JP2012236474A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシ付モータ２０のブラシの位置ずれを検出する。
【解決手段】 位置ずれ検出部８０は、モータ実電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍと回転角速度ωとに基づいて、モータ２０の逆起電圧定数Ｋｅを計算し、そのデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）をサンプリングする（Ｓ３１〜Ｓ３４）。そして、電流方向別にモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性を表す近似式を計算し（Ｓ３５）、プラス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの近似式の１次係数Ａ１と、マイナス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの近似式の１次係数Ａ２のとの偏差ΔＡが判定基準値Ａrefを超える場合に、ブラシの位置ずれが生じていると判定する（Ｓ３９）。
【選択図】 図９

Description

本発明は、運転者の操舵操作に基づいてモータを駆動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。

電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドルの操舵操作を補助する操舵アシストトルクを発生するモータと、このモータの通電を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵと呼ぶ）とを備える。ＥＣＵは、スイッチング素子で構成したモータ駆動回路と、操舵トルクに応じた目標アシストトルクが発生するようにモータの制御量を演算するマイコンと、マイコンにより演算された制御量にしたがってモータ駆動回路のスイッチング素子にＰＷＭ制御によるゲート信号を出力するスイッチ駆動回路とを備える。

例えば、特許文献１に示される電動パワーステアリング装置においては、ステアリング機構にブラシ付モータを備え、このブラシ付モータをＨブリッジ回路で駆動することにより、操舵アシストトルクを発生する構成を採用している。この特許文献１に示される電動パワーステアリング装置は、モータ電源電圧と、モータの両方の端子電圧とに基づいて、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子のオン故障、および、モータの端子故障を検出する異常検出回路を備えている。

特開２００２−６７９８５号公報

しかしながら、上記の電動パワーステアリング装置においては、ブラシ付モータの機械的な異常に関しては検出することができない。ブラシ付モータ（永久磁石式ＤＣモータ）は、一般に、永久磁石（マグネット）をステータに配置し、ロータに電機子巻線を設けるように構成される。こうしたブラシ付モータにおいては、マグネットとブラシとの機械的な相対位置が何らかの原因で回転方向にずれた場合には、モータの効率低下により操舵アシストが低下するため、マイコンは、モータに流す目標電流を増加させる。このため、モータに大電流が流れブラシ部の摩耗を早めてしまうおそれがある。また、マグネットとブラシとのずれ角によっては、操舵アシストトルクを発生できなくなるおそれもある。

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、ブラシ付モータのマグネットとブラシとの機械的な相対位置のずれを検出できるようにすることにある。

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たブラシ付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おいて、前記ブラシ付モータのステータに設けられるマグネットとブラシとにおける、ロータの回転方向の相対的な位置ずれを、前記位置ずれが発生した場合に前記モータに流れる電流に対する前記モータの逆起電圧定数の特性が変化することを利用して検出する位置ずれ検出手段（８０，８５）を備えたことにある。

本発明においては、ブラシ付モータを駆動制御することにより操舵アシストトルクを発生する。例えば、操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいてモータ制御量を演算し、演算したモータ制御量にてブラシ付モータを駆動制御する。これにより、モータは、操舵トルクに応じた操舵アシストトルクを発生する。

ブラシ付モータは、ブラシとマグネットとにおけるロータの回転方向の相対位置がずれてしまうと、適正なトルクを出力することができない。そこで、本発明においては、位置ずれ検出手段を備えている。ブラシ付モータにおいては、マグネットによる主磁束と、電機子電流による起磁力とが直交するようにブラシとマグネットとの相対位置が決められている。マグネットに対してブラシが相対的に位置ずれしていない状態、つまり、電気的中性軸に対してブラシが対称位置となる正常な位置に固定されている場合においては、モータに流れる電流に対する逆起電圧定数は、電流がゼロの時に最大となり、電流の大きさ（絶対値）が増加するにしたがって減少する特性を有する。従って、モータの回転方向（通電方向）によらず逆起電圧定数の低下する特性は変わらない。一方、マグネットに対してブラシが相対的に位置ずれしている場合においては、モータに流れる電流に対する逆起電圧定数は、電流がゼロの時に最大とならず、その特性は、電流の正方向あるいは負方向に全体的にシフトする。このため、モータの回転方向（通電方向）によって逆起電圧定数の特性が異なる。

そこで、位置ずれ検出手段は、位置ずれが発生した場合にモータに流れる電流に対するモータの逆起電圧定数の特性が変化することを利用して、マグネットとブラシとにおける相対的な位置ずれを検出する。この結果、本発明によれば、ブラシ付モータのマグネットとブラシとの機械的な相対位置のずれを簡単に検出することができる。

本発明の他の特徴は、前記位置ずれ検出手段は、前記モータに流れる電流の情報を取得する電流取得手段（Ｓ３１）と、前記モータの逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数演算手段（Ｓ３２）と、前記電流取得手段により取得された電流の情報と前記逆起電圧定数演算手段により演算された逆起電圧定数とに基づいて、前記モータに流れる電流と逆起電圧定数との関係を表す逆起電圧定数特性を、前記電流の流れる方向別に検出する逆起電圧定数特性検出手段（Ｓ３５）とを備え、前記逆起電圧定数特性検出手段により検出された正方向に流れる電流の逆起電圧定数特性と負方向に流れる電流の逆起電圧定数特性との相違度合に基づいて前記位置ずれを検出すること（Ｓ３６〜Ｓ３９）にある。

この場合、前記位置ずれ検出手段は、前記モータに印加される電圧の情報を取得する電圧取得手段（Ｓ３１）と、前記モータの回転角速度の情報を取得する回転角速度取得手段（Ｓ３１）とを備え、前記逆起電圧定数演算手段は、前記電流取得手段により取得された電流の情報と、前記電圧取得手段により取得された電圧の情報と、前記回転角速度取得手段により取得された回転角速度の情報とに基づいて、前記モータの逆起電圧定数を演算するとよい。

本発明においては、電流取得手段がモータに流れる電流の情報を取得し、逆起電圧定数演算手段がモータの逆起電圧定数を演算し、逆起電圧定数特性検出手段が電流の情報と逆起電圧定数とに基づいて、モータに流れる電流と逆起電圧定数との関係を表す逆起電圧定数特性を電流の流れる方向別に検出する。

例えば、逆起電圧定数演算手段は、モータに流れる電流と、モータに印加される電圧と、モータの回転角速度とに基づいて逆起電圧定数を演算する。

また、逆起電圧定数特性検出手段は、例えば、モータに流れる電流と、その電流を検出したときの逆起電圧定数とを一組のデータとして記憶し、そのデータをモータ駆動中に複数サンプリングすることにより、モータに流れる電流と逆起電圧定数との関係を表す逆起電圧定数特性を検出するとよい。

ブラシとマグネットとの相対位置がずれている場合には、正方向に流れる電流の逆起電圧定数特性と負方向に流れる電流の逆起電圧定数特性とが相違する。このことを利用して、位置ずれ検出手段は、正方向に流れる電流の逆起電圧定数特性と負方向に流れる電流の逆起電圧定数特性との相違度合に基づいて位置ずれを検出する。従って、本発明によれば、ブラシ付モータのマグネットとブラシとの機械的な相対位置のずれを簡単に検出することができる。

本発明の他の特徴は、前記位置ずれ検出手段は、予め一定値に設定された仮の逆起電圧定数を使った演算により前記モータの回転角速度を推定する回転角速度推定手段（Ｓ５４）と、前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度を時間積分することにより推定舵角を演算する舵角推定手段（Ｓ５５）と、前記仮の逆起電圧定数を使わずに、車両の走行状態に基づいて実際の舵角に相当する実舵角を演算する実舵角演算手段（７７）と、前記舵角推定手段により演算された推定舵角と前記実舵角演算手段により演算された実舵角との関係を表す推定舵角特性を、操舵方向別に検出する推定舵角特性検出手段（Ｓ５９）とを備え、前記推定舵角特性検出手段により検出された右操舵方向の前記推定舵角特性と左操舵方向の前記推定舵角特性との相違度合に基づいて前記位置ずれを検出すること（Ｓ６０〜Ｓ６３）にある。

