JP3778480B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機パワーをステアリング系に直接作用させてドライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、電動機の駆動力を直接利用してドライバの操舵力をアシストする。通常、電動パワーステアリング装置は、イグニッションＳＷがＯＦＦ操作されるとステアリング系に補助操舵力を付加する電動機の駆動を停止する構成をとっている。従って、車両の走行中にイグニッションＳＷのＯＮ状態を検出するＩＧ操作センサが故障してＯＦＦ状態のセンサ信号が出力された場合には、車両が走行しているにもかかわらず電動機に電源が供給されなくなるため、ドライバの操舵力が軽減されないことになる。この問題を解決するため、本願出願人による特開平１１−５９４４５号公報には、車両の走行中にＩＧ操作センサが断線などで故障しても、エンジン回転数センサなどで車両の走行状態を検出し、車両の走行中は電動機により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が開示されている。この電動パワーステアリング装置により、ＩＧ操作センサが断線などで故障しても、車両の走行中は常に安定した操舵フィーリングを得ることができる。
【０００３】
ここで、図５は、従来の電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図である。この図５において、制御手段１１２には、３つのセンサ（ドライバの操舵トルクを検知する操舵トルクセンサＴＱＳ、ＩＧ操作センサＩＧＳ及びエンジン回転数センサＮＥＳ）からの検知信号（ＴS、ＩS及びＮE）が入力される。そして、制御手段１１２は各条件を判断して、電動機駆動手段１１３を介して電動機１０８を駆動させ、電動機１０８の補助操舵力により運転者の操舵力をアシストしている。なお、電動機駆動手段１１３には、バッテリ１１９、イグニッションＳＷ１１８、及びスイッチ手段１１６を介して電源ＶPが供給される。従って、この図５の構成によれば、ＩＧ操作センサＩＧＳが断線などで故障しても、エンジンが所定の回転数（例えば２００RPM）以上で回転していれば、電動機駆動手段１１３に電源ＶPが供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した電動パワーステアリング装置の場合、制御手段１１２が暴走などした際に不用意な補助操舵力が発生し、ドライバが違和感を受けることがある。例えば、制御手段１１２がＯＮ故障して、操舵トルクセンサＴＱＳの検知信号ＴSの大きさにかかわらず電動機１０８を駆動するための電動機制御信号ＶOを発生し、電動機駆動手段１１３に出力する場合などである。殊に、積極的に操舵を行っていない直進走行時に、このような状態になって不用意な補助操舵力が発生した場合に、ドライバは、違和感を受けやすい。従って、常に安定した操作性が得られるようにする方策、殊に、制御手段１１２が暴走などした場合にも、直進走行時における安定した操作性が得られるようにする方策が求められる。
【０００５】
ところで、本願出願人による特許第２６１３０２８号に係る特許公報に記載されているように、ステアリングホイールの操作量に応じて電動機の駆動方向及び駆動トルク（補助操舵力の大きさ）を決定するＣＰＵ（制御手段）とは別個に、電動機の駆動方向のみを決定する方向判別回路を設け、かつ双方から出力される方向信号が一致した場合にのみ電動機が駆動される構成とすれば、ＣＰＵ（制御手段）がＯＮ故障した場合でも、不用意な補助操舵力を発生することがなく、信頼性が高まる。しかし、方向判別回路は、操舵方向を判別する必要があるため高価なものになり、電動パワーステアリング装置のコストアップにつながる。従って、コストアップを押さえつつ信頼性を高めて安定した操作性が得られるようにする方策が求められる。また、方向判別回路を設けるにしても、更なるコストアップを極力押さえる必要がある。
【０００６】
なお、前記した電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサからの信号が所定値以下の場合は、電動機駆動回路はＯＦＦの状態になる構成を有する。このため、電動機（電動機のロータ）は、外力を受けると容易に回転し得る状況にある。このような状況下、例えば、高速走行時に車輪が石を踏みつけるなどした場合、その振動が車輪からステアリングギアボックスなどを経由してドライバ（の手）に伝わり（キックバック）、ドライバが違和感や不快感を受けることがある。従って、ドライバがこのような違和感などを受けることがないようにする方策が求められる。
【０００７】
そこで、本発明は、このような不都合を解消すべくなされたものであり、その主たる目的は、簡単な構成で、快適で常に安定した操作性が得られ、かつ信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系に補助操舵力を付加する電動機と、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくともこの操舵トルクセンサからの信号に基づき電動機を駆動する制御信号を出力する制御手段と、この制御手段からの制御信号に基づき電界効果トランジスタを制御することで電動機を駆動する電動機駆動手段と、を含んでなる電動パワーステアリング装置であって、この電動パワーステアリング装置は、前記制御手段に加えて補助制御手段を備え、電源と前記電動機間の電源ライン又は前記制御手段と電動機駆動手段間の信号ラインのうちの少なくとも１箇所に前記電動機又は電動機駆動手段への電源電力の供給あるいは遮断を行うスイッチ手段を備え、前記操舵トルクセンサからの信号が所定値以下のときには、前記補助制御手段は、前記スイッチ手段を制御して前記電動機又は電動機駆動手段への電源を遮断すると共に前記電界効果トランジスタを制御して前記電動機を含む閉回路を形成して、この電動機に電磁ブレーキ作用を生じさせること、を特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、操舵トルクが所定値以下になると、例えばスイッチ手段が開路などして電動機の駆動が停止される。また、電動機を含む閉回路が形成され、電動機には電磁ブレーキ作用が生じるので、石を踏みつけるなどして振動が生じても、その振動は電動機により減じられ、不快なキックバックを受けることがない。
なお、電動機駆動手段が４つの電界効果トランジスタによるブリッジ回路を含んで構成される場合は、操舵トルクセンサからの信号が所定値以下のときに、電動機駆動手段への電源の供給を停止すると共に、このブリッジ回路のハイサイド側又はローサイド側の一方の側の２つの電界効果トランジスタをＯＮ駆動するのが好ましい。また、このようなブリッジ回路を備える場合は、ブリッジ回路がスイッチ手段を兼ねる構成とすることもできる。
【００１４】
なお、操舵トルクセンサの信号における「所定値」は、この値を大きくした場合や小さくした場合の利益・不利益を比較考量して定められる。この所定値を大きく設定すると、ドライバが操舵行為を行っているのにスイッチ手段が開路したままになり、補助操舵力によりアシストされないことになる。一方、所定値を小さく設定すると、ドライバの操舵を意図しない操舵力などによりスイッチ手段が閉路してしまう。
ちなみに、電動パワーステアリング装置は、手動操舵力（実施の形態では「手動操舵トルク信号」）がある一定の値以上になったときに補助操舵力を発生（付加）するようにするため、制御手段には、不感帯（閾値）が設定してある。制御手段の暴走などによる違和感防止の観点からは、所定値は、この不感帯と同じ程度かこれよりも小さく設定するのが好ましい。一方、キックバック防止の観点からは、所定値は、この不感帯と同じ程度かこれよりも大きく設定するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は電動パワーステアリング装置の全体構成図、図２は電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図、図３は電動パワーステアリング装置のスイッチ手段の回路図、図４は電動パワーステアリング装置の電動機駆動手段の回路図である。
【００１６】
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、ドライバの操舵力をアシストするために、電動機の駆動力で補助操舵力を発生させる。そのために、電動パワーステアリング装置は、ドライバの操舵トルク（手動操舵力）を検出する操舵トルクセンサ及び電動機を制御する制御手段を備える。ただし、電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリング系の操舵行為を行わない場合（手動操舵力がない場合や手動操舵力が極めて弱い場合）に、電動機の動作を禁止すると共に、電動機に電磁ブレーキ作用を生じさせる。そのために、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサの検出値が所定値以下の場合に、電動機への電源の供給を断つための補助制御手段及びスイッチ手段を有する。なお、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御手段と補助制御手段は、別々のＣＰＵから構成される。
