JP2005186759A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサでの一時的な故障などによりアシスト制御が停止された場合でも、その故障が解消したときにはアシスト制御に復帰す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。
【解決手段】第１のセンサ部Ｐを有し、入力軸３２の回転に応じた信号を出力する第１の回転検出部と、第２及び第３のセンサ部Ｑ，Ｒを備え、出力軸３３の回転に応じた信号を出力する第２の回転検出部と、これらの回転検出部の出力信号を基に入出力軸３２，３３の各回転角とトーションバー３１に作用したトルクを検出するとともに、電動モータ６の駆動制御を行う制御ユニット２０とを設ける。そして、制御ユニット２０は、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでの故障発生の有無を判定し、かつこの判定結果を基にトルクの検出値を用いたトルク制御モードと入出力軸３２，３３の一方の回転角の検出値を用いた舵角制御モードとを双方向に切り替えて、電動モータ６の駆動制御を行う。
【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に応じて操舵軸に発生した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、上記トルクを検出するトルクセンサと操舵軸の回転角（操舵角）を検出する舵角センサとを設けて、トルクセンサの故障検出後は舵角センサからの回転角の検出値を用いたアシスト制御を行うことにより、トルクセンサに故障が生じたときでも、上記モータ動力による操舵補助が停止されるのを防いだものが提供されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
具体的には、この従来装置では、制御部がトルクセンサの故障を検出する前は当該センサにて検出された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て当該モータに対する駆動制御を行っていた。そして、制御部がトルクセンサの故障を検出した後は上記舵角センサによって検出した操舵角に基づいて、トルクセンサ故障検出以前に近いアシスト特性でモータの駆動制御を行って操舵補助を継続していた。

特開２０００−１８５６６０号公報（第３〜５頁、第１〜２図）

しかしながら、上記のような従来装置では、トルクセンサ（トルク検出部）等に例えば外来ノイズに起因する回復可能な一時的な異常・故障が生じて、制御部が上記トルクの検出値を取得できなくなると、当該制御部はトルクセンサの故障検出判定を行って上記操舵角を用いたアシスト制御に完全に移行していた。このため、上記故障検出判定後にトルクセンサ等が正常な状態に回復して上記一時的な異常・故障が解消された場合でも、トルク検出値に基づくアシスト制御に復帰することなく、操舵角によるアシスト制御を維持していた。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、センサでの一時的な故障などによりトルク検出値に基づくアシスト制御が停止された場合でも、その故障などが解消したときにはトルク検出値に基づくアシスト制御に復帰す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。

本発明は、操舵部材から操向車輪に至る操舵機構に、電動モータからのモータ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、
前記操舵部材側に連結された第１の回転軸と、トーションバーを介して前記第１の回転軸に接続された第２の回転軸と、前記第１の回転軸の回転に応じた信号を出力する検出ユニットを一個以上備えた第１の回転検出部と、前記第２の回転軸の回転に応じた信号を出力する検出ユニットを一個以上備えた第２の回転検出部と、前記第１及び第２の回転検出部の出力信号を基に前記第１及び第２の回転軸の各回転角と前記トーションバーに作用したトルクを検出するとともに、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、前記第１及び第２の回転検出部に含まれた複数の各検出ユニットについて、その出力信号に基づき故障発生の有無を判定し、かつこの判定結果を基に前記トルクの検出値を用いたトルク制御モードと前記第１及び第２の回転軸の一方の回転角の検出値を用いた舵角制御モードとを双方向に切り替えて、前記電動モータの駆動制御を行う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、制御部は上記第１及び第２の回転検出部に含まれた複数の検出ユニット毎にその故障発生の有無について判定処理して、この判定結果に基づきトルク検出値を用いたトルク制御モード及び一方の回転角を用いた舵角制御モードを双方向に切り替えて電動モータの駆動制御を行っている。従って、上記従来例と異なり、一時的な故障などに起因してトルク検出値に基づくアシスト制御が停止されたときでも、その故障などが解消されたときに、制御部は当該故障などの発生及び解消をそれぞれ検知してトルク検出値に基づくアシスト制御に復帰することができる。

