JP2009023582A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の速度を検出する検出手段に異常が発生した場合に、電動パワーステアリング装置内で車両の速度を推定すること。
【解決手段】電動パワーステアリングを制御するＭＣＵ１００は、車速推定モジュール２６０を備える。トルクセンサ４１によって検出される車両の振動は、車速推定モジュール２６０のレベルリミッタ２６１で振動レベルが制限された後、ＦＦＴ処理部２６２で処理される。そして、車速推定部２６３は、ＦＦＴ処理されることによって得られた車両の振動の周波数特性に基づいて車両の速度を推定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、乗用車やトラック等の車両の操舵をモータによって補助する電動パワーステアリング装置を用いて、この電動パワーステアリング装置が搭載される車両の速度を推定することに関する。

乗用車やトラック等の車両の操舵力を軽減するため、モータによって操舵を補助する、いわゆる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置がある。電動パワーステアリング装置は、減速機を介してモータの駆動力をステアリングシャフトやステアリング機構のラック軸等に付与することで、運転者がステアリングホイールを操作する際の操作力を軽減するものである。電動パワーステアリング装置で操舵を補助する場合、操舵トルクと、車両の速度（車速）とに基づいて、操舵補助のための指令値が演算される。

車速を検出する車速センサに異常が発生した場合には、操舵補助のための指令値が演算できないので、何らかの代替手段によって車速を推定する技術が用いられる。例えば、特許文献１には、車両の動力発生源であるエンジンの回転数と車速との相関関係を用いて、車速を推定する技術が開示されている。

特開２００１−２３３２２８号公報、段落番号０００７、０００９、図１

ところで、特許文献１に開示されている技術は、車速センサの異常が長期間継続すると、実際の車速と推定した車速とが一致しないおそれが高くなる。その結果、操舵補助のための適切な指令値を演算することが困難になり、操舵に違和感を与えるおそれがある。これを解決するため、予備の車速検出手段を設けることも考えられるが、新たに車速検出手段を設けることでコスト増加を招いてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両の速度を検出する検出手段に異常が発生した場合に、電動パワーステアリング装置内で車両の速度を推定でき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。

上述した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ステアリング機構に補助操舵力を付与するモータと、少なくとも前記操舵トルクに基づき前記モータに供給する電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記モータの電流値を検出する電流検出回路と、前記電流指令値と前記モータの電流値とに基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御手段とを備える電動パワーステアリング装置において、前記車両の振動を検出する振動検出手段と、前記振動を周波数帯域毎の振動レベルに変換する周波数変換手段と、前記車両の振動の周波数特性に基づいて、前記車両の速度を推定する車両速度推定手段と、を含むことを特徴とする。

本発明の望ましい態様としては、前記電動パワーステアリング装置において、前記振動検出手段は、前記操舵トルク検出手段であることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記電動パワーステアリング装置において、前記車両速度推定手段は、前記車両の振動の振動レベルのピークとその周波数帯域とに基づいて、前記車両の速度を推定することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記電動パワーステアリング装置において、前記車両が備える前記車両の速度を検出する車両速度検出手段が正常であるときに、前記車両速度検出手段が検出した前記車両の速度と、前記車両速度推定手段が推定した前記車両の速度と、に基づいて前記車両の速度を推定する際に必要なパラメータを更新することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記電動パワーステアリング装置において、前記車両速度推定手段は、前記車両が直進しているときに、前記車両の速度を推定することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記電動パワーステアリング装置において、前記車両が備える前記車両の速度を検出する車両速度検出手段が異常である場合には、前記車両速度検出手段が検出した前記車両の速度の代わりに前記車両速度推定手段が推定した前記車両の速度を用いて、前記モータの駆動制御を継続することが好ましい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の速度を検出する検出手段に異常が発生した場合に、電動パワーステアリング装置内で車両の速度を推定できる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の速度を検出する車両速度検出手段が正常なときに、実際の車両の速度と比較して車両の速度を推定する際に用いるパラメータを補正し、車両の速度の推定精度を向上させることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両速度検出手段を用いることにより、電動パワーステアリング装置が通常動作を行うために必要なレベルの車両の速度の情報を得ることができる。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）により本発明が限定されるものではない。

本実施形態は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置において、車両の振動の周波数特性に基づいて、車両の速度を推定する点に特徴がある。より具体的には、車両の振動の振動レベルが最大となるときの周波数に基づいて、車両の速度を推定する。ここで、車両の振動の振動レベルとは、車両の振動に含まれる各調波成分の振幅の大きさをいう。

