JP2012076538A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータに過剰に電流が流れることに起因して電動モータが故障することを抑制する技術を提供する。
【解決手段】電動モータへ実際に供給される実電流を検出するモータ電流検出部と、操舵トルクに応じて定められた目標電流とモータ電流検出部にて検出された実電流とに基づいてフィードバック制御を行い第１の目標値を算出する第１の制御部と、操舵トルクに応じて定められた目標電圧が予め定められた所定範囲内である場合にはこの目標電圧を、所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する電圧制限部３１６を有し、電圧制限部３１６からの出力値に基づいて第２の目標値を算出する第２の制御部３００と、第１の目標値または第２の目標値に基づいて電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、モータ電流検出部の異常を把握しない場合には第１の目標値に基づき、異常を把握した場合には第２の目標値に基づくように目標値を切り替える切替部と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動モータの動力にて車両のドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、電動モータに実際に流れた電流を検出する機器の動作が正常でなくなった場合でも操舵力をアシストできるようにした技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、モータの駆動に用いられる指令電圧のレベルを求める制御手段と、制御手段で求めたレベルの電圧を用いてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、制御手段は、モータに供給すべき電流の量を示す指令電流値とモータのロータの角速度とに基づき指令電圧のレベルを求めるフィードフォワード（オープンループ）制御手段と、指令電流値と電流検出手段で検出された電流値との差に比例積分演算を施して指令電圧のレベルを求めるフィードバック制御手段と、フィードバック制御手段で求めた指令電圧のレベルと、フィードフォワード制御手段で求めた指令電圧のレベルとを切り替えて出力する指令電圧選択手段とを備えている。そして、指令電圧選択手段は、電流検出手段が正常に動作しているときにはフィードバック制御手段で求めた指令電圧のレベルを出力し、電流検出手段が故障したときにはフィードフォワード制御手段で求めた指令電圧のレベルを出力する。

特開２００８−２２０１５５号公報

フィードバック制御においては、電動モータに電流が過剰に流れた場合に、電流値を小さくする制御が行われるが、フィードフォワード制御においては電動モータに実際に流れている電流値を考慮せずに目標電圧（指令電圧のレベル）が決定されるので電流が長期間過剰に流れるおそれがある。それゆえ、電流検出手段が故障したときに行われるフィードフォワード制御時においても、電動モータに過剰に電流が流れることに起因して電動モータが故障することを抑制することが望ましい。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出部と、操舵トルクに応じて定められた目標電流と前記電流検出部にて検出された実電流とに基づいてフィードバック制御を行い前記電動モータの駆動を制御するための第１の目標値を算出する第１の算出手段と、操舵トルクに応じて定められた目標電圧が予め定められた所定範囲内である場合には当該目標電圧を、当該所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する電圧制限手段を有し、当該電圧制限手段からの出力値に基づいて電動モータの駆動を制御するための第２の目標値を算出する第２の算出手段と、前記第１の算出手段にて算出された前記第１の目標値または前記第２の算出手段にて算出された前記第２の目標値に基づいて前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御手段と、前記電流検出部の異常を把握しない場合には前記モータ駆動制御手段は前記第１の目標値に基づき、異常を把握した場合には前記モータ駆動制御手段は前記第２の目標値に基づくように目標値を切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記第２の算出手段は、前記電動モータの回転速度に応じた補正電圧を算出する補正電圧算出手段をさらに備え、前記電圧制限手段からの出力値と当該補正電圧算出手段が算出した補正電圧とに基づいて前記第２の目標値を算出するとよい。
また、前記補正電圧算出手段は、前記電動モータに発生する逆起電圧と同等の電圧を前記補正電圧として算出するとよい。
また、前記第２の算出手段は、前記電動モータの角速度が予め定められた所定範囲内である場合には当該角速度を、当該所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する角速度制限手段をさらに有し、前記補正電圧算出手段は、前記角速度制限手段からの出力値と前記電動モータの誘起電圧係数とに基づいて前記補正電圧を算出するとよい。

