JP2018034556A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵フィーリングの低下を抑制できる操舵制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ６は、ナット回転角θｎが特定の操舵範囲にある場合にトルク変動が繰り返し発生する異常の有無を判定する異常判定部７４を備える。また、ＥＣＵ６は、操舵トルクＴに基づきモータ２１に発生させるべきアシスト力の基本アシスト電流Ｉbを演算する基本アシスト演算部８１、及びトルク変動に基づく補償アシスト電流Ｉcを演算する補償アシスト演算部８２を有し、異常判定部７４により異常が有ると判定された場合には、ナット回転角θｎが特定の操舵範囲にあるときに、補償アシスト電流Ｉcに基づいて基本アシスト電流Ｉbを補正してｑ軸電流指令値Ｉq*を演算する電流指令値演算部７１を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

従来、車両用のパワーステアリング装置として、モータを駆動源とする操舵力補助装置を備えた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。こうした操舵力補助装置には、モータの回転をボール螺子機構により転舵軸の軸方向移動に変換することで操舵機構にアシスト力を付与する形式もの等が知られている（例えば、特許文献１）。

ところで、例えば経年劣化により転舵軸の螺子溝に錆やピッチング（欠け）等が発生することがある。その結果、転舵軸における錆等が発生した部位を介してモータからのアシスト力が伝達される場合に、当該アシスト力が適切に伝達されず、例えば運転者に引っ掛かり感を与えるおそれがある。そこで、例えば特許文献２には、モータ回転数、操舵トルク、及び操舵角（操舵速度）の所定周波数範囲内における周期的な変化の有無に基づいてラック軸の錆等を検出する操舵制御装置が開示されている。

特開２０１２−２５２４６号公報 特開２０１６−６４７１０号公報 特許第３９１５６１０号公報

ところが、上記特許文献２の構成では、錆等の異常を検出した場合に、警告灯を点灯させたり、警告音を発したりして運転者に異常の発生を知らせる、又は次にイグニッションがオンされた際にはアシスト力を付与しないといった構成を開示しているのみである。そのため、錆等の異常が発生した場合において、当該異常が発生した部位がアシスト力の伝達経路となる操舵範囲で操舵フィーリングが低下することは避けられない。

なお、こうした問題は、ボール螺子機構を用いたＥＰＳに限らず、例えばモータの回転をウォーム減速機により減速してステアリングシャフトにアシスト力を付与する形式のもの（例えば、特許文献３）においても、例えばウォームホイールに欠け等が発生した場合に同様に生じ得る。

本発明の目的は、操舵フィーリングの低下を抑制できる操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵制御装置は、モータを駆動源とする操舵力補助装置により操舵機構にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵制御装置において、操舵トルクに基づき前記操舵力補助装置に発生させるべき前記アシスト力の基本アシスト成分を演算する基本アシスト演算部と、前記操舵機構の操舵位置が特定の操舵範囲にある場合にトルク変動が繰り返し発生する異常の有無を判定する異常判定部と、前記トルク変動に基づく補償アシスト成分を演算する補償アシスト演算部と、前記異常判定部により前記異常が有ると判定された場合には、前記操舵機構の操舵位置が前記特定の操舵範囲にあるときに、前記補償アシスト成分に基づいて前記基本アシスト成分を補正して前記アシスト力を制御するアシスト制御部とを備える。

上記構成によれば、操舵機構の操舵位置が特定の操舵範囲にある場合にトルク変動が繰り返し発生する異常が検出された場合、基本アシスト成分をトルク変動に基づく補償アシスト成分により補正してモータ（操舵力補助装置）が制御される。そのため、例えば錆等の異常が発生した場合に、当該異常が発生した部位がアシスト力の伝達経路となる特定の操舵範囲で操舵フィーリングが低下することを抑制できる。

上記操舵制御装置において、前記操舵機構は、ステアリング操作に伴うステアリングシャフトの回転をラックアンドピニオン機構によりラック軸の往復動に変換するものであり、前記異常判定部は、前記ラック軸に作用する実ラック軸力又は該実ラック軸力に換算可能な値と、前記操舵機構の操舵位置に基づく規範ラック軸力又は該規範ラック軸力に換算可能な値との偏差又は該偏差に基づくパラメータを該操舵機構の操舵位置と関係付けて記憶し、前記補償アシスト演算部は、前記異常判定部に記憶された前記偏差又は前記パラメータに基づき、前記操舵機構の操舵位置と関係付けて前記補償アシスト成分を演算することが好ましい。

上記構成によれば、実ラック軸力又はこれに換算可能な値と規範ラック軸力又はこれに換算可能な値との偏差又は該偏差に基づくパラメータを用い、操舵機構の操舵位置と関係付けて補償アシスト成分を演算するため、適切な補償アシスト成分を演算して好適に操舵フィーリングの低下を抑制できる。