図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２、ステアリングシャフト３、第１ユニバーサルジョイント４Ａ、ステアリングジョイント５、第２ユニバーサルジョイント４Ｂ、ステアリングギヤ入力シャフト６及びステアリングギヤ７、電動パワーステアリング装置の制御装置（以下ＥＰＳ制御装置という）５０を含んで構成される。そして、ステアリングシャフト３、第１ユニバーサルジョイント４Ａ、ステアリングジョイント５、第２ユニバーサルジョイント４Ｂ、ステアリングギヤ入力シャフト６及びステアリングギヤ７が、ステアリング機構１Ｃを構成する。電動パワーステアリング装置１は、電動機、すなわちモータ９によってステアリング機構１Ｃへ補助操舵力を付与することにより、運転者によるステアリングホイール２の操作を補助する。

電動パワーステアリング装置１は、運転者によってステアリングホイール２に入力される操舵トルクが、入力軸３Ｉと出力軸３Ｅとを有するステアリングシャフト３に伝達される。このステアリングシャフト３は、ステアリング機構１Ｃのケーシングに回転自在に支持される。そして、ステアリングシャフト３は、入力軸３Ｉの一端がステアリングホイール２に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ４１を介して出力軸３Ｅの一端に連結される。ステアリングホイール２に入力される操舵トルクは、まずステアリングシャフト３の入力軸３Ｉへ伝達され、トルクセンサ４１を介して出力軸３Ｅへ伝達される。

ステアリングシャフト３の出力軸３Ｅに伝達された操舵トルクは、第１ユニバーサルジョイント４Ａを介してステアリングジョイント５に伝達され、さらに、第２ユニバーサルジョイント４Ｂを介してステアリングギヤ入力シャフト６に伝達される。ステアリングギヤ入力シャフト６に伝達された操舵トルクは、ステアリングギヤ７を介してタイロッド８に伝達され、車両３０の転舵輪、すなわち左側前輪３２ｌ及び右側前輪３２ｒを操舵する。ここで、ステアリングギヤ７は、ステアリングギヤ入力シャフト６に連結されたピニオンギヤ７ｐと、このピニオンギヤ７ｐにかみ合うラックギヤ７ｒとを有する、いわゆるラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオンギヤ７ｐの回転運動を、ラックギヤ７ｒで直進運動に変換する。

ステアリングシャフト３の出力軸３Ｅには、減速ギヤ１０が取り付けられており、モータ９の発生する出力は、減速ギヤ１０を介することによって増幅されて、出力軸３Ｅへ伝達される。これによって、電動パワーステアリング装置１のステアリングシャフト３を介して、ステアリング機構１Ｃへ補助操舵力が付与される。

ステアリングシャフト３の入力軸３Ｉに取り付けられるトルクセンサ４１は、ステアリングホイール２を介して入力軸３Ｉに伝達された操舵トルクを検出するものである。トルクセンサ４１は、例えば、ステアリングシャフト３の入力軸３Ｉと出力軸３Ｅとの間に介在させたトーションバーによって、運転者によって入力される操舵トルクを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る。

図２は、図１に示すＥＰＳ制御装置のハードウェア構成を示す装置構成図である。ＥＰＳ制御装置５０は、図２に示すように、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）１００と、ＦＥＴプリドライバ回路１１０と、モータ駆動回路（インバータ）１２０と、電流検出回路１３０と、位置検出回路１４０等とを備えている。ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＥＥＰＲＯＭ（不揮発性メモリ）１０４、Ａ／Ｄ変換器１０５、インターフェース１０６、バス１０７等を備えている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された各種プログラムを実行して、図１に示す電動パワーステアリング装置１を制御する。

ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行する各種コンピュータプログラムを格納する。具体的には、ＲＯＭ１０２には、モータ９を制御するモータ制御処理（アシスト処理）を実行するためのモータ制御コンピュータプログラム、本実施形態に係る車両の速度（車速）を推定するコンピュータプログラム等が格納されている。なお、以下において、コンピュータプログラムは、単にプログラムという。

ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１がプログラムを実行する場合にその作業領域として使用され、プログラムの処理過程で必要とするデータや処理結果等が記憶されるものである。ＥＥＰＲＯＭ１０４は、ＥＰＳ制御装置５０の電源遮断後においても記憶内容を保持可能な不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１が、図１に示す電動パワーステアリング装置１の制御で使用する制御データやＥＥＰＲＯＭ１０４に格納される制御データのエラー発生回数等が格納される。なお、ここでは、不揮発性メモリとして、ＥＥＰＲＯＭを使用することとしたが、本実施形態においてはこれに限られるものではなく、ＦＬＡＳＨ−ＲＯＭ、ＳＤＲＡＭ等の他の不揮発性メモリを使用することにしてもよい。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、トルクセンサ４１からの操舵トルクＴ、電流検出回路１３０からのモータ９の電流検出値Ｉｍ、及び位置検出回路１４０からのモータ回転角信号θ等が入力され、これらの入力をディジタル信号に変換する。インターフェース１０６は、図１に示す車両３０の速度、すなわち車速を検出する車速センサ４０からの車速（検出車速）Ｖｃ（車速パルス）を、車内通信回線を介して受け取るためのものである。上記構成において、ＣＰＵ１０１が、ＲＯＭ１０２に格納された車速推定プログラムを実行することにより、車両速度推定手段として機能する。

