JP2009292427A - 車両のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源装置の能力低下時には、アシスト力を弱めて電源装置の電源供給可能期間の延長を図り操舵アシスト可能な期間を長くするとともに、運転者が操舵アシストを特に必要としているケースでは適切なアシスト力を付与できるようにする。
【解決手段】 アシスト制御部は、主電源の電源供給異常を検出したときに、操舵トルクＴｘと目標電流ｉas＊とを関係付けたアシストマップの特性を、目標電流ｉas＊に対する操舵トルクＴｘの値を増大側にシフトさせる。その後は、副電源の実充電容量の低下にしたがって、さらにアシスト特性をシフトさせる。この場合、制限特性ラインＬlimにて目標電流ｉas＊の下限制限を設ける。制限特性ラインＬlimは、アシスト特性における操舵トルクＴｘの増加に対する目標電流ｉas＊の増加率よりも高い増加率αにて操舵トルクＴｘと目標電流値ｉas＊との関係を高操舵トルク領域において設定する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、操舵ハンドルの回動操作に対して操舵アシスト力を付与するように電動モータを備えたステアリング装置に関する。

従来から、電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルの回動操作に対して操舵アシスト力を付与するように電動モータを備え、この電動モータの通電制御を行って操舵アシスト力を調整する。こうした電動パワーステアリング装置は、車載電源装置から電源供給を受けるが、車載電源装置に異常が発生した場合には、電動モータの制御を適切に行うことができない。そこで、例えば、特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置においては、車載電源装置の電源電圧が異常とみなされる設定値に近づくにしたがって、徐々に１より小さくなり０に至るゲインをアシスト指令値に乗じる構成を採用している。
特開２００３−３１２５１０

しかしながら、特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置は、単に、電源電圧に応じてアシスト指令値に乗じるゲインを漸減していく構成であるため、電源電圧が異常設定値に近づいた場合には、操舵アシスト力が一律に下げられてしまい、運転者が操舵ハンドルを強く回しても、大きな操舵アシスト力が得られない。このため、車両の接触回避等のための緊急操舵操作時おいても、電源電圧に応じたアシスト力しか得られない。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、電源装置の能力低下時には、アシスト力を弱めて電源装置の電源供給可能期間の延長を図り操舵アシスト可能な期間を長くするとともに、運転者が操舵アシストを特に必要としているケースでは適切なアシスト力を付与できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵操作により車輪を操舵する操舵機構と、電源装置から電源供給され操舵ハンドルの操舵操作をアシストするアシスト力を発生する電動モータと、運転者が操舵ハンドルに入力した操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルクの増加にしたがって前記電動モータを駆動するための目標電流値が増加する特性を有するように前記操舵トルクと前記目標電流値との関係を設定したアシスト特性に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた車両のステアリング装置において、前記電源装置の電源供給能力の低下を検出する電源能力低下検出手段と、前記電源装置の電源供給能力の低下が検出された場合、前記アシスト特性における前記目標電流値に対する前記操舵トルクの値を増大側にシフトさせるアシスト特性シフト手段と、前記アシスト特性における前記操舵トルクの増加に対する前記目標電流値の増加率よりも高い増加率にて前記操舵トルクと前記目標電流値との関係を高操舵トルク領域において設定した制限特性を用いて、前記シフトしたアシスト特性における操舵トルクに対する目標電流値が、前記制限特性から求められる目標電流値よりも下回らないように前記目標電流値に下限制限を加える下限制限手段とを備えたことにある。

この発明においては、操舵トルク検出手段が操舵ハンドルに入力された操舵トルクを検出し、モータ制御手段がアシスト特性に基づいて電動モータを駆動制御する。このアシスト特性は、少なくとも操舵トルクの増加にしたがって電動モータを駆動するための目標電流値が増加する特性を有するように操舵トルクと目標電流値との関係を設定したもので、例えば、参照マップや関数として記憶しておくことができる。従って、モータ制御手段による電動モータの駆動制御により運転者の操舵操作が良好にアシストされる。電動モータは、電源装置から電源供給される。

電源能力低下検出手段は、電源装置の電源供給能力の低下、つまり、正常時に比べて電源供給能力が低下していることを検出する。電源装置に電源供給能力の低下が発生した場合には、電動モータの適正な駆動制御を維持することができなくなる。この場合、電源装置の電源供給可能期間の延長を図ってできるだけ長く操舵アシスト機能を持続させることが好ましい。そこで、本発明においては、アシスト特性シフト手段が、電源装置の電源供給能力の低下が検出された場合、アシスト特性における目標電流値に対する操舵トルクの値を増大側にシフトさせる。従って、運転者が操舵ハンドルに入力した操舵トルクに対応して設定される目標電流値が電源供給能力の正常時に比べて小さくなる。つまり、アシスト力が低下する。逆に言えば、アシスト力を得るために必要となる運転者の入力する操舵トルクが増大する。この場合、ハンドル操作が重くなるものの、電源装置の電力消費を抑えるため、操舵アシストを長く継続することができる。

運転者が、操舵アシストを特に必要としている状況にあるときには、電源供給能力が低下していても操舵アシストを優先させることが好ましい。そこで、本発明においては、アシスト特性がシフトした場合であっても、下限制限手段が、制限特性を用いて操舵トルクに対する目標電流値に下限制限を加える。制限特性は、アシスト特性における操舵トルクの増加に対する目標電流値の増加率よりも高い増加率にて操舵トルクと目標電流値との関係を高操舵トルク領域(操舵トルクが所定値（＞０）よりも大きくなる領域）において設定したもので、例えば、参照マップや関数として記憶しておくことができる。従って、高い操舵トルクが検出された場合、この制限特性により操舵トルクの増加にしたがってアシスト特性よりも大きくなる目標電流値が設定される。

このため、本発明によれば、電源供給能力が低下している場合であっても、運転者が操舵アシストを特に必要としている状況にある場合には、適切なアシスト力が得られ、例えば、車両の接触回避等のために緊急な操舵操作が必要となるケースにおいて安全性が向上する。

本発明の他の特徴は、前記電源装置は、前記電動モータを含めた車両内の複数の電気負荷に電源供給する主電源と、前記主電源と前記電動モータとの間に並列に接続され、主電源の出力する電力を充電し、充電した電力を使って前記電動モータへの電源供給を補助する副電源とを備えており、前記電源供給能力検出手段は、前記主電源の電源供給異常を検出することにより前記電源装置の電源供給能力の低下を検出することにある。

この発明においては、電動モータへ電源供給する電源装置として主電源と副電源とを備える。主電源は、電動モータを含めた車両内の複数の電気負荷に電源供給する。副電源は、主電源の出力する電力を充電し、充電した電力を使って電動モータへの電源供給を補助する。従って、主電源の大容量化を図らなくても、電動モータへ大電力の供給可能なステアリング装置を構成することができる。主電源に電源供給異常が発生した場合、副電源だけでは電動モータを適正に駆動できなくなり、本来の操舵アシスト性能をフルに発揮できなくなる。また、副電源から電動モータへ供給できる電力量にも限りがある。

そこで、この発明においては、電源供給能力検出手段が主電源の電源供給異常を検出することにより電源装置の電源供給能力の低下を検出し、この検出に基づいて、アシスト特性シフト手段がアシスト特性における目標電流値に対する操舵トルクの値を増大側にシフトさせる。これにより、副電源の電力消費を抑えて操舵アシスト可能な期間を長くする。この場合でも、運転者が強くハンドル操作した場合には、制限特性を用いた目標電流値の下限制限により、適切なアシスト力が得られる。

尚、主電源の電源供給異常は、例えば、主電源から電動モータへ供給される電源電圧を検出することにより行うことができる。この電源電圧の検出によれば、主電源から電動モータへの電源供給が停止している状態等の異常を簡単に検出することができる。また、例えば、主電源をバッテリと、バッテリを充電するオルタネータとで構成した場合には、オルタネータの異常を検出することにより主電源の電源供給異常を検出することができる。

本発明の他の特徴は、前記副電源に充電されている充電容量を検出する充電容量検出手段と、前記副電源の充電容量の低下にしたがって、前記アシスト特性における前記目標電流値に対する前記操舵トルクの値を増大側にシフトさせるシフト量を増加させるシフト量調整手段とを備えたことにある。