上記操舵制御装置において、前記操舵力補助装置は、前記モータの回転をボール螺子機構により前記ラック軸の軸方向移動に変換することで前記操舵機構にアシスト力を付与するものであり、前記ボール螺子機構は、前記ラック軸の外周に形成された螺子溝と、前記モータにより回転駆動されるボール螺子ナットの内周に形成された螺子溝とを対向させてなる螺旋状のボール軌道内に複数のボールを配設することにより構成され、前記ボール軌道の延伸方向に沿って前記各ボールを所定間隔で転動可能に保持するリテーナを有することが好ましい。

通常、ボール螺子機構では、各ボールの円滑な転動を確保するため、隣り合うボール間に若干の隙間ができるよう、該ボール軌道内に余裕を持ってボールが充填されている。そのため、車両の走行時等において、一部のボールがボール軌道内で偏って存在してしまうことがある。その結果、例えば転舵軸の螺子溝に錆等の異常が発生した場合において、各ボールが当該異常の発生した部位を転動する態様が、操舵する度に異なる可能性がある。この点、上記構成によれば、リテーナにより各ボールがボール軌道の延伸方向に所定間隔で保持されるため、各ボールが異常の発生した部位を転動する態様が、操舵する度に異なることを抑制できる。これにより、操舵機構の操舵位置が特定の操舵範囲にある場合に繰り返し発生するトルク変動が、同様の傾向を示すようになる。そのため、上記構成のように、例えば実ラック軸力と規範ラック軸力との偏差又は該偏差に基づくパラメータを用い、操舵機構の操舵位置と関係付けて演算された補償アシスト成分を用いることで、より好適に操舵フィーリングの低下を抑制できる。

上記操舵制御装置において、前記操舵力補助装置に生じる振動を検出する振動検出部を備え、前記異常判定部は、前記振動検出部により検出される振動の振幅が連続して閾値を超えた操舵範囲が有る場合に、該操舵範囲を前記特定の操舵範囲とする前記異常が有ると判定することが好ましい。

上記構成によれば、異常判定部は、振動検出部により検出される振動の振幅に基づいて異常の有無を判定するため、異常による振動で操舵フィーリングが低下する場合に、該異常が有ると適切に判定できる。

本発明によれば、操舵フィーリングの低下を抑制できる。

電動パワーステアリング装置の概略構成図。 操舵力補助装置の断面図。 ＥＣＵのブロック図。 ナット回転角と異常検出回数とのデータテーブルの一例を示す模式図。 異常判定部によるデータテーブル生成処理手順を示すフローチャート。 異常判定部による異常の検出処理手順を示すフローチャート。 ナット回転角と偏差電流とのマップの一例を示す模式図。 操舵角と規範ラック軸力との関係を示す模式図。 異常判定部による偏差電流マップ生成処理手順を示すフローチャート。

以下、操舵制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は、運転者によるステアリングホイール２の操作に基づいて転舵輪３を転舵させる操舵機構４と、操舵機構４にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置５と、操舵力補助装置５の作動を制御するＥＣＵ６とを備えている。

操舵機構４は、ステアリングホイール２が固定されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１の回転に応じて軸方向に往復動する転舵軸としてのラック軸１２と、ラック軸１２が往復動可能に挿通されるラックハウジング１３とを備えている。なお、ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール２側から順にコラム軸１４、中間軸１５、及びピニオン軸１６を連結することにより構成されている。

ラックハウジング１３は、円筒状に形成された第１ハウジング１３ａと、円筒状に形成されるとともに第１ハウジング１３ａの軸方向一端側（図１中、左側）に固定された第２ハウジング１３ｂとを備えている。ラック軸１２とピニオン軸１６とは、第１ハウジング１３ａ内に所定の交差角をもって配置されており、ラック軸１２に形成されたラック歯１２ａとピニオン軸１６に形成されたピニオン歯１６ａとが噛合されることでラックアンドピニオン機構１７が構成されている。また、ラック軸１２の両端には、タイロッド１８が連結されており、タイロッド１８の先端は、転舵輪３が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、ＥＰＳ１では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト１１の回転がラックアンドピニオン機構１７によりラック軸１２の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド１８を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪３の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

操舵力補助装置５は、駆動源であるモータ２１と、モータ２１の回転を伝達する伝達機構２２と、伝達機構２２を介して伝達された回転をラック軸１２の往復動に変換するボール螺子機構２３とを備えており、第１ハウジング１３ａと第２ハウジング１３ｂとの連結部分に設けられている。なお、本実施形態のモータ２１には、三相のブラシレスモータが採用されている。

詳しくは、図２に示すように、モータ２１は、ラック軸１２と平行となるように第１ハウジング１３ａに固定されている。
伝達機構２２は、モータ２１の回転軸２１ａに同軸上で一体回転可能に連結された駆動プーリ３１と、ラック軸１２の外周に同軸配置された従動プーリ３２と、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛けられたベルト３３とを備えている。