ＦＥＴプリドライバ回路１１０は、ＭＣＵ１００から入力されるＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を、各相正負の通電信号（Ｕp、Ｕn、Ｖp、Ｖn、Ｗp、Ｗn）に変換して、モータ駆動回路１２０に出力する。モータ駆動回路１２０は、一対のＦＥＴスイッチング素子からなるブリッジ回路をＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用として３相分備えており、各ＦＥＴスイッチング素子には還流ダイオードが並列接続されている。このブリッジ回路には、バッテリ１４から電源リレー１３を介して直流電圧が印加される。各ＦＥＴスイッチング素子の制御端子（ゲート端子）には、ＦＥＴプリドライバ回路１１０から通電信号が入力される。

モータ駆動回路１２０に印加される直流電圧は、モータ駆動回路１２０内のＦＥＴスイッチング素子のスイッチング動作によって３相の交流電圧に変換され、それによりモータ９が駆動される。このブリッジ回路には、シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続されている。このシャント抵抗Ｒ１、Ｒ２に電流検出回路１３０が接続され、これによって、モータ９の電流検出値Ｉｍを検出するようになっている。位置検出回路１４０は、位置センサ２１に励磁電流を与えるとともに、位置センサ２１からの出力信号をモータ回転角信号θとして、Ａ／Ｄ変換器１０５に出力する。

図３は、ＥＰＳ制御装置が備えるＭＣＵがプログラムを実行することにより実現する機能を示す機能ブロック図である。ＭＣＵ１００は、図３に示すように、操舵トルクＴと実車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値を算出するトルク制御系モジュール２００と、各種のトルク補償を行う補償制御系モジュール（例えば、動作周期が２ｍｓｅｃ）２１０と、モータ電流のＦＢ（フィードバック）制御を行うモータ電流制御系モジュール２２０と、モータ９のモータ電流のＦＦ（フィードフォワード）制御を行うモータ電流補助制御系モジュール２３０、本実施形態に係る車速推定を行う車速推定モジュール２６０等を備えている。ここで、モータ電流制御系モジュール２２０が、モータ駆動制御手段として機能する。次に、これらの動作の概略を説明する。

まず、トルクセンサ４１で検出された操舵トルクＴと、車速センサ４０で検出された車速Ｖｃとがアシストマップ２０１に入力され操舵補助指令値が算出される。ここで、車速センサ４０で検出された検出車速Ｖｃは、実車速Ｖとして切替部２７１を介して、少なくともアシストマップ２０１と位相補償部２０３とに入力され、それぞれ検出車速Ｖｃに応じた処理が行われる。さらに、補償制御系モジュール２１０で演算される補償値、例えば、収斂性演算部２１１、慣性演算部２１２、及びＳＡＴ（セルフアライニングトルク）演算部２１３で算出された収斂性、慣性、ＳＡＴ等の補償値を、加算部２０２で操舵補助指令値に加算してトルク指令値Ｔｒｅｆが決定される。トルク指令値Ｔｒｅｆは、位相補償部２０３で位相補償された後、電流指令値演算手段である電流指令値演算部２４０に入力される。そして、トルク指令値Ｔｒｅｆに基づいて電流指令値演算部２４０で電流指令値Ｉｒｅｆが決定される。なお、ブラシレスモータでは、トルク指令値Ｔｒｅｆの他に、回転子のロータ角度も電流指令値演算部２４０に入力して電流指令値Ｉｒｅｆが決定される。

一方、モータ９のモータ電流は、電流検出値Ｉｍとして電流検出回路１３０で検出され、電流指令値Ｉｒｅｆとともに減算部２２１へ入力される。減算部２２１では、それらの偏差ΔＩ＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍが算出され、ＰＩ（比例積分）制御部２２２に入力される。ＰＩ（比例積分）制御部２２２では、偏差ΔＩの比例積分出力として、電圧制御値Ｖｒｅｆが出力される。また、電流指令値Ｉｒｅｆは、補助値演算部２３１に入力される。補助値演算部２３１で演算される補助値、例えば、Ｄｅａｄ Ｔｉｍｅ演算部２３２、ＥＭＦ（逆起電力）演算部２３３、及び弱め界磁制御演算部２３４で算出された補助値が、加算部２３５で電圧制御値Ｖｒｅｆに加算される。加算部２３５の出力は、ＰＷＭ制御部２５０に入力されて、ＰＷＭ処理され、ＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号がＦＥＴプリドライバ回路１１０に出力され、ＦＥＴプリドライバ回路１１０及びモータ駆動回路１２０を介して、モータ９が駆動される。

