JP2012148607A - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクセンサを構成する複数のセンサの異常をそれぞれ正確に判別し、正常なセンサによる検出値を用いてアシストトルクを付与する車両の操舵制御装置を提供すること。
【解決手段】 電子制御ユニット２８は、２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂのいずれかに異常が発生し、トルクセンサ２０全体として異常が発生しているときには異常の発生している磁気センサを特定する。すなわち、ユニット２８は、センサ２４Ａ，２４Ｂからそれぞれ磁束密度の変化に起因して検出される回転トルクＴ１，Ｔ２を出力させるためにＥＰＳモータ１３を駆動させて出力側シャフト１２ａ２に付与する回転トルクを変動させる。そして、ユニット２８は、出力されたトルクＴ１，Ｔ２と判定トルクＴｒｅｆとを比較して異常の発生している磁気センサを特定し、正常な磁気センサが検出した回転トルクを用いてアシストトルクを付与する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、運転者によって操作される操舵ハンドルを支持するステアリングシャフトと、操舵ハンドルの操作に対してアシストトルクを付与する電動モータと、ステアリングシャフトに入力される操舵トルクを検出する操舵トルク取得手段と、操舵トルク取得手段によって取得された操舵トルクを用いて目標アシストトルクを算出し、同算出した目標アシストトルクに基づいて電動モータを駆動制御するアシスト制御手段とを備えた車両の操舵制御装置に関する。

従来から、例えば、下記特許文献１に示されているように、この種の電動パワーステアリング装置は広く知られている。この従来の電動パワーステアリング装置は、電動機と操舵トルクセンサと車速センサと操舵角センサと制御手段と電動機駆動手段と電動機電流検出手段とを備えている。そして、この従来の電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクセンサが故障していると判定されると、制御手段が車速センサからの車速信号と操舵角センサからの操舵角信号とに基づいて操舵トルクを推定し、この推定した操舵トルクに基づいて電動機の駆動を制御するようになっている。

特開平１１−５９４４７号公報

上記従来の電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクセンサが故障した場合であっても、他のセンサによる検出値を用いて操舵トルクを推定することができ、この推定された操舵トルクに基づくことにより電動機の駆動を制御、すなわち、運転者による操舵ハンドルの操作に対してアシストトルクを継続して付与することができるようになっている。ところで、他のセンサによる検出値を用いて操舵トルクを推定する場合、当然ながら、操舵トルクによって検出される操舵トルクに比して、その精度は悪化するものと考えられる。したがって、上記従来の電動パワーステアリング装置のように、操舵トルクを他のセンサによる検出値を用いて推定しアシストトルクの付与を継続する場合には、操舵トルクセンサが正常であるときと同等に適切なアシストトルクを付与することが困難となる場合がある。

ここで、操舵トルクセンサ（操舵トルク取得手段）は複数（例えば、２つ）の異なるセンサを含んで構成される場合がある。この場合、操舵トルクセンサ（操舵トルク取得手段）を構成する何れかのセンサに異常が発生すると、一般に、操舵トルクセンサ（操舵トルク取得手段）全体が故障していると判定され、上記従来の電動パワーステアリング装置のように、故障と判定された操舵トルクセンサ（操舵トルク取得手段）によって検出された操舵トルク（操舵トルク）を採用しないようになる。しかしながら、この場合、操舵トルクセンサ（操舵トルク取得手段）を構成する複数のセンサのうち、正常に作動しているセンサも存在する場合がある。このため、より精度よくアシストトルクを付与する観点からすれば、操舵トルクセンサ（操舵トルク取得手段）を構成する複数のセンサのうち異常が発生しているセンサを精度よく特定し、異常の発生していない正常なセンサによって検出された値を用いて操舵トルクを決定してアシストトルクを継続して付与することが望まれる。

本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、トルクセンサを構成する複数のセンサの正常又は異常をそれぞれ正確に判別するとともに、正常なセンサによる検出値を用いてアシストトルクを付与することができる車両の操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による車両の操舵制御装置（本装置）は、ステアリングシャフトと、電動モータと、操舵トルク取得手段と、アシスト制御手段とを備える。前記ステアリングシャフトは、運転者によって操作される操舵ハンドルを支持する。前記電動モータは、前記操舵ハンドルの操作に対してアシストトルクを付与する。前記操舵トルク取得手段は、前記ステアリングシャフトに入力される操舵トルクを検出するための複数のセンサを含んで構成される。前記アシスト制御手段は、前記操舵トルク取得手段によって取得された操舵トルクを用いて目標アシストトルクを算出し、同算出した目標アシストトルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する。これにより、運転者によって車両を旋回させるために操舵ハンドルを介してステアリングシャフトに入力される操舵トルクは、目標アシストトルクに相当するアシストトルクが電動モータによって付与されることにより、軽減される。

本装置の特徴の１つは、前記操舵トルク取得手段を構成する前記複数のセンサが、それぞれ、前記ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に起因して変化する同一の物理量を検出し、同検出した物理量に対応する信号を出力することにある。ここで、前記複数のセンサは、それぞれ、前記ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に起因して変化する磁束密度を前記物理量として検出するものであるとよく、この場合、前記磁束密度は、前記ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に起因した前記ステアリングシャフトの軸線回りにおける捩れによって変化するものであるとよい。これによれば、操舵トルク取得手段を構成する複数のセンサは、それぞれが検出した物理量（磁束密度）に対応する信号、すなわち、ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に対応したトルクを表す信号を出力することができる。

