JP2021127082A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構の状態を適切に監視できる操舵制御装置を提供する。【解決手段】操舵制御装置は、車両の転舵輪を転舵させるべくラック軸を移動させるための動力となるモータトルクを発生する転舵側モータと、当該転舵側モータの回転をラック軸に伝達する伝動機構とを有する操舵装置を制御対象としている。操舵制御装置は、伝動機構の状態を監視するＣＰＵ５０を備えている。そして、ＣＰＵ５０は、エンド当てであるか否かを判定するエンド当て判定処理部７１の処理と、エンド当て判定処理部７１での判定結果に基づきエンド当ての発生状況を数値化して得られる値であるダメージ量Ｄｍｉｎｔを算出する判定値算出処理部７２の処理と、伝動機構の異常を検出するべく、判定値算出処理部７２で算出されたダメージ量Ｄｍｉｎｔが異常判定値Ｄｔｈ以上であるか否かを判定する処理とを実行するようにしている。【選択図】図４

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

たとえば特許文献１の操舵装置は、モータの回転を転舵シャフトに伝達する構成としてベルト伝動機構を有している。ベルト伝動機構は、モータの出力軸に設けられる駆動プーリ、転舵シャフトに螺合されたボールナットに設けられる従動プーリ、および２つのプーリに巻き掛けられるベルトを有している。上記特許文献１には、こうした電動パワーステアリング装置のモータの駆動を制御する操舵制御装置の一例が開示されている。この操舵制御装置は、ステアリングホイールの操舵速度およびモータの回転速度に基づきベルト伝動機構の異常を検出するようにしている。

特開２００８−１０５６０４号公報

操舵装置にはより高い信頼性が要求される。このため、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構の円滑な動作が困難となる状況をより早く検出することが求められる。
本発明の目的は、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構の状態を適切に監視できる操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵制御装置は、車両の転舵輪を転舵させるべく転舵シャフトを軸方向に移動させるための動力となるモータトルクを発生するモータと、前記モータの回転を前記転舵シャフトに伝達する伝動機構とを有する操舵装置を制御対象とし、前記伝動機構の状態を監視する状態監視部を備え、前記状態監視部は、前記転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度の変化率の減少度合いに基づいて前記転舵シャフトの軸方向への移動が機械的に規制されるエンド当てであるか否かを判定するエンド当て判定処理と、前記エンド当て判定処理の判定結果に基づき前記エンド当ての発生状況を数値化して得られる値である判定値を算出する判定値算出処理と、前記伝動機構の異常を検出するべく、前記判定値算出処理で算出された前記判定値が前記伝動機構に異常があることを示す値であるか否かを判定する異常状態判定処理と、を実行するようにしている。

ここで、転舵シャフトが軸方向へ移動している状態から当該移動が機械的に規制される場合、転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度の変化率が減少する現象として現れるところ、その減少度合いはエンド当てのなかでも転舵輪が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てでより大きくなる。そして、こうした転舵輪が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てでは、他の要因のエンド当てと比較して伝動機構に蓄積されるダメージが大きいことが一般的に知られている。

上記構成によれば、転舵輪が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てを検出することができるようになる。こうした転舵輪が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当ては、繰り返し発生することで伝動機構のダメージとして蓄積されて行くところ、発生状況を数値化することで伝動機構に蓄積されているダメージを定量的に検出することができるようになる。そして、伝動機構に蓄積されているダメージが大きくなるといずれモータの回転を転舵シャフトに伝達することができない伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に陥らせる原因になる可能性がある。つまり、上記構成を用いては、伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆として伝動機構の異常、すなわち操舵装置の機械的な異常をより適切に検出することができるようになる。したがって、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構の状態を適切に監視することができる。

上述のように、伝動機構に蓄積されているダメージを定量的に検出する方法としては、具体的には、上記状態監視部は、前記判定値算出処理にて、前記エンド当て判定処理で前記エンド当てであることを判定する毎に得られる所定値を累積した値として前記判定値を算出するように構成されていることが好ましい。

ここで、転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度は、大きいほどにエンド当てで伝動機構に蓄積されるダメージが大きくなる。
このため、上記操舵制御装置において、前記状態監視部は、前記判定値算出処理にて、前記転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度に基づき算出されるゲインを、前記エンド当て判定処理で前記エンド当てであることを判定する毎に得られる固定値に乗算した値を前記所定値として算出するように構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、伝動機構に蓄積されるダメージと相関のある転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度に基づき重み付けされた結果である所定値を累積することができるようになる。これにより、転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度が大きく、伝動機構の異常に与える影響が大きいと考えられる場合には所定値を判定値に対して大きく反映させることができ、伝動機構の異常の検出精度を高めるのに効果的である。

また、上記操舵制御装置において、前記転舵輪が転舵する際の構造上の限界の舵角である第１限界舵角未満の範囲で前記転舵輪が転舵する際の限界を制御的に設定する限界の舵角である第２限界舵角に規制する機能を有しており、前記状態監視部は、前記エンド当て判定処理にて、前記エンド当てであることを判定する条件として、前記転舵輪の舵角に換算可能な状態変数が前記第１限界舵角に対応して設定されている第１限界値未満、且つ、前記第２限界舵角に対応して設定されている第２限界値よりも大きい範囲内にあることを設定するように構成されていることが好ましい。