【００１７】
〔全体構成〕
まず、図１及び図２を参照して、電動パワーステアリング装置１の構成について説明する。
電動パワーステアリング装置１は、ドライバによるステアリングホイール３の操舵時に、手動操舵力発生手段（ステアリング系）２によってマニュアルステアリングで前輪Ｗ，Ｗを転動させて車両の向きを変える。さらに、電動パワーステアリング装置１は、制御手段１２からの電動機制御信号ＶOに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶMを発生し、この電動機電圧ＶMで電動機８を駆動して補助操舵力（補助操舵トルク）を発生させ、手動操舵力発生手段（ステアリング系）２による手動操舵力を軽減する。ちなみに、電動機駆動手段１３と電動機８の間の結線は、特許請求の範囲でいう電源ラインに相当する。
【００１８】
手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継手５ａ，５ｂを備える。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いにより、ピニオン７ａの回転をラック軸９の横方向の往復運動とする。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０，１０を介して、転動輪としての左右の前輪Ｗ，Ｗが連結される。
【００１９】
補助操舵力（補助操舵トルク）を発生させるために、電動機８が、ラック軸９と同軸上に配設される。そして、電動機８の回転がラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換され、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させる。
【００２０】
制御手段１２は、目標電流信号設定手段１２ａ、偏差演算手段１２ｂ及び駆動制御手段１２ｃを含んで構成される。この制御手段１２は、操舵トルクセンサＴＱＳと電動機電流検出手段１４の検出信号ＴS（手動操舵トルク信号）とＩMOが入力される。そして、制御手段１２は、この検出信号ＴS及びＩMOに基づいて電動機８に流す電動機電流ＩMの大きさと方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶOを出力する。これらの点の詳細については後述する。
【００２１】
操舵トルクセンサＴＱＳは、ステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動操舵トルク（手動操舵力）の大きさと方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＱＳは、検出した手動操舵トルクに対応した手動操舵トルク信号ＴSを制御手段１２に送信する。
【００２２】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶOに基づいて電動機電圧ＶMを電動機８に供給し、電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、図４に示すような４個の電界効果トランジスタ（以下「パワーＦＥＴ」という）１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4のスイッチング素子からなるブリッジ回路１３ａ及びゲート駆動回路１３ｂで構成される。パワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4の各ゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に電動機制御信号ＶOが入力されると、電動機制御信号ＶOに基づいて電動機８に電動機電圧ＶMが供給される。すると、電動機８には電動機電流ＩMが流れ、電動機８は電動機電流ＩMに比例したトルクを発生する。
【００２３】
電動機電流検出手段１４は、電動機８に対して直列に接続された抵抗又はホール素子等を備え、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩMの大きさと方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩMに対応した電動機電流信号ＩMOを制御手段１２にフィードバック（負帰還）する。
【００２４】
次に、図２を参照して制御手段１２の構成について、さらに説明する。
制御手段１２は、目標電流信号設定手段１２ａ、偏差演算手段１２ｂ、駆動制御手段１２ｃを含んで構成される。
【００２５】
目標電流信号設定手段１２ａは、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶手段を備え、少なくとも、予め実験値又は設計値に基づいて設定した手動操舵トルク信号ＴSと目標電流信号ＩMSの対応するデータを記憶している。そして、目標電流信号設定手段１２ａは、手動操舵トルク信号ＴSをアドレスとして対応する目標電流信号ＩMSを読み出し、目標電流信号ＩMSを偏差演算手段１２ｂに出力する。ちなみに、目標電流信号ＩMSは、手動操舵トルク信号ＴSに対して、手動操舵トルク信号ＴSが０近傍では０に対応づけられ（不感帯）、所定の手動操舵トルク信号ＴS以上になると手動操舵トルク信号ＴSの増加に従って増加する値に対応づけられる。ちなみに、目標電流信号ＩMSは、電動機８に流すことができる最大電流が規定されているので、最大目標電流以下に設定される。
【００２６】
なお、操舵トルクセンサＴＱＳから入力された手動操舵トルク信号ＴSは、図示しないＡＤ変換機により、アナログ信号からディジタル信号に変換される。
【００２７】
偏差演算手段１２ｂは、減算器又はソフト制御の減算機能を備え、目標電流信号設定手段１２ａからの目標電流信号ＩMSと電動機電流検出手段１４からの電動機電流信号ＩMOが入力され、駆動制御手段１２ｃに偏差信号ΔＩM（＝ＩMS−ＩMO）を出力する。
【００２８】
駆動制御手段１２ｃは、ＰＩＤコントローラ、ＰＷＭ信号発生手段及び論理回路などを備え、偏差演算手段１２ｂからの偏差信号ΔＩMが入力され、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶOを出力する。駆動制御手段１２ｃは、まず偏差信号ΔＩMにＰ（比例）、Ｉ（積分）及びＤ（微分）制御を行い、さらに偏差信号ΔＩMの大きさ及び極性に対応したＰＷＭ信号ＶPWM、オン信号ＶON、オフ信号ＶOFFを生成し、電動機駆動信号ＶOとして電動機駆動手段１３に出力する。
【００２９】
ＰＷＭ信号ＶPWMは、ブリッジ回路１３ａを構成するパワーＦＥＴ１３ａ1のゲートＧ１又はパワーＦＥＴ１３ａ2のゲートＧ２に入力され（図４参照）、偏差信号ΔＩMの大きさに応じてパワーＦＥＴ１３ａ1又はパワーＦＥＴ１３ａ2をＰＷＭ駆動する信号である。なお、ＰＷＭ信号ＶPWMがゲートＧ１かゲートＧ２のどちらのゲートに入力されるかは、偏差信号ΔＩMの極性によって決まる。また、ゲートＧ１又はゲートＧ２のうちＰＷＭ信号ＶPWMが入力されないゲートにはオフ信号ＶOFFが入力され、パワーＦＥＴ１３ａ1又はパワーＦＥＴ１３ａ2はＯＦＦされる。そして、ゲートＧ１にＰＷＭ信号ＶPWMが入力される場合には、パワーＦＥＴ１３ａ4のゲートＧ４にオン信号ＶONが入力され、パワーＦＥＴ１３ａ4がＯＮ駆動される。他方、ゲートＧ２にＰＷＭ信号ＶPWMが入力される場合には、パワーＦＥＴ１３ａ3のゲートＧ３にオン信号ＶONが入力され、パワーＦＥＴ１３ａ3がＯＮ駆動される。
【００３０】
〔補助制御手段など〕
次に、本発明の要部である補助制御手段及びスイッチ手段などについて説明する。
本実施形態における補助制御手段１５は、トルク比較手段１５ａ及びスイッチ制御手段１５ｂを含んで構成される。トルク比較手段１５ａは、コンパレータなどの比較器又はソフト制御の比較機能を備え、操舵トルクセンサＴＱＳが出力する手動操舵トルク信号ＴSの値と、予め設定してある基準操舵トルク（特許請求の範囲における「所定値」）とを比較し、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルクを越える場合は、例えば、Ｈレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。一方、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク以下の場合は、Ｌレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。
