴを実行する専用ハードウェアやデジタル信号処理専用プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）をＥＣＵ５内に設けるようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、走行装置における異常の有無を判定するために、フーリエ変換（ＦＦＴ）によって算出されるスペクトルデータに基づき当該異常に起因するばね下共振等の発生の有無が判定されるが（ステップＳ５４〜Ｓ５８）、これに代えて、図５に示すような操舵トルク信号ＴｓのピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…を検出し、それらのピークの時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，…の間の時間間隔から周期を算出し、その周期から周波数を計算するようにしてもよい。例えば、操舵トルク信号Ｔｓが正のピークとなる時刻ｔ１を検出し、続いて操舵トルク信号Ｔｓが負のピークとなる時刻ｔ２を検出し、それらの時刻ｔ１とｔ２との時間間隔Ｔ１＝ｔ２−ｔ１を求める。これにより半周期の時間が求められるので、周波数ｆｔは、ｆｔ＝１／（２・Ｔ１）により求める。また、操舵トルク信号Ｔｓが再び正のピークとなる時刻ｔ３を検出し、時刻ｔ２との時間間隔Ｔ２＝ｔ３−ｔ２を求め、これらの時間間隔の和Ｔ１＋Ｔ２を周期とみなし、操舵トルク信号Ｔｓにおける周波数ｆｔ＝１／（Ｔ１＋Ｔ２）を算出してもよい。
【００３８】
上記のように、ＦＦＴによってスペクトルデータを算出する代わりにピーク検出によって周波数を求める場合には、図４（ｂ）に示した異常検出処理に代えて図６に示す異常検出処理をマイコン１０が実行することにより、上記実施形態と同様の機能を実現することができる。この場合、異常検出処理においてマイコン１０は以下のように動作する。
【００３９】
まず、図４（ｂ）に示した異常検出処理と同様に、トルクセンサ３から所定時間だけ操舵トルク信号Ｔｓを受け取ることにより、所定個数の操舵トルク検出値からなる時系列データを取得する（ステップＳ７２）。次に、その時系列データを用いて上述のピーク検出により操舵トルク信号Ｔｓにおける周波数ｆｔを算出する（ステップＳ７４）。そして、この周波数ｆｔが、走行装置に異常がある場合に生じるばね下共振等の周波数として予め設定された周波数の範囲Ｆ１〜Ｆ２に入っているか否かを判定する（ステップＳ７６）。ここで、予め設定される周波数範囲（以下「判定用周波数範囲」という）Ｆ１〜Ｆ２は、上記実施形態において設定される判定用周波数帯域に相当するものであり、周波数Ｆ１，Ｆ２は、判定用周波数帯域の下限、上限にそれぞれ対応している。
【００４０】
ステップＳ７６での判定の結果、周波数ｆｔが判定用周波数範囲を外れる場合（ステップＳ７６で“Ｎｏ”と判定される場合）には、異常は存在しないとして、警告信号Ｓａを非アクティブとすると共に（ステップＳ７８）、既述のモータ制御処理において電流目標基本値Ｉｔ１に乗ずべきゲインＫとして“１”を設定する（ステップＳ８０）。その後、ステップＳ７２へ戻り、以降、算出される周波数ｆｔが判定用周波数範囲から外れている間は、ステップＳ７２〜Ｓ８０を繰り返し実行する。この間に、算出される周波数ｆｔが判定用周波数範囲に入ると（Ｆ１≦ｆｔ≦Ｆ２）、ステップＳ７６で“Ｙｅｓ”と判定されてステップＳ８２へ進み、警告信号Ｓａをアクティブとすると共に、異常発生時におけるゲインとして予め決められた値Ｋａｂ（＜１）が上記ゲインＫとして設定される（ステップＳ８４）。その後、ステップＳ７２へ戻り、それ以降のステップを繰り返し実行する。
【００４１】
以上のようにして、ＦＦＴにより操舵トルク信号Ｔｓのスペクトルデータを算出する代わりにピーク検出によって操舵トルク信号Ｔｓの周波数を求める場合であっても、走行装置において異常が発生すると、その異常によるばね下共振等の振動に対応する周波数ｆｔ（Ｆ１≦ｆｔ≦Ｆ２）が検出され（ステップＳ７４、Ｓ７６）、警告部５０により警告が発せられると共に操舵補助力が低減され（ステップＳ８２，Ｓ８４）、これにより上記実施形態と同様の効果が得られる。しかも、この場合、ＦＦＴ処理が不要であって異常検出のための処理の負担が比較的軽いので、専用ハードウェア等を使用することなく、マイコン１０におけるソフトウェア処理により低コストで異常検出手段を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【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のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】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モータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態におけるモータ制御部が実行するモータ制御処理および異常検出処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の変形例における異常検出処理で採用されている操舵トルク信号の周波数の算出方法を説明するための信号波形図である。