主電源に電源供給異常が発生している場合、副電源の充電容量（蓄電容量）が電源装置の電源供給能力に対応したものとなる。そこで、この発明においては、充電容量検出手段が、副電源に充電されている充電容量（蓄電容量）を検出する。そして、シフト量調整手段が、副電源の充電容量の低下にしたがって、アシスト特性における目標電流値に対する操舵トルクの値を増大側にシフトさせるシフト量を増加させる。従って、副電源の充電容量が少ないほど、副電源から電動モータへの電力供給が制限される。この結果、電源供給能力に応じた適切なアシスト特性を設定することができ、電源装置の電源供給可能期間の延長により操舵アシスト可能な期間を適切なものにすることができる。この場合でも、運転者が強くハンドル操作した場合には、制限特性を用いた目標電流値の下限制限により適切なアシスト力が得られる。

また、電源装置の電源供給能力の低下が進むにしたがってハンドル操作が徐々に重くなっていくため、運転者に対して、ステアリング装置の異常を認識させることができるとともに、その進行を予測させることもできる。従って、例えば、操舵アシストが完全に停止した場合でも運転者を驚かせることがなく安全性が高い。

以下、本発明の一実施形態に係る車両のステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、実施形態として車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を表している。

この電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵操作により転舵輪を操舵するステアリング機構１０と、ステアリング機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生する電動モータ２０と、電動モータ２０を駆動するためのモータ駆動回路３０と、主電源１００の出力電圧を昇圧してモータ駆動回路３０に電源供給する昇圧回路４０と、昇圧回路４０とモータ駆動回路３０との間の電源供給回路に並列接続される副電源５０と、電動モータ２０および昇圧回路４０の作動を制御する電子制御装置６０とを主要部として備えている。

ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲを転舵するための機構で、操舵ハンドル１１を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備える。このステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合って、ラックバー１４とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、タイロッド１５Ｌ，１５Ｒを介して左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲのナックル（図示略）が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲは、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。

ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ２０が組み付けられている。電動モータ２０の回転軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲに転舵力を付与して運転者の操舵操作をアシストする。ボールねじ機構１６は、減速機および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ２０の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。

ステアリングシャフト１２には、操舵トルクセンサ２１が設けられる。操舵トルクセンサ２１は、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクに応じた信号を出力する。この操舵トルクセンサ２１から出力される信号により検出される操舵トルクの値を、以下、操舵トルクＴｘと呼ぶ。操舵トルクＴｘは、正負の値により操舵ハンドル１１の操作方向が識別される。本実施形態においては、操舵ハンドル１１の右方向への操舵時における操舵トルクＴｘを正の値で、操舵ハンドル１１の左方向への操舵時における操舵トルクＴｘを負の値で示す。従って、以下、操舵トルクＴｘの大きさを論じる場合は、その絶対値の大きさを用いる。操舵トルクセンサ２１は、本発明の操舵トルク検出手段に相当する。

電動モータ２０には、回転角センサ２２が設けられる。この回転角センサ２２は、電動モータ２０内に組み込まれ、電動モータ２０の回転子の回転角度位置に応じた検出信号を出力する。この回転角センサ２２の検出信号は、電動モータ２０の回転角および回転角速度の計算に利用される。一方、この電動モータ２０の回転角は、操舵ハンドル１１の操舵角に比例するものであるので、操舵ハンドル１１の操舵角としても共通に用いられる。また、電動モータ２０の回転角を時間微分した回転角速度は、操舵ハンドル１１の操舵角速度に比例するものであるため、操舵ハンドル１１の操舵速度としても共通に用いられる。以下、回転角センサ２２の出力信号により検出される操舵ハンドル１１の操舵角の値を操舵角θｘと呼び、その操舵角θｘを時間微分して得られる操舵角速度の値を操舵速度ωｘと呼ぶ。操舵角θｘは、正負の値により操舵ハンドル１１の中立位置に対する右方向および左方向の舵角をそれぞれ表す。本実施形態においては、操舵ハンドル１１の中立位置を「０」とし、中立位置に対する右方向への舵角を正の値で示し、中立位置に対する左方向への舵角を負の値で示す。

モータ駆動回路３０は、ＭＯＳＦＥＴからなる６個のスイッチング素子３１〜３６により３相インバータ回路を構成したものである。具体的には、第１スイッチング素子３１と第２スイッチング素子３２とを直列接続した回路と、第３スイッチング素子３３と第４スイッチング素子３４とを直列接続した回路と、第５スイッチング素子３５と第６スイッチング素子３６とを直列接続した回路とを並列接続し、各直列回路における２つのスイッチング素子間（３１−３２，３３−３４，３５−３６）から電動モータ２０への電源供給ライン３７を引き出した構成を採用している。

モータ駆動回路３０から電動モータ２０への電源供給ライン３７には、電流センサ３８が設けられる。この電流センサ３８は、各相ごとに流れる電流をそれぞれ検出（測定）し、その検出した電流値に対応した検出信号を電子制御装置６０に出力する。以下、この測定された電流値を、モータ電流ｉuvwと呼ぶ。また、この電流センサ３８をモータ電流センサ３８と呼ぶ。

各スイッチング素子３１〜３６は、それぞれゲートが電子制御装置６０のアシスト制御部６１（後述する）に接続され、アシスト制御部６１からのＰＷＭ制御信号によりデューティ比が制御される。これにより電動モータ２０の駆動電圧が目標電圧に調整される。尚、図中に回路記号で示すように、スイッチング素子３１〜３６を構成するＭＯＳＦＥＴには、構造上ダイオードが寄生している。

次に、電動パワーステアリング装置の電源供給系統について説明する。
電動パワーステアリング装置の電源装置は、主電源１００と、主電源１００の出力電圧を昇圧する昇圧回路４０と、昇圧回路４０とモータ駆動回路３０とのあいだに並列に接続される副電源５０と、電子制御装置６０に設けられ昇圧回路４０の昇圧電圧を制御する電源制御部６２とを備える。

主電源１００は、定格出力電圧１２Ｖの一般的な車載バッテリである主バッテリ１０１と、エンジンの回転により発電する定格出力電圧１４Ｖのオルタネータ１０２とを並列接続して構成される。従って、主電源１００は、１４Ｖ系の車載電源を構成している。

主電源１００は、電動パワーステアリング装置だけでなく、ヘッドライト等の他の車載電気負荷への電源供給も共通して行う。主バッテリ１０１の電源端子（＋端子）には、電源供給元ライン１０３が接続され、グランド端子には接地ライン１１１が接続される。

電源供給元ライン１０３は、制御系電源ライン１０４と駆動系電源ライン１０５とに分岐する。制御系電源ライン１０４は、電子制御装置６０のみに電源供給するための電源ラインとして機能する。駆動系電源ライン１０５は、モータ駆動回路３０と電子制御装置６０との両方に電源供給する電源ラインとして機能する。

制御系電源ライン１０４には、イグニッションスイッチ１０６が接続される。駆動系電源ライン１０５には、電源リレー１０７が接続される。この電源リレー１０７は、電子制御装置６０のアシスト制御部６１からの制御信号によりオンして電動モータ２０への電力供給回路を形成するものである。制御系電源ライン１０４は、電子制御装置６０の電源＋端子に接続されるが、その途中で、イグニッションスイッチ１０６よりも負荷側（電子制御装置６０側）においてダイオード１０８を備えている。このダイオード１０８は、カソードを電子制御装置６０側、アノードを主電源１００側に向けて設けられ、電源供給方向にのみ通電可能とする逆流防止素子である。

駆動系電源ライン１０５には、電源リレー１０７よりも負荷側において制御系電源ライン１０４と接続する連結ライン１０９が分岐して設けられる。この連結ライン１０９は、制御系電源ライン１０４のダイオード１０８接続位置よりも電子制御装置６０側に接続される。また、連結ライン１０９には、ダイオード１１０が接続される。このダイオード１１０は、カソードを制御系電源ライン１０４側に向け、アノードを駆動系電源ライン１０５側に向けて設けられる。従って、連結ライン１０９を介して駆動系電源ライン１０５から制御系電源ライン１０４には電源供給できるが、制御系電源ライン１０４から駆動系電源ライン１０５には電源供給できないような回路構成となっている。駆動系電源ライン１０５および接地ライン１１１は昇圧回路４０に接続される。また、接地ライン１１１は、電子制御装置６０の接地端子にも接続される。