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、前記複数の検出ユニット毎に故障発生の履歴情報を管理するとともに、前記判定結果と前記履歴情報とを用いて前記トルク制御モードまたは前記舵角制御モードを選択することが好ましい。
この場合、制御部は上記履歴情報を基に各検出ユニットでの故障の程度を判別して把握することができ、トルク制御モードまたは舵角制御モードの選択をより適切に行うことが可能となってアシスト制御の最適化を容易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、前記制御部が、前記第１の回転検出部に含まれた検出ユニットのうち少なくとも一個の検出ユニットに故障が生じていないと判定し、かつ前記第２の回転検出部に含まれた検出ユニットのうち少なくとも一個の検出ユニットに故障が生じていないと判定したときには、当該制御部は、前記舵角制御モードよりも前記トルク制御モードを優先的に行うことが好ましい。
この場合、第１及び第２の各回転検出部に含まれた少なくとも一個の検出ユニットが一時的な故障などを生じ、制御部がその故障などが解消されたことを検知したときに、舵角制御モードに比べて操舵フィーリングに優れたトルク制御モードを優先的に、かつ即座に実施することができ、アシスト制御をさらに適切に実施して車両の操作性が低下するのを容易に防ぐことができる。

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、前記第１及び第２の回転検出部からの出力信号を用いて前記第１及び第２の回転軸の各回転角及び前記トルクを所定の演算方式により算出する処理部が複数設けられるとともに、前記制御部は、各処理部にて算出した対応する回転角及びトルクを相互に比較し、その比較結果に応じて前記トルク制御モードまたは前記舵角制御モードを実施してもよい。
この場合、制御部はその信頼性をより向上させた状態で、トルク制御モードまたは舵角制御モードを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、前記各処理部は、互いに異なる演算方式により、対応する回転角及びトルクを演算にて求めてもよい。
この場合、各処理部において演算方式が異なっているため、故障などが生じたときには、各処理部の算出結果に差が出やすくなり、各処理部が同一演算方式である場合に比べて故障などの検知が容易となってトルク制御モードまたは舵角制御モードの選択をより一層適切に行うことができ、制御部の信頼性をさらに向上させることができる。

本発明によれば、制御部が複数の各検出ユニットに故障が発生しているか否かについての判定処理を逐次実施し、この判定結果に基づきトルク制御モードと舵角制御モードとを双方向に切り替えつつ、電動モータの駆動制御を行うので、センサでの一時的な故障などを検知し舵角制御モードを一旦選択し実行した後でも、上記一時的な故障などが解消されたことを検知すると、舵角制御モードからトルク制御モードに復帰させてトルク検出値に基づくより適切なアシスト制御を行うことができる。

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）に固定された第１の回転軸としての入力軸３２と、トーションバー３１の出力側（下方）に固定された第２の回転軸としての出力軸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）２０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、その回転角を検出するための検出ユニットを備えた第１及び第２の回転検出部としてのセンサ部がそれぞれ設けられており、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２０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２０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２０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２０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、３段２列に配置されており、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２０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２０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２０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２１と、この演算部２１からの指令値を基に電動モータ６に電流を供給して当該モータ６を駆動する駆動制御部２２と、演算部２１からの通知信号に従って上記モータ６への電流供給を停止させるフェイルリレー２３とを備えている。この制御ユニット２０には、車速センサ４０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で発生させる回転力（モータ動力）を決定するようになっている。
また、制御ユニット２０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２０の各部での演算結果などや上記車速センサ４０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２１には、図４を参照して、処理部としての複数例えば２つのＣＰＵ ２１ａ，２１ｂと、上記データ記憶部に含まれるとともに、ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂ毎に設置されたメモリ２１ｃ，２１ｄとが設けられている。各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂは、上記第１の回転検出部に含まれた第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とともに、上記第２の回転検出部に含まれた第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。また、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂは、検出された入力軸３２及び出力軸３３の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、すなわち操舵部材１及び操向車輪９の双方からトーションバー３１に作用した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検出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。

具体的には、上記ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂは互いに異なる演算方式によって上記入出力軸３２，３３の各回転角θ１，θ２の検出値及びトルクＴの検出値を求めるようになっており、ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂは例えば差分方式及びｔａｎ^−１方式と呼ばれる所定の演算方式にそれぞれ従ってそれらの検出値を取得している。つまり、ＣＰＵ ２１ａは、所定のサンプリング周期で入力する、例えば磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号及び磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号を基に入力軸３２の回転角θ１及び出力軸３３（ターゲット板３５）の回転角θ２の各検出値をそれぞれ取得する。さらに、ＣＰＵ ２１ａは、磁気センサＡ１の出力信号と磁気センサＡ２の出力信号の差、または磁気センサＢ１の出力信号と磁気センサＢ２の出力信号との差に基づき入出力軸３２，３３の相対回転角の絶対値を求めて、上記トルクＴの検出値を取得する。