車速推定モジュール２６０は、レベルリミッタ２６１、周波数変換手段であるＦＦＴ処理部２６２、車速推定部２６３を含んで構成される。トルクセンサ４１で検出された操舵トルクＴはレベルリミッタ２６１へ入力される。本実施形態において、トルクセンサ４１は車両３０の振動を検出する振動検出手段としても用いられ、トルクセンサ４１で検出された操舵トルクＴの時間変動が車両３０の振動（車両振動）ＦＣとなる。

レベルリミッタ２６１は、トルクセンサ４１で検出された操舵トルクＴの時間変動、すなわち車両振動ＦＣから所定のレベルよりも大きい振動レベルの成分を取り除く。レベルリミッタ２６１を通過した車両振動ＦＣは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transfer：高速フーリエ変換）処理部２６２へ入力されてＦＦＴ処理される。すなわち、ＦＦＴ処理部２６２におけるＦＦＴ処理によって、車両振動ＦＣの各調波成分が抽出され、車両振動ＦＣの周波数特性が得られる。ＦＦＴ処理部２６２で周波数帯域毎の振動レベルに変換され、各調波成分が抽出された車両振動ＦＣは、車速推定部２６３へ入力される。車速推定部２６３では、後述する車速を推定する手法により、車両振動ＦＣの周波数特性に基づいて車速が推定される。ここで、車速推定部２６３で推定された車速を推定車速Ｖｇとする。

推定車速Ｖｇは、切替部２７１へ入力される。切替部２７１では、車速センサ４０が異常である場合に、アシストマップ２０１へ入力する実車速Ｖを、車速センサ４０で検出された検出車速Ｖｃから推定車速Ｖｇに切り替える。車速センサ４０が異常であるか否かは異常検出部２７２が判定する。例えば、発生し得ない大きさの車速が検出されたり、発生し得ない車速の変化が検出されたりした場合には、異常検出部２７２は車速センサ４０が異常であると判定する。また、異常検出部２７２が車内通信回線を介して車速センサ４０の異常情報を取得した場合は、車速センサ４０が異常であると判定される。次に、本実施形態に係る車速推定の手法を説明する。

図４は、車両振動の振動レベルと車両振動の周波数との関係を示す説明図である。図５は、車両振動の最大ピーク周波数と車速との関係を示す説明図である。車両振動をフーリエ変換すると、図４に示すような車両振動ＦＣの各調波成分が抽出され、車両振動の周波数特性が得られる。このときの振動レベルＣの最大ピーク値（車両振動ピーク値）をＣｐとし、最大振動ピーク値Ｃｐにおける車両振動ＦＣの周波数を最大ピーク周波数Ｆｐとする。この最大ピーク周波数Ｆｐと車速Ｖ＿ｒとの関係は、図５に示すようになる。すなわち、車速Ｖ＿ｒが増加するにしたがって最大ピーク周波数Ｆｐも増加する。本実施形態に係る車速推定の手法ではこの関係を利用して、車両振動の周波数特性に基づき、車速を推定する。より具体的には、車両振動の周波数から最大ピーク周波数Ｆｐを抽出し、この大きさによって車速を推定する。

図６は、本実施形態に係る車速を推定する手法の一連の手順を示すフローチャートである。車速を推定するにあたって、図２に示すＥＰＳ制御装置５０が備えるＭＣＵ１００は、車速センサ４０から車速についての情報（具体的には検出車速Ｖｃ）を取得し、振動検出手段として用いるトルクセンサ４１から車両振動についての情報（具体的には操舵トルクＴの時間変動）を取得する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、車両振動ＦＣを検出するための振動検出手段としてトルクセンサ４１を用いるが、モータ９の位置センサ（例えばレゾルバ）を振動検出手段として用いてもよい。なお、トルクセンサ４１は、感度が高く、また車両振動ＦＣを操舵輪から直接検出することができるので、振動検出手段として好適である。したがって、振動検出手段としてトルクセンサ４１を用いると、車両振動ＦＣを精度よく、確実に検出できるので、車両速度の推定精度が向上する。