駆動系電源ライン１０５には、昇圧回路４０と電源リレー１０７との間に電圧センサ５１が設けられる。この電圧センサ５１は、主電源１００から電動モータ２０への電源供給異常状態を検出するもので、駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間の電圧を検出（測定）し、その検出信号を電源制御部６２、および、電源制御部６２を介してアシスト制御部６１に出力する。以下、この電圧センサ５１を第１電圧センサ５１と呼び、その検出電圧値を主電源電圧ｖ１と呼ぶ。

昇圧回路４０は、駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間に設けられるコンデンサ４１と、コンデンサ４１の接続点より負荷側の駆動系電源ライン１０５に直列に設けられる昇圧用コイル４２と、昇圧用コイル４２の負荷側の駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間に設けられる第１昇圧用スイッチング素子４３と、第１昇圧用スイッチング素子４３の接続点より負荷側の駆動系電源ライン１０５に直列に設けられる第２昇圧用スイッチング素子４４と、第２昇圧用スイッチング素子４４の負荷側の駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間に設けられるコンデンサ４５とから構成される。昇圧回路４０の二次側には、昇圧電源ライン１１２が接続される。

本実施形態においては、この昇圧用スイッチング素子４３，４４としてＭＯＳＦＥＴを用いるが，他のスイッチング素子を用いることも可能である。また、図中に回路記号で示すように、昇圧用スイッチング素子４３，４４を構成するＭＯＳＦＥＴには、構造上ダイオードが寄生している。

昇圧回路４０は、電子制御装置６０の電源制御部６２により昇圧制御される。電源制御部６２は、第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のゲートに所定周期のパルス信号を出力して両スイッチング素子４３，４４をオン・オフし、主電源１００から供給された電源を昇圧して昇圧電源ライン１１２に所定の出力電圧を発生させる。この場合、第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４は、互いにオン・オフ動作が逆になるように制御される。昇圧回路４０は、第１昇圧用スイッチング素子４３をオン、第２昇圧用スイッチング素子４４をオフにして昇圧用コイル４２に短時間だけ電流を流して昇圧用コイル４２に電力をため、その直後に、第１昇圧用スイッチング素子４３をオフ、第２昇圧用スイッチング素子４４をオンにして昇圧用コイル４２にたまった電力を出力するように動作する。

第２昇圧用スイッチング素子４４の出力電圧は、コンデンサ４５により平滑される。従って、安定した昇圧電源が昇圧電源ライン１１２から出力される。この場合、周波数特性の異なる複数のコンデンサを並列に接続して平滑特性を向上させるようにしてもよい。また、昇圧回路４０の入力側に設けたコンデンサ４１により、主電源１００側へのノイズが除去される。

昇圧回路４０の昇圧電圧（出力電圧）は、第１、第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のデューティ比の制御（ＰＷＭ制御）により、例えば、２０Ｖ〜５０Ｖの範囲で昇圧電圧を調整できるように構成される。尚、昇圧回路４０として、汎用のＤＣ−ＤＣコンバータを使用することもできる。

昇圧電源ライン１１２は、昇圧駆動ライン１１３と充放電ライン１１４とに分岐する。昇圧駆動ライン１１３は、モータ駆動回路３０の電源入力部に接続される。充放電ライン１１４は、副電源５０のプラス端子に接続される。

副電源５０は、昇圧回路４０から出力される電力を充電し、モータ駆動回路３０で大電力を必要としたときに、主電源１００を補助してモータ駆動回路３０に電源供給する蓄電装置である。また、副電源５０は、主電源１００が失陥（電源供給能力の喪失）したときに、単独でモータ駆動回路３０に電源供給するように使用される。従って、副電源５０は、昇圧回路４０の昇圧電圧相当の電圧を維持できるように複数の蓄電セルを直列に接続して構成される。副電源５０の接地端子は、接地ライン１１１に接続される。この副電源５０として、例えば、キャパシタ（電気二重層コンデンサ）を用いることができる。

副電源５０は、電子制御装置６０に対しても電源供給できるように構成されており、主電源１００から電子制御装置６０に電源供給を良好に行えなくなったときに、主電源１００に代わって電子制御装置６０に電源供給するように構成されている。尚、電子制御装置６０は、副電源５０から供給される電源の電圧を降圧する図示しない降圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を受電部に内蔵しており、この降圧回路により適正電圧に調整する。

昇圧回路４０の出力側には、電圧センサ５２が設けられる。電圧センサ５２は、昇圧電源ライン１１２と接地ライン１１１との間の電圧を検出し、その検出値に応じた信号を電源制御部６２に出力する。この回路構成においては、昇圧電源ライン１１２と充放電ライン１１４とが接続されるため、電圧センサ５２により測定される測定値は、昇圧回路４０の出力電圧（昇圧電圧）と副電源５０の出力電圧（電源電圧）との高い方の電圧値となる。以下、この電圧センサ５２を第２電圧センサ５２と呼び、その検出電圧値を出力電圧ｖ２と呼ぶ。

昇圧駆動ライン１１３には、モータ駆動回路３０に流れる電流を検出する電流センサ５４が設けられる。電流センサ５４は、電子制御装置６０の電源制御部６２に接続され、電源制御部６２に対して測定値を表す信号を出力する。以下、この電流センサ５４を出力電流センサ５４と呼び、その検出電流値を出力電流ｉ２と呼ぶ。

また、充放電ライン１１４には、副電源５０に流れる電流を検出する電流センサ５３が設けられる。電流センサ５３は、電子制御装置６０の電源制御部６２に接続され、電源制御部６２に対して測定値を表す信号を出力する。電流センサ５３は、電流の向き、つまり、昇圧回路４０から副電源５０に流れる充電電流と、副電源５０からモータ駆動回路３０に流れる放電電流とを区別して、それらの大きさを測定する。電流センサ５３にて測定される電流値は、充電電流として流れるときには正の値により、放電電流として流れるときには負の値により表される。以下、この電流センサ５３を副電源電流センサ５３と呼び、その検出電流値を副電源電流ｉsubと呼ぶ。

電子制御装置６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、その機能に着目すると、アシスト制御部６１と電源制御部６２とに大別される。アシスト制御部６１と電源制御部６２とは、互いに情報の授受が可能となっている。アシスト制御部６１は、操舵トルクセンサ２１、回転角センサ２２、モータ電流センサ３８、車速センサ２３を接続し、操舵トルクＴｘ、操舵角θｘ、モータ電流ｉuvw、車速Ｖｘを表すセンサ信号を入力する。アシスト制御部６１は、これらのセンサ信号および電源制御部６２にて検出したセンサ信号に基づいて、モータ駆動回路３０にＰＷＭ制御信号を出力して電動モータ２０を駆動制御し、運転者の操舵操作をアシストする。

電源制御部６２は、昇圧回路４０の昇圧制御を行うことにより副電源５０の充電と放電とを制御する。電源制御部６２は、第１電圧センサ５１，第２電圧センサ５２，副電源電流センサ５３，出力電流センサ５４を接続し、主電源電圧ｖ１，出力電圧ｖ２，副電源電流ｉsub，出力電流ｉ２を表すセンサ信号を入力する。電源制御部６２は、これらセンサ信号に基づいて、副電源５０の充電容量（＝蓄電容量）が目標充電容量（＝目標蓄電容量）となるように昇圧回路４０にＰＷＭ制御信号を出力する。昇圧回路４０は、入力したＰＷＭ制御信号にしたがって第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のデューティ比を制御することにより、その出力電圧である昇圧電圧を変化させる。尚、電源制御部６２は、主電源１００の異常が検知されているときには、昇圧回路４０の昇圧動作を停止する。

