JP5440889B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング装置に関する。

従来、モータの巻線組に電力を供給する複数の電力変換器を備え、そのうちいずれかの電力変換器または対応する巻線組が故障したとき、正常な電力変換器のみでモータへの電力供給を継続する電動パワーステアリング装置が知られている。
例えば、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、複数のうちいずれかの電力変換器または巻線組の故障を検出したとき、故障した電力変換器を除く正常な電力変換器に指令する電流制限値を、「正常な電力変換器が故障検出以前に巻線組に供給していた電流制限値」と同等にする。例えば、２つの電力変換器のうち１つが故障した場合、１つの正常な電力変換器への電流制限値を、故障検出以前に２つの正常な電力変換器を対象として設定されていた合計の電流制限値の半分にして駆動を継続する。

特開２０１１−１３１８６０号公報

特許文献１の電動パワーステアリング装置は、２つのうち１つの電力変換器または巻線組が故障したとき、正常な電力変換器に指令する電流制限値を故障検出以前の半分の出力にすることで、運転者の操舵力に変化を与え、運転者に故障の発生を気付かせることができる。また、故障の発生に伴って、正常な電力変換器に対する電流負荷が増大することを防止する。

ところで、電動パワーステアリング装置で要求されるアシストトルクは、車速によって変化する。すなわち、低速走行時には車両の取り回し性を確保するため、操舵トルクが軽くなるようにアシストトルクを比較的大きく設定することが望ましい。一方、高速走行時には車両の直進走行安定性を確保するため、操舵トルクが重めになるようにアシストトルクを比較的小さく設定することが望ましい。そこで、正常時の制御としては、車速に応じて操舵トルクとアシスト電流との関係を決定する車速感応制御が一般に採用されている。
これに対し、特許文献１の従来技術では、いずれかの電力変換器または巻線組が故障したときの制御について、車速との関係を考慮していない。したがって、車速に応じた適正なアシストトルクを提供するものとはなっていない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数系統の電力変換器のうち一系統が故障したとき、車速に応じた適正なアシストトルクを確保する電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、車速を検出する車速センサと、運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサと、複数の巻線組を有し、通電によりトルクを出力するモータと、モータの出力回転を減速しつつモータの出力トルクを増幅し、アシストトルクとしてステアリング軸に伝達する減速機と、モータの回転を制御する制御部と、を備える。

制御部は、複数系統の電力変換器、駆動回路、故障判定手段、電力供給停止手段、マップ記憶手段、アシスト電流演算手段、アシスト電流指令手段を有する。
複数系統の電力変換器は、複数の巻線組に対応して設けられ、モータに電力を供給する。
駆動回路は、指令されたアシスト電流に従い電力変換器を駆動する。

故障判定手段は、複数系統の電力変換器のうちいずれか一系統の電力変換器または対応する巻線組が故障したことを判定する。
電力供給停止手段は、故障判定手段によって故障が判定されたとき、故障した系統の電力変換器への電源電力の供給を停止する。
マップ記憶手段は、操舵トルクとアシスト電流との関係であるＴ−Ｉ特性を決定したマップであって、少なくとも、「車速センサによる車速検出の正常時に用いられ車速に応じてＴ−Ｉ特性を決定した正常時車速感応マップ」を記憶する。

アシスト電流演算手段は、トルクセンサが検出した操舵トルク、及び車速センサが検出した車速に基づいてアシスト電流を演算する。アシスト電流演算手段は、故障判定手段によって故障が判定されたとき、「故障した系統を除く正常系統の前記電力変換器を対象として用いる一系統故障用マップ」におけるアシスト電流制限値である第１電流制限値を、「車速センサによる車速検出の故障時に用いられ車速と無関係にＴ−Ｉ特性を決定した車速検出故障用マップ」におけるアシスト電流制限値と同一の値に設定する。
ここで、一系統故障用マップおよび車速検出故障用マップは、マップ記憶手段に予め記憶されている必要はなく、アシスト電流演算手段による演算過程において一時的に作成され、演算に用いられればよい。
アシスト電流指令手段は、アシスト電流演算手段が演算したアシスト電流演算値に基づき駆動回路にアシスト電流指令値を指令する。

これにより、アシスト電流演算手段が用いる一系統故障用マップは、少なくともアシスト電流制限値について、車速検出故障用マップにおける電流制限値が反映される。車速検出故障用マップは、車速検出ができなくなった状況で、どの車速領域についてもある程度適正なアシストトルクを確保できるように作られている。そのため、少なくともその電流制限値が反映されたマップを用いることで、車速に応じた適正なアシストトルクを確保することができる。

具体的には、故障検出以前に比べ、アシスト電流制限値が制限されるため、特に低速領域で、正常系統への過剰な電流負荷を回避し、無用な通電による電力変換器やモータの発熱を低減することができる。

本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置が適用されるステアリングシステムの全体構成を説明する模式図である。 本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置を説明するブロック図である。 本発明の第１実施形態による電力変換器およびモータを示す回路図である。 （ａ）正常時車速感応マップである。（ｂ）本発明の第１実施形態による一系統故障用マップである。（ｃ）本発明の第１実施形態による一系統故障用マップである。 本発明の第１実施形態による一系統故障用マップである。 本発明の第２実施形態による一系統故障用マップである。 本発明の第３実施形態による制御部のブロック図である。 本発明の第３実施形態による「選択処理」を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態による制御部のブロック図である。 本発明の第４実施形態による「高速時車速感応式選択処理」を示すフローチャートである。 本発明の第５、第６実施形態による制御部のブロック図である。 本発明の第５実施形態による「低車速時アシスト電流制限処理」を示すフローチャートである。 本発明の第６実施形態による「緩操舵時アシスト電流制限処理」を示すフローチャートである。 二系統電動パワーステアリング装置における一系統故障時のアシスト電流制限値を説明する説明図である。 本発明の第７実施形態による制御部のブロック図である。 車速検出故障時のアシスト電流演算を説明する説明図である。

