JP6503637B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング機構に与える操舵補助トルクを発生する電動モータを備える電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。このような電動パワーステアリング装置としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、トルクセンサの出力値の異常を検出すると、過去のトルクセンサの出力値に基づいて算出された代替値を用いて電動モータを制御するものである。これにより、トルクセンサに異常が発生した際の急激なアシスト変化を緩和させている。

しかしながら、近年、電動パワーステアリング装置では、操舵機能の冗長系の要求から、２重安全構造をとることが望まれている。このような電動パワーステアリング装置としては、例えば特許文献２に記載の技術がある。この技術は、サブマイコンに異常検出機能を設け、メインマイコンが駆動許可領域でモータを駆動したときのみパワーステアリングの動作を許可し、逆に禁止領域ではパワーステアリングの動作を禁止するものである。これにより、操舵方向と発生させるアシストトルク値とが相違する重大異常を防止するようにしている。

特開２００５−７５０２６号公報 特許３９２３９５７号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術にあっては、サブマイコンには、直接トルクセンサからのトルク信号を取り込むようにしているため、トルクセンサ信号が天絡・地絡を起こした場合、その異常トルク値を使って異常検出を機能させることになる。そのため、この構成では、異常発生時に即パワーステアリングの動作が禁止されることになり、運転者の操舵負担が急増するなど、運転者に違和感を与えてしまう。そこで、本発明は、トルク異常発生時に、トルク異常信号の影響を受けずに運転者に違和感のない異常時処理を行うことができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の第一の態様は、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、操舵トルクを検出するトルク検出部と、少なくとも前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算部と、を備える。さらに、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、前記操舵補助指令値演算部で演算した操舵補助指令値が許容範囲を超えないように、所定の制限値を用いて制限するクリップ部と、前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、前記モータ制御部による前記電動モータの駆動制御を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて許可又は禁止する監視機能を有するインターロック部と、を備える。また、前記トルク検出部で検出した操舵トルクの異常を検出するトルク異常検出部と、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて操舵トルク代替値を演算するトルク代替値演算部と、を備える。さらに、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記クリップ部及び前記インターロック部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値に切り替える入力切替部と、を備える。

このように、クリップ部とインターロック部とで操舵補助指令値を制御及び監視しているので、２重系の安全構造となり、システムの信頼性を向上させることができる。また、トルク系異常発生時には、クリップ部及びインターロック部の入力値を過去トルク値に切り替えるので、異常トルク値による制御及び監視を回避することができ、異常時処理を適切に実施することができる。

また、第二の態様は、前記トルク代替値演算部が、前記トルク異常検出部で異常を検出する直前の所定期間内に前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクのうち、最小の値を前記操舵トルク代替値として演算することが好ましい。これにより、異常発生時にも、システムをより安全に設定し異常時処理することができる。さらに、第三の態様は、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて、第２の操舵トルク代替値を演算する第２のトルク代替値演算部と、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記操舵補助指令値演算部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記第２のトルク代替値演算部で演算した第２の操舵トルク代替値に切り替える第２の入力切替部と、を備えることが好ましい。このように、異常発生時には、異常トルク値に代わって正常時の過去トルク値を用いて操舵補助指令値を演算するので、トルクセンサ故障の判定時間を、急激な操舵力変化を防止できる程度長く確保しつつ、トルクセンサ異常時においても正しいトルク出力を確保することができる。

また、第四の態様は、前記クリップ部が、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記制限値を徐々に零に向けて変更する徐変部を備えることが好ましい。これにより、異常発生時には、即時アシストをＯＦＦすることなく、緩やかにアシストを制限することができるので、運転者に違和感を与えるのを抑制しつつ安全にシステムを停止することができる。さらにまた、第五の態様は、前記インターロック部が、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記監視機能を停止することが好ましい。これにより、異常発生時にインターロック機能が作動して異常時処理が実施できなくなるのを確実に防止することができる。したがって、アシストを突然停止させることなく、運転者に違和感を与えないような異常時処理を確実に実施することができる。