一般に、電動パワーステアリング装置は、後述する操舵アシスト制御からわかるように、据え切り操作時や、低速走行でのハンドル操作時において大きな電力が必要とされる。しかし、一時的な大電力消費に備えて主電源１００の大容量化を図ることは好ましくない。そこで、本実施形態の電動パワーステアリング装置においては、主電源１００の大容量化を図らずに、一時的な大電力消費時に電源供給を補助する副電源５０を備えている。また、電動モータ２０を効率的に駆動するために昇圧回路４０を備え、昇圧した電力をモータ駆動回路３０および副電源５０に供給するシステムを構成している。

ところで、主電源１００から電動モータ２０への電源供給が不能になる可能性がある。例えば、電源リレー１０７の故障、駆動系電源ライン１０５の断線、電源ラインのコネクタ接続不良等がその原因として挙げられる。こうした場合、本実施形態の電動パワーステアリング装置においては、副電源５０のみである程度の操舵アシスト制御を行うことができる。しかし、副電源５０から供給できる電力量には限りがある。一般に、電源異常時においては、ウォーニングランプ等の報知器が作動するが、それだけでは運転者には気がつかない場合もある。そうした場合には、副電源５０の充電容量が消耗していき制御システムが停止したときになって急に操舵アシストがなくなるため、運転者に大きな違和感を与えてしまう。

そこで、本実施形態においては、運転者に電動パワーステアリング装置が異常であることを確実に認識させるとともに、電動モータ２０の電力消費量を抑えて副電源５０の電源供給可能期間の延長を図り、できるだけ操舵アシスト可能な期間を長くするために、主電源１００の正常時と異常とで操舵アシスト制御を切り替える。

また、電動モータ２０の電力消費量を抑えた場合には、操舵ハンドル１１の回動操作に対して得られるアシスト力が低下するが、車両の接触回避等のために緊急な操舵操作が必要となるケースにおいては、適切なアシスト力が得られるようにして安全性を維持する。

ここで、電子制御装置６０のアシスト制御部６１が行う操舵アシスト制御処理について説明する。図２は、アシスト制御部６１により実施される操舵アシスト制御ルーチンを表す。操舵アシスト制御ルーチンは、電子制御装置６０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されており、イグニッションスイッチ１０６の投入（オン）により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。

本制御ルーチンが起動すると、アシスト制御部６１は、ステップＳ１１において、車速センサ２３によって検出された車速Ｖｘと、操舵トルクセンサ２１によって検出された操舵トルクＴｘとを読み込む。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ１２において、主電源１００の電源供給異常が生じているか否かを診断する。本実施形態においては、電源制御部６２を介して第１電圧センサ５１により検出された主電源電圧ｖ１を読み込み、主電源電圧ｖ１が主電源異常判定電圧ｖrefを下回っているか否かを判断する。主電源１００の電源供給異常とは、主電源１００からモータ駆動回路３０に電源を供給できない状態、あるいは、正常に電源供給を行えない状態になっていることをいう。例えば、電源リレー１０７の故障、駆動系電源ライン１０５の断線、電源ラインのコネクタ接続不良など挙げることができる。従って、予め主電源異常判定電圧ｖrefを正常時には検出されない低い値に設定しておくことで、主電源電圧ｖ１が主電源異常判定電圧ｖrefを下回っている場合に、主電源１００の電源供給異常が生じていると判定することができる。主電源１００の電源供給異常が生じている場合には、主電源１００と副電源５０とからなる電源装置としては、電源供給能力が低下していることになる。従って、このステップＳ１２の処理を行うアシスト制御部６１の機能部が、本発明の電源能力低下検出手段に相当する。

また、主電源１００の電源供給異常は、オルタネータ１０２の異常検出をＯＲ条件として加えるようにしてもよい。つまり、主電源電圧ｖ１の異常とオルタネータ１０２の異常の少なくとも一方が検出されたときに、主電源１００の電源供給異常が発生していると判定する。オルタネータ１０２は、フィールドコイルに流す電流量を調整し発電電圧を調整する。従って、例えば、フィールドコイルの断線を検出することによりオルタネータ１０２の異常を検出することができる。また、例えば、特開平１１−２９４１８１号公報に示されるように、エンジンのクランクプーリとオルタネータプーリとを連結するベルトの張力の低下に基づいてオルタネータ１０２の異常を検出してもよい。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ１３において、主電源１００の診断結果を参照し、電源供給異常が発生していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）には、その処理をステップＳ１４に進め、電源供給異常が発生している場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）には、その処理をステップＳ１８に進める。ここでは、まず、主電源１００の電源供給異常が発生していない場合について説明する。

アシスト制御部６１は、主電源１００の電源供給異常が発生していないと判断した場合には、ステップＳ１４において、アシストマップを用いて目標電流値ｉas＊を計算する。アシストマップは、車速Ｖｘと操舵トルクＴｘとに基づいて電動モータ２０の目標電流値ｉas＊を設定するための参照マップであり電子制御装置６０のメモリ内に記憶されている。アシストマップは、図３に示すように、操舵トルクＴｘの増加にしたがってアシスト力が増加するように操舵トルクＴｘと目標電流値ｉas＊との関係を設定したものである。この例では、操舵トルクＴｘと目標電流値ｉas＊との関係を、車速Ｖｘに応じても変化させ、車速Ｖｘが低くなるほど目標電流値ｉas＊を大きな値に設定する。このアシストマップでは、操舵トルクＴｘがゼロとなるときに目標電流値ｉas＊をゼロに設定し、操舵トルクＴｘの増加にしたがって目標電流値ｉas＊がゼロから増加するように設定する。尚、目標電流値ｉas＊は、操舵トルクＴｘの増加にかかわらず上限電流値ｉasmax以下に制限される。

このアシストマップは、本発明における操舵トルクと目標電流値との関係を設定したアシスト特性に相当する。尚、図３のアシストマップは、右方向の操舵トルクＴｘに対する目標電流値ｉas＊の特性を表すが、左方向の特性については方向が反対になるだけで絶対値でみれば同じである。以下、目標電流値ｉas＊を目標電流ｉas＊と呼び、上限電流値ｉasmaxを上限電流ｉasmaxと呼ぶ。

アシストマップは、後述するように主電源１００の電源供給異常時（電源装置の電源供給能力の低下時）においては、その特性が切り替えられる。従って、以下、主電源１００の正常時における特性（図３に示す特性）を、オリジナルアシスト特性と呼ぶ。

尚、目標電流ｉas＊は、電動モータ２０で発生させる目標トルクに相当する。従って、目標電流ｉas＊の計算に当たっては、操舵角θｘや操舵速度ωｘ等に基づく補償トルクを加味させるために、その分だけ目標電流ｉas＊を補正するようにしてもよい。例えば、操舵角θｘに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の基本位置への復帰力と、操舵速度ωｘに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の回転に対向する抵抗力に対応した戻しトルクとの和を補償トルクとして、この補償トルク分を考慮した目標電流ｉas＊に補正してもよい。この計算に当たっては、回転角センサ２２にて検出した電動モータ２０の回転角（操舵ハンドル１１の操舵角θｘに相当）を入力して行う。また、操舵速度ωｘについては、操舵ハンドル１１の操舵角θｘを時間で微分して求める。

次に、アシスト制御部６１は、ステップＳ１５において、電動モータ２０に流れるモータ電流ｉuvwをモータ電流センサ３８から読み込む。続いて、ステップＳ１６において、このモータ電流ｉuvwと先に計算した目標電流ｉas＊との偏差Δｉを計算し、この偏差Δｉに基づくＰＩ制御（比例積分制御）により指令電圧ｖ＊を計算する。

そして、アシスト制御部６１は、ステップＳ１７において、指令電圧ｖ＊に応じたＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路３０に出力して本制御ルーチンを一旦終了する。本制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行される。従って、本制御ルーチンの実行により、モータ駆動回路３０のスイッチング素子３１〜３６のデューティ比が調整されて電動モータ２０が駆動制御され、運転者の操舵操作に応じた所望のアシスト力が得られる。このアシスト制御部６１およびモータ駆動回路３０が本発明のモータ制御手段に相当する。

