JP2005053304A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータへの供給電流の目標電流値を決定することなく操舵補助を行うことができること。また、操舵動作などに応じた操舵トルクを取得できない場合でも、上記モータによる操舵補助を継続して行うことができる。
【解決手段】 操舵軸３の入出力軸３２，３３の回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１及び第２のセンサ部と、これらセンサ部の検出結果を用いて対応する回転角検出部と、これらの回転角検出部の検出結果を用いたトルク検出部と、これらの検出部の検出結果に応じて電動モータ６の駆動制御を行う制御ユニット２１とを設ける。そして、制御ユニット２１は操舵トルクの検出値を取得できない場合に、第１及び第２の回転角検出部の一方からの回転角に基づき当該回転角の変化量を求めるとともに、その求めた変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときに、電動モータ６に所定期間の間、電流を供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載され、電動モータを用いてドライバーの操舵動作を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

例えば自動車に搭載される電動パワーステアリング装置は、操舵部材から操向車輪に至る操舵機構に連結された電動モータを備えており、このモータの動力を操舵機構に付与することで上記操舵部材でのドライバーによる操舵動作を補助するようになっている。また、このようなステアリング装置の上記操舵機構には、一端部側及び他端部側が操舵部材及び操向車輪にそれぞれ連結され、ドライバーの操舵動作に伴い回転する操舵軸が設けられており、当該ステアリング装置では、一般的に上記操舵動作などに応じて操舵軸に発生した操舵トルクを基に上記電動モータの駆動制御が行われている。

従来の電動パワーステアリング装置には、上記操舵トルクを直接的に検出するトルクセンサを備えたものや操舵軸の操舵部材側及び操向車輪側での回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１及び第２のセンサ部を設けて、これらのセンサ部からの検出結果を用いて上記の各回転角及び操舵トルクを算出するものがある。また、下記特許文献１の従来装置のように、操向車輪の舵角を検出する舵角センサを設けて、このセンサの検出結果を基に操舵トルクを算出するものもある。

特許第２９６９７０１号公報（第２〜４頁、第２図）

ところが、上記のような従来装置では、取得した操舵トルクに従って上記電動モータの目標電流値を決定し、この決定した目標電流値を用いたフィードバック制御によって当該モータに電流を供給することで操舵補助を行っていた。このため、上記トルクセンサや舵角センサ等に故障や異常が生じた場合などに起因して操舵動作などに応じた操舵トルクを取得できなくなると、モータの目標電流値を決定することができなくなって、不適切な操舵補助が行われるのを未然に防ぐために、当該モータへの電流供給を停止していた。この結果、ドライバーでの操舵負担が増加したり、この負担増加に伴って操舵部材を動作させ難くなったりして、自動車の操作性が大幅に低下することがあった。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、電動モータへの供給電流の目標電流値を決定することなく当該モータによる操舵補助を簡単かつ高速に行うことができる新たな技術的手段を備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、操舵動作などに応じた操舵トルクを取得できない場合でも、電動モータによる操舵補助を継続して行うことができ、よって車両の操作性が低下するのを抑える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目的とする。

本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵部材から操向車輪に至る操舵機構に電動モータの動力を付与して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵部材及び前記操向車輪の少なくとも一方側の舵角を検出する舵角検出部と、前記舵角検出部が検出した舵角を用いて前記電動モータの駆動制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記舵角検出部からの舵角に基づき当該舵角の変化量を求めるとともに、その求めた変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときに、前記電動モータに所定期間の間、電流を供給することを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、制御部は上記舵角の変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときにのみ、所定期間の間、電動モータへの電流供給を行うので、このモータへの目標電流値を決定せずに当該モータを駆動することができ、モータ動力による操舵補助を簡単かつ高速に行うことができる。また、上記舵角の変化量が閾値よりも大きいときにのみ、モータに電流を供給しているので、操舵補助を必要とするときにのみ操舵補助を行うことができる。しかも、このように舵角変化量をモータの駆動基準として利用することで、制御部は操舵補助を必要とする操舵動作が行われたか否かについて判別することができ、ドライバーの操舵負担の軽減を適切に行うことが可能となる。