なお、本実施形態においては、所定値たる基準操舵トルクは、制御手段１２における手動操舵トルク信号ＴSの不感帯と同じ値に設定してある。
【００３１】
スイッチ制御手段１５ｂは、操舵トルク比較信号ＴCを入力して、論理信号ＨOをスイッチ手段１６に出力する。具体的には、操舵トルク比較信号ＴCがＨレベルの場合、スイッチ手段１６に出力する論理信号ＨOはＨレベル（１）である。一方、操舵トルク比較信号ＴCがＬレベルの場合、スイッチ手段１６に出力する論理信号ＨOはＬレベル（０）である。
【００３２】
加えて、スイッチ制御手段１５ｂは、操舵トルク比較信号ＴCを入力してゲート制御信号ＶGを電動機駆動手段１３に出力する。具体的には、操舵トルク比較信号ＴCがＨレベルの場合、電動機駆動手段１３にはＬレベルのゲート制御信号ＶGが出力される。一方、操舵トルク比較信号ＴCがＬレベルの場合、電動機駆動手段１３にはＨレベルのゲート制御信号ＶGが出力される。このゲート信号ＶGにより、電動機駆動手段１３のブリッジ開路１３ａのローサイド側のパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4をＯＮ駆動する。
【００３３】
なお、本実施形態においては、補助制御手段１５は、制御手段１２の主となるＣＰＵとは別のＣＰＵで構成され、制御手段１２の主となるＣＰＵの暴走などに対処する。
【００３４】
スイッチ手段１６は、本実施形態においては、イグニッションＳＷ１８と電動機駆動手段１３の間の電源ラインに設けられる。スイッチ制御手段１５ｂからの論理信号ＨOがＨレベルの場合は、スイッチ手段１６は閉路（ＯＮ）して、電動機駆動手段１３へ電源ＶPを供給する。一方、スイッチ制御手段１５ｂからの論理信号ＨOがＬレベルの場合（操舵トルクが所定値以下の場合）は、スイッチ手段１６は開路（ＯＦＦ）して、電動機駆動手段１３への電源ＶPの供給を停止する。ちなみに、スイッチ手段１６が開路（ＯＦＦ）した場合、電動機８は、補助操舵力を発生することがない。
【００３５】
スイッチ手段１６の一例を図３に示す。この図におけるスイッチ手段１６は、ノーマルブレーク接点構成のリレーを有するリレー回路１６ａ及びリレー駆動回路１６ｂを含んで構成される。リレー回路１６ａは、ノーマルブレーク接点を有するリレー接点１６ａ1、リレー巻線１６ａ2及びダイオードＤを備える。リレー駆動回路１６ｂは、抵抗Ｒ及びトランジスタＱ１を備える。
【００３６】
この図３の構成におけるスイッチ手段１６は、スイッチ制御手段１５ｂから供給されるＨレベルの論理信号ＨOに基づいてリレー接点１６ａ1をメーク状態に継続して駆動し、バッテリ（電源）１９から供給される電源ＶB（１２Ｖ）を電源ＶPとして電動機駆動手段１３に供給する。一方、スイッチ手段１６は、Ｌレベルの論理信号ＨOに基づいてリレー接点１６ａ1をメーク状態からブレーク状態に駆動し、電動機駆動手段１３への電源ＶPの供給を停止する。
【００３７】
次に、電動機駆動手段１３のゲート駆動回路１３ｂには、電動機制御信号ＶO及びゲート制御信号ＶGが入力される。このうち、ゲート制御信号ＶGは、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク（所定値）以下の場合に、ブリッジ回路１３ａのうち、ローサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4をＯＮ駆動させるものである。このため、ゲート駆動回路１３ｂは、ゲート制御信号ＶGがＨレベルの場合（手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク以下の場合）に、ローサイド側のパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4のゲートＧ３，Ｇ４にオン信号ＶONを入力する。一方、ゲート駆動回路１３ｂは、ハイサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2にオフ信号ＶOFFを入力する。これにより、電動機８、パワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4を結ぶ閉回路が形成されるので、電動機８には電磁ブレーキ作用が生じる。
なお、ブリッジ回路１３ａのうち、ハイサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2をＯＮ駆動して、ローサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4をＯＦＦする構成でもよい。また、電源ＶPが電動機駆動手段１３（ブリッジ回路１３ａ）に供給されていないときは、すべてのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4をＯＮ駆動する構成としてもよい。これによっても、電動機８を含む閉回路が形成され、電動機８に電磁ブレーキ作用が生じる。
【００３８】
〔動作・作用〕
次に、電動パワーステアリング装置の動作・作用について、図１〜図４を参照して説明する。
先ず、イグニッションＳＷ１８がＯＮになると、定電圧回路１７にバッテリ１９から１２Ｖの電源ＶBが供給される。定電圧回路１７は、制御手段１２及び補助制御手段１５などに５Ｖの電源ＶCを供給する。これにより、電動パワーステアリング装置１が立ち上がる。なお、図３に示すように、スイッチ手段１６にも電源ＶB，ＶCが供給される。
【００３９】
（ドライバが操舵行為を行う場合） ここで、ドライバがステアリング系２の操作を行うと手動操舵力が発生する。すると、操舵トルクセンサＴＱＳが出力する手動操舵トルク信号ＴSは、手動操舵力に応じて値が上昇する。手動操舵トルク信号ＴSが制御手段１２で設定されている不感帯以上の値になると、制御手段１２は、手動操舵トルク信号ＴSに応じて、電動機８が発生する補助操舵力の方向と大きさを制御するため、オン信号ＶONやＰＷＭ制御信号ＶPWMの混成信号である電動機制御信号ＶOを発生し、電動機駆動手段１３に出力する。
【００４０】
同時に、操舵トルクセンサＴＱＳの手動操舵トルク信号ＴSの値が、予め定められている基準操舵トルク（所定値）を越えるとトルク比較手段１５ａは、Ｈレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。スイッチ制御手段１５ｂは、これを入力してＨレベルの論理信号ＨOをスイッチ手段１６に出力する。これにより、スイッチ手段１６が閉路して電動機駆動手段１３に電源ＶPを供給する。
【００４１】
併せて、スイッチ制御手段１５ｂは、電動機駆動手段１３に対してゲート制御信号ＶGを出力するが、この信号レベルはＬレベルである。従って、電動機制御手段１３は、電動機制御信号ＶOに基づいて制御される。
【００４２】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶOと電源ＶPを受けて、駆動方向と大きさを有する電動機電圧ＶMを電動機８に供給する。これにより、電動機８はＰＷＭ駆動して補助操舵力を発生し、ドライバの手動操舵力をアシストする。従って、ドライバは、快適にステアリング系２を操作することができる。
【００４３】
（ドライバが操舵行為を行わない場合） 一方、直進走行時、ドライバがステアリング系２の操舵を行わないと手動操舵力は発生しないか、極めて小さい。このような場合は、操舵トルクセンサＴＱＳが出力する手動操舵トルク信号ＴSは、ゼロか極めて小さい値をとる。手動操舵トルク信号ＴSの値が不感帯以下の場合は、制御手段１２は電動機駆動手段１３の全てのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4をＯＦＦするためのオフ信号ＶOFFを含む電動機制御信号ＶOを発生し、電動機駆動手段１３に出力する。従って、電動機駆動手段１３に電源ＶPが供給されていても、電動機８が駆動することはない。
【００４４】
ところで、制御手段１２が暴走して電動機８を駆動するための電動機制御信号ＶOを出力しつづけると（ＯＮ故障）、電動機８が駆動して補助操舵力を発生してしまう。ドライバが操舵を行っている最中と異なり、操舵を行っていないときに補助駆動力が発生すると、ドライバは違和感を受けやすい。
【００４５】
しかし、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の場合は、手動操舵トルク信号ＴSの値が所定値以下のときは、補助制御手段１５のトルク比較手段１５ａがＬレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。スイッチ制御手段１５ｂは、これを入力してＬレベルの論理信号ＨOをスイッチ手段１６に出力する。これにより、スイッチ手段１６が開路するので電動機駆動手段１３に電源ＶPが供給されることがない。従って、ドライバが操舵していないときに制御手段１２が暴走しても、制御手段１２とは別に設けられた補助制御手段１５により電動機８が駆動することはない。よって、制御手段１２が暴走しても補助操舵力が発生することがないので、ドライバは、違和感を受けることがない。ちなみに、本実施形態における補助制御手段１５は、制御手段１２とは別のＣＰＵで構成されるので、制御手段１２を構成するＣＰＵが暴走しても、補助制御手段１５は影響を受けることがない。
