JP7433530B2 - 自動運転支援装置 - Google Patents

Description

本願は、自動運転支援装置に関するものである。

運転支援中に異常が生じた場合に、制御の変更によって対処する技術の例として、特許文献１のようなものがある。特許文献１の技術では、電動パワーステアリング装置の操舵用モータに対する電流指示値に、異常が検出された場合に、車両のヨー角速度に応じて、電流指示値と逆向きのカウンタ電流を流す電流指示値を算出することによって、車両の回転方向の動きを抑制し、車両挙動の不安定化を防止している。

また、運転支援中に異常が生じた場合に、対処する技術の他の例として、特許文献２のようなものがある。特許文献２の技術では、第1のセンサの異常時に、第2のセンサを用いて、運転支援を継続するものである。または、第1のヨー角速度センサの異常時に、舵角及び車両速度からヨー角速度を推定して、推定したヨー加速度に基づいて、目標舵角すなわち舵角指令値を決定して、目標軌道追従制御を行っている。

特開２０１９－０１４４３２号公報 特開２０１８－１９２８６５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、電流指示値の異常には対処できるが、電流指示値に従って、操舵用モータに流れる電流を制御する駆動回路及び制御装置などの操舵用モータの制御システムの異常には、対処できないという課題がある。また、電流指示値の生成にかかわるどの構成要素に異常が生じたかを特定するものではなく、単純に、ヨー加速度を抑制するようなカウンタ電流を流す電流指示値を算出するだけである。よって、異常の状態に適した制御を行っておらず、車両挙動の不安定化は防げるが、目標走行軌道に追従させる運転支援を継続ことはできないという課題があった。

特許文献２では、第１のセンサの異常時に、第２のセンサを用いており、センサの冗長化により、コストが高くなるという課題がある。また、ヨー角速度を推定することもできるが、ヨー角速度センサ以外に異常が生じた場合に、運転支援を継続できないという課題がある。特に、上述した操舵用モータの制御システムの異常には、対処できないという課題がある。

そこで、本願は、操舵用モータの駆動回路及び制御装置などの操舵用モータの制御システムの異常の検出時に、自動操舵を継続させることができる自動運転支援装置を提供することを目的とする。

本願に係る自動運転支援装置は、
自車両の走行状態及び自車両の周辺状態を検出し、検出した走行状態及び周辺状態に基づいて、自車両の操舵装置の舵角指令値を算出する自動操舵制御部と、
前記操舵装置を駆動する操舵用モータと、
スイッチング素子を有し、前記操舵用モータに供給する電力をオンオフするモータ駆動回路と、
前記舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、前記操舵用モータの出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する舵角制御部と、
前記モータ出力指令値に基づいて、前記モータ駆動回路の前記スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成するモータ制御部と、
前記操舵用モータの制御システムに生じた異常である操舵用モータ関連異常を検出する異常検知部と、を備え、
前記モータ制御部は、前記操舵用モータ関連異常の検出時に、前記モータ出力指令値に基づいて、前記操舵用モータ関連異常の内容に応じた、異常時の駆動信号を生成するものである。

本願に係る自動運転支援装置によれば、操舵用モータ関連異常が発生した場合も、異常時の駆動信号を生成し、操舵用モータによる操舵装置の駆動を継続し、自動操舵を継続させることができる。自動操舵の継続により、運転者に安心感を与えることができる。異常時のためだけのハードウェアを追加することなく、異常時の駆動信号を生成する処理だけでよく、コストアップを抑制できる。

実施の形態１に係る自動運転支援装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る自動運転支援装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る各センサの異常検出時の処理をまとめた図である。 実施の形態１に係るモータ駆動回路の回路図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る正常時の自動操舵制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る正常時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る正常時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る１相の開放異常の検出時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る１相の異常の検出時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る１相の異常時に出力低下舵角を避ける舵角指令値の補正を説明する図である。 実施の形態１に係る１相の短絡異常の検出時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る電流センサの異常の検出時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る電流センサの異常の検出時の舵角モータ制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る回転角度センサの異常の検出時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る回転角度センサの異常の検出時のモータ制御部の回転推定部のブロック図である。 実施の形態１に係る回転角度センサの異常の検出時のモータ制御部の回転推定部のブロック図である。 実施の形態１に係る舵角検出値の検出異常の検出時の自動操舵制御部のブロック図である。 実施の形態１に係る舵角検出値の検出異常の検出時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態２に係る自動運転支援装置の概略構成図である。 実施の形態２に係る自動運転支援装置の概略ブロック図である。 実施の形態２に係る各センサの異常検出時の処理をまとめた図である。 実施の形態２に係る正常時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態２に係る舵角センサの異常の検出時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態３に係る各センサの異常検出時の処理をまとめた図である。 実施の形態３に係る正常時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態３に係る回転角度センサの異常の検出時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態４に係る自動運転支援装置の概略構成図である。 実施の形態４に係る自動運転支援装置の概略ブロック図である。 実施の形態４に係る各センサの異常検出時の処理をまとめた図である。 実施の形態４に係るモータ駆動回路の回路図である。 実施の形態４に係る正常時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態４に係る電流センサの異常の検出時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態４に係る舵角センサの異常の検出時のモータ制御部のブロック図である。 実施の形態４に係る舵角センサの異常の検出時の舵角制御部のブロック図である。 実施の形態４に係るインピーダンスの推定値と回転角度との関係を説明する図である。 実施の形態５に係る自動運転支援装置の概略構成図である。 実施の形態５に係る自動運転支援装置の概略ブロック図である。 実施の形態５に係る各センサの異常検出時の処理をまとめた図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る自動運転支援装置１について図面を参照して説明する。自動運転支援装置１は、車両に搭載されている。図１に、自動運転支援装置１の概略構成図を示し、図２に、自動運転支援装置１の概略ブロック図を示す。図３に、各センサの異常検出時の処理をまとめた図を示す。

１－１．自動運転支援装置１の基本構成
自動運転支援装置１は、操舵用モータ５、モータ駆動回路３０、制御装置１００、周辺監視装置２０、走行状態検出装置２１、位置検出装置２２、及び無線通信装置２３等を備えている。

周辺監視装置２０は、自車両の周辺状態を検出する装置である。周辺監視装置２０の信号が、制御装置１００に入力される。例えば、周辺監視装置２０は、車両の周辺を監視するカメラ、レーダ等の装置である。レーダには、ミリ波レーダ、レーザレーダ、超音波レーダ等が用いられる。

走行状態検出装置２１は、自車両の走行状態を検出する装置である。走行状態検出装置２１は、走行状態として、自車両の車両速度、自車両のロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度、及び前後方向の加速度、上下方向の加速度、及び横方向の加速度を検出する。例えば、走行状態検出装置２１として、自車両に働くロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度を検出する３軸の角速度センサ、前後方向の加速度、上下方向の加速度、及び横方向の加速度を検出する３軸の加速度センサ、及び車輪の回転速度を検出する速度センサ等が設けられる。本実施の形態では、少なくとも、車両速度、ヨー角速度、横方向の加速度を検出するように構成されればよい。

位置検出装置２２は、自車両の現在位置（緯度、経度、高度）を検出する装置であり、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等の人工衛星から出力される信号を受信するＧＰＳアンテナ等が用いられる。無線通信装置２３は、４Ｇ、５Ｇ等のセルラー方式の無線通信の規格を用いて、基地局と無線通信を行う。

自動運転支援装置１は、電動パワーステアリング装置を構成している。操舵用モータ５は、車輪７の操舵装置８を駆動する電動モータである。操舵用モータ５の回転軸は、ギア機構を介して操舵装置８に連結されている。操舵装置８は、車輪７の舵角を変更する機構である。操舵用モータ５の回転により、車輪７の舵角が変化する。すなわち、操舵用モータ５の回転角度と舵角とは、所定の変換比率が乗算された比例関係にある。

本実施の形態では、操舵装置８は、ラック・ピニオンギア６を有している。ラック・ピニオンギア６は、ステアリングシャフト４の回転運動を左右方向の直線運動に変換し、タイロッド及びナックルアームを駆動し、車輪７の舵角を変化させる。ステアリングシャフト４は、ハンドル２に連結されている。ステアリングシャフト４には、運転者によるハンドル２の操舵トルクを検出するトルクセンサ３が設けられている。

操舵用モータ５の回転軸は、ウォームギヤ機構等のギア機構を介してステアリングシャフト４に連結されている。操舵用モータ５の回転が、ギア機構のギア比率により変換されて、ステアリングシャフト４に伝達される。なお、操舵用モータ５は、ギア機構を介して、ラック・ピニオンギア６に連結されてもよい。

図４に示すように、操舵用モータ５は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗを有する交流モータである。ステータに３相の電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが巻装され、ロータに永久磁石が設けられている。操舵用モータ５は、永久磁石式の同期モータとされている。ロータの回転軸が、ギア機構を介して操舵装置８に連結されている。ロータに界磁巻線が設けられた、界磁巻線式の同期モータとされてもよく、ロータにかご型の導体が設けられた、誘導モータとされてもよい。また、３相以上の電機子巻線が設けられてもよい。

モータ駆動回路３０は、スイッチング素子を有し、操舵用モータ５に供給する電力をオンオフする。本実施の形態では、モータ駆動回路３０は、各相について、電機子巻線への電圧印加をオンオフするスイッチング素子を備えている。具体的には、モータ駆動回路３０は、各相について、直流電源３４の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子Ｓｐと、直流電源３４の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子Ｓｎと、が直列接続された直列回路を備えており、各相の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の電機子巻線に接続されている。

操舵用モータ５に流れる電流を検出する電流センサ３１が備えられている。本実施の形態では、電流センサ３１は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路に備えられている。なお、電流センサ３１は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路と各相の電機子巻線とを接続する電線上に備えられてもよい。或いは、電流センサ３１は、モータ駆動回路３０と直流電源３４と接続する電線上に設けられ、公知の「母線１シャント方式」により、各相の電機子巻線の電流が検出されてもよい。

ロータの回転角度を検出するための回転角度センサ３２が備えられている。回転角度センサ３２には、レゾルバ、エンコーダ、ＭＲセンサ等が用いられる。

１－２．制御装置
制御装置１００は、操舵方法判定部１１０、自動操舵制御部１２０、舵角制御部１３０、操舵アシスト制御部１４０、モータ制御部１５０、及び異常検知部１６０等の機能部を備えている。制御装置１００の各機能は、制御装置１００が備えた処理回路により実現される。制御装置１００は、互いに通信を行う複数の制御装置により構成されてもよい。

例えば、図５に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０、記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入出力する入出力装置９２等を備えている。演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＩ（Artificial Intelligence）チップ、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ハードディスク等の各種の記憶装置が用いられる。