また、別の観点による本発明の電動パワーステアリング装置は、一端部側及び他端部側に操舵部材及び操向車輪が連結された操舵軸を具備する操舵機構と、この操舵機構に動力を付与して操舵補助を行う電動モータと、前記操舵軸の操舵部材側及び操向車輪側での回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１及び第２のセンサ部と、これらの第１及び第２のセンサ部からの出力信号をそれぞれ用いて前記操舵部材側及び操向車輪側での回転角を検出する第１及び第２の回転角検出部と、前記操舵軸に生じた操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記第１及び第２の回転角検出部からの回転角と前記トルク検出部からの操舵トルクとを用いて前記電動モータの駆動制御を行う制御部とを備え、
前記制御部が前記操舵トルクの検出値を取得できない場合に、当該制御部は前記第１及び第２の回転角検出部の一方からの回転角に基づき当該回転角の変化量を求めるとともに、その求めた変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときに、前記電動モータに所定期間の間、電流を供給することを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、上記トルク検出部の異常などに起因して制御部が操舵トルクの検出値を取得できない場合に、当該制御部は一方の回転角検出部からの回転角の変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときにのみ、電動モータに所定期間の間、電流を供給している。これにより、操舵トルクの検出値を取得できない場合でも、制御部は、上記モータを駆動して操舵補助を継続することができ、操舵補助が停止されることによる車両の操作性が低下するのを抑制することができる。また、上記回転角の変化量が閾値よりも大きいときにのみ、モータに電流を供給しているので、操舵補助を必要とするときにのみ操舵補助を行うことができる。しかも、このように回転角変化量をモータの駆動基準として利用することで、制御部は操舵補助を必要とする操舵動作が行われたか否かについて判別することができ、ドライバーの操舵負担の軽減を適切に行うことが可能となる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、前記制御部は、所定周期毎に、前記舵角の変化量または前記回転角の変化量を求めることが好ましい。
この場合、制御部は所定周期毎に上記電動モータによる操舵補助が必要か否かについて判別することとなり、操舵補助をより適切に行うことができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、前記制御部は、前記舵角検出部からの舵角の変化量、前記第１または第２の回転角検出部からの回転角の変化量のいずれかに基づくオープンループ制御により、前記電動モータを駆動して操舵補助を行うことが好ましい。
この場合、電動モータはフィードバック制御に比べて簡単かつ高速なオープンループ制御にて駆動されるので、より簡便な方法で適切な操舵補助を迅速に行うことができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、前記制御部は、前記所定期間に対して所定のデューティ比を設定するとともに、このデューティ比でのオン時間に従って前記電動モータに電流を供給してもよい。
この場合、上記検出角度が電動モータからの動力が付与されることによって過剰に大きくなるのを抑えることが可能となり、より適切な操舵補助を行うことができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、前記制御部には、車速センサが検出した車両の速度が入力されるとともに、前記制御部は、前記車速センサからの車両速度に応じて、前記電動モータへの電流供給量を変更することが好ましい。
この場合、電動モータへの電流供給量が車両速度に応じて変更されるので、当該速度により適合したモータ動力によってさらに適切な操舵補助を行うことができる。

本発明によれば、制御部が舵角などの上記検出角度の変化量がその閾値を超えたときにのみ、電動モータを駆動して操舵補助を行うので、操舵トルクの検出値に従ってモータ目標電流値を決定していた上記従来例と異なり、制御部は、操舵補助を簡単かつ高速に行わせることができるとともに、操舵トルクを取得できない場合でも、操舵補助を必要とする操舵動作が行われたときにのみモータを駆動することが可能となって車両操作性が低下するのを抑制することができる。

以下、本発明の電動パワーステアリング装置を示す好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構造を模式的に示す図である。図において、当該装置は、例えば自動車に搭載され、操舵部材（ステアリングホイール）１とピニオン２との間に、操舵軸３を介在させたものである。操舵軸３は、その中心に設けられたトーションバー３１と、トーションバー３１の入力側（上方）に固定された入力軸３２と、トーションバー３１の出力側（下方）に固定された出力軸３３とを備えている。入力軸３２と出力軸３３とは、互いに同軸に配置されているが、相互には直接連結されておらず、トーションバー３１を介在させて同軸的に連結されている。