また、本装置の特徴の１つは、センサ信号出力手段を備えることにある。前記センサ信号出力手段は、前記電動モータを所定の条件により駆動させて前記ステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させ、前記複数のセンサからそれぞれが検出した物理量に対応する前記信号を出力させる。この場合、前記操舵トルク取得手段によって取得された前記操舵トルクが異常であるか否かを判定する取得操舵トルク異常判定手段を備えている場合には、前記センサ信号出力手段は、前記取得操舵トルク異常判定手段によって前記操舵トルクが異常であると判定されたとき、前記複数のセンサのそれぞれに前記信号を出力させる。これらによれば、センサ信号出力手段は、常に、あるいは、所定の時間間隔により複数のセンサから信号を出力させたり、操舵トルク取得手段によって取得された操舵トルクが異常であると判定されたときに複数のセンサから信号を出力させることができる。

このとき、前記ステアリングシャフトが、少なくとも、前記操舵ハンドルに連結された第１シャフトと、前記電動モータに連結された第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとが軸線回りにて捩れ変形可能な弾性体を介して互いに軸線回りに相対的に回転可能に連結されていれば、前記センサ信号出力手段は、前記所定の条件として、前記第２シャフトを軸線回りにて回転させても前記第１シャフトに連結された前記操舵ハンドルを回転方向に変位させないように前記弾性体を捩れ変形させて前記ステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させる条件により前記電動モータを駆動させる。さらに、より詳しくは、前記センサ信号出力手段は、前記所定の条件として、前記弾性体を介して互いに連結された前記第１シャフトと前記第２シャフトに対して、前記第２シャフトを介して前記弾性体を軸線回りにて捩り方向に振動させたときに前記第２シャフトのみが振動し、前記第１シャフトが振動しなくなる反共振周波数よりも大きく、かつ、前記第２シャフトを介して前記弾性体を軸線回りにて捩り方向に振動させたときに前記第２シャフトと前記第１シャフトとが共振して振動する共振周波数よりも小さい周波数によって前記ステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させる条件により前記電動モータを駆動させる。

これらによれば、弾性体を適切に捩れ変形させる所定の条件により電動モータを駆動させて、第１シャフト、弾性体及び第２シャフトからなるステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させ、複数のセンサから信号を出力させることができる。したがって、必要に応じて、センサ信号出力手段が複数のセンサから信号を出力させるときであっても、操舵ハンドルの変位を効果的に抑制することができるため、運転者が違和感を覚えることがない。

また、本装置の特徴の１つは、異常発生センサ特定手段を備えていることにある。前記異常発生センサ特定手段は、前記センサ信号出力手段によって前記複数のセンサからそれぞれ前記信号が出力されると、出力された前記信号をそれぞれ前記ステアリングシャフトに入力されたトルクに変換し、同変換したトルクと前記所定の条件により前記電動モータを駆動させたときに前記ステアリングシャフトに入力されるトルクとして予め設定された判定トルクとを比較して、前記複数のセンサのうちで異常の発生しているセンサを特定する。これによれば、異常発生センサ特定手段は、複数のセンサのうち、的確に異常の発生しているセンサを特定することができる。言い換えれば、異常発生センサ特定手段は、複数のセンサのうち、的確に正常に作動しているセンサを特定することができる。また、この正常に作動しているセンサの出力を利用することにより、アシスト制御手段はアシストトルクを継続して付与することができる。

さらに、本装置の他の特徴の１つは、前記操舵トルク取得手段は、前記複数のセンサのうち、前記異常発生センサ特定手段によって異常の発生しているセンサとして特定されていないセンサが検出した物理量を用いて前記操舵トルクを取得し、前記アシスト制御手段は、前記操舵トルク取得手段によって前記取得された前記操舵トルクを用いて前記目標アシストトルクを算出し、同算出した目標アシストトルクに基づいて前記電動モータを駆動制御することにもある。これによれば、正常に作動しているセンサを特定し、このセンサからの信号を利用することにより、操舵トルク取得手段が正確な操舵トルクを取得することができる。したがって、アシスト制御手段は、この正確な操舵トルクを用いて適切な目標アシストトルクを算出することができるため、複数のセンサのうちで異常の発生しているセンサが存在していても、目標アシストトルクに基づく電動モータの駆動制御を継続することができる。

本発明に係る操舵制御装置を適用した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のトルクセンサの構成を説明するための概略的な断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２のトルクセンサにおける磁気ヨークの磁極爪と磁石の磁極との周方向の位置関係を説明するための概略図である。 図１のトルクセンサによって検出された操舵トルクと目標アシストトルクとの関係を表すアシスト特性を示すグラフである。 図１の電動パワーステアリング装置における反共振周波数及び共振周波数を説明するための検討モデル図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両の操舵制御装置（以下、単に「本装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。