【００４６】
（キックバック） なお、全てのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4がＯＦＦしている場合などは、電動機８は外力を受けると容易に回転しうる状況にあるため、ドライバはキックバックを受けやすくなる。
【００４７】
しかし、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の場合、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク以下になると、補助制御手段１５は、Ｌレベルの論理信号ＨO及びＨレベルのゲート制御信号ＶGを出力する。これを受けて、スイッチ手段１６は、電動機駆動手段１３に対する電源ＶPの供給を停止する。同時に、電動機駆動手段は、Ｈレベルのゲート制御信号ＶGを入力する。これにより、電動機制御信号ＶOの内容にかかわらず電動機８が停止すると共に、ローサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4がＯＮ駆動する。従って、電動機８には電磁ブレーキ作用が生じ、ドライバに違和感や不快感を与えるキックバックが防止される。なお、本実施形態の場合、手動操舵トルク信号ＴSに対して、基準操舵トルクと不感帯が同じ値に設定してあるので、制御手段１２の不感帯においては、必ずキックバックが防止される。
【００４８】
このように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、ドライバがステアリング系２を操作（操舵）しているときは、電動機８による補助操舵力が得られる。一方、電動機８による不用意な補助駆動力が発生した場合に違和感を受けやすい直進走行時（ドライバがステアリング系２を操作していないとき）には、制御手段１２とは別に設けられる補助制御手段１５が電動機駆動手段１３への電源ＶPの供給を停止する。従って、制御手段１２が故障して暴走しても、不用意な補助操舵力が発生することがない。よって、常に安定した操舵性が得られ、かつ信頼性の高い電動パワーステアリング装置１になる。しかも、本実施形態では、制御手段１２と補助制御手段１５は、別々のＣＰＵで構成される。従って、さらに信頼性が高い電動パワーステアリング装置１になる。また、構成も簡単であるので、低コストで提供することができる。
【００４９】
また、ドライバがステアリング系２を操作していないときは、電動機８による電磁ブレーキ作用を生じさせるので、キックバックが防止される。よって、キックバックによる違和感や不快感のない快適な電動パワーステアリング装置１になる。
【００５０】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
（ａ）例えば、電動機の駆動を停止するためのスイッチ手段を、制御手段と電動機駆動手段の間の信号ラインに設ける構成としてもよい。
また、スイッチ手段を電動機駆動手段と電動機の間の電源ラインに設ける構成としてもよい。この場合は、キックバックを防止するために、電動機を含む閉回路（電源の供給が停止された場合に閉回路になるようにするスイッチを有するもの）を別に設ける。このようにしてキックバックを防止する場合も、当然本発明の技術的範囲に属する。
さらに、電動機駆動手段がスイッチ手段を兼ねる構成とすることもできる。例えば、補助制御手段が出力するゲート制御信号により、電動機制御信号の値にかかわらずブリッジ回路のローサイド側の２つの電界効果トランジスタをＯＮ駆動し、ハイサイド側の２つの電界効果トランジスタをＯＦＦする（逆でもよい）。これにより、電動機には電源の供給が停止され、制御手段の故障に対処することができる。加えて、ローサイド側の２つの電界効果トランジスタ及び電動機により閉回路が形成され、電動機に電磁ブレーキ作用が生じる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、ピニオンアシスト方式やラックアシスト方式などの方式を問わず適用することができる。
【００５１】
（ｂ）例えば、補助制御手段を制御手段と同一のＣＰＵで構成してもよい。この構成でも、目標電流信号設定手段や駆動制御手段などの故障（バグなどによる誤動作を含む）に対処することができる。
また、車速センサなどを設け、制御手段に車速センサなどからの信号を入力して、車速に基づいた重み付けなどがされた電動機制御信号を出力してもよい。あるいは、従来例のようにＩＧ操作センサと車速センサを設け、ＩＧ操作センサの断線などの故障に対処する構成としてもよい。
さらに、方向判別回路を設ける構成としてもよい。このようにすることで、制御手段の暴走などに対して、より高い信頼性をもって対処することができる。
加えて、補助制御手段に使用される操舵トルクセンサを、制御手段に使用される操舵トルクセンサとは別個に設けてもよい。なお、本発明に使用される操舵トルクセンサは、ドライバの操舵行為を検知するセンサ（操舵行為検知センサ）、例えば、操舵角などを検知するセンサに置き換えることができる。また、操舵トルクセンサと、操舵トルクセンサ以外の操舵行為検知センサを、併せて使用することもできる。例えば、制御手段に操舵トルクセンサの手動操舵トルクを入力し補助制御手段に操舵角を入力し、判断することもできる。ちなみに、この場合の所定値は、制御手段における不感帯との関係を明確にするため、操舵角を、操舵トルクセンサの検知信号（手動操作トルク信号）に換算などするのがよい。
また、制御手段及び補助制御手段を、アナログ回路で構成してもよい。
【００５２】
（ｃ）例えば、請求項３に係る発明に対しては、補助制御手段は必須の構成要件ではない。従って、前記実施の形態と異なり、補助制御手段を設けることなく、ドライバがステアリング系を操作（操舵）していないときには、ブリッジ回路のローサイド側の電界効果トランジスタ（２つ）をＯＮ駆動し、かつハイサイド側の電界効果トランジスタ（２つ）をＯＦＦする電動機制御信号を、駆動制御手段が出力する構成としてもよい。この場合は、ブリッジ回路がスイッチ手段を兼ねる。これにより、電動機が停止すると共に、ローサイド側の２つの電界効果トランジスタ及び電動機により閉回路が形成される。従って、電動機に電磁ブレーキ作用が生じるので、キックバックが防止される。なお、ローサイド側をＯＦＦし、ハイサイド側をＯＮ駆動する構成でもよい。
さらに、操舵トルクセンサを、ドライバの操舵行為を検知するセンサ（操舵行為検知センサ）に置き換えることや、操舵トルクセンサと操舵行為検知センサを併用することもできる。
また、電動機駆動手段と電動機間の電源ラインにスイッチ手段を設けて電源の供給を停止すると共に、電動機を含む閉回路（電源の供給が停止された場合に閉回路になるようにするスイッチを有するもの）を別に設ける構成としてもよい。これによっても、キックバックを防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で制御手段の暴走に対処することができるので、常に安定した操舵性が得られ、かつ信頼性の高い電動パワーステアリング装置になる。さらに、簡単な構成で、電動機による電磁ブレーキ作用を生じさせるので、ドライバに違和感や不快感を与えるキックバックが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図である。
【図３】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置のスイッチ手段の一例を示す回路図である。
【図４】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動手段の回路図である。
【図５】 従来例に係る電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリング系（手動操舵力発生手段）
８ 電動機
１２ 制御手段
１３ 電動機駆動手段
１３ａ ブリッジ回路
１３ａ1〜１３ａ4 パワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
１５ 補助制御手段
１６ スイッチ手段
１９ バッテリ（電源）
ＴＱＳ 操舵トルクセンサ
ＴS 手動操舵トルク信号（信号）