入出力装置９２には、通信装置、Ａ／Ｄ変換器、入出力ポート、駆動回路等が備えられる。入出力装置９２は、トルクセンサ３、周辺監視装置２０、走行状態検出装置２１、位置検出装置２２、無線通信装置２３、モータ駆動回路３０、電流センサ３１、及び回転角度センサ３２等に接続され、これらの装置と信号の伝達を行う。

そして、制御装置１００が備える各機能部１１０から１６０等の各機能は、演算処理装置９０が、記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１及び入出力装置９２等の制御装置１００の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各機能部１１０から１６０等が用いる判定値、閾値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。

１－２－１．正常時の操舵方法判定部の構成
操舵方法判定部１１０は、自動操舵制御部１２０及び舵角制御部１３０による自動操舵を行うか、運転者の操舵アシストを行うかを判定する。本実施の形態では、操舵方法判定部１１０は、運転者によるハンドルの操舵トルクの検出値に基づいて、自動操舵を行うか、操舵アシストを行うかを判定する。操舵方法判定部１１０は、トルクセンサ３により、操舵トルクを検出する。操舵方法判定部１１０は、初期の判定として、ヒューマンインターフェイスを介した運転者の指令等に基づいて、自動操舵を行うか、操舵アシストを行うかを判定する。操舵方法判定部１１０は、自動操舵の実行中に、操舵トルクの絶対値が、予め定められた判定値を上回った状態が、判定期間継続した場合に、操舵アシストを行うと判定する。

１－２－２．正常時の自動操舵制御部の構成
自動操舵制御部１２０は、自動操舵を行うと判定されている場合は、自車両の走行状態及び自車両の周辺状態を検出し、検出した走行状態及び周辺状態に基づいて、自車両の操舵装置８の舵角指令値を算出する。

図６に示すように、自動操舵制御部１２０は、周辺状況取得部１２１、走行状態取得部１２２、目標軌道追従制御部１２３、車線逸脱抑制制御部１２４、及び舵角指令値選択部１２５等を備えている。

周辺状況取得部１２１は、自車両の周辺状況を検出する。周辺状況取得部１２１は、周辺監視装置２０から取得した白線、路肩等の区画線の検知情報に基づいて、道路の区画線等の道路形状を検出する。また、周辺状況取得部１２１は、周辺監視装置２０から取得した検知情報に基づいて、自車両の周囲に存在する他車両、障害物、歩行者等を検出する。また、周辺状況取得部１２１は、位置検出装置２２から取得した自車両の位置情報に基づいて、記憶装置９１に記憶された地図情報データベース、又は外部サーバの地図情報データベースから自車両の周辺の道路情報を取得する。

走行状態取得部１２２は、自車両の走行状態を検出する。走行状態取得部１２２は、走行状態検出装置２１から、自車両の走行状態として、自車両の車両速度、自車両のロール角速度、ピッチ角速度、及びヨー角速度、及び前後方向の加速度、上下方向の加速度、及び横方向の加速度を取得する。走行状態取得部１２２は、少なくとも、車両速度、ヨー角速度、横方向の加速度を検出するように構成されればよい。また、走行状態取得部１２２は、位置検出装置２２から取得した自車両の位置情報に基づいて、自車両の位置、移動方向などを取得する。また、走行状態取得部１２２は、周辺状況取得部１２１から取得した車線の形状に基づいて、車線に対する自車両の走行位置の情報を取得する。

目標軌道追従制御部１２３は、操舵方法判定部１１０等により目標軌道追従制御を実行すると判定されている場合は、周辺状況取得部１２１により検出された自車両の周辺状態（例えば、他車両、障害物、道路形状）に合わせた、目標走行軌道を生成する。目標走行軌道は、将来の各時点における自車両の位置、自車両の進行方向、及び自車両の速度等から構成される走行軌道である。目標走行軌道の生成には、公知の各種の方法が用いられる。目標走行軌道には、目的地までの経路に沿った目標走行軌道、車線変更を行うための目標走行軌道、障害物を避けるための目標走行軌道等の各種の目標走行軌道が含まれる。

目標軌道追従制御部１２３は、目標走行軌道、自車両の走行状態、及び自車両の周辺状況に基づいて、自車両が目標走行軌道に追従するための舵角指令値を算出する。目標軌道追従制御部１２３は、目標走行軌道に対する自車両の横方向の位置、目標走行軌道の延出方向に対する自車両の前後方向の傾き、車両速度、ヨー角速度、及び横方向の加速度に基づいて、舵角指令値を算出する。目標走行軌道に追従するための舵角指令値の算出には、公知の各種の方法が用いられる。

車線逸脱抑制制御部１２４は、操舵方法判定部１１０等により車線逸脱抑制制御を実行すると判定されている場合は、自車両の走行状態、及び自車両の周辺状況に基づいて、自車両が走行している車線を、自車両が逸脱せず維持するための舵角指令値を算出する。車線逸脱抑制制御部１２４は、自車両の走行車線に対する自車両の横方向の位置、自車両の走行車線の延出方向に対する自車両の前後方向の傾き、車両速度、ヨー角速度、及び横方向の加速度に基づいて、舵角指令値を算出する。走行車線に追従するための舵角指令値の算出には、公知の各種の方法が用いられる。

舵角指令値選択部１２５は、目標軌道追従制御を実行すると判定されている場合は、目標軌道追従制御部１２３により算出された舵角指令値を選択して、モータ制御部１５０に伝達し、車線逸脱抑制制御を実行すると判定されている場合は、車線逸脱抑制制御部１２４により算出された舵角指令値を選択して、モータ制御部１５０に伝達する。

１－２－３．正常時の舵角制御部の構成
舵角制御部１３０は、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、操舵用モータ５の出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する。図７に示すように、舵角制御部１３０は、出力指令算出部１３１、及び舵角検出部１３２を備えている。本実施の形態では、舵角検出部１３２は、操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて、舵角を検出する。具体的には、舵角検出部１３２は、回転角度の積算値に、ギア比に応じて予め設定された換算係数を乗算して、舵角検出値を算出する。舵角が０である場合の回転角度の積算値は、０に設定される。ここで、回転角度の積算値とは、舵角が０である場合を除き、１回転するごとに、回転角度が０にリセットされずに、累積的にカウントされた角度である。

出力指令算出部１３１は、舵角指令値と舵角検出値との偏差に基づくＰＩ制御等のフィードバック制御によりモータ出力指令値を変化させる。なお、公知の各種の制御が用いられてもよい。本実施の形態では、出力指令算出部１３１は、モータ出力指令値としてｑ軸の電流指令値を算出する。出力指令算出部１３１は、モータ出力指令値としてトルク指令値を算出してもよい。

１－２－４．正常時の操舵アシスト制御部の構成
操舵アシスト制御部１４０は、操舵アシストを行うと判定されている場合は、操舵トルクの検出値に基づいて、自動操舵制御部１２０及び舵角制御部１３０に代わって、操舵トルクの検出値に基づいて、モータ出力指令値を算出する。例えば、操舵アシスト制御部１４０は、操舵トルクの検出値に、換算係数を乗算して、モータ出力指令値を算出する。本実施の形態では、操舵アシスト制御部１４０は、モータ出力指令値としてｑ軸の電流指令値を算出する。操舵アシスト制御部１４０は、モータ出力指令値としてトルク指令値を算出してもよい。

１－２－５．正常時のモータ制御部の構成
モータ制御部１５０は、モータ出力指令値に基づいて、モータ駆動回路３０のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。図８に示すように、正常時のモータ制御部１５０は、回転検出部１５１、電流検出部１５２、電流指令設定部１５３、電流フィードバック制御部１５４、電圧指令座標変換部１５５、及びＰＷＭ制御部１５６を備えている。

電流フィードバック制御部１５４は、電機子巻線に流れる電流検出値が、モータ出力指令値に応じて設定した電流指令値に近づくように、電機子巻線に印加する電圧指令値を変化させる電流フィードバック制御を行う。電流フィードバック制御部１５４は、ｄｑ軸の回転座標系上で、電流検出値が電流指令値に近づくように電圧指令値を変化させるベクトル制御を行う。ｄ軸は、ロータの磁極（Ｎ極、磁極位置）の方向に定められ、ｑ軸は、ｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定められている。

電流指令設定部１５３は、モータ出力指令値に基づいて、ｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を設定する。本実施の形態では、舵角制御部１３０から、モータ出力指令値としてｑ軸の電流指令値が伝達されるので、電流指令設定部１５３は、ロータの磁束が適切になるように、ｄ軸の電流指令値を設定する。なお、舵角制御部１３０から、モータ出力指令値としてトルク指令値が伝達される場合は、電流指令設定部１５３は、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、及びＩｄ＝０制御等の公知の各種のベクトル制御方法に従って、トルク指令値、回転角速度、及び電源電圧等に基づいて、ｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を設定する。

回転検出部１５１は、回転角度センサ３２の出力信号に基づいて、ロータの電気角での回転角度（磁極位置）、及び回転角速度を検出する。電流検出部１５２は、電流センサ３１の出力信号に基づいて、各相の電機子巻線に流れる電流を検出する。電流検出部１５２は、３相の電流検出値を、回転角度（磁極位置）に基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に変換する。そして、電流フィードバック制御部１５４は、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値が、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値に近づくように、ＰＩ制御等により、ｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を変化させる電流フィードバック制御を行う。

電圧指令座標変換部１５５は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を、回転角度（磁極位置）に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値に変換する。ＰＷＭ制御部１５６は、３相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）により、モータ駆動回路３０の各スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。ＰＷＭ制御には、公知のキャリア比較ＰＷＭ、又は空間ベクトルＰＷＭが用いられる。

１－２－６．異常検知部の構成
異常検知部１６０は、自動運転支援装置の各種の異常を検出する。本実施の形態では、異常検知部１６０は、操舵用モータの制御システムに生じた異常である操舵用モータ関連異常を検出する。操舵用モータ関連異常には複数の種類があり以下で説明する。

＜１相の回路異常の検出＞
異常検知部１６０は、操舵用モータ関連異常として、いずれか１相の回路異常を検出する。以下に説明するように、１相の回路異常には、開放故障と短絡故障とがある。

モータ駆動回路３０において、いずれか１相のスイッチング素子の開放故障、いずれか１相の電流供給経路の断線などが生じると、開放故障が生じた１相の電機子巻線に電流を正常に供給できなくなる。開放故障の検出方法、及び故障相の特定方法には、公知の各種の方法が用いられる。例えば、異常検知部１６０は、いずれかの相の電流検出値が０に留まる期間が、判定期間以上になった場合に、その相に開放故障が生じたと判定する。或いは、異常検知部１６０は、モータ駆動回路３０に異常判定用の駆動信号を出力したときの、電流検出値、及び各スイッチング素子の高電位側と低電位側との電位差から開放異常を判定してもよい。