【図６】上記変形例における異常検出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３ …トルクセンサ
４ …車速センサ
５ …電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６ …モータ
１０ …マイクロコンピュータ（モータ制御部）
１２ …目標電流設定部
１３ …乗算器
１４ …減算器
１６ …制御演算部
２０，２０ｂ …異常検出部
２１ …ＦＦＴ部
２２，２２ｂ …判定部
５０ …警告部
Ｔｓ …操舵トルク信号
Ｖｓ …車速信号
Ｉｍ …電流検出値
Ｉｔ，Ｉｔ２ …電流目標値
Ｉｔ１ …電流目標基本値
Ｋ …ゲイン
Ｓａ …警告信号
Ｖｄ …電圧指令値
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両操舵のための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する。
【０００２】
【従来の技術】
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。この電動パワーステアリング装置では、ハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられており、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づき、電動モータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モータに実際に流れる電流値との偏差に基づき、電動モータの駆動手段に与えるべき電圧指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、例えば、その電圧指令値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信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とから成り、そのデューティ比に応じた電圧すなわち電圧指令値に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出器によって検出され、この検出値と上記電流目標値との差が上記電圧指令値を生成するための偏差として使用される。電動パワーステアリング装置では、このようにして、操舵トルクに基づき設定される目標値の電流が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行われる。そして、その電動モータが発生する操舵補助力としてのトルク（「アシストトルク」と呼ばれる）とハンドルに加えられる操舵トルクとの和である出力トルクにより、転舵輪の向きが変えられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４３０５８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４７２４７号公報
【特許文献３】
特開平６−１７１５４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油圧方式のパワーステアリング装置が搭載された車両では、路面の凹凸等に起因するキックバック等により路面状態に関する情報（以下「路面情報」という）が運転者に伝わる。しかし、電動パワーステアリング装置が搭載された車両では、上記のように転舵輪としてのタイヤから操舵のための操作手段としてのハンドルまでの間に電動モータが介在するため、その電動モータの摩擦力や慣性等により路面情報が運転者に伝わり難い。これは、転舵輪としてのタイヤにアンバランスがあったりタイヤの空気圧が低下したりしている等、タイヤを含む走行装置に異常がある場合にも、その異常を示す情報が運転者に伝わり難いことを意味する。したがって、タイヤ等の走行装置に異常があっても運転者はその異常を認識できないことがある。
【０００５】
そこで本発明は、転舵輪としてのタイヤを含む走行装置における異常を運転者が確実に認識できるようにした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。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