上記入力軸３２には操舵部材１が連結され、ドライバーの操舵動作による操舵部材１の回転が直接的に伝えられるようになっている。
上記出力軸３３には、ウォーム５及びこれに噛み合うウォームホイール４を有する減速機構と、上記ウォーム５が出力軸に一体回転可能に取り付けられ、制御部としての制御ユニット（ＥＣＵ）２１により制御される操舵補助用の電動モータ６とが連結されており、当該モータ６の回転を減速しピニオン２に操舵補助力として伝達する。このピニオン２の回転が、ラック７の直線運動に変換され、左右のタイロッド８を介して操向車輪９が転舵される。上記減速機構と電動モータ６とが、操舵部材１から操向車輪９に至る操舵機構に操舵補助力を付与する操舵補助部を構成している。

また、上記入力軸３２及び出力軸３３には、センサ部が設けられており、操舵部材１への上記操舵動作に伴い回転する入出力軸３２，３３の各回転角を検出するようになっている。具体的には、図２も参照して、入力軸３２には、第１のターゲット板３４が一体回転可能に取り付けられ、さらにこのターゲット板３４の外周外方に第１の磁気センサＡ１，Ｂ１が配置されている。同様に、出力軸３３には、第２及び第３のターゲット板３５，３６が一体回転可能に取り付けられ、さらにこれらターゲット板３５，３６の外周外方に第２及び第３の磁気センサＡ２，Ｂ２及びＡ３，Ｂ３がそれぞれ配置されている。

上記第１のターゲット板３４と第１の磁気センサＡ１，Ｂ１とが入力軸３２の回転角に応じた信号を制御ユニット２１に出力する第１のセンサ部Ｐを構成し、第２のターゲット板３５と第２の磁気センサＡ２，Ｂ２とが出力軸３３の回転角に応じた信号を制御ユニット２１に出力する第２のセンサ部Ｑを構成している。また、第３のターゲット板３６と第３の磁気センサＡ３，Ｂ３とは出力軸３３の回転角に応じた信号を制御ユニット２１に出力する第３のセンサ部Ｒを構成するものであり、制御ユニット２１が上記第２及び第３のセンサ部Ｑ，Ｒの出力を用いて出力軸３３の絶対回転位置を検出するようになっている。

上記各ターゲット板３４〜３６は、磁性体からなる外周の歯が周方向に等間隔に設けられた平歯車状に構成されたものであり、外周に凹凸を有するターゲットを形成している。歯数は、第１のターゲット板３４と第２のターゲット板３５とが同数Ｎ（例えば３６）で、第３のターゲット板３６はＮとは互いに素（１以外の公約数をもたない）である数（例えば３５）である。
また、第１〜第３の磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３は、対応するターゲット板３４〜３６の外周の歯に対向するように配置されており、これらはセンサボックス１０に収められている。センサボックス１０は車体の所定位置に固定されている。第１の磁気センサＡ１，Ｂ１は、第１のターゲット板３４の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。同様に、第２の磁気センサＡ２，Ｂ２は、第２のターゲット板３５の互いに異なる周方向位置に対向して配置され、第３の磁気センサＡ３，Ｂ３は、第３のターゲット板３６の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。

上記の各磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３は、磁界の作用により抵抗が変化する特性をもつ素子、例えば磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有するものであり、対向する各ターゲット板３４〜３６の外周の凹凸に応じて周期的に変化する電圧信号を出力する。詳細には、ドライバーのステアリング操作に応じて、第１のターゲット板３４が入力軸３２と共に回転すると、凹凸により第１の磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号は入力軸３２及びターゲット板３４の回転角の変化（角変位）に応じて周期的に変化する周期信号となる。また、第２のターゲット板３５が出力軸３３と共に回転すると、凹凸により第２の磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号は出力軸３３及びターゲット板３５の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となり、第３のターゲット板３６が出力軸３３と共に回転すると、凹凸により第３の磁気センサＡ３，Ｂ３の出力信号は出力軸３３及びターゲット板３６の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となる。