ステップＳ１０１で得られた車速についての情報及び車両振動についての情報は、ＭＣＵ１００が備えるＡ／Ｄ変換器１０５によってディジタル情報に変換される（ステップＳ１０２）。そして、ＭＣＵ１００の車速推定モジュール２６０は、Ａ／Ｄ変換後の車速についての情報及び車両振動についての情報から、車速推定用のデータを作成する（ステップＳ１０３）。車速推定用のデータが作成されたら、ＭＣＵ１００の車速推定モジュール２６０は車速を推定する（ステップＳ１０４）。次に、車速を推定する具体的な手順を説明する。

図７は、本実施形態において車速を推定する具体的な手順を示すフローチャートである。図８−１〜図８−３は、車速を推定する際に用いるレベルリミッタの一例を示す模式図である。図９は、レベルリミッタを通過した車両振動の周波数特性を示す模式図である。本実施形態では、図３に示すように、トルクセンサ４１から取得した車両振動ＦＣがレベルリミッタ２６１へ入力される。レベルリミッタ２６１は、所定のレベルよりも大きい振動レベルの成分を取り除く機能を有するとともに、周波数に応じて取り除く振動レベルの大きさが変化する特性を持たせてある。

図８−１に示す例では、実線で示す部分よりも大きい振動レベルを取り除き、直線で示す部分以下の振動レベルを残す。例えば、周波数がＡ１からＡ２の範囲では、Ｌよりもレベルの大きい振動レベルを取り除き、Ｌ以下のレベルの振動レベルを残す。図８−１に示すレベルリミッタ２６１は、周波数Ａ１までは取り除く振動レベルの最低値が徐々に小さくなり、周波数がＡ１からＡ２の範囲で取り除く振動レベルの最低値がＬで一定となり、周波数がＡ２よりも大きい範囲では、取り除く振動レベルの最低値が徐々に大きくなるという特性を持たせてある。

レベルリミッタ２６１は、図１に示す車両３０の車速に応じて、高速側、又は低速側へ振動レベルを制限する周波数帯域がシフトする。すなわち、レベルリミッタ２６１は、図１に示す車両３０の車速に応じて、車両振動ＦＣの振動レベルに制限を与える周波数帯域がシフトする。図８−２はレベルリミッタ２６１が低速側へシフトした状態を示しており、図８−３はレベルリミッタ２６１が高速側へシフトした状態を示している。このように、車両３０の車速に応じてレベルリミッタ２６１の周波数帯域をシフトさせることにより、確実に車速を判定することができる。

図９は、図８−１に示すレベルリミッタ２６１を用いて、車両振動ＦＣを制限した結果を示している。図９に示すように、元の車両振動ＦＣ＿Ｂ、すなわち、トルクセンサ４１によって検出され、Ａ／Ｄ変換された操舵トルクの変動は、レベルリミッタ２６１で制限されるよりも大きい振動レベルが取り除かれる。その結果、レベルリミッタ２６１を通過した後の車両振動（制限後車両振動）ＦＣ＿Ａは、図９の実線で示すようになる。

図１０は、最大ピーク周波数と推定車速との関係を示す説明図である。本実施形態においては、車速を大きく３段階に分けて推定する。すなわち、推定車速が０以上Ｖｇ１までの範囲は低速ＶＬ、推定車速がＶｇ１以上Ｖｇ２の範囲は中速ＶＭ、推定車速がＶｇ２よりも大きい範囲は高速ＶＨとする。そして、最大ピーク周波数ＦｐがＡ１よりも小さいとき、推定車速は低速ＶＬであると判定し、最大ピーク周波数ＦｐがＡ１以上Ａ２以下のとき、推定車速は中速ＶＭであると判定し、最大ピーク周波数ＦｐがＡ２よりも大きいとき、推定車速は高速ＶＨであると判定する。

なお、車速の推定はこの手法に限定されるものではない。例えば、上記手法において、車速の分割数をより細かく（例えば１０段階）としてもよい。また、予め求めた最大ピーク周波数Ｆｐと車速との関係に、例えばフーリエ変換を用いて抽出した最大ピーク周波数Ｆｐを与えることにより得られた車速を推定車速としてもよい。

次に、車速を推定する手順を、図７を用いて説明する。次においては、現在の推定車速が中速ＶＭであるときに、現時点の車速を推定する手順を説明する。現時点の車速を推定するにあたり、図３に示す車速推定モジュール２６０の車速推定部２６３は、図８−１に示すレベルリミッタ２６１において、Ａ１以上Ａ２以下の範囲において車両振動ＦＣの振動レベルを制限するための制限値Ｌを設定する（ステップＳ２０１）。この制限値Ｌを、振動レベル制限値という。振動レベル制限値Ｌは、図２に示すＥＥＰＲＯＭ１０４に格納されており、車速を推定する場合には、ＥＥＰＲＯＭ１０４からＲＡＭ１０３へ一時的に記憶されている。