図１は、本装置が適用され得る電動パワーステアリング装置１０の概略構成を示している。この電動パワーステアリング装置１０は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させるために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１はステアリングシャフト１２の上端に固定されて支持されており、ステアリングシャフト１２の下端は転舵ギアユニットＵに接続されている。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、転舵ギアユニットＵに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。ここで、本実施形態において、メインシャフト１２ａは、操舵ハンドル１１が連結された第１シャフトとしての入力側シャフト１２ａ１と、インターミディエイトシャフト１２ｂに連結される第２シャフトとしての出力側シャフト１２ａ２とから形成される。

そして、ステアリングシャフト１２、より具体的には、メインシャフト１２ａを形成する出力側シャフト１２ａ２には、図示を省略する減速機構を介して電動モータ１３が組み付けられている。なお、以下においては、電動モータ１３を「ＥＰＳモータ１３」と称呼する。ＥＰＳモータ１３は、例えば、３相同期式永久磁石モータ（ブラシレスモータ）であり、減速機構を介してメインシャフト１２ａを形成する出力側シャフト１２ａ２をその軸線回りに回転駆動する。これにより、ＥＰＳモータ１３は、運転者によって操舵ハンドル１１に入力される操作力（より具体的には、操舵トルク）を軽減するためのアシスト力（より具体的には、アシストトルク）を付与する。

転舵ギアユニットＵは、例えば、ラックアンドピニオン式を採用したギアユニットであり、ステアリングシャフト１２（より具体的には、ピニオンシャフト１２ｃ）の下端に一体的に組み付けられたピニオンギア１４の回転がラックバー１５に伝達されるようになっている。この構成により、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴いステアリングシャフト１２に入力された操舵トルクがピニオンギア１４を介してラックバー１５に伝達されるとともに、ＥＰＳモータ１３によるアシストトルクがピニオンギア１４を介してラックバー１５に伝達される。これにより、ラックバー１５はピニオンギア１４からの操舵トルク及びアシストトルクによって軸線方向に変位し、ラックバー１５の両端に接続された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が左右方向に転舵されるようになっている。

また、このように構成される電動パワーステアリング装置１０に適用される本装置としての電気制御装置Ｃは、トルク取得手段としてのトルクセンサ２０を備えている。トルクセンサ２０は、図２に示すように、メインシャフト１２ａを形成する入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との間に設けられて、操舵ハンドル１１を介してステアリングシャフト１２に入力される回転トルク（操舵トルクに相当）を検出する。トルクセンサ２０は、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とを同軸上に相対回転可能に連結する弾性体としてのトーションバー２１、入力側シャフト１２ａ１の端部（又は、トーションバー２１の一端部）に組み付けられる磁石２２（硬磁性体）、出力側シャフト１２ａ２の端部（又は、トーションバー２１の他端部）に組み付けられる２個一組の磁気ヨーク２３（軟磁性体）、及び、この一組の磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂ（以下、まとめて磁気ヨーク２３とも称呼する）間に生じる磁束密度を検出する複数（本実施形態においては２つ一組）のセンサとしての磁気センサ２４Ａ、２４Ｂ（以下、まとめて磁気センサ２４とも称呼する）等から構成される。

トーションバー２１は、両端がそれぞれピンにより入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに固定され、目的に応じた捩れ／トルク特性（具体的には、弾性又は剛性）に設定されている。これにより、ステアリングシャフト１２すなわち入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー２１が捩れ変形し、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との間には、回転トルクの入力方向に入力された回転トルクの大きさに対応する相対角変位が生じる。

磁石２２は、リング状に設けられていて、図３に概略的に示すように、周方向に複数のＳ極とＮ極とが交互に着磁されている。一組の磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、図２及び図３に概略的に示すように、磁石２２の外周に近接して配置される環状体であり、それぞれ磁石２２のＮ極及びＳ極と同数の磁極爪２３ａが全周に等間隔に設けられている。この一組の磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂは、互いに磁気爪２３ａが周方向にずれて交互に配置されるように、固定されるようになっている。

ここで、一組の磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂと磁石２２は、図３（ｂ）に示すように、トーションバー２１に捩れが生じていない状態（すなわち、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との間に回転トルクが加わっていない状態）で、磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂに設けられた磁気爪２３ａの中心と磁石２２のＳ極とＮ極との境界とが一致するように配置されている。そして、このような組み付け状態においては、２個の磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂの磁極爪２３ａは、磁石２２の周上にて互いに隣接するＳ極とＮ極との間に形成される磁界内に同一の条件下によって位置しており、これらの磁極爪２３ａの基部を連絡する円環状のヨーク本体部に生じる磁束は同一となる。

一方、磁石２２が組み付けられた入力側シャフト１２ａ１と一組の磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂが組み付けられた出力側シャフト１２ａ２との間にトーションバー２１の捩れを伴って相対角変位が生じた場合、それぞれの磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂの磁極爪２３ａと磁石２２のＳ極及びＮ極との位相は、図３（ａ）又は図３（ｃ）に示すように、互いに逆向きに変化する。このように位相変化が生じた場合、一方の磁気ヨーク２３Ａの磁極爪２３ａと他方の磁気ヨーク２３Ｂの磁極爪２３ａとには、互いに逆の極性を有する磁力線が増加し、磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂのヨーク本体にそれぞれ正負の磁束が発生する。このとき発生する磁束の正負は、磁石２２と磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂとの間、すなわち、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束密度はこの相対角変位の大きさに対応する。