また、上記第１の磁気センサＡ１とＢ１とは、それらの出力信号が、図３に示すように、電気角で例えばπ／２の位相差を生じるよう第１のターゲット板３４に対向して配置されている。同様に、第２の磁気センサＡ２とＢ２とは、それらの出力信号がπ／２の位相差を生じるよう第２のターゲット板３５に対向して配置され、第３の磁気センサＡ３とＢ３とは、それらの出力信号がπ／２の位相差を生じるよう第３のターゲット板３６に対向して配置されている。このように、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒにおける２つの磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３からの出力信号の位相を各々ずらすことにより、対応するターゲット板３４〜３６の凹凸形状に応じて、非線形な変化が出力波形の極大値及び極小値付近で現れたときでも、制御ユニット２１は２つの磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の一方の信号が非線形領域のときは他方の線形領域の信号を用いることができ、入出力軸３２，３３の各回転検出精度が低下するのを防ぐことができる。

さらに、第３のターゲット板３６の歯数（＝３５）が第２のターゲット板３５の歯数（＝３６）より１少ないことにより、第３の磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、第２の磁気センサＡ２，Ｂ２の出力と比べて、出力軸３３の回転量（２π／３６）当たりに（（２π／３６）−（２π／３５））の位相ずれを生じ、出力軸３３の１回転で元に戻る。従って、予め出力軸３３の絶対回転位置と上記位相のずれとの関係を調べてテーブル化しておくことにより、位相ずれから出力軸３３の絶対回転位置を割り出すことができる。このようなテーブルは、制御ユニット２１の後述のデータ記憶部に予め格納されている。

上記制御ユニット２１は、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの出力を用いて所定の演算を行う演算部２１ａと、この演算部２１ａの演算結果に基づき電動モータ６の駆動制御を行う駆動制御部２１ｂとを備えている。この制御ユニット２１には、車速センサ２２によって検出された車速の信号が入力されるようになっており、自動車の走行速度を鑑みて電動モータ６で発生させる動力を決定するようになっている。また、制御ユニット２１には、不揮発性メモリなどにより構成されたデータ記憶部（図示せず）が設けられており、このデータ記憶部には、電動モータ６の駆動制御に必要なプログラムやテーブル化された情報等が予め格納され、さらには当該ユニット２１の各部での演算結果などや上記車速センサ２２などからの自動車の走行状態等を示す情報が適宜記憶される。

上記演算部２１ａには、第１のセンサ部Ｐ（磁気センサＡ１，Ｂ１）の出力信号を用いて操舵軸３の操舵部材１側、つまり入力軸３２の回転角を検出する第１の回転角検出部の機能、及び第２のセンサ部Ｑ（磁気センサＡ２，Ｂ２）または第３のセンサ部Ｒ（磁気センサＡ３，Ｂ３）の出力信号を用いて操舵軸３の操向車輪９側、つまり出力軸３３の回転角を検出する第２の回転角検出部の機能が付与されている。また、演算部２１ａは、上記第１及び第２の回転角検出部によって検出された上記各回転角を用いて、上記操舵部材１へのドライバーの操舵動作に応じて当該部材１から操舵軸３側に入力される入力トルクと自動車の走行路面などに応じて操向車輪９から操舵軸３側に逆入力される外乱トルクなどの逆入力トルクとによって当該操舵軸３に生じた操舵トルクを検出するトルク検出部の機能、及びこのトルク検出部にて検出された操舵トルクに基づき上記操舵補助部から付与させる操舵補助力を決定する機能をもつように構成されている。また、演算部２１ａに付与された上記第１及び第２の回転角検出部は、各々上記の操舵動作などに伴って応動した操舵部材１側の舵角を検出する舵角検出部の機能をも具備している。