本発明によれば、電動モータに過剰に電流が流れることに起因して電動モータが故障することを抑制することができる。

実施の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。 制御装置の概略構成図である。 第１の制御部の概略構成図である。 第２の制御部の概略構成図である。 操舵トルクとベース電圧との関係を示すグラフである。 車速と車速係数との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバーを介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対角度に基づいて、言い換えればトーションバーの捩れ量に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。本実施の形態に係る電動モータ１１０は、３相ブラシレスモータである。
そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９の出力値、自動車の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０の出力値が入力される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクＴをトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて制御装置１０が電動モータ１１０を駆動制御し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
制御装置１０は、電動モータ１１０の制御を行う際の演算処理を行うＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１にて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたＲＯＭ１２と、ＣＰＵ１１の作業用メモリ等として用いられるＲＡＭ１３と、後述するオフセット値が記憶されるＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory)１４と、を備えている。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクＴが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄと、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃが出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。

図２は、ステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出すると共に、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出し、算出した目標電流と電動モータ１１０に実際に流れる実電流とに基づいてフィードバック制御を行い、目標電圧Ｖｍを算出し、出力する第１の制御部２００を有している。また、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出すると共に、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電圧Ｖｍを算出し、出力する第２の制御部３００を有している。

また、制御装置１０は、第１の算出手段の一例としての第１の制御部２００が出力する目標電圧Ｖｍ（第１の目標値）または第２の算出手段の一例としての第２の制御部３００が出力する目標電圧Ｖｍ（第２の目標値）に基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部６０と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２とを有している。これら、ＰＷＭ信号生成部６０およびモータ駆動部３２が、第１の制御部２００にて算出された目標電圧Ｖｍまたは第２の制御部３００にて算出された目標電圧Ｖｍに基づいて電動モータ１１０の駆動を制御するモータ駆動制御手段の一例として機能する。

また、制御装置１０は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流に応じた値を出力するモータ電流検出部３３と、モータ電流検出部３３からの出力値に基づいてこのモータ電流検出部３３に異常が生じているか否かを診断する異常診断部３４と、を有している。また、制御装置１０は、異常診断部３４の診断結果を基にＰＷＭ信号生成部６０への入力を第１の制御部２００からの出力値か第２の制御部３００からの出力値かを切り替える切替手段の一例としての切替部３５を有している。
また、制御装置１０は、電動モータ１１０の回転角度（以下、「モータ角度θ」と称する場合もある。）を算出するモータ角度算出部３６と、モータ角度算出部３６で算出されたモータ角度θに基づいて電動モータ１１０の角速度（以下、「モータ角速度ω」と称する場合もある。）を算出するモータ角速度算出部３７と、を有している。

第１の制御部２００および第２の制御部３００については後で詳述する。
モータ駆動部３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１１０の駆動を制御する。

モータ電流検出部３３は、電動モータ１１０の３相の内の少なくとも２相に実際に流れる電流を検出する。例えば、モータ電流検出部３３は、電動モータ１１０のＵ相に実際に流れる電流であるＵ相実電流を検出するためのＵ相電流検出部と、電動モータ１１０のＷ相に実際に流れる電流であるＷ相実電流を検出するためのＷ相電流検出部と、を有している。これらＵ相電流検出部およびＷ相電流検出部は、それぞれ電動モータ１１０のＵ相、Ｗ相に接続されたいわゆるシャント抵抗の両端に生じる電圧から、各相に流れるモータ電流の値を検出してモータ電流信号Ｉｍｓを出力する。

異常診断部３４は、モータ電流検出部３３で検出された電流値が正常範囲内にあるか否かを調べ、モータ電流検出部３３が正常に作動しているか、異常が生じているかを診断する。例えば、モータ電流検出部３３が電動モータ１１０の２相に実際に流れる電流を検出する装置である場合には、異常診断部３４は、これら２相の電流値の両方が正常範囲内にあるときには「正常」と診断し、１相以上の電流値が正常範囲外にあるときには「異常」と診断する。そして、異常診断部３４は、診断結果を示す制御信号を切替部３５に対して出力する。