図３に示すように、トルクセンサ４１が検出した車両振動ＦＣは、レベルリミッタ２６１で振動レベルが制限された後、ＦＦＴ処理部２６２へ入力される。ＦＦＴ処理部２６２では、レベルリミッタ２６１を通過した後の車両振動ＦＣに対してフーリエ変換が行われる。これによって、車両振動ＦＣの各調波成分が抽出され、車両振動ＦＣのスペクトルが得られる。車速推定部２６３は、フーリエ変換後の車両振動から、最大ピーク周波数Ｆｐにおける振動レベル（すなわち車両振動ピーク値）Ｃを取得して、ステップＳ２０１で設定した振動レベル制限値Ｌと、車両振動ピーク値Ｃとを比較する（ステップＳ２０２）。なお、この車両振動ピーク値Ｃは、レベルリミッタ２６１によって制限された後の値である。

本実施形態では、トルクセンサ４１で検出された車両振動ＦＣをＦＦＴ処理部２６２で周波数変換する前に、レベルリミッタ２６１を通過させる。これにより、必要な情報を特定することが可能であり、ＦＦＴ処理の演算負荷を低減できる。なお、バッファの容量が十分に確保できる場合、あるいはＭＣＵ１００の処理能力に余裕がある場合には、トルクセンサ４１から得られる車両振動ＦＣを直接ＦＦＴ処理部２６２へ入力して、車両振動ＦＣの各調波成分を抽出してもよい。

ここで、車速の推定に用いる車両振動ＦＣは、所定の範囲の周波数帯域（例えば０Ｈｚ〜２０Ｈｚ）であればよいので、この範囲よりも大きい周波数帯域に属する振動成分は、車速の推定には不要である。したがって、レベルリミッタ２６１にバンドパスフィルタの特性を持たせて、ＦＦＴ処理の前に、車速の推定に不要な周波数帯域の振動成分を除去してもよい。これによって、ＦＦＴ処理に必要なバッファの容量をより小さくすることができるとともに、ＦＦＴ処理の演算負荷もより低減できる。

図１１−１〜図１１−３は、レベルリミッタで制限された車両振動のスペクトルを示す説明図である。ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、車速推定部２６３がＣ≦Ｌであると判定した場合は、車速は変化していないと判定できる。図１１−１に示す車両振動ＦＣは、最大ピーク周波数ＦｐはＦｐ２であり、車両振動ピーク値ＣはＣ２である。図１１−１に示す例では、Ｃ２＝Ｌであるため、最大ピーク周波数Ｆｐ２がＡ１以上Ａ２以下の範囲に存在すると判定できる。この場合、図１０に示すように車速は中速ＶＭである。したがって、現在の推定車速が中速ＶＭであるときにＣ２＝Ｌであると判定されると、最大ピーク周波数Ｆｐ２がＡ１以上Ａ２以下の範囲に存在すると判定できるので、推定車速Ｖｇは中速ＶＭとなる。このため、ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合には、現在の推定車速Ｖｇが維持される（ステップＳ２０３）。この場合、現在のレベルリミッタが維持される（ステップＳ２０４）。すなわち、中速ＶＭに対応したレベルリミッタ２６１を用いて車速を推定する。

ステップＳ２０２でＮｏと判定された場合、すなわち、車速推定部２６３がＣ＞Ｌであると判定した場合は、ステップＳ２０５へ進む。例えば、図１１−２に示す例は車速が低速ＶＬである場合を示しており、この場合、最大ピーク周波数ＦｐがＦｐ１であり、車両振動ピーク値ＣはＣ１である。また、図１１−３に示す例は車速が高速ＶＨである場合を示しており、この場合、最大ピーク周波数ＦｐがＦｐ３であり、車両振動ピーク値ＣはＣ３である。図１１−２に示す例ではＣ１＞Ｌであり、また、図１１−３に示す例ではＣ３＞Ｌとなる。すなわち、Ｃ＞Ｌである場合は、車速推定時における実際の車速は、現在までの推定車速とは異なる値となっていると判定できる。

ステップＳ２０５において、車速推定部２６３は、最大ピーク周波数Ｆｐと周波数Ａ１とを比較する。ステップＳ２０５でＹｅｓと判定された場合、すなわち、車速推定部２６３がＦｐ＜Ａ１であると判定した場合、ステップＳ２０６に進む。図１１−２に示す例では、最大ピーク周波数ＦｐはＦｐ１であり、Ｆｐ１＜Ａ１である。図１１−２から分かるように、最大ピーク周波数ＦｐがＡ１よりも小さいということは、車速推定時においては、現在までの推定車速Ｖｇよりも実際の車速が小さくなっていると判定できる。