具体的にいえば、演算部２１ａは、所定のサンプリング周期で、例えばセンサ部Ｐ，Ｑの出力を取得し、対応する入力軸３２及び出力軸３３の回転角を得た後、入出力軸３２，３３の相対回転角の絶対値を求めて、上記操舵トルクを取得する。そして、演算部２１ａは、取得した操舵トルクに基づいて電動モータ６への指令値（目標電流値）を決定し駆動制御部２１ｂに指示する。また、演算部２１ａは、第３のセンサ部Ｒの出力を用いることによって出力軸３３の絶対回転角の絶対値を求め上記操舵トルクを算出可能となっており、上記操向車輪９の向きを考慮したより精密な制御を行えるようになっている。
上記駆動制御部２１ｂは、演算部２１ａから指示された指令値に基づいて電動モータ６に電流を供給して当該モータ６を駆動する。これにより、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ドライバーの操舵動作を検出してその動作に応じた操舵補助力を付与することができる。

また、上記制御ユニット２１では、演算部２１ａが上記操舵トルクを用いた通常の第１アシストモードと、当該操舵トルクを取得できない場合に、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの出力を用いてそれぞれ得られる回転角θ１，θ２，θ３のいずれかの検出角度（検出舵角）の角度変化量（Δθ）を用いた第２アシストモードとを適宜切り換えてドライバーの運転操作を補助することができるよう構成されている。そして、この制御ユニット２１では、後に詳述するように、操舵トルクを取得できない場合でのフェイルモードとしての上記第２アシストモードを実施することにより、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の一部に故障などが生じた場合でも、電動モータ６の動力による操舵補助が停止されるのを防止することができるようになっている。

ここで、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置での動作について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。尚、以下の説明では、説明の簡略化のために、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒによって検出される回転角θ１〜θ３のうち、回転角θ１，θ２を用いて、上記第１または第２アシストモードを行う場合について説明する。また、第２アシストモードにおいては、上記角度変化量Δθとして所定の時間での角度の変化率（つまり、角速度）に基づき電動モータ６の駆動制御を行う場合を例示して説明する。

図４のステップＳ１において、制御ユニット２１では、演算部２１ａが第１及び第２のセンサ部Ｐ，Ｑの出力から得られる回転角θ１，θ２が正常な値か否かについて判別している。詳細にいえば、例えば第１のセンサ部Ｐにおいて、その一対の上記磁気センサＡ１，Ｂ１のうち、少なくとも一方のセンサに恒久的な、または一時的な故障が生じたり、これらの各センサＡ１，Ｂ１と制御ユニット２１とを繋ぐ配線での接触不良の発生や電磁ノイズが悪影響を及ぼしたりすると、それら一対のセンサＡ１，Ｂ１の出力信号が上記電気角でπ／２の位相差で出力されなかったり、残りのセンサ部Ｑの出力が変動しているにも係わらず当該センサ部Ｐのセンサ信号値が変化せずに一定値を示したりする異常な値となる。そこで、演算部２１ａは、各センサ部Ｐ，Ｑでの二つの磁気センサＡ１，Ｂ１；Ａ２，Ｂ２の相互チェックを行ったり、センサ部Ｐ，Ｑの出力比較などを行うことにより、上記回転角θ１，θ２が正常な値か否かについて判別する。また、演算部２１ａは、部分的なデータ消去などによって上記データ記憶部内のテーブルを参照できずに回転角θ１またはθ２を求めることができない場合でも、求められない回転角θ１またはθ２が異常な値であると判別する。

上記ステップＳ１において、演算部２１ａが回転角θ１，θ２がともに正常な値であると判別すると、演算部２１ａは操舵トルクを用いた上記第１アシストモードにより、電動モータ６の駆動制御を行う（ステップＳ２）。すなわち、演算部２１ａは、回転角θ１，θ２から入出力軸３２，３３の上記相対回転角の絶対値を求めて操舵トルクを取得し、その取得した操舵トルクの検出値に従って電動モータ６での目標電流値を決定する。そして、演算部２１ａは、決定した目標電流値を用いたフィードバック制御を行うことにより、当該モータ６に電流を供給してドライバーの操舵動作などに応じた動力を当該モータ６から操舵機構に付与する。これにより、第１アシストモードでは、操舵フィーリングの低下を極力抑えた操舵補助が行われる。