ボール螺子機構２３は、ラック軸１２の外周に同軸配置された円筒状のボール螺子ナット４１を備えている。ボール螺子ナット４１の外周には、従動プーリ３２が一体回転可能に嵌合されるとともに、軸受４２を介して第２ハウジング１３ｂの内周に回転可能に支持されている。また、ボール螺子ナット４１の内周には、螺子溝４３が形成されている。一方、ラック軸１２の外周には、螺子溝４３に対応する螺子溝４４が形成されている。そして、螺子溝４３，４４が互いに対向することによって螺旋状のボール軌道Ｒ１が形成されている。ボール軌道Ｒ１内には、各ボール４５がボール螺子ナット４１の螺子溝４３とラック軸１２の螺子溝４４とに挟まれた状態で配設されている。つまり、ボール螺子ナット４１は、ラック軸１２の外周に各ボール４５を介して螺合されている。

また、ボール螺子機構２３は、ラック軸１２とボール螺子ナット４１との間に配置される円筒状のリテーナ（保持器）４６を備えている。リテーナ４６には、各ボール４５を転動可能に保持する複数の保持溝４７が形成されている。各保持溝４７は、リテーナ４６の内外に貫通するとともに、ラック軸１２に対して所定角度傾斜して延びる長孔状に形成されている。なお、隣り合う保持溝４７同士は、ボール４５よりも十分に小さい間隔を周方向に均等に空けて形成されている。

これにより、各ボール４５は、ラック軸１２とボール螺子ナット４１（従動プーリ３２）との間の相対回転に伴い、その負荷（摩擦力）を受けつつ、隣り合うボール４５同士の間隔が略均等に保たれた状態でボール軌道Ｒ１内を転動する。そして、各ボール４５の転動によってラック軸１２とボール螺子ナット４１との軸方向の相対位置が変位することにより、モータ２１のトルクがアシスト力として操舵機構４に付与される。なお、ボール軌道Ｒ１内を転動するボール４５は、ボール螺子ナット４１に設けられた該ボール軌道Ｒ１の二点間を短絡する循環路（図示略）を通過することで無限循環する。

次に、本実施形態のＥＰＳ１の電気的構成について説明する。
図１に示すように、ＥＣＵ６には、ＥＰＳ１が搭載される車両の車速ＳＰＤを検出する車速センサ５１、及びステアリングシャフト１１に付与された操舵トルクＴを検出するトルクセンサ５２が接続されている。なお、本実施形態のトルクセンサ５２は、ピニオン軸１６近傍に設けられている。また、ＥＣＵ６には、ステアリングホイール２の操舵角θsを検出するステアリングセンサ（操舵角センサ）５３、及びラックハウジング１３（ボール螺子機構２３）に発生する振動の振幅Ａｍを検出する振動センサ５４が接続されている。なお、本実施形態のステアリングセンサ５３には、ステアリングホイール２の操舵角θsを３６０°を超える範囲の絶対角で検出可能なセンサが採用されている。また、振動センサ５４は、ボール螺子機構２３の振動を検出しやすいように、第２ハウジング１３ｂにおけるボール螺子機構２３の近傍に設けられている。そして、ＥＣＵ６は、これら各センサから入力される各状態量を示す信号及びモータ２１の状態量を示す信号に基づいて、モータ２１に駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置５の作動、すなわち操舵機構４に付与するアシスト力を制御する。つまり、本実施形態では、振動センサ５４から出力される振幅Ａｍを示す信号及びＥＣＵ６により振動検出部が構成されている。

図３に示すように、ＥＣＵ６は、モータ制御信号を出力するマイコン６１と、モータ制御信号に基づいてモータ２１に駆動電力を供給する駆動回路６２とを備えている。なお、本実施形態の駆動回路６２には、直列に接続された一対のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ等）を基本単位とし、これらをモータ２１の各相のモータコイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗに対応させて並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。そして、マイコン６１の出力するモータ制御信号は、各スイッチング素子のオンオフ状態を規定するものとなっている。これにより、モータ制御信号に応答して各スイッチング素子がオンオフし、各相のモータコイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗへの通電パターンが切り替わることにより、三相の駆動電力がモータ２１へと出力される。

マイコン６１には、上記車速ＳＰＤ、操舵トルクＴ、操舵角θs及び振幅Ａｍが入力される。また、マイコン６１には、駆動回路６２とモータコイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗとの間の各接続線に設けられた電流センサ６３ｕ，６３ｖ，６３ｗにより検出されるモータ２１の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及びレゾルバなどの回転角センサ６４により検出されるモータ２１のモータ回転角θmが入力される。そして、マイコン６１は、これら各状態量に基づいてモータ制御信号を出力する。なお、マイコン６１は、所定のサンプリング周期（検出周期）で各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

