JP2006123775A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 増幅回路に異常が発生したときに、運転者に違和感を与えることなく操舵補助制御を継続することができる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 操舵系に対して入力される操舵トルクを検出して操舵トルク検出信号を出力する操舵トルク検出手段と、該操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク検出信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された増幅操舵トルク信号に基づいて前記操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機を制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記増幅回路の異常を検出する増幅回路異常検出手段（ステップＳ４〜Ｓ７）を備え、前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに当該増幅回路の増幅操舵トルク信号を使用することなく操舵補助制御を継続する（ステップＳ９）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、操舵系に対して入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクを増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された増幅操舵トルクに基づいて前記操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機を制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置の制御装置としては、例えば操舵トルクに対応して信号を出力するトルク検出手段と、このトルク検出手段の出力信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段が出力する増幅電圧を入力して駆動電流を制御する制御手段と、前記トルク検出手段の出力信号と前記増幅信号との偏差から前記増幅手段の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段が検出する異常状態の継続時間を計測するタイマ手段と、前記増幅信号の時間的変化率が所定値を越えたときこれを検出する時間的変化率検出手段と、この時間的変化検出手段の検出回数をカウントするカウント手段と、前記制御手段が出力する出力電流により駆動され補助トルクを操舵装置に与える電動機とを備え、前記タイマ手段が計測する異常状態の継続時間が第一の所定時間を越えたとき、前記制御手段が前記電動機の駆動電流を遮断すると共に、前記カウント手段のカウント数が所定の回数を超えたとき、前記制御手段が前記電動機の駆動電流を第二の所定時間遮断するようにした電動パワーステアリング制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１７１５３８号公報（第２頁、図９，図１０）

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、電動パワーステアリング装置の制御性を向上させるため、操舵トルクセンサで検出した操舵トルク信号の制御で用いる範囲をハードウェア構成の増幅回路で増幅して分解能を向上させるようにしており、通常の制御状態では、増幅回路で増幅した操舵トルク信号のみを使用して操舵補助制御を行い、トルク検出手段の出力信号と前記増幅信号との偏差から増幅回路の異常を検出したときに、電動機の駆動電流を遮断して直ちに操舵補助制御を停止してマニュアル操舵状態となるようにしているので、特に車両が大きい場合や、ステアリングのギヤ比などの影響により、マニュアル操舵では大きな操舵トルクを必要とし、運転者の負担が増加するという未解決の課題がある。

また、増幅回路の異常状態として、図１０（ａ）に示すように、破線図示の操舵トルクセンサから出力される操舵トルク信号を増幅回路で増幅したときに、その増幅出力が実線図示のように、操舵トルク信号が負であるときに負の最大値を維持し、操舵トルク信号が正であるときに正の最大値を維持するように操舵トルク信号が“０”である線を境として正負の最大値を取る比較器と同様の出力状態となる場合がある。この場合には、操舵トルクセンサで検出した操舵トルク信号を増幅回路で増幅したときの増幅出力をソフトウェア的に計算して求めた理論計算値は一点鎖線図示のようになる。この理論計算値と実際の増幅回路の増幅出力とを比較して、両者の偏差が小さいときに正常である“０”にリセットし、両者の偏差が大きいに異常である“１”にセットされる増幅回路異常フラグを設定する場合に、その増幅回路異常フラグは、図１０（ｃ）に示すように、理論計算値と増幅出力との偏差が小さい理論計算値の正負のピーク値近傍で正常を表す“０”にリセットされると共に、理論計算値が“０”を横切るときにも理論計算値と増幅出力との偏差が小さくなり、正常を表す“０”にリセットされる。逆に、理論計算値と増幅出力との偏差が大きくなる理論計算値が“０”から正負のピークに至る前までの間及び正負のピークを越えてから“０”に至る間では増幅回路異常フラグが異常を表す“１”にセットされることになる。このとき上記従来例では、増幅回路の出力信号の時間的変化率が所定値を超えたことを検出する回数が所定数に達したときに電動機の駆動電流を所定時間遮断するが、電動機の駆動電流が遮断されるまでの間は増幅回路の増幅出力に基づいて操舵補助制御が継続されることにより、操舵系に運転者の意図しない操舵補助力を与える可能性があり、運転者に違和感を与えるという未解決の課題もある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、増幅回路に異常が発生したときに、運転者に違和感を与えることなく操舵補助制御を継続することができる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵系に対して入力される操舵トルクを検出して操舵トルク検出信号を出力する操舵トルク検出手段と、該操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク検出信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された増幅操舵トルク信号に基づいて前記操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機を制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記増幅回路の異常を検出する増幅回路異常検出手段を備え、前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに当該増幅回路の増幅操舵トルク信号を使用することなく操舵補助制御を継続するようにしたことを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１に係る発明において、前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルク検出信号を直接入力し、当該操舵トルク検出信号に基づいて操舵補助制御を継続するように構成されていることを特徴としている。

さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１に係る発明において、前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルク検出信号を直接入力し、当該操舵トルク検出信号に基づいて操舵補助制御を継続し、この操舵継続状態が所定時間以上継続したときに、操舵補助制御を停止するように構成されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項３に係る発明において、前記補助操舵制御手段は、補助操舵制御を停止する際に、電動機で発生する補助操舵力が徐々に低下するように停止制御することを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１乃至４の何れか１つの発明において、前記増幅回路異常検出手段は、増幅回路から出力される増幅トルク信号と操舵トルク検出手段で検出した操舵トルク検出信号とを比較することにより、当該増幅回路の異常を検出するように構成されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１乃至５の何れか１つの発明において前記増幅回路異常検出手段は、増幅回路の異常を継続して所定回数検出したときに増幅回路の異常と判断するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１乃至６の何れか１つの発明において、前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出した後に、増幅回路の正常を検出する状態に復帰したときに、前記増幅回路から出力される増幅操舵トルク信号に基づいて補助操舵制御を行う状態に復帰するように構成されていることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、増幅回路異常検出手段で操舵トルク検出信号を増幅する増幅回路の異常を検出したときに、補助制御手段で増幅回路から出力される増幅操舵トルク信号を使用することなく操舵補助制御を継続するので、異常が発生している増幅操舵トルク信号が操舵制御に影響を与えることを確実に防止しながら補助操舵制御を継続することにより、マニュアル操舵状態に移行して運転者の操舵負荷を増大させたり違和感を与えたりすることを確実に防止することができるという効果が得られる。

また、請求項２に係る発明によれば、増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに、操舵制御手段で、操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク検出信号に基づいて操舵制御を継続することにより、操舵系に与えられた操舵トルクに応じた補助操舵制御を正確に継続することができるという効果が得られる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに、操舵制御手段で、操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク検出信号に基づいて操舵制御を継続し、この操舵継続状態が所定時間以上継続したときに、操舵補助制御を停止するので、増幅回路の異常状態が長時間継続する場合に、操舵補助制御を停止して、異常状態の発生を運転者に確実に報知することができるという効果が得られる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、補助操舵制御を停止する際に、電動機で発生する補助操舵力を徐々に低下させるので、操舵補助力の大きな変化を防止して運転者に違和感を与えることなくマニュアル操舵状態に復帰させることができるという効果が得られる。
なおさらに、請求項５に係る発明によれば、増幅回路の異常を増幅回路から出力される増幅操舵トルク信号と操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク検出信号とを比較することにより検出するので、増幅回路の異常を正確に検出することができるという効果が得られる。

また、請求項６に係る発明によれば、増幅回路異常検出手段で、増幅回路から出力される増幅操舵トルク信号の異常を所定回数検出したときに、増幅回路の異常と判断するので、所定回数を１回に設定することにより、増幅回路の異常を直ちに検出することができ、所定回数を複数回に設定することにより、ノイズ等による異常を除いた正確な異常検出することをことができるという効果が得られる。

さらに、請求項７に係る発明によれば、増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出した後に、増幅回路の正常を検出する状態に復帰したときに、増幅回路から出力される増幅操舵トルク信号に基づいて操舵補助制御を行う状態に復帰するので、増幅回路に一時的な異常が発生して正常状態に復帰した場合に、通常補助操舵制御状態に直ちに復帰することができ、正確な操舵制御を行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に一実施形態を示す概略構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵力を出力軸２ｂに伝達する減速ギヤ１０が連結されており、この減速ギヤ１０には、補助操舵力を発生する電動モータ１２の出力軸が連結されている。

操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位をポテンショメータで検出するように構成されている。この操舵トルクセンサ３は、図２に示すように、入力される操舵トルクが零のときには、所定の中立電圧Ｖ₀ となり、この状態から右切りすると、操舵トルクの増加に応じて中立電圧Ｖ₀ より増加する電圧となり、操舵トルクが零の状態から左切りすると操舵トルクの増加に応じて中立電圧Ｖ₀ より減少する電圧となる操舵トルク検出信号Ｔを出力するように構成されている。

この操舵トルクセンサ３から出力される操舵トルク検出信号Ｔは、コントローラ１３に入力される。このコントローラ１３には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１４で検出した車速検出値Ｖ及び電動モータ１２に流れる駆動電流検出値Ｉ_MDも入力され、入力される操舵トルク検出信号Ｔ及び車速検出値Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生する操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出し、算出した操舵補助指令値Ｉ_M ^*とモータ電流検出値Ｉ_MDとにより、電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック制御する。

コントローラ１３は、図３に示すように、電動モータ１２の制御処理を実行するマイクロコンピュータ１５と、マイクロコンピュータ１５から出力されるモータ駆動電流I_M に基づいて電動モータ１２に供給する駆動電流を制御するモータ駆動回路１７と、このモータ駆動回路１６で電動モータ１２に供給する駆動電流を検出するモータ電流検出回路１８と、モータ電流とモータ駆動回路１７から電動モータ１２に供給する駆動電圧Ｖ_M とに基づいてモータ角速度ωを推定するモータ角速度推定回路１９とを備えている。