また、上記ステップＳ１において、演算部２１ａが回転角θ１またはθ２のいずれか、例えば入力軸３２の回転角θ１が異常な値であると判別したときは、当該演算部２１ａは所定のダイアグ出力処理を行う（ステップＳ３）。具体的には、演算部２１ａは、上記データ記憶部内に設定された異常・故障の履歴情報を格納する記憶領域内に、異常な値と判別した回転角θ１に関する所定情報、例えばその異常な値、異常・故障の箇所、検出日時等のデータを上記記憶領域内に記憶させる。
続いて、演算部２１ａは、上記操舵トルクを取得できないと判断して、正常な出力軸３３の回転角θ２の上記角度変化率Δθを用いた第２アシストモードに切り換えて当該アシストモードにより電動モータ６に対する駆動制御を行う（ステップＳ４）。

具体的にいえば、この第２アシストモードでは、演算部２１ａは、上記第２のセンサ部Ｑの出力信号を用いて求められる出力軸３３の回転角θ２での角度変化率Δθ２が所定の閾値Δθ２ｐを超えるか否かについて判別しており、図５に示すように、演算部２１ａは角度変化率Δθ２の絶対値が閾値Δθ２ｐ以下であることを検知したときは、演算部２１ａは操舵補助を行う必要がないと判断し、電動モータ６の駆動を停止する。
また、演算部２１ａが上記角度変化率Δθ２の絶対値が閾値Δθ２ｐよりも大きいことを検知したときは、演算部２１ａはモータ動力による操舵補助が行われるように、上記モータ６に所定期間の間、電流を供給する。詳細には、角度変化率Δθ２が例えば図６（ａ）に示す波形のように変動する場合において、演算部２１ａはセンサ部Ｑの各磁気センサＡ２，Ｂ２での上記サンプリング周期に等しい回転角θ２及びその変化率Δθ２の検出周期（同図の矢印で示す周期）毎に、第２のセンサ部Ｑの磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号を基に当該回転角θ２及び角度変化率Δθ２を求める。

次に、演算部２１ａが求めた角度変化率Δθ２の絶対値が閾値Δθ２ｐを超えたことを判別すると、演算部２１ａは、図６（ｂ）に示すように、例えば上記検出周期に対して設定された所定のデューティ比に従って電動モータ６の駆動制御を行う。つまり、演算部２１ａは、同図（ｂ）の斜線部にて示すオン時間の間、すなわち上記サンプリング周期よりも短い時間の間、図示しない電源から電動モータ６に電圧を印加させる。その後、次の検出周期において、演算部２１ａが角度変化率Δθ２が引き続き閾値Δθ２ｐを超えていること、つまり出力軸３３が同一方向に連続的に回転していることを判別すると、演算部２１ａは上記オン時間の間、電圧印加を断続的に行わせる。この結果、電動モータ６に供給される電流は図６（ｃ）に示す波形となり、出力軸３３が一方向に連続回転するときに、結果的にその供給電流の積分値にで規定されるモータ動力が操舵機構に付与されて操舵補助が行われる。
また、この第２アシストモードでは、電動モータ６での目標電流値を決定していた上記第１アシストモードと異なり、目標電流値を決定することなく電流供給を行うオープンループ制御によってモータ６は制御されて、モータ動力による操舵補助を簡単かつ高速に行うことができる。

また、上記第２アシストモードでの印加電圧の大きさ、デューティ比のオン時間、及びこれらの値により定まる供給電流値、並びに閾値は、ステアリング特性などの自動車特性やモータ６の種類等の上記操舵補助部の構成などに応じて予め決定されて上記データ記憶部内に格納されている。但し、上記デューティ比については、車速センサ２２から演算部２１ａに出力される自動車の速度に応じて適宜変更されるようになっており、当該演算部２１ａは自動車速度が速くなるにつれて、オフ時間に対するオン時間の割合を小さくしたデューティ比を選ぶことにより、過剰なアシスト力（モータ動力）が操舵機構に付与されることによる危険な走行が自動車で行われないようになっている。
尚、上記説明では、自動車速度が速くなるにつれて、オン時間の割合を小さくする構成について説明したが、当該速度に応じて電動モータ６への電流供給量を変更できるものであればよく、自動車速度が速くなるにつれて、モータ６への印加電圧を小さくするものでもよい。