モータ駆動回路３０において、いずれか１相のスイッチング素子の短絡故障、いずれか１相の電流供給経路の直流電源３４の高電位側又は低電位側への短絡などが生じると、短絡故障が生じた１相の電機子巻線に電流を正常に供給できなくなる。短絡故障の検出方法、及び故障相の特定方法には、公知の各種の方法が用いられる。例えば、異常検知部１６０は、いずれかの相の電流検出値の大きさがしきい値以上に留まる期間が、判定期間以上になり、かつ、他の相の電流検出値の大きさがしきい値以下に留まる期間が、判定期間以上になった場合に、その相に短絡故障が生じたと判定する。或いは、異常検知部１６０は、モータ駆動回路３０に異常判定用の駆動信号を出力したときの、電流検出値、及び各スイッチング素子の高電位側と低電位側との電位差から短絡異常を判定してもよい。

＜電流センサの異常検出＞
異常検知部１６０は、操舵用モータ関連異常として、操舵用モータ（本例では、電機子巻線）に供給される電流を検出する電流センサ３１の異常を検出する。電流センサ３１の故障の検出方法には、公知の各種の方法が用いられる。例えば、異常検知部１６０は、モータ駆動回路３０に異常判定用の駆動信号を出力したときの電流検出値に基づいて、電流センサ３１の異常を判定する。３相の各相の電流を検出する電流センサ３１が設けられている場合は、各相の電流センサの異常が検出される。

＜回転角度センサの異常検出＞
異常検知部１６０は、操舵用モータ関連異常として、操舵用モータの回転角度を検出する回転角度センサ３２の異常を検出する。回転角度センサ３２の故障の検出方法には、公知の各種の方法が用いられる。

１－２－７．操舵用モータ関連異常の検出時の制御
モータ制御部１５０は、操舵用モータの制御システムに生じた異常である操舵用モータ関連異常の検出時に、モータ出力指令値に基づいて、操舵用モータ関連異常の内容に応じた、異常時の駆動信号を生成する。この構成によれば、操舵用モータ関連異常が発生した場合も、異常時の駆動信号を生成し、操舵用モータによる操舵装置８の駆動を継続し、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

１－２－７－１．１相の回路異常の検出時の制御
モータ制御部１５０は、操舵用モータ関連異常として、いずれか１相の回路異常の検出時に、モータ出力指令値に基づいて、正常な残りの複数相のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。この構成によれば、１相の回路異常の検出時でも、正常な残りの複数相のスイッチング素子をオンオフすることにより、操舵用モータによる操舵装置８の駆動を継続し、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

＜１相の開放異常の検出時＞
１相の開放異常が検出された場合は、例えば、特許第４４９８３５３号に開示されている方法が用いられればよい。具体的には、特許第４４９８３５３号の図３の方法と同様に構成すれば、モータ制御部１５０は、図９に示すように、目標相電流整形部１５１Ｂ、偏差演算部１５２Ｂ、及び異常時電流制御部１５３Ｂを備えている。目標相電流整形部１５１Ｂは、ｑ軸の電流指令値を、回転角度θに基づいて、正常な２相の各相の電流指令値に変換する。図９には、Ｕ相が異常で、Ｖ相及びＷ相が正常である場合を示す。そして、偏差演算部１５２Ｂは、正常な２相の各相について、電流指令値と電流検出値との偏差を演算する。異常時電流制御部１５３Ｂは、正常な２相の各相について、電流偏差に基づいて、ＰＩ制御等のフィードバック制御により電圧指令値を演算し、正常な２相の各相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御により正常な２相の各相の各スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。異常時電流制御部１５３Ｂは、異常な１相の各スイッチング素子を常時オフさせる駆動信号を生成する。

特許第４４９８３５３号の図５及び図１０に示されているように、異常相に対応する特定の回転角度では、異常相の電機子巻線だけでなく、正常な２相の電機子巻線にも電流を流せなくなるため、操舵用モータ５にトルクを出力させることができなくなり、出力トルクが０まで低下する。

Ｕ相の異常時は、回転角度θが、電気角で９０度又は２７０度である場合に、出力トルクが０まで低下する。Ｖ相の異常時は、回転角度θが、電気角で３０度又は２１０度である場合に、出力トルクが０まで低下する。Ｗ相の異常時は、回転角度θが、電気角で１５０度又は３３０度である場合に、出力トルクが０まで低下する。

図１０に示すように、舵角制御部１３０は、舵角指令値補正部１３３を備えている。舵角指令値補正部１３３は、いずれか１相の開放回路異常の検出時に、開放回路異常が生じた１相に対応して出力トルクが低下する操舵用モータの回転角度に対応する舵角である出力低下舵角を避けるように、舵角指令値を補正する。そして、出力指令算出部１３１は、補正後の舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、異常時のモータ出力指令値を算出する。

この構成によれば、操舵用モータの出力トルクが低下する回転角度を避けるように、舵角が制御されるので、出力トルクが低下する回転角度に停止することを抑制し、いずれか１相の回路異常の検出時でも、操舵用モータにトルクを出力させ、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

上記のように、回転角度の積算値に、ギア比に応じた換算係数を乗算した値が、舵角になる。上記のように、１相の開放異常の発生時において、異常相と、出力トルクが低下する回転角度θとの関係は分かっているので、異常相と、出力トルクが低下する出力低下舵角との関係も求まる。そこで、舵角指令値補正部１３３は、異常相に基づいて、出力低下舵角を設定する。図１１に示すように、舵角指令値補正部１３３は、自動操舵制御部１２０により算出された舵角指令値が、出力低下舵角を中心にした回避舵角の範囲内にある場合は、舵角指令値を回避舵角の範囲外（例えば、回避舵角の範囲の最大角度又は最小角度）に変化させる。

＜１相の短絡異常の検出時＞
１相の短絡異常が検出された場合は、例えば、国際公開ＷＯ２００７／１２９３５９号公報に開示されている方法が用いられればよい。具体的には、国際公開ＷＯ２００７／１２９３５９号公報の図３の方法と同様に構成すれば、モータ制御部１５０は、図１２に示すように、目標相電流整形部１５１Ｃ、偏差演算部１５２Ｃ、及び異常時電流制御部１５３Ｃを備えている。目標相電流整形部１５１Ｃは、ｑ軸の電流指令値を、異常相の情報、及び回転角度θに基づいて、３相の各相の電流指令値に変換する。図１２には、Ｖ相が異常で、Ｕ相及びＷ相が正常である場合を示す。そして、偏差演算部１５２Ｃは、３相の各相について、電流指令値と電流検出値との偏差を演算し、正常な２相の各相の偏差から、異常な１相の偏差を減算する。異常時電流制御部１５３Ｃは、正常な２相の各相について、異常な１相の偏差の減算後の電流偏差に基づいて、ＰＩ制御等のフィードバック制御によりフィードバック値を演算し、フィードバック値から電源電圧Ｖｄｃの半分値を減算して、電圧指令値を算出し、正常な２相の各相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御により正常な２相の各相の各スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。異常時電流制御部１５３Ｃは、異常な１相の各スイッチング素子を常時オフさせる駆動信号を生成する。

国際公開ＷＯ２００７／１２９３５９号公報の図５に示されているように、異常相に対応する特定の回転角度では、ブレーキトルクの発生を抑制するため、正常な２相の電機子巻線にも電流を流せなくなるため、操舵用モータ５にトルクを出力させることができなくなり、出力トルクが０まで低下する。

Ｕ相の異常時は、回転角度θが、電気角で２４０度から３００度までの間にある場合に、出力トルクが０まで低下する。Ｖ相の異常時は、回転角度θが、電気角で０度から６０度までの間にある場合に、出力トルクが０まで低下する。Ｗ相の異常時は、回転角度θが、電気角で１２０度から１８０度までの間にある場合に、出力トルクが０まで低下する。

舵角指令値補正部１３３は、いずれか１相の短絡回路異常の検出時に、短絡回路異常が生じた１相に対応して出力トルクが低下する操舵用モータの回転角度に対応する舵角である出力低下舵角を避けるように、舵角指令値を補正する。そして、出力指令算出部１３１は、補正後の舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、異常時のモータ出力指令値を算出する。

この構成によれば、操舵用モータの出力トルクが低下する回転角度を避けるように、舵角が制御されるので、出力トルクが低下する回転角度に留まることを抑制し、いずれか１相の回路異常の検出時でも、操舵用モータにトルクを出力させ、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

上記のように、回転角度の積算値に、ギア比に応じた換算係数を乗算した値が、舵角になる。上記のように、１相の短絡異常の発生時において、異常相と、出力トルクが低下する回転角度の範囲との関係は分かっているので、異常相と、出力トルクが低下する出力低下舵角の範囲との関係も求まる。そこで、舵角指令値補正部１３３は、異常相に基づいて、出力低下舵角の範囲を設定する。図１１に示すように、舵角制御部１３０は、自動操舵制御部１２０により算出された舵角指令値が、出力低下舵角の範囲内にある場合は、舵角指令値を回避舵角の範囲外（例えば、回避舵角範囲の最大角度又は最小角度）に変化させる。

よって、舵角指令値補正部１３３は、開放異常又は短絡異常の回路異常の種類、及び異常相に基づいて、避けるべき出力低下舵角を変化させる。

１－２－７－２．電流センサの異常の検出時の制御
上述したように、モータ制御部１５０は、電流センサの異常の未検出時に、モータ出力指令値、及び電流センサにより検出された電流検出値に基づいて、駆動信号を生成する。一方、モータ制御部１５０は、電流センサの異常の検出時に、電流検出値を用いずに、モータ出力指令値に基づいて、駆動信号を生成する。

この構成によれば、電流センサの異常の検出時も、操舵用モータにトルクを出力させ、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

本実施の形態では、図１３に示すように、電流センサの異常の検出時のモータ制御部１５０は、回転検出部１５１、電流指令設定部１５３、電圧指令設定部１５７、電圧指令座標変換部１５５、及びＰＷＭ制御部１５６を備えている。回転検出部１５１、電流指令設定部１５３、及び電圧指令座標変換部１５５の構成は、正常時と同じである。

電圧指令設定部１５７は、電流センサの異常の検出時に、次式に示すモータの電圧方程式を用い、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏに基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを算出する。

ここで、ｓはラプラス演算子であり、Ｒは巻線抵抗であり、ψはロータ磁石による鎖交磁束であり、Ｌｄはｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸インダクタンスであり、ωは電気角での回転角速度である。なお、ラプラス演算子ｓの位相進みの項が無くてもよい。また、公知の各種の方法が用いられてもよい。

