JP2010132253A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のセンサ素子を有するトルクセンサ内の１個のセンサ素子が故障しても、引き続きトルクセンサを使用して操舵補助を行うことが可能な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】操舵トルクの変化に応じて一定の相互関係のある２つの出力特性をそれぞれ示す一対のセンサ素子を含むトルクセンサと、当該一対のセンサ素子の出力に基づいてそれぞれの出力に対するモード判定を行って重み付けと出力制限とを設定し、設定した重み付けに基づいて操舵トルクを演算するとともに、設定した出力制限に基づいて操舵補助のための出力を制限する制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵トルクを検出するためのトルクセンサの出力処理に関する。

電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイールに付与する操舵トルクに基づいて、モータにより操舵補助力を生じさせる装置である。このような電動パワーステアリング装置において操舵トルクを検出するトルクセンサが故障すると、電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵の状態を正確に認識できないため、正常な操舵補助を行うことができないおそれがある。

そこで、トルクセンサ及びその出力を処理する制御手段を２系統設け、一系統のトルクセンサが故障しても他系統のトルクセンサで正常な制御を行うことができる電動パワーステアリング装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）

特開平１１−７８９４３号公報

しかしながら、トルクセンサ及び制御手段を２系統設けるのは、製造コストや、回路の簡素化等の点で得策でないことは明らかである。また、そもそも、トルクセンサとしては一般に、一対のホールＩＣを搭載したものが使用されている。一対のホールＩＣは、いわば、一方が「メイン」のセンサ素子であり、他方が「サブ」のセンサ素子である。すなわち、トルクセンサはセンサ出力が二重系統になっている。２つのホールＩＣが同時に故障することは極めてまれであり、通常は、一方が故障したとしても、他方は正常であることが多い。従って、一方のホールＩＣが故障したら直ちにトルクセンサが故障したとして使用不能とするのは、ホールＩＣが２個存在していることを考慮すれば、機能を完全に使いこなしていないとも言える。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、一対のセンサ素子を有するトルクセンサ内の１個のセンサ素子が故障しても、引き続きトルクセンサを使用して操舵補助を行うことが可能な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する。

本発明の第１発明は、操舵トルクに基づいてモータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、前記操舵トルクの変化に応じて一定の相互関係のある２つの出力特性をそれぞれ示す一対のセンサ素子を含むトルクセンサと、前記一対のセンサ素子の出力に基づいてそれぞれの出力に対する重み付けと出力制限とを設定し、設定した重み付けに基づいて操舵トルクを演算するとともに、設定した出力制限に基づいて操舵補助のための出力を制限する制御装置とを備えたものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、いずれか一方のセンサ素子が正常値を出力していない場合にも、各出力に対しての重み付けに基づいて操舵トルクを演算することにより、トルクセンサの出力を生かすことができる。また、設定した出力制限に基づいて操舵補助のための出力を減じることができるので、異常の内容に応じて抑制をかけた安全な操舵補助を行うことができる。

また第２発明は、第１発明の電動パワーステアリング装置において、制御装置は、一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクが同方向で、かつ、それらの偏差が過大なときは、トルクの小さな方について、トルクの大きな方より重み付けを大きくしている。
この場合、トルクの小さい方を重視した演算が行われるので、安全に操舵補助を継続することができる。

また第３発明は、第１又は第２発明の電動パワーステアリング装置において、制御装置は、一対のセンサ素子のうち少なくとも一方の出力が急激に変化しているときは、出力の変化が少ない方について、重み付けを大きくしている。
この場合、出力の変化が少ない方を重視した演算が行われるので、急激に変化するセンサ出力が操舵補助に与える影響を低減することができる。

また第４発明は、第１乃至第３発明のいずれかの電動パワーステアリング装置において、制御装置は、一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクが逆方向で、かつ、それらの偏差が過大なときは、操舵補助を行わないようにしている。
逆方向での偏差過大の場合、操舵の方向すら不明であるので、暫定的に異常な出力に基づく制御を行ってしまうこと自体が危険であるが、操舵補助を行わないことにより、安全を確保することができる。

また第５発明は、第１乃至第４発明のいすれかの電動パワーステアリング装置において、制御装置は、一対のセンサ素子における一方の出力が、取り得る出力範囲外であるとき、信頼度を０とするが、出力制限には０以外の所定値を与えるようにしている。
この場合、出力範囲外である出力は使用しないが、他方の出力に基づいて操舵補助を可能とする。但し、出力制限により操舵補助力を低減することができる。

また第６発明は、第１乃至第３発明のいずれかの電動パワーステアリング装置において、制御装置は、車速、舵角及びヨーレートに基づいて推定操舵トルクを算出し、算出された推定操舵トルクに基づいて一対のセンサ素子の出力に対する重み付けを設定している。
この場合、車両に搭載した他のセンサの検出値から推定操舵トルクを算出し、算出した推定操舵トルクを基準として２つのセンサ素子の出力に重み付けするので、正常である可能性が高いセンサ素子の出力を重視して、より安全な操舵補助を行うことができる。