上記構成のような転舵輪が転舵する際の限界を制御的に設定する機能を有する場合には、制御的に設定する限界を転舵輪が少なくとも超えた状況でエンド当てが発生することになる。この点、上記構成によれば、エンド当てであることを判定する場合、制御的に設定する限界を転舵輪が少なくとも超えた状況を加味して判定できるので、転舵輪が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当ての検出精度を高めることができる。

また、上記操舵制御装置において、前記伝動機構は、前記転舵シャフトに設けられたボールねじ部に複数のボールを介して螺合するボールナットと、前記モータの回転を前記ボールナットに伝達する歯付きのベルトとを有するものであることが好ましい。

上記構成によれば、モータの回転を転舵シャフトに伝達する構成として歯付きのベルトを有する伝動機構が用いられている場合において、当該伝動機構の機能の要であるベルトの状態を適切に監視することができるようになる。したがって、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構の異常を適切に検出することができるようになる。

また、上記操舵制御装置において、前記操舵装置は、運転者により操舵される操舵機構と、前記転舵シャフト、前記モータ及び前記伝動機構を有する転舵機構との間の動力伝達路が分離した構造を有するものであることが好ましい。

ここで、転舵機構の機械的な異常を検出することは、当該転舵機構と、上記操舵機構との間の動力伝達路が分離した構造を有する操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置では特に重要である。これは、上記転舵機構に機械的な異常が発生したとしてもこのような状況が上記操舵機構を通じて運転者に伝達されないからである。

この点、上記構成によれば、伝動機構の異常、すなわち転舵機構の機械的な異常を検出することができるようになる。したがって、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置において、転舵機構の機械的な異常を検出することができる。

本発明の操舵制御装置によれば、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構の状態を適切に監視することができる。

操舵装置の概略構成図。 伝動機構の概略構成図。 転舵機構でのベルト異常を検出するための処理手順を示すフローチャート。 ダメージ量算出処理の構成を示す図。

以下、操舵制御装置をステアバイワイヤ式の操舵装置に適用した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の操舵装置１は、ステアバイワイヤ式の操舵装置である。操舵装置１は、当該操舵装置１の作動を制御する操舵制御装置２を備えている。操舵装置１は、ステアリングホイール３を介して運転者により操舵される操舵機構４と、運転者による操舵機構４の操舵に応じて転舵輪５を転舵させる転舵機構６とを備えている。本実施形態の操舵装置１は、操舵機構４と、転舵機構６との間の動力伝達路が機械的に常時分離した構造を有している。

操舵機構４は、ステアリングホイール３が連結されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール３に対して操舵に抗する力である操舵反力を付与する操舵側アクチュエータ１２とを備えている。

操舵側アクチュエータ１２は、駆動源となる操舵側モータ１４と、ウォームアンドホイールからなる減速機１５とを備えている。操舵側モータ１４は、減速機１５を介してステアリングシャフト１１に連結されている。

転舵機構６は、ピニオン軸２１と、ピニオン軸２１に連結された転舵シャフトとしてのラック軸２２と、ラック軸２２を軸方向への往復動可能に収容するラックハウジング２３と、ピニオン軸２１及びラック軸２２からなるラックアンドピニオン機構２４とを備えている。ラックハウジング２３は、それぞれ円筒状に形成された第１ハウジング２５と第２ハウジング２６とを有している。ラック軸２２とピニオン軸２１とは、第１ハウジング２５内に所定の交差角をもって配置されている。ラックアンドピニオン機構２４は、ピニオン軸２１に形成されたピニオン歯２１ａとラック軸２２に形成されたラック歯２２ａとが噛合されることで構成されている。また、ラック軸２２の両端には、ボールジョイントからなるラックエンド２７を介してタイロッド２８が連結されており、タイロッド２８の先端は、転舵輪５が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。

ピニオン軸２１は、ラック軸２２をラックハウジング２３の内部に支持するために設けられている。すなわち、転舵機構６に設けられる図示しない支持機構によって、ラック軸２２はその軸線方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオン軸２１へ向けて押圧される。これにより、ラック軸２２はラックハウジング２３の内部に支持される。また、ラック軸２２の回転が規制される。ただし、ピニオン軸２１を使用せずにラック軸２２をラックハウジング２３に支持する他の支持機構を設けてもよい。この場合、転舵機構６としてピニオン軸２１を割愛した構成を採用してもよい。

また、転舵機構６は、ラック軸２２に対して転舵輪５を転舵させるべく軸方向へ移動するための動力を付与する転舵側アクチュエータ３１を備えている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源となる転舵側モータ３２と、伝動機構３３とを備えており、第１ハウジング２５と第２ハウジング２６との連結部分に設けられている。

転舵側モータ３２は、例えば、三相のブラシレスモータが採用される。転舵側モータ３２は、第１ハウジング２５の外側の部分に固定される。転舵側モータ３２の出力軸３２ａはラック軸２２に対して平行に延びている。