そして、正常時と同様に、電圧指令座標変換部１５５は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、回転角度（磁極位置）に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値に変換する。また、ＰＷＭ制御部１５６は、３相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）により、モータ駆動回路３０の各スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。

３相の各相の電流を検出する電流センサ３１が設けられており、１相の電流センサの異常が検出された場合は、モータ制御部１５０は図８の正常時のブロック図と同様に構成される。電流検出部１５２は、３相の電流検出値の合計が０になることを利用し、正常な２相の電流検出値の合計値に－１を乗算した値を、異常な１相の電流検出値として検出する。この場合は、３相の電流検出値を用いて、正常時と同様のｄ軸及びｑ軸の電流フィードバック制御が行われる。一方、２相以上の電流センサの異常が検出された場合は、上記の図１３のブロック図のように、電流検出値が用いられずに、モータ出力指令値に基づいて、駆動信号が生成される。

或いは、電流センサの異常の検出時に、舵角制御部１３０及びモータ制御部１５０が一体化された舵角モータ制御部１７０により、駆動信号が算出されてもよい。図１４に示すように、舵角モータ制御部１７０は、操舵電圧指令算出部１７１、座標変換部１７２、及びＰＷＭ制御部１７３を備えている。操舵電圧指令算出部１７１は、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を算出する。操舵電圧指令算出部１７１は、舵角検出値が舵角指令値に近づくように制御値を変化させるフィードバック制御器と、モータの逆モデル（Ｒ＋ｓ×Ｌ）の特性を有する位相進み器と、を備えている。Ｌは、インダクタンスである。座標変換部１７２は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を、回転角度（磁極位置）に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値に変換する。ＰＷＭ制御部１７３は、３相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）により、モータ駆動回路３０の各スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。この構成によれば、電流センサ３１の異常時専用の舵角モータ制御部１７０により、電流センサ３１の異常時に適切に制御を行うことができる。

１－２－７－３．回転角度センサの異常の検出時の制御
上述したように、モータ制御部１５０は、回転角度センサ３２の異常の未検出時に、回転角度センサ３２により検出された回転角度に基づいて、駆動信号を生成する。また、上述したように、舵角制御部１３０は、回転角度センサ３２の異常の未検出時に、回転角度センサ３２により検出された回転角度の積算値に基づいて、舵角を検出し、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、モータ出力指令値を算出する。

一方、モータ制御部１５０は、回転角度センサ３２の異常の検出時に、操舵用モータに流れる電流に基づいて、回転角度を推定し、回転角度の推定値に基づいて、駆動信号を生成する。また、舵角制御部１３０は、回転角度センサ３２の異常の検出時に、モータ制御部１５０により推定された回転角度の積算値に基づいて舵角を検出し、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、モータ出力指令値を算出する。回転角度の検出値に代えて、回転角度の推定値が用いられる構成以外は、正常時と同じである。

この構成によれば、回転角度センサ３２の異常時に、回転角度を推定し、回転角度の推定値に基づいて、モータ制御及び舵角制御を継続し、自動操舵を継続することができる。

＜回転角度センサの異常時のモータ制御部＞
例えば、特許第６２０３４３５号に開示されている方法が用いられればよい。図１５に示すように、回転角度センサの異常の検出時のモータ制御部１５０は、回転推定部１５８、推定用電圧指令設定部１５９、電流検出部１５２、電流指令設定部１５３、電流フィードバック制御部１５４、電圧指令座標変換部１５５、及びＰＷＭ制御部１５６を備えている。電流検出部１５２、電流指令設定部１５３、電流フィードバック制御部１５４、及び電圧指令座標変換部１５５は、回転角度の検出値に代えて、回転推定部１５８により推定された回転角度の推定値を用い、正常時と同様の処理を行う。

推定用電圧指令設定部１５９は、回転周波数とは異なる角度推定用の周波数を有し、３相平衡になる角度推定用の３相の電圧指令補正値を算出する。そして、電圧指令座標変換部１５５から出力された３相の電圧指令値に、角度推定用の３相の電圧指令補正値が加算補正され、加算補正後の３相の電圧指令値が、ＰＷＭ制御部１５６に入力される。

回転推定部１５８は、特許第６２０３４３５号の図２と同様に構成されればよい。図１６に示すように、回転推定部１５８は、位置推定用電流抽出器１５８ａ、電流振幅演算器１５８ｂ、及び位置演算器１５８ｃを備えている。位置推定用電流抽出器１５８ａは、各相の電流検出値に対して、角度推定用の周波数の成分を抽出する処理を行う。この抽出処理には、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ等が用いられる。電流振幅演算器１５８ｂは、抽出した各相の角度推定用の周波数の成分の振幅を演算する。振幅の演算には、フーリエ変換、又は特許第６２０３４３５号の式（２）が用いられる。位置演算器１５８ｃは、各相の振幅に基づいて、回転角度の推定値を演算する。例えば、位置演算器１５８ｃは、３相の振幅を２相変換した後、２相の振幅の比を、逆余弦演算して回転角度の推定値を演算する。これ以外の回転角度の推定値の演算方法が用いられてもよい。

或いは、「直接形適応制御に基づく適応オブザーバを用いたＩＰＭＳＭ位置センサレス制御の応答改善法」（電学論D, Vol.123, No.5, pp600-609）に開示されている方法が用いられてもよい。この文献の図１及び式（１）から式（１２）が用いられる。回転推定部１５８は、いわゆる適応オブザーバを有する構成である。適応オブザーバの構成として、上記文献では、状態変数が、電機子反作用Φａ及び回転子磁束Φｒに設定され、入力変数が、電圧ｖｓに設定され、出力変数が、電流ｉｓに設定されている。状態変数が、電流ｉｓに設定されてもよい。これらの変数から状態方程式を立てると、回転角速度ωを推定することができ、回転角速度ωを積分することで、回転角度θの推定値が得られる。

或いは、特許第６０９５８５１号に開示されている方法が用いられればよい。特許第６０９５８５１号の図２と同様に構成されればよい。図１７に示すように、回転推定部１５８は、バンドパスフィルタ１５８ｄ、推定誤差演算部１５８ｅ、及び推定誤差制御部１５８ｆを備えている。バンドパスフィルタ１５８ｄは、操舵用モータの出力トルクを検出するトルクセンサにより検出されたトルク検出値から、ｄｑ軸上の高周波電流の周波数近傍の信号を抽出し、出力トルク高周波として出力する。推定誤差演算部１５８ｅは、ｄｑ軸上の高周波電流、及び出力トルク高周波に基づき、実際の回転角度に基づく実際のｄｑ軸と回転角度の推定値に基づく推定ｄｑ軸との位相差である回転角度推定誤差を算出する。ここで、推定誤差演算部１５８ｅは、乗算器、積分器、及び角度誤差推定器から構成されており、乗算器は、ｄｑ軸上の高周波電流のそれぞれに出力トルク高周波を乗算してｄｑ軸上の積を出力し、積分器はｄｑ軸上の積を、それぞれ、ｄｑ軸上の高周波電流の一周期分に相当する区間、時間積分してｄｑ軸上の相関値を出力し、角度誤差推定器は、ｄ軸上の相関値をｑ軸上の相関値で除算した値を、逆正接演算して回転角度推定誤差として出力する。推定誤差制御部１５８ｆは、ＰＩ制御器により構成され、回転角度推定誤差がゼロとなるような回転角度の推定値を演算する。このように、回転推定部１５８は、出力トルクセンサが出力するトルク検出値、及びｄｑ軸上の高周波電流に基づいて、回転角度の推定値を算出する。

＜回転角度センサの異常時の舵角推定の変形例＞
舵角制御部１３０は、回転角度センサ３２の異常の検出時に、検出した走行状態に基づいて舵角を推定し、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、モータ出力指令値を算出する。舵角を推定する舵角検出部１３２の構成以外は、正常時と同じである。

舵角検出部１３２は、回転角度センサ３２の異常の検出時に、走行状態としての車両速度及びヨー加速度に基づいて、舵角を推定する。例えば、ヨー加速度は、舵角及び車両速度のそれぞれに比例する所定の関係になるため、この比例関係を用いて、舵角を推定することができる。或いは、車両速度として、左右車輪のそれぞれの回転速度が検出される場合は、舵角検出部１３２は、左右車輪の回転速度差に基づいて、舵角を推定してもよい。

＜舵角検出値の検出異常時のモータ出力指令値の算出の変形例１＞
或いは、舵角検出値の検出異常の検出時（本例では、回転角度センサの異常の検出時）に、自動操舵制御部１２０は、舵角制御部１３０に代わって、検出した周辺状態に基づいて、舵角検出値を用いずに、モータ出力指令値を算出するように構成されてもよい。自動操舵制御部１２０は、検出した周辺状態に基づいて、走行車線に対する自車両の横方向位置を検出し、目標横方向位置と検出した横方向位置に基づいて、モータ出力指令値を算出する。

図１８に示すように、舵角検出値の検出異常の検出時の自動操舵制御部１２０は、目標走行軌道算出部１２６、横位置検出部１２７、及び軌道追従制御部１２８を備えている。目標走行軌道算出部１２６は、正常時の自動操舵制御部１２０と同様に目標走行軌道を生成する。横位置検出部１２７は、検出した周辺状態に基づいて、車線に対する自車両の横方向の位置を検出する。例えば、カメラ等の周辺監視装置２０の検知情報に基づいて、左右の区画線に対する自車両の横方向の位置を検出する。軌道追従制御部１２８は、目標走行軌道の横方向位置に対する、自車両の横方向位置の偏差を演算し、横方向位置の偏差に基づいて、モータ出力指令値を算出する。例えば、軌道追従制御部１２８は、横方向位置の偏差が減少するように、モータ出力指令値を変化させるフィードバック制御を行う。モータ出力指令値の算出の際に、微分制御のような位相進み処理を行うことにより、追従応答性を向上させることができる。

＜舵角検出値の検出異常時のモータ出力指令値の算出の変形例２＞
或いは、舵角検出値の検出異常の検出時（本例では、回転角度センサの異常の検出時）に、舵角制御部１３０は、舵角検出値を用いずに、舵角指令値に基づいて、モータ出力指令値を算出するように構成されてもよい。

図１９に示すように、舵角検出値の検出異常の検出時の舵角制御部１３０は、舵角フィードフォワード制御部１３４を備えている。舵角フィードフォワード制御部１３４は、舵角検出値を用いずに、舵角指令値に基づいて、フィードフォワード的にモータ出力指令値を演算する。舵角δとモータｑ軸電流Ｉｑとの関係は、次式のように表せられる。

