JP5971427B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

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

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

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

特開２００５−７５０２６号公報 特許第３９２３９５７号公報

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

上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータを備える電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出するトルク検出部と、少なくとも前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算部と、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、前記操舵補助指令値演算部で演算した操舵補助指令値が許容範囲を超えないように、所定の制限値を用いて制限するクリップ部と、前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、を備える。また、前記トルク検出部で検出した操舵トルク、及び前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記モータ制御部による前記電動モータの駆動制御を許可又は禁止する監視機能を有するインターロック部と、前記トルク検出部で検出した操舵トルクの異常を検出するトルク異常検出部と、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて操舵トルク代替値を演算するトルク代替値演算部と、を備える。さらに、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記クリップ部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値に切り替える入力切替部と、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記インターロック部の入力値を、前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値から零に切り替えるインターロックマスク部と、を備える。

このように、クリップ部とインターロック部とで操舵補助指令値を監視するので、２重安全構造をとることができる。したがって、システムの信頼性を向上させることができる。また、トルク系異常発生時には、クリップ部に入力する操舵トルクを過去トルク値に切り替え、インターロック部に入力する操舵補助指令値を０とするので、トルク異常信号の影響を受けずにクリップ処理やインターロック処理を行うことができる。特に、異常発生時にインターロック機能が作動して異常時処理が実施できなくなるのを確実に防止することができるので、アシストを突然停止させることなく、運転者に違和感を与えないような異常時処理を確実に実施することができる。

さらに、上記において、主制御装置と、副制御装置とを互いにデータ通信可能に備え、前記主制御装置は、前記操舵補助指令値演算部と、前記クリップ部と、前記モータ制御部と、前記トルク異常検出部と、前記トルク代替値演算部と、前記入力切替部と、前記インターロックマスク部とを備え、前記副制御装置は、前記インターロック部を備えることが好ましい。これにより、主制御装置のクリップ部と副制御装置のインターロック部とで２重安全構造を構築することができる。また、トルク系異常発生時に、主制御装置の入力切替部及びインターロックマスク部によって、アシストを継続しつつ、副制御装置がインターロック機能を作動してアシストを突然停止させるのを防止することができる。その結果、運転者に違和感を与えないような異常時処理を確実に実施することができる。

また、上記において、前記クリップ部に入力する操舵補助指令値と前記クリップ部が出力する操舵補助指令値との比較結果に基づいて、当該クリップ部の異常を検出するクリップ異常検出部を備えることが好ましい。これにより、異常発生時にインターロック機能が非作動となっても、システムの信頼性を確保することができる。
さらに、上記において、前記トルク検出部で検出した操舵トルクと、前記トルク検出部で検出した操舵トルク及び前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値のうち前記クリップ部に入力する操舵トルクとの比較結果に基づいて、前記トルク異常検出部による異常検出結果の正当性を判定する異常検出結果判定部を備え、前記インターロックマスク部は、前記トルク異常検出部で異常を検出しており、且つ前記異常検出結果判定部で前記トルク異常検出部による異常検出結果の正当性を確認した場合にのみ、前記インターロック部の入力値を、前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値から零に切り替える。これにより、異常時にのみ、インターロック機能を非作動とし、安全性を保たせることができる。

また、上記において、前記クリップ部は、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記制限値を徐々に零に向けて変更する徐変部を備えることが好ましい。これにより、異常発生時には、即時アシストをＯＦＦすることなく、緩やかにアシストを制限することができるので、運転者に違和感を与えるのを抑制しつつ安全にシステムを停止することができる。
さらに、上記において、前記トルク代替値演算部は、前記トルク異常検出部で異常を検出する直前の所定期間内に前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクのうち、最小の値を前記操舵トルク代替値として演算することが好ましい。これにより、異常発生時には、システムの安全側に設定することができる。