この場合、前記位置ずれ検出手段は、前記モータに流れる電流の情報を取得する電流取得手段（Ｓ５３）と、前記モータに印加される電圧の情報を取得する電圧取得手段（Ｓ５３）とを備え、前記回転角速度推定手段は、前記仮の逆起電圧定数と、前記電流取得手段により取得された電流の情報と、前記電圧取得手段により取得された電圧の情報とに基づいて、前記モータの回転角速度を推定するとよい。

本発明においては、回転角速度推定手段が予め一定値に設定された仮の逆起電圧定数を使った演算によりモータの回転角速度を推定し、舵角推定手段が回転角速度を時間積分することにより推定舵角を演算し、実舵角演算手段が仮の逆起電圧定数を使わずに、車両の走行状態に基づいて実際の舵角に相当する実舵角を演算し、推定舵角特性検出手段が推定舵角と実舵角との関係を表す推定舵角特性を操舵方向別に検出する。

例えば、回転角速度推定手段は、仮の逆起電圧定数と、モータに流れる電流と、モータに印加される電圧とに基づいてモータの回転角速度を演算により推定する。また、舵角推定手段は、例えば、車両が直進走行している状態から旋回して保舵状態に達するまでの回転角速度を積算することにより、その保舵状態における推定舵角を演算する。

また、実舵角演算手段は、車両の走行状態を表す情報を取得して、その情報に基づいて実際の舵角に相当する実舵角を演算する。例えば、車両の走行状態を表す情報として、左右の車輪の車輪速を表す情報を取得することにより、左右の車輪速に基づいて舵角を推定することができる。また、例えば、ヨーレートを表す情報と車速を表す情報とを取得することにより、舵角を推定することもできる。

また、推定舵角特性検出手段は、例えば、舵角推定手段により演算された推定舵角と、その推定舵角を演算したときの実舵角演算手段により演算された実舵角とを一組のデータとして記憶し、そのデータをモータ駆動中に複数サンプリングすることにより、推定舵角と実舵角との関係を表す推定舵角特性を検出するとよい。

ブラシとマグネットとの相対位置がずれている場合には、正方向に流れる電流の逆起電圧定数特性と負方向に流れる電流の逆起電圧定数特性とが相違する。このため、予め一定値に設定された仮の逆起電圧定数を使った演算により推定されたモータの回転角速度を積分して得られた推定舵角は、右操舵方向と左操舵方向とで大きさが相違する。このことを利用して、位置ずれ検出手段は、右操舵方向の推定舵角特性と左操舵方向の推定舵角特性との相違度合に基づいて位置ずれを検出する。従って、本発明によれば、ブラシ付モータのマグネットとブラシとの機械的な相対位置のずれを簡単に検出することができる。

本発明の他の特徴は、前記位置ずれ検出手段により前記位置ずれが検出された場合には、前記位置ずれが検出されていない場合に比べて、前記モータの制御量を低減するモータ制御量低減手段（Ｓ１４〜Ｓ１６）を備えたことにある。

本発明においては、モータ制御量低減手段が、位置ずれが検出された場合には、モータの制御量を低減する。このため、モータに大電流が流れないように作動制限した状態で操舵アシストを継続することができる。このため、運転者は、操舵アシストが得られた状態で、車両を修理工場等にまで運転することができるため不便を感じない。また、モータが大きなトルクを出力しないようになり、更なる位置ずれを抑制できる。

モータの制御量を低減するにあたっては、例えば、モータに流す電流の上限値を低減する、あるいは、モータの目標電流を低減補正する、あるいは、モータの電圧指令値を低減補正するなど種々の手法を採用することができる。

本発明の他の特徴は、前記モータ制御量低減手段は、前記位置ずれの検出により前記モータの制御量を低減した後、前記モータの制御量を低減する度合いを徐々に増やしていくことにある。

本発明においては、モータ制御量低減手段が、位置ずれの検出によりモータの制御量を低減した後、モータの制御量を低減する度合いを徐々に増やしていく。例えば、モータ制御量低減手段は、位置ずれが検出されてからの時間経過、あるいは、位置ずれが検出されてからの車両の使用量にしたがって低減度合を増加する。車両の使用量は、例えば、イグニッションスイッチがオンしている積算時間、イグニッションスイッチのオン回数（オフ回数）、車両の走行時間、車両の走行距離、エネルギー補給（給油、充電）回数、エネルギー補給量（給油量、充電量）、操舵回数、モータに流れる電流の絶対値の積算値、モータに印加する電圧の絶対値の積算値、モータに供給する電力の絶対値の積算値、操舵トルクの絶対値の積算値などを表す値を用いて検出することができる。

この結果、本発明によれば、ブラシの位置ずれが検出された後に、操舵アシストを徐々に低下させることができるため、運転者に対して、安全に、確実に、故障を認識させることができ、早期の修理を促すことができる。

尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

第１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。 第１実施形態に係るアシストＥＣＵの機能ブロック図である。 第１実施形態に係る目標電流演算ルーチンを表すフローチャートである。 第１実施形態に係るアシストマップを表すグラフである。 ブラシとマグネットとの関係を表す図である。 電機子反作用による合成磁束の方向の変化を表す図である。 ブラシの位置ずれを表す図である。 モータ電流に対する逆起電圧定数の特性を表すグラフである。 第１実施形態に係る位置ずれ検出ルーチンを表すフローチャートである。 電流方向別にサンプリングデータをプロットしたグラフである。 電流方向別にサンプリングデータをプロットしたグラフである。 第２実施形態に係るアシストＥＣＵの機能ブロック図である。 舵角と回転角速度とを表すグラフである。 旋回方向別にサンプリングデータをプロットしたグラフである。 舵角を演算するためのパラメータを説明する図である。 第２実施形態に係る位置ずれ検出ルーチンを表すフローチャートである。 変形例に係る位置ずれ検出ルーチンの一部を表すフローチャートである。 変形例に係る目標電流演算ルーチンの一部を表すフローチャートである。 変形例に係る制御量制限マップを表すグラフである。

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、第１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の操舵操作により転舵輪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モータ２０と、操舵ハンドル１１の操作状態に応じてモータ２０の作動を制御する電子制御ユニット１００とを主要部として備えている。以下、電子制御ユニット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の回転操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２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に形成されたギヤ部１４ａ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は、ギヤ部１４ａがラックハウジング１６内に収納され、その左右両端がラックハウジング１６から露出してタイロッド１７と連結される。このラックバー１４のタイロッド１７との連結部には、ストロークエンドを構成するストッパ１８が形成され、このストッパ１８とラックハウジング１６の端部との当接によりラックバー１４の左右動ストロークが機械的に規制されている。左右のタイロッド１７の他端は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２２に設けられたナックル１９に接続される。こうした構成により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２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。

ステアリングシャフト１２には減速ギヤ２５を介してモータ２０が組み付けられている。モータ２０は、その回転により減速ギヤ２５を介してステアリングシャフト１２をその軸中心に回転駆動して、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を付与する。このモータ２０は、ブラシ付ＤＣモータである。

ステアリングシャフト１２には、操舵ハンドル１１と減速ギヤ２５とのあいだに操舵トルクセンサ２１が組みつけられている。操舵トルクセンサ２１は、例えば、ステアリングシャフト１２の中間部に介装されたトーションバー（図示略）の捩れ角度をレゾルバ等により検出し、この捩れ角に基づいてステアリングシャフト１２に働いた操舵トルクｔｒを検出する。操舵トルクｔｒ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。例えば、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ｔｒ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ｔｒを負の値で示す。尚、本実施形態においては、トーションバーの捩れ角度を、トーションバーの両端に設けた２つのレゾルバにより検出するが、エンコーダ等の他の回転角センサにより検出することもできる。