ここで、Ｔｍｏｔは、操舵用モータの出力トルクであり、Ｋｔは、電流からトルクに変換するトルク定数であり、Ｊは、操舵機構のイナーシャであり、Ｃは、操舵機構の粘性であり、ｋは、慣性、粘性、及び路面反力を線形近似したばね定数である。

よって、式（２）をラプラス変換し、変形した次式を用い、舵角フィードフォワード制御部１３４は、舵角指令値δｏに対して、フィードフォワードの演算処理を行うことにより、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。なお、舵角フィードフォワード制御部１３４は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏにトルク定数Ｋｔを乗算したトルク指令値を算出してもよい。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る自動運転支援装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る自動運転支援装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、舵角センサ９が設けられており、それに伴って各処理が変更されている点が実施の形態１と異なる。図２０に、自動運転支援装置１の概略構成図を示し、図２１に、自動運転支援装置１の概略ブロック図を示す。また、図２２に、各センサの異常検出時の処理をまとめた図を示す。舵角センサ９に係る異常検出時の処理以外は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、自動運転支援装置１は、操舵装置８（車輪）の舵角を検出する舵角センサ９を備えている。舵角センサ９の出力信号は、制御装置１００に入力される。舵角センサ９は、ステアリングシャフト４に取り付けられており、ステアリングシャフト４の回転角度を検出する。舵角センサ９は、トルクセンサ３と同様に、操舵用モータ５とハンドル２との間のステアリングシャフト４の部分に取り付けられている。

ステアリングシャフト４の回転角度と舵角とは、所定の変換比率が乗算された比例関係にある。舵角センサ９は、ラック・ピニオンギア６等の舵角を検出可能な他の箇所に取り付けられてもよい。本実施の形態では、舵角センサ９は、数度の回転角度変化も検出可能な高分解能なセンサである。

異常検知部１６０は、舵角センサ９の異常を検出する。舵角センサ９の故障の検出方法には、公知の各種の方法が用いられる。

＜舵角センサの正常時の舵角制御部の構成＞
実施の形態１と同様に、舵角制御部１３０は、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、操舵用モータ５の出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する。図２３に示すように、舵角制御部１３０は、出力指令算出部１３１、及び舵角検出部１３２を備えている。本実施の形態では、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の異常の未検出時に、舵角センサ９により舵角を検出する。具体的には、舵角センサ９により検出されたステアリングシャフト４の回転角度に所定の変換比率を乗算して、舵角検出値を算出する。舵角が０である場合の回転角度は、０に設定される。本実施の形態では、舵角センサ９は高分解能なセンサであるため、舵角センサ９の出力信号により検出された舵角検出値がそのまま用いられてもよいが、ローパスフィルタ又はＰＬＬフィルタ等の平滑化処理が行われた舵角検出値が用いられてもよい。

実施の形態１と同様に、出力指令算出部１３１は、舵角指令値と舵角検出値との偏差に基づくＰＩ制御等のフィードバック制御によりモータ出力指令値（本例では、ｑ軸の電流指令値）を変化させる。

＜舵角センサの異常の検出時の舵角制御部の構成＞
図２４に示すように、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の異常の検出時に、操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する。具体的には、舵角検出部１３２は、回転角度の積算値に、ギア比に応じて予め設定された換算係数を乗算して、舵角検出値を算出する。舵角が０である場合の回転角度の積算値は、０に設定される。舵角検出部１３２は、モータ制御部１５０が検出又は推定した操舵用モータ５の回転角度を取得し、積算する。舵角検出部１３２は、舵角センサ９が正常に動作しているときに、舵角センサ９により検出した舵角検出値と、回転角度の積算値との対応関係を記憶しておき、舵角センサ９の異常の検出時に、正常時に記憶された対応関係を用い、回転角度の積算値に基づいて、舵角検出値を算出する。例えば、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の正常時に、舵角センサ９により検出した舵角検出値が０であるときの回転角度の積算値を０に設定し、０を基準に回転角度の積算値を算出する。

なお、実施の形態１と同様に、回転角度センサ３２の異常の未検出時は、回転角度センサ３２により検出された操舵用モータ５の回転角度が用いられ、回転角度センサ３２の異常の検出時は、モータ制御部１５０により推定された操舵用モータ５の回転角度が用いられる。

上記の構成によれば、舵角センサ９の異常が発生した場合でも、モータ制御部１５０により検出又は推定された操舵用モータ５の回転角度の積算値に基づいて、舵角検出値を算出し、自動操舵を継続させることができる。

或いは、実施の形態１の図１８と同様に、舵角検出値の検出異常の検出時（本例では、舵角センサ９の異常の検出時）に、自動操舵制御部１２０は、舵角制御部１３０に代わって、検出した周辺状態に基づいて、舵角検出値を用いずに、モータ出力指令値を算出するように構成されてもよい。自動操舵制御部１２０は、検出した周辺状態に基づいて、走行車線に対する自車両の横方向位置を検出し、目標横方向位置と検出した横方向位置に基づいて、モータ出力指令値を算出する。詳細な構成は、実施の形態１と同様であるので省略する。

また、或いは、実施の形態１の図１９と同様に、舵角検出値の検出異常の検出時（本例では、舵角センサ９の異常の検出時）に、舵角制御部１３０は、舵角検出値を用いずに、舵角指令値に基づいて、モータ出力指令値を算出するように構成されてもよい。詳細な構成は、実施の形態１と同様であるので省略する。

＜トルクセンサの異常の検出時の操舵アシスト制御部の構成＞
異常検知部１６０は、操舵トルクを検出するトルクセンサ３の異常を検出する。トルクセンサ３の故障の検出方法には、公知の各種の方法が用いられる。

操舵方法判定部１１０又は操舵アシスト制御部１４０は、トルクセンサ３の異常の検出時は、舵角センサ９により検出した舵角検出値と、操舵用モータ５の回転角度の積算値に基づいて推定した舵角推定値との角度偏差に基づいて、操舵トルクを推定する。角度偏差により、舵角センサ９が取り付けられた操舵装置８（本例では、ステアリングシャフト４）の位置と、操舵用モータ５が取り付けられた操舵装置８（本例では、ステアリングシャフト４）の位置との間の、動力伝達経路（本例では、ステアリングシャフト４）の捩れ角を検出することができる。捩れ角に、ばね定数を乗算することにより、捩りトルクを算出することができ、捩りトルクが、操舵トルクに対応する。よって、操舵方法判定部１１０又は操舵アシスト制御部１４０は、角度偏差に、予め設定されたばね定数を乗算した値を、操舵トルクとして算出する。

そして、操舵方法判定部１１０は、推定された操舵トルクに基づいて、自動操舵を行うか、操舵アシストを行うかを判定する。また、操舵アシスト制御部１４０は、操舵アシストを行うと判定された場合は、推定された操舵トルクに基づいて、実施の形態１と同様に、モータ出力指令値を算出する。

トルクセンサ３の異常が発生した場合でも、舵角センサ９により検出された舵角検出値と、回転角度の積算値に基づいて推定した舵角推定値との角度偏差に基づいて、捩りトルクに対応する操舵トルクを推定することができ、操舵方法判定及び操舵アシスト制御を継続することができる。

或いは、操舵方法判定部１１０は、トルクセンサ３の異常の検出時に、センサにより検出したアクセルペダルの操作量及びブレーキペダルの操作量の一方又は双方に基づいて、運転者による運転意思の有無を判定し、自動操舵を行うか、操舵アシストを行うかを判定してもよい。操舵方法判定部１１０は、アクセルペダルの操作量の大きさが、判定値を超えた場合、又はブレーキペダルの操作量の大きさが、判定値を超えた場合に、操舵アシストを行うと判定し、それ以外の場合に、自動操舵を行うと判定してもよい。

＜状態検出異常の検出時の自動操舵制御部の構成＞
異常検知部１６０は、走行状態及び周辺状態のいずれかの検出異常である状態検出異常を検出する。異常検知部１６０は、走行状態検出装置２１の異常を検出する。本実施の形態では、異常検知部１６０は、少なくとも、車両速度を検出する車両速度センサ、ヨー角速度を検出するヨー角速度センサ、及び横方向の加速度を検出する横方向の加速度センサの異常を検出する。

異常検知部１６０は、周辺監視装置２０の異常を検出する。本実施の形態では、異常検知部１６０は、カメラ、レーダ等の異常を検出する。各センサ、装置の故障の検出方法には、公知の各種の方法が用いられる。

自動操舵制御部１２０は、状態検出異常の検出時に、異常が検出された走行状態又は周辺状態を、異常が検出されていない走行状態及び周辺状態の一方又は双方に基づいて推定し、検出又は推定した走行状態及び周辺状態に基づいて、舵角指令値を算出する。

この構成によれば、走行状態及び周辺状態のいずれかの検出異常の検出時に、異常が検出された走行状態又は周辺状態を、異常が検出されていない走行状態及び周辺状態の一方又は双方に基づいて推定し、自動操舵制御を継続させることができる。

実施の形態１と同様に、自動操舵制御部１２０は、車両速度センサ、ヨー角速度センサ、及び横方向の加速度センサの異常の未検出時に、車両速度、ヨー角速度、及び横方向の加速度の検出値に基づいて、舵角指令値を算出する。

一方、自動操舵制御部１２０は、車両速度センサ、ヨー角速度センサ、及び横方向の加速度センサのいずれかの異常の検出時に、正常なセンサによる走行状態の検出値、及び舵角検出値の一方又は双方に基づいて、異常なセンサの走行状態を推定し、正常なセンサによる走行状態の検出値、及び異常なセンサの走行状態の推定値に基づいて、舵角指令値を算出する。

この構成によれば、車両速度センサ、ヨー角速度センサ、及び横方向の加速度センサのいずれかの故障時に、正常な検出値に基づいて、異常なセンサの走行状態を推定し、自動操舵制御を継続させることができる。

＜ヨー角速度センサの異常の検出時＞
自動操舵制御部１２０は、ヨー角速度センサの異常の検出時に、舵角検出値及び車両速度の検出値に基づいて、ヨー角速度を推定する。上述したように、ヨー加速度は、舵角及び車両速度のそれぞれに比例する所定の関係になるため、この比例関係を用いて、ヨー角速度を推定することができる。或いは、車両速度として、左右車輪のそれぞれの回転速度が検出される場合は、自動操舵制御部１２０は、左右車輪の回転速度差に基づいて、旋回状態を求め、ヨー角速度を推定してもよい。

３．実施の形態３
実施の形態３に係る自動運転支援装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る自動運転支援装置１の基本的な構成は実施の形態２と同様であるが、低分解能の舵角センサ９が設けられており、それに伴って各処理が変更されている点が実施の形態２と異なる。図２５に、各センサの異常検出時の処理をまとめた図を示す。低分解能の舵角センサ９に係る異常検出時の処理以外は、実施の形態１又は２と同様である。