一組の磁気センサ２４Ａ，２４Ｂは、図２に示すように、それぞれの磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂの外側に配設された２個の集磁リング２５Ａ，２５Ｂ（以下、まとめて集磁リング２５とも称呼する。）のそれぞれに２箇所ずつ軸線方向にて対向するように形成された集磁突起２５ａ間に設けられるエアギャップ内に挿入され、両磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂ間に生じる磁束密度を検出する。ここで、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂとしては、例えば、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子等を採用することができ、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号等）に変換して出力する。なお、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂは、磁気ヨーク２３Ａ，２３Ｂに接触することなく、詳細な図示を省略するハウジングやコラムチューブ等に固定されている。

それぞれの磁気センサ２４（２４Ａ，２４Ｂ）の出力は、集磁リング２５（２５Ａ，２５Ｂ）に対向する磁気ヨーク２３（２３Ａ，２３Ｂ）のヨーク本体内部における発生磁束によって変化し、これらの発生磁束は、上述したように、磁石２２に対する磁気ヨーク２３（２３Ａ，２３Ｂ）の位相変化、言い換えれば、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との間の相対角変位に対応する。したがって、それぞれの磁気センサ２４（２４Ａ，２４Ｂ）の出力は、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２に加えられ、相対角変位を生じさせる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなる。このため、トルクセンサ２０は、それぞれの磁気センサ２４（２４Ａ，２４Ｂ）の出力変化に基づいて入力側シャフト１２ａ１及び出力側シャフト１２ａ２に加わる回転トルクＴ１，Ｔ２（操舵トルクに相当）を検出することができ、同検出した回転トルクＴ１，Ｔ２のそれぞれに対応する信号を出力することができる。なお、以下の説明においては、回転トルクＴ１、Ｔ２を、単に「回転トルクＴ」とも称呼する場合がある。

また、電気制御装置Ｃは、図１に示すように、操舵角センサ２６及び車速センサ２７を備えている。操舵角センサ２６は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴うステアリングシャフト１２の回転角としての操舵角θを検出し、この操舵角θに対応する信号を出力する。車速センサ２７は、車両の車速Ｖを検出し、同検出した車速Ｖに対応する信号を出力する。

さらに、電気制御装置Ｃは、図１に示すように、ＥＰＳモータ１３の作動を制御する電子制御ユニット２８を備えている。電子制御ユニット２８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするものであり、ＥＰＳモータ１３の作動を制御する。このため、電子制御ユニット２８の入力側には、上記各センサ２０，２６，２７が接続されており、これら各センサ２０，２６，２７によって検出された各検出値を用いてＥＰＳモータ１３の駆動を制御する。一方、電子制御ユニット２８の出力側には、ＥＰＳモータ１３を駆動させるための駆動回路２９が接続されている。

次に、上記のように構成した電気制御装置Ｃ（より詳しくは、電子制御ユニット２８）によるＥＰＳモータ１３の駆動制御（以下、この駆動制御を「アシスト制御」と称呼する。）について具体的に説明する。電子制御ユニット２８は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴う負担を軽減するために、ＥＰＳモータ１３の駆動を制御して、すなわち、アシスト制御して、適切なアシストトルクを付与する。

このため、電子制御ユニット２８は、運転者が操舵ハンドル１１を介して入力する操舵トルクＴｓを軽減するための目標アシストトルクＴａを演算し、この演算した目標アシストトルクＴａをＥＰＳモータ１３に発生させる。この目標アシストトルクＴａを演算するにあたり、電子制御ユニット２８は、トルクセンサ２０によって検出された回転トルクＴ１，Ｔ２を用いて目標アシストトルクＴａを演算する。具体的に例示すると、電子制御ユニット２８は、所定のサンプリング周期によってトルクセンサ２０（より具体的には、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂ）から回転トルクＴ１，Ｔ２に対応する出力信号を取得し、例えば、取得した出力信号によって表される回転トルクＴ１と回転トルクＴ２の偏差ΔＴを算出する。そして、電子制御ユニット２８は、例えば、算出した偏差ΔＴが予め設定された所定値Ｔｇ以下であるか否かを判定し、偏差ΔＴが所定値Ｔｇ以下である場合には、トルクセンサ２０を構成する２つ磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの出力である回転トルクＴ１及び回転トルクＴ２がいずれも正常であるすなわちトルクセンサ２０が正常であると判定する。

このような判定処理によってトルクセンサ２０を構成する２つ磁気センサ２４Ａ，２４Ｂによって出力される回転トルクＴ１及び回転トルクＴ２がいずれも正常である場合には、電子制御ユニット２８は、取得した回転トルクＴ１及び回転トルクＴ２のいずれか一方又は両方の平均値等をトルクセンサ２０によって取得された操舵トルクＴｓとして決定して採用する。そして、電子制御ユニット２８は、採用した操舵トルクＴｓの絶対値の増加に伴って増加する目標アシストトルクＴａを演算する。なお、この場合、電子制御ユニット２８は、例えば、図４に示すようなアシストトルクマップを参照して、上述したように採用した操舵トルクＴｓの絶対値に対応する目標アシストトルクＴａを演算する。なお、アシストトルクマップは、代表的な車速Ｖごとに設定されるものであり、車速センサ２７によって検出された車速Ｖの増大に伴って目標アシストトルクＴａが相対的に小さくなり、車速Ｖの減少に伴って目標アシストトルクＴａが相対的に大きくなるように設定されている。