また、ステアリングシャフト１２には、操舵ハンドル１１と操舵トルクセンサ２１とのあいだに舵角センサ２２が組み付けられている。舵角センサ２２は、ステアリングシャフト１２の回転角度に基づいて、舵角ゼロとなる中立位置からの回転角度を表す舵角θｈを検出する。舵角θｈは、正負の値により中立位置からの操舵方向が識別される。例えば、中立位置から右方向の舵角θｈを正の値で、中立位置から左方向の舵角θｈを負の値で示す。尚、操舵トルクｔｒ、舵角θｈについて、その大きさを論じる場合には、絶対値を用いる。

尚、第１実施形態の電動パワーステアリング装置においては、舵角センサ２２を、モータ２０の回転角速度ωを検出するために用いる。従って、モータ２０の回転角速度ωを検出できるセンサが備わっていれば、舵角センサ２２に代えて、そのセンサを利用してもよい。例えば、操舵トルクセンサ２１がトーションバーの両端の回転角度（絶対角度）を検出して、両端の回転角度差から操舵トルクｔｒを検出する構成のものであれば、トーションバーの片側端の回転角度の検出値を利用することもできる。

次に、第１実施形態におけるアシストＥＣＵ１００について図２を用いて説明する。アシストＥＣＵ１００は、モータ２０の目標制御量を演算し、演算された目標制御量に応じたスイッチ駆動信号を出力する電子制御回路５０と、電子制御回路５０から出力されたスイッチ駆動信号にしたがってモータ２０に通電するモータ駆動回路４０とを含んで構成される。

電子制御回路５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる演算回路と入出力インタフェースを備えたマイクロコンピュータ６０（以下、マイコン６０と呼ぶ）と、マイコン６０から出力されるスイッチ制御信号を増幅してモータ駆動回路４０に供給するスイッチ駆動回路５１とを備える。

アシストＥＣＵ１００は、電源装置２００から電力供給される。この電源装置２００は、図示しないバッテリと、エンジンの回転により発電するオルタネータとから構成される。この電源装置２００の定格出力電圧は、例えば１２Ｖに設定されている。尚、図中においては、電源装置２００からモータ駆動回路４０への電源供給ラインである電源ライン２１０のみを示しているが、電子制御回路５０の作動電源も電源装置２００から供給される。

モータ駆動回路４０は、電源ライン２１０とグランドライン２２０との間に設けられる。モータ駆動回路４０は、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｈとを並列にして電源ライン２１０に接続した上アーム回路４５Ｈと、スイッチング素子Ｑ１Ｌとスイッチング素子Ｑ２Ｌとを並列にしてグランドライン２２０に接続した下アーム回路４５Ｌとを直列に接続し、上アーム回路４５Ｈと下アーム回路４５Ｌとの接続部から、モータ２０への電力供給を行うための通電ライン４７ａ，４７ｂを引き出したＨブリッジ回路である。このモータ駆動回路４０では、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとが電源−グランド間に直列接続され、スイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとが電源−グランド間に直列接続される。

モータ駆動回路４０に設けられるスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌとしては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor Ｆield Ｅffect Ｔransistor）が使用される。スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌは、各ソース−ドレイン間に電源電圧が印加されるように上下のアーム回路４５Ｈ，４５Ｌに設けられ、また、各ゲートが電子制御回路５０のスイッチ駆動回路５１に接続される。以下、スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌについて、その何れかを特定しない場合には、単に、スイッチング素子Ｑと呼ぶ。

尚、図中に回路記号で示すように、ＭＯＳ−ＦＥＴには構造上、ダイオードが寄生している。このダイオードを寄生ダイオードと呼ぶ。各スイッチング素子Ｑの寄生ダイオードは、電源ライン２１０からグランドライン２２０への電流の流れを遮断し、グランドライン２２０から電源ライン２１０へ向かう電流のみを許容する逆導通ダイオードである。また、モータ駆動回路４０は、寄生ダイオードとは別の逆導通ダイオード（電流遮断方向は寄生ダイオードと同じであって、電源電圧方向に対して逆方向にのみ導通するダイオード）をスイッチング素子Ｑに並列に接続した構成であってもよい。また、スイッチング素子Ｑは、ＭＯＳ−ＦＥＴに限るものではない。

マイコン６０は、スイッチ駆動回路５１を介してモータ駆動回路４０の各スイッチング素子Ｑのゲートに独立した駆動信号を出力する。この駆動信号により、各スイッチング素子Ｑのオン状態とオフ状態とが切り替えられる。

モータ駆動回路４０においては、スイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとがオフに維持された状態でスイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとがオンすると、図中の（＋）方向に電流が流れる。これにより、モータ２０は、正回転方向のトルクを発生する。また、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとがオフに維持された状態でスイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとがオンすると、図中の（−）方向に電流が流れる。これにより、モータ２０は、逆回転方向のトルクを発生する。

アシストＥＣＵ１００は、モータ２０に流れる電流を検出する電流センサ３１を備えている。この電流センサ３１は、下アーム回路４５Ｌとグランドとを接続するグランドライン２２０に設けられる。電流センサ３１は、例えば、グランドライン２２０にシャント抵抗（図示略）を設け、このシャント抵抗の両端に現れる電圧をアンプ（図示略）で増幅し、増幅した電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示略）によりデジタル信号に変換してマイコン６０に供給する。以下、電流センサ３１により検出されるモータ２０に流れる電流の値を、モータ実電流Ｉｍと呼ぶ。モータ実電流Ｉｍは、その符号（正負）により、電流の流れる方向を識別できるようになっている。尚、モータ実電流Ｉｍの検出にあたっては、電流センサ３１側にＡ／Ｄコンバータを設けずに、マイコン６０側にＡ／Ｄコンバータを設けた構成であってもよい。つまり、電流センサ３１でアナログ電圧信号を出力し、マイコン６０でデジタル信号に変換する構成であってもよい。また、電流センサ３１を設ける位置は、グランドライン２００に限らず、例えば、電源ライン２１０でも良いし、通電ライン４７ａ（または４７ｂ）でもよい。

また、アシストＥＣＵ１００は、モータ２０の端子間電圧を検出する電圧センサ３２を備えている。この電圧センサ３２は、モータ２０の端子間電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示略）によりデジタル信号に変換してマイコン６０に供給する。以下、電圧センサ３２により検出される電圧の値を、モータ端子間電圧Ｖｍと呼ぶ。モータ端子間電圧Ｖｍは、上アーム回路４５Ｈと下アーム回路４５Ｌとの一方の接続部のグランドに対する電位Ｖ１と、他方の接続部のグランドに対する電位Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）に相当する。尚、電圧センサ３２は、電圧信号をデジタル信号に変換する機能をマイコン６０側に設けてもよい。また、電圧センサ３２に代えて、モータ２０の一方の端子のグランドに対する電位を検出する電圧センサと、モータ２０の他方の端子のグランドに対する電位を検出する電圧センサとを設け、この２つの電圧センサにより検出される検出値の差をモータ端子間電圧Ｖｍとして検出する構成を採用することもできる。

また、アシストＥＣＵ１００は、車速センサ３３を接続している。車速センサ３３は、車速ｖｘを表す検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。また、アシストＥＣＵ１００は、ウォーニングランプ３４を接続している。ウォーニングランプ３４は、アシストＥＣＵ１００から出力される故障検出信号により点灯する。

次に、マイコン６０の制御処理について説明する。図２は、マイコン６０の機能ブロックを表している。マイコン６０は、その機能に着目すると、モータ制御部７０と、回転角速度演算部７５と、位置ずれ検出部８０とを備えている。各機能部における処理は、マイコン６０に記憶された制御プログラムを所定の周期で繰り返し実行することにより行われる。

モータ制御部７０は、モータ２０の目標制御量を演算し、その目標制御量に応じたスイッチ駆動信号を出力するブロックである。モータ制御部７０は、目標電流演算部７１と、電圧指令値演算部７２と、ＰＷＭ制御部７３とを備えている。