この場合、車速推定部２６３は、推定車速Ｖｇを減少させる（ステップＳ２０６）。本実施形態においては、現在までの推定車速は中速ＶＭなので、推定車速Ｖｇを低速ＶＬとする。そして、車速推定部２６３は、現在のレベルリミッタを低速側に変更する（ステップＳ２０７）。すなわち、図８−２に示す、低速ＶＬに対応したレベルリミッタ２６１を用いて車速を推定する。

ステップＳ２０５でＮｏと判定された場合、すなわち、車速推定部２６３がＦｐ≧Ａ１であると判定した場合、ステップＳ２０８に進む。この場合、ステップＳ２０２でＮｏと判定された時点で、車速推定時における車速は、既に現在までの推定車速（本実施形態では中速ＶＭ）ではないことが判明している。したがって、Ｆｐ≧Ａ１である場合、車速推定時においては、現在までの推定車速Ｖｇよりも実際の車速が大きくなっていると判定できる。このときの最大ピーク周波数Ｆｐは、図１１−３に示すＦｐ３である。

Ｆｐ≧Ａ１である場合、車速推定部２６３は、推定車速Ｖｇを増加させる（ステップＳ２０８）。本実施形態においては、現在までの推定車速は中速ＶＭなので、推定車速Ｖｇを高速ＶＨとする。そして、車速推定部２６３は、現在のレベルリミッタを高速側に変更する（ステップＳ２０９）。すなわち、図８−３に示す、高速ＶＨに対応したレベルリミッタ２６１を用いて車速を推定する。

上記ステップＳ２０１〜ステップＳ２０９の手順により車速を推定したら、図６のステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５においては、図３に示すＭＣＵ１００の異常検出部２７２が、車速センサ４０が正常に動作しているか否かを判定する。ステップＳ１０５でＹｅｓと判定された場合、すなわち、異常検出部２７２が車速センサ４０は正常に動作していると判定した場合、図３に示すＭＣＵ１００の切替部２７１は、図１に示す電動パワーステアリング装置１の制御に用いる実車速Ｖを、車速センサ４０で検出される検出車速Ｖｃとする（ステップＳ１０６）。そして、車速センサ４０で検出される検出車速Ｖｃを用いて電動パワーステアリング装置１を制御する。

次に、図３に示すＭＣＵ１００の情報更新部２７３は、必要に応じて車速の推定に用いるパラメータ等を更新する（ステップＳ１０７）。車速センサ４０が正常に動作している場合、車速センサ４０で検出された検出車速Ｖｃが実際の車速となる。この場合、例えば、振動レベル制限値ＬやＡ１、Ａ２といった車速推定に用いるパラメータの値や、レベルリミッタ２６１自体が適切でない結果、上述した車速の推定手順による推定車速Ｖｇが実際の車速と異なっている場合もあり得る。また、タイヤの摩耗のような車両の経時変化によって、当初適切であった前記パラメータの値やレベルリミッタ２６１が適切ではなくなることもあり得る。したがって、Ｖｃ≠Ｖｇである場合、車速推定に用いるパラメータ等を適切な値に更新する。これによって、車両の経時変化等を考慮して車速推定に用いるパラメータ等を再設定することができるので、車速の推定精度が向上する。

ステップＳ１０５でＮｏと判定された場合、すなわち、異常検出部２７２が車速センサ４０は正常に動作していないと判定した場合、図３に示すＭＣＵ１００の切替部２７１は、図１に示す電動パワーステアリング装置１の制御に用いる実車速Ｖを、ステップＳ１０４で推定した推定車速Ｖｇとする（ステップＳ１０８）。これによって、車速センサ４０に異常が発生した場合には、電動パワーステアリング装置１内で推定した車速を用いて、電動パワーステアリング装置１の制御を継続できる。

本実施形態では、車速と相関の高い車両振動ＦＣに基づいて推定車速Ｖｇを得るので、推定車速Ｖｇの精度が高い。これによって、実際の車速と電動パワーステアリング装置１の制御に用いる車速との相違を回避できるので、前記相違に起因する操舵操作時の違和感を抑制できる。また、電動パワーステアリング装置１へ新たに車速を検出するためのセンサを設ける必要はないので、コストも低減できる。さらに、図１に示す車両３０の制御において、車速の情報が必要である場合には、本実施形態に係る手法によって推定した車速を用いることができる。これによって、車速センサ４０に異常が発生した場合においても、車速センサ４０で検出された検出車速Ｖｃの代わりに、前記推定した車速を用いて電動パワーステアリング装置１を制御し、その機能を発揮させることができる。その結果、車両３０の最低限の移動を可能とすることができる。