また第７発明は、第６発明の電動パワーステアリング装置において、制御装置は、一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクと、推定操舵トルクとの偏差を求め、偏差の小さな方について、偏差の大きな方より重み付けを大きくしている。
この場合、センサ素子の出力の異常の程度を推定操舵トルクとの偏差の大小により判定し、異常が軽微な方を重視した演算が行われるので、より安全に操舵補助を継続することができる。

また第８発明は、第６又は第７発明の電動パワーステアリング装置において、制御装置は、一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクが逆方向で、かつ、それらの偏差が過大なときには、推定操舵トルクに基づいて操舵補助を実行するようにしている。
逆方向での偏差過大の場合、操舵の方向すら不明であるが、推定操舵トルクを使用することで、補助的な操舵補助を実行することができる。

また第９発明は、第６乃至第８発明のいずれかの電動パワーステアリング装置において、ヨーレートは、車速及び舵角の検出値に基づいて演算される推定ヨーレートとしている。 また第10発明は、第６乃至第８発明のいずれかの電動パワーステアリング装置において、ヨーレートは、車速及び横加速度の検出値に基づいて演算される推定ヨーレートとしている。
更に第11発明は、第６乃至第８発明のいずれかの電動パワーステアリング装置において、ヨーレートは、ヨーレートセンサにより検出した実ヨーレートとしている。
操舵トルクの算出に用いるヨーレートは、車速及び舵角、又は車速及び横加速度に基づいて演算される推定ヨーレートであってもよく、ヨーレートセンサにより直接検出される実ヨーレートであってもよい。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセンサ内の１個のセンサ素子が故障しても、故障内容によっては、引き続きトルクセンサを使用して操舵補助を行うことが可能である。また、出力制限により操舵補助力を低下させることにより、運転者に、異常の発生を知らせることができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 トルクセンサとＥＣＵとの間の信号線の詳細を示す図である。 トルクセンサの出力特性すなわち、トルク（操舵トルク）と、センサ出力との関係を示すグラフである。 第１の実施の形態の電動パワーステアリング装置におけるアシスト制御処理を示すフローチャートである。 モード判定の詳細を例示するサブルーチンである。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 第２の実施の形態の電動パワーステアリング装置におけるアシスト制御処理を示すフローチャートである。 重み付け処理の詳細を例示するサブルーチンである。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。図において、ステアリングホイール１は、第１ステアリングシャフト２と接続されている。第１ステアリングシャフト２は、トーションバー３を介して、第２ステアリングシャフト４と接続されている。第２ステアリングシャフト４には、モータ５の回転によるトルクを付与することができる。第２ステアリングシャフト４の下端にはピニオン６が形成されており、このピニオン６が、ラック７と噛み合う。ラック７がその軸方向（図の横方向）に動くことにより、操向車輪（一般には前輪）８に舵角を付与することができる。

トルクセンサ９は、トーションバー３の捻れ、すなわち、第１ステアリングシャフト２と第２ステアリングシャフト４との相対回転角度差を、操舵トルクとして検出し、出力を、制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１０に送る。このＥＣＵ１０は、電動パワーステアリング装置のための制御ユニットである。ＥＣＵ１０には、その他、車速センサ１１から車速信号も入力される。ＥＣＵ１０は、操舵トルクや車速に基づいて必要な操舵補助力を生じさせるべく、モータ５を駆動する。

図２は、トルクセンサ９とＥＣＵ１０との間の信号線の詳細を示す図である。トルクセンサ９は、内部に、一対のセンサ素子として、リニアタイプのホールＩＣ９１，９２を備えている。トルクセンサ９とＥＣＵ１０と繋ぐ線は４本あり、電源端子ＴＳＶと接地端子ＴＳＧとの間に、例えばＤＣ５Ｖの電圧がＥＣＵ１０から印加される。端子ＴＳ１，ＴＳ２にはそれぞれ、検出しようとする操舵トルクに応じて、ホールＩＣ９１，９２のセンサ出力（電圧）が生じる。ここで、２つのホールＩＣ９１，９２のうち一方を「メイン」、他方を「サブ」と考える。

図３は、トルクセンサ９の出力特性すなわち、トルク（操舵トルク）と、センサ出力との関係を示すグラフである。横軸のトルクは、原点から右側がステアリングの右操舵で符号はプラス、原点から左側がステアリングの左操舵で符号はマイナスとする。図示のように、メイン及びサブの２つの出力特性には一定の相互関係があり、具体的には、トルク０の中立点でクロスするＸ字状の特性であって、左右の対称性、センサ出力の中立点（２．５Ｖ）から見た上下の対称性を持つ特性である。