そして、マイクロコンピュータ１５には、車速センサ１４で検出した車速検出値Ｖが直接入力される一方、操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルク検出信号Ｔが増幅回路２０で例えば３倍に増幅されてからＡ／Ｄ変換器２１でデジタル信号に変換されて入力されると共に、操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルク検出信号Ｔが直接Ａ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換されて入力され、さらにモータ電流検出回路１８で検出したモータ電流検出値Ｉ_MD及びモータ角速度推定回路１９で推定したモータ角速度ωが夫々Ａ／Ｄ変換器２３及び２４でデジタル信号に変換されて入力される。

このマイクロコンピュータ１５は、操舵トルク検出信号Ｔ、増幅回路２０で増幅された増幅操舵トルク信号ＡＴ、車速検出値Ｖ、モータ電流検出値Ｉ_MD及びモータ角速度ωが入力される入力インタフェース回路１５ａと、操舵トルク検出信号Ｔ、増幅操舵トルク信号ＡＴ、モータ電流検出値Ｉ_MD及びモータ角速度ωに基づいて電動モータ１２を駆動制御して操舵トルクに応じた操舵補助力を発生する操舵補助制御処理を実行すると共に、増幅回路２０の異常を検出する増幅回路異常検出処理を実行する中央処理装置１５ｂと、中央処理装置１５ｂで実行する操舵補助制御処理プログラム等を格納するＲＯＭ（リードオンリメモリ）１５ｃと、操舵トルク検出信号Ｔ、増幅操舵トルク信号、モータ電流検出値Ｉ_MD及びモータ角速度ω等の検出データ、中央処理装置１５ｂで実行する駆動制御処理の処理過程で必要とするデータや処理結果を記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１５ｄと、出力インタフェース回路１５ｅとを有する。

ここで、中央処理装置１５ｂで実行する増幅回路異常検出処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、図４に示すように、先ず、ステップＳ１で、操舵トルクセンサ３から出力される操舵トルク検出信号Ｔ及び増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴを読込み、次いでステップＳ２に移行して、操舵トルク検出信号Ｔに増幅回路２０のゲインに相当する係数Ｋｇ （＝３)を乗算して増幅操舵トルク比較値ＡＴｃを算出してからステップＳ３に移行する。

このステップＳ３では、増幅操舵トルク信号ＡＴから増幅操舵トルク比較値ＡＴｃを減算した値の絶対値｜ＡＴ−ＡＴｃ｜が予め設定した増幅回路２０における異常判断用の閾値ΔＴ以上であるか否かを判定し、｜ＡＴ−ＡＴｃ｜＜ΔＴであるときには増幅回路２０が正常であるものと判断してステップＳ４に移行して、増幅回路異常フラグＦＡを“０”にリセットしてからタイマ割込処理を終了し、｜ＡＴ−ＡＴｃ｜≧ΔＴであるときには増幅回路２０が異常であると判断してステップＳ５に移行して、増幅回路異常フラグＦＡを“１”にセットしてからタイマ割込処理を終了する。

また中央処理装置１５ｂで実行する操舵補助制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、図５に示すように、先ず、ステップＳ１１で、操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルク検出信号Ｔを読込み、次いでステップＳ１２に移行して、操舵検出信号が予め設定された正常範囲内の値であるか否かを判定することにより、操舵トルクセンサ３が異常であるか否かを判定し、操舵トルク検出信号Ｔが正常範囲内の値を超えているときには、操舵トルクセンサ３の断線又は短絡による異常が発生しているものと判断してステップＳ１３に移行して、モータ駆動回路１７へのモータ駆動電流Ｉ_M の出力を停止してから操舵制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１２の判定結果が、操舵トルク検出信号Ｔが正常範囲内であって操舵トルクセンサ３が正常であると判定されたときには、ステップＳ１４に移行して、増幅回路２０で増幅した増幅操舵トルク信号ＡＴを読込み、次いでステップＳ１５に移行して、前述した増幅回路異常検出処理で設定される増幅回路異常フラグＦＡが異常を表す“１”にセットされているか否かを判定し、増幅回路異常フラグＦＡが“０”にリセットされているときには増幅回路２０が一応正常であると判断してステップＳ１６に移行する。
このステップＳ１６では、前回のタイマ割込処理時に増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットされていたか否かを判定し、増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットされていたときには増幅回路異常フラグＦＡに状態変化が生じたものであると判断して、ステップＳ１７に移行する。

このステップＳ１７では、増幅回路２０が真に正常状態に復帰したか否かを判断する判断期間にあるか否かを表す期間判断フラグＦＢを判断期間にあることを表す“１”にセットし、次いで、ステップＳ１８に移行して、所定期間を計数する変数Ｎを“１”だけインクリメントしてからステップＳ１９に移行して、変数Ｎが予め設定した所定数Ｎｓに以上となったか否かを判定し、Ｎ＜Ｎｓであるときには後述するステップＳ２７にジャンプし、Ｎ≧ＮｓであるときにはステップＳ２０に移行する。ここで、所定数Ｎｓとしては任意の値を設定することができるが、少なくとも発明が解決しようとする課題の項で説明した増幅操舵トルク信号が“０”を横切って増幅操舵トルク比較値との偏差が小さくなって増幅回路異常フラグＦＡが“０”となっている時間を超える継続時間が確保できるように設定することが好ましい。