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、
前記操作手段に加えられる操舵トルクを検出し、当該操舵トルクを示す操舵トルク信号を出力するトルク検出手段と、
前記操舵トルク信号に含まれる特定周波数成分に基づき、前記車両の転舵輪を含む走行装置における異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに警告を発する告知手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このような第１の発明によれば、車両の転舵輪を含む走行装置に異常がある場合には、従来の電動パワーステアリング装置ではハンドル（操舵のための操作手段）にまで伝わり難かったばね下共振等の異常に起因する振動が操舵トルク信号における特定周波数成分に基づいて検出され、告知手段により警告が発せられる。これにより、運転者は当該異常を確実に認識することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに前記操舵補助力を低減する異常時制御手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
このような第２の発明によれば、転舵輪を含む走行装置に異常が発生した場合に、操舵補助力が低減されるので、当該異常に起因する車両の不安定な挙動の発生が抑制される。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、
前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号にフーリエ変換を施すことにより、前記操舵トルク信号の周波数スペクトルを示すスペクトルデータを算出するフーリエ変換手段と、
前記スペクトルデータから前記特定周波数成分に対応する周波数帯域のスペクトル強度を求め、当該スペクトル強度に基づき前記異常の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、
前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号におけるピークを検出し、当該検出されたピーク間の時間間隔に基づき前記操舵トルク信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
前記算出された周波数が、前記特定周波数成分に対応する周波数範囲に入っているか否かに応じて、前記異常の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
このような第４の発明によれば、転舵輪を含む走行装置の異常によってばね下共振等の振動が発生した場合に、操舵トルク信号におけるピーク間の時間間隔に基づき算出された周波数から当該異常の有無が判定される。このため、異常検出のための処理の負担が比較的軽いので、専用ハードウェアを使用することなく、汎用マイクロプロセッサにおけるソフトウェア処理により異常検出手段を低コストで実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の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）１００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１００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、ハンドル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、その操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を受け、トルクセンサ３や車速センサ４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）５とを備えている。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１００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、その検出された操舵トルクと車速センサ４によって検出された車速とに基づいて、ＥＣＵ５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７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、ハンドル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、ステアリングシャフト１０２を介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。