また、ＣＰＵ ２１ｂには、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３からＣＰＵ ２１ａと共通の出力信号が上記サンプリング周期で入力される。これら磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の出力信号はいずれもｓｉｎ波（正弦波）に近いものであり、例えば磁気センサＡ１，Ｂ１はターゲット板３４の周方向に電気角でπ／２異なる部位に臨むように配されていることから、これらの出力波形はｓｉｎ（θ１±（π／２））＝±ｃｏｓθ１の式を満足する。それ故、入力軸３２が例えば磁気センサＢ１から磁気センサＡ１方向に回転する場合、磁気センサＡ１，Ｂ１の各出力は、図５に示すように、ｓｉｎθ１波形及びｃｏｓθ１波形とみなすことができ、ＣＰＵ ２１ｂは上記データ記憶部内のテーブル情報を参照することで対応する波形でのｓｉｎθ１及びｃｏｓθ１の各値を求めることができる。そして、ＣＰＵ ２１ｂは、求めたｓｉｎθ１及びｃｏｓθ１の値を用いてｔａｎθ１の値を求めることができ、その逆関数（ｔａｎ^−１）からそのときの入力軸３２の回転角θ１の検出値を求めることができる。同様に、ＣＰＵ ２１ｂは、磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号に基づいて、出力軸３３（ターゲット板３５）の回転角θ２の検出値を上記逆関数（ｔａｎ^−１）にて求め、上記回転角θ１の検出値との差の値の絶対値を算出して上記トルクＴの検出値を取得する。

また、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂは、磁気センサＡ３，Ｂ３の出力信号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トルクＴ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。

また、制御ユニット２０では、その演算部２１のＣＰＵ ２１ａ，２１ｂが各々求めた検出値を互いに比較することにより、ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂが相互監視を絶えず行うよう構成されており、これらＣＰＵ ２１ａ，２１ｂでの動作異常などの故障発生の有無、さらには６チャンネルの各磁気センサ出力での異常な出力等の故障発生の有無を相互に検診することにより、当該制御ユニット２０ひいては電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させている。
また、制御ユニット２０では、上記フェイルリレー２３に各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂから上記各検出値の比較結果を示す信号が入力されており、このリレー２３は上記第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの全てに故障が生じた場合、またはＣＰＵ ２１ａ，２１ｂ双方から上記通知信号が入力されない場合に、電動モータ６に電力供給が行われるのを阻止して、不適切な操舵補助が行われるのを防止するようになっている。

また、制御ユニット２０では、その演算部２１が上記トルクＴの検出値を用いた通常のトルク制御モードと、当該トルク検出値を取得できない場合に、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの出力からそれぞれ得られる回転角θ１，θ２，θ３のいずれかの検出角度を用いた舵角制御モードとの一方のアシストモードを用いて、上記電動モータ６の駆動制御を行うよう構成されており、これらトルク制御モード及び舵角制御モードを双方向に切替可能に構成されている。これにより、制御ユニット２０では、上記フェイルリレー２３が動作する回復不可能で重大な故障が生じた場合を除いて、モータ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、この操舵補助の停止に起因して自動車の操作性が低下するのを抑制することができる。

また、上記舵角制御モードでは、トルク制御モードと異なり、ドライバーでの操舵部材１への操舵動作感に対し、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おり、トルク検出値を取得できない故障などが生じていることを通知できるようになっている（詳細は後述）。
また、舵角制御モードは、制御ユニット２０においてトルク検出値が再び取得された場合には、当該ユニット２０はこの舵角制御モードからトルク制御モードに切り替えて操舵補助を行うように構成されており、一時的な故障などを生じていた第１のセンサ部Ｐ等がその故障などから回復した場合にトルク検出値に基づくアシスト制御に復帰することができる。