このステップＳ２０では、変数Ｎを“０”にクリアすると共に、期間判断フラグＦＢを“０”にリセットし、次いでステップＳ２１に移行して、前記ステップＳ１４で読込んだ増幅操舵トルク信号ＡＴに基づいて下記（１）式の演算を行ってオフセット除去補正を行った増幅操舵トルク信号ＡＴｏを算出する。
ＡＴｏ＝ＡＴ−Ｖ₀ …………（１）

次いで、ステップＳ２２に移行して、算出した増幅操舵トルク信号ＡＴｏを正規の操舵トルク信号Ｔｓとして設定してから後述するステップＳ２７に移行する。
また、前記ステップＳ１５の判定結果が、増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットさているときには増幅回路２０が異常であると判断してステップＳ２４に移行し、変数Ｎを“０”にクリアしてからステップＳ２５に移行し、前記ステップＳ１１で読込んだ操舵トルク検出信号Ｔに基づいて下記（２）式の演算を行って増幅操舵トルク代替値ＡＴａを算出する。
ＡＴａ＝３（Ｔ−Ｖ₀ ） …………（２）

次いで、ステップＳ２６に移行して、算出した増幅操舵トルク代替値ＡＴａを正規の操舵トルク信号Ｔｓとして設定してからステップＳ２７に移行する。
ステップＳ２７では、車速センサ１４で検出した車速検出値Ｖを読込み、次いでステップＳ２８に移行して、ステップＳ２２又はＳ２６で設定された操舵トルク信号Ｔｓ及び車速検出値Ｖに基づいて図６に示す操舵補助指令値算出マップを参照して、モータ電流指令値となる操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する。

ここで、操舵補助指令値算出マップは、図６に示すように、横軸に操舵トルク信号Ｔｓをとり、縦軸に操舵補助指令値Ｉ_M ^*をとり、車速検出値Ｖをパラメータとした特性線図で構成され、操舵トルク信号Ｔｓが“０”から正方向に増加して第１の設定値Ｔｓ１に達するまでの間は車速検出値Ｖにかかわらず比較的緩い勾配で延長する直線部Ｌ１と、操舵トルク信号Ｔｓが第１の設定値Ｔｓ１より増加したときに、車速検出値Ｖが比較的速い状態では、比較的緩やかな勾配で延長する直線部Ｌ２及びＬ３と操舵トルク検出値Ｔｓが第１の設定値Ｔｓ１より大きい第２の設定値Ｔｓ２に近傍で横軸と平行となる直線部Ｌ４及びＬ５と、車速検出値Ｖが遅い状態では、比較的勾配の大きい直線部Ｌ６及びＬ７と、これら直線部Ｌ６及びＬ７より勾配の大きい直線部Ｌ８及びＬ９と、直線部Ｌ８より勾配の大きい直線部Ｌ１０と、直線部Ｌ９及びＬ１０の終端から横軸と平行に延長する直線部Ｌ１１及びＬ１２とで構成される４本の特性線が形成され、同様に操舵トルク信号Ｔｓが負方向に増加する場合には、上記と原点を挟んで点対象となる４本の特性線が形成された構成を有する。

次いで、ステップＳ２９に移行して、モータ角速度推定回路１９で推定したモータ加速度ωを読込み、次いでステップＳ３０に移行して、モータ角速度ωに慣性ゲインＫ_i を乗算して、モータ慣性を加減速させるトルクを操舵トルクＴｓから排除し、慣性感のない操舵感覚を得るための慣性補償制御用の慣性補償値Ｉ_i (＝Ｋ_i ・ω)を算出すると共に、操舵補助指令値Ｉ_M ^*の絶対値に摩擦係数ゲインＫ_f を乗算して、動力伝達部や電動モータの摩擦が操舵力に影響することを排除するため摩擦補償制御用の摩擦補償値Ｉ_f (＝Ｋ_f ・Ｉ_M ^*)を算出する。ここで、摩擦補償値Ｉ_f の符号は操舵トルクＴｓの符号とこの操舵トルクＴｓにより操舵の切り増し／切り戻しを判定する操舵方向信号とに基づいて決定する。

次いで、ステップＳ３１に移行して、操舵トルク信号Ｔｓを微分演算処理してアシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うセンタ応答性改善指令値Ｉｒを算出し、ステップＳ３２に移行して、算出した慣性補償値Ｉ_i 、摩擦補償値Ｉ_f 及びセンタ応答性改善指令値Ｉｒを操舵補助指令値Ｉ_M ^*に加算して操舵補助補償値Ｉ_M ^*′(＝Ｉ_M ^*＋Ｉ_i ＋Ｉ_f ＋Ｉｒ)を算出し、次いでステップＳ３３に移行して、モータ電流検出値Ｉ_MDを読込み、次いでステップＳ３４に移行する。