また、第六の態様は、前記トルク検出部で検出した操舵トルクと、前記トルク検出部で検出した操舵トルク及び前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値のうち前記クリップ部に入力する操舵トルクとの比較結果に基づいて、前記トルク異常検出部による異常検出結果の正当性を判定する異常検出結果判定部を備えることが好ましい。これにより、よりシステムの信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、トルク異常が発生したとき、異常トルク値の影響を受けることなく異常時処理を行うことができる。したがって、トルク異常発生時にアシストを突然停止させることなく、運転者に違和感を与えずにシステムを安全に停止させることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。 コントローラの具体的構成を示すブロック図である。 トルク特性線図である。 トルク特性線図（３倍）である。 過去トルク制御処理手順を示すフローチャートである。 過去トルク監視演算処理手順を示すフローチャートである。 ランプダウン処理を説明する図である。 過去トルク監視・比較演算処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
図中、符号１は、車両のステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイールに連結され、他端は操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている
。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結された減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して補助操舵力を発生する電動モータ１３とを備えている。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。

操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するためのもので、図示しないトーションバーで連結された入力軸２ａと出力軸２ｂとの相対的な変位（回転変位）を、コイル対のインピーダンスの変化に対応させて検出するように構成されている。この操舵トルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔはコントローラ（ＥＣＵ）１４に入力される。

コントローラ１４には、車載電源であるバッテリ１５から電源供給されることによって作動する。バッテリ１５の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１６を介してコントローラ１４に接続されると共に、イグニッションスイッチ１６を介さず直接、コントローラ１４に接続されている。コントローラ１４には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１７で検出した車速検出値Ｖｓが入力される。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ１３で発生するための操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ１３に供給する駆動電流をフィードバック制御する。

次に、コントローラ１４の具体的構成について説明する。コントローラ１４は、図２に示すように、メインＣＰＵ１４Ａと、サブＣＰＵ１４Ｂとを備える。メインＣＰＵ１４Ａは、操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を演算する指令値演算部２１と、操舵補助指令値を補償する指令値補償部２２と、指令値補償部２２で補償された操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３を駆動制御するモータ制御部２３とを備えている。指令値演算部２１は、トルク系異常検出部３１と、過去トルク制御部３２と、操舵補助指令値演算部３３と、メインＥＣＵクリップ（ｑ軸電流クリップ）３４と、過去トルク監視演算部３５と、位相補償部３６と、加算器３７と、安定化補償部３８と、応答性補償部３９と、加算器４０と、を備える。

トルク系異常検出部３１は、トルクセンサ３の出力値異常を検出し、その結果をトルク系異常発生フラグとして出力する。ここで、トルクセンサ３の出力値は、図３に示すように、正常時にはメイントルク信号とサブトルク信号とがクロス特性を有する。トルクセンサ３の定格範囲は符号αで示す０Ｖ〜５Ｖであり、通常の使用域は、メカニカルストッパ（トーションバーの捻り範囲等）で上記定格範囲よりも内側に設定された、符号βで示す１Ｖ〜４Ｖである。

トルクセンサ３が天絡・地絡を起こした場合、メイントルク信号及びサブトルク信号は、トルクセンサ３の定格範囲の上下限（０Ｖ，５Ｖ）に張り付く。そこで、メイントルク信号及びサブトルク信号が、０Ｖ付近の所定値（例えば０．３Ｖ）以下であるか、５Ｖ付近の所定値（例えば４．７Ｖ）以上であるとき、メイントルク信号及びサブトルク信号が正常なクロス特性から外れているとして、トルク系異常発生フラグを、異常が発生していることを示すＯＮ状態にする。そして、メイントルク信号及びサブトルク信号が正常なクロス特性となっている場合には、トルク系異常発生フラグを、異常が発生していないことを示すＯＦＦ状態にする。なお、近年では、実際の操舵に対して路面反力との関係、収斂性、操舵応答性など高度な制御が要求されており、トルク信号の分解能を挙げるために、図４に示すようにゲインを付加（ここでは３倍）することが考えられている。しかしながら、トルクゲインを３倍にすると、異常判定値も３倍にする必要があり、演算負荷が増えて効率的ではない。