各特性は、絶対値が所定のトルクまでは直線的にセンサ出力が変化し、当該所定のトルクを超えるとセンサ出力は飽和する。飽和点のトルクは約±１０Ｎ・ｍである。また、飽和領域でのセンサ出力は、上限側が３．６〜４Ｖ、下限側が１〜１．４Ｖである。２つのセンサ出力の合計値は、グラフ状の数値から言えば理論上は（１＋３．６）〜（１．４＋４）の範囲となるが、実際には、ほぼ５Ｖであり、誤差は±０．３程度である。なお、これらの数値はいずれも一例に過ぎず、トルクセンサの種類によって異なる。例えば、メインが３Ｖのときサブは２Ｖであり、このときのトルクは右操舵（＋）で４［Ｎ・ｍ］である。すなわち、２つのセンサ素子が共に正常である限り、メインのセンサ出力に対してサブのセンサ出力が取る値（又はその逆）は決まっており、トルク換算値は同じである。

ＥＣＵ１０は、上記のようなトルクセンサ９の出力特性を記憶している。従って、トルクの絶対値が飽和点に至るまでは、直線的な変化特性に基づいて、センサ出力に一対一で対応するトルクを正確に検出することができる。但し、トルクを正確に検出するには、その前提として、センサ出力が正常であること、が必要である。すなわち、センサ出力が正常であるか否かの判断が必要である。一方、いずれか一方のホールＩＣ（９１又は９２）に異常が発生したが、１〜４Ｖの範囲内のセンサ出力はある、という状況では、いったいどちらのセンサ出力が正しいのかわからない。従って、センサ出力をどう扱うかの判断処理が必要である。
そこで、以下、上記のような判断処理を含む、ＥＣＵ１０の動作について説明する。

図４は、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される、電動パワーステアリング装置によるアシスト制御処理を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０は、トルクセンサ９から送られてくるセンサ出力を読み取り（ステップＳ１）、一時的に記憶する。なお、このときＥＣＵ１０は、車速センサ１１から送られてくる車速信号も読み取る。次に、ＥＣＵ１０は、モード判定を行う（ステップＳ２）。モードとは、例えば以下の表１に示すように、センサ出力から見たトルクセンサの状態（正常・異常を含む。）を、幾つかに分類したものである。

表１において、モードＭ１の「出力範囲外」とは、図３の例で言えば、センサ出力の電圧が１〜４Ｖの範囲外にあることをいう。
一方、正常な２つのセンサ出力をトルク換算すれば、同じトルクになるはずである。従って、２つのトルクの偏差が例えば±０．３［Ｎ・ｍ］を超える場合、偏差過大として扱う。また、２．５Ｖを境にメイン・サブのトルクの符号が変わるので、トルクの符号が同じであれば操舵が同方向、異なっていれば逆方向となる。従って、同方向での偏差過大であればモードＭ２、逆方向での偏差過大であればモードＭ３となる。

また、読み取ったばかりのセンサ出力を前回読み取った値と比較すれば、センサ出力の変化がわかる。そこで、最も急激な操舵を想定した場合のセンサ出力の変化量を閾値に設定すると、センサ出力の変化が当該閾値を超えれば、モードＭ４の「出力急変」である。出力急変とは、通常の操舵によっては起こり得ないほどの異常に急激な変化を、センサ出力が示すことをいう。

また、いずれか一方のセンサ出力が変化しているのに、他方のセンサ出力は一定値に張り付いているという状態は、モードＭ５の「センサ出力固着」である。すなわち、トルクが変化しても、故障したホールＩＣの出力は変化しない場合があるからである。
また、Ｍ１〜Ｍ５のいずれにも該当しない場合は、モードＭ６、すなわち「正常」である。

ＥＣＵ１０は、上記各モードに対応する表１の「信頼度」及び「アシスト量制限」を記憶している。ここで、信頼度とはセンサ出力の信憑性を数字化したものであり、この例では１０が最高、０が最低である。また、アシスト量制限とは、アシスト制御の出力制限の割合を示す。この例では１００％が最高であり、０％が最低である。信頼度・アシスト量制限が共に０であるモードＭ３が、最も悪い状態である。その次に悪い状態は、モードＭ１である。
これらの数値の用い方については後述する。

図５は、一例として、モード判定（図４のステップＳ２）の詳細を示すサブルーチンである。図５において、ＥＣＵ１０は、メイン・サブの２つのセンサ出力についてそれぞれモード判定を行う。
まずメインのモード判定（Ｓ２−Ｍ）において、ＥＣＵ１０は、センサ出力に基づいて、かつ、メインのセンサ出力を主体として見た場合に、上記のモードＭ１〜Ｍ５のいずれかに（１又は複数）該当するかを判断する（ステップＳ２１）。ここで、Ｍ１〜Ｍ５のいずれにも該当しない場合、ＥＣＵ１０は、センサ出力がモードＭ６、すなわち「正常」であると判断する（ステップＳ２５）。モードＭ６の場合、信頼度は１０、アシスト量制限は１００である。