【００１４】
また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、転舵輪としてのタイヤ１０８を含む走行装置に異常がある場合に、その異常を運転者に知らせる告知手段としての警告部５０を備えており、この警告部５０には、後述のようにＥＣＵ５により生成される警告信号Ｓａが入力される。警告部５０は、ランプ、音声発生装置、および／または表示装置等を用いて構成され、入力される警告信号Ｓａがアクティブになると、ランプの点灯、音声、および／または表示等により異常を運転者に告知する。
【００１５】
＜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ＥＣＵ５のハードウェア構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）１０と、ＰＷＭ信号生成回路３２と、モータ駆動回路３４と、電流検出器３６とを備えており、マイコン１０には、トルクセンサ３から操舵トルク信号Ｔｓが、車速センサ４から車速信号Ｖｓがそれぞれ入力される。このＥＣＵ５において、電流検出器３６は、モータ６に供給される電流すなわちモータ電流を検出して、その検出結果を電流検出値Ｉｍとして出力する。この電流検出値Ｉｍもマイコン１０に入力される。マイコン１０は、その内部のメモリに格納されたプログラムを実行することによりモータ制御部として機能する。すなわち、操舵トルク信号Ｔｓ、車速信号Ｖｓおよび電流検出値Ｉｍに基づき、モータ６が操舵トルクおよび車速に応じて適切な操舵補助力を発生させるようにモータ６に印加すべき電圧の値である電圧指令値Ｖｄを算出する。ＰＷＭ信号生成回路３２は、その電圧指令値Ｖｄに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号を生成し、モータ駆動回路３４に供給する。モータ駆動回路３４は、スイッチング素子としての複数個のパワートランジスタを用いて構成され、それらのスイッチング素子は、ＰＷＭ信号生成回路３２で生成されたＰＷＭ信号によってオン／オフされる。これにより、モータ駆動回路３４は、電圧指令値Ｖｄに応じた電圧を発生させ、これをモータ６に印加する。また、モータ制御部としてのマイコン１０は、上記モータ制御のための動作と並行して、操舵トルク信号Ｔｓに基づき走行装置における異常を検出し、異常の有無を示す警告信号Ｓａを生成する。
【００１６】
なお実際には、ＥＣＵ５は、上記構成要素の他、マイコン１０に入力すべきセンサ信号等をマイコン１０への入力に適した信号とするために必要に応じて信号形式の変換や、レベル変換、フィルタ処理等を行う入力インターフェース回路、および、マイコン１０から出力される電圧指令値Ｖｄや警告信号Ｓａ等の信号を出力先の回路に適した信号とするために必要に応じて信号形式やレベル変換等を行う出力インターフェース回路を備えているが、これらのインターフェース回路のように本発明とは直接に関係しない構成要素は図２において省略されている。
【００１７】
図３（ａ）は、上記ＥＣＵ５内におけるモータ制御部（マイコン）１０の機能的構成の一例（以下「第１構成例」という）を示すブロック図である。このモータ制御部１０は、目標電流設定部１２と、減算器１４と、制御演算部１６と、異常検出部２０とを備えており、異常検出部２０は、フーリエ変換部（以下「ＦＦＴ部」という）２１と判定部２２とからなる。モータ制御部１０におけるこれらの構成要素は、マイコン１０が所定プログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。
【００１８】
上記モータ制御部１０において、トルクセンサ３から出力される操舵トルク信号Ｔｓは目標電流設定部１２およびＦＦＴ部２１に入力され、車速センサ４から出力される車速信号Ｖｓは目標電流設定部１２に入力される。
【００１９】
目標電流設定部１２は、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓに基づき、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ６に供給すべき電流の値である電流目標値Ｉｔを決定する。
【００２０】
電動モータ６は、この電流目標値Ｉｔに基づき、減算器１４と制御演算部１６とＰＷＭ信号生成回路３２とモータ駆動回路３４と電流検出器３６とからなる駆動制御手段によって、以下のように駆動制御される。
【００２１】