マイコン６１は、モータ２１に対する電力供給の目標値、すなわち目標アシスト力に対応する電流指令値（ｑ軸電流指令値Ｉq*）を演算するアシスト制御部としての電流指令値演算部７１と、電流指令値に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部７２とを備えている。また、マイコン６１は、ボール螺子ナット４１のナット回転角θｎを絶対角で検出するナット回転角検出部７３と、ラック軸１２の螺子溝４４に生じる錆やピッチング等により操舵機構４の操舵位置が特定の操舵範囲にある場合にトルク変動が繰り返し発生する異常の有無を判定する異常判定部７４とを備えている。

詳しくは、電流指令値演算部７１には、基本アシスト演算部８１が設けられており、基本アシスト演算部８１には、上記操舵トルクＴ及び車速ＳＰＤが入力される。そして、基本アシスト演算部８１は、操舵トルクＴ及び車速ＳＰＤに基づいて、目標アシスト力に対応する基本アシスト成分としての基本アシスト電流Ｉbを演算する。具体的には、基本アシスト演算部８１は、操舵トルクＴの絶対値が大きいほど、また車速ＳＰＤが遅いほど、より大きな値（絶対値）を有する基本アシスト電流Ｉbを演算する。このように演算された基本アシスト電流Ｉbは、後述する補償アシスト演算部８２で演算された補償アシスト成分としての補償アシスト電流Ｉcとともに加算器８３に入力される。そして、電流指令値演算部７１は、加算器８３にてこれら各電流を足し合わせた値をｑ軸電流指令値Ｉq*としてモータ制御信号出力部７２に出力する。なお、ｄ軸電流指令値Ｉd*はゼロに固定される（Ｉd*＝０）。

モータ制御信号出力部７２には、上記電流指令値演算部７１の演算するｑ軸電流指令値Ｉq*とともに、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及びモータ回転角θmが入力される。そして、モータ制御信号出力部７２は、これらの状態量に基づいてｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより、駆動回路６２に出力するモータ制御信号を演算する。

具体的には、モータ制御信号出力部７２に入力された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwは、ｄ／ｑ変換部９１に入力される。ｄ／ｑ変換部９１は、モータ回転角θmに基づいて各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqを演算する。続いて、ｑ軸電流値Ｉqは、電流指令値演算部７１から入力されたｑ軸電流指令値Ｉq*とともに減算器９２ｑに入力され、ｄ軸電流値Ｉdは、ｄ軸電流指令値Ｉd*とともに減算器９２ｄに入力される。そして、各減算器９２ｄ，９２ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqを演算する。

ｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqは、それぞれ対応するＦ／Ｂ（フィードバック）制御部９３ｄ，９３ｑに入力される。そして、各Ｆ／Ｂ制御部９３ｄ，９３ｑは、ｄ軸電流指令値Ｉd*及びｑ軸電流指令値Ｉq*に実電流値であるｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqを追従させるべく、ｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqにそれぞれ所定のゲインを乗算することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する。

ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*は、モータ回転角θmとともにｄ／ｑ逆変換部９４に入力される。ｄ／ｑ逆変換部９４は、モータ回転角θmに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相の交流座標上に写像することにより三相の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算する。続いて、各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は、ＰＷＭ変換部９５に入力される。ＰＷＭ変換部９５は、各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づくＤＵＴＹ指令値を演算するとともに、その各ＤＵＴＹ指令値に示されるオンＤＵＴＹ比を有するモータ制御信号を生成し、上記駆動回路６２に出力する。これにより、モータ制御信号に応じた駆動電力がモータ２１に出力され、駆動電力（通電電流量）に応じたモータトルクがアシスト力として操舵機構４に付与される。

ナット回転角検出部７３には、上記操舵角θs及びモータ回転角θmが入力される。ナット回転角検出部７３は、絶対角で検出される操舵角θsを基準（例えば、ステアリング中立位置）にモータ回転角θmの変化を積算（カウント）し、伝達機構２２の伝達比に応じた所定の係数を乗ずることにより、ボール螺子ナット４１のナット回転角θｎを絶対角で演算する。つまり、ナット回転角θｎは、操舵角θsやステアリングシャフト１１の回転角（絶対角）、ラック軸１２の軸方向位置と一義的に対応しており、操舵機構４の操舵位置に相当する。さらに、ナット回転角検出部７３は、演算したナット回転角θｎとともにモータ回転角θmに基づくモータ２１の回転方向、すなわち運転者によるステアリング操作が切り込み操舵であるか切り戻し操舵であるかのステアリング操作状態信号Ｓswを出力する。