一方、ステップＳ２１においてモードＭ１〜Ｍ５のいずれかに該当する場合、ＥＣＵ１０は、次にモードＭ３に該当しているか否かを判断し（ステップＳ２２）、該当する場合には、ＥＣＵ１０は、センサ出力がモードＭ３、すなわち「偏差過大（逆方向）」であると判断する（ステップＳ２６）。モードＭ３の場合、信頼度は０、アシスト量制限も０である。逆方向での偏差過大の場合、操舵の方向すら不明であるので、暫定的に異常な出力に基づく制御を行ってしまうこと自体が危険であるが、操舵補助を行わないことにより、安全を確保することができる。

また、ステップＳ２２においてモードＭ３に該当しない場合、ＥＣＵ１０は、次にモードＭ１に該当しているか否かを判断し（ステップＳ２３）、該当する場合には、ＥＣＵ１０は、センサ出力がモードＭ１、すなわち「出力範囲外」であると判断する（ステップＳ２７）。モードＭ１の場合、信頼度は０、アシスト量制限は５０である。この場合、出力範囲外である出力は使用しないが、他方の出力に基づいて操舵補助を可能とする。但し、出力制限（５０）により操舵補助力を低減することで、異常の発生を運転者に知らせることができる。

ステップＳ２３においてモードＭ１に該当しない場合、ＥＣＵ１０は、次にモードＭ２，Ｍ４，Ｍ５の２つ以上に該当するか否かを判断し（ステップＳ２４）、該当する場合には、ＥＣＵ１０は、該当するモードの中で信頼度が最も低いモードに決定する（ステップＳ２９）。一方、ＥＣＵ１０は、モードＭ２，Ｍ４，Ｍ５のうち、いずれか１つにのみ該当する場合は、その該当するモードに決定する（ステップＳ２８）。モードＭ２に決定する場合、メインのセンサ出力（トルク換算）がサブのセンサ出力（トルク換算）より大きい場合は、メインの信頼度が３となる。逆の場合（小さい場合）は信頼度７となる。小さい値を信頼する方が、センサ出力の正誤を取り違えてもその影響を小さくすることができるので、安全上無難である。

一方、モードＭ４に決定する場合、サブとの比較においてメインのセンサ出力が、より急激に変化したのであれば、その信頼度は２となる。逆に、サブの方がより急激に変化したのであれば、メインの信頼度は８となる。これは、出力の急変の程度が大きい方は信頼度が低いであろうという考えに基づいている。出力の変化が少ない方を重視した演算を行うことで、急激に変化するセンサ出力が操舵補助に与える影響を低減することができる。 以上の処理により、ＥＣＵ１０は、メインのセンサ出力に対して、モードＭ１〜Ｍ６のいずれか１つのモードに決定する。

続いて、ＥＣＵ１０は、サブのモード判定（Ｓ２−Ｓ）を、メインのモード判定（Ｓ２−Ｍ）と同様に実行する。但し、ＥＣＵ１０は、センサ出力に基づいて、かつ、サブのセンサ出力を主体として見た場合のモード判定を行う。
この処理により、ＥＣＵ１０は、サブのセンサ出力に対して、モードＭ１〜Ｍ６のいずれか１つのモードに決定する。

上記のモード判定（メイン・サブ）によって、メインのセンサ出力から読み取れるトルクＴｍ_in［Ｎ・ｍ］、その信頼度Ｒｍ、及び、アシスト量制限（出力制限）Ｌｍ［％］、並びに、サブのセンサ出力から読み取れるトルクＴｓ_in［Ｎ・ｍ］、その信頼度Ｒｓ、 及び、アシスト量制限（出力制限）Ｌｓ［％］が、それぞれ求められる。

次に、図４に戻り、ＥＣＵ１０は、信頼度を考慮した操舵トルクの演算を行う（ステップＳ３）。この演算は、求めるべき操舵トルクをＴ_in［Ｎ・ｍ］とすると、
Ｔ_in＝｛（Ｔｍ_in×Ｒｍ）＋（Ｔｓ_in×Ｒｓ）｝／（Ｒｍ＋Ｒｓ） ・・・（１）
となる。

《モードＭ６／Ｍ６の例》
例えば、メイン・サブのセンサ出力が共に異常なし（正常）であれば、メイン・サブ共に信頼度は１０であるから、上記（１）式は、
Ｔ_in＝｛（Ｔｍ_in×１０）＋（Ｔｓ_in×１０）｝／２０
＝（Ｔｍ_in＋Ｔｓ_in）／２
となり、Ｔｍ_in＝Ｔｓ_inが操舵トルクとなる。
次に、ＥＣＵ１０は、アシスト量の演算を行う（ステップＳ４）。これは、ＥＣＵ１０が記憶しているアシストマップ等に基づいて、操舵トルクＴ_inに対する制御指令値Ｔ_cal を求める既存のアシスト制御である。