ＶO 電動機制御信号（制御信号）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機パワーをステアリング系に直接作用させてドライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、電動機の駆動力を直接利用してドライバの操舵力をアシストする。通常、電動パワーステアリング装置は、イグニッションＳＷがＯＦＦ操作されるとステアリング系に補助操舵力を付加する電動機の駆動を停止する構成をとっている。従って、車両の走行中にイグニッションＳＷのＯＮ状態を検出するＩＧ操作センサが故障してＯＦＦ状態のセンサ信号が出力された場合には、車両が走行しているにもかかわらず電動機に電源が供給されなくなるため、ドライバの操舵力が軽減されないことになる。この問題を解決するため、本願出願人による特開平１１−５９４４５号公報には、車両の走行中にＩＧ操作センサが断線などで故障しても、エンジン回転数センサなどで車両の走行状態を検出し、車両の走行中は電動機により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が開示されている。この電動パワーステアリング装置により、ＩＧ操作センサが断線などで故障しても、車両の走行中は常に安定した操舵フィーリングを得ることができる。
【０００３】
ここで、図５は、従来の電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図である。この図５において、制御手段１１２には、３つのセンサ（ドライバの操舵トルクを検知する操舵トルクセンサＴＱＳ、ＩＧ操作センサＩＧＳ及びエンジン回転数センサＮＥＳ）からの検知信号（ＴS、ＩS及びＮE）が入力される。そして、制御手段１１２は各条件を判断して、電動機駆動手段１１３を介して電動機１０８を駆動させ、電動機１０８の補助操舵力により運転者の操舵力をアシストしている。なお、電動機駆動手段１１３には、バッテリ１１９、イグニッションＳＷ１１８、及びスイッチ手段１１６を介して電源ＶPが供給される。従って、この図５の構成によれば、ＩＧ操作センサＩＧＳが断線などで故障しても、エンジンが所定の回転数（例えば２００RPM）以上で回転していれば、電動機駆動手段１１３に電源ＶPが供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した電動パワーステアリング装置の場合、制御手段１１２が暴走などした際に不用意な補助操舵力が発生し、ドライバが違和感を受けることがある。例えば、制御手段１１２がＯＮ故障して、操舵トルクセンサＴＱＳの検知信号ＴSの大きさにかかわらず電動機１０８を駆動するための電動機制御信号ＶOを発生し、電動機駆動手段１１３に出力する場合などである。殊に、積極的に操舵を行っていない直進走行時に、このような状態になって不用意な補助操舵力が発生した場合に、ドライバは、違和感を受けやすい。従って、常に安定した操作性が得られるようにする方策、殊に、制御手段１１２が暴走などした場合にも、直進走行時における安定した操作性が得られるようにする方策が求められる。
【０００５】
ところで、本願出願人による特許第２６１３０２８号に係る特許公報に記載されているように、ステアリングホイールの操作量に応じて電動機の駆動方向及び駆動トルク（補助操舵力の大きさ）を決定するＣＰＵ（制御手段）とは別個に、電動機の駆動方向のみを決定する方向判別回路を設け、かつ双方から出力される方向信号が一致した場合にのみ電動機が駆動される構成とすれば、ＣＰＵ（制御手段）がＯＮ故障した場合でも、不用意な補助操舵力を発生することがなく、信頼性が高まる。しかし、方向判別回路は、操舵方向を判別する必要があるため高価なものになり、電動パワーステアリング装置のコストアップにつながる。従って、コストアップを押さえつつ信頼性を高めて安定した操作性が得られるようにする方策が求められる。また、方向判別回路を設けるにしても、更なるコストアップを極力押さえる必要がある。
【０００６】
なお、前記した電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサからの信号が所定値以下の場合は、電動機駆動回路はＯＦＦの状態になる構成を有する。このため、電動機（電動機のロータ）は、外力を受けると容易に回転し得る状況にある。このような状況下、例えば、高速走行時に車輪が石を踏みつけるなどした場合、その振動が車輪からステアリングギアボックスなどを経由してドライバ（の手）に伝わり（キックバック）、ドライバが違和感や不快感を受けることがある。従って、ドライバがこのような違和感などを受けることがないようにする方策が求められる。
【０００７】
そこで、本発明は、このような不都合を解消すべくなされたものであり、その主たる目的は、簡単な構成で、快適で常に安定した操作性が得られ、かつ信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系に補助操舵力を付加する電動機と、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくともこの操舵トルクセンサからの信号に基づき電動機を駆動する制御信号を出力する制御手段と、この制御手段からの制御信号に基づき電界効果トランジスタを制御することで電動機を駆動する電動機駆動手段と、を含んでなる電動パワーステアリング装置であって、この電動パワーステアリング装置は、前記制御手段に加えて補助制御手段を備え、電源と前記電動機間の電源ライン又は前記制御手段と電動機駆動手段間の信号ラインのうちの少なくとも１箇所に前記電動機又は電動機駆動手段への電源電力の供給あるいは遮断を行うスイッチ手段を備え、前記操舵トルクセンサからの信号が所定値以下のときには、前記補助制御手段は、前記スイッチ手段を制御して前記電動機又は電動機駆動手段への電源を遮断すると共に前記電界効果トランジスタを制御して前記電動機を含む閉回路を形成して、この電動機に電磁ブレーキ作用を生じさせること、を特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、操舵トルクが所定値以下になると、例えばスイッチ手段が開路などして電動機の駆動が停止される。また、電動機を含む閉回路が形成され、電動機には電磁ブレーキ作用が生じるので、石を踏みつけるなどして振動が生じても、その振動は電動機により減じられ、不快なキックバックを受けることがない。
なお、電動機駆動手段が４つの電界効果トランジスタによるブリッジ回路を含んで構成される場合は、操舵トルクセンサからの信号が所定値以下のときに、電動機駆動手段への電源の供給を停止すると共に、このブリッジ回路のハイサイド側又はローサイド側の一方の側の２つの電界効果トランジスタをＯＮ駆動するのが好ましい。また、このようなブリッジ回路を備える場合は、ブリッジ回路がスイッチ手段を兼ねる構成とすることもできる。
【００１４】
なお、操舵トルクセンサの信号における「所定値」は、この値を大きくした場合や小さくした場合の利益・不利益を比較考量して定められる。この所定値を大きく設定すると、ドライバが操舵行為を行っているのにスイッチ手段が開路したままになり、補助操舵力によりアシストされないことになる。一方、所定値を小さく設定すると、ドライバの操舵を意図しない操舵力などによりスイッチ手段が閉路してしまう。
ちなみに、電動パワーステアリング装置は、手動操舵力（実施の形態では「手動操舵トルク信号」）がある一定の値以上になったときに補助操舵力を発生（付加）するようにするため、制御手段には、不感帯（閾値）が設定してある。制御手段の暴走などによる違和感防止の観点からは、所定値は、この不感帯と同じ程度かこれよりも小さく設定するのが好ましい。一方、キックバック防止の観点からは、所定値は、この不感帯と同じ程度かこれよりも大きく設定するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は電動パワーステアリング装置の全体構成図、図２は電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図、図３は電動パワーステアリング装置のスイッチ手段の回路図、図４は電動パワーステアリング装置の電動機駆動手段の回路図である。
【００１６】
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、ドライバの操舵力をアシストするために、電動機の駆動力で補助操舵力を発生させる。そのために、電動パワーステアリング装置は、ドライバの操舵トルク（手動操舵力）を検出する操舵トルクセンサ及び電動機を制御する制御手段を備える。ただし、電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリング系の操舵行為を行わない場合（手動操舵力がない場合や手動操舵力が極めて弱い場合）に、電動機の動作を禁止すると共に、電動機に電磁ブレーキ作用を生じさせる。そのために、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサの検出値が所定値以下の場合に、電動機への電源の供給を断つための補助制御手段及びスイッチ手段を有する。なお、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御手段と補助制御手段は、別々のＣＰＵから構成される。
【００１７】
〔全体構成〕
まず、図１及び図２を参照して、電動パワーステアリング装置１の構成について説明する。