以下、本発明による電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置について、図１〜図４を参照して説明する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングシステム９０に用いられる。ステアリングシステム９０は、ハンドル９１、ステアリング軸９２、ピニオンギア９６、ラックギア９７、およびタイヤ９８等から構成される。ハンドル９１は、運転者によって操舵される。ステアリング軸９２は、ハンドル９１に連結され、ハンドル９１の操舵に伴って回転する。ステアリング軸９２のハンドル９１と反対側の先端には、ラックギア９７と噛み合うピニオンギア９６が設けられる。ラックギア９７の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ９８がそれぞれ連結されている。ステアリング軸９２の回転運動は、ピニオンギア９６およびラックギア９７によって直線運動に変換され、ラックギア９７の直線運動変位に応じて左右のタイヤ９８が転舵される。

図１および図２に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、制御部１０、モータ８０、減速機８９、車速センサ９３、トルクセンサ９４等を備える。
制御部１０は、マイコン５０、駆動回路５５、「電力変換器」としてのインバータ６０、電流検出部７０等を備え、モータ８０に供給する電力を制御する。
本実施形態のモータ８０は、三相ブラシレスモータであり、減速機８９を正逆回転させる。減速機８９は、モータ８０の回転を減速しつつモータ８０の出力トルクを増幅し、「アシストトルク」としてステアリング軸９２に伝達する。
これにより、ステアリング軸９２は、運転者自身がハンドル９１を回す「操舵トルク」と電動パワーステアリング装置１００によって得られる「アシストトルク」とが加算された「アシスト加算操舵トルク」によって回転する。

マイコン５０は、各センサからの検出信号が入力され、これらの入力信号に基づき制御に係る各演算値を制御演算する。
車速センサ９３は、車速を検出し、ＣＡＮ通信等の通信手段を通じて車速信号をマイコン５０に出力する。トルクセンサ９４は、ステアリング軸９２に設けられ、運転者による操舵トルクを検出する。操舵角センサ９５は、ステアリング軸９２に設けられ、ハンドル９１の操舵角度を検出する。なお、操舵角センサ９５は無くてもよい。
また、モータ８０には、モータ８０の回転角度を検出するレゾルバまたは磁気抵抗素子等の回転角センサ８５が設けられ、回転角信号をマイコン５０に出力する。

本実施形態のマイコン５０は、アシスト電流演算手段５１、アシスト電流指令手段５２、マップ記憶手段５３、故障判定手段５４を含む。これらの手段についての詳細は後述する。
駆動回路５５は、マイコン５０から指令されるアシスト電流指令値に基づいてインバータ６０を駆動する。電流検出回路５７は、電流検出部７０が検出した各相の電流検出値を取得し、マイコン５０にフィードバックする。マイコン５０は、電流検出回路５７からの電流検出値、及び回転角センサ８５からの回転角信号等に基づいてフィードバック制御を行う。

また、制御部１０は、複数（本実施形態では２つ）のインバータ６０１、６０２を備えている。詳しくは図３に示すように、インバータ６０１、６０２は、モータ８０を構成する２組の巻線組８０１、８０２に対応して設けられる。第１巻線組８０１は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相巻線８１１〜８１３から構成され、第２巻線組８０２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相巻線８２１〜８２３から構成される。
インバータ６０は、第１巻線組８０１に対応して設けられる第１系統インバータ６０１と、第２巻線組８０２に対応して設けられる第２系統インバータ６０２から構成される。以下、インバータ、及びそのインバータと対応する３相巻線組の組合せの単位を「系統」という。

制御部１０は、第１系統電源リレー４２１、第２系統電源リレー４２２、コンデンサ４３、第１系統インバータ６０１、第２系統インバータ６０２、第１系統電流検出部７０１、第２系統電流検出部７０２、マイコン５０および駆動回路５５等を備えている。
電流検出部７０１、７０２は、インバータ６０１、６０２が巻線組８０１、８０２に供給する相電流を相毎に検出する。

バッテリ４１は、例えば１２Ｖの直流電源である。
「電力供給停止手段」としての電源リレー４２１、４２２は、バッテリ４１からインバータ６０１、６０２への電源電力の供給を系統毎に停止可能である。
コンデンサ４３は、バッテリ４１と並列に接続され、電荷を蓄え、インバータ６０１、６０２への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。

第１系統インバータ６０１は、第１巻線組８０１の各巻線８１１〜８１３への通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子６１１〜６１６がブリッジ接続されている。本実施形態のスイッチング素子６１１〜６１６は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。以下、スイッチング素子６１１〜６１６をＭＯＳ６１１〜６１６という。

高電位側のＭＯＳ６１１〜６１３は、ドレインがバッテリ４１の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ６１１〜６１３のソースは、低電位側のＭＯＳ６１４〜６１６のドレインに接続されている。ＭＯＳ６１４〜６１６のソースは、電流検出部７０１を構成する電流検出素子７１１〜７１３を介してバッテリ４１の負極側に接続されている。高電位側のＭＯＳ６１１〜６１３と低電位側のＭＯＳ６１４〜６１６との接続点は、それぞれ、巻線８１１〜８１３の一端に接続されている。
電流検出素子７１１〜７１３は、それぞれ、第１系統Ｕ、Ｖ、Ｗ相の巻線８１１〜８１３に通電される相電流を検出する。

第２系統インバータ６０２についても、スイッチング素子（ＭＯＳ）６２１〜６２６、電流検出部７０２を構成する電流検出素子７２１〜７２３の構成は、第１系統インバータ６０１と同様である。
駆動回路５５は、ＭＯＳ６１１〜６１６、６２１〜６２６のゲートに接続され、マイコン５０の制御に基づいてスイッチング出力する。