このステップＳ３４では、操舵補助補償値Ｉ_M ^*′を微分してフィードフォワード制御用の微分値Ｉｄを算出し、次いでステップＳ３５に移行して、モータ電流検出値Ｉ_MDを減算して電流偏差ΔＩを算出し、次いでステップＳ３６に移行して、電流偏差ΔＩを比例演算処理して比例補償制御用の比例値ΔＩｐを算出し、次いでステップＳ３７に移行して、電流偏差ΔＩを積分演算処理して積分補償制御用の積分値ΔＩｉを算出し、次いでステップＳ３８に移行して、微分値Ｉｄ、比例値ΔＩｐ及び積分値ΔＩｉを加算してモータ駆動電流Ｉ_M （＝Ｉｄ＋ΔＩｐ＋ΔＩｉ）を算出し、次いでステップＳ３９に移行して、算出したモータ駆動電流Ｉ_M をモータ駆動回路１７に出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
上記図４の処理が増幅回路異常検出手段に対応し、図５の処理が操舵制御手段に対応している。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、操舵トルクセンサ３が正常であり、増幅回路２０も正常であるものとし、この状態で、例えばキースイッチをオン状態とすることにより、コントローラ１３に電源を投入すると、マイクロコンピュータ１５の中央処理装置１５ｂで図４に示す増幅回路異常検出処理及び図５の操舵制御処理を実行開始する。

このとき、増幅回路２０が正常であるので、図７（ａ）に示すように、増幅回路２０から出力される実線図示の増幅操舵トルク信号ＡＴと操舵トルク検出信号Ｔを増幅回路２０のゲインに相当する係数Ｋｇ倍した破線図示の増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとが略等しい値となり、両者の偏差の絶対値｜ＡＴ−ＡＴｃ｜が閾値ΔＴ未満となることにより、図４の増幅回路異常検出処理で、ステップＳ３からステップＳ４に移行して、増幅回路異常フラグＦＡが継続して図７（ｃ）に示すように正常を表す“０”にリセットされる。このとき期間判断フラグＦＢは初期化処理で“０”にリセットされている。

このため、図５の増幅回路異常検出処理においてステップＳ１１で操舵トルク検出信号Ｔを読込み、操舵トルク検出信号Ｔが正常であるので、ステップＳ１２からステップＳ１４に移行して増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴを読込んでからステップＳ１５に移行する。
このとき、前述したように、図４の増幅回路異常検出処理で、増幅回路異常フラグＦＡが“０”にリセットされている状態を継続しており、期間判断フラグＦＢも“０”にリセットされているので、ステップＳ１５からステップＳ２３を経てステップＳ２１に移行し、増幅操舵トルク信号ＡＴから中立電圧Ｖ₀ を減算することにより、オフセット分を除去する補正を行って例えば右きりで正、左きりで負となる補正増幅操舵トルク信号ＡＴｏを算出する。

次いで、ステップＳ２２に移行して、補正増幅操舵トルク信号ＡＴｏを正規の操舵トルク信号Ｔｓとして設定し、次いで車速センサ１４から車速検出値Ｖを読込み（ステップＳ２７）、操舵トルクＴｓと車速検出値Ｖとに基づいて図７に示す操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する（ステップＳ２８）。
一方、モータ角速度推定回路１９で推定したモータ角速度ωを読込み(ステップＳ２９)、このモータ角速度ωに基づいて慣性補償制御用の慣性補償値Ｉ_i を算出すると共に、摩擦補償制御用の摩擦補償値Ｉ_f を算出し（ステップＳ３０）、さらに操舵トルクＴｓを微分演算してセンタ応答性改善指令値Ｉ_r を算出し（ステップＳ３１）、これら慣性補償値Ｉ_i、摩擦補償値Ｉ_f 及びセンタ応答性改善補償値Ｉ_r を操舵補助指令値Ｉ_M ^*に加算して操舵補助補償値Ｉ_M ^*′を算出する(ステップＳ３２)。

そして、モータ電流検出回路１８で検出したモータ電流検出値Ｉ_MDを読込み（ステップＳ３３）、次いで操舵補助補償値Ｉ_M ^*′を微分演算処理してフィードフォワード制御における微分補償制御用の微分値Ｉｄを算出し（ステップＳ３４）、次いで、操舵補助補償値Ｉ_M ^*′からモータ電流検出値Ｉ_MDを減算して電流偏差ΔＩを算出し（ステップＳ３５）、算出した電流偏差ΔＩを比例演算処理して比例補償制御用の比例値ΔＩｐを算出する。

また、電流偏差ΔＩを積分演算処理して積分補償制御用の積分値ΔＩｉを算出し（ステップＳ３６，Ｓ３７）、次いで、微分値Ｉｄ、比例値ΔＩｐ及び積分値ΔＩｉを加算してモータ駆動電流Ｉ_M を算出し(ステップＳ３８)、算出したモータ駆動電流Ｉ_M をモータ駆動回路１７に出力することにより（ステップＳ３９）、モータ駆動回路１７から電動モータ１２に駆動電流を供給して、この電動モータ１２で図７（ｂ）に示すようにステアリングホイール１に作用された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させ、これを減速ギヤ１０を介して出力軸２ｂに伝達する。