電動パワーステアリング装置１は、ドライバによるステアリングホイール３の操舵時に、手動操舵力発生手段（ステアリング系）２によってマニュアルステアリングで前輪Ｗ，Ｗを転動させて車両の向きを変える。さらに、電動パワーステアリング装置１は、制御手段１２からの電動機制御信号ＶOに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶMを発生し、この電動機電圧ＶMで電動機８を駆動して補助操舵力（補助操舵トルク）を発生させ、手動操舵力発生手段（ステアリング系）２による手動操舵力を軽減する。ちなみに、電動機駆動手段１３と電動機８の間の結線は、特許請求の範囲でいう電源ラインに相当する。
【００１８】
手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継手５ａ，５ｂを備える。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いにより、ピニオン７ａの回転をラック軸９の横方向の往復運動とする。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０，１０を介して、転動輪としての左右の前輪Ｗ，Ｗが連結される。
【００１９】
補助操舵力（補助操舵トルク）を発生させるために、電動機８が、ラック軸９と同軸上に配設される。そして、電動機８の回転がラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換され、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させる。
【００２０】
制御手段１２は、目標電流信号設定手段１２ａ、偏差演算手段１２ｂ及び駆動制御手段１２ｃを含んで構成される。この制御手段１２は、操舵トルクセンサＴＱＳと電動機電流検出手段１４の検出信号ＴS（手動操舵トルク信号）とＩMOが入力される。そして、制御手段１２は、この検出信号ＴS及びＩMOに基づいて電動機８に流す電動機電流ＩMの大きさと方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶOを出力する。これらの点の詳細については後述する。
【００２１】
操舵トルクセンサＴＱＳは、ステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動操舵トルク（手動操舵力）の大きさと方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＱＳは、検出した手動操舵トルクに対応した手動操舵トルク信号ＴSを制御手段１２に送信する。
【００２２】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶOに基づいて電動機電圧ＶMを電動機８に供給し、電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、図４に示すような４個の電界効果トランジスタ（以下「パワーＦＥＴ」という）１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4のスイッチング素子からなるブリッジ回路１３ａ及びゲート駆動回路１３ｂで構成される。パワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4の各ゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に電動機制御信号ＶOが入力されると、電動機制御信号ＶOに基づいて電動機８に電動機電圧ＶMが供給される。すると、電動機８には電動機電流ＩMが流れ、電動機８は電動機電流ＩMに比例したトルクを発生する。
【００２３】
電動機電流検出手段１４は、電動機８に対して直列に接続された抵抗又はホール素子等を備え、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩMの大きさと方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩMに対応した電動機電流信号ＩMOを制御手段１２にフィードバック（負帰還）する。
【００２４】
次に、図２を参照して制御手段１２の構成について、さらに説明する。
制御手段１２は、目標電流信号設定手段１２ａ、偏差演算手段１２ｂ、駆動制御手段１２ｃを含んで構成される。
【００２５】
目標電流信号設定手段１２ａは、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶手段を備え、少なくとも、予め実験値又は設計値に基づいて設定した手動操舵トルク信号ＴSと目標電流信号ＩMSの対応するデータを記憶している。そして、目標電流信号設定手段１２ａは、手動操舵トルク信号ＴSをアドレスとして対応する目標電流信号ＩMSを読み出し、目標電流信号ＩMSを偏差演算手段１２ｂに出力する。ちなみに、目標電流信号ＩMSは、手動操舵トルク信号ＴSに対して、手動操舵トルク信号ＴSが０近傍では０に対応づけられ（不感帯）、所定の手動操舵トルク信号ＴS以上になると手動操舵トルク信号ＴSの増加に従って増加する値に対応づけられる。ちなみに、目標電流信号ＩMSは、電動機８に流すことができる最大電流が規定されているので、最大目標電流以下に設定される。
【００２６】
なお、操舵トルクセンサＴＱＳから入力された手動操舵トルク信号ＴSは、図示しないＡＤ変換機により、アナログ信号からディジタル信号に変換される。
【００２７】
偏差演算手段１２ｂは、減算器又はソフト制御の減算機能を備え、目標電流信号設定手段１２ａからの目標電流信号ＩMSと電動機電流検出手段１４からの電動機電流信号ＩMOが入力され、駆動制御手段１２ｃに偏差信号ΔＩM（＝ＩMS−ＩMO）を出力する。
【００２８】
駆動制御手段１２ｃは、ＰＩＤコントローラ、ＰＷＭ信号発生手段及び論理回路などを備え、偏差演算手段１２ｂからの偏差信号ΔＩMが入力され、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶOを出力する。駆動制御手段１２ｃは、まず偏差信号ΔＩMにＰ（比例）、Ｉ（積分）及びＤ（微分）制御を行い、さらに偏差信号ΔＩMの大きさ及び極性に対応したＰＷＭ信号ＶPWM、オン信号ＶON、オフ信号ＶOFFを生成し、電動機駆動信号ＶOとして電動機駆動手段１３に出力する。
【００２９】
ＰＷＭ信号ＶPWMは、ブリッジ回路１３ａを構成するパワーＦＥＴ１３ａ1のゲートＧ１又はパワーＦＥＴ１３ａ2のゲートＧ２に入力され（図４参照）、偏差信号ΔＩMの大きさに応じてパワーＦＥＴ１３ａ1又はパワーＦＥＴ１３ａ2をＰＷＭ駆動する信号である。なお、ＰＷＭ信号ＶPWMがゲートＧ１かゲートＧ２のどちらのゲートに入力されるかは、偏差信号ΔＩMの極性によって決まる。また、ゲートＧ１又はゲートＧ２のうちＰＷＭ信号ＶPWMが入力されないゲートにはオフ信号ＶOFFが入力され、パワーＦＥＴ１３ａ1又はパワーＦＥＴ１３ａ2はＯＦＦされる。そして、ゲートＧ１にＰＷＭ信号ＶPWMが入力される場合には、パワーＦＥＴ１３ａ4のゲートＧ４にオン信号ＶONが入力され、パワーＦＥＴ１３ａ4がＯＮ駆動される。他方、ゲートＧ２にＰＷＭ信号ＶPWMが入力される場合には、パワーＦＥＴ１３ａ3のゲートＧ３にオン信号ＶONが入力され、パワーＦＥＴ１３ａ3がＯＮ駆動される。
【００３０】
〔補助制御手段など〕
次に、本発明の要部である補助制御手段及びスイッチ手段などについて説明する。
本実施形態における補助制御手段１５は、トルク比較手段１５ａ及びスイッチ制御手段１５ｂを含んで構成される。トルク比較手段１５ａは、コンパレータなどの比較器又はソフト制御の比較機能を備え、操舵トルクセンサＴＱＳが出力する手動操舵トルク信号ＴSの値と、予め設定してある基準操舵トルク（特許請求の範囲における「所定値」）とを比較し、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルクを越える場合は、例えば、Ｈレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。一方、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク以下の場合は、Ｌレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。
なお、本実施形態においては、所定値たる基準操舵トルクは、制御手段１２における手動操舵トルク信号ＴSの不感帯と同じ値に設定してある。
【００３１】
スイッチ制御手段１５ｂは、操舵トルク比較信号ＴCを入力して、論理信号ＨOをスイッチ手段１６に出力する。具体的には、操舵トルク比較信号ＴCがＨレベルの場合、スイッチ手段１６に出力する論理信号ＨOはＨレベル（１）である。一方、操舵トルク比較信号ＴCがＬレベルの場合、スイッチ手段１６に出力する論理信号ＨOはＬレベル（０）である。
【００３２】