このように目標アシストトルクＴａを演算すると、電子制御ユニット２８は、演算した目標アシストトルクＴａの大きさと予め定めた関係にあり、ＥＰＳモータ１３に供給する電流を表すモータ電流指令値を決定する。そして、電子制御ユニット３５は決定したモータ電流指令値を駆動回路２９に供給し、駆動回路２９は供給されたモータ電流指令値に相当する駆動電流をＥＰＳモータ１３に供給する。これにより、ＥＰＳモータ１３が目標アシストトルクＴａをラックバー１５に伝達することができ、運転者は良好な操舵フィーリングを知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができる。

一方、電子制御ユニット２８は、上述したように算出した偏差ΔＴが所定値Ｔｇを超えている場合には、トルクセンサ２０を構成する２つ磁気センサ２４Ａ及び磁気センサ２４Ｂのうちの少なくとも一方に異常が発生しており、トルクセンサ２０に異常が発生していると判定する。ところで、このようにトルクセンサ２０に異常が発生している状況、より具体的には、磁気センサ２４Ａ及び磁気センサ２４Ｂのうちの少なくとも一方に異常が発生している状況においては、何れの磁気センサ２４に異常が発生しているかを特定しない限り、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの出力である回転トルクＴ１及び回転トルクＴ２を用いて操舵トルクＴｓを決定することができない。そこで、電子制御ユニット２８は、トルクセンサ２０に異常が発生しているとき、何れの磁気センサ２４に異常が発生しているかを特定する。以下、この特定を詳細に説明する。

上述したように、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂは、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２に相対角変位を生じさせると、加えられた回転トルクの方向及び大きさに対応する磁束密度、言い換えれば、回転トルクＴ１，Ｔ２をそれぞれ検出し、同検出した回転トルクＴ１，Ｔ２のそれぞれに対応する信号を出力することができる。したがって、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに強制的に相対角変位を生じさせたときに、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂから出力される信号によって表される回転トルクＴ１，Ｔ２を確認すれば、異常の発生している磁気センサ２４を特定することができる。

ところが、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とにおいては、入力側シャフト１２ａ１が操舵ハンドル１１に連結されており、出力側シャフト１２ａ２が転舵ギアユニットＵに連結されている。このため、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに強制的に相対角変位を生じさせる場合には、この相対角変位の発生に起因する操舵ハンドル１１の回動及び左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵動作が生じないように、あるいは、生じても極めて小さくなるように、トーションバー２１を捩れ変形させて相対角変位を生じさせる必要がある。

ここで、このようにトーションバー２１のような弾性体の捩れ変形を利用する場合には、弾性体を軸線回りにて捩り方向に振動させるためにＥＰＳモータ１３から付与される回転トルクＴｔを変動させる周波数（以下、この周波数を加振周波数と称呼する。）の大きさに依存して、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との相対角変位の発生挙動が変化する。すなわち、弾性体の一端部側を小さな加振周波数で捩り方向に振動させる場合には、弾性体に捩れ変形が生じず、一端部側と他端部側とが一体的に振動し、加振周波数を増加させるほど一端部側と他端部側とに捩れ変形が生じる。この捩れ変形量は、加振周波数を増加させるほど小さくなる傾向がある。このような系においては、入力側シャフト１２ａ１が振動（回転）しなくなり、出力側シャフト１２ａ２のみが振動（回転）する周波数が存在する。以下、この時の加振周波数を特に「反共振周波数」と称呼する。そして、この反共振周波数から加振周波数を増加させ、ある程度加振周波数が大きくなると、一端部側と他端部側とが共振する周波数が存在する。以下、この時の加振周波数を特に「共振周波数」と称呼する。

このことを入力側シャフト１２ａ１、トーションバー２１及び出力側シャフト１２ａ２について、図５に示すような検討モデルを用いて説明する。なお、この検討モデルにおいては、トーションバー２１の弾性率（又は剛性率）をＫｔとするとともに、入力側シャフト１２ａ１の剛性率（又は弾性率）をＫｃとする。また、ＥＰＳモータ１３を駆動させることにより出力側シャフト１２ａ２に付与される回転トルクＴｔに起因する出力側シャフト１２ａ２の回転角をθｍとするとともに、入力側シャフト１２ａ１の回転角をθｃとし、又、操舵ハンドル１１の回転角をθｗとする。さらに、出力側シャフト１２ａ２の慣性モーメントをＪｍ、入力側シャフト１２ａ１の慣性モーメントをＪｃ及び操舵ハンドル１１の慣性モーメントをＪｗとする。