図３は、目標電流演算部７１の行う目標電流演算ルーチンを表すフローチャートである。目標電流演算ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行される。目標電流演算ルーチンが起動すると、目標電流演算部７１は、ステップＳ１１において、車速センサ３３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ｔｒとを読み込む。続いて、ステップＳ１２において、図４に示すアシストマップを参照して、車速ｖｘおよび操舵トルクｔｒに応じて設定される目標アシストトルクｔｒ＊を計算する。

アシストマップは、代表的な複数の車速ｖｘごとに、操舵トルクｔｒと目標アシストトルクｔｒ＊との関係を設定した関係付けデータであり、目標電流演算部７１に記憶されている。アシストマップは、操舵トルクｔｒが大きくなるにしたがって目標アシストトルクｔｒ＊が増加し、車速ｖｘが低くなるにしたがって目標アシストトルクｔｒ＊が増加する特性を有している。尚、図４は、右方向の操舵時におけるアシストマップであって、左方向の操舵時におけるアシストマップは、左方向のものに対して操舵トルクｔｒと目標アシストトルクｔｒ＊の符号をそれぞれ反対（つまり負）にしたものとなる。

続いて、目標電流演算部７１は、ステップＳ１３において、目標アシストトルクｔｒ＊を発生させるために必要な電流である基本目標電流Ｉ＊０を計算する。基本目標電流Ｉ＊０は、目標アシストトルクｔｒ＊をトルク定数で除算することにより求められる。続いて、目標電流演算部７１は、ステップＳ１４において、位置ずれ検出部８０から出力される位置ずれ判定フラグＦfailが「０」であるか否かを判断する。

位置ずれ判定フラグＦfailは、後述するように、モータ２０において、マグネットとブラシとの機械的な相対位置が回転方向にずれていること（位置ずれと呼ぶ）が検出されているか否かを表す信号であって、「０」により位置ずれが検出されていないことを表し、「１」により位置ずれが検出されていることを表す。

目標電流演算部７１は、位置ずれ判定フラグＦfailが「０」である場合には、ステップＳ１５において、上限電流Ｉmaxを通常上限電流Ｉmax０に設定する（Ｉmax←Ｉmax０）。一方、位置ずれ判定フラグＦfailが「１」である場合には、ステップＳ１６において、上限電流Ｉmaxを異常時上限電流Ｉmax１に設定する（Ｉmax←Ｉmax１）。上限電流Ｉmaxは、モータ２０に流す電流の大きさ（絶対値）の上限値であり、位置ずれ判定フラグＦfailによって、その値が異なるように設定される。異常時上限電流Ｉmax１は、通常上限電流Ｉmax０に比べて、その大きさが小さくなるように予め設定されている。

続いて、目標電流演算部７１は、ステップＳ１７において、基本目標電流Ｉ＊０が上限電流Ｉmaxよりも大きいか否かを判断し、基本目標電流Ｉ＊０が上限電流Ｉmaxよりも大きい場合には、ステップＳ１８において、上限電流Ｉmaxを目標電流Ｉ＊に設定する（Ｉ＊←Ｉmax）。また、基本目標電流Ｉ＊０が上限電流Ｉmax以下となる場合には、ステップＳ１９において、基本目標電流Ｉ＊０を目標電流Ｉ＊に設定する（Ｉ＊←Ｉ＊０）。尚、本明細書において、方向（符号）により方向を表す検出値について大きさを論じる場合には、その絶対値を用いる。従って、ここでは、電流の流す向きに関係しない絶対値の比較となる。

目標電流演算部７１は、目標電流Ｉ＊を計算すると、ステップＳ２０において、目標電流Ｉ＊を電圧指令値演算部７２に出力して、目標電流演算ルーチンを一旦終了する。目標電流演算部７１は、こうした処理を所定の周期で繰り返す。

電圧指令値演算部７２は、目標電流演算部７１から出力される目標電流Ｉ＊と、電流センサ３１により検出されるモータ実電流Ｉｍとを読み込む。電圧指令値演算部７２は、目標電流Ｉ＊からモータ実電流Ｉｍを減算した偏差ΔＩを算出し、この偏差ΔＩを使ったＰＩ制御（比例積分制御）により、モータ実電流Ｉｍが目標電流Ｉ＊に追従するようにモータ２０に印加する目標電圧を表す電圧指令値Ｖ＊を計算する。つまり、電流フィードバック制御により電圧指令値Ｖ＊を計算する。電圧指令値Ｖ＊は、例えば、下記式（１）により計算する。
Ｖ＊＝Ｋｐ・ΔＩ＋Ｋｉ・∫ΔＩ ｄｔ ・・・（１）
ここでＫｐは、ＰＩ制御における比例項の制御ゲイン、Ｋｉは、ＰＩ制御における積分項の制御ゲインである。

電圧指令値演算部７２は、電圧指令値Ｖ＊を計算すると、電圧指令値Ｖ＊をＰＷＭ制御部７３に出力する。ＰＷＭ制御部７３は、電圧指令値演算部７２から出力された電圧指令値Ｖ＊を入力し、電圧指令値Ｖ＊で表される電圧がモータ２０に印加されるようなデューティ比を設定したＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）制御信号をスイッチ駆動回路５１に出力する。

スイッチ駆動回路５１は、入力したＰＷＭ制御信号を増幅してモータ駆動回路４０に出力する。これにより、モータ制御部７０にて計算された電圧指令値Ｖ＊に応じたデューティ比のパルス信号列がＰＷＭ制御信号としてモータ駆動回路４０に出力される。このＰＷＭ制御信号により、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのデューティ比が制御され、モータ２０の駆動電圧が電圧指令値Ｖ＊に調整される。こうして、モータ２０には、操舵操作方向に回転する向きに電流が流れ、モータ２０が操舵トルクを発生して運転者の操舵操作をアシストする。

ＰＷＭ制御部７３は、正回転用のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌと、逆回転用のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１ＬとにＰＷＭ制御信号を交互に出力することによりモータ２０を駆動する。例えば、電圧指令値Ｖ＊がゼロ、つまり、モータに通電しないときには、５０％のデューティ比のＰＷＭ制御信号を、正回転用のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌと、逆回転用のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌとに交互に出力する。この場合、モータ２０には電流が流れない。そして、モータ２０を正回転駆動する場合には、正回転用のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を逆回転用のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比よりも大きくする。例えば、正回転用のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を６０％、逆回転用のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を４０％にする。逆に、モータ２０を逆回転駆動する場合には、正回転用のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を逆回転用のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比よりも小さくする。例えば、正回転用のスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を４０％、逆回転用のスイッチング素子Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比を６０％にする。そして、電圧指令値Ｖ＊が大きい（絶対値）ほど、５０％から離れたデューティ比のＰＷＭ制御信号を出力することにより、モータ２０に印加する電圧を増大させる。

次に、位置ずれ検出部８０の処理について説明する。まず、位置ずれ検出の原理について説明する。ブラシ付モータ（永久磁石式ＤＣモータ）においては、図５に示すように、マグネット１２０がステータ１４０に配置され、ロータ１５０に電機子巻線１６０が設けられる。ブラシ１３０は、図示しないブラシ保持器によりステータ１４０側に保持される。従って、マグネット１２０とブラシ１３０とは、相対位置が固定される。

ブラシ付モータにおいては、図５に示すように、マグネット１２０による主磁束と、電機子電流による起磁力とが直交するようにブラシ１３０や整流子１７０の位置が決められている。マグネット１２０による主磁束と電機子巻線１６０による起磁力との合成磁束方向は、電機子電流が大きくなるにつれて、図６に示すように、電機子反作用により、ブラシ位置で決まる電気的中性軸Ｎと直交せず次第に傾いてくる。この状態においては、電機子巻線１６０に鎖交する磁束が減少するため（極端に９０°傾けば０になる）、トルク定数や逆起電圧定数は減少する。