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

本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。 コントローラの具体的構成を示すブロック図である。 トルク特性線図である。 過去トルク制御処理手順を示すフローチャートである。 ランプダウン処理を説明する図である。 リミッタ機能の動作を説明する図である。 インターロック電流制限処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
図中、符号１は、車両のステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結された減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して補助操舵力を発生する電動モータ１３とを備えている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するためのもので、図示しないトーションバーで連結された入力軸２ａと出力軸２ｂとの相対的な変位（回転変位）を、コイル対のインピーダンスの変化に対応させて検出するように構成されている。この操舵トルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔはコントローラ（ＥＣＵ）１４に入力される。

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

次に、コントローラ１４の具体的構成について説明する。
コントローラ１４は、図２に示すように、メインＣＰＵ１４Ａと、サブＣＰＵ１４Ｂとを備える。メインＣＰＵ１４Ａは、操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を演算する指令値演算部２１と、操舵補助指令値を補償する指令値補償部２２と、指令値補償部２２で補償された操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３を駆動制御するモータ制御部２３と、インターロックマスク部２４と、を備えている。

指令値演算部２１は、トルク系異常検出部３１と、過去トルク制御演算部３２と、操舵補助指令値演算部３３と、メインＥＣＵクリップ（ｑ軸電流クリップ）３４と、トルク制御系リミッタ診断部３５と、位相補償部３６と、加算器３７と、安定化補償部３８と、応答性補償部３９と、加算器４０と、を備える。
トルク系異常検出部３１は、トルクセンサ３の出力値異常を検出し、その結果をトルク系異常発生フラグとして出力する。ここで、トルクセンサ３の出力値は、図３に示すように、正常時にはメイントルク信号とサブトルク信号とがクロス特性を有する。トルクセンサ３の定格範囲は符号γで示す０Ｖ〜５Ｖであり、通常の使用域は、メカニカルストッパ（トーションバーの捻り範囲等）で上記定格範囲よりも内側に設定された、符号βで示す１Ｖ〜４Ｖである。

トルクセンサ３が短絡・地絡を起こした場合、メイントルク信号及びサブトルク信号は、トルクセンサ３の定格範囲の上下限（０Ｖ，５Ｖ）に張り付く。そこで、メイントルク信号及びサブトルク信号が、０Ｖ付近の所定値（例えば０．３Ｖ）以下であるか、５Ｖ付近の所定値（例えば４．７Ｖ）以上であるとき、メイントルク信号及びサブトルク信号が正常なクロス特性から外れているとして、トルク系異常発生フラグを、異常が発生していることを示すＯＮ状態にする。そして、メイントルク信号及びサブトルク信号が正常なクロス特性となっている場合には、トルク系異常発生フラグを、異常が発生していないことを示すＯＦＦ状態にする。

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

図４は、過去トルク制御演算部３２で実行する過去トルク制御処理手順を示すフローチャートである。
先ずステップＳ１で、過去トルク制御演算部３２は、トルク系異常発生フラグがＯＮであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップＳ２に移行し、トルク系異常発生フラグがＯＮである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップＳ４に移行する。
ステップＳ２では、過去トルク制御演算部３２は、トルクセンサ３から操舵トルクＴｉを取得し、これを操舵トルクＴａとして設定し、出力してからステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、過去トルク制御演算部３２は、過去トルク値を更新してから前記ステップＳ１に移行する。ここで、過去トルク値とは、直前ｎサンプル（例えば６サンプル）の操舵トルク検出値（過去トルク検出値）の最小値である。以下の説明では、６サンプル前の過去トルク検出値をＴ（ｉ−６）、５サンプル前の過去トルク検出値をＴ（ｉ−５）、…、１サンプル前の過去トルク検出値をＴ（ｉ−１）とする。