このようなモデルに対して、本願発明者は種々の実験を行うことにより、上記モデルにおける反共振周波数すなわちトーションバー２１の一端部側のみが振動（回転）し、他端部側が振動（回転）しなくなる加振周波数を特定するとともに、上記モデルにおける共振周波数すなわちトーションバー２１の一端部側と他端部側とが共振する加振周波数を特定した。なお、上記モデルにおける反共振周波数及び共振周波数は、上記各物性値、具体的には、トーションバー２１の弾性率Ｋｔ、入力側シャフト１２ａ１の剛性率（弾性率）Ｋｃ、出力側シャフト１２ａ２の慣性モーメントＪｍ、入力側シャフト１２ａ１の慣性モーメントＪｃ及び操舵ハンドル１１の慣性モーメントＪｗを適宜設定することにより変化させることができる。また、上記のように特定される共振周波数については、反共振周波数から周波数を増加させたときに最初に出力側シャフト１２ａ２と入力側シャフト１２ａ１とに共振が発生する周波数であるとよい。

ところで、加振周波数によってＥＰＳモータ１３による回転トルクＴｔを変動させるすなわち出力側シャフト１２ａ２を捩り方向に振動させると入力側シャフト１２ａ１も捩り方向に振動する。このため、入力側シャフト１２ａ１に連結された操舵ハンドル１１も回動方向に振動するようになる。

したがって、異常の発生している磁気センサ２４を特定するために入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに強制的に相対角変位を生じさせるときに、操舵ハンドル１１の回動及び左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵動作が生じないように、あるいは、生じても極めて小さくなるようにするためには、ＥＰＳモータ１３により出力側シャフト１２ａ２に付与される回転トルクＴｔを上記反共振周波数よりも大きな周波数であり、かつ、上記共振周波数よりも小さな周波数で変動させればよい。これにより、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とを連結するトーションバー２１を適切に捩れ変形させることができて、操舵ハンドル１１の回動及び左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵動作が生じないように、あるいは、生じても極めて小さくなるようにすることができる。

このため、電子制御ユニット２８は、トルクセンサ２０に異常が発生していると判定すると、まず、車両が直進状態により走行しているか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット２８は、操舵角センサ２６から出力された信号を入力して操舵角θ（操舵ハンドル１１の回転角θｗに相当）を取得するとともに、車速センサ２７から出力された信号を入力して車速Ｖを取得する。そして、例えば、操舵角θの値が略「０」であり、かつ、車速Ｖの値が正の値であれば、車両が直進状態により走行していると判定することができる。そして、電子制御ユニット２８は、このように車両が直進状態により走行していると判定した場合、上記反共振周波数よりも大きく、かつ、上記共振周波数よりも小さな周波数として予め設定された加振周波数（以下、「特定加振周波数」と称呼する。）で出力側シャフト１２ａ２を捩り方向に振動させるように、駆動回路２９を介してＥＰＳモータ１３を駆動させて出力側シャフト１２ａ２に所定の大きさの回転トルクＴｔを変動させて付与させる。

このように、ＥＰＳモータ１３が特定加振周波数によって所定の回転トルクＴｔを変動させて付与することにより、出力側シャフト１２ａ２は捩れ方向に振動し、トーションバー２１を介して連結された入力側シャフト１２ａ１は振動しない。すなわち、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２との間には、強制的に相対角変位が生じる。これにより、トルクセンサ２０を構成する２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂは、それぞれ、相対角変位に応じた回転トルクＴ１，Ｔ２を表す信号を電子制御ユニット２８に出力する。

電子制御ユニット２８においては、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂから出力された信号を入力し、この信号によって表される回転トルクＴ１、Ｔ２を取得する。ここで、電子制御ユニット２８は、特定加振周波数によってＥＰＳモータ１３を駆動させて所定の回転トルクＴｔを出力側シャフト１２ａ２に付与した場合、トルクセンサ２０（すなわち、磁気センサ２４Ａ，２４Ｂ）が出力すべき回転トルクとして実験的に決定され得る判定トルクＴｒｅｆを予め記憶している。これにより、電子制御ユニット２８は、前記取得した回転トルクＴ１，Ｔ２と判定トルクＴｒｅｆとをそれぞれ比較し、回転トルクＴ１及び回転トルクＴ２のうち、判定トルクＴｒｅｆに略一致する側の回転トルクを出力した磁気センサ２４が正常であると判定する。すなわち、判定トルクＴｒｅｆと一致しない回転トルクＴを出力した磁気センサ２４が異常を発生した磁気センサ２４であると特定する。

そして、このように、異常の発生した磁気センサ２４を特定すると、電子制御ユニット２８は、正常な磁気センサ２４によって出力された回転トルクＴを操舵トルクＴｓとして採用し、上述したアシスト制御を継続させる。この場合においては、正常な磁気センサ２４から出力される回転トルクＴすなわち操舵トルクＴｓは、直接的にステアリングシャフト１２に入力されるトルクを検出したものであり、かつ、極めて精度が高く正確である。このため、正常な磁気センサ２４によって出力された回転トルクＴを用いたアシスト制御は、トルクセンサ２０が正常であるとき（すなわち、２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂがともに正常であるとき）と同等の目標アシストトルクＴａを演算することができる。