ここで、マグネット１２０とブラシ１３０との相対位置が回転軸中心にずれ、図７に示すように電動機としてのモータ２０の回転方向の反対側にブラシ１３０が動いた場合を考える。この場合には、電気的中性軸Ｎと合成磁束がほぼ直交するため、トルク定数や逆起電圧定数は、図６に示す状態よりも増加する。しかし、合成磁束の傾きは、電流の方向および大きさによって変化する。このため、トルク定数や逆起電圧定数は、増加する場合も減少する場合も考えられる。尚、図６，７においては、合成磁束を表す矢印を途中省略している。

図８は、モータ２０に流れる電流に対する逆起電圧定数Ｋｅの特性を表す。マグネット１２０に対してブラシ１３０が相対的に位置ずれしていない状態、つまり、電気的中性軸Ｎに対してブラシ１３０が対称位置となる正常な位置に固定されている場合においては、逆起電圧定数Ｋｅは、実線にて示すように、電流がゼロの時に最大となり、電流の大きさ（絶対値）が増加するにしたがって減少する特性を有する。つまり、逆起電圧定数Ｋｅの特性は、電流ゼロを表す縦軸に対して対称となる。従って、モータ２０の回転方向（通電方向）によらず逆起電圧定数の低下する特性は変わらない。

一方、マグネット１２０に対してブラシ１３０が相対的に位置ずれしている状態、例えば、電動機としてのモータ２０の回転方向の反対側にブラシ１３０が位置ずれした場合には、逆起電圧定数Ｋｅの特性は、破線にて示すように、電流ゼロを表す縦軸に対して非対称となる。つまり、逆起電圧定数Ｋｅは、電気的中性軸Ｎと合成磁束が直交する付近で最大となり、その最大となるときの電流Ｉａ（≠０）を境界として、電流Ｉａから離れるにしたがって減少する。このため、逆起電圧定数Ｋｅの特性は、正常時の実線にて示す特性を、電流Ｉａだけシフトしたものとなる。従って、電流を流す方向によって、電流の大きさ（絶対値）に対する逆起電圧定数Ｋｅが相違する。以下、マグネット１２０とブラシ１３０との相対位置がずれていることをブラシの位置ずれと呼ぶ。尚、ブラシの位置ずれは、マグネット１２０の取付位置がずれている場合にも生じる。

位置ずれ検出部８０は、モータ２０に流れる電流に対する逆起電圧定数Ｋｅの特性が、ブラシの位置ずれに応じて変化することを捉えて、ブラシの位置ずれの有無を判定する。図９は、位置ずれ検出部８０の実行する位置ずれ検出ルーチンを表すフローチャートである。

位置ずれ検出部８０は、位置ずれ検出ルーチンを起動すると、まず、ステップＳ３１において、電流センサ３１により検出されたモータ実電流Ｉｍと電圧センサ３２により検出されたモータ端子間電圧Ｖｍと回転角速度演算部７５により計算された回転角速度ωとを読み込む。回転角速度演算部７５は、所定の短い周期で舵角センサ２２により検出された舵角θｈを読み込み、この舵角θｈを時間で微分することにより回転角速度ωを計算し、回転角速度ωを表す信号を位置ずれ検出部８０に出力する。位置ずれ検出部８０は、この回転角速度演算部７５から出力された信号を回転角速度ωとして読み込む。

続いて、位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３２において、モータ実電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍと回転角速度ωとに基づいて、逆起電圧定数Ｋｅを計算する。モータ端子間電圧Ｖｍは、モータ内部抵抗をＲとすると、次式（２）にて表される。
Ｖｍ＝Ｒ・Ｉｍ＋ω・Ｋｅ ・・・（２）
従って、逆起電圧定数Ｋｅは次式（３）により計算することができる。
Ｋｅ＝（Ｖｍ−Ｒ・Ｉｍ）／ω ・・・（３）

続いて、位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３３において、逆起電圧定数Ｋｅとモータ実電流Ｉｍとを対応付けた一組のサンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）をメモリに記憶する。続いて、位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３４において、サンプリングを終了してもよいか否かを判断する。例えば、サンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）の数が、目標値に到達したか否かを判断する。位置ずれ検出部８０は、サンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）の数が目標値に達しないあいだは、その処理をステップＳ３１に戻して、上述した処理を実行する。こうした処理が繰り返されて、サンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）の数が目標値に達すると、位置ずれ検出部８０は、その処理をステップＳ３５に進める。

位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３５において、サンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）に基づいて、電流方向別にモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性を表す近似式を計算する。例えば、図１０，図１１に示すように、横軸をモータ実電流Ｉｍの絶対値｜Ｉｍ｜、縦軸を逆起電圧定数Ｋｅとした平面座標に、電流方向別にサンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）をプロットし、その分布に対して、最小二乗法による近似式を計算する。ブラシの位置ずれが生じていない場合には、図１０の（ａ），（ｂ）に示すように、プラス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性と、マイナス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性とは、ほぼ同一となり、両者の近似式の係数、例えば、１次関数の係数は、ほぼ等しくなる。

一方、ブラシの位置ずれが生じている場合には、図１１の（ａ），（ｂ）に示すように、プラス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性と、マイナス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性とは、大きく相違し、両者の近似式の係数、例えば、１次関数の係数も相違する。従って、プラス方向とマイナス方向とにおける逆起電圧定数Ｋｅの特性を比較することにより、ブラシの位置ずれの有無を判定できる。

位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３６において、プラス方向のモータ実電流Ｉｍに対する逆起電圧定数Ｋｅの特性（サンプリング値の分布）を表す近似式の１次の係数Ａ１と、マイナス方向のモータ実電流｜Ｉｍ｜に対する逆起電圧定数Ｋｅの特性を表す近似式の１次の係数Ａ２との偏差ΔＡ（＝｜Ａ１−Ａ２｜）を計算する。係数Ａ１，Ａ２は、図１０あるいは図１１における１次関数の直線の傾きを表す。

続いて、位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３７において、偏差ΔＡが判定基準値Ａref以下であるか否かを判断する。偏差ΔＡが判定基準値Ａref以下である場合には、ブラシの位置ずれが発生していないと判断して、ステップＳ３８において、位置ずれ判定フラグＦfailを「０」に設定する。一方、偏差ΔＡが判定基準値Ａrefを超える場合には、ブラシの位置ずれが発生していると判断して、ステップＳ３９において、位置ずれ判定フラグＦfailを「１」に設定するとともに、ステップＳ４０において、ウォーニングランプ３４に点灯指令を出力して、ウォーニングランプ３４を点灯させる。

ブラシの位置ずれが発生している場合、例えば、図１１（ｂ）に示した例では、モータ実電流Ｉｍがプラスとなる逆起電圧定数Ｋｅの特性において、モータ実電流Ｉｍがゼロより大きいときに逆起電圧定数Ｋｅが最大となる山部が形成される。このため、サンプリングデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）の分布に対して、最小二乗法により近似した近似式の傾きは、モータ実電流Ｉｍがプラスの場合とマイナスの場合と大きく異なる。従って、偏差ΔＡが判定基準値Ａrefよりも大きくなり、ブラシの位置ずれを検出することができる。

位置ずれ検出部８０は、位置ずれ判定フラグＦfailを設定すると、続くステップＳ４１において、位置ずれ判定フラグＦfailをモータ制御部７０に出力して位置ずれ検出ルーチンを終了する。位置ずれ検出ルーチンは、任意のタイミングで繰り返し実行する。従って、経時的な位置ずれの変化に対応することができる。

モータ制御部７０の目標電流演算部７１は、上述したように、位置ずれ判定フラグＦfailに応じた上限電流Ｉmaxを設定する。つまり、位置ずれ判定フラグＦfailが「１」である場合には「０」である場合に比べて、小さな上限電流Ｉmaxを設定する。従って、ブラシの位置ずれが検出されている場合には、モータ２０に流す電流の上限制限が厳しくなり、モータ２０に大きな電流が流れなくなる。