尚、こうした電動モータ２０のフィードバック制御は、電動モータ２０の回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相のｄ−ｑ軸座標系で表されるベクトル制御によって行われる。そのため、アシスト制御部６１は、モータ電流センサ３８で検出される３相のモータ電流ｉuvwをｄ−ｑ軸座標系に変換する３相／２相座標変換部（図示略）を備え、この３相／２相座標変換部によりモータ電流ｉuvwをｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとに変換する。また、目標電流ｉas＊の設定においても、ｄ−ｑ軸座標系における目標電流（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）を算出する。この場合、電動モータ２０にトルクを発生させるｑ軸電流がアシストマップから目標電流ｉas＊として設定されることになる。また、アシスト制御部６１は、偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ，Ｉｑ＊−Ｉｑ）に対応した３相の電圧指令値（指令電圧ｖ＊）を算出するために、２相／３相座標変換部（図示略）を備え、この２相／３相座標変換部により３相の指令電圧ｖ＊を演算する。

本願明細書においては、本発明がこうしたｄ−ｑ軸座標系を使った制御に特徴を有するものではないため、目標電流を単にｉas＊として表現し、モータ電流センサ３８で検出されるモータ電流をｉuvwと表現して説明する。

図２の操舵アシスト制御の説明に戻り、主電源１００の電源供給異常が発生している場合の処理について説明する。アシスト制御部６１は、主電源１００の電源供給異常が発生していると判断した場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１８において、副電源５０の実充電容量Ｊｘを検出する。副電源５０の実充電容量Ｊｘとは、副電源５０に蓄電されている電気容量を表し、後述する実充電容量検出ルーチンにより逐次検出されるものである。従って、このステップＳ１８の処理は、電源制御部６２により実行される実充電容量検出ルーチンにより検出された実充電容量Ｊｘを読み込む処理となる。副電源５０の実充電容量Ｊｘは、副電源５０の電源供給能力を表す。従って、このステップＳ１８を実行するアシスト制御部６１の機能部、および、後述する実充電容量検出ルーチンを実行する電源制御部６２の機能部が本発明の充電容量検出手段に相当する。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ１９において、副電源５０の実充電容量Ｊｘに基づいて、特性シフト量ΔＴｘを計算する。特性シフト量ΔＴｘは、シフト量マップを用いて計算される。シフト量マップは、図４に示すように、副電源５０の実充電容量Ｊｘと特性シフト量ΔＴｘとの関係を設定したもので、電子制御装置６０のメモリ内に記憶されている。特性シフト量ΔＴｘは、シフト量マップに示すように、実充電容量Ｊｘが基準充電容量Ｊ１以上である場合には一定の基準シフト量ΔＴ１（＞０）が設定され、実充電容量Ｊｘが基準充電容量Ｊ１を下回る場合には、実充電容量Ｊｘの低下にしたがって増加するように設定される。尚、基準充電容量Ｊ１は、後述する目標充電容量Ｊ＊よりも小さな値に設定される。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ２０において、特性シフト量ΔＴｘを使って、図３に示すアシストマップのアシスト特性（オリジナルアシスト特性）を異常時アシスト特性に切り替える。異常時アシスト特性は、図５のアシストマップに示すように、オリジナルアシスト特性に対して操舵トルクＴｘを増大側（矢印に示す方向）に特性シフト量ΔＴｘだけシフトさせた特性である。つまり、アシストマップにおける目標電流ｉas＊に対する操舵トルクＴｘの値を増大側に特性シフト量ΔＴｘだけシフトさせた特性である。この場合、アシストマップの原点から操舵トルクＴｘをシフトさせた分だけ目標電流ｉas＊がゼロに設定されるトルク領域も広がる。

尚、本実施形態のオリジナルアシスト特性は、車速Ｖｘに応じて設定されるものであるため、この異常時アシスト特性も、車速Ｖｘに応じて設定されるものである。従って、図５に示すアシストマップは、特定の車速Ｖｘにおけるオリジナルアシスト特性と特性シフト量ΔＴｘに応じて変更される異常時アシスト特性とを重ねて表したものである。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ２１において、異常時アシスト特性から操舵トルクＴｘに対する目標電流ｉas＊を計算する。この場合、操舵トルクＴｘに対する目標電流ｉas＊は、主電源１００の正常時に比べて、アシスト特性が変更された分だけ減少する。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ２２において、制限特性から下限電流値ｉasmin（以下、下限電流ｉasminと呼ぶ）を計算する。下限電流ｉasminは、図６に示す制限特性マップを用いて計算される。制限特性マップは、操舵トルクＴｘが基準操舵トルクＴ１より大きな操舵トルク領域（高操舵トルク領域）において、操舵トルクＴｘに対して設定される目標電流ｉas＊の下限値を設定したもので、電子制御装置６０のメモリ内に記憶されている。本実施形態において制限特性は、操舵トルクＴｘの増加に対して目標電流ｉas＊が一次関数的に増加するように設定される。一方、アシスト特性は、操舵トルクＴｘの増加に対する目標電流ｉas＊の増加率が、操舵トルクＴｘが大きくなるほど大きくなる特性である。この制限特性における操舵トルクＴｘの増加に対する目標電流ｉas＊の増加率α（Δｉas＊／ΔＴｘ）は、アシスト特性の増加率よりも大きく設定されている。以下、図６の制限特性マップに表される直線を制限特性ラインＬlimと呼ぶ。

この制限特性における増加率αは、電動パワーステアリング装置の操舵アシスト制御システムが振動（自励振動）しない範囲で、できるだけ大きな値、つまり、図６における制限特性ラインＬlimの傾きを最大に設定する。また、制限特性マップにおける制限特性ラインＬlimの位置は、制限特性ラインＬlimと上限電流ｉasmaxを表す上限ラインＬmaxとの交差するポイントＰ１の操舵トルクＴｘが、一般的な運転者が操舵ハンドル１１を操舵する力の最大値（例えば、６〜７Ｎｍ（ニュートンメートル））となるように設定する。

従って、ステップＳ２２の処理は、図６の制限特性マップから、現在の操舵トルクＴｘに対する下限電流ｉasminを計算する処理である。続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ２３において、先のステップＳ２１にて算出した目標電流ｉas＊が、ステップＳ２２にて算出した下限電流ｉasminより小さいか否かを判断する。目標電流ｉas＊が下限電流ｉasminより小さい場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）には、目標電流ｉas＊を下限電流ｉasminとして設定する（ｉas＊←ｉasmin）。一方、目標電流ｉas＊が下限電流ｉasmin以上であれば（Ｓ２３：Ｎｏ）、目標電流ｉas＊を変更しない。つまり、ステップＳ２１にて算出した目標電流ｉas＊を最終的な目標電流とする。従って、図７に示すように、アシスト特性が操舵トルクＴｘの増加する方向にシフトしても、高操舵トルク領域においては、目標電流ｉas＊が制限特性ラインＬlimで下限制限される。

こうして、目標電流ｉasが算出されると、アシスト制御部６１は、上述したステップＳ１５〜Ｓ１７の処理により、モータ電流ｉuvwと目標電流ｉas＊との偏差Δｉに基づくＰＩ制御により指令電圧ｖ＊を計算し、指令電圧ｖ＊に応じたＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路３０に出力して本制御ルーチンを一旦終了する。

本制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返される。これにより、主電源１００の電源供給異常が検出された直後においては、オリジナルアシスト特性が、そのときの副電源５０の保有する実充電容量Ｊｘに応じた異常時アシスト特性に切り替えられる。この場合、副電源５０に充電されている実充電容量Ｊｘが満充電（目標充電容量Ｊ＊）に近い状態であっても、基準シフト量ΔＴ１だけアシスト特性が変更される（図５参照）。これにより、操舵トルクＴｘに対応する目標電流ｉas＊が確実に低減される。従って、アシスト力が減少しハンドル操作が重くなる。同時に、副電源５０からモータ駆動回路３０に供給される電力も少なくなり、副電源５０の電源供給可能期間の延長処理が開始される。