図２に示すように、伝動機構３３は、ボールナット４０、歯付きの駆動プーリ４１、歯付きの従動プーリ４２、および歯付きの無端状のベルト４３を有している。
ボールナット４０は、ラック軸２２に形成された螺旋状の溝であるボールねじ部２２ｂに対して複数のボールを介して螺合されている。ボールねじ部２２ｂは、ラック軸２２における第１の端部（図１中の左端部）に寄った所定範囲にわたって設けられている。駆動プーリ４１は、転舵側モータ３２の出力軸３２ａに固定されている。従動プーリ４２は、ボールナット４０の外周面に嵌められた状態で固定されている。ベルト４３は、駆動プーリ４１と従動プーリ４２との間に掛け渡されている。したがって、転舵側モータ３２の回転は、駆動プーリ４１、ベルト４３、及び従動プーリ４２を介してボールナット４０に伝達される。

そして、転舵側アクチュエータ３１は、転舵側モータ３２の回転を伝動機構３３にてラック軸２２の軸方向への往復動に変換することで当該ラック軸２２に対して動力を付与する。

このように構成された操舵装置１では、運転者によるステアリング操舵に応じて転舵側アクチュエータ３１からラック軸２２に対してモータトルクが動力として付与されることで、転舵輪５の舵角θｄが変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１２からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール３に対して付与される。

図１に示すように、操舵側モータ１４及び転舵側モータ３２には、各モータ１４，３２の駆動を制御する操舵制御装置２が接続されている。操舵制御装置２は、各種のセンサの検出結果に基づき、各モータ１４，３２の制御量である電流の供給を制御することによって、各モータ１４，３２の駆動を制御する。各種のセンサとしては、例えば、車速センサ６２、トルクセンサ６３、操舵側回転角センサ６４、転舵側回転角センサ６５、操舵側電流センサ６６、及び転舵側電流センサ６７がある。

車速センサ６２は、車両の走行速度である車速値Ｖを検出する。トルクセンサ６３は、運転者のステアリング操舵によりステアリングシャフト１１に付与された操舵トルクＴｈを検出する。操舵側回転角センサ６４は、操舵側モータ１４の回転軸の回転角である操舵角θｓを検出する。転舵側回転角センサ６５は、転舵側モータ３２の回転軸の回転角である転舵角θｔを検出する。操舵側電流センサ６６は、操舵側モータ１４に対応して設けられる図示しないインバータにおいて、スイッチング素子のそれぞれのソース側に接続されたシャント抵抗の電圧降下を電流として取得し、これを操舵側モータ１４の出力であるモータトルクの大きさを示す実電流値Ｉｓｑとして検出する。転舵側電流センサ６７は、転舵側モータ３２に対応して設けられる図示しないインバータにおいて、スイッチング素子のそれぞれのソース側に接続されたシャント抵抗の電圧降下を電流として取得し、これを転舵側モータ３２の出力であるモータトルクの大きさを示す実電流値Ｉｔｑとして検出する。

また、操舵制御装置２には、例えば、車両内部のインスツルメントパネル、所謂、インパネに設けられた警告装置６１が接続されている。警告装置６１は、点灯や点滅することによって運転者への警告を実施するものである。本実施形態において、警告装置６１は、転舵機構６の機械的な異常の発生を運転者に警告する。この転舵機構６の機械的な異常には、伝動機構３３の円滑な動作が困難となる状態や、そのまま放っておくと伝動機構３３の円滑な動作が困難となる状態である予兆の状態を含んでいる。

次に、操舵制御装置２の構成について説明する。
図１に示すように、操舵制御装置２は、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という）５０及びメモリ５１を備えている。ＣＰＵ５０は、メモリ５１に記憶されたプログラムを所定の演算周期ごとに実行することによって、モータトルクを発生させるように各モータ１４，３２の駆動の制御を含む各種制御を実行する。本実施形態において、ＣＰＵ５０は制御部の一例である。

具体的には、ＣＰＵ５０は、運転者によるステアリング操舵に応じた操舵反力を発生させるように当該操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算する。この場合、例えば、ＣＰＵ５０は、操舵トルクＴｈ及び車速値Ｖに基づき目標反力トルクを演算する。そして、ＣＰＵ５０は、操舵側モータ１４の操舵角θｓ及び実電流値Ｉｓｑに基づいて、目標反力トルクに応じたモータトルクが発生するように操舵側モータ１４に駆動電力を供給することで、その駆動を制御する。これにより、操舵機構４にて操舵反力が発生させられる。

また、ＣＰＵ５０は、転舵側モータ３２の転舵角θｔに基づいて、中点θｔ０からの転舵側モータ３２の回転数をカウントしており、中点θｔ０を原点として転舵角θｔを積算した角度である積算角を演算する。なお、中点θｔ０は、車両が直進する際の転舵角θｔであり、転舵輪５の中点舵角θｄ０と対応する。そして、ＣＰＵ５０は、この積算角に伝動機構３３の減速比、ボールナット４０のリード、及びラックアンドピニオン機構２４の回転速度比に基づく換算係数Ｋを乗算することにより、転舵輪５の舵角θｄとしてピニオン角θｐを演算する。つまり、転舵角θｔは転舵輪５の舵角θｄに換算可能な状態変数である。ピニオン角θｐは、ピニオン軸２１の回転角を示す角度である。なお、ピニオン角θｐは、中点θｐ０よりも、例えば左側の角度である場合に正、右側の角度である場合に負とする。