図２に戻って、過去トルク制御部３２は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉ（時刻ｉでの操舵トルクＴ）を入力し、トルク系異常検出部３１が出力したトルク系異常発生フラグに応じた操舵トルクＴａを出力する。ここで、過去トルク制御部３２は、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には操舵トルクＴｉを操舵トルクＴａとして出力し、トルク系異常発生フラグがＯＮである場合には、トルク系異常が発生する前にトルクセンサ３で検出した正常時の操舵トルク（過去トルク値）を操舵トルクＴａとして出力する。

図５は、過去トルク制御部３２で実行する過去トルク制御処理手順を示すフローチャートである。先ずステップＳ１で、過去トルク制御部３２は、トルク系異常発生フラグがＯＮであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップＳ２に移行し、トルク系異常発生フラグがＯＮである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップＳ４に移行する。ステップＳ２では、過去トルク制御部３２は、トルクセンサ３から操舵トルクＴｉを取得し、これを操舵トルクＴａとして設定し、出力してからステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、過去トルク制御部３２は、過去トルク値を更新してから前記ステップＳ１に移行する。ここで、過去トルク値とは、直前ｎサンプル（例えば６サンプル）の操舵トルク検出値（過去トルク検出値）の平均値である。以下の説明では、６サンプル前の過去トルク検出値をＴ（ｉ−６）、５サンプル前の過去トルク検出値をＴ（ｉ−５）、…、１サンプル前の過去トルク検出値をＴ（ｉ−１）とする。このステップＳ３では、過去トルク制御部３２は、先ずメモリに記憶した過去トルク検出値Ｔ（ｉ−６），Ｔ（ｉ−５），…，Ｔ（ｉ−１）を更新する。すなわち、Ｔ（ｉ−６）＝Ｔ（ｉ−５），Ｔ（ｉ−５）＝Ｔ（ｉ−４），…，Ｔ（ｉ−１）＝Ｔｉの設定を行い、メモリ内の過去トルク検出値を書き換える。次いで、これら過去トルク検出値の平均値を算出し、算出した平均値（（Ｔ（ｉ−６）＋Ｔ（ｉ−５）＋…＋Ｔ（ｉ−１））／６）を過去トルク値としてメモリに記憶する。なお、ここでは、直前のｎサンプルの平均値を過去トルク値としているが、例えば、直前のｎサンプルの重み付き平均値や、直前のｎサンプルから最小自乗法で算出した値や、直前のｎサンプルから（ｎ−１）次式を作成して現在値を予測した値を、過去トルク値として設定することもできる。

また、ステップＳ４では、過去トルク制御部３２は、メモリに記憶している過去トルク値を操舵トルクＴａとして設定し、出力してから過去トルク制御処理を終了する。操舵補助指令値演算部３３は、操舵トルクＴａ及び車速Ｖｓをもとに、操舵補助指令値算出マップ等を参照して操舵補助指令値を演算する。ここで、操舵補助指令値算出マップは、横軸に操舵トルクＴａ、縦軸に操舵補助指令値をとり、車速Ｖｓをパラメータとした特性線図で構成されている。操舵補助指令値は、操舵トルクＴａの増加に対して最初は比較的緩やかに増加し、さらに操舵トルクＴａが増加すると、その増加に対して操舵補助指令値が急峻に増加するように設定されている。この特性曲線の傾きは、車速Ｖｓの増加に従って小さくなるように設定されている。また、各特性曲線には、それぞれ上限値が設けられている。

メインＥＣＵクリップ３４は、操舵補助指令値演算部３３で演算した操舵補助指令値が許容範囲を超えないように、所定の制限値（上下限値）を用いて制限をかける処理を行う。ここで、操舵補助指令値の制限値は、後述する過去トルク監視演算部３５が出力する操舵トルクＴａ´に応じて決定する。このメインＥＣＵクリップ３４は、操舵補助指令値の異常と、トルクセンサ３の欠陥（天絡、地絡）による操舵方向の異常とを検出するためのものである。

過去トルク監視演算部３５は、トルク系異常検出部３１が出力するトルク系異常発生フラグと、過去トルク制御部３２が出力する操舵トルクＴａとを入力する。そして、過去トルク監視演算部３５は、通常時は過去トルク制御部３２から入力した操舵トルクＴａを操舵トルクＴａ´として出力し、トルク系異常発生時には過去トルク値を操舵トルクＴａ´として出力する。