異常判定部７４には、ナット回転角θｎ及びステアリング操作状態信号Ｓswに加え、ｑ軸電流値Ｉq、振幅Ａｍ及び操舵トルクＴが入力される。異常判定部７４には、予め振幅の閾値Ａｍthが設定されており、異常判定部７４は、入力された振幅Ａｍと閾値Ａｍthとの大小比較に基づいて、ラック軸１２の螺子溝４４に錆等の異常が発生しているか否かを判定する。なお、モータ２１のアシスト力がラック軸１２における錆等の異常が発生した部位を介して操舵機構４に伝達される際に生じる振動の振幅は、予め実験やシミュレーション等により求めており、閾値Ａｍthは当該振動の振幅に基づいて定められている。そして、異常判定部７４は、異常が有ると判定した場合、当該異常が有ると判定した特定の操舵範囲において、ラック軸１２に作用する実ラック軸力Ｆrrと規範ラック軸力Ｆrbとの偏差である軸力偏差ΔＦに基づく偏差電流Ｉrを、ナット回転角θｎと関係付けて記憶する。なお、偏差電流Ｉrが軸力偏差ΔＦに基づくパラメータに相当する。

詳しくは、異常判定部７４は、ステアリング操作時において、演算周期毎に入力された振幅Ａｍと閾値Ａｍthとの大小比較を行い、振幅Ａｍが閾値Ａｍthを超えた場合、当該振幅Ａｍが入力されたときのナット回転角θｎを記憶するとともに、当該ナット回転角θｎで振幅Ａｍが閾値Ａｍthを超えた異常検出回数を記憶する。そして、車両の走行中に振幅Ａｍと閾値Ａｍthとの大小比較を継続して行うことで、例えば図４に示すようなナット回転角θｎと異常検出回数とのデータテーブルを作成する。

具体的には、異常判定部７４による異常検出回数のデータテーブル生成処理は、図５のフローチャートに示すように、各種状態量を取得すると（ステップ１０１）、ナット回転角θｎの変化の有無に基づいて操舵中であるか否かを判定する（ステップ１０２）。続いて、操舵中である場合には（ステップ１０２：ＹＥＳ）、振幅Ａｍが閾値Ａｍthよりも大きいか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、振幅Ａｍが閾値Ａｍthよりも大きい場合には（ステップ１０３：ＹＥＳ）、当該振幅Ａｍが入力されたときのナット回転角θｎを記憶し、データテーブルを作成する（ステップ１０４）。なお、操舵中でない場合（ステップ１０２：ＮＯ）、及び振幅Ａｍが閾値Ａｍth以下の場合には（ステップ１０３：ＮＯ）には、ステップ１０４の処理を実行しない。

また、異常判定部７４は、所定のトリガが入力された場合に、上記データテーブルに基づいて、異常検出回数が所定回数以上となるナット回転角θｎが連続して（回転角センサ６４の検出可能な角度毎に）存在するか否かを判定する。そして、異常判定部７４は、例えば図４に示すように異常検出回数が所定回数以上となるナット回転角θｎが連続する範囲が存在する場合には、当該範囲を特定の操舵範囲とする異常が有ると判定し、異常判定信号Ｓerを補償アシスト演算部８２に出力する。なお、所定のトリガとしては、例えばイグニッションスイッチのオン状態を示す信号が入力された時や、上記データテーブルの作成開始から所定期間が経過した時等が挙げられるが、各種のトリガを採用可能である。

具体的には、異常判定部７４による異常の検出処理は、図６のフローチャートに示すように、所定のトリガが入力されると（ステップ２０１：ＹＥＳ）、異常検出回数が所定回数以上で、かつ連続するナット回転角θｎ（操舵範囲）が存在するか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、異常検出回数が所定回数以上で、かつ連続するナット回転角θｎが存在する場合には（ステップ２０２：ＹＥＳ）、図４に示すようにナット回転角θｎが連続する操舵範囲を特定の操舵範囲とする異常が有ると判定する（ステップ２０３）。なお、所定のトリガが入力されない場合（ステップ２０１：ＮＯ）、異常検出回数が所定回数以上で、かつ連続するナット回転角θｎが存在しない場合には（ステップ２０２：ＮＯ）、ステップ２０３の処理を実行しない。

そして、異常判定部７４は、異常が有ると判定した場合、ステアリング操作によりナット回転角θｎが当該異常の有る特定の操舵範囲内になったときに、入力されるナット回転角θｎ毎に実ラック軸力Ｆrrと規範ラック軸力Ｆrbとの偏差である軸力偏差ΔＦを演算する。そして、基本アシスト電流Ｉbに加えることで当該軸力偏差がゼロとなるような偏差電流Ｉrを、実ラック軸力Ｆrr及び規範ラック軸力Ｆrbを演算したナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎでの値として記憶することにより、例えば図７に示すような偏差電流マップを生成する。