ＣＰＵ５０は、運転者によるステアリング操舵に応じたピニオン角θｐとなるように当該ピニオン角θｐの目標値となる目標ピニオン角θｐ＊を演算する。この場合、例えば、ＣＰＵ５０は、操舵角θｓに基づき、当該操舵角θｓと同値となるように目標ピニオン角θｐ＊を演算する。ＣＰＵ５０は、ピニオン角θｐが目標ピニオン角θｐ＊に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、動力の目標値となる目標転舵トルクを演算する。そして、ＣＰＵ５０は、転舵側モータ３２の転舵角θｔ及び実電流値Ｉｔｑに基づいて、目標転舵トルクに応じたモータトルクが発生するように転舵側モータ３２に駆動電力を供給することで、その駆動を制御する。これにより、転舵機構６にて動力が発生させられる。

また、ＣＰＵ５０は、運転者によるステアリング操舵の操舵限界を規定するための規制反力を操舵反力として発生させるようになっている。規制反力としては、運転者によるステアリング操舵によってそれ以上は操舵角θｓの絶対値が大きくなる側への切り込み操舵ができなくなるほどの大きさの操舵反力が発生させられる。規制反力は、車両が直進する際の中点θｐ０を基準として、転舵輪５が転舵する際の構造上の限界の左右両側の第１限界舵角に対応するメカ限界角θｐｅｎｄ（ｌ），θｐｅｎｄ（ｒ）未満の範囲で、当該メカ限界角θｐｅｎｄ（ｌ），θｐｅｎｄ（ｒ）近傍のピニオン角θｐに対応する角度に操舵角θｓが達する場合に発生させられる。本実施形態において、ピニオン角θｐについての転舵輪５が転舵する際の構造上の左側の限界であるメカ限界角θｐｅｎｄ（ｌ）及び転舵輪５が転舵する際の構造上の右側の限界であるメカ限界角θｐｅｎｄ（ｒ）は転舵輪５のメカニカルな限界舵角に対応する。転舵輪５のメカニカルな限界舵角は、ラック軸２２が軸方向移動するなかで当該ラック軸２２の転舵輪５側に近接して設けられたラックエンド２７がラックハウジング２３の軸方向両側の端部２３ａにそれぞれ当接し、ラック軸２２の軸方向への移動が機械的に規制されるエンド当ての位置によって規定される。

そして、本実施形態では、規制反力が発生させられることにより、メカ限界角θｐｅｎｄ（ｌ），θｐｅｎｄ（ｒ）に達する、すなわち上記エンド当ての前に、規制反力が発生させられる操舵角θｓに対応する仮想限界角θｐｖｅｎｄ（ｌ），θｐｖｅｎｄ（ｒ）にピニオン角θｐが規制される。本実施形態において、ピニオン角θｐについての仮想限界角θｐｖｅｎｄ（ｌ），θｐｖｅｎｄ（ｒ）は転舵輪５が転舵する際の制御上の限界の左右両側の第２限界舵角、すなわち転舵輪５の限界舵角として制御により仮想的に作られた限界舵角に対応する。

次に、転舵機構６の機械的な異常を検出するためにＣＰＵ５０が実行する処理について説明する。以下では、ＣＰＵ５０は、メモリ５１に記憶されたプログラムに基づいて、制御周期毎に周期処理を実行することによって、転舵機構６の機械的な異常を検出するための処理を実行する。

図３に示すように、ＣＰＵ５０は、転舵側モータ３２について、転舵角θｔを取得する（ステップＳ１０）。この処理では、ＣＰＵ５０が転舵側モータ３２の駆動を制御する際に取得する転舵角θｔを用いるようにしてもよい。

続いて、ＣＰＵ５０は、上記ステップＳ１０で取得した転舵角θｔに基づき伝動機構３３に蓄積されているダメージの定量的な量であるダメージ量Ｄｍｉｎｔを算出するための処理であるダメージ量算出処理を実行する（ステップＳ２０）。

ここで、ダメージ量算出処理について詳しく説明する。
図４に示す処理は、メモリ５１に記憶されたプログラムをＣＰＵ５０が実行することで実現される処理の一部のうち、ダメージ量算出処理として実現される処理を記載したものである。

ダメージ量算出処理部７０は、伝動機構３３に蓄積されるダメージの要因となるエンド当てであることを判定するべく機能するエンド当て判定処理部７１と、エンド当ての発生状況を数値化して得られる値である判定値としてダメージ量Ｄｍｉｎｔを算出するべく機能する判定値算出処理部７２とを有している。