次に、ＥＣＵ１０は、制御指令値Ｔ_cal に、アシスト量制限Ｌｍ＝Ｌｓ＝１００［％］を乗算することにより、制御指令値Ｔ_cal をそのままアシストトルク値Ｔ_out として出力する（ステップＳ５）。
このように、メイン・サブのセンサ出力が共に異常なし（正常）であれば、重み付けは意味をなさず、出力制限もかからない。

《モードＭ３／Ｍ３の例》
例えば、メイン・サブがモードＭ３（偏差過大・逆方向）になる一例として、メインのトルクが＋４［Ｎ・ｍ］、サブのトルクが−４［Ｎ・ｍ］であったとすると、メイン・サブ共に信頼度は０、アシスト量制限も０となる。従って、上記（１）式により演算される操舵トルクＴ_in［Ｎ・ｍ］は、
Ｔ_in＝０
となる。また、アシスト量制限も０であり、アシストトルク値は０、すなわち、操舵補助は行われない。

《モードＭ２／Ｍ２の例》
例えば、メイン・サブがモードＭ２（偏差過大・同方向）になる一例として、メインのトルクが４［Ｎ・ｍ］、サブのトルクが３［Ｎ・ｍ］であったとすると、サブの方が小さいので、メインの信頼度が３、サブの信頼度が７となる。このとき、信頼度を考慮した操舵トルクＴ_in［Ｎ・ｍ］は、
Ｔ_in＝（４×３＋３×７）÷（３＋７）＝３．３
となる。すなわち、サブの信頼度が高いことにより、サブのトルクに近い値となる。

次に、ＥＣＵ１０は、アシスト量の演算を行う（ステップＳ４）。これは、ＥＣＵ１０が記憶しているアシストマップ等に基づいて、操舵トルクＴ_inに対する制御指令値Ｔ_cal を求める既存のアシスト制御である。例えば、ＥＣＵ１０は、上記のように決定される操舵トルクＴ_in＝３．３［Ｎ・ｍ］に対する制御指令値Ｔ_cal として、５０［Ｎ・ｍ］とする。

次に、ＥＣＵ１０は、制御指令値Ｔ_cal に、アシスト量制限Ｌｍ，Ｌｓのうち小さい方を乗算することにより出力を制限し、操舵補助に出力すべきアシストトルク値Ｔ_out を求める（ステップＳ５）。上記の場合、メイン・サブ共にアシスト量制限Ｌｍ，Ｌｓは７０％であるから、アシストトルク値は、５０×０．７＝３５［Ｎ・ｍ］となる。

このようにして、トルクセンサ９に異常（モードＭ２）が発生していても、即刻アシスト不能とはせずに、当面の制御を可能とする。なお、メインのトルクが４［Ｎ・ｍ］、サブのトルクが３［Ｎ・ｍ］のときは、どちらが正しい値かわからない。但し、同方向であるため、制御を行ってもアシスト不足又はアシスト過大のどちらかになり、そのことが直ちに危険という訳ではない。

《モードＭ１／Ｍ６の例》
例えば、メインがモードＭ１（出力範囲外）、サブがモードＭ６（正常）になる一例として、メインのセンサ出力が０Ｖ、サブのトルクが正常範囲内のＴｓ_in［Ｎ・ｍ］であったとすると、メインの信頼度は０、アシスト量制限５０、サブの信頼度は１０、アシスト量制限１００となる。従って、上記（１）式の操舵トルクＴ_in［Ｎ・ｍ］は、
Ｔ_in＝（Ｔｓ_in×１０）／１０＝Ｔｓ_in
となる。次にＥＣＵ１０は、アシスト量の演算を行い（ステップＳ４）、操舵トルクＴ_inに対する制御指令値Ｔ_cal を求める。

また次に、ＥＣＵ１０は、制御指令値Ｔ_cal に、メイン・サブのアシスト量制限のうち小さい方、すなわち５０［％］を乗算することにより、制御指令値Ｔ_cal の１／２をアシストトルク値Ｔ_out として出力する（ステップＳ５）。
このように、正常なサブのセンサ出力に基づいて正しく操舵トルクが演算されても、メインのセンサ出力に異常が発生していることを重要視して、最終的に出力制限をかけて、操舵補助力を低減する。