実ラック軸力Ｆrrは、運転者のステアリング操作により付与されるマニュアルトルクに基づくマニュアル軸力と、モータ２１の駆動力により操舵機構４に付与されるアシストトルクに基づくアシスト軸力の和により表される。マニュアル軸力は、トルクセンサ５２から入力された操舵トルクＴ（マニュアルトルク）に、ピニオン軸１６の軸径及びラックアンドピニオン機構１７の減速比等に基づくマニュアル換算係数を乗算することにより演算される。アシスト軸力は、ｑ軸電流値Ｉqに予め記憶されたモータ係数を乗算して得られるモータトルクに、伝達機構２２の伝達比及びボール螺子機構２３の変換係数に基づくアシスト換算係数を乗算することにより演算される。なお、マニュアル換算係数及びアシスト換算係数は、予め異常判定部７４に記憶されている。

規範ラック軸力Ｆrbは、ステアリングセンサ５３から入力された操舵角θs及び車速センサ５１から入力された車速ＳＰＤを周知の規範伝達関数に代入することにより演算される。なお、規範伝達関数は、入力となる操舵角θs及び車速ＳＰＤを、出力となる規範ラック軸力Ｆrbに応答性を持たせて変換する関数である。そして、図８に示すように、規範伝達関数は、同一の操舵角θsであっても、運転者によるステアリング操作が切り込み状態であるか切り戻し状態であるかによってヒステリシスが生じるように定められている。また、規範伝達関数は、ステアリングホイール２の右回転方向における規範ラック軸力Ｆrbと左回転方向における規範ラック軸力Ｆrbとの間にもヒステリシスを生じさせるように設定されている。なお、規範ラック軸力Ｆrbの演算に際しては、適宜の状態量に基づいて補正を行ってもよい。

具体的には、異常判定部７４による偏差電流マップ生成処理は、図９のフローチャートに示すように、各種状態量を取得すると（ステップ３０１）、ナット回転角θｎが特定の操舵範囲内にあるか否かを判定する（ステップ３０２）。ナット回転角θｎが特定の操舵範囲内にある場合には（ステップ３０２：ＹＥＳ）、実ラック軸力Ｆrrを演算し（ステップ３０３）、ナット回転角θｎ、ステアリング操作の方向及び車速ＳＰＤに基づいて規範ラック軸力Ｆrbを演算し（ステップ３０４）、軸力偏差ΔＦを演算する（ステップ３０５）。そして、この軸力偏差ΔＦがゼロとなるような偏差電流Ｉrを演算し（ステップ３０６）、実ラック軸力Ｆrr及び規範ラック軸力Ｆrbを演算したナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎでの値として偏差電流Ｉrを記憶することで偏差電流マップを生成する（ステップ３０７）。なお、ナット回転角θｎが特定の操舵範囲内にない場合には（ステップ３０２：ＮＯ）、ステップ３０３〜３０７の処理を実行しない。

補償アシスト演算部８２には、ナット回転角θｎ、ステアリング操作状態信号Ｓsw、及び異常判定信号Ｓerが入力される。そして、補償アシスト演算部８２は、異常判定信号Ｓerにより異常が有ると判定された場合、入力されるナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎに記憶された偏差電流Ｉrを異常判定部７４から取得し、同入力されたナット回転角θｎの補償アシスト電流Ｉcとして加算器８３に出力する。これにより、異常が有る場合には、基本アシスト電流Ｉbがトルク変動に基づく補償アシスト電流Ｉcにより補正されてモータ２１（操舵力補助装置５）が制御される。なお、補償アシスト演算部８２は、異常が無いと判定された場合、補償アシスト電流Ｉcをゼロとして、基本アシスト電流Ｉbを補正しない。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）電流指令値演算部７１は、異常判定部７４により異常が検出された場合には、ナット回転角θｎが特定の操舵範囲にあるときに、基本アシスト電流Ｉbを補償アシスト電流に基づいて補正してｑ軸電流指令値Ｉq*を演算し、モータ２１を制御するようにした。そのため、例えば錆等の異常が発生した場合に、当該異常が発生した部位がアシスト力の伝達経路となる特定の操舵範囲で操舵フィーリングが低下することを抑制できる。

（２）異常判定部７４は、実ラック軸力Ｆrrと規範ラック軸力との軸力偏差ΔＦに基づく偏差電流Ｉrをナット回転角θｎと関係付けて記憶し、補償アシスト演算部８２は、入力されるナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎに記憶された偏差電流Ｉrを補償アシスト電流Ｉcとして出力するようにした。そのため、適切な補償アシスト電流Ｉcを演算して好適に操舵フィーリングの低下を抑制できる。

（３）ボール螺子機構２３をボール軌道Ｒ１の延伸方向に沿って各ボール４５を所定間隔で転動可能に保持するリテーナ４６を有する構成としたため、車両の走行時等において、一部のボール４５がボール軌道Ｒ１内で偏って存在してしまうことを抑制できる。その結果、例えば錆等の異常が発生した場合において、各ボール４５が異常の発生した部位を転動する態様が、操舵する度に異なることを抑制できる。これにより、ナット回転角θｎが特定の操舵範囲にある場合に繰り返し発生するトルク変動が、同様の傾向を示すようになる。そのため、本実施形態のように実ラック軸力Ｆrrと規範ラック軸力Ｆrbとの偏差に基づく偏差電流Ｉrを用い、ナット回転角θｎと関係付けて演算された補償アシスト電流Ｉcを用いることで、より好適に操舵フィーリングの低下を抑制できる。