このとき、車両が停車している状態でステアリングホイール１を操舵する所謂据え切り状態では、図６に示す操舵補助指令値算出マップの特性線の勾配が大きいことにより、小さい操舵トルクＴｓで大きな操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出するので、電動モータ１２で大きな操舵補助力を発生して軽い操舵を行うことができる。
一方、車両が発進して、所定車速以上となると、図６に示す操舵補助指令値算出マップの特性線の勾配が小さくなることにより、大きな操舵トルクＴｓでも小さな操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出するので、電動モータ１２で発生する操舵補助力が小さくなり、ステアリングホイール１の操舵が軽くなりすぎることを抑制して最適な操舵を行うことができる。

しかしながら、上記操舵トルクセンサ３及び増幅回路２０が正常な状態を維持している状態で、例えば図７おける時点ｔ１で、増幅回路２０に例えば正の電源側への短絡による異常が発生することにより、この増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴが図７（ａ）に示すように増幅操舵トルク比較値ＡＴｃに対して閾値ΔＴを超えて所定の電源電圧まで急激に上昇し、この状態を操舵トルク検出信号の変化にかかわらず維持する異常状態が発生したときには、図４の処理におけるステップＳ３で｜ＡＴ−ＡＴｃ｜≧ΔＴとなり、増幅回路２０が異常であると判断されてステップＳ５に移行して、増幅回路異常フラグＦＡが図７（ｃ）に示すように“１”にセットされる。

このため、図５の操舵補助制御処理では、増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットされているので、ステップＳ１５からステップＳ２４で変数Ｎを“０”にクリアしてからステップＳ２５に移行して、操舵トルク検出信号Ｔをもとに（２）式の演算を行って増幅操舵トルク代替値ＡＴａを算出し、算出した増幅操舵トルク代替値ＡＴａが正規の操舵トルクＴｓとして設定され（ステップＳ２６）、この操舵トルクＴｓと車速検出値Ｖとに基づいて図６の制御マップを参照することにより、異常となる直前の補正増幅操舵トルクＡＴｏと略等しい操舵補助トルクを発生する操舵補助指令値Ｉ_M ^*が算出される。

そして、操舵トルク代替値ＡＴａをもとに算出された操舵補助指令値Ｉ_M ^*に基づいて操舵補助補償値Ｉ_M ^*′が算出され、この操舵補助補償値Ｉ_M ^*′に基づいてモータ駆動電流Ｉ_M が算出され、このモータ駆動電流Ｉ_M がモータ駆動回路１７に出力されて電動モータ１２が駆動制御されて、増幅回路２０が異常状態となっても、電動モータ１２で図７（ｂ）に示すように操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させる操舵補助制御が継続され、従来例のように電動モータへの駆動電流を遮断してマニュアル操舵状態となることが防止されて、軽い操舵状態を維持することができる。

因みに、前述した従来例では、図８に示すように、時点ｔ１で増幅回路が異常となって実線図示の増幅操舵トルク信号ＡＴが電源電圧まで急増した場合には、増幅操舵トルク信号ＡＴが破線図示の増幅操舵トルク比較値ＡＴｃより閾値ΔＴ以上大きいときにカウンタがカウントアップされ、このカウンタのカウント値が設定値に達した時点でモータ制御回路がオフ状態となるので、電動モータへの駆動電流が遮断されてマニュアル操舵状態となるため、カウンタのカウント値が設定値に達するまでの間で異常となった増幅回路の増幅操舵トルク信号に基づいて操舵補助が行われるので、運転者に違和感を与えると共に、カウンタのカウント値が設定値に達したときに、電動モータへの駆動電流が遮断されるので、車両が大きい場合やステアリングギヤ比が大きい場合に運転者の操舵負荷が急増することになるが、上記実施形態では、増幅回路２０が異常となると直ちに補正増幅操舵トルク信号ＡＴｏに代えて増幅操舵トルク代替値ＡＴａを使用して操舵補助制御を継続するので、運転者の負担が増加することもなく、しかも増幅操舵トルク代替値ＡＴａは操舵トルク検出信号Ｔに基づいて算出しているので、操舵トルクの変化に追従した操舵補助制御を継続することができる。

また、この増幅回路２０の異常状態が、図９に示すように、時点ｔ１で接触不良等による一時的な異常が発生し、これが所要時間後の時点ｔ２まで継続し、時点ｔ２で正常状態に復帰するものであるときには、時点ｔ１で、増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴと増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとの偏差が閾値ΔＴ以上となったときに前記図４の処理でステップＳ３からステップＳ５に移行して、増幅回路以上フラグＦＡが“１”にセットされるので、図５の操舵補助制御処理で、ステップＳ１５からステップＳ２４を経てステップＳ２５に移行して、増幅操舵トルク代替値ＡＴａが算出され、これが正規の操舵トルクＴｓとして再設定されることにより、直ちに増幅操舵トルク代替値ＡＴａに基づく補助操舵制御状態に移行する。その後、時点ｔ２で、増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴと増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとの偏差が閾値ΔＴ未満となったときに前記図４の処理でステップＳ３からステップＳ４に移行して、増幅回路異常フラグＦＡが“０”にリセットされるので、図５の操舵補助制御処理で、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行するが、前回の処理時に増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットされていたので、ステップＳ１７に移行し、期間判断フラグＦＢを“１”にセットし、次いでステップＳ１８に移行して、変数Ｎをインクリメントして“１”とする。このとき、変数Ｎがまだ所定値Ｎｓより小さいので、ステップＳ１９からステップＳ２７にジャンプすることにより、正規の操舵トルクＴｓとして増幅操舵トルク代替値ＡＴａの状態が継続される。