このステップＳ３では、過去トルク制御演算部３２は、先ずメモリに記憶した過去トルク検出値Ｔ（ｉ−６），Ｔ（ｉ−５），…，Ｔ（ｉ−１）を更新する。すなわち、Ｔ（ｉ−６）＝Ｔ（ｉ−５），Ｔ（ｉ−５）＝Ｔ（ｉ−４），…，Ｔ（ｉ−１）＝Ｔｉの設定を行い、メモリ内の過去トルク検出値を書き換える。次いで、これら過去トルク検出値の中から最小値を選択し、選択した最小値（ｍｉｎ（Ｔ（ｉ−６），Ｔ（ｉ−５），…，Ｔ（ｉ−１）））を過去トルク値としてメモリに記憶する。
ステップＳ４では、過去トルク制御演算部３２は、メモリに記憶している過去トルク値を操舵トルクＴａとして設定し、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、過去トルク制御演算部３２は、操舵トルクＴａに対して図５に示すようなランプダウン処理を施す。すなわち、操舵トルクＴｉによって決まるトルク系異常発生時点での操舵トルクＴａを基準として、所定時間Ｎ［ｓｅｃ］をかけて操舵トルクＴａを０まで漸減させる。

そして、操舵トルクＴａが０となるとステップＳ６に移行し、過去トルク制御演算部３２は、操舵補助制御による操舵アシストを停止（電動モータ１３を停止）して過去トルク監視演算処理を終了する。
図２に戻って、操舵補助指令値演算部３３は、操舵トルクＴａ及び車速Ｖｓをもとに、操舵補助指令値算出マップ等を参照して操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０を演算する。ここで、操舵補助指令値算出マップは、横軸に操舵トルクＴａ、縦軸に操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０をとり、車速Ｖｓをパラメータとした特性線図で構成されている。操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０は、操舵トルクＴａの増加に対して最初は比較的緩やかに増加し、さらに操舵トルクＴａが増加すると、その増加に対して操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０が急峻に増加するように設定されている。この特性曲線の傾きは、車速Ｖｓの増加に従って小さくなるように設定されている。また、各特性曲線には、それぞれ上限値が設けられている。

メインＥＣＵクリップ３４は、操舵補助指令値演算部３３で演算した操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０が許容範囲を超えないように、所定の制限値（上下限値）を用いて制限をかける処理を行う。ここで、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０の制限値は、過去トルク制御演算部３２が出力した操舵トルクＴａに応じて決定する。このメインＥＣＵクリップ３４は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０の異常と、トルクセンサ３の欠陥（短絡、地絡）による操舵方向の異常とを検出するためのものである。
トルク制御系リミッタ診断部３５は、操舵補助指令値演算部３３で演算した操舵補助指令値Ｉｅｒｆ０と、メインＥＣＵクリップ３４でクリップした後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆとを入力する。そして、これらの比較結果に基づいてメインＥＣＵクリップ３４の上下限クリップが正常であるか否かを診断する。

図６は、リミッタ機能の動作を説明する図である。図６の破線に示すように、入力信号が上限クリップ値よりも大きくなると、出力信号は、実線に示すように上限クリップ値により制限される。つまり、出力信号の絶対値は、必ず入力信号の絶対値以下となる（｜入力｜≧｜出力｜）。また、入力信号と出力信号とは必ず同符号を有する。
したがって、トルク制御系リミッタ診断部３５は、入力信号Ｉｒｅｆ０と出力信号Ｉｒｅｆとを比較し、｜Ｉｒｅｆ０｜＜｜Ｉｒｅｆ｜である状態が所定時間（例えば、１０ｍｓ）継続しているか、入力信号Ｉｒｅｆ０と出力信号Ｉｒｅｆとが異符号である状態が所定時間（例えば１０ｍｓ）継続しているとき、上下限クリップが異常であると判定する。そして、トルク制御系リミッタ診断部３５は、上下限クリップが異常であると判定すると、アシストを停止（電動モータ１３を停止）する処理を行う。

位相補償部３６は、メインＥＣＵクリップ３４でクリップした後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆに対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助指令値を加算器３７に出力する。ここでは、例えば、（Ｔ₁ｓ＋１）／（Ｔ₂ｓ＋１）のような伝達特性を操舵補助指令値に作用させるものとする。
加算器３７は、位相補償部３６が出力した位相補償後の操舵補助指令値と、後述する反力／ヒステリシス補償部４５が出力したセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とを加算し、その結果を安定化補償部３８に出力する。
安定化補償部３８は、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償する。例えば、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（ｓ²＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ²＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有する。なお、特性式Ｇ（ｓ）のａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。