すなわち、減算器１４は、目標電流設定部１２から出力される電流目標値Ｉｔと電流検出器３６から実際のモータ電流の値として出力される電流検出値Ｉｍとの偏差ΔＩ＝Ｉｔ−Ｉｍを算出する。この偏差ΔＩは制御演算部１６に入力される。制御演算部１６は、この偏差ΔＩに基づく制御演算（通常は比例積分演算）によって電圧指令値Ｖｄを算出する。この電圧指令値Ｖｄは、モータ制御部としてのマイコン１０から出力される。マイコン１０から出力された電圧指令値ＶｄはＰＷＭ信号生成回路３２に入力され、そこで、電圧指令値Ｖｄに応じたデューティ比のＰＷＭ信号が生成される。そして、モータ駆動回路３４におけるスイッチング素子がそのＰＷＭ信号によってオン／オフされることで、電圧指令値Ｖｄに応じた電圧が生成され、この電圧がモータ６に印加される。この電圧印加によってモータ６に電流が流れ、モータ６はこの電流に応じたトルクを発生する。このときのモータ電流は電流検出器３６によって検出され、その検出結果である電流検出値Ｉｍは上記の偏差ΔＩ＝Ｉｔ−Ｉｍの算出に使用される。このようにして、モータ制御部（マイコン）１０で算出された電流目標値Ｉｔに等しい電流がモータ６に流れるようにフィードバック制御が行われる。
【００２２】
一方、ＦＦＴ部２１と判定部２２からなる異常検出部２０は、電動モータ６の駆動のための上記制御動作と並行して動作し、操舵トルク信号Ｔｓに基づき、転舵輪としてのタイヤ１０８を含む走行装置における異常を検出し、その検出結果を示す警告信号Ｓａを出力する。すなわち、ＦＦＴ部２１は、操舵トルク信号Ｔｓに対してフーリエ変換を施すことにより、周波数スペクトルを示すデータ（以下「スペクトルデータ」という）を算出し、判定部２２は、そのスペクトルデータに基づいて異常の有無を判定し、その判定結果を警告信号Ｓａとして出力する。この警告信号Ｓａは、既述のように警告部５０に入力される。
【００２３】
図３（ｂ）は、上記ＥＣＵ５内におけるモータ制御部（マイコン）１０の機能的構成の他の例（以下「第２構成例」という）を示すブロック図である。この第２構成例によるモータ制御部１０も、上記第１構成例と同様の機能を有する目標電流設定部１２、減算器１４、制御演算部１６、ＦＦＴ部２１および判定部２２ｂを備えている。しかし、この第２構成例では、目標電流設定部１２と減算器１４との間に乗算器１３が介設されており、判定部２２ｂは、異常の有無についての判定結果に応じて、上記警告信号Ｓａに加えてゲインＫを出力する。このゲインＫは、目標電流設定部１２から出力される電流目標値（以下、これを第１構成例における電流目標値と区別するために「電流目標基本値」という）Ｉｔ１と共に乗算器１３に入力される。乗算器１３は、電流目標基本値Ｉｔ１とゲインＫとを乗算し、それらの乗算結果であるＫ×Ｉｔ１を出力する。この乗算値Ｋ×Ｉｔ１は、フィードバック制御のための電流目標値Ｉｔ２として減算器１４に入力される。第２構成例によるモータ制御部１０の他の動作は第１構成例の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２４】
上記第２構成例において、判定部２２ｂは、異常を検出しないときにはゲインＫとして“１”を出力し、異常を検出したときにはゲインＫとして“１”よりも小さい所定値Ｋａｂを出力する。したがって、判定部２２ｂによって異常が検出されると、フィードバック制御のための電流目標値Ｉｔ２の絶対値が正常の場合よりも小さくなり、その結果、モータ６の発生する操舵補助力が低減される。このようにして第２構成例では、判定部２２ｂと乗算器１３とはモータ６の駆動制御についての異常時制御手段として機能する。
【００２５】
＜３．モータ制御部実現のためのソフトウェア処理＞
本実施形態において、上記構成のモータ制御部は、マイコン１０が所定プログラムを実行することにより、すなわち図４（ａ）に示すモータ制御処理と図４（ｂ）に示す異常検出処理とを並行的に実行することにより、ソフトウェア的に実現される。以下、これら図４（ａ）（ｂ）に示す処理について説明する。なお以下では、モータ制御部は機能的には図３（ｂ）（第２構成例）に示すように構成されているものとして説明する。
【００２６】
本実施形態では、イグニションスイッチ９がオンされると、図４（ａ）に示すモータ制御処理と図４（ｂ）に示す異常検出処理とが互いに独立したプロセスとして起動され、ＥＣＵ５におけるマイコン１０は、これらの処理を並行的に実行する。このうちモータ制御処理においてマイコン１０は以下のように動作する。
【００２７】
まず、トルクセンサ３から操舵トルク信号Ｔｓを、車速センサ４から車速信号Ｖｓを、それぞれ受け取る（ステップＳ１２，Ｓ１４）。以下では、このとき受け取った操舵トルク信号Ｔｓの値を操舵トルク検出値といい、また、このとき受け取った車速信号Ｖｓの値を車速検出値という。続いてマイコン１０は、電流検出器３６から電流検出値Ｉｍを受け取る（ステップＳ１６）。
【００２８】