《モードＭ４／Ｍ４の例》
例えば、メイン・サブがモードＭ４（出力急変）になる一例として、メインのトルクが前回値から急変して４［Ｎ・ｍ］となり、サブのトルクも急変したがメインほどではない３［Ｎ・ｍ］であった場合には、急変の程度が高いメインの信頼度が２、サブの信頼度が８となる。このとき、信頼度を考慮した操舵トルクＴ_in［Ｎ・ｍ］は、
Ｔ_in＝（４×２＋３×８）÷（２＋８）＝３．２
となる。すなわち、サブの信頼度が高いことにより、サブのトルクに近い値となる。

次に、ＥＣＵ１０は、アシスト量の演算を行い（ステップＳ４）、操舵トルクＴ_inに対する制御指令値Ｔ_cal を求める。例えば、ＥＣＵ１０は、上記の操舵トルクＴ_in＝３．２［Ｎ・ｍ］に対する制御指令値Ｔ_cal として、４８［Ｎ・ｍ］とする。
次に、ＥＣＵ１０は、制御指令値Ｔ_cal に、アシスト量制限５０［％］を乗算することにより出力を制限し、最終的に出力すべきアシストトルク値Ｔ_out ＝２４［Ｎ・ｍ］を求める（ステップＳ５）。

このようにして、トルクセンサ９に異常（モードＭ４）が発生していても、即刻アシスト不能とはせずに、当面の制御を可能とする。なお、メインのトルクがより急激に変化したからといって、サブの方が絶対に正しいとは言えない。従って、メインにも信頼度２を与え、操舵トルクの演算に関与させるのである。

《モードＭ５／Ｍ６の例》
例えば、メインがモードＭ５（センサ出力固着）、サブがモードＭ６（正常）になる一例として、メインのトルクが前回値から変わらず４［Ｎ・ｍ］、サブのトルクが前回値から変化して３［Ｎ・ｍ］であったとすると、メインの信頼度が３、サブの信頼度が１０となる。このとき、信頼度を考慮した操舵トルクＴ_in［Ｎ・ｍ］は、
Ｔ_in＝（４×３＋３×１０）÷（３＋１０）＝３．２
となる。すなわち、サブの信頼度が高いことにより、サブのトルクに近い値となる。

次に、ＥＣＵ１０は、アシスト量の演算を行い（ステップＳ４）、操舵トルクＴ_inに対する制御指令値Ｔ_cal を求める。例えば、ＥＣＵ１０は、上記の操舵トルクＴ_in＝３．２［Ｎ・ｍ］に対する制御指令値Ｔ_calとして、４８［Ｎ・ｍ］とする。
次に、ＥＣＵ１０は、制御指令値Ｔ_cal に、アシスト量制限７０［％］を乗算することにより出力を制限し、最終的に操舵補助に出力すべきアシストトルク値Ｔ_out ＝３３．６［Ｎ・ｍ］を求める（ステップＳ５）。

このようにして、トルクセンサ９に異常（モードＭ５）が発生していても、即刻アシスト不能とはせずに、当面の制御を可能とする。なお、メインのトルクが変化しなかったといっても、サブの方が絶対に正しいとは言えない。従って、メインにも信頼度３を与え、操舵トルクの演算に関与させるのである。

以上、総括すると、トルクセンサ９に異常（モードＭ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５）が発生していても、即刻アシスト不能とはせずに、当面の制御を可能とする。従って、アシスト量を制限した上で引き続きアシスト制御が可能となる。これにより、センサ出力が二重系であることを有効に利用することができる。なお、モードＭ３は重大故障であり、引き続きアシスト制御を可能とすることは好ましくないので、操舵補助を停止させる。

すなわち、上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、いずれか一方のセンサ素子が正常値を出力していない場合にも、各出力に対しての重み付けに基づいて操舵トルクを演算することにより、トルクセンサ９の出力を生かすことができる。また、設定した出力制限に基づいて操舵補助のための出力を減じることができるので、異常の内容に応じて抑制をかけた安全な操舵補助を行うことができる。
このようにして、トルクセンサ９内の１個のセンサ素子が故障しても、引き続きトルクセンサ９を使用して操舵補助を行うことが可能な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ができる。

またトルクセンサ９に異常が発生した場合、出力制限によって操舵補助力が低下する。これにより、操舵が重くなるので、運転者に異常発生を知らせることができる。但し、それ以外にも、警告表示（トルクセンサ故障の表示灯点灯や、音声アナウンス）を行うことで、運転者に知らせるようにしてもよい。

なお、上記実施形態におけるモード判定は一例であり、必要に応じて種々のバリエーションがあり得る。また、図５のフローチャートの処理も一例に過ぎず、モード判定の手順には種々のバリエーションがあり得る。
また、上記実施形態におけるアシスト量制限（出力制限）は乗率［％］としたが、これに代えて、モードに応じて、最終的な出力の値に上限値を設定するようにしてもよい。
なお、重み付けや出力制限を、時間に応じて変化させることも可能である。例えば異常発生からの経過時間に応じて徐々に出力制限がかかるようにすれば、操舵が急に重くなる違和感を緩和することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。本図においてＥＣＵ１０には、車速センサ１１からの車速信号と、舵角センサ１２からの舵角信号が入力される。舵角センサ１２は、操向車輪８に付与されている舵角を検出するセンサである。図６においては、第２ステアリングシャフト４の中途に設けられ、該第２ステアリングシャフト４の回転角度を検出する回転角センサを舵角センサ１２としてある。