ダメージ量算出処理部７０には、上記ステップＳ１０で取得した転舵角θｔに基づき演算されるピニオン角θｐが入力される。ダメージ量算出処理部７０において、ピニオン角θｐは、ラック軸２２が軸方向へ移動する際の速度に対応するピニオン角θｐの角速度を示すように、微分器７３を通じて微分することにより得られる角速度ωに変換される。この角速度ωは、ラック軸２２が軸方向へ移動する際の速度の変化率に対応するピニオン角θｐの角加速度を示すように、微分器７４を通じて微分することにより得られる角加速度αに変換される。

エンド当て判定処理部７１には、上記ステップＳ１０で取得した転舵角θｔに基づき演算されるピニオン角θｐと、当該ピニオン角θｐを二階微分して得られる角加速度αが入力される。そして、エンド当て判定処理部７１は、角加速度αに基づき算出される加速度判定結果Ｒａに対して、ピニオン角θｐに基づき算出される角度判定結果Ｃ１を乗算して得られる値としてエンド当て判定結果Ｒを算出する。

具体的には、エンド当て判定処理部７１は、角加速度αと、加速度判定結果Ｒａとの関係を定めた加速度判定結果算出マップ７５を備えており、角加速度αを符号反転させた値を入力とし、加速度判定結果Ｒａをマップ演算する。本実施形態において、加速度判定結果Ｒａは、角加速度αが減速の状態を示し、当該減速の大きさである減少度合いが閾加速度αｔｈ以上の場合にエンド当てであることを示す値である「１」として算出される。また、加速度判定結果Ｒａは、角加速度αが加速の状態を示す場合や、角加速度αが減速の状態を示し、減少度合いが閾加速度αｔｈ未満である場合にエンド当てでないことを示す値である「０（零）」として算出される。閾加速度αｔｈは、転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てであることを判定できるとして実験的に求められる範囲の値に設定されている。つまり、換言すれば、加速度判定結果算出マップ７５は、他の要因のエンド当てと比較して伝動機構に蓄積されるダメージが大きい転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てであるか否かを判定するべく、ラック軸２２が軸方向へ移動する際の速度の変化率の減少度合いが閾加速度αｔｈ以上であるか否かを判定するために用いられる。

また、エンド当て判定処理部７１は、ピニオン角θｐと、角度判定結果Ｃ１との関係を定めた角度判定結果算出マップ７６を備えており、ピニオン角θｐを入力とし、角度判定結果Ｃ１をマップ演算する。なお、図４中、角度判定結果算出マップ７６は、中点θｐ０よりも、左側及び右側の両側の角度を纏めて示すべく、横軸をピニオン角θｐの絶対値としている。本実施形態において、角度判定結果Ｃ１は、ピニオン角θｐの絶対値が閾角度θｔｈ以上の場合に転舵輪５の転舵を制御的に規制できていない状況、すなわちステアリング操舵は制御的に規制されているにもかかわらず縁石等の障害物に当たった衝撃で転舵輪５が仮想的な限界舵角を超えていることを示す値である「１」として算出される。また、角度判定結果Ｃ１は、ピニオン角θｐの絶対値が閾角度θｔｈ未満の場合に転舵輪５の転舵を制御的に規制できている状況、すなわちステアリング操舵が制御的に規制されているとともに転舵輪５が仮想的な限界舵角を超えていないことを示す値である「０（零）」として算出される。閾角度θｔｈは、メカ限界角θｐｅｎｄ（ｌ），θｐｅｎｄ（ｒ）未満の範囲で、仮想限界角θｐｖｅｎｄ（ｌ），θｐｖｅｎｄ（ｒ）よりも大きい範囲内の値であって、転舵輪５の転舵を制御的に規制できなかった状況であることを判定できるとして実験的に求められる範囲の値に設定されている。つまり、換言すれば、角度判定結果算出マップ７６は、転舵輪５の転舵を制御的に規制できず伝動機構３３にいくらかのダメージが蓄積され得る状態であるか否かを判定するべく、ピニオン角θｐが閾角度θｔｈ以上であるか否かを判定するために用いられる。

そして、エンド当て判定処理部７１は、乗算部７７を通じて、加速度判定結果算出マップ７５の出力である加速度判定結果Ｒａに対して、角度判定結果算出マップ７６の出力である角度判定結果Ｃ１を乗算することでエンド当て判定結果Ｒを算出する。本実施形態において、エンド当て判定結果Ｒは、加速度判定結果Ｒａ及び角度判定結果Ｃ１がともに「１」となる場合にエンド当てであることを判定し、エンド当てであることを判定する毎に「１」の固定値が得られるように構成されている。一方、エンド当て判定結果Ｒとしては、加速度判定結果Ｒａ及び角度判定結果Ｃ１の少なくとも一方が「０」となる場合にエンド当てでないことを判定し、この場合には「１」の固定値が得られないように構成されている。

判定値算出処理部７２には、上記エンド当て判定処理部７１で算出されたエンド当て判定結果Ｒが入力される。判定値算出処理部７２は、エンド当て判定結果Ｒとしてエンド当てであることが判定される毎に得られる所定値としてカウント値Ｃを算出し、当該カウント値Ｃを累積加算して得られる判定値としてダメージ量Ｄｍｉｎｔを算出する。