＜舵角センサの正常時及び異常時の舵角検出の構成＞
実施の形態１と同様に、舵角制御部１３０は、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、操舵用モータ５の出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する。図２６に示すように、舵角制御部１３０は、出力指令算出部１３１、及び舵角検出部１３２を備えている。

本実施の形態では、舵角センサ９による舵角検出値の角度検出分解能よりも、操舵用モータの回転角度の積算値による舵角検出値の角度検出分解能が高い。よって、舵角センサ９による低分解能の舵角を、操舵用モータの回転角度の積算値により推定可能な高分解能の舵角により補いたい。一方、組み立て時に、舵角に対する操舵用モータの回転角度を厳密に管理していないと、操舵用モータの回転角度の積算値と舵角との対応関係が確定せず、回転角度の積算値から、舵角に変換できない。

そこで、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の異常の未検出時に、舵角センサ９による舵角検出値に基づいて、操舵用モータの回転角度の積算値と舵角との対応関係を判定し、判定された対応関係、及び操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて、舵角を検出する。判定された対応関係は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置に記憶される。一方、舵角検出部１３２は、舵角センサの異常の検出時に、舵角センサの異常の未検出時に判定された対応関係、及び操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する。

この構成によれば、舵角センサ９の正常時に回転角度の積算値と舵角との対応関係を判定し、舵角センサ９の正常時又は異常時にかかわらず、判定した対応関係を用いて、回転角度の積算値により高分解能で精度の良い舵角を検出することができる。

例えば、舵角検出部１３２は、対応関係として、舵角センサ９の正常時に、舵角センサ９による舵角検出値が０になったときの回転角度の積算値を０に設定し、舵角０が０に設定された回転角度の積算値を算出する。舵角検出部１３２は、回転角度の積算値に、ギア比に応じて予め設定された換算係数を乗算して、舵角検出値を算出する。

実施の形態１と同様に、出力指令算出部１３１は、舵角指令値と舵角検出値との偏差に基づくＰＩ制御等のフィードバック制御によりモータ出力指令値（本例では、ｑ軸の電流指令値）を変化させる。

＜回転角度センサの異常時の舵角検出＞
本実施の形態では、図２７に示すように、舵角検出部１３２は、回転角度センサ３２の異常の検出時に、舵角センサ９による舵角検出値に平滑化処理を行って、舵角を検出する。平滑化処理として、ローパスフィルタ又はＰＬＬフィルタ等が用いられる。回転角度センサ３２の異常時に、回転角度の積算値により舵角検出値を算出できなくなった場合、又は回転角度の推定値により算出精度が低下する場合に、低分解能の舵角センサ９による舵角検出値の分解能を平滑化処理により向上させて用いることができる。

なお、舵角検出部１３２は、回転角度センサ３２の異常の検出時に、モータ制御部１５０により推定された操舵用モータ５の回転角度を用い、回転角度センサ３２の正常時と同様に、舵角センサ９による舵角検出値、及び推定された操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて、舵角を検出してもよい。

４．実施の形態４
実施の形態４に係る自動運転支援装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る自動運転支援装置１の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、操舵用モータ５が、ブラシ付き直流モータであり、それに伴って、モータ駆動回路３０及び各処理が変更されている点が実施の形態１又は２と異なる。図２８に、自動運転支援装置１の概略構成図を示し、図２９に、自動運転支援装置１の概略ブロック図を示す。また、図３０に、各センサの異常検出時の処理をまとめた図を示す。

＜ブラシ付き直流モータ＞
操舵用モータ５は、いわゆる、ブラシ付き直流モータである。ステータに永久磁石が設けられ、ロータに複数の電機子巻線が巻装されている。ロータの回転軸には、整流子が設けられ、非回転部材には、整流子に接触するブラシが設けられる。整流子は、回転軸の外周部に、互いに隙間を空けて周方向に等間隔に配置された複数の電極板を有している。各電極板は、特定の電機子巻線の端部に接続されている。ブラシは、第１電極のブラシ３５ａ、及び第２電極のブラシ３５ｂを有しており、一方のブラシが、モータ駆動回路３０を介して直流電源３４の正極側に接続され、他方のブラシが、モータ駆動回路３０を介して直流電源３４の負極側に接続される。ロータの回転により、第１電極及び第２電極のブラシ３５ａ、３５ｂが接触する整流子の電極板が切り替わり、電流が供給される電機子巻線が切り替わる。これにより、ロータを回転させる磁界がロータに発生する。ロータに発生するトルクは、電機子巻線に供給される電流に応じて変化する。

＜モータ駆動回路＞
モータ駆動回路３０は、スイッチング素子を有し、操舵用モータ５に供給する電力をオンオフする。本実施の形態では、図３１に示すように、モータ駆動回路３０は、Ｈブリッジ回路とされている。具体的には、モータ駆動回路３０は、直流電源３４の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子Ｓｐと、直流電源３４の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子Ｓｎと、が直列接続された直列回路を２組備えている。第１組の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第１電極のブラシ３５ａに接続され、第２組の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第２電極のブラシ３５ｂに接続される。

第１組の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１と、第２組の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ２とがオンされることで、第１電極のブラシ３５ａに直流電源３４の高電位側が接続され、第２電極のブラシ３５ｂに直流電源３４の低電位側が接続され、ロータを一方側に回転させるトルクが生じる。第１組の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ１と、第２組の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ２とがオンされることで、第１電極のブラシ３５ａに直流電源３４の低電位側が接続され、第２電極のブラシ３５ｂに直流電源３４の高電位側が接続され、ロータを他方側に回転させるトルクが生じる。

モータ駆動回路３０は、操舵用モータ５の電機子巻線に流れる電流を検出する電流センサ３１を備えている。電流センサ３１は、電機子巻線に流れる電流を検出できる箇所であれば、ブラシ側、直流電源３４側等、任意の箇所に設けられてもよい。

＜正常時のモータ制御部の構成＞
モータ制御部１５０は、後述する舵角制御部１３０により算出されたモータ出力指令値（本例では、電流指令値）に基づいて、モータ駆動回路３０のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。図３２に示すように、正常時のモータ制御部１５０は、電流検出部１５２、電流指令設定部１５３、電流フィードバック制御部１５４、及びＰＷＭ制御部１５６を備えている。電流検出部１５２は、電流センサ３１の出力信号に基づいて、電機子巻線に流れる電流を検出する。電流指令設定部１５３は、モータ出力指令値に基づいて、電流指令値を設定する。

電流フィードバック制御部１５４は、モータ出力指令値（本例では、電流指令値）及び電流検出値に基づいて、電圧指令値を算出する。電流フィードバック制御部１５４は、電流検出値が、電流指令値に近づくように、電圧指令値を変化させるフィードバック制御を行う。ＰＷＭ制御部１５６は、電流指令値が正値である場合は、電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御により、第１組の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１及び第２組の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ２をオンオフ制御し、第１組の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ１及び第２組の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ２を常時オフする。ＰＷＭ制御部１５６は、電流指令値が負値である場合は、電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御により、第１組の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ１及び第２組の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ２を制御し、第１組の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１及び第２組の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ２を常時オフする。例えば、ＰＷＭ制御部１５６は、電圧指令値を電源電圧で除算したオンデューティ比で、ＰＷＭ制御によりスイッチング素子をオンオフ制御する。

＜短絡異常の検出時のモータ制御部の構成＞
異常検知部１６０は、操舵用モータ関連異常として、スイッチング素子の短絡故障、電流供給経路の直流電源３４の高電位側又は低電位側への短絡などが生じると、電機子巻線に電流を正常に供給できなくなる。短絡故障の検出方法、及び短絡箇所の特定方法には、公知の各種の方法が用いられる。

短絡異常の検出時に、モータ制御部１５０（ＰＷＭ制御部１５６）は、短絡箇所に対応するスイッチング素子に常時オフし、短絡箇所に対応しないスイッチング素子を、正常時と同様に、電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御によりオンオフ制御する。

＜電流センサの異常検出＞
異常検知部１６０は、操舵用モータ関連異常として、電流センサ３１の異常を検出する。電流センサ３１の故障の検出方法には、公知の各種の方法が用いられる。例えば、異常検知部１６０は、モータ駆動回路３０に駆動信号を出力したときの電流検出値に基づいて、電流センサ３１の異常を判定する。

モータ制御部１５０は、電流センサの異常の未検出時に、モータ出力指令値、及び電流センサにより検出された電流検出値に基づいて、駆動信号を生成する。一方、モータ制御部１５０は、電流センサの異常の検出時に、電流検出値を用いずに、モータ出力指令値に基づいて、駆動信号を生成する。

この構成によれば、電流センサの異常の検出時も、操舵用モータにトルクを出力させ、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

本実施の形態では、図３３に示すように、電流センサの異常の検出時のモータ制御部１５０は、電流指令設定部１５３、電圧指令設定部１６２、及びＰＷＭ制御部１５６を備えている。電流指令設定部１５３及びＰＷＭ制御部１５６の構成は、正常時と同じである。電圧指令設定部１６２は、モータ出力指令値（本例では、電流指令値）に基づいて、電圧指令値を算出する。例えば、電圧指令設定部１６２は、電流指令値に、電機子巻線の抵抗値を乗算して、電圧指令値を算出する。電圧指令設定部１６２は、電流指令値に対して、モータの逆モデル（Ｒ＋ｓ×Ｌ）を表す位相進み処理を行って、電圧指令値を算出してもよい。Ｒは、電機子巻線の抵抗値であり、Ｌは、電機子巻線のインダクタンスであり、ｓは、ラプラス演算子である。

＜舵角センサの異常の検出時の構成＞
実施の形態２と同様に、自動運転支援装置１は、舵角を検出する舵角センサ９を備えている。異常検知部１６０は、舵角センサ９の異常を検出する。実施の形態１及び２と同様に、舵角制御部１３０は、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、操舵用モータ５の出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する。実施の形態２の図２３と同様に、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の異常の未検出時に、舵角センサ９により舵角を検出する。一方、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の異常の検出時に、操舵用モータ５の回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する。

図３４に示すように、舵角センサ９の異常時のモータ制御部１５０は、電流検出部１５２、電流指令設定部１５３、電流フィードバック制御部１５４、ＰＷＭ制御部１５６、及び高周波重畳部１６１を備えている。高周波重畳部１６１は、舵角センサ９の異常の検出時に、電流フィードバック制御部１５４により算出された電圧指令値に対して高周波成分Ｖｈを重畳する。例えば、高周波成分Ｖｈは、次式に示すように設定される。ここで、Ｖａは、高周波成分Ｖｈの振幅であり、ωｈは、高周波成分Ｖｈの角周波数であり、ｔは、時間である。高周波角周波数ωｈは、トルク変動が大きくならないように、モータの機械系の伝達特性のカットオフ角周波数よりも高い角周波数に設定される。