切替部３５は、異常診断部３４の診断結果に応じてＰＷＭ信号生成部６０への出力値を切り替える。具体的には、切替部３５は、異常診断部３４にて正常と診断されたときには第１の制御部２００からの出力値を選択してこの出力値をＰＷＭ信号生成部６０へ出力し、異常診断部３４にて異常と診断されたときには第２の制御部３００からの出力値をＰＷＭ信号生成部６０への出力値とする。
なお、異常診断部３４は、モータ電流検出部３３が「異常」と診断した場合にのみ異常検出信号を出力し、切替部３５は、異常診断部３４から異常検出信号を取得していない状態では第１の制御部２００からの出力値をＰＷＭ信号生成部６０へ出力し、異常検出信号を取得したら第２の制御部３００からの出力値をＰＷＭ信号生成部６０へ出力するように切り替えてもよい。

モータ角度算出部３６は、電動モータ１１０に設けられたレゾルバの出力信号に基づいてモータ角度θを算出する。このモータ角度θは、電動モータ１１０のＵ相電機子巻線の位置を基準とするロータ（界磁）の角度である。モータ角速度算出部３７は、モータ角度算出部３６で算出されたモータ角度θに基づいてモータ角速度ωを算出する。これらモータ角度θおよびモータ角速度ωの符号は、以下のように定められる。つまり、前輪１５０側から受ける力を零として、ユーザがステアリングホイール１０１を操舵トルクＴの符号がプラスとなるように回転させたときに電動モータ１１０が回転する方向をモータ角度θおよびモータ角速度ωのプラス方向とする。

次に、第１の制御部２００について詳述する。
図３は、第１の制御部２００の概略構成図である。
第１の制御部２００は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０とを有している。

目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部２５を備えている。さらに、目標電流算出部２０は、トルク信号Ｔｄの位相補償を行う位相補償部２６を備えている。

なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、モータ角速度算出部３７が算出したモータ角速度ωとが入力される。なお、制御装置１０には、車速センサ１７０、トルクセンサ１０９などからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部２０に取り込んでいる。

ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｂを出力する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、モータ角速度ωとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖおよびモータ角速度ωと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｄと車速信号ｖとモータ角速度ωとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。

目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１から出力されたベース電流信号Ｉｍｂ、イナーシャ補償電流算出部２２から出力されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３から出力されたダンパー補償電流信号Ｉｄに基づいて最終的な目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、補償電流と最終的な目標電流との対応を示すマップに代入することにより最終的な目標電流を算出する。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流との偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２と、を有している。
偏差演算部４１は、目標電流算出部２０からの出力値である目標電流信号ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値であるモータ電流信号Ｉｍｓとの偏差の値を偏差信号４１ａとして出力する。
フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流と実電流とが一致するようにフィードバック制御を行い、目標電圧Ｖｍを算出する。例えば、入力された偏差信号４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算して目標電圧Ｖｍを変換した出力信号を生成・出力する。

次に、第２の制御部３００について詳述する。
第２の制御部３００は、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃに応じて定められた仮の目標電圧と、電動モータ１１０の逆起電圧Ｖｅと同等の補正電圧Ｖａとに基づいて、電動モータ１１０に印加する目標電圧Ｖｍを決定する。
ここで、電動モータ１１０が回転駆動すると逆起電圧Ｖｅが発生するので、電動モータ１１０がアシスト方向に回転している場合には印加電圧の一部が相殺され、逆起電圧Ｖｅの分電動モータ１１０に流れる電流が低下する。他方、電動モータ１１０がアシスト方向とは反対方向に回転している場合には印加電圧に逆起電圧Ｖｅがプラスされ、逆起電圧Ｖｅの分電動モータ１１０に流れる電流が増加する。そこで、本実施の形態に係る第２の制御部３００においては、電動モータ１１０の逆起電圧Ｖｅを考慮して、電動モータ１１０に印加する目標電圧Ｖｍを決定する。