応答性補償部３９は、操舵トルクＴａを入力し、応答性補償指令値を加算器４０に対して出力する。この応答性補償部３９では、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うようになっている。
加算器４０は、安定化補償部３８が出力した安定化補償後の操舵補助指令値と、応答性補償部３９が出力した応答性補償指令値と、後述する減算器４６が出力する指令補償値とを加算し、その結果を指令値演算部２１の出力結果である操舵補助指令値として後述する電流指令値演算部４７に出力する。
また、指令値補償部２２は、角速度演算部４１と、角加速度演算部４２と、摩擦・慣性補償部４３と、収斂性補償部４４と、反力／ヒステリシス補償部４５と、減算器４６と、を備える。

角速度演算部４１は、回転角検出部１３ａで検出したモータ回転角を微分してモータ角速度ωを演算する。
角加速度演算部４２は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを演算する。
摩擦・慣性補償部４３は、角加速度演算部４２で演算したモータ角加速度αに基づいて、電動モータ１３の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するための慣性補償値を出力する。
収斂性補償部４４は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωに基づいて、ヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償値を出力する。すなわち、収斂性補償部４４は、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、収斂性補償値を算出する。

反力／ヒステリシス補償部４５は、操舵トルクＴｉ、車速Ｖｓ、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び操舵補助指令値演算部３３で演算した操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０を入力し、これらに基づいてセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定演算し、その結果を上記加算器３７に出力する
減算器４６は、摩擦・慣性補償部４３で演算した慣性補償値から収斂性補償部４４で演算した収斂性補償値を減算し、その結果を指令値補償部２２の出力結果である指令補償値として上記加算器４０に出力する。
また、モータ制御部２３は、電流指令値演算部４７と、減算器４８と、電流制御部４９と、モータ駆動部５０と、を備える。

電流指令値演算部４７は、指令値演算部２１が出力した操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）から電動モータ１３の電流指令値を演算する。
減算器４８は、電流指令値演算部４７で演算した電流指令値と、モータ電流検出部１３ｂで検出したモータ電流検出値との電流偏差を演算し、これを電流制御部４９に出力する。
電流制御部４９は、上記電流偏差に対して比例積分演算を行って電圧指令値Ｅを出力するフィードバック制御を行う。ここで、電流制御部４９には、後述するサブＥＣＵインターロック６１が出力するアシスト禁止信号が入力され、当該アシスト禁止信号に基づいて電流指令値Ｅを０とするアシスト禁止処理を行う。
モータ駆動部５０は、電流制御部４９が出力した電圧指令値Ｅに基づいてデューティ演算を行い、電動モータ１３の駆動指令となるデューティ比を演算する。そして、そのデューティ比に基づいて電動モータ１３を駆動する。

また、インターロックマスク部２４は、後述するサブＣＰＵ１４ＢのサブＥＣＵインターロック（ｑ軸電流インターロック）６１に入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂを出力する。
ここで、インターロックマスク部２４は、トルク系異常検出部３１が出力したトルク系異常発生フラグと、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉと、過去トルク制御演算部３２が出力した操舵トルクＴａと、メインＥＣＵクリップ３４でクリップした後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆとを入力する。
そして、インターロックマスク部２４は、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ（トルクセンサ３で検出したトルク検出値から生成される操舵補助指令値）を操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂとして出力する。また、インターロックマスク部２４は、トルク系異常発生フラグがＯＮであるが、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正ではない場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ（過去トルク値から生成される操舵補助指令値）を操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂとして出力する。
一方、インターロックマスク部２４は、トルク系異常発生フラグがＯＮであり、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正である場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂを０として出力する（操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂを制限する）。
インターロックマスク部２４は、操舵トルクＴｉと操舵トルクＴａとの比較結果に基づいて、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正であるか否かを判定する。