以上の構成の電動パワーステアリング装置１００において、本発明では、二系統のインバータ６０１、６０２、及び、対応する巻線組８０１、８０２のうち、いずれか一系統のインバータまたは巻線組が故障した状況を想定する。
仮に第１系統のインバータ６０１または巻線組８０１が故障したものとして説明する。具体的には、インバータ６０１を構成するＭＯＳ６１１〜６１６のショート故障もしくは断線故障、又は巻線組８０１のショート故障もしくは断線故障が起きた状況を想定する。

この場合、第１系統の電流検出部７０１が検出する電流検出値が異常値になる。すると、マイコン５０の故障判定手段５４は、電流検出回路５７からフィードバックされた電流検出値に基づき、第１系統が故障したことを判定する。
そして、制御部１０は、第１系統インバータ６０１の電源ラインに設けられる電源リレー４２１を遮断する。これにより、例えば第１系統でショート故障が発生していた場合には、過剰な発熱を防止することができる。

その後、制御部１０は、正常系統である第２系統インバータ６０２のみでモータ８０の駆動を継続する。このとき、正常系統の第２系統インバータ６０２に対し、マイコン５０がいかに適切なアシスト電流指令値を指令するかということが、本発明の解決しようとする課題である。そこで、マイコン５０のアシスト電流演算手段５１が実行するアシスト電流演算について図４を参照して説明する。

ここで補足しておくと、アシスト電流演算手段５１は、アシスト電流演算値を演算するまでの手段であり、アシスト電流演算値に基づいて、アシスト電流指令手段５２が駆動回路５５にアシスト電流指令値を指令する。本実施形態では、アシスト電流指令手段５２は、アシスト電流演算値をそのままアシスト電流指令値として駆動回路５５に指令する。
一方、後述する他の実施形態では、アシスト電流指令手段５２は、２つのアシスト電流演算値から１つを選択したり、一旦得られたアシスト電流指令値をさらに補正して出力したりする場合もある。

一系統故障時についての説明の前に、まず、二系統が正常であるときの制御部１０の作用について、図４（ａ）を参照して説明する。
アシスト電流演算手段５１は、操舵トルクＴｓおよび車速に基づいて、図４（ａ）に示す「正常時車速感応マップＭＲ」を用いてアシスト電流Ｉａを演算する。正常時車速感応マップＭＲは、マイコン５０のマップ記憶手段５３に記憶され、想定しうる車速領域から選択された数個の代表車速における「操舵トルクＴｓとアシスト電流Ｉａとの関係」（以下、「Ｔ−Ｉ特性」という）を決定している。
本実施形態では、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の４つの代表車速におけるＴ−Ｉ特性が決定される。ここで、車速Ｖ０は、車速０ｋｍ／ｈであり、車速Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、例えば車速８０ｋｍ／ｈ、１２０ｋｍ／ｈ、２００ｋｍ／ｈに相当する。

図４（ａ）の車速検出故障用マップＭＲにおいて、操舵トルクＴｓは、ハンドル９１の中立位置から時計方向回転の操舵トルクを正の値、反時計方向回転の操舵トルクを負の値で表す。また、アシスト電流Ｉａは、正の操舵トルクＴｓをアシストする方向にモータ８０を回転させるアシスト電流を正の値、負の操舵トルクＴｓをアシストする方向にモータ８０を回転させるアシスト電流を負の値で表す。

操舵トルクＴｓの正領域および負領域では、Ｔ−Ｉ特性は原点対称で示され、アシスト電流Ｉａは「−Ｉｍ０〜Ｉｍ０」の範囲で変化する。以下、「大きい」、「小さい」等の大小関係を示す用語は、正の操舵トルク領域を基準として表し、負の操舵トルク領域では絶対値に置き換えて解釈することとする。例えば「電流制限値」というときは、正の操舵トルク領域においては「最大電流値、すなわち電流上限値Ｉｍ０」を意味し、負の操舵トルク領域においては「絶対値が最大である電流値、すなわち電流下限値−Ｉｍ０」を意味する。以下のマップでも同様に解釈する。

図４（ａ）に示すように、各車速におけるＴ−Ｉ特性は、操舵トルクＴｓが大きくなるにつれてアシスト電流Ｉａが放物線的に増大し、各車速における電流制限値に達するとアシスト電流Ｉａは一定となる。また、同じ操舵トルクＴｓに対して、アシスト電流Ｉａは車速が小さいほど大きく、車速が大きいほど小さくなるように決定される。
その結果、低速走行時には比較的大きな操舵アシストトルクが得られることで「ハンドルが軽く」なり、車両の取り回しに係る利便性が向上する。一方、高速走行時には操舵アシストトルクを抑制し、「ハンドルを重くする」ことで、走行安定性を確保する。

続いて、本発明の特徴的構成である「二系統のうち一系統が故障したとき正常系統に指令するためのアシスト電流演算」について、図４（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。
二系統のうち一系統が故障したとき、二系統がモータに供給していたアシスト電流を全て一方の正常系統が担おうとすると、正常系統に過剰な負荷がかかり異常発熱を招くおそれがある。そこで、本実施形態のアシスト電流演算手段５１は、一系統が故障したとき、正常時に用いていた正常時車速感応マップＭＲとは異なる「一系統故障用マップＭＡ」を用いて、アシスト電流Ｉａを演算する。
ここで、一系統故障用マップＭＡ、及び、後述する車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣは、マップ記憶手段５３に予め記憶されている必要はなく、アシスト電流演算手段５１による演算過程において一時的に作成され、演算に用いられればよい。

図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、一系統故障用マップＭＡは、車速検出故障用マップＭＢ又はＭＣを参照し、車速検出故障用マップＭＢの電流制限値Ｉｍｂ、又は車速検出故障用マップＭＣの電流制限値Ｉｍｃを「第１電流制限値」として設定することを特徴とする。
また、一系統故障用マップＭＡにおけるＴ−Ｉ特性は、第１電流制限値Ｉｍ１に対応する最小操舵トルクＴｓ未満の操舵トルク領域では、正常時車速感応マップＭＲにおけるＴ−Ｉ特性と同一であることを特徴とする。