また、制御ユニット２０では、上述の相互検診による各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂ及び第１〜第３の各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでの故障発生の有無の判定処理を行うことにより、故障発生を検知した場合、演算部２１がその検知した故障の発生日時や継続時間あるいは異常な検出値などの故障内容、さらに発生回数等の故障に関する所定情報を履歴情報として上記データ記憶部に記憶させるようになっている。また、この履歴情報は、例えば第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒ毎に管理されており、さらに演算部２１は、データ記憶部に格納されている既存の履歴情報のうち例えば故障発生回数のデータに従って、各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでの故障発生の頻度を認識して、当該センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの各故障の程度を把握している。
詳細には、演算部２１は、故障発生回数のデータ、すなわち各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでの回転角の検出不能回数のデータが第１しきい値未満のセンサ部に対しては正常であると判別し、第１しきい値以上のセンサ部に対しては時々故障を生じると判別している。さらに、上記データが第２しきい値以上となるとそのセンサ部については常に故障しているセンサ部と認識しており、各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒについての故障のレベルを３段階に分けて故障の程度を把握するようになっている。そして、制御ユニット２０では、トーションバー３１にトルクが発生したとき、すなわち上記操舵機構にモータ動力を付与するときでの故障発生有無の判定処理の結果と既存の履歴情報（故障の程度）とを用いて、上記トルク制御モード、舵角制御モードまたはフェイルモードを選択するようになっている。

具体的にいえば、制御ユニット２０では、演算部２１が第１〜第３の各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒに対して以下の表１〜表３の各左欄に示すように故障の程度を把握している場合に、演算部２１が各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒから今回入力した信号に基づき対応するセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒに故障が発生していないと判定したときには表右欄に示すアシストモードが選択されて実行されるようになっている。なお、これら表１〜表３の左欄に示す○、△、×は、それぞれセンサ部が履歴情報に基づき正常、時々故障、常に故障と判別されていることを示している。
また、演算部２１が今回入力した信号に基づいて故障が発生していると判定したときには、演算部２１は正常な回転角のみを用いたトルク制御モード、つまり回転角θ１，θ２または回転角θ１，θ３で各々算出されるトルクを用いたトルク制御モード、いずれか一つの正常な回転角を用いた舵角制御モード、またはフェイルモードが選択され実行されるようになっている。

表１及び表２において、◎にて示すトルク制御モードが○にて示す舵角制御モードよりも優先して行われることを示している。すなわち、制御ユニット２０では、演算部２１が第１のセンサ部Ｐについて正常または時々故障と判別している場合では、演算部２１は今回の判定処理結果に従って、当該第１のセンサ部Ｐに故障が生じていないと判定し、かつ第２のセンサ部Ｑ，Ｒの少なくとも一方に故障が生じていないと判定したときには、舵角制御モードよりもトルク制御モードを優先的に行うように構成されている。
また、表２及び表３に示すように、第１〜第３の全てのセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒに対し、時々故障または常に故障と判別したときでは、制御ユニット２０はこれら全てのセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒに重大な故障が生じたと判断し、今回入力した信号についての判定処理結果にかかわらずトルク制御モード及び舵角制御モードを選択せずにフェイルモードを選択して車両走行の安全性を最優先するようになっている。
以上のように、演算部２１が各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒに対する故障の程度を把握してアシストモードの選択を行うことにより、車両走行の安全性を確保しつつ、アシスト制御の最適化を容易に行うことができる。

また、制御ユニット２０は、上記履歴情報を適宜参照することにより、故障のレベルに応じた警告をドライバーなどの自動車の搭乗者に通知するよう構成されている。具体的には、制御ユニット２０は、例えば第１のセンサ部Ｐでの故障の程度を時々故障または常に故障していると判別したときには、当該制御ユニット２０は例えば運転パネルのライトやスピーカなどの自動車側の通知手段を直ちに駆動して、その故障程度を示す表示や音声を搭乗者に通知するようになっている。また、制御ユニット２０は、例えば舵角制御モードに切り替えた切替回数をカウントしており、このカウント数が所定数を超えたときにも、搭乗者に警告するようになっている。このように履歴情報を蓄積することで車両点検時等において故障原因の追求作業などを簡単に行うことが可能となるとともに、故障のレベルに応じた警告を行うことにより、故障の発生時から早い段階で搭乗者に確実に知らしめることが可能となり、故障などを生じた状態で車両が長期間走行されるのを防ぐことができる。しかも、トルク制御モード及び舵角制御モードの切替が頻繁に発生したときに、制御ユニット２０は回復可能な故障などが生じていると判断して、その故障などが回復不可能なものとなる前に搭乗者に知らせて致命的な故障が生じるのを未然に防ぐことができる。