また、この第２アシストモードでは、上記第１アシストモードと異なり、ドライバーでの操舵部材１への操舵動作感に対して、若干の違和感を当該ドライバーにあえて体感させるようになっている。具体的には、演算部２１ａにおいて、例えば上記回転角θ２の正常な検出値に基づきドライバーの操舵動作などに応じた操舵トルクを類推し、かつ第１アシストモードと同様に、電動モータ６での目標電流値を決定することも可能であるが、この第２アシストモードでは上記目標電流値による第１アシストモードでの動力よりも比較的小さめの動力をモータ６から操舵機構に付与させることで、ドライバーに違和感を感じさせるようになっている。これにより、制御ユニット２１が第２アシストモードを選択したときに、上記デューティ比に従って断続的にモータ６に電圧印加を行う点とも相まって、ドライバーに例えば入力軸３２の回転角θ１の検出機構の異常に起因するステアリング装置の故障が生じていることを把握させるようになっている。尚、この説明以外に、例えば上記ステップＳ３において、演算部２１ａが異常・故障の履歴を記憶させるダイアグ出力処理を行ったときに、例えば運転パネル上で点滅するライトやスピーカなどを用いた通知手段によって記憶させた異常・故障をドライバーなどの自動車の搭乗者に通知することもできる。

以上のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置では、入出力軸３２，３３の回転角θ１，θ２の一方の検出角度の異常などによって上記操舵トルクを取得できない場合に、制御ユニット（制御部）２１は、他方の検出角度の角度変化率（変化量）Δθを用いた第２アシストモードによって電動モータ６に電流供給を行い、このモータ動力によるアシストを実施させているので、上記従来例と異なり、操舵トルクを取得できないときでも制御ユニット２１は電動モータ６の駆動制御を行ってその動力による操舵補助を継続的に行うことができる。この結果、操舵トルクを取得できないときでも操舵補助が停止されるのを防いで、自動車の操作性が低下するのを抑制することができるとともに、上記第２アシストモードがオープンループ制御によりモータ６の駆動制御を行うので、従来例に比べて簡単かつ高速な操舵補助を実施することができる。また、上記角度変化率Δθの絶対値がその閾値よりも大きいときにのみ、モータ６に電流を供給しているので、操舵補助を必要とするときにのみ操舵補助を行うことができる。しかも、このように角度変化率Δθをモータ６の駆動基準として利用することで、制御ユニット２１は操舵補助を必要とする操舵動作が行われたか否かについて判別して、ドライバーの操舵負担の軽減を適切に行うことができる。

また、本実施形態では、図５に示したように、上記角度変化率Δθの絶対値が閾値以下の範囲にあるときには、操舵動作が行われても電動モータ６を駆動しないので、モータ６を含む当該ステアリング装置での故障等の発生をドライバーに知らしめることが可能となる。しかも、角度変化率Δθが閾値を超えて電流供給を上記モータ６に行うときでも、ドライバーが違和感を感じるように当該モータ６の駆動制御を行うので、ドライバーは第２アシストモードでモータ６が駆動されていることを早期に知覚することが可能となって、操舵トルクを検出できない故障発生時から早い段階での修理をドライバーに促して自動車が故障したまま長期間運転されるのを防ぐことができる。

尚、上記の説明では、磁気センサの検出結果を用いて入出力軸の対応する回転角を検出する第１及び第２の回転角（舵角）検出部及び上記操舵トルクを検出するトルク検出部の機能が付与された演算部において、上記デューティ比のオン時間に従って電動モータへの電流供給を行う構成について説明したが、本発明はドライバーの操舵動作などに伴い変動する検出角度の変化量が所定の閾値を超えたときに、所定期間の間、電流供給をモータに行うものであれば何等限定されない。具体的には、トルクセンサと角度センサとが別体に設けられた構成のステアリング装置にも適用することができる。また、上記ラックの車幅方向への動きを位置センサなどにより検出して、操向車輪側の舵角（いわゆる、タイヤ角）を検出して電動モータの駆動制御を行うステアリング装置にも適用することができる。