主電源１００の電源供給異常が検出された直後におけるアシスト特性の切替は、短時間で行われる。従って、アシスト特性の切替時における特性シフト量ΔＴｘをあまり大きくしなくても、つまり、アシスト力の低減量をあまり大きくしなくても、運転者に対してアシスト特性の変化を効果的に感じさせることができる。これにより、運転者は、この時点で電動パワーステアリング装置の異常を認識することができる。また、この時点においては、アシスト力が弱くなるものの、後述する充放電制御により副電源５０に充電されている実充電容量Ｊｘが基準充電容量Ｊ１以上に維持されているため、操舵操作に大きな影響を与えるほどのアシスト力の低減とはならない。

この場合、図７に示すように、異常時アシスト特性は、制限特性ラインＬlimにより目標電流ｉas＊が下限制限される領域にまでシフトしていない。この状態においては、ハンドル操作が重くなるものの、通常時よりも強めの力でハンドル回動操作を行えば、最大アシスト力（上限電流ｉasmaxに相当）が得られる。

主電源１００の電源供給異常が検出された場合には、電源制御部６２による副電源５０の充放電制御（後述する）が停止され昇圧回路４０の昇圧作動が行われなくなる。従って、副電源５０の保有する電力のみにて電動モータ２０が駆動されることになる。このため、副電源５０の保有する実充電容量Ｊｘは次第に低下していく。異常時アシスト特性は、副電源５０の実充電容量Ｊｘの低下に合わせて目標電流ｉas＊に対する操舵トルクＴｘの値を増大側にシフトする（図５参照）。これにより、操舵ハンドル１１の回動操作に対して得られるアシスト力が低下していく。

特性シフト量ΔＴｘが小さいうちは、運転者がある程度の強さで操舵ハンドル１１の回動操作を行えば、最大アシスト力（上限電流ｉasmaxに相当）を得ることができる。しかし、副電源５０の実充電容量Ｊｘの低下にともなって特性シフト量ΔＴｘがさらに増大していくと、最大アシスト力を得るために必要となる操舵トルクＴｘも増大し、運転者の操舵力の限界（図７のポイントＰ１）を超えてしまう。この場合、例えば、車両の接触回避等のための緊急操舵操作を行っても最大アシスト力が得られなくなる。

そこで、本実施形態においては、ステップＳ２２〜２４の処理により、操舵トルクＴｘが基準操舵トルクＴ１より大きくなる領域においては、制限特性を使って目標電流ｉas＊に下限制限を加える。つまり、異常時アシスト特性から得られる目標電流ｉas＊が制限特性から得られる下限電流ｉasminより小さな値となる場合（図７の破線であらわす部分）には、目標電流ｉas＊を制限特性ラインＬlim上の値に設定する。このため、副電源５０の実充電容量Ｊｘが少なくなっている場合であっても、運転者が操舵ハンドル１１を強く回動操作すれば、目標電流ｉas＊が操舵トルクＴｘの増加にしたがって制限特性ラインＬlimにそって急激に増加し上限電流ｉasmaxに達する。この結果、運転者のハンドル操作可能な操舵力で最大アシスト力を得ることができる。このため、緊急操舵操作時等において適切なアシスト力が得られ安全性が向上する。

また、本実施形態では、主電源１００の電源供給異常が検出された直後においては、瞬時にアシスト特性をオリジナルアシスト特性から異常時アシスト特性に切り替え、その後は、副電源５０の実充電容量Ｊｘに低下にあわせて操舵トルクＴｘに対するアシスト力がさらに低下するよう異常時アシスト特性を変更する。従って、運転者は、一旦弱くなったアシスト力が時間の経過とともにさらに弱くなっていくこと、つまり、ハンドル操作がさらに重くなっていくことを感じる。これにより、運転者は、電動パワーステアリング装置の異常が進行していることを予測することができる。従って、操舵アシストが完全に停止した場合でも運転者を驚かせることがなく安全性が高い。また、副電源５０の電力消費が抑えられて電源供給可能期間の延長が図られるため、操舵アシスト可能な期間を長くすることができる。また、電動モータ２０の駆動用に主電源１００の電力を使用しないため、主電源１００から他の車載電気負荷への電力供給を優先させることができる。

また、アシスト特性の切替および変更は、目標電流ｉas＊に低減係数を乗じる構成ではなく、目標電流ｉas＊に対する操舵トルクＴｘの値を増大側にシフトさせるものであるため、目標電流ｉas＊がゼロになる操舵トルク領域が広がる。このため、運転者は、弱いハンドル操作時においてもアシスト特性が変化したことを良好に認識できる。

また、主電源１００の電源供給異常が検出された直後において、副電源５０に充電されている実充電容量Ｊｘが基準充電容量Ｊ１を下回っている場合には、基準シフト量ΔＴ１より大きな特性シフト量ΔＴｘが設定される。このため、副電源５０の電源供給可能期間の延長を適切に行うことができる。

尚、この実施形態において、主電源１００の電源供給異常時にアシスト特性をシフトさせる処理（Ｓ２０）を行うアシスト制御部６１の機能部が本発明のアシスト特性シフト手段に相当する。また、制限特性を用いて目標電流ｉas＊の下限制限を行う処置（Ｓ２２〜Ｓ２４）を行うアシスト制御部６１の機能部が本発明の下限制限手段に相当する。また、副電源５０の実充電容量Ｊｘに基づいて特性シフト量ΔＴｘの計算処理（Ｓ１９）を行うアシスト制御部６１の機能部が本発明のシフト量調整手段に相当する。

次に、副電源５０の充放電制御について説明する。本実施形態の電動パワーステアリング装置は、主電源１００と副電源５０とで電源装置を構成し、主電源１００と副電源５０との両方を使うことによりアシスト性能をフルに発揮できる。このため、本来のアシスト性能を確保するためには、副電源５０の状態を良好に保つ必要がある。副電源５０は、過剰に充電したり頻繁に充放電を繰り返したりすると、早く劣化してしまい寿命が短くなる。また、副電源５０の充電容量が不足していている場合には、本来のアシスト性能を発揮できなくなる。そこで、本実施形態においては、以下に説明するように副電源５０の充放電を制御する。尚、副電源５０の充放電制御は、主電源１００の異常が検出されていないときに行われるものである。

図８は、電源制御部６２により実施される充放電制御ルーチンを表す。この充放電制御ルーチンは、電子制御装置６０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、イグニッションスイッチ１０６の投入（オン）により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。

本制御ルーチンが起動すると、電源制御部６２は、まず、ステップＳ５１において、副電源５０に充電されている実充電容量Ｊｘを表すデータを読み込む。この実充電容量Ｊｘは、後述する実充電容量検出ルーチン（図９）により逐次算出されるものである。従って、このステップＳ５１は、実充電容量検出ルーチンにより算出された最新の実充電容量Ｊｘを表すデータの読み込み処理となる。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ５２において、第２電圧センサ５２にて検出された出力電圧ｖ２、出力電流センサ５４にて検出された出力電流ｉ２、副電源電流センサ５３にて検出された副電源電流ｉsubを読み込む。続いて、ステップＳ５３において、充電フラグＦｃが「０」に設定されているか否かについて判断する。充電フラグＦｃは、後述する処理からわかるように、副電源５０の充電の要否を表すもので、Ｆｃ＝０で充電不要を表し、Ｆｃ＝１で充電要を表す。尚、本充放電制御ルーチンの起動時においては「０」に設定されている。

電源制御部６２は、充電フラグＦｃが「０」の場合には（Ｓ５３：ＹＥＳ）、その処理をステップＳ５４に進めて、実充電容量Ｊｘが目標充電容量Ｊ＊未満であるか否かについて判断する。このステップＳ５４は、副電源５０の充電容量が不足したか否かを判断するもので、Ｊｘ＜Ｊ＊の場合には（Ｓ５４：ＹＥＳ）、充電容量が不足していると判断して、ステップＳ５５において、充電フラグＦｃを「１」に設定する。一方、Ｊｘ≧Ｊ＊の場合には（Ｓ５４：ＮＯ）、充電容量が不足していないと判断して充電フラグＦｃの設定変更を行わない。従って、充電フラグＦｃが「０」に維持される。