（４）異常判定部７４は、振動の振幅Ａｍに基づいて異常の有無を判定するため、異常による振動（トルク変動）で操舵フィーリングが低下する場合に、該異常が有ると適切に判定できる。

（５）異常判定部７４は、振動の振幅Ａｍが連続して閾値Ａｍthを超えた操舵範囲が存在し、かつ該操舵範囲における全域で振幅Ａｍが閾値Ａｍthを超えた回数が所定回数以上となった場合に、該操舵範囲を特定の操舵範囲とする異常が有ると判定するようにした。そのため、特定の操舵範囲における全域で振動の振幅Ａｍが閾値Ａｍthを超えた回数が所定回数以上となるまでは異常が有ると判定しないため、正確に異常の有無を判定できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、異常判定部７４は、異常が有ると判定した特定の操舵範囲において、実ラック軸力Ｆrrと規範ラック軸力Ｆrbとの軸力偏差ΔＦに基づく偏差電流Ｉrをナット回転角θｎと関係付けて記憶した。しかし、これに限らず、例えば軸力偏差ΔＦを記憶し、補償アシスト演算部８２が軸力偏差ΔＦに基づいて補償アシスト電流Ｉcを演算してもよい。

・上記実施形態では、実ラック軸力Ｆrrと規範ラック軸力Ｆrbとの偏差である軸力偏差ΔＦに基づいてパラメータとしての偏差電流Ｉrを演算した。しかし、これに限らず、例えば実ラック軸力Ｆrrに換算可能な値（例えばアシストトルクとマニュアルトルクとの和等）と、規範ラック軸力Ｆrbに換算可能な値（例えば操舵機構４の操舵位置に基づく規範トルク等）との偏差に基づいてパラメータとしての偏差電流Ｉrを演算してもよい。

・上記実施形態では、異常判定部７４は、ステアリング操作時において、演算周期毎に入力された振幅Ａｍと閾値Ａｍthとの大小比較を行うようにしたが、これに限らず、ステアリング操作時以外（例えば、保舵時等）に振幅Ａｍと閾値Ａｍthとの大小比較を行うようにしてもよい。

・上記実施形態において、振動の振幅Ａｍが連続して閾値Ａｍthを超えた操舵範囲が存在すれば、振幅Ａｍが閾値Ａｍthを超えた回数が１回のみのナット回転角θｎが存在しても、異常が有ると判定してもよい。

・上記実施形態では、ナット回転角θｎと異常検出回数とのデータテーブルを生成し、これに基づいて異常の有無を判定したが、これに限らず、異常検出回数が所定回数以上となるナット回転角θｎが連続して存在するか否かを判定できれば、他の方法を用いてもよい。また、異常の有無を振動センサ５４により検出される振動の振幅Ａｍに基づいて判定したが、これに限らず、例えば特許文献２のようにモータ回転数、操舵トルク、及び操舵角（操舵速度）の所定周波数範囲内における周期的な変化の有無に基づいて判定してもよく、その方法は適宜変更可能である。

・上記実施形態において、ボール螺子機構２３がリテーナ４６を有さない構成であってもよい。
・上記実施形態では、補償アシスト演算部８２は、異常判定信号Ｓerにより異常が有ると判定された場合、入力されるナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎに記憶された偏差電流Ｉrを異常判定部７４から取得し、同入力されたナット回転角θｎでの補償アシスト電流Ｉcとして出力するようにした。しかし、これに限らず、例えば入力されるナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎに記憶された偏差電流Ｉrを異常判定部７４から取得し、入力されたナット回転角θｎから微少角度だけずれたナット回転角θnでの補償アシスト電流Ｉcとして出力してもよく、偏差電流Ｉrと補償アシスト電流Ｉcとは所定の関係で対応付けられていればよい。

・上記実施形態では、補償アシスト演算部８２は、異常判定信号Ｓerにより異常が有ると判定された場合に、入力されるナット回転角θｎと同一のナット回転角θｎに記憶された偏差電流Ｉrを異常判定部７４から取得し、補償アシスト電流Ｉcとして出力した。しかし、これに限らず、例えば振動センサ５４により検出される振動の振幅Ａｍをナット回転角θｎに関係付けて記憶し、振幅Ａｍの大きさに応じた補償アシスト電流Ｉcをナット回転角θｎに関係付けて出力するようにしてもよく、補償アシスト電流Ｉcの演算方法は適宜変更可能である。