以上説明した第１実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、回転角速度ωとモータ実電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍとに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを演算するとともに、逆起電圧定数Ｋｅとモータ実電流Ｉｍとを対応付けたデータ（Ｋｅ，Ｉｍ）をサンプリングし、サンプリングデータの分布に基づいて、モータ２０に流れる電流方向別に逆起電圧定数の特性を求める。そして、プラス方向に流れる電流に対する逆起電圧定数の特性と、マイナス方向に流れる電流に対する逆起電圧定数の特性との相違度合を表す偏差ΔＡに基づいて、偏差ΔＡが判定基準値ΔＡrefより大きい場合には、ブラシの位置ずれが発生していると判定する。

従って、ブラシの位置ずれを簡単に検出することができる。このため、ブラシの位置ずれによりモータ２０に大電流が流れてブラシが早期摩耗する前に、また、ブラシの位置ずれが進行して急に操舵アシストが停止してしまう前に、運転者に異常を知らせることができる。これにより、運転者は、適切なタイミングで、車両の修理を手配することができる。

また、ブラシの位置ずれを検出した場合には、モータ２０の上限電流Ｉmaxを小さくして、モータ２０に大電流が流れないように作動制限した状態で操舵アシストを継続する。従って、モータ２０が大きなトルクを出力しないようになり、更なるブラシの位置ずれを抑制できる。この結果、操舵アシストを継続できる期間を長くすることができる。このため、運転者は、操舵アシストが得られた状態で、車両を修理工場等にまで運転することができるため不便を感じない。

次に、第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。上述した第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、舵角センサ２２を使ってモータ２０の回転角速度ωを検出したが、モータ２０の回転角速度ωを検出できるセンサを備えていない車両も存在する。そこで、第２実施形態においては、モータ２０の回転角速度ωを検出せずに、ブラシの位置ずれを検出する実施形態について説明する。以下、第１実施形態と相違する構成について説明する。

図１２は、第２実施形態におけるアシストＥＣＵ１００の構成を表す。第２実施形態におけるアシストＥＣＵ１００は、第１実施形態におけるアシストＥＣＵ１００に備えていた回転角速度演算部７５に代えて舵角演算部７７を備え、位置ずれ検出部８０に代えて、位置ずれ検出処理の異なる位置ずれ検出部８５を備えたものであり、他の構成については、第１実施形態と同一である。

まず、第２実施形態における位置ずれ検出の原理ついて説明する。モータ２０の回転角速度が検出できない場合は、逆起電圧定数Ｋｅが一定であると仮定して回転角速度を推定する。推定回転角速度ωａは、次式（４）にて計算することができる。
ωａ＝（Ｖｍ−Ｒ・Ｉｍ）／Ｋｅ ・・・（４）

この推定回転角速度ωａを時間で積分することで舵角を推定することができる。そこで、車両が直進走行している状態から旋回して保舵するパターンのように舵角が増加する区間において、推定回転角速度ωａを時間積分して推定舵角θａを求め、推定舵角θａと実舵角θとを比較する。モータ２０にブラシの位置ずれが生じていない場合には、右操舵でも左操舵でも、推定舵角θａと実舵角θとの関係は同じになる。尚、ここでは、推定舵角θａと実舵角θとの差を問題にするものではない。

一方、モータ２０にブラシの位置ずれが生じている場合には、電流方向によって逆起電圧定数Ｋｅが異なるため、図１３に示すように、右操舵と左操舵とで、推定回転角速度ωａ（破線）と実回転角速度（実線）との誤差幅が異なる。このため、実舵角θと推定舵角θａとの関係をプロットすると、図１４に示すように、右操舵と左操舵とで、推定舵角θａと実舵角θとの関係（分布）に差が生じることになる。尚、図１４に示す分布は、実舵角θと推定舵角θａとの絶対値を用いたものである。

図１３、図１４の例は、モータ２０の逆起電圧定数Ｋｅが、図８に示すような特性を有する場合の例である。この例では、左操舵においては、逆起電圧定数Ｋｅが小さいため、推定回転角速度ωａが過剰に小さく計算される。また、右操舵においては、左操舵に比べて逆起電圧定数Ｋｅが大きいため、推定回転角速度ωａの実回転角速度に対する誤差が少なくなる。従って、図１４に示すように、実舵角θと推定舵角θａとの関係をプロットすると、左旋回時のほうが右旋回時に比べてグラフの上に分布することになる。

位置ずれ検出部８５は、モータ２０に流れる電流に対する逆起電圧定数Ｋｅの特性が、ブラシの位置ずれに応じて変化することを捉えて、逆起電圧定数Ｋｅを一定であると仮定した場合の、右操舵と左操舵とにおける実舵角θと推定舵角θａとの関係に基づいて、ブラシの位置ずれの有無を判定する。

位置ずれ検出部８５は、ブラシの位置ずれの有無を判定するにあたって、舵角演算部７７により演算された演算舵角を上記実舵角θとして使用する。舵角演算部７７は、例えば、左右の後輪の車輪速ｖ１，ｖ２を表す情報を取得し、この車輪速ｖ１，ｖ２に基づいて、次式（５）による計算にて舵角θを推定する。

ここで、図１５に示すように、ｖ１は左後輪ＲＷ１の回転速度、ｖ２は右後輪ＲＷ２の回転速度、Ｇはモータ２０から前輪ＦＷ１，ＦＷ２までのギヤ比、ａは左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２のトレッド、ｂはホイールベースを表す。

尚、後輪駆動車においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の車輪速の差から舵角θを求めるようにしてもよい。

舵角演算部７７は、計算した演算舵角θを位置ずれ検出部８５に出力する。位置ずれ検出部８５は、舵角演算部７７から入力した演算舵角θを実舵角θとして位置ずれ検出処理に利用する。以下、演算舵角θを実舵角θと呼ぶ。

図１６は、位置ずれ検出部８５の実行する位置ずれ検出ルーチンを表すフローチャートである。位置ずれ検出ルーチンが起動すると、位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５１において、舵角演算部７７から出力される実舵角θを読み込む。続いて、位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５２において、舵角θに基づいて、車両が直進走行しているか否かを判断し、直進していなければ、その処理をステップＳ５１に戻す。位置ずれ検出部８５は、こうした処理を繰り返し、直進走行であることを判定すると、その処理をステップＳ５３に進める。

位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５３において、電流センサ３１により検出されたモータ実電流Ｉｍと電圧センサ３２により検出されたモータ端子間電圧Ｖｍと舵角演算部７７により演算された実舵角θを読み込む。続いて、ステップＳ５４において、上記式（４）を使って、モータ２０の回転角速度の推定値である推定回転角速度ωａを計算する。この推定回転角速度ωａは、逆起電圧定数Ｋｅが一定であると仮定して計算したものである。つまり、予め設定した一定値Ｋｅを使って計算したものである。

続いて、位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５５において、推定回転角速度ωａを時間積分（積算）することにより舵角を推定する。この推定した舵角が推定舵角θａである。続いて、位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５６において、保舵状態となったか否かを判断する。つまり、操舵ハンドル１１が右方向あるいは左方向に回動操作された後、操舵ハンドル１１が保持された状態になったか否かを判断する。保舵状態になっていない場合は、位置ずれ検出部８５は、その処理をステップＳ５３に戻して、推定舵角θａの演算（推定回転角速度ωａの積算）を繰り返す。

保舵状態は、実舵角θに基づいて判断する。この場合、操舵操作が行われている舵角の過渡状態においては、舵角演算部７７により演算される実舵角θは、本来の舵角と一致しないこともあり得る。そこで、このステップＳ５６においては、実舵角θの時間変化量が一定値以下となる状態が設定時間以上継続したことをもって保舵状態であると判定する。また、ステップＳ５２における直進走行の判定についても、実舵角θの絶対値｜θ｜がゼロに近い閾値以下となる状態が設定時間以上継続したことをもって直進走行状態であると判定する。