車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣは、車速センサ９３が故障し現在車速Ｖｐを検出不能となったときに使用されるマップである。
図４（ｂ）に示す車速検出故障用マップＭＢは、正常時車速感応マップＭＲ上のＴ−Ｉ特性とは無関係の、言い換えれば車速とは独立したＴ−Ｉ特性Ｅを有する。図４（ｂ）に例示したマップＭＢのＴ−Ｉ特性Ｅは、車速Ｖ１でのＴ−Ｉ特性（対比のため破線図示）に比べ、電流制限値Ｉｍｂに至るまで、下側（低電流側）に膨らんだ曲線で描かれている。
このタイプの車速検出故障用マップＭＢを「独立型車速検出故障用マップ」という。

一方、図４（ｃ）に示す車速検出故障用マップＭＣは、正常時車速感応マップＭＲ上のある車速でのＴ−Ｉ特性を抽出することにより作成される。図４（ｃ）に例示したマップＭＣは、車速Ｖ１でのＴ−Ｉ特性が抽出されている。この場合の車速Ｖ１を「仮車速」という。また、このタイプの車速検出故障用マップＭＣを「抽出型車速検出故障用マップ」という。

ここで、公知技術（例えば特開２００３−１８２６１６参照）である「車速検出故障時のアシスト電流演算」について図１６を参照して説明する。
図１６の左側のフローチャートに示すように、制御部１０は、車速検出が正常であるか否かを判断する処理を実行する。なお、以下のフローチャートの説明で、記号Ｓは「ステップ」を示す。
制御部１０は、車速センサ９３による車速検出が正常であるか否か判断し（Ｓ９０）、正常の場合（Ｓ９０：ＹＥＳ）、車速センサ９３が検出した現在車速Ｖｐを制御車速Ｖｃとする（Ｓ９１）。一方、車速検出が故障している場合（Ｓ９０：ＮＯ）には、仮車速Ｖｘを制御車速Ｖｃとする（Ｓ９２）。

アシスト電流演算手段５１は、車速感応マップＭＲを用いて、制御車速Ｖｃに対応するＴ−Ｉ特性からアシスト電流Ｉａを演算する。アシスト電流指令手段５２は、演算されたアシスト電流演算値Ｉｃを、アシスト電流指令値Ｉ^*として駆動回路５５に指令する。
ここで、車速検出が故障している場合には、例えば仮車速Ｖｘが車速Ｖ１相当であるとすると、車速感応マップＭＲのうち車速Ｖ１でのＴ−Ｉ特性の部分だけが実質的に演算に用いられることとなる。すなわち、車速感応マップＭＲの一部が抽出されたものが、上述の「抽出型車速検出故障用マップＭＣ」に該当する。

話を戻すと、本発明では、二系統のうち一系統のインバータまたは巻線組が故障した状況を想定しているのであって、車速検出自体は正常であることを前提としている。したがって、アシスト電流演算手段５１が車速故障用検出マップＭＢまたはＭＣの全部を用いることは不適当である。
仮に、車速故障用検出マップＭＢまたはＭＣを用いてアシスト電流Ｉａを演算すると、現在車速Ｖｐが仮車速Ｖｘより小さい場合には、アシスト電流Ｉａが正常時より低く抑えられ、低速領域での車両の取り回し性に係る利便性が損なわれるおそれがある。また、現在車速Ｖｐが仮車速Ｖｘより大きい場合には、アシスト電流Ｉａが正常時より大きくなり、高速領域での走行安定性が損なわれるおそれがある。

そこで本実施形態では、アシスト電流演算手段５１が用いる一系統故障用マップＭＡにおけるアシスト電流制限値である「第１電流制限値Ｉｍ１」を、車速故障用検出マップＭＢまたはＭＣにおけるアシスト電流制限値Ｉｍｂ、Ｉｍｃと同一の値に設定する。
これにより、アシスト電流演算手段５１が用いる一系統故障用マップＭＡは、少なくともアシスト電流制限値について、車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣにおける電流制限値が反映される。車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣは、車速検出ができなくなった状況で、どの車速領域についてもある程度適正なアシストトルクを確保できるように作られている。そのため、少なくともその電流制限値が反映されたマップを用いることで、車速に応じた適正なアシストトルクを確保することができる。

具体的には、故障検出以前に比べ、アシスト電流制限値が制限されるため、特に低速領域で、正常系統への過剰な電流負荷を回避し、無用な通電によるインバータ６０やモータ８０の発熱を低減することができる。

一般に、車速故障用検出マップＭＢまたはＭＣの電流制限値Ｉｍｂ、Ｉｍｃは、二系統正常時の電流制限値Ｉｍ０の半分程度に設定される。
例えば、電流制限値Ｉｍｂ、Ｉｍｃが二系統正常時の電流制限値Ｉｍ０の半分以下である場合、正常系統への最大電流負荷は、故障前と同等以下に維持されるため、特にインバータ６０やモータ８０の発熱を低減することができる。
一方、電流制限値Ｉｍｂ、Ｉｍｃが二系統正常時の電流制限値Ｉｍ０の半分を若干超える場合であっても、駆動回路や放熱手段等の比較的軽微な変更によって対応可能である。

さらに、本実施形態では、一系統故障用マップＭＡにおけるＴ−Ｉ特性は、第１電流制限値Ｉｍ１に対応する最小操舵トルクＴｓ未満の操舵トルク領域では、正常時車速感応マップＭＲにおけるＴ−Ｉ特性と同一である。
これにより、正常系統への電流負荷が問題とならない操舵トルク領域では、正常時と同様、車速に応じたアシスト電流Ｉａを演算することができるため、低速領域での利便性および高速領域での走行安定性を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図５、図６を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対し、一系統故障用マップＭＡにおける電流制限値の設定が異なる。
まず、本実施形態のキーワードである「アシスト加算操舵トルク」について説明する。
下記のように記号を定義する。[ ]内は単位である。
Ｔｓ：操舵トルク[Ｎｍ]
Ｔａ：アシストトルク[Ｎｍ]
Ｔｓａ：アシスト加算操舵トルク[Ｎｍ]
Ｉａ：アシスト電流[Ａ]
η：減速機８９の効率[−]
Ｚ：減速機８９の減速比[−]（＝モータ８０の回転数／ステアリング軸９２の回転数）
Ｍ：モータトルク定数[Ｎｍ／Ａ]
Ｋ：総括定数（＝η×Ｚ×Ｍ）[Ｎｍ／Ａ]

式１、２は、アシストトルクＴａおよびアシスト加算操舵トルクＴｓａの定義を示す。
Ｔａ ＝η×Ｚ×Ｍ×Ｉａ＝Ｋ×Ｉａ ・・・（式１）
Ｔｓａ＝Ｔｓ＋Ｔａ ・・・（式２）
アシストトルクＴａは、アシスト電流Ｉａによって発生したモータ８０の出力トルクが減速機８９によって増幅され、ステアリング軸９２に伝達されるトルクである。また、アシスト加算操舵トルクＴｓａは、運転者による操舵トルクＴｓとアシストトルクＴａとを加算したトルクである。第２実施形態では、このアシスト加算操舵トルクに着目する。

対比のため、図５に第１実施形態の一系統故障用マップＭＡを示す。ここで、第１電流制限値Ｉｍ１は、車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣにおける電流制限値Ｉｍｂ、Ｉｍｃであって、図５の例では、正常時車速感応マップＭＲにおける車速Ｖ１の電流制限値に相当する。その結果、車速Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３での電流制限値は、正常時車速感応マップＭＲにおける値と変わらないが、車速Ｖ０での電流制限値は、車速Ｖ１での電流制限値Ｉｍ１と同等の値にまで減少する。

ここで、「参照された車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣにおける電流制限値Ｉｍｂ、Ｉｍｃに対応する最小操舵トルク」をＴｍ１とする。操舵トルクＴｍ１は、図５の点Ｐ１に対応する。なお、操舵トルクＴｓの負領域では、点Ｐ１と原点対称の点Ｑ１が操舵トルク（−Ｔｍ１）に対応し、「最小操舵トルク」を「絶対値が最小である操舵トルク」と解釈する。以下、負領域については、正領域と同様であるため、説明を省略する。
点Ｐ１、すなわち、「操舵トルクＴｍ１、車速Ｖ１」の点に対応する「最大アシスト加算操舵トルクＴｓａ１」は、式１にＴｍ１、Ｉｍ１を代入し、式３のように計算される。
Ｔｓａ１＝Ｔｍ１＋Ｋ×Ｉｍ１ ・・・（式３）

また、「一系統故障用マップＭＡにおける第１電流制限値Ｉｍ１に対応する最小操舵トルク」をＴｍ２とする。操舵トルクＴｍ２は、図５の点Ｐ２’に対応する。すると、操舵トルクＴｍ２、最低車速Ｖ０での「最大アシスト加算操舵トルクＴｓａ２’」は、式１にＴｍ２、Ｉｍ１を代入し、式４のように計算される。
Ｔｓａ２’＝Ｔｍ２＋Ｋ×Ｉｍ１ ・・・（式４）

図５から明らかなように、Ｔｍ２＜Ｔｍ１であるから、式３、４から、Ｔｓａ２’＜Ｔｓａ１となることが明らかである。すなわち、一系統故障用マップＭＡを用いて演算した（車速Ｖ０での）最大アシスト加算操舵トルクＴｓ２’は、車速検出故障用マップＭＢまたはＭＣを用いて演算したのと同等の最大アシスト加算操舵トルクＴｓａ１よりも減少することとなる。

そこで、第２実施形態は、この最大アシスト加算操舵トルクの減少分を補償するべく、電流制限値Ｉｍ１を上側にシフトさせることを特徴とする。
図６に点Ｐ２で示すように、操舵トルクＴｍ２に対応する電流制限値として第２電流制限値Ｉｍ２を設定する。この第２電流制限値Ｉｍ２は、点Ｐ２に対応する最大アシスト加算操舵トルクＴｓａ２（式５）が、点Ｐ１に対応する最大アシスト加算操舵トルクＴｓａ１と等しくなるように（式６）算出される。式５、式６より、式７が導かれる。
Ｔｓａ２＝Ｔｍ２＋Ｋ×Ｉｍ２ ・・・（式５）
Ｔｓａ２＝Ｔｓａ１＝Ｔｍ１＋Ｋ×Ｉｍ１ ・・・（式６）
Ｉｍ２＝Ｉｍ１＋（Ｔｍ１−Ｔｍ２）／Ｋ ・・・（式７）
これより、点Ｐ２と点Ｐ１とを結ぶ直線の傾きは、（−１／Ｋ）となる。

第２実施形態では、以上のように第２電流制限値Ｉｍ２を設定し、一系統故障用マップＭＡにおけるアシスト電流制限値を第１電流制限値Ｉｍ１に代えて第２電流制限値Ｉｍ２とする。これにより、特に低速領域で必要となる最大アシスト加算操舵トルクを確保することができる。よって、車両の取り回し性にかかる利便性が向上する。
以下の実施形態において一系統故障用マップＭＡの「第１電流制限値Ｉｍ１」と示すところは、いずれも「第２電流制限値Ｉｍ２」に置き換えることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図７、図８を参照して説明する。
第３実施形態は、制御部１０が、２つのアシスト電流演算手段によって演算された２つのアシスト電流演算値のうち適切な方を選択する「選択処理」を実行する。なお、２つのアシスト電流演算手段とは、必ずしも物理的に２つの演算回路を意味するわけではなく、１つの演算回路が２とおりの演算手段として機能してもよい。

具体的には、図７に示すように、車速センサ９３が検出した現在車速Ｖｐは、制御車速Ｖｃとして第１アシスト電流演算手段５１１に入力される。また、トルクセンサ９４が検出した操舵トルクＴｓは、第１アシスト電流演算手段５１１及び第２アシスト電流演算手段５１２に入力される。

第１アシスト電流演算手段５１１は、一系統故障用マップＭＡを用いて、現在車速Ｖｐに応じた第１アシスト電流演算値Ｉｃ１を演算する。
第２アシスト電流演算手段５１２は、独立型車速検出故障用マップＭＢを用いて、現在車速Ｖｐとは無関係に第２アシスト電流演算値Ｉｃ２を演算する。なお、独立型車速検出故障用マップＭＢに代えて抽出型車速検出故障用マップＭＣを用いてもよい。
なお、上述の繰り返しになるが、一系統故障用マップＭＡや車速検出故障用マップＭＢ、ＭＣは、マップ記憶手段５３に予め記憶されている必要はなく、アシスト電流演算手段５１１、５１２による演算過程において一時的に作成され、演算に用いられればよい。

次に、「選択処理」を図８のフローチャートに基づいて説明する。
この処理では、アシスト電流指令手段５２が第１アシスト電流演算値Ｉｃ１及び第２アシスト電流演算値Ｉｃ２を取得し（Ｓ１０）、それぞれの絶対値を比較する（Ｓ３０）。
第１アシスト電流演算値Ｉｃ１の絶対値が第２アシスト電流演算値Ｉｃ２の絶対値以上であれば（Ｓ３０：ＹＥＳ）、第１アシスト電流演算値Ｉｃ１をアシスト電流指令値Ｉ^*として出力する（Ｓ３１、Ｓ４０）。一方、第１アシスト電流演算値Ｉｃ１の絶対値が第２アシスト電流演算値Ｉｃ２の絶対値より小さければ（Ｓ３０：ＮＯ）、第２アシスト電流演算値Ｉｃ２をアシスト電流指令値Ｉ^*として出力する（Ｓ３２、Ｓ４０）。

図７に戻り、アシスト電流指令値Ｉ^*は駆動回路５５に指令される。インバータ６０は、駆動回路５５によって制御され、モータ８０に電力を供給する。
第３実施形態では、アシスト電流指令手段５２は、「第１アシスト電流演算手段５１１による一系統故障用マップＭＡに基づく第１アシスト電流演算値Ｉｃ１」と、「第２アシスト電流演算手段５１２による車速検出故障用マップＭＢに基づく第２アシスト電流演算値Ｉｃ２」とのうち、絶対値が大きい方のアシスト電流演算値を選択してアシスト電流指令値Ｉ^*とする「選択処理」を実行する。
これにより、特に低速走行領域において、車両の取り回し性に係る利便性が向上する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図９、図１０を参照して説明する。
第４実施形態では、第３実施形態の「選択処理」に代えて、特に高速領域での走行安定性に配慮した「高速時車速感応式選択処理」を実行する。

図９では、第３実施形態の図７に対し、第２アシスト電流演算手段５１２が用いるマップが抽出型車速検出故障用マップＭＣに限られる点、及び、「選択処理」が「高速時車速感応式選択処理」に変更された点が異なり、その他の点は同じである。図９に例示した車速検出故障用マップＭＣにおける仮車速Ｖｘは、車速Ｖ１に相当する。
なお、車速センサ９３は正常であるため、制御車速Ｖｃは、現在車速Ｖｐに一致する。

次に、「高速時車速感応式選択処理」を図１０のフローチャートに基づいて説明する。
この処理では、アシスト電流指令手段５２が第１アシスト電流演算値Ｉｃ１及び第２アシスト電流演算値Ｉｃ２を取得した（Ｓ１０）後、まず、現在車速Ｖｐと車速検出故障用マップＭＣにおける仮車速Ｖｘとを比較する（Ｓ２０）。
現在車速Ｖｐが仮車速Ｖｘ以上であれば（Ｓ２０：ＹＥＳ）、第１アシスト電流演算値Ｉｃ１をアシスト電流指令値Ｉ^*として出力する（Ｓ２５、Ｓ４０）。一方、現在車速Ｖｐが仮車速Ｖｘより小さければ（Ｓ２０：ＮＯ）、第３実施形態による「選択処理」を実行してアシスト電流指令値Ｉ^*を出力する（Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４０）。

第４実施形態では、アシスト電流指令手段５２は、車速センサ９３が検出した現在車速Ｖｐと仮車速Ｖｘとを選択処理に先だって比較し、現在車速Ｖｐが仮車速Ｖｘ以上のとき前記第１アシスト電流演算値を前記アシスト電流指令値とする。また、現在車速Ｖｐが仮車速Ｖｘより小さいとき第３実施形態による選択処理を実行する。
したがって、現在速度Ｖｐが仮車速Ｖｘより大きい高速領域では、車速感応式の一系統故障用マップＭＡに基づく第１アシスト電流演算値Ｉｃ１がアシスト電流指令値Ｉ^*として優先して採用される。これにより、高速領域において車速に応じた適正なアシストトルクが確保されるため、走行安定性が向上する。

（第５、第６実施形態）
次に、本発明の第５、第６実施形態について、図１１〜図１４を参照して説明する。
第５、第６実施形態では、インバータ６０やモータ８０の発熱の低減に配慮した「アシスト電流制限処理」を実行する。

図１１に示すように、アシスト電流演算手段５１は、現在車速Ｖｐおよび操舵トルクＴｓに基づき、一系統故障用マップＭＡを用いて現在車速Ｖｐに応じたアシスト電流演算値Ｉｃを演算する。この点は、第１実施形態と同様である。
こうして得られたアシスト電流指令値Ｉ^*に対し、アシスト電流指令手段５２は、第５実施形態では「低車速時アシスト電流制限処理」を、第６実施形態では「緩操舵時アシスト電流制限処理」を実行する。そして、以下に説明する一定の条件に該当する場合、アシスト電流指令値Ｉ^*を補正したアシスト電流指令値Ｉ^*を駆動回路５５に指令する。

まず、第５実施形態の「低車速時アシスト電流制限処理」を図１２のフローチャートに基づいて説明する。
この処理では、アシスト電流指令値Ｉ^*を取得する（Ｓ５０）とともに、車速センサ９３が検出した現在車速Ｖｐが車速閾値Ｖｔ以下であるか否かを判断する（Ｓ５１）。

現在車速Ｖｐが車速閾値Ｖｔ以下であって（Ｓ５１：ＹＥＳ）、且つ、取得したアシスト電流指令値Ｉ^*がアシスト電流基準制限値ＩＬより大きいとき（Ｓ５５：ＹＥＳ）には、アシスト電流指令値Ｉ^*をアシスト電流基準制限値ＩＬに制限する補正をし（Ｓ６０）、補正したアシスト電流指令値Ｉ^*を出力する（Ｓ７０）。
現在車速Ｖｐが車速閾値Ｖｔより大きいとき（Ｓ５１：ＮＯ）、又は、取得したアシスト電流指令値Ｉ^*がアシスト電流基準制限値ＩＬ以下のとき（Ｓ５５：ＮＯ）には、アシスト電流指令値Ｉ^*をそのまま出力する（Ｓ７０）。

ここで、図１４に示すように、「アシスト電流基準制限値ＩＬ」は、正常時車速感応マップＭＲにおける電流制限値Ｉｍ０の半分の値（１／２・Ｉｍ０）、言い換えれば、「二系統のうち一系統が故障する前に、一系統あたりに許容されていた電流制限値と同等の値」に設定される。
したがって、正常系統のインバータ６０やモータ８０には、二系統正常時よりも大きな電流負荷がかかることはない。これにより、停車時や低速走行時に、無用な通電によるインバータ６０やモータ８０の発熱を低減することができる。こうしてインバータ６０やモータ８０の発熱を低減することで、異常発熱による電動パワーステアリング装置の過熱保護機能が働きにくくなり、長時間安定した操舵アシストトルクを提供することができる。

第６実施形態の「緩操舵時アシスト電流制限処理」を図１３のフローチャートに基づいて説明する。図１３のフローチャートは、図１２に対し、Ｓ５１の判断ステップがＳ５２に置き換わる点以外は同じである。Ｓ５２では、操舵角センサ９５が検出した操舵角速度ωｐが操舵角速度閾値ωｔ以下であるか否かを判断する
なお、操舵角速度ωｐは、操舵角センサ９５によって検出する形態に限らず、回転角センサ８５の検出値を換算してもよい。

実使用時に必要とされる操舵アシストトルクと操舵角速度との関係について考えると、比較的大きな操舵アシストトルクが必要とされるのは、特に緊急回避等のための急操舵時である。逆に、緩操舵時には大きな操舵アシストトルクは必要とされない。したがって、緩操舵時のアシスト電流指令値^*をアシスト電流基準制限値ＩＬに制限することで、無用な通電によるインバータ６０やモータ８０の発熱を低減することができる。よって、第５実施形態と同様、電動パワーステアリング装置が長時間安定した操舵アシストトルクを提供することができる。

なお、第５実施形態と第６実施形態とを組合せ、アシスト電流指令手段５２は、「現在車速Ｖｐが車速閾値Ｖｔ以下、且つ、操舵角速度ωｐが操舵角速度閾値ωｔ以下」の場合にアシスト電流制限処理を実行することとしてもよい。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について、図１５を参照して説明する。第７実施形態は、第３または第４実施形態と第５または第６実施形態との組合せである。すなわち、アシスト電流指令手段５２は、前半部分で「選択処理」または「高速時車速感応式選択処理」を実行し、後半部分で「低車速時アシスト電流制限処理」または「緩操舵時アシスト電流制限処理」を実行する。
このように、どの車速領域でのアシストトルクの適正さを優先するかによって、各処理を最適に組み合わせて実行することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記の実施形態の電動パワーステアリング装置は、二系統のインバータ６０１、６０２および巻線組８０１、８０２を備え、そのうち一系統が故障し、残り一系統の正常系統によってモータ８０を駆動する場合について説明した。
その他の実施形態では、三系統以上のＮ系統（Ｎは整数）のインバータおよび巻線組を備える電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよい。この場合、一系統が故障し、残り（Ｎ−１）系統の正常系統によってモータ８０を駆動する場合が本発明の対象となる。そして、第５〜第８実施形態におけるアシスト電流基準制限値ＩＬは、「正常時の電流制限値Ｉｍ０の（Ｎ−１）／Ｎ」として読み替えればよい。

（イ）故障系統のインバータへの電源電力の供給を停止する「電力供給停止手段」は、上記実施形態による電源リレー４２１、４２２に限らず、例えば、マイコン５０が故障系統へのアシスト電流指令値を「０」と指令することにより構成してもよい。
（ウ）「電力変換器」は、インバータに限らず、ＤＣ／ＤＣコンバータ等であってもよい。また、モータは、ブラシレスモータ以外のモータであってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０・・・制御部、 ４２１、４２２・・・電源リレー（電力供給停止手段）、
５１・・・アシスト電流演算手段、 ５２・・・アシスト電流指令手段、
５３・・・マップ記憶手段、 ５４・・・故障判定手段、
５５・・・駆動回路、
６０、６０１、６０２・・・インバータ（電力変換器）、
８０・・・モータ、 ８０１、８０２・・・巻線組、
９２・・・ステアリング軸、 ９３・・・車速センサ、
９４・・・トルクセンサ、 １００・・・電動パワーステアリング装置、
ＭＡ・・・一系統故障用マップ、ＭＢ、ＭＣ・・・車速検出故障用マップ、
ＭＲ・・・正常時車速感応マップ。

Claims (7)

1. 車速を検出する車速センサ（９３）と、
   運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサ（９４）と、
   複数の巻線組（８０１、８０２）を有し、通電によりトルクを出力するモータ（８０）と、
   前記モータの出力回転を減速しつつ前記モータの出力トルクを増幅し、アシストトルクとしてステアリング軸（９２）に伝達する減速機（８９）と、
   前記モータの回転を制御する制御部（１０）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   複数の前記巻線組に対応して設けられ、前記モータに電力を供給する複数系統の電力変換器（６０１、６０２）と、
   指令されたアシスト電流に従い前記電力変換器を駆動する駆動回路（５５）と、
   複数系統の前記電力変換器のうちいずれか一系統の前記電力変換器または対応する前記巻線組が故障したことを判定する故障判定手段（５４）と、
   前記故障判定手段によって故障が判定されたとき、故障した系統の前記電力変換器への電源電力の供給を停止する電力供給停止手段（４２１、４２２）と、
   操舵トルクとアシスト電流との関係であるＴ−Ｉ特性を決定したマップであって、少なくとも、前記車速センサによる車速検出の正常時に用いられ車速に応じてＴ−Ｉ特性を決定した正常時車速感応マップ（ＭＲ）を記憶するマップ記憶手段（５３）と、
   前記トルクセンサが検出した操舵トルク、及び前記車速センサが検出した車速に基づいてアシスト電流を演算するアシスト電流演算手段であって、前記故障判定手段によって故障が判定されたとき、故障した系統を除く正常系統の前記電力変換器を対象として用いる一系統故障用マップ（ＭＡ）におけるアシスト電流制限値である第１電流制限値を、前記車速センサによる車速検出の故障時に用いられ車速と無関係にＴ−Ｉ特性を決定した車速検出故障用マップ（ＭＢ、ＭＣ）におけるアシスト電流制限値と同一の値に設定するアシスト電流演算手段（５１、５１１、５１２）と、
   前記アシスト電流演算手段が演算したアシスト電流演算値に基づき前記駆動回路にアシスト電流指令値を指令するアシスト電流指令手段（５２）と、
   を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置（１００）。
2. 前記第１電流制限値をＩｍ１、前記車速検出故障用マップにおけるアシスト電流制限値に対応する最小操舵トルクをＴｍ１、前記一系統故障用マップにおける前記第１電流制限値に対応する最小操舵トルクをＴｍ２、前記モータおよび前記減速機の特性に基づく定数をＫ、第２電流制限値をＩｍ２とすると、
   前記アシスト電流演算手段は、下式
   Ｉｍ２＝Ｉｍ１＋（Ｔｍ１−Ｔｍ２）／Ｋ
   で算出される第２電流制限値を設定し、前記一系統故障用マップにおけるアシスト電流制限値を、前記第１電流制限値に代えて前記第２電流制限値とすることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記一系統故障用マップにおけるＴ−Ｉ特性は、前記第１電流制限値または前記第２電流制限値に対応する最小操舵トルク未満の操舵トルク領域では、前記正常時車速感応マップにおけるＴ−Ｉ特性と同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記制御部は、前記故障判定手段によって故障が判定されたとき前記正常系統へ供給するアシスト電流について、前記一系統故障用マップを用いてアシスト電流を演算する第１アシスト電流演算手段（５１１）、及び、前記車速検出故障用マップを用いてアシスト電流を演算する第２アシスト電流演算手段（５１２）を有し、
   前記アシスト電流指令手段は、
   前記第１アシスト電流演算手段による第１アシスト電流演算値と前記第２アシスト電流演算手段による第２アシスト電流演算値とのうち絶対値が大きい方のアシスト電流値を選択して前記アシスト電流指令値とする選択処理を実行することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記第２アシスト電流演算手段が用いる前記車速検出故障用マップは、前記正常時車速感応マップにおける所定の仮車速でのＴ−Ｉ特性を抽出して得られたマップであり、
   前記アシスト電流指令手段は、
   前記車速センサが検出した現在車速と前記仮車速とを前記選択処理に先だって比較し、
   現在車速が前記仮車速以上であるとき前記第１アシスト電流演算値を前記アシスト電流指令値とし、
   現在車速が前記仮車速より小さいとき前記選択処理を実行することを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. Ｎ系統（Ｎは２以上の整数）の前記電力変換器または対応する前記巻線組のうち一系統の故障が前記故障判定手段によって判定されたとき、
   前記アシスト電流指令手段は、
   現在車速が所定の車速閾値以下であって、且つ、指令された前記アシスト電流指令値が前記正常時車速感応マップにおけるアシスト電流制限値の（Ｎ−１）／Ｎに相当するアシスト電流基準制限値を超える場合、
   前記アシスト電流指令値を前記アシスト電流基準制限値に補正することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. Ｎ系統（Ｎは２以上の整数）の前記電力変換器または対応する前記巻線組のうち一系統の故障が前記故障判定手段によって判定されたとき、
   前記アシスト電流指令手段は、
   前記ステアリング軸の操舵角速度が所定の操舵角速度閾値以下であって、且つ、指令された前記アシスト電流指令値が前記正常時車速感応マップにおけるアシスト電流制限値の（Ｎ−１）／Ｎに相当するアシスト電流基準制限値を超える場合、
   前記アシスト電流指令値を前記アシスト電流基準制限値に補正することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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