図７は、インターロックマスク部２４で実行するインターロック電流制限処理手順を示すフローチャートである。
先ずステップＳ１１で、インターロックマスク部２４は、トルク系異常発生フラグがＯＮであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがＯＦＦである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップＳ１２に移行し、トルク系異常発生フラグがＯＮである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１２では、インターロックマスク部２４は、メインＥＣＵクリップ３４でクリップした後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆを、サブＥＣＵインターロック６１に入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂとして出力し、インターロック電流制限処理を終了する。
ステップＳ１３では、インターロックマスク部２４は、操舵トルクＴｉと操舵トルクＴａとが等しいか否かを判定する。トルク系異常が発生している場合、過去トルク制御演算部３２が正常に機能していれば、操舵トルクＴａは操舵トルクＴｉとは異なる値となっている。そのため、トルク系異常発生フラグがＯＮでＴｉ≠Ｔａであれば、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正であると判断することができる。

したがって、このステップＳ１３でＴｉ＝Ｔａであると判定した場合には、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正ではないと判断して、前記ステップＳ１２に移行する。すなわち、トルク系異常発生フラグがＯＮでＴｉ＝Ｔａである場合には、メインＥＣＵクリップ３４でクリップした後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆ（過去トルク値から生成した操舵補助指令値）を、サブＥＣＵインターロック６１に入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂとして出力してもよいと判断する。
一方、前記ステップＳ１３でＴｉ≠Ｔａであると判定した場合には、ステップＳ１４に移行する。そして、ステップＳ１４では、インターロックマスク部２４は、サブＥＣＵインターロック６１に入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂ＝０を出力し、インターロック電流制限処理を終了する。すなわち、トルク系異常発生フラグがＯＮでＴｉ＝Ｔａである場合には、トルク系異常検出部３１の異常検出結果は適正であり、トルクセンサ異常値によるインターロック監視機能を実施させないようマスクする必要があると判断する。

図２に戻って、サブＣＰＵ１４Ｂは、サブＥＣＵインターロック（ｑ軸電流インターロック）６１を備える。このサブＣＰＵ１４Ｂは、メインＣＰＵ１４ＡとＣＰＵ間通信を用いてデータの送受信が可能となっている。
サブＥＣＵインターロック６１は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉと、インターロックマスク部２４が出力した操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂとを入力する。そして、これらに基づいて、電動モータ１３の駆動制御を許可又は禁止するインターロック監視を行う。
すなわち、サブＥＣＵインターロック６１は、操舵トルクＴｉと操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂとが、予め設定した電動モータ１３の駆動禁止領域内にあるか否かを判定する。そして、駆動禁止領域内にあると判定した場合には、タイマーを走らせ一定時間経過後に電流制御部４９にアシスト禁止信号を出力し、強制的に電動モータ１３の駆動を停止する。

このように、メインＣＰＵ１４Ａのｑ軸電流クリップと、サブＣＰＵ１４Ｂのｑ軸電流インターロックとで、操舵トルクＴｉから生成される操舵補助指令値とトルクセンサの欠陥（短絡、地絡）による操舵方向の異常を２重監視する。
また、トルクセンサ異常が発生した場合には、過去トルク値を操舵トルク検出値の代替値として電流指令値を生成する。このとき、サブＣＰＵ１４Ｂのｑ軸電流インターロックに入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂを０［Ａ］として、ｑ軸電流インターロックを機能させないようにする。さらに、メインＣＰＵ１４Ａのトルク制御系リミッタ診断を付加することで、ｑ軸電流インターロックを機能させないことによる信頼性の低下を抑制する。

なお、トルクセンサ３がトルク検出部に対応している。また、図２において、メインＣＰＵ１４Ａが主制御装置に対応し、サブＣＰＵ１４Ｂが副制御装置に対応し、モータ制御部２３がモータ制御部に対応し、トルク系異常検出部３１がトルク異常検出部に対応している。さらに、操舵補助指令値演算部３３が操舵補助指令値演算部に対応し、メインＥＣＵクリップ３４がクリップ部に対応し、トルク制御系リミッタ診断部３５がクリップ異常検出部に対応している。また、サブＥＣＵインターロック６１がインターロック部に対応している。
また、図４において、ステップＳ３がトルク代替値演算部に対応し、ステップＳ４が入力切替部に対応し、ステップＳ５が徐変部に対応している。さらに、図７において、ステップＳ１３が異常検出結果判定部に対応し、ステップＳ１４がインターロックマスク部に対応している。