また、ステップＳ５３において、充電フラグＦｃが「１」の場合には（Ｓ５３：ＮＯ）、その処理をステップＳ５６に進めて、実充電容量Ｊｘが、目標充電容量Ｊ＊に不感帯値Ａ（正の値）を加算した充電容量（Ｊ＊＋Ａ）にまで達したか否かについて判断する。このステップＳ５６は、副電源５０の充電不足が解消したか否かを判断するもので、Ｊｘ≧Ｊ＊＋Ａの場合には（Ｓ５６：ＹＥＳ）、充電不足が解消したと判断して、ステップＳ５７において、充電フラグＦｃを「０」に設定する。一方、Ｊｘ＜Ｊ＊＋Ａの場合には（Ｓ５６：ＮＯ）、充電容量が不足していると判断して、充電フラグＦｃの設定変更を行わない。従って、充電フラグＦｃが「１」に維持される。この不感帯値Ａは、実充電容量Ｊｘと目標充電容量Ｊ＊との比較判定結果（充電の要否）が頻繁に変動しないように設定したものである。

尚、目標充電容量Ｊ＊は、予め設定した一定値でもよいが、例えば、車速Ｖｘの増加にしたがって低下するように設定してもよい。車速Ｖｘが高いほど操舵アシスト制御に必要な電力が少なくなるからである。

こうして充電フラグＦｃが設定されると、ステップＳ５８において、その充電フラグＦｃの設定状況が確認される。充電フラグＦｃが「０」の場合（Ｓ５８：ＮＯ）、つまり、副電源５０の充電不要と判断される場合には、その処理をステップＳ５９に進めて、目標充放電電流ｉsub＊をゼロ（ｉsub＊＝０）に設定する。一方、充電フラグＦｃが「１」の場合（Ｓ５８：ＹＥＳ）、つまり、副電源５０の充電容量が不足していると判断される場合には、その処理をステップＳ６０に進めて、目標充放電電流ｉsub＊を以下のように計算により求める。
ｉsub＊＝（Ｗmax−Ｗｘ）／ｖ２

ここで、Ｗmaxは昇圧回路４０の出力許容電力、Ｗｘはモータ駆動回路３０の消費電力（電動モータ２０の駆動により消費される電力）、ｖ２は第２電圧センサ５２により検出される出力電圧である。出力許容電力Ｗmaxは、昇圧回路４０の規格に基づいて予め設定されている値である。また、モータ駆動回路３０の消費電力Ｗｘは、第２電圧センサ５２にて検出される出力電圧ｖ２と出力電流センサ５４にて検出される出力電流ｉ２との積により算出される。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ６１において、目標充放電電流ｉsub＊が正の値か否かを判断する。上述したように目標充放電電流ｉsub＊は、昇圧回路４０の出力許容電力Ｗmaxからモータ駆動回路３０の消費電力Ｗｘを減算し、その減算値を出力電圧ｖ２で除算したものである。従って、電動モータ２０の消費電力Ｗｘが昇圧回路４０の出力許容電力Ｗmax範囲内であればｉsub＊＞０（Ｓ６１：ＹＥＳ）となり、逆に、モータ駆動回路３０の消費電力Ｗｘが昇圧回路４０の出力許容電力Ｗmax以上となっている場合にはｉsub＊≦０（Ｓ６１：ＮＯ）となる。

目標充放電電流ｉsub＊がゼロ以下（ｉsub＊≦０）の場合は、ステップＳ５９において、目標充放電電流ｉsub＊を新たにゼロ（ｉsub＊＝０）に設定する。一方、目標充放電電流ｉsub＊が正の値（ｉsub＊＞０）の場合は、先のステップＳ６０にて計算された目標充放電電流ｉsub＊を変更しない。

電源制御部６２は、こうして目標充放電電流ｉsub＊を設定すると、その処理をステップＳ６２に進める。ステップＳ６２においては、目標充放電電流ｉsub＊と副電源電流ｉsubとの偏差に基づいて昇圧回路４０の昇圧電圧をフィードバック制御する。つまり、副電源電流センサ５３により検出される副電源電流ｉsubをフィードバックして、目標充放電電流ｉsub＊と副電源電流ｉsubとの偏差（ｉsub＊−ｉsub）が少なくなるように昇圧回路４０の昇圧電圧を制御する。本実施形態においては、偏差（ｉsub＊−ｉsub）に基づいたＰＩＤ制御を行う。

電源制御部６２は、昇圧回路４０の第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のゲートに所定周期のパルス信号を出力して両スイッチング素子４３，４４をオン・オフし、主電源１００から供給された電力を昇圧する。この場合、このパルス信号のデューティ比を変更することにより昇圧電圧を制御する。

電源制御部６２は、ステップＳ６２の処理を行うと、充放電制御ルーチンを一旦終了する。充放電制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行される。尚、電源制御部６２は、上述した操舵アシスト制御において主電源１００の電源供給異常が検出されている場合には、充放電制御ルーチンを実施しない。従って、昇圧回路４０の作動が停止され副電源５０の充電が行われないようになる。

この充放電制御ルーチンによれば、目標充放電電流ｉsub＊が正の値であれば（ｉsub＞０）、副電源５０に充電方向に向かって電流が流れるように、また、その大きさが目標充放電電流ｉsub＊となるように昇圧制御される。従って、昇圧回路４０から出力される昇圧電圧は、副電源５０の電源電圧よりも高くなるように制御される。つまり、実充電容量Ｊｘが目標充電容量Ｊ＊に満たない状態で、かつ、モータ駆動回路３０の消費電力（電動モータ２０を駆動するために消費される電力）に対して昇圧回路４０の出力に余裕が有る場合には、主電源１００の電力が昇圧回路４０を介して副電源５０に充電される。しかも、モータ駆動回路３０への電力供給分を確保した上で、昇圧回路４０の電源供給能力をフルに使って充電するように目標充放電電流ｉsub＊が設定されるため、副電源５０を迅速に充電することができる。

一方、目標充放電電流ｉsub＊がゼロに設定されている場合には（ｉsub＊＝０）、副電源５０に充電電流も放電電流も流れないように昇圧回路４０の昇圧電圧が制御される。従って、昇圧回路４０の昇圧電圧は、副電源５０の電源電圧と同じ電圧に制御されることになる。このため、副電源５０は充電されない。また、モータ駆動回路３０の消費電力が昇圧回路４０の出力能力を超えない範囲内では、副電源５０から放電電流が流れないように昇圧電圧が維持され、モータ駆動回路３０は昇圧回路４０の出力電力のみで作動する。そして、モータ駆動回路３０の消費電力が昇圧回路４０の出力能力限界を超える状態に達すると、昇圧制御にかかわらず副電源５０の放電電流をゼロに維持することができず昇圧電圧が低下する。これにより、副電源５０から不足電力分がモータ駆動回路３０に供給される。つまり、モータ駆動回路３０の消費電力が昇圧回路４０の出力能力範囲内では副電源５０の電力が使われず、出力能力を超える大電力が必要となったときのみ主電源１００に加えて副電源５０からモータ駆動回路３０に電源供給される。

次に、実充電容量検出処理について説明する。図９は、電源制御部６２により実施される実充電容量検出ルーチンを表し、電子制御装置６０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶される。実充電容量検出ルーチンは、イグニッションスイッチ１０６の投入（オン）により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。この実充電容量検出ルーチンにより検出された実充電容量は、操舵アシスト制御ルーチンにおけるステップＳ１８、および、充放電制御ルーチンにおけるステップＳ５１にて読み込まれる実充電容量Ｊｘとなる。

実充電容量検出ルーチンが起動すると、電源制御部６２は、ステップＳ７１において、副電源電流センサ５３により検出される副電源電流ｉsubを読み込む。続いて、ステップＳ７２において、現時点の実充電容量Ｊｘを以下のように計算により求める。
Ｊｘ＝Ｊｘn-1＋ｉsub
ここで、Ｊｘn-1は前回実充電容量である。前回実充電容量とは、所定周期で繰り返される本実充電容量検出ルーチンにおける１周期前での実充電容量Ｊｘを表す。