具体的には、判定値算出処理部７２は、角速度ωと、ゲインＣ２との関係を定めたゲイン算出マップ７８を備えており、角速度ωを入力とし、ゲインＣ２をマップ演算する。なお、図４中、ゲイン算出マップ７８は、左側及び右側の角速度を纏めて示すべく、横軸を角速度ωの絶対値としている。本実施形態において、ゲインＣ２は、基本的にゼロよりも大きい値として角速度ωの絶対値が大きくなるほど大きい値として算出される。つまり、換言すれば、ゲイン算出マップ７８は、伝動機構３３の異常に与える影響が大きい場合にはその場合のカウント値Ｃをダメージ量Ｄｍｉｎｔに対して大きく反映させるべく、伝動機構３３に蓄積されるダメージと相関のある角速度ωに基づきエンド当て判定結果Ｒを重み付けする処理である。

そして、判定値算出処理部７２は、乗算部７９を通じて、エンド当て判定処理部７１の出力であるエンド当て判定結果Ｒに対して、ゲイン算出マップ７８の出力であるゲインＣ２を乗算することでカウント値Ｃを算出する。つまり、判定値算出処理部７２は、エンド当て判定結果Ｒがエンド当てであることを判定した結果である固定値「１」の場合、ゲインＣ２を、この固定値「１」に乗算した値を所定値であるカウント値Ｃとして算出する。

続いて、判定値算出処理部７２は、加算部８０を通じて、上記カウント値Ｃと、前回値保持部８１を通じて直前周期（１周期前）に保持された値である前回値のダメージ量Ｄｍｉｎｔとを加算することでダメージ量Ｄｍｉｎｔを算出する。

図３の説明に戻り、上記ステップＳ２０の処理であるダメージ量算出処理において、ＣＰＵ５０は、ダメージ量Ｄｍｉｎｔを演算すると、当該ダメージ量Ｄｍｉｎｔが異常判定値Ｄｔｈ以上である（Ｄｍｉｎｔ≧Ｄｔｈ）か否かを判定する（ステップＳ３０）。この処理は、エンド当てに関わって伝動機構３３にダメージが蓄積され得る状態が繰り返し発生することで伝動機構３３のダメージとして蓄積されたダメージ量Ｄｍｉｎｔを検出するためのものである。本実施形態において、異常判定値Ｄｔｈは、伝動機構３３にこれ以上ダメージが蓄積されると転舵側モータ３２の回転をラック軸２２に伝達することができない伝動機構３３の円滑な動作が困難となる状態、すなわちベルト４３が破断するベルト破断の状態に陥らせるとしてベルト４３の耐久試験等を通じて実験的に求められる範囲の値に設定されている。

つまり、上記ステップＳ３０の処理によっては、ベルト４３の状態としてベルト破断の状態に近づいているか否かの監視をするなかで、転舵機構６の機械的な異常として、ベルト破断の状態を検出することができる。本実施形態において、ＣＰＵ５０は、状態監視部の一例である。そして、上記ステップＳ３０の処理は、異常状態判定処理に相当する。

上記ステップＳ３０において、ＣＰＵ５０は、ダメージ量Ｄｍｉｎｔが異常判定値Ｄｔｈ未満であると判定する場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、転舵機構６に機械的な異常が生じていないことを判定し、ステップＳ１０の処理に戻り当該ステップＳ１０以後の処理を繰り返し実行する。

一方、ＣＰＵ５０は、ダメージ量Ｄｍｉｎｔが異常判定値Ｄｔｈ以上であると判定する場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、伝動機構３３にこれ以上ダメージが蓄積されるとベルト破断の状態に陥る可能性があることを検出し転舵機構６の機械的な異常としてベルト異常を確定させるための処理を実行する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０にて、ＣＰＵ５０は、転舵機構６の機械的な異常を検出した旨を運転者に警告するべく、警告装置６１を点灯や点滅させるように点灯状態を制御する。また、ＣＰＵ５０は、転舵機構６の機械的な異常を検出した旨を記録するべく、その旨を示す異常情報をメモリ５１にて記録する。こうしてメモリ５１に記録された異常情報は、図示しない診断ツールが操舵制御装置２に対して外部から接続される場合に、当該診断ツールに対して出力される。本実施形態において、メモリ５１は、ダイアグとしての機能を有する。その後、ＣＰＵ５０は、フェールセーフとしてメカ異常時フェールを作動させる処理へと移行する。本実施形態において、メカ異常時フェールでは、運転者に警告をしつつ車両を安全に停車させるための処理を実行したりする。

以下、本実施形態の作用を説明する。
ここで、ラック軸２２が軸方向へ移動している状態から当該移動が機械的に規制される場合、ラック軸２２が軸方向へ移動する際の速度の変化率が減少する現象として現れるところ、その減少度合いはエンド当てのなかでも転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てでより大きくなる。そして、こうした転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てでは、他の要因のエンド当てと比較して伝動機構３３に蓄積されるダメージが大きいことが一般的に知られている。