したがって、電子制御ユニット２８は演算した目標アシストトルクＴａの大きさと予め定めた関係にあるモータ電流指令値を決定して駆動回路２９に供給し、駆動回路２９は供給されたモータ電流指令値に相当する駆動電流をＥＰＳモータ１３に供給することができる。これにより、トルクセンサ２０に異常が発生した場合であっても、ＥＰＳモータ１３が適切かつ正確な目標アシストトルクＴａをラックバー１５に伝達することができ、運転者は良好な操舵フィーリングを知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができる。

以上の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、トルクセンサ２０に異常が発生した場合において、強制的に２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂから回転トルクＴ１，Ｔ２を表す信号を出力させて、これら出力された回転トルクＴ１，Ｔ２（出力信号）を用いて異常の発生した磁気センサ２４を正確に特定することができる。このとき、ＥＰＳモータ１３を反共振周波数よりも大きく、かつ、共振周波数よりも小さな特定加振周波数によって駆動させて出力側シャフト１２ａ２に付与するトルクを変動させて出力側シャフト１２ａ２を捩り方向に振動させることにより、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに相対角変位を適切に生じさせる一方で、操舵ハンドル１１の大きな回動及び左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の大きな転舵動作が生じさせないようにすることができる。これにより、電子制御ユニット２８が２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂのうちの何れかに異常が発生しているか否かを特定する場合であっても、運転者が違和感を覚えることがない。

さらに、異常の発生した磁気センサ２４を特定する、言い換えれば、正常に作動している磁気センサ２４を特定し、この正常な磁気センサ２４による回転トルクＴを操舵トルクＴｓとして採用することができる。これにより、トルクセンサ２０に異常が発生した場合であっても、トルクセンサ２０が正常であるとき（すなわち、２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂがともに正常であるとき）と同等の極めて適切なアシスト制御を継続させることができる。これにより、運転者が操舵ハンドル１１を操作する際の負担を適切に軽減することができるとともに、運転者が良好な操舵フィーリングを知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができて、極めて好適である。

本発明の実施にあたっては、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、上記実施形態においては、電子制御ユニット２８が、トルクセンサ２０に異常が発生した場合に、トルクセンサ２０を構成する２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの何れかに異常が発生しているか否かを判定するように実施した。これに対して、電子制御ユニット２８が、トルクセンサ２０に異常が発生しているか否かに関わらず、常に、あるいは、所定の時間間隔により、２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂの何れかに異常が発生しているか否かを判定するように実施することも可能である。これにより、常にトルクセンサ２０（すなわち、２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂ）の作動状態を適切に監視することができ、常に適切なアシスト制御を実行することができる。

また、上記実施形態においては、トルクセンサ２０を複数のセンサとして２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂから構成するように実施した。この場合、トルクセンサ２０を構成する磁気センサ２４の数については、２つに限定されるものではなく、３つ以上の磁気センサ２４を用いてトルクセンサ２０を構成して実施可能であることはいうまでもない。この場合であっても、上記実施形態と同様に、異常の発生している磁気センサ２４を的確に特定することができるため、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態においては、電動パワーステアリング装置１０におけるメインシャフト１２ａ１を構成する出力側シャフト１２ａ２に対してＥＰＳモータ１３を駆動力伝達可能に連結して、所謂、コラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置１０を採用して実施した。この場合、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに相対角変位を生じさせることができれば、ＥＰＳモータ１３の配設位置は限定されるものではなく、例えば、ピニオンシャフト１２ｃに対してＥＰＳモータ１３を駆動力伝達可能に連結する、所謂、ピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置１０を採用して実施したり、転舵ギアユニットＵを構成するラックバー１５に対してＥＰＳモータ１３を駆動力伝達可能に連結する、所謂、ラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置１０を採用して実施することも可能である。これらの場合であっても、入力側シャフト１２ａ１と出力側シャフト１２ａ２とに確実に相対角変位を生じさせることができるため、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態においては、トルクセンサ２０が２つの磁気センサ２４Ａ，２４Ｂから構成されるように実施した。この場合、トルクセンサ２０が操舵トルクＴｓを出力できるように、ステアリングシャフト１２に入力されるトルクの変動に起因して変化する物理量を検出するものであれば、例えば、捩れに伴う角度を検出する複数のレゾルバセンサ等、如何なる複数のセンサからトルクセンサ２０が構成されてもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様に、トルクセンサ２０を構成する複数のセンサの正常又は異常を正確に判定することができ、その結果、アシスト制御を適切に継続させることができる。

さらに、上記実施形態においては、電動モータ１３（ＥＰＳモータ１３）を駆動させることによりアシストトルクを発生させる電動パワーステアリング装置１０に本装置を適用して実施した。この場合、例えば、油圧機構等、電動モータ１３（ＥＰＳモータ１３）以外の駆動力によってアシストトルクを発生させるパワーステアリング装置に本装置を適用して実施可能であることは言うまでもない。このように、電動モータ１３（ＥＰＳモータ１３）以外の駆動源を採用する場合であっても、この駆動源を特定加振周波数で駆動させることが可能であれば、トルクセンサ２０を構成する２つのセンサとしての磁気センサ２４Ａ，２４Ｂに強制的に出力させることが可能であるため、上記実施形態と同様に、異常が発生している側の磁気センサ２４を的確に特定することができる。したがって、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