また、この説明以外に、上記カウント数が所定数を超過した後は、トルク検出値を取得できた場合でも、舵角制御モードからトルク制御モードの切替を行わずに、舵角制御モードを継続させたり、トルク制御モードに切り替えても、舵角制御モードと同様に、ドライバーが違和感を感じるようにトルク制御モードでの操舵補助をやや不適切にさせたりすることにより、ドライバーに故障を通知する構成でもよい。また、上記の説明では、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒ毎に履歴情報を管理する構成について説明したが、各センサ部に含まれた磁気センサ毎に履歴情報を管理する構成でもよい。

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の動作について、図１〜図８を参照して具体的に説明する。なお、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の全ての磁気センサの履歴情報に故障発生のデータが含まれていない場合、つまり制御ユニット２０が各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒが正常であると認識している場合での動作を例示して説明する。
図６のステップＳ１に示すように、制御ユニット２０では、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂのトルクＴの検出値が一致するか否かについて判別しており、トルク検出値が一致したときは、これらの各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂはフェイルリレー２３に対しトルク検出値が正常な値であることを示す通知信号を出力する。そして、制御ユニット２０では、トルク検出値が取得できたと判断され、さらに各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂ及び上記６チャンネルの各磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３に故障が生じていないと判断されて、当該ユニット２０は上記トルク制御モードを選択する（ステップＳ２）。

続いて、このトルク制御モードでは、２つのＣＰＵ ２１ａ，２１ｂのうち、メインの処理部として構成された例えばＣＰＵ ２１ａが、上記トルク検出値に従って電動モータ６で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モータ動力を操舵機構に付与させる。これにより、トルク制御モードでは、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。
一方、上記ステップＳ１において、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂのトルクＴの検出値が一致しないとき、制御ユニット２０では、トルク検出値が取得できないと判断され、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂの上記回転角θ１〜θ３の全ての検出角度が不一致か否かについて判別される（ステップＳ３）。

ここで、図７を参照して、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂのトルクＴ及び回転角θ１〜θ３の各検出値が一致・不一致となる場合について、詳細に説明する。
図７（ａ）において、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３からの出力信号が制御ユニット２０に入力されると、その演算部２１の各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂでは第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒ毎にセンサ出力が正常か否かについて判別している。具体的には、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂは、磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号から得られるｓｉｎθ１，ｃｏｓθ１の各値を、例えば（ｓｉｎθ１）²＋（ｃｏｓθ１）²＝１の（１）式に代入し、この（１）式を満足したときに上記センサＡ１，Ｂ１の各出力信号が正常であると判断する。

次に、例えばＣＰＵ ２１ｂは、図に示すように上記逆関数（ｔａｎ^−１）から入力軸３２の回転角θ１の検出角度を求める。同様に、ＣＰＵ ２１ｂは、出力軸３３側のターゲット３５，３６の回転角θ２，θ３の各検出角度を算出する。そして、ＣＰＵ ２１ｂは回転角θ１，θ２の検出角度の差の値に基づき上記トルク検出値を算出するとともに、その算出したトルク検出値を上記メインのＣＰＵ ２１ａに伝える。
また、このメインのＣＰＵ ２１ａにおいても、ＣＰＵ ２１ｂと同時に入力した正常なセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの出力を基に回転角θ１〜θ３及びトルクＴの各検出値が正確に求められており、これらの検出値はＣＰＵ ２１ｂからの対応する検出値と等しく、つまりトルク検出値が互いに一致して、上記ステップＳ２の動作が行われる。