この点、本実施形態によれば、転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当てを検出することができるようになる。こうした転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当ては、繰り返し発生することで伝動機構３３のダメージとして蓄積されて行くところ、発生状況を数値化することで伝動機構３３に蓄積されているダメージを定量的に検出することができるようになる。そして、伝動機構３３に蓄積されているダメージが大きくなるといずれ転舵側モータ３２の回転をラック軸２２に伝達することができない伝動機構３３の円滑な動作が困難となる状態に陥らせる原因になる可能性がある。つまり、本実施形態を用いては、伝動機構３３の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆として伝動機構３３の異常、すなわち転舵機構６の機械的な異常をより適切に検出することができるようになる。

以下、本実施形態の効果を説明する。
（１）本実施形態では、上記ステップＳ３０のように、上記ステップＳ２０を通じて算出された伝動機構３３に蓄積されているダメージ量Ｄｍｉｎｔが異常判定値Ｄｔｈ以上であるか否かを判定する処理を有している。これにより、伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆として伝動機構の異常、すなわち転舵機構６の機械的な異常をより適切に検出することができるようになる。したがって、転舵側モータ３２の回転をラック軸２２に伝達する伝動機構３３の状態を適切に監視することができる。

（２）ここで、ラック軸２２が軸方向へ移動する際の速度は、大きいほどにエンド当てで伝動機構３３に蓄積されるダメージが大きくなる。
これに対して、本実施形態では、ダメージ量算出処理部７０がゲイン算出マップ７８を有しているので、伝動機構３３に蓄積されるダメージと相関のある角速度ωに基づき重み付けされた結果であるカウント値Ｃを累積することができるようになる。これにより、角速度ωの絶対値が大きく、伝動機構３３の異常に与える影響が大きいと考えられる場合にはカウント値Ｃをダメージ量Ｄｍｉｎｔに対して大きく反映させることができ、伝動機構３３の異常の検出精度を高めるのに効果的である。

（３）本実施形態のような転舵輪５が転舵する際の限界を制御的に設定する機能を有する場合には、制御的に設定する限界を転舵輪５が少なくとも超えた状況でエンド当てが発生することになる。この点、本実施形態によれば、エンド当てであることを判定する場合、制御的に設定する限界を転舵輪５が少なくとも超えた状況を加味して判定できるので、転舵輪５が縁石等の障害物に当たった衝撃が要因のエンド当ての検出精度を高めることができる。

（４）本実施形態のように、転舵側モータ３２の回転をラック軸２２に伝達する構成としてベルト４３を有する伝動機構３３が用いられている場合において、当該伝動機構３３の機能の要であるベルト４３の状態を適切に監視することができるようになる。したがって、転舵側モータ３２の回転をラック軸２２に伝達する伝動機構３３の異常を適切に検出することができるようになる。

（５）ここで、転舵機構６の機械的な異常を検出することは、当該転舵機構６と、操舵機構４との間の動力伝達路が分離した構造を有する操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置１では特に重要である。これは、転舵機構６に機械的な異常が発生したとしてもこのような状況が操舵機構４を通じて運転者に伝達されないからである。

この点、本実施形態によれば、伝動機構３３の異常、すなわち転舵機構６の機械的な異常を検出することができるようになる。したがって、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置１において、転舵機構６の機械的な異常を検出することができる。

上記実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・上記ステップＳ３０の処理では、ダメージ量Ｄｍｉｎｔが異常判定値と一致する場合、異常を検出しないことを許容してもよい。

・ダメージ量算出処理部７０では、転舵角θｔに替えて、ラック軸２２の軸方向の位置を検出するストロークセンサの検出結果であったり、ピニオン軸２１に設けられたレゾルバの検出結果であったり、転舵輪５の舵角に換算可能な状態変数を用いるようにしてもよい。

・ダメージ量算出処理部７０では、マップ演算に替えて関数（数式等の演算式）を用いて加速度判定結果Ｒａや角度判定結果Ｃ１を算出することもできる。また、ダメージ量算出処理部７０では、３次元マップを用いることで加速度判定結果Ｒａや角度判定結果Ｃ１を算出することもできる。また、ダメージ量算出処理部７０が備えている加速度判定結果算出マップ７５及び角度判定結果算出マップ７６の具体的な特性については、例えば、「０」及び「１」以外の数値を結果として出力できるように構成することもできる。これは、ゲインＣ２や、当該ゲインＣ２を算出するのに用いるゲイン算出マップ７８についても同様であり、当該ゲイン算出マップ７８の具体的な特定については、例えば、車両の仕様や使用環境等に応じて適宜変更可能である。

・ダメージ量算出処理部７０では、ゲインＣ２を算出して乗算する機能を削除し、エンド当て判定処理部７１の出力にのみ基づきカウント値Ｃを算出するようにしてもよい。
・ダメージ量算出処理部７０では、角度判定結果Ｃ１を算出して乗算する機能を削除し、加速度判定結果Ｒａにのみ基づきエンド当て判定結果Ｒを算出するようにしてもよい。

・ダメージ量算出処理部７０では、角加速度α自体をエンド当て判定結果Ｒとして算出し、この算出したエンド当て判定結果Ｒに対してゲインＣ２を乗算して得られる角加速度α自体を累積してダメージ量Ｄｍｉｎｔとして算出してもよい。つまり、本変形例では、ラック軸２２が軸方向へ移動する際の速度の変化率に換算可能な加速度である角加速度αの累積値に基づき転舵機構６の機械的な異常を検出することになる。