図６中に２点鎖線により示すように、ＥＣＵ１０には、横Ｇセンサ１３からの横加速度信号又はヨーレートセンサ１４からのヨーレート信号が入力されるようにしてもよい。横Ｇセンサ１３は、旋回走行中の車両に横方向に加わる加速度を検出するセンサである。ヨーレートセンサ１４は、旋回走行中の車両に重心点を通る鉛直軸まわりに加わる回転角速度を検出するセンサである。

図６に示す電動パワーステアリング装置の他の構成及び動作は、図１に示す電動パワーステアリング装置と同様であり、対応する構成部材に図１と同一の参照符号を付して説明を省略する。

図７は、図６に示す電動パワーステアリング装置において、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行されるアシスト制御処理を示すフローチャートである。なお本図は、横Ｇセンサ１３及びヨーレートセンサ１４を備えていない場合の処理を示している。

まず、ＥＣＵ１０は、トルクセンサ９から送られてくるセンサ出力を読み取り（ステップＳ１１）、一時的に記憶する。次にＥＣＵ１０は、車速センサ１１から送られてくる車速信号及び舵角センサ１２からの送られてくる舵角信号を読み取り（ステップＳ１２）、これらを用いて推定ヨーレートを算出する（ステップＳ１３）。

推定ヨーレートは、車速及び舵角を公知の演算式に適用することで算出する。横Ｇセンサ１３を備えている場合、車速と、横Ｇセンサ１３が検出する横加速度とを用いて推定ヨーレートを算出することができる。ヨーレートセンサ１４を備えている場合、推定ヨーレートの代わりに、ヨーレートセンサ１４が検出する実ヨーレートを以下の処理に使用するのが望ましい。

次に、ＥＣＵ１０は、推定操舵トルクを算出する（ステップＳ１４）。推定操舵トルクは、車両の走行状態に依存する第１のトルクと、走行状態の如何に拘らず通常操舵のために必要な第２のトルクの和として算出する。第１のトルクは、旋回走行時に車輪８のトレッド面と路面との間に発生するコーナリングフォースに打ち勝つために必要なトルクであり、例えば、車速、舵角及び推定ヨーレートに基づいてコーナリングフォースを求め、求めたコーナリングフォースに所定の係数を乗じて算出する。第２の操舵トルクは、舵角速度の微分値（舵角の２階微分値）に対応する値として算出する。

次にＥＣＵ１０は、モード判定を行う（ステップＳ１５）。このモード判定は、図５に示すフローチャートに従って、第１の実施の形態と同様に行われる。この結果、トルクセンサ９の２つのセンサ素子（メイン、サブ）が、モードＭ１〜Ｍ６のいずれの状態にあるかが決定され、更に、メイン、サブの２つのセンサ出力に対する重み付け及び出力制限が設定される。

以上のモード判定を終えた後、ＥＣＵ１０は、以下に示す手順により、ステップＳ１４において算出した推定操舵トルクに基づく重み付け処理を実行する（ステップＳ１６）。図８は、重み付け処理の詳細を例示するサブルーチンである。

図８においてＥＣＵ１０は、メイン・サブのセンサ出力のモードを調べ、これらのセンサ出力がモードＭ３であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。メイン・サブのセンサ出力がモードＭ３であった場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４において算出した推定操舵トルクを操舵トルクとして設定し（ステップＳ３２）、重み付け処理を終了して、図７のフローチャートに戻る。

一方、メイン・サブのセンサ出力がモードＭ３でない場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、メインのセンサ出力を用いてメイン操舵トルクを、またサブのセンサ出力を用いてサブ操舵トルクを夫々算出する（ステップＳ３３）。次にＥＣＵ１０は、ステップＳ１４において算出した推定操舵トルクとメイン操舵トルクとの偏差（メイン偏差）及び前記推定操舵トルクとサブ操舵トルクとの偏差（サブ偏差）を夫々算出する（ステップＳ３４）。

次にＥＣＵ１０は、メイン偏差とサブ偏差を比較し（ステップＳ３５）、メイン偏差の方がサブ偏差よりも大きい場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）には、メインのセンサ出力に対する重みを大、サブのセンサ出力に対する重みを小とし（ステップＳ３６）、逆に、サブ偏差の方がメイン偏差よりも大きい場合（ステップＳ３５：ＮＯ）には、メインのセンサ出力に対する重みを小、サブのセンサ出力に対する重みを大として（ステップＳ３７）、図７のフローチャートに戻る。