図４は、第２の制御部３００の概略構成図である。
第２の制御部３００は、トルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクＴ、言い換えればトルク信号Ｔｄを絶対値化する絶対値算出部３１１と、絶対値算出部３１１にて絶対値化された操舵トルクＴに基づいて、電動モータ１１０に印加する目標電圧Ｖｍを設定する上で基準となるベース電圧Ｖｂを算出するベース電圧算出部３１２とを備えている。また、第２の制御部３００は、トルクセンサ１０９からの出力信号に基づいて操舵トルクＴの符号を抽出する符号抽出部３１３と、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃ、言い換えれば車速信号ｖに応じた車速係数Ｋｖを算出する車速係数算出部３１４とを備えている。また、第２の制御部３００は、ベース電圧算出部３１２にて算出されたベース電圧Ｖｂと、車速係数算出部３１４にて算出された車速係数Ｋｖとを乗算する第１の乗算部３１５を備えている。また、第２の制御部３００は、第１の乗算部３１５にて乗算された乗算値（Ｖｂ×Ｋｖ）が予め定められた上限値Ｖｍａｘ以上である場合に、その乗算値を上限値Ｖｍａｘで制限する電圧制限手段の一例としての電圧制限部３１６と、電圧制限部３１６からの出力と符号抽出部３１３にて抽出された符号とを乗算する第２の乗算部３１７と、を備えている。

図５は、操舵トルクＴとベース電圧Ｖｂとの関係を示すグラフである。
ベース電圧算出部３１２は、例えば、予めＲＯＭ１２に記憶しておいた、図５に示されたグラフに対応するマップに、絶対値算出部３１１にて絶対値化されたトルク信号Ｔｄを代入することによりベース電圧Ｖｂを算出する。
符号抽出部３１３は、トルク信号Ｔｄに基づいて操舵トルクＴの符号を抽出し、抽出した符号と同符号の「＋１」または「−１」を第２の乗算部３１７に出力する。

図６は、車速Ｖｃと車速係数Ｋｖとの関係を示すグラフである。
車速係数算出部３１４は、例えば、予めＲＯＭ１２に記憶しておいた、図６に示されたグラフに対応するマップに、車速センサ１７０から出力される車速信号ｖを代入することにより車速係数Ｋｖを算出する。
電圧制限部３１６は、ベース電圧算出部３１２にて算出されたベース電圧Ｖｂと、車速係数算出部３１４にて算出された車速係数Ｋｖとの乗算値（Ｖｂ×Ｋｖ）が予め定められた上限値Ｖｍａｘ以上である場合にはその上限値Ｖｍａｘを第２の乗算部３１７に出力し、上限値Ｖｍａｘ未満である場合にはその乗算値（Ｖｂ×Ｋｖ）を第２の乗算部３１７に出力する。上限値Ｖｍａｘは、電動モータ１１０に長時間継続して流れると電動モータ１１０が過剰に発熱してしまう値の電流を流すこととなる電圧値に設定されている。これにより、第２の制御部３００からの出力値を基に電動モータ１１０の駆動が制御されても発熱に起因して電動モータ１１０が故障することが抑制される。つまり、電圧制限部３１６にて、電動モータ１１０の発熱に起因する故障を生じさせてしまう電圧が制限され、電動モータ１１０に長時間流れても電動モータ１１０が過剰に発熱しない値の電流を流すこととなる電圧値が出力されるので、電動モータ１１０が発熱に起因して故障することが抑制される。

第２の制御部３００は、電動モータ１１０の逆起電圧Ｖｅ分を補正するための補正電圧Ｖａを算出する補正電圧算出手段の一例としての補正電圧算出部３２０をさらに備えている。また、第２の制御部３００は、モータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωが予め定められた所定範囲内である場合にはモータ角速度算出部３７からの出力値を補正電圧算出部３２０へ出力し、モータ角速度算出部３７から出力されたモータ角速度ωが予め定められた値を超える場合にはそのモータ角速度ωを制限して補正電圧算出部３２０へ出力する角速度制限手段の一例としての角速度制限部３２１を備えている。また、第２の制御部３００は、第２の乗算部３１７から出力された電圧と、補正電圧算出部３２０にて算出された補正電圧Ｖａとに基づいて目標電圧Ｖｍを決定する目標電圧決定部３３０を備えている。