高周波成分Ｖｈの重畳後の電圧指令値が、ＰＷＭ制御部１５６に入力され、ＰＷＭ制御部１５６は、高周波成分Ｖｈの重畳後の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御により、モータ駆動回路３０のスイッチング素子をオンオフ制御する。

図３５に示すように、舵角検出部１３２は、舵角センサ９の異常の検出時に、電流検出値に基づいて、操舵用モータの回転角度を推定し、回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する。本実施の形態では、「接点切替によるインピーダンス変動を用いたブラシ付きDCモータのセンサレス角度推定法」（電学論D, Vol.137, No.11, pp.827-836）に開示されている方法が用いられる。舵角センサ９の異常時の舵角検出部１３２は、インピーダンス推定部１３２ａ、誘起電圧推定部１３２ｂ、及び角度換算部１３２ｃを備えている。

インピーダンス推定部１３２ａは、上記文献の式（Ａ）、及び式（２８）から式（３７）を用いる。インピーダンス推定部１３２ａは、上記文献の式（３７）に対応する次式を用いて、電機子巻線のインピーダンスＺｍを推定する。ここで、Ｉａは、電流検出値の高周波角周波数ωｈの成分の振幅である。

高周波成分Ｖｈの振幅Ｖａは、高周波重畳部１６１により設定されているため既知である。電流検出値の振幅Ｉａは、電流検出値に対して、高周波角周波数ωｈの成分を抽出する離散フーリエ変換処理、又はノッチフィルタ処理などを行うことにより検出される。

誘起電圧推定部１３２ｂは、上記文献の図４および式（１２）～式（１８）を用いる。誘起電圧推定部１３２ｂは、いわゆる誘起電圧オブザーバを構成しており、電流検出値、及び高周波成分Ｖｈの重畳前の電圧指令値に基づいて、角速度推定値ωｏｂを演算し、角速度推定値ωｏｂを積分して、角度推定値θｏｂを演算する。

図３６に、式（５）により推定された電機子巻線のインピーダンスＺｍの挙動を示す。インピーダンスＺｍは、周期的にパルス状に変動し、パルス状に変動する各タイミングは、特定の回転角度に対応している。角度換算部１３２ｃは、インピーダンスＺｍを、閾値Ｚｔｈと比較することにより、インピーダンスＺｍがパルス状に変動したタイミングを検出し、この検出時点で、回転角度が、前回のパルス状変動の検出時点から所定角度（本例では、π／３）だけ変化したと判定できる。

しかし、この判定だけでは、回転方向を検出することができないため、角度換算部１３２ｃは、誘起電圧推定部１３２ｂにより推定された角速度推定値ωｏｂに基づいて、回転方向を判定する。具体的には、次式に示すように、角度換算部１３２ｃは、インピーダンスＺｍのパルス状変動を検出した時に、角速度推定値ωｏｂが正値の場合は、前回更新した角度推定値θｅｓｔ＿ｏｌｄにπ／３を加算した角度を、角度推定値θｅｓｔとして更新し、角速度推定値ωｏｂが負値の場合は、前回更新した角度推定値θｅｓｔ＿ｏｌｄからπ／３を減算した角度を、角度推定値θｅｓｔとして更新する。

誘起電圧は、角速度に比例するため、誘起電圧により推定された角度推定値θｏｂは、モータの角速度が十分に大きいときは、推定精度が高くなり、モータの角速度が小さいときは、推定精度が低くなる。よって、角度換算部１３２ｃは、角速度推定値ωｏｂ又は角度推定値θｅｓｔに基づいて算出した角速度推定値が、判定値よりも小さい場合は、インピーダンス変動によって推定した角度推定値θｅｓｔを、回転角度の推定値として選択し、角速度推定値が判定値よりも大きい場合は、誘起電圧により推定された角度推定値θｏｂを、回転角度の推定値として選択する。

そして、角度換算部１３２ｃは、選択された回転角度の推定値を積算し、積算値に基づいて舵角を検出する。具体的には、舵角検出部１３２は、回転角度の積算値に、ギア比に応じて予め設定された換算係数を乗算して、舵角検出値を算出する。舵角記憶部１３２ｄ舵角が０である場合の回転角度の積算値は、０に設定される。角度換算部１３２ｃは、舵角センサ９が正常に動作しているときに、舵角センサ９により検出した舵角検出値と、回転角度の積算値との対応関係を記憶しておき、舵角センサ９の異常の検出時に、正常時に記憶された対応関係を用い、回転角度の積算値に基づいて、舵角検出値を算出する。例えば、角度換算部１３２ｃは、舵角センサ９の正常時に、舵角センサ９により検出した舵角検出値が０であるときの回転角度の積算値を０に設定し、０を基準に回転角度の積算値を算出する。

以上のように、回転角度を用いて制御が行われないブラシ付き直流モータが用いられる場合であっても、舵角センサ９の異常時に、舵角検出部１３２は、ブラシ付き直流モータに流れる電流検出値に基づいて、回転角度を推定し、回転角度の積算値に基づいて、舵角検出値を算出し、自動操舵を継続させることができる。

５．実施の形態５
実施の形態５に係る自動運転支援装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る自動運転支援装置１の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、操舵装置８の構成が変更されており、それに伴って、各部の構成が変更されている点が実施の形態１又は２と異なる。図３７に、自動運転支援装置１の概略構成図を示し、図３８に、自動運転支援装置１の概略ブロック図を示す。また、図３９に、各センサの異常検出時の処理をまとめた図を示す。

本実施の形態では、ハンドル２が、操舵車輪に機械的に連結されておらず、いわゆる、ステアバイワイヤのシステムとされている。ハンドル２には、ステアリングシャフト４が連結されている。ステアリングシャフト４には、減速装置５１を介して反力用モータ５７の回転軸が連結されている。反力用モータ５７は、運転者によるハンドル２の操舵トルクに対する反力トルクを出力する。反力用モータ駆動回路５６は、反力用モータ５７に供給する電力をオンオフする。反力用モータ５７の回転角度を検出するための反力用モータ回転角度センサ５２が設けられている。反力用モータ５７に流れる電流を検出するための反力用電流センサ５９が設けられている。反力用モータ５７及び減速装置５１とハンドル２との間のステアリングシャフト４には、運転者によるハンドル２の操舵トルクを検出するトルクセンサ３、及びハンドル２の回転角度を検出するハンドル角センサ５０が設けられている。

ラック・ピニオンギア６が設けられている。ラック・ピニオンギア６は、ピニオンシャフト５８の回転運動を左右方向の直線運動に変換し、タイロッド及びナックルアームを駆動し、車輪７の舵角を変化させる。ピニオンシャフト５８には、減速装置５４を介して操舵用モータ５の回転軸が連結されている。モータ駆動回路３０は、操舵用モータ５に供給する電力をオンオフする。操舵用モータ５の回転角度を検出するための回転角度センサ３２が設けられている。ピニオンシャフト５８には、舵角センサ９が設けられている。

操舵用モータ５は、実施の形態１と同様の３相以上の電機子巻線を有する交流モータとされており、モータ駆動回路３０は、実施の形態１と同様のインバータ回路とされている。また、反力用モータ５７は、操舵用モータ５と同様の３相以上の電機子巻線を有する交流モータとされており、反力用モータ駆動回路５６は、モータ駆動回路３０と同様のインバータ回路とされている。

図３８に示すように、制御装置１００は、反力トルク指令算出部１８０、反力出力指令算出部１８１、及び反力用モータ制御部１８２を更に備えている。制御装置１００の入出力装置９２は、ハンドル角センサ５０、反力用モータ回転角度センサ５２、反力用電流センサ５９、及び反力用モータ駆動回路５６が接続されている。なお、反力トルク指令算出部１８０、反力出力指令算出部１８１、及び反力用モータ制御部１８２は、制御装置１００とは別の制御装置に設けられてもよい。

反力トルク指令算出部１８０は、ハンドル角センサ５０により検出されたハンドル角検出値、及び車両速度に基づいて、反力用モータトルク指令値を算出する。なお、ハンドル角とトルクとの間には、式（２）と同様の関係があるため、式（３）のパラメータを本制御用に置換した式を用い、ハンドル角検出値に基づいて、反力用モータトルク指令値を算出してもよい。或いは、特許第６６２８０１７号の図５のように、車両速度を入力パラメータとする基本マップから反力用モータトルク指令値が算出されたり、ハンドル角検出値を微分してハンドル角速度を算出し、車両速度に応じて求まるダンパゲインをハンドル角速度に乗算して反力用モータトルク指令値が算出されたりしてもよい。

反力出力指令算出部１８１は、反力用モータトルク指令値、及びトルクセンサ３により検出した操舵トルクの検出値に基づいて、反力用モータ出力指令値を算出する。例えば、反力出力指令算出部１８１は、操舵トルクの検出値が、反力用モータトルク指令値に近づくように、ＰＩ制御等により、反力用モータ出力指令値を変化させる。本実施の形態では、反力出力指令算出部１８１は、反力用モータ出力指令値としてｑ軸の電流指令値を算出する。反力出力指令算出部１８１は、反力用モータ出力指令値としてトルク指令値を算出してもよい。

反力用モータ制御部１８２は、反力用モータ出力指令値に基づいて、反力用モータ駆動回路５６のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。反力用モータ制御部１８２は、実施の形態１のモータ制御部１５０と同様に構成されるので説明を省略する。

また、異常検知部１６０は、操舵用モータと同様に、反力用モータの制御システムに生じた異常である反力用モータ関連異常を検出する。反力用モータ制御部１８２は、操舵用モータと同様に、反力用モータ関連異常の検出時に、反力用モータ出力指令値に基づいて、反力用モータ関連異常の内容に応じた、異常時の駆動信号を生成する。また、異常検知部１６０は、操舵用モータと同様に、反力用モータ関連異常として、いずれか１相の回路異常を検出する。反力用モータ制御部１８２は、操舵用モータと同様に、いずれか１相の回路異常の検出時に、反力用モータ出力指令値に基づいて、正常な残りの複数相のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。