また、上記の説明では、デューティ比を磁気センサのサンプリング周期と同一時間に対し設定した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記サンプリング周期と異なる時間間隔に電流供給を行うものでもよい。但し、上記サンプリング周期に一致する検出周期毎に、デューティ比を設定することにより、操舵動作に対してより適切なタイミングで操舵補助を行いつつ、モータ動力が加えられることによる検出角度の過剰な増加（発散現象）を抑えた状態でより適切な操舵補助を行える点で好ましい。

また、上記の説明では、角度変化量として所定の時間での角度の変化率（角速度）を用いた場合について説明したが、角加速度等の変化量を基準にモータへの電流供給を決定する構成でもよい。
また、図４のフローチャートを用いた説明では、回転角θ１，θ２のいずれか一方の回転角の異常を判別し、正常な他方の回転角を用いて第２アシストモードを実行する場合について説明したが、第３のセンサ部Ｒ出力から得られる回転角θ３を用いて第２アシストモードを行ってもよい。

本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構造を模式的に示す図である。 上記電動パワーステアリング装置におけるトーションバー、入力軸、出力軸、各ターゲット板、及び磁気センサを模式的に表した図である。 上記電動パワーステアリング装置における磁気センサからの出力信号（電圧）を示すグラフである。 上記電動パワーステアリング装置での主な動作例を示すフローチャート図である。 図４に示した第２アシストモードにおける電動モータの駆動制御方法を示すグラフである。 上記第２アシストモードでの電動モータに対する具体的な駆動例を示すグラフであり、（ａ）は角度変化率の変化例を示す波形図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ（ａ）に示した角度変化率を検知したときの電動モータへの印加電圧及び供給電流を示す波形図である。

符号の説明

１ 操舵部材
３ 操舵軸
６ 電動モータ
９ 操向車輪
２１ 制御ユニット（制御部）
２１ａ 演算部（舵角検出部、第１及び第２の回転角検出部、トルク検出部）
２１ｂ 駆動制御部
２２ 車速センサ
Ｐ 第１のセンサ部
Ｑ 第２のセンサ部
Ｒ 第３のセンサ部

Claims (6)

1. 操舵部材から操向車輪に至る操舵機構に電動モータの動力を付与して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、
   前記操舵部材及び前記操向車輪の少なくとも一方側の舵角を検出する舵角検出部と、
   前記舵角検出部が検出した舵角を用いて前記電動モータの駆動制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記舵角検出部からの舵角に基づき当該舵角の変化量を求めるとともに、その求めた変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときに、前記電動モータに所定期間の間、電流を供給することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 一端部側及び他端部側に操舵部材及び操向車輪が連結された操舵軸を具備する操舵機構と、この操舵機構に動力を付与して操舵補助を行う電動モータと、前記操舵軸の操舵部材側及び操向車輪側での回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１及び第２のセンサ部と、これらの第１及び第２のセンサ部からの出力信号をそれぞれ用いて前記操舵部材側及び操向車輪側での回転角を検出する第１及び第２の回転角検出部と、前記操舵軸に生じた操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記第１及び第２の回転角検出部からの回転角と前記トルク検出部からの操舵トルクとを用いて前記電動モータの駆動制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部が前記操舵トルクの検出値を取得できない場合に、当該制御部は前記第１及び第２の回転角検出部の一方からの回転角に基づき当該回転角の変化量を求めるとともに、その求めた変化量が所定の閾値を超えたことを判別したときに、前記電動モータに所定期間の間、電流を供給することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御部は、所定周期毎に、前記舵角の変化量または前記回転角の変化量を求め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、前記舵角検出部からの舵角の変化量、前記第１または第２の回転角検出部からの回転角の変化量のいずれかに基づくオープンループ制御により、前記電動モータを駆動して操舵補助を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記制御部は、前記所定期間に対して所定のデューティ比を設定するとともに、このデューティ比でのオン時間に従って前記電動モータに電流を供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御部には、車速センサが検出した車両の速度が入力されるとともに、
   前記制御部は、前記車速センサからの車両速度に応じて、前記電動モータへの電流供給量を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

Images