次のタイマ割込周期では、前回の増幅回路異常フラグＦＡが“０”であるので、ステップＳ１６からステップＳ２３に移行するが、期間判断フラグＦＢが“１”にセットされているので、ステップＳ１８に移行して、変数Ｎをインクリメントする。
その後、タイマ割込周期が到来する毎に順次変数Ｎがインクリメントされ、時点ｔ３で変数Ｎが所定値Ｎｓに達すると、ステップＳ２９からステップＳ２０に移行して、増幅操舵トルク信号ＡＴｏが算出され、これが正規の操舵トルクＴｓとして再設定されることにより、直ちに増幅操舵トルク信号ＡＴｏに基づく通常補助操舵制御状態に復帰することができる。

さらに、従来例に記載されているように、図１０（ａ）に示すように、増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴｏが、破線図示の操舵トルク検出信号Ｔが中立電圧Ｖ₀ を境にして上下に変化する際に、実線図示のように、電源電圧の最大値及び最小値間で急変して比較器の比較出力と同様の状態となる異常が発生した場合には、図１０（ｃ）に示すように増幅操舵トルク信号ＡＴｏと増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとの偏差が閾値ΔＴ未満であるときには増幅回路異常フラグＦＡが“０”にリセットされ、増幅操舵トルク信号ＡＴｏと増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとの偏差が閾値ΔＴ以上であるときに増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットされることを繰り返すことになるが、図５の操舵補助制御処理では、増幅回路異常フラグＦＡが“１”から“０”にリセットされて状態変化が生じたときに、増幅回路異常フラグＦＡが“０”の状態を所定時間継続して確実に正常と判断できる時点で正規の操舵トルクＴｓを増幅操舵トルク代替値ＡＴａから補正増幅操舵トルク信号ＡＴｏに切換えるので、増幅操舵トルク信号ＡＴが“０”を横切る際に瞬間的に増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとの偏差の絶対値が閾値ΔＴ未満となって増幅回路異常フラグＦＡが“０”にリセットされたときには、増幅操舵トルク代替値ＡＴａの状態を継続することになり、増幅操舵トルク比較値ＡＴｃが正負のピークとなる近傍でのみ補正増幅操舵トルク信号ＡＴｏを正規の操舵トルクＴｓとして設定するので、操舵トルクＴｓとしては図１０（ｂ）に示すように多少波形が崩れるものの略操舵系に入力された操舵トルクに応じた操舵補助制御を継続することができる。

なお、増幅回路異常フラグＦＡが“１”から“０”にリセットされたときの継続判断時間を長くすることに図１０（ｂ）における段差を少なくしてリニアな波形とすることができる。
このように増幅回路異常フラグＦＡが“１”から“０”にリセットされたときの継続判断時間を設けるリセット条件とすることにより、正常である時間が十分経過して、確実に正常と判断しなければ増幅トルク代替値ＡＴａから補正増幅トルク信号ＡＴｏへ復帰させないようにすることができ、ハンチング現象の発生を確実に防止して運転者に与える違和感を確実に防止することができる。

また、操舵トルクセンサ３に断線や短絡の異常が発生した場合には、図５の処理において、ステップＳ２からステップＳ３に移行して、モータ駆動回路へのモータ駆動電流Ｉ_M の出力が停止されると共に、図５の操舵補助制御処理が終了されるので、操舵トルクセンサ３の異常による誤動作は確実に防止することができる。
なお、上記実施形態においては、増幅回路２０の異常検出を増幅操舵トルク信号ＡＴｏと増幅操舵トルク比較値ＡＴｃとの偏差が閾値ΔＴ以上であるか否かを判定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、増幅回路２０から出力される増幅操舵トルク信号ＡＴからオフセットを除去した増幅操舵トルク信号ＡＴｏと増幅操舵トルク代替値ＡＴａとの偏差の絶対値が閾値ΔＴ以上であるか否かを判定するようにしても良く、さらには増幅操舵トルク信号ＡＴにゲイン分の１を乗算した値と操舵トルク検出信号Ｔとを比較してその偏差の絶対値が閾値ΔＴ１以上であるか否かを判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、増幅回路２０の異常を検出したときに、増幅操舵トルク代替値ＡＴａを使用して操舵補助制御を継続する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、マイクロコンピュータ１５の中央処理装置１５ｂで実行する補助操舵制御処理を、図１１に示すように、ステップＳ１５の判定結果が、増幅回路異常フラグＦＡが“１”にセットされているものであるときに、ステップＳ２４を介してステップＳ４１に移行して、継続時間を計測するタイマがセットされているか否かを判定し、タイマがセットされていないときにはステップＳ４２に移行してタイマをセットしてからステップＳ４３に移行し、タイマがセットされているときには直接ステップＳ４３に移行して、このステップＳ４３でタイマがタイムアップしたか否かを判定し、タイマがタイムアップしていないときには前記ステップＳ２５に移行し、タイマがタイムアップしたときに前記ステップＳ１３に移行し、さらにステップＳ１５の判定結果が、増幅回路異常フラグＦＡが“０”にリセットされているときにステップＳ４４に移行して、タイマをリセットしてから前記ステップＳ１６に移行することにより、増幅回路２０の異常状態がタイマの設定時間以上継続する場合には電動モータ１２の駆動を停止するようにしてもよい。この場合、電動モータ１２の駆動を停止する際に、そのときのモータ駆動電流Ｉ_M を徐々に所定値ΔＩずつ連続的に又は段階的に減少させてモータ駆動電流Ｉ_M が零又はその近傍となったときにモータ駆動電流Ｉ_M の出力を停止するモータ駆動電流漸減処理を行うことが好ましい。