加えて、スイッチ制御手段１５ｂは、操舵トルク比較信号ＴCを入力してゲート制御信号ＶGを電動機駆動手段１３に出力する。具体的には、操舵トルク比較信号ＴCがＨレベルの場合、電動機駆動手段１３にはＬレベルのゲート制御信号ＶGが出力される。一方、操舵トルク比較信号ＴCがＬレベルの場合、電動機駆動手段１３にはＨレベルのゲート制御信号ＶGが出力される。このゲート信号ＶGにより、電動機駆動手段１３のブリッジ開路１３ａのローサイド側のパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4をＯＮ駆動する。
【００３３】
なお、本実施形態においては、補助制御手段１５は、制御手段１２の主となるＣＰＵとは別のＣＰＵで構成され、制御手段１２の主となるＣＰＵの暴走などに対処する。
【００３４】
スイッチ手段１６は、本実施形態においては、イグニッションＳＷ１８と電動機駆動手段１３の間の電源ラインに設けられる。スイッチ制御手段１５ｂからの論理信号ＨOがＨレベルの場合は、スイッチ手段１６は閉路（ＯＮ）して、電動機駆動手段１３へ電源ＶPを供給する。一方、スイッチ制御手段１５ｂからの論理信号ＨOがＬレベルの場合（操舵トルクが所定値以下の場合）は、スイッチ手段１６は開路（ＯＦＦ）して、電動機駆動手段１３への電源ＶPの供給を停止する。ちなみに、スイッチ手段１６が開路（ＯＦＦ）した場合、電動機８は、補助操舵力を発生することがない。
【００３５】
スイッチ手段１６の一例を図３に示す。この図におけるスイッチ手段１６は、ノーマルブレーク接点構成のリレーを有するリレー回路１６ａ及びリレー駆動回路１６ｂを含んで構成される。リレー回路１６ａは、ノーマルブレーク接点を有するリレー接点１６ａ1、リレー巻線１６ａ2及びダイオードＤを備える。リレー駆動回路１６ｂは、抵抗Ｒ及びトランジスタＱ１を備える。
【００３６】
この図３の構成におけるスイッチ手段１６は、スイッチ制御手段１５ｂから供給されるＨレベルの論理信号ＨOに基づいてリレー接点１６ａ1をメーク状態に継続して駆動し、バッテリ（電源）１９から供給される電源ＶB（１２Ｖ）を電源ＶPとして電動機駆動手段１３に供給する。一方、スイッチ手段１６は、Ｌレベルの論理信号ＨOに基づいてリレー接点１６ａ1をメーク状態からブレーク状態に駆動し、電動機駆動手段１３への電源ＶPの供給を停止する。
【００３７】
次に、電動機駆動手段１３のゲート駆動回路１３ｂには、電動機制御信号ＶO及びゲート制御信号ＶGが入力される。このうち、ゲート制御信号ＶGは、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク（所定値）以下の場合に、ブリッジ回路１３ａのうち、ローサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4をＯＮ駆動させるものである。このため、ゲート駆動回路１３ｂは、ゲート制御信号ＶGがＨレベルの場合（手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク以下の場合）に、ローサイド側のパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4のゲートＧ３，Ｇ４にオン信号ＶONを入力する。一方、ゲート駆動回路１３ｂは、ハイサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2にオフ信号ＶOFFを入力する。これにより、電動機８、パワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4を結ぶ閉回路が形成されるので、電動機８には電磁ブレーキ作用が生じる。
なお、ブリッジ回路１３ａのうち、ハイサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2をＯＮ駆動して、ローサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4をＯＦＦする構成でもよい。また、電源ＶPが電動機駆動手段１３（ブリッジ回路１３ａ）に供給されていないときは、すべてのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4をＯＮ駆動する構成としてもよい。これによっても、電動機８を含む閉回路が形成され、電動機８に電磁ブレーキ作用が生じる。
【００３８】
〔動作・作用〕
次に、電動パワーステアリング装置の動作・作用について、図１〜図４を参照して説明する。
先ず、イグニッションＳＷ１８がＯＮになると、定電圧回路１７にバッテリ１９から１２Ｖの電源ＶBが供給される。定電圧回路１７は、制御手段１２及び補助制御手段１５などに５Ｖの電源ＶCを供給する。これにより、電動パワーステアリング装置１が立ち上がる。なお、図３に示すように、スイッチ手段１６にも電源ＶB，ＶCが供給される。
【００３９】
（ドライバが操舵行為を行う場合） ここで、ドライバがステアリング系２の操作を行うと手動操舵力が発生する。すると、操舵トルクセンサＴＱＳが出力する手動操舵トルク信号ＴSは、手動操舵力に応じて値が上昇する。手動操舵トルク信号ＴSが制御手段１２で設定されている不感帯以上の値になると、制御手段１２は、手動操舵トルク信号ＴSに応じて、電動機８が発生する補助操舵力の方向と大きさを制御するため、オン信号ＶONやＰＷＭ制御信号ＶPWMの混成信号である電動機制御信号ＶOを発生し、電動機駆動手段１３に出力する。
【００４０】
同時に、操舵トルクセンサＴＱＳの手動操舵トルク信号ＴSの値が、予め定められている基準操舵トルク（所定値）を越えるとトルク比較手段１５ａは、Ｈレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。スイッチ制御手段１５ｂは、これを入力してＨレベルの論理信号ＨOをスイッチ手段１６に出力する。これにより、スイッチ手段１６が閉路して電動機駆動手段１３に電源ＶPを供給する。
【００４１】
併せて、スイッチ制御手段１５ｂは、電動機駆動手段１３に対してゲート制御信号ＶGを出力するが、この信号レベルはＬレベルである。従って、電動機制御手段１３は、電動機制御信号ＶOに基づいて制御される。
【００４２】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶOと電源ＶPを受けて、駆動方向と大きさを有する電動機電圧ＶMを電動機８に供給する。これにより、電動機８はＰＷＭ駆動して補助操舵力を発生し、ドライバの手動操舵力をアシストする。従って、ドライバは、快適にステアリング系２を操作することができる。
【００４３】
（ドライバが操舵行為を行わない場合） 一方、直進走行時、ドライバがステアリング系２の操舵を行わないと手動操舵力は発生しないか、極めて小さい。このような場合は、操舵トルクセンサＴＱＳが出力する手動操舵トルク信号ＴSは、ゼロか極めて小さい値をとる。手動操舵トルク信号ＴSの値が不感帯以下の場合は、制御手段１２は電動機駆動手段１３の全てのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4をＯＦＦするためのオフ信号ＶOFFを含む電動機制御信号ＶOを発生し、電動機駆動手段１３に出力する。従って、電動機駆動手段１３に電源ＶPが供給されていても、電動機８が駆動することはない。
【００４４】
ところで、制御手段１２が暴走して電動機８を駆動するための電動機制御信号ＶOを出力しつづけると（ＯＮ故障）、電動機８が駆動して補助操舵力を発生してしまう。ドライバが操舵を行っている最中と異なり、操舵を行っていないときに補助駆動力が発生すると、ドライバは違和感を受けやすい。
【００４５】
しかし、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の場合は、手動操舵トルク信号ＴSの値が所定値以下のときは、補助制御手段１５のトルク比較手段１５ａがＬレベルの操舵トルク比較信号ＴCをスイッチ制御手段１５ｂに出力する。スイッチ制御手段１５ｂは、これを入力してＬレベルの論理信号ＨOをスイッチ手段１６に出力する。これにより、スイッチ手段１６が開路するので電動機駆動手段１３に電源ＶPが供給されることがない。従って、ドライバが操舵していないときに制御手段１２が暴走しても、制御手段１２とは別に設けられた補助制御手段１５により電動機８が駆動することはない。よって、制御手段１２が暴走しても補助操舵力が発生することがないので、ドライバは、違和感を受けることがない。ちなみに、本実施形態における補助制御手段１５は、制御手段１２とは別のＣＰＵで構成されるので、制御手段１２を構成するＣＰＵが暴走しても、補助制御手段１５は影響を受けることがない。
【００４６】
（キックバック） なお、全てのパワーＦＥＴ１３ａ1，１３ａ2，１３ａ3，１３ａ4がＯＦＦしている場合などは、電動機８は外力を受けると容易に回転しうる状況にあるため、ドライバはキックバックを受けやすくなる。
【００４７】