図６は、過去トルク監視演算部３５で実行する過去トルク監視演算処理手順を示すフローチャートである。先ずステップＳ１１で、過去トルク監視演算部３５は、トルク系異常発生フラグがＯＮであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップＳ１２に移行し、トルク系異常発生フラグがＯＮである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップＳ１４に移行する。ステップＳ１２では、過去トルク監視演算部３５は、過去トルク制御部３２が出力した操舵トルクＴａを操舵トルクＴａ´として設定し、ステップＳ１３に移行する。ここで、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、操舵トルクＴａはトルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉに等しい。したがって、このステップＳ１２で設定される操舵トルクＴａ´は操舵トルクＴｉと等しくなる。

ステップＳ１３では、過去トルク監視演算部３５は、先ず過去トルク検出値（Ｔ（ｉ−６），Ｔ（ｉ−５），…，Ｔ（ｉ−１））を更新する。すなわち、Ｔ（ｉ−６）＝Ｔ（ｉ−５），Ｔ（ｉ−５）＝Ｔ（ｉ−４），…，Ｔ（ｉ−１）＝Ｔａの設定を行う。次いで、これら過去トルク検出値の中から最小値を選択し、選択した最小値（ｍｉｎ（Ｔ（ｉ−６），Ｔ（ｉ−５），…，Ｔ（ｉ−１）））を過去トルク値としてメモリに記憶する。ステップＳ１４では、過去トルク監視演算部３５は、メモリに記憶している過去トルク値を操舵トルクＴａ´に設定し、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、過去トルク監視演算部３５は、操舵トルクＴａ´に対して図７に示すようなランプダウン処理を施す。すなわち、操舵トルクＴａによって決まるトルク系異常発生時点での操舵トルクＴａ´を基準として、所定時間Ｎ［ｓｅｃ］をかけて操舵トルクＴａ´を０まで漸減させる。

そして、操舵トルクＴａ´が０となるとステップＳ１６に移行し、過去トルク監視演算部３５は、操舵補助制御による操舵アシストを停止（電動モータ１３を停止）して過去トルク監視演算処理を終了する。図２に戻って、位相補償部３６は、メインＥＣＵクリップ３４でクリップした後の操舵補助指令値に対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助指令値を加算器３７に出力する。ここでは、例えば、（Ｔ1ｓ＋１）／（Ｔ2ｓ＋１）のような伝達特性を操舵補助指令値に作用させるものとする。

加算器３７は、位相補償部３６が出力した位相補償後の操舵補助指令値と、後述する反力／ヒステリシス補償部４５が出力したセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とを加算し、その結果を安定化補償部３８に出力する。安定化補償部３８は、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償する。例えば、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（ｓ2＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ2＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有する。なお、特性式Ｇ（ｓ）のａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。

応答性補償部３９は、操舵トルクＴａを入力し、応答性補償指令値を加算器４０に対して出力する。この応答性補償部３９では、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うようになっている。加算器４０は、安定化補償部３８が出力した安定化補償後の操舵補助指令値と、応答性補償部３９が出力した応答性補償指令値と、後述する減算器４６が出力する指令補償値とを加算し、その結果を指令値演算部２１の出力結果である操舵補助指令値として後述する電流指令値演算部４７に出力する。

また、指令値補償部２２は、角速度演算部４１と、角加速度演算部４２と、摩擦・慣性補償部４３と、収斂性補償部４４と、反力／ヒステリシス補償部４５と、減算器４６と、を備える。角速度演算部４１は、回転角検出部１３ａで検出したモータ回転角を微分してモータ角速度ωを演算する。角加速度演算部４２は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを演算する。摩擦・慣性補償部４３は、角加速度演算部４２で演算したモータ角加速度αに基づいて、電動モータ１３の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するための慣性補償値を出力する。