本実施形態においては、車速の推定及び車速の推定に用いるパラメータ等の更新は、図１に示す車両３０が直進しているときに実行する。本実施形態では、トルクセンサ４１によって検出された車両３０の振動に基づいて車速を推定するので、トルクセンサ４１が操舵トルクを検出している状態では、トルクセンサ４１の出力値に車両３０の振動が正確に反映されないおそれがある。このため、本実施形態では、車両３０が直進しているとき、すなわち、ドライバの入力トルクが小さいときに、車速の推定及び車速の推定に用いるパラメータ等の更新を実行する。これにより、車速の推定精度が向上し、また、車速の推定に用いるパラメータ等の更新精度が向上する。

以上、本実施形態では、車両に搭載される電動パワーステアリング装置において、車両の振動の周波数特性に基づいて、より具体的には、車両の振動の振動レベルのピークとそのときの周波数帯域とに基づいて、車速を推定する。このように、車速と相関の高い車両の振動を用いて車速を推定するので、車速の推定精度が向上する。また、車両の振動は、電動パワーステアリング装置が備えるセンサ、より具体的にはトルクセンサやモータの位置検出センサを用いるので、電動パワーステアリング装置内で車両の速度を推定することができる。これによって、電動パワーステアリング装置が備える既存のセンサを利用して車速を推定できるので、車速を推定するために新たな検出手段を設ける必要はなく、電動パワーステアリング装置の製造コストを低減できる。

以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の速度を推定することに有用であり、特に、車両の速度を検出する車速センサに異常が発生した場合において、車速の推定精度を向上させることに適している。

本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。 図１に示すＥＰＳ制御装置のハードウェア構成を示す装置構成図である。 ＥＰＳ制御装置が備えるＭＣＵがプログラムを実行することにより実現する機能を示す機能ブロック図である。 車両振動の振動レベルと車両振動の周波数との関係を示す説明図である。 車両振動の最大ピーク周波数と車速との関係を示す説明図である。 本実施形態に係る車速を推定する手法の一連の手順を示すフローチャートである。 本実施形態において車速を推定する具体的な手順を示すフローチャートである。 車速を推定する際に用いるレベルリミッタの一例を示す模式図である。 車速を推定する際に用いるレベルリミッタの一例を示す模式図である。 車速を推定する際に用いるレベルリミッタの一例を示す模式図である。 レベルリミッタを通過した車両振動の周波数特性を示す模式図である。 最大ピーク周波数と車速との関係を示す説明図である。 レベルリミッタで制限された車両振動のスペクトルを示す説明図である。 レベルリミッタで制限された車両振動のスペクトルを示す説明図である。 レベルリミッタで制限された車両振動のスペクトルを示す説明図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
９ モータ
２１ 位置センサ
３０ 車両
４０ 車速センサ
４１ トルクセンサ
５０ ＥＰＳ制御装置
１００ ＭＣＵ
１０１ ＣＰＵ
２６０ 車速推定モジュール
２６１ レベルリミッタ
２６２ ＦＦＴ処理部
２６３ 車速推定部
２７１ 切替部
２７２ 異常検出部
２７３ 情報更新部

Claims (6)

1. 車両のステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ステアリング機構に補助操舵力を付与するモータと、少なくとも前記操舵トルクに基づき前記モータに供給する電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記モータの電流値を検出する電流検出回路と、前記電流指令値と前記モータの電流値とに基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
   前記車両の振動を検出する振動検出手段と、
   前記振動を周波数帯域毎の振動レベルに変換する周波数変換手段と、
   前記車両の振動の周波数特性に基づいて、前記車両の速度を推定する車両速度推定手段と、
   を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記振動検出手段は、前記操舵トルク検出手段であ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。
3. 前記車両速度推定手段は、前記車両の振動の振動レベルのピークとその周波数帯域とに基づいて、前記車両の速度を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記車両が備える前記車両の速度を検出する車両速度検出手段が正常であるときに、前記車両速度検出手段が検出した前記車両の速度と、前記車両速度推定手段が推定した前記車両の速度と、に基づいて前記車両の速度を推定する際に必要なパラメータを更新することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記車両速度推定手段は、前記車両が直進しているときに、前記車両の速度を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記車両が備える前記車両の速度を検出する車両速度検出手段が異常である場合には、前記車両速度検出手段が検出した前記車両の速度の代わりに前記車両速度推定手段が推定した前記車両の速度を用いて、前記モータの駆動制御を継続することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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