次に、操舵トルク検出値および車速検出値に基づき電流目標基本値Ｉｔ１を算出する（ステップＳ２０）。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に供給すべき電流の値である電流目標基本値と操舵トルクとの関係を車速をパラメータとして示すテーブル（「マップ」とも呼ばれる）を予めマイコン１０内のメモリに記憶させておき、このテーブルを参照して電流目標基本値Ｉｔ１を決定する。
【００２９】
次に、後述のように異常検出処理で設定されるゲインＫを上記電流目標基本値Ｉｔ１に乗じ、これにより得られる乗算値Ｋ×Ｉｔ１をフィードバック制御のための電流目標値Ｉｔ２とする（ステップＳ２２）。
【００３０】
上記のようにして電流目標値Ｉｔ２が算出されると、その電流目標値Ｉｔ２と電流検出器３６から出力される電流検出値Ｉｍとの偏差ΔＩ＝Ｉｔ２−Ｉｍを算出し、この偏差ΔＩに基づくフィードバック制御演算（通常は比例積分演算）によって電圧指令値Ｖｄを算出する（ステップＳ２４）。そして、この電圧指令値Ｖｄをモータ制御部としてのマイコン１０から出力し（ステップＳ２６）、ステップＳ１２へ戻る。以降、イグニションスイッチ９がオフされるまで、以上のモータ制御処理（ステップＳ１２〜Ｓ２６）を繰り返し実行する。
【００３１】
マイコン１０は、図４（ａ）に示す上記モータ制御処理と並行して図４（ｂ）に示す異常検出処理を実行する。この異常検出処理においてマイコン１０は以下のように動作する。
【００３２】
まず、トルクセンサ３から所定時間だけ操舵トルク信号Ｔｓを受け取ることにより、所定個数の操舵トルク検出値からなる時系列データを取得する（ステップＳ５２）。次に、この時系列データに対して高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」という）を施すことにより、操舵トルク信号Ｔｓの周波数スペクトルを示すスペクトルデータを算出する（ステップＳ５４）。そして、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が搭載された車両のタイヤのアンバランスやタイヤの空気圧の低下等、走行装置に異常がある場合に生じる振動の周波数（通常は、ばね下共振の周波数）の帯域として予め設定された周波数帯域（以下「判定用周波数帯域」といい、典型的には１５〜２０Ｈｚである）のスペクトル強度ＳＩを、そのスペクトルデータから求める（ステップＳ５６）。
【００３３】
次に、この判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが予め決められた閾値Ｓｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５８）。この判定の結果、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが閾値Ｓｔｈ以下の場合（ステップＳ５８で“Ｎｏ”と判定された場合）には、異常は存在しないとして、警告信号Ｓａを非アクティブとし（ステップＳ６０）、上記モータ制御処理において電流目標基本値Ｉｔ１に乗ずべきゲインＫとして“１”を設定する（ステップＳ６２）。その後、ステップＳ５２へ戻り、以降、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが閾値Ｓｔｈ以下である間は、ステップＳ５２〜Ｓ６２を繰り返し実行する。この間に、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩが閾値Ｓｔｈよりも大きくなれば、ステップＳ５８で“Ｙｅｓ”と判定されてステップＳ６４へ進み、警告信号Ｓａをアクティブとし、上記ゲインＫとして所定値Ｋａｂを設定する（ステップＳ６６）。ここで、所定値Ｋａｂは異常発生時におけるゲインとして予め決められた“１”よりも小さい値である。その後、ステップＳ５２へ戻り、それ以降のステップを繰り返し実行する。
【００３４】
＜４．作用および効果＞
既述のように、電動パワーステアリング装置が搭載された車両では、転舵輪としてのタイヤ等に異常があっても、その異常に起因するばね下共振等の振動はモータ６の摩擦力や慣性等により運転者には伝わり難い。しかし、その振動は、操舵トルクを検出するためにステアリングシャフト１０２中に介挿されるトーションバーまでは十分に伝達されるので、トルクセンサ３から出力される操舵トルク信号Ｔｓには、その異常に起因するばね下共振等に相当する周波数成分が含まれている。したがって、上記実施形態によれば、電動パワーステアリング装置を搭載した車両のタイヤのアンバランスやタイヤの空気圧の低下等、転舵輪としてのタイヤ１０８を含む走行装置に異常が発生した場合に、判定用周波数帯域のスペクトル強度ＳＩに基づき当該異常に起因するばね下共振等の振動が検出され（ステップＳ５８）、警告信号Ｓａがアクティブとされると共に、電流目標基本値Ｉｔ１に乗ずべきゲインＫとして“１”よりも小さい値であるＫａｂが設定される（ステップＳ６４，Ｓ６６）。これにより、警告部５０が音声、ランプの点灯、および／または表示等により警告を発するので、運転者は当該異常を確実に認識することができる。また、これにより、モータ６の駆動制御のための電流目標値Ｉｔ２＝Ｋ×Ｉｔ１の絶対値が小さくなるので、操舵補助力が低減され、その結果、当該異常による車両の不安定な挙動の発生が抑制される。