さらに、上記実施形態においては、モータ駆動電流Ｉ_M を中央処理装置１５ｂで実行するソフトウェア処理によって算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助指令値演算器、センタ応答性改善回路、慣性補償器、摩擦補償器、微分補償器、減算器、比例演算器、積分演算器、加算器、乗算器、比較器等を組み合わせたハードウェアによってモータ駆動電流Ｉ_M を算出するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態では、補償制御として、センタ応答性改善補償制御、慣性補償制御、摩擦補償制御、微分補償制御、比例・積分補償制御を適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特開２００３−１７０８５６号公報に記載されている、車両の挙動を安定させるための収れん補償制御、電動モータのロストルクの発生する方向に対してロストルク相当の補助力を加算するモータロストルク補償制御、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相ずれを補償するロバスト補償制御や、モータ電流が流れても電動モータの出力に現れない電流を上乗せして電動モータの出力トルク“０”からの立ち上がりを改善するモータロス電流補償制御の外、ステアリングホイールを自然に中立位置に戻すためのステアリングホイール戻り補償制御等の種々の補償制御を任意の組合せで組み込むようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 操舵トルクセンサで検出されるトルク検出信号の特性線図である。 図１のコントローラの具体的構成を示すブロック図である。 マイクロコンピュータの中央処理装置で実行する増幅回路異常検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 マイクロコンピュータの中央処理装置で実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 操舵補助指令値算出マップを示す特性線図である。 本発明の動作の説明に供するタイムチャートである。 従来例の動作の説明に供するタイムチャートである。 本発明の増幅回路の一時的な異常時の動作の説明に供するタイムチャートである。 本発明の増幅回路で比較器の比較出力と同様の異常発生時における動作の説明に供するタイムチャートである。 本発明の他の実施形態を示すマイクロコンピュータの中央処理装置で実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１２…電動モータ、１３…コントローラ、１４…車速センサ、１５…マイクロコンピュータ、１５ａ…入力インタフェース回路、１５ｂ…中央処理装置、１５ｃ…ＲＯＭ、１５ｄ…ＲＡＭ、１５ｅ…出力インタフェース回路、１７…モータ駆動回路、１８…モータ電流検出回路、１９…モータ角速度推定回路、２０…増幅回路、２１〜２４…Ａ／Ｄ変換器

Claims (7)

1. 操舵系に対して入力される操舵トルクを検出して操舵トルク検出信号を出力する操舵トルク検出手段と、該操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク検出信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された増幅操舵トルク信号に基づいて前記操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機を制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記増幅回路の異常を検出する増幅回路異常検出手段を備え、前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに当該増幅回路の増幅操舵トルク信号を使用することなく操舵補助制御を継続するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルク検出信号を直接入力し、当該操舵トルク検出信号に基づいて操舵補助制御を継続するように構成されてい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の制御装置。
3. 前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出したときに、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルク検出信号を直接入力し、当該操舵トルク検出信号に基づいて操舵補助制御を継続し、この操舵継続状態が所定時間以上継続したときに、操舵補助制御を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記補助操舵制御手段は、補助操舵制御を停止する際に、電動機で発生する補助操舵力が徐々に低下するように停止制御することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記増幅回路異常検出手段は、増幅回路から出力される増幅トルク信号と操舵トルク検出手段で検出した操舵トルク検出信号とを比較することにより、当該増幅回路の異常を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記増幅回路異常検出手段は、増幅回路の異常を継続して所定回数検出したときに増幅回路の異常と判断するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載に電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記補助操舵制御手段は、前記増幅回路異常検出手段で増幅回路の異常を検出した後に、増幅回路の正常を検出する状態に復帰したときに、前記増幅回路から出力される増幅操舵トルク信号に基づいて補助操舵制御を行う状態に復帰するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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