位置ずれ検出部８５は、こうした処理を繰り返し、保舵状態を検出すると、ステップＳ５７において、その時点における実舵角θと推定舵角θａとを対応付けた一組のサンプリングデータ（θ，θａ）をメモリに記憶する。続いて、位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５８において、サンプリングを終了してもよいか否かを判断する。例えば、サンプリングデータ（θ，θａ）の数が、目標値に到達したか否かを判断する。位置ずれ検出部８５は、サンプリングデータ（θ，θａ）の数が目標値に達しないあいだは、その処理をステップＳ５１に戻して、上述した処理を実行する。こうした処理が繰り返されて、サンプリングデータ（θ，θａ）の数が目標値に達すると、位置ずれ検出部８５は、その処理をステップＳ５９に進める。

位置ずれ検出部８５は、ステップＳ５９において、サンプリングデータ（θ，θａ）に基づいて、旋回方向別（操舵方向別）に、実舵角θに対する推定舵角θａの特性を表す近似式を計算する。例えば、図１４に示すように、横軸を実舵角θの絶対値｜θ｜、縦軸を推定舵角θａ（推定回転角速度ωａの積算値）の絶対値｜θａ｜とした平面座標に、旋回方向別にサンプリングデータ（θ，θａ）をプロットし、その分布に対して、最小二乗法による近似式を計算する。

ブラシの位置ずれが生じていない場合には、右旋回方向の分布と、左旋回方向の分布とがほぼ同一となる。従って、２つの旋回方向の近似式を１次関数で表した場合、その1次の係数は、ほぼ等しくなる。一方、ブラシの位置ずれが生じている場合には、図１４に示すように、右旋回方向の分布と、左旋回方向の分布とが大きく相違する。従って、２つの旋回方向の近似式を１次関数で表した場合、その１次の係数が大きく相違する。この例では、左旋回方向の近似式の係数が、右旋回方向の近似式の係数に比べて小さくなる。従って、右旋回方向と左旋回方向とにおける分布特性の近似式の係数を比較することにより、ブラシの位置ずれの有無を判定できる。

位置ずれ検出部８５は、ステップＳ６０において、右旋回方向の実舵角｜θ｜に対する推定舵角｜θａ｜の特性（サンプリング値の分布）を表す近似式の１次の係数Ｂ１と、左旋回方向の実舵角｜θ｜に対する推定舵角｜θａ｜の特性（サンプリング値の分布）を表す近似式の１次の係数Ｂ２との偏差ΔＢ（＝｜Ｂ１−Ｂ２｜）を計算する。係数Ｂ１，Ｂ２は、図１４における１次関数の直線の傾きを表す。

続いて、位置ずれ検出部８０は、ステップＳ６１において、偏差ΔＢが判定基準値Ｂref以下であるか否かを判断する。偏差ΔＢが判定基準値Ｂref以下である場合には、ブラシの位置ずれが発生していないと判断して、ステップＳ６２において、位置ずれ判定フラグＦfailを「０」に設定する。一方、偏差ΔＢが判定基準値Ｂrefを超える場合には、ブラシの位置ずれが発生していると判断して、ステップＳ６３において、位置ずれ判定フラグＦfailを「１」に設定するとともに、ステップＳ６４において、ウォーニングランプ３４に点灯指令を出力して、ウォーニングランプ３４を点灯させる。

位置ずれ検出部８０は、位置ずれ判定フラグＦfailを設定すると、続くステップＳ６５において、位置ずれ判定フラグＦfailをモータ制御部７０に出力して位置ずれ検出ルーチンを終了する。位置ずれ検出ルーチンは、任意のタイミングで繰り返し実行する。従って、経時的な位置ずれの変化に対応することができる。

モータ制御部７０は、第１実施形態と同様に、位置ずれ判定フラグＦfailに応じた上限電流Ｉmaxを設定する。

以上説明した第２実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、逆起電圧定数Ｋｅを一定であると仮定してモータ実電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍとに基づいて推定回転角速度ωａを推定し、推定回転角速度ωａを操舵中に積算することで推定舵角θａを演算する。そして、右操舵と左操舵とにおける実舵角θと推定舵角θａとを対応付けたデータ（θ，θａ）をサンプリングし、旋回方向別にサンプリングデータの分布特性を求め、旋回方向別の分布特性の相違度合を表す偏差ΔＢに基づいて、偏差ΔＢが判定基準値ΔＢrefより大きい場合には、ブラシの位置ずれが発生していると判定する。

従って、ブラシの位置ずれを簡単に検出することができる。このため、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な作用効果を奏する。

また、モータ２０の回転角速度を検出できない車両においても実施できるため、例えば、舵角センサ２２を備えていない車両等、幅広い車種に適用することができる。また、推定舵角θａの計算にあたっては、直進走行から保舵状態となるまでの期間において推定回転角速度ωａを積算するようにしているため、推定舵角θａの検出値が安定し実舵角θに対してばらつきにくい。

次に、変形例について説明する。上述した２つの実施形態においては、偏差ΔＡあるいは偏差ΔＢが判定基準値Ａrefあるいは判定基準値Ｂrefを超えているか否かに基づいて、ブラシの位置ずれの有無を判定しているが、判定基準値を複数設定して、判定レベルに応じてモータ制御部７０における処理を変更するようにしてもよい。

図１７、図１８は、その一例として、第１実施形態における位置ずれ検出ルーチンの変形例および目標電流演算ルーチンを表す。この変形例においては、第１実施形態における位置ずれ検出ルーチンにおけるステップＳ３７に代えて、ステップＳ３７１，Ｓ３７２，Ｓ３７３を設け、第１実施形態における目標電流演算ルーチンにおけるステップＳ１４に代えて、ステップＳ１４１，Ｓ１４２を設けたものであり、他の処理については第１実施形態と同一である。

位置ずれ検出部８０は、ステップＳ３６において、偏差ΔＡを計算すると、続くステップＳ３７１において、偏差ΔＡが第１判定基準値Ａref１以下であるか否かを判断する。偏差ΔＡが第１判定基準値Ａref１以下である場合には、ブラシの位置ずれが発生していないと判断して、ステップＳ３８において、位置ずれ判定フラグＦfailを「０」に設定する。一方、偏差ΔＡが第１判定基準値Ａrefを超える場合には、ブラシの位置ずれが発生していると判定するわけであるが、この変形例においては、更に、ステップＳ３７２において、偏差ΔＡが第１判定基準値Ａrefより大きな第２判定基準値Ａref２以下であるか否かを判断する。そして、偏差ΔＡが第２判定基準値Ａref２以下である場合には、ステップＳ３９からの処理を行い、偏差ΔＡが第２判定基準値Ａref２を超える場合には、ステップＳ３７３において、位置ずれ判定フラグＦfailを「２」に設定する。

位置ずれ判定フラグＦfailは、「１」、「２」ともに、ブラシの位置ずれが発生していることを表すが、「２」は「１」に比べて、位置ずれの程度が大きいことを表す。

一方、モータ制御部７０の目標電流演算部７１は、図１８に示すように、ステップＳ１３において、基本目標電流Ｉ＊０を計算すると、続くステップＳ１４１において、位置ずれ判定フラグＦfailが「０」であるか「１」であるか「２」であるかを判定する。位置ずれ判定フラグＦfailが「０」である場合には、ステップＳ１５において、上限電流Ｉmaxを通常上限電流Ｉmax０に設定し、位置ずれ判定フラグＦfailが「１」である場合には、ステップＳ１６において、上限電流Ｉmaxを異常時上限電流Ｉmax１に設定する。

また、位置ずれ判定フラグＦfailが「２」である場合には、ステップＳ１４２において、操舵アシストを終了する。この場合、目標電流演算部７１は、電圧指令値演算部７２に対して、操舵アシストの終了を指令する。これにより、電圧指令値演算部７２は、電圧指令値演算処理を終了する。