収斂性補償部４４は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωに基づいて、ヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償値を出力する。すなわち、収斂性補償部４４は、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、収斂性補償値を算出する。反力／ヒステリシス補償部４５は、操舵トルクＴｉ、車速Ｖｓ、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び操舵補助指令値演算部３３で演算した操舵補助指令値を入力し、これらに基づいてセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定演算し、その結果を上記加算器３７に出力する。減算器４６は、摩擦・慣性補償部４３で演算した慣性補償値から収斂性補償部４４で演算した収斂性補償値を減算し、その結果を指令値補償部２２の出力結果である指令補償値として上記加算器４０に出力する。

また、モータ制御部２３は、電流指令値演算部４７と、減算器４８と、電流制御部４９と、モータ駆動部５０と、を備える。電流指令値演算部４７は、指令値演算部２１が出力した操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）から電動モータ１３の電流指令値を演算する。減算器４８は、電流指令値演算部４７で演算した電流指令値と、モータ電流検出部１３ｂで検出したモータ電流検出値との電流偏差を演算し、これを電流制御部４９に出力する。

電流制御部４９は、上記電流偏差に対して比例積分演算を行って電圧指令値Ｅを出力するフィードバック制御を行う。ここで、電流制御部４９には、後述するサブＥＣＵインターロック６２が出力するアシスト禁止信号が入力され、当該アシスト禁止信号に基づいて電流指令値Ｅを０とするアシスト禁止処理を行う。モータ駆動部５０は、電流制御部４９が出力した電圧指令値Ｅに基づいてデューティ演算を行い、電動モータ１３の駆動指令となるデューティ比を演算する。そして、そのデューティ比に基づいて電動モータ１３を駆動する。

また、サブＣＰＵ１４Ｂは、過去トルク監視・比較演算部６１と、サブＥＣＵインターロック（ｑ軸電流インターロック）６２と、を備える。このサブＣＰＵ１４Ｂは、メインＣＰＵ１４ＡとＣＰＵ間通信を用いてデータの送受信が可能となっている。過去トルク監視・比較演算部６１は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉを、操舵トルクＴｉｓｕｂとして入力すると共に、トルク系異常検出部３１が出力するトルク系異常発生フラグ、及び過去トルク監視演算部３５が出力する操舵トルクＴａ´を入力する。これらの各種信号は、メインＣＰＵ１４ＡとサブＣＰＵ１４Ｂとの間のＣＰＵ間通信によって入力される。そして、過去トルク監視・比較演算部６１は、これらの入力信号に基づいて、図８に示す過去トルク監視・比較演算処理を実行する。

先ずステップＳ２１で、過去トルク監視・比較演算部６１は、トルク系異常発生フラグがＯＮであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップＳ２２に移行し、トルク系異常発生フラグがＯＮである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２２では、過去トルク監視・比較演算部６１は、操舵トルクＴｉｓｕｂが操舵トルクＴａ´と等しいか否かを判定する。トルク系異常が発生していない通常時、過去トルク制御部３２及び過去トルク監視演算部３５が正常に機能していれば、操舵トルクＴａ´は操舵トルクＴｉと等しくなっている。そのため、トルク系異常発生フラグがＯＦＦで操舵トルクＴｉｓｕｂが操舵トルクＴａ´と等しければ、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正であると判断することができる。したがって、Ｔｉｓｕｂ＝Ｔａ´であると判定した場合には、ステップＳ２３に移行し、入力した操舵トルクＴｉｓｕｂを操舵トルクＴａｓｕｂとして設定し、後述するサブＥＣＵインターロック６２に出力してから前記ステップＳ２１に移行する。

一方、ステップＳ２２でＴｉｓｕｂ≠Ｔａ´であると判定した場合には、ステップＳ２４に移行し、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正ではないと判断してステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、過去トルク監視・比較演算部６１は、操舵補助制御による操舵アシストを停止して過去トルク監視・比較演算処理を終了する。また、ステップＳ２６では、過去トルク監視・比較演算部６１は、操舵トルクＴｉｓｕｂが操舵トルクＴａ´と等しいか否かを判定する。トルク系異常発生時、過去トルク制御部３２及び過去トルク監視演算部３５が正常に機能していれば、操舵トルクＴａ´は操舵トルクＴｉとは異なる値となっている。そのため、操舵トルクＴｉｓｕｂが操舵トルクＴａ´と等しい場合には、前記ステップＳ２４に移行する。