実施の形態１と同様に、操舵方法判定部１１０は、トルクセンサ３により検出した操舵トルクの検出値に基づいて、自動操舵を行うか、操舵アシストを行うかを判定する。また、実施の形態１と同様に、自動操舵制御部１２０は、自動操舵を行うと判定されている場合は、自車両の走行状態及び自車両の周辺状態を検出し、検出した走行状態及び周辺状態に基づいて、舵角指令値を算出する。実施の形態１と同様に、舵角制御部１３０は、舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、操舵用モータ５の出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する。実施の形態１と同様に、操舵アシスト制御部１４０は、操舵アシストを行うと判定されている場合は、操舵トルクの検出値に基づいて、自動操舵制御部１２０及び舵角制御部１３０に代わって、操舵トルクの検出値に基づいて、モータ出力指令値を算出する。実施の形態１と同様に、モータ制御部１５０は、モータ出力指令値に基づいて、モータ駆動回路３０のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成する。

ステアバイワイヤのシステムでも、各異常検出時の制御は、実施の形態１から３と同様であるので説明を省略する。すなわち、ステアバイワイヤのシステムでも、実施の形態１から３と同様の異常検出時の制御により、自動操舵又は操舵アシストを継続させることができる。

なお、操舵用モータ５は、実施の形態４と同様に、ブラシ付き直流モータとされ、実施の形態４と同様の異常検出時の制御が行われてもよい。また、反力用モータ５７は、実施の形態４と同様に、ブラシ付き直流モータとされ、実施の形態４と同様に、反力用モータ関連異常の検出時の制御が行われてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 自動運転支援装置、５ 操舵用モータ、９ 舵角センサ、２０ 周辺監視装置、２１ 走行状態検出装置、３０ モータ駆動回路、３１ 電流センサ、３２ 回転角度センサ、１１０ 操舵方法判定部、１２０ 自動操舵制御部、１３０ 舵角制御部、１４０ 操舵アシスト制御部、１５０ モータ制御部、１６０ 異常検知部

Claims (16)

1. 自車両の走行状態及び自車両の周辺状態を検出し、検出した走行状態及び周辺状態に基づいて、自車両の操舵装置の舵角指令値を算出する自動操舵制御部と、
   前記操舵装置を駆動する操舵用モータと、
   スイッチング素子を有し、前記操舵用モータに供給する電力をオンオフするモータ駆動回路と、
   前記舵角指令値及び舵角検出値に基づいて、前記操舵用モータの出力トルクに係るモータ出力指令値を算出する舵角制御部と、
   前記モータ出力指令値に基づいて、前記モータ駆動回路の前記スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成するモータ制御部と、
   前記操舵用モータの制御システムに生じた異常である操舵用モータ関連異常を検出する異常検知部と、を備え、
   前記モータ制御部は、前記操舵用モータ関連異常の検出時に、前記モータ出力指令値に基づいて、前記操舵用モータ関連異常の内容に応じた、異常時の駆動信号を生成する自動運転支援装置。
2. 運転者によるハンドルの操舵トルクの検出値に基づいて、前記自動操舵制御部及び前記舵角制御部により自動操舵を行うか、運転者の操舵アシストを行うかを判定する操舵方法判定部と、
   前記操舵アシストを行うと判定された場合は、前記自動操舵制御部及び前記舵角制御部に代わって、前記操舵トルクの検出値に基づいて、前記モータ出力指令値を算出する操舵アシスト制御部と、を備え、
   前記異常検知部は、前記操舵トルクを検出するトルクセンサの異常を検出し、
   前記操舵方法判定部又は前記操舵アシスト制御部は、舵角センサにより検出した舵角検出値と、前記操舵用モータの回転角度を積算して推定した舵角推定値との角度偏差に基づいて、前記操舵トルクを推定する請求項１に記載の自動運転支援装置。
3. 前記操舵用モータは、３相以上の電機子巻線を有する交流モータであり、
   前記モータ駆動回路は、各相について、前記電機子巻線への電圧印加をオンオフするスイッチング素子を備え、
   前記異常検知部は、前記操舵用モータ関連異常として、いずれか１相の回路異常を検出し、
   前記モータ制御部は、いずれか１相の回路異常の検出時に、前記モータ出力指令値に基づいて、正常な残りの複数相の前記スイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成し、
   前記舵角制御部は、いずれか１相の回路異常の検出時に、回路異常が生じた１相に対応して前記出力トルクが低下する前記操舵用モータの回転角度に対応する舵角である出力低下舵角を避けるように、前記舵角指令値を補正し、補正後の舵角指令値及び前記舵角検出値に基づいて、異常時のモータ出力指令値を算出する請求項１又は２に記載の自動運転支援装置。
4. 前記舵角制御部は、開放異常又は短絡異常の回路異常の種類、及び異常相に基づいて、前記出力低下舵角を変化させる請求項３に記載の自動運転支援装置。
5. 前記異常検知部は、前記操舵用モータ関連異常として、前記操舵用モータに供給される電流を検出する電流センサの異常を検出し、
   前記モータ制御部は、前記電流センサの異常の未検出時に、前記モータ出力指令値、及び前記電流センサにより検出された電流検出値に基づいて、前記駆動信号を生成し、前記電流センサの異常の検出時に、前記電流検出値を用いずに、前記モータ出力指令値に基づいて、前記駆動信号を生成する請求項１から４のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
6. 前記異常検知部は、前記操舵用モータ関連異常として、前記操舵用モータの回転角度を検出する回転角度センサの異常を検出し、
   前記モータ制御部は、前記回転角度センサの異常の未検出時に、前記回転角度センサにより検出された前記操舵用モータの回転角度に基づいて、前記駆動信号を生成し、
   前記回転角度センサの異常の検出時に、前記操舵用モータに流れる電流に基づいて、前記操舵用モータの回転角度を推定し、前記操舵用モータの回転角度の推定値に基づいて、前記駆動信号を生成し、
   前記舵角制御部は、前記回転角度センサの異常の未検出時に、前記回転角度センサにより検出された前記操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて、舵角を検出し、
   前記回転角度センサの異常の検出時に、前記モータ制御部により推定された前記操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する、又は検出した走行状態に基づいて舵角を推定する請求項１から５のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
7. 前記異常検知部は、前記舵角検出値の検出異常を検出し、
   前記舵角制御部は、前記舵角検出値の検出異常の未検出時に、前記舵角指令値及び前記舵角検出値に基づいて、前記モータ出力指令値を算出し、
   前記自動操舵制御部は、前記舵角検出値の検出異常の検出時に、前記舵角制御部に代わって、前記舵角検出値を用いずに、検出した前記周辺状態に基づいて前記モータ出力指令値を算出する請求項１から５のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
8. 前記自動操舵制御部は、前記舵角検出値の検出異常の検出時に、検出した前記周辺状態に基づいて、走行車線に対する自車両の横方向位置を検出し、目標横方向位置及び検出した横方向位置に基づいて、前記モータ出力指令値を算出する請求項７に記載の自動運転支援装置。
9. 前記異常検知部は、前記舵角検出値の検出異常を検出し、
   前記舵角制御部は、前記舵角検出値の検出異常の未検出時に、前記舵角指令値及び前記舵角検出値に基づいて、前記モータ出力指令値を算出し、
   前記舵角検出値の検出異常の検出時に、前記舵角検出値を用いずに、前記舵角指令値に基づいて前記モータ出力指令値を算出する請求項１から５のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
10. 前記異常検知部は、舵角を検出する舵角センサの異常を検出し、
    前記舵角制御部は、前記舵角センサの異常の未検出時に、前記舵角センサにより舵角を検出し、
    前記舵角センサの異常の検出時に、前記操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
11. 前記操舵用モータは、ブラシ付き直流モータであり、
    前記モータ制御部は、前記モータ出力指令値、及び前記ブラシ付き直流モータに流れる電流検出値に基づいて、電圧指令値を算出し、前記電圧指令値に基づいて、前記モータ駆動回路の前記スイッチング素子のオンをオンオフさせる駆動信号を生成し、
    前記舵角センサの異常の検出時に、前記電圧指令値に高周波成分を重畳させ、
    前記舵角制御部は、前記舵角センサの異常の検出時に、前記電流検出値に基づいて、前記操舵用モータの回転角度を推定する請求項１０に記載の自動運転支援装置。
12. 前記異常検知部は、舵角を検出する舵角センサの異常を検出し、
    前記舵角センサによる舵角検出値の角度検出分解能よりも、前記操舵用モータの回転角度の積算値による舵角検出値の角度検出分解能が高く、
    前記舵角制御部は、前記舵角センサの異常の未検出時に、前記舵角センサによる舵角検出値に基づいて、前記操舵用モータの回転角度の積算値と舵角との対応関係を判定し、判定した前記対応関係、及び前記操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて、舵角を検出し、
    前記舵角センサの異常の検出時に、前記舵角センサの異常の未検出時に判定した前記対応関係、及び前記操舵用モータの回転角度の積算値に基づいて舵角を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
13. 前記異常検知部は、前記操舵用モータの回転角度を検出する回転角度センサの異常を検出し、
    前記舵角制御部は、前記回転角度センサの異常の検出時に、前記舵角センサによる舵角検出値に平滑化処理を行って、舵角を検出する請求項１２に記載の自動運転支援装置。
14. 前記異常検知部は、走行状態及び周辺状態のいずれかの検出異常である状態検出異常を検出し、
    前記自動操舵制御部は、前記状態検出異常の検出時に、異常が検出された走行状態又は周辺状態を、異常が検出されていない走行状態及び周辺状態の一方又は双方に基づいて推定し、検出又は推定した走行状態及び周辺状態に基づいて、前記舵角指令値を算出する請求項１から１３のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
15. 前記自動操舵制御部は、前記走行状態として、車両速度、ヨー角速度、及び横方向の加速度を検出し、
    前記異常検知部は、前記車両速度を検出する車両速度センサ、前記ヨー角速度を検出するヨー角速度センサ、及び前記横方向の加速度を検出する横方向の加速度センサの異常を検出し、
    前記自動操舵制御部は、前記車両速度センサ、前記ヨー角速度センサ、及び前記横方向の加速度センサの異常の未検出時に、車両速度、ヨー角速度、及び横方向の加速度の検出値に基づいて、前記舵角指令値を算出し、
    前記車両速度センサ、前記ヨー角速度センサ、及び前記横方向の加速度センサのいずれかの異常の検出時に、正常なセンサによる走行状態の検出値、及び前記舵角検出値の一方又は双方に基づいて、異常なセンサの走行状態を推定し、正常なセンサによる走行状態の検出値、及び異常なセンサの走行状態の推定値に基づいて、前記舵角指令値を算出する請求項１から１４のいずれか一項に記載の自動運転支援装置。
16. 前記自動操舵制御部は、前記ヨー角速度センサの異常の検出時に、前記舵角検出値及び車両速度の検出値に基づいて、前記ヨー角速度を推定し、前記車両速度の検出値、前記ヨー角速度の推定値、及び前記横方向の加速度の検出値に基づいて、前記舵角指令値を算出する請求項１５に記載の自動運転支援装置。

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