以上説明した変形例によれば、ブラシの位置ずれが検出された状況においては、その程度が小さい場合には、運転者に異常を知らせながら、上限電流Ｉmaxを小さくし操舵アシストを継続できるようにする。従って、運転者は、その間において操舵アシストを得ながら車両を修理工場等にまで運転することができる。また、車両の修理を行わずに車両を使用し続けてブラシの位置ずれが拡大した場合には、操舵アシストを停止すことにより、運転者に対して、確実に修理を促すことができる。

尚、この変形例は、第１実施形態だけでなく、第２実施形態においても適用することができる。

また、別の変形例として、ブラシの位置ずれを検出した後は、位置ずれの程度に関係なく、一定期間の経過後に、操舵アシストを停止するようにしてもよい。例えば、モータ制御部７０の目標電流演算部７１は、図１９に示すような制御量制限マップを記憶している。この制御量制限マップは、カウント値Ｃに応じてモータ２０の上限電流Ｉmaxを設定するものである。カウント値Ｃは、ブラシの位置ずれが検出されてからの時間経過、あるいは、ブラシの位置ずれが検出されてからの車両の使用量を表す。

この制御量制限マップは、カウント値Ｃが大きくなるにしたがって、上限電流Ｉmaxを低下させる特性を有する。この例では、カウント値ＣがＣmaxとなる時点で、モータ２０の制御量はゼロとなる。

例えば、目標電流演算部７１は、タイマー機能を備え、ブラシの位置ずれが検出されてからの時間経過をカウント値Ｃとしてカウントする。また、例えば、目標電流演算部７１は、各種のセンサ信号を入力し、センサ信号に基づいて車両の使用量を検出し、使用量に相当するカウント値Ｃを設定する。車両の使用量は、例えば、イグニッションスイッチがオンしている積算時間、イグニッションスイッチのオン回数（オフ回数）、車両の走行時間、車両の走行距離、エネルギー補給（給油、充電）回数、エネルギー補給量（給油量、充電量）、操舵回数、モータ２０に流れる電流の絶対値の積算値、モータ２０に印加する電圧の絶対値の積算値、モータ２０に供給する電力の絶対値の積算値、操舵トルクｔｒの絶対値の積算値などを表す値を用いて検出することができる。

目標電流演算部７１は、位置ずれ検出部８０（８５）から入力した位置ずれ判定フラグＦfailが「１」になった場合、制御量制限マップを参照して、カウント値Ｃから上限電流Ｉmaxを計算する。そして、計算した上限電流Ｉmaxを使ってステップＳ１７、Ｓ１８の処理を行う。

この変形例によれば、ブラシの位置ずれが検出された後に、操舵アシストを徐々に低下させることができるため、運転者に対して、安全に、確実に、故障を認識させることができ、早期の修理を促すことができる。

また、別の変形例として、ブラシの位置ずれを検出した後は、上限電流Ｉmaxに代えて、他のモータ制御パラメータの値を制限するようにしてもよい。例えば、電圧指令値Ｖ＊に通常時よりも厳しい上限制限を加えるようにしてもよい。また、電圧指令値Ｖ＊に低減係数（＜１）を乗じて電圧指令値Ｖ＊を低減補正するようにしてもよい。また、目標電流Ｉ＊に低減係数（＜１）を乗じて目標電流Ｉ＊を低減補正するようにしてもよい。また、モータ駆動回路４０のスイッチング素子Ｑに出力するＰＷＭ制御信号のデューティ比の可変幅を狭くするようにしてもよい。

また、第２実施形態においては、車輪速ｖ１，ｖ２を表す情報を取得して、式（５）を使って実舵角θを計算しているが、実舵角θの計算にあたっては、他の車両状態を表す情報を取得して計算することもできる。例えば、ヨーレートセンサを備えた車両であれば、ヨーレートセンサにより検出したヨーレートδを車速ｖｘで除算した値から実舵角θを計算することもできる。また、後輪駆動車両においては、左右の前輪ＦＷ１，ＦＷ２の車輪速の差から実舵角θを計算することもできる。

以上、２つの実施形態とその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態や変形例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、モータ２０の発生するトルクをステアリングシャフト１２に付与するコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置について説明したが、モータの発生するトルクをラックバー１４に付与するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。

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…モータ（ブラシ付モータ）、２１…操舵トルクセンサ、２２…舵角センサ、３１…電流センサ、３３…車速センサ、４０…モータ駆動回路、５０…電子制御回路、５１…スイッチ駆動回路、６０…マイコン、７０…モータ制御部、７１…目標電流演算部、７２…電圧指令値演算部、７３…ＰＷＭ制御部、７５…回転角速度演算部、７７…舵角演算部、８０，８５…位置ずれ検出部、１００…電子制御ユニット、１２０…マグネット、１３０…ブラシ、１４０…ステータ、１５０…ロータ、１６０…電機子巻線、１７０…整流子。

Claims (7)

1. ステアリング機構に設けられたブラシ付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おいて、
   前記ブラシ付モータのステータに設けられるマグネットとブラシとにおける、ロータの回転方向の相対的な位置ずれを、前記位置ずれが発生した場合に前記モータに流れる電流に対する前記モータの逆起電圧定数の特性が変化することを利用して検出する位置ずれ検出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. 前記位置ずれ検出手段は、
   前記モータに流れる電流の情報を取得する電流取得手段と、
   前記モータの逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数演算手段と、
   前記電流取得手段により取得された電流の情報と前記逆起電圧定数演算手段により演算された逆起電圧定数とに基づいて、前記モータに流れる電流と逆起電圧定数との関係を表す逆起電圧定数特性を、前記電流の流れる方向別に検出する逆起電圧定数特性検出手段と
   を備え、
   前記逆起電圧定数特性検出手段により検出された正方向に流れる電流の逆起電圧定数特性と負方向に流れる電流の逆起電圧定数特性との相違度合に基づいて前記位置ずれを検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. 前記位置ずれ検出手段は、前記モータに印加される電圧の情報を取得する電圧取得手段と、前記モータの回転角速度の情報を取得する回転角速度取得手段とを備え、
   前記逆起電圧定数演算手段は、前記電流取得手段により取得された電流の情報と、前記電圧取得手段により取得された電圧の情報と、前記回転角速度取得手段により取得された回転角速度の情報とに基づいて、前記モータの逆起電圧定数を演算することを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記位置ずれ検出手段は、
   予め一定値に設定された仮の逆起電圧定数を使った演算により前記モータの回転角速度を推定する回転角速度推定手段と、
   前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度を時間積分することにより推定舵角を演算する舵角推定手段と、
   前記仮の逆起電圧定数を使わずに、車両の走行状態に基づいて実際の舵角に相当する実舵角を演算する実舵角演算手段と、
   前記舵角推定手段により演算された推定舵角と前記実舵角演算手段により演算された実舵角との関係を表す推定舵角特性を、操舵方向別に検出する推定舵角特性検出手段と
   を備え、
   前記推定舵角特性検出手段により検出された右操舵方向の前記推定舵角特性と左操舵方向の前記推定舵角特性との相違度合に基づいて前記位置ずれを検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。
5. 前記位置ずれ検出手段は、前記モータに流れる電流の情報を取得する電流取得手段と、
   前記モータに印加される電圧の情報を取得する電圧取得手段とを備え、
   前記回転角速度推定手段は、前記仮の逆起電圧定数と、前記電流取得手段により取得された電流の情報と、前記電圧取得手段により取得された電圧の情報とに基づいて、前記モータの回転角速度を推定することを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記位置ずれ検出手段により前記位置ずれが検出された場合には、前記位置ずれが検出されていない場合に比べて、前記モータの制御量を低減するモータ制御量低減手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記モータ制御量低減手段は、前記位置ずれの検出により前記モータの制御量を低減した後、前記モータの制御量を低減する度合いを徐々に増やしていくことを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリング装置。

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