一方、図７（ｂ）に示すように、例えば磁気センサＡ１において、そのセンサ自体に恒久的なまたは一時的な故障を生じたり、当該センサＡ１と制御ユニット２０とを繋ぐ配線に外部からの電磁ノイズが入り込んだり、その配線端部に設けられた接触端子での接触不良が生じたりすると、このセンサＡ１は異常な値の出力信号を出力する。このように磁気センサＡ１の出力異常が発生すると、このセンサＡ１とこれと対をなすセンサＢ１の出力信号の値が上記（１）式を満足することができなくなり、ＣＰＵ ２１ｂは第１のセンサ部Ｐに故障が生じていると判別する。また、このセンサＡ１の異常などに伴って、ＣＰＵ ２１ｂが逆関数（ｔａｎ^−１）から入力軸３２の回転角θ１の検出角度を求めることができなくなり、さらにトルク検出値を算出することができなくなる。そこで、ＣＰＵ ２１ｂは算出できた回転角θ２，θ３の各検出角度をＣＰＵ ２１ａに伝える。

また、ＣＰＵ ２１ａにおいても、センサＡ１の出力異常により、回転角θ１及びトルクＴの各検出値を求めることができなくなっており、ＣＰＵ ２１ａはＣＰＵ ２１ｂと同様に、正確に求められた回転角θ２，θ３の各検出角度をＣＰＵ ２１ｂに通知する。これにより、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂから回転角θ２，θ３の各検出角度だけが一致した旨の通知信号がフェイルリレー２３に出力されるとともに、上記ステップＳ１においてトルク検出値が不一致と判別され、制御ユニット２０ではトルク検出値を取得できないと判断される。
また、上記の説明以外に、例えばＣＰＵ ２１ｂがそのメモリ２１ｄ内のテーブル情報の一部を参照することができずにトルクＴやこれを求めるための回転角θ１又はθ２の各検出値を求めることができないときも、上記ステップＳ１にてトルク検出値の不一致が判別され、制御ユニット２０はトルク検出値を取得できないと判断する。

図６のステップＳ３に戻って、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂの上記回転角θ１〜θ３の全ての検出角度が不一致であると判別されると、これらの各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂはフェイルリレー２３に対し回転角θ１〜θ３の検出角度が全て不一致である旨の通知信号を出力する。そして、フェイルリレー２３が動作し（ステップＳ４）、電動モータ６に電流が供給されるのが阻止される。
一方、上記回転角θ１〜θ３のうち、少なくとも一つの回転角検出角度が一致したときは、制御ユニット２０はトルクＴを算出することができるか否かについて判別し（ステップＳ５）、トルクＴを算出可能と判断したときには制御ユニット２０は上記ステップＳ２に進んでトルク制御モードを選択する。また、トルクＴを算出できないと判断したときには、制御ユニット２０はいずれか一つの正常な回転角検出角度を用いた舵角制御モードを選択する（ステップＳ６）。

ここで、上記ステップＳ５についてその詳細な動作を示す図８を参照して具体的に説明する。
図８に示すように、各ＣＰＵ ２１ａ，２１ｂでは、まず回転角θ１の検出角度が互いに一致するか否かについて判別されており（ステップＳ７）、回転角θ１の検出角度が互いに不一致であると判別されると、制御ユニット２０ではトルク制御モードが実施不可能であると判断され、例えばメインのＣＰＵ ２１ａが残りの回転角θ２，θ３のうち検出角度が一致した一つの回転角θ２またはθ３を選択する。そして、ＣＰＵ ２１ａは、その選択した回転角θ２またはθ３を基にトルクの符号及び大きさを判別し（ステップＳ８）、この判別したトルク符号及び大きさに応じて上記ステップＳ６での舵角制御モードにより、電動モータ６の駆動制御を行う。具体的には、制御ユニット２０では、図７（ｂ）に示すように、例えば一致した回転角θ２の検出角度と、さらにこの回転角θ２の角速度、角加速度を求めて、上記トルク符号及び大きさを判別して操舵動作などに応じたアシスト力（モータ動力）を推定する。そして、制御ユニット２０は、判別した大きさに応じて電動モータ６への電流供給時間を変更することなどにより、この推定したアシスト力の例えば５０％のモータ動力が操舵機構に付与されるように、舵角制御モードにおいて電動モータ６の駆動制御を行う。これにより、この舵角制御モードでは、トルク制御モードに比べて、若干の違和感をドライバーにあえて体感させることができる。