以上の重み付け処理は、メインのセンサ出力及びサブのセンサ出力の異常の程度を、前述したように算出した推定操舵トルクとの偏差の大小によって判断し、推定操舵トルクに近い操舵トルクが得られるセンサ出力の方が異常が軽微であるとして、このセンサ出力の重みを大とするものである。これにより、後続する操舵トルクの演算（ステップＳ１７）及びアシスト量の演算（ステップＳ１８）において、異常が軽微な方を重視した演算が行われるので、より安全に操舵補助を継続することができる。

ステップＳ３６又はステップＳ３７において設定される重みは、予め定めた固定値であってもよいが、ステップＳ３５の比較により得られる偏差の大小関係に応じて可変に設定することも可能である。このようにすれば、異常が軽微な方をより重視した演算が行われる。

以上の重み付け処理を終えたＥＣＵ１０は、図７のフローチャートに処理を戻し、操舵トルクを演算し（ステップＳ１７）、アシスト量を演算し（ステップＳ１８）、アシスト量の演算結果に基づいてモータ５を駆動して操舵補助を実行する（ステップＳ１９）。ステップＳ１７における操舵トルクの演算は、図４に示すフローチャートのステップＳ３における操舵トルクの演算と同様に実施される。またステップＳ１８におけるアシスト量の演算は、同じくステップＳ３における操舵トルクの演算と同様に実施される。このとき、重み付け処理（Ｓ１６）において決定された重みは、モード判定処理（Ｓ１５）において決定された重みと共に使用され、更に、モード判定処理（Ｓ１５）において決定された出力制限が実行される。

また重み付け処理（Ｓ１６）を実行する結果、メイン・サブのセンサ出力がモードＭ３であった場合には、ステップＳ１４において算出した推定操舵トルクが操舵トルクとして設定される。この場合には、ステップＳ１７において算出される操舵トルクは、前述の如く算出された推定操舵トルクとなり、この推定操舵トルクを用いたアシスト量の演算がなされ、この演算結果に基づく操舵補助が実行される。

第１の実施の形態においては、メイン・サブのセンサ出力がモードＭ３であった場合、操舵補助が行われないが、この場合においても第２の実施の形態においては、推定操舵トルクを用いて操舵補助制御を継続することができ、急な異常発生に伴って操舵感が急変することを防止することができる。但し、この制御は、精度が補償されない推定操舵トルクに基づく補助的な制御であるため、警告表示（表示灯の点灯、音声アナウンス等）を行うことで、運転者に異常の発生を報知するのが望ましい。

５ モータ、９ トルクセンサ、10 ＥＣＵ（制御装置）、11 車速センサ、12 舵角センサ、13 横Ｇセンサ、14 ヨーレートセンサ

Claims (11)

1. 操舵トルクに基づいてモータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
   前記操舵トルクの変化に応じて一定の相互関係のある２つの出力特性をそれぞれ示す一対のセンサ素子を含むトルクセンサと、
   前記一対のセンサ素子の出力に基づいてそれぞれの出力に対する重み付けと出力制限とを設定し、設定した重み付けに基づいて操舵トルクを演算するとともに、設定した出力制限に基づいて操舵補助のための出力を制限する制御装置と
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御装置は、前記一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクが同方向で、かつ、それらの偏差が過大なときは、トルクの小さな方について、トルクの大きな方より重み付けを大きくする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御装置は、前記一対のセンサ素子のうち少なくとも一方の出力が急激に変化しているときは、出力の変化が少ない方について、重み付けを大きくする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記制御装置は、前記一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクが逆方向で、かつ、それらの偏差が過大なときは、操舵補助を行わない請求項１乃至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. 前記制御装置は、前記一対のセンサ素子における一方の出力が、取り得る出力範囲外であるとき、信頼度を０とするが、前記出力制限には０以外の所定値を与える請求項１乃至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. 前記制御装置は、車速、舵角及びヨーレートに基づいて推定操舵トルクを算出し、算出された推定操舵トルクに基づいて前記一対のセンサ素子の出力に対する重み付けを設定する請求項１乃至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。
7. 前記制御装置は、前記一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクと、前記推定操舵トルクとの偏差を求め、偏差の小さな方について、偏差の大きな方より重み付けを大きくする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記制御装置は、前記一対のセンサ素子の出力に基づいて検出される２つのトルクが逆方向で、かつ、それらの偏差が過大なときには、前記推定操舵トルクに基づいて操舵補助を実行する請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ヨーレートは、車速及び舵角の検出値に基づいて演算される推定ヨーレートである請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記ヨーレートは、車速及び横加速度の検出値に基づいて演算される推定ヨーレートである請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記ヨーレートは、ヨーレートセンサにより検出した実ヨーレートである請求項６乃至８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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