角速度制限部３２１は、モータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωが上限値ωｍａｘ以上である場合にはその上限値ωｍａｘをモータ角速度ωとして補正電圧算出部３２０に出力し、他方、モータ角速度算出部３７から出力されたモータ角速度ωが下限値ωｍｉｎ以下である場合にはその下限値ωｍｉｎをモータ角速度ωとして補正電圧算出部３２０に出力する。そして、角速度制限部３２１は、モータ角速度算出部３７から出力されたモータ角速度ωが上限値ωｍａｘ未満であり、かつ下限値ωｍｉｎを超えている場合にはモータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωを補正電圧算出部３２０に出力する。
補正電圧算出部３２０は、角速度制限部３２１から出力されたモータ角速度ωと予め定められた誘起電圧係数Ｋｅとを乗算することにより、電動モータ１１０に生じる逆起電圧Ｖｅと同等の補正電圧Ｖａを算出する（Ｖａ＝Ｋｅ×ω）。

目標電圧決定部３３０は、第２の乗算部３１７から出力された電圧と、補正電圧算出部３２０にて算出された補正電圧Ｖａとを加算することにより目標電圧Ｖｍを算出し、算出した目標電圧Ｖｍを出力する。つまり、目標電圧決定部３３０は、ユーザがステアリングホイール１０１を操舵トルクＴの符号がプラスとなるように回転させた場合であって、電動モータ１１０がアシスト方向に回転している場合には、モータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωの符号がプラスとなり、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃに応じて定められた仮の目標電圧に、逆起電圧Ｖｅと同等の電圧値を加えた目標電圧Ｖｍを出力する。他方、ユーザがステアリングホイール１０１を操舵トルクＴの符号がプラスとなるように回転させた場合であって、電動モータ１１０がアシスト方向とは反対方向に回転している場合には、モータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωの符号がマイナスとなり、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃに応じて定められた仮の目標電圧から、逆起電圧Ｖｅと同等の電圧値を差し引いた目標電圧Ｖｍを出力する。一方、目標電圧決定部３３０は、ユーザがステアリングホイール１０１を操舵トルクＴの符号がマイナスとなるように回転させた場合であって、電動モータ１１０がアシスト方向に回転している場合には、モータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωの符号がマイナスとなり、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃに応じて定められた仮の目標電圧から、逆起電圧Ｖｅと同等の電圧値を差し引いた目標電圧Ｖｍを出力する。他方、ユーザがステアリングホイール１０１を操舵トルクＴの符号がマイナスとなるように回転させた場合であって、電動モータ１１０がアシスト方向とは反対方向に回転している場合には、モータ角速度算出部３７にて算出されたモータ角速度ωの符号がプラスとなり、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃに応じて定められた仮の目標電圧に、逆起電圧Ｖｅと同等の電圧値を加えた目標電圧Ｖｍを出力する。これにより、電動モータ１１０がアシスト方向に回転している場合には、逆起電圧Ｖｅが生じることに起因して電動モータ１１０に流れる電流が低下してアシスト量が不足することが抑制される。他方、電動モータ１１０がアシスト方向とは反対方向に回転している場合には、逆起電圧Ｖｅが生じることに起因して電動モータ１１０に流れる電流が増加してアシスト量が必要以上に大きくなることが抑制される。
なお、角速度制限部３２１が用いる上限値ωｍａｘは、ユーザが高速でステアリングホイール１０１を回転させたとしても、アシスト量が必要以上に大きくならないようにするために設定するとよい。これにより、例えば高速操舵時に、ステアリングホイール１０１の必要操作力が小さくなり過ぎてステアリングホイール１０１が過剰に回されることが抑制される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は以下のように作用する。
すなわち、モータ電流検出部３３が正常に作動している場合、異常診断部３４は正常と診断し、切替部３５は、第１の制御部２００からの出力値を選択してこの出力値をＰＷＭ信号生成部６０へ出力する。かかる場合、電動モータ１１０はフィードバック制御され、高精度で電動モータ１１０の出力が制御される。
一方、モータ電流検出部３３に異常が生じている場合、異常診断部３４は異常と診断し、切替部３５は、第２の制御部３００からの出力値を選択してこの出力値をＰＷＭ信号生成部６０へ出力する。かかる場合、電動モータ１１０はフィードフォワード制御される。そして、本実施の形態に係る第２の制御部３００においては、電圧制限部３１６にて、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃに応じて定められた目標電圧が制限されるので、モータ電流検出部３３に異常が生じた後に長時間使用されても、電動モータ１１０が発熱に起因して故障することが抑制される。ここで、モータ電流検出部３３が正常に作動している場合に行われるフィードバック制御においては、電流が過剰に流れた場合に、電流値を小さくする制御が行われるが、フィードフォワード制御においては電動モータ１１０に実際に流れている電流値を考慮せずに目標電圧Ｖｍが決定されるので電流が長期間過剰に流れるおそれがある。しかしながら、本実施の形態に係る第２の制御部３００においては、電圧制限部３１６にて目標電圧が制限されるので、電動モータ１１０に過剰な電流が長期間流れることが抑制され、電動モータ１１０が発熱に起因して故障することが抑制される。