・運転者によるステアリング操舵の操舵限界を規定するための機能は、規制反力を操舵反力として発生させることに替えて、機械的にステアリング操舵の操舵限界を規定する構成を採用することもできる。

・転舵輪５が転舵する際の限界を制御的に設定する機能は、転舵機構６を主体とした機能として実現してもよく、例えば、ピニオン角θｐが仮想限界角θｐｖｅｎｄ（ｌ），θｐｖｅｎｄ（ｒ）に達する、すなわち上記エンド当ての前に、転舵輪５の転舵の仮想的な限界舵角を規定するための規制反力を転舵側モータ３２が発生させるようにしてもよい。

・伝動機構３３は、ベルト４３を用いない、例えば、ウォーム減速機構であったりしてもよい。この場合でもウォーム減速機構の歯欠け等の異常を検出することができる。
・警告装置６１を通じた運転者への警告としては、例えば、アラーム等の音で知らせたり、操舵反力を大きくしてステアリング操舵を重くしたりする等、何かしら状況の変化を運転者が認識できる方法であれば適宜変更可能である。その他、運転者に警告する以外、車両が有する通信機能を用いて、例えば、現在位置から最も近いディーラーであったり、最寄りのディーラー等、車両のメンテナンスが可能な店舗に知らせたりすることもできる。

・上記実施形態において、ＣＰＵ５０は、コンピュータプログラムを実行する１つ以上のプロセッサ、あるいは各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路等の１つ以上の専用ハードウェア回路、あるいは上記プロセッサ及び上記専用ハードウェア回路の組み合わせを含む回路として実現してもよい。また、メモリ５１には、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体によって構成してもよい。

・上記実施形態は、操舵装置１を、操舵機構４と転舵機構６との間が機械的に常時分離したリンクレスの構造としたが、これに限らず、クラッチにより操舵機構４と転舵機構６との間が機械的に分離可能な構造としてもよい。また、操舵装置１は、ステアリングホイール３の操舵を補助するための力であるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置としてもよい。この場合、ステアリングホイール３は、ステアリングシャフト１１を介してピニオン軸２１が機械的に接続される。

１…操舵装置
２…操舵制御装置
４…操舵機構
５…転舵輪
６…転舵機構
２２…ラック軸（転舵シャフト）
２２ｂ…ボールねじ部
３２…転舵側モータ
３３…伝動機構
４０…ボールナット
４３…ベルト
５０…ＣＰＵ（状態監視部）
６５…転舵側回転角センサ
７１…エンド当て判定処理部
７２…判定値算出処理部
７５…加速度判定結果算出マップ
７６…角度判定結果算出マップ
７８…ゲイン演算マップ

Claims (6)

1. 車両の転舵輪を転舵させるべく転舵シャフトを軸方向に移動させるための動力となるモータトルクを発生するモータと、前記モータの回転を前記転舵シャフトに伝達する伝動機構とを有する操舵装置を制御対象とし、
   前記伝動機構の状態を監視する状態監視部を備え、
   前記状態監視部は、
   前記転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度の変化率の減少度合いに基づいて前記転舵シャフトの軸方向への移動が機械的に規制されるエンド当てであるか否かを判定するエンド当て判定処理と、
   前記エンド当て判定処理の判定結果に基づき前記エンド当ての発生状況を数値化して得られる値である判定値を算出する判定値算出処理と、
   前記伝動機構の異常を検出するべく、前記判定値算出処理で算出された前記判定値が前記伝動機構に異常があることを示す値であるか否かを判定する異常状態判定処理と、を実行する
   ことを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記状態監視部は、前記判定値算出処理にて、前記エンド当て判定処理で前記エンド当てであることを判定する毎に得られる所定値を累積した値として前記判定値を算出するように構成されている請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記状態監視部は、前記判定値算出処理にて、前記転舵シャフトが軸方向へ移動する際の速度に基づき算出されるゲインを、前記エンド当て判定処理で前記エンド当てであることを判定する毎に得られる固定値に乗算した値を前記所定値として算出するように構成されている請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 前記転舵輪が転舵する際の構造上の限界の舵角である第１限界舵角未満の範囲で前記転舵輪が転舵する際の限界を制御的に設定する限界の舵角である第２限界舵角に規制する機能を有しており、
   前記状態監視部は、前記エンド当て判定処理にて、前記エンド当てであることを判定する条件として、前記転舵輪の舵角に換算可能な状態変数が前記第１限界舵角に対応して設定されている第１限界値未満、且つ、前記第２限界舵角に対応して設定されている第２限界値よりも大きい範囲内にあることを設定するように構成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置。
5. 前記伝動機構は、
   前記転舵シャフトに設けられたボールねじ部に複数のボールを介して螺合するボールナットと、
   前記モータの回転を前記ボールナットに伝達する歯付きのベルトとを有するものである請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置。
6. 前記操舵装置は、運転者により操舵される操舵機構と、前記転舵シャフト、前記モータ及び前記伝動機構を有する転舵機構との間の動力伝達路が分離した構造を有するものである請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置。

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