１０…電動パワーステアリング装置、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１２ａ…メインシャフト、１２ａ１…入力側シャフト（第１シャフト）、１２ａ２…出力側シャフト（第２シャフト）、１２ｂ…インターメディエイトシャフト、１２ｃ…ピニオンシャフト、１２ｄ，１２ｅ…ユニバーサルシャフト、１３…ＥＰＳモータ（電動モータ）、１４…ピニオンギア、１５…ラックバー、２０…トルクセンサ（トルク取得手段）、２１…トーションバー（弾性体）、２２…磁石、２３Ａ，２３Ｂ…磁気ヨーク、２４Ａ，２４Ｂ…磁気センサ（複数のセンサ）、２５Ａ，２５Ｂ…集磁リング、２６…操舵角センサ、２７…車速センサ、２８…電子制御ユニット、２９…駆動回路、Ｃ…電気制御装置（操舵制御装置）、Ｕ…転舵ギアユニット

Claims (7)

1. 運転者によって操作される操舵ハンドルを支持するステアリングシャフトと、前記操舵ハンドルの操作に対してアシストトルクを付与する電動モータと、前記ステアリングシャフトに入力される操舵トルクを検出するための複数のセンサを含んで構成される操舵トルク取得手段と、前記操舵トルク取得手段によって取得された操舵トルクを用いて目標アシストトルクを算出し、同算出した目標アシストトルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するアシスト制御手段とを備えた車両の操舵制御装置であって、
   前記操舵トルク取得手段を構成する前記複数のセンサは、それぞれ、前記ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に起因して変化する同一の物理量を検出し、同検出した物理量に対応する信号を出力するものであり、
   前記電動モータを所定の条件により駆動させて前記ステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させ、前記複数のセンサからそれぞれが検出した物理量に対応する前記信号を出力させるセンサ信号出力手段と、
   前記センサ信号出力手段によって前記複数のセンサからそれぞれ前記信号が出力されると、出力された前記信号をそれぞれ前記ステアリングシャフトに入力されたトルクに変換し、同変換したトルクと前記所定の条件により前記電動モータを駆動させたときに前記ステアリングシャフトに入力されるトルクとして予め設定された判定トルクとを比較して、前記複数のセンサのうちで異常の発生しているセンサを特定する異常発生センサ特定手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 請求項１に記載した車両の操舵制御装置において、
   前記操舵トルク取得手段によって取得された前記操舵トルクが異常であるか否かを判定する取得操舵トルク異常判定手段を備え、
   前記センサ信号出力手段は、
   前記取得操舵トルク異常判定手段によって前記操舵トルクが異常であると判定されたとき、前記複数のセンサのそれぞれに前記信号を出力させることを特徴とする車両の操舵制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載した車両の操舵制御装置において、
   前記ステアリングシャフトは、少なくとも、
   前記操舵ハンドルに連結された第１シャフトと、前記電動モータに連結された第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとが軸線回りにて捩れ変形可能な弾性体を介して互いに軸線回りに相対的に回転可能に連結されており、
   前記センサ信号出力手段は、
   前記第２シャフトを軸線回りにて回転させても前記第１シャフトに連結された前記操舵ハンドルを回転方向に変位させないように前記弾性体を捩れ変形させて前記ステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させる条件を所定の条件として前記電動モータを駆動させることを特徴とする車両の操舵制御装置。
4. 請求項３に記載した車両の操舵制御装置において、
   前記センサ信号出力手段は、
   前記弾性体を介して互いに連結された前記第１シャフトと前記第２シャフトに対して、前記第２シャフトを介して前記弾性体を軸線回りにて捩り方向に振動させたときに前記第２シャフトのみが振動し、前記第１シャフトが振動しなくなる反共振周波数よりも大きく、かつ、前記第２シャフトを介して前記弾性体を軸線回りにて捩り方向に振動させたときに前記第２シャフトと前記第１シャフトとが共振して振動する共振周波数よりも小さい周波数によって前記ステアリングシャフトに入力されるトルクを変動させる条件を前記所定の条件として前記電動モータを駆動させることを特徴とする車両の操舵制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵制御装置において、
   前記操舵トルク取得手段は、
   前記複数のセンサのうち、前記異常発生センサ特定手段によって異常の発生しているセンサとして特定されていないセンサが検出した物理量を用いて前記操舵トルクを取得し、
   前記アシスト制御手段は、
   前記操舵トルク取得手段によって前記取得された前記操舵トルクを用いて前記目標アシストトルクを算出し、同算出した目標アシストトルクに基づいて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする車両の操舵制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵制御装置において、
   前記複数のセンサは、それぞれ、
   前記ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に起因して変化する磁束密度を前記物理量として検出することを特徴とする車両の操舵制御装置。
7. 請求項６に記載した車両の操舵制御装置において、
   前記磁束密度は、
   前記ステアリングシャフトに入力されるトルクの変動に起因した前記ステアリングシャフトの軸線回りにおける捩れによって変化することを特徴とする車両の操舵制御装置。

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