【００３５】
なお、上記のモータ制御処理および異常検出処理（図４）では、モータ制御部（マイコン）１０は、機能的には図３（ｂ）の第２構成例に示すように構成されていることを前提としているが、図３（ａ）の第１構成例に示すように構成されている場合には、上記モータ制御処理においてステップＳ２２が省略され（電流目標基本値Ｉｔ１がモータ６の駆動制御のための目標値となる）、上記異常検出処理においてステップＳ６２およびＳ６６が省略されることになる。この場合、異常の有無によって操舵補助力は変化しないが、第２構成例の場合と同様、走行装置において異常が発生すると、その異常に起因するばね下共振等の振動が検出され、警告部５０により警告が発せられるので、運転者は当該異常を確実に認識することができる。
【００３６】
＜５．変形例＞
上記実施形態では、走行装置における異常の有無の判定に必要となるスペクトルデータを算出するために、操舵トルク信号Ｔｓに対するフーリエ変換（具体的にはＦＦＴ）がマイコン１０によってソフトウェア的に行われるが、より短い時間でそのフーリエ変換を行う必要がある場合には、これに代えて、ＦＦＴを実行する専用ハードウェアやデジタル信号処理専用プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）をＥＣＵ５内に設けるようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、走行装置における異常の有無を判定するために、フーリエ変換（ＦＦＴ）によって算出されるスペクトルデータに基づき当該異常に起因するばね下共振等の発生の有無が判定されるが（ステップＳ５４〜Ｓ５８）、これに代えて、図５に示すような操舵トルク信号ＴｓのピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…を検出し、それらのピークの時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，…の間の時間間隔から周期を算出し、その周期から周波数を計算するようにしてもよい。例えば、操舵トルク信号Ｔｓが正のピークとなる時刻ｔ１を検出し、続いて操舵トルク信号Ｔｓが負のピークとなる時刻ｔ２を検出し、それらの時刻ｔ１とｔ２との時間間隔Ｔ１＝ｔ２−ｔ１を求める。これにより半周期の時間が求められるので、周波数ｆｔは、ｆｔ＝１／（２・Ｔ１）により求める。また、操舵トルク信号Ｔｓが再び正のピークとなる時刻ｔ３を検出し、時刻ｔ２との時間間隔Ｔ２＝ｔ３−ｔ２を求め、これらの時間間隔の和Ｔ１＋Ｔ２を周期とみなし、操舵トルク信号Ｔｓにおける周波数ｆｔ＝１／（Ｔ１＋Ｔ２）を算出してもよい。
【００３８】
上記のように、ＦＦＴによってスペクトルデータを算出する代わりにピーク検出によって周波数を求める場合には、図４（ｂ）に示した異常検出処理に代えて図６に示す異常検出処理をマイコン１０が実行することにより、上記実施形態と同様の機能を実現することができる。この場合、異常検出処理においてマイコン１０は以下のように動作する。
【００３９】
まず、図４（ｂ）に示した異常検出処理と同様に、トルクセンサ３から所定時間だけ操舵トルク信号Ｔｓを受け取ることにより、所定個数の操舵トルク検出値からなる時系列データを取得する（ステップＳ７２）。次に、その時系列データを用いて上述のピーク検出により操舵トルク信号Ｔｓにおける周波数ｆｔを算出する（ステップＳ７４）。そして、この周波数ｆｔが、走行装置に異常がある場合に生じるばね下共振等の周波数として予め設定された周波数の範囲Ｆ１〜Ｆ２に入っているか否かを判定する（ステップＳ７６）。ここで、予め設定される周波数範囲（以下「判定用周波数範囲」という）Ｆ１〜Ｆ２は、上記実施形態において設定される判定用周波数帯域に相当するものであり、周波数Ｆ１，Ｆ２は、判定用周波数帯域の下限、上限にそれぞれ対応している。
【００４０】
ステップＳ７６での判定の結果、周波数ｆｔが判定用周波数範囲を外れる場合（ステップＳ７６で“Ｎｏ”と判定される場合）には、異常は存在しないとして、警告信号Ｓａを非アクティブとすると共に（ステップＳ７８）、既述のモータ制御処理において電流目標基本値Ｉｔ１に乗ずべきゲインＫとして“１”を設定する（ステップＳ８０）。その後、ステップＳ７２へ戻り、以降、算出される周波数ｆｔが判定用周波数範囲から外れている間は、ステップＳ７２〜Ｓ８０を繰り返し実行する。この間に、算出される周波数ｆｔが判定用周波数範囲に入ると（Ｆ１≦ｆｔ≦Ｆ２）、ステップＳ７６で“Ｙｅｓ”と判定されてステップＳ８２へ進み、警告信号Ｓａをアクティブとすると共に、異常発生時におけるゲインとして予め決められた値Ｋａｂ（＜１）が上記ゲインＫとして設定される（ステップＳ８４）。その後、ステップＳ７２へ戻り、それ以降のステップを繰り返し実行する。