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

このとき、操舵トルクＴａを操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０に変換した値が、操舵方向、検出トルク量に対して適正であるか否かを、メインＣＰＵ１４ＡのメインＥＣＵクリップ３４で監視する。そして、ここでは、操舵補助指令値が許容範囲を超えないように制限をかける。
さらに、制限後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆは、サブＣＰＵ１４ＢのサブＥＣＵインターロック６１に入力され、ここで、制限後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆが、操舵方向、検出トルク量に対して適正であるか否かを監視する。すなわち、メインＣＰＵ１４ＡとサブＣＰＵ１４Ｂとの２重検出構成を取って異常検出を行うので、システムの信頼性を向上させることができる。

このように、操舵補助指令値演算部３３の後段にメインＥＣＵクリップ３４を設け、電流指令値と操舵トルクとの相関を監視し、主にトルクの逆位相を検出する。位相補償や応答性補償、収斂性補償を行う場合は、トルク検出値と逆位相の出力を行うことがあるため、これらの補償の障害とならないよう、メインＥＣＵクリップ３４は操舵補助指令値演算部３３の直後で、主にシステム系の異常を監視する。
そして、この状態から、トルクセンサ３の欠陥によりトルク系異常が発生すると、メインＣＰＵ１４Ａでは、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉに代えて、過去トルク値を用いて操舵補助制御を行う。すなわち、操舵補助指令値演算部３３の入力値Ｔａを操舵トルクＴｉから過去トルク値に切り替える。
また、このとき、メインＣＰＵ１４Ａでは、メインＥＣＵクリップ３４の入力値である操舵トルクＴａを漸減するランプダウン制御を実施する。操舵トルクＴａを漸減することで、メインＥＣＵクリップ３４で用いる操舵補助指令値Ｉｒｅｆ０の制限値（上下限値）を徐々に０にむけて変化させることができ、結果としてアシストを徐々に制限することができる。そして、このランプダウン制御を開始してから所定時間（Ｎ［ｓｅｃ］）後に、アシストを完全に停止する。

このように、トルクセンサ３の出力値に異常が発生した場合には、過去トルク値による操舵補助制御に切り替えるので、異常トルク値を用いて操舵補助制御が行われることを防止し、急激なアシスト変化を緩和させることができる。また、異常発生時にランプダウン制御を実施するので、アシストを即時ＯＦＦせずに、緩やかにアシストを制限することができる。さらに、ランプダウン制御に際し、メインＥＣＵクリップ３４に入力する操舵トルクＴａを漸減するので、比較的簡易な構成でアシストの漸減処理を行うことができる。
また、この異常発生時には、サブＣＰＵ１４Ｂでは、サブＥＣＵインターロック６１に入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂを０に切り替え、サブＥＣＵインターロックを機能させないようにする。これにより、異常トルク値によるインターロックの監視を防止することができ、異常発生時に即アシストが停止されてしまうのを防止することができる。したがって、メインＣＰＵ１４Ａによる異常時処理（ランプダウン制御）を確実に実施することができる。
さらに、サブＣＰＵ１４Ｂでは、メインＣＰＵ１４ＡのメインＥＣＵクリップ３４に入力する操舵トルクＴａと、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉとを比較し、その比較結果に基づいてトルク系異常発生フラグが正しい状態であるか否か（トルク系異常検出部３１の異常検出結果の正当性）を監視する。