また、上記ステップＳ７において、回転角θ１の検出角度が互いに一致すると判別されると、回転角θ２，θ３の少なくとも一方の検出角度が互いに一致するか否かについて判別され（ステップＳ９）、回転角θ２，θ３の検出角度のうち、一致した回転角θ２またはθ３が選択される（ステップＳ１０）。そして、制御ユニット２０では、例えばメインのＣＰＵ ２１ａが選択された回転角θ２またはθ３の検出角度と回転角θ１の検出角度とからトルクＴを算出してこのトルク検出値を用いた上記トルク制御モードを実施する。
また、上記ステップＳ９において、回転角θ２，θ３の検出角度がともに不一致であると判別されると、制御ユニット２０では、そのメインのＣＰＵ ２１ａが上記ステップＳ８と同様に、一致した回転角θ１を基にトルクの符号及び大きさを判別し（ステップＳ１１）、この回転角θ１から得られたトルク符号及び大きさに応じた舵角制御モードによる電動モータ６の駆動制御を行う。

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、制御ユニット（制御部）２０が上記トルク制御モードまたは舵角制御モードを双方向に切り替えて電動モータ６の駆動制御を行うよう構成されている。これにより、磁気センサ側及びＣＰＵ ２１ａ，２１ｂ（処理部）側の少なくとも一方側に生じた一時的な故障などが解消され正常な状態に回復してトルク検出値を再度取得できたときには、図６のステップＳ６から同図のステップＳ１及びＳ２が順次行われて、舵角制御モードからトルク制御モードに復帰することができ、制御ユニット２０は上記センサ側及び処理部側の少なくとも一方側での故障の発生及びその解消を検知することができる。この結果、センサ側及び処理部側の少なくとも一方側に致命的な重大故障が生じた場合以外の回復可能な軽微な故障の発生時では、上記従来例と異なり、その故障が解消されたときに正確なトルク検出値を用いた最適なアシスト制御が行われなくなるのを防ぐことができる。しかも、制御ユニット２０は、故障などが解消されたことを検知することができるので、故障などが解消されているにも係わらず故障などが継続していると誤ってドライバーなどに通知されるの防ぐことができ、この故障などの誤検出による不必要な点検・修理をドライバーなどに促すのを防ぐことが可能となり、装置の信頼性が大幅に低下するのを防止することができる。

また、本実施形態では、図８のステップＳ９に示したように、制御ユニット２０が第１のセンサ部Ｐに故障が生じていないと判定しかつ第２のセンサ部Ｑ，Ｒの少なくとも一方に故障が生じていないと判定したときには、上記トルク制御モードを舵角制御モードに優先して実施するよう構成されているので、制御ユニット２０が上記第１及び第２の回転検出部に各々含まれた少なくとも一個のセンサ部（検出ユニット）での一時的な故障などが解消されたことを検知したときに、当該制御ユニット２０は舵角制御モードを選択することなく、この舵角制御モードに比べて操舵フィーリングに優れたトルク制御モードを即座に選択することができる。この結果、制御ユニット２０は、アシスト制御をさらに適切に実施して車両の操作性が低下するのを容易に防ぐことができる。

尚、上記の説明では、入力軸用の第１の回転検出部に第１のセンサ部を設け、出力軸用の第２の回転検出部に第２及び第３のセンサ部を設けた構成について説明したが、本発明は第１及び第２の回転検出部に含まれた複数のセンサ部（検出ユニット）毎に故障発生の有無の判定を実施し、かつこの判定結果に基づき上記トルク制御モードと舵角制御モードとを双方向に切り替えて電動モータを駆動するものであればよく、各回転検出部での検出ユニットの設置数、センサのチャンネル数などのユニット構成、あるいはセンサ形式等は上記のものに何等限定されない。
また、上記の説明では、制御ユニット内の演算部に磁気センサの検出結果を用いてトーションバーに作用したトルクを検出するトルク検出部の機能を付与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、例えば上記磁気センサとは別のトルクセンサを設け、このトルクセンサからのトルクの検出値を示す信号を演算部に出力させることで、トルク検出部の機能を演算部に付与していない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、上記の説明では、舵角制御モードにおいて、ドライバーでの操舵部材１への操舵動作感に対し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電動モータ６の駆動制御を行う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、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トルクをほぼ正確に推定し、かつトルク制御モードと同様に、電動モータ６での目標電流値を決定して操舵フィーリングの低下を防ぎつつ、当該モータ６を駆動してもよい。
また、図７（ｂ）のタイムチャートを用いた説明では、回転角θ１を取得不可である場合に回転角θ２の検出角度、その角速度、及びその角加速度を用いて舵角制御モードを行う場合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、上記トルクの符号及び大きさを判別して操舵動作などに応じたアシスト力を推定することが可能な各種センサの検出結果を用いることができる。具体的には、上記回転角θ３の検出角度やヨーレイト、車速などの検出値を用いて舵角制御モードを実施することができる。