一方、ステップＳ２６でＴｉｓｕｂ≠Ｔａ´であると判定した場合には、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正であると判断し、ステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７では、過去トルク監視・比較演算部６１は、メインＣＰＵ１４Ａから入力した操舵トルクＴａ´を操舵トルクＴａｓｕｂとして設定し、これをサブＥＣＵインターロック６２に出力してからステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８では、過去トルク監視・比較演算部６１は、前述したメインＥＣＵクリップ３５でランプダウン処理を開始したとき、サブＥＣＵインターロック６２の動作を停止してステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９では、過去トルク監視・比較演算部６１は、メインＥＣＵクリップ３５によるランプダウン処理が終了するまで待機してから、前記ステップＳ２５に移行する。

このように、過去トルク監視・比較演算部６１は、トルク系異常が発生していない通常時にはトルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉをサブＥＣＵインターロック６２の入力値Ｔａｓｕｂとして出力し、トルク系異常が発生している場合には、サブＥＣＵインターロック６２の入力値Ｔａｓｕｂを過去トルク値に切り替える。また、このとき、過去トルク監視・比較演算部６１は、トルク系異常検出部３１の異常検出結果の正当性を判定し、異常検出結果が適正ではないと判定した場合にはアシストを停止する処置を行う。

図２に戻って、サブＥＣＵインターロック６２は、過去トルク監視・比較演算部６１が出力した操舵トルクＴａｓｕｂと、メインＥＣＵクリップ３４が出力した制限後の操舵補助指令値とを入力する。そして、これらに基づいて、電動モータ１３の駆動制御を許可又は禁止するインターロック監視を行う。すなわち、サブＥＣＵインターロック６２は、操舵トルクＴａｓｕｂと操舵補助指令値とが、予め設定した電動モータ１３の駆動禁止領域内にあるか否かを判定する。そして、駆動禁止領域内にあると判定した場合には、タイマーを走らせ一定時間経過後に電流制御部４９にアシスト禁止信号を出力し、強制的に電動モータ１３の駆動を停止する。このように、メインＣＰＵ１４Ａのｑ軸電流クリップと、サブＣＰＵ１４Ｂのｑ軸電流インターロックとで、操舵トルクＴｉから生成される電流指令値とトルクセンサの欠陥（天絡、地絡）による操舵方向の異常を２重監視する。

また、トルクセンサ異常が発生した場合には、過去トルク値を操舵トルク検出値の代替値として電流指令値を生成する。このとき、サブＣＰＵ１４Ｂのｑ軸電流インターロックに入力するトルク値も、過去トルク値に切り替える。そして、メインＣＰＵ１４Ａでランプダウン処理を行っている間は、ｑ軸電流インターロックを停止する。なお、トルクセンサ３がトルク検出部に対応している。また、図２において、モータ制御部２３がモータ制御部に対応し、操舵補助指令値演算部３３が操舵補助指令値演算部に対応し、メインＥＣＵクリップ３４がクリップ部に対応し、サブＥＣＵインターロック６２がインターロック部に対応している。さらに、図５において、ステップＳ３が第１のトルク代替値演算部に対応し、ステップＳ４が第１の入力切替部に対応している。また、図６において、ステップＳ１３が第２のトルク代替値演算部に対応し、ステップＳ１５が徐変部に対応している。さらに、図６のステップＳ１４が第２の入力切替部に対応している。また、図８において、ステップＳ２１乃至Ｓ２７が異常検出結果判定部に対応し、ステップＳ２８が監視機能停止部に対応している。

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。運転者がイグニッションスイッチ１６をオン状態とすると、バッテリ１５からコントローラ１４に制御電力が供給され、当該コントローラ１４が作動状態となる。このとき、コントローラ１４は、運転者によるステアリング操作に基づいて操舵補助制御を行う。例えば、運転者が車両を発進させ、カーブ路を旋回走行している場合、コントローラ１４は、操舵トルクＴａ（＝Ｔｉ）及び車速Ｖｓに基づいて操舵補助指令値を算出し、操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３の電流指令値を算出する。次いで、算出した電流指令値とモータ電流検出値とに基づいて電圧指令値Ｅを算出する。そして、算出された電圧指令値Ｅによって電動モータ１３を駆動制御すると、電動モータ１３の発生トルクが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の回転トルクに変換されて、運転者の操舵力がアシストされる。このようにして、運転者の操舵負担が軽減される。