・上記実施形態では、ステアリングホイール２の操舵角θsを絶対値で検出可能なステアリングセンサ５３を用いたが、これに限らず、例えば相対角のみを検出可能なステアリングセンサ５３を用い、中点位置を学習する制御を実行することにより、絶対角を検出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、操舵機構４の操舵位置として、ナット回転角θｎを用いたが、これに限らず、例えばステアリングシャフト１１の回転角（絶対角）やラック軸１２の軸方向位置等を検出し、操舵位置として用いてもよい。

・上記実施形態において、例えばモータの回転をウォーム減速機により減速してステアリングシャフトにアシスト力を付与する形式のＥＰＳに本実施形態の制御を適用し、ウォームホイールに欠け等の異常の有無を判定し、アシスト力を補正してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記異常判定部は、前記振動検出部により検出される振動の振幅が連続して閾値を超えた操舵範囲が存在し、かつ該操舵範囲における全域で前記振幅が前記閾値を超えた回数が所定回数以上となった場合に、該操舵範囲を前記特定の操舵範囲とする前記異常が有ると判定する操舵制御装置。上記構成によれば、特定の操舵範囲における全域で振動の振幅が閾値を超えた回数が所定回数以上となるまでは異常が有ると判定しないため、正確に異常の有無を判定できる。

１…ＥＰＳ、４…操舵機構、５…操舵力補助装置、６…ＥＣＵ（振動検出部）、１１…ステアリングシャフト、１２…ラック軸、１３…ラックハウジング、１６…ピニオン軸、１７…ラックアンドピニオン機構、２１…モータ、２３…ボール螺子機構、４１…ボール螺子ナット、４３，４４…螺子溝、４５…ボール、４６…リテーナ、５１…車速センサ、５２…トルクセンサ、５３…ステアリングセンサ、５４…振動センサ、６１…マイコン、７１…電流指令値演算部（アシスト制御部）、７２…モータ制御信号出力部、７３…ナット回転角検出部、７４…異常判定部、８１…基本アシスト演算部、８２…補償アシスト演算部、Ａｍ…振幅（振動検出部）、Ａｍth…閾値、Ｉb…基本アシスト電流、Ｉc…補償アシスト電流、Ｆrb…規範ラック軸力、Ｆrr…実ラック軸力、Ｒ１…ボール軌道、Ｉd＊…ｄ軸電流指令値、Ｉq＊…ｑ軸電流指令値、Ｓer…異常判定信号、ＳＰＤ…車速、Ｓsw…ステアリング操作状態信号、Ｔ…操舵トルク、ΔＦ…軸力偏差、Ｉr…偏差電流、θm…モータ回転角、θn…ナット回転角（操舵位置）、θs…操舵角。

Claims (4)

1. モータを駆動源とする操舵力補助装置により操舵機構にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵制御装置において、
   操舵トルクに基づき前記操舵力補助装置に発生させるべき前記アシスト力の基本アシスト成分を演算する基本アシスト演算部と、
   前記操舵機構の操舵位置が特定の操舵範囲にある場合にトルク変動が繰り返し発生する異常の有無を判定する異常判定部と、
   前記トルク変動に基づく補償アシスト成分を演算する補償アシスト演算部と、
   前記異常判定部により前記異常が有ると判定された場合には、前記操舵機構の操舵位置が前記特定の操舵範囲にあるときに、前記補償アシスト成分に基づいて前記基本アシスト成分を補正して前記アシスト力を制御するアシスト制御部とを備えた操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記操舵機構は、ステアリング操作に伴うステアリングシャフトの回転をラックアンドピニオン機構によりラック軸の往復動に変換するものであり、
   前記異常判定部は、前記ラック軸に作用する実ラック軸力又は該実ラック軸力に換算可能な値と、前記操舵機構の操舵位置に基づく規範ラック軸力又は該規範ラック軸力に換算可能な値との偏差又は該偏差に基づくパラメータを該操舵機構の操舵位置と関係付けて記憶し、
   前記補償アシスト演算部は、前記異常判定部に記憶された前記偏差又は前記パラメータに基づき、前記操舵機構の操舵位置と関係付けて前記補償アシスト成分を演算する操舵制御装置。
3. 請求項２に記載の操舵制御装置において、
   前記操舵力補助装置は、前記モータの回転をボール螺子機構により前記ラック軸の軸方向移動に変換することで前記操舵機構にアシスト力を付与するものであり、
   前記ボール螺子機構は、前記ラック軸の外周に形成された螺子溝と、前記モータにより回転駆動されるボール螺子ナットの内周に形成された螺子溝とを対向させてなる螺旋状のボール軌道内に複数のボールを配設することにより構成され、前記ボール軌道の延伸方向に沿って前記各ボールを所定間隔で転動可能に保持するリテーナを有する操舵制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記操舵力補助装置に生じる振動を検出する振動検出部を備え、
   前記異常判定部は、前記振動検出部により検出される振動の振幅が連続して閾値を超えた操舵範囲が有る場合に、該操舵範囲を前記特定の操舵範囲とする前記異常が有ると判定する操舵制御装置。

Images