また、上記の説明では、差分方式及びｔａｎ^−１方式によって上記トルクの検出値などを算出する２つのＣＰＵ（処理部）を演算部（制御部）に設け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処理部の設置数やその演算方式などは上記のものに何等限定されない。具体的には、上記以外の演算方式を使用する一つの処理部や同一の演算方式にて検出値を取得する複数の処理部を設ける構成でもよい。但し、互いに異なる演算方式にて動作する複数の処理部を用いた場合の方が、故障や異常が生じたときに各処理部の演算結果が相違するものとなり易く、その故障などを容易に検出することができ、信頼性をさらに高めることができる点で好ましい。

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。 図１に示した演算部の構成例を示すブロック図である。 上記磁気センサの出力とｓｉｎ波形及びｃｏｓ波形との関係を示す波形図である。 上記電動パワーステアリング装置での主要な動作を示すフローチャートである。 上記演算部での磁気センサからの出力を用いてトルクを取得する動作例を時系列的に示した図であり、（ａ）は複数チャンネルの磁気センサが全て正常に動作している場合でのタイムチャートであり、（ｂ）は一つのチャンネルの磁気センサに異常が発生している場合でのタイムチャートである。 図６のステップＳ５の詳細な動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 操舵部材
３ 操舵軸
３１ トーションバー
３２ 入力軸（第１の回転軸）
３３ 出力軸（第２の回転軸）
６ 電動モータ
９ 操向車輪
２０ 制御ユニット（制御部）
２１ 演算部
２１ａ，２１ｂ ＣＰＵ（処理部）
２２ 駆動制御部
３４〜３６ ターゲット板
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３ 磁気センサ
Ｐ 第１のセンサ部（第１の回転検出部、検出ユニット）
Ｑ 第２のセンサ部（第２の回転検出部、検出ユニット）
Ｒ 第３のセンサ部（第２の回転検出部、検出ユニット）

Claims (5)

1. 操舵部材から操向車輪に至る操舵機構に、電動モータからのモータ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、
   前記操舵部材側に連結された第１の回転軸と、
   トーションバーを介して前記第１の回転軸に接続された第２の回転軸と、
   前記第１の回転軸の回転に応じた信号を出力する検出ユニットを一個以上備えた第１の回転検出部と、
   前記第２の回転軸の回転に応じた信号を出力する検出ユニットを一個以上備えた第２の回転検出部と、
   前記第１及び第２の回転検出部の出力信号を基に前記第１及び第２の回転軸の各回転角と前記トーションバーに作用したトルクを検出するとともに、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、前記第１及び第２の回転検出部に含まれた複数の各検出ユニットについて、その出力信号に基づき故障発生の有無を判定し、かつこの判定結果を基に前記トルクの検出値を用いたトルク制御モードと前記第１及び第２の回転軸の一方の回転角の検出値を用いた舵角制御モードとを双方向に切り替えて、前記電動モータの駆動制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御部は、前記複数の検出ユニット毎に故障発生の履歴情報を管理するとともに、前記判定結果と前記履歴情報とを用いて前記トルク制御モードまたは前記舵角制御モードを選択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. 前記制御部が、前記第１の回転検出部に含まれた検出ユニットのうち少なくとも一個の検出ユニットに故障が生じていないと判定し、かつ前記第２の回転検出部に含まれた検出ユニットのうち少なくとも一個の検出ユニットに故障が生じていないと判定したときには、当該制御部は、前記舵角制御モードよりも前記トルク制御モードを優先的に行う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. 前記制御部には、前記第１及び第２の回転検出部からの出力信号を用いて前記第１及び第２の回転軸の各回転角及び前記トルクを所定の演算方式により算出する処理部が複数設けられるとともに、
   前記制御部は、各処理部にて算出した対応する回転角及びトルクを相互に比較し、その比較結果に応じて前記トルク制御モードまたは前記舵角制御モードを実施する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. 前記各処理部は、互いに異なる演算方式により、対応する回転角及びトルクを演算にて求め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。

Images