しかし、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の場合、手動操舵トルク信号ＴSの値が基準操舵トルク以下になると、補助制御手段１５は、Ｌレベルの論理信号ＨO及びＨレベルのゲート制御信号ＶGを出力する。これを受けて、スイッチ手段１６は、電動機駆動手段１３に対する電源ＶPの供給を停止する。同時に、電動機駆動手段は、Ｈレベルのゲート制御信号ＶGを入力する。これにより、電動機制御信号ＶOの内容にかかわらず電動機８が停止すると共に、ローサイド側の２つのパワーＦＥＴ１３ａ3，１３ａ4がＯＮ駆動する。従って、電動機８には電磁ブレーキ作用が生じ、ドライバに違和感や不快感を与えるキックバックが防止される。なお、本実施形態の場合、手動操舵トルク信号ＴSに対して、基準操舵トルクと不感帯が同じ値に設定してあるので、制御手段１２の不感帯においては、必ずキックバックが防止される。
【００４８】
このように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、ドライバがステアリング系２を操作（操舵）しているときは、電動機８による補助操舵力が得られる。一方、電動機８による不用意な補助駆動力が発生した場合に違和感を受けやすい直進走行時（ドライバがステアリング系２を操作していないとき）には、制御手段１２とは別に設けられる補助制御手段１５が電動機駆動手段１３への電源ＶPの供給を停止する。従って、制御手段１２が故障して暴走しても、不用意な補助操舵力が発生することがない。よって、常に安定した操舵性が得られ、かつ信頼性の高い電動パワーステアリング装置１になる。しかも、本実施形態では、制御手段１２と補助制御手段１５は、別々のＣＰＵで構成される。従って、さらに信頼性が高い電動パワーステアリング装置１になる。また、構成も簡単であるので、低コストで提供することができる。
【００４９】
また、ドライバがステアリング系２を操作していないときは、電動機８による電磁ブレーキ作用を生じさせるので、キックバックが防止される。よって、キックバックによる違和感や不快感のない快適な電動パワーステアリング装置１になる。
【００５０】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
（ａ）例えば、電動機の駆動を停止するためのスイッチ手段を、制御手段と電動機駆動手段の間の信号ラインに設ける構成としてもよい。
また、スイッチ手段を電動機駆動手段と電動機の間の電源ラインに設ける構成としてもよい。この場合は、キックバックを防止するために、電動機を含む閉回路（電源の供給が停止された場合に閉回路になるようにするスイッチを有するもの）を別に設ける。このようにしてキックバックを防止する場合も、当然本発明の技術的範囲に属する。
さらに、電動機駆動手段がスイッチ手段を兼ねる構成とすることもできる。例えば、補助制御手段が出力するゲート制御信号により、電動機制御信号の値にかかわらずブリッジ回路のローサイド側の２つの電界効果トランジスタをＯＮ駆動し、ハイサイド側の２つの電界効果トランジスタをＯＦＦする（逆でもよい）。これにより、電動機には電源の供給が停止され、制御手段の故障に対処することができる。加えて、ローサイド側の２つの電界効果トランジスタ及び電動機により閉回路が形成され、電動機に電磁ブレーキ作用が生じる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、ピニオンアシスト方式やラックアシスト方式などの方式を問わず適用することができる。
【００５１】
（ｂ）例えば、補助制御手段を制御手段と同一のＣＰＵで構成してもよい。この構成でも、目標電流信号設定手段や駆動制御手段などの故障（バグなどによる誤動作を含む）に対処することができる。
また、車速センサなどを設け、制御手段に車速センサなどからの信号を入力して、車速に基づいた重み付けなどがされた電動機制御信号を出力してもよい。あるいは、従来例のようにＩＧ操作センサと車速センサを設け、ＩＧ操作センサの断線などの故障に対処する構成としてもよい。
さらに、方向判別回路を設ける構成としてもよい。このようにすることで、制御手段の暴走などに対して、より高い信頼性をもって対処することができる。
加えて、補助制御手段に使用される操舵トルクセンサを、制御手段に使用される操舵トルクセンサとは別個に設けてもよい。なお、本発明に使用される操舵トルクセンサは、ドライバの操舵行為を検知するセンサ（操舵行為検知センサ）、例えば、操舵角などを検知するセンサに置き換えることができる。また、操舵トルクセンサと、操舵トルクセンサ以外の操舵行為検知センサを、併せて使用することもできる。例えば、制御手段に操舵トルクセンサの手動操舵トルクを入力し補助制御手段に操舵角を入力し、判断することもできる。ちなみに、この場合の所定値は、制御手段における不感帯との関係を明確にするため、操舵角を、操舵トルクセンサの検知信号（手動操作トルク信号）に換算などするのがよい。
また、制御手段及び補助制御手段を、アナログ回路で構成してもよい。
【００５２】
（ｃ）例えば、請求項３に係る発明に対しては、補助制御手段は必須の構成要件ではない。従って、前記実施の形態と異なり、補助制御手段を設けることなく、ドライバがステアリング系を操作（操舵）していないときには、ブリッジ回路のローサイド側の電界効果トランジスタ（２つ）をＯＮ駆動し、かつハイサイド側の電界効果トランジスタ（２つ）をＯＦＦする電動機制御信号を、駆動制御手段が出力する構成としてもよい。この場合は、ブリッジ回路がスイッチ手段を兼ねる。これにより、電動機が停止すると共に、ローサイド側の２つの電界効果トランジスタ及び電動機により閉回路が形成される。従って、電動機に電磁ブレーキ作用が生じるので、キックバックが防止される。なお、ローサイド側をＯＦＦし、ハイサイド側をＯＮ駆動する構成でもよい。
さらに、操舵トルクセンサを、ドライバの操舵行為を検知するセンサ（操舵行為検知センサ）に置き換えることや、操舵トルクセンサと操舵行為検知センサを併用することもできる。
また、電動機駆動手段と電動機間の電源ラインにスイッチ手段を設けて電源の供給を停止すると共に、電動機を含む閉回路（電源の供給が停止された場合に閉回路になるようにするスイッチを有するもの）を別に設ける構成としてもよい。これによっても、キックバックを防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で制御手段の暴走に対処することができるので、常に安定した操舵性が得られ、かつ信頼性の高い電動パワーステアリング装置になる。さらに、簡単な構成で、電動機による電磁ブレーキ作用を生じさせるので、ドライバに違和感や不快感を与えるキックバックが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図である。
【図３】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置のスイッチ手段の一例を示す回路図である。
【図４】 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動手段の回路図である。
【図５】 従来例に係る電動パワーステアリング装置の電気系統のブロック構成図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリング系（手動操舵力発生手段）
８ 電動機
１２ 制御手段
１３ 電動機駆動手段
１３ａ ブリッジ回路
１３ａ1〜１３ａ4 パワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
１５ 補助制御手段
１６ スイッチ手段
１９ バッテリ（電源）
ＴＱＳ 操舵トルクセンサ
ＴS 手動操舵トルク信号（信号）
ＶO 電動機制御信号（制御信号）
Claims (1)
- ステアリング系に補助操舵力を付加する電動機と、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくともこの操舵トルクセンサからの信号に基づき電動機を駆動する制御信号を出力する制御手段と、この制御手段からの制御信号に基づき電界効果トランジスタを制御することで電動機を駆動する電動機駆動手段と、を含んでなる電動パワーステアリング装置であって、
この電動パワーステアリング装置は、
前記制御手段に加えて補助制御手段を備え、
電源と前記電動機間の電源ライン又は前記制御手段と電動機駆動手段間の信号ラインのうちの少なくとも１箇所に前記電動機又は電動機駆動手段への電源電力の供給あるいは遮断を行うスイッチ手段を備え、
前記操舵トルクセンサからの信号が所定値以下のときには、
前記補助制御手段は、前記スイッチ手段を制御して前記電動機又は電動機駆動手段への電源を遮断すると共に前記電界効果トランジスタを制御して前記電動機を含む閉回路を形成して、この電動機に電磁ブレーキ作用を生じさせること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
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