また、本実施の形態に係る第２の制御部３００においては、電動モータ１１０に生じる逆起電圧Ｖｅを考慮して最終的に電動モータ１１０に印加する目標電圧Ｖｍが決定されるので、アシスト量が足りないことやアシスト量が多すぎることが抑制される。目標電圧を制限する電圧制限部３１６を備える本実施の形態に係る第２の制御部３００においては、逆起電圧Ｖｅを考慮しないと、特に高速操舵時にアシスト量が不足してしまうが、逆起電圧Ｖｅを考慮し、逆起電圧Ｖｅと同等の補正電圧Ｖａを加えることでアシスト量が不足してしまうことが抑制される。すなわち、ステアリングホイール１０１の操舵速度が変わったとしても、操舵に必要な力を一定に保つことが可能となる。さらに、本実施の形態に係る第２の制御部３００においては、角速度制限部３２１にて補正電圧Ｖａを算出する基礎となるモータ角速度ωが所定範囲内に制限されるので、高速操舵されたとしても、ステアリングホイール１０１の必要操作力が小さくなり過ぎてステアリングホイール１０１が過剰に回されることが抑制される。

以上説明したように、本実施の形態に係るステアリング装置１００によれば、モータ電流検出部３３に異常が生じている場合に行われる電動モータ１１０のフィードフォワード制御時においても、電動モータ１１０の発熱に起因する故障の抑制と、アシスト不足の抑制とを両立させることができる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、３２…モータ駆動部、３３…モータ電流検出部、３４…異常診断部、３５…切替部、４０…Ｆ／Ｂ制御部、６０…ＰＷＭ信号生成部、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール（ハンドル）、１１０…電動モータ、２００…第１の制御部、３００…第２の制御部

Claims (4)

1. ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
   前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出部と、
   操舵トルクに応じて定められた目標電流と前記電流検出部にて検出された実電流とに基づいてフィードバック制御を行い前記電動モータの駆動を制御するための第１の目標値を算出する第１の算出手段と、
   操舵トルクに応じて定められた目標電圧が予め定められた所定範囲内である場合には当該目標電圧を、当該所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する電圧制限手段を有し、当該電圧制限手段からの出力値に基づいて電動モータの駆動を制御するための第２の目標値を算出する第２の算出手段と、
   前記第１の算出手段にて算出された前記第１の目標値または前記第２の算出手段にて算出された前記第２の目標値に基づいて前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御手段と、
   前記電流検出部の異常を把握しない場合には前記モータ駆動制御手段は前記第１の目標値に基づき、異常を把握した場合には前記モータ駆動制御手段は前記第２の目標値に基づくように目標値を切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第２の算出手段は、前記電動モータの回転速度に応じた補正電圧を算出する補正電圧算出手段をさらに備え、前記電圧制限手段からの出力値と当該補正電圧算出手段が算出した補正電圧とに基づいて前記第２の目標値を算出す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. 前記補正電圧算出手段は、前記電動モータに発生する逆起電圧と同等の電圧を前記補正電圧として算出することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記第２の算出手段は、前記電動モータの角速度が予め定められた所定範囲内である場合には当該角速度を、当該所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する角速度制限手段をさらに有し、
   前記補正電圧算出手段は、前記角速度制限手段からの出力値と前記電動モータの誘起電圧係数とに基づいて前記補正電圧を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置。

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