そして、仮にトルク系異常発生フラグがＯＮであっても、Ｔｉ＝Ｔａであり、トルク系異常検出部３１の異常検出結果が適正ではないと判断した場合には、サブＥＣＵインターロック６１に入力する操舵補助指令値Ｉｒｅｆｓｕｂの制限処理を行わず、サブＥＣＵインターロック６１にはメインＥＣＵクリップ３４で制限した後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆを入力する。したがって、異常時にのみサブＥＣＵインターロック機能を非作動とすることができ（不必要にサブＥＣＵインターロック機能を非作動とするのを防止することができ）、信頼性を確保することができる。
また、メインＣＰＵ１４Ａにトルク制御系リミッタ診断部３５を設け、メインＥＣＵクリップ３４による上下限クリップの異常を監視するので、サブＥＣＵインターロック６１を機能させないことによる信頼性の低下を抑制することができる。つまり、このトルク制御系リミッタ診断部３５により、メインＣＰＵ１４Ａを冗長設計とすることができ、信頼性を確保することができる。

以上のように、本実施形態では、トルク系異常が発生したときに、異常トルク値を使用しないで異常時処理を行うことができる。また、異常発生時にアシストを即時ＯＦＦせずに、緩やかに制限することができるので、運転者に違和感を与えるのを抑制しつつ安全にシステムを停止させることができる。
以上、本願が優先権を主張する日本国特許出願Ｐ２０１３−２１３０７４（２０１３年１０月１０日出願）の全内容は、ここに引用例として包含される。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明のことである。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１３…電動モータ、１４…コントローラ、１５…バッテリ、１６…イグニッションスイッチ、１７…車速センサ、２１…指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…モータ制御部、２４…インターロックマスク部、３１…トルク系異常検出部、３２…過去トルク制御演算部、３３…操舵補助指令値演算部、３４…メインＥＣＵクリップ（ｑ軸電流クリップ）、３５…トルク制御系リミッタ診断部、３６…位相補償部、３７…加算器、３８…安定化補償部、３９…応答性補償部、４０…加算器、４１…角速度演算部、４２…角加速度演算部、４３…摩擦・慣性補償部、４４…収斂性補償部、４５…反力／ヒステリシス補償部、４６…減算器、４７…電流指令値演算部、４８…減算器、４９…電流制御部、５０…モータ駆動部、６１…サブＥＣＵインターロック（ｑ軸電流インターロック）

Claims (6)

1. 操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータを備える電動パワーステアリング装置であって、
   操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   少なくとも前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、前記操舵補助指令値演算部で演算した操舵補助指令値が許容範囲を超えないように、所定の制限値を用いて制限するクリップ部と、
   前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルク、及び前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記モータ制御部による前記電動モータの駆動制御を許可又は禁止する監視機能を有するインターロック部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクの異常を検出するトルク異常検出部と、
   前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて操舵トルク代替値を演算するトルク代替値演算部と、
   前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記クリップ部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値に切り替える入力切替部と、
   前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記インターロック部の入力値を、前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値から零に切り替えるインターロックマスク部と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 主制御装置と副制御装置とを互いにデータ通信可能に備え、
   前記主制御装置は、前記操舵補助指令値演算部と、前記クリップ部と、前記モータ制御部と、前記トルク異常検出部と、前記トルク代替値演算部と、前記入力切替部と、前記インターロックマスク部とを備え、
   前記副制御装置は、前記インターロック部を備え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. 前記クリップ部に入力する操舵補助指令値と前記クリップ部が出力する操舵補助指令値との比較結果に基づいて、当該クリップ部の異常を検出するクリップ異常検出部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記トルク検出部で検出した操舵トルクと、前記トルク検出部で検出した操舵トルク及び前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値のうち前記クリップ部に入力する操舵トルクとの比較結果に基づいて、前記トルク異常検出部による異常検出結果の正当性を判定する異常検出結果判定部を備え、
   前記インターロックマスク部は、前記トルク異常検出部で異常を検出しており、且つ前記異常検出結果判定部で前記トルク異常検出部による異常検出結果の正当性を確認した場合にのみ、前記インターロック部の入力値を、前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値から零に切り替えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記クリップ部は、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記制限値を徐々に零に向けて変更する徐変部を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記トルク代替値演算部は、前記トルク異常検出部で異常を検出する直前の所定期間内に前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクのうち、最小の値を前記操舵トルク代替値として演算することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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