このとき、操舵トルクＴａを操舵補助指令値に変換した値が、操舵方向、検出トルク量に対して適正であるか否かを、メインＣＰＵ１４ＡのメインＥＣＵクリップ３４で監視する。そして、ここでは、操舵補助指令値が許容範囲を超えないように制限をかける。さらに、制限後の操舵補助指令値は、サブＣＰＵ１４ＢのサブＥＣＵインターロック６２に入力され、ここで、制限後の操舵補助指令値が、操舵方向、検出トルク量に対して適正であるか否かを監視する。このように、メインＣＰＵ１４ＡとサブＣＰＵ１４Ｂとの２重検出構成を取って異常検出を行うので、システムの信頼性を向上させることができる。

このように、操舵補助指令値演算部３３の後段にメインＥＣＵクリップ３４を設け、電流指令値と操舵トルクとの相関を監視し、主にトルクの逆位相を検出する。位相補償や応答性補償、収斂性補償を行う場合は、トルク検出値と逆位相の出力を行うことがあるため、これらの補償の障害とならないよう、メインＥＣＵクリップ３４は操舵補助指令値演算部３３の直後で、主にシステム系の異常を監視する。

そして、この状態から、トルクセンサ３の欠陥によりトルク系異常が発生すると、メインＣＰＵ１４Ａでは、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉに代えて、過去トルク値を用いて操舵補助制御を行う。すなわち、操舵補助指令値演算部３３の入力値Ｔａを操舵ルクＴｉから過去トルク値（ｎサンプルの平均値）に切り替えると共に、メインＥＣＵクリップ３４の入力値Ｔａ´を操舵トルクＴｉから過去トルク値（ｎサンプルの最小値）に切り替える。

また、このとき、メインＣＰＵ１４Ａでは、メインＥＣＵクリップ３４の入力値である操舵トルクＴａ´を漸減するランプダウン制御を実施する。操舵トルクＴａ´を漸減することで、メインＥＣＵクリップ３４で用いる操舵補助指令値の制限値（上下限値）を徐々に０まで変化させることができ、結果としてアシストを徐々に制限することができる。そして、このランプダウン制御を開始してから所定時間（Ｎ［ｓｅｃ］）後に、アシストを完全に停止する。

このように、トルクセンサ３の出力値に異常が発生した場合には、過去トルク値による操舵補助制御に切り替えるので、異常トルク値を用いて操舵補助制御が行われることを防止し、急激なアシスト変化を緩和させることができる。また、異常発生時にランプダウン制御を実施するので、アシストを即時ＯＦＦせずに、緩やかにアシストを制限することができる。さらに、ランプダウン制御に際し、メインＥＣＵクリップ３４に入力する操舵トルクＴａ´を漸減するので、比較的簡易な構成でアシストの漸減処理を行うことができる。

また、この異常発生時には、サブＣＰＵ１４Ｂでは、サブＥＣＵインターロック６２への入力値Ｔａｓｕｂを、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉ（Ｔｉｓｕｂ）から、過去トルク値に切り替える。このときサブＥＣＵインターロック６２に入力する過去トルク値は、異常発生時にメインＥＣＵクリップ３４に入力する過去トルク値と同一である。これにより、異常トルク値によるインターロックの監視を防止することができ、異常発生時に即アシストが停止されてしまうのを防止することができる。