本実施形態においては、イグニッションスイッチ１０６のオフ操作時に副電源５０に充電されている電荷を主バッテリ１０１に放電する。このため、本検出ルーチンの起動時においては、副電源５０に充電されている実充電容量Ｊｘは、ほぼ一定の低い値となっている。従って、前回実充電容量Ｊｘn-1の初期値としては、予め設定した固定値（例えば、Ｊｘn-1＝０）が使われる。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ７３において、現時点の実充電容量Ｊｘを前回実充電容量Ｊｘn-1としてＲＡＭに記憶し、実充電容量検出ルーチンを一旦終了する。実充電容量検出ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行される。従って、今回算出した実充電容量Ｊｘが、次回（１周期後）のステップＳ７２における前回実充電容量Ｊｘn-1として使用される。

電源制御部６２は、イグニッションスイッチ１０６のオン期間中、こうした処理を繰り返すことにより、実充電容量Ｊｘを副電源電流ｉsubの積算値として求める。この場合、充電電流が流れている状態では副電源５０の実充電容量Ｊｘを増大させる側に、放電電流が流れている場合では副電源５０の実充電容量Ｊｘを減少させる側に積算する。従って、副電源５０の保有する充電容量を適正に検出することができる。

次に、副電源５０に充電された電荷の放電制御について説明する。副電源５０としてキャパシタを用いたケースでは、長期間使用しない場合には電荷を放出した方が寿命が長くなる。また、上述したように副電源電流ｉsubの積算値に基づいて副電源５０の実充電容量Ｊｘを検出する場合、車両起動時における充電容量初期値の推定が難しい。そこで本実施形態においては、イグニッションスイッチ１０６がオフしたときに、副電源５０に充電されている電荷を昇圧回路４０を経由して主バッテリ１０１に放電させる。以下、その制御処理について図１０を用いて説明する。

図１０は、電源制御部６２により実施される終了時放電制御ルーチンを表し、電子制御装置６０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶される。終了時放電制御ルーチンは、イグニッションスイッチ１０６のオフ操作を検出したときに起動する。本制御ルーチンが起動すると、電源制御部６２は、ステップＳ８１において、昇圧回路４０の第２昇圧用スイッチング素子４４のゲートに所定周期のパルス信号を出力して、第２昇圧用スイッチング素子４４を所定のデューティ比でオンオフさせる。イグニッションスイッチ１０６がオフしている期間は操舵アシスト制御も終了しているため、モータ駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６はオフ状態に維持されている。従って、副電源５０の電荷は、主バッテリ１０１に向かって放電される。この場合、第２昇圧用スイッチング素子４４のデューティ比を適宜設定することで、副電源５０から主バッテリ１０１に流れる放電電流の大きさを制限することができる。尚、第１昇圧用スイッチング素子４３はオフ状態に維持される。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ８２において、副電源電流センサ５３により測定された副電源電流ｉsub（放電方向の電流値）を読み込み、ステップＳ８３において、副電源電流ｉsubが放電停止判定電流ｉsubend以下にまで低下したか否かについて判断する。この放電停止判定電流ｉsubendとしては、例えば、０アンペアが設定される。

副電源電流ｉsubが放電停止判定電流ｉsubend以下にまで低下しない間は、こうしたステップＳ８１〜Ｓ８３の処理が繰り返される。この間は、副電源５０から主バッテリ１０１への放電が継続される。そして、副電源電流ｉsubが放電停止判定電流ｉsubend以下にまで低下すると（例えば、放電電流が流れなくなると）、ステップＳ８４において第２昇圧用スイッチング素子４４をオフして終了時放電制御ルーチンを終了する。

従って、終了時放電制御ルーチンによれば、副電源５０の寿命を延ばすことができる。また、イグニッションスイッチ１０６がオンしてからの実充電容量の検出を精度良く行うことができる。つまり、実充電容量の検出にあたっては、副電源５０に流れる充放電電流を積算して算出するが、スタート時における初期充電容量の推定が難しい。そこで、副電源５０の電荷を放電させておいてから実充電容量検出処理を行うことにより、初期充電容量のばらつきによる検出誤差を抑えることができる。また、昇圧回路４０を兼用して主バッテリ１０１への放電電流の大きさを制御することができるため、特別に放電用の回路を設ける必要がなくコストアップを招かない。

以上、本発明の実施形態としての電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、操舵トルクＴｘと目標電流ｉas＊との関係を設定したアシストマップをアシスト特性として記憶しているが、操舵トルクＴｘから目標電流ｉas＊を導く関数などをアシスト特性として記憶するようにしてもよい。また、実充電容量Ｊｘから特性シフト量ΔＴｘを算出するシフト量マップに関しても、関数など他の関係付け情報を用いるようにすることもできる。また、操舵トルクＴｘと下限電流ｉasminとの関係を設定した制限特性マップに関しても、関数など他の関係付け情報を用いるようにすることもできる。

また、電動モータ２０は単相モータであってもよく、モータ駆動回路３０もＨブリッジ回路等を用いることもできる。また、本実施形態においては、昇圧回路４０の昇圧電圧制御により副電源５０の充放電を制御するが、例えば、スイッチング回路により副電源５０の充電と放電とを切換制御するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略システム構成図である。 実施形態に係る操舵アシスト制御ルーチンを表すフローチャートである。 実施形態に係るアシストマップを表す特性図である。 実施形態に係るシフト量マップを表す特性図である。 実施形態に係るアシスト特性のシフトを示す特性図である。 実施形態に係る制限特性マップを表す特性図である。 実施形態に係る下限制限されたアシスト特性を表す特性図である。 実施形態に係る充放電制御ルーチンを表すフローチャートである。 実施形態に係る実充電容量検出ルーチンを表すフローチャートである。 実施形態に係る終了時放電制御ルーチンを表すフローチャートである。

符号の説明

１０…ステアリング機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、２０…電動モータ、２１…操舵トルクセンサ、２３…車速センサ、３０…モータ駆動回路、３８…モータ電流センサ、４０…昇圧回路、５０…副電源、５１…第１電圧センサ、５２…第２電圧センサ、５３…副電源電流センサ、５４…出力電流センサ、６０…電子制御装置、６１…アシスト制御部、６２…電源制御部、１００…主電源、１０１…主バッテリ、１０２…オルタネータ。

Claims (3)

1. 操舵ハンドルの操舵操作により車輪を操舵する操舵機構と、
   電源装置から電源供給され操舵ハンドルの操舵操作をアシストするアシスト力を発生する電動モータと、
   運転者が操舵ハンドルに入力した操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   少なくとも前記操舵トルクの増加にしたがって前記電動モータを駆動するための目標電流値が増加する特性を有するように前記操舵トルクと前記目標電流値との関係を設定したアシスト特性に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段と
   を備えた車両のステアリング装置において、
   前記電源装置の電源供給能力の低下を検出する電源能力低下検出手段と、
   前記電源装置の電源供給能力の低下が検出された場合、前記アシスト特性における前記目標電流値に対する前記操舵トルクの値を増大側にシフトさせるアシスト特性シフト手段と、
   前記アシスト特性における前記操舵トルクの増加に対する前記目標電流値の増加率よりも高い増加率にて前記操舵トルクと前記目標電流値との関係を高操舵トルク領域において設定した制限特性を用いて、前記シフトしたアシスト特性における操舵トルクに対する目標電流値が、前記制限特性から求められる目標電流値よりも下回らないように前記目標電流値に下限制限を加える下限制限手段と
   を備えたことを特徴とする車両のステアリング装置。
2. 前記電源装置は、
   前記電動モータを含めた車両内の複数の電気負荷に電源供給する主電源と、
   前記主電源と前記電動モータとの間に並列に接続され、主電源の出力する電力を充電し、充電した電力を使って前記電動モータへの電源供給を補助する副電源とを備えており、
   前記電源供給能力検出手段は、前記主電源の電源供給異常を検出することにより前記電源装置の電源供給能力の低下を検出することを特徴とする請求項１記載の車両のステアリング装置。
3. 前記副電源に充電されている充電容量を検出する充電容量検出手段と、
   前記副電源の充電容量の低下にしたがって、前記アシスト特性における前記目標電流値に対する前記操舵トルクの値を増大側にシフトさせるシフト量を増加させるシフト量調整手段と
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の車両のステアリング装置。

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