【００４１】
以上のようにして、ＦＦＴにより操舵トルク信号Ｔｓのスペクトルデータを算出する代わりにピーク検出によって操舵トルク信号Ｔｓの周波数を求める場合であっても、走行装置において異常が発生すると、その異常によるばね下共振等の振動に対応する周波数ｆｔ（Ｆ１≦ｆｔ≦Ｆ２）が検出され（ステップＳ７４、Ｓ７６）、警告部５０により警告が発せられると共に操舵補助力が低減され（ステップＳ８２，Ｓ８４）、これにより上記実施形態と同様の効果が得られる。しかも、この場合、ＦＦＴ処理が不要であって異常検出のための処理の負担が比較的軽いので、専用ハードウェア等を使用することなく、マイコン１０におけるソフトウェア処理により低コストで異常検出手段を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【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のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】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モータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態におけるモータ制御部が実行するモータ制御処理および異常検出処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の変形例における異常検出処理で採用されている操舵トルク信号の周波数の算出方法を説明するための信号波形図である。
【図６】上記変形例における異常検出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３ …トルクセンサ
４ …車速センサ
５ …電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６ …モータ
１０ …マイクロコンピュータ（モータ制御部）
１２ …目標電流設定部
１３ …乗算器
１４ …減算器
１６ …制御演算部
２０，２０ｂ …異常検出部
２１ …ＦＦＴ部
２２，２２ｂ …判定部
５０ …警告部
Ｔｓ …操舵トルク信号
Ｖｓ …車速信号
Ｉｍ …電流検出値
Ｉｔ，Ｉｔ２ …電流目標値
Ｉｔ１ …電流目標基本値
Ｋ …ゲイン
Ｓａ …警告信号
Ｖｄ …電圧指令値
Claims (4)
- 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、
前記操作手段に加えられる操舵トルクを検出し、当該操舵トルクを示す操舵トルク信号を出力するトルク検出手段と、
前記操舵トルク信号に含まれる特定周波数成分に基づき、前記車両の転舵輪を含む走行装置における異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに警告を発する告知手段と
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。 - 前記異常検出手段によって異常が検出されたときに前記操舵補助力を低減する異常時制御手段を更に備え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。
- 前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号にフーリエ変換を施すことにより、前記操舵トルク信号の周波数スペクトルを示すスペクトルデータを算出するフーリエ変換手段と、
前記スペクトルデータから前記特定周波数成分に対応する周波数帯域のスペクトル強度を求め、当該スペクトル強度に基づき前記異常の有無を判定する判定手段と
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号におけるピークを検出し、当該検出されたピーク間の時間間隔に基づき前記操舵トルク信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
前記算出された周波数が、前記特定周波数成分に対応する周波数範囲に入っているか否かに応じて、前記異常の有無を判定する判定手段と
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
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