さらに、サブＣＰＵ１４Ｂでは、メインＣＰＵ１４ＡのメインＥＣＵクリップ３４に入力する操舵トルクＴａ´と、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉとを比較し、その比較結果に基づいてトルク系異常発生フラグが正しい状態であるか否か（トルク系異常検出部３１の異常検出結果の正当性）を判定する。そして、トルク系異常発生フラグが正しい状態ではないと判定した場合には、アシストを停止する。したがって、操舵補助制御の誤作動を防止することができる。また、異常発生時にはサブＥＣＵインターロック６２による監視機能を停止するので、異常トルク値の影響を受けることなく、メインＣＰＵ１４Ａによる異常時処理（ランプダウン制御）を確実に実施することができる。
尚、インターロック解除と過去トルク値による異常対処は同時に開始されなくてもよい。
すなわち、インターロック解除は過去トルク値による制御が開始され、ランプダウン処理に移行したことを確認したタイミングから入ってもよい。また、ランプダウン処理により、トルク指令値が所定の値を下回った場合にインターロックを解除してもよい。

以上のように、本実施形態では、トルク系異常が発生したときに、異常トルク値を使用しないで異常時処理を行うことができる。異常発生時にアシストを即時ＯＦＦせずに、緩やかに制限することができるので、運転者に違和感を与えるのを抑制しつつ安全にシステムを停止させることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、トルク異常が発生したとき、異常トルク値の影響を受けることなく異常時処理を行うことができる。したがって、トルク異常発生時にアシストを突然停止させることなく、運転者に違和感を与えずにシステムを安全に停止させることができ、有用である。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１３…電動モータ、１４…コントローラ、１５…バッテリ、１６…イグニッションスイッチ、１７…車速センサ、２１…指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…モータ制御部、３１…トルク系異常検出部、３２…過去トルク制御部、３３…操舵補助指令値演算部、３４…メインＥＣＵクリップ（ｑ軸電流クリップ）、３５…過去トルク監視演算部、３６…位相補償部、３７…加算器、３８…安定化補償部、３９…応答性補償部、４０…加算器、４１…角速度演算部、４２…角加速度演算部、４３…摩擦・慣性補償部、４４…収斂性補償部、４５…反力／ヒステリシス補償部、４６…減算器、４７…電流指令値演算部、４８…減算器、４９…電流制御部、５０…モータ駆動部、６１…過去トルク監視・比較演算部、６２…サブＥＣＵインターロック（ｑ軸電流インターロック）

Claims (4)

1. 操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、
   操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクの異常を検出するトルク異常検出部と、
   前記トルク異常検出部で異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて第１の操舵トルク代替値を演算する第１のトルク代替値演算部及び前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、出力する操舵トルクを前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記第１のトルク代替値演算部で演算した第１の操舵トルク代替値に切り替える第１の入力切替部を有する過去トルク制御部と、
   少なくとも前記過去トルク制御部から出力された操舵トルクに基づいて、操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算部と、
   前記トルク異常検出部で異常を非検出であるときに前記過去トルク制御部から出力された操舵トルクに基づいて、第２の操舵トルク代替値を演算する第２のトルク代替値演算部及び前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、出力する操舵トルクを前記第２のトルク代替値演算部で演算した第２の操舵トルク代替値に切り替える第２の入力切替部を有する過去トルク監視演算部と、
   前記過去トルク監視演算部からの操舵トルクに応じて設定される制限値を用いて、前記操舵補助指令値演算部で演算した操舵補助指令値が許容範囲を超えないように制限するクリップ部と、
   前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクと前記過去トルク監視演算部からの操舵トルクとの比較結果に基づいて、前記トルク異常検出部の異常検出時の異常検出結果が適正であるか否かを判定し、適正ではないと判定した場合には前記電動モータの駆動制御を停止し、適正であると判定した場合には前記過去トルク監視演算部からの操舵トルクを出力する異常検出結果判定部と、
   前記異常検出結果判定部からの操舵トルクに基づいて、前記制限した後の操舵補助指令値が予め設定した前記電動モータの駆動禁止領域内にあるか否かを監視する監視機能を有し、前記監視機能による監視結果に応じて前記モータ制御部による前記電動モータの駆動制御を許可又は禁止するインターロック部と、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。
2. 前記第２のトルク代替値演算部は、前記トルク異常検出部で異常を検出する直前の所定期間内に前記過去トルク制御部から出力した正常な操舵トルクのうち、最小の値を前記第２の操舵トルク代替値として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。
3. 前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記クリップ部に入力される前記操舵トルクを徐々に零に向けて変更する徐変部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記インターロック部の前記監視機能を停止する監視機能停止部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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