JP5455515B2

JP5455515B2 - 電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置の制御方法およびプログラム

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Publication number: JP5455515B2
Application number: JP2009209730A
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Inventors: 明宏田巻
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Publication date: 2014-03-26
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Description

本発明は、電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置の制御方法およびプログラムに関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にて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提案されている。そして、操舵アシストトルクを制御する制御装置は、例えば、トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて電動モータを通電制御する。
このような電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサに異常が生じた場合、適正な操舵アシストトルクが得られないことから、トルクセンサの信号異常を検出した場合に、電動モータへ供給する電流を低下させて操舵アシストを停止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２１００６５号公報

トルクセンサに異常が発生したときに、常に操舵アシストを停止するようにすると、ステアリングホイールの操作が重くなり運転者の負担が増大してしまう。それゆえ、トルクセンサの一部に異常が発生した場合であっても、別の方法で操舵トルクを推定することが可能であれば、その代替の操舵トルクに基づいて操舵アシストトルクを発生させ、運転者の負担を軽減することが望ましい。

かかる目的のもと、本発明は、電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する算出手段と、前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と前記第２コイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算する演算手段と、前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断する診断手段と、前記診断手段が前記第３電圧は正常であると診断した場合には当該第３電圧を、異常であると診断した場合には前記第４電圧を、前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する設定手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記出力手段は、差動増幅器であり、前記演算手段は、前記第２電圧と前記第１電圧とを減算した値に前記差動増幅器の増幅度を乗算し、当該差動増幅器のバイアス電圧を加算することにより前記第４電圧を演算することが好適である。
また、前記第１電圧と前記第２電圧とに基づいて当該第１電圧と当該第２電圧との相関関係が正常であるか否かを診断する電圧関係診断手段をさらに備え、前記設定手段は、前記診断手段が前記第３電圧は異常であると診断した場合に、前記電圧関係診断手段が前記第１電圧と前記第２電圧との相関関係が正常であると診断した場合には前記第４電圧を前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定し、当該第１電圧と当該第２電圧との相関関係が異常であると診断した場合には前記電動モータの駆動を停止するアシスト停止信号を設定することが好適である。

他の観点から捉えると、本発明は、操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と前記第２コイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、電動モータに供給する目標電流を前記出力手段が出力した前記第３電圧に基づいて算出する算出手段と、を備える電動パワーステアリング装置であって、前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算する演算手段と、前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断する診断手段と、をさらに備え、前記算出手段は、前記診断手段が前記第３電圧は異常であると診断した場合には、前記目標電流を算出する際に当該第３電圧の代わりに前記第４電圧に基づくことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する算出手段と、前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第１コイルおよび第２コイルと、前記第１コイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と前記第２コイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、を備える電動パワーステアリング装置の制御方法であって、前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算し、前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断し、前記第３電圧が正常であると診断した場合には当該第３電圧を、異常であると診断した場合には前記第４電圧を、前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、コンピュータに、電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する機能と、前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルの内の一方のコイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と他方のコイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力して両電圧の差に応じた第３電圧を出力する回路から当該第３電圧を取得する機能と、前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算する機能と、前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断する機能と、前記第３電圧が正常であると診断した場合には当該第３電圧を、異常であると診断した場合には前記第４電圧を、前記算出する機能が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する機能とを実現させるためのプログラムである。

本発明によれば、トルクセンサの一部に異常が発生した場合であっても、代替の操舵トルクに基づいて操舵アシストトルクを発生させることができるので、運転者の負担を軽減させることができる。

実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。電動パワーステアリング装置の制御装置の概略構成図である。目標電流算出部の概略構成図である。モータ駆動制御部、モータ駆動部およびモータ電流検出部の概略構成図である。ステアリングギアボックス内の概略構成を示す図である。トルク検出回路の概略構成図である。トルク値設定部の概略構成図である。第１電圧、第２電圧およびトルク検出電圧と、操舵トルクとの関係を示す図である。電圧値設定部が行う設定処理の手順を示すフローチャートである。第１電圧と第２電圧との関係を示す座標マップである。電圧関係診断処理の手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。ステアリングシャフト１０２と上部連結シャフト１０３とが自在継手１０３ａを介して連結されており、上部連結シャフト１０３と下部連結シャフト１０８とが自在継手１０３ｂを介して連結されている。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバー１１２（図５参照）を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段の一例としてのトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。
また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流の大きさおよび方向を検出するモータ電流検出部３３（図２参照）と、電動モータ１１０の端子間電圧を検出するモータ電圧検出部１６０を有している。
そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９の出力値、自動車の車速を検出する車速センサ１７０の出力値、モータ電圧検出部１６０の出力値が入力される。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクをトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
図２は、電動パワーステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０は、操舵トルクに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいて電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２とを有している。また、制御装置１０は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部３３を有しており、目標電流算出部２０などにはモータ電流検出部３３にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Ｉｍが入力される。
また、制御装置１０は、後述するトルク検出回路２５０から入力される信号に基づいて目標電流算出部２０へ向けてトルク信号Ｔｄを出力するトルク値設定部３５を有している。このトルク値設定部３５については後で詳述する。

次に、目標電流算出部２０について詳述する。図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２とを備えている。また、目標電流算出部２０は、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３と、モータ電流信号Ｉｍおよびモータ端子間電圧信号Ｖｍに基づいて電動モータ１１０の回転速度を推定するモータ回転速度推定部２４とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部２５を備えている。

なお、目標電流算出部２０には、車速センサ１７０にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖと、モータ電圧検出部１６０にて検出された電圧が出力信号に変換されたモータ端子間電圧信号Ｖｍと、モータ電流検出部３３にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Ｉｍと、トルク値設定部３５から出力されたトルク信号Ｔｄとが入力される。
なお、制御装置１０には、車速センサ１７０などからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部２０に取り込んでいる。

ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｓを出力する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖおよび回転速度信号Ｎｍと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｄと車速信号ｖと回転速度信号Ｎｍとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。
モータ回転速度推定部２４は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流と、モータ電圧検出部１６０（図１参照）にて検出された電圧とに基づいて電動モータ１１０の回転速度を推定する。

最終目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１から出力されたベース電流信号Ｉｍｓ、イナーシャ補償電流算出部２２から出力されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３から出力されたダンパー補償電流信号Ｉｄに基づいて最終的な目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。最終目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、補償電流と最終的な目標電流との対応を示すマップに代入することにより最終的な目標電流を算出する。

次に、モータ駆動制御部３１、モータ駆動部３２およびモータ電流検出部３３について詳述する。
図４は、モータ駆動制御部３１、モータ駆動部３２およびモータ電流検出部３３の概略構成図である。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流と、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流との偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。
偏差演算部４１は、目標電流算出部２０からの出力値である目標電流信号ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値であるモータ電流信号Ｉｍとの偏差の値を偏差信号４１ａとして出力する。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流と実電流とが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、入力された偏差信号４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算してフィードバック処理信号４２ａを生成・出力する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａを出力する。

モータ駆動部３２は、４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路７０と、４個の中から選択した２個の電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部８０とを有している。ゲート駆動回路部８０は、ＰＷＭ信号生成部６０から出力されたＰＷＭ信号（駆動制御信号）６０ａに基づいて、ステアリングホイール１０１の操舵方向に応じて２個の電界効果トランジスタを選択し、選択した２個の電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。
モータ電流検出部３３は、モータ駆動回路７０に直列に接続されたシャント抵抗７１の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）の値を検出してモータ電流信号Ｉｍを出力する。

次に、トルクセンサ１０９について説明する。
トルクセンサ１０９は、後述する２個のコイル１２１，１２２を有し、ステアリングホイール１０１の操作に応じてこれら２個のコイル１２１，１２２のインダクタンスＬ１，Ｌ２を変化させる機構と、インダクタンスＬ１，Ｌ２の変化に基づいて操舵トルクに応じた電圧を出力するトルク検出回路２５０（図６参照）とを有している。

図５は、ステアリングギアボックス１０７内の概略構成を示す図である。
下部連結シャフト１０８は、ベアリング１１３を介してステアリングギアボックス１０７に対して回転可能に軸支され、ピニオンシャフト１０６は、ベアリング１１４を介してステアリングギアボックス１０７に対して回転可能に軸支されている。そして、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６とは、トーションバー１１２を介して同軸的に連結されている。

ピニオンシャフト１０６の軸方向における下部連結シャフト１０８側の端部側の部位の外周面にはセレーション１０６ｂが設けられており、このセレーション１０６ｂに円筒状のコア１１５が嵌合されている。コア１１５は、ピニオンシャフト１０６の軸方向に移動することが可能になっている。
下部連結シャフト１０８には、軸方向に直交する方向に外周面から突出する円柱状のスライダピン１０８ａが設けられている。また、ピニオンシャフト１０６には、下部連結シャフト１０８側の端部側の部位に、周方向に長尺となる長孔１０６ｃが形成され、コア１１５には、軸方向に対して角度を有する方向に長尺となる長孔１１５ａが形成されている。そして、下部連結シャフト１０８のスライダピン１０８ａが、ピニオンシャフト１０６とコア１１５とを貫通するように長孔１０６ｃおよび長孔１１５ａに嵌合されている。

ステアリングギアボックス１０７内におけるコア１１５の外側には、コア１１５の外周面と対向するように、軸方向に並んで配置された２個のコイル１２１，１２２が、コア１１５の外周面と間隙を介して設けられている。この２個のコイル１２１，１２２は、コア１１５の軸方向の移動中心に対して互いに反対側に配置されている。

以上のように、構成されたトルクセンサ１０９は以下のように作用する。すなわち、下部連結シャフト１０８に捩じり力が作用すると、トーションバー１１２を介してピニオンシャフト１０６に回転力が伝達されるが、トーションバー１１２は弾性変形して下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との間に回転方向の相対的変位が生じる。そして、この回転方向の相対的変位は、下部連結シャフト１０８のスライダピン１０８ａとコア１１５の長孔１１５ａとの嵌合を介して、コア１１５を軸方向に移動させる。コア１１５が軸方向に移動すると、コイル１２１，１２２のそれぞれの外周面を囲む面積が変化し、コイル１２１，１２２の内の一方のコイル側の面積が大きくなると他方のコイル側の面積が小さくなる。そして、コイルのコア１１５の外周面を囲む面積が大きくなると磁気損失が増えコイルのインダクタンスは減り、逆にコイルのコア１１５を囲む面積が小さくなると、磁気損失が減りコイルのインダクタンスは増す。それゆえ、コア１１５がコイル１２１側に移動するトルクが作用したときは、コイル１２１のインダクタンスＬ１が減少し、コイル１２２のインダクタンスＬ２が増加する。逆に、コア１１５がコイル１２２側に移動するトルクが作用したときは、コイル１２１のインダクタンスＬ１が増加し、コイル１２２のインダクタンスＬ２が減少する。

次に、トルク検出回路２５０について説明する。
図６は、トルク検出回路２５０の概略構成図である。トルク検出回路２５０は、例えば、制御装置１０と同一の制御基板上に構成される。
トルク検出回路２５０には、コイル１２１の一端とコイル１２２の一端とがそれぞれ接続されており、各一端はそれぞれ抵抗２５１，２５２を介してトランジスタ２５３のエミッタ端子に接続されている。トランジスタ２５３は、コレクタ端子に定電圧が掛かり、ベース端子には交流電圧が入力される。
また、コイル１２１の他端とコイル１２２の他端とが接続されており、その接続部から信号線が延び、その信号線がトルク検出回路２５０の接続端子に接続され、トルク検出回路２５０内で、コイル１２１の他端とコイル１２２の他端とは接地されている。

コイル１２１の一端が接続された端子から延びた信号線２５６がコンデンサ２５７を介して平滑回路２５８に接続され、コイル１２２の一端が接続された端子から延びた信号線２５９がコンデンサ２６０を介して平滑回路２６１に接続されている。
以上の構成では、コイル１２１，１２２、抵抗２５１，２５２によりブリッジ回路が構成され、このブリッジ回路に発振電圧が入力され、その出力電圧が平滑回路２５８，２６１にて平滑され、平滑回路２５８から第１電圧Ｖ１が、平滑回路２６１から第２電圧Ｖ２がそれぞれ出力される。

第１電圧Ｖ１は抵抗２６２を介して演算増幅器（差動増幅器）である差動アンプ２６５の反転入力端子に、第２電圧Ｖ２は抵抗２６３を介して差動アンプ２６５の非反転入力端子にそれぞれ入力される。差動アンプ２６５は、抵抗２６６により負帰還がかけられて差動増幅器として機能する。また、この差動アンプ２６５の非反転入力端子にバイアス電圧Ｖ０（例えば、２．５Ｖ）が入力される。かかる構成により、差動アンプ２６５は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差を増幅度Ａ倍し、バイアス電圧Ｖ０を加えた電圧をトルク検出電圧ＶＴ（＝（Ｖ２−Ｖ１）×Ａ＋Ｖ０）として出力する。そして、トルク検出電圧ＶＴは、制御装置１０に入力される。また、トルク検出回路２５０から制御装置１０へは、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が出力される。

次に、制御装置１０のトルク値設定部３５について説明する。
図７は、トルク値設定部３５の概略構成図である。
トルク値設定部３５は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とに基づいてソフトウェア的にトルク電圧を演算し、その演算結果をトルク演算電圧ＶＴＦＳとして出力する電圧演算部３５１を有する。また、トルク値設定部３５は、電圧演算部３５１から入力されたトルク演算電圧ＶＴＦＳとトルク検出回路２５０から入力されたトルク検出電圧ＶＴとに基づいて、目標電流算出部２０へ出力するトルク信号Ｔｄの基礎となる制御用電圧としてトルク検出電圧ＶＴとトルク演算電圧ＶＴＦＳのいずれの電圧を用いるかを設定する電圧値設定部３５２と、電圧値設定部３５２から出力された制御用電圧をトルクに変換したトルク信号Ｔｄを出力する変換部３５３とを有している。

電圧演算部３５１は、入力された第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを、下記の式（１）に代入することによりトルク演算電圧ＶＴＦＳを演算する。
ＶＴＦＳ＝（Ｖ２−Ｖ１）×Ａ＋Ｖ０・・・（１）
なお、Ａは、上述した増幅度、Ｖ０はバイアス電圧と同じである。
すなわち、差動アンプ２６５がハードウェア的にトルク検出電圧ＶＴを出力するのに対して、電圧演算部３５１は、ソフトウェア的にトルク演算電圧ＶＴＦＳを導き出す。言い換えれば、トルク検出回路２５０の差動アンプ２６５は、第１電圧と第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧としてのトルク検出電圧ＶＴをハードウェアにより出力するのに対して、トルク値設定部３５の電圧演算部３５１は、第１電圧と第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧としての演算電圧ＶＴＦＳをソフトウェアにより演算する。なお、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２はアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりこれらのアナログ信号をデジタル信号に変換して取り込んでいる。

電圧値設定部３５２には、トルク検出回路２５０から出力されたトルク検出電圧ＶＴ、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２、電圧演算部３５１から出力された演算電圧ＶＴＦＳなどが入力される。そして、電圧値設定部３５２は、目標電流算出部２０へ出力するトルク信号Ｔｄの基礎となる電圧としてトルク検出電圧ＶＴとトルク演算電圧ＶＴＦＳのいずれの電圧を制御用電圧として用いるかを設定して出力するか、トルクセンサ１０９に異常が生じているものと判断して電動モータ１１０の駆動を停止するアシストＯＦＦ信号を設定して出力するか、変換部３５３へ出力する信号を設定する設定処理を実行する。この設定処理については後で詳述する。

変換部３５３は、電圧値設定部３５２から制御用電圧としてトルク検出電圧ＶＴあるいはトルク演算電圧ＶＴＦＳが制御用電圧として入力された場合に、その制御用電圧を操舵トルクに応じたトルク信号Ｔｄに変換して目標電流算出部２０へ出力する。また、変換部３５３は、電圧値設定部３５２からアシストＯＦＦ信号が入力された場合に、目標電流算出部２０、モータ駆動制御部３１に電動モータ１１０へ供給する電流をゼロにして電動モータ１１０の駆動を禁止する旨の信号を出力する。

以下に、電圧値設定部３５２から入力された制御用電圧により、操舵トルクを認識する方法について説明する。
図８は、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２およびトルク検出電圧ＶＴと、操舵トルクとの関係を示す図である。図８の座標は、縦軸が電圧、横軸が操舵トルクである。そして、横軸の右方向が右操舵トルク、左方向が左操舵トルクであり、原点０が中立点である。図８は、トルクセンサ１０９が正常に動作したときのものである。

図８（ａ）に示すように、右操舵トルクが大きくなると、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対的回転によりコア１１５がコイル１２１側に移動し、コイル１２２のインダクタンスＬ２を増加してその誘導起電力を大きくし、逆にコイル１２１のインダクタンスＬ１を減少させてその誘導起電力を小さくするので、第２電圧Ｖ２が大きくなり、第１電圧Ｖ１が小さくなる。他方、左操舵トルクが大きくなると、逆に第２電圧Ｖ２が小さくなり、第１電圧Ｖ１が大きくなる。それゆえ、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の差をＡ倍してバイアス電圧を加えた差動アンプ２６５の出力であるトルク検出電圧ＶＴは、図８（ｂ）に示すように、中立点でバイアス電圧Ｖ０を通る右上がりの傾斜線となる。そして、この図８（ｂ）のグラフに示すトルク検出電圧ＶＴの傾斜線に基づいてトルク検出電圧ＶＴから操舵トルクを認識することができる。
そして、変換部３５３は、認識した操舵トルクに応じたトルク信号Ｔｄを目標電流算出部２０に出力する。

次に、フローチャートを用いて、電圧値設定部３５２が行う設定処理について説明する。
図９は、電圧値設定部３５２が行う設定処理の手順を示すフローチャートである。電圧値設定部３５２は、定期的にこの設定処理を実行する。
電圧値設定部３５２は、先ず、トルク検出電圧ＶＴと演算電圧ＶＴＦＳとに基づいてトルク検出電圧ＶＴが異常であるか否かを診断する（ステップ（以下、単に、「Ｓ」と記す。）５０１）。これは、トルク検出電圧ＶＴとトルク演算電圧ＶＴＦＳとを比較し、その差が予め定められた値未満である場合にはトルク検出電圧ＶＴは正常であると判定し、その差が予め定められた値以上である場合にはトルク検出電圧ＶＴは異常であると判定する処理である。なお、トルク検出電圧ＶＴはアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりこのアナログ信号をデジタル信号に変換して取り込んでいる。

その後、Ｓ５０１の診断処理の結果、トルク検出電圧ＶＴが異常と判定されたか否かを判別する（Ｓ５０２）。そして、Ｓ５０２で否定判定された場合、つまりトルク検出電圧ＶＴは正常であると判定された場合には、トルク検出電圧ＶＴを制御用電圧として設定し、トルク検出電圧ＶＴを変換部３５３へ出力する（Ｓ５０３）。他方、Ｓ５０２で肯定判定された場合、つまりトルク検出電圧ＶＴは異常であると判定された場合には、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係が正常であるか否かを診断する電圧関係診断処理を行う（Ｓ５０４）この電圧関係診断処理については後で詳述する。

そして、Ｓ５０４の電圧関係診断処理の結果、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係が正常と判定されたか否かを判別する（Ｓ５０５）。そして、Ｓ５０５で肯定判定された場合、つまり第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係が正常であると判定された場合には、トルク検出回路２５０から出力された第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とは信頼できる値と判断し、これらの値により導き出した演算電圧ＶＴＦＳを制御用電圧として設定し、トルク演算電圧ＶＴＦＳを変換部３５３へ出力する（Ｓ５０６）。他方、Ｓ５０５で否定判定された場合、つまり第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係が異常であると判定された場合には、トルクセンサ１０９に異常が生じているものと判断して電動モータ１１０の駆動を停止するアシストＯＦＦ信号を変換部３５３へ出力する（Ｓ５０７）。

次に、上述した電圧関係診断処理について説明する。
図１０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係を示す座標マップである。
この座標マップは、制御装置１０のＲＯＭに記憶されているものであり、ｘ軸を第１電圧Ｖ１にｙ軸を第２電圧Ｖ２に定めたｘｙ座標に、正常状態での第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の理想関係特性曲線Ｌを予め求めておき、この理想関係特性曲線Ｌに関して予め定められた幅の上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄとを設定したものである。

第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とは、対称な動きをするので、図１０において理想関係特性曲線Ｌは、傾きが右下がりの曲線であり、理想関係特性曲線Ｌの上下に設定される上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄの幅は、誤検出が生じない程度の幅に設定されてある。なお、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、それぞれ平滑回路２５８，平滑回路２６１の下流側で分岐された電圧であり、よって理想関係特性曲線Ｌは平滑回路２５８，２６１の特性を含んだ曲線であり、上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄは平滑回路２５８，２６１の特性を考慮した曲線である。

以下、フローチャートを用いて、電圧値設定部３５２が行う電圧関係診断処理の手順について説明する。図１１は、電圧関係診断処理の手順を示すフローチャートである。
電圧値設定部３５２は、先ず、第１電圧Ｖ１に対応する、上限曲線Ｌｕ上の値Ｖ２ｕと下限曲線Ｌｄ上の値Ｖ２ｄとを導出する（Ｓ６０１）。その後、第２電圧Ｖ２が、Ｖ２ｄ以上Ｖ２ｕ以下であるか否かを判別する（Ｓ６０２）。そして、Ｓ６０２で肯定判定された場合には、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係は正常であると判定する（Ｓ６０３）。他方、Ｓ６０２で否定判定された場合には、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係は異常であると判定する（Ｓ６０４）。この電圧関係診断処理を行うことにより、電圧値設定部３５２は、例えば平滑回路２５８、平滑回路２６１の一方が故障したことなどを容易に把握することができる。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、電圧値設定部３５２が上述した設定処理を行うことにより、トルク検出回路２５０から出力されたトルク検出電圧ＶＴが正常であると判定した場合にはトルク検出電圧ＶＴを制御用電圧として用いるべく変換部３５３へ出力する。他方、トルク検出電圧ＶＴが異常であると判定した場合には、トルク検出電圧ＶＴを出力する差動アンプ２６５に異常が生じていると判定してトルク検出電圧ＶＴを制御用電圧として用いないようにする。そして、差動アンプ２６５に異常が生じていると判定した場合、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との関係が正常である場合には、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は正常であるものとして、トルク検出電圧ＶＴの代わりにトルク演算電圧ＶＴＦＳを制御用電圧として用いる。これにより、トルクセンサ１０９の一部に故障が発生してもアシストを切換えて継続することができ運転者への負担を減らすことが可能となる。

なお、トルク演算電圧ＶＴＦＳを制御用電圧として用いる場合には、電動モータ１１０によるアシスト量を、トルク検出電圧ＶＴを制御用電圧として用いる場合のアシスト量に制限を設けた量にすることも好適である。アシスト量に制限を設ける手段としては、制御不感帯増加、アシストゲイン低下などが考えられる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、３１…モータ駆動制御部、３２…モータ駆動部、３３…モータ電流検出部、３５…トルク値設定部、３５１…電圧演算部、３５２…電圧値設定部、３５３…変換部、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、１６０…モータ電圧検出部、１７０…車速センサ

Claims

電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する算出手段と、
前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と前記第２コイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、
前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算する演算手段と、
前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断する診断手段と、
前記診断手段が前記第３電圧は正常であると診断した場合には当該第３電圧を、異常であると診断した場合には前記第４電圧を、前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記出力手段は、差動増幅器であり、
前記演算手段は、前記第２電圧と前記第１電圧とを減算した値に前記差動増幅器の増幅度を乗算し、当該差動増幅器のバイアス電圧を加算することにより前記第４電圧を演算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。
前記第１電圧と前記第２電圧とに基づいて当該第１電圧と当該第２電圧との相関関係が正常であるか否かを診断する電圧関係診断手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記診断手段が前記第３電圧は異常であると診断した場合に、前記電圧関係診断手段が前記第１電圧と前記第２電圧との相関関係が正常であると診断した場合には前記第４電圧を前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定し、当該第１電圧と当該第２電圧との相関関係が異常であると診断した場合には前記電動モータの駆動を停止するアシスト停止信号を設定す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。
操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と前記第２コイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、
電動モータに供給する目標電流を前記出力手段が出力した前記第３電圧に基づいて算出する算出手段と、
を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算する演算手段と、
前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断する診断手段と、
をさらに備え、
前記算出手段は、前記診断手段が前記第３電圧は異常であると診断した場合には、前記目標電流を算出する際に当該第３電圧の代わりに前記第４電圧に基づくことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する算出手段と、
前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と前記第２コイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第３電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、
を備える電動パワーステアリング装置の制御方法であって、
前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算し、
前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断し、
前記第３電圧が正常であると診断した場合には当該第３電圧を、異常であると診断した場合には前記第４電圧を、前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。
コンピュータに、
電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する機能と、
前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルの内の一方のコイルのインダクタンス変化に基づく第１電圧と他方のコイルのインダクタンス変化に基づく第２電圧とを入力して両電圧の差に応じた第３電圧を出力する回路から当該第３電圧を取得する機能と、
前記第１電圧と前記第２電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第４電圧をソフトウェアにより演算する機能と、
前記第３電圧と前記第４電圧とに基づいて当該第３電圧が正常であるか否かを診断する機能と、
前記第３電圧が正常であると診断した場合には当該第３電圧を、異常であると診断した場合には前記第４電圧を、前記算出する機能が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する機能と
を実現させるためのプログラム。