JP2010241165A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな逆入力が働いた場合には、電動モータの回転速度の増加を抑制して、ステアリングシャフトに加わる衝撃を低減する。
【解決手段】ｄ軸電流演算部は、逆入力操舵異常の判定信号と高回転異常の判定信号とを読み込みＳ３２、両方の判定信号が正常信号である場合には、弱め界磁制御を行うためのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出するＳ３５。また、判定信号のうち何れか一方でも異常検出信号であれば、回転抑制制御を行うためのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出するＳ３７。この場合、回転速度ωが増加するにしたがって強め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。
【選択図】図９

Description

本発明は、運転者の操舵操作に基づいて電動モータを駆動制御して操舵アシストトルクを発生する電動パワー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は、運転者が行った操舵操作に基づいて目標アシストトルクを設定し、この目標アシストトルクがステアリング機構に付与されるように電動モータの通電量を制御する。電動モータとして３相ブラシレスモータを使用した電動パワーステアリング装置も知られている。３相ブラシレスモータを使用した場合、一般に、２相回転磁束座標系（ｄ−ｑ座標系）で記述されるベクトル制御を用いて電動モータの通電が制御される。こうした電動モータの通電は、マイクロコンピュータを備えたアシストＥＣＵにより制御される。

アシストＥＣＵは、電動モータをベクトル制御によって駆動する場合、例えば、運転者がハンドルに入力した操舵トルクと車速とに基づいて目標アシストトルクを設定し、この目標アシストトルクを発生させるためのｑ軸電流指令値を算出する。同時に、電動モータの回転速度に応じた弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値を算出する。ｄ軸電流指令値は、電動モータが高速で回転しやすいように、回転速度の増加にしたがって弱め界磁制御電流が増加するように算出される。アシストＥＣＵは、電動モータに流れる実電流を検出してｄ−ｑ座標系の電流に変換し、実ｑ軸電流値がｑ軸電流指令値と等しくなるように、かつ、実ｄ軸電流値がｄ軸電流指令値と等しくなるように電流フィードバック制御を行う。こうした、ｄ−ｑ座標系で記述されるベクトル制御によって電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置は、例えば、特許文献１に提案されている。

国際公開ＷＯ２００６−０９８５１６号

車両の走行中において、例えば、前輪タイヤが縁石に衝突したケースなど、タイヤからステアリング機構に大きな力が加わった場合には、操舵輪が転舵しラックバーに大きな軸力が働く。これにより、ラックバーが軸方向に移動するとともに、ラックバーに連結されたステアリングシャフトが回転する。このようにタイヤからステアリング機構に逆入力が働いて運転者の意志に反して操舵されてしまう状態を、本明細書においては逆入力操舵異常状態と呼ぶ。逆入力が大きい場合には、ラックバーの先端に設けたラックエンド部材が、ラックハウジングに形成されたストッパに衝突し、ステアリング機構に大きな衝撃力が働く。

こうした逆入力操舵異常状態においては、電動モータも一緒に回転するが、逆入力が大きい場合には、電動モータの回転速度が非常に大きくなるため、回転速度の増加に伴って弱め界磁制御電流が増加し、電動モータの回転速度の増加を助長してしまう。また、アシストＥＣＵは、モータ回転角センサの出力する信号に基づいてモータ回転角を検出し、この回転角に基づいて電動モータの通電を制御するが、モータ回転速度が大きくなりすぎると、モータ回転角センサの出力する信号のサンプリングが間に合わなくなる。

例えば、モータ回転角センサとしてレゾルバを使った場合、センサ出力信号はモータ電気角に応じた鋸歯形状の信号となるが、モータ回転速度が大きくなりすぎると、アシストＥＣＵ側のサンプリング間隔が鋸歯形状信号の１周波分を越えてしまう。このため、センサ信号からモータ回転角を適正に検出できなくなり、制御上における回転角と実際の回転角とにずれが生じ、ｄ−ｑ座標系に位相遅れが発生する。この位相遅れにより、図１４に示すように、弱め界磁制御電流となるｄ軸電流成分が大きくなってしまい、電動モータの回転速度が更に大きくなる。このように、大きな逆入力が働いた場合には、電動モータを適正に制御することができなくなる。

このため、ラックエンド部材とストッパとの衝突エネルギーが増大し、ステアリング機構、特に、ステアリングシャフトに大きな衝撃力が働くことになる。従って、ステアリングシャフトの強度を上げる必要が生じる。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、大きな逆入力が働いた場合には、電動モータの回転速度の増加を抑制して、ステアリングシャフトに加わる衝撃を低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生する電動モータと、操舵ハンドルに連結されたステアリングシャフトに働く操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記電動モータの回転方向をｑ軸とするとともに前記回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系を用いて、前記操舵トルク検出手段により検出した操舵トルクに基づいてトルク発生用のｑ軸電流指令値を算出し、前記回転速度検出手段により検出した回転速度に基づいて弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値を算出するモータ電流指令値算出手段と、前記算出された電流指令値にしたがって前記電動モータを駆動するモータ駆動制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態、および、前記電動モータの回転速度が異常高速回転となる高回転異常状態の少なくとも一方の異常状態を検出する異常状態検出手段を備え、前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常状態検出手段により異常状態が検出されていない状況においては、前記回転速度検出手段により検出される回転速度の増加に伴って弱め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値を算出する正常時モードを選択し、前記異常状態検出手段により異常状態が検出されている状況においては、前記正常時モードに比べて弱め界磁制御電流が少なくなるようにｄ軸電流指令値を算出する異常時モードを選択する制御モード切替手段を備えたことにある。

本発明においては、モータ電流指令値算出手段が、電動モータの回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向（界磁方向）をｄ軸とする２相回転磁束座標系（ｄ−ｑ軸座標系）を用いて、操舵トルク検出手段により検出した操舵トルクに基づいてトルク発生用のｑ軸電流指令値を算出し、回転速度検出手段により検出した電動モータの回転速度に基づいて弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値を算出する。つまり、操舵トルクの増加に伴って大きくなるｑ軸電流指令値を算出し、電動モータの回転速度の増加に伴って弱め界磁を大きくするｄ軸電流指令値を算出する。そして、モータ駆動制御手段が、この算出された両電流指令値にしたがって電動モータを駆動する。

車両の走行中において、例えば、前輪タイヤが縁石に衝突したケースなどで逆入力が加わった場合、運転者の意志に反して操舵されてしまう。この場合、電動モータもそれに合わせて回転するが、逆入力が大きいとその回転速度が非常に大きくなり、弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値が増大して電動モータの回転速度増加を助長してしまう。そこで、本発明においては、異常状態検出手段が、タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態、および、電動モータの回転速度が異常高速回転となる高回転異常状態の少なくとも一方の異常状態を検出し、この異常状態が検出されているときに、モータ電流指令値算出手段が、電動モータの回転速度増加を抑制するように電流指令値を演算する。

強い逆入力が働いた場合には、直接的にモータ回転速度を検出しなくても、電動モータの回転速度が異常高速回転となることを推定あるいは予測することができる。そこで、異常状態検出手段は、タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態、および、電動モータの回転速度が異常高速回転となる高回転異常状態の少なくとも一方の異常状態を検出する。

モータ電流指令値算出手段は、こうした電動モータの異常高速回転を抑制するために、電動モータの制御モードを切り替える制御モード切替手段を備えている。制御モード切替手段は、異常状態が検出されていない状況においては正常時モードを選択し、異常状態が検出されている状況においては異常時モードを選択する。正常時モードにおいては、回転速度検出手段により検出される回転速度の増加に伴って弱め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値が算出される。従って、ｄ軸電流が界磁を弱める方向に作用して電動モータの回転により発生する逆起電力を抑えるため、電動モータを高速で回転させることができる。

一方、異常時モードにおいては、正常時モードに比べて弱め界磁制御電流が少なくなるようにｄ軸電流指令値を算出する。従って、正常時モードに比べて逆起電力が多く発生し、電動モータの回転に制動力を与える。この結果、電動モータの回転速度の異常上昇を抑制することができる。これにより、タイヤから逆入力が働いた場合でも、電動モータを適正に制御できるようになり、ステアリング機構に働く衝撃力を低減しステアリング機構を保護することができる。

本発明の他の特徴は、前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常時モードにおいて、前記弱め界磁制御電流を流さないｄ軸電流指令値を算出することにある。

本発明によれば、異常時モードにおいて弱め界磁制御電流を流さないため、電動モータの回転に確実に制動力を加えることができる。

本発明の他の特徴は、前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常時モードにおいて、前記弱め界磁制御電流に代えて強め界磁制御電流を流すｄ軸指令電流値を算出することにある。

本発明によれば、異常時モードにおいて、弱め界磁制御電流に代えて強め界磁制御電流を流すため、更に制動力を増すことができる。

本発明の他の特徴は、前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常時モードにおいて、前記回転速度検出手段により検出される回転速度の増加に伴って強め界磁制御電流が増加するようにｄ軸指令電流値を算出することにある。

本発明によれば、異常時モードにおいて、回転速度検出手段により検出される回転速度の増加に伴って強め界磁制御電流が増加するため、異常回転速度に応じた適切な大きさで制動力を加えることができる。

本発明の他の特徴は、前記異常状態検出手段は、タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態であるか否かを判定する逆入力操舵異常判定手段と、前記回転速度検出手段により検出される回転速度が予め設定した異常判定用速度を超える高回転異常状態であるか否かを判定する高回転異常判定手段とを備え、前記制御モード切替手段は、前記逆入力操舵異常判定手段あるいは前記高回転異常判定手段の何れか一方でも異常状態を検出したときには前記異常時モードを選択することにある。

本発明によれば、タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態、あるいは、電動モータの回転速度が異常判定用速度を超える高回転異常状態の何れか一方でも検出されたときには、異常時モードが選択される。従って、電動モータの回転異常を確実に検出することができる。

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構成図である。 アシストＥＣＵのマイクロコンピュータの処理を表す機能ブロック図である。 基本アシストトルクテーブルを表すグラフである。 弱め界磁制御電流テーブルを表すグラフである。 モータ電流の指令値をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とに分解したベクトル図である。 モータ電流の指令値をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とに分解したベクトル図である。 逆入力操舵異常判定ルーチンを表すフローチャートである。 異常高速回転判定ルーチンを表すフローチャートである。 ｄ軸電流指令値算出ルーチンを表すフローチャートである。 回転抑制制御電流テーブルを表すグラフである。 ｑ軸電流指令値算出ルーチンを表すフローチャートである。 モータ電流の指令値をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とに分解したベクトル図である。 異常時における回転速度の推移を表すグラフであり、実線が回転抑制制御を行った場合の推移を表し、破線が弱め界磁制御を行った場合の推移を表す。 ｑ軸電流の位相遅れを説明するベクトル図である。

以下、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について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る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の操舵操作により操舵輪である左前輪Ｗflと右前輪Ｗfrとを転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、電動モータ２０の作動を制御する電子制御装置１００とを主要部として備えている。以下、電子制御装置１００をアシストＥＣＵ１００と呼ぶ。

ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回動操作に連動したステアリングシャフト１２の軸線周りの回転をラックアンドピニオン機構１３によりラックバー１４の左右方向のストローク運動に変換して、このラックバー１４のストローク運動により左前輪Ｗflと右前輪Ｗfrとを転舵するようになっている。ステアリングシャフト１２は、操舵ハンドル１１を上端に連結したメインシャフト１２ａと、ラックアンドピニオン機構１３と連結されるピニオンシャフト１２ｃと、メインシャフト１２ａとピニオンシャフト１２ｃとをユニバーサルジョイント１２ｄ，１２ｅを介して連結するインターミディエイトシャフト１２ｂとから構成される。

ラックバー１４は、ギヤ部１４ａがラックハウジング１５内に収納され、その左右両端がラックハウジング１５から露出してタイロッド１６と連結される。左右のタイロッド１６の他端は、左右前輪Ｗfl，Ｗfrに設けられたナックル１７に接続される。ラックバー１４のタイロッド１６との連結部には、ラックエンド部材１８が設けられている。一方、ラックハウジング１５の両端には、ストッパ部１５ａが形成されている。ラックバー１４は、ラックエンド部材１８とストッパ部１５ａとの当接により、その左右のストローク移動範囲が機械的に制限される。以下、ラックバー１４がストッパ部１５ａにより移動制限される位置をストロークエンドと呼ぶ。また、左前輪Ｗflと右前輪Ｗfrとを単に操舵輪Ｗと呼ぶ。

ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）には減速ギヤ１９を介して電動モータ２０が組み付けられている。電動モータ２０は、例えば、３相同期式永久磁石モータ（ブラシレスモータ）が使用される。電動モータ２０は、ハウジング内に固定されたステータを備え、ステータに巻かれたコイルに３相電流を流すことにより３相回転磁界を形成し、この３相回転磁界内を永久磁石を固着したロータが３相電流に応じて回転するものである。電動モータ２０は、ロータの回転により減速ギヤ１９を介してステアリングシャフト１２をその中心軸周りに回転駆動して、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシストトルクを付与する。

電動モータ２０には、回転角センサ２１が設けられる。この回転角センサ２１は、例えば、レゾルバにより構成され、電動モータ２０のロータの回転角度の変化に伴って鋸歯形状に変化する信号を出力する。本実施形態においては、回転角センサ２１は、電動モータ２０の電気角の１周期（２π）に対して１周波となる鋸歯形状の信号を出力する。この回転角センサ２１から出力される検出信号は、電動モータ２０の回転角θ（電気角に対応する）および回転速度（角速度）ωの計算に利用される。

また、電動モータ２０とステアリングシャフト１２とが減速ギヤ１９を介して連結されていることから、電動モータ２０の回転角θは、操舵ハンドル１１の操舵角に対応したものとなる。そこで本実施形態においては、回転角θは、操舵角の計算に共通して用いられる。操舵角の検出は、操舵ハンドル１１が中立位置（操舵輪Ｗが直進方向を向く位置）となる電動モータ２０の回転位置を原点位置として予め記憶しておき、この原点位置からの回転角を検出することにより行われる。以下、電動モータ２０の回転角θから検出される操舵角を操舵角θｈと呼ぶ。操舵角θｈは、中立位置に対して右方向の操舵角を正の値で、中立位置に対して左方向の操舵角を負の値で表すことにする。また、電動モータ２０の回転速度ωは、電動モータ２０の回転角θの単位時間当たりの変化量から算出される。この回転速度ωは、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作する操舵速度に比例したものとなる。回転速度ωは、操舵ハンドル１１が右方向に回転するときの回転速度を正の値で、操舵ハンドル１１が左方向に回転するときの回転速度を負の値で表すことにする。また、操舵角θｈや回転速度ωの大きさを論じる場合には、その絶対値を用いる。

ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）には、操舵ハンドル１１と減速ギヤ１９との間に操舵トルクセンサ２２が設けられている。操舵トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１２（メインシャフト１２ａ）に介装されているトーションバー（図示略）に働いた捩り力を、操舵ハンドル１１に付与された操舵トルクＴとして検出する。例えば、トーションバーの両端にレゾルバを設け、この２つのレゾルバにより検出される回転角度の差に基づいて操舵トルクＴを検出する。

尚、操舵トルクＴは、ステアリングシャフト１２に右回転方向に働くトルク（トーションバーの上部が下部に対して相対的に右回転位置となる捩り状態でのトルク）を正の値で、左回転方向に働くトルク（トーションバーの上部が下部に対して相対的に左回転位置となる捩り状態でのトルク）を負の値で表すことにする。また、操舵トルクＴの大きさについて論じる場合には、その絶対値を用いる。

モータ駆動回路３０は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor Ｆield Ｅffect Ｔransistor）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、第３スイッチング素子３３，第５スイッチング素子３５を並列に設けた上アーム回路と、第２スイッチング素子３２、第４スイッチング素子３４，第６スイッチング素子３６を並列に設けた下アーム回路とを直列接続し、上下のアーム回路の間から電動モータ２０への電力供給ライン３７を引き出した構成を採用している。

モータ駆動回路３０には、電動モータ２０に流れる電流を検出する電流センサ３８が設けられる。この電流センサ３８は、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）ごとに流れる電流をそれぞれ検出し、その検出した電流値に対応した検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。以下、この測定された３相の電流値をモータ電流Ｉuvwと総称する。

モータ駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６は、それぞれゲートがアシストＥＣＵ１００に接続され、アシストＥＣＵ１００から出力される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。

アシストＥＣＵ１００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る。アシストＥＣＵ１００は、回転角センサ２１、操舵トルクセンサ２２、電流センサ３８、および、車速ｖを検出する車速センサ２５を接続し、それらの出力する検出信号を入力する。そして、入力した検出信号に基づいて、運転者の操舵操作に応じた最適な操舵アシストトルクが得られるように電流指令値を算出し、その電流指令値で表される電流が電動モータ２０に流れるようにモータ駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６のデューティ比を制御する。この電動モータ２０の駆動制御にあたっては、２相回転磁束座標系（ｄ−ｑ座標系）で記述されるベクトル制御が用いられる。電動モータ２０の駆動制御については後述する。

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は、車載電源装置８０から電源供給される。車載電源装置８０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８１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８２とを並列接続して構成される。車載電源装置８０には、電源供給元ライン８３と接地ライン８４が接続される。電源供給元ライン８３は、制御系電源ライン８５と駆動系電源ライン８６とに分岐する。制御系電源ライン８５は、アシストＥＣＵ１００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８６は、モータ駆動回路３０とアシストＥＣＵ１００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８５には、イグニッションスイッチ８７が接続される。駆動系電源ライン８６には、主電源リレー８８が接続される。この主電源リレー８８は、アシストＥＣＵ１００からのオン信号により接点を閉じて電動モータ２０への電力供給回路を形成し、オフ信号により接点を開いて電動モータ２０への電力供給回路を遮断するものである。制御系電源ライン８５は、アシストＥＣＵ１００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８７よりも負荷側（アシストＥＣＵ１００側）においてダイオード８９を備えている。このダイオード８９は、カソードをアシストＥＣＵ１００側、アノードを車載電源装置８０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８６には、主電源リレー８８よりも負荷側において制御系電源ライン８５と接続する連結ライン９０が分岐して設けられる。この連結ライン９０は、制御系電源ライン８５におけるダイオード８９の接続位置よりもアシストＥＣＵ１００側に接続される。また、連結ライン９０には、ダイオード９１が接続される。このダイオード９１は、カソードを制御系電源ライン８５側に向け、アノードを駆動系電源ライン８６側に向けて設けられる。従って、連結ライン９１を介して駆動系電源ライン８６から制御系電源ライン８５には電源供給できるが、制御系電源ライン８５から駆動系電源ライン８６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８６および接地ライン８４は、モータ駆動回路３０の電源入力部に接続される。また、接地ライン８４は、アシストＥＣＵ１００の接地端子にも接続される。

次に、アシストＥＣＵ１００の機能について図２を用いて説明する。図２は、アシストＥＣＵ１００のマイクロコンピュータのプログラム制御により処理される機能を表す機能ブロック図である。

アシストＥＣＵ１００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相回転磁束座標系（ｄ−ｑ座標系）で記述されるベクトル制御によって電動モータ２０の回転を制御する。ｑ軸およびｄ軸について、表現方法を換えると、ｄ軸が界磁方向であり、ｑ軸がそれに直交する方向である。従って、ｑ軸電流は、電動モータ２０にトルクを発生させるように作用し、ｄ軸電流は、電動モータ２０にトルクを発生させるようには作用しなく界磁磁束を変化させるように作用する。

アシストＥＣＵ１００は、電流指令部１０１を備えている。電流指令部１０１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算するｑ軸電流演算部１０１ｑと、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算するｄ軸電流演算部１０１ｄとを備えている。電流指令部１０１は、後述する異常状態判定部１１０から出力される２つの異常判定信号を入力し、異常判定信号が逆入力操舵異常状態あるいは高回転異常状態を表す異常検出信号である場合と、逆入力操舵異常状態あるいは高回転異常状態が検出されていないことを表す正常信号である場合とで、電動モータ２０の制御モードを切り替える機能を備えている。

ここでは、アシストＥＣＵ１００の全体的な機能を先に説明するために、異常状態が検出されていないときの制御モード、つまり、正常時モードを例に各機能部の処理について説明する。

ｑ軸電流演算部１０１ｑは、車速ｖ、操舵トルクＴ、回転角θ、回転速度ωを表す検出信号、及び、異常状態判定部１１０から出力される異常判定信号を入力する。ｑ軸電流演算部１０１ｑは、異常状態判定部１１０から出力される異常判定信号が正常信号である場合、操舵トルクセンサ２２から出力される操舵トルクＴ及び車速センサ２５から出力される車速ｖを入力して、図３に示す基本アシストトルクテーブルを参照することにより基本アシストトルクＴasを計算する。基本アシストトルクＴasは、操舵トルクＴの増加にしたがって増加するとともに車速ｖの増加にしたがって減少するように設定されている。この基本アシストトルクテーブルは、例えば、ＲＯＭ等の記憶素子に予め記憶されている。尚、図３においては、右方向に操舵したときの基本アシストトルクテーブルを表しているが、左方向に操舵した場合は、基本アシストトルクＴasの方向が反対方向となるだけで、その大きさ(絶対値）は同じである。また、本実施形態では、基本アシストトルクＴasを基本アシストトルクテーブルを用いて計算するようにしているが、基本アシストトルクテーブルに代えて操舵トルクＴおよび車速ｖに応じて変化する基本アシストトルクＴasを定義した関数を用意しておき、この関数を用いて基本アシストトルクＴasを計算するようにしてもよい。

また、ｑ軸電流演算部１０１ｑは、後述する回転角変換部１０４により検出された回転角θを入力し、この回転角θを舵角中立位置を基準とした角度に変換した操舵ハンドル１１の操舵角θｈを算出するとともに、後述する回転速度変換部１０７により検出された電動モータ２０のロータの回転速度（角速度）ωを入力する。そして、操舵角θｈと回転速度ωとを使って基本アシストトルクＴasに対する補償値Ｔｃを計算する。補償値Ｔｃは、例えば、操舵角θｈに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の中立位置への復帰力と回転速度ωに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクとの和として計算される。ｑ軸電流演算部１０１ｑは、計算した基本アシストトルクＴasと補償値Ｔｃの和を目標アシストトルクＴ＊として設定し、この目標アシストトルクＴ＊をトルク定数で除算することにより、ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。

一方、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、回転速度変換部１０７により検出された電動モータ２０のロータの回転速度（角速度）ωと、異常状態判定部１１０から出力される異常判定信号を入力する。ｄ軸電流演算部１０１ｄは、異常状態判定部１１０から出力される異常判定信号が正常信号である場合、図４に示す弱め界磁制御電流テーブルを参照することにより弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。本実施形態においては、ｄ軸電流を弱め界磁制御用と強め界磁制御用との両方に使い分ける。そして、弱め界磁制御電流として通電する場合のｄ軸電流を負の値で表し、強め界磁制御電流として通電する場合のｄ軸電流を正の値で表す。

弱め界磁制御電流テーブルは、回転速度ωに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定したもので、回転速度ωが設定値ω１以下であれば、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロ（Ｉｄ＊＝０）に設定し、回転速度ωの大きさが設定値ω１を越える場合には、回転速度ωの増加にしたがってｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加するように設定する。また、回転速度ωの大きさが設定値ω２を越える範囲においては、一定の大きなｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が設定される。このｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、回転速度ωの増加に伴ってｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加するように設定されるものであれば、この弱め界磁制御電流テーブルで示す特性に限らず、任意の特性を使って算出することができる。また、弱め界磁制御電流テーブルに代えて、回転速度ωに応じて変化するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を定義した関数を用意しておき、この関数を用いてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を計算するようにしてもよい。

尚、本明細書において検出値や計算値（θｈ、ω、Ｔ、Ｉｑ＊、Ｉｄ＊）の大きさを論じる場合には、その値は、方向（正負）を区別しない絶対値を表すものとする。

図５，図６は、モータ電流の指令値を、トルクに対応したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、磁束に対応したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とに分解したベクトル図である。図５、回転速度ωの大きさが設定値ω１を越える場合の例であり、図６は、回転速度ωの大きさが設定値ω１以下となる場合の例である。

このように計算されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とは、フィードバック制御部１０２に出力される。フィードバック制御部１０２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸実電流値Ｉｑを減算した偏差ΔＩｑを算出し、この偏差ΔＩｑを使った比例積分制御によりｑ軸実電流値Ｉｑがｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に追従するようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を計算する。同様に、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸実電流値Ｉｄを減算した偏差ΔＩｄを算出し、この偏差ΔＩｄを使った比例積分制御によりｄ軸実電流値Ｉｄがｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に追従するようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を計算する。

ｑ軸実電流値Ｉｑおよびｄ軸実電流値Ｉｄは、電動モータ２０のコイルに実際に流れた３相電流の検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ−ｑ座標系の２相電流に変換したものである。この３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwからｄ−ｑ座標系の２相電流Ｉｄ，Ｉｑへの変換は、３相／２相変換部１０３によって行われる。３相／２相変換部１０３は、回転角変換部１０４から出力される回転角θ（電気角に対応する）を入力し、その回転角θに基づいて、電流センサ３８から出力される３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ−ｑ座標系の２相電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。回転角変換部１０４は、回転角センサ２１が出力する鋸歯形状の信号を所定のサンプリング周期で読み取ることにより電動モータ２０の回転角θを計算する。

また、回転角変換部１０４が出力する回転角θは、回転速度変換部１０７に入力される。回転速度変換部１０７は、入力した回転角θを時間で微分して（例えば、単位時間あたりの回転角θの変化量から）電動モータ２０の回転速度ωを算出し、算出した回転速度ωを電流指令部１０１および異常状態判定部１１０に出力する。

フィードバック制御部１０２により算出されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、２相／３相座標変換部１０５に出力される。２相／３相座標変換部１０５は、回転角変換部１０４から出力される回転角θに基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、その変換した３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ信号発生部１０６に出力する。ＰＷＭ信号発生部１０６は、３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路３０のスイッチング素子３１〜３６に出力する。これにより電動モータ２０が駆動され、目標アシストトルクＴ＊に追従した操舵アシストトルクがステアリング機構１０に付与される。また、電動モータ２０が高速回転する場合には、弱め界磁制御電流として作用するｄ軸電流が流れるため、逆起電力の発生が抑制され、電動モータ２０が良好に回転する。従って、運転者が操舵ハンドル１１を速く回動操作しても、電動モータ２０の回転が良好に追従するため、ハンドル操作に引っ掛かりを感じさせない。

ところで、前輪タイヤが縁石に衝突したケースのように、ステアリング機構１０に強い逆入力が働くと、操舵輪Ｗが転舵されラックバー１４が軸方向に移動する。これにより、ラックバー１４の軸方向の運動エネルギーがラックアンドピニオン機構１３を介してステアリングシャフト１２に伝達され、ステアリングシャフト１２が回転する。また、ステアリングシャフト１２の回転により、電動モータ２０のロータが同方向に回されることとなる。そして、ラックバー１４がストロークエンドに達して、ラックバー１４の両端に設けたラックエンド部材１８の一方が、ラックハウジング１５のストッパ部１５ａに衝突する。以下、この衝突をストロークエンド衝突と呼ぶ。

ストロークエンド衝突が起きると、ステアリングシャフト１２の出力側の回転はラックバー１４の停止により規制されるが、ステアリングシャフト１２の入力側は、開放されているためハンドル慣性トルクとモータ慣性トルクとにより更に回転する。このため、ストロークエンド衝突時には、ステアリングシャフト１２における減速ギヤ１９より出力側が捩られて大きな衝撃が加わる。特に、本実施形態のように、ステアリングシャフト１２に減速ギヤ１９を介して電動モータ２０を連結しているコラムアシスト方式においては、電動モータ２０の慣性トルクが大きく影響するため衝撃が大きい。従って、ステアリングシャフト１２の強度（インターミディエイトシャフト１２ｂ、ピニオンシャフト１２ｃ、および、それらを連結するユニバーサルジョイント１２ｄ，１２ｅの強度）を高くする必要がある。

また、このような逆入力操舵異常状態においては、非常に速い速度で操舵輪Ｗが転舵されることから電動モータ２０もそれに比例して高速回転する。このため、弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増大して電動モータ２０の回転速度増加を助長してしまう。また、これに伴って、回転角変換部１０４が回転角θを正確に検出できる回転速度範囲を超えてしまうこともある。つまり、回転角変換部１０４において回転角センサ２１の出力する信号のサンプリングが間に合わなくなる。この場合には、制御上における回転角が実際の回転角よりも少なく計算されてｄ−ｑ座標系に位相遅れが発生する。この位相遅れにより、弱め界磁制御電流となるｄ軸電流が大きくなってしまい、電動モータ２０の回転速度が更に大きくなる。このため、ストロークエンド衝突が一層強いものとなる。

そこで、本実施形態においては、逆入力操舵異常状態、あるいは、逆入力により電動モータ２０が通常の運転操作ではあり得ないような速さで回転する高回転異常状態を検出する異常状態判定部１１０を備える。そして、異常状態判定部１１０において異常状態を検出したときに、電流指令部１０１に異常検出信号を出力して、制御モードを切り替えるようにしている。

異常状態判定部１１０は、逆入力判定部１１１と高速回転判定部１１２とを備えている。まず、逆入力判定部１１１について説明する。逆入力判定部１１１は、タイヤからステアリング機構１０に逆入力が働いて運転者の意志に反して操舵されてしまう逆入力操舵異常状態になっているか否かを判定する機能部である。この逆入力操舵異常状態は、セルフアライニングトルクのように運転者が保舵できるような弱い外力が働く状態を含むものではない。

逆入力判定部１１１は、図７に示す逆入力操舵異常判定ルーチンにしたがって逆入力操舵異常状態を判定する。逆入力操舵異常判定ルーチンは、アシストＥＣＵ１００の制御プログラムの一部としてＲＯＭ内に記憶され、イグニッションスイッチ８７がオンしている期間、所定の短い周期で繰り返される。

逆入力操舵異常判定ルーチンが起動すると、逆入力判定部１１１は、ステップＳ１１において、操舵トルクセンサ２２から出力される操舵トルクＴ、回転角変換部１０４から出力される回転角θ、回転速度変換部１０７から出力される回転速度ωを読み込む。続いて、ステップＳ１２において、操舵トルクＴの表す符号と、回転速度ωの表す符号とが一致していないか否かを判断する。図中において、sign（Ｔ）は、操舵トルクＴの符号、つまり操舵トルクＴの働く方向を表す。また、sign（ω）は、回転速度ωの符号、つまり、電動モータ２０の回転方向（操舵ハンドル１１の回転方向に対応する）を表す。そして、sign（Ｔ）×sign（ω）は、両者の符号が同じであるか否かを判定する式であり、両者の符号が同じであれば判定結果が正の値をとり、両者の符号が異なっていれば判定結果が負の値をとる。

逆入力が発生して操舵ハンドル１１が回されてしまう場合には、操舵トルクＴの方向と、操舵ハンドル１１の回転方向である電動モータ２０の回転方向とは互いに反対方向となる。例えば、前輪タイヤが縁石に衝突して操舵輪Ｗが左方向に転舵した場合、操舵ハンドル１１はステアリング機構１０を介して左方向に回転するが、操舵トルクＴは右方向として検出される。従って、ステップＳ１２において、両者の符号が同じであると判定した場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、ステップＳ１３において、逆入力操舵異常状態ではないと判定する。この場合、逆入力判定部１１１は、電流指令部１０１のｑ軸電流演算部１０１ｑとｄ軸電流演算部１０１ｄと対して、逆入力操舵異常の判定信号として正常信号を出力する。

一方、逆入力判定部１１１は、ステップＳ１２において、操舵トルクＴの方向と電動モータ２０の回転方向とが相違すると判定した場合には、更に、ステップＳ１４において、回転角θから舵角中立位置を基準とした操舵角θｈを算出し、この操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が増大しているか否かを判断する。つまり、操舵ハンドル１１が中立位置から遠ざかる方向に回転しているか否かを判断する。操舵トルクＴの方向と電動モータ２０の回転方向とが相違するケースとしては、逆入力が働いて異常操舵されているケースと、運転者がセルフアライニングトルクを利用して操舵ハンドル１１を戻しているケースとの２つが考えられる。操舵ハンドル１１の戻し状態であれば、操舵角θｈは中立位置に近づく方向に変化するため、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜は減少する。

そこで、逆入力判定部１１１は、操舵ハンドル１１が中立位置に向かう戻し状態であれば（Ｓ１４：Ｎｏ）、その処理を上記ステップＳ１３に進めて、逆入力操舵異常状態ではないと判定し、逆入力操舵異常の判定信号として正常信号を出力する。

また、操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜が増大している場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１５において逆入力操舵異常状態であると判定する。この場合、逆入力判定部１１１は、電流指令部１０１のｑ軸電流演算部１０１ｑとｄ軸電流演算部１０１ｄと対して、逆入力操舵異常の判定信号として異常検出信号を出力する。

逆入力判定部１１１は、ステップＳ１３あるいはステップＳ１５において逆入力操舵異常の判定信号を出力すると、逆入力操舵異常判定ルーチをいったん終了する。そして、所定の短い周期で逆入力操舵異常判定ルーチを繰り返し実行する。

次に、高速回転判定部１１２の処理について説明する。図８は、高速回転判定部１１２の実行する異常高速回転判定ルーチンを表すフローチャートである。異常高速回転判定ルーチンは、アシストＥＣＵ１００の制御プログラムの一部としてＲＯＭ内に記憶され、イグニッションスイッチ８７がオンしている期間、所定の短い周期で繰り返される。

異常高速回転判定ルーチンが起動すると、高速回転判定部１１２は、ステップＳ２１において、回転速度変換部１０７から出力される回転速度ωを読み込む。続いて、ステップＳ２２において、回転速度ωが予め設定した異常判定用速度Ａを越えているか否かを判断する。逆入力操舵異常時においては、電動モータ２０が通常時では検出されない異常な速さで回転する。こうした場合、回転角変換部１０４が回転角θを正確に検出できなくなるほど回転速度が速くなるおそれがある。従って、この異常判定用速度Ａは、回転角変換部１０４が正確に回転角θを検出できる回転速度の範囲内で、かつ、通常時には検出されない高回転速度に設定される。

高速回転判定部１１２は、回転速度ωが異常判定用速度Ａ以下であれば（Ｓ２２：Ｎｏ）、ステップＳ２３において、高回転異常状態ではないと判定する。この場合、高速回転判定部１１２は、電流指令部１０１のｑ軸電流演算部１０１ｑとｄ軸電流演算部１０１ｄと対して、高回転異常の判定信号として正常信号を出力する。

一方、高速回転判定部１１２は、回転速度ωが異常判定用速度Ａを越えていれば（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２４において、高回転異常状態であると判定する。この場合、高速回転判定部１１２は、電流指令部１０１のｑ軸電流演算部１０１ｑとｄ軸電流演算部１０１ｄと対して、高回転異常の判定信号として異常検出信号を出力する。

高速回転判定部１１２は、ステップＳ２３あるいはステップＳ２４において高回転異常の判定信号を出力すると、異常高速回転判定ルーチンをいったん終了する。そして、所定の短い周期で異常高速回転判定ルーチンを繰り返し実行する。

次に、こうした異常判定信号に基づいて制御モードを切り替える電流指令部１０１の処理について説明する。図９は、ｄ軸電流演算部１０１ｄが実行するｄ軸電流指令値算出ルーチンを表す。このｄ軸電流指令値算出ルーチンは、アシストＥＣＵ１００の制御プログラムの一部としてＲＯＭ内に記憶され、イグニッションスイッチ８７がオンしている期間、所定の短い周期で繰り返される。

ｄ軸電流指令値算出ルーチンが起動すると、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップ３１において、フラグＦが「０」に設定されているか否かを判断する。このフラグＦは、後述する異常時モードとしての回転抑制制御が選択されているときに「１」に設定されるもので、本ルーチンの起動時においては、「０」に設定されている。従って、ここでは、「Ｙｅｓ」と判断して、その処理をステップＳ３２に進める。

ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップＳ３２において、異常状態判定部１１０から異常判定信号を読み込む。この場合、逆入力判定部１１１の出力する逆入力操舵異常の判定信号と、高速回転判定部１１２の出力する高回転異常の判定信号とを読み込む。

続いて、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップＳ３３において、逆入力操舵異常の判定信号に基づいて逆入力操舵異常が検出されていないか否かを判断する。逆入力操舵異常の判定信号が正常信号であれば（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、逆入力操舵異常が検出されていないことになる。この場合、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップＳ３４において、高回転異常の判定信号に基づいて高回転異常が検出されていないか否かを判断する。高回転異常の判定信号が正常信号であれば（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、高回転異常が検出されていないことになる。

ｄ軸電流演算部１０１ｄは、異常状態判定部１１０から読み込んだ２つの異常判定信号がともに正常信号である場合には、ステップＳ３５において、正常時モードとしての弱め界磁制御を行うために設定されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。つまり、上述した弱め界磁制御電流テーブル（図４参照）を参照して、回転速度ωに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。従って、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、回転速度ωの増加に伴って増加するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。尚、このステップＳ３５においては、回転速度ωを読み込む処理を含んでいる。

ｄ軸電流演算部１０１ｄは、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をフィードバック制御部１０２に出力してｄ軸電流指令値算出ルーチンをいったん終了する。そして、所定の短い周期でｄ軸電流指令値算出ルーチンを繰り返し実行する。

逆入力操舵異常および高回転異常が検出されていないあいだ（Ｓ３３，Ｓ３４：Ｙｅｓ）は、上述したステップＳ３１〜Ｓ３５の処理が繰り返される。そして、異常状態判定部１１０から読み込んだ異常判定信号が正常信号から異常検出信号に変わると、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、異常時モードに切り換えてステップＳ３６以降の処理を開始する。

車両走行中に前輪タイヤが縁石等に強く衝突して操舵輪Ｗが転舵されると、異常状態判定部１１０は、上述した逆入力操舵異常判定ルーチンおよび異常高速回転判定ルーチンの実行によりそれぞれ異常検出信号を出力する。異常状態判定部１１０における２つの異常判定ルーチンは、判定手法が異なるため、異常検出信号の出力するタイミングが相違する。ｄ軸電流演算部１０１ｄは、逆入力操舵異常の判定信号と高回転異常の判定信号の両方を読み、何れか一方でも正常信号から異常検出信号に変わったときに異常時モードに切り換える。従って、逆入力により操舵輪Ｗが転舵されたときに早い段階で異常時モードに切り換えることができる。

ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップＳ３３あるいはステップＳ３４において、異常判定信号が異常検出信号であることを検出すると、その処理をステップＳ３６に進め、フラグＦを「１」に設定する。

続いて、ステップＳ３７において、異常時モードとしての回転抑制制御を行うために設定されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。この場合、図１０に示す回転抑制制御電流テーブルを参照してｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。回転抑制制御電流テーブルは、予め設定した基準回転速度Ｒから回転速度変換部１０７により検出された回転速度ωを減算した値（Ｒ−ω）と、強め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との対応関係を設定したもので、ＲＯＭ等の記憶素子に記憶されている。基準回転速度Ｒは、通常時においては検出されない非常に速い回転速度に設定されている。回転抑制制御電流テーブルでは、減算値（Ｒ−ω）が小さくなるにしたがって増加する強め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。つまり、回転速度ωの増加に伴って強め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。また、減算値（Ｒ−ω）がＸ以上となる場合、つまり、回転速度ωが（Ｒ−Ｘ）以下となる場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロに設定する。

従って、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、異常時モードにおいては、弱め界磁制御電流を流さないように、かつ、回転速度ωが（Ｒ−Ｘ）を越えるような異常高速回転する場合には、その回転速度ωが増加するにしたがって強め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定する。そして、設定したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をフィードバック制御部１０２に出力する。これにより、正常時モードに比べて逆起電力が増大し、電動モータ２０の回転に対して大きな制動力が働く。尚、このステップＳ３７においても、回転速度ωを読み込む処理を含んでいる。また、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の算出にあたっては、回転抑制制御電流テーブルに代えて、回転速度ωに応じて変化するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を定義した関数を用意しておき、この関数を用いてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を計算するようにしてもよい。

続いて、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップＳ３８において、回転速度ωがゼロにまで低下したか否かを判断する。回転速度ωがゼロでない場合は、そのままｄ軸電流指令値算出ルーチンをいったん終了する。そして、所定の短い周期でｄ軸電流指令値算出ルーチンを繰り返し実行する。この場合、フラグＦが「１」に設定されているため、次のｄ軸電流指令値算出ルーチンの開始時においては、ステップＳ３１の判断が「Ｎｏ」となり、その処理を上述したステップＳ３７に進める。従って、いったん異常モードに切り替わった後は、異常状態判定部１１０が出力する異常判定信号を読み込むことなく、回転抑制制御を行うためのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。

こうした異常時モードにおいては、ステップＳ３８において、回転速度ωがゼロにまで低下したか否かについて繰り返し判断される。回転速度ωがゼロにまで低下しないあいだは、異常判定信号に関わらず異常時モードが継続される。そして、回転速度ωがゼロに達すると、ｄ軸電流演算部１０１ｄは、ステップＳ３９において、フラグＦを「０」にリセットする。従って、その後は、ステップＳ３１の判断が「Ｙｅｓ」となり、異常判定信号に基づいた制御モードが選択されるようになる。

次に、ｑ軸電流演算部１０１ｑにおいて行われる異常判定信号に基づく制御モードの切換処理について説明する。図１１は、ｑ軸電流演算部１０１ｑが実行するｑ軸電流指令値算出ルーチンを表す。このｑ軸電流指令値算出ルーチンは、アシストＥＣＵ１００の制御プログラムの一部としてＲＯＭ内に記憶され、イグニッションスイッチ８７がオンしている期間、所定の短い周期で繰り返される。尚、ｑ軸電流指令値算出ルーチンにおいて、異常判定信号を読み込んで制御モードを切り替える処理に関しては、上述したｄ軸電流指令値算出ルーチン（図９）と同一であるため、同一の処理に関しては、図面にｄ軸電流指令値算出ルーチンのステップ番号と同じステップ番号を付して説明を省略する。

ｑ軸電流演算部１０１ｑは、異常状態判定部１１０の出力する２つの異常判定信号を読み込み（Ｓ３２）、両異常判定信号が正常信号である場合（Ｓ３３，Ｓ３４：Ｙｅｓ）には、ステップＳ４５において、正常時モードとしての操舵アシスト制御を行うために設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。このｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、上述したように、操舵トルクＴと車速ｖとに基づいて算出した基本アシストトルクＴasと、操舵角θｈと回転速度ωとに基づいて算出した補償値Ｔｃとの和を目標アシストトルクＴ＊として設定し、この目標アシストトルクＴ＊をトルク定数Ｋで除算することにより算出される。

一方、異常状態判定部１１０の出力する２つの異常判定信号のうち、一つでも異常検出信号である場合（Ｓ３３，ｏｒ，Ｓ３４：Ｎｏ）には、ステップＳ４７において、異常時モードとしてのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をゼロ（Ｉｑ＊＝０）に設定する。そして、異常時モードに設定した後は、回転速度ωがゼロになるまでｑ軸電流指令値Ｉｑ＊がゼロに維持する。

従って、異常時モードにおいては、モータ電流の指令値は、例えば、図１２に示すように、強め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊となる。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、異常状態判定部１１０により逆入力操舵異常状態と高回転異常状態の何れか一方でも検出されたとき、直ちに電動モータ２０の制御モードを正常時モードから異常時モードに切り換える。そして、異常時モードにおいては、弱め界磁制御電流が流れないように、かつ、回転速度ωが高速であれば、回転速度ωの増加に伴って強め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。また、同時に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をゼロに設定する。この結果、従来のように弱め界磁制御によるモータ回転速度の増加を助長してしまうことがなく、かつ、電動モータ２０の回転に対して制動力を加えるため、図１３に示すように、電動モータ２０の回転速度を回転角検出可能な範囲に維持することができる。このため、ｄ−ｑ座標系に位相遅れが発生しなくなり、異常時モードでの電動モータ２０の制動制御を良好に行うことができる。

従って、ストロークエンドに達する前にラックバー１４の移動速度の上昇を抑えることができ、ストロークエンド衝突時における衝撃を弱めることができる。これにより、ステアリング機構１０、特に、ステアリングシャフト１２に加わる衝撃を適正に低減することができる。この結果、ステアリングシャフト１２の小径化を図ることができる。また、操舵ハンドル１１から運転者に伝わる衝撃を低減することもできる。

また、逆入力判定部１１１においては、操舵トルクＴの方向と回転速度ωの方向との比較、および、操舵角θｈの変化する方向に基づいて逆入力操舵異常を判定するため、その判定精度が高い。また、電流指令部１０１においては、逆入力操舵異常の判定信号と高回転異常の判定信号との両方を読み、何れか一方でも異常検出信号に変わったときに異常時モードに切り換えるため、逆入力により操舵輪Ｗが転舵されたときに早い段階で異常時モードによる制御を実施することができる。

以上、本実施形態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、本実施形態では、異常時モードにおいて、弱め界磁制御電流が流れないようなｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定しているが、正常時モードにおける弱め界磁制御電流よりも少ない弱め界磁制御電流を流すようなｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定するようにしてもよい。また、本実施形態では、異常時モードにおいて、回転速度ωの増加に伴って強め界磁制御電流を流すようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を設定しているが、強め界磁制御電流を流さないようにしてもよい。例えば、異常時モードでは、回転速度ωの増加に関わらず常にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をゼロに設定するようにしてもよい。

また、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に関して、本実施形態では、異常時モードにおいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をゼロに設定しているが、必ずしもゼロに設定する必要はなく、例えば、正常時モードと同じ指令値を算出するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、電動モータ２０の回転角θに基づいて回転速度ωを検出するようにしているが、例えば、ステアリングシャフト１２に回転角センサを設け、この回転角センサにより検出される回転角の変化量から得られる回転速度を電動モータ２０の回転速度ωとして検出する構成でもよい。

また、本実施形態においては、異常状態判定部１１０で逆入力操舵異常状態と高回転異常状態との両方を検出するようにしているが、何れか一方のみを検出する構成であってもよい。

また、本実施形態においては、操舵トルクＴの方向と回転速度ωの方向との比較、および、操舵角θｈの変化する方向に基づいて逆入力操舵異常を判定するが、逆入力操舵異常の判定は、これに限ったものではない。例えば、逆入力操舵異常時においては、操舵トルクが通常の操舵操作時において検出されないほどの大きな値となるため、予め判定基準トルクＴrefを設定しておき、検出したトルクＴが判定基準トルクＴrefを上回ったときに、逆入力操舵異常が発生したと判定するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、車載電源装置８０の供給する電源をそのままモータ駆動回路３０に供給するが、例えば、モータ駆動回路３０の入力側に、車載電源装置８０から供給される電源を昇圧する昇圧回路を設けて電動モータ２０の大出力化を図るようにしてもよい。

また、本実施形態においては、操舵トルクＴと車速ｖとに基づいて算出される基本アシストトルクＴasと、補償値Ｔｃとの和から目標アシストトルクＴ＊を算出し、この目標アシストトルクＴ＊からｑ軸電流指令値Iｑ＊を算出しているが、目標アシストトルクＴ＊の計算は任意に設定できるものであり、例えば、補償値Ｔｃを加味しないようにしてもよい。

また、本実施形態においては、回転角センサ２１としてレゾルバを用いているが、ロータが所定角度回転するたびにパルス信号を出力するエンコーダを使った回転角センサを採用することもできる。この場合、回転角変換部１０４は、モータ回転方向に応じてパルス信号をカウントアップ、カウントダウンすることによりモータ回転角を検出する。

尚、本実施形態の回転角センサ２１と回転角変換部１０４と回転速度変換部１０７とからなる構成が本発明の回転速度検出手段に相当する。また、本実施形態の電流指令部１０１が本発明の電流指令値算出手段に相当する。また、本実施形態のフィードバック制御部１０２、３相／２相変換部１０３、回転角変換部１０４、２相／３相座標変換部１０５、ＰＷＭ信号発生部、モータ駆動回路３０からなる構成が本発明のモータ駆動制御手段に相当する。また、本実施形態の異常状態判定部１１０が本発明の異常状態検出手段に相当する。また、本実施形態のｄ軸電流指令値算出ルーチンを実施するｄ軸電流演算部１０１ｄが本発明の制御モード切替手段に相当する。また、回転角センサ２１と回転角変換部１０４とにより電動モータ２０の回転角を検出する回転角検出手段を構成し、モータ駆動制御手段は、この回転角検出手段により検出された回転角を用いて、電流指令値にしたがって電動モータを駆動する。

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、１４…ラックバー、２０…電動モータ、２１…回転角センサ、２２…操舵トルクセンサ、２５…車速センサ、３０…モータ駆動回路、３８…電流センサ、１００…電子制御装置、１０１…電流指令部、１０１ｄ…ｄ軸電流演算部、１０１ｑ…ｑ軸電流演算部、１０２…フィードバック制御部、１０３…３相／２相変換部、１０４…回転角変換部、１０５…２相／３相座標変換部、１０６…ＰＷＭ信号発生部、１０７…回転速度変換部、１１０…異常状態判定部、１１１…逆入力判定部、１１２…高速回転判定部、Ｗ…操舵輪。

Claims (5)

1. ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生する電動モータと、
   操舵ハンドルに連結されたステアリングシャフトに働く操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記電動モータの回転方向をｑ軸とするとともに前記回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系を用いて、前記操舵トルク検出手段により検出した操舵トルクに基づいてトルク発生用のｑ軸電流指令値を算出し、前記回転速度検出手段により検出した回転速度に基づいて弱め界磁制御電流としてのｄ軸電流指令値を算出するモータ電流指令値算出手段と、
   前記算出された電流指令値にしたがって前記電動モータを駆動するモータ駆動制御手段と
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態、および、前記電動モータの回転速度が異常高速回転となる高回転異常状態の少なくとも一方の異常状態を検出する異常状態検出手段を備え、
   前記モータ電流指令値算出手段は、
   前記異常状態検出手段により異常状態が検出されていない状況においては、前記回転速度検出手段により検出される回転速度の増加に伴って弱め界磁制御電流が増加するようにｄ軸電流指令値を算出する正常時モードを選択し、前記異常状態検出手段により異常状態が検出されている状況においては、前記正常時モードに比べて弱め界磁制御電流が少なくなるようにｄ軸電流指令値を算出する異常時モードを選択する制御モード切替手段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. 前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常時モードにおいて、前記弱め界磁制御電流を流さないｄ軸電流指令値を算出す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。
3. 前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常時モードにおいて、前記弱め界磁制御電流に代えて強め界磁制御電流を流すｄ軸指令電流値を算出することを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記モータ電流指令値算出手段は、前記異常時モードにおいて、前記回転速度検出手段により検出される回転速度の増加に伴って強め界磁制御電流が増加するようにｄ軸指令電流値を算出することを特徴とする請求項３記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記異常状態検出手段は、
   タイヤからの逆入力により異常操舵されてしまう逆入力操舵異常状態であるか否かを判定する逆入力操舵異常判定手段と、
   前記回転速度検出手段により検出される回転速度が予め設定した異常判定用速度を超える高回転異常状態であるか否かを判定する高回転異常判定手段と、
   を備え、
   前記制御モード切替手段は、前記逆入力操舵異常判定手段あるいは前記高回転異常判定手段の何れか一方でも異常状態を検出したときには